JP2000221597A - 二色リフレクタを用いた光源 - Google Patents

二色リフレクタを用いた光源

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Abstract

(57)【要約】 【課題】異なる放射輝度のＬＥＤを利用して白色光を供
給する光源を提供する。 【解決手段】二色ビームスプリッタは第一及び第２の個
体光源からの光を、第１の帯域の光を通過させる一方で
第２の帯域の光を反射することにより結合し、第一及び
第２の帯域に含まれるスペクトルを持つ光を生成する。
さらに、第３の個体光源及び第２の二色ビームスプリッ
タを利用し、３つの個体光源全てが光を放射している場
合に第２の二色ビームスプリッタを出る光が白色光とし
て認識されるように光源の放射帯域を選択する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源に関し、より
具体的にはプロジェクタ等に用いる固体光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】画像をスクリーンへと投射する為の装置
は従来より周知である。白熱灯やアーク灯に基づく装置
は投射型ディスプレイにしばしば用いられる。しかしな
がら、このような光源の寿命は限られており、また光源
の使用寿命にわたって貧弱な出力安定性しか備えていな
い。加えて、表示用途には不必要なＵＶ（紫外線）やＩ
Ｒ（赤外線）等のようなスペクトル成分を、他の部品や
見る人の目に損傷を与えないようにフィルタリングして
放射光から除去しなければならない。
【０００３】赤、緑及び青色光を発する発光ダイオード
（ＬＥＤ）又は半導体レーザー（ＳＥＬ）を組み合わせ
たものを基盤とした光源は、固体光源として用いること
が出来る。ＬＥＤ及びレーザーの発光は通常、スペクト
ル的に狭帯域光源である為にディスプレイ用に用いるカ
ラーフィルタを省略することが出来る。更に、半導体レ
ーザー及びＬＥＤの光出力は、一般的に時系列的カラー
表示に充分な速度で電気的に変調可能である。加えて、
殆どの固体レーザーは直線偏光した光を放射し、これが
更に光の生成効率を改善し、投射装置の光学系の単純化
に貢献している。
【０００４】残念なことに個々の固体光源は、多くの投
射型ディスプレイへと適用するには充分な輝度を提供し
ない。よって充分な出力を得る為にＬＥＤのアレイを利
用しなければならない。しかしながら、ＬＥＤアレイを
輝度の損失を生じずに正しいバランスで構成することは
困難である。フルカラーディスプレイあるいはフルカラ
ー表示を提供する為には、固体光源が少なくとも３つの
異なる色の発光装置を含んでいなければならない。カラ
ーディスプレイの輝度を最大化するには各色の発光装置
の面積が、発光装置それぞれの放射輝度に準じて調整さ
れていなければならない。全ての発光装置が同時に作動
した場合に、画像作製に用いられる光変調器へと照らさ
れる色は白色でなければならない。一般的に異なる色の
発光装置は、単位面積あたりの出力が異なる。よって最
高輝度を提供するには、アレイが個々に異なる発光装置
寸法を収容しなければならない。加えて、各色それぞれ
の光弁(light valve)における照度の均一性を最大化す
るには、個々の色の個体発光装置のパターンは異なる色
の発光装置と良好なミキシングを得られるものでなけれ
ばならない。これらの制約条件を単一の二次元光源アレ
イにおいて満たすことは困難である。
【０００５】この問題は現在のＬＥＤ技術の制約によっ
て更に複雑化する。現在、ＬＥＤは赤色及び青色スペク
トル領域において、緑色スペクトル領域よりも高い放射
輝度を有する。従って、緑色検出素子の放射輝度が劣る
せいでバランスの取れた出力を提供する為には大幅に異
なる発光装置面積とすることが必要になるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の広義の目的
は、投射型ディスプレイ等に用いる為の改善された固体
光源を提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、異なる放射輝度のＬ
ＥＤを利用して白色光を供給する光源を提供することで
ある。
【０００８】本発明の更なる目的は、従来型の二次元Ｌ
ＥＤアレイよりも高い放射輝度を有する光源を提供する
ことである。
【０００９】本発明のこれら及び更なる目的は、以下の
詳細説明及び添付図を参照することにより、当業者に明
らかとなるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は複数のスペクト
ル帯域における放射を有する光源である。本発明に基づ
く最も単純な光源は、第１及び第２の光源、そして二色
ビームスプリッタから構築される。第１及び第２の個体
光源は、波長が完全には重なり合うことがない第１及び
第２の帯域にある光を放射する。二色ビームスプリッタ
は第１及び第２の個体光源からの光を、第１の帯域の光
を通過させる一方で第２の帯域の光を反射することによ
り結合し、第１及び第２の帯域に含まれるスペクトルを
持つ光を生成する。個体光源は、出来ればＬＥＤ又はＶ
ＣＳＥＬ（垂直キャビティ面発行レーザ）のアレイより
成るものが好ましい。スペクトルの緑色領域において改
善された放射輝度を有する光源は、スペクトルの緑色領
域内の異なる帯域の光を放射する第１及び第２の個体光
源を利用して構成することが出来る。白色光源を構成す
るには、第３の個体光源及び第２の二色ビームスプリッ
タを利用し、３つの個体光源全てが光を放射している場
合に第２の二色ビームスプリッタを出る光が見る者の目
には白色光として認識されるように光源の放射帯域を選
択すれば可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】上述したように、ＬＥＤをベース
にした光源において主に問題となるのは、このような光
源に付随する低い輝度である。これはＬＥＤアレイを用
いることにより、部分的に解消される。フルカラーディ
スプレイを提供するには、個体光源は少なくとも３つの
異なる色の発光装置を含んでいなければならない。カラ
ーディスプレイの輝度を最大化するには、各色の発光装
置の占める相対面積を、それぞれの発光装置の放射輝度
に準じて調整しなければならない。全ての発光装置が同
時に作動した場合、結果として光変調器上に照らされる
色は白色でなければならない。各色の発光装置が光源面
積に占める部分は、以下の式により得ることが出来る。
【００１２】
【数１】
【００１３】ここでｃ１、ｃ２及びｃ３が３つのスペク
トル発光装置を表わし、Ｐc1、Ｐc2及びＰc3は、ディス
プレイスクリーン上に白色光を作る為に各発光色（ｃ
１、ｃ２及びｃ３）それぞれに必要な総光出力を表わ
す。Ｄc1、Ｄc2及びＤc3は、ディスプレイスクリーン上
に到達する個々の固体色発光装置の放射出力／面積であ
る。そしてＡci／Ａtotal（ｉ＝１．．３）は１色の発
光装置が合計光源面積に占める分数である。従って、モ
ザイクパターンを形成する発光領域は異なる個々の発光
面積に適合しなければならない。加えて各色の光弁にお
ける照度の均一性を最大化する為には、個々の色の固体
発光装置のパターンは異なる色の発光装置と良好にミキ
シングされなければならない。二次元ＬＥＤアレイを用
いた従来技術による光源でこの目標を満たすのは困難で
あった。
【００１４】本発明はこれらの問題を、二色ビームスプ
リッタを用いて複数のＬＥＤアレイの出力を結合するこ
とにより解消した。本発明に基づく光源（５０）を描い
た図１を参照する。ディスプレイに必要とされる異なる
色の発光装置を単一の光源領域モザイク上にミキシング
するかわりに、各々が１色の発光装置を含む幾つかの光
源領域に光源（５０）の発光装置が分散される。発光装
置アレイの例を５１〜５３に示す。各アレイの光出力は
ビームスプリッタを用いて結合される。ビームスプリッ
タの例を５４と５５に示す。ビームスプリッタ（５４）
は、ｃ１およびｃ２のスペクトル帯域の光をそれぞれ放
射するアレイ（５１、５２）の出力を結合する。ビーム
スプリッタ（５４）はアレイ（５２）の最高スペクトル
付近の光を反射し、その他の可視波長の全てを通過させ
るように選択される。ビームスプリッタ（５４）から放
射される光は個々の光源アレイ（５１、５２）よりも高
い放射輝度を持つことになる。このプロセスを更なる発
光装置とビームスプリッタを用いて繰り返すことが出
来、これにより異なる色の個体発光装置を単一のアレイ
に包含するモザイクパターンの放射輝度よりも大幅に高
い放射輝度とｃ１、ｃ２．．．ｃｎ周辺の色成分とが作
られるのである。
【００１５】上述したように、緑色ＬＥＤは通常、青色
ＬＥＤよりも低い光出力を持つ。従って、緑色ＬＥＤの
占める面積を大きく取らなければならない。上述したビ
ームスプリッタ配置によれば、緑色ＬＥＤが専有する面
積を大きくする方法が提供される。２つ以上の光源が、
わずかに異なる波長を持つ緑色ＬＥＤから構成された場
合、緑色発光装置の有効面積は増大する。
【００１６】本発明に基づく複合光源の放射輝度をどの
程度増大させることができるかは、二色ビームスプリッ
タの助けを借りて結合される異なる光源の放射スペクト
ルの幅による。各二色ビームスプリッタは、他の二色ビ
ームスプリッタにより作られた複合光線に更なる出力を
連鎖的に付加して行く。しかしながら、二色ビームスプ
リッタの各々は、波長の狭帯域の光を反射する。異なる
光源のスペクトル帯域が重なり合う場合、各ビームスプ
リッタにおいて複合光の一部が失われ、これによりその
狭帯域の光を複合光線中に含ませることが出来るように
なる。失われた部分が新たな光源からもたらされた部分
よりも小さい場合、光源の全体的な放射輝度は増大す
る。
【００１７】各光源が非常に狭い場合、その光源の最高
周波数付近の狭帯域においてのみ反射するビームスプリ
ッタは、それ以前に結合した光源からの光をあまり反射
することなく基本的に光源の出力全てを複合光出力に付
加することになる。よって、狭い放射スペクトルを持つ
光源が推奨される。上述したように、ＬＥＤは白熱灯の
ような他の光源よりも大幅に狭いスペクトルを提供す
る。加えて、半導体レーザー、両端発光装置及びＶＣＳ
ＥＬを基盤とした光源も利用可能である。
【００１８】この効果は、高効率蛍光物質あるいは染料
を使って青色ＬＥＤからの光を他の波長へと変換するこ
とにより、更に強化される。増大させた緑色光出力を提
供する本発明の実施例は、色変換を利用することにより
構成することが可能である。上述のように、現在のＬＥ
Ｄ技術は緑色光よりも赤色及び青色スペクトル領域にお
いてより高い放射輝度を持つ装置を提供するものであ
る。よって緑色領域の放射輝度は、青色光により励起
し、緑色光を放射する高効率蛍光物質あるいは染料を用
いることにより改善可能である。このような変換蛍光物
質を用いた本発明の実施例を図２に示す。図２は本発明
に基づく緑色光源（６０）の断面図である。複数の青色
ＬＥＤ（６１）が反射性のヒートシンク（６４）上に設
けられている。青色ＬＥＤは緑色蛍光物質層（６２）を
照明し、この層が青色光を緑色光に変換する。ストロン
チウムチオガレート(Strontiumthiogallate)（ＳｒＧａ
2Ｓ4：Ｅｕ2+）のような蛍光物質をこの目的に利用する
ことが出来る。また、レーザーの製作に利用されるクマ
リン５１５のような染料もまた利用可能である。
【００１９】上記の説明及び添付の図から、本発明の様
々な変更形態が当業者には明らかである。従って、本発
明は添付請求項の示す範囲によってのみ限定されるもの
である。
【００２０】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００２１】（実施態様１）第１の波長帯域の光を放射
する第１の個体光源（５１）と、前記第１の波長帯域と
は異なる第２の波長帯域の光を放射する第２の個体光源
（５２）と、そして前記第１及び第２の個体光源からの
光を合成する第１の二色ビームスプリッタ（５４）とを
含み、前記第１の二色ビームスプリッタ（５４）が前記
第１の波長帯域の光を通過させる一方で、前記第２の波
長帯域の光を反射し、前記第１の二色ビームスプリッタ
（５４）が前記第１及び第２の個体光源からの光を結合
して前記第１及び第２の帯域のスペクトル成分を持つ光
を発生することを特徴とする光源（５０）。
【００２２】（実施態様２）前記第１の個体光源（５
１）がＬＥＤアレイ（６１）を有することを特徴とする
実施態様１に記載の光源（５０）。
【００２３】（実施態様３）前記第１の個体光源（５
１）が半導体レーザーアレイを有することを特徴とする
実施態様１に記載の光源（５０）。
【００２４】（実施態様４）前記第１あるいは第２の個
体光源が緑色ＬＥＤアレイを有することを特徴とする実
施態様１に記載の光源（５０）。
【００２５】（実施態様５）前記第１の個体光源（６
０）が、青色個体光源（６１）と、青色光を緑色光へと
変換する化学物質（６２）とを有することを特徴とする
実施態様４に記載の光源（５０）。
【００２６】（実施態様６）第３の波長帯域の光を放射
する第３の個体光源（５３）と、そして第２の二色ビー
ムスプリッタ（５５）とを有し、前記第２の二色ビーム
スプリッタ（５５）が前記第３の帯域の光を反射する一
方で前記第１及び第２の帯域の光を通過させ、前記第２
の二色ビームスプリッタ（５５）が前記第３の光源から
の光と前記第１の二色ビームスプリッタ（５４）からの
光とを結合することを特徴とする実施態様１に記載の光
源（５０）。
【００２７】（実施態様７）前記個体光源の各々がＬＥ
Ｄアレイを有し、前記ＬＥＤアレイの相対面積が、３つ
の光源全てが作動状態にある場合には、第２の二色ビー
ムスプリッタ（５５）を出て行く光が白色となるように
選択されたことを特徴とする実施態様６に記載の光源
（５０）。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、本発明を用いると、投射
型ディスプレイ等に用いる為の改善された固体光源を提
供することができ、あるいは、異なる放射輝度のＬＥＤ
を利用して白色光を供給する光源を提供することでき、
あるいは、従来型の二次元ＬＥＤアレイよりも高い放射
輝度を有する光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく光源の断面図である。
【図２】青色ＬＥＤアレイから緑色光を発生する光源の
断面図である。
【符号の説明】
５０：光源 ５１：第１の個体光源 ５２：第２の個体光源 ５３：第３の個体光源 ５４：第１のビームスプリッタ ５５：第２のビームスプリッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 グレゴリー・エム・カトラー アメリカ合衆国カリフォルニア州クパティ ノ カータ・ブランカ・ストリート 22345 (72)発明者 ウィリアム・アール・トゥルトナ，ジュニ ア アメリカ合衆国カリフォルニア州アサトン ノース・ゲイト 86

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の波長帯域の光を放射する第１の個体
    光源と、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域
    の光を放射する第２の個体光源と、そして前記第１及び
    第２の個体光源からの光を合成する第１の二色ビームス
    プリッタとを含み、前記第１の二色ビームスプリッタが
    前記第１の波長帯域の光を通過させる一方で、前記第２
    の波長帯域の光を反射し、前記第１の二色ビームスプリ
    ッタが前記第１及び第２の個体光源からの光を結合して
    前記第１及び第２の帯域のスペクトル成分を持つ光を発
    生することを特徴とする光源。
JP2000005565A 1999-01-29 2000-01-14 二色リフレクタを用いた光源 Pending JP2000221597A (ja)

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