JP3900832B2 - 液冷ユニット及び液晶プロジェクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶プロジェクタの出射側偏光板を効率良く冷却するための冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、液晶プロジェクタにおける公知の光学系を示すものである。
液晶プロジェクタ１００は、例えばメタルハライドランプ等の高輝度ランプで構成される光源１０３と、光源１０３からの光を反射する反射鏡１０５と、反射鏡からの反射光の照度分布を均一化し、かつ、偏光方向が揃った状態で液晶パネルに入射させるための照明光学系１０７と、ダイクロイックミラー１０９ａ、１０９ｂ及び反射ミラー１１０を備え、照明光学系１０７から出射される光束Ｗを赤、緑、青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離すると共に赤色光束Ｒ及び緑色光束Ｇをそれぞれ対応する液晶パネルに導く色光分離光学系１０９と、色光分離光学系１０９によって分離された各色光束のうち、青色光束Ｂを対応する液晶パネルに導くリレー光学系１１１と、各色光束を与えられた画像情報に従って変調する光変調部１１３と、変調された各色光束を合成するプリズム１５と、合成された光束を投写面１１６上に拡大投写する投写レンズ１１７とを備える。
【０００３】
光変調部１１３は、各色光束を与えられた画像情報に従って変調する液晶パネル１１９を有し、その光入射面側には入射側偏光板１２１が、光出射面側には出射側偏光板１２３がそれぞれ配置されている。入射側偏光板１２１は色光分離光学系１０９によって分離された各色光束の偏光方向を揃えるもので、ここではＳ偏光光に揃えるようになっており、そのＳ偏光光は、液晶パネル１１９によって変調され、その変調光のうちＰ偏光成分のみが出射側偏光板１２３から透過されるようになっている。
【０００４】
なお、図７に示した構造は、ＲＧＢの各色に対応して３枚の液晶パネルを用いたいわゆる３板式のものであるが、液晶パネル１枚による単板式のものにおいても、同様の構成の光変調部１１３が備えられている。
【０００５】
このように構成された光変調部１１３において、入射側偏光板１２１及び出射側偏光板１２３は、それぞれ一方の偏光光のみを通過して他方の偏光光を遮断（吸収）するものであるため発熱しやすい。特に出射側偏光板１２３は、液晶パネル１１９の変調に応じて、入射された光の全てを吸収することがあることからその温度上昇は著しいという問題がある。
【０００６】
そこで、出射側偏光板１２３の温度上昇を抑えるための冷却方式が各種提案されている。以下に空冷式、液冷式による冷却方式についてそれぞれ図を用いて説明する。
【０００７】
図８は空冷式による冷却方式の一例を示したもので、この空冷式においては、入射側偏光板１２１及び出射側偏光板１２３をそれぞれ放熱用の透明基板１２５、１２７に貼着すると共に、入射側偏光板１２１、液晶パネル１１９、出射側偏光板１２３をそれぞれ離間して配置し、その間に図示しない冷却用ファンにより空気を流すことで冷却するようにしたものである。
【０００８】
図９は液冷式による冷却方式の一例を示したもので、図１０は図９の液冷ユニットの拡大断面図である。
この液冷式は、図８の空冷式のものにおいて、出射側偏光板１２３をその冷却構造と共にユニット化したものであり、この液冷ユニット１３３は、出射側偏光板１２３を放熱用の透明基板１２７に貼着すると共に、この透明基板１２７に透明基板１２９を対向配置させ、その間に液冷用溶液１３１を封入したものであり、更に詳しくは、中央に開口部を有する平面板状の金属フレーム１３５に、その開口部の４面の内周部に全長に渡って突条部１３７を形成し、その突条部１３７の左右両側に透明基板１２７と透明基板１２９とを液冷用溶液１３１の漏れ防止用の板状のパッキン１３９を間に介在させて配置し、これらの両側に一対のフレームカバー１４３をパッキン１３９と同様の構成のパッキン１４１を間に介在させて対向配置し、フレームカバー１４３間を取付ねじ１４５で一体的に結合してユニット化したものである。
【０００９】
フレームカバー１４３には、光通過用の開口が形成されており、その内周面は金属フレーム１３５の突条部１３７の先端面１３７ａと略面一となるように構成されている。また、パッキン１３９も同様にその内周面が金属フレーム１３５の突条部１３７の先端面１３７ａと略面一となるように構成されており、液冷用溶液１３１が封入される空間が矩形状に構成されている。
【００１０】
このように構成された液冷ユニット１３３においては、出射側偏光板１２３の熱が透明基板１２７から放熱される一方、透明基板１２７を介して液冷用溶液１３１に伝達され、液冷用溶液１３１に伝えられた熱が対流により金属フレーム１３５へと伝わり、図示しない冷却用ファンにより外部に放出されるようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような冷却方式をもってしても、近年のプロジェクタの高輝度化に伴う光源の高出力化により、満足のいく冷却効果が得られなくなってきている。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、簡単な構成で出射側偏光板を効率良く冷却することが可能な液冷ユニット及び液晶プロジェクタを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様に係る液冷ユニットは、２枚の透明基板の間に液冷用溶液を封入し、２枚の透明基板のうち入射側の透明基板の外面に、液晶パネルからの出射光が通過する出射側偏光板を貼着して冷却するようにした液冷ユニットにおいて、開口部を有し、開口部の内周の４面に全長に渡って突条部が形成された金属フレームを備え、金属フレームの一方の面側から、２枚の透明基板のうちの一方の透明基板を第１のパッキンを介して突条部の側面に装着すると共に、金属フレームの他方の面側から、他方の透明基板を突条部から離間し、且つ第２のパッキンを介して装着し、第１のパッキンを金属フレームの突条部の先端面と略面一になる内周面を有するように構成し、突条部の他方の面側の側面及び先端面でなる段差部が液冷用溶液に接するようにしたものである。
【００１４】
本発明によれば、金属フレームの一部でなる段差部を液冷用溶液に接するように設けたことにより、この段差部が液冷用溶液の対流に好適に作用して金属フレームへの熱伝達が効率良く行われ、冷却効果を高めることが可能となる。
【００１５】
本発明の他の態様に係る液冷ユニットは、金属フレームの他方の面に前記金属フレームの開口部より大径の開口を形成して他方の透明基板装着用の段差を構成したものである。
【００１６】
本発明の他の態様に係る液冷ユニットは、２枚の透明基板のうち、出射側偏光板が貼着される透明基板をサファイア又は水晶で構成したものである。
【００１７】
本発明によれば、熱伝導性の高いサファイア又は水晶で構成することにより、効率良く放熱させることができ、冷却効果を高めることが可能となる。
【００１８】
本発明の他の態様に係る液冷ユニットは、２枚の透明基板のうち、出射側偏光板が貼着される方の透明基板を小型に構成したものである。
【００１９】
本発明によれば、サファイアや水晶といった高価な材料で構成される透明基板を小型とすることで、コスト低減を図ることが可能となる。
【００２０】
本発明の他の態様に係る液冷ユニットは、金属フレームをアルミニウムで構成したものである。
【００２１】
本発明によれば、更に冷却効果を高めることが可能となる。
【００２２】
本発明の他の態様に係る液冷ユニットは、金属フレームの角部の少なくとも一部をＬ字状に切り欠いたものである。
【００２３】
本発明の他の態様に係る液冷ユニットは、金属フレームの角部のうち、金属フレームの他方の面側の角部の少なくとも一部をＬ字状に切り欠いたものである。
【００２４】
本発明によれば、金属フレームの熱保有量を低減して更に冷却効果を高めることが可能となる。
【００２５】
本発明の他の態様に係る液冷ユニットは、光通過用の開口を有する２枚のフレームカバーを備え、２枚のフレームカバーを２枚の透明基板のそれぞれの外表面との間にパッキンを介在させて装着し、全体を一体化したものである。
【００２６】
本発明によれば、２枚の透明基板のそれぞれの外表面と２枚のフレームカバーのそれぞれの内表面との間にパッキンが介装されるので、互いの結合を強固として安定して一体化することが可能となり、また金属フレーム等の膨張、収縮の変化が透明基板に与える影響を軽減することが可能となり、信頼性の高い液冷ユニットを得ることが可能となる。
【００２７】
本発明の一つの態様に係る液晶プロジェクタは、上記の何れかの液冷ユニットを備えたものである。
【００２８】
本発明によれば、上記の効果を奏する液晶プロジェクタを得ることが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の一実施の形態の液冷ユニットを組み込んだ液晶プロジェクタの光学系構成を示す概略平面図である。
図３に示すように、液晶プロジェクタ１は、例えばメタルハライドランプ等の高輝度ランプで構成される光源３と、光源３からの光を反射する反射鏡５と、反射鏡５からの反射光の照度分布を均一化し、かつ、偏光方向が揃った状態で液晶パネルに入射させるための照明光学系７と、ダイクロイックミラー９ａ、９ｂ及び反射ミラー１０を備え、照明光学系７から出射される光束Ｗを赤、緑、青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離すると共に赤色光束Ｒ及び緑色光束Ｇをそれぞれ対応する液晶パネルに導く色光分離光学系９と、色光分離光学系９によって分離された各色光束のうち、青色光束Ｂを対応する液晶パネルに導くリレー光学系１１と、各色光束を与えられた画像情報に従って変調する液晶パネル１９を備えた光変調部１３と、変調された各色光束を合成するプリズム１５と、合成された光束を投写面１６上に拡大投写する投写レンズ１７とを備える。
【００３０】
光変調部１３は、各色光束を与えられた画像情報に従って変調する液晶パネル１９を有し、その光入射面側には入射側偏光板２１が放熱用の透明基板２２に貼着されて配置され、光出射面側には出射側偏光板とその冷却機構が一体化された液冷ユニット２５が配置されている。この光変調部１３においては、色光分離光学系９によって分離された各色光束を、入射側偏光板２１によってＳ偏光光に揃え、このＳ偏光光を液晶パネル１９によって変調して、その変調光のうちＰ偏光成分のみが出射側偏光板から透過されるようになっている。
【００３１】
この入射側偏光板２１及び出射側偏光板は、それぞれ一方の偏光光のみを通過して他方の偏光光を遮断（吸収）するものであり、光吸収により発熱することから、これら入射側偏光板２１、液晶パネル１９、液冷ユニット２５をそれぞれ離間して配置し、液晶パネル１９に熱が直接伝わるのを防止すると共に、それぞれの間の空間に図示しない冷却用ファンにより空気を流すようにしている。
【００３２】
入射側偏光板２１が貼着される透明基板２２は、熱伝導性の高いサファイアガラス板又は水晶板とすることが望ましく、このような熱伝導性の高い透明基板を用いることにより、入射側偏光板２１の熱が効率良く放熱されて耐久性の高い入射側偏光板２１が得られている。
【００３３】
以下、液冷ユニット２５について図を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る液冷ユニットの分解斜視図、図２は本発明の一実施の形態に係る液冷ユニットの要部断面図である。なお、両図において、図示左側が入射側、右側が出射側である。
液冷ユニット２５は、金属フレーム５１の入射面側からフレームカバー３５、パッキン３０、出射側偏光板２３が貼着された透明基板２７、パッキン２９を配置し、出射面側からフレーム３７、パッキン３４、透明基板３１、パッキン３３を配置し、これらをフレームカバー３５、３７の四隅にそれぞれ設けた挿通孔３５ｂ、３７ｂとこれに対応して設けた金属フレーム５１のねじ穴６１とを利用して取付ねじ３９で一体的に結合し、その内部に液冷用溶液４１を封入した構成を有するものである。
【００３４】
ここで、本実施の形態の液冷ユニット２５においては、金属フレーム５１の後述の突条部５５の先端面と突条部５５の側面のうち何れか一方（以下では出射側の側面として説明している。）とで段差部を構成し、この段差部が液冷用溶液４１に接するようにして液冷用溶液４１が封入される空間に金属フレーム５１により段差を設けたことに特徴を有するものであり、以下に液冷ユニット２５の各構成部材について詳述しながら特徴部分の構成について説明する。
【００３５】
金属フレーム５１は、略中央に開口部５３を有する矩形の平面板状を成し、この開口部５３の４面の内周部には全長に渡って突条部５５が形成されている。
この突条部５５の入射側の側面に、出射側偏光板２３が貼着された透明基板２７がパッキン２９、３０間に挟持された状態で取り付けられる。金属フレーム５１の出射側の面には、透明基板３１装着用の段差５７を形成すべく開口部５３より大径の開口が形成され、この段差５７に透明基板３１がパッキン３３，３４間に挟持された状態で取り付けられる。また、金属フレーム５１の上面には、透明基板２７と透明基板３１との間の空間に連通する液冷用溶液４１注入用の注入路５９が形成され、その上部側は封止用ねじ６３が螺合されるねじ穴となっている。また、金属フレーム５１の四隅には、厚さ方向に貫通するフレームカバー装着用のねじ穴６１が形成されている。この金属フレーム５１は、熱伝導率の良いアルミニウムで構成するのが望ましいが、金属材料であれば特に制限はない。
【００３６】
透明基板２７は、その入射側の面に貼着される出射側偏光板２３の熱を効率良く放熱することが可能となるように、熱伝導性の高いサファイア又は水晶で構成されている。また、この透明基板２７は、金属フレーム５１の突条部５５を利用して装着されることから、金属フレーム５１の開口部５３に設けられた段差５７を利用して装着される透明基板３１よりも小型に構成されている。この透明基板２７はサファイア又は水晶で構成されるため、こちら側を小型に構成することでコスト的なメリットも得られる。
【００３７】
パッキン２９は、透明基板２７と突条部５５とを互いに液密にシールして液冷用溶液４１の漏れを防止するためのもので、平面板状で中央に開口部２９ａが形成されてなり、その開口部２９ａの内周面は、金属フレーム５１の突条部５５の先端面と略面一に成るように構成され、好ましくは前記金属フレーム５１の突条部５５の入射側の側面５５ｃが液冷用溶液４１に接しないようにしている。また、パッキン３０はパッキン２９と同様の構成となっている。
【００３８】
透明基板３１は、放熱性を考慮してサファイア又は水晶で構成されることが望ましく、金属フレーム５１の突条部５５の出射側の側面５５ｂが液冷用溶液４１に接するように、突条部５５の側面５５ｂから離間して配置されるようになっている。その配置は、具体的には前記金属フレーム５１の段差５７を利用して装着するもので、その間には、液冷用溶液４１の漏れを防止するためのパッキン３３を介在させている。
【００３９】
パッキン３３は、パッキン２９と同様に平面板状で中央に開口部３３ａが形成されてなり、その開口部３３ａの内周面は、金属フレーム５１の開口部５３の内周面と略面一に成るように構成されている。また、パッキン３４はパッキン３３と同様の構成となっている。
【００４０】
フレームカバー３５、３７には、光通過用の開口３５ａ、３７ａが形成されており、その開口３５ａ、３７ａの内周は、それぞれ金属フレーム５１の突条部５５の先端面５５ａ、金属フレーム５１の開口部５３の内周と略面一となるように構成されている。そして、フレームカバー３５、３７の四隅には、それぞれ挿通孔３５ｂ、挿通孔３７ｂが形成され、この挿通孔３５ｂ、挿通孔３７ｂと金属フレーム５１の四隅に設けたネジ穴６１とを利用して取付ねじ３９を螺合させることにより全ての部材が一体的に結合されるようになっている。
【００４１】
そして、金属フレーム５１の上面に設けた液冷用溶液４１注入用の注入路５９から液冷用溶液４１が注入され、その上端が封止用ねじ６３で封止されて、液冷ユニット２５が構成されている。
【００４２】
このように、金属フレーム５１の開口部５３の４面の内周部に全長に渡って突条部５５を設けると共に、その突条部５５の一方の側面５５ｃをパッキン２９を利用して閉塞し、他方の側面５５ｂを開放して、突条部５５の先端面５５ａと出射側の側面５５ｂとでなる段差部５６が液冷用溶液４１に接するように構成している。
【００４３】
以上のように構成された液冷ユニット２５においては、光吸収により発熱した出射側偏光板２３の熱は、透明基板２７を介して液冷用溶液４１に伝えられる。ここで、透明基板２７は熱伝導性の高いサファイアガラス又は水晶で構成されているため、効率良く放熱させることができる。また、透明基板２７を介して液冷用溶液４１に伝えられた熱は、対流により金属フレーム５１へ伝わる。このとき、液冷用溶液４１に接するように設けた金属フレーム５１の段差部５６が、液冷用溶液４１の対流に好適に作用し、金属フレーム５１に効率良く熱が伝達されるようになっており、そして、金属フレーム５１の熱は図示しない冷却ファンからの空気により外部へ放出される。
【００４４】
このように、本実施の形態によれば、金属フレーム５１の段差部５６が液冷用溶液４１に接するように構成したことにより、液冷用溶液４１の対流に好適に作用して金属フレーム５１への熱伝達が効率良く行われ、冷却効果を高めることが可能となる。
【００４５】
また、サファイア又は水晶を用いて構成する透明基板２７を小型に形成したので、コスト低減を図ることが可能となる。
【００４６】
また、フレームカバー３５、３７と透明基板２７、３１との間にそれぞれパッキン３０、３４を介在させたので、互いの結合を強固として安定して一体化することが可能となると共に、金属フレーム５１等の膨張、収縮の変化が透明基板２７、３１に与える影響を軽減することが可能となり、信頼性の高い液冷ユニット２５を得ることが可能となる。
【００４７】
また、以上に説明した構成に加え、図４に示すように液冷ユニット２５の入射面側の角部に断面Ｌ字状の切欠部２５ａを設けることにより、熱保有量を低減して更に冷却効果を高めることが可能となる。また、上記切欠部２５ａをフィン状に構成することでより冷却効果を高めることが可能となる。なお、ここでは入射側の透明基板２７が出射側の透明基板３１よりも小型に構成されていることから入射側の角部を切り欠くとしたものであるが、出射側の角部としても良く、同様に切欠部２５ａをフィン状に構成しても良い。
【００４８】
また、本実施の形態においては、透明基板２７及び透明基板３１のそれぞれの両側にパッキン２９、３０、パッキン３３、３４を設けた場合を例示したが、図５に示すように外側のパッキン３０、パッキン３４を省略した構成としても良い。
【００４９】
また、本実施の形態においては、金属フレーム５１の突条部５５のうち、その先端面５５ａと出射側の側面５５ｂとで段差部５６を形成した場合を例示したが、逆としても良い。即ち、図６に示すように、突条部５５の先端面５５ａと入射側の側面５５ｃとで段差部５６を形成しても良く、この場合、金属フレーム５１の入射側の面に透明基板２７装着用の段差５７を設け、この段差５７を利用して金属フレーム５１の入射側から透明基板２７を装着すると共に、金属フレーム５１の突条部５５を利用して金属フレーム５１の出射側から透明基板３１を装着するものである。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、ＲＧＢの各色に対応して３枚の液晶パネル１９を用いたいわゆる３板式のものにおいて本実施の形態の液冷ユニット２５を適用した場合を例示したが、液晶パネル１枚による単板式のものにおいても、同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る液冷ユニットの分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る液冷ユニットの断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る液冷ユニットを組み込んだ液晶プロジェクタの光学系構成を示す概略平面図である。
【図４】図２の金属フレーム及びフレームカバーの入射側の角部をＬ字状に切り欠いた場合の液冷ユニットの断面図である。
【図５】図２において外側のパッキンを省略した場合の液冷ユニットの断面図である。
【図６】図５において段差部を金属フレームの突条部の逆側の側面で構成した場合の液冷ユニットの断面図である。
【図７】液晶プロジェクタにおける公知の光学系を示すものである。
【図８】従来の空冷式による冷却方式の説明図である。
【図９】従来の液冷式による冷却方式の説明図である。
【図１０】図９の液冷ユニットの拡大断面図である。
【符号の説明】
２３ 出射側偏光板
２５ 液冷ユニット
２７、３１ 透明基板
２９、３０、３３、３４ パッキン
２９ａ、３３ａ 開口部
３５、３７ フレームカバー
４１ 液冷用溶液
５０ 金属フレーム
５３ 開口部
５５ 突条部
５６ 段差部
５７ 透明基板装着用段差

Claims (9)

1. ２枚の透明基板の間に液冷用溶液を封入し、該２枚の透明基板のうち入射側の透明基板の外面に、液晶パネルからの出射光が通過する出射側偏光板を貼着して冷却するようにした液冷ユニットにおいて、
   開口部を有し、該開口部の内周の４面に全長に渡って突条部が形成された金属フレームを備え、該金属フレームの一方の面側から、前記２枚の透明基板のうちの一方の透明基板を第１のパッキンを介して前記突条部の側面に装着すると共に、金属フレームの他方の面側から、他方の透明基板を前記突条部から離間し、且つ第２のパッキンを介して装着し、前記第１のパッキンを前記金属フレームの突条部の先端面と略面一になる内周面を有するように構成し、前記突条部の他方の面側の側面及び先端面でなる段差部が前記液冷用溶液に接するようにしたことを特徴とする液冷ユニット。
2. 前記金属フレームの他方の面に前記金属フレームの開口部より大径の開口を形成して前記他方の透明基板装着用の段差を構成したことを特徴とする請求項１記載の液冷ユニット。
3. 前記２枚の透明基板のうち、出射側偏光板が貼着される透明基板をサファイア又は水晶で構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液冷ユニット。
4. 前記２枚の透明基板のうち、出射側偏光板が貼着される方の透明基板を小型に構成したことを特徴とする請求項３記載の液冷ユニット。
5. 前記金属フレームをアルミニウムで構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の液冷ユニット。
6. 前記金属フレームの角部の少なくとも一部をＬ字状に切り欠いたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の液冷ユニット。
7. 前記金属フレームの角部のうち、前記金属フレームの他方の面側の角部の少なくとも一部をＬ字状に切り欠いたことを特徴とする特徴とする請求項６記載の液冷ユニット。
8. 光通過用の開口を有する２枚のフレームカバーを備え、該２枚のフレームカバーを２枚の透明基板のそれぞれの外表面との間にパッキンを介在させて装着し、全体を一体化したことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の液冷ユニット。
9. 請求項１乃至請求項８の何れかに記載の液冷ユニットを備えたことを特徴とする液晶プロジェクタ。

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