JP2691792B2 - 液晶プロジエクター装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ライトバルブに液晶表示装置を利用したプ
ロジエクター装置に関するものである。

〈従来技術〉 近年、大画面デイスプレイを実現するのに最も有力な
手段の１つであるライトバルブ方式プロジエクター装置
において、液晶表示装置をライトバルブとして使用する
商品の開発が盛んに行われている。

第４図は従来のフロント型液晶プロジエクター装置の
構造図で、１は光源、２は全反射ミラー、３はダイクロ
イツクミラー（Ｒ光反射）、４はダイクロイツクミラー
（Ｂ光反射）、５はダイクロイツクミラー（Ｇ光反
射）、６はコンデンサーレンズ、7,8,9は液晶表示装
置、10は投影レンズを示している。

そして、前記光源１はメタルハイライドランプ（出力
250W）からなり、太陽光の数倍の照度をもつ白色光が光
源１から出射し、全反射ミラー２およびダイクロイツク
ミラー3,4,5によつてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の
３原色に分解される。各色の光がそれぞれコンデンサー
レンズ６によつて集光され、液晶表示装置7,8,9に入射
し、アクテイブマトリクス駆動方式により液晶表示装置
7,8,9上に形成された映像を１つのフルカラー映像に合
成する。これを投影レンズ10でスクリーン11に拡大投影
させるものである。

また、液晶表示装置7,8,9は、液晶パネルと偏光板と
を備えており、光源１の出射光が液晶表示装置7,8,9を
透過する際に、偏光板に吸収されて熱に変わつてしま
う。さらに液晶パネルを透過する際にも光が熱に変わ
る。

こうした条件で、画像に十分な光を与えるためには、
光源１の出力を上げざるを得ず、さらに熱が発生してし
まう。発生する熱によつて液晶表示装置7,8,9が劣化し
てしまうので、光源１の出射光による液晶表示装置7,8,
9の温度上昇を防止するため、複数の冷却フアンによる
送風を行つていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、従来の送風による冷却方式では冷却効
率が悪く、液晶プロジエクター装置内の液晶表示装置の
中心部で約60℃、その周辺部で約40℃と全体に高温であ
り、また場所や周囲温度による温度のばらつきが著し
い。

そして、液晶表示装置の中の液晶分子は、電圧印加時
の分子の立ち上がり方向を一定に規制し、誘起ドメイン
の発生を防ぐため、プレテイルト角を約１°程度つけて
配向されているが、この液晶分子のプレテイルト角は液
晶表示装置の温度上昇に伴い、初期の値より小さくなる
ことが分かつている。

この現象により、液晶表示装置をプロジエクター装置
に使用した場合、電圧印加時に誘起ドメインの発生が助
長され、一般的なノーマリホワイト方式（電圧印加時に
黒を表示）の液晶表示装置であれば、黒表示のときに輝
線が現れコントラストを低下させることがある。

また、液晶表示装置の冷却能力を向上させるために冷
却フアンを多数設けたり、大型フアンを取り付けるなど
の対策が考えられるが、フアンの騒音が大きくなり、音
響映像機器としての性質上実用困難である。

本発明は、上記に鑑み、騒音が少なく、しかも誘起ド
メインの発生によるコントラストの低下がない優れた画
像品質を得ることができる液晶プロジエクター装置の提
供を目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明による課題解決手段は、第１図の如く、プロジ
エクター本体20内部に、光源１と、複数の液晶表示装置
7,8,9と、前記光源１からの出射光を各液晶表示装置7,
8,9に導き液晶表示装置7,8,9上の映像を１つの映像に合
成する光学的手段21と、前記映像を拡大投影する投影レ
ンズ10と設けられた液晶プロジエクター装置において、
プロジエクター本体20内部に、前記液晶表示装置7,8,9
を冷却するための液体冷却装置が設けられ、該液体冷却
装置22は、液体を冷却するための電子冷却素子24と、冷
却された液体を下方に位置する液晶表示装置7,8から順
に上方に位置する液晶表示装置7,8に導き高温になつた
液体を再び電子冷却素子24に導く循環路25とから構成さ
れ、前記電子冷却素子24は最も下方にある液晶表示装置
９よりも下方に配置され、前記循環路25に内装された電
子冷却素子24による冷却部と液晶表示装置7,8,9による
発熱部27との間の液体の温度差によつて液体を循環させ
るものである。

そして、液晶冷却素子２は、光源１の周囲光を利用し
た太陽電池26により駆動されるものである。

また、液晶表示装置7,8,9は、液晶パネル31と、該液
晶パネル31の端部に接続されたドライバー回路30とから
なり、該ドライバー回路30を覆うようにシールドケース
32が設けられ、該シールドケース32と液晶パネル31との
間に前記ドライバー回路30への液体の浸透を防ぐための
防水加工がされ、前記循環路25内に前記液晶表示装置7,
8,9が配されたものである。

〈作用〉 上記課題解決手段において、光源１の出射光が液晶表
示装置7,8,9を透過する際に、光が吸収されて、熱に変
わり発熱する。

この発熱部27において、循環路25中の液体23が加熱さ
れる。一方、液体冷却装置22の電子冷却素子24により液
体23が冷却されており、加熱された液体23が循環路25を
上方に移動すると、そこに冷たい液体23が下方から流れ
込む。この発熱部27と冷却部29との温度差（密度差）に
より、液体23の自然循環が生じる。

そして、下方に位置する液晶表示装置９から順に上方
に位置する液晶表示装置7,8にかけて熱を奪つて高温に
なつた液体23は、循環路25を時計回りに移動して、光源
１の周囲光を利用した太陽電池26により駆動される電子
冷却素子24の冷却部29で冷却され、再び液晶表示装置7,
8,9の方に移動していく。

このように、循環路25を液体23が循環していくことに
よつて、液晶表示装置7,8,9は一様で効率的に冷却さ
れ、温度上昇による液晶分子の状態変化を防いで、コン
トラストの低下を防止して、表示品位を向上させること
ができ、しかも騒音や振動を発生させることなく冷却す
ることができる。さらに、電子冷却素子24の駆動電流に
光源１の周囲光を利用した太陽電池26を用いることによ
り、余分な電力を使うことなく経済的に冷却を行うこと
ができる。

また、液晶表示装置7,8,9のドライバー回路30への液
体23の浸透を防いでドライバー回路30の腐食損傷を防止
するため、液晶表示装置7,8,9に防水加工して、循環路2
5の内部に配置することにより、直接液晶表示装置7,8,9
を冷却でき、冷却効果をさらに向上させることができ
る。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す液晶プロジエクター装
置の構成図である。なお、従来と同じ構成部品には同一
符号を付す。

本実施例の液晶プロジエクター装置は、図示の如く、
プロジエクター本体20内部に、メタルハライドランプ
（出力250W）からなる光源１と、TFTアクテイブマトリ
ツクス駆動方式の液晶表示装置7,8,9と、前記光源１か
らの出射光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に
分解して各液晶表示装置7,8,9に導き液晶表示装置7,8,9
上の映像を１つのフルカラー映像に合成する光学的手段
21と、前記フルカラー映像を拡大投影する投影レンズ10
と、前記液晶表示装置7,8,9を冷却するための液体冷却
装置22とが設けられている。

前記光源１は、反射鏡と一体にされ、プロジエクター
本体20の後側に照射面を下にして取付けられている。

前記液晶表示装置7,8,9は、RGBの各光をコントロール
するための光シヤツタとして用いられ、液晶パネルと、
液晶パネルの両側に配置された偏光板とからなり、液晶
パネルを制御駆動するためのコントロール基板およびド
ライバー回路が液晶パネルに接続されている。

前記光学的手段21は、光源１からの出射光をプロジエ
クター本体20の前側方向に反射する全反射ミラー2aと、
Ｒ光のみを上方に反射するダイクロイツクミラー３と、
該ダイクロイツクミラー３で反射されたＲ光を反射ミラ
ー2bを介して集光して液晶表示装置７に導くコンデンサ
ーレンズ6aと、全反射ミラー2aから光のうちＢ光のみを
上方に反射するダイクロイツクミラー5aと、該ダイクロ
イツクミラー5aで反射されたＢ光を集光して液晶表示装
置８に導くコンデンサーレンズ5bと、液晶表示装置７を
透過したＲ光を透過して液晶表示装置８からのＢ光を前
側方向に反射するダイクロイツクミラー5bと、全反射ミ
ラー2aで反射され前記ダイクロイツクミラー３およびダ
イクロイツクミラー5aを透過したＧ光を集光して液晶表
示装置９に導くコンデンサーレンズ6cと、液晶表示装置
９を透過したＧ光を上方に反射する全反射ミラー2cと、
Ｇ光のみを前側方向に反射してＲ光およびＢ光を透過さ
せるダイクロイツクミラー４とから構成される。なお、
全反射ミラー2aの入射方向手前側に、紫外線および赤外
線カツトフイルター（図示せず）が配されている。

前記投影レンズ10は、プロジエクター本体20の前側に
配され、凸レンズと凹レンズを組み合わせたものであ
る。

前記液体冷却装置22は、液体23を冷却するための電子
冷却素子24と、冷却された液体23を液晶表示装置7,8,9
に導き高温になった液体23を再び電子冷却素子24に導く
循環路25とからなる。

前記液体23は、温度変化の範囲と取り扱いの容易さか
ら水を用いているが、アルコール類または水とアルコー
ルの混合液でも差し支えない。

前記電子冷却素子24は、ペルチエ効果を利用したサー
モモジユール（小松エレクトロニクス株式会社製）が使
用され、Ｎ型とＰ型の半導体を銅などの金属片で接合し
たもので、直流電流を一定方向に流すと電子がエネルギ
ーレベルの低いＰ型半導体からエネルギーレベルの高い
Ｎ型半導体にうつる際、電子の運動エネルギーを熱の形
で奪いとる吸熱作用を利用して、液体23を冷却する。

そして、該電子冷却素子24の電源として、光源１の周
囲光を利用したシリコン太陽電池26が用いられており、
該太陽電池26は、波長が900nm付近の赤外光を受光した
時に最大電力を発生するので、光源１の近傍で紫外線お
よび赤外線カツトフイルターの手前に配置されている。

前記循環路25は、液晶表示装置7,8,9と液晶表示装置
7,8,9に対向した各コンデンサーレンズ6a,6b,6cとの間
を通り、プロジエクター本体20の内部を循環するよう配
設され、液晶表示装置7,8,9と接触しており、この接触
部が発熱部27とされる。また、循環路25の上部に、上面
が開放された液体タンク28が設けられており、下部に前
記電子冷却素子24が内装され、冷却部29とされる。

そして、該循環路25は、約80℃の温度に耐え、所定の
形状に加工しやすいポリエチレン等のパイプからなる。
また、液晶表示装置7,8,9と接している発熱部27におけ
る循環路25は、冷却効果を一様に得るためと光が透過す
るためにパイレツクスガラス等が用いられ、液晶表示装
置と同じ大きさにしておくことが必要である。しかも、
冷却後のゆらぎ現象が表示におよぼす影響を最小限にす
るためと冷却効果を得るために、パイレツクスガラスの
部分の循環路25の幅は３〜5mmが望ましい。

循環路25中の液体23の循環は、前記発熱部27における
液体23と冷却部29における液体23の温度差（密度差）に
よつて生じる自然循環を利用している。すなわち、発熱
部27において、液体23が高温になると、液体23が膨張し
て密度が小さくなる。すると、液体23は循環路25中を上
方に移動し、その下方は低温でしかも高密度であるた
め、液体23が流れ込み、時計回りに自然循環が生じる。
そこで、自然循環による液体23の循環力を高めるには、
発熱部27と冷却部29の位置における高低差および温度差
を大きくすれば良いことが実験的に分かつているので、
発熱部27と冷却部29との距離が最も離れるように、電子
冷却素子24は循環路25のプロジエクター本体20後側の下
部に配されている。

上記構成において、太陽光の数倍の照度をもつ白色光
が光源１から出射し、全反射ミラー2a,2bおよびダイク
ロイツクミラー3,5aによつてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）の３原色に分解する。これらの光が、コンデンサ
ーレンズ6a,6b,6cによつて集光され液晶表示装置7,8,9
に入射し、各液晶表示装置7,8,9上の映像を全反射ミラ
ー2cおよびダイクロイツクミラー4,5bにより１つのフル
カラー映像に合成する。このフルカラー映像が投影レン
ズ10でスクリーン11に拡大投影される。

このとき、光源１の出射光が液晶表示装置7,8,9を透
過する際に、液晶パネルおよび偏光板に光が吸収され
て、熱に変わり発熱する。

この発熱部27が、液体冷却装置22の循環路25に接して
いるため、循環路25中の液体23が加熱される。一方、液
体冷却装置22の電子冷却素子24により液体23が冷却され
ており、加熱された液体23が循環路25を上方に移動する
と、そこに冷たい液体23が流れ込む。この発熱部27と冷
却部29との温度差（密度差）により、液体23の自然循環
が生じる。

そして、液晶表示装置7,8,9から熱を奪つて高温にな
つた液体23は、循環路25を時計回りに移動して、電子冷
却素子24の冷却部29で冷却され、再び液晶表示装置7,8,
9の方に移動していく。このように、循環路25を液体23
が循環していくことによつて、液晶表示装置7,8,9は一
様で効率的に冷却され、温度上昇による液晶分子のプレ
テイルト角の変化を安定にし、コントラストの低下を防
止して、表示品位を向上させることができる。

また、液体冷却装置22に電子冷却素子24を用いること
により、一般に使用されている冷凍機（コンプレツサ
ー）の発する騒音や冷却フアンのモーターの音、風音を
全く発生させることなく冷却効果を得ることができる。

しかも、電子冷却素子24の駆動電流は光源１の周囲光
を利用した太陽電池26を用いることにより、余分な電力
を使うことなく経済的に冷却を行うことができる。

さらに、液体冷却装置22の液体23は、液体23の温度差
（密度差）によつて生じる自然循環を利用することによ
り、強制循環ポンプを使用する必要がなく、これにより
従来の冷却フアンによる風音およびポンプの騒音、振動
のない冷却装置を得ることができる。

ここで、さらに液晶表示装置7,8,9の冷却効果を高め
るために、液晶表示装置7,8,9を循環路25の内部に設置
してもよい。この際、第2,3図に示すように、液晶表示
装置7,8,9は、ドライバー回路30への液体23の浸透を防
いでドライバー回路30の腐食損傷を防止するため防水加
工しておく。

すなわち、液晶パネル31の端部に接続されたドライバ
ー回路30を覆うよう、液晶パネル31の端部にシールドケ
ース32を外嵌する。そして、液晶パネル31とシールドケ
ース32との両面の隙間をモールド樹脂33により完全に埋
めるようにして、液晶表示装置7,8,9を形成する。な
お、図中、34は外部接続端子である。

したがつて、液晶表示装置7,8,9に防水加工をして、
循環路25の内部に配置することにより、直接液晶表示装
置7,8,9を冷却でき、冷却効果をさらに向上させること
ができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修正および変
更を加え得ることは勿論である。

例えば、光源１は、赤外線を多く含むハロゲンランプ
やタングステンランプなどであつてもよい。これによつ
て、電子冷却素子24の駆動電流が余分な電力を消費する
ことなく安定的に得ることができる。

また、液晶表示装置7,8,9の防水に対して、液晶パネ
ル31とシールドケース32の間もしくはシールドケース32
と循環路25の間にゴムパツキン、Ｏリングなどを用いて
もよい。

また、本発明による冷却対象は、偏光板、内部回路お
よび光源等であつてもよい。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかな通り、本発明によると、複数
の液晶表示装置を備えたプロジエクター本体内部に、下
方に位置する液晶表示装置から順に上方に位置する液晶
表示装置に冷却された液体を循環させる液体冷却装置が
設けられているので、液晶表示装置は一様で効率的に冷
却され、温度上昇による液晶分子の状態変化を防ぎ、コ
ントラストの低下を防止して、表示品位を向上させるこ
とができる。

そして、特に液体冷却装置は、液体を冷却するための
電子冷却素子と、冷却された液体を下方に位置する液晶
表示装置から順に上方に位置する液晶表示装置に導き高
温になつた液体を再び電子冷却素子に導く循環路とから
構成され、電子冷却素子は最も下方にある液晶表示装置
よりも下方に配置されているので、一般に使用されてい
る冷凍機（コンプレツサー）の発する騒音や冷却フアン
のモーターの音、風音を全く発生させることなく、冷却
効果を得ることができる。

また、高温の液晶表示装置と低温の電子冷却素子の各
位置には高低差があるので、自然循環によつて液体が循
環しやすくなり、冷却効果を高めることができる。その
ため、強制循環ポンプを使用する必要がなく、これによ
り従来の冷却フアンによる風音およびポンプの騒音、振
動のない冷却装置を得ることができる。

しかも、電子冷却素子を用い、循環路内に配している
ので、熱交換器や放熱により冷却する場合に比べて強制
的に冷却することができ、発熱部が複数存在していても
十分な冷却効果が得られ、構成部材も多くならないので
設置スペースもとらず、プロジエクター本体内部の限ら
れたスペースに配置可能な効率のよい冷却装置を提供す
ることができる。

さらに、電子冷却素子は、光源の周囲光を利用した太
陽電池により駆動されるので、余分な電力を使うことな
く経済的に例を行うことができる。

また、液晶表示装置のドライバー回路を覆うようにシ
ールドケースが設けられ、シールドケースと液晶パネル
との間にドライバー回路への液体の浸透を防ぐための防
水加工がされているので、循環路内に液晶表示装置を配
することが可能となり、直接液晶表示装置を冷却でき、
冷却効果をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す液晶プロジエクター装置
の構成図、第２図は同じく防水加工された液晶表示装置
の斜視図、第３図は第２図におけるＡ−Ａ断面図、第４
図は従来の液晶プロジエクター装置の構成図である。 1:光源、7,8,9:液晶表示装置、10:投影レンズ、20:プロ
ジエクター本体、21:光学的手段、22:液体冷却装置、2
3:液体、24:電子冷却素子、25:循環路、26:太陽電池、2
7:発熱部、29:冷却部、30:ドライバー回路、31:液晶パ
ネル。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロジエクター本体内部に、光源と、複数
   の液晶表示装置と、前記光源からの出射光を各液晶表示
   装置に導き液晶表示装置上の映像を１つの映像に合成す
   る光学的手段と、前記映像を拡大投影する投影レンズと
   が設けられた液晶プロジエクター装置において、プロジ
   エクター本体内部に、前記液晶表示装置を冷却するため
   の液体冷却装置が設けられ、該液体冷却装置は、液体を
   冷却するための電子冷却素子と、冷却された液体を下方
   に位置する液晶表示装置から順に上方に位置する液晶表
   示装置に導き高温になつた液体を再び電子冷却素子に導
   く循環路とから構成され、前記電子冷却素子は最も下方
   にある液晶表示装置よりも下方に配置され、前記循環路
   に内装された電子冷却素子による冷却部と液晶表示装置
   による発熱部との間の液体の温度差によつて液体を循環
   させることを特徴とする液晶プロジエクター装置。
2. 【請求項２】電子冷却素子は、光源の周囲光を利用した
   太陽電池により駆動されることを特徴とする請求項１記
   載の液晶プロジエクター装置。
3. 【請求項３】液晶表示装置は、液晶パネルと、該液晶パ
   ネルの端部に接続されたドライバー回路とからなり、該
   ドライバー回路を覆うようにシールドケースが設けら
   れ、該シールドケースと液晶パネルとの間に前記ドライ
   バー回路への液体の浸透を防ぐための防水加工がされ、
   前記循環路内に前記液晶表示装置が配されたことを特徴
   とする請求項１記載の液晶プロジエクター装置。