JP3960377B2

JP3960377B2 - Light source device and projection display device

Info

Publication number: JP3960377B2
Application number: JP2002211604A
Authority: JP
Inventors: 厚志加藤
Original assignee: NEC Display Solutions Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP2004053949A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置及び投写型表示装置に関し、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた光源装置及び投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大画面で映像を手軽に楽しめる電子機器として投写型表示装置が知られている。投写型表示装置は、白色光源を用いて、液晶パネルやＤＭＤ（ディジタルミラーデバイス）といった２次元光変調器の画像を投写レンズを使ってスクリーン上に拡大投写するものであり、光源には、従来、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の高輝度の放電ランプが使用されているのが一般的である。
【０００３】
しかしながら、これら放電ランプは波長400nm から700nm 超にわたる発光スペクトル特性を有している。このため投写型表示装置においては、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に相当する波長領域をダイクロイックフィルター等の光学部品で選択して使用しており、この画像形成に必要のない波長成分の光は、赤外領域の光では熱の発生を、また紫外領域の光では２次元光変調器へのダメージ等の問題を引き起こしていた。
【０００４】
さらに、可視光領域の光であっても、黄色成分の波長領域等は上記ダイクロイックフィルター等で選択されることがなく、光の利用効率という点で損失となっていた。さらに、従来実用化されている放電ランプの寿命は1500〜4000時間程度であり、民生用に普及されるには寿命特性の改善が望まれている。
【０００５】
一方、固体光源であるレーザーを光源に利用して、投写型表示装置を構成するという提案が種々なされている（特開平５−２１００８２号、特開２０００−１９４２７５号、特開２０００−１６２５４８号等公報）。しかしながら、半導体レーザーや発光ダイオード（ＬＥＤ）のような固体光源は、放電ランプに比べて光出力が低いという大きな問題があり、これが主原因となって投写型表示装置用の光源としての実用化はなされていなかった。しかし最近では発光ダイオード開発の進歩は目覚ましいものがあり、高輝度で高効率な青や緑のＬＥＤも登場し始めたことにより、以前から比較的高輝度・高効率であった赤色ＬＥＤと組み合わせることで投写型表示装置の光源（光源装置）を実現できる可能性が出てきている。
【０００６】
しかしながら、ＬＥＤ単体の輝度は、放電ランプの輝度には依然及ばないため、ＬＥＤで光源装置を構成するためには、複数のＬＥＤを使用することが前提となる。複数のＬＥＤを使用すれば、その数に応じて光源全体の輝度の増加が期待できる。
【０００７】
そして、照明系にフライアイレンズ等で構成されるインテグレータ光学系を採用することで、光源である各ＬＥＤからの光束を、効率良く被照射面となる液晶パネルやＤＭＤ上に重畳照明することができる。
【０００８】
インテグレータ光学系では、矩形形状のレンズが多数配列されたフライアイレンズ（レンズアレイ）を最低２枚用い、第１のフライアイレンズの輪郭が被照射面に結像するようになっている。従って、第１のフライアイレンズの各要素レンズ上の照度分布が被照射面上に重畳されるので、重畳後の照明の均一性を高めるには、フライアイレンズの各要素レンズにはできる限り照度分布の均一な光束が入射されるように構成することが望ましい。すなわち、光源としてのＬＥＤからは平行性の高い光が射出されることが必要である。
【０００９】
しかしながら、通常のＬＥＤ部品は、ＬＥＤ発光素子とその前方に取り付けられるドーム形状の樹脂レンズから構成されており、ドーム形状の樹脂レンズを所定形状にすることによりＬＥＤ発光素子から発する光線をできる限り有効に樹脂レンズより射出するように設計されているが、ＬＥＤ発光素子からは四方八方に光が発しているので、それらの光線を効率よく所望の方向のみに取り出すことが難しいという問題がある。
【００１０】
また、近年の２次元光変調器の小型化に伴い、フライアイレンズの小型化も進んでいる。一般にフライアイレンズの要素レンズが増加すれば、照明の均一性も高まるので、フライアイレンズの小型化はそれを構成する要素レンズの小型化、高集積化も引き起こす。ＬＥＤのインテグレータ光学系への適用に当たっては、フライアイレンズにおける要素レンズの数に相応のＬＥＤを対応させることが望ましいが、ＬＥＤの数が増えれば、結果的にフライアイレンズの大型化を招いてしまい好ましくないという問題がある。一方、フライアイレンズは通常、プレス加工で製作されているので、要素レンズの高集積化に当たっては、加工精度の制約も発生し、コスト的に好ましくないという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、複数のＬＥＤを用いて光源装置を構成し、ＬＥＤからの光束を平行性の高い光束として取り出し、取り出した光束をインテグレータ光学系（フライアイレンズ）に効率良く導き、高輝度かつ照度均一性の高い照明を行うことのできる光源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している。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）をアレイ状に配置して構成する光源装置であって、ＬＥＤ発光素子とこの素子から発する光を反射して略平行光束にして射出する反射鏡とを有し反射鏡の開口部が光軸に垂直な断面において半円形形状であるようなＬＥＤ光源デバイスと、ＬＥＤ光源デバイスの後段に配置され、このデバイスから射出された半円形断面の光束を入射し、光束を２分割して円形断面の光束に変換して射出するプリズムユニットと、を有する光源ユニットを複数アレイ状に配置して構成されることを特徴としている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、反射鏡は、ＬＥＤ発光素子の配置される位置を焦点とした放物面形状であることを特徴としている。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、プリズムユニットは、２つの台形プリズムの底面同士を接合してなる６角形形状のプリズムであり、接合面に半透鏡の特性の薄膜が形成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、プリズムユニットは、２つの台形プリズムの底面同士を接合してなる６角形形状のプリズムであり、接合面に偏光分離素子を有し、プリズムユニットにおける台形プリズムのいずれか一方の後段に、台形プリズム射出後の光束の偏光成分を上記２分割された他方の光束の偏光成分に統一する１／２波長板が配置されることを特徴としている。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、ＬＥＤ発光素子と反射鏡の組が複数、基板上に１次元アレイ配置され、１次元アレイ配置された基板を複数段重ねて配置することにより２次元ＬＥＤアレイが構成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項６記載の発明は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色用に請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置を備え、各光源装置からの各色の射出光束を合成する色合成素子と、フライアイレンズを用いて構成され前記各色の射出光束を被照明面に重畳結像するインテグレータ光学系と、インテグレータ光学系を通じて重畳結像される照明光により照明され画像情報に応じて変調を行う少なくとも１つ以上の２次元光変調器と、２次元光変調器上の画像を拡大投写する投写レンズと、を有することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。構成要素には記号を付与して区別する。図１は、本発明の第１の実施の形態における光源装置１００及びそれを含んで構成される照明系の構成を示す図である（特に垂直方向断面図を示す）。光源装置１００は、１つのＬＥＤに対応する光源ユニット１０が複数アレイ配置された構造を持つ。光源装置１００は、大別してＬＥＤアレイ２００とプリズムアレイ３００から構成される。
【００１９】
また、図２は、光源装置１００のうち特に１つのＬＥＤに対応する光源ユニット１０の構成を示す断面図である。さらに図３は、光源装置１００の上記光源ユニット１０の複数の配列を示す断面図である。また、図４は、光源装置１００のうち特に複数のＬＥＤ光源の配列ユニットであるＬＥＤアレイ２００について示す斜視図である。また、図５は、光源装置１００のうち特に図４のＬＥＤアレイ２００に対応して配置されるプリズムアレイ３００を示す斜視図である。
【００２０】
図３に示すように、光源装置１００は、複数の光源ユニット１０をアレイ状に配置して構成される。特に、図４に示す２次元のＬＥＤアレイ２００と、これに対応して後段に配置される図５に示すプリズムアレイ３００とで構成される。なお、図中では、光源装置１００でＬＥＤ発光素子２１から発する光について１つの光線・光路のみ例示している。
【００２１】
図２に示すように、光源装置１００における１つの光源ユニット１０は、１つのＬＥＤ発光素子２１を含んだデバイス（以下、便宜的にＬＥＤ光源デバイスと呼ぶ）２０と、これに対応して後段に配置される６角形断面（６角柱形状）のプリズムユニット（以下、６角形プリズム）３０とから構成される。
【００２２】
ＬＥＤ光源デバイス２０は、ＬＥＤ発光素子２１と反射鏡２２とが組で所定の位置関係で絶縁基板２３上に配置されてなる。６角形プリズム３０は、２つの台形断面のプリズム３１及び３２の底面同士を接合してなるユニットである。基板２３には、所定の回路が形成されていて良い。
【００２３】
図４に示すように、ＬＥＤアレイ２００は、複数のＬＥＤ光源デバイス２０を２次元マトリクス状に配列したアレイ構成を持つ。図４では特に６個のＬＥＤ光源デバイス２０を一次元的に配列しさらにそれを４段構成して２次元アレイとしたものを例に採っている。絶縁基板２３上に複数のＬＥＤ光源デバイス２０を１次元で配列してなるユニットをさらに別方向に複数段配列して２次元アレイを構成している。各々の光源デバイス２０から平行化された光束が射出されるので、ＬＥＤアレイ２００からは２次元アレイ（マトリクス）状に光が取り出されることになる。
【００２４】
図５に示すように、プリズムアレイ３００は、複数の６角形プリズム３０を配列してなるユニットである。６角柱形状のプリズムを垂直方向に重ねて配置しており、ＬＥＤアレイ２００の２次元アレイに対応したアレイとなっている。ＬＥＤアレイ２００からの２次元アレイ状の射出光束群は、１：１対応でプリズムアレイ３０の各々のプリズム３０に入射される。入射光はプリズムアレイ３００にて変換され（後述）、プリズムアレイ３００から２次元アレイ状に光束（照明光）群が取り出され、後段のインテグレータ光学系（フライアイレンズ）４００に入射される。
【００２５】
図２で、光源デバイス２０における反射鏡２２の開口の形状は半円形であり、光源デバイス２０からの射出光束Ｓ１の断面形状は半円形となる。これが６角形プリズム３０（の特に下部の台形プリズム３２）に入射され、この６角形プリズム３０における光束分割（変換）作用により入射光束Ｓ１は２分割されて射出され（後述）、図２の点線枠外に示したような照明光Ｓ２とＳ３による円形の照明光Ｓ４となる。
【００２６】
図１で、光源装置１００からは、２次元アレイ状の照明光Ｓ４群が射出される。図１では、垂直方向の１次元のみ示している。光源装置１００から射出された２次元アレイ状の照明光Ｓ４群は、２つのフライアイレンズ（第１のフライアイレンズ４１０及び第２のフライアイレンズ４２０）を含んで構成されるインテグレータ光学系４００に入射される。
【００２７】
光源装置１００からの各照明光Ｓ４は、フライアイレンズ４１０及び４２０における各要素レンズに１：１で対応して入射される。各入射照明光Ｓ４は、インテグレータ光学系４００での光学作用により被照射面である２次元光変調器５００の画面上に重畳結像され、被照射面５００において照度均一な照明光を形成する。
【００２８】
インテグレータ光学系４００は、各ＬＥＤ光源ユニット１０からの照明光Ｓ４を効率良く被照射面５０へと導くとともに、複数のＬＥＤ光源ユニット１０からの照明光Ｓ４の重畳結像により被照射面５００での照度均一性を実現する系である。本実施形態では、インテグレータ光学系４００を第１及び第２の２段のフライアイレンズ４１０、４２０とその後のフィールドレンズ４３０等で構成している。
【００２９】
被照射面である２次元光変調器５００は、液晶パネルやＤＭＤ（ディジタルミラーデバイス）等である。
【００３０】
図２で、光源ユニット１０におけるＬＥＤ光源デバイス２０は、絶縁基板２３上に配置されたＬＥＤ発光素子２１と、ＬＥＤ発光素子２１から発する光を反射させる特性を持つ反射鏡２２とを備えた構成となっている。ＬＥＤ発光素子２１から発された光は反射鏡２２で反射され、ＬＥＤ素子２１と反射鏡２２の配置関係及び反射鏡２２の形状に基づき、ほぼ平行な光束Ｌを形成する。ＬＥＤ光源デバイス２０の開口は半円形形状となっており、上記略平行光束Ｌが半円形断面の照明光Ｓ１として射出される。
【００３１】
反射鏡２２は特に放物面形状を有する反射鏡であり開口部が半円形状となる。反射鏡２２としては例えば合成樹脂をモールド成形したものにＡｌ（アルミニウム）蒸着したものを使用することができる。
【００３２】
図６に示すように、放物面反射鏡２２の焦点位置ＦにＬＥＤ発光素子２１を配置する。これにより反射鏡２２で反射後の各光線Ｌ（例えばＬａ〜Ｌｅ）はほぼ平行の光束に変換される。なお軸２４は放物面の中心軸を示す。
【００３３】
なお、図７（ａ）に、一般的な砲弾型の形状のＬＥＤランプの構成を示す。このような砲弾型のＬＥＤランプでは、ＬＥＤ発光素子２１から発光する光線の開き角（α）が、例えばランプ外形がφ５またはφ３クラスでは約６０度程度になる。一方、図９（ｂ）に示す本発明の構成のように、放物面反射鏡２２を用いてその焦点距離を所定とすることで、ＬＥＤ発光素子２１から発光する光線の開き角（β）が１２０度程度は可能になり、砲弾型と比して光利用効率が高い。
【００３４】
ＬＥＤ光源デバイス２０から射出された略平行光束で半円形断面の照明光Ｓ１は、後段の６角形プリズム３０の下部の台形プリズム３２に入射される。
【００３５】
図２で、６角形プリズム３０は、台形プリズム３１、３２の底面同士を接合してなるユニットであり、その接合面（界面）には、半透鏡（ハーフミラー）の特性の薄膜３３が蒸着形成されている。この薄膜３３での作用により、入射光Ｓ１（図には特に２つの光線Ｌを示した）が透過成分（Ｓ２）と反射成分（Ｓ３）とでほぼ１：１に２分割されて射出される。
【００３６】
台形プリズム３１及び３２の材質として、同じ屈折率の光学硝子を使用した。また、台形プリズム３１、３２のいずれか一方のプリズムの底面には、可視光に対して反射率と透過率がほぼ１：１となるような半透鏡の特性を有する薄膜３３を形成し、プリズム底面同士の張り合わせには光学硝子用の接着剤を用いている。薄膜３３の特性としては、反射と透過との比率がほぼ１：１となっていることが望ましい。なお、プリズム３１、３２としては、目的の屈折作用を満たす条件で台形断面以外のものを使用しても良い。
【００３７】
６角形プリズム３０に入射された照明光Ｓ１は、プリズムでの屈折作用を受けてＬ１の経路を辿って射出するが、台形プリズム３１と３２の接合面には上述の通り半透鏡の特性を有する薄膜３３が形成されているので、薄膜３３の作用により光線ＬはＬ１とＬ２とに２分割される（Ｌ１：透過光、Ｌ２：反射光）。
【００３８】
薄膜３３での光線Ｌの分割において、透過された方の光線はＬ１の経路で射出する。一方反射された方の光線はＬ２の経路で射出する。ここで、反射鏡２２の開口が半円形で入射光Ｓ１が半円形断面であるため、透過光Ｌ１により形成される射出光束Ｓ２は半円形となり、また反射光Ｌ２により形成される射出光束Ｓ３も半円形（逆向き）となる。これは、台形プリズム３１、３２の接合面の薄膜３３における反射作用で光束Ｌ２がＬ１に対して光学的に反転するためである。結果として、６角形プリズム３０から射出される光束は、半円形断面の照明光Ｓ２及び照明光Ｓ３からなる円形断面の照明光Ｓ４となる。
【００３９】
さて、放物面反射鏡２２の焦点Ｆに置かれた点光源（ＬＥＤ素子）２１から発した光線について反射後の光束Ｌの強度分布を見ると、一般に光軸２４付近が最も強く、同心円状に周辺に向かうに従って弱くなるという特性を有する。
【００４０】
これは、図６のように、光軸２４に垂直な面において等間隔の光線（例えばＬａ〜Ｌｅ）を考えたとき、それらが放物面反射鏡２２に反射する際の反射面積の違いが生じるためである。すなわち、例えばＬａからＬｂまでの光束は、ＬｄからＬｅまでの光束よりも反射鏡２２で反射される面積が小さい。点光源（ＬＥＤ素子）２１からの光は一様に発していることを考えると、ＬａからＬｂの光束はより密に、ＬｄからＬｅの光束ではより疎になることが理解される。
【００４１】
従って、図８の照明光Ｓ１の断面における照度分布において示すように、ＡＢ間はＯを中心として左右対称に、ＯＣ間は非対称になる。しかしながら、台形プリズム３１、３２からなる６角形プリズム３０にて２分割された光束は、円形断面の照明光Ｓ４（照明光Ｓ２＋照明光Ｓ３）となるので、最終的には、図９の照明光Ｓ４ｂの断面における照度分布に示すように、光源装置１００から射出する照明光Ｓ４の照度分布では光束中心軸付近が最も照度が高く、同心円状に周辺に向かうに従い照度がやや低くなるような特性のものとなる。
【００４２】
このような特性の円形断面の照明光Ｓ４は、後段のフライアイレンズ４１０の要素レンズ（矩形形状を持つ）に入射する光束として、半円形断面の光束よりも利用効率の点などにおいて適しており、効率良く被照射面５００への照明光として利用することができる。
【００４３】
図１で、光源装置１００から射出された、上記照度分布特性でかつ略平行・円形断面の照明光Ｓ４群（２次元アレイ状）は、インテグレータ光学系４００の第１のフライアイレンズ４１０に入射される。フライアイレンズ４１０及び４２０は、照明光Ｓ４の数に対応した数の要素レンズを有した構成となっている。入射された照明光Ｓ４は、第１のフライアイレンズ４１０によるレンズ作用を受けて、第２のフライアイレンズ４２０の近傍に各々のＬＥＤの像を一旦結像する。
【００４４】
一方、第２のフライアイレンズ４２０の後に配置されるフィールドレンズ４３０により第１のフライアイレンズ４１０の輪郭に応じた像が被照射面５００上に重ね合わされる。フライアイレンズ４１０、４２０は、被照射面５００のアスペクト比に対応した矩形形状の要素レンズを所定距離に対置している。
【００４５】
以上のようにして、複数のＬＥＤ（ＬＥＤ発光素子２１）を用いて光源装置１００を構成し、各ＬＥＤから射出される略平行化された光束を６角形プリズム３０において円形断面の照明光（Ｓ４）に変換してインテグレータ光学系４００に導き、効率良く被照射面（２次元光変調器）５００上に照明することができ、照度均一性が高く、効率良い照明光学系を構成することが可能となる。
【００４６】
なお、図１に示したように、被照射面５００への入射特性をより高めるためにコンデンサレンズ７４０を挿入することが望ましい。
【００４７】
次に、図１０は、上述した第１の実施形態の光源装置１００を照明系に備えて構成される、本発明の第１の実施の形態における投写型表示装置１０００の構成を示す図である。投写型表示装置１０００は、３つの光源装置１００１〜１００３、インテグレータ光学系であるフライアイレンズ１００４及び１００５、色合成素子であるプリズム１００６〜１００８、２次元光変調器であるＤＭＤ１０１２、及び、投写レンズ１０１３を有して構成される。上記各部は色合成素子等以外では、図１で示した構成要素と同一の要素を用いる。また、本実施形態では、投写型表示装置１は、フィールドレンズ１００９、コンデンサレンズ１０１０、ＴＩＲプリズム１０１１などを有する。
【００４８】
投写型表示装置１０００は、第１の実施形態で示した光源装置１００を３つ備え、それぞれをＧ（緑）、Ｒ（赤）、Ｂ（青）用として使用して各色の光束を射出させる。それぞれをＧ用光源装置１００１、Ｒ用光源装置１００２、Ｂ用光源装置１００３とする。また、投写型表示装置１０００では、それら各光源装置１００，１００２，１００３から発する各色の光束を合成するための色合成素子（プリズム１００６、１００７、１００８）を、第１フライアイレンズ１００４と第２フライアイレンズ１００５の間の空間に配置している。
【００４９】
上記色合成素子として、３板式のＤＬＰ（Digital Light Processing, ＤＭＤプロジェクタ）等で実用化されている公知技術などを使用して構成することができる。各光源装置１００１〜１００３からの略平行光束は、第１のフライアイレンズ１００４により、第２のフライアイレンズ１００５の近傍に、各々ＬＥＤの像を結像する。
【００５０】
Ｇ用光源装置１００１からの光束ＬＧは、プリズム１００６、１００７、１００８を順に通過して第２フライアイレンズ１００５を射出する。プリズム１００７と１００８との境界部分にはエアーギャップを設けてある。
【００５１】
また、Ｒ用光源装置１００２からの光束ＬＲは、プリズム１００７、１００８の境界面での１回の全反射後に、プリズム１００６と１００７の境界に達し、その後ＬＧと同じ経路で射出する。プリズム１００６と１００７の境界には、Ｇ色を透過させ、Ｒ色を反射する特性の薄膜が蒸着される。
【００５２】
また、Ｂ用光源装置１００３からの光束ＬＢは、プリズム１００８で全反射され、プリズム１００７と１００８の境界に達する。その境界のプリズム１００８側にＧ色とＲ色を透過させ、Ｂ色を反射させる特性の薄膜が蒸着されており、この境界面で反射された光束ＬＢはその後ＬＧと同じ経路で射出する。
【００５３】
第２のフライアイレンズ１００５を射出後の光束（ＬＧ＋ＬＲ＋ＬＢ）は、フィールドレンズ１００９、コンデンサレンズ１０１０、ＴＩＲプリズム１０１１を経て、２次元光変調器であるＤＭＤ１０１２を照明する。そして電気的にオン／オフされるＤＭＤのマイクロミラーの傾き角度に応じて、変調された画像の光が投写レンズ１０１３を介してスクリーン上（不図示）に拡大表示される。
【００５４】
また、各光源装置１００１〜１００３もＤＭＤ１０１２に同期させて時分割で点灯を制御すれば、フルカラー表示の投写型表示装置を得ることができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、２次元光変調器としてＤＭＤ１０１２を例に採って説明しているので、ＤＭＤ１０１２と併せてＴＩＲプリズム１０１１を使用しているが、２次元光変調器として透過型ＴＮ液晶パネル等を用いることも勿論可能であり、この場合にはＴＩＲプリズム１０１１は不要である。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施の形態における光源装置１００ｂについて説明する。図１１は、本発明の第２の実施の形態における光源装置１００ｂを説明するための図である。光源装置１００ｂのうち特に１つの光源ユニット１０ｂを示す。ＬＥＤ光源デバイス２０や６角形プリズム３０ｂがアレイ配置されることなどは第１の実施形態と同様である。前述の実施形態の構成要素と同一の構成要素は同一の記号を付与して示す。
【００５７】
第２の実施形態の光源装置１００ｂでは、第１の実施形態の光源装置１００の基本構成に加え、光源ユニット１０ｂにおいて、６角形プリズム３０ｂの台形プリズム３１と３２の接合面（界面）に偏光分離素子３５を備える。またさらに、１／２波長板３６を一方の台形プリズム（ここでは３２）の背後に配置している。
【００５８】
ＬＥＤ光源デバイス２０から射出する光束Ｓ１は、ランダムな偏光特性を有する光束である。この光束Ｓ１は台形プリズム３２に入射するが、プリズム接合面に達したとき、偏光分離素子３５により、Ｐ偏光光とＳ偏光光に分割され、各々の偏光光がプリズム３０ｂから射出する。
【００５９】
例えば、偏光分離素子３５を透過したＰ偏光の光束はＬ１経路で射出され、一方、偏光分離素子３５で反射したＳ偏光の光束はＬ２経路で射出され、プリズム３２から射出後に配置された１／２波長板３６により偏光方向が９０度回転されＰ偏光に変換されて射出される。
【００６０】
結果として、６角形プリズム３０ｂを通過後に取り出される照明光Ｓ５、照明光Ｓ６よりなる照明光Ｓ７は、円形断面でかつ偏光方向が統一された光束となる。
【００６１】
偏光分離素子３５としては、例えばワイヤーグリッド型の偏光素子等を用いれば良い。そのような偏光素子として米ＭＯＸＴＥＫ社のＰｒｏＦｌｕｘ（登録商標）等が知られている。ＰｒｏＦｌｕｘは、ガラス基板上に、幅が約65nm、高さが200nm 、ピッチが140nm 程度であるＡｌの微細なグリッドが形成されたものであり、入射するランダム偏光光に対してグリッドの長手方向と直交する振動方向の偏光成分を透過させ、グリッドの長手方向と平行な振動方向の偏光成分を反射させる素子である。
【００６２】
また、１／２波長板３６は、台形プリズム３１、３２の射出後のいずれの経路上に配置しても構わない。図１１の配置では、Ｌ１とＬ２がＰ偏光光に偏光統一される構成であるが、Ｌ１の経路に１／２波長板３６を配置すれば、Ｌ１とＬ２がＳ偏光光に偏光統一される。
【００６３】
第２の実施形態の光源装置１００ｂによれば、光源装置１００ｂから射出後の照明光（Ｓ７）の偏光方向が統一されるので、被照射面である２次元光変調器５００としてＴＮ液晶パネルを採用した場合の光利用効率の向上が可能となる。
【００６４】
次に、図１２は、上述の第２の実施形態の光源装置１００ｂを照明系に用いて構成される、本発明の第２の実施の形態における投写型表示装置１０００ｂの構成を示す図である。投写型表示装置１０００ｂは、３つの光源装置１２０１〜１２０３、インテグレータ光学系であるフライアイレンズ１２０４及び１２０６、色合成素子であるクロスダイクロイックプリズム１２０５、２次元光変調器である液晶パネル１２１０、及び、投写レンズ１２１２を有して構成される。上記各部は色合成素子等以外では、第１の実施形態の投写型表示装置１０００と同一の要素を用いる。また、本実施形態では、投写型表示装置１０００ｂは、フィールドレンズ１２０７、コンデンサレンズ１２０８、偏光板１２０９、１２１１などを有する。
【００６５】
第２の実施形態の投写型表示装置１０００ｂでは、Ｇ、Ｒ、Ｂの各色用の光源装置として光源装置１２０１、１２０２、１２０３の３つを備える。光源装置１２０１〜１２０３として、上述の第２の実施形態の光源装置１００ｂを用いる。そして、これら各色の光束の合成のための色合成素子としてクロスダイクロイックプリズム１２０５を用いている。
【００６６】
クロスダイクロイックプリズム１２０５は、３板式の投写型液晶表示装置での液晶パネル通過後の色合成用の光学素子として広く用いられている。
【００６７】
なお、第１の実施形態の投写型表示装置１０００では、色合成用光学素子としてクロスダイクロイックプリズムではなく３つのプリズムを組み合わせたユニットを使用しているが、これは、クロスダイクロイックプリズムのダイクロコートの薄膜特性が、薄膜に入射する光線の入射角度に対して偏光依存性があるためであって、照明光としてランダム偏光光を使用できる、２次元光変調器としてＤＭＤを使用する投写型表示装置においては、偏光依存性をできるだけ除去するために、光線の入射角度を小さくできる３つのプリズムからなる色合成用プリズムを使用している。
【００６８】
クロスダイクロイックプリズムは第１の実施形態における投写型表示装置１０００での色合成用プリズムユニット（１００６〜１００８）に比してコンパクトにできるメリットがあるため、偏光光を利用するＴＮ液晶パネルを２次元光変調器として用いる場合にはクロスダイクロイックプリズムを使用することが望ましい。
【００６９】
光源装置１２０１、１２０２、１２０３からの各色の光束は、フライアイレンズ１２０４、１２０６と、フィールドレンズ１２０７、コンデンサレンズ１２０８により、２次元光変調器である液晶パネル１２１０上に重畳照明される。本実施形態では液晶パネル１２１０の前後には偏光板１２０９、１２１１を備えている。その後、スクリーン（不図示）上に画像情報を拡大投写するための投写レンズ１２１２により液晶パネル１２１０上の画像情報がカラー画像として得られる。
【００７０】
第１の実施形態の投写型表示装置１０００と同様、光源装置１００ｂのＬＥＤアレイ２００からの射出光束Ｓ１群を円形断面の光束Ｓ７に変換して照明光として射出しインテグレータ光学系に導くので、効率良く液晶パネル１２１０を照明することが可能になる。しかも、光源装置１００ｂは偏光変換の機能を有していることから、照明光の偏光統一を行って光利用効率も向上する。
【００７１】
なお、第１の実施形態でも第２の実施形態においても、単板式の投写型表示装置として、また、ＬＥＤアレイ２００として単色の発光波長を有するＬＥＤ発光素子２１を用いることとして説明してきたが、白色ＬＥＤを用いることも可能である。この場合には、例えば、図１３に示すように１次元のＬＥＤアレイを複数段に重ねて２次元ＬＥＤアレイを構成する際に、１段目をＲ用光源１３０１に、２段目をＧ用光源１３０２に、３段目をＢ用光源１３０３に、というように所定パターンで各色用のＬＥＤアレイを配置して、これらＲ、Ｇ、Ｂの各ＬＥＤを２次元光変調器５００と同期させて時分割制御で点灯させればカラー表示化が可能になる。この場合には色合成用光学素子を使用しなくて済むため、光学系の構成が簡素なものとなる。
【００７２】
以上により本発明の実施の形態について説明した。なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用して構成する光源装置及びそれを用いた投写型表示装置において、ＬＥＤから発する光線を反射鏡により効率良く略平行光束に変換し、かつ、その略平行性で断面形状が半円形となっている光束を６角形状のプリズムユニットに入射して該プリズムの作用により２分割して円形状の断面の光束へと変換して射出し、高輝度の照明光として効率良く利用することができる。特に、この光源装置を用いた照明系として光源装置の後段にフライアイレンズで構成されるインテグレータ光学系を構成する場合において、上記円形断面の光束をフライアイレンズの要素レンズに入射して効率良く照明光に変換し、被照射面である２次元光変調器に重畳結像して照度を均一に照明できるという効果がある。
【００７４】
さらに、２次元光変調器として液晶パネルを採用する場合には、台形プリズムの底面に偏光分離素子を設け、６角形プリズムユニットから射出後の一方の光束の光路に１／２波長板を配置することにより偏光変換が可能になり、これにより６角形プリズムからの射出光束の偏光統一を行うことで、２次元光変調器の均一照明と偏光統一による光利用効率の向上を両立できるという効果がある。
【００７５】
特に請求項１から３に記載の構成では、点光源であるＬＥＤ発光素子から発する光は、ＬＥＤ発光素子が配置される位置を焦点として配置される放物面形状の反射鏡により、効率良く平行光線に変換されて射出されることが可能になる。
【００７６】
また、ＬＥＤ発光素子と反射鏡の組からなるＬＥＤ光源デバイスから射出する略平行光束の断面形状は半円形となるが、２つの台形プリズムの接合からなる６角形形状のプリズムにおける半透鏡特性の薄膜の作用により、入射光束が透過と反射でほぼ１：１に２分割され、６角形プリズムから射出直後の光束は、略平行でかつ断面形状が円形で、中心軸部分が最も照度が大きく周辺に向かって同心円状に照度が低下する照度特性を有する光束に変換され、インテグレータ光学系を構成する第１のフライアイレンズの各要素レンズに入射する。
【００７７】
本構成の光源装置を用いて構成する照明系では、本光源装置からの上記円形断面の各射出光束の数つまりＬＥＤ光源ユニットの数に応じた数の要素レンズを有するフライアイレンズを複数用いてインテグレータ光学系を構成し、上記円形光束のうち、第１のフライアイレンズの各々の要素レンズで矩形に切り取られた上記同心円状の照度特性を有する光束が、第２のフライアイレンズにより被照射面（２次元光変調器）に重畳結像されるので、被照射面上では均一性の高い照明が行われる。
【００７８】
特に請求項４記載の発明では、台形プリズムの底面同士を接合した６角形形状のプリズムユニットにおいてその接合面には偏光分離素子を備え、さらにプリズムユニットで２分割されて射出される光束のうちいずれか一方の光束の偏光成分を他の偏光成分に統一するための１／２波長板を台形プリズムの後段に配置しており、このような構成とすることで、光束の２分割（半円形断面光束から円形断面光束への変換）と同時に偏光変換を行うことができるので、例えばツイストネマチック（ＴＮ）液晶パネルを２次元光変調器として用いた投写型表示装置において光利用効率の向上が可能となる。
【００７９】
特に請求項５記載の発明では、ＬＥＤアレイの構成の仕方として、ＬＥＤ発光素子と反射鏡の組を複数基板上に配置して１次元アレイを形成し、さらにこれを複数段重ねて配置することにより２次元のＬＥＤアレイを形成しており、後段に配置される６角形プリズムのアレイと組み合わせた形態において、光源装置として２次元アレイ状の光束群を射出することができる。この光源装置からの２次元アレイ状の射出光束群と１：１対応するようにフライアイレンズと組み合わせた照明系を構成し、効果的な照明光を得ることができる。
【００８０】
特に請求項６記載の発明では、Ｒ（赤）用、Ｇ（緑）用、Ｂ（青）用の各々に請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置を備えており、この構成とすることで、２次元光変調器として液晶パネルやＤＭＤを用いて、３板または単板方式によるカラー表示の投写型表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光源装置１００を含んだ照明系の構成を示す図である。
【図２】光源装置１００を説明するための特に光源ユニット１０を示す図である。
【図３】光源装置１００を説明するための図である。
【図４】光源装置１００におけるＬＥＤアレイ２００の構成を示す斜視図である。
【図５】光源装置１００におけるプリズムアレイ３００の構成を示す斜視図である。
【図６】ＬＥＤ光源デバイス２０から射出する光線の平行化について説明するための図である。
【図７】ＬＥＤ発光素子２１から発する光線の取り込み量について比較説明するための図である。
【図８】放物面反射鏡２２での反射後に形成される光束の強度について説明するための、照明光Ｓ１の照度分布を示す図である。
【図９】６角形プリズム３０を射出後に形成される光束の強度について説明するための、照明光Ｓ４の照度分布を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における投写型表示装置１０００の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における光源装置１００ｂの特に光源ユニット１０ｂの構成を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における投写型表示装置１０００ｂの構成を示す図である。
【図１３】他の実施の形態における光源装置の構成について説明するための図である。
【符号の説明】
１００光源装置（第１の実施形態）
１０００投写型表示装置（第１の実施形態）
１００ｂ光源装置（第２の実施形態）
１０００ｂ投写型表示装置（第２の実施形態）
１０光源ユニット
２００ＬＥＤアレイ
３００プリズムアレイ
４００インテグレータ光学系
５００被照射面（２次元光変調器）
２０ＬＥＤ光源デバイス
２１ＬＥＤ発光素子
２２放物面反射鏡
２３絶縁基板
２４光軸
３０６角形プリズム
３１台形プリズム（上部）
３２台形プリズム（下部）
３３接合面（界面）における薄膜
ＬＬＥＤ光源デバイス２０からの射出光線
Ｌ１プリズム３０で２分割された上部射出光線（透過光）
Ｌ２プリズム３０で２分割された下部射出光線（反射光）
Ｓ１ＬＥＤ光源デバイス２０からの射出光
Ｓ２Ｌ１による照明光
Ｓ３Ｌ２による照明光
Ｓ４６角形プリズム３０から射出される照明光
Ｆ放物面反射鏡２２の焦点
Ｌａ〜Ｌｅ光線
４１０、１００４、１２０４第１のフライアイレンズ
４２０、１００５、１２０６第２のフライアイレンズ
４３０、１００９、１２０７フィールドレンズ
４４０、１０１０、１２０８コンデンサレンズ
１００１、１２０１光源装置（Ｇ用）
１００２、１２０２光源装置（Ｒ用）
１００３、１２０３光源装置（Ｂ用）
ＬＧ緑色光
ＬＲ赤色光
ＬＢ青色光
１００６、１００７、１００８色合成用プリズム
１０１１ＴＩＲプリズム
１０１２ＤＭＤ
１０１３、１２１２投写レンズ
１０ｂ光源ユニット（第２の実施形態）
３０ｂ６角形プリズム（第２の実施形態）
３５偏光分離素子
３６１／２波長板
Ｓ５Ｌ１による照明光
Ｓ６Ｌ２による照明光（１／２波長板３６通過後）
Ｓ７６角形プリズム３０ｂからの射出照明光
１２０５クロスダイクロイックプリズム
１２０９、１２１１偏光板
１２１０液晶パネル
１３０１Ｒ用ＬＥＤアレイ
１３０２Ｇ用ＬＥＤアレイ
１３０３Ｂ用ＬＥＤアレイ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source device and a projection display device, and more particularly to a light source device and a projection display device using a light emitting diode (LED).
[0002]
[Prior art]
A projection display device is known as an electronic device that can easily enjoy an image on a large screen. A projection display device uses a white light source to enlarge and project an image of a two-dimensional light modulator such as a liquid crystal panel or a DMD (digital mirror device) onto a screen using a projection lens. In general, high-intensity discharge lamps such as high-pressure mercury lamps and metal halide lamps are used.
[0003]
However, these discharge lamps have emission spectral characteristics ranging from 400 nm to over 700 nm. For this reason, in the projection display apparatus, wavelength regions corresponding to R (red), G (green), and B (blue) are selected and used by optical parts such as a dichroic filter, and are necessary for this image formation. Light with a non-wavelength component has caused problems such as heat generation in the infrared region light and damage to the two-dimensional optical modulator in the ultraviolet region light.
[0004]
In addition, even in the visible light region, the wavelength region of the yellow component is not selected by the dichroic filter or the like, which is a loss in terms of light use efficiency. Furthermore, the life of discharge lamps that have been put into practical use is about 1500 to 4000 hours, and it is desired to improve the life characteristics in order to be widely used for consumer use.
[0005]
On the other hand, various proposals have been made to construct a projection display device using a laser, which is a solid light source, as a light source (Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-210082, 2000-194275, 2000-162548, etc.). Publication). However, solid light sources such as semiconductor lasers and light emitting diodes (LEDs) have a major problem that their light output is lower than that of discharge lamps, and this is the main cause of their practical application as light sources for projection display devices. It wasn't done. Recently, however, the development of light-emitting diodes has been remarkable, and since high-brightness and high-efficiency blue and green LEDs have begun to appear, they can be combined with red LEDs that have been relatively high-brightness and high-efficiency. There is a possibility that a light source (light source device) for a projection display device can be realized.
[0006]
However, since the luminance of a single LED does not yet reach the luminance of the discharge lamp, it is assumed that a plurality of LEDs are used in order to configure a light source device with LEDs. If a plurality of LEDs are used, the luminance of the entire light source can be expected to increase according to the number of LEDs.
[0007]
By adopting an integrator optical system composed of a fly-eye lens or the like in the illumination system, it is possible to efficiently superimpose the light flux from each LED, which is a light source, on a liquid crystal panel or DMD that is an illuminated surface. it can.
[0008]
In the integrator optical system, at least two fly-eye lenses (lens arrays) in which a large number of rectangular lenses are arranged are used, and the outline of the first fly-eye lens is imaged on the irradiated surface. Accordingly, since the illuminance distribution on each element lens of the first fly-eye lens is superimposed on the irradiated surface, in order to improve the uniformity of the illumination after superimposition, each element lens of the fly-eye lens should be as much as possible. It is desirable that the light beam having a uniform illuminance distribution be incident. That is, light with high parallelism needs to be emitted from the LED as the light source.
[0009]
However, a normal LED component is composed of an LED light emitting element and a dome-shaped resin lens attached in front of the LED light-emitting element. By making the dome-shaped resin lens into a predetermined shape, the light emitted from the LED light-emitting element is as effective as possible. However, since light is emitted from the LED light emitting element in all directions, there is a problem that it is difficult to efficiently extract these light beams only in a desired direction.
[0010]
In addition, with the recent miniaturization of two-dimensional optical modulators, fly-eye lenses are also being miniaturized. In general, as the number of element lenses of a fly-eye lens increases, the uniformity of illumination also increases. Therefore, downsizing of a fly-eye lens causes downsizing and high integration of the element lenses constituting the lens. In applying the LED to the integrator optical system, it is desirable to make the LED corresponding to the number of element lenses in the fly-eye lens. However, if the number of LEDs increases, the fly-eye lens will eventually be enlarged. There is a problem that it is not preferable. On the other hand, since fly eye lenses are usually manufactured by press working, there is a problem in that high precision of element lenses causes restrictions on processing accuracy and is not preferable in terms of cost.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such a problem. A light source device is configured using a plurality of LEDs, a light beam from the LEDs is extracted as a highly parallel light beam, and the extracted light beam is integrated into an integrator optical system (flying light). It is an object of the present invention to provide a light source device capable of efficiently guiding to an eye lens) and performing illumination with high luminance and high illuminance uniformity, and a projection display device using the light source device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the invention described in claim 1 is a light source device configured by arranging a plurality of light emitting diodes (LEDs) in an array, and reflects an LED light emitting element and light emitted from the element. An LED light source device having a reflecting mirror that emits a substantially parallel light beam and having a semicircular shape in the cross section perpendicular to the optical axis, and the LED light source device disposed at a subsequent stage. A plurality of light source units arranged in an array, and a prism unit that radiates a light beam having a semicircular cross section emitted from the light source, divides the light beam into two, converts the light into a light beam having a circular cross section, and emits the light. It is a feature.
[0013]
The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the reflecting mirror has a parabolic shape with a focus on a position where the LED light emitting element is disposed.
[0014]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the prism unit is a hexagonal prism formed by joining the bottom surfaces of two trapezoidal prisms, and the characteristic of the semi-transparent mirror is formed on the joint surface. The thin film is formed.
[0015]
The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the prism unit is a hexagonal prism formed by joining the bottom surfaces of two trapezoidal prisms together. A half-wave plate having a polarization separation element and unifying the polarization component of the light beam after emission of the trapezoidal prism into the polarization component of the other light beam divided into two, after one of the trapezoidal prisms in the prism unit Is arranged.
[0016]
The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of sets of LED light emitting elements and reflecting mirrors are arranged in a one-dimensional array on a substrate, and the one-dimensional array is arranged. A two-dimensional LED array is formed by arranging a plurality of substrates in a stacked manner.
[0017]
The invention according to claim 6 includes the light source device according to any one of claims 1 to 5 for each color of R (red), G (green), and B (blue), and each color from each light source device. A color synthesizing element that synthesizes the emitted luminous flux of the light, an integrator optical system configured to superimpose the emitted luminous flux of each color on the illuminated surface, and illumination light that is superimposed and imaged through the integrator optical system. It is characterized by having at least one two-dimensional light modulator that is illuminated and modulates according to image information, and a projection lens that enlarges and projects an image on the two-dimensional light modulator.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Components are distinguished by adding symbols. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a light source device 100 and an illumination system including the light source device 100 according to the first embodiment of the present invention (particularly, a vertical sectional view is shown). The light source device 100 has a structure in which a plurality of light source units 10 corresponding to one LED are arranged. The light source device 100 is roughly composed of an LED array 200 and a prism array 300.
[0019]
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light source unit 10 corresponding to one LED in the light source device 100. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a plurality of arrays of the light source units 10 of the light source device 100. FIG. 4 is a perspective view showing an LED array 200 that is an arrangement unit of a plurality of LED light sources, among the light source devices 100. FIG. 5 is a perspective view showing a prism array 300 arranged corresponding to the LED array 200 of FIG.
[0020]
As shown in FIG. 3, the light source device 100 is configured by arranging a plurality of light source units 10 in an array. In particular, the two-dimensional LED array 200 shown in FIG. 4 and the prism array 300 shown in FIG. In the drawing, only one light beam / light path is illustrated for the light emitted from the LED light emitting element 21 in the light source device 100.
[0021]
As shown in FIG. 2, one light source unit 10 in the light source device 100 includes a device 20 including one LED light emitting element 21 (hereinafter referred to as an LED light source device for convenience) and a subsequent stage corresponding thereto. The prism unit (hereinafter referred to as a hexagonal prism) 30 having a hexagonal cross section (hexagonal prism shape) is arranged.
[0022]
The LED light source device 20 includes an LED light emitting element 21 and a reflecting mirror 22 arranged in a predetermined positional relationship on an insulating substrate 23. The hexagonal prism 30 is a unit formed by bonding the bottom surfaces of two prisms 31 and 32 having a trapezoidal cross section. A predetermined circuit may be formed on the substrate 23.
[0023]
As shown in FIG. 4, the LED array 200 has an array configuration in which a plurality of LED light source devices 20 are arranged in a two-dimensional matrix. FIG. 4 shows an example in which six LED light source devices 20 are arranged one-dimensionally and further arranged in four stages to form a two-dimensional array. A two-dimensional array is configured by further arranging a plurality of units each having a plurality of LED light source devices 20 arranged one-dimensionally on an insulating substrate 23 in another direction. Since the collimated light beam is emitted from each light source device 20, light is extracted from the LED array 200 in a two-dimensional array (matrix) form.
[0024]
As shown in FIG. 5, the prism array 300 is a unit formed by arranging a plurality of hexagonal prisms 30. Hexagonal prisms are arranged in the vertical direction so as to correspond to the two-dimensional array of the LED array 200. The two-dimensional array of emitted light beams from the LED array 200 is incident on each prism 30 of the prism array 30 in a 1: 1 correspondence. Incident light is converted by the prism array 300 (described later), and a group of luminous fluxes (illumination light) is extracted from the prism array 300 in a two-dimensional array, and is incident on an integrator optical system (fly eye lens) 400 at the subsequent stage.
[0025]
In FIG. 2, the shape of the opening of the reflecting mirror 22 in the light source device 20 is semicircular, and the cross-sectional shape of the emitted light beam S1 from the light source device 20 is semicircular. This is incident on the hexagonal prism 30 (particularly, the lower trapezoidal prism 32), and the incident light beam S1 is divided into two by the light beam splitting (conversion) action in the hexagonal prism 30 (described later), and is outside the dotted frame in FIG. The circular illumination light S4 by the illumination light S2 and S3 as shown in FIG.
[0026]
In FIG. 1, the light source device 100 emits a two-dimensional array of illumination light S4. FIG. 1 shows only one dimension in the vertical direction. The two-dimensional array of illumination light S4 emitted from the light source device 100 includes an integrator optical system 400 including two fly-eye lenses (a first fly-eye lens 410 and a second fly-eye lens 420). Is incident on.
[0027]
Each illumination light S4 from the light source device 100 is incident on the element lenses in the fly-eye lenses 410 and 420 in a 1: 1 ratio. Each incident illumination light S <b> 4 is superimposed on the screen of the two-dimensional light modulator 500, which is an illuminated surface, by the optical action of the integrator optical system 400, and forms illumination light with uniform illumination on the illuminated surface 500.
[0028]
The integrator optical system 400 efficiently guides the illumination light S4 from each LED light source unit 10 to the irradiated surface 50 and also superimposes the illumination light S4 from the plurality of LED light source units 10 on the irradiated surface 500. This system achieves illuminance uniformity. In the present embodiment, the integrator optical system 400 includes first and second two-stage fly-eye lenses 410 and 420, a subsequent field lens 430, and the like.
[0029]
The two-dimensional light modulator 500 that is an irradiated surface is a liquid crystal panel, a DMD (digital mirror device), or the like.
[0030]
In FIG. 2, the LED light source device 20 in the light source unit 10 includes an LED light emitting element 21 disposed on an insulating substrate 23, and a reflecting mirror 22 having a characteristic of reflecting light emitted from the LED light emitting element 21. It has become. The light emitted from the LED light emitting element 21 is reflected by the reflecting mirror 22 and forms a substantially parallel light flux L based on the arrangement relationship between the LED element 21 and the reflecting mirror 22 and the shape of the reflecting mirror 22. The opening of the LED light source device 20 has a semicircular shape, and the substantially parallel light beam L is emitted as illumination light S1 having a semicircular cross section.
[0031]
The reflecting mirror 22 is a reflecting mirror having a parabolic shape in particular, and has an opening having a semicircular shape. As the reflecting mirror 22, for example, a synthetic resin molded product obtained by depositing Al (aluminum) can be used.
[0032]
As shown in FIG. 6, the LED light emitting element 21 is disposed at the focal position F of the parabolic reflecting mirror 22. Thereby, each light beam L (for example, La to Le) after being reflected by the reflecting mirror 22 is converted into a substantially parallel light beam. The axis 24 indicates the central axis of the paraboloid.
[0033]
FIG. 7A shows the configuration of a general bullet-shaped LED lamp. In such a bullet-type LED lamp, the opening angle (α) of the light emitted from the LED light emitting element 21 is about 60 degrees when the lamp outer shape is φ5 or φ3 class, for example. On the other hand, as in the configuration of the present invention shown in FIG. 9B, the opening angle (β) of the light emitted from the LED light emitting element 21 is set by using a parabolic reflecting mirror 22 and setting the focal length to a predetermined value. However, about 120 degrees is possible, and the light utilization efficiency is higher than that of the shell type.
[0034]
The substantially parallel luminous flux S1 emitted from the LED light source device 20 and having a semicircular cross section is incident on the trapezoidal prism 32 below the hexagonal prism 30 in the subsequent stage.
[0035]
In FIG. 2, a hexagonal prism 30 is a unit formed by bonding the bottom surfaces of trapezoidal prisms 31 and 32, and a thin film 33 having the characteristics of a half mirror is formed on the bonding surface (interface) by vapor deposition. Has been. Due to the action of the thin film 33, the incident light S1 (particularly, two light rays L are shown in the figure) is divided into two substantially 1: 1 by the transmission component (S2) and the reflection component (S3) and emitted. .
[0036]
As the material of the trapezoidal prisms 31 and 32, optical glass having the same refractive index was used. Further, a thin film 33 having a semi-transparent characteristic is formed on the bottom surface of one of the trapezoidal prisms 31 and 32 so that the reflectance and the transmittance with respect to visible light are approximately 1: 1. An adhesive for optical glass is used for laminating the bottom surfaces. As a characteristic of the thin film 33, it is desirable that the ratio of reflection to transmission is approximately 1: 1. As the prisms 31 and 32, prisms other than the trapezoidal cross section may be used under the condition satisfying the target refractive action.
[0037]
The illumination light S1 incident on the hexagonal prism 30 is refracted by the prism and exits along the path L1, but the junction surface of the trapezoidal prisms 31 and 32 has the characteristics of a semi-transparent mirror as described above. Since the thin film 33 is formed, the light beam L is divided into two parts L1 and L2 by the action of the thin film 33 (L1: transmitted light, L2: reflected light).
[0038]
In the division of the light beam L at the thin film 33, the transmitted light beam is emitted along the path L1. On the other hand, the reflected light beam is emitted along the path L2. Here, since the opening of the reflecting mirror 22 is semicircular and the incident light S1 has a semicircular cross section, the emitted light beam S2 formed by the transmitted light L1 is semicircular, and the emitted light beam S3 formed by the reflected light L2 is also It becomes a semicircle (reverse direction). This is because the light beam L2 is optically inverted with respect to L1 by the reflection action of the thin film 33 on the joint surface of the trapezoidal prisms 31 and 32. As a result, the light beam emitted from the hexagonal prism 30 becomes the illumination light S4 having a circular cross section composed of the illumination light S2 and the illumination light S3 having a semicircular cross section.
[0039]
Now, looking at the intensity distribution of the reflected light beam L with respect to the light beam emitted from the point light source (LED element) 21 placed at the focal point F of the parabolic reflecting mirror 22, the vicinity of the optical axis 24 is generally the strongest and concentric. It has a characteristic that it becomes weaker toward the periphery.
[0040]
This is because, as shown in FIG. 6, when considering light rays (for example, La to Le) at equal intervals on a plane perpendicular to the optical axis 24, the difference in reflection area when they are reflected by the parabolic reflector 22 is different. This is because it occurs. That is, for example, the light beam from La to Lb has a smaller area reflected by the reflecting mirror 22 than the light beam from Ld to Le. Considering that the light from the point light source (LED element) 21 is emitted uniformly, it is understood that the luminous flux from La to Lb is denser and the luminous flux from Ld to Le is sparser.
[0041]
Therefore, as shown in the illuminance distribution in the cross section of the illumination light S1 in FIG. 8, the AB is symmetrical about the O and the OC is asymmetric. However, since the light beam divided into two by the hexagonal prism 30 including the trapezoidal prisms 31 and 32 becomes the illumination light S4 having a circular cross section (illumination light S2 + illumination light S3), the illumination light of FIG. As shown in the illuminance distribution in the cross section of S4b, the illuminance distribution of the illumination light S4 emitted from the light source device 100 has the characteristic that the illuminance is highest near the central axis of the light beam, and the illuminance becomes slightly lower toward the periphery concentrically. It will be a thing.
[0042]
The illumination light S4 having a circular cross section having such characteristics is more suitable as a light beam incident on an element lens (having a rectangular shape) of the fly eye lens 410 in the subsequent stage in terms of utilization efficiency than a light beam having a semicircular cross section. Therefore, it can be efficiently used as illumination light for the irradiated surface 500.
[0043]
In FIG. 1, the illumination light S <b> 4 group (two-dimensional array shape) emitted from the light source device 100 and having the above illuminance distribution characteristic and having a substantially parallel / circular cross section is incident on the first fly-eye lens 410 of the integrator optical system 400. Is done. The fly-eye lenses 410 and 420 are configured to have a number of element lenses corresponding to the number of illumination lights S4. The incident illumination light S4 is subjected to the lens action by the first fly-eye lens 410, and once forms an image of each LED in the vicinity of the second fly-eye lens 420.
[0044]
On the other hand, an image corresponding to the outline of the first fly-eye lens 410 is superimposed on the irradiated surface 500 by the field lens 430 disposed after the second fly-eye lens 420. In the fly-eye lenses 410 and 420, rectangular element lenses corresponding to the aspect ratio of the irradiated surface 500 are placed at a predetermined distance.
[0045]
As described above, the light source device 100 is configured using a plurality of LEDs (LED light emitting elements 21), and the substantially parallel light beams emitted from the respective LEDs are illuminated by the hexagonal prism 30 in a circular cross section (S4). ) To the integrator optical system 400 and efficiently illuminate the irradiated surface (two-dimensional light modulator) 500, and it is possible to construct an efficient illumination optical system with high illuminance uniformity. It becomes.
[0046]
As shown in FIG. 1, it is desirable to insert a condenser lens 740 in order to further improve the incident characteristics on the irradiated surface 500.
[0047]
Next, FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the projection display apparatus 1000 according to the first embodiment of the present invention, which is configured by including the light source device 100 according to the first embodiment described above in an illumination system. . The projection display apparatus 1000 includes three light source devices 1001 to 1003, fly-eye lenses 1004 and 1005 that are integrator optical systems, prisms 1006 to 1008 that are color synthesis elements, DMD 1012 that is a two-dimensional light modulator, and a projection lens. 1013. The above components use the same elements as those shown in FIG. 1 except for the color composition element and the like. In the present embodiment, the projection display apparatus 1 includes a field lens 1009, a condenser lens 1010, a TIR prism 1011, and the like.
[0048]
The projection display device 1000 includes three light source devices 100 shown in the first embodiment, and each of them is used for G (green), R (red), and B (blue), and emits light beams of respective colors. . The light source device for G 1001, the light source device for R 1002, and the light source device for B 1003, respectively. Further, in the projection display apparatus 1000, the color composition elements (prisms 1006, 1007, 1008) for synthesizing the light beams of the respective colors emitted from the light source devices 100, 1002, 1003, the first fly eye lens 1004 and the second fly eye lens 1004. They are arranged in the space between the fly-eye lenses 1005.
[0049]
The color composition element can be configured by using a known technique that has been put into practical use with a three-plate DLP (Digital Light Processing, DMD projector) or the like. The substantially parallel light flux from each of the light source devices 1001 to 1003 forms an LED image in the vicinity of the second fly-eye lens 1005 by the first fly-eye lens 1004.
[0050]
The light beam LG from the G light source device 1001 passes through the prisms 1006, 1007, and 1008 in order, and exits the second fly's eye lens 1005. An air gap is provided at the boundary between the prisms 1007 and 1008.
[0051]
The light beam LR from the R light source device 1002 reaches the boundary between the prisms 1006 and 1007 after one total reflection at the boundary surface between the prisms 1007 and 1008, and then exits along the same path as the LG. On the boundary between the prisms 1006 and 1007, a thin film having characteristics of transmitting the G color and reflecting the R color is deposited.
[0052]
The light beam LB from the B light source device 1003 is totally reflected by the prism 1008 and reaches the boundary between the prisms 1007 and 1008. A thin film having characteristics of transmitting the G color and the R color and reflecting the B color is deposited on the prism 1008 side of the boundary, and the light beam LB reflected by the boundary surface is then emitted through the same path as the LG.
[0053]
The light beam (LG + LR + LB) after exiting the second fly-eye lens 1005 illuminates the DMD 1012 that is a two-dimensional light modulator through the field lens 1009, the condenser lens 1010, and the TIR prism 1011. The modulated image light is enlarged and displayed on the screen (not shown) via the projection lens 1013 in accordance with the tilt angle of the DMD micromirror that is electrically turned on / off.
[0054]
Further, if each of the light source devices 1001 to 1003 is controlled to be turned on in a time-sharing manner in synchronization with the DMD 1012, a projection display device for full color display can be obtained.
[0055]
In this embodiment, the DMD 1012 is taken as an example of the two-dimensional optical modulator, and therefore, the TIR prism 1011 is used in combination with the DMD 1012. However, the transmissive TN liquid crystal panel is used as the two-dimensional optical modulator. Of course, it is also possible to use TIR prism 1011 in this case.
[0056]
Next, the light source device 100b according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a diagram for explaining a light source device 100b according to the second embodiment of the present invention. In particular, one light source unit 10b of the light source device 100b is shown. The LED light source device 20 and the hexagonal prism 30b are arranged in an array as in the first embodiment. The same components as those of the above-described embodiment are given the same symbols.
[0057]
In the light source device 100b of the second embodiment, in addition to the basic configuration of the light source device 100 of the first embodiment, in the light source unit 10b, polarization separation is performed on the joint surfaces (interfaces) of the trapezoidal prisms 31 and 32 of the hexagonal prism 30b. An element 35 is provided. Further, a half-wave plate 36 is disposed behind one trapezoidal prism (32 in this case).
[0058]
A light beam S1 emitted from the LED light source device 20 is a light beam having random polarization characteristics. This light beam S1 enters the trapezoidal prism 32, but when it reaches the prism joint surface, it is split into P-polarized light and S-polarized light by the polarization separation element 35, and each polarized light is emitted from the prism 30b.
[0059]
For example, a P-polarized light beam transmitted through the polarization separation element 35 is emitted through the L1 path, while an S-polarized light beam reflected by the polarization separation element 35 is emitted through the L2 path and is disposed after being emitted from the prism 32. The polarization direction is rotated by 90 degrees by the two-wave plate 36, converted into P-polarized light, and emitted.
[0060]
As a result, the illumination light S5 including the illumination light S5 and the illumination light S6 extracted after passing through the hexagonal prism 30b becomes a light beam having a circular cross section and a unified polarization direction.
[0061]
As the polarization separation element 35, for example, a wire grid type polarization element or the like may be used. As such a polarizing element, ProFlux (registered trademark) of MOXTEK, Inc. is known. ProFlux is a glass substrate on which a fine Al grid with a width of about 65 nm, a height of 200 nm and a pitch of about 140 nm is formed. It is an element that transmits a polarized light component in an orthogonal vibration direction and reflects a polarized light component in a vibration direction parallel to the longitudinal direction of the grid.
[0062]
Further, the half-wave plate 36 may be disposed on any path after emission of the trapezoidal prisms 31 and 32. In the arrangement of FIG. 11, L1 and L2 are polarized to be unified with P-polarized light. However, if the half-wave plate 36 is arranged on the path of L1, L1 and L2 are polarized to be unified with S-polarized light. .
[0063]
According to the light source device 100b of the second embodiment, since the polarization direction of the illumination light (S7) emitted from the light source device 100b is unified, a TN liquid crystal panel is used as the two-dimensional light modulator 500 that is the irradiated surface. It is possible to improve the light utilization efficiency when employed.
[0064]
Next, FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a projection display device 1000b according to the second embodiment of the present invention, which is configured using the light source device 100b according to the second embodiment described above as an illumination system. . The projection display device 1000b includes three light source devices 1201 to 1203, fly-eye lenses 1204 and 1206 that are integrator optical systems, a cross dichroic prism 1205 that is a color composition element, a liquid crystal panel 1210 that is a two-dimensional light modulator, and A projection lens 1212 is included. The above-described units use the same elements as those of the projection display apparatus 1000 of the first embodiment except for the color composition element and the like. In the present embodiment, the projection display apparatus 1000b includes a field lens 1207, a condenser lens 1208, polarizing plates 1209 and 1211, and the like.
[0065]
The projection display apparatus 1000b according to the second embodiment includes three light source devices 1201, 1202, and 1203 as light source devices for G, R, and B colors. As the light source devices 1201 to 1203, the light source device 100b of the second embodiment described above is used. A cross dichroic prism 1205 is used as a color synthesizing element for synthesizing the light beams of these colors.
[0066]
The cross dichroic prism 1205 is widely used as an optical element for color synthesis after passing through a liquid crystal panel in a three-plate projection type liquid crystal display device.
[0067]
In the projection display apparatus 1000 according to the first embodiment, a unit combining three prisms instead of a cross dichroic prism is used as a color synthesis optical element. This is because of the dichroic coating of the cross dichroic prism. In a projection display apparatus using a DMD as a two-dimensional light modulator, which has a thin film characteristic that is polarization-dependent with respect to an incident angle of a light beam incident on the thin film, and can use randomly polarized light as illumination light. Uses a color synthesizing prism composed of three prisms that can reduce the incident angle of light rays in order to eliminate polarization dependence as much as possible.
[0068]
The cross dichroic prism has a merit that it can be made more compact than the prism unit (1006 to 1008) for color synthesis in the projection display apparatus 1000 in the first embodiment, so that a TN liquid crystal panel using polarized light is two-dimensional. When used as an optical modulator, it is desirable to use a cross dichroic prism.
[0069]
Light beams of respective colors from the light source devices 1201, 1202, and 1203 are superimposed and illuminated on a liquid crystal panel 1210 that is a two-dimensional light modulator by fly-eye lenses 1204 and 1206, a field lens 1207, and a condenser lens 1208. In this embodiment, polarizing plates 1209 and 1211 are provided before and after the liquid crystal panel 1210. Thereafter, the image information on the liquid crystal panel 1210 is obtained as a color image by the projection lens 1212 for enlarging and projecting the image information on a screen (not shown).
[0070]
Similar to the projection display apparatus 1000 of the first embodiment, the light beam S1 group emitted from the LED array 200 of the light source device 100b is converted into a light beam S7 having a circular cross section, emitted as illumination light, and guided to the integrator optical system. The liquid crystal panel 1210 can be well illuminated. Moreover, since the light source device 100b has a function of polarization conversion, the light utilization efficiency is improved by unifying the polarization of the illumination light.
[0071]
In the first embodiment and the second embodiment, the LED light emitting element 21 having a single color emission wavelength is used as the single-plate projection display apparatus and the LED array 200. It is also possible to use a white LED. In this case, for example, as shown in FIG. 13, when a two-dimensional LED array is formed by stacking a one-dimensional LED array in a plurality of stages, the first stage is used for the R light source 1301, and the second stage is used for the G. An LED array for each color is arranged in a predetermined pattern on the light source 1302, such as the third stage on the B light source 1303, and these R, G, and B LEDs are synchronized with the two-dimensional light modulator 500. If it is turned on by time-sharing control, color display becomes possible. In this case, since it is not necessary to use an optical element for color synthesis, the configuration of the optical system becomes simple.
[0072]
The embodiment of the present invention has been described above. The above-described embodiment shows an example of a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. .
[0073]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, in a light source device configured using a plurality of light emitting diodes (LEDs) and a projection display device using the same, light rays emitted from the LEDs are efficiently reflected by a reflecting mirror. A light beam that is well converted into a substantially parallel light beam and that has a semi-circular cross-section due to its substantially parallel shape is incident on a hexagonal prism unit and divided into two by the action of the prism, and the circular cross-section It can be converted into a luminous flux and emitted, and can be efficiently used as high-intensity illumination light. In particular, when an integrator optical system composed of a fly-eye lens is constructed as a lighting system using this light source device, a light beam having a circular cross section is incident on the element lens of the fly-eye lens efficiently. There is an effect that the illumination light can be uniformly illuminated by being converted into illumination light and superimposed and formed on a two-dimensional light modulator which is an illuminated surface.
[0074]
Further, when a liquid crystal panel is employed as the two-dimensional light modulator, a polarization separation element is provided on the bottom surface of the trapezoidal prism, and a half-wave plate is disposed in the optical path of one light beam emitted from the hexagonal prism unit. This makes it possible to convert the polarization, and by unifying the polarization of the light beam emitted from the hexagonal prism, it is possible to achieve both the uniform illumination of the two-dimensional light modulator and the improvement of the light utilization efficiency by unifying the polarization. .
[0075]
In particular, in the configuration according to claims 1 to 3, the light emitted from the LED light emitting element which is a point light source is efficiently collimated by a parabolic reflecting mirror arranged with the position where the LED light emitting element is arranged as a focal point. It can be converted into a light beam and emitted.
[0076]
In addition, although the cross-sectional shape of the substantially parallel light beam emitted from the LED light source device composed of the LED light emitting element and the reflecting mirror is a semicircular shape, a thin film having a semi-transparent characteristic in a hexagonal prism formed by joining two trapezoidal prisms. As a result, the incident light beam is divided into two substantially 1: 1 by transmission and reflection, and the light beam just after being emitted from the hexagonal prism is substantially parallel and has a circular cross-sectional shape, with the central axis portion having the highest illuminance and the periphery. The light beam is converted into a light beam having an illuminance characteristic in which the illuminance decreases concentrically and enters each element lens of the first fly-eye lens constituting the integrator optical system.
[0077]
In the illumination system configured using the light source device of the present configuration, a plurality of fly eye lenses having a number of element lenses corresponding to the number of each luminous flux of the circular cross section from the light source device, that is, the number of LED light source units, are used. Constructing an integrator optical system, out of the circular luminous flux, a luminous flux having the above-mentioned concentric illuminance characteristics cut out in a rectangular shape by each element lens of the first fly-eye lens is irradiated by the second fly-eye lens Since the image is superimposed on the surface (two-dimensional light modulator), highly uniform illumination is performed on the irradiated surface.
[0078]
In particular, in the invention described in claim 4, in the prism unit having a hexagonal shape in which the bottom surfaces of the trapezoidal prisms are joined to each other, a polarization separating element is provided on the joining surface, and any of the light beams divided and emitted by the prism unit. A half-wave plate for unifying the polarization component of one of the light beams into the other polarization component is arranged after the trapezoidal prism, and with this configuration, the light beam is divided into two parts (semicircular cross section). Since the polarization conversion can be performed simultaneously with the conversion from the light beam to the circular cross-section light beam, for example, it is possible to improve the light utilization efficiency in a projection display device using a twisted nematic (TN) liquid crystal panel as a two-dimensional light modulator. Become.
[0079]
In particular, in the invention according to claim 5, as a method of configuring the LED array, a set of LED light emitting elements and reflecting mirrors are arranged on a plurality of substrates to form a one-dimensional array, and this is arranged in a plurality of stages. Thus, a two-dimensional LED array is formed, and in a form combined with an array of hexagonal prisms arranged in the subsequent stage, a two-dimensional array of luminous flux groups can be emitted as a light source device. An illumination system combined with a fly-eye lens can be configured to have a 1: 1 correspondence with the two-dimensional array of emitted light beams from the light source device, and effective illumination light can be obtained.
[0080]
Particularly, in the invention described in claim 6, the light source device according to any one of claims 1 to 5 is provided for each of R (red), G (green), and B (blue). By adopting the configuration, it is possible to realize a color display projection display apparatus using a liquid crystal panel or DMD as a two-dimensional light modulator and using a three-plate or single-plate system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an illumination system including a light source device 100 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a light source unit 10 for explaining a light source device 100 in particular.
3 is a diagram for explaining a light source device 100. FIG.
4 is a perspective view showing a configuration of an LED array 200 in the light source device 100. FIG.
5 is a perspective view showing a configuration of a prism array 300 in the light source device 100. FIG.
6 is a view for explaining parallelization of light rays emitted from an LED light source device 20. FIG.
7 is a diagram for comparing and explaining the amount of light rays emitted from the LED light emitting element 21. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing an illuminance distribution of illumination light S1 for explaining the intensity of a light beam formed after reflection by a parabolic reflecting mirror 22;
9 is a diagram showing an illuminance distribution of illumination light S4 for explaining the intensity of a light beam formed after exiting the hexagonal prism 30. FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a projection display apparatus 1000 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a light source unit, particularly a light source unit, 10b of a light source device 100b according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a projection display apparatus 1000b according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram for describing a configuration of a light source device according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
100 light source device (first embodiment)
1000 Projection Display Device (First Embodiment)
100b Light source device (second embodiment)
1000b Projection display device (second embodiment)
10 Light source unit
200 LED array
300 Prism array
400 Integrator optical system
500 Irradiated surface (two-dimensional light modulator)
20 LED light source device
21 LED light emitting device
22 Parabolic reflector
23 Insulating substrate
24 optical axes
30 Hexagonal prism
31 trapezoidal prism (top)
32 trapezoidal prism (bottom)
33 Thin film at the joint surface (interface)
L Emission light from LED light source device 20
Upper exit light beam (transmission light) divided into two by L1 prism 30
L2 The lower emission light beam (reflected light) divided into two by the prism 30
S1 Light emitted from the LED light source device 20
Illumination light by S2 L1
Illumination light by S3 L2
Illumination light emitted from the S4 hexagonal prism 30
F Focus of parabolic reflector 22
La to Le rays
410, 1004, 1204 First fly-eye lens
420, 1005, 1206 Second fly-eye lens
430, 1009, 1207 Field lens
440, 1010, 1208 condenser lens
1001, 1201 Light source device (for G)
1002, 1202 Light source device (for R)
1003, 1203 Light source device (for B)
LG Green light
LR red light
LB blue light
1006, 1007, 1008 Color composition prism
1011 TIR prism
1012 DMD
1013, 1212 projection lens
10b Light source unit (second embodiment)
30b Hexagonal prism (second embodiment)
35 Polarization separation element
36 1/2 wavelength plate
Illumination light by S5 L1
Illumination light by S6 L2 (after passing through half-wave plate 36)
S7 Emitted illumination light from hexagonal prism 30b
1205 Cross dichroic prism
1209, 1211 Polarizing plate
1210 LCD panel
1301 LED array for R
1302 G LED array
1303 B LED array

Claims

A light source device configured by arranging a plurality of light emitting diodes (LEDs) in an array,
An LED light source device having an LED light emitting element and a reflecting mirror that reflects light emitted from the element and emits it as a substantially parallel light beam, and an opening of the reflecting mirror has a semicircular shape in a cross section perpendicular to the optical axis When,
A light source unit that is arranged at the rear stage of the LED light source device, and has a prism unit that enters a light beam having a semicircular cross section emitted from the device, divides the light beam into two, converts the light beam into a circular cross section, and emits the light A light source device characterized by being arranged in a plurality of arrays.

The light source device according to claim 1, wherein the reflecting mirror has a parabolic shape with a focus on a position where the LED light emitting element is disposed.

The prism unit is a hexagonal prism formed by bonding the bottom surfaces of two trapezoidal prisms, and a thin film having a semi-transparent characteristic is formed on the bonding surface. The light source device according to 1.

The prism unit is a hexagonal prism formed by bonding the bottom surfaces of two trapezoidal prisms, and has a polarization separation element on the bonding surface,
A half-wave plate for unifying the polarization component of the light beam after emission of the trapezoidal prism into the polarization component of the other light beam divided into two is disposed at the subsequent stage of one of the trapezoidal prisms in the prism unit. The light source device according to claim 1, wherein the light source device is a light source device.

A plurality of sets of LED light emitting elements and reflecting mirrors are arranged in a one-dimensional array on a substrate, and a two-dimensional LED array is configured by arranging a plurality of the substrates arranged in a one-dimensional array in a stacked manner. The light source device according to any one of claims 1 to 4.

The light source device according to any one of claims 1 to 5 is provided for each color of R (red), G (green), and B (blue),
A color synthesizing element that synthesizes the luminous flux of each color from each of the light source devices;
An integrator optical system configured using a fly-eye lens to superimpose the emitted light beams of the respective colors on an illuminated surface;
At least one two-dimensional light modulator that is illuminated with illumination light superimposed and imaged through the integrator optical system and modulates according to image information;
And a projection lens for enlarging and projecting an image on the two-dimensional light modulator.