(57)【要約】  【課題】  映像表示装置において、ＬＥＤ技術により高画質性を確保する。  【解決手段】  フリップチップ型構造を備えた半導体発光素子を光源として用い、偏光変換された白色光またはＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光を該光源から出射する。半導体発光素子としては、反射電極上に設けたＬＥＤチップ発光部の光出射側に、偏光方向を回転させる光透過性の基板または１／４波長位相差板と、Ｐ、Ｓいずれか一方の偏光光を反射し他方の偏光光を透過する反射型偏光板とを備え、反射型偏光板または反射電極が反射した偏光光の偏光方向を、上記基板または１／４波長位相差板により回転させて上記他方の偏光光の偏光方向に揃え、該反射型偏光板を透過させて出射する構成とする。【選択図】  図１
2005284051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射電極上にＬＥＤチップ発光部を備えた半導体発光素子であって、
上記ＬＥＤチップ発光部の光出射側に、光の偏光方向を回転させる光透過性の基板または１／４波長位相差板と、Ｐ、Ｓいずれか一方の偏光光である第１の偏光光を反射し他方の偏光光である第２の偏光光を透過する反射型偏光板とを備え、上記反射型偏光板または上記反射電極が反射した上記第１の偏光光の偏光方向を、上記基板または上記１／４波長位相差板により回転させて上記第２の偏光光の偏光方向に揃え、該第２の偏光光とともに上記反射型偏光板を透過させ出射する構成としたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
上記基板は、サファイア基板である請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
映像表示装置用の光源ユニットであって、
請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子を平面内に複数個配し、白色光またはＲ、Ｇ、Ｂいずれかの色光の偏光光を出射する構成としたことを特徴とする光源ユニット。
【請求項４】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する映像表示装置であって、
反射電極上に形成したＬＥＤチップ発光部の光出射側に、光の偏光方向を回転させる光透過性の基板または１／４波長位相差板と、Ｐ、Ｓいずれか一方の偏光光を反射し他方の偏光光を透過する反射型偏光板とを備え、該ＬＥＤチップ発光部で発生した白色光またはＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光方向を揃え所定の偏光方向の偏光光として出射する光源ユニットと、
上記偏光光としての白色光から色分離されたＲ、Ｇ、Ｂの各色光、または上記偏光光としてのＲ、Ｇ、Ｂの各色光が照射された上記映像表示素子を、映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
を備えたことを特徴とする映像表示装置。
【請求項５】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する映像表示装置であって、
反射電極上に形成したＬＥＤチップ発光部の光出射側に、光の偏光方向を回転させる光透過性の基板または１／４波長位相差板と、Ｐ、Ｓいずれか一方の偏光光を反射し他方の偏光光を透過する反射型偏光板とを備え、該ＬＥＤチップ発光部で発生した白色光またはＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光方向を揃え所定の偏光方向の偏光光として出射する光源ユニットと、
上記偏光光としての白色光から色分離されたＲ、Ｇ、Ｂの各色光、または上記偏光光としてのＲ、Ｇ、Ｂの各色光が照射された上記映像表示素子を、映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
上記映像表示素子で形成されたＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光の光学像を色合成する色合成手段と、
上記色合成された光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
を備えたことを特徴とする映像表示装置。
【請求項６】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する映像表示装置であって、
反射電極上に形成したＬＥＤチップ発光部の光出射側に、偏光方向を回転させる光透過性の基板または１／４波長位相差板と、Ｐ、Ｓいずれか一方の偏光光を反射し他方の偏光光を透過する反射型偏光板とを備え、該ＬＥＤチップ発光部で発生した白色光またはＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光方向を揃え所定の偏光方向の偏光光として出射する光源ユニットと、
上記偏光光としての白色光から色分離されたＲ、Ｇ、Ｂの各色光、または上記偏光光としてのＲ、Ｇ、Ｂの各色光が照射される直視用映像表示素子と、
上記直視用映像表示素子を、映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
を備えたことを特徴とする映像表示装置。
【請求項７】
上記光源ユニットは、上記Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光を時分割で出射する構成である請求項４、５または６に記載の映像表示装置。
【請求項８】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する映像表示装置用の光学ユニットであって、
反射電極上に形成したＬＥＤチップ発光部の光出射側に、偏光方向を回転させる光透過性の基板または１／４波長位相差板と、Ｐ、Ｓいずれか一方の偏光光を反射し他方の偏光光を透過する反射型偏光板とを備え、該ＬＥＤチップ発光部で発生した白色光またはＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光方向を、上記基板または１／４波長位相差板により揃え、所定の偏光方向の偏光光として出射する光源と、
上記偏光光としての白色光から色分離されたＲ、Ｇ、Ｂの各色光、または上記偏光光としてのＲ、Ｇ、Ｂの各色光が照射される映像表示素子と、
上記映像表示素子で形成されたＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光の光学像を色合成する色合成手段と、
上記色合成された光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
を備えたことを特徴とする映像表示装置用の光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源側からの光を映像表示素子に照射し光学像を形成して映像表示する映像表示技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した従来技術としては、例えば、特開２００３−３２９９７８号公報（特許文献１）や、特開２０００−２２１５９６号公報（特許文献２）に記載されたものがある。特開２００３−３２９９７８号公報には、投射型表示装置の照明装置として、小型・薄型・軽量化のために、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光発生用のＬＥＤを用い、該ＬＥＤの外部に、位相差板、テーパロッドレンズアレイ、ロッドレンズアレイ及び反射型偏光板とを備えた構成が記載され、特開２０００−２２１５９６号公報には、ＬＥＤを用いた投射型ディスプレイ用の光源として、隣合うＬＥＤ間の光の干渉をなくすために、光を反射する基体の複数の傾斜面上に複数のＬＥＤを配した構成が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２９９７８号公報
【０００４】
【特許文献２】特開２０００−２２１５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術では、光束が太くなり易いために、平行光の細い光束を得にくくなるおそれがある。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、映像表示装置技術において、平行かつ細い光束を得て、表示映像の高画質性を確保できるようにすること、光路上の光学部品数を削減できるようにすることなどである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題点を解決するために、本発明では、映像表示装置用の光源として、反射電極上にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）チップ発光部を有するフリップチップ型構造を備えた半導体発光素子を用い、偏光変換された白色光またはＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光を該光源から出射する。該半導体発光素子としては、ＬＥＤチップ発光部の光出射側に、偏光方向を回転させる光透過性の基板または１／４波長位相差板と、Ｐ、Ｓいずれか一方の偏光光を反射し他方の偏光光を透過する反射型偏光板とを備え、反射型偏光板または上記反射電極が反射した偏光光の偏光方向を、上記基板または１／４波長位相差板により回転させて上記他方の偏光光の偏光方向に揃え、該反射型偏光板を透過させて出射する構成とする。
具体的には、上記構成を基本とする半導体発光素子と、該素子を用いた光源ユニットと、該光源ユニットを用いた映像表示装置及び光学ユニットとを、本発明として提案する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、映像表示装置において、表示映像の高画質性を確保することができる。光路上の光学部品数を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
図１〜図２は、本発明の第１の実施形態の説明図である。図１は、本発明に係る半導体発光素子の構成例図、図２は、図１の半導体発光素子を光源に用いた映像表示装置の構成例図である。
【０００９】
図１において、１は半導体発光素子、１ａは、半導体発光素子１中で白色光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光いずれかの色光を発光するＬＥＤチップ発光部、１ｂは同じく反射電極、１ｃは、同じく光の偏光方向を回転させる光透過性の基板としてのサファイア基板、１ｄは、同じくＰ、Ｓいずれか一方の偏光光を反射し他方の偏光光を透過する反射型偏光板、１ｒは樹脂レンズ、１ｓは素子基板である。本半導体発光素子１は、ＬＥＤチップ発光部１ａが反射電極１ｂ上に形成されたフリップチップ型構造を備える。
【００１０】
かかる構成において、ＬＥＤチップ発光部１ａに反射電極１ｂから電圧が印加されると、該ＬＥＤチップ発光部１ａは白色光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光いずれかの色光を発光しサファイア基板１ｃ側に出射する。該出射した白色光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光いずれかの色光中のＰ偏光光（Ｐ波）とＳ偏光光（Ｓ波）のうちいずれか一方（ここではＳ偏光光（Ｓ波）とする）は、反射型偏光板１ｄで反射され、サファイア基板１ｃ中を通り、ＬＥＤチップ発光部１ａを透過して反射電極１ｂに入射する。入射した光は該反射電極１ｂで反射され、再び、ＬＥＤチップ発光部１ａを透過し、サファイア基板１ｃ中を通って反射型偏光板１ｄに至る。かかる過程でＳ偏光光は、反射型偏光板１ｄで反射されてサファイア基板１ｃ中を通るときと、反射電極１ｂで反射されて再びサファイア基板１ｃ中を通るときとにおいて、その偏光方向を回転され、Ｐ偏光光（Ｐ波）に変換される。なお、Ｓ偏光光は、ＬＥＤチップ発光部１ａから出射してサファイア基板１ｃ中を通る１回目の通過過程と、反射型偏光板１ｄで反射されてサファイア基板１ｃ中を通る２回目の通過過程と、反射電極１ｂで反射されて再びサファイア基板１ｃ中を通る３回目の通過過程では、その全部（ＬＥＤチップ発光部１ａから出射したＳ偏光光の全部）がＰ偏光光に変換されないこともある。この場合には、残りのＳ偏光光が、さらに、反射型偏光板１ｄで反射されてサファイア基板１ｃ中を通る過程でＰ偏光光に変換され、さらにその残りのＳ偏光光が、反射電極１ｂで反射されて再びサファイア基板１ｃ中を通る過程でＰ偏光光に変換される。このようにサファイア基板１ｃ中を通ることを繰り返しながらその通過過程で順次残りのＳ偏光光がＰ偏光光に変換される。サファイア基板１ｃ中を通る通過過程で変換されたＰ偏光光は、反射型偏光板１ｄに入射し、ＬＥＤチップ発光部１ａで発光した白色光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光いずれかの色光中のもともとのＰ偏光光とともに、該反射型偏光板１ｄを透過し、樹脂レンズ１ｒを通って素子１の外部に出射する。これにより、半導体発光素子１からは、偏光変換された白色光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光いずれかの色光のＰ偏光光が出射される。
【００１１】
なお、上記とは逆に、上記反射型偏光板１ｄが、Ｓ偏光光（Ｓ波）を透過しＰ偏光光を反射する場合は、該Ｐ偏光光は、反射型偏光板１ｄで反射された後、上記サファイア基板１ｃ中を通り、ＬＥＤチップ発光部１ａを透過して反射電極１ｂに入射する。入射した光は該反射電極１ｂで反射され、再び、ＬＥＤチップ発光部１ａを透過し、サファイア基板１ｃ中を通って反射型偏光板１ｄに至る。かかる過程でＰ偏光光は、反射型偏光板１ｄで反射されてサファイア基板１ｃ中を通るときと、反射電極１ｂで反射されて再びサファイア基板１ｃ中を通るときとにおいて、その偏光方向を回転され、Ｓ偏光光（Ｓ波）に変換される。なお、Ｐ偏光光は、ＬＥＤチップ発光部１ａから出射してサファイア基板１ｃ中を通る１回目の通過過程と、反射型偏光板１ｄで反射されてサファイア基板１ｃ中を通る２回目の通過過程と、反射電極１ｂで反射されて再びサファイア基板１ｃ中を通る３回目の通過過程では、その全部（ＬＥＤチップ発光部１ａから出射したＰ偏光光の全部）がＳ偏光光に変換されないこともある。この場合には、残りのＰ偏光光が、さらに、反射型偏光板１ｄで反射されてサファイア基板１ｃ中を通る過程でＳ偏光光に変換され、さらにその残りのＰ偏光光が、反射電極１ｂで反射されて再びサファイア基板１ｃ中を通る過程でＳ偏光光に変換される。このようにサファイア基板１ｃ中を通ることを繰り返しながらその通過過程で順次残りのＰ偏光光がＳ偏光光に変換される。サファイア基板１ｃ中を通る通過過程で変換されたＳ偏光光は、反射型偏光板１ｄに入射し、ＬＥＤチップ発光部１ａで発光した白色光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光いずれかの色光中のもともとのＳ偏光光とともに、該反射型偏光板１ｄを透過し、樹脂レンズ１ｒを通って素子１の外部に出射する。これにより、半導体発光素子１からは、偏光変換された白色光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光いずれかの色光のＳ偏光光が出射される。
また、上記構成では、光の偏光方向を回転させる光透過性の基板としてサファイア基板１ｃを用いたが、他のものを用いてもよい。
【００１２】
図２は、上記図１に示す半導体発光素子１を光源として用いた第１の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。本映像表示装置では、半導体発光素子は、偏光変換された白色の偏光光を出射するものとする。半導体発光素子から出射される偏光変換された白色光の偏光光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光に色分離した後、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光に対応する映像表示素子（液晶パネル）に照射して光学像を形成し、該光学像を色合成して投射レンズユニットから拡大投射する。
【００１３】
図２において、１は、上記図１に示す構成の半導体発光素子、１００は、複数個の該半導体発光素子１を１つの平面内に配して構成した光源ユニット、６は、複数の微小なレンズセルより成り複数の２次光源像を形成する第１のレンズアレイ、７は、同じく複数の微小なレンズセルより成り上記第１のレンズアレイ６それぞれのレンズ像を結像する第２のレンズアレイ、９は集光レンズ、４、１４、１９、２０は反射ミラー、１２、１３は、色分離用の色分離手段としてのダイクロイックミラー、１５、１６、１７はリレーレンズ、１０Ｒは赤色光（Ｒ光）用コンデンサレンズ、１０Ｇは緑色光（Ｇ光）用コンデンサレンズ、２ＲはＲ光用液晶パネル、２ＧはＧ光用液晶パネル、２Ｂは青色光（Ｂ光）用液晶パネル、１１は、色合成手段としての合成プリズム、３は投射レンズユニット、１８はスクリーンである。液晶パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂはそれぞれ、映像信号に基づき駆動回路（図示なし）により駆動され、入射された偏光光を変調して出射する。また、リレ−レンズ１５、１６、１７は、液晶パネル２Ｂの、光源ユニット１００からの光路長が、液晶パネル２Ｒ、２Ｇの場合に比べて長いことを補うために設けられる。光源ユニット１００から投射レンズユニット３までの上記諸要素は、投射型映像表示装置における光学ユニットを構成している。
【００１４】
図２の構成において、上記光源ユニット１００の複数個の該半導体発光素子１から出た光（偏光変換された白色光のＰ偏光光またはＳ偏光光であり、ここでは例えばＳ偏光光とする）は、上記第１のレンズアレイ６で複数の２次光源像を形成した後、上記第２のレンズアレイ７で該複数の２次光源像を結像し、該結像光が、集光レンズ９に入射される。集光レンズ９で集光された白色光のＰ偏光光は、反射ミラー４で反射されて光路を略直角に曲げられ、ダイクロイックミラー１２に対し約４５°の入射角で入射する。ダイクロイックミラー１２では、Ｒ光のＳ偏光光は透過され、Ｇ光及びＢ光のＳ偏光光は反射される。
【００１５】
上記ダイクロイックミラー１２を透過されたＲ光のＳ偏光光は反射ミラー１９で反射されて光路変更し、コンデンサレンズ１０Ｒを通り、さらに１／２波長位相差板など（図示なし）によってＰ偏光光とされた後、Ｒ光用の透過型液晶パネル２Ｒに照射される。該液晶パネル２Ｒでは、該Ｒ光のＰ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され光学像が形成されたＲ光のＳ偏光光となって出射される。液晶パネル２Ｒから出射されたＲ光のＳ偏光光は、色合成手段としての合成プリズム１１に入射される。該合成プリズム１１では、Ｒ光のＳ偏光光は、ダイクロイック面で反射され、投射レンズユニット３に入る。
【００１６】
一方、ダイクロイックミラー１２で反射されたＧ光及びＢ光のＳ偏光光は、さらに、ダイクロイックミラー１３に約４５°の入射角で入射し、該ダイクロイックミラー１３で、Ｇ光のＳ偏光光は反射され、Ｂ光のＳ偏光光は透過される。反射されたＧ光のＳ偏光光は、コンデンサレンズ１０Ｇを通ってＧ光用の透過型液晶パネル２Ｇに照射される。該液晶パネル２Ｇでは、該Ｇ光のＳ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され光学像が形成されたＧ光のＰ偏光光となって出射される。液晶パネル２Ｇから出射されたＧ光のＰ偏光光は、合成プリズム１１内においてダイクロイック面を透過し、投射レンズユニット３に入る。
【００１７】
また、上記ダイクロイックミラー１３を透過したＢ光のＳ偏光光は、リレーレンズ１５を経て反射ミラー２０で反射され、さらにリレーレンズ１６を経て反射ミラー１４で反射され、リレーレンズ１７を通り、１／２波長位相差板など（図示なし）によってＰ偏光光とされた後、Ｂ光用の透過型液晶パネル２Ｂに照射される。該液晶パネル２Ｂでは、該Ｂ光のＰ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され光学像が形成されたＢ光のＳ偏光光となって出射される。液晶パネル２Ｂから出射されたＢ光のＳ偏光光は、合成プリズム１１に入射される。合成プリズム１１内において該Ｂ光のＳ偏光光はダイクロイック面で反射され、投射レンズユニット３に入る。
上記のように、合成プリズム１１からは、映像信号により変調されたＲ光のＳ偏光光と、Ｇ光のＰ偏光光と、Ｂ光のＳ偏光光とが互いに色合成された状態で出射され、白色光として投射レンズユニット３に入り、該投射レンズユニット３によりスクリーン１８上に映像光として拡大投射される。
【００１８】
上記本発明の第１の実施形態によれば、光源ユニット１００から平行かつ細い光束を出射させることができ、表示映像を高画質なものにすることができる。ランプなどを用いる場合に比べ、光源ユニットを小型・軽量化することができる。光路上に偏光変換手段を設ける必要がないため、光学部品数を削減でき、光学系をコンパクトな構成にすることができる。
【００１９】
図３は、本発明の第２の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。本第２の実施形態では、半導体発光素子として、偏光変換されたＲ光の偏光光を出射するものと、同Ｇ光の偏光光を出射するものと、同Ｂ光の偏光光を出射するものとの３個を用いる。半導体発光素子の基本的構成は、上記図１の場合と同様であるとする。
【００２０】
図３において、１Ｒは、偏光変換されたＲ光の偏光光を出射する半導体発光素子、１Ｇは同Ｇ光の偏光光を出射する半導体発光素子、１Ｂは、同Ｂ光の偏光光を出射する半導体発光素子、１００Ｒは、複数個の半導体発光素子１Ｒを１つの平面内に配して成るＲ光用光源ユニット、１００Ｇは、複数個の半導体発光素子１Ｇを１つの平面内に配して成るＧ光用光源ユニット、１００Ｂは、複数個の半導体発光素子１Ｂを１つの平面内に配して成るＢ光用光源ユニット、６はそれぞれ、複数の微小なレンズセルより成り複数の２次光源像を形成する第１のレンズアレイ、７はそれぞれ、同じく複数の微小なレンズセルより成り上記第１のレンズアレイ６それぞれのレンズ像を結像する第２のレンズアレイ、９はそれぞれ集光レンズ、１０ＲはＲ光用コンデンサレンズ、１０ＧはＧ光用コンデンサレンズ、１０ＢはＢ光用コンデンサレンズ、２Ｒは、映像表示素子としてのＲ光用透過型液晶パネル、２Ｇは同Ｇ光用透過型液晶パネル、２ＢはＢ光用透過型液晶パネル、２６は、色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム、３は投射レンズユニットである。液晶パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂはそれぞれ、映像信号に基づき駆動回路（図示なし）により駆動され、入射された偏光光を変調して出射する。各光源ユニット１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂから投射レンズユニット３までの上記諸要素は、投射型映像表示装置における光学ユニットを構成している。
【００２１】
図３の構成において、Ｒ光用光源ユニット１００Ｒの複数個の該半導体発光素子１Ｒから出た偏光変換されたＲ光の偏光光（Ｐ偏光光またはＳ偏光光であり、ここでは例えばＳ偏光光とする）は、第１のレンズアレイ６で複数の２次光源像を形成した後、上記第２のレンズアレイ７で該複数の２次光源像を結像し、該結像光が、集光レンズ９に入射される。集光レンズ９で集光されたＲ光のＳ偏光光は、コンデンサレンズ１０Ｒを経、さらに１／２波長位相差板など（図示なし）によってＰ偏光光とされた後、Ｒ光用の透過型液晶パネル２Ｒに照射される。該液晶パネル２Ｒでは、該Ｒ光のＰ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され光学像が形成されたＲ光のＳ偏光光となって出射される。該液晶パネル２Ｒから出射されたＲ光のＳ偏光光は、色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム２６に入射される。該クロスダイクロイックプリズム２６では、該Ｒ光のＳ偏光光は、一方のダイクロイック面で反射され、投射レンズユニット３に入る。
【００２２】
また、Ｇ光用光源ユニット１００Ｇの複数個の該半導体発光素子１Ｇから出た偏光変換されたＧ光の偏光光（Ｐ偏光光またはＳ偏光光であり、ここでは例えばＳ偏光光とする）は、第１のレンズアレイ６で複数の２次光源像を形成した後、上記第２のレンズアレイ７で該複数の２次光源像を結像し、該結像光が、集光レンズ９に入射される。集光レンズ９で集光されたＧ光のＳ偏光光は、コンデンサレンズ１０Ｇを経てＧ光用の透過型液晶パネル２Ｇに照射される。該液晶パネル２Ｇでは、該Ｇ光のＳ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され光学像が形成されたＧ光のＰ偏光光となって出射される。該液晶パネル２Ｇから出射されたＧ光のＰ偏光光は、色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム２６に入射される。該クロスダイクロイックプリズム２６では、該Ｇ光のＰ偏光光は、クロスダイクロイック面を透過して投射レンズユニット３に入る。
【００２３】
同様に、Ｂ光用光源ユニット１００Ｂの複数個の該半導体発光素子１Ｂから出た偏光変換されたＢ光の偏光光（Ｐ偏光光またはＳ偏光光であり、ここでは例えばＳ偏光光とする）は、第１のレンズアレイ６で複数の２次光源像を形成した後、上記第２のレンズアレイ７で該複数の２次光源像を結像し、該結像光が、集光レンズ９に入射される。集光レンズ９で集光されたＢ光のＳ偏光光は、コンデンサレンズ１０Ｂを経、さらに１／２波長位相差板など（図示なし）によってＰ偏光光とされた後、Ｂ光用の透過型液晶パネル２Ｂに照射される。該液晶パネル２Ｂでは、該Ｂ光のＰ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され光学像が形成されたＢ光のＳ偏光光となって出射される。該液晶パネル２Ｂから出射されたＢ光のＳ偏光光は、色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム２６に入射される。該クロスダイクロイックプリズム２６では、Ｂ光のＳ偏光光は、クロスダイクロイック面で反射され、投射レンズユニット３に入る。
上記のように、クロスダイクロイックプリズム２６からは、映像信号により変調されたＲ光のＳ偏光光と、Ｇ光のＰ偏光光と、Ｂ光のＳ偏光光とが互いに色合成された状態で出射され、白色光として投射レンズユニット３に入り、該投射レンズユニット３によりスクリーン上に映像光として拡大投射される。
【００２４】
上記本発明の第２の実施形態によれば、Ｒ光用光源ユニット１００Ｒ、Ｇ光用光源ユニット１００Ｇ、Ｂ光用光源ユニット１００Ｂのそれぞれから、平行かつ細い光束を出射させることができ、高画質の映像表示を行うことができる。ランプなどを用いる場合に比べ、光源ユニットを小型・軽量化することができる。各色光毎に光の状態を調整することができ、表示映像状態の綿密な制御が可能となる。光路上に、光源ユニットとは別の偏光変換手段や、ダイクロイックミラーなど色分離手段を設ける必要がないため、光学部品数を削減でき、光学系をコンパクトな構成にすることができ、製作もし易い。
【００２５】
図４は、本発明の第３の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。本第３の実施形態は、光源ユニットの半導体発光素子として、偏光変換されたＲ光の偏光光を出射するものと、同Ｇ光の偏光光を出射するものと、同Ｂ光の偏光光を出射するものとの３個を用い、さらに、該各色光の偏光光を時分割で出射し、１個の映像表示素子に照射して光学像を形成するようにした場合の例である。半導体発光素子の基本的構成は、上記図１の場合と同様であるとする。
【００２６】
図４において、１Ｒは、偏光変換されたＲ光の偏光光を出射する半導体発光素子、１Ｇは同Ｇ光の偏光光を出射する半導体発光素子、１Ｂは、同Ｂ光の偏光光を出射する半導体発光素子、１００Ｒは、複数個の半導体発光素子１Ｒを１つの平面内に配して成るＲ光用光源ユニット、１００Ｇは、複数個の半導体発光素子１Ｇを１つの平面内に配して成るＧ光用光源ユニット、１００Ｂは、複数個の半導体発光素子１Ｂを１つの平面内に配して成るＢ光用光源ユニット、８０Ｒは、半導体発光素子１Ｒから出射された光を平行光にするためのＲ光用コリメートレンズ、８０Ｇは、半導体発光素子１Ｇから出射された光を平行光にするためのＧ光用コリメートレンズ、８０Ｂは、半導体発光素子１Ｂから出射された光を平行光にするためのＢ光用コリメートレンズ、２６は、各色光の光軸を揃えるためのクロスダイクロイックプリズム、９０は、クロスダイクロイックプリズム２６から出た光を平行光にするためのコリメートレンズ、６は、複数の微小なレンズセルより成り複数の２次光源像を形成する第１のレンズアレイ、７は、同じく複数の微小なレンズセルより成り上記第１のレンズアレイ６それぞれのレンズ像を結像する第２のレンズアレイ、９は集光レンズ、２は、映像表示素子としての透過型液晶パネル、３は投射レンズユニットである。液晶パネル２は、映像信号に基づき駆動回路（図示なし）により駆動され、入射された偏光光を変調して出射する。各光源ユニット１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂから投射レンズユニット３までの上記諸要素は、投射型映像表示装置における光学ユニットを構成している。
【００２７】
図４の構成において、Ｒ光用光源ユニット１００Ｒの複数個の該半導体発光素子１Ｒと、Ｇ光用光源ユニット１００Ｇの複数個の該半導体発光素子１Ｇと、Ｂ光用光源ユニット１００Ｂの複数個の該半導体発光素子１Ｂとは、時分割で各色光の偏光光を出射するように発光動作を制御される。本実施形態では、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の順で発光・出射動作を行うとする。Ｒ光が出射されるときは、Ｒ光用光源ユニット１００Ｒの複数個の該半導体発光素子１Ｒから出た偏光変換されたＲ光の偏光光（Ｐ偏光光またはＳ偏光光であり、ここでは例えばＳ偏光光とする）が、Ｒ光用コリメートレンズ８０Ｒで平行光となるようにされてクロスダイクロイックプリズム２６に入射する。クロスダイクロイックプリズム２６内では、Ｒ光のＳ偏光光は、一方のダイクロイック膜２６ａで反射されてコリメートレンズ９０に入射する。Ｒ光のＳ偏光光は、該コリメートレンズ９０で平行光となるようにされた後、第１のレンズアレイ６、第２のレンズアレイ７を経て集光レンズ９に入射される。集光レンズ９で集光されたＲ光のＳ偏光光は、透過型液晶パネル２に照射される。該液晶パネル２では、該Ｒ光のＳ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され光学像が形成されたＲ光のＰ偏光光となって出射される。該液晶パネル２から出射されたＲ光のＰ偏光光は、投射レンズユニット３に入る。
【００２８】
Ｇ光が出射されるときは、Ｇ光用光源ユニット１００Ｇの複数個の該半導体発光素子１Ｇから出た偏光変換されたＧ光の偏光光（Ｐ偏光光またはＳ偏光光であり、ここでは例えばＳ偏光光とする）が、Ｇ光用コリメートレンズ８０Ｇで平行光となるようにされた後、クロスダイクロイックプリズム２６に入射する。クロスダイクロイックプリズム２６内では、Ｇ光のＳ偏光光は、ダイクロイック膜２６ａ、２６ｂを透過してコリメートレンズ９０に入射する。該Ｇ光のＳ偏光光は、コリメートレンズ９０で平行光となるようにされた後、第１のレンズアレイ６、第２のレンズアレイ７、集光レンズ９を経て透過型液晶パネル２に照射される。該液晶パネル２では、該Ｇ光のＳ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され光学像が形成されたＧ光のＰ偏光光となって出射される。該液晶パネル２から出射されたＧ光のＰ偏光光は、投射レンズユニット３に入る。
【００２９】
また、Ｂ光が出射されるときは、Ｂ光用光源ユニット１００Ｂの複数個の該半導体発光素子１Ｂから出た偏光変換されたＢ光の偏光光（Ｐ偏光光またはＳ偏光光であり、ここでは例えばＳ偏光光とする）が、Ｂ光用コリメートレンズ８０Ｂで平行光となるようにされてクロスダイクロイックプリズム２６に入射する。クロスダイクロイックプリズム２６内では、Ｂ光のＳ偏光光は、ダイクロイック膜２６ｂで反射されてコリメートレンズ９０に入射する。該Ｂ光のＳ偏光光は、コリメートレンズ９０で平行光となるようにされた後、第１のレンズアレイ６、第２のレンズアレイ７、集光レンズ９を経て透過型液晶パネル２に照射される。該液晶パネル２では、該Ｂ光のＳ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され光学像が形成されたＢ光のＰ偏光光となって出射される。該液晶パネル２から出射されたＢ光のＰ偏光光は、投射レンズユニット３に入る。
投射レンズユニット３からは、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光それぞれのＰ偏光光が拡大投射され、スクリーン等に映像表示される。
【００３０】
上記本発明の第３の実施形態によっても、Ｒ光用光源ユニット１００Ｒ、Ｇ光用光源ユニット１００Ｇ、Ｂ光用光源ユニット１００Ｂのそれぞれから、細い光束を出射させることができ、高画質の映像表示を行うことができる。光源ユニットを小型・軽量化することも可能である。各色光毎に光の状態を調整することができ、表示映像状態の綿密な制御が可能となる。光路上に、光源ユニットとは別の偏光変換や、色分離手段を設ける必要がない上、１個の液晶パネル２を用いて映像表示部を構成できるため、光学部品数を削減でき、光学系をコンパクトな構成にすることができ、製作もし易い。
【００３１】
図５は、本発明の第４の実施形態としての映像表示装置の構成例図である。本第４の実施形態も、光源ユニットの半導体発光素子として、偏光変換されたＲ光の偏光光を出射するものと、同Ｇ光の偏光光を出射するものと、同Ｂ光の偏光光を出射するものとを用い、さらに、該各色光の偏光光を時分割で出射し、直視型の映像表示素子に映像表示を行うようにした場合の例である。半導体発光素子の基本的構成は、上記図１の場合と同様であるとする。
【００３２】
図５において、１Ｒは、偏光変換されたＲ光の偏光光を出射する半導体発光素子、１Ｇは同Ｇ光の偏光光を出射する半導体発光素子、１Ｂは、同Ｂ光の偏光光を出射する半導体発光素子、１００Ｒは、複数個の半導体発光素子１Ｒを１つの平面内に配して成るＲ光用光源ユニット、１００Ｇは、複数個の半導体発光素子１Ｇを１つの平面内に配して成るＧ光用光源ユニット、１００Ｂは、複数個の半導体発光素子１Ｂを１つの平面内に配して成るＢ光用光源ユニット、２２、２３はダイクロイックミラー、３６は、映像表示素子としての直視型表示素子である。直視型表示素子３６は、映像信号に基づき駆動回路（図示なし）により駆動され、入射された偏光光を変調して光学像を形成する。各光源ユニット１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂから直視型表示素子３６までの諸光学要素は、本映像表示装置における光学ユニットを構成している。
【００３３】
図５の構成において、Ｒ光用光源ユニット１００Ｒの複数個の該半導体発光素子１Ｒと、Ｇ光用光源ユニット１００Ｇの複数個の該半導体発光素子１Ｇと、Ｂ光用光源ユニット１００Ｂの複数個の該半導体発光素子１Ｂとは、時分割で各色光の偏光光を出射するように発光動作を制御される。本実施形態でも、例えば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の順で発光・出射動作を行うとする。Ｒ光が出射されるときは、Ｒ光用光源ユニット１００Ｒの複数個の該半導体発光素子１Ｒから出た偏光変換されたＲ光の偏光光（Ｐ偏光光またはＳ偏光光であり、ここでは例えばＰ偏光光とする）が、ダイクロイックミラー２２、２３を透過し、直視型表示素子３６に照射される。該直視型表示素子３６では、該Ｒ光のＰ偏光光が映像信号に基づき変調され光学像が形成される。
【００３４】
Ｇ光が出射されるときは、Ｇ光用光源ユニット１００Ｇの複数個の該半導体発光素子１Ｇから出た偏光変換されたＧ光の偏光光（Ｐ偏光光またはＳ偏光光であり、ここでは例えばＰ偏光光とする）が、ダイクロイックミラー２２で反射されてダイクロイックミラー２３に入射する。該入射したＧ光のＰ偏光光は、該ダイクロイックミラー２３を透過し、直視型表示素子３６に照射される。該直視型表示素子３６では、該Ｇ光のＰ偏光光が映像信号に基づき変調され光学像が形成される。
【００３５】
また、Ｂ光が出射されるときは、Ｂ光用光源ユニット１００Ｂの複数個の該半導体発光素子１Ｂから出た偏光変換されたＢ光の偏光光（Ｐ偏光光またはＳ偏光光であり、ここでは例えばＰ偏光光とする）が、ダイクロイックミラー２３で反射されて、直視型表示素子３６に照射される。該直視型表示素子３６では、該Ｂ光のＰ偏光光が映像信号に基づき変調され光学像が形成される。
上記Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光のＰ偏光光により上記直視型表示素子３６に映像が表示される。
【００３６】
上記本発明の第４の実施形態によっても、Ｒ光用光源ユニット１００Ｒ、Ｇ光用光源ユニット１００Ｇ、Ｂ光用光源ユニット１００Ｂのそれぞれから、細い光束を出射させることができ、高画質の映像表示を行うことができる。光源ユニットを小型・軽量化することも可能である。また、各色光毎に光の状態を調整することができ、表示映像状態の制御が容易となる。光路上に、光源ユニットとは別の偏光変換や、色合成手段を設ける必要がない上、１個の直視型表示素子３６を用いて映像表示部を構成できるため、光学部品数を削減でき、光学系をコンパクトな構成にすることができる。
【００３７】
図６は、本発明の第５の実施形態としての半導体発光素子の構成例図である。本実施形態の半導体発光素子では、ＬＥＤチップ発光部の光出射側に、偏光方向を回転させる１／４波長位相差板を設ける。
図６において、１'は半導体発光素子、１ａは、半導体発光素子１中で白色光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれかを発光するＬＥＤチップ発光部、１ｂは反射電極、１ｃ'は、サファイア基板などの光透過性の基板、１ｄは、Ｐ、Ｓいずれか一方の偏光光を反射し他方の偏光光を透過する反射型偏光板、１ｅは、光の偏光方向を回転させるための１／４波長位相差板、１ｒは、樹脂レンズ、１ｓは素子基板である。本半導体発光素子１'も、ＬＥＤチップ発光部１ａが反射電極１ｂ上に形成されたフリップチップ型構造を備える。
【００３８】
かかる構成において、ＬＥＤチップ発光部１ａに反射電極１ｂから電圧が印加されると、該ＬＥＤチップ発光部１ａは白色光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれかを発光しサファイア基板１ｃ側に出射する。該出射した光中のＰ偏光光（Ｐ波）とＳ偏光光（Ｓ波）のうちいずれか一方（ここではＳ偏光光（Ｓ波）とする）は、基板１ｃ'及び１／４波長位相差板１ｅを通り、反射型偏光板１ｄで反射され、１／４波長位相差板１ｅ、基板１ｃ'を通り、ＬＥＤチップ発光部１ａを透過して反射電極１ｂに入射する。入射した光は該反射電極１ｂで反射され、再び、ＬＥＤチップ発光部１ａを透過し、基板１ｃ'及び１／４波長位相差板１ｅを通って反射型偏光板１ｄに至る。かかる過程でＳ偏光光は、反射型偏光板１ｄで反射されて少なくとも１／４波長位相差板１ｅ中を通るときと、反射電極１ｂで反射されて再び１／４波長位相差板１ｅ中を通るときとにおいて、その偏光方向を回転され、Ｐ偏光光（Ｐ波）に変換される。なお、Ｓ偏光光は、ＬＥＤチップ発光部１ａから出射して１／４波長位相差板１ｅ中を通る１回目の通過過程と、反射型偏光板１ｄで反射されて１／４波長位相差板１ｅ中を通る２回目の通過過程と、反射電極１ｂで反射されて再び１／４波長位相差板１ｅ中を通る３回目の通過過程では、その全部（ＬＥＤチップ発光部１ａから出射したＳ偏光光の全部）がＰ偏光光に変換されないこともある。この場合には、残りのＳ偏光光が、さらに、反射型偏光板１ｄで反射されて１／４波長位相差板１ｅ中を通る過程でＰ偏光光に変換され、さらにその残りのＳ偏光光が、反射電極１ｂで反射されて再び１／４波長位相差板１ｅ中を通る過程でＰ偏光光に変換される。このように１／４波長位相差板１ｅ中を通ることを繰り返しながらその通過過程で順次残りのＳ偏光光がＰ偏光光に変換される。１／４波長位相差板１ｅ中を通る通過過程で変換されたＰ偏光光は、反射型偏光板１ｄに入射し、ＬＥＤチップ発光部１ａで発光した光中のもともとのＰ偏光光とともに、該反射型偏光板１ｄを透過し、樹脂レンズ１ｒを通って素子１'の外部に出射する。これにより、半導体発光素子１'からは、偏光変換された白色光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれかのＰ偏光光が出射される。
【００３９】
なお、上記とは逆に、上記反射型偏光板１ｄが、Ｓ偏光光（Ｓ波）を透過しＰ偏光光を反射する場合は、該Ｐ偏光光は、反射型偏光板１ｄで反射された後、上記１／４波長位相差板１ｅ及び上記基板１ｃ'を通り、ＬＥＤチップ発光部１ａを透過して反射電極１ｂに入射する。入射した光は該反射電極１ｂで反射され、再び、ＬＥＤチップ発光部１ａを透過し、基板１ｃ'及び１／４波長位相差板１ｅを通って反射型偏光板１ｄに至る。かかる過程でＰ偏光光は、反射型偏光板１ｄで反射されて少なくとも１／４波長位相差板１ｅ中を通るときと、反射電極１ｂで反射されて再び該１／４波長位相差板１ｅ中を通るときとにおいて、その偏光方向を回転され、Ｓ偏光光（Ｓ波）に変換される。なお、Ｐ偏光光は、ＬＥＤチップ発光部１ａから出射して１／４波長位相差板１ｅ中を通る１回目の通過過程と、反射型偏光板１ｄで反射されて１／４波長位相差板１ｅ中を通る２回目の通過過程と、反射電極１ｂで反射されて再び１／４波長位相差板１ｅ中を通る３回目の通過過程では、その全部（ＬＥＤチップ発光部１ａから出射したＰ偏光光の全部）がＳ偏光光に変換されないこともある。この場合には、残りのＰ偏光光が、さらに、反射型偏光板１ｄで反射されて１／４波長位相差板１ｅ中を通る過程でＳ偏光光に変換され、さらにその残りのＰ偏光光が、反射電極１ｂで反射されて再び１／４波長位相差板１ｅ中を通る過程でＳ偏光光に変換される。このように１／４波長位相差板１ｅ中を通ることを繰り返しながらその通過過程で順次残りのＰ偏光光がＳ偏光光に変換される。１／４波長位相差板１ｅ中を通る通過過程で変換されたＳ偏光光は、反射型偏光板１ｄに入射し、ＬＥＤチップ発光部１ａで発光した光中のもともとのＳ偏光光とともに、該反射型偏光板１ｄを透過し、樹脂レンズ１ｒを通って素子１'の外部に出射する。これにより、半導体発光素子１'からは、偏光変換された白色光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれかのＳ偏光光が出射される。
上記構成で、基板１ｃ'としてサファイア基板を用いる場合には、該サファイア基板を光が通るときにも、光の偏光方向が回転されることになる。
【００４０】
上記図６に示す構成の半導体発光素子１'を光源ユニットに用いた場合も、上記図２、図３、図４及び図５に示したと同様の映像表示装置やその光学ユニットを構成することができ、作用・効果もほぼ同様のものが得られる。
【００４１】
なお、上記第１、第２及び第３の実施形態では、光源ユニットからＳ偏光光が出射されるとして説明したが、光源ユニットからＰ偏光光が出射される場合も、構成及び作用・効果はほぼ同様である。また、上記第４の実施形態では、光源ユニットからＰ偏光光が出射されるとして説明したが、光源ユニットからＳ偏光光が出射される場合も、構成及び作用・効果はほぼ同様である。映像表示素子も液晶パネルに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体発光素子の構成例図である。
【図２】図１の半導体発光素子を用いた映像表示装置の構成例図である。
【図３】本発明の第２の実施形態として映像表示装置の構成例図である。
【図４】本発明の第３の実施形態として映像表示装置の構成例図である。
【図５】本発明の第４の実施形態として映像表示装置の構成例図である。
【図６】本発明の第５の実施形態における半導体発光素子の構成例図である。
【符号の説明】
【００４３】
１、１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ、１'…半導体発光素子、
１ａ…ＬＥＤチップ発光部、
１ｂ…反射電極、
１ｃ…サファイア基板、
１ｃ'…基板、
１ｄ…反射型偏光板、
１ｅ…１／４波長位相差板、
１ｒ…樹脂レンズ、
１ｓ…素子基板、
２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ…液晶パネル、
３…投射レンズユニット、
４、１４、１９、２０…反射ミラー、
６…第１のレンズアレイ、
７…第２のレンズアレイ、
９…集光レンズ、
１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ…コンデンサレンズ、
１１…合成プリズム、
１２、１３、２２、２３…ダイクロイックミラー、
１５、１６、１７…リレーレンズ、
１８…スクリーン、
２６…クロスダイクロイックプリズム、
３６…直視型表示素子、
８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ、９０…コリメートレンズ、
１００、１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂ…光源ユニット。
【図１】
2005284051.tif 000003
【図２】
2005284051.tif 000004
【図３】
2005284051.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005284051.tif 000007
【図６】
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