JP2005274934A

JP2005274934A - 光源装置及びプロジェクタ

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Publication number: JP2005274934A
Application number: JP2004087615A
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Inventors: Takashi Takeda; 高司武田
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Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06
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Abstract

【課題】容易かつ破損しにくい構成により発光部における光の取り込みを低減し、明るい光を供給できる光源装置、及びこの光源装置を用いるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】基板２１２を有し、基板２１２を介して光を供給する発光部２０１と、透明部材により構成され、発光部２０１の基板２１２からのエバネッセント光が到達する位置に設けられることでエバネッセント光を伝播する光伝播部２０３、２０５、２０７と、を有し、光伝播部２０３、２０５、２０７は、発光部２０１側の入射面に複数の微細突起構造２０４を有し、発光部２０１側とは反対側の射出面に光伝播部２０３、２０５、２０７を透過する光を射出するための光学素子２０７を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクタ、特に、発光ダイオード素子（以下、適宜「ＬＥＤ」という。）を用いる光源装置の技術に関する。

ＬＥＤにおいて、発光部に基板を有し、基板を介して光を供給するものがある。例えば、発光部がフリップチップ実装されるＬＥＤは、サファイア基板の下に設けられた半導体層で光を発生する。そして、半導体層からの光は、直接、又は電極層で反射してからサファイア基板を透過して射出する。このとき、空気とサファイア基板との界面に臨界角以上の角度で入射する光は、空気とサファイア基板との界面において全反射して発光部に取り込まれてしまう。このようにして発光部に取り込まれた光の一部は、全反射及び電極層における反射を繰り返すうちに吸収されてしまう。発光部におけるこのような光の取り込みを低減し、明るい光を供給するための技術としては、例えば、特許文献１に提案されているものがある。

特開２００２−３１９７０８号公報

特許文献１に提案されている技術は、サファイア基板の射出側の面に１μｍ程度の凹凸を形成するものである。このように、サファイア基板の形状に加工を施すことにより、サファイア層と空気との界面における全反射を低減して光源装置の効率を向上できると考えられる。しかし、サファイア基板は、非常に硬いうえ酸化処理等の化学処理を施すことも容易ではないことから、形状の加工が困難である。このため、サファイア基板自体の加工を行わずに、容易に光の取り込みを低減できる技術が求められている。

この他、サファイア基板に他の透明部材を接着することで、サファイア基板の界面における光の全反射を低減することも考えられる。この場合、サファイア基板と他の透明部材とは、接着剤を用いて接着することが一般的である。しかし、サファイア基板と他の透明部材とを接着する場合、発光部からの熱によりサファイア基板と他の部材とが別々に熱膨張をすると、接着部分にひずみを生じてしまう。発光部は、このひずみが原因となって破損する場合がある。特に、近年はＬＥＤが高出力化の傾向にあることから、このような接着部分の劣化が著しくなると考えられる。このことから、サファイア基板の界面における光の全反射を低減する手段としては、サファイア基板と他の透明部材とを接着する以外の技術が求められる。

本発明は、上述に鑑みてなされたものであり、容易かつ破損しにくい構成により発光部における光の取り込みを低減し、明るい光を供給できる光源装置、及びこの光源装置を用いるプロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、基板を有し、基板を介して光を供給する発光部と、透明部材により構成され、発光部の基板からのエバネッセント光が到達する位置に設けられることでエバネッセント光を伝播する光伝播部と、を有することを特徴とする光源装置を提供することができる。

発光部の基板と空気との界面に臨界角以上の角度で入射する光は、基板と空気との界面において全反射することにより発光部に取り込まれてしまう。光が基板の界面で全反射するとき、基板の表面には、光の波長以下の厚みにおいてエバネッセント光がにじみ出ている。基板からのエバネッセント光が到達する位置に光伝播部を設けることにより、エバネッセント光は、光伝播部を伝播する。そして、光伝播部は、エバネッセント光を射出側へ伝播することで、エバネッセント光を再び基板内へ戻らせず射出側へ取り出すことができる。このようにして光源装置は、発光部からの光を外部へ取り出すことが可能になる。

ＬＥＤの発光部は、サファイア基板を介して光を供給するものがある。サファイア基板は、非常に硬いうえ酸化処理等の化学処理を施すことも容易ではないことから、形状の加工が困難である。これに対して本発明は、発光部の基板自体の加工を行う必要が無く、容易に光の取り込みを低減することができる。光伝播部は、基板の近傍であってエバネッセント光が到達する位置に設ければ良いことから、光伝播部と基板とを接着剤により接合する必要が無い。光伝播部と基板とを接着する必要が無いことから、光伝播部と基板との間のひずみを低減し、破損しにくい構成とすることができる。特に、高出力のＬＥＤにおいて発光部の劣化を低減することができる。これにより、容易かつ破損しにくい構成により発光部における光の取り込みを低減し、明るい光を供給できる光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、光伝播部は、発光部側の入射面に、複数の微細突起構造を有することが望ましい。光伝播部の入射面に微細突起構造を設けると、エバネッセント光は、微細突起構造へ入り込むに従い屈折率が上昇しているかのように振舞う。エバネッセント光は、微細突起構造で屈折率が上昇しているかのように振舞うと、進行方向を徐々に曲げて光伝播部の射出側の方向へ進行する。このようにして、光伝播部は、エバネッセント光を射出側へ伝播することができる。これにより、効率良く光を射出することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、光伝播部は、発光部側とは反対側の射出面に、光伝播部を透過する光を射出するための光学素子を有することが望ましい。光伝播部は、透明部材で構成することから、射出側の界面で光が全反射してしまうことが考えられる。光伝播部で光が全反射すると、光源装置からの射出光の光量が減少してしまう。そこで、光伝播部の射出面に光学素子を設けることで、光伝播部を透過した光の射出を促し、光源装置からさらに効率良く光を射出することができる。これにより、光源装置をさらに光利用効率が高い構成にできる。

また、本発明の好ましい態様としては、光伝播部は、発光部からの光の光量分布を略均一にするロッドインテグレータであって、ロッドインテグレータは、発光部側の入射面に、複数の微細突起構造を有し、発光部側とは反対側の射出面に、ロッドインテグレータに伝播する光を射出するための光学素子を有することが望ましい。透明部材としてロッドインテグレータを設けることにより、偏光変換とともに発光部からの光の光量分布を略均一にすることができる。ロッドインテグレータの入射面に微細突起構造を設けることで、光伝播部を透過した光の射出を促すことができる。これにより、光利用効率が高く、さらに発光部からの光の光量分布の均一化が可能な光源装置を得られる。

さらに、本発明によれば、上記の光源装置と、光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズと、を有することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の光源装置を用いることにより、発光部における光の取り込みを低減し、明るい光を供給することができる。これにより、明るい投写像のプロジェクタを得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１００の概略構成を示す。本実施例では、まずプロジェクタ１００の全体の概略構成について説明し、次いで、特徴部分である光源装置の構成について説明する。プロジェクタ１００は、第１色光であるＲ光を供給するＲ光用光源装置１０１Ｒと、第２色光であるＧ光を供給するＧ光用光源装置１０１Ｇと、第３色光であるＢ光を供給するＢ光用光源装置１０１Ｂとを有する。

Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光のＲ光を供給する。Ｒ光用光源装置１０１ＲからのＲ光は、レンズＬＮを透過して、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒに入射する。Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒは、液晶パネル１１５Ｒと、第１偏光板１１６Ｒと、第２偏光板１１７Ｒとを有する。

第１偏光板１１６Ｒは、ｐ偏光光のＲ光を透過し、液晶パネル１１５Ｒに入射させる。液晶パネル１１５Ｒは、ｐ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｓ偏光光に変換する。第２偏光板１１７Ｒは、液晶パネル１１５Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光を射出する。このようにして、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光用光源装置１０１ＲからのＲ光を画像信号に応じて変調する。Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光は、クロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。

Ｇ光用光源装置１０１Ｇは、特定の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光のＧ光を供給する。Ｇ光用光源装置１０１ＧからのＧ光は、レンズＬＮを透過して、Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇに入射する。Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇは、液晶パネル１１５Ｇと、第１偏光板１１６Ｇと、第２偏光板１１７Ｇとを有する。

第１偏光板１１６Ｇは、ｓ偏光光のＲ光を透過し、液晶パネル１１５Ｇに入射させる。液晶パネル１１５Ｇは、ｓ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｐ偏光光に変換する。第２偏光板１１７Ｇは、液晶パネル１１５Ｇでｐ偏光光に変換されたＧ光を射出する。このようにして、Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇは、Ｇ光用光源装置１０１ＧからのＧ光を画像信号に応じて変調する。Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇでｐ偏光光に変換されたＧ光は、Ｒ光とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。

Ｂ光用光源装置１０１Ｂは、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光のＢ光を供給する。Ｂ光用光源装置１０１ＢからのＢ光は、レンズＬＮを透過して、Ｂ光用空間光変調装置１１０Ｂに入射する。Ｂ光用空間光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置１１０Ｂは、液晶パネル１１５Ｂと、第１偏光板１１６Ｂと、第２偏光板１１７Ｂとを有する。

第１偏光板１１６Ｂは、ｐ偏光光のＢ光を透過し、液晶パネル１１５Ｂに入射させる。液晶パネル１１５Ｂは、ｐ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｓ偏光光に変換する。第２偏光板１１７Ｂは、液晶パネル１１５Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光を射出する。このようにして、Ｂ光用空間光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光用光源装置１０１ＢからのＢ光を画像信号に応じて変調する。Ｂ光用空間光変調装置１１０Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光は、Ｒ光及びＧ光とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２は、２つのダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂを有する。ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂは、Ｘ字型に直交して配置される。ダイクロイック膜１１２ａは、ｓ偏光光であるＲ光を反射し、ｐ偏光光であるＧ光を透過する。ダイクロイック膜１１２ｂは、ｓ偏光光であるＢ光を反射し、ｐ偏光光であるＧ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１１２は、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒ、Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇ、及びＢ光用空間光変調装置１１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写レンズ１３０は、クロスダイクロイックプリズム１１２で合成された光をスクリーン１４０に投写する。

ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、本実施例のように、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂでそれぞれ反射すべきＲ光及びＢ光は、ｓ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１１２に入射するように設定される。また、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂを透過すべきＧ光は、ｐ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１１２に入射するように設定される。

次に、各色光用光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの構成について説明する。本発明において、各色光用光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの特徴的部分の構成は同一である。従って、本実施例、及び以下の実施例において、Ｒ光用光源装置の構成を例として説明を行うものとする。図２は、Ｒ光用光源装置１０１Ｒの断面構成を示す。Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、実装板２０６上に発光部２０１を実装している。発光部２０１は、固体発光素子であるＬＥＤの発光チップである。発光部２０１は、Ｒ光を供給する。

発光部２０１は、実装板２０６の上に設けられる半導体層２１１と、半導体層２１１の上に設けられるサファイア基板２１２とから構成される。発光部２０１は、サファイア基板２１２の下に半導体層２１１を設けるフリップチップ構造をとる。半導体層２１１は、不図示のｐ型半導体層とｎ型半導体層とを有する。ｐ型半導体層及びｎ型半導体層は、例えば窒化ガリウムにより構成することができる。ｐ型半導体層とｎ型半導体層とは、それぞれｐ型電極、ｎ型電極に接続されている。フリップチップ構造の発光部２０１は、ｐ型電極及びｎ型電極を実装板２０６側に設けている。また、例えば、ｐ型電極は、高反射性の金属部材で構成されている。発光部２０１は、半導体層２１１で発生する光を直接又は実装板２０６側のｐ型電極で反射した後サファイア基板２１２を介して供給する。

サファイア基板２１２の射出側には、微細構造部２０３が設けられている。微細構造部２０３は、複数の微細突起構造２０４から構成される。微細突起構造２０４は、硝子基板２０５の発光部２０１側の入射面に設けられている。微細構造部２０３、硝子基板２０５及び後述のマイクロプリズムアレイ２０７は、発光部２０１のサファイア基板２１２からのエバネッセント光を伝播する光伝播部である。微細突起構造２０４、硝子基板２０５及びマイクロプリズムアレイ２０７は、いずれも透明部材である硝子から構成されている。

微細突起構造２０４は、サファイア基板２１２側に突起を向けて設けられる細い錐体形状をなしている。微細突起構造２０４は、例えば、フォトニック結晶を構成するときのメソポーラス構造体や、シリコンエアロゲルを用いて自己成長させた結晶体を用いることができる。また、微細突起構造２０４は、フォトリソ工程により微細突起のパターンを形成して構成することとしても良い。

微細突起構造２０４とサファイア基板２１２との間には、間隔ｄ１が設けられている。微細突起構造２０４は、サファイア基板２１２と間隔ｄ１をとることで、サファイア基板２１２からのエバネッセント光が到達する位置に設けられている。Ｒ光用光源装置１０１Ｒにおいて、間隔ｄ１は、例えば、Ｒ光の波長の１０分の１から２分の１までの長さである。なお、微細構造部２０３の微細突起構造２０４のすべてについて等しい長さの間隔ｄ１である必要は無い。微細構造部２０３の微細突起構造２０４の間隔ｄ１は、サファイア基板２１２の表面のエバネッセント光を伝播可能であれば良く、例えば、Ｒ光の波長の１０分の１から２分の１までの長さのいずれかであれば良い。硝子基板２０５は、発光部２０１側とは反対側の射出面に、マイクロプリズムアレイ２０７を有する。マイクロプリズムアレイ２０７は、微細構造部２０３及び硝子基板２０５を透過する光を射出するための光学素子である。

図３は、マイクロプリズムアレイ２０７の射出側から見た斜視構成を示す。マイクロプリズムアレイ２０７は、硝子基板２０５上の矩形領域に微細なマイクロプリズム２０８をアレイ状に配列して設けられている。マイクロプリズム２０８は、矩形領域の一方向であるＹ方向に長手方向を有する。そして、複数のマイクロプリズム２０８は、Ｙ方向に略直交するＸ方向に配列している。マイクロプリズム２０８は、図２のＸＺ断面構成において、二等辺三角形で示される形状を有する。マイクロプリズムアレイ２０７は、硝子や樹脂等の透明部材で構成できる。マイクロプリズム２０８は、例えばＲ光の波長の１０倍程度の高さで構成されている。

図２に戻って、発光部２０１からの光の振舞いについて説明する。発光部２０１の半導体層２１１で発生した光は、サファイア基板２１２を介して発光部２０１から射出する。例えば、発光部２０１から光軸方向であるＺ方向へ発生する光は、そのまま発光部２０１を射出する。ここでは、半導体層２１１で発生してサファイア基板２１２の射出側界面に臨界角以上の角度で入射する光Ｌ１について説明する。

サファイア基板２１２の射出側面に臨界角以上の角度で光Ｌ１が入射すると、サファイア基板２１２の射出側面からサファイア基板２１２の外側へエバネッセント光がにじみ出る。エバネッセント光は、サファイア基板２１２の射出側面から、Ｒ光の波長以下の厚みにおいて発生している。ここで、微細構造部２０３の微細突起構造２０４は、サファイア基板２１２からのエバネッセント光が到達する位置に設けられている。このため、サファイア基板２１２の射出側面に発生したエバネッセント光は、微細構造部２０３に到達する。

微細構造部２０３は、硝子基板２０５側からサファイア基板２１２側へ突起する複数の微細突起構造２０４で構成されている。微細突起構造２０４は、ほぼいずれも、サファイア基板２１２側から硝子基板２０５側へ行くに従い太くなる形状をなす。このことから微細構造部２０３に到達したエバネッセント光は、微細構造部２０３を硝子基板２０５側へ入り込むに従い屈折率が上昇しているかのように振舞う。エバネッセント光は、微細構造部２０３で屈折率が上昇しているかのように振舞うと、進行方向を徐々に射出側へ曲げて、硝子基板２０５側の方向へ進行する。微細突起構造２０４を設けると、このようにしてエバネッセント光を射出側へ伝播することができる。また、エバネッセント光を射出側へ伝播することで、エバネッセント光を再びサファイア基板２１２内へ戻らせず硝子基板２０５の方向へ進行させることができる。

微細突起構造２０４を形成する硝子部材は、サファイア基板２１２を構成するサファイア部材より大きい屈折率を有する構成とすることが望ましい。屈折率を大きくすることで、微細構造部２０３は、サファイア基板２１２の臨界角より大きい角度で進行していたＲ光をより光軸方向へ近い角度に変換することができる。なお、微細突起構造２０４を構成する硝子部材の屈折率は、サファイア基板２１２を構成するサファイア部材と同程度であっても良い。

微細構造部２０３を透過した光は、そのまま硝子基板２０５を透過してマイクロプリズムアレイ２０７に入射する。そして、光Ｌ１は、マイクロプリズム２０８の突起を形成する斜面に到達する。このとき光Ｌ１は、臨界角より小さい角度でマイクロプリズム２０８の界面に入射することにより、マイクロプリズム２０８から射出する。マイクロプリズムアレイ２０７は、このようにして微細構造部２０３、硝子基板２０５及びマイクロプリズムアレイ２０７を透過する光Ｌ１を射出させる。以上により、Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、発光部２０１からの光Ｌ１を外部へ取り出すことができる。硝子基板２０５及びマイクロプリズムアレイ２０７は、屈折率を微細構造部２０３と略同一とすると、微細構造部２０３からの光の角度を屈折せずそのまま進行させる。硝子基板２０５及びマイクロプリズムアレイ２０７は、微細構造部２０３とは異なる屈折率の部材で構成しても良い。

発光部２０１のみの構成では、サファイア基板２１２の射出面に臨界角以上の角度で入射した光Ｌ１は、サファイア基板２１２の射出側界面で全反射することによりサファイア基板２１２の内部に取り込まれてしまう。このようにして発光部２０１に取り込まれた光の一部は、全反射及び電極層における反射を繰り返すうちに吸収されてしまう。Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、発光部２０１に光が取り込まれることにより射出光の光量が減少してしまう。これに対して本発明のＲ光用光源装置１０１Ｒは、微細構造部２０３を設けることにより、サファイア基板２１２面の外側のエバネッセント光を取り出すことができる。

サファイア基板２１２は、非常に硬いうえ酸化処理等の化学処理を施すことも容易ではないことから、形状の加工が困難である。これに対して本発明は、サファイア基板２１２自体の加工を行う必要が無く、容易に光の取り込みを低減することができる。また、サファイア基板２１２に他の透明部材を接着する場合、発光部２０１からの熱によりサファイア基板２１２と他の部材とが別々に熱膨張をすると、接着部分にひずみを生じてしまう。発光部２０１は、このひずみが原因となって破損する場合がある。特に、近年はＬＥＤが高出力化の傾向にあることから、このような接着部分の劣化が著しくなると考えられる。

微細構造部２０３は、サファイア基板２１２の近傍であってエバネッセント光が到達する位置に設ければ良いことから、微細構造部２０３とサファイア基板２１２とを接着する必要が無い。微細構造部２０３とサファイア基板２１２とを接着する必要が無いことから、微細構造部２０３とサファイア基板２１２との間のひずみを低減し、破損しにくい構成とすることができる。特に、高出力のＬＥＤにおいて発光部２０１の劣化を低減することができる。

また、サファイア基板の厚みが非常に薄いことから、例えば光学素子をサファイア基板に直接設けると、光学素子の形成時に発光部２０１に大きな負荷がかかることも考えられる。本発明においてマイクロプリズムアレイ２０７は、サファイア基板２１２以外の硝子基板２０５に設ける構成にできる。このことから、発光部２０１への負荷を軽減し、Ｒ光用光源装置１０１Ｒの製造を容易にできる。これにより、容易かつ破損しにくい構成により発光部２０１における光の取り込みを低減し、明るい光を供給できるという効果を得られる。

また、微細構造部２０３を設けることにより、エバネッセント光を射出側へ取り出すことで効率良く光を射出可能な構成にできる。さらに、マイクロプリズムアレイ２０７を設けることで、微細構造部２０３、硝子基板２０５を透過した光の全反射を低減して外部への射出を促し、Ｒ光用光源装置１０１Ｒからさらに効率良く光を射出することができる。Ｇ光用光源装置１０１Ｇ、Ｂ光用光源装置１０１Ｂについても、発光部２０１における光の取り込みを低減し、明るい光を供給するための構成は、Ｒ光用光源装置１０１Ｒと同様である。これにより、Ｒ光用光源装置１０１、Ｇ光用光源装置１０１Ｇ、Ｂ光用光源装置１０１Ｂは、高い光利用効率で明るい光を供給することができる。これにより、プロジェクタ１００を用いて明るい投写像を得ることができるという効果を奏する。

なお、微細突起構造２０４の形状は、サファイア基板２１２の表面のエバネッセント光を伝播可能であれば良く、細い錐体形状に限られない。例えば、微細突起構造２０４は、突起の先端が欠けたような、台形に類似する形態であっても良い。また、微細構造部２０３は、錐体形状の微細突起構造２０４と、台形に類似する形態の微細突起構造２０４とが混在していても良い。さらに、微細突起構造２０４は、突起が向く方向に垂直な方向の幅がすべてにおいて等しい長さである必要な無く、例えば他より大きい幅を有する微細突起構造２０４が混在していても良い。この場合、大きい幅を有する微細突起構造２０４の中を光が伝播可能であれば、光を射出側へ取り出すことができる。

本実施例の光源装置に用いられる光学素子は、図３に示すマイクロプリズムアレイ２０７のほか、図４に示すマイクロレンズアレイ４０７を用いることもできる。マイクロレンズアレイ４０７は、球面又は非球面の曲面を有するマイクロレンズ４０８をアレイ状に配列するものである。光学素子としては長手方向を有する微細構造をアレイ状に配置するものに限らず、図５に示すように四角錐形状のマイクロプリズム５０８をマトリクス状に配列する光学素子５０７を用いることもできる。マトリクス状に配列する微細構造としては、図５に示す四角錐形状のほか、円錐、三角錐、五角錐以上の多角錐形状のマイクロプリズムや、球面又は非球面の曲面を有するマイクロレンズを用いても良い。

また、光学素子は、微細なマイクロレンズやマイクロプリズムを配列する以外に、単独のレンズやプリズムを用いても良い。さらに、図６に示すように、表面にランダムな凹凸を施した粗面６０８を有する光学素子６０７を用いることもできる。光学素子６０７の粗面６０８は、例えば粒状物を強く吹き付けるサンドブラストや、酸素プラズマ又はアルゴンプラズマを照射することで形成できる。

図７は、本発明の実施例２に係る光源装置であるＲ光用光源装置７０１Ｒの断面構成を示す。本実施例の光源装置は、上記実施例１に係るプロジェクタ１００に適用することができる。上記実施例１のプロジェクタ１００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の光源装置は、サファイア基板２１２側の面が平坦面で構成される硝子基板７０３を有することを特徴とする。Ｒ光用光源装置７０１Ｒにおいて、硝子基板７０３及びマイクロプリズムアレイ２０７は、発光部２０１のサファイア基板２１２からのエバネッセント光を伝播する光伝播部である。

硝子基板７０３は、サファイア基板２１２と間隔ｄ２をとることで、サファイア基板２１２からのエバネッセント光が到達する位置に設けられている。Ｒ光用光源装置１０１Ｒにおいて、間隔ｄ２は、例えばＲ光の波長の１０分の１の長さである。なお、硝子基板７０３のサファイア基板２１２側の平坦面は、例えば、Ｒ光の波長の１０分の１から２分の１までの長さ以下の凹凸の面とすることが望ましい。凹凸がＲ光の波長の１０分の１から２分の１までの長さ以下の平坦面の硝子基板７０３を用いることにより、エバネッセント光を射出側へ取り出すことができる。これにより、上記実施例１の光源装置と同様に、容易かつ破損しにくい構成により発光部２０１における光Ｌ２の取り込みを低減し、明るい光を供給することができる。

硝子基板７０３は、サファイア基板２１２を構成するサファイア部材より大きい屈折率を有する構成とすることが望ましい。屈折率を大きくすることで、硝子基板７０３は、サファイア基板２１２の臨界角より大きい角度で進行していたＲ光をより光軸方向へ近い角度に変換することができる。なお、硝子基板７０３を構成する硝子部材の屈折率は、サファイア基板２１２を構成するサファイア部材と同程度であっても良い。

図８は、本発明の実施例３に係る光源装置であるＲ光用光源装置８０１Ｒの断面構成を示す。本実施例の光源装置は、上記実施例１に係るプロジェクタ１００に適用することができる。上記実施例１のプロジェクタ１００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の光源装置は、光伝播部であるロッドインテグレータ８１０を有することを特徴とする。ロッドインテグレータ８１０は、発光部２０１からの光の光量分布を略均一にする。

ロッドインテグレータ８１０は、柱形状の硝子部材からなる導光部８０５を有する。導光部８０５の発光部２０１側の入射面には、複数の微細突起構造２０４からなる微細構造部２０３を有する。また、導光部８０５の、発光部２０１側とは反対側の射出側に、ロッドインテグレータ８１０に伝播する光を射出するための光学素子であるマイクロプリズムアレイ２０７が設けられている。ロッドインテグレータ８１０は、導光部８０５の界面で発光部２０１からの光の全反射を繰り返すことにより、光量分布を略均一にする。これにより、光利用効率が高く、さらに発光部２０１からの光の光量分布の均一化が可能な光源装置を得られる。

マイクロプリズムアレイ２０７は、導光部８０５の射出側に直接形成するほか、導光部８０５の射出側端面に貼り付ける構成としても良い。なお、実装板２０６上の、発光部２０１及びロッドインテグレータ８１０の周辺には、反射部８０９が設けられている。図８の断面構成において、反射部８０９は、発光部２０１及びロッドインテグレータ８１０の左右の２つの台形形状で表している。反射部８０９は、発光部２０１及びロッドインテグレータ８１０の周囲を取り囲むように設けられている。

ロッドインテグレータ８１０の周辺に反射部８０９を設けることにより、導光部８０５の界面に臨界角以下の角度で入射して導光部８０５から射出される光を反射部８０９で反射し導光部８０５へ戻すことができる。これにより、反射部８０９を設けることで、光の損失を低減することができる。また、ロッドインテグレータ８１０の側面に反射部８０９を設けることで、光軸に対して大きい角度で進行する光を、光軸に対して小さい角度となるように角度を変換することができる。

なお、上記実施例の光源装置は、発光部２０１にＬＥＤチップを用いるものとして説明したが、発光部２０１としてはＥＬ素子や半導体レーザ等の他の固体発光素子を用いても良い。また、上記実施例のプロジェクタ１００は、空間光変調装置として液晶型空間光変調装置を用いる構成を示しているが、透過型液晶表示装置に限らず、反射型液晶表示装置を用いても良い。さらに、プロジェクタ１００は、３つの液晶型空間光変調装置を用いる構成以外に、単独の液晶型空間光変調装置を用いる構成としても良い。

以上のように、本発明に係る光源装置は、プロジェクタの光源装置として用いる場合に適している。

本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成図。光源装置の断面構成図。光学素子の説明図。光学素子の説明図。光学素子の説明図。光学素子の説明図。本発明の実施例２に係る光源装置の断面構成図。本発明の実施例３に係る光源装置の断面構成図。

符号の説明

１００プロジェクタ、１０１ＲＲ光用光源装置、１０１ＧＧ光用光源装置、１０１ＢＢ光用光源装置、１１２クロスダイクロイックプリズム、１１２ａ、１１２ｂダイクロイック膜、１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂ液晶パネル、１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂ第１偏光板、１１７Ｒ、１１７Ｇ、１１７Ｂ第２偏光板、１３０投写レンズ、１４０スクリーン、２０１発光部、２０３微細構造部、２０４微細突起構造、２０５硝子基板、２０６実装板、２０７マイクロプリズムアレイ、２０８マイクロプリズム、２１１半導体層、２１２サファイア基板、４０７マイクロレンズアレイ、４０８マイクロレンズ、５０７光学素子、５０８マイクロプリズム、６０７光学素子、６０８粗面、７０１ＲＲ光用光源装置、７０３硝子基板、８０１ＲＲ光用光源装置、８０５導光部、８０９反射部、８１０ロッドインテグレータ、Ｌ１、Ｌ２光、ＬＮレンズ

Claims

基板を有し、前記基板を介して光を供給する発光部と、
透明部材により構成され、前記発光部の前記基板からのエバネッセント光が到達する位置に設けられることで前記エバネッセント光を伝播する光伝播部と、を有することを特徴とする光源装置。
前記光伝播部は、前記発光部側の入射面に、複数の微細突起構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記光伝播部は、前記発光部側とは反対側の射出面に、前記光伝播部を透過する光を射出するための光学素子を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
前記光伝播部は、前記発光部からの光の光量分布を略均一にするロッドインテグレータであって、
前記ロッドインテグレータは、前記発光部側の入射面に、複数の微細突起構造を有し、前記発光部側とは反対側の射出面に、前記ロッドインテグレータに伝播する光を射出するための光学素子を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
前記空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズと、を有することを特徴とするプロジェクタ。