JP2018049207A

JP2018049207A - 液晶プロジェクタ装置

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Publication number: JP2018049207A
Application number: JP2016185459A
Authority: JP
Inventors: 俊郎河野; Toshiro Kono
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: JP6680166B2

Abstract

【課題】全ての表示素子を所定の温度範囲内に制御できない環境下においても各表示素子間で好適な温度バランスが保たれるように、各表示素子の温度を制御する液晶プロジェクタ装置を提供する。【解決手段】液晶プロジェクタ装置は、それぞれが異なる色成分の光を変調する複数の表示素子１６１、２２１、２５１と、前記複数の表示素子それぞれの温度を制御する制御部２７とを備える。制御部２７は、前記複数の表示素子１６１、２２１、２５１の内、少なくとも１つの表示素子が前記所定の温度範囲の下限より低い温度となった場合、他の表示素子の温度を最も温度の低い表示素子の温度を基準とした所定範囲内になるように制御し、少なくとも１つの表示素子が前記所定の温度範囲の上限より高い温度となった場合、他の表示素子の温度を最も温度の高い表示素子の温度を基準とした所定範囲内になるように制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示素子を用いた液晶プロジェクタ装置に関する。

一般的に、カラー画像を表示する液晶プロジェクタ装置は、原色光成分である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）ごとに設けられた３つの液晶表示素子（以下、単に「表示素子」とする）に光源から射出された光を反射または透過させ、レンズを使ってスクリーン上に画像を投影させる。

液晶プロジェクタ装置の使用中は、駆動回路の発熱や光源から射出される光による発熱により各表示素子の温度が上昇するが、表示素子は温度によって光の反射または透過の特性が変化するので、投影画像を高品質に保つためには表示素子の温度制御が必要になる。表示素子の温度制御において、各表示素子の温度を所定の温度範囲内に制御することと同時に、各表示素子間の温度バランスを保つことが重要になる。表示素子の温度をより精度良く制御するために、各表示素子に温度センサと冷却ファンを設置し、表示素子の温度を制御する液晶プロジェクタ装置が開示されている。

特許第５３８８３９４号公報

液晶表示装置の電源投入直後や、周囲温度が極端に高い場合や極端に低い場合、全ての表示素子を目標の温度範囲内に制御できない場合がある。例えば３つの表示素子の内、ひとつの表示素子だけ目標温度範囲から外れてしまった場合、素子間の温度バランスが保たれなくなることで色バランスが崩れて、想定する投影画像の品質を保てなくなる可能性がある。

本発明は、全ての表示素子を所定の温度範囲内に制御できない環境下においても各表示素子間で好適な温度バランスが保たれるように、各表示素子の温度を制御する液晶プロジェクタ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の本発明の液晶プロジェクタ装置は、それぞれが異なる色成分の光を変調する複数の表示素子（161,221,251）と、前記複数の表示素子それぞれの温度を検出する複数の温度検出部（165,225,255）と、前記複数の表示素子それぞれを冷却する複数の冷却部（163,223,253）と、前記複数の温度検出部の検出結果に応じて前記複数の表示素子それぞれの温度を前記複数の冷却部によって冷却することで制御する制御部（27）とを備え、前記制御部は、前記複数の表示素子それぞれが所定の温度範囲内となるように制御するとともに、前記複数の表示素子の内、少なくとも１つの表示素子が前記所定の温度範囲の下限より低い温度となった場合、他の表示素子の温度を最も温度の低い表示素子の温度を基準とした所定範囲内になるように制御することを特徴とする。

また、本発明の他の形態の液晶プロジェクタ装置は、それぞれが異なる色成分の光を変調する複数の表示素子（161,221,251）と、前記複数の表示素子それぞれの温度を検出する複数の温度検出部（165,225,255）と、前記複数の表示素子それぞれを冷却する複数の冷却部（163,223,253）と、前記複数の温度検出部の検出結果に応じて前記複数の表示素子それぞれの温度を前記複数の冷却部によって冷却することで制御する制御部（27）とを備え、前記制御部は、前記複数の表示素子の内、少なくとも１つの表示素子が前記所定の温度範囲の上限より高い温度となった場合、他の表示素子の温度を最も温度の高い表示素子の温度を基準とした所定範囲内になるように制御することを特徴とする。

また、本発明の他の形態の液晶プロジェクタ装置は、それぞれが異なる色成分の光を変調する複数の表示素子（161,221,251）と、前記複数の表示素子それぞれの温度を検出する複数の温度検出部（165,225,255）と、前記複数の表示素子それぞれを冷却する複数の冷却部（163,223,253）と、前記複数の温度検出部の検出結果に応じて前記複数の表示素子それぞれの温度を前記複数の冷却部によって冷却することで制御する制御部（27）とを備え、前記制御部は、前記複数の表示素子それぞれが所定の温度範囲内となるように制御するとともに、前記複数の表示素子の内、少なくとも１つの表示素子が前記所定の温度範囲の上限より高い温度となった場合、他の表示素子の温度を最も温度の高い表示素子の温度を基準とした所定範囲内になるように制御することを特徴とする。

また、本発明の他の形態の液晶プロジェクタ装置は、前記冷却部は送風ファンであり、前記制御部は前記温度検出部の検出結果に基づいて前記送風ファンの回転数を制御することを特徴とする。

本発明の液晶プロジェクタ装置によれば、全ての表示素子を所定の温度範囲内に制御できない環境下においても各表示素子間で好適な温度バランスが保たれるように、各表示素子の温度を制御することができる。

本発明の一実施形態による液晶プロジェクタ装置の構成を示す全体図である。本発明の一実施形態による液晶プロジェクタ装置内の各変調部及びファン制御装置の構成を示す模式図である。本発明の一実施形態による液晶プロジェクタ装置の電源投入直後の各表示素子の温度変化を示すグラフである。本発明の一実施形態による液晶プロジェクタ装置の稼働中の各表示素子の温度変化を示すグラフである。

以下、本発明の液晶プロジェクタ装置の各実施形態について、添付図面を参照して説明する。各実施形態は、原色光成分である、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）ごとに設けられた３つの表示素子（Rch用表示素子、Bch用表示素子、Gch用表示素子）に光源から射出された光を反射させ、レンズを使ってスクリーン上に画像を投影させる反射型液晶プロジェクタ装置を例として説明する。

＜液晶プロジェクタ装置の構成＞
図１を参照して、本発明の各実施形態で用いる液晶プロジェクタ装置の構成を説明する。液晶プロジェクタ装置１は、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の白色光を出射する光源１１を備える。光源１１から出射された光は、クロスダイクロイックミラー１２に入射される。

クロスダイクロイックミラー１２は、入射された照明光の三原色をＲ（赤色）成分と、Ｇ（緑色）成分及びＢ（青色）成分とに分離させる。クロスダイクロイックミラー１２を経たＲ成分光は、ミラー１３及びリレーレンズ１４を経て、偏光分離素子となる偏光ビームスプリッタ１５を透過して、Rch変調部１６に入射される。Rch変調部１６は、入射されたＲ成分光を表示画像の赤色成分に応じて偏光変調して反射する。偏光変調された反射光は、偏光ビームスプリッタ１５において反射され、色合成プリズム１７に対し、一側面部より入射される。

一方、クロスダイクロイックミラー１２を経たＧ成分光及びＢ成分光は、ミラー１８を経て、ダイクロイックミラー１９に入射される。ダイクロイックミラー１９は、入射されたＧ成分光及びＢ成分光を、Ｇ成分光とＢ成分光とに分離させる。ダイクロイックミラー１９において反射されたＧ成分光は、リレーレンズ２０を経て、偏光分離素子となる偏光ビームスプリッタ２１を透過して、Gch変調部２２に入射される。Gch変調部２２は、入射されたＧ成分光を表示画像の緑色成分に応じて偏光変調して反射する。偏光変調された反射光は、偏光ビームスプリッタ２１において反射され、色合成プリズム１７に対し、後面部より入射される。

そして、ダイクロイックミラー１９を透過したＢ成分光は、リレーレンズ２３を経て、偏光分離素子となる偏光ビームスプリッタ２４を透過して、Bch変調部２５に入射される。Bch変調部２５は、入射されたＢ成分光を表示画像の青色成分に応じて偏光変調して反射する。偏光変調された反射光は、偏光ビームスプリッタ２４において反射され、色合成プリズム１７に対し、他側面部より入射される。

色合成プリズム１７は、一側面部より入射されたＲ成分光、後面部より入射されたＧ成分光、及び他側面部より入射されたＢ成分光を合成して、前面部より出射させる。色合成プリズム１７から出射された照明光は、投射光学系となる投射レンズ２６に入射される。この投射レンズ２６は、入射された照明光を、図示しないスクリーンに向けて投射し、結像させ、画像表示を行う。

Rch変調部１６、Gch変調部２２、及びBch変調部２５の詳細な構成について、図２の模式図を参照して説明する。Rch変調部１６は、Ｒ信号成分を変調するRch用表示素子１６１と、Rch用表示素子１６１の熱を放熱するRch用ヒートシンク１６２と、Rch用表示素子１６１及びRch用ヒートシンク１６２を冷却するためのRch用ファン１６３と、Rch用ファン１６３の動作により発生した風をRch用表示素子１６１及びRch用ヒートシンク１６２に送り込むためのRch用ダクト１６４と、Rch用表示素子１６１の温度を検出するRch用温度センサ１６５とを備える。Rch用ファン１６３は、Rch用表示素子１６１の冷却部として機能する。

Gch変調部２２は、Ｇ信号成分を変調するGch用表示素子２２１と、Gch用表示素子２２１の熱を放熱するGch用ヒートシンク２２２と、Gch用表示素子２２１及びGch用ヒートシンク２２２を冷却するためのGch用ファン２２３と、Gch用ファン２２３の動作により発生した風をGch用表示素子２２１及びGch用ヒートシンク２２２に送り込むためのGch用ダクト２２４と、Gch用表示素子２２１の温度を検出するGch用温度センサ２２５とを備える。Gch用ファン２２３は、Gch用表示素子２２１の冷却部として機能する。

Bch変調部２５は、Ｂ信号成分を変調するBch用表示素子２５１と、Bch用表示素子２５１の熱を放熱するBch用ヒートシンク２５２と、Bch用表示素子２５１及びBch用ヒートシンク２５２を冷却するためのBch用ファン２５３と、Bch用ファン２５３の動作により発生した風をBch用表示素子２５１及びBch用ヒートシンク２５２に送り込むためのBch用ダクト２５４と、Bch用表示素子２５１の温度を検出するBch用温度センサ２５５とを備える。Bch用ファン２５３は、Bch用表示素子２５１の冷却部として機能する。

Rch用ファン１６３、Gch用ファン２２３、及びBch用ファン２５３は、シロッコファンまたは軸流ファン等で構成される。また、Rch用温度センサ１６５、Gch用温度センサ２２５、及びBch用温度センサ２５５は、例えばサーミスタで構成される。

また、液晶プロジェクタ装置１内には、Rch用ファン１６３、Gch用ファン２２３、及びBch用ファン２５３の回転数を制御する制御部２７が設置されている。制御部２７は、各温度センサ１６５、２２５、２５５で検出された温度に基づいて、各表示素子１６１、２２１、２５１が所望の温度になるように、各ファン１６３、２２３、２５３の回転数を制御する。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態による液晶プロジェクタ装置１における、各表示素子１６１、２２１、２５１の温度制御動作について、図３を参照して説明する。図３は、液晶プロジェクタ装置１の電源投入直後の各表示素子の温度変化を示すグラフである。

液晶プロジェクタ装置１の電源が投入されたとき、各表示素子の温度が第１の設定温度よりも低い場合、制御部２７は表示素子の温度を上げるように制御するため、ファンを停止する。「第１の設定温度」は例えば、「６０℃」である。各表示素子は表示素子自体の駆動回路による発熱や光源１１から入射される光により発熱して温度が上昇する。このとき、各表示素子間で、温度上昇速度が異なる場合がある。これは表示素子に照射される光のエネルギーの大きさが、各色成分光によって異なることに起因する。各色成分光のエネルギーの大きさは光源１１の特性によって異なるが、一般にＧ成分光のエネルギーが最も大きい。このため、Rch用表示素子１６１やBch用表示素子２５１に対し、Gch用表示素子２２１の温度上昇速度が速くなる。

例えば、図３に示すように、Gch用表示素子２２１の温度が細線の一点鎖線Ｇ₀のように上昇するのに対し、Bch用表示素子２５１の温度が細線の二点鎖線Ｂ₀のように緩やかな速度で上昇し、Rch用表示素子１６１の温度は実線Ｒのように更に緩やかな速度で上昇する。そのため、Rch用表示素子１６１と、Gch用表示素子２２１及びBch用表示素子２５１との温度差が大きくなり、表示素子間で適切な温度バランスが保てなくなることで色バランスが崩れ、投影画像の品質が低下する可能性が高くなる。

このとき、制御部２７はGch用表示素子２２１の温度、及びBch用表示素子２５１の温度が、Rch用表示素子１６１の温度を基準とした所定範囲内になるように、Gch用ファン２２３及びBch用ファン２５３を駆動制御する。所定範囲内とは例えば±５℃以内であり、Rch用表示素子１６１の温度に対し、Gch用表示素子２２１の温度を±５℃以内に、同様にBch用表示素子２５１の温度を±５℃以内になるようにそれぞれ制御する。

このように制御することにより、図３に示すように、Gch用表示素子２２１の温度が太線の一点鎖線Ｇ₁のようになり、Gch用ファン２２３が駆動されない場合（Ｇ₀）よりも、Rch用表示素子１６１の温度上昇を示した実線Ｒに近づく。また、Bch用表示素子２５１の温度が太線の二点鎖線Ｂ₁のようになり、Bch用ファン２５３が駆動されない場合（Ｂ₀）よりも、Rch用表示素子１６１の温度上昇を示した実線Ｒに近づく。そのため、電源投入直後の各表示素子の温度がばらつきやすいときにも表示素子間の温度差が少なくなり、早い段階で各表示素子間の温度バランスを保つことで投影画像の品質を高めることができる。

その後、Rch用表示素子１６１の温度が第１の設定温度より高くなった場合、制御部２７は、各表示素子の温度がそれぞれ所定の温度範囲内となるように制御する。所定の温度範囲は、例えば６０℃から７０℃の範囲内である。

本実施形態では、電源投入後のRch用表示素子１６１の温度上昇速度がGch用表示素子２２１やBch用表示素子２５１と比較して遅いことを前提として説明したが、これに限らず温度上昇速度の最も遅いチャンネルの表示素子の温度を基準として他の表示素子の温度を制御すればよい。例えばGch用表示素子２２１の温度上昇速度が最も遅い場合、Gch用表示素子２２１の温度が第１の設定温度となるまで、Gch用表示素子２２１の温度を基準として他の表示素子の温度を制御する。同様にBch用表示素子２５１の温度上昇速度が最も遅い場合、Bch用表示素子２５１の温度が第１の設定温度となるまで、Bch用表示素子２５１の温度を基準として他の表示素子の温度を制御する。電源投入後の温度上昇速度の表示素子間の差は予め実験により比較しておけばよい。

＜第２実施形態＞
表示素子はファンによる送風によって冷却されることで温度制御されるが、環境温度が極端に高い場合や逆に極端に低い場合、表示素子によっては目標とする温度範囲内に制御できなくなる可能性がある。

図４は、各表示素子をそれぞれ目標温度範囲である６０〜７０℃となるように制御している状態で環境温度を変化させた場合の各表示素子の温度変化を示す図である。

Ｘ、Ｙ、Ｚは異なる色の表示素子を示し、それぞれRch用表示素子１６１、Gch用表示素２２１、Bch用表示素子２５１のいずれかに相当する。表示素子Ｚの温度は、環境温度ａ以下では目標温度範囲内に維持することができず、環境温度と共に低下して目標温度範囲の下限である６０℃より低い温度になっている。一方環境温度ａでは、表示素子ＸとＹは目標温度範囲内に制御可能である。しかし、環境温度ａ以下のときに表示素子ＸとＹを目標温度範囲内になるように制御すると、表示素子Ｚと、表示素子Ｘ、Ｙとの温度差が大きくなって表示素子間の温度バランスが保てなくなってしまう。表示素子間の温度バランスが保てなくなるとカラーバランスが崩れる恐れがある。このため、環境温度ａ以下では、表示素子ＸとＹの温度を、最も温度の低い表示素子Ｚの温度を基準とした所定範囲内となるように制御する。具体的には表示素子Ｚ用のファンは停止し、表示素子Ｘと表示素子Ｙの温度を表示素子Ｚの温度に対し例えば±５℃以内となるように制御する。

また、表示素子Ｘの温度は、環境温度ｂ以上では目標温度範囲内に維持することができず、環境温度と共に上昇して目標温度範囲の上限である７０℃より高い温度なっている。一方環境温度ｂでは、表示素子ＹとＺは目標温度範囲内に制御可能である。しかし、環境温度ｂ以上のときに表示素子ＹとＺを目標温度範囲内になるように制御すると、表示素子Ｘと、表示素子Ｙ、Ｚとの温度差が大きくなって表示素子間の温度バランスが保てなくなってしまう。表示素子間の温度バランスが保てなくなるとカラーバランスが崩れる恐れがある。このため、環境温度ｂ以上では、表示素子ＹとＺの温度を、最も温度の高い表示素子Ｘの温度を基準とした所定範囲内となるように制御する。具体的には表示素子Ｘ用のファンの回転数は最大のままで、表示素子Ｙと表示素子Ｚの温度を表示素子Ｘの温度に対し例えば±５℃以内となるように制御する。

これらにより、少なくともいずれか１つの表示素子の温度が目標温度範囲内に維持することができなくなった場合でも各表示素子間の温度差を小さくすることができ、カラーバランスの崩れを小さくすることができる。

各表示素子共目標温度範囲内に制御可能な状態の場合、各表示素子の温度を所定の温度範囲内になるように制御する以外に、予め決められた表示素子の温度を基準にその他の表示素子の温度を制御するようにしても良い。例えば、画質に最も影響が出やすいGch用表示素子２２１の温度を６０〜７０℃になるように制御し、Rch用表示素子１６１とBch用表示素子２５１の温度は、Gch用表示素子２２１の温度に対し±５℃以内となるように制御しても良い。このように制御することで、各チャンネルの温度バランスをより精度良く制御することができる。

上述した第１及び第２実施形態では各チャンネルの表示素子の温度をなるべく同じ温度となるように制御する例を示したが、各表示素子で制御目標温度範囲を変えてもよい。一般にBch用表示素子は、紫外成分を多く含む光を反射させることから他の表示素子よりも劣化が早いため、Bch用表示素子を他の表示素子よりも若干低温に冷却することで、表示素子の寿命を延ばすことができる。このため、Rch用表示素子とGch用表示素子に対し、Bch用表示素子の目標設定温度が若干（例えば５℃程度）低くなるように制御しても良い。

また、上述した第１及び第２実施形態では、冷却部はファンで風を送る構成として説明したが、空冷式に限定せず、水冷式も適用可能である。

また、上述した第１及び第２実施形態では、色成分を赤色、緑色、青色の3色として説明したが、これに限らず、例えば黄色を追加して4色としてもよい。

１液晶プロジェクタ装置
２スクリーン
１１光源
１２、１９クロスダイクロイックミラー
１３、１８ミラー
１４、２０、２３リレーレンズ
１５、２１、２４偏光ビームスプリッタ
１６ Rch変調部
１７色合成プリズム
２２ Gch変調部
２５ Bch変調部
２６投射レンズ
２７制御部
１６１ Rch用表示素子
１６２ Rch用ヒートシンク
１６３ Rch用ファン
１６４ Rch用ダクト
１６５ Rch用温度センサ
２２１ Gch用表示素子
２２２ Gch用ヒートシンク
２２３ Gch用ファン
２２４ Gch用ダクト
２２５ Gch用温度センサ
２５１ Bch用表示素子
２５２ Bch用ヒートシンク
２５３ Bch用ファン
２５４ Bch用ダクト
２５５ Bch用温度センサ

Claims

それぞれが異なる色成分の光を変調する複数の表示素子と、
前記複数の表示素子それぞれの温度を検出する複数の温度検出部と、
前記複数の表示素子それぞれを冷却する複数の冷却部と、
前記複数の温度検出部の検出結果に応じて、前記複数の表示素子それぞれを冷却することで前記複数の表示素子の温度を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記複数の表示素子それぞれが所定の温度範囲内となるように制御するとともに、
前記複数の表示素子の内、少なくとも１つの表示素子が前記所定の温度範囲の下限より低い温度となった場合、他の表示素子の温度を最も温度の低い表示素子の温度を基準とした所定範囲内になるように制御する
ことを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
それぞれが異なる色成分の光を変調する複数の表示素子と、
前記複数の表示素子それぞれの温度を検出する複数の温度検出部と、
前記複数の表示素子それぞれを冷却する複数の冷却部と、
前記複数の温度検出部の検出結果に応じて、前記複数の表示素子それぞれを冷却することで前記複数の表示素子の温度を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記複数の表示素子それぞれが所定の温度範囲内となるように制御するとともに、
前記複数の表示素子の内、少なくとも１つの表示素子が前記所定の温度範囲の上限より高い温度となった場合、他の表示素子の温度を最も温度の高い表示素子の温度を基準とした所定範囲内になるように制御する
ことを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
前記冷却部は送風ファンであり、前記制御部は前記温度検出部の検出結果に基づいて前記送風ファンの回転数を制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶プロジェクタ装置。