CN102141723B - 投影型影像显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种投影型影像显示装置，在使用发光二极管、激光等长寿命的光源时能够使光线照明系统也具有比当前更长的寿命。该投影型影像显示装置的特征在于，包括：光源；影像显示元件；具有将来自上述光源的光照射到上述影像显示元件的多个光学元件的光学照明系统；和将由上述影像显示元件形成的光学像放大并投影的投影透镜，其中，上述光学照明系统具有：将多个矩形孔径形状的透镜元件矩阵状地排列而成的第一阵列透镜和第二阵列透镜；以及具备偏振变换功能的偏振变换元件，该偏振变换元件通过与上述第二阵列透镜的多个透镜元件相对设置的、且被配置成阵列状的多个偏振分束器和1/2λ相位差板，将偏振方向经过变更的偏振光射出，上述投影型影像显示装置被配置为：该光源的发光面形状呈大致矩形或大致椭圆形，上述发光面形状的长边方向与上述偏振变换元件的开口部的长边方向为平行方向。
Description
技术领域
本发明涉及使用液晶面板等影像显示元件将影像投影到投影面上的投影型影像显示装置，和以不使用水银的发光二极管、激光器、荧光体等作为光源的光学照明系统，特别是涉及提供将以上装置组合而得到的投影型影像显示装置的技术。
背景技术
例如，在将反射型或透过型的液晶面板、或具有将多个微小反射镜排列而成的构造的影像显示元件的显示画面放大显示在作为投影面的屏幕或板等之上的投影型影像显示装置中，为在投影面上得到具有足够大小和亮度的放大图像，而研了究各种可改进光学照明系统的方法。
特别是提出了各种在使用多个影像显示元件的方式中能够抑制彩色影像的白平衡的劣化以及色斑的光学照明系统的方案。例如，在日本特开10-171045号公报(专利文献1)中公开的作为投影型影像显示装置的光学照明系统所使用的光源而使用相对输入功率发光效率高(70lm/W)的超高压水银灯的方案已成为主流。此外，为提高第一阵列透镜和第二阵列透镜上的光线通过率而缩短电极之间的距离也成为研究课题。
此外，超高压水银灯由于大量产生紫外线而对构成光学照明系统的液晶光阀或偏振板等有机物产生较大的压力(stress)，因此可推测除有损于寿命外，还存在其自身也因由电极的损耗以及发光管的白浊化引起的失透而在短时间内导致亮度降低等问题。
因此，对作为新的光源而使用红、绿、蓝发光二极管或有机EL等固体发光元件的投影型影像显示装置进行了开发，提出了多种方案。例如在日本特开2004-341105号公报(专利文献2)中提出了由可将从固体光源射出的紫外光变换成可见光的荧光体层、透明基材和固体光源构成的光源装置。
此外，为解决该专利文献2的课题，例如如日本特开2009-277516号公报(专利文献3)所述，还提出了即使以从固体光源射出的激发光作为可见光也可以高效率地发光的光源装置。
此外，例如在日本特开2009-259583号公报(专利文献4)中还公开了将发光原理不同的方式的光源组合来作为投影型影像显示装置的光源的方案。
在专利文献2公开的技术中，公开了将从固体光源射出的紫外线变换成可见光的由荧光体层、透明基材和固体光源构成的光源装置。该技术中，由于使用把能量较高的紫外光作为对光进行激发的激发光源，所以被照射紫外光的光学部件容易受到损伤，光学部件的长期性能难以确保。因此，在专利文献3中提出了使用能量比紫外光低的可见光作为激发光照射荧光体的方案。
另一方面，还提出了如专利文献4所公开的组合发光方式各异的多种光源作为投影型影像显示装置的新光源的方案。在该方案中，光源由第一光源即出射规定波长的光的发光二极管或固体发光元件、第二光源即出射激发光的发光二极管或固体发光元件和以来自第二光源的激发光作为激发能量而发出波长域与第一光源相同的光的第三光源构成。
在上述的专利文献2到专利文献4中公开的现有技术是作为光源的技术，没有考虑到与使用液晶显示元件的投影型影像显示装置的光学照明系统的匹配，因此虽然作为光源而言具有长寿命，但在作为投影型影像显示装置进行动作的情况下，则不一定具有长寿命。
发明内容
下面，在不使用超高压水银灯，而使用发光二极管光源作为新型光源的情况下，就使用液晶显示元件的投影型影像显示装置中的光学照明系统所具有的问题，参照附图进行说明。
在各图中，对相同部分标记相同的附图标记，对已经说明过的部分省略其说明。此外，为便于以后的说明导入直角坐标系。以照明光轴方向为Z轴，以在与Z轴正交的平面内与液晶显示元件的矩形有效照射区域的长边平行的方向上的轴为Y轴，以与矩形有效照射区域的短边平行的方向上的轴为X轴。即，构成第一阵列透镜、第二阵列透镜的透镜单元，在X轴、Y轴两个方向上排列。
图5为使用发光二极管光源和偏振变换积分器的投影型影像显示装置中，光学照明系统的光路上从光源到液晶显示元件的各光学元件的简单图示。图5(a)为从X轴方向观看含有照明光轴的YZ截面上的光学照明系统的主要部件结构图，图5(b)为在偏振变换元件上形成的光源像的概要的示意图，图5(c)为在第二阵列透镜4上形成的光源像的概要的示意图。
在图5(a)中，发光二极管光源1发出的光通过平行化透镜2后变得大致平行，入射偏振变换积分器。偏振变换积分器包括由第一阵列透镜3和第二阵列透镜4构成的能够进行均匀照明的光学积分器，和使偏振方向统一到规定的偏振方向上的偏振变换元件5。
第一阵列透镜3通过矩阵状排列的多个透镜单元将入射的光分割为多束光，并引导使其高效率地通过第二阵列透镜4和偏振变换元件5。
即，第一阵列透镜3与发光二极管光源1的发光面和第二阵列透镜4的各透镜单元相互成为物像关系(共轭关系)。通过第一阵列透镜3的各透镜单元的光必须入射相对向的第二阵列透镜4的单元。
与第一阵列透镜3同样，具有矩阵状排列的多个透镜单元的第二阵列透镜4，构成其的各透镜单元分别将对应的第一阵列透镜3的透镜单元的形状投影到液晶显示元件18上。因此，液晶显示元件的纵横比(aspect)，与第一阵列透镜3、第二阵列透镜4的各透镜单元的纵横比大致相同。
此时，通过偏振变换元件5将第二阵列透镜4发出的光统一到规定的偏振方向上，接着，第一阵列透镜3的各透镜单元的投影像，分别经由聚光透镜6和聚焦透镜(condenser lens)13，重合于液晶显示元件18上。
另外，第二阵列透镜4和靠近其放置的聚光透镜6使得第一阵列透镜3与影像显示元件18相互成物像关系(共轭关系)，因此由第一阵列透镜3分割成多束的光束，通过第二阵列透镜4和聚光透镜6，重叠并投影到液晶显示元件18上，能够实现在实际使用中没有问题的等级的均匀性高的照度分布的照明。
在说明使用发光二极管光源和偏振变换积分器的光学照明系统具有的问题之前，首先使用图6对偏振变换元件5的结构进行说明。
图6为偏振变换积分器的主要部件的构成图。图6(a)为偏振变换积分器的YZ截面从X轴方向观察所得，图6(b)为偏振变换元件的放大详细图。
在图6中，偏振变换元件5中，例如，沿着与液晶显示元件的短边平行的方向即X轴方向(垂直于图6纸面的方向)延伸、截面为平行四边形的棱柱状的透光性部件51，与照明光轴100的方向(Z轴方向)正交的面(XY平面)相平行地，在Y轴方向上呈阵列状排列有多个，在排列成阵列状的相邻的透光性部件51之间的界面处交替形成有偏振分束器(以下简称为“PBS”)膜52和反射膜53。透光性部件51彼此之间的贴合一般使用有机粘接剂。
此外，在通过偏振变换元件5的入射侧的开口部55并透过PBS膜52的光所出射的出射面上，配置有1/2λ相位差板54。作为1/2λ相位差板，有机相位差膜较为廉价，可适用于大量液晶投影仪。此外，为了延长1/2λ相位差板的寿命，使用将两片无机水晶粘合而成的相位差板的元件也被实用化，一般使用有机粘接剂将水晶相互粘合。
图6中，偏振变换元件5相对由照明光轴100和平行四边形柱体的透光性部件51的延伸方向(X轴方向)形成的平面(即包含照明光轴100的XZ平面，为了方便以下将其称为“光轴面”)S100，对称地构成。透光性部件51的倾斜，在图6的相对于光轴面S100而言的纸面右侧为向右上45度，在图6的相对于光轴面S100而言的纸面左侧为向右下45度。当然，PBS膜和反射膜的顺序也相对光轴面S100对称，在图6的相对于光轴面S100而言的纸而右侧，从照明光轴100向右侧以PBS膜、反射膜、PBS膜、反射膜......的顺序形成，在图6的相对于光轴面S100而言的纸面左侧，从照明光轴100向左侧以PBS膜、反射膜、PBS膜、反射膜......的顺序形成。
另外，开口部55在偏振变换元件5的入射侧的X轴方向上细长状地延伸，在Y轴方向上是较短的面状区域。
如上构成的偏振变换元件5中，通过第一阵列透镜3、第二阵列透镜4入射开口部55中的一个开口部(例如开口部556)的光L之中，例如S偏振的光被PBS膜52反射，经相对向的反射镜53反射后以S偏振出射。此外，P偏振的光透过PBS膜52，被出射面的1/2λ相位差板54变换成S偏振而出射。偏振变换元件5由多个(例如在图6中为6个)如上基本构成的偏振变换部50构成，具有使入射的光的偏振方向统一于规定的偏振方向(在此为S偏振)的光而出射的偏振变换功能。
此外，开口部和开口部之间(例如开口部555与开口部556之间的区域605)有光入射的情况下，此时的出射光的偏振是上述规定的偏振方向旋转了90度后的偏振(在此为P偏振)。即偏振变换效率变得低下。因此，在开口部与开口部之间，通常配置铝板等作为遮蔽光的遮光部60。
另外，为了确定偏振变换部、开口部、遮光部，从图6的纸面左端侧起分别附以数字1～6来标识。
接着，对使用发光二极管光源和偏振变换积分器的光学照明系统所具有的问题进行说明。
图5中，从发光二极管光源1到平行化透镜2的距离记为A，第一阵列透镜3与第二阵列透镜4之间的距离记为B。此时，由于发光二极管光源1处在平行化透镜2的焦点位置上，所以所述距离A为平行化透镜2的焦点距离。此外，由于第二阵列透镜4被设置在第一阵列透镜3的大致焦点位置附近，所以上述距离B为第一阵列透镜3的焦点距离。
如上所述，按照使发光二极管光源1和第二阵列透镜4的各透镜单元互为物像关系(共轭关系)的方式设计第一阵列透镜3，在第二阵列透镜4的各透镜单元上形成第二发光像26。由于第二阵列透镜4与偏振变换元件5接近配置，所以形成在第二阵列透镜4的各透镜单元上的第二发光像26也同样形成在偏振变换元件5上。第二发光像26相对于该发光二极管光源1的倍率β，可以用上述距离A、B近似地由公式1来表示。
β＝B/A ......(公式1)
在远离照明光轴100的位置上，随着上述距离A变长，则投影到第二阵列透镜4、偏振变换元件5上的像变小。
形成在偏振变换元件5上的第二发光像26如图5(b)所示，形成在第二阵列透镜4上的第二发光像26如图5(c)所示。在此示出了阵列透镜在X轴方向上被分割成8行，在Y轴方向上被分割成6列的例子。对第二阵列透镜4的各透镜单元40，附以表示列的数字i(1～6)和表示行的数字j(1～8)来标识。
鉴于以上情况，考虑通过偏振变换元件5的开口部的光的光密度。首先对与偏振变换元件5的照明光轴100相邻的透镜单元4044上形成的第二发光像26进行考察。
在此，在液晶显示元件的纵横比为M∶N、发光二极管光源1的发光面的纵横比为一般的1∶1的情况下，第二阵列透镜4、偏振变换元件5的开口部和第二光源像26的尺寸如图3(a)所示，发光二极管光源1的发光面90如图3(b)所示。当透镜单元4044的Y轴方向上的长度为M×H时，由于第二阵列透镜4的各透镜单元的开口纵横比也如上所述为M∶N的程度，所以透镜单元4044的X轴方向上的长度为N×H。
但是，由于Y轴方向上有一半被偏振变换元件5的遮光板60遮挡，因此有效开口纵横比成为M/2:N，Y轴方向上的开口长度成为M×H/2。另一方面，若以发光二极管光源1的发光面90的一边的边长为L，则第二光源像26为L×β。首先，能够使第二光源像26全部通过透镜单元4044的开口部需满足的关系式如公式2所示。
M×H/2≥L×β ......(公式2)
因为在透镜单元4044上的第二光源像26的尺寸最大，所以若在透镜单元4044中公式2成立，则在整个透镜单元40中第二光源像26通过第二阵列透镜4、偏振变换元件5的开口部。此时，虽然即使缩小倍率β公式2也成立，但第二光源像26的面积变小，偏振变换元件5上的光密度变大，所以包含有机部件的偏振变换元件5的寿命成为问题。在此，不损失光利用效率地使光密度最小的条件如公式3所示。
......(公式3)
此时，第二光源像26占偏振变换元件5的开口部的面积的比例，如公式4所示，将公式3代入可得到M/(2N)。
在此，当液晶显示元件的纵横比为一般的分辨率XGA的4∶3时，公式4变成三分之二(66.7％)。即，在有效开口部中，三分之一没有光照射，而照射到偏振变换元件5上的光密度仍然较大。在远离照明光轴100的位置上，第二光源像26的面积变得更小，发光二极管的发光分布是在照明光轴100上最大的朗伯分布，因此在照明光轴100附近的光密度最高。因此，产生了偏振变换元件5所包含的相位差板和粘接剂等从中心附近着色、透过率降低的问题。即，虽然作为光源能够实现长寿命，作为影像显示装置，可推测其具有难以实现长寿命的问题。
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种高效率的投影型影像显示装置，该投影型影像显示装置在使用发光二极管或激光器等固体光源作为激发光和光源的一部分时，或者使用通过激发光使荧光体发光的光源时，与现有的投影型影像显示装置相比，能够减少光学照明系统的光学部件寿命低下的情况。
为了解决上述问题，本发明的一种投影型影像显示装置，其特征在于，包括：光源；影像显示元件；具有将来自上述光源的光照射到上述影像显示元件的多个光学元件的光学照明系统；和将由上述影像显示元件形成的光学像放大并投影的投影透镜，其中，上述光学照明系统具有：将多个矩形孔径形状的透镜元件矩阵状地排列而成的第一阵列透镜和第二阵列透镜；以及，具备偏振变换功能的偏振变换元件，该偏振变换元件通过与上述第二阵列透镜的多个透镜元件相对设置的、且被配置成阵列状的多个偏振分束器和1/2λ相位差板，将偏振方向经过变更的偏振光射出，上述投影型影像显示装置被配置为：该光源的发光面形状呈大致矩形或大致椭圆形，上述发光面形状的长边方向与上述偏振变换元件的开口部的长边方向为平行方向。
本发明的特征在于，当上述影像显示元件的长边方向的长度与短边方向的长度的比为M/N(M＞N)时，上述光源的发光面形状的长边方向的长度与短边方向的长度的比小于(4N×N)/(M×M)。
此外，上述光源为发光二极管、激光器、有机EL等固体发光元件。或者上述光源是通过以来自发光二极管、激光器、有机EL等固体发光元件的光作为激发光对荧光体进行激发而成的光源。或者上述光源是通过由扩散层对来自发光二极管、激光器、有机EL等固体发光元件的光进行扩散而成的光源。
通过本发明，能够提供一种投影型影像显示装置，在使用发光二极管、激光等长寿命光源时，在光学照明系统中也能够实现比当前更长的寿命。
附图说明
图1为第一实施例的光学照明系统的主要部件的结构图。
图2为第一实施例的光源像的主要部件的结构图。
图3为现有技术中光源像的主要部件的结构图。
图4为一个实施方式的投影型液晶显示装置的光学系统的概略结构图。
图5为现有技术中从光源到液晶显示元件的光学照明系统的概略图。
图6为偏振变换积分器的主要部件的结构的放大图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。在各图中，对相同部分标记相同的附图标记，对于已经说明的部分省略其说明。此外，为便于以后的说明，与上述同样地，导入以照明光轴为Z轴的直角坐标系。即，以在与Z轴正交的平面内、与液晶显示元件的矩形有效照射区域的长边平行的方向的轴为Y轴，以与矩形有效显示区域的短边平行的方向的轴为X轴。该X轴方向与偏振变换元件的开口部长边方向平行，Y轴方向与该开口部的短边方向平行。
在本实施例中，为了改善偏振变换元件的寿命，对光源装置进行了改进。详细情况以后会阐述，其特征在于：第一发光像的发光部的长边方向，平行于在与照明光轴大致正交的平面内构成偏振变换积分器的偏振变换元件的开口部的长边方向，降低了偏振变换元件的光照射密度。
图4为使用一个实施方式的光源装置的投影型液晶显示装置的光学系统的概略结构图。图4(a)为从X轴方向观察的、包含照明光轴的YZ截面上的光学照明系统的结构部，图4(b)为表示形成在偏振变换元件5、第二阵列透镜4上的光源像的概要的示意图，图4(c)为表示光源200的发光面900的形状的示意图。
图4(a)中，从光源200发出的白色光，通过平行化透镜2使其大致平行，入射偏振变换积分器。光源为发光二极管等固体发光元件，或者由固体发光元件所激发的荧光体的激发光。偏振变换积分器包括由第一阵列透镜3和第二阵列透镜4构成的能够进行均匀照明的光学积分器，和使偏振方向统一到规定的偏振方向上的偏振变换元件5。
第一阵列透镜3由于呈矩阵(二维)状配设有从照明光轴方向观察具有与液晶显示元件大致相似的矩形形状的多个透镜单元，因此从光源入射的光被多个透镜单元分割成多个光束，被引导使其高效率地通过第二阵列透镜4和偏振变换元件5。即，第一阵列透镜3被设计成使得光源200的发光面与第二阵列透镜4的各透镜单元在光学上成为共轭关系。
与第一阵列透镜3同样，第二阵列透镜4具有呈矩阵状地配设有多个从照明光轴方向观察为矩形形状的透镜单元的结构，该第二阵列透镜4将分别与其透镜单元相对应的第一阵列透镜3的透镜单元的形状投影(映像)到影像显示元件18上。
此时，通过偏振变换元件5将第二阵列透镜4发出的光统一到规定的偏振方向上，然后，第一阵列透镜3的各透镜单元的投影像，分别经聚光透镜6、聚焦透镜13、14、第一中继透镜15、第二中继透镜16和第三中继透镜17重合到各液晶显示单元18上。
此外，由于第二阵列透镜4和与其接近配设的聚光透镜6被设计成使得第一阵列透镜3的各透镜单元与液晶显示元件18在光学上成为共轭关系，因此被第一阵列透镜3分割成多束的光束，通过第二阵列透镜4和聚光透镜6，重叠并投影到液晶显示元件18上，能够实现实用上没有问题的具有均匀性高的照度分布的照明。
如上所述，由第一阵列透镜3、第二阵列透镜4和偏振变换元件5构成的偏振变换积分器，将从光源发出的偏振方向任意(random)的光统一到规定的偏振方向上，能够实现对液晶显示元件的均匀照明。
在此过程中，通过分色镜11，将例如B光(蓝色波段的光)反射，使G光(绿色波段的光)和R光(红色波段的光)透过分离成二色光，进一步地，将G光与R光经分色镜12分离成G光和R光。例如，G光被分色镜12反射，而R光透过分色镜12，由此，被分离成三色光。考虑光的各种分离方式的话，可以利用分色镜11反射R光，而使G光和B光透过；也可以反射G光，而使R光和B光透过。
被分色镜11反射的B光，经反射镜10反射，通过聚焦透镜13B，透过B光用的液晶显示元件18B，入射光合成棱镜21。
另一方面，透过分色镜11的G光和R光中，G光被分色镜12反射，通过聚焦透镜13G，入射G光用液晶显示元件18G，并透过该液晶显示元件18G入射光合成棱镜21。
此外，R光透过分色镜12，被第一中继透镜15聚光，进一步被反射镜8反射，并被第二中继透镜16进一步聚光，被反射镜9反射后，被第三中继透镜17进一步聚光，入射R光用的液品显示元件18R。透过液晶显示元件18R的R光入射光合成棱镜21。
透过各液晶显示元件的B光、G光、R光，由光合成棱镜21合成为彩色影像后，通过例如变焦距透镜之类的投影透镜22，到达屏幕7。通过光强度调制而形成在液晶显示元件18上的光学像，经投影透镜放大并投影到屏幕上，作为显示装置发挥作用。
另外，在第一光路(B光)和第二光路(G光)上没有使用中继透镜，而在第三光路(R光)上使用了中继透镜15、16，以便使光路长与B光、G光相等。此外，本结构中使用白色光作为光源200，但也可以使用B色光光源、G色光光源和R色光光源等三种光源，在第一阵列透镜3之前通过色合成透镜等将三色合成后，入射第一阵列透镜3。
以下，对于能够通过本实施方式提供寿命被提高的影像显示装置的理由，使用图4(b)和图4(c)进行说明。
考虑通过偏振变换元件5的开口部的光的光密度。在此，考察形成在与偏振变换元件5的照明光轴100相邻的透镜单元4044上的第二发光像26。
在此，液晶显示元件的纵横比为M/N(M＞N)，Y轴方向为长边方向，光源200的发光面的长边方向相对于短边方向的纵横比率记为α。此时，第二阵列透镜4、偏振变换元件5的开口部与第二光源像260的关系如图4(b)所示，光源200的发光面900如图4(c)所示。
若透镜单元4044的Y轴方向上的长度为M×H，则由于第二阵列透镜4的各透镜单元的开口纵横比也如上所述大致为M∶N，所以透镜单元4044的X轴方向上的长度为N×H。
但是，由于Y轴方向上的一半被偏振变换元件5的遮光板60遮挡，所以实际开口纵横比成为M/2:N，Y轴方向上的开口长度成为M×H/2。另一方面，若光源200的发光面900的一条边在Y轴方向上的长度为D，则X轴方向上的长度为D×α。因此，若第二光源像260相对于光源900的放大率为β，则Y轴方向上的长度为D×β，X轴方向上的长度为D×α×β。首先，用于使第二光源像260能够全部通过透镜单元4044的开口部的关系式，如公式5所示。
N×H≥D×α×β ......(公式5)
其次，在不损失光利用效率的情况下使光密度最小的条件如公式6所示。
......(公式6)
此时，第二光源像260占偏振变换元件5的开口部的面积的比例，如公式7所示。
((D×β)×D×α×β))÷((M×H/2)×(N×H)) ......(公式7)
另一方面，在现有技术中，第二光源像26占偏振变换元件5的开口部的面积的比例，由公式4算得为M/(2N)，因此在本发明的实施例中，降低偏振变换元件5上的光密度的条件，如公式8所示。
((D×β)×D×α×β))÷((M×H/2)×(N×H))＞M/(2N) ......(公式8)
此时，作为对α的条件，成立公式9。
α＜(4N×N)/(M×M) ......(公式9)
即，当液晶显示元件的纵横比为M/N(M＞N)、Y轴方向作为长边方向配置的情况下，如果光源的发光面形状的长边方向的长度相对于短边方向的长度之比小于(4N×N)/(M×M)时，相比当前能够降低照射到偏振变换元件5上的光密度，还能够延长包含在偏振变换元件5中的有机部件的寿命。
如上所述，通过本实施方式，能够提供一种在使用发光二极管、激光等长寿命的光源时，使光学照明系统也实现长寿命的投影型影像显示装置。
[实施例1]
在此，在本实施方式中，使用图1和图2对与现有装置相比(光源纵横比为1∶1)能够降低偏振变换元件上的光密度并改善寿命的光源的纵横比进行说明。作为光源，使用通过蓝色激发光在黄色荧光体激发出的黄色光。作为蓝色激发光源，使用发光二极管、激光器等固体发光元件等。
图1(a)为本实施例的光源装置的要部结构图，从X轴方向观察到的包含照明光轴的YZ截面图。图1(b)为从蓝色激发光源1到透明部件27的要部结构图，是从Z轴方向观察XY截面所得。
在图1(a)中，激发光源装置300是包括荧光体激发用的蓝色激发光源101和使激发光源101射出的光变得平行的平行化透镜201的光源组。从光源装置300大致平行地射出的蓝色激发光，通过可使蓝色光透过并反射黄色光(绿色和红色)的分色镜14，经聚光透镜24聚光到透明基材27的入射侧。在透明基材27的入射侧，蒸镀有可使蓝色光透过而反射黄色光(绿色和红色)的二向色涂层272，并在其上涂布了黄色荧光体271。作为黄色荧光体一般为YAG荧光体，但并不限定于此。
由于蓝色激发光的一部分与黄色荧光体271发生反应，所以全方向地发出黄色光，但射向透明基材27的出射侧的黄色发散光经二向色涂层272反射，因此所有黄色光向着聚光透镜24的方向发散。从黄色荧光体271发散出的黄色光，经聚光透镜24变得大致平行，被分色镜14反射，入射第一阵列透镜3。
通过透明基材27的一部分蓝色光被设置在透明基材27的出射侧的扩散层273扩散，经平行化透镜25变成大致平行，由反射透镜19、反射透镜20和反射透镜23反射，透过分色镜14，入射第一阵列透镜3。
即，与下述过程等价：从聚光到透明基材27的蓝色激发光的照射区域901(以下称为第一发光像901)射出白色光，使其大致平行后入射第一阵列透镜3。偏振变换积分器在后面的作用如上所述，因此可省略其说明。在此，令液晶显示元件的纵横比为4∶3，第一阵列透镜3、第二阵列透镜4的各透镜单元的大小为Y轴方向4mm、X轴方向3mm，令偏振变换元件5的遮光板60的Y轴方向上的长度为2mm。
在图1(b)中，具有发光面102的蓝色激发光源101，在X轴方向上相邻地排列配置有两个。从蓝色激发光源101发出的蓝色激发光经平行化透镜201变得大致平行，被聚光透镜24聚光到具有黄色荧光体和蓝色扩散层的透明基材27。在透明基材27上形成有蓝色激发光源101的发光面102的放大投影像即第一光源像901，在此，确定平行化透镜201和聚光透镜24的曲率半径以使放大率为10倍。
此外，平行化透镜201的透镜顶点位置向X轴方向偏移(偏心)，以使在透明基材27上两个蓝色激发光源101的发光面102的投影像正好不重叠。
图2(a)表示具有发光面102的蓝色激发光源101的大小和配置方法，图2(b)表示投影到透明部件27上的第一光源像901，图2(c)表示投影到第二阵列透镜4的透镜单元4044上的第二光源像261。
在图2(a)中，令蓝色激发光源101的发光面102的大小在Y轴方向上为0.15mm、X轴方向上为0.15mm。在图2(b)中，发光面102的像被放大了10倍，作为第一光源像901放大投影到透明基材27上，因此，来自发光面102的各个投影像的大小，在Y轴方向上为1.5mm、在X轴方向上为1.5mm，不过，由于在X轴方向上正好不重叠地投影，因此作为第一光源像901的大小，在Y轴方向上为1.5mm，在X轴方向上为3.0mm。
从第一光源像901射出的光与透明基材27上的黄色荧光体被激发出的黄色光和经蓝色扩散层扩散后的蓝色光合成，成为白色光。
在图2(c)中，若令聚光透镜24与第一阵列透镜3的曲率半径大致相同，则第一光源像901在第二阵列透镜4上的投影像即第二光源像261与第一光源像901成为大致相同的大小，因此第二光源像261的大小，在Y轴方向上为1.5mm，X轴方向上为3.0mm。
此时，由于第二阵列透镜4、偏振变换元件5的开口大小，在Y轴方向上为2.0mm、X轴方向上为3.0mm，因此第二光源像261占开口部的面积的比例为75％，相比现有技术的66.7％得到了改善。
在此，由于光源的纵横比α＝2.0(＝3.0/1.5)、(4N×N)/(M×M)＝2.25，所以满足公式9的关系式α＜(4N×N)/(M×M)。即，只要确定发光面的大小、激发光源数量和激发光配置位置以为满足上述光源的纵横比率即可。此外，所述纵横比率并非蓝色激发光源101的发光面102的纵横比率，而是第一光源像901的大小的纵横比率。
Claims (6)
1.一种投影型影像显示装置，其特征在于，包括：
光源；
影像显示元件；
具有将来自所述光源的光照射到所述影像显示元件的多个光学元件的光学照明系统；和
将由所述影像显示元件形成的光学像放大并投影的投影透镜，其中，
所述光学照明系统具有：
将多个矩形孔径形状的透镜元件矩阵状地排列而成的第一阵列透镜和第二阵列透镜；以及
具备偏振变换功能的偏振变换元件，该偏振变换元件通过与所述第二阵列透镜的多个透镜元件相对设置的、且被配置成阵列状的多个偏振分束器和λ/2相位差板，将偏振方向经过变更的偏振光射出，
所述投影型影像显示装置被配置为：该光源的发光面形状呈大致矩形，所述发光面形状的长边方向与所述偏振变换元件的开口部的长边方向为平行方向。
2.如权利要求1所述的投影型影像显示装置，其特征在于：
当所述影像显示元件的长边方向的长度与短边方向的长度的比为M/N(M＞N)时，所述光源的发光面形状的长边方向的长度与短边方向的长度的比小于(4N×N)/(M×M)。
3.如权利要求1所述的投影型影像显示装置，其特征在于：
所述光源为固体发光元件。
4.如权利要求1所述的投影型影像显示装置，其特征在于：
所述光源是通过以来自固体发光元件的光作为激发光对荧光体进行激发而成的光源。
5.如权利要求1所述的投影型影像显示装置，其特征在于：
所述光源是通过由扩散层对来自固体发光元件的光进行扩散而成的光源。
6.如权利要求3～5中任一项所述的投影型影像显示装置，其特征在于：
所述固体发光元件是发光二极管、激光器或有机EL。
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