JP2011165548A

JP2011165548A - 光源装置およびプロジェクター

Info

Publication number: JP2011165548A
Application number: JP2010028618A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hayashi; 克彦林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】高出力な光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１００は、第１の光Ｌ１を出射する発光素子１０と、第１の光Ｌ１により照射され、凹凸が形成された照射領域２１を有する基板２０と、照射領域２１に形成され、第１の光Ｌ１により励起されて第２の光Ｌ２を発する蛍光発光層３０と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

プロジェクターや照明装置などの光源用の光源装置として、高い発光効率を有しかつ小型化が可能な発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子を用いた光源装置が期待されている。このような光源装置では、高輝度なプロジェクターや照明装置を得るために、高出力化が望まれている。例えば、特許文献１では、複数の発光素子を２次元的に配列することで高出力化を図っている。

特開２００７−３１１３５７号公報

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、高出力な光源装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記光源装置を有するプロジェクターを提供することにある。

本発明に係る光源装置は、
第１の光を出射する発光素子と、
前記第１の光により照射され、凹凸が形成された照射領域を有する基板と、
前記照射領域に形成され、前記第１の光により励起されて第２の光を発する蛍光発光層と、
を含む。

このような光源装置によれば、蛍光発光層が、凹凸が形成された照射領域に形成されていることができる。これにより、照射領域が平坦な場合と比べて、蛍光発光層の表面積を大きくすることができるため、蛍光発光層が発する第２の光の強度を高めることができる。したがって、高出力化を図ることができる。

本発明に係る光源装置において、
前記照射領域は、前記第１の光および前記第２の光を反射させることができる。

このような光源装置によれば、蛍光発光層を励起させることなく蛍光発光層を通過する第１の光を照射領域で反射させて、再び蛍光発光層に戻すことができる。これにより、効率よく蛍光発光層を励起させることができる。さらに、第２の光を照射領域で反射させて、所望の方向における第２の光の強度を高めることができる。

本発明に係る光源装置において、
前記発光素子は、複数設けられていることができる。

このような光源装置によれば、高出力化を図ることができる。

本発明に係る光源装置において、
複数の前記発光素子は、前記基板の前記照射領域側から見て、前記蛍光発光層に関して回転対称に配置されていることができる。

このような光源装置によれば、蛍光発光層を対称性よく照射することができる。したがって、第２の光をより均一な光強度分布とすることができる。

本発明に係る光源装置において、
前記発光素子は、発光ダイオードであることができる。

このような光源装置によれば、装置の小型化を図りつつ、蛍光発光層をより均一に照射することができる。

本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る光源装置と、
前記光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む。

このようなプロジェクターによれば、光源装置が高出力であるため、高輝度化を図ることができる。

本実施形態に係る光源装置を模式的に示す平面図。本実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図。本実施形態に係る光源装置の一部を模式的に示す断面図。本実施形態の第１変形例に係る光源装置を模式的に示す平面図。本実施形態の第１変形例に係る光源装置を模式的に示す断面図。本実施形態の第２変形例に係る光源装置を模式的に示す断面図。本実施形態の第３変形例に係る光源装置を模式的に示す断面図。本実施形態の第４変形例に係る光源装置を模式的に示す断面図。本実施形態係るプロジェクターを模式的に示す図。本実施形態係る蛍光発光層を模式的に示す平面図。本実施形態係る蛍光発光層を模式的に示す平面図。本実施形態係る蛍光発光層を模式的に示す平面図。本実施形態係る蛍光発光層を模式的に示す平面図。本実施形態係る蛍光発光層を模式的に示す平面図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．光源装置
まず、本実施形態に係る光源装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る光源装置１００を模式的に示す平面図である。図２は、光源装置１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、光源装置１００を模式的に示す図２の一部拡大図である。なお、図２では、便宜上、発光素子支持部４０の図示を省略している。

光源装置１００は、図１および図２に示すように、発光素子１０と、基板２０と、蛍光発光層３０と、を含む。光源装置１００は、さらに、発光素子支持部４０を含むことができる。

発光素子１０は、第１の光Ｌ１を出射する。第１の光Ｌ１は、基板２０に形成された蛍光発光層３０に照射される。蛍光発光層３０は、第１の光Ｌ１により励起されて第２の光（蛍光光）Ｌ２を発する。第１の光Ｌ１は、例えば、波長変換効率のよい青色や近紫外光などの短波長の光である。発光素子１０としては、例えば、発光ダイオードを用いることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。さらに、発光ダイオードは、他の固体光源と比べて照射できる領域が広いため、蛍光発光層３０の全体を均一に照射することができる。なお、発光素子１０としては、発光ダイオードに限定されず、例えば、半導体レーザーを用いてもよい。発光素子１０は、発光素子支持部４０に支持されて、基板２０の上方に配置されている。

基板２０は、第１の光Ｌ１が照射される照射領域２１を有する。照射領域２１は、第１の光Ｌ１により区画される領域である。照射領域２１には、複数の突起部２２が形成されている。この複数の突起部２２により、照射領域２１に凹凸が形成される。突起部２２は、図示の例では、円錐形状であるが、照射領域２１に凹凸を形成できればその形状は限定されない。突起部２２は、例えば、角錐形状、釣鐘型形状等であってもよい。突起部２２の高さ（突起部２２の頂点と照射領域２１側の基板２０の表面２との間の距離）Ｈは、例えば、１〜２ｍｍ程度である。照射領域２１は、例えば、第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２を反射させることができる。

基板２０の材質としては、例えば、アルミなどの金属を用いることができる。基板２０は、例えば、金属の平板をプレス加工等の塑性加工や、切削加工により加工することで製造することができる。照射領域２１が第１の光Ｌ１を反射させるように、基板２０の表面を研磨やエッチング等により鏡面化処理してもよい。

蛍光発光層３０は、照射領域２１に形成されている。照射領域２１には凹凸が形成されているため、照射領域が平坦な場合と比べて、蛍光発光層３０の表面積をより大きくすることができる。蛍光発光層３０は、第１の光Ｌ１により励起されて発光する。蛍光発光層３０を励起させて得られる第２の光Ｌ２は、照明光として、外部を照明する。蛍光発光層３０は、図３に示すように、例えば、第１の光Ｌ１により励起されて発光する蛍光体３２、および蛍光体３２を分散させるためのバインダー３４で構成されている。バインダー３４としては、例えば、樹脂やガラスを用いることができる。蛍光発光層３０の膜厚は、例えば、１０〜５０μｍ程度である。

発光素子１０から出射された第１の光Ｌ１は、図３に示すように、蛍光発光層３０の蛍光体３２を励起させる。第１の光Ｌ１により励起された蛍光体３２は、第２の光Ｌ２を発する。ここで、照射領域２１は、第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２を反射させることができる。したがって、蛍光体３２を励起させることなく蛍光発光層３０を通過する第１の光Ｌ１を照射領域２１で反射させて、再び蛍光発光層３０に戻すことができる。これにより、効率よく蛍光体３２を励起させることができる。さらに、第２の光Ｌ２を照射領域２１で反射させて、基板２０の上方以外の方向に進行する第２の光Ｌ２の一部を、基板２０の上方に向けて進行させることができる。これにより、所望の方向（例えば、基板２０の上方）における第２の光Ｌ２の強度を高めることができる。

第２の光Ｌ２の色は、蛍光体３２を励起させる第１の光Ｌ１の色（波長）と、蛍光体３２の組成との組み合わせにより決定される。すなわち、第１の光Ｌ１の色（波長）に応じて蛍光体３２の組成を変えることで第２の光Ｌ２の色を制御することができる。蛍光体３２の組成の一例として、以下のものを挙げることができる。

第１の光Ｌ１が青色の場合、第２の光Ｌ２が赤色となる蛍光体３２の組成の例としては、（Ｃａ，Ｓｒ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＣａＳｉＮ_２：Ｅｕを挙げることができる。第１の光Ｌ１が青色の場合、第２の光Ｌ２が緑色となる蛍光体３２の組成の例としては、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕを挙げることができる。第１の光Ｌ１が青色の場合、第２の光Ｌ２が黄色となる蛍光体３２の組成の例としては、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＹＡＧ系）、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、ＳｒＳｉＯ_４：Ｅｕを挙げることができる。

第１の光Ｌ１が近紫外光の場合、赤色の光を発光する蛍光体３２の組成の例としては、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・ＧｅＯ_２：Ｍｎを挙げることができる。第１の光Ｌ１が近紫外光の場合、第２の光Ｌ２が青緑色となる蛍光体３２の組成の例としては、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ、ＬａＡｌ（ＳｉＡｌ）_６Ｎ_９Ｏ：Ｃｅを挙げることができる。第１の光Ｌ１が近紫外光の場合、第２の光Ｌ２が青色となる蛍光体３２の組成の例としては、（Ｃａ，Ｓｒ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕを挙げることができる。

また、上述した組成の蛍光体３２を混合して蛍光発光層３０を形成することにより、複数の色の第２の光Ｌ２を発光させて、所望の色の光を得てもよい。例えば、第１の光Ｌ１が近紫外光の場合、第２の光Ｌ２が赤色となる蛍光体３２、第２の光Ｌ２が青色となる蛍光体３２、および第２の光Ｌ２が緑色となる蛍光体３２を所定の割合で混合して蛍光発光層３０を形成することにより、白色の光を得ることができる。

発光素子支持部４０は、例えば、基板２０上に形成されている。発光素子支持部４０は、図１に示すように、照射領域２１側から平面的に見て、蛍光発光層３０を囲むように形成されている。

光源装置１００は、例えば、ディスプレイ、照明装置、後述するプロジェクターなどの光源に適用されることができる。

光源装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

光源装置１００によれば、蛍光発光層３０が、凹凸が形成された照射領域２１に形成されていることができる。これにより、照射領域２１が平坦な場合と比べて、蛍光発光層３０の表面積を大きくすることができるため、蛍光発光層３０が発する第２の光Ｌ２の強度を高めることができる。したがって、光源装置１００によれば、高出力化を図ることができる。

光源装置１００によれば、照射領域２１は、第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２を反射させることができる。したがって、蛍光体３２を励起させることなく蛍光発光層３０を通過する第１の光Ｌ１を照射領域２１で反射させて、再び蛍光発光層３０に戻すことができる。これにより、効率よく蛍光体３２を励起させることができる。さらに、第２の光Ｌ２を照射領域２１で反射させて、基板２０の上方以外の方向に進行する第２の光Ｌ２の一部を、基板２０の上方に向けて進行させることができる。これにより、所望の方向（基板２０の上方）における第２の光Ｌ２の強度を高めることができる。

２．光源装置の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る光源装置について、図面を参照しながら説明する。以下、本実施形態の変形例に係る光源装置において、本実施形態に係る光源装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

（１）第１変形例に係る光源装置
まず、本実施形態の第１変形例に係る光源装置２００について、図面を参照しながら説明する。図４は、光源装置２００を模式的に示す平面図である。図５は、光源装置２００を模式的に示す図４のＶ−Ｖ線断面図である。なお、図５では、便宜上、発光素子支持部４０の図示を省略している。

光源装置２００は、図４および図５に示すように、発光素子１０が複数設けられていることができる。発光素子１０は、図４の例では、８つ設けられているが、その数は特に限定されない。複数の発光素子１０は、照射領域２１側から平面視して、蛍光発光層３０に対して回転対称に配置されている。すなわち、複数の発光素子１０は、照射領域２１側から平面視して、蛍光発光層３０を囲むように等間隔に配置されている。これにより、蛍光発光層３０を対称性よく照射することができる。したがって、複数の発光素子が回転対称に配置されていない場合に比べて、蛍光発光層３０が発する第２の光Ｌ２をより均一な光強度分布とすることができる。

また、複数の発光素子１０が出射する第１の光Ｌ１の光軸は、蛍光発光層３０の中心で交わることが望ましい。これにより、蛍光発光層３０を効率よく照射することができる。

光源装置２００によれば、発光素子１０は、複数設けられていることができる。したがって、光源装置２００の高出力化を図ることができる。さらに、１つの発光素子で第１の光Ｌ１の強度を高める場合と比べて、複数の発光素子１０の各々の出力を高めることなく第１の光Ｌ１の強度を高めることができる。そのため、各発光素子１０の発熱を抑え、各発光素子１０を効率良く発光させることができる。したがって、光源装置２００によれば、高出力化を図りつつ、装置全体の効率化を図ることができる。

（２）第２変形例に係る光源装置
次に、本実施形態の第２変形例に係る光源装置３００について、図面を参照しながら説明する。図６は、光源装置３００を模式的に示す断面図であり、図２に対応している。なお、図６では、便宜上、発光素子支持部４０の図示を省略している。

光源装置１００の例では、図２に示すように、照射領域２１に複数の突起部２２が形成されていた。これに対し、光源装置３００は、図６に示すように、照射領域２１に複数の窪み部２４が形成されていることができる。これにより、光源装置１００の例と同様に、照射領域２１に凹凸を形成することができる。

窪み部２４は、図示の例では、逆円錐形状であるが、照射領域２１に凹凸を形成できればその形状は限定されない。窪み部２４は、例えば、逆角錐形状、逆釣鐘型形状等であってもよい。窪み部２４の深さ（窪み部２４の頂点と表面２との間の距離）Ｄは、例えば、１〜２ｍｍ程度である。

（３）第３変形例に係る光源装置
次に、本実施形態の第３変形例に係る光源装置４００について、図面を参照しながら説明する。図７は、光源装置４００を模式的に示す断面図であり、図２に対応している。なお、図７では、便宜上、発光素子支持部４０の図示を省略している。

光源装置１００の例では、図２に示すように、突起部２２が形成された面が平坦であった。これに対し、光源装置４００では、図７に示すように、突起部２２が形成される面が凹面であることができる。これにより、光源装置１００の例と比べて、第２の光Ｌ２の配光を集束させることができる。

（４）第４変形例に係る光源装置
次に、本実施形態の第４変形例に係る光源装置５００について、図面を参照しながら説明する。図８は、光源装置５００を模式的に示す断面図であり、図２に対応している。なお、図８では、便宜上、発光素子支持部４０の図示を省略している。

光源装置１００の例では、図２に示すように、突起部２２が形成された面が平坦であった。これに対し、光源装置５００では、図８に示すように、突起部２２が形成される面が凸面であることができる。これにより、光源装置１００の例と比べて、第２の光Ｌ２の配光を発散させることができる。

３．プロジェクター
次に、本実施形態に係るプロジェクター１０００について、図面を参照しながら説明する。図９は、プロジェクター１０００を模式的に示す図である。なお、図８では、便宜上、プロジェクター１０００を構成する筐体は省略している。

プロジェクター１０００は、赤色光、緑色光、青色光を出射する赤色光源１００Ｒ，緑色光源１００Ｇ、青色光源１００Ｂを有する。

赤色光源１００Ｒとしては、赤色光を発する蛍光発光層３０を備えた、本発明に係る光源装置（以下の例では、光源装置１００）を用いることができる。緑色光源１００Ｇとしては、緑色光を発する蛍光発光層３０を備えた光源装置１００を用いることができる。青色光源１００Ｂとしては、青色の光を出射する発光素子を用いてもよいし、発光素子から出射された近紫外光によって、青色光を発する蛍光発光層３０を備えた光源装置１００を用いてもよい。

プロジェクター１０００は、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光をそれぞれ画像情報に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）１００４Ｒ，１００４Ｇ，１００４Ｂと、液晶ライトバルブ１００４Ｒ，１００４Ｇ，１００４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン（表示面）１０１０に投射する投射レンズ（投射装置）１００８と、を備えている。また、プロジェクター１０００は、液晶ライトバルブ１００４Ｒ，１００４Ｇ，１００４Ｂから出射された光を合成して投写レンズ１００８に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）１００６を備えていることができる。

さらに、プロジェクター１０００は、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光の照度分布を均一化させるため、各光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂよりも光路下流側に、均一化光学系１００２Ｒ，１００２Ｇ，１００２Ｂを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ１００４Ｒ，１００４Ｇ，１００４Ｂを照明している。均一化光学系１００２Ｒ，１００２Ｇ、１００２Ｂは、例えば、ホログラム１００２ａおよびフィールドレンズ１００２ｂによって構成される。

各液晶ライトバルブ１００４Ｒ，１００４Ｇ，１００４Ｂ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１００６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射レンズ１００６によりスクリーン１０１０上に投写され、拡大された画像が表示される。

プロジェクター１０００によれば、光源装置１００が高出力であるため、高輝度化を図ることができる。

なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。

なお、本発明は上述した実施形態や変形例に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、蛍光発光層３０は、蛍光体の種類ごとに領域を分けて形成されることができる。図１０〜図１４は、蛍光発光層３０を照射領域２１側から見た平面図である。発光素子１０が出射する第１の光Ｌ１が近紫外光の場合、蛍光発光層３０は、図１０〜図１４に示すように、第２の光Ｌ２が赤色となる蛍光体を形成した赤色蛍光体領域３０Ｒ、第２の光Ｌ２が緑色となる蛍光体を形成した緑色蛍光体領域３０Ｇ、および第２の光Ｌ２が青色となる蛍光体を形成した青色蛍光体領域３０Ｂを有することができる。蛍光体領域３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、同心円状パターン、放射状パターン、渦巻き状パターン、格子状パターン等を描くように形成されることができる。このように、蛍光体領域３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの描くパターンを変えることで、第２の光Ｌ２の色を制御することができる。蛍光発光層３０は、例えば、インクジェット法により形成される。なお、例えば、発光素子１０が出射する第１の光Ｌ１が青色光の場合、図１０〜図１４に示す青色蛍光体領域３０Ｂには蛍光発光層３０を形成せずに基板２０を露出させてもよい。すなわち、第１の光Ｌ１を基板２０に反射させて青色の光を得てもよい。

なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

１０発光素子、２０基板、２１照射領域、２２突起部、２４窪み部、
３０蛍光発光層、３２蛍光体、３４バインダー、４０発光素子支持部、
１００，２００，３００，４００，５００光源装置、１０００プロジェクター、
１００２均一化光学系、１００２ａホログラム、１００２ｂフィールドレンズ、
１００４液晶ライトバルブ、１００６クロスダイクロイックプリズム、
１００８投写レンズ、１０１０スクリーン

Claims

第１の光を出射する発光素子と、
前記第１の光により照射され、凹凸が形成された照射領域を有する基板と、
前記照射領域に形成され、前記第１の光により励起されて第２の光を発する蛍光発光層と、
を含む、光源装置。
請求項１において、
前記照射領域は、前記第１の光および前記第２の光を反射させる、光源装置。
請求項１または２において、
前記発光素子は、複数設けられている、光源装置。
請求項３において、
複数の前記発光素子は、前記基板の前記照射領域側から見て、前記蛍光発光層に関して回転対称に配置されている、光源装置。
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記発光素子は、発光ダイオードである、光源装置。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む、プロジェクター。