照明装置以及投影型显示装置 【技术领域】
本发明涉及照明装置以及投影型显示装置，特别涉及光利用效率优异的照明装置的构成。
背景技术
以往已知有使用液晶光阀等的光调制装置合成图像光，通过由投影透镜等组成的投影光学系统将合成后的图像光放大投影在屏幕上的投影型显示装置。在这种投影型显示装置中使用的照明光学系统中，从金属卤化物灯等光源射出的光，通常是偏振状态随机的光。可是，在使用利用偏振光的液晶光阀的投影型液晶显示装置的情况下，因为在显示中只利用一个方向的偏振光，所以如果使来自光源的光直接入射到液晶光阀，则大致一半的光在入射侧偏振光板上被吸收，在此被吸收的光此后不能在显示中被利用。
因而，在以往的投影型液晶显示装置中，以改善光的利用效率为目地，使来自光源的随机偏振状态的光与在显示中利用的一个方向的偏振光一致的偏振光变换装置，被设置在光源和液晶光阀之间。在偏振光变换装置中，一般使用偏振光束分离器(Polarized Beam Splitter，以下，简称为PBS)阵列。PBS阵列，是组合具有偏振光分离膜和反射膜的多个PBS和1/2波长板等的相位差板的阵列，具有偏振光变换被包含在来自光源的光中的p偏振光、s偏振光(直线偏振光)中一方，使其与另一方的偏振光一致的功能。
可是，在使用了PBS阵列的以往的投影型显示装置的偏振光变换装置中，存在以下的问题。
因为各个PBS自身是具有某一尺寸的元件，所以把它排列成阵列形状的PBS阵列成为相当的大，与最近的投影型显示装置的小型化、薄型化、轻重量化的要求不符。另外，在PBS阵列的入射面中，必须使光入射到与偏振光分离膜相当的位置，需要用于使光聚光在该位置上的透镜系统。这使得偏振光变换装置的构成变得复杂。另外，因为用偏振光分离膜分离的p偏振光和s偏振光的光路长度不同，所以在光阀上的照明条件上发生偏差，存在光的利用效率下降的问题。
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种光的利用效率优异，可以以简单的构成实现小型化、薄型化、轻重量化的照明装置，以及具备该照明装置的小型、薄型、轻重量的投影型液晶显示装置。
【发明内容】
为了实现上述目的，本发明的照明装置，是具备光源、使从光源入射的光对齐为一个方向的偏振光的偏振光变换装置的照明装置，其特征在于，上述光源，具备相对光源主体的光射出方向设置在后方一侧的反射板使得相对上述光源主体一侧的面成为反射面，上述偏振光变换装置，具备被设置在上述光源的光射出一侧、在使规定的振动方向的偏振光透过的同时使和上述振动方向不同的振动方向的偏振光反射的反射型偏振光板。
如果采用此构成，因为把在使一偏振光(例如p偏振光)透过的同时使另一偏振光(例如s偏振光)反射的反射型偏振光板设置在光源的光射出一侧，所以来自光源的随机偏振状态的光在入射到反射型偏振光板时，例如p偏振光透过反射型偏振光板，s偏振光反射回到光源一侧。而后，返回到光源一侧的光，由被设置在光源主体的后方的反射板反射，再次向反射型偏振光板传播。于是，最初不能透过反射型偏振光板的光，只要偏振状态不改变则在反射型偏振光板和反射板之间往复。但是，因为在实际中光在反复反射中偏振状态逐渐变化，所以光的一部分透过反射型偏振光板，未被吸收的全部的光早晚都会透过反射型偏振光板。因而，在把本照明装置适用于投影型显示装置的情况下，最初由反射型偏振光板反射的光也迟早以偏振状态一致的状态透过反射型偏振光板，入射到液晶光阀等的光调制装置。这样，与以往相比可以实现光利用效率高的照明装置。
另外，在本发明的照明装置中，作为具有偏振光变换功能的元件，代替以往的PBS阵列，使用反射型偏振光板。在反射型偏振光板中，例如因为可以使用薄膜多层层积型偏振光板，所以和PBS阵列的情况完全不同，可以实现装置的小型化、薄型化、轻重量化。另外，在反射型偏振光板的情况下，可以使光入射到整个面上，不需要如PBS阵列那样使光聚光在特定的位置。因而，在偏振光变换光学系统中不必须使用透镜，构成变得简单。另外，也不需要如在PBS阵列中使用的那样的波长板，可以削减零件数。
在本发明的照明装置中，优选地，在上述光源和上述反射型偏振光板之间具备相位差板。
如果采用此构成，因为并不任凭光在反射型偏振光板上、反射板上等反射时的自然的偏振光变化，而是在相位差板的作用下积极地变换偏振状态，所以光在反射型偏振光板和反射板之间往复期间的偏振状态的变化更大。其结果，可以增大光透过反射型偏振光板的比例，可以进一步提高光的利用效率。在此，作为相位差板并不是如1/2波长板和1/4波长板等那样发生均匀的相位差的相位差板，而优选地设置成根据光透过的位置产生不同相位差的相位差板。如果采用此构成，则在反射板和反射型偏振光板间往复的光在往返中受到不同的相位调制作用，进一步增大偏振状态的变化。
进而，在上述光源和上述反射型偏振光板之间，优选地具备棒状的导光体，或者内面被设置成反射面的管状的导光体。这里所说的“棒状的导光体”，或者“内面被设置成反射面的管状的导光体”，是根据以往的棒状透镜(ロッドレンス)。
如果采用该构成，导光体(棒状透镜)不只起到把从光源射出的光仅仅导入反射型偏振光板的功能，在光透过导光体中期间由导光体内面反射，由于以各种角度反射的光在道光体的射出端面上重叠，因而还起到了使光的照度分布均匀化的功能。即，在光射出该照明装置的时刻，偏振状态对准一方向，并且照度分布被均匀化。在投影型显示装置中，通常，为了使光源光的照度分布均匀化，大多具备复眼积分仪(フラィァィィンテグレ-タ)、棒状积分仪等的均匀照明装置，而通过采用上述结构的照明装置，可以兼作均匀照明装置和偏振光变换装置。
上述反射型偏振光板，除了上述的薄膜多层层积型偏振光板外，可以用具有以比入射光的波长还小的间距排列成条状的多个光反射体的栅网(グリッド)偏振器构成。
如果采用此构成，因为可以用无机材料构成反射型偏振光板，所以耐热性、耐光性优异。因而，适合于照射高亮度光的投影型显示装置中使用。
本发明的投影型显示装置，是具备上述本发明的照明装置的投影型显示装置，其特征在于，上述光源，是把按照时间顺序可以射出不同颜色的颜色光的多个上述光源主体排列成平面形状或者曲面形状的面状光源；具备：由与从上述光源按照时间顺序射出的各颜色光的射出定时同步地分时驱动的光阀构成的光调制装置；投影由上述光调制装置调制后的光的投影装置。
如果采用该构成，则由于具备上述本发明的照明装置，因而在可以实现投影型显示装置的小型化、薄型化、轻重量化的同时，因为提高光的利用效率所以可以实现高亮度化、低耗电化。另外，该投影型显示装置，是采用被称为“颜色顺序驱动(カラ-シ-ケンシャル)方式”的驱动方式的装置。因而，与使用各颜色光的3个光阀的以往的3板方式的投影型显示装置不同，用1个光阀就可以(为单板式)，进而，对光调制装置的照明光学系统也用1个系统即可。而后，因为不需要颜色分离光学系统和颜色合成光学系统等，所以在可以大幅度削减零件数的同时可以使装置构成简单，可以实现成本降低。
本发明的再另一个投影型显示装置，是具备上述本发明的照明装置的投影型显示装置，其特征在于，上述光源，是可以射出相互不同颜色的颜色光的多个面状光源；具备：由调制从上述光源经由上述偏振光变换装置射出的各颜色光的光阀构成的多个光调制装置；合成由上述多个光调制装置调制后的颜色光的颜色合成装置；投影由上述颜色合成装置合成的光的投影装置。
本构成的投影型显示装置，虽然由于具备上述本发明的照明装置，因而也是在可以实现投影型显示装置的小型化、薄型化、轻重量化的同时，通过提高光的利用效率实现高亮度化、低耗电化，但是和上述的投影型显示装置不同，需要多个光阀。但是，和以往的装置不同，因为其构成为多个光源射出相互不同颜色的颜色光，为每个颜色光设置光阀，所以不需要颜色分离装置。由此与以往的装置相比，装置的构成简单。另外，如上述的装置那样，因为不需要使光源和光阀的驱动同步，所以驱动不复杂，不需要光阀的响应速度也那样快就办得到。
【附图说明】
图1是展示本发明的实施方式1的投影型显示装置的概略结构图。
图2与上图相同，是只取出与投影型显示装置的照明装置的一个LED对应的部分展示的断面图。
图3与上图相同，是展示另一例子的断面图。
图4与上图相同，是展示再另一例子的断面图。
图5与上图相同，是展示在照明装置中使用的反射型偏振光板的一例的透视图。
图6是展示本发明的实施方式2的投影型显示装置的概略结构图。
符号说明
1 投影型显示装置
2 LED阵列(光源)
3 相位差板
4 锥棒状透镜阵列
5 液晶光阀(光调制装置)
6 投影透镜
7 棒状透镜阵列
8 反射型偏振光板
14R、14G、14B LED(光源主体)
15 反射板
16 锥棒状透镜
17 棒状透镜
【具体实施方式】
实施方式1
以下，参照图1～图5说明本发明的实施方式1。
在本实施方式中，展示颜色顺序驱动方式的投影型彩色液晶显示装置的例子。图1是展示投影型显示装置1的全体构成的概略图，图中符号2是LED阵列(光源)，3是相位差板，4是锥棒状透镜阵列，7是棒状透镜阵列，4是反射型偏振光板，5是液晶光阀(光调制装置)，6是投影透镜。
本实施方式的投影型显示装置1，如图1所示，大致由以下部分构成：排列有可以射出R、G、B各颜色光的多个(为了在图1中容易看，只展示4个)发光二极管14R、14G、14B(Light Emitting Diode，以下简称为LED)的LED阵列2、被设置在LED阵列2的射出一侧的相位差板3、用于将从各LED14R、14G、14B射出的各颜色光的照度均匀化的锥棒状透镜阵列4以及棒状透镜阵列7、进行从棒状透镜阵列7射出的光的偏振光变换的反射型偏振光板8、调制从反射型偏振光板8射出的各颜色光从而合成图像的液晶光阀5、把由液晶光阀5合成后的图像放大投影在屏幕9上的投影透镜6构成。其中，本实施方式的照明装置，由LED阵列2、相位差板3、锥棒状透镜阵列4、棒状透镜阵列7、反射型偏振光板8构成。进而，图2是展示在本实施方式的照明装置中，只取出与1个LED对应的部分的图。
LED阵列2与光源驱动电路10连接，由该光源驱动电路10控制各LED14R、14G、14B发光的定时，其构成是从各LED14R、14G、14B可以如R、G、B、R、G、B、…那样按照时间顺序发出不同颜色的色光。另外，在图2中各LED14R、14G、14B的右侧的面成为光射出面，从各LED14R、14G、14B向右方向射出光。而后，相对于各LED14R、14G、14B的光射出方向在后方一侧(图2中的LED的左侧)，设置由金属膜等构成的曲面形状的反射板15，使得相对于各LED14R、14G、14B一侧的面成为反射面。
锥棒状透镜阵列4，是由楔形玻璃柱构成的多个锥棒状透镜16以相位差板3介于中间与各LED14R、14G、14B对应配置的阵列。在图2中，锥棒状透镜16的左侧的面是入射端面、右侧的面是射出端面。各个锥棒状透镜16是从入射端面一侧向射出端面一侧发散的锥形的形状。同样，被设置在锥棒状透镜阵列4的射出面一侧的棒状透镜阵列7，是在入射端面一侧和射出端面一侧由相同直径的玻璃柱构成的多个棒状透镜17，与各LED14R、14G、14B(各锥棒状透镜16)对应地配置的阵列。
相位差板3，如后述那样，是用于增大在反射型偏振光8和反射板15之间往复的光的偏振状态的变化的板。该相位差板3，通过向透过它的光赋予一些相位差，与没有任何相位差板的情况相比在增大偏振状态变化这一点上有意。因而，并不是限定于具有例如1/2波长、1/4波长那样的特定的相位差值的相位差板。另外，作为相位差板3，并不是如1/2波长板和1/4波长板等那样发生均匀的相位差的相位差板，而优选地设置成根据光透过的位置产生不同相位差的相位差板。这种情况下，在反射板15和反射型偏振光板8之间往复的光由于受到在往复过程中不同的相位调制作用，可以进一步增大偏振状态的变化。
反射型偏振光板8，具有在从LED阵列2射出的随机偏振方向的光中，使例如p偏振光、s偏振光(直线偏振光)中的一方透过，而反射另一方的功能。通过该功能，从反射型偏振光板8射出偏振方向始终对准一个方向的光。作为反射型偏振光板8，可以使用例如薄膜多层层积型偏振光板，也可以用使用了由无机材料构成的栅网偏振器的反射型偏振器。
作为后者的例子，如图5所示，可以列举把由具有铝等的光反射性的金属构成的多个肋(リブ)24(光反射体)以比入射光的波长还小的间距形成在玻璃基板25上的栅网偏振器。即，该反射型偏振器8，通过将具有不同折射率的Al肋24和空气以比入射光的波长还小的间距交替配置成条状，透过光、反射光的强度展示出根据偏振状态而不同的行为，其结果，具有作为偏振器的功能。根据该构成，如果随机的偏振光入射到形成有Al肋24一侧的面上，则在与Al肋24的延长方向平行的方向上振动的S偏振光被反射，在与Al胁24的延长方向垂直的方向(Al肋排列的方向)上振动的P偏振光透过。
在本实施方式的照明装置中，从各LED14R、14G、14B射出的光，具有LED的中心部的照度高，周边部的照度低的照度分布。可是，因为锥棒状透镜16、棒状透镜17被顺序设置在各LED14R、14G、14B的射出一侧，所以来自LED14R、14G、14B的入射光在透镜16、17的内面上反复反射，在从棒状透镜17的射出端面射出的时刻，成为照度被均匀化的状态。
而后，如果照度被均匀化后的随机偏振状态的光入射到反射型偏振光板8，则例如p偏振光透过反射型偏振光板8，s偏振光反射而返回LED14R、14G、14B一侧。而后，返回到LED14R、14G、14B一侧的光由反射板15反射，再次向着反射型偏振光板8行进。于是，最初不能透过反射型偏振光板8的光，虽然只要偏振状态不变化就在反射型偏振光板8和反射板15之间往复，而实际上光在反复反射中偏振状态逐渐变化。另外在本实施方式中，并不只是任凭反射时的自然的偏振变化，而是在反射型偏振光板8和反射板15之间的光路上设置有相位差板3，因为光在透过相位差板3时偏振状态被强制改变，所以偏振状态的变化进一步增大。因此，最初在反射型偏振光板8上反射的光，在反射型偏振光板8和反射板15之间往复期间，其一部分可以透过反射型偏振光8。
另一方面，在液晶光阀5中，使用作为像素开关用元件使用了薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下，简称为TFT)的TN模式的有源矩阵方式的透过型的液晶盒(セル)31。而后，在液晶盒31的外面设置有入射侧偏振光板32、射出侧偏振光板33配置为其透过轴相互正交。例如，在OFF状态中，将射入液晶光阀5的p偏振光变换为s偏振光后射出，另一方面，在ON状态下光被遮断。构成以上的照明装置的LED阵列2、相位差板3、锥棒状透镜阵列4、棒状透镜阵列7、反射型偏振光板8，以及液晶光阀5虽然也可以隔开配置，但是优选地，为了装置的小型化、薄型化全部靠紧配置。
如图1所示，液晶光阀5与液晶光阀驱动电路11连接，其构造为可以由该液晶光阀驱动电路11，与入射的各颜色光对应地按照时间顺序驱动液晶光阀5。另外，在本实施方式的投影型显示装置1中，具备同步信号发生电路12，其构成为，由该同步信号发生电路12发生同步信号SYNC，通过输入到光源驱动电路10以及液晶光阀驱动电路11，可以使从各LED14R、14G、14B射出颜色光的定时，和与该颜色光对应地驱动液晶光阀5的定时同步。
即，在本实施方式的投影型显示装置1中，其构成为，把1帧分时，从LED14R、14G、14B按照时间顺序射出R、G、B的各颜色光，通过使从各LED14R、14G、14B射出颜色光的定时、和驱动液晶光阀5的定时同步，可以按照时间顺序与从各LED14R、14G、14B射出的颜色光对应地驱动液晶光阀5，通过输出与从各LED14R、14G、14B射出的颜色光对应的图像信号，可以合成彩色图像。
本实施方式的投影型显示装置，是采用称为“颜色顺序驱动方式”的驱动方式的装置。因而，和使用对每个颜色光的3个液晶光阀的以往的3板方式的投影型显示装置不同，用1个液晶光阀即可(为单板方式)，进而对光调制装置的照明光学系统也可以用1个系统。而且，因为不需要颜色分离光学系统和颜色合成光学系统等，所以在可以大幅度削减零件数的同时可以使装置构成简单，可以实现成本降低。
在本实施方式中，如上所述，在照明装置的射出侧设置有反射型偏振光板8，在各LED14R、14G、14B的后方设置有反射板15，最初在反射型偏振光板8反射的光，也在之后，在和反射板15之间反复反射中，在偏振状态统一一致的状态下透过反射型偏振光板8，入射到液晶光阀5。这样，与以往相比可以实现光的利用效率高的照明装置。
另外，在本实施方式的照明装置中，作为具有偏振光变换功能的元件，代替以往的PBS阵列，使用反射型偏振光板8。在作为反射型偏振光板8使用市售的偏振光薄膜的情况下，特别可以有助于装置的小型化、薄型化、轻重量化。在使用由结构多折射体构成的反射型偏振器8的情况下，耐光性、耐热性优异，特别适用于投影型显示装置。另外，在反射型偏振光板8的情况下，和PBS阵列不同，可以使光入射到整个面，不需要使光聚光在特定的位置上。因而，不需要在偏振光变换光学系统中使用透镜，构成简单。另外，也不需要在PBS阵列中使用的波长板，可以削减零件数。即，可以实现兼备均匀照明功能和偏振光变换功能的非常紧凑的照明装置。
实施方式2
以下，参照图6说明本发明的实施方式2。
虽然本实施方式也是投影型彩色液晶显示装置的例子，但与实施方式1是颜色顺序驱动方式的单板方式的例子之一点相对，在本实施方式中展示3板方式的的例子。图6是展示投影型显示装置的概略构成的放大图。进而，在图6中在和图1相同的构成要素上标注相同的符号，并省略详细说明。
与在实施方式1中使用把作为光源可以发出R、G、B不同颜色的色光的LED14R、14G、14B配置在同一面内的LED阵列2这一点相对，在本实施方式的投影型液晶显示装置36中，如图6所示，作为面状光源使用将可以发R颜色光的LED14R排列在同一面内的LED阵列2R、将可以发G颜色光的LED14G排列在同一面内的LED阵列2G、将可以发B颜色光的LED14B排列在同一面内的LED阵列2B这3个阵列。之后在各LED阵列2R、2G、2B的射出侧，和实施方式1一样，分别配置有相位差板3、锥棒状透镜阵列4以及棒状透镜阵列7、反射型偏振光板8。因而，本实施方式的投影型显示装置对各个色光的每个具有3系统的照明装置。
在每个颜色光的反射型偏振光板8的射出一侧，分别设置有调制R、G、B各颜色光的液晶光阀5。并且，其构成为用各液晶光阀5调制的3个颜色光，入射到交叉分色棱镜25(颜色合成装置)。该棱镜25是贴合4个直角棱镜形成的，在内面十字形状地形成有反射红色光的电介质多层膜和反射蓝色光的电介质多层膜。用这些电介质多层膜合成3种色光Lr、Lg、Lb，形成表示彩色图像的光。颜色合成后的光由投影透镜6投影在屏幕9上，显示放大后的图像。
本实施方式的投影型显示装置，和实施方式1的装置不同，是需要3个液晶光阀5的装置。但是，和以往的装置不同，因为3个照明装置被构成为射出相互不同颜色的色光，对每种颜色光设置液晶光阀5，所以不需要在以往的装置中的分色反射镜那样的颜色分离装置。这与以往的装置相比，装置的构成简单。另外，如实施方式1的装置那样因为不需要使LED阵列2r、2g、2b和液晶光阀5的驱动同步，所以驱动不复杂，不需要液晶光阀的响应速度也同样快速就办得到。
而后，即使在本实施方式中，通过在照明装置的射出一侧设置反射型偏振光板8，在各LED14R、14G、14B的后方设置反射板15，可以实现光利用效率高的照明装置，由于不需要聚光透镜，偏振光变换光学系统的构成变得简单，由于还不需要波长板，所以可以削减零件数，可以得到和实施方式1相同的效果。
进而，本发明的技术范围并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围中可以有各种变形。例如，在上述实施方式中，如图2所示，虽然展示了在LED14R、14G、14B的射出侧顺序具备相位差板3、锥棒状透镜16、棒状透镜17、反射型偏振光板8的照明装置的例子，但也可以代替该构成，例如如图3所示，可以设置成从图2的构成中省略了棒状透镜17的构成。由此，可以进一步使照明装置薄型化。进而，如图4所示，也可以设置成还省略锥棒状透镜16，直接在LED14R、14G、14B的射出面上层积相位差板3和反射型偏振光板8的构成。由此，可以大幅度使照明装置薄型化。
另外，在上述实施方式中，虽然使各LED14R、14G、14B和各棒状透镜16、17 1∶1地对应，但也不必须1∶1地对应，例如可以是1个棒状透镜与多个LED对应。进而，虽然作为光源使用了把多个LED14R、14G、14B配置成阵列状的构造，但只要可以得到充分必要的光量，只用1个LED也可以。虽然在上述实施方式中展示了在投影显示装置中使用本发明的照明装置的例子，但也可以在直视型的显示装置中使用。
以上，如详细说明的那样，如果采用本发明，则最初由反射型偏振光板反射的光也迟早在偏振状态统一一致的状态下透过反射型偏振光板，入射到光阀等的光调制装置。这样，与以往相比可以实现光利用效率高的照明装置。另外，在本发明的照明装置中，作为偏振光变换元件代替以往的PBS阵列，通过使用反射型偏振光板，可以有助于装置的小型化、薄型化、轻重量化，适宜在投影型显示装置中使用。