JP2000223745A - 固体緑色光源を用いたプロジェクタ光源 - Google Patents

固体緑色光源を用いたプロジェクタ光源

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Abstract

(57)【要約】 【課題】緑色領域の発光が改善された固体光源を提供
し、安定した白色光源となる光源を提供すること。 【解決手段】光源（６０）は、発光装置の二次元アレイ
からなる。発光装置の各々は、二次元アレイの第１の面
積を占めて光学スペクトルの緑色領域にある光を放射す
る第１の種類の発光装置（６５）と、二次元アレイの第
２の面積を占めて光学スペクトルの青色領域にある光を
放射する第２の種類の発光装置（６１）と、そして二次
元アレイの第３の面積を占めて光学スペクトルの赤色領
域にある光を放射する第３の種類の発光装置（６２）と
を有する。第１、第２及び第３の面積は、全ての発光素
子から同時に出力があった場合には白色光を発生するよ
うに選択される。第１、第２及び第３の面積のうちの少
なくとも１つは第１、第２及び第３の面積のうちの他の
一つと異なる大きさを有する。第１の種類の発光装置
（６５）は、第２の種類の発光装置（６１）と同じ発光
装置と、波長変換可能である蛍光物質（６３）から構成
され得る。

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為の光学スペクトル
の緑色領域にて発光する固体光源等に関する。
【０００２】
【従来の技術】画像をスクリーンへと投影する為の装置
は従来より周知である。白熱灯やアーク灯を使用した装
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出力が安定しない。加えて、表
示用途には不必要なＵＶやＩＲ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
（以下ＬＥＤ）又は半導体レーザ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
レーザは直線偏光した光を発光し、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のである。フルカラー表示を提供
する為には、固体光源はモザイク状の発光源パターンを
形成する少なくとも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。ディスプレイへの応用における色
独立性の光損失を想定し、各種類の発光装置が占めるＬ
ＥＤアレイの面積は、全ての発光装置が活性状態の時に
白色光を提供するように調整されなければならない。従
って、ＬＥＤアレイの放射輝度は、いずれかの色の発光
装置の最も低い放射輝度が優性となる。ＬＥＤアレイの
構成は、ディスプレイへの応用における色依存性の損失
を補償するように調整することが可能である。
【０００５】現在のＬＥＤ技術は、赤及び青のスペクト
ル領域における放射輝度が緑色光よりも高い装置を提供
するものである。更に高出力緑色ＬＥＤは、増大させた
駆動電流又は出力でより短い波長へとシフトする。ＬＥ
Ｄ出力が画像中にグレイスケールを供する為に変調され
た振幅の場合、この波長シフトが色のひずみを生じる。
【０００６】
【発明の解決すべき課題】本発明の広義の目的は、光学
スペクトルの緑色領域において発光する改善された固体
光源を提供することである。
【０００７】本発明の更に他の目的は、光源の出力が改
善された状態でスペクトル出力が変化することのない緑
色光源を提供することである。
【０００８】本発明のこれらの及び他の目的は、以下の
詳細説明及び添付図面を参照することにより、当業者に
明らかとなる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は発光装置の二次
元アレイから成る光源である。発光装置は第１、第２及
び第３の発光素子を含む。第１の種類の発光装置は二次
元アレイの第１の領域を占め、光学スペクトルの第１の
領域の光を放射する。第２の種類の発光装置は二次元ア
レイの第２の領域を占め、光学スペクトルの第２の領域
の光を放射する。そして第３の種類の発光装置は二次元
アレイの第３の領域を占め、光学スペクトルの第３の領
域の光を放射する。各種類の発光装置の占める相対面積
は、全ての発光装置が同時に作動した場合に白色光が得
られるように調整される。第１、第２及び第３の種類の
発光装置の少なくともいずれか一つが、第１、第２及び
第３の発光装置のうちの他のものよりも大きい面積を占
める。本発明の実施例においては、第１の種類の発光装
置が、光学スペクトルの緑色領域の波長よりも小さい波
長の光を放射する発光素子と、放射された光を吸収し、
光学スペクトルの緑色領域にある光を放射する色変換配
合材料とを含んでいる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明に基づく投射型装置の断面
図を示す図１を参照しながら詳細に説明する。投射型装
置（１０）は固体光源（１２）を利用して液晶光変調器
（１４）を照明する。光源から効率的に集光し、光変調
器を照明する為に光学系（１３）が利用される。光変調
器は光学系（１５）によりスクリーン上へと結像され
る。カラー画像は、人の目が別々の画像を認識し得ない
充分短い時間枠中に赤、青及び緑の画像を連続的に切替
表示することにより作られる。駆動回路（１７）は成分
ビデオ信号を復号化する。
【００１１】上述したように、個々のＬＥＤ又はレーザ
ダイオードの光出力は必要な照度を得る為には不十分で
ある。従って、光源（１２）はＬＥＤ又はレーザダイオ
ードのアレイから構成されることになる。説明の便宜
上、ＬＥＤに基づいた実施形態として説明するが、本発
明の概念から離れること無くレーザダイオード・アレイ
を使った同様の実施形態が可能であることは言うまでも
ない。光源の光出力はより大型のＬＥＤアレイを用いる
ことにより増大させることが出来るが、光源の物理的寸
法には限界がある。
【００１２】採用し得る光源の立体角及び面積は、投射
型ディスプレイの光学系のｅｔｅｎｄｕにより決定す
る。光学素子のｅｔｅｎｄｕとは、その開口と、この素
子を通して中継される光の立体角とを乗算したものであ
る。系のｅｔｅｎｄｕとは、その中の個々の光学素子の
最小ｅｔｅｎｄｕである。光学表示装置のｅｔｅｎｄｕ
及びコリメーター光学系の集光角度が与えられると、最
大の有効光源面積が決定する。光源の最大放射輝度を提
供する為に、この面積内に配し得る限りの数の最大放射
輝度を持つ固体発光装置を設けなければならない。
【００１３】フルカラーディスプレイを提供する為に
は、固体光源は少なくとも３つの異なる色の発光装置を
備えて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従っ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、その結
果ディスプレイスクリーン上に照らされる色は白色でな
ければならない。各色の発光装置の占める光源面積部分
は以下の式により与えられる。
【００１４】
【数１】
【００１５】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＝１，２，３）は１色の
発光装置が合計光源面積に占める割合である。従って、
モザイクパターンは異なる個々の発光装置寸法を収容し
なければならない。加えて各色の光バルブにおける照度
の均一性を最大化する為に、互いに相違する色の固体発
光装置のパターンによって、異なる色の発光装置同士が
良好に混合（ミキシング）されなければならない。上述
したように、一般的に緑色ＬＥＤは青色ＬＥＤよりも低
い放射輝度を持つ。よって他の色の面積を削って緑色Ｌ
ＥＤの占める面積を大きくしなければならない。
【００１６】本発明は、色変換を利用することにより、
増大させた緑色光出力を提供するものである。上述した
ように、現在のＬＥＤ技術は赤色及び青色スペクトル領
域における放射輝度が、緑色光よりも高い装置を提供し
ている。緑色領域における放射輝度は、青色光により励
起して緑色光を放射する高効率蛍光物質、即ち染料を利
用することにより改善することが出来る。図２にそのよ
うな変換蛍光物質を用いた本発明の一実施例を示す。図
２は本発明に基づく光源（６０）の断面図である。発光
装置アレイは青色発光装置（６１）及び赤色発光装置
（６２）から構築されている。青色発光装置のうち適正
数が、青色光を緑色光に変換する緑色蛍光層（６３）で
覆われており、これが緑色光源（６５）を形成してい
る。発光装置はヒートシンク（６４）上に設けられるこ
とが望ましい。発光装置の相対面積はこのようにして調
節される。
【００１７】前述したように、レーザレイもまた従来か
ら周知である。投射型ディスプレイを照明するに適正な
出力を持つ廉価な半導体レーザ（端発光型装置又はＶＣ
ＳＥＬ）は未だ提供されていない。しかしながら、それ
らのビーム特性及びその光が一般的に直線偏光するとい
う事実から、ディスプレイ用の光源として注目を集める
ことになるだろう。
【００１８】高い放射輝度の緑色光源を提供することに
加え、青色光源が変換されることにより出力を増大され
れば、緑色ＬＥＤに観測されるスペクトルシフトの問題
が解消される。上述した通り、現時点においては高出力
緑色ＧａＮ ＬＥＤは駆動電流又は出力電力を増大する
とより短い波長へとシフトする。ＬＥＤ出力がグレイス
ケールを提供する為に変調された振幅の場合、波長シフ
トは画像中の色の歪みの原因となる。青色光を染料、即
ち蛍光物質で変換することにより緑色光が作製されれ
ば、変換された光源の緑色スペクトル出力は、その光出
力が変化してもシフトはしない。この用途に、ストロン
チウムチオガレート（ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ 2+）のような
蛍光物質を用いても良い。また、レーザの製造に用いら
れるクマリン５１５のような色素染料を利用しても良
い。
【００１９】上記の説明及び添付図面から、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
明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものであ
る。
【００２０】本発明の好適実施形態となる光源を、上述
の実施形態に沿って説明すると、本発明は、発光装置の
二次元アレイからなる光源（１２、６０）であって、前
記発光装置は、前記二次元アレイの第１の面積を占めて
光学スペクトルの第１の領域にある光を放射する第１の
種類の発光装置（６５）と、前記二次元アレイの第２の
面積を占めて光学スペクトルの第２の領域にある光を放
射する第２の種類の発光装置（６１）と、そして前記二
次元アレイの第３の面積を占めて光学スペクトルの第３
の領域にある光を放射する第３の種類の発光装置（６
２）とを有し、また、前記第１、第２及び第３の面積
は、全ての発光素子から同時に出力があった場合には白
色光を発生するように選択されており、前記第１、第２
及び第３の面積のうちの少なくとも１つは前記第１、第
２及び第３の面積のうちの他の一つと異なる大きさを有
することを特徴とする。
【００２１】好ましくは、前記第１の種類の発光装置
（６５）は、光学スペクトルの緑色領域の波長よりも短
い波長の光を発光する発光装置（６１）と、発光した光
を吸収して光学スペクトルの前記緑色領域にある光を放
射する為の色変換配合材料（６３）とを含む。
【００２２】好ましくは、前記発光装置の１つはＬＥＤ
とされる。
【００２３】好ましくは、前記発光装置の１つはレーザ
とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく投射システムの断面図である。
【図２】本発明に基づく光源の断面図である。
【符号の説明】
１２、６０ 光源 ６１ 発光装置 ６２ 第２、第３の種類の発光装置 ６３ 色変換配合材料 ６５ 第１の種類の発光装置
───────────────────────────────────────────────────── 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 ゲルド・ミュラー アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼ スウェイガート・ロード 3491 (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 (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発光装置の二次元アレイからなる光源であ
    って、前記発光装置は、前記二次元アレイの第１の面積
    を占めて光学スペクトルの第１の領域にある光を放射す
    る第１の種類の発光装置と、前記二次元アレイの第２の
    面積を占めて光学スペクトルの第２の領域にある光を放
    射する第２の種類の発光装置と、そして前記二次元アレ
    イの第３の面積を占めて光学スペクトルの第３の領域に
    ある光を放射する第３の種類の発光装置とを有し、ま
    た、前記第１、第２及び第３の面積は、全ての発光素子
    から同時に出力があった場合には白色光を発生するよう
    に選択されており、前記第１、第２及び第３の面積のう
    ちの少なくとも１つは前記第１、第２及び第３の面積の
    うちの他の一つと異なる大きさを有することを特徴とす
    る光源。
  2. 【請求項２】前記第１の種類の発光装置は、光学スペク
    トルの緑色領域の波長よりも短い波長の光を発光する発
    光装置と、発光した光を吸収して光学スペクトルの前記
    緑色領域にある光を放射する為の色変換配合材料とを含
    むことを特徴とする請求項１に記載の光源。
  3. 【請求項３】前記発光装置の１つはＬＥＤであることを
    特徴とする請求項１に記載の光源。
  4. 【請求項４】前記発光装置の１つはレーザであることを
    特徴とする請求項１に記載の光源。
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