(57)【要約】【課題】  Ｒ、Ｇ及びＢの半導体光源と、前記半導体光源の各色をそれぞれＲ、Ｇ及びＢの画像信号に応じて変調してスクリーン上に投射する投射型表示装置において、小型で容易に半導体光源を冷却する。【解決手段】  ＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ、ＬＥＤ１ＢはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの光を下方に発光するように配置され、ＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ、ＬＥＤ１Ｂの背面側にはそれぞれ冷却器として放熱フィン１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが同じ方向を向くように取り付けられている。【選択図】  図１
2007072392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ、Ｇ及びＢの半導体光源と、前記半導体光源の各光をそれぞれＲ、Ｇ及びＢの画像信号に応じて変調するＲ、Ｇ及びＢの光変調素子と、前記光変調素子により変調されたＲ、Ｇ及びＢの画像を合成してスクリーン上に投射する手段を備えた投射型表示装置において、
前記Ｒ、Ｇ及びＢの半導体光源の熱をそれぞれ放熱するＲ、Ｇ及びＢの放熱部が同方向に配置されることにより冷却のための空気の流れが同一方向に流れるよう構成されていることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｒ、Ｇ及びＢの半導体光源の各色の光をそれぞれＲ、Ｇ及びＢの画像信号に応じて変調してスクリーン上に投射する投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に投射型表示装置の光源としては、発光効率が高く明るいランプが主流であり、このような投射型表示装置では、１つのランプの光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色に分光して各色をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの画像信号に応じて変調しているが、一方で発熱の問題の他に、寿命の問題などの欠点も持っている。一方、近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）やＯＬＥＤ（Organic ＬＥＤ)、さらにはＬＤ（Laser  Diode）といった、従来のランプとは異なる半導体光源が著しく進歩している。特にＬＥＤは青色発光が普及し、光の３原色が揃ったことや、蛍光体との組み合わせによる白色ＬＥＤの開発により、目覚ましい普及を遂げている。その市場は、従来のインジケータとしての使用などのみならず、一般照明や車のヘッドライトなどにも拡大しようとしている。一方、ＬＤにおいては、ＳＨＧ（二次高調波発生）を始めとした波長変換技術により、光の３原色を揃える試みが行われている。
【０００３】
通常、半導体光源はその発光スペクトルが狭く、支配的な発光波長が決まる。そこで白色を得るためには、ＬＥＤにおいては青色ＬＥＤと蛍光体を組み合わせた擬似白色といった方法もあるが、光の３原色に基づき青緑赤の３種類の発光スペクトルを持つものを、各色１個以上を使用して色合成することで白色光とする。一般的に青緑赤３種類の半導体光源を用いた方が、擬似白色よりも高い色純度が得られる。そして、これら半導体光源は、投射型表示装置の光源としても、従来使用されているランプに比べて演色性が高く、鮮やかな色の画像を得ることができる。また半導体光源はこのような演色性の高さに加えて、寿命が長い、瞬時に点灯するなどの点で従来のランプに勝っており、投射型表示装置の光源に使用する試みが盛んに行われている。ただし半導体光源は、発光効率は高いが投入できる電力に制限があるため、半導体光源１個ではランプに比べて光量が不足することがある。このような場合、要求される光量によっては、１つの色当たり複数個の半導体光源を使用する必要がある。
【０００４】
そして、このような３色の半導体光源を色合成して用いるような投射型表示装置においては、例えば光の波長によって反射・透過が制御されるようなプリズムなどの手段を用いて、投射光学系に光が入射している。従来の技術では、半導体光源の光をレンズを始めとする光学素子を用いて整形した後に、プリズムなどの手段で光学系へ光を入射させている。例えば下記の特許文献１、２に見られるように、半導体光源を用いた光源装置がダイクロイックプリズムの面に対して、３色の光源装置の光軸が別個に垂直となるように配置されている。
【０００５】
図７は特許文献２に記載されている従来の投射型装置の例を示す。ダイクロイックプリズム１０は水平面において９０°ずつの３方向からのＲ、Ｇ、Ｂの光を合成して投射レンズ１１の方向に反射するように構成され、ダイクロイックプリズム１０のＲ、Ｇ、Ｂの光の入射側にはそれぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの赤色ＬＥＤ１Ｒ（以下単にＬＥＤ１Ｒと示す）、緑色ＬＥＤ１Ｇ（以下単にＬＥＤ１Ｇと示す）、青色ＬＥＤ１Ｂ（以下単にＬＥＤ１Ｂと示す）、集光レンズ２、第１レンズアレイ３、第２レンズアレイ６、ＰＢＳプリズムアレイ１４、重ね合わせレンズ７、コンデンサレンズ８、透過型液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂが直線上に配置されている。そして、ＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ、ＬＥＤ１Ｂの背面にはそれぞれ、冷却器として放熱フィン１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが取り付けられている。
【特許文献１】特開２００１−２８１６００号公報（要約書）
【特許文献２】特開２００４−３３４０８２号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、半導体光源の特徴として、温度に対する問題がある。一般に半導体光源は投入された電力の全てが光エネルギーに変わるのではなく、かなりの割合で熱エネルギーとなる。半導体光源はその物性上、温度が上昇すると発光量や発光波長が変わったり、寿命が短くなるといった問題があるため、実際に使用する上で放熱や冷却について考慮する必要がある。具体的には、ヒートシンクやペルチェ素子などを用いた冷却器が半導体光源に取り付けられることとなる。通常この冷却器は効率良く冷却するために、半導体光源の光出射方向と反対の面に取り付けられる。そしてこのような冷却器は、半導体光源から発生した余分な熱を雰囲気中に効率的に逃がすために一定の体積と表面積を必要とする。普通、冷却器の体積は大きければ大きいほど、表面積が大きければ大きいほど冷却効率は高くなる傾向にある。
【０００７】
このような冷却器が半導体光源に取り付けられ、従来の形のようにクロスダイクロイックプリズム１０に対して別々の方向からストレートに光を入射させると、光学部品の占める割合に比べて、図３に示すように光学系全体が大きなものとなる。さらに、放熱のための、例えば放熱フィン１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが設けられていると、各色の冷却器である放熱フィン１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが別々の方向となるため、放熱のための空気の流れを作りづらくなる。
【０００８】
そこで本発明は、小型で容易にＲ、Ｇ及びＢの半導体光源を冷却することができる投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために、Ｒ、Ｇ及びＢの半導体光源と、前記半導体光源の各光をそれぞれＲ、Ｇ及びＢの画像信号に応じて変調するＲ、Ｇ及びＢの光変調素子と、前記光変調素子により変調されたＲ、Ｇ及びＢの画像を合成してスクリーン上に投射する手段を備えた投射型表示装置において、
前記Ｒ、Ｇ及びＢの半導体光源の熱をそれぞれ放熱するＲ、Ｇ及びＢの放熱部が同方向に配置されることにより冷却のための空気の流れが同一方向に流れるよう構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｒ、Ｇ及びＢの半導体光源の熱をそれぞれ放熱するＲ、Ｇ及びＢの放熱部が同方向に配置されることにより冷却のための空気の流れが同一方向に流れるよう構成されているので、放熱のための空気の流れを作りやすくなり、このため、小型で容易に半導体光源を冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明に係る投射型表示装置の第１の実施の形態を示す平面図、図２は図１における緑色ＬＥＤ１Ｇの主光軸１３に沿った側面図である。図１、図２において、ダイクロイックプリズム１０は水平面において９０°ずつの３方向からのＲ、Ｇ、Ｂの光を合成して投射レンズ１１の方向に反射するように構成されている。ＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ、ＬＥＤ１ＢはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの光を下方に発光するように配置され、ＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ、ＬＥＤ１Ｂの背面側すなわち上側にはそれぞれ冷却器として放熱フィン１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが取り付けられている。ＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ、ＬＥＤ１Ｂの上下方向の各光軸にはそれぞれ、集光レンズ２、第１レンズアレイ３、ＰＢＳ（偏向ビームスプリッタ）プリズム４、平行平板ガラス５が配置され、Ｒ、Ｇ、Ｂの光はＰＢＳプリズム４と平行平板ガラス５により水平方向に反射される。そして、その反射方向の各光軸にはそれぞれ、第２レンズアレイ６、重ね合わせレンズ７、コンデンサレンズ８、透過型液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ、さらにダイクロイックプリズム１０が直線上に配置されている。
【００１２】
上記構成において、ＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ、ＬＥＤ１Ｂより発したＲ、Ｇ、Ｂの光は、集光レンズ２で光の広がり角が整形され、第１レンズアレイ３、ＰＢＳプリズム４、平行平板ガラス５、１／２波長板が貼り合わされた第２レンズアレイ６、重ね合わせレンズ７、コンデンサレンズ８からなる偏光変換インテグレータを通過し、透過型液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂに偏光が入射する。入射した偏光は、それぞれの色における透過型液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの各映像信号に応じた変調を受け、その後ダイクロイックプリズム１０により３色合成された後、投射レンズ１１を通り、映像が不図示のスクリーン上に投射される。
【００１３】
このような形で光学系を配置すると、Ｒ、Ｇ、Ｂの主光路が９０°曲げられることで、放熱フィン１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは同じ方向を向くこととなる。高さ方向に関しては従来の光学系より大きくなるが、通常、投射型表示装置は直方体を基本とした形状にまとめられるため、余剰の空間が減り、全体として小型化を図ることができる。加えて放熱フィン１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが同じ方向を向いていることにより、放熱のための空気の流れが基本的に一方向だけ流せば良くなるため、空気の通り道を作る上でも小型化ができる。
【００１４】
＜第２の実施の形態＞
図３は本発明に係る投射型表示装置の第２の実施の形態を示す平面図、図４は図３における緑色ＬＤ１５Ｇの主光軸１３に沿った側面図である。第２の実施の形態の構成は、半導体光源としてＬＤを用いた点が第１の実施の形態と異なる。また、ＬＤの冷却器１２は一体で構成されている。図３、図４において、Ｒ、Ｇ、Ｂの赤色ＬＤ１５Ｒ（以下単にＬＤ１５Ｒと示す）、緑色ＬＤ１５Ｇ（以下単にＬＤ１５Ｇと示す）、青色ＬＤ１５Ｂ（以下単にＬＤ１５Ｂと示す）は直線偏光で光を下方向に発し、ＬＤ１５Ｒ、ＬＤ１５Ｇ、ＬＤ１５Ｂより発した光は第１レンズ１６で光が広げられ、全反射ミラー１９で光軸が９０°曲げられ、次いで第２レンズ１７で平行光とされ、次いで透過型液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂに偏光が入射する。入射した偏光は、それぞれの色における透過型液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの各映像信号に応じた変調を受け、その後ダイクロイックプリズム１０により３色合成された後、投射レンズ１１を通り、映像が不図示のスクリーン上に投射される。
【００１５】
上記構成では、光学系の配置が一通り終わった後に、ＬＤ１５Ｒ、ＬＤ１５Ｇ、ＬＤ１５Ｂに対して１つの共通の冷却器１２を取り付ける。結果として冷却器１２は、各色のＬＤ１５Ｒ、ＬＤ１５Ｇ、ＬＤ１５Ｂにおいて同じ方向を向くこととなる。高さ方向に関しては従来の光学系より大きくなるが、通常、投射型表示装置は直方体を基本とした形状にまとめられるため、余剰の空間が減り、全体として小型化を図ることができる。加えて冷却器１２が同じ方向を向いていることにより、放熱のための空気の流れが基本的に一方向だけ流せば良くなるため、空気の通り道を作る上でも小型化ができる。加えてサイズの大きな冷却器を取り付けても投射型表示装置のシステム全体のサイズにはあまり影響を与えないため、冷却効率も向上する。また冷却器１２が十分に大きければ、使用中に光学系に付着する埃に対するカバーにもなる。
【００１６】
＜第３の実施の形態＞
図５は本発明に係る投射型表示装置の第３の実施の形態を示す平面図、図６は図５における緑色ＬＤ１５Ｇの主光軸１３に沿った側面図である。第３の実施の形態の構成は、ＲＧＢの各光学系は水平方向に配置され、冷却器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂのみが上を向くように配置されている。このとき、ヒートパイプを用いて、冷却器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの放熱部分の向きがＬＤ１５Ｒ、ＬＤ１５Ｇ、ＬＤ１５Ｂの発熱面に対して９０°になるように取り付ける。ＬＤ１５Ｒ、ＬＤ１５Ｇ、ＬＤ１５Ｂは直線偏光で光を水平方向に発し、ＬＤ１５Ｒ、ＬＤ１５Ｇ、ＬＤ１５Ｂより発した光は第１レンズ１６で光が広げられ、次いで第２レンズ１７で平行光とされて透過型液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂに偏光が入射する。入射した偏光は、それぞれの色における透過型液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９ＢによりＲ、Ｇ、Ｂの各映像信号に応じた変調を受け、その後ダイクロイックプリズム１０により３色合成された後、投射レンズ１１を通り、映像が不図示のスクリーン上に投射される。
【００１７】
結果として冷却器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの放熱部分は、各色ＬＤモジュールにおいて同じ方向を向くこととなる。高さ方向に関しては従来の光学系より大きくなるが、通常投射型表示装置は直方体を基本とした形状にまとめられるため、余剰の空間が減り、全体として小型化を図ることができる。加えて冷却器１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂが同じ方向を向いていることにより、放熱のための空気の流れが基本的に一方向だけ流せば良くなるため、空気の通り道を作る上でも小型化ができる。
【００１８】
本実施の形態では、Ｒ、Ｇ及びＢを光変調する素子として透過型液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを用いた例で説明を行ったが、本発明はこれに限るものではなく、透過型液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ以外にも、反射型液晶パネルやデジタルミラー方式のパネルやＯＬＥＤを用いた自発光パネルなど、他の投射型表示デバイスにおいても有効である。また冷却器の放熱部の向きは、厳密に同じである必要はなく、大体の向きがあっていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る投射型表示装置の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１における緑色ＬＥＤの主光軸に沿った側面図である。
【図３】本発明に係る投射型表示装置の第２の実施の形態を示す平面図である。
【図４】図３における緑色ＬＤの主光軸に沿った側面図である。
【図５】本発明に係る投射型表示装置の第３の実施の形態を示す平面図である。
【図６】図５における緑色ＬＤの主光軸に沿った側面図である。
【図７】従来の投射型表示装置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１Ｂ  青色ＬＥＤ
１Ｇ  緑色ＬＥＤ
１Ｒ  赤色ＬＥＤ
２  集光レンズ
３  第１レンズアレイ
４  ＰＢＳ（偏向ビームスプリッタ）プリズム
５  平行平板ガラス
６  第２レンズアレイ
７  重ね合わせレンズ
８  コンデンサレンズ
９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ  透過型液晶パネル
１０  ダイクロイックプリズム
１１  投射レンズ
１２、１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ  冷却器
１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ  放熱フィン
１３  主光軸
１４  ＰＢＳプリズムアレイ
１５Ｂ  青色ＬＤ
１５Ｇ  緑色ＬＤ
１５Ｒ  赤色ＬＤ
１６  第１レンズ
１７  第２レンズ
１９  全反射ミラー
【図１】
2007072392.tif 000003
【図２】
2007072392.tif 000004
【図３】
2007072392.tif 000005
【図４】
2007072392.tif 000006
【図５】
2007072392.tif 000007
【図６】
2007072392.tif 000008
【図７】
2007072392.tif 000009