JP2017003676A - Projection type display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に光源が発する熱をより円滑に放熱させることができる投写型表示装置に関する。 The present invention relates to a projection display device that can dissipate heat generated by a light source more smoothly.
投写型表示装置は、照明光学系から出射された画像光(投影光)を、スクリーンなどへ投写する装置である。照明光学系の主要素である光源が、発熱体でもあり、放熱対策が求められる。 そこで、従来から種々の放熱対策を講じた投写型表示装置が提案されてきた(例えば、特許文献1(図2、図5)参照)。 A projection display device is a device that projects image light (projection light) emitted from an illumination optical system onto a screen or the like. The light source, which is the main element of the illumination optical system, is also a heating element, and measures for heat dissipation are required. In view of this, a projection display device in which various heat dissipation measures have been taken has been proposed (see, for example, Patent Document 1 (FIGS. 2 and 5)).
特許文献1の図5に示されるように、投写型表示装置(100)(括弧付き数字は、特許文献1に記載された符号を示す。以下同様)は、光源(121)と、この光源(121)を収納する筐体(103)と、この筐体(103)を覆うカバープレート(107)と、このカバープレート(107)に付設される光源放熱部材(104)とを備えている。 光源(121)が発する熱は、光源放熱部材(104)を通じて大気へ放熱する。
As shown in FIG. 5 of
しかし、特許文献1の図2に示されるように、投写型表示装置(100)の大きさを基準にすると、光源放熱部材(104)は十分に大きい。光源放熱部材(104)が大きいため、必然的に投写型表示装置(100)は大型化し、質量が増加し、製品コストも上昇する。
However, as shown in FIG. 2 of
これに対し、本出願人は、特願2015−103140において、光源が実装される基板と、この基板が取り付けられる筐体と、この筐体に収納される配光部材と、筐体に取り付けられる光変調素子と、を備え、基板と筐体とを熱伝導率の高い部材で構成し、光源からの熱が基板を介して筐体からも放熱される投写型表示装置を提案している。 In contrast, in Japanese Patent Application No. 2015-103140, the present applicant is attached to a substrate on which a light source is mounted, a housing to which the substrate is attached, a light distribution member housed in the housing, and the housing. There has been proposed a projection display device that includes a light modulation element, in which a substrate and a housing are configured with members having high thermal conductivity, and heat from a light source is also radiated from the housing through the substrate.
しかしながら、本出願人が特願2015−103140において提案した投写型表示装置では、光源からの熱が筐体に取付けられた光変調素子などに伝わりやすくなってしまい、光変調素子の動作に影響を及ぼすおそれがあった。 However, in the projection display device proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 2015-103140, the heat from the light source is easily transmitted to the light modulation element attached to the housing, which affects the operation of the light modulation element. There was a risk of effects.
本発明は、光変調素子に影響を及ぼすことなく、円滑な放熱を図れる投写型表示装置を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a projection display device that can smoothly radiate heat without affecting a light modulation element.
本発明の投写型表示装置は、赤色光源を実装する第1基板と、緑色光源を実装する第2基板と、青色光源を実装する第3基板と、これらの第1〜第3基板が取付けられる筐体と、この筐体に収納される配光部材と、前記筐体に取付けられる光変調素子とを備え、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から前記筐体内へ発せられた光を前記配光部材で配光し、配光された光を前記光変調素子で所定の表示画像に変換し、前記筐体外へ投写する投写型表示装置であって、 前記第1〜第3基板及び前記筐体は、熱伝導率の高い部材で構成され、 前記筐体よりも熱伝導率の低い樹脂材料で構成され、前記筐体と前記光変調素子との間に配置されるスペーサとを備えることを特徴とする。 In the projection display device of the present invention, a first substrate on which a red light source is mounted, a second substrate on which a green light source is mounted, a third substrate on which a blue light source is mounted, and these first to third substrates are attached. A housing, a light distribution member housed in the housing, and a light modulation element attached to the housing; and light emitted from the red light source, the green light source, and the blue light source into the housing. A projection display device that distributes light by the light distribution member, converts the distributed light into a predetermined display image by the light modulation element, and projects the image to the outside of the housing, wherein the first to third substrates and The casing is made of a member having high thermal conductivity, and is made of a resin material having lower thermal conductivity than the casing, and includes a spacer disposed between the casing and the light modulation element. It is characterized by that.
本発明では、光変調素子に影響を及ぼすことなく、円滑な放熱を図ることができる。 In the present invention, smooth heat dissipation can be achieved without affecting the light modulation element.
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、投写型表示装置100は、例えば、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ1に適用される。このようなヘッドアップディスプレイ1は、画像光Lを生成する投写型表示装置100と、投写型表示装置100が生成した画像光Lを受光して画像(実像)を表示するスクリーン200と、スクリーン200から出射される画像光Lを反射する平面鏡300(リレー光学系)と、平面鏡300が反射した画像光Lをフロントウインドシールド(透過反射部)2に向けて反射する凹面鏡400(リレー光学系)と、これら投写型表示装置100とスクリーン200と平面鏡300と凹面鏡400とを収納するケース体500と、から構成され、ユーザから見てフロントウインドシールド2を介した前方に虚像Vを表示する。ユーザは、ヘッドアップディスプレイ1が生成する所定の領域であるアイボックス3内に視点3aを置くことで虚像Vを視認することが可能となる。
As shown in FIG. 1, the
図2は、投写型表示装置100の配光部材の構成の例を示す図である。投写型表示装置100は、赤色光線Rを発する赤色光源111と、緑色光線Gを発する緑色光源112と、青色光線Bを発する青色光源113と、光線R、G、Bを配光する配光部材120と、配光された光を画像光Lに変換する光変調素子130と、光変調素子130からの画像光Lをスクリーン200に結像させる投光レンズ140と、から主に構成される。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the light distribution member of the
配光部材120は、例えば、ダイクロイックミラー121,122、凸レンズ123、プリズム124等とからなる。
The
赤色光線Rはダイクロイックミラー121を透過し、ダイクロイックミラー122で反射され、反射光は凸レンズ123へ向かう。 緑色光線Gはダイクロイックミラー121で反射され、反射光はダイクロイックミラー122でさらに反射して凸レンズ123へ向かう。 青色光線Bはダイクロイックミラー122を透過し、透過光は凸レンズ123へ向かう。
The red light R passes through the
光線R、G、Bは、凸レンズ123で配光され、プリズム124を透過し、光変調素子130に至る。この光変調素子130で所定の画像光Lに変換される。変換された画像光Lは、プリズム124で反射され、反射された画像光Lは、投光レンズ140を透過して投写(出射)される。
Light rays R, G, and B are distributed by the
光線R、G、Bを発する光源110は、従来の電球よりも発熱量が小さい発光ダイオードが好適である。しかし、発光ダイオードであっても発熱する。排熱を促して光源110の温度上昇を抑えることが求められる。
The
図3は、投写型表示装置100の分解斜視図である。
図3に示すように、投写型表示装置100は、図1で説明した配光部材120を収納する筐体150と、この筐体150の第1壁151に取付けられ赤色光源(図1、符号111)を実装する第1基板111aと、筐体150の第2壁152に取付けられ緑色光源(図1、符号112)を実装する第2基板112aと、筐体150の第2壁152に取付けられ青色光源(図1、符号113)を実装する第3基板113aと、光変調素子130を含み、筐体150の第3壁153に取付けられる光変調素子モジュール160と、を備える。
FIG. 3 is an exploded perspective view of the
As shown in FIG. 3, the
筐体150は、配光部材120を内部に収納するものであり、熱伝導率の高いフィラーが添加されているフィラー入り樹脂、又は金属で構成される。 筐体150は、外壁の一部に、例えば、矩形の第1壁151、第2壁152、第3壁153を有する。なお、筐体150に収納される配光部材120は、前述したものに限られず、適宜追加、または省略してもよい。
The
筐体150の第1壁151は、矩形の第1窓部151aを有し、第2壁152は、矩形の第2窓部152a及び第3窓部152bを有し、第3壁153は、矩形の図示しない第4窓部を有している。第1壁151には、第1基板111aが取付けられ、第1窓部151aには、第1基板111aに実装される赤色光源111が筐体150の内部を臨むように配置される。また、第2壁152には、第2基板112a、第3基板113aが取付けられ、第2窓部152a、第3窓部152bには、第2基板112a、第3基板113aに実装される緑色光源112、青色光源113が筐体150の内部を臨むように配置される。さらに、第3壁153には、後述する光変調素子モジュール160が取付けられ、第3壁153に設けられた前記第4窓部には、光変調素子モジュール160における光変調素子130が筐体150の内部を臨むように配置される。
The
なお、筐体150の形状は任意である。また、3個の基板111a,112a,113aは、共通の壁、例えば第2壁152に全て取付けることや、3個の基板111a,112a,113aを異なる壁に取付けてもよい。すなわち、筐体150に対する3個の基板111a,112a,113aのレイアウトは任意である。
Note that the shape of the
図4に示すように、投写型表示装置100は、ビスM1により、装置ベース510に固定される。なお、投写型表示装置100は、装置ベース510に接着固定されてもよい。 装置ベース510は、ヘッドアップディスプレイ1の投写型表示装置100、スクリーン200、光学部材(平面鏡300、凹面鏡400)などを収納するケース体500の一部であり、アルミニウム合金又は炭素鋼からなる金属製であることが望まれる。また、第1〜第3基板111a、112a,113aは、ビスM2で筐体150に取り外し可能に取付けられる。
As shown in FIG. 4, the
第1〜第3基板111a,112a,113aは、熱伝導率の高いフィラーが添加されているフィラー入り樹脂、又は金属で構成される。第1〜第3基板111a,112a,113aの正面(各光源1101,112,113が実装されている面)は、電気絶縁性に富む絶縁層で覆われているが、光源110の周囲は、前記絶縁層が無い。この光源110の周囲の前記絶縁層が無い領域は、その全てが、それぞれ筐体150の第1壁151、第2壁152に当接する。
The first to
光源110の熱は、それぞれ第1〜第3基板111a,112a,113aに伝わる。第1〜第3基板111a,112a,113aの熱は、筐体150に伝わる。具体的には、筐体150の第1壁151、第2壁152にそれぞれ当接する第1〜第3基板111a,112a,113aの前記絶縁層が無い領域から筐体150に効率よく伝わる。筐体150の熱は、大気へ対流伝熱により放熱される。この際、第1〜第3基板111a,112a,113a及び筐体150は、良熱伝導材料で構成されているため、熱の流れは大きくなる。結果、光源110が、高温になることが抑制される。
The heat of the
なお、図4に示すように、筐体150を装置ベース510に熱的に接続すると、筐体150から装置ベース510へ熱が伝導される。装置ベース510は、光源110からの熱が伝わり高温になるが、装置ベース510は、ヘッドアップディスプレイ1のケース体500の一部であり、ヘッドアップディスプレイ1の周囲の大気へ対流伝熱により放熱することができる。
As shown in FIG. 4, when the
すなわち、光源110の熱が第1〜第3基板111a,112a,113aに伝えられ、第1〜第3基板111a,112a,113aの熱が前記絶縁層の無い領域を介して筐体150に伝えられ、筐体150の熱が装置ベース510に伝えられ、装置ベース510の外表面から大気へ放熱される。
That is, the heat of the
続いて、図5を用いて光変調素子モジュール160について説明する。図5は、筐体150の第3壁153に取付けられた際の光変調素子モジュール160の断面図である。光変調素子モジュール160は、光変調素子130と、光変調素子130を収納するソケット131と、スペーサ170と、回路基板180と、クッション材190と、排熱部材195と、を組み付けてモジュール化したものであり、組み付けられた光変調素子モジュール160は、ねじM3により、筐体150に固定される。
Next, the light
光変調素子130は、例えば、DMDやLCOS(登録商標:Liquid Crystal On Silicon)などの反射型の表示デバイスであり、反射面の反対側(背面側)に複数のランド130aを二次元的に配列したLGAパッケージ構造を有し、この複数のランド130aが後述するソケット131の第1コンタクト131aに電気的に接続されるようにソケット131に収納固定される。また、これら複数のランド130aは、光変調素子130の中央領域を除く領域に配置され、中央領域には、光変調素子130の熱を放出するために矩形状の放熱ランド130bが配置される。
The
ソケット131は、絶縁性の樹脂により略中央部に光変調素子130を収納可能に凹状に形成されており、該凹状の底面131bは中央領域に矩形状の貫通した開口部131cを有する平面になっている。該底面131bには開口部131cを取り囲むように複数の第1孔部(図示しない)が形成されており、前記複数の第1孔部には、導電性の第1コンタクト131aが幾分突出するように収納されている。また、ソケット131の背面には、同じく開口部131cを取り囲むように複数の第2孔部(図示しない)が形成されており、これら図示しない複数の第2孔部には、複数の第1コンタクト131aにそれぞれ電気的に接続された複数の第2コンタクト131dが幾分突出するように収納されている。第1コンタクト131aは、光変調素子130のLGAパッケージのランド130aと接触し、これら第1コンタクト131aにそれぞれ電気的に接続された複数の第2コンタクト131dが、回路基板180のランド181に接触する。
また、ソケット131は、突起131eを有し、この突起131eが、後述するスペーサ170の取付穴172に挿入されることで、光変調素子130を収納したソケット131がスペーサ170に位置決めされる。なお、ソケット131とスペーサ170との位置決め用の凹凸の関係は逆であってもよく、スペーサ170に対するソケット131の位置決め方法としては、凹凸嵌合以外に、ビス止め、係合爪などの部材間を係合することによる位置決めにて代替されてもよく、位置決め構造自体を省略してもよい。
The
The
スペーサ170は、光変調素子130に入射する光線R、G、B、及び光変調素子130が反射した画像光Lが通過する表示孔171と、ソケット131の突起131eが挿入される取付穴172と、後述するねじM3が挿通する貫通孔173と、後述する排熱部材195とねじM4により締結する取付穴174が形成され、排熱部材195側に突出したボス175と、を備え、光変調素子モジュール160を筐体150に取り付けた際に筐体150に接触する部材である。スペーサ170は、筐体150よりも熱伝導率が低い部材であり、例えば、ポリカーボネートなどの樹脂材料やステンレス鋼やチタンなどの低熱伝導率金属などで形成される。このため、筐体150から光変調素子130に向けた伝熱量を抑えることができるため、光変調素子130に対する光源110の発熱の影響を抑えつつ、配光部材120を収納した筐体150から光源110の熱を円滑に放熱することができる。
The
また、スペーサ170は、筐体150の第3壁153に対する光変調素子130の取付角度を調整する。具体的には、スペーサ170は、光変調素子130の表示面(反射面)が筐体150の第3壁153に対して平行ではない所定の取付角度を有するように光変調素子130を配置する。スペーサ170は、例えば、ヘッドアップディスプレイ1が搭載される車種毎に複数種類存在し、ヘッドアップディスプレイ1の機種毎に、第3壁153に対する光変調素子130の前記取付角度が異なるスペーサ170を用いる。これにより、車種が異なり車両内の機器のレイアウトが違うことに起因して、ヘッドアップディスプレイ1内でスクリーン200やリレー光学系(平面鏡300、凹面鏡400)の位置や配置される角度などが変わった場合でも、スペーサ170を変更するだけで画像光Lの向きを調整したり、角度が調整されたスクリーン200上に確実に前記画像を結像させたりすることが可能となり、投写型表示装置100のうち光源110,配光部材120,光変調素子130,投光レンズ140,筐体150などが機種を跨いで共通化することができ、機種毎による設計工数を削減することができる。
The
回路基板180は、硬質の基材で形成され、ソケット131の複数の第2コンタクト131dに接触するように複数のランド181が形成されており、中央領域には、矩形状の開口部182が形成され、さらに、スペーサ170のボス175が挿入する位置決め孔183が形成されている。回路基板180は、図示しない配線により制御部と接続され、制御部からの電気信号や電力を、ランド181を介して光変調素子130に供給する。なお、回路基板180は、後述する排熱部材195がスペーサ170にねじM4を用いて締結される際、排熱部材195及びクッション材190によりスペーサ170側に押圧されることによって、スペーサ170とクッション材190との間に保持される。
The
クッション材190は、例えば、ウレタンなどの弾性部材からなり、ソケット131の第2コンタクト131dと回路基板180のランド181とが接触する接触領域を覆う形状に形成され、中央領域には、矩形状の開口部191が形成されている。クッション材190は、回路基板180と後述する排熱部材195との間に配置され、排熱部材195がスペーサ170にねじM4を用いて締結されると、クッション材190が回路基板180と後述する排熱部材195との間で押し縮められ、元の形状に戻ろうとする弾性力により回路基板180をソケット131(第2コンタクト131d)側へ押し付ける。斯かる構成により、回路基板180のランド181と、ソケット131の第2コンタクト131dとの接触を常に良好に保つことができる。
The
排熱部材195は、クッション材190の背面側に配置される硬質の板状の部材であり、中央領域には、矩形状の開口部196と、スペーサ170側と反対側に複数突出した放熱フィン197と、後述するねじM4が挿通する貫通孔198と、を有し、貫通孔198に後述するねじM4を挿通し、スペーサ170に締結することで、光変調素子130を収納したソケット131と、回路基板180と、クッション材190とをスペーサ170側に押し付け固定することができる。
The
以下に、本実施形態における光変調素子モジュール160の組み立て方法を簡潔に説明する。
(1)光変調素子130をソケット131に収納固定し、このソケット131をスペーサ170に固定する。(2)ソケット131の背面側にスペーサ170のボス175を、回路基板180の位置決め孔183に挿通させ、この回路基板180の背面側にクッション材190を配置する。(3)排熱部材195の背面側からねじM4を用いてスペーサ170に締結する。これにより、光変調素子モジュール160が組み付けられる。さらに、この光変調素子モジュール160のスペーサ170に設けられた貫通孔173にねじM3を挿通し、筐体150にネジ止めすることで、光変調素子モジュール160を筐体150に固定することができる。
Hereinafter, a method for assembling the light
(1) The
なお、光変調素子130、ソケット131、スペーサ170、回路基板180、クッション材190、排熱部材195などの形状及び固定構造などは上記実施形態の形状に限定されない。
Note that the shapes and fixing structures of the
本発明の投写型表示装置は、車両に搭載される車載装置に好適である。 The projection display device of the present invention is suitable for an in-vehicle device mounted on a vehicle.
1…ヘッドアップディスプレイ、2…フロントウインドシールド(透過反射部)、3…アイボックス3a…視点、100…投写型表示装置、111…赤色光源111a…第1基板、112…緑色光源112a…第2基板、113…青色光源113a…第3基板、130…光変調素子、121…ダイクロイックミラー(配光部材)、122…ダイクロイックミラー(配光部材)、123…凸レンズ(配光部材)、124…プリズム(配光部材)、150…筐体、151…第1壁、152…第2壁、153…第3壁、160…光変調素子モジュール、170…スペーサ、180…回路基板、190…クッション材、195…排熱部材、200…スクリーン、300…平面鏡(リレー光学系)、400…凹面鏡(リレー光学系)、500…ケース体、L…画像光、M1〜M4…ねじ(ビス)、V…虚像
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