JP2004038105A

JP2004038105A - 液晶プロジェクタおよび投写ブロック

Info

Publication number: JP2004038105A
Application number: JP2002198824A
Authority: JP
Inventors: Yoji Kubota; 久保田　洋治; Yasushi Kato; 加藤　靖
Original assignee: Nagano Optics Laboratory Corp
Current assignee: Nagano Optics Laboratory Corp
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】内部放熱方式や空冷方式に比べて冷却効率の高い液晶パネルの冷却機構を備えた液晶プロジェクタを提案すること。
【解決手段】液晶プロジェクタ１の発熱源である液晶パネル３０〜３２にはヒートシンク３４〜３６が取り付けられており、ヒートシンク３４〜３６の熱が、熱交換式の冷却機構６０によって外部に放出される。冷却機構６０はヒートシンク３４〜３６に接合されているエバポレータ６１〜６３と、圧縮機６４と、コンデンサ６５とを備えており、コンデンサ６５では、冷媒と外気との間で熱交換を行い、冷媒に担持されている熱をハウジング２の外部に放出する。ハウジング２の内部に液晶パネル３０〜３２から発生した熱がこもることがなく、また、冷却ファンを利用した空冷式の冷却機構に比べて効率良く液晶パネル３０〜３２を冷却できる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶プロジェクタに関し、その発熱源である光源ランプおよびライトバルブとして用いられている液晶パネルを効率良く冷却可能な冷却機構を備えた液晶プロジェクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタにおいては、一般にライトバルブとして各色光を変調するための３枚の液晶パネル（ＬＣＯＳパネルやＤＬＰパネル）が搭載されており、光源からの射出光が各色光に分離された後に各液晶パネルによって映像信号に応じて変調され、ダイクロイックプリズムなどからなる合成光学系を介して投写光像として合成され、これが投写レンズによってスクリーン上に拡大投写されるようになっている。この構成の液晶プロジェクタでは、光源ランプおよび各液晶パネルが発熱源となってプロジェクタ内部が加熱状態になるので、発生した熱を放出するための放熱機構が組み込まれている。
【０００３】
液晶パネルの放熱機構は、一般に、液晶パネルを支持している支持板を熱伝導性の高い金属素材から形成すると共に、当該支持板の背面に放熱板を密着させ、液晶パネルで発生した熱を放熱板から放出して、液晶パネルが過熱状態に陥ることを防止している。また、フィンなどの放熱部が形成されている放熱板に対して冷却ファンにより風を当てて、放熱効率を高めている。一方、光源ランプの放熱機構は、光源ランプを取り囲んでいるリフレクタの外周面に対して下側あるいは後方などから冷却ファンにより風を当てて、ランプで発生した熱を放出するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来における放熱機構は、液晶パネルの発熱を放熱板（ヒートシンク）を介して放出する構成であり、放出された熱がプロジェクタハウジング内に拡散して周辺部分を加熱することになる。ハウジング内温度が高くなると、冷却ファンなどによって風を流通させても放熱性が低下するなどの弊害がある。また、放熱効率を高めるために、大型冷却ファンあるいは多数の冷却ファンを設置して、ハウジング内を流通させる冷却空気の量を増加させると、塵がハウジング内に侵入する可能性が増加し、光学素子の表面などに塵が付着して投写画像の品質が低下するなどの弊害が発生する惧れが高くなる。
【０００５】
特に、近年においては、投写映像の高解像度化、高輝度化に伴って、液晶プロジェクタ内部での発熱量も増加しているので、液晶パネルおよび光源ランプの放熱効率を一層改善する必要があり、同時に、防塵対策も強化する必要がある。
【０００６】
なお、従来の放熱機構を用いて放熱性を高めるためには、ヒートシンクとしての放熱板の大型化、冷却ファンの大型化・性能向上・設置個数の増加などが必要であるが、このようにすると、プロジェクタの寸法増加、コストアップに繋がってしまう。さらには、大型の冷却ファンを駆動するので消費電力のアップも招いてしまう。これに加えて、冷却ファンの駆動による騒音も大きくなってしまう。
【０００７】
また、放熱性を高めるためには冷却ファンから吹き出されて各熱源から熱を奪ったのちの空気をプロジェクタハウジング外に放出するための通気孔を大きくする必要があり、当該通気孔に到る冷却空気の排出路も大きくする必要がある。しかし、冷却空気の排出路を大きくすると、液晶プロジェクタのシャーシに大きな開口を付ける必要があるのでその強度が低下してしまうので好ましくない。これに加えて、ハウジングに大きな通気孔を形成した場合には、塵などがハウジング内に侵入しやすくなり、内部の光学素子に付着するなどの弊害が起き易くなり、やはり好ましくない。
【０００８】
一方、今後においては、液晶プロジェクタの小型化、高解像度および高輝度化、低騒音化、省電力化などの要求がより強く求められることが予想される。
【０００９】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、液晶パネルやランプで発生した熱をハウジング外に放出することにより冷却効率の改善を図った液晶プロジェクタ、およびその投写ブロックを提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、光源と、この光源からの射出光を映像情報に応じて変調する液晶パネルと、変調後の投写光像をスクリーン上に投写する投写レンズとを有する液晶プロジェクタにおいて、
前記液晶パネルに取り付けられたヒートシンクと、
前記液晶パネルを冷却するための冷却機構とを有し、
この冷却機構は、冷媒の循環経路に沿って配置されて圧縮機、コンデンサ、膨張弁およびエバポレータを備え、
前記冷媒が前記エバポレータにおいて前記ヒートシンクとの間で熱交換を行い、熱交換後の前記冷媒が前記コンデンサにおいて外気との間で熱交換を行って冷却されることを特徴としている。
【００１１】
本発明においては、液晶パネルで発生した熱がヒートシンクから冷媒およびコンデンサを介して外部に放出される。従って、ハウジング内に熱がこもってしまうことがないので、液晶パネルの冷却効率を高めることができる。
【００１２】
ここで、ヒートシンクとエバポレータの間における熱交換効率を高めるためには、前記ヒートシンクと前記エバポレータとの接触面を相互に入り込ませた凹凸状とし、前記接触面に沿って、前記冷媒の循環経路を蛇行状態に形成することが望ましい。
【００１３】
また、光源で発生する熱をハウジング外に効率良く放出するためには、前記冷却機構に、前記光源のランプボックスとの間で熱交換を行うランプ冷却用エバポレータを接続して、当該エバポレータを介して冷媒を循環させて熱交換を行えばよい。
【００１４】
次に、液晶プロジェクタは一般にカラーの投写画像を表示するために、前記光源からの射出光を各色光に分離する色分離光学系と、各色光を映像情報に応じて変調する複数の前記液晶パネルと、変調後の各色光を合成する光合成光学系とを有している。
【００１５】
ここで、前記色分離光学系、前記液晶パネル、前記光合成光学系および前記投写レンズを共通シャーシに搭載した構成の投写ブロックとし、この投写ブロックをプロジェクタハウジングに取り付けるようにしてもよい。この場合においては、投写ブロックに、前記エバポレータと、当該エバポレータを経由して冷媒を流通させるブロック側冷媒流通管とを取り付け、前記プロジェクタハウジングには、前記コンデンサ、前記圧縮機、およびこれらを経由して冷媒を流通させるハウジング側冷媒流通管を取り付け、このハウジング側冷媒流通管と前記ブロック側冷媒流通管を着脱可能な状態で接続することが望ましい。
【００１６】
さらに、この投写ブロックに、前記冷却機構の全てを搭載することも可能である。
【００１７】
一方、本発明は、液晶プロジェクタに着脱可能に搭載される投写ブロックであって、
光源からの射出光を各色光に分離する色分離光学系と、各色光を映像情報に応じて変調する複数の液晶パネルと、変調後の各色光を合成する色合成光学系と、合成後の投写光像をスクリーン上に投写する投写レンズと、前記液晶パネルに取り付けたヒートシンクと、前記液晶パネルを冷却するための冷却機構とを有し、この冷却機構は、冷媒の循環経路に沿って配置されて圧縮機、コンデンサ、膨張弁およびエバポレータを備え、
前記冷媒が前記エバポレータにおいて前記ヒートシンクとの間で熱交換を行い、熱交換後の前記冷媒が前記コンデンサにおいて外気との間で熱交換を行って冷却されることを特徴としている。
【００１８】
この場合においても、前記ヒートシンクと前記エバポレータとの接触面を相互に入り込ませた凹凸状とし、前記接触面に沿って、前記冷媒の循環経路を蛇行状態に形成することが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した液晶プロジェクタの実施例を説明する。
【００２０】
（全体構成）
図１（ａ）は本例の液晶プロジェクタ（ＬＣＯＳ型投写型表示装置）を示す概略平面図であり、図１（ｂ）は矢印の方向から見た概略側面図である。これらの図を参照して説明すると、本例の液晶プロジェクタ１は一点鎖線で示す扁平な直方体のハウジング２の内部に各構成部品が搭載された構成となっている。すなわち、ハウジング２の内部には、投写用光源３と、均一照明光学系１０と、色分離光学系２０と、３枚の液晶パネル３０〜３２と、光合成光学系４０と、投写レンズユニット５０と、液晶パネルの冷却機構６０とが搭載されている。
【００２１】
ここで、色分離光学系２０、液晶パネル３０〜３２、光合成光学系４０、投写レンズユニット５０、並びに冷却機構６０の一部が投写ブロック７０として共通シャーシに搭載された構成となっている。この投写ブロック７０はハウジング２に対して着脱可能な状態で搭載されている。
【００２２】
各部を詳細に説明すると、光源３は、ハロゲンランプなどのランプ４と、ランプ発散光を前方に射出するためのリフレクタ５を備えている。本例の光源３はハウジング２に取り付けられたランプボックス６に、ランプ４が取り付けられたリフレクタ５が搭載されたランプユニットとして構成されている。
【００２３】
この光源３からの射出光は均一照明光学系１０を介して均一な輝度分布の平行光束とされる。均一照明光学系１０は複数のマイクロレンズがマトリックス状に配列されたインテグレータレンズ１１、１２、集光レンズ１３および全反射ミラー１４、１５などから構成されている。平行光束は、色分離光学系２０において各色Ｒ、Ｇ、Ｂの色光に分離され、各色光はそれぞれ対応するライトバルブとして機能する反射型の液晶パネル（ＬＣＯＳパネル）３０、３１、３２に導かれる。
【００２４】
色分離光学系２０では、白色の平行光束から青反射用ダイクロイックミラー２１によって青色光束を分離してダイクロイックプリズム２２に導き、液晶パネル３０に向けて反射する。青反射用ダイクロイックミラー２１を通過した緑色光は緑反射用ダイクロイックプリズム２３によって反射されて液晶パネル３１に導かれる。ダイクロイックプリズム２３を通過した赤色光は全反射ミラー２４を介してダイクロイックプリズム２５に導かれ、液晶パネル３２に向けて反射される。
【００２５】
各色光は、液晶パネル３０、３１、３２で反射される際に映像信号に対応して変調され、各ダイクロイックプリズム２２、２３、２５を通過して、光合成光学系４０に導かれる。光合成光学系４０は４個のダイクロイックプリズムを貼り合せた構造となっており、Ｘ状の誘電体多層膜からなる反射面を介して、各色の光が合成されて投写光像を形成する単一の光束とされ、投写光像は投写レンズユニット５０を介して不図示のスクリーンに拡大投写される。
【００２６】
（液晶パネルの冷却機構）
液晶パネルの冷却機構６０は、冷媒の循環経路に沿って配置されている３個のエバポレータ６１〜６３と、各エバポレータ６１〜６３を経由した後の冷媒が合流して吸引口から吸引される圧縮機６４と、圧縮機６４の吐出口から吐出された冷媒を外気との間で熱交換して液化するコンデンサ６５とを有し、コンデンサ６５を経由した冷媒が不図示の膨張弁を介してガス化されて各エバポレータ６１〜６３に供給される。
【００２７】
液晶パネル３０〜３２にはそれぞれ、熱伝導性の高い金属素材からなるヒートシンク３４〜３６が取り付けられている。各ヒートシンク３４〜３６には、それぞれ、エバポレータ６１〜６３が密接に接触しており、エバポレータ６１〜６３を流れる冷媒とヒートシンク３４〜３６との間で熱交換が行われて、液晶パネル３０〜３２から発生した熱が冷媒に担持されて、コンデンサ６５においてハウジング外に放出される。コンデンサ６５は冷媒の流通管６６とこの流通管６６に取り付けた多数枚の冷却フィン６７と、この冷却フィン６７に外気を導入して吹き付けるための冷却ファン６８とを備えている。冷却ファン６８はハウジング２に形成した外気導入口２ａに対峙している。
【００２８】
次に、図２には、液晶パネル３０〜３２のヒートシンク３４〜３６と、エバポレータ６１〜６３の接触面形状および、エバポレータ内部の冷媒流通管の引き回し状態を示してある。これらの図に示すように、ヒートシンク３４〜３６とエバポレータ６１〜６３の接触面は相互に入り込んだ凹凸状の接合面とされており、接触面積を増加して熱伝導効率を高めている。ヒートシンク３４〜３６とエバポレータ６１〜６３の接触面を、セラミックにより接着すれば、これらの間の熱伝導性を良好に保持できる。
【００２９】
また、冷媒流通管６１ａ〜６３ａは蛇行状態にエバポレータ内部において凹凸状の接触面の裏面に接触した状態に引き回されており、接触面全体から均一に吸熱可能となっている。この結果、ヒートシンクとエバポレータの間の熱交換効率が改善されている。
【００３０】
ここで、本例においては、投写ブロック７０の側に、冷却機構６０のうち、各エバポレータ６１〜６３と、これらを介して冷媒を流通させるブロック側冷媒流通管７２とが搭載されている。圧縮機６４、コンデンサ６５およびこれらを経由して冷媒を流通させるハウジング側冷媒流通管６９はハウジング２の側に搭載されている。さらに、ブロック側冷媒流通管７２の両端７２ａ、７２ｂと、ハウジング側冷媒流通管６９の両端６９ａ、６９ｂとは、接続金具７３ａ、７３ｂによって着脱可能な状態で相互に接続されている。
【００３１】
この構成の液晶パネルの冷却機構６０においては、冷媒が各エバポレータ６１〜６３において液晶パネル３０〜３２のヒートシンク３４〜３６から熱を奪い、奪った熱がコンデンサ６５において外部に放出される。従って、液晶パネル３０〜３２で発生した熱がハウジング２の内部にこもり、内部温度が上昇して二次的な被害が周辺部品に及ぶことがない。また、ハウジング２の内部に熱がこもらないので、従来の液晶パネルの放熱機構に比べて効率良く液晶パネル３０〜３２を冷却できる。
【００３２】
（投写ブロックの別の例）
上記の投写ブロック７０において、冷却機構６０のコンデンサ６５および圧縮機６４も投写ブロック７０に搭載することも可能であり、この場合には、自己完結型の液晶パネルの冷却システムが構築される。また、この構成の投写ブロックは単にプロジェクタハウジングに取り付けるのみでよい。さらに、この投写ブロックを密閉構造とすることができるので、塵の侵入を確実に防止できるので、今後の高解像度化にとって極めて有利である。
【００３３】
（光源の冷却機構）
なお、光源３の冷却機構としても上記のようなエバポレータを光源３のランプボックスなどの側面に接触させて光源３を冷却することができる。また、かかる冷却システムと共に、従来から用いられている冷却ファンによる空冷システムも併用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶プロジェクタにおいては、その発熱源である液晶パネルや光源から発生した熱を熱交換式の冷却機構を介してハウジング外に放出するようにしている。従って、従来のハウジング内部での放熱方式や空冷方式の冷却機構に比べて効率良く液晶パネルなどを冷却できる。
【００３５】
また、投写ブロックに液晶パネルの冷却機構を搭載した場合には、自己完結型の液晶パネル冷却機構を実現でき、液晶プロジェクタの装置レイアウトなどの自由度が増し、また、投写ブロックを完全密閉型として塵の侵入などを確実に防止可能になるなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した液晶プロジェクタを示す図であり、（ａ）はその概略平面図であり、（ｂ）は矢印の方向から見た場合の概略側面図である。
【図２】（ａ）は図１の液晶パネルのヒートシンクとエバポレータの接触面形状を示す説明図であり、（ｂ）は、エバポレータ内部の冷媒流通管の引き回し状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　液晶プロジェクタ
２　　ハウジング
３　　光源
４　　ランプ
５　　リフレクタ
１０　均一照明光学系
２０　光分離光学系
３０、３１、３２　液晶パネル
３４〜３６　ヒートシンク
４０　光合成光学系
５０　投写レンズユニット
６０　液晶パネルの冷却機構
６１〜６３　エバポレータ
６４　圧縮機
６５　コンデンサ
６９　ハウジング側冷媒流通管
７０　投写ブロック
７２　ブロック側冷媒流通管

Claims

光源と、この光源からの射出光を映像情報に応じて変調する液晶パネルと、変調後の投写光像をスクリーン上に投写する投写レンズとを有する液晶プロジェクタにおいて、
前記液晶パネルに取り付けられたヒートシンクと、
前記液晶パネルを冷却するための冷却機構とを有し、
この冷却機構は、冷媒の循環経路に沿って配置されて圧縮機、コンデンサ、膨張弁およびエバポレータを備え、
前記冷媒が前記エバポレータにおいて前記ヒートシンクとの間で熱交換を行い、熱交換後の前記冷媒が前記コンデンサにおいて外気との間で熱交換を行って冷却されることを特徴とする液晶プロジェクタ。
請求項１において、
前記ヒートシンクと前記エバポレータとの接触面は相互に入り込ませた凹凸状であり、
前記接触面に沿って、前記冷媒の循環経路が蛇行状態に形成されていることを特徴とする液晶プロジェクタ。
請求項１または２において、
前記冷却機構は、前記光源のランプボックスとの間で熱交換を行うランプ冷却用エバポレータを備えていることを特徴とする液晶プロジェクタ。
請求項１、２または３において、
前記光源からの射出光を各色光に分離する色分離光学系と、各色光を映像情報に応じて変調する複数の前記液晶パネルと、変調後の各色光を合成する光合成光学系とを有し、前記投写レンズによって合成後の投写光像がスクリーン上に投写されることを特徴とする液晶プロジェクタ。
請求項４において、
前記色分離光学系、前記液晶パネル、前記光合成光学系および前記投写レンズが共通シャーシに搭載された構成の投写ブロックと、この投写ブロックが取り付けられているプロジェクタハウジングとを有しており、
前記投写ブロックは、前記エバポレータと、当該エバポレータを経由して冷媒を流通させるブロック側冷媒流通管とを備えており、
前記プロジェクタハウジングには、前記コンデンサ、前記圧縮機、およびこれらを経由して冷媒を流通させるハウジング側冷媒流通管が配置されており、
このハウジング側冷媒流通管と前記ブロック側冷媒流通管が着脱可能な状態で接続されていることを特徴とする液晶プロジェクタ。
請求項４において、
前記色分離光学系、前記液晶パネル、前記光合成光学系および前記投写レンズが共通シャーシに搭載された投写ブロックと、この投写ブロックが取り付けられているプロジェクタハウジングとを有しており、
この投写ブロックには、前記冷却機構が搭載されていることを特徴とする液晶プロジェクタ。
液晶プロジェクタに着脱可能に搭載される投写ブロックであって、
光源からの射出光を各色光に分離する色分離光学系と、各色光を映像情報に応じて変調する複数の液晶パネルと、変調後の各色光を合成する光合成光学系と、合成後の投写光像をスクリーン上に投写する投写レンズと、前記液晶パネルに取り付けたヒートシンクと、前記液晶パネルを冷却するための冷却機構とを有し、前記冷却機構は、冷媒の循環経路に沿って配置されて圧縮機、コンデンサ、膨張弁およびエバポレータを備え、
前記冷媒が前記エバポレータにおいて前記ヒートシンクとの間で熱交換を行い、熱交換後の前記冷媒が前記コンデンサにおいて外気との間で熱交換を行って冷却されることを特徴とする液晶プロジェクタの投写ブロック。
請求項７において、
前記ヒートシンクと前記エバポレータとの接触面は相互に入り込ませた凹凸状であり、
前記接触面に沿って、前記冷媒の循環経路が蛇行状態に形成されていることを特徴とする液晶プロジェクタの投写ブロック。