JP2005274957A

JP2005274957A - プロジェクタ

Info

Publication number: JP2005274957A
Application number: JP2004087876A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Inamoto; 雅之稲本
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06
Also published as: US7258453B2; US20050213058A1

Abstract

【課題】白色光発光ダイオードを用いながらも白色光発光ダイオードから漏れ出る紫外線が液晶パネルに照射されるのを防止することができる。
【解決手段】液晶プロジェクタ１０には、照明光学系１１、ミラー１２、ダイクロイックミラー１３，１４、３枚の透過型の液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ、クロスダイクロイックプリズム１６、投映レンズ１７、スクリーン１８、照明装置１９が設けられている。照明装置１９は、光源２９、ロッドインテグレータ３０、紫外線吸収板３１を備える。光源２９を、白色ＬＥＤ３２、ベース部材３３、複数の集光レンズ３４を備えたレンズアレイ３５から構成する。ロッドインテグレータ３０の入射面３０ａに、紫外線吸収板３１を取り付ける。紫外線吸収板３１を、白色ＬＥＤ３２が照射した光のうちの紫外線を吸収し、白色の光を透過するような材質から構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像などの情報が付与された光をスクリーンに投映してスクリーン上で画像を表示するプロジェクタに関するものである。

画像などの情報が付与された光をスクリーンに投映してスクリーン上で画像を表示するプロジェクタとして、液晶パネルを用いたものやＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）を用いたものが知られている。液晶パネルを用いた液晶プロジェクタでは、液晶パネルに照射した光を透過させたり、あるいは、照射した光を液晶パネルで反射させることによって、液晶パネルに表示された画像情報をスクリーンに投映させる。スクリーン上では液晶パネルで表示された画像情報が拡大して表示される。

液晶プロジェクタには、液晶パネルに光を照射するための照明装置が設けられ、照明装置の前方には、照明装置から照射された光を液晶パネルに均一に照射するための照明光学系が設けられている。照明光学系には、レンズや偏光変換素子等が含まれており、照明装置から照射された光は照明光学系を介して液晶パネルに照射される。液晶パネルには明るく均一な光が照射されることが好ましく、そのためには、照明装置から照射される光は高輝度で、かつその光束が均一であることが望まれる。このため、照明装置には、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなど、液晶パネルの画像を投映させるのに必要な輝度（高輝度）の光を照射することが可能な高輝度放電ランプを用いるのが一般的であった。

ところが、高輝度放電ランプは発熱するため、ランプを冷却する大型の冷却装置を設ける必要があるが、冷却装置を設けると、照明装置が大型化し、さらに、プロジェクタの製造コストが増加するという問題があった。また、高輝度の光を照射するために消費する電力の削減や高輝度放電ランプを使用することが可能な期間をさらに長期間にするなど、プロジェクタを使用する際のコストの削減が望まれている。

このため、最近では、高輝度放電ランプに換えて発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と称する）を照明装置として用いることが考えられている。ＬＥＤは前述した高輝度放電ランプと比較して、小型で軽量、消費する電力が少ない、寿命が長い、低電圧でその駆動が可能、点灯の制御が行われた際に応答する速度が速いなどの面で有利である。しかし、ＬＥＤから照射される光は広範囲にわたって拡散されるため、例えば特許文献１では、ＬＥＤから照射された光をレンズで結像する方法が提案されている。また、照明装置として用いられるＬＥＤとしては、白色光を発する白色ＬＥＤが用いられる。

特開２００３−１８６１１０号公報

白色発光するＬＥＤにはいくつかの方式があり、そのうちの１つの方式として、紫外線を発生する素子と、その紫外線を受けて発光する白色蛍光体（数種類の原色蛍光体が混合されたもの）を組み合わせたものがあるが、発生した紫外線の全てが白色光に変換されるのではなく、一部はそのまま外に漏れてしまうことがあり、さらに、その他の方式のＬＥＤにおいても、素子の構成によっては紫外線の漏出が避けられないものがある。また、液晶パネルの配向膜は紫外線に弱く、現状の液晶パネルの寿命は紫外線の総照射量に大きく影響されている。したがって、ＬＥＤを照明装置として液晶プロジェクタを構成する場合、この漏れ出てくる紫外線の処理が重要となるが、特許文献１を始め、これまであまり考慮されていなかった。

本発明は、白色光発光ダイオードを用いながらも白色光発光ダイオードから漏れ出る紫外線が液晶パネルに照射されるのを防止することができるプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明のプロジェクタは、光を発する発光ダイオードと、前記発光ダイオードから発せられた光が入射され、入射された光を変調して画像光として出射する画像表示素子と、前記発光ダイオードと前記画像表示素子との間に設けられ、紫外線が前記画像表示素子に入射されるのを防止する紫外線入射防止部材とを備えたことを特徴とする。

なお、前記紫外線入射防止部材は、前記紫外線を吸収または反射する部材から構成されていることが好ましい。

本発明のプロジェクタによれば、光を発する発光ダイオードと、発光ダイオードから発せられた光が入射され、入射された光を変調して画像光として出射する画像表示素子と、発光ダイオードと画像表示素子との間に設けられ、紫外線が画像表示素子に入射されるのを防止する紫外線入射防止部材とを備えたから、発光ダイオードを用いながらも発光ダイオードから漏れ出る紫外線が前方に照射され、画像表示素子に入射されるのを防止することができる。

なお、紫外線入射防止部材は、紫外線を吸収または反射する部材から構成されているから、発光ダイオードから漏れ出る紫外線が前方に照射され、画像表示素子に入射されるのを確実に防止することができる。

図１において、液晶プロジェクタ１０には、照明光学系１１、照射された光の照射方向を変化させるためのミラー１２、ダイクロイックミラー１３，１４、３枚の透過型の液晶パネル（画像表示素子）１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ、クロスダイクロイックプリズム１６、投映レンズ１７、スクリーン１８、照明装置１９が設けられている。

照明光学系１１は、レンズ２０、偏光変換素子２１を備えている。照明装置１９からは、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）を含む白色の光が下流側に照射される。照明装置１９から照射された光はレンズ２０に入射する。レンズ２０に入射した光は平行光となってレンズ２０の下流側に照射される。偏光変換素子２１は、レンズ２０の下流側に配置されている。偏光変換素子２１は、照明装置１９から照射された光を透過させることによって、特定の偏波面を持たないＲ光、Ｇ光、Ｂ光をＳ偏光に変換する。偏光変換素子２１を透過した各色光は、ミラー１２で反射してダイクロイックミラー１３に入射する。

ダイクロイックミラー１３は、白色光に含まれるＢ光を透過し、Ｒ光及びＧ光を反射することによりＢ光を分離する。分離されたＢ光はミラー１２で反射して液晶パネル１５Ｂに入射する。ダイクロイックミラー１３を反射したＲ光及びＧ光は、ダイクロイックミラー１４に入射する。ダイクロイックミラー１４はＲ光を透過し、Ｇ光を反射してＲ光とＧ光を分離する。ダイクロイックミラー１４を透過したＲ光はミラー１２で反射して液晶パネル１５Ｒに入射する。ダイクロイックミラー１４で反射したＧ光は、液晶パネル１５Ｇに入射する。

液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂでは、入射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれに画像情報が付与される。液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを透過したＲ光、Ｇ光、Ｂ光の光束は、クロスダイクロイックプリズム１６に入射する。クロスダイクロイックプリズム１６は、４つの直角プリズムを組み合わせからなる。クロスダイクロイックプリズム１６は、Ｒ光を反射するＲ光反射面１６ａと、Ｂ光を反射するＢ光反射面１６ｂの２種類のダイクロイック面を有しており、Ｒ光反射面１６ａとＢ光反射面１６ｂが互いに直交するように直交プリズムは配置されている。

液晶パネル１５Ｒを透過したＲ光がＲ光反射面１６ａで反射すると、その照射方向が投映レンズ１７に向かうように液晶パネル１５Ｒを透過した方向と直交する方向に変化する。これにより、Ｒ光は投映レンズ１７に入射する。液晶パネル１５Ｇを透過したＧ光は、Ｒ光反射面１６ａ及びＢ光反射面１６ｂを透過して直進し、投映レンズ１７に入射する。液晶パネル１５Ｂを透過したＢ光がＢ光反射面１６ｂで反射すると、その照射方向が投映レンズ１７に向かうように液晶パネル１５Ｂを透過した方向と直交する方向に変化する。これにより、Ｂ光は投映レンズ１７に入射する。投映レンズ１７は、クロスダイクロイックプリズム１６によって合成された各色の光束を拡大投映して図示しないスクリーン１８上に結像させる。これにより、スクリーン１８上に画像情報が表示される。

図２及び図３に示すように、照明装置１９は、光源２９と、ロッドインテグレータ３０と、紫外線吸収板（紫外線入射防止部材）３１とを備える。

光源２９は、白色の光を照射する複数の白色ＬＥＤ（発光ダイオード）３２、白色ＬＥＤ３２が取り付けられるベース部材３３、白色ＬＥＤから照射された光を集光する複数の集光レンズ３４を備えたレンズアレイ３５から構成されている。

白色ＬＥＤ３２は、ベース部材３３に取り付けるための取付部３２ａと光を照射する部分である照射部３２ｂとを備えている。ベース部材３３は、内部が中空な半球状に形成されており、その外周面には所定の間隔を空けて配置された複数の孔３３ａが形成されている。孔３３ａには、照射部３２ｂがベース部材３３の内側を向くように、取付部３２ａが嵌め込まれている。これにより、ベース部材３３に白色ＬＥＤ３２が取り付けられている。

レンズアレイ３５には、孔３３ａと同じ間隔となるように複数の集光レンズ３４が取り付けられている。ベース部材３３の平らな前面には、内部の中空な部分と連通する開口３３ｂが形成されており、レンズアレイ３５は開口３３ｂから挿入され、ベース部材３３の内部に取り付けられる。レンズアレイ３５が取り付けられると、複数の集光レンズ３４のそれぞれがベース部材３３に取り付けられた白色ＬＥＤ３２の照射部３２ｂと対面する。なお、白色ＬＥＤ３２の発熱量は集光レンズ３４の材料として樹脂を用いることが可能な程度であるため、レンズアレイ３５には集光レンズ３４を樹脂によって一体型に成形して取り付けることが好ましい。これにより、レンズアレイ３５が複雑な形状になっても簡単に製造することができる。

ロッドインテグレータ３０は、透明な材料を用いて四角柱形状となるように形成されている。ロッドインテグレータ３０では、その長手方向の一端側の面で開口３３ａと対面する面が、白色ＬＥＤ３２が照射した光が入射する入射面３０ａ、また、その長手方向において、入射面３０ａと反対側の面が入射面３０ａから入射した光を外部に照射する照射面３０ｂとなっている。

ロッドインテグレータ３０の入射面３０ａには、紫外線吸収板（紫外線入射防止部材）３１が取り付けられており、この紫外線吸収板３１は、白色ＬＥＤ３２が照射した光のうちの紫外線（おおむね波長４３０ｎｍ以下の光）を吸収し、白色の光を透過するような材質から構成されている。これにより、紫外線吸収板３１よりも下流側のロッドインテグレータ３０、レンズ２０、液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ等に紫外線が入射するのを防止することができる。

図４に示すように、ベース部材３３に白色ＬＥＤ３２が取り付けられた状態で、白色ＬＥＤ３２から光が照射されると、白色ＬＥＤ３２から照射された光の照射範囲の中心となる軸である照射軸３２ｃが放射状となって、かつ、照射軸３２ｃが一定の範囲内で交わるようになっている。そして、ロッドインテグレータ３０は、ベース部材３３の開口３３ａの前方で、その入射面３０ａが照射軸３２ｃの交わる範囲内に位置するように設けられている。

白色ＬＥＤ３２から照射され、紫外線吸収板３１により紫外線が吸収された光が入射面３０ａに入射すると、入射した光がその内面で全反射した後に略均一な平行光束となって照射面３０ｂから外部に照射される。これにより、白色ＬＥＤ３２から照射された光の照射方向が変化して所定の範囲に略均一な明るさで照射される。

ここで、図５に示すように、白色ＬＥＤ３２から照射された光は照射軸３２ｃで最もその輝度が高く、周辺に向かうにつれて次第のその輝度が下がってしまうという特性がある。このため、白色ＬＥＤ３２から照射された光をロッドインテグレータ３０を用いずに利用すると、スクリーン１８上に画像情報は、中心部が明るく周辺部に向かうにつれて暗くなってしまう。このため、液晶プロジェクタ１０では、ロッドインテグレータ３０を用いることにより、均一な明るさの画像情報を得ることを可能にしている。

なお、ロッドインテグレータ３０を形成する材料としては、例えばガラスやアクリルなどの透明な樹脂など、光の屈折率が空気と異なる透明な材料であれば適宜の材料を用いてよい。また、ロッドインテグレータ３０の形状は四角柱形状に限らず適宜形状にしてよく、その内部が中空な筒状にしてもよい。内部を中空にした場合は、光が内面で反射する回数が増えるので、光が照射面から照射されたときに、より均一な平行光束を得ることが可能になる。

次に、上記のように構成された液晶プロジェクタの作用について説明する。白色ＬＥＤ３２から光が照射されると、照射された光が集光レンズ３４で集光されて、ロッドインテグレータ３０の入射面３０ａに向けて照射される。ロッドインテグレータ３０の入射面３０ａに向けて照射される光は、紫外線吸収板３１により紫外線が吸収されて入射面３０ａに入射する。これにより、紫外線吸収板３１よりも下流側のロッドインテグレータ３０、レンズ２０、液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ等に紫外線が入射するのを防止することができる。また、各白色ＬＥＤ３２から照射された光の照射軸３２ｃが一定の範囲内で交わるように白色ＬＥＤ３２が配置されているため、高輝度の光を入射面３０ａから入射させることができる。

入射面３０ａから入射した光は、ロッドインテグレータ３０の内面で全反射した後に略均一な平行光束となって照射面３０ｂから外部に照射される。これにより、白色ＬＥＤ３２から照射された光の照射方向が変化して所定の範囲に略均一な明るさで照射される。ロッドインテグレータ３０から照射された光はクロスダイクロイックプリズム１６や投映レンズ１７を経てスクリーン１８上に投映される。

このように、ロッドインテグレータ３０の入射面３０ａに向けて照射される光は、紫外線吸収板３１により紫外線が吸収されて入射面３０ａに入射するから、紫外線吸収板３１よりも下流側のロッドインテグレータ３０、レンズ２０、液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ等に紫外線が入射するのを防止することができるため、紫外線が入射されるとその配向膜が壊れやすい液晶パネル１５Ｒ, １５Ｇ, １５Ｂを防護することができる。

なお、上記実施形態では、ロッドインテグレータ３０の入射面３０ａに紫外線吸収板３１を取り付けたが、これに限定されることなく、白色ＬＥＤ３２が照射した光のうちの紫外線が液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに入射するのを防止することができればよく、例えば、ロッドインテグレータ３０の照射面３０ｂや、レンズ２０の入射面等に紫外線吸収板３１を取り付けてもよく、紫外線吸収板３１を取り付ける位置は適宜変更されるものである。

また、上記実施形態では、紫外線入射防止部材として、白色ＬＥＤ３２が照射した光のうちの紫外線を吸収し、白色の光を透過するような材質から構成した紫外線吸収板３１を用いたが、これに限定されることなく、白色ＬＥＤ３２が照射した光のうちの紫外線が液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに入射するのを防止することができればよく、紫外線入射防止部材として、白色ＬＥＤ３２が照射した光のうちの紫外線を反射し、白色の光を透過するような材質から構成された紫外線反射板を用いてもよい。

さらに、光源のＬＥＤは白色に限定されるものではなく、例えば、Ｒ，Ｇ, Ｂの３色のＬＥＤを組み合わせて光源とするプロジェクタにおいても用いることができる。

また、本発明は、液晶パネルに照射した光を透過させる透過型の液晶プロジェクタ１０に限らず、例えば液晶パネルに照射した光を反射させる反射型の液晶プロジェクタやＤＭＤを用いたプロジェクタなど、他のプロジェクタに適用してよい。

プロジェクタの概略的な構成を示す説明図である。照明装置の外観斜視図である。光源の断面図である。白色ＬＥＤから照射された光の照射方向を示す説明図である。白色ＬＥＤから照射された光の照射範囲を示す説明図である。

符号の説明

１０液晶プロジェクタ（プロジェクタ）
１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ液晶パネル（画像表示素子）
２０レンズ
２９光源
３０ロッドインテグレータ
３０ａ入射面
３０ｂ照射面
３１紫外線吸収板（紫外線入射防止部材）
３２白色ＬＥＤ（発光ダイオード）

Claims

光を発する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードから発せられた光が入射され、入射された光を変調して画像光として出射する画像表示素子と、
前記発光ダイオードと前記画像表示素子との間に設けられ、紫外線が前記画像表示素子に入射されるのを防止する紫外線入射防止部材とを備えたことを特徴とするプロジェクタ。
前記紫外線入射防止部材は、前記紫外線を吸収または反射する部材から構成されていることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。