JP2005234440A - 照明装置および投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示装置の照明に適した光を射出するとともに、小型化を図ることができる照明装置およびこの照明装置を用いた投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】 光を射出する固体光源１０ｒ、１０ｇ、１０ｂと、固体光源１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出された光の照度分布を均一化する導光素子２０と、固体光源１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出された光が入射される反射型偏光素子３０と、を有し、反射型偏光素子３０が、導光素子２０の内部または光射出端面に配置され、固体光源１０ｒ、１０ｇ、１０ｂは、反射型偏光素子３０により反射された光を反射することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明装置および投射型表示装置に関する。

近年、情報機器の発達は目覚ましく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系からなる映像源から出射される画像を、投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型表示装置（プロジェクタ）が知られている。

投射型表示装置用の照明装置としては、例えばメタルハライドランプ、超高圧水銀灯やハロゲンランプ等の光源を具備するものが知られているが、この光源から出射される光は一般に不均一な照度分布を持っている。したがって、被照明領域、具体的には光変調装置としての液晶ライトバルブの表示面における照度分布を均一化するために、ロッド状導光体からなる均一照明系の光学素子を照明装置に具備させたものが提案されている（例えば、特許文献１から３参照。）。
特開平１０−１６３５３３号公報 特開２０００−１８０９６２号公報 特開平１１−３５２５８９号公報

上述した特許文献１から３に示された技術においては、ロッド状の導光体は、光源から射出された光の照度分布均一化や、光のコリメート化のみに用いられている。そのため、投射型表示装置などの照明に使用する際には、偏光素子や光均一化素子などの光学素子を別に追加して使用する必要があり、投射型表示装置などの小型化が図りにくかったという問題があった。

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、表示装置の照明に適した光を射出するとともに、小型化を図ることができる照明装置およびこの照明装置を用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の照明装置は、光を射出する固体光源と、固体光源から射出された光の照度分布を均一化する導光素子と、固体光源から射出された光が入射される反射型偏光素子と、を有し、反射型偏光素子が、導光素子の内部または光射出端面に配置され、固体光源は、反射型偏光素子により反射された光を反射することを特徴とする。

すなわち、本発明の第１の照明装置は、反射型偏光素子が、導光素子の内部または光射出端面に配置されているため、互いに直交する直線偏光の一方の直線偏光であって、その照度分布が均一化された光を射出することができる。
つまり、照明装置は、例えば投射型液晶表示装置に適した均一な照度分布を持つ一方の偏光を射出でき、偏光素子を新たに追加することなく、投射型液晶表示装置に用いることができ、投射型表示装置の小型化を図ることができる。
また、反射型偏光素子に反射された他方の直線偏光は、固体光源と反射型偏光素子との間を繰り返し反射している内に、一方の直線偏光に変換され、反射型偏光素子を透過することができる。そのため、固体光源から射出された光の利用効率の低下を防止することができ、液晶表示装置の照明に適した明るい光を射出することができる。

本発明の第２の照明装置は、光を射出する固体光源と、固体光源から射出された光の照度分布を均一化する導光素子と、固体光源から射出された光が入射される光拡散素子と、を有し、光拡散素子が、導光素子の内部または光射出端面に配置されていることを特徴とする。

すなわち、本発明の第２の照明装置は、光拡散素子が、導光素子の内部または光射出端面に配置されているため、導光素子により照度分布が均一化された光を光拡散素子によりさらに照度分布が均一化され、照度分布がより一層均一化された光を射出することができる。
そのため、例えば、導光素子のみで照度分布均一化された光が、投射型液晶表示装置の照明に不十分な（均一化が足りない）場合、新たに照度分布を均一化する手段を追加することなく、照度分布をさらに均一化することができ、投射型表示装置の小型化を図ることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、導光素子の光入射端面が、少なくともその外周部において、固体光源の光射出側の面と直接接触していてもよい。
この構成によれば、固体光源と導光素子とが直接接触しているため、固体光源から射出された光を、直接導光素子内に入射させることができる。そのため、固体光源から射出された光が外部に漏れ難くなり、光の利用効率低下を防止することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、導光素子が、光透過性材料の無垢材から形成されていてもよい。
この構成によれば、導光素子内に入射した光が、光透過性材料内を全反射しながら伝搬するため、光の照度分布が均一化される。
また、例えば、同様に照度分布を均一化するフライアイレンズと比較すると、導光素子の占めるスペースは小さく、照明装置の小型化を図ることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、導光素子の光入射端面および光射出端面以外の面に、光を反射する反射膜が形成されていてもよい。
この構成によれば、導光素子の光入射端面および光射出端面以外の面に、全反射角よりも大きな角度で入射する光も反射することができ、光の照度分布を均一化することができる。例えば、導光素子の光入射端面および光射出端面以外の面に反射膜が形成されていない場合と比較すると、全反射されないで透過していた光も反射でき、固体光源から射出された光の利用効率を向上させることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、導光素子が、光を反射する反射板を筒形状に配置して構成され、筒形状の内面が、反射板の光反射面により構成されていてもよい。
この構成によれば、導光素子内に入射した光が、反射板により形成された筒形状の内面を全反射しながら伝搬するため、光の照度分布が均一化される。
また、例えば、同様に照度分布を均一化するフライアイレンズと比較すると、導光素子の占めるスペースは小さく、照明装置の小型化を図ることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、導光素子の光射出端面の形状が、被照明対象の形状と相似形であってもよい。
この構成によれば、導光手段の光射出端面から射出された光を、被照明対象上に無駄なく照射することができ、固体光源から射出された光の利用効率を向上させることができる。
つまり、光射出端面の形状と被照明対象の形状とが相似形であるので、
適当な光学系を介することにより、光射出端面から射出された光の照明領域を被照明対象の形状と一致させることができ、固体光源から射出された光の利用効率を向上させることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、導光素子の形状が、固体光源から被照明対象に向けて、その断面積が一定であるストレート形状であってもよい。
この構成によれば、導光素子の形状がテーパ形状の場合と比較して、導光素子の占めるスペースが小さく、照明装置の小型化を図ることができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、導光素子の形状が、固体光源から被照明対象に向けて、その断面積が広くなるテーパ形状であってもよい。
この構成によれば、光が導光素子内で反射を繰り返すごとにコリメート化（平行光化）されるため、形状がストレート形状の導光素子から射出された光と比較して、コリメート化された光を射出することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、一つの固体光源に対して、一つの被照明対象が対応していてもよい。
この構成によれば、複数の固体光源に対して一つの被照明対象を対応させた場合と比較して、照明装置の占めるスペースを小さくすることができ、照明装置の小型化を図ることができる。例えば、この照明装置を投射型表示装置に用いる場合には、より小さな投射型表示装置を実現することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、複数の固体光源に対して、一つの被照明対象が対応していてもよい。
この構成によれば、一つの固体光源に対して一つの被照明対象を対応させた場合と比較して、より多くの光を被照明対象に照射させることができる。例えば、この照明装置を投射型表示装置に用いる場合には、より明るい画像を表示することができる。

本発明の投射型表示装置は、光を照射する照明装置と、照射された光を変調する光変調手段と、変調された光を投射する投射手段と、を有する投射型表示装置であって、照明装置が、上記本発明の照明装置であることを特徴とする。
すなわち、本発明の投射型表示装置は、上記本発明の照明装置を用いることにより、明るさが均一な画像を投射することができるとともに、投射型表示装置の小型化を図ることができる。

〔第１の実施の形態〕
以下、本発明における第１の実施の形態について図１から図９を参照して説明する。
まず、図１を参照しながら、本発明における第１の実施の形態に係る投射型表示装置について説明する。本実施形態の投射型表示装置は、固体光源から射出されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色光を、液晶ライトバルブによりそれぞれ空間変調して、クロスダイクロイックプリズムにより合成して、カラー画像を表示する三板式の投射型カラー表示装置である。

図１は、本実施の形態に係る投射型表示装置の概略を示す図である。
投射型表示装置は、図１に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの異なる色光を射出する照明装置１ｒ、１ｇ、１ｂと、各色光を空間変調する液晶ライトバルブ（被照明対象、光変調手段）４０ｒ、４０ｇ、４０ｂと、変調された各色光を合成してカラー画像とするクロスダイクロイックプリズム６０と、カラー画像を投射する投射レンズ（投射手段）７０とから概略構成されている。

照明装置１ｒ、１ｇ、１ｂは、照明光としての各色光を射出するＬＥＤ（固体光源）１０ｒ、１０ｇ、１０ｂと、各色光の照度分布を均一化するテーパロッドレンズ（導光素子）２０と、ＷＧＰ（Ｗｉｒｅ Ｇｒｉｄ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）（反射型偏光素子）３０とから構成されている。
ＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂは、電流が供給されるとそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの色光を射出するとともに、ＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂには、光射出側から入射した光を再びテーパロッドレンズ２０に向けて反射する光源反射膜１１が配置されている。

図２は、本実施の形態におけるテーパロッドレンズの斜視図である。
テーパロッドレンズ２０は、例えばガラスや樹脂などの光透過性を有する材料から中実な四角柱形状に形成されているとともに、図１および図２に示すように、その一方の端面（光入射端面）２１から他方の端面（光射出端面）２２に向かって断面積が次第に広くなるように形成されている。また、テーパロッドレンズ２０は、光が入射される端面２１の形状がＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂと一致するように形成されているとともに、端面２１とＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂとの間には、テーパロッドレンズ２０内への光の入射率低下を防止するために、屈折率の高い材料、例えばシリコンジェルを介在させている。

そのため、一つのＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂに対して一つのテーパロッドレンズ２０が用いられることになり、例えば、現在広く用いられているＬＥＤ一つの大きさが縦横数ミリであるので、端面２１の大きさもこれに対応して縦横数ミリに形成される。
なお、上述のように一つのテーパロッドレンズ２０に対して、一つのＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂが用いられてもよいし、一つのテーパロッドレンズ２０に対して、複数のＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂが用いられてもよい。

また、テーパロッドレンズ２０は、光が射出される端面２２が液晶ライトバルブ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂと対向するように配置されるとともに、図１に示すように、２つのテーパロッドレンズ２０を並列に並べ、これら端面２２が液晶ライトバルブ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂの光入射面と同一形状となるように配置されている。
なお、上述のように、２つのテーパロッドレンズ２０を並列に配置してもよいし、さらに多くのテーパロッドレンズ２０を並列またはマトリクス状に配置してもよい。

図３は、本実施の形態のＷＧＰを説明する図である。
ＷＧＰ３０は、図１に示すように、テーパロッドレンズ２０の端面２２と同一形状に形成されるとともに、端面２２と直接接触するように配置されている。ＷＧＰ３０を端面２２と直接接触するように配置することで、端面２２とＷＧＰ３０との隙間から光が漏れることを防止することができ、光の利用効率低下を防止することができる。
また、ＷＧＰ３０は、図３に示すように、ガラス基板３２上にアルミニウムなどの光反射性を有する金属からなる多数のリブ３１が形成されたグリッド偏光子であり、リブ３１は、入射光の波長よりも小さいピッチで形成されている。

なお、上述のように反射型偏光子としてＷＧＰ３０を用いてもよいし、フィルム多層積層型偏光板を用いてもよく、特に限定するものではない。
なお、上述のようにＷＧＰ３０とテーパロッドレンズ２０とを別々に形成してもよいし、テーパロッドレンズ２０の端面２２に直接ＷＧＰ３０を形成してもよい。端面２２に直接ＷＧＰ３０を形成することにより、端面２２とＷＧＰ３０との隙間から光が漏れることをより確実に防止することができ、光の利用効率低下を防止することができる。
なお、上述のように、ＷＧＰ３０を端面２２上に接触するように配置してもよいし、図４に示すように、テーパロッドレンズ２０の中、つまり端面２１と端面２２との間に配置してもよい。

液晶ライトバルブ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂは、画像を表示する画素がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス型の透過型液晶パネルから構成されており、信号処理した映像信号に基づいて入射した光を画素ごとに光の透過率を変える（空間変調する）ように駆動される。つまり、液晶ライトバルブの光透過性電極に印加する電圧を制御することにより、光の透過率を０％に近い値から１００％の間で制御している。
また、液晶ライトバルブ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂ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透過型液晶セルが使用されている。
そして、液晶ライトバルブ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂは、変調した色光がクロスダイクロイックプリズム６０の異なる面に入射されるように配置されている。

クロスダイクロイックプリズム６０は、直角プリズムが貼り合わされた構造となっており、その内面に赤色光を反射するミラー面と青色光を反射するミラー面とが十字状に形成されている。そして、三つの色光がこれらのミラー面によって合成されてカラー画像を表す光が形成される。
クロスダイクロイックプリズム６０のカラー画像光の射出面には、投射レンズ７０が配置され、カラー画像光をスクリーン７１に投射している。

次に、上記の構成からなる投射型表示装置における作用について説明する。
なお、ＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出された各色光についての作用は同一であるので、ＬＥＤ１０ｒから射出された色光Ｒについての作用を説明し、その他の色光Ｇ、Ｂについての作用は説明を省略する。
ＬＥＤ１０ｒに電流が供給されると、図１に示すように、ＬＥＤ１０ｒから色光Ｒがテーパロッドレンズ２０に向けて射出される。

図５は、テーパロッドレンズの作用を説明する図である。
テーパロッドレンズ２０内に入射した色光Ｒは、図５に示すように、テーパロッドレンズ２０内で全反射を繰り返すことにより、その照度分布が均一化され端面２２に向けて伝搬する。また、色光Ｒが端面２２に向けて伝搬しながら、テーパロッドレンズ２０内で全反射するたびにコリメート化（平行光化）される。その後、色光Ｒは、端面２２からＷＧＰ３０に入射される。

ＷＧＰ３０に入射された色光Ｒ（ランダムな偏光）は、図３に示すように、まずＡｌリブ３１が形成された側の面に入射される。入射した色光Ｒは、そのうちのＡｌリブ３１の延在方向に平行な方向に振動するｓ偏光が反射され、Ａｌリブ３１の延在方向に垂直な方向（Ａｌリブが配列する方向）に振動するｐ偏光が透過する。

ＷＧＰ３０に反射された色光Ｒのｓ偏光は、テーパロッドレンズ２０内をＬＥＤ１０ｒに向けて伝搬し、ＬＥＤ１０ｒに入射する。ＬＥＤ１０ｒに入射した色光Ｒは、光源反射膜１１により再びＷＧＰ３０に向けて反射される。
このように、ＷＧＰ３０を透過しないｓ偏光は、ＷＧＰ３０と光源反射膜１１との間のテーパロッドレンズ２０内を行き来するが、Ｓ偏光は常にこの偏光方向を維持しているわけではなく、テーパロッドレンズ２０の内面で反射するときに偏光方向が回転して一部はＰ偏光に変換される。
そして、ｐ偏光の状態でＷＧＰ３０に到達するとＷＧＰ３０を透過することができる。

上述のようにして、ＷＧＰ３０を透過した色光Ｒのｐ偏光は、液晶ライトバルブ４０ｒに入射され、投射型表示装置に入力された映像信号に基づいて変調され、クロスダイクロイックプリズム６０に向けて射出される。
クロスダイクロイックプリズム６０には、同様に、映像信号に基づいて変調された色光Ｇのｐ偏光および色光Ｂのｐ偏光も入射される。これらの色光が、赤色光を反射するミラー面と青色光を反射するミラー面によって合成されてカラー画像を表す光が形成され、投射レンズ７０に向けて射出される。投射レンズ７０は、カラー画像を表す光をスクリーン７１に向けて拡大投射して、カラー画像を表示する。

上記の構成によれば、照明装置１ｒ、１ｇ、１ｂは、投射型液晶表示装置に適した均一な照度分布を持つｐ偏光を射出でき、偏光素子を新たに追加することなく、投射型液晶表示装置に用いることができ、投射型表示装置の小型化を図ることができる。
また、ＷＧＰ３０に反射されたｓ偏光は、光源反射膜１１とＷＧＰ３０との間を繰り返し反射している内に、ｐ偏光に変換され、ＷＧＰ３０を透過することができる。そのため、ＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出された光の利用効率の低下を防止することができ、投射型液晶表示装置の照明に適した明るい光を射出することができる。

ＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂとテーパロッドレンズ２０とが直接接触しているため、ＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出された光を、直接テーパロッドレンズ２０内に入射させることができる。そのため、ＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出された光が外部に漏れ難くなり、光の利用効率低下を防止することができる。

本実施の形態の照明装置１ｒ、１ｇ、１ｂは、一つのＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂに対して一つの液晶ライトバルブ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂを対応させた場合と比較して、より多くの光を液晶ライトバルブ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂに照射させることができる。そのため、本実施の形態の投射型表示装置は、明るい画像を表示することができる。

なお、上述のように、複数のテーパロッドレンズ２０およびＬＥＤに対して一つの液晶ライトバルブを配置してもよいし、図６に示すように、一つのテーパロッドレンズ２０およびＬＥＤに対して一つの液晶ライトバルブが配置されるようにしてもよい。
図６に示す構成をとることにより、複数のテーパロッドレンズ２０およびＬＥＤに対して一つの液晶ライトバルブを対応させた場合と比較して、照明装置１ｒ、１ｇ、１ｂの占めるスペースを小さくすることができ、照明装置１ｒ、１ｇ、１ｂの小型化を図ることができる。

図７は、テーパロッドレンズの他の実施形態を示す図である。
なお、テーパロッドレンズ２０は、上述のように光透過性材料のみから中実に形成されてもよいし、図７に示すように、その側面（光が入射する端面２１および光が射出する端面２２以外の面）に光を反射する反射膜２３が形成されていてもよい。
この構成によれば、テーパロッドレンズ２０の端面２１および端面２２以外の面に、全反射角よりも大きな角度で入射する光も反射することができ、光の照度分布をより均一化することができる。例えば、テーパロッドレンズ２０の端面２１および端面２２以外の面に反射膜２３が形成されていない場合と比較すると、全反射されないで透過していた光も反射でき、ＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出された光の利用効率を向上させることができる。

図８は、テーパロッドレンズの他の実施形態を示す図である。
なお、テーパロッドレンズ２０が、図８に示すように、反射面（光反射面）２４を設けたガラスまたは金属板などの反射板２５を筒状に貼り合わせが中空ロッドであってもよい。
この構成によれば、テーパロッドレンズ２０内に入射した光が、反射板２５により形成された筒形状の内面（反射面２４）を反射しながら伝搬するため、光の照度分布が均一化される。また、例えば、フライアイレンズと比較すると、素子の占めるスペースは小さく、照明装置の小型化を図ることができる。
また、反射板２５を金属板から形成し、テーパロッドレンズ２０を金属鏡筒として形成する場合には、テーパロッドレンズ２０を金属板からプレス加工で形成することができ、比較的容易に製造することができる。

図９（ａ）、（ｂ）は、テーパロッドレンズの他の実施形態を示す図である。
なお、上述のようにテーパ形状のテーパロッドレンズ２０を用いてもよいし、図９（ａ）に示すように、光を透過する材料から形成されるとともに、一方の端面２１から他方の端面２２に到るまで断面積、断面形状が変化しない中実な四角柱形状のロッドレンズ２０Ａを用いてもよいし、図９（ｂ）に示すように、反射面２４を設けた反射板２５を筒状に貼り合せた中空ロッドであってもよい。
この構成によれば、ロッドレンズの形状がテーパ形状の場合と比較して、ロッドレンズ２０Ａの占めるスペースが小さく、照明装置１ｒ、１ｇ、１ｂの小型化を図ることができる。

〔第１の実施形態の第１変形例〕
次に、本発明における第１の実施形態の第１変形例について図１０および図１１を参照して説明する。
本変形例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１０および図１１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１０は、本変形例における投射型表示装置を示す概略図である。
投射型表示装置は、図１０に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの異なる色光を射出する照明装置１０１ｒ、１０１ｇ、１０１ｂと、各色光を空間変調する液晶ライトバルブ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂと、変調された各色光を合成してカラー画像とするクロスダイクロイックプリズム６０と、カラー画像を投射する投射レンズ７０とから概略構成されている。

図１１は、本変形例の照明装置の概略図である。
照明装置１０１ｒ、１０１ｇ、１０１ｂは、図１１に示すように、照明光としての各色光を射出するＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂと、各色光の照度分布を均一化するロッドレンズ（導光素子）１２０と、ＷＧＰ３０とから構成されている。
ロッドレンズ１２０は、メインロッドレンズ（導光素子）１２１と、テーパロッドレンズ２０とから構成されている。メインロッドレンズ１２１は、例えばガラスや樹脂などの光透過性を有する材料から中実な四角柱形状に形成されているとともに、その一方の端面（光入射端面）１２２から他方の端面（光射出端面）１２３まで同一断面積および同一断面形状に形成されている。また、メインロッドレンズ１２１は、光が射出される端面１２３の形状が液晶ライトバルブの形状と一致するように形成されている。

次に、上記の構成からなる投射型表示装置における作用について説明する。
なお、ＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出された各色光についての作用は同一であるので、ＬＥＤ１０ｒから射出された色光Ｒについての作用を説明し、その他の色光Ｇ、Ｂについての作用は説明を省略する。
ＬＥＤ１０ｒに電流が供給されてから、ＷＧＰ３０から色光Ｒのｐ偏光が透過するまでの作用は、第１の実施の形態と同様であるので、図１および図２を示して、その説明を省略する。
ＷＧＰ３０を透過した色光Ｒのｐ偏光は、端面１２２からメインロッドレンズ１２１に入射し、メインロッドレンズ１２１内で全反射を繰り返し、その照度分布がさらに均一化され端面１２３から液晶ライトバルブ４０ｒに向けて射出される。
色光Ｒのｐ偏光が液晶ライトバルブ４０ｒに入射された後の作用は、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

上記の構成によれば、テーパロッドレンズ２０により照度分布が均一化された光を、メインロッドレンズ１２１内でさらに反射させて照度分布を均一化させている。そのため、本実施の形態の投射型表示装置は、明るさ分布がより均一な画像を表示することができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明における第２の実施の形態について図１２を参照して説明する。
本実施の形態に係る投射型表示装置は、固体光源から射出された白色光を、カラーフィルタを備えた液晶ライトバルブにより空間変調して、カラー画像を表示する単板式の投射型カラー表示装置である。なお、第１の実施の形態と同じ構成要素には、同じ符号を付しその説明を省略する。
図１２は、本実施の形態に係る投射型表示装置の概略を示す図である。
投射型表示装置は、図１２に示すように、白色光を射出する照明装置１５０と、白色光を空間変調してカラー画像を形成する液晶ライトバルブ（光変調手段）１６０と、カラー画像を投射する投射レンズ７０とから概略構成されている。

照明装置１５０は、照明光としての白色光を射出するＬＥＤ（固体光源）１０ｗと、白色光の照度分布を均一化するテーパロッドレンズ２０と、ＷＧＰ３０とから構成されている。
ＬＥＤ１０ｗは、電流が供給されると白色光を射出するとともに、ＬＥＤ１０ｗには、光射出側から入射した光を再びテーパロッドレンズ２０に向けて反射する光源反射膜１１が配置されている。

液晶ライトバルブ１６０は、画像を表示する画素がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス型の透過型液晶パネルから構成されており、Ｒ、Ｇ、Ｂの映像信号に基づいて入射した光を画素ごとに光の透過率を変える（空間変調する）ように駆動される。つまり、液晶ライトバルブの光透過性電極に印加する電圧を制御することにより、光の透過率を０％に近い値から１００％の間で制御している。
また、液晶ライトバルブ１６０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透過型液晶セルが使用されている。
さらに、液晶ライトバルブ１６０の光が入射する面には、白色光を液晶ライトバルブ１６０の画素に対応してＲ、Ｇ、Ｂの色光に変換するカラーフィルタ（図示せず）が配置されている。

次に、上記の構成からなる投射型表示装置における作用について説明する。
ＬＥＤ１０ｗに電流が供給されると、図１２に示すように、ＬＥＤ１０ｗから白色光がテーパロッドレンズ２０に向けて射出される。
テーパロッドレンズ２０内に入射した白色光は、その照度分布が均一化されるとともに、コリメート化（平行光化）され、端面２２からＷＧＰ３０に向けて射出される。

ＷＧＰ３０に入射された白色光（ランダムな偏光）のうち、Ａｌリブ３１（図３参照）の延在方向に平行な方向に振動するｓ偏光が反射され、Ａｌリブ３１の延在方向に垂直な方向（Ａｌリブが配列する方向）に振動するｐ偏光が透過する。

ＷＧＰ３０に反射された白色光のｓ偏光は、光源反射膜１１により再びＷＧＰ３０に向けて反射され、ＷＧＰ３０と光源反射膜１１との間のテーパロッドレンズ２０内を行き来する間に、偏光方向が回転して一部はｐ偏光に変換される。
そして、ｐ偏光の状態でＷＧＰ３０に到達するとＷＧＰ３０を透過することができる。

上述のようにして、ＷＧＰ３０を透過した白色光のｐ偏光は、カラーフィルタに入射して、液晶ライトバルブ１６０の画素に対応してＲ、Ｇ、Ｂの色光に変換される。変換されたＲ、Ｇ、Ｂの色光は、液晶ライトバルブ１６０に入射して映像信号に基づいて変調され、カラー画像を表す光が形成される。投射レンズ７０は、液晶ライトバルブ１６０により形成されたカラー画像を表す光をスクリーン７１に向けて拡大投射して、カラー画像を表示する。

上記の構成によれば、三板式の投射型表示装置と比較して、照明装置の数、液晶ライトバルブの数が少なく、クロスダイクロイックプリズムを省略することができるため、投射型表示装置の小型化を図りやすくすることができる。

〔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１３から図１５を参照して説明する。
本実施の形態に係る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１３および図１５を用いて照明装置周辺のみを説明し、クロスダイクロイックプリズム等の説明を省略する。
図１３は、本実施の形態に係る投射型表示装置の概略を示す図である。
投射型表示装置は、図１３に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの異なる色光を射出する照明装置１７０ｒ、１７０ｇ、１７０ｂと、各色光を空間変調する液晶ライトバルブ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂと、変調された各色光を合成してカラー画像とするクロスダイクロイックプリズム６０と、カラー画像を投射する投射レンズ７０とから概略構成されている。

照明装置１７０ｒ、１７０ｇ、１７０ｂは、照明光としての各色光を射出するＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂと、各色光の照度分布を均一化するテーパロッドレンズ２０と、同じく照度分布を均一化する光拡散素子１８０とから構成されている。

図１４は、本実施の形態の光拡散素子を説明する図である。
光拡散素子１８０は、図１３に示すように、テーパロッドレンズ２０の端面２２と同一形状に形成されるとともに、端面２２と直接接触するように配置されている。
また、光拡散素子１８０は、図１４に示すように、例えばガラスや樹脂などの透光性材料からなる基板１８１上に、同じく透光性材料からなる多数の台形柱１８２が形成された光拡散素子である。光は基板１８１側から入射し、台形柱１８２から射出されるときに周囲との屈折率の違いにより屈折して射出される。
なお、上述のように光拡散素子１８０として台形柱１８２が形成されたものを用いてもよいし、図１５（ａ）に示すように、透光性材料からなる多数の三角柱１８３が形成されたものでもよいし、図１５（ｂ）に示すように、透光性材料からなる多数の半円柱１８４が形成されたものでもよいし、図１５（ｃ）に示すように、透光性材料からなる多数の半球１８２が形成されたものでもよい。

なお、上述のように光拡散素子１８０とテーパロッドレンズ２０とを別々に形成してもよいし、テーパロッドレンズ２０の端面２２に直接光拡散素子１８０を形成してもよい。
なお、上述のように、光拡散素子１８０を端面２２上に接触するように配置してもよいし、テーパロッドレンズ２０の中、つまり端面２１と端面２２との間に配置してもよい。

次に、上記の構成からなる投射型表示装置における作用について説明する。
なお、ＬＥＤ１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから射出された各色光についての作用は同一であるので、ＬＥＤ１０ｒから射出された色光Ｒについての作用を説明し、その他の色光Ｇ、Ｂについての作用は説明を省略する。
ＬＥＤ１０ｒに電流が供給されると、図１３に示すように、ＬＥＤ１０ｒから色光Ｒがテーパロッドレンズ２０に向けて射出される。

テーパロッドレンズ２０内に入射した色光Ｒは、その照度分布が均一化されるとともに、コリメート化（平行光化）されて端面２２から射出される。
端面２２から射出された色光Ｒは、図１４に示すように、光拡散素子１８０の基板１８１側から入射する。そして、台形柱１８２から射出されるときに周囲との屈折率の違いにより屈折して射出され、さらにその照度分布が均一化される。

光拡散素子１８０から射出された色光Ｒは、液晶ライトバルブ４０ｒに入射され、投射型表示装置に入力された映像信号に基づいて変調され、クロスダイクロイックプリズム６０に向けて射出される。
クロスダイクロイックプリズム６０には、同様に、映像信号に基づいて変調された色光Ｇおよび色光Ｂも入射される。これらの色光が、赤色光を反射するミラー面と青色光を反射するミラー面によって合成されてカラー画像を表す光が形成され、投射レンズ７０に向けて射出される。投射レンズ７０は、カラー画像を表す光をスクリーン７１に向けて拡大投射して、カラー画像を表示する。

上記の構成によれば、光拡散素子１８０が、テーパロッドレンズ２０の光射出端面２２に配置されているため、テーパロッドレンズ２０により照度分布が均一化された光を、光拡散素子１８０によりさらに均一化され、照度分布がより均一化された光を射出することができる。そのため、新たに照度分布を均一化する手段を追加することなく、照度分布をさらに均一化することができ、投射型表示装置の小型化を図ることができる。

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、ＷＧＰ３０と、光拡散素子１８０とを別々に備えた実施の形態に適応して説明したが、このように、ＷＧＰ３０と、光拡散素子１８０とを別々に備えた実施の形態に限られることなく、ＷＧＰ３０と、光拡散素子１８０とをともに備えた実施の形態など、その他各種の実施の形態に適応することができるものである。
なお、ＷＧＰ３０と、光拡散素子１８０とをともに備えた実施の形態の場合、ＬＥＤ側からＷＧＰ３０、光拡散素子１８０の順に配置することが望ましい。この配置とすることにより、光源反射膜１１とＷＧＰ３０とによる光のリサイクル効率低下を防止することができる。

本発明による第１の実施の形態に係る投射型表示装置の概略図である。 同、テーパロッドレンズの斜視図である。 同、ＷＧＰを説明する図である。 同、テーパロッドレンズの別の実施形態を示す図である。 同、テーパロッドレンズの作用を説明する図である。 第１の実施の形態に係る別の投射型表示装置の概略図である。 同、テーパロッドレンズの別の実施形態を示す図である。 同、テーパロッドレンズの別の実施形態を示す図である。 同、テーパロッドレンズの別の実施形態を示す図である。 同、変形例における投射型表示装置を示す概略図である。 同、本変形例の照明装置の概略図である。 第２の実施の形態に係る投射型表示装置の概略図である。 第３の実施の形態に係る投射型表示装置の概略図である。 同、光拡散素子を説明する図である。 同、光拡散素子の別の実施の形態を説明する図である。

符号の説明

１ｒ、１ｇ、１ｂ、１０１ｒ、１０１ｇ、１０１ｂ、１５０、１７０ｒ、１７０ｇ、１７０ｂ・・・照明装置、 １０ｒ、１０ｇ、１０ｂ、１０ｗ・・・ＬＥＤ（固体光源）、 ２０・・・テーパロッドレンズ（導光素子）、 ２１・・・端面（光入射端面）、２２・・・端面（光射出端面）、 ２３・・・反射膜、 ２４・・・反射面（光反射面）、 ２５・・・反射板、 ３０・・・ＷＧＰ（反射型偏光素子）、 ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂ、１６０・・・液晶ライトバルブ（被照明対象、光変調手段）、 ７０・・・投射レンズ（投射手段）、 １２０・・・ロッドレンズ（導光素子）、 １２１・・・メインロッドレンズ（導光素子）、 １２２・・・端面（光入射端面）、 １２３・・・端面（光射出端面）、 １８０・・・光拡散素子

Claims (12)

1. 光を射出する固体光源と、前記固体光源から射出された光の照度分布を均一化する導光素子と、前記固体光源から射出された光が入射される反射型偏光素子と、を有し、
   前記反射型偏光素子が、前記導光素子の内部または光射出端面に配置され、
   前記固体光源は、前記反射型偏光素子により反射された光を反射することを特徴とする照明装置。
2. 光を射出する固体光源と、前記固体光源から射出された光の照度分布を均一化する導光素子と、前記固体光源から射出された光が入射される光拡散素子と、を有し、
   前記光拡散素子が、前記導光素子の内部または光射出端面に配置されていることを特徴とする照明装置。
3. 前記導光素子の光入射端面が、少なくともその外周部において、前記固体光源の光射出側の面と直接接触してい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。
4. 前記導光素子が、光透過性材料の無垢材から形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記導光素子の光入射端面および光射出端面以外の面に、光を反射する反射膜が形成されていることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
6. 前記導光素子が、光を反射する反射板を筒形状に配置して構成され、
   筒形状の内面が、前記反射板の光反射面により構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
7. 前記導光素子の光射出端面の形状が、被照明対象の形状と相似形であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の照明装置。
8. 前記導光素子の形状が、前記固体光源から被照明対象に向けて、その断面積が一定であるストレート形状であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。
9. 前記導光素子の形状が、前記固体光源から被照明対象に向けて、その断面積が広くなるテーパ形状であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。
10. 一つの前記固体光源に対して、一つの被照明対象が対応していることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の照明装置。
11. 複数の前記固体光源に対して、一つの被照明対象が対応していることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の照明装置。
12. 光を照射する照明装置と、照射された光を変調する光変調手段と、変調された光を投射する投射手段と、を有する投射型表示装置であって、
    前記照明装置が、請求項１から請求項１１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。

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