[发明专利]投影型影像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用液晶面板等影像显示元件将影像投影到投影面上的投影型影像显示装置，和以不使用水银的发光二极管、激光器、荧光体等作为光源的光学照明系统，特别是涉及提供将以上装置组合而得到的投影型影像显示装置的技术。

背景技术

例如，在将反射型或透过型的液晶面板、或具有将多个微小反射镜排列而成的构造的影像显示元件的显示画面放大显示在作为投影面的屏幕或板等之上的投影型影像显示装置中，为在投影面上得到具有足够大小和亮度的放大图像，而研了究各种可改进光学照明系统的方法。

特别是提出了各种在使用多个影像显示元件的方式中能够抑制彩色影像的白平衡的劣化以及色斑的光学照明系统的方案。例如，在日本特开10-171045号公报(专利文献1)中公开的作为投影型影像显示装置的光学照明系统所使用的光源而使用相对输入功率发光效率高(70lm/W)的超高压水银灯的方案已成为主流。此外，为提高第一阵列透镜和第二阵列透镜上的光线通过率而缩短电极之间的距离也成为研究课题。

此外，超高压水银灯由于大量产生紫外线而对构成光学照明系统的液晶光阀或偏振板等有机物产生较大的压力(stress)，因此可推测除有损于寿命外，还存在其自身也因由电极的损耗以及发光管的白浊化引起的失透而在短时间内导致亮度降低等问题。

因此，对作为新的光源而使用红、绿、蓝发光二极管或有机EL等固体发光元件的投影型影像显示装置进行了开发，提出了多种方案。例如在日本特开2004-341105号公报(专利文献2)中提出了由可将从固体光源射出的紫外光变换成可见光的荧光体层、透明基材和固体光源构成的光源装置。

此外，为解决该专利文献2的课题，例如如日本特开2009-277516号公报(专利文献3)所述，还提出了即使以从固体光源射出的激发光作为可见光也可以高效率地发光的光源装置。

此外，例如在日本特开2009-259583号公报(专利文献4)中还公开了将发光原理不同的方式的光源组合来作为投影型影像显示装置的光源的方案。

在专利文献2公开的技术中，公开了将从固体光源射出的紫外线变换成可见光的由荧光体层、透明基材和固体光源构成的光源装置。该技术中，由于使用把能量较高的紫外光作为对光进行激发的激发光源，所以被照射紫外光的光学部件容易受到损伤，光学部件的长期性能难以确保。因此，在专利文献3中提出了使用能量比紫外光低的可见光作为激发光照射荧光体的方案。

另一方面，还提出了如专利文献4所公开的组合发光方式各异的多种光源作为投影型影像显示装置的新光源的方案。在该方案中，光源由第一光源即出射规定波长的光的发光二极管或固体发光元件、第二光源即出射激发光的发光二极管或固体发光元件和以来自第二光源的激发光作为激发能量而发出波长域与第一光源相同的光的第三光源构成。

在上述的专利文献2到专利文献4中公开的现有技术是作为光源的技术，没有考虑到与使用液晶显示元件的投影型影像显示装置的光学照明系统的匹配，因此虽然作为光源而言具有长寿命，但在作为投影型影像显示装置进行动作的情况下，则不一定具有长寿命。

发明内容

下面，在不使用超高压水银灯，而使用发光二极管光源作为新型光源的情况下，就使用液晶显示元件的投影型影像显示装置中的光学照明系统所具有的问题，参照附图进行说明。

在各图中，对相同部分标记相同的附图标记，对已经说明过的部分省略其说明。此外，为便于以后的说明导入直角坐标系。以照明光轴方向为Z轴，以在与Z轴正交的平面内与液晶显示元件的矩形有效照射区域的长边平行的方向上的轴为Y轴，以与矩形有效照射区域的短边平行的方向上的轴为X轴。即，构成第一阵列透镜、第二阵列透镜的透镜单元，在X轴、Y轴两个方向上排列。

图5为使用发光二极管光源和偏振变换积分器的投影型影像显示装置中，光学照明系统的光路上从光源到液晶显示元件的各光学元件的简单图示。图5(a)为从X轴方向观看含有照明光轴的YZ截面上的光学照明系统的主要部件结构图，图5(b)为在偏振变换元件上形成的光源像的概要的示意图，图5(c)为在第二阵列透镜4上形成的光源像的概要的示意图。

在图5(a)中，发光二极管光源1发出的光通过平行化透镜2后变得大致平行，入射偏振变换积分器。偏振变换积分器包括由第一阵列透镜3和第二阵列透镜4构成的能够进行均匀照明的光学积分器，和使偏振方向统一到规定的偏振方向上的偏振变换元件5。

第一阵列透镜3通过矩阵状排列的多个透镜单元将入射的光分割为多束光，并引导使其高效率地通过第二阵列透镜4和偏振变换元件5。