JPH03149521A - 反射型投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はアクティブマトリクス基板を一方の基板とする
液晶パネル（以下ＬＣＤ）によって構成された反射型投
影装置に関し、特に小型で高譚度な画面を実現しうる反
射型投影装置に関する。 　（ロ）従来の技術 従来、自然光を利用した直視型ＬＣＤとして、単結晶シ
リコン（以下ｃ−Ｓｉ）上のスイッチングトランジスタ
の周辺に凹部を設けて、スイッチングトランジスタの誤
動作を防止した方式（特公昭６１−３８４７２号公報）
や、スイッチングトランジスタを他面に形成したｃ−Ｓ
ｉの一方の面に機械的強度補強のため、保護板を密着さ
せた構造があった。 しかし、Ｃ−Ｓｉでは結晶成長できる単結晶の大きさな
どに制限があるため、−直視型ＬＣＤにかわって拡大画
像が表示できる反射型投影装置が考え出された。 例えば、輝度の高い内部光源からの光を偏光ビームスプ
リッタやダイクロイックミラーで３原色に分けて３枚以
上のＬＣＤに入射及び反射させ、接材レンズで画像を表
示する反射型投影装置（特開昭６１−１３８８５号公報
）が提案されている。 第７図に従来の反射型投影装置を示す。 第７図において、（ＩＲ）、（ＩＧ）、（ＩＢ）は透明
なガラス基板（２）と、不透明なＣ−Ｓｉよりなる半導
体基板（３）と、ガラス製の補強板（４）からなってお
り、それぞれ赤、緑及び青原色信号に基ずき、各画素部
分毎に偏光面の回転を行うＬＣＤである。 光源（３４）は高輝度のキセノンランプまたはメタルハ
ライドランプから構成される装置光源（３４）からの光
をだ円面鏡（３５）は集光する。 集光された光は赤外線吸収型の凹レンズ（３Ｇ）によっ
て平行光に変換される。 平行光は遮光板（３７）の開口（３　フ　ａ）によって
、一定断面積に制限された後、可視光だけを通すバンド
バスフィルター（３８）で発熱源となる赤外線などを除
去されて分光系に入射する。 分光系は偏光ビームスプリッタ（３０）と、青反射ダイ
クロイックミラー（３１）と、赤反射ダイクロイックミ
ラー（３２）と、光路マッチングガラス（３３）とから
なっている。 光学系により青色光はそれぞれＬＣＤ　（ＩＢ）、赤色
光はＬＣＤ　（Ｉ　Ｒ）　、緑色光はＬＣＤ（ＩＧ）に
入射し、特定のパターンを持つ画像として反射される。 ＬＣＤ（ＩＲ、ＩＧ，ＩＢ）からの３色の反射光はズー
ム投射レンズ（３９）に集光された後、スクリーン（４
０）に投影されて、直視型ＬＣＤに比べて格段に大きな
画像として知覚される。 両面の高精細化と投射画面の高輝度化のために発熱の要
因となる光量がｃ−Ｓｉ上の半導体素子１個に対して増
大する傾向がある。 発熱を伴う反射型投影装置においては投影装置の冷却が
必要である。　　　　 半導体が正常に動作するトランジスタの接合温度は１２
０〜１５０℃までであり、第１にはこの温度以下に冷却
する。 シリコン半導体は温度がｌＯ℃上昇するごとに故障の頻
度が約２倍になるといわれている。 ＦＥＴは温度が高くなると、ＯＮ、ＯＦＦｉ流が共に大
きくなるが、この内、ＯＦＦ電流が増大するとしＣＤに
おいてリーク電流の増加につながり、スクリーン上の投
射画像のコントラストが減少する。 アクティブマトリクス型ＬＣＤは温度が高くなると、集
積したＦＥＴ間のしきい値電圧ｖｔｈの差が大きくなり
、スクリーン上の投射画像の均一性が失われることがあ
った。 また、ＬＣＤの冷却手段として、液体による放熱構造を
用いた反射型投影装置は投影装置が大きく重くなる傾向
があった。 （ハ）発明が解決しようとする課題 このようにｃ−Ｓｉを用をまた反射型投影装置の高精細
化をはかるためにしＣＤの冷却に注意を払う必要がでて
きた。 そこで、本発明は反射型投影装置を小型軽量に形成し、
より高品位で均一な投射画像を得ることを目的とするも
のである。 （二）課題を解決するための手段 すなわち、この発明はＬＣＤのｃ−Ｓｉ板の裏面に粘着
または圧着！れたｃ−Ｓｉより熱伝導率が高い板状部材
と、熱伝導率の高い板状部材を気体の強制対流により冷
却する冷却機構とから構成したものである。 （ホ）作用 放熱のしくみは３種類のモード（伝導、対流、輻射）が
ある。 投射型表示装置において輻射はあまり期待できないので
、主に伝導と対流によりＬＣＤは冷却される。 伝導部の熱抵抗Ｒｃｄは（１）式により求められる。 Ｒｃｄ　＝ｊ／（λ・Ｓ）、　　　　　　　　（１）Ｒ
ｃｄ：液晶一板状部材の熱抵抗［Ｋ／Ｗ］Ｉｔ：熱流路
の長さ［ｍｌ λ：熱流路の部材の熱伝導率［Ｗ／　（Ｋ−ｍ）］Ｓ：
熱流路の面積［ｍ３］ ＬＣＤを用いた反射型投影装置おいてしＣＤの全面を熱
伝導率の良い不透明な金属で覆うことは不可能なので板
状部材として薄くて熱伝導率λの大きな材料を選択して
熱抵抗を小さくする必要がある。 次に対流部の熱抵抗Ｒｃｙは（２）式により求められる
。 Ｒｅ　ｖ＝　ｔ／　（ａ　＠　Ｓ）　　　　　　　　　
　　（２）Ｒｃｖ：板状部材−気体の熱抵抗［Ｋ／Ｗｌ
α：熱伝達率［Ｗ／　（Ｋ−ｍ”）］ Ｓ：気体が板状部材と接する面積［ｍ３］熱伝達率ａは
自然対流の空気において６〜３０Ｗ／　（Ｋ−ｍ”）　
　、流速３〜１５ｍ／ｓの強制対流の空気におし１てｌ
　Ｇ　〜２００Ｗ／　（Ｋ−ｍ”）である。 遠心ファンや軸流ファンを用いた強制対流の方が自然対
流の方より熱抵抗が小さく優れている。 一方面積は−敏にヒニトシンクと呼ばれる放熱器にて大
きくすることができる。 したがって本発明は板状部材に従来のｃ−Ｓｉ板の補強
の他に伝導放熱器として働かせると共に強制対流を接触
させて対流放熱器としても作用させたものである。 （へ）実施例 第１図は本発明の実施例における反射型投影装置の放熱
系を示す概要図である。 （１）はＬＣＤであり、熱伝導率の低いガラス基板（２
）と熱伝導率の比較的高い半導体基板（３）からなって
いる。 半導体基板（３）側に半導体基板より熱伝導率の高い板
状部材（５）が付着している。 板状部材（５）の側面にヒートシンク（６）が設けられ
、軸流ファン（７）からの強制気流にさらされている。 分光系を含む本発明の反射型投影装置の部分断面図をｊ
Ｉｚ図に示す。 半導体基板（３）を一方の基板として待つＬＣＤ　（１
）に半導体基板（３）より熱伝導率が高い板状部材（５
）が圧着されている。 板状部材（５）はべりリア（Ｂｅｄ）、炭化ケイ素（Ｓ
ｉＣ）、銅（Ｃｕ）、銅一タングステン（Ｃｕ−Ｗ）、
アルミニウム（Ａｔ）、モリブデン（Ｍ　ｏ　）などの
厚膜板の側面にヒートシンクを形成した後、ＬＣＤ　（
１）が圧着される部分をフライス盤などで薄く切削加工
したものである。 他の材料として表面を酸化した窒化アルミニウムＡｎ！
Ｎ　（特開平１−２２０４６２号公報）や窒化アルミニ
ウム表面表面に積層体としてチタン（Ｔｉ）、ニッケル
（Ｎ　ｉ　）　、金（Ａｕ）からなる層を形成したＡｊ
Ｎ　（特開平１−２２３７３７号公報）などを板状部材
として用いても良い。 表１に代表的な材料の熱伝導率（λ）を示す。 表　　１ 材　料　　ｃ−Ｓｉ　　ＢｅＯＳｉＣ 熱伝導率　１２５　　２４０　　２７０Ｃｕ　　　Ｃｕ
＝Ｗ　　ガラス　　Ａ１４００　２４００．６５　２３
６ 軸流ファーン（７）からの強制気流（８）は伝導部の熱
抵抗削減のため薄く形成された板状部材（５）から熱を
奪った後、ヒートシンク部で太きな面積と流速によりさ
らに多くの熱量を吸収する。 ＬＣＤ（１）のガラス基板から離れて赤反射ダイクロイ
ックミラー（３２）が配置されている。 赤反射ダイクロイックミラー（３２）からの赤色の入射
光（９）はＬＣＤ　（１）により特定形状の反射光（１
０）として変換される。 また、１１３図に示すように板状部材（５）はヒートシ
ンク（６）と分離して形成しても良い。 ＨＩＰなどの焼結方法における簡単な形状への限定や焼
結体の切削加工の制限を考えれば、セラミック系の板状
部材（５）を単純な直方体に成形することは有用である
。 セラミック系の板状部材（５）の材料として、ベリリア
（Ｂｅｄ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム
（ＡＩＮ）などがあげられる。 第３図で板状部材（５）の端部には２個または４個の金
属製のヒートシンク（６）が嵌合されている。 １１４図に遠心ファン（１１）を利用し、複数の板状部
材（５）と半導体基板（３）を接着させた構造の断面図
を示す。 複数の板状部材（５）は金属製の容器（１２）にロウ材
（１３）でロウ付けされており、一方、半導体基板（３
）にシリコーン樹脂製の接着材（１４）で後着されてい
る。 金属製の容器の側面にはヒートシンク（６）が同様に２
個または４個嵌合されて塾４る。 複数の板状部材（５）で半導体基板（３）と接着するこ
とにより、温度変化による板状部材（５）と半導体基板
（３）との剥離を抑制することができる。 第５図に本発明のｃ−Ｓｉを用いたＬＣＤの平面図を示
す。 ＩＩ！ｉｌ素に対応する表示電極の横及び縦の外形線の
長さと、１画素に対応するゲートライン（１５）及びド
レインライン（１６）の中心線（１７）の長さとのそれ
ぞれの商が０．９以上なら、有効画素の百分率は８１％
以上になる。 ｃ−Ｓｉ中にドレイン（１ｇ）、ソース（１９）及び補
助容量（２０）は拡散層として設けられて（１る。 ゲートライン（１５）及びゲート（２１）は不純物をド
ーブした多結晶シリコンで形成され、ソース（１９）と
表示電極（２２）はコンタクトホール（２３）で接続さ
れている。 ＬＣＤの断面図を第６図に示す。 板状部材（５）はロウ材（１３）または接着材（１４）
によって半導体基板（３）と結合し、通常の半導体基板
（３）の機械強度の補強のためのみならず、放熱材とし
て働く。 第６図において半導体基板（３）の表面に不純物が導入
され、ドレイン（１８）、ソース（１９）及び補助容量
（２０）が形成されている。 熱酸化Ｓｉｎｓ（２４）が半導体基板（３）上に形成さ
れている。 熱酸化３３０　ｍ　　（２４）はソース（１９）上に穴
、ドレイン（１８）とソース（１９）　１１１及び補助
容量（２０）上に凹みが作成されている。 熱酸化Ｓｔｏｗ（２４）の凹みにはドープした多結晶シ
リコンが充填され、ドレイン（１８）とソース（１９）
間にゲート（２１）、補助容量（２０）上に導電膜（２
５）が形成されている。 ＣＶＤＳ　ｉ　Ｏｘ　　（２６）　ｂケ）　（２１）及
び導電膜（２５）のある熱酸化Ｓｉｎｓ（２４）上に積
層されている。 ＣＶＤＳ　ｉｏｎ　　（２６）にお１１て／−，Ｘ（１
９）及び導電膜（２５）上にコンタクトホール（２３）
が形成されている。 −ＣＶＤＳ　ｉｏｎ　　（２６）上を：：　Ａ　ｊ　カ
らなる表示電極が島状に形成され、コンタクトホール（
２３）によりソース（１９）及び導電膜（２５）に接続
されている。 反射膜として働く表示電極上にポリイミドの配向膜（２
７）が形成されている。 半導体基板（３）と対向するガラス基板（２）上には一
面にＩＴＯからなる透明電極（２８）が被着され、さら
にその上にポリイミドの配向膜（２７）が形成され、前
記配向膜（２７）は液晶（２９）に接している。 表示を極（２２）は複数のドレインライン（１６）また
はゲートライン（１５）間にまたが″らない方が望まし
い。 なぜなら、隣接するラインの信号により表示のコントラ
ストが低下することがあるからである。 第５図のようにＡｔの表示電極でトランジスタが形成さ
れた側のドレインライン及びゲートラインを覆い、有効
画素率を８１％以上とすることでｃ−Ｓｉ上のトランジ
スタのチャネルの遮光がなされる。 本実施例の構造によれば、電子の移動度μの大きなｃ−
Ｓｉを用いているのでアクティブマトリクス基板の周辺
部に高遠のシフトレジスタ、ラッチ、ドライバからなる
駆動回路を形成できるばかりでなく、アクティブマトリ
クス基板内の画素の駆動用トランジスタの大きさを小さ
くすることが可能になるため、有効画素率の向上が容易
にできる。 本発明の実施例においては、ｃ−Ｓｉについて述べたが
、ＬＣＤのアクティブマトリクス基板がガラスで形成さ
れたとしても本発明の構成を実現することができる。 （ト）発明の効果 ＬＣＤの裏面を板状部材によ−９効率良く冷却できるの
で、発熱が問題となる反射型投影装置において優れた効
果がある。 以上に述べたように本発明によれば、ＬＣＤの補強板に
高熱伝導率の材料を用い、強制気流により各Ｉ、ＣＤを
冷却したことにより、薄皮及び品位の高い小型軽量の反
射型投影装置を作成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による反射型投影装置のＬＣＤの冷却機
構を示す分解見取図。 第２図は本発明の第１の実施例のＬＣＤの冷却機構の断
面図。 第３図は本発明の第２の実施例のＬＣＤの冷却機構の断
面図。 第４図は本発明の第３の実施例のＬＣＤの冷却機構の断
面図。 第５図は本発明の反射型投影装置に用いられるＬＣＤの
平面図。 １８６図は本発明の反射型投影装置に用いられるＬＣＤ
の断面図。 第７ＦＭは従来例の反射型投影装置の概要図である。 （１）・・・ＬＣＤ、（２）・・・ガラス基板、（３）
・・・半導体基板、（４）・・・補強板、（５）・・一
板状部材、（６）・・・ヒートシンク、（７）・・・軸
流ファン、（８）・・・強制気流、（９）・・・入射光
、（ｌＯ）・・・反射光、（１１）・・・遠心ファン、
（１２）・・・金属製の容器、（１３）・・・ロウ材、
（１４）・・・接着材、（１，５）・・・ゲートライン
、（１６）・・・ドレインライン、（１７）・・・中心
線、（１８）・・・ドレイン、（１９）・・ツース、（
２０）・・・補助容量、（２１）・・・ゲート、（２２
）・・・表示電極、（２３）・・・コンタクトホール、
（２４）・・・熱酸化Ｓ　ｓ　Ｏ＊、（２５）−・・導
電膜、（２６）−ＣＶＤＳｉＯ＊、（２７）・・・配向
膜、（２８）・・・透明電極、（２９）・・・液晶、（
３０）・・・偏光ビームスプリッタ、（３１）・・・青
反射ダイクロイックミラー、（３２）・・・赤反射グイ
クロイックミラー、（３３）・・・光路マツチングガラ
ス、（３４）・・・光源、（３５）・・・だ円面鏡、（
３６）・・・凹レンズ、（３７）・・−遮光板、（３７
ａ）・・・開口、（３８）・・・バンドパスフィルター
、（３９）・・・ズーム投射レンズ、（４０）・・・ス
クリーン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶スイッチング用トランジスタアレイを基板上
   に形成したところのアクティブマトリクス基板のある液
   晶パネルを用いた反射型投影装置において、アクティブ
   マトリクス基板の裏面に粘着または圧着されたアクティ
   ブマトリクス基板より熱伝導率が高い板状部材と、該板
   状部材を気体の強制気流により冷却する機構とを具えた
   ことを特徴とする反射型投影装置。