WO2006120978A1

WO2006120978A1 - プロジェクタ装置、積層型発光ダイオード装置および反射型発光ダイオードユニット

Info

Publication number: WO2006120978A1
Application number: PCT/JP2006/309168
Authority: WO
Inventors: Mitsuyuki Hatanaka; Takashi Sato; Kazuo Yamamoto; Yukimasa Saito; Koji Uchida; Yasufumi Kawanabe
Original assignee: Iwasaki Electric Co., Ltd.
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2006-11-16
Also published as: US8070302B2; EP1881367A4; EP1881367B1; EP1881367A1; US8057046B2; CN102063000B; CN102063000A; US20090015797A1; US20100321933A1

Abstract

　放熱性に優れ高出力化が可能な積層型発光ダイオード装置を提供する。　高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース５内に発光ダイオード２およびダイクロイックミラー３を対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニット１０を、電気的絶縁材からなる連結材４を介して連結して積層型発光ダイオード装置１００を構成した。

Description

プロジェクタ装置、積層型発光ダイオード装置および反射型発光ダイォードユニット

技術分野

[0001] 本発明は、画像を投写して例えばスクリーン等に表示するプロジェクタ装置、このプロジェクタ装置に用いて好適な積層型発光ダイオード装置および反射型発光ダイォードユニットに関する。

背景技術

[0002] 従来から、光源力も射出された光を、例えば DMD (デジタル 'マイクロミラー'デバイス：登録商標)等の光変調器を用いて変調し、変調光を投写レンズを用いてスクリーン上に拡大投写するプロジェクタ装置が知られて、る。この種のプロジェクタ装置においては、光源として、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等の白色の放電ランプが用いられている（例えば、特許文献 1参照)。し力しながら、プロジェクタ装置は、三原色に対応する赤色 (R)、緑色 (G)および青色 (B)の画像を 1フレームの間に時分割で投写するのが一般的であり、光源として白色光を用いた場合には、この白色光を R、 G、 Bの 3色に分割するためのフィルタ部材を光源と光変調器との間に介挿させる必要があり、装置構成が煩雑になるといった問題があった。

そこで、従来、赤色、緑色、青色のそれぞれの発光ダイオードを有して光源を構成したプロジェクタ装置が提案されている（例えば、特許文献 2参照)。

特許文献 1 :特開 2005— 148298号公報

特許文献 2：特開 2003 - 186110号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] し力しながら、赤色、緑色、青色のそれぞれの発光ダイオードを光源とする従来の技術にあっては、各発光ダイオードから照射された光を合成するためにクロスダイク口イツクプリズムを用ヽ、このクロスダイクロイツクプリズムの 3面の各面に 1つずつ発光ダィオードを対向配置する構成としているため、各発光ダイオードをプロジェクタ装置内に配設する際に、それぞれの発光ダイオードの光軸を同軸に合わせるのが困難であるといった問題があった。

[0004] 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、光源内での光軸合わせが不要なプロジェクタ装置、このプロジェクタ装置に用いて好適な積層型発光ダイォード装置および反射型発光ダイオードユニットを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0005] 上記目的を達成するために、本発明は、光源から射出された光を画像データに基づヽて変調する光変調器と、この光変調器により変調された光を拡大投写する投写光学系とを有するプロジェクタ装置において、少なくとも赤色光、緑色光および青色光のそれぞれの反射型発光ダイオードユニットが同一方向に光を射出するように連結された積層型発光ダイオード装置を用いて前記光源を構成したことを特徴とする。

[0006] また本発明は、上記発明において、光軸が同軸となるように連結する連結部材を介して前記反射型発光ダイオードユニットのそれぞれが互いに連結されて、ることを特徴とする。

[0007] また本発明は、上記発明において、赤色光、緑色光および青色光のそれぞれの反射型発光ダイオードユニットのうちの少なくとも 2つ以上を同時に点灯させて、赤色、緑色および青色以外の色の画像を投写することを特徴とする。

[0008] また本発明は、上記発明において、前記積層型発光ダイオード装置には、赤色光、緑色光および青色光以外の光を発光する反射型発光ダイオードユニットがさらに連結されて!ゝることを特徴とする。

[0009] また本発明は、上記発明にお、て、前記反射型発光ダイオードユニットのそれぞれは、中空状のホルダケースと、前記ホルダケース内に対向配置された発光素子およびダイクロイツクミラーとを有し、前記発光素子から照射された光を前記ダイクロイックミラーが反射して前記ホルダケースの一方の開口力も射出することを特徴とする。

[0010] また、本発明は、高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に発光素子およびダイクロイツクミラーを対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードュ-ットを、電気的絶縁材からなる連結材を介して連結したことを特徴とする積層型発光ダィオード装置を提供する。 [0011] また本発明は、上記発明において、前記発光素子を高熱伝導性材から形成されたリードフレームに取り付け、このリードフレームを前記ホルダケースに取り付けたことを特徴とする。

[0012] また本発明は、上記発明において、前記リードフレームと前記ダイクロイツクミラーとの間に、前記ダイクロイツクミラーの焦点位置を前記発光素子の配置位置に合わせるための調整用スぺーサを設けたことを特徴とする。

[0013] また本発明は、上記発明において、前記発光素子と前記ダイクロイツクミラーとの間に拡散フィルタを設けたことを特徴とする。

[0014] また本発明は、上記発明において、ガラス基材の表面に、所定層数以上の誘電多層膜を形成して前記ダイクロイツクミラーを形成したことを特徴とする。

[0015] また本発明は、上記発明において、前記ダイクロイツクミラーの径を、前記発光素子の外形サイズの 40倍以上としたことを特徴とする。

[0016] また本発明は、上記発明において、前記ダイクロイツクミラーの光学反射面を、前記発光素子の配置位置を焦点とする非球面形状または放物面形状にしたことを特徴とする。

[0017] また本発明は、上記発明において、前記複数の反射型発光ダイオードユニットのそれぞれの発光ダイオードが互いに異なる中心波長の光を放射することを特徴とする。

[0018] また上記目的を達成するために、本発明は、発光素子の光を反射鏡にて反射して外部放射する反射型発光ダイオードユニットにおいて、高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に前記発光素子および前記反射鏡を対向配置し、電気的絶縁材カなる連結材を介して、他の反射型発光ダイオードユニットを連結可能に構成したことを特徴とする。

発明の効果

[0019] 本発明によれば、光源として、少なくとも赤色光、緑色光および青色光のそれぞれの反射型発光ダイオードユニットを同一方向に光を射出するように連結してなる積層型発光ダイオード装置を用いる構成としたため、プロジェクタ装置内に光源を配設する際に、反射型発光ダイオードユニットのそれぞれの光軸を合わせるための作業が不要となる。発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

[第 1実施の形態]

図 1は本実施の形態を示すプロジェクタ装置 200の構成を模式的に示す図である。この図に示すように、プロジェクタ装置 200は、光を射出する光源としての積層型発光ダイオード装置 100と、光を変調する二次元光変調器 110と、積層型発光ダイォード装置 100から射出された光を二次元光変調器 110に導く照射光学系 120と、二次元光変調器 110にて変調された変調光を投写する投写光学系 130と、プロジェクタ装置 200の動作制御を実行する制御装置 140とを備えている。

[0021] 積層型発光ダイオード装置 100は、三原色に対応する赤色光 (R)、緑色光 (G)および青色光 (B)を選択的、或いは、幾つかの色光 (全ての色光の場合を含む）を同時に射出するものである。具体的には、積層型発光ダイオード装置 100は、赤色光（ R：波長 660nm)を射出する反射型発光ダイオードユニット 10A、緑色 (G：波長 525 nm)を射出する反射型発光ダイオードユニット 10Bおよび青色 (B：波長 470nm)を射出する反射型発光ダイオードユニット 10Cを備え、これらの反射型発光ダイオードユニット 10A〜： L0C (特に区別しないときは符号「10」を付す）が、それぞれ同一方向に光を射出するように積層するように連設され、制御装置 140の制御の下、各色光を選択的、または、幾つかの色光 (全ての色光の場合を含む）を射出する。なお、この積層型発光ダイオード装置 100の具体的な構成については後に詳述する。

[0022] 二次元光変調器 110は、積層型発光ダイオード装置 100から射出された光を制御装置 140の制御に基づいて変調し、この変調光を投写光学系 130に入射させるものであり、本実施の形態では、二次元光変調器 110として DMDが用いられている。詳述すると、 DMDは、 2次元的に配列した各ピクセルがミクロンサイズのマイクロミラーから構成され、各ピクセルごとにマイクロミラーの傾きが制御され、当該マイクロミラーによる反射光の反射角度を変化させることによってオン Zオフ状態を作り、所定の方向に反射された光だけが投写光学系 130に入射して投写画像として投写される。このとき、 1つのピクセルは投写画像の 1画素分を担当し、投写すべき画像データに基づいて制御装置 140が各ピクセルのマイクロミラーのオン Zオフ制御（角度制御）を実行する。

[0023] 照射光学系 120は、積層型発光ダイオード装置 100と二次元光変調器 110との間に配置され、積層型発光ダイオード装置 100から射出された光を二次元光変調器 1 10の反射領域の全面に均一な光量で照射するものである。具体的には、照射光学系 120は、積層型発光ダイオード装置 100から射出された光を分散するための複数のフライアレイレンズ 121と、これらのフライアレイレンズ 121を通過した光を絞るための集光レンズ 122と、この集光レンズ 122を通過した光を上記二次元光変調器 110 の反射領域に導く一対の反射鏡 123、 124とを有して構成されている。なお、照射光学系 120の構成は、積層型発光ダイオード装置 100から射出された光を、二次元光変調器 110の反射領域の全面に均一な光量で照射することが可能であれば、任意の構成を採用することが可能である。

[0024] 投写光学系 130は、二次元光変調器 110により変調された光を、本プロジェクタ装置 200の正面に配置されたスクリーン 400に向けて拡大投写するものであり、 R、 G、 Bの各色光における色収差等によって投写画像が不鮮明になるのを防止すべく複数の集光素子を光軸方向に配置した組レンズとして構成されて、る。

[0025] 制御装置 140は、積層型発光ダイオード装置 100の発光を制御する発光制御部 1 41と、二次元光変調器 110を制御する二次元光変調器制御部 142とを有している。発光制御部 141は、反射型発光ダイオードユニット 10A〜 10Cに点灯制御信号 Cm -r, Cm—g、 Cm— bを出力して、それぞれの反射型発光ダイオードユニット 10A〜 10Cを所定周期ごとに順次点灯させるものである。

[0026] また、二次元光変調器制御部 142は、本プロジェクタ装置 200に接続されたコンビユータ 300 (デジタルビデオカメラ等の画像出力機能を備えた他の電子機器であっても良い）から出力される画像データに基づいて、二次元光変調器 110に対して変調制御信号 Cm— dを出力して、各マイクロミラーのオン Zオフを制御し積層型発光ダイオード装置 100から射出された光を変調するものである。

なお、二次元光変調器制御部 142は発光制御部 141の発光制御と同期して二次元光変調器 110を制御するが、その詳細についは後述する。

[0027] さて、上述のように、本実施の形態では、光源として積層型発光ダイオード装置 10 0を用いており、この積層型発光ダイオード装置 100の構成について以下に詳述する。

図 2は積層型発光ダイオード装置 100の正面および側面を示す概略図であり、図 3 はその側断面の概略図である。また、図 4は反射型発光ダイオードユニット 10の分解斜視図である。

積層型発光ダイオード装置 100の各反射型発光ダイオードユニット 10A〜10Cは、図 3および図 4に示すように、発光半導体素子たる発光ダイオード 2と、この発光ダィオード 2を支持するリードフレーム 1と、発光ダイオード 2の発光面 2Aに対向配置された反射鏡たるダイクロイツクミラー 3と、後段の反射型発光ダイオードユニット 10と連結される連結材 4とを備え、これらが図 6に示す円筒状 (断面角形の筒状でも良い)のホルダケース 5に内設されている。このホルダケース 5はアルミニウムなどの高熱伝導性を有する金属材から形成され、その外周面 (外側面）に多数の放熱フィン 7を有する放熱部 5Cが形成されてヽる。

[0028] リードフレーム 1は、図 5に示すように、円環部 1Aと、この円環部 1Aの中心 Oに配置され、その裏面に上記発光ダイオード 2が配置される略円板状の取付部 1Bと、円環部 1A力取付部 1Bに向けて延びる三本のアーム部 1Cとを備え、これらが例えば銅などの高熱伝導性を有する板材を例えば型抜き成形するなどして一体に形成されている。

[0029] リードフレーム 1の背面には、発光ダイオード 2が取付部 1Bに固定され、また、回路用基板 6がアーム部 1Cに設けられ、回路用基板 6を介して外部からの電力が発光ダィオード 2に供給される。なお、発光ダイオード 2の発光面 2Aには拡散フィルタ 9が貼り付けられて、るが、これにつ、ては後に詳述する。

[0030] かかるリードフレーム 1は、図 4に示すように、発光ダイオード 2 (発光面 2A)を背面側に向けた姿勢でホルダケース 5の背面側の開口 5Aからホルダケース 5内に挿入され、図 3に示すように、ホルダケース 5の内周面に設けられた掛止片 5Bに掛止される。このとき、リードフレーム 1の円環部 1Aの側周面がホルダケース 5の内側面に密着して、発光ダイオード 2が発する熱がホルダケース 5に伝達されるようになって、る。

[0031] ダイクロイツクミラー 3は、図 3及び図 7に示すように、特定波長帯域の光のみを選択的に反射し、他の波長帯域の光を透過する凹面状の光学反射面 3Aを有するものであり、図 3に示すように、この光学反射面 3Aが発光ダイオード 2の発光面 2Aに対向するように焦点距離調整用スぺーサ 8を介在させてホルダケース 5に内設されている。光学反射面 3Aは、対向配置される発光ダイオード 2の放射光波長に対して高反射特性を有し、また、この発光ダイオード 2の配置位置を焦点とする放物面（回転放物面)または非球面に形成されている。したがって、各反射型発光ユニット 10A〜10C においては、発光ダイオード 2から放射された光が中心軸 Nに対して略平行な光として反射され、ホルダケース 5の正面側の開口 5Dから中心軸 Nに対して略平行な光として射出される。なお、最後段に位置する反射型発光ユニット 10Cにあっては、後段力の光の入射がないためダイクロイツクミラー 3に代えて通常の凹面状ミラーを設ける構成としても良い。

[0032] 上記焦点距離調整用スぺーサ 8は、ダイクロイツクミラー 3の光学反射面 3Aの焦点位置を調整するための榭脂製部材である。詳述すると、発光ダイオード 2は、製造メ一力やその構造 (ベアチップや表面実装型チップなど)などによりチップの高さが異なるため、発光ダイオード 2 (発光面 2A)から光学反射面 3Aまでの距離、すなわち、焦点距離 f (図 3参照）が反射型発光ダイオードユニット 10ごとに異なり、結果として、反射型発光ダイオードユニット 10間で配光特性や輝度分布が一致しなくなるという問題がある。

[0033] そこで、本実施の形態では、リードフレーム 1とダイクロイツクミラー 3との間に焦点距離調整用スぺーサ 8を介在させて、発光ダイオード 2 (発光面 2A)から光学反射面 3 Aまでの距離 (焦点距離 f)を調整し、焦点位置を発光ダイオード 2の配置位置に位置合わせ可能な構成として!/、る。

なお、本実施の形態では、焦点距離調整用スぺーサ 8として複数の円柱状部材（図示例では 3本)を用いる構成とした力これに限らず、リードフレーム 1の円環部 1A と略同径の円筒状部材を用いる構成としても良、。

[0034] 上記連結材 4は、例えば榭脂などの電気的絶縁材が円筒状に形成されてなり、図 3 に示すように、その一端 4Aが、ホルダケース 5の背面側の開口 5Aから後方に向けて光の射出方向 Pと略平行に延出するようにホルダケース 5に内設される。そして、連結材 4の一端 4Bが、後段に連結される反射型発光ダイオードユニット 10のホルダケ一ス 5の正面側の開口 5Dに挿入されてホルダケース 5の掛止部 5Bに掛止され、反射型発光ダイオードユニット 10が連結される。

このとき、連結材 4は、光の射出方向 Pと略平行に延出しているため、当該連結材 4 にて後段に連結された反射型発光ダイオードュニット 10の射出方向を前段のものに合わせることができ、これにより、各反射型発光ダイオードユニット 10A〜10Cの光軸を簡単かつ容易に合わせることができる。

[0035] このようにして複数の反射型発光ダイオードユニット 10が積層するように連結材 4を介して連結されて、図 2および図 3に示す積層型発光ダイオード装置 100が構成される。そして、この積層型発光ダイオード装置 100においては、図 3に示すように、各反射型発光ダイオードユニット 10が同一の射出方向 Pに光を放射し、また、各反射型発光ダイオードユニット 10のダイクロイツクミラー 3が後段力もの光を透過することで、各反射型発光ダイオードユニット 10の光が合成されて、最前段の反射型発光ダイォードユニット 10の正面力も外部放射される。

[0036] したがって、積層型発光ダイオード装置 100にあっては、各反射型発光ダイオードユニット 10の放射光が合成されて外部放射されるため、容易に高い光出力が得られる。また、反射型発光ダイオードユニット 10のそれぞれの発光ダイオード 2として、光の三原色に相当する赤 (R:波長 660nm)、緑 (G :波長 525nm)、青（B :波長 470η m)のそれぞれの波長の光を用いる構成とすれば、個々の発光ダイオード 2を調光することでフルカラーの光源を容易に構成することが可能となる。

[0037] ここで、上述したように、本実施の形態では、リードフレーム 1およびホルダケース 5 のそれぞれを高熱伝導性を有する例えば銅などの金属により形成されているため、発光ダイオード 2が発する熱をリードフレーム 1を介してホルダケース 5に伝達し、当該ホルダケース 5の放熱部 5Cカゝら放熱することができ、発光ダイオード 2の放熱性の向上が図られている。特に、ホルダケース 5の外側面には多数の放熱フィン 7を有する放熱部 5Cが設けられているため、放熱性のさらなる向上が図られ、発光ダイオード 2として高出力なものを用いた場合であっても、高電流時に発光ダイオード 2が高温になることがなぐ輝度低下などを招くことが無い。 [0038] なお、放熱部 5Cを空冷するための空冷ファンを積層型発光ダイオード装置 100の近傍に配置することで、放熱性をより高めることも可能である。

また、発光ダイオード 2として、ベアチップを用い、当該発光ダイオード 2を絶縁層を介在させずにリードフレーム 1に直接取り付けることで、発光ダイオード 2とリードフレーム 1との間の熱抵抗を下げることができ、放熱性のより一層の向上を図ることができる。

[0039] 具体的には、リードフレームおよび発光ダイオードを透過性榭脂に封止した従来の積層型発光ダイオードにあっては、発光ダイオードから外気に至る経路の熱抵抗が 1 50〜200°CZWと高い値を示すのに対して、本実施の形態によれば、リードフレーム 1の円環部 1Aの直径を 40mm、その厚さを 3mmとするとともに、長さ 20mm以上の円筒状のホルダケース 5に深さが 2mmの放熱フィン 7を設ける構成とした場合、発光ダイオード 2とリードフレーム 1との結合部分 (取付部分)から外気に至る経路の熱抵抗を 20°CZW以下とすることが可能であり、さらに、ホルダケース 5の強制空冷を併用することで 10°CZW以下とすることが可能となる。

[0040] さて、上記のように、リードフレーム 1およびホルダケース 5を金属材にて形成した場合、反射型発光ダイオードユニット 10を連結した際に、各ユニット 10間で電気的短絡が生じる恐れがあるものの、本実施の形態では、電気的絶縁材カなる連結材 4にて各ユニット 10を連結する構成としたため、各ユニット 10間の電気的絶縁が図られる。

[0041] また、この連結材 4として、中空部材のー態様である円筒状部材を用いる構成としたため、反射型発光ダイオードユニット 10から放射された光の放射経路上に存在する透過性部材は、図 8に示すように、射出方向 Pの前段に位置する反射型発光ダイオードユニット 10のダイクロイツクミラー 3のみとなる。すなわち、光が物質を透過する際には、物質の屈折率により光の進行方向が屈折し、特に、平行光にあっては屈折により平行光成分が小さくなつてしまうものの、本実施の形態では、ダイクロイツクミラ一 3の厚さを均一にすることで、後段の反射型発光ダイオード 10から放射された平行光 aが前段のダイクロイツクミラー 3を透過した場合に、その出力光 bに平行光成分を多く含ませることができる。

[0042] 次いで、本実施の形態のダイクロイツクミラー 3についてより詳細に説明する。一般に、ダイクロイツクミラー 3は光透過性を有する基材の表面に蒸着やスパッタリング、 CVD (Chemical Vapor Deposition)などの成膜プロセスにより誘電多層膜（例えば TiO /SiO多層膜)を形成して波長選択性を有する光学反射面 3Aが構成され

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る。このとき、ダイクロイツクミラー 3の波長選択性、すなわち、波長と反射率 (透過率）との関係は誘電多層膜の層数に大きく依存する。すなわち、図 9に示すように、誘電多層膜の層数が少ない場合には透過帯域の立ち上がりが緩やかであり、誘電多層膜の層数が多くなるほど透過帯域の立ち上がりが急になる。したがって、後段からダィクロイツクミラー 3に入射した光を損失なく透過するには (反射成分を少なくするには )、誘電多層膜の層数を多くすることが望ましい。

[0043] し力しながら、従来の積層型発光ダイオード装置にあっては、反射面の材質がェポキシ榭脂などの透過性榭脂にて構成されているため、成膜プロセスでの発熱の都合上、誘電多層膜の層数が最大 20層程度に限られてしまい、透過帯域の急な立ち上力 Sりが実現できず、後段力もダイクロイツクミラー 3に入射した光の損失が大き力つた。

[0044] これに対して本実施の形態では、ダイクロイツクミラー 3の基材として、透過性榭脂よりも融点が高ぐ成膜プロセス時の発熱にも十分耐え得るガラスを用いることとし、これにより、誘電多層膜の層数を従来よりも多い 30層以上に増やすことを可能としている。この結果、透過帯域の立ち上がりが急なダイクロイツクミラー 3が得られ、透過損失が抑制される。

[0045] そして、射出方向 Pの後段からの放射光を透過する急な立ち上がりの透過帯域を有するダイクロイツクミラー 3を反射型発光ダイオードユニット 10に設けて積層型発光ダイオード装置 100を構成することで、例えば図 10に示すように、各段から放射された放射光が、それよりも射出方向 Pの前段に位置するダイクロイツクミラー 3のそれぞれを損失が少なく透過し、光出力の高効率ィ匕を図ることができる。

[0046] 次、で、発光ダイオード 2とダイクロイツクミラー 3とのサイズの関係にっ、て詳述する。図 11に示すように、発光ダイオード 2のサイズを S、ダイクロイツクミラー 3の光学反射面 3Aの径を Sl、当該光学反射面 3Aの焦点距離を fとした場合、発光ダイオード 2 の端より放射されて光学反射面 3Aに入射角 θ 1にて入射した入射光 clは、光学反射面 3Aにて反射角 Θ 2にて反射されて反射光 c2となる。 [0047] このとき、パワー LEDのようなサイズ Sが lmm以上あるチップを発光ダイオード 2として用いた場合、ダイクロイツクミラー S1のサイズが小さいと、焦点距離 fが短くなり、入射角 θ 1および反射角 Θ 2が共に広くなるため、結果として、配光特性が広がってしまい平行光成分が少なくなる。特に、積層型発光ダイオード装置 100にあっては、各反射型発光ダイオードユニット 10の平行光成分が主として外部放射されるため、上記のように、各反射型発光ダイオードユニット 10において平行光成分が減少すると、積層型発光ダイオード装置 100全体の光出力も小さくなり、効率が悪くなる。

[0048] そこで、本実施の形態では、ダイクロイツクミラー 3の光学反射面 3Aのサイズ S1を、発光ダイオード 2のチップサイズ (外形サイズ) Sの約 40倍以上のサイズ (すなわち、 S 1ZS≥40)、とし、焦点距離 fを十分に大きくすることとしている。これにより、発光ダィオード 2の端から出た光 clの入射角 θ 1および反射角 Θ 2が狭くなり、反射光 c2として平行光成分の多い光が取り出せる。また、 S1ZS≥40を満たすように構成された反射型発光ダイオードユニット 10にお、ては、半値角が 2度以下の配光特性を得ることができ、積層型発光ダイオード装置 100の光出力効率を高めることが可能となる。

[0049] ここで、本実施の形態にあっては、前掲図 3に示すように、発光ダイオード 2の発光面 2Aに拡散フィルタ 9を貼り付ける構成としている。詳述すると、一般に、発光ダイォード 2には、その発光面 2Aに配線用の電極（図示せず）が設けられているため、この電極の影響により光源の発光むらが生じ、発光時の輝度分布の均斉度が低下する。また、複数の発光ダイオード 2を密集させてリードフレーム 1に実装した際も同様に、発光ダイオード間に隙間ができるため、この隙間が発光むらの原因となり、輝度分布の均斉度の低下を招く。

[0050] そこで、本実施の形態では、輝度分布の均斉度を改善するために、拡散フィルタ 9 を発光ダイオード 2の発光面 2Aに設け、発光ダイオード 2からダイクロイツクミラー 3に向けて放射される光の発光むらを改善した後に、当該ダイクロイツクミラー 3にて反射する構成としている。

このような構成により、各反射型発光ダイオードユニット 10から放射される光の均斉度の低下を抑えることができる。 [0051] また、反射型発光ダイオードユニット 10の光放射面のそれぞれ、または、積層型発光ダイオード装置 100の光放射面に拡散フィルタを設ける構成でも輝度分布の均斉度の低下を抑えることが可能であるものの、この構成においては、ダイクロイツクミラー 3にて反射された光が拡散されるため、照射範囲が広がり中心光度の低下を招くことになる。

これに対して、本実施の形態によれば、発光ダイオード 2からダイクロイツクミラー 3 に向けて放射された光を拡散フィルタ 9により拡散する構成としているため、照射範囲の広がりを抑えつつ、輝度分布の均斉度を向上することができる。

[0052] 次、で、本プロジェクタ装置 200の動作にっ、て説明する。なお、以下の説明では、プロジェクタ装置 200が毎秒あたりに表示する画像のフレーム数は 60フレームであるちのとする。

本プロジェクタ装置 200は、 1フレームの画像投写の際に、この画像が R、 G、 Bの各色に分解されてなる Rプレーン、 Gプレーン、 Bプレーンを 1フレーム（1Z60秒）の間に時分割でスクリーン 400に順次投写し、人間にはそれぞれの画像がカラー合成されて視認されるようにしてヽる。

[0053] 具体的には、図 12に示すように、 1フレームが 3分割されて R点灯期間 Tr、 G点灯期間 Tgおよび B点灯期間 Tbが設けられており、発光制御部 141は R点灯期間 Trにおいて所定電圧または所定の PWM制御がなされた点灯制御信号 Cm— rを反射型発光ダイオードユニット 10Aに供給することで赤色光を射出させ、これと同様にして、 G点灯期間 Tgにお、ては緑色光、 B点灯期間 Tbにお、ては青色光を時分割に射出させる。したがって、これら G、 Bの各色の光が 1フレームの 3倍の周期（1Z180 秒)で順次発光される。

[0054] 一方、 R点灯期間 Trにお、ては、投写すべき画像データの R成分を示す Rプレーンに基づいて二次元光変調器制御部 142が変調制御信号 Cm— dを二次元光変調器 110に出力しており、これにより、当該 R点灯期間 Trにおいては R成分のみの画像力 Sスクリーン 400上に投写される。また、これと同様にして、点灯期間 Tgにおいては G成分のみの画像、 B点灯期間 Tbにおいては B成分のみの画像を投写される。この結果、 1フレームの間には、 R、 G、 Bの各色成分の画像が順次投写され、人間にはそれぞれの色成分の画像がカラー合成されて視認される。

なお、投写画像の輝度を調整する場合には、発光制御部 141が各反射型発光ダイオードユニット 10A〜10Cに供給する点灯制御信号 Cm—！:、 Cm—g、 Cm—bのそれぞれの電圧値または PWM制御値 (パルス幅など）を変更することで、各反射型発光ダイオードユニット 10A〜10Cが射出する光量を制御する。

[0055] ここで、本実施の形態では、プロジェクタ装置 200の画像投写モードとして、上記 R 、 G、 Bの 3色だけで画像を投写するモードの他に、これら G、 Bを適宜組み合わせて成る中間色を R、 G、 Bの 3色にカ卩えて画像を投写する中間色使用モードを有している。なお以下の説明では、中間色として、 Rおよび Gを同時点灯させて黄色を表示する場合を例示するが、他の中間色や白色光を表示するようにしても良、。

[0056] 図 13は、中間色使用モードのタイミングチャートである。この図に示すように、中間色使用モードにあっては、中間色を表示するための中間色発光期間 Tcが 1フレームに新たに追加される。この中間色発光期間 Tcにおいては、発光制御部 141は、尺および Gを同時に発光させて、積層型発光ダイオード装置 100から黄色光を射出させる。このとき、 Rおよび Gの発光強度を単色発光時と同等とすると、黄色光の強度が他の色光よりも高くなつてしまうため、発光制御部 141は、点灯制御信号 Cm— rおよび Cm— gの電圧値または PWM制御値を単色発光のときと比べて小さくし、これにより、中間色と単色色とのそれぞれの発光強度が同程度となるようにして、る。

[0057] また、コンピュータ 300からは、 1フレームの間に表示する画像を R、 G、 Bおよび中間色の各色成分に分解してなる Rプレーン、 Gプレーン、 Bプレーンおよび中間色プレーンのそれぞれのデータが制御装置 140に入力されており、中間色発光期間 Tc においては、二次元光変調器制御部 142が、中間色プレーンデータに基づいて二次元光変調器 110の変調を制御する。

そして、以上のような制御により、 1フレームの間には、 R、 G、 Bおよび中間色の各色成分の画像が順次投写され、 R、 G、 Bの 3色により画像を投写した場合に比べて色再現域が広がった画像が投写されることになる。

なお、他の中間色を表示するための発光期間を 1フレームの間にさらに追加することで、複数の中間色を投写可能にし、色再現域をより広げることが可能である。 [0058] 以上説明したように、本実施の形態によれば、赤色光を発光する反射型発光ダイオードユニット 10A、緑色光を発光する反射型発光ダイオードユニット 10Bおよび青色光を発光する反射型発光ダイオードユニット 10Cを有し、それぞれが同一方向に光を射出するように連結されてなる積層型発光ダイオード装置 100を光源として用いる構成としたため、プロジェクタ装置 200内に光源を配設する際に、反射型発光ダイオードユニット 10A〜： L0Cのそれぞれの光軸を合わせるための作業が不要となる。また、反射型発光ダイオードユニット 10A〜10Cのそれぞれが連結されて一体になされているため、プロジェクタ装置 200に衝撃などが加えられたとしても、反射型発光ダィオードユニット 10A〜： L0Cのそれぞれの配置位置にばらつき等が生じる事もない。

[0059] また、本実施の形態によれば、各反射型発光ダイオードユニット 10A〜10Cのそれぞれには、光軸が同軸となるように他の反射型発光ダイオードユニット 10を連結する連結材 4が設けられているため、反射型発光ダイオードユニット 10A〜10Cのそれぞれを連結して積層型発光ダイオード装置 100を組み上げる際の光軸合わせが簡単かつ容易となる。

[0060] また、本実施の形態によれば、反射型発光ダイオードユニット 10A〜10Cのうちの少なくとも 2つ以上を同時に点灯させて、赤色、緑色および青色以外の中間色の画像を投写するようにしたため、色再現域が広げられた鮮ゃ力な投写画像を得ることができる。

[0061] また、本実施形態によれば、発光ダイオード 2の放熱性を高め高出力化が可能になるとともに、反射型発光ダイオードユニット 10同士の電気的絶縁性を高めることができる。詳述すると、発光ダイオードを光透過性材料からなる封止体に封止し、発光ダィオードの発光面に対向する封止体の面上に反射面を形成してなる反射型発光ダイオードを射出方向に複数連設して積層配置して構成した従来の積層型発光ダイォード装置にお!ヽては、発光ダイオードが光透過性材料からなる封止体に封止されているため、発光ダイオードの放熱性が悪ぐ高出力化が困難であるという問題があつた。

これに対して本実施の形態によれば、高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース 5内に発光ダイオード 2およびダイクロイツクミラー 3を対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニット 10を、電気的絶縁材からなる連結材 4を介して連結して積層型発光ダイオード装置 100を構成としたため、発光ダイオード 2の放熱性を高め高出力化が可能になるとともに、反射型発光ダイオードユニット 10同士の電気的絶縁性を高めることができる。

[0062] また、本実施の形態によれば、発光ダイオード 2を高熱伝導性材から形成されたリードフレーム 1に取り付け、このリードフレーム 1をホルダケース 5に取り付ける構成としたため、発光ダイオード 2が発する熱をリードフレーム 1を介してホルダケース 5に伝達し、当該ホルダケース 5から効率良く放熱させることができる。

特に、本実施の形態によれば、ホルダケース 5の外側面に放熱フィン 7を形成したため、放熱性をより一層向上させることができる。なお、積層型発光ダイオード装置 1 00に対して冷却風を吹き付けるファンをプロジェクタ装置 200内に配設することで、放熱性をさらに高めることも可能である。

[0063] また、本実施の形態によれば、リードフレーム 1とダイクロイツクミラー 3との間に、ダィクロイツクミラー 3の焦点位置を発光ダイオード 2の配置位置に合わせるための焦点距離調整用スぺーサ 8を設けたため、発光ダイオード 2ごとにチップの高さが異なつた場合であっても、発光ダイオード 2 (発光面 2A)カゝら光学反射面 3Aまでの距離を一定に保つことができ、配光特性や輝度分布を各反射型発光ダイオードユニット 10 間で均一にすることができる。

[0064] また、本実施の形態によれば、発光ダイオード 2とダイクロイツクミラー 3との間に拡散フィルタ 9を設ける構成としたため、反射型発光ダイオードユニット 10から放射される光の照射範囲の広がりを抑え、かつ、輝度分布の均斉度を向上することができる。

[0065] また、本実施の形態によれば、ダイクロイツクミラー 3として、ガラス基材の表面に所定層数以上の誘電多層膜を形成してなるミラーを用いる構成としたため、誘電多層膜の層数を従来よりも多くすることができる (例えば 30層以上)。これにより、透過帯域の立ち上がりが急なダイクロイツクミラー 3が得られ、光の透過損失を抑制することができ、光出力の高効率ィ匕を図ることができる。

[0066] また、本実施の形態によれば、ダイクロイツクミラー 3の径 S1を、発光ダイオード 2の外形サイズ Sの 40倍以上とする構成としたため、発光ダイオード 2の端力も放射されてダイクロイツクミラー 3に入射する光 clの入射角 θ 1および反射角 Θ 2を狭くし、反射光 c2として平行光成分の多、光を取り出すことができる。

[0067] また、本実施の形態によれば、ダイクロイツクミラー 3の光学反射面 3Aを、発光ダイオード 2の配置位置を焦点とする非球面形状または放物面形状にしたため、反射光を平行光化してホルダケース 5から効率良く外部放射させることができる。

[0068] [第 2実施の形態]

上述した第 1実施の形態では、積層型発光ダイオード装置 100が備える複数の反射型発光ダイオードユニット 10A〜： LOCを個別あるいは同時に点灯させて、図 14の xy色度図で示した範囲内で表現される色の光を用いて画像を投射していた。これに対して、本実施形態では、図 15に示すように、反射型発光ダイオードユニット 10A〜 IOCにカ卩え、 R、 G、 Bのそれぞれとは異なる光（以下、「他色光」と言う）を発光する発光ダイオードユニット 10Dを更に連結させてなる積層型発光ダイオード装置 100Aを光源として用いて、画像を投射する構成としている。

[0069] すなわち、本プロジェクタ装置 200Aにおいては、図 16の xy色度図で示すように、反射型発光ダイオードユニット 10A〜： LODの 4色で合成される範囲内で表現される色を用いて画像を表現させている。具体的には、図 17に示すように、 1フレームの間に、赤色光を点灯する R発光期間 Tr、緑色光を点灯する G発光期間 Tg、青色光を点灯する B発光期間 Tbおよび他色光を点灯する他色発光期間 Tcの 4つの期間を設け、それぞれの期間ごとに 4つの反射型発光ダイオードユニット 10A〜10Dを順次点灯させる。

[0070] このように、本実施の形態によれば、積層型発光ダイオード装置 100に対して、赤色光、緑色光および青色光以外の光を発光する反射型発光ダイオードユニット 10D をさらに連結することで、他の色の画像表示を簡単に行うことができ、色再現域を容易〖こ広げることができる。

[0071] 特に本実施の形態によれば、光源として積層型発光ダイオード装置 100が用いられてヽるため、クロスダイクロイツクプリズムの周囲に光源を配置してカラー合成する従来のプロジェクタ装置に比べて、他の色の光源となる反射型発光ダイオードュニット 10を簡単に追加することが可能となる。なお、本実施形態では、異なる色を発光する反射型発光ダイオードユニット 10Dを 1つだけ追加した構成を例示した力これに限らず、互いに異なる色の光を発光する複数の反射型発光ダイオードユニット 10を反射型発光ダイオードユニット 10A〜10 Cに連結して、より広い色再現域を実現可能な積層型発光ダイオード装置を構成しても良い。

[0072] なお、上述した各実施の形態はあくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。

例えば、上述した実施の形態において、ホルダケース 5内に不活性ガスを充填可能に構成し発光ダイオード 2等の腐食などによる劣化を防止する構成としても良い。

[0073] また例えば、上述した実施の形態において、ダイクロイツクミラー 3の裏面に、表面側の光学反射面 3Aにて反射されずに透過してきた光を裏面にて反射する反射膜を設け、光出力のより一層の高効率ィ匕を図る構成としても良い。

また、ダイクロイツクミラー 3の裏面に、後段の反射型発光ダイオードユニット 10から放射された光を損失無く透過させるベぐ当該光の反射を防止する反射防止膜を設ける構成とし、光出力の高効率ィ匕を図る構成としても良い。

[0074] また例えば、上述した実施の形態にぉ、て、反射型発光ダイオードユニット 10を 3 つ連結して積層型発光ダイオード装置 100を構成したが、これに限らず、連結 (積層

)する反射型発光ダイオードユニット 10の数は、 2つ、或いは、 4つ以上であっても良い。

特に、 6個の反射型発光ダイオードユニット 10を連結し、それぞれが青 (波長 470η m)、緑 (波長 525nm)、黄緑 (波長 570nm)、黄 (波長 590nm)、赤黄 (波長 605nm )、赤 (波長 660nm)の異なる中心波長の光を放射する構成とすることで、青、赤、緑の三光源を組み合わせたときよりも、より広い色相を表現可能となる。

[0075] 本発明に係る積層型発光ダイオード装置 100は、例えば、プロジェクター用光源、大型フルカラー表示板、工業 ·医療などの光ファイバの光源などに応用することが可能である。

[0076] また、図 18に示すように、発光ダイオード 2の代わりにフォトダイオード 20をリードフレーム 1に取り付けることで、ダイクロイツクミラー 3にて反射された特定波長域の光のみをフォトダイオード 20にて検出（受光)する反射型フォトダイオードユニット 30を構成するといつた応用が可能である。さらに、この反射型フォトダイオードユニット 30を複数連結して、各層（各段）にて異なる波長の光を検出する積層型フォトダイオード装置 500を構成することも可能である。

そして、例えば、積層型発光ダイオード装置 100を光信号送信機とし、また、積層型フォトダイオード装置 500を光信号受信機として、異なる波長の光による多重光通信装置を実現することが可能となる。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明の第 1実施の形態に係るプロジェクタ装置の構成を示す模式図である。

[図 2]積層型発光ダイオード装置の正面および側面を示す図である。

[図 3]積層型発光ダイオード装置の断面図である。

[図 4]発光ダイオードユニットの分解斜視図である。

[図 5]リードフレームの正面、側面および背面を示す図である。

[図 6]ホルダケースの正面および側面を示す図である。

[図 7]ダイクロイツクミラーの正面および側面を示す図である。

[図 8]中空の連結材を通過する光路の態様を示す図である。

[図 9]ダイクロイツクミラーの誘電多層膜層の層数と光学特性との関係を示す図である

[図 10]発光ダイオードユニットの各ダイクロイツクミラーの光学特性を示す図である。

[図 11]発光ダイオードとダイクロイツクミラーとのサイズの関係を説明するための図である。

[図 12]プロジェクタ装置の投写動作を示すタイミングチャートである。

[図 13]プロジェクタ装置の中間色使用モード時の投写動作を示すタイミングチャートである。

[図 14]本発明の第 1実施の形態に係るプロジェクタ装置が表現できる色の範囲を示す xy色度図である。

[図 15]本発明の第 2実施の形態に係るプロジェクタ装置の構成を示す模式図である [図 16]本発明の第 2実施の形態に係るプロジェクタ装置が表現できる色の範囲を示す xy色度図である。

[図 17]同プロジェクタ装置の投写動作を示すタイミングチャートである。

圆 18]本発明の応用例を示す図である。

符号の説明

1 リードフレーム

2 発光ダイオード

2A 発光面

3 ダイクロイツクミラー

3A 光学反射面

4 連結材

5 ホノレダケース

7 放熱フィン

8 焦点距離調整用スぺーサ

9 拡散フィルタ

10、 10A〜： LOD 反射型発光ダイオードユニット

100、 100A 積層型発光ダイオード装置

110 二次元光変調器

130 投写光学系

140 制御装置

200、 200A プロジェクタ装置

Claims

請求の範囲

[1] 光源力射出された光を画像データに基づいて変調する光変調器と、この光変調器により変調された光を拡大投写する投写光学系とを有するプロジェクタ装置において、

少なくとも赤色光、緑色光および青色光のそれぞれの反射型発光ダイオードュニットが同一方向に光を射出するように連結された積層型発光ダイオード装置を用いて前記光源を構成した

ことを特徴とするプロジェクタ装置。

[2] 光軸が同軸となるように連結する連結部材を介して前記反射型発光ダイオードュニットのそれぞれが互、に連結されて、る

ことを特徴とする請求項 1に記載のプロジェクタ装置。

[3] 赤色光、緑色光および青色光のそれぞれの反射型発光ダイオードユニットのうちの少なくとも 2つ以上を同時に点灯させて、赤色、緑色および青色以外の色の画像を投写する

ことを特徴とする請求項 1に記載のプロジェクタ装置。

[4] 前記積層型発光ダイオード装置には、赤色光、緑色光および青色光以外の光を発光する反射型発光ダイオードユニットがさらに連結されている

ことを特徴とする請求項 1に記載のプロジェクタ装置。

[5] 前記反射型発光ダイオードユニットのそれぞれは、

中空状のホルダケースと、前記ホルダケース内に対向配置された発光素子およびダイクロイツクミラーとを有し、前記発光素子から照射された光を前記ダイクロイツクミラ一が反射して前記ホルダケースの一方の開口力射出する

ことを特徴とする請求項 1に記載のプロジェクタ装置。

[6] 高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に発光素子およびダイク口イツクミラーを対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニットを、電気的絶縁材からなる連結材を介して連結したことを特徴とする積層型発光ダイオード装置。

[7] 前記発光素子を高熱伝導性材カも形成されたリードフレームに取り付け、このリードフレームを前記ホルダケースに取り付けたことを特徴とする請求項 6に記載の積層型発光ダイオード装置。

[8] 前記リードフレームと前記ダイクロイツクミラーとの間に、前記ダイクロイツクミラーの焦点位置を前記発光素子の配置位置に合わせるための調整用スぺーサを設けたことを特徴とする請求項 7に記載の積層型発光ダイオード装置。

[9] 前記発光素子と前記ダイクロイツクミラーとの間に拡散フィルタを設けたことを特徴とする請求項 6に記載の積層型発光ダイオード装置。

[10] ガラス基材の表面に、所定層数以上の誘電多層膜を形成して前記ダイクロイツクミラーを形成したことを特徴とする請求項 6に記載の積層型発光ダイオード装置。

[11] 前記ダイクロイツクミラーの径を、前記発光素子の外形サイズの 40倍以上としたことを特徴とする請求項 6に記載の積層型発光ダイオード装置。

[12] 前記ダイクロイツクミラーの光学反射面を、前記発光素子の配置位置を焦点とする非球面形状または放物面形状にしたことを特徴とする請求項 6に記載の積層型発光ダイオード装置。

[13] 前記複数の反射型発光ダイオードユニットのそれぞれの発光ダイオードが互いに異なる中心波長の光を放射することを特徴とする請求項 6に記載の積層型発光ダイオード装置。

[14] 発光素子の光を反射鏡にて反射して外部放射する反射型発光ダイオードユニットにおいて、

高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に前記発光素子および前記反射鏡を対向配置し、電気的絶縁材からなる連結材を介して、他の反射型発光ダィオードユニットを連結可能に構成したことを特徴とする反射型発光ダイオードュ-ッ