JP2000221596A - 投射型ディスプレイ用の光源 - Google Patents

投射型ディスプレイ用の光源

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ＬＥＤアレイを含むディスプレイ用光源で、Ｌ
ＥＤから発光した光の損失を減少させる。 【解決手段】ＬＥＤアレイを構成する各ＬＥＤ（２１，
２２，２３）は、その発光による光を反射させることの
できる基体（２４）上に配置される。基体（２４）の上
面は、互いに所定の角度で傾斜する複数の面を有するよ
う構成される。複数のＬＥＤ（２１，２２，２３）は基
体（２４）の複数の面の各々の上に配置されて、互いに
傾斜方向を向くように設定される。これによって、隣接
するＬＥＤの構成する溝形状の間隙内に光が捕らえられ
たり、発光した光が隣のＬＥＤ内で吸収されたりするこ
とが無くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源に関し、より
具体的にはプロジェクタ等に用いる固体光源等に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】画像をスクリーンへと投射する為の装置
は従来より周知である。白熱灯やアーク灯を使用した装
置は投射型ディスプレイにしばしば用いられる。しかし
ながら、このような光源の寿命は限られており、また光
源の使用寿命にわたって出力が安定しない。加えて、表
示用途には不必要なＵＶやＩＲ等のようなスペクトル成
分を、他の部品や見る人の目に損傷を与えないようにフ
ィルタリングして放射光から除去しなければならない。
【０００３】赤、緑及び青色光を発光する発光ダイオー
ド（以下ＬＥＤ）又は半導体レーザを組み合わせたもの
を使用した光源は、固体光源として用いることが出来
る。ＬＥＤ及びレーザの発光は通常、スペクトル的に狭
帯域光源である為にディスプレイに用いるカラーフィル
タを省略することが出来る。更に、半導体レーザ及びＬ
ＥＤの光出力は、一般的に時系列的カラー表示に充分な
速度で電気的に変調可能である。加えて、殆どの固体レ
ーザは直線偏光した光を放射し、これが更に光の生成効
率を改善し、投射装置の光学系の単純化に貢献してい
る。
【０００４】残念なことに個々の固体光源は、多くの投
射型ディスプレイへと適用するには充分な輝度を提供し
ない。よって充分な出力を得る為にＬＥＤのアレイを利
用しなければならないのである。ＬＥＤアレイにおいて
作られる光のうち、かなりの部分が失われる。従来型の
ＬＥＤはその上面、底面及び側面を通して光を放射す
る。最も高出力の赤色、緑色、青色ＬＥＤには光学的に
透明な基板が含まれる。ＬＥＤが平坦なヒートシンク上
に設けられた場合、基板及びＬＥＤの上面が光導波路と
して働き、隣接するＬＥＤとの間で光を導いてしまう。
この導波作用により、ＬＥＤの側面から放射される光の
うちの相当な量がアレイの外縁まで運ばれる。運ばれる
間に光は減衰し、コリメータ光学部品が部分的にしか取
り込めない位置から放射されてしまう。
【０００５】
【発明の解決すべき課題】本発明の広義の目的は、投射
型ディスプレイ等に用いる為の改善された固体光源を提
供することである。
【０００６】本発明の更なる目的は、ＬＥＤの側面から
出る光を従来技術による光源よりも効率的に取り込める
固体光源を提供することである。
【０００７】本発明のこれら及び更なる目的は、以下の
詳細説明及び添付図面を参照することにより、当業者に
明らかとなる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は光源に関し、こ
こで生じた光は、光学系によって定義された軸に対して
事前に決められた受光角内にあるところの光源から出た
光を集光する為の光学系により集光される。光源は反射
性基体（即ちＬＥＤで発光する光を反射することのでき
る基体）上に設けられた複数のＬＥＤを含む。各ＬＥＤ
は、そのＬＥＤの上面、底面及び１面以上の側面から出
て行く光を生じる。反射性の基体は各ＬＥＤの底面と接
触する反射面を有する。ＬＥＤの側面から出て行く光は
複数のリフレクタにより光学系の受光角度となるように
反射される。本発明の一実施形態においては、リフレク
タはＬＥＤの側面から出る光を反射する為に複数の反射
小平面を含んでいる。それらの面は反射性基体の一部で
あっても良いし、或はＬＥＤ間に位置する別個の物体で
あっても良い。本発明の他の実施形態においては、リフ
レクタはＬＥＤ間に配した散乱中心を含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】上述したように、ＬＥＤを利用し
た光源における大きな問題は、このような光源に付随す
る低い輝度の問題である。従来技術によるＬＥＤ光源
（１０）の断面図を示した図１を参照する。一般的に、
従来技術によるＬＥＤ光源は、平坦な光反射性のヒート
シンク（１４）上に設けられた複数のＬＥＤより構成さ
れる。ＬＥＤの具体例を（１１、１２、１３）として示
す。ＬＥＤが構成される材料の屈折率と空気の屈折率と
の間に大きな差異がある為に、ＬＥＤの上面に臨界角よ
りも小さい角度で入射する光のみがＬＥＤを出ることが
出来る。残りの光は光パイプの作用を持つＬＥＤ内に閉
じ込められる。閉じ込められた光は部分的にＬＥＤ材料
に吸収される。参照番号（１６）として示すように、側
面に沿ってＬＥＤを出る閉じ込められた光の一部は隣接
するＬＥＤへと入り、その中でも吸収、閉じ込めが繰り
返される。最終的にＬＥＤアレイの端に到達した光は通
常はコリメータ光学系の受光角を外れた方向に向かって
おり、従ってこの光は実質的に損失となってしまうこと
もある。
【００１０】この問題は平坦ではない反射性ヒートシン
クを利用する本発明に基づく光源の一実施形態により解
決される。本発明に基づく光源の一実施形態の断面図を
示す図２を参照する。光源（２０）は（２１、２２、２
３）に例示する複数のＬＥＤから構成されている。ＬＥ
Ｄは、光源（２０）からの光を平行化する為の光学系の
光学軸に対して角度を持つ複数の平坦な小平面（９１）
を含むヒートシンク（２４）上に設けられている。光学
系の光学軸の方向は矢印（２６）により示される。勾配
（２５）は、ＬＥＤの上面及び側面から出る光が両方と
も光を平行化する光学系（２９）の受光角円錐内の角度
となるような傾きに設定される。加えて、ＬＥＤの側面
からヒートシンク面に向かって出た光は、ヒートシンク
の表面で光学系の受光角内の角度で反射する。このよう
な光線は参照番号（２７）に示される。更に参照番号
（９０）で示すように、他のＬＥＤに当たるような角度
で一つのＬＥＤから放射される光は、ＬＥＤ（２１）の
面で反射する為、ＬＥＤ（２１）の放射輝度を増すこと
になる。
【００１１】ＬＥＤの端部から出る光が光学系の受光角
内へと反射される本発明の第２の実施形態を示すもの
が、図に示す本発明に基づく光源（３０）の断面図であ
る。光源（３０）は平坦な反射性ヒートシンク（３４）
上に設けられた複数のＬＥＤを含む。ＬＥＤの例を（３
１、３２、３３）に示す。ＬＥＤ間の間隙（３５）には
（３６）に示すような散乱性の粒子を含有する透明媒体
が充填されている。散乱性の粒子は、ヒートシンクの面
に対して平行に移動する光を反射するものである。散乱
光のかなりの部分が光学系の受光開口へと直接的に反射
するか、或はヒートシンクで反射した後に光学系の受光
開口へと向かうことになる。光が散乱性粒子に当たらず
に隣接するＬＥＤを通過したとしても、それは隣接する
ＬＥＤを出た時点で更なる散乱の対象となる。
【００１２】ＬＥＤの端部から出る光が光学系の受光角
内へと反射される本発明の第３の実施形態を描いたもの
が、図４に示す本発明に基づく光源（４０）の断面図で
ある。光源（４０）は先に説明した光源（３０）とは異
なり、ＬＥＤ間の領域にＬＥＤの側面から出る光を光学
系の受光角内へと反射するリフレクタ（４６）を含むも
のである。ＬＥＤの寸法は０．５ｍｍ程度であり、従っ
て様々なの製造技術を利用してリフレクタを製造するこ
とが可能である。例えば、リフレクタを反射性材料でコ
ーティングした打ち抜かれた金属材で構成しても良い。
【００１３】上記の説明及び添付図面から、本発明の様
々な変更形態が当業者には明らかである。従って、本発
明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものであ
る。
【００１４】即ち、本発明を上述の好適実施形態に沿っ
て説明すると、本発明は、光学系（２９）により集光さ
れる光を生じる光源（２０，３０，４０）にして、前記
光学系（２９）が該光学系（２９）に定義される軸に対
して事前に決められた受光角内にある前記光源（２０，
３０，４０）を出る光を受光するよう構成される反射性
基体（２４，３４）上に設けられた複数のＬＥＤ（２
１，２２，２３；３１，３２，３３）を含み、該複数の
ＬＥＤ（２１，２２，２３；３１，３２，３３）の各々
は、該複数のＬＥＤ（２１，２２，２３；３１，３２，
３３）の各々の頂面、底面及び１面以上の側面を介して
出射する光を生じ、前記反射性基体（２４，３４）が前
記ＬＥＤ（２１，２２，２３；３１，３２，３３）の各
々の底面と接する反射性の面を有し、前記ＬＥＤ（２
１，２２，２３；３１，３２，３３）の前記側面を出る
光を光学系（２９）の前記受光角内へと反射する為の複
数のリフレクタ（３６，４６，９１）を更に含むことを
特徴とする。
【００１５】好ましくは、前記リフレクタ（３６，４
６，９１）が、前記複数のＬＥＤ（２１，２２，２３；
３１，３２，３３）のそれぞれの前記側面から出る光を
前記受光角内の角度に反射する為の複数の小反射面を含
む。
【００１６】好ましくは、前記複数のＬＥＤ（２１，２
２，２３）の各々の底面は前記複数の小反射面の１つと
それぞれ接触するように配設されており、該複数の小平
面は前記複数のＬＥＤ（２１，２２，２３）の各々の中
で生じた光及び隣接する前記ＬＥＤ（２１，２２，２
３）の前記側面の１つを出る光を反射する。
【００１７】好ましくは、前記リフレクタ（３６）が、
前記ＬＥＤ（３１，３２，３３）間にある透明媒体中に
分散した複数の散乱性の粒子を含む。
【００１８】更に本発明は、反射性基体（２４）の頂面
に互いに併置された複数のＬＥＤ（２１，２２，２３）
を含む光源（２０）において、前記頂面は隣り合うもの
同士が互いに相違する向きに傾斜する複数の小反射面
（９１）を有するよう構成され、該複数の小反射面（９
１）の各々に前記複数のＬＥＤ（２１，２２，２３）の
一つがそれぞれ配置されることを特徴とする。
【００１９】加えて本発明は、反射性基体（３４）上に
互いに併置された複数のＬＥＤ（３１，３２，３３）を
含む光源において、前記複数のＬＥＤ（３１，３２，３
３）の間隙には、少なくとも前記複数のＬＥＤ（３１，
３２，３３）のそれぞれから出射する光を反射させるた
めのリフレクタ手段（３６，４６）が配置されることを
特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に基づくＬＥＤ光源の断面図である。
【図２】本発明に基づく光源の第１の実施形態の断面図
である。
【図３】本発明に基づく光源の第２の実施形態の断面図
である。
【図４】本発明に基づく光源の第３の実施形態の断面図
である。
【符号の説明】
２０、３０、４０ 光源 ２１、２２、２３、３１、３２、３３ ＬＥＤ ２４、３４ 反射性基体 ２９ 光学系 ３６、４６、９１ リフレクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 グレゴリー・エム・カトラー アメリカ合衆国カリフォルニア州クパティ ノ カータ・ブランカ・ストリート 22345 (72)発明者 ウィリアム・アール・トゥルトナ，ジュニ ア アメリカ合衆国カリフォルニア州アサトン ノース・ゲイト 86

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光学系により集光される光を生じる光源に
    して、前記光学系が該光学系に定義される軸に対して事
    前に決められた受光角内にある前記光源を出る光を受光
    するよう構成される反射性基体上に設けられた複数のＬ
    ＥＤを含み、該複数のＬＥＤの各々は、その各々の頂
    面、底面及び１面以上の側面を介して出射する光を生
    じ、前記反射性基体は前記ＬＥＤの各々の底面と接する
    反射性の面を有し、前記ＬＥＤの前記側面を出る光を光
    学系の前記受光角内へと反射する為の複数のリフレクタ
    を更に含むことを特徴とする光源。
  2. 【請求項２】前記リフレクタは、前記複数のＬＥＤのそ
    れぞれの前記側面から出る光を前記受光角内の角度に反
    射する為の複数の小反射面を含むことを特徴とする請求
    項１に記載の光源。
  3. 【請求項３】前記複数のＬＥＤの各々の底面は前記複数
    の小反射面の１つとそれぞれ接触するように配設されて
    おり、該複数の小平面は前記複数のＬＥＤの各々の中で
    生じた光及び隣接するＬＥＤの前記側面の１つを出る光
    を反射することを特徴とする請求項２に記載の光源。
  4. 【請求項４】前記リフレクタは、前記ＬＥＤ間にある透
    明媒体中に分散した複数の散乱性の粒子を含むことを特
    徴とする請求項１に記載の光源。
  5. 【請求項５】反射性基体の頂面に互いに併置された複数
    のＬＥＤを含む光源において、前記頂面は、隣り合うも
    の同士が互いに相違する向きに傾斜する複数の小反射面
    を有するよう構成され、該複数の小反射面の各々に前記
    複数のＬＥＤの一つがそれぞれ配置されることを特徴と
    する光源。
  6. 【請求項６】反射性基体上に互いに併置された複数のＬ
    ＥＤを含む光源において、前記複数のＬＥＤの間隙に
    は、少なくとも前記複数のＬＥＤのそれぞれから出射す
    る光を反射させるためのリフレクタ手段が配置されるこ
    とを特徴とする光源。
JP2000000220A 1999-01-29 2000-01-05 投射型ディスプレイ用の光源 Expired - Lifetime JP4757974B2 (ja)

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