JP4465001B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源側からの光を、例えば液晶パネルや偏光板などを含む表示素子ユニットに照射し映像信号に応じて制御し光学像を形成する投射型表示装置等の表示装置に関する。

従来技術としては、例えば、特開２０００−５１３４９号公報（特許文献１）や特開平９−１３３９１１号公報（特許文献２）に記載されたものがある。特開２０００−５１３４９号公報には、低騒音で冷却能力に優れた縦型の投射型表示装置の提供を課題に、シロッコファンからの冷却風をダクトによってライトバルブに導くようにした構成が記載されている。特開平９−１３３９１１号公報には、構造的な規制の少ない温度制御が可能な液晶表示装置を得ることを課題に、液晶パネルから離れた位置にファンを置き、ファンによって取り入れた冷風もしくは温風を、ファンと液晶パネルとの間に設けたダクトによって該ファン側から液晶パネル位置まで導くようにした構成が記載されている。つまり、両公報にはいずれも、ファンによる送風流路をダクトで形成する構成が記載されている。

特開２０００−５１３４９号公報 特開平９−１３３９１１号公報

従来、一般に、表示素子周辺には各種の部品が高密度状態で組み込まれている。例えば上記公報記載の従来技術では、表示素子ユニットの冷却のためには、冷却ファンから送風される冷却空気を、表示素子ユニットの狭い空間部に吹付けるようにしている。狭い空間に空気を通す場合、該狭い空間に送風で空気を送り込もうとすると、圧力損失のために空気は該空間を通りにくく、このために冷却効率が落ちる。圧力損失に打ち克って空気を狭い空間に送り込むためには、ファンを高速回転させ、送り込む側の空気圧を高める必要がある。また、送り込む冷却空気の温度を低くして冷却効果が得られるようにする必要がある。送風ファンを高速回転することは、騒音や消費電力の増大を招き易い。また、温度を低くした冷却空気を送るためには使用環境温度を低くしたり、または、吸入した空気を冷却したりする必要がある。使用環境温度の上限を下げることは、使用場所が限定されて不便であり、また、吸入空気の冷却用として冷却装置を増やすことは、部品点数の増大やコストの増大につながり、得策ではない。

本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、表示装置において、ファンを高速で回転させないでも、少なくとも表示素子ユニットの狭い空間部にも冷却空気を通し効率的に該表示素子ユニットを冷却できるようにすることである。
本発明の目的は、かかる課題点を解決できる表示装置の技術を提供することにある。

上記課題点を解決するために、本発明では、表示装置において、基本的に、表示素子や偏光板などを含む表示素子ユニットをファンの上流側の空気流路中に配し、かつ、ダクトやフィン等の案内手段を該流路中に設けて、ファンによる吸込み空気流が効果的に表示素子ユニット部を通って該ファンに吸込まれる冷却系を構成する。具体的手段としては、光源側からの光を表示素子ユニットに照射し映像信号に応じて制御し光学像を形成する表示装置として、上記表示素子ユニットを冷却するための空気流を発生させるファンと、上記表示素子ユニット周辺部に設置され上記空気流の向きを変え上記表示素子ユニットに上記空気流を集める複数のフィンを有するフィン部材とを備え、上記フィン部材は、上記フィンが、上記表示素子ユニットの中心線に対し両側の位置であって該中心線に沿う方向の複数の位置に空気流方向に傾斜状に配され、上記空気流の下流側のフィンの上流側端部は該空気流の上流側のフィンより外側にある構成とする。

本発明によれば、表示装置において、冷却用のファンを高速回転させない低騒音状態でも、表示素子ユニット部に冷却空気を効果的に供給できる。

以下、本発明の実施例につき図面を用いて説明する。
実施例は、液晶パネルを表示素子として用いた投射型表示装置の場合の構成例である。
図１〜図４は、本発明における第１の実施例の説明図であって、図１は投射型表示装置の上方平面図、図２は図１の装置構成の側面図、図３は、図１、図２の構成における冷却実験結果を示す図、図４はダクトの断面積の説明図である。図１、図２において同一符号は同一部分を表す。

図１、図２において、１は投射型表示装置の筐体、２は照明ユニット、３は光源ランプ、４は、液晶パネル及び偏光板を含む表示素子ユニットを固定するための取付け板、５は、液晶パネル、入射側偏光板、及び出射側偏光板を含んで成る表示素子ユニット、６は色合成用プリズム、７は投射レンズ、８は投射ユニット、１１はファン、１２はダクト、１２ａはダクト１２における空気流入部である。照明ユニット２の内部では、光源ランプ３からの光を集束レンズで集束しかつ偏光変換手段で偏光変換して所定の偏光光（Ｓ偏光光またはＰ偏光光）とした後、ダイクロイックミラー等の色分離手段により赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）に分離し、該分離した各色光を、それぞれに対応した表示素子ユニット５に入射（照射）させる光学系が構成されている。それぞれの表示素子ユニット５に入射されたＲ光、Ｇ光、及びＢ光は、該各表示素子ユニット５内において、入射側偏光板を経て各液晶パネルに照射される。各液晶パネルでは、Ｒ光、Ｇ光、及びＢ光は、画像信号に基づき変調され、Ｒ光、Ｇ光、またはＢ光の画像光として出射される。画像光としての出射光は、出射側偏光板を経て、色合成用プリズム６に入射される。該色合成用プリズム６ではＲ光、Ｇ光、またはＢ光の画像光が合成される。該合成光は、投射レンズ７によって、スクリーン等に拡大投射される。照明ユニット２はケースで囲まれた構成を有し、塵埃の進入を防止するようになっている。本実施例では、表示素子ユニット５と、色合成用プリズム６と、投射レンズ７とは投射ユニット８を構成している。なお、表示素子ユニット５は、投射ユニット８内において取付け板４に固定されている。図示はされないが、表示素子ユニット５内では、入射側偏光板と、液晶パネルと、出射側偏光板とが互いに空間部を隔てて配されている。ファン１１は、吸込みにより、表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された領域、すなわち表示素子ユニット５の周辺部、から該ファン１１を含む周辺部に至る部分に冷却用の吸込み空気流を発生させる。該表示素子ユニットや色合成プリズム６の配された領域と該ファンとの間にはダクト１２を設け、該ダクト１２により、表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された領域から該ファンに向かう空気流を案内し、該表示素子ユニットや色合成プリズム６の配された表示素子ユニット周辺部領域と該ファンの周辺部領域との間に空気流路を形成する。該空気流路が形成されることで、該表示素子ユニット５内を通る空気流も該ダクト１２の空気流入部１２ａに向かうように案内される。該ダクト１２は、空気流の方向に次第に断面積が増大する構造とされている。表示素子ユニット５や、色合成プリズム６や、ダクト１２をファン１１の上流側に配し、吸込み空気流を冷却空気流として、表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された表示素子ユニット周辺部領域内及びダクト１２内を通すようにした構成のため、該表示素子ユニット５内においては液晶パネル、入射側偏光板、出射側偏光板との間の空間部を冷却空気が負圧状態でスムーズに通過する。このように、ダクト１２は、表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配されたいわゆる表示素子ユニット周辺部領域の下流側の空気流をファン１１側に向けて案内することにより、表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された領域に冷却空気が集中的に流入するようにする。ダクト１２内においても、冷却空気は負圧状態で流動する。また、該ダクト１２を、空気流の方向に断面積が次第に増大する構造とすることにより、ファンとして、羽根車の直径等を増大させ単位回転当たりの吸込み空気量を大きくしたものを用いることができる。このため、ファンを比較的低速回転状態にして所定の風量を確保することができ、少なくともファン１１の回転騒音を低減できる。また、表示素子ユニット５側や色合成プリズム６の配された領域での流速を高められ、該表示素子ユニット５側での冷却効率を向上できる。ダクト１２の空気流入部１２ａは、色合成プリズム６、表示素子ユニット５を含む領域の下方に取付けられ、該領域とファン１１との間を結ぶ流路を形成する。図１中の点線は、ダクト１２における空気流入部１２ａの外形を示す。本構成では、３個の表示素子ユニット５で１本のダクト１２を共用し、該１本のダクト１２で該３個の表示素子ユニット５中を通る冷却空気とその周囲の冷却空気とを吸い込むようになっている。

図３は、上記図１、図２の第１の実施例構成に関する温度上昇の実験結果である。Ｒ光用液晶パネル、Ｇ光用液晶パネル、Ｂ光用液晶パネルのそれぞれに、同じダクト及びファンを組合わせ、該ファンで該ダクトから冷却用空気を吸い込んで吸い込み空気流により各液晶パネルを冷却した場合（吸い込み冷却）の各液晶パネルの温度上昇を測定し、逆に該ファンから該ダクトに冷却用空気を吐き出し該吐き出し空気流により各液晶パネルを冷却した場合（送風冷却）の各液晶パネルの温度上昇特性と比較した。この時、表示パネル部での冷却用空気の流速を上げるため、該ダクトにより形成される冷却用空気の流路の断面積を、液晶パネル周辺部で狭く、ファン周辺部で広くなるように構成した。この結果、吸い込み方式による冷却（吸い込み冷却）の方が、吐き出し方式による冷却（送風冷却）よりも冷却効果が高く、該吸い込み方式では液晶パネルの温度を、吐き出し方式の場合よりも略５〜１３度低く抑えられることが明らかとなり、吸い込み方式の優位性が実証された。また、ファンとしては、送風量が多くて静かなものとして、例えば軸流ファンなども有効であることも実証された。

図４は、ダクト１２の断面積についての説明図である。
図４において、（ａ）は、ダクト入り口（空気流入部）１２ａからダクト出口（空気流出部＝ファン吸い込み口）にかけて断面積がリニアに増大する場合、（ｂ）は、ダクト入り口（空気流入部）で断面積がリニアより少ない割合で徐々に増大する場合、（ｃ）は、ダクト出口（空気流出部＝ファン吸い込み口）で断面積がリニアよりも少ない割合で徐々に増大する場合である。（ａ）の場合は、ダクト断面積が徐々に変化するため、空気の流速は徐々に変化し、断面積変化による通過空気のエネルギ損失も少なく、流れの乱れも少ない。このため、空気はスムーズに流れ易くなり、冷却効率が向上する。なお、排気ダクト１２の吸気側（空気流入部）１２ａでの断面積を、表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された領域部分の断面積と略一致させると、より一層冷却効率が向上する。（ｂ）の場合は、表示素子ユニット５の配された領域からダクト入り口（空気流入部）１２ａにかけての位置で空気流路の断面積の変化を小さくできるため、該位置の流路内で空気の流速の変化を緩やかにできる。このため、断面積変化による通過空気のエネルギ損失も少なくでき、流れの乱れも減らせる。従って、表示素子ユニット５部や色合成プリズム６の配された領域を通過する空気の流れをより一層スムーズにでき、表示素子ユニット５部における冷却効率を向上させることができる。特に、（ｂ）の構成は、ダクト１２の長さを短縮化するような場合に、上記空気流入部１２ａとその近傍の流路の断面積変化を小さくできるため有利である。なお、（ｂ）の場合も、該空気流入部１２ａでの断面積を、表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された領域部分の断面積に略一致させると、より冷却効率が良くなる。（ｃ）の場合は、ダクト出口（空気流出部＝ファン吸い込み口）、すなわち、ファン１１の吸込み口付近での流路断面積の変化が緩やかとなり、空気の流速変化が緩やかとなる。このため、この位置の流路内において、流路の断面積変化によるエネルギ損失も少なくでき、流れの乱れも少なくできる。従って、ファン１１の負荷が減り、消費電力や騒音を低減できる。

上記第１の実施例によれば、ダクト１２により、ファン１１による吸い込み空気を確実に表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された領域に導ける。ファン１１を比較的低速回転状態にしても所定の冷却風量を確保することができ、少なくともファン１１の回転騒音を低減できる。また、表示素子ユニット５側での流速を高められ、該表示素子ユニット５側での冷却効率を向上できる。また、上記図４で説明したように、ダクト１２の断面積により、流速を含め空気流の状態を制御して、スムーズで損失の少ない状態にできる。また、表示素子ユニット５を含むその周辺の空気を、該表示素子ユニット５の配された領域を介して効率的にダクト側に吸い込めるので、該表示素子ユニット５の温度状況に合わせてファン１１を高自由度で選択でき、適正な冷却が可能となる。

図５は、本発明の第２の実施例を示す図である。
本第２の実施例は、表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された領域の空気流入側にも、冷却用空気の案内流路形成用のダクトを設けた場合の構成例である。
図５において、上記図２の構成と同様の部分には、図２の場合と同じ符号を付した。２１は、表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された表示素子ユニット周辺部領域に流入する冷却用空気流を案内し、該領域の空気流入側に第１の空気流路を形成するための第１のダクト、２２は、該第１のダクト２１に流入する冷却用空気に含まれる塵埃等を除去するためのフィルタで、該第１のダクト２１の入り口（空気流入部）に配される。該第１のダクト２１の出口（空気流出部）２１ａは、表示素子ユニット５、色合成プリズム６の配された領域の上方部にこれらを覆うように設けられる。該第１のダクト２１は、上記空気流入部側（フィルタ側）の断面積が上記空気流出部側の断面積よりも大きくされている。一方、表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配されたいわゆる表示素子ユニット周辺部領域の空気流出側には、上記第１の実施例の場合と同様、ダクト１２（第２のダクト）が設けられ、該表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された表示素子ユニット周辺部領域からファン１１の周辺部に向かう空気流を案内し該表示素子ユニット周辺部領域と該ファン周辺部領域との間に第２の空気流路を形成するようになっている。第２のダクト１２は、上記第１の実施例の場合と同様、空気流の方向に次第に断面積が増大する構成とされている。従って、第１のダクト２１、第２のダクト１２、及びファン１１によって、該表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された領域を間にはさむ冷却風の一連の吸い込み式流路が形成され、第１のダクト２１内で次第に空気の流速が増大され、該増大された流速の空気が該表示素子ユニット５や色合成プリズム６の配された領域を通され、該領域を通った空気は、第２のダクト１２内を通過するとき、次第に流速を低減され、該低減された状態でファン１１に吸い込まれる。つまり、例えば、ファン１１を低速回転状態としても、該表示素子ユニット５を通過する空気の流速は増大する。なお、第２のダクト１２の断面積の効果については、上記図４において説明したのと同様である。

上記第２の実施例によれば、第１のダクト２１と第２のダクト１２により、ファン１１による吸い込み空気を確実に表示素子ユニット５等の領域に導ける。このため、ファン１１を低速回転状態とし騒音を抑えた状態で、表示素子ユニット５を有効に冷却できる。また、フィルタ２２により、表示素子ユニット５や色合成プリズム６への塵埃等の付着を防止できる。特に、フィルタ２２の部分の空気の流速を、第１のダクト２１により制御して低減化できるため、フィルタ２２による塵埃等の除去機能が高められる。また、上記第１の実施例の場合と同様、第２のダクト１２の断面積により空気流の状態を制御して、スムーズで損失の少ない流れ状態にできる。また、表示素子ユニット５周辺の空気を、該表示素子ユニット５の領域を介して効率的にダクト１２側に吸い込めるので、該表示素子ユニット５の温度状況に合わせてファン１１を高自由度で選択でき、適正な冷却を行える。

図６は本発明の第３の実施例を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。
本第３の実施例は、ファンによる吸込み空気流をフィンで案内して表示素子ユニット側に集めるようにした構成例である。
図６において、４は取付け板、５は表示素子ユニット、３１ａ、３１ｂは冷却空気を案内するフィン、Ａは空気の流れ（空気流）である。フィン３１ａ、３１ｂは、取付け板４上において、表示素子ユニット５の中心線に対し両側に傾斜状にして配し、そのうちフィン３１ｂは表示素子ユニット５の空気流入側に対の間隔を狭めた状態で設ける。吸込み空気流を発生させるファンは、取付け板４の下方（（ｂ）図において下方）に設けてある。フィン３１ａは表示素子ユニット５の外側部の空気流を案内して表示素子ユニット５側に集め、フィン３１ｂは空気流を案内して表示素子ユニット５の中央側に集める。フィン３１ａ、３１ｂによる空気の流れは、空気流Ａとなって該表示素子ユニット５の表面や内部の空間部（入射側偏光板と、液晶パネルと、出射側偏光板との間に形成される空間部）を通り、ファン（図示せず）に吸い込まれる。フィン３１ａ、３１ｂは、空気流の下流側が表示素子ユニット５に近づく方向に傾斜しているため、空気はこれらのフィンに沿い表示素子５の中央に向けて流れる。このため、表示素子ユニット５の中心線方向に流れる空気量（流れＡの空気量）が増加するとともに、流速も増す。さらに、フィン３１ａによって案内され、途中から該流れＡに加わる空気は、表示素子ユニット５からの伝熱量が少ないかまたは伝熱がないため、表示素子ユニット５に沿って流れる冷却中の空気に比べて温度が低く、表示素子ユニット５に沿って流れる空気（流れＡの空気）の温度を低減する効果もあり、冷却効率を向上させる。また、フィン３１ａにおいては、下流側のフィンの上流側の端部は上流側のフィンより外側にあるため、下流側のフィンにより表示素子ユニット５側に向けられる空気の量は上流側のフィンの影響を受けにくい。さらに、空気の流れがフィンから外れる部分で渦を生じたり、空気の流れがぶつかり合うことで空気の流れの乱れが増加したりするため、この点からも冷却効率の改善が可能となる。なお、フィン３１ａ、３１ｂはそれぞれ、表示素子ユニット５の中心線に対し、対称な状態（位置、形状、寸法等）で配置してもよいし、または、非対称な状態で配置してもよい。

上記第３の実施例によれば、フィンにより、表示素子ユニットから離れた部分を流れる空気を表示素子ユニット側に向けさせ、表示素子ユニット部を流れる冷却用空気の量を増やすことができ、冷却効率を上げることができる。簡易な構成により冷却空気を表示素子ユニット５側に案内して該表示素子ユニット５を冷却できる。ファンによる吸い込み空気を確実に表示素子ユニット５等の領域に導ける。このため、ファンを低速回転状態とし騒音を抑えた状態で、表示素子ユニット５を有効に冷却できる。

上記実施例では、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に対応した３個の液晶パネルを用いる３板式の前面投射型表示装置につき説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、単板式の表示装置や、背面投射型の表示装置であってもよい。また、液晶パネルや偏光板を含む表示素子ユニットを、ダクトの上方に設け、ダクトの下方にファンを設ける構成としたが、本発明はこれにも限定されず、ダクトを介して表示素子ユニット側の空気がファンに吸い込まれる構成であればよい。また、上記実施例では、ダクト１２の空気流入部１２ａの断面形状を、四角形としていたが、これに限らず、円形、多角形などとしてもよい。また、該断面形状を、表示素子ユニット５の配置部の形状に合わせてもよいし、該空気流入部１２ａが各色光に対応した各表示素子ユニット５の位置に合わせて３本に分岐した形状としてもよい。また、上記実施例では、ダクト１２の空気流入部側の断面積が、空気流出側の断面積よりも小さい構成としたが、反対に空気流入部側の断面積が、空気流出側の断面積よりも大きい構成の場合も、冷却空気を効果的に各表示素子ユニット５に導くことが可能である。

本発明の第１の実施例としての投射型表示装置の構成を示す図である。 図１の装置構成の側面図である。 図１の装置構成における冷却実験結果を示す図である。 図１の装置構成におけるダクトの断面積の説明図である。 本発明の第２の実施例を示す図である。 本発明の第３の実施例を示す図である。

符号の説明

１…筐体、
２…照明ユニット、
３…光源ランプ、
４…取付け板、
５…表示素子ユニット、
６…色合成プリズム、
８…投射ユニット、
１１…ファン、
１２、２１…ダクト、
２２…フィルタ、
３１ａ、３１ｂ…フィン。

Claims (1)

1. 光源側からの光を表示素子ユニットに照射し映像信号に応じて制御し光学像を形成する表示装置であって、
   上記表示素子ユニットを冷却するための空気流を発生させるファンと、
   上記表示素子ユニット周辺部に設置され、上記空気流の向きを変え、上記表示素子ユニットに上記空気流を集める複数のフィンを有するフィン部材と、
   を備え、
   上記フィン部材は、上記フィンが、上記表示素子ユニットの中心線に対し両側の位置であって該中心線に沿う方向の複数の位置に、空気流方向に傾斜状に配され、上記空気流の下流側のフィンの上流側端部は該空気流の上流側のフィンより外側にあることを特徴とする表示装置。

Images