JP2007199538A - Projection-type video display device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve cost reduction in a projection type video display device using a light-emitting diode as a light source. <P>SOLUTION: The projection type video display device comprises a blue light-emitting diode 1B or a near-ultraviolet light-emitting diode, and a reflecting mirror 7 in the opposite position. A fluorescent substance 6 is disposed in the location perpendicular to the diode 1B and the reflecting mirror 7. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、透過型あるいは反射型液晶（Liquid Crystal on Silicon）パネル映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型ディスプレイ装置等の投射型映像表示装置に関する。   The present invention uses a light valve element such as a transmissive or reflective liquid crystal (Liquid Crystal on Silicon) panel image display element to project an image on a screen, such as a liquid crystal projector device or a reflective image. The present invention relates to a projection image display device such as a display projector device or a projection display device.

従来から、投射型映像表示装置における光源に発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）を用いる技術が検討されている。従来の表示デバイスのバックライトに用いる白色ＬＥＤ光源として、青色ＬＥＤと蛍光体を用いた技術が、特開2002-270020号公報に開示されている。また、投射型映像表示装置の構成の一例として、ＬＥＤ光源を用いた投射型映像表示装置が特開2001-343706号公報に開示されている。   Conventionally, a technique using a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) as a light source in a projection display apparatus has been studied. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-270020 discloses a technique using a blue LED and a phosphor as a white LED light source used for a backlight of a conventional display device. Moreover, as an example of the configuration of the projection type video display device, a projection type video display device using an LED light source is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-343706.

特開2002-270020号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-270020 特開2001-343706号公報JP 2001-343706 A

従来の白色ＬＥＤ光源は、青色ＬＥＤ近傍に蛍光体を分布した樹脂層を配置し、青色ＬＥＤと蛍光体を一体構成としていた。本構成の場合、蛍光体を含んだ樹脂を青色ＬＥＤ近傍に形成することが、高コストの原因となっていた。また、白色ＬＥＤから出射する光の色温度のばらつきを少なくするためには、樹脂内に蛍光体をできるだけ均等に分散する必要があり、これが歩留まりを悪化させ、高コストの原因となっていた。   A conventional white LED light source has a resin layer in which a phosphor is distributed in the vicinity of a blue LED, and the blue LED and the phosphor are integrated. In the case of this configuration, forming the resin containing the phosphor in the vicinity of the blue LED has been a cause of high cost. Further, in order to reduce the variation in the color temperature of the light emitted from the white LED, it is necessary to disperse the phosphor as evenly as possible in the resin, which deteriorates the yield and causes a high cost.

本発明の一面における光源ユニットは、発光ダイオードを有し、発光ダイオードと対向する位置に反射素子を有し、発光ダイオード、反射素子と直交する位置に、蛍光素子を配置した構成とする。   The light source unit according to one aspect of the present invention includes a light emitting diode, a reflective element at a position facing the light emitting diode, and a fluorescent element disposed at a position orthogonal to the light emitting diode and the reflective element.

ＬＥＤ光源、または、それを用いた投射型映像表示装置にて、低コスト化を実現する。   Cost reduction is realized with an LED light source or a projection-type image display device using the LED light source.

以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、青色ＬＥＤ１の配置例の一例を示す図である。投射型映像表示装置に用いる光源ユニットを示している。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an arrangement example of the blue LEDs 1. The light source unit used for a projection-type image display apparatus is shown.

図１（a）においては、ＬＥＤ１を、複数個、一定の間隔を設けて配置している。一定の間隔を設けているのは、冷却を容易にするためである。即ち、ＬＥＤ１は、光の出射時、自身の発生する熱のために、高温化する。冷却のために、ヒートシンク２をＬＥＤの出射面の反対側に付けているが、冷却能力には限界がある。よって、本発明のように、一定間隔をおいてＬＥＤを配置し、冷却を容易にしている。ＬＥＤの出射光束量は温度に依存し、高温になるほど、減少する。よって、ここでは、冷却を容易にして、高温化を防ぎ、出射光束量を増大している。   In FIG. 1 (a), a plurality of LEDs 1 are arranged at regular intervals. The reason why the constant interval is provided is to facilitate cooling. That is, the LED 1 is heated due to the heat generated by the LED 1 when the light is emitted. For cooling, the heat sink 2 is attached to the opposite side of the light emitting surface of the LED, but the cooling capacity is limited. Therefore, as in the present invention, LEDs are arranged at regular intervals to facilitate cooling. The amount of light emitted from the LED depends on the temperature, and decreases as the temperature increases. Therefore, here, the cooling is facilitated, the high temperature is prevented, and the amount of emitted light flux is increased.

ただし、一定の間隔を空けたままでは、光源が疎に散らばるため、この光源を図３に示すような投射型映像表示装置の光源として用いた場合、光源より後流の光学系にて、光の利用効率が悪い。そこで、図１（ａ）に示す通りに、ＬＥＤの直後に２倍のピッチを有する偏光変換素子を配置する。これにより、光は偏光分離膜にて分離され、２光路に分けられ、光を密に展開できる。しかも、偏光変換を行うことにより、偏光板、液晶パネルを用いた投射型映像表示装置では、光の利用効率を２倍にすることができる。即ち、本構成により、冷却を容易にして、高温化を防ぎ、これにより、ＬＥＤの出射光束量を上げる。また、偏光分離素子を、冷却のために空けた間隔を利用して配置することにより、光の利用効率を上げることができる。   However, since the light source is scattered sparsely with a certain interval, when this light source is used as the light source of the projection type image display apparatus as shown in FIG. The use efficiency of is bad. Therefore, as shown in FIG. 1A, a polarization conversion element having a double pitch is disposed immediately after the LED. Thereby, the light is separated by the polarization separation film, divided into two optical paths, and the light can be developed densely. In addition, by performing polarization conversion, the light use efficiency can be doubled in a projection-type image display device using a polarizing plate and a liquid crystal panel. In other words, this configuration facilitates cooling and prevents high temperatures, thereby increasing the amount of emitted light flux of the LED. In addition, the light use efficiency can be increased by arranging the polarization separation elements by using an interval spaced for cooling.

図１（ｂ）は、本発明における一実施の形態の構成図であり、投射型映像表示装置に用いる光源ユニットを示している。図１（ｂ）の構成の場合、２個のＬＥＤに対して、１個の微小なレンズ４aを用いていて、レンズにより集光した光を偏光変換素子３に入射する。本構成の場合、図１（ａ）に比べてＬＥＤの発熱量が少ない場合に適している。発熱量が少ないために、図１（ａ）に比べてＬＥＤを密に配置できる。ただし、この場合、ＬＥＤの直後に偏光変換素子を配置すると、偏光変換素子のピッチに比べてＬＥＤのピッチが密であるために、ＬＥＤからの光を偏光変換素子に取り込めない。偏光変換素子の入射開口は、その構成上、１ピッチおきとなる。即ち、有効な入射開口に隣接する開口に入射した光は有効に活用することができず、損失光となる。そこで、図１（ｂ）に示す通りに、ＬＥＤと偏光変換素子の間に微小なレンズ４aを配置する。即ち、ＬＥＤから出射した光をレンズにて集光して、偏光変換素子３の入射開口に入射する。これにより、偏光変換素子により多くの光を取り込み、光の利用効率を向上する。   FIG. 1B is a configuration diagram of an embodiment of the present invention, and shows a light source unit used in a projection-type image display device. In the case of the configuration of FIG. 1B, one minute lens 4 a is used for two LEDs, and light condensed by the lens is incident on the polarization conversion element 3. This configuration is suitable when the amount of heat generated by the LED is small compared to FIG. Since the amount of generated heat is small, the LEDs can be arranged densely as compared with FIG. However, in this case, when the polarization conversion element is arranged immediately after the LED, the LED pitch is denser than the polarization conversion element, so that light from the LED cannot be taken into the polarization conversion element. The incident aperture of the polarization conversion element is every other pitch because of its configuration. That is, the light incident on the opening adjacent to the effective incident opening cannot be used effectively and becomes lost light. Therefore, as shown in FIG. 1B, a minute lens 4a is disposed between the LED and the polarization conversion element. That is, the light emitted from the LED is collected by the lens and enters the incident aperture of the polarization conversion element 3. Thereby, more light is taken in by the polarization conversion element, and the light use efficiency is improved.

図１（ｃ）は、投射型映像表示装置に用いる光源ユニットの他の例を示している。本構成は、図１（ａ）の場合より、光の広がり角度の広いＬＥＤに適する。そのようなＬＥＤに対しては、図に示す通りに、レンズを配置して、集光してから、偏光変換素子に入射することにより、偏光変換素子への光の取込光量を増加し、光の利用効率を向上する。ここでは、微小なレンズの光軸が、ＬＥＤの略中央に来るように配置している。これにより、光を偏光変換素子の入射開口上のスポットを最小にでき、光の取込効果を増すことができる。   FIG. 1C shows another example of the light source unit used in the projection type video display device. This configuration is suitable for an LED having a wider light spread angle than in the case of FIG. For such LEDs, as shown in the figure, a lens is arranged and condensed, and then incident on the polarization conversion element, thereby increasing the amount of light taken into the polarization conversion element, Improve light utilization efficiency. Here, it arrange | positions so that the optical axis of a minute lens may come to the approximate center of LED. Thereby, the spot on the incident aperture of the polarization conversion element can be minimized, and the light capturing effect can be increased.

図示しないが、縦長のＬＥＤを用いた場合、レンズの代わりに、シリンドリカルレンズを用いてもよい。偏光変換素子は縦長の入射開口を有するので、レンズの数を減らすことができ、低コスト化できる。   Although not shown, when a vertically long LED is used, a cylindrical lens may be used instead of the lens. Since the polarization conversion element has a vertically long incident aperture, the number of lenses can be reduced and the cost can be reduced.

次に、図２を用いて、本発明における光学ユニットの実施の形態について説明する。図２（ａ）は、ライトバルブとして透過型液晶パネルを１枚用いた投射型映像表示装置を示している。光源としては青色光を出射するＢ用ＬＥＤ光源１Ｂを用いる。光源ユニットの構成としては、図１に示した構成のＬＥＤ光源を用いることとする。Ｂ用ＬＥＤ光源から出射した光は、ライトパイプ９を経由して、透過型液晶パネル１２、あるいは、反射素子としての反射ミラー７、あるいは、蛍光素子としての蛍光体６に方に進む。反射ミラー７に向かった光は、反射ミラー７で反射され、蛍光体、Ｂ用ＬＥＤ光源、もしくは透過型液晶パネルに進む。   Next, an embodiment of the optical unit in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows a projection-type image display apparatus using one transmissive liquid crystal panel as a light valve. As the light source, a B LED light source 1B that emits blue light is used. As the configuration of the light source unit, the LED light source having the configuration shown in FIG. 1 is used. The light emitted from the B LED light source travels through the light pipe 9 toward the transmissive liquid crystal panel 12, the reflection mirror 7 as a reflection element, or the phosphor 6 as a fluorescence element. The light traveling toward the reflection mirror 7 is reflected by the reflection mirror 7 and proceeds to the phosphor, the LED light source for B, or the transmissive liquid crystal panel.

青色光が蛍光体６に当たると、蛍光体が励起され、蛍光体から緑から赤の範囲の光が出射される。この光は、ライトパイプ９中にて、Ｂ用ＬＥＤからの青色光と混ざり合い、白色光となる。このように、照度を均一化するために用いるライトパイプにて白色の作成も行うことにより、混色するための専用部品をカットできるので、装置の小型化、低コスト化が可能である。通常の白色ＬＥＤと異なり、Ｂ用ＬＥＤと蛍光体を、別個に作成できるために、Ｂ用ＬＥＤの近傍に蛍光体を樹脂層内に分散させて配置する必要がなく、その工程がカットできることにより、コストダウン可能である。また、一般的なＢ用ＬＥＤを使用でき、蛍光体も、全く、別個に作成できるので歩留まりが向上し、コストダウン可能である。   When blue light hits the phosphor 6, the phosphor is excited, and light in the range from green to red is emitted from the phosphor. This light mixes with the blue light from the B LED in the light pipe 9 to become white light. In this way, by creating white with a light pipe used to make the illuminance uniform, it is possible to cut a dedicated component for mixing colors, so that the size and cost of the apparatus can be reduced. Unlike normal white LEDs, the LED for B and the phosphor can be created separately, so there is no need to disperse the phosphor in the resin layer in the vicinity of the LED for B, and the process can be cut. Cost reduction is possible. Further, a general B LED can be used, and the phosphor can be made completely separately, so that the yield is improved and the cost can be reduced.

透過型パネルの方に向かう光は、ライトパイプ９の界面で何度も反射を繰り返す間に、その出射面では、略均一な照度分布となって、出射する。出射光は、偏光をそろえる光学素子、例えば入射側偏光板１０により特定偏光に揃えて、電子式の時分割光学特性切替素子１１に入射する。   The light traveling toward the transmissive panel is emitted with a substantially uniform illuminance distribution on the exit surface while being repeatedly reflected at the interface of the light pipe 9. The emitted light is aligned with the specific polarized light by an optical element that aligns polarized light, for example, the incident-side polarizing plate 10, and enters the electronic time-division optical characteristic switching element 11.

時分割光学特性切替素子１１は、特定波長帯域と、特定波長帯域以外の波長帯域とで、異なる偏光軸を有する出射光に変換し、かつ、この特定波長帯域を周期的に切り替える。例えば、時分割光学特性切替素子１１からの出射光は、ある時点で赤がＳ偏光、青と緑はＰ偏光、次の時点で青がＳ偏光、赤と緑はＰ偏光、その次の時点で緑がＳ偏光、青と赤はＰ偏光となり、上記３つの状態を周期的に切り替える。その後の光路で、特定の偏光軸、ここではＳ偏光のみ透過し、P偏光は吸収する入射側偏光板１０に入射させることにより、ある時点で赤のみ反射、次に青、次に緑のみ反射することになる。不要色はＳ偏光ゆえ、偏光板１０に吸収され、液晶パネル１２へ入射することはない。上記により、時分割色分離が行われた後、光は変調素子である透過型液晶パネル１２を照射する。   The time division optical characteristic switching element 11 converts the output light having different polarization axes into a specific wavelength band and a wavelength band other than the specific wavelength band, and periodically switches the specific wavelength band. For example, the light emitted from the time-division optical characteristic switching element 11 is red for S-polarized light, blue and green for P-polarized light at a certain time, blue for S-polarized light for the next time, red and green for P-polarized light, and the next time. Thus, green is S-polarized light, blue and red are P-polarized light, and the above three states are periodically switched. In the subsequent optical path, only a specific polarization axis, here, S-polarized light is transmitted, and P-polarized light is incident on the incident-side polarizing plate 10 to reflect only red, then blue, and then green. Will do. Since the unnecessary color is S-polarized light, it is absorbed by the polarizing plate 10 and does not enter the liquid crystal panel 12. As described above, after time-division color separation is performed, the light irradiates the transmissive liquid crystal panel 12 which is a modulation element.

時分割光学特性切替素子１１は、各色用のＲ偏光回転制御素子、Ｇ偏光回転制御素子、Ｂ偏光回転制御素子を有し、偏光回転制御素子は、これに電圧を印加しないと、特定波長域の光の偏光軸が変換され、電圧を印加すると光の偏光軸が変換されずにそのまま出射される。これにより、時分割光学特性切替素子１１はＲ、Ｇ、Ｂと順次、各色の偏光を変換する。ここでは、時分割光学特性切替素子１１にS偏光で入射するので、ＧとＢを、次のタイミングにＢとＲ、次のタイミングにＲとＧをＰ偏光に変換して出射する。   The time-division optical characteristic switching element 11 has an R polarization rotation control element, a G polarization rotation control element, and a B polarization rotation control element for each color, and the polarization rotation control element has a specific wavelength region unless a voltage is applied thereto. The polarization axis of the light is converted, and when a voltage is applied, the polarization axis of the light is output without being converted. As a result, the time-division optical characteristic switching element 11 sequentially converts the polarized light of each color as R, G, and B. Here, since it is incident on the time-division optical characteristic switching element 11 as S-polarized light, G and B are converted into B-polarized light at the next timing, and R and G are converted into P-polarized light at the next timing and emitted.

出射側に配置された入射側偏光板１０により、Ｐ偏光は透過し、Ｓ偏光は吸収されるので、液晶パネル１２側へはＲ、Ｇ、Ｂの順で出射される。この色光の照射のタイミングに合わせて、液晶パネル１２で各色用の映像を表示する。この各色光の切替のタイミングは速いので、スクリーン（図示せず）上に投射される映像は、人間の目には、３色の映像が合成されたものとして表示される。   P-polarized light is transmitted and S-polarized light is absorbed by the incident-side polarizing plate 10 disposed on the emission side, so that it is emitted in the order of R, G, and B to the liquid crystal panel 12 side. A video for each color is displayed on the liquid crystal panel 12 in accordance with the timing of the color light irradiation. Since the switching timing of each color light is fast, an image projected on a screen (not shown) is displayed to human eyes as a combination of three color images.

この液晶パネル１２には、表示する画素に対応する（例えば横１０２４画素縦７６８画素など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より入力される信号に従って、液晶パネル１２の各画素の偏光角度が変わり、最終的に入射の偏光方向と直交方向になった光が出射され、偏光方向の一致した光が出射側偏光板１０’により検光される。この途中の角度の偏光を持った光は、出射側偏光板１０’の偏光度との関係で出射側偏光板１０’を通る光の量と検光（吸収）される量とが決まる。このようにして、外部信号に従った画像を投影する。   The liquid crystal panel 12 includes a number of liquid crystal display units corresponding to the pixels to be displayed (for example, horizontal 1024 pixels and vertical 768 pixels). Then, the polarization angle of each pixel of the liquid crystal panel 12 changes according to a signal input from the outside, and finally light that is orthogonal to the incident polarization direction is emitted, and the light having the same polarization direction is output side polarized light Light is detected by the plate 10 '. The amount of light passing through the exit-side polarizing plate 10 ′ and the amount of light that is detected (absorbed) are determined for light having polarized light at an intermediate angle depending on the degree of polarization of the exit-side polarizing plate 10 ′. In this way, an image according to the external signal is projected.

その後、映像である光は、例えばズームレンズである投射レンズ１３を通過し、スクリーンに到達する。投射レンズ１３により、液晶パネル１２に形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。   Thereafter, the light that is the image passes through the projection lens 13 that is a zoom lens, for example, and reaches the screen. The image formed on the liquid crystal panel 12 by the projection lens 13 is enlarged and projected on the screen and functions as a display device.

これにより、光源をＢ用のみとすることによる小型化、Ｒ用とＧ用の光源を不要とすることにより低コスト化が可能である。また、光源がＢ用のみであるので、発熱量の低減が可能である。そして、それに伴うヒートシンクの体積の減少による小型化、また、冷却ファンの小型化による低騒音化も可能である。また、色合成部品を用いないことによる低コスト化も可能である。   Thereby, the size can be reduced by using only the light source for B, and the cost can be reduced by eliminating the light sources for R and G. Further, since the light source is only for B, the amount of heat generation can be reduced. In addition, it is possible to reduce the size by reducing the volume of the heat sink and to reduce the noise by reducing the size of the cooling fan. Further, the cost can be reduced by not using the color synthesis component.

図２（ｂ）は、光学ユニットの他の実施の形態の構成図であり、ライトバルブとして透過型液晶パネルを１枚用いた投射型映像表示装置を示している。光源としては青色光を出射するＢ用ＬＥＤ光源１Ｂを用いる。   FIG. 2B is a configuration diagram of another embodiment of the optical unit, and shows a projection type video display apparatus using one transmissive liquid crystal panel as a light valve. As the light source, a B LED light source 1B that emits blue light is used.

ＬＥＤ光源１Ｂを出射した光は偏光分離素子８に入射する。ＬＥＤ光源１Ｂを出射した光は略楕円偏光であるから、その内のＰ偏光は、偏光分離素膜８ａを透過し、Ｓ偏光は反射する。反射したＳ偏光光は蛍光体６に入射する。青色光が蛍光体６に当たると、蛍光体が励起され、蛍光体から緑から赤の範囲の光が出射される。この光のうち、Ｐ偏光のみが偏光分離素子８を透過して、ライトパイプ９に入射する。   The light emitted from the LED light source 1B enters the polarization separation element 8. Since the light emitted from the LED light source 1B is substantially elliptically polarized light, P-polarized light in the light passes through the polarization separating element film 8a and S-polarized light is reflected. The reflected S-polarized light is incident on the phosphor 6. When blue light hits the phosphor 6, the phosphor is excited, and light in the range from green to red is emitted from the phosphor. Of this light, only the P-polarized light passes through the polarization separation element 8 and enters the light pipe 9.

青色光のうち、Ｐ偏光光は、偏光分離膜８ａを透過し、反射ミラー７にて反射されて、その経路にて１／４波長位相差板１４を２回通るので、偏光軸が９０度、回転してＳ偏光へ変換される。Ｓ偏光は、偏光分離膜にて反射され、ライトパイプ９に入射する。ライトパイプ内の光線は、硝材と空気の屈折率差のために、入射角が全反射角以上であると、その界面で全反射する。ライトパイプの界面での全反射の繰り返しによって、出射面における照度の分布を略均一化して、出射する。また、ライトパイプとして、ガラスの直方体の替わりに、断面形状が矩形の空洞を形成するミラーパイプを用いても、同様の効果を得ることができる。その内側の反射面で光を複数回、反射させることにより、その出射面の照度の分布を、略均一化してから出射する。ミラーパイプは、４枚のミラーを、反射面を内側にして貼り合わせて作成する。   Of the blue light, P-polarized light passes through the polarization separation film 8a, is reflected by the reflection mirror 7, and passes through the quarter-wave retardation plate 14 twice along the path, so that the polarization axis is 90 degrees. , Rotated and converted to S-polarized light. S-polarized light is reflected by the polarization separation film and enters the light pipe 9. The light beam in the light pipe is totally reflected at the interface when the incident angle is greater than or equal to the total reflection angle due to the difference in refractive index between the glass material and air. By repeating total reflection at the interface of the light pipe, the illuminance distribution on the emission surface is made substantially uniform and emitted. Further, the same effect can be obtained by using a mirror pipe that forms a cavity having a rectangular cross-section instead of a glass cuboid as the light pipe. The light is reflected by the inner reflecting surface a plurality of times, and the illuminance distribution on the emitting surface is made substantially uniform before being emitted. The mirror pipe is formed by bonding four mirrors with the reflecting surface inside.

ライトパイプに入射した青色光と赤緑光は、界面にて幾度も反射を繰り返す過程で混ざり、また、その出射面では、略均一な照度分布となって、出射する。ライトパイプを出射した光は、特定波長選択変換波長板に入射する。この特定波長選択変換波長板は、青色光だけ偏光を変換し、赤緑光は、そのまま、出射する機能を有する。よって、特定波長選択変換波長板を透過した青色光は、Ｐ偏光に変換されて出射する。また、赤緑光は、Ｐ偏光のまま、出射される。よって、ここで、全ての色の偏光をＰ偏光光に揃えることができるので、偏光板でカットされることがなく、光の利用効率の向上が可能となる。   Blue light and red-green light incident on the light pipe are mixed in the process of being repeatedly reflected at the interface, and are emitted with a substantially uniform illuminance distribution on the exit surface. The light emitted from the light pipe enters the specific wavelength selective conversion wavelength plate. This specific wavelength selective conversion wavelength plate has a function of converting polarized light only by blue light and emitting red-green light as it is. Therefore, the blue light transmitted through the specific wavelength selective conversion wavelength plate is converted into P-polarized light and emitted. Further, red-green light is emitted as P-polarized light. Therefore, since the polarized light of all colors can be aligned with the P-polarized light, the light use efficiency can be improved without being cut by the polarizing plate.

この後に、ここで、Ｐ偏光の純度をより高めるために配置した、Ｐ偏光のみを透過する反射型偏光板１０ｒに入射する。これを出射した光は、色切替素子１１に入射する。色切替素子１１以降、投射レンズ１３までの構成、効果は図２（ａ）と同一である。   Thereafter, the light is incident on the reflective polarizing plate 10r that transmits only the P-polarized light, which is disposed to further increase the purity of the P-polarized light. The light emitted from the light enters the color switching element 11. The configuration and effects from the color switching element 11 to the projection lens 13 are the same as in FIG.

なお、図２（ａ）（ｂ）では、Ｂ用ＬＥＤ光源を用いて説明したが、変わりに近紫外光源を用いても、同様の効果を得ることが可能である。また、インテグレータとしてライトパイプを用いて説明したが、ロッドレンズや、周囲を反射ミラーで囲まれた筒で実現してもよい。   In FIGS. 2A and 2B, the description has been made using the LED light source for B. However, the same effect can be obtained by using a near-ultraviolet light source instead. Further, although the light pipe is used as the integrator, it may be realized by a rod lens or a cylinder surrounded by a reflecting mirror.

図３は、本発明における投射型映像表示装置の一例を示す構成図である。ライトバルブとして透過型液晶パネルを３枚用いた投射型映像表示装置を示している。   FIG. 3 is a block diagram showing an example of a projection type video display apparatus according to the present invention. A projection type image display apparatus using three transmissive liquid crystal panels as a light valve is shown.

ここでは、リフレクタ３１の内面に蛍光体６を塗布している。リフレクタの焦点位置に配置したＢ用ＬＥＤ光源１Ｂより青色光を出射する。この青色光がリフレクタ面に当たると、蛍光体が励起され、赤から緑の光が出射する。これにより、ＬＥＤから出射された青色光と共に、白色光を形成する。これにより、光源をＢ用のみとすることによる小型化、Ｒ用とＧ用の光源を不要とすることにより低コスト化が可能である。また、光源がＢ用のみであるので、発熱量の低減が可能である。そして、それに伴うヒートシンクの体積の減少による小型化、また、冷却ファンの小型化による低騒音化も可能である。   Here, the phosphor 6 is applied to the inner surface of the reflector 31. Blue light is emitted from the B LED light source 1B arranged at the focal position of the reflector. When this blue light strikes the reflector surface, the phosphor is excited and red to green light is emitted. Thereby, white light is formed together with the blue light emitted from the LED. Thereby, the size can be reduced by using only the light source for B, and the cost can be reduced by eliminating the light sources for R and G. Further, since the light source is only for B, the amount of heat generation can be reduced. In addition, it is possible to reduce the size by reducing the volume of the heat sink and to reduce the noise by reducing the size of the cooling fan.

このリフレクタの出射開口と略同等サイズの矩形枠に設けられた複数の集光レンズにより構成され、光源ユニットから出射した光を集光して、複数の２次光源像を形成するための第一のアレイレンズ２５に入射し、さらに複数の集光レンズにより構成され、前述の複数の２次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶パネル１２Ｒ、Ｇ、Ｂに第一のアレイレンズ２５の個々のレンズ像を結像させる第二のアレイレンズ２６を透過する。この出射光は偏光変換素子２７へ入射する。   A first light source is formed by a plurality of condensing lenses provided in a rectangular frame having substantially the same size as the exit aperture of the reflector, and collects light emitted from the light source unit to form a plurality of secondary light source images. The first array lens 25 is formed on the liquid crystal panels 12R, 12G, and 12B, and is formed in the vicinity of the plurality of secondary light source images. Are transmitted through the second array lens 26 for forming individual lens images. This emitted light enters the polarization conversion element 27.

このプリズム面には偏光分離膜が施されており、入射光は、この偏光分離膜にてＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。Ｐ偏光光は、そのまま偏光分離膜を透過して、出射される。一方、Ｓ偏光光は、偏光分離膜により反射され、隣接する菱形プリズム内で本来の光軸方向にもう一度反射してから、このプリズムの出射面に設けられたλ／２位相差板により、偏光方向が９０°回転され、Ｐ偏光光に変換され出射される。即ち、偏光変換素子３からはＰ偏光の光が出射される。   A polarization separation film is provided on the prism surface, and incident light is separated into P-polarized light and S-polarized light by the polarization separation film. The P-polarized light passes through the polarization separation film and is emitted as it is. On the other hand, the S-polarized light is reflected by the polarization separation film, reflected once again in the original optical axis direction in the adjacent rhomboid prism, and then polarized by the λ / 2 phase difference plate provided on the exit surface of this prism. The direction is rotated by 90 °, converted into P-polarized light, and emitted. That is, P-polarized light is emitted from the polarization conversion element 3.

コリメータレンズ２３は、正の屈折力を有し、光を集光させる作用を持ち、光は、反射ミラー７で光路を略９０度曲げられ、各色ＲＧＢ３枚の透過型液晶パネル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを照射する。   The collimator lens 23 has a positive refracting power and has a function of condensing light. The light has its optical path bent by approximately 90 degrees by the reflection mirror 7, and the transmissive liquid crystal panels 12 R, 12 G, and 12 B of three colors RGB. Irradiate.

コリメータレンズ８を透過した光は、Ｒ光を透過、Ｂ光及びＧ光を反射するダイクロイックミラー２１に入射する。ダイクロイックミラー２１を透過したＲ光は、反射ミラー７で反射して、光路を略９０度変更され、コンデンサレンズ２４に入射し、Ｒ用透過型液晶パネル１２Ｒに集光される。ダイクロイックミラー２１を反射したＧ光とＢ光は、Ｇ光を反射、Ｂ光を透過するダイクロイックミラー２２に入射する。ダイクロイックミラー２２で反射されたＧ光は、コンデンサレンズ２４に入射して、Ｇ用透過型液晶パネル１２Ｇに集光される。ダイクロイックミラー２２を透過したＢ光は、リレーレンズ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを経由してＢ用透過型液晶パネル１２Ｂに集光される。本装置は、映像表示素子を挟み込む形で配置された各色用の入射側偏光板１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂと出射側偏光板１０’Ｒ、１０’Ｇ、１０’Ｂにより、コントラスト性能を確保する。   The light transmitted through the collimator lens 8 is incident on a dichroic mirror 21 that transmits R light and reflects B light and G light. The R light transmitted through the dichroic mirror 21 is reflected by the reflection mirror 7, the optical path is changed by approximately 90 degrees, enters the condenser lens 24, and is condensed on the R transmission liquid crystal panel 12 </ b> R. The G light and B light reflected by the dichroic mirror 21 are incident on a dichroic mirror 22 that reflects G light and transmits B light. The G light reflected by the dichroic mirror 22 enters the condenser lens 24 and is condensed on the transmissive liquid crystal panel 12G for G. The B light transmitted through the dichroic mirror 22 is condensed on the B transmission type liquid crystal panel 12B via the relay lenses 30a, 30b, and 30c. In this apparatus, the contrast performance is ensured by the incident-side polarizing plates 10R, 10G, and 10B and the outgoing-side polarizing plates 10'R, 10'G, and 10'B for each color arranged so as to sandwich the video display element.

透過型液晶パネルを透過した各色光はダイクロイッククロスプリズム２８に入射する。赤光は、赤反射膜２８Ｒにて反射し、青光は青反射膜２８Ｂにて反射して、緑光は赤反射膜２８Ｒ及び青反射膜２８Ｂを透過する。各色光はダイクロイッククロスプリズム１１にて合成して、出射され、投射レンズ１３に入射する。投射レンズ１３により、液晶パネルに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能する。   Each color light transmitted through the transmissive liquid crystal panel enters the dichroic cross prism 28. Red light is reflected by the red reflecting film 28R, blue light is reflected by the blue reflecting film 28B, and green light is transmitted through the red reflecting film 28R and the blue reflecting film 28B. Each color light is synthesized by the dichroic cross prism 11, is emitted, and enters the projection lens 13. The image formed on the liquid crystal panel by the projection lens 13 is enlarged and projected on the screen to function as a display device.

また、上記実施の形態においては、ＬＥＤ光源を例に説明したが、無電極光源（プラズマ光源）を用いてもよく、各実施の形態の光学構成と組み合わせることにより、同様の効果が得られる。   Moreover, in the said embodiment, although demonstrated using the LED light source as an example, an electrodeless light source (plasma light source) may be used and the same effect is acquired by combining with the optical structure of each embodiment.

また、上記光源は投射型映像表示装置に用いる実施の形態のみ説明したが、ニア・アイ用ディスプレイや携帯電話用モニターのバックライトなどの光源に用いても、光効率の利用向上、もしくは、小型化の効果が得られる。   In addition, although the above-described light source has been described only in the embodiment used for the projection type image display device, the light efficiency can be improved or reduced even if the light source is used as a light source such as a near-eye display or a backlight for a mobile phone monitor. The effect of conversion is obtained.

光源ユニットの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light source unit. 光源ユニットの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a light source unit. 光源ユニットの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a light source unit. 光学ユニットの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an optical unit. 光学ユニットの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of an optical unit. 投射型映像表示装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a projection type video display apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１…ＬＥＤ光源、１Ｒ…Ｒ用ＬＥＤ光源、１Ｇ…Ｇ用ＬＥＤ光源、１Ｂ…Ｂ用ＬＥＤ光源、２…ヒートシンク、３…偏光変換素子、３ａ…偏光分離膜、３ｂ…１／２波長位相差板、４…微小なレンズ、５…光線、６…蛍光体、７…反射ミラー、８…偏光分離素子、８ａ…偏光分離膜、９…ライトパイプ、１０、１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ…入射側偏光板、１０’、１０’Ｒ、１０’Ｇ、１０’Ｂ…出射側偏光板、１０ｒ…反射型偏光板、１１…電子式の時分割光学特性切替素子、１２、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ…透過型液晶パネル、１３…投射レンズ、１４…特定波長選択変換波長板、１５…１／４波長位相差板、２１…赤透過色分離ミラー、２２…青透過色分離ミラー、２３…コリメータレンズ、２４…コンデンサレンズ、２５…第一アレイレンズ、２６…第２アレイレンズ、２７…偏光変換素子、２８…クロスダイクロイックプリズム、２８Ｒ…赤反射膜、２８Ｂ…青反射膜、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…リレーレンズ、３１…リフレクタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LED light source, 1R ... LED light source for R, 1G ... LED light source for G, 1B ... LED light source for B, 2 ... Heat sink, 3 ... Polarization conversion element, 3a ... Polarization separation film, 3b ... 1/2 wavelength phase difference Plate 4 4 Minute lens 5 Light beam 6 Phosphor 7 Reflecting mirror 8 Polarization separation element 8 a Polarization separation film 9 Light pipe 10, 10R, 10 G, 10 B Incident-side polarization Plate, 10 ', 10'R, 10'G, 10'B ... Emission side polarizing plate, 10r ... Reflective polarizing plate, 11 ... Electronic time-division optical characteristic switching element, 12, 12R, 12G, 12B ... Transmission Type liquid crystal panel, 13 ... projection lens, 14 ... specific wavelength selective conversion wavelength plate, 15 ... 1/4 wavelength phase difference plate, 21 ... red transmission color separation mirror, 22 ... blue transmission color separation mirror, 23 ... collimator lens, 24 ... Condenser lens, 25 ... First array lens 26 ... second array lens, 27 ... polarization conversion element, 28 ... cross dichroic prism, 28R ... red reflection film, 28B ... blue reflection film, 30a, 30b, 30c ... relay lens, 31 ... reflector

Claims (3)

発光ダイオードと、
前記発光ダイオードと対向する位置に配置される反射素子と、
前記発光ダイオード及び前記反射素子と直交する位置に配置される蛍光素子を有し、
前記発光素子と対向する位置に入射面を有するインテグレータと、
前記インテグレータから出射された光を変調するライトバルブと、
前記ライトバルブで変調された光を投射する投射レンズを有することを特徴とする投射型映像表示装置。 A light emitting diode;
A reflective element disposed at a position facing the light emitting diode;
A fluorescent element disposed at a position orthogonal to the light emitting diode and the reflective element;
An integrator having an incident surface at a position facing the light emitting element;
A light valve that modulates the light emitted from the integrator;
A projection-type image display apparatus comprising a projection lens that projects light modulated by the light valve. 請求項１に記載の投射型映像表示装置において、
前記発光ダイオードと前記反射素子と前記蛍光素子に３面を囲まれた偏光分離プリズムを有することを特徴とする投射型映像表示装置。 In the projection type video display device according to claim 1,
A projection-type image display device comprising a polarization separation prism surrounded by three surfaces of the light-emitting diode, the reflective element, and the fluorescent element. 請求項１又は２に記載の投射型映像表示装置において、
前記発光ダイオードは青色ダイオードまたは近紫外ダイオードであることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display device according to claim 1 or 2,
The light emitting diode is a blue diode or a near-ultraviolet diode.
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