JP5022824B2 - 冷却構造及びそれを用いた投写型映像表示装置並びに電子機器 - Google Patents

Description

本願発明は、冷却構造及びそれを用いた液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置並びに電子機器に関するものである。

液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置に限らず、各種の電子機器では、基板に搭載された発熱部品を冷却ファンによって強制空冷する構造が一般的であるが、基板の片面に部品が密集し、高発熱部品や高発熱部品に取り付けられたヒートシンクに効率的に冷却空気が当たらず、高発熱部品を効率良く冷却できないといった問題がある。

発熱部品の冷却を改善する技術として、特許文献１には、発熱部品を搭載した基板を、基板全体を覆うシールドケースに熱伝導体を介して接触させることにより冷却効果を高める技術が開示されている。
特開平７−２０２４７８号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の技術では、発熱部品を搭載した基板全体がシールドケースで覆われているので、強制空冷が必要なものには対応できない。

そこで、本願発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、高発熱部品を含む基板の冷却を効率的に行うことができる冷却構造及びそれを用いた投写型映像表示装置並びに電子機器を提供することを目的とするものである。

上記のような目的を達成するために、本願発明の請求項１に係る冷却構造は、一側面側に発熱部品を搭載すると共に、他側面側に高発熱部品を搭載した２枚の基板を、高発熱部品を搭載した面が互いに反対側を向くように部品の搭載面を互いに対向させて垂直方向に配置し、金属製シールド板を、対向する一対の基板の両高発熱部品に、直接又は熱伝導体を介して接触させると共に、対向する一対の基板の両側面及び一対の基板の上方は、前記金属製シールド板により覆われ、さらに、基板の部品の搭載面に平行かつ水平方向の前記金属製シールド板は、一側面が開放されていると共に、他側面には多数の通気孔が形成され、対向した一対の基板の高発熱部品間の距離と同等の大きさの吸入口又は吐出口を有する冷却ファンを、前記一側面に、その吸入口又は吐出口の外周側を対向した一対の基板の高発熱部品位置に合わせて配置したことを特徴とするとするものである。

請求項２に係る冷却構造は、請求項１記載の冷却構造において、前記冷却ファンによる冷却空気が、前記金属製シールド板の、前記高発熱部品と接触している面とは反対側にも流れるように構成したことを特徴とするものである。

請求項３に係る冷却構造は、請求項１又は請求項２記載の冷却構造において、前記基板は前記金属製シールド板に保持されることを特徴とするものである。

請求項４に係る冷却構造は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の冷却構造において、前記冷却ファンは軸流ファンから成ることを特徴とするものである。

請求項５に係る冷却構造は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の冷却構造において、前記基板は電源ユニットを構成することを特徴とするものである。

請求項６に係る投写型映像表示装置は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の冷却構造を備えて発熱部品を冷却すると共に、光源ランプから照射された光を映像信号に基づき変調し、変調された映像光を拡大投写することを特徴とするものである。

請求項７に係る電子機器は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の冷却構造を備えて発熱部品を冷却することを特徴とするものである。

本願発明の請求項１記載の冷却構造によれば、各基板の高発熱部品を搭載した面が互いに反対側を向くように対向させて配置すると共に、対向した基板の高発熱部品を直接又は熱伝導体を介して金属製シールド板に接触させて、対向した基板の高発熱部品間の距離と同等の大きさの吸入口又は吐出口を有する冷却ファンを、その吸入口又は吐出口の外周側を対向した基板の高発熱部品位置に合わせて配置したことにより、冷却ファンは一般に、その吸入口又は吐出口の外周側の風量が大きいので、高発熱部品には大きな風量の冷却空気が当たることで、高発熱部品を含む基板の冷却を効率的に行うことができる。

請求項２記載の冷却構造によれば、冷却ファンによる冷却空気が金属製シールド板の外表面にも流れるように構成したことにより、高発熱部品を直接又は熱伝導体を介して接触させた金属製シールド板を両面から冷却することができるので、高発熱部品を含む基板の冷却をより効率的に行うことができる。

請求項３記載の冷却構造によれば、基板は金属性シールド板に保持されるので、電磁波を遮蔽する金属製シールド板が基板保持も兼ねることで、別途保持部材が不要となって低コスト化を図ることができる。

請求項４記載の冷却構造によれば、冷却ファンは軸流ファンから成るものであるから、軸流ファンはその吸入口又は吐出口の外周側の風量が特に大きいので、より効果的である。

請求項５記載の冷却構造によれば、前記基板は電源ユニットを構成するものであるから、電源ユニットはパワーＦＥＴやパワーダイオード等の高発熱部品が多いので、特に効果的である。

請求項６記載の投写型映像表示装置によれば、上記のような冷却構造を採用したことにより、当該装置内には、一般に、電源ユニットとしてメイン電源基板と光源ランプ駆動用のランプバラスト基板が対になって備えられているので、高発熱部品を多く含むこれらの基板の冷却を効率的に行うことができて特に有効である。

請求項７記載の電子機器によれば、上記のような冷却構造を採用することにより、高発熱部品を含む基板の冷却を効率的に行うことができる電子機器を実現できる。

以下、本願発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図３は、本願発明の一実施形態である液晶プロジェクタの全体構成を示す斜視図で、図１は背面側斜め上方から見た外観斜視図、図２は同じくその上ケースや制御基板等を取り外して見た斜視図、図３は同じくその光学系を取り外して見た斜視図である。

図１に示すように、この液晶プロジェクタ１の外郭を成す本体ケース２は、樹脂製で、やや横長の箱形形状を成し、上ケース２ａの上面中央部には、操作表示部３が設けられている。

また、背面側の左下側には冷却用の吸気口４が形成され、その上方には、映像や音声等の各種入出力ケーブルを接続するための入出力端子群などを露出させたＡＶパネル５が設けられている。上記吸気口４は、スリット状の多数の通気孔が開閉可能な蓋６に形成されて成り、この開閉蓋６を開けることにより図示しないフィルタが着脱可能になっている。

一方、背面側から見て右側面には、スリット状の多数の通気孔から成る排気口７が上ケース２ａから下ケース２ｂにわたって形成されている。

また、図２に示すように、前面側には投写レンズ８が露出している。本体ケース２（下ケース２ｂ）の内部には、前方から見て左側奥部に光源ランプユニット９が配置されていると共に、この光源ランプユニット９から前記投写レンズ３に至る光学系１０が略Ｌ字状に配置されている。

上記投写レンズ８の排気口７側には電源ユニット１１が配置されている。この電源ユニット１１と排気口７間には、排気ファンとして電源周り冷却用の軸流ファン（プロペラファン）１２が内蔵されている。また、排気ファンとしては、上記軸流ファン１２と並設されると共に光源ランプユニット９に隣接してランプ周り冷却用の軸流ファン（プロペラファン）１３が内蔵されている。さらに、光源ランプユニット９は、超高圧水銀ランプ等から成ってかなりの高温になるので、別途ランプ冷却専用の遠心ファン（シロッコファン）１４が備えられている。

一方、図３に示すように、吸気口４の内側には、ＲＧＢ（赤色，緑色，青色）各色毎の液晶パネルと偏光板や偏光ビームスプリッタ等を冷却するための吸気ファンとして２台の遠心ファン（シロッコファン）１５，１５が内蔵されており、これらの遠心ファン１５からの冷却風が吐出側ダクト１６を介して吹出口１７から液晶パネルと偏光板や偏光ビームスプリッタ等の光学部品に送風されて、これらが冷却されるようになっている。

図４は本実施形態の排気構造を示す図で、（ａ）は排気口部分の外観斜視図、（ｂ）は（ａ）では見えにくい金属製排気口を取り出して樹脂製排気口と共に示した斜視図である。

本実施形態においては、樹脂製の外壁（上ケース２ａ及び下ケース２ｂ）に形成された上述の排気口７の内側に、金属製の内壁１６に形成された排気口１７が設けられている。上記内壁１６は、電磁波を遮蔽するアルミ等のシールド部材から形成されてシールドケースを兼ねている。

上記樹脂製排気口７と金属製排気口１７は共に多数の通気孔７ａ，１７ａから成っているが、金属製排気口１７の各通気孔１７ａは、所定の安全規格に対応させて小さく形成すると共に、各通気孔１７ａ間の間隔も小さく形成して、開口率をできる限り上げるように形成している。

具体的には、手指を模したテストフィンガーや異物として小さなコイン（一般的に知られている米国のダイムコイン等）が内部に挿入できない程度に、図４（ｂ）に示す如く、金属製排気口１７の各通気孔１７ａを小さな矩形状に形成すると共に、各通気孔１７ａ間の間隔は金属製を生かしてほぼ線状になるほど細くし、全体として網状になるようにして開口率を向上させている。

一方、樹脂製排気口７の各通気孔７ａは、上記金属製排気口１７の通気孔１７ａより大きな横長の長孔状に形成して、各通気孔７ａ間の間隔を余り小さくできない樹脂成形上の制約を補って、開口率が低下しないように形成している。

また、本実施形態では、外側にある樹脂製排気口７と内側にある金属製排気口１７の各通気孔７ａ，１７ａの大きさや位置関係を、樹脂製排気口７の内側に異物としての小さなコインが入らないように設定している。すなわち、外側にある樹脂製排気口７の各通気孔７ａの大きさを上記コインが入らない程度に小さくするか、あるいはコインが入る大きさであっても内側にある金属製排気口１７の各通気孔１７ａの周縁にあたって入らないように設定されている。

さらに、本実施形態の液晶プロジェクタ１においては、かなりの高温になる光源ランプユニット９や電源ユニット１１からの排気が排出されて金属製排気口１７が高温になる畏れがあるので、外側の樹脂製排気口７の各通気孔７ａをテストフィンガーが貫通しない大きさに設定している。

図５〜図９は、本実施形態の冷却構造を示す図で、図５は電源ユニットと軸流ファン等を示す斜視図、図６は図５からダクトを取り外して示した斜視図、図７は図５のファン側からみた側面図、図８は図５の分解斜視図、図９は図６の横断面図である。

本実施形態における液晶プロジェクタ１の電源ユニット１１は、図８，図９に示すように、装置全体への電源供給を司るメイン電源基板１１ａと、光源ランプユニット９への電源供給を司るランプバラスト基板１１ｂとを有している。各基板１１ａ，１１ｂには、一面側に発熱部品を含む多くの部品２０ａ，２０ｂが搭載されていると共に、他面側には発熱部品の中でも発熱量が大きいパワーＦＥＴやパワーダイオード等の高発熱部品２１ａ，２１ｂが搭載されている。

上記メイン電源基板１１ａとランプバラスト基板１１ｂは、上記高発熱部品２１ａ，２１ｂを搭載した面が互いに反対側を向くように対向して配置されている。さらに、各基板１１ａ，１１ｂの高発熱部品２１ａ，２１ｂが、絶縁性を有する熱伝導体２２ａ，２２ｂを介して、電磁波を遮蔽するアルミ等の金属製シールド板２３ａ，２３ｂに接触するように、各基板１１ａ，１１ｂと各熱伝導体２２ａ，２２ｂがそれぞれの金属製シールド板２３ａ，２３ｂにネジ止め固定されて保持されている。なお、高発熱部品２１ａ，２１ｂが金属製シールド板２３ａ，２３ｂとの絶縁を不要とするものであれば、熱伝導体２２ａ，２２ｂを介さずに金属製シールド板２３ａ，２３ｂに直接接触させても良い。

上記各金属製シールド板２３ａ，２３ｂは、図８の分解斜視図に示すように、縦断面が逆Ｌ字状に形成され、下述する軸流ファン側が開放され、その反対面側には多数の通気孔２３ｃが形成されて、組み立てられると各基板１１ａ，１１ｂを覆うシールドケースを成すように形成されている。

そして、上記各金属製シールド板２３ａ，２３ｂの開放した側には、図９に示すように、対向した基板１１ａ，１１ｂの高発熱部品２１ａ，２１ｂ間の距離と同等の大きさの吸入口１２ａを有する冷却ファンとしての軸流ファン１２が、その吸入口１２ａの外周側を対向した基板１１ａ，１１ｂの高発熱部品２１ａ，２１ｂ位置に合わせて配置されている。これは、吸入口１２ａの外周側の方が風量が大きいからである。

上記軸流ファン１２は、その吸入口１２ａから吐出口１２ｂにわたってダクト１２ｃで覆われ、吸入口１２ａ側のダクト１２ｃ開口が各金属製シールド板２３ａ，２３ｂの開口側にセットされ、吐出口１２ｂ側のダクト１２ｃ開口が前述した金属製排気口１７側にセットされる。従って、軸流ファン１２が駆動されると、電源ユニット１１側から吸入した空気が金属製排気口１７を介して樹脂製排気口７から装置外に排出されるようになっている。

また、上記軸流ファン１２の吸入口１２ａの大きさ及びダクト１２ｃは、軸流ファン１２による冷却空気が各金属製シールド板２３ａ，２３ｂの外表面にも流れるように構成されている。

なお、上記では、冷却ファンとして軸流ファン１２を用いた場合について説明したが、遠心ファン（シロッコファン）を用いた場合でも、軸流ファンほどではないが吸入口の外周側の方が風量が大きいので、上記とほぼ同様に構成すれば良い。また、上記では、軸流ファン１２の上流側に電源ユニット１１が配置されている場合について説明したが、軸流ファン１２の下流側に電源ユニット１１が配置される場合にも、電源ユニット１１と対向する面が吸入口１２ａから吐出口１２ｂになる以外はほぼ同様に構成すれば良い。

本実施形態の液晶プロジェクタ１は以上のように構成されて、図２に示した光源ランプユニット９から照射された光を光学系１０を介してＲＧＢの３色に分離すると共に、各色毎の液晶パネルで映像信号に基づき変調し、変調された映像光を合成して、投写レンズ８を介してスクリーン上に拡大投写するようになっている。

上記光学系１０を構成する各色毎の液晶パネルと偏光板や偏光ビームスプリッタ等の光学部品は、図３に示したように吸気口４の内側に内蔵された２台の遠心ファン１５，１５からの冷却風が吐出側ダクト１６を介して、上記光学部品の下側に形成された吹出口１７から吹き付けられて冷却される。

また、光源ランプユニット９は、図２に示したランプ冷却専用の遠心ファン１４からの吐出風が吹き付けれて冷却されると共に、温度が上昇したランプ周りの空気が軸流ファン１３により吸い込まれて排気口７から装置外に排出されることにより冷却される。

一方、電源ユニット１１は、温度が上昇した内部や周囲の空気が軸流ファン１２により吸い込まれて排気口７から装置外に排出されると共に、当該軸流ファン１２の吸引によって電源ユニット１１の内部や外表面に生じる空気流によって冷却される。

また、本実施形態の排気構造によれば、内側にある金属製排気口１７の各通気孔１７ａを所定の安全規格に対応させて小さく形成すると共に、各通気孔１７ａ間の間隔も小さく形成して開口率を上げる一方、外側にある樹脂製排気口７の各通気孔７ａは金属製排気口１７の各通気孔１７ａより大きく形成したことにより、排気口からの指や異物の挿入、排気口の強度低下、排気口温度の上昇等の問題を解決しながら、金属製排気口１７の開口率を実現できるので、排気効率を上げることができる。

また、上記金属製排気口１７が形成される内壁１６は、電磁波を遮蔽するアルミ等のシールド部材から形成されてシールドケースを兼ねているので、電磁波が漏れるのも防ぐことができる。

さらに、外側の樹脂製排気口７と内側の金属製排気口１７の各通気孔７ａ，１７ａの大きさや位置関係を、樹脂製排気口１７の内側に異物としての小さなコインが入らないように設定したことにより、外側の樹脂製排気口７と内側の金属製排気口１７の間にコインなどの異物が入るのを防ぐことができる。

また、外側の樹脂製排気口７の各通気孔７ａをテストフィンガーが貫通しない大きさに設定したことにより、光源ランプユニット９や電源ユニット１１からの排気によって金属製排気口１７が高温になる場合にも、その外側の樹脂製排気口７の通気孔７ａから指を挿入できないので、高温の金属製排気口１７に触れて火傷等をする畏れもなくなって、安全性が向上する。

そして、本実施形態の液晶プロジェクタ１のような投写型映像表示装置に上記のような排気構造を採用したことにより、当該装置内には、かなりの高温になる光源ランプユニット９や電源ユニット１１等が内蔵されているので、排気口からの指や異物の挿入、排気口の強度低下、排気口温度の上昇等を招くことなく排気効率を上げることが可能なものが実現できて、特に有効である。

また、本実施形態の冷却構造によれば、電源ユニット１１を構成するメイン電源基板１１ａとランプバラスト基板１１ｂを、それぞれの高発熱部品２１ａ，２１ｂを搭載した面が互いに反対側を向くように対向させて配置すると共に、対向した基板１１ａ，１１ｂの高発熱部品２１ａ，２１ｂを絶縁性を有する熱伝導体２２ａ，２２ｂを介して金属製シールド板２３ａ，２３ｂに接触させて、対向した基板１１ａ，１１ｂの高発熱部品２１ａ，２１ｂ間の距離と同等の大きさの吸入口１２ａを有する軸流ファン１２を、その吸入口１２ａの外周側を対向した基板１１ａ，１１ｂの高発熱部品２１ａ，２１ｂ位置に合わせて配置したことにより、軸流ファン１２は、その吸入口１２ａの外周側の風量が大きいので、高発熱部品２１ａ，２１ｂに大きな風量の冷却空気が当たることで、高発熱部品２１ａ，２１ｂを含む基板１１ａ，１１ｂの冷却を効率的に行うことができる。

また、上記軸流ファン１２による冷却空気が金属製シールド板２３ａ，２３ｂの外表面にも流れるように構成したことにより、高発熱部品２１ａ，２１ｂを熱伝導体２２ａ，２２ｂを介して接触させた金属製シールド板２３ａ，２３ｂを両面から冷却することができるので、高発熱部品２１ａ，２１ｂを含む基板１１ａ，１１ｂの冷却をより効率的に行うことができる。

また、各基板１１ａ，１１ｂは金属性シールド板２３ａ，２３ｂに保持されるので、電磁波を遮蔽する金属製シールド板２３ａ，２３ｂが基板保持も兼ねることで、別途保持部材が不要となって低コスト化を図ることができる。

さらに、軸流ファン１２はその吸入口１２ａや吐出口１２ｂの外周側の風量が特に大きいので、より効果的である。

また、上記各基板１１ａ，１２ｂは電源ユニット１１を構成するものであるから、電源ユニット１１はパワーＦＥＴやパワーダイオード等の高発熱部品２１ａ，２１ｂが多いので、特に効果的である。

そして、本実施形態の液晶プロジェクタ１のような投写型映像表示装置に上記のような冷却構造を採用したことにより、当該装置内には電源ユニット１１としてメイン電源基板１１ａと光源ランプ駆動用のランプバラスト基板１１ｂが対になって備えられているので、高発熱部品２１ａ，２１ｂを多く含むこれらの基板１１ａ，１１ｂの冷却を効率的に行うことができて、特に有効である。

なお、上記実施形態では、投写型映像表示装置として光変調素子に液晶パネルを用いた液晶プロジェクタを示したが、他の映像光生成系を備える投写型映像表示装置においても本願発明を適用することができる。すなわち、ＤＬＰ（Digital Light Processing；テキサス・インスツルメンツ（TI）社の登録商標）方式等のプロジェクタにおいても本願発明を適用することができる。また、前面投写型の他、背面投写型映像表示装置においても本願発明を適用することができる。

また、投写型映像表示装置に限らず、一般的な電子機器においても、上記のような排気構造や冷却構造を採用することにより、排気口からの指や異物の挿入、排気口の強度低下、排気口温度の上昇等を招くことなく排気効率を上げることが可能な電子機器や、高発熱部品を含む基板の冷却を効率的に行うことができる電子機器を実現できる。

本願発明の一実施形態としての液晶プロジェクタの全体構成を示す斜視図で、背面側斜め上方から見た外観斜視図。 同じくその上ケースや制御基板等を取り外して見た斜視図。 同じくその光学系を取り外して見た斜視図。 本実施形態の排気構造を示す図で、（ａ）は排気口部分の外観斜視図、（ｂ）は（ａ）では見えにくい金属製排気口を取り出して樹脂製排気口と共に示した斜視図。 本実施形態の冷却構造を示す図で、電源ユニットと軸流ファン等を示す斜視図。 上記図５からダクトを取り外して示した斜視図。 上記図５のファン側からみた側面図。 上記図５の分解斜視図。 上記図６の横断面図。

符号の説明

１ 液晶プロジェクタ
２ 本体ケース
２ａ 上ケース
２ｂ 下ケース
４ 吸気口
６ 開閉蓋
７ 排気口
７ａ 通気孔
８ 投写レンズ
９ 光源ランプユニット
１０ 光学系
１１ 電源ユニット
１１ａ メイン電源基板
１１ｂ ランプバラスト基板
１２，１３ 軸流ファン
１２ａ 吸入口
１２ｂ 吐出口
１２ｃ ダクト
１４，１５ 遠心ファン
１６ 内壁
１７ 排気口
１７ａ 通気孔
２１ａ，２１ｂ 高発熱部品
２２ａ，２２ｂ 熱伝導体
２３ａ，２３ｂ 金属製シールド板
２３ｃ 通気孔

Claims (7)

1. 一側面側に発熱部品を搭載すると共に、他側面側に高発熱部品を搭載した２枚の基板を、高発熱部品を搭載した面が互いに反対側を向くように部品の搭載面を互いに対向させて垂直方向に配置し、金属製シールド板を、対向する一対の基板の両高発熱部品に、直接又は熱伝導体を介して接触させると共に、対向する一対の基板の両側面及び一対の基板の上方は、前記金属製シールド板により覆われ、さらに、基板の部品の搭載面に平行かつ水平方向の前記金属製シールド板は、一側面が開放されていると共に、他側面には多数の通気孔が形成され、対向した一対の基板の高発熱部品間の距離と同等の大きさの吸入口又は吐出口を有する冷却ファンを、前記一側面に、その吸入口又は吐出口の外周側を対向した一対の基板の高発熱部品位置に合わせて配置したことを特徴とする冷却構造。
2. 前記冷却ファンによる冷却空気が、前記金属製シールド板の、前記高発熱部品と接触している面とは反対側にも流れるように構成したことを特徴とする請求項１記載の冷却構造。
3. 前記基板は前記金属製シールド板に保持されることを特徴とする請求項1又は請求項２記載の冷却構造。
4. 前記冷却ファンは軸流ファンから成ることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の冷却構造。
5. 前記基板は電源ユニットを構成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の冷却構造。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の冷却構造を備えて発熱部品を冷却すると共に、光源ランプから照射された光を映像信号に基づき変調し、変調された映像光を拡大投写することを特徴とする投写型映像表示装置。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の冷却構造を備えて発熱部品を冷却することを特徴とする電子機器。