JP2004279964A

JP2004279964A - 液晶表示素子及び画像表示装置

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Publication number: JP2004279964A
Application number: JP2003074324A
Authority: JP
Inventors: Shigekuni Dewa; 重邦出羽; Masashi Yamada; 将志山田; Tomonori Saito; 知典斉藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】放熱効果の最適化を図り、冷却効率を向上させる。
【解決手段】光源９と、空間光変調素子となる液晶表示素子２４，２７，３０と、光源から発せられた光によって上記液晶表示素子２４，２７，３０を照明する照明光学系と、液晶表示素子の像を結像する結像光学系とを備え、液晶パネル１を保持する遮光枠５を、アルミニウムの含有率が８５％以上の材料により形成する。即ち、熱伝導性が最も良好であると考えられる金属材料（Ａｌ等）を用いてその材料に含まれる不純物を極力少なくした材料で遮光枠５を形成するものであり、形成する際に必要な条件を満たすために、必要最低限の不純物を含有させ、熱伝導性と機械的強度、量産安定性を高いレベルで両立させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置において空間光変調素子として使用される液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示素子を空間光変調素子として用いて構成された画像表示装置が提案されている。このような画像表示装置においては、表示画像の高輝度化及び装置構成の小型化について著しい進歩が遂げられているが、このような進歩の背景には、液晶表示素子の冷却実装技術の改善がある。
【０００３】
すなわち、液晶表示素子の温度上昇は、光学特性の著しい低下や短寿命化、液晶駆動用回路の誤作動の要因となるため、画像表示装置における表示画像の高輝度化及び装置構成の小型化のためには、液晶表示素子の冷却化対策を講じる必要がある。これは、画像表示装置に限らず、液晶表示素子を使用する全ての装置についていえることである。
【０００４】
従来、液晶プロジェクターなどに用いられる液晶パネルは外枠の材質は高分子（ＰＣ、ＰＰＳ）やアルミニウム、マグネシウムというのが一般的である。近年は、外枠にヒートシンク効果を求めるようになったため、アルミニウムなどの金属材を使用することが主流になってきている。しかし、その材料にはＳｉなどの不純物が含まれており、アルミニウム本来が持つ熱伝導性を低下させている。
【０００５】
また、画像表示装置において、液晶表示素子の光束入射側及び光束出射側に設置される偏光板についても、同様に、冷却化対策を講じる必要がある。
【０００６】
従来の偏光板は、ヨウ素系、または、染料系材料からなるフィルムとして構成されており、耐熱性が極めて低く、高温を発する液晶表示素子に近接させて配置することは困難である。そのため、この偏光板は、高熱伝導性ガラス（サファイア等）に貼付けた状態で、液晶表示素子から離して設置されている。
【０００７】
しかし、このようなヨウ素系、または、染料系材料からなるフィルムとして構成された偏光板は、高熱伝導性ガラスへ貼付けて使用したとしても、画像表示装置による表示画像のいっそうの高輝度化を図ろうとする場合においては、充分な耐熱性を有するものとはいえなかった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２５８２０３号公報
【特許文献２】
特開平１１−２９５６８３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような液晶表示素子においては、近年、遮光枠を金属材料で形成することにより放熱性を高めたものが実用化されている。遮光枠は、液晶表示素子の有効表示領域外へ入射する光を遮断するものである。
【００１０】
このような液晶表示素子においては、液晶封入基板と金属枠とは、接着剤で固定されている。そのため、高温下や低温下の環境においては、ガラスと金属との線膨張係数の違いから、遮光枠の熱膨張により液晶封入基板に対して応力が伝わり、表示ムラが発生する虞れがある。
【００１１】
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、放熱効果の最適化が図られ、冷却効率が向上された液晶表示素子を提供し、また、このような液晶表示素子を用いて構成された画像表示装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る液晶表示素子は、液晶封入基板を保持する遮光枠を有し、この遮光枠は、アルミニウムの含有率が８５％以上の材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明は、熱伝導性が最も良好であると考えられる金属材料（Ａｌ等）を用いてその材料に含まれる不純物を極力少なくした材料で遮光枠を形成するものであり、形成する際に必要な条件を満たすために、必要最低限の不純物を含有させ、熱伝導性と機械的強度、量産安定性を高いレベルで両立させるものである。
【００１４】
そして、本発明に係る画像表示装置は、光源と、空間光変調素子となる液晶表示素子と、光源から発せられた光によって上記液晶表示素子を照明する照明光学系と、液晶表示素子の像を結像する結像光学系とを備え、液晶表示素子は、液晶封入基板を保持する遮光枠を有し、この遮光枠は、アルミニウムの含有率が８５％以上の材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１６】
本発明に係る液晶表示素子の遮光枠の材料は、その熱伝導性を最大限に発揮するため、極力、不純物を取り除いた材料を用いる。ダイキャスト部品は成型後の機械加工や機械的強度を維持するためにある程度の他物質を混合して使用しなければならず、純アルミ（含有率９９．９９％以上）は実用的ではないことが知られている。
【００１７】
この液晶表示素子の遮光枠に使用した材料は、この機械的性能を実用的な範囲で満たし、熱伝導性と両立させる事が可能なものである。具体的にはアルミニウムの含有比率が８５％〜９５％で、好ましくは９０％〜９３％の材料である。
【００１８】
また、金属の場合、ダイカスト成型の加工精度上、現在以上の高精度化は難しく、冷却効果に大きく影響する液晶パネルと外枠との接触面積を増やす事は困難になってきている。本技術は外枠の材料としてグラファイトに代表されるカーボンファイバーを含んだ高分子材料を使用することで高熱伝導率と高精度化を現状よりも高いレベルで最適化し、さらに液晶パネルとの熱膨張係数を一致させる事で組立公差を小さくし、液晶パネルと外枠との接触面積を増やす事を可能とした。
【００１９】
カーボンファイバーの混合比は１００％の場合が最も冷却効果が高いが形状成型が困難でかつ、もろい為、実際には２０％〜８０％（好ましくは４０％〜６０％）程度である。
【００２０】
すなわち、本発明に係る液晶表示素子は、図１に示すように、一対の透明な液晶封入基板からなる液晶パネル１を有して構成される。この液晶パネル１は、液晶封入基板間に液晶を封入するとともに、これら液晶封入基板の対向面部の一方にＩＴＯ（対向電極）及び配向膜、他方に配向膜及び透明電極（ＴＦＴ基板）がそれぞれ形成されて構成されている。
【００２１】
この液晶パネル１の光束入射側には、図２に示すように、無機偏光板２が、液晶封入基板に対して一体的に貼付けられている。この無機偏光板２は、いわゆる「ワイヤグリッド」であり、反射型偏光板とも呼ばれているものである。この無機偏光板２は、充分な耐熱性を備えており、高温を発する液晶封入基板と一体化しても、その特性が影響を受けることがない。
【００２２】
また、この無機偏光板２は、板厚が充分に厚くなっており、入射側カバーガラスとしての役割を果たすようになっている。すなわち、従来の液晶表示素子においては、液晶パネルにカバーガラスが貼付けられ、このカバーガラスから離れた位置に偏光板が設けられていたが、本発明に係る液晶表示素子においては、従来のカバーガラスに代えて、無機偏光板２が貼付けられている。
【００２３】
無機偏光板２の板厚は、０．７ｍｍ以上が望ましい。０．７ｍｍ以上にすることで、従来のカバーガラスとしての効果、いわゆる、粉塵のデフォーカス効果を同時に期待することが可能であるとともに、カバーガラスを無くすことによるコストメリットも期待できる。
【００２４】
無機偏光板２の液晶パネル１への貼付け（接着）方法としては、入射側の液晶封入基板の表面に、樹脂を用いて接着するようにする。この樹脂としては、ＵＶ（紫外線）硬化型接着剤やシリコーン系接着剤等が挙げられる。
【００２５】
無機偏光板２の材質は、貼りあわせる相手側の液晶封入基板と同じ材質、若しくは、線膨張係数が±１．０×１０^−６／Ｋ以内である材質が望ましい。無機偏光板２と液晶封入基板との材質が異なる場合、若しくは、線膨張係数がより大きい値を持つ材質の場合には、温度上昇による基板内応力が発生する可能性があり、その結果、画質の色ムラ等の不良が生じるためである。
【００２６】
そして、液晶パネル１の光束出射側には、出射側カバーガラス３が貼付けられている。この出射側カバーガラス３は、無機偏光板２と同様に、出射側の液晶封入基板の表面に、樹脂を用いて接着されている。
【００２７】
そして、この液晶表示素子においては、無機偏光板２の少なくとも一方の主面に、液晶表示素子の有効表示領域と同寸法、もしくは、有効表示領域よりも大きい開口部を有する遮光領域パターン４が形成されている。この遮光領域パターン４をなす遮光膜は、アルミニウムやクロム等の金属材料からなり、遮光膜として十分な機能を果たすことを可能とするため、５０ｎｍ以上の膜厚を有して形成されている。
【００２８】
そして、この液晶表示素子は、図１に示すように、液晶パネル１を収納する遮光枠５を有している。この遮光枠５は、カーボンファイバー（ＣＦ）を含んだ高分子材料、または、アルミニウム濃度が８５％以上のダイカスト材料から形成されている。この遮光枠５は、液晶パネル１の外周縁部分及び液晶パネル１の光束出射側の有効表示領域の外（周囲部）を覆う形状に構成されている。さらに、液晶パネル１の光束入射側には、液晶表示素子の有効表示領域の外（周囲）を覆う見切り板６が配置されている。この見切り板６は、金属等の材料によって形成され、遮光枠５に取り付けられている。
【００２９】
なお、この遮光枠５は、アルミニウム濃度が８５％以上のダイカスト材料から形成されている場合には、さらに、表面にアルマイト処理をしてもよい。
【００３０】
また、この遮光枠５は、カーボンファイバー（ＣＦ）を含んだ高分子材料から形成されている場合には、粉体カーボンを含んでいることとしてもよい。粉体カーボンを含有させることにより、放熱の方向性をなくすことができる。
【００３１】
遮光枠５には、四隅部分に、固定用貫通孔７が設けられている。これら固定用貫通孔７は、画像表示装置内などにおいて、この液晶表示素子をネジ等によって支持するためのものである。
【００３２】
この固定用貫通孔７内には、図３に示すように、柔軟性のあるパイプ状の緩衝部材８が配置されている。この緩衝部材８をなす材料としては、柔軟性のある材料として、ゴム等が望ましいが、遮光枠５よりも線膨張係数の低い材料であれば、プラスチック材料などでもよい。この緩衝部材８が設けられていることによって、遮光枠５の熱膨張による寸法変化が吸収され、高温下（低温下）での熱応力が緩和される。
【００３３】
本発明に係る液晶表示素子は、上述のような構成を有することにより、図４に示すように、画像表示装置に用いた場合に、この液晶表示素子の周囲のスペースを、約５％乃至１０％小型化することが可能である。また、従来の画像表示装置においては、入射側偏光板と液晶パネルとに別々に送風して冷却していたが、本発明に係る液晶表示素子においては、液晶パネル１と無機偏光板２とが一体化されているため、図５に示すように、一つのファンでこれら液晶パネル１及び無機偏光板２に同時に送風することができ、画像表示装置における熱設計が簡易化され、ファンの削減、ファンノイズの低減が実現される。
【００３４】
また、従来の液晶表示素子において有効表示領域外の入射光（若しくは出射光）を遮光するために用いていたステンレス板等の部品は、この液晶表示素子では不要であり、このような遮光板の役割は、無機偏光板２に付加されている。この液晶表示素子では、ステンレス板等の部品を無くすことができるので、部品点数の削減による製造プロセスの簡易化、コストダウンが実現される。
【００３５】
上述のような液晶表示素子を用いた画像表示装置は、図６に示すように、この液晶表示素子を空間光変調素子として用い、光源９によってこの液晶表示素子を照明するように構成されている。
【００３６】
すなわち、この画像表示装置において、光源９から発せられた光は、凹面反射鏡１０に反射されて、略平行光束となされる。凹面反射鏡１０に反射された光源９からの光束は、防熱フィルタ（赤外線カットフィルタ）１１及び第１のフライアイレンズアレイ１２を経て、ミラー１３を介して、さらに第２のフライアイレンズアレイ１４を経ることにより照度分布を均一化される。この光は、Ｐ−Ｓ変換素子１５によって偏光方向を揃えられ、リレーレンズ１６を経て、第１のダイクロイックミラー１７において色分離される。第１のダイクロイックミラー１７は、特定の色成分の光のみを透過させ、他の色成分の光を反射する。この実施の形態においては、第１のダイクロイックミラー１７においては、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が透過し、赤色（Ｒ）成分が反射される。
【００３７】
第１のダイクロイックミラー２５を透過した緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分光は、さらに、第２のダイクロイックミラー１８において色分離される。この第２のダイクロイックミラー１８は、この実施の形態においては、青色（Ｂ）成分を透過させ、緑色（Ｇ）成分を反射する。
【００３８】
第２のダイクロイックミラー１８を透過した青色（Ｂ）成分光は、リレーレンズ１９、ミラー２０、リレーレンズ２１、ミラー２２を経て、フィールドレンズ２３及び青色用液晶表示素子２４を透過し、クロスダイクロイックプリズム２５に入射する。
【００３９】
また、第２のダイクロイックミラー１８により反射された緑色（Ｇ）成分光は、フィールドレンズ２６及緑色用液晶表示素子２７を透過し、クロスダイクロイックプリズム２５に入射する。
【００４０】
一方、第１のダイクロイックミラー１７により反射された赤色（Ｒ）成分光は、ミラー２８を経て、フィールドレンズ２９及び赤色用液晶表示素子３０を透過し、クロスダイクロイックプリズム２５に入射する。
【００４１】
なお、各液晶表示素子２４，２７，３０とクロスダイクロイックプリズム２５との間には、図４に示すように、出射側偏光板３２が、出射側カバーガラス３から離間して配置されている。
【００４２】
このようにしてクロスダイクロイックプリズム２５に入射した青色（Ｂ）成分光、緑色（Ｇ）成分光及び赤色（Ｒ）成分光は、このクロスダイクロイックプリズム２５において合成されて、結像レンズとなる投射レンズ３１に入射する。そして、結像レンズ３１は、図示しないスクリーン上に、画像表示を行う。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、熱伝導性が最も良好であると考えられる金属材料（Ａｌ等）を用いてその材料に含まれる不純物を極力少なくした材料で遮光枠を形成するものであり、形成する際に必要な条件を満たすために、必要最低限の不純物を含有させ、熱伝導性と機械的強度、量産安定性を高いレベルで両立させるものである。
【００４４】
すなわち、アルミ純度８５％以上のものにて温度評価を実施した結果、材質がアルミダイキャスト材（ＡＤＣ１２）の同形状の外枠品に対してガラス基板表面温度で５％ほどの低下が確認された。
【００４５】
この冷却効果により、本発明に係る画像表示装置においては、以下の改善が可能となる。すなわち、冷却ファンの能力を低減できるので、静粛性が向上し、消費電力が低減し、また、措置構成の小型化が可能となる。ガラス基板の表面温度の低減により、長寿命化が可能となり、画質が改善される。さらに、導風効率が向上する為、ガラス基板にゴミが付着しにくくなる。ガラス基板の放熱性が向上するので、高輝度にしても寿命が短縮されず、基板の小型化が可能となり周辺部品も小型化され、小型、低コスト化が可能となる。
【００４６】
すなわち、本発明は、放熱効果の最適化が図られ、冷却効率が向上された液晶表示素子を提供することができ、また、このような液晶表示素子を用いて構成された画像表示装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。
【図２】上記液晶表示素子の要部の構成を示す分解斜視図である。
【図３】上記液晶表示素子の構成を示す正面図である。
【図４】上記液晶表示素子を用いて構成された画像表示装置の要部の構成を示す平面図である。
【図５】上記画像表示装置において液晶表示素子を冷却するための構成を示す側面図である。
【図６】上記画像表示装置の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１液晶パネル、２無機偏光板、３出射側カバーガラス、４遮光領域パターン、５遮光枠

Claims

液晶封入基板を保持する遮光枠を有し、
上記遮光枠は、アルミニウムの含有率が８５％以上の材料により形成されていること
を特徴とする液晶表示素子。
上記遮光枠をなす材料は、熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であること
を特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
上記遮光枠は、表面にアルマイト処理が施されていること
を特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
光源と、
空間光変調素子となる液晶表示素子と、
上記光源から発せられた光によって上記液晶表示素子を照明する照明光学系と、
上記液晶表示素子の像を結像する結像光学系と
を備え、
上記液晶表示素子は、液晶封入基板を保持する遮光枠を有し、
上記遮光枠は、アルミニウムの含有率が８５％以上の材料により形成されていること
を特徴とする画像表示装置。
上記遮光枠をなす材料は、熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であること
を特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
上記遮光枠は、表面にアルマイト処理が施されていること
を特徴とする請求項４記載の画像表示装置。