JP3434193B2

JP3434193B2 - 透過型表示装置

Info

Publication number: JP3434193B2
Application number: JP05049098A
Authority: JP
Inventors: 孝則原; 重典大谷
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2003-08-04
Anticipated expiration: 2018-03-03
Also published as: JPH11249120A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
や液晶テレビ等に用いられる透過型表示装置に関し、特
に、液晶表示パネル及び液晶表示パネル出射側に設けら
れた偏光板を、効率よく放熱する装置に用いて、好適な
透過型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術を図４及び図５に基づき以下
に説明する。図４は、従来の液晶プロジェクタの概略構
成を示す平面図であり、図５は、従来の液晶表示パネル
周辺部の構成を示す平面図である。

【０００３】図４に示すように、液晶プロジェクタは、
例えばメタルハライドランプ等の強力な光源光を発する
光源１１、光源１１からの光を反射する反射鏡１２、光
源１１から出射した光源光及び反射鏡１２からの反射光
の不要な赤外線を除去する熱線カットフィルタ１３、熱
線カットフィルタ１３を透過した光を集光する集光レン
ズ１４、集光レンズ１４で集光された光を透過すること
で画像を表示する液晶表示パネル１５、液晶表示パネル
１５を支持する支持フレーム１６、液晶表示パネル１５
より出射された出射光を拡大投影する投影レンズ１７、
液晶表示パネル１５や後述する液晶表示パネル１５に貼
り付けられる偏光板１９を冷却する電動ファン１８を備
える。

【０００４】次に、この液晶プロジェクタの動作を説明
する。まず、光源１１からの光源光及び反射鏡１２から
の反射光は、熱線カットフィルタ１３にて不要な赤外線
が除去され、集光レンズ１４に出射される。不要な赤外
線が除去された光源光及び反射光は、集光レンズ１４で
集光され、液晶表示パネル１５に出射される。なお、液
晶表示パネル１５は支持フレーム１６にて支持されてい
る。また、液晶表示パネル１５には、映像信号や走査パ
ルスが加えられ、集光レンズ１４からの光が透過するこ
とで、液晶パネル上に画像を表示する。なお、支持フレ
ーム１６は成形のしやすさから、ポリカーボネイト（Ｐ
Ｃ）等の樹脂が用いられている。

【０００５】液晶表示パネル１５より出射された出射光
は、投影レンズ１７に出射され、出射光が投影レンズ１
７にて拡大投影されることで、液晶パネル上の表示画像
を不図示のスクリーン上に、拡大して写し出すことがで
きる。なお、電動ファン１８は、液晶表示パネル１５や
後述する液晶表示パネル１５に貼り付けられる偏光板１
９の温度上昇を抑えるため、強制冷却するものである。

【０００６】また、以上説明したように、小面積の液晶
パネル上の表示画像を十分な照度を持たせて、大面積の
スクリーン上に投影する関係上、液晶プロジェクタは、
かなり強力な光源を必要とし、メタルハライドランプ等
の高出力の光源が用いられている。従って、光束が小面
積の液晶パネルを透過することから、その光束に含まれ
る熱線により、液晶パネルの温度は上昇しがちになる。
この液晶パネルの温度上昇を抑えるため、前述したよう
に、光源１１と集光レンズ１４との間に、熱線カットフ
ィルタ１３を介し不要な赤外線を除去したり、電動ファ
ン１８で強制冷却することが行われている。

【０００７】以上の説明は、液晶表示パネル１枚を用い
た、単板式の液晶プロジェクタの説明であるが、単板式
に代えＲＧＢ三原色の光源光に対応して、３枚の液晶表
示パネルを用いた、３板式の液晶プロジェクタにおいて
も、基本動作は同様である。

【０００８】次に、液晶表示パネル周辺部の構成を示す
図５を参照して液晶表示パネル１５について説明する。
液晶プロジェクタに使用される液晶表示パネル１５は、
アクティブマトリクス方式が主流であり、駆動基板はア
モルファスシリコン基板から、近年、小型のポリシリコ
ン基板に移行してきている。その理由は、製造プロセス
が高精細化され、小型サイズに多くの画素数を配置で
き、アモルファスシリコン基板よりも、開口率をあげる
ことができるためである。なお、製法にもよるが高温の
ポリシリコン基板は、液晶表示パネル出射側からのＴＦ
Ｔ（薄膜トランジスタ）への反射光に対する、遮光対策
が充分にとれず、ＴＦＴのリーク電流でクロストーク現
象が発生し、画質に悪影響を及ぼす。

【０００９】そのため、液晶表示パネル１５の出射側
に、入射光に対し直交偏光された光は透過し、平行偏光
された光は遮断する偏光板１９を直接貼り付け、反射光
を減少させている。ところが、偏光板１９を貼り付ける
ことにより、特に、映像信号の低輝度時において、偏光
板１９での発熱が生じ、その熱が液晶表示パネル１５に
伝達され、液晶表示パネルの温度上昇を招いている。な
お、偏光板１９における発熱は、平行偏光された光の遮
断（吸収）によるエネルギー変換により、発生するもの
である。

【００１０】

【発明が解決しょうとする課題】従来においては、熱線
カットフィルタによる熱線の低減は充分でなく、結局は
光源の出力を抑える、あるいは電動ファンの冷却能力を
増大するかを、余儀なくされていた。光源の出力を抑え
るようにした場合は、サイズの大きいスクリーンに投影
した時の照度が不足するため、液晶プロジェクタの性能
が制限されるという問題があった。

【００１１】また、電動ファンの冷却能力を増大させる
場合は、電動ファンを大型化あるいは回転数を上昇させ
なければならず、液晶プロジェクタ自体の大型化、それ
に伴うコストの上昇を招くとともに、大きな騒音が発生
するという問題があった。さらに、映像信号の低輝度時
において、液晶表示パネルに貼り付けた偏光板による、
熱的負荷が非常に大きくなるという問題があった。本発
明は、上記問題点に鑑みて成したものであり、これら問
題点を解決した透過型表示装置を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る透過型表示
装置は、画像を表示する液晶表示パネルと、該液晶表示
パネルを支持する熱伝導率の高い金属材料からなる支持
フレームと、該液晶表示パネルの出射側に設けられる偏
光板と、該偏光板の出射側に配置され、前記支持フレー
ムに接合される石英ガラスより熱伝導率が高い透明基板
であるサファイアと、該サファイア基板と前記偏光板間
に配置され、該サファイア基板及び前記偏光板との界面
の空気を排他する液状物質またはゲル状物質が充填され
た充填部とを備え、該充填部の充填物質の熱伝導率が
０．１Ｗ／ｍ・ｋ以上であることを特徴とする。

【００１３】また、前記充填物質が液状物質の場合は粘
度が１０ｃｓｔ以上であるものである。また、前記サフ
ァイア基板と前記偏光板との距離を０．５ｍｍ以内にす
るものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について、図
１乃至図３に基づき以下に説明する。図１は本発明にお
ける液晶表示パネル周辺部の構成を示す平面図、図２及
び図３は本発明を説明するための図である。なお、本発
明においても液晶プロジェクタを例に説明するものであ
り、液晶プロジェクタの基本的構成は、従来例と同様で
あり、説明は省略する。

【００１５】図１に示すように、本発明に係る透過型表
示装置の一例としての液晶プロジェクタは、画像を表示
する液晶表示パネル１、液晶表示パネル１を支持する支
持フレーム２、入射光に対し直交偏光された光は透過
し、平行偏光された光を遮断する偏光板３、液晶表示パ
ネル１及び偏光板３にて発生する熱を吸収し放熱する透
明基板４、接着性のないゲル状物質あるいは液状物質を
充填する充填部５を備える。なお、この液晶プロジェク
タにおいて、液晶表示パネル１には、図示はしていない
が映像信号や走査パルスが加えられている。

【００１６】次に、この液晶プロジェクタにおける動作
を説明する。まず、図１に示す矢印の方向より、適当な
偏光をもった高出力の光が、液晶表示パネル１に入射す
る。入射光が液晶表示パネル１を透過することで、液晶
表示パネル１は、前述した映像信号に基づいた画像を液
晶パネル上に表示する。なお、入射光の光束が小面積の
液晶表示パネル１を透過し、その光束に含まれる熱線に
より、液晶表示パネル１の温度は上昇しがちになる。こ
の液晶パネルの温度上昇を抑えるため、光源と集光レン
ズとの間に熱線カットフィルタを介したり、電動ファン
で強制冷却することは、従来例と同様である。

【００１７】また、液晶表示パネル１の駆動基板には、
小型のポリシリコン基板が用いられている。製法にもよ
るが高温のポリシリコン基板は、液晶表示パネル出射側
からのＴＦＴへの反射光に対する、遮光対策が充分にと
れず、ＴＦＴのリーク電流でクロストーク現象が発生
し、画質に悪影響を及ぼす。そのため、液晶表示パネル
１の出射側表面に、入射光に対し直交偏光された光は透
過し、平行偏光された光を遮断する偏光板３を直接貼り
付け、反射光を減少させている。

【００１８】また、偏光板３の貼り付けによる映像信号
の低輝度時において、偏光板３での発熱が生じ、その熱
が液晶表示パネル１に伝達され、液晶表示パネル１の温
度上昇を招いている。なお、偏光板２における発熱は、
平行偏光された光の遮断（吸収）によるエネルギー変換
により発生する。以上までが従来例と同様である。

【００１９】そこで、本発明においては、図１に示すよ
うに、偏光板３の出射側に液晶表示パネル１及び偏光板
３にて発生する熱を吸収し、放熱する透明基板４を配置
するとともに、支持フレーム２に熱伝導率のよい金属材
料（例えば、アルミ）を用い、透明基板４と支持フレー
ム２を接合し、液晶表示パネル１及び偏光板３にて発生
する熱を、透明基板４から支持フレーム２に放熱させる
ものである。透明基板４に要求される特性として、熱伝
導率が良いことが必須条件となる。この要求を満たす基
板としては、例えばサファイアが揚げられる。サファイ
アの熱伝導率は４２Ｗ／ｍ・ｋで、液晶表示パネル等に
用いられる一般的な石英ガラス（１．４Ｗ／ｍ・ｋ）の
約３０倍の熱伝導率を有する。

【００２０】次に、透明基板４の配置について説明す
る。通常においては、透明基板４と偏光板３とを空気が
入り込まないように、接着してしまうことが考えられ
る。そこで、図１の構成を用いて、充填部５に一般的な
アクリル系ＵＶ接着剤を充填し、サファイアを用いた透
明基板４と偏光板３とを接着して実験を行った。なお、
液晶表示パネルは０．９インチサイズの液晶表示パネル
を使用した。

【００２１】その結果は、色むらの発生が起こり、さら
に、比較的柔軟性のあるシリコン系ゴムを用いても、若
干の色むらが確認された。色むらの発生要因は、透明基
板４と偏光板３との接着（固まる）により、熱膨張やヤ
ング率の違いで応力が発生し、セルギャップ厚が変わっ
てしまうためである。従って、セルギャップ厚の変化を
出来るだけ抑える必要があり、透明基板４と偏光板３と
の接着は避ける必要があることが判明した。

【００２２】次に、接着性のない材料として、シリコン
ゲルのようなゲル状物質がある。このシリコンゲルを用
いて、接着剤の場合と同様な実験をした結果、色むらの
発生は起らなかった。さらに、シリコンオイルのような
液状物質を用いても、色むらの発生は起こらなかった。
従って、透明基板４と偏光板３界面の空気を排他し、空
気が入り込まないように、密着させる手段として、接着
性のないゲル状物質あるいは液状物質を充填すること
が、必要であることが判明した。

【００２３】また、一般的な液晶の動作保証温度の上限
は約７０℃であり、周囲環境の上限を４０℃とすると液
晶パネルの温度上昇を３０℃以内に抑える必要がある。
そこで、光源出力，電動ファン電圧等を調節し、液晶表
示パネル温度が３０℃になるような環境を設定し、この
環境において、支持フレーム２の材料及び充填部５に充
填する媒質を替え放熱効果の確認を行なった。構成は図
１の構成とし、また、透明基板４にはサファイアを用
い、液晶表示パネルは０．９インチサイズを使用した。
結果は図２の通りである。

【００２４】図２において、ＰＣはポリカーボネイト、
ＡＬはアルミである。なお、液晶の温度は偏光板３の温
度とほぼ同様であるので、偏光板３の温度測定にて確認
を行った。

【００２５】図２を参照して、放熱効果の確認結果を説
明する。まず、偏光板３〜透明基板４間の充填部５に充
填する媒質なしでは、放熱効果が認められなかった（Ｎ
Ｏ．１参照）。上記結果は、支持フレーム２の材料をＰ
Ｃ（熱伝導率＝０．２Ｗ／ｍ・ｋ）から熱伝導率の良い
アルミ（ＡＬ：熱伝導率＝２３６Ｗ／ｍ・ｋ）に替えて
も変わらなかった（ＮＯ．２参照）。この要因は、偏光
板３と透明基板４間に、熱伝導率が非常に低い（約０．
０２Ｗ／ｍ・ｋ）空気が介在するため、熱が効率良く透
明基板４に伝わらないためである。そこで、媒質に無色
透明のシリコンゲル（熱伝導率＝０．１７Ｗ／ｍ・ｋ）
を用いて確認を行った。その結果は以下の通りである。
支持フレーム２の材料がＰＣの場合、放熱効果がほとん
ど認められなかった（ＮＯ．３参照）。この結果もＰＣ
の熱伝導率が低く、透明基板４から支持フレーム２への
放熱がなされていないためである。

【００２６】次に、支持フレーム２の材料をＡＬに替え
た結果、大幅な放熱効果が認められた（ＮＯ．４参
照）。つまり、液晶表示パネル１及び偏光板３にて発生
した熱を、色むらが発生することなく、効率良く透明基
板４を介し支持フレーム２に放熱させるには、透明基板
４と偏光板３間に空気が入り込まないように、ゲル状物
質あるいは液状物質を充填し、さらに、支持フレーム２
もアルミのような熱伝導率の良い金属材料を使用する必
要があることが判明した。

【００２７】また、透明基板４と偏光板３との界面に充
填する媒質の熱伝導率は、フッ素系不活性液体のよう
な、０．１Ｗ／ｍ・ｋを下回る材料では、やや放熱能力
が劣る（ＮＯ．６参照）。しかし、ＮＯ．４に示すシリ
コンゲル、ＮＯ．５に示すシリコンオイルのような、
０．１Ｗ／ｍ・ｋを上回る材料であれば、効果はほとん
ど変わらないことが判明した。従って、透明基板４と偏
光板３との界面に充填する、ゲル状物質あるいは液状物
質の熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・ｋ以上であることが望
ましい。

【００２８】さらに、透明基板４と偏光板３との界面に
充填する物質が、液状物質の場合には対流の影響を考慮
する必要がある。この理由は、画像をスクリーン上に投
影した際に対流がある場合においては、画像の揺らぎが
発生するからである。そこで、対流の影響を確認するた
め、透明基板４と偏光板３の界面に、粘度１ｃｓｔのフ
ッ素系不活性液体及び粘度１０ｃｓｔのシリコンオイル
を充填し、４０インチサイズのスクリーンに投影し、目
視にて揺らぎの比較を行った。なお、偏光板３の温度は
３０℃の条件、また、液晶表示パネルは０．９インチサ
イズを用いた。結果は図３に示す通りである。

【００２９】図３を参照してこの結果を説明する。粘度
１ｃｓｔのフッ素系不活性液体では、透明基板４〜偏光
板３間の距離（隙間）が０．５ｍｍになると、若干揺ら
ぎが確認され、距離が２ｍｍになると明らかに揺らぎが
確認された。また、粘度が高い１０ｃｓｔのシリコンオ
イルでは、距離が２ｍｍになっても揺らぎが確認されな
かった。従って、透明基板４と偏光板３の界面に、充填
する物質が液体の場合は、粘度が１０ｃｓｔ以上、ある
いは透明基板４と偏光板３の距離を０．５ｍｍ以内にす
ることが望ましいことが判明した。なお、以上の説明に
おいては、透明基板４にサファイアを用いた例で説明し
たが、サファイアに限ることなく、サファイアと同等の
熱伝導率等を有するものであれば、本発明が達成される
ことは、いうまでもないことである。

【００３０】以上説明したように、本発明の透過型表示
装置は、偏光板３の出射側に、例えばサファイアを用い
た熱伝導率の高い透明基板４を配置するとともに、支持
フレーム２に熱伝導率の高い金属材料を用い、透明基板
４と支持フレーム２を接合し、さらに、透明基板４と偏
光板３とをゲル状物質あるいは液状物質にて密着させる
ことで、液晶表示パネル１及び偏光板３にて発生する熱
を、透明基板４から支持フレーム２に放熱させ、色むら
の発生を起こすことなく、効率よく液晶表示パネル１の
冷却を行なうものである。

【００３１】

【発明の効果】本願発明の透過型表示装置によれば、液
晶表示パネル及び偏光板にて発生する熱を、透明基板か
ら支持フレームに放熱させ、効率よく液晶表示パネルの
冷却を行なうことができ、照度の不足あるいは電動ファ
ンの大型化や大きな騒音が発生するという問題がなく、
高輝度化及び低騒音化の図れる透過型表示装置を実現で
きる。さらに、色むらの発生を起こすこともない。特
に、十分な放熱効果を得ることができるため、効率よく
液晶表示パネルの冷却を行なうことができる。

【００３２】更なる、本願発明の透過型表示装置によれ
ば、画像の揺らぎの発生を起こすことなく、効率よく液
晶表示パネルの冷却を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る透過型表示装置の一例である液晶
プロジェクタの液晶表示パネル周辺部の構成を示す平面
図である。

【図２】本発明を説明するための図である。

【図３】本発明を説明するための図である。

【図４】従来の液晶プロジェクタの概略構成を示す平面
図である。

【図５】従来の液晶表示パネル周辺部の構成を示す平面
図である。

【符号の説明】

１液晶表示パネル２支持フレーム３偏光板４透明基板５充填部

フロントページの続き (56)参考文献特開平９−113906（ＪＰ，Ａ) 特開平11−84350（ＪＰ，Ａ) 特開平10−133180（ＪＰ，Ａ) 特開平11−231277（ＪＰ，Ａ) 特開2001−75070（ＪＰ，Ａ) 特開平４−125538（ＪＰ，Ａ) 特開平11−337914（ＪＰ，Ａ) 特開平４−31847（ＪＰ，Ａ) 特開平４−34589（ＪＰ，Ａ) 特開平11−202411（ＪＰ，Ａ) 特開平11−183885（ＪＰ，Ａ) 特開平11−119202（ＪＰ，Ａ) 特開平10−293281（ＪＰ，Ａ) 特開平10−254366（ＪＰ，Ａ) 特開平10−186333（ＪＰ，Ａ) 特開平８−146378（ＪＰ，Ａ) 特開平４−142527（ＪＰ，Ａ) 特開平11−119182（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335 510 G02F 1/1333 G03B 21/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を表示する液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを支持する熱伝導率の高い金属材料か
らなる支持フレームと、該液晶表示パネルの出射側に設けられる偏光板と、該偏光板の出射側に配置され、前記支持フレームに接合
されるサファイア基板と、該サファイア基板と前記偏光板間に配置され、該サファ
イア基板及び前記偏光板との界面の空気を排他する液状
物質またはゲル状物質が充填された充填部とを備え、該
充填部の充填物質の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・ｋ以上で
あることを特徴とする透過型表示装置。
【請求項２】前記充填物質の粘度が１０ｃｓｔ以上で
あることを特徴とする請求項１に記載の透過型表示装
置。
【請求項３】前記サファイア基板と前記偏光板との距
離を０．５ｍｍ以内にすることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の透過型表示装置。