(57)【要約】【課題】  光源からの光の利用率を向上させ、高輝度化が図れる投写型カラー液晶表示装置を提供する。【解決手段】  複数個の発光素子が２次元的に配列され、前記発光素子に与えられる電流を制御することにより光の強度を制御可能な赤色光源２０（Ｒ）と、緑色光源２０（Ｇ）と、青色光源２０（Ｂ）と、前記各光源の前面に配置され、前記各発光素子からの光を平行収束させる光学素子と、前記各光源に装着され、前記各光源からの熱を放熱する放熱器と、前記光源からの光が照射され、赤色の画像を変調する赤色用表示パネル２６と、緑色の画像を変調する緑色用表示パネル２５と、青色の画像を変調する青色用表示パネル２７と、前記各表示パネルを透過した映像光を合成するダイクロイックプリズム２４と、前記ダイクロイックプリズムで合成されたカラー画像をスクリーンに投影する投写レンズ２８と、を備えることを特徴とする。【選択図】          図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の赤色の発光素子が２次元的に配列され、前記赤色の発光素子に与えられる電流を制御することにより光の強度を制御可能な赤色光源と、
複数個の緑色の発光素子が２次元的に配列され、前記緑色の発光素子に与えられる電流を制御することにより光の強度を制御可能な緑色光源と、
複数個の青色の発光素子が２次元的に配列され、前記青色の発光素子に与えられる電流を制御することにより光の強度を制御可能な青色光源と、
前記赤色光源の前面に配置され、前記赤色の発光素子からの光を平行収束させる第１の光学素子と、
前記緑色光源の前面に配置され、前記緑色の発光素子からの光を平行収束させる第２の光学素子と、
前記青色光源の前面に配置され、前記青色の発光素子からの光を平行収束させる第３の光学素子と、
前記赤色光源に装着され、前記赤色光源からの熱を放熱する第１の放熱器と、
前記緑色光源に装着され、前記緑色光源からの熱を放熱する第２の放熱器と、
前記青色光源に装着され、前記青色光源からの熱を放熱する第３の放熱器と、
前記赤色光源からの光が照射され、赤色の画像を変調する赤色用表示パネルと、
前記緑色光源からの光が照射され、緑色の画像を変調する緑色用表示パネルと、
前記青色光源からの光が照射され、青色の画像を変調する青色用表示パネルと、
前記各表示パネルを透過した映像光を合成するダイクロイックプリズムと、
前記ダイクロイックプリズムで合成されたカラー画像をスクリーンに投影する投写レンズと、
を備えることを特徴とする投写型カラー液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の投写型カラー液晶表示装置において、
前記各発光素子は半導体レーザであることを特徴とする投写型カラー液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の投写型カラー液晶表示装置において、
前記各放熱器はヒートシンクであることを特徴とする投写型カラー液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、投写型カラー液晶表示装置等に用いて好適な液晶表示装置用光源及びその光源を用いたカラー液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、カラー画像をスクリーン上に投写する投写型カラー液晶表示装置の内部構造を示した概略構成図である。図８に示すように、この投写型カラー液晶表示装置は、光源１から白色光が出射され、この光が２枚のダイクロイックミラー２、３にて赤色用と緑色用と青色用の３つの光路に分割される。各光路上には、液晶パネル４、５、６が配置されており、各パネル４、５、６上に形成された画像上を光が通過して得られる赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の映像光は、２枚のミラー７、８及び２枚のダイクロイックミラー９、１０によって一つの出射光路上に集められる。これにより、赤色画像、緑色画像、青色画像の重ね合わせがなされ、この重ね合わせにより形成されたカラー画像は投写レンズ１１を経てスクリーン１２上に投影される。
【特許文献１】特開平０８−１９００９５号公報
【特許文献２】特表平０８−５０５０１４号公報
【特許文献３】特開平０６−０６７１４０号公報
【特許文献４】特開平０６−１８６５２３号公報
【特許文献５】特開平０３−０５６９２２号公報
【特許文献６】特開平０８−００６０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来の投写型カラー液晶表示装置においては、図９に示すように、光源１としてメタルハライドランプやキセノンランプなどのランプ１ａとリフレクタ１ｂとを組み合わせたものが用いられている。ところで、投写型カラー液晶表示装置は、光源１の光を平行光として液晶パネル４（５、６）を照射するように構成されているが、従来のメタルハライドランプやキセノンランプなどのランプ１ａにあっては、アーク長が２ｍｍ前後あり、このアーク長に比例して、現状では６〜８度の拡がり角を持って光が広がる。しかしながら、光源１からの光が広がると、色ずれや色ムラの原因となるなどの問題があった。さらに、投写レンズ１１を含めた光の利用率が低下するという問題もあった。
【０００４】
また、特開平８−１９００９５号公報（ＩＰＣ：Ｇ０２Ｆ  １／１３３５）には、ホログラムカラーフィルタを用いた液晶表示装置用の平行光源が提案されている。この光源は、微小集束レンズアレイと各微小レンズの焦点又はその軸外れ位置に配置された白色微小一次光源とからなり、液晶表示装置に入射させるほぼ平行な光を発生するものである。しかしながら、上記した光源は、白色光であり、カラー液晶表示装置に用いるためには、ホログラムカラーフィルタなどにより白色光を赤、緑、青の３原色に分離する必要があり、部品点数が多くなる難点がある。また、白色光を３色の光に分離するので、液晶表示装置に与えられる光は光源から出射された光の１／３であり、高輝度化にも限界があった。
【０００５】
この発明は、上述した従来の問題点に鑑みなされたものにして、平行に極めて近い光を出射する液晶表示装置用光源を提供することをその目的とする。また、この発明は、光源からの光の利用率を向上させ、高輝度化が図れるカラー液晶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】
【０００６】
この発明の光源は、複数個の赤色の発光素子が２次元的に配列され、前記赤色の発光素子に与えられる電流を制御することにより光の強度を制御可能な赤色光源と、複数個の緑色の発光素子が２次元的に配列され、前記緑色の発光素子に与えられる電流を制御することにより光の強度を制御可能な緑色光源と、複数個の青色の発光素子が２次元的に配列され、前記青色の発光素子に与えられる電流を制御することにより光の強度を制御可能な青色光源と、前記赤色光源の前面に配置され、前記赤色の発光素子からの光を平行収束させる第１の光学素子と、前記緑色光源の前面に配置され、前記緑色の発光素子からの光を平行収束させる第２の光学素子と、前記青色光源の前面に配置され、前記青色の発光素子からの光を平行収束させる第３の光学素子と、前記赤色光源に装着され、前記赤色光源からの熱を放熱する第１の放熱器と、前記緑色光源に装着され、前記緑色光源からの熱を放熱する第２の放熱器と、前記青色光源に装着され、前記青色光源からの熱を放熱する第３の放熱器と、前記赤色光源からの光が照射され、赤色の画像を変調する赤色用表示パネルと、前記緑色光源からの光が照射され、緑色の画像を変調する緑色用表示パネルと、前記青色光源からの光が照射され、青色の画像を変調する青色用表示パネルと、前記各表示パネルを透過した映像光を合成するダイクロイックプリズムと、前記ダイクロイックプリズムで合成されたカラー画像をスクリーンに投影する投写レンズと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
発光ダイオードなどで構成される発光素子は、広い色再現範囲で均一な表示ができる点光源であるので、その前面に光学素子を配置することで、分散角を小さくでき、平行に極めて近い照明光を得ることができるとともに、光の利用効率が向上する。
【０００８】
また、上記した光源をそれぞれ赤、緑、青の光源として用いることで、平行に極めて近い照明光をそれぞれの表示パネルに与えることができ、色ずれ、色ムラを解消できると共に、光の利用率が向上する。さらに、光を直接表示パネルに与えることができるので、光分離手段などによる光の損失を無くすことができ、さらに光の利用率の高いカラー液晶表示装置を提供することができる。
【０００９】
また、この発明は、上記の投写型カラー液晶表示装置において、前記各発光素子は半導体レーザであることを特徴とする。さらには、上記の投写型カラー液晶表示装置において、前記各放熱器はヒートシンクであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、この発明の液晶表示装置用光源に用いる発光ダイオードなどで構成される発光素子は、広い色再現範囲で均一な表示ができる点光源であるので、その前面に光学素子を配置することで、分散角を小さくでき、平行に極めて近い照明光を得ることができるとともに、光の利用効率を向上させることができる。
【００１１】
また、この発明の光源を用いたカラー液晶表示装置は、平行に極めて近い照明光をそれぞれの表示パネルに与えることができ、色ずれ、色ムラを解消できると共に、光の利用率が向上する。また、赤、緑、青の光をそれぞれ直接表示パネルに与えることができるので、光分離手段などによる光の損失を無くすことができ、光の利用率の高いカラー液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明をその実施の形態を示す図に基づいて説明する。図１は、この発明の第１の実施の形態に係る光源を示す概略平面図、図２は同概略側面図である。
【００１３】
図に示すように、この発明の光源２０は、複数の発光素子としての発光ダイオード２１が絶縁性基板２２上に２次元的に配置されている。そして、この発光ダイオード２１の配置に合わせて光学素子としてのマイクロレンズアレイ２３が装着されている。各発光ダイオード２１は色再現範囲で均一な表示ができる点光源であり、発光ダイオード２１の発光点から出射された光がマイクロレンズアレイ２３により平行光束化されることにより、分散角が小さくなり平行に極めて近い照明光が得られる。
【００１４】
また、絶縁性基板２１の裏面には、ヒートシンク２２ｈが装着されており、発光ダイオード２１の熱をこのヒートシンク２２ｈから放熱するように構成されている。上記した光源２０を２インチ相当の液晶パネルを照射するメタルハイライドランプ２００Ｗ程度の照明光として用いる場合には、３０ｍｍ×４０ｍｍ程度の絶縁基板２２上に約１ｍｍピッチ程度で、１０００〜１５００の発光ダイオード２１を２次元的に配置すればよい。
【００１５】
上記した光源２０を３板式の投写型カラー液晶表示装置に用いる場合には、赤色の画像が表示される液晶パネルを照射させる光源として、赤色発光ダイオードを２次元的に配置したものを、緑色の画像が表示される液晶パネルを照射させる光源として、緑色発光ダイオードを２次元的に配置したものを、青色の画像が表示される液晶パネルを照射させる光源として、青色発光ダイオードを２次元的に配置したものを、それぞれ用意するとよい。
【００１６】
図３は、この発明の第２の実施の形態に係る光源を示す概略側面図である。図３に示すように、この発明の光源２０ａは、発光素子としての赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ及び青色発光ダイオード２１Ｂが絶縁性基板２２上に２次元的に配置されている。そして、この発光ダイオード２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの配置に合わせて光学素子としてのマイクロレンズアレイ２３ａが装着されている。このマイクロレンズアレイ２３ａは各色成分に応じて異なる角度で光を出射させるように構成されている。各色発光ダイオード２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは色再現範囲で均一な表示ができる点光源であり、発光ダイオード２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの発光点から出射された光がマイクロレンズアレイ２３ａにより所定の角度で平行光束化されることにより、分散角が小さく色成分に応じた角度を有する照明光が得られる。
【００１７】
また、絶縁性基板２２の裏面には、ヒートシンク２２ｈが装着されており、発光ダイオード２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの熱をこのヒートシンク２２ｈから放熱するように構成されている。上記した光源２０ａを２インチ相当の液晶パネルを照射するメタルハイライドランプ２００Ｗ程度の照明光として用いる場合には、３０ｍｍ×４０ｍｍ程度の絶縁基板２２上に約１ｍｍピッチ程度で、１０００〜１５００の発光ダイオード２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを２次元的に配置すればよい。
【００１８】
図４は、この発明の第３の実施の形態を示す概略平面図である。この実施の形態では、発光ダイオード２１（２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ）を１行ずつ半ピッチずつずらして配置し、またマイクロレンズアレイ２３（２３ａ）は亀甲状に構成している。このように構成することで、周期性による光のムラを低減することができる。なお、上記したこの発明の光源２０で白色光源を得る場合には、赤、青、緑の発光ダイオード２１をランダムに２次元的に配置し、マイクロレンズアレイ２３の全面に拡散板を設けて赤、緑、青を合成するように構成すればよい。
【００１９】
次に、この発明の光源を用いた投写型カラー液晶表示装置の実施の形態を図５に従い説明する。図５に示すように、絶縁性基板上に赤色発光ダイオードを２次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源２０（Ｒ）を用意する。この光源２０（Ｒ）上に赤色用画像が表示される液晶パネル２６を装着する。そして、赤色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光に光束された光は、液晶パネル２６上に形成された画像上を通過して赤色（Ｒ）の映像光としてダイクロプリズム２４に与えられる。
【００２０】
また、絶縁性基板上に緑色発光ダイオードを２次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源２０（Ｇ）を用意する。この光源２０（Ｇ）上に緑色用画像が表示される液晶パネル２５を装着する。そして、緑色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光に光束された光は液晶パネル２５上に形成された画像上を通過して緑色（Ｇ）の映像光としてダイクロプリズム２４に与えられる。
【００２１】
さらに、絶縁性基板上に青色発光ダイオードを２次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源２０（Ｂ）を用意する。この光源２０（Ｂ）上に緑色用画像が表示される液晶パネル２７を装着する。そして、青色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光化された光は液晶パネル２７上に形成された画像上を通過して青色（Ｂ）の映像光としてダイクロプリズム２４に与えられる。赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の映像光は、ダイクロイックプリズム２４によって一つの出射光路上に集められる。これにより、赤色画像、緑色画像、青色画像の重ね合わせがなされ、この重ね合わせにより形成されたカラー画像は投写レンズ２８を経てスクリーン１２上に投影される。
【００２２】
上記した各光源２０（Ｒ）、２０（Ｇ）、２０（Ｂ）の光の強度は、発光ダイオードに与える電流を制御することにより行えばよい。
【００２３】
次に、この発明の光源を用いた投写型カラー液晶表示装置の他の実施の形態を図６に従い説明する。図６に示すように、絶縁性基板上に赤色発光ダイオードを２次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源２０（Ｒ）を用意する。そして、赤色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光に光束された光源２０（Ｒ）からの光は、色合成手段３０としての、ダイクロイックミラー３０ａ及びダイクロイックミラー３０ｂに与えられる。ダイクロイックミラー３０ａは、青色光を反射し、赤色光及び緑色光を透過する。また、ダイクロイックミラー３０ｂは赤色光を反射し、緑色光及び青色光を透過する性質を有する。光源２０（Ｒ）から出射された赤色光は、ダイクロイックミラー３０ｂで反射され、所定の角度でマイクロレンズアレイ３１方向へ案内される。
【００２４】
また、絶縁性基板上に緑色発光ダイオードを２次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源２０（Ｇ）を用意する。そして、緑色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光に光束され光源２０（Ｇ）からの光は、色合成手段３０に与えられる。光源２０（Ｇ）から出射された緑色光は、ダイクロイックミラー３０ａ、３０ｂを透過し、マイクロレンズアレイ３１に与えられる。
【００２５】
さらに、絶縁性基板上に青色発光ダイオードを２次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源２０（Ｂ）を用意する。そして、青色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光化された光源２０（Ｂ）からの光は、色合成手段３０に与えられる。光源２０（Ｂ）から出射された青色光は、ダイクロイックミラー３０ａで反射され、所定の角度でマイクロレンズアレイ３１方向へ案内される。即ち、光源２０（Ｒ）、２０（Ｇ）、２０（Ｂ）から出射された光は２枚のダイクロイックミラー３０ａ、３０ｂからなる色合成手段３０で集光され、各色に応じた分散角でマイクロレンズアレイ３１に出射されるように、ダイクロイックミラー３０ａ、３０ｂの角度が調整されている。
【００２６】
色合成手段３０により出射された赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の角度は互いに異なっており、これら各色成分はマイクロレンズアレイ３１により相異なる位置に集束される。液晶パネル３２は、マイクロレンズアレイ３１で集束される位置にそれぞれその色成分に対応する画素部が形成されている。従って、マイクロレンズアレイ３１により集束された赤色成分は液晶パネル３２の赤（Ｒ）画素部、緑色成分は液晶パネル３２の緑（Ｇ）画素部、青色成分は液晶パネル３２の青（Ｂ）画素部を通る。そして、これら液晶パネル３２の各画素部を通過し、液晶パネル３２で変調され形成された映像が図示しない投射レンズで拡大され、スクリーン上に投影される。
【００２７】
この発明の光源を用いた投写型カラー液晶表示装置の更に他の実施の形態を図７に従い説明する。図７に示す投写型カラー液晶表示装置は、図３に示す光源２０ａを用いたものである。前述したように、光源２０ａの、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ及び青色発光ダイオード２１Ｂから出射された各光は、マイクロレンズアレイ２３ａにより各色成分に応じて異なる角度で液晶パネル３２の前面に設けられたマイクロレンズアレイ３１に向かって出射される。マイクロレンズアレイ２３ａから出射された赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の角度は互いに異なっており、これら各色成分はマイクロレンズアレイ３１により相異なる位置に集束される。前述したように、液晶パネル３２は、マイクロレンズアレイ３１で集束される位置にそれぞれその色成分に対応する画素部が形成されている。従って、マイクロレンズアレイ３１により集束された赤色成分は液晶パネル３２の赤（Ｒ）画素部、緑色成分は液晶パネル３２の緑（Ｇ）画素部、青色成分は液晶パネル３２の青（Ｂ）画素部を通る。そして、これら液晶パネル３２の各画素部を通過し、液晶パネル３２で変調され形成された映像が図示しない投射レンズで拡大され、スクリーン上に投影される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
なお、上記した実施の形態においては、発光素子として、発光ダイオードを用いたが、有機又は無機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、半導体レーザなど他の発光素子を用いることもできる。また、上記した実施の形態においては、表示パネルとして液晶パネルを用いた投写型カラー液晶表示装置について説明したが、液晶表示装置以外にも、例えば、複数の微小鏡面素子が配置されてなる鏡面反射型変調器（ＤＭＤ）を表示パネルとして用いた投写型表示装置に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係る光源を示す概略平面図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態に係る光源を示す概略側面図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態に係る光源を示す概略側面図である。
【図４】この発明の第３の実施の形態に係る光源を示す概略平面図である。
【図５】この発明の実施の形態にかかる投射型液晶表示装置を示す概略構成図である。
【図６】この発明の他の実施の形態にかかる投射型液晶表示装置を示す概略構成図である。
【図７】この発明の更に他の実施の形態にかかる投射型液晶表示装置を示す概略構成図である。
【図８】カラー画像をスクリーン上に投写する投写型カラー液晶表示装置の内部構造を示した概略構成図である。
【図９】従来の光源を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
２０    光源
２０ａ  光源
２０（Ｒ）  赤色用光源
２０（Ｇ）  緑色用光源
２０（Ｂ）  青色用光源
２１    発光ダイオード
２１Ｒ  赤色発光ダイオード
２１Ｇ  緑色発光ダイオード
２１Ｂ  青色発光ダイオード
２２    絶縁性基板
２２ｈ  ヒートシンク
２３    マイクロレンズアレイ
２４    ダイクロイックプリズム
２５、２６、２７  液晶パネル
２８    投写レンズ
２９    スクリーン
３０    色合成手段
３０ａ  ダイクロイックミラー
３０ｂ  ダイクロイックミラー
３１    マイクロレンズアレイ
３２    液晶パネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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