專利名稱：投影型影像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用液晶顯示元件等影像顯示元件將影像投影到投影面上的投影型 影像顯示裝置，和使用多個光源聚光為1個光束后向后段的照明光學系統(tǒng)進行照射的光 源，涉及提供高效率的投影型影像顯示裝置卻不會導致光源裝置的大型化的技術(shù)。
背景技術(shù)：
例如，在投影型影像顯示裝置中，將反射型或透過型的液晶面板或者排列有多個 微小反射鏡的結(jié)構(gòu)的影像顯示元件的顯示畫面放大顯示到作為投影面的屏幕或板等上，為 了在投影面上獲得具有足夠的大小和亮度的放大像，對照明光學系統(tǒng)一直進行著研究。特別是在使用多個影像顯示元件的方式中，提出了抑制彩色影像的白平衡劣化和 顏色不均的各種照明光學系統(tǒng)。例如，作為在日本特開平10-171045號公報(專利文獻1) 中公開的投影型影像顯示裝置的照明光學系統(tǒng)中使用的光源，主流上使用單位輸入功率的 發(fā)光效率較高的(701m/W)超高壓水銀燈。此外，為了提高第一陣列透鏡和第二陣列透鏡的光線通過率而縮短電極間距離也 成為較大的開發(fā)課題。此外，因為超高壓水銀燈大量產(chǎn)生紫外線，所以會對構(gòu)成照明光學系 統(tǒng)的液晶光閥和偏振片等有機物帶來較大的危害，使之壽命減短，除此之外自身也會因電 極磨損和發(fā)光管白濁引起的不透光而在短時間內(nèi)發(fā)生亮度降低等較大問題。因此，開始對使用紅、綠、藍發(fā)光二極管或有機EL等固體發(fā)光元件作為新的光源 的投影型影像顯示裝置進行開發(fā)，提出了較多的提案。例如，日本特開2004-341105號公報 (專利文獻幻中，提出了由使從固體光源出射的紫外光變換為可見光的熒光體層和透明基 材及固體光源構(gòu)成的光源裝置。然后，為了解決該專利文獻2的課題，例如日本特開2009-277516號公報(專利文 獻3)所示，提出了即使從固體光源出射的激發(fā)光為可見光也能夠高率發(fā)光的光源裝置。接著，例如日本特開2009-259583號公報(專利文獻4)，也提出了將發(fā)光原理不同 的光源組合作為投影型影像顯示裝置的光源的方案。專利文獻2的技術(shù)中，公開了由使從固體光源射出的紫外光變換為可見光的熒光 體層和透明基材及固體光源構(gòu)成的光源裝置。關(guān)于該技術(shù)，因為使用以能量較高的紫外光 作為激發(fā)光的激發(fā)光源，所以被紫外光照射的光學部件容易受到損傷，難以確保光學部件 的長期性能。因此，專利文獻3中提出了對熒光體照射比紫外光能量低的可見光作為激發(fā) 光的方案。另一方面，如專利文獻4中所公開的，提出了將發(fā)光方式不同的多種光源組合作 為投影型影像顯示裝置的新光源的方式。該提案的光源包括第一光源，即射出規(guī)定波長的 光的發(fā)光二極管或固體發(fā)光元件；第二光源，即射出激發(fā)光的發(fā)光二極管或固體發(fā)光元件； 和第三淘汰，以來自第二光源的激發(fā)光作為激發(fā)能量從而發(fā)射與第一光源相同波段的光。

發(fā)明內(nèi)容
以上敘述的專利文獻2至專利文獻4中公開的現(xiàn)有技術(shù)，沒有關(guān)于光源大小的記 載，但實際上，在排列多個激發(fā)光源的情況下，會產(chǎn)生光源裝置大型化的問題。此外，在排列 多個的情況下，因為使激發(fā)光聚光于熒光體上的透鏡會大型化，所以透鏡的球面像差會增 大，也會產(chǎn)生不能夠以所要求的照射形狀照射熒光體的問題。以下，作為不使用超高壓水銀燈的新的光源，對以使用激發(fā)光源激發(fā)熒光體而得 的光作為光源時照明光學裝置存在的課題，參照附圖進行說明。其中，各圖中，對于相同的 部分附加相同的符號，對于已說明一次的部分，省略其說明。此外，以下為了易于說明，引入 正交坐標系。以照明光軸方向為Z軸，以在正交于Z軸的面內(nèi)與影像顯示元件的矩形照射 有效區(qū)域的長邊平行的方向上的軸為Y軸，以與矩形有效顯示區(qū)域的短邊平行的方向上的 軸為X軸。即，構(gòu)成第一陣列透鏡、第二陣列透鏡的透鏡單元，排列在χ軸方向、Y軸方向這 兩個方向上。圖3(a)簡易圖示了使用偏振變換積分器的投影型液晶顯示裝置中的從光源到液 晶顯示元件間的照明光學系統(tǒng)光路上的各光學元件，是沿X軸方向看的包含照明光軸的YZ 截面上的照明光學系統(tǒng)的主要部分結(jié)構(gòu)部。圖3(a)中，照明光源裝置300由在Y軸方向上配置的8個藍色激發(fā)光源1和使各 個光源的發(fā)散光平行化的平行化透鏡2構(gòu)成。從藍色激發(fā)光源1發(fā)出的光在各個平行化透 鏡2的作用下成為大致平行的光，被聚光透鏡14聚光在透明基材19上。透明基材19的入 射側(cè)蒸鍍有增透膜，出射側(cè)由2種區(qū)段構(gòu)成，包括以藍光為激發(fā)光發(fā)射黃光的黃色熒光體 區(qū)段和使藍光擴散的擴散層區(qū)段。圖3(b)中表示沿X軸方向看的H截面圖和沿Z軸方向看的XY截面圖。在黃色 熒光體區(qū)段中，蒸鍍有使藍光透過、黃光(綠光和紅光)反射的分色鍍膜191，并在其上涂布 了黃色的熒光體192。藍色激發(fā)光與黃色熒光體192反應(yīng)，向全方位發(fā)射黃光，但向著透明 基材19的入射側(cè)而去的黃色發(fā)散光會被分色鍍膜191反射，因此所有的黃光都向平行化透 鏡20的方向發(fā)散。另外，在使藍光擴散的擴散層193區(qū)段中，藍光發(fā)生擴散，向平行化透鏡20的方向 發(fā)散。如果透明基材19的旋轉(zhuǎn)速度足夠快，則在人眼看來，會從透明基材19發(fā)射藍光和黃 光合成后的白光。即，照射到透明基材19上的藍色激發(fā)光的照射區(qū)域，能夠認為發(fā)射白光 的白光光源。從透明基材19發(fā)散的黃光和藍光，在平行化透鏡20的作用下成為平行光，入 射到偏振變換積分器。偏振變換積分器包括由第一陣列透鏡3和第二陣列透鏡4構(gòu)成的進行均勻照明 的光學積分器；和使偏振方向變更、統(tǒng)一為規(guī)定偏振方向的偏振變換元件5。第一陣列透鏡3將入射的光用矩陣狀配置的多個透鏡單元分割為多束光來加以 引導，以使之高效地通過第二陣列透鏡4和偏振變換元件5。即，對于第一陣列透鏡3而言， 透明基材19上的照射像與第二陣列透鏡4的各透鏡單元相互成為物與像的關(guān)系(共軛關(guān) 系)。通過第一陣列透鏡3的各透鏡單元的光，需要入射到相對的第二陣列透鏡4的單元中。與第一陣列透鏡3同樣，具有矩陣狀配置的多個透鏡單元的第二陣列透鏡4中，所 包含的透鏡單元分別將對應(yīng)的第一陣列透鏡3的透鏡單元的形狀投影在液晶顯示元件18 上。
此時，用偏振變換元件5將來自第二陣列透鏡4的光變更、統(tǒng)一為規(guī)定的偏振 方向，然后，使第一陣列透鏡3的各透鏡單元的投影像，分別通過聚光透鏡6和聚光鏡 (condensing lens) 13，在液晶顯示元件18上重合。另外，對于第二陣列透鏡4和接近它配置的聚光透鏡6而言，第一陣列透鏡3與影 像顯示元件18相互成為物與像的關(guān)系(共軛關(guān)系)，所以被第一陣列透鏡3分割為多束的 光束會在第二陣列透鏡4和聚光透鏡6的作用下重疊投影在液晶顯示元件18上，能夠以實 際使用上沒有問題的程度的均勻性較高的照度分布進行照明。此處，考慮照射到透明基材19上的藍色激發(fā)光的照射形狀。因為照射到透鏡基材 19上的藍色激發(fā)光的照射區(qū)域成為向照明光學系統(tǒng)入射的光源像，所以能夠用照明光學系 統(tǒng)捕獲的藍色激發(fā)光的照射區(qū)域必須均勻。于是，需要以減小聚光透鏡14的像差的影響的 方式，使藍色激發(fā)光聚光在透明基材19上。因此，需要拉開聚光透鏡14與透明基材19的 距離，減少入射到透明基材19的傾斜光。另一方面，聚光透鏡14需要捕獲所有從排列了 8個的藍色激發(fā)光源1射出并在平 行化透鏡2的作用下成為平行光的藍光，所以需要有與排列在一起的藍色激發(fā)光源1相當 的大小，所以需要使聚光透鏡14與透明基材19的距離變得相當長。從而，產(chǎn)生了光源裝置 整體的尺寸增大這一課題。本發(fā)明鑒于上述課題，其目的在于，提供一種高效率的投影型影像顯示裝置，在使 用將多個光源聚光為1個光束后向后段的照明光學系統(tǒng)進行照射的光源裝置時，與現(xiàn)有技 術(shù)相比不會導致光源裝置的大型化。為了解決上述課題，本發(fā)明的第一方面的投影型影像顯示裝置具備照明光源裝 置；影像顯示元件；照明光學系統(tǒng)，其具有使來自上述照明光源裝置的光向上述影像顯示 元件照射的多個光學元件；和將在上述影像顯示元件形成的光學像放大投影的投影透鏡， 上述照明光學系統(tǒng)，具有將多個矩形孔徑形狀的透鏡元件以矩陣狀排列而成的第一陣列透 鏡和第二陣列透鏡，上述照明光源裝置具有偏振度大于50%的1個以上的光源；和使一方 的偏振光通過、另一方的偏振光反射的1個以上的偏振元件，其中，上述光源的至少1組以 上按照偏振度高的偏振方向呈正交的方式配置，由上述偏振元件將光束合成，并利用使光 束聚光的聚光單元將光束聚光在1個區(qū)域，然后向配置在后段的照明光學系統(tǒng)照射。此外，本發(fā)明的第二方面的投影型影像顯示裝置具備照明光源裝置；影像顯示 元件；照明光學系統(tǒng)，其具有使來自上述照明光源裝置的光向上述影像顯示元件照射的多 個光學元件；和將在上述影像顯示元件形成的光學像放大投影的投影透鏡，上述照明光學 系統(tǒng)，具有將多個矩形孔徑形狀的透鏡元件以矩陣狀排列而成的第一陣列透鏡和第二陣列 透鏡，上述照明光源裝置具有偏振度大于50%的1個以上的光源；使一方的偏振光通過、 另一方的偏振光反射的1個以上的偏振元件；和1個以上的偏振變換元件，其中，上述光源 的至少1組以上按照偏振度高的方向呈正交的方式配置，由上述偏振元件將光束合成，所 合成的光束的偏振方向被上述偏振變換元件變更，該投影型影像顯示裝置具有2組上述照 明光源裝置，被上述偏振變換元件變更后的偏振方向與變更前的偏振方向正交，利用設(shè)置 在上述2組照明光源裝置的后段的上述偏振元件將光束合成，并利用使光束聚光的聚光單 元將光束聚光在1個區(qū)域，然后向配置在后段的照明光學系統(tǒng)照射。此外，本發(fā)明的第三方面的投影型影像顯示裝置具備照明光源裝置；影像顯示元件；照明光學系統(tǒng)，其具有使來自上述照明光源裝置的光向上述影像顯示元件照射的多 個光學元件；和將在上述影像顯示元件形成的光學像放大投影的投影透鏡，該投影型影像 顯示裝置設(shè)置有使來自上述照明光源裝置的光束聚光的聚光單元，利用上述聚光單元將光 束聚光到具有四面反射面的光通道的入射側(cè)開口部，利用透鏡元件，使從上述光通道出射 側(cè)開口部出射的光束向與影像信號相應(yīng)地對入射光的強度進行調(diào)制的光調(diào)制單元投影，上 述照明光源裝置具有偏振度大于50%的1個以上的光源；和使一方的偏振光通過、另一方 的偏振光反射的1個以上的偏振元件，上述光源的至少1組以上按照偏振度高的偏振方向 呈正交的方式配置，由上述偏振元件將光束合成，并利用使光束聚光的聚光單元將光束聚 光在1個區(qū)域，然后向配置在后段的照明光學系統(tǒng)照射。此外，本發(fā)明的第四方面的投影型影像顯示裝置具備照明光源裝置；影像顯示 元件；照明光學系統(tǒng)，其具有使來自上述照明光源裝置的光向上述影像顯示元件照射的多 個光學元件；和將在上述影像顯示元件形成的光學像放大投影的投影透鏡，該投影型影像 顯示裝置設(shè)置有使來自上述照明光源裝置的光束聚光的聚光單元，利用上述聚光單元將光 束聚光到具有四面反射面的光通道的入射側(cè)開口部，利用透鏡元件，使從上述光通道出射 側(cè)開口部出射的光束向與影像信號相應(yīng)地對入射光的強度進行調(diào)制的光調(diào)制單元投影，上 述照明光源裝置具有偏振度大于50%的1個以上的光源；使一方的偏振光通過、另一方的 偏振光反射的1個以上的偏振元件；和1個以上的偏振變換元件，上述光源的至少1組以上 按照偏振度高的方向正交的方式配置，由上述偏振元件將光束合成，所合成的光束的偏振 方向被上述偏振變換元件變更，該投影型影像顯示裝置具有2組上述照明光源裝置，被上 述偏振變換元件變更后的偏振方向與變更前的偏振方向正交，利用設(shè)置在上述2組照明光 源裝置的后段的上述偏振元件將光束合成，并利用使光束聚光的聚光單元將光束聚光在1 個區(qū)域，然后向配置在后段的照明光學系統(tǒng)照射。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種高效率的投影型影像顯示裝置，在使用將多個光源聚 光為1個光束后向后段的照明光學系統(tǒng)進行照射的光源裝置時，與現(xiàn)有技術(shù)相比不會導致 光源裝置的大型化。


圖1是一個實施方式的投影型液晶顯示裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。圖2是一個實施方式的照明光源裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)的投影型液晶顯示裝置的主要部分結(jié)構(gòu)圖。圖4是第一實施例的投影型液晶顯示裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。圖5是第一實施例中的透明基板上的光源的光斑圖。
具體實施例方式以下參照

具體實施方式
。其中，在各圖中，對于相同的部分附加相同符 號，對于已說明一次的，省略其說明。此處，為了使易于說明，也與發(fā)明內(nèi)容同樣地引入以照 明光軸為Z軸的正交坐標。即，以在正交于Z軸的面內(nèi)與影像顯示元件的矩形照射有效區(qū) 域的長邊平行的方向上的軸為Y軸，以與矩形有效顯示區(qū)域的短邊平行的方向上的軸為X
軸O
圖1是一個實施方式的照明光源裝置和使用照明光源裝置的投影型液晶顯示裝 置的光學系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。圖1(a)是從X軸方向觀看的包含照明光軸的^截面上的投 影型液晶顯示裝置的主要部分結(jié)構(gòu)圖，圖1(b)是從X軸方向觀看的包含照明光軸的H截 面上的照明光學裝置的主要部分結(jié)構(gòu)圖。圖1(a)中，從照明光源裝置200(詳情在后文中敘述)發(fā)出的光，在平行化透鏡20 的作用下成為大致平行的光，入射到偏振變換積分器。偏振變換積分器包括由第一陣列透 鏡3和第二陣列透鏡組成的進行均勻照明的光學積分器；和使偏振方向變更、統(tǒng)一為規(guī)定 偏振方向的偏振變換元件5。第一陣列透鏡3，是從照明光軸方向看來具有與液晶顯示元件大致相似的矩形形 狀的多個透鏡單元以矩陣0維)狀配置而成的，利用多個透鏡單元將從光源入射的光分割 為多束光加以引導，以使之高效地通過第二陣列透鏡4和偏振變換元件5。S卩，第一陣列透 鏡3以使形成在照明光源裝置200的透明基材190上的發(fā)光面與第二陣列透鏡4的各透鏡 單元為光學共軛關(guān)系的方式設(shè)計。與第一陣列透鏡3同樣，從照明光軸方向看來為矩形形狀的多個透鏡單元以矩陣 狀配置而成的第二陣列透鏡4中，所包含的透鏡單元分別將對應(yīng)的第一陣列透鏡3的透鏡 單元的形狀投影(映射)到液晶顯示元件18上。此時，利用偏振變換元件5使來自第二陣列透鏡4的光變更、統(tǒng)一為規(guī)定的偏振方 向，然后，使第一陣列透鏡3的各透鏡單元的投影像，分別通過聚光透鏡6，聚光鏡13、14，第 一中繼透鏡15，第二中繼透鏡16和第三中繼透鏡17，重合在各液晶顯示元件18上。其中，第二陣列透鏡4和接近它配置的聚光透鏡6，以使第一陣列透鏡3的各透鏡 單元與液晶顯示元件18成為光學共軛關(guān)系的方式設(shè)計，因此，被第一陣列透鏡3分割為多 束的光束會被第二陣列透鏡4和聚光透鏡6重疊投影在液晶顯示元件18上，能夠以實際使 用上沒有問題的程度的均勻性較高的照度分布進行照明。如上所述，由第一陣列透鏡3、第二陣列透鏡4和偏振變換元件5構(gòu)成的偏振變換 積分器，能夠使來自光源的偏振方向隨機的光變更、統(tǒng)一為規(guī)定偏振方向，并同時均勻照明 液晶顯示元件。該過程中，利用分色鏡11，例如使B光(藍色波段的光)反射，使G光(綠色波段 的光)和R光(紅色波段的光)透過，分離為2色的光，進而，G光和R光被分色鏡12分離 為G光和R光。例如，G光被分色鏡12反射，R光透過分色鏡12，由此分離為3色的光。該 光的分離方法可以有很多種，也可以利用分色鏡11使R光反射并使G光和B光透過，也可 以使G光反射并使R光和B光透過。在分色鏡11上反射的B光，被反射鏡10所反射，通過聚光鏡13B，透過B光用的液 晶顯示元件18B，入射到光合成棱鏡21。另一方面，在透過分色鏡11的G光和R光中，G光被分色鏡12反射，通過聚光鏡 13G，入射到G光用液晶顯示元件18G，透過該液晶顯示元件18G，入射到光合成棱鏡21。此 外，R光透過分色鏡12，被第一中繼透鏡15聚光，接著被反射鏡8反射，然后被第二中繼透 鏡16聚光，在被反射鏡9反射后，被第三中繼透鏡17聚光，入射到R光用的液晶顯示元件 ISR0透過液晶顯示元件18R的R光入射到光合成棱鏡21。透過各液晶顯示元件的B光、G光、R光，被光合成棱鏡21合成為彩色影像，然后，例如通過如變焦透鏡等投影透鏡22，到達屏幕7。在液晶顯示元件18上通過光強度調(diào)制形 成的光學像，被投影透鏡22放大投影到屏幕上，從而發(fā)揮顯示裝置的功能。其中，第一光路(B光)和第二光路(G光)中不使用中繼透鏡，但第三光路(R光) 中為了使光路長度與B光、G光相等而使用了中繼透鏡15、16。以下，用圖1(b)說明利用本實施方式能夠提供小型的照明光源裝置的理由。圖 1 (b)中，照明光源裝置200由光源單元300P、光源單元300S、偏振元件23、聚光透鏡140、透 明基材190構(gòu)成。光源單元300P由在Y軸方向上排列的4個光源IP和使光源IP發(fā)出的 光變得平行的平行化透鏡2構(gòu)成，光源單元300S由在Z軸方向上排列的4個光源IS和使 光源IS發(fā)出的光變得平行的平行化透鏡2構(gòu)成。光源1的特定方向的偏振度較高。此處，以X軸方向的偏振為S偏振，以與X軸方 向和照明光軸正交的方向的偏振為P偏振，光源is中S偏振的比例大于50%，光源IP中P 偏振的比例大于50%。作為偏振度較高的光源，激光較為有名，但也可以是采用下述結(jié)構(gòu)的 光源，即，在LED等無偏振光源出射之后配置僅使一種直線偏振光透過的偏振元件，僅取出 一種直線偏振光。如果是激光光源，則為了得到S偏振光，只要以使直線偏振方向與X軸平 行的方式配置即可，為了得到P偏振，只要以與上述S偏振用的激光呈90度正交的狀態(tài)配 置即可。此外，在利用偏振元件從無偏振光源中僅取出單方向的偏振的結(jié)構(gòu)中，只要使偏 振元件的配置方向呈90度正交即可。從光源單元300P射出的光，是P偏振光的比例大于 50%的平行光，從光源單元300S射出的光，是S偏振光的比例大于50%的平行光，它們?nèi)肷?到偏振元件23。偏振元件23是使P偏振透過、S偏振反射的元件，可以是將三棱柱2面貼 合的棱鏡形狀。于是，從光源單元300P射出的光中，P偏振光透過偏振元件23，從光源單元300S 射出的光中，S偏振光在偏振元件23上反射，一起入射到聚光透鏡140。因為光源1的偏振 度大于50%，與例如簡單地使4個光源IP向聚光透鏡140入射的情況相比，能夠得到更大 的光束。入射到聚光透鏡140的光，聚光在透明基材190上，形成1個照射區(qū)域。此處，關(guān)于透明基材190，如果光源1是藍色激發(fā)光源，則與上述透明基材19同樣， 能夠采用具有藍色擴散光和黃色熒光體這2個區(qū)段的結(jié)構(gòu)。此外，如果光源1是包含藍色、 綠色、紅色的光源，例如8個光源1中，2個是紅色光源，4個是綠色光源，2個是藍光源，那 么透明基材190能夠采用僅具有使入射的光線擴散的擴散層的結(jié)構(gòu)。通過透明基材190的 光，以透明基材190上的光源1的照射區(qū)域作為1個的白光源的發(fā)光像，被引導到后段的照 明光學系統(tǒng)。如上所述，通過配置照明光源裝置用部件，聚光透鏡140僅捕獲從排列在一起的4 個光源1射出的在平行化透鏡2的作用下成為平行光的光即可，即光束寬度成為現(xiàn)有技術(shù) 的二分之一，所以能夠縮小聚光透鏡140。從而，能夠在不使透明部件190上的投影像的像 差增大的前提下，縮短聚光透鏡140與透明基材190的距離。接著，用圖2說明進一步減小光束寬度并實現(xiàn)小型化的方法。圖2是本發(fā)明的一 個實施方式的照明光源裝置的光學系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。圖2(a)是從X軸方向觀看的包含 照明光軸的H截面上的照明光學裝置的主要部分結(jié)構(gòu)圖，圖2(b)、(c)是構(gòu)成照明光學裝 置的裝置的一部分。
圖2 (a)中，照明光源裝置201由光源單元301P、光源單元301S、光源單元302P、光 源單元302S、偏振元件23、偏振棱鏡對、聚光透鏡141、透明基材190構(gòu)成。照明光源裝置 201包括由光源單元301組成的光源部和由光源單元302組成的光源部，在圖2 (b)、圖2 (c)
中表示。圖2(b)是包含光源單元301的裝置。光源單元301P由在Y軸方向上排列的2個 光源IP和使從光源IP發(fā)出的光變?yōu)槠叫泄獾钠叫谢哥R2構(gòu)成，光源單元301S由在Z軸 方向上排列的2個光源IS和使從光源IS發(fā)出的光變?yōu)槠叫泄獾钠叫谢哥R2構(gòu)成。光源單元301P的射出光，是P偏振光的比例大于50%的平行光，光源單元301S的 射出光，是S偏振光的比例大于50%的平行光，它們?nèi)肷涞狡窭忡RM。偏振棱鏡M是使 P偏振透過、使S偏振反射的元件，在出射側(cè)配置有長方形的λ /2波片Ml。光源單元301P的射出光中，P偏振光透過偏振棱鏡M，到達出射面。此時，因為 以使光源單元301P的射出光從沒有配置λ /2波片Ml的區(qū)域通過的方式配置光源單元 301Ρ，所以光源單元301Ρ的射出光在保持為P偏振的狀態(tài)下通過偏振棱鏡對。此外，光源單元301S的射出光中，S偏振光在偏振棱鏡M的反射面上反射，到達 出射面。此時，因為光源單元301S的配置方式使得光源單元301S的射出光從配置了 λ/2 波片Ml的區(qū)域通過，所以光源單元301S的射出光在λ /2波片241的作用下從S偏振變 換為P偏振，通過偏振棱鏡對。即，光源單元301Ρ的射出光、光源單元301S的射出光共同 成為P偏振的光束，從偏振棱鏡M射出。接著說明另一個光源單元。圖2(c)是包含光源單元302的裝置。光源單元302S 由在Y軸方向上排列的2個光源IS和使從光源IS發(fā)出的光變?yōu)槠叫泄獾钠叫谢哥R2構(gòu) 成，光源單元302Ρ由在Z軸方向上排列的2個光源IP和使從光源IP發(fā)出的光變?yōu)槠叫泄?的平行化透鏡2構(gòu)成。光源單元302Ρ的射出光，是P偏振光的比例大于50%的平行光，光源單元302S的 射出光，是S偏振光的比例大于50%的平行光，它們?nèi)肷涞狡窭忡RΜ。偏振棱鏡M是使 P偏振透過、使S偏振反射的元件，在出射側(cè)配置有長方形的λ/2波片Ml。光源單元302S 的射出光中，S偏振光在偏振棱鏡M的反射面上反射，到達出射面。此時，因為以使光源單元302S的射出光從沒有配置λ/2波片Ml的區(qū)域通過的 方式配置光源單元302S，所以光源單元302S的射出光在保持為S偏振的狀態(tài)下通過偏振棱 鏡24。此外，光源單元302Ρ的射出光中，P偏振光通過偏振棱鏡對，到達出射面。此時， 因為光源單元302Ρ的配置方式使得光源單元302Ρ的射出光從配置了 λ /2波片Ml的區(qū) 域通過，所以光源單元302Ρ的射出光在λ /2波片241的作用下從P偏振變換為S偏振，通 過偏振棱鏡對。S卩，光源單元302S的射出光、光源單元302Ρ的射出光共同成為S偏振的光束，從 偏振棱鏡對射出。此處，偏振棱鏡對是包含λ/2波片在內(nèi)的1體結(jié)構(gòu)，但是使偏振合成 的偏振元件和使偏振旋轉(zhuǎn)的λ /2波片部也可以是分離的個體。圖2(a)中，偏振元件23是使P偏振透過、使S偏振反射的元件。于是，如上所述， 光源單元301的射出光，作為P偏振光入射到偏振元件23，所以透過偏振元件23，入射到聚 光透鏡141。此外，如上所述，光源單元302的射出光，作為S偏振光入射到偏振元件23，所以在偏振元件23上反射，入射到聚光透鏡141。入射到聚光透鏡141的光，聚光在透明基材 190上，形成1個照射區(qū)域。如上所述，通過配置照明光源裝置用部件，聚光透鏡141只要捕獲從排列在一起 的2個光源1射出的在平行化透鏡2的作用下成為平行光的光即可，即光束寬度成為現(xiàn)有 技術(shù)的四分之一，所以能夠縮小聚光透鏡141。因此，也能夠使聚光透鏡141與透明基材190 的距離縮短。以上說明了排列8個光源1的情況，但也可以是8個以外的情況。此外，平行化透 鏡2可以根據(jù)光源的配置方向、光源顏色等來分別變更最佳尺寸、曲率半徑、材料。如上所述，根據(jù)本實施例，能夠提供一種高效率的投影型影像顯示裝置，在使用將 多個光源聚光為1個光束后向后段的照明光學系統(tǒng)進行照射的光源裝置時，與現(xiàn)有技術(shù)相 比不會導致光源裝置的大型化。[實施例1]在以上說明中，用光線圖概念性地說明了能夠提供一種高效率的投影型影像顯示 裝置的方法，該投影型影像顯示裝置，在使用將多個光源聚光為1個光束后向后段的照明 光學系統(tǒng)進行照射的光源裝置時，與現(xiàn)有技術(shù)相比不會導致光源裝置的大型化。接著，在本實施方式中，用圖4說明決定透明基材上的照射區(qū)域所要求的精度的 一個實施例。圖4(a)是從X軸方向觀看的包含照明光軸的H截面上的投影型液晶顯示裝 置的主要部分結(jié)構(gòu)圖，圖4(b)是從X軸方向觀看的包含照明光軸的H截面上的照明光源 裝置的主要部分放大圖，圖4(c)是從Y軸方向觀看的包含照明光軸的)(Z截面上的從照明 光學裝置到光通道間的主要部分結(jié)構(gòu)圖。作為照明光源裝置，使用照明光源裝置201，關(guān)于后段的照明光學系統(tǒng)，令其為使 用了排列多個微反射鏡而成的影像顯示元件(DMD元件)的照明光學系統(tǒng)。圖4(c)中，表示照明光源裝置的X軸方向的配置。此處的照明光源裝置201在X 軸方向上也將光源1和平行化透鏡2各配置2個，具有共計16個光源1和平行化透鏡2。圖4(a)中，從照明光源裝置201發(fā)出的光，被聚光透鏡25聚光，入射到光通道沈 的入射側(cè)開口部。聚光透鏡25使得從形成在透明基材19上的光源1的照射區(qū)域33發(fā)散 的光聚光到光通道26的入射側(cè)，所以形成在透明基材19上的光源1的照射區(qū)域33被放大 投影到光通道沈的入射面上。光通道沈在內(nèi)部的四面具有反射面，在到達上述光通道沈的出射側(cè)開口部之前， 入射光線發(fā)生多次反射，由此，在光通道沈的出射側(cè)，獲得實際使用上沒有問題的程度的 均勻性較高的照度分布。從光通道沈出射的光束，通過反射鏡觀，被透鏡元件27放大投影 在根據(jù)影像信號對入射光的強度進行調(diào)制的DMD元件四上。入射到DMD元件四的光束，按照影像信號入射到投影透鏡30，到達屏幕31。此 處，在光通道沈之前配置有對白光進行色分離的色輪32，但在照明光源裝置201中能夠使 顏色分時的情況下，則不需要色輪32。圖4(b)中，具體地說明照射區(qū)域33所要求的精度。設(shè)光源1是藍色激光，激發(fā)透 明基材19的熒光體。光源1的外形為Φ 6mm，發(fā)光尺寸為Φ 0. 02mm，光線出射半角為20度。偏振棱鏡M的外形為約兩個光源1的尺寸，所以是12mm寬。為了使4個光源1 的光束通過偏振棱鏡M的寬度12mm的出射面，從光源1射出的光束需要為3mm以下。因為光源1的光線出射半角為20度，所以平行化透鏡2的焦距為約4mm。此處，光源1的發(fā)光面的像被放大投影為形成在透明基材19上的照射區(qū)域33，放 大率大致是聚光透鏡141的焦距與平行化透鏡2的焦距的比。照明區(qū)域33是后段的照明 光學系統(tǒng)的光源尺寸，以往的超高壓水銀燈的電弧的像為Imm左右，所以照射區(qū)域33的大 小也需要為Imm以下。而光源1的發(fā)光尺寸為Φ0.02mm，所以放大率需要為約50倍以下， 考慮到余量，設(shè)放大率為5倍。此時，聚光透鏡141的焦距為20mm，光源1的發(fā)光面放大像為Φ0. Imm左右。在圖5中，確認以上述條件從光源1射出的光線在透明基材19上形成的照射區(qū)域 33上的光斑圖。使用低廉的球面透鏡作為聚光透鏡141。此時，光斑尺寸為Φ0. 3mm左右， 即使包含放大像Φ0. 1mm，也都抑制在Imm以下，對于后段的照明光學系統(tǒng)來說，可謂是高 效率的照明光源。
權(quán)利要求
1.一種投影型影像顯示裝置，其特征在于，具備 照明光源裝置；影像顯示元件；照明光學系統(tǒng)，其具有使來自所述照明光源裝置的光向所述影像顯示元件照射的多個 光學元件；和將所述影像顯示元件所顯示的光學像放大投影的投影透鏡，其中 所述照明光學系統(tǒng)，具有將多個矩形孔徑形狀的透鏡元件以矩陣狀排列而成的第一陣 列透鏡和第二陣列透鏡， 所述照明光源裝置具有 偏振度大于50%的1個以上的光源；和使一方的偏振光通過、另一方的偏振光反射的1個以上的偏振元件，其中 所述光源的至少1組以上按照偏振度高的偏振方向呈正交的方式配置，由所述偏振元 件將光束合成，并利用使光束聚光的聚光單元將光束聚光在1個區(qū)域，然后向配置在后段 的照明光學系統(tǒng)照射。
2.一種投影型影像顯示裝置，其特征在于，具備 照明光源裝置；影像顯示元件；照明光學系統(tǒng)，其具有使來自所述照明光源裝置的光向所述影像顯示元件照射的多個 光學元件；和將所述影像顯示元件所顯示的光學像放大投影的投影透鏡，其中 所述照明光學系統(tǒng)，具有將多個矩形孔徑形狀的透鏡元件以矩陣狀排列而成的第一陣 列透鏡和第二陣列透鏡， 所述照明光源裝置具有 偏振度大于50%的1個以上的光源；使一方的偏振光通過、另一方的偏振光反射的1個以上的偏振元件；和 1個以上的偏振變換元件，其中所述光源的至少1組以上按照偏振度高的方向呈正交的方式配置，由所述偏振元件將 光束合成，所合成的光束的偏振方向被所述偏振變換元件變更，具有2組所述照明光源裝置，被所述偏振變換元件變更后的偏振方向與變更前的偏振 方向正交，利用設(shè)置在所述2組照明光源裝置的后段的所述偏振元件將光束合成，并利用 使光束聚光的聚光單元將光束聚光在1個區(qū)域，然后向配置在后段的照明光學系統(tǒng)照射。
3.一種投影型影像顯示裝置，其特征在于，具備 照明光源裝置；影像顯示元件；照明光學系統(tǒng)，其具有使來自所述照明光源裝置的光向所述影像顯示元件照射的多個 光學元件；和將所述影像顯示元件所顯示的光學像放大投影的投影透鏡，其中 設(shè)置有使來自所述照明光源裝置的光束聚光的聚光單元，利用所述聚光單元將光束聚 光到具有四面反射面的光通道的入射側(cè)開口部，利用透鏡元件，使從所述光通道出射側(cè)開口部出射的光束向與影像信號相應(yīng)地對入射光的強度進行調(diào)制的光調(diào)制單元投影， 所述照明光源裝置具有 偏振度大于50%的1個以上的光源；和使一方的偏振光通過、另一方的偏振光反射的1個以上的偏振元件，其中 所述光源的至少1組以上按照偏振度高的偏振方向呈正交的方式配置，由所述偏振元 件將光束合成，并利用使光束聚光的聚光單元將光束聚光在1個區(qū)域，然后向配置在后段 的照明光學系統(tǒng)照射。
4.一種投影型影像顯示裝置，其特征在于，具備 照明光源裝置；影像顯示元件；照明光學系統(tǒng)，其具有使來自所述照明光源裝置的光向所述影像顯示元件照射的多個 光學元件；和將所述影像顯示元件所顯示的光學像放大投影的投影透鏡，其中 設(shè)置有使來自所述照明光源裝置的光束聚光的聚光單元，利用所述聚光單元將光束聚 光到具有四面反射面的光通道的入射側(cè)開口部，利用透鏡元件，使從所述光通道出射側(cè)開 口部出射的光束向與影像信號相應(yīng)地對入射光的強度進行調(diào)制的光調(diào)制單元投影， 所述照明光源裝置具有 偏振度大于50%的1個以上的光源；使一方的偏振光通過、另一方的偏振光反射的1個以上的偏振元件；和 1個以上的偏振變換元件，其中所述光源的至少1組以上按照偏振度高的方向正交的方式配置，由所述偏振元件將光 束合成，所合成的光束的偏振方向被所述偏振變換元件變更，具有2組所述照明光源裝置，被所述偏振變換元件變更后的偏振方向與變更前的偏振 方向正交，利用設(shè)置在所述2組照明光源裝置的后段的所述偏振元件將光束合成，并利用 使光束聚光的聚光單元將光束聚光在1個區(qū)域，然后向配置在后段的照明光學系統(tǒng)照射。
5.如權(quán)利要求1所述的投影型影像顯示裝置，其特征在于 所述光源是激光。
6.如權(quán)利要求2所述的投影型影像顯示裝置，其特征在于 所述光源是激光。
7.如權(quán)利要求3所述的投影型影像顯示裝置，其特征在于 所述光源是激光。
8.如權(quán)利要求4所述的投影型影像顯示裝置，其特征在于 所述光源是激光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高效率的投影型影像顯示裝置。投影型影像顯示裝置具有照明光源裝置、影像顯示元件、使上述照明光源裝置的光照射到上述影像顯示元件上的照明光學系統(tǒng)和將光學像放大投影的投影透鏡，上述照明光學系統(tǒng)，具有將多個矩形孔徑形狀的透鏡元件以矩陣狀排列而成的第一陣列透鏡和第二陣列透鏡，上述照明光源裝置具有偏振度大于50％的1個以上的光源；和使一方的偏振光通過、另一方的偏振光反射的1個以上的偏振元件，上述光源的至少1組以上以偏振度較高的偏振方向呈正交的方式配置，由上述偏振元件將光束合成，并利用聚光單元將光束聚光在1個區(qū)域，然后向配置在后段的照明光學系統(tǒng)照射。
文檔編號G02B27/28GK102141722SQ201010525079
公開日2011年8月3日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者平田浩二, 木村展之 申請人:日立民用電子株式會社