JP2012145689A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの発熱により反射型空間変調素子を加熱させて反射型空間変調素子に封入されている液晶の温度を高くし、反射型空間変調素子を高速応答させることができる投射型表示装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ１１と反射型空間変調素子１７を備えた投射型表示装置１０において、ＬＥＤ１１の発熱を反射型空間変調素子１７へ伝導させる熱伝導性の高い伝熱部材１８を備え、この伝熱部材１８により、反射型空間変調素子１７をＬＥＤ１１の発熱で加熱するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型空間変調素子を備えた投射型表示装置に関する。

従来、反射型空間変調素子を備えた投射型表示装置において、反射型空間変調素子に封入された液晶は低温では動作速度が遅くなり画質劣化の原因になる。また、倍速表示以上で駆動する高速応答素子は、ある程度以上に加熱しておかないと本来の性能で表示ができなくなる。そこで、従来は、例えば、特許文献１〜３に記載されているように、空間変調素子をヒータやペルチェ素子等の加熱装置を使用して加熱し、空間変調素子の動作不良による画質劣化を防いでいた。

特開平１１−３０５２０３号公報 特開２００８−８９９０４号公報 特開２００９−４７９６９号公報

しかしながら、前記従来の投射型表示装置では、光源として使用されるＬＥＤ（発光ダイオード）は高輝度のものが使用されるため、ＬＥＤに投入される電力は大きくそれに伴い発熱も多くなり、冷却を行わない場合、ＬＥＤ温度は１５０℃以上になってしまう。このＬＥＤは高温になると特性や寿命が劣化し、特に８０℃以上で使用し続けることで輝度の劣化や寿命の劣化が著しくなるため積極的に冷却をする必要があり、通常ＬＥＤの冷却にはヒートシンク等の放熱部材を取り付けることにより８０℃以下になるように冷却を行っている。一方、反射型空間変調素子は低温では特性が劣化するため、ある程度の温度にする必要がある。

即ち、反射型空間変調素子に封入されている液晶は、低温では動作速度が遅くなり、外気が低温の環境では反射型空間変調素子の動作不良により画質の劣化を招いていた。低温での反射型空間変調素子の動作不良による画質劣化の代表としては、動画ボケや混色等がある。特に、反射型空間変調素子が１個でフルカラー表示を行う投射型表示装置では、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色の光を時系列順に切り替えて表示をさせるため、反射型空間変調素子をＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの光に対応するように３個使用する投射型表示装置と比較し、３倍の速度で駆動させる必要がある。光学特性劣化を抑えて表示させるために反射型空間変調素子の液晶の立ち上がり応答速度０.５ｍｓｅｃ以下が必要とされている。図６に示したように、反射型空間変調素子の温度を上昇させると応答速度が速くなることが実験により確認されており、光学特性を劣化させずに高速応答を実現させるためには反射型空間変調素子を５０℃以上に加熱し、液晶の動作速度を低下させないようにする必要がある。

また、前記従来の反射型空間変調素子を備えた投射型表示装置では、反射型空間変調素子の冷却を主に設計されており、反射型空間変調素子の加熱については、反射型空間変調素子への入射光と駆動による発熱のみで行われていた。図７の実線で示したように、この方法では室温２５℃の初期状態から高速応答に必要とされる温度である５０℃以上にまで反射型空間変調素子を加熱するには３００秒（５分）以上かかる。また、入射光と駆動による発熱のみでは発熱量が不足し必要とされる温度まで上昇させることができない状態になる恐れもあった。反射型空間変調素子を短時間で所定の温度にまで上昇させるために、ヒータ等の加熱装置を反射型空間変調素子に内蔵したり、図５に示すように、反射型空間変調素子７の外部にヒータ８を取り付ける構造も考えられるが、反射型空間変調素子７の構造の複雑化や部品点数の増加、さらに消費電力の上昇を招いてしまう。尚、図５において、１は半導体光源としてのＬＥＤ、２は熱伝導シート、３は放熱部材としてのヒートシンク、４Ａ，４Ｂ，４Ｃはレンズ、５は反射型偏光板としてのワイヤーグリッド型偏光ビームスプリッタ、６は投射レンズ、７は反射型空間変調素子、８は加熱装置としてのヒータ、９はベース、Ｃは光路を示す。

そこで、本発明は、半導体光源として備えられているＬＥＤの発熱を、銅やアルミ等の金属や窒化アルミ等のセラミックに代表される熱伝導性の高い部材で反射型空間変調素子へと導き、ＬＥＤの発熱により反射型空間変調素子を加熱させて反射型空間変調素子に封入されている液晶の温度を高くし、反射型空間変調素子を高速応答させることができる投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の投射型表示装置（10,10A,10B,10C）は、半導体光源（11）の発熱を反射型空間変調素子（17）へ伝導させるための高熱伝導性材料で作成された伝熱部材（18,18A,18B,19）を備え、この伝熱部材（18,18A,18B,19）により反射型空間変調素子（17）を半導体光源（11）の発熱で加熱することを特徴とする。

本発明によれば、半導体光源の発熱の一部を反射型空間変調素子の加熱に利用するために、半導体光源に反射型空間変調素子へ半導体光源の発熱を導くための熱伝導性の高い伝熱部材を取り付け、この伝熱部材を反射型空間変調素子へ取り付ける。これにより、半導体光源の発熱が熱伝導により直接反射型空間変調素子を加熱すようになるため、図７に示したように、従来のように、入射光や駆動による発熱のみと比較して低温状態から約１／６の時間で反射型空間変調素子を加熱することが可能になる。その結果、半導体光源の発熱を利用することで、反射型空間変調素子の加熱不足を防ぐことが可能となり、外気が低温状態でも反射型空間変調素子を５０℃以上に加熱することができる。また、反射型空間変調素子の加熱用にヒータ等の加熱装置を必要としないため、部品点数の削減と消費電力の低減につながる。

さらに、反射型空間変調素子の温度を５０℃以上に加熱することが可能となることで、反射型空間変調素子の高速応答が維持でき、反射型空間変調素子を１個使用した投射型表示装置でも光学的特性を劣化させることなく高画質な映像を投影できるようになる。また、反射型空間変調素子をＲ，Ｇ，Ｂの３色に対応して３個使用した投射型表示装置でも高速応答の実現により２倍速表示や４倍速表示において動画特性の優れた投射装置が実現できる。

本発明の第１実施形態の投射型表示装置の概略構成図である。 本発明の第２実施形態の投射型表示装置の概略構成図である。 本発明の第３実施形態の投射型表示装置の概略構成図である。 本発明の第４実施形態の投射型表示装置の概略構成図である。 従来例の投射型表示装置の概略構成図である。 投射型表示装置に用いられる反射型空間変調素子の応答速度と温度の関係を示す特性グラフである。 上記反射型空間変調素子の温度変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態の投射型表示装置１０を示す。

図１において、１１は半導体光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）、１２は熱伝導材としての熱伝導シート或いは熱伝導グリス、１３は放熱部材としてのヒートシンク、１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃはレンズ、１５は反射型偏光板としてのワイヤーグリッド型偏光ビームスプリッタ、１６は投射レンズ、１７は反射型空間変調素子、１８は熱伝導性の高い伝熱部材、Ｃは光路を示す。

この投射型表示装置１０では、半導体光源であるＬＥＤ１１とＬＥＤ１１を冷却するためのヒートシンク１３との間に熱伝導シートや熱伝導グリス等の熱伝導材１２を介して熱伝導性の高い伝熱部材１８を挿入し、この伝熱部材１８を反射型空間変調素子１７まで延長する。ＬＥＤ１１からの伝熱部材１８と反射型空間変調素子１７とは熱伝導シートや熱伝導グリス等の熱伝導材１２を介して熱的に結合させる。このようにすることで、ＬＥＤ１１の発熱により反射型空間変調素子１７を５０℃以上に加熱する。ＬＥＤ１１からの発熱を伝えるための熱伝導性の高い伝熱部材１８は、銅やアルミ等の金属や窒化アルミ等のセラミックやグラファイトシートで構成する。また、ヒートパイプのような熱輸送部材でも可能である。

図７に示す点線は、図１の構成でのシミュレーション結果である。ＬＥＤ１１と反射型空間変調素子１７との距離は３０ｍｍ、伝熱部材１８はアルミとし、反射型空間変調素子１７との間には熱伝導シート１２を配して伝熱を行った。室温２５℃での計算の結果、反射型空間変調素子１７の温度が５０℃に達する時間は、ＬＥＤ１１による加熱ありでは約５０秒になり、ＬＥＤ加熱無しやヒータ加熱無しの従来例では約３３０秒となり、ＬＥＤ１１による加熱の効果が確認できる。これにより、反射型空間変調素子１７に封入されている液晶の温度を瞬時に高くすることができ、反射型空間変調素子１７を高速応答させることができる。また、反射型空間変調素子１７の加熱にヒータ等の他の加熱装置が不要となり、光源として使用しているＬＥＤ１１の発熱を利用しているため、その分部品点数を削減することができ、投射型表示装置１０の小型化を図ることができる。

このように、ＬＥＤ１１の発熱を伝熱部材１８を介して反射型空間変調素子１７へ直接伝導させることで、反射型空間変調素子１７への伝熱部材１８もＬＥＤ１１の放熱部品の一部となり、ＬＥＤ１１の冷却のために取り付けられていたヒートシンク１３等の放熱部品を小型化することが可能になる。この放熱部品の小型化により投射型表示装置１０の小型化も可能になる。

この第１実施形態は、ＬＥＤ１１の発熱による反射型空間変調素子１７の加熱を目的としているため、光路Ｃを形成する光学系のレイアウトおよびＬＥＤ１１と反射型空間変調素子１７の位置関係については限定されない。

［第２実施形態］
図２は本発明の第２実施形態の投射型表示装置１０Ａを示す。

この投射型表示装置１０Ａでは、反射型空間変調素子１７への伝熱部材１８ＡをＬＥＤ１１の放熱部材としてヒートシンク１３と一体化している。なお、他の構成は前記第１実施形態と同一であるため、同一の構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

この第２実施形態では、反射型空間変調素子１７への伝熱部材１８ＡをＬＥＤ１１の放熱部材１３と一体化しているため、前記第１実施形態と同様の効果があり、部品点数の削減につながり、投射型表示装置１０Ａ全体の小型化を図ることができる。

［第３実施形態］
図３は本発明の第３実施形態の投射型表示装置１０Ｂを示す。

この投射型表示装置１０Ｂでは、該投射型表示装置１０Ｂの光学エンジン部を構成するケース１８Ｂを熱伝導性の高い部材にし、このケース１８ＢにＬＥＤ１１と反射型空間変調素子１７を取り付けることで、ケース１８Ｂ全体を伝熱部材として使用し、反射型空間変調素子１７をＬＥＤ１１の発熱を利用して加熱する。これにより、前記第１実施形態と同様の作用効果がある。なお、他の構成は前記第１実施形態と同一であるため、同一の構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

［第４実施形態］
図４は本発明の第４実施形態の投射型表示装置１０Ｃを示す。

この投射型表示装置１０Ｃでは、ＬＥＤ１１と反射型空間変調素子１７をベース１９と熱伝導シートや熱伝導グリス等の熱伝導材１２を介して背中合わせになるように配置し、熱結合をすることで、反射型空間変調素子１７をＬＥＤ１１の発熱を利用して加熱する。すなわち、ＬＥＤ１１と反射型空間変調素子１７の間にはＬＥＤ１１の発熱を反射型空間変調素子１７へ均等に拡散するために、熱伝導性の高い部材を使用したベース（伝熱部材）１９を挿入する。これにより、前記第１実施形態と同様の作用効果がある。なお、図４中符号１５Ｃはミラーであり、他の構成は前記第１実施形態と同一であるため、同一の構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

なお、前記各実施形態によれば、半導体光源としてＬＥＤ１１を使用した場合について説明したが、レーザダイオード等を光源として使用しても良い。

また、高熱伝導性の伝熱部材１８としては、以下の各種材料の熱伝導率（単位は、Ｗ／ｍ・Ｋ）のものを使用しても良い。

すなわち、金属系としては、アルミ（１７０）、銅（３８０）、アルミダイキャスト（９２）、マグネシウムダイキャスト（７２）等を用い、セラミック系としては、アルミナ（２０）、窒化アルミ（１７０）等を用いる。

特に、前記第３実施形態では、ケース１８Ｂとして、２つのダイキャストか窒化アルミが最適であり、また、前記第４実施形態のＬＥＤ１１と反射型空間変調素子１７を背中合わせに取り付けるタイプでは、熱伝導率が下限の２０であるアルミナでも十分効果が得られる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 投射型表示装置
１１ ＬＥＤ（半導体光源）
１３ ヒートシンク（放熱部材）
１７ 反射型空間変調素子
１８，１８Ａ 伝熱部材
１８Ｂ ケース（伝熱部材）
１９ ベース（伝熱部材）

Claims (4)

1. 半導体光源と反射型空間変調素子を備えた投射型表示装置において、
   前記半導体光源の発熱を前記反射型空間変調素子へ伝導させる伝熱部材を備え、この伝熱部材により前記反射型空間変調素子を前記半導体光源の発熱で加熱するようにしたことを特徴とする投射型表示装置。
2. 請求項１記載の投射型表示装置であって、
   前記伝熱部材を前記半導体光源の放熱部材と一体に形成したことを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項１記載の投射型表示装置であって、
   前記伝熱部材として装置のケースを兼用したことを特徴とする投射型表示装置。
4. 請求項１記載の投射型表示装置であって、
   前記半導体光源と前記反射型空間変調素子を前記伝熱部材を介して背中合わせになるように配置したことを特徴とする投射型表示装置。

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