JP2014149369A - 投写型表示装置 - Google Patents

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Keiji Nakamura
恵司 中村
Manabu Okagaki
覚 岡垣
Shota Nakahara
彰太 中原
Atsushi Michimori
厚司 道盛
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Mitsubishi Electric Corp
三菱電機株式会社
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Abstract

【課題】 小形で放熱性能が良好な投写型表示装置を得る。
【解決手段】 投写型表示装置100は、光源121、筐体103、光源放熱部材104及びカバープレート107を備える。光源121は、投写光となる光を出射する。筐体103は、光源121を保持する。光源放熱部材104は、光源121が発した熱を吸収して放熱する。カバープレート107は、筐体103に設けられた開口部103bを塞ぐとともに、筐体103の外面に沿うように接して取り付けられる。光源121は、開口部103bを通してカバープレート107に熱的に接し、光源放熱部材104は、カバープレート107上の光源121の熱的な接触位置の裏面側に配置される。
【選択図】 図2

Description

本発明は投写型表示装置に関するものである。

従来、照明光学系から出射される光をスクリーン上に投写する投写光学系を有する投写型表示装置が知られている(例えば、特許文献1)。照明光学系は、例えばLED(Light Emitting Diode)などの光源と、光源から出射された光を変調する光変調素子とを有する。投写光学系は、例えば照明光学系からの変調光をスクリーンに投写するための投写レンズなどを有する。投写型表示装置は、光源と光変調素子などの熱源を冷却するヒートシンクなどの冷却ユニットを備える。特許文献1の例では、ヒートシンクは赤色、緑色及び青色の各光源の近くに配されており、各光源は光合成部を中心として十字の方向に配されている。なお、「十字」とは、2本の線分が90度で交差する形状である。吸気口から吸気された冷却風は、各ヒートシンクを冷却することにより各光源などの熱源から熱を奪う。吸気口から吸気された冷却風は、投写型表示装置内の外周全体を流通しながら複数のヒートシンクを冷却する。また、冷却風は、吸気口から離れた位置に存在する排気口より排気される。

また、発光型表示器を用いた車両用ヘッドアップディスプレイ装置が知られている(例えば、特許文献2)。車両用の表示装置は、例えば85℃といった高温の環境で、発光型表示器などのデバイスが自己の発熱による性能低下、寿命劣化又は誤動作などを引き起こさず、デバイスを正常に動作できる温度まで冷却することが必要である。さらに、車両に搭載される表示装置は、車両の移動時に発生する振動や衝撃によって筐体が変形して、発光型表示器と投写部との位置関係が変化するおそれがある。これらの位置関係の変化により、表示される画像の位置ずれが生じる。このため、表示装置の筐体には高い剛性が求められる。特許文献2では、ヒートシンクが筐体に配置された発光型表示器のLED光源に接して設けられて、LED光源を冷却する。筐体は、放熱性を高めるためにヒートシンクを露出させる開口部を有している。さらに、筐体には開口部のために低下した剛性を補強するために、開口部を跨ぐように形成された補強手段を有している。

特開2005−257873号公報(段落0032〜0036、図1) 特開2007−225842号公報(段落0015〜0017、図1)

しかしながら、特許文献2のように筐体の開口部を跨ぐ補強手段をヒートシンクの外側に形成すると、装置の奥行きが長くなって大型化するという問題点がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、小形で放熱性能が良好な投写型表示装置を得ることを目的とする。

上述の課題を解決し、目的を達成する本発明に係わる投写型表示装置は、投写光となる光を出射する光源と、光源を保持する筐体と、光源が発した第1の熱を吸収して放熱する光源放熱部材と、筐体に設けられた第1の開口部を塞ぐとともに、筐体の外面に沿うように接して取り付けられるカバープレートとを備え、光源は、第1の開口部を通してカバープレートに熱的に接し、光源放熱部材は、カバープレート上の光源の熱的な接触位置の裏面側に配置される。

本発明に係る投写型表示装置によれば、小形で放熱性能が良好な投写型表示装置を得ることができる。

本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置の前方斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置の後方斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置の三面図である。 本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置を前方からみた分解斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置を後方からみた分解斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置のカバープレートの斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置のカバープレートの斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置の照明光学ユニットの斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置の基板の斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置の光変調素子放熱部材を固定した照明光学ユニットの斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置の一部の分解斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置の一部の分解斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る投写型表示装置の後方斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る投写型表示装置のカバープレートの斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る投写型表示装置のカバープレートの斜視図である。

実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図に基づいて説明する。図1は本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置100の前方斜視図であり、図2は投写型表示装置100の後方斜視図であり、図3は投写型表示装置100の三面図である。図4は、本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置100を前方からみた分解斜視図であり、図5は後方からみた分解斜視図である。

投写型表示装置100は、図1から図3における構成要素の他に、投写光学ユニット109、背面ミラー110及びミラーカバー111を有することができる。図6は本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置100のカバープレート107の斜視図である。図7は本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置100のカバープレート107の斜視図である。図8は本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置100の照明光学ユニット108の斜視図である。図9は本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置100の基板112の斜視図である。図10は本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置100の光変調素子放熱部材105を固定した照明光学ユニット108の斜視図である。図11は本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置100の一部の分解斜視図である。図12は本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置100の一部の分解斜視図である。また、各図中にxyz直交座標の座標軸を示す。以下の説明において、投写型表示装置100の前方を+x軸方向とし、後方を−x軸方向とする。前方を向いて左側を+y軸方向とし、右側を−y軸方向とする。投写型表示装置100の上方向(空の方向)を+z軸方向とし、投写型表示装置100の下方向(地面の方向)を−z軸方向とする。ここで、「前方」とは、投写型表示装置100から投写光が出射される方向である。

本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置100は、光源121、筐体103、光源放熱部材104及びカバープレート107を有する。また、投写型表示装置100は、照明光学ユニット108及び光変調素子放熱部材105を有することができる。また、投写型表示装置100は、スクリーン101、スクリーンホルダ102、冷却ファン106、投写光学ユニット109、背面ミラー110、ミラーカバー111、基板112、キャビネット113及び基板114を有することができる。図2に示すように、光源放熱部材104は放熱フィンである。また、光変調素子放熱部材105も放熱フィンである。

なお、スクリーンの形状は、凹面にかぎらず凸面や凹面に一部凸部を設けるなど種々の形状が提案されている。スクリーンホルダ102は、接着又はビス等を用いてスクリーン101を固定して保持している。筐体103は、スクリーンホルダ102、照明光学ユニット108、投写光学ユニット109及び背面ミラー110を固定して保持する。

照明光学ユニット108は、光源121、不図示のコリメートレンズ、ダイクロイックミラーなどのレンズ、ミラー、プリズム類及び光変調素子であるDMD(Digital Mirror Device:登録商標)115を有することができる。ここで、「不図示」とは、図面上に示していないことである。これらの部品は矩形状のキャビネットに配置され、接着などの方法で固定されている。

光源121は赤色、青色及び緑色の3色の光を出射する3つのLED(Light Emitting Diode)116を備えている。これにより、光源121から波長の異なる3つのLED116の光が出射される。光源121は、投写光となる光を出射する。3つのLED116は、それぞれアルミニウムなどの金属製の基板112に実装され、照明光学ユニット108のキャビネットの側面に並んで不図示のビス等で固定されている。

光源121から出射されたLED116の光は、照明光学ユニット108を通過して、DMD115に入射する。照明光学ユニット108は、レンズ、ミラー及びプリズム類を有している。

照明光学ユニット108から出射した光は、DMD115で映像光に変換されて反射する。反射された映像光は、投写光学ユニット109の投写レンズ群を通して背面ミラー110に拡大して投写される。背面ミラー110は、入射した映像光をスクリーン101に反射し、スクリーン101上に画像を表示する。「映像光」とは、画像情報を有する光のことである。

DMD115は、ガラスエポキシ製などの基板114と電気的に接続されている。また、DMD115は、照明光学ユニット108のキャビネット113の光源121の配置されている側とは異なる側面に基板114を介して不図示のビス等で固定されている。DMD115は、複数の微小ミラーを備えている。複数の微小ミラーは、可動式である。DMD115は、外部から入力された画像信号に基づいて各微小ミラーの角度を変更する。これにより、入射したLED116の光は、投写光学ユニット109へ反射するか否かを切り替えられる。微小ミラーの角度の変更により、光のスクリーン101への投写又は不投写が切り替えられ、光は映像情報を有する「映像光」となる。

投写光学ユニット109は、不図示の投写レンズ群を備えている。投写レンズ群は円筒状の鏡筒に配置され、熱かしめ等の方法で固定されている。投写光学ユニット109の鏡筒は、照明光学ユニット108のキャビネットのDMD115の配置されている側とは異なる側面に不図示のビス等で固定されている。

筐体103は、ガラス繊維などの強化剤で強化されたポリカーボネート又はポリプロピレンなどの樹脂製である。または、筐体103は、アルミニウム又はマグネシウムなどの金属製とすることができる。照明光学ユニット108は、筐体103に保持されている。また、光源121は、照明光学ユニット108に取り付けられている。つまり、筐体103は、光源121を保持している。

筐体103の前方(+x軸方向)には開口部103aが設けられている。また、筐体103の後方(−x軸方向)の面には開口部103bが設けられている。筐体103の後方下部には筐体103の後方(−x軸方向)の面に対して45度の斜面103cが配置されている。斜面103cには、開口部103dが設けられている。前方の開口部103aには、スクリーンホルダ102が位置決めされ、不図示のビス等で固定されている。また、斜面103cの開口部103dの後方(−x軸方向)には背面ミラー110が配置され、ミラーカバー111によって不図示のビス等で固定されている。

光源放熱部材104は、光源121が発した熱を吸熱して放熱するアルミニウムなどの金属製である。「吸熱」とは、例えば熱伝導などにより熱を吸収することである。光源放熱部材104の一方の面は平面であり、もう一方の面には上下方向に伸びる多数のフィンが形成されている。つまり、実施の形態1では、光源放熱部材104として放熱フィンを採用している。ここで、「上下方向」とは、「上方向」が空の方向で+z軸方向であり、「下方向」が地面の方向で−z軸方向であるから、地面に対して垂直な方向である。なお、地面とは、傾斜のない平地と仮定している。フィンが上下方向に伸びているため、フィンに伝わった熱は、フィンの表面から放熱され、フィンの隙間に沿って速やかに上方向に放出される。

光変調素子放熱部材105は、DMD115が発した熱を吸熱するアルミニウムなどの金属製である。光変調素子放熱部材105の一方の面は、平面であり、その面には一部突起が形成されている。また、光変調素子放熱部材105のもう一方の面には、上下方向に伸びる多数のフィンが形成されている。つまり、実施の形態1では、光変調素子放熱部材105として放熱フィンを採用している。冷却ファン106は、光変調素子放熱部材105のフィン部に冷却風を送る。

光変調素子放熱部材105は、筐体103の内側に配置されている。光変調素子放熱部材105の配置された筐体103の上面には、放熱用の開口部が設けられている。また、光変調素子放熱部材105の下側に配置された冷却ファン106に対応する筐体103の側面には、吸気用の開口部が設けられている。光変調素子放熱部材105に設けられたフィンは、筐体103の側面で覆われている。つまり、筐体103の側面は、フィンの風路を形成している。これにより、冷却ファン106の吸いこんだ風は、空気中に広がることなく、フィンの間を通り、筐体103の上面に設けられた放熱用の開口部から外部に放出される。つまり、効率の良い放熱を実現することができる。

カバープレート107は、ステンレスなどの金属製である。カバープレート107は、板金加工などの方法で製作されており、上面107c、二つの側面107g,107f及び後面107dの四面を有する。上面107cは、上方(+z軸方向)の面である。二つの側面107g,107fのうち、側面107は左方(+y軸)の側面であり、側面107fは、右方(−y軸)の側面である。後面107dは、後方(−x軸方向)の面である。

カバープレート107の上面107cには、ビード加工107aが施されている。そのため、上面107cの曲げ及びねじりに対する強度が高く、外力が働いてもカバープレート107が変形しにくくなっている。カバープレート107の側面107gにはスリット107bが設けられている。スリット107bにより、照明光学ユニット108と光変調素子放熱部材105の突起部105aとは、カバープレート107により遮られることなく接触している。また、基板114には、開口部が設けられている。この開口部を通して、突起部105aは、DMD115に直接的に接している。

つまり、光変調素子放熱部材105は、光変調素子115(DMD)が発した熱を吸収して放熱する。光変調素子放熱部材105は、光変調素子115(DMD)に接する突起部105aを有している。突起部105aは、カバープレート107に設けられたスリット107b(開口部)を通して光変調素子115(DMD)に接するとともに、スリット107b(開口部)の周辺は光変調素子115(DMD)に接することで、光変調素子115(DMD)の発した熱は、光変調素子放熱部材105及びカバープレート107に伝わり放熱される。

光源121は、照明光学ユニット108に取り付けられている。光源121は、開口部103bを通してカバープレート107に熱的に接している。光源放熱部材104は、カバープレート107上の光源121の接触位置の裏面側に位置してカバープレート107に接している。光源121が発した熱は、カバープレート107及び光源放熱部材104に伝わり放熱される。「熱的に接している」とは、熱が伝導できるように繋がっていることであり、直接的に接している必要はない。つまり、光源121は、光源121の実装された基板112を介してカバープレート107に接している。このため、光源121は、直接的にカバープレート107に接していない。しかし、光源121の発した熱は、基板112を介してカバープレート107に熱伝導により伝わる。

カバープレート107は、筐体103の外面に沿うように接して筐体103に設けられた開口部103bを塞いで取り付けられている。ここで、「沿うように」とは、開口部103bを有する筐体103の面の外側と、カバープレート107の後面107dとが面の全体で接していることである。つまり、後面107dの一部が筐体103の外面に接している状態では無く、後面107dの大部分が筐体103の外面に接している状態を示している。ここで、「外面」とは、「面の外側」のことである。

光源121で発生した熱は、基板112を通してカバープレート107に伝わる。基板112からカバープレート107に伝わった熱は、カバープレート107の表面に拡散する。そして、熱は投写型表示装置100の外部に放熱される。さらに熱は、カバープレート107から光源放熱部材104に伝わる。そして、熱は上下方向に伸びるフィンから投写型表示装置100の外部に放熱される。このように、実施の形態1に係る投写型表示装置100は、カバープレート107と光源放熱部材104との両方から放熱できる。そのため、投写型表示装置100は、全体の放熱面積が増え、光源放熱部材104の形状を小形、軽量化することができる。

なお、カバープレート107の面107eは、基板112と接触している。面107eは、後面107dの内側の面である。基板112は、照明光学ユニット108の光源121を実装している。また、熱伝導部材は、金属フィラを含む樹脂剤又はシリコン樹脂など熱伝導率が高い材料である。同様にカバープレート107の後面(面107d)は、光源放熱部材104の平面と金属フィラを含む樹脂剤やシリコン樹脂など熱伝導率が高い熱伝導部材をはさみ接触する構成にしてもよい。

光変調素子放熱部材105は、平面側がカバープレート107の側面107gと接触し、その突起部105aがDMD115と接触するように、不図示のビス等で照明光学ユニット108に固定されている。

DMD115で発生した熱は、突起部105aを通して光変調素子放熱部材105に伝わる。光変調素子放熱部材105に突起部105aを通して伝わった熱は、上下方向に伸びるフィンから投写型表示装置100の外部に放熱される。また、DMD115で発生した熱は、カバープレート107の表面に拡散する。このように、実施の形態1に係る投写型表示装置100は、カバープレート107と光変調素子放熱部材105との両方から放熱できるため全体の放熱面積が増え、光変調素子放熱部材105の形状を小形、軽量化することができる。

DMD115と光変調素子放熱部材105とが接触する部分(突起部105a)には、金属フィラを含む樹脂剤やシリコン樹脂など熱伝導率が高い熱伝導部材を挟んで接触する構成にしてもよい。同様に、カバープレート107の側面107gと光変調素子放熱部材105の平面とが接触する部分には、金属フィラを含む樹脂剤やシリコン樹脂など熱伝導率が高い熱伝導部材を挟んで接触する構成にしてもよい。

冷却ファン106を動作させて冷却風を光変調素子放熱部材105のフィンに送風すると、DMD115の放熱がより多く行われる。ここで、周囲温度が規定された温度以上に上昇したときに限り冷却ファン106を動作させるようにすると、通常時の電力の消費量が少なくなる効果がある。また、騒音の問題を軽減できるという効果がある。

カバープレート107の面107eは、開口部103bを覆うように筐体103の後方(−x軸方向)の面に固定されている。カバープレート107の面107eは、筐体103の後方(−x軸方向)の面に不図示のビス等で固定されている。また、カバープレート107の二つの側面(面107f、面107g)は、筐体103の対応する側面に不図示のビス等で固定されている。さらにカバープレート107の上面(面107c)は、筐体103の上方(+z軸方向)の面に不図示のビス等で固定されている。

このように、カバープレート107の四面は、後面107dが筐体103の後方(−x軸方向)の面の穴103aを塞ぐとともに、筐体103の上面、二つの側面及び後面の四面を覆うように筐体103に固定されている。これにより、筐体103は、その剛性を高くすることができる。また、筐体103に穴部を覆う補強部を設ける必要がなく、投写型表示装置100の全体の剛性を高くすることができる。

また、上述したように光源放熱部材104と光変調素子放熱部材105とを小形、軽量化できるので、投写型表示装置100を小形、軽量化でき、筐体の剛性アップと合わせて、投写型表示装置100の全体の剛性をさらに高くすることができる。

また、照明光学ユニット108と投写光学ユニット109とは、カバープレート107を挟んで光源放熱部材104に固定されているため、位置関係が変化することがない。光源放熱部材104は、アルミニウムなどの金属で作製されているので、剛性が高い。

これらの結果、大きな振動や衝撃が投写型表示装置100に加わっても照明光学ユニット108、投写光学ユニット109及びスクリーン101の位置の関係が変化することを抑制でき、投影された画像の位置の変化を抑えられる。

なお、カバープレート107を筐体103にビスで固定するようにしたが、接着など他の方法で固定してもよい。

実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2を図に基づいて説明する。図13は本発明の実施の形態2に係る投写型表示装置110の後方斜視図である。図14はカバープレートの斜視図である。図15はカバープレートの斜視図である。図13〜図15において、図1〜図12と同一または対応する構成要素については同一符号を付し、説明を省略する。同一または対応する構成要素は、スクリーンホルダ102、筐体103、光源放熱部材104及び光変調素子放熱部材105である。

実施の形態2は、実施の形態1のカバープレート107の代わりに、側面107fにフィン形状207bを設けカバープレート207を採用している。側面107fは、カバープレート107の側面107fに対応する側面である。これにより、投写型表示装置110は、光源放熱部材104、光変調素子放熱部材105及び側面107fのフィン形状207bの3つの放熱フィンを持つことになる。

カバープレート207は、ステンレスなどの金属製である。カバープレート207は、板金加工などの方法で製作されており、上面207c、二つの側面207f,207g及び後面207dの四面を有している。上面207cは、上方(+z軸方向)の面である。側面207gは、左方(+y軸方向)の側面である。側面207fは、右方(−y軸方向)の側面である。後面207dは、後方(−x軸方向)の面である。カバープレート207の面207eは、後面207dの内側の面である。

カバープレート207の上面207cにはビード加工207aが施されており、面の曲げ及びねじりに対する強度を高くして外力が働いても変形しにくくなっている。カバープレート207の側面207gにはスリット(開口部)が設けられており、もう一方の側面207fには上下方向に伸びるフィン形状が形成されている。

カバープレート207は、実施の形態1のカバープレート107と同様に、筐体103の後面の開口部103aを塞ぎ、上面、二つの側面及び後面の四面を覆うように筐体103に不図示のビス等で固定される。また、光源放熱部材104は、光源放熱部材104の平面の部分がカバープレート207に接触するように不図示のビス等でカバープレート207に固定される。

また、光変調素子放熱部材105は、光変調素子放熱部材105の平面の部分がカバープレート207に接触するように不図示のビス等でカバープレート207に固定される。光変調素子放熱部材105の平面の部分は、突起部105a以外の部分である。なお、突起部105aは、DMD115に接している。この構成により、筐体103に補強部を設ける等、大型化することなく剛性を著しく高くすることができる。

さらに、カバープレートの側面にフィン形状を設けたことにより表面積が大きくなって光源121及びDMD115の発熱をより有効に放熱することができる。よって、光源放熱部材104と光変調素子放熱部材105とをさらに小形化でき、そして、軽量化できる。また、投写型表示装置100を小形でき、そして、軽量化することができる。その結果、投写型表示装置100の全体の剛性を高くすることができる。また、大きな振動や衝撃が投写型表示装置に加わっても照明光学ユニット108、投写光学ユニット109及びスクリーン101の位置の関係が変化することを抑制でき、投影された画像の位置の変化を抑えられる。

100,110 投写型表示装置、101 スクリーン、 102 スクリーンホルダ、 103 筐体、 104 光源放熱部材、 105 光変調素子放熱部材、 106 冷却ファン、 107 カバープレート、 108 照明光学ユニット、 109 投写光学ユニット、 110 背面ミラー、 111 ミラーカバー、 112 基板、 113 キャビネット、 114 基板、 115 DMD、 116 LED、121 光源、 207 カバープレート。

Claims (2)

  1. 投写光となる光を出射する光源と、
    前記光源を保持する筐体と、
    前記光源が発した第1の熱を吸収して放熱する光源放熱部材と、
    前記筐体に設けられた第1の開口部を塞ぐとともに、前記筐体の外面に沿うように接して取り付けられるカバープレートとを備え、
    前記光源は、前記第1の開口部を通して前記カバープレートに熱的に接し、
    前記光源放熱部材は、前記カバープレート上の前記光源の熱的な接触位置の裏面側に配置される投写型表示装置。
  2. 前記光を入射して外部から入力された画像信号に基づいて前記光を変調する光変調素子を含む照明光学ユニットと、
    前記光変調素子が発した第2の熱を吸収して放熱する光変調素子放熱部材とをさらに備え、
    前記照明光学ユニットは、前記筐体に保持され、
    前記光変調素子放熱部材は、前記光変調素子に接する突起部を有し、
    前記突起部は、前記カバープレートに設けられた第2の開口部を通して前記光変調素子に接するとともに、前記第2の開口部の周辺は前記光変調素子に接する請求項1に記載の投写型表示装置。
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