JP2007127852A

JP2007127852A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2007127852A
Application number: JP2005320771A
Authority: JP
Inventors: Ken Kobayashi; 建小林
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2007-05-24

Abstract

【課題】高効率化ならびに高輝度化された投射型表示装置を提供する。
【解決手段】三原色のうち赤色光を発する光源４Ｒと、三原色のうち緑色光を発する光源４Ｇと、三原色のうち青色光を発する光源４Ｂとを別個に設け、光源４Ｒとロッドインテグレータ５Ｒ、光源４Ｇとロッドインテグレータ５Ｇ、光源４Ｒとロッドインテグレータ５Ｒ、光源４Ｂとロッドインテグレータ５Ｂとを密着して配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラー画像をスクリーン等に向けて拡大投射し、この画像を前記のスクリーン等に表示させる投射型表示装置に関する。

投射型表示装置は、カラー画像を拡大投射するにあたって、液晶パネルといった空間光変調素子に光を透過させる透過型と、光を反射させる反射型とに大別できる。

上記の透過型及び反射型のいずれにおいても光源から発せられた白色光を色分解光学系によりR光（赤色光）、G光（緑色光）、B光（青色光）に色分解し、これらの３原色光をR光、G光、B光用の液晶パネルのそれぞれに導き、さらにこれらの液晶パネルで３原色光の画像信号のそれぞれに応じて光変調し、これらの画像光を色光学系により色合成し、こうして得られた色合成画像光を投射レンズによりスクリーン上に拡大投射させる。

なお、光源としては、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各スペクトルを高効率で得られる超高圧水銀ランプといったシュートアークランプが挙げられる。このランプの発光スペクトルは、図４に示すとおりであり、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に対応するスペクトルを選択する。

図５は、投射型表示装置に用いられるフライアイレンズアレイ方式のインテグレータ照明光学系の一例を示す図である。

このインテグレータ照明光学系１００においては、光源１０１から光が発せられ、この光はミラーまたはレンズにより略平行光にされる。

略平行光にされた光は、照明領域１０５の相似形である矩形レンズが二次元的に配列されたフライアイレンズアレイ１０２に入射し、個々の矩形レンズから出射された光はフィールドレンズ１０４により照明領域１０５内に結像され、高効率な照明を得ることができる。

なお、この際、フライアイレンズアレイ上には二次光源像が形成される。この二次光源像はフライアイレンズアレイ１０２による再結像により得られ、コリメートレンズ系焦点距離（本例においてはリフレクタ焦点距離）とフライアイレンズ焦点距離との比でもって拡大結像される。そして、偏光変換を行うためのＰＢＳアレイ１０４と波長板とを配置することにより、液晶表示デバイスといった直線偏光を利用する装置においてんも高い効率を得ることができる。

図６は、投射型表示装置に用いられるロッドインテグレータの一例である。このロッドインテグレータ１０７は、上記のインテグレータ照明光学系の一種であり、光束の入出射端面が照明領域１１０の相似形をなしている。

上記のロッドインテグレータ１０７においては、光源１０６から発せられた光束は、端面で集光される。なお、この入射端面には二次光源像が形成される。

入射した光束は、系内で多重反射を繰り返し、他方の端面から出射される。この際、出射端面の形状と照明領域１１０とは相似関係にあるため、フィールドレンズ１１１により
光束を拡大結像でき、高効率な矩形照明を実現できる。

また、光束がロッドインテグレータ１０７内で多重反射させるため、照明領域１１０における面内照度分布の均一性を高め、光源発光点（アーク）の揺らぎの影響を解消することができる。
米国特許ＵＳ６，６７６，２６０

しかしながら、光源１０６がＲ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれを発する３個の光源からなり、白色光をＲＧＢ３原色に分解し、各色に対応する空間光変調素子を用いる場合は、図７に示すように、ＲＧＢ各色の光束を一旦合成し、インテグレータ照明光学系に入射させるための色合成系１１２と、インテグレータ照明系において空間光変調素子を各色の光で照明するために光を色分解するための色分解する色分解系１１３と、空間光変調素子から発せられる各色映像光を合成し、投影するための色合成系１１４とを必要とする。

色合成系１１２及び１１４と、色分解１１３の透過率は、図８に示すように、最高でも９０パーセントであるため、合計３個の系を使用すると、それだけで光束の透過率が７０％に低下してしまう。

このような事情に鑑み本発明は、高効率化ならびに高輝度化された投射型表示装置を提供する。

請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、三原色のうち赤色光を発する赤色光源と、この赤色光源に密着して配置されこの赤色光を偏光方向を揃えて出射する第１のロッドインテグレータと、この第１のロッドインテグレータから出射された赤色光に対して偏光変調を行う第１の偏光変調手段と、三原色のうち緑色光を発する緑色光源と、この緑色光源に密着して配置されこの緑色光を偏光方向を揃えて出射する第２のロッドインテグレータと、この第２のロッドインテグレータから出射された緑色光に対して偏光変調を行う第２の偏光変調手段と、三原色のうち青色光を発する青色光源と、この青色光源に密着して配置されこの青色光を偏光方向を揃えて出射する第３のロッドインテグレータと、この第３のロッドインテグレータから出射された青色光に対して偏光変調を行う第３の偏光変調手段と、前記第１乃至第３の偏光変調手段により変更変調された赤色光、緑色光及び青色光を合成する合成手段と、前記合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有することを要旨とする。

本発明によれば、面発光光源のような比較的大型の光源を用いる場合であっても偏光変換が可能であり、高効率化、高輝度化、さらに小型化された投射型表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る投射型表示装置４の構成図である。

この投射型表示装置１は、前記の白色光源と色分解光学系に代えて、光源４（４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ）、ロッドインテグレータ５（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）、レンズ６（６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ）からなるインテグレータ光学系と、反射偏光板７（７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ）と、反射型空間光変調素子８（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）と、ＲＧＢ光を合成するためのダイクロイックプリズム９と、投射レンズ１０とからなる。

なお、以降の説明においては適宜、光源４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを“光源４”、ロッドインテグレータ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを“ロッドインテグレータ５”、レンズ６Ｒ、６Ｇ、６Ｂを“レンズ６”、反射偏光板７Ｒ、７Ｇ、７Ｂを“反射偏光板７”、反射型空間光変調素子８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを“反射型空間光変調素子８”と総称する。

以下、上記の構成を有する投射型表示装置４の動作について説明する。

光源４Ｒから発せられた赤色光１８Ｒは、まずロッドインテグレータ５Ｒに入射し、このロッドインテグレータ５ＲによりＳ波がＰ波に変換され、さらにレンズ６Ｒにより集光され、拡大結像される。

拡大結像された赤色光１８Ｒは、反射型偏光板７Ｒを透過し、この際に不要な偏光光が除去され、反射型空間光変調素子８Ｒにおいて映像信号に基づいて変調されるとともにＳ波に変換される。

反射型空間光変調素子８Ｒにより偏光変調された赤色光（映像光）１９Ｒは、反射型偏光板７Ｒにより反射され、ロッドインテグレータ５Ｒの近傍に配置されたダイクロイックプリズム９に入射する。

また、光源４Ｇから発せられた緑色光１８Ｇは、まずロッドインテグレータ５Ｇに入射し、このロッドインテグレータ５ＧによりＳ波がＰ波に変換され、さらにレンズ６Ｇにより集光され、拡大結像される。

拡大結像された緑色光１８Ｇは、反射型偏光板７Ｇを透過し、この際に不要な偏光光が除去され、反射型空間光変調素子８Ｇにおいて映像信号に基づいて変調されるとともにＳ波に変換される。

反射型空間光変調素子８Ｇにより偏光変調された緑色光（映像光）１９Ｇは、反射型偏光板７Ｇにより反射され、ロッドインテグレータ５Ｇの近傍に配置されたダイクロイックプリズム９に入射する。

また、光源４Ｂから発せられた青色光１８Ｂは、まずロッドインテグレータ５Ｂに入射し、このロッドインテグレータ５ＢによりＳ波がＰ波に変換され、さらにレンズ６Ｂにより集光され、拡大結像される。

拡大結像された青色光１８Ｂは、反射型偏光板７Ｂを透過し、この際に不要な偏光光が除去され、反射型空間光変調素子８Ｂにおいて映像信号に基づいて変調されるとともにＳ波に変換される。

反射型空間光変調素子８Ｂにより偏光変調された青色光（映像光）１９Ｂは、反射型偏光板７Ｂにより反射され、ロッドインテグレータ５Ｂの近傍に配置されたダイクロイックプリズム９に入射する。

ダイクロプリズム９に入射した３色の映像光（赤色光１９Ｒ、緑色光１９Ｇ、青色光１９Ｂ）は、このダイクロイックプリズム９により合成され、投射レンズ１０によりスクリーン等に投影される。

なお、上記の赤色光、緑色光、青色光に関する動作は全て同時に行われる。

また、上記の説明においては、ロッドインテグレータ５がＰ波を出射し、反射型偏光板７がＰ波を透過し、Ｓ波を反射する場合を示したが、これに限定されず、ロッドインテグレータ５がＳ波を出射し、反射型偏光板７がＳ波を透過し、Ｐ波を反射する構成とすることもできる。

また、前記のとおりロッドインテグレータ５から出射した光線１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは、レンズ６により集光され、拡大結像されるため、高い効率を得ることができる。

以下、上記の光源４及びロッドインテグレータの詳細について説明する。

図２は、図１の光源４の構成図である。

この光源４は、二元面発光光源であり、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）基板１と、電極・配線部２と、ＬＥＤパッケージ基板３と、ＬＥＤパッケージ基板３とからなり、ＲＧＢ単色１０００ｌｍ以上の高い出力を発揮することができる。

ＬＥＤ基板１に用いられる材料としては、ＩｎＧａＮ（青、緑）、ＡｌＩｎＧａＰ（赤）等が挙げられる。

電極・配線部２には、金によりくし型もしくは格子状の電極配線が施されている。これにより、ＬＥＤ基板１内に電界を均一に形成させることができる。なお、光束１８は上記の電極配線の間から発せられる。

ＬＥＤパッケージ基板３には、セラミックのような低抵抗、高発熱性を有する材料により作製されており、発熱等によるＬＥＤ基板１や電極・配線部２の損傷を防止することができる。

以上のような構成を有する光源４の特徴としては、以下の点が挙げられる。

まず、その発光スペクトルは狭帯域且つ単色であり、また、半値地が２０から３０ｎｍであり、時には好ましくない影響を及ぼす紫外線や赤外線を放出しない。また、再点灯性が良好であり、パルス発光も可能である。また、耐久性にも優れ、２〜５万時間の長い寿命を有する。

また、消費電力は１００Ｗ以下であり、経済性も優れる。また、入力電流を変化させることにより出力も変化させることが可能であり、汎用性にも富む。また、量産性も高く、製造コストを低減できる。また、ダイシング等により所望の形状に自由に加工可能であり、たとえば、面発光光源としても使用可能である。

図３は、図１のロッドインテグレータ５の構成図である。

このロッドインテグレータ５は、略筒状のロッドインテグレータ本体１５と、この一端に配置されたＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）アレイ１４とからなり、ＰＢＳアレイ１４には前記の光源４が密着して配置されている。

上記のＰＢＳアレイ１４は、光１８のＰ波を透過しＳ波を反射する複数個のＰＢＳ−Ａ１６と、Ｓ波を透過しＰ波を反射する複数個のＰＢＳ−Ｂ１７と、対向して配置されたＰＢＳ−Ａ１６とＰＢＳ−Ｂ１７との間に形成されたＰＢＳ膜１２と、１／２波長板１１１とからなる。

光源４から発せられた光束が、前記の光源４に密着して配置されたＰＢＳアレイ１４に入射すると、図中に直線で示したＰ波はＰＢＳ−Ａ１６（ＰＢＳ膜１２）を透過し、ロンドインテグレータ本体１５に入射する。

一方、図中に点線で示したＳ波はＰＢＳ−Ｂ１７（ＰＢＳ膜１２）により２回反射され、１／２波長板１１に入射し、これによりＰ波に変換され、前記のＰ波と平行になるようにロッドインテグレータ本体１５に入射する。

ロッドインテグレータ本体１５に入射したＰ波は、この内部で全反射を繰り返し、照明領域の相似形をなす出射端より出射し、レンズ６により拡大結像される。

拡大結像されたＰ波は、反射型偏光板７を透過し、反射型空間光変調素子８において変調されるとともにＳ波に変換され、反射型偏光板７により反射され、ダイクロイックプリズム９に入射し、これにより合成され、投射レンズ１０によりスクリーン等に投影される。

なお、上記の説明においては、ロッドインテグレータ５がＰ波を出射する場合を示したが、これに限定されず、このロッドインテグレータ５がＳ波を出射する構成とすることもできる。

以上のとおり本発明においては、光源４、ロッドインテグレータ５、レンズ６、反射型偏光板７、反射型空間光変調素子８をそれぞれ３個設け、それぞれを赤色光、緑色光、青色光に対応させるため高効率化、高輝度化が可能となる。

また、ロッドインテグレータ５を設け、このロッドインテグレータ５に光源４を密着させることにより、従来ならば光源４とロッドインテグレータ５の間に存在したレンズを廃し、ダイクロイックプリズム９をロッドインテグレータ５の近傍に配置することにより小型化、高輝度化が可能となる。

また、ロッドインテグレータ５から出射した光線１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは、レンズ６により集光・拡大結像されるため高い効率を得ることができる。

本発明の一実施例に係る投射型表示装置の構成図である。図１の光源の構成図である。図１のロッドインテグレータの構成図である。従来の超高圧水銀ランプの分光特性を示す図である。従来のインテグレータ光学系の構成図である。従来のロッドインテグレータの構成図である。従来の色合成系及び色合成系の構成図である。従来の投射型表示装置における光の透過率を示す図である。

符号の説明

１ＬＥＤ基板
２電極・配線部
３ＬＥＤパッケージ基板
４R、４G、４B 光源
５R、５G、５B ロッドインテグレータ
６R、６G、６B レンズ
７R、７G、７B 反射型偏光板
８R、８G、８B 反射型空間光変調素子
９ダイクロイックプリズム
１０投射レンズ
１１１／２波長板
１２ＰＢＳ膜
１４ＰＢＳアレイ
１５ロッドインテグレータ本体
１６ＰＢＳ−Ａ
１７ＰＢＳ−Ｂ

Claims

三原色のうち赤色光を発する赤色光源と、
この赤色光源に密着して配置されこの赤色光を偏光方向を揃えて出射する第１のロッドインテグレータと、
この第１のロッドインテグレータから出射された赤色光に対して偏光変調を行う第１の偏光変調手段と、
三原色のうち緑色光を発する緑色光源と、
この緑色光源に密着して配置されこの緑色光を偏光方向を揃えて出射する第２のロッドインテグレータと、
この第２のロッドインテグレータから出射された緑色光に対して偏光変調を行う第２の偏光変調手段と、
三原色のうち青色光を発する青色光源と、
この青色光源に密着して配置されこの青色光を偏光方向を揃えて出射する第３のロッドインテグレータと、
この第３のロッドインテグレータから出射された青色光に対して偏光変調を行う第３の偏光変調手段と、
前記第１乃至第３の偏光変調手段により変更変調された赤色光、緑色光及び青色光を合成する合成手段と、
前記合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有することを特徴とする投射型表示装置。