JP4382503B2 - 投写型表示装置の光源装置と投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は投写型表示装置の光源装置とその光源装置を備えた投写型表示装置に関し、特に発光ダイオードを光源とする投写型表示装置の光源装置とその光源装置を備えた単板型の投写型表示装置に関する。

高輝度白色光源からの光束をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の波長域に分離して、それらの色光をそれぞれに対応するＲ、Ｇ、Ｂ３枚の液晶表示パネルに照射し、液晶表示パネルで変調されたＲ、Ｇ、Ｂの各々の画像をダイクロイックプリズムで合成し、投写レンズを用いて拡大投写する投写型液晶表示装置が実用化されている。また、表示素子に液晶表示パネルでなくＤＭＤ（ディジタルミラーデバイス）を１個使用し、高輝度白色光源からの光束を、Ｒ、Ｇ、Ｂの色光を選択するフィルタが形成された円盤状のディスクを回転させることにより、Ｒ→Ｇ→Ｂの色光を繰り返し発生させ、この光をＤＭＤに照射してＤＭＤの変調を行い、色順次方式でカラー画像を拡大投写する単板型の投写型表示装置も実用化されている。いずれの開示技術も、放電ランプの高輝度白色光源を用いるという共通点がある。

まだ実用化されていないが、放電ランプ以外の光源を使用する投写型表示装置の提案もある。例えば発光ダイオードを光源に利用するというものである。発光ダイオードは安価、長寿命、低消費電力といった、従来の高輝度白色光を発する放電ランプには持ち合わせていない特徴を有しており、投写型表示装置の光源として有望視されている。

特許文献１を参照すると、Ｒ、Ｇ、Ｂの３種の色光を発する発光ダイオード群からなる平面的に配置された光源アレイを３個用意し、これらの光源アレイをダイクロイックプリズムにより最終的には光路を共通にして射出する光源装置を構成し、光源装置からの光束を液晶表示パネルに照射する仕組みになっている。ここでは、液晶表示パネルは１枚であり、単板型の構成で色順次表示方式でカラー画像が得られるというものである。低コストの投写型表示装置を実現しようとしたときに、表示パネルが１つで済むということは大きなコストメリットを発生する。また、ダイクロイックプリズムを囲むように光源アレイをコの字型に配列して光束を合成する方法は、光源装置をコンパクトに構成できるので、表示装置全体の小型化に対して大きなメリットである。

しかしながら、さらに光源部分をコンパクトにしようとするなら、できれば光源も１つにしたいところである。すなわち、もしも、平面状の１つの光源のみであって、さらにその光源はＲ→Ｇ→Ｂの色光を順次発光していて、その発光光束を効率よく表示パネルの照明に利用できれば非常にコンパクトな単板型の投写型表示装置を実現できることになる。

ところで、投写型表示装置の光源への発光ダイオード利用に当たってはいくつかの配慮を必要とする。まず、発光ダイオードは、発光効率の面では放電ランプに迫る特性を有するものの、単体の発光光束量は少ないということが上げられる。従来実用化されている投写型表示装置では、例えば１００Ｗの電力で光出力が６０００Ｌｍ（ルーメン）を超える放電ランプが使用されている。これに対して現在最も大きな光束を発する発光ダイオードとして知られているものでも、その光出力は、せいぜい１２０Ｌｍ程度であり、放電ランプの光出力には遠く及ばない。従って光源装置から大出力の光束を得ようとすると、多数の発光ダイオードを使用することが避けられない。１個の発光ダイオードは小さいとはいえ多数使用することによって光源は大型となり、コンパクト化の要求に反する。

従って、１個の発光ダイオードからの光束をできるだけ効率良く使用することを考える必要がある。あるいは、できるだけ発光ダイオードを密接させて配列させることにより発光光束量を確保すると同時に、光源装置の大型化を回避すべきである。また、発光ダイオードから発する光束は通常ランダムな偏光成分を有しているということも重要である。すなわち、表示デバイスにＴＮ液晶表示パネル等を使用する投写型液晶表示装置を構成する場合には、光源装置から射出する光束は直線偏光光であることが望ましい。例えば、特許文献２に開示されているように、１／２波長板を備えた偏光ビームスプリッタアレイで構成される偏光変換光学系を用いれば、発光ダイオードからのランダム偏光光を効率よく直線偏光光として取り出すことが可能になり、光利用率を高めることができる。
特許第３３１９４３８号公報 特開２００２−２４４２１１号公報

しかしながら、この特許文献２に開示される構成では、多数個の発光ダイオードを配備して光源装置からの光出力を高めたい場合に困難を生じる。なぜなら、１個の発光ダイオードの大きさに対して約２倍の大きさの１／２波長板を備えた偏光ビームスプリッタで構成される偏光変換光学系が対応しているからである。そのため、発光ダイオード同士の間隔を限度まで接近させることができない。すなわち、多数の発光ダイオードを使用すると光源部が大型化してしまうという問題がある。

また、光源部にはダイクロイックプリズムをコの字型に囲んで配置しているので、Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用に３つの光源アレイが必要なり、コンパクト化の意味でさらなる改善が望まれる。

本発明の目的は、単一の液晶表示パネルを備えた投写型表示装置においてカラー表示に必要な光束が供給でき、光源の光利用率が高く、しかも光源部が非常にコンパクトな投写型液晶表示装置の光源装置を提供することにある。

本発明の投写型表示装置の光源装置は、
発光ダイオードランプを用いた投写型表示装置の光源装置であって、光源装置は、それぞれ１個以上の第１の色光を発する第１の発光ダイオードランプと、第２の色光を発する第２の発光ダイオードランプと、第３の色光を発する第３の発光ダイオードランプとを有し、各発光ダイオードランプは、各々の光軸が平行となるように同一平面上に配置されており、発光色の異なる２種類の発光ダイオードランプが組とされ、それぞれの光軸上にダイクロイックミラー、１／４波長板、偏光ビームスプリッタが順次配置されており、各偏光ビームスプリッタの偏光分離面で反射される反射光束が、組とされる偏光ビームスプリッタに入射するように配置されて１組の発光ダイオードランプユニットとされて、ダイクロイックミラーおよび偏光ビームスプリッタは、１組の発光ダイオードランプユニットから一方の偏光光に統一された２種類の発光色の光が射出されるように組合わされており、光源装置は複数の発光ダイオードランプユニットから構成されている。ここで第１の色光がＲ色（赤色）、第２の色光がＧ色（緑色）、第３の色光がＢ色（青色）であってもよい。

第１の発光ダイオードランプと偏光ビームスプリッタとの間に配置されるダイクロイックミラーの特性は、第１の発光ダイオードランプの色光を透過し、第２および第３の発光ダイオードランプの色光を反射させる特性を有し、第２の発光ダイオードランプと偏光ビームスプリッタとの間に配置されるダイクロイックミラーの特性は、第２の発光ダイオードランプの色光を透過し、第１および第３の発光ダイオードランプの色光を反射させる特性を有し、第３の発光ダイオードランプと偏光ビームスプリッタとの間に配置されるダイクロイックミラーの特性は、第３の発光ダイオードランプの色光を透過し、第１および第２の発光ダイオードランプの色光を反射させる特性を有することが望ましい。

発光ダイオードランプユニットの１／４波長板が一体に構成されていてもよく、発光ダイオードランプユニットの偏光ビームスプリッタが一体に構成されていてもよく、さらに、複数の前記発光ダイオードランプユニットの前記偏光ビームスプリッタが一体に構成されていてもよく、偏光ビームスプリッタは、斜辺に誘電多層膜が形成された２個の光学ガラスからなる直角プリズムを張りあわせた構造の偏光ビームスプリッタであってもよく、あるいは平板状の偏光ビームスプリッタであってもよく、また、１／４波長板とダイクロイックミラーとは一体に形成されていてもよく、１／４波長板と偏光ビームスプリッタとは一体に形成されていてもよい。

本発明の投写型表示装置は、
上述の光源装置を備え、その光源装置からの光束を単一の液晶表示パネルに照射し、その液晶表示パネルで変調される画像を投写レンズにより拡大表示する。

発光ダイオードランプユニットは所定の数を所定の配列で同一平面上に配置できるので、それぞれの発光ダイオードランプは密接して平面的に配列させることができ、２種類の発光色を射出する発光ダイオードランプユニットを所定の組合せで配置することにより所望の各発光色の射出強度を得ることができる。

本発明の第１の効果は、Ｒ、Ｇ、Ｂの光束を順次または同時に、かつ直線偏光光のみを射出するコンパクトな光源装置が提供でき、したがってコンパクトな単板型の投写型液晶表示装置を提供できることである。

第２の効果は、光源装置からの光束をインテグレータ光学系と組み合わせることで、単一の液晶表示パネルを偏光統一された直線偏光光で均一に照明することができることである。

その理由は、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光色を呈する発光ダイオードランプが同一平面上に配備されているので１つの光源アレイだけで済み、しかも、その光源アレイから発する非偏光光が統一されて光源装置から射出されるからであり、かつ、発光ダイオードランプを密接させて配置できるからである。

本発明の光源装置と投写型表示装置との実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の光源装置はＲ、Ｇ、Ｂの発光色を呈する多数個の発光ダイオードランプで構成されており、各発光ダイオードランプは、各々の光軸が平行となるように同一平面上に配置されており、発光色の異なる２種類の発光ダイオードランプが組となり、ダイクロイックミラー、１／４波長板、偏光ビームスプリッタと順次組合されて１個の発光ダイオードランプユニットとなっており、１個の発光ダイオードランプユニットからは一方の偏光光に統一された２種類の発光色の光が射出される。発光ダイオードランプユニットは所定の数を所定の配列で同一平面上に配置できるので、それぞれの発光ダイオードランプは密接して配列させることができ、２種類の発光色を射出する発光ダイオードランプユニットを所定の組合せで配置することにより所望の各発光色の射出強度を得ることができる。

図１は本発明の第１の実施の形態の光源装置の基本的な構成を示す模式的平面図であり、図２は本発明の光源装置のダイクロイックミラーの特性を示す説明図である。図１では、それぞれの発光色が異なる２個の発光ダイオードランプを有する発光ダイオードランプユニット１０を基本構成の例として、本発明の第１の実施の形態の光源装置１を説明する。ここで、２個の発光ダイオードランプは、発光ダイオードランプ（Ｇ）１０１と、発光ダイオードランプ（Ｒ）１０２とであるものとする。ここで各光束は符号を括弧で囲んで表示する。

この光源装置１を構成する発光ダイオードランプユニット１０は、Ｇ色を発する発光ダイオードランプ（Ｇ）１０１、Ｒ色を発する発光ダイオードランプ（Ｒ）１０２と、発光ダイオードランプ（Ｇ）１０１の射出側に設けられた図２の特性（Ｇ）２０２に示されるＧ色を透過しＲ色およびＢ色を反射するダイクロイックミラー（Ｇ）１１１と、発光ダイオードランプ（Ｒ）１０２の射出側に設けられた図２の特性（Ｒ）２０１に示されるＲ色を透過しＧ色およびＢ色を反射するダイクロイックミラー（Ｒ）１１２と、ダイクロイックミラー１１１、１１２のそれぞれの射出側に設けられた１／４波長板１２１、１２２と、１／４波長板１２１、１２２のそれぞれの射出側に設けられその偏光分離面１４１、１４２がＰ偏光光を透過しＳ偏光光を反射する偏光ビームスプリッタ１３１、１３２とが設けられており、偏光ビームスプリッタ１３１の反射面と偏光ビームスプリッタ１３２の反射面とが対向しそれぞれがほぼ９０度で交叉するように配置されている。従って偏光分離面１４１および偏光分離面１４２は射出光とほぼ４５°となるように設けられている。

発光ダイオードランプ１０１、１０２としては、商用に一般的に入手可能な、発光素子をエポキシ樹脂等で封止し、かつレンズ形状を有する砲弾型の発光ダイオードランプを使用することができる。この種の発光ダイオードランプは、レンズ形状を所定とすることで光軸上に発光する光束の密度を高めることができる。なお、この種の発光ダイオードランプから得られる光束はランダムな偏光光である。

発光ダイオードランプ（Ｇ）１０１の射出側に配置するダイクロイックミラー（Ｇ）１１１としては、Ｇの色光を透過しＲの色光を反射させる特性の薄膜が、例えば、ガラス基板上に蒸着されたものが使用される。また、発光ダイオードランプ（Ｒ）１０２の射出側に配置したダイクロイックミラー（Ｒ）１１２としては、Ｒの色光を透過し、Ｇの色光を反射させる特性の薄膜が、例えば、ガラス基板上に蒸着されたものが使用される。このようなダイクロイックミラーは周知の技術を用いて入手可能である。

１／４波長板１２１、１２２としては、市販のフィルムタイプの１／４波長板を透明なガラス基板上に貼り合わせたものが使用される。

偏光ビームスプリッタ１３１および１３２としては、光学ガラス製の２個の直角プリズムの斜辺に偏光分離面１４１、１４２となる誘電体多層膜が形成されたものを使用した。偏光分離特性としては、入射する可視域のランダムな偏光光を約１：１の割合でＰ偏光光とＳ偏光光に分離する特性を有していることが好ましい。そして偏光ビームスプリッタ１３１と偏光ビームスプリッタ１３２の各々の偏光分離面１４１および１４２は、互いに直交し、かつ互いの偏光ビームスプリッタ１３１、１３２が反射するＳ偏光光が互いの偏光分離面１４２、１４１へ向かうように、各々の偏光ビームスプリッタを配置することが好ましい。

第１の実施の形態には種々な変形例が可能であり、第１の変形例では、発光ダイオードランプと、その発光色に対応するダイクロイックミラーと、１／４波長板と、所定の偏光光のみを透過しそれ以外の偏光光は反射する偏光ビームスプリッタとが光軸上に一列に配置されてハーフユニットとなっていて、所望の組合せの発光色を発光するハーフユニットがそれぞれの偏光分離面が対向するように組み合わせて発光ダイオードランプユニット１０となる。

第２の変形例では、図１ではそれぞれが独立して設けられている１／４波長板１２１と１／４波長板１２２とが一体となり、それぞれに独立して設けられていた偏光ビームスプリッタ１３１と偏光ビームスプリッタ１３２とが接合されて一体となっている。それによって発光ダイオードランプユニット１０の構成が簡略化される。

さらに、第３の変形例では、それぞれが１個であった発光ダイオードランプが２列２並び４個となり、４個の同色の発光ダイオードランプと、その発光色に対応する１個のダイクロイックミラーと、１個の１／４波長板と、所定の偏光光のみを透過しそれ以外の偏光光は反射する１個の偏光ビームスプリッタとが光軸上に一列に配置されてハーフユニットとなっていて、所望の組合せの発光色を発光するハーフユニットをそれぞれの偏光分離面が対向するように組み合わせて発光ダイオードランプユニットを形成している。ここでは独立して設けられている１／４波長板が一体となり、それぞれに独立して設けられている偏光ビームスプリッタが接合されて一体となってもよい。偏光ビームスプリッタの高さは高くなるが、発光ダイオードランプユニット１０の構成が簡略化される。ここでハーフユニットの接合方向に並ぶ発光ダイオードランプの数は増加させてもよく、それによって偏光ビームスプリッタの高さは高くならない。

図１を参照して、本発明の実施の形態の発光ダイオードランプユニット１０の動作を説明する。図１において、Ｇ色の発光ダイオードランプ（Ｇ）１０１から発光されたランダムな偏光成分を有する光束（１２１）はまず、光軸と垂直に配置されているダイクロイックミラー（Ｇ）１１１を透過する。ダイクロイックミラー（Ｇ）１１１はＧ色を透過してＧ色以外は反射する図２の特性（Ｇ）２０２を有している。ダイクロイックミラー（Ｇ）１１１を透過したランダムな偏光成分の光束（１２１）は次に１／４波長板１２１を透過する。ランダムな偏光光が１／４波長板１２１を通過しても、偏光成分はランダムなままである。その後、ランダムな偏光成分の光束（１２１）は偏光ビームスプリッタ１３１の偏光分離面１４１に達し、ここでＰ偏光光とＳ偏光光とに分離が行われる。ここでは、偏光分離面１４１は光束（１２１）のランダムな偏光成分の内のＰ偏光光は透過しＳ偏光光は反射する特性を有している。従ってＰ偏光光（１２２）はそのまま偏光ビームスプリッタ１３１内を直進し、光源装置１の射出光束（Ｐ）１１となる。一方、偏光分離面１４１で反射されたＳ偏光光（１２３）は、その進行方向を隣の偏光ビームスプリッタ１３２に変更し、偏光ビームスプリッタ１３２の偏光分離面１４２へ達する。ここでは、偏光分離面１４２もＰ偏光光は透過しＳ偏光光は反射するように構成されているので、Ｓ偏光光（１２３）は反射されて光束（１２４）としてＲ色の発光ダイオードランプ（Ｒ）１０２の方向に向けて進行し、偏光ビームスプリッタ１３２を出たあと、１／４波長板１２２を透過する。ここでＳ偏光光であった光束（１２４）が一旦、円偏光光（１２５）に変換されてダイクロイックミラー（Ｒ）１１２に達する。ダイクロイックミラー（Ｒ）１１２は図２に示されるＲ色を透過しＲ色以外は反射する特性（Ｒ）２０１を有しているので、円偏光のＧ色の光（１２５）は反射され、再度１／４波長板１２２を偏光ビームスプリッタ１３２側に向けて進行する。ここで、円偏光光（１２５）は偏光変換されてＰ偏光光（１２６）となって偏光分離面１４２に達する。偏光分離面１４２はＰ偏光光は透過しＳ偏光光は反射する特性を有しているので、Ｐ偏光光（１２６）は偏光分離面１４２を透過して光源装置１の射出光束（Ｐ）１２となる。

Ｒ色の発光ダイオードランプ（Ｒ）１０２から発光されたランダムな偏光成分を有する光束（１３１）はまず、光軸と垂直に配置されているダイクロイックミラー（Ｒ）１１２を透過する。ダイクロイックミラー（Ｒ）１１２は図２に示されるＲ色を透過しＲ色以外は反射する特性（Ｒ）２０１を有している。ダイクロイックミラー（Ｒ）１１２を透過したランダムな偏光成分の光束（１３１）は次に１／４波長板１２２を透過する。ランダムな偏光光が１／４波長板１２２を通過しても、偏光成分はランダムなままである。その後、ランダムな偏光成分の光束（１３１）は偏光ビームスプリッタ１３２の偏光分離面１４２に達しここで、Ｐ偏光光とＳ偏光光に分離が行われる。偏光分離面１４２は光束（１３１）のランダムな偏光成分の内のＰ偏光光は透過しＳ偏光光は反射する特性を有している。従ってＰ偏光光（１３２）はそのまま偏光ビームスプリッタ１３２内を直進し、光源装置１の射出光束（Ｐ）１３となる。一方、偏光分離面１４２で反射されたＳ偏光光（１３３）は、その進行方向を隣の偏光ビームスプリッタ１３１に変更し、偏光ビームスプリッタ１３１の偏光分離面１４１へ達する。偏光分離面１４１もＰ偏光光は透過しＳ偏光光は反射するように構成されているので、Ｓ偏光光（１３３）は反射されて光束（１３４）としてＧ色の発光ダイオードランプ（Ｇ）１０１の方向に向けて進行し、偏光ビームスプリッタ１３１を出たあと、１／４波長板１２１を透過する。ここでＳ偏光光であった光束（１３４）が一旦、円偏光光（１３５）に変換されてダイクロイックミラー（Ｇ）１１１に達する。ダイクロイックミラー（Ｇ）１１１はＧ色を透過しＧ色以外は反射する特性を有しているので、円偏光のＲ色の光（１３５）は反射され、再度１／４波長板１２１を偏光ビームスプリッタ１３１側に向けて進行する。ここで、円偏光光（１３５）は偏光変換されてＰ偏光光（１３６）となって偏光分離面１４１に達する。偏光分離面１４１はＰ偏光光を透過しＳ偏光光を反射する特性を有しているので、Ｐ偏光光（１３６）は偏光分離面１４１を透過して光源装置１の射出光束（Ｐ）１４となる。

以上のように発光ダイオードランプユニット１０からの投射光束１１〜１４はすべてＰ偏光光として投射される。

図１では隣り合う発光ダイオードランプ１０１、１０２がＧ色とＲ色の場合を示してあるが、隣り合う発光ダイオードランプが、Ｇ所とＢ色またはＲ色とＢ色の場合においても動作としては同じである。異なるのは、発光ダイオードランプに近い側に配置されているダイクロイックミラーの特性である。すなわち、Ｇ色とＢ色が隣り合っている場合には、Ｇ色の発光ダイオードランプに近い側に配置されるダイクロイックミラーとしてはＧ色を透過してＧ色以外を反射する特性のものを用意し、Ｂ色の発光ダイオードランプに近い側に配置されるダイクロイックミラーとしては、Ｂ色を透過してＢ色以外を反射する特性のものを用意すればよい。またＲ色とＢ色が隣り合っている場合には、Ｒ色を透過してＲ色以外を反射する特性のダイクロイックミラーをＲ色の発光ダイオードランプの光軸上に配置し、Ｂ色を透過してＢ色以外を反射する特性のダイクロイックミラーをＢ色の発光ダイオードランプの光軸上に配置すればよい。

このように、発光ダイオードランプから射出されるランダムな偏光成分の光のほんど全てを、Ｐ偏光とＳ偏光に分離後、Ｓ偏光の光は偏光変換してＰ偏光光として光源装置から射出することができるので光利用効率の高い光源装置を構成できる。

なお、カラー表示を行うには光源装置からはＲ、Ｇ、Ｂの光束が発生されなければならないので、光源装置には、Ｒ、Ｇ、Ｂ色を発する発光ダイオードランプが配備されていることが必要である。図３は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を発光する発光ダイオードランプが配備されている光源装置の１例を示す基本的な模式図である。

図３では、Ｇの発光ダイオードランプ（Ｇ）３０１とＲの発光ダイオードランプ（Ｒ）３０２とを備えた発光ダイオードランプユニット３１と、Ｇの発光ダイオードランプ（Ｇ）３０３とＢの発光ダイオードランプ（Ｂ）３０４とを備えた発光ダイオードランプユニット３２とを組み合わせることにより、Ｇの発光ダイオードランプ２個とＲ、Ｂの発光ダイオードランプ１個とが用意されている。Ｒ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードランプは図３のようにＧ色の発光ダイオードランプ２個、Ｒ色とＢ色の発光ダイオードランプ各々１個に限定されるわけではない。Ｒ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードランプの個数比率はＧ：Ｒ：Ｂ＝２個：１個：１個または１個：２個：１個または１個：１個：２個でも構わない。また、高輝度化のためには、それらの発光ダイオードランプユニットを多数平面上に配備することが望ましい。

図３においては４個の発光ダイオードランプが紙面の水平方向に並んでいるが、紙面の垂直方向にも発光ダイオードランプを配備することも可能である。すなわち、上述の第３の変形例のように、発光ダイオードランプを同一平面上にマトリックス状に配備する構成をとることもできる。

ただし、同色の発光ダイオードランプが隣り合っていて、これらの光軸上に配置される偏光ビームスプリッタで反射したＳ偏光光が互いの偏光分離面に向かうように偏光ビームスプリッタを配置することは避けるべきである。

本実施の形態では、光源装置１からの射出光束がＰ偏光光となる場合を示しているが、Ｓ偏光光のみを得たいときには、光源装置１の射出直後に１/２波長板を設ければよい。このような構成とすることで、光利用率の高い、Ｓ偏光光のみを発する光源装置を構成できる。

このように、本発明の光源装置は、Ｒ、Ｇ、ＢまたはＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗ（ホワイト）の色光を順次または、同時に発生する小型薄型の光源装置であって、しかも光源装置から発する光束は、偏光方向の統一されたＰ偏光光あるいはＳ偏光光であるので、表示パネルが液晶表示パネルからなる単板型の投写型液晶表示装置に好適な光源装置である。

図１で説明したダイクロイックミラー、１／４波長板、偏光ビームスプリッタについては種々の変形が可能である。例えば、光源装置をよりコンパクトにすべく、偏光ビームスプリッタおよび１／４波長板を独立して配置するのではなく、一体化することもできる。

図４は本発明の図３に示す光源装置の第１の変形例を示す模式図であり、偏光ビームスプリッタ４３０は、図３では４個で構成されていたビームスプリッタ３３１、３３２、３３３、３３４を３角プリズムを張り合わせ、しかもアレイ状にして１個のビームスプリッタ４３０とし、かつ入射面にフィルムタイプの１／４波長板４２０を貼り合わせて構成している。このようにすることによって部品点数の削減が実施できる。さらにこのような構成とすることにより、各々を独立して配置する場合に比べて、空気に触れる面が削減されるので、反射損失が低減し、発光ダイオードランプからの光束の光利用率がさらに向上する。

図５は本発明の図３に示す光源装置の第２の変形例を示す模式図であり、偏光ビームスプリッタ３３１、３３２、３３３、３３４をプリズムタイプでなく、板状のワイヤグリッド型の偏光ビームスプリッタ５３１、５３２、５３３、５３４としている。ワイヤグリッド型の偏光ビームスプリッタは米国モックステック社より商品として入手可能であり、プリズムタイプの偏光ビームスプリッタに対して格段に軽量化が実施できる。さらにここでは、１／４波長板５２１、５２２、５２３、５２４をそれぞれダイクロイックミラー５１１、５１２、５１３、５１４と一体化した。すなわち、ガラス基板上の表面にダイクロイックミラーを形成し、裏面には１／４波長板を貼り合わせた。このようにすることによって部品点数の削減が実施される。

さらにまた、発光ダイオードランプから射出する光束の平行性を高めるために、発光ダイオードランプに補助光学素子を配置してもよい。補助光学素子としては、レンズやテーパー形状を有する角柱ロッド等が考えられる。このような補助光学素子を付加することで、偏光ビームスプリッタに平行性の高い光線を入射させることが可能になり、光源装置での光利用率がさらに高まる。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態である投写型表示装置について説明する。図６は本発明の第１の実施の形態の光源装置を備えた単板型の投写型液晶表示装置の一例を示す模式的構成図である。

本発明の第２の実施の形態の単板型の投写型液晶表示装置６００は、第１の実施の形態の光源装置３と、液晶表示パネル６１０と、第１のレンズ板６０１と、第２のレンズ板６０２と、第１の凸レンズ６０３と、第２の凸レンズ６０４と、第１の偏光板６０５と、第２の偏光板６０６と、投射レンズ６０７とを備えている。

本発明の光源装置により単一の液晶表示パネルを照明する場合には、光源装置と液晶表示パネルの間にインテグレータ光学系を備えることが好ましい。すなわち、発光ダイオードランプからの光束は、自らの光軸上にある偏光ビームスプリッタと隣の発光ダイオードランプの光軸上にある偏光ビームスプリッタとを経由して光源装置より射出されているので、これらの光束を表示パネル上に重畳照明するようなレンズ系を配置することで、光源からの光束を効率よく利用できる。このようなレンズ系として、２組のフライアイレンズと２組のフィールドレンズで構成されるインテグレータ光学系が有効である。

第１の実施の形態で図３を参照して説明した本発明の光源装置３から射出した、例えばＧ色の発光ダイオードランプ（Ｇ）３０１で発生する光束は、偏光ビームスプリッタ３３１と偏光ビームスプリッタ３３２を経由して光源装置３からＰ偏光光として射出される。ここで、偏光ビームスプリッタ３３１、３３２に対応させるようにフライアイレンズとして、第１のレンズ板６０１および第２のレンズ板６０２が配置されている。さらに第２のレンズ板６０２の先にはフィールドレンズとして第１の凸レンズ６０３と第２の凸レンズ６０４が配置されている。レンズ板６０１、６０２を構成する各々のレンズの輪郭が液晶表示パネル６１０の有効表示領域に結像するよう、第１のレンズ板６０１、第２のレンズ板６０２、そして第１の凸レンズ６０３、第２の凸レンズ６０４の曲率半径や間隔が所定の数値となるように設定されている。Ｇの発光ダイオードランプ（Ｇ）３０１からの光源装置３から射出される光束aおよび光束bはどちらも液晶表示パネル６１０の同一の領域に到達するので、非常に光利用効率の高い液晶表示パネル６１０の照明が実施される。液晶表示パネル６１０の前後には通常、第１の偏光板６０５および第２の偏光板６０６が配置される。なお、他の発光ダイオードランプ（Ｒ）３０２および発光ダイオードランプ（Ｇ）３０３および発光ダイオードランプ（Ｂ）３０４についても同様である。

カラー表示するためには、光源装置３から例えば、Ｇ→Ｒ→Ｂの繰り返しの光束を発生させ、その光束が液晶表示パネル６１０に照射されればよい。従って、発光ダイオードランプ（Ｇ）３０１、発光ダイオードランプ（Ｒ）３０２、発光ダイオードランプ（Ｇ）３０３、発光ダイオードランプ（Ｂ）３０４を個別に点灯→消灯するように駆動させる。この時、照射される色光に応じて液晶表示パネル６１０を同期させて駆動することで液晶表示パネル６１０のカラー表示が実施される。なお、Ｇ→Ｒ→Ｂの繰り返しだけでなく、各々の発光ダイオードランプを同時に点灯する時間を設けてＷの色光を投射し、すなわち、Ｇ→Ｒ→Ｂ→Ｗの繰り返しというような点灯制御を行うことも可能である。

液晶表示パネル６１０に表示される画像は投写レンズ６０７によってスクリーンに拡大投写される。

第２の実施の形態では、光源として偏光方向の統一された偏光光の使用が望ましい液晶表示パネルを用いた単板型の投写型液晶表示装置を例として説明したが、ＤＭＤパネルに対しても同様に本発明の光源装置を用いることができる。

本発明の第１の実施の形態の光源装置の基本的な構成を示す模式的平面図である。 本発明の光源装置のダイクロイックミラーの特性を示す説明図である。 Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を発光する発光ダイオードランプが配備されている光源装置の１例を示す基本的な模式図である。 本発明の図３に示す光源装置の第１の変形例を示す模式図である。 本発明の図３に示す光源装置の第２の変形例を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態の光源装置を備えた単板型の投写型液晶表示装置の一例を示す模式的構成図である。

符号の説明

１ 光源装置
１０、３１、３２ 発光ダイオードランプユニット
１１、１２、１３、１４、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８ 投射光（Ｐ）
１０１、３０１、３０３、４０１、４０３、５０１、５０３ 発光ダイオードランプ（Ｇ）
１０２、３０２、４０２、５０２、 発光ダイオードランプ（Ｒ）
１１１、３１１、３１３、４１１、４１３、５１１、５１３ ダイクロイックミラー（Ｇ）
１１２、３１２、４１２、５１２ ダイクロイックミラー（Ｒ）
１２１、１２２、３２１、３２２、３２３、３２４、４２１、４２２、４２３、４２４、５２１、５２２、５２３、５２４ １／４波長板
１３１、１３２、３３１、３３２、３３３、３３４、４３０、５３１、５３２、５３３、５３４ 偏光ビームスプリッタ
１４１、１４２、３４１、３４２、３４３、３４４、４４０、５４４ 偏光分離面
２０１ 特性（Ｒ）
２０２ 特性（Ｇ）
２０３ 特性（Ｂ）
３０４、４０４、５０４ 発光ダイオードランプ（Ｂ）
３１４、４１４、５１４ ダイクロイックミラー（Ｂ）
６００ 投写型液晶表示装置
６０１ 第１のレンズ板
６０２ 第２のレンズ板
６０３ 第１の凸レンズ
６０４ 第２の凸レンズ
６０５ 第１の偏光板
６０６ 第２の偏光板
６０７ 投射レンズ
６１０ 液晶表示パネル
（１２１）〜（１２６）、（１３１）〜（１３６）、ａ、ｂ 光束

Claims (11)

1. 発光ダイオードランプを用いた投写型表示装置の光源装置であって、
   前記光源装置は、それぞれ１個以上の第１の色光を発する第１の発光ダイオードランプと、第２の色光を発する第２の発光ダイオードランプと、第３の色光を発する第３の発光ダイオードランプとを有し、
   各前記発光ダイオードランプは、各々の光軸が平行となるように同一平面上に配置されており、
   発光色の異なる２種類の前記発光ダイオードランプが組とされ、それぞれの光軸上にダイクロイックミラー、１／４波長板、偏光ビームスプリッタが順次配置されており、各偏光ビームスプリッタの偏光分離面で反射される反射光束が、組とされる偏光ビームスプリッタに入射するように配置されて１組の発光ダイオードランプユニットとされて、前記ダイクロイックミラーおよび前記偏光ビームスプリッタは、１組の前記発光ダイオードランプユニットから一方の偏光光に統一された２種類の発光色の光が射出されるように組合わされており、
   前記光源装置は、複数の前記発光ダイオードランプユニットから構成されている、投写型表示装置の光源装置。
2. 前記第１の色光がＲ色（赤色）、前記第２の色光がＧ色（緑色）、前記第３の色光がＢ色（青色）である、請求項１に記載の投写型表示装置の光源装置。
3. 前記第１の発光ダイオードランプと前記偏光ビームスプリッタとの間に配置される前記ダイクロイックミラーの特性は、前記第１の発光ダイオードランプの色光を透過し、前記第２および前記第３の発光ダイオードランプの色光を反射させる特性を有し、前記第２の発光ダイオードランプと前記偏光ビームスプリッタとの間に配置される前記ダイクロイックミラーの特性は、前記第２の発光ダイオードランプの色光を透過し、前記第１および前記第３の発光ダイオードランプの色光を反射させる特性を有し、前記第３の発光ダイオードランプと前記偏光ビームスプリッタとの間に配置される前記ダイクロイックミラーの特性は、前記第３の発光ダイオードランプの色光を透過し、前記第１および前記第２の発光ダイオードランプの色光を反射させる特性を有する、請求項１または請求項２に記載の投写型表示装置の光源装置。
4. 前記発光ダイオードランプユニットの前記１／４波長板が一体に構成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投写型表示装置の光源装置。
5. 前記発光ダイオードランプユニットの前記偏光ビームスプリッタが一体に構成されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投写型表示装置の光源装置。
6. さらに、複数の前記発光ダイオードランプユニットの前記偏光ビームスプリッタが一体に構成されている、請求項５に記載の投写型表示装置の光源装置。
7. 前記偏光ビームスプリッタは、斜辺に誘電多層膜が形成された２個の光学ガラスからなる直角プリズムを張りあわせた構造の偏光ビームスプリッタである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記偏光ビームスプリッタは、平板状の偏光ビームスプリッタである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 前記１／４波長板と前記ダイクロイックミラーとは一体に形成されている、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光源装置。
10. 前記１／４波長板と前記偏光ビームスプリッタとは一体に形成されている、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光源装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光源装置を備え、該光源装置からの光束を単一の液晶表示パネルに照射し、該液晶表示パネルで変調される画像を投写レンズにより拡大表示する、投写型表示装置。

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