WO2024090334A1 - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

投射型表示装置（１００）は、反射型液晶表示素子（１）、ヒートシンク（２）、発熱源（３）、冷却ファン（５）を備える。反射型液晶表示素子（１）の長手方向または短手方向の少なくとも一方の方向において、反射型液晶表示素子（１）の長さをＬ１、発熱源（３）の長さをＬ３、ヒートシンク（２）のベース（２１）の板厚をｔとする。発熱源（３）の長さＬ３が反射型液晶表示素子（１）の長さＬ１内に位置するように、反射型液晶表示素子（１）と発熱源（３）とがベース（２１）を挟んで対向する。発熱源（３）の長さＬ３はＬ３≧Ｌ１－２ｔを満たす。

Description

投射型表示装置

　本開示は、投射型表示装置に関する。

　反射型液晶表示素子によって照明光を画像信号に応じて光変調して、スクリーンに投射する投射型表示装置が普及している。投射型表示装置を反射型液晶表示素子が低温の状態で動作させることは好ましくなく、反射型液晶表示素子が高温となることも好ましくない。そこで、投射型表示装置は、反射型液晶表示素子を加熱する構成を備えたり、反射型液晶表示素子を冷却する構成を備えたりする（特許文献１及び２参照）。

特開２０１２－１４５６８９号公報 特開２０１８－４９２０７号公報

　発熱源によって反射型液晶表示素子を効果的に加熱することができ、発熱源が、反射型液晶表示素子を冷却する冷却性能をほとんど低減させることのない投射型表示装置とすることが望まれる。本発明は、発熱源によって反射型液晶表示素子を効果的に加熱することができ、かつ、発熱源が、反射型液晶表示素子を冷却する冷却性能をほとんど低減させることのない、反射型液晶表示素子の加熱機能及び冷却機能の双方を備える投射型表示装置を提供することを目的とする。

　１またはそれ以上の実施形態の一態様は、板状のベースを有するヒートシンクと、前記ベースの第１の面に固着されている反射型液晶表示素子と、前記ベースの前記第１の面と対向する第２の面に固着されている発熱源と、前記ヒートシンクに冷却風を当てる冷却ファンとを備え、前記反射型液晶表示素子の長手方向または短手方向の少なくとも一方の方向において、前記反射型液晶表示素子の長さをＬ１、前記発熱源の長さをＬ３、前記ベースの板厚をｔとすると、前記発熱源の長さＬ３が前記反射型液晶表示素子の長さＬ１内に位置するように、前記反射型液晶表示素子と前記発熱源とが前記ベースを挟んで対向し、前記発熱源の長さＬ３はＬ３≧Ｌ１－２ｔを満たす投射型表示装置を提供する。

　１またはそれ以上の実施形態に係る投射型表示装置によれば、発熱源によって反射型液晶表示素子を効果的に加熱することができ、かつ、発熱源が、反射型液晶表示素子を冷却する冷却性能をほとんど低減させることがないから、反射型液晶表示素子を最適な温度で動作させることができる。

図１は、１またはそれ以上の実施形態に係る投射型表示装置を示す図である。 図２は、１またはそれ以上の実施形態に係る投射型表示装置におけるヒートシンク及び発熱源を示す斜視図である。 図３は、図２におけるＹ１－Ｙ２断面図である。 図４は、１またはそれ以上の実施形態に係る投射型表示装置における環境温度と素子温度との関係を示す特性図である。 図５は、１またはそれ以上の実施形態に係る投射型表示装置における光源駆動電流の電流値と素子温度との関係を示す特性図である。

　以下、１またはそれ以上の実施形態に係る投射型表示装置について、添付図面を参照して説明する。図１に示す１またはそれ以上の実施形態に係る投射型表示装置１００は、反射型液晶表示素子１、ヒートシンク２、発熱源３、冷却ファン５、発熱源３の駆動回路３０ａ及び３０ｂ、温度センサ４１及び４２、冷却ファン５の駆動回路５０を備える。反射型液晶表示素子１はヒートシンク２のベース２１の第１の面に固着されており、発熱源３はベース２１の第１の面と対向する第２の面に固着されている。冷却ファン５は、ヒートシンク２の後方に配置されている。

　投射型表示装置１００は、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）を変調する３つの反射型液晶表示素子１を備える。投射型表示装置１００は、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用それぞれの反射型液晶表示素子１に対して、図１に示すように構成されていることが好ましい。投射型表示装置１００は、Ｂ光用の反射型液晶表示素子１に対してのみ、図１に示すように構成されていてもよい。

　投射型表示装置１００における、反射型液晶表示素子１に照明光を照射する照明光学系、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用それぞれの反射型液晶表示素子１で変調された照明光を合成する合成光学系、合成光学系で合成された合成光をスクリーンに投射する投射光学系は従来の構成と相違しないので、図１においてはそれらの構成の図示を省略している。照明光学系、合成光学系、投射光学系の構成は、特許文献２に記載されている構成でよい。

　但し、照明光の光源として青色レーザ光を射出する青色レーザ光源を用いる投射型表示装置１００において、特に１またはそれ以上の実施形態による効果を発揮する。

　図２に示すように、ヒートシンク２は、板状のベース２１と、ベース２１の上面に一体的に形成された複数のフィン２２とを有する。ヒートシンク２は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。ヒートシンク２の中央部には、フィン２２が形成されておらず、ベース２１の上面が所定の面積で露出したフィン非形成部２３が設けられている。フィン非形成部２３のベース２１の上面には、発熱源３が固着されている。

　発熱源３として、セラミックヒータを用いることが好ましい。セラミックヒータ表面のセラミックは熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ程度で、熱伝導率が比較的高い。よって、発熱源３としてセラミックヒータを用いると、反射型液晶表示素子１で発生した熱はヒートシンク２に伝わり、さらにフィン非形成部２３上のセラミックヒータに伝わって、熱を効率よく空気中へ放熱することができる。一方、発熱源３としてシリコンラバーヒータを用いるとすると、シリコンラバーヒータ表面のゴムの熱伝導率は１．４～８Ｗ／ｍ・Ｋで、熱伝導率が低い。よって、反射型液晶表示素子１で発生した熱はヒートシンク２に伝わるものの、フィン非形成部２３上のシリコンラバーヒータには伝わりにくく、熱を効率よく空気中へ放熱することができない。

　図２におけるＸ方向は反射型液晶表示素子１の長手方向であり、Ｙ方向は反射型液晶表示素子１の短手方向である。図３は、図２のＹ１－Ｙ２断面図である。図１における反射型液晶表示素子１及びヒートシンク２は、反射型液晶表示素子１及びヒートシンク２をヒートシンク２のＸ方向に沿った側面から見た状態を示している。

　図１において、反射型液晶表示素子１及びヒートシンク２には、それぞれ温度センサ４１及び４２が取り付けられている。温度センサ４１の出力は駆動回路３０ａに供給され、温度センサ４２の出力は駆動回路３０ｂに供給される。例えば、駆動回路３０ａをマイクロプロセッサを用いた構成とし、駆動回路３０ｂをマイクロプロセッサを用いない簡易の回路としてもよい。温度センサ４１は、反射型液晶表示素子１内の回路として構成されていてもよい。この場合、反射型液晶表示素子１に電力が供給されていない状態では、温度センサ４２が用いられ、反射型液晶表示素子１に電力が供給されている状態では温度センサ４１が用いられてもよい。ヒートシンク２に取り付けられている温度センサ４２として、温度によって抵抗値が変化するサーミスタを用いることができる。

　駆動回路３０ａは、温度センサ４１が検出した温度に応じて発熱源３を駆動する。駆動回路３０ｂは、温度センサ４２が検出した温度に応じて発熱源３を駆動する。

　駆動回路３０ａは、投射型表示装置１００が動作して反射型液晶表示素子１が駆動されている状態で、温度センサ４１が検出した温度が所定の温度以下であるとき、発熱源３が発熱するよう発熱源３を駆動する。このとき、駆動回路３０ａをマイクロプロセッサを用いた構成とすれば、駆動回路３０ａは高精度に反射型液晶表示素子１の温度を制御することができる。

　駆動回路３０ｂは、投射型表示装置１００が動作せず反射型液晶表示素子１が駆動されていない状態で、温度センサ４２が検出した温度が所定の温度以下であるとき、発熱源３が発熱するよう発熱源３を駆動する。このとき、温度センサ４２としてサーミスタを用いれば、温度センサ４２にわずかな電流を流すのみでヒートシンク２の温度を検出することができる。また、駆動回路３０ｂを簡易の回路とすれば、駆動回路３０ｂを動作させるのに大きな電力を必要せず、温度センサ４２が検出した温度に応じて発熱源３を駆動することができる。

　このように、投射型表示装置１００が、温度センサ４１及び４２と駆動回路３０ａ及び３０ｂを備えれば、投射型表示装置１００が動作していない状態及び動作している状態のそれぞれで適切に発熱源３を駆動することができる。投射型表示装置１００が動作していない状態で環境温度が低い状態に長時間さらされていたとしても、駆動回路３０ｂが発熱源３を駆動して反射型液晶表示素子１の温度を上昇させておくことができる。よって、投射型表示装置１００の電源が投入されて投射型表示装置１００が動作を開始した後、短時間で反射型液晶表示素子１を所望の温度とすることができ、投射型表示装置１００の起動時間を短くすることができる。

　駆動回路５０は、温度センサ４１または４２が検出した温度が高温の所定の温度以上であるとき、冷却ファン５による冷却風をヒートシンク２に当てるよう冷却ファン５駆動する。

　このように、発熱源３が発熱すれば、熱はヒートシンク２のベース２１を介して反射型液晶表示素子１に伝達し、反射型液晶表示素子１の温度が上昇する。発熱源３が発熱していない状態で、反射型液晶表示素子１が発熱すれば、熱はヒートシンク２のベース２１を介してフィン２２に伝達する。冷却ファン５による冷却風がヒートシンク２に当てられるので、ヒートシンク２は放熱して反射型液晶表示素子１の温度が低下する。

　以上のように構成される投射型表示装置１００において、ヒートシンク２のベース２１と接触する発熱源３の面積が小さければ、反射型液晶表示素子１を効果的に加熱することができない。一方で、ヒートシンク２のベース２１と接触する発熱源３の面積が大きければ、ヒートシンク２による放熱性能（冷却性能）を悪化させるおそれがある。

　そこで、発熱源３によって反射型液晶表示素子１を効果的に加熱することができ、発熱源３が、反射型液晶表示素子１を冷却する冷却性能をほとんど低減させないようにすることが必要である。即ち、発熱源３による加熱機能とヒートシンク２による冷却機能とを効果的に両立させることが求められる。

　図１に示すように、発熱源３の長さＬ３は、反射型液晶表示素子１の長さＬ１内に位置するように、反射型液晶表示素子１と発熱源３とがベース２１を挟んで対向している。反射型液晶表示素子１と発熱源３とは、長さ方向の中央が一致するように配置されていることが好ましい。

　図１において、発熱源３で発生した熱は、ベース２１の面と直交する方向で、二点鎖線の矢印線で示すおおよそ４５度の角度の３ｈｃＲと３ｈｃＬとの間の領域において効率よく伝達していく。従って、発熱源３の長さＬ３は、反射型液晶表示素子１の長さＬ１と、ベース２１の板厚ｔとを用いて、式（１）を満たすことが好ましい。式（１）を満たせば、発熱源３で発生した熱を、ヒートシンク２（ベース２１）を介して反射型液晶表示素子１に無駄なく伝達させることができる。
　Ｌ３≧Ｌ１－２ｔ　　…（１）

　発熱源３が発熱していない状態で、反射型液晶表示素子１で発生した熱は、ベース２１の面と直交する方向で、二点鎖線の矢印線で示すおおよそ４５度の１ｈｃＲと１ｈｃＬとの間の領域において効率よく伝達していく。従って、ヒートシンク２による冷却効率をよくするには、ヒートシンク２（ベース２１）の長さＬ２は、反射型液晶表示素子１の長さＬ１と、ベース２１の板厚ｔとを用いて、式（２）を満たすことが好ましい。
　Ｌ２≧Ｌ１＋２ｔ　　…（２）

　以上説明した図１における反射型液晶表示素子１の長さＬ１、ヒートシンク２の長さＬ２、発熱源３の長さＬ３は、反射型液晶表示素子１の長手方向であるＸ方向の長さを示している。投射型表示装置１００は、Ｘ方向において、式（１）を満たすことが好ましく、式（１）及び式（２）の双方を満たすことがさらに好ましい。図３に示すＹ方向の長さにおいても、式（１）を満たすことが好ましく、式（１）及び式（２）の双方を満たすことがさらに好ましい。

　投射型表示装置１００は、Ｘ方向の長さとＹ方向の長さのいずれか一方の方向の長さのみ式（１）を満たしてもよいし、いずれか一方の方向の長さのみ式（１）及び式（２）の双方を満たしてもよい。Ｘ方向の長さとＹ方向の長さの双方において式（１）（または式（１）及び式（２））を満たさない場合と比較して、一方の方向の長さのみでも式（１）（または式（１）及び式（２））を満たせば、所定の効果が得られる。

　投射型表示装置１００は、Ｘ方向の長さとＹ方向の長さの双方で式（１）を満たすことが好ましい。投射型表示装置１００は、Ｘ方向の長さとＹ方向の長さの双方で式（１）及び式（２）の双方を満たすことがさらに好ましい。

　このように、投射型表示装置１００は、Ｘ方向の長さとＹ方向の長さの少なくとも一方で式（１）を満たせばよい。投射型表示装置１００は、Ｘ方向の長さとＹ方向の長さの少なくとも一方で式（１）及び式（２）の双方を満たすことが好ましい。

　発熱源３による加熱とヒートシンク２による冷却とのバランスを考えると、式（３）としたときバランスが最もよくなる。従って、式（３）を満たすことが好ましい。
　Ｌ３＝Ｌ１―２ｔ　　…（３）

　図４は、環境温度が変化したときの反射型液晶表示素子１の温度（素子温度）を示している。一点鎖線は発熱源３及び冷却ファン５を動作させない場合の温度特性を示し、実線は発熱源３及び冷却ファン５を動作させた場合の温度特性を示している。図４は、Ｘ方向の長さとＹ方向の長さの双方で式（１）及び式（２）の双方を満たす場合の温度特性を示している。

　環境温度が低く反射型液晶表示素子１の温度が低いとき発熱源３を動作させることにより、反射型液晶表示素子１を最適な素子温度で動作させることができる。環境温度が高く反射型液晶表示素子１の温度が高いとき冷却ファン５を動作させることにより、反射型液晶表示素子１を最適な素子温度で動作させることができる。投射型表示装置１００は、環境温度の高低にかかわらず、素子温度を最適な素子温度に維持することができる。

　図５は、光源駆動電流の電流値が変化したときの反射型液晶表示素子１の素子温度を示している。一点鎖線は発熱源３及び冷却ファン５を動作させない場合の温度特性を示し、実線は発熱源３及び冷却ファン５を動作させた場合の温度特性を示している。図５は、Ｘ方向の長さとＹ方向の長さの双方で式（１）及び式（２）の双方を満たす場合の温度特性を示している。

　光源駆動電流の電流値が小さく反射型液晶表示素子１の温度が低いとき発熱源３を動作させることにより、反射型液晶表示素子１を最適な素子温度で動作させることができる。光源駆動電流の電流値が大きく反射型液晶表示素子１の温度が高いとき冷却ファン５を動作させることにより、反射型液晶表示素子１を最適な素子温度で動作させることができる。投射型表示装置１００は、光源駆動電流の電流値の大小にかかわらず、素子温度を最適な素子温度に維持することができる。

　照明光の光源として青色レーザ光源を用い、素子温度が低かったり高かったりして最適な素子温度からずれると、特にＢ光の画像に干渉縞が発生しやすい。１またはそれ以上の実施形態の投射型表示装置１００によれば、干渉縞を低減させることができる。勿論、１またはそれ以上の実施形態の投射型表示装置１００によれば、照明光の光源が青色レーザ光源以外であっても、高画質の画像を表示することが可能である。

　Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を変調する３つの反射型液晶表示素子１をそれぞれ第１～第３の反射型液晶表示素子とする。青色光の光源が青色レーザ光源であるとき、第１～第３の反射型液晶表示素子のうちの第３の反射型液晶表示素子のみを、図１における反射型液晶表示素子１とすれば、干渉縞を低減させる効果を得る上で十分である。第１及び第２の反射型液晶表示素子は、発熱源３を固着していない通常のヒートシンクに固着されていればよい。

　本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

　本願は、２０２２年１０月２７日に日本国特許庁に出願された特願２０２２－１７１９４４号に基づく優先権を主張するものであり、その全ての開示内容は引用によりここに援用される。

Claims (5)

1. 　板状のベースを有するヒートシンクと、
   　前記ベースの第１の面に固着されている反射型液晶表示素子と、
   　前記ベースの前記第１の面と対向する第２の面に固着されている発熱源と、
   　前記ヒートシンクに冷却風を当てる冷却ファンと、
   　を備え、
   　前記反射型液晶表示素子の長手方向または短手方向の少なくとも一方の方向において、前記反射型液晶表示素子の長さをＬ１、前記発熱源の長さをＬ３、前記ベースの板厚をｔとすると、
   　前記発熱源の長さＬ３が前記反射型液晶表示素子の長さＬ１内に位置するように、前記反射型液晶表示素子と前記発熱源とが前記ベースを挟んで対向し、
   　前記発熱源の長さＬ３はＬ３≧Ｌ１－２ｔを満たす
   　投射型表示装置。
2. 　前記反射型液晶表示素子の長手方向または短手方向の少なくとも一方の方向において、前記ベースの長さをＬ２とすると、前記ベースの長さＬ２はＬ２≧Ｌ１＋２ｔを満たす請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 　前記ヒートシンクは、
   　前記ベースの前記第２の面に一体的に形成された複数のフィンを有し、
   　前記第２の面には、前記フィンが形成されていない前記第２の面が露出したフィン非形成部が設けられており、
   　前記発熱源は前記フィン非形成部に固着されている
   　請求項１または２に記載の投射型表示装置。
4. 　前記発熱源はセラミックヒータである請求項１または２に記載の投射型表示装置。
5. 　赤色光を変調する第１の反射型液晶表示素子、緑色光を変調する第２の反射型液晶表示素子、青色光を変調する第３の反射型液晶表示素子を備え、
   　前記青色光の光源は青色レーザ光源であり、
   　前記第１～第３の反射型液晶表示素子のうちの前記第３の反射型液晶表示素子のみを前記反射型液晶表示素子としている
   　請求項１または２に記載の投射型表示装置。

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