JP7349943B2

JP7349943B2 - 液晶装置

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Publication number: JP7349943B2
Application number: JP2020044925A
Authority: JP
Inventors: 学中村; 利則井出
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd; Citizen Fine Device Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd; Citizen Fine Device Co Ltd
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2023-09-25
Anticipated expiration: 2040-03-16
Also published as: JP2021148809A

Description

本発明は、液晶パネルを備えた液晶装置に関する。

従来の液晶装置には、光学素子である液晶セル（パネル）の調光特性を雰囲気温度によらず一定に保つことを目的として液晶セルを加熱するヒータを設けたものがある。このような液晶装置では、例えば、複数の液晶パネルと、所定の振動方向以外の直線偏光を遮断する偏光素子とを重ねて配置して光学素子ASSYが構成され、その前後に光学素子ASSYを一定温度に保つように制御されるペルチェ素子などのヒータが配置される。そして、光学素子ASSYにサーミスタや熱電対等の測温素子を設けて光学素子ASSYの温度を測定し、ペルチェ素子に通電して光学素子ASSYの温度が雰囲気温度にかかわらず一定の温度になるように制御することで、液晶装置における光の変調率を安定した値に保つことを可能としている。

図７は、光学素子の動作温度を所定の温度に適切に維持する機構を備えた従来技術による液晶装置の断面図である。図７に示す従来の液晶装置は、以下の構成を有する。液晶装置を通過する光線１６を変調する液晶パネル１１ａ、１１ｂ及び１１ｃと、所定の振動方向以外の偏光を遮断する偏光素子１１ｄとを積層し一体化した光学素子ASSY１１の片側が筐体１の隔壁１４で保持され、隔壁１４のペルチェ素子６側に伝熱性透明部材９が配置されている。隔壁１４が設けられていない側に位置する光学素子ASSY１１の片側はスペーサ１０を介して伝熱性透明部材８に当接されている。伝熱性透明部材８の液晶装置外側の面には、ペルチェ素子４と放熱器５とからなるヒータ２が配置されている。伝熱性透明部材９の液晶装置外側の面には、ペルチェ素子６と放熱器７とからなるヒータ３が配置されている。光学素子ASSY１１の上面には、光学素子ASSY１１の温度を測定する測温素子として、サーミスタ１３が設けられている。サーミスタ１３はサーミスタ押さえねじ１２によって光学素子ASSY１１に当接、固定され、光学素子ASSY１１の温度を測定し信号を発生する。温度制御回路（不図示）はサーミスタ１３から出力される信号を受けてヒータ２及び３の動作を制御し、光学素子ASSY１１を所定の温度に加熱、保持する。（例えば、特許文献１参照）

特開２０１４－１７８５４９号公報

図７に示す従来の液晶装置では、光学素子ASSY１１を挟持するヒータ２及び３の内、一方のヒータ３が発生した熱は伝熱性透明部材９及び隔壁１４を介して光学素子ASSY１１に伝搬する構造となっているが、もう一方のヒータ２が発生した熱は伝熱性透明部材８を介して伝搬するところまではヒータ３側と同様だが、それ以降はスペーサ１０を介して光学素子ASSY１１に伝搬する構造であるため、光線１６の入射側と出射側とでヒータ２及び３から光学素子ASSY１１に至る熱の伝搬経路が光学素子ASSY１１を挟んで非線対称となっている。

筐体１は熱伝導性の高いアルミニウムの切削材などで作られていることから、隔壁１４を介して熱伝搬する側のヒータ３においては、ヒータ３の発する熱は隔壁１４を通して筐体１に伝わり易く、相対的に光学素子ASSY１１に伝わり難い傾向を有する。一方で、隔壁１４を介さない熱伝搬経路側に配置されたヒータ２では筐体１に熱が伝搬する経路を有さず、伝熱性透明部材８及びスペーサ１０を介するのみであるので、相対的にヒータ２の熱が光学素子ASSY１１に伝わり易い傾向を有する。よって、光線１６の入射側と出射側とで光学素子ASSY１１が所定の温度に達するまでに掛かる時間が異なる、光線１６の入射側と出射側とで光学素子ASSY１１の温度が異なる、といった問題が生じる。この問題は最終的に光学素子ASSY１１の液晶パネルにおける変調率のズレ、応答速度の遅れ、という形で現れ、液晶パネルの動作を不安定にする要因となる。

本発明の目的は、液晶パネルを適切に加熱し、液晶パネルの動作を安定させることが可能な液晶装置を提供することである。

液晶パネルと、前記液晶パネルを挟んで互いに対向する第一のヒータ及び第二のヒータと、前記第一のヒータが発生した熱を前記液晶パネルに伝搬させる、前記第一のヒータと前記液晶パネルとの間に設けられた、第一の熱伝搬経路と、前記第二のヒータが発生した熱を前記液晶パネルに伝搬させる、前記第二のヒータと前記液晶パネルとの間に設けられた、第二の熱伝搬経路と、を有する液晶装置であって、前記第一の熱伝搬経路と前記第二の熱伝搬経路は、前記液晶パネルを挟んで互いに線対称である、液晶装置である。

前記第二のヒータは、加熱作用のある加熱面と、吸熱作用のある吸熱面とを有する電熱素子を含み、前記吸熱面に偏光素子が配置されている、液晶装置であってもよい。

前記第二のヒータと対向する第三のヒータを有し、前記第三のヒータは、加熱作用のある加熱面と、吸熱作用のある吸熱面とを有する電熱素子を含み、前記偏光素子は、前記第二のヒータが含む前記電熱素子の前記吸熱面と、前記第三のヒータが含む前記電熱素子の前記吸熱面とで挟持されている、液晶装置であってもよい。

前記偏光素子と前記液晶パネルとの間には、前記液晶パネルから前記偏光素子への熱伝導を阻害する部材が設けられている、液晶装置であってもよい。

前記偏光素子と前記液晶パネルとの間には、前記液晶パネルから前記偏光素子への熱伝導を阻害する隙間が設けられている、液晶装置であってもよい。

前記第一の熱伝搬経路は、前記液晶パネルの光透過領域と対向する第一の透明部材を含み、前記第二の熱伝搬経路は、前記液晶パネルの光透過領域と対向する第二の透明部材を含み、前記第一の透明部材により形成される熱伝搬経路と前記第二の透明部材により形成される熱伝搬経路は、前記液晶パネルを挟んで互いに線対称である、液晶装置であってもよい。

前記第一の熱伝搬経路は、前記液晶パネルの光透過領域と対向する開口を有する第一のスペーサを含み、前記第二の熱伝搬経路は、前記液晶パネルの光透過領域と対向する開口を有する第二のスペーサを含み、前記第一のスペーサにより形成される熱伝搬経路と前記第二のスペーサにより形成される熱伝搬経路は、前記液晶パネルを挟んで互いに線対称である、液晶装置であってもよい。

本発明の液晶装置によれば、二つのヒータから液晶パネルに至る熱伝搬経路が液晶パネルを挟んで互いに線対称になることで、液晶装置内の不要な温度勾配を抑制し、液晶パネルを適切に加熱することができるので、液晶パネルの動作を安定させることができる。

本発明の実施例１による液晶装置の斜視図本発明の実施例１による液晶装置の上面図本発明の実施例１による液晶装置の分解斜視図本発明の実施例１による液晶装置のＡ－Ａ断面図本発明の実施例１による液晶装置が有する光学素子ASSYのＡ－Ａ断面図本発明の実施例２による液晶装置のＡ－Ａ断面図本発明の実施例３による液晶装置のＡ－Ａ断面図本発明の実施例４による液晶装置のＡ－Ａ断面図従来技術による液晶装置の断面図

以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。

以下、本発明の実施例１による液晶装置について説明する。図１（ａ）は、本発明の実施例１による液晶装置の外観を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、本発明の実施例１による液晶装置の外観を示す上面図であり、図２は、本発明の実施例１による液晶装置を光軸方向に分解した状態を示す分解斜視図であり、図３（ａ）は、図１（ａ）の液晶装置のＡ－Ａ断面を示す断面図であり、図３（ｂ）は、図１（ａ）の液晶装置の内部に配置された光学素子ASSYのＡ－Ａ断面を示す断面図である。

図に示すように、実施例１による液晶装置では、筐体１の内部に、ペルチェ素子４と放熱器５とからなるヒータ２と、ペルチェ素子６と放熱器７とからなるヒータ３と、光学素子ASSY１１と、測温素子であるサーミスタ１３とが組み込まれている。筐体１は、金属を切削加工或いは樹脂を成型する事で形成されている。ペルチェ素子４及び６は、電熱素子の一種であり、一定方向の電流を流すことで一方の面が発熱し、もう一方の面に吸熱作用が得られるという特性をもつ。放熱器５及び７は、ヒータ２及び３の外面と周辺空気との間で熱交換する為、熱伝導性の高い材質、例えば、アルミニウムなどの熱伝導に優れた金属を切削する事で形成されている。ヒータ２及び３には光線１６を通す為の開口１５が設けられている。なお、放熱器５及び７は、必須ではなく、例えば、ペルチェ素子４及び６のみでヒータ２及び３が構成されていてもよい。

ヒータ２は、伝熱性透明部材８とスペーサ１０を介して光学素子ASSY１１の光出射側に当接し、ヒータ３は、伝熱性透明部材９とスペーサ１７を介して光学素子ASSY１１の光入射側に当接しており、光学素子ASSY１１は、ヒータ２及び３により挟持されている。伝熱性透明部材８及び９は、光線１６を高効率で透過し且つヒータ２及び３からの熱を効率よく伝える部材、例えば、ガラス基板或いはサファイヤ基板等で形成されており、その表面には反射防止膜が形成されている。伝熱性透明部材８及び９の構造は、光学素子ASSY１１を挟んで互いに線対称である。また、ヒータ２及び３の構造も、光学素子ASSY１１を挟んで互いに線対称である。

スペーサ１０及び１７は、伝熱性透明部材８及び９を保持する役割を持ち、ヒータ２及び３から伝わる熱を光学素子ASSY１１に伝搬する為に高い熱伝導性が求められることからアルミニウムなどの金属を切削加工するなどして形成されている。スペーサ１０及び１７の中央には座ぐり（凹部）が設けられ、そこに伝熱性透明部材８及び９が収められるよう積層され、熱伝導性接着剤或いは熱伝導性粘着テープによって固定されている。スペーサ１０及び１７の中央にはヒータ２及び３と同様に光線１６を通過させる開口が設けられている。スペーサ１０及び１７の構造は、光学素子ASSY１１を挟んで互いに線対称である。

放熱器５及び７、ペルチェ素子４及び６、伝熱性透明部材８及び９、スペーサ１０及び１７、光学素子ASSY１１は、各々、熱伝導性接着剤或いは熱伝導性粘着テープで互いに接着され固定されている。

筐体１の内部の中央付近には光学素子ASSY１１が搭載され、その上面に測温素子としてサーミスタ１３が当接され、サーミスタ押さえねじ１２により固定されている。

図３（ｂ）に示すように、光学素子ASSY１１は、液晶パネル１１ａ、１１ｂ及び１１ｃからなる３枚の液晶パネルと、偏光板などの偏光素子１１ｄとによって構成されている。

液晶パネル１１ａ及び偏光素子１１ｄの組み合わせは、入射する光線１６を透過或いは遮断するシャッタ素子として機能し、液晶パネル１１ｂ及び液晶パネル１１ｃの組み合わせは、偏光素子１１ｄを透過した光線１６の偏光面の向きを調節する偏光面回転素子として機能する。

液晶パネル１１ａ、１１ｂ及び１１ｃは、各々、一対の基板間に液晶層が挟持された構成を有するものである。液晶パネル１１ａ、１１ｂ及び１１ｃと偏光素子１１ｄのそれぞれは、熱伝導性接着剤或いは熱伝導性粘着テープによって互いに積層、固定されている。熱伝導性粘着テープは、ある程度の厚みを持ち、ガラス基板や液晶パネルを不要に近接化させた際に生じる干渉縞の影響を回避できる。

実施例１による液晶装置の温度調節機能について説明する。ヒータ２及び３に温度制御回路より所定の電流が流れ始めると、伝熱性透明部材８及び９と接触する面が加熱されると同時に、放熱器５及び７と接触する面は吸熱作用により温度が低下する。加熱面から発生した熱は伝熱性透明部材８及び９からスペーサ１０及び１７に伝搬して光学素子ASSY１１に到達する。一方で放熱器５及び７は液晶装置周辺の空気と熱交換する事でヒータ全体の温度低下を軽減する。光学素子ASSY１１の温度が所定の温度に近づくに従って、サーミスタ１３による温度測定と温度制御回路の動作によってヒータ２及び３に流れる電流は減少し始める。最終的に所定の温度に到達すると、周辺環境への放熱による温度低下を補う形で加熱が継続され、光学素子ASSY１１の温度が安定し所定の値に維持される。これにより、安定した変調特性と良好な応答性が得られる。

実施例１による液晶装置では、伝熱性透明部材８及び９により形成される熱伝搬経路は、光学素子ASSY１１を挟んで互いに線対称であり、スペーサ１０及び１７により形成される熱伝搬経路も、光学素子ASSY１１を挟んで互いに線対称であることから、ヒータ２から光学素子ASSY１１に至る熱伝搬経路と、ヒータ３から光学素子ASSY１１に至る熱伝搬経路は、光学素子ASSY１１を挟んで互いに線対称である。よって、ヒータ２及び３が発生した熱は、互いに同様の熱伝搬経路を通って光学素子ASSY１１に伝搬し、光学素子ASSY１１は、光線１６の出射側と入射側とで同様に加熱される。

以下、本発明の実施例２による液晶装置について説明する。図４は、本発明の実施例２による液晶装置のＡ－Ａ断面図であり、図１（ｂ）に示すＡ－Ａ断面に相当する断面を示したものである。実施例２による液晶装置と実施例１による液晶装置の違いは、光学素子ASSY１１の液晶パネル１１ｂと偏光素子１１ｄとの間にスペーサ１８と電熱性透明部材２２とペルチェ素子２０とが配置され、光学素子ASSY１１の液晶パネル１１ａと偏光素子１１ｄとの間にスペーサ１９と電熱性透明部材２３とペルチェ素子２１とが配置され、ペルチェ素子２０の吸熱側の面とペルチェ素子２１の吸熱側の面とで偏光素子１１ｄが挟持されていることにある。また、液晶パネル１１ｂ及び１１ｃの上面にサーミスタ１３がサーミスタ押さえねじ１２により固定され、液晶パネル１１ａの上面にサーミスタ２５がサーミスタ押さえねじ２４により固定されている。スペーサ１８及び１９とペルチェ素子２０及び２１には、光線１６を通過させる為の開口が設けられている。

偏光素子１１ｄをペルチェ素子２０の吸熱側の面とペルチェ素子２１の吸熱側の面とで挟持することで、偏光素子１１ｄの熱をペルチェ素子２０及び２１の発熱側の面に移動させる。偏光素子は、一般的にヨウ素系色素、染料系色素をプラスチックフィルムに分散させ、延伸するなどで作成されている為、ヒータの熱に晒される事で劣化が促進される恐れがあるが、実施例２では偏光素子１１ｄにはヒータの発熱部からの熱が直接伝わらない上、ペルチェ素子２０及び２１の吸熱作用によって、高温に晒される時間が減少し長寿命化につながる。なお、偏光素子１１ｄは液晶装置の中心部付近に配置される為、液晶装置の中心部付近が所定の温度に達して温度制御が定常化すると偏光素子１１ｄの温度もその温度と概ね同じ温度になってしまう可能性があるが、加熱過程での熱勾配によって設定値以上の高温に晒されるという問題は確実に防ぐことができる。

実施例１では光学素子ASSY１１に対して単一のサーミスタ１３によって測温していたが、実施例２では偏光素子１１ｄを境に一方側に配置された液晶パネル１１ａの温度をサーミスタ２５によって測温し、他方側に配置された液晶パネル１１ｂ及び１１ｃの温度をサーミスタ１３によって測温している為、それぞれの測温結果を温度制御回路へフィードバックする事で所定の温度に正確に維持することが容易になる。

実施例２においても、伝熱性透明部材８及び９により形成される熱伝搬経路は、光学素子ASSY１１（液晶パネル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び偏光素子１１ｄ）を挟んで互いに線対称であり、スペーサ１０及び１７により形成される熱伝搬経路も、光学素子ASSY１１を挟んで互いに線対称であることから、実施例１と同様の効果が得られる。

また、実施例２では、液晶パネル１１ｂ及び１１ｃを挟持する伝熱性透明部材８及び２２により形成される熱伝搬経路は、液晶パネル１１ｂ及び１１ｃを挟んで互いに線対称であり、スペーサ１０及び１８により形成される熱伝搬経路も、液晶パネル１１ｂ及び１１ｃを挟んで互いに線対称であることから、ペルチェ素子４から液晶パネル１１ｂ及び１１ｃに至る熱伝搬経路と、ペルチェ素子２０から液晶パネル１１ｂ及び１１ｃに至る熱伝搬経路は、液晶パネル１１ｂ及び１１ｃを挟んで互いに線対称である。よって、ペルチェ素子４及び２０が発生した熱は、互いに同様の熱伝搬経路を通って液晶パネル１１ｂ及び１１ｃに伝搬し、液晶パネル１１ｂ及び１１ｃは、光線１６の出射側と入射側とで同様に加熱される。

また、実施例２では、液晶パネル１１ａを挟持する伝熱性透明部材９及び２３により形成される熱伝搬経路は、液晶パネル１１ａを挟んで互いに線対称であり、スペーサ１７及び１９により形成される熱伝搬経路も、液晶パネル１１ａを挟んで互いに線対称であることから、ペルチェ素子６から液晶パネル１１ａに至る熱伝搬経路と、ペルチェ素子２１から液晶パネル１１ａに至る熱伝搬経路は、液晶パネル１１ａを挟んで互いに線対称である。よって、ペルチェ素子６及び２１が発生した熱は、互いに同様の熱伝搬経路を通って液晶パネル１１ａに伝搬し、液晶パネル１１ａは、光線１６の出射側と入射側とで同様に加熱される。

以下、本発明の実施例３による液晶装置について説明する。図５は、本発明の実施例３による液晶装置のＡ－Ａ断面図であり、図１（ｂ）に示すＡ－Ａ断面に相当する断面を示したものである。実施例３による液晶装置の特徴は、実施例２による液晶装置が有するペルチェ素子２０及び２１が熱伝導性の低い部材、例えば、樹脂で形成された熱伝導阻害フレーム２６及び２７にそれぞれ置き換えられ、偏光素子１１ｄが熱伝導阻害フレーム２６及び２７で挟持、保持されていることにある。熱伝導阻害フレーム２６及び２７には、光線１６を通過させる為の開口が設けられている。その他の構成は、実施例２と同じである。

偏光素子１１ｄを熱伝導阻害フレーム２６及び２７で挟持することにより、偏光素子１１ｄにはペルチェ素子４及び６からの熱の伝わりが遅くなるため、高温に晒される時間が減少し、長寿命化につながる。

以下、本発明の実施例４による液晶装置について説明する。図６は、本発明の実施例４による液晶装置のＡ－Ａ断面図であり、図１（ｂ）のＡ－Ａ断面に相当する断面を示したものである。実施例４による液晶装置の特徴は、実施例３による液晶装置が有するスペーサ１８及び１９、ペルチェ素子２０及び２１が省略されていることにある。その他の構成は、実施例３と同じである。

スペーサ１８及び１９とペルチェ素子２０及び２１が省略されていても、熱伝導阻害フレーム２６及び２７により、偏光素子１１ｄにはペルチェ素子４及び６からの熱が伝わり難いため、偏光素子１１ｄの長寿命化につながる。

実施例３及び４による液晶装置において、熱伝導阻害フレーム２６及び２７は、空気層や真空層などからなる隙間に置き換えられてもよく、或いは、その隙間と併用されてもよい。

本発明の液晶装置は、以上の実施形態に限定されず、その他種々の実施形態を取り得る。

１筐体
２、３ヒータ
４、６ペルチェ素子
５、７放熱器
８、９、２２、２３伝熱性透明部材
１０、１７、１８、１９スペーサ
１１光学素子ASSY
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ液晶パネル
１１ｄ偏光素子
１２、２４サーミスタ押さえねじ
１３、２５サーミスタ
１４隔壁
１５開口
１６光線
２６、２７熱伝導阻害フレーム

Claims

偏光素子と、
１つの液晶パネル又は互いに一体化された複数の液晶パネルで構成された液晶素子と、前記液晶素子の表示面の法線の方向において前記液晶素子を挟んで互いに対向する第一のヒータ及び第二のヒータと、
前記第一のヒータが発生した熱を前記液晶素子に伝搬させる、前記第一のヒータと前記液晶素子との間に設けられた、第一の熱伝搬経路と、
前記第二のヒータが発生した熱を前記液晶素子に伝搬させる、前記第二のヒータと前記液晶素子との間に設けられた、第二の熱伝搬経路と、
を有する液晶装置であって、
前記第一の熱伝搬経路と前記第二の熱伝搬経路は、前記液晶素子の前記表示面に平行な面内の直線を挟んで互いに線対称であり、
前記第二のヒータは、加熱作用のある加熱面と、吸熱作用のある吸熱面とを有する電熱素子を含み、
前記吸熱面に前記偏光素子が配置されており、
前記加熱面に前記液晶素子が配置されている、
ことを特徴とする液晶装置。
前記液晶素子の前記表示面の法線の方向において前記第二のヒータと対向する第三のヒータを有し、前記第三のヒータは、加熱作用のある加熱面と、吸熱作用のある吸熱面とを有する電熱素子を含み、前記偏光素子は、前記第二のヒータが含む前記電熱素子の前記吸熱面と、前記第三のヒータが含む前記電熱素子の前記吸熱面とで挟持されている、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。