WO2007015389A1

WO2007015389A1 - 照明装置及びそれを用いた投写型表示装置

Info

Publication number: WO2007015389A1
Application number: PCT/JP2006/314618
Authority: WO
Inventors: Yuusaku Shimaoka; Atsushi Hatakeyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2007-02-08
Also published as: JP4944769B2; JPWO2007015389A1; US20090033876A1

Abstract

　照明装置を、第１～第３のプリズム２１～２３からなる色合成プリズム２４と、スペクトル間隔の異なる３つの光を出射する、赤色発光ダイオード１、青色発光ダイオード２、及び緑色発光ダイオード３と、第１のプリズム２１の、第２のプリズム２２との対向面に形成された、赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する第１の光学薄膜３１と、第２のプリズム２２の、第３のプリズム２３との対向面に形成された、青色と緑色との間にカットオフ波長を有する第２の光学薄膜３２とにより構成する。これにより、偏光制御を行っていない自然光の状態であっても、色合成時の光損失や、入射角依存性に起因して光学薄膜面で生じる色むらの少ない色合成を実現することのできる照明装置を提供することができる。

Description

明細書

照明装置及びそれを用いた投写型表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、照明装置及びそれを用いた投写型表示装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、大画面表示が可能な投写型表示装置 (プロジェクタ）の光源として、色純度の高い青色、緑色、赤色の 3色の単色光を出射し、これまでの水銀ランプよりも広い色再現範囲を実現することのできる、発光ダイオードなどの固体光源が注目されている。この投写型表示装置の照明装置には、明るい部屋でも高画質を実現するために、より明るい照明が求められている。そこで、光源力も出射された光を、より効率良く画像表示素子へ伝搬させるために、照明装置の光学系における光損失を少なくする検討が行われている。

[0003] また、スクリーン上での画像をフルカラー表示するためには、青色、緑色、赤色の 3 色で発光する固体光源からの光を、照明装置や投写型表示装置内の光学系によつて色合成する必要がある。この色合成手段としては、各光源からの光を偏光制御することにより、色合成時の光損失や、入射角依存性に起因して光学薄膜面で生じる色むらを低減するようにした色合成手段 (例えば、特許文献 1参照）、あるいは、偏光制御を必要とせず、自然光のままでも色合成が可能な色合成手段 (例えば、特許文献 2、 3参照）が知られている。

[0004] しかし、上記従来の色合成手段を用いた照明装置及び投写型表示装置には、以下のような課題があった。

[0005] 図 10に示すようなクロスプリズム 421と呼ばれる色合成手段を用いる場合には、光源自体から出射される光が自然光である光源 401、 402、 403に対して、色合成時の光損失や、入射角依存性に起因して光学薄膜面 431、 432で生じる色むらを低減するために、偏光板 411、 412、 413や 1Z4波長板（図示せず)等を用いる必要がある。

[0006] さらに詳細には、クロスプリズム 421に入射する光の偏光面が、出射する方向に対して垂直である光と平行である光とで 90度異なるように、各入射する光の偏光を制御することにより、光学薄膜面 431、 432での色合成時における光損失や色むらの発生は抑えられる力偏光板 411、 412、 413や 1Z4波長板等の偏光制御を行うための部材を必要とし、さらには、偏光板 411、 412、 413や、一方の偏光を他方の偏光に揃えるために必要な 1Z4波長板などでも光損失が発生するため、光源力出射されて画像表示素子を照明するまでに伝搬する光の利用効率は照明装置全体として低下するといつた課題がある。

[0007] 図 11に、偏光制御を必要とせず、偏光面がランダムに存在している自然光のままでも色合成が可能な色合成手段を示す。これは、従来の照明装置や投写型表示装置にも用いられることのある色合成手段であり、従来の光源であるキセノンランプや超高圧水銀灯は連続した波長帯 (スペクトル)を有する白色光源であるため、分離された 3色の光を変調する画像表示素子からの光を色合成したりする、第 1〜第 3のプリズム 521、 522、 523と第 1及び第 2の光学薄膜 (ダイクロイツクミラー） 531、 532とを有する色合成プリズムとして用いられることが多かった。尚、図 11中、 501、 502、 50 3はそれぞれ青色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、赤色発光ダイオードを示しており、 511、 512、 513は、それぞれ、広い角度で出射される発光ダイオードからの光束を、できるだけ平行な光束に近づけるようなレンズ効果を持つ集光レンズを示している。

[0008] この色合成プリズムは、 3色合成された光が出射する出射面を有する第 1のプリズム 521内において、全反射を利用して、 3色の光の光軸を一致させるものであるため、この色合成プリズムにお、ては、第 1のプリズム 521内で全反射を起こしやす、青色発光ダイオード 501からの光が、当該第 1のプリズム 521内で他の光源からの光と色合成されている。

[0009] また、この色合成プリズムは、従来、色合成手段としてだけではなぐ色分離手段としても使用されることが多力つた。このとき、紫外線に近い光を多く含んだ白色光源から単色光を分離、生成した場合、紫外線に近い光を多く含む青色の光は、プリズム同士を接合したり、プリズム同士を微小間隔で保持したりするために用いられる接着剤を劣化させてしまう。このため、複数のプリズムで構成される色分離 (色合成)手段においては、青色の光が、 3色合成された光が伝搬する第 1のプリズム 521内だけで伝搬し、他のプリズム内を伝搬しな、ようにされて!、た。

[0010] さらに、図 12に、偏光制御を必要とせず、偏光面がランダムに存在している自然光のままでも色合成が可能であると共に、光学薄膜が、プリズムではなぐ光学フィルタに形成された色合成手段を示す。このような構成の色合成手段においては、図 12〖こ示すように、第 1の光学薄膜 (ダイクロイツクミラー）を有する第 1の光学フィルタ 621、及び第 2の光学薄膜 (ダイクロイツクミラー）を有する第 2の光学フィルタ 622を、光軸に対して 45度傾けて、色合成すること力 S多力つた。尚、図 12中、 601、 602、 603はそれぞれ青色発光ダイオード、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオードを示しており、特に色の配置に関しては、どこにどの発光ダイオードを配置しても大きな差は生じ ¾V \また、 611、 612、 613 ί¾、それぞれ ^ レンズをしてヽる。

[0011] また、従来の光源であるキセノンランプや超高圧水銀灯のような、連続したスぺタトルを有する光源とは異なり、単色光を出射する発光ダイオードのような光源では、例えば図 2に示すように、青色、緑色、赤色の 3色の光のスペクトルが均等に配置されておらず、青色の光のスペクトル 101と緑色の光のスペクトル 102とは近接しているが、緑色の光のスペクトル 102と赤色の光のスペクトル 103との間隔は、青色の光のスぺタトル 101と緑色の光のスペクトル 102との間隔よりも広くなつているといった特徴を有する場合が多い。

[0012] さらに、光源からの光は、完全な平行光ではなぐ広がりを有することが多いため、光学薄膜のカットオフ波長は、光学薄膜に入射する光の入射角に依存してシフトすることが知られている。

特許文献 1：特許第 3319438号公報

特許文献 2：特開 2004 - 70018号公報

特許文献 3：特開 2004— 302357号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] しかし、図 11に示すような色合成プリズムでは、緑色と赤色との間にカットオフ波長を有する第 2の光学薄膜 532が設けられている面の法線と光源力も入射する光の光軸とのなす角度 (入射角）（図 11中の 542は当該入射角の 2倍の角度を表して!/、る）に対して、青色と緑色との間に反射率 (透過率）が急峻に変化する波長 (カットオフ波長）を有する第 1の光学薄膜 531が設けられている面の法線と光源力も入射する光の光軸とのなす角度 (入射角）（図 11中の 541は当該入射角の 2倍の角度を表して!/、る )が大きくなつてしまう。このため、青色の光のスペクトルと緑色の光のスペクトルとの間隔が相対的に狭い発光ダイオード等の光源を用いた場合には、入射角依存性によるカットオフ波長のシフトによって、青色発光ダイオード 501と緑色発光ダイオード 5 02とから出射される光のうちの一部の波長の光が、光学薄膜面の反射されるべき面で反射されなかったり、透過すべき面で透過しな力つたりといった問題が生じ、色合成時の光損失や、光学薄膜面での色むらが大きく生じてしまうという課題があった。

[0014] また、図 12に示すような、 2つの光学フィルタ 621、 622を用いた色合成手段においても、同様の課題があった。

[0015] 以上のように、発光ダイオードのような、単色光を出射し、かつ、青色、緑色、赤色の 3色の光のスペクトルが均等に配置されて、な、光源を用!ヽた照明装置においては、自然光で出射された光を、偏光制御を行っていない自然光の状態で、かつ、色合成時の光損失や、入射角依存性に起因して光学薄膜面で生じる色むらを抑えた状態で、色合成することは困難であった。

[0016] 本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、偏光制御を行っていない自然光の状態であっても、色合成時の光損失や、入射角依存性に起因して光学薄膜面で生じる色むらの少ない色合成を実現することのできる照明装置及びそれを用いた投写型表示装置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

[0017] 前記目的を達成するため、本発明に係る照明装置の構成は、第 1の色の光を出射する第 1の光源と、第 2の色の光を出射する第 2の光源と、第 3の色の光を出射する第 3の光源と、前記第 1の色の光と、前記第 2の色の光と前記第 3の色の光が色合成された光とを合成する第 1の光学薄膜と、前記第 2の色の光と前記第 3の色の光とを合成する第 2の光学薄膜とを備えた照明装置であって、前記第 1〜第 3の色の光のスベクトルは、異なるスペクトル間隔で並んでおり、前記第 1の色の光が前記第 1の光学薄膜に入射する際の入射角と、前記第 2の色の光が前記第 2の光学薄膜に入射する際の入射角とは異なっており、光がより大きな入射角で入射する光学薄膜のカットォフ波長は、スペクトル間隔が相対的に広い 2つの色の光のスペクトルの間に設定されていることを特徴とする。

[0018] また、本発明に係る投写型表示装置の構成においては、前記第 1の光学薄膜は、前記第 1の色の光と、前記第 1〜第 3の色の光が 3色合成された光とが伝搬する第 1 のプリズムと、前記第 2の色の光と、前記第 2の色の光と前記第 3の色の光が色合成された光とが伝搬する第 2のプリズムとの間に設けられ、前記第 2の光学薄膜は、前記第 2のプリズムと、前記第 3の色の光のみが伝搬する第 3のプリズムとの間に設けられているのが好ましい。

[0019] また、本発明に係る投写型表示装置の構成においては、前記第 1の光学薄膜は、前記第 2の色の光と前記第 3の色の光が色合成された光が透過する第 1の光学フィルタに形成され、前記第 2の光学薄膜は、前記第 3の色の光が透過する第 2の光学フィルタに形成されて、るのが好まし、。

[0020] また、前記本発明の照明装置の構成においては、前記第 1〜第 3の色の光が、青色、緑色、赤色の 3色の光であるのが好ましい。

[0021] また、本発明に係る投写型表示装置の構成においては、前記第 1〜第 3の光源が発光ダイオードであるのが好まし、。

[0022] また、本発明に係る投写型表示装置の構成は、照明装置と、前記照明装置からの照明光を変調して画像を形成する画像表示手段と、前記画像表示手段によって変調された光をスクリーン上に投写する投写手段とを備えた投写型表示装置であって、前記照明装置として前記本発明の照明装置を用いたことを特徴とする。

発明の効果

[0023] 本発明によれば、偏光制御を行って!/、なヽ自然光の状態であっても、色合成時の光損失や、入射角依存性に起因して光学薄膜面で生じる色むらの少ない色合成を実現することのできる照明装置及びそれを用いた投写型表示装置を提供することができる。

図面の簡単な説明 [0024] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施の形態における照明装置を示す概略構成図である。

[図 2]図 2は、赤色発光ダイオード、青色発光ダイオード、緑色発光ダイオードから出射される光のスペクトルの一例を示す図である。

[図 3]図 3は、本発明の第 1の実施の形態における、青色と緑色との間にカットオフ波長を有する第 2の光学薄膜の分光特性の一例を示す図である。

[図 4]図 4は、本発明の第 1の実施の形態における、赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する第 1の光学薄膜の分光特性の一例を示す図である。

[図 5]図 5は、本発明の第 1の実施の形態における、青色と緑色との間にカットオフ波長を有する第 2の光学薄膜の分光特性の他の一例を示す図である。

[図 6]図 6は、本発明の第 2の実施の形態における照明装置を示す概略構成図である。

[図 7]図 7は、本発明の第 3の実施の形態における照明装置を示す概略構成図である。

[図 8]図 8は、本発明の第 4の実施の形態における投写型表示装置を示す概略構成図である。

[図 9]図 9は、本発明の第 4の実施の形態における投写型表示装置の他の例を示す概略構成図である。

[図 10]図 10は、従来技術における照明装置の一例を示す概略構成図である。

[図 11]図 11は、従来技術における照明装置の他の一例を示す概略構成図である。

[図 12]図 12は、従来技術における照明装置のさらに他の一例を示す概略構成図である。

発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。

[0026] [第 1の実施の形態]

図 1は本発明の第 1の実施の形態における照明装置を示す概略構成図である。

[0027] 図 1に示すように、本実施の形態の照明装置は、第 1〜第 3のプリズム 21〜23からなる色合成プリズム 24と、各プリズム 21〜23に対応させて配置された光源、及び集光レンズ 11〜 13とを備えている。

[0028] ここで、光源としては、 3つの異なる色の光を出射する、赤色発光ダイオード 1と、青色発光ダイオード 2と、緑色発光ダイオード 3とが用いられている。集光レンズ 11〜1 3は、各発光ダイオード 1〜3から出射された光を集光して各プリズム内に入射させるための光学手段である。

[0029] 第 1及び第 2のプリズム 21、 22は、それぞれ三角プリズムからなり、第 3のプリズム 2 3は台形プリズム力もなつている。第 1のプリズム 21は、 3色合成された光が出射する出射面を有している。第 1のプリズム 21の、第 2のプリズム 22との対向面には、緑色の光のスペクトルと赤色の光のスペクトルとの間にカットオフ波長を有する第 1の光学薄膜 (ダイクロイツクミラー） 31が形成されており、当該第 1の光学薄膜 31と第 2のプリズム 2との間には空気層（図示せず）が介在している。また、第 2のプリズム 22の、第 3 のプリズム 23との対向面には、青色の光のスペクトルと緑色の光のスペクトルとの間にカットオフ波長を有する第 2の光学薄膜 (ダイクロイツクミラー） 32が形成されており、当該第 2の光学薄膜 32と第 3のプリズム 23とは接着されている。そして、赤色の光と、青色、緑色、赤色の 3色の光が 3色合成された光とが第 1のプリズム 21内を伝搬し、青色の光と、青色の光と緑色の光が色合成された光とが第 2のプリズム 22内を伝搬し、緑色の光のみが第 3のプリズム 23内を伝搬する。このように、第 1〜第 3のプリズム 2 1〜23は、 3色合成された光の出射側力も緑色発光ダイオード 3側に向力つて、この順番で配置されている。

[0030] 図 2に、現在のフルカラーディスプレイなどで多く用いられている、赤色発光ダイォード 1、青色発光ダイオード 2、緑色発光ダイオード 3から出射される光のスペクトルの一例を示す。図 2において、 101は青色発光ダイオード 2から出射される青色の光のスペクトル、 102は緑色発光ダイオード 3から出射される緑色の光のスペクトル、 103 は赤色発光ダイオード 1から出射される赤色の光のスペクトルをそれぞれ示している。尚、図 2においては、各色の光のスペクトルの最大強度が "1 "となるように規格ィ匕したものを示しており、実際に使用する各色の光のスペクトルの最大強度が一致しているわけではない。つまり、各色の光のスペクトルの相対強度比は使用する発光ダイォードゃ光学システム等によって変化する力図 2では簡略ィ匕して示している。このとき、図 2に示すように、各発光ダイオードから出射される青色、緑色、赤色の 3色の光のスペクトルは、均等に配置されていない。すなわち、青色の光のスペクトル 101と緑色の光のスペクトル 102とは、スペクトルの間隔が相対的に狭ぐ緑色の光のスペクトル 102と赤色の光のスペクトル 103とは、スペクトルの間隔が相対的に広くなつている。

[0031] このスペクトルの間隔の比較は、各色の光のスペクトルにおけるピーク波長の間隔や、スペクトルの重心の波長を示す主波長の間隔で行ったり、ピーク強度に対して一定の割合となる強度における波長の間隔、例えば、ピーク強度の 50%の強度における波長の間隔や、ピーク強度の 10%の強度における波長の間隔で行ったりしてもよい。本実施の形態では、ピーク強度の 50%の強度における波長の間隔を例に挙げて説明している。

[0032] 次に、上記構成の照明装置を用いた場合の、 3色合成の方法について説明する。

[0033] 図 1に示すように、緑色発光ダイオード 3から出射された緑色の光は、集光レンズ 1 3を介して第 3のプリズム 23内に入射し、第 2の光学薄膜 32が形成されている面に到達する。また、青色発光ダイオード 2から出射された青色の光は、集光レンズ 12を介して第 2のプリズム 22内に入射し、第 1の光学薄膜 31と第 2のプリズム 2との間の空気層によって全反射されて、第 2の光学薄膜 32が形成されている面に到達する。

[0034] 青色発光ダイオード 2から出射された青色の光と緑色発光ダイオード 3から出射された緑色の光とが到達する面に形成されている第 2の光学薄膜 32は、図 3に示すような分光特性を有している。図 3においては、実線で示す分光特性 112が光軸上の光に対する分光特性を示している。尚、第 2の光学薄膜 32に入射する光の入射角依存性によって当該第 2の光学薄膜 32のカットオフ波長がシフトするため、光軸上の光に対する分光特性の両側に、光軸に対して ± 10度で入射する光に対する分光特性 113、 111を、破線及び一点鎖線で示している。図 3に示すように、第 2の光学薄膜 3 2に入射する光の入射角が 10度程度ばらついたときの、当該第 2の光学薄膜 32の力ットオフ波長のシフト量は、約 20nm程度である。

[0035] しかし、図 2に示す各光のスペクトルから、緑色発光ダイオード 3から出射される緑色の光（スペクトル 102)については、強度 50%以上である波長 510nm〜550nmの光が、入射角が 10度程度ばらついても、 80%以上の高効率で第 2の光学薄膜 32を透過することが分かる。また、青色発光ダイオード 2から出射される青色の光 (スぺタトル 101)については、強度 50%以上である波長 450nm〜470nmの光力入射角が 10度程度ばらついても、 80%以上の高効率で第 2の光学薄膜 32によって反射されることが分かる。つまり、青色発光ダイオード 2と緑色発光ダイオード 3とから出射される光のうちの多くの波長の光は、第 2の光学薄膜 32によって損失が大きくなることはない。このため、第 2の光学薄膜 32により、青色発光ダイオード 2から出射される青色の光と緑色発光ダイオード 3から出射される緑色の光とを、効率良ぐかつ、大きな色むらを発生させることなく色合成することが可能となる。

[0036] さらに、図 1に示すように、第 2の光学薄膜 32によって色合成された、青色発光ダイオード 2からの光と緑色発光ダイオード 3からの光は、第 2のプリズム 22内を伝搬し、空気層を介して第 1の光学薄膜 31が形成されている面に到達する。また、赤色発光ダイオード 1から出射された赤色の光は、集光レンズ 11を介して第 1のプリズム 21内に入射し、第 1のプリズム 21の出射面と空気との界面で全反射されて、第 1の光学薄膜 31が形成されている面に到達する。

[0037] 青色発光ダイオード 2から出射された青色の光と緑色発光ダイオード 3から出射された緑色の光との合成光と、赤色発光ダイオード 1から出射された赤色の光とが到達する面に設けられている第 1の光学薄膜 31は、図 4に示すような分光特性を有している。図 4においては、実線で示す分光特性 122が光軸上の光に対する分光特性を示している。尚、第 1の光学薄膜 31に入射する光の入射角依存性によって当該第 1の光学薄膜 31のカットオフ波長がシフトするため、光軸上の光に対する分光特性の両側に、光軸に対して ± 10度で入射する光に対する分光特性 123、 121を、破線及び一点鎖線で示している。図 4に示すように、第 1の光学薄膜 31に入射する光の入射角が 10度程度ばらついたときの、当該第 1の光学薄膜 31のカットオフ波長のシフト量は、約 30nm程度と、第 2の光学薄膜 32の場合よりも lOnm程度大きい。

[0038] しかし、図 2に示す各光のスペクトルから、青色発光ダイオード 2から出射される青色の光（スペクトル 101)の強度 50%以上である波長 450nm〜470nmと緑色発光ダイオード 3から出射される緑色の光 (スペクトル 102)の強度 50%以上である波長 5 ΙΟηπ！〜 550nmとの間隔よりも、緑色発光ダイオード 3から出射される緑色の光 (スベクトル 102)の強度 50%以上である波長 510nm〜550nmと赤色発光ダイオード 1 力も出射される赤色の光 (スペクトル 103)の強度 50%以上である波長 630ηπ！〜 65 Onmとの間隔の方が、スペクトルの間隔が大きいため、入射角が 10度程度ばらついても、青色の光 (スペクトル 101)と緑色の光 (スペクトル 102)は第 1の光学薄膜 31を高効率で透過し、赤色の光 (スペクトル 103)は第 1の光学薄膜 31によって高効率で反射されることが分かる。つまり、青色発光ダイオード 2から出射される青色の光と緑色発光ダイオード 3から出射される緑色の光との合成光、及び赤色発光ダイオード 1 力も出射される赤色の光のうちの多くの波長の光は、第 1の光学薄膜 31によって損失が大きくなることはない。このため、第 1の光学薄膜 31により、青色発光ダイオード 2から出射される青色の光と緑色発光ダイオード 3から出射される緑色の光との合成光と、赤色発光ダイオード 1から出射される赤色の光とを、効率良ぐかつ、大きな色むらを発生させることなく色合成することが可能となる。

[0039] 上記の構成において最も重要なことは、各発光ダイオードから出射される光の光軸と、光学薄膜が形成されている面の法線とのなす角（入射角）が大きくなると、光軸に対して入射角が同じ程度の範囲（例えば士 10度程度)でばらつヽたとしても、カットオフ波長などの分光特性のシフト量が大きくなつてしまうことである。

[0040] つまり、本実施の形態で用いた発光ダイオードのような、青色、緑色、赤色の 3色の光のスペクトルが均等に配置されておらず、青色の光のスペクトルと緑色の光のスぺタトルとは近接しているが、緑色の光のスペクトルと赤色の光のスペクトルとの間隔は、青色の光のスペクトルと緑色の光のスペクトルとの間隔よりも広くなつている、といつた特徴を有する 3つの光源に対しては、青色と緑色との間にカットオフ波長を有する第 2の光学薄膜 32の当該カットオフ波長のシフト量は、できるだけ小さくしなければならないが、赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する第 1の光学薄膜 31の当該カツトオフ波長のシフト量は、少し大きくても許容できると考えられる。これは、緑色の光のスペクトルと赤色の光のスペクトルとの間隔が青色の光のスペクトルと緑色の光のスぺタトルとの間隔よりも余裕があるからである。

[0041] 本実施の形態の色合成プリズム 24においては、赤色発光ダイオード 1から出射された赤色の光の、第 1の光学薄膜 31が形成されている面への入射角（図 1中の 41は当該入射角の 2倍の角度を表している）は、青色発光ダイオード 2から出射された青色の光の、第 2の光学薄膜 32が形成されている面への入射角（図 1中の 42は当該入射角の 2倍の角度を表している）よりも大きくなつているため、入射角依存性が大きくなる第 1の光学薄膜 31として、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスペクトル間隔の広い赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用い、入射角依存性の小さい第 2の光学薄膜 32として、スペクトルの間隔の狭い青色と緑色との間に力ットオフ波長を有する光学薄膜を用いることにより、効率良ぐかつ、大きな色むらを発生させることなく 3色合成することが可能になる。

[0042] 尚、図 1に示す本実施の形態の照明装置においては、第 2の光学薄膜 32として、図 3に示すような、緑色側の波長域の透過率が高ぐ青色側の波長域の透過率が低い分光特性を有する光学薄膜を用い、青色発光ダイオード 2からの光を第 2のプリズム 22の端面から入射させ、緑色発光ダイオード 3からの光を第 3のプリズム 23の端面力も入射させるようにしている力第 2の光学薄膜 32として、図 5に示すような、緑色側の波長域の透過率が低ぐ青色側の波長域の透過率が高い分光特性を有する光学薄膜を用い、青色発光ダイオード 2からの光を第 3のプリズム 23の端面力も入射させ、緑色発光ダイオード 3からの光を第 2のプリズム 22の端面力も入射させるようにしてもよい。つまり、スペクトル間隔の狭い青色の光と緑色の光との色合成力、第 2の光学薄膜 32が形成されている面で行われ、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスベクトル間隔の広い緑色の光と赤色の光との色合成力、第 1の光学薄膜 31が形成されている面で行われていればよい。尚、図 5中、実線で示す分光特性 132は、光軸上の光に対する分光特性を示しており、破線及び一点鎖線で示す分光特性 133、 1 31は、光軸に対して ± 10度で入射する光に対する分光特性を示している。

[0043] また、図 1に示す本実施の形態の照明装置においては、赤色発光ダイオード 1から出射された赤色の光の、第 1の光学薄膜 31が形成されている面への入射角（図 1中の 41は当該入射角の 2倍の角度を表している）は、青色発光ダイオード 2から出射された青色の光の、第 2の光学薄膜 32が形成されている面への入射角（図 1中の 42は当該入射角の 2倍の角度を表して!/、る）よりも大きくなつているため、入射角依存性が大きくなる第 1の光学薄膜 31として、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスぺタトル間隔の広い赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用い、入射角依存性の小さい第 2の光学薄膜 32として、スペクトルの間隔の狭い青色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用いているが、第 1の光学薄膜 31が形成されて、る面への入射角が第 2の光学薄膜 32が形成されて、る面への入射角よりも小さくなるような構成の色合成プリズムの場合には、スペクトルの間隔の狭い青色の光と緑色の光との色合成を、第 1の光学薄膜 31が形成された面で行い、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスペクトル間隔の広い緑色の光と赤色の光との色合成を、第 2の光学薄膜 32が形成された面で行うようにすることにより、同様の効果を得ることができる。

[0044] つまり、色合成プリズムがどのような構成であっても、第 1の光学薄膜 31が形成されて、る面への入射角と、第 2の光学薄膜 32が形成されて、る面への入射角とを比較し、光がより大きい入射角で入射する光学薄膜として、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスペクトル間隔の広い緑色の光と赤色の光との色合成を行うために、赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用い、光がより小さい入射角で入射する光学薄膜として、スペクトルの間隔の狭い青色の光と緑色の光との色合成を行うために、青色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用いることが重要であり、これらの条件が満たされれば同様の効果が得られる。

[0045] また、図 1に示す本実施の形態の照明装置においては、 3つの異なる色の光を出射する光源として、赤色発光ダイオード 1と、青色発光ダイオード 2と、緑色発光ダイオード 3とを用いているが、 3つの異なる色の光を出射する光源は発光ダイオードに限定されるものではない。例えば、レーザ光源や、有機 EL素子などの単色発光源、その他の単色光を出射する光源を用いてもよぐまた、 3つの異なる色の光として、白色光から分離した色純度の高ヽ (スペクトル幅の狭、）単色光を用いることもできる。また、 3つの異なる色の光は、青色、緑色、赤色の 3色の光だけに限定されるものではなぐ例えば、青みが力つた緑色の光、緑色の光、黄みが力つた緑色の光等の、スベクトルの近い 3色の光を用いることもできる。すなわち、用いる光は、異なる 3つのスベクトルを有して、ればよ！/、。

[0046] また、第 1のプリズム 21に設けられる第 1の光学薄膜 31や、第 2のプリズム 22に設けられる第 2の光学薄膜 32について、各光学薄膜の設置面は一意的には決まらない。第 1の光学薄膜 31は、第 1のプリズム 21と第 2のプリズム 22との間に設けられていればよぐ第 2の光学薄膜 32は、第 2のプリズム 22と第 3のプリズム 23との間に設けられていればよい。

[0047] また、図 1に示す本実施の形態の照明装置においては、各発光ダイオードとプリズムとの間に、 1つの発光ダイオードに対して 1つの集光レンズを対応させて配置しているが、この集光レンズは、各発光ダイオードから出射され、プリズム内に入射する光束の平行度を高めるために設けられて、るので、集光レンズは必ずしも配置する必要はない。また、集光レンズを配置する場合には、複数個配置してもよい。

[0048] [第 2の実施の形態]

図 6は本発明の第 2の実施の形態における照明装置を示す概略構成図である。

[0049] 図 6に示すように、本実施の形態の照明装置は、第 1〜第 3のプリズム 221〜223からなる色合成プリズム 224と、各プリズム 221〜223に対応させて配置された光源、及び集光レンズ 211〜213とを備えている。

[0050] ここで、光源としては、 3つの異なる色の光を出射する、赤色発光ダイオード 203、青色発光ダイオード 201、及び緑色発光ダイオード 202が用いられている。

[0051] 第 1のプリズム 221は、三角プリズムの頂角部分を切断した形状となっており、第 2 及び第 3のプリズム 222、 223は、それぞれ台形プリズム力もなつている。第 1のプリズム 221は、 3色合成された光が出射する出射面を有しており、当該第 1のプリズム 221 の、第 2のプリズム 222との対向面には、スペクトルの間隔が狭い青色と緑色との間にカットオフ波長を有する第 1の光学薄膜 (ダイクロイツクミラー） 231が形成されている。上記第 1の実施の形態の色合成プリズム 24は、第 1の光学薄膜 31と第 2のプリズム 2 との間に空気層を介在させ、第 2のプリズム 22内に入射した光を、この空気層によつて全反射させて第 2の光学薄膜 32が形成されている面に到達させる構成であつたが、本実施の形態の色合成プリズム 224においては、第 1のプリズム 221と第 2のプリズム 222との間に空気層は介在しておらず、第 1の光学薄膜 231と第 2のプリズム 222 とは接着されている。そして、第 2のプリズム 222内に入射した光は、後述する第 2の光学薄膜 232が形成されている面に直接到達する。また、第 2のプリズム 222の、第 3のプリズム 223との対向面には、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスペクトル間隔の広い赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する第 2の光学薄膜 (ダイクロイツクミラー） 232が形成されており、当該第 2の光学薄膜 232と第 3のプリズム 223とは接着されている。そして、青色の光と、青色、緑色、赤色の 3色の光が 3色合成された光とが第 1のプリズム 221内を伝搬し、緑色の光と、緑色の光と赤色の光が色合成された光とが第 2のプリズム 222内を伝搬し、赤色の光のみが第 3のプリズム 223内を伝搬する。このように、第 1〜第 3のプリズム 221〜223は、 3色合成された光の出射側力も赤色発光ダイオード 203側に向かって、この順番で配置されている。

[0052] 図 6に示すような構成の色合成プリズム 224においては、第 1の光学薄膜 231が形成されて!/ヽる面への入射角（図 6中の 241は当該入射角の 2倍の角度を表して!/ヽる）が第 2の光学薄膜 232が形成されている面への入射角（図 6中の 242は当該入射角の 2倍の角度を表している）よりも小さくなつている場合が多ぐこの場合には、入射角依存性の小さい第 1の光学薄膜 231として、スペクトルの間隔が狭い青色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用い、入射角依存性の大きい第 2の光学薄膜 232として、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスペクトル間隔の広い赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用いることにより、上記第 1の実施の形態の場合と同様の効果が得られる。すなわち、このような構成とすることにより、効率良ぐかつ、大きな色むらを発生させることなく 3色合成することが可能となる。

[0053] 但し、図 6に示す場合であっても、第 1の光学薄膜 231が形成されている面への入射角が第 2の光学薄膜 232が形成されている面への入射角よりも大きくなる場合には、入射角依存性が大きくなる第 1の光学薄膜 231として、青色と緑色との間のスぺタトル間隔よりもスペクトル間隔の広い赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用い、入射角依存性の小さい第 2の光学薄膜 232として、スペクトルの間隔が狭い青色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用いることにより、同様の効果を得ることができる。

[0054] つまり、色合成プリズムがどのような構成であっても、第 1の光学薄膜 231が形成されて、る面への入射角と、第 2の光学薄膜 232が形成されて、る面への入射角とを比較し、より大きな入射角となる光学薄膜として、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスペクトル間隔の広い緑色の光と赤色の光との色合成を行うために、赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用い、より小さ！ヽ入射角となる光学薄膜として、スペクトルの間隔の狭い青色の光と緑色の光との色合成を行うために、青色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用いることが重要であり、これらの条件が満たされれば同様の効果が得られる。

[0055] [第 3の実施の形態]

図 7は本発明の第 3の実施の形態における照明装置を示す概略構成図である。

[0056] 図 7に示すように、本実施の形態の照明装置は、第 1の光学フィルタ 251と、第 2の光学フィルタ 252と、 3つの光源、及び集光レンズ 211〜213とを備えている。

[0057] ここで、光源としては、 3つの異なる色の光を出射する、赤色発光ダイオード 203、青色発光ダイオード 201、及び緑色発光ダイオード 202が用いられている。

[0058] 第 1の光学フィルタ 251には、スペクトルの間隔が狭い青色と緑色との間にカットォフ波長を有する第 1の光学薄膜 (ダイクロイツクミラー）が形成されている。また、第 2の光学フィルタ 252には、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスペクトル間隔の広い赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する第 2の光学薄膜 (ダイクロイツクミラー）が形成されている。そして、緑色の光と赤色の光が色合成された光は、第 1の光学フィルタ 251を透過し、青色の光は、第 1の光学フィルタ 251に形成された第 1の光学薄膜で反射する。また、赤色の光は、第 2の光学フィルタ 252を透過し、緑色の光は、第 2の光学フィルタ 252に形成された第 2の光学薄膜で反射する。

[0059] これにより、緑色の光と赤色の光とが第 2の光学フィルタ 252で色合成され、合成された緑色及び赤色の光と青色の光とが第 1の光学フィルタ 251で色合成されて、青色、緑色、赤色の 3色の光が 3色合成されることとなる。

[0060] 図 7に示すような 2つの光学フィルタを用いた色合成手段の構成においては、第 1 の光学薄膜が形成されている第 1の光学フィルタ 251への入射角（図 7中の 261は当該入射角の 2倍の角度を表している）が第 2の光学薄膜が形成されている第 2の光学フィルタ 252への入射角（図 7中の 262は当該入射角の 2倍の角度を表している）よりも小さくなつている。この場合には、入射角依存性の小さい第 1の光学薄膜として、スベクトルの間隔が狭い青色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用い、入射角依存性の大きい第 2の光学薄膜として、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスペクトル間隔の広い赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用いることにより、上記第 1の実施の形態の場合と同様の効果が得られる。すなわち、このような構成とすることにより、効率良ぐかつ、大きな色むらを発生させることなく 3色合成することが可能となる。

[0061] 但し、図 7に示す場合であっても、第 1の光学薄膜が形成されている第 1の光学フィルタ 251への入射角が第 2の光学薄膜が形成されている第 2の光学フィルタ 252への入射角よりも大きくなる場合には、入射角依存性が大きくなる第 1の光学薄膜として、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスペクトル間隔の広い赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用い、入射角依存性の小さい第 2の光学薄膜として、スペクトルの間隔が狭い青色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用いることによって、同様の効果を得ることができる。

[0062] つまり、色合成手段における 2つの光学薄膜をプリズムの側面に設けるのではなぐプリズムを用いることなぐ各々の光学薄膜の特性を有する光学フィルタが設けられた構成であっても、第 1の光学薄膜が形成されている第 1の光学フィルタ 251への入射角と、第 2の光学薄膜が形成されて、る第 2の光学フィルタ 252への入射角とを比較し、より大きな入射角となる光学薄膜として、青色と緑色との間のスペクトル間隔よりもスペクトル間隔の広い緑色の光と赤色の光との色合成を行うために、赤色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用い、より小さヽ入射角となる光学薄膜として、スペクトルの間隔の狭い青色の光と緑色の光との色合成を行うために、青色と緑色との間にカットオフ波長を有する光学薄膜を用いることが重要であり、これらの条件が満たされれば同様の効果が得られる。

[0063] [第 4の実施の形態]

図 8は本発明の第 3の実施の形態における投写型表示装置を示す概略構成図である。

[0064] 図 8に示すように、本実施の形態の投写型表示装置は、照明装置 290と、レンズ 30 0とロッドインテグレータ 301とからなる均一照明手段と、リレーレンズ 302とフィールドレンズ 303とからなる光学手段と、照明系と投写系の光を分離するビームスプリッタ 3 05と、照明装置 290からの照明光を変調して画像を形成する、画像表示手段としての画像表示素子 304と、当該画像表示素子 304によって変調された光をスクリーン（図示せず)上に投写する、投写手段としての投写レンズ 306とを備えている。照明装置 290としては、上記第 1の実施の形態の図 1に示した照明装置が用いられている。

[0065] 以下、上記構成を備えた投写型表示装置の動作にっ、て、簡単に説明する。

[0066] まず、照明装置 290により、赤色発光ダイオード 1と、青色発光ダイオード 2と、緑色発光ダイオード 3とから出射された 3つの異なる色の光が 3色合成され、同一光軸上の光として出射される。照明装置 290から出射された合成光は、ビームスプリッタ 305 によって反射されて画像表示素子 304に照明され、当該画像表示素子 304は、照明光を変調して画像を形成する。この場合、照明装置 290から出射された合成光は、均一照明手段と光学手段とを用いて、画像表示素子 304に均一に照明される。画像表示素子 304によって変調された光は、ビームスプリッタ 305をそのまま透過し、投写レンズ 306によってスクリーン上に投写される。このとき、 3つの異なる色の光を出射する、赤色発光ダイオード 1と、青色発光ダイオード 2と、緑色発光ダイオード 3とを同時に点灯させれば、画像表示素子 304は白色光で照明され、各発光ダイオードのみを点灯させれば、画像表示素子 304は各単色光で照明されることとなる。これにより、画像表示素子 304で形成された画像がスクリーン上にフルカラーの映像として映し出される。

[0067] 本実施の形態の投写型表示装置においては、照明装置 290として上記第 1の実施の形態の図 1に示した照明装置が用いられているので、より明るく、し力も色むらの少ない画像をスクリーン上に投写することができる。

[0068] 尚、本実施の形態においては、照明装置 290として上記第 1の実施の形態の図 1 に示した照明装置を用いているが、照明装置 290としては必ずしもこの構成の照明装置に限定されるものではない。例えば、上記第 1の実施の形態で説明した他の構成の照明装置、あるいは、上記第 2の実施の形態の図 6に示した照明装置を照明装置 290として用いても、同様の効果を得ることができる。また、上記第 3の実施の形態の図 7に示した照明装置を照明装置 290として用いても、同様の効果を得ることができる。 [0069] また、本実施の形態においては、レンズ 300とロッドインテグレータ 301と力もなる均一照明手段、リレーレンズ 302とフィールドレンズ 303とからなる光学手段、及び、照明系と投写系の光を分離するビームスプリッタ 305を含む構成の投写型表示装置を例に挙げて説明している力照明装置 290によって画像表示素子 304が照明されていればよいので、特に必要がなければ、均一照明手段、光学手段、ビームスプリッタ 305を含まない構成とすることもできる。尚、図 9に示すように、レンズ 300及びロッドインテグレータ 301の代わりにレンズアレイ型インテグレータ 307を用いても、レンズ 3 00及びロッドインテグレータ 301を用いた場合と同様の均一照明を実現することができる（図 9においては、照明装置 290として、プリズムを用いない図 7に示す照明装置を用いている）。ここで、レンズアレイ型インテグレータ 307は、照明装置 290の前方に配置され、マイクロレンズの集合体である第 1のレンズアレイ 27と、第 1のレンズァレィ 27のマイクロレンズに一対一で対応する第 2のレンズアレイ 28と、集光レンズ 29とにより構成され、照明装置 290から出射した光を複数の部分光に分割し、当該複数の部分光を画像表示素子 304に重畳照明する。

[0070] また、本実施の形態においては、画像表示素子 304を 1つだけ含む構成を例に挙げて説明している力 3つの画像表示素子を含む構成であってもよい。尚、 3つの画像表示素子を含む構成の場合には、照明装置内の各プリズムと光源との間に各画像表示素子を 1つずつ配置する構成とすることもできる。

産業上の利用可能性

[0071] 本発明の照明装置によれば、 3つの異なる色の光を、効率良ぐかつ、大きな色むらを発生させることなく 3色合成することが可能となる。従って、本発明の照明装置は、より明るく、し力も色むらの少ない画像が要求されるプロジェクタに有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1の色の光を出射する第 1の光源と、

第 2の色の光を出射する第 2の光源と、

第 3の色の光を出射する第 3の光源と、

前記第 1の色の光と、前記第 2の色の光と前記第 3の色の光が色合成された光とを合成する第 1の光学薄膜と、

前記第 2の色の光と前記第 3の色の光とを合成する第 2の光学薄膜とを備えた照明装置であって、

前記第 1〜第 3の色の光のスペクトルは、異なるスペクトル間隔で並んでおり、前記第 1の色の光が前記第 1の光学薄膜に入射する際の入射角と、前記第 2の色の光が前記第 2の光学薄膜に入射する際の入射角とは異なっており、

光がより大きな入射角で入射する光学薄膜のカットオフ波長は、スペクトル間隔が相対的に広い 2つの色の光のスペクトルの間に設定されていることを特徴とする照明装置。

[2] 前記第 1の光学薄膜は、

前記第 1の色の光と、前記第 1〜第 3の色の光が 3色合成された光とが伝搬する第 1のプリズムと、

前記第 2の色の光と、前記第 2の色の光と前記第 3の色の光が色合成された光とが伝搬する第 2のプリズムとの間に設けられ、

前記第 2の光学薄膜は、

前記第 2のプリズムと、

前記第 3の色の光のみが伝搬する第 3のプリズムとの間に設けられている請求項 1 に記載の照明装置。

[3] 前記第 1の光学薄膜は、前記第 2の色の光と前記第 3の色の光が色合成された光が透過する第 1の光学フィルタに形成され、

前記第 2の光学薄膜は、前記第 3の色の光が透過する第 2の光学フィルタに形成されて、る請求項 1に記載の照明装置。

[4] 前記第 1〜第 3の色の光が、青色、緑色、赤色の 3色の光である請求項 1〜3のいずれかに記載の照明装置。

[5] 前記第 1〜第 3の光源が発光ダイオードである請求項 1〜3のいずれかに記載の照明装置。

[6] 照明装置と、前記照明装置からの照明光を変調して画像を形成する画像表示手段と、前記画像表示手段によって変調された光をスクリーン上に投写する投写手段とを備えた投写型表示装置であって、

前記照明装置として請求項 1〜5のいずれかに記載の照明装置を用いたことを特徴とする投写型表示装置。