JPH10319873A - Light source unit and display device, display and illumination device using it - Google Patents

Light source unit and display device, display and illumination device using it

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Publication number
JPH10319873A
JPH10319873A JP9125611A JP12561197A JPH10319873A JP H10319873 A JPH10319873 A JP H10319873A JP 9125611 A JP9125611 A JP 9125611A JP 12561197 A JP12561197 A JP 12561197A JP H10319873 A JPH10319873 A JP H10319873A
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JP
Japan
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light
light source
source unit
emitting diode
lens
Prior art date
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Application number
JP9125611A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Okamori
伸二 岡森
Shinsuke Shikama
信介 鹿間
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH10319873A publication Critical patent/JPH10319873A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source unit which reduces dispersion caused by the directivity characteristics of plural light source means in the display characteristics of individuals and supplies high-illuminance image light to a desired visual field. SOLUTION: A light source unit 1 is provided with a substrate means 5, the light emitting diode elements 21, 22 which are arranged on this substrate means 5, a substrate material 8 disposed in front of these light emitting diodes 21, 22, a holographic optical element 7 formed on one side of this substrate material 8 and a housing means 6 which supports this holographic optical element 7 and the substrate material 8. And the light radiated from the light emitting elements 21, 22 is incident on the holographic optical element 7, deflected and made to diffuse to be radiated to specified directions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は互いに異なる波長の
光を放射する複数種類の発光素子(例えば赤、緑、青色
の光を放射する発光素子)が基板上の所定の位置に配置
され、単位ユニットを構成するとともに、この単位ユニ
ットを規則的に配列することで発光画面を構成し、かつ
その発光を制御することによりカラー画像表示を実現す
る画像表示装置およびその応用装置、例えば固定パター
ンを表示する表示器や照明装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method in which a plurality of types of light-emitting elements (for example, light-emitting elements that emit red, green, and blue light) that emit light of different wavelengths are arranged at predetermined positions on a substrate. A light emitting screen is formed by arranging the unit units regularly, and a color image display is realized by controlling the light emission thereof, and an image display device and its application device, for example, displaying a fixed pattern. And a lighting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、情報機器だけでなく多くの電子機
器にとってディスプレイがキーデバイスとなっている
が、大画面のディスプレイにより一度に大勢の人々に情
報を提供する大型映像分野においてはこれまで市場を開
拓してきたCRTや放電管方式に加えて発光ダイオード
素子(以後、LED素子とする)を用いたフルカラーL
EDディスプレイが大きく進出しつつある。これは純緑
色LED素子に加えて青色LED素子が量産化され、色
再現範囲が大きく広がったことだけでなく、従来の競技
場や遊技場だけでなく一般の建物の壁面に常設され不特
定多数の人間に対して各種情報を提供する公共表示板と
してのニーズが増大してきたことによる。このような大
画面ディスプレイは比較的周囲光量の低い屋内等や特別
な照明下で用いられる特定の場合を除くと、一般に太陽
などの強い周囲光が存在する場所で使用される事が多
い。よって、1〜数人の観察者を想定して作られた小型
ディスプレイ装置に比べて非常に高輝度であること、外
光によるコントラスト低減を抑制する手段を備えている
こと、水平方向に関しては特に広い視野角を持つことな
どが要求される。さらに、耐候性や寿命、メンテナンス
性などについても厳しい条件が求められることになる。
2. Description of the Related Art In recent years, displays have become key devices not only for information devices but also for many electronic devices. Full color L using light emitting diode element (hereinafter referred to as LED element) in addition to CRT and discharge tube method
ED displays are entering the market. This is due not only to the mass production of blue LED elements in addition to pure green LED elements, but also to the large expansion of the color reproduction range. The need for public signboards that provide various information to humans has increased. Such a large-screen display is generally used in a place where strong ambient light such as the sun exists, except in a case where the ambient light amount is relatively low, such as indoors or under special lighting. Therefore, compared to a small display device made by assuming one to several observers, the brightness is extremely high, a means for suppressing the reduction in contrast due to external light is provided, and particularly in the horizontal direction. It is required to have a wide viewing angle. Further, strict conditions are required for weather resistance, service life, maintainability, and the like.

【0003】例えばLEDディスプレイにおいては、パ
イロットランプ型LED、もしくはチップ型LEDとい
った既製のLED素子をマトリクス状に敷き詰めて表示
画面を構成し、他の大画面ディスプレイに比べて寿命、
価格、重量などに優れたディスプレイを実現することが
できる。また1画素から数画素に相当する複数のLED
素子をモジュール化し、この単位ユニットをマトリクス
状に配列して画面全体を構成する方法もある。このよう
に既製の発光素子を配列する方法では、ディスプレイ装
置の配光分布が単位ユニットを構成する発光素子の性能
に大きく依存するため、装置全体として所望の視野角や
明るさを得るため様々な工夫がなされる。
For example, in an LED display, a display screen is formed by laying out a matrix of LED devices such as a pilot lamp type LED or a chip type LED in a matrix, and has a longer service life than other large screen displays.
A display excellent in price, weight, and the like can be realized. In addition, a plurality of LEDs corresponding to one pixel to several pixels
There is also a method in which elements are modularized and the unit units are arranged in a matrix to constitute the entire screen. In such a method of arranging ready-made light-emitting elements, since the light distribution of the display device largely depends on the performance of the light-emitting elements constituting the unit unit, various methods are required to obtain a desired viewing angle and brightness as a whole device. A device is devised.

【0004】例えば図20は従来の典型的なLEDディ
スプレイ装置の一部を拡大して示した断面図である。図
において、1はディスプレイ装置を構成する単位ユニッ
トである。また、2はLED素子の配列であり、ここで
はLED素子25、26、27、28が基板5の上に配
置されている。フルカラーの表示を行う場合は赤色、緑
色、青色(以下、それぞれR,G,Bとする)の表示色
のLED素子が使われることになる。また、各色の強度
バランスをとるためR、G、Bそれぞれ必要数のLED
素子が配置され単位ユニットを構成している。90はデ
ィスプレイ装置の法線であり、各LED素子25、2
6、27、28はこの法線90と平行になるように配置
されている。また、62、63は各ユニット間にディス
プレイの水平方向に沿って配置される遮光手段であり、
太陽光などのような強い外光がディスプレイ装置の表示
面に進入するのを防ぐものである。図では実線の矢印で
外光を概念的に示す。
For example, FIG. 20 is an enlarged sectional view showing a part of a conventional typical LED display device. In the figure, reference numeral 1 denotes a unit constituting a display device. Reference numeral 2 denotes an array of LED elements. Here, LED elements 25, 26, 27, and 28 are arranged on the substrate 5. In the case of performing full-color display, LED elements of display colors of red, green, and blue (hereinafter, referred to as R, G, and B, respectively) are used. Also, in order to balance the intensity of each color, the required number of LEDs for each of R, G, B
The elements are arranged to form a unit. Reference numeral 90 denotes a normal line of the display device.
6, 27 and 28 are arranged so as to be parallel to the normal 90. Reference numerals 62 and 63 denote light shielding means arranged between the units along the horizontal direction of the display.
This prevents strong external light such as sunlight from entering the display surface of the display device. In the figure, external light is conceptually indicated by solid arrows.

【0005】図20のような従来のLEDディスプレイ
装置の視野角は、LED素子の先端に設けられた樹脂レ
ンズや光の拡散作用を生じる分散剤によって決められる
指向特性に大きく依存する。例えば、指向性が強く正面
輝度が高いLED素子を用いると、ディスプレイ装置の
正面輝度を高くすることができるが、視野角は狭くな
る。一方、拡散性を強めて指向性を弱めたLED素子を
用いると、視野角の広いディスプレイ装置を実現するこ
とができるが正面輝度は低くなる。このように、LED
素子には視野角と明るさのトレードオフが存在するので
ディスプレイの要求性能に応じてどちらかを犠牲にした
り、両者の妥協値を求めたりすることになる。以上のよ
うに、LED素子の特性を決定すればディスプレイ装置
の視野角を決めることができるが、実際には遮光手段6
2、63等のようなLED素子以外のディスプレイ構成
部品によってさらに視野角が制限される場合がある。
[0005] The viewing angle of a conventional LED display device as shown in FIG. 20 greatly depends on the directivity determined by a resin lens provided at the tip of the LED element or a dispersant which causes light to diffuse. For example, when an LED element having high directivity and high front luminance is used, the front luminance of the display device can be increased, but the viewing angle becomes narrow. On the other hand, by using an LED element with reduced directivity by increasing the diffusivity, a display device with a wide viewing angle can be realized, but the front luminance decreases. Thus, LED
Since there is a trade-off between the viewing angle and the brightness of the element, either one of them is sacrificed or a compromise value between the two is obtained depending on the required performance of the display. As described above, the viewing angle of the display device can be determined by determining the characteristics of the LED elements.
The viewing angle may be further limited by display components other than LED elements, such as 2, 63 and the like.

【0006】この遮光手段62、63によれば、外光が
表示面へ進入することに起因する表示映像のコントラス
トの低減を抑えることができる。ディスプレイ装置を屋
外に常設する場合は、表示面に進入する外光の角度、あ
るいは強度などは大体予測できるため、所望の視野角、
明るさ、コントラスト等の表示性能が得られるように単
位ユニットが構成され、遮光手段が配置される。しかし
この遮光手段62、63によって上下方向の視野角は水
平方向と比べて制限されることになる。これを再度図2
0により説明する。図において、ディスプレイ装置に対
する上下方向の視野範囲の下限は、遮光手段の形状およ
び配置とLED素子の配置との関係から図の破線のよう
に決定される。すなわち、単位ユニットの基準軸から下
方の視野角は、図中Aの角度によって定義することがで
きる。遮光部材62、63を装置の法線90方向に長く
すると遮光効果は高くなるが、角度Aは小さくなり、上
下方向の視野範囲が狭められる。逆にディスプレイ装置
に対して下方の視野範囲を広げようとすると遮光手段は
短くなければならないが、外光によるコントラスト低減
を抑えることが難しくなる。このようなトレードオフ
は、ディスプレイ装置を構成する発光素子の種類に関係
がなく、LED素子以外の発光素子を用いた場合にも生
じる可能性がある。
According to the light-shielding means 62 and 63, it is possible to suppress a decrease in contrast of a displayed image caused by external light entering the display surface. When the display device is permanently installed outdoors, since the angle or intensity of external light entering the display surface can be roughly predicted, a desired viewing angle,
The unit unit is configured so that display performance such as brightness and contrast can be obtained, and light shielding means is arranged. However, the vertical viewing angle is restricted by the light shielding means 62 and 63 as compared with the horizontal direction. This is again shown in FIG.
0 will be described. In the figure, the lower limit of the vertical viewing range with respect to the display device is determined as shown by a broken line in the figure from the relationship between the shape and arrangement of the light shielding means and the arrangement of the LED elements. That is, the viewing angle below the reference axis of the unit can be defined by the angle A in the figure. When the light-shielding members 62 and 63 are elongated in the direction of the normal 90 of the device, the light-shielding effect increases, but the angle A decreases and the vertical viewing range is narrowed. Conversely, to widen the viewing range below the display device, the light blocking means must be short, but it is difficult to suppress the reduction in contrast due to external light. Such a trade-off is irrespective of the type of light-emitting element constituting the display device, and may occur even when a light-emitting element other than the LED element is used.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】大画面ディスプレイ装
置の場合、多人数に対して映像を提供する、すなわち広
い視野範囲に映像を提供する目的のために、ディスプレ
イ装置が観察者より相対的に高い位置に設置され、観察
者は画面の下方からディスプレイを視認するという位置
関係が一般的に多くなる。例えばビルの壁面に設置され
たディスプレイ装置を路上から見上げる、といった状況
がこれに相当する。このような場合には、ディスプレイ
から上方へ向かう光が下方へ向かう光ほど重要でないと
言える。言い換えると、水平方向には広く、上下方向に
は下方を強めた配光特性を持たせることができれば、観
察者が存在する領域へ効率よく光を集めることができ、
この限定された範囲において明るいディスプレイを提供
することができる。
In the case of a large-screen display device, the display device is relatively higher than an observer for the purpose of providing an image to a large number of people, that is, providing an image over a wide visual field. In general, the positional relationship that the display is installed at a position and the observer visually recognizes the display from below the screen is increased. For example, a situation in which a display device installed on a wall surface of a building is looked up from the road corresponds to this. In such a case, the upward light from the display may be less important than the downward light. In other words, if it is possible to have a light distribution characteristic that is wide in the horizontal direction and enhanced downward in the vertical direction, light can be efficiently collected to the area where the observer exists,
A bright display can be provided in this limited area.

【0008】このような観察者のいない領域に無駄に光
が放射されてしまう不都合を解消する工夫として、LE
D素子の樹脂レンズの断面形状を楕円にして指向特性に
異方性を持たせ、例えば上下方向よりも水平方向に広い
指向性を持たせ、観察者の存在する領域へ有効に光を放
射させることもできる。しかし、このような偏平レンズ
形状による指向性制御には角度的な限界があり、また上
下方向の指向性を制御することも困難である。さらに、
実際には適正なレンズ効果を得るために必要なLEDペ
レットの位置精度とレンズ形状の加工精度が低く、素子
毎の指向特性に光学的に無視できないばらつきがあるた
め、ディスプレイ装置の表示均一性を著しく損なうとい
う不具合が生じている。例えば、全白の画像を表示して
いる場合、画面に正対した位置から観察した場合には均
一性の高い映像が観察できる場合にも、これから外れた
位置に移動して斜め方向からディスプレイを観察すると
前述の指向特性ばらつきに起因する斑模様が現れてく
る。このような画像均一性の劣化は偏平レンズのLED
素子を用いた場合に限らず、一般的にLED素子を用い
たディスプレイ装置全般に共通する問題である。
[0008] As a device for solving such a disadvantage that light is wasted unnecessarily to an area where no observer exists, LE is used.
By making the cross-sectional shape of the resin lens of the D element elliptical to give anisotropy to the directional characteristics, for example, to give a wider directivity in the horizontal direction than in the vertical direction, and to effectively emit light to the region where the observer is present You can also. However, directivity control using such a flat lens shape has an angular limit, and it is also difficult to control the directivity in the vertical direction. further,
In practice, the positional accuracy of the LED pellets and the processing accuracy of the lens shape required to obtain an appropriate lens effect are low, and the directional characteristics of each element have optically non-negligible variations. There is a problem that it is significantly damaged. For example, when displaying an all-white image, when observing from a position facing the screen, and when a highly uniform image can be observed, move to a position outside of this and move the display from an oblique direction. When observed, a spot pattern due to the above-described directional characteristic variation appears. Such deterioration of image uniformity is caused by the flat lens LED.
The problem is not limited to the case where an element is used, but is generally a problem common to all display devices using an LED element.

【0009】また、視野角増大のために分散剤と呼ばれ
る微粒子がLED素子の樹脂レンズ部近傍に練り込まれ
たり、分散剤を含んだ拡散板がLED素子の前方に配置
されることもある。しかし、このような拡散手段は含有
される物理量と得られる拡散効果がほぼ比例しており、
広く拡散させようとすると分散剤の量や拡散板の厚みを
増やさなければならない。そのため光の透過率が低くな
り、結果として視野角増大のためには明るさを犠牲にし
なければならなかった。
Further, fine particles called a dispersant may be kneaded near the resin lens portion of the LED element to increase the viewing angle, or a diffusion plate containing the dispersant may be disposed in front of the LED element. However, in such diffusion means, the physical quantity contained and the diffusion effect obtained are almost proportional,
In order to diffuse widely, the amount of the dispersant and the thickness of the diffusion plate must be increased. As a result, the light transmittance is reduced, and as a result, the brightness must be sacrificed in order to increase the viewing angle.

【0010】上記のような単位ユニット1を配列してデ
ィスプレイ装置を構成した場合、各単位ユニットを構成
する複数の発光素子の配列と遮光部材の幾何学的な関係
に起因して、ディスプレイ装置に対する見込み角によっ
て表示色が変化するという問題が生じる。図21は従来
の典型的なLEDディスプレイの構成を概略的に示す図
である。図において、記号R、G、Bはそれぞれ赤色、
緑色、青色の表示色を持つLED素子である。その他の
記号および符号は図20と同様である。破線の矩形で囲
んだ領域が単位ユニット1であり緑色が2個、赤色、青
色が各1個の合計4個のLED素子により構成されてい
る。また、単位ユニット間には垂直方向にのみ遮光部材
62が配置されている。この遮光部材62は太陽などの
外光がLED素子を照らすことを避ける目的で一般的に
LED素子よりもディスプレイの法線90方向に長くな
るように形成されている。
When a display device is constructed by arranging the unit units 1 as described above, the arrangement of the plurality of light emitting elements constituting each unit unit and the geometrical relationship between the light shielding member cause the display device to have a different shape. There is a problem that the display color changes depending on the estimated angle. FIG. 21 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional typical LED display. In the figure, symbols R, G, and B are red,
These are LED elements having green and blue display colors. Other symbols and symbols are the same as in FIG. The area surrounded by the dashed rectangle is the unit unit 1 and is composed of two green LED elements and one red and one blue LED element, for a total of four LED elements. Further, between the unit units, the light blocking members 62 are arranged only in the vertical direction. The light-shielding member 62 is generally formed to be longer than the LED element in the direction of the normal 90 of the display in order to prevent external light such as the sun from illuminating the LED element.

【0011】上述のような配置によれば、遮光手段によ
って単位ユニットを構成する発光素子のうち、下段に配
置されている素子から観察者へ向かう光の一部あるいは
全部が遮られるという「けられ」現象が生じる。これを
図21で説明すると、破線で示される鉛直下方の視野範
囲の境界線とディスプレイ装置の法線90がなす角度A
より大きな角度でディスプレイを見上げる場合には前述
の「けられ」現象が始まる。その角度が角度Aより大き
くなるほど単位ユニットを構成する下段の表示色、すな
わちGとBの光が遮られ、単位ユニットにおいてGとB
の割合が減った表示色を見ることになる。言い換える
と、もし、R、G、BすべてのLEDが発光して白い画
像を表示していても、この「けられ」によって黄色味を
帯びた画像を見ることになる。
[0011] According to the above arrangement, the light shielding means blocks part or all of the light traveling from the element arranged at the lower stage to the observer among the light emitting elements constituting the unit. The phenomenon occurs. This will be described with reference to FIG. 21. An angle A formed by a boundary line of a vertically lower visual field range indicated by a broken line and a normal line 90 of the display device.
If the user looks up at the display at a larger angle, the above-mentioned "kettle" phenomenon starts. As the angle becomes larger than the angle A, the lower display color constituting the unit unit, that is, light of G and B is blocked, and G and B
Will see the reduced display color. In other words, even if all of the R, G, and B LEDs emit light to display a white image, the user will see an image with a yellow tint due to the “kernel”.

【0012】さらに、この「けられ」現象は、観察者が
静止している場合でも、ディスプレイ装置の上下方向で
色バランスを崩すという不都合を引き起こす。つまり、
画面の上方の単位ユニットほど光が遮られる量が大きく
なり、画面の上下で色むらを生じることになる。例えば
単位ユニットを構成する発光素子の数を増やし、1画素
に相当する表示面積を大きくして「けられ」の影響を相
対的に減らしても、これにともなって必然的に遮光手段
も大きくせざるを得なくなり、所望の効果を得ることは
困難である。結局このような現象は単位ユニットにおけ
る各色LEDの配置や数量に関係なく、遮光手段の作用
と、各色光が単位ユニットの表示面において十分に混色
されていないところに原因がある。よって、従来は太陽
などの強い外光が直接進入しない設置条件を優先し、遮
光手段を小さくしても所望のコントラストが得られるよ
うにしなければ、「けられ」の影響を抑制することは困
難であった。
[0012] Furthermore, this "blur" phenomenon causes a disadvantage that the color balance is lost in the vertical direction of the display device even when the observer is stationary. That is,
The higher the unit unit on the screen, the greater the amount of light that is blocked, resulting in uneven color at the top and bottom of the screen. For example, even if the number of light-emitting elements constituting a unit unit is increased and the display area corresponding to one pixel is increased to relatively reduce the influence of “gazing”, the light-shielding means must be increased accordingly. Therefore, it is difficult to obtain a desired effect. After all, such a phenomenon is caused by the action of the light shielding means and the place where the respective color lights are not sufficiently mixed on the display surface of the unit unit, regardless of the arrangement and quantity of the LEDs of each color in the unit unit. Therefore, it is difficult to suppress the influence of the "blur" unless the priority is given to the installation conditions in which strong external light such as the sun does not directly enter and the desired contrast is obtained even if the light shielding means is reduced. Met.

【0013】また、図22は特開平8−202292号
公報に開示された従来のフルカラーLEDディスプレイ
のLEDからの放射光を模式的に示した断面図である。
図において、2Rは赤色LED、2Gは緑色LED、2
Bは青色LED、3R,3G,3BはLEDペレット、
4R,4G,4Bは樹脂レンズ、40はシリンドリカル
凹レンズ、70はレンチキュラーレンズ、kは光軸、P
は1画素である。次に動作について説明する。1画素を
形成する赤色、緑色、青色のLEDのうち、赤色および
青色のLEDペレット3R,3Bを樹脂レンズの光軸の
外側に設け、各色のLEDから放射される主光線を集束
させる。さらに各色の主光線を屈折手段でLEDのピッ
チより狭いピッチの平行光に屈折させ、拡散手段で水平
方向に拡散させるように構成される。このような構成に
よれば、1画素を形成している各色のLEDから放射さ
れる主光線が短い距離で混色して見えるため、LEDの
配列構造に起因する表示品質の劣化を防ぐことができ
る。
FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing light emitted from LEDs of a conventional full-color LED display disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-202292.
In the figure, 2R is a red LED, 2G is a green LED, 2R
B is blue LED, 3R, 3G, 3B is LED pellet,
4R, 4G, 4B are resin lenses, 40 is a cylindrical concave lens, 70 is a lenticular lens, k is an optical axis, P
Is one pixel. Next, the operation will be described. Of the red, green and blue LEDs forming one pixel, red and blue LED pellets 3R and 3B are provided outside the optical axis of the resin lens to converge principal rays emitted from the LEDs of each color. Further, the principal ray of each color is refracted by the refraction means into parallel light having a pitch smaller than the pitch of the LED, and is diffused in the horizontal direction by the diffusion means. According to such a configuration, the chief rays emitted from the LEDs of each color forming one pixel appear to be mixed in a short distance, so that it is possible to prevent the display quality from deteriorating due to the arrangement structure of the LEDs. .

【0014】ところで、本従来例ではディスプレイの指
向性をシリンドリカルレンズ40およびレンチキュラレ
ンズ70のレンズ作用により制御する構造のため、両レ
ンズの形状による効果が期待できない方向、すなわちレ
ンズ形状が繰り返される方向と直交する方向には大きな
拡散角度を期待することができない。シリンドリカルレ
ンズ40とレンチキュラレンズ70による指向特性制御
の効果を十分に得るためには、各LED素子は強い指向
特性を持つ必要があり、両レンズの効果が期待できない
方向は各LED素子の指向特性を反映して視野角は小さ
くなる。従って、例えば水平方向の視野角を広げること
ができても垂直方向はこれに比べて非常に狭い視野範囲
にしか配光されないことになる。さらに各LED素子の
指向特性のばらつきを平均化する手段が存在しないた
め、ディスプレイを斜め方向から観察した場合に起きる
前述の斑模様の発生を避けることが困難である。
In this conventional example, since the directivity of the display is controlled by the lens action of the cylindrical lens 40 and the lenticular lens 70, the direction in which the effects of both lens shapes cannot be expected, that is, the direction in which the lens shapes are repeated, is considered. A large diffusion angle cannot be expected in the orthogonal direction. In order to sufficiently obtain the effect of the directivity control by the cylindrical lens 40 and the lenticular lens 70, each LED element needs to have a strong directivity. Reflection reduces the viewing angle. Therefore, for example, even if the horizontal viewing angle can be widened, the light is distributed only in a very narrow viewing range in the vertical direction. Furthermore, since there is no means for averaging the variation in the directional characteristics of each LED element, it is difficult to avoid the occurrence of the above-mentioned mottled pattern that occurs when the display is observed from an oblique direction.

【0015】さらに本従来例には、外光成分が表示面に
直接進入することに起因するコントラスト低減を積極的
に抑制するための構成要素が存在しない。また、図22
によれば各色のLEDから放射される主光線以外の光線
が隣接画素に対応する凹レンズ部に進入するため、この
ような光線は結果として解像度やコントラストなどの表
示性能を劣化させるという不都合を生じる。LEDチッ
プ自体はインコヒーレント光を発生させる有限の体積を
持った光源であるため、チップをモールドする樹脂のレ
ンズ作用だけではコントロールできない不要光が生じる
ことは避けられない。
Further, in this conventional example, there is no component for actively suppressing the contrast reduction caused by the external light component directly entering the display surface. FIG.
According to the method, light other than the main light emitted from the LED of each color enters the concave lens portion corresponding to the adjacent pixel, and as a result, such light has a disadvantage of deteriorating display performance such as resolution and contrast. Since the LED chip itself is a light source having a finite volume that generates incoherent light, it is inevitable that unnecessary light that cannot be controlled only by the lens function of the resin that molds the chip is generated.

【0016】また、図23は特開平8−202291号
公報に開示された従来のフルカラーLEDディスプレイ
構成を概略的に示す図であり、右が断面図、左はディス
プレイを正面から見た図である。4aはレンズマトリク
ス、4bは平凸レンズ、6aは遮光手段、6bは開口
部、Dは狭視角レンズを備えた発光ダイオードである。
また、PはLEDペレット、RはLEDペレットPをマ
ウントするリフレクタである。マトリクス状に配置され
た発光ダイオードDのレンズ部に対応する位置に、平面
部に遮光手段が形成された平凸レンズ4bを凸面部が上
記レンズ部に対向するように配置し、遮光手段6aに上
記凸面部で集光された光を透過する開口部6bを形成し
てLED表示装置を構成する。
FIG. 23 is a view schematically showing the configuration of a conventional full-color LED display disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-202291. The right side is a sectional view, and the left side is a view of the display as viewed from the front. . 4a is a lens matrix, 4b is a plano-convex lens, 6a is a light shielding means, 6b is an opening, and D is a light emitting diode having a narrow viewing angle lens.
P is an LED pellet, and R is a reflector for mounting the LED pellet P. At a position corresponding to the lens portion of the light emitting diodes D arranged in a matrix, a plano-convex lens 4b having a light-shielding means formed on a plane portion is arranged so that the convex surface portion faces the lens portion. An opening 6b for transmitting the light condensed by the convex portion is formed to constitute an LED display device.

【0017】このような構成によれば、各LED素子の
レンズ部から放射された光がレンズ部とこれに対向して
配置される平凸レンズ4bの屈折作用によって集光さ
れ、微小な開口部6bを効率よく透過し、かつ外光は大
面積の遮光手段6aによって遮られるため、明るさと高
いコントラストの両立を図ることができる。しかし、こ
の従来例においても前従来例と同様に、あるLED素子
から放射された光が、これと隣接するLED素子に対応
した平凸レンズ4bへ進入することを完全には防ぐこと
ができない上に、このような無効光は対向して配列され
た平凸レンズ4bとLED素子のレンズ部間で多重反射
を繰り返すことになる。こうして、微小な開口部6bを
通過する有効光線が少なくなり、明るさを得るためには
開口部6bの径を大きくしなければならず、結果として
コントラストを低減させるという不都合が生じる。ま
た、開口部6bを通過した光の指向性を決定するのは平
凸レンズ4bの屈折作用であるが、ディスプレイの視野
角を十分に広くするためにはLED素子からの光線を屈
折させる大きなパワーを平凸レンズ4bに持たせる必要
がある。例えば、複雑な非球面形状を小さな平凸レンズ
に形成するといった煩雑な工程が必要とる。さらに前記
従来例と同様、各LED素子の指向特性ばらつきを平均
化する手段が存在しないため、斜め方向からディスプレ
イを観察した場合には、ディスプレイを構成する各LE
D素子の輝度むらに起因する斑模様が出現することを避
けることができない。
According to such a configuration, the light emitted from the lens portion of each LED element is condensed by the refraction of the lens portion and the plano-convex lens 4b disposed opposite to the lens portion, so that the minute aperture 6b Is efficiently transmitted, and external light is blocked by the large-area light-shielding means 6a, so that both brightness and high contrast can be achieved. However, in this conventional example, similarly to the previous conventional example, it is not possible to completely prevent light emitted from a certain LED element from entering the plano-convex lens 4b corresponding to the adjacent LED element. Such ineffective light repeats multiple reflections between the plano-convex lens 4b and the lens portion of the LED element that are arranged to face each other. Thus, the number of effective light rays passing through the minute opening 6b is reduced, and in order to obtain brightness, the diameter of the opening 6b must be increased. As a result, there is a disadvantage that the contrast is reduced. Further, it is the refraction effect of the plano-convex lens 4b that determines the directivity of the light passing through the opening 6b, but in order to sufficiently widen the viewing angle of the display, a large power for refracting the light beam from the LED element is required. It is necessary to have the plano-convex lens 4b. For example, a complicated process of forming a complicated aspherical shape into a small plano-convex lens is required. Further, similarly to the above-mentioned conventional example, there is no means for averaging the directional characteristic variation of each LED element, so that when the display is observed from an oblique direction, each of the LEs constituting the display is obstructed.
It is unavoidable that a spot pattern due to uneven brightness of the D element appears.

【0018】本発明は、以上のようなLEDディスプレ
イ装置に限らず、互いに異なる波長の光を放射する発光
素子をマトリクス状に配列してなる大画面表示装置、特
に同時に多人数に大画面映像を提供する屋内、屋外型の
表示装置の光源ユニット、およびこれを用いた表示装
置、あるいは照明装置などの応用装置に関するものであ
り、第1の目的は複数の発光素子が持つ指向特性のばら
つきを平均化し、個体間の特性ばらつきが少ない光源ユ
ニットを提供することである。また、所望の視野領域に
効率よく光を導き、視野領域内で十分な輝度の発光を実
現することを目的とする。
The present invention is not limited to the above-described LED display device, but a large-screen display device in which light-emitting elements that emit light having different wavelengths are arranged in a matrix, and in particular, a large-screen image can be simultaneously displayed by many people. The present invention relates to a light source unit of an indoor or outdoor display device to be provided, and a display device using the same, or an applied device such as a lighting device. The first object is to average the dispersion of the directional characteristics of a plurality of light emitting elements. It is an object of the present invention to provide a light source unit in which the variation in characteristics among individuals is small. It is another object of the present invention to efficiently guide light to a desired viewing area and realize light emission with sufficient luminance in the viewing area.

【0019】また、第2の目的は、この光源ユニットに
よって発光素子が持つ指向特性のばらつきを平均化し、
観察領域内において表示均一性の高いディスプレイを提
供することである。さらにこの光源ユニットの発光面、
あるいは光源ユニットにより構成されるディスプレイの
表示面に、太陽光や室内照明光などの外光が入射するこ
とで生じるコントラスト低減を抑制することを目的とす
る。さらにまた、遮光部材などの構造、あるいは光源ユ
ニットの配置によって生じる、視野角度に依存する明る
さや色のむら等の不都合を軽減することを目的とする。
A second object is to average out variations in the directional characteristics of the light emitting element by this light source unit,
An object of the present invention is to provide a display having high display uniformity in an observation area. Furthermore, the light emitting surface of this light source unit,
Alternatively, an object is to suppress a decrease in contrast caused by external light such as sunlight or indoor illumination light entering a display surface of a display including a light source unit. It is still another object of the present invention to reduce inconveniences such as brightness and color unevenness depending on a viewing angle, which are caused by a structure such as a light shielding member or an arrangement of a light source unit.

【0020】さらに、第3の目的は、この光源ユニット
によって所定の方向へ光を偏向し、所望の視野範囲に良
好な固定パターンを表示する表示器や、所望の領域を効
率よく照明する照明装置などの応用装置を提供すること
である。
Further, a third object is to deflect light in a predetermined direction by the light source unit and display a good fixed pattern in a desired visual field range, and an illuminating device for efficiently illuminating a desired area. And the like to provide an applied device.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明に係る光源ユニッ
トにおいては、基板手段と、この基板手段の所定の位置
に配置される発光ダイオード素子と、この発光ダイオー
ド素子の前方に配置されるホログラフィック光学素子か
らなるものである。
In a light source unit according to the present invention, a substrate means, a light emitting diode element disposed at a predetermined position on the substrate means, and a holographic element disposed in front of the light emitting diode element. It consists of an optical element.

【0022】また、光源ユニットにおいては、基板手段
と、この基板手段の所定の位置に配置される発光ダイオ
ード素子と、発光ダイオード素子の前方に配置されるホ
ログラフィック光学素子と、発光ダイオード素子の近傍
に配置され、ホログラフィック光学素子を支持する遮光
手段からなるものである。
In the light source unit, the substrate means, the light emitting diode element arranged at a predetermined position of the substrate means, the holographic optical element arranged in front of the light emitting diode element, and the vicinity of the light emitting diode element And a light shielding means for supporting the holographic optical element.

【0023】また、光源ユニットにおいては、ホログラ
フィック光学素子は、光の入射面にプリズム手段が形成
され、もう一方の面にホログラム面が配置された透明基
板材料からなる。
In the light source unit, the holographic optical element is made of a transparent substrate material in which prism means are formed on a light incident surface and a hologram surface is arranged on the other surface.

【0024】また、光源ユニットにおいては、透明基板
材料は特定の範囲の波長成分を選択的に透過する光学フ
ィルターからなるものである。
In the light source unit, the transparent substrate material is formed of an optical filter that selectively transmits a specific range of wavelength components.

【0025】また、光源ユニットにおいては、基板手段
と、基板手段の所定の位置に配置された複数の発光ダイ
オード素子と、この発光ダイオード素子の複数の発光主
波長に対応した異なるプリズム形状を有する単位構造が
配列されてなるプリズム手段と、このプリズム手段を光
の入射面に有し、もう一方の面にホログラム面を有する
透明基板材料からなるホログラフィック光学素子からな
るものである。
Further, in the light source unit, a substrate means, a plurality of light emitting diode elements arranged at predetermined positions of the substrate means, and a unit having a different prism shape corresponding to a plurality of main emission wavelengths of the light emitting diode elements. It comprises a prism means having a structure arranged thereon, and a holographic optical element made of a transparent substrate material having the prism means on a light incident surface and having a hologram surface on the other surface.

【0026】また、光源ユニットにおいては、基板手段
と、この基板手段の所定の位置に配置される発光ダイオ
ード素子と、発光ダイオード素子の前方に配置されるレ
ンズ手段と、このレンズ手段の光出射面にホログラム面
を形成するホログラフィック光学素子からなるものであ
る。
In the light source unit, the substrate means, the light emitting diode element disposed at a predetermined position of the substrate means, the lens means disposed in front of the light emitting diode element, and the light emitting surface of the lens means And a holographic optical element for forming a hologram surface.

【0027】また、光源ユニットにおいては、基板手段
と、基板手段の所定の位置に配置される複数の発光ダイ
オード素子と、第1の所定面に配置されるアレイ状レン
ズ板と、第2の所定面に配置されるホログラフィック光
学素子からなるものである。
Also, in the light source unit, a substrate means, a plurality of light emitting diode elements arranged at predetermined positions of the substrate means, an array-like lens plate arranged on a first predetermined surface, and a second predetermined It consists of a holographic optical element arranged on the surface.

【0028】また、光源ユニットにおいては、複数の発
光ダイオード素子が、各発光ダイオード素子からの出射
光束がアレイ状レンズ板の各レンズ素子上に集光される
ように配置されるものである。
Further, in the light source unit, the plurality of light emitting diode elements are arranged so that the light beam emitted from each light emitting diode element is condensed on each lens element of the array lens plate.

【0029】また、光源ユニットにおいては、基板手段
と、基板手段の所定の位置に配置される発光ダイオード
素子と、発光ダイオード素子からの光を所定の面に導く
ライトパイプと、この所定面に入射面が配置されるホロ
グラフィック光学素子からなるものである。
Further, in the light source unit, a substrate means, a light emitting diode element arranged at a predetermined position of the substrate means, a light pipe for guiding light from the light emitting diode element to a predetermined surface, and a light pipe incident on the predetermined surface It consists of a holographic optical element on which surfaces are arranged.

【0030】また、光源ユニットにおいては、基板手段
と、基板手段の所定の位置に配置される発光ダイオード
素子と、発光ダイオード素子からの光を所定の面に導く
オプティカルインテグレータと、この所定面に入射面が
配置されるホログラフィック光学素子からなるものであ
る。
Further, in the light source unit, a substrate means, a light emitting diode element arranged at a predetermined position of the substrate means, an optical integrator for guiding light from the light emitting diode element to a predetermined surface, and a light incident on the predetermined surface It consists of a holographic optical element on which surfaces are arranged.

【0031】また、光源ユニットにおいては、発光ダイ
オード素子のペレットが発光ダイオード素子の樹脂レン
ズの光軸から外れた位置に配置されるものである。
In the light source unit, the pellet of the light emitting diode element is disposed at a position off the optical axis of the resin lens of the light emitting diode element.

【0032】また、光源ユニットにおいては、互いに異
なる波長の光を放射する複数の発光ダイオード素子から
なるものである。
The light source unit comprises a plurality of light emitting diode elements that emit light having different wavelengths.

【0033】また、光源ユニットにおいては、ライトパ
イプの出射開口端近傍の内面に拡散手段が配置されるも
のである。
In the light source unit, the diffusion means is disposed on the inner surface near the exit end of the light pipe.

【0034】また、光源ユニットにおいては、オプティ
カルインテグレータの出射開口端面が光源ユニットの法
線に垂直な面から傾斜しているものである。
In the light source unit, the exit end face of the optical integrator is inclined from a plane perpendicular to the normal line of the light source unit.

【0035】また、光源ユニットにおいては、オプティ
カルインテグレータの入射面と出射面の少なくともいず
れか一方が非球面レンズである。
In the light source unit, at least one of the entrance surface and the exit surface of the optical integrator is an aspheric lens.

【0036】また、光源ユニットにおいては、ホログラ
フィック光学素子がオプティカルインテグレータの出射
面に密着して配置されるものである。
In the light source unit, the holographic optical element is arranged in close contact with the light exit surface of the optical integrator.

【0037】また、光源ユニットにおいては、ホログラ
フィック光学素子が入射光を所定の1方向に偏向させる
屈折作用と所定の範囲に拡散させる拡散作用の両方を備
えているものである。
In the light source unit, the holographic optical element has both a refraction function of deflecting incident light in one predetermined direction and a diffusion function of diffusing incident light in a predetermined range.

【0038】また、光源ユニットにおいては、ホログラ
フィック光学素子の拡散作用によって拡散される光の分
布が、水平方向に広く上下方向に狭い特性を有するもの
である。
Further, in the light source unit, the distribution of the light diffused by the diffusing action of the holographic optical element has a characteristic that it is wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction.

【0039】また、表示装置においては、光源ユニット
をXYマトリクス状に配列し、各光源ユニットの発光を
制御するものである。
In the display device, the light source units are arranged in an XY matrix, and the light emission of each light source unit is controlled.

【0040】また、表示器においては、光源ユニットが
配列されその発光が制御される。
In the display, light source units are arranged and light emission thereof is controlled.

【0041】また、照明装置においては、光源ユニット
あるいは光源ユニットの集合体によって構成されその発
光が制御される。
Further, the lighting device is constituted by a light source unit or an aggregate of light source units, and its light emission is controlled.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態である光源ユ
ニットにおいては、基板手段の所定の位置に配置される
発光ダイオード素子から放射された光が、発光ダイオー
ド素子の前方に配置されたホログラフィック光学素子に
入射し、この光を所定の方向に拡散させるように働く。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a light source unit according to an embodiment of the present invention, light radiated from a light emitting diode element arranged at a predetermined position on a substrate means is converted into a hologram arranged in front of the light emitting diode element. The light enters the graphic optical element and acts to diffuse this light in a predetermined direction.

【0043】また、ホログラフィック光学素子が遮光手
段の一部に支持され、発光ダイオード素子の前方に配置
されるように働く。
Further, the holographic optical element is supported by a part of the light shielding means and functions so as to be disposed in front of the light emitting diode element.

【0044】また、ホログラフィック光学素子に入射し
た光が、プリズム手段により屈折され、さらにホログラ
ム面で偏向および拡散されるように働く。
Further, the light incident on the holographic optical element is refracted by the prism means, and functions to be deflected and diffused on the hologram surface.

【0045】また、透明基板材料に入射した光のうち、
特定の範囲の波長成分を選択的に透過するように働く。
Further, of the light incident on the transparent substrate material,
It functions to selectively transmit a specific range of wavelength components.

【0046】また、複数の発光ダイオード素子から放射
された異なる波長の光が、各々の発光主波長に対応した
異なるプリズム形状の単位構造が配列されてなるプリズ
ム手段に入射し屈折され、さらにホログラム面で偏向お
よび拡散されるように働く。
Light of different wavelengths emitted from a plurality of light-emitting diode elements is incident on prism means in which different prism-shaped unit structures corresponding to respective light emission main wavelengths are arranged, refracted, and further refracted. Work to be deflected and diffused at

【0047】また、発光ダイオード素子から放射された
光が、発光ダイオード素子の樹脂レンズと合成レンズ系
を構成するレンズ手段によって屈折され、レンズ手段の
光出射面に形成されたホログラム面において偏向および
拡散されるように働く。
Also, the light emitted from the light emitting diode element is refracted by the resin lens of the light emitting diode element and the lens means constituting the synthetic lens system, and is deflected and diffused on the hologram surface formed on the light exit surface of the lens means. Work to be.

【0048】また、複数の発光ダイオード素子から放射
された光はアレイ状レンズ板に入射し、アレイ状レンズ
板は発光ダイオードの光出射面である第1の所定面の形
状を、第2の所定面上に結像伝達し、さらにアレイ状レ
ンズ板を出射した光は、第2の所定面に配置されたホロ
グラフィック光学素子により偏向および拡散されるよう
に働く。
Light emitted from the plurality of light emitting diode elements is incident on an array-like lens plate, and the array-like lens plate changes the shape of a first predetermined surface, which is a light emitting surface of the light emitting diode, to a second predetermined surface. The light that forms an image on the surface and exits the array-shaped lens plate acts to be deflected and diffused by the holographic optical element disposed on the second predetermined surface.

【0049】また、複数の発光ダイオード素子から放射
された光が、アレイ状レンズ板の各レンズ素子上に集光
するように働く。
Also, the light emitted from the plurality of light emitting diode elements acts to condense on each lens element of the array lens plate.

【0050】また、発光ダイオード素子から放射された
光が鏡面反射を繰り返して所定の面に導かれ、さらに所
定の方向へ拡散させるように働く。
Further, light emitted from the light emitting diode element is guided to a predetermined surface by repeating specular reflection, and acts to diffuse in a predetermined direction.

【0051】また、発光ダイオード素子から放射された
光が全反射を繰り返して所定の面に導かれ、さらに所定
の方向へ拡散させるように働く。
Further, the light emitted from the light emitting diode element is guided to a predetermined surface by repeating total reflection, and functions to diffuse in a predetermined direction.

【0052】また、発光ダイオード素子のペレットから
放射された光が、樹脂レンズの表面で屈折され、所定の
方向に光が指向するように働く。
Further, the light emitted from the pellet of the light emitting diode element is refracted on the surface of the resin lens, and works so that the light is directed in a predetermined direction.

【0053】また、光源ユニットから異なる複数の波長
の光が放射されるように働く。
Further, the light source unit works so as to emit light of a plurality of different wavelengths.

【0054】また、ライトパイプ内を鏡面反射を繰り返
しながら進行した光を、ライトパイプの出射開口端近傍
の内面において拡散させるように働く。
Further, the light which travels while repeating specular reflection in the light pipe acts to diffuse on the inner surface near the exit end of the light pipe.

【0055】また、オプティカルインテグレータ内を全
反射を繰り返しながら進行した光を、オプティカルイン
テグレータの出射開口端面において屈折させ、所定の方
向へ指向するように働く。
Further, the light that has progressed while repeating total internal reflection in the optical integrator is refracted at the exit end face of the optical integrator, and acts so as to be directed in a predetermined direction.

【0056】また、オプティカルインテグレータ内を進
行したのち、ホログラフィック光学素子に入射する光の
指向性を最適化するように働く。
Further, after traveling in the optical integrator, it works to optimize the directivity of light incident on the holographic optical element.

【0057】また、オプティカルインテグレータ内を進
行した光が、効率よくホログラフィック光学素子に入射
するように働く。
Further, the light that has traveled in the optical integrator acts to efficiently enter the holographic optical element.

【0058】また、ホログラフィック光学素子に入射し
た光が屈折および拡散され、所定の指向性を有するよう
に働く。
Further, the light incident on the holographic optical element is refracted and diffused, and functions so as to have a predetermined directivity.

【0059】また、ホログラフィック光学素子を出射し
た光が、水平方向に広く上下方向に狭い指向性を有する
ように働く。
The light emitted from the holographic optical element works so as to have a directivity that is wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction.

【0060】また、光源ユニットがXYマトリクス状に
配列され、各光源ユニットの発光を制御して映像を表示
するように働く。
The light source units are arranged in an XY matrix, and function to control the light emission of each light source unit to display an image.

【0061】また、光源ユニットが配列され、所定の固
定パターンを表示するように働く。
Further, the light source units are arranged and function so as to display a predetermined fixed pattern.

【0062】また、光源ユニットあるいは光源ユニット
の集合体から放射された光が、所定の領域に集光される
ように働く。
Further, the light emitted from the light source unit or the aggregate of the light source units works so as to be focused on a predetermined area.

【0063】実施の形態1.図1は本発明の実施の形態
1である光源ユニットの構成を概略的に示す断面図であ
る。図1において、1は光源ユニット、21および22
は発光ダイオード素子(以下、LED素子とする)であ
り、31、32はペレット、41、42は樹脂レンズで
ある。5は基板であり、LED素子21、22がマウン
トされている。6は筐体手段、7はホログラフィック光
学素子(以下HOE( Holographic Optical Element)
とする)、8は基板材料でありHOE7がその片面に形
成されている。91、92はそれぞれLED素子21、
22の光軸である。また、この基板材料8は筐体手段6
の開口部付近で支持されている。また基板5が筐体手段
6を支持することにより、複数のLED素子を内包した
光源ユニット1を形成している。
Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of a light source unit according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is a light source unit, 21 and 22
Denotes a light emitting diode element (hereinafter, referred to as an LED element), 31 and 32 denote pellets, and 41 and 42 denote resin lenses. Reference numeral 5 denotes a substrate on which LED elements 21 and 22 are mounted. 6 is a housing means, 7 is a holographic optical element (hereinafter, HOE (Holographic Optical Element))
, 8 is a substrate material, and HOE 7 is formed on one side thereof. 91 and 92 are LED elements 21,
22 is the optical axis. Further, this substrate material 8 is used for the housing means 6.
Is supported near the opening. Further, the substrate 5 supports the housing means 6 to form the light source unit 1 including a plurality of LED elements.

【0064】次に動作について説明する。図1のLED
素子21、22はその形状から一般的に砲弾型、用途か
らパイロットランプ型と呼ばれているLED素子であ
り、リフレクタ301、302の上に配置されたLED
ペレット31、32が樹脂によって円筒状にモールドさ
れ、先端には樹脂レンズ41、42がそれぞれ形成され
ている。各LEDペレットから放射された光はリフレク
タ301、302によって効率よく前方へ導かれ、樹脂
内部を伝播し、先端に形成された樹脂レンズ41、42
のレンズ作用により所定の指向性をもって外部へ放射さ
れる。LED素子21、22から放射された光は基板材
料8の片面に形成されたHOE7に入射する。HOE7
には光の偏向作用、ならびに拡散作用が与えられてお
り、入射した光は下方へ拡散される。このようにHOE
7に与えられた作用により、所望の方向へ光線が指向す
るように拡散させることが可能となる。
Next, the operation will be described. LED of Figure 1
The elements 21 and 22 are LED elements which are generally referred to as a cannonball type due to their shape and a pilot lamp type according to the application, and are arranged on reflectors 301 and 302.
Pellets 31 and 32 are molded into a cylindrical shape with resin, and resin lenses 41 and 42 are formed at the tips, respectively. The light emitted from each LED pellet is efficiently guided forward by the reflectors 301 and 302, propagates inside the resin, and has resin lenses 41 and 42 formed at the tips.
Is radiated to the outside with a predetermined directivity by the lens action of. Light emitted from the LED elements 21 and 22 enters the HOE 7 formed on one side of the substrate material 8. HOE7
Has a light deflecting action and a diffusing action, and the incident light is diffused downward. HOE like this
By the action given to 7, it is possible to diffuse the light rays so as to be directed in a desired direction.

【0065】樹脂レンズ41、42の形状は半球状や回
転楕円体などが公知であるが、この形状はLED素子の
指向性を決めるためだけでなく、樹脂と空気の界面での
反射によるロスを最小するような形状が選択されること
が多い。指向性については樹脂レンズ41,42だけで
なく、リフレクタ301,302の形状も設計パラメー
タとなる。また、樹脂レンズの光軸に垂直な断面を円形
でなく長円形とし、かつ長手方向に沿ったレンズ部の曲
率半径を大きくして所定の方向への指向性を強めた「猫
目」形状も公知である。一方、光の拡散範囲を広げるた
め、樹脂レンズ部分や樹脂全体に分散材を混入させたも
のや、発光波長を変化させたり、色純度を上げる目的で
色素を混入させたものもある。このようにLED素子の
特性は用途に応じて様々なものが公知であるが、本発明
においてこのようなLED素子を適用することは勿論可
能である。
Although the shape of the resin lenses 41 and 42 is known to be hemispherical or spheroidal, the shape is not only for determining the directivity of the LED element but also for reducing the loss due to reflection at the interface between the resin and air. The shape that minimizes is often selected. Regarding the directivity, not only the resin lenses 41 and 42 but also the shapes of the reflectors 301 and 302 are design parameters. In addition, the shape of the cross section perpendicular to the optical axis of the resin lens is not a circle but an oval shape, and the radius of curvature of the lens portion along the longitudinal direction is increased to enhance the directivity in a predetermined direction. It is known. On the other hand, there is a type in which a dispersing agent is mixed in the resin lens portion or the entire resin in order to widen the light diffusion range, and a type in which a dye is mixed in for the purpose of changing the emission wavelength or increasing the color purity. As described above, various characteristics of the LED element are known according to the application, but it is of course possible to apply such an LED element in the present invention.

【0066】ところで、HOE7はホログラムの基本機
能を利用した光学素子であり、例えば光を収束する働き
を含めた波面変換機能や、回折格子としての分散および
偏向機能、ホログラム内部での多重干渉を利用した角度
および波長に対するフィルタ機能などを持たせることが
できる。本発明においては、拡散板のような光拡散機
能、光を任意の方向に指向させる偏向機能、光束の断面
形状を変化させる波面変換機能などを持たせることが有
効である。
The HOE 7 is an optical element utilizing the basic function of a hologram. For example, the HOE 7 utilizes a wavefront conversion function including a function of converging light, a dispersion and deflection function as a diffraction grating, and a multiple interference inside the hologram. It can be provided with a filter function for the set angle and wavelength. In the present invention, it is effective to have a light diffusion function such as a diffusion plate, a deflection function for directing light in an arbitrary direction, a wavefront conversion function for changing the cross-sectional shape of a light beam, and the like.

【0067】図2は本発明の実施の形態1である光源ユ
ニットの出射光束の変化を概念的に示す図であり、図に
おいて、21、22、23、24はLED素子、5は基
板、7はHOE、80は観測面である。91は2×2に
配列されたLED光源ユニットの左上のLED素子21
の光軸、93はHOE7により下方に偏向された光束の
光軸である。光束の偏向、断面形状変化が分かり易いよ
うに、LED素子21の樹脂レンズ付近、HOE7、観
測面80における光束断面を斜線部で示している。つま
り、LED素子21から放射された円形光束がHOE7
の作用により偏向され、水平方向に偏平な楕円光束とし
て観測面に到達する様子を表している。またHOE7を
光軸91に関して回転させると、観測面80上で簡単に
楕円光束を回転させることもできる。
FIG. 2 is a diagram conceptually showing a change in the emitted light beam of the light source unit according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 21, 22, 23, and 24 are LED elements, 5 is a substrate, Is an HOE, and 80 is an observation surface. Reference numeral 91 denotes an upper left LED element 21 of an LED light source unit arranged in a 2 × 2 arrangement.
Reference numeral 93 denotes an optical axis of a light beam deflected downward by the HOE 7. The cross section of the light beam near the resin lens of the LED element 21, the HOE 7, and the observation surface 80 is indicated by oblique lines so that the deflection of the light beam and the change in the cross-sectional shape are easy to understand. That is, the circular luminous flux emitted from the LED element 21 is
, And arrives at the observation surface as a flat elliptical light beam in the horizontal direction. When the HOE 7 is rotated about the optical axis 91, the elliptical light beam can be easily rotated on the observation surface 80.

【0068】また、図3はHOE7の偏向作用を概念的
に示す図である。実線はHOE7を透過した光の角度分
布、破線はHOE7に入射する前の光の角度分布を示し
ており、破線のピーク値を観察角度の基準としている。
破線で示された元のLED素子の指向性がHOEの作用
によって変化しており、最も強度の大きい光軸方向の光
が鉛直下方に指向するよう偏向作用を受けたことを表し
ている。
FIG. 3 is a diagram conceptually showing the deflection operation of the HOE 7. The solid line indicates the angular distribution of light transmitted through the HOE 7, the broken line indicates the angular distribution of light before entering the HOE 7, and the peak value of the broken line is used as a reference for the observation angle.
The directivity of the original LED element shown by the dashed line has been changed by the action of the HOE, indicating that the light in the direction of the optical axis having the highest intensity has been deflected so as to be directed vertically downward.

【0069】このようなHOEとしては、例えばPhysic
al Optics Corporation 社(CA、USA)のLSD(Light
Shaping Diffusers)を用いることができる。LSDの
特性についてはPOC社資料の「HOLOGRAPHIC LIGHT SHAPI
NG DIFFUSERS」(Jeremy M.Lerner, Rick Shie, Joel
Petersen, presented at the Aerospace LightingInsti
tute, Advanced Seminar, February 1994)もしくは「R.
L. Shie, C. W.Chau, J. M. Lerner; Surface relief
holography for use in display screens 」に詳しく
述べられているので、ここでは省略する。
As such an HOE, for example, Physic
al Optics Corporation (CA, USA) LSD (Light
Shaping Diffusers) can be used. For the characteristics of LSD, refer to “HOLOGRAPHIC LIGHT SHAPI
NG DIFFUSERS ”(Jeremy M. Lerner, Rick Shie, Joel
Petersen, presented at the Aerospace LightingInsti
tute, Advanced Seminar, February 1994) or `` R.
L. Shie, CWChau, JM Lerner; Surface relief
This is described in detail in "holography for use in display screens", and is omitted here.

【0070】このLSDはサーフェスレリーフ技術と同
種のホログラフィ技術を応用して、基板材料表面に微小
な凹凸形状を設けることにより作成することができ、微
小な無数のマイクロレンズが平面にランダム配置されて
いるのと同様の効果を発揮する。このレンズ作用による
出射光の指向性制御の他に、ホログラムの作用により平
行光の入射に対して所定の位置において円形、楕円形、
矩形形状等、任意の光束断面形状を得ることもできる。
このようなHOE7をLED素子の前方に配置すること
により所定の方向へ放射光を強く指向させることができ
る。
This LSD can be formed by applying holographic technology of the same type as the surface relief technology to provide minute irregularities on the surface of the substrate material, and an infinite number of minute micro lenses are randomly arranged on a plane. The same effect is obtained. In addition to the directivity control of the outgoing light by the lens function, a circular, elliptical,
An arbitrary light beam cross-sectional shape such as a rectangular shape can also be obtained.
By arranging such a HOE 7 in front of the LED element, the emitted light can be strongly directed in a predetermined direction.

【0071】LSDのようなHOE7はPMMAやPC
などの樹脂材料にエンボス加工などによってホログラム
パターンを転写することで容易に形成することができ
る。例えばシート状の基板材料に形成されたHOE7を
湾曲させて用いたり、曲面を持った基板材料に直接形成
されたHOE7を用いることによって指向性制御の範囲
をさらに広げることも可能である。また、このような転
写技術を応用するとLED素子の樹脂レンズ部41、4
2の表面に直接HOE7を形成することも可能である。
HOE7 such as LSD is compatible with PMMA and PC
It can be easily formed by transferring a hologram pattern to a resin material such as by embossing. For example, it is possible to further expand the range of directivity control by using a HOE 7 formed on a sheet-like substrate material by bending it, or by using a HOE 7 directly formed on a substrate material having a curved surface. When such a transfer technique is applied, the resin lens portions 41, 4
It is also possible to form HOE 7 directly on the surface of No. 2.

【0072】また、前述のLSDの透過率は90%以上
と非常に高く、すりガラスや拡散剤を内含した拡散板の
ような一般的な拡散素子を光路上に配置する場合と比べ
て、HOE7によれば総合的に高い光利用効率で指向性
制御を行うことができる。一般的な拡散素子では総合的
な透過率と拡散効果の間にトレードオフが生じるが、H
OE7では高い透過率と、所定の拡散効果の両方を得る
ことが可能である。また、LED素子は樹脂レンズによ
り指向性を制御できるので、HOE7の設計入射条件
(例えば略平行入射)に合わせた入射光とすることで、
十分な光束変形ならびに指向性制御の効果を得ることが
できる。また、透過率が高く、吸収が少ないことからH
OE7は耐熱性が高く、これを形成する基板材料に耐熱
性の高い材料を選定すれば光源を十分近づけて配置する
ことが可能であり、省スペース化を図ることもできる。
Further, the transmittance of the above-mentioned LSD is as high as 90% or more, and compared with the case where a general diffusing element such as a frosted glass or a diffusing plate containing a diffusing agent is arranged on the optical path, the HOE is not so large. According to this, directivity control can be performed with high light utilization efficiency overall. In a general diffusion element, a trade-off occurs between the overall transmittance and the diffusion effect.
In OE7, it is possible to obtain both a high transmittance and a predetermined diffusion effect. In addition, since the directivity of the LED element can be controlled by a resin lens, by setting the incident light in accordance with the design incident condition of the HOE 7 (for example, substantially parallel incidence),
Sufficient light flux deformation and directivity control effects can be obtained. In addition, because of high transmittance and low absorption, H
The OE 7 has high heat resistance, and if a material having high heat resistance is selected as a substrate material for forming the OE 7, the light source can be arranged sufficiently close to the light source, and the space can be saved.

【0073】さらに LSDには拡散作用による光束整
形効果がある。図4は本発明の実施の形態1におけるホ
ログラフィック光学素子の拡散作用を概念的に示す図で
あり、角度に関する強度ばらつきの大きい光束に対して
LSDを用いた場合に、強度分布が微小角度範囲で平均
化され、全体として滑らかな強度分布を得られる効果を
概念的に示したものである。図において、破線は角度に
関する強度ばらつきの大きい光束の強度分布であり、実
線はLSDを光束中に配置し強度分布を整形した後の状
態を示している。このような光束整形効果によれば、各
LED素子が持つ角度に関する強度分布の不均一性を低
減させることが可能である。
Further, the LSD has a light beam shaping effect by a diffusion action. FIG. 4 is a diagram conceptually showing the diffusion action of the holographic optical element according to the first embodiment of the present invention. In the case where the LSD is used for a light beam having a large angle-related intensity variation, the intensity distribution has a small angle range. And conceptually shows the effect of obtaining a smooth intensity distribution as a whole. In the figure, the broken line indicates the intensity distribution of the light beam having a large intensity variation with respect to the angle, and the solid line indicates the state after the LSD is arranged in the light beam and the intensity distribution is shaped. According to such a light beam shaping effect, it is possible to reduce the non-uniformity of the intensity distribution with respect to the angle of each LED element.

【0074】さて、以上に説明した光源ユニットによれ
ば、光源ユニットを構成する複数のLED素子から放射
される光束の変形と偏向を効率よく行うことができ、ま
た角度に関する指向特性のばらつきを平均化させること
ができるが、光源ユニットを構成するLED素子が一つ
であっても同様の効果を得ることができるのは言うまで
もない。十分な光束の変形と偏向効果を得るためには、
HOEの特性を含めた総合的な光源ユニットの最適設計
がされるべきであり、LED素子の樹脂レンズやリフレ
クタの形状と関連付けてHOEの光学特性設計が行われ
ることが好ましい。また、光源はLED素子に限る必要
はなく、もちろん他の発光デバイスを光源とすることが
できる。さらに、各光源ユニットの光出力あるいは各光
源ユニットを構成するLED素子の発光を制御すること
によって映像を表示するディスプレイを構成することが
できるが、この場合LED素子間に存在する発光角度特
性のばらつきが平均化され、前述のディスプレイ面内の
斑模様の発生を抑制することができる。また、複雑な発
光制御を行わず、ある固定パターンを表示するように複
数の光源ユニットを配列した表示器を構成することも可
能である。さらにまた、光源ユニットあるいはその集合
体を照明装置として用いれば、限定された所望の領域を
照明する、いわゆるスポット照明を効率よく行うことが
できる。
According to the above-described light source unit, it is possible to efficiently deform and deflect a light beam emitted from a plurality of LED elements constituting the light source unit, and to average the dispersion of the directional characteristics with respect to the angle. However, it is needless to say that the same effect can be obtained even with one LED element constituting the light source unit. In order to obtain sufficient luminous flux deformation and deflection effect,
The optimal design of the overall light source unit including the characteristics of the HOE should be designed, and it is preferable that the optical characteristics of the HOE be designed in relation to the shape of the resin lens or the reflector of the LED element. Further, the light source need not be limited to the LED element, and other light emitting devices can be used as the light source. Further, by controlling the light output of each light source unit or the light emission of the LED elements constituting each light source unit, it is possible to configure a display for displaying an image. Are averaged, and the occurrence of the above-mentioned mottled pattern in the display surface can be suppressed. It is also possible to configure a display in which a plurality of light source units are arranged so as to display a fixed pattern without performing complicated light emission control. Furthermore, if the light source unit or an assembly thereof is used as an illumination device, so-called spot illumination for illuminating a limited desired area can be efficiently performed.

【0075】一方、光源ユニットを構成する複数のLE
D素子が互いに異なる表示色を持ち、これらの混色効果
を必要とする場合、例えばフルカラーやマルチカラーの
表示装置を構成する目的の場合は、HOE7そのものを
2次光源面とみなし、HOE7とLED素子の間隔を所
定の長さに設定することで遮光手段による光のけられを
低減させることができる。このような光源ユニットの応
用例として、複数の光源ユニットをマトリクス状に配置
し表示装置を構成した場合の、光源ユニット部分を拡大
した断面図を図5に示す。図において61、62は遮光
手段であり、その他の符号は図1と同様である。なお、
HOE7は図1では別に描いている基板材料8に形成さ
れており、これらは一体であるとして図5では両者から
なる部材をあらためてHOE7とする。遮光手段61、
62は太陽光のような外光がHOE7に直接入射するこ
とを防ぐ遮光機能と、基板手段5を保持する筐体機能の
両方を有している。
On the other hand, a plurality of LEs constituting the light source unit
When the D elements have different display colors and require a color mixing effect, for example, for the purpose of forming a full-color or multi-color display device, the HOE 7 itself is regarded as a secondary light source surface, and the HOE 7 and the LED element are used. By setting the interval to a predetermined length, it is possible to reduce the light leakage due to the light shielding means. As an application example of such a light source unit, FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the light source unit when a plurality of light source units are arranged in a matrix to constitute a display device. In the figure, reference numerals 61 and 62 denote light shielding means, and other reference numerals are the same as those in FIG. In addition,
The HOE 7 is formed on a substrate material 8 which is drawn separately in FIG. 1, and assuming that these are integrated, a member consisting of both is re-designated as HOE 7 in FIG. Light shielding means 61,
Reference numeral 62 has both a light shielding function for preventing external light such as sunlight from directly entering the HOE 7 and a housing function for holding the substrate means 5.

【0076】以上のような構成によれば、HOE7の拡
散作用により各LED素子の2次的な発光面がHOE7
上に形成されるため、光源ユニットの下段に配置されて
いるLED素子からの放射光が遮光手段によって遮られ
る割合が減少する。また、上段の遮光手段で遮られずH
OE7に入射した外光は、HOE7の透過率が高いため
に大部分が下段の遮光手段に到達し吸収されることにな
る。すなわち、HOE7の表面で反射され観察領域に向
かう外光成分を低減させることができるため、光源ユニ
ットの表示性能を大きく損ねることがない。このように
前述の混色効果だけでなく、外光による表示映像のコン
トラスト低減を緩和し、かつ構成の簡単な光源ユニット
を得ることができる。なお、遮光手段61、62の形状
やHOE7の配置は図4に示す応用例に限らず、例えば
遮光手段61、62はそれぞれ複数の部材から構成され
ていてもよく、またHOE7も遮光手段61、62に保
持されずに図示しない筐体手段によって配置される構造
とすることは勿論可能である。さらに、前述の通りHO
E7を湾曲させて配置することも可能である。
According to the above configuration, the secondary light emitting surface of each LED element is changed by the diffusion action of the HOE 7.
Since it is formed on the upper side, the rate at which the light emitted from the LED element disposed at the lower stage of the light source unit is blocked by the light blocking means is reduced. In addition, H
Most of the external light that has entered the OE 7 reaches the lower light-shielding means and is absorbed because the transmittance of the HOE 7 is high. That is, since the external light component reflected on the surface of the HOE 7 and traveling toward the observation region can be reduced, the display performance of the light source unit is not significantly impaired. As described above, not only the above-described color mixing effect, but also a reduction in the contrast of a displayed image due to external light can be reduced, and a light source unit having a simple configuration can be obtained. The shapes of the light shielding units 61 and 62 and the arrangement of the HOEs 7 are not limited to the application example shown in FIG. 4. For example, each of the light shielding units 61 and 62 may be composed of a plurality of members. Of course, it is possible to adopt a structure that is not held by 62 and is arranged by housing means (not shown). Furthermore, as described above, HO
It is also possible to arrange E7 in a curved manner.

【0077】なお、光の偏向作用をHOE7と異なる部
材に持たせる場合、HOE7を形成する基板材料にプリ
ズム作用を持たせればよい。図6は基板材料として垂直
方向に同一形状を有する微小プリズムを多数配置したプ
リズム板81を用いた変形例を示す断面図である。他の
符号は図1と同様であるので説明を省略する。図6下の
円内にはプリズム板81とHOE7の接合部分を拡大し
た図を示す。このように微小プリズムが形成された面と
反対の面にHOE7を形成し、光の入射側にプリズム板
81を配置すれば、プリズムの屈折作用を効果的に利用
することができ、下方に偏向された光をHOE7によっ
て効率よく拡散することができる。また、互いに異なる
複数の波長の光を放射するLED素子が配列されている
場合は、各々の波長に応じて最適設計された異なる形状
の微小プリズムを各LED素子に対応した位置に配置さ
せることで各色毎に偏向角度の制御を行うことができ
る。ところで、このプリズム形状は図6のように必ずし
もLED素子の大きさに対して十分小さくする必要はな
く、基本単位となる形状はLED素子に1対1に対応し
ていてもよいし、さらに複数のLED素子に対応するこ
とも可能である。また、プリズム板81ではなく、偏向
作用だけを有したHOE7を代わりに配置することも勿
論可能である。この場合も偏向作用を持ったHOEを入
射側に配置し、次段のHOEに拡散作用を持たせること
で効率よく表示光の偏向ならびに拡散を行うことができ
る。
When the light deflecting action is given to a member different from that of the HOE 7, the substrate material on which the HOE 7 is formed may have a prismatic action. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modified example using a prism plate 81 in which a number of micro prisms having the same shape in the vertical direction are arranged as a substrate material. The other reference numerals are the same as those in FIG. FIG. 6 shows a magnified view of a joint portion between the prism plate 81 and the HOE 7 in a circle below. If the HOE 7 is formed on the surface opposite to the surface on which the minute prisms are formed, and the prism plate 81 is disposed on the light incident side, the refraction of the prism can be effectively used, and the prism can be deflected downward. The emitted light can be efficiently diffused by the HOE 7. Further, when LED elements that emit light of a plurality of different wavelengths are arranged, by arranging micro prisms of different shapes optimally designed according to each wavelength at positions corresponding to each LED element. The deflection angle can be controlled for each color. Incidentally, the prism shape does not necessarily have to be sufficiently small with respect to the size of the LED element as shown in FIG. 6, and the shape serving as a basic unit may correspond to the LED element on a one-to-one basis. It is also possible to correspond to the LED element. Further, it is of course possible to dispose, instead of the prism plate 81, a HOE 7 having only a deflection action. Also in this case, the display light can be efficiently deflected and diffused by arranging the HOE having a deflecting action on the incident side and giving the HOE of the next stage a diffusing action.

【0078】一方、HOE7を形成する基板材料として
所望の波長成分だけを選択的に透過させるフィルター手
段を用いることもできる。この色フィルターによって各
色の色純度が高められるが、同時に外光に対してもHO
E7を透過する光成分を選択的に除去することができる
ので、結果としてコントラストも向上させることができ
る。また、このような方法によれば発光素子が単色光を
放射する場合だけでなく、白色光を放射するような場合
にでもカラー表示させることができるが、勿論このよう
な応用も可能である。なお、色フィルターとして種類を
限定することはなく、所望の効果が得られる範囲内にお
いて様々なフィルター手段を配置できることは言うまで
もない。また、必ずしもHOE7を形成する基板材料と
して色フィルターを用いる必要はなく、勿論、別の部材
としてLED素子の前方に配置することが可能である。
On the other hand, as a substrate material for forming the HOE 7, a filter means for selectively transmitting only a desired wavelength component can be used. This color filter enhances the color purity of each color.
Since the light component transmitted through E7 can be selectively removed, the contrast can be improved as a result. According to such a method, color display can be performed not only when the light-emitting element emits monochromatic light but also when it emits white light. Of course, such an application is also possible. It is needless to say that the type of the color filter is not limited, and various filter means can be arranged within a range where a desired effect can be obtained. Further, it is not necessary to use a color filter as a substrate material for forming the HOE 7, and it is needless to say that the HOE 7 can be disposed as a separate member in front of the LED element.

【0079】LEDディスプレイなどのように発光素子
を直接見るような種類のディスプレイでは、その素子形
状に起因する映像の滑らかさの低減、言い換えれば解像
度の劣化に直接影響を与える表示品質の低減原因が潜在
的に存在する。隣り合う画素の発光領域の間隔が小さい
ほど見かけ上の解像度は向上すると言えるが、砲弾型の
素子を配列したLEDディスプレイの場合は一般的に画
素形状はほぼ円形であり、矩形画素の場合に比べて画素
間隔が大きく感じられることになる。また、混色効果を
得るためには人間の目の積分作用が有効に働く十分な距
離をおいて観察することが必要になってくる。そこで、
短い視距離で効果的な混色作用を得るために、分散剤な
どを内含して光拡散作用を有したスクリーン手段をHO
E7以後に配置した変形例について図7により説明す
る。図において、82は分散剤(図中の黒点)を内含し
たスクリーン手段であり、その他の符号は図1と同様で
ある。また、前述の通り、HOE7をスクリーン手段8
2のLED素子側表面に成形して単一の部材としてLE
D素子の前方に配置することも勿論可能である。
In a display such as an LED display in which a light-emitting element is directly viewed, a reduction in the smoothness of an image due to the element shape, in other words, a reduction in display quality that directly affects the resolution degradation. Potentially exists. It can be said that the smaller the distance between the light-emitting regions of adjacent pixels, the higher the apparent resolution is. However, in the case of an LED display in which bullet-shaped elements are arranged, the pixel shape is generally almost circular, and compared to the case of rectangular pixels. Therefore, the pixel interval is felt large. Further, in order to obtain the color mixing effect, it is necessary to observe the object at a sufficient distance where the integrating action of the human eye can effectively work. Therefore,
In order to obtain an effective color mixing effect at a short viewing distance, a screen means having a light diffusing effect by including a dispersing agent is used.
Modifications arranged after E7 will be described with reference to FIG. In the figure, reference numeral 82 denotes a screen means including a dispersant (black spots in the figure), and other reference numerals are the same as those in FIG. As described above, the HOE 7 is connected to the screen means 8.
2 as a single member by molding on the LED element side surface
Of course, it is also possible to arrange in front of the D element.

【0080】本変形例のようにスクリーン手段82を配
置すると、一般的に全体としての透過光量は低下する
が、2次光源面としてのスクリーン手段82を用いるの
で、より大きな混色効果を得ることができる。また、ス
クリーン手段82としては分散剤が内含されているもの
が好適であるが、表面を粗面にして拡散効果を得るよう
にしたマットスクリーンを用いてもよい。なお、スクリ
ーン表面での反射を低減させ、全体としての透過光量を
向上させるためにスクリーン手段82の入射面や出射面
に無反射コート等のコーティングを施してもよい。
When the screen means 82 is arranged as in this modification, the amount of transmitted light generally decreases as a whole, but since the screen means 82 is used as a secondary light source surface, a greater color mixing effect can be obtained. it can. The screen means 82 preferably contains a dispersant, but a matte screen having a roughened surface to obtain a diffusion effect may be used. In addition, a coating such as an anti-reflection coating may be applied to the entrance surface or the exit surface of the screen means 82 in order to reduce reflection on the screen surface and improve the amount of transmitted light as a whole.

【0081】一方、LED素子の樹脂レンズ41、42
の作用だけでは十分な狭指向性の光が得られない場合に
は、光束平行化のためのレンズ系をLED素子とHOE
7の間に付加的に配置することも勿論可能である。この
場合には前述の通り、曲面形成が可能なHOE7を、付
加的に配置したレンズ系の最終面に形成することもでき
る。図8にレンズ系として1枚の単位レンズを付加した
光源ユニットの変形例を示す。図において、401、4
02は付加的に配置した単位レンズ、71、72は単位
レンズ401、402の出射面に成形されたHOEであ
る。その他の符号は図1と同様である。単位レンズ40
1、402はそれぞれ、LED素子の樹脂レンズ41、
42に対応して配置されているが、樹脂レンズとの合成
作用として所望のレンズ作用が得られれば良く、単位レ
ンズ401、402はそれぞれ複数枚になっても構わな
い。また単位レンズ401、402としてフレネルレン
ズ等の平板レンズを用いることも可能である。
On the other hand, the resin lenses 41 and 42 of the LED element
In the case where light of sufficient narrow directivity cannot be obtained by only the action of (1), a lens system for collimating the light beam is replaced with an LED element and an HOE.
It is of course also possible to additionally arrange them between 7. In this case, as described above, the HOE 7 capable of forming a curved surface can be formed on the final surface of the additionally disposed lens system. FIG. 8 shows a modification of the light source unit to which one unit lens is added as a lens system. In the figure, 401, 4
Reference numeral 02 denotes an additional unit lens, and reference numerals 71 and 72 denote HOEs formed on the exit surfaces of the unit lenses 401 and 402. Other symbols are the same as those in FIG. Unit lens 40
Reference numerals 1 and 402 denote resin lenses 41 of LED elements,
Although it is arranged corresponding to 42, it is sufficient that a desired lens action can be obtained as a synthesizing action with the resin lens, and the unit lenses 401 and 402 may be plural. Further, a flat lens such as a Fresnel lens can be used as the unit lenses 401 and 402.

【0082】以上の実施例およびその変形例には、LE
D素子の配列が2×2の正方配列の場合を示したが、H
OEの作用はLED素子の配列には依存せず、多角形や
放射状、多環状、ランダム配置等、様々なLED素子配
置に対して同様の拡散、偏向作用ならびに混色効果を得
ることができる。また、上述のHOEの光束変形作用に
ついても、円形から楕円形への変換作用だけでなく、円
形から円形、もしくは円形から長方形への変換作用を有
するHOEを用いることもできる。また入射光束と出射
光束は1対1に対応している必要はなく、LED素子から
到達した光束が複数の光束に分岐され、複数の所定の方
向へ強く指向されるような機能をHOEに持たせること
も可能である。
The above-described embodiment and its modifications include LE
The case where the array of the D elements is a square array of 2 × 2 is shown.
The action of the OE does not depend on the arrangement of the LED elements, and similar diffusion, deflection and color mixing effects can be obtained for various LED element arrangements such as polygonal, radial, polycyclic, and random arrangements. Also, as for the light beam deformation action of the HOE, not only a conversion action from a circle to an ellipse but also an HOE having a conversion action from a circle to a circle or from a circle to a rectangle can be used. Also, the incident light beam and the outgoing light beam do not need to correspond one-to-one, and the HOE has a function that the light beam arriving from the LED element is split into a plurality of light beams and strongly directed in a plurality of predetermined directions. It is also possible to make it.

【0083】このような光束分岐タイプの変形例とし
て、多環状にLED素子を配列した光源ユニットからの
放射光をHOEにより2分岐する様子を図9に概念的に
示す。図において2は光源ユニットのLED素子集合
部、5は基板、7はHOEであり、その他の符号は図2
と同様である。またHOE7、観測面9における光束断
面を斜線部で示している。LED素子集合部2から放射
された円形光束がHOE7の作用により分岐されて観測
面に到達する様子を概念的に表している。勿論、図7の
ような鉛直方向の分岐作用は、HOE7を光軸に関して
回転させることで水平方向への分岐作用に簡単に変換で
きることは前述の通りである。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing, as a modified example of such a light beam splitting type, a state in which a light emitted from a light source unit in which LED elements are arranged in a multi-ring is split into two by an HOE. In the figure, reference numeral 2 denotes an LED element assembly part of the light source unit, 5 denotes a substrate, 7 denotes a HOE, and other reference numerals denote FIG.
Is the same as Further, the cross section of the light beam on the HOE 7 and the observation surface 9 is indicated by oblique lines. FIG. 4 conceptually illustrates a state in which a circular light beam emitted from the LED element assembly unit 2 is branched by the action of the HOE 7 and reaches the observation surface. Of course, as described above, the vertical branching action as shown in FIG. 7 can be easily converted to a horizontal branching action by rotating the HOE 7 about the optical axis.

【0084】また、図10はHOE7の光分岐作用を概
念的に示す図である。実線はHOE7を透過した光の角
度分布、破線はHOE7に入射する前の光の角度分布を
示しており、破線のピーク値を観察角度の基準としてい
る。破線で示された元のLED素子の指向性がHOEの
作用によって分岐され、強度の大きい2つの偏向角度が
現れたことを示している。なお、本変形例では各LED
素子が同一平面上で環状配列を成しているが、例えばユ
ニット中央部が隆起しているような立体的な素子配置に
することも勿論可能である。
FIG. 10 is a diagram conceptually showing the optical branching action of the HOE 7. The solid line indicates the angular distribution of light transmitted through the HOE 7, the broken line indicates the angular distribution of light before entering the HOE 7, and the peak value of the broken line is used as a reference for the observation angle. The directivity of the original LED element indicated by the broken line is branched by the action of the HOE, and two strong deflection angles appear. In this modification, each LED
Although the elements form an annular array on the same plane, it is of course possible to provide a three-dimensional element arrangement in which the center of the unit is raised.

【0085】以上、実施の形態1について、透過型のH
OEを用いた場合について述べた。しかし反射型HOE
を用いることも勿論可能であり、透過型と同様、所望の
拡散効果、光束変形効果、指向性制御効果を得ることが
できる。また、本実施例では公知のパイロットランプ型
のLED素子を用いた場合について説明したが、光源ユ
ニットの指向性制御作用を効果的に増大させるために、
LED素子を所望の形態に変更することもできる。図1
1は本発明の実施の形態1の変形例であり、光源ユニッ
トを構成するLED素子を示す断面図である。また、図
12はこれを正面から見た図である。図11において、
符号はすべて図1と同様であり、図12にはLED素子
23、24とそれぞれのLEDペレット33、34が付
加されている。各々の図中の矢印は、LED素子から放
射された光の指向性を概念的に示したものである。
As described above, in the first embodiment, the transmission type H
The case where OE is used has been described. But reflective HOE
Of course, it is also possible to use, and similarly to the transmission type, it is possible to obtain a desired diffusion effect, light flux deformation effect, and directivity control effect. Further, in the present embodiment, the case where a known pilot lamp type LED element is used has been described, but in order to effectively increase the directivity control action of the light source unit,
The LED element can be changed to a desired form. FIG.
Reference numeral 1 denotes a modified example of Embodiment 1 of the present invention, and is a cross-sectional view showing an LED element constituting a light source unit. FIG. 12 is a diagram of this as viewed from the front. In FIG.
All the reference numerals are the same as those in FIG. 1, and in FIG. 12, LED elements 23 and 24 and respective LED pellets 33 and 34 are added. The arrows in each figure conceptually show the directivity of light emitted from the LED elements.

【0086】本変形例では2×2のLED素子が正方配
列されており、各LED素子のペレット31、32はL
EDの樹脂レンズ光軸から上方へ外れた位置に配置され
ている。図12では水平方向に左右対称となるようペレ
ットが樹脂レンズ光軸に対して偏心して配置されている
様子を示している。このような配置によれば、それぞれ
のLED素子からの放射光分布は光軸に対して非同心円
の分布となり、光源ユニット全体の放射光は下方に、か
つ左右に広い指向性を持たせることが可能となる。勿
論、各ペレットの配置はこれに限らず、例えばこのよう
な偏心ペレットを有するLED素子を用い、光源ユニッ
トの中央へ各ペレットが集約されるように配置すれば、
光源ユニット全体の放射光の指向性を同心円状に広くす
ることも可能である。これとは反対に、光源ユニットを
構成する複数のLED素子からの放射光を、例えばHO
E7面上で合成したい場合は、各偏心ペレットを周囲へ
分散するような配置として、放射光を中央に集めること
もできる。さらにこのような場合には樹脂レンズの光軸
がHOE7面上で交差するように各LED素子を傾斜さ
せて基板に配置すればさらに効果的である。
In this modification, 2 × 2 LED elements are arranged in a square, and the pellets 31 and 32 of each LED element are L
It is arranged at a position deviated upward from the optical axis of the resin lens of the ED. FIG. 12 shows a state in which the pellets are eccentrically arranged with respect to the optical axis of the resin lens so as to be horizontally symmetrical in the horizontal direction. According to such an arrangement, the radiated light distribution from each LED element has a non-concentric distribution with respect to the optical axis, and the radiated light of the entire light source unit can have wide directivity downward and left and right. It becomes possible. Of course, the arrangement of each pellet is not limited to this. For example, if an LED element having such an eccentric pellet is used and the pellets are arranged so as to be concentrated at the center of the light source unit,
It is also possible to make the directivity of the emitted light of the entire light source unit concentrically wide. On the contrary, the light emitted from the plurality of LED elements constituting the light source unit is, for example, HO
When it is desired to combine the eccentric pellets on the E7 plane, the eccentric pellets may be arranged so as to be dispersed around and the emitted light may be collected at the center. Further, in such a case, it is more effective to arrange each LED element on the substrate at an angle so that the optical axes of the resin lenses intersect on the HOE 7 surface.

【0087】なお、LED素子の変形例として、公知の
チップ型LED素子を用いることも勿論可能である。図
13は本発明の実施の形態1である光源ユニットの変形
例の構成を概略的に示す図であり、一般的なチップ型L
ED素子とHOEを組み合わせた光源を概念的に示して
いる。図において、3は発光ダイオードチップ、50は
樹脂もしくはセラミック製の筐体、60は透明モールド
樹脂、7はHOEであり、矢印により光線の指向性を概
念的に示している。透明モールド樹脂60はLED素子
表面で若干盛り上がっており、発光ダイオードチップ3
から放射された光が所定の指向性を持って拡散されるよ
うにレンズ作用を有する。一般的にチップ型LED素子
の透明モールド樹脂60は砲弾型とは異なり、広い指向
性を与えるような形状となっていることが多いが、HO
E7の効果を効率よく得るためには、狭い指向性を与え
るような小さな曲率半径を有するように成形されている
方が好ましい。また図13の構成によらず、前述の通り
モールド樹脂表面に直接HOE7を湾曲させて成形する
ことも可能である。以上のような構成によれば、前述の
通りLED素子の角度に関する強度分布のばらつきを低
減させ、かつ所望の指向性を持たせることが可能とな
る。さらに、砲弾型のLED素子の例と同様、複数のL
EDに対して共通のLOE7を用いる構成として光源ユ
ニットを構成し、複数の光源ユニットをマトリクス状に
配置して表示装置を構成することも勿論可能である。ま
た、光源ユニットあるいはその集合体を照明装置として
用いることもできる。こうして得られた表示装置および
照明装置にも前述の砲弾型LED素子の例と同様の効果
が得られることは言うまでもない。
As a modification of the LED element, it is of course possible to use a known chip type LED element. FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of a modification of the light source unit according to the first embodiment of the present invention.
1 schematically illustrates a light source combining an ED element and a HOE. In the figure, 3 is a light emitting diode chip, 50 is a housing made of resin or ceramic, 60 is a transparent mold resin, 7 is HOE, and the arrows indicate the directivity of light rays conceptually. The transparent mold resin 60 is slightly raised on the LED element surface, and the light emitting diode chip 3
Has a lens function so that light emitted from the lens is diffused with a predetermined directivity. In general, the transparent mold resin 60 of the chip type LED element is different from the shell type in many cases in a shape giving a wide directivity.
In order to obtain the effect of E7 efficiently, it is preferable that the shape is formed so as to have a small radius of curvature that gives a narrow directivity. Instead of the configuration shown in FIG. 13, the HOE 7 can be formed by bending the HOE 7 directly on the surface of the mold resin as described above. According to the above-described configuration, it is possible to reduce the variation in the intensity distribution with respect to the angle of the LED element as described above, and to provide a desired directivity. Furthermore, as in the case of the bullet type LED element, a plurality of L
It is of course possible to configure the light source unit as a configuration using the common LOE 7 for the ED, and configure the display device by arranging a plurality of light source units in a matrix. Further, the light source unit or an aggregate thereof can be used as a lighting device. It goes without saying that the display device and the lighting device thus obtained can obtain the same effects as those of the above-described example of the bullet-type LED element.

【0088】実施の形態2.図14は本発明の実施の形
態2である光源ユニットの構成を概略的に示す図であ
る。本実施の形態の特徴は、前述の実施の形態1の場合
とは異なり、LED素子とHOEとの間に偏心レンズ系
を配置していることにある。図において、1は光源ユニ
ット、2はLED素子集合部で複数のLED素子21,
22,23,24が集合配置されている。400は各L
ED素子の光軸と垂直な平面内に複数の単位レンズを配
列して成るレンズ板であり、401,402,403,
404は単位レンズである。また、5は基板であり複数
のLED素子がマウントされている。6は光源ユニット
を形成する筐体部材、7はHOEである。筐体部材6は
レンズ板400およびHOE7を保持している。9は光
源ユニット1の光軸である。
Embodiment 2 FIG. 14 is a diagram schematically showing a configuration of a light source unit according to Embodiment 2 of the present invention. The feature of this embodiment is that, unlike the first embodiment, an eccentric lens system is arranged between the LED element and the HOE. In the figure, 1 is a light source unit, 2 is an LED element assembly part, and a plurality of LED elements 21,
22, 23, and 24 are collectively arranged. 400 is each L
A lens plate having a plurality of unit lenses arranged in a plane perpendicular to the optical axis of the ED element;
404 is a unit lens. Reference numeral 5 denotes a substrate on which a plurality of LED elements are mounted. Reference numeral 6 denotes a housing member forming the light source unit, and reference numeral 7 denotes a HOE. The housing member 6 holds the lens plate 400 and the HOE 7. 9 is an optical axis of the light source unit 1.

【0089】次に、図14における動作について説明す
る。LED素子21、22、23、24からは、先端に
形成された樹脂レンズの作用により所定の指向性を持っ
た光が前方へ放射される。また、樹脂レンズは収束性の
光線を前方へ放射させるようなレンズ作用を有してい
る。次に各LED素子からの放射光はそれぞれ光学的に
対応して配置されたレンズ板400の単位レンズ40
1、402、403、404に入射する。また、単位レ
ンズは対応するLED素子の光軸に対して偏心してお
り、このため各入射光は所定の方向へ偏向されHOE7
へ到達する。図中の実線はLEDペレットから放射され
たHOE7に入射する境界光線を表しており、HOE7
以後の矢印はHOE7へ入射した光線が所定の偏向、拡
散作用を受けた後、観察領域に向けて放射される様子を
概念的に表している。
Next, the operation in FIG. 14 will be described. Light having a predetermined directivity is radiated forward from the LED elements 21, 22, 23, and 24 by the action of a resin lens formed at the tip. Further, the resin lens has a lens function of emitting a convergent light beam forward. Next, the radiated light from each LED element is applied to the unit lens 40 of the lens plate 400 which is optically arranged.
1, 402, 403, and 404. Further, the unit lens is decentered with respect to the optical axis of the corresponding LED element, so that each incident light is deflected in a predetermined direction and
To reach. The solid line in the figure represents the boundary ray incident on the HOE 7 radiated from the LED pellet.
The subsequent arrows conceptually show how light rays incident on the HOE 7 are radiated toward the observation area after undergoing predetermined deflection and diffusion actions.

【0090】次に、図15は光源ユニット1の出射光束
の変化を概念的に示す図である。図の符号は図14と同
様であるので説明は省略する。図に示されるようにレン
ズ板400の単位レンズは複数のLED素子に光学的に
対応して配置される。例えば、左上のLED素子から放
射された光線は、光学的に対応する左上の単位レンズに
入射しHOE7へ到達する。このような構成によれば、
各LED素子の樹脂レンズ近傍の像(斜線部)は拡大さ
れながら伝播し、それぞれ重畳されてHOE7上で再び
像(斜線部)を形成する。
Next, FIG. 15 is a view conceptually showing a change in the light beam emitted from the light source unit 1. As shown in FIG. Since the reference numerals in the figure are the same as those in FIG. 14, the description will be omitted. As shown in the figure, the unit lenses of the lens plate 400 are arranged optically corresponding to a plurality of LED elements. For example, a light beam emitted from the upper left LED element enters an optically corresponding upper left unit lens and reaches the HOE 7. According to such a configuration,
The image (hatched portion) in the vicinity of the resin lens of each LED element propagates while being enlarged, and is superimposed to form an image (hatched portion) again on the HOE 7.

【0091】また、図16は本発明の実施の形態2であ
る光源ユニットの構成を概略的に示す図であり、LED
素子の樹脂レンズ近傍に形成される像201,202と
単位レンズ401,402ならびにHOE7上に重畳さ
れる照明領域71の光学的な対応関係を示している。L
1はLED素子の樹脂レンズ近傍に形成される像から単
位レンズまでの距離、L2は単位レンズからHOE7ま
での距離である。その他の符号は図14と同様である。
単位レンズ401、402は、像201、202をHO
E7へ伝達するように、LED集合部2とHOE7の間
に配置されている。このような対応関係の場合、単位レ
ンズ401、402の位置は像201、202の大きさ
と、HOE7上に形成される照明領域の大きさの比によ
って決定することができる。また、L1:L2=像の大
きさ:照明領域の大きさ、という関係が成立するので、
像201、202の大きさとHOE7の照明領域の大き
さが決まれば、各単位レンズの位置と焦点距離を決定す
ることができる。
FIG. 16 schematically shows a structure of a light source unit according to the second embodiment of the present invention.
The optical correspondence between the images 201 and 202 formed in the vicinity of the resin lens of the element and the illumination area 71 superimposed on the unit lenses 401 and 402 and the HOE 7 is shown. L
1 is the distance from the image formed near the resin lens of the LED element to the unit lens, and L2 is the distance from the unit lens to the HOE 7. Other symbols are the same as those in FIG.
The unit lenses 401 and 402 convert the images 201 and 202 into HO
It is arranged between the LED assembly 2 and the HOE 7 so as to transmit to the E7. In the case of such a correspondence, the positions of the unit lenses 401 and 402 can be determined by the ratio between the sizes of the images 201 and 202 and the size of the illumination area formed on the HOE 7. In addition, since the relationship of L1: L2 = image size: size of the illumination area is established,
When the sizes of the images 201 and 202 and the size of the illumination area of the HOE 7 are determined, the position and the focal length of each unit lens can be determined.

【0092】一方、LED素子の先端部に形成される樹
脂レンズは、LED素子内部のペレットから放射された
光を、対応する単位レンズの中央に収束させるようにそ
の焦点距離が決められている。また、単位レンズの寸法
が、樹脂レンズの作用によって単位レンズの中央に結像
されるペレットの像の大きさと比べて大きければ、樹脂
レンズからの光は全て単位レンズを通過して損失なくH
OE7へ到達することになる。さらに、LED素子およ
び単位レンズは光源ユニットの光軸から外れた位置に配
置されている。このような場合、単位レンズはその曲率
中心がレンズ中心から外れる偏心レンズでなければなら
ない。
On the other hand, the focal length of the resin lens formed at the tip of the LED element is determined so that light emitted from the pellet inside the LED element is converged on the center of the corresponding unit lens. Also, if the size of the unit lens is larger than the size of the image of the pellet formed at the center of the unit lens by the action of the resin lens, all the light from the resin lens passes through the unit lens and becomes H
It will reach OE7. Further, the LED element and the unit lens are arranged at positions off the optical axis of the light source unit. In such a case, the unit lens must be an eccentric lens whose center of curvature deviates from the lens center.

【0093】また、像201、202の大きさとHOE
7の照明領域の大きさの比は任意の値を取ることが可能
である。図16では光源ユニット1の光軸9とHOE7
の中心軸が等しくなるような配置としているが、照明領
域71の位置はこれに限る必要はなく、図14,15に
示されるように光軸9に対して偏った位置に設定されて
いても問題無い。すなわち、レンズ板400に形成され
る単位レンズの偏心量と、上記の像と照明領域の大きさ
の光学的関係により所望の大きさの照明領域を所望の位
置に重畳させることができる。
The sizes of the images 201 and 202 and the HOE
The ratio of the size of the illumination area 7 can take any value. In FIG. 16, the optical axis 9 of the light source unit 1 and the HOE 7
Are arranged so that the central axes are equal, but the position of the illumination area 71 is not limited to this, and may be set at a position deviated from the optical axis 9 as shown in FIGS. No problem. That is, the illumination area of a desired size can be superimposed on a desired position based on the eccentricity of the unit lens formed on the lens plate 400 and the optical relationship between the image and the size of the illumination area.

【0094】以上のような光源ユニットの構成によれ
ば、各LED素子からの放射光が重畳結合されてHOE
7に導かれるので、複数のLED素子の間に特性ばらつ
きが存在していても光束の結合によってばらつきは平均
化され、HOE7上において強度ムラの少ない光分布を
得ることができる。さらに、各LED素子には互いに異
なる波長のものを用いることができ、その数や配置によ
りフルカラーやマルチカラーの表示特性を持つ光源ユニ
ット1を構成することができる。先の実施の形態1で
は、各LED素子から放射された互いに異なる波長の光
をHOE7以後に混色させたが、本実施の形態において
は、複数光束の合成によりHOE7上において混色され
るので、色ムラの少ない良好な光分布を得ることができ
る。
According to the configuration of the light source unit as described above, the radiated light from each LED element is superimposed and coupled to the HOE.
Therefore, even if there is a characteristic variation among a plurality of LED elements, the variation is averaged by the combination of the light beams, and a light distribution with less intensity unevenness can be obtained on the HOE 7. Furthermore, the LED elements having different wavelengths can be used, and the light source unit 1 having full-color or multi-color display characteristics can be configured according to the number and arrangement thereof. In the first embodiment, the lights of different wavelengths emitted from the respective LED elements are mixed after the HOE 7. In the present embodiment, the colors are mixed on the HOE 7 by combining a plurality of light beams. Good light distribution with less unevenness can be obtained.

【0095】また、このような光源ユニットを配列し、
フルカラーやマルチカラーの表示装置を構成する場合、
1画素に対応する1つの光源ユニットから観察領域へ到
達する光分布の特性は主にHOE7の特性に依存するこ
とになる。光源ユニットの出射面で既に混色されている
ので、結果として短い視距離でも良好な画像を観察する
ことができる。さらに、図5と同様に、光源ユニット間
に外光によるコントラスト低減を防止する遮光手段が設
けられている場合、遮光手段によるけられ現象に依存し
ていた観察位置による表示装置の色調変化を解消するこ
とができる。
Further, such a light source unit is arranged,
When configuring a full-color or multi-color display device,
The characteristics of the light distribution reaching the observation area from one light source unit corresponding to one pixel mainly depend on the characteristics of the HOE 7. Since the colors are already mixed on the light emitting surface of the light source unit, a good image can be observed even with a short viewing distance. Further, similarly to FIG. 5, when a light shielding unit is provided between the light source units to prevent a reduction in contrast due to external light, a change in the color tone of the display device due to the observation position depending on the shading phenomenon by the light shielding unit is eliminated. can do.

【0096】実施の形態3.図17は本発明の実施の形
態3である光源ユニットの構成を示す断面図である。本
実施の形態の特徴は、光源ユニットを形成する筒状部材
がライトパイプによって構成されているところにある。
図において、61はライトパイプであり、内面が光学的
鏡面に仕上げられた金属からなる。ライトパイプ61は
反射時の光損失を最小限にする必要があるが、これを実
現する反射コーティングを筒状の樹脂材料などに施した
構成でもよい。また、5は基板でありLED素子21、
22がマウントされている。ライトパイプ61の断面は
基板5の形状あるいはLED素子の配置に合わせた形状
であればよく、例えば断面が矩形であっても勿論構わな
い。また、7はHOEであり、ライトパイプ60の開口
部で保持されている。以上の要素より光源ユニット1が
構成されており、9は光源ユニット1の光軸である。
Embodiment 3 FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source unit according to Embodiment 3 of the present invention. The feature of the present embodiment is that the cylindrical member forming the light source unit is constituted by a light pipe.
In the figure, reference numeral 61 denotes a light pipe which is made of metal whose inner surface is finished to an optical mirror surface. The light pipe 61 needs to minimize the light loss at the time of reflection. However, the light pipe 61 may have a configuration in which a reflective coating for realizing this is applied to a cylindrical resin material or the like. Reference numeral 5 denotes a substrate, which is an LED element 21;
22 is mounted. The cross section of the light pipe 61 may be any shape as long as it matches the shape of the substrate 5 or the arrangement of the LED elements. For example, the cross section may be rectangular, for example. Reference numeral 7 denotes a HOE, which is held by an opening of the light pipe 60. The light source unit 1 is constituted by the above elements, and 9 is an optical axis of the light source unit 1.

【0097】基板5にマウントされた複数のLED素子
から放射された光は、拡散しながら伝播し、ライトパイ
プ61の内面で鏡面反射を繰り返しながらHOE7面に
到達する。LED素子からの放射光の合成あるいは混色
のためには、先の実施の形態2のようにレンズ系を配置
することも可能であるが、光源ユニット1の長さを十分
に長くできる場合は本実施の形態によっても良好な合
成、混色効果を得ることが可能である。また、実施の形
態1と同様、構成部品が少なく、光源ユニット作成時の
煩雑さを軽減させることもできる。
Light emitted from the plurality of LED elements mounted on the substrate 5 propagates while diffusing, and reaches the HOE 7 surface while repeating specular reflection on the inner surface of the light pipe 61. In order to combine or mix colors of the emitted light from the LED elements, it is possible to dispose a lens system as in Embodiment 2 above. However, if the length of the light source unit 1 can be made sufficiently long, the lens According to the embodiment, it is possible to obtain a favorable combination and color mixing effect. Further, similarly to the first embodiment, the number of components is small, and the complexity of creating the light source unit can be reduced.

【0098】また、反射面の面積を増やせば混色効果は
相対的に増大する。図18は実施の形態3である光学ユ
ニットの変形例でありの構成を示す図であり、図におい
て、601はライトパイプ61の開口部近傍の内面に設
けられた拡散反射面である。その他の符号は本実施の形
態3を示す図17と同様である。拡散反射面601はラ
イトパイプ61の内面を部分的に粗面にして作成しても
よいし、拡散材を塗布することも可能である。以上のよ
うな構成によれば、HOE7に到達するまでに十分な光
の合成が行われ、HOE7が持つ光の拡散、偏向作用に
よって光源ユニット1として所望の表示性能が得られる
ことは、先の実施の形態2に述べたのと同様である。ま
た、ライトパイプ61の開口部の一部分を延長させて外
光に対する遮光部材として機能させることも可能であ
る。
Further, when the area of the reflection surface is increased, the color mixing effect is relatively increased. FIG. 18 is a diagram showing a configuration as a modification of the optical unit according to the third embodiment. In the figure, reference numeral 601 denotes a diffuse reflection surface provided on the inner surface near the opening of the light pipe 61. Other reference numerals are the same as in FIG. 17 showing the third embodiment. The diffuse reflection surface 601 may be formed by partially roughening the inner surface of the light pipe 61, or a diffuser may be applied. According to the above-described configuration, sufficient light is synthesized before the light reaches the HOE 7, and the desired display performance as the light source unit 1 is obtained by the light diffusion and deflection functions of the HOE 7. This is the same as described in the second embodiment. Further, it is also possible to extend a part of the opening of the light pipe 61 to function as a light shielding member for external light.

【0099】さらに、本実施の形態3の変形例として、
ライトパイプ61の代わりにロッドインテグレータを用
いることもできる。図19はLED素子から放射された
光の伝達手段としてロッドインテグレータを用いた光源
ユニットを概略的に示す断面図である。図において、6
02はロッドインテグレータ(斜線部)であり、先のラ
イトパイプを用いた変形例と同様に、断面は任意の形状
を取ることが可能である。ロッドインテグレータ602
は透明な硝材、もしくはプラスチック材を用いたバルク
光学素子であり、側面および入射/出射端面を光学的鏡
面に仕上げてある。その他の符号は図17と同様であ
る。ロッドインテグレータ602に入射したLED素子
の放射光はロッドインテグレータ602と空気の界面で
全反射を繰り返しながら伝播するので、原理的に100
%の伝播効率を実現することができる。
Further, as a modification of the third embodiment,
Instead of the light pipe 61, a rod integrator can be used. FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing a light source unit using a rod integrator as a means for transmitting light emitted from an LED element. In the figure, 6
Reference numeral 02 denotes a rod integrator (shaded portion), which can have an arbitrary cross section, similarly to the modification using the light pipe. Rod integrator 602
Is a bulk optical element using a transparent glass material or a plastic material, and the side surface and the incident / outgoing end face are finished to an optical mirror surface. Other symbols are the same as those in FIG. The emitted light of the LED element incident on the rod integrator 602 propagates while repeating total reflection at the interface between the rod integrator 602 and air.
% Propagation efficiency.

【0100】また、LED素子21、22とロッドイン
テグレータ602の入射面との間に屈折率を整合させる
マッチング液を充填することで、ロッドインテグレータ
602の入射損失を軽減させることも可能である。よっ
て、マッチング液のパッキングと光源ユニット1の重量
に不都合がなければ、先のライトパイプを用いた変形例
より高い光利用効率が実現可能である。なお、ロッドイ
ンテグレータ602の出射端面は光軸9に垂直な状態か
ら傾いてもよく、この場合はHOE7の作用と併せてさ
らに光の偏向作用を強めることができる。一方、ロッド
インテグレータ602の入射端面および出射端面の少な
くとも一方を非球面レンズ形状とすればHOE7への入
射光の角度分布を最適化することができ、HOE7の光
束変形および偏向作用を最大限に利用することができ
る。
Further, by filling a matching liquid for matching the refractive index between the LED elements 21 and 22 and the incident surface of the rod integrator 602, the incident loss of the rod integrator 602 can be reduced. Therefore, if there is no inconvenience between the packing of the matching liquid and the weight of the light source unit 1, it is possible to realize a higher light use efficiency than the above-described modified example using the light pipe. Note that the emission end face of the rod integrator 602 may be inclined from a state perpendicular to the optical axis 9. In this case, the light deflecting action can be further enhanced in addition to the action of the HOE 7. On the other hand, if at least one of the input end face and the output end face of the rod integrator 602 has an aspheric lens shape, the angle distribution of the incident light on the HOE 7 can be optimized, and the light beam deformation and deflection action of the HOE 7 can be maximized. can do.

【0101】以上、多数の実施の形態および変形例にて
本発明の説明を行ったが、光源ユニットを構成する光源
はここに述べたようなLED素子に限らなくてもよく、
素子自体の機能、あるいは付加的な手段によって指向性
を制御できるような光源であれば同様の効果を実現する
ことができる。また、ホログラフィック光学素子につい
ても上述の実施例ならびにその変形例に限定されず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な機能を持たせるこ
とができる。
Although the present invention has been described in many embodiments and modified examples, the light source constituting the light source unit is not limited to the LED element described here.
A similar effect can be achieved with a light source whose directivity can be controlled by the function of the element itself or additional means. Also, the holographic optical element is not limited to the above-described embodiment and its modifications, and can have various functions without departing from the gist of the present invention.

【0102】[0102]

【発明の効果】本発明は、上記実施例に説明したように
構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
Since the present invention is configured as described in the above embodiment, the following effects can be obtained.

【0103】発光ダイオード素子から放射された光の指
向特性を整え、かつ所望の方向へ高い効率で拡散させる
光源ユニットを提供することができる。
It is possible to provide a light source unit that adjusts the directional characteristics of light emitted from a light emitting diode element and diffuses light in a desired direction with high efficiency.

【0104】また、発光ダイオード素子から放射された
光の指向特性を整え、かつ所望の方向へ高い効率で拡散
させるホログラフィック光学素子を備えた光源ユニット
を、少ない部品で構成することができ、光損失の少ない
光源ユニット提供することができる。
Further, a light source unit having a holographic optical element for adjusting the directional characteristics of light emitted from the light emitting diode element and diffusing light in a desired direction with high efficiency can be constituted with a small number of components. A light source unit with less loss can be provided.

【0105】また、ホログラフィック光学素子の光入射
面に形成されたプリズム手段によって光をまず屈折さ
せ、次に偏向された光をホログラフィック光学素子に入
射させることでホログラム作用による拡散効果の効率を
上げることができるので、整った指向特性を有し、かつ
所望の方向へ光を拡散させる光損失の少ない光源ユニッ
トを提供することができる。
Also, the efficiency of the diffusion effect by the holographic effect is improved by first refracting the light by the prism means formed on the light incident surface of the holographic optical element and then causing the deflected light to enter the holographic optical element. Since the light source unit can be raised, it is possible to provide a light source unit having a uniform directional characteristic and a small light loss for diffusing light in a desired direction.

【0106】また、ホログラフィック光学素子の基板材
料が波長選択性光学フィルタの機能を有するので、効率
よく単色光を放射し、光損失の少ない光源ユニットを提
供することができる。さらに、外光が光源ユニットに入
射しても、光学フィルタの作用により特定の範囲の波長
成分を反射あるいは吸収することができるため、外光反
射が軽減された光源ユニットを構成することができる。
Further, since the substrate material of the holographic optical element has the function of a wavelength-selective optical filter, it is possible to provide a light source unit that efficiently emits monochromatic light and has low light loss. Furthermore, even if external light enters the light source unit, a wavelength component in a specific range can be reflected or absorbed by the action of the optical filter, so that a light source unit with reduced external light reflection can be configured.

【0107】また、異なる波長の光を放射する複数の発
光ダイオード素子の各々にホログラフィック光学素子の
入射面に形成されたプリズム形状が対応しているので、
出射光の指向特性を複数の波長に依存しない均一なもの
とすることができ、異なる波長を有する複数の発光ダイ
オードの配置や数量の自由度が大きい光源ユニットを提
供することができる。
Further, since the plurality of light emitting diode elements that emit light of different wavelengths correspond to the prism shape formed on the incident surface of the holographic optical element, respectively.
The directional characteristics of the emitted light can be made uniform without depending on a plurality of wavelengths, and a light source unit having a large degree of freedom in arrangement and quantity of a plurality of light emitting diodes having different wavelengths can be provided.

【0108】また、発光ダイオード素子の樹脂レンズと
合成レンズ系を構成するレンズ手段により、光の指向特
性の制御範囲を大きくすることができるので、発光ダイ
オードの指向特性の自由度が大きい光源ユニットを提供
することができる。また、このレンズ手段の光出射面に
ホログラフィック光学素子を形成するので、光損失の少
ない光源ユニットを構成することができる。
Further, since the control range of the directivity of light can be increased by the resin lens of the light emitting diode element and the lens means constituting the synthetic lens system, a light source unit having a high degree of freedom in the directivity of the light emitting diode can be provided. Can be provided. Further, since the holographic optical element is formed on the light emitting surface of the lens means, a light source unit with small light loss can be configured.

【0109】また、アレイ状レンズ板の重畳結像作用に
より、複数の発光ダイオード素子からの放射光を効率よ
く合成することができ、発光ダイオードの特性ばらつき
を平均化することができる。よって、発光ダイオードの
特性ばらつきの許容範囲を広げることができ、安価な光
源ユニットを提供することができる。さらに、異なる波
長の光を放射する発光ダイオードの光を効率よく合成す
ることができるため、混色効果に優れた光源ユニットを
提供することができる。さらにまた、各発光ダイオード
からの光をホログラフィック光学素子面上のほぼ同じ位
置に集光することができるため、波長によらない均一な
表示特性を有する光源ユニットを提供することができ
る。
Further, by the superimposed imaging action of the array-shaped lens plate, the radiated light from the plurality of light emitting diode elements can be efficiently synthesized, and the variation in the characteristics of the light emitting diodes can be averaged. Therefore, the allowable range of the variation in the characteristics of the light emitting diodes can be expanded, and an inexpensive light source unit can be provided. Furthermore, since the light of the light emitting diode that emits light of different wavelengths can be efficiently combined, a light source unit having an excellent color mixing effect can be provided. Furthermore, since the light from each light emitting diode can be condensed at substantially the same position on the holographic optical element surface, a light source unit having uniform display characteristics independent of wavelength can be provided.

【0110】また、複数の発光ダイオード素子からの放
射光を、アレイ状レンズ板の各レンズ素子上に効率よく
集光できるため、光損失の少ない光源ユニットを提供す
ることができる。
Further, since the radiated light from the plurality of light emitting diode elements can be efficiently condensed on each lens element of the arrayed lens plate, a light source unit with small light loss can be provided.

【0111】また、複数の発光ダイオードからの光をラ
イトパイプにより合成するので、少ない部品で効率よく
複数の発光ダイオード素子からの光を合成することがで
きる。また、ライトパイプの開口径にほぼ等しい光出射
面が得られるので、各発光ダイオード素子の特性ばらつ
きによらない均一な表示特性を有する光源ユニットを提
供することができる。
Further, since light from a plurality of light emitting diodes is combined by a light pipe, light from a plurality of light emitting diode elements can be efficiently combined with a small number of components. Further, since a light exit surface substantially equal to the opening diameter of the light pipe can be obtained, it is possible to provide a light source unit having a uniform display characteristic independent of a characteristic variation of each light emitting diode element.

【0112】また、複数の発光ダイオードからの光をオ
プティカルインテグレータにより合成するので、少ない
部品で効率よく複数の発光ダイオード素子からの光を合
成することができる。また、オプティカルインテグレー
タの開口径にほぼ等しい光出射面が得られるので、各発
光ダイオード素子の特性ばらつきによらない均一な表示
特性を有する光源ユニットを提供することができる。
Further, since light from a plurality of light emitting diodes is combined by an optical integrator, light from a plurality of light emitting diode elements can be efficiently combined with a small number of components. Further, since a light exit surface substantially equal to the aperture diameter of the optical integrator can be obtained, it is possible to provide a light source unit having uniform display characteristics independent of variations in characteristics of each light emitting diode element.

【0113】また、発光ダイオード素子のペレットが樹
脂レンズの光軸に対して偏心して配置されているので、
樹脂レンズから出射した光はこの偏心量に応じて光軸に
関して偏った分布を有することになる。よって、簡単な
構成で指向性が光軸外へ傾いた発光ダイオード素子を提
供することができる。
Also, since the pellet of the light emitting diode element is arranged eccentrically with respect to the optical axis of the resin lens,
The light emitted from the resin lens has a distribution that is deviated with respect to the optical axis according to the amount of eccentricity. Therefore, it is possible to provide a light-emitting diode device having a simple configuration and the directivity of which is inclined off the optical axis.

【0114】また、光源手段が互いに異なる波長の光を
放射する複数の発光ダイオード素子からなるので、少な
い部品で効率よく複数の発光ダイオード素子からの異な
る波長の光を混色することができる。よって、各発光ダ
イオード素子の波長によらない均一な表示特性を有する
光源ユニットを提供することができる。
Further, since the light source means is composed of a plurality of light emitting diode elements which emit light of different wavelengths from each other, light of different wavelengths from the plurality of light emitting diode elements can be efficiently mixed with a small number of components. Therefore, it is possible to provide a light source unit having uniform display characteristics independent of the wavelength of each light emitting diode element.

【0115】また、ライトパイプの出射開口端近傍の内
面に配置された拡散手段により光の合成ならびに混色効
果を強めることができる。
The light combining and color mixing effects can be enhanced by the diffusing means disposed on the inner surface near the exit end of the light pipe.

【0116】また、オプティカルインテグレータの出射
開口端面が光源ユニットの法線に垂直な面から傾いてい
るので、所定の方向へ光を偏向させることができる。よ
って少ない部品構成で光源ユニットの偏向効果を増加さ
せることができる。
Since the exit end face of the optical integrator is inclined from a plane perpendicular to the normal line of the light source unit, light can be deflected in a predetermined direction. Therefore, the deflection effect of the light source unit can be increased with a small number of components.

【0117】また、オプティカルインテグレータの入射
面と出射面の少なくともいずれか一方を非球面レンズと
し、ホログラフィック光学素子への入射光の指向特性を
制御できるので、ホログラフィック光学素子による光の
偏向ならびに拡散作用をより効率よく得ることができ
る。
Further, since at least one of the incident surface and the outgoing surface of the optical integrator is an aspheric lens and the directivity of light incident on the holographic optical element can be controlled, the light is deflected and diffused by the holographic optical element. The action can be obtained more efficiently.

【0118】また、オプティカルインテグレータからホ
ログラフィック光学素子への光の伝達ロスを低減でき、
光損失の少ない光源ユニットを提供することができる。
Further, the transmission loss of light from the optical integrator to the holographic optical element can be reduced.
A light source unit with small light loss can be provided.

【0119】また、ホログラフィック光学素子が入射光
を所定の1方向に偏向させる屈折作用と所定の範囲に拡
散させる拡散作用の両方を備えているので、簡単な構成
でかつ光損失の少ない光源ユニットを提供することがで
きる。
Further, since the holographic optical element has both a refraction function for deflecting the incident light in a predetermined direction and a diffusion function for diffusing the incident light in a predetermined range, the light source unit has a simple structure and little light loss. Can be provided.

【0120】また、ホログラフィック光学素子の拡散作
用によって拡散される光の分布は、水平方向に広く垂直
方向に狭い特性であるので、ディスプレイ用途に適した
光源ユニットを提供することができる。
Further, the distribution of light diffused by the diffusing action of the holographic optical element has a characteristic that is wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction, so that a light source unit suitable for display use can be provided.

【0121】また、本光源ユニットをXYマトリクス状
に配列し、各光源ユニットの発光を制御して映像を表示
するので、光損失が少なく、かつ所望の観察領域に効率
よく映像光を提供する表示装置を提供することができ
る。さらに、各LED素子の発光特性のばらつきを平均
化するので、指向特性の個体間ばらつきに起因する表示
面内における斑模様の発生を抑えることができ、高品位
な映像が表示可能な表示装置を提供することができる。
さらにまた、外光による表示映像のコントラスト低減も
抑制することが可能である。
Further, since the present light source units are arranged in an XY matrix and the light emission of each light source unit is controlled to display an image, a light loss is small and the image light is efficiently provided to a desired observation area. An apparatus can be provided. Furthermore, since the variation in the light emission characteristics of each LED element is averaged, it is possible to suppress the occurrence of spots on the display surface due to the variation in the directional characteristics between individuals, and to provide a display device capable of displaying high-quality images. Can be provided.
Furthermore, it is also possible to suppress a reduction in contrast of a display image due to external light.

【0122】また、本光源ユニットを配列し、所定の固
定パターンを表示させるので、光損失が少なく、かつ所
望の観察領域に効率よく映像光を提供する表示器を提供
することができる。さらに、各LED素子の発光特性の
ばらつきを平均化するので、指向特性の個体間ばらつき
に起因する表示面内における斑模様の発生を抑えること
ができ、高品位な画像パターンが表示可能な表示器を提
供することができる。さらにまた、外光による表示画像
のコントラスト低減も抑制することが可能である。
Further, since the present light source units are arranged and a predetermined fixed pattern is displayed, it is possible to provide a display device which has a small light loss and efficiently supplies image light to a desired observation region. Furthermore, since the variation in the light emission characteristics of each LED element is averaged, it is possible to suppress the occurrence of spots on the display surface due to the variation in the directional characteristics between individuals, and to display a high-quality image pattern. Can be provided. Furthermore, it is also possible to suppress a reduction in contrast of a display image due to external light.

【0123】また、本光源ユニットあるいは光源ユニッ
トの集合体により構成するので、光損失が少なく、かつ
所望の領域を効率よく照明する照明装置を提供すること
ができる。
Further, since the light source unit or the aggregate of the light source units is used, it is possible to provide an illumination device which has a small light loss and efficiently illuminates a desired area.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1である光源ユニットの
構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of a light source unit according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態1である光源ユニットの
出射光束の変化を概念的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram conceptually showing a change in a light beam emitted from the light source unit according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施の形態1におけるホログラフィ
ック光学素子の偏向作用を概念的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram conceptually showing a deflecting action of the holographic optical element according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施の形態1におけるホログラフィ
ック光学素子の拡散作用を概念的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram conceptually showing a diffusion action of the holographic optical element according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施の形態1である光源ユニットの
応用例の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing a configuration of an application example of the light source unit according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施の形態1である光源ユニットの
変形例の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a modification of the light source unit according to the first embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施の形態1である光源ユニットの
変形例の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a modified example of the light source unit according to the first embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の実施の形態1である光源ユニットの
変形例の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view schematically showing a configuration of a modification of the light source unit according to the first embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の実施の形態1におけるホログラフィ
ック光学素子の光分岐作用を概念的に示す図である。
FIG. 9 is a diagram conceptually showing a light branching action of the holographic optical element according to the first embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の実施の形態1におけるホログラフ
ィック光学素子の光分岐作用を概念的に示す図である。
FIG. 10 is a diagram conceptually showing a light branching action of the holographic optical element according to the first embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の実施の形態1におけるLED素子
の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a modification of the LED element according to Embodiment 1 of the present invention.

【図12】 本発明の実施の形態1におけるLED素子
の変形例の構成を概略的に示す正面図である。
FIG. 12 is a front view schematically showing a configuration of a modification of the LED element according to Embodiment 1 of the present invention.

【図13】 本発明の実施の形態1である光源ユニット
の変形例の構成を概略的に示す図である。
FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of a modified example of the light source unit according to the first embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の実施の形態2である光源ユニット
の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 14 is a sectional view schematically showing a configuration of a light source unit according to Embodiment 2 of the present invention.

【図15】 本発明の実施の形態2である光源ユニット
の出射光束の変化を概念的に示す図である。
FIG. 15 is a diagram conceptually showing a change in emitted light flux of the light source unit according to the second embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の実施の形態2である光源ユニット
の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a light source unit according to Embodiment 2 of the present invention.

【図17】 本発明の実施の形態3である光源ユニット
の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 17 is a sectional view schematically showing a configuration of a light source unit according to Embodiment 3 of the present invention.

【図18】 本発明の実施の形態3である光源ユニット
の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a modification of the light source unit according to Embodiment 3 of the present invention.

【図19】 本発明の実施の形態3である光源ユニット
の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 19 is a sectional view schematically showing a configuration of a modification of the light source unit according to Embodiment 3 of the present invention.

【図20】 従来の典型的なLEDディスプレイの単位
ユニットの構成を概
FIG. 20 schematically shows the configuration of a unit of a conventional typical LED display.

【図21】 従来の典型的なLEDディスプレイの構成
を概略的に示す図である。
FIG. 21 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional typical LED display.

【図22】 従来のフルカラーLEDディスプレイのL
EDからの放射光を模式的に示した断面図である。
FIG. 22 shows L of a conventional full-color LED display.
It is sectional drawing which showed the radiation light from ED typically.

【図23】 従来のフルカラーLEDディスプレイの構
成を概略的に示す図である。
FIG. 23 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional full-color LED display.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源ユニット、2 LED素子の配列、21〜28
LED素子、201,202 像、31,32 LE
Dペレット、301,302 リフレクタ、41, 4
2 樹脂レンズ、400 レンズ板、401〜404
単位レンズ、5基板手段、6 筐体、60 透明モー
ルド樹脂、61 ライトパイプ、62,63 遮光手
段、601 拡散反射面602 ロッドインテグレー
タ、7,71,72 ホログラフィック光学素子、8
基板材料、80 観測面、81 プリズム板、82 ス
クリーン手段、9,91,92,93 光軸、90 法
線、L1LED素子の樹脂レンズ近傍に形成される像か
ら単位レンズまでの距離、L2単位レンズからホログラ
ム拡散素子までの距離。
1 light source unit, arrangement of 2 LED elements, 21 to 28
LED element, 201, 202 images, 31, 32 LE
D pellet, 301, 302 reflector, 41, 4
2 resin lens, 400 lens plate, 401 to 404
Unit lens, 5 substrate means, 6 housing, 60 transparent mold resin, 61 light pipe, 62, 63 light shielding means, 601 diffuse reflection surface 602 rod integrator, 7, 71, 72 holographic optical element, 8
Substrate material, 80 observation surface, 81 prism plate, 82 screen means, 9, 91, 92, 93 optical axis, 90 normal, distance from image formed near resin lens of L1 LED element to unit lens, L2 unit lens The distance from the hologram diffusion element to.

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板手段の所定の位置に配置される発光
ダイオード素子からなる光源手段と、光源手段の前方に
配置され光源手段からの光を所定の方向に拡散させるホ
ログラフィック光学素子からなる光源ユニット。
1. A light source means comprising a light emitting diode element disposed at a predetermined position on a substrate means, and a light source comprising a holographic optical element disposed in front of the light source means and diffusing light from the light source means in a predetermined direction. unit.
【請求項2】 基板手段の所定の位置に配置される発光
ダイオード素子からなる光源手段と、光源手段の前方に
配置され光源手段からの光を所定の方向に拡散させるホ
ログラフィック光学素子と、発光ダイオード素子の近傍
に配置される遮光手段を備え、前記ホログラフィック光
学素子は遮光手段の一部に支持され発光ダイオード素子
の前方に配置されることを特徴とする光源ユニット。
2. A light source means comprising a light emitting diode element arranged at a predetermined position on the substrate means, a holographic optical element arranged in front of the light source means to diffuse light from the light source means in a predetermined direction, and light emission A light source unit, comprising: a light-shielding means arranged near a diode element, wherein the holographic optical element is supported by a part of the light-shielding means and arranged in front of the light-emitting diode element.
【請求項3】 前記ホログラフィック光学素子は、光の
入射面にプリズム手段が形成され、もう一方の面にホロ
グラム面が配置される透明基板材料からなることを特徴
とする請求項1または請求項2記載の光源ユニット。
3. The holographic optical element according to claim 1, wherein a prism means is formed on a light incident surface and a hologram surface is disposed on another surface of the transparent substrate material. 2. The light source unit according to 2.
【請求項4】 前記透明基板材料は特定の範囲の波長成
分を選択的に透過する光学フィルターであることを特徴
とする請求項3に記載の光源ユニット。
4. The light source unit according to claim 3, wherein the transparent substrate material is an optical filter that selectively transmits a wavelength component in a specific range.
【請求項5】 基板手段の所定の位置に配置され、異な
る波長の光を放射する複数の発光ダイオード素子からな
る光源手段と、発光ダイオード素子の複数の発光主波長
に対応した異なるプリズム形状の単位構造が配列されて
なるプリズム手段を光の入射面に有し、もう一方の面に
ホログラム面を有する透明基板材料からなるホログラフ
ィック光学素子とを備えたことを特徴とする光源ユニッ
5. A light source means comprising a plurality of light emitting diode elements arranged at predetermined positions of a substrate means and emitting light of different wavelengths, and units of different prism shapes corresponding to a plurality of main emission wavelengths of the light emitting diode elements A light source unit comprising: a holographic optical element made of a transparent substrate material having a prism means having a structure arranged on a light incident surface and a hologram surface on the other surface.
【請求項6】 基板手段の所定の位置に配置される発光
ダイオード素子からなる光源手段と、発光ダイオード素
子の前方に配置され、発光ダイオード素子の樹脂レンズ
と合成レンズ系を構成するレンズ手段と、該レンズ手段
の光出射面にホログラム面を形成するホログラフィック
光学素子とを備えたことを特徴とする光源ユニット。
6. A light source means comprising a light emitting diode element disposed at a predetermined position on the substrate means, and a lens means disposed in front of the light emitting diode element and constituting a synthetic lens system with a resin lens of the light emitting diode element; A holographic optical element for forming a hologram surface on a light exit surface of the lens means.
【請求項7】 基板手段の所定の位置に配置される複数
の発光ダイオード素子からなる光源手段と、前記複数の
発光ダイオード素子の各々に対応し、発光ダイオードの
光出射面である第1の所定面の形状を、第2の所定面上
に結像伝達するアレイ状レンズ板と、前記第2の所定面
に配置され前記レンズ板からの光を所定の方向に拡散さ
せるホログラフィック光学素子を備えていることを特徴
とする光源ユニット。
7. A light source means comprising a plurality of light emitting diode elements arranged at a predetermined position on the substrate means, and a first predetermined light emitting surface corresponding to each of the plurality of light emitting diode elements and being a light emitting surface of the light emitting diode. An array-like lens plate that transfers an image on a second predetermined surface to form an image on a second predetermined surface, and a holographic optical element disposed on the second predetermined surface and diffusing light from the lens plate in a predetermined direction is provided. A light source unit.
【請求項8】 前記複数の発光ダイオード素子は、前記
アレイ状レンズ板の各レンズ素子上に出射光束を集光す
るように構成されることを特徴とする請求項7記載の光
源ユニット。
8. The light source unit according to claim 7, wherein the plurality of light emitting diode elements are configured to collect the emitted light beam on each lens element of the array lens plate.
【請求項9】 基板手段の所定の位置に配置される発光
ダイオード素子からなる光源手段と、光源手段からの光
を所定の面に導くライトパイプと、この所定面に入射面
が配置され、ライトパイプからの光を所定方向へ拡散さ
せるホログラフィック光学素子を備えていることを特徴
とする光源ユニット。
9. A light source means comprising a light emitting diode element disposed at a predetermined position on the substrate means, a light pipe for guiding light from the light source means to a predetermined surface, and an incident surface disposed on the predetermined surface, A light source unit comprising a holographic optical element for diffusing light from a pipe in a predetermined direction.
【請求項10】 基板手段の所定の位置に配置される発
光ダイオード素子からなる光源手段と、光源手段からの
光を所定の面に導くオプティカルインテグレータと、該
所定面に入射面が配置され、オプティカルインテグレー
タからの光を所定の方向へ拡散させるホログラフィック
光学素子を備えていることを特徴とする光源ユニット。
10. A light source means comprising a light emitting diode element disposed at a predetermined position on a substrate means, an optical integrator for guiding light from the light source means to a predetermined surface, and an incident surface disposed on the predetermined surface, A light source unit comprising a holographic optical element for diffusing light from an integrator in a predetermined direction.
【請求項11】 前記発光ダイオード素子はペレットが
発光ダイオード素子の樹脂レンズの光軸から外れた位置
に配置され、所定の方向に光が指向することを特徴とす
る請求項1〜請求項4のいずれかに記載の光源ユニッ
ト。
11. The light emitting diode element according to claim 1, wherein the pellet is disposed at a position off the optical axis of the resin lens of the light emitting diode element, and light is directed in a predetermined direction. The light source unit according to any one of the above.
【請求項12】 前記光源手段は互いに異なる波長の光
を放射する複数の発光ダイオード素子からなる請求項7
〜請求項9のいずれかに記載の光源ユニット。
12. The light source means comprises a plurality of light emitting diode elements that emit light of different wavelengths from each other.
The light source unit according to claim 9.
【請求項13】 前記ライトパイプの出射開口端近傍の
内面に拡散手段が配置されることを特徴とする請求項9
記載の光源ユニット。
13. The light pipe according to claim 9, wherein a diffusion means is arranged on an inner surface near an exit opening end of the light pipe.
A light source unit as described.
【請求項14】 前記オプティカルインテグレータの出
射開口端面は光源ユニットの法線に垂直な面から傾いて
いることを特徴とする請求項9記載の光源ユニット。
14. The light source unit according to claim 9, wherein an end face of the output opening of the optical integrator is inclined from a plane perpendicular to a normal line of the light source unit.
【請求項15】 前記オプティカルインテグレータの入
射面と出射面の少なくともいずれか一方が非球面レンズ
であることを特徴とする請求項9記載の光源ユニット。
15. The light source unit according to claim 9, wherein at least one of the entrance surface and the exit surface of the optical integrator is an aspheric lens.
【請求項16】 前記ホログラフィック光学素子はオプ
ティカルインテグレータの出射面に密着して配置されて
いることを特徴とする請求項9記載の光源ユニット。
16. The light source unit according to claim 9, wherein said holographic optical element is disposed in close contact with an emission surface of an optical integrator.
【請求項17】 前記ホログラフィック光学素子は入射
光を所定の1方向に偏向させる屈折作用と所定の範囲に
拡散させる拡散作用の両方を備えていることを特徴とす
る請求項1〜請求項16のいずれかに記載の光源ユニッ
ト。
17. The holographic optical element according to claim 1, wherein the holographic optical element has both a refraction function for deflecting the incident light in a predetermined direction and a diffusion function for diffusing the incident light in a predetermined range. The light source unit according to any one of the above.
【請求項18】 前記拡散作用によって拡散される光の
分布は、水平方向に広く垂直方向に狭い特性であること
を特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光源ユ
ニット。
18. The light source unit according to claim 1, wherein the distribution of the light diffused by the diffusion action has a characteristic that is wide in a horizontal direction and narrow in a vertical direction.
【請求項19】 請求項1から請求項18のいずれかに
記載の光源ユニットをXYマトリクス状に配列し、各光
源ユニットの発光を制御して映像を表示する表示装置。
19. A display device in which the light source units according to claim 1 are arranged in an XY matrix, and light emission of each light source unit is controlled to display an image.
【請求項20】 請求項1から請求項18のいずれかに
記載の光源ユニットを配列して構成し、所定の固定パタ
ーンを表示する表示器。
20. A display configured to arrange the light source units according to claim 1 and displaying a predetermined fixed pattern.
【請求項21】 請求項1から請求項18のいずれかに
記載の光源ユニットあるいは光源ユニットの集合体によ
って構成される照明装置。
21. A lighting device comprising the light source unit or an aggregate of the light source units according to any one of claims 1 to 18.
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