CN109154768A - 光源设备和投影显示设备 - Google Patents

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Abstract

为了实现一种能够高效地激发荧光体，并且色再现性优异的光源设备。提供一种光源设备，具备：发出包含在第一波长区中的第一波长λb1的光的第一光源；发出包含在第一波长区中的第二波长λb2的光的第二光源，第二波长比第一波长短；由第一波长的光和第二波长的光激发的荧光体(133)，荧光体(133)发出第二波长区的光λy；和面向荧光体(133)设置的波长选择部件(140)，波长选择部件(140)反射从荧光体(133)发出的光之中的第二波长λb2的光。

Description

光源设备和投影显示设备
技术领域
本公开涉及用于诸如投影仪之类的投影显示设备的光源设备，和包含所述光源设备的投影显示设备。
背景技术
近年来，在屏幕等上投影并显示图像的投影仪已用在诸如会议室、教室、家庭影院和剧场之类的各种场面中。从亮度和成本性能的角度来看，投影仪通常使用水银灯。然而，当长时间使用时，水银灯需要定期更换，并且需要一些时间来开启。从而，从长寿命、高功能附加等的角度来看，作为投影仪的光源，都具有长寿命和宽色域的固态光源已引起人们的注意。固态光源是一种利用由半导体p/n结引起的发光现象的光源，包括LED、激光二极管(LD)等。目前，例如像专利文献1和2一样，均用来自固态光源的光，照射当被用特定波长区的光照射时发出在与所述光不同的波长区中的光的荧光体材料，并利用荧光发光的光的光源设备被用于投影仪等。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP 5767444B
专利文献2：JP 5770433B
发明内容
技术问题
这里，作为投影仪用光源，理想的是能够显示基于DCI标准、sRGB等的图像显示设备的标准色域和白色。例如，提供具有红色波长区、绿色波长区和蓝色波长区的相应发光光谱的光源使得能够以红色、绿色和蓝色的相应原色，以及在这些原色被同时开启时的白色，显示与上述标准接近的颜色。
另外，可以想到的是例如通过从固态光源，输出红色、绿色和蓝色的相应颜色，实现具有这种发光光谱的光源，不过通过像上述专利文献1和2一样，利用荧光体，也可能实现所述光源。然而，在使用荧光体的情况下，难以均衡红色波长区、绿色波长区和蓝色波长区的相应发光光谱。在一些情况下，特定波长区的光量不足。从而，期望实现一种能够高效地激发荧光体，并且色再现性良好的光源设备。
问题的解决方案
按照本公开，提供一种光源设备，包括：配置成输出具有包含在第一波长区中的第一波长的光的第一光源；配置成输出具有包含在第一波长区中，并且比第一波长短的第二波长的光的第二光源；配置成由具有第一波长的光和具有第二波长的光激发，以发出第二波长区的光的荧光体；和面向荧光体设置的，并配置成反射从荧光体输出的光之中的具有第二波长的光的波长选择部件。
另外，按照本公开，提供一种投影显示设备，包括：光源部分；配置成调制和合成入射光的光调制合成系统；配置成把从光源部分输出的光引导到光调制合成系统的照明光学系统；和配置成投影从光调制合成系统输出的图像的投影光学系统。所述光源部分包括配置成输出具有包含在第一波长区中的第一波长的光的第一光源、配置成输出具有包含在第一波长区中，并且比第一波长短的第二波长的光的第二光源、配置成由具有第一波长的光和具有第二波长的光激发，以发出第二波长区的光的荧光体、和面向荧光体设置的，并配置成反射从荧光体输出的光之中的具有第二波长的光的波长选择部件。
发明的有益效果
按照如上所述的本公开，能够实现可高效地激发荧光体，并且具有良好的色再现性的光源设备。注意，上述效果未必是限制性的。连同上述效果一起或者代替上述效果，可以实现记载在本说明书中的任何一种效果，或者根据本说明书可把握的其他效果。
附图说明
图1是图解说明包括按照本公开的一个实施例的光源设备的投影显示设备的构成例子的示意构成图。
图2是图解说明按照实施例的光源设备的例子的示意构成图。
图3是图解说明按照实施例的光源的具体例子的说明图。
图4是图解说明按照实施例的光源设备的具体例子的说明图。
图5是图解说明激发光的波长和黄色荧光体的激发效率之间的关系的曲线图。
图6是图解说明按照实施例的光源设备的变形例的说明图。
具体实施方式
下面参考附图，详细说明本公开的优选实施例。注意在本说明书和附图中，功能和结构实质相同的构成元件用相同的附图标记表示，这些构成元件的重复说明被省略。，
注意，将按照以下顺序进行说明。
1.投影显示设备的示意构成
2.光源设备的构成
3.具体例子
3.1.利用蓝光激发的荧光体
3.2.变形例
4.结论
<1.投影显示设备的示意构成>
首先参见图1，说明包括按照本公开的一个实施例的光源设备100，作为光源部分的投影显示设备1的构成例子。图1是图解说明包括按照本实施例的光源设备100的投影显示设备1的构成例子的示意构成图。
图1中图解所示的投影显示设备1是3-LCD(液晶显示器)投影仪的构成例子。3-LCD投影仪把白光分离成红、绿和蓝三原色，并使它们通过3个相应的LCD，以生成待投影在诸如屏幕S之类的显示面上的图像。白光从作为光源部分的光源设备100输出。
更具体地，从光源设备100输出的白光入射在第一反射分色镜4a上，第一反射分色镜4a只透过例如蓝色波长区的光，并反射其他波长区的光。这导致蓝色波长区的光通过第一反射分色镜4a，到达反射镜5a侧。随后，蓝色波长区的光被反射镜5a反射，从而入射在蓝色用液晶面板6a上。
同时，被第一反射分色镜4a反射的其他波长区的光入射在第二反射分色镜4b上。第二反射分色镜4b只反射绿色波长区的光，并透过其他波长区的光，即，红色波长区的光。被第二反射分色镜4b反射的绿色波长区的光入射在绿色用液晶面板6b上。另外，通过第二反射分色镜4b的红色波长区的光被反射镜5b和5c反射，随后入射在红色用液晶面板6c上。
用于相应颜色的液晶面板6a-6c按照输入的图像信号，调制入射在其上的光，从而生成对应于RGB的图像的信号光。作为液晶面板6a-6c，例如，可以使用利用高温多晶硅TFT的透射式液晶元件。由相应的液晶面板6a-6c调制的信号光被入射在分色棱镜7上，然后被合成。分色棱镜7具有通过组合4个三棱镜而获得的长方体形状，以便反射红色信号光和蓝色信号光，并透过绿色信号光。由分色棱镜7合成的各个颜色的信号光入射在投影透镜8上，然后作为图像，被投影在诸如屏幕S之类的显示面上。
在投影显示设备1中，液晶面板6a-6c和分色棱镜7起调制和合成入射光的光调制合成系统的作用。另外，反射分色镜4a和4b，以及反射镜5a-5c起把来自充当光源部分的光源设备100的光，引导到包含在光调制合成系统中的液晶面板6a-6c的照明光学系统的作用。然后，投影透镜8起投影从分色棱镜7输出的图像的投影光学系统的作用。
<2.光源设备的构成>
按照本实施例的光源设备100利用预定波长区的光，激发荧光体，发出不同波长区的光，从而产生和输出预定颜色的光。这里，也可把用于激发荧光体的激发光的一部分，用作从光源设备100输出的光的一部分，不过，用于高效激发荧光体的波长不同于从色再现性的角度来看最佳的波长。从而，本实施例设置输出表现大体相同颜色的波长区的光的两个光源，并把其中的一个用于激发荧光体，把另一个用于色再现性。
例如，如图2中图解所示，类似于此的光源设备100包括光源110、准直透镜120、波长变换部件130和波长选择部件140。
光源110是输出第一波长区的光的光源部分。光源110被配置成能够输出具有包含在第一波长区中的两个不同波长的光。光源110可以是诸如包括例如多个激光二极管的激光二极管阵列之类的阵列光源。当光源110是激光二极管阵列时，例如，如图3中图解所示，可按格子图案，交替排列输出具有第一波长的光的第一光源111，和输出具有第二波长的光的第二光源113。按照这种方式，把第一光源111和第二光源113包含在一起使得能够使光源设备100小型化。注意，第一光源111和第二光源113的布置和数量不限于图3中图解所示的例子。从光源110输出的具有两种不同波长的光入射在准直透镜120上。
准直透镜120是把从光源110输出的光变换成平行光，并将其输出给波长变换部件130的光学部件。例如在如图3中图解所示，作为激光二极管阵列地构成光源110的情况下，可作为包含与包括在激光二极管阵列中的各个光源111和113对应的准直透镜的透镜阵列地构成准直透镜120。
波长变换部件130是把经准直透镜120，来自光源110的光的一部分变换成与入射光的波长区不同的波长区的光的部件。为了变换光的波长区，使用荧光体。例如，作为透射式荧光体轮地构成波长变换部件130。具体地，如图2中图解所示，波长变换部件130包括基材131、驱动部分132和荧光体133。
基材131是上面堆叠荧光体133的部件。从光源110输出的光通过基材131，入射在荧光体133上。于是，基材131包括诸如蓝宝石之类的透明部件，以致来自光源110的光可通过。基材131例如为圆盘状。驱动部分132的转动轴132a附接到基材131的中心。使驱动部分132的转动轴132a转动，从而使得也能够转动基材131。像按照本实施例的光源设备100一样，用作光源110的激光二极管充当点光源。于是，热量集中在从光源110输出光的位置处，结果产生高温。从而，像按照本实施例的波长变换部件130似的可转动构成使得能够分散基材131上的光的照射位置。
可对来自光源110的光入射到的基材131的入射面进行防反射(AR)处理，以致更多的光入射到荧光体133上。例如，基材131的入射面侧可设置有减少光反射的防反射膜131b。同时，在基材131和荧光体133之间，可以设置反射第二波长区的光，以防止荧光体133发出的第二波长区的光传播到基材131侧的反射膜131a。设置像这样的反射膜131a使得能够防止由荧光体133发出的第二波长区的光输出到基材131侧，从而从光源设备100可靠地输出第二波长区的光。
荧光体133是堆叠在基材131上的荧光体层。荧光体133例如设置在基材131的与光源110相反侧的表面上。具体地，例如，如图2中图解所示，可按与圆盘状的基材131同心的环状图案地设置荧光体133。例如，通过向与荧光剂混合的粘合剂应用丝网印刷，把荧光体133设置在基材131上。荧光体133由从光源110通过基材131的光激发，发出与入射光的波长区不同的波长区的光。注意，荧光体133透过从光源110输出的光的一部分。从而，当第一波长光和第二波长光从光源110入射到荧光体133上时，输出第一波长区的第一波长光和第二波长光，以及由荧光体133激发并发出的第二波长区的光。
在从波长变换部件130输出的光之中，波长选择部件140反射第一波长区的第二波长光，并透过第一波长区的第一波长光和第二波长区的光。作为波长选择部件140，例如，可以使用诸如反射分色镜之类的光学部件。波长选择部件140可以反射所有的第二波长光，或者仅仅反射第二波长光的至少一部分。波长选择部件140反射的第二波长光传播到荧光体133侧，入射到荧光体133上，并激发荧光体133。这允许荧光体133进一步发出第二波长区的光，从而对于从光源设备100输出的光，能够增大第二波长区的光量。这样，第二波长光被用作激发荧光体133的激发光。从而，第二波长光的波长被设定为在荧光体133中易于吸收的波长，从而使得能够高效地激发荧光体133，发出第二波长区的光。
通过波长选择部件140的光包含第一波长区的第一波长光和第二波长区的光。这里，第一波长光具有在荧光体133中被吸收的波长，但是通过波长选择部件140，结果产生决定最终从光源设备100输出的第一波长区的光的颜色的光。从而，产生光，所述光具有该光能够正确地再现由第一波长区的光表现的颜色的波长，这使得能够增强由第一波长区的光表现的颜色的色再现性。能够使从光源设备100输出的光的颜色更接近于期望的颜色。
<3.具体例子>
(3.1.利用蓝光激发的荧光体)
作为按照本实施例的光源设备100的具体例子，将考虑其中使用发出蓝色波长区的光的蓝色激光二极管，作为光源110的情况。如图4中图解所示，光源110从第一光源111输出具有第一波长λb1的第一蓝光，并从第二光源113输出具有第二波长λb2的第二蓝光。假定第一光源111是输出具有对蓝色的再现性有利的波长的光的光源，并且第一波长λb1例如为465nm。这两者都是在作为第一波长区的蓝色波长区(约400-500nm)内的波长。同时，第二光源113是输出荧光体133的激发光的光源。在本例中，荧光体133是黄色荧光体，所述黄色荧光体利用激发光，发出包含绿色波长区的光和红色波长区的光的光。随后，假定第二波长λb2是例如黄色荧光体易于吸收的波长，例如，445nm。
这里，图5图解说明激发光的波长与黄色荧光体的激发效率之间的关系。激发效率表示以当用波长445nm的光激发黄色荧光体时发出的荧光光量为基础，当用各个波长的光激发黄色荧光体时的荧光光量的比率。如图5中所示，当激发光具有约445nm的波长时，达到最大激发效率。随着激发光具有更大的波长，激发效率降低。换句话说，与具有第一波长λb1的光相比，具有更靠近达到最大激发效率的波长的第二波长λb2的光对黄色荧光体具有更良好的激发效率。
如图4中图解所示，一通过基材131，具有第一波长λb1的第一蓝光和具有第二波长λb2的第二蓝光就入射在作为荧光体133的黄色荧光体上。黄色荧光体由第一蓝光和第二蓝光激发，发出包含绿色波长区的光和红色波长区的光的光。其中混合绿色波长区的光和红色波长区的光的光看起来是黄色的，以致下面也将从该荧光体发出的并包含绿色波长区的光和红色波长区的光的光称为黄光。包含在该黄光中的光的波长λy范围约为500-700nm。这里，由于在黄色荧光体和基材131之间，设置反射黄光的波长区的光的反射膜131a，因此从黄色荧光体发出的黄光不传播到基材131侧，而是传播到波长选择部件140。另外，入射在黄色荧光体上的第一蓝光和第二蓝光的一部分原样通过黄色荧光体。从而，从黄色荧光体向波长选择部件140，输出第一蓝光、第二蓝光和黄光(即，包含绿色波长区的光和红色波长区的光的光)。图4中图解所示的黄光(黄)表示包含绿色波长区的光和红色波长区的光的光。
在入射的第一蓝光、第二蓝光和黄光之中，波长选择部件140透过第一蓝光和黄光，并把第二蓝光反射到黄色荧光体侧。由波长选择部件140反射的第二蓝光再次入射到黄色荧光体上，激发黄色荧光体，使黄色荧光体发出包含绿色波长区的光和红色波长区的光的光。发出的黄光传播到波长选择部件140。这样，按照本实施例的光源设备100被配置成以致用作黄色荧光体的激发光的第二蓝光在黄色荧光体133和波长选择部件140之间来回。这使得能够高效地利用激发光，并增大从黄色荧光体获得的黄光的光量。另外，作为黄色荧光体的激发光，使用从第二光源113输出的第二蓝光。于是，能够像本例一样，选择具有对蓝色的再现性高的波长λb1的第一蓝光，作为从第一光源111输出的光。
具有波长λb1的第一蓝光通过基材131、黄色荧光体和波长选择部件140，连同从黄色荧光体发出的并包含绿色波长区的光和红色波长区的光的光一起从光源设备100输出。这允许光源设备100输出蓝色的色再现性良好并且黄光的光量充足的光。
(3.2.变形例)
在上述图4的例子中，在荧光体133和波长选择部件140之间设有空间，不过，本公开不限于该例子。例如，可以使荧光体133与波长选择部件140接触。如图6中图解所示，准直透镜145可被设置在荧光体133和波长选择部件140之间。这种情况下，准直透镜145起把由波长选择部件140反射的第二蓝光聚集在荧光体133上的作用。这使得能够使充当荧光体133的激发光的第二蓝光可靠地入射在荧光体133上，从而使荧光体133高效发光。
此外，准直透镜145不仅可如图6中图解所示，被布置在荧光体133和波长选择部件140之间，而且可被布置在波长选择部件140的输出侧(即，与荧光体133相反的一侧)。另外，来自荧光体133侧的光入射到的准直透镜145的入射面可具有反射第二波长光的作用。例如，可向准直透镜145的入射面，施加反射第二波长光的波长选择膜。这种情况下，可以设置或者可以不设置波长选择部件140。
<4.结论>
上面说明了按照本发明的一个实施例的光源设备的构成。按照本实施例，为了用预定波长区的光激发荧光体，使荧光体发出不同波长区的光，从而产生和输出具有期望颜色的光，设置了在从光源设备输出的光之中，输出预定颜色的光的光源，和用于荧光体的激发光的光源。这使得能够选择与各个光源所需的特性对应的波长，并实现荧光体的激发效率和预定颜色的再现性两者。另外，把这些光源布置在一起也使得能够使光源设备小型化。
上面参考附图，说明了本公开的优选实施例，然而，本公开不限于上述例子。在附加的权利要求书的范围内，本领域的技术人员可得出各种变更和修改，应明白的是所述各种变更和修改自然在本公开的技术范围之内。
例如，在上述实施例中，利用作为透射式荧光轮的波长变换部件130，构成光源设备100，不过，本技术不限于该例子。例如，波长变换部件130可以是反射式荧光轮。
另外，作为上述实施例的例子，说明了其中蓝色波长区是第一波长区，包含绿色波长区的光和红色波长区的光的光的波长区是第二波长区，并且黄色荧光体是所述荧光体的情况，不过，本公开不限于该例子。按照利用光源设备实现的光的色调，决定从各个光源输出的光的波长区，以及荧光体的特性就足够了。
此外，记载在本说明书中的效果仅仅是说明性或例示的效果，而不是限制性的。即，连同上述效果一起或者代替上述效果，按照本公开的技术可以获得根据本说明书的记载，对本领域的技术人员来说明显的其它效果。
另外，也可如下构成本技术。
(1)一种光源设备，包括：
配置成输出具有包含在第一波长区中的第一波长的光的第一光源；
配置成输出具有包含在第一波长区中，并且比第一波长短的第二波长的光的第二光源；
配置成由具有第一波长的光和具有第二波长的光激发，以发出第二波长区的光的荧光体；和
面向荧光体设置的，并配置成反射从荧光体输出的光之中的具有第二波长的光的波长选择部件。
(2)按照(1)所述的光源设备，其中
第一波长区是蓝色波长区，第二波长区是包含绿色波长区的光和红色波长区的光的光的波长区，和
荧光体是由蓝色波长区的光激发，以发出包含绿色波长区的光和红色波长区的光的光的黄色荧光体。
(3)按照(1)或(2)所述的光源设备，其中
第一波长区的第一波长为465nm，第二波长为445nm。
(4)按照(1)-(3)任意之一所述的光源设备，其中
光源设备被设置成其中排列多个第一光源和多个第二光源的阵列光源。
(5)按照(1)-(4)任意之一所述的光源设备，其中
荧光体被设置在配置成可转动的基材之上，和
具有第一波长的光和具有第二波长的光经基材，入射在荧光体上。
(6)按照(5)所述的光源设备，其中
在荧光体和基材之间，设置反射膜，所述反射膜反射第二波长区的光。
(7)按照(5)或(6)所述的光源设备，其中
所述基材的用于具有第一波长的光和具有第二波长的光的入射面设置有防止光被反射的防反射膜。
(8)按照(1)-(7)任意之一所述的光源设备，其中
在荧光体和波长选择部件之间，设置有准直透镜。
(9)按照(8)所述的光源设备，其中
准直透镜的在荧光体侧的表面设置有反射具有第二波长的光的波长选择膜。
(10)一种投影显示设备，包括：
光源部分；
配置成调制和合成入射光的光调制合成系统；
配置成把从光源部分输出的光引导到光调制合成系统的照明光学系统；和
配置成投影从光调制合成系统输出的图像的投影光学系统，其中
所述光源部分包括
配置成输出具有包含在第一波长区中的第一波长的光的第一光源，
配置成输出具有包含在第一波长区中，并且比第一波长短的第二波长的光的第二光源，
配置成由具有第一波长的光和具有第二波长的光激发，以发出第二波长区的光的荧光体，和
面向荧光体设置的，并配置成反射从荧光体输出的光之中的具有第二波长的光的波长选择部件。
附图标记列表
1 投影显示设备
100 光源设备
110 光源
111 第一光源
113 第二光源
120,145 准直透镜
130 波长变换部件
131 基材
131a 反射膜
131b 防反射膜
132 驱动部分
132a 转动轴
133 荧光体
140 波长选择部件

Claims (10)

1.一种光源设备，包括：
第一光源，被配置成输出具有包含在第一波长区中的第一波长的光；
第二光源，被配置成输出具有包含在第一波长区中并且比第一波长短的第二波长的光；
荧光体，被配置成由具有第一波长的光和具有第二波长的光激发以发出第二波长区中的光；以及
波长选择部件，被设置成面向荧光体，并被配置成反射从荧光体输出的光之中的具有第二波长的光。
2.按照权利要求1所述的光源设备，其中
第一波长区是蓝色波长区，第二波长区是包含绿色波长区中的光和红色波长区中的光的光的波长区，以及
所述荧光体是由蓝色波长区中的光激发以发出包含绿色波长区中的光和红色波长区中的光的光的黄色荧光体。
3.按照权利要求1所述的光源设备，其中
第一波长区的第一波长为465nm，以及第二波长为445nm。
4.按照权利要求1所述的光源设备，其中
所述光源设备被设置成排列多个第一光源和多个第二光源的阵列光源。
5.按照权利要求1所述的光源设备，其中
所述荧光体被设置在被配置成可转动的基材上，以及
具有第一波长的光和具有第二波长的光经由所述基材入射在所述荧光体上。
6.按照权利要求5所述的光源设备，其中
在荧光体和基材之间设置有反射膜，所述反射膜反射第二波长区中的光。
7.按照权利要求5所述的光源设备，其中
所述基材的用于具有第一波长的光和具有第二波长的光的入射面设置有防止光被反射的防反射膜。
8.按照权利要求1所述的光源设备，其中
在荧光体和波长选择部件之间设置有准直透镜。
9.按照权利要求8所述的光源设备，其中
所述准直透镜的在荧光体侧的表面设置有反射具有第二波长的光的波长选择膜。
10.一种投影显示设备，包括：
光源部分；
光调制合成系统，被配置成调制和合成入射光；
照明光学系统，被配置成把从光源部分输出的光引导到光调制合成系统；以及
投影光学系统，被配置成投影从光调制合成系统输出的图像，其中
所述光源部分包括
第一光源，被配置成输出具有包含在第一波长区中的第一波长的光，
第二光源，被配置成输出具有包含在第一波长区中并且比第一波长短的第二波长的光，
荧光体，被配置成由具有第一波长的光和具有第二波长的光激发以发出第二波长区中的光，以及
波长选择部件，被设置成面向荧光体，并被配置成反射从荧光体输出的光之中的具有第二波长的光。
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