JP5609675B2

JP5609675B2 - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP5609675B2
Application number: JP2011013061A
Authority: JP
Inventors: 功一川村; 達弥向山
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: JP2012155080A

Description

本発明は、反射型空間光変調素子を備えた投射型表示装置に関する。

液晶は温度依存性を有しており、低温では動作速度が遅く、高温では動作速度が高くなる傾向を有する。従来、液晶を使用した空間光変調素子を短時間で所定の温度にまで上昇させて一定の温度に制御するために、例えば、特許文献１ではヒータを空間光変調素子の周囲に配置し液晶面の温度分布を均一化させて応答特性の不均一を防いでいた。また特許文献２、特許文献３ではペルチェ素子または透過型熱交換素子により空間光変調素子を加熱することにより応答特性を確保する方法が開示されている。

特開平１１−３０５２０３号公報特開２００８−８９９０４号公報特開２００９−４７９６９号公報

反射型空間光変調素子も液晶を使用しており、反射型空間光変調素子に封入された液晶は低温では動作速度が遅くなり画質劣化の原因になる。特に、外気が低温の環境の場合や、倍速表示以上の表示速度で表示する場合、または反射型空間光変調素子が１個でフルカラー表示を行う投射型表示装置で駆動する場合には液晶の温度をある程度以上に温度を保っておかないと本来の性能で表示ができなくなる。反射型空間光変調素子が１個でフルカラー表示を行う投射型表示装置では、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色の光を時系列順に切り替えて表示をさせるため、反射型空間光変調素子をＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの光に対応するように３個使用する投射型表示装置と比較して３倍の速度で駆動させる必要があるからである。

ところで、従来ではヒータやペルチェ素子、透過型熱交換素子により空間光変調素子を加熱する方法が行われていたが、この方法で空間光変調素子の温度制御を行うには温度センサーと制御回路が必要となり、コストアップの要因になってしまっていた。

そこで、本発明では、ＬＥＤの発熱を反射型空間光変調素子へ伝導させる伝熱部材の構造、または、反射型空間光変調素子から反射型空間光変調素子の放熱部材に熱を伝導させる伝熱部材に、形状記憶合金やバイメタル等の温度により形状が変化する部材を使用し、反射型空間光変調素子が所定の温度に達したときに伝熱部材の構造が変形するように設定することで、ＬＥＤからの伝熱を遮断、または、反射型空間光変調素子の放熱を行い、反射型空間光変調素子の温度制御を行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、半導体光源（11）からの発熱を反射型空間光変調素子（18）へ伝導させるための高熱伝導性材料で作成された伝熱部材（17）と、伝熱部材(17)から反射型空間光変調素子（18）へ熱を伝導させるための伝熱機構（12,19,20,21）、または、反射型空間光変調素子（18）から反射型空間光変調素子（18）の放熱部材（23）に伝熱させる機構（20,21）に、熱により変形を行うことが可能な形状記憶合金やバイメタル等の材料でできた部材（20）を備え、この部材（20）は、反射型空間光変調素子(18)の温度が低温時は、伝熱部材(17)と接触して半導体光源(11)からの熱を反射型空間光変調素子(18)に伝え、反射型空間光変調素子(18)の温度が上昇すると伝熱部材(17)と接触しない状態となり、反射型空間光変調素子(18)への半導体光源(11)からの熱を遮断する投射型表示装置を提供するものである。

本発明によれば、温度により形状が変化する部材を使用し、反射型空間光変調素子が所定の温度に達したときに伝熱部材の構造が変形するように設定することで、ＬＥＤからの伝熱を遮断、または、反射型空間光変調素子の放熱を行うことで、簡便に反射型空間光変調素子の温度制御が可能になり、低コストで高画質の投射型表示装置が実現する。

本発明の第１実施形態の形状記憶合金が伝熱部材に接触した状態を示す投射型表示装置の概略構成図である。上記第１実施形態の形状記憶合金が伝熱部材と離れた状態を示す投射型表示装置の概略構成図である。本発明の第２実施形態の形状記憶合金が伝熱部材と接触した状態を示す投射型表示装置の概略構成図である。上記第２実施形態の形状記憶合金が伝熱部材と離れた状態を示す投射型表示装置の概略構成図である。本発明の第３実施形態の形状記憶合金と放熱部材が離れた状態（加熱状態）を示す投射型表示装置の概略構成図である。上記第３実施形態の形状記憶合金と放熱部材が接触した状態（放熱状態）を示す投射型表示装置の概略構成図である。本発明の第４実施形態の形状記憶合金と放熱部材が離れた状態（加熱状態）を示す投射型表示装置の概略構成図である。上記第２実施形態の形状記憶合金と放熱部材が接触した状態（放熱状態）を示す投射型表示装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１及び図２は本発明の第１実施形態の投射型表示装置１０を示す。

図１及び図２において、１１は半導体光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）、１２は熱伝導材としての熱伝導シート或いは熱伝導グリス、１３は放熱部材としてのヒートシンク、１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃはレンズ、１５は反射型偏光板としてのワイヤーグリッド型偏光ビームスプリッタ、１６は投射レンズ、１７は高熱伝導性の伝熱部材（熱伝導部材）、１８は反射型空間光変調素子、１９はベース、２０は形状記憶合金、Ｃは光路を示す。

この投射型表示装置１０では、半導体光源であるＬＥＤ１１とＬＥＤ１１を冷却するためのヒートシンク１３との間に熱伝導シートや熱伝導グリス等の熱伝導材１２を介して熱伝導性の高い伝熱部材１７を挿入し、この伝熱部材１７を反射型空間光変調素子１８側まで延ばしてある。

また、反射型空間光変調素子１８は、熱伝導率の高い部材を使用したベース１９に熱伝導シートや熱伝導グリス等の熱伝導材１２を介して取り付けられている。このベース１９には、ＬＥＤ１１からの熱を伝熱部材１７から伝えるための形状記憶合金２０が取り付けられている。この形状記憶合金２０は、図１に示すように、低温時にはＬＥＤ１１から延びた伝熱部材１７と接触している状態になっており、これにより、反射型空間光変調素子１８は加熱される。この加熱により、反射型空間光変調素子１８の温度が上昇すると、形状記憶合金２０は設定された温度で形状が変化し、図２に示すように、ＬＥＤ１１から延びた伝熱部材１７と接触しない状態になり、反射型空間光変調素子１８への伝熱を遮断する。具体的には、ＬＥＤ１１からの伝熱による加熱で反射型空間光変調素子１８が５０℃以上のある設定した温度に達した時に、形状記憶合金２０またはバイメタルが変形し、伝熱部材１７との接触を断ち、ＬＥＤ１１からの発熱による加熱で反射型空間光変調素子１８の過熱を防ぐ。外気の温度が低下し、反射型空間光変調素子１８の温度が設定温度以下になった時は、形状記憶合金２０またはバイメタルが初期位置まで復帰し、伝熱部材１７と反射型空間光変調素子１８との接触を行い、ＬＥＤ１１の発熱による加熱を行える状態になる。このようにして、形状記憶合金２０は、図１に示した初期状態に復帰し、ＬＥＤ１１からの熱の伝導で反射型空間光変調素子１８を加熱する。この動作の繰り返しにより、反射型空間光変調素子１８の温度制御を行う。

なお、形状記憶合金でできた部材２０は、バイメタルに変更が可能である。また、この第１実施形態は、ＬＥＤ１１の発熱による反射型空間光変調素子１８の温度制御を目的としているため、光路Ｃを形成する光学系のレイアウトおよびＬＥＤ１１と反射型空間光変調素子１８の位置関係については限定されない。

このように、反射型空間光変調素子１８の加熱にＬＥＤ１１の発熱を利用した投射型表示装置１０で、ＬＥＤ１１の発熱を反射型空間光変調素子１８へ伝導させる伝熱部材１７に、熱により変形する形状記憶合金２０やバイメタルを使用することで、ＬＥＤ１１からの発熱の伝導をコントロール、すなわち、反射型空間光変調素子１８と伝熱部材１７との間で熱伝導のＯＮ／ＯＦＦを行いし、反射型空間光変調素子１８の温度を５０℃から封入された液晶が正常動作する最高温度までの範囲で制御することが可能となる。また、従来のように、ヒータ等の加熱装置とセンサを利用し、電気的に制御回路を組んで行う必要がなく、温度により変形する形状記憶合金２０やバイメタルを使用することにより、簡便に温度制御が可能になり、低コストで高画質の投射型表示装置１０が実現できる。

［第２実施形態］
図３及び図４は本発明の第２実施形態の投射型表示装置１０Ａを示す。

この投射型表示装置１０Ａは、形状記憶合金２０だけでは反射型空間光変調素子１８への熱伝導が不足する場合、熱伝導率の高い銅やグラファイトシート等の薄板２１を形状記憶合金２０に取り付け、反射型空間光変調素子１８への熱伝導を確実なものとする。この薄板２１は形状記憶合金２０の変形に伴い変形するため、温度制御は問題なく行われる。

なお、形状記憶合金でできた部材２０は、バイメタルに変更が可能であり、他の構成は前記第１実施形態と同一であるため、同一の構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

［第３実施形態］
図５及び図６は本発明の第３実施形態の投射型表示装置１０Ｂを示す。

この投射型表示装置１０Ｂでは、反射型空間光変調素子１８がＬＥＤ１１からの発熱により加熱されるように熱伝導率の高い伝熱部材１７に熱伝導シートや熱伝導グリス等の熱伝導材１２を介して直接取り付けられおり、前記第１実施形態のベース１９を省略したものである。また、伝熱部材１７の反射型空間光変調素子１８が取り付けられている反対側には、放熱部材としてのヒートシンク２３へ反射型空間光変調素子１８の熱を伝えるための形状記憶合金２０が取り付けられている。

この形状記憶合金２０は、図５に示すように、低温時には放熱部材２３と接触していない状態になっており、ＬＥＤ１１からの伝熱で反射型空間光変調素子１８は加熱される。この加熱により、反射型空間光変調素子１８の温度が上昇すると、その温度により、形状記憶合金２０の形状が変化し、図６に示すように、放熱部材２３と接触状態になる。そうすることで、反射型空間光変調素子１８の熱が放熱機構へ伝導されることになり、冷却が行われる状態になる。すなわち、反射型空間光変調素子１８の放熱が行われ、ＬＥＤ１１からの発熱による加熱で反射型空間光変調素子１８の過熱を防ぐ。

この放熱により、または、外気の温度が低下したりして、反射型空間光変調素子１８の温度が下がることにより、形状記憶合金２０の形状は、図５に示した初期状態に復帰し、反射型空間光変調素子１８と放熱部材２３との接触を断ち、ＬＥＤ１１からの発熱による加熱状態となる。この動作の繰り返しにより、温度制御が可能となる。放熱部材２３の放熱能力とＬＥＤ１１からの伝熱のバランスをとることで、反射型空間光変調素子１８が放熱状態になった時に一定の温度を維持し続けることが可能になり、反射型空間光変調素子１８の温度変化による光学特性の変化も抑えることが可能となる。

この第３実施形態は、ＬＥＤ１１の発熱による反射型空間光変調素子１８の放熱による温度制御を目的としているため、光路Ｃを形成する光学系のレイアウトおよびＬＥＤ１１と反射型空間光変調素子１８の位置関係については限定されない。

このように、反射型空間光変調素子１８の加熱にＬＥＤ１１の発熱を利用した投射型表示装置１０Ｂで、反射型空間光変調素子１８とその放熱部材２３へ熱を伝導させる伝熱部材１７に、熱により変形する形状記憶合金２０やバイメタルを使用することで、反射型空間光変調素子１８の放熱をコントロール、すなわち、反射型空間光変調素子１８と放熱部材２３との間で熱伝導のＯＮ／ＯＦＦを行い、反射型空間光変調素子１８の温度を５０℃から封入された液晶が正常動作する最高温度までの範囲で制御することが可能となる。

［第４実施形態］
図７及び図８は本発明の第４実施形態の投射型表示装置１０Ｃを示す。

この投射型表示装置１０Ｃは、形状記憶合金２０だけでは反射型空間光変調素子１８の放熱部材２３への熱伝導が不足する場合、熱伝導率の高い銅やグラファイトシート等の薄板２１を形状記憶合金２０に取り付け、放熱部材２３への熱伝導を確実なものとする。薄板２１は形状記憶合金２０の変形に伴い変形するため、温度制御は問題なく行われる。

なお、形状記憶合金でできた部材２０は、バイメタルに変更が可能であり、他の構成は前記第３実施形態と同一であるため、同一の構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

また、前記各実施形態によれば、半導体光源としてＬＥＤ１１を使用した場合について説明したが、レーザダイオード等を光源として使用しても良い。

さらに、高熱伝導性の伝熱部材１７としては、以下の各種材料の熱伝導率（単位は、Ｗ／ｍ・Ｋ）のものを使用しても良い。

すなわち、金属系としては、アルミ（１７０）、銅（３８０）、アルミダイキャスト（９２）、マグネシウムダイキャスト（７２）等を用い、セラミック系としては、アルミナ（２０）、窒化アルミ（１７０）等を用いる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ投射型表示装置
１１ＬＥＤ（半導体光源）
１３ヒートシンク（放熱部材）
１７伝熱部材
１８反射型空間光変調素子
２０形状記憶合金（或いは、バイメタル）
２３ヒートシンク（放熱部材）

Claims

半導体光源と、
前記半導体光源からの光を変調する反射型空間光変調素子と、
前記半導体光源の発熱を前記反射型空間光変調素子へ伝える伝熱部材と、
前記伝熱部材と前記反射型空間光変調素子との間に設けられており、熱により変形をする形状記憶合金と、
を備え、
前記形状記憶合金は、前記反射型空間光変調素子の温度が低温時は、前記伝熱部材と接触して前記半導体光源からの熱を前記反射型空間光変調素子に伝え、前記反射型空間光変調素子の温度が上昇すると前記伝熱部材と接触しない状態となり、前記反射型空間光変調素子への前記半導体光源からの熱を遮断することを特徴とする投射型表示装置。
半導体光源と、
前記半導体光源からの光を変調する反射型空間光変調素子と、
前記半導体光源の発熱を反射型空間光変調素子へ伝える伝熱部材と、
前記伝熱部材と前記反射型空間光変調素子との間に設けられており、熱により変形をするバイメタルと、
を備え、
前記バイメタルは、前記反射型空間光変調素子の温度が低温時は、前記伝熱部材と接触して前記半導体光源からの熱を前記反射型空間光変調素子に伝え、前記反射型空間光変調素子の温度が上昇すると前記伝熱部材と接触しない状態となり、前記反射型空間光変調素子への前記半導体光源からの熱を遮断することを特徴とする投射型表示装置。