JP4657242B2 - 投写型映像表示装置 - Google Patents

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Description

この発明は、光源を冷却する手段を備えた投写型映像表示装置に関する。
投写型映像表示装置は、ハロゲンランプを光源として用い、この光源から出射された光を液晶パネル等のライトバルブにより変調して投写する構成であるため、高輝度の光源を備える必要がある。この高輝度の光源から発生する熱によって、光源の発光特性の低下や寿命が短くなるなどの不都合があった。
このため従来は、ファンによって生成された冷却風を光源に送風することによって光源を冷却し、装置の筐体内で温度上昇した空気をこの筐体外に排気することとしていた(特許文献1参照)。
特開2001−222065号公報
これに対し、光源として従来のハロゲンランプに代えて、LED(Light−Emitting Diode)光源やLD(Laser Diode)光源のような固体光源を用いた投写型映像表示装置の開発が近年進められている。このような投写型映像表示装置において、固体光源を効率的に発光させるための温度範囲が低く、具体的には、約100℃以下で発光動作をさせる必要があるので、上述のような熱対策が、従来のランプのような光源に比べ、より厳しく求められている。
そこで、本願発明は上記の事情に鑑み、冷媒により固体光源をより効率的に冷却することができる投写型映像表示装置を実現することを目的とする。
本発明は上記課題を解決するものであって、出射光の色が互いに異なる3つの光源と、前記各出射光を合成する光合成手段と、前記光合成手段によって合成された合成光を投写する投写手段と、を備える投写型映像表示装置において、前記3つの光源のうち第1の光源を冷却する第1の冷却手段と、前記3つの光源のうち前記第1の光源を除く第2の光源および第3の光源を冷却する第2の冷却手段と、を備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、LEDやレーザーのような各色の光源を十分に冷却することができる。
上記の投写型映像表示装置において、前記第3の光源は、発熱量が前記3つの光源のうち最も小さいことを特徴とする。このような投写型映像表示装置によれば、少なくとも3つの光源の中で最も発熱量が小さい第3の光源と、第2の光源とを同じ第2の冷却手段で冷却するので、光源をより効率的に冷却することができる。
上記の投写型映像表示装置において、前記第1の光源から出射される第1の出射光を前記光合成手段へ導く第1の導光路と、前記第2の光源から出射される第2の出射光を前記光合成手段へ導く第2の導光路と、前記第3の光源から出射される第3の出射光を前記光合成手段へ導く第3の導光路と、を備え、前記第2の導光路は、前記第2の出射光を曲折させる曲折部を有することを特徴とする。第2の導光路に曲折部を設けることにより、第2の光源と第3の光源とを近接配置することが可能となり、第2の光源と第3の光源とを冷却する第2の冷却手段の小型化を図ることが可能となる。したがって、このような投写型映像表示装置によれば、投写型映像表示装置の小型化、軽量化あるいはコストダウンが可能となる。
上記の投写型映像表示装置において、前記各導光路は、前記各光源から出射される出射光の照度分布を均一化するインテグレート手段を備えることを特徴とする。導光路にロッドインテグレータのようなインテグレート手段を備えることにより、輝度のムラあるいは色のムラの少ない美しい映像を表示できる投写型映像表示装置を提供することができるほか、曲折部に三角プリズムのような反射手段を用いることにより、容易な構成で曲折部を有する導光路を実現することができる。
上記の投写型映像表示装置において、前記各冷却手段は、液体の冷媒が循環する液冷手段であってもよく、前記各冷却手段は、ペルチェ素子を備えてもよい。冷却手段を、光源からの熱を吸熱して冷媒に伝導させる熱伝導部と、冷媒を冷却して投写型映像表示装置の外部へ放熱する放熱部と、この熱伝導部と放熱部とを冷却水や油のような液体の冷媒が循環するように接続する冷媒配管とを有する液冷手段とすることにより、冷却手段の冷却能力を向上させることができる。特に、光源の近傍にペルチェ素子のような熱移動部材を配置することにより、光源から強制的に熱を奪うことができ、短時間で冷却することが可能となる。
上記の投写型映像表示装置において、前記各光源は、レーザーを含むことを特徴とする。投写型映像表示装置の光源としてレーザーを用いることは、レーザーの特性(コヒーレンスの高さや発光効率)から鑑みて、有用である。一方で、ロールオーバーと呼ばれる環境温度による発光特性の変化、具体的には、環境温度が上昇することによって発光特性が低下してしまう問題があるため、本発明のような冷却手段を備えることにより、投写型映像表示装置を効率的に動作させることが可能となる。
なお、前記第2の光源は緑色光源である。また、映像信号に基づいて光を変調して映像光を生成するライトバブル、たとえば透過型液晶パネルは、インテグレート手段と光合成手段の間、若しくは光合成手段と投写手段の間に配置されるものであってもよい。
本願発明によれば、LED光源を冷却する冷却手段を備えた投写型映像表示装置において、冷却手段を、3つの光源のうち第1の光源を冷却する第1冷却手段と、第1光源以外の第2の光源および第3の光源を冷却する第2冷却手段と、に分けて設けたことにより、各色LED光源を効率よく冷却することができる。
また、第2の光源からの出射光を光合成手段に導くためのインテグレート手段を曲折させることにより、第2冷却手段が冷却する対象の第2の光源と(前記3つの光源のうち最も発熱量が小さい)第3の光源を近接配置することができるので、各色LED光源を接続する配管の長さを短くすることができる。これにより、投写型映像表示装置の小型化、軽量化、コストダウンが可能となる。
以下、本願発明の投写型映像表示装置の実施形態を説明する。
図1、図2は、投写型映像表示装置10の構成を示した図である。図1は平面図であり、図2は斜視図である。投写型映像表示装置10は、筐体の中に複数の光源部11(11R、11G、11B)と、複数の第1ロッドインテグレータ41(41R、41G、41B)と、複数の第2ロッドインテグレータ42(42R、42G、42B)と、三角プリズム43と、複数の液晶パネル5(5R、5G、5B)と、ダイクロイックプリズム2と、投写レンズ6と、配管12と、複数のラジエータ14(14a、14b)と、複数の送風ファン15(15a、15b)を備える。また、同図において20は電気回路を示すものである。
(投写型映像表示装置10の光学系の説明)
まず、投写型映像表示装置10の光学系について説明する。光源部11は、光源部11R、11G、11Bからなり、それぞれ赤色光を出射する赤色LED素子61R、緑色光を出射する緑色LED素子61G、青色光を出射する青色のLED光源61Bを有する。光源部11の構成については、図3を参照して後で詳しく説明する。
第1ロッドインテグレータ41は、ガラス、或いはアクリル等の樹脂でできており、出射面が入射面よりも大きいテーパ形状である。この第1ロッドインテグレータ41に入射した光束は、側面で反射を繰り返しながらその分散角が低減される。第2ロッドインテグレータ42は、ガラス、或いはアクリル等の樹脂でできており、出射面の大きさと入射面とが等しい(或いはほぼ等しい)角柱状の形状である。この第2ロッドインテグレータ42に入射した光束は、側面で反射を繰り返しながら均一な面光源となって、液晶パネル5へ出射される。なお、光源部11Gからの光路中には、第1ロッドインテグレータ41Gからの出射光の進行方向を90°変えて第2ロッドインテグレータ42へ入射させる三角プリズム43がある。
液晶パネル5は、図示しない映像信号生成回路からの駆動信号に基づいて入射光に対する変調を行い、映像光を出射する。液晶パネル5(5R、5G、5B)からの出射光はクロスダイクロイックプリズム2により合成され、投写レンズ6へ出射される。投写レンズ6は、入射した光を図示しないスクリーンへ拡大投写する。なお、クロスダイクロイックプリズム2は、入射面から入射した赤色光、青色光を反射し、入射面から入射した緑色光は透過するという性質を有している。したがって、緑色光は、出射面(投写レンズ6側)と対向する入射面からクロスダイクロイックプリズム2に入射される。また、投写レンズ6に入射する光の分散角は十分に小さくする必要がある(例えば15度以下)。したがって、十分な低分散角化を行うためには、テーパ形状の第1ロッドインテグレータ41は十分に長いものを用いる必要がある。
(投写型映像表示装置10の冷却系の説明)
次に、投写型映像表示装置10の光源部11の冷却系について説明する。図1(及び図2)を参照して、冷却系は、光源部11Bを冷却する第1の冷却系と、光源部11G、11Rを冷却する第2の冷却系とに分かれている。
まず、図3を参照して光源部11の構造を説明する。光源部11は、LED素子61と、熱伝導部63、配管接続部64、及び冷媒流路65を有している。図3(a)は、光源部11(図1の光源部11G)を正面(図1のマイナスz方向)から見た図であり、図3(b)は、光源部11(11G)を側方(図1のマイナスx方向)から見た図である。なお、同図のx、y、z方向を示す矢印は、図1、2の矢印で示した方向と対応したものである。
熱伝導部63は、銅など、熱伝導率の高い金属でできている。また、図3(b)に示すように、熱伝導部63の中には冷媒流路65が形成されている。LEDが発生した熱は、熱伝導部63を介して冷媒流路65を流れる冷媒(本実施形態の場合は水)に熱伝導される。そして、冷媒は配管接続部64の出口側を通って配管12へ流れる。このように光源部11は冷媒により冷却される。
再び図1(及び図2)を参照し、光源部11を冷却する冷却系の他の構成要素について説明する。
まず、上記第1の冷却系について説明する。光源部11Bからの冷媒は、配管12を通って放熱フィン(ラジエータ)14aへ向かう。配管12は、樹脂製(例えばゴムホース)若しくは金属製の配管である。放熱フィン14aは光源部11Bで温度上昇した冷媒を冷却する。冷却された冷媒はポンプ13aへ向かう。ポンプ13aは、第1冷却系の冷媒を循環させる機能を有する。冷媒は、ポンプ13aを介して光源部11Bへ向かう。放熱フィン14aの背面(冷媒流入/流出口が設けられた面とは異なる面)には、送風ファン15aが設けられている。この送風ファン15aは、筐体内の空気を吸気して前記外部側の領域に向けて排気を行う。この排気された空気によって放熱フィン14a内の冷却用液体から熱が効率的に奪われ、この熱は筐体外へと排出される。
次に、第2の冷却系について説明する。光源部11Rからの冷媒は、配管12を通って光源部11Gへ向かう。配管12は、第1の冷却系と同様に、樹脂製(例えばゴムホース)若しくは金属製の配管である。光源部11Gからの冷媒は、配管12を通って放熱フィン(ラジエータ)14bへ向かう。放熱フィン14bは光源部11R、及び11Gで温度上昇した冷媒を冷却する。冷却された冷媒はポンプ13bへ向かう。ポンプ13bは、第2冷却系の冷媒を循環させる機能を有する。冷媒は、ポンプ13bを介して光源部11Rへ向かう。放熱フィン14bの背面(冷媒流入/流出口が設けられた面とは異なる面)には、送風ファン15bが設けられている。この送風ファン15bは、筐体内の空気を吸気して前記外部側の領域に向けて排気を行う。この排気された空気によって放熱フィン14b内の冷却用液体から熱が効率的に奪われ、この熱は筐体外へと排出される。
なお、ポンプ13の配置位置は上記の構成に限らず、例えば光源部11Rと光源部11Gの間であっても良い。或いは冷媒を、上記実施形態と逆回りで循環しても良い。例えば、光源部11Bからの冷媒が、ポンプ13aから配管12を通って放熱フィン14aへ向かうようにしても良い。但し、光源部11からの冷媒が放熱フィン14を介してポンプ13へ向かうような構成とした方が、ポンプ13の温度が上昇しない点では好ましい。
また、緑色光の光路中では、三角プリズム43と液晶パネル5の間に第2ロッドインテグレータ42Gを設けているが、この第2ロッドインテグレータ42Gを省略した構成であっても良い。或いは、三角プリズム43と第2ロッドインテグレータ42Gを一体化した光学部材を採用しても良い。
(作用)
この実施形態では、光源部11Rの発熱量は最も少なく、光源部11Bの発熱量が最も多く、光源部11Gはこれらの中間である。そこで、光源部11Bの冷却系を光源部11G、11Rの冷却系と分離することにより、光源部11G、11Rの冷却も十分に行うことができる。これに対し、冷却系を分離させない場合、冷媒は専ら光源部11Bでの熱により昇温してしまい、他の光源部(11G、11R)の冷却が十分に行えない。
また、光源部11Gからの光路中には光路を90度折り曲げる三角プリズム43が設けられている。この三角プリズム43を設け、光路を折り曲げることで、上記のような第1ロッドインテグレータ41を用いた投写型映像表示装置10のスペースを小さくすることができる。また、この三角プリズム43は、光入射面が(光源11B側ではなく)光源11R側となるように配置される。これは、光源部11Gと11Rとを近接して設けるようにするためである。光源部11Gと11Rとを近接して設けるようにすれば、上記第2の冷却系の配管の長さを短くすることができ、また、大きな出力のポンプを用いる必要も無くなる。
逆にこのような折り曲げを行わない場合、各光源間の距離は長くなる為、1つの冷却系により複数の光源を冷却しようとすると、配管が長くなってしまうため装置が重くなる。また、大きな出力のポンプを用いる必要が生じる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
上記実施形態では、青色光源を冷却する第1の冷却系と、その他の色の光源を冷却する第2の冷却系とに分離している。しかし、単に本発明は、青を緑及び赤と分離することが特徴ではなく、2つの冷却手段により分担して3つの光源を冷却することにある。採用する光源の特性によっては、青色以外の光源の冷却系を他色光源の冷却系と分離しても良い。例えば、2番目に最も発熱量の大きな光源を冷却する第1冷却系と、1番目及び3番目に発熱量が多いその他の色の光源を冷却する第2の冷却系とに分離しても良い。
なお、上記で言うところの光源の発熱量とは、所定の映像光の表示のために必要な光源からの出力に伴う発熱量のことである。発熱量の測定は、例えば光源周辺部の温度を測定することにより行われる。
上記実施形態の光源冷却系は、冷媒を用いて冷却するものであるが、冷媒を用いないものでも良い。例えば、赤色光源と緑色光源とを近接して設け、これらを熱伝導率の高い共通の冷却部材(例えば金属板状の放熱部材)により冷却するものでも良い。また、上記実施形態は、液晶パネルを3つ備えた3板式の投写型映像表示装置に関するであるが、本発明は単板式の投写型映像表示装置に適用しても良い。この場合、液晶パネルは、クロスダイクロイックプリズム2での色合成を経た位置に配置される。
上記実施形態では、最も発熱量の大きな光源からの光を、クロスダイクロイックプリズム2の出射面と対向しない入射面から入射させているが、これに代えて、最も発熱量の大きな光源からの光を、クロスダイクロイックプリズム2の出射面と対向する入射面から入射させても良い。このとき、クロスダイクロイックプリズム2の入射面へ光を導くインテグレート手段は、最も発熱量が小さい光源の側に曲折される。例えば、図1のような構成の投写型映像表示装置10において、緑色LED光源が最も発熱量が大きく、赤色LED光源が2番目に大きく、青色LED光源が最も発熱量が小さいような場合は、緑色LED光源用のインテグレータを青色LED光源側に曲折させるようにすれば良い。
上記の実施の形態では、光源としてLED光源を用いて説明したが、従来のランプ光源よりも厳しい熱対策が求められる光源は、LED光源に限定されるものではない。LED光源以外に本発明を利用可能な光源としては、環境温度によって、所謂ロールオーバーと呼ばれる現象が生じ、発光効率が低下してしまうLD光源や、環境温度によって樹脂が黄変してしまう虞があるため、樹脂によってモールドされている光源が挙げられる。また、光源は1つの発光素子からなるとは限らず、複数個の発光素子をアレイ化して構成される光源もあり、この場合には、複数個の発光素子からの総発熱量を考慮すべきである。
熱伝導部は熱伝導率の高い銅板を用いて説明したが、冷却系の応答性を向上(冷却能の向上)させるためには、熱伝導部にペルチェ素子のような熱移動可能な部材を設けることにより、光源から発生した熱をより短時間で光源から吸熱することが可能となる。
投写型映像表示装置10の平面図である。 投写型映像表示装置10の斜視図である。 光源部11の構造を示す図であり、(a)は図1のz方向に向かって見たときの正面図、(b)は同図のx方向に向かって見たときの正面図である。
符号の説明
2 ダイクロイックプリズム
5 液晶パネル
6 投写レンズ
10 投写型映像表示装置
11 光源部
12 配管
13 ポンプ
14 放熱フィン(ラジエータ)
15 送風ファン
20 電気回路
41 第1ロッドインテグレータ
42 第2ロッドインテグレータ
43 三角プリズム
61 LED素子
63 熱伝導部
64 配管接続部
65 冷媒流路

Claims (5)

  1. 出射光の色が互いに異なる3つの光源と、前記各出射光を合成する光合成手段と、前記光合成手段によって合成された合成光を投写する投写手段と、前記3つの光源のうち第1の光源を冷却する第1の冷却手段と、前記3つの光源のうち前記第1の光源を除く第2の光源および第3の光源を冷却する第2の冷却手段とを備える投写型映像表示装置において、
    前記第2の光源および第3の光源は近接して設けられ、
    前記第2の冷却手段は、前記第2の光源と第3の光源とを熱伝導率の高い共通の冷却部材により冷却することを特徴とする投写型映像表示装置。
  2. 請求項1記載の投写型映像表示装置において、
    前記第3の光源は、発熱量が前記3つの光源のうち最も小さいことを特徴とする投写型映像表示装置。
  3. 請求項1または2記載の投写型映像表示装置において、
    前記第1の光源から出射される第1の出射光を前記光合成手段へ導く第1の導光路と、
    前記第2の光源から出射される第2の出射光を前記光合成手段へ導く第2の導光路と、
    前記第3の光源から出射される第3の出射光を前記光合成手段へ導く第3の導光路と、を備え、
    前記第2の導光路は、前記第2の出射光を曲折させる曲折部を有することを特徴とする投写型映像表示装置。
  4. 請求項3記載の投写型映像表示装置において、
    前記各導光路は、前記各光源から出射される出射光の照度分布を均一化するインテグレート手段を備えることを特徴とする投写型映像表示装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、
    前記各光源は、レーザーを含むことを特徴とする投写型映像表示装置。
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