JP2005292561A - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源の光利用効率を向上し、装置全体の小型化を図る。
【解決手段】 映像を表示する液晶表示板を備える投写型表示装置に用いられ、液晶表示板を照明する光源装置であって、発光ダイオード１１０を有する光源１０１と、この光源１０１の発光ダイオード１１０からの出射光の偏光方向を揃える偏光手段とを備える。そして、偏光手段は、光源１０１からの光が入射する入射面１０２ａの面積よりも出射面１０２ｂの面積が大きいテーパー形状をなすライトトンネル１０２と、このライトトンネル１０２を通過した光が入射する１／４波長板１０３と、この１／４波長板１０３を通過した光が入射する反射型偏光板１０４とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示板を備える投写型表示装置に用いられる、発光ダイオードを有する光源装置、および投写型表示装置に関する。

大画面の映像を鑑賞するための映像表示装置としては、投写型表示装置が知られている。この種の投写型表示装置は、例えば、白色光源を用いて、液晶パネルやＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）等の空間光変調器の画像を、投射レンズを介してスクリーン等の投射面上に映像を拡大投射する。

光源としては、従来、例えば高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の高輝度の放電ランプが使用されている。しかしながら、これら放電ランプは、紫外域から赤外域にわたる発光スペクトル特性を有しているため、投写型表示装置では、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）に相当する波長領域をダイクロイックフィルター等の光学部品で選択して使用しており、この画像形成に必要がない波長成分の光は、赤外領域の光では熱の発生を、また紫外領域の光では空間光変調器へのダメージ等の問題を引き起こしていた。

さらに、可視光利用域の光であっても、黄色成分の波長領域等は、ダイクロイックフィルター等で選択されることがなく、光の利用効率の点で損失となっていた。さらに、従来実用化されている放電ランプの寿命は１５００〜７０００時間程度であり、民生用に普及させるためには寿命特性の改善が望まれている。

そこで、放電ランプ以外の光源を利用する提案がなされている。例えば、発光ダイオードを光源に用いた投写型表示装置の種々の構成が開示されている（例えば、特許文献１，２，３参照。）。

（特許文献１）
特許文献１では、Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用に複数の発光ダイオードランプが平面的に配列された発光ダイオードランプのアレイを構成し、これらのアレイ光源からの光束がクロスダイクロイックプリズムによって光路が統一され、空間光変調器である反射型液晶パネルを照明している。空間光変調器として反射型液晶パネルを使用しているので、偏光ビームスプリッタを用いる構成となっている。そして、空間光変調器の画像が投射レンズを介してスクリーン上に拡大投射されるように構成されている。空間光変調器である液晶パネルへの照明光は、直線偏光である必要がある。一般に、発光ダイオードから出射される光束は、ランダムな偏光成分の光であるため、理論上１／２の偏光成分を、液晶パネルの照明に利用できないことになる。

このため、特許文献１では、発光ダイオードランプの直後に偏光変換光学系として、偏光ビームスプリッタアレイおよび位相差板を備える光学素子を配置し、この光学素子によって発光ダイオードランプの出射光の偏光方向を揃える、いわゆる偏光統一を行った後に、液晶パネルを照明する構成が開示されている。この構成によれば、光源の光利用効率を向上することができる。

（特許文献２）
特許文献２には、特許文献１でＲＧＢ毎の３チャンネルの発光ダイオードランプアレイを備える構成と比較して、ＲＧＢの発光ダイオードランプを混在させて配列された発光ダイオードランプアレイを備えている構成が開示されている。したがって、特許文献２は、特許文献１の構成のようにＲＧＢを合成するためのクロスダイクロイックプリズムを備えない点が異なる。

（特許文献３）
特許文献３にも、発光ダイオードランプをマトリクス状に配置させて、集光光学系によって一旦光束を絞り、その収束点付近に偏光変換光学系を配置させることで、光源の光利用率が高い投写型表示装置を得ようとする構成が開示されている。

また、従来の他の光源装置としては、例えば特許文献４〜９が開示されている。

（特許文献４）
特許文献４には、発光ダイオードの発光部の上面側に、１／４波長板、反射型偏光板、位相差板の順に配置して、発光ダイオードからの出射光をｓ偏光に偏光方向を揃えて出射させようとする構成が開示されている。この特許文献４では、偏光変換手段である、１／４波長板および反射型偏光板が、発光部近傍に配置されているので、多数個の発光ダイオードを並べて配置しても、光源部が大型化することを抑えられる。

（特許文献５）
特許文献５には、発光素子として発光ダイオードを使用し、出射側に位相差板、テーパーロッドレンズ、ロッドレンズ、反射型偏光板の順序で配置し、反射型偏光板で反射された光を光源側に戻し、光源の背後に配置される反射板で反射させた後に、再びロッドレンズ側に進行させて偏光変換された光を反射型偏光板から出射させようとする構成が開示されている。

（特許文献６）
特許文献６には、テーパー状のロッドレンズ群からなるロッドレンズアレイの入射側に発光ダイオードを配置し、ロッドレンズアレイから出射された光束を偏光ビームスプリッタアレイで偏光変換し、表示パネルの照明を行う構成が開示されている。

（特許文献７）
特許文献７には、上述した特許文献５と基本的な部分で酷似した構成が開示されている。

（特許文献８）
特許文献８には、テーパー状のロッドレンズの入射側に発光ダイオードを配置し、ロッドレンズから出射された光束を所定の出射角をもって出射させる出射レンズを備える構成が開示されている。

（特許文献９）
この特許文献９には、光源として放電ランプを有し、この放電ランプと楕円形の反射鏡で形成される収束光の収束点近傍にロッドレンズが配置される構成が開示されている。ロッドレンズには、入射端部側に、円形開口を有する反射部材が配置され、出射端部側に、偏光変換手段として反射型の偏光板が用いられている。
特開２００２−２４４２１１号公報 特開２００２−２２８９７３号公報 特開２００１−２８１７６０号公報 特開２０００−２２１４９９号公報 特開２００３−３２９９７８号公報 特開２００３−２９５３１５号公報 特開２００３−３３０１０６号公報 特開２００３−３３０１０９号公報 特開２００３−９８５９７号公報

以下、上述した各特許文献１〜９の問題点について説明する。

（特許文献１〜３）
まず、特許文献１〜３においては、以下のような問題点があり、改善が強く望まれている。まず、光源として使用する発光ダイオードの発光効率は、放電ランプには及ばないために、高輝度な投写型表示装置を実現するためには複数の発光ダイオードランプが有効である。

一方で、光源アレイの物理的な大きさは小さくするべきである。複数の発光ダイオードランプをマトリクス状に配列すれば、その数に応じて光源アレイからの光出力は増加するが、光源アレイの大きさをコンパクトにしようとした場合、各発光ダイオード同士の配列間隔をできるだけ接近させて、光源アレイの密度を高くすることが望ましい。

しかしながら、特許文献１のように、発光ダイオードランプのアレイの直後に、位相差板を備えた偏光ビームスプリッタアレイを配置する構成では、発光ダイオードランプと発光ダイオードランプとの間に少なくとも１個分程度の間隔が必要となる。使用する発光ダイオードランプの個数に応じて光源装置の高輝度化が期待できることから、発光ダイオードランプ同士の間隔は限りなくゼロに近くしたいところであり、このように発光ダイオード間の間隔が空いてしまうことは残念である。すなわち、小型化を図る上で支障がある。

また、特許文献１のように、光源アレイからの光束を一旦レンズ系で集光して、位相差板を備えた偏光ビームスプリッタアレイを配置する構成においては、各発光ダイオードランプから出射する光束を収束するためのレンズ系と偏光ビームスプリッタアレイとの光軸上の間隔がある程度必要となるので、光学系の全長が増大する傾向にあり、装置全体のコンパクト化という点で改善が望まれる。

また特許文献２も、特許文献１と同様に、発光ダイオードランプを密接させて配置することが困難であるため、装置全体の小型化を図る上で支障がある。

さらにまた、上述した特許文献１〜３のいずれ何れの従来例においても、偏光ビームスプリッタアレイを用いている。偏光ビームスプリッタは、通常、ガラスプリズムの接合面に誘電体多層膜が蒸着された構成となっており、投写型表示装置を小型化および軽量化し、製造コストの低減を図りたい場合には不利である。

（特許文献４）
特許文献４には、以下の重大な問題がある。まず、発光部からの光束が放射状に出射される発光ダイオードの本質的な発光特性が重要である。この特許文献４では、発光部から放射状に出射される出射光のうち、反射型偏光板で反射されたｓ偏光が、発光部に戻ってこの発光部での反射によって、再度反射型偏光板を通過する。この過程で、１／４波長板を２度通過させることによって、ｐ偏光に偏光変換されるため、偏光統一される構成が開示されている。

しかしながら、発光ダイオードを構成する半導体は、一般的に反射率が乏しく、発光部での反射を期待することが困難であり、多少の反射が得られたとしても、十分な反射を期待できない。発光部の色（材料色）を見ただけでも反射率が低いであろうことが自明である。また、反射型偏光板からの反射光を効率良く発光部に反射させるためには、反射型偏光板と発光部の表面との高精度な位置調整を要する。すなわち、反射型偏光板と発光部の表面との平行性が十分に確保されていない場合には、反射型偏光板で反射した光線が、発光部以外のところに達してしまい、予定していた発光部での反射を得られない。

さらにまた、商用的に入手可能な発光ダイオードでは、発光部の表面に電極が設けられた構造が一般的であり、しかも、この電極部分が発光部の表面で占める面積の割合がかなり大きい。このため、この電極部分に照射された光は、発光部に達しないので、予定していた発光部での反射が期待できない。

また、特殊な素子構造からなる発光ダイオードとしては、フリップチップ構造のものが知られている。仮に、このフリップチップ構造の発光ダイオードを採用すれば、発光部の下層に電極を配置することが可能であるので、この電極を利用して反射型偏光板からの反射光を良好に反射させることができる。しかしながら、この発光部の下層に配置される電極の面積も発光部の面積に比べれば少ないので、反射型偏光板で反射した光を、電極で全て反射させることが不可能であり、想定されているような光利用効率を達成することができない。

さらにまた、発光ダイオードでは、通常、発光部が、例えば樹脂等の透明な材料で封止される必要があり、特許文献４に開示されているような構成を実現するためには、高度な製造技術が要求されることは自明である。したがって、製造工程での歩留まりを予測したときに、製造コスト的に低価格の実現を期待できず、高価な光源装置となってしまう不都合がある。

（特許文献５）
特許文献５には、発光ダイオードの電極の取り方について一切開示も示唆もなく不明であるため、この構造を現実に製造する上で大きな疑問がある。一般的に考えれば、発光ダイオードの電極は、リード線で取り出す構成になるが、このリード線が光の遮蔽物として作用するので、光源側に戻ってきた光のうちリード線に当たって遮られる光が、予定通りに反射板に達しない。また、発光素子は、電極とのコンタクトをとるために、何らかのサブマウントやリード線を兼ねた半球状の金属部に載せられる構成が一般的である。これら金属部は、少なくとも発光素子よりも大きいので、同様に光の遮蔽物として作用する。したがって、光源側に戻ってくる光が、これら遮蔽物による影響で目論見通りに反射板まで到達しない。したがって、特許文献２の構成では、偏光変換を効率的に行うことが困難であり、光の利用効率が乏しい。

さらにまた、反射板での反射作用を十分に確保するためには、反射板の大きさが発光素子の大きさに比べて大きい方が望ましい。このため、テーパーロッドレンズは、入射側の大きさが、反射板よりも大きくなり、出射側が更に大きくなる。複数の発光ダイオードを配列させる場合には、コンパクト化に大いに反し、コンパクト化が非常に妨げられる。

（特許文献６）
特許文献６は、上述した特許文献１と同様に、偏光ビームスプリッタアレイを備えることで、光源装置の小型化と低コスト化が疎外される問題がある。

（特許文献７）
特許文献７は、上述した特許文献５と基本的な部分で構成が酷似しており、特許文献５と同様の問題点がある。

（特許文献８）
特許文献８は、光源の発光ダイオードからの出射光を、偏光方向を揃えるように偏光する、すなわち偏光統一するための偏光統一手段を備えていない構成であるので、液晶パネルを使用する投写型液晶表示装置に適用する上で、光利用効率が乏しいという問題がある。

（特許文献９）
特許文献９に開示されている構成で、光源に発光ダイオードを適用しようとした場合には、以下の問題が生じる。この特許文献９に開示された原理は、ロッドレンズに入射した入射光が出射端部側の端面に達した際に、一方の偏光成分が、反射型偏光板を透過して照明光となり、他方の偏光成分が、反射型偏光板で反射された後に、ロッドレンズの入射面に配置された反射素子に到達する。そして、この他方の偏光成分が、この反射素子による反射作用を受けて、再度ロッドレンズの出射端部側に到達し、反射型偏光板を透過できる偏光成分が選択されるように構成されている。

したがって、この特許文献９の構成では、ロッドレンズの入射端部側に配置される円形開口を有する反射素子が重要な機能を担っている。すなわち、この円形開口を設定する場合には、光源からの入射光を十分に通過させるために、少なくとも光束の入り口としての大きさを十分に確保する必要がある。

円形開口が十分な大きさに形成されていない場合には、光源からの出射光の光束をロッドレンズの入射端部に効率的に入射させることができない。また、反射素子の反射面の領域は、可能な限り大きく形成することが望ましい。一方で、ロッドレンズの入射面は、装置全体の小型化を図る上で、小さくすることが望ましい。

このような相反する要求から不都合が生じる。すなわち、効率よくこの構成を実現するために、反射素子は、円形開口に対して比較的大きな面積を有する反射面を確保する必要があり、それに応じてロッドレンズを大きくしなければならない。偏光変換機能を十分に発揮させようとした場合、ロッドレンズには、発光ダイオードの先端のレンズ口径の３倍を超える大きさの面積の入射面を確保する必要があり、光源装置をコンパクト化する上で好ましくない。

そこで、本発明は、光源の光利用効率を向上し、装置全体の小型化を図ることができる光源装置および投写型表示装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る光源装置は、映像を表示する液晶表示手段を備える投写型表示装置に用いられ、液晶表示手段を照明する光源装置であって、発光ダイオードを有する光源と、この光源の発光ダイオードからの出射光の偏光方向を揃える偏光手段とを備える。そして、偏光手段は、光源からの光が入射する入射面の面積よりも出射面の面積が大きいテーパー形状をなすライトガイドと、このライトガイドを通過した光が入射する１／４波長板と、この１／４波長板を通過した光が入射する反射型偏光板とを有する。

以上のように構成された本発明に係る光源装置によれば、偏光手段は、光源側から、ライトガイド、１／４波長板、反射型偏光板の順に配置されている。本発明の光源装置によれば、発光ダイオードからの出射光は、ライトガイドの出射面側に配置された反射型偏光板に達した時点で、例えば、ｐ偏光の成分が、反射型偏光板を通過して液晶表示手段への照明光として利用される。一方、反射型偏光板で反射したｓ偏光の成分は、１／４波長板の作用で円偏光としてライトガイドを光源側に向かって進行するが、進行方向に沿って徐々に反射角が大きくなるので、光源に到達する前にそのほとんどが再度ライトガイドの出射面側に向かって進行方向を変更する。そして、この円偏光の光束は、ライトガイドの出射面に到達した際に１／４波長板を通過することでｐ偏光に偏光変換されるので、反射型偏光板を通過して、液晶表示手段の照明光となる。したがって、光源の発光ダイオードからの出射光は、そのほとんどが、ｐ偏光に偏光方向が揃えられ、当初のｐ偏光の成分にｓ偏光の成分が加算されて理論上２倍の透過光になる。そして、光源装置は、偏光手段によって偏光されて偏光方向が揃えられた光を液晶表示手段に照射する。

なお、反射型偏光板によって反射されて光源側に戻っていく光のうち、ライトガイドの入射面側から出て行く光も全くないわけではなく、僅かに存在する。

このため、本発明に係る光源装置が備える発光ダイオードは、フリップチップ構造であり、反射面をなす電極を有していることが好ましい。これによって、ライトガイドの入射面から出る光を、電極で効果的に反射させて、再度ライトガイドの入射面へ入射させることが可能になり、最終的にライトガイドの出射面から出射される光とすることで、光利用効率が更に向上される。

なお、本発明において、ライトガイドとは、中空体であるライトトンネルおよび中実体であるロッドレンズ（ロッドインテグレータ）を含めて指しており、

上述したように本発明によれば、光源の発光ダイオードからの出射光を効率的に偏光方向を揃えて偏光した光を液晶表示手段に照射することで、光源の光利用効率を向上することができる。また、本発明は、発光ダイオードを有する光源を備えることで、装置全体の小型化を図ることができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に、実施形態の光源装置の模式図を示す。

図１に示すように、本実施形態の光源装置は、光源１０１と、この光源１０１からの出射光が入射するライトガイドであるライトトンネル１０２と、このライトトンネル１０２からの出射光が入射する１／４波長板１０３と、この１／４波長板１０３を通過した光が入射する反射型偏光板１０４とを備えて構成されている。

光源１０１としては、発光ダイオード１１０が用いられている。発光ダイオード１１０は、発光素子がレンズ部材１１０ａによって被覆されて封止されている。また、発光ダイオード１１０としては、光源装置から出射される光束を大きくするために、いわゆるパワーＬＥＤと称される、可能な限り多くの電流を流すことができるタイプのものが好ましい。

ライトトンネル１０２は、矩形状をなす入射面１０２ａおよび出射面１０２ｂを有し、中空形状に形成されている。ライトトンネル１０２の中空部には、４つの鏡面部材が互いに反射面が直角をなすように接合されている。ライトトンネル１０２は、発光ダイオード１１０の発光中心を通る軸を光軸１１とすれば、この光軸１１と、入射面１０２ａおよび出射面１０２ｂとが直交するように配置されている。また、ライトトンネル１０２は、出射面１０２ｂの面積が入射面１０２ａよりも大きくされたテーパー形状に形成されており、略角錐台をなしている。

なお、上述した光源装置では、中空体のライトトンネル１０２が用いられたが、中実体のロッドレンズ（ロッドインテグレータ）が使用されてもよい。このロッドレンズとしては、例えば、出射面が入射面よりも大きな面積を有するテーパー形状に形成され、入射面と出射面を除く側面に例えばアルミ膜が成膜されてなる反射面がそれぞれ設けられてなる。

また、このようなテーパー型のライトトンネル１０２およびテーパー型のロッドレンズの出射面の形状としては、投写型表示装置側が備える液晶表示板（不図示）のアスペクト比と相似形に形成することが望ましい。なお、ライトトンネルおよびロッドレンズの入射面の形状としては、必ずしも矩形状や、液晶表示板と相似形にする必要はない。

１／４波長板１０３は、いわゆる位相差板であって、ガラス基板上にフィルム状の位相差膜が成膜されてなる。反射型偏光板１０４としては、例えば、入射光に対して、一方の直線偏光の成分を透過させ、他方の直線偏光の成分を反射させる光学特性の偏光板（例えば、米国モックステック社製）が使用されている。これら１／４波長板１０３および反射型偏光板１０４は、ライトトンネル１０２の出射面１０２ｂ側に隣接して配置されている。

また、これら１／４波長板１０３および反射型偏光板１０４は、一体に形成されてもよい。このような構成の場合、反射型偏光板１０４の偏光分離面とは逆の面に、１／４波長板１０３が貼合される。また、上述したテーパー形状のライトトンネル１０２の代わりに、テーパー形状のロッドレンズを使用する場合には、ロッドレンズが中実体であるので、ロッドレンズの出射面上に１／４波長板１０３を直接貼合することが可能である。

なお、光源１０１、ライトトンネル１０２、１／４波長板１０３、反射型偏光板１０４は、光源１０１側からテーパー形状のライトトンネル１０２、１／４波長板１０３、反射型偏光板１０４の順に光軸方向に沿って配置されている。また、各入射面および各出射面が、光軸１１に対して直交するように配設されることが好ましい。

以上のように構成された光源装置について、光源１０１からの出射光の光路を、図面を参照して説明する。

本実施形態の光源装置では、図２に示すように、光源１０１の発光ダイオード１０１からの出射光が、反射型偏光板１０４に達した際に、一方の直線偏光の成分（例えばｐ偏光）２０１が、そのまま反射型偏光板１０４を透過して、ライトトンネル１０２の出射面から出射されて、液晶表示板の照明光として利用される。一方、反射型偏光板１０４を透過されなかった他方の直線偏光（例えばｓ偏光）２０２は、反射型偏光板１０４によって光源１０１側に向かって反射される。

反射型偏光板１０４で反射された他方の直線偏光２０２は、１／４波長板１０３を一度透過することで円偏光としてライトトンネル１０２の出射面１０２ｂから光源１０１側に向かって入射される。ライトトンネル１０２の出射面１０２ｂから光源１０１側に進行する円偏光は、徐々に狭まるライトトンネル１０２内を進行中に内部での反射角度が次第に大きくなることで、最終的に反射方向を再度ライトトンネル１０２の出射面１０２ｂに向かう方向に変えられる。

そして、この円偏光は、１／４波長板１０３、反射型偏光板１０４に到達する。この光は、１／４波長板１０３を通過したときに、円偏光からｐ偏光に偏光変換され、ライトトンネル１０２の出射面１０２ｂから出射されて、液晶表示板の照明光として利用される。

なお、テーパー形状のライトトンネル１０２は、出射面１０２ｂの面積よりも入射面１０２ａの面積が小さくされたテーパー形状に形成されており、図３に示すように、反射型偏光板１０４で反射されたｓ偏光の成分のうち、光源１０１まで戻ってしまう光３０１も僅かながら存在する。このような光３０１は、光源１０１の発光ダイオード１１０として、フリップチップ構造の発光ダイオードチップを採用し、かつ電極に比較的反射率が高い金属材料等を用いて電極が反射面をなすように構成することで、電極で効果的に反射させて、再度ライトトンネル１０２の入射面１０２ａへ入射させることが可能になる。

図４に、フリップチップ構造の発光ダイオード素子の一例を示す。この発光ダイオード素子は、図４に示すように、サファイア基板４０１上に、半導体がｎ型層４０２、発光層４０３、ｐ型層４０４の順序で積層されて構成されている。また、反射率が比較的高い金属材料からなるｐ型電極４０５およびｎ型電極４０６は、発光ダイオードチップの同じ側にそれぞれ設けられている。そして、これら各電極４０５，４０６は、電気的に分離されたサブマウント４０７上に載置されている。

このようなフリップチップ構造の発光ダイオードチップでは、サファイア基板４０１側、すなわち図４中紙面上方向から光束が取り出される。つまり、発光層４０３でサファイア基板４０１側に向かって発光された光束は、サファイア基板４０１を透過して外部に出射されることになる。また、発光層４０３でサファイア基板４０１側とは逆の方向、すなわち図４中紙面下方向に向かって発光された光束は、ｐ型電極４０５で一旦反射された後、サファイア基板４０１側に向かって進行し、その後、外部に取り出されるように構成されている。このようなフリップチップ構造の発光ダイオードチップとしては、例えば米国ルミレッズライティング社製が用いられている。

なお、発光ダイオード１１０から出射された光線を、ライトトンネル１０２の入射面１０２ａに効率良く入射させるために、発光ダイオード１１０とライトトンネル１０２の入射面１０２ａとの間隔が小さい方が望ましい。

また、図５に示すように、光源装置は、発光ダイオード１１０を構成するレンズ部材１１０ａが、ライトトンネル１０２の入射面１０２ａの内部に挿入されて配置されるように構成されてもよい。これによれば、発光素子から放射状に出射される出射光を効率的にライトトンネル１０２内に入射させることができる。

また、図６に示すように、光源装置は、反射型偏光板１０４からの出射光を平行光に変換して液晶表示板１０６に照射するように構成されてもよい。これによって、反射型偏光板１０４からの出射光を液晶表示板１０６に効率的に照射することが可能になる。

上述したように、本実施形態の光源装置によれば、ライトトンネル１０２、１／４波長板１０３および反射型偏光板１０４によって、光源１０１の発光ダイオード１１０からの出射光を効率的に偏光方向を揃えて液晶表示板１０６に照射することで、発光ダイオード１１０を有する光源１０１の光利用効率を向上することができる。また、本発明は、発光ダイオード１１０を有する光源１０１を備えることで、装置全体の小型化を図ることができる。

ここで、本発明に係る構成と、上述の特許文献９に開示されている構成との差異を明確にしておく。

特許文献９では、ロッドレンズの出射側に配置された反射型偏光板で反射された偏光成分が、ロッドレンズの入射側まで戻り、入射側の円形開口をも通過し、光源まで戻る分が損失となっている。また、円形開口以外の反射面に到達した分が、再度進路をロッドレンズの出射面に向かう方向に変えて、反射型偏光板を通過可能な偏光成分が選択される。

一方、本発明に係る構成では、反射型偏光板で反射された成分の光のほぼ全てが、ロッドレンズの入射面までは戻らずに、ロッドレンズ内で進路を再度反射型偏光板に向かう方向に変えるという点が大きな違いである。

図７は、本発明の光源装置を適用した投写型表示装置の構成を示す模式図である。なお、図７には、便宜上、光源として３つの発光ダイオードのみを示しているが、発光ダイオードの個数は、照明対象である液晶表示板の照射面の大きさに応じて適宜設定される。

図７に示すように、投写型表示装置が備える光源装置は、発光ダイオードを有する複数の光源７０１と、各光源７０１に対応する複数のライトトンネル７０２と、各ライトトンネル７０２を通過した光が入射する１／４波長板７０３と、この１／４波長板７０３を通過した光が入射する反射型偏光板７０４とを備えている。また、複数の光源７０１は、平面的に配列されている。ライトトンネル７０２は、上述したライトトンネル１０２と構成が同一であるため、説明を省略する。１／４波長板７０３および反射型偏光板７０４は、各ライトトンネル７０２に対して共通に配置されている。

本実施形態の光源装置では、部品点数を削減するため、３つの光源７０１と、各光源７０１の発光ダイオードに対応する３つのライトトンネル７０２と、各ライトトンネル７０２に対して共通に配置された１／４波長板７０３および反射型偏光板７０４とを備える構成とした。

以上のように構成された光源装置を備える投写型表示装置は、光源装置からの出射光を平行光に変換するコリメータレンズ７０５と、このコリメータレンズ７０５からの出射光が照射される液晶表示板７０６と、この液晶表示板７０６に形成された画像を拡大して投射面上に投射するための投射レンズ７０７とを備えている。

コリメータレンズ７０５は、光源装置からの出射光の光束を平行光にして更に効率よく液晶表示板７０６に照射させるために用いられており、必ずしも必要ではない。液晶表示板７０６としては、透過型のＴＮ（Twisted Nematic）表示パネル等が用いられている。この種の表示パネルには、通常、入射側および出射側に偏光板（不図示）が配置されている。

以上のように構成された投写型表示装置によれば、光源７０１の発光ダイオードからの出射光が、偏光方向を揃えられて、液晶表示板７０６を照明するために利用されるので、光源７０１の光利用率を向上することができる。

図８は、他の実施形態の投写型表示装置を示す模式図である。

図８に示すように、投写型表示装置は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）をそれぞれ出射する３つの光源装置８０１，８０２，８０３と、これら各光源装置８０１，８０２，８０３からの出射光を合成するクロスダイクロイックプリズム８０４と、このクロスダイクロイック８０４からの出射光が照射される透過型の液晶表示板８０５と、この液晶表示板８０５を透過した光を拡大して投射面上に投射するための投射レンズ８０６とを備えている。各光源装置８０１，８０２，８０３は、図５に示した構成と同一であるため、説明を省略する。

Ｒ用光源装置８０１、Ｇ用光源装置８０２、Ｂ用光源装置８０３からそれぞれ出射されて偏光方向が揃えられた光束は、クロスダイクロイックプリズム８０４で光路が統一されて、表示手段である液晶表示板８０５に照射される。そして、液晶表示板８０５上に表示された画像が、投射レンズ８０６を介して投射面上に拡大投射される。

この投写型表示装置では、各光源装置８０１，８０２，８０３の点灯と消灯を制御し、かつ液晶表示板８０５の駆動を、各光源装置８０１，８０２，８０３の点灯および消灯と同期させることで、カラー投射映像が得られる。なお、光源装置８０１，８０２，８０３は、各色チャンネルともに複数の発光ダイオードが平面的に配列されてアレイ状に構成されてもよい。

以上のように構成された投写型表示装置によれば、各光源装置８０１，８０２，８０３から偏光方向が揃えられて偏光された光束が出射されるので、発光ダイオードを有する光源の光利用率が向上された、単板方式の投写型表示装置を構成することができる。

本発明に係る光源装置を示す模式図である。 前記光源装置を示す模式図である。 前記光源装置を示す模式図である。 フリップチップ構造の発光ダイオードチップを示す断面図である。 光源装置を示す模式図である。 光源装置を示す模式図である。 光源装置を示す模式図である。 本実施形態の光源装置が適用された投写型表示装置を示す模式図である。

符号の説明

１１ 光軸
１０１ 光源
１０２ ライトトンネル
１０２ａ 入射面
１０２ｂ 出射面
１０３ １／４波長板
１０４ 反射型偏光板
１１０ 発光ダイオード
１１０ａ レンズ部材
２０２ 直線偏光

Claims (9)

1. 映像を表示する液晶表示手段を備える投写型表示装置に用いられ、前記液晶表示手段を照明する光源装置であって、
   発光ダイオードを有する光源と、
   前記光源の前記発光ダイオードからの出射光の偏光方向を揃える偏光手段とを備え、
   前記偏光手段は、前記光源からの光が入射する入射面の面積よりも出射面の面積が大きいテーパー形状をなすライトガイドと、該ライトガイドを通過した光が入射する１／４波長板と、該１／４波長板を通過した光が入射する反射型偏光板とを有する光源装置。
2. 前記１／４波長板および前記反射型偏光板は、前記ライトガイドの前記出射面側に隣接して配置されている請求項１に記載の光源装置。
3. 前記１／４波長板および前記反射型偏光板は、一体に形成されている請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記ライトガイドは、内周面が反射面をなし光を多重反射させる中空部を有する中空体である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記ライトガイドは、前記入射面と前記出射面を除く他の面が反射面をなす中実体である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記発光ダイオードは、フリップチップ構造であり、反射面をなす電極を有している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記発光ダイオードは、発光素子を覆うレンズ部材が、前記ライトガイドの内部に挿入されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記反射型偏光板を透過した光を平行光にするためのコリメータ光学系を備える請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの出射光が照射される液晶表示手段とを備える投写型表示装置。

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