JP4916747B2 - 電気光学素子の取付構造、及び投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリズムに電気光学素子を取り付ける構造と、この取付構造を利用した光学系を有する投写型表示装置に関する。

光源からの白色光（Ｗ光）をＲ光（赤色光）、Ｇ光（緑色光）、Ｂ光（青色光）の３色光に分解し、これらの各色光をそれぞれに対応する複数の表示素子（電気光学素子）に入射させて変調させ、変調された各色光をプリズムで再び合成し、投写光学系でスクリーン上に画像を投写表示する３板式の投写型表示装置が知られている。

前記表示素子には、例えば、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ（以下、ＤＭＤ（登録商標）と省略する）や、反射型液晶パネル等の反射型表示素子、透過型液晶表示パネル等の透過型表示素子が用いられる。

３板式の投写型表示装置では、ＲＧＢ光のそれぞれを変調するために３枚の表示素子が使用される。そのため、各表示素子によって変調された光を適切に合成するために、各表示素子間で画素の位置を調整するアライメント調整が必要となる。従来の投写型表示装置では、各表示素子をアライメント調整する機構や、投写レンズに対する各表示素子の光軸方向の位置を調整するフォーカス調整のための機構を組み込むことにより、投写型表示装置の製品完成後に各調整を行えるようにしていた。

しかし、上述した従来の投写型表示装置では、調整機構を組み込むことによるコストアップで、投写型表示装置の価格が高くなるという問題があった。これを解決するため、例えば、特許文献１記載の発明では、プリズムに対して各表示素子を仮固定した状態でアライメント調整を行ない、調整後に各表示素子をプリズムに接着固定している。

また、特許文献２記載の発明では、プリズムに金属薄板からなる固定枠板を接着し、この固定枠板に設けられた突起を、表示素子を保持するパネル枠体の孔に挿入させ、この孔に接着剤を充填して固着している。

更に別の投写型表示装置は、プリズムに固着された固定枠板に別部品で突起を形成し、この突起をパネル枠体の孔に貫通させ、この孔から突出された突起にガラス製の円板を挿入して接着している。なお、円板をガラス製としているのは、紫外線硬化型接着剤を使用するためである。
特開平０６−１１８３６８号公報 特開平１０−０１０９９４号公報

また、特許文献２記載の発明では、固定枠板の一部を屈曲させて突起を形成している。そのため、この突起の挿入方向に直交する断面は矩形である。これに対し、パネル枠体の孔の形状は円形とされているため、突起と孔との間の隙間、及びこの隙間に充填される接着材の厚みは不均一となる。紫外線硬化型接着剤は、紫外線の照射によって硬化する際に収縮することが知られているが、接着剤の厚みが不均一であると収縮に差が生じてしまい、硬化後に表示素子の位置がずれることがある。また、接着剤の厚みの不均一から接着力が弱くなり、振動や衝撃などで接着部分が剥がれてしまうことも考えられる。

更に、従来の投写型表示装置のように突起を別部品で構成し、ガラス製の円板を使用すると、コストアップするという問題がある。

本発明は、上記各問題を解決するために、接着剤の収縮による電気光学素子の位置ずれ、接着力の低下を防止し、かつコストダウンをすることができる電気光学素子の取付構造、及び投写型表示装置を提供する。

上記問題を解決するために、本発明の取付構造は、プリズムの光入射面に固定される固定部材に少なくとも１つの保持突起を一体に設け、電気光学素子が保持される素子取付部材に、固定部材に取り付けられる際に保持突起が貫通される少なくとも１つの貫通孔を設けるとともに、保持突起の突出方向に直交する断面形状と相似形状とされた固着孔を有する固着部材を素子取付部材から突出された保持突起に挿入し、固着穴と保持突起との間に形成された均等な隙間に接着剤を充填するようにしたものである。

また、保持突起と固着孔とを接着する接着剤として、光の照射によって硬化する光硬化型接着剤を使用し、固着部材は、光が透過可能なプラスチックで形成するようにしたものである。

更に、固着部材の素子取付部材に対する面に、貫通孔とこの貫通孔に挿入された保持突起との隙間に嵌合される凸部を設けたものである。

また、素子取付部材は、電気光学素子を保持し、かつ電気的に接続される素子基板と、貫通孔が設けられ、電気光学素子または素子基板に取り付けられる素子取付板とから構成したものである。更に、素子基板が貫通孔の上方を覆う形状をしている場合には、この上方を覆う部位に固着部材の外形よりも大きな開口、または切欠を形成するようにしたものである。

更に、電気光学素子として、反射型表示素子、または透過型表示素子を用いるようにしたものである。また、プリズムの光入射面に固定される固定部材は、鉄−ニッケル合金を用いた金属板によって構成してもよい。

本発明の投写型表示装置は、光源と、この光源から照射された光を変調する電気光学素子と、この電気光学素子が取り付けられて光を屈曲させるプリズムと、変調された光を投写する投写光学系とを備える投写型表示装置であって、プリズムに対する電気光学素子の取り付けに、前述した電気光学素子の取付構造を用いるようにしたものである。

また、固定部材の保持突起の挿入方向に直交する断面形状と、固着部材の固着孔の形状とを相似形状にしたので、保持突起と固着孔との間の隙間、及びこの隙間に充填される接着剤の厚みを均一にすることができる。これにより、硬化時の接着剤は均一に収縮するため、電気光学素子の位置ずれが発生することはなく、強固に接着することができる。

また、固着部材は、光が透過可能なプラスチックで形成するようにしたので、ローコストに採用することができる。

更に、固着部材の素子取付部材に対する面に、貫通孔とこの貫通孔に挿入された保持突起との隙間に嵌合される凸部を設けたので、接着剤が硬化されるまでの間、固着部材が脱落しないように仮固定することができる。

また、素子取付部材は、電気光学素子が取り付けられる素子基板と、固定部材に取り付けられる素子取付板とから構成したので、固定部材に取り付ける際の負荷等が電気光学素子や素子基板に直接伝わることはなく、電気光学素子や素子基板の配線パターンなどが損傷することはない。更に、素子基板に、固着部材が挿通可能な開口や切欠を設けるようにしたので、素子基板のサイズが限定されることはなく、必要なサイズの素子基板を用いることができる。

また、本発明の取付構造は、反射型表示素子、あるいは透過型表示素子のいずれであっても利用することができる。

図１に示すように、本発明を実施した投写型表示装置２は、略箱形状の筐体３と、この筐体３の内部に組み込まれてスクリーン４上に画像５を投写する投写ユニット６とを備えている。なお、詳しくは図示しないが、筐体３内には、投写ユニット６の他に、この投写ユニット６を制御する制御基板や、電源回路等も組み込まれている。

投写ユニット６は、白色光を照射する光源ランプ９と、この光源ランプ９から照射された白色光を集光して伝達するインテグレータ光学部１０と、このインテグレータ光学部１０から伝達された白色光をＲ光（赤色光）、Ｇ光（緑色光）、Ｂ光（青色光）の３色光に分解し、投写表示する画像５に応じて変調させ、再び合成する色分離合成光学部１１と、この色分離合成光学部１１で合成された光をスクリーン４上に投写して画像５を形成する投写光学部１２とから構成されている。インテグレータ光学部１０は、遮光性を有する材質で形成されたケース部材１３により覆われており、光源ランプ９、色分離合成光学部１１、投写光学部１２は、このケース部材１３に取り付けられている。

図２は、投写ユニット６のケース部材１３を取り外した状態を示す斜視図である。インテグレータ光学部１０は、光源ランプ９の前方に配置された第１レンズ１６と、投写光学部１２の下方に配置されたインテグレータ３３と、第２レンズ１７と、白色光を反射して光路を屈曲させる第１ミラー１８及び第２ミラー１９と、この第１ミラー１８と第２ミラー１９との間に配置される第３レンズ２０と、第２ミラー１９で反射された光が入射される第４レンズ２１とから構成されている。このインテグレータ光学部１０は、光源ランプ９から照射された白色光を第１〜第４レンズ１６，１７，２０，２１とインテグレータ３３とで集光し、第１，第２ミラー１８，１９で光路を屈曲させて色分離合成光学部１１に入射させる。

色分離合成光学部１１は、インテグレータ光学部１０から入射された白色光を全反射する第１全反射プリズム２５，第２全反射プリズム２６と、これらの全反射プリズム２５，２６から入射された白色光をＲＧＢ光に分離及び合成するＢ光用プリズム２７，Ｒ光用プリズム２８，Ｇ光用プリズム２９と、各プリズムに取り付けられてＲＧＢ光を変調させる電気光学素子（表示素子）であるＢ光用ＤＭＤ３０，Ｒ光用ＤＭＤ３１，Ｇ光用ＤＭＤ３２とから構成されている。また、Ｂ光用プリズム２７，Ｒ光用プリズム２８，Ｇ光用プリズム２９を矢印Ａ方向から見た状態を表す図３に示すように、Ｂ光用プリズム２７，Ｒ光用プリズム２８，Ｇ光用プリズム２９の間には、ダイクロイックミラー面３５，３６が設けられている。

全反射プリズム２５，２６から入射された白色光（Ｗ光）は、Ｂ光用プリズム２７に入射し、ダイクロイックミラー面３５でＲ光及びＧ光が選択的に透過される。ダイクロイックミラー面３５で反射されたＢ光は、Ｂ光用プリズム２７内で全反射されてＢ光用ＤＭＤ３０に入射される。
また、ダイクロイックミラー面３５を透過したＲ光及びＧ光は、Ｒ光用プリズム２８に入射され、ダイクロイックミラー面３６によってＧ光だけが選択的に透過される。ダイクロイックミラー面３６で反射されたＲ光は、Ｒ光用プリズム２８内で全反射されてＲ光用ＤＭＤ３１に入射される。
ダイクロイックミラー面３６を透過したＧ光は、Ｇ光用プリズム２９に入射されてＧ光用ＤＭＤ３２に入射される。

ＤＭＤは、周知のように、極小のミラーアレイを備えた半導体装置であり、入力された信号に応じてミラーアレイの反射方向を切り換えることにより、入射された光を変調して画像を形成する。Ｂ光用ＤＭＤ３０，Ｒ光用ＤＭＤ３１，Ｇ光用ＤＭＤ３２によって変調されたＢＧＲ光は、各プリズム２７，２８，２９によって反射されて全反射プリズム２５，２６に入射し、再び合成される。合成された光は、投写光学部１２に入射される。

投写光学部１２は、略円筒形状の鏡筒４０と、この鏡筒４０内に組み込まれる複数枚の投写レンズ４１と、鏡筒４０内の投写レンズ４１を光軸方向で移動させてフォーカス及びズーム調整を行うフォーカシング機構、ズーミング機構等から構成されている。投写光学部１２は、色分離合成光学部１１から入射された光をスクリーン４上に拡大して投写し、画像５を形成する。

図４に示すように、色分離合成光学部１１の各プリズム２５〜２９は、それぞれが接合された状態で、台座４７に取り付けられている。台座４７は、各プリズム２５〜２９を保持するとともに、ケース部材１３への取り付けにも用いられる。

Ｇ光用ＤＭＤ３２は、基板に取り付けられてユニット化され、Ｇ光用ＤＭＤユニット５０としてＧ光用プリズム２９に取り付けられる。また、Ｇ光用プリズム２９には、Ｇ光用ＤＭＤユニット５０を保持する固定板５１が取り付けられ、Ｇ光用ＤＭＤユニット５０が固定板５１から外れないように固着する４個の固着板５２が用いられる。なお、Ｂ光用ＤＭＤ３０、Ｒ光用ＤＭＤ３１は、Ｇ光用ＤＭＤ３２と同様の構成によってプリズムに取り付けられるので、取付構造の説明は省略する。

Ｇ光用ＤＭＤユニット５０は、Ｇ光用ＤＭＤ３２を保持するとともに、Ｇ光用ＤＭＤ３２と電気的に接続される配線パターンが設けられた素子基板５５と、この素子基板５５、またはＧ光用ＤＭＤ３２に取り付けられ、固定板５１への取り付けに用いられる素子取付板５６とから構成されている。本発明の素子取付部材は、この素子基板５５と素子取付板５６とにより構成されている。

Ｇ光用ＤＭＤ３２は、素子基板５５の裏面側に取り付けられる。詳しくは図示しないが、素子基板５５のＤＭＤ取付部位には、Ｇ光用ＤＭＤ３２の取付面側を露呈させる開口が設けられており、この開口には素子基板５５の表面側から伝熱板６０が取り付けられ、Ｇ光用ＤＭＤ３２に接触する。伝熱板６０には、アルミ等の放熱性の良い材質で形成されたヒートシンク６１が取り付けられ、Ｇ光用ＤＭＤ３２の熱が放熱される。

素子取付板５６には、その四隅に横方向に長く形成された長方形の貫通孔６４が形成されており、これら４個の貫通孔６４が固定板５１への取り付けに用いられる。素子基板５５は、この貫通孔６４の上方を塞がないようにするため、上部には切欠５５ａが、下方には二つの開口５５ｂがそれぞれ形成されている。

固定板５１は、Ｇ光用プリズム２９に接着剤によって取り付けられ、Ｇ光用ＤＭＤユニット５０を保持する固定部材を構成する。この固定板５１は、プリズムを構成するガラスと同程度の線膨張係数を有する金属、例えば、鉄−ニッケル合金を用いた金属板から形成されており、中央部分にはＧ光用ＤＭＤ３２にＧ光を通過させる開口５１ａが形成され、四隅にはＧ光用ＤＭＤユニット５０を保持する保持突起５１ｂが設けられている。この保持突起５１ｂは、固定板５１の端部が屈曲されて形成されたもので、その突出方向に直交する断面形状は、横方向に長くされた長方形とされている。

固定板５１は、Ｇ光用プリズム２９に固定されるため、光源ランプ９によってＧ光用プリズム２９が加熱された際に、その熱は固定板５１にも伝達される。固定板の線膨張係数がプリズムと同程度にされていないと、プリズムと固定板との熱膨張の差異により、固定板がプリズムから剥がれてしまうことがある。しかし、本発明では、固定板５１が、Ｇ光用プリズム２９と同程度の熱膨張を生じるため、Ｇ光用プリズム２９から剥がれ落ちることはない。

図５（Ａ）に示すように、Ｇ光用ＤＭＤユニット５０は、固定板５１に取り付けられる際に、素子取付板５６の貫通孔６４に保持突起５１ｂが挿入される。保持突起５１ｂの長さは、貫通孔６４の深さよりも長くされているため、保持突起５１ｂの先端は素子取付板５６の表面側から突出される。前述の固着板５２は、この突出された保持突起５１ｂに取り付けられる。

固着板５２は、透明なプラスチックによって形成された円板からなり、中央には保持突起５１ｂの断面形状と相似形状とされた固着孔５２ａが形成されている。図５（Ｂ）に示すように、固着板５２は、この固着孔５２ａの中に接着剤が充填された状態で、保持突起５１ｂに挿入される。

図６に示すように、保持突起５１ｂの断面形状と固着孔５２ａの形状は、相似形状とされている。そのため、保持突起５１ｂと固着孔５２ａとの間の隙間Ｓは全周において均一となり、この隙間Ｓに充填される接着剤６７の厚みも均一になる。これにより、接着剤６７の硬化時の収縮も均一になるので、従来の取付構造のように、接着剤６７の収縮によってＧ光用ＤＭＤ３２に位置ずれが生じることはない。また、強固に接着することができる。

図７及び図８に示すように、固着板５２の裏面の固着孔５２ａの近傍には、貫通孔６４と保持突起５１ｂとの隙間に嵌入される凸部５２ｂが設けられている。これにより、固着孔５２ａに保持突起５１ｂを挿入すると、貫通孔６４と凸部５２ｂとの嵌合により固着板５２が素子取付板５６に仮固定されるので、すぐに接着剤６７を硬化させなくても固着板５２の脱落を防止することができる。

なお、固着板５２が透明なプラスチックで形成されているのは、接着剤６７として紫外線硬化型接着剤を使用し、この接着剤６７に紫外線を照射できるようにするためである。これにより、従来のガラス製の固着板を用いるものに比べ、コストダウンを図ることができる。なお、紫外線の透過が可能であれば、半透明または不透明のプラスチックを使用することもできる。また、光硬化型接着剤を使用しないのであれば、不透明のプラスチックを使用することもできる。

次に、上記実施形態の作用について説明する。投写ユニット６の組立工程は、例えば、インテグレータ光学部１０のケース部材１３に光源ランプ９を組み付ける工程、投写光学部１２を組み付ける工程、色分離合成光学部１１を組み付ける工程、Ｂ光用ＤＭＤ３０，Ｒ光用ＤＭＤ３１，Ｇ光用ＤＭＤ３２のアライメント調整をする工程等から構成されている。
また、色分離合成光学部１１を組み付ける工程は、各プリズム２４〜２９を保持した台座４７をケース部材１３に組み付ける工程と、Ｂ光用プリズム２７，Ｒ光用プリズム２８，Ｇ光用プリズム２９に、Ｂ光用ＤＭＤ３０，Ｒ光用ＤＭＤ３１，Ｇ光用ＤＭＤ３２を取り付ける工程とを有している。

例えば、Ｇ光用プリズム２９にＧ光用ＤＭＤ３２を取り付ける際には、図４に示すように、Ｇ光用プリズム２９に固定板５１を接着し、この固定板５１の保持突起５１ｂに貫通孔６４が挿通されるように、Ｇ光用ＤＭＤユニット５０を固定板５１に取り付ける。そして、固着孔５２ａ内に紫外線硬化型の接着剤６７が充填された固着板５２を保持突起５１ｂに挿入させる。図７及び図８に示すように、このときには、固着板５２の裏面に設けられた凸部５２ｂが貫通孔６４内に嵌入される。

同様の手順でＢ光及びＲ光用のＤＭＤユニットが取り付けられた後、各ＤＭＤ３０〜３２のアライメント調整が実施される。固着板５２は、凸部５２ｂを貫通孔６４に嵌入させて仮固定されているため、このアライメント調整中に脱落することはない。

固着板５２に充填された接着剤６７は、アライメント調整後に紫外線が照射されて硬化される。紫外線硬化型の接着剤６７は、硬化時に収縮するが、図６に示すように、保持突起５１ｂと固着孔５２ａとの隙間Ｓは全周において均一にされており、この隙間Ｓに充填されている接着剤６７の厚みも均一となるため、接着剤６７の収縮も均一に発生する。これにより、不均一な収縮による各ＤＭＤ３０〜３２の位置ずれは発生しない。また、強固に接着することができる。

完成後の投写型表示装置２は、使用環境に応じて長時間の投写等が行われる場合がある。長時間の投写によってプリズムの温度が上昇したときに、プリズムと、このプリズムに接着された固定板との線膨張係数に差異があると、固定板がプリズムから剥がれ落ちることがある。しかし、本発明では、プリズムと固定板との線膨張係数をほぼ同程度としているため、このような問題が発生することはない。

なお、上記実施形態では、３板式の投写型表示装置を例に説明したが、本発明は、１板式、２板式の投写型表示装置にも適用することができる。また、ＤＭＤを用いる投写型表示装置を例に説明したが、反射型液晶パネルや、透過型液晶パネルを使用する投写型表示装置にも適用することができる。この場合、液晶パネルとプリズムとの間に偏光ビームスプリッタを配することになるが、この偏光ビームスプリッタに液晶パネルを取り付ける構造として、本発明の取付構造を利用することができる。

また、上記実施形態では、保持突起、貫通孔、固着孔の形状が長方形である例を説明したが、正方形、三角形、多角形、円形であっても本発明に含まれる。また、固定板は、個別の部品として説明したが、プリズムを保持する台座に一体にまた、別体で設けてもよい。

更に、固定板の材質をプリズムと同程度の線膨張係数を有する金属にする発明と、保持突起と固着板とに関連する発明とを同時に実施しているが、いずれか一方のみを実施することも本発明に含まれる。また、ＤＭＤや液晶パネル等の表示素子をプリズムに取り付ける例を説明したが、撮像素子等、その他の電気光学素子をプリズムに取り付ける際に本発明の取付構造を利用することができる。

本発明を実施した投写型表示装置の投写ユニットの外観斜視図である。 投写ユニットの構成を示す分解斜視図である。 プリズムとＤＭＤとの配置を示す説明図である。 ＤＭＤユニットのプリズムへの取付構造を示す分解斜視図である。 保持突起と貫通孔、保持突起と固着孔との挿入状態を示す説明図である。 固着板と保持突起の挿入状態を示す正面図である。 固着板の裏面に設けられた凸部を示す説明図である。 保持突起、貫通孔、固着孔、凸部の挿入状態を示す断面図である。

符号の説明

２ 投写型表示装置
６ 投写ユニット
９ 光源ランプ
１０ インテグレータ光学部
１１ 色分離合成光学部
１２ 投写光学部
２７ Ｂ光用プリズム
２８ Ｒ光用プリズム
２９ Ｇ光用プリズム
３０ Ｂ光用ＤＭＤ
３１ Ｒ光用ＤＭＤ
３２ Ｇ光用ＤＭＤ
３３ インテグレータ
５０ Ｇ光用ＤＭＤユニット
５１ 固定板
５１ｂ 保持突起
５２ 固着板
５２ａ 固着孔
５２ｂ 凸部
５５ 素子基板
５５ａ 切欠
５５ｂ 開口
５６ 素子取付板
６４ 貫通孔
６７ 接着剤

Claims (8)

1. プリズムの光入射面に固定される固定部材と、
   この固定部材に一体に設けられる少なくとも１つの保持突起と、
   光を変調する電気光学素子が保持される素子取付部材と、
   この素子取付部材に設けられ、該素子取付部材が前記固定部材に取り付けられる際に前記保持突起が貫通される少なくとも１つの貫通孔と、
   前記素子取付部材から突出された保持突起が挿入される固着孔を有し、この固着孔に充填された接着剤によって該保持突起に固着される少なくとも１つの固着部材を備え、
   前記固着孔は、前記保持突起の突出方向に直交する断面形状と相似形状であり、該固着穴と保持突起との間に前記接着剤が充填される均等な隙間が形成されることを特徴とする電気光学素子の取付構造。
2. 前記接着剤は、光の照射によって硬化する光硬化型接着剤であり、前記固着部材は、光が透過可能なプラスチックで形成されることを特徴とする請求項１記載の電気光学素子の取付構造。
3. 前記固着部材の前記素子取付部材に対する面には、前記貫通孔とこの貫通孔に挿入された保持突起との隙間に嵌合される凸部が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の電気光学素子の取付構造。
4. 前記素子取付部材は、前記電気光学素子を保持し、かつ電気的に接続される素子基板と、
   前記貫通孔が設けられ、前記電気光学素子または前記素子基板に取り付けられる素子取付板とを備えることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の電気光学素子の取付構造。
5. 前記素子基板は、前記貫通孔の上方を覆う形状を有しており、この上方を覆う部位に前記固着部材の外形よりも大きな開口、または切欠を形成したことを特徴とする請求項４記載の電気光学素子の取付構造。
6. 前記電気光学素子は、反射型表示素子、または透過型表示素子であることを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の電気光学素子の取付構造。
7. 前記固定部材は、鉄−ニッケル合金を用いた金属板によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし６いずれか記載の電気光学素子の取付構造。
8. 光源と、
   この光源から照射された光を変調する電気光学素子と、
   この電気光学素子が取り付けられて光を屈曲させるプリズムと、
   変調された光を投写する投写光学系とを備える投写型表示装置であって、
   前記プリズムに対する電気光学素子の取り付けに、前記請求項１ないし７いずれか記載の電気光学素子の取付構造を用いたことを特徴とする投写型表示装置。

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