JP2005284185A

JP2005284185A - 照明装置及び投写型映像表示装置

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Publication number: JP2005284185A
Application number: JP2004101328A
Authority: JP
Inventors: Taketaka Kurosaka; 剛孝黒坂; Takashi Ikeda; 貴司池田; Hideyuki Kanayama; 秀行金山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP4169720B2

Abstract

【目的】光束の高密度化が行える照明装置及び投写型映像表示装置を提供する。
【構成】照明装置１はＬＥＤアレイ５１を４つ備えている。ＬＥＤアレイ５１は複数のＬＥＤ５が同一平面内に２列並べられて成る。支持部材１１には、Ｘ軸に対して反時計回りに４５°傾いた支持面１１ａとＸ軸に平行な鏡面（正反射面）１１ｂとが交互に形成されている。前記ＬＥＤアレイ５１は支持面１１ａに設けられている。各ＬＥＤ５の主光線軸は支持面１１ａに対して垂直である。各ＬＥＤ５から出射された光は鏡面１１ｂにて正反射される。また、支持部材１１は金属などの熱電導性に優れた素材から成る。正反射部材１３は、鏡面部材から成り、前記鏡面１１ｂにて反射された光を受けてＹ軸方向（Ｙ軸はＸ軸に対して垂直である）に反射する。また、正反射部材１３の端部（非出射側）には、前記鏡面１１ｂと同様の反射機能を有する垂直鏡面部１３ａが形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、照明装置及び投写型映像表示装置に関する。

液晶プロジェクタなどに用いられる照明装置としては、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等のランプと、その照射光を平行光化するパラボラリフレクタから成るものが一般的である。更に、近年においては、発光素子を光源として用いることも試みられている。そして、発光素子を光源とし、光束の高密度化を図る技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−１７７３５３号

しかしながら、上記従来の光束の高密度化技術では、高価なホログラム素子を用いるため、照明装置が割高になるという不満がある。また、単に光束を高密度化しようとしても、各発光素子の発熱のために、同一平面内に集積する発光素子の密度には限界がある。

この発明は、上記事情に鑑み、高価なホログラム素子を用いずに光束の高密度化が行える照明装置及び投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の照明装置は、上記の課題を解決するために、複数の発光素子を同一平面内に配置して成る発光素子アレイと、各発光素子アレイの前記平面が相互に不一致となるように各発光素子アレイを支持する支持部材と、受けた光を正反射する正反射部材と、各発光素子から出射された光を前記正反射部材に導くために前記支持部材又は前記正反射部材に形成された正反射面領域と、を有し、各発光素子の出射光は、前記正反射面領域及び前記正反射部材にて順次反射され、発光素子の光が重畳されて照明対象物に導かれることを特徴とする。

上記の構成であれば、前記正反射部材や正反射面領域を用いて各発光素子アレイからの光を反射させるので、高価なホログラム素子を用いずに光束の高密度化が行える。そして、各発光素子アレイは、各発光素子アレイの前記平面が相互に不一致となるように支持されるので、全ての発光素子を同一平面に配置する構造に比べて空間的な素子密度は低くなり、放熱性も向上する。

上記構成の照明装置において、前記正反射部材は、光を鏡面反射する鏡面部材又は光を全反射するプリズム部材から成るのがよい。また、これら構成において、前記正反射部材は光を重畳するインテグレート機能を備えるのがよい。

また、この発明の照明装置は、複数の発光素子を同一平面内に列状に配置して成る発光素子アレイと、各発光素子アレイを傾斜対向面上でそれぞれ支持する支持部材と、を有し、前記傾斜対向面はそれぞれ正反射面を成しており、各発光素子の出射光は、向かい側の傾斜対向面にて反射され、発光素子の光が重畳されて照明対象物に導かれることを特徴とする。

上記の構成であれば、前記傾斜対向面（正反射面）を用いて各発光素子アレイからの光を反射させるので、高価なホログラム素子を用いずに光束の高密度化が行える。そして、各発光素子アレイは、傾斜対向面上でそれぞれ支持されるので、全ての発光素子を同一平面に配置する構造に比べて空間的な素子密度は低くなり、放熱性も向上する。

これら構成の照明装置において、前記支持部材は熱伝導性に優れた素材から成るのがよい。また、前記支持部材に当該支持部材の熱を奪う冷却手段が形成又は装着されているのがよい。

また、この発明の投写型映像表示装置は、前記照明装置からの光を受けるライトバルブと、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、高価なホログラム素子を用いずに光束の高密度化が行える。そして、全ての発光素子を同一平面に配置する構造に対して空間的な素子密度は低くなり、放熱性も向上する。

以下、この発明の実施例の照明装置及び投写型映像表示装置を図１乃至図６に基づいて説明していく。

図１は照明装置１を示した図である。この照明装置１はＬＥＤアレイ５１を４つ備えている。ＬＥＤアレイ５１は複数のＬＥＤ（発光ダイオード）５が同一平面内に２列で並べられて成る。各ＬＥＤ５は平行光化用のレンズを備えるのがよい。なお、この図には、同一平面内に８列に並べられたＬＥＤアレイ６を点線で示している。このＬＥＤアレイ６は、発熱に配慮した最も高い素子密度で設けられているとする。このＬＥＤアレイ６において、２列ずつセットにし、時計回りにそれぞれ４５°回転させたものがＬＥＤアレイ５１…の並びに相当する。隣接するＬＥＤアレイ５１からの光を重畳することにより、同一平面上では実現できない密度で光束を集積することができる。

支持部材１１には、Ｘ軸に対して反時計回りに４５°傾いた支持面１１ａとＸ軸に平行な鏡面（正反射面）１１ｂとが交互に形成されている。前記ＬＥＤアレイ５１は支持面１１ａに設けられている。各ＬＥＤ５の主光線軸は支持面１１ａに対して垂直である。各ＬＥＤ５から出射された光は鏡面１１ｂにて正反射される。また、支持部材１１は金属などの熱伝導性に優れた素材から成る。支持部材１１の底面には放熱板１２が設けられている。支持部材１１と放熱板１２は別部材である必要はなく、一体的に形成されたものでもよい。前記放熱板１２に替えて或いは放熱板と共に水冷配管等を設けてもよい。

正反射部材１３は、鏡面部材から成り、前記鏡面１１ｂにて反射された光を受けてＹ軸方向（Ｙ軸はＸ軸に対して直交する）に反射する。また、正反射部材１３の端部（非出射側）には、前記鏡面１１ｂと同様の反射機能を有する垂直鏡面部１３ａが形成されている。

前述したＬＥＤアレイ６におけるＬＥＤ間隔（ピッチ）をＡとする。また、隣接するＬＥＤアレイ５１同士のＬＥＤ光の主光線間隔をＢとすると、Ｂ＜Ａの関係が実現される。すなわち、同一平面上に配置するよりも光束密度が向上したものとなる。また、各ＬＥＤアレイ５１の配置箇所に対して紙面垂直方向に送風が行えるので、ＬＥＤアレイ５１の温度上昇を抑えることが容易である。

なお、正反射部材１３により反射されて得られる出射光束の縦横比は照明対象物（例えば、液晶表示パネル）の縦横比にほぼ同じに設定されるのがよい。また、前記出射光束を受ける位置に一対のフライアイレンズから成るインテグレータレンズを備えるのがよい。前記インテグレータレンズを備えることにより、照明対象物上での光束断面の光強度を均一化することができる。

前記インテグレータレンズを用いる場合には、偏光変換装置を備えることもできる。偏光変換装置は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成される。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、インテグレータレンズからの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路変更されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射され、その前側（光出射側）に設けてある前記位相差板によってＰ偏光に変換されて出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光は、そのまま出射される。すなわち、この場合には、ほぼ全ての光はＰ偏光に変換される。

上記の例では、正反射部材１３を鏡面部材としたが、これに替えて、図２に示すように、光を重畳するインテグレート機能を備える正反射部材１４を用いてもよいものである。正反射部材１４は例えばガラスプリズムから成る。正反射部材１４は、ＬＥＤ５の主光線軸に垂直となる光入射面１４ａ、前記鏡面１１ｂと同様の反射機能を有する正反射面１４ｂ、及び前記正反射面１４ｂにて反射された光を受けて反射する正反射面１４ｃ、光を出射する光出射面１４ｄを有している。正反射面１４ｂ及び正反射面１４ｃは鏡面反射又は全反射を行う。正反射面１４ｃを反射した光は、正反射部材１４の内側で反射を繰り返し、強度分布が均一化されて、光出射面１４ｄから出射する。このような光インテグレート機能を備える正反射部材１４を用いれば、光出射面１４ｄにおいて光束断面の光強度を均一化することができ、インテグレータレンズを備えなくてよい。ガラスプリズムを用いることに限定されるものではなく、中空（内面が鏡面）構造で光インテグレート機能を備えることもできる。なお、このような光インテグレート機能を有する正反射部材を用いた照明装置を照明装置１０とする（図６参照）。

偏光変換装置を光インテグレート機能を有する正反射部材の光出射側に設けてもよい。この場合の偏光変換装置は光インテグレート機能を有する正反射部材の光出射部の大きさに対応した単一のＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）と、このＰＢＳにおける偏光分離膜に平行に設けられたミラーと、前記ミラー又はＰＢＳの光出射側に設けた位相差板とを備えればよい。ただし、この場合には、偏光変換装置の光出射部の大きさは光インテグレート機能を有する正反射部材の光出射部の大きさの２倍になる。従って、偏光変換装置の光出射部の全体形状が照明対象物（表示パネル）の縦横比に略一致させるのが望ましい。この場合、液晶パネルの縦横比をＡ：Ｂとすると、光インテグレート機能を有する正反射部材の出射光断面の縦横比は例えばＡ／２：Ｂとなる。上記偏光変換装置を用いる構成は、後述する構成例において光インテグレート機能を有する正反射部材を備える場合或いはロッドインテグレータを備える場合においても同様に適用できる。

図３には、照明装置２を示している。なお、説明の便宜上、図１に示した部材と同一の部材には同一の符号を付記している。ＬＥＤアレイ５２は、ＬＥＤ５が同一平面内に２列並べられて成るものであるが、ＬＥＤ５の主光線軸は前記平面に対して４５°傾けられている。支持部材２１にはＸ軸に平行な支持面２１ａが形成されており、この支持面２１ａにＬＥＤアレイ５２が支持されている。ＬＥＤ５の出射光は、Ｘ軸に平行な鏡面（正反射面）２１ｂにて反射される。この場合、ＬＥＤの間隔をＣ、出射面上での主光線の間隔をＤとすると、Ｃ＞Ｄが成り立つので、ＬＥＤの素子間隔に対して主光線間隔が縮められ、空間的な素子密度を更に低くすることができる。なお、照明装置２においても、前述したインテグレータレンズや光インテグレート機能を有する正反射部材を用いることができる。

図４には、照明装置３を示している。なお、説明の便宜上、図１に示した部材と同一の部材には同一の符号を付記している。支持部材３１は、図１の支持部材と同様に山部と谷部が交互に形成された鋸歯形状を有するものであり、谷部の最深部を通るＸ軸に対して反時計回りに３０°傾いた支持面３１ａと、同Ｘ軸に対して時計回りに１５°傾いた鏡面（正反射面）３１ｂとを交互に有する。前記ＬＥＤアレイ５１は支持面３１ａに設けられている。各ＬＥＤ５の主光線軸は支持面３１ａに対して垂直である。各ＬＥＤ５から出射された光は鏡面３１ｂにて正反射される。正反射部材３２は、鏡面部材から成り、前記鏡面３１ｂにて反射された光を受けてＹ軸方向に反射する。また、正反射部材３２の端部（非出射側）には、前記鏡面３１ｂと同様の反射機能を有する反射部３３ａが形成されている。なお、照明装置３においても、前記正反射部材３２として前述したインテグレータレンズや光インテグレート機能を有する正反射部材を用いることができる。

図５には、照明装置４を示している。なお、説明の便宜上、図１に示した部材と同一の部材には同一の符号を付記している。支持部材４１は、図１の支持部材と同様に山部と谷部が交互に形成された鋸歯形状を有するものであり、谷部の最深部を通るＸ軸に対して反時計回りに３０°傾いた支持鏡面４１ａと、同Ｘ軸に対して時計回りに３０°傾いた支持鏡面４１ｂとを有する。前記ＬＥＤアレイ５１は支持鏡面４１ａ及び支持鏡面４１ｂに設けられている。各ＬＥＤ５の主光線軸は支持鏡面４１ａ，４１ｂに対して垂直である。また、向かい合うＬＥＤアレイ５１において、対面するＬＥＤ同士は紙面垂直方向に半ピッチずれて位置している。各ＬＥＤ５から出射された光は向かい側の支持鏡面４１ｂにて正反射される。照明装置４の光出射側にはインテグレータレンズやロッドインテグレータを備えることができる。

図６にこの実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示す。この投写型映像表示装置は、３つの照明装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを備える。照明装置１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）は、先にも説明したが、照明装置１の構成において光インテグレート機能を有する正反射部材を用いた照明装置である。照明装置１０Ｒは赤色光を出射し、照明装置１０Ｇは緑色光を出射し、照明装置１０Ｂは青色光を出射する。

クロスダイクロイックプリズム１５の３つの光入射面には、赤色用の液晶表示パネル１６Ｒと緑色用の液晶表示パネル１６Ｇと青色用の液晶表示パネル１６Ｂが設けられている。照明装置１０Ｒはその光出射端面を液晶表示パネル１６Ｒに向けて配置され、照明装置１０Ｇはその光出射端面を液晶表示パネル１６Ｇに向けて配置され、照明装置１０Ｂはその光出射端面を液晶表示パネル１６Ｂに向けて配置される。各照明装置１０と各液晶表示パネル１６との間には、必要に応じてレンズを設ける。

各色光は液晶表示パネル１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂにてそれぞれ光変調される。各色変調光（各色映像光）は、クロスダイクロイックプリズム１５にて合成されてフルカラー映像光となり、このフルカラー映像光は、投写レンズ１７にて拡大投写される。

３つの照明装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを常時点灯させることに限定されるものではない。各照明装置１０において点灯と消灯を所定時間単位で交互に繰り返すようにしてもよい。このような点灯処理を行う場合には残像現象を軽減することができる。また、他の照明装置１，２，３，４を用いて三板式の投写型映像表示装置を構成できることは勿論である。

三板式の投写型映像表示装置に限るものではない。一枚の表示パネルを備えた単板式の投写型映像表示装置とし、一つの照明装置が赤色用ＬＥＤと緑色用ＬＥＤと青色用ＬＥＤを備えることとしてもよい。また、一枚の表示パネルを備えた単板式の投写型映像表示装置とし、赤色用照明装置と緑色用照明装置と青色用照明装置を備え、各照明装置からの色光をクロスダイクロイックミラー（或いはプリズム）で合成して前記一枚の表示パネルに導くこととしてもよい。前記一枚の表示パネルは、ＲＧＢカラーフィルタを備えた構造、或いはＲＧＢカラーフィルタを備えない構造を有する。ＲＧＢカラーフィルタを備える構造の表示パネルを用いる場合には、前記ＬＥＤを同時点灯して白色光を表示パネルに導く。前記ＲＧＢカラーフィルタを備えない構造の表示パネルを用いる場合には、ＬＥＤを時分割で順次に所定時間点灯させると共に、この所定時間点灯のタイミングに同期させて表示パネルに各色の映像信号を供給する。

以上の例では、発光素子としてＬＥＤを示したが、これに限るものではなく、有機／無機のエレクトロルミネッセンス素子などを用いることができる。

この発明の実施形態の照明装置を示した説明図である。光インテグレート機能を有する正反射部材を示した説明図である。この発明の実施形態の照明装置を示した説明図である。この発明の実施形態の照明装置を示した説明図である。この発明の実施形態の照明装置を示した説明図である。この発明の実施形態の照明装置を用いた投写型映像表示装置を示した説明図である。

符号の説明

１，２，３，４照明装置
１１，２１，３１，４１支持部材
１３，１４，３２正反射部材
５ＬＥＤ
５１，５２ＬＥＤアレイ

Claims

複数の発光素子を同一平面内に配置して成る発光素子アレイと、各発光素子アレイの前記平面が相互に不一致となるように各発光素子アレイを支持する支持部材と、受けた光を正反射する正反射部材と、各発光素子から出射された光を前記正反射部材に導くために前記支持部材又は前記正反射部材に形成された正反射面領域と、を有し、各発光素子の出射光は、前記正反射面領域及び前記正反射部材にて順次反射され、発光素子の光が重畳されて照明対象物に導かれることを特徴とする照明装置。
請求項１に記載の照明装置において、前記正反射部材は、光を鏡面反射する鏡面部材又は光を全反射するプリズム部材から成ることを特徴とする照明装置。
請求項１又は請求項２に記載の照明装置において、前記正反射部材は光を重畳するインテグレート機能を備えることを特徴とする照明装置。
複数の発光素子を同一平面内に列状に配置して成る発光素子アレイと、各発光素子アレイを傾斜対向面上でそれぞれ支持する支持部材と、を有し、前記傾斜対向面はそれぞれ正反射面を成しており、各発光素子の出射光は、向かい側の傾斜対向面にて反射され、発光素子の光が重畳されて照明対象物に導かれることを特徴とする照明装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の照明装置において、前記支持部材は熱伝導性に優れた素材から成ることを特徴とする照明装置。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の照明装置において、前記支持部材に当該支持部材の熱を奪う冷却手段が形成又は装着されていることを特徴とする照明装置。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置からの光を受けるライトバルブと、前記ライトバルブを経ることで得られた映像光を投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。