JP2004341105A - 投写型表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】投写型表示装置でカラー表示をするためには、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの色光を発光する面状光源と、それぞれに対応した空間光変調器が必要となることから部品点数が増加し、装置全体の小型、軽量化及び低価格化が図れない。
【解決手段】光源に紫外光を発光する発光ダイオードを使用し、カラーホイールの光源側の表面に紫外光を透過し可視光を反射する特性を有する可視光反射膜を形成し、カラーホイールの裏面側に紫外光照射によりＲ、Ｇ、Ｂに対応した可視光をそれぞれ発光する蛍光体層を形成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調器を用いてカラー表示を行う投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、空間光変調器を用いてカラー表示を行う投写型表示装置が知られている。投写型表示装置の光源として白色光を発生する放電ランプを用いると、高電圧電源が必要であり、その取り扱いが容易でないこと、また、寿命が短く、耐衝撃性が低い等の問題が生じる。
【０００３】
そのため、従来の投写型表示装置では、発光ダイオードやレーザーダイオードなどの固体光源を投写型表示装置の光源として用いている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
これは、図８に示すように、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を発光する発光ダイオードをアレイ状に配列した面状光源８０１、８０２、８０３を光源として用い、これらの面状光源部から射出した色光Ｒ、Ｇ、Ｂをそれぞれ対応する空間光変調器８０４、８０５、８０６で変調した後、ダイクロイックプリズム８０７により合成し、投写レンズ８０８を介してスクリーン８０９にカラー画像を拡大投写する構成となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２６８１４０号公報（〔００１６〕、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術による投写型表示装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの色光を発光する面状光源を用意しなければならず、さらに空間光変調器もそれぞれに対応して３個必要となることから、低価格化を図ることができないという問題があった。
【０００７】
また、Ｒ、Ｇ、Ｂの色光をそれぞれ変調した後に、それぞれの画像をクロスダイクロイックプリズムで合成することとしているため、装置全体の小型、軽量化が図れないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような技術的背景のもとでなされたものである。したがって、本発明の目的は、低価格化及び装置全体の小型、軽量化を図ることができる投写型表示装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、光源と、カラーホイールと、空間光変調器と、投写レンズとを少なくとも備え、光源は紫外光を発光する固体光源からなり、カラーホイールは紫外光を可視光に変換する波長変換層を少なくとも有することを特徴とする。
【００１０】
特に本発明のカラーホイールは、波長変換層と、透明基板と、紫外光を透過し可視光を反射させる特性を有する可視光反射膜を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のカラーホイールは、透明基板の光源側の表面に可視光反射膜を備え、透明基板の光源と反対側の表面に波長変換層を備えたことをも特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明のカラーホイールは、透明基板の光源と反対側の表面に可視光反射膜を備え、その上に積層して波長変換層を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の波長変換層は、紫外光を照射すると赤色または緑色または青色の蛍光を発光するそれぞれの蛍光体層からなることを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、本発明のカラーホイールは、赤色または緑色または青色の蛍光を発光するそれぞれの蛍光体層からなる波長変換層と、蛍光体層のそれぞれの色の発光を反射する特性を有する可視光反射膜を備え、各色に対応した波長変換層と可視光反射膜が透明基板上にそれぞれ対向して形成されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る投写型表示装置を示す平面図である。
【００１７】
光源には、例えば、ＩｎＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約３８０ｎｍの近紫外光を発光する発光ダイオード１０１を用いることができる。なお、発光ダイオードに限らず紫外光を放出する光源であれば良く、半導体レーザー等を用いることもできる。
【００１８】
光源の発光ダイオード１０１からの紫外光は、まずカラーホイール１０２に入射する。
【００１９】
カラーホイール１０２の射出側には紫外光を可視光に変換する波長変換層として蛍光体層が形成されている。紫外光はこの蛍光体層により、カラー表示に必要な赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）からなるそれぞれの可視光に波長変換される。
【００２０】
その後、リレーレンズ１０３、反射ミラー１０４を経てプリズム１０５を介して空間光変調器１０６で光変調され、投写レンズ１０７によりスクリーン上に拡大投射される。
【００２１】
ここで空間光変調器としては、例えば、マイクロミラーを敷きつめたディジタル・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）や液晶表示素子等を用いることができる。
【００２２】
次にカラーホイール１０２について説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態に係るカラ−ホイールを示す断面図である。
【００２４】
カラーホイールは、モーター２０４により回転可能な透明基板２０１と、透明基板２０１の入射側に形成された紫外光を透過し可視光を反射する特性を有する可視光反射膜２０２と、射出側に塗布形成された蛍光体層２０３とから構成される。
【００２５】
ここで、紫外光により励起された光は等方性の放射光となる。すなわち、蛍光体層２０３からの光は入射側にも放射され、一般的には、入射側に放射された光は空間光変調器１０６の照明には利用できない。
【００２６】
しかし、本発明の実施の形態によれば、紫外光を透過して可視光を反射させる可視光反射膜２０２を設けたことにより、入射側に放射された光を効果的に射出側に反射させることができる。したがって、空間光変調器１０６の照明に寄与する放射光を増大させることができ、輝度の向上が図れる。
【００２７】
カラーホイール１０２を構成する透明基板２０１は、光源として用いる発光ダイオードからの紫外光に対して透明な光学特性を有する材料からなり、例えば、フューズドシリカや石英硝子等を用いることができる。
【００２８】
また、紫外光を透過して可視光を反射させる可視光反射膜２０２としては紫外線反射特性を持たせたコールドミラーや、誘電体多層膜からなるバンドパスフィルターを使用することができる。
【００２９】
波長変換層として用いる蛍光体層２０３には、波長が約３８０ｎｍないし約４００ｎｍの紫外光により励起されるものとして、例えば、赤色用にはＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、青色用には（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃ１２：Ｅｕ及び（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、緑色用にはＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌや（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ等を用いることができる。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態に係るカラーホイールを用いたカラー表示について説明する。
【００３１】
図３は、本発明の実施の形態に係るカラ−ホイールを示す平面図である。
【００３２】
カラーホイールは図３に示すように、例えば円盤を３つの領域に分割し、入射側（図３（ａ））には領域４０１、４０２、４０３のそれぞれに紫外光を透過し可視光を反射する可視光反射膜が形成されている。図４にこの可視光反射膜の反射特性の一例を示す。
【００３３】
そして、領域４０１、４０２、４０３の裏面の射出側（図３（ｂ））の領域４０４、４０５、４０６には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々の色に波長変換するように、領域４０４には赤用蛍光体層、領域４０５には緑用蛍光体層、領域４０６には青用蛍光体層がそれぞれ塗布形成されている。
【００３４】
カラーホイールが回転することにより、光源からの紫外光は順次、領域４０１→４０２→４０３を照射し、Ｒ→Ｇ→Ｂの繰り返しの色光を放射する。
【００３５】
これらの色光と空間光変調器とをパルス幅変調（ＰＷＭ）により駆動することによりカラー表示が可能となる。
【００３６】
なお、領域４０１、４０２、４０３に形成する可視光反射膜としては、図４に示した特性を有する反射膜に限らず、例えば、図５に反射特性を示すように、領域４０４には赤色を反射する反射膜（図５（ａ））、領域４０５には緑色を反射する反射膜（図５（ｂ））、領域４０６には青色を反射する反射膜（図５（ｃ））といったように、バンドバス特性を有する反射膜を用いた場合であっても本発明を実施することができる。
【００３７】
また、本発明の実施の形態では、円盤状の透明基板を用いることとしたが、これに限らず、６角形、８角形など多角形状の透明基板を用いる場合であっても本発明を実施することができる。
【００３８】
以上説明したように、本発明によれば、紫外光を発する光源からの光をカラーホイールを用いて時分割によりＲ、Ｇ、Ｂからなるカラー照明光に変換することができる。したがって、必要な光源及び空間光変調器はそれぞれ１個だけとなり、小型・軽量な単板型の投写型表示装置を構成することができる。
【００３９】
本発明の実施の形態においては、カラーホイール１０２の構成は図２に示すように、紫外光の入射側から、紫外光を透過して可視光を反射させる可視光反射膜２０２、透明基板２０１、そして蛍光体層２０３という構成としたが、これに限らず、図６に示す透明基板３０１がモーター３０４により回転するカラーホイールにおいて、光源からの入射光に対して透明基板３０１の裏面側に、紫外線を透過し可視光を反射させる特性を有する可視光反射膜３０２を形成し、その上に蛍光体層３０３を形成した場合にも本発明を適用することができる。
【００４０】
このとき、光源からの紫外光は透明基板３０１と可視光反射膜３０２を透過後、塗布された蛍光体層３０３に応じて波長変換され、ＲまたはＧまたはＢの色光をそれぞれ射出する。
【００４１】
この場合にも、蛍光体層３０３で波長変換された光のうち、光源側に発する光は可視光反射膜３０２で反射されて出射側に向かうので、空間光変調器の照明に寄与するため輝度が向上する。
【００４２】
また、本発明の実施の形態では、光源は発光ダイオード１０１の１個からなり、カラーホイール１０２から射出した可視光はリレーレンズ１０３を介して空間光変調器１０６に照射させることとしたが、これに限らず、図７に示すように、例えば、３個の発光ダイオード７０１、７０２、７０３を使用し、補助光学素子７０５としてロッドインテグレータを用いた場合にも本発明を適用することができる。ここで、発光ダイオード７０１、７０２、７０３には、蛍光体層を励起することが可能な紫外領域に発光波長を有する同一種類の発光ダイオードを用いることができる。
【００４３】
この場合には、光源の数の増加に応じてカラーホイールに入射する光が増加するので、高輝度化を図ることができる。このとき、発光ダイオードからのそれぞれの入射光をカラーホイール７０４の入射面に集中させたほうが、その後の光学系における光の損失が低減できるため、発光ダイオード７０１と発光ダイオード７０２と発光ダイオード７０３の各々の光軸が交わる点近傍にカラーホイールの入射面を設定した。
【００４４】
ロッドインテグレータを通った光は、リレーレンズ７０６、反射ミラー７０７を経てプリズム７０８を介して空間光変調器７０９で光変調され、投写レンズ７１０によりスクリーン上に拡大投射される。
【００４５】
このとき、ロッドインテグレータを用いることにより、蛍光体層により変換された可視光をより均一化して空間光変調器７０９の照明に利用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、紫外光を発する単一の固体光源を用いて、蛍光体層が形成されたカラーホイールによりカラー生成を行うことができるので、小型の投写型表示装置を構成することができる。
【００４７】
また、紫外線を透過し可視光を反射させる可視光反射膜が形成されていることにより、蛍光体で波長変換された可視光を有効に反射させて照明光に利用することができるので、光利用効率の向上を図ることができる。
【００４８】
また、複数の同一固体光源を用いることができるので、容易に高輝度化が図れる。さらに、波長変換された光は可視光であり赤外光成分を含まないので、空間光変調器や他の光学部品における熱的ダメージの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る投写型表示装置を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るカラ−ホイールを示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るカラ−ホイールを示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る可視光反射膜の反射特性を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る別の可視光反射膜の反射特性を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る別のカラ−ホイールを示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る別の投写型表示装置を示す平面図である。
【図８】従来の技術に係る投写型表示装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１０１、７０１、７０２、７０３ 発光ダイオード
１０２、７０４ カラーホイール
１０３、７０６ リレーレンズ
１０４、７０７ 反射ミラー
１０５、７０８ プリズム
１０６、７０９ 空間光変調器
１０７、７１０ 投写レンズ
２０１、３０１ 透明基板
２０２、３０２ 可視光反射膜
２０３、３０３ 蛍光体層
２０４、３０４ モーター
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６ 領域
７０５ 補助光学素子
８０１、８０２、８０３ 面状光源
８０４、８０５、８０６ 空間光変調器
８０７ ダイクロイックプリズム
８０８ 投写レンズ
８０９ スクリーン

Claims (6)

  1. 光源と、カラーホイールと、空間光変調器と、投写レンズとを少なくとも備え、前記光源は紫外光を発光する固体光源からなり、前記カラーホイールは前記紫外光を可視光に変換する波長変換層を少なくとも有することを特徴とする投写型表示装置。
  2. 前記カラーホイールは、前記波長変換層と、透明基板と、紫外光を透過し可視光を反射させる特性を有する可視光反射膜を有することを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
  3. 前記カラーホイールは、前記透明基板の前記光源側の表面に前記可視光反射膜を備え、前記透明基板の前記光源と反対側の表面に前記波長変換層を備えたことを特徴とする請求項２に記載の投写型表示装置。
  4. 前記カラーホイールは、前記透明基板の前記光源と反対側の表面に前記可視光反射膜を備え、その上に積層して前記波長変換層を備えたことを特徴とする請求項２に記載の投写型表示装置。
  5. 前記波長変換層は、紫外光を照射すると赤色または緑色または青色の蛍光を発光するそれぞれの蛍光体層からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
  6. 前記カラーホイールは、赤色または緑色または青色の蛍光を発光するそれぞれの蛍光体層からなる前記波長変換層と、前記蛍光体層のそれぞれの色の発光を反射する特性を有する前記可視光反射膜を備え、各色に対応した前記波長変換層と前記可視光反射膜が前記透明基板上にそれぞれ対向して形成されていることを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
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