JP2011028031A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直射日光に曝される屋外環境に設置可能であるように放熱機能を備え、かつ、長寿命かつ信頼性の高い画像表示装置を実現する。
【解決手段】画像表示手段としてのプロジェクター１０２と、プロジェクター１０２が投射した画像を表示する透過型のスクリーン１０６とを外装筺体１０１に収納し、プロジェクター１０２の投射経路上に配設されたスクリーン１０６に画像を背面投射する画像表示装置１００であって、外装筺体１０１は、プロジェクター１０２を配設した第１の断熱部２０１と、スクリーン１０６を配設した第２の断熱部２０２に区画され、第１の断熱部は、窓１０４、プロジェクターの排気を行うための排気ダクト１０３、吸気フィルター１０７、排気ファン１０８とを備え、かつ、第２の断熱部２０２は、ミラー１０５と、スクリーン１０６の反対側の背面に放熱手段４０１とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、投射型の画像表示装置に関するものであり、特に屋外で直射日光に曝される環境下において使用する画像表示装置に関するものである。

近年、画像表示装置の大型化、高輝度化、高精細化の進展とネットワーク環境の普及に伴って、映像媒体による電子広告が急速に拡大している。従来からの広告媒体であるポスターでは、広告内容を変更するたびにポスターの貼り替え作業等が発生するが、電子広告では配信サーバのコンテンツを変更するのみで瞬時に広告内容の変更が可能となるため、有用な広告媒体となることが期待されている。

電子広告などのいわゆるデジタルサイネージは、これまで主に屋内にて導入が進められてきたが、新しい市場として、屋外における映像表示が注目されている。例えば、不特定多数の視聴者を対象に大型画像表示装置を屋外に設置して販売促進や広告に使用したり、交通の拠点において交通機関の情報案内に使用したりするといった、多くの有望な用途が考えられる。

大型画面を得る表示装置として、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイといった直視型ディスプレイが近年普及してきたが、これらは主に屋内での使用を前提として開発されてきた装置であり、屋外で使用することは一般に不適である。屋外使用上の大きな課題として、視認性と耐候性が挙げられるからである。

効果的な情報案内を行うためには、大型でかつ高精細の画像を表示することが重要であるが、これに加えて、屋外の晴天下の環境においては、映像媒体の十分な視認性を確保するために、きわめて高輝度の表示画像が不可欠となる。液晶ディスプレイやプラズマディスプレイは近年パネルの大型化が進み、高精細で比較的大型の画面を得ることができるようになったが、屋外使用のためには輝度が不十分である。原理的には光源電力を増加させることで高輝度化が可能であるが、莫大な消費電力を要する上、ディスプレイ内部の熱負荷が増すために、信頼性が低下する問題が発生する。

次に、耐候性の問題として、苛酷な温度変化、直射日光による温度上昇や紫外線被爆、埃や風雨などに十分な配慮が必要である。直射日光下では、ディスプレイの筐体内部の温度は、環境温度に比べて大きく上昇するため、表示装置の劣化や動作不良を招きやすい。さらに、直視型ディスプレイは、表示パネル素子を含むディスプレイの主要な構成素子が画像表示面近傍に密接して配設されているため、画像表示部が直射日光に曝されると、ディスプレイ構成素子が直接影響を受けて温度が上昇し、性能が劣化する懸念がある。逆に、氷点下の環境になると、液晶ディスプレイでは、一般に液晶の動作特性が劣化するため、所望の画像表示ができない。

屋外で使用できる耐候性を有し、かつ高輝度の画像を提供することができる画像表示装置として、ＬＥＤを用いた表示装置が商品化されているが、画素ピッチが粗いため、高精細にしようとすると、相対的に画面サイズを大きくしなければならず、極めて大電力で高コストの製品となっていた。

これに対して、プロジェクターを利用する方法は、ミラーを介して映像を透過型スクリーンへ投射する背面投射型（リア方式）プロジェクターまたは映像を直接反射型スクリーンに投射する前面投射型（フロント方式）プロジェクターの２つの方式が利用可能であり、投射倍率を適切に調整することにより、屋外使用に十分な高輝度を得ることが可能である。

耐候性の面においても、プロジェクターを利用する方法は、投射ユニットを画像表示部であるスクリーンから離れて配置できるため、直視型ディスプレイに比べると、直射日光の影響を低減することが可能である。

しかしながら、プロジェクターの光源が発熱体となることに加え、ディーエムディー(ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）)や液晶表示素子といった画像表示素子、偏光フィルター等の温度上昇によって性能が劣化しやすい光学デバイスが用いられているため、筐体内部を効率的に冷却する必要がある。とりわけ、屋外において直接太陽光に曝される環境では、直射日光による筐体の温度上昇が問題になるため、使用環境を考慮したプロジェクターの温度管理が重要となる。

特に、透過型スクリーンへ投射する背面投射型プロジェクターによる画像表示装置では、投射ユニットであるプロジェクターの冷却に加えて、透過型スクリーンを効率的に冷却することが重要である。スクリーンは外装筐体の最表面に配設されるため、屋外使用においては直射日光に曝される可能性がある。一般に、スクリーンは樹脂により構成されることが多く、ガラス等に比べると熱膨張が大きく、また、過度の温度上昇は不可逆的な熱変形を引き起こす。直射日光を受けたスクリーンは、外気の環境温度に比べて、容易に２０℃以上温度が上昇するからである。

これまで、屋外設置用の表示装置としては、例えば、プロジェクターの筺体内に空調機を配設する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

また、投射型表示装置を効率的に冷却する技術としては、空調機、熱交換器、断熱性部材、仕切り板などを使用して冷却効果を向上させる方法が、従来、開示されている（例えば、特許文献４〜６参照）。

特開２００２−３１１５０８号公報 特開２００２−３４１８１０号公報 特開２００３−１４９７３９号公報 特開２０００−２９８３１１号公報 特開２００５−１４８６２４号公報 特開２００１−２０９１２５号公報

しかしながら、従来、開示されている画像表示装置の冷却効果を高める技術では、屋外設置における対策が十分とはいえない。特許文献１〜３においては、空調機の性能を適切に活用する具体的な機構構造は明確化されていない。特許文献４〜６においては、画像表示素子およびその周辺部の冷却機構構造について公開されているが、スクリーンを含めた筐体全体の冷却機構構造は最適化されていない。

本発明は、以上の課題を解決するものであり、多様な屋外環境に設置可能な高精細度で高輝度の画像表示装置を実現することを目的とする。

上述したような目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、所定の投射距離において所定の寸法および輝度で画像を前面投射可能な画像表示手段と、前記画像表示手段が投射した画像を表示する透過型スクリーンとを外装筺体に収納する画像表示装置であって、前記外装筐体における前記透過型スクリーン面の反対側となる背面に放熱手段を備えることを特徴とする。

例えば、図１に本発明における一実施例である画像表示装置の外観図を示す。画像表示装置１０は、内部に画像表示手段（図示せず）を備え、透過型スクリーン１１に映像を表示する。本画像表示装置は、略直方体の形状を有しており、天井面２０、スクリーンが配設されている前面２１、第１の側面２２、第２の側面２３、スクリーンの反対面となる背面２４、底面２５の６面が外郭面となっている。

画像表示部となるスクリーン１１は、図１に示すように、一般に外装筐体の側面に略垂直な角度で配設されるが、直射日光を遮る障害物のない屋外に画像表示装置を設置した場合、垂直な角度で配設されたスクリーンは、外装筐体が設置される場所の緯度と設置の方角に応じて、直射日光に曝される可能性がある。

外装筐体内部の画像表示手段が直射日光によって温度上昇することを抑制するためには、直射日光に曝される面を断熱して筐体内部への熱の侵入を防ぐ方法が効果的であるが、透過型スクリーンは、光を透過させる性質上、太陽光による輻射熱を断熱することが難しい。すなわち、直射日光の少なくとも一部は、透過型スクリーンを通過して外装筐体の内部へと侵入し、温度上昇を招く。

そこで、筐体内部の温度上昇を抑制するための放熱機構を備えることが好ましい。前面２１が直射日光に曝されている場合は、背面２４は、常に日陰となって直射日光に曝されることはない。本発明では、背面２４に放熱手段を備えることにより、スクリーン１１を通過して外装筐体の内部に侵入した太陽からの輻射熱、および、筐体内部で発生する熱を、効率的に画像表示装置１０の外部へと放熱することができる。

また、本発明の画像表示装置では、前記外装筐体は、断熱手段を備えることを特徴とする。

外装筐体において、直射日光に曝される面は、太陽の輻射熱が筐体内部に侵入することを抑制した方がよいので、その面を断熱部材にて構成することが望ましい。天井面２０は、常に直射日光に曝されるため、断熱した方がよい。一方、側面については、外装筐体が設置される場所の緯度と設置の方角に応じて最適な断熱方法は変化する。

図２を用いてこれを説明する。北半球の日本国内での使用を例に挙げている。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、それぞれスクリーン面２１を南向き、西向き、北向き、東向きに置いた場合を表わしており、天井面方向からから見た図となっている。矢印が太陽光の照射方向を表わしている。

図２（ａ）南向きの場合、太陽が南中する前の時間帯では、天井面２０、東向きに位置する第１の側面２２、スクリーン面２１の合計３面が直射日光に曝される。南中後の時間帯では、天井面２０、西向きに位置する第２の側面２３、スクリーン面２１の合計３面が直射日光に曝される。厳密には、夏季の朝夕では背面２４にも日が当たるが、太陽高度が低いために日射による温度上昇の影響は小さい。以上より、図２（ａ）では、第１の側面２２、第２の側面２３ともに断熱することが望ましい。

同様に考えると、図２（ｂ）西向きの場合は第１の側面２２のみ、図２（ｄ）東向きの場合は第１の側面２３を断熱することが望ましく、またいずれも背面２４も断熱したほうがよい。図２（ｃ）北向きの場合は、スクリーン面２１を除く全ての面を断熱するのが最適である。

上述のように、筐体の設置特性を限定すると、それに応じた最適な断熱方法が存在すると考えられるが、画像表示装置１０が可搬性を有する場合、様々な設置方向に対して普遍的に対応できる筐体構造であることが効率的である。

画像表示装置１０は、スクリーン部分以外は太陽光に対して透過性のない物質で構成することができるため、太陽の輻射熱に対して最も不利になる条件は、スクリーンが最も直射日光を受ける場合である。図２（ａ）における南中時や、図２（ｂ）で西日に曝されている時間帯が、その例である。すなわち、スクリーン方向から太陽光が照射されるときに、最も放熱に有利な構造とすることが好ましい。

そこで、スクリーンが日射を受けるときに常に日陰となる背面２４は放熱手段を設けた放熱構造とし、他の面である天井面２０、第１の側面２２、第２の側面２３、前面２１のうちスクリーン部分以外は断熱構造とすると好適である。

また、本発明の画像表示装置では、前記断熱手段は、前記画像表示手段の周辺部に配設して断熱を行う第１の断熱手段と、前記スクリーンの周辺部に配設して断熱を行う第２の断熱手段とを備えることを特徴とする。

このような構成にすることにより、本画像表示装置は、画像表示手段を収納する第１の断熱部と、スクリーンを収納する第２の断熱部に区画される。透過型スクリーンから入射された太陽光は第２の断熱部の温度を上昇させるが、画像表示手段を収納した第１の断熱部とは断熱層により区画されているので、画像表示手段の温度上昇を抑制することができる。

また、本発明の画像表示装置では、前記第１の断熱手段と前記第２の断熱手段の間に吸熱部を備え、前記吸熱部で蓄積された熱は前記放熱手段へと熱伝導し、背面から放熱されることを特徴とする。

このような構成にすることにより、第１の断熱部に蓄積された熱を効率的に背面の放熱手段へと熱伝導させて背面から放熱することができ、スクリーンや画像表示手段の温度上昇を抑制することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置では、前記外装筐体の内部の冷却を行う冷却手段を備え、前記冷却手段は、圧縮器と凝縮器と蒸発器を備えることを特徴とする。

画像表示手段は発熱を伴うため、これを冷却する手段を備えることにより、多様な屋外環境に設置可能な画像表示装置を提供することができる。

冷却手段として様々な方法が実用化されているが、圧縮器と凝縮器と蒸発器を備える相変化を伴う冷凍循環サイクルの原理を適用した構成により、画像表示手段による発熱量を相殺するに十分な最大冷却能力を確保し、画像表示装置内の所望の領域を、環境温度と同程度の温度まで適切に冷却することができる。

本発明による画像表示装置によれば、搭載される透過型スクリーンおよび画像表示手段の冷却効果を高める筺体構造を採用することにより、画像表示装置の耐候性を効果的に高め、屋外表示装置として多様な屋外環境に設置可能な、高精細度かつ高輝度で長寿命の画像表示装置を実現することができる。

本発明における画像表示装置の外観図 本発明の画像表示装置の設置方向と日射被爆の関係を示す模式図 本発明の実施の形態における画像表示装置の主要な構成を示す配置図 同画像表示装置の構成に関する応用事例を示す主要配置図

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。

（実施の形態）
図３は、本発明の実施の形態１における画像表示装置１００（以下「本装置１００」）の基本構成を示す配置図である。

本装置１００は、外装筺体１０１の内部に画像表示手段としての投射型の画像表示手段であるプロジェクターユニット１０２（以下、プロジェクター１０２と略記する）を備え、プロジェクター１０２から出力された画像情報を透過型スクリーン１０６に投射することにより、画像を大画面で表示する機能を発揮することができる。プロジェクター１０２にはパソコンなどの情報処理装置（図示せず）が接続されて、情報提供サービスに必要な情報を蓄積し、または通信回線を介して外部から情報を入手することができる。

本装置の構成上の特徴として、断熱手段が配設された外装筺体と、画像表示手段と、画像表示装置収納部の放熱を行う放熱手段とを備える。

以下、本装置１００を構成する主要な要素および機能について説明する。

外装筺体１０１は、画像表示手段を収納した第１の断熱部２０１と、スクリーン１０６を収納した第２の断熱部２０２に区画されている。

第１の断熱部２０１は、第１の断熱部材２０１ａに窓１０４と吸気フィルター１０７を組み込んだ箱状に形成され、内部にプロジェクター１０２を備えている。外装筐体１０１の外部からの空気を取り入れて効率的にプロジェクター１０２が冷却されるように構成されている。吸気フィルター１０７を通過して断熱部２０１の中に取り入れられた空気はプロジェクター１０２の吸気口（図示せず）より、プロジェクター１０２の内部へと取り入れられる。プロジェクター１０２内部の発熱を含んだ温かい排気は、排気ダクト１０３の中を通って排気ファン１０８により外装筐体１０１の外へと排出される。

このような構成により、画像表示手段による発熱を効率的に筐体外へと排出できるので、第１の断熱部内の温度を適切に保つことが可能となる。

第２の断熱部２０２は、第２の断熱部材２０２ａと放熱手段４０１、スクリーン１０６を組み込んだ箱状に形成されている。プロジェクター１０２からの投射光はミラー１０５により反射された後、スクリーン１０６へと投射される。

日射により外装筐体１０１内部の温度が最も上昇するのは、図３に白抜き矢印で示したように、スクリーン面に太陽光が最も強く当たる時である。この場合、スクリーン１０６を通過して第２の断熱部２０２へと侵入した太陽光の輻射熱の影響により、断熱部２０２の温度が上昇する。

そこで、本実施の形態では、第２の断熱部２０２の中で、スクリーン面の反対側の背面に放熱手段４０１を設けており、太陽輻射により第２の断熱部内部に蓄積された熱を効率的に筐体外に放熱するようにしている。熱伝導のよい金属を用いたヒートシンクによる自然放熱構造が簡便である。放熱効率を更に高めるためには、プレートフィンと冷却ファンを用いた熱交換器などを採用してもよい。

このような構成にすることで、第２の断熱部の温度が下がり、スクリーンの温度上昇が抑制される。また、第１の断熱部への熱の移動も少なくなるため、画像表示手段の温度上昇も抑制される。

第２の断熱部と第１の断熱部は、断熱部材２０１ａと窓１０４により区画されているが、一般に窓材の方が高い熱伝導率を有する。そこで窓１０４は必要以上に大きくない面積であることが好ましく、また、熱伝導率の低い材料で構成されていることが望ましい。また、単層板ではなくて、より熱伝導の低い複層板であることが更に好ましい。

図４は、本発明の実施の形態２における画像表示装置の事例を示す主要配置図である。以下において特に記述のない事項については、すでに述べた図３に示す実施の形態１と同様であり、説明を一部省略している。

本装置の構成上の特徴として、断熱手段および放熱手段が配設された外装筺体と、画像表示手段と、画像表示装置収納部の冷却を行う冷却手段とを備える。

以下、本装置１００を構成する主要な要素および機能について説明する。

外装筺体１０１は、内部が密閉構造になっている第１の断熱部２０１および第２の断熱部２０２と、密閉されていない非断熱部２０３に区画されている。

断熱部２０１は、冷却手段３０１から供給される冷気によって効率的にプロジェクター１０２が冷却されるように配設されている。断熱部２０１内部の温度を、外気温と同じあるいはそれ以下に保つために、断熱部材２０１ａが有効である。

第１の冷却手段３０１は、圧縮器３０１ａ、凝縮器３０１ｂ、蒸発器３０１ｃ、第１の冷却ファンＡ３０１ｄ、第１の冷却ファンＢ３０１ｅにより構成されている。空調機の循環サイクルとしては、まず、冷媒ガスが圧縮機３０１ａにより圧縮され高温になった状態で凝縮器（アルミ構造のフィン）３０１ｂに送られる。凝縮器３０１ｂ中で冷媒ガスはファンにより冷却されて液化し蒸発器３０１ｃに送られ、蒸発器３０１ｃの内部で液化ガスが周囲から気化熱を奪いながら蒸発し、アルミ構造のフィンを冷却する。非断熱部２０３には、冷却手段３０１の構成要素である圧縮器３０１ａ、凝縮器３０１ｂ、第１の冷却ファンＡ３０１ｄが配設されており、本装置１００外部からの空気を取り入れて、非断熱部２０３内部を通過して冷却手段３０１の内部の放熱を行った後、冷却ファンＡ３０１ｄによって、再び本装置１００の外へと排出される。

第２の冷却手段３０２は、熱交換器３０２ａ、第２の冷却ファンＡ３０２ｂ、第２の冷却ファンＢ３０２ｃにより構成されている。熱交換器３０２ａは第１の断熱部２０１と非断熱部２０３にまたがって配設されているが、断熱部と非断熱部との間で空気の流れはなく、熱の流れのみが発生する。すなわち、熱交換器３０２ａのうち、断熱部２０１中に存在する部分が吸熱部であり、非断熱部２０３中に存在する部分が放熱部となっている。

断熱部２０１内部の空気の流れを説明する。プロジェクター１０２からの排気は排気ダクトを経由して熱交換器３０２ａにて吸熱された後で、第２の冷却ファンＢ３０２ｃを通過し、蒸発器３０１ｃへと流入する。蒸発器３０１ｃを通過した冷却された空気は第１の冷却ファンＢ３０１ｅによって排出され、断熱部２０１の中を循環して、再びプロジェクター１０２の吸気口よりプロジェクター内部に流入する。以上のように、プロジェクター１０２の吸気および排気を含む断熱部２０１内部の空気の流れは、断熱部２０１外部とは遮断された内部循環構造となっており、このような構成とすることで、風雨・湿度・粉塵などの影響を受けにくい画像表示装置を提供することが可能となる。

本実施の形態のように、２つの冷却手段を備えることにより、筐体内部を密閉して効率よく冷却することが可能な上、環境温度と内部消費電力に応じて、一層適切な冷却を達成することが可能となる。

第１の実施の形態とは異なり、本実施の形態では、第２の断熱部２０２内に吸熱手段４０２が配設されている。スクリーン面より太陽光が筐体内に侵入すると、その侵入光の多くは、直接あるいはミラー１０５による反射を経て、第１の断熱部における第２の断熱部との境界面に到達する。図４に示すようにその境界面に吸熱手段４０２を配設すると、吸熱手段が太陽光に曝されることになる。

そこで、吸熱手段４０２により吸収した熱を放熱手段４０１へと伝導させ、筐体外へと放熱することにより、効率的に第１の断熱部の温度を下げることができる。吸熱手段としては熱伝導のよい金属のプレートなどが挙げられ、吸熱手段４０２と放熱手段４０１をヒートパイプなどで接続することにより、効率的な放熱機構を構成することが可能である。

本発明による画像表示装置によれば、高輝度で耐候性に優れた画像表示装置を提供することができる。したがって、屋外で使用する画像表示装置として有用である。

１０、１００ 画像表示装置
１１、１０６ スクリーン
２０ 天井面
２１ 前面
２２ 第１の側面
２３ 第２の側面
２４ 背面
２５ 底面
１０１ 外装筐体
１０２ 画像表示手段
１０３ 排気ダクト
１０４ 窓
１０５ ミラー
１０７ 吸気フィルター
１０８ 排気ファン
２０１ 第１の断熱部
２０１ａ 第１の断熱部材
２０２ 第２の断熱部
２０２ａ 第２の断熱部材
３０１ 第１の冷却手段
３０１ａ 圧縮器
３０１ｂ 凝縮器
３０１ｃ 蒸発器
３０１ｄ 第１の冷却ファンＡ
３０１ｅ 第１の冷却ファンＢ
３０２ 第２の冷却手段
３０２ａ 熱交換器
３０２ｂ 第２の冷却ファンＡ
３０２ｃ 第２の冷却ファンＢ
４０１ 放熱手段
４０２ 吸熱手段

Claims (5)

1. 所定の投射距離において所定の寸法および輝度で画像を前面投射可能な画像表示手段と、前記画像表示手段が投射した画像を表示する透過型スクリーンとを外装筺体に収納する画像表示装置であって、前記外装筐体における前記透過型スクリーン面の反対側となる背面に放熱手段を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記外装筐体は、断熱手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記断熱手段は、前記画像表示手段の周辺部に配設して断熱を行う第１の断熱手段と、前記スクリーンの周辺部に配設して断熱を行う第２の断熱手段とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記第１の断熱手段と前記第２の断熱手段の間に吸熱部を備え、前記吸熱部で蓄積された熱は前記放熱手段へと熱伝導し、背面から放熱されることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記外装筐体の内部の冷却を行う冷却手段を備え、前記冷却手段は、圧縮器と凝縮器と蒸発器を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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