JP4133774B2 - 液晶プロジェクタ装置および液晶プロジェクタ装置の冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネルを用いて映像を投写表示する液晶プロジェクタ装置に関し、特に液晶パネルおよび偏光板の冷却構造および冷却方法に関する。

液晶プロジェクタ装置は、光源の高輝度化や液晶ライトバルブの高精細化などにより画像品質を飛躍的に向上させてきており、現在ではホームシアター用途から業務用プレゼンテーションまで幅広く利用されている。

図２１に、液晶プロジェクタ装置の基本的な構成を示す。液晶プロジェクタ装置１は、照明光学系２と、色分離光学系７と、結像光学系１３との３つの光学系から編成されている。

照明光学系２は、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプ等の高輝度ランプからなる光源３と、光源３の光を反射するリフレクタ４と、リフレクタ４からの反射光の照度分布を均一化する光インテグレータ５ａ，５ｂと、光源３からのランダム偏光を直線偏光に揃える偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６とから構成されている。

色分離光学系７は、照明光学系２からの全光束を赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）からなる各色光束に分離し、対応する各々の液晶パネルへ入射させるダイクロイックミラー８ａ，８ｂと、反射ミラー９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄと、リレーレンズ１０ａ，１０ｂとから構成されている。

結像光学系１３は、色分離光学系７から入射される各色光束を与えられた画像情報にしたがって変調する光変調部１４と、変調された各色光束を合成する色合成プリズム１５と、合成された光束をスクリーン上に投影する投写レンズ１６とから構成されている。

このうち結像光学系１３の光変調部１４は、透過型表示デバイスである液晶パネル１７ａ，１７ｂ，１７ｃと、液晶パネル１７の入射面側に配置される入射側偏光板１８ａ，１８ｂ，１８ｃと、出射側面に配置される出射側偏光板１９ａ，１９ｂ，１９ｃから構成される。ＴＮ（Twisted Nematic）液晶パネルは特定の直線偏光成分しか取り扱えないため、入射側偏光板１８ａ，１８ｂ，１８ｃにおいて色分離光学系７からの各色光束を所定の偏光方向（Ｐ偏光）に揃え、そのＰ偏光光が液晶パネル１７ａ，１７ｂ，１７ｃで変調されたのち、変調光のＳ偏光成分のみが出射側偏光板１９ａ，１９ｂ，１９ｃから透過される。

ここでは、ランプ光を３原色に分離して３枚の液晶パネルで各々に変調を行う３板式の液晶プロジェクタ装置の光学構成を示したが、１枚の液晶パネルのみを用いた低輝度で安価な単板式の液晶プロジェクタ装置においても、同様の構成からなる光変調部が用いられている。

このような構成の光変調部１４において、入射側偏光板１８ａ，１８ｂ，１８ｃと出射側偏光板１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、各々１軸方向の偏光光のみを通過させ他の偏光光を遮蔽（吸収）するため発熱しやすく、また液晶パネル１７ａ，１７ｂ，１７ｃにおいてもパネル画素を囲むブラックマトリクスと呼ばれる格子状配線において透過光が遮光されるため、動作時には発熱を伴う。液晶パネル１７ａ，１７ｂ，１７ｃや入射側偏光板１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、出射側偏光板１９ａ，１９ｂ，１９ｃには有機材料が用いられることも多く、長時間にわたって波長の短い光が照射されたり高温環境に曝されると、パネル配向膜がダメージを受けたり、偏光選択特性が低下したりするなど、その機能が著しく損なわれてしまう。その結果、製品寿命が低下し、ユニット交換によるランニングコストの増加を招いたり、各色光特性の変動による合成投写画像の劣化を引き起こしたりするため、これらの光変調部には熱対策を施す必要がある。

以下に、入射側偏光板、出射側偏光板、および液晶パネル（以後、これらの部材をまとめて液晶ユニット２３と呼称する。）の温度上昇を抑制するために従来用いられている冷却方法について説明する。

図２２は強制空冷方式による液晶ユニットの冷却方法の一例を示す概略説明図である。図２２（ａ）は、冷却構造ユニットの鳥瞰図を示しており、軸流ファンまたはラジアルファンからなる冷却ファン２０は、液晶プロジェクタ筐体（図示せず）の吸気口から外気を取り入れ、ダクト２１を介して冷却ファン２０の出口から液晶ユニット直下のダクト開口部２２まで冷却風を導風する。図２２（ｂ）に示すように、液晶ユニット２３を構成する入射側偏光板１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、液晶パネル１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、出射側偏光板１９ａ，１９ｂ，１９ｃの各部材はそれぞれ離間して配置されており、その間隙を下方から上方へと冷却風が通過することにより、被冷却面の熱量を奪って冷却を行う。液晶ユニット２３の排熱により高温になった空気流は、液晶プロジェクタ筐体の排気口から筐体外へ排出される。

液晶ユニットの冷却には空冷方式の他、液冷方式も用いられている。液冷方式は、冷媒液が充填された冷媒容器内に液晶ユニットの発熱部材を含浸させて、液晶ユニットに発生した熱を伝導性の高い冷媒液の自然対流によって輸送するものである。図２３は、出射側偏光板の冷却に液冷構造を適用した一例を示す概念図である。図２３（ａ）において、入射側偏光板１８ｄ、液晶パネル１７ｄ、出射側偏光板１９ｄ、色合成プリズム１５が光の進行する順に間隙を設けて配置されている。出射側偏光板１９ｄは、図２３（ｂ）の部分拡大図に示すように、金属フレーム２４ａの開口部に２枚の透明基板３０ａと３０ｂとが隙間を設けて貼り合わせられ、その間に形成された内部空間に冷媒液３１が充填されてなる冷却要素の透明基板３０ａ面に貼付されて冷却される（例えば、特許文献１参照。）。

図２４は、液冷構造の他の従来技術を示す概念図である。金属フレーム２４ｂ内に液晶パネル１７ｅと出射側偏光板１９ｅとが離間した状態で収納され、その内部空間に冷媒液３１を充填・封入し、液晶パネル１７ｅと出射側偏光板１９ｅとが同時に冷却される（例えば、特許文献２参照。）。

いずれの例も、冷媒液を介して被冷却物から熱を奪い、対流により冷媒液を循環させて熱を金属フレームに輸送し、外部に設けた空冷ファンにより、冷媒液に含浸していない他の液晶ユニット材とともに金属フレームを冷却し放熱する構造である。

また、液晶ユニットを構成する液晶パネル自体の冷却能力を高める方法として、液晶パネルの入射面および出射面の片方もしくは両方に、液晶パネル構成部材よりも熱伝導率の大きな透過性薄板部材からなる放熱板等を接合する技術も開示されている（例えば、特許文献３参照。）。熱伝導率の高いプレートを発熱面に接合することにより、パネル面の熱拡散が大きくなり、冷却能力が向上する。

さらに、従来の液晶プロジェクタ装置では、各色光に対応した液晶パネルからの投射画像をスクリーン上で正確に重ね合わせるレジストレーション調整のために、液晶ユニットを構成する液晶パネルに上下・左右および回転方向の調整機能（光軸調整）を備えて、各パネル画素間のアライメントが可能なように構成されていることが多い。図２５には、光学調整が可能な液晶パネルの支持方法の一例を示す。液晶パネル１７ｃは、図２５（ａ）に示すように、色合成プリズム１５から離隔して支持されている。図２５（ｂ）の支持構造部の詳細断面図に示すように、液晶パネル１７ｃは取付治具２６ｃに保持・固定され、取付治具２６ｃの４隅がホルダ突起部２７で４点支持されており、光軸調整後に接着固定される。この結果、液晶パネル１７ｃ自体は、空中に固定されたような状態で支持される。このようなタイプの液晶パネルの放熱性を改善するために、液晶パネル（取付治具）とパネル固定枠（ホルダ突起部）とを熱伝導性接着用樹脂で固定する方法が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
特開２００２−２１４５９６号 特開２００２−３５７８０３号 特開２００３−１９５４２１号 特開２００３−７５９１２号

以上説明した従来技術の液晶プロジェクタ装置において、まず冷却ファンによる強制空冷方式を用いた液晶プロジェクタ装置には次のような問題がある。

第１の問題点は騒音である。液晶プロジェクタ装置の高輝度化要求によりランプ出力が増加する一方で、装置の小型化要求により液晶パネルサイズは縮小傾向にあるため、必然的に液晶ユニットに入射される光束密度は増加し熱負荷が増大する。冷却ファンによる強制対流では、その平均熱伝達率が風速の１／２乗に比例するため、液晶ユニットで発生した熱を効果的に除熱するためには風速を増加させる必要がある。冷却風速の増加にはファンの大型化と高速化の２つの方法が考えられるが、前者は装置の小型化の要求に相反し、また、物理的に筐体内への実装が困難な場合も多い。そこで小型ファンを高速回転化して送風量を稼ぎ、冷却能力を確保することが行われるが、ファン回転数の増加は騒音の増加につながり利用者の快適性を阻害する。

第２の問題点は信頼性である。液晶プロジェクタ装置において光変調部を強制空冷によって冷却する場合、外気から取り込む冷却風の中に混入する塵埃が問題となる。液晶ライトバルブの画素サイズは１．３”のＸＧＡで２６μｍ四方程度であるため、数１０μｍオーダの埃がパネル結像側面に付着した場合、埃の拡大された影が映像とともにスクリーンに投影され画像品質を劣化させる。そこで、フィルタ機能を強化するために吸気口に目の細かいフィルタを装着することも考えられるが、ファンの吸気抵抗が増加し送風量が低下して十分な冷却性能が得られないという問題が生じる。

一方、液冷方式の液晶プロジェクタ装置には次のような問題がある。

第１の問題点は画像品質である。液晶ユニットの要素間（例えば図２４における液晶パネル１７ｅと出射側偏光板１９ｅとの間）に冷媒液を充填すると光透過空間に液層が介在することになり、気泡の発生や熱輸送による冷媒密度変動、およびそれに起因した対流揺らぎ等で液層を透過する光の偏光が乱れ、出射側偏光板を通過する画像情報に齟齬が生じ、投写画像品質が劣化する。

第２の問題点は信頼性と実装性である。封入された冷媒液を介して液晶ユニットの放熱を行うため、冷媒液は使用に応じて膨張収縮を繰り返す。これに対応するため冷媒容器には調圧機構が設けられるが、長期使用に伴い調圧部材の破損による液漏れの危険が発生する。また冷媒容器の封止構造、調圧構造が複雑化すると光学エンジンの組立性が著しく阻害される。

さらに、上述した液晶パネルをホルダ部材で空中に固定するタイプの液晶プロジェクタ装置では、４点支持された突起部の接続面積では液晶パネルで発生した熱を吸熱するには不足し、かつ接着樹脂の熱伝導性能に制約されて十分な熱的接続が得られないという問題があった。また、他の偏光板と同様にホルダ部材の保持機構で固定すると、その剛性の影響を受けて、組立中もしくは動作中に液晶パネルのアライメントがずれる可能性があるが、空中に固定された液晶パネルの姿勢に影響を与えないように熱接続を行うことは困難であった。

以上の課題に鑑み、本発明の液晶プロジェクタ装置は、十分な冷却能力を有し低騒音で信頼性の高い液晶ユニットの冷却機構および冷却方法を提供することを目的とし、また、これによって、高輝度化と静音化を実現しつつ、長寿命で高い信頼性を有する液晶プロジェクタ装置および液晶プロジェクタ装置の冷却方法を提供することを目的とする。

本発明の液晶プロジェクタ装置は、光を変調する液晶パネルと、光軸に沿って、液晶パネルの前後に、液晶パネルと離隔して各々が配置された入射側偏光板および出射側偏光板と、液晶パネルと、入射側偏光板と、出射側偏光板とを保持する第１のホルダ部材と、冷媒液が通過する第１の水路を備え、第１のホルダ部材の、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板を保持する面の反対側の面に設けられ、液晶パネル、入射側偏光板、または出射側偏光板から発生して第１のホルダ部材に伝達する熱を除熱する第１の熱交換器と、冷媒液を循環させる循環手段と、冷媒液を冷却する冷媒液冷却手段と、を有している。第１の水路は、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板の各々と略対向する位置に設けられた受熱面を有している。

これによって、液晶パネルと、入射側偏光板と、出射側偏光板とから発生する熱は、これらを保持する第１のホルダ部材に伝達され、その熱を隣接する第１の熱交換器で除熱されるため、これらを除熱する強制空冷機構が不要となり、空冷方式で問題となる液晶ユニットへの塵埃の付着のおそれがなくなり、画像品質の劣化が生じない。また、大容量の空冷ファンがいらないため、静音性にも優れている。

本発明の液晶プロジェクタ装置においては、第１の熱交換器は、除熱のための冷媒液が通過する、内部に設けられた第１の水路を有し、冷媒液を循環させる循環手段と、冷媒液を冷却する冷媒液冷却手段とを有するように構成されており、このように液冷方式の冷却を行うことによって、冷却効率を一層高めることが可能となる。

第１の熱交換器は、第１のホルダ部材の、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板を保持する面の反対側の面に設けられ、第１の水路は、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板が第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置を通っている。したがって、液晶パネル等からの除熱は、第１のホルダ部材と第１の熱交換器とを介して行うため、光学系は基本的に冷媒液の影響を受けす、画像品質を損なうことがない。

また、本発明の液晶プロジェクタ装置は、液晶パネルと、入射側偏光板と、出射側偏光板とを、第１のホルダ部材との間で挟んで保持する第２のホルダ部材と、第２のホルダ部材に隣接配置されて、液晶パネル、入射側偏光板、または出射側偏光板から発生して第２のホルダ部材に伝達する熱を第２の熱交換器とをさらに有するように構成することもできる。この場合、第２の熱交換器は、除熱のための冷媒液が通過する、内部に設けられた第２の水路を有するように構成してもよい。

同様に、第２の熱交換器は、第２のホルダ部材の、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板を保持する面の反対側の面に設けられ、第２の水路は、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板が第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置を通るように構成することができる。

第１のホルダ部材と、液晶パネルの光入射側面および出射側面の少なくともいずれかとを接続し、液晶パネルで発生した熱を第１のホルダ部材に伝達する、可撓性のある熱伝導性シートをさらに有していてもよい。同様に、第２のホルダ部材と、液晶パネルの光入射側面および出射側面の少なくともいずれかとを接続し、液晶パネルで発生した熱を第２のホルダ部材に伝達する、可撓性のある熱伝導性シートをさらに有していてもよい。

さらに、液晶パネルの光入射側面および出射側面の少なくともいずれかに接合され、液晶パネルを構成するパネル構成部材よりも熱伝導率の大きな透過性薄板部材をさらに有してもよく、透明基板の少なくとも外周部を除いた部分に偏光フィルムを貼付して構成される入射側偏光板、または出射側偏光板、または双方の外周部に貼付され、透明基板よりも熱伝導率の大きなシート部材をさらに有するようにしてもよい。

第２のホルダ部材と第２の熱交換器の少なくともいずれかは、液晶パネルを制御する信号線が貫通する貫通孔を有しているので、信号線と第２のボルダ部材等との干渉を避けることができる。また、この場合、第２の水路は、貫通孔を避けて形成されている。

本発明の液晶プロジェクタ装置は、また、液晶パネルは、色光毎に変調する複数の液晶パネルを有し、第１の水路は、複数の液晶パネルのうち発生熱量の最も高い液晶パネルが第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置を最初に通るように構成されるので、液晶パネルをより効率的に冷却できる。同様に、第２の水路は、数の液晶パネルのうち発生熱量の最も高い液晶パネルが第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置を最初に通るように構成される。

ここで、複数の液晶パネルは青色光、緑色光、赤色光を各々変調する３枚の液晶パネルを有し、第１の水路は、青色光を変調する液晶パネルが第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、緑色光を変調する液晶パネルが第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、赤色光を変調する液晶パネルが第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置の順に通るようにすることで、発熱量の大きい青色光を変調する液晶パネルを効果的に冷却することができる。同様に、第２の水路は、青色光を変調する液晶パネルが第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、緑色光を変調する液晶パネルが第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、赤色光を変調する液晶パネルが第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置の順に通るようにしてもよい。

また、第１の水路は、液晶パネルと、入射側偏光板と、出射側偏光板とが第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置で、幅が広がっていように構成することができ、同様に、第２の水路は、液晶パネルと、入射側偏光板と、出射側偏光板とが第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置で、幅が広がっているように構成することができる。

ここで、複数の液晶パネルは青色光、緑色光、赤色光を各々変調する３枚の液晶パネルを有し、第１の水路は、青色光を変調する液晶パネルが第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、緑色光を変調する液晶パネルが第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、赤色光を変調する液晶パネルが第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置の順に大きな幅を有するようにすれば、より一層大きな冷却効果を得ることができる。同様に、第２の水路は、青色光を変調する液晶パネルが第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、緑色光を変調する液晶パネルが第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、赤色光を変調する液晶パネルが第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置の順に大きな幅を有するようにしてもよい。

本発明の液晶プロジェクタ装置は、また、第１のホルダ部材と第１の熱交換器との間に、発熱面が第１の熱交換器に、吸熱面が第１のホルダ部材に向いた熱電素子をさらに有してもよく、同様に、第２のホルダ部材と第２の熱交換器との間に、発熱面が第２の熱交換器に、吸熱面が第２のホルダ部材に向いた熱電素子をさらに有するようにしてもよい。

さらに、第１のホルダ部材は、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板を一体に保持する単一の部材として構成することができ、同様に、第２のホルダ部材は、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板を一体に保持する単一の部材として構成することができる。

さらに、液晶パネルは、液晶パネルを構成するセル別に所定の色光を通過させるカラーフィルタを有する１枚の液晶パネルを有するようなものであってもよい。

さらに、第１のホルダ部材を外面の一部とし、液晶パネルと、入射側偏光板と、出射側偏光板とを、光を供給する照明光学系、光を複数の色光に分光する色分離光学系、および色光別に変調された光を合成する結像光学系の少なくとも１つとともに密閉する光学系保持部材をさらに有していてもよい。同様に、第１および第２のホルダ部材を外面の一部とし、液晶パネルと、入射側偏光板と、出射側偏光板とを、光を供給する照明光学系、光を複数の色光に分光する色分離光学系、および色光別に変調された光を合成する結像光学系の少なくとも１つとともに密閉する光学系保持部材をさらに有していてもよい。
本発明の液晶プロジェクタ装置の冷却方法は、光を変調する液晶パネルと、光軸に沿って、液晶パネルの前後に、液晶パネルと離隔して各々が配置された入射側偏光板および出射側偏光板と、液晶パネルと、入射側偏光板と、出射側偏光板とを保持する第１のホルダ部材とを有する液晶プロジェクタ装置の冷却方法であって、第１のホルダ部材の、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板を保持する面の反対側の面に、冷媒液が通過する第１の水路を備えた第１の熱交換器を配置するステップと、冷媒液を循環させる循環手段と、冷媒液を冷却する冷媒液冷却手段と、を配置するステップと、液晶パネル、入射側偏光板、または出射側偏光板から発生し、第１のホルダ部材に伝達した熱を、第１の水路の、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板の各々と略対向する位置に設けられた受熱面を介して、第１の水路の冷媒液に伝達するステップと、循環手段および冷媒液冷却手段によって、第１の水路の冷媒液に伝達した熱を除熱するステップと、を有している。

本発明の液晶プロジェクタ装置の冷却方法は、また、光を変調する液晶パネルと、光軸に沿って、液晶パネルの前後に、液晶パネルと離隔して各々が配置された入射側偏光板および出射側偏光板と、液晶パネルと、入射側偏光板と、出射側偏光板とを間に挟んで保持する第１および第２のホルダ部材とを有する液晶プロジェクタ装置の冷却方法であって、第１のホルダ部材の、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板を保持する面の反対側の面に、冷媒液が通過する第１の水路を備えた第１の熱交換器を配置するステップと、第２のホルダ部材の、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板を保持する面の反対側の面に、冷媒液が通過する第２の水路を備えた第２の熱交換器を配置するステップと、冷媒液を循環させる循環手段と、冷媒液を冷却する冷媒液冷却手段と、を配置するステップと、液晶パネル、入射側偏光板、または出射側偏光板から発生し、第１のホルダ部材に伝達した熱を、第１の水路の、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板の各々と略対向する位置に設けられた受熱面を介して、第１の水路の冷媒液に伝達するステップと、液晶パネル、入射側偏光板、または出射側偏光板から発生し、第２のホルダ部材に伝達した熱を、第２の水路の、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板の各々と略対向する位置に設けられた受熱面を介して、第２の水路の冷媒液に伝達するステップと、循環手段および冷媒液冷却手段によって、第１および第２の水路の冷媒液に伝達した熱を除熱するステップと、を有している。

以上説明したように、本発明の液晶プロジェクタ装置およびその冷却機構は液冷方式の冷却を行うため、無塵冷却が容易に実現できる。すなわち、空冷方式で問題となる液晶ユニットへの塵埃の付着のおそれがなくなり、画像品質の劣化が生じない。また、大容量の空冷ファンがいらないため、静音性にも優れる。

また、液晶ユニットを直接冷媒液に含浸させて対流放熱させる構造ではなく、ホルダ部材と熱交換器とを介して液冷モジュール側へ排熱する構造を採用した結果、光学系は基本的に冷媒液の影響を受けない。このため、画像品質を損なうことがなく、また、実装性にも優れている。

さらに、冷却部を液晶ユニットから独立した構造としているため、熱交換器や水路設計等を最適化することが容易となる。このため、液晶ユニットの構成や発熱量に応じた個々の条件に合わせて高い冷却能力を得ることができる。

以上により、高輝度化、静音化の要求に対応しつつ、長寿命で高い信頼性を有する液晶プロジェクタ装置およびその冷却機構ならびに冷却方法を提供することができる。

以下に、本発明に係る液晶プロジェクタ装置の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、液晶プロジェクタ装置の光学系および液晶ユニット冷却系を取り出して示した斜視図である。図２は、図１に示す液晶プロジェクタ装置を別の方向から見た斜視図である。図３は、液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部を示す分解斜視図である。図４は、図３に示す液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の正面図である。図５は、図１に示す液晶プロジェクタ装置の第１の熱交換器の内部構造を示す平面図である。

図１および図２において、液晶ユニット冷却系３２ａは、液晶ユニット２３と液冷モジュール部３３ａとを有している。

液晶ユニット２３は、図３および図４に詳細を示すように、各色光に対応した液晶パネル１７ａ，１７ｂ，１７ｃと、入射側偏光板１８ａ，１８ｂ，１８ｃと、出射側偏光板１９ａ，１９ｂ，１９ｃと、色合成プリズム１５と、それらを一体保持する第１のホルダ部材３４ａとを有している。液晶パネル１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、入射側偏光板１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、出射側偏光板１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、それぞれ各色光の入射面に対応して配置されており、従来の液晶プロジェクタ装置で用いられているものと共通である。各液晶パネル１７ａ、１７ｂ、１７ｃには、液晶パネル制御用の信号線であるフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣ２５ａ、２５ｂ、２５ｃという。）が各々取り付けられている。また、液晶ユニット２３には、色合成プリズム１５で合成された光束を画像として投射する投写レンズ１６が接続している。なお、以下の説明で、液晶ユニット２３の構造部材という場合、液晶パネル１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、入射側偏光板１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、出射側偏光板１９ａ，１９ｂ，１９ｃ、および色合成プリズム１５を意味する。

液晶ユニット２３を保持する第１のホルダ部材３４ａは、例えばアルミやマグネシウム合金等の熱伝導性に優れ加工性の良好な材質で製作されており、液晶ユニット２３の構造部材を所定の位置で一体的に固定する保持機構５１ａを備えている。第１のホルダ部材３４ａは、保持機構５１ａを介して、後述する第１の熱交換器３６ａと、液晶パネル、入射側偏光板、および出射側偏光板を保持する面の反対側の面で隣接配置され、熱的に接続している。

保持機構５１ａは、例えば固定溝や押さえ板等によって構成することができるが、これに限定されるものではなく、液晶ユニット２３の構造部材を確実に固定し、かつ、第１のホルダ部材３４ａと第１の熱交換器３６ａとを熱的に接続できるものであればよい。液晶ユニット２３の構成部材と保持機構５１ａとの接触面には、高熱伝導シートやシリコングリス、相変化シート等のサーマルインターフェイスを設けて接触熱抵抗をより小さくするようにしてもよい。

液冷モジュール３３ａは、冷媒液３１を循環させる循環手段である配水ポンプ３５と、冷却対象物に接続して受熱を行う第１の熱交換器３６ａと、冷媒液量を保証し熱膨張による体積変動を吸収するリザーバタンク４０と、高温になった冷媒液３１を冷却する冷媒液冷却手段であるラジエータ５０とを有している。

液冷モジュール３３ａを構成する配水ポンプ３５は、遠心ポンプや圧電ポンプが用いられる。配水ポンプ３５は配管を介して第１の熱交換器３６ａに接続している。

第１の熱交換器３６ａは、図５に示すように、内部に冷媒液３１が流れる第１の水路５５ａが設けられており、第１の水路５５ａは入口から入った冷媒液３１が順次、各色の液晶パネルと対向する位置に設けられた受熱面５６ａを流れるように形成されている。

第１の熱交換器３６ａの下流にはラジエータ５０が設置されている。ラジエータ５０は直上に設けられたヒートシンク５３と空冷ファン５４とを有している。ヒートシンク５３は、内部に冷媒液３１が流れるラジエータ内水路（図示せず）を有し、また、周囲に多数のフィンが設けられている。空冷ファン５４はフィンの近くに設けられ、冷媒液３１の冷却を促進する。

ラジエータ５０の下流には、リザーバタンク４０が設置されている。リザーバタンク４０は、配管接続部に使用される樹脂パイプ繊維孔からの冷媒抜け（蒸発）による冷媒液量損失を補填するとともに、熱膨張による冷媒液３１の体積変動を吸収して、配管損傷や、気泡混入による配水ポンプ３５の送水能力の低下や、配管詰まりを防止する。リザーバタンク４０の出口は配水ポンプ３５に接続して、全体として閉ループを形成している。なお、リザーバタンク４０の位置はラジエータ５０の下流に限定されず、全体のレイアウトを考慮して適宜定めることができる。

冷媒液３１としては、プロピレンアルコールやプロピレングリコール等の不凍液を用いることが望ましい。

次に、液晶ユニット２３の冷却動作について説明する。

第１のホルダ部材３４ａに一体保持された液晶ユニット２３は、動作中、透過光の吸収により発熱する。発生した熱は、保持機構５１ａを介して第１のホルダ部材３４ａへ伝えられる。発熱源は入射側偏光板１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、出射側偏光板１９ａ，１９ｂ，１９ｃ、および液晶パネル１７ａ，１７ｂ，１７ｃであるが、第１のホルダ部材３４ａにはこれらの発生熱が一括して伝達される。

一方、冷媒液３１が配水ポンプ３５によって第１の熱交換器３６ａに送られる。冷媒液３１は第１の熱交換器３６ａ内で、第１のホルダ部材３４ａを介して、液晶ユニット２３の発生熱を除熱する。より詳細には、液晶ユニット２３から第１のホルダ部材３４ａに伝達された熱が、第１の熱交換器３６ａ表面から受熱面５６ａを介して冷媒液３１へと輸送される。熱交換されて高温になった冷媒液３１は、第１の熱交換器３６ａ出口から排水され、ラジエータ５０に送られる。冷媒液３１は、ラジエータ５０内のラジエータ内水路を循環している間に、ヒートシンク５３と空冷ファン５４により除熱されてリザーバタンク４０を経由して、配水ポンプ３５に戻る。以上の作用を繰り返して、液晶ユニット２３で発生した熱は、冷媒液３１を介して、最終的に大気に放出される。

冷媒液３１の温度は外気温に依存するが、一例を示すと以下のようになる。例えば、外気温が３０℃の場合、第１の熱交換器３６ａ内部に循環流入する冷媒液温度は、定常時で４０℃前後であり、受熱後は、液晶ユニット２３の発熱量により、５０℃〜６０℃の高温になる。冷媒液３１は、ラジエータ５０で放熱され、外気温近く（ラジエータ容量により、３５〜４０℃）まで下がる。また、第１の熱交換器３６ａの受熱面５６ａの温度は冷媒液３１の温度に依存するが、４０℃程度となる。

以上説明したとおり、本実施形態の液晶プロジェクタ装置は、液冷方式を用いているため、空冷方式で問題となる塵埃による画像品質の劣化がなく、ファンも小型のものでよいため、静音化にも有利である。また、冷却構造が液晶ユニットと独立して設置されているため、液晶ユニットの機能が影響を受けにくく、高画質の映像を実現することができる。

次に、本発明に係る液晶プロジェクタ装置の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。図６は、本発明の第２の実施形態の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部を示す斜視図である。図６（ａ）は、液晶ユニット冷却系の組立斜視図を、図６（ｂ）は、液晶ユニット冷却系の分解斜視図を各々示している。図７は、図６に示す液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の正面図である。

本実施形態の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニット冷却系３２ｂは、ホルダ部材および熱交換器を、液晶ユニットの上下面に１対で配置した点が第１の実施形態と異なっており、その他の点は同様である。

液晶ユニット２３の下面と上面には、各々第１のホルダ部材３４ｂ、第２のホルダ部材３４ｃが設置されている。また、第１のホルダ部材３４ｂ、第２のホルダ部材３４ｃは各々、第１の熱交換器３６ｂ、第２の熱交換器３６ｃと接続されている。第１のホルダ部材３４ｂ、第２のホルダ部材３４ｃと第１の熱交換器３６ｂ、第２の熱交換器３６ｃは、第１の実施形態で示した第１のホルダ部材３４ａおよび第１の熱交換器３６ａと同様の構造である。また、同様の保持機構５１ｂ、５１ｃによって、液晶ユニット２３は上下から保持固定され、かつ、第１のホルダ部材３４ｂ、第２のホルダ部材３４ｃと第１の熱交換器３６ｂ、第２の熱交換器３６ｃとが熱的に接続されている。なお、第１の熱交換器３６ｂ、第２の熱交換器３６ｃと配水ポンプ３５、ラジエータ５０とを結ぶ配管構成も第１の実施形態から変更されている（図示せず）。その他の部分は実施形態１と同様に構成されており、第２の熱交換器３６ｃの内部にも第１の熱交換器３６ｂと同様の第２の水路（図示せず）が設けられている。なお、図６において、ＦＰＣ２５が第２のホルダ部材３４ｃ、第２の熱交換器３６ｃを貫通しているが、この点は第４の実施形態で詳述する。

これにより、液晶ユニット２３で発生した熱は、保持機構５１ｂ，５１ｃを介して第１のホルダ部材３４ｂおよび第２のホルダ部材３４ｃへと伝えられ、さらに、受熱面５６ｂおよび５６ｃ（図示せず）を介して一対の第１の熱交換器３６ｂおよび第２の熱交換器３６ｃによって除熱される。

このように液晶ユニットを上下面から同時に冷却することにより、液晶ユニットの冷却能力が一層向上し、液晶ユニットの温度を低く保つことができるとともに、液晶パネルや偏光板の光透過面温度分布をほぼ均等に保つことができ、色ムラの少ない良好な投写画像品質を得ることができる。

次に、本発明に係る液晶プロジェクタ装置の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。図８は、本発明の第３の実施形態の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットの一部を示す側方図である。以下の説明は、青色光用の液晶パネル１７ｃを例に行うが、他色の液晶パネルにも適用できることは勿論である。

背景技術において説明したとおり、液晶プロジェクタ装置では、レジストレーション調整のために、液晶ユニットを構成する液晶パネルに上下・左右および回転方向の調整機能（光軸調整）を備えることが多い。第３の実施形態は、このような液晶プロジェクタ装置に適用できるものである。図８に示すように、液晶パネル１７ｃは、色合成プリズム１５から離隔して支持されている。液晶パネル１７ｃは取付治具２６ｃに保持・固定され、取付治具２６ｃの４隅がホルダ突起部２７で４点支持されて、光軸調整後に接着固定される。

本実施形態の特徴は、液晶パネル１７ｃが固定される取付治具２６に、可撓性を有する熱伝導性シート２８ａが貼付され、他端が第１のホルダ部材３４ａと接続している点にある。熱伝導性シート２８ａは例えば、厚さ１００μｍ程度の片面粘着性グラファイトシートで製作することができる。

これによって、空中に固定された液晶パネル１７ｃの保持姿勢に影響を及ぼすことなく、液晶パネル１７ｃを、吸熱機能を有する第１のホルダ部材３４ａに熱的に接続し、冷却することが可能になる。すなわち、液晶パネル１７ｃのアライメントを損なうことなく、第１のホルダ部材３４ａで効率的に吸熱することができるため、液晶パネル１７ｃの冷却能力が向上し、パネル温度が抑制されて長寿命化が可能となる。また、パネル面温度分布が均質化されて、投写画像品質の改善にも役立つ。

本実施形態は、図８に示したものに限定されず、例えば、図９に示すように、図８と同様の可撓性の熱伝導性シート２８ａ，２８ｂを液晶パネル１７ｃの前後面（入射面側および出射面側）に貼付してもよい。ここで、図９（ａ）は、液晶パネルの一部を取り出した側方図であり、図９（ｂ）は、液晶パネルの一部を示す斜視図である。図９に示した実施形態は、特に、液晶パネル１７ｃが厚み方向に顕著な温度勾配を持つ場合に、液晶パネル１７ｃの前後から吸熱することができるため、より効果的に冷却することができる。また、熱伝導性シートは、実施形態２で説明した、液晶ユニット２３の上面にある第２のホルダ部材３４ｃと接続するように設けることも可能である。

次に、本発明に係る液晶プロジェクタ装置の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は上述した第２の実施形態と組み合わせて適用される。図１０Ａ（ａ）は、本実施形態による液晶ユニットの一部を示す側方図、図１０Ａ（ｂ）は、図１０Ａ（ａ）の図中Ａで示した部分の部分拡大側方図である。また、図１０Ｂは、本実施形態による液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部を示す斜視図である。図１１は、ホルダ部材の外形図を、図１２は熱交換器の外形図を各々示す。また、図１１、１２において、（ａ）は上面から見た斜視図を、（ｂ）は背面図を、（ｃ）は上面から見た平面図を各々示している。

図１０Ａ（ａ）、（ｂ）において、可撓性の熱伝導性シート２８ａ、２８ｂが液晶パネル１７ｃの下方の前後面に貼付されている。同時に液晶パネル１７ｃの上方の１面にも熱伝導性シート２８ｃが貼付されている。熱伝導性シート２８ａ、２８ｂの他端は第１のホルダ部材３４ｂに、熱伝導性シート２８ｃの他端は第２のホルダ部材３４ｃに各々接続している。

図１１に示すように、液晶ユニット２３を上下から保持する一対のホルダ部材のうち、ＦＰＣ２５ａ、２５ｂ、２５ｃが伸張する側の第２のホルダ部材３４ｃには、ＦＰＣ２５ａ、２５ｂ、２５ｃが貫通する位置に貫通孔２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂが設けられている。また、図１２に示すように、上下一対の熱交換器のうち、ＦＰＣ２５ａ、２５ｂ、２５ｃが伸張する側の第２の熱交換器３６ｃには、ＦＰＣ２５ａ、２５ｂ、２５ｃが貫通する位置に貫通孔２９Ｒ’、２９Ｇ’、２９Ｂ’が設けられている。図１０ＢのＡ部に示すように、ＦＰＣ２５ａ、２５ｂ、２５ｃはこれらの貫通孔を貫通して上に延びている（図１０ＢにはＦＰＣ２５ｃのみ示す。）。

液晶ユニット２３の上面側の熱伝導性シート２８ｃは、ホルダ部材３４ｃおよび第２の熱交換器３６ｃを貫通するＦＰＣ貫通孔２９Ｂ、２９Ｂ’からいったん上部に取り回されて、第２の熱交換器３６ｃの上面（液晶ユニット２３から見ると背面側）に接続している。

また、図１２（ｂ）には、ジャケット内の水路配置を示す。第２の熱交換器３６ｃの水路は、各ＦＰＣ貫通孔との干渉を避けて形成されるため、上下一対の第１の熱交換器３６ｂ、第２の熱交換器３６ｃの水路配置は鏡面対象とはならない。すなわち、図５と比較して明らかなとおり、水路配置が上下の熱交換器で異なっている。

なお、上面側の熱伝導性シート２８ｃは液晶パネル出射面側にしか貼付していないが、下面側と同様に入射面側にも貼付することができることは勿論である。

このようにして、ＦＰＣ２５が上部に張り出している場合においても、ホルダ部材や熱交換器と干渉することなく、ＦＰＣ２５を外部制御基板（図示せず）と接続することが可能になる。なお、熱伝導性シート２８ｃがＦＰＣ２５と干渉しない場合には、貫通孔を設けずに、第２のホルダ部材３４ｃに直接接続してもよい。

次に、本発明に係る液晶プロジェクタ装置の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態の液晶プロジェクタ装置の液晶パネルを示し、図１３（ａ）は透過性薄板部材を取り付ける前の側方図、図１３（ｂ）はその斜視図、図１３（ｃ）は、透過性薄板部材を取り付けた後の斜視図である。また、以下の説明は、赤色光用の液晶パネル１７ａを例に行うが、他色の液晶パネルにも適用できることは勿論である。

図１３各図に示すように、液晶ユニット２３を構成する液晶パネル１７ａの入射側パネル面および出射側パネル面の両方に、液晶パネル１７ａのパネル構成部材３７よりも熱伝導率の大きな透過性薄板部材３８ａ，３８ｂが接合されている。透過性薄板部材はいずれか１つの面だけに貼付してもよい。

透過性薄板部材３８ａ，３８ｂは、液晶パネル１７ａのパネル面に熱拡散を励起させる部材、すなわち熱特性的には、パネル構成部材３７よりも熱伝導率の高い透過性部材であればよい。従来は、液晶パネル自体の冷却能力を高めるために液晶パネルに熱伝導率の高い放熱板を接合する場合、放熱板はサファイア基板に限定されており、コスト的に不利であったが、本実施形態では、例えば、熱伝導率が高く、サファイア基板よりも安価で、加工性に優れた水晶基板が利用可能である。また、所定の熱特性が得られれば、他の透過性のシート状部材を利用してもよい。

これによって、パネル面の熱拡散が大きくなり、液晶パネル１７ａのパネル面内温度分布がより平均化されるため、液晶パネル１７ａのパネル面内の最高温度が低下して、局所的な温度上昇を抑えることができる。また、これと同時に、液晶パネル１７ａのパネル面の外周部の温度が熱拡散によって上昇して、液晶パネル１７ａと第１のホルダ部材３４ａとの間の温度差が増加するため、液晶パネル１７ａの外周部と第１のホルダ部材３４ａとの熱交換がより一層促進されて、液晶パネル１７ａの平均温度も下がる。第３の実施形態で詳述した可撓性の熱伝導性シートをパネル面周囲に取り付けてホルダ部材に吸熱させても同様の効果を奏することができる。

次に、本発明に係る液晶プロジェクタ装置の第６の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１４は、本実施形態の液晶プロジェクタ装置の出射側偏光板を示すものであり、図１４（ａ）はシート部材を取り付ける前の出射側偏光板の斜視図、図１４（ｂ）は、シート部材を取り付けた後の出射側偏光板の斜視図、１４（ｃ）は、出射側偏光板をホルダ部材に取り付けた状態を示す斜視図である。また、以下の説明は、緑色光用の出射側偏光板１９ｂを例に行うが、他色の出射側偏光板や入射側偏光板にも適用できることは勿論である。

出射側偏光板１９ｂは、ガラス基板３９と偏光フィルム４１とから構成されている。偏光フィルム４１はガラス基板３９の中央に貼付されており、ガラス基板３９の外周部は、偏光フィルム４１のない領域となっている。そして、偏光フィルム４１のないガラス基板３９の外周部に、ガラス基板３９よりも熱伝導率の大きなシート部材４２が貼付されている。シート部材４２は、例えば第３の実施形態で例示したグラファイトシート等の片面粘着性の熱伝導性シートを用いることできる。シート部材４２は偏光フィルム４１の周囲に貼付されるので、透過性は不要であるが、迷光を励起しないものが望ましい。また、シート部材４２を貼付する面は、出射側偏光板１９ｂの入射側面、出射側面のどちらでもよいが、第１のホルダ部材３４ａの保持機構５１ｄに押圧される側に貼付することが望ましい。

これにより、第５の実施形態と同様に、ガラス基板３９面の熱拡散性能が向上し、偏光フィルム４１を含むガラス基板３９面内の温度分布が平均化され、偏光フィルム４１の最高温度が低下する。また、偏光フィルム４１の周囲温度、すなわちシート部材４２を貼付したガラス基板３９の外周部の温度が上昇するため、保持機構５１ｄを介した第１のホルダ部材３４ａへの吸熱が促進される。しかも、保持機構５１ｄとの接続面には、偏光フィルム４１周辺に貼付したシート部材４２が介在するため、出射側偏光板１９ｂと第１のホルダ部材３４ａとの間の接触熱抵抗が低下し、吸熱効率がより一層向上する。このため、偏光フィルム４１の平均温度も低下し、偏光板のより一層の長寿命化が図れる。

次に、本発明に係る液晶プロジェクタ装置の第７の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１５は、本実施形態の液晶プロジェクタ装置の熱交換器の内部構造を示す平面図である。

本実施形態の第１の熱交換器３６ｄは、第１の水路５５ｃの流入口４３ａおよび流出口４４ａが、共に投写レンズ１６側に配置されており、流入口４３ａを青色光液晶パネル（図中Ｂで表記）側に、流出口４４ａを赤色光液晶パネル（図中Ｒで表記）側にしてＵ字形の第１の水路５５ｃが形成されている（なお、本実施形態の以下の説明では、液晶パネルには入射側偏光板、出射側偏光板を含む。）。また、緑色光液晶パネル（図中Ｇで表記）はこれらの中間に位置している。このため、全体としては、青色、緑色、赤色の順に冷却されることになる。

このように水路を構成した理由は以下のとおりである。一般に光エネルギは短波長側で強くなるため、３板式の液晶プロジェクタ装置における光変調部では、光学素子（偏光板および液晶パネル）の吸光による発熱は青色光側が最も大きく、次いで光量の豊富な緑色光側が高温になり易い傾向にある。液晶パネルにおける色光毎の温度特性の不均衡は、液晶材料の動作速度特性を変化させ、Ｒ・Ｇ・Ｂ表示速度のばらつきによる高速表示画像品質の劣化を招く。また、偏光板についても、ユニット交換寿命は最も高温となる部材温度で律則されるため、各色光に対応した光変調部の温度特性はできるだけ一定に保つ必要がある。そこで、液晶ユニット２３を搭載したホルダ部材と接続する第１の熱交換器３６ｄにおいて、冷媒液３１が青色光液晶パネル相当位置側から流入して、緑色光液晶パネル相当位置を通過し、最後に赤色光液晶パネル相当位置側から流出して液冷モジュール放熱部（図示せず）へ循環するように第１の水路５５ｃを構成した。

これにより、より高温となる青色光液晶ユニット側に流入直後の低温な冷媒液３１を供給し、比較的発熱の少ない赤色光液晶ユニット側は、受熱後に温度の上がった冷媒液３１で冷却して、各色の発熱と冷却をバランスさせている。

また、図１６に示すように、第１の水路５５ｄの流入口４３ｂおよび流出口４４ｂを投写レンズ１６の左右に配置し、同様に、流入口４３ｂを青色用液晶パネル（図中Ｂで表記）側に、流出口４４ｂを赤色用液晶パネル（図中Ｒで表記）側にして概略Ｔ字形の第１の水路５５ｄを形成するようにしてもよい。

さらに、図１７に示すように、第１の水路５５ｅの水路幅を、青色用液晶パネル相当位置で最も広く（ＷＢ）、次いで緑色用液晶パネル相当位置（ＷＧ）、赤色用液晶パネル相当位置（ＷＲ）の順で狭くなるように設定してもよい。このような水路幅の設定は、各色光に対応した液晶ユニットの発熱比が大きく偏る場合には特に有効であり、より高温となる青色用液晶ユニット相当位置の冷媒液循環水路の水路面積（すなわち冷媒への吸熱面積）を広く設定することで冷却能力（ジャケット受熱能力）を大きく割り振っている。水路幅比率（ＷＢ：ＷＧ：ＷＲ）あるいは水路面積比率は各色光の液晶パネル発熱比率に応じて決定される。

なお、以上の実施形態は、実施形態２で説明した、液晶ユニット２３の上面にある第２の熱交換器３６ｃに対しても同様に適用できる。

次に、本発明に係る液晶プロジェクタ装置の第８の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の液晶プロジェクタ装置は、液晶ユニットのさらなる長寿命化を目的として、液晶ユニットを常温以下まで冷却したい場合に適用可能なものである。図１８Ａは、液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部を示す斜視図である。図中（ａ）は斜視図を、（ｂ）は側面図を示す。また、図１８Ｂは図１８Ａ（ａ）に示す液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部の分解斜視図である。

液晶ユニット２３を保持する第１のホルダ部材３４ａと第１の熱交換器３６ａとの間に、低温側を第１のホルダ部材３４ａ面に向けたペルチェ素子４５ａが挟み込まれている点が本実施形態の特徴である。ペルチェ素子吸熱面側４６ａに接続された第１のホルダ部材３４ａは外気温以下に冷却され、ペルチェ素子発熱面側４７ａに接続された第１の熱交換器３６ａは熱電素子の発熱を受熱する。そして、第１の熱交換器３６ａの熱は、冷媒液３１を介して、最終的に液冷モジュールのラジエータ（図示せず）に放熱される。

ペルチェ素子吸熱面温度は、熱電素子部や光学素子部に結露が生じない温度範囲（＞露点）に設定し、それ以上の冷却が必要な場合は結露対策を取ることが望ましい。また、ペルチェ素子発熱面温度は、冷媒液の沸点以下（＜１２０℃）になるように設定することが望ましい。

一般的に、液晶ユニット冷却構造は、液冷モジュールの熱輸送プロセスの関係上、熱交換器部の温度を外気温以下まで下げることができず、前述したとおり、例えば外気温が３０℃の場合、熱交換器の受熱面温度は４０℃程度となり、液晶ユニット２３の温度はこのジャケット表面温度に支配されることになる。しかし、ペルチェ素子を用いることで、液晶ユニットを外気温度以下まで下げることが可能となる。

図１９は、前述した第２の実施形態で示した液晶ユニット冷却構造に対してペルチェ素子を適用したものである。液晶ユニット２３を上下から保持する一対の第１のホルダ部材３４ｂ，第２のホルダ部材３４ｃと、それに対応した上下一対の第１の熱交換器３６ｂ，第２の熱交換器３６ｃとの間に、各々低温側をホルダ部材面に向けた一対のペルチェ素子４５ａ，４５ｂが接合されている。

これにより、ペルチェ素子吸熱面側４６ａ，４６ｂに接続された上下一対の第１のホルダ部材３４ｂ，第２のホルダ部材３４ｃを外気温以下に冷却し、ペルチェ素子発熱面側４７ａ，４７ｂに接続された同じく一対の第１の熱交換器３６ｂ，第２の熱交換器３６ｃから熱電素子の発熱を受熱し液冷モジュールのラジエータ（図示せず）で冷媒液３１の冷却を行うことができる。

以上説明したように、ペルチェ素子を用いた液晶ユニット冷却構造を採用することにより、液晶ユニットの動作温度を大幅に下げることができ、液晶ユニットのさらなる長寿命化を達成することが可能になる。

次に、本発明に係る液晶プロジェクタ装置の第９の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の液晶プロジェクタ装置は、液晶ユニット等への塵埃混入の防止を一層徹底するために用いることができる。図２０は、液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部を裏側から示す斜視図である。

本実施形態の液晶プロジェクタ装置は、液晶ユニットをはじめとする光学エンジン部、すなわち、図２１に示す照明光学系２、色分離光学系７、結像光学系１３から構成される光学エンジン部を密閉構造としている点が特徴である。

光学系保持部材４８は、光学エンジン部を構成する多数のレンズやミラーを保持・固定すると同時に、これらの光学エンジン部を密閉して取り囲み、液晶プロジェクタ装置１の筐体内部に隔離された空間部を形成している。また、光学系保持部材４８の底面の一部はホルダ部材３４aから構成されている。したがって、液晶ユニット２３の冷却は実施形態１で示したのと同様な方法、すなわち、発生熱を固体熱伝導によって第１のホルダ部材３４aに吸熱し、第１の熱交換器３６aを介して冷媒液１０によりラジエータ５０から外気へ排熱することによって実現される。

本実施形態では、電源冷却や基板冷却、あるいはランプ冷却等を目的として従来技術と同様の方法により筐体内に外気を導入する場合でも、光学エンジン部は光学系保持部材４８によって閉鎖され、筐体内循環気とほぼ隔離された状態で液晶ユニット２３の冷却が行える。このため、液晶ユニット２３への塵埃混入を遮断することができ、より一層信頼性に優れた液晶プロジェクタ装置を提供することが可能になる。本実施形態は、上述した第２〜第８の実施形態と適宜組み合わせて適用できることは勿論である。

以上、各実施形態の詳細な説明においては、液冷方式の冷却方式を前提に説明したが、本発明の液晶プロジェクタ装置はこれに限定されず、例えば空冷方式を採用することも可能である。空冷方式においては例えば、水冷ジャケットの替わりにアルミヒートシンクを吸熱ホルダに接続して放熱するような簡単な構造の空冷ユニットを用いることができる。ここでいう空冷ユニットは、従来技術のような液晶ユニットそのものに送風する構造ではなく、上述の第１の熱交換器や第２の熱交換器自体を空冷方式として構成することをいう。このような空冷方式の液晶プロジェクタ装置は、例えば、小型・低コストが要求される一方、輝度が低く発熱が少ない普及モデルのプロジェクタの放熱部において、液冷ユニットを用いる代わりに、放熱容量の小さな空冷ユニットで代替することが考えられる。

さらに、本発明は単板式の液晶パネル、すなわち、液晶パネルを構成するセル別に所定の色光を通過させるカラーフィルタを有する１枚の液晶パネルを有する液晶プロジェクタ装置にも全く同様に適用できることができる。

本発明の第１の実施形態における液晶プロジェクタ装置の光学系および液晶ユニット冷却系を取り出して示した斜視図である。 図１に示す液晶プロジェクタ装置を別の方向から見た斜視図である。 図１に示す液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部を示す分解斜視図である。 図３に示す液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の正面図である。 図１に示す液晶プロジェクタ装置の熱交換器の内部構造を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部を示す斜視図である。 図６に示す液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の正面図である。 本発明の第３の実施形態の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットの一部を示す側方図である。 本発明の第３の実施形態の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットの一部を示す側方図である。 本発明の第４の実施形態の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットの一部を示す側方図および拡大側方図である。 本発明の第４の実施形態の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットの一部を示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態の液晶プロジェクタ装置のホルダ部材の外形図である。 本発明の第４の実施形態の液晶プロジェクタ装置の熱交換器の外形図である。 本発明の第５の実施形態の液晶プロジェクタ装置の液晶パネルの外形図である。 本発明の第６の実施形態の液晶プロジェクタ装置の出射側偏光板の外形図である。 本発明の第７の実施形態における液晶プロジェクタ装置の熱交換器の内部構造を示す平面図である。 本発明の第７の実施形態における液晶プロジェクタ装置の熱交換器の内部構造を示す平面図である。 本発明の第７の実施形態における液晶プロジェクタ装置の熱交換器の内部構造を示す平面図である。 本発明の第８の実施形態における液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部を示す斜視図である。 図１８Ａに示す液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部の分解斜視図である。 本発明の第８の実施形態における液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部を示す斜視図である。 本発明の第９の実施形態における液晶プロジェクタ装置の液晶ユニットおよび液晶ユニット冷却系の一部を示す斜視図である。 従来の液晶プロジェクタ装置の光学系基本構成を示す概略図である。 従来の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニット冷却構造（空冷）を示す斜視図および断面図である。 従来の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニット冷却構造（液冷）を示す断面図である。 従来の液晶プロジェクタ装置の液晶ユニット冷却構造（液冷）を示す断面図である。 従来の液晶プロジェクタ装置の液晶パネル保持部の側面図および詳細図である。

符号の説明

１ 液晶プロジェクタ装置
２ 照明光学系
３ 光源
４ リフレクタ
５ａ、５ｂ 光インテグレータ
６ ＰＢＳ
７ 色分離光学系
８ａ、８ｂ ダイクロイックミラー
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 反射ミラー
１０ａ、１０ｂ リレーレンズ
１３ 結像光学系
１４ 光変調部
１５ 色合成プリズム
１６ 投写レンズ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 液晶パネル
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 入射側偏光板
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ 出射側偏光板
２０ 冷却ファン
２１ ダクト
２２ ダクト開口部
２３ 液晶ユニット
２４ａ、２４ｂ 金属フレーム
２５ ＦＰＣ
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 取付治具
２７ ホルダ突起部
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ 熱伝導性シート
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ａ’、２９ｂ’、２９ｃ’ ＦＰＣ貫通孔
３０ａ、３０ｂ 透明基板
３１ 冷媒液
３２ａ、３２ｂ 液晶ユニット冷却構造
３３ａ、３３ｂ 液冷モジュール部
３４ａ、３４ｂ 第１のホルダ部材
３４ｃ 第１のホルダ部材
３５ ポンプ
３６ａ、３６ｂ、３６ｄ 第１の熱交換器
３６ｃ 第２の熱交換器
３７ パネル構成部材
３８ａ、３８ｂ 透過性薄板部材
３９ ガラス基板
４０ リザーバタンク
４１ 偏光フィルム
４２ シート部材
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ 流入口
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ 流出口
４５ａ、４５ｂ ペルチェ素子
４６ａ、４６ｂ ペルチェ素子吸熱面
４７ａ、４７ｂ ペルチェ素子発熱面
４８ 光学系保持部材
４９ ランプボックス
５０ ラジエータ
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ ホルダ保持機構
５３ ヒートシンク
５４ 空冷ファン
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅ 第１の水路
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ 受熱面

Claims (27)

1. 光を変調する液晶パネルと、
   光軸に沿って、前記液晶パネルの前後に、該液晶パネルと離隔して各々が配置された入射側偏光板および出射側偏光板と、
   前記液晶パネルと、前記入射側偏光板と、前記出射側偏光板とを保持する第１のホルダ部材と、
   冷媒液が通過する第１の水路を備え、前記第１のホルダ部材の、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板を保持する面の反対側の面に設けられ、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、または前記出射側偏光板から発生して前記第１のホルダ部材に伝達する熱を除熱する第１の熱交換器と、
   前記冷媒液を循環させる循環手段と、
   前記冷媒液を冷却する冷媒液冷却手段と、
   を有し、
   前記第１の水路は、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板の各々と略対向する位置に設けられた受熱面を有する、液晶プロジェクタ装置。
2. 前記液晶パネルと、前記入射側偏光板と、前記出射側偏光板とを、前記第１のホルダ部材との間で挟んで保持する第２のホルダ部材と、
   該第２のホルダ部材に隣接配置されて、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、または前記出射側偏光板から発生して該第２のホルダ部材に伝達する熱を除熱する第２の熱交換器とをさらに有する、請求項１に記載の液晶プロジェクタ装置。
3. 前記第２の熱交換器は、除熱のための冷媒液が通過する、内部に設けられた第２の水路を有する、請求項２に記載の液晶プロジェクタ装置。
4. 前記第２の熱交換器は、前記第２のホルダ部材の、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板を保持する面の反対側の面に設けられ、
   前記第２の水路は、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板が前記第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置を通る、請求項３に記載の液晶プロジェクタ装置。
5. 前記第１のホルダ部材と、前記液晶パネルの光入射側面および出射側面の少なくともいずれかとを接続し、該液晶パネルで発生した熱を該第１のホルダ部材に伝達する、可撓性のある熱伝導性シートをさらに有する、請求項１または２に記載の液晶プロジェクタ装置。
6. 前記第２のホルダ部材と、前記液晶パネルの光入射側面および出射側面の少なくともいずれかとを接続し、該液晶パネルで発生した熱を該第２のホルダ部材に伝達する、可撓性のある熱伝導性シートをさらに有する、請求項２に記載の液晶プロジェクタ装置。
7. 前記液晶パネルの光入射側面および出射側面の少なくともいずれかに接合され、前記液晶パネルを構成するパネル構成部材よりも熱伝導率の大きな透過性薄板部材をさらに有する、請求項１または２に記載の液晶プロジェクタ装置。
8. 透明基板の少なくとも外周部を除いた部分に偏光フィルムを貼付して構成される前記入射側偏光板、または前記出射側偏光板、または双方の該外周部に貼付され、前記透明基板よりも熱伝導率の大きなシート部材をさらに有する、請求項１または２に記載の液晶プロジェクタ装置。
9. 前記第２のホルダ部材と前記第２の熱交換器の少なくともいずれかは、前記液晶パネルを制御する信号線が貫通する貫通孔を有している、請求項２に記載の液晶プロジェクタ装置。
10. 前記第２の水路は、前記貫通孔を避けて形成されている、請求項９に記載の液晶プロジェクタ装置。
11. 前記液晶パネルは、色光毎に変調する複数の液晶パネルを有し、
    前記第１の水路は、前記複数の液晶パネルのうち発生熱量の最も高い液晶パネルが前記第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置を最初に通る、請求項１に記載の液晶プロジェクタ装置。
12. 前記液晶パネルは、色光毎に変調する複数の液晶パネルを有し、
    前記第２の水路は、前記複数の液晶パネルのうち発生熱量の最も高い液晶パネルが前記第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置を最初に通る、請求項４に記載の液晶プロジェクタ装置。
13. 前記複数の液晶パネルは青色光、緑色光、赤色光を各々変調する３枚の液晶パネルを有し、
    前記第１の水路は、青色光を変調する該液晶パネルが前記第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、緑色光を変調する該液晶パネルが前記第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、赤色光を変調する該液晶パネルが前記第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置の順に通る、請求項１１に記載の液晶プロジェクタ装置。
14. 前記複数の液晶パネルは青色光、緑色光、赤色光を各々変調する３枚の液晶パネルを有し、
    前記第２の水路は、青色光を変調する該液晶パネルが前記第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、緑色光を変調する該液晶パネルが前記第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、赤色光を変調する該液晶パネルが前記第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置の順に通る、請求項１２に記載の液晶プロジェクタ装置。
15. 前記第１の水路は、前記液晶パネルと、前記入射側偏光板と、前記出射側偏光板とが前記第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置で、幅が広がっている、請求項１に記載の液晶プロジェクタ装置。
16. 前記第２の水路は、前記液晶パネルと、前記入射側偏光板と、前記出射側偏光板とが前記第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置で、幅が広がっている、請求項４に記載の液晶プロジェクタ装置。
17. 前記複数の液晶パネルは青色光、緑色光、赤色光を各々変調する３枚の液晶パネルを有し、
    前記第１の水路は、青色光を変調する該液晶パネルが前記第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、緑色光を変調する該液晶パネルが前記第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、赤色光を変調する該液晶パネルが前記第１のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置の順に大きな幅を有する、請求項１５に記載の液晶プロジェクタ装置。
18. 前記複数の液晶パネルは青色光、緑色光、赤色光を各々変調する３枚の液晶パネルを有し、
    前記第２の水路は、青色光を変調する該液晶パネルが前記第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、緑色光を変調する該液晶パネルが前記第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置、赤色光を変調する該液晶パネルが前記第２のホルダ部材に保持される位置に略対向する位置の順に大きな幅を有する、請求項１６に記載の液晶プロジェクタ装置。
19. 前記第１のホルダ部材と前記第１の熱交換器との間に、発熱面が該第１の熱交換器に、吸熱面が該第１のホルダ部材に向いた熱電素子をさらに有する、請求項１に記載の液晶プロジェクタ装置。
20. 前記第２のホルダ部材と前記第２の熱交換器との間に、発熱面が該第２の熱交換器に、吸熱面が該第２のホルダ部材に向いた熱電素子をさらに有する、請求項２に記載の液晶プロジェクタ装置。
21. 前記第１のホルダ部材は、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板を一体に保持する単一の部材である、請求項１に記載の液晶プロジェクタ装置。
22. 前記第２のホルダ部材は、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板を一体に保持する単一の部材である、請求項２に記載の液晶プロジェクタ装置。
23. 前記液晶パネルは、該液晶パネルを構成するセル別に所定の色光を通過させるカラーフィルタを有する１枚の液晶パネルを有する、請求項１または２に記載の液晶プロジェクタ装置。
24. 前記第１のホルダ部材を外面の一部とし、前記液晶パネルと、前記入射側偏光板と、前記出射側偏光板とを、光を供給する照明光学系、光を複数の色光に分光する色分離光学系、および該色光別に変調された光を合成する結像光学系の少なくとも１つとともに密閉する光学系保持部材をさらに有する、請求項１に記載の液晶プロジェクタ装置。
25. 前記第１および第２のホルダ部材を外面の一部とし、前記液晶パネルと、前記入射側偏光板と、前記出射側偏光板とを、光を供給する照明光学系、光を複数の色光に分光する色分離光学系、および該色光別に変調された光を合成する結像光学系の少なくとも１つとともに密閉する光学系保持部材をさらに有する、請求項２に記載の液晶プロジェクタ装置。
26. 光を変調する液晶パネルと、光軸に沿って、前記液晶パネルの前後に、該液晶パネルと離隔して各々が配置された入射側偏光板および出射側偏光板と、前記液晶パネルと、前記入射側偏光板と、前記出射側偏光板とを保持する第１のホルダ部材とを有する液晶プロジェクタ装置の冷却方法であって、
    前記第１のホルダ部材の、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板を保持する面の反対側の面に、冷媒液が通過する第１の水路を備えた第１の熱交換器を配置するステップと、
    前記冷媒液を循環させる循環手段と、前記冷媒液を冷却する冷媒液冷却手段と、を配置するステップと、
    前記液晶パネル、前記入射側偏光板、または前記出射側偏光板から発生し、前記第１のホルダ部材に伝達した熱を、前記第１の水路の、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板の各々と略対向する位置に設けられた受熱面を介して、該第１の水路の冷媒液に伝達するステップと、
    前記循環手段および前記冷媒液冷却手段によって、前記第１の水路の冷媒液に伝達した熱を除熱するステップと、
    を有する冷却方法。
27. 光を変調する液晶パネルと、光軸に沿って、前記液晶パネルの前後に、該液晶パネルと離隔して各々が配置された入射側偏光板および出射側偏光板と、前記液晶パネルと、前記入射側偏光板と、前記出射側偏光板とを間に挟んで保持する第１および第２のホルダ部材とを有する液晶プロジェクタ装置の冷却方法であって、
    前記第１のホルダ部材の、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板を保持する面の反対側の面に、冷媒液が通過する第１の水路を備えた第１の熱交換器を配置するステップと、
    前記第２のホルダ部材の、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板を保持する面の反対側の面に、冷媒液が通過する第２の水路を備えた第２の熱交換器を配置するステップと、
    前記冷媒液を循環させる循環手段と、前記冷媒液を冷却する冷媒液冷却手段と、を配置するステップと、
    前記液晶パネル、前記入射側偏光板、または前記出射側偏光板から発生し、前記第１のホルダ部材に伝達した熱を、前記第１の水路の、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板の各々と略対向する位置に設けられた受熱面を介して、該第１の水路の冷媒液に伝達するステップと、
    前記液晶パネル、前記入射側偏光板、または前記出射側偏光板から発生し、前記第２のホルダ部材に伝達した熱を、前記第２の水路の、前記液晶パネル、前記入射側偏光板、および前記出射側偏光板の各々と略対向する位置に設けられた受熱面を介して、該第２の水路の冷媒液に伝達するステップと、
    前記循環手段および前記冷媒液冷却手段によって、前記第１および第２の水路の冷媒液に伝達した熱を除熱するステップと、
    を有する冷却方法。

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