JP2008177020A - 光源装置、画像表示装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】単一素子内または隣接素子間に輝度バラツキのあるＬＥＤでありながら、その光量の不均一を解消することが可能な光源装置、画像表示装置およびプロジェクタ。
【解決手段】回転自在に軸支された光源基板の回転中心近傍で少なくとも半径方向に係る発光面を有する複数のＬＥＤを配設した。また、前記光源基板を回転するモータ２と、前記モータ２の回転に伴って前記光源基板を強制空冷可能な強制空冷手段と、を備えた。また、前記強制空冷手段として配設されたファン３２と前記光源基板を逆方向に回転させる逆回転手段を備えた。また、前記光源基板を軸支する固定部側から前記光源基板を含む回転部側の間に電源供給用のスリップリング８またはロータリートランスを備えた。
【選択図】図８

Description

本発明は、光源装置、画像表示装置およびプロジェクタに関する。

近年、プロジェクタの小型化の要求が益々高まるなか、発光ダイオード（ＬＥＤ）の高出力化に伴い、このＬＥＤ光源を使った光源装置、画像表示装置およびプロジェクタが検討されている。ＬＥＤは、小型化や構成要素の削減も可能であることから、次世代の表示素子として大きな可能性を秘めている。

ところで、ＬＥＤ個々の素子のばらつきを個別に調整するためには、マトリクス型の駆動が必要とされていた。また、各ＬＥＤの電力が大きい、照明用途のＬＥＤ駆動装置においては、大電力駆動用のＬＳＩ等は未だ作成されておらず、現実的にはコストの点で不利であるため、直列接続形式が用いられると考えられるが、直列接続形式では、個々のＬＥＤの輝度バラツキを調整することが困難である。

そこで、直列接続された複数の素子例えばＬＥＤを定電流駆動するにあたり、個々のＬＥＤ素子の輝度バラツキを個別に調整することができるようにした定電流駆動装置、この定電流駆動装置により駆動されるバックライト光源装置及びカラー液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、ＲＧＢフィールド順次式カラー表示のプロジェクタに用いられる光源の駆動は、大電流にて駆動するＬＥＤを高速に点灯切り替えて用いる。また、ＬＥＤをパルス駆動にて利用しているので、定格電流値より大きな電流値にて駆動する。よって、Ｒ，Ｇ，Ｂ個々のＬＥＤにおける順電圧Ｖｆの差異はより大きくなり、負荷であるＬＥＤを駆動するための駆動電圧値を大きく切り替えなければエネルギー利用効率が低下する。

他方、ＬＥＤ電源回路にてＬＥＤを駆動した場合、点灯ＬＥＤの切り替え直後の駆動状態は、その制御方式がフィードバック制御であることと、ＤＣ−ＤＣコンバータの応答が遅延する影響にて、既定された定電流状態になるまでにディレイ時間が生じる。このディレイ期間でのＬＥＤの発光量は、所定の定電流駆動の場合と異なる量となり、ＬＥＤ発光期間内での光量の不均一として現れる。特に、照明光源の光量が均一であることに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）制御にて階調表現している表示装置においてはふさわしくなかった。

前記ＬＥＤ発光期間内での光量の不均一を解消するために、大電流にて駆動するＬＥＤを高速に点灯切り替えしても、所定の発光量で安定してＬＥＤを発光でき、かつ、エネルギー利用効率の高い駆動装置が必要とされていた。そこで、回転駆動装置を用い、複数のＬＥＤを用いたロッド稼動型照明ユニットを用いた表示装置として、回動可能な保持具であるロッドホルダに取り付けられたＬ字型の光学面で構成された２つの角型の導光ロッド部材を、可動手段としてのモータで回転し、ドラム状に形成した光源基板の内周に配列した複数の発光体としてのＬＥＤを、各導光ロッド部材に対し１つまたは２つ、前記導光ロッド部材の回転に併せて順次点灯するものが知られている。

このように、複数のＬＥＤを順次切り替えパルス発光させ、放射光を取込む導光ロッド部材との相対位置関係をＬＥＤの発光切り替えに併せて選択しながら変移させることによって、実効的に高輝度のＬＥＤが得られ、大光量の平行度の向上した光が導光ロッド部材から得られるようにした装置が考え出されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００５−３１０９９６号公報（段落００１１、図１１） 特開２００４−３１１６３５号公報（段落０１１９〜０１２４、図１９、図２０）

しかしながら、大電流により高輝度が得られるＬＥＤに関し、非選別品等を積極的に採用できるようにすることでコストダウンを追及するものではなかった。すなわち、低品質のため単一素子内または隣接素子間に輝度バラツキのあるＬＥＤでありながら、その光量の不均一を解消することが可能な光源装置、画像表示装置およびプロジェクタを提供する。また、大電流による高出力ＬＥＤに放熱対策を施し、かつ、低振動、静粛性も向上させることも目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の光源装置は、回転自在に軸支された光源基板の回転中心近傍で少なくとも半径方向に係る発光面を有するＬＥＤを複数配設したことを特徴とする。
本発明の光源装置によれば、半径方向に係る発光面が回転することにより円盤状に均一化されるので、輝度にバラツキのある低品質のＬＥＤであっても、非選別のまま採用できるのでコストダウンが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記光源基板を回転するモータと、前記モータの回転に伴って前記光源基板を強制空冷可能な強制空冷手段と、を備えることも好ましい。
本発明の光源装置によれば、モータにより光源基板が回転し、その回転に伴って強制空冷手段が光源基板を強制空冷する機構は、簡素かつ低コストでありながら、発熱するＬＥＤを効率良く強制空冷することが可能である。

また、本発明の光源装置は、前記強制空冷手段として配設されたファンと前記光源基板を逆方向に回転させる逆回転手段を備えることも好ましい。
また、本発明の光源装置によれば、ファンと光源基板を、例えば、遊星歯車等により構成された逆回転手段で逆方向に回転させれば、振動をある程度相殺するので、低振動かつ静粛にすることが可能である。

また、本発明の光源装置は、前記光源基板を軸支する固定部側から前記光源基板を含む回転部側の間に電源供給用のスリップリングまたはロータリートランスを備えることも好ましい。
本発明の光源装置によれば、固定部から、その固定部に軸支された回転部の一部として回転するＬＥＤまでの間をスリップリングまたはロータリートランスを介して電源供給可能であり、特にロータリートランスは非接触なので磨耗がないので、メンテナンスの必要がなく、長寿命である。

また、本発明の光源装置によれば、少なくとも３原色を構成可能な発色数の前記ＬＥＤと、前記発色数に応じて独立制御可能な極数の前記スリップリングまたはロータリートランスを備え、前記光源基板の回転速度はＲＧＢフィールド順次式カラー表示のフレーム周期に同期する速度以上であることも好ましい。

また、本発明の光源装置によれば、異なる発色数の前記ＬＥＤにより、３原色を構成するＬＥＤを独立制御可能な極数の前記スリップリングまたはロータリートランスから各ＬＥＤへ電源供給し、異なる発色のＬＥＤごとに輝度制御すれば、ＲＧＢフィールド順次式カラー表示にも対応可能である。また、光源基板の回転速度がＲＧＢフィールド順次式カラー表示のフレーム周期に同期する速度以上であることにより、発光ムラを目立たなくすることが可能である。

また、本発明の光源装置は、前記強制空冷手段として、前記固定部にケーシングを施して通風経路を設け、前記ケーシングは光学部品を兼用することも好ましい。
本発明の光源装置によれば、光学部品であるテーパーロッド等が光源装置のケーシングに兼用できて好適であり、そのケーシングは強制空冷手段として有効な通風経路になるので、冷却効果が高められる。

また、本発明の光源装置を画像表示装置に適用すると簡素、小型、軽量、省電力、低発熱の装置が提供できる。特にプロジェクタには好適である。

以下、図面を参照して、本発明に係る光源装置Ｅ、あるいは、その光源装置Ｅを画像表示装置またはプロジェクタに適用した実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、同一機能には同一符合を付して説明を省略している。

図１は本発明の実施形態（以下、「本実施形態」ともいう）に係る光源装置Ｅを示す側面図である。図１に示すように、固定部６において、光源基板１が回転軸４により回転自在に軸支されている。回転軸４はモータ２により所定速度で回転駆動される。光源基板１には回転中心近傍から半径方向に亘って発光幅を有する正方形の薄板単位（角板状）の発光ダイオード（ＬＥＤ）が複数配設（図２、図９参照）されている。

このＬＥＤはつぎに説明する回路構成により給電される。すなわち、固定部６上のＬＥＤ点灯回路１０，１０′（図４、図１０、図１１参照）から供給されるＬＥＤ点灯電流が、固定部６に配設されたブラシ８２に給電される。一方、このブラシ８２に摺接するスリップリング８が回転部７に配設されている。回転部７において一体回転する光源基板１上にＬＥＤが貼着されており、このＬＥＤへはスリップリング８から線材８１（図３）を介して給電されるように回路構成されている。

つまり、固定部６上のＬＥＤ点灯回路１０，１０′からＬＥＤ点灯電流が、ブラシ８２およびスリップリング８を介して回転部７上のＬＥＤへ給電される。ＬＥＤの発熱対策である強制空冷手段３の一つとして、光源基板１の裏面に剣山状の放熱フィン３１（図２参照）が配設されている。この光源装置Ｅにおける単体ＬＥＤの幅（単位幅）は、少なくとも半径方向に切れ目なく連続した角板状ＬＥＤの発光面が回転すると円盤状に均一化されて良好な光源になる。このことにより、輝度にバラツキのある低品質のＬＥＤであっても、非選別のまま採用できるのでコストダウン可能となる。

図２は本実施形態に係る光源装置における光源基板１の説明図であり、（ａ）正面図、（ｂ）背面図である。図２（ａ）正面図に示すように、光源基板１の表面には角板状のＬＥＤが、それぞれの対角線を回転中心近傍から半径方向に揃えて配設されている。本実施形態に用いる角板状のＬＥＤは、大電流によって高輝度の出力する際、相当の発熱があるので冷却を要する。そのため、図２（ｂ）背面図にも示す強制空冷手段３として、光源基板１の裏面に、放熱効率を高めた放熱フィン３１（図１参照）が配設されている。

この強制空冷手段３は、光源基板１を回転駆動するモータ２の回転に伴って光源基板１を強制空冷可能に構成されている。そして、光源基板１が回転すると共に一体回転する放熱フィン３１に通風する。このように強制空冷することにより光源装置Ｅを規定温度以下に保持して、熱破壊を防止する。すなわち、モータ２により光源基板１が回転し、その回転に伴って強制空冷手段３が光源基板１を強制空冷する機構は簡素かつ低コストで発熱するＬＥＤを効率良く強制空冷することが可能である。

図３は本実施形態に係る光源装置Ｅの回転部７における要部を断裁した縦断面図である。
図４は本実施形態に係る光源装置Ｅにおけるスリップリング８の説明図である。図５は本実施形態に係る光源装置Ｅにおける要部の側面図である。図４〜図５に示すように、固定部６に配設されたブラシ８２にはＬＥＤ点灯回路１０から供給されるＬＥＤ点灯電流が給電され、スリップリング８に摺接している。

このスリップリング８は回転部７を構成する回転軸４に配設されている。そして、図３〜図４に示すように、同じ回転部７の一部でありスリップリング８と一体に回転する光源基板１上のＬＥＤに、スリップリング８から線材８１を介してＬＥＤ点灯電流が給電されるように配線接続されている。

図６は本実施形態に係る光源装置Ｅにおける遊星歯車部５の拡大縦断面図であり、（ａ）縦断面図、（ｂ）正面断面図である。図６に示すように、駆動軸４１の一端からモータ２（図１、図５）の駆動力を受け、駆動軸４１の他端に取付けられた光源基板１を直接に回転駆動する。この駆動軸４１の中程には遊星歯車部５が係合している。

遊星歯車部５の内部には、駆動軸４１に平行な４本の遊星歯車軸６１が駆動軸４１から独立した固定部６に植設されている。この遊星歯車軸６１にそれぞれ軸支された遊星歯車５１を介して、その周囲に歯合するファン歯車５２が、図６（ｂ）に示すように、駆動軸４１と逆方向に回転しファン３２を時計回りに回転駆動する。ファン３２は光源基板１に送風して強制空冷する強制空冷手段３を構成している。

図７は本実施形態に係る光源装置Ｅにおける遊星歯車部５′を一部変形した拡大縦断面図であり、（ａ）縦断面図（ｂ）正面断面図である。図７に示すように、駆動軸４２の一端からモータ２（図１、図５）の駆動力を受け、駆動軸４２の中程に直接取付けられたファン３２を反時計回りに回転駆動する。

駆動軸４２の他端手前には遊星歯車部５′が係合している。この遊星歯車部５′の内部には、駆動軸４２に平行な４本の遊星歯車軸６１′が駆動軸４１から独立した固定部６に植設されている。この遊星歯車軸６１′にそれぞれ軸支された遊星歯車５１′を介して、その周囲に歯合する光源基板歯車５２′が、図７（ｂ）に示すように、駆動軸４２とは逆方向に回転する。光源基板歯車５２′に延設された軸４３の先端に光源基板１が取付けられており、時計回りに回転駆動する。

図６、図７に示した遊星歯車部５、５′は逆回転手段５を構成し、強制空冷手段３として配設されたファン３２と光源基板１を逆方向に回転させることにより、振動をある程度相殺するので、低振動の光源装置Ｅを提供できる。なお、ファン３２と光源基板１の回転比率は適宜に設定可能であり、図６のものでは光源基板１を高速回転し、図７のものではファン３２を高速回転することが可能である。

図８は本実施形態に係る光源装置Ｅにおいて一部を断裁した縦断面図である。図８に示すように、光源装置Ｅの固定部６にケーシング９０を施して通風経路を設け、このケーシング９０は光学部品９１を兼用して製品完成度を高めている。なお、ケーシング９０には通風経路３１，３２，３３を設けているので、ファン３２の送風機能とあいまって、強制空冷手段３として有効に機能する。なお、光学部品９１としてはテーパーロッド等が好適である。

図９は本実施形態に係る光源装置Ｅにおいて光源基板１の正面にＬＥＤを配置した説明図であり、（ａ）３個使い、（ｂ）６個使いの場合を例示している。図９（ａ）に示す正方形の薄板単位（角板）で３個使いのＬＥＤの配置は、図２（ａ）に示した角板４個使いのＬＥＤの配置とは異なり、光源基板１の回転中心が半径方向に係る有効発光面の占有面積が均等ではないが、光源基板１を回転させることによって均一性を高めることが可能である。図９（ｂ）に示す角板６個使いのＬＥＤの配置も、同様に光源基板１の回転により均一性を高めることが可能である。

図１０は本実施形態に係る光源装置における３原色ＬＥＤと、それに対応するスリップリングの説明図である。図１０に示すように、固定部６に配設されたブラシ８２Ｇには、緑色発光させるための緑発光電流がＬＥＤ点灯回路１０′から供給される。この緑発光電流はブラシ８２Ｇに摺接するスリップリング８Ｇを介して緑色を発光するＬＥＤ−Ｇのアノードに給電され、ＬＥＤ−Ｇのカソードからスリップリング８Ｃを介して、ブラシ８２Ｃを経由し、ＬＥＤ点灯回路１０′へ戻るように回路構成されている。

同様に、固定部６に配設されたブラシ８２Ｂには、青色発光させるための青発光電流がＬＥＤ点灯回路１０′から供給される。この青発光電流はブラシ８２Ｂに摺接するスリップリング８Ｂを介して青色を発光するＬＥＤ−Ｂのアノードに給電され、ＬＥＤ−Ｂのカソードからスリップリング８Ｃを介して、ブラシ８２Ｃを経由し、ＬＥＤ点灯回路１０′へ戻るように回路構成されている。

同様に、固定部６に配設されたブラシ８２Ｒには、赤色発光させるための赤発光電流がＬＥＤ点灯回路１０′から供給される。この赤発光電流はブラシ８２Ｒに摺接するスリップリング８Ｒを介して赤色を発光するＬＥＤ−Ｒのアノードに給電され、ＬＥＤ−Ｒのカソードからスリップリング８Ｃを介して、ブラシ８２Ｃを経由し、ＬＥＤ点灯回路１０′へ戻るように回路構成されている。

このように少なくとも３原色を構成可能な発色数のＬＥＤ−Ｇ，Ｂ，Ｒと、発色数に応じて独立制御可能な極数のスリップリング８Ｇ，Ｂ，Ｒと、またはロータリートランスＴを備え、光源基板１の回転速度はＲＧＢフィールド順次式カラー表示のフレーム周期に同期する速度以上である光源装置Ｅであれば、異なる発色数の前記ＬＥＤにより、３原色を構成するＬＥＤを独立制御可能な極数の前記スリップリング８またはロータリートランスＴから各ＬＥＤへ電源供給し、異なる発色のＬＥＤごとに輝度制御することにより、ＲＧＢフィールド順次式カラー表示にも対応可能である。また、光源基板１の回転速度はＲＧＢフィールド順次式カラー表示のフレーム周期に同期する速度以上であることにより、発光ムラを目立たなくすることが可能である。

図１１は本実施形態に係る光源装置ＥにおけるロータリートランスＴの説明図である。図１１に示すように、光源基板１を軸支する固定部６側にＬＥＤ点灯回路１０からＬＥＤ点灯電流が給電されるロータリートランスＴの一次コイルＴ１が配設されている。一方、ロータリートランスＴの二次コイルＴ２は一次コイルＴ１と非接触を保持して対峙するように回転部７の何れかに配設されている。

このロータリートランスＴは、固定部６側のＬＥＤ点灯回路１０からＬＥＤ点灯電流を一次コイルＴ１から二次コイルＴ２へと非接触状態で伝送可能である。さらに、ロータリートランスＴは、スリップリング８と異なり、非接触なので磨耗がなく、メンテナンスの必要がなく、長寿命である。

そして、本発明の光源装置Ｅを液晶パネルのバックライト用光源として用いることにより、直視型の画像表示装置を構成できる。さらに、本発明の光源装置をプロジェクタに適用することもできる。

図１２は本発明に係る光源装置Ｅを液晶プロジェクタＰに適用した実施形態の要部構成図である。図１２に示す液晶プロジェクタＰは、図８に示した光源装置Ｅを適用している。赤色光を出射する光源装置１０１から出射した赤色光が赤色用の液晶ライトバルブ１１１に入射して赤色画像が形成され、緑色光を出射する光源装置１０２から出射した緑色光が緑色用の液晶ライトバルブ１１２に入射して緑色画像が形成され、青色光を出射する光源装置１０３から出射した青色光が青色用の液晶ライトバルブ１１３に入射して青色画像が形成される。

液晶プロジェクタＰでは、前記赤色画像、緑色画像および青色画像を色合成プリズム１２０で合成して投写レンズ１３０でスクリーンに投写する。このとき、光源装置１０１，１０２，１０３からは光強度分布の均一な光が出射されるので、優れた画質の画像が得られる。この液晶プロジェクタＰは、光源としてランプを用いた場合に必要となる色分離光学系が必要なくなるため、プロジェクタの小型化を実現できる。また、ライトバルブとしてデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いることもできる。なお、ＤＭＤは米国テキサスインスツルメンツ社の商標である。ＤＭＤ適用の場合には、ＬＥＤ−Ｒ、ＬＥＤ−ＧおよびＬＥＤ−Ｂを備えた図１０の光源装置が特に好適である。

なお、本発明の技術範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明の実施形態（本実施形態）に係る光源装置を示す側面図である。 本実施形態に係る光源装置における光源基板の説明図であり（ａ）正面図、（ｂ）背面図である。 本実施形態に係る光源装置の回転部における要部を断裁した縦断面図である。 本実施形態に係る光源装置におけるスリップリングの説明図である。 本実施形態に係る光源装置における要部の側面図である。 図６は本実施形態に係る光源装置における遊星歯車部の拡大縦断面図であり、（ａ）縦断面図（ｂ）正面断面図である。 本実施形態に係る光源装置における遊星歯車部を一部変形した拡大縦断面図であり、（ａ）縦断面図（ｂ）正面断面図である。 本実施形態に係る光源装置において一部を断裁した縦断面図である。 本実施形態に係る光源装置において光源基板の正面にＬＥＤを配置した説明図であり、（ａ）３個使い（ｂ）６個使いである。 本実施形態に係る光源装置における３原色ＬＥＤと、それに対応するスリップリングの説明図である。 本実施形態に係る光源装置におけるロータリートランスの説明図である。 本発明に係る光源装置を液晶プロジェクタに適用した実施形態の要部構成図である。

符号の説明

１…光源基板，２…モータ，３…強制空冷手段，３２…ファン，５…逆回転手段（遊星歯車），６…固定部，７…回転部，８…スリップリング，９０…ケーシング，９１…光学部品（テーパーロッド），Ｅ…光源装置，Ｔ…ロータリートランス，Ｐ…プロジェクタ

Claims (8)

1. 回転自在に軸支された光源基板の回転中心近傍で少なくとも半径方向に係る発光面を有する複数のＬＥＤを配設したことを特徴とする光源装置。
2. 前記光源基板を回転するモータと、
   前記モータの回転に伴って前記光源基板を強制空冷可能な強制空冷手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記強制空冷手段として配設されたファンと前記光源基板を逆方向に回転させる逆回転手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記光源基板を軸支する固定部側から前記光源基板を含む回転部側の間に電源供給用のスリップリングまたはロータリートランスを備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 少なくとも３原色を構成可能な発色数の前記ＬＥＤと、
   前記発色数に応じて独立制御可能な極数の前記スリップリングまたは前記ロータリートランスを備え、
   前記光源基板の回転速度はＲＧＢフィールド順次式カラー表示のフレーム周期に同期する速度以上であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記強制空冷手段として、
   前記固定部にケーシングを施して通風経路を設け、
   前記ケーシングは光学部品を兼用したことを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の光源装置を備えたことを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項７に記載の画像表示装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

Images