JP2004093779A - 照明装置、表示装置、投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】均一な照度分布にて光を出射することが可能な照明装置と、該照明装置を備えた表示装置及び投射型表示装置を提供する。
【解決手段】投射型表示装置９１は、駆動制御機構９１０により駆動制御されるＬＥＤアレイ９２及びロッドレンズアレイ９３からなる照明装置を備えており、該照明装置から入射される光を変調して画像を形成する液晶ライトバルブ９５と、液晶ライトバルブ９５によって合成された画像をスクリーン９９に拡大投射する投射レンズ９６とから概略構成されている。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置、表示装置、及び投射型表示装置に関し、特に液晶ライトバルブ等の光変調器用の光源として好適な照明装置と、その照明装置を備える表示装置、及び投射型表示装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達は目覚しく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系からなる映像源から出射される画像を、投射レンズを通してスクリーンに拡大投射するプロジェクタが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
プロジェクタ用の照明装置としては、例えばメタルハライドランプ、超高圧水銀灯やハロゲンランプ等の光源を具備するものが知られているが、この光源から出射される光は一般に不均一な照度分布を持っている。このように光源から出射される光が不均一な照度分布を有する場合、プロジェクタから投射される画像においても照度ムラ等を生じ、表示特性の低下を招く場合がある。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、均一な照度分布にて光を出射することが可能な照明装置と、該照明装置を備えた表示装置及び投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の照明装置は、光変調器に向けて光を照射する照明装置において、光源と、該光源から前記光変調器に入射する光の照度分布を時間ごとに変化させる照度分布制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
このような照明装置によると、照度分布制御手段により光変調器に入射する光の照度分布を時間ごとに変化させることが可能となり、所定の時間の範囲内において光の照射分布を重畳させることが可能となる。例えば、光の照度分布を光変調器のフィールド周波数以上の速度で変化させれば、視認上は光の照度分布が均一化するとともに、また、この場合、照明効率を低下させることもないため、照明装置のサイズを小さくしたまま高い照明効率と照度均一性とを兼備した照明装置を提供することが可能となる。
【０００７】
さらに、本発明の照明装置において、照度分布制御手段は、光源を光変調器に対して相対的に動かす駆動制御装置とすることができる。光源を光変調器に対して相対的に動かせば、その動かす周期の範囲内で照度分布が刻々と変化することとなり、その周期の範囲内で照度分布が重畳され、視認上照度分布を均一化することも可能となる。
【０００８】
また、光源からの光を光変調器に導く導光装置とを備えるものとし、照度分布制御手段は、光源及び／又は導光装置を光変調器に対して相対的に動かす駆動制御装置とすることもでき、この場合も照度分布を所定時間内で重畳させることができ、ひいては視認上の照度分布を均一化することができるようになる。また、照度分布が均一なため、光変調器の耐久性も向上し、ひいては該光変調器を備えた表示装置の耐久性向上にも繋がる。
【０００９】
具体的に照度分布制御手段は、光変調器のフィールド周波数以上の速度で光源及び／又は導光装置を動かす駆動制御装置とすることができる。このように光源及び／又は導光装置を光変調器のフィールド周波数以上の速度で動かすものとすれば、視認上は光変調器への入射光の照度分布が重畳されて均一化し、光変調器から出射される映像等においても照度ムラ等が生じ難くいものとなる。なお、照度分布制御手段を、例えば光源及び／又は導光装置を回転、振動、又は揺動させる駆動制御装置とし、これにより光変調器に対して相対的に動かすものとすることができる。
【００１０】
次に前記光源としては、離散的な強度分布を備えた発光装置を備えたものを用いることができ、例えばアレイ状に配置されたＬＥＤ等を用いることができる。
本発明においては照度分布制御手段により光変調器に入射する光の照度分布が均一化され得るため、このような離散的な強度分布を備えた発光装置を光源として用いた場合にも照度分布を均一化し、照度ムラの少ない光変調器を実現することができる。
【００１１】
また前記導光装置としては、光源からの光の光束状態を変化させる光学素子を備えたものとすることができ、例えばアレイ状に配置されたレンズ群、若しくは複数の反射板群を具備する形にて当該導光装置を構成することができる。
【００１２】
次に、本発明の表示装置は、上述した本発明の照明装置と、該照明装置から出射される光を変調する光変調装置とを備えることを特徴とする。このような表示装置としては液晶表示装置を例示することができ、その光源として上記照明装置を用いることで、照度ムラの生じ難い、表示特性に優れた表示装置を提供することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の投射型表示装置は、上述した本発明の照明装置と、該照明装置から出射される光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを具備してなることを特徴とする。このような投射型表示装置についても上述の通り表示特性が非常に優れたものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る照明装置を光源として用いた本実施形態の投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。本実施形態では、投射型カラー液晶表示装置の例を示し、図中符号９２はＬＥＤアレイ（面状光源）、９３はロッドレンズアレイ（導光装置）、９５は液晶ライトバルブ（光変調器）、９６は投射レンズである。
【００１５】
投射型表示装置９１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光を出射可能な複数のＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂ（固体発光素子）が平面状または曲面状に配列されたＬＥＤアレイ９２と、ＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂから出射される各色光を導光するための複数のロッドレンズ９８が平面状または曲面状に配列されたロッドレンズアレイ９３と、ロッドレンズアレイ９３から入射される各色光を変調して画像を形成する液晶ライトバルブ９５と、液晶ライトバルブ９５によって形成された画像をスクリーン９９に拡大投射する投射レンズ９６とから概略構成されている。
【００１６】
ロッドレンズアレイ９３は、ＬＥＤアレイ９２から出射された光を液晶ライトバルブ９５に導くものであって、例えばアレイ状に配置されたレンズ群にて構成されている。また、例えば複数の反射板群にて構成することもできる。
【００１７】
液晶ライトバルブ９５には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，　以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮモードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セル９３１が使用され、液晶セル９３１の外面には入射側偏光板９３２、出射側偏光板９３３がその透過軸が互いに直交するように配置されて設けられている。例えば、オフ状態では液晶ライトバルブ９５に入射されたｓ偏光がｐ偏光に変換されて出射される一方、オン状態では光が遮断されるようになっている。また液晶ライトバルブ９５には、それぞれの画素に対応してカラーフィルターが設けられており、それぞれの画素のオン／オフによりカラー表示が可能となっている。
【００１８】
次に投射型表示装置９１においては、ＬＥＤアレイ９２とロッドレンズアレイ９３とについて、それぞれを所定の態様で動かすための駆動制御機構９１０が設けられている。この場合、ＬＥＤアレイ９２にあっては、各ＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂが液晶ライトバルブ９５に対して相対的に位置移動するように該ＬＥＤアレイ９２が駆動制御される。また、ロッドレンズアレイ９３にあっては、各ロッドレンズ９８が液晶ライトバルブ９５に対して相対的に位置移動するように該ロッドレンズアレイ９２が駆動制御される。
【００１９】
特に駆動制御機構９１０は、液晶ライトバルブ９５のフィールド周波数以上の速度（周期）Ｈで各ＬＥＤ９７ｒ，９７ｇ，９７ｂ、若しくは各ロッドレンズ９８が運動すべく、ＬＥＤアレイ９２若しくはロッドレンズアレイ９３を駆動制御している。この駆動制御機構９１０による駆動制御に基づき、液晶ライトバルブ９５に入射する光の照度分布が上記フィールド周波数以上の速度（周期）Ｈで刻々変化することとなるため、本実施形態のように離散的な強度分布を有する光源（ＬＥＤ）を投射型表示装置の照明装置として構成した場合にも、光変調器たる液晶ライトバルブ９５に対して照射する際の照度分布は視認上均一化されることとなる。
【００２０】
ＬＥＤアレイ９２若しくはロッドレンズアレイ９３の駆動態様については、例えば図２（ａ）に示すように、駆動制御機構９１０が駆動制御装置たるＣＰＵ９１１及び駆動装置たるソレノイド９１２，９１３を備えるものとし、ソレノイド９１２，９１３によりＬＥＤアレイ９２、ロッドレンズアレイ９３が縦方向（照射方向と交わる方向）に振動されるものとすることができる。この場合、ＣＰＵ９１１はソレノイド９１２，９１３を駆動するための駆動信号（ＯＮ電流）を所定のタイミングで、例えば上記フィールド周波数以上の周期Ｈで送信するものとしている。これにより、例えば図２（ｂ）に示すように液晶ライトバルブ９５の照射面において、照射位置９７が上記周期Ｈで例えば上下方向に変化することとなり、したがって照度分布を視認上均一化することが可能となる。なお、駆動制御装置たるＣＰＵ９１１を、所定のデジタル回路を組み合わせたハードウェアにより実現することも可能である。
【００２１】
また、ＬＥＤアレイ９２若しくはロッドレンズアレイ９３の異なる駆動態様として、例えば図３（ａ）に示すようにソレノイド９１２，９１３を用いてＬＥＤアレイ９２、ロッドレンズアレイ９３を照射方向と略垂直な軸を支軸として揺動させるものとすることができる。この場合も、駆動制御装置たるＣＰＵ９１１はソレノイド９１２，９１３を駆動するための駆動信号（ＯＮ電流）を所定のタイミングで、例えば上記フィールド周波数以上の周期Ｈで送信するものとしており、例えば図３（ｂ）に示すように液晶ライトバルブ９５の照射面において、照射位置９７が上記周期Ｈで変化することとなり、したがって照度分布を視認上均一化することが可能となる。
【００２２】
また、ＬＥＤアレイ９２の異なる駆動態様として、例えば図４（ａ）に示すように駆動装置としてモータ（例えばステッピングモータ）９１４を用いてＬＥＤアレイ９２を回転（液晶ライトバルブの照射面と略平行な面内での回転）させるものとすることができる。この場合、モータ９１４とＬＥＤアレイ９２とが同軸で連結され、モータ９１４の回転に伴ってＬＥＤアレイ９２が回転する。駆動制御装置たるＣＰＵ９１１は、モータ９１４を駆動するための駆動信号（ＯＮ電流）を所定のタイミングで、例えば上記フィールド周波数以上の周期Ｈで送信するものとしており、例えば図４（ｂ）に示すように液晶ライトバルブ９５の照射面において、照射位置９７が上記周期Ｈで例えば回転変化することとなり、したがって照度分布を視認上均一化することが可能となる。
【００２３】
さらに、ロッドレンズアレイ９３を回転駆動させる態様として、例えば図５（ａ）に示すようにロッドレンズアレイ９３とギヤ９３１を介して噛み合わされた回転体９３２を、モータ（例えばステッピングモータ）９１５により回転させることで、ロッドレンズアレイ９３を回転駆動させるものとすることができる。この場合、モータ９１５と回転体９３２とが同軸で連結され、モータ９１５の回転に伴って回転体９３２が回転し、その回転体９３２の回転に伴いギア９３１を介してロッドレンズアレイ９３が回転することとなる。この場合も、駆動制御装置たるＣＰＵ９１１は、モータ９１５を駆動するための駆動信号（ＯＮ電流）を所定のタイミングで、例えば上記フィールド周波数以上の周期Ｈで送信するものとしており、例えば図５（ｂ）に示すように液晶ライトバルブ９５の照射面において、照射位置９７が上記周期Ｈで例えば回転変化することとなり、したがって照度分布を視認上均一化することが可能となる。
【００２４】
一方、ＬＥＤアレイ９２と液晶ライトバルブ９５との間に形成する導光装置として、図６（ａ）に示すような反射板群９３０からなるものを用いた場合、該反射板群９３０を構成する各反射板の反射面９３３の方向を、上記フィールド周波数以上の周期Ｈで変化させるものとすれば、図６（ｂ）に示すように液晶ライトバルブ９５の照射面における照射位置９７を上記周期Ｈで位置変化させることができるようになる。具体的には、各反射面９３３の一端を固定し、他端を可動式にするととに、図６（ａ）に示すようにソレノイド９１３を用いて該他端を縦方向（照射方向と交わる方向）に振動させることにより、例えば図７（ａ）に示すように各反射板面を下方向に指向させることが可能となる。そして、このように反射板面を下方向に指向させることで、図７（ｂ）に示すように照射面における照射位置９７を下方向に移動させることが可能となるのである。
【００２５】
このように駆動制御機構９１０は、駆動制御装置９１１、駆動装置９１２〜９１４、その他の駆動機構９２１，９２２，９３１，９３２を備え、その駆動制御に基づき、ＬＥＤアレイ９２、ロッドレンズアレイ９３は振動、揺動、若しくは回転することとなり、液晶ライトバルブ９５の照射面において照度分布が視認上均一化することとなる。したがって、本実施形態の投射型表示装置９１は、表示ムラの少ない優れた表示特性を示すこととなる。
【００２６】
次に、図８は投射型表示装置の更に異なる変形例について、その概略構成を示す拡大図であって、この場合の投射型表示装置７３６は３板方式の例である。図８の投射型表示装置７３６では、Ｒの色光を発光し得るＬＥＤ７７ｒを同一面内に配列したＬＥＤアレイ７２ｒ、Ｇの色光を発光し得るＬＥＤ７７ｇを同一面内に配列したＬＥＤアレイ７２ｇ、Ｂの色光を発光し得るＬＥＤ７７ｂを同一面内に配列したＬＥＤアレイ７２ｂ、の３個を面状光源として用いている。そして、各ＬＥＤアレイ７２ｒ，７２ｇ，７２ｂの出射側には、図１で用いたものと同様のロッドレンズ７８からなるロッドレンズアレイ７３が配置されている。これら各色光毎のＬＥＤアレイ７２ｒ，７２ｇ，７２ｂとロッドレンズアレイ７３は、上記実施形態の各照明装置の構成を採用している。
【００２７】
各ロッドレンズアレイ７３の出射側にはＲ、Ｇ、Ｂの各色光を変調する液晶ライトバルブ７５がそれぞれ設けられている。そして、各液晶ライトバルブ７５によって変調された３つの色光が、クロスダイクロイックプリズム７２５（色合成手段）に入射するように構成されている。このプリズム７２５は４つの直角プリズムが貼り合わされたものであり、内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂが合成されてカラー画像を表す光が形成される。色合成された光は投射レンズ７６によりスクリーン７９上に投射され、拡大された画像が表示される。
【００２８】
このような投射型表示装置７３６においても、ＬＥＤアレイ７２及び／又はロッドレンズアレイ７３を駆動制御するための駆動制御機構７１０が設けられ、該駆動制御機構７１０により例えば図２〜図７に示したような態様でＬＥＤアレイ７２及び／又はロッドレンズアレイ７３が振動、揺動、若しくは回転する。したがって、投射型表示装置７３６についても照射面における照度分布が均一化され、表示ムラの少ない優れた表示装置となる。また、照度分布が均一なため、液晶ライトバルブの耐久性も向上し、ひいては当該投射型表示装置の耐久性向上にも繋がる。なお、駆動制御機構７１０は各色のＬＥＤアレイ毎に設けたが、一の駆動制御装置により各色のＬＥＤアレイを駆動制御することもできる。
【００２９】
以上、本発明に係る実施の形態を示したが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態においては光源（ＬＥＤアレイ）及び導光装置（ロッドレンズアレイ）を備える照明装置を投射型表示装置に適用したが、例えば光源のみを上述のように駆動可能な態様で備える照明装置としたり、また例えば光源及び／又は導光装置を備える照明装置として、直視型の液晶表示装置等に適用することも可能である。光源についても高圧水銀ランプなどの高出力のものに対応させることもできる。本発明によれば、照度分布を有する光源を用いた場合でも、均一な明るさの表示を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の照明装置によれば、照度分布制御手段により光変調器に入射する光の照度分布を時間ごとに変化させることが可能となり、所定の時間の範囲内において光の照射分布を重畳させることが可能となる。
例えば、光の照度分布を光変調器のフィールド周波数以上の速度で変化させれば、視認上は光の照度分布が均一化するとともに、また、この場合、照明効率を低下させることもないため、照明装置のサイズを小さくし、且つ高い照明効率と照度均一性とを兼備した照明装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る照明装置を備えた投射型表示装置も一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の投射型表示装置に備えられたＬＥＤアレイ及びロッドレンズアレイの駆動機構を示す説明図である。
【図３】ＬＥＤアレイ及びロッドレンズアレイの駆動機構の変形例を示す説明図である。
【図４】ＬＥＤアレイの駆動機構の変形例を示す説明図である。
【図５】ＬＥＤアレイ及びロッドレンズアレイの駆動機構の変形例を示す説明図である。
【図６】ＬＥＤアレイ及びロッドレンズアレイの駆動機構の変形例を示す説明図である。
【図７】図６に続くＬＥＤアレイ及びロッドレンズアレイの駆動機構の変形例を示す説明図である。
【図８】本発明の投射型表示装置の一変形例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
９１　投射型表示装置、９２　ＬＥＤアレイ（光源）、９３　ロッドレンズアレイ（導光装置）、９５　液晶ライトバルブ（光変調器）、９１０　駆動制御機構（照度分布制御手段）

Claims (12)

1. 光変調器に向けて光を照射する照明装置において、光源と、該光源から前記光変調器に入射する光の照度分布を時間ごとに変化させる照度分布制御手段とを備えることを特徴とする照明装置。
2. 前記照度分布制御手段は、前記光源を前記光変調器に対して相対的に動かす駆動制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光源からの光を前記光変調器に導く導光装置を備え、前記照度分布制御手段は、前記光源及び／又は導光装置を前記光変調器に対して相対的に動かす駆動制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記照度分布制御手段は、前記光源及び／又は導光装置を回転、振動、又は揺動させる駆動制御装置を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の照明装置。
5. 前記照度分布制御手段は、前記光変調器のフィールド周波数以上の速度で前記光源及び／又は導光装置を動かす駆動制御装置を備えることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記光源は、離散的な強度分布を備えた発光装置を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 前記光源は、アレイ状に配置されたＬＥＤを備えることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１項に記載の照明装置。
8. 前記導光装置は、前記光源からの光の光束状態を変化させる光学素子を備えることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１項に記載の照明装置。
9. 前記導光装置は、アレイ状に配置されたレンズ群を備えることを特徴とする請求項３ないし８のいずれか１項に記載の照明装置。
10. 前記導光装置は、複数の反射板群を備えることを特徴とする請求項３ないし８のいずれか１項に記載の照明装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の照明装置と、該照明装置から出射される光を変調する光変調装置とを備えることを特徴とする表示装置。
12. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の照明装置と、該照明装置から出射される光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えたことを特徴とする投射型表示装置。

Images