(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射型ディスプレイに使用するための光源（20）であって、
反射性基体（24）上に設けられた複数のＬＥＤ（21、22、23）を含み、
前記複数のＬＥＤ（21、22、23）の各々が、その各々の頂面、及び１つ又は複数の側面を介して出射する光を生成し、前記反射性基体（24）が前記複数のＬＥＤ（21、22、23）の各々の底面と接する反射性の面、及び前記複数のＬＥＤ（21、22、23）のそれぞれの前記側面を出る光を反射する為の複数のリフレクタ（91）を有し、
前記リフレクタ（91）は、前記複数のＬＥＤ（21、22、23）のそれぞれの前記側面から出る光を反射する為に、互いに対して所定の角度をなすように設定された複数の平坦な小反射面を含み、
前記複数のＬＥＤは、前記複数のＬＥＤ（21、22、23）の各々の底面が前記複数の小反射面の１つとそれぞれ接触するように配設されており、前記複数の小反射面のそれぞれが、前記複数のＬＥＤ（21、22、23）の各々の中で生じた光及び隣接するＬＥＤ（21、22、23）の前記側面の１つを出る光を反射する、光源（20）。
【請求項２】
請求項１に記載された光源を含む光学系であって、その光学系に対して定義される軸に対して事前に決められた受光角内にある光を受光し、前記光学系により集光される光を生成するものにおいて、
前記リフレクタが、前記ＬＥＤの前記側面を出る光を前記光学系の前記受光角内へと反射するように適合されている、光学系。
【請求項３】
前記複数の小反射面は、前記ＬＥＤの前記側面から前記小反射面の方へ出る光が、前記光学系の前記受光角内にある角度で反射して戻すように、前記軸に対して角度を成すように設定されている、請求項２に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源に関し、より具体的にはプロジェクタ等に用いる固体光源等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像をスクリーンへと投射する為の装置は従来より周知である。白熱灯やアーク灯を使用した装置は投射型ディスプレイにしばしば用いられる。しかしながら、このような光源の寿命は限られており、また光源の使用寿命にわたって出力が安定しない。加えて、表示用途には不必要なＵＶやＩＲ等のようなスペクトル成分を、他の部品や見る人の目に損傷を与えないようにフィルタリングして放射光から除去しなければならない。
【０００３】
赤、緑及び青色光を発光する発光ダイオード（以下ＬＥＤ）又は半導体レーザを組み合わせたものを使用した光源は、固体光源として用いることが出来る。ＬＥＤ及びレーザの発光は通常、スペクトル的に狭帯域光源である為にディスプレイに用いるカラーフィルタを省略することが出来る。更に、半導体レーザ及びＬＥＤの光出力は、一般的に時系列的カラー表示に充分な速度で電気的に変調可能である。加えて、殆どの固体レーザは直線偏光した光を放射し、これが更に光の生成効率を改善し、投射装置の光学系の単純化に貢献している。
【０００４】
残念なことに個々の固体光源は、多くの投射型ディスプレイへと適用するには充分な輝度を提供しない。よって充分な出力を得る為にＬＥＤのアレイを利用しなければならないのである。ＬＥＤアレイにおいて作られる光のうち、かなりの部分が失われる。従来型のＬＥＤはその上面、底面及び側面を通して光を放射する。最も高出力の赤色、緑色、青色ＬＥＤには光学的に透明な基板が含まれる。ＬＥＤが平坦なヒートシンク上に設けられた場合、基板及びＬＥＤの上面が光導波路として働き、隣接するＬＥＤとの間で光を導いてしまう。この導波作用により、ＬＥＤの側面から放射される光のうちの相当な量がアレイの外縁まで運ばれる。運ばれる間に光は減衰し、コリメータ光学部品が部分的にしか取り込めない位置から放射されてしまう。
【０００５】
【発明の解決すべき課題】
本発明の広義の目的は、投射型ディスプレイ等に用いる為の改善された固体光源を提供することである。
【０００６】
本発明の更なる目的は、ＬＥＤの側面から出る光を従来技術による光源よりも効率的に取り込める固体光源を提供することである。
【０００７】
本発明のこれら及び更なる目的は、以下の詳細説明及び添付図面を参照することにより、当業者に明らかとなる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は光源に関し、ここで生じた光は、光学系によって定義された軸に対して事前に決められた受光角内にあるところの光源から出た光を集光する為の光学系により集光される。光源は反射性基体（即ちＬＥＤで発光する光を反射することのできる基体）上に設けられた複数のＬＥＤを含む。各ＬＥＤは、そのＬＥＤの上面、底面及び１面以上の側面から出て行く光を生じる。反射性の基体は各ＬＥＤの底面と接触する反射面を有する。ＬＥＤの側面から出て行く光は複数のリフレクタにより光学系の受光角度となるように反射される。本発明の一実施形態においては、リフレクタはＬＥＤの側面から出る光を反射する為に複数の反射小平面を含んでいる。それらの面は反射性基体の一部であっても良いし、或はＬＥＤ間に位置する別個の物体であっても良い。本発明の他の実施形態においては、リフレクタはＬＥＤ間に配した散乱中心を含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上述したように、ＬＥＤを利用した光源における大きな問題は、このような光源に付随する低い輝度の問題である。従来技術によるＬＥＤ光源（１０）の断面図を示した図１を参照する。一般的に、従来技術によるＬＥＤ光源は、平坦な光反射性のヒートシンク（１４）上に設けられた複数のＬＥＤより構成される。ＬＥＤの具体例を（１１、１２、１３）として示す。ＬＥＤが構成される材料の屈折率と空気の屈折率との間に大きな差異がある為に、ＬＥＤの上面に臨界角よりも小さい角度で入射する光のみがＬＥＤを出ることが出来る。残りの光は光パイプの作用を持つＬＥＤ内に閉じ込められる。閉じ込められた光は部分的にＬＥＤ材料に吸収される。参照番号（１６）として示すように、側面に沿ってＬＥＤを出る閉じ込められた光の一部は隣接するＬＥＤへと入り、その中でも吸収、閉じ込めが繰り返される。最終的にＬＥＤアレイの端に到達した光は通常はコリメータ光学系の受光角を外れた方向に向かっており、従ってこの光は実質的に損失となってしまうこともある。
【００１０】
この問題は平坦ではない反射性ヒートシンクを利用する本発明に基づく光源の一実施形態により解決される。本発明に基づく光源の一実施形態の断面図を示す図２を参照する。光源（２０）は（２１、２２、２３）に例示する複数のＬＥＤから構成されている。ＬＥＤは、光源（２０）からの光を平行化する為の光学系の光学軸に対して角度を持つ複数の平坦な小平面（９１）を含むヒートシンク（２４）上に設けられている。光学系の光学軸の方向は矢印（２６）により示される。勾配（２５）は、ＬＥＤの上面及び側面から出る光が両方とも光を平行化する光学系（２９）の受光角円錐内の角度となるような傾きに設定される。加えて、ＬＥＤの側面からヒートシンク面に向かって出た光は、ヒートシンクの表面で光学系の受光角内の角度で反射する。このような光線は参照番号（２７）に示される。更に参照番号（９０）で示すように、他のＬＥＤに当たるような角度で一つのＬＥＤから放射される光は、ＬＥＤ（２１）の面で反射する為、ＬＥＤ（２１）の放射輝度を増すことになる。
【００１１】
ＬＥＤの端部から出る光が光学系の受光角内へと反射される本発明の第２の実施形態を示すものが、図に示す本発明に基づく光源（３０）の断面図である。光源（３０）は平坦な反射性ヒートシンク（３４）上に設けられた複数のＬＥＤを含む。ＬＥＤの例を（３１、３２、３３）に示す。ＬＥＤ間の間隙（３５）には（３６）に示すような散乱性の粒子を含有する透明媒体が充填されている。散乱性の粒子は、ヒートシンクの面に対して平行に移動する光を反射するものである。散乱光のかなりの部分が光学系の受光開口へと直接的に反射するか、或はヒートシンクで反射した後に光学系の受光開口へと向かうことになる。光が散乱性粒子に当たらずに隣接するＬＥＤを通過したとしても、それは隣接するＬＥＤを出た時点で更なる散乱の対象となる。
【００１２】
ＬＥＤの端部から出る光が光学系の受光角内へと反射される本発明の第３の実施形態を描いたものが、図４に示す本発明に基づく光源（４０）の断面図である。光源（４０）は先に説明した光源（３０）とは異なり、ＬＥＤ間の領域にＬＥＤの側面から出る光を光学系の受光角内へと反射するリフレクタ（４６）を含むものである。ＬＥＤの寸法は０．５ｍｍ程度であり、従って様々なの製造技術を利用してリフレクタを製造することが可能である。例えば、リフレクタを反射性材料でコーティングした打ち抜かれた金属材で構成しても良い。
【００１３】
上記の説明及び添付図面から、本発明の様々な変更形態が当業者には明らかである。従って、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【００１４】
即ち、本発明を上述の好適実施形態に沿って説明すると、本発明は、光学系（２９）により集光される光を生じる光源（２０，３０，４０）にして、前記光学系（２９）が該光学系（２９）に定義される軸に対して事前に決められた受光角内にある前記光源（２０，３０，４０）を出る光を受光するよう構成される反射性基体（２４，３４）上に設けられた複数のＬＥＤ（２１，２２，２３；３１，３２，３３）を含み、該複数のＬＥＤ（２１，２２，２３；３１，３２，３３）の各々は、該複数のＬＥＤ（２１，２２，２３；３１，３２，３３）の各々の頂面、底面及び１面以上の側面を介して出射する光を生じ、前記反射性基体（２４，３４）が前記ＬＥＤ（２１，２２，２３；３１，３２，３３）の各々の底面と接する反射性の面を有し、前記ＬＥＤ（２１，２２，２３；３１，３２，３３）の前記側面を出る光を光学系（２９）の前記受光角内へと反射する為の複数のリフレクタ（３６，４６，９１）を更に含むことを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記リフレクタ（３６，４６，９１）が、前記複数のＬＥＤ（２１，２２，２３；３１，３２，３３）のそれぞれの前記側面から出る光を前記受光角内の角度に反射する為の複数の小反射面を含む。
【００１６】
好ましくは、前記複数のＬＥＤ（２１，２２，２３）の各々の底面は前記複数の小反射面の１つとそれぞれ接触するように配設されており、該複数の小平面は前記複数のＬＥＤ（２１，２２，２３）の各々の中で生じた光及び隣接する前記ＬＥＤ（２１，２２，２３）の前記側面の１つを出る光を反射する。
【００１７】
好ましくは、前記リフレクタ（３６）が、前記ＬＥＤ（３１，３２，３３）間にある透明媒体中に分散した複数の散乱性の粒子を含む。
【００１８】
更に本発明は、反射性基体（２４）の頂面に互いに併置された複数のＬＥＤ（２１，２２，２３）を含む光源（２０）において、前記頂面は隣り合うもの同士が互いに相違する向きに傾斜する複数の小反射面（９１）を有するよう構成され、該複数の小反射面（９１）の各々に前記複数のＬＥＤ（２１，２２，２３）の一つがそれぞれ配置されることを特徴とする。
【００１９】
加えて本発明は、反射性基体（３４）上に互いに併置された複数のＬＥＤ（３１，３２，３３）を含む光源において、前記複数のＬＥＤ（３１，３２，３３）の間隙には、少なくとも前記複数のＬＥＤ（３１，３２，３３）のそれぞれから出射する光を反射させるためのリフレクタ手段（３６，４６）が配置されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に基づくＬＥＤ光源の断面図である。
【図２】本発明に基づく光源の第１の実施形態の断面図である。
【図３】本発明に基づく光源の第２の実施形態の断面図である。
【図４】本発明に基づく光源の第３の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
２０、３０、４０  光源
２１、２２、２３、３１、３２、３３  ＬＥＤ
２４、３４  反射性基体
２９  光学系
３６、４６、９１  リフレクタ
【図１】
0004757974.tif 000002
【図２】
0004757974.tif 000003
【図３】
0004757974.tif 000004
【図４】
0004757974.tif 000005