JP2004354880A - Lighting system and projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置および投射型表示装置に関する。特に、光源から出射された光の利用効率の向上と、装置の寸法を小型化する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、投射型表示装置に用いられている照明装置は、発光素子から出射された光をレンズで集光してライトバルブに向かって照射していた。
この発光素子として、例えば発光部の面積が大きいLEDを用いると、その放射角度領域が広くなり、広角度に放射された光を集光レンズで集光してライトバルブに向かって照射していた。しかしながら、集光レンズの入射瞳の外側に入射した光はライトバルブの照明には寄与せず損失となるばかりか迷光となり表示品質を落とす原因となっていた。
【0003】
上記の問題を解決する照明装置として、発光素子と、発光素子を封止するモールド樹脂と、モールド樹脂の背面に設けられた光反射部とから概略形成されている照明装置が知られている。
モールド樹脂には、その前方界面の光軸周辺部に発光素子の光を直接外部へ出射させる直接出射領域と、直接出射領域の周囲に発光素子の光を全反射させる全反射領域とが形成され、直接出射領域は凸レンズ状に形成されている。
【0004】
発光素子から出射された光の一部は、直接出射領域を通過する時レンズ作用を受けて前方に出射される。発光素子から出射された光の別な一部は、全反射領域で全反射されたあと、光反射部で反射され、全反射領域から前方へ出射される(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−94129号公報 (第8−9頁、第3図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の照明装置においては、光軸に対して大きい角度で出射した光を全反射領域で全反射して後方へ戻し、反射鏡でさらに反射して前方に取り出しているため、反射鏡の分だけ寸法が大きくなっていたという問題があった。
【0007】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光源から出射された光の利用効率を向上させるとともに、小型化することができる照明装置および投射型表示装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、被照明領域を照明するために用いられる照明装置であって、光源と、光源の前方の所定領域の周囲に配置された第1の反射手段とを備えてなり、第1の反射手段が、所定領域から外れる光を光源に向けて反射することを特徴とする。
【0009】
すなわち、本発明の照明装置は、光源から前方へ出射された光は光軸に対してさまざまな角度を持ち、その一部は所定領域を前方に伝搬して被照明領域に向かう。残りの光は所定領域から外れて第1の反射手段に入射し、光源に向けて反射されて戻される。光源に戻された光の一部は光源で前方に反射され、他の一部は光源に吸収され再び発光して前方に出射される。前方に再び伝搬する光は、その一部が所定領域を透過し、残りが第1の反射手段に反射され、上述した過程を繰り返す。
したがって、光源から出射された光は所定領域を伝搬するまで第1の反射手段および光源により反射されるので、光の利用効率が高くなる。
また、光源から出射された光を光軸から離れる方向に全反射させ、光反射部で前方に反射する従来例と異なり、第1の反射手段は光源から出射された光を光源に向けて反射しているので寸法を小型化することができる。
【0010】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記光源の後方に第2の反射手段を設けて、第2の反射手段が第1の反射手段により反射されて後方に向かって伝搬する光を前方に向かって反射させることが望ましい。
この構成によれば、光源から後方へ向けて出射された光を前方に向けて反射させることができるので、光源から出射される光の利用効率を向上させることができる。さらに、第1の反射手段に反射され、光源に入射した光のうち光源を透過した光を前方に向けて反射させることができるので、上記所定領域から外れた光の利用効率を向上させることができる。
【0011】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記第1の反射手段が、光軸を中心とした円環状に形成されるとともに、光軸から外方に向かうにつれて光源に近づくように傾斜して形成され、光源からの光を反射する面が平面であることが望ましい。
この構成によれば、光源から出射され、第1の反射手段に入射される光を光源に反射することができる。
また、光を反射する面が平面に形成されているので、加工、研磨などの工程に費やす労力が少なくて済み、製造を容易にすることができる。
【0012】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記第1の反射手段が、光軸を中心とした円環状に形成され、その光を反射する面が凹曲面であることが望ましい。より望ましくは、上記凹曲面が光源からの光を全て光源に反射する非球面形状であることが望ましい。
この構成によれば、光源から出射され、第1の反射手段に入射される光のほぼ全てを光源に反射することができる。そのため、光源から出射して、上記所定領域を伝搬して上記被照明領域に照射される光の割合、つまり光の利用効率をさらに高くすることができる。
【0013】
上記の構成を実現するために、上記第1の反射手段が、光再帰性反射体から構成されることが望ましい。より具体的には、光再帰性反射体が、角錐状のコーナーキューブを複数配列したコーナーキューブアレイで構成されたものが望ましい。
この構成によれば、コーナーキューブを複数配列したコーナーキューブアレイで構成された光再帰性反射体は、入射した光をその入射方向とほぼ同じ方向に反射することができるため、第1の反射手段の配置精度を緩くしても光源に光を反射することができる。そのため、第1の反射手段を配置する際の労力を低減することができ、製造を容易にすることができる。
【0014】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記光再帰性反射体が球状のビーズを複数配列したビーズ集合体で構成されたものでも良い。
この構成によれば、比較的製造の容易な球状のビーズを複数配列したビーズ集合体が光再帰性反射体となるため、上記第1の反射手段を容易に製造することができる。
【0015】
上記の構成を実現するために、上記光源の周りに、後方に伝搬する光を前方に反射する第3の反射手段を備えていても良い。
この構成によれば、第1の反射手段に反射され後方に伝搬する光のうち、光源に入射されずその周囲にこぼれた光が、第3の反射手段に入射され前方に反射される。つまり、光源の周囲にこぼれた光も利用することができるので、光源から出射して、上記所定領域を伝搬して上記被照明領域に照射される光の割合、つまり光の利用効率をさらに高くすることができる。
【0016】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記第3の反射手段が、光軸を中心とした円環状に形成され、その光の反射面が平面であることが望ましい。
この構成によれば、光源の周囲にこぼれた光も利用することができるので、光の利用効率をさらに高くすることができる。
また、光を反射する面が平面に形成されているので、加工、研磨などの工程に費やす労力が少なくて済み、製造を容易にすることができる。
【0017】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記第3の反射手段が、光軸を中心とした円環状に形成され、その光の反射面が凹曲面であることが望ましい。
この構成によれば、第1の反射手段に反射され、光源の周囲にこぼれた光のほぼ全てを、前方の上記所定領域に反射することができる。そのため、光源から出射して、上記所定領域を伝搬して上記被照明領域に照射される光の割合、つまり光の利用効率をさらに高くすることができる。
【0018】
上記の構成を実現するために、前記光源が発光ダイオード(Light Emitting Diode、以下LEDと表記する)であっても良い。
現在、R、G、B等の各色光について高出力のLEDが提供されており、この種のLEDをアレイ状に平面的にまたは曲面的に配列することができるため、光源の寸法を小さく収めることができる。そのため、本発明の照明装置に好適な光源を得ることができる。
【0019】
上記の構成を実現するために、上記所定領域に集光レンズを備え、集光レンズにより、所定領域に入射する光は上記被照明領域に集光されるように構成されてもよい。
この構成によれば、上記所定領域に入射した光は、漏れなく集光レンズにより被照明領域に集光されるので、光源から出射して被照明領域に照射される光の割合、つまり光の利用効率をさらに高くすることができる。
【0020】
光源を備えた照明装置と、該照明装置からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置の照明装置に、上記本発明の照明装置を備えることができる。
投射型表示装置の照明装置に上記照明装置が用いられることにより、光源から出射される光の利用効率を向上することができ、照明装置の小型化ひいては投射型表示装置の小型化を図ることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
〔第1の実施の形態〕
以下、本発明の第1の実施形態について図1から図2を参照して説明する。
本実施の形態においては、3板式の投射型液晶表示装置の例を示す。図1は投射型表示装置10の全体構成を示す概略図であって、符号11r、11g、11gは照明装置、31、32、33は液晶ライトバルブ(光変調手段)、35はクロスダイクロイックプリズム、41は投射レンズ(投射手段)である。
【0022】
本実施の形態の投射型表示装置10は、図1に示すように、それぞれR、G、Bの各色光を射出可能な照明装置11r、11g、11bと、照明装置11r、11g、11bからそれぞれ射出されたR、G、Bの色光に対応した液晶ライトバルブ31、32、33と、液晶ライトバルブ31、32、33に変調された各色光を合成するクロスダイクロイックプリズム35と、合成された光束をスクリーンSに投射する投射レンズ41とから概略構成されている。
【0023】
図2は、本実施形態の照明装置の構成を示す概略図である。
照明装置11r、11g、11bは、図1および図2に示すように、それぞれR、G、Bの色光を出射するLEDチップ(光源)12r、12g、12bと、電極pからなるリードフレーム13pと、電極pからなるリードフレーム13qと、ボンディングワイヤ14と、集光レンズ18と、反射円環(第1の反射手段)16とから概略構成されている。
電極p13pの上端面には、LEDチップ12r、12g、12bを載置する台部(第2の反射手段)17が形成されており、台部17は凹曲面状に形成され、その面はLEDチップ12r、12g、12bから出射された光を反射するように形成されている。なお、この台部17の形状は、球面形状、非球面形状、平面、平面を組み合わせた形状など、さまざまな形状に形成されていてもよい。
【0024】
LEDチップ12r、12g、12bの上面と電極q13qとの間は、ボンディングワイヤ14によって電気的に接続され、LEDチップ12r、12g、12bの下面と台部17との間は、導電性接着剤(図示せず)により電気的接続と固着とが行われている。
LEDチップ12r、12g、12bと液晶ライトバルブ31、32、33との間には集光レンズ18が配置され、その中心軸とLEDチップ12r、12g、12bの各色光出射方向の光軸とが一致するように配置されている。LEDチップ12r、12g、12bと集光レンズ18との間には反射円環16が配置され、その中心軸と上記光軸とが一致するように配置されている。反射円環16は、LEDチップ12r、12g、12b側の面が凹になった非球面形状に形成され、この非球面形状は、反射円環16に入射した光を全てLEDチップ12r、12g、12b上に反射する形状に形成されている。
【0025】
液晶ライトバルブ31、32、33は液晶パネルと、入射側偏光板(図示せず)と、射出側偏光板(図示せず)とから構成され、液晶パネルには、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、TFTと略記する)を用いたTN(Twisted Nematic)モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。
クロスダイクロイックプリズム35は4つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。
【0026】
次に、上記の構成からなる投射型表示装置10における作用について説明する。
照明装置11r、11g、11bからそれぞれ出射された色光R、G、Bは、図1に示すように、各色光に対応する液晶ライトバルブ31、32、33に入射される。入射された各色光は液晶ライトバルブ31、32、33により変調されてクロスダイクロイックプリズム35に出射される。変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム35において合成されて投射レンズ41に出射される。投射レンズ41は、合成された各色光をスクリーンSに向かって拡大投射する。
【0027】
次に、本発明の特徴部である照明装置11r、11g、11bの作用について説明する。
リードフレーム13pおよびリードフレーム13qから電流を供給されたLEDチップ12r、12g、12bは、図1および図2に示すように、それぞれ対応したR、G、Bの色光を全方向に向けて出射する。そのうち後方に向けて出射された色光は、台部17に入射して前方に向けて反射され、LEDチップ12r、12g、12bを透過して前方に伝搬する。
【0028】
前方に伝搬した各色光のうち、集光レンズ18に入射した光は液晶ライトバルブ31、32、33上に集光するように出射される。
集光レンズ18から外れた方向に伝搬した光は、反射円環16に入射してLEDチップ12r、12g、12bに向けて反射される。LEDチップ12r、12g、12b上に入射した各色光の一部は、LEDチップ12r、12g、12bの発光層(図示せず)に吸収され、残りの各色光は吸収されずに透過する。
【0029】
発光層に吸収された各色光は、発光層の電子にそのエネルギーを与えて励起状態にし、この電子の励起状態が解けるときに再び各色光として出射される。LEDチップ12r、12g、12bを透過した各色光は、台部17に入射して前方に向けて反射され、LEDチップ12r、12g、12bを再び透過して前方に伝搬する。
【0030】
上記の構成によれば、LEDチップ12r、12g、12bから出射された各色光は集光レンズ18に入射するまで、台部17、反射円環16、LEDチップ12r、12g、12bの間を反射している。つまり、各色光は、集光レンズ18を透過して取り出されるまでは照明装置11r、11g、11b内で損失することがないので、光の利用効率を高くすることができる。
【0031】
集光レンズ18を備えることにより、照明装置11r、11g、11bから出射された各色光の全てを拡散させることなく液晶ライトバルブ31、32、33上に照射することができる。つまり、照明装置11r、11g、11bから液晶ライトバルブ31、32、33の間で各色光の損失を防ぐことができ、光の利用効率を高くすることができる。
【0032】
反射円環16は、その光の反射面が非球面形状に形成されているので、反射円環16に入射する各色光のほぼ全てをLEDチップ12r、12g、12b上に反射することができる。そのため、LEDチップ12r、12g、12bから出射して、液晶ライトバルブ31、32、33上に照射される各色光の割合、つまり光の利用効率をさらに高くすることができる。
【0033】
また、反射円環16はLEDチップ12r、12g、12bから出射された光をLEDチップ12r、12g、12bに向けて反射しているので、光の利用効率を向上させている従来の照明装置よりも照明装置11r、11g、11bの寸法の小型化を図ることができる。ひいては投射型表示装置10の寸法の小型化を図ることができる。
【0034】
〔第2の実施の形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図3から図4を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図3および図4を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図3は本実施形態の照明装置の構成を示す概略図である。
照明装置50r、50g、50bは、図3に示すように、LEDチップ12r、12g、12bと集光レンズ18との間には反射円環(第1の反射手段)51が配置され、その中心軸と上記光軸とが一致するように配置されている。
反射円環51のLEDチップ12r、12g、12b側の面には、角錐状に形成されたコーナーキューブ52aをマトリクス状に複数配列したコーナーキューブアレイ(光再帰性反射体)52が設けられている。コーナーキューブ52aは、光反射面を持つ三角形状の板を光反射面が内側を向くようにして、3枚角錐形状に組み合わせたものである。このコーナーキューブ52aは、そこに入射した光を、その光の入射方向と略同一方向に反射させることができるものである。
【0035】
次に、本発明の特徴部である照明装置50r、50g、50作用について説明する。
LEDチップ12r、12g、12bから前方に出射された各色光および、後方に出射され台部17により前方に反射された各色光のうち、集光レンズ18に入射した光は液晶ライトバルブ31、32、33上に集光するように出射される。
【0036】
図4は、コーナーキューブアレイにおける光の反射を模式的に示した図である。
集光レンズ18から外れた方向に伝搬した各色光は、反射円環51のコーナーキューブアレイ52に入射する。コーナーキューブアレイ52に入射した各色光は、図4に示すように、各コーナーキューブ52aの光反射面で複数回反射され、入射光と略同一方向つまりLEDチップ12r、12g、12bに向けて反射される。
【0037】
上記の構成によれば、コーナーキューブ52aを配列したコーナーキューブアレイ52が、そこに入射した各色光をその入射方向と略同一方向に反射することができる。そのため、反射円環51の配置精度(特に光軸に対する光の反射面の傾斜角度)を緩くしても、反射円環51はLEDチップ12r、12g、12bに各色光を反射することができる。そのため、反射円環51を配置する時の労力を低減することができ、照明装置50r、50g、50bの製造を容易にすることができる。
【0038】
〔第3の実施の形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について図5から図6を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図5および図6を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図5は本実施形態の照明装置の構成を示す概略図である。
照明装置60r、60g、60bは、図5に示すように、LEDチップ12r、12g、12bと集光レンズ18との間には反射円環(第1の反射手段)61が配置され、その中心軸と上記光軸とが一致するように配置されている。
反射円環61のLEDチップ12r、12g、12b側の面には、球状のビーズ62aが複数配列されたビーズ集合体(光再帰性反射体)62が設けられている。ビーズ62aは、その半分が反射円環61に埋め込まれ、残りの半分が反射円環61から突出するように配置されている。
【0039】
次に、本発明の特徴部である照明装置50r、50g、50作用について説明する。
LEDチップ12r、12g、12bから前方に出射された各色光および、後方に出射され台部17により前方に反射された各色光のうち、集光レンズ18に入射した光は液晶ライトバルブ31、32、33上に集光するように出射される。
【0040】
図6は、ビーズ集合体における光の反射を模式的に示した図である。
集光レンズ18から外れた方向に伝搬した各色光は、反射円環61のビーズ集合体62に入射する。各ビーズ62aに入射した各色光は、図6に示すように、ビーズ62a内で複数回反射され、入射光と略同一方向つまりLEDチップ12r、12g、12bに向けて反射される。
【0041】
上記の構成によれば、比較的製造の容易な球状のビーズ62aを複数配列したビーズ集合体62が、そこに入射した各色光をその入射方向と略同一方向に反射することができる。そのため、反射円環61の製造がより容易になるとともに、反射円環61の配置精度を緩くすることができるため、照明装置60r、60g、60bの製造を容易にすることができる。
【0042】
〔第4の実施の形態〕
次に、本発明の第4の実施形態について図7を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図7を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図7は本実施形態の照明装置の構成を示す概略図である。
照明装置70r、70g、70bは、図7に示すように、LEDチップ12r、12g、12bと集光レンズ18との間には反射円環(第1の反射手段)71が配置され、その中心軸と上記光軸とが一致するように配置されている。反射円環71は、LEDチップ12r、12g、12b側の面が凹になった球面形状に形成され、この球面形状は、反射円環71に入射した光をLEDチップ12r、12g、12bおよび後述する集光円環(第3の反射手段)72に反射する向きに配置されている。
【0043】
LEDチップ12r、12g、12bの周囲には、集光円環72が設けられ、その中心軸と上記光軸とが一致するように配置されている。集光円環72は、反射円環71から反射された各色光の入射する面が凹になった非球面形状に形成され、この非球面形状は、そこに入射する各色光を全て集光レンズ18に向けて反射する形状に形成されている。
【0044】
次に、本発明の特徴部である照明装置70r、70g、70bの作用について説明する。
LEDチップ12r、12g、12bから前方に出射された各色光および、後方に出射され台部17により前方に反射された各色光のうち、集光レンズ18に入射した光は液晶ライトバルブ31、32、33上に集光するように出射される。
集光レンズ18から外れた方向に伝搬した光は、反射円環71に入射してLEDチップ12r、12g、12bおよび後述する集光円環72に向けて反射される。反射された光の一部はLEDチップ12r、12g、12b上に入射される。LEDチップ12r、12g、12b上に入射した光は第1の実施の形態で述べたように前方に反射される。残りの光は、集光円環72に入射して集光レンズ18方向へ反射される。
【0045】
上記の構成によれば、反射円環71に反射され、LEDチップ12r、12g、12bに入射されずその周囲にこぼれた光が、集光円環72に入射され前方に反射される。
つまり、LEDチップ12r、12g、12bの周囲にこぼれた光も利用することができるので、LEDチップ12r、12g、12bから出射して、液晶ライトバルブ31、32、33に照射される光の割合、つまり光の利用効率をさらに高くすることができる。
【0046】
また、集光円環72の光が入射する面の形状を非球面上に形成しているので、LEDチップ12r、12g、12bの周囲にこぼれた光のほぼ全てを、集光レンズ18に向けて反射することができる。そのため、LEDチップ12r、12g、12bから出射して、液晶ライトバルブ31、32、33に照射される光の割合、つまり光の利用効率をさらに高くすることができる。
【0047】
〔第5の実施の形態〕
次に、本発明の第5の実施形態について図8を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、照明装置の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図8を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図8は本実施形態の照明装置の構成を示す概略図である。
照明装置80r、80g、80bは、図8に示すように、LEDチップ12r、12g、12bと、リードフレーム13pと、リードフレーム13qと、ボンディングワイヤ14とが樹脂からなる封止部81により封止されている。
封止部81の液晶ライトバルブ31、32、33側には凸部82が設けられ、その中心軸と光軸とが一致するように配置されている。凸部82は、そこを透過する各色光を液晶ライトバルブ31、32、33上に集光するようなレンズ状に形成されている。封止部81の側面には、反射円環83がその中心軸と上記光軸とが一致するように配置されている。反射円環83は、LEDチップ12r、12g、12b側の面が凹になった非球面形状に形成され、この非球面形状は、反射円環83に入射した光を全てLEDチップ12r、12g、12b上に反射する形状に形成されている。
【0048】
次に、本発明の特徴部である照明装置80r、80g、80bの作用について説明する。
LEDチップ12r、12g、12bから前方に出射された各色光および、後方に出射され台部17により前方に反射された各色光のうち、凸部82に入射した光は液晶ライトバルブ31、32、33上に集光するように出射される。
凸部82から外れた方向に伝搬した光は、反射円環83に入射してLEDチップ12r、12g、12b方向に反射される。反射された光はLEDチップ12r、12g、12b上に入射され、第1の実施の形態で述べたように前方に反射される。
【0049】
上記の構成によれば、照明装置80r、80g、80bの各構成要素が、封止部81の内部または表面に設けられている。そのため、各構成要素を小型化してその強度が低下しても封止部81により支持され、強度低下を補うことができるので照明装置80r、80g、80bの小型化を図りやすい。
また、照明装置80r、80g、80bを1個の部品として取り扱うことができるので、投射型表示装置を製造する際に取り扱う部品点数を減らすことができ、製造しやすくすることができる。
【0050】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、反射円環の光を反射する面が非球面状に形成されたものに適応して説明したが、この非球面形状に形成されているものに限られることなく、平面形状に形成されるものなど、その他各種の形状に形成されるものに適応することができるものである。
また、上記の実施の形態においては、集光円環の光を反射する面が非球面状に形成されたものに適応して説明したが、この非球面形状に形成されているものに限られることなく、平面形状や球面形状に形成されるものなど、その他各種の形状に形成されるものに適応することができるものである。
この場合、反射円環および集光円環の光反射面の形成が容易になり、加工、研磨などの工程に費やす労力が少なくて済み、照明装置および投射型表示装置の製造が容易になる。
【0051】
また、上記の実施の形態においては、照明装置は、集光レンズまたは凸部が設けられたものに適応して説明したが、この集光レンズまたは凸部が設けられたものに限られることなく、集光レンズまたは凸部がないものなど、その他各種の集光機能を持たない形態に適応することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の投射型表示装置を示す概略図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の照明装置を示す概略図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態の照明装置を示す概略図である。
【図4】図3のコーナーキューブアレイにおける光の反射を示す模式図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態の照明装置を示す概略図である。
【図6】図5のビーズ集合体における光の反射を示す模式図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態の照明装置を示す概略図である。
【図8】本発明の第5の実施の形態の照明装置を示す概略図である。
【符号の説明】
10 投射型表示装置、 11r、11g、11b、50r、50g、50b、60r、60g、60b、70r、70g、70b 照明装置、 12r、12g、12b LEDチップ(光源)、 16、51、61、71 反射円環(第1の反射手段)、 17 台部(第2の反射手段)、 18 集光レンズ、 31、32、33液晶ライトバルブ(光変調手段)、 41 投射レンズ(投射手段)、 52 コーナーキューブアレイ(光再帰性反射体)、 62a ビーズ集合体(光再帰性反射体)、 72 集光円環(第3の反射手段)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lighting device and a projection display device. In particular, the present invention relates to a technique for improving the use efficiency of light emitted from a light source and reducing the size of an apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a lighting device used for a projection display device condenses light emitted from a light emitting element with a lens and irradiates the light toward a light valve.
For example, when an LED having a large light-emitting portion area is used as the light-emitting element, the emission angle region is widened, and light emitted at a wide angle is condensed by a condenser lens and is irradiated toward a light valve. . However, light incident on the outside of the entrance pupil of the condenser lens does not contribute to illumination of the light valve, and is not only lost but also becomes stray light, which causes deterioration in display quality.
[0003]
As an illuminating device that solves the above-described problem, an illuminating device that is generally formed of a light emitting element, a mold resin that seals the light emitting element, and a light reflecting portion provided on a back surface of the mold resin is known.
In the mold resin, a direct emission region for directly emitting the light of the light emitting element to the outside around the optical axis at the front interface, and a total reflection region for totally reflecting the light of the light emitting element around the direct emission region are formed. The direct emission area is formed in a convex lens shape.
[0004]
Part of the light emitted from the light emitting element is emitted forward due to a lens action when passing directly through the emission area. Another part of the light emitted from the light emitting element is totally reflected by the total reflection area, then reflected by the light reflection section, and emitted forward from the total reflection area (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-94129 (pages 8-9, FIG. 3)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional lighting device, the light emitted at a large angle with respect to the optical axis is totally reflected in the total reflection area and returned to the rear, and further reflected by the reflecting mirror and taken out forward. There was a problem that the size was increased by the size of the reflecting mirror.
[0007]
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide a lighting device and a projection display device which can improve the use efficiency of light emitted from a light source and can be reduced in size. With the goal.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an illuminating device according to the present invention is used for illuminating an illuminated area, comprising: a light source; and a first reflection device disposed around a predetermined area in front of the light source. Means, and wherein the first reflecting means reflects light deviating from the predetermined area toward the light source.
[0009]
That is, in the lighting device of the present invention, the light emitted forward from the light source has various angles with respect to the optical axis, and a part of the light propagates forward in a predetermined area and travels toward the illuminated area. The remaining light deviates from the predetermined area and enters the first reflecting means, and is reflected back toward the light source. A part of the light returned to the light source is reflected forward by the light source, and another part is absorbed by the light source, emits light again, and is emitted forward. Part of the light propagating forward again passes through the predetermined area, and the rest is reflected by the first reflection means, and the above-described process is repeated.
Therefore, the light emitted from the light source is reflected by the first reflection means and the light source until it propagates through the predetermined region, so that the light use efficiency is improved.
Further, unlike the conventional example in which the light emitted from the light source is totally reflected in a direction away from the optical axis and is reflected forward by the light reflecting portion, the first reflecting means reflects the light emitted from the light source toward the light source. Therefore, the size can be reduced.
[0010]
In order to realize the above configuration, more specifically, a second reflector is provided behind the light source, and the second reflector is reflected by the first reflector and propagates backward. It is desirable to reflect light forward.
According to this configuration, since the light emitted backward from the light source can be reflected forward, the utilization efficiency of the light emitted from the light source can be improved. Furthermore, since the light transmitted through the light source among the light reflected by the first reflection means and incident on the light source can be reflected forward, the utilization efficiency of the light deviating from the predetermined region can be improved. it can.
[0011]
In order to realize the above configuration, more specifically, the first reflecting means is formed in an annular shape around the optical axis, and approaches the light source as going outward from the optical axis. It is desirable that the surface formed to be inclined and that reflects light from the light source be a flat surface.
According to this configuration, light emitted from the light source and incident on the first reflection unit can be reflected on the light source.
Further, since the light reflecting surface is formed as a flat surface, less labor is required for processes such as processing and polishing, and the manufacturing can be facilitated.
[0012]
In order to realize the above configuration, more specifically, it is preferable that the first reflecting means is formed in an annular shape with the optical axis as a center, and the light reflecting surface is a concave curved surface. More desirably, the concave surface has an aspherical shape that reflects all light from the light source to the light source.
According to this configuration, almost all of the light emitted from the light source and incident on the first reflecting means can be reflected on the light source. Therefore, it is possible to further increase the ratio of light emitted from the light source, propagated in the predetermined area, and irradiated to the illuminated area, that is, the light use efficiency.
[0013]
In order to realize the above configuration, it is desirable that the first reflecting means is formed of a light retroreflector. More specifically, it is desirable that the light retroreflector is constituted by a corner cube array in which a plurality of pyramidal corner cubes are arranged.
According to this configuration, the light retroreflector constituted by the corner cube array in which a plurality of corner cubes are arranged can reflect the incident light in substantially the same direction as the incident direction. The light can be reflected to the light source even if the arrangement accuracy of the light source is reduced. Therefore, the labor for arranging the first reflecting means can be reduced, and the manufacturing can be facilitated.
[0014]
In order to realize the above configuration, more specifically, the light retroreflector may be a bead aggregate in which a plurality of spherical beads are arranged.
According to this configuration, since the bead aggregate in which a plurality of spherical beads that are relatively easy to manufacture are arranged becomes the light retroreflector, the first reflection unit can be easily manufactured.
[0015]
In order to realize the above-mentioned configuration, a third reflection unit may be provided around the light source to reflect light propagating backward to the front.
According to this configuration, of the light that is reflected by the first reflection means and propagates backward, the light spilled around without being incident on the light source is incident on the third reflection means and is reflected forward. In other words, light spilled around the light source can also be used, so that the ratio of light emitted from the light source and propagated in the predetermined area and irradiated to the illuminated area, that is, the light use efficiency is further increased. can do.
[0016]
In order to realize the above configuration, more specifically, it is preferable that the third reflecting means is formed in an annular shape around the optical axis, and the light reflecting surface is a flat surface.
According to this configuration, light spilled around the light source can be used, so that the light use efficiency can be further increased.
Further, since the light reflecting surface is formed as a flat surface, less labor is required for processes such as processing and polishing, and the manufacturing can be facilitated.
[0017]
In order to realize the above configuration, more specifically, it is preferable that the third reflecting means is formed in an annular shape around the optical axis, and the light reflecting surface is a concave curved surface.
According to this configuration, almost all of the light reflected by the first reflection means and spilled around the light source can be reflected to the predetermined area in front. Therefore, it is possible to further increase the ratio of light emitted from the light source, propagated in the predetermined area, and irradiated to the illuminated area, that is, the light use efficiency.
[0018]
In order to realize the above configuration, the light source may be a light emitting diode (hereinafter, referred to as an LED).
At present, LEDs with high output for each color light such as R, G, B, etc. are provided, and since these kinds of LEDs can be arranged in an array in a plane or a curved surface, the size of the light source can be reduced. be able to. Therefore, a light source suitable for the lighting device of the present invention can be obtained.
[0019]
In order to realize the above configuration, a condensing lens may be provided in the predetermined area, and the light incident on the predetermined area may be condensed on the illuminated area by the condensing lens.
According to this configuration, the light incident on the predetermined area is condensed on the illuminated area by the condenser lens without leakage, so that the ratio of the light emitted from the light source and applied to the illuminated area, that is, Usage efficiency can be further increased.
[0020]
A lighting device having a light source, a light modulating means for modulating light from the lighting device, and a projecting means for projecting the light modulated by the light modulating means. The lighting device of the present invention can be provided.
By using the above-described lighting device for the lighting device of the projection display device, the utilization efficiency of light emitted from the light source can be improved, and the size of the lighting device can be reduced, and thus the size of the projection display device can be reduced. it can.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, an example of a three-panel projection type liquid crystal display device will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a
[0022]
As shown in FIG. 1, the
[0023]
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of the lighting device of the present embodiment.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
On the upper end surface of the electrode p13p, a pedestal (second reflecting means) 17 on which the
[0024]
The upper surfaces of the
A
[0025]
The liquid
The cross
[0026]
Next, the operation of the
The color lights R, G, and B emitted from the
[0027]
Next, the operation of the
The
[0028]
Of the color lights propagating forward, the light incident on the
The light that has propagated in the direction deviating from the
[0029]
Each color light absorbed by the light emitting layer gives the energy of the electrons of the light emitting layer to an excited state, and is emitted again as each color light when the excited state of the electrons is released. Each color light transmitted through the
[0030]
According to the above configuration, each color light emitted from the
[0031]
By providing the
[0032]
Since the
[0033]
In addition, since the
[0034]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the projection display device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the illumination device is different from that of the first embodiment. Therefore, in this embodiment, only the periphery of the lighting device will be described with reference to FIGS. 3 and 4, and the description of the liquid crystal light valve and the like will be omitted.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of the lighting device of the present embodiment.
As shown in FIG. 3, the
A corner cube array (light retroreflector) 52 in which a plurality of pyramid-shaped
[0035]
Next, the operation of the
Of the color lights emitted forward from the
[0036]
FIG. 4 is a diagram schematically showing light reflection in the corner cube array.
Each color light propagating in a direction deviating from the
[0037]
According to the above configuration, the
[0038]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the projection display device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the illumination device is different from that of the first embodiment. Therefore, in this embodiment, only the periphery of the lighting device will be described with reference to FIGS. 5 and 6, and description of the liquid crystal light valve and the like will be omitted.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of the lighting device of the present embodiment.
As shown in FIG. 5, in the
On the surface of the
[0039]
Next, the operation of the
Of the color lights emitted forward from the
[0040]
FIG. 6 is a diagram schematically showing light reflection in the bead aggregate.
Each color light propagating in a direction deviating from the
[0041]
According to the above configuration, the
[0042]
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the projection display device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the illumination device is different from that of the first embodiment. Therefore, in this embodiment, only the periphery of the lighting device will be described with reference to FIG. 7, and description of the liquid crystal light valve and the like will be omitted.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of the lighting device of the present embodiment.
As shown in FIG. 7, the
[0043]
A light-collecting
[0044]
Next, the operation of the
Of the color lights emitted forward from the
The light propagating in a direction deviating from the
[0045]
According to the above configuration, light that is reflected by the reflecting
That is, since light spilled around the
[0046]
Further, since the shape of the surface of the condensing
[0047]
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the projection display device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the illumination device is different from that of the first embodiment. Therefore, in this embodiment, only the periphery of the illumination device will be described with reference to FIG. 8, and description of the liquid crystal light valve and the like will be omitted.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of the lighting device of the present embodiment.
As shown in FIG. 8, the
[0048]
Next, the operation of the
Of the color lights emitted forward from the
The light that has propagated in the direction deviating from the
[0049]
According to the above configuration, each component of the
In addition, since the
[0050]
Note that the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the description has been made by adapting the surface of the reflective ring that reflects light to be formed in an aspherical shape. However, the present invention is not limited to the one formed in this aspherical shape. However, the present invention can be applied to other various shapes such as a flat shape.
Further, in the above-described embodiment, the light reflecting surface of the condensing ring has been described as being applied to an aspheric surface, but is limited to the aspheric surface. Without being limited to those formed in a planar shape or a spherical shape, the present invention can be applied to other various shapes.
In this case, it is easy to form the light reflecting surfaces of the reflection ring and the light collection ring, so that less labor is required for processes such as processing and polishing, and it is easy to manufacture the illumination device and the projection display device.
[0051]
Further, in the above embodiment, the illumination device has been described as being applied to a device provided with a condensing lens or a convex portion, but is not limited to a device provided with a condensing lens or a convex portion. The present invention can be applied to a form having no other various light condensing functions, such as a lens having no condensing lens or a convex portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a projection display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a lighting device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a lighting device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing light reflection in the corner cube array of FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic view showing a lighting device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing light reflection in the bead aggregate of FIG. 5;
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a lighting device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a lighting device according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Projection display device, 11r, 11g, 11b, 50r, 50g, 50b, 60r, 60g, 60b, 70r, 70g, 70b Illumination device, 12r, 12g, 12b LED chip (light source), 16, 51, 61, 71 Reflection ring (first reflection means), 17 bases (second reflection means), 18 condenser lens, 31, 32, 33 liquid crystal light valve (light modulation means), 41 projection lens (projection means), 52 Corner cube array (light retroreflector), 62a bead aggregate (light retroreflector), 72 light-collecting ring (third reflection means)
Claims (13)
前記第1の反射手段が、前記所定領域から外れる光を前記光源に向けて反射することを特徴とする照明装置。An illumination device used to illuminate an illuminated area, comprising: a light source; and a first reflection unit disposed around a predetermined area in front of the light source,
The lighting device according to claim 1, wherein the first reflecting means reflects light deviating from the predetermined area toward the light source.
前記第2の反射手段が、前記第1の反射手段により反射されて後方に向かって伝搬する光を前方に向かって反射させることを特徴とする請求項1記載の照明装置。A second reflecting means is provided behind the light source,
The lighting device according to claim 1, wherein the second reflection unit reflects light reflected by the first reflection unit and propagating backward, toward the front.
前記光源から出射された光を反射する面が平面であることを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。The first reflection means is formed in an annular shape around the optical axis of light emitted from the light source, and is formed so as to be inclined toward the light source as going outward from the optical axis. ,
The lighting device according to claim 1, wherein a surface that reflects light emitted from the light source is a flat surface.
該集光レンズにより、前記所定領域に入射する光が前記被照明領域に集光されることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の照明装置。A condenser lens is provided in the predetermined area,
The illumination device according to claim 1, wherein the light incident on the predetermined region is collected on the illumination target region by the condenser lens.
前記照明装置が請求項1から12のいずれかに記載の照明装置であることを特徴とする投射型表示装置。An illumination device including a light source, a light modulation unit that modulates light from the illumination device, and a projection display device including a projection unit that projects light modulated by the light modulation unit,
A projection display device, wherein the lighting device is the lighting device according to claim 1.
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