JP2011180353A

JP2011180353A - プロジェクタ

Info

Publication number: JP2011180353A
Application number: JP2010044135A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kitamura; 厚北村; Hideki Kato; 英樹加藤
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2010-03-01
Publication date: 2011-09-15

Abstract

【課題】プロジェクタにおいて、カラーホイールからの光の側方への反射を防止し、光の有効利用をする。
【解決手段】カラーホイール５に、凹部２１を形成し、凹部２１内に樹脂２２３と、蛍光体２２１との混合物を充填する。蛍光体２２１は樹脂２２３よりも比重が重いため、蛍光体２２１は底部に沈降し、樹脂２２３の層と分離する。上記混合物に光学的に透明なフィラー（微粒子）SiO2、Al2O3、熱伝導性の高いフィラーYAG、SiO2、Al2O3、Ag等を混合すれば、光の利用効率や、熱伝導性はさらによくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像を投射表示するプロジェクタ（投写型表示装置）に関し、特に蛍光体層をカラーホイール本体に形成された凹部内に形成したカラーホイールを備えるプロジェクタに関するものである。

ホームシアター、プレゼンテーション等で使用される、表示画像を投写光学系により拡大投影し、大画面の表示画像を得るプロジェクタ（投射型画像表示装置）が商品化されている。このようなプロジェクタには、光源から出射された光を照明光として、デジタルマイクロミラーデバイス、液晶表示素子等の空間光変調器を使用する電気光学装置を介してスクリーンに画像を表示するものがある。上記プロジェクタには、光源として、高圧水銀ランプやキセノンランプを用いたものもあるが、それらは水銀の含有や、発熱量の問題から好ましくない。そのため近年では、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザを使用したプロジェクタが考案されている。

例えば、ＬＥＤとレーザを使用するものとして、米国で開催された家電製品のトレードショーであるInternational CES（Consumer Electronics Show）（２０１０年）で展示発表されたカシオ計算機株式会社のプロジェクタがある。ここでは、赤色光源としてＬＥＤ，青色光源として青色レーザ、緑色光源として青色レーザの位相と波長を変換したものを利用している（以下、この種のプロジェクタを「ハイブリッド型」という。）。

上記ハイブリッド型プロジェクタの色合成の方式について、その模式図を図４に示す。図４において、プロジェクタ１００は、青色光源１、赤色光源２、カラーホイール５、ダイクロイックミラー３，８、レンズ４，９、ミラー６，７、空間光変調器としてのデジタルマイクロミラーデバイス１０、投影光学系１１、スクリーン１２を備えている。青色光源１から出射される青色光（Ｂ）は、青色光を透過するダイクロイックミラー３、レンズ４を通過し、カラーホイール５に照射される。カラーホイール５は本体が金属製円盤であって、その円周方向の一部に緑色光（Ｇ）を発する蛍光体（以下、「緑蛍光体」という）が形成されている。青色光は、緑蛍光体が設けられていない部分（カラーホイール本体の円周方向の切り欠き部分）を通過し、ダイクロイックミラー８を透過し、レンズ９により集光されてデジタルマイクロミラーデバイス１０に達する。

カラーホイール５から反射された一部の青色光は、青色光源１側に戻る。そして、青色光が上記緑蛍光体に照射されると緑色光が発光され、この緑色光は、レンズ４を通って緑色光を反射するダイクロイックミラー３により反射され、さらにミラー６，７と、ダイクロイックミラー８で反射され、レンズ９により集光されてデジタルマイクロミラーデバイス１０に達する。

また、赤色光源２からの赤色光（Ｒ）は、ダイクロイックミラー３を通過し、ミラー６，７に反射されてダイクロイックミラー８に反射され、レンズ９により集光されてデジタルマイクロミラーデバイス１０に達する。
デジタルマイクロミラーデバイス１０に入射する青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）、赤色光（Ｒ）の３原色は、入射光の切り替えを同期させて、それぞれの色の画像として時系列的に処理され、投影光学系１１を介して、スクリーン１２に画像が投写される。

このようなプロジェクタにおいて使用されるカラーホイールの製造では、形成される蛍光体層の画定手段として、マスク治具が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−５７４２４号公報

上記ハイブリッド型のようなプロジェクタでは、青色光は金属製のカラーホイールの切り欠き部を透過するとともに、青色光がカラーホイールに形成された緑色蛍光体に入射し、緑色光を出射する。しかし、カラーホイール本体から青色光源側への青色光の反射もあり、青色光が有効に利用されていない。
また、使用されるカラーホイールに形成される蛍光体は、微粒子からなるものと考えられるため、例えば、図５、図６に示す蛍光体層Ｆに入射された光により、図５に示すようにレンズ４によりカラーホイール５の蛍光体層Ｆに集光され、蛍光体層Ｆから発光する光は、矢印のように拡散光を含んでいるため、光学系からはずれる拡散光は戻りきらず、迷光となり有効に利用されていない。

このようなことが生じる原因は、カラーホイールを構成する金属板に蛍光体を塗布する工程で、型内に蛍光体物質が塗布されてから治具がはずされた後に、樹脂に粘性があるため、図５に示すようにレンズ形状となること、及び蛍光体（粒子による拡散）による影響と考えられる。
また、光源として従来のランプよりも発熱量の少ない発光ダイオードを使用するものであっても、プロジェクタは、温度上昇に対応するため、冷却ファンや温度センサを備えているのが一般的であり、また、カラーホイール自体も発熱体となっている。
また、蛍光体は、熱によって発光効率が低下するため、光の利用効率を高めつつ、熱を逃す必要がある。そのためには、蛍光体に集光する光を拡散して、できるだけ多くの蛍光体を構成する蛍光体の微粒子に光を当てて、１個あたりの蛍光体が吸収するエネルギーを低減することが必要である。

本発明は、上記のような問題に鑑みなされたものであって、従来のプロジェクタにおいて、光源からの光がカラーホイールの蛍光体に照射されたとき、蛍光体から発せられる光のうち、迷光となるような拡散光をできるだけ少なくし、光源からの光を有効に利用するとともに、蛍光体層からの熱放散も考慮したプロジェクタを提供するものである。

上記課題を達成するために、請求項１に記載のプロジェクタは、光源と、カラーホイールと、集光レンズと、空間光変調器と、投写光学系とを少なくとも備えるプロジェクタであって、前記カラーホイールは、カラーホイール本体と蛍光体層を含み、前記蛍光体層は、カラーホイール本体に形成された凹部に設けられることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のプロジェクタにおいて、前記凹部は、平凹面形状とされていることを特徴とする。

また、請求項３に記載のプロジェクタは、請求項１又は２に記載のプロジェクタにおいて、前記凹部内の蛍光体層は、表面にある樹脂層と底部にある蛍光体物質層の２層構造からなることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項３に記載のプロジェクタにおいて、前記樹脂層の表面が、粗面化されていることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４に記載のプロジェクタにおいて、前記樹脂層には、熱伝導性の高いフィラーを混合物として含むことを特徴とする。

本願請求項１乃至５に係る発明によれば、カラーホイールの凹部に充填された蛍光体は、入射する青色光に対し緑色光を効率よく発光し、従来よりも発光効率の高いプロジェクタを得ることができる。また、カラーホイールに形成された蛍光体層からの発熱量を少なくすることもできる。

本発明のカラーホイールに形成される蛍光体層の断面を示す模式図である。図１における蛍光体層の断面を拡大した図である。図１において形成される蛍光体層の表面を粗面化処理される実施形態である。従来のハイブリッド型のプロジェクタの模式図である。従来のハイブリッド型のプロジェクタに使用されるカラーホイールでの、蛍光体層の断面拡大図である。図５のカラーホイールを青色光の入射側からみた図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、カラーホイール５の蛍光体層２２に、青色光Ｂが集光レンズ４により入射する様子を模式的に示している。カラーホイール５には、凹部２１が形成されており、蛍光体層２２が形成される。これを部分的拡大図である図２で説明すれば、凹部２１には、蛍光体層２２が充填される。蛍光体２２１と樹脂（例えば、シリコーン樹脂）２２３は、充填後、時間が経過すると、表面には樹脂が集まり、比重の重い蛍光体２２１は凹部２１の底部の方にたまり、蛍光体と樹脂とがほぼ二層になる。
上記凹部の溝は、プレス、エッチング、成型等によって作製できる。溝の深さは、0.05〜1ｍｍ程度である。
凹部２１は、平凹面形状（すり鉢形状）とされているので、充填された蛍光体層２２に青色光が入射すると、蛍光体より発光された緑色光は、蛍光体により拡散されるが、平凹面形状により比較的、中央に散乱光が集まり、集光レンズ4から外れる光が少なくなる。

そして、図３のように、樹脂２２３の表面を粗面化処理すると、図１のものより入射光の効率が向上する。

また、樹脂で蛍光体を固める場合、樹脂は粘性が低いため広がるが、この構造によれば、レンズ形状内に樹脂が入るため、樹脂が広がることができず、蛍光体層として特性のバラツキを抑えることが可能となる。また、樹脂中に分散されている蛍光体を凹部の底部に貯めるためには、自然沈降でも可能であるが、凹部に樹脂と蛍光体の混合物を塗布した後、遠心分離機等にかけることによって蛍光体がレンズ形状の底に溜めるようにすれば、蛍光体量のバラツキ（蛍光体の凹部内での拡散状態のバラツキ）を低減することが可能となる。また、凹部の底部に蛍光体が集合するために、蛍光体とカラーホイールとの距離が近くなるため、蛍光体の放熱性も向上する。

さらに、光拡散手法としては、光学的に透明なフィラー（微粒子）を入れる方法によってもよい。上記フィラーとしては、一般的にはSiO2、Al2O3が考えられる。また、蛍光体自体をフィラーとして利用することができる。
また、カラーホイール本体が、金属板である場合には、熱を逃がす方法として、フィラーを熱伝導性の高いものにすれば熱を逃がすことが可能となる。一般的にYAG、SiO2、Al2O3の熱伝導率は、それぞれ13、10、30W/mKであるため、これらのフィラーの充填率を高くすることで光拡散と熱伝導を促すことができる。
さらに、熱伝導性の高いAgフィラーは、放熱性が高く、光を反射するため、使用することが可能である。また、上記の記載の蛍光体とフィラーを沈降させれば放熱性は更にあがる。

５：カラーホイール、２１：凹部、２２１：蛍光体、２２３：樹脂、２２４：粗面化された部分

Claims

光源と、カラーホイールと、集光レンズと、空間光変調器と、投写光学系とを少なくとも備えるプロジェクタであって、
前記カラーホイールは、カラーホイール本体と蛍光体層を含み、
前記蛍光体層は、カラーホイール本体に形成された凹部内に設けられることを特徴とするプロジェクタ。
前記凹部は、平凹面形状とされていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
前記凹部内の蛍光体層は、表面にある樹脂層と底部にある蛍光体物質層の２層構造からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクタ。
前記樹脂層の表面が、粗面化されていることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
前記樹脂層には、熱伝導性の高いフィラーを混合物として含むことを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。