JP2012013898A - 光源装置および投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】蛍光体の射出する光を効率よく取り込むことができるとともに、光源として蛍光体を用いた3板式の投射型表示装置に搭載可能な光源装置、およびそれを用いた投射型表示装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ1は励起光を射出する。蛍光体組立体4は、半導体レーザ1から射出する励起光を受けて赤色光、緑色光、青色光成分を有する蛍光を白色光として射出する。放物面または楕円のリフレクタ50、51は蛍光体組立体4を収納する凹部を有し前記白色光を反射する。ダイクロイックミラー2は入射する前記励起光と入射する白色光のいずれか一方を反射し他方を反射する。
【選択図】図1
【解決手段】半導体レーザ1は励起光を射出する。蛍光体組立体4は、半導体レーザ1から射出する励起光を受けて赤色光、緑色光、青色光成分を有する蛍光を白色光として射出する。放物面または楕円のリフレクタ50、51は蛍光体組立体4を収納する凹部を有し前記白色光を反射する。ダイクロイックミラー2は入射する前記励起光と入射する白色光のいずれか一方を反射し他方を反射する。
【選択図】図1
Description
本発明は、光源装置およびそれを用いた投射型表示装置に関する。
液晶プロジェクタ等の投射型表示装置において、従来、光源として超高圧水銀ランプやキセノンランプ等の放電ランプが用いられてきた。近年、発光ダイオードや半導体レーザを光源等として用いることが検討されている。
特許文献1には、回転制御可能な円形状の透明基材に複数の扇形形状のセグメント領域を有し、透明基材のセグメント領域の少なくとも二つには、半導体レーザから射出される励起光を受けて所定の波長帯域光を発光する異なる蛍光体の層が配置され、可視光領域の励起光を蛍光体に照射する励起光源を備える光源装置が記載されている。
特許文献1には、回転制御可能な円形状の透明基材に複数の扇形形状のセグメント領域を有し、透明基材のセグメント領域の少なくとも二つには、半導体レーザから射出される励起光を受けて所定の波長帯域光を発光する異なる蛍光体の層が配置され、可視光領域の励起光を蛍光体に照射する励起光源を備える光源装置が記載されている。
ところで、特許文献1に記載の光源装置は、蛍光体の層が形成された円板状の透明基材を回転させつつ、励起光を蛍光体の層に照射することにより、赤、緑、青三原色光を順番に射出させるものである。そのため、表示デバイスの3原色用信号を時間順次で切り替え、対応して3原色光を順番に照射するフィールドシーケンシャルカラー方式の投射型表示装置には適しているが、3板式の投射型表示装置にはそのままでは適用できないものであった。また、特許文献1に記載の光源装置は、励起光により蛍光体から射出される光を、透明基材から離れた位置に配置されるライトトンネルで導光しており、蛍光の射出部とライトトンネルとの間に隙間を有していた。したがって、蛍光体が発光する光を効率よく取り込むことが出来なかった。
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、蛍光体の射出する光を効率よく取り込むことができるとともに、光源として蛍光体を用いた3板式の投射型表示装置に搭載可能な光源装置、およびそれを用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。
本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、半導体レーザ(1)と、前記半導体レーザ(1)から射出する励起光を受けて赤色光、緑色光、青色光成分を有する蛍光を白色光として射出する蛍光体組立体(4)と、前記蛍光体組立体(4)を収納する凹部を有し前記白色光を反射する放物面または楕円のリフレクタ(50、51)と、入射する前記励起光と入射する白色光のいずれか一方を反射し他方を反射するダイクロイックミラー(2)と、を備えることを特徴とする光源装置を提供する。
上記の構成において、前記蛍光体組立体(4)は少なくとも一部が前記リフレクタの内部に配置されるとともに、前記蛍光体組立体(4)を前記リフレクタの光軸とは異なる軸で回転させる回転機構(10)を有するよう構成してもよい。
また、前記光源装置と、前記光源装置から発する光を変調するデバイス(111r、111g、111b)と、前記デバイスで変調された光を投射する投射レンズ(113)と、を備えることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
本発明によれば、蛍光体の射出する光を効率よく取り込むことができるとともに、光源として蛍光体を用いて3板式の投射型表示装置に搭載可能な光源装置とすることができる。また、光源として蛍光体を用いた光源装置を用いて3板式の投射型表示装置を構成することができる。
以下に、本発明に係る光源装置及び投射型表示装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付して、一度説明したものに関しては、説明の繰り返しを省略する。
<第1の実施形態>
図1は本発明の第1の実施形態の光源装置を示す構成図である。半導体レーザ1は紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかの光を発光する。半導体レーザ1から射出した励起光はレンズ1a、1bにより収束光とされ、ダイクロイックミラー2を透過して、放物面リフレクタ50の内側に固定して設けられている蛍光体組立体4近傍で集光する。図1では、CANタイプの半導体レーザを1個使用した例を示す。複数個の半導体レーザを例えば並列に並べて使用しても良い。
図1は本発明の第1の実施形態の光源装置を示す構成図である。半導体レーザ1は紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかの光を発光する。半導体レーザ1から射出した励起光はレンズ1a、1bにより収束光とされ、ダイクロイックミラー2を透過して、放物面リフレクタ50の内側に固定して設けられている蛍光体組立体4近傍で集光する。図1では、CANタイプの半導体レーザを1個使用した例を示す。複数個の半導体レーザを例えば並列に並べて使用しても良い。
蛍光体組立体4中の蛍光体は、紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかの光によって励起されて白色光を拡散光として射出する。拡散して射出する白色光は蛍光体組立体4の基板であるガラスを透過して放物面リフレクタ50で反射される。一部の白色光はレーザ光入射側に向かって射出して主に放物面リフレクタ50で反射されて略平行光となり、ダイクロイックミラー2に向かう。ダイクロイックミラー2は、半導体レーザ1の射出光である紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかを透過し、それらより長波長である青色光、緑色光、赤色光を反射する特性を有する。略平行光とされた白色光はダイクロイックミラー2で反射する。ここで青紫光とは波長405nm付近の光、可視光とは波長410nm以上650nm以下の光である。
図2は、蛍光体組立体4の構造を示す図である。ガラス基材7上に蛍光体層8が形成されている。紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかによって励起されて、それぞれ、赤色光を発光する蛍光体8Rと、緑色光を発光する蛍光体8Gと、青色光を発光する蛍光体8Bが、所定の混合比でバインダ8bに混ぜて混合され、所定の厚さで塗布されている。また、蛍光体8R、8G、8Bの混合体ではなく、白色蛍光体を用いても良い。
図3は、蛍光体組立体4の他の構造を示す図である。ガラスの基材7は紫外光または近紫外光または青紫光によって励起されて白色光を発光する蛍光体8R、8G、8Bが混入して成型されている。また、蛍光体8R、8G、8Bの混合体ではなく、白色蛍光体を用いても良い。図2及び図3では、円板状の蛍光体組立体4全面に蛍光体の層が設けられている。実際には、レーザ光線が集光する中心部分には少なくとも蛍光体層が存在することが必要である。蛍光体組立体4の周辺部の一部分に蛍光体の存在しない領域があっても良い。なお、以後の第2の実施形態から第4の実施形態の光源装置において、蛍光組立体4は図2又は図3に示す蛍光組立体4と同じである。
<第2の実施形態>
図4は、本発明の第2の実施形態の光源装置を示す構成図である。図1に示す第1の実施形態の光源装置との相違点は、半導体レーザ1からの光線がダイクロイックミラー2で反射する点、および、蛍光体組立体4の蛍光体から射出する白色光はダイクロイックミラー2を透過する点である。図4におけるダイクロイックミラー2は、紫外光または近紫外光または青紫光を反射し、それらより長波長である青色光、緑色光、赤色光を透過する特性を有する。
図4は、本発明の第2の実施形態の光源装置を示す構成図である。図1に示す第1の実施形態の光源装置との相違点は、半導体レーザ1からの光線がダイクロイックミラー2で反射する点、および、蛍光体組立体4の蛍光体から射出する白色光はダイクロイックミラー2を透過する点である。図4におけるダイクロイックミラー2は、紫外光または近紫外光または青紫光を反射し、それらより長波長である青色光、緑色光、赤色光を透過する特性を有する。
<第3の実施形態>
図5は、本発明の第3の実施形態の光源装置を示す構成図である。第1、第2の実施形態の光源装置においては、リフレクタの形状が放物面であったのに対し、本実施形態のリフレクタ51は回転楕円面である。蛍光体組立体4の蛍光体を射出する白色光はダイクロイックミラー2で反射される。また、回転楕円面リフレクタ51を用いているのでダイクロイックミラー2で反射された後、光線を略平行光にするためにレンズ6が配置される。
図5は、本発明の第3の実施形態の光源装置を示す構成図である。第1、第2の実施形態の光源装置においては、リフレクタの形状が放物面であったのに対し、本実施形態のリフレクタ51は回転楕円面である。蛍光体組立体4の蛍光体を射出する白色光はダイクロイックミラー2で反射される。また、回転楕円面リフレクタ51を用いているのでダイクロイックミラー2で反射された後、光線を略平行光にするためにレンズ6が配置される。
<第4の実施形態>
図6は、本発明の第4の実施形態の光源装置を示す構成図である。第3の実施形態の光源装置との相違点は、第3の実施形態の光源装置では、蛍光組立体4の蛍光体を射出する白色光はダイクロイックミラー2で反射されるのに対し、本実施形態の光源装置は、蛍光組立体4の蛍光体を射出する白色光はダイクロイックミラー4を透過する。
図6は、本発明の第4の実施形態の光源装置を示す構成図である。第3の実施形態の光源装置との相違点は、第3の実施形態の光源装置では、蛍光組立体4の蛍光体を射出する白色光はダイクロイックミラー2で反射されるのに対し、本実施形態の光源装置は、蛍光組立体4の蛍光体を射出する白色光はダイクロイックミラー4を透過する。
<第5の実施形態>
図7は、本発明の第5の実施形態の光源装置を示す構成図である。第1の実施形態では、蛍光体組立体4が放物面リフレクタ50の内側に固定して設けられているのに対し、本実施形態では、蛍光体組立体4が放物面リフレクタ50の光軸とは異なる軸を中心として回転機構として機能するモータ10により回転する。
図8は、蛍光体組立体4とモータ10と放物面リフレクタと50の関係を示す斜視図である。放物面リフレクタは50その一部が切り欠かれており、蛍光体組立体4は、その切り欠き部分の所定の位置に配置される。図9は、第5の実施形態における蛍光体組立体4の構造を示す。円板状のガラス基板7の外周部に同心円状に蛍光体層8を形成し、その内側には蛍光体層8は形成されていない。円板状の蛍光体組立体4は、その中心がモータ10に接続され回転する。
図7は、本発明の第5の実施形態の光源装置を示す構成図である。第1の実施形態では、蛍光体組立体4が放物面リフレクタ50の内側に固定して設けられているのに対し、本実施形態では、蛍光体組立体4が放物面リフレクタ50の光軸とは異なる軸を中心として回転機構として機能するモータ10により回転する。
図8は、蛍光体組立体4とモータ10と放物面リフレクタと50の関係を示す斜視図である。放物面リフレクタは50その一部が切り欠かれており、蛍光体組立体4は、その切り欠き部分の所定の位置に配置される。図9は、第5の実施形態における蛍光体組立体4の構造を示す。円板状のガラス基板7の外周部に同心円状に蛍光体層8を形成し、その内側には蛍光体層8は形成されていない。円板状の蛍光体組立体4は、その中心がモータ10に接続され回転する。
<第6の実施形態>
図10は、本発明の第6の実施形態の光源装置を示す構成図である。第5の実施形態の光源装置との相違点は、半導体レーザ1からの光線がダイクロイックミラー2で反射する点、および、蛍光組立体4の蛍光体から射出する白色光はダイクロイックミラー2を透過する点である。
図10は、本発明の第6の実施形態の光源装置を示す構成図である。第5の実施形態の光源装置との相違点は、半導体レーザ1からの光線がダイクロイックミラー2で反射する点、および、蛍光組立体4の蛍光体から射出する白色光はダイクロイックミラー2を透過する点である。
<第7の実施形態>
図11は、本発明の第7の実施形態の光源装置を示す構成図である。第5の実施形態の光源装置との相違点は、第5の実施形態の光源装置においては、リフレクタの形状が放物面であったのに対し、本実施形態のリフレクタは回転楕円面である。
また、回転楕円面リフレクタ51を用いているのでダイクロイックミラー2で反射された後、光線を略平行光にするためにレンズ6が配置される。
図11は、本発明の第7の実施形態の光源装置を示す構成図である。第5の実施形態の光源装置との相違点は、第5の実施形態の光源装置においては、リフレクタの形状が放物面であったのに対し、本実施形態のリフレクタは回転楕円面である。
また、回転楕円面リフレクタ51を用いているのでダイクロイックミラー2で反射された後、光線を略平行光にするためにレンズ6が配置される。
<第8の実施形態>
図12は、本発明の第7の実施形態の光源装置を示す構成図である。第7の実施形態の光源装置との相違点は、半導体レーザ1からの光線がダイクロイックミラー2で反射する点、および、蛍光組立体4の蛍光体から射出する白色光はダイクロイックミラー2を透過する点である。
図12は、本発明の第7の実施形態の光源装置を示す構成図である。第7の実施形態の光源装置との相違点は、半導体レーザ1からの光線がダイクロイックミラー2で反射する点、および、蛍光組立体4の蛍光体から射出する白色光はダイクロイックミラー2を透過する点である。
図13は、第1の実施形態に係る光源装置を用いた投射型表示装置を示す図である。光源装置から射出した照明光(白色光)は、第1のインテグレータ101及び第2のインテグレータ102により光の輝度分布を均一化され、偏光変換素子103により、偏光方向を一方向に揃えられる。本実施形態では、偏光変換素子103を射出した光の偏光方向はP偏光である。偏光変換素子103を射出したP偏光は、コンデンサレンズ104を透過して、B/RG分離クロスダイクロイックミラー105で青色光(P偏光)と赤緑色光(P偏光)に分離される。青色光(P偏光)はミラー106で光路を曲げられ Bフィールドレンズ109bを通過する。
Bフィールドレンズ109bを通過したP偏光は、ワイヤーグリッド型偏光ビームスプリッタ(以下、「WG−PBS」という。)110bを透過し、B用デバイス111bで変調された光の内S偏光成分がB用 WG−PBS110bで反射され合成ダイクロイックプリズム112に向かう。B/RG分離クロスダイクロイックミラー105で分離されたRG光は、ミラー107で光路を曲げられ、RGダイクロイックミラー108で赤色光と緑色光に分離され、青色光の場合と同様、フィールドレンズ109r、109g、 WG−PBS110r、110gと通過し、デバイス111r、111gで変調された光の内S偏光成分が WG−PBS110r、110gで反射され後合成ダイクロイックプリズム112に向かう。合成ダイクロイックプリズム112で3色が合成され投射レンズ113でスクリーンに投影される。
図14、図15、図16、図17、図18、図19、図20は、それぞれ第2、第3、第4、第5、第6、第7、第8の実施形態に係る光源装置を用いる投射型表示装置を示す図である。
第1の実施形態から第8の実施形態の光源装置では、蛍光体から射出した光を漏らすことなく利用することにより、利用効率の向上という効果を有する。また、第5の実施形態から第8の実施形態の光源装置では、蛍光体の温度上昇を抑えることにより蛍光体の信頼性を高める効果を有する。さらに、図13から図20に示すように、第1の実施形態から第8の実施形態の光源装置は、従来の3板式プロジェクタの光学系の従来の光源装置の位置である1点鎖線の枠内に設けることができる。すなわち、第1の実施形態から第8の実施形態の光源装置は光源として蛍光体を用いた3板式の投射型表示装置に搭載可能な光源装置である。
1 半導体レーザ、1a レンズ、1b レンズ、
2、21、22、23 ダイクロイックミラー、
4 蛍光体組立体、 6 レンズ、
7 ガラス基材、 8 蛍光体層、
8R、8G、8B 蛍光体、
10 モータ(回転機構)、
50 放物リフレクタ、51 回転楕円面リフレクタ、
101 第1のインテグレータ、102 第2のインテグレータ、
103 偏光変換素子、104 コンデンサレンズ、
105 B/RG分離クロスダイクロイックミラー、106 ミラー、
107 ミラー、108 RGダイクロイックミラー、
109r、109g 109b フィールドレンズ、
110r、110g、110b ワイヤーグリッド型偏光ビームスプリッタ
(WG−PBS)、
111r、111g、111b デバイス
112 合成ダイクロイックプリズム、113 投射レンズ
2、21、22、23 ダイクロイックミラー、
4 蛍光体組立体、 6 レンズ、
7 ガラス基材、 8 蛍光体層、
8R、8G、8B 蛍光体、
10 モータ(回転機構)、
50 放物リフレクタ、51 回転楕円面リフレクタ、
101 第1のインテグレータ、102 第2のインテグレータ、
103 偏光変換素子、104 コンデンサレンズ、
105 B/RG分離クロスダイクロイックミラー、106 ミラー、
107 ミラー、108 RGダイクロイックミラー、
109r、109g 109b フィールドレンズ、
110r、110g、110b ワイヤーグリッド型偏光ビームスプリッタ
(WG−PBS)、
111r、111g、111b デバイス
112 合成ダイクロイックプリズム、113 投射レンズ
Claims (3)
- 半導体レーザと、
前記半導体レーザから射出する励起光を受けて赤色光、緑色光、青色光成分を有する蛍光を白色光として射出する蛍光体組立体と、
前記蛍光体組立体を収納する凹部を有し前記白色光を反射する放物面または楕円のリフレクタと、
入射する前記励起光と入射する白色光のいずれか一方を反射し他方を反射するダイクロイックミラーと、
を備えることを特徴とする光源装置。 - 前記蛍光体組立体は少なくとも一部が前記リフレクタの内部に配置されるとともに、前記蛍光体組立体を前記リフレクタの光軸とは異なる軸で回転させる回転機構を有することを特徴とする請求項1記載の光源装置。
- 請求項1または請求項2に記載の光源装置と、
前記光源装置から発する光を変調するデバイスと、
前記デバイスで変調された光を投射する投射レンズと、
を備えることを特徴とする投射型表示装置。
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JP2010149529A JP2012013898A (ja) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | 光源装置および投射型表示装置 |
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