CN102445829A - 光源单元、照明设备及投影显示装置 - Google Patents

Abstract

公开了光源单元、照明设备及投影显示装置。该光源单元包括：能够被控制来旋转的圆柱形透明基底；在圆柱形透明基底的侧表面的圆柱部分上设置的多个分段区；在多个分段区中的至少两个分段区上布置不同荧光体层，不同荧光体被配置为在接收到激发光时发出指定波长带的光；以及在透明基底的内部或外部设置的激发光源，激发光源被配置为将激发光应用于荧光体。

Description

光源单元、照明设备及投影显示装置

技术领域

本发明涉及光源单元、使用该种光源单元的照明设备、以及例如具有该种光源单元或该种照明设备的投影仪等投影显示装置。

背景技术

近年来并且直到现在，大屏幕显示设备被广泛使用。因此，常使用该种大屏幕显示装置进行会议、演示、培训等。

已知的显示设备包括例如液晶显示设备和等离子显示设备等各种类型，并根据场所大小、参与者的数量等来适当选择已知的显示设备。在已知的显示设备中，能够通过在例如屏幕等投影表面上投影图像来执行放大显示的投影显示装置(下文中称为“投影仪”)是最流行的大屏幕显示设备，因为它们相对便宜并且非常轻便(即，它们小且轻并容易运送)。

在该情况下，在很多时候和情形中愈加需要进行通信。例如，在办公室中设置由隔档分离的许多小会议室和会见室等，并且频繁进行使用投影仪的会议或会见。

此外，例如，出现公司中出现如下的紧急需要：即使会议室等被占用，人们也想使用例如走廊等未被占用的空间来开会，同时在该空间的墙上等投影并显示信息。

作为该种投影仪，传统的主流类型是使用例如超高压汞灯等高强度放电灯作为光源。然而，近年来并且直到现在，已经进行了很多开发以使用例如红、绿及蓝色的发光二极管(LED)和有机EL等固体发光元件作为光源，并且已经做出了许多开发方案。

例如，专利文献1(JP-A-2004-341105)中描述的现有技术提出了一种由将从固体光源发出的紫外光转变为可见光的荧光体层、透明基底及固体光源构成的光源单元，并且该文献还提出了一种使用该种光源单元的投影仪。

此外，专利文献2(JP-A-2009-277516)中描述的现有技术提出了一种光源单元，该种光源单元使用发射可见光替代紫外光的固体光源，该种光源单元由将从固体光源发出的可见光转变为具有另一波长的可见光的荧光体层、透明基底及固体光源构成的光源单元，并且该文献也提出了一种使用该种光源单元的投影仪。

然而，以上现有技术引起了下面的问题：光源单元的厚度由于结构限制而受限，从而不能将光源单元做的更薄。

图1A和1B是示出受到现有技术中的问题困扰的投影显示装置(投影仪)的配置示例的示意图。图1A是从与包含光路的平面(下文中称为“光路径表面”)垂直的方向看到的示意图，通过该光路，从光源单元发出的光经由显示元件到达投影透镜组。图1B是从与光路径表面平行的方向看到的示意图。

在图1A和1B中，激发光源1输出激发光，激发光被应用于在下文描述的荧光轮上形成的荧光体层以使得发出指定彩色光。使用具有例如450nm的波长或接近450nm的波长的蓝光作为激发光。

荧光轮3由具有荧光体层4的圆形(圆盘形等)透明基底5和电机6构成，并将荧光轮3配置为可旋转的。

透明基底5具有多个扇形分段区，并在这些分段区中的至少两个上形成荧光体层4。接收到激发光时，各个荧光体层4发出具有指定的不同波长带的光(例如，红光或绿光)。此外，在分段区中的至少一个上不形成荧光体层。相反，透明基底5具有允许激发光直接通过的分段区。注意，这个分段区具有扩散层7，扩散层7使得从荧光轮3发出的蓝光的状态与其它颜色的光的状态相一致。

因此，当荧光轮3旋转并且来自激发光源1的激发光闪烁(flash)以与分段区之间的边界同步时，从荧光轮3一个接一个地发出红(R)、绿(G)及蓝(B)色的彩色光。

注意，为了增加从荧光体层4中的一个发出的单个颜色光的光量并提高有效光的使用效率，在激发光源1和荧光轮3之间设置具有对应于符合下文描述的光导单元8的形状形成的开口的入射挡板(mask)2。

在光导单元8上入射从荧光轮3发出的光，并将该光转变为具有统一强度分布的光通量。然后，通过聚光透镜组9聚集光通量，并通过反射镜10以指定角度将光通量应用到显示元件11。

控制单元12在显示单元11上形成对应于应用到显示单元11的颜色的图像，并调节所应用的光。在经过调节后的光在投影透镜组13上入射之后，该调节后的光被放大并被投影到屏幕等(未示出)上。从而，显示所期望的图像。

与上述投影仪相同，在布置圆形(圆盘形等)荧光轮3与光源单元中的光轴垂直的配置的情况下，从图1A和1B明显地看到，由于荧光轮3的直径的限制，因此即使减小沿着光轴布置的各个部件和单元的大小，也不能将光源单元做的更薄。

专利文献1：JP-A-2004-341105

专利文献2：JP-A-2009-277516

发明内容

已经做出了本发明以解决现有技术中的上述问题，本发明可以提供：

(1)光源单元能够被做的比传统的光源单元更薄；

(2)除了实现上述目的(1)，还能够提供透明基底的刚性或实现透明基底的重量减少和成本降低的光源单元；

(3)除了实现上述目的(1)或(2)，还能够增加发出的光量的光源单元；

(4)除了实现上述目的(1)到(3)中的任意一个，还能够提高激发光的使用效率的光源单元；

(5)除了实现上述目的(1)到(4)中的任意一个，还具有能够产生与激发光的波长带不同的波长带的光的特定单元的光源单元，并且该光源单元还能够被用作单个颜色的光源；

(6)除了实现上述目的(1)到(5)中的任意一个，还能够在使激发光直接通过单个颜色的光时使激发光与其它颜色的光相一致的光源单元；

(7)除了实现上述目的(1)到(6)中的任意一个，还能够实现电能节省的光源单元；

(8)除了实现上述目的(1)到(7)中的任意一个，还能够增加亮度并提高颜色再现性的光源单元；

(9)除了实现上述目的(1)到(8)中的任意一个，还具有增加亮度并提高颜色再现性的特定单元的光源单元；

(10)除了实现上述目的(1)到(9)中的任意一个，还能够进一步增加所发出的光量的光源单元；

(11)除了实现上述目的(1)到(10)中的任意一个，还能够增加所发出的光的使用效率的光源单元；

(12)除了实现上述目的(1)到(9)中的任意一个，还具有进一步增加所发出的光量的另一单元的光源单元；

(13)使用可以实现上述目的(1)到(12)中的任意一个的光源单元的薄的照明装置；

(14)使用可以实现上述目的(1)到(12)中的任意一个的光源单元或可以实现上述目的(13)的照明设备的薄的投影显示装置(投影仪等)。

为了实现上述目的，本发明的一个实施例提供一种光源单元，该光源单元包括：能够被控制来旋转的圆柱形透明基底；在圆柱形透明基底的侧表面的圆柱部分上设置的多个分段区；在多个分段区中的至少两个分段区上布置不同荧光体层，不同荧光体被配置为在接收到激发光时发出指定波长带的光；以及在透明基底的内部或外部设置的激发光源，激发光源被配置为将激发光应用于荧光体。

当联系附图阅读时，通过下面的具体描述，本发明的其它目的、特征及优点将更加清楚。

附图说明

图1A和1B是示意性地示出基于现有技术中的投影显示装置的配置示例的示意图；

图2A和2B是示意性地示出基于本发明的投影显示装置的实施例的示意图；

图3是示意性地示出根据本发明的光源单元的另一实施例的示意图；

图4是示意性地示出其中将图3中所示的光源单元的荧光圆柱和辅助圆柱分解的状态的示意图；以及

图5是示意性地示出根据本发明的光源单元的另一实施例的示意图。

具体实施方式

在下文中，参考附图具体给出用于执行本发明的实施例的描述。

(实施例)

(第一实施例)

图2A和2B以与图1A和1B中所示的现有技术对应的方式示意性地示出基于本发明的投影显示装置(投影仪)的实施例。与图1A和1B的情况相同，图2A是从与包含光路的平面(下文中称为“光路径表面”)垂直的方向看到的示意图，通过该光路，从光源单元发出的光经由显示元件到达投影透镜组。图2B是从与光路径表面平行的方向看到的示意图。注意，在图2A和2B中，通过相同的附图标记来指示具有与在图1A和1B中示出的投影显示装置中的部件和单元相同的功能的部件和单元。

图2A和2B中示出的投影显示装置的配置与图1A和1B中示出的投影显示装置的配置的不同之处在于：光源单元具有替代荧光轮3的圆柱形荧光构件(下文称为荧光圆柱)14。

即，在图2A和2B示出的配置中，提供荧光圆柱14作为光源单元。荧光圆柱14在能够被控制来旋转的圆柱形透明基底5的侧表面的圆柱部分上具有多个分段区。在至少两个分段区上布置不同荧光体的层(下文称为荧光体层)4，荧光体层4在接收到激发光时发出具有指定的波长带的光。在透明基底5的内部(或外部)设置对荧光体应用激发光的激发光源1。

更具体地，荧光圆柱14具有圆柱形(例如，与实验室盘相同的圆柱形)透明基底5，荧光圆柱14在其侧表面的圆柱部分上具有荧光体层4等，并且荧光圆柱14在其圆形底部表面的中心处具有电机6的转子以至于能够旋转。优选使用玻璃基底、透明的树脂基底等作为透明基底5。

透明基底5的侧表面的圆柱部分具有由沿着圆柱长度方向的分界线在圆周方向上划分的多个分段区。在至少两个分段区上形成有荧光体层4。

此外，在透明基底5的内部，布置对荧光体应用激发光的激发光源1。例如，使用发光二极管(LED)或激光发射器(半导体激光器(LD)等)作为激发光源1。

注意，透明基底5的形状不限于上述圆柱形，而是透明基底5可以具有例如六边形、八边形和十二边形等多边形的柱形形状。

此外，还可以配置光源单元从而将激发光源1布置在透明基底5的外部。通过该配置，激发光源1可以从透明基底5的外部对荧光体层4应用激发光以使用来自荧光体层4的反射光。

当从激发光源1应用激发光时，各个荧光体层4发出具有指定的不同波长带的光(例如，红光或绿光)。优选使用具有例如450nm的波长或接近450nm的波长的蓝光作为激发光。因此，可以直接使用激发光作为图像光。在该情况下，在至少一个分段区上不形成荧光体层。换句话说，透明基底5具有允许激发光直接通过的分段区。注意，该分段区具有扩散层7，扩散层7使得从荧光圆柱14发出的蓝光的状态与其它颜色的光的状态相一致。

优选在透明基底5的圆柱部分的内侧表面上形成不反射涂层16。从而，激发光在几乎不被反射到光源1的侧面的情况下通过不反射涂层16，在透明基底5上入射，并被有效地应用到荧光体层4或扩散层7。

此外，优选在透明基底5的圆柱部分的外侧表面上(荧光体层4和扩散层7的内部中)形成二向色(dichroic)层15。从而，在从荧光体层4或扩散层7以全部方向发出的光中，对透明基底5发出的光被反射。因此，能够增加从荧光圆柱14发出的光的光量。

通过上述配置，当通过电机16旋转荧光圆柱14并且来自激发光源1的激发光闪烁以与分段区之间的边界同步时，从荧光圆柱14一个接一个地发出红(R)、绿(G)及蓝(B)色的彩色光。

注意，为了增加从其中一个荧光体层4发出的单个颜色光的光量并提高有效光的使用效率，在激发光源1和荧光圆柱14之间设置具有以对应于光导单元8的形状形成的开口的入射挡板2。

从荧光圆柱14发出的红(R)、绿(G)及蓝(B)色的彩色光在用作光源侧光学系统的光导单元8上入射，并被转变为具有统一强度分布的光通量。然后，通过聚光透镜组9聚集光通量，并通过反射镜10以指定角度将光通量应用到显示元件11。

这里，使用荧光圆柱14、光导单元8及聚光透镜组9的光源单元构成投影显示装置(投影仪)的照明设备。

用作显示控制单元的控制单元12在显示元件11上形成与从照明设备应用到显示单元11的颜色对应的图像并调节所应用的光，控制单元12控制上述照明设备的光源单元(例如旋转荧光圆柱14和激发光源1的电机6)并控制显示元件11。在经过调节后的光在用作投影侧光学系统的投影透镜组13上入射之后，该光被放大并被投影到作为要被投影的表面的屏幕等(未示出)上。从而，显示所期望的图像。

在图2A和2B中，设置分段区从而一个接一个地发出被称为三基色光的红(R)、绿(G)及蓝(B)色的彩色光。然而，可以增加在其中荧光体层4发出例如黄色等补色波长带的光的分段区。

如上所述，当对于各个分段区除了设置发出基色波长带的光的荧光体层4之外还设置发出补色波长带的光的荧光体层4时，能够增加光源单元的亮度并提高颜色再现性。

(第二实施例)

图3示意性地示出根据本发明的光源单元的另一实施例。图4示意性地示出其中将图3中所示的光源单元的荧光圆柱和辅助圆柱分解的状态。

在本实施例中，如图3和4所示，将管状(例如，圆柱形)辅助圆柱17连接到电机6的转子以覆盖图2A和2B中所示的荧光圆柱14的透明基底5，并将管状辅助圆柱17配置为与荧光圆柱14可整体旋转。

在辅助圆柱17中，将辅助透明基底19的圆柱部分的内侧表面划分为多个分段区。在这些分段区中，指定分段区具有激发光反射层20，激发光反射层20使得除了激发光之外的其它波长带的光(例如从荧光体层4发出的波长带的光)通过。指定分段区的位置对应于在其中形成荧光圆柱14的荧光体层4的分段区的位置。

此外，其它分段区具有仅使得激发光的波长带的光通过的激发光通过层21。其它分段区的位置对应于在其中不形成荧光圆柱14的荧光体层的分段区的位置。

另一方面，在辅助透明基底19的圆柱部分的整个外侧表面上形成不反射涂层16。

换句话说，在荧光体层4上不吸收在荧光体层4上入射的所有激发光，但是某些激发光可以通过荧光体层4。在该情况下，如果对光源单元设置辅助圆柱17，则通过荧光体层4的激发光被反射到透明基底5的侧面以被再次入射到荧光体层4上，从而可以增加指定波长带的光的产生。

如上所述，根据本实施例，在与透明基底5的激发光源1相对的一侧上设置对应于透明基底5的形状形成的并具有分段区的辅助透明基底19等，并且将通过荧光体层4的激发光反射到透明基底5的侧面以被在荧光体层4中吸收。因此，可以进一步增加从光源单元发出的光的光量。

此外，在与透明基底5相对的一侧的辅助透明基底19的表面上形成不反射涂层18。因此，可以进一步提高发出的光的使用效率，并可以提供实现高光亮度和节电的光源单元。

(第三实施例)

图5示意性地示出根据本发明的光源单元的另一实施例。

在本实施例中，在形成透明基底5的荧光体层4的透明基底5的一侧上(在透明基底5的外圆周表面上)布置辅助激发光源22。

以指定角度在离激发光源1的光轴给定距离的位置上布置辅助激发光源22，从而将从辅助激发光源22发出的激发光应用到透明基底5的荧光体层4，并且不拦截从荧光圆柱14发出并在光导单元8上入射的光。

从而，可以从辅助激发光源22将激发光应用到具有低的发光效率的荧光体层4，并且可以增加从荧光体层4发出的光的光量。

如上所述，根据本实施例，经由透明基底5在与激发光源1相对的一侧上设置辅助激发光源22。因此，通过将来自辅助激发光源22的激发光应用到具有低的发光效率的荧光体层4，能够增加从荧光体层4发出的光的光量并且可以实现光源单元的高亮度。

本发明不限于具体揭示的实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行改变和修改。

本申请基于在2010年8月19日提交的日本优先权申请No.2010-184173，并将它们的全部内容并入本文作为参考。

Claims (15)

1.一种光源单元，包括：

能够被控制来旋转的圆柱形透明基底；

在圆柱形透明基底的侧表面的圆柱部分上设置的多个分段区；

在多个分段区中的至少两个分段区上布置不同荧光体的层，所述不同荧光体被配置为在接收到激发光时发出指定波长带的光；以及

在透明基底的内部或外部设置的激发光源，所述激发光源被配置为将激发光应用于荧光体。

2.根据权利要求1所述的光源单元，其中，

透明基底是玻璃基底或透明的树脂基底。

3.根据权利要求1所述的光源单元，进一步包括：

在布置了不同荧光体的层的一侧的透明基底的表面上形成的二向色层，并且所述二向色层被配置为允许激发光通过并反射其它波长带的光。

4.根据权利要求1所述的光源单元，进一步包括：

在与布置了不同荧光体层的一侧相对的一侧的透明基底的表面上形成的不反射涂层。

5.根据权利要求1所述的光源单元，其中，

所述激发光源被配置为应用具有比由不同荧光体发出的指定波长带的光波长短的波长带的光。

6.根据权利要求1所述的光源单元，进一步包括：

在没有布置不同荧光体的层的透明基底的分段区上形成的扩散层，并且所述扩散层被配置为产生扩散效果。

7.根据权利要求1所述的光源单元，其中，

激发光源是被配置为应用蓝色波长带的光的发光二极管或激光发射器。

8.根据权利要求1所述的光源单元，其中，

不同荧光体中的每一个荧光体在接收到激发光时发出基色和补色的波长带的光。

9.根据权利要求1所述的光源单元，其中，

透明基底的多个分段区包括：

被布置用于发出红色波长带的光的荧光体的层的分段区，

被布置用于发出绿色波长带的光的荧光体的层的分段区，以及

被布置用于发出黄色波长带的光的荧光体的层的分段区。

10.根据权利要求1所述的光源单元，进一步包括：

能够被控制来旋转的辅助透明基底，所述辅助透明基底与所述透明基底同轴并与所述透明基底同步；其中，

所述辅助透明基底具有与所述透明基底的多个分段区中的每一个分段区对应的激发光反射层，所述激发光反射层被配置为将激发光反射到所述透明基底的一侧的透明基底的表面并允许由不同荧光体发出的波长带的光通过。

11.根据权利要求10所述的光源单元，进一步包括：

在与所述透明基底的所述一侧相对的所述辅助透明基底的表面上形成的不反射涂层。

12.根据权利要求1所述的光源单元，进一步包括：

除了所述激发光源之外的辅助激发光源；其中，

在所述激发光源和所述辅助激发光源之间布置具有多个分段区的透明基底。

13.一种照明装置，包括：

根据权利要求1所述的光源单元；

光导单元；以及

聚光透镜组。

14.一种投影显示装置，包括：

光源单元；

显示元件；

被配置用于将光从光源单元引导到显示元件的光源侧光学系统；

被配置用于将从显示元件投影的图像投影到要被投影的表面上的投影侧光学系统；以及

被配置用于控制光源单元和显示元件的显示控制单元；其中，

光源单元是根据权利要求1所述的光源单元。

15.一种投影显示装置，包括：

根据权利要求13所述的照明设备；

显示元件；

被配置用于将来自照明设备的光应用到显示元件的光学系统；

被配置用于将从显示元件投影的图像投影到要被投影的表面上的投影侧光学系统；以及

被配置用于控制照明设备的光源单元和显示元件的显示控制单元。

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