JP2005275189A - 液晶表示装置及び液晶冷却ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】
液晶パネルモジュールや偏光板に直接風を吹き付けないで、かつ、低騒音で高い冷却能力を有する液晶表示装置及び液晶冷却ユニットを提供する。
【解決手段】
偏光膜３を塗布または貼付けた光透過領域より大きい光透過性で高熱伝導のサファイヤ板４の外周に、内部流路を有する冷却ジャケット５を高熱伝導性の接着材で接着させて形成し、液晶パネルモジュール２を光透過性の高熱伝導物質を介在させて挟みこんで液晶冷却ユニット１を形成し、更に、冷却ジャケット５の内部流路に冷却媒体を循環させることにより、液晶パネルモジュール２と偏光膜３の冷却を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は液晶パネルモジュールなどのライトバルブ素子を用いて、スクリーン上に映像を投影する液晶表示装置に係わり、特に、液晶パネルモジュールや偏光板（偏光膜付の板）などの冷却技術に関する。

液晶表示装置では内部冷却に装置外部の室内空気を用いる。
従来の液晶パネルモジュールに直接風を当てる冷却方式では、長時間使用すると空気中に浮遊する埃や塵、煙草の煙などが液晶パネルモジュール表面に付着する。埃や塵などが付着すると液晶パネルモジュールの画素寸法が小さいため（例えば10〜３０μm角）、画素を遮ったりすることになる。この状態で画像を投射すると画像にゴミがそのまま影として写ってしまう。

すなわち、液晶パネルモジュール部分に投射レンズの焦点が合っており、この液晶パネルモジュールに表示された画像はもちろん、付近に付着する塵埃なども投射される画像の影となってしまう。投射レンズのＦ値により、実質的に影響される塵埃の大きさと着いた場所（焦点面からどれだけ離れているか）は変わるが、いずれにしても、液晶パネルモジュール付近には塵埃が着かないようにする必要がある。

また、原価低減のために液晶パネルモジュールは益々小型化してきており、現在では0.5インチサイズの液晶パネルモジュールが採用される様になってきていることから、液晶パネルモジュールでの発熱密度が大きくなってきている。
また、スクリーン投影面積の大型化や輝度向上のために、液晶パネルモジュールに入射する光強度が益々増加する傾向にあり、発熱量自体も増加してきているため、液晶パネルモジュールおよび液晶パネルモジュール前後に配置される偏光膜（板）の温度上昇が大きな問題となってきており、液晶パネルモジュール部の冷却能力向上が要望されている。

これに対して、例えば特開2002-357803号公報や特開2002-296565号公報では、液晶パネルモジュールや偏光板の光透過領域に水などの冷却媒体を封入、または、循環させて冷却能力の向上を図っている。しかし、この様な冷却方式では、光が水などの冷却媒体を透過するために、冷却媒体の温度分布による密度変化や流速分布などが原因で屈折率に分布が発生し、画像が揺らいだり、歪んだりすると言う問題がある。

また、特開2000-206507号公報では、偏光板の基板材質を高熱伝導率のサファイヤにすることにより放熱効果を向上させて液晶表示装置の高輝度化に対応している。しかし、液晶パネルモジュールや偏光板に直接風を当てて冷却する方式であるため、冷却空気に含まれる塵埃や紫煙が液晶パネルモジュールや偏光板表面に付着し、画質が劣化するなどの問題がある。

特開2002-357803号公報

特開2002-296565号公報 特開2000-206507号公報

上記した様に、従来技術では、以下の様な解決しなければならない技術的課題がある。
つまり、液晶表示装置が高輝度化、小型化すると、液晶パネルモジュールや偏光板からの発熱量や発熱密度が増加する。これを空冷するには、冷却ファンを大型化するか高速回転させて流速（流量）を大きくしなければならない。しかし、いずれも冷却ファンの騒音が増加する。

また、冷却空気に含まれる煙草の煙や埃が液晶パネルモジュールや偏光板の表面に付着し、画像の揺らぎや焦点ずれが発生する。
また、液晶パネルモジュールや偏光板を直接液体で冷却する方法では、冷却能力は高い反面、液体の温度分布による密度変化、流速分布などが原因で屈折率に分布が発生し、画像が揺らぐ、歪むなどの問題が発生する。

しかし、この場合であっても、例えば液体が水の場合、液体層の厚さを0.5 ｍｍ以下にできれば前記の様な問題は発生しなくなるものと考えられるが、0.5 ｍｍの隙間に冷却に必要な流量の冷却媒体を流そうとすると、流体抵抗が非常に大きいために高圧ポンプが必要となり実現できなくなる可能性がある。

本発明の目的は、液晶パネルモジュールや偏光板に直接風を吹き付けないで、かつ、低騒音で高い冷却能力を有する液晶表示装置及び液晶冷却ユニットを提案することである。

上記目的は、光源からの光がレンズと入射側偏光板を通して液晶パネルモジュールに入射し、前記出射側偏光板を介してスクリーン上に画像を投影する液晶表示装置において、前記液晶パネルの光入射面と出射面の両面若しくは片面に前記液晶パネルの光透過領域よりも大きく、かつ光透過性を有する熱伝導部材を接触させ、この熱伝導部材の周囲に冷却媒体の流路を内部に有する冷却ジャケットを備えたことにより達成される。

また、上記目的は、光源からの光がレンズと入射側偏光板を通して液晶パネルモジュールに入射し、前記出射側偏光板を介してスクリーン上に画像を投影する液晶表示装置において、前記液晶パネルの光入射面と出射面の両面若しくは片面に前記液晶パネルの光透過領域よりも大きく、かつこの光透過領域を除く周囲に冷却媒体を流すための流路を内部に有する光透過性の熱伝導部材を接触させた冷却ジャケットを備えたことことにより達成される。

また、上記目的は、前記冷却ジャケットと放熱部間に冷却媒体を循環させるためのポンプが配管接続され、前記放熱部を空冷することことにより達成される。

また、上記目的は、光源からの光がレンズと入射側偏光板を通して液晶パネルモジュールに入射し、前記出射側偏光板を介してスクリーン上に画像を投影する液晶表示装置に取付けられる液晶冷却ユニットおいて、前記液晶パネルの光入射面と出射面の両面若しくは片面に、前記液晶パネルの光透過領域より大きく、かつ光透過性を有する熱伝導部材を接触させ、この熱伝導部材の周囲に冷却媒体の流路を内部に有し、前記光透過領域を除く周囲に冷却用の複数枚のフィンを形成したことことにより達成される。

また、上記目的は、前記熱伝導部材の表面に偏光膜が付加したことことにより達成される。

また、上記目的は、前記冷却ジャケットと前記熱伝導部材が高熱伝導率を有する接着材で接着されていることことにより達成される。

また、上記目的は、前記冷却ジャケットと前記熱伝導部材が高熱伝導率物質層を介在させて接触していることことにより達成される。

また、上記目的は、前記高熱伝導率物質層はシリコングリス、カーボンシート等であることことにより達成される。

また、上記目的は、前記液晶パネルと前記熱伝導部材の接触部に光透過性で高熱伝導率な液体、固体およびゲル状物質を介在させたことことにより達成される。

また、上記目的は、前記高熱伝導率な液体、固体およびゲル状物質が、シリコンオイル、シリコングリス、水、水を含む液体、またはこれらの混合物若しくは透明プラスチックであることことにより達成される。

また、上記目的は、前記熱伝導部材の材質がサファイヤ若しくは水晶であることことにより達成される。

また、上記目的は、前記冷却ジャケットがアルミニウム若しくは銅で形成されていることにより達成される。

本発明によれば、液晶パネルモジュールと偏光膜から発生する熱を効率的に冷却することができるため、液晶表示装置の高輝度化、小型化および低騒音化を実現できると共に信頼性を向上させることができると言う効果がある。

本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１および図２に実施例１の液晶冷却ユニット１の構造を示す。
図１は、実施例１の液晶冷却ユニット１の縦断面図である。
図２は、図１の側面形状である。
図３および図４は、液晶冷却ユニット１の組立て状態を示す図である。
図５は、液晶冷却ユニット１を組み込んだ液晶プロジェクタの構成図である。

図１と図２に示す様に、実施例１の液晶冷却ユニット１は、液晶パネルモジュール２、偏光膜３が塗布または貼り付けられたサファイヤ板４、環状内部流路を有する冷却ジャケット５（例えばアルミ製）、および、サファイヤ板４と液晶パネルモジュール２間の熱伝導を促進するための光透過性高熱伝導物質層６（例えば、接着性のないシリコンゲルの様なゲル状物質やシリコンオイルやシリコングリスなどを用いると良い）により構成される。

冷却ジャケット５は、放熱フィン７、環状流路に冷却媒体（例えば水）を導入、導出するための導入口８と排出口９、環状流路を形成するための蓋板10および、冷却媒体が導入口８から一周して排出口９に向かって流すための仕切板11（図２に示す）より成る。本実施例の場合、サファイヤ板４と冷却ジャケット５は高熱伝導率の接着材により接着された構造である。

図３と図４に示す様に、液晶冷却ユニット１は、光透過領域より幾分大きいくりぬき穴を有する保持部品３６により、サファイヤ板４と液晶パネルモジュール２の間隙や光軸の高さなどが位置決めされて組立てられる。この状態で液晶プロジェクタなどに組み込まれる。

本実施例ではサファイヤ板４の全周を一巡りする様に冷却媒体が流れるが、これにこだわることなく、スペースなどの問題で部分的に流す様な構造や流路を分割して冷却媒体を流す様な構造にしても良い。また、サファイヤ板４は加工のし易さなどを考慮して円板状としたが、これにこだわることなく矩形状などの変形形状でもあっても良い。

光入射側のサファイヤ板４と出射側のサファイヤ板４の板厚については特に限定しないが、一般的には光入射側の偏光膜３に比べ出射側の偏光膜３の発熱が大きいため、光入射側のサファイヤ板４に比べ出射側のサファイヤ板４の板厚を厚くすることが冷却の観点からは望ましい。サファイヤ板４の肉厚としては、液晶パネルモジュール２や偏光膜３からの発熱量により変わるが概ね1ｍｍ以上で10ｍｍ以下が適当である。また、光透過性高熱伝導物質層６の厚さについては薄いほど良いことは言うまでもない。

液晶パネルモジュール２とサファイヤ板４を接着構造にしないのは、（１）接着すると接着（固まる）により、熱膨張率やヤング率の違いで応力や歪みが発生し、液晶パネルモジュール２のセルギャップ厚が変化し色むらが発生するためと、（２）液晶パネルモジュール２の交換や位置の微調整などのメンテナンス性向上のためである。

サファイヤ板４に偏光膜を塗布または貼り付ける際には、偏光膜３の偏光特性に悪影響を及ぼさない様に、サファイヤ板４の結晶軸と偏光膜３の偏光方向に十分注意する必要がある。また、同様に、サファイヤ板４と液晶パネルモジュール２を組み合わせる場合にも、偏光特性に悪影響が発生しない様に、サファイヤ板４の結晶軸と液晶パネルモジュール２の透過方向に十分注意して組み合わせる必要がある。

図１に示す光入射側から、例えば、赤色光が液晶冷却ユニット１に入射すると、まず、入射側の偏光膜３で、偏光膜３の偏光方向と一致しない赤色光は透過できないため、偏光膜３で熱に変わる。偏光膜３を透過した赤色光はサファイヤ板４、光透過性高熱伝導物質層６を透過し、液晶パネルモジュール２に入射する。液晶パネルモジュール２、サファイヤ板３を透過した赤色光の内、光出射側の偏光膜３の偏光方向と一致する赤色光のみが透過し、それ以外の光は偏光膜３で熱に変わる。もちろん、サファイヤ板４や光透過性高熱伝導物質層６においても、赤色光の入射、出射損失（入射光の数％程度）により発熱する。

液晶パネルモジュール２の液晶や偏光膜３には有機物質が用いられているため概ね７０〜８０℃を超えると光学特性の急激な劣化が発生して寿命低下などが起こるため、常に、前記温度を超えない様に液晶冷却ユニット１を冷却制御しなければならない。

次に、液晶冷却ユニット１の液晶パネルモジュール２と偏光膜３の冷却メカニズムを説明する。
詳細は、後述の本液晶冷却ユニット１を適用した液晶表示装置の全体構成で説明するが、冷却ジャケット５の環状流路には冷却媒体が流れているため、冷却ジャケット５は、冷却媒体で冷却されて液晶パネルモジュール２や偏光膜３に比べ温度が低く保たれている。そのため、偏光膜３で発生した熱は高熱伝導率（40 Ｗ/(ｍ・Ｋ) 程度）のサファイヤ板４、冷却ジャケット５を伝導し、冷却媒体に伝達する。
また、同様に、液晶パネルモジュール２で発生した熱は光透過性高熱伝導物質層６、サファイヤ板４および冷却ジャケット５を伝導し、冷却媒体に伝達する。これにより、液晶パネルモジュール２と偏光膜３で発生した熱が冷却媒体により冷却される。

液晶パネルモジュール２および偏光膜３の温度は、冷却媒体の流量（流速）や入射光強度などを制御することにより所望の温度になるように制御する。

次に、図５を用いて、本液晶冷却ユニット１を用いた液晶表示装置の全体構成を説明する。
光源12からの白色光は、第１レンズアレイ１3、第２レンズアレイ14、偏光変換素子15および集光レンズ16を経て、ダイクロイックミラ17で青色光と赤＋緑色光に分割される。分割された青色光はコンデンサーレンズ18と図１で示した液晶冷却ユニット１を経て、色合成プリズム19に入射する。

また、分割された赤＋緑色光は、反射鏡20を経た後、ダイクロイックミラ21で、赤色光と緑色光に分割される。分割された緑色光はコンデンサーレンズ22と液晶冷却ユニット1を経て、色合成プリズム19に入射する。分割された赤色光は反射鏡23、リレーレンズ24、反射鏡25、コンデンサーレンズ26および液晶冷却ユニット1を経て、色合成プリズム19に入射する。色合成プリズム19に入射した赤、青、緑色光は合成され、投射レンズ27を経由してスクリーン上に投射され、所望の映像が実現される。

液晶表示装置を作動させた場合の主な発熱部位は、光源12、電器部品ユニット28および前述した様に３個の液晶冷却ユニット１である。この他、光が透過、反射する、ダイクロイックミラや反射鏡においても発熱することは言うまでもない。

次に、実施例１の液晶表示装置の冷却構造と方法について説明する。
本実施例における液晶冷却ユニット１、ポンプ29および放熱ユニット30は、以下の順序で配管してある。青色用液晶冷却ユニット１ ⇒ 緑色用液晶冷却ユニット1 ⇒ 赤色用液晶冷却ユニット1 ⇒ ポンプ29 ⇒ 放熱ユニット30 ⇒ 青色用液晶冷却ユニット１の順である 。さらに、光源12、電器部品ユニット28および放熱ユニット30からの熱を強制空冷するために空冷ファン31が設けてある。

液晶表示装置を作動させると、前述した様に、３個の液晶冷却ユニット１の偏光膜3と液晶パネルモジュール2から発熱するが、液晶冷却ユニット１の冷却ジャケット5の流路には冷却媒体がポンプ29により強制的に流されているため、冷却ジャケット5の内表面から冷却媒体に熱が伝達し、冷却媒体の温度が上昇する。この温かい冷却媒体がポンプ29と配管32により放熱ユニット30まで輸送される。

ここで、空冷ファン31が作動していると、室内空気は筐体33に設けられた吸込口34から流入し、放熱ユニット30の複数のフィン間を流れた後、電器部品ユニット28、空冷ファン31を経て、光源12を通過し、筐体33に設けられた排出口35から排出される。これにより、放熱ユニット30に伝達した冷却媒体中の熱が、放熱ユニット30の外表面から冷却空気に伝達するためり、冷却媒体の温度が低下し、低温になった冷却媒体が再び液晶冷却ユニット１にもどる。この様に冷却媒体を循環させることにより、液晶冷却ユニット１の温度を許容温度以下に維持できる。また、同時に、電器部品ユニット28および光源12が主に強制対流熱伝達により冷却される。

冷却空気が放熱ユニット30、電器部品ユニット28、光源12の順に流れる様に各部品を配置したのは、熱伝達により冷却できる熱量は冷却空気と各部品表面の温度差に比例するため、放熱部の温度が最も高い光源12を最後に冷却する様にするためである。

以上説明した様に、実施例１の液晶表示装置では、３個の液晶冷却ユニット１の液晶パネルモジュール２、入射側の偏光膜３および出射側の偏光膜３を１台の空冷ファン31で、効率的に冷却できるために液晶表示装置の低騒音化、小型化、高輝度化が実現できると言う効果がある。

図６および図７に実施例２を備えた液晶冷却ユニット50の構造を示す。
図６は、液晶冷却ユニット50の縦断面図である。
図７は、図６の側面図である。
実施例２の液晶冷却ユニット50は、液晶パネルモジュール2、偏光膜３が塗布または貼り付けられたサファイヤ板4、環状内部流路を有する冷却ジャケット5（例えばアルミ製）、サファイヤ板4と冷却ジャケット5間の熱伝導を促進するための高熱伝導物質層51、および、サファイヤ板4と液晶パネルモジュール2間の熱伝導を促進するための光透過性高熱伝導物質層6（例えばシリコングリスなど）により構成される。冷却ジャケット5には、放熱フィン7、環状流路に冷却媒体（例えば水）を導入、導出するための導入口8と排出口9が設けられている。この環状流路には蓋板10および、冷却媒体が導入口８から一周して排出口９に向かって流すための仕切板11（図１１に示す）が設けられている。
本実施例は、サファイヤ板4と冷却ジャケット5は高熱伝導物質層51（図７ではリング状）を介した接触構造である。

サファイヤ板4に偏光膜3を塗布または貼り付ける際には、偏光膜3の偏光特性に悪影響を及ぼさない様に、サファイヤ板4の結晶軸と偏光膜3の偏光方向に十分注意する必要がある。また、同様に、サファイヤ板４と液晶パネルモジュール２を組み合わせる場合にも、偏光特性に悪影響が発生しない様に、サファイヤ板４の結晶軸と液晶パネルモジュール２の透過方向に十分注意して組み合わせる必要がある。さらに、サファイヤ板４の肉厚としては、液晶パネルモジュール２や偏光膜３からの発熱量により変わるが概ね1ｍｍ以上で10ｍｍ以下が適当である。また、高熱伝導物質層51と光透過性高熱伝導物質層6の厚さについては、熱伝導促進の観点から、薄い程良いことは言うまでもない。

図６に示す光入射側から、例えば、赤色光が液晶冷却ユニット50に入射すると、まず、入射側の偏光膜3で、偏光膜３の偏光方向と一致しない赤色光は透過できないため、偏光膜３で熱に変わる。偏光膜３を透過した赤色光はサファイヤ板４、光透過性高熱伝導物質層６を透過し、液晶パネルモジュール２に入射する。液晶パネルモジュール２、サファイヤ板４を透過した赤色光の内、光出射側の偏光膜３の偏光方向と一致する赤色光のみが透過し、それ以外の光は偏光膜３で熱に変わる。もちろん、サファイヤ板４や光透過性高熱伝導物質層６においても、赤色光の入射、出射損失（入射光の数％程度）により発熱する。

液晶パネルモジュール２の液晶や偏光膜３には有機物質が用いられているため概ね７０〜８０℃を超えると光学特性の急激な劣化が発生して寿命低下などが起こるため、常に、前記温度を超えない様に、液晶冷却ユニット50を冷却制御しなければならない。

次に、液晶冷却ユニット50の液晶パネルモジュール２と偏光膜３の冷却メカニズムを説明する。
冷却ジャケット５の環状流路には冷却媒体が流れているため、冷却ジャケット５は、冷却媒体で冷却されて液晶パネルモジュール２や偏光膜３に比べ温度が低く保たれている。そのため、偏光膜３で発生した熱は高熱伝導率（40 Ｗ/(ｍ・Ｋ) 程度）のサファイヤ板４、高熱伝導物質層51、および冷却ジャケット5を伝導し、冷却媒体に伝達する。また、同様に、液晶パネルモジュール2で発生した熱は光透過性高熱伝導物質層６、サファイヤ板４、高熱伝導物質層51、および、冷却ジャケット５を伝導し、冷却媒体に伝達する。これにより、液晶パネルモジュール2と偏光膜３で発生した熱が冷却媒体により冷却される。

液晶パネルモジュール２および偏光膜３の温度は、冷却媒体の流量（流速）や入射光強度などを制御することにより所望の温度になるように制御する。

実施例２の液晶冷却ユニット50を用いた液晶表示装置の冷却方法は実施例１と同様であるため、ここでの説明は割愛する。

以上説明した様に、実施例２の液晶表示装置では、３個の液晶冷却ユニット50の液晶パネルモジュール２、入射側の偏光膜３および出射側の偏光膜３を１台の空冷ファン31で、効率的に冷却できるために液晶表示装置の低騒音化、小型化、高輝度化が実現できると言う効果がある。

図８および図９に実施例３の液晶冷却ユニット60の構造を示す。
図８は、液晶冷却ユニット60の縦断面図である。
図９は、図８の側面図である。
実施例３の液晶冷却ユニット60は、液晶パネルモジュール2、光透過領域外に環状内部流路を有し、光透過領域に偏光膜3が塗布または貼り付けられたサファイヤ板61、および、サファイヤ板61と液晶パネルモジュール2間の熱伝導を促進するための光透過性高熱伝導物質層6（例えばシリコングリスなど）により構成される。サファイヤ板61は、流路を形成するための蓋板62、環状流路に冷却媒体（例えば水）を導入、導出するための導入口63と排出口64、および冷却媒体を導入口63から排出口64に向かって流すための仕切板65（図９に示す）からなる。

サファイヤ板61に偏光膜3を塗布または貼り付ける際には、偏光膜３の偏光特性に悪影響を及ぼさない様に、サファイヤ板61の結晶軸と偏光膜3の偏光方向に十分注意する必要がある。また、同様に、サファイヤ板61と液晶パネルモジュール２を組み合わせる場合にも、偏光特性に悪影響が発生しない様に、サファイヤ板61の結晶軸と液晶パネルモジュール２の透過方向に十分注意して組み合わせる必要がある。また、サファイヤ板61の肉厚としては、液晶パネルモジュール2や偏光膜３からの発熱量により変わるが概ね1ｍｍ以上で10ｍｍ以下が適当である。さらに、光透過性高熱伝導物質層６の厚さについては、熱伝導促進の観点から、薄い程良いことは言うまでもない。

図８に示す光入射側から、例えば、赤色光が液晶冷却ユニット60に入射すると、まず、入射側の偏光膜３で、偏光膜3の偏光方向と一致しない赤色光は透過できないため、偏光膜３で熱に変わる。偏光膜３を透過した赤色光はサファイヤ板61、光透過性高熱伝導物質層6を透過し、液晶パネルモジュール２に入射する。液晶パネルモジュール2、サファイヤ板61を透過した赤色光の内、光出射側の偏光膜3の偏光方向と一致する赤色光のみが透過し、それ以外の光は偏光膜3で熱に変わる。もちろん、サファイヤ板61や光透過性高熱伝導物質層6においても、赤色光の入射、出射損失（入射光の数％程度）により発熱する。

液晶パネルモジュール2の液晶や偏光膜3には有機物質が用いられているため概ね７０〜８０℃を超えると光学特性の急激な劣化が発生して寿命低下などが起こるため、常に、前記温度を超えない様に、液晶冷却ユニット60を冷却制御しなければならない。

次に、液晶冷却ユニット60の液晶パネルモジュール2と偏光膜3の冷却メカニズムを説明する。サファイヤ板61の環状流路には冷却媒体が流れているため、サファイヤ板61の冷却部は冷却媒体で冷却されて液晶パネルモジュール2や偏光膜3に比べ温度が低く保たれている。そのため、偏光膜３で発生した熱は高熱伝導率（40 Ｗ/(ｍ・Ｋ) 程度）のサファイヤ板61を伝導し、冷却媒体に伝達する。また、同様に、液晶パネルモジュール2で発生した熱は光透過性高熱伝導物質層6、サファイヤ板61を伝導し、冷却媒体に伝達する。これにより、液晶パネルモジュール2と偏光膜3で発生した熱が冷却媒体により冷却される。

液晶パネルモジュール2および偏光膜3の温度は、冷却媒体の流量（流速）や入射光強度などを制御することにより所望の温度になるように制御する。

実施例３の液晶冷却ユニット60を用いた液晶表示装置の冷却方法は実施例１と同様であるため、ここでの説明は割愛する。

以上説明した様に、実施例３の液晶表示装置では、３個の液晶冷却ユニット60の液晶パネルモジュール２、入射側の偏光膜３および出射側の偏光膜３を１台の空冷ファン31で、効率的に冷却できるために液晶表示装置の低騒音化、小型化、高輝度化が実現できると言う効果がある。

図10に実施例４の液晶冷却ユニット70の構造を示す。
図１０は、液晶冷却ユニット70の縦断面図である。
図１０において、液晶パネルモジュール2、光透過領域外にフィン72を有し、光透過領域に偏光膜3が塗布または貼り付けられたサファイヤ板71、および、サファイヤ板71と液晶パネルモジュール2間の熱伝導を促進するための光透過性高熱伝導物質層6（例えばシリコングリスなど）により構成される。

サファイヤ板71に偏光膜を塗布または貼り付ける際には、偏光膜3の偏光特性に悪影響を及ぼさない様に、サファイヤ板71の結晶軸と偏光膜3の偏光方向に十分注意する必要がある。また、同様に、サファイヤ板71と液晶パネルモジュール2を組み合わせる場合にも、偏光特性に悪影響が発生しない様に、サファイヤ板71の結晶軸と液晶パネルモジュール2の透過方向に十分注意して組み合わせる必要がある。 また、サファイヤ板71の肉厚としては、液晶パネルモジュール2や偏光膜3からの発熱量により変わるが概ね1ｍｍ以上で10ｍｍ以下が適当である。また、光透過性高熱伝導物質層6の厚さについては、熱伝導促進の観点から、薄い程良いことは言うまでもない。

図10に示す光入射側から、例えば、赤色光が液晶冷却ユニット70に入射すると、まず、入射側の偏光膜3で、偏光膜3の偏光方向と一致しない赤色光は透過できないため、偏光膜3で熱に変わる。偏光膜3を透過した赤色光はサファイヤ板71、光透過性高熱伝導物質層6を透過し、液晶パネルモジュール2に入射する。液晶パネルモジュール2、サファイヤ板71を透過した赤色光の内、光出射側の偏光膜3の偏光方向と一致する赤色光のみが透過し、それ以外の光は偏光膜3で熱に変わる。もちろん、サファイヤ板71や光透過性高熱伝導物質層6においても、赤色光の入射、出射損失（入射光の数％程度）により発熱する。

液晶パネルモジュール2の液晶や偏光膜3には有機物質が用いられているため概ね７０〜８０℃を超えると光学特性の急激な劣化が発生して寿命低下などが起こるため、常に、前記温度を超えない様に、液晶冷却ユニット70を冷却制御しなければならない。

次に、液晶冷却ユニット70の液晶パネルモジュール2と偏光膜31の冷却メカニズムを説明する。サファイヤ板71の複数のフィン72間には別途設けた冷却ファンにより冷却空気が流れているため、サファイヤ板71の冷却部は冷却空気で冷却されて液晶パネルモジュール２や偏光膜３に比べ温度が低く保たれている。そのため、偏光膜３で発生した熱は高熱伝導率（40 Ｗ/(ｍ・Ｋ) 程度）のサファイヤ板71を伝導し、冷却空気に伝達する。また、同様に、液晶パネルモジュール2で発生した熱は光透過性高熱伝導物質層6、サファイヤ板71を伝導し、冷却空気に伝達する。これにより、液晶パネルモジュール2と偏光膜3で発生した熱が冷却空気により冷却される。

液晶パネルモジュール2および偏光膜3の温度は、冷却空気の流量（流速）や入射光強度などを制御することにより所望の温度になるように制御する。

実施例４の液晶冷却ユニット70を用いた液晶表示装置の冷却方法は従来技術と同様であるため、ここでの説明は割愛する。

以上説明した様に、実施例4の液晶表示装置では、３個の液晶冷却ユニット70の液晶パネルモジュール２、入射側の偏光膜３および出射側の偏光膜３を効率的に冷却できるために液晶表示装置の低騒音化、小型化、高輝度化が実現できると言う効果がある。

図11に実施例5の液晶冷却ユニット80の構造を示す。
図１１は、液晶冷却ユニット８０の縦断面図である。
図１１において、全体構造は図１に示した実施例1の液晶冷却ユニット1と同様である。実施例5では、冷却ジャケット5での冷却能力を高めるために冷却ジャケット5を光の入射、出射方向に大きくしたものであり、液晶パネルモジュール２と偏光膜３の発熱量が増加した場合においても、実施例1と同様の効果が得られる。

図12と図13に実施例6の液晶冷却ユニット90の構造を示す。
全体構造は図１に示した実施例1の液晶冷却ユニット1と同様である。しかし、実施例6では、冷却ジャケット5の冷却媒体の導入口8と排出口9が冷却ジャケット5の外周面に設けることによって、実施例1と同様の効果が得られる。

図14に実施例7の液晶冷却ユニット100の構造を示す。
実施例７では、光出射側のサファイヤ板４の偏光膜51を液晶パネルモジュール２側に設けることによって、実施例1と同様の効果が得られる。

図１5から図１7を用いて、液晶冷却ユニット１、ポンプ29と放熱ユニット30間の冷却媒体の循環方式の実施例を説明する。
図15に示す実施例は１台のポンプ29と１個の放熱ユニット30を用いて、３個の液晶冷却ユニット１に冷却媒体を一巡する様に循環する方式である。この方式は配管が単純な反面、徐々に冷却媒体の温度が上昇するために、放熱ユニットで冷却された冷却媒体を３個の液晶冷却ユニットうちで、発熱量の大きい青、緑、赤の順に循環させるなどの工夫が必要である。

図16に示す実施例は、図１５に示した３個の液晶冷却ユニット１において、液晶冷却ユニット１毎に１台のポンプ29と１個の放熱ユニット30を用いて冷却媒体を循環する方式である。この方式では３個の液晶冷却ユニット１の発熱量に応じた適切な冷却温度制御が可能になると言う効果がある。

図17に示す実施例は１台のポンプ29と１個の放熱ユニット30を用いて、ポンプ29から送り出される冷却媒体を３分割し、３個の液晶冷却ユニット１に供給し、液晶冷却ユニット１内を循環した後、３個の液晶冷却ユニット１からの冷却媒体が合流後、放熱ユニット30を経て、ポンプ29に戻る冷却媒体を循環する方式である。この方式では、配管に流量調整バルブなどを設けて、３個の液晶冷却ユニット１に供給する流量分配を調整することにより、３個の液晶冷却ユニット１の発熱量に応じた適切な冷却温度制御が可能になるという効果がある。

実施例１から７では、サファイヤ板４を液晶パネルモジュール２の入射側と出射側に配置したが、偏光膜３が液晶パネルモジュール２の片側だけに配置する場合など、必要に応じて図18と図19に示す様にサファイヤ板４を片側だけに配置して液晶冷却ユニット110、120を構成しても良い。また、必ずしもサファイヤ板４に偏光膜がある必要はなく、必要に応じて図20に示す様に、液晶パネルモジュール2だけを冷却する様に液晶冷却ユニット130を構成しても良い。

本実施例での液晶パネルモジュール２の構成としては、図21〜図23に示す様なものがある。
図21に示す液晶パネルモジュール２は液晶203を対向基板201と素子基板203で挟み込んで液晶パネル200を形成し、更に、この液晶パネル200を保護するために、２枚の石英などの透明基板204、205で挟み込んで、ケース体206、ケース体に設けた突起207と保持枠208でモジュール化した構造である。

図22に示す液晶パネルモジュール2は、基本的には図21に示す構造と同一であるが、透明基板204と205が光透過性で高熱伝導率を有するサファイヤ板である点が異なる。この様にすると、サファイヤの熱伝導率は石英に比べ数十倍以上あるため、液晶パネルで発生した熱が逃げ易くなる。この様な液晶パネルモジュール２で液晶冷却ユニットを構成すると、図21の構造の液晶パネルモジュールを用いた場合に比べて冷却能力が向上する効果がある。

図23に示す液晶パネルモジュール2には、液晶パネル200を保護するための透明基板がない構造である。この様な液晶パネルモジュール２で液晶冷却ユニットを構成すると、図22の構造の液晶パネルモジュール２を用いた場合に比べて、さらに冷却能力が向上する効果がある。

この他、ここで述べた以外の構造／構成の液晶パネルモジュールを用いた液晶冷却ユニットにおいても、本実施例と同様に、高い冷却能力が得られると言う効果がある。

実施例１の液晶冷却ユニットの構成を示す縦断面図である。 図１に示す実施例１の液晶冷却ユニットの側面図である。 図１に示す実施例１の液晶冷却ユニットの組立て縦断面図である。 図１に示す実施例１の液晶冷却ユニットの組立て側面図である。 実施例１の液晶冷却ユニットを用いた液晶表示装置の構成説明図である。 実施例２の液晶冷却ユニットの構成を示す縦断面図である。 図６に示す実施例２の液晶冷却ユニットの側面図である。 実施例３の液晶冷却ユニットの構成を示す縦断面図である。 図8に示す実施例２の液晶冷却ユニットの側面図である。 実施例４の液晶冷却ユニットの構成を示す縦断面図である。 実施例５の液晶冷却ユニットの構成を示す縦断面図である。 実施例６の液晶冷却ユニットの構成を示す縦断面図である。 図12に示す実施例６の液晶冷却ユニットの側面図である。 実施例７の液晶冷却ユニットの構成を示す縦断面図である。 冷却媒体の循環方式の説明図である。 冷却媒体の循環方式の説明図である。 冷却媒体の循環方式の説明図である。 液晶冷却ユニットの構成を示す縦断面図である。 液晶冷却ユニットの構成を示す縦断面図である。 液晶冷却ユニットの構成を示す縦断面図である。 液晶パネルモジュールの概略構造を示す断面図である。 液晶パネルモジュールの概略構造を示す断面図である。 液晶パネルモジュールの概略構造を示す断面図である。

符号の説明

1… 液晶冷却ユニット、2… 液晶ペンルモジュール、3… 偏光膜、4… サファイヤ板、5… 冷却部、6… 光透過性高熱伝導率層、7… 放熱フィン、8… 導入口、9… 排出口、10… 蓋板、11… 仕切板、12… 光源、13… 第１レンズアレイ、14… 第２レンズアレイ、15… 偏光変換素子、16… 集光レンズ、17… ダイクロイックミラ、18… コンデンサーレンズ、19… 色合成プリズム、20… 反射鏡、21… ダイクロイックミラ、22… コンデンサーレンズ、23… 反射鏡、24… リレーレンズ、25… 反射鏡、26… コンデンサーレンズ、27… 投射レンズ、28… 電器部品ユニット、29… ポンプ、30… 放熱ユンット、31… 空冷ファン、32… 配管、33… 筐体、34… 吸込口、35… 排出口、36… 保持部品、50… 液晶冷却ユニット、51… 高熱伝導物質層、60… 液晶冷却ユニット、61… サファイヤ板、62… 蓋板、63… 導入口、64… 排出口、65… 仕切板、70… 液晶冷却ユニット、71… サファイヤ板、72… フィン、80… 液晶冷却ユニット、90… 液晶冷却ユニット、100… 液晶冷却ユニット、110… 液晶冷却ユニット、120… 液晶冷却ユニット、200… 液晶パネル、201… 対向基板、202… 素子基板、203… 液晶、204… 透明基板、205… 透明基板、206… ケース対、207… 突起、208… 保持枠、209… サファイヤ板、210… サファイヤ板。

Claims (12)

1. 光源からの光がレンズと入射側偏光板を通して液晶パネルモジュールに入射し、前記出射側偏光板を介してスクリーン上に画像を投影する液晶表示装置において、
   前記液晶パネルの光入射面と出射面の両面若しくは片面に前記液晶パネルの光透過領域よりも大きく、かつ光透過性を有する熱伝導部材を接触させ、この熱伝導部材の周囲に冷却媒体の流路を内部に有する冷却ジャケットを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 光源からの光がレンズと入射側偏光板を通して液晶パネルモジュールに入射し、前記出射側偏光板を介してスクリーン上に画像を投影する液晶表示装置において、
   前記液晶パネルの光入射面と出射面の両面若しくは片面に前記液晶パネルの光透過領域よりも大きく、かつこの光透過領域を除く周囲に冷却媒体を流すための流路を内部に有する光透過性の熱伝導部材を接触させた冷却ジャケットを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１および請求項２に記載した液晶表示装置において、
   前記冷却ジャケットと放熱部間に冷却媒体を循環させるためのポンプが配管接続され、前記放熱部を空冷することを特徴とする液晶表示装置。
4. 光源からの光がレンズと入射側偏光板を通して液晶パネルモジュールに入射し、前記出射側偏光板を介してスクリーン上に画像を投影する液晶表示装置に取付けられる液晶冷却ユニットおいて、
   前記液晶パネルの光入射面と出射面の両面若しくは片面に、前記液晶パネルの光透過領域より大きく、かつ光透過性を有する熱伝導部材を接触させ、この熱伝導部材の周囲に冷却媒体の流路を内部に有し、前記光透過領域を除く周囲に冷却用の複数枚のフィンを形成したことを特徴とする液晶冷却ユニット。
5. 請求項４に記載した液晶冷却ユニットにおいて、
   前記熱伝導部材の表面に偏光膜が付加したことを特徴とする液晶冷却ユニット。
6. 請求項４に記載した液晶冷却ユニットにおいて、
   前記冷却ジャケットと前記熱伝導部材が高熱伝導率を有する接着材で接着されていることを特徴とする液晶冷却ユニット。
7. 請求項４記載の液晶冷却ユニットにおいて、
   前記冷却ジャケットと前記熱伝導部材が高熱伝導率物質層を介在させて接触していることを特徴とする液晶冷却ユニット。
8. 請求項６記載の液晶冷却ユニットにおいて、
   前記高熱伝導率物質層はシリコングリス、カーボンシート等であることを特徴とする液晶冷却ユニット。
9. 請求項４記載の液晶冷却ユニットにおいて、
   前記液晶パネルと前記熱伝導部材の接触部に光透過性で高熱伝導率な液体、固体およびゲル状物質を介在させたことを特徴とする液晶冷却ユニット。
10. 請求項８記載の液晶冷却ユニットにおいて、
    前記高熱伝導率な液体、固体およびゲル状物質が、シリコンオイル、シリコングリス、水、水を含む液体、またはこれらの混合物若しくは透明プラスチックであることを特徴とする液晶冷却ユニット。
11. 請求項４記載の液晶冷却ユニットにおいて、
    前記熱伝導部材の材質がサファイヤ若しくは水晶であることを特徴とする液晶冷却ユニット。
12. 請求項４記載の液晶冷却ユニットにおいて、
    前記冷却ジャケットがアルミニウム若しくは銅で形成されていることを特徴とする液晶冷却ユニット。
    

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