JP2005093701A - 光源装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 光の取り出し効率が高く、また放熱効率に優れた光源装置を提供する。
【解決手段】 固体光源（発光ダイオード）１０と、固体光源１０を支持するサファイヤ基板２０と、固体光源１０から放射状に照射された光を後方に反射する反射鏡（リフレクタ）３０とを備えた光源装置１であって、前記固体光源１０が、反射鏡３０の反射面から離間して配置されている。また、反射鏡３０の内側には、サファイヤ基板２０と同等の屈折率を有する液状体４０が充填されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクタに関するものである。

光源装置から照射された光を液晶ライトバルブ等の光変調手段に入射させ、光変調手段から出射された画像光を投射レンズ等によりスクリーンに拡大投射させるプロジェクタが広く知られている。
プロジェクタの光源装置として、古くはハロゲンランプが用いられていたが、近年ではメタルハライドランプやキセノンランプ、超高圧水銀ランプ（ＵＨＰ）等の放電型ランプが多く用いられている。この放電型ランプは高輝度高効率であるが、高圧の電源回路を必要とする。この電源回路は大型で重く、プロジェクタの小型化・軽量化の妨げとなっていた。また放電型ランプは、ハロゲンランプより長寿命とはいえ依然として寿命が短く（２０００〜５０００ｈ）、また高速の点灯・消灯、出射光量の調整（変調）等がほぼ不可能であり、特に立ち上げには数分という長い時間を必要としていた。

そこで最近では、新しい光源装置として、半導体を用いた固体光源が注目されている。中でも発光ダイオード（ＬＥＤ）の改良はめざましく、表示用の低出力の製品だけでなく、照明用途に耐え得る高出力の製品が開発されつつある。ＬＥＤの特徴として、小型・軽量、長寿命である点が挙げられ、また駆動電流の制御によって高速（ｍｓオーダー）の点灯・消灯、変調を容易に行い得る点が挙げられる。このため、特に携帯用の小型プロジェクタの光源装置として、ＬＥＤに対する期待が高まっている。
特開２００２−９４１２９号公報 特開２００２−１３４７９４号公報

しかしながら、ＬＥＤを光源装置とするプロジェクタにおいて、現状では画像光の十分な輝度を得るのは困難である。なぜなら、ＬＥＤは効率の点でＵＨＰの１／２〜１／３程度であり、定格いっぱいの電流を注入しても得られる光量が小さいからである。なお、ＬＥＤはめざましい技術革新によって年々着実に向上しつつあり、数年後には現在のＵＨＰ並みのレベルに達する可能性もあるが、少なくとも近い将来に製品化されるＬＥＤ光源プロジェクタにおいては、状況は変わらないであろう。なお、光量を稼ぐためにＬＥＤをアレイ化する方法があるが、これは発光点が大きくなることによる（いわゆるEtendueの増大による）光学系としての照明効率の低下を招くので、あまり効果は得られない。

そのため、ＬＥＤを光源として明るいプロジェクタを構成するためには、ＬＥＤからの光取り出し効率を向上させることが課題となる。特許文献１および特許文献２には、ＬＥＤチップの法線に対して大きな角度で出射された光を積極的に取り出す構成が開示されている。しかしながら、チップの裏面から出射された光は、チップマウント部で反射してチップに再入射し、その一部がチップ内部で吸収されることになる。したがって、チップの裏面から出射された光を外部に対して十分に取り出すことができないという問題がある。なお、チップマウント部はチップの電気的接続や放熱等を考慮した構成とする必要があり、チップ裏面からの光を外部に取り出すのは益々困難である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、光の取り出し効率が高く、また放熱効率に優れた光源装置の提供を目的とする。
また、明るく表示品質に優れたプロジェクタの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光源装置は、固体光源と、前記固体光源を支持する透光性基板と、前記固体光源から放射状に出射される光を後方に反射する反射鏡とを備えた光源装置であって、前記固体光源は、前記反射鏡の反射面から離間して配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、固体光源から基板側に出射される光のうち、反射鏡で反射され固体光源に再入射する光の割合を低減することができる。したがって、固体光源の内部における光の吸収損失を低下させることが可能になり、光源装置からの光の取り出し効率を向上させることができる。

また前記基板は、サファイヤによって構成されていることが望ましい。
サファイヤは屈折率が高いので、固体光源との屈折率差が小さくなり、両者の界面における光の全反射率が低下する。これにより、固体光源から基板側に出射される光のうち、固体光源に再入射する光の割合を低減することができる。したがって、固体光源の内部における光の吸収損失を低下させることが可能になり、光源装置からの光の取り出し効率を向上させることができる。また、サファイヤは熱伝導率が高いので、固体光源の放熱効率を向上させることができる。

また前記基板の表面に、光の散乱加工が施されていることが望ましい。
この構成によれば、基板の内部に閉じ込められた光を外部に取り出すことが可能になる。したがって、光の取り出し効率を向上させることができる。

また前記基板の端面は、前記光源装置の光の出射方向に向かって広がる傾斜面とされていることが望ましい。
この構成によれば、基板の内部に閉じ込められて端部に到達した光を、光源装置の後方に反射させて外部に取り出すことができる。したがって、光の取り出し効率を向上させることができる。

また前記反射鏡の内側には、前記基板と同等の屈折率を有する物質が充填されていることが望ましい。
この構成によれば、基板とその周辺部との屈折率差が小さくなり、両者の界面における光の全反射率が低下する。これにより、基板の内部に閉じ込められる光を減少させることが可能になり、光源装置からの光の取り出し効率を向上させることができる。また、固体光源とその周辺部との屈折率差も小さくなり、固体光源からの光の取り出し効率を向上させることができる。

また前記物質は、液状体であることが望ましい。
この構成によれば、熱伝導率の高い液状体が反射鏡の内側を対流するので、固体光源の放熱効率を向上させることができる。

また前記液状体の屈折率は、１．５０以上であって、１．７７以下であることが望ましい。
この構成によれば、液状体、液状体の封止部材（屈折率１．５０）、およびサファイヤ基板（屈折率１．７７）相互の屈折率差が小さくなり、それぞれの界面における光の全反射率が低下する。これにより、基板の内部に閉じ込められる光を減少させることが可能になり、光源装置からの光の取り出し効率を向上させることができる。

また前記反射鏡の底部には、前記固体光源の裏側からの出射光を散乱させる散乱部が設けられていることが望ましい。
また前記反射鏡の底部には、前記固体光源の裏側からの出射光を前記固体光源以外の方向に反射させる反射部が設けられていることが望ましい。
これらの構成によれば、固体光源から基板側に出射される光のうち、反射鏡の底面で反射され固体光源に再入射する光の割合を低減することができる。したがって、固体光源の内部における光の吸収損失を低下させることが可能になり、光源装置からの光の取り出し効率を向上させることができる。

一方、本発明のプロジェクタは、上述した光源装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、光の取り出し効率が高い光源装置を備えているので、明るく表示品質に優れたプロジェクタを提供することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

［光源装置］
図１は、本発明の光源装置の全体構成を示す側面断面図である。本発明の光源装置１は、固体光源１０と、固体光源１０を支持する透光性基板２０と、固体光源１０から放射状に照射された光を後方（光源装置１による光の照射方向）に反射する反射鏡３０とを備えた光源装置であって、前記固体光源１０が、反射鏡３０の反射面から離間して配置されている。また、反射鏡３０の内側には、基板２０と同等の屈折率を有する物質が充填されている。そして、赤色光、緑色光および青色光を発光する固体光源を備えた本実施形態の光源装置を用いて、図６に示すプロジェクタが構成されている。

（固体光源）
本実施形態の光源装置では、固体光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）１０が採用されている。ＬＥＤ１０は、ｐｎ接合部に電流が流れると発光するダイオードである。
図２は固体光源の実装部分の拡大図であり、図２（ａ）は赤色光の発光ダイオードの側面断面図であり、図２（ｂ）は青色光および緑色光の発光ダイオードの側面断面図である。

赤色光の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体結晶を成長させることによって形成する。なお、ＧａＡｓ基板は可視光を吸収するため、ＬＥＤの光取り出し効率の向上に限界がある。そこで、半導体結晶を成長させた後にＧａＡｓ基板を取り除き、発光波長に対して透明なガリウムリン（ＧａＰ）基板を高温高圧化で貼り付けることが望ましい。
なお、同じ半導体材料を接合したホモ接合型のＬＥＤでは、発光部に注入されたキャリアに対する障壁がないため、キャリアが半導体中の拡散距離にまで広がってしまう。これに対して、異なる半導体材料を接合したヘテロ接合型のＬＥＤでは、キャリアに対する障壁を構造中に作りこむため、発光部に注入されるキャリアの密度を大幅に増大させることができる。特に、クラッド層の間に発光層を挟み込んだダブルヘテロ接合型のＬＥＤでは、発光層の幅が狭いほどキャリア密度を高めることが可能になり、内部量子効率を向上させることができる。一方、ホモ接合型のＬＥＤでは、外界に接する材料と発光部の材料とが同じであるため、発光が自分自身の材料で吸収されてしまう。これに対して、ダブルヘテロ接合型のＬＥＤでは、バンドギャップの広い材料からなるクラッド層の間にバンドギャップの狭い材料からなる発光層が挟み込まれているので、自己吸収が減少して光取り出し効率を向上させることができる。したがって、発光効率に優れたダブルヘテロ接合型のＬＥＤを採用することが望ましい。

以上により、図２（ａ）に示す赤色光のＬＥＤ１１０は、ｎ−ＧａＰからなるクラッド層１１２と、ｐ−ＧａＰのクラッド層１１６との間に、ＡｌＧａＩｎＰの発光層を挟み込んだダブルヘテロ構造が採用されている。なお、ＬＥＤ１１０のチップは逆台形状に加工されている。これにより、ＬＥＤチップ内での全反射を抑制して、光取り出し効率を向上させることができる。また、各層の積層方向の両端面には、ｐ型電極１２４およびｎ型電極１２８が接合されている。図２（ａ）に示す赤色ＬＥＤ１１０では、紙面の上方に光が出射されるため、ｎ型電極１２８はＩＴＯ等の透明導電性材料によって構成され、ｐ型電極１２４は高反射率の金属材料等によって構成されている。なお、ｎ型電極１２８を格子状電極として金属材料等により構成することも可能である。そしてｐ型電極１２４は、基板２０上の電極パッド１２２に対して、フリップチップボンディング（ＦＣＢ）等により実装されている。またｎ型電極１２８は、基板２０上の電極パッド１２６に対して、ワイヤボンディング等により実装されている。

一方、図２（ｂ）に示すように、青色光および緑色光を発光するＬＥＤ２１０は、サファイヤ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の基板２１１の表面に、ＧａＩｎＮ系の化合物半導体結晶を成長させることによって形成する。なお、青色光および緑色光のＬＥＤ２１０にもダブルヘテロ構造が採用され、ｎ−ＧａＮからなるクラッド層２１２と、ｐ−ＧａＮからなるクラッド層２１６との間に、ＩｎＧａＮからなる発光層が挟み込まれている。ところで、サファイヤ基板２１１は電気絶縁性材料であるため、ｎ型電極をサファイヤ基板２１１の表面に形成することができない。そこで、ｐｎ双方の電極を結晶成長面に形成する。具体的には、ｐ型クラッド層２１６および発光層２１４の一部をエッチングにより切り欠いてｎ型クラッド層２１２を露出させ、その表面にｎ型電極２２８を形成する。なお、ｐ型電極２２４を透明材料で構成すれば、電極側から光を取り出すことも可能であるが、電極による光損失が避けられない。そこで、ｐ型電極２２４およびｎ型電極２２８の表面にそれぞれバンプ２２３，２２７等を形成し、ＦＣＢ等によりＬＥＤ２１０を基板２０に実装することが望ましい。この場合、透明なサファイヤ基板２１１から光を取り出すことが可能になり、また各電極２２４，２２８を高反射率の金属材料で構成することができるので、光の取り出し効率を向上させることができる。なお、図２（ａ）に示す赤色光のＬＥＤ１１０を、図２（ｂ）に示すＬＥＤ２１０のように構成することも可能である。

（支持基板）
図１に示すように、ＬＥＤ１０は基板２０によって支持されている。この基板２０の外形（光源装置の光軸方向から見た場合）は、矩形状や円形状等に形成されている。基板２０を円形状とした場合には、同じく円形状に形成された反射鏡３０に対して全周を接合することが可能になり、ＬＥＤ１０の放熱効率を向上させることができる。また基板２０を矩形状とした場合には、円形状に形成された反射鏡３０との間に隙間が形成されるので、後述する液状体を基板２０の上下間で対流させることが可能になり、ＬＥＤ１０の放熱効率を向上させることができる。

基板２０は、ＬＥＤ１０の発光波長に対して透明な材料によって構成されている。特に、サファイヤ材料によって基板２０を構成することが望ましい。なお、サファイヤ基板２０の表面に直接半導体結晶を成長させてＬＥＤ１０を形成してもよい。サファイヤは、可視光に対する透明性を有するだけでなく、高屈折率および高熱伝導率を有する材料である。一般に、ＬＥＤは発熱によって発光効率が低下するので、高出力のＬＥＤでは放熱効率の向上が重要な課題となっている。そこで、ＬＥＤ１０を支持する基板２０を高熱伝導率のサファイヤによって構成すれば、ＬＥＤ１０の放熱効率を向上させることが可能になり、ＬＥＤを高出力化することができる。

また、ＬＥＤ１０と基板２０とは屈折率が異なるため、ＬＥＤ１０から基板２０に対して臨界角度以上の角度で入射する光６４は、両者の界面で全反射されることになる。そして、全反射によりＬＥＤチップの内部に閉じ込められた光６９の一部が、ＬＥＤ１０の構成材料に吸収されると、ＬＥＤ１０からの光取り出し効率を低下させることになる。この全反射を抑制してＬＥＤ１０から基板２０の内部に光を取り出すには、ＬＥＤ１０と基板２０との屈折率差を小さくすればよい。なお、赤色ＬＥＤを構成するＧａＰの屈折率は３．４５であり、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤを構成するＧａＮの屈折率は２．６であって、いずれも非常に高い。また、サファイヤの屈折率は１．７７であり、ガラス（屈折率１．５）等に比べてＬＥＤ１０の屈折率に近い。したがって、基板２０をサファイヤで構成することにより、ＬＥＤ１０と基板２０との界面における全反射率を低減することが可能になり、ＬＥＤ１０からの光取り出し効率を向上させることができる。

さらに、基板２０とその周辺部との間も屈折率が異なるため、基板２０の内部から裏面に対して臨界角度以上の角度で入射する光の一部は、その裏面で全反射されることになる。この全反射された光は基板２０の内部に閉じ込められるので、光源装置の光取り出し効率を低下させることになる。そこで、基板２０の内部に閉じ込められた光を外部に取り出すため、基板２０の表面に光の散乱加工を施すとともに、基板２０の端面を傾斜面とすることが望ましい。

図３は、基板の内部に閉じ込められた光の取り出し作用の説明図である。図３の右側に示すように、少なくとも基板２０の表裏両面には、光の散乱加工が施されている。光の散乱加工は、フロスト処理等により微細な凹凸２２を形成することによって行う。そして、基板２０の内部から裏面に入射する光７０の一部は、その裏面に形成された微細な凹凸２２により散乱されて、基板２０の外部に取り出される。また、基板２０の裏面で全反射した光７２の一部は、基板２０の表面に形成された微細な凹凸２２により散乱されて、基板２０の外部に取り出される。このように、基板２０の表面に光の散乱加工を施すことにより、基板２０の内部に閉じ込められた光を外部に取り出すことが可能になり、光源装置からの光取り出し効率を向上させることができる。

また、図３の左側に示すように、基板２０の端面は、光源装置の光の出射方向に向かって広がる傾斜面２４とされている。この傾斜面２４は、光源装置の光軸に対して４５°の角度をなすように形成することが望ましい。なお、基板２０の内部で全反射を繰り返して端部に到達する光７６は、基板２０が十分に大きい場合には、基板２０の表面に対する平行光となって端部に到達する。そしてこの平行光７６は、基板２０の端部に形成された傾斜面２４により全反射され、光源装置における光の照射方向に進路を代えて基板２０から取り出される。なお、光源装置の光軸に対して４５°の角度をなすように傾斜面２４を形成すれば、光源装置の光軸と平行に光を取り出すことができる。このように、基板２０の端面を傾斜面とすることにより、基板２０の内部に閉じ込められた光を外部に取り出すことが可能になり、光源装置からの光取り出し効率を向上させることができる。なお、傾斜面２４に対する入射角度が大きく傾斜面２４を透過した光は、反射鏡３０によって光源装置の後方に反射される。

（封止物質）
上述したように基板２０とその周辺部とは屈折率が異なるため、たとえ基板２０の表裏面に散乱加工を施したとしても、基板２０の内部から表裏面に対して臨界角度以上の角度で入射する光の一部は、その表裏面で全反射されることになる。この全反射によって基板２０の内部に閉じ込められる光をさらに減少させるためには、図１に示すように、基板２０の周囲に基板２０と同等の屈折率を有する物質４０を充填することが望ましい。なお、基板２０と同等の屈折率を有する物質４０は気体でもよいが、ＬＥＤ１０の放熱効率を確保するため、高熱伝導率の液状体または固体を採用することが望ましい。基板２０と同等の屈折率を有する固体物質として、エポキシ樹脂を採用することができる。エポキシ樹脂の屈折率は１．５程度であり、また光吸収も少ないことから、光源装置の光取り出し効率を向上させることができる。

また、基板２０と同等の屈折率を有する液状体として、シリコーンジェルを採用することができる。シリコーンジェルの屈折率はサファイヤ基板（屈折率１．７７）と同等であり、光源装置の光取り出し効率を向上させることができる。シリコーンジェル以外にも、光学結合用のマッチングオイルである落花生油やプロモナフタレン（屈折率１．６６）、ヨウ化メチレン（屈折率１．７４）、グリセリン（屈折率１．４７）等の採用が考えられる。なお、ＬＥＤ１０は発光にともなって発熱するため、引火点の低い液状体材料を使用することはできないが、グリセリンの引火点は１７６℃と比較的高く、使用可能性が高い。また、代替フロン、ノンフロン冷媒であるＨＣＦＣ、ＨＦＣ等を採用できる可能性もある。

上述した液状体は、可視光に対して透明であり光吸収が少ないことから、光源装置の光取り出し効率を低下させることがない。また基板２０と同等の屈折率を有するため、基板２０の表裏面における全反射率を低下させて、基板２０の内部に閉じ込められる光を減少させることが可能になり、光源装置の光取り出し効率を向上させることができる。さらに液状体は、気体に比べて熱伝導率が高く、固体では不可能な対流を生じるため、ＬＥＤ１０の放熱効率を向上させることができる。これにより、ＬＥＤ１０を高出力化することが可能になり、明るく表示品質に優れたプロジェクタを提供することができる。なお、基板２０の周辺部には次述する反射鏡３０が配置されるので、その反射鏡３０を液状体の封入容器として利用することができる。したがって、特段のコストアップを要することなく、上述した液状体を利用することが可能である。

（反射鏡）
一方、図１に示すように、ＬＥＤ１０の周囲には椀状の反射鏡（リフレクタ）３０が設けられている。この反射鏡３０は、ＬＥＤ１０から放射状に出射した光を後方に反射するものである。そのため、反射鏡３０の内面には、高反射率の金属材料等の被膜が形成されている。また、反射鏡３０の内面形状として、集光作用を有する球面型や楕円型を採用することも可能であるが、反射光が平行光となるパラボラ型（放物面鏡）を採用することが望ましい。この場合、反射鏡３０の第１焦点位置にＬＥＤ１０の発光部を配置する。そして、ＬＥＤ１０から横方向に出射される光６２は、反射鏡３０の表面で反射されて光源装置の光軸方向に照射される。また、ＬＥＤ１０から裏側（基板２０側）に出射される光６４も、反射鏡３０の表面で反射されて光源装置の光軸方向に照射される。これにより、ＬＥＤ１０から放射状に出射される光をすべて光源光として利用することが可能になり、光源装置の明るさを確保することができる。

図４は、ＬＥＤから裏側に出射された光の再入射防止作用の説明図である。ＬＥＤ１０から裏側に出射された光のうち、光軸に対する角度が小さい光８０は、反射鏡３０により反射されてＬＥＤ１０に再入射するおそれがある。この再入射光８９の一部はＬＥＤ１０の内部で吸収されるので、光源装置の光取り出し効率を低下させることになる。
そこで、図４（ａ）に示すように、反射鏡３０の底部に光の散乱手段３２を設けることが望ましい。光の散乱手段３２として、反射鏡の底部に微細な凹凸を形成する。この場合、ＬＥＤ１０から裏側に出射された光８０は、散乱手段３２によりＬＥＤ１０以外の方向にも散乱されるので、ＬＥＤ１０に対する再入射率を低減することができる。
また、図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１０からの光をＬＥＤ１０以外の方向に反射させる反射部３４を、反射鏡３０の底部に形成してもよい。この反射部３４は、円錐状や半球状等に形成する。そして、ＬＥＤ１０から裏側に出射された光８０は、反射部３４によりＬＥＤ１０以外の方向に反射されるので、ＬＥＤ１０に対する再入射を防止することができる。これらにより、光源装置の光取り出し効率を向上させることができる。

ところで図１に示すように、反射鏡３０の内部に液状体４０を充填した場合には、反射鏡３０の開口部を封止する必要がある。この封止部材３５は、ＬＥＤ１０の発光波長に対する透光性を有する材料によって構成する。具体的には、樹脂材料を射出成形またはプレス成形することによって封止部材３５を形成する。なお、封止部材３５に光源装置のレンズ機能を付加することも可能である。
ここで、液状体４０の屈折率と封止部材３５の屈折率とが大きく異なる場合には、液状体４０を透過して封止部材３５との界面に入射した光が、その界面で全反射されて光源装置の内部に閉じ込められるおそれがある。そこで、封止部材３５と同等の屈折率を有する材料により液状体４０を構成することが望ましい。なお、封止部材３５を構成する樹脂材料の屈折率は、ガラスと同等の１．５から、超高屈折率材料の１．７４までの範囲に分布する。また上述したように、液状体４０はサファイヤ基板２０（屈折率１．７７）と同等の屈折率を有する材料によって構成すべきである。そこで、屈折率が１．５以上であって、１．７７以下である材料により、液状体４０を構成することが望ましい。この場合、液状体４０の屈折率が、基板２０および封止部材３５の屈折率と同等になるので、それぞれの界面における全反射率を低減することが可能になる。これにより、光源装置からの光取り出し効率を向上させることができる。

以上に詳述したように、本実施形態の光源装置１では、ＬＥＤ１０を基板２０によって支持することにより、反射鏡の反射面から離間して配置した。この構成によれば、ＬＥＤ１０から基板側に出射される光のうち、反射鏡３０で反射されＬＥＤ１０に再入射する光の割合を低減させることができる。これにより、ＬＥＤ１０の内部における光の吸収損失を低下させることが可能になり、光源装置１からの光取り出し効率を向上させることができる。
また、本実施形態の光源装置１では、基板２０、液状体４０および封止部材３５とＬＥＤ１０との屈折率差が小さくなるように、基板２０、液状体４０および封止部材３５を同程度の高屈折率を有する材料で構成した。この構成によれば、ＬＥＤ１０、基板２０、液状体４０および封止部材３５相互の界面における光の全反射率が低減されて、光源装置１の内部に閉じ込められる光が減少する。したがって、光源装置１からの光取り出し効率を向上させることができる。

図５は、本実施形態に係る光源装置の変形例の側面断面図である。本実施形態では高屈折率の物質を反射鏡の内側全体に充填したが、図５に示すようにＬＥＤの周辺部のみに充填してもよい。具体的には、エポキシ樹脂５２（屈折率１．５）等によりＬＥＤの周辺部を封止する。これにより、ＬＥＤとその周辺との屈折率差が小さくなり、両者の界面における全反射率が低下するので、ＬＥＤの外部に光を取り出すことができる。したがって、ＬＥＤの内部における光の吸収損失を低減することが可能になり、光源装置２からの光取り出し効率を向上させることができる。なお、ＬＥＤから裏側に出射された光９４は、基板を透過して反射鏡で反射され、光源装置の後方に照射される。
また、エポキシ樹脂５２の表面５０は半球状に成形することが望ましい。この場合、ＬＥＤからエポキシ樹脂５２の表面５０に対する光の入射角度が大きくなり、その表面５０における光の全反射率が低下して、光源装置２の内部に閉じ込められる光が減少する。したがって、光源装置２からの光取り出し効率を向上させることができる。また、エポキシ樹脂５２の表面５０を半球状に成形することにより、その表面５０にレンズ機能を付与することができる。これにより、ＬＥＤから斜め方向に出射した光９２を、エポキシ樹脂の表面５０で屈折させて、光軸に対する平行光に変換することができる。

［プロジェクタ］
図６は、本実施形態に係る光源装置を備えたプロジェクタの説明図である。図中、符号５１２，５１３，５１４は本実施形態の光源装置、５２２，５２３，５２４は液晶ライトバルブ（光変調手段）、５２５はクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）、５２６は投写レンズ（投写手段）を示している。

図６のプロジェクタは、本実施形態のように構成した３個の光源装置５１２，５１３，５１４を備えている。各光源装置５１２，５１３，５１４には、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に発光するＬＥＤが採用されている。なお、光源光の照度分布を均一化させるための均一照明系として、各光源装置の後方にロッドレンズやフライアイレンズを配置してもよい。

赤色光源装置５１２からの光束は、重畳レンズ５３５Ｒを透過して反射ミラー５１７で反射され、赤色光用液晶ライトバルブ５２２に入射する。また、緑色光源装置５１３からの光束は、重畳レンズ５３５Ｇを透過して緑色光用液晶ライトバルブ５２３に入射する。また、青色光源装置５１４からの光束は、重畳レンズ５３５Ｂを透過して反射ミラー５１６で反射され、青色光用液晶ライトバルブ５２４に入射する。なお、各光源からの光束は重畳レンズを介することにより液晶ライトバルブの表示領域において重畳され、液晶ライトバルブが均一に照明されるようになっている。

また、各液晶ライトバルブの入射側および出射側には、偏光板（不図示）が配置されている。そして、各光源からの光束のうち所定方向の直線偏光のみが入射側偏光板を透過して、各液晶ライトバルブに入射する。また、入射側偏光板の前方に偏光変換手段（不図示）を設けてもよい。この場合、入射側偏光板で反射された光束をリサイクルして各液晶ライトバルブに入射させることが可能になり、光の利用効率を向上させることができる。

各液晶ライトバルブ５２２，５２３，５２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム５２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投写レンズ５２６により投写スクリーン５２７上に投写され、拡大された画像が表示される。

上述したように、本実施形態の光源装置を採用することにより光の取り出し効率を向上させることができるので、画像の輝度を確保することができる。したがって、明るく表示品質に優れたプロジェクタを提供することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

実施形態に係る光源装置の全体構成を示す側面断面図である。 固体光源の実装部分の拡大図である。 基板の内部に閉じ込められた光の取り出し作用の説明図である。 固体光源の裏側に出射された光の再入射防止作用の説明図である。 実施形態に係る光源装置の変形例の側面断面図である。 実施形態に係る光源装置を備えたプロジェクタの説明図である。

符号の説明

１光源装置 １０固体光源 ２０サファイヤ基板 ３０反射鏡 ４０液状体

Claims (10)

1. 固体光源と、前記固体光源を支持する透光性基板と、前記固体光源から放射状に出射される光を後方に反射する反射鏡とを備えた光源装置であって、
   前記固体光源は、前記反射鏡の反射面から離間して配置されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記基板は、サファイヤによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記基板の表面に、光の散乱加工が施されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記基板の端面は、前記光源装置の光の出射方向に向かって広がる傾斜面とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記反射鏡の内側には、前記基板と同等の屈折率を有する物質が充填されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光源装置。
6. 前記物質は、液状体であることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記液状体の屈折率は、１．５０以上であって、１．７７以下であることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記反射鏡の底部には、前記固体光源の裏側からの出射光を散乱させる散乱部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光源装置。
9. 前記反射鏡の底部には、前記固体光源の裏側からの出射光を前記固体光源以外の方向に反射させる反射部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光源装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の光源装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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