JP2007218956A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードを光源としたときに、黄色を原色とした多原色表示を可能とする、明るく効率の良い投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】投射型画像表示装置は、複数の光源（例えばＬＥＤ１０１，１０２，１０３ａ，１０３ｂ）と、表示素子（例えばＤＭＤ１１０）とを備えている。そして蛍光体１００は、光源が発する光を励起光として黄色の光を発する。また制御部１０９は、表示素子が黄色用の画像を表示しているとき、蛍光体１００に励起光が照射されるように光源を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光色が異なる複数の光源を備えた照明装置、および、照明装置を備えた投射型画像表示装置に関する。

従来、光源からの光を光変調素子に照射して、光変調素子により所望の状態に変調された光をスクリーンに投射することにより、大きな画像を表示する投射型画像表示装置がある。光変調素子は、液晶を用いたＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）や、マイクロミラーアレイを備えたＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などが使用されている。光源は、超高圧水銀ランプが広く使用されているが、最近では、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を使用した画像表示装置の開発が進められている。

ＬＥＤを用いた光源装置としては、例えば、特許文献１に開示されるようなものがある。発光色が異なるＬＥＤから発せられる光のうち、特定波長領域の光を反射し、他の波長領域の光を透過するダイクロイックミラーによって光を合成する。これにより、ＬＥＤからの出射光束の断面積を変えずに複数種のＬＥＤからの光束を合成し、高輝度の光束を出射できるコンパクトな光源装置を実現している。
特開２００１−４２４３１号公報

近年、投射型画像表示装置において、表示画像の明るさ向上と、色再現範囲の拡大とを目的として、画像表示の３原色である赤色、緑色、青色にシアン、イエローといった色を加え、多原色による表示が検討されている。光源がＬＥＤである場合には、ＧａＮ系のＬＥＤを使用することにより、発光波長が５０５ｎｍ付近でシアン光が実現可能である。

しかしながら、現在イエロー光（波長５７０ｎｍ程度）を発光するＬＥＤを作製することは困難である。例えば、発光色が赤色系のＬＥＤと同様にＡｌＩｎＧａＰなどを使用して作製すると、実用化されているレベルでは発光波長が５９０ｎｍのアンバー光である。
また、発光色が緑色系のＬＥＤと同様にＩｎＧａＮなどを使用して作製しても、青色に比べ発光波長が長い緑色のＬＥＤの発光効率は青色ＬＥＤに比べて低く、緑色より発光波長の長いイエロー（黄色の光）を発するＬＥＤの発光効率は更に低下して実用レベルではない。したがって、ＬＥＤを光源に用いた投射型画像表示装置において、黄色を追加した多原色表示を実現することは困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、赤色、緑色、青色の３原色に加えて黄色を追加した多原色表示が可能である投射型画像表示装置を提供することである。

本発明に係る投射型画像表示装置は、複数の光源と、光源が発する光を変調して表示を行う表示素子と、光源が発する光を励起光として黄色の光を発する蛍光体と、表示素子が黄色用の画像を表示しているとき、蛍光体に励起光が照射されるように光源を制御する制御部とを備える。

本発明に係る投射型画像表示装置は、複数の光源と、光源が発する光を変調して表示を行う表示素子と、光源が発する光を励起光として黄色の光を発する蛍光体が配置される部分、及び可視波長領域の光を透過する部分が備えられている光分離手段と、表示素子が黄色用の画像を表示しているとき、蛍光体に励起光が照射されるように光源を制御する制御部とを備え、制御部は表示素子が青用の画像を表示しているときと、黄色用の画像を表示しているときとで、同一の光源が発光するよう制御する。

本発明に係る投射型画像表示装置は、複数の光源と、光源が発する光を変調して表示を行う表示素子と、光源が発する光を励起光として黄色の光を発する蛍光体と、表示素子が黄色用の画像を表示しているとき、蛍光体に励起光が照射されるように光源を制御する制御部とを備え、蛍光体は希土類金属を蛍光物質とする。

本発明に係る投射型画像表示装置は、複数の光源と、光源が発する光を変調して表示を行う表示素子と、光源が発する光を励起光として黄色の光を発する蛍光体と、表示素子が黄色用の画像を表示しているとき、蛍光体に励起光が照射されるように光源を制御する制御部とを備え、黄色の光の波長スペクトルのピーク値を５６０から５８０ｎｍの間にする。

本発明に係る投射型画像表示装置は、発光波長が異なる複数の光源と、光源からの光を合成するダイクロイックミラーと、光源のうち１つの光源が発する光を励起光として黄色の光を発する蛍光体とを備え、蛍光体の蛍光物質は希土類金属であり、励起光が青または紫外の波長領域にピーク波長を有する。

本発明の投射型画像表示装置によれば、黄色の光を蛍光体の発光により得ることができるため、複数の光源を使用した場合においても、黄色を原色とした多原色表示が可能となり、色再現範囲を拡大するとともに明るい画像表示が可能となる。

本発明の投射型画像表示装置によれば、光分離手段に蛍光体が配置される部分を備えているため、黄色の光を発生させる励起光を発する光源を設けずに、黄色を原色とした多原色表示が可能となり、色再現範囲を拡大するとともに明るい画像表示が可能となる。

本発明の投射型画像表示装置によれば、蛍光体の蛍光物質を希土類金属とすることで、蛍光体が発する光の波長スペクトルの半値全幅を小さくすることができ、色純度を高めることができ、光利用効率も向上することができる。

本発明の投射型画像表示装置によれば、黄色の光の波長スペクトルのピーク値を５６０から５８０ｎｍの間に設定することにより、黄色の光の波長が、緑色の光の波長と、赤色の光の波長との間になり、色再現範囲を効率的に拡大することが可能となるだけでなく、三刺激値Ｙの波長スペクトルのピーク値に、光の波長のピークを配置することとなり、明るい画像を得ることが可能となる。

本発明の投射型画像表示装置によれば、発光波長が異なる複数の光源と、光源からの光を合成するダイクロイックミラーと、黄色の光を発する蛍光体とを備え、蛍光体が青または紫外の波長領域にピーク波長を有する励起される希土類金属を蛍光材料としているため、複数の光源を使用した場合においても、黄色を原色とした多原色表示が可能となり、色再現範囲を拡大するとともに明るい画像表示が可能となり、かつ、色純度を高めることができ、光利用効率も向上することができる。さらに、蛍光体が発する光の波長スペクトルの半値全幅が小さいため、ダイクロイックミラーによる合成が可能となり、容易に各色の光を合成することができる。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。なお、各図における構成は、理解しやすいように誇張して記載しており、実際の間隔や大きさとは異なる。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における概略構成を示す図である。第１のダイクロイックミラー１０４は緑色の光を反射して青色の光を透過し、例えば図２のような反射率特性を有する。第２のダイクロイックミラー１０６は黄色の光を反射して赤色の光を透過し、例えば図３のような反射率特性を有する。第３のダイクロイックミラー１０５は黄色と赤色の光を反射して青色と緑色の光を透過し、例えば図４のような反射率特性を有する。

光源としては、赤色の光を発するＬＥＤであるＲ−ＬＥＤ１０１、緑色の光を発するＬＥＤであるＧ−ＬＥＤ１０２、青色の光を発するＬＥＤであるＢ−ＬＥＤ（第１のＢ−ＬＥＤ１０３ａ，第２のＢ−ＬＥＤ１０３ｂ）を使用する。各ＬＥＤが発光する光の波長スペクトルは、例えば図５のようなスペクトルを有している。

図１において、第２のＢ−ＬＥＤ１０３ｂが発した光は蛍光体１００に入射する。蛍光体１００は、青色の光によって励起され黄色の光を発光するものである。青色光励起による黄色光発光の蛍光体として、一般的に使用されているものとしてはＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）系蛍光体がある。したがって、Ｂ−ＬＥＤ１０３ｂが発した光を蛍光体１００に入射することで、ＬＥＤを光源にした場合においても、黄色の光を発生することができる。

図１において、Ｒ−ＬＥＤ１０１と蛍光体１００が発した光は第２のダイクロイックミラー１０６に入射する。第２のダイクロイックミラー１０６は、黄色の光を反射して赤色の光を透過するため、第２のダイクロイックミラー１０６から第３のダイクロイックミラー１０５に入射する光は、赤色と黄色の光となる。

Ｇ−ＬＥＤ１０２と第１のＢ−ＬＥＤ１０３ａが発した光は第１のダイクロイックミラー１０４に入射する。第１のダイクロイックミラー１０４は、緑色の光を反射して青色の光を透過するため、第１のダイクロイックミラー１０４から第３のダイクロイックミラー１０５に入射する光は、緑色と青色の光となる。

第１のダイクロイックミラー１０４と第２のダイクロイックミラー１０６から第３のダイクロイックミラー１０５に入射した光は、第３のダイクロイックミラー１０５が赤色と黄色の光を反射して緑色と青色の光を透過するため、赤色、黄色、緑色、青色の光が第３のダイクロイックミラー１０５から全反射ミラー１０７に進行する。

全反射ミラー１０７はアルミニウム、銀、誘電体多層膜などの反射膜が形成されており、可視領域波長の光を反射する。反射された光は本実施例で使用する表示素子であるＤＭＤ１１０に入射し、入力映像信号に応じて表示された画像を投射レンズ１０８へ反射し、投射レンズ１０８によって投影される。

図示はしていないが、各部材の間にはレンズなどの光学部材を配置することができる。また、各ＬＥＤからＤＭＤ１１０までの光学距離は、レンズなどを共通化することができるため、略同一とすることが好適である。

制御部１０９はＬＥＤドライバ、ＤＭＤドライバ、マイコンなどを備えており、ＤＭＤ１１０が表示する画像に応じてＬＥＤを発光させる。ＤＭＤ１１０を１枚使用した投射型画像表示装置ではカラーシーケンシャル表示を行ってカラー画像を表示する。したがって、ＤＭＤ１１０は、本実施例では原色である赤色、黄色、緑色、青色の画像を順次表示する。

例えば、図６のような制御を行う。ＤＭＤ１１０が赤色用の画像を表示しているとき、制御部１０９はＲ−ＬＥＤ１０１を発光状態、他のＬＥＤを非発光状態とし、ＤＭＤ１１０に赤色の光を照射する。ＤＭＤ１１０が黄色用の画像を表示しているときは、第２のＢ−ＬＥＤ１０３ｂを発光状態、他のＬＥＤを非発光状態とし、ＤＭＤ１１０に黄色の光を照射する。ＤＭＤ１１０が緑色用の画像を表示しているときは、Ｇ−ＬＥＤ１０２を発光状態、他のＬＥＤを非発光状態とし、ＤＭＤ１１０に緑色の光を照射する。ＤＭＤ１１０が青色用の画像を表示しているときは、第１のＢ−ＬＥＤ１０３ａを発光状態、他のＬＥＤを非発光状態とし、ＤＭＤ１１０に青色の光を照射する。

以上により、順次色表示をおこなうことによりカラー画像が表示可能となる。ここで、本実施例では、赤色、黄色、緑色、青色の４原色表示について説明したが、シアンなどを加えた多原色表示においても本発明を適用することができる。また、複数のＬＥＤを同時に発光する期間を設けてもよく、例えば、全ＬＥＤが発光する白色表示期間、青色と赤色が発光するマゼンタ表示期間を設けても、本発明を適用することが可能である。

本実施例において、黄色の光を発する蛍光体１００の蛍光材料は、希土類金属とすることが好適である。一般に希土類錯体による発光は、発光波長が配位子の構造にほとんど影響を受けず、発光ピークがシャープであるなどの特徴を有する。希土類錯体は配位子の吸収により励起され、金属にエネルギーが移動し、励起状態から基底状態に戻るときに発光する。すなわち、励起と蛍光が異なる部分によって発生するため、希土類金属に依存した発光波長を有する。また、発光スペクトルの半値全幅は２０ｎｍ程度であり、発光エネルギーが狭い波長域に集中している。

本実施例で使用する蛍光体の発光色は黄色であるため、発光波長が５７０ｎｍ前後である希土類金属を蛍光材料に用いればよい。例えば、Ｄｙ（Ｄｙｓｐｒｏｓｉｕｍ）、Ｈｏ（Ｈｏｌｍｉｕｍ）、Ｅｒ（Ｅｒｂｉｕｍ）などを適用することができる。これらの金属をポリマーなどに分散し、透明基材に塗布することで蛍光体１００を形成することが可能である。

透明基材としては可視領域での透過率が高いものが良く、ガラス、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｌｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＣ（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ）などが適用できる。蛍光発光強度を高めるためには、励起光の吸収割合、蛍光光の散乱割合などが関連し、蛍光材料の濃度を調整するか、ポリマーの厚さを調整することで蛍光体からの発光強度を最適化することが可能である。

ここで、図１における蛍光体１００がＹＡＧ系蛍光体であった場合、黄色光の波長スペクトルは図７のようになる。この光が第２のダイクロイックミラー１０６および第３のダイクロイックミラー１０５によって反射されると、図３および図４の特性を用いると図８のような波長スペクトルとなり、この特性を有する光がＤＭＤ１１０に照射されて画像表示に利用されることになる。すなわち、図８の斜線部分で示した領域の光は損失となり効率が悪い。

蛍光体１００が希土類金属である場合には、黄色光の波長スペクトルは図９のようになる。図９で示した光が第２のダイクロイックミラー１０６および第３のダイクロイックミラー１０５によって反射されると、図３および図４の特性を用いると図１０のようになる。図８と比較すると第２及び第３のダイクロイックミラー１０６，１０５で反射されたときの損失が小さく光の利用効率が良い。したがって、蛍光体１１０の蛍光物質に希土類金属を用いることにより、明るく効率の良い投射型画像表示装置を得ることができる。

また、波長に対する三刺激値ＸＹＺは図１１のようになり、一般的に明るさの指標はＹ値となることが知られている。したがって、Ｙの値が大きい波長付近の光を画像表示に使うことによって、明るさを向上することが可能となる。すなわち、発光光のピーク波長が５９０ｎｍ程度であるアンバー光を使用するよりも、波長が５７０ｎｍ程度である黄色光を画像表示に使用した方が、明るい画像を得ることができる。

本実施例の投射型画像表示装置の色再現範囲は図１２のようになる。赤色、緑色、青色の発光色を有するＬＥＤを使用したときの色再現範囲はＲＧＢで示すような三角形（I）となる。この色再現範囲はＮＴＳＣと比較した場合、面積比で約１１８％となる。赤色、緑色、青色の発光色を有するＬＥＤに加えて黄色蛍光体を備えた本実施例の色再現範囲は、ＲＧＢ＋Ｙｅｌｌｏｗで示す三角形（II）となり、ＲＧＢの三角形（I）を上回る色再現範囲を得ることが可能となる。このときの色再現範囲はＮＴＳＣ比で約１２４％となる。

黄色の原色点が外側に位置しているのは、黄色光の色純度が高いためであり、これは希土類金属の蛍光光のスペクトルが急峻であることに起因する。すなわち、希土類金属を蛍光材料に使用することで色純度を高め色再現範囲の拡大が可能となる。また、蛍光光をダイクロイックミラーにより合成する場合、他の色の波長スペクトルと重なり合うと反射または透過する箇所で、ダイクロイックミラーの特性により損失となってしまう。したがって、蛍光光の波長スペクトルのピーク値が、５６０から５８０ｎｍにあると効率よく合成することができ、かつ、色再現範囲を効果的に拡大することができる。

以上により、黄色の光を発する蛍光体を使用することにより、ＬＥＤを光源とした場合でも黄色光を原色とした多原色表示が可能となる。さらに、希土類金属を蛍光材料とすることでスペクトルを急峻とすることができ、色再現範囲を拡大し光利用効率を高めることが可能となる。

ここで、本実施例では青色の光を励起光としたが、蛍光材料の吸収域が紫外域の波長帯にある場合には、紫外光を発するＬＥＤを用いて紫外光を励起光としても同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例では４原色について説明したが、その他の多原色表示にも本発明を適用することができる。例えば、図１３のようにシアンの光を発するＬＥＤであるＣ−ＬＥＤ１１１と、シアン光を反射して緑色の光を透過する第４のダイクロイックミラー１１２とを配置する。図１３の他の要素については図１と同様とする。

ＤＭＤ１１０がシアン用の画像を表示しているときにＣ−ＬＥＤ１１１を発光することにより、シアンを加えた５原色表示が可能となる。また、ＬＥＤの発光タイミングは、ＤＭＤ１１０が表示している画像の色に対応した光を照射すればよく、複数のＬＥＤが同時に発光する期間を有していても良い。また、本実施例では表示素子としてＤＭＤを用いて説明したが、透過型液晶やＬＣＯＳなどといった他の表示素子を使用した場合においても、本発明を適用することができる。

（実施例２）
以下に本発明の実施例２を説明するが、実施例２を説明するための図面において、同じ機能を有するものは実施例１と同様の符号を付している。

図１４は本発明の実施例２の概略構成を示す図である。実施例２では、光源としてＲ−ＬＥＤ１０１とＧ−ＬＥＤ１０２とＢ−ＬＥＤ１０３を備えており、さらに、Ｂ−ＬＥＤ１０３が発した青色の光が入射するように光分離手段としてカラーホイール２００が配置されている。カラーホイール２００は図１５のようになっており、円形のガラスの一部に蛍光体１００が配置されており、他の領域は少なくとも可視領域の光を透過する透明ガラスのままの透明部分１２０が形成されている。

カラーホイール２００はモータにより一定速度で回転し、Ｂ−ＬＥＤ１０３が発した青色の光はカラーホイール２００の透明部分１２０に入射するか蛍光体１００に入射する。制御部１０９は、蛍光体１００の部分に青色の光が照射されるときに、ＤＭＤ１１０が黄色の表示を行うように制御する。すなわち、制御部１０９は図１６のように制御を行う。

ＤＭＤ１１０が赤色用の画像を表示しているとき、制御部１０９はＲ−ＬＥＤ１０１を発光状態、他のＬＥＤを非発光状態とし、ＤＭＤ１１０に赤色の光を照射する。ＤＭＤ１１０が黄色用の画像を表示しているときは、Ｂ−ＬＥＤ１０３を発光状態、他のＬＥＤを非発光状態とし、ＤＭＤ１１０に黄色の光を照射する。ＤＭＤ１１０が緑色用の画像を表示しているときは、Ｇ−ＬＥＤ１０２を発光状態、他のＬＥＤを非発光状態とし、ＤＭＤ１１０に緑色の光を照射する。ＤＭＤ１１０が青色用の画像を表示しているときは、Ｂ−ＬＥＤ１０３を発光状態、他のＬＥＤを非発光状態とし、ＤＭＤ１１０に青色の光を照射する。

第１のダイクロイックミラー２０１は、青色と黄色の光を透過し、緑色の光を反射する特性を有する。また、第２のダイクロイックミラー２０２は、青色と黄色と緑色の光を透過し、赤色の光を反射する特性を有する。第１のダイクロイックミラー２０１および第２のダイクロイックミラー２０２によって、前述した制御方法によって各色の光をＤＭＤ１１０に照射することができる。すなわち、各発光色を有するＬＥＤの発光、非発光を制御することにより、所望の色の光をＤＭＤ１１０に照射することができる。

以上の方法により、ＬＥＤの発光色を増加することなく、黄色の原色を追加した多原色表示が可能となる。

実施例１の概略構成を示す図である。 第１のダイクロイックミラーの反射率特性を示す図である。 第２のダイクロイックミラーの反射率特性を示す図である。 第３のダイクロイックミラーの反射率特性を示す図である。 ＬＥＤ発光光の波長スペクトルを示す図である。 実施例１における光源および表示の例を示す図である。 ＹＡＧ系蛍光体の蛍光光の波長スペクトルを示す図である。 第３のダイクロイックミラー反射前後の波長スペクトルを示す図である。 希土類金属を蛍光材料としたときの蛍光光の波長スペクトルを示す図である。 第３のダイクロイックミラー反射前後の波長スペクトルを示す他の図である。 三刺激値ＸＹＺを示す図である。 実施例１の色再現範囲を示す図である。 実施例１において原色にシアンを加えたときの概略構成を示す図である。 実施例２の概略構成を示す図である。 実施例２におけるカラーホイールを示す図である。 実施例２における光源および表示の例を示す図である。

符号の説明

１００…蛍光体、１０１…Ｒ−ＬＥＤ、１０２…Ｇ−ＬＥＤ、１０３…Ｂ−ＬＥＤ、１０３ａ…第１のＢ−ＬＥＤ、１０３ｂ…第２のＢ−ＬＥＤ、１０４…第１のダイクロイックミラー、１０５…第３のダイクロイックミラー、１０６…第２のダイクロイックミラー、１０７…全反射ミラー、１０８…投影レンズ、１０９…制御部、１１０…ＤＭＤ、１１１…Ｃ−ＬＥＤ、１１２…第４のダイクロイックミラー、１２０…透明部分、２００…カラーホイール、２０１…第１のダイクロイックミラー、２０２…第２のダイクロイックミラー。

Claims (5)

1. 複数の光源と、
   該複数の光源が発する光を変調して表示を行う表示素子と、
   前記光源が発する光を励起光として黄色の光を発する蛍光体と、
   前記表示素子が黄色用の画像を表示しているとき、前記蛍光体に励起光が照射されるように前記光源を制御する制御部と、を備えることを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 複数の光源と、
   該複数の光源が発する光を変調して表示を行う表示素子と、
   前記光源が発する光を励起光として黄色の光を発する蛍光体が配置される部分、及び可視波長領域の光を透過する部分が備えられている光分離手段と、
   前記表示素子が黄色用の画像を表示しているとき、前記蛍光体に励起光が照射されるように前記光源を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記表示素子が青用の画像を表示しているときと、黄色用の画像を表示しているときとで、同一の前記光源が発光するよう制御することを特徴とする投射型画像表示装置。
3. 前記蛍光体は、希土類金属が蛍光物質であることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型画像表示装置。
4. 前記黄色の光の波長スペクトルのピーク値が５６０ｎｍから５８０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の投射型画像表示装置。
5. 発光波長が異なる複数の光源と、
   前記光源からの光を合成するダイクロイックミラーと、
   前記光源のうち１つの光源が発する光を励起光として黄色の光を発する蛍光体とを備え、
   前記蛍光体の蛍光物質は希土類金属であり、
   前記励起光が青または紫外の波長領域にピーク波長を有することを特徴とする投射型画像表示装置。

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