JP5034363B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネル等の映像表示素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する表示装置に関するものである。

特開２００１−３３７３０８号公報には、液晶パネルの各々に対応して設けられたパネル取付部材を金属製とし、液晶パネルが取り付けられた金属製部材を、コンバージェンス調整後に、合成プリズムを固定する金属製の接合ベースに固着する構成が開示されている。

特開２００１−３３７３０８号公報

特開２００１−３３７３０８号公報では、パネル取付部材の簡略化については何ら考慮されていない。

本発明は、上記した事情に鑑みて成されたもので、その目的は、装置の簡略化を図り、部品数を低減した投射型表示装置を提供することにある。

本発明の一面は、複数個の映像表示素子と複数個の出射側偏光板と合成プリズムを取り付ける取付部材を１枚の金属製の部材で形成する。

本発明によれば、複数個の映像表示素子と複数個の出射側偏光板と合成プリズムを取り付ける取付部材を簡略化した投射型表示装置を提供することが可能となる。

以下、実施例を図面を用いて説明する。なお、全図において、共通な機能を有する要素には同一符号を付して示し、また、煩雑さを避けるために、一度説明したものについてはその説明を省略する。

図１、図２は、実施例１の投射型表示装置１の外観を示す斜視図で、図１は投射型表示装置１の正面側、図２は投射型表示装置１の背面側を示す。

図１に示されるように、投射型表示装置１は、装置の底面であるボトムケース１１と、装置の上面を覆うアッパーケース１２とで形成されている。アッパーケース１２には、吸気口２が投射レンズ１０と同じ方向すなわち正面側に面しており、その他、スピーカー放音口４、操作ボタン５、光源装置ドア７などが投射型表示装置１の外部に面して配置されている。

また、図２に示されるように、投射型表示装置１は、排気口３が背面側に形成されている。その他、ボトムケース１１の側面側には、外部電力供給用のＡＣインレット５０や、背面側には各種の入出力端子群５１が配置されている。

投射型表示装置１は、操作ボタン５により投射型表示装置１を外部から操作して、動作させる。動作時には、投射レンズ１０よりスクリーン（図示せず）などに映像を投射して表示する。

図３は、図１，図２に示した実施例１の投射型表示装置１の内部を示す斜視図である。図３に示されるように、投射型表示装置１の内部には、投射レンズ１０の片側に配置された電源ユニット５００、電源ユニット５００の背面側に配置された光源ユニットとしての光源装置１００、光源装置１００からの光束を３色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））に分離して液晶パネルに照射する照明光学ユニット２００、照明光学ユニット２００から照射された色光束を対応する液晶パネル３０２Ｒ，３０２Ｇ，３０２Ｂ（以下、疑義が生じない限り単に「液晶パネル３０２」と省略する）で各色の光学像を形成し、合成プリズム３０４（図４）でカラー画像を合成するプリズムユニット３００、液晶パネル３０２を駆動するドライバーボード（図示せず）などが収容されている。

電源ユニット５００は、ＡＣインレット５０からの電力を変圧して光源装置１００や、ドライバーボード（図示せず）、投射レンズ１０の両側に配置された吸気ファン４００Ｒ、４００Ｌ、光源装置１００の正面側に配置された吸気ファン４０２、及び色分離ユニット２００の底面に配置された吸気ファン４０４などに供給するものである。

光源装置１００は、図４で後述するが、光源１０２及びリフレクタ１０４からなる光源ユニット１０６と、この光源ユニット１０６を収納するランプケース１０８とを有している。このような光源装置１００は、吸気ファン４０２からの風や、吸気ファン４０４からの風で冷却される。吸気ファン４０２からの風は、まず、吸気された直後に電源ユニット５００を冷却し、この後に投射型表示装置１内部の略全域を冷却するように背面側に流れ、最終的にはその大部分が光源装置１００内を通って排気口３から排気される。また、吸気ファン４０４からの風はダクト（図示せず）を通って、光源装置１００内を通り、最終的には排気口３から排気される。従って、吸気ファン４０２の正面側に電源ユニット５００が配置され、吸気ファン４０２の背面側に光源装置１００が配置されていることにより、電源ユニット５００、及び光源装置１００を大量の風で効率よく冷却することが可能である。

照明光学ユニット２００は、光源装置１００から出射された光束の光量分布を均一とし、３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に分離して液晶パネルに照射するユニットである。その詳細は、図４で後述する。光分離ユニット２００は、筐体としてのボトムケース１１に固定ネジ（図示せず）により固定されている。なお、照明光学ユニット２００である光学素子を搭載する基台（図示せず）は、光源装置１００，プリズムユニットも組み込みできるようになっている。

プリズムユニット３００は、照明光学ユニット２００によって３色に分離された光束Ｒ，Ｇ，Ｂを対応する映像信号に応じて画素毎の濃淡に変える光強度変調を行なって各色光束の光学像を形成する液晶パネル３０２（３０２Ｒ，３０２Ｇ，３０２Ｂ）と、液晶パネル３０２からの各色光束の光学像を合成してカラー画像とする合成プリズム３０４などを含んでいる。当該プリズムユニット３００は、照明光学ユニット２００に固定ネジ２２８Ａ、２２８Ｂ、２２８Ｃにより固定されている。なお、プリズムユニット３００は、吸気ファン（例えば、シロッコファン）４００Ｌ，４００Ｒで吸気した風（図示せず）の一部がプリズムユニットの下側に設けられた吹出口（図示せず）から吹き出すようになっており、熱によって性能が劣化する液晶パネル３０２や偏光素子（図示せず）等を冷却するようになっている。

ドライバーボード（図示せず）は、液晶パネル３０２を駆動・制御するためのものであり、照明光学ユニット２００の上方に配置される。

図４は、実施例１の投射型表示装置１の光学ユニットを示す。

上述の通り、投射型表示装置１の光学ユニットは、光源装置１００と、照明光学ユニット２００と、プリズムユニット３００と、投射レンズ１０を含んでいる。

光源装置１００は、光源１０２を背面側からリフレクタ１０４で覆って形成された光源ユニット１０６をランプケース１０８に組み込んだものである。

照明光学ユニット２００は、インテグレータである第１のレンズアレイ２０２及び第２のレンズアレイ２０４と、偏光変換素子２０６と、集光レンズ（重畳レンズともいう）２０８と、青反射ダイクロイックミラー２１０と、緑反射ダイクロイックミラー２１２と、反射ミラー２１４，２１６，２１８と、第１のリレーレンズ２２０Ｒと、第２のリレーレンズ２２２Ｒと、コンデンサレンズ２２４Ｒ，２２４Ｇ，２２４Ｂと、入射側偏光板（不要な光束を吸収する入射側偏光素子と入射側偏光素子を保持する基板とで形成される。）２２６Ｒ，２２６Ｇ，２２６Ｂとを含んでいる。

第１のレンズアレイ２０２は、マトリクス状に配置された複数の矩形レンズを有しており、光源装置１００から出射された光束を複数の光束に分割し、各々の光束を第２のレンズアレイ２０４の近傍で集光させる。

第２のレンズアレイ２０４は、マトリクス状に配置された複数の矩形レンズを有しており、第１のレンズアレイ２０２から出射された各々の光束を集光レンズ２０８と共に液晶パネル３０２上に重畳させる。偏光変換素子２０６は、光源からの光束に対し偏光方向を揃えるものである。

このように、実施例１の投射型表示装置１では、インテグレータである第１のレンズアレイ２０２及び第２のレンズアレイ２０４により、液晶パネル３０２上を均一な照度の光束で照明することができるので、照度ムラのない投射画像を得ることができる。また、光量分布均一化の過程の中で、偏光方向が揃えられるので、液晶パネル３０２は、照射された光束の偏光方向を映像信号（図示せず）に応じて変え（これを変調という）、コントラストの高い光学像を形成することができる。

次に、青反射ダイクロイックミラー２１０において、光源装置１００から出射される光束に含まれている青色光束Ｂが直角に反射され、反射ミラー２１６の側に向かい、さらに反射ミラー２１６において直角に反射されて、コンデンサレンズ２２４Ｂの側に出射される。

また、青反射ダイクロイックミラー２１０を通過した緑色光束Ｇ、赤色光束Ｒのうち、緑反射ダイクロイックミラー２１２において、緑色光束Ｇのみが直角に反射されて、コンデンサレンズ２２４Ｇの側に出射される。

この緑反射ダイクロイックミラー２１２を通過した赤色光束Ｒは、第１のリレーレンズ２２０Ｒの側に出射される。

このようにして、光源装置１００からの光束が３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に分離される。

分離された緑色光束Ｇ、青色光束Ｂは、それぞれコンデンサレンズ２２４Ｇ、２２４Ｂに入射して平行化される。平行化された緑色光束Ｇ、青色光束Ｂは、入射側偏光板２２６Ｇ、２２６Ｂを通って映像表示素子である液晶パネル３０２Ｇ、３０２Ｂに入射して変調され、各色光束に対応した画像情報が付加される。すなわち、これらの液晶パネル３０２Ｇ、３０２Ｂは、前述のドライバーボードによって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光束の変調が行われる。

一方、赤色光束Ｒは、第１のリレーレンズ２２０Ｒと、反射ミラー２１４、２１８と、これらの反射ミラーの間に配置した第２のリレーレンズ２２２Ｒと、コンデンサレンズ２２４Ｒと、入射側偏光板２２６Ｒとで形成されるリレー光学ユニットから液晶パネル３０２Ｒに導かれ、ここにおいて、同様に画像情報に応じて変調が施される。

この際、各色光束の光路の長さ、すなわち光源装置１００から各液晶パネルまでの距離は、赤色光束Ｒが最も長くなり、従って、この光束の光量損失が最も多くなる。しかし、上述の通り、第１のリレーレンズ２２０Ｒと、反射ミラー２１４、２１８と、これらの反射ミラーの間に配置した第２のリレーレンズ２２２Ｒと、コンデンサレンズ２２４Ｒと、入射側偏光板２２６Ｒとで形成されるリレー光学ユニットを介在させることにより、光量損失を抑制できる。

次に、各液晶パネル３０２を通って変調された各色光束Ｒ，Ｇ，Ｂは、出射側偏光板３０６Ｒ，３０６Ｇ，３０６Ｂを通って合成プリズム３０４に入射され、ここで合成される。そして、この合成プリズム３０４によって合成されたカラー画像が投射レンズ１０からスクリーン（図示せず）などに投射されるようになっている。

次に、実施例１の特徴をなすプリズムユニットについて詳細に説明する。なお、液晶パネル３０２Ｒ及び出射側偏光板３０６Ｒと、液晶パネル３０２Ｇ及び出射側偏光板３０６Ｇと、液晶パネル３０２Ｂ及び出射側偏光板３０６Ｂについては同じであるため、以下では液晶パネル３０２Ｂ及び出射側偏光板３０６Ｂついて説明する。

図５は、実施例１によるプリズムユニットの分解斜視図である。図６は、実施例１によるプリズムユニットを底面側から見た平面視図である。図７は、実施例１によるプリズムユニットを上面側から見た平面視図である。図８は、プリズムユニットである光学素子を取り付けるための実施例１の１枚の金属製で形成された取付部材の斜視図である。

図５に示されるように、プリズムユニット３００は、液晶パネル３０２Ｒ，３０２Ｇ，３０２Ｂと、出射側偏光板３０６Ｒ，３０６Ｇ，３０６Ｂと、合成プリズム３０４と、これらを取り付けるための取付部材３０８とで形成されている。ここで、１枚の金属製の部材で形成された取付部材３０８は、例えば機械加工であるプレス成形によって成形された製品（プレス成形品）である。（以下では、便宜上、取付部材３０８がプレス成形品であるとして説明する。）
液晶パネル３０２Ｂの枠体の周囲には複数（例えば４つ）の孔３１０Ｂが設けられており、当該孔３１０Ｂはコンバージェンス調整後に液晶パネル３０２Ｂを取付部材３０８に固定するためのものである。複数の孔３１０Ｂにはあらかじめ接着剤（図示せず）を充填しておき、当該孔３１０Ｂはコンバージェンス調整の際に取付部材３０８から突起した固定ピン３１２Ｂに挿入され、液晶パネル３０２Ｂはコンバージェンス調整後に、あらかじめ孔３１０Ｂに充填された接着剤によって固定ピン３１２Ｂと接合されている。なお、上記接着剤がＵＶ硬化型の場合、コンバージェンス調整後ＵＶ照射して接着剤を硬化させ、液晶パネル３０２Ｂを固定ピン３１２Ｂに固定する。

出射側偏光板３０６Ｂは、液晶パネル３０２Ｂからの出射した光束のうち不要な光束を吸収する出射側偏光素子３３０Ｂと出射側偏光素子を保持する基板３３１Ｂとで形成される。基板３３１Ｂには、通常、ガラスが用いられるが、ガラスより高い放熱効果があるサファイア基板、水晶基板等を用いてもよい。また、サファイア基板、水晶基板より高い放熱効果があって、且つ光束が複屈折を起こさない酸化マグネシウム基板を用いてもよい。

実施例１では、取付部材３０８に液晶パネル３０２Ｂを接合する前に、あらかじめ、出射側偏光板３０６Ｂを取付部材３０８に固定しておく。出射側偏光板３０６Ｂと取付部材３０８との固定は、取付部材３０８から突起した固定平坦部３１４Ｂに、あらかじめ塗布された接着剤によって接合されている。出射側偏光板３０６Ｂが貼着される固定平坦部３１４Ｂは、図５から明らかなように、３箇所ある。取付部材３０８において、一つは合成プリズム３０４のＢ光束の入射面上側にあり、そして、合成プリズム３０４のＢ光束の入射面左右側にそれぞれ一つある。つまり、取付部材３０８において、合成プリズム３０４のＢ光束の入射面下側には、出射側偏光板３０６Ｂを貼着する固定平坦部を設けないようにしている。これは、プリズムユニット３００下側から上側に向かう風を極力妨げないようにして、出射側偏光板３０６Ｂや液晶パネル３０２Ｂの冷却効率を向上させるためである。

また、固定平坦部３１４Ｂは、図８を見れば明らかであるが、固定平坦部３１４Ｂの先端の平坦部は根元の折り曲げ部より合成プリズム側（出射側偏光板３０６Ｂの光出射側）に凹んでいる。そして、３つの固定平坦部３１４Ｂの先端の平坦部で形成される面上に出射側偏光板３０６Ｂを配置している。

合成プリズム３０４は、図６及び図７に示すように、取付部材３０８によって形成された内部の空間に入るように配置されている。取付部材３０８と合成プリズムとの固定は、上面側においては、合成プリズム３０４を取付部材３０８内に装着した後、取付部材３０８の上面に設けられた複数の孔３１６から接着剤を流し込み接着する。また、下面においては、合成プリズム３０４の底面と取付部材３０８の下部に設けられた複数の突起３１８とを接着剤によって接合する。

次に、図８に基づき、各液晶パネル３０２と、各出射側偏光板３０６と、合成プリズム３０４とを取り付けるための取付部材３０８について詳細に説明する。

取付部材３０８の上面には、上述の通り、合成プリズム３０４を接合するための孔３１６が設けられている。この上面を基準面として、各液晶パネル３０２を接合するための各固定ピン３１２Ｒ，３１２Ｇ，３１２Ｂ（実施例１では、各々４箇所）と、各出射側偏光板３０６を接合するための各固定平坦部３１４Ｒ，３１４Ｇ，３１４Ｂ（実施例１では、各々３箇所）とが形成される部位が、プレス成形の曲げ加工によって約９０度に曲げられて形成されている。

この際、取付部材３０８の強度を確保するため、及び前述の曲げ加工によって形成された部位が戻ろうとする作用（スプリングバック）を抑制するため、固定ピン３１２Ｒ及び固定平坦部３１４Ｒとが形成される部位と、固定ピン３１２Ｇ及び固定平坦部３１４Ｇとが形成される部位との間を、Ｇ側に設けた穴とＲ側に設けた凸部とを嵌合させたカシメ部３２０で固定する。同様に、固定ピン３１２Ｂ及び固定平坦部３１４Ｂとが形成される部位と、固定ピン３１２Ｇ及び固定平坦部３１４Ｇとが形成される部位との間においても、カシメ部３２０で固定している。

次に、図６，図７，図９及び図１０に基づき、光学部品の冷却効率の向上について詳細に説明する。図９は、図５のプリズムユニットにおける合成プリズム３０４Ｂ光束の入射面上側固定平坦部３１４Ｂを通る縦断面図である。また、図１０は、図９のＡ部拡大図で、固定平坦部３１４Ｂと出射側偏光板３０６Ｂとの厚さ方向の関係を説明するものである。なお、図９では、図示を簡単とするため、Ｂ側に着目した図としてある。

図９に示すように、取付部材３０８において、固定平坦部３１４Ｂの外郭は、合成プリズム側に凹んでいる。図１０のＡ部は、合成プリズム３０４Ｂ光束の入射面上側固定平坦部３１４Ｂの拡大図である。図１０から明らかなように、出射側偏光板３０６Ｂを固定する固定平坦部３１４Ｂの外郭部３１４Ｂ−ａ）に対し固定平坦部３１４Ｂの先端の平坦部３１４Ｂ−ｂは合成プリズム側に凹んでいる。この凹部３１４Ｂ−ｃに出射側偏光板３０６Ｂを配置する。このとき、固定平坦部３１４Ｂの外郭部３１４Ｂ−ａの位置は、出射側偏光板３０６Ｂの光入射面３０６Ｂ−１と同じか、またはそれより光出射側に配置されている。

また、前述の通り、取付部材３０８は、金属製なので、機械的強度を維持しながらその板厚を薄くすることが可能となり、取付部材３０８の底面側に配置された固定ピン３１２Ｂの板厚は薄くすることが可能である。また、図５から明らかなように、底面側の固定ピン３１２Ｂを図示しないプリズムユニット３００下側からの風に沿うように配置されている。

これらにより、出射側偏光板３０６Ｂや液晶パネル３０２Ｂを冷却するための風の風路を遮るものがなくなるため、出射側偏光板３０６Ｂや液晶パネル３０２Ｂの冷却効率を向上させることが可能となる。

尚、実施例１では、取付部材３０８の板厚は、約０．６ｍｍとし、出射側偏光板３０６Ｂの基板３３１Ｂの板厚は、約０．６ｍｍとしている。少なくとも、基板３３１Ｂの板厚を取付部材３０８の板厚と同じ或いは大とすることにより、出射側偏光素子３３０Ｂの光入射側及び光出射側に風を当てることが可能となるため、更なる冷却効率の向上が見込める。

また、液晶パネル３０２Ｂに掛かるあらゆる方向からの荷重に対して、液晶パネル３０２Ｂと取付部材３０８との固定強度を向上させるために、図８に示す取付部材３０８の上面側に配置された固定ピン３１２Ｂは、図５に示す取付部材３０８の底面側に配置された固定ピン３１２Ｂとは９０度回転した方向に曲げ加工されている。従って、図５に示す取付部材３０８の上面側に配置された固定ピン３１２Ｂは、図５に示す取付部材３０８の底面側に配置された固定ピン３１２Ｂよりも、例えば合成プリズム３０４の底面への投影板厚が大きくなっている。これは、出射側偏光板３０６Ｂや液晶パネル３０２Ｂの冷却効率を低下させるように思われるが、実施例１では、出射側偏光板３０６Ｂや液晶パネル３０２Ｂを冷却するための風は、プリズムユニット３００の底面側から流れてくるため、図５に示す取付部材３０８の上面側に配置された固定ピン３１２Ｂの周辺を通過する風は、出射側偏光板３０６Ｂや液晶パネル３０２Ｂを冷却した後の風であるため、冷却効率には何ら影響を与えない。

実施例１では、各液晶パネル３０２と、各出射側偏光板３０６と、合成プリズム３０４とを取り付けるための取付部材３０８は、機械加工の１つであるプレス成形によって成形された製品（プレス成形品）について説明したが、ダイキャスト成形によって成形された製品（ダイキャスト成形品）にも適用可能である。例えば、アルミニウムダイキャスト製品、マグネシウムダイキャスト製品などである。

実施例１の投射型表示装置の正面側から見た外観を示す斜視図。 実施例１の投射型表示装置の背面側から見た外観を示す斜視図。 実施例１の投射型表示装置の内部を示す斜視図。 実施例１の投射型表示装置の光学ユニットを示す平面図。 実施例１の投射型表示装置のプリズムユニットの分解斜視図。 実施例１のプリズムユニットを底面側から見た平面視図。 実施例１のプリズムユニットを上面側から見た平面視図。 実施例１のプリズムユニットと光学素子を取り付けるための取付部材の斜視図。 図５のプリズムユニットにおける合成プリズム３０４Ｂ光束の入射面上側固定平坦部３１４Ｂを通る縦断面図。 図９のＡ部拡大図で、固定平坦部３１４Ｂと出射側偏光板３０６Ｂとの厚さ方向の関係を説明する図。

符号の説明

１ 投射型表示装置、２ 吸気口、３ 排気口、４ 放音口、５ 操作ボタン、７ 光源装置ドア、１０ 投射レンズ、１１ ボトムケース、１２ アッパーケース、５０ ＡＣインレット、５１ 入出力端子群、１００ 光源装置、１０２ 光源、１０４ リフレクタ、１０６ 光源ユニット、１０８ ランプケース、２００ 照明光学ユニット、２０２ 第１のレンズアレイ、２０４ 第２のレンズアレイ、２０６ 偏光変換素子、２０８ 集光レンズ、２１０ 青反射ダイクロイックミラー、２１２ 緑反射ダイクロイックミラー、２１４，２１６，２１８ 反射ミラー、２２０ 第１のリレーレンズ、２２２ 第２のリレーレンズ、２２４ コンデンサレンズ、２２６ 入射側偏光板、２２８Ａ，２２８Ｂ，２２８Ｃ 固定ネジ、３００ プリズムユニット、３０２ 液晶パネル、３０４ 合成プリズム、３０６ 出射側偏光板、３０８ 取付部材、３１０ 液晶パネルの孔、３１２ 固定ピン、３１４ 固定平坦部、３１６ 取付部材の孔、３１８ 取付部材の突起、３２０ カシメ部、３３０ 出射側偏光素子、３３１ 基板、４００Ｒ，４００Ｌ，４０２，４０４ 吸気ファン、５００ 電源ユニット。

Claims (8)

1. 光束を出射する光源と、
   前記光源からの光を複数色の光束に分離する色分離部と、
   前記複数色の各々に対応して配置された複数個の映像表示素子と、
   出射側偏光素子と前記出射側偏光素子を保持する基板とで形成され、前記複数色の各々に対応して配置された複数個の出射側偏光板と、
   前記複数個の出射側偏光素子からの光束を合成する合成プリズムと、
   前記合成プリズムからの光束を投射する投射レンズと、
   １枚の金属製の部材で形成され、前記複数個の映像表示素子と前記複数個の出射側偏光板と合成プリズムとを取り付ける取付部材とを有し、
   前記取付部材は、プレス成形により成形される、投射型表示装置。
2. 前記取付部材は、前記基板を保持し、前記複数個の出射側偏光板の各々に対応して形成された複数個の固定平坦部を有し、
   前記出射側偏光素子は、前記映像表示素子と対向する面に保持される、請求項１記載の投射型表示装置。
3. 前記固定平坦部は、前記合成プリズム側に凹んだ凹部を有する、請求項２記載の投射型表示装置。
4. 前記投射型表示装置の筐体には、風が吹き出す吹出口が形成され、
   前記凹部は、前記吹出口と対向する側及び前記吹出口の左右側に形成される、請求項３記載の投射型表示装置。
5. 前記取付部材は、前記映像表示素子を保持する固定ピンを有し、
   前記取付部材の上面の固定ピンの板厚は、前記取付部材の底面の固定ピンの板厚よりも大である、請求項４記載の投射型表示装置。
6. 前記取付部材は、前記投射レンズと対向する面に配置された前記映像表示素子を保持する部位と、前記面と垂直である面に配置された前記映像表示素子を保持する部位を嵌合するカシメ部を有する、請求項５記載の投射型表示装置。
7. 前記取付部材は、アルミニウム製の部材又はマグネシウム製の部材で形成される、請求項６記載の投射型表示装置。
8. 前記基板は、前記取付部材の厚さ以上の厚みを有する、請求項３記載の投射型表示装置。

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