JP2005189277A - 光源装置、画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を光源としつつ、十分な明るさの画像を表示可能な画像表示装置を実現する。
【解決手段】複数の赤色ＬＥＤ１０６の中にＹ色ＬＥＤ１０９が少なくとも１つ混在する赤色光源ユニット１０２と、複数の緑色ＬＥＤ１０７からなる緑色光源ユニット１０３と、複数の青色ＬＥＤ１０８からなる青色光源ユニット１０４とをクロスダイクロイックプリズム１０５の異なる面と対向させてそれぞれ配置し、緑色ＬＥＤ１０７の発光時にＹ色ＬＥＤ１０９を同時に発光させ、両者から発せられた光の合成光が緑色光としてライトバルブ１０１に照射されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ライトバルブによって形成された画像光を拡大投射する画像表示装置と、上記ライトバルブに照射される光を発する光源装置とに関するものである。

ライトバルブによって形成された画像光を拡大投射する従来の画像表示装置（例えば、プロジェクタ）は、メタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ等の放電ランプを光源とし、その光源から出射された光を液晶パネルやＤＬＰ（登録商標）等のライトバルブによって変調して画像光を形成し、形成された画像光を投射光学系を介してスクリーン上に拡大投射する。

上記光源として用いられている一般的な放電ランプは、紫外領域から赤外領域にわたる発光特性を有する白色ランプである。そこで、フルカラー画像を表示するためには、光源から出射された光をダイクロイックミラーによって、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）に分離し、分離された各色光をそれぞれの色光に対応して設けられている３つの液晶パネルに照射したり、光源から出射された光を回転式のカラーホイールによって、ＲＧＢの３原色に時分割で分離し、分離された各色光をＤＬＰ（登録商標）に照射したりしている。

ここで、従来の画像表示装置が備える光源から出射される光に含まれている紫外線は、それが照射されるライトバルブ等の劣化を招き、結果的に装置寿命を短くさせるといった問題があった。また、赤外線は、光源や光路の温度上昇を招くため、この温度上昇を防止するための冷却手段が必要になり、装置の大型化や高コスト化を招くといった問題があった。さらに、光源に用いられる一般的な放電ランプの寿命は、1500〜4000時間と短く、定期的な光源の交換を必要とする。

以上のような諸問題を解決するため、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に利用した画像表示装置が提案されている。ＬＥＤの寿命は数万時間であり、従来の放電ランプに比べて寿命が著しく長い。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の単色ＬＥＤから発せられる光には紫外線や赤外線が含まれていないので、上記ライトバルブの劣化や温度上昇の問題もなく、応答速度も放電ランプに比べて格段に早い。さらに、放電ランプのような破裂の恐れもなく、水銀を使用していないので環境面やリサイクル面からも優れている。このように、ＬＥＤは画像表示装置の光源として多数の利点を有しており、新たな光源として注目されている。

例えば、特許文献１や特許文献２には、ＬＥＤを光源とした光源装置及び表示装置や画像投射装置が開示されている。これらの文献に開示されている装置は、図１２に示すように、複数の赤色ＬＥＤ１２０６からなる赤色光源１２０２と、複数の緑色ＬＥＤ１２０７からなる緑色光源１２０３と、複数の青色ＬＥＤ１２０８からなる青色光源１２０４とがクロスダイクロイックプリズム１２０５のそれぞれ異なる面と対向するように配置され、各光源から発せられたＲＧＢの色光がクロスダイクロイックプリズム１２０５の反射又は透過作用によって液晶パネル１２０１に、その背面から照射されるようにしたものである。これら文献に開示された装置によれば、上記ＬＥＤの利点に加えて、ある程度の数のＬＥＤを使用した場合にも、照明系を小型化できるといった利点がある。
特開２００２−５６４１０号公報 特開２００２−２４４２１１号公報

しかし、ＬＥＤを画像表示装置の光源として利用した場合、各ＬＥＤの輝度不足が原因で十分に明るい画像を表示できないといった根本的な問題がある。ここで、画像の輝度向上のみを考えれば、ＬＥＤの個数を増やし、各ＬＥＤを定格で駆動することが好適である。

しかし、ＬＥＤの発光光束は、発光色によって異なる。例えば、米国Lumileds Lighting社によって市販されているＬＥＤでは、定格駆動時における赤色ＬＥＤの発光光束が44[lm]、緑色ＬＥＤが30[lm]、青色ＬＥＤが10[lm]である。一方で、空間的な制約や光源の性能といった条件に加え、カラー表示には様々な条件がある。例えば、NTSC（National Television System Committee）規格に従ったカラー表示を行う場合、CIE（Commission Internationale de l'Eclairage）1931標準表色系（いわゆるXYZ表色系）による色度座標が（0.67，0.33）、（0.21，0.71）、（0.14，0.08）である赤色光源、緑色光源、青色光源を用いて、色度座標が（0.310，0.316）である白色を生成する必要があり、そのためには、ＲＧＢの各光源の明るさの比率をＲ：Ｇ：Ｂ＝0.3：0.59：0.11とする必要がある。従って、発光光束が発光色によって異なるＬＥＤを単に定格で駆動したのでは、上記のようなＲＧＢの各光源の明るさの比率を実現することはできない。かかる観点からは、明る過ぎる光源を構成するＬＥＤを定格以下で駆動したり、ＬＥＤの数自体を減らす等の必要がある。

以上のように、画像の輝度を向上させるためには、各色の光源を構成するＬＥＤの数を増やし、それらＬＥＤを定格で駆動することが望ましいが、それでは、各光源の明るさの比率を所望比率に維持できず、各光源の明るさの比率を所望比率に維持しようとすれば輝度の低下を余儀なくされるというジレンマがあった。

本発明の目的の一つは、発光素子を光源として用いながら、ＲＧＢの各色光の明るさ比率を所望比率に維持し、かつ、輝度向上を達成可能な光源装置を提供することにある。本発明の目的の他の一つは、上記のような光源装置を備えた画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の光源装置の１つは、発光スペクトルの主成分が第１の波長帯域に分布する発光素子からなる第１の光源ユニットと、発光スペクトルの主成分が第２の波長帯域に分布する発光素子からなる第２の光源ユニットと、発光スペクトルの主成分が第３の波長帯域に分布する発光素子からなる第３の光源ユニットとを有し、いずれかの光源ユニットに他の光源ユニットの輝度不足を補うための補助用の発光素子を混在させ、輝度が不足している光源ユニットの発光時に上記補助用の発光素子を同時に発光させる。これによって、輝度が不足している光源ユニットから発せられた光と、補助用の発光素子から発せられた光とが足し合わされ、ＲＧＢの３原色のいずれについても必要十分な輝度が得られる。もちろん、同時に発光する２つ以上の光源ユニットを構成する発光素子同士は、互いの発光光が合成された混色光が所望波長（所望の色度座標）の色光となるように、ドミナント波長の組み合わせが調整される。

また、第１〜第３の光源ユニットのうち、発光光束が大きな発光素子からなる光源ユニットに、上記補助用の発光素子を混在させることによって、３つの光源ユニットの明るさの比率を調整する。従って、明る過ぎる光源ユニットを構成する発光素子の個数を減らしたり、発光素子の駆動電流を定格以下に落としたりすることなく、ＲＧＢの３原色の光の明るさの比率を所望比率とし、所望の白色を得ることができる。

さらに、本発明の光源装置の他の一つは、互いにドミナント波長が異なる４種以上の発光素子からなる４つ以上の光源ユニットを有し、それら光源ユニットのうち少なくとも２つ以上の光源ユニットが同時に発光する。従って、輝度が不足している光源ユニットの発光時に、他の光源ユニットを補助用の光源ユニットとして同時に発光させることによって、輝度不足が解消される。この場合も、同時に発光する２つ以上の光源ユニットを構成する発光素子同士は、互いの発光光が合成された混色光が所望波長（所望の色度座標）の色光となるように、ドミナント波長の組み合わせが調整される。

本発明の画像表示装置は、上記本発明の光源装置を備えているので、十分な輝度を有する明るい画像が表示される。

本発明の光源装置によれば、発光素子を光源として十分な輝度の白色光や３原色光を得ることができる。上記効果を有する光源装置を有する本発明の画層表示装置によれば、発光素子の利点を何ら損なうことなく、十分に明るい画像を表示することができる。

（実施形態１）
以下、本発明の画像表示装置の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。図１は、本例の画像表示装置の構成概略を示す模式図である。本例の画像形成装置は、光源装置１０と、ライトバルブ１０１と、投射光学系１１２と、不図示の制御回路を有する。

光源装置１０は、赤色光源ユニット１０２と、緑色光源ユニット１０３と、青色光源ユニット１０４と、クロスダイクロイックプリズム１０５とから構成されている。赤色光源ユニット１０２は、ドミナント波長が約612nmである数十個の赤色ＬＥＤ１０６と、ドミナント波長が580nmである数個のＹ色ＬＥＤ１０９とから構成されている。赤色ＬＥＤ１０６とＹ色ＬＥＤ１０９は、同一平面内にマトリックス状に配置されている。緑色光源ユニット１０３は、ドミナント波長が528nmである数十個の緑色ＬＥＤ１０７から構成され、それら緑色ＬＥＤ１０７は同一平面内にマトリックス状に配置されている。青色光源ユニット１０４は、ドミナント波長が470nmである数十個の青色ＬＥＤ１０８から構成され、それら青色ＬＥＤ１０８は同一平面内にマトリックス状に配置されている。また、定格駆動時における青色ＬＥＤ１０８の発光光束に対して、緑色ＬＥＤ１０７の発光光束は小さく、赤色ＬＥＤ１０６の発光光束は大きい。

図２に赤色光源ユニット１０２、緑色光源ユニット１０３及び青色光源ユニット１０４を構成する各ＬＥＤ１０６、１０７、１０８、１０９の発光スペクトルを示す。図２に示すグラフ中、曲線２０３は青色ＬＥＤ１０８の発光スペクトルを示し、２０４は緑色ＬＥＤ１０７の発光スペクトルを示し、２０５はＹ色ＬＥＤ１０９の発光スペクトルを示し、２０６は赤色ＬＥＤ１０６の発光スペクトルを示す。このグラフより、青色光源ユニット１０４を構成する青色ＬＥＤ１０８の発光スペクトルは、440nm〜490nmの波長帯域に分布し、緑色光源ユニット１０３を構成する緑色ＬＥＤ１０７の発光スペクトルは、500nm〜550nmの波長帯域に分布し、赤色光源ユニット１０２を構成する赤色ＬＥＤ１０６及びＹ色ＬＥＤ１０９の発光スペクトルは、555nm〜640nmの波長帯域に分布していることがわかる。すなわち、各光源ユニットは、発光スペクトルの主成分がそれぞれ異なる３つの波長帯域に属するＬＥＤによって構成されている。さらに、図３に、赤色ＬＥＤ１０６、緑色ＬＥＤ１０７、青色ＬＥＤ１０８及びＹ色ＬＥＤ１０９の各発光特性をＸＹＺ表色系の色度図を用いて示す。図中に符号３０１で示す点は、赤色ＬＥＤ１０６の発光色の色度座標を示し、以下同様に、３０２で示す点は緑色ＬＥＤ１０６、３０３で示す点は青色ＬＥＤ１０８、３０４で示す点はＹ色ＬＥＤ１０９の発光色の色度座標をそれぞれ示す。さらに、符号３０５で示す点は、緑色ＬＥＤ１０７の発光色と、Ｙ色ＬＥＤ１０９の発光色との混合色の色度座標を示す。

再び図１を参照すると、クロスダイクロイックプリズム１０５は、赤色光源ユニット１０２から発せられた波長の光を反射可能なＲ反射面１１０と、青色光源ユニット１０４から発せられた波長の光を反射可能なＢ反射面１１１とを有する。ここで、Ｒ反射面１１０は図２に二点鎖線２０１で示すような反射分光特性を有し、Ｂ反射面１１１は同図に一点鎖線２０２で示すような反射分光特性を有する。また、赤色光源ユニット１０２、緑色光源ユニット１０３及び青色光源ユニット１０４と、クロスダイクロイックプリズム１０５と、ライトバルブ１０１とは、図１に示すような位置関係で配置され、赤色光源ユニット１０２から発せられた光はクロスダイクロイックプリズム１０５のＲ反射面１１０で反射されてライトバルブ１０１に入射し、青色光源ユニット１０４から発せられた光はクロスダイクロイックプリズム１０５のＢ反射面１１１で反射されたライトバルブ１０１に入射し、緑色光源ユニット１０３から発せられた光はクロスダイクロイックプリズム１０５をそのまま透過してライトバルブ１０１に入射する。

ライトバルブ１０１は、透過型液晶パネルであり、入射した光を画像データに従って変調し、所望の画像光を形成する。投射光学系１１２は、複数の光学レンズから構成され、ライトバルブ１０１によって形成された画像光を拡大して投射する。

次に、上記構成を有する本例の画像表示装置の動作について説明する。本例の画像表示装置は、ライトバルブ１０１が１つである単板式の画像表示装置である。従って、カラー画像を表示する際には、ＲＧＢの色順次点灯方式となる。具体的には、ライトバルブ１０１が赤色の光変調を行なう状態にあるときに、光源装置１０から赤色光を出射し、ライトバルブ１０１が緑色の光変調を行なう状態にあるときに、光源装置１０から緑色光を出射し、ライトバルブ１０１が青色の光変調を行なう状態にあるときに、光源装置１０から青色光を出射し、これを繰り返すことによって、不図示のスクリーン上でＲＧＢの各色の画像光を高速で切替える。すると、残像現象によって人間の目にはカラー画像として認識される。

ここで、光源装置１０から赤色光を出射させるときには、赤色光源ユニット１０２を構成する赤色ＬＥＤ１０６を発光させ、青色光を出射させるときには、青色光源ユニット１０４を構成する青色ＬＥＤ１０８を発光させる。さらに、緑色光を出射させるときには、緑色光源ユニット１０３を構成する緑色ＬＥＤ１０７を発光させると共に、赤色光源ユニット１０２に含まれているＹ色ＬＥＤ１０９も同時に発光させる。ここで、赤色光源ユニット１０２から発せられた光が入射するクロスダイクロイックプリズム１０５のＲ反射面１１０は、図２に二点鎖線２０１で示すような反射分光特性を有するので、Ｙ色ＬＥＤ１０９から発せられた光は、Ｒ反射面１１０で反射されて、緑色光源ユニット１０３から発せられた光と合成され、緑色光としてライトバルブ１０１に照射される。このときライトバルブ１０１に照射される緑色光の色度座標が、図３中に符号３０５で示す色度座標となることは上記説明から明らかである。また、ライトバルブ１０１に照射される赤色光の色度座標が図３中に符号３０１で示す色度座標であり、青色光の色度が同図に符号３０３に示す色度座標であることも、同様に明らかである。さらに、これらＲＧＢの各色光の色度座標は、NTSC規格に従った白色を生成するために必要とされるＲＧＢ光源の明るさ比率を実現可能な色度座標（発明が解決しようとする課題の欄を参照）であることも自明である。

以上のように、本例の画像表示装置では、赤色光源ユニット１０２の中に、緑色光源ユニット１０３の輝度不足を補うためのＹ色ＬＥＤ１０９を混ぜることによって、ＲＧＢのいずれの色光をライトバルブ１０１に照射する場合にも、十分な輝度を確保している。より具体的には、緑色光の出射時には、緑色光源ユニット１０３を構成する複数の緑色ＬＥＤ１０７の全光束と、赤色光源ユニット１０２に含まれるＹ色ＬＥＤ１０９からの光束とが加算されるので、十分な輝度を有する緑色光がライトバルブ１０１に照射される。加えて、最も発光光束が大きな赤色ＬＥＤ１０６から構成される赤色光源ユニット１０２に、数個のＹ色ＬＥＤ１０９を混ぜることによって、各光源ユニット間のバランスが調整され、ＲＧＢの各色光の明るさの比率も所定比率に保持される。尚、各光源ユニット１０２、１０３、１０４を構成するＬＥＤの個数や、赤色光源ユニット１０２に混ぜられるＹ色ＬＥＤ１０９の個数は、最終的にライトバブル１０１に照射されるＲＧＢの各色光の色度バランスを考慮して任意に設定することができる。

（実施形態２）
以下、本発明の画像表示装置の実施形態の他例を説明する。もっとも、本例の画像表示装置の基本構成は実施形態１で説明した画像表示装置のそれと同一であり、異なるのは光源装置の構成のみである。そこで、ここでは光源装置の構成についてのみ説明し、その他の説明は省略する。

図４に示すように、本例の画像表示装置が備える光源装置１０は、赤色光源ユニット４０２と、緑色光源ユニット４０３と、青色光源ユニット４０４と、クロスダイクロイックプリズム４０５とから構成されている。赤色光源ユニット４０２は、ドミナント波長が約612nmである数十個の赤色ＬＥＤ４０６と、ドミナント波長が575nmである数個のＹ色ＬＥＤ４０９とから構成されている。赤色ＬＥＤ４０６とＹ色ＬＥＤ４０９は、同一平面内にマトリックス状に配置されている。緑色光源ユニット４０３は、ドミナント波長が535nmである数十個の緑色ＬＥＤ４０７から構成され、それら緑色ＬＥＤ４０７は同一平面内にマトリックス状に配置されている。青色光源ユニット４０４は、ドミナント波長が470nmである数十個の青色ＬＥＤ４０８と、ドミナント波長が495nmである数個のｂＧ色ＬＥＤ４１０とから構成されている。青色ＬＥＤ４０８とｂＧ色ＬＥＤ４１０とは、同一平面内にマトリックス状に配置されている。また、定格駆動時における緑色ＬＥＤ４０７の発光光束は、赤色ＬＥＤ４０６や青色ＬＥＤ４０８の発光光束に比べて小さい。尚、図４中の符号４０１は、図１に示すライトバルブ１０１と同一のライトバルブを示す。また、符号４１３は、図１中の投射光学系１１２と同一の投射光学系を示す。

図５に赤色光源ユニット４０２、緑色光源ユニット４０３及び青色光源ユニット４０４を構成する各ＬＥＤ４０６、４０７、４０８、４０９の発光スペクトルを示す。図５に示すグラフ中、曲線５０３は青色ＬＥＤ４０８の発光スペクトルを示し、５０４はｂＧ色ＬＥＤ４１０の発光スペクトルを示し、５０５は緑色ＬＥＤ４０７の発光スペクトルを示し、５０６はＹ色ＬＥＤ４０９の発光スペクトルを示し、５０７は赤色ＬＥＤ４０６の発光スペクトルをそれぞれ示す。このグラフより、青色光源ユニット４０４を構成する青色ＬＥＤ４０８及びｂＧ色ＬＥＤ４１０の発光スペクトルは、435nm〜520nmの波長帯域に分布し、緑色光源ユニット４０３を構成する緑色ＬＥＤ４０７の発光スペクトルは、505nm〜560nmの波長帯域に分布し、赤色光源ユニット４０２を構成する赤色ＬＥＤ４０６及びＹ色ＬＥＤ４０９の発光スペクトルは、555nm〜640nmの波長帯域に分布していることがわかる。すなわち、各光源ユニットは、発光スペクトルの主成分がそれぞれ異なる３つの波長帯域に属するＬＥＤによって構成されている。さらに、図６に、赤色ＬＥＤ４０６、緑色ＬＥＤ４０７、青色ＬＥＤ４０８、Ｙ色ＬＥＤ４０９及びｂＧ色ＬＥＤ４１０の発光特性をＸＹＺ表色系の色度図を用いて示す。図中に符号６０１で示す点は、赤色ＬＥＤ４０６の発光色の色度座標を示し、以下同様に、６０２で示す点は緑色ＬＥＤ４０７、６０３で示す点は青色ＬＥＤ４０８、６０４で示す点はＹ色ＬＥＤ４０９、６０６で示し点はｂＧ色ＬＥＤ４１０の発光色の色度座標をそれぞれ示す。さらに、符号６０５で示す点は、緑色ＬＥＤ４０７の発光色と、Ｙ色ＬＥＤ４０９の発光色と、ｂＧ色ＬＥＤ４１０の発光色との混合色の色度座標を示す。

次に、上記構成を有する画像表示装置の動作について説明する。本例の画像表示装置も、ライトバルブ４０１が１つである単板式の画像表示装置である。従って、ＲＧＢの色順次点灯方式によってカラー画像を表示する。色順次点灯方式の具体的内容については、実施形態１で説明済みなので、ここでは省略する。

カラー画像を表示するために、光源装置１０から赤色光を出射させるときには、赤色光源ユニット４０２を構成する赤色ＬＥＤ４０６を発光させ、青色光を出射させるときには、青色光源ユニット４０４を構成する青色ＬＥＤ４０８を発光させる。さらに、緑色光を出射させるときには、緑色光源ユニット４０３を構成する緑色ＬＥＤ４０７を発光させると共に、赤色光源ユニット４０２に含まれているＹ色ＬＥＤ４０９及び青色光源ユニット４０４に含まれているｂＧ色ＬＥＤ４１０を同時に発光させる。ここで、赤色光源ユニット４０２から発せられた光が入射するクロスダイクロイックプリズム４０５のＲ反射面４１１は、図５に二点鎖線５０１で示すような反射分光特性を有するので、Ｙ色ＬＥＤ４０９から発せられた光は、Ｒ反射面４１１で反射されて、緑色光源ユニット４０３から発せられた光と合成される。また、青色光源ユニット４０４から発せられた光が入射するクロスダイクロイックプリズム４０５のＢ反射面４１２は、図５に一点鎖線５０２で示すような反射分光特性を有するので、ｂＧ色ＬＥＤ４１０から発せられた光は、Ｂ反射面４１２で反射されて、緑色光源ユニット４０３から発せられた光と合成される。この結果、緑色光源ユニット４０３、Ｙ色ＬＥＤ４０９、及びｂＧ色ＬＥＤ４１０のそれぞれから発せられ合成された光が、緑色光としてライトバルブ４０１に照射される。このときライトバルブ４０１に照射される緑色光の色度座標が、図５中に符号６０５で示す色度座標となることは上記説明から明らかである。また、ライトバルブ４０１に照射される赤色光の色度座標が図６中に符号６０１で示す色度座標であり、青色光の色度座標が同図に符号６０３に示す色度座標であることも、同様に明らかである。さらに、これらＲＧＢの各色光の色度座標は、NTSC規格に従った白色を生成するために必要とされるＲＧＢ光源の明るさ比率を実現可能な色度座標（発明が解決しようとする課題の欄を参照）である。以上のように、本例の画像表示装置においても、ＲＧＢの全色に関して十分な輝度と所望の明るさの比率が確保される。

（実施形態３）
以下、本発明の画像表示装置の実施形態の他例を説明する。もっとも、本例の画像表示装置の基本構成は実施形態１で説明した画像表示装置のそれと同一であり、異なるのは光源装置の構成のみである。そこで、ここでは光源装置の構成についてのみ説明し、その他の説明は省略する。

本例の画像表示装置が備える光源装置１０は、図７に示すように配置された、赤色光源ユニット７０４と、Ｙ色光源ユニット７０３と、緑色光源ユニット７０２と、青色光源ユニット７０１と、導光手段７０８とを備えている。

赤色光源ユニット７０４は、図１に示す赤色ＬＥＤ１０６や図４に示す赤色ＬＥＤ４０６と同様の発光特性を有する複数の赤色ＬＥＤ７１０から構成されている。Ｙ色光源ユニット７０３は、図１に示すＹ色ＬＥＤ１０９や図４に示すＹ色ＬＥＤ４０９と同様の発光特性を有する複数のＹ色ＬＥＤ７１１から構成されている。緑色光源ユニット７０２は、図１に示す緑色ＬＥＤ１０７や図４に示す緑色ＬＥＤ４０７と同様の発光特性を有する複数の緑色ＬＥＤ７１２から構成されている。青色光源ユニット７０１は、図１に示す青色ＬＥＤ１０８や図４に示す青ＬＥＤ４０８と同様の発光特性を有する複数の青色ＬＥＤ７１３から構成されている。

導光手段７０８は、投射光学系４１３の光軸に沿って、投射光学系４１３の側から青色光源ユニットの側に向けて順に並べられたＢＧＹ透過フィルタ７０７と、ＢＧ透過フィルタ７０６と、Ｂ透過フィルタ７０５とから構成されている。Ｂ透過フィルタ７０５は、青色光を透過させ、緑色光を反射する性質（波長選択性）を有する。また、ＢＧ透過フィルタ７０６は、青色光及び緑色光を透過させ、Ｙ色光を反射する性質を有する。さらに、ＢＧＹ透過フィルタ７０７は、青色光、緑色光及びＹ色光を透過させ、赤色光を反射する性質を有する。図７に示す配置関係及び各透過フィルタの上記性質により、それぞれの光源ユニットを独立して動作された場合には、青色光源ユニット７０１から発せられた青色光は、３つの透過フィルタ７０５、７０６、７０７を順次透過してライトバブル４０１に照射される。緑色光源ユニット７０２から発せられた緑色光は、Ｂ透過フィルタ７０５によって反射された後、ＢＧ透過フィルタ７０６及びＢＧＹ透過フィルタ７０７を順次透過してライトバルブ４０１に照射される。Ｙ色光源ユニット７０３から発せられたＹ色光は、ＢＧ透過フィルタ７０６で反射され、ＢＧＹ透過フィルタ７０７を透過してライトバルブ４０１に照射される。赤色光源ユニット７０４から発せられた赤色光は、ＢＧＹ透過フィルタ０７によって反射されてライトバルブ４０１に照射される。

もっとも、本例の画像表示装置によってカラー画像を表示する場合は、ライトバルブ４０１が赤色の光変調を行なう状態にあるときに、赤色光源ユニット７０４を単独で発光させ、青色を光変調する状態にあるときに、青色光源ユニット７０１を単独で発光させる。但し、ライトバルブ４０１が緑色の光変調を行なう状態にあるときには、緑色光源ユニット７０２及びＹ色光源ユニット７０３の双方を同時に発光させる。これによって、緑色光源ユニット７０２から発せられた光と、Ｙ色光源ユニット７０３から発せられた光が合成された光が緑色光としてライトバルブ４０１に照射され、緑色光の輝度不足が補われる点は、これまで説明した光源装置と同様である。しかし、図７に示す構成によれば、クロスダイクロイックプリズムの周囲に各光源ユニットが配置される上記構成に比べて、光源ユニットの配置を始めとする設計の自由度が増すという利点がある。尚、各色光の色度座標が所望の色度座標となるように、各光源ユニットを構成するＬＥＤの個数等が調整されている点はこれまでと同様である。

また、図７に示す緑色光源ユニット７０２と青色光源ユニット７０１との間に、青色光を透過してｂＧ色光を反射する反射分光特性を有する光学素子（ここでの光学素子とは、上記反射分光特性を有するフィルタやミラー等を意味する）と、緑色光と青色光との中間の色光を発するｂＧ光源ユニットを追加し、緑色光源ユニット７０２、Ｙ色光源ユニット７０３及び上記ｂＧ光源ユニットの三者を同時に発光させることによって、緑色光源ユニット７０２から発せられた光と、Ｙ色光源ユニット７０３から発せられた光と、ｂＧ光源ユニットから発せられた光とが合成された光を緑色光としてライトバルブ４０１に照射することもできる。この場合、緑色光源ユニット７０２から発せられた光と、Ｙ色光源ユニット７０３から発せられた光が足し合わされた光を緑色光として照射する場合に比べて、より高輝度の緑色光をライトバルブ４０１に照射することができる。

これまでは、緑色光の輝度を向上させる場合について説明してきたが、合成される色光の組み合わせを変更することによって、赤色光や青色光の輝度を向上させることも可能であることは、これまでの説明から自明である。例えば、図７に示す赤色光源ユニット７０４とＹ色光源ユニット７０３を同時に発光させれば、双方の光源ユニット７０３、７０４から発せられた光が合成された光が赤色光としてライトバルブ４０１に照射される。このとき、赤色光源ユニット７０４から発せられる光の色度座標を色度曲線上の長波長側にシフトさせ、赤色光源ユニット７０４とＹ色光源ユニット７０３とから発せられた光が合成された光の色度座標が所望の赤色光の色度座標と一致するように調整することもできる。
（他の実施形態）
図８は、図４に示す光源装置１０の変形例を示す。そこで、図４に示す構成と同一構成については同一の符号を付して説明を省略する。図８に示す光源装置１０では、各光源ユニット４０２、４０３、４０４と、クロスダイクロイックプリズム４０５との間に、偏光変換手段４１４が設けられている。ここで偏光変換手段４１４とは、入射光を一種類の直線偏光光に揃える機能を有する光学素子である。

ライトバルブ４０１が液晶パネルである場合、特定方向の直線偏光光しか入射しない。従って、図４に示す構成では、各光源ユニット４０２、４０３、４０４から発せられた無偏光光のうち、半分はライトバルブ４０１に入射せず、その分だけ表示画像が暗くなる。そこで、図８に示すように、各光源ユニット４０２、４０３、４０４と、クロスダイクロイックプリズム４０５との間に偏光変換手段４１４を設けて、各光源ユニット４０２、４０３、４０４から発せられた無偏光光を特定方向の直線偏光光に変換すれば、発せられた光が高効率で利用され、より明るい画像が表示される。

図４では、各光源ユニット４０２、４０３、４０４から発せられた色光をライトバルブ４０１に入射させる導光手段として、クロスダイクロイックプリズム４０５を用いた例を図示した。しかし、導光手段は、各光源ユニット４０２、４０３、４０４から発せられた光を投射光学系４１３に入射させることができればよく、クロスダイクロイックプリズムに限定されない。例えば、図９に示すように、各光源ユニット４０２、４０３、４０４と投射光学系４１３との間に、２つの全反射プリズムとカラーフィルタとから構成される公知の合成プリズムを配置して、導光手段を実現することもできる。

これまでは、ライトバブルが透過型液晶パネルであることを前提に本発明の実施形態を説明してきた。しかし、本発明の画像表示措装置を構成するライトバルブは透過型のライトバルブに限定されるものではない。図１０に、図８に示すライトバルブ（透過型液晶パネル）４０１を反射型液晶パネルに変えた例を示す。さらに、図１０に示す例では、反射型液晶パネル４０１と投射光学系４１３との間に、偏光ビームスプリッタ４１５が新たに設けられている。この偏光ビームスプリッタ４１５は、Ｐ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射する光学素子である。

図１０に示す例では、各光源ユニット４０２、４０３、４０４から発せられた光は、クロスダイクロイックプリズム４０５を通過して偏光ビームスプリッタ４１５に入射する。ここで、各光源ユニット４０２、４０３、４０４とクロスダイクロイックプリズム４０５との間に設けられている偏光変換手段４１４による直線偏光の向きは、偏光ビームスプリッタ４１５に入射する際にＳ偏光光となる向きに設定されている。従って、偏光ビームスプリッタ４１５に入射したＳ偏光光は、偏光ビームスプリッタ４１５によって反射されて反射型液晶パネル４０１に入射し、空間光変調される。さらに、空間光変調されたＰ偏光光（画像光）は、偏光ビームスプリッタ４１５を透過して投射光学系４１３に入射し、不図示のスクリーンに向けて拡大投射される。

図１１は、図４に示す各光源ユニット４０２、４０３、４０４と、クロスダイクロイックプリズム４０５との間に、コリメーション光学素子４１６を新たに設けた例を示している。図１１に示す例では、各光源ユニット４０２、４０３、４０４から発せられた光がコリメーション光学素子４１６によって平行化されるので、これまで出射角が大き過ぎるためにクロスダイクロイックプリズム４０５に入射できなかった光が利用可能となる。

これまで説明した光源装置又は画像表示装置には、ライトバルブに照射される光の輝度分布を、その光の光軸に垂直な平面内において均一化させるためのインテグレータ光学系を追加することもできる。インテグレータ光学系を設けた場合、より均一な光によってライトバルブを照明することができ、より一層輝度ムラの少ない画像を表示することが可能となる。

これまでは、緑色光の輝度向上に中心として本発明の実施形態を説明してきたが、次のように構成を変更することによって、緑色光以外の色光の輝度を向上させることもできる。例えば、図１に示す緑色光源ユニット１０３や図４に示す緑色光源ユニット４０３に、赤色と緑色の中間色（ｇＹ色）の色光を発光するＬＥＤを混ぜ、同図に示す赤色光源ユニット１０２や４０２と同時に発光させることによって、赤色光の輝度を向上させることができる。このとき、図１や図４に示すクロスダイクロイックプリズム１０５や４０５のＲ反射面１１０や４１１の特性をｇＹ色の波長の光が透過可能な特性に変更する。また、赤色光源ユニット１０２や４０２を構成する赤色ＬＥＤ１０６や４０６から発せられる光の色度座標を色度曲線上の長波長側にシフトさせ、赤色光源ユニット１０２、４０２から発せられた光と、緑色光源ユニット１０３、４０３から発せられたｇＹ色の光とが合成された混色光の色度座標が所望の赤色光の色度座標と一致するように調整することができる。

同様に、図１に示す緑色光源ユニット１０３や図４に示す緑色光源ユニット４０３に、青色と緑色の中間色（ＢＧ色）の色光を発光するＬＥＤを混ぜ、同図に示す青色光源ユニット１０４や４０４と同時に発光させることによって、青色光の輝度を向上させることができる。このとき、図１や図４に示すクロスダイクロイックプリズム１０５や４０５のＢ反射面１１１や４１２の特性をＢＧ色の波長の光が透過可能な特性に変更する。また、青色光源ユニット１０４や４０４を構成する青色ＬＥＤ１０８や４０８から発せられる光の色度座標を色度曲線上の短波長側にシフトさせ、青色光源ユニット１０４や４０４から発せられた光と、緑色光源ユニット１０３、４０３から発せられたＢＧ色の光とが合成された混色光の色度座標が所望の青色光の色度座標と一致するように調整することができる。

さらに、図７に示す構成を次のように変更することによって、青色光の輝度を向上させることも可能である。まず、図７の緑色光源ユニット７０２を図４に示すｂＧ色ＬＥＤ４１０から構成されるｂＧ光源ユニットに置き換えると共に、図７のＹ色光源ユニット７０３を同図の緑色光源ユニット７０２と置き換える。次に、図７に示すＢＧ透過フィルタ７０６を、青色光源ユニット７０１及び新設されたｂＧ光源ユニットから発せられた光を透過させ、位置変えされた緑色光源ユニット７０３から発せられた光を反射する特性を有するＢｂＧ透過フィルタに変える。さらに、図７に示すＢＧＹ透過フィルタ７０７を、青色光源ユニット７０１、ｂＧ光源ユニット、緑色光源ユニット７０２から発せられた光を透過させ、赤色光源ユニット７０４から発せられた光を反射する特性を有するＢｂＧＧ透過フィルタに変える。以上のように構成を変更した上で、青色光源ユニット７０１とｂＧ光源ユニットとを同時に発光させれば、両ユニットから発せられた光が合成された光が青色光としてライトバルブ４０１に照射される。このとき、青色光源ユニット７０１を構成する青色ＬＥＤ７１３から発せられる光の色度座標を色度曲線の短波長側にシフトさせ、青色光源ユニット７０１とｂＧ光源ユニットから発せられた光が合成された混色光の色度座標が所望の青色光の色度座標と一致するように調整することもできる。

これまでは、発光素子がＬＥＤである場合を例にとって本発明の実施形態を説明してきたが、発光素子はＬＥＤ以外のレーザダイオード等であってもよい。もっとも、発光素子の選択にあたっては、発光スペクトルが狭く、ライトバルブの画像更新周期に対して十分に応答時間が短い発光素子を選択することが望ましい。

本発明の画像表示装置の一例を示す模式的構成図である。 図１に示す各ＬＥＤの発光スペクトルを示す図である。 図１に示す各光源ユニットから発せられる光の色度座標を示す図である。 本発明の画像表示装置の他例を示す模式的構成図である。 図４に示す各ＬＥＤの発光スペクトルを示す図である。 図４に示す各光源ユニットから発せられる光の色度座標を示す図である。 本発明の画像表示装置の他例を示す模式的構成図である。 図４に示す光源装置の変形例を示す模式的構成図である。 図４に示す光源装置の他の変形例を示す模式的構成図である。 図４に示す光源装置の他の変形例を示す模式的構成図である。 図４に示す光源装置の他の変形例を示す模式的構成図である。 発光ダイオードを光源とする従来の画像表示装置の一例を示す模式的構成図である。

符号の説明

１０ 光源装置
１０１、４０１ ライトバルブ
１１２、４１３ 投射光学系
１０２、４０２、７０４ 赤色光源ユニット
１０３、４０３、７０２ 緑色光源ユニット
１０４、４０４、７０１ 青色光源ユニット
１０５、４０５ クロスダイクロイックプリズム
１０６、４０６、７１０ 赤色ＬＥＤ
１０７、４０７、７１２ 緑色ＬＥＤ
１０８、４０８、７１３ 青色ＬＥＤ
１０９、４０９、７１１ Ｙ色ＬＥＤ
４１０ ｂＧ色ＬＥＤ
４１４ 偏光変換手段
４１５ 偏光ビームスプリッタ
４１６ コリメーション光学素子
７０８ 導光手段
７０５ Ｂ透過フィルタ
７０６ ＢＧ透過フィルタ
７０７ ＢＧＹ透過フィルタ

Claims (10)

1. 画像表示装置のライトバルブを照明する光源装置であって、
   発光スペクトルの主成分が第１の波長帯域に分布する発光素子からなる第１の光源ユニットと、
   発光スペクトルの主成分が前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域に分布する発光素子からなる第２の光源ユニットと、
   発光スペクトルの主成分が前記第１及び第２の波長帯域とは異なる第３の波長帯域に分布する発光素子からなる第３の光源ユニットと、
   前記第１〜第３の光源ユニットから発せられた光を前記ライトバルブに導く導光手段とを有し、
   前記第１〜第３の光源ユニットのうち、少なくとも１つの光源ユニットは、ドミナント波長が異なる２種以上の発光素子を含む、光源装置。
2. 前記第１〜第３の光源ユニットのうち、発光光束が最小である発光素子から構成される光源ユニット以外の光源ユニットに、ドミナント波長が異なる２種以上の発光素子が含まれている請求項１記載の光源装置。
3. １つの光源ユニットに含まれる２種以上の発光素子のうち、少なくとも１種の発光素子は、他の光源ユニットを構成する発光素子と同時に発光する請求項１又は請求項２記載の光源装置。
4. 前記第１の光源ユニットは、発光色が緑色の発光素子からなり、
   前記第２の光源ユニットは、発光色が青色の発光素子からなり、
   前記第３の光源ユニットは、発光色が赤色の発光素子と、発光色が前記赤色と前記緑色の間の発光素子とからなる、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記第１の光源ユニットは、発光色が緑色の発光素子からなり、
   前記第２の光源ユニットは、発光色が青色の発光素子と、発光色が前記青色と前記緑色との間の発光素子とからなり、
   前記第３の光源ユニットは、発光色が赤色の発光素子からなる、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光源装置。
6. 前記第１の光源ユニットは、発光色が緑色の発光素子からなり、
   前記第２の光源ユニットは、発光色が青色の発光素子と、発光色が前記青色と前記緑色との間の発光素子とからなり、
   前記第３の光源ユニットは、発光色が赤色の発光素子と、発光色が前記赤色と前記緑色の間の発光素子とからなる、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光源装置。
7. 画像表示装置のライトバルブを照明する光源装置であって、
   発光素子を光源とする少なくとも４つの光源ユニットを有し、
   前記光源ユニットのうち、少なくとも２つ以上の光源ユニットが同時に発光する光源装置。
8. 第１〜第４までの４つの光源ユニットを有し、
   前記第１の光源ユニットは、発光色が緑色の発光素子を光源とし、
   前記第２の光源ユニットは、発光色が青色の発光素子を光源とし、
   前記第３の光源ユニットは、発光色が赤色の発光素子を光源とし
   前記第４の光源ユニットは、発光色が前記赤色と前記緑色の間の発光素子を光源とし、
   前記第１の光源ユニットと第３の光源ユニットの双方または一方と、前記第４の光源ユニットとが同時に発光する、請求項７記載の光源装置。
9. 第１〜第４までの４つの光源ユニットを有し、
   前記第１の光源ユニットは、発光色が緑色の発光素子を光源とし、
   前記第２の光源ユニットは、発光色が青色の発光素子を光源とし、
   前記第３の光源ユニットは、発光色が赤色の発光素子を光源とし
   前記第４の光源ユニットは、発光素子が前記青色と前記緑色との間の発光素子を光源とし、
   前記第１の光源ユニットと前記第２の光源ユニットの双方または一方と、前記第４の光源ユニットとが同時に発光する、請求項７記載の光源装置。
10. 前記請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の光源装置と、ライトバルブと、前記ライトバルブによって変調された光を投射する投射光学系とを有する画像表示装置。
    
    

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