JP3091183B2

JP3091183B2 - 液晶プロジェクタ装置

Info

Publication number: JP3091183B2
Application number: JP11052061A
Authority: JP
Inventors: 幹裕梅原; 英樹萬上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2000-09-25
Anticipated expiration: 2019-03-01
Also published as: JPH11337919A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、液晶パネルの画像
を投影するようにした液晶プロジェクタ装置に関し、特
に効率良い冷却構造を有して、極めて耐熱信頼性に優れ
た液晶プロジェクタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】以前よりホームシアター用途を中心に使
用されてきた液晶プロジェクタ装置は、液晶パネルの高
精細化・ランプの高輝度化による映写画像の向上によ
り、パソコン映像をそのまま投影して使用するプレゼン
ツールへと発展を遂げて来た。

【０００３】この液晶プロジェクタ装置は、例えば図１
に示すように構成されている。光源１は、メタルハライ
ドランプ・キセノンランプ・ＵＨＰ等の高輝度ランプ光
源であり、これから投射された光は、球面反射鏡２によ
り反射され、赤外線や紫外線等をカットするフィルタ３
を透過させ、不要な赤外線・紫外線を除去する。その
後、インテグレータレンズ４、集光レンズ５を透過させ
て集光させた後、入射側偏光板６を通し、液晶パネル８
に入射する。液晶パネル８から出射させた光は、出射側
偏光板７を透過後、投影レンズ９により拡大投影され、
前方のスクリーン等に画像が映し出される。

【０００４】この構造は、カラーフィルタを備えた液晶
パネル１枚を用いた単板式のものであるが、この単板式
に加え、ＲＧＢ３原色の光源分解光に対応して、３枚の
液晶パネルを組み込んだ３枚式も一般的に知られてい
る。

【０００５】この場合、図２に示すような、光の波長に
応じて透過・反射を行うダイクロイックミラー１０、及
び光を合成する合成プリズム１１、また、全反射ミラー
１２が使用される。そして、ダイクロイックミラー１０
によって、光源からの光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）に分解し、それぞれ個別の液晶パネル８に透過さ
せ、合成プリズム１１で合成して投影するようになって
いる。

【０００６】これらの液晶プロジェクタ装置の場合、そ
の液晶画像形成部に偏光板６、７を用いるために、光が
大幅に吸収されてしまうこと、また、装置の小型化を図
るため、１インチ近傍のサイズにまで面積の小型化が図
られた液晶パネル８の画像を数十インチから数百インチ
まで拡大し投影すること、などにより投影された映像の
明るさの低減が避けられない。

【０００７】そこで、光源２としては高輝度のメタルハ
ライドランプ、ＵＨＰランプ、キセノンランプなどの高
出力のランプが使用されている。しかも、使用用途が、
パソコン映像をそのまま投影して使用するプレゼンツー
ルへと拡大するにつれ、更に小型化、高精細化、高輝度
化が要求が強くなり、ますます高出力のランプが選択さ
れるようになってきている。

【０００８】そのため、液晶プロジェクタ装置において
は、熱による不都合が重要な課題となっている。

【０００９】例えば、一般に液晶表示部を構成する偏光
板としては沃素系偏光板を用いるが、これでは耐光性・
耐熱性・耐湿熱性が十分ではないため、特に液晶プロジ
ェクタには、耐光性・耐熱性・耐湿熱性により優れる染
料系偏光板が使用されている（特開平９−２２００８
号、特開平９−２２００９号公報等参照）。

【００１０】しかし、特に入射側の偏光板６の場合、光
の透過率が４０％程度しかなく、大半の光を吸収し発熱
してしまい、７０℃以上になると特性が維持できないと
いう問題がある。また、液晶パネル８自体も熱には弱
く、６０℃以上になると特性に支障を来すという問題が
ある。そこで、液晶プロジェクタ装置では、以下に示す
ように数々の冷却方式が考案されてきた。

【００１１】（１）冷却ファンを発熱部に取り付ける空
冷方式入射側の偏光板６、液晶パネル８、出射側の偏光板７等
の発熱部、及び光源１、電源部を冷却ファンにより冷却
し、熱を帯びた空気を排気する。

【００１２】（２）図１に示すように、入射側の偏光板
６を液晶パネル８から１〜５ｍｍ程度離して設置し、液
晶パネル８に偏光板６の熱が直接伝わるのを防止し、そ
の間に冷却風を流すことにより冷却効率を高める。

【００１３】（３）液晶パネル８の外面に密閉空間を介
して、熱伝導率１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の放熱用ガラス板を設
置し、液晶パネル８の発熱に対する放熱効果を高めると
ともに、冷却風によりゴミが液晶パネル８に付着するこ
とを防止する。

【００１４】（４）液冷方式熱交換媒体として液体を封入し、冷却効率を高める（特
公平６−５８４７４号公報参照）。

【００１５】（５）ペルチェ素子等の電子冷却方式ペルチェ素子等による電子冷却装置を取り付け、強制冷
却をする。

【００１６】（６）偏光変換器を光源直後に設置する光源１からの光を偏光板６に入射する前に、変換器によ
り偏光方向を揃え、偏光板６に吸収される光の量を減ら
す。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した各冷
却方法でも以下のような課題があった。

【００１８】（１）冷却ファンによる空冷方式の場合、
騒音とゴミの付着の問題がある。十分な冷却効果を得る
ため、送風量を増やしていくとファンの高速回転、及び
大型化により騒音の問題が生じ、静かな室内でプレゼン
テーションを行ったり、ホームシアターとして使用する
場合には不適当である。

【００１９】（２）のように発熱体である入射側の偏光
板６を分離独立させることで、液晶パネル８への影響を
低減し、放熱効果を高めることはできるが、やはり効果
には限界がある。また、偏光板６における偏光体の保持
板として使用している青板ガラスまたは白板ガラスも熱
伝導性が悪く、放熱効果が不十分となり、（１）の場合
と同様に、結局冷却ファンの出力アップに頼らざるを得
ず、上記のごとく騒音とゴミ付着の問題を解消すること
は出来なかった。

【００２０】（３）液晶パネル８の外面に放熱用ガラス
板を設置した場合、ゴミが付着した時の焦点を外し、映
写面に影響を与えないという効果は得られるが、ガラス
板は熱伝導率が良いものでも２Ｗ／ｍ・Ｋ以下の物しか
なく、十分な放熱効果は得られなかった。

【００２１】（４）液冷式については、温度上昇に伴
い、圧力抜き、気泡発生、混入異物及び冷却媒体漏れ等
が生じ、信頼性の点で問題がある。また、液冷機構につ
いても大掛かりなものが必要となり装置全体が大きくな
ってしまうという問題がある。

【００２２】（５）ペルチェ素子等の電子冷却装置を付
加した固体冷却方式の場合、液晶プロジェクタ装置全体
のコストが大幅に上昇してしまうだけなく、十分な冷却
効果を得られるには至っていない。

【００２３】（６）偏光変換器を通し、今まで全て偏光
板６で吸収されていた偏光成分を偏光板６の透過偏光軸
に予め変換しておくことにより、発熱量を低減しようと
いうものであるが、やはり約２０％の光は吸収され発熱
するため、液晶パネル８が小型化し、単位面積あたりの
ランプの強度が上がれば、冷却効果としては不十分であ
った。

【００２４】以上のように、いずれの冷却方法でも、簡
単な構造で充分な冷却効果を得ることはできなかった。
また、発熱の問題は上述した偏光板６以外にも、さまざ
まな部位で生じている。

【００２５】例えば、液晶パネル８を構成する、入射側
に位置する画素電極及びスイッチング素子を形成する透
明基板は、現状では熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ程度と
低い石英ガラスを用いて構成しているため、液晶パネル
８内に蓄積される熱を効率良く逃がすことができないと
いう問題があった。

【００２６】さらに、図２に示すように光源１からの光
をＲＧＢの３色光に分離して、各々の色に対応する画像
を表示し、合成プリズム１１等を用いて合成する方式の
液晶プロジェクタ装置では、ダイクロイックミラー１０
を用いて光源１からの光を分離している。このダイクロ
イックミラー１０は、現状は青板ガラス又は白板ガラス
等に光源の波長を選択して透過・反射を行う膜を表面に
施して作製しているが、この部品についても、光吸収に
よる発熱を引き起こし、装置全体の温度を上昇させると
いう問題を発生させている。

【００２７】また、光源１から光学系に光を入射する場
合、予め不要な発熱源となる赤外線をカットするという
ことが行われているが、通常このＩＲカット用のフィル
タ３についても青板ガラス又は白板ガラスが用いられて
おり、熱伝導性が低いため蓄熱してしまい、装置全体の
温度上昇の原因となっていた。

【００２８】一方、光源１は単一であるため、照射面の
照度を均一にできないことから、光源強度を拡散させる
ために一般的にインテグレーターレンズ４が用いられて
いる。このインテグレーターレンズ４は、通常、パイレ
ックスガラス等の光学ガラスを型プレスして製造される
多数のレンズが、１枚のプレートに作り込まれた構造の
ものが多用されているが、更に特性を向上させたものと
して角柱側面の全反射を利用する石英ガラス等の材質の
ものが使用されている。この場合、屈折率が１．４６程
度と小さいため、全反射角度が大きくなり、角柱ロッド
長を長く設定する必要があり、また、疑似光源数が少な
いという問題があった。

【００２９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、光源か
らの光をレンズ、偏光板を介して液晶パネルを通過さ
せ、投影するようにした液晶プロジェクタ装置におい
て、上記レンズ、偏光板における偏光体の保持板、液晶
パネルを構成する透明基板のうちの少なくとも一種をサ
ファイア基板で形成したことを特徴とする。

【００３０】また、本発明は、光源からの光を、波長を
選択して透過・反射を行うようにしたダイクロイックミ
ラーやフィルタを通過させた後、レンズ、偏光板を介し
て液晶パネルを通過させ、投影するようにした液晶プロ
ジェクタ装置において、上記ダイクロイックミラー、フ
ィルタ、レンズ、偏光板における偏光体の保持板、液晶
パネルを構成する透明基板のうちの少なくとも一種をサ
ファイア基板で形成したことを特徴とする。

【００３１】即ち、本発明は、液晶プロジェクタ装置に
おける透明板として熱伝導性の高いサファイア基板を用
いることによって、放熱性を高めるようにしたものであ
る。さらに本発明は、上記サファイア基板が、Ｃ軸方向
又はＣ軸方向投影線方向と透過すべき偏光透過軸との成
す角度が±２°以内であるか、又はＣ軸と直交する軸
（例えばＭ軸またはＡ軸）と透過すべき偏光透過軸との
成す角度が±２゜以内であるか、又はＣ面と透過すべき
偏光の透過方向に垂直な面との成す角度が±２°以内で
あることを特徴とする。

【００３２】即ち、サファイアの結晶方位を上記のよう
にしておくことによって、偏光特性に悪影響を及ぼすこ
とを防止できるようにしたものである。

【００３３】また、本発明は上記サファイア基板に金属
製放熱フィンを接合したことによって、さらに放熱性を
向上させたものである。

【００３４】さらに、本発明は、上記レンズが、光源か
らの光を拡散させるロッド型のインテグレータレンズで
あり、サファイアで形成したことを特徴とする。即ち、
サファイアは屈折率が高いため、全反射角を小さくする
ことができ、光源からの光の拡散性を向上できるように
したものである。

【００３５】さらに本発明は、上記サファイア基板の表
面に反射防止コートを施すことによって透過率を高めた
ことを特徴とする。

【００３６】また、本発明は、上記偏光子又は液晶パネ
ルに、ショア硬度３０以下の透明粘着材を１０〜７０μ
ｍの厚みで塗布してサファイア基板を貼り合わせたこと
によって、熱膨張差により発生する変形により液晶の画
像への影響を少なくし、熱伝導に不具合の出ないように
したものである。

【００３７】さらに本発明は、上記液晶パネルの外面
に、０．１ｍｍ以下の空隙を隔ててサファイア基板を密
封するように取り付けたことによって、サファイアが液
晶に影響を与えず、発生した熱を微少な空隙により効率
良く伝導し冷却効果を高めたものである。

【００３８】また本発明は、上記液晶パネルの外面にサ
ファイア基板を取り付け、該サファイア基板には上記液
晶パネルの有効画素領域よりも０．１ｍｍ以上大きなサ
イズの遮光枠を塗布したことにより、投影する映像が周
りからの光の散乱の影響を受けることを防止したもので
ある。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図によ
って説明する。

【００４０】図１に示すように、光源１は、メタルハラ
イドランプ・キセノンランプ・ＵＨＰ等の高輝度ランプ
光源であり、これから投射された光は、球面反射鏡２に
より反射され、赤外線や紫外線等をカットするフィルタ
３を透過させ、不要な赤外線・紫外線を除去する。その
後、インテグレータレンズ４、集光レンズ５を透過させ
て集光させた後、入射側偏光板６を通し、液晶パネル８
に入射する。液晶パネル８から出射させた光は、出射側
偏光板７を透過後、投影レンズ９により拡大投影され、
前方のスクリーン等に画像が映し出される。

【００４１】また、この構造は、１枚の液晶パネル８を
用いた単板式のものであるが、他の実施形態としてＲＧ
Ｂ３原色の光源分解光に対応して、３枚の液晶パネル８
を組み込んだ３枚式もある。

【００４２】これは、図２に示すように、光の波長に応
じて透過・反射を行うダイクロイックミラー１０、及び
光を合成する合成プリズム１１、また、全反射ミラー１
２が使用される。そして、ダイクロイックミラー１０に
よって、光源からの光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
に分解し、それぞれ個別の液晶パネル８に透過させ、合
成プリズム１１で合成して投影するようになっている。

【００４３】そして、本発明では、上記の図１、２に示
す液晶プロジェクタ装置において、ダイクロイックミラ
ー１０、フィルタ３、レンズ４、偏光板６、７における
偏光体の保持板、液晶パネル８を構成する透明基板のう
ちの少なくとも一種をサファイア基板で形成したことを
特徴とする。そのため、サファイア基板は熱伝導性が高
いことから、上述した各部品での発熱を効率よく放熱す
ることができる。

【００４４】まず、偏光板６、７における保持板にサフ
ァイア基板を適用した実施形態を説明する。

【００４５】図３に示すように、偏光体１３をサファイ
ア基板からなる保持板１５の表面に、透明接着剤で接合
して偏光板６、７を構成する。なお、この時、偏光体１
３の透過偏光軸１４と、保持板１５を構成するサファイ
ア基板のＣ軸またはＣ軸投影線方向を示す軸またはＣ軸
と直交する軸（例えばＭ軸）１６との成す角度が±２゜
好ましくは±０．５゜以内となるように、両者を接合す
る。

【００４６】図５は、図３のように貼り合わせた偏光板
６、７を、液晶パネル８の前後にセットし、光を照射し
た状態を示している。この場合、入射側は、液晶パネル
８から１〜５ｍｍの間隔を開けて設置し、出射側は、液
晶パネル８の表面に直接透明接着剤を用いて偏光体１３
側を貼り合わせた。

【００４７】このようにすれば、熱伝導率が４２Ｗ／ｍ
・Ｋと高いサファイア基板を保持板１５とし、偏光体１
３と貼り合わせることにより、偏光体１３を透過できな
かった光の吸収による蓄熱をサファイア基板に伝導し、
効率よく放熱させることができる。さらに、冷却ファン
を組み合わせて使用することにより極めて効率よく、偏
光板６の蓄熱を放散する事が出来る。

【００４８】なお、この実施形態において、偏光体１３
の透過偏光軸１４と、保持板１５を成すサファイア基板
のＣ軸又はＣ軸投影線又はＣ軸と直交する軸１６との成
す角度を±２゜好ましくは±０．５゜以内に制御する理
由は、偏光体１３により整えた偏光が、サファイア結晶
内の複屈折を起因とした旋光を発生させないようにする
ためである。例えば、上記範囲以上の角度となった場
合、液晶プロジェクタ装置から投影する映像に乱れ等の
影響が生じる。

【００４９】また、図４に示すようにサファイア基板か
らなる保持板１５の主面１５ａの面方位をＣ面±２゜好
ましくは±０．５゜以内とすることによっても、複屈折
の影響をなくし、安定した映像とすることが可能であっ
た。

【００５０】なお、偏光板６における偏光体１３と保持
板１５の位置関係については、液晶パネル８の入射側の
偏光板６については、偏光体１３を保持板１５よりも液
晶パネル８側に設置し、出射側の偏光板７については、
偏光体１３を保持板１５よりも液晶パネル８側に設置し
た方が、液晶パネル８の表示コントラストがより向上す
る。

【００５１】この理由は、液晶パネル８前後での偏光特
性を出来る限り変化させないことが重要であり、サファ
イア製の保持板１５の軸方位及び面方位を精度良くセッ
トしたとしても、透過させることにより偏光特性の変化
を０とすることは困難であるからである。このような配
置とすることにより、コントラストの特性は、サファイ
アを使用しない場合と比較してほぼ同等レベルが実現可
能であった。

【００５２】また、図５の実施形態では、入射側の偏光
板６を液晶パネル８から離した構造を示したが、図６に
示すように、液晶パネル８に直接偏光板６を接合した構
造を取った場合でも、熱伝導性の良いサファイアを保持
板１５として使えば、十分な放熱効果が得られ、冷却状
態を保つことができる。この構造を取った場合、液晶表
示面から、冷却風にさらされるサファイア製の保持板１
５外面側との距離を大きくできるため、保持板１５の表
面にゴミが付着した場合でも、焦点が合いにくく、投影
される映像の品位を劣化させることを防止することがで
きる。

【００５３】また、保持板１５として使用するサファイ
ア基板は、片面もしくは両面に反射防止コートを施すこ
とにより、更に透過性を高めることができる。また、そ
の反射防止コートも接着面と空気に触れる面とでコーテ
イング特性をその屈折率に合わせた設計とすることで、
さらに透過率を向上させることが可能であった。

【００５４】例えば、上記サファイア基板の空気と接す
る面には屈折率がほぼ１．０に対する反射防止コートを
施すが、この場合反射防止コートの屈折率は１．３３±
０．１５の範囲内のものを用いればよく、例えば屈折率
１．３８のＭｇＦ2 を用いる。また、他部材との接合面
には後述する透明粘着材の屈折率に合わせて、屈折率
１．３８〜１．５５に対する反射防止コートを施すこと
が好ましい。

【００５５】また、液晶パネル８出射側の外面に取り付
けるサファイア基板には、少なくとも片面に液晶パネル
８の有効画素エリアよりも０．１ｍｍ以上大きなサイズ
となる透過率が１％未満の遮光枠を塗布することによ
り、投影する映像が周りからの散乱光によるコントラス
トの低下という問題を防止することが可能であった。こ
の遮光膜は、シルク印刷のようなものでも良く、クロム
系の蒸着膜でも構わない。

【００５６】実際にサファイア基板を保持板１５として
偏光板６、７を構成した場合、従来の青板ガラスまたは
白板ガラスを保持板１５として使用した場合と比較し、
各々１０〜１５℃以上の冷却効果の改善が見られた。

【００５７】次に、液晶パネル８を構成する透明基板に
サファイア基板を用いた実施形態について説明する。

【００５８】液晶パネル８は、入射側に位置する画素電
極及びスイッチング素子を形成する透明基板と、出射側
に位置する対向電極を形成する透明基板との間隙に液晶
を保持する構造を取っており、これらの透明基板をサフ
ァイア基板で構成するか、またはこれらとは別に、液晶
パネル８の入射側や出射側にサファイア基板からなる透
明基板を備える。

【００５９】図７に示す実施形態は、液晶パネル８の入
射側と出射側に、少なくとも０．１ｍｍ以下の空隙を開
けて、密閉するようにサファイア基板からなる透明基板
１８を接合したものである。

【００６０】ここで、液晶パネル８と透明基板１８の間
に空隙を開けた理由を説明する。液晶プロジェクタ装置
に用いる液晶パネル８は、拡大投影して使用されるた
め、間隔を一定に保つためのビーズを液晶と共に封入す
ることは出来ず、外周部のシール槽のみで一定間隔を保
つ構造となっている。そのため、サファイアの透明基板
１８を直接接触させセットした場合、温度変化による熱
膨張等により、液晶パネル８の表面を変形させ、投影映
像の品位を落とすということになるのである。

【００６１】そこで、空間をあけて透明基板１８を備え
ることにより、これらの変形を防ぐことができる。ま
た、液晶パネル８内の蓄熱を効率良く外周部の透明基板
１８に伝導させるには、間隙を出来るだけ狭くする方が
良いことから、少なくとも０．１ｍｍ以下に間隙を保つ
ことにより、この両方の特性を満足することが確認でき
た。

【００６２】この実施形態では、密閉空間構造にして透
明基板１８を接合した場合の例を示したが、空間の代わ
りに柔軟性のある透明粘着材を介して接するように貼り
付けても良い。この場合の透明粘着材は、表１に示すよ
うにショア硬度３０以下とすれば良い。また、その厚み
は、画像品質への影響を考慮した場合、１０μｍ以上と
すれば問題がなく、熱の伝導による冷却性を確認した実
験を行った結果、表２に示すように７０μｍ以下の厚み
とすれば良いことがわかった。

【００６３】

【表１】

【００６４】

【表２】

【００６５】また、液晶パネル８に対し、光の入射側及
び出射側の両方に透明基板１８を備えた方がより高い放
熱性を示すが、いずれか片側でも高い放熱効果を得るこ
とは可能である。さらに、透明基板１８を成すサファイ
ア基板の片側、または、両側に反射防止コートを施すこ
とにより、更に、透過特性を向上させることが可能であ
る。

【００６６】なお、透明基板１８として使用するサファ
イア基板は、透過すべき偏光の偏光軸に対して、サファ
イア基板のＣ軸またはＣ軸投影線またはＣ軸と直交する
軸が±２゜以内、好ましくは０．５°以内となるようセ
ットすることで、旋光等のにより投影画像の品位を劣化
させる問題を回避することができる。また、サファイア
基板の面方位をＣ面±２゜好ましくは±０．５゜とする
ことによっても、投影画像の品位に影響を与えることを
防止できる。

【００６７】また、液晶パネル８をサファイア製の透明
基板１８放熱板で覆うことにより、透明基板８にゴミが
付着しても、液晶パネル８からの距離を大きくできるた
め、焦点が外せて、映像品位に支障が出なくなる。尚、
この厚みは、１ｍｍ以上必要であることが実験により確
認できた。

【００６８】さらに、加えて偏光板６、７を構成する保
持板１５をサファイア基板で構成することにより、約５
℃以上の液晶パネル面温度低下効果が得られた。

【００６９】次に、図８に示す実施形態は、透過型の液
晶パネル８を構成する入射側の画素電極及びスイッチン
グ素子を形成する透明基板１９、及び出射側の対向電極
を形成する透明基板２０をサファイア基板で形成し、液
晶パネル８を構成したものである。

【００７０】この透明基板１９、２０を成すサファイア
基板について、いずれも透過すべき偏光の偏光軸とサフ
ァイアの結晶軸によるＣ軸又はＣ軸投影線方向又はＣ軸
と直交する軸との成す角度が、±２゜好ましくは±０．
５゜以内となるように構成するか、またはサファイア基
板の面方位をＣ面±２゜好ましくは±０．５゜以内とす
る必要がある。

【００７１】この場合、液晶パネル８を構成する透明基
板１９、２０自体が十分な放熱特性を持つサファイアか
ら成るため、偏光板を別に備える必要がなく、上記透明
基板１９、２０の外面側に直接偏光体１３を接合すれば
よい。このようにすれば、透明基板１９、２０が偏光体
１３の保持板を兼用させることができ、コンパクトで低
コストの構造とすることができる。

【００７２】この場合、サファイア基板の片面又は両面
に反射防止コートを施すことで尚一層透過特性を向上さ
せることが可能となるが、偏光体１３を接着させる透明
粘着材が、一般的に１．４〜１．５の屈折率を示して一
部反射防止の役目も果たすため、特に反射防止コーティ
ングを施こさなくでも良好な透過特性が実現可能とな
る。さらにその屈折率に合わせた設計の反射防止コート
を施すことにより透過特性が向上する。

【００７３】図８に示す構造で、冷却ファンと組み合わ
せた冷却構造を取った場合、石英基板で同構造を形成し
た場合と比較して、約１５〜２０℃の温度低減効果が実
現でき、光学系の光路も約５％の短縮が可能となった。

【００７４】次に、図９に示す実施形態は、反射型の液
晶パネル８の反射電極及びスイッチング素子を形成する
透明基板２１、及び入出射側の対向電極を形成する透明
基板２２として用いたものであり、この場合も、放熱効
果を向上させることが出来る。

【００７５】なお、この実施形態では、反射電極及びス
イッチング素子を形成する透明基板２１に用いるサファ
イア基板は偏光の特性に影響しないため、その軸や面方
位は任意で良く、また、面の仕上げも反射面側のみ鏡面
仕上げすれば良い。そして、透明基板２１の裏側に放熱
用ヒートシンク２３を直接取り付けることが可能とな
る。また、入出射側の対向電極を形成する透明基板２２
として使用する透明サファイア基板については、入射光
と反射された出射光の偏光方向が異なるため、偏光に対
し旋光性がないように、その主面をＣ面±２゜以内、好
ましくは±０．５゜以内とするのが良い。

【００７６】さらに、本発明の他の実施形態について説
明する。

【００７７】映像を拡大投影するプロジェクタ装置は、
一般的に高精細画像を表示する場合、透過液晶方式、反
射液晶方式、ＤＬＰ方式に関わらず、図２に示すように
光源をＲＧＢの３色光に分離して、各々の色に対応する
画像を表示し、プリズム等を用いて合成する方式を取っ
ている。

【００７８】この中で、光源１の色を分離している役目
を果たしているダイクロイックミラー１０をサファイア
基板で形成し、光源１の波長を選択して透過・反射を行
う膜をその表面に形成する。

【００７９】このことにより、ダイクロイックミラー１
０の蓄熱を効率良く放散できるようになり、装置全体の
温度を低減することが可能となった。これらに使用する
サファイア基板についても透過後又は透過前に調整され
る偏光透過軸に対し、Ｃ軸またはＣ軸投影線方向または
Ｃ軸と直交する軸が±２゜好ましくは±０．５゜以内と
なるように構成するか、もしくは、サファイア基板の主
面がＣ面±２゜以内、好ましくは±０．５゜以内とする
のが良い。

【００８０】さらに、他の実施形態として、光源１から
の不要な発熱要因となる赤外線が光学系に入射するのを
防止する赤外線カット用のフィルタ３としてサファイア
基板を用い、その表面に赤外線カット膜を生成すること
もできる。この場合、フィルタ３は光源１直後に配置さ
れ、大きな発熱となっているため、光源１用の冷却ファ
ンを用いて冷却する事により、効率良く放熱することが
可能となり、装置全体の温度低減が効果が大きくなる。

【００８１】これらに使用するサファイア基板について
も透過後または透過前に調整される偏光透過軸に対し、
Ｃ軸またはＣ軸投影線方向またはＣ軸と直交する方向が
±２゜好ましくは±０．５゜以内となるように構成する
か、もしくは、サファイア基板の主面がＣ面±２゜以
内、好ましくは±０．５゜以内とするのが良い。

【００８２】更に、上述したサファイア基板に金属製放
熱フィンを接合することもできる。例えば、図１０で
は、偏光板６の保持板１５として使用するサファイア基
板の外周に、Ｍｏ−Ｍｎ等のメタライズ層２４を形成
し、金属製放熱フィン２５をロウ付け接合した。

【００８３】この場合、偏光体１３に蓄熱した熱が、サ
ファイア製の保持板１５に伝導し、更に効率良く熱伝導
性の良い金属製放熱フィン２５へと伝導する。そして、
表面積を大きくして放熱性を上げた金属製放熱フィン２
５を冷却ファンで冷却することにより、更に冷却効果を
高くすることができる。

【００８４】実験によると、サファイア単体の場合と比
較し、更に、５〜１０℃の温度低減効果の向上が見られ
た。このことにより、偏光体１３の特性保証温度である
７０℃に対し、遙かに低い安定した稼動条件を満たすこ
とが可能である。

【００８５】なお、この実施形態ではＭｏ−Ｍｎメタラ
イズ法を用いたが、活性金属法等を用いて作成しても同
様の効果が得られる。

【００８６】また、光学系のセット位置決めに用いられ
る、一般的な樹脂枠（型）をアルミ等の高熱伝導性材料
で構成することにより、熱を更に効率良く伝えることが
出来るようになり、装置全体を放熱構造とすることがで
きるようになる。

【００８７】更に、本発明の他の実施形態について説明
する。

【００８８】映像を拡大投影する液晶プロジェクタ装置
において、図１１に示すように、高輝度ランプの光源１
を拡散させるロッド型のインテグレータレンズ２６をサ
ファイアで構成した。

【００８９】サファイアは、Ｎｏ＝１．７６８という高
屈折率な透明材料であるため、４角柱のインテグレータ
レンズ２６を作製した場合、全反射角を小さく設定する
事が可能となり、石英等の光学ガラスで作成したインテ
グレータレンズと比較して遙かに拡散性を向上させるこ
とが可能となり、また、全体の寸法もコンパクトに設計
することが可能である。

【００９０】これにより、液晶プロジェクタ装置による
映像輝度の均一化を向上させることが可能となり、ま
た、放熱性についても改善が可能である。作成するイン
テグレータレンズ２６の入射面及び出射面となる角柱の
端面部は、無反射コートを施すことにより、更に透過効
率を向上させることが可能となる。

【００９１】次に、本発明のサファイアの製作過程につ
いて説明する。

【００９２】単結晶サファイアは、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ
₃）の単結晶体であり、Ａｌ原子・Ｏ原子が配置し結晶
を形成している。また、サファイアは、図１２に示すよ
うに六方晶系であり、その中心軸がＣ軸、これに垂直な
面がＣ面（０００１）である。そして、Ｃ軸から放射状
にのびるＡ軸（ａ１，ａ２，ａ３）とそれに垂直な面が
Ａ面（１１−２０）となる。Ｒ面は、図のように、Ｃ軸
と一定の角度（約３２．３８３゜）を有して存在する。
尚、これらの軸及び面については、Ｘ線回折により分析
が可能である。

【００９３】本発明の単結晶サファイアは、ＥＦＧ法
（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄＦｉｌｍ−ｆｅｄＧｒ
ｏｗｔｈ法）により製造した。即ち、高純度のアルミナ
を不活性雰囲気中で溶融し、このアルミナ融液と接する
ように内部にスリットを備えたリボン状のサファイア単
結晶育成用のモリブデンダイを位置させ、アルミナ融液
を毛細管作用によりモリブデンダイ上端部までアルミナ
融液を誘導し、そこで種結晶（シード）と接触させ、次
いでシードを上方に引き上げて単結晶アルミナであるサ
ファイアの育成を行った。この基板素材を引上育成する
に当たっては、シードの主面を育成したい面方位とし、
その成長軸を引き上げ軸としてセットし、引き上げれば
良い。このように引き上げることにより、主面の面方位
を容易に狙った面方位、軸方位として精度良く育成出来
るのである。尚、単結晶サファイアの育成方法は、ＥＦ
Ｇ法に限らず、チョクラルスキー法等他の方法によって
でも良いが、今回のような角形状の結晶を得たい場合
は、円柱状の結晶形状では効率が悪いため、板状の結晶
を精度良く得られるＥＦＧ法が適している。

【００９４】このようにして得られた単結晶サファイア
を、ダイヤモンドホイール等により所定の形状に研削加
工を行った後、ダイヤモンド砥粒を用いラッピング加工
を行う。

【００９５】次に、粒径５０ｎｍ以下のＳｉＯ₂の球状
コロイド粒子（コロイダルシリカ）を分散させた液を研
磨液として供給しながら、単結晶サファイアと研磨布を
相対的に摺動させて精密研磨（ＣＭＰ）を行う。このよ
うにして研磨を行うことにより、新たに歪を生じさせず
に上記研削及びラッピング加工で生じた破壊層を除去す
ることができ、透過性に優れ、基板として用いる場合で
も良好な平滑な面が出来上がる。

【００９６】次に、サファイアと現状使用されている透
明材料である石英ガラス・ＢＫ−７・フロートガラス
（青板ガラス）との特性値の比較を表３に示す。

【００９７】この表３から明らかなように、サファイア
が圧倒的に熱伝導率に優れ、放熱性に優れることが解
る。また、屈折率も比して高いため、インテグレータレ
ンズとして使用する場合も高い特性を有していることが
解る。

【００９８】また、高強度であるため、他の材料と比較
して薄く設計することが可能となり、全体としてコンパ
クトな光学系の設計が可能となる。さらに、耐熱性にも
優れ、液晶パネルを構成する多結晶シリコン（ｐ−ｓ
ｉ）ＴＦＴの製造工程の高温プロセスに対しても、全く
問題なく使用が可能である。

【００９９】

【表３】

【０１００】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、液晶プロ
ジェクタ装置における各種部品に熱伝導性の良いサファ
イアを使用することにより、放熱効果が向上し、高輝度
で小型化した液晶プロジェクタ装置を発熱による特性劣
化という問題なしに実現することが出来る。

【０１０１】また、サファイア結晶の軸方位、面方位を
精度良く制御する事で、偏光特性を忠実に透過し、投影
できるプロジェクタ装置が実現できる。

【０１０２】さらに、サファイア基板にメタライズ法に
より金属製放熱フィンを直接ロー付けする事により、更
に放熱特性を大幅に向上することが可能である。

【０１０３】本発明により、液晶プロジェクタ装置によ
る投影画像の大幅な高輝度化・高精細化が可能となり、
更に装置の小型化にも貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な透過型液晶単板式プロジェクタ装置の
概略図である。

【図２】一般的な透過型液晶３枚式プロジェクタ装置の
概略図である。

【図３】本発明の液晶プロジェクタ装置における偏光板
を示す図である。

【図４】本発明の液晶プロジェクタ装置における偏光板
を示す図である。

【図５】図３、４の偏光板を備えた液晶パネルを示す図
である。

【図６】図３、４の偏光板を備えた液晶パネルを示す図
である。

【図７】本発明の他の実施形態を示す図である。

【図８】本発明の他の実施形態を示す図である。

【図９】本発明の他の実施形態を示す図である。

【図１０】本発明の他の実施形態を示す図である。

【図１１】本発明の他の実施形態を示す図である。

【図１２】サファイアの結晶構造を示す図である。

【符号の説明】

１・・・光源２・・・反射鏡３・・・フィルタ４・・・インテグレータレンズ５・・・レンズ６・・・偏光板７・・・偏光板８・・・液晶パネル９・・・投影レンズ１０・・・ダイクロイックミラー１１・・・合成プリズム１２・・・全反射ミラー１３・・・偏光体１４・・・偏光軸１５・・・保持板１６・・・Ｃ軸又はＣ軸投影線方向１８・・・透明基板１９・・・透明基板２０・・・透明基板２１・・・透明基板２２・・・透明基板２３・・・ヒートシンク材２４・・・メタライズ層２５・・・金属製放熱フィン２６・・・インテグレータレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平８−95035（ＪＰ，Ａ) 特開平４−76523（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−86593（ＪＰ，Ａ) 特開平２−79476（ＪＰ，Ａ) 特開平５−27257（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−17726（ＪＰ，Ａ) 特開平４−113308（ＪＰ，Ａ) 特表平２−501095（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1333 500 G02F 1/13 505

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光をレンズ、偏光板を介して液
晶パネルを通過させ、投影するようにした液晶プロジェ
クタ装置において、上記レンズ、偏光板における偏光子
の保持板、液晶パネルを構成する透明基板のうちの少な
くとも一種をサファイア基板で形成し、該サファイア基
板は、Ｃ軸方向又はＣ軸投影線方向と透過すべき偏光透
過軸との成す角度が±２°以内であるか、又はＣ軸と直
交する軸と透過すべき偏光透過軸との成す角度が±２゜
以内であるか、又はＣ面と透過すべき偏光の透過方向に
垂直な面との成す角度が±２°以内であることを特徴と
する液晶プロジェクタ装置。
【請求項２】光源からの光を、波長を選択して透過・反
射を行うようにしたダイクロイックミラーやフィルタを
通過させた後、レンズ、偏光板を介して液晶パネルを通
過させ、投影するようにした液晶プロジェクタ装置にお
いて、上記ダイクロイックミラー、フィルタ、レンズ、
偏光板における偏光子の保持板、液晶パネルを構成する
透明基板のうちの少なくとも一種をサファイア基板で形
成し、該サファイア基板は、Ｃ軸方向又はＣ軸投影線方
向と透過すべき偏光透過軸との成す角度が±２°以内で
あるか、又はＣ軸と直交する軸と透過すべき偏光透過軸
との成す角度が±２゜以内であるか、又はＣ面と透過す
べき偏光の透過方向に垂直な面との成す角度が±２°以
内であることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
【請求項３】上記サファイア基板に金属製放熱フィンを
接合したことを特徴とする請求項１又は２記載の液晶プ
ロジェクタ装置。
【請求項４】上記レンズが、光源からの光を拡散させる
ロッド型のインテグレータレンズであり、サファイアで
形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の液晶プ
ロジェクタ装置。
【請求項５】上記サファイア基板の表面に反射防止コー
トを施したことを特徴とする請求項１又は２記載の液晶
プロジェクタ装置。
【請求項６】上記偏光子又は液晶パネルに、ショア硬度
３０以下の透明粘着材を１０〜７０μｍの厚みで塗布し
てサファイア基板を貼り合わせたことを特徴とする請求
項１又は２記載の液晶プロジェクタ装置。
【請求項７】上記液晶パネルの外面に、０．１ｍｍ以下
の空隙を隔ててサファイア基板を密封するように取り付
けたことを特徴とする請求項１又は２記載の液晶プロジ
ェクタ装置。
【請求項８】上記液晶パネルの外面にサファイア基板を
取り付け、該サファイア基板には上記液晶パネルの有効
画素領域よりも０．１ｍｍ以上大きなサイズの遮光枠を
塗布したことを特徴とする請求項１または２記載の液晶
プロジェクタ装置。