本发明专利技术提供一种投影型影像显示装置，在使用发光二极管、激光等长寿命的光源时能够使光线照明系统也具有比当前更长的寿命。该投影型影像显示装置的特征在于，包括：光源；影像显示元件；具有将来自上述光源的光照射到上述影像显示元件的多个光学元件的光学照明系统；和将由上述影像显示元件形成的光学像放大并投影的投影透镜，其中，上述光学照明系统具有：将多个矩形孔径形状的透镜元件矩阵状地排列而成的第一阵列透镜和第二阵列透镜；以及具备偏振变换功能的偏振变换元件，该偏振变换元件通过与上述第二阵列透镜的多个透镜元件相对设置的、且被配置成阵列状的多个偏振分束器和1/2λ相位差板，将偏振方向经过变更的偏振光射出，上述投影型影像显示装置被配置为：该光源的发光面形状呈大致矩形或大致椭圆形，上述发光面形状的长边方向与上述偏振变换元件的开口部的长边方向为平行方向。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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(701m/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。
技术实现思路
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TL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 进行均勻照明的光学积分器，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。S卩，第一阵列透镜3与发光二极管光源1的发光面和第二阵列透镜4的各透镜单 元相互成为物像关系(共轭关系)。通过第一阵列透镜3的各透镜单元的光必须入射相对 向的第二阵列透镜4的单元。与第一阵列透镜3同样，具有矩阵状排列的多个透镜单元的第二阵列透镜4，构成 其的各透镜单元分别将对应的第一阵列透镜3的透镜单元的形状投影到液晶显示元件18 上。因此，液晶显示元件的纵横比(aspect)，与第一阵列透镜3、第二阵列透镜4的各透镜 单元的纵横比大致相同。此时，通过偏振变换元件5将第二阵列透镜4发出的光统一到规定的偏振方向上， 接着，第一阵列透镜3的各透镜单元的投影像，分别经由聚光透镜6和聚焦透镜(condenser lens) 13，重合于液晶显示元件18上。另外，第二阵列透镜4和靠近其放置的聚光透镜6使得第一阵列透镜3与影像显 示元件18相互成物像关系(共轭关系)，因此由第一阵列透镜3分割成多束的光束，通过第 二阵列透镜4和聚光透镜6，重叠并投影到液晶显示元件18上，能够实现在实际使用中没有 问题的等级的均勻性高的照度分布的照明。在说明使用发光二极管光源和偏振变换积分器的光学照明系统具有的问题之前，首先使用图6对偏振变换元件5的结构进行说明。图6为偏振变换积分器的主要部件的构成图。图6(a)为偏振变换积分器的^截 面从X轴方向观察所得，图6 (b)为偏振变换元件的放大详细图。在图6中，偏振变换元件5中，例如，沿着与液晶显示元件的短边平行的方向即X 轴方向(垂直于图6纸面的方向)延伸、截面为平行四边形的棱柱状的透光性部件51，与照 明光轴100的方向(Z轴方向)正交的面(XY平面)相平行地，在Y轴方向上呈阵列状排列 有多个，在排列成阵列状的相邻的透光性部件51之间的界面处交替形成有偏振分束器(以 下简称为“PBS”)膜52和反射膜53。透光性部件51彼此之间的贴合一般使用有机粘接剂。此外，在通过偏振变换元件5的入射侧的开口部55并透过PBS膜52的光所出射 的出射面上，配置有1/2λ相位差板Μ。作为1/2λ相位差板，有机相位差膜较为廉价，可 适用于大量液晶投影仪。此外，为了延长1/2λ相位差板的寿命，使用将两片无机水晶粘合 而成的相位差板的元件也被实用化，一般使用有机粘接剂将水晶相互粘合。图6中，偏振变换元件5相对由照明光轴100和平行四边形柱体的透光性部件51 的延伸方向(X轴方向)形成的平面(即包含照明光轴100的)(Ζ平面，为了方便以下将其称 为“光轴面”)S100，对称地构成。透光性部件51的倾斜，在图6的相对于光轴面SlOO而言 的纸面右侧为向右上45度，在图6的相对于光轴面SlOO而言的纸面左本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种投影型影像显示装置，其特征在于，包括：光源；影像显示元件；具有将来自所述光源的光照射到所述影像显示元件的多个光学元件的光学照明系统；和将由所述影像显示元件形成的光学像放大并投影的投影透镜，其中，所述光学照明系统具有：将多个矩形孔径形状的透镜元件矩阵状地排列而成的第一阵列透镜和第二阵列透镜；以及具备偏振变换功能的偏振变换元件，该偏振变换元件通过与所述第二阵列透镜的多个透镜元件相对设置的、且被配置成阵列状的多个偏振分束器和１／２λ相位差板，将偏振方向经过变更的偏振光射出，所述投影型影像显示装置被配置为：该光源的发光面形状呈大致矩形或大致椭圆形，所述发光面形状的长边方向与所述偏振变换元件的开口部的长边方向为平行方向。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：平田浩二，木村展之，
申请(专利权)人：日立民用电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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