JP2015031769A - 電気光学装置および投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示素子に対する冷却性能を損なうことなく、表示素子を安定して保持する電気光学装置、および、それを用いた投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】電気光学装置６００は、光を空間変調して映像光を生成すＤＭＤ６０と、表示素子を保持する保持金具６０２と、表示素子からの熱を放熱する放熱板６２２と、不要光の入射を遮る遮光板６３０と、を備えるものである。この電気光学装置は、ＤＭＤと保持金具とが接触する第１接触部と、ＤＭＤと放熱板とが接触する第２接触部と、ＤＭＤと遮光板とが接触する第３接触部と、を有しており、第１接触部の熱伝導度が、第２接触部および第３接触部の熱伝導度より低い。
【選択図】 図５

Description

本開示は、映像入力信号に応じて光を変調する電気光学装置に関する。また、この電気光学装置にて生成された映像光を投写光学系によってスクリーンに映像を投写する投写型映像表示装置に関する。

一般的に、プロジェクタなどの投写型映像表示装置は、光源からの光を映像光に変調して表示するために、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル、デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、ＤＭＤと省略する。）などの表示素子を用いる。

投写型映像表示装置において、表示素子の保持位置が規定の位置からずれると、投写される映像に色ムラや輝度ムラが生じる。すなわち、投写型映像表示装置を使用する場所の環境温度や投写型映像表示装置の経時変化に関わらず、表示素子を安定して保持することが求められる。

このような課題を解決するために、表示素子を収容する保持部材と、表示素子の入射面とは反対側に設けられた放熱部材と、保持部材及び表示素子に接するように設けられた遮光板とを備えることにより、表示素子の周囲において応力が生じることを抑制し、色ムラを改善する電気光学装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−１６４２４８号公報

従来の光源装置では、遮光板で受けた入射光による発熱や表示素子自体の発熱が保持部材に伝わることにより、保持部材が膨張し、表示素子の保持位置がずれてしまうという課題がある。

特に、３枚の表示素子と、白色光を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）に分離・合成するプリズムとを用いる３ｃｈｉｐ方式の投写型映像表示装置においては、３色の映像光を重ね合わせるため、３枚の表示素子の相対的な位置のずれによって、色ムラが生じやすい。また、投写型映像表示装置の高輝度化に伴って、表示素子の周囲で発生する熱量が増大し、表示素子の保持位置のずれ量はより大きなものとなってきている。

本開示は、上述した課題を解決するためのものであり、表示素子に対する冷却性能を損なうことなく、表示素子を安定して保持する電気光学装置、および、それを用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

本開示に係る電気光学装置（例えば、電気光学装置６００）は、光を空間変調して映像光を生成する表示素子（例えば、ＤＭＤ６０）と、表示素子を保持する保持部材（例えば、保持金具６０２）と、表示素子に接続され、表示素子からの熱を放熱する放熱部材（例えば、放熱板６２２）と、光が表示素子に入射する面に設けられ、不要光の入射を遮る遮光部材（例えば、遮光板６３０）と、を備えるものである。この電気光学装置は、表示素子と保持部材とが接触する第１接触部と、表示素子と放熱部材とが接触する第２接触部と、表示素子と遮光部材とが接触する第３接触部と、を有する。そして、第１接触部の熱伝導度が、第２接触部および第３接触部の熱伝導度より低いことを要旨とする。

これにより、表示素子や遮光部材から発生した熱は、保持部材には移動しにくく、放熱部材へ移動しやすい。したがって、保持部材の熱膨張を抑制することができ、表示素子を安定して保持することができる。

上記の電気光学装置において、第２接触部および第３接触部には、熱伝導率の高い材料を介在させるとよい。また、保持部材と遮光部材とが接触する第４接触部をさらに有しており、第４接続部の熱伝導度が、第３接触部の熱伝導度より低いとなおよい。

これにより、表示素子、遮光部材および放熱部材の間での熱の移動が容易であり、表示素子への冷却性能は向上する。加えて、保持部材へは遮光部材からの熱の移動も抑制されるので、保持部材の熱膨張をさらに抑制できる。

本開示に係る投写型映像表示装置（例えば、投写型映像表示装置１００）は、光源部（例えば、光源部１０）と、映像光を生成する映像生成部（例えば、映像生成部５０）と、光源部からの光を映像生成部へ導く導光光学系（例えば、導光光学系７０）と、映像生成部で生成された映像光を投写する投写光学系（例えば、投写光学系８０）と、を備えるものである。この映像生成部は、光を空間変調して映像光を生成する表示素子（例えば、ＤＭＤ６０）と、表示素子を保持する保持部材（例えば、保持金具６０２）と、表示素子に接続され、表示素子からの熱を放熱する放熱部材（例えば、放熱板６２２）と、光が表示素子に入射する面に設けられ、不要光の入射を遮る遮光部材（例えば、遮光板６３０）と、を備えている。

この映像生成部は、表示素子と保持部材とが接触する第１接触部と、表示素子と放熱部材とが接触する第２接触部と、表示素子と前記遮光部材とが接触する第３接触部と、を有する。そして、第１接触部の熱伝導度が、第２接触部および第３接触部の熱伝導度より低いことを要旨とする。

これにより、表示素子を安定して保持することができ、投写型映像表示装置の色ムラを改善することができる。

本開示によれば、表示素子を安定して保持する電気光学装置を提供できる。また、この電気光学装置を用いることにより、色ムラを改善した投写型映像表示装置を提供できる。

本開示に係る投写型映像表示装置の外観斜視図である。 本開示に係る投写型映像表示装置の構成を説明するブロック図である。 本開示に係る投写型映像表示装置の光学構成を説明する模式図である。 本開示に係る電気光学装置の構成を説明する（ａ）正面図と（ｂ）側面図である。 本開示に係る電気光学装置の構成を説明する断面図である。 本開示に係る電気光学装置の構成を説明する拡大図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
（投写型映像表示装置の構成）
投写型映像表示装置１００の構成について図１および図２を用いて説明する。図１は、投写型映像表示装置１００の外観斜視図である。図１に示すように、投写型映像表示装置１００は、映像入力信号に応じて生成した映像光をスクリーン５００へ投写する。

図２は、投写型映像表示装置１００の構成を示すブロック図である。投写型映像表示装置１００は、光源部１０と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部５０と、光源部１０からの光を映像生成部５０へ導く導光光学系７０と、生成された映像光をスクリーン５００へ投写する投写光学系８０と、光源部１０や映像生成部５０などの制御を行う制御部９０とを有する。

詳細は後述するが、本開示の光源部１０は、半導体レーザ１２を有しており、半導体レーザ１２からの光を励起光として、蛍光体を発光させる。導光光学系７０は、各種レンズ、ミラーあるいはロッドなどの光学部材から構成され、光源部１０から出射した光を映像生成部５０へ導く。映像生成部５０は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、ＤＭＤと省略する）や液晶パネルなどの素子を用い、映像入力信号に応じて、光を空間変調し、映像光を生成する。投写光学系８０は、レンズやミラーなどの光学部材から構成され、空間変調された光を拡大して投写する。
（投写型映像表示装置の光学構成）
図３は、３つのＤＭＤを用いた投写型映像表示装置１００の光学構成を説明する模式図である。

光源部１０は、複数個の青色の半導体レーザ１２と、複数個の半導体レーザ１２を搭載した一枚の放熱板１４と、複数個の半導体レーザ１２のそれぞれに対応して配されたレンズ１６とを備えた光源ユニット１８を有する。光源ユニット１８の裏面にはヒートシンク２０が配されており、光源ユニット１８から出射した光は、レンズ２２、２４、拡散板２６によって、平行光化されると共に干渉性が低減される。

拡散板２６を透過した後、ダイクロイックミラー２８に入射した光は、蛍光体によって緑色（Ｇ）および赤色（Ｒ）の色光を生成するのに利用する光と、青色（Ｂ）としてそのまま利用する光とに分離される。ダイクロイックミラー２８のカットオフ波長は、半導体レーザ１２から出射するＢ光の波長近傍に設定される。ダイクロイックミラー２８は、半導体レーザ１２から出射する光の偏光方向の成分比によって、所望の比率で反射する光と透過する光とに分離する。

ダイクロイックミラー２８を反射した光（主に、Ｂ光のＳ偏光成分）は、コンデンサレンズ３０を介して、蛍光体ホイール３２に照射される。蛍光体ホイール３２は、表面に蛍光体層３４が形成されたアルミニウム基板３６とモータ３８から構成される。Ｂ光を励起光として蛍光体層３４にて黄色（Ｙｅ）に変換された光は、アルミニウム基板３６によって、ダイクロイックミラー２８側へ反射される。コンデンサレンズ３０は、蛍光体ホイール３２に入射するＢ光を集光すると共に蛍光体ホイール３２から出射するＹｅ光を平行光化する機能を有する。Ｙｅ光は、ダイクロイックミラー２８を透過する。

ダイクロイックミラー２８を透過した光（主に、Ｂ光のＰ偏光成分）は、１／４波長板４０およびコンデンサレンズ４２を介して、拡散反射板４４に照射される。１／４波長板４０は、Ｐ偏光のＢ光を円偏光に変換する機能を有する。拡散反射板４４に入射した光は、さらに干渉性を低減され、ダイクロイックミラー２８側へ反射される。コンデンサレンズ４２は、拡散反射板４４に入射するＢ光を集光すると共に拡散反射板４４から出射するＹｅ光を平行光化する機能を有する。１／４波長板４０は、ダイクロイックミラー２８側へ反射された円偏光の光をＳ偏光に変換する機能を有する。Ｓ偏光に変換されたＢ光は、ダイクロイックミラー２８を反射する。ダイクロイックミラー２８に再度入射したＹｅ光とＢ光は合成され、光源部１０からは白色光が出射する。

光源部１０から出射した白色光は、集光レンズ７２に入射し、ロッド７４へ集光する。ロッド７４に入射した光は、ロッド内部で複数回反射することによって、光強度分布が均一化されて出射する。ロッド７４から出射した光は、リレーレンズ７６によって集光され、ミラー７８で反射した後、フィールドレンズ５２を透過し、全反射プリズム５４に入射する。

全反射プリズム５４は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層を形成している。空気層は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ５２を介して、全反射プリズム５４に入射した光は、全反射面Ｓで反射されて、カラープリズム５６に入射する。

カラープリズム５６は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には、青反射のダイクロイックミラー面ＤＭ_Bと赤反射のダイクロイックミラー面ＤＭ_Rが形成されている。カラープリズム５６に入射した光は、青反射のダイクロイックミラー面ＤＭ_Bと赤反射のダイクロイックミラー面ＤＭ_Rとによって、Ｂ光、Ｒ光およびＧ光に分離される。ダイクロイックミラー面ＤＭ_Rのカットオフ波長は、光源部１０で生成されたＹｅ光の波長帯域の中で、Ｒ光とＧ光とが所望の光量比となるように設定される。Ｂ光、Ｒ光およびＧ光はそれぞれＤＭＤ５８、６０、６２に入射する。ＤＭＤ５８、６０、６２は、映像入力信号に応じて、マイクロミラー（不図示）を偏向させ、投写光学系８０に入射する光（映像光）と、投写光学系８０の有効領域外へ進む光（不要光）とに変調し、映像光を生成する。

生成された映像光は、再度、カラープリズム５６を透過する。カラープリズム５６を透過する過程で、分離されたＢ光、Ｒ光およびＧ光は合成され、全反射プリズム５４に入射する。全反射プリズム５４に入射した光は、全反射面Ｓに臨界角以下で入射するため、透過して、投写光学系８０に入射する。このようにして、映像光が、スクリーン５００上に投写される。

光源部１０は、複数の固体光源（半導体レーザ１２）で構成され、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射するため、長寿命で、高輝度な投写型映像表示装置１００を実現できる。また、映像生成部５０にはＤＭＤ５８、６０、６２を用いているため、液晶パネルに比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型映像表示装置１００が構成できる。さらに、３つＤＭＤを用いているため、色再現が良好で、明るく高精細な投写映像を得ることができる。
（電気光学装置の構成）
ＤＭＤを含む電気光学装置の構成について図４〜図６を用いて説明する。図４は、ＤＭＤ６０を含む電気光学装置６００の構成を説明する模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。ここでは、ＤＭＤ６０を用いて説明するが、ＤＭＤ５８、６２を含む電気光学装置も同様の構成である。

ＤＭＤ６０は、保持金具６０２とＤＭＤソケット６０４とによって挟み込まれており、保持金具６０２とＤＭＤソケット６０４とを、ビス６０６、６０８、６１０、６１２でネジ止めすることによって保持される。保持金具６０２は、カラープリズム５６に接着固定されたプリズム金具（不図示）と、位置調整孔６１４、６１６、６１８、６２０を介して接続され、カラープリズム５６とＤＭＤ６０とは規定の位置関係で保持される。

ＤＭＤ６０のマイクロミラー（不図示）の間の空隙から入射し、反射されない光がＤＭＤ６０の基板に吸収されることにより、ＤＭＤ６０は大きな熱を生じる。そこで、ＤＭＤソケット６０４の裏面には、複数枚のプレートからなる放熱板６２２が設けられる。放熱板６２２は、放熱板保持プレート６２４を介して、ＤＭＤ６０と接触するように保持され、ビス６２６、６２８など４つのビスでネジ止めすることによって保持される。

ＤＭＤ５８、６０、６２からの不要光などは、カラープリズム５６の中で反射を繰り返し、迷光となって再び入射する。この迷光はコントラストの低下や、色むらの原因となる。そこで、ＤＭＤ６０の表面（入出射面）には、遮光板６３０が設けられ、不要光の入射を抑制する。遮光板６３０は、反射を抑えるため、表面は黒色の酸化膜で覆われており、ＤＭＤ６０の周囲（有効表示領域外）に照射される不要光を吸収する。遮光板６３０は、ビス６３２、６３４によって保持金具６０２にネジ止めされており、ビス６３２、６３４には、他の部材に熱を伝えないように、断熱ビスを用いることが望ましい。

図５は図４のＡ−Ａ’断面における断面図であり、図６は図５の領域Ｐにおける拡大図である。図６に示すように、ＤＭＤ６０と保持金具６０２との接触部分では、部材を構成する金属加工の精度（表面粗さ）により、接触点６３６と空気層６３８を有しており、空気層６３８が大半を占めている。この空気層６３８は、熱伝導率が低い（０．００２７Ｗ／ｍ・Ｋ）ため、ＤＭＤ６０から保持金具６０２への熱の流入を防ぎ、保持金具６０２の熱膨張を抑制している。

一方、ＤＭＤ６０と放熱板６２２との接触部分では、部材間の空気層を埋めるように、熱伝導性グリス６４０を塗布する。熱伝導性グリス６４０の熱伝導率は非常に高い（４．７Ｗ／ｍ・Ｋ）ので、ＤＭＤ６０から放熱板６２２へは、効率良く熱を移動させることができる。

ＤＭＤ６０と遮光板６３０との接触部分では、シリコーンを主成分とする放熱シート６４２を挿入する。放熱シート６４２は、熱伝導性が高い（２．１Ｗ／ｍ・Ｋ）ので、遮光板６３０からＤＭＤ６０へ、効率良く熱を移動させることができる上、ビス６３２、６３４によって、遮光板６３０がＤＭＤ６０を押え付けても、ＤＭＤ６０に傷つけることなく、保持することができる。加えて、ビス６３２、６３４には断熱ビスを用いるので、遮光板６３０で発生した熱が保持金具６０２へ移動することを抑制できる。

表１に、ＤＭＤ６０と周辺部材との熱伝導特性をまとめる。

表１に示すように、ＤＭＤ６０およびその周辺で発生した熱は、ＤＭＤ６０、放熱板６２２および遮光板６３０の間で移動し、保持金具６０２へは移動しにくい構成となっている。したがって、本開示の電気光学装置６００によれば、ＤＭＤ６０での発熱量が増加しても、保持金具６０２は熱膨張しにくく、ＤＭＤ６０を安定して保持することができる。

（作用・効果）
以上のように、本実施形態の電気光学装置６００は、ＤＭＤ６０（５８、６２）と保持金具６０２との接触部分の熱伝導度が、ＤＭＤ６０（５８、６２）と放熱板６２２との接触部分およびＤＭＤ６０（５８、６２）と遮光板６３０との接触部分の熱伝導度より低くなるように構成されている。

これにより、ＤＭＤ６０（５８、６２）や遮光板６３０から発生した熱は、保持金具６０２へ移動しにくく、放熱板６２２へ移動する。したがって、光源部１０から高いエネルギの光が映像生成部５０（電気光学装置６００）に照射され、ＤＭＤ６０（５８、６２）およびその周辺で大きな熱が発生する場合においても、ＤＭＤ６０（５８、６２）への冷却性能は損なわれることなく、ＤＭＤ６０（５８、６２）を安定して保持することができる。加えて、ＤＭＤ６０（５８、６２）を安定して保持できるので、色ムラの発生を抑制することができる。
（その他の適用）
以上のように、本開示における実装の例示として、一実施形態を説明した。しかしながら、本開示は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。

上述の実施形態では、光源部１０に複数の固体光源を用いているが、これに限定されるものではない。ＵＨＰランプなどのランプ光源を用いた投写型映像表示装置にも適用可能である。同様に、３ｃｈｉｐのＤＭＤの投写型映像表示装置を用いて説明したが、１ｃｈｉｐでもよく、反射型液晶パネルを用いた投写型映像表示装置でもよい。

上述の実施形態では、投写光学系８０は、複数のレンズから構成されるものを想定し、レンズとミラーからなる投写光学系でもよく、複数のミラーから構成される投写光学系でもよい。

上述の実施形態では、ＤＭＤ６０と放熱板６２２との接触面（第２接触部）に熱伝導性クリス、ＤＭＤ６０と遮光板６３０との接触面（第３接触部）に放熱シートを用いて説明したが、これに限定されるものではない。製造の観点から、第３接触部にはシートを貼付したが、熱伝導性グリスを用いてもよい。

上述の実施形態では、遮光板６３０と保持金具６０２との接触部分（第４接触部）には断熱ビスを用いて説明したが、強度が必要な場合には、金属製のビスとフッ素樹脂製のワッシャを用いてもよい。

以上のように、添付図面および詳細な説明によって、ベストモードと考える実施の形態を提供した。これは、特定の実施の形態を参照することにより、当業者に対して、特許請求の範囲に記載の主題を例証するために提供されるものである。したがって、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、上述の実施の形態に対して、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、表示素子を用いた投写型映像表示装置に適用できる。

１０ 光源部
１２ 半導体レーザ
１４ 放熱板
１６、２２、２４ レンズ
１８ 光源ユニット
２０ ヒートシンク
２６ 拡散板
２８ ダイクロイックミラー
３０ コンデンサレンズ
３２ 蛍光体ホイール
３４ 蛍光体層
３６ アルミニウム基板
３８ モータ
４０ １／４波長板
４２ コンデンサレンズ
４４ 拡散反射板
５０ 映像生成部
５２ フィールドレンズ
５４ 全反射プリズム
５６ カラープリズム
５８、６０、６２ ＤＭＤ
７０ 導光光学系
７２ 集光レンズ
７４ ロッド
７６ リレーレンズ
７８ ミラー
８０ 投写光学系
９０ 制御部
１００ 投写型映像表示装置
５００ スクリーン
６００ 電気光学装置
６０２ 保持金具
６０４ ＤＭＤソケット
６０６、６０８、６１０、６１２、６２６、６２８、６３２、６３４ ビス
６１４、６１６、６１８、６２０ 位置調整孔
６２２ 放熱板
６２４ 放熱板保持プレート
６３０ 遮光板
６３６ 接触点
６３８ 空気層
６４０ 熱伝導性グリス
６４２ 放熱シート
６４４ ＤＭＤ駆動基板
Ｓ 全反射面
ＤＭ_B、ＤＭ_R ダイクロイックミラー面

Claims (4)

1. 光を空間変調して映像光を生成する表示素子と、
   前記表示素子を保持する保持部材と、
   前記表示素子に接続され、前記表示素子からの熱を放熱する放熱部材と、
   前記光が前記表示素子に入射する面に設けられ、不要光の入射を遮る遮光部材と、
   を備え、
   前記表示素子と前記保持部材とが接触する第１接触部と、
   前記表示素子と前記放熱部材とが接触する第２接触部と、
   前記表示素子と前記遮光部材とが接触する第３接触部と、
   を有する電気光学装置において、
   前記第１接触部の熱伝導度が、前記第２接触部および前記第３接触部の熱伝導度より低いことを特徴とする電気光学装置。
2. 請求項１記載の電気光学装置において、
   前記第２接触部および前記第３接触部には、熱伝導率の高い材料を介在させることを特徴とする電気光学装置。
3. 請求項１または２記載の電気光学装置において、
   前記保持部材と前記遮光部材とが接触する第４接触部をさらに有しており、
   前記第４接続部の熱伝導度が、前記第３接触部の熱伝導度より低いことを特徴とする電気光学装置。
4. 光源部と、映像光を生成する映像生成部と、前記光源部からの光を前記映像生成部へ導く導光光学系と、前記映像生成部で生成された前記映像光を投写する投写光学系と、を備える投写型映像表示装置において、
   前記映像生成部は、
   光を空間変調して映像光を生成する表示素子と、
   前記表示素子を保持する保持部材と、
   前記表示素子に接続され、前記表示素子からの熱を放熱する放熱部材と、
   前記光が前記表示素子に入射する面に設けられ、不要光の入射を遮る遮光部材と、
   を備えており、
   前記表示素子と前記保持部材とが接触する第１接触部と、
   前記表示素子と前記放熱部材とが接触する第２接触部と、
   前記表示素子と前記遮光部材とが接触する第３接触部と、
   を有し、
   前記第１接触部の熱伝導度が、前記第２接触部および前記第３接触部の熱伝導度より低いことを特徴とする投写型映像表示装置。

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