[发明专利]投影型显示装置及光源装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用激光光源的投影型显示装置及光源装置。

背景技术

作为大屏幕显示装置，使用透过/反射型液晶元件或微镜阵列(micromirror array)等空间光调制元件的前投型显示装置及背投型显示装置为人所知。在前投型以及背投型显示装置中，有为形成彩色图像对应红、绿、蓝此三原色具有三个空间光调制元件的类型；还有将三原色分时照射于一个空间光调制元件合成彩色图像的类型。以往，使用超高压水银灯作为投影型显示装置的光源，但近年来，由于高输出的蓝色半导体激光器被商用化，与红色半导体激光器及基于二次谐波发生(以下简称为SHG)的绿色激光器结合，使用三原色的激光光源的投影型显示装置的开发正在不断推进。

作为光源采用单色光的激光器，从而可实现可再现的色彩范围扩大，并且消耗电力也较少的投影型激光装置。在投影型显示装置中，为得到明亮的画面，需要高输出的光源，但由一个半导体激光器得到的输出有限，因此需要采用将从多个半导体激光器射出的激光合在一起得到高输出的光的方法。作为以往的投影型显示装置，有通过聚光透镜合波来自固体发光元件的光以实现高输出化的结构(例如参照日本专利公开公报特开2005-300712号(以下称作“专利文献1”))。

图12是表示专利文献1中记载的以往的投影型显示装置的结构的图。在图12中，从固体光源101射出的光由透镜阵列(lens array)102校准后，由聚光透镜103聚光于棒状积分器(rod integrator)104。通过在棒状积分器104内反复反射，在棒状积分器104的射出端面得到均匀的光量分布。将来自棒状积分器104的射出光经由中继透镜15和场透镜(field lens)106照射于液晶空间光调制元件107，从而可得到均匀的照明光。

液晶空间光调制元件107的像通过投影透镜108成像于未图示的屏幕上。棒状积分器104是由玻璃材料构成的长方体的光学元件，光的入射面的形状和射出面的形状与液晶空间光调制元件的被照明部的形状相似。近年来显示画面的宽屏化不断推进，纵横比为16∶9的画面增多，空间光调制元件、棒状积分器也都变为16∶9的纵横比。

作为以往的投影型显示装置中的固体发光元件，采用发光二极管或超高压水银灯等。发光二极管或超高压水银灯等的发散角和发光区域均相对于棒状积分器的光轴轴对称。因此，在以往的投影型显示装置中，无需特别考虑光源与棒状积分器的配置，可以作为单纯的点光源使用。

因此，在专利文献1中的以往的投影型显示装置的结构中，虽记载有作为固体发光元件采用射出直线偏振光的半导体激光器时无需偏振光变换装置，但并未提及半导体激光器的其他特性。图13为表示半导体激光器的结构的立体图。

在图13中，半导体激光芯片109包括活性层110及包层(cladding layer)111。如果让电流经由未图示的电极流过半导体激光芯片109，则从活性层110中的由包层111限制的发光区域112会有激光射出。由于活性层110的厚度为1微米左右，因此如激光为高输出，则发光区域112内的能量密度增高，最终导致端面损坏。因此，在高输出的半导体激光器中，为了避免端面损坏，发光区域112的X轴方向的长度(以下称“条幅”)为10微米～200微米，而较大。

另外，从半导体激光器射出的激光的发散角，在图13中的Y方向上的半最大值全角宽度(full width at half maximum)为20～40度，X方向上的半最大值全角宽度为10～15度。因此，如果用聚光透镜聚光从发光区域112射出的激光，则会得到纵横比完全不同的聚光点。如上所述，由于来自半导体激光器的射出光与来自发光二极管的射出光不同，其发散角或发光区域的方向性很强，不能将其作为单纯的点光源来对待，但上述专利文献1中却未对棒状积分器与半导体激光器的配置进行详细说明。

另外，棒状积分器的光轴与入射光束的最外缘光线构成的角度，基于与投影透镜的焦距比数(F-number，光圈数)的关系确定最佳的值，但在专利文献1中，由于通过聚光透镜将来自固体发光元件的校准光聚光于棒状积分器，因此，聚光透镜的口径与焦距之比直接成为射入棒状积分器的光的角度。如想在保持该角度的状态下增加固体发光元件的数量，则聚光透镜的口径增大，必然地焦距也增大，因此，存在导致装置大型化的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，其目的在于提供一种通过最优化激光光源与均匀器(beamhomogenizer)的配置，可实现小型化，并且可得到高输出的光的投影型显示装置及光源装置。