CN107436527B - 投射型影像显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种投射型影像显示装置，能够实现蓝色光的色度的改善。本公开的投射型影像显示装置具备：固体光源，射出具有第一波长带的蓝色光；轮，具有发光体，所述发光体通过蓝色光的照射而发射位于第一波长带的长波长侧且与第一波长带相邻的第二波长带的发射光；光均匀化元件，对蓝色光和发射光进行均匀化；光调制元件，对通过光均匀化元件进行了均匀化的光进行调制；以及投射单元，投射通过光调制元件进行了调制的光，在发光体的蓝色光的入射侧，形成有对蓝色光进行部分反射且透射发射光的二向色膜。

Description

投射型影像显示装置
技术领域
本公开涉及投射型影像显示装置，其使用了具备射出蓝色的激励光的光源和根据激励光进行发光的发光体的光源装置。
背景技术
在专利文献1公开了一种投影仪，其具备如下光源装置，从而能够投影高品质的彩色图像，在该光源装置中，具备蓝色激光发光器作为激励光源，通过扩散板使来自该激励光源的射出光扩散，并将扩散光用作蓝色波段的光源光，且拓宽了蓝色波段的光源光中的波长分布。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-128521号公报
发明内容
本公开提供一种能够优化蓝色光的色度的投射型影像显示装置。
本公开的投射型影像显示装置具备：固体光源，射出具有第一波长带的蓝色光；轮，具有发光体，所述发光体通过蓝色光的照射而发射位于第一波长带的长波长侧且与第一波长带相邻的第二波长带的发射光；光均匀化元件，对蓝色光和发射光进行均匀化；光调制元件，对通过光均匀化元件进行了均匀化的光进行调制；以及投射单元，投射通过光调制元件进行了调制的光，在发光体的蓝色光的入射侧形成有对蓝色光进行部分反射且透射发射光的二向色膜。
发明效果
根据本公开，能够改善在投射型影像显示装置中显示的蓝色光的色度。
附图说明
图1是示出实施方式1中的投射型影像显示装置的图。
图2是示出实施方式1中的荧光体轮的图。
图3A是示出实施方式1中的颜色生成(黄和绿)的原理的图。
图3B是示出实施方式1中的颜色生成(蓝)的原理的图。
图4是示出实施方式1中的色轮的图。
图5A是实施方式1的投射型影像显示装置中的黄成分光的光谱图。
图5B是实施方式1的投射型影像显示装置中的绿成分光的光谱图。
图5C是实施方式1的投射型影像显示装置中的蓝成分光的光谱图。
图6是示出用于说明实施方式1的效果的色度图的图。
图7是示出实施方式2中的荧光体轮的图。
图8是示出实施方式2中的颜色生成(蓝)的原理的图。
图9是示出实施方式2中的色轮的图。
标号说明
10 光源单元
20 二向色镜
30、37 荧光体轮
31 基板
32 反射膜
33 荧光体膜
33Y 黄色荧光体膜
33G1 第一绿色荧光体膜
33G2 第二绿色荧光体膜
34 电介质多层膜
34C 防反射膜
34B 蓝色部分反射膜
35、53 电动机
38B 二向色膜
40 λ/4板
50、57 色轮
52 电介质多层膜
52C 防反射膜
51 基板
60 积分棒
70 DMD
80 投射单元
100 投射型影像显示装置
111、112、113、114 透镜
124 反射镜
131、132 透镜
141 扩散板
151、152、153 透镜
161、162 三角棱镜
具体实施方式
以下，适当参照附图对实施方式进行详细说明。但是，有时会省略过于详细的说明。例如，有时会省略已众所周知的事项的详细说明、对实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得过于冗长，且使本领域技术人员容易理解。
另外，附图和以下的说明是为了使本领域技术人员充分理解本公开而提供的，并不试图由此限定权利要求书记载的主题。
[实施方式1]
(投射型影像显示装置)
以下，使用图1～图6对实施方式1涉及的投射型影像显示装置的结构进行说明。图1是示出实施方式1涉及的投射型影像显示装置100的光学结构的图。在实施方式1中，对作为影像光使用红成分光R、绿成分光G、蓝成分光B(第一蓝成分光B1+第二蓝成分光B2)、黄成分光Y的情况进行例示。
如图1所示，第一，投射型影像显示装置100具有光源单元10、二向色镜(dichroicmirror)20、荧光体轮30、λ/4板40、色轮50、积分棒(rod integrator)60、DMD(DigitalMirror Device：数字镜像设备)70、以及投射单元80。
光源单元10例如由激光二极管(LD：Laser Diode)、发光二极管(LED：LightEmitting Diode)等多个固体光源构成。在本实施方式中，作为固体光源使用激光二极管，特别是射出蓝色光的激光二极管11。
来自光源单元10的射出光是波长为455nm的蓝色光，用作影像光(第一蓝成分光B1)，并且用作用于激励荧光体的激励光。但是，来自光源单元10的射出光的波长不限定于455nm，例如，波长也可以是440～460nm。该蓝色光的波长是第一波长带的一个例子。
从光源单元10射出的蓝色光对透镜111、透镜112、扩散板141进行透射并入射到二向色镜20。二向色镜20对第一蓝成分光B1(激励光)进行反射。在二向色镜20反射的第一蓝成分光B1由透镜113、114进行聚光，并激励荧光体轮30的荧光体而使其发光。
此外，来自光源单元10的射出光是S偏振的光，二向色镜20对第一蓝成分光B1(S偏振)进行反射，并使在荧光体轮30中发射的黄色的发射光Y、绿色的发射光G1以及在荧光体轮反射的第一蓝成分光B1(P偏振)透射。即，二向色镜20对S偏振的第一蓝成分光B1进行反射，并使P偏振的第一蓝成分光B1和无偏振的黄色的发射光Y以及绿色的发射光G1透射。
如图2所示，荧光体轮30由基板31、形成在基板31上的反射膜32、呈圆环状涂敷形成在反射膜32上的荧光体膜33、以及用于使基板31旋转的电动机35构成。图2(a)是朝向图1的-x方向观察荧光体轮的图，图2(b)是朝向图1的z方向进行观察的图。
此外，如图2所示，在荧光体膜33上形成有电介质多层膜34。如图2(a)所示，荧光体膜33由黄色荧光体膜33Y、第一绿色荧光体膜33G1以及第二绿色荧光体膜33G2构成。如图2(a)所示，电介质多层膜34由防反射膜34C和蓝色部分反射膜34B构成。在图2(a)中，带括弧的附图标记意味着，在其上层侧设置有不带括弧的附图标记的构成要素。即，表示在基板31上配置有反射膜32，在黄色荧光体膜33Y和第一绿色荧光体膜33G1上分别配置有防反射膜34C，在第二绿色荧光体膜33G2上配置有蓝色部分反射膜34B。荧光体膜33是发光体的一个例子，荧光体轮30是轮的一个例子。
荧光体膜33例如能够通过如下方式制作，即，将陶瓷荧光体的粉末混入到粘接剂(硅酮树脂)并涂敷在基板，在高温使其固化。作为用于荧光体膜33的陶瓷荧光体，例如是作为铈活化的石榴石构造荧光体的YAG荧光体、LAG荧光体。
如图2(a)所示，荧光体轮30在圆周方向上由4个区段构成。第一区段(角度区域θR)是用于生成红成分光R的区域。第二区段(角度区域θG)是用于生成绿成分光G的区域。第三区段(角度区域θB)是用于生成蓝成分光B的区域。第四区段(角度区域θY)是用于生成黄成分光Y的区域。
黄色荧光体膜33Y具有与从光源单元10射出的第一蓝成分光B1(激励光)相应地发射黄色的发射光Y的荧光体Y。黄色荧光体膜33Y形成在形成有荧光体膜33的圆环区域中的第四区段和第一区段(给定的角度区域θY+θR)中。另外，黄色荧光体膜33Y是在荧光体轮30的旋转过程中可照射到第一蓝成分光B1(激励光)的区域。换言之，第一蓝成分光B1通过透镜114聚光在黄色荧光体膜33Y上。
第一绿色荧光体膜33G1具有与从光源单元10射出的第一蓝成分光B1(激励光)相应地发射绿色的发射光G1的荧光体G1。第一绿色荧光体膜33G1形成在形成有荧光体膜33的圆环区域中的第二区段(给定的角度区域θG)中。另外，第一绿色荧光体膜33G1是在荧光体轮30的旋转过程中可照射到第一蓝成分光B1(激励光)的区域。换言之，第一蓝成分光B1通过透镜114聚光在第一绿色荧光体膜33G1上。
第二绿色荧光体膜33G2具有与从光源单元10射出的第一蓝成分光B1(激励光)相应地发射绿色的发射光G2的荧光体G2。此时，绿色的发射光G2包含用于对作为影像光的蓝成分光B进行色度调整的第二蓝成分光B2。第二绿色荧光体膜33G2形成在形成有荧光体膜33的圆环区域中的第三区段(给定的角度区域θB)中。蓝色部分反射膜34B对入射的第一蓝成分光B1(激励光)中的一部分进行反射，并透射剩余部分，并透射绿色的发射光G2。蓝色部分反射膜34B是二向色膜的一个例子。另外，第二绿色荧光体膜33G2是在荧光体轮30的旋转过程中可照射到第一蓝成分光B1(激励光)的区域。换言之，第一蓝成分光B1通过透镜114聚光在第二绿色荧光体膜33G2上。
接着，使用图3A和图3B对荧光体轮30的周边部中的颜色生成的原理进行说明。
图3A示出第一蓝成分光B1(激励光)照射到荧光体轮30的角度区域θY、θR、θG中的任一个的情况。在本实施方式中，从光源单元10射出S偏振的第一蓝成分光B1(激励光L1)。激励光L1透射λ/4板40，从而成为圆偏振的第一蓝成分光B1(激励光L2)。激励光L2对防反射膜34C进行透射(激励光L3a)，通过防反射膜34C的效果，激励光L3a维持激励光L2的95％以上的光强度，并对黄色荧光体膜33Y或第一绿色荧光体膜33G1进行照射。
黄色荧光体膜33Y或第一绿色荧光体膜33G1被照射激励光L3a，从而发射黄色的发射光Y或绿色的发射光G1。黄色的发射光Y以及绿色的发射光G1以360°全方位射出。但是在朝向基板31的方向上射出的光被反射膜32反射。因此，黄色的发射光Y以及绿色的发射光G1在激励光L3a的前进方向的相反方向上朝向λ/4板40射出。另外，黄色的发射光Y以及绿色的发射光G1是荧光光，因此是无偏振的，即使透射了λ/4板40也是无偏振的。
图3B示出第一蓝成分光B1(激励光)照射到荧光体轮30的角度区域θB的情况。在本实施方式中，S偏振的第一蓝成分光B1(激励光L1)从光源单元10射出。激励光L1透射λ/4板40，从而成为圆偏振的第一蓝成分光B1(激励光L2)。激励光L2的35％透射蓝色部分反射膜34B而成为激励光L3b并照射第二绿色荧光体膜33G2。剩余的65％的激励光L2在蓝色部分反射膜34B反射而成为影像光L4。
第二绿色荧光体膜33G2被照射第一蓝成分光B1(L3b)，从而发射绿色的发射光G2。绿色的发射光G2以360°全方位射出，但是在朝向基板31的方向上射出的光被反射膜32反射。因此，绿色的发射光G2在激励光L3b的前进方向的相反方向上朝向λ/4板40射出。蓝色部分反射膜34B透射绿色的发射光G2。即，蓝色部分反射膜34B是使第一蓝成分光B1的波长带(455nm)的光透射35％(反射65％)且使绿色的发射光G2的波长带(460～750nm)的光透射的二向色膜。此外，在蓝色部分反射膜34B反射的影像光L4与激励光L2同样是圆偏振的第一蓝成分光B1，通过再次透射λ/4板40，成为P偏振的第一蓝成分光B1(影像光L5)。另外，蓝色部分反射膜34B的透射率应根据需要进行调整，只要是10～60％的范围即可。
如此，透射二向色镜20而射出的光伴随着荧光体轮30的旋转，在角度区域θY+θR中成为黄色的发射光Y，在角度区域θG中成为绿色的发射光G1，在角度区域θB中成为第一蓝成分光B1(影像光L5)和绿色的发射光G2的合成光。
返回到图1，从二向色镜20射出的光对透镜131进行透射，并在反射镜124反射而使光路向直角方向弯折，从而对透镜132进行透射并入射到色轮50。
如图4所示，色轮50由透明的基板51、形成在基板51上的电介质多层膜52、以及用于使基板51旋转的电动机53构成。图4(a)是朝向图1的z方向观察色轮的图，图4(b)是朝向图1的-y方向进行观察的图。
如图4所示，电介质多层膜52由在给定的角度区域θR(第一区段)中形成的红透射二向色膜52R、在给定的角度区域θG(第二区段)中形成的绿透射二向色膜52G、在给定的角度区域θB(第三区段)中形成的蓝透射二向色膜52B、以及在给定的角度区域θY(第四区段)中形成的防反射膜52C构成。
色轮50被控制为其旋转与荧光体轮30同步。即，在光入射到荧光体轮30的角度区域θR的定时(timing)，光入射到色轮50的角度区域θR。在光入射到荧光体轮30的角度区域θG的定时，光入射到色轮50的角度区域θG。在光入射到荧光体轮30的角度区域θB的定时，光入射到色轮50的角度区域θB。在光入射到荧光体轮30的角度区域θY的定时，光入射到色轮50的角度区域θY。
如此，通过荧光体轮30和色轮50在角度区域θR、θG、θB、θY中生成的光以时分方式射出。即，通过荧光体轮30和色轮50，生成包含红成分光R、绿成分光G、蓝成分光B、黄成分光Y的各颜色成分光并以时分方式射出。
以下，参照图5A～图5C所示的光谱对每个角度区域(区段)中的颜色生成进行说明。
在角度区域θR中，从荧光体轮30的黄色荧光体膜33Y射出黄色的发射光Y(图5A的实线)，并通过对色轮50的红透射二向色膜52R进行透射，从而成为红成分光R(图5A的虚线)。通过调整色轮50的红透射二向色膜52R的分光特性，从而能够调整红成分光R的色纯度。
在角度区域θG中，从荧光体轮30的第一绿色荧光体膜33G1射出绿色的发射光G1(图5B的实线)，并通过对色轮50的绿透射二向色膜52G进行透射，从而成为绿成分光G(图5B的虚线)。通过调整色轮50的绿透射二向色膜52G的分光特性，从而能够调整绿成分光G的色纯度。
在角度区域θB中，来自荧光体轮30的第二绿色荧光体膜33G2的绿色的发射光G2(绿色的发射光G2包含第二蓝成分光B2)和在蓝色部分反射膜34B反射的第一蓝成分光B1进行合成，并通过对色轮50的蓝透射二向色膜52B进行透射，从而成为蓝成分光B。蓝透射二向色膜52B使第一蓝成分光B1透射，并且使绿色的发射光G2的短波长侧透射，从而提取第二蓝成分光B2。第二蓝成分光B2与波长455nm的第一蓝成分光B1进行混色，从而调整为最佳的蓝色色度。在此，作为绿色的发射光G2的波长带的460nm～750nm的波长带是第二波长带的一个例子。
在本实施方式中，第二蓝成分光B2的主波长为515nm，但是不限定于此。优选进行第二绿色荧光体膜33G2的选定以及对蓝透射二向色膜52B的分光特性进行设计，使得第二蓝成分光B2的主波长在470～530nm的范围内。本实施方式中的作为主波长515nm的第二蓝成分光B2的波长带的460～560nm是第三波长带的一个例子。在图5C中，对于第一蓝成分光B1，将比例尺设为1/100。另外，荧光体轮30的第二绿色荧光体膜33G2可以与第一绿色荧光体膜33G1相同，也可以不同。
在角度区域θY中，从荧光体轮30的黄色荧光体膜33Y射出黄色的发射光Y，并通过对色轮50的防反射膜52C进行透射，从而成为黄成分光Y。由于黄色的发射光Y对色轮50的防反射膜52C进行透射而造成的颜色的变化是能够忽略的程度。
返回到图1，在色轮50中射出的光入射到积分棒60。积分棒60是由玻璃等透明构件构成的实心的棒。积分棒60对从光源单元10射出的光以及从荧光体轮30射出的光进行均匀化。另外，积分棒60也可以是内壁由反射镜面构成的中空的棒。积分棒60是光均匀化元件的一个例子。
从积分棒60射出的光在对透镜151、透镜152、透镜153进行透射并入射到由三角棱镜161和三角棱镜162构成的全反射棱镜之后，入射到DMD70。
DMD70对由光源单元10、荧光体轮30、色轮50生成的各颜色成分光以时分方式进行调制。详细地，DMD70由多个微小反射镜构成，多个微小反射镜是可动式的。各微小反射镜基本上相当于一个像素。DMD70通过根据影像信号来变更各微小反射镜的角度的调制动作，切换是否将光反射到投射单元80侧。
DMD70与在图2以及图4中说明的角度区域θR、θG、θB、θY对应地进行各颜色的灰度表现。即，在光照射到角度区域θR的时间，对红成分光R(影像光)进行调制。在光照射到角度区域θG的时间，对绿成分光G(影像光)进行调制。在光照射到角度区域θB的时间，对蓝成分光B(影像光)进行调制。在光照射到角度区域θY的时间，对黄成分光Y(影像光)进行调制。DMD70是光调制元件的一个例子。
由DMD70进行调制而生成的影像光对三角棱镜161、162进行透射并入射到投射单元80。入射到投射单元80的影像光放大投射到未图示的屏幕。
图6表示色度图，如该色度图所示，可知本实施方式的投射型影像显示装置100的色域A包含sRGB(在图6中仅示出各色点)。第二蓝成分光B2的色度是在图6中用三角表示的点，通过与第一蓝成分光B1进行混色，从而可优化蓝色色度。
另一方面，可知在不使用第二蓝成分光B2而仅将第一蓝成分光B1用作影像光的情况下，色域B存在不包含sRGB的区域。
(作用和效果)
在实施方式1中，通过在第二绿色荧光体膜33G2形成蓝色部分反射膜34B，从而能够将第二蓝成分光B2与第一蓝成分光B1进行混色，能够实现包含在第一蓝成分光B1中曾经未能包含的sRGB的色域。
[实施方式2]
实施方式2使用荧光体轮37和色轮57代替在实施方式1中说明的荧光体轮30和色轮50，其它结构与实施方式1相同，因此省略其说明。
图7是示出在实施方式2中使用的荧光体轮37的图。在实施方式1中，如图2所示，设为如下结构，即，在形成于荧光体轮30的角度区域θB的第二绿色荧光体膜33G2的表面形成蓝色部分反射膜34B，并通过色轮50从绿色的发射光G2提取第二蓝成分光B2，该蓝色部分反射膜34B具有使第一蓝成分光B1的一部分进行透射并对剩余部分进行反射，且使绿色的发射光G2进行透射的特性。在实施方式2中，如图7所示，在形成于荧光体轮37的角度区域θB的第二绿色荧光体膜33G2的表面形成二向色膜38B，该二向色膜38B具有对第一蓝成分光B1的一部分进行透射并对剩余部分进行反射，且使绿色的发射光G2的短波长侧(第二蓝成分光B2)进行透射的特性。在角度区域θB中，如图8所示，通过二向色膜38B从绿色的发射光G2提取第二蓝成分光B2。
图9示出在实施方式2中使用的色轮57，色轮57由透明的基板51、形成在该基板51上的电介质多层膜52、以及用于使基板51旋转的电动机53构成。图9(a)是朝向图1的z方向观察色轮57的图，图9(b)是朝向图1的-y方向观察色轮57的图。
在实施方式1中，如图4所示，在色轮50的角度区域θB中形成有蓝透射二向色膜52B。在实施方式2中，如图9所示，在色轮57的角度区域θB形成有与角度区域θY相同的防反射膜52C。即，从荧光体轮37射出的第一蓝成分光B1以及第二蓝成分光B2由于对色轮57的角度区域θB的防反射膜52C进行透射而造成的颜色的变化是能够忽略的程度。
[其它实施方式]
如上所述，作为在本申请中公开的技术的例示，对实施方式1以及2进行了说明。然而，本公开中的技术不限定于此，也能够应用于进行了变更、置换、附加、省略等的实施方式。此外，还能够对在上述实施方式1以及2中说明的各构成要素进行组合，作为新的实施方式。因此，以下对其它实施方式进行例示。
在实施方式1、2中，作为光调制元件例示了DMD70，但是实施方式不限定于此。光调制元件也可以是一个液晶面板或3个液晶面板(红液晶面板、绿液晶面板以及蓝液晶面板)。液晶面板可以是透射型，也可以是反射型。
在实施方式1、2中，作为产生发射光的荧光体，例示了荧光体轮，但是实施方式不限定于此。荧光体也可以是静态的无机荧光体陶瓷。
另外，因为上述的实施方式是用于对本公开中的技术进行例示的，所以能够在权利要求书或其等同的范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。
产业上的可利用性
本公开能够应用于投影仪等投射型影像显示装置。

Claims (1)

1.一种投射型影像显示装置，具备：
固体光源，其射出具有第一波长带的蓝色光；
二向色镜，其反射所述蓝色光；
轮，其具有发光体，所述发光体通过由所述二向色镜反射来的所述蓝色光的照射而发射位于所述第一波长带的长波长侧且与所述第一波长带相邻的第二波长带的发射光，所述轮在所述发光体的所述蓝色光的入射侧形成有二向色膜；
光均匀化元件，其对所述蓝色光和所述发射光进行均匀化；
光调制元件，其对通过所述光均匀化元件进行了均匀化的光进行调制；以及
投射单元，其投射通过所述光调制元件进行了调制的光，
所述第二波长带的发射光包含与所述第一波长带相邻的第三波长带的光，
所述第三波长带的光是主波长位于470～530nm的范围的蓝成分光，
所述二向色膜构成为对所述蓝色光进行部分反射且透射包含所述蓝成分光的所述发射光，
所述二向色镜透射由所述二向色膜反射的所述蓝色光和由所述二向色膜透射的包含所述蓝成分光的所述发射光，
所述投射型影像显示装置还具备色轮，所述色轮被控制为其旋转与所述轮同步，
所述色轮的蓝透射二向色膜使透射了所述二向色镜的所述蓝色光和透射了所述二向色镜的所述发射光中的所述蓝成分光透射，生成进行了混色的蓝色光。
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