JP2010060808A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光変調素子（液晶パネル）への埃等の付着を抑制し、これによる画像劣化を抑制することができる投写型表示装置を提供する。
【解決手段】光源からの光を変調する光変調器２１６と、光変調器２１６に対向して配置された出射側偏光板２１９と、光変調器２１６と出射側偏光板２１９との間に冷却風を通す冷却装置４０とを備えている。光変調器２１６の出射側の面には、光変調器２１６を支持するブラケット２３２が取り付けられており、このブラケット２３２の風流入部に、冷却風の流れを変更し、冷却風を出射側偏光板２１９側へと向かわせる傾斜片２３２ｂが形成されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、光変調素子により変調された光を被投写面上に投写する投写型表示装置に関する。

投写型表示装置（以下、「プロジェクタ」という）は、光源からの光を光変調素子（液晶パネル等）からなる光変調器で変調し、変調された光（以下、「映像光」という）を被投写面に投写する構成を有している。光変調素器の入射側と出射側には、それぞれ偏光板が配されており、これら光変調器および偏光板は、光が通過する際に大きく発熱する。特に、光変調器の出射側の偏光板が最も発熱する。

そこで、従来、この種のプロジェクタでは、これら光変調器および偏光板を空冷によって冷却するようにしている（たとえば、特許文献１や特許文献２）。

図９は、光変調器および偏光板の冷却構造の一例を示す図である。

光変調器１の出射側には、２枚の出射側偏光板２が配されており、さらに、出射側偏光板２の出射側には、ダイクロイックプリズム３が配されている。光変調器１には、出射側偏光板２に対向する面に支持具４が取り付けられている。

光変調器１と出射側偏光板２の下方には、吹出口５が配されており、図示しないファンによって生起された冷却風が、この吹出口５から吹き出される。冷却風は、主に、光変調器１と出射側偏光板２の間を通り、これによって、光変調器１および出射側偏光板２が冷却される。

なお、図示していないが、光変調器１および出射側偏光板２は、赤色波長帯、緑色波長帯、青色波長帯の３つ光を変調するために、ダイクロイックプリズム３の他の二面側にも配されている。ここでは、一か所についてのみ図示しているが、他の２か所の冷却構造もこれと同様である。
特開２００１−２６４８８３号公報 特開２００３−２４１３１５号公報

図９に示すように、光変調器１は、光変調素子（液晶パネル）１ａと、光変調素子１ａの周囲を囲むフレーム１ｂを有している。ここで、フレーム１ｂの前後の厚みは、光変調素子の１ａの厚みよりも大きく形成されることが多く、このような場合には、出射側において、光変調素子１ａとフレーム１ｂとの間に段差Ｓが生じることとなる。

このような構成において、光変調器１と出射側偏光板２の間に冷却風（黒矢印で示す）が流れると、上記段差Ｓの周辺で乱流（白矢印で示す）が発生し、冷却風に含まれていた埃や粉塵が段差Ｓ部分に滞留して光変調素子１ａの縁部が汚れる惧れがあった。これにより、光変調素子１ａの汚れた縁部を通った映像光に、照度の低下や変色が発生する惧れがあった。

近年、映像光の高輝度化による光源の光量増加により、光変調器１等の発熱量がより多くなってきている。このため、冷却風の風量を多くする必要が生じており、このような埃等の付着による投写画像の劣化が、益々起こりやすくなってきている。

本発明は、このような課題を解消するためになされたものであり、光変調素子（液晶パネル）への埃等の付着を抑制し、これによる画像劣化を抑制することができる投写型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の投写型表示装置は、光源からの光を変調する光変調器と、前記光変調器に対向して配置された偏光板と、前記光変調器と前記偏光板との間に風を通す冷却手段と、前記光変調器と前記偏光板との間に流入する風を前記偏光板側へと向かわせる風変更手段とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、光変調器と偏光板との間に流入する風が偏光板側へと向かうため、光変調器に段差等が生じていても、この段差周辺で乱流が生じ難く、段差部分に埃等が滞留し難い。よって、光変調器（液晶パネル）への埃等の付着を抑制することができる。さらに、偏光板に良く冷却風が当たるようになるので、偏光板を良く冷却することができる。

また、光変調器は、液晶パネルと液晶パネルの周囲を囲むフレームとを有するとともに前記液晶パネルと前記フレームとの間に段差が生じる形態とすることができる。この場合、前記風変更手段は、前記段差に至る前に前記風を前記偏光板側へと向かわせる構成とすることが望ましい。

このような構成とすれば、段差周辺よりも液晶パネルから離れた位置で乱流を発生させることができるので、液晶パネルへの埃等の付着を一層抑制することができる。

さらに、前記風変更手段は、前記風を前記偏光板の中央へと向かわせる構成とすることが望ましい。

このような構成とすれば、発熱が多い偏光板の中央部に冷却風を供給できるので、偏光板をより良く冷却することができる。

さらに、前記風変更手段は、前記光変調器の前記偏光板側の面に取り付けられるとともに前記光変調器を支持する支持具を備え、前記支持具の風流入部に風の流れを変更するための流れ変更部を形成する構成とすることが望ましい。より具体的には、前記流れ変更部は、前記偏光板に向かって傾斜した案内面を含む構成とすることが望ましい。

この構成によれば、冷却風を、支持具に形成された流れ変更部の案内面に沿って偏光板の方向に流すことができる。また、支持具を利用した簡易な構成にて、光変調器への埃等の付着を防止することができるとともに、偏光板の冷却効果を高めることができる。

以上、本発明によれば、光変調器（液晶パネル）への埃等の付着を抑制し、これによる画像劣化を抑制することができる投写型表示装置を提供することができる。加えて、本発明によれば、偏光板の冷却効果を高めることができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

以下、図面を参照して、実施の形態に係るプロジェクタの構成を説明する。

図１は、プロジェクタの構成を示す図（外観斜視図）である。同図を参照して、プロジェクタは、キャビネット１０を備えている。キャビネット１０は、上下に薄く前後に長い略直方体形状を有しており、その側面には、キャビネット１０内部に外気を取り込むための吸気口１０１が形成されている。

キャビネット１０内には、光学エンジン２０、投写レンズ３０、および冷却装置４０が配されている。光学エンジン２０は、映像信号により変調された映像光を生成する。光学エンジン２０には、投写レンズ３０が装着されており、投写レンズ３０の前部が、キャビネット１０の前面から露出している。光学エンジン２０で生成された映像光は、投写レンズ３０によって、プロジェクタ前方に配されたスクリーン面に投写される。冷却装置４０は、吸気口１０１から外気を取り込み、この外気を冷却風として光学エンジン２０内の光変調器等（後述する）に供給する。

図２は、光学エンジン２０の内部構成を示す図である。同図（ａ）はハウジングを省略した光学エンジン２０と投写レンズ３０を示す斜視図であり、同図（ｂ）は、光学エンジン２０における光変調器周辺の構成部品と、投写レンズ３０を示す上面図である。

光学エンジン２０には、図示しないハウジング内に、以下に説明する各種の光学部品が配置されている。

白色光ランプ２０１からは、白色光が出射される。白色光ランプ２０１から出射された光は、フライアイインテグレータ２０２、ＰＢＳアレイ２０３を通過する。フライアイインテグレータ２０２は、光変調器（後述する）に照射される各色光の光量分布を均一化させ、ＰＢＳアレイ２０３は、ダイクロイックミラー２０７に向かう光の偏光方向を一方向に揃える。

ＰＢＳアレイ２０３を通過した光は、コンデンサレンズ２０４を通過し、反射ミラー２０５で略９０度向きを変えられた後、さらに、コンデンサレンズ２０６を通過してダイクロイックミラー２０７に入射される。

ダイクロイックミラー２０７は、入射された光のうち、青色波長帯の光（以下、「Ｂ光」という）のみを透過し、緑色波長帯（以下、「Ｇ光」という）と赤色波長帯（以下、「Ｒ光」という）を反射する。

ダイクロイックミラー２０７を透過したＢ光は、コンデンサレンズ２０４、２０６、２０９によるレンズ作用と反射ミラー２０８による反射によって、適正な照射状態にて光変調器２１０に照射される。光変調器２１０は、青色用の映像信号に応じて駆動され、その駆動状態に応じてＢ光を変調する。なお、光変調器２１０の入射側には２枚の入射側偏光板２１１と１枚の光学補償板２１２が配されており、入射側偏光板２１１および光学補償板２１２を介して光変調器２１０にＢ光が照射される。また、光変調器２１０の出射側には２枚の出射側偏光板２１３が配されており、光変調器２１０から出射されたＢ光が出射側偏光板２１３に入射される。

ダイクロイックミラー２０７で反射したＧ光およびＲ光は、ダイクロイックミラー２１４に入射する。ダイクロイックミラー２１４は、Ｇ光を反射するとともにＲ光を透過する。

ダイクロイックミラー２１４で反射されたＧ光は、コンデンサレンズ２０４、２０６、２１５によるレンズ作用によって、適正な照射状態にて光変調器２１６に照射される。光変調器２１６は、緑色用の映像信号に応じて駆動され、その駆動状態に応じてＧ光を変調する。なお、光変調器２１６の入射側には２枚の入射側偏光板２１７と１枚の光学補償板２１８が配されており、入射側偏光板２１７および光学補償板２１８を介して光変調器２１６にＧ光が照射される。また、光変調器２１６の出射側には２枚の出射側偏光板２１９が配されており、光変調器２１６から出射されたＧ光が出射側偏光板２１９に入射される。

ダイクロイックミラー２１４を透過したＲ光は、コンデンサレンズ２０４、２０６、２２２、およびリレーレンズ２２０、２２４によるレンズ作用と反射ミラー２２１、２２３による反射によって、適正な照射状態にて光変調器２２５に照射される。光変調器２２５は、赤色用の映像信号に応じて駆動され、その駆動状態に応じてＲ光を変調する。なお、光変調器２２５の入射側には１枚の入射側偏光板２２６と１枚の光学補償板２２７が配されており、入射側偏光板２２６および光学補償板２２７を介して光変調器２２５にＲ光が照射される。また、光変調器２２５の出射側には２枚の出射側偏光板２２８が配されており、光変調器２２５から出射されたＲ光が出射側偏光板２２８に入射される。

光変調器２１０、２１６、２２５によって変調されたＢ光、Ｇ光、Ｒ光は、出射側偏光板２１３、２１９、２２８を通過してダイクロイックプリズム２２９に入射する。ダイクロイックプリズム２２９は、Ｂ光、Ｇ光およびＲ光のうち、Ｂ光とＲ光を反射するとともにＧ光を透過し、これにより、Ｂ光、Ｇ光およびＲ光を色合成する。こうして、色合成された映像光が、ダイクロイックプリズム２２９から投写レンズ３０に向けて出射される。

なお、光変調器２１０、２１６、２２５、出射側偏光板２１３、２１９、２２８およびダイクロイックプリズム２２９は、図４に示す保持部材２３０に組み付けられることによって、表示ユニットＤとしてユニット化されている。

図３は、冷却装置４０の構成を示す図である。同図（ａ）は冷却装置４０の斜視図であり、同図（ｂ）は送風ダクト４３の要部の斜視図である。なお、同図（ａ）には、便宜上、光学エンジン２０の構成うち表示ユニットＤの構成のみが、冷却装置４０とともに示されている。

冷却装置４０は、２つの吸気ファン４１、４２と送風ダクト４３によって構成されている。吸気ファン４１、４２は、キャビネット１０内部における、吸気口１０１の近くに配されている。吸気ファン４１、４２は、吸込口４１１、４２１を有し、吸気口１０１を介して吸気口４１１、４２１から取り込んだ外気を送風ダクト４３へ送る。

送風ダクト４３は、ダクト本体４３１を有している。ダクト本体４３１は、光学エンジン２０の下方に配されている。ダクト本体４３１の上面において、Ｂ光に対する光変調器２１０の下方には、第１吹出口４３２および第２吹出口４３３が形成されている。また、Ｇ光に対する光変調器２１６の下方には、第１吹出口４３４および第２吹出口４３５が形成されており、Ｒ光に対する光変調器２２５の下方には、第１吹出口４３６および第２吹出口４３７が形成されている。

第１吹出口４３２、４３４、４３６からは、光変調器２１０、２１６、２２５および出射側偏光板２１３、２１９、２２８に向けて冷却風が吹き出される。一方、第２吹出口４３３、４３５、４３７からは、入射側偏光板２１１、２１７、２２６および光学補償板２１２、２１８、２２７に向けて冷却風が吹き出される。

ダクト本体４３１内部では、各吹出口からの風量が調整されるよう流路が構成されており、第１吹出口４３２、４３４、４３６からの風量が、第２吹出口４３３、４３５、４３７からの風量に比べて大きくなるよう調整されている。このように風量が調整されているのは、光変調器２１０、２１６、２２５および出射側偏光板２１３、２１９、２２８での発熱が多いためである。また、Ｇ光に対する第１吹出口４３４、Ｂ光に対する第１吹出口４３２、Ｒ光に対する第１吹出口４３６の順に風量が大きくなるよう調整されている。これは、Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光の順に変調の際の発熱が多くなるためである。

図４は、表示ユニットＤの構成を示す図である。同図（ａ）は、表示ユニットＤの斜視図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。

ダイクロイックプリズム２２９の上面には、保持部材２３０が取り付けられている。２枚の出射側偏光板２１３、２１９、２２８は、それぞれ、３つのホルダ２３１に保持されている。各ホルダ２３１は、同図（ｂ）に示すように、２枚の出射側偏光板２１３、２１９、２２８が所定の間隔を有する状態で保持されるよう、対応する２つの偏光板を底面および両側面で挟持する構成を有している。各ホルダ２３１は、その上部に形成された取付片２３１ａがハンダ付け等により保持部材２３０に固定されることにより、保持部材２３０と一体化されている。

光変調器２１０、２１６、２２５の出射側の面には、それぞれ、ブラケット２３２（支持具）が取り付けられている。

図５は、光変調器２１６とブラケット２３２の構成を示す図である。同図（ａ）は、光変調器２１６がブラケット２３２に取り付けられた状態を示す斜視図（表裏双方から見た図）であり、同図（ｂ）は、ブラケット２３２の斜視図（表裏双方から見た図）である。なお、ここでは、Ｇ光に対する光変調器２１６とブラケット２３２について説明するが、その他の光変調器２１０、２２５とブラケット２３２についても、同じ構造とされている。

光変調器２１６は、透過型の液晶パネル２１６ａと、液晶パネル２１６ａの周囲を囲むフレーム２１６ｂを有している。フレーム２１６ｂの前後の厚みは、液晶パネル２１６ａの厚みよりも大きく形成されており、このため、出射側において、液晶パネル２１６ａとフレーム２１６ｂとの間に段差Ｓが生じている。

ブラケット２３２は金属製であり、中央部に液晶パネル２１６ａに対応する開口２３２ａが形成されている。さらに、ブラケット２３２には、開口２３２ａの下縁部に傾斜片２３２ｂが形成されている。この傾斜片２３２ｂの横幅Ｗ２は、液晶パネル２１６ａの横幅Ｗ１よりも長くされている。傾斜片２３２ｂのブラケット２３２本体からの傾斜角度αは、後に詳述するように、傾斜片２３２ｂによって導かれた冷却風が出射側偏光板２１９の中央部に当たるような角度となるよう、予め実験等によって定められている。

さらに、ブラケット２３２には、３つのネジ孔２３２ｃが形成されている。光変調器２１６は、３本のネジ５００にて、ブラケット２３２にネジ止め固定される。ブラケット２３２は、その四隅に４つの取付部２３２ｄが形成されており、これら取付部２３２ｄがハンダ付け等によってホルダ２３１の所定部位（図示せず）に固定されることにより、光変調器２１６が保持部材２３０および出射側偏光板２１９と一体化される。

図６は、光検出器および出射側偏光板における冷却風の流れについて説明するための図である。以下、Ｇ光に対する光変調器２１６および出射側偏光板２１９における冷却風の流れについて説明するが、その他の光変調器２１０、２２５および出射側偏光板２１３、２２８における冷却風の流れについても、これと同様となる。

吸気ファン４１、４２が駆動されると、第１吹出口４３４から冷却風が吹き出される。冷却風は、光変調器２１６と出射側偏光板２１９の間に流入する。このとき、ブラケット２３２側を流れる冷却風（黒矢印で示す）は、上記段差Ｓの周辺に至る前に、傾斜片２３２ｂに当たり、傾斜片２３２ｂの傾斜する面（案内面）に案内されて、出射側偏光板２１９側へ向かう。そして、冷却風は、出射側偏光板２１９の中央部に当たり、出射側偏光板２１９側を上方に向かって流れる。また、出射側偏光板２１９に当たった冷却風の一部は、反射して液晶パネル２１６ａの方向へ流れ、液晶パネル２１６ａに当たる。

このようにして、出射側偏光板２１９には、傾斜片２３２ｂによって導かれた冷却風が良く当たり、出射側偏光板２１９が良く冷却される。また、液晶パネル２１６ａにも冷却風が良く当たり、液晶パネル２１６ａ、即ち光変調器２１６が良く冷却される。

なお、傾斜片２３２ｂの先端近傍では乱流が発生し、冷却風に含まれている埃や粉塵が、傾斜片２３２ｂの先端部分に滞留する惧れがある。しかしながら、埃等は主に傾斜片２３２ｂの先端部の裏側に付着し、上記段差Ｓ、即ち液晶パネル２１６ｂの下端部に付着し難い。

以上、本実施の形態によれば、光変調器２１０、２１６、２２５および出射側偏光板２１３、２１９、２２８の冷却効果を高めることができる。特に、発熱の多い出射側偏光板２１３、２１９、２２８の中央部に冷却風が当たるよう、傾斜片２３２ｂの傾斜角度αが設定されているため、出射側偏光板２１３、２１９、２２８を効果的に冷却することができる。

また、本実施の形態によれば、液晶パネル２１６ａとフレーム２１６ｂとの段差Ｓ周辺での乱流の発生が抑えられるので、光変調器（液晶パネル）２１０、２１６、２２５へ埃等が付着し難くなる。したがって、これに起因する投写画像の劣化を抑制することができる。

さらに、本実施の形態によれば、光変調器２１０、２１６、２２５を支持するブラケット２３２に傾斜片２３２ｂを形成するという簡易な構造にて、冷却効果の向上と投写画像の劣化抑制を図ることができる。

図７は、従来品と改良品における、光変調器（液晶パネル）および出射側偏光板の動作時の温度測定結果を示す図である。プロジェクタは正立状態（製品底部が設置面に置かれる状態）に設置され、プロジェクタの内部温度が十分安定した状態で温度が測定されている。

従来品は、図９に示す構成を有し、改良品は、本実施の形態と同様、ブラケット２３２に傾斜片２３２ｂが形成された構成を有する。

図７のグラフから明らかなように、光変調器２１０、２１６、２２５、出射側偏光板２１３、２１９、２２８の双方とも、従来品に比べ改良品の温度が低くなっている。

このように、同図の測定結果からも、本実施の形態における冷却効果を確認することができる。

図８は、従来品と改良品において、埃環境試験を行った後の投写画像（全白色表示）の状態を示す図である。同図（ａ）は投写画像の状態を写真撮影した図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）の投写画像の状態を模式的に示した図である。同図（ａ）には、便宜上、マゼンダ色の領域の輪郭に波線を付加している。

埃環境試験は、埃環境試験装置を用いて行われ、その試験条件は以下のとおりである。
（試験条件）
室温：２０℃
埃濃度：２０〜３０ｍｇ／ｍ^３
埃の種類：繊維埃、土埃
（加速条件）
４時間暴露により４８００時間相当
（試験時間）
４時間

なお、従来品については２回試験を行い、その結果を示している。また、この埃環境試験は、傾斜片２３２ｂの最終的な寸法を確定する前に実施されたため、改良品においては、本実施の形態と違って、傾斜片２３２ｂの横幅が液晶パネル２１６ｂの横幅より少し短くされている。

この埃環境試験では、最も温度が高くなる液晶パネル２１６ａの温度をより低下させるべく、改良品と２つの従来品の何れにおいても、液晶パネル２１６ａの冷却風の風量を試験的に増加させて試験を行った。このように風量を増加させたことにより、２つの従来品では、液晶パネル２１６ａの下端部の広い範囲に埃等が付着し、これが原因となって、投写画像の上端部（画像が反転するため）の広い範囲に変色（マゼンダ色）が発生している。

一方、改良品では、投写画像の上端部の両隅に若干の変色（マゼンダ色）が見られるが、従来品のような広範囲の変色が解消されている。

なお、改良品において発生した両隅の変色は、傾斜片２３２ｂの横幅が液晶パネル２１６ａの横幅より少し短いために生じたものである。本実施の形態では、傾斜片２３２ｂの横幅が液晶パネル２１６ａの横幅より長くされているため、このような両隅での変色も解消されると考えられる。

このように、図８に示す埃環境試験の結果からも、本実施の形態における画像劣化の防止効果を確認することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態によって制限されるものではない。また、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内において適宜変更可能である。

実施の形態に係るプロジェクタの構成を示す図 実施の形態に係る光学エンジンの内部構成を示す図 実施の形態に係る冷却装置の構成を示す図 実施の形態に係る表示ユニットの構成を示す図 実施の形態に係る光変調器とブラケットの構成を示す図 実施の形態に係る光変調器および出射側偏光板における冷却風の流れについて説明するための図 従来品と改良品における、光変調器（液晶パネル）および出射側偏光板の動作時の温度測定結果を示す図 従来品と改良品において、埃環境試験を行った後の投写画像（全白色表示）の状態を示す図 光変調器および偏光板の冷却構造の一例を示す図

符号の説明

４０ 冷却装置（冷却手段）
２１０、２１６、２２５ 光変調器
２１３、２１９、２２８ 出射側偏光板（偏光板）
２１６ａ 液晶パネル
２１６ｂ フレーム
２３２ ブラケット（支持具、風変更手段）
２３２ｂ 傾斜片（流れ変更部、案内面）
Ｓ 段差

Claims (5)

1. 光源からの光を変調する光変調器と、
   前記光変調器に対向して配置された偏光板と、
   前記光変調器と前記偏光板との間に風を通す冷却手段と、
   前記光変調器と前記偏光板との間に流入する風を前記偏光板側へと向かわせる風変更手段と、
   を備えたことを特徴とする投写型表示装置。
2. 請求項１において、
   光変調器は、液晶パネルと液晶パネルの周囲を囲むフレームとを有するとともに前記液晶パネルと前記フレームとの間に段差が生じる形態を有し、
   前記風変更手段は、前記段差に至る前に前記風を前記偏光板側へと向かわせる、
   ことを特徴とする投写型表示装置。
3. 前記風変更手段は、前記風を前記偏光板の中央へと向かわせる、
   ことを特徴とする投写型表示装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項において、
   前記風変更手段は、前記光変調器の前記偏光板側の面に取り付けられるとともに前記光変調器を支持する支持具を備え、
   前記支持具の風流入部に風の流れを変更するための流れ変更部を形成した、
   ことを特徴とする投写型表示装置。
5. 請求項４において、
   前記流れ変更部は、前記偏光板に向かって傾斜した案内面を含む、
   ことを特徴とする投写型表示装置。

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