JPH04125537A - 偏光板及び液晶パネル用冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液晶プロジェクタ等に使用される偏光板及び
液晶パネルの高温劣化を防止するための冷却装置に関す
る。

［従来の技術１ 液晶を使用したプロジェクタによってカラー画像を得る
とき、一般的に第７図に概略を示した構成により、スク
リーンに必要とする画像を投影している。

すなわち、投写光源りから出射された光Ｌｓは、青色、
赤色及び緑色の成分をもった光であり、凹面鏡ＣＭで反
射された後、コンデンサレンズＣＬによって平行な光束
にされる。次いで、ダイクロインクミラーＤＭｂで青色
光Ｌｂが分離された後、Ｄ　Ｍ　ｒで赤色光Ｌｒが分離
され、残りの緑色光Ｌ４が直進する。

青色光Ｌｂは、ダイクロイックミラーＤＭｂで反射され
て光軸を直角に曲げられ、ミラーＭｂで更に反射される
。また、赤色光Ｌｒは、ダイクロイックミラーＤＭｒで
反射されて光軸を直角に曲げられ、ミラーＭｒで更に反
射される。そして、青色光Ｌｂ及び赤色光Ｌｒは、それ
ぞれミラーＭｂ及びＭｒで直角に曲げられ、直進してき
た緑色光Ｌｇと平行な光束となって同一方向に進む。

各色Ｌｂｔ　　Ｌｒｔ　Ｌｇの光路には、光路に対し直
角に透過型液晶表示ノ＞１’ネルＬ　Ｃｂ、　　Ｌ　Ｃ
ｒ、　　Ｌ　Ｃｇが設けられている。これら透過型液晶
表示パネルＬＣｂ、ＬＣｒ、ＬＣｇを通過した各色Ｌｂ
、Ｌｒ、Ｌｇは、各色の画像情報をもった透過光ｆｔｂ
、ｌｒ、１ｇとなる。青色透過光１ｂは、ミラーＭｂ及
びダイクロイックミラーＤＭｂで反射されて、緑色透過
光１ｇの光路に入る。他方、赤色透過光Ｊｌｒは、ミラ
ーＭｒ及びダイクロイックミラーＤＭｒで反射されて、
緑色透過光１ｇの光路に入る。

このようにして、全ての透過光ＪＬｂｔ　、！　ｒｔ　
Ｉｔ　ｇが重なりあった集合透過光ＩＳとなる。ここで
、各液晶表示パネルＬｃｂ、ＬＣｒ、ＬＣｇと投写レン
ズＰＬまでの光路長をすべて等しくなるように、ミラー
Ｍｂ、Ｍｒ、Ｍｇｔ　液晶表示パネルＬＣｂ、ＬＣｒ。

ＬＣｇ等を配置している。そのため、集合透過光ＩＳは
、投写レンズＰＬで屈折され、スクリーンＳ上に拡大し
た画像となる。

この種の投写装置においては、スクリーンＳ上に明るい
画像を投写させるため、強力な投写用光＠Ｌが使用され
る。また、光源りから出射した光Ｌｓを凹面鏡ＣＭ及び
コンデンサレンズＣＬによって集束させ、平行光線とし
て液晶表示パネルＬＣｂ＋　　Ｌ　Ｃｒｔ　Ｌ　Ｃｇに
出射している。或いは、凹面鏡ＣＭに代えて放物面鏡や
楕円面鏡等を使用することもある。

何れの場合にあっても、強力な投写用光源りを使用し、
集束された平行光線として液晶表示パネルＬ　Ｃｂ、　
　Ｌ　（、ｒ、　　Ｌ　Ｃｇに当てている。そのため、
この光熱によって液晶表示パネルＬ　Ｃｂ、　　Ｌ　Ｃ
ｒ。

ＬＣｇが高温に加熱される。　ところが、液晶表示パネ
ルＬＣｂ、ＬＣｒ、ＬＣｇに組み込まれている偏光板や
液晶パネルは、高温、高温になると特性を著しく劣化さ
せる。たとえば、市販の偏光板は、温度６０℃、相対湿
度９０％程度の雰囲気下で、偏光能を失ってしまう。ま
た、液晶パネルも、所定の液晶を形成することができな
くなり、画像の鮮明度を劣化させる。

高温による特性の劣化を避けるため、液晶表示パネルを
冷却し、定格温度以下に維持することが必要である。そ
こで、第８図に示した空冷式の冷却装置が従来から使用
されている。

この冷却装置においては、冷却される液晶表示パネルＬ
　Ｃｂ、　　Ｌ　Ｃｒ、　　Ｌ　Ｃｇをベース板ＳＰに
取付け、ベース板ＳＰの所定箇所に液晶表示パネルＬＣ
ｂ、　　Ｌ　Ｃｒ、　　Ｌ　Ｃｇそれぞれの両面に臨む
開口ｗｂ。

Ｗｒ、Ｗｇを形成している。そして、ベース板ＳＰの反
対側に、冷却用ファンＣＦを配置し、ファンブレードＦ
Ｂの回転によって生じた冷却風ｃｗを液晶表示パネルＬ
　Ｃｂ、　　Ｌ　Ｃｒ、　Ｌ　Ｃｇの表面に沿って流す
ようにしている。

光の照射によって高温になった液晶表示パネルＬＣｂ、
ＬＣｒ、ＬＣ１（７）表面に冷却ａＣＷが接触しながら
流れる。そのため、液晶表示パネルＬＣｂ。

ＬＣｒ、ＬＣｇは、冷却風ＣＷによって冷却される。

また、受熱し７た冷却風ＣＷは、高温になって系外に流
呂する。

（発明が解決しようとする課題］ 冷媒による冷却効果は、発熱体の発熱量をＱ。

発熱面積をＡとし、発熱体と冷媒との間の熱伝達率をα
とするとき、雰囲気温度に対する発熱体の温度上昇ΔＴ
は、次式で表される６ ΔＴ＝Ｑ／αＡ ここで、熱伝導率をλ２代表長さをり、プラントル数を
Ｐｒ、冷媒の流速を１１．冷媒の動粘性係数をヤとする
とき、熱伝達率αは、次式で表される。

ａ　＝　−Ｘｏ、６６４Ｐｒ’　　２Ｘ　　Ｃｕ　Ｌ／
　ｖ　）　　”２したがって、冷却風ＣＷにより液晶表
示パネルＬＣｂ、ＬＣｒ、ＬＣｇを冷却するとき、理論
的には冷却風ＣＷの風量を増加するほど冷却効果が大き
くなる。しかし、この冷却風の風量と冷却効果の上昇と
の間には一定の限界があり、ある値を超えて冷却風を供
給しても、風景の増加に見合った冷却効果の上昇が期待
できない。

たとえば、液晶表示パネルを構成する偏光板の表面に室
温の冷却風を当てて偏光板の温度を測定したところ、第
９図に示すような結果が得られた。

すなわち、冷却風の流速が小さなｇｘ域では、冷却風の
流速上昇に伴って偏光板の冷却が促進され、雰囲気温度
より十数°Ｃ高い温度まで偏光板の温度が下降する３　
し７かし、この冷却曲線は、冷却風の流速が大きくなる
に従って次第に勾配が小さくなる。そし７て、流速が１
．０ｍ、／秒を超えるようになると、偏光板の温度降下
はほとんどみられなくなる。

ところが５　最近の液晶を使用した表示装置では、大出
力の光源を使用し、鮮明な画像を得ようとする傾向にあ
る。この傾向に伴って、偏光板や液晶パネルの発熱量も
増加する。このような発熱量の大きな偏光板や液晶パネ
ルを空冷しても、第９図に示すように充分な冷却効果が
得られず、偏光板や液晶パネルが耐熱温度を超えてしま
い、表示装置の誤動作や故障の原因となる。この点で、
光量の増加が規制され、明るい画像を得ることが困難で
あった２ そこで、本発明者等は、このような問題を解消するため
、熱容量の大きな冷却液を使用して偏光板及び液晶パネ
ルを冷却することを提案し、たとえば実開昭６０−１３
６０４５号公報等で紹介し７た。

本発明は、この冷却液を使用した冷却方法を更に発展さ
せて、偏光板、液晶パネル等から冷媒への熱伝達率を増
加させることにより、大出力の光源を使用する場合にあ
っても液晶表示パネルを確実に定格温度以下に維持し、
鮮明な画像を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段１ 本発明の冷却装置のうち、自然対流によって冷却液を内
部循環させるものは、前記の目的を達成するため、偏光
板に面接触する一面をもち、他面側にコンデンサレンズ
或いは液晶パネルが配置された冷却装置であって、内部
に冷却液が充填され、少なくとも上部に放熱フィンが設
けられた中空状の冷却器と、該冷却器の内部に詮けられ
、上下方向に延びた対流促進部材とを備えており、該対
流促進部材は、断熱層と熱伝導層とを重ね合わせた積層
構造をもち、前記断熱層を前記冷却器の中央側に向けて
配置されていることを特徴とする。

また、冷却液を外部循環させる形式の冷却装置は、偏光
板に面接触する一面をもち、他面側にコンデンサレンズ
或いは液晶バネルカ（１己置された冷却装置であって、
内部に冷却液が充填さｔ７た中空状の冷却器と、該冷却
器の側部に設けられ、上下方向に延びた循環用管部とを
備えており、該循環用管部に冷却機構を付設しているこ
とを特徴とする。

［作　　　用］ 発熱体を空冷するとき、冷却風の風量をある値以上に増
加させても、所与の冷却効果が得られないのは、冷却風
の熱容量が／ｈさいこと、発熱体から冷却風への熱伝達
及び冷却風の間での熱伝導が充分に行われないこと等に
起因するものと考えられる。たとえば、発熱体の表面に
沿って流れる冷却風は、発熱体から受熱して温度が上昇
するが、この昇温にともなって体積膨張する。そし７て
、流速が大きくなるほど、冷却風が層流状に流れる傾向
が強くなる。その結果、膨張し７た高温の冷却風が発熱
体の表面に接し１発熱体と冷却風との間の温度差が小さ
くなり、発熱体から冷却風への熱伝達率が低下する。

これに対し、冷却液を使用して発熱体を冷却する場合、
冷却液の熱容量が大きく、また発熱体から冷却液への熱
伝達も良好であるため、放熱効率が優れたものとなる。

また、発熱体からの放熱によって昇温した冷却液は対流
し、て、常に低温の冷却液が発熱体の表面に対向する。

そのため、発熱体と冷却液との間の温度差も大きく、多
量の熱が発熱体から冷却液に伝達される。したがって、
偏光板、液晶パネル等の発熱体を定格温度以下に維持す
ることができ、液晶表示装置の確実な作動が保証される
。

このとき、対流促進部材によって、冷却器の内部に冷却
液の循環路が形成する。そして、内側では冷却液の温度
降下を防ぎながら、冷却液の上昇を積極的に行う。他方
、外側の循環路では、放熱を促進させ、低温になった冷
却液が流下する２まだ、外部循環方式では、放熱によっ
て昇温した冷却液の上昇流により、冷却器の上方にある
高温の冷却液が外部循環路に押し出される。この外部循
環路に液比した冷却液は、管壁を介した熱交換によって
冷却され、下降流となる。そして、低温になった冷却液
は、冷却器の下部に流入する。

このように形成された循環路によって、偏光板。

液晶パネル等の発熱体は、常に低温の冷却液で放熱され
、耐用限界温度よりも充分低い温度に維持される。しか
も、冷風に比較し熱伝導率が大きな冷却液を対流させな
がら冷却が行われるので、偏光板及び液晶パネルは、各
部均一に冷却される。

［実　施　例］ 以下、第１図〜第６図を参照しながら、実施例によって
本発明を具体的に説明する。

実施例１： 本実施例においては、第１図に示すような構造をもつ冷
却器を使用した。

この冷却器１０は、薄い長方形の内部空間１１を区画す
る器壁１２を備えている。器壁１２の外周側には、複数
の放熱フィン１３が上部及び側部に形成されている。内
部空間１１には、エチレングリコール等の非揮発性液体
が冷却液１４として充填されている。

内部空間１１には、一対の対流促進部材２０が左右の対
称位置に設けられている。対流促進部材２０は、ガラス
等の断熱層２１とアルミ等の熱伝導性の良好な金属等で
てき′た熱伝導層２２とを積層しており、断熱層２１を
内債１に向けて配置されている。対流促進部材２０の高
さは、内部空間１１の有効光透過領域Ｓの高さよりも若
干大きく設定されている。なお、熱伝導層２２は、器壁
１２及び放熱フィン１３への熱伝導を向上させるため、
冷却器１０の器壁１２に一体的に結合されていることが
好ましい。

冷却器１０に対して、たとえば第２図に示すように、−
面に偏光板３ｏを、他面に液晶パえル４０を密着させて
配置する。この状態で、適宜の光源から出射された光り
を偏光板３０に照射する。

偏光板３ｏを透過した光は、冷却器１ｏに充填されてい
る冷却液１４及び液晶パネル４ｏを通過して、所定の情
報をもった情報光λとし、て送り出される。

このとき、投射光りは、光量の約半分が偏光板３０でカ
ットされた後、冷却液１４内を通過する。

また、液晶パネル４０ｆｌｌ！ｆでは、結像しようとす
るパターンに合わせて光路のオン・オフが行われる８そ
のため、偏光板３０及び液晶パネル４０でカットされた
光量は、熱量に変換されて蓄えられ、偏光板３０及び液
晶パネル４０を昇温させる。

偏光板３０及び液晶パネル４０が冷却器１０に接触して
いるので、それぞれに発生した熱は、冷却器１０の器壁
を通じて冷却液１４に伝えられ、冷却液１４を昇温させ
る３ 昇温した冷却液１４は、比重が小さくなり、上昇流１５
となって対流促進部材２０で挟まれた内部空間１１を上
昇する。この上昇過程で、上昇流１５の両側が断熱層２
１に囲まれているため、冷却液１４が温度降下すること
がない。したがって、冷却液１４は、円滑に上昇が行わ
れ、内部空間１１の上部に高温の冷却液１４が溜る。

上部にある冷却液１４は、上昇流１５により側方に押し
やられる。また、この部分で、冷却液１４の熱は、冷却
器１ｏの器壁１２に伝えられ、放熱フィン１３を介して
外部に散散される。その結果、冷却液１４は、温度降下
し、比重を大きくする。

冷却された冷却液１４は、下降流１６として側部の器壁
１２と熱伝導層２２との間を流下する、この過程で、冷
却液１４の熱は、器壁１２及び熱伝導層２２に伝達され
、放熱フィン１３を介し外部に放散される。そのため、
冷却液１４の温度降下が一層進み、下降流１６の流下が
促進される。

このようにして、冷却器１０の内部空間１１で冷却液１
４の対流が促進され、常に低温の冷却液１４が有効光透
過領域Ｓに供給される。その結果、偏光板３０及び液晶
パネル４０の冷却が効率よく行われ、偏光板３０及び液
晶パネル４０を附用限昇温度以下に維持することができ
る。

たとえば、第８図に示した空冷方式によるとき、作動中
の偏光板及び液晶パえルは、耐用限界温度直下の５８℃
であった。また、内部空間１１に対流促進部材２０を配
置していない冷却器１０を使用した冷却方式にあっては
、同じく作動中の偏光板３０及び液晶パネル４０は、５
６　’Ｃに椎￥！された２　これに対し、対流促進部材
２Ｑを備えた冷却器を使用したとき、温度５５°Ｃ琳下
に偏光板３０及び液晶パネル４０を維持しながら表示装
置を作動させることができた。

このことから、本実施例の冷却方式によるとき、鮮明な
画像を得るために光源の出力を大きくしても、偏光板３
０及び液晶パ克ル４０が耐用限界温度６０’Ｃ（相対湿
度９０％）を超えることなく、表示装置を正常に作動で
きることが判る。

なお、器壁１２の上部及び下部内面に、内部空間上１に
突出する突起１７を形成してもよい。この突起１７は、
下降流１６が偏向して上昇流１５となるときのガイドと
して機能し、対流を一層促進させる。なお、突起１７の
大きさは、その先端が有効光透過領域Ｓの内部に突出し
７ないようなサイズに選定する。

実施例２： 本実施例においては、第３図に示すように、冷却器１ｏ
の天側に外部′４環用管部１８を設けている。外部循環
用管部１８の一端は、冷却器１０の内部空間１１の上部
に開口し、高温の冷却液１４が流入する入り側開口とな
っている。また、外部循環用管部１８の他端は、冷却器
上○の内部空間１１の下部に開口し、温度降下した冷却
液１４が内部空間上１に流入する出側開口となっている
。

外部循環用管部１８は、器壁１２の側部から一定の間隙
１９をおいて、器壁１２とほぼ平行に上下方向に延びて
いる。そして　外部ｍｉ用管部１８の周囲に放熱フィン
１３が設けら九ており、外部循環用管部上８を流下する
冷却液１４が管壁全周と熱交換される。

また、器壁１２の上部及び下部は、内部空間１１に向か
って突出する湾曲面１２ａ及び１２ｂとなっている。

上側湾曲面１２ａは、偏光板３０及び液晶パネル４０と
の熱交換によって昇温し７た冷却液１４を外部循環用管
部１８に流入させるガイドとして働く３　そして、上側
湾曲面１２ａが中央部で内部空間上１側に最も突出して
いるため、上昇流１５として上昇した高温の冷却液１４
が内部空間１１の上部に滞留することが防止される２ 下＠湾曲面１２ｂは、外部循環用管部１８の出側開口に
連続し、冷却液１４の流路断面積を急激に増加させる形
状となっている。そのため、外部循環用管部１８から流
入した冷却液１４は、攪拌作用を受けながら、内部空間
１１の下部全域に一様に供給される。したがって、有効
光ｉ！過領領域の水平方間全長にわたり、均等に冷却さ
れた冷却液１４が送られ、偏光板３０及び液晶パネル４
０を均一に冷却する。

器壁上２．外部循環用管部１８．放熱フィン１３等は、
たとえばアルミ等の熱伝導性に優れた材質を押出し成形
、プレス成形等によって一体的に作ることができる。そ
し５て、第４図に示すように、主面にガラス板５０を取
り付けて、光透過面とする。或いは、ガラス板５０に代
え、偏光板３０及び／又は液晶パネル４０を冷却器１０
の主面側に直接取り付け、器壁上２の一部とすることも
可能であるっ なお、第３図では、自然対流によって内部空間１１から
外部循環用管部１８に冷却液１４を流している。しかし
、この自然対流に代えて、第５図に示すように、外部循
環用管部１８の一部に、送液ポンプ６０を設け、冷却液
１４を強制循環させる方式を採用することもできる。ま
た、外部循環用管部１８の途中に熱交換部（図示省略）
を組み；ムみ、外部循環用管部１８内を冷却液１４が流
動する過程で、冷却液１４を冷却することができる。

この場合、外部循環用管部１８を長くし、冷却器１０か
ら離れた位置に送液ポンプ６ｏを配置できる２　そのた
め、冷却装置が大型化せず、設計の自由度が増加する。

また、第３図及び第４図の例では、冷却器１゜の全周に
放熱フィン１３を設けている。しかし、この放熱フィン
１３の配置は、第１図に示したように器壁１２の底部を
除く箇所、或いは器壁１２の上部のみとすることも可能
である。

実施例３： 本実施例においては、第４図に示した冷却装置を使用し
た。　そし７て、冷却器１０に取り付けたガラス板５０
に偏光板３０を配置し、第６図に示すように偏光板３０
を下向きにし７て傾斜配置し・た。

また、液晶パネル４０は、冷却器１０の反対面に取り付
けた。

この状態で偏光板３０及び液晶パネル４０を冷却すると
き、偏光板３０の放熱によって昇温した冷却液１４は、
上昇流１５となって冷却器１０の内部を上昇する。その
ため、比較的高温の冷却液１４が液晶パネル４０側を流
れ、熱破壊し易い偏光板３０側には低温の冷却液１４が
供給される。

その結果、偏光板３０に対する冷却が効率よく行われる
。

なお、第６図に示した傾斜配置は、第１図及び第５図に
示し７た冷却装置に対しても、同様に適用することがで
きる。

［発明の効果１ 以上に説明し、たように、本発明においては、冷却液を
使用して表示装置の偏光板及び液晶パネルを冷却すると
き、冷却器内で冷却液を積極的に対流或いは循環させる
ことにより、従来の空冷方式に比較し、て格段に冷却能
力を大きくすることが可能となる。　そのため、偏光板
や液晶パネルが耐用温度を超えることがなくなり、表示
装置が確実で安定した作動をし、鮮明な画像を得ること
ができ、装置に対する信頼性が高いものとなる。また、
大出力の光源を使用した場合にあっても、偏光板及び液
晶パネルの昇温を抑制することができ、鮮明な画像が得
られ、大型の液晶表示装置にも適したものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１で使用し、た冷却装置の概略
を示し、第２図は偏光板及び液晶パネルを取り付けた状
態を示し、第３〜５図は実施例２で使用した冷却装置の
＠略を示し、第６図は冷却装置を傾斜配置した状態を示
す。他方、第７図はカラー用液晶プロジェクタの作動を
説明するための図、第８図は従来の空冷方式の冷却装置
を使用して液晶表示装置を冷却している状態を説明する
ための図、第９図は空冷方式の冷却における問題を説明
するための図である。 １０・・・冷却器、１１・・・内部空間、１２・・・器
壁、１２ａ・・・上側湾曲面、１２ｂ・・・下側湾曲面
、１３・・・放熱フィン、１４・・・冷却液、１５・・
・上昇流、１６・・・下降流、１７・・・突起、１８・
・・外部循環用管部。 １９・・・間隙、２０・・・対流促進部材、２１・・・
断熱層。 ２２・・・熱伝導層、３０・・・偏光板、４０・・・液
晶パネル、５０・・・ガラス板、６０・・・送液ポンプ
、Ｓ・・・有効光透過領域、Ｌ・・・投射光、ｉ・・・
情報光特許呂願人　　パイオニア株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）偏光板に面接触する一面をもち、他面側にコンデ
   ンサレンズ或いは液晶パネルが配置された冷却装置であ
   って、内部に冷却液が充填され、少なくとも上部に放熱
   フィンが設けられた中空状の冷却器と、該冷却器の内部
   に設けられ、上下方向に延びた対流促進部材とを備えて
   おり、該対流促進部材は、断熱層と熱伝導層とを重ね合
   わせた積層構造をもち、前記断熱層を前記冷却器の中央
   側に向けて配置されていることを特徴とする偏光板及び
   液晶パネル用冷却装置。
2. （２）偏光板に面接触する一面をもち、他面側にコンデ
   ンサレンズ或いは液晶パネルが配置された冷却装置であ
   って、内部に冷却液が充填された中空状の冷却器と、該
   冷却器の側部に設けられ、上下方向に延びた循環用管部
   とを備えており、該循環用管部に冷却機構を付設してい
   ることを特徴とする偏光板及び液晶パネル用冷却装置。