JPH08211390A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 取り扱いが容易であり信頼性が高く製造コス
ト的にも有利な液晶パネルの冷却構造を提供する。 【構成】 液晶表示装置０は液晶パネル１と冷却器２と
を一体化した構造を有する。液晶パネル１は一対のガラ
ス基板３，４の間隙に液晶を保持しており、光透過性の
表示領域８を有する。冷却器２は光源光の照射により表
示領域８に蓄積する熱を除去する。冷却器２は表示領域
８を囲む様に片方のガラス基板４の表面に密着配置した
金属枠６を含む。金属枠６は液晶パネル１よりも高い熱
伝導性を有し、且つ液晶パネル１と同等以上の肉厚を有
しており、表示領域８に蓄積された熱を直接吸収するの
に十分な熱容量を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプロジェクタ等に組み込
まれる液晶表示装置に関する。より詳しくは、液晶パネ
ルの冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３を参照して従来の液晶プロジェク
タの構造を簡潔に説明する。液晶プロジェクタは光源２
０１を備えており、例えば強力な光源光を発するメタル
ハライドランプ２０２と回転楕円体型の反射鏡２０３と
を有している。光源２０１の前方には順に熱線カットフ
ィルタ２０４、入射側偏光板２０５、集光レンズ２０６
が配置している。さらに、集光レンズ２０６の前方には
液晶パネル２０７、出射側偏光板２０８、投影レンズ２
０９が配列している。メタルハライドランプ２０２から
出射した強力な光源光は熱線カットフィルタ２０４を通
過し不要な赤外線を除去する。さらに、入射側偏光板２
０５を通過した後集光レンズ２０６により集光され、液
晶パネル２０７に入射する。液晶パネル２０７から出射
した光は出射側偏光板２０８を通過した後投影レンズ２
０９により拡大投影され、前方のスクリーン等に画像が
映し出される。この構造はカラーフィルタを備えた液晶
パネルを１枚用いた単板式である。単板式に代え、ＲＧ
Ｂ三原色の光源光に対応して３枚の液晶パネルを組み込
んだ３板式も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】液晶パネル２０７の厚
みは１〜２mm程度であり比較的薄い。この為、光源光の
強度分布にむらがあった場合等局部的に光が集中し液晶
パネルが部分的に加熱され所謂ホットスポットが発生す
る。このホットスポットは周囲と透過率が異なる為拡大
投影された画像の品位を著しく損なう。又、光源からの
輻射熱により液晶パネルの温度が上昇し、それに伴ない
液晶の特性劣化が起る。プロジェクタで使用する液晶パ
ネルは強力な光源光により熱せられ高温となってしま
う。液晶パネルは、液晶の特性上機能を果たせなくな
る。

【０００４】その為、液晶プロジェクタでは従来から液
晶パネルを冷却する機構が組み込まれている。冷却方式
としては空冷型と液冷型が採用されている。しかしなが
ら、空冷型は騒音とダスト付着の問題がある。十分な冷
却効果を得る為送風量を増すと、ファンの高速回転によ
り騒音が激しくなる。静かな室内で映画等を観賞するプ
ロジェクタには適していない。単に空冷を行なう場合、
一般に冷却効率が低く強い風を当てる必要があり、必然
的に使用するファンも大きなものとなる。あるいは、強
い風を発生させる必要がある為騒音を伴なっていた。現
在使用されている液晶パネルは表面のガラスからしか熱
を取り出す事ができず、表面積が限れている為冷却効率
が悪い。冷却表面がガラスであるので、金属に比べ熱伝
導率が低くパネルを冷やすのに効率が悪い。又、送風に
よる冷却を行なうと装置内でダストが舞い液晶パネルや
レンズに付着すると画質の面で問題となる。一方、液冷
方式については例えば特公平６−５８４７４号公報に開
示がある。液冷方式では熱交換媒体となる液体を封入す
るので、温度上昇時の圧力抜き、気泡発生、混入異物及
び冷却液漏れ等信頼性の点で種々の問題が発生する。特
に水冷式の場合には金属部品の錆等も問題となる。又、
液冷を行なう為には多量に液体が必要となり、冷却機構
自体が大掛かりなものになってしまう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は取り扱いが容易であり信頼性が高く
製造コスト的にも有利な液晶パネルの冷却構造を提供す
る事を目的とする。かかる目的を達成する為に以下の手
段を講じた。即ち、本発明にかかる液晶表示装置は基本
的に液晶パネルと冷却器を一体化した構成を有してい
る。液晶パネルは一対のガラス基板の間隙に液晶を保持
しており、光透過性の表示領域を有する。冷却器は光源
光の照射により該表示領域に蓄積する熱を除去する。特
徴事項として、前記冷却器は該表示領域を囲む様に片側
のガラス基板の表面に密着配置した金属枠を含んでい
る。該金属枠は、液晶パネルよりも高い熱伝導性を有
し、且つ該液晶パネルと同等以上の肉厚を有しており、
該蓄積された熱を直接吸収するのに十分な熱容量を備え
ている。好ましくは、前記液晶パネルは一対のガラス基
板の周囲に取り付けられた樹脂枠を有し、該金属枠とは
別に液晶パネルの位置決めに用いる。又、前記冷却器
は、該金属枠の周辺部に接続した放熱部材を含んでお
り、該金属枠が吸収した熱を外部に放散する。

【０００６】

【作用】加熱した液晶パネルを冷却する為には、蓄積し
た熱を液晶パネルの外部へ放出する必要がある。直接液
晶と密接している部分はガラス基板であるが、その熱伝
導率は銅の様な金属材料より低い。そこで、ガラス基板
に蓄積した熱を熱伝導率の高い金属枠を取り付ける事で
さらに金属枠まで熱を引き出す。金属枠は所望の肉厚を
有し、ガラス表面に比べ表面積が大きくなっており、液
晶パネルを冷却しやすい構造を有する。以上の事から金
属枠を取り付ける事によって冷却効果を高める事ができ
る。

【０００７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる液晶表示装置の
第１実施例を表わしている。（Ａ）は本液晶表示装置の
側面図である。図示する様に、本液晶表示装置０は液晶
パネル１と冷却器２とを一体化したパッケージ構造を有
している。液晶パネル１は一対のガラス基板３，４の間
隙に液晶を保持しており、光透過性の表示領域を有す
る。一対のガラス基板３，４の周囲には樹脂枠５が取り
付けられており、液晶パネル１の位置決めに用いる。例
えば、液晶表示装置０をプロジェクタに組み込む場合、
この樹脂枠５を介して液晶パネル１がプロジェクタ内に
組み込まれ且つ精密に位置決めされる。

【０００８】一方、冷却器２は液晶パネル１の表示領域
に蓄積された熱を除去する。本発明の特徴事項として、
冷却器２は表示領域を囲む様に片方のガラス基板４の表
面に密着配置した金属枠６で構成されている。なお、金
属枠６が設けられていない他方のガラス基板３には外部
接続用のフレキシブルコネクタ７が取り付けられてい
る。本例では、ガラス基板３が光源光の入射側に位置
し、ガラス基板４が光源光の出射側に位置している。従
って、金属枠６は出射側のガラス基板４の表面に取り付
けられている。金属枠６は例えば銅材からなり液晶パネ
ル１よりも高い熱伝導性を有する。なお、銅に代えてア
ルミニウム、鉄、ニッケルその他の金属材料を用いる事
も可能である。さらに、金属枠６は液晶パネル１と同等
以上の肉厚を有しており、液晶パネル１に蓄積された熱
を直接吸収するのに十分な熱容量を備えている。即ち、
金属枠６は効率的な熱交換媒体として機能する。液晶パ
ネル１が２mm程度の厚みを有する場合、金属枠６も２mm
程度あるいはそれ以上の肉厚を有する。但し、金属枠６
の厚みが極端に大きいと、空冷を行なう時金属枠６自体
が送風を遮る惧れがあるので、この点に留意する必要が
ある。ガラス基板４から金属枠６に熱が効率良く伝わる
様に、金属枠６の表面は平坦度が高くなる様に加工され
ている。即ち、液晶パネル１の表面と冷却器２とが密接
する様な構造を採用している。

【０００９】図１の（Ｂ）は金属枠６側から見た本液晶
表示装置の平面形状を表わしている。金属枠６は液晶パ
ネルの表示領域８を囲む様に片方のガラス基板４の表面
に密着配置している。光源光の照射等により過熱した液
晶パネルを冷却する為には、蓄積された熱を外部へ放出
する必要がある。直接液晶と密接している部分はガラス
基板４であるが、その熱伝導率は一般に金属材料より悪
い。そこで、ガラス基板４に蓄積された熱を熱伝導率の
良い金属枠６を取り付ける事でさらに金属枠６まで熱を
引き出す。金属枠６はガラス基板４に比べ端部を含めた
表面積が大きくなっており熱が放散しやすい様な構造を
有する。以上の事から、金属枠６を取り付ける事によっ
て液晶パネルの冷却効果を高める事ができる。

【００１０】図２は本発明にかかる液晶表示装置の第２
実施例を示す模式的な側面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）で
ある。基本的な構成は図１に示した第１実施例と同様で
あり、対応する部分には対応する参照番号を付して理解
を容易にしている。異なる点は、金属枠６が出射側のガ
ラス基板４ではなく入射側のガラス基板３に取り付けら
れている事である。ガラス基板３に比べると熱伝導性の
良い金属枠６を直接液晶パネル１に接触して取り付ける
事により、熱を液晶パネル１から金属枠６へ逃がす。前
述した様に、この金属枠６はアルミニウム、銅、ニッケ
ル、鉄、その他の金属材料からなる。あるいは、これら
の金属の複合材料を用いても良い。金属枠６を取り付け
る事で液晶表示装置全体の表面積が増加し、プロジェク
タに組み込んだ場合に冷却しやすくなる。以上の事で強
風を用いる事なく微風で液晶パネル１を冷却する事が可
能になり、ファンによる騒音を少なくできる。金属枠６
は液晶パネル１と同等以上の肉厚を有しており、液晶パ
ネル１に蓄積された熱を直接吸収するのに十分な熱容量
を備える。例えば、液晶パネル１が２mm程度の厚みを有
するのに対し、金属枠６は４mm程度の厚みを有する。但
し、金属枠６の厚みを極端に大きくすると空冷の時金属
枠６自体が送風を遮る事があるので留意する必要があ
る。

【００１１】図３は本発明にかかる液晶表示装置の第３
実施例を示す側面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）である。基
本的な構成は図１に示した第１実施例と同様であり、対
応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易に
している。異なる点は、冷却器２が金属枠６の周辺部に
取り付けられた放熱部材を含んでいる事である。本例で
は、この放熱部材は金属枠６の外表面に接続したフィン
９からなり、金属枠６が吸収した熱を外部に放散する。
液晶パネル１から金属枠６へは熱が伝導しやすいが、そ
こで熱が滞留すると放熱効率が悪くなり冷却効果が出に
くい。そこで、放熱用のフィン９を使用し冷却効率を上
げるものである。

【００１２】図４は本発明にかかる液晶表示装置の第４
実施例を示す側面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）である。基
本的な構成は図３に示した第３実施例と同様であり、対
応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易に
している。異なる点は、放熱用のフィン９が金属枠６の
外表面ではなく、外端面に接続している事である。第３
実施例に比べると、冷却用の送風が金属枠６の内部にも
進入しやすい構成になっている。

【００１３】図５は本発明にかかる液晶表示装置の第５
実施例を示す模式的な側面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）で
ある。基本的には図１に示した第１実施例と同様の構造
を有しており、対応する部分には対応する参照番号を付
して理解を容易にしている。異なる点は、金属枠６の外
形を樹脂枠５の外形と略一致するまで大型化してあり、
金属枠６の熱容量を増やし、空冷を行なわなくても十分
に液晶パネル１から熱が逃げる様にしたものである。

【００１４】図６は本発明にかかる液晶表示装置の第６
実施例を示す模式的な側面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）で
ある。基本的な構成は図５に示した第５実施例と同様で
あり、対応する部分には対応する参照番号を付して理解
を容易にしている。異なる点は、金属枠６の周辺部を部
分的に切り欠き、そこに放熱部材として熱交換素子９ａ
を取り付けた事である。この熱交換素子９ａはペルチエ
効果を利用した半導体素子からなり、電圧印加により強
制的に熱を高温側から低温側に移動する。なお、熱交換
素子９ａの外表面には放熱用の銅箔９ｂが取り付けられ
ている。液晶パネル１の熱を先ず金属枠６に伝導させ、
さらにその熱を放熱するのに熱交換素子９ａを用いてい
る。この場合空冷を行なう必要がないので、送風による
騒音問題は全く発生しない。

【００１５】図７は本発明にかかる液晶表示装置の第７
実施例を示す模式的な側面図である。基本的な構成は図
１に示した第１実施例と同様であり、対応する部分には
対応する参照番号を付して理解を容易にしている。異な
る点は、金属枠６の端部に、放熱部材としてヒートパイ
プ９ｃを取り付けた事である。ヒートパイプ９ｃは内部
に水等の冷却材を収納しており、その蒸発作用により金
属枠６に伝達された熱を吸収する。

【００１６】図８は本発明にかかる液晶表示装置の第８
実施例を示す模式的な側面図である。基本的には図１に
示した第１実施例と同様の構成を有しており、対応する
部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしてい
る。異なる点は、押さえ部材１０を用いて金属枠６を液
晶パネル１に密着固定している事である。この押さえ部
材１０は液晶パネル１の樹脂枠５に係合する。前述した
様に、液晶表示装置０を例えばプロジェクタに組み込む
場合、樹脂枠５が金属枠６とは別に液晶パネル１の位置
決めに用いられる。この樹脂枠５に対して押さえ部材１
０を用いて金属枠６を取り付ける様にしている。

【００１７】次に、図９を参照して液晶パネルの具体的
な構成例を説明する。図示する様に、液晶パネルはガラ
ス等からなる駆動基板１０１と同じくガラス等からなる
対向基板１０２と両者の間に保持された液晶１０３とで
構成されている。駆動基板１０１には画素アレイ部１０
４と駆動回路部とが集積形成されている。駆動回路部は
垂直駆動回路１０５と水平駆動回路１０６とに分れてい
る。又、駆動基板１０１の周辺部上端には外部接続用の
端子部１０７が形成されている。端子部１０７は配線１
０８を介して垂直駆動回路１０５及び水平駆動回路１０
６に接続している。画素アレイ部１０４は互いに交差し
たゲートライン１０９と信号ライン１１０を備えてい
る。両ライン１０９，１１０の交差部には画素電極１１
１とこれを駆動する薄膜トランジスタ１１２とが集積形
成されている。一方、対向基板１０２の内表面には図示
しないが対向電極やカラーフィルタが形成されている。

【００１８】本発明の特徴事項として、例えば対向基板
１０２の外面に金属枠１１３が接合しており、液晶１０
３に蓄積した熱を吸収する。なお、図示を簡略化する為
金属枠１１３の内部形状を省略している。駆動基板１０
１は例えば０．８mm程度の厚みを有する。対向基板１０
２は例えば１．１mm程度の厚みを有する。両者を併わせ
て液晶パネルの総厚は２mm程度である。この液晶パネル
に例えば４mm程度の厚みを有する金属枠１１３を密接さ
せて液晶表示装置全体の表面積を増加させている。表面
積の増大により液晶パネルに蓄積した熱を効果的に取り
除く事ができる。液晶パネルをプロジェクタに組み込ん
だ場合、強力な光源光の照射を受ける為、何等冷却機構
を設けなかった場合、液晶１０３は例えば１００℃程度
まで昇温する。このままでは液晶１０３の液化温度を超
える場合があり、表示機能が失われる。そこで、金属枠
１１３を含めた冷却器を液晶パネルに一体化させ所望の
冷却を行なっている。これによれば１０℃〜２０℃程度
に及ぶ冷却効果が得られる。

【００１９】最後に、本発明にかかる金属枠の冷却効果
を評価する為実験を行なった。図１０の（Ａ）に示す様
に、液晶パネル１と金属枠６を一体化したサンプルを作
成し、ヒータＨで加熱しながら、温度センサＳで液晶パ
ネル１内の温度を測定した。なお、液晶パネル１の対向
基板側に金属枠６を貼り付け、液晶パネル１の駆動基板
側を防風壁Ｗに取り付けている。ヒータＨの電力は３．
４Ｗ，２．７Ｗ，２．２Ｗの３段階にセッティングし
た。温度センサＳは液晶パネル１の液晶部分に直に挿入
されている。液晶パネル１は樹脂枠で囲まれており、そ
の厚みは２mm程度である。一方金属枠６は銅材料からな
り、その厚みは３mm程度である。枠外形寸法は４０mm×
２７mmであり、枠内形寸法３２mm×１９mmである。

【００２０】図１０の（Ｂ）に示す様に、温度測定に当
たっては予め防風壁に沿って横方向から冷却用の送風を
行なっている。風速は０，０．５，１．８，２．７ｍ／
ｓにセッティングされている。風速測定は液晶表示装置
０の側端部において行なった。

【００２１】図１０（Ｃ）に測定結果を示す。縦軸に液
晶パネル１の内部温度を示し、横軸に風速をとってあ
る。なお、ヒータＨの電力は３．４Ｗに設定した。この
グラフで実線カーブは金属枠を取り付けなかったデータ
を示し、点線カーブは金属枠を取り付けた場合のデータ
を表わしている。図示する様に、送風を行なわない場
合、金属枠を取り付けないと液晶パネル温度は１６０℃
近くまで昇温する。冷却用送風の速度を高めるに従い液
晶パネル温度が低下する。これに対し、金属枠を取り付
けると、それ自体で液晶パネル温度が１０℃〜２０℃低
下し、顕著な冷却効果が得られる。

【００２２】図１１は、ヒータＨの電力を２．７Ｗまで
下げた場合のデータであり、その他の条件は図１０の
（Ｃ）に示した場合と同様である。ここでも、金属枠を
液晶パネルに取り付ける事により、１０℃程度の冷却効
果が得られている。この冷却効果は送風により顕著とな
る。

【００２３】図１２は、さらにヒータＨの電力を２．２
Ｗまで下げた場合を表わしている。ここでも金属枠を液
晶パネルに取り付ける事により、１０℃程度の冷却効果
が得られている。この冷却効果は送風により顕著とな
る。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、液
晶パネルの表示領域を囲む様に片方のガラス基板の表面
に金属枠を密着配置している。この金属枠は液晶パネル
よりも高い熱伝導性を有し、且つ液晶パネルと同等以上
の肉厚を有しており、表示領域に蓄積された熱を直接吸
収するのに十分な熱容量を備えている。これにより、従
来の液晶表示装置に比べ液晶パネルを効率良く冷却する
事が可能になり、約１０℃〜２０℃程度の冷却効果が得
られる。冷却効率が改善できるので、その分空冷ファン
の送風を弱くする事が可能となる。この事で、ファンの
騒音を低く抑える事ができる。金属枠を液晶パネルに取
り付けるだけなので組み立てが容易である。液冷構造の
様に液漏れ等が生ずる惧れはなく、信頼性等に高度の配
慮をする必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示装置の第１実施例を示
す模式的な側面図及び平面図である。

【図２】第２実施例を示す側面図及び平面図である。

【図３】第３実施例を示す側面図及び平面図である。

【図４】第４実施例を示す側面図及び平面図である。

【図５】第５実施例を示す側面図及び平面図である。

【図６】第６実施例を示す側面図及び平面図である。

【図７】第７実施例を示す側面図である。

【図８】第８実施例を示す側面図である。

【図９】液晶パネルの具体的な構成例を示す模式的な斜
視図である。

【図１０】冷却効果の測定方法及び測定結果を示す模式
図である。

【図１１】冷却効果の測定結果を示すグラフである。

【図１２】冷却効果の測定結果を示すグラフである。

【図１３】液晶パネルを組み込んだ液晶プロジェクタの
一般的な構成を示す模式図である。

【符号の説明】

０ 液晶表示装置 １ 液晶パネル ２ 冷却器 ３ ガラス基板 ４ ガラス基板 ５ 樹脂枠 ６ 金属枠 ８ 表示領域 ９ フィン（放熱部材）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のガラス基板の間隙に液晶を保持し
   ており光透過性の表示領域を有する液晶パネルと、光源
   光の照射により該表示領域に蓄積する熱を除去する冷却
   器とを一体化した液晶表示装置であって、 前記冷却器は、該表示領域を囲む様に片方のガラス基板
   の表面に密着配置した金属枠を含み、 該金属枠は、該液晶パネルよりも高い熱伝導性を有し、
   且つ該液晶パネルと同等以上の肉厚を有しており、該蓄
   積された熱を直接吸収するのに十分な熱容量を備えた事
   を特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記液晶パネルは、一対のガラス基板の
   周囲に取り付けられた樹脂枠を有し、該金属枠とは別に
   液晶パネルの位置決めに用いる事を特徴とする請求項１
   記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記冷却器は、該金属枠の周辺部に接続
   した放熱部材を含んでおり、該金属枠が吸収した熱を外
   部に放散する事を特徴とする請求項１記載の液晶表示装
   置。