JP2006221954A - Light source device and image display device - Google Patents
Light source device and image display device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006221954A JP2006221954A JP2005034092A JP2005034092A JP2006221954A JP 2006221954 A JP2006221954 A JP 2006221954A JP 2005034092 A JP2005034092 A JP 2005034092A JP 2005034092 A JP2005034092 A JP 2005034092A JP 2006221954 A JP2006221954 A JP 2006221954A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light source
- source device
- emitted
- solid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、光源装置、およびこの光源装置を備えたプロジェクタ等の画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to a light source device and an image display device such as a projector including the light source device.
近年、発光量の大きな発光ダイオード(Light Emitting Diode, 以下LEDと略す)等の固体発光光源が開発されており、これを光源に用いたプロジェクタが検討されている。LED等の固体発光光源は、従来のプロジェクタの光源として用いられていた熱発光型のハロゲンランプや放電型のメタルハライドランプ等に比べて高効率で消費電力が小さく、長寿命で信頼性が高いという特徴を有するが、未だ開発途上にあり、性能が向上してきているといっても、従来の熱発光型、放電型ランプに比べると発光量が小さく、所望の輝度が得られないという課題を有していた。
そこで、下記の特許文献1には、複数のLED光源をアレイ状に配列して高輝度化を図る光源装置の構成が提案されている。
Therefore,
しかしながら、光源の数を増やした場合、発光部全体の面積が増加するが、被照明系側が取り込める光束量には限界があるため、ある数を超えると利用可能な光束量が増えないという問題がある。また、特許文献1ではレンズ機能を持つ砲弾型のパッケージを使って光をコリメート(平行化)し、ある角度範囲の光のみを使用することが記載されている。ところが、LEDチップから等方的に発光した光をレンズでコリメートすると、確かに放射光の角度分布は狭くなるが、発光部の像が大きくなる、すなわち発光部の面積が増えることと等価になるため、結局のところ、利用可能な光束量が増えないという問題は解決されないままである。
However, when the number of light sources is increased, the area of the entire light emitting unit increases, but there is a limit to the amount of light flux that can be captured by the illuminated system side. is there.
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、光源から射出される光の利用効率が高い光源装置を提供することを目的とする。また、上記のような光源装置の採用により明るい表示が可能な画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a light source device with high utilization efficiency of light emitted from a light source. It is another object of the present invention to provide an image display device capable of bright display by adopting the light source device as described above.
上記の目的を達成するために、本発明の光源装置は、射出光の強度分布が指向性を有する固体発光光源チップを複数個並列配置したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the light source device of the present invention is characterized in that a plurality of solid state light source chips having a directivity in the intensity distribution of emitted light are arranged in parallel.
画像表示装置等の光学系において、有効に扱える光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角との積(Etendue,以下、エテンデューという)として表すことができ、エテンデューは光学系において保存される。ここで、画像表示装置の光変調装置等の被照明領域の面積をS’、被照明領域が取り込める入射光の立体角をΩ’とすると、被照明領域側のエテンデュー、すなわちS’×Ω’の値は設計上決まるものである。上述したように、エテンデューは保存されるので、光源装置の発光面積をS、射出光の立体角をΩとすると、光源装置側のエテンデュー、すなわちS×Ωの値がS’×Ω’の値よりも小さければ光源装置からの光は全て利用されることになるが、S×Ωの値がS’×Ω’の値よりも大きくなると大きい分の光は無駄に捨てることになる。したがって、光源装置側のエテンデュー(S×Ωの値)ができるだけ小さい方が光の有効利用には好適である。 In an optical system such as an image display device, a spatial spread in which a light beam that can be handled effectively exists can be expressed as a product of an area and a solid angle (hereinafter referred to as etendue), and the etendue is stored in the optical system. . Here, if the area of the illuminated region of the light modulation device of the image display device is S ′ and the solid angle of incident light that can be captured by the illuminated region is Ω ′, the etendue on the illuminated region side, that is, S ′ × Ω ′. The value of is determined by design. As described above, since the etendue is stored, if the light emitting area of the light source device is S and the solid angle of the emitted light is Ω, the etendue on the light source device side, that is, the value of S × Ω is the value of S ′ × Ω ′. If it is smaller than that, all the light from the light source device will be used. However, if the value of S × Ω is larger than the value of S ′ × Ω ′, the larger amount of light is wasted. Therefore, it is preferable for the effective use of light that the etendue (S × Ω) on the light source device side is as small as possible.
その点、本発明においては、光源装置を構成する固体発光光源(例えばLED)チップからの射出光の強度分布が指向性を有している。すなわち、射出光の強度が全ての方向に対して等しい等方発光(ランバート)ではなく、所定の方向にのみ大きくなっており、これは射出光の立体角Ωが小さくなることと等価である。これにより、光源装置のエテンデューを小さくすることができ、ひいては被照明領域側のエテンデュー(S’×Ω’の値)を超えない範囲で発光面積Sを大きくすることができる。したがって、射出光の強度分布が指向性を有する固体発光光源チップを複数個並列配置することができ、光源から射出される光の利用効率が高い光源装置を提供することができる。 In that respect, in the present invention, the intensity distribution of the light emitted from the solid state light source (for example, LED) chip constituting the light source device has directivity. That is, the intensity of the emitted light is not equal isotropic light emission (Lambert) in all directions, but is increased only in a predetermined direction, which is equivalent to a reduction in the solid angle Ω of the emitted light. Thereby, the etendue of the light source device can be reduced, and as a result, the light emission area S can be increased within a range not exceeding the etendue (S ′ × Ω ′ value) on the illuminated region side. Therefore, a plurality of solid state light source chips having directivity in the intensity distribution of emitted light can be arranged in parallel, and a light source device with high utilization efficiency of light emitted from the light source can be provided.
また、前記固体発光光源からの射出光の所定の放射立体角における光強度の最大値が、射出光全体における光束量が前記固体発光光源と等しい等方発光光源の前記所定の放射立体角における光強度の最大値よりも大きいことが望ましい。
この構成によれば、射出光全体における光束量が前記固体発光光源と等しい等方発光光源を用いた場合よりも輝度を向上させることができる。
Further, the light at the predetermined radiation solid angle of the isotropic light source in which the maximum value of the light intensity at the predetermined radiation solid angle of the emitted light from the solid light source is equal to the amount of light flux in the whole emitted light is equal to that of the solid light source. It is desirable that the intensity is greater than the maximum value.
According to this configuration, the luminance can be improved as compared with a case where an isotropic light source having the same luminous flux amount as that of the solid light source is used.
本発明の画像表示装置は、上記本発明の光源装置と、前記光源装置からの光を変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投写する投写レンズとを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、上記本発明の光源装置の採用により明るい表示が可能な画像表示装置を実現することができる。
An image display device of the present invention includes the light source device of the present invention, a light modulation device that modulates light from the light source device, and a projection lens that projects light modulated by the light modulation device. Features.
According to this configuration, it is possible to realize an image display device capable of bright display by employing the light source device of the present invention.
[光源装置]
以下、本発明の一実施形態としての光源装置を図1〜図6を参照して説明する。
図1は本実施形態の光源装置の平面図、図2は図1のA−A’線に沿う断面図、図3は光源装置を構成するLEDチップの斜視図、図4は同LEDチップの作用を説明するための図、図5はLEDチップからの射出光の強度分布を示す図、である。
なお、以下の各図においては、各構成要素を認識しやすくするため、各構成要素の寸法の比率等は適宜異ならせてある。
[Light source device]
Hereinafter, a light source device as an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a plan view of the light source device of the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, FIG. 3 is a perspective view of an LED chip constituting the light source device, and FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining the operation, and FIG. 5 is a diagram showing an intensity distribution of light emitted from the LED chip.
In each of the following drawings, the ratio of dimensions of each component is appropriately changed in order to make it easy to recognize each component.
本実施形態の光源装置1は、図1および図2に示すように、射出光の強度分布が指向性を有するLEDチップ100(固体発光光源チップ)がベース基板3上に複数個並列配置されている。この例では、平面視して6個のLEDチップ100が2行3列にアレイ状に配置されている。通常、単体のLEDチップは基本的に光が等方的に射出されるが、本実施形態の場合、以下の構成により射出光の強度分布が指向性を持つようになっている。なお、図1,図2は、複数個のLEDチップ100の配列のイメージのみを示す図であり、以下に述べる四角錐プリズム、電極、配線、パッケージ等の具体的な構成は図示を省略している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図3は本実施形態に係るLEDチップ100の斜視図である。また、図4はLEDチップ100の断面構成を示す。図4において、サファイア基板102にGa、In、N等の結晶を成長させて面発光部101が形成されており、面発光部101の端部にボンディングワイヤ103が設けられている。面発光部101は、平面発光領域101aから光を全ての方向に対して略等しい強度で放射する。すなわち、面発光部101自体は、いわゆるランバート面として機能する。そして、面発光部101の一方の面側には、反射部である反射金属電極106が設けられている。また、面発光部101の他方の面側には、高屈折率硝子等の光学的透明部材からなる四角錐プリズム104が光学的接着剤で固着されている。四角錐プリズム104の底面104aには、入射光を散乱させる拡散板107が設けられている。
FIG. 3 is a perspective view of the
次に、上述の構成において、面発光部101から放射された光の振る舞いについて説明する。四角錐プリズム104の底面104aは、略正方形形状である。底面104aは、略正方形形状の平面発光領域101aと略同一の大きさ及び形状である。また、高屈折率硝子からなる四角錐プリズム104の屈折率nは、サファイア基板102の屈折率と略同一、またはそれ以上で有れば良い。好ましくは、四角錐プリズム104の屈折率nは、少なくとも1.45以上が望ましい。さらに好ましくは、四角錐プリズム104の屈折率n=1.77である。これにより、面発光部101から放射されサファイア基板102内を進行する光は、サファイア基板102と四角錐プリズム104の底面104aとの間の界面で全反射されることがない。このため、面発光部101からの光は、効率良く四角錐プリズム104内へ底面104aから入射する。
Next, the behavior of light emitted from the surface
面発光部101は、上述のようにランバート面であるため、発光点から全ての方向に略同一の強度の光を放射する。底面104aから四角錐プリズム104内に入射した光は、四角錐プリズム104内を進行して、斜面105aに到達する。ここで、斜面105aへの入射角度により、斜面105aと外界の媒質、例えば空気との界面で屈折する場合と、界面で反射する場合がある。例えば、光L1は、位置P1において斜面105aの界面で屈折して特定の方向へ射出される。
Since the surface
これに対して、光L2は、位置P2において斜面105aの界面で屈折されることなく反射される。位置P2において反射された光は、さらに四角錐プリズム104内を進行する。斜面105aで反射された光L2は、四角錐プリズム104内を進行して他の異なる斜面105bへ到達する。光L2が、他の異なる斜面105bの位置P3で反射される場合、さらに光路を変換されて四角錐プリズム104内を底面104aの方向へ進行する。底面104aを透過して面発光部101の方向へ戻った光は、さらに面発光部101を透過する。面発光部101を透過した光は、面発光部101の一方の面側、すなわち四角錐プリズム104が設けられている面と反対側の面に設けられている反射部である反射金属電極106に入射する。反射金属電極106に入射した光L2は、反射金属電極106で四角錐プリズム104の方向へ再度反射される。
On the other hand, the light L2 is reflected without being refracted at the interface of the
再度反射された光L2は、面発光部101を透過して、底面104aから再度、四角錐プリズム104へ入射する。このような反射を複数回繰り返すうちに、プリズムの斜面105bへ入射する角度が、第1回目に斜面105bへ入射する角度と異なってくる。このため、斜面105bで屈折できる角度となっている光L2は、斜面105bで屈折されて特定の方向へ射出される。また、斜面105bで屈折されずに反射される場合、斜面105a、105bで屈折して射出するまで上述の反射工程をさらに繰り返す。従って、四角錐プリズム104や反射金属電極106における光の吸収を無視すれば、面発光部101から放射された光は、全て特定の方向へ射出させることができる。これにより、射出光の強度分布に指向性を持たせることができる。
The light L2 reflected again passes through the surface
図5は、本実施形態の四角錐プリズムを備えたLEDチップ100と通常のLEDチップとの射出光の強度分布の違いを表したものである。通常のLEDチップの射出光の強度分布が破線の正円で示すような等方発光(ランバート)であるのに対し、本実施形態の四角錐プリズムを備えたLEDチップ100の射出光の強度分布は実線の楕円で示すようなチップ表面(発光面)の法線方向に高い強度分布を持つ指向性を有している。エテンデューの観点から、このことは放射光の立体角Ωが狭まったことと等価になる。よって、エテンデューの保存則からすると放射光の立体角Ωが小さくなった分、面積Sを増やすことができる。すなわち、LEDチップの個数を増やし、本実施形態のように複数のLEDチップをアレイ状に配置することができるのである。
FIG. 5 shows the difference in intensity distribution of the emitted light between the
また本実施形態の場合、LEDチップが単に指向性を有するというだけでなく、図5に示したように、LEDチップからの射出光の所定の放射立体角Ωにおける光強度の最大値E1が、射出光全体における光束量がこのLEDチップと等しい等方発光のLEDの所定の放射立体角における光強度の最大値E2よりも大きくなっている。したがって、等方発光LEDを用いた場合よりも輝度を向上させることができる。 In the case of this embodiment, not only the LED chip has directivity but also the maximum value E1 of the light intensity at a predetermined radiation solid angle Ω of the light emitted from the LED chip as shown in FIG. The amount of light flux in the whole emitted light is larger than the maximum value E2 of the light intensity at a predetermined radiation solid angle of the isotropic light emitting LED equal to this LED chip. Therefore, the luminance can be improved as compared with the case where an isotropic light emitting LED is used.
本発明者は本実施形態のLEDチップを用いた場合と等方発光LEDチップを用いた場合とについて光源個数に対する光束量の変化をシミュレーションにより求めた。図6はそのシミュレーション結果であり、横軸が光源の個数(個)、縦軸が光束量(無単位、相対量)である。図6において、三角印(△)で示したのが等方発光LEDチップの場合、丸印(○)で示したのが本実施形態のLEDチップの場合である。図から明らかなように、等方発光LEDチップの場合には光源の個数を増やしても光束量は増えない、つまり明るさの改善が図れない。それに対して、本実施形態のLEDチップの場合には光源の個数を増やすにつれて光束量が増える、つまり明るさの改善が図れることがわかった。 The inventor obtained a change in the amount of light flux with respect to the number of light sources by simulation for the case of using the LED chip of the present embodiment and the case of using the isotropic LED chip. FIG. 6 shows the simulation results, where the horizontal axis represents the number of light sources (pieces) and the vertical axis represents the amount of light flux (no unit, relative amount). In FIG. 6, the triangle mark (Δ) indicates an isotropic LED chip, and the circle mark (◯) indicates the LED chip of the present embodiment. As is apparent from the figure, in the case of an isotropic light emitting LED chip, the amount of light flux does not increase even if the number of light sources is increased, that is, the brightness cannot be improved. On the other hand, in the case of the LED chip of this embodiment, it was found that the amount of light flux increases as the number of light sources increases, that is, the brightness can be improved.
以上述べたように、本実施形態の光源装置においては、等方発光光源を用いた場合と比べて光の利用効率を向上させることができるとともに、高輝度化を図ることができる。また、複数のLEDチップをアレイ化する際にチップ間の距離を小さくできるため、アレイ化時の損失を小さくすることができる。 As described above, in the light source device of the present embodiment, the light use efficiency can be improved and the luminance can be increased as compared with the case where the isotropic light source is used. Further, since the distance between the chips can be reduced when arraying a plurality of LED chips, the loss at the time of arraying can be reduced.
[プロジェクタ]
以下、本発明の一実施形態として、上記実施形態の光源装置を備えたプロジェクタ(画像表示装置)について説明する。
図7は、上記実施形態の光源装置を備えたプロジェクタ500の説明図である。図中、符号512、513、514は上記実施形態の光源装置、522、523、524は液晶ライトバルブ(光変調手段)、525はクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)、526は投写レンズ(投写手段)を示している。
[projector]
Hereinafter, as an embodiment of the present invention, a projector (image display device) including the light source device of the above embodiment will be described.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a
図7に示すプロジェクタ500は、本実施形態のように構成した3個の光源装置512、513、514を備えている。各光源装置512、513、514には、それぞれ赤(R)、緑(G)、青(B)に発光するLEDチップ100R,100G,100Bが採用されている。なお、光源光の照度分布を均一化させるための均一照明系として、各光源装置の後方にロッドレンズ535R,535G,535Bが配置されている。赤色光源装置512からの光束は、ロッドレンズ535R、リレーレンズ536Rを透過して赤色光用液晶ライトバルブ522に入射する。また、緑色光源装置513からの光束は、ロッドレンズ535G、リレーレンズ536Gを透過して緑色光用液晶ライトバルブ523に入射する。また、青色光源装置514からの光束は、ロッドレンズ535B、リレーレンズ536Bを透過して青色光用液晶ライトバルブ524に入射する。
The
また、各液晶ライトバルブ522,523,524の入射側および出射側には、偏光板(図示せず)が配置されている。そして、各光源装置512,513,514からの光束のうち所定方向の直線偏光のみが入射側偏光板を透過して、各液晶ライトバルブ522,523,524に入射する。また、入射側偏光板の前方に偏光変換手段(図示せず)を設けてもよい。この場合、入射側偏光板で反射された光束をリサイクルして各液晶ライトバルブ522,523,524に入射させることが可能になり、光の利用効率を向上させることができる。
In addition, polarizing plates (not shown) are disposed on the incident side and the emission side of each liquid crystal
各液晶ライトバルブ522、523、524によって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム525に入射する。このプリズムは4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投写レンズ526により投写スクリーン527上に投写され、拡大された画像が表示される。
The three color lights modulated by the liquid crystal
上述した本実施形態の光源装置512,513,514は、光の利用効率が高く、高輝度の光を供給できるものである。したがって、上述した光源装置512,513,514を備えることにより、明るい表示が可能なプロジェクタを提供することができる。
The
なお、本発明の技術範囲は上記実施の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。例えば上記実施形態においてはLEDからの射出光の強度分布に指向性を持たせる手段として、四角錐プリズムを備えたものを採用したが、これに代えて、例えばLEDチップの光射出面に屈折率分布構造、回折格子などを作り込んだものを用いても良い。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, as a means for imparting directivity to the intensity distribution of the light emitted from the LED, a device having a quadrangular pyramid prism is employed. Instead, for example, the refractive index is provided on the light emitting surface of the LED chip. You may use what made distribution structure, a diffraction grating, etc. built-in.
1,512,513,514…光源装置、100,100R,100G,100B…LEDチップ(固体発光光源チップ)、500…プロジェクタ(画像表示装置)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,512,513,514 ... Light source device, 100, 100R, 100G, 100B ... LED chip (solid light-emitting light source chip), 500 ... Projector (image display device).
Claims (3)
An image comprising: the light source device according to claim 1; a light modulation device that modulates light from the light source device; and a projection lens that projects light modulated by the light modulation device. Display device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005034092A JP2006221954A (en) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Light source device and image display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005034092A JP2006221954A (en) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Light source device and image display device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006221954A true JP2006221954A (en) | 2006-08-24 |
Family
ID=36984121
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005034092A Withdrawn JP2006221954A (en) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Light source device and image display device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006221954A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7766507B2 (en) | 2006-12-05 | 2010-08-03 | Nikon Corporation | Illumination light source and image projector |
JP2016225182A (en) * | 2015-06-01 | 2016-12-28 | 株式会社ユーテクノロジー | Led lighting device |
-
2005
- 2005-02-10 JP JP2005034092A patent/JP2006221954A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7766507B2 (en) | 2006-12-05 | 2010-08-03 | Nikon Corporation | Illumination light source and image projector |
JP2016225182A (en) * | 2015-06-01 | 2016-12-28 | 株式会社ユーテクノロジー | Led lighting device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7210793B2 (en) | Light source unit and projector | |
JP5605047B2 (en) | Light source device and projection display device using the same | |
US7789517B2 (en) | LED package, display panel, illumination system and projection system employing the same | |
JP5122565B2 (en) | Integrated light source module | |
EP1580594B1 (en) | Light source unit and projector | |
US7267446B2 (en) | Projection display | |
US9423680B2 (en) | Light source apparatus that irradiates a phosphor layer with excitation light and projector | |
JP2005227339A (en) | Light source device, method for manufacturing light source device, and projector | |
US20070127240A1 (en) | Light source device and projector | |
JP2003330109A (en) | Illuminator and projection type display device | |
JP2000180962A (en) | Projection illuminating device | |
JP2005099328A (en) | Illumination device and projector | |
JP2006285043A (en) | Light source device | |
JP2006221840A (en) | Light source device and image display device | |
JP2006221954A (en) | Light source device and image display device | |
JP2007298600A (en) | Rod type integrator hold member and projection type display apparatus | |
US7806566B2 (en) | Light source unit and projection type video display apparatus using the same | |
US20080239253A1 (en) | Optical element and projection system using the same | |
CN110687741A (en) | Projector based on RGB Micro-LED | |
JP2006058488A (en) | Illumination optical device and projection type display device using the same | |
JP5044992B2 (en) | Light emitting element and projector | |
JP2006098458A (en) | Light source device, image display device, and projector | |
JP4539134B2 (en) | Light source device, image display device, and projector | |
JP2006337428A (en) | Illuminating optical system, optical engine and projection image display apparatus | |
JP2007127955A (en) | Illuminator and projection type image display device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080513 |