JP2012013898A - 光源装置および投射型表示装置 - Google Patents

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

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。

特開２００９−２７７５１６号公報

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。

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。 第１の実施形態の光源装置に用いる蛍光体組立体の構造を示す図である。 第１の実施形態の光源装置に用いる蛍光体組立体の他の構造を示す図である。 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。 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。 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。 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５の実施形態の光源装置における蛍光体組立体とモータと放物面リフレクタとの関係を示す斜視図である。 第５の実施形態の光源装置における蛍光体組立体の構造を示す図である。 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。 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。 本発明の第８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。 第２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３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４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５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６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７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。

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。

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。

＜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。

＜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。

＜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。

＜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。

＜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。

＜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

Claims (3)

1. 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。
2. 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。
3. 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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