WO2017175517A1 - 光源装置およびそれを利用した電子装置 - Google Patents

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light
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incident
light guide
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杉山　寿紀
平田　浩二
康彦 國井
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日立マクセル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a light source device that can be used as a planar light source, and more particularly, to a planar light source device that is suitable for use in an electronic apparatus equipped with an image display device aimed at miniaturization.
  • a compact and highly efficient light source device is desired as an illumination light source for a display device of a head-up display (hereinafter referred to as “HUD”) or a micro projector.
  • HUD head-up display
  • micro projector a micro projector
  • Patent Document 1 Conventionally, a light source device using a light guide having a predetermined texture formed on a transparent resin is already known from Patent Document 1 below in order to realize a small and highly efficient light source device.
  • the light guide illuminating device described in this patent document has a thin high-efficiency light source device by making light incident from the end of the light guide and scattering the incident light by the texture formed on the surface of the light guide. It is described that it can be realized.
  • An object of the present invention is to provide a light source device suitable as a light source for illumination in a display device of an electronic device such as an HUD or a micro projector, and to provide an electronic device including an image display device using the light source device. .
  • a solid light source a collimating optical system that converts light emitted from the solid light source into substantially parallel light, and light emitted from the collimating optical system
  • a light source device that includes a light guide that emits the emitted light and emits the light in a direction different from the incident direction, and further, polarization conversion that aligns the polarization direction of the light emitted from the light guide in one direction
  • a light source device including the element is provided.
  • an electronic device using the light source device as an image display device includes a HUD and a projector.
  • FIG. 1 It is an expansion
  • FIG. It is a figure including the perspective view explaining the detail of the light guide in the light source device which concerns on the said Example 1, and a partially expanded cross section.
  • FIG. It is a side view explaining the detail of operation
  • FIG. It is the upper surface and side view explaining the detail of operation
  • FIG. It is a figure which shows the comparative example for demonstrating operation
  • FIG. It is a perspective view explaining the detail of the collimator and synthetic
  • FIG. It is a partially expanded sectional view explaining the detail of the synthetic
  • FIG. It is a figure explaining the processing method of the metal mold
  • FIG. It is an external appearance perspective view which shows the whole external view of the light source device which is a modification of the light source device which concerns on Example 1 of this invention.
  • FIG. 1 shows the structure of the projector which utilized the light source device which concerns on Example 1 of this invention as a light source for illumination of the display device.
  • FIG. 2 shows an example of the structure of the optical system of the light source device which concerns on Example 2 of this invention.
  • FIG. 2 shows operation
  • FIG. It is the upper surface and side view explaining the detail of operation
  • FIG. It is a perspective view which shows an example of the structure of the LED collimator which is a component of the optical system of the light source device which concerns on the said Example 2, and a synthetic
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows an example of the structure of the synthetic
  • FIG. It is the cross section explaining the detail of the synthetic
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an overview of a light source apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the light source device (main body) 10 is formed of, for example, plastic, and houses therein an LED, a collimator, a synthetic diffusion block, a light guide, and the like which will be described in detail later.
  • the light source device case 11 is configured.
  • a liquid crystal display element 50 is attached to the upper surface, and an LED substrate 12 mounted with an LED (Light Emitting Diode) element that is a semiconductor light source and its control circuit is attached to one side face thereof.
  • a heat sink 13 for cooling the heat generated by the LED elements and the control circuit is attached to the outer surface of the LED board 12.
  • the liquid crystal display element 50 attached to the upper surface of the light source device case 11 includes a liquid crystal display panel frame 51, a liquid crystal display panel 52 attached to the frame, and an FPC (electrically connected to the panel). Flexible wiring board) 53. That is, the liquid crystal display panel 52 is controlled by a control signal from a control circuit (not shown here) constituting the electronic device, which will be described in detail later.
  • FIG. 2 shows the configuration of the optical system housed in the light source device 10, that is, in the light source device case 11.
  • a plurality of (four in this example) LEDs 14a to 14d constituting the light source are conically convex outer shapes obtained by rotating a substantially parabolic break. Are attached to the bottom of each LED collimator 15, and a rectangular composite diffusion block 16 is provided on the light emission side of the collimator. That is, the laser light emitted from the LED 14 a or 14 b is reflected by the parabola boundary surface of the LED collimator 15, and enters the composite diffusion block 16 as parallel light.
  • a bar-shaped light guide 17 having a substantially triangular cross section is provided on the exit surface side of the synthetic diffusion block 16 via a first diffusion plate 18a, and a second diffusion plate is provided on the upper surface thereof. 18b is attached.
  • the horizontal light of the LED collimator 15 is reflected upward in the figure by the action of the light guide 17 and guided to the incident surface of the liquid crystal display element 50.
  • the first and second diffusion plates 18a and 18b make the strength uniform.
  • FIG. 3A is a perspective view showing the entirety of the light guide 17, FIG. 3B is a cross section thereof, and FIGS. 3C and 3D are cross section details. It is a partially expanded sectional view shown.
  • the light guide 17 is a member formed in a rod shape having a substantially triangular cross section (see FIG. 3B), for example, with a translucent resin such as acrylic, and is apparent from FIG. 3A. Furthermore, a light guide light incident part (surface) 171 that faces the exit surface of the composite diffusion block 16 via the first diffusion plate 18a, a light guide light reflection part (surface) 172 that forms a slope, A light guide light emitting portion (surface) 173 facing the liquid crystal display panel 52 of the liquid crystal display element 50 via the second diffusion plate 18b is provided.
  • the light guide body light reflecting portion (surface) 172 of the light guide body 17 includes a large number of reflecting surfaces 172a and connecting surfaces 172b. Are alternately formed in a sawtooth shape.
  • the reflecting surface 172a (in the figure, a line segment rising to the right) forms ⁇ n (n: a natural number, for example, 1 to 130 in this example) with respect to the horizontal plane indicated by the alternate long and short dash line in the figure.
  • ⁇ n is set to 52 degrees or less (however, 44 degrees or more).
  • the connecting surface 172b (in the figure, a downward-sloping line segment) forms an angle ⁇ n (n: a natural number, for example, 1 to 130 in this example) with respect to the reflecting surface 172a. That is, the connecting surface 172b of the reflecting portion is inclined with respect to the incident light at an angle that becomes a shadow in the range of the half-value angle of the scatterer described later.
  • ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4,... Form the reflection surface elevation angle
  • ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4,... Form the relative angle between the reflection surface and the connecting surface. , 90 degrees or more (however, 180 degrees or less).
  • FIG. 4 and 5 are schematic diagrams in which the sizes of the reflecting surface 172a and the connecting surface 172b are relatively increased with respect to the light guide 17, for the sake of explanation.
  • the main light beam is deflected by ⁇ in the direction in which the incident angle increases with respect to the reflection surface 172a (see FIG. 5B). That is, the light guide incident part (surface) 171 is formed in a curved convex shape inclined toward the light source side. According to this, the parallel light from the emission surface of the synthetic diffusion block 16 is diffused and incident through the first diffusion plate 18a, and as is clear from the drawing, the light guide incident portion (surface) 171. As a result, the light guide body light reflecting portion (surface) 172 is reached while slightly bending (deflecting) upward (see the comparative example in FIG. 6).
  • this light guide light reflecting portion (surface) 172 a large number of reflecting surfaces 172a and connecting surfaces 172b are alternately formed in a sawtooth shape, and diffused light is totally reflected on each reflecting surface 172a. Then, it goes upward, and further enters the liquid crystal display panel 52 as parallel diffused light via the light guide light emitting portion (surface) 173 and the second diffusion plate 18b. Therefore, the reflection surface elevation angles ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4,... Are set so that each reflection surface 172a has an angle greater than the critical angle with respect to the diffused light, and on the other hand, the reflection surface 172a and the connecting surface 172b.
  • the relative angles ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4... Are constant angles as described above, the reason for which will be described later, but more preferably an angle of 90 degrees or more ( ⁇ n ⁇ 90 °). .
  • each reflecting surface 172a is configured to always have an angle greater than the critical angle with respect to the diffused light. Therefore, even if a reflecting film such as a metal is not formed on the reflecting portion 172, Reflection is possible, and a low-cost light source device can be realized.
  • FIG. 6 as a comparative example, when there is no main light beam bending (polarization) at the light guide incident portion of the light guide 17, a part 31b of diffused light is reflected on the reflection surface 172a. As a result, the angle becomes below the critical angle, and a sufficient reflectance cannot be secured, so that a (bright) light source device with good characteristics cannot be realized.
  • the reflection surface elevation angles ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4... are slightly increased as the light guide body light reflection portion (surface) 172 moves from the lower portion to the upper portion. This is because the light transmitted through the liquid crystal display panel 52 of the liquid crystal display element 50 has a certain divergence angle, and in particular, a part of the light transmitted through the peripheral portion of the liquid crystal display panel 52 is arranged downstream. This is to realize a configuration in which the light beam in the peripheral part is slightly deflected in the direction of the central axis as shown by the light beam 30 in FIG.
  • the mold 40 for producing the light guide 17 by injection molding is used.
  • the reflecting surface 172a and the connecting surface 172b can be processed simultaneously by the end mill 35 whose relative angle between the bottom surface and the side surface is ⁇ .
  • the processing time can be greatly shortened, and the processing cost can be greatly reduced.
  • the boundary edge between the reflecting surface 172a and the connecting surface 172b can be processed with high accuracy, and the light guide characteristics of the light guide 17 can be improved.
  • Lr / Lc that is, the ratio of the reflecting surface 172a and the connecting surface 172b can be changed depending on the location.
  • the intensity distribution of the main light beam 30 incident on the light guide 17 does not necessarily match the intensity distribution desired on the incident surface of the liquid crystal display panel. Therefore, a configuration is adopted in which the intensity distribution is adjusted by the ratio Lr / Lc between the reflecting surface 172a and the connecting surface 172b.
  • strength of the reflected light of the part can be raised, so that this ratio is raised.
  • the central portion of the light beam 30 incident on the light guide tends to be strong.
  • the ratio Lr / Lc is different depending on the location, and in particular, the central portion is small. I made it. Since the ratio Lr / Lc differs depending on the location and the reflection surface elevation angles ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4... Differ depending on the location, an envelope 172c representing the general shape of the reflecting portion 172 is shown in FIG. The curve shape is shown as follows.
  • Lr + Lc (sum of lengths) is Lr1 + Lc1> Lr2 + Lc2> Lr3 + Lc3> Lr4 + Lc4...
  • the repetitive pitch of the reflecting surface 172a viewed from the exit surface 173 of the light guide 17 becomes finer as it approaches the exit surface 173.
  • the repetition pitch of the reflective surface 172a seen from the diffusion plate 18b of the light guide 17 becomes finer as it approaches the diffusion plate 18b.
  • the repeating structure of the reflecting surface 172a increases the visibility and impairs the uniformity of the light intensity as it approaches the diffusion plate 18b. Therefore, the diffusion plate 18b needs to have a certain degree of diffusivity. Since the repetitive pitch of the reflecting surfaces arranged at positions close to 18b becomes fine, the uniformity of the light intensity can be ensured even if the diffusivity of the scattering plate is small, and the light utilization efficiency can be improved.
  • the value of Lr + Lc is desirably set within a range of 0.2 mm or more and 0.6 mm or less.
  • each relative angle ⁇ was set to an angle such that the connecting surface 172b becomes a shadow with respect to the light diffused by the composite diffusion block 16 and the diffusion plate 18a. Thereby, by suppressing the incidence of unnecessary light on the connecting surface 172b, reflection of unnecessary light can be reduced, and a light source device with good characteristics can be realized.
  • the inclination of main light rays incident on the liquid crystal display panel is preferably close to vertical, however, depending on the characteristics of the liquid crystal display panel, as shown in FIG. It is also possible. That is, some commercially available liquid crystal display panels have better characteristics when the incident angle is tilted by about 5 to 10 °. In this case, the above ⁇ is set to 5 ° according to the characteristics. It is desirable that the angle be ⁇ 10 °.
  • the slope of the triangular texture 161 formed on the exit surface of the composite diffusion block 16 is asymmetrical or reflective. This may be realized by changing the direction of formation of the texture formed by the surfaces 172a and 172b.
  • FIG. 7 shows the synthetic diffusion block 16 integrated with the LED collimator 15, and FIGS. 8A and 8B show partially enlarged cross sections of the synthetic diffusion block 16.
  • textures 161 having a substantially triangular cross section are formed on the exit surface of the composite diffusion block 16, and the texture 161 emits the light from the LED collimator 15.
  • the light is diffused in the vertical direction of the illustrated paper surface of the incident portion (surface) 171 of the light guide body 17.
  • the substantially triangular texture 161 and the diffusers 18a and 18b the individual intensity distribution of the light emitted from the emitting portion 173 of the light guide 17 is obtained even if the LED collimators 15 are discretely arranged. It becomes possible to make uniform.
  • the texture 161 allows the diffusion direction to be limited to the side surface direction of the light guide, and further, the diffusibility in the side surface direction can be controlled. Therefore, the first and second diffusion plates 18a, 18b, etc. It becomes possible to weaken the direction diffusivity, and as a result, the light utilization efficiency is improved, and a light source device with good characteristics can be realized.
  • the light use efficiency of the laser light from the LED light source and the uniform illumination characteristics thereof are further improved, and at the same time, the light source device is downsized and reduced in cost. Therefore, it is possible to provide a light source device that is particularly suitable as an illumination light source in a display device of an electronic device such as a HUD or a micro projector.
  • ⁇ Modification of light source device> 10 and 11 show a modification of the light source device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • an overall perspective view of the light source device 10b and its internal configuration are shown.
  • the LED collimator 15 having a plurality of conical convex shapes to which the LEDs are attached is attached at an inclined position below the apparatus.
  • symbol 13b in a figure is a heat sink for cooling the heat
  • FIG. 12 shows another modification of the light source device according to Embodiment 1 of the present invention, and an overall external perspective view of the light source device 10c is shown as another modification.
  • the heat generated in the LED substrate 12 is cooled by the heat sink 13c disposed at the lower part of the apparatus through the heat transfer plate 13d.
  • FIG. 13 shows another form of the collimator 15b in the light source apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and shows an example of the shape in which the above-described combined diffusion block 16 is combined.
  • the collimator shape shown in FIG. 7 and FIG. 8 was a conical convex shape obtained by rotating a substantially parabolic break, but this shape is based on a substantially quadrangular pyramidal convex shape and the corners are chamfered. Curved shape.
  • the rotary paraboloid shape shown in FIGS. 7 and 8 is appropriate, but this configuration has a substantially quadrangular pyramid convex shape. Since the boundaries of the two are smoothly connected, a more uniform light intensity distribution can be realized.
  • the light source devices 10b and 10c which are modifications of the light source device of the present invention described above, also have the same operations and effects as the light source device 10 shown in FIG. According to these light source devices 10, 10 b, and 10 c, by appropriately selecting them, even in an electronic device such as a HUD or a micro projector that may have various shapes and forms, It can be securely attached to fit the storage space.
  • FIG. 14A shows an example in which the above-described light source device according to the first embodiment of the present invention is applied to HUD.
  • an image displayed on an image display device 300 such as a projector or an LCD (Liquid Crystal Display) is displayed on a mirror 151 or other mirror 152 (for example, a free-form surface mirror or light).
  • the light is reflected by a mirror having an axially asymmetric shape and projected onto the windshield 3 of the vehicle 2.
  • the driver 105 views the image as a virtual image in front of the transparent windshield 103 by viewing the image projected on the windshield 103.
  • FIG. 14B shows an example of the internal configuration of the head-up display device 100, particularly the video display device 300.
  • the video display device 300 includes, for example, each unit such as a light source 301, an illumination optical system 302, and a display element 303.
  • the light source device 10 of the present invention described above is employed as the light source 301, it is possible to generate good illumination light for projection.
  • an illumination optical system 302 that is an optical system that condenses the illumination light generated by the light source 301 and makes it uniform and irradiate the display element 303 is added, and an element that generates an image to be projected
  • the display element 303 is included.
  • these elements are already used as the composite diffusion block 16, the first diffusion plate 18a, the light guide 17, the second diffusion plate 18b, and the liquid crystal display panel 52. It is included in the light source device 10 of the present invention. Therefore, the light source device 10 of the present invention can be used as the video display device 300 of the head-up display device 100 as it is. According to this, in particular, it is possible to realize the head-up display device 100 that can be easily attached to a narrow space such as a dashboard in an automobile.
  • the light emitted from the video display device 300 is further projected onto the windshield 103 of the vehicle 102 via the display distance adjusting mechanism 400 and the mirror driving unit 500. Let's go.
  • FIG. 15 shows an example in which the above-described light source device of the present invention is applied to a projector.
  • the projector is composed of a plurality of lens groups indicated by reference numerals G1 to G3 and a single mirror indicated by reference numeral M13.
  • the projected light is indicated by solid and broken arrows.
  • a light source P0 and an image display element P1 are disposed on the opposite surface of the prism optical element. Therefore, the light source device 10 of the present invention described above as the light source P0. By adopting, it becomes possible to generate good illumination light.
  • these elements are already included in the light source device 10 of the present invention as the composite diffusion block 16, the first diffusion plate 18a, the light guide 17, and the second diffusion plate 18b. Since it is included as the liquid crystal display panel 52, the light source device 10 of the present invention can be mounted in the projector as it is. According to this, it is possible to easily attach to the space in the projector, and to realize a smaller and cheaper projector.
  • the light source device 10 of the present invention as an illumination light source of a display device, it can be easily attached to a narrow space, and is smaller and less expensive. An electronic device can be realized.
  • FIGS. 16 to 18 show the configuration of the optical system that is a feature of the light source device according to the second embodiment of the present invention. That is, in the second embodiment, in the configuration of the first embodiment described above, the number of the LEDs 14a and 14b constituting the light source is configured as two half of the first embodiment, and each LED collimator 15 and the combined diffusion block 16 Between them, a polarization conversion element 21 is provided.
  • a polarization conversion element 21 is provided.
  • the other structure in a figure it is the same as that of the said Example 1, and attaches
  • the polarization conversion element 21 extends along a direction perpendicular to the paper surface of the drawing and has a columnar shape (hereinafter referred to as parallel) whose cross section is a parallelogram.
  • a translucent member having a quadrangular prism shape and a translucent member having a triangular cross section (hereinafter referred to as a triangular prism) are combined and parallel to a plane perpendicular to the optical axis of the parallel light from the LED collimator 15. 2 (in this example, the vertical direction on the paper surface of the figure), a plurality of them are arranged in an array.
  • a polarizing beam splitter (hereinafter abbreviated as “PBS”) film 211 and a reflective film 212 are alternately provided at the interface between adjacent light-transmitting members arranged in an array.
  • a 1 / 2 ⁇ phase plate 213 is provided on the exit surface from which the light incident on the polarization conversion element 21 and transmitted through the PBS film 211 exits.
  • the polarization conversion element 21 is a surface formed by the optical axis of the parallel light from the LED collimator 15 and the extending direction of the translucent member of the parallelogram pillar (extends vertically on the paper surface of the figure). (Vertical plane), which is configured symmetrically with respect to the optical axis plane of so-called parallel light, and the inclination of the parallelogram column or the triangular column of the translucent member which is a component thereof is the optical axis plane. It is 45 degrees. And this polarization conversion element 21 comprises each polarization conversion element divided into two sets in the perpendicular direction of the figure to the parallel light from two LED collimators 15.
  • the S-polarized wave ( The symbol (x) in the figure is reflected by the PBS film 211 and then further reflected by the reflecting film 212 to reach the incident surface of the composite diffusion block 16.
  • the P-polarized wave (see the upper and lower arrows in the figure) passes through the PBS film 211 and then becomes an S-polarized wave by the 1 / 2 ⁇ phase plate 213 and reaches the incident surface of the composite diffusion block 16. It becomes.
  • the polarization conversion element 21 all of the light emitted from the LED (s) and converted into parallel light by the LED collimator 15 becomes an S-polarized wave, and the incident surface of the composite diffusion block 16. It will enter into. Thereafter, the light emitted from the emission surface of the composite diffusion block 16 is incident on the light guide 17 already described in detail above via the first diffusion plate 18a. As in the first embodiment, it is reflected upward by the action and guided to the incident surface of the liquid crystal display element 50. That is, the function of the light guide 17 has already been described in detail above, and the description thereof is omitted here to avoid duplication.
  • FIG. 19 is a perspective view showing a state in which the two LED collimators 15 described above are attached to the polarization conversion element 21.
  • 20 is a perspective view showing an external configuration of the synthetic diffusion block 16 attached to the exit surface side of the polarization conversion element.
  • FIG. 21 is a side view showing a detailed structure of the diffusion block 16 and a part thereof. It is an expanded sectional view.
  • a large number of textures 161 having a substantially triangular cross section are formed on the exit surface of the composite diffusion block 16.
  • the details have already been described above, and are omitted here.
  • the light incident on the liquid crystal display panel 52 constituting the liquid crystal display element 50 is converted into an S-polarized wave by the polarization conversion element 21, Since the transmittance of the liquid crystal display panel can be improved, a smaller and highly efficient light source device can be realized at a lower cost by using fewer light sources (LEDs).
  • the polarization conversion element 21 is attached after the LED collimator 15.
  • the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained by providing it in the optical path leading to the liquid crystal display element. It will be apparent to those skilled in the art that the following actions and effects can be obtained.
  • the liquid crystal display panel has been described as having excellent transmittance with respect to the S-polarized wave. However, even when the transmittance with respect to the P-polarized wave is excellent, the liquid crystal display panel is not affected by the polarization conversion element having the same configuration as described above. It will be apparent to those skilled in the art that similar actions and effects can be obtained.
  • the light source device according to the second embodiment described above can also be used as the light source device in an electronic device such as a head-up display device or a projector, similarly to the light source device according to the first embodiment. It will be clear if there is any.
  • the planar light source device suitable for use in the electronic apparatus provided with the image display device according to various embodiments of the present invention has been described.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments are described in detail for the entire system in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.

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Abstract

小型でかつ低コストで製造可能で、ＨＵＤや超小型プロジェクタなどの電子装置の表示デバイスの照明用光源として好適な光源装置を提供する。光源装置は、固体光源と、固体光源から出射された光を略平行光に変換するコリメート光学系、コリメート光学系から出射した光を入射し、その光を入射方向とは別方向に出射する導光体を備える。更に、前記導光体から出射する光の偏光方向を一方向にそろえる偏光変換素子を具備している。

Description

光源装置およびそれを利用した電子装置
　本発明は、面状の光源として利用可能な光源装置に関し、特に、小型化を目指した画像表示デバイスを備えた電子装置に用いるのに適した面状の光源装置に関する。
　Head Up Display（以下、「ＨＵＤ」）や超小型プロジェクタの表示デバイスの照明用光源として、小型で、かつ、高効率の光源装置が望まれている。
　なお、従来、小型かつ高効率の光源装置を実現する上で、透明樹脂上に所定のテクスチャーを形成した導光体を活用した光源装置が、以下の特許文献１により、既に知られている。この特許文献に記載の導光体照明装置は、導光体端部より光を入射し、導光体表面に形成されたテクスチャーにより入射した光を散乱させることにより、薄型の高効率光源装置を実現できることが記載されている。
特開平１１－２２４５１８号公報
　近年、固体光源であるＬＥＤの発光効率の向上に伴い、光源装置の発光源としてＬＥＤを用いることが有効である。しかしながら、ＬＥＤおよびその光を略平行光に変換するＬＥＤコリメータを用いた光学系では、上述した従来技術（特許文献１）において開示された光学系の形状では、その光利用効率特性や均一照明特性において、未だ不十分であることが分かった。
　そこで、本発明では、具体的には、ＬＥＤ光源からのレーザ光の光利用効率特性や均一照明特性をより向上することにより光源装置の小型化を達成すると共に、低コストで製造可能な、もって、ＨＵＤや超小型プロジェクタなどの電子装置の表示デバイスにおける照明用光源として好適な光源装置を提供し、更には、それを利用した画像表示デバイスを備えた電子装置を提供することをその目的とする。
　上記の目的を達成するための一実施の態様として、本発明によれば、固体光源と、前記固体光源から出射された光を略平行光に変換するコリメート光学系と、前記コリメート光学系から出射した光を入射し、その光を入射方向とは別方向に出射する導光体を備えた光源装置であって、更に、前記導光体から出射する光の偏光方向を一方向にそろえる偏光変換素子を具備している光源装置が提供される。
　また、本発明によれば、前記の光源装置を画像表示デバイスとして利用した電子装置は、ＨＵＤやプロジェクタを含んでいる。
　上述した本発明によれば、低コストで製造可能、かつ、小型化、高効率の光源装置が実現できる。
本発明の実施例１に係る光源装置の全体概観を示す展開斜視図である。 上記実施例１に係る光源装置における光学系の内部構成の概観を示す斜視図である。 上記実施例１に係る光源装置における導光体の詳細について説明する斜視図や一部拡大断面を含む図である。 上記実施例１に係る光源装置における導光体の動作の詳細について説明する側面図である。 上記実施例１に係る光源装置における導光体の動作の詳細について説明する上面および側面図である。 上記実施例１に係る光源装置における導光体の動作を説明するための比較例を示す図である。 上記実施例１に係る光源装置におけるコリメータや合成拡散ブロックの詳細について説明する斜視図である。 上記実施例１に係る光源装置における合成拡散ブロックの詳細について説明する一部拡大断面図である。 上記実施例１に係る光源装置の光学系の構成部品である導光体を成形するために用いる金型の加工方法を説明する図である。 本発明の実施例１に係る光源装置の変形例である光源装置の全体概観を示す外観斜視図である。 本発明の実施例１に係る光源装置の変形例である光源装置の光学系の内部構成の概観を示す斜視図である。 本発明の実施例１に係る光源装置の他の変形例である光源装置の全体概観を示す外観斜視図である。 本発明の実施例１に係る光源装置におけるコリメータの別形態と合成拡散ブロックの形状を示す斜視図である。 本発明の実施例１に係る光源装置を、その表示デバイスの照明用光源として利用したＨＵＤの構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る光源装置を、その表示デバイスの照明用光源として利用したプロジェクタの構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る光源装置の光学系の構造の一例を示す斜視図である。 上記実施例２に係る光源装置の光学系における動作を示す側面図である。 上記実施例２に係る光源装置における導光体の動作の詳細について説明する上面および側面図である。 上記実施例２に係る光源装置の光学系の構成部品であるＬＥＤコリメータと合成拡散ブロックの構造の一例を示す斜視図である。 上記実施例２に係る光源装置の光学系の構成部品である合成拡散ブロックの構造の一例を示す斜視図である。 上記実施例２に係る光源装置における合成拡散ブロックの詳細について説明する断面とその一部拡大断面図である。
　以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　（実施例１）
　図１は、本発明の実施例１に係る光源装置の概観を示す展開斜視図である。図からも明らかなように、光源装置（本体）１０は、例えば、プラスチックなどにより形成され、その内部に、後にも詳述するＬＥＤ、コリメータ、合成拡散ブロック、導光体等を収納してなる光源装置ケース１１から構成されている。その上面には、液晶表示素子５０が取り付けられており、また、その一の側面には、半導体光源であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子やその制御回路を実装したＬＥＤ基板１２が取り付けられていると共に、当該ＬＥＤ基板１２の外側面には、上記ＬＥＤ素子および制御回路で発生する熱を冷却するためのヒートシンク１３が取り付けられている。
　更に、光源装置ケース１１の上面に取り付けられた液晶表示素子５０は、液晶表示パネルフレーム５１と、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル５２と、更に、当該パネルに電気的に接続されたＦＰＣ（フレキシブル配線基板）５３とから構成されている。即ち、液晶表示パネル５２は、後にも詳細に説明するが、電子装置を構成する制御回路（ここでは図示せず）からの制御信号によって制御される。
　図２は、上記光源装置１０の内部、即ち、光源装置ケース１１内に収納されている光学系の構成を示す。
　光源を構成する複数（本例では、４個）のＬＥＤ１４ａ～１４ｄ（図２においては、ＬＥＤ１４ａ、１４ｂの２個のみを示す）が、略放物断線を回転して得られる円錐凸形状の外形を有するＬＥＤコリメータ１５のそれぞれの底部に取り付けられており、当該コリメータの光の出射側には、矩形状の合成拡散ブロック１６が設けられている。即ち、ＬＥＤ１４ａまたは１４ｂから射出されたレーザ光は、ＬＥＤコリメータ１５の放物線の境界面により反射され、平行光となって合成拡散ブロック１６へ入射する。
　更に、上記合成拡散ブロック１６の出射面側には、第１の拡散板１８ａを介して、断面略三角形の棒状の導光体１７が設けられており、その上面には、第２の拡散板１８ｂが取り付けられている。これにより、上記ＬＥＤコリメータ１５の水平光は、当該導光体１７の働きにより図の上方に反射されて、上記液晶表示素子５０の入射面に導かれる。なお、その際、上記第１および第２の拡散板１８ａ、１８ｂによって、その強度が均一化される。
　＜導光体の詳細構造＞
　続いて、上記光源装置１０を構成する導光体１７の詳細について、以下に、図面を参照しながら説明する。なお、図３（ａ）は、当該導光体１７の全体を示す斜視図を、図３（ｂ）は、その断面を、そして、図３（ｃ）および（ｄ）は、断面の詳細を示す一部拡大断面図である。
　導光体１７は、例えば、アクリル等の透光性の樹脂により断面略三角形（図３（ｂ）参照）の棒状に形成された部材であり、そして、図３（ａ）からも明らかなように、上記合成拡散ブロック１６の出射面に第１の拡散板１８ａを介して対向する導光体光入射部（面）１７１と、斜面を形成する導光体光反射部（面）１７２と、第２の拡散板１８ｂを介して上記液晶表示素子５０の液晶表示パネル５２と対向する導光体光出射部（面）１７３とを備えている。
　この導光体１７の導光体光反射部（面）１７２には、その一部拡大図である図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されている。そして、反射面１７２ａ（図では右上がりの線分）は、図において一点鎖線で示す水平面に対してαｎ（ｎ：自然数であり、本例では、例えば、１～１３０である）を形成しており、その一例として、ここでは、αｎを５２度以下（但し、４４度以上）に設定している。
　他方、連接面１７２ｂ（図では右下がりの線分）は、反射面１７２ａに対してβｎ（ｎ：自然数であり、本例では、例えば、１～１３０である）なる角度を形成している。即ち、反射部の連接面１７２ｂは、入射光に対して、後に述べる散乱体の半値角の範囲で影になる角度に傾斜されている。後にも詳述するが、α１、α２、α３、α４…は反射面仰角を形成し、β１、β２、β３、β４…は反射面と連接面との相対角度を形成しており、その一例として、９０度以上（但し、１８０度以下）に設定されている。なお、本例では、β１＝β２＝β３＝β４＝ …＝β１２２＝…β１３０である。
　図４および図５に、説明のために、導光体１７に対して反射面１７２ａと連接面１７２ｂの大きさを相対的に大きくした模式図を示す。導光体１７の導光体入射部（面）１７１では、主たる光線が、反射面１７２ａに対して入射角が大きくなる方向にδだけ偏向されている（図５（ｂ）参照）。即ち、導光体入射部（面）１７１は、光源側に傾斜した湾曲の凸形状に形成されている。これによれば、合成拡散ブロック１６の出射面からの平行光は、第１の拡散板１８ａを介して拡散されて入射し、図からも明らかなように、導光体入射部（面）１７１により上方に僅かに屈曲（偏向）しながら導光体光反射部（面）１７２に達する（図６の比較例を参照）。
　なお、この導光体光反射部（面）１７２には、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されており、拡散光は、各々の反射面１７２ａ上で全反射されて上方に向かい、更には、導光体光出射部（面）１７３や第２の拡散板１８ｂを介して、平行な拡散光として液晶表示パネル５２へ入射する。そのため、反射面仰角α１、α２、α３、α４…は、各々の反射面１７２ａが前記拡散光に対して臨界角以上の角度となるように設定されており、他方、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの相対角度β１、β２、β３、β４…は、上述したように一定の角度、その理由は後にも述べるが、より好ましくは、９０度以上の角度（βn≧90°）に設定されている。
　上述した構成により、各反射面１７２ａが前記拡散光に対して常に臨界角以上の角度となるような構成になっているので、反射部１７２に金属等の反射膜を形成しなくても、全反射が可能となり、低コストの光源装置を実現できる。一方、比較例となる図６に示した様に、導光体１７の導光体入射部で、主たる光線の屈曲（偏光）が無い場合は、拡散光の一部３１ｂが反射面１７２ａに対して、臨界角以下になってしまい、十分な反射率が確保できないので、特性の良い（明るい）光源装置が実現できない。
　また、反射面仰角α１、α２、α３、α４…は、導光体光反射部（面）１７２の下部から上部に移動するに従って僅からに増加する値となっている。これは、液晶表示素子５０の液晶表示パネル５２を透過した光はある程度の発散角を有しているため、特に液晶表示パネル５２の周辺部を透過した光の一部が、下流に配置されたミラーの周縁でけられるいわゆる周辺減光の生を防止する目的で、図４の光線３０に示す様に、周辺部の光線がやや中心軸方向に偏向させた構成を実現するためである。
　上記でも述べたように、β１=β２=β３=β４…βn≧90°としたが、これは、図９にも示すように、導光体１７を射出成形で作製するための金型４０の加工において、底面と側面の相対角度がβのエンドミル３５によって、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが、同時に、加工できるためである。また、反射面１７２ａと連接面１７２ｂに対し、相対的に太い工具で加工が可能であることから、加工時間が大幅に短縮でき加工費の大幅な低減が可能となる。また、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの境界エッジが精度良く加工可能でき、導光体１７の導光特性の向上を図ることができる。
　また、図中のＬr１、Ｌr２、Ｌr３、Ｌr４…は反射面１７２ａの水平面に対する投影長さを、そして、Ｌc１、Ｌc２、Ｌc３、Ｌc４…は、連接面１７２ｂの水平面に対する投影長さをそれぞれ表しており、Ｌr/Ｌc、即ち反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの比率は、場所により変更可能な構成とした。導光体１７に入射する主たる光線３０の強度分布は、必ずしも液晶表示パネル入射面で望まれる強度分布と一致しない。そこで、反射面１７２ａと連接面１７２ｂとの比率Ｌr/Ｌcにより、強度分布を調整する構成を採用した。なお、この比率を高めるほど、その部分の反射光の平均的な強度を高めることができる。一般的に、導光体に入射する光線３０は、中央部が強くなりがちなので、それを補正するのに、前記比率Ｌr/Ｌcは、場所により異なる構成とし、特に、中央部が小さくなるようにした。前記比率Ｌr/Ｌcが場所により異なる構成および前述した反射面仰角α１、α２、α３、α４…が場所により異なる構成であるため、反射部１７２の概形状を表す包絡線１７２ｃは、図４に示す様に曲線形状を示す。
　更に、Lr1+Lc1=Lr2+Lc2= Lr3+Lc3= Lr4+Lc4…=Lr+Lc≦0.6mmとした。かかる構成を採用することによれば、導光体１７の光出射面１７３から見た反射面の繰り返しピッチを同一とすることができる。また、そのピッチは、０．６ｍｍ以下であることから、拡散板１８a,１８ｂの作用・効果と相まって、液晶表示パネル５２越しで見た場合、個々の出射面が分離せず、連続面として見えることから、液晶表示パネル５２越しの空間輝度の均一化が図れ、もって、表示特性が向上する。即ち、本構成により、液晶表示パネル５２上での入射光強度分布を均一化することが可能となる。他方、Ｌr＋Ｌcの値が０．２ｍｍより小さいと、加工時間がかかるばかりではなく、各反射面１７２ａを精度良く加工するのが困難となるので０．２ｍｍ以上が望ましい。
　更に、ここでは図示はしないが、上述したＬr＋Ｌcの値（長さの和）は、全体またはその一部において、Lr1+Lc1＞Lr2+Lc2＞Lr3+Lc3＞Lr4+Lc4…と、または、Lr1+Lc1=Lr2+Lc2=Lr3+Lc3=Lr4+Lc4.....= Lr90+Lc90> Lr91+Lc91= Lr92+Lc92> Lr93+Lc93...> Lr130+Lc130と、または、Lr1+Lc1≧Lr2+Lc2≧ Lr3+Lc3≧ Lr4+Lc4…Lr1+Lc1>Lr130+Lc130のようにした構成でも良い。かかる構成を採用することによれば、導光体１７の出射面１７３から見た反射面１７２ａの繰り返しピッチが、出射面１７３に近づくに従い細かくなる。ひいては本構成により、導光体１７の拡散板１８ｂから見た反射面１７２ａの繰り返しピッチが、拡散板１８ｂに近づくに従い細かくなる。反射面１７２ａの繰り返し構造は、拡散板１８ｂに近づくほど視認性が増し光強度の均一性を損ねるため、拡散板１８ｂの拡散性はある程度必要であるが、本構成を採用することにより、拡散板１８ｂに近い位置に配置される反射面の繰り返しピッチが細かくなるため、散乱板の拡散性が小さくとも光強度の均一性が確保でき、ひいては光利用効率の向上を図れる。また、Ｌr＋Ｌcの値は、上述したように０．２ｍｍ以上、かつ、０．６ｍｍ以下の範囲内に設定することが望ましい。
　上述した導光体１７の導光体光反射部（面）１７２の形状によれば、主たる光の全反射条件を満たすことができ、反射部１７２にアルミ等の反射膜を設ける必要がなく、光を効率的に反射することが可能となり、製造コストの上昇を伴うアルミニウム薄膜の蒸着作業なども必要なく、より低コストで、明るい光源が実現できる。また、各相対角βは、連接面１７２ｂが主たる光線３０が合成拡散ブロック１６および拡散板１８aで拡散した光に対して影になるような角度に設定した。これにより、連接面１７２ｂへの不要な光の入射を抑制することで、不要な光の反射を低減でき、特性が良好な光源装置を実現することが可能となる。
　液晶表示パネルに入射する主たる光線の傾きは、一般的には、垂直に近い方が望ましいが、しかしながら、液晶表示パネルの特性によっては、図５（ｂ）に示した様に、角度ηだけ傾けることも可能である。即ち、市販されている液晶表示パネルの中には、入射角を５～１０°程度傾けた方が、特性が良い物があるが、その場合には、上記ηをその特性に応じて５°～１０°とすることが望ましい。
　また、パネルをη傾ける代わりに、反射面１７２ａの角度を調整することにより、液晶表示パネルへの主たる光線の傾きを傾けることも可能である。更に、前記光線の傾きを導光体の側面方向に傾ける必要がある場合には、前記合成拡散ブロック１６の出射面に形成された三角形状のテクスチャー１６１の斜面傾きを左右非対称にするか、反射面１７２ａ、１７２ｂで構成されるテクスチャーの形成方向を変更することにより、実現可能であろう。
　続いて、光源装置１０の他の構成要素である、合成拡散ブロック１６について、図７および図８を参照しながら説明する。なお、図７は、上記ＬＥＤコリメータ１５と一体化された合成拡散ブロック１６を示しており、図８（ａ）および（ｂ）は、合成拡散ブロック１６の一部拡大断面が示されている。
　図８（ａ）からも明らかなように、合成拡散ブロック１６の出射面には、多数の断面略三角形状のテクスチャー１６１が形成されており、当該テクスチャー１６１の働きにより、ＬＥＤコリメータ１５から出射する光が、上記導光体１７の入射部（面）１７１の図示紙面の鉛直方向に拡散される。そして、上記略三角形状のテクスチャー１６１と拡散板１８ａ、１８ｂの相互作用により、ＬＥＤコリメータ１５が離散的に配置されていても、導光体１７の出射部１７３から出射する光の個強度分布を均一化することが可能となる。特に、テクスチャー１６１により、拡散方向を導光体側面方向に限定すること、更には、側面方向の拡散性の制御が可能となることから、上記第１および第２の拡散板１８ａ、１８ｂの等方拡散性を弱くすることが可能となり、その結果、光利用効率が向上し、特性の良い光源装置が実現できることとなる。なお、本例では、略三角形状のテクスチャー１６１の一例として、角度γ＝３０度、その形成ピッチａ＝０．５ｍｍとした。
　以上にも詳述したように、本発明になる光源装置１０によれば、ＬＥＤ光源からのレーザ光の光利用効率やその均一な照明特性をより向上すると同時に、光源装置を小型化し、低コストで製造可能であることから、特に、ＨＵＤや超小型プロジェクタなどの電子装置の表示デバイスにおける照明用光源として好適な光源装置を提供することができる。
　＜光源装置の変形例＞
　また、図１０および図１１は、本発明の実施例１に係る光源装置の変形例を示しており、変形例として、光源装置１０ｂの全体の外観斜視図とその内部構成が示されている。この変形例では、断面略台形状の合成拡散ブロック１６ｂを利用することにより、ＬＥＤが取り付けられる複数の円錐凸形状を有するＬＥＤコリメータ１５が、装置下方の傾斜した位置に取り付けられている。なお、図中の符号１３ｂは、ＬＥＤ素子および制御回路で発生する熱を冷却するためのヒートシンクである。
　＜光源装置の他の変形例＞
　更に、図１２は、本発明の実施例１に係る光源装置の他の変形例を示しており、他の変形例として、光源装置１０ｃの全体外観斜視図が示されている。この他の変形例では、詳細は示さないが、ＬＥＤ基板１２で発生した熱は伝熱プレート１３ｄを通じて装置下部に配置されたヒートシンク１３ｃで冷却する構造となっている。本構成により、全長の短い光源装置が実現できる。
　＜光源装置におけるコリメータの別形態＞
　更に、図１３は、本発明の実施例１に係る光源装置におけるコリメータ１５ｂの別形態を示しており、前述した合成拡散ブロック１６を合わせた形状例で示している。図７および図８に示したコリメータ形状は、略放物断線を回転して得られる円錐凸形状の外形であったが、本形状は、略四角錐凸形状を基本とし、角部を面取りや曲面形状とした。ＬＥＤから出射した光を導光体１７から出射させる光の効率を考えると、図７、図８に示した回転放物面形状が適切であるが、本構成の方が各略四角錐凸形状の境界がなめらかに連接されているので、より均一性の高い光強度分布が実現できる。
　なお、上述した本発明の光源装置の変形例である光源装置１０ｂ、１０ｃも、上記図１に示した光源装置１０と同様の作用・効果を奏することは明であろう。なお、これらの光源装置１０、１０ｂ、１０ｃによれば、これらを適宜、選択することによれば、種々の形状・形態を有するであろうＨＵＤや超小型プロジェクタなどの電子装置においても、その内部の収納空間に適合して確実に取り付けることが可能となる。
　＜光源装置の適用例＞
　加えて、以下には、上述した本発明の光源装置１０を、その表示デバイスの光源として利用する電子装置の代表的な一例として、ＨＵＤおよび超小型プロジェクタに搭載した例を以下に示す。
　図１４（ａ）は、上述した本発明の実施例１に係る光源装置をＨＵＤに適応した例を示している。なお、この図において、ヘッドアップディスプレイ装置１００では、プロジェクタやＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などからなる映像表示装置３００に表示された映像を、ミラー１５１やその他のミラー１５２（例えば、自由曲面ミラーや光軸非対称の形状を有するミラー等）により反射させて、車両２のウィンドシールド３に投射する。一方、運転者１０５は、ウィンドシールド１０３に投射された映像を見ることで、透明のウィンドシールド１０３を通してその前方に虚像として上記映像を視認する。
　図１４（ｂ）は、上記ヘッドアップディスプレイ装置１００、特に、その映像表示装置３００の内部構成の一例を示している。この図からも明らかなように、映像表示装置３００がプロジェクタである場合を示しており、映像表示装置３００は、例えば、光源３０１、照明光学系３０２、および表示素子３０３などの各部を有する。なお、当該光源３０１として、上述した本発明の光源装置１０を採用することによれば、投射用の良好な照明光を発生することが可能となる。
　なお、この例では、更に、光源３０１で発生した照明光を集光し、より均一化して表示素子３０３に照射する光学系である照明光学系３０２を、加えて、投射する映像を生成する素子である表示素子３０３を含んでいる。しかしながら、これらの素子は、上記の実施例においては、既に、合成拡散ブロック１６、第１の拡散板１８ａ、導光体１７、第２の拡散板１８ｂとして、更には、液晶表示パネル５２として、本発明の光源装置１０内に含まれている。そのため、本発明の光源装置１０は、そのまま、ヘッドアップディスプレイ装置１００の映像表示装置３００とすることも可能である。このことによれば、特に、自動車内のダッシュボードのような狭い空間に容易に取り付けることが可能なヘッドアップディスプレイ装置１００を実現することが可能となる。
　なお、上記の映像表示装置３００から射出した光は、更に、表示距離調整機構４００やミラー駆動部５００を介して車両１０２のウィンドシールド１０３に投射されることは、当業者であれば明らかであろう。
　図１５は、上述した本発明の光源装置をプロジェクタに適応した例を示している。図からも明らかなように、プロジェクタは、符号Ｇ１～Ｇ３で示す複数枚のレンズ群と、符号Ｍ１３で示す１枚のミラーから構成されている。なお、図には、投射光を実線と破線の矢印で示す。
　また、図中には、プリズム光学素子の対向面には、光源Ｐ０と映像表示素子Ｐ１（反射型映像表示素子）が配置されており、そこで、当該光源Ｐ０として上述した本発明の光源装置１０を採用することによれば、良好な照明光を発生することが可能となる。なお、この例でも、これらの素子も、既に、本発明の光源装置１０内において、合成拡散ブロック１６、第１の拡散板１８ａ、導光体１７、第２の拡散板１８ｂとして、更には、液晶表示パネル５２として、含まれていることから、本発明の光源装置１０は、そのまま、プロジェクタ内に取り付けることが可能である。このことによれば、プロジェクタ内の空間に容易に取り付けることができ、より小型で安価なプロジェクタを実現することが可能となる。
　以上に詳細に述べたように、本発明の光源装置１０を、表示デバイスの照明用光源として利用することによれば、狭い空間にも容易に取り付けることが可能で、かつ、より小型で安価な電子装置を実現することが可能となる。
　（実施例２）
　続いて、以下には、本発明の第２の実施例（実施例２）について、詳細に説明する。なお、この実施例２では、上記実施例１とは異なり、光源装置からの照明光を入射する液晶表示素子５０を構成する液晶表示パネル５２の偏光波に対する透過率の着目し、更に、コリメート光学系から出射した光の偏光方向を一方向にそろえる偏光変換素子を設けることにより、より小型化、高効率の光源装置を実現するものである。
　図１６～１８は、本発明の実施例２に係る光源装置の、特に、その特徴となる光学系の構成を示す。即ち、実施例２では、上述した実施例１の構成において、光源を構成するＬＥＤ１４ａ、１４ｂの数を実施例１の半分の２個で構成すると共に、各々のＬＥＤコリメータ１５と合成拡散ブロック１６との間には、偏光変換素子２１を設ける。なお、図中のその他の構成については、上記実施例１のそれと同様であり、同じ参照符号を付して示されており、ここでは、重複を避けるため、その詳細な説明は省略する。
　また、これらの図、特に、図１８（ａ）から明らかなように、偏光変換素子２１は、図の紙面に垂直な方向に沿って伸びた、断面が平行四辺形である柱状（以下、平行四辺形柱）の透光性部材と、断面が三角形である柱状（以下、三角形柱）の透光性部材とを組み合わせ、ＬＥＤコリメータ１５からの平行光の光軸に対して直交する面に平行に（本例では、図の紙面上の垂直方向）、複数、アレイ状に配列して構成されている。更に、これらアレイ状に配列された隣接する透光性部材間の界面には、交互に、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」と省略する）膜２１１と反射膜２１２とが設けられており、また、偏光変換素子２１へ入射してＰＢＳ膜２１１を透過した光が出射する出射面には、１／２λ位相板２１３が備えられている。
　このように、上記偏光変換素子２１は、ＬＥＤコリメータ１５からの平行光の光軸と平行四辺形柱の透光性部材の延伸方向とで形成される面（図の紙面上、垂直に伸びた垂直面）、いわゆる、平行光の光軸面に対して、対称に構成されており、また、その構成要素である透光性部材の平行四辺形柱や三角形柱の傾きは、当該光軸面に対して４５度となっている。そして、この偏光変換素子２１は、２個のＬＥＤコリメータ１５からの平行光に対して、図の垂直方向に２組に分かれた、それぞれの偏光変換素子を構成している。
　以上のように構成された偏光変換素子２１によれば、図１８（ａ）に示すように、例えば、ＬＥＤ１４ａから出射してＬＥＤコリメータ１５で平行光となった入射光のうち、Ｓ偏光波（図中の記号（×）を参照）は、ＰＢＳ膜２１１により反射され、その後、更に、反射膜２１２により反射されて合成拡散ブロック１６の入射面に到る。他方、Ｐ偏光波（図中の上下の矢印を参照）は、ＰＢＳ膜２１１を透過した後、１／２λ位相板２１３によりＳ偏光波となって、合成拡散ブロック１６の入射面に到ることとなる。
　このように、偏光変換素子２１によれば、（複数の）ＬＥＤから出射してＬＥＤコリメータ１５により平行光となった光は、その全てがＳ偏光波となって、合成拡散ブロック１６の入射面に入射することとなる。その後、当該合成拡散ブロック１６の出射面から射出した光が、上記の第１の拡散板１８ａを介して、既に上記に詳述した導光体１７に入射し、更に、当該導光体１７の働きにより図の上方に反射されて、上記液晶表示素子５０の入射面に導かれることは、上記実施例１におけると同様である。即ち、当該導光体１７の働きについては、既に上記でも詳述しており、重複を避けるため、ここではその説明を省略する。
　なお、図１９は、上述した２個のＬＥＤコリメータ１５を上記偏光変換素子２１に取り付けた様子を示す斜視図である。また、図２０は、偏光変換素子の出射面側に取り付けられる合成拡散ブロック１６の外観構成を示す斜視図であり、図２１は、上記成拡散ブロック１６の詳細構造を示す側面図とその一部拡大断面図である。これらの図からも明らかなように、この実施例２においても、同様に、合成拡散ブロック１６の出射面には、多数の断面略三角形状のテクスチャー１６１が形成されている。しかしながら、その詳細については既に上述しており、ここでは省略する。
　即ち、上述した実施例２になる光源装置によれば、液晶表示素子５０を構成する液晶表示パネル５２に入射する光を、上記の偏光変換素子２１によってＳ偏光波にすることから、当該光の液晶表示パネルでの透過率を向上することが可能となることから、より少ない発光源（ＬＥＤ）によって、より小型でかつ高効率の光源装置を、より安価に実現することが可能となる。なお、上記では、偏光変換素子２１をＬＥＤコリメータ１５の後に取り付けるものとして説明したが、しかしながら、本発明はそれに限定されることなく、液晶表示素子に到る光路中に設けることによっても同様な同様の作用・効果が得られることは、当業者であれば明らかであろう。
　更には、液晶表示パネルはＳ偏光波に対する透過率が優れているとして説明したが、しかしながら、Ｐ偏光波に対する透過率が優れている場合にも、上記と同様の構成を有する偏光変換素子によれば、やはり同様の作用・効果が得られることは、当業者であれば明らかであろう。また、上述した実施例２になる光源装置も、上記実施例１の光源装置と同様に、ヘッドアップディスプレイ装置やプロジェクタなどの電子装置において、その光源装置として利用可能であることも、当業者であれば明らかであろう。
　以上、本発明の種々の実施例になる画像表示デバイスを備えた電子装置に用いるのに適した面状の光源装置について述べた。しかしながら、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１０…光源装置（本体）、１１…ケース、５０…液晶表示素子、１２…ＬＥＤ基板、１３…ヒートシンク、１４ａ、１４ｂ…ＬＥＤ、１５…ＬＥＤコリメータ、１６…合成拡散ブロック、１７…導光体、１７１…導光体光入射部（面）、１７２…導光体光反射部（面）、１７２ａ…反射面、１７２ｂ…連接面、１７３…導光体光出射部（面）、２１…偏光変換素子、２１１…ＰＢＳ膜、２１２…反射膜、２１３…１／２λ位相板。

Claims (18)

  1. 　固体光源と、
    　前記固体光源から出射された光を略平行光に変換するコリメート光学系と、
    　前記コリメート光学系から出射した光を入射し、その光を入射方向とは別方向に出射する導光体と、
    を備えた光源装置であって、更に、
    　前記導光体から出射する光の偏光方向を一方向にそろえる偏光変換素子を具備している、光源装置。
  2. 　請求項１に記載の光源装置において
    　前記偏光変換素子を、
    　前記コリメート光学系と前記導光体との間に配置した、光源装置。
  3. 　請求項１に記載の光源装置において
    　前記導光体は、光を入射する入射部、入射した光を反射する反射部、前記反射部で反射した光を出射する出射部を有しており、前記反射部は、入射した光を反射する複数の反射面と前記複数の反射面間を連接する複数の連接面からなり、かつ、前記入射部は、前記反射部の反射面に入射する光の入射角がより大きくなる方向に、光を偏向させる構造を有している、光源装置。
  4. 　請求項３に記載の光源装置において、
    　前記コリメート光学系と前記導光体の間に、散乱体を具備しており、
    　前記反射部の前記連接面は、入射光に対して、前記散乱体の半値角の範囲で影になる角度に傾斜している、光源装置。
  5. 　請求項３に記載の光源装置において、
    　前記導光体の入射面の偏向構造は、入射光に対して斜めに配置した斜面である、光源装置。
  6. 　請求項５に記載の光源装置において、
    　前記斜めに配置した斜面は、少なくとも一部が曲面である、光源装置。
  7. 　請求項４に記載の光源装置において、
    　前記導光体の反射部に形成された反射面の仰角は、場所により異なり、かつ隣接する前記反射面と前記連接面の相対角度は、９０度以上である、光源装置。
  8. 　請求項７に記載の光源装置において、
    　隣接する前記反射面と前記連接面の相対角度は、場所によらず一定値である、光源装置。
  9. 　請求項７に記載の光源装置において、
    　前記連接面の仰角の絶対値は、場所によらず一定値であることを特徴とする光源装置。
  10. 　請求項７に記載の光源装置において、
    　前記反射部の前記複数の反射面の出射方向に対して法線方向に投影した斜面の長さＬrと前記反射面と光入射反対側に連接する連接面の出射方向に対して法線方向に投影した斜面の長さＬcとの比率Ｌr/Ｌcは、場所により異なる、光源装置。
  11. 　請求項１０に記載の光源装置において、
    　前記比率Ｌr/Ｌcは、反射部中央近傍で最小となる、光源装置。
  12. 　請求項１０に記載の光源装置において、
    　前記長さの和Ｌr+Ｌcは、ほぼ一定である、光源装置。
  13. 　請求項１０に記載の光源装置において、
    　前記長さの和Ｌr+Ｌcは、０．６ｍｍ以下であり、かつ、０．２ｍｍ以上である、光源装置。
  14. 　請求項１０に記載の光源装置において、
    　前記長さの和Ｌr+Ｌcは、少なくともその一部において、前記導光体の出射面に近づくに従い、小さくなり、また前記長さの和Ｌr+Ｌcは、０．６ｍｍ以下であり、かつ、０．２ｍｍ以上である、光源装置。
  15. 　請求項３に記載の光源装置において、
    　前記コリメート光学系の出射面には、光を拡散するテクスチャー構造が形成されている、光源装置。
  16. 　画像表示デバイスとして、請求項１～１５の何れか１項に記載の光源装置を利用した、電子装置。
  17. 　請求項１６に記載の電子装置は、ＨＵＤである、電子装置。
  18. 　請求項１６に記載の電子装置は、プロジェクタである、電子装置。
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