JP2011203616A

JP2011203616A - プロジェクター

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Publication number: JP2011203616A
Application number: JP2010072401A
Authority: JP
Inventors: Norikazu Kadotani; 典和門谷; Yohei Sakai; 洋平酒井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-10-13
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP5515941B2

Abstract

【課題】ＲＧＢの色バランスを取りながら明るさを増加させることができるプロジェクターを提供する。
【解決手段】
プロジェクター１は、青色光を出射する第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂ及び第二青色ＬＥＤ素子２２Ｂと、緑色光を出射する緑色ＬＥＤ素子２３Ｇと、３つの前記ＬＥＤ素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｇから出射される各色光をそれぞれ変調する３つの光変調装置４と、前記３つの光変調装置４にて変調された色光を合成する色合成光学装置５と、青色光を吸収して赤色光を放出する赤色蛍光体７と、を備え、前記赤色蛍光体７は、前記第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂから前記色合成光学装置５までの光路中に配設されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

近年、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の各ＬＥＤ素子を３原色の光源として用いたプロジェクターが開発されている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載されたようなＬＥＤを光源に用いたプロジェクターは、現在主流の高圧水銀ランプを光源に用いたプロジェクターと比較して、ＬＥＤ光源の光量が低い。そのため、ＬＥＤ光源プロジェクターに対して投影画像の明るさ増加が望まれている。
ＬＥＤ光源の光量を増加させる方法として、ＬＥＤ素子に流す電流量を増やす方法がある。電流量に応じて光量が増加するからである。

特開２００５−１８９３２３号公報

青色光源に用いられる青色ＬＥＤ素子や緑色光源に用いられる緑色ＬＥＤ素子は、電流量増加に伴って光量が増加する。しかしながら、赤色光源に用いられる従来の赤色ＬＥＤ素子は、電流量増加に伴う光量の増加が青色ＬＥＤ素子に比べると少なく、また、素子の特性上、所定の電流量を超えるとそれ以上光量が増加しない。
青色光源及び緑色光源の光量を増加させても赤色光源の光量が低いままでは、ＲＧＢの色バランスが悪くなってしまうため、プロジェクターの明るさ増加を図ることが難しい。

本発明の目的は、ＲＧＢの色バランスを取りながら明るさ増加を図ることのできるプロジェクターを提供することである。

本発明のプロジェクターは、青色光を出射する第一青色ＬＥＤ素子及び第二青色ＬＥＤ素子と、緑色光を出射する緑色ＬＥＤ素子と、３つの前記ＬＥＤ素子から出射される各色光をそれぞれ変調する３つの光変調装置と、前記３つの光変調装置にて変調された色光を合成する色合成光学装置と、青色光を吸収して赤色光を放出する赤色蛍光体と、を備え、前記赤色蛍光体は、前記第一青色ＬＥＤ素子から前記色合成光学装置までの光路中に配設されていることを特徴とする。

この発明では、第一青色ＬＥＤ素子から出射する青色光を赤色蛍光体にて赤色光に変換するので、電流量を増加して第一青色ＬＥＤ素子の光量を増加させれば、光量が増加した赤色光を得ることができる。そして、この赤色光と他のＬＥＤ素子から出射する青色光及び緑色光とが色合成光学装置で合成されるので、ＲＧＢの色バランスを取りながらプロジェクターの明るさを増加させることができる。

また、本発明のプロジェクターにおいて、前記赤色蛍光体は、前記第一青色ＬＥＤ素子から前記３つの光変調装置のうち当該第一青色ＬＥＤ素子に対応する光変調装置までの光路中に配設されていることが好ましい。

この発明では、赤色蛍光体が、第一青色ＬＥＤ素子から３つの光変調装置のうち当該第一青色ＬＥＤ素子から出射される青色光を変調する光変調装置までの光路中に設けられているので、青色ＬＥＤ素子で生ずる熱の影響を受け難くすることができる。そのため、熱の影響による赤色蛍光体の変換効率の低下を防止することができる。さらに、熱の影響による赤色蛍光体自体の劣化も防止できる。

また、本発明のプロジェクターにおいて、前記赤色蛍光体は、前記第一青色ＬＥＤ素子から出射される青色光を前記光変調装置に対して均一に照明する光学系レンズに配設されていることが好ましい。

この発明では、赤色蛍光体が光学系レンズに設けられているので、例えば、第一青色ＬＥＤ素子の封止部材に赤色蛍光体を含有させたり、第一青色ＬＥＤ素子表面に赤色蛍光体を含有させた層を形成させたりした場合に比べて、赤色蛍光体は、第一青色ＬＥＤ素子で生ずる熱の影響を受け難くなる。そのため、熱の影響による赤色蛍光体の変換効率の低下を防止することができる。さらに、熱の影響による赤色蛍光体自体の劣化も防止できる。

本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。前記プロジェクターの光学系レンズ断面の一部を拡大して示す図。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクターの構成〕
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の概略構成を模式的に示す図である。
プロジェクター１は、光源から出射される光束を画像情報に応じて変調してスクリーン上に拡大投射するものである。このプロジェクター１は、光源装置２と、３つの光学系レンズ３と、３つの光変調装置４と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム５と、投射光学装置としての投射レンズ６と、赤色蛍光体７と、ここでは図示しない制御装置とを備える。

＜光学装置＞
光源装置２は、後述する制御装置による制御の下、点灯および消灯を繰り返す間欠点灯を実施し、３つの光学系レンズ３に向けて色光を出射する。この光源装置２は、図１に示すように、青色光を出射する第一青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子２１Ｂ及び第二青色ＬＥＤ素子２２Ｂと、緑色光を出射する緑色ＬＥＤ素子２３Ｇとで構成される。
すなわち、プロジェクター１は、赤色光を出射する赤色ＬＥＤ素子を備えず、その代わりに青色ＬＥＤ素子を計２つ備えている。そして、プロジェクター１は、第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂから出射される青色光の光路中に赤色蛍光体を配置して、青色光を赤色光に変換させることで、赤色光を得ている。
これらＬＥＤ素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｇは、略同様の構成であり、具体的な図示は省略するが、Ｓｉ基板上に配列形成される。このＳｉ基板とＬＥＤ素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３ＧとでＬＥＤモジュールが構成される。なお、ＬＥＤ素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｇは、結晶の種類および添加物等が異なるように形成されたものであり、それぞれ青色光、緑色光を発する。また、ＬＥＤモジュールには、後述する制御装置からの制御指令に応じて各ＬＥＤ素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｇに駆動電圧を印加する光源駆動回路が形成されている。

＜光学系レンズ＞
光学系レンズ３は、光源装置２のＬＥＤ素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｇから出射される各色光に応じて３つの光学系レンズ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｇで構成される。そして、３つの光学系レンズ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｇは、光源装置２から出射された各色光を均一に光変調装置４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｇに照明させる。
光学系レンズ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｇは、光源装置２から出射されたＬＥＤ素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｇの各色光の光路中にそれぞれ配置されている。
光学系レンズ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｇは、それぞれ複数枚のレンズで構成され、プロジェクター１では、３枚のレンズで構成される。第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂからの青色光の光路中に設けられている光学系レンズ３１Ｂは、３つのレンズ３１１Ｂ，３１２Ｂ，３１３Ｂで構成される。
光学系レンズ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｇを構成するレンズは、その曲面をそれぞれ光変調装置４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｇ側に向けて配置されている。

＜赤色蛍光体＞
図２は、光学系レンズ３１Ｂを構成するレンズ３１２Ｂの断面の一部を拡大して示す図である。
赤色蛍光体７は、光学系レンズ３１Ｂの３つのレンズ３１１Ｂ，３１２Ｂ，３１３Ｂのそれぞれの曲面に設けられた赤色蛍光体含有層８に含まれている。本発明では、赤色蛍光体７として、窒化物蛍光体が用いられる。窒化物蛍光体の中でも、赤色発光が可能であり、青色光でも高効率で励起可能な、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ（赤色カズン蛍光体）が用いられる。赤色蛍光体７は、赤色蛍光体含有層８に入射した青色光によって励起され、赤色光を放出する。
赤色蛍光体７は、第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂから色合成光学装置５までの光路中に設けられている。プロジェクター１では、赤色蛍光体７が第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂと光変調装置４１Ｂ（図１参照）との間の光路中に設けられている。
プロジェクター１では、光学系レンズ３１Ｂの３つのレンズ３１１Ｂ，３１２Ｂ，３１３Ｂのそれぞれの曲面に赤色蛍光体含有層８が形成されている。赤色蛍光体含有層８は、赤色蛍光体７を透明樹脂中に分散させた塗布液をレンズ３１１Ｂ，３１２Ｂ，３１３Ｂそれぞれの曲面に塗布して成膜することで形成される。

＜光変調装置＞
光変調装置４は、ＬＥＤ素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｇから出射される各色光に対応する３つの光変調装置４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｇで構成される。そして、光変調装置４は、後述する制御装置による制御の下、入力する画像信号の階調レベルに応じてＬＥＤ素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｇから出射された各色光の光透過率を変化させることで入射した色光を変調する。これら光変調装置４は、３つの入射側偏光板４１１Ｂ，４２１Ｂ，４３１Ｇと、３つの液晶パネルモジュール４１２Ｂ，４２２Ｂ，４３２Ｇと、３つの出射側偏光板４１３Ｂ，４２３Ｂ，４３３Ｇとを備え、これらが一体的に組み合わされたユニットとして構成されている。
入射側偏光板４１１Ｂ，４２１Ｂ，４３１Ｇには、ＬＥＤ素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｇから出射される各色光が、その光路中でそれぞれ光学系レンズ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｇによって均一に照明される。入射側偏光板４１１Ｂ，４２１Ｂ，４３１Ｇは、入射された色光の内、所定の方向の偏向軸を有する偏光光のみ透過させ、その他の色光を吸収するものである。前述の光学系レンズ３１Ｂで青色光から変換された赤色光は、入射側偏光板４１１Ｂに入射する。

出射側偏光板４１３Ｂ，４２３Ｂ，４３３Ｇは、入射側偏光板４１１Ｂ，４２１Ｂ，４３１Ｇと略同様の構成であり、液晶パネルモジュール４１２Ｂ，４２２Ｂ，４３２Ｇから出射された色光のうち、入射側偏光板４１１Ｂ，４２１Ｂ，４３１Ｇにおける色光の透過軸と直交する偏光軸を有する色光のみ透過させ、その他の色光を吸収するものである。前述の赤色光は、入射側偏光板４１１Ｂに入射し、液晶パネルモジュール４１２Ｂを経て、出射側偏光板４１３Ｂから出射する。
液晶パネルモジュール４１２Ｂ，４２２Ｂ，４３２Ｇは、具体的な図示は省略するが、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した液晶パネルと、後述する制御装置から出力される画像信号を入力し、前記液晶パネルに画像に応じた所定の駆動電圧を前記液晶パネルに印加する液晶パネル駆動用ＩＣ（Integrated Circuit）とで構成されている。そして、液晶パネルモジュール４１２Ｂ，４２２Ｂ，４３２Ｇは、例えば、前記液晶パネル駆動用ＩＣから与えられた駆動電圧にしたがって、前記液晶パネルの液晶の配向状態が制御され、入射側偏光板４１１Ｂ，４２１Ｂ，４３１Ｇから出射された偏光色光の偏光方向を変調する。前述の赤色光は、入射側偏光板４１１Ｂに入射した後、液晶パネルモジュール４１２Ｂに入射し、射出側偏光板４１３Ｂへ向けて出射する。

＜色合成光学装置＞
色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム５は、各光変調装置４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｇから出射された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５は、４つの直角プリズム５１を貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム５１同士を貼り合わせた界面には、誘電体多層膜５２Ａ，５２Ｂが形成されている。
誘電体多層膜５２Ａは、光変調装置４１Ｂから出射された赤色光を反射し、光変調装置４３Ｇから出射された緑色光を透過する。また、誘電体多層膜５２Ｂは、光変調装置４２Ｂから出射された青色光を反射し、光変調装置４３Ｇから出射された緑色光を透過する。このようにして、各光変調装置４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｇから出射された３つの色光が合成される。

＜投射レンズ＞
投射レンズ６は、クロスダイクロイックプリズム５にて形成したカラー画像をスクリーン１００上に拡大投射するものであり、複数のレンズが組み合わされた組レンズとして構成され、鏡筒内に収納されている。

＜制御装置＞
前述の制御装置は、プロジェクター１において、ＬＥＤ素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｇの間欠点灯制御を実施するとともに、外部機器から入力した画像信号に対して所定の処理を施し、この処理を施した画像信号に応じて光変調装置４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｇを駆動制御する。

〔本実施形態に係るプロジェクターの作用効果〕
上述のようなプロジェクター１では、第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂから出射された青色光が、光学系レンズ３１Ｂに形成された赤色蛍光体含有層８に入射し、赤色蛍光体７によって赤色光に変換される。
そのため、第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂの通電量を増加して青色光の光量を増加させ、この光量が増加した青色光を赤色光に変換させるので、光量が増加した赤色光を得ることができる。
そして、この増加された赤色光が、光変調装置４１Ｂを経てクロスダイクロイックプリズム５にて、第二青色ＬＥＤ素子２２Ｂから出射された青色光及び緑色ＬＥＤ素子２３Ｇから出射された緑色光と合成されるので、ＲＧＢの色バランスを取りながらプロジェクター１の明るさを増加させることができる。

また、赤色蛍光体含有層８が光学系レンズ３１Ｂのレンズ曲面に設けられているので、第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂの封止部材に赤色蛍光体７を含有させたり、第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂ表面に赤色蛍光体含有層８を形成させたりした場合に比べて、赤色蛍光体７は、第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂで生ずる熱の影響を受け難くなる。
そのため、熱の影響による赤色蛍光体７の変換効率の低下を防止することができる。さらに、熱の影響による赤色蛍光体７自体の劣化も防止できる。

さらに、プロジェクター１では、レンズ３１１Ｂに入射した青色光が赤色蛍光体７によって変換されずにそのまま、レンズ３１１Ｂから出射した場合でも、さらにレンズ３１２Ｂ，３１３Ｂにも赤色蛍光体含有層８が形成されているので、光変調装置４１Ｂに対して確実に赤色光を入射させることができる。

加えて、第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂから出射された青色光は、光変調装置４１Ｂに入射する前に、光学系レンズ３１Ｂに設けられた赤色蛍光体７によって赤色光に変換されている。そのため、青色光のエネルギーよりも赤色光のエネルギーの方が小さいので、光変調装置４１Ｂに入射する光のエネルギーが小さくなり、青色光がそのまま入射する場合と比べて、光変調装置４１Ｂの劣化を抑制できる。

〔他の実施の形態〕
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

まず、赤色蛍光体７を設ける位置は、上記実施形態のように光学系レンズ３１Ｂのレンズ曲面に限られない。すなわち、クロスダイクロイックプリズム５にて他の色光と合成される前に第一青色ＬＥＤ素子２１Ｂから出射された青色光が赤色光に変換可能な位置であればよい。例えば、光変調装置４１Ｂとクロスダイクロイックプリズム５との間に設けてもよいし、偏光板４１１Ｂ，４１３Ｂの色光入射面に設けてもよいし、クロスダイクロイックプリズム５の色光入射面に設けてもよい。

また、赤色蛍光体含有層８の形成は、上記実施形態のような塗布方法に限られない。例えば、光学系レンズ３１Ｂのレンズ曲面を赤色蛍光体７が含まれるフィルムで被覆する方法でもよい。その他、赤色蛍光体７が含まれているか、又は表面に赤色蛍光体含有層８が形成された板部材やフィルムを、青色光の光路中に設けてもよい。そして、さらに、赤色蛍光体７を設ける箇所は、一箇所に限らず、複数個所に設けてもよい。

その他、光学系レンズ３と光変調装置４との間の光路に偏光変換装置を設け、光源装置２から出射される色光を、略一方向の直線偏光光束に揃え、光変調装置４で利用する光源光の利用率を向上させてもよい。
例えば、偏光変換装置は、照明光軸に対して傾斜配置される偏光分離膜および反射ミラーを交互に配列した構成を具備する。偏光分離膜は、各色光に含まれるＰ偏光光束およびＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射ミラーによって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわち照明光軸に沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは偏光変換装置の光束射出面に設けられる位相差板によって偏光変換され、略全ての偏光光束の偏光方向が揃えられる。この場合、光変調装置４は、当該偏光方向が揃えられた偏光光束を透過させるよう入射側偏光板４１１Ｂ，４２１Ｂ，４３１Ｇを設ければ、光源光の利用率が向上する。

１…プロジェクター、２…光源装置、３…光学系レンズ、４…光変調装置、５…色合成光学装置（クロスダイクロイックプリズム）、２１Ｂ…第一青色ＬＥＤ素子、２２Ｂ…第二青色ＬＥＤ素子、２３Ｇ…緑色ＬＥＤ素子、７…赤色蛍光体

Claims

青色光を出射する第一青色ＬＥＤ素子及び第二青色ＬＥＤ素子と、
緑色光を出射する緑色ＬＥＤ素子と、
３つの前記ＬＥＤ素子から出射される各色光をそれぞれ変調する３つの光変調装置と、
前記３つの光変調装置にて変調された色光を合成する色合成光学装置と、
青色光を吸収して赤色光を放出する赤色蛍光体と、を備え、
前記赤色蛍光体は、前記第一青色ＬＥＤ素子から前記色合成光学装置までの光路中に配設されていることを特徴とするプロジェクター。
請求項１に記載のプロジェクターにおいて、
前記赤色蛍光体は、前記第一青色ＬＥＤ素子から前記３つの光変調装置のうち当該第一青色ＬＥＤ素子に対応する光変調装置までの光路中に配設されていることを特徴とするプロジェクター。
請求項１又は請求項２に記載のプロジェクターにおいて、
前記赤色蛍光体は、前記第一青色ＬＥＤ素子から出射される青色光を前記光変調装置に対して均一に照明する光学系レンズに配設されていることを特徴とするプロジェクター。