JP2013076902A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光利用効率の低減を抑え、レーザ光源のコヒーレンスによって発生するスペックルノイズを除去する表示装置を提供する。
【解決手段】光源は、青色レーザ光を射出する。光変調素子は、光源から射出された青色レーザ光を、映像信号に応じて変調する。結像レンズは、光変調素子により変調された青色レーザ光を蛍光体３Ｒ，３Ｇ上に結像し、蛍光体３Ｒ，３Ｇは、青色レーザ光により励起発光する。投射レンズ８は、結像レンズにより蛍光体３Ｒ，３Ｇ上に結像した像および青色レーザ光の拡散板４を介した像を、Ｘプリズム５で合成して外部に投射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型光変調素子を用いた表示装置に関する。

従来、画素単位で液晶を制御する反射型光変調素子（液晶表示素子）により空間的に変調された変調光を、投射レンズ等を介してスクリーンに投射する投射型の表示装置が知られている。このような表示装置においては、光源から発せられた照明光（白色光）は、ダイクロイックミラーによって、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光の照明光に色分解され、照明光学系を介して、各色に対応した反射型光変調素子に入射される。

これら照明光は、各反射型光変調素子に入射される前に、所定の方向の直線偏光とされるとともに、この所定の方向の偏光成分のみを透過させるように設置された各色光用のワイヤグリッド偏光板を透過する。このワイヤグリッド偏光板は、反射型光変調素子等により偏光変調された変調光を反射させ、この変調光を照明光学系に戻る光路から分岐させる。ワイヤグリッド偏光板により反射された変調光は、さらに偏光板を経て、ダイクロイックプリズムによって色合成され、投射レンズに入射される。この投射レンズは、入射された変調光を、スクリーン上に投射して結像させ、画像を表示する。

このような投射型表示装置において、光源としてレーザ光源を用いた場合、スクリーン上において発生するスペックルノイズにより表示画像の画質が低下するという問題がある。特許文献１では、スペックルノイズによる画質低下という問題を解決するための手段として、照明光学系を構成するロッドインテグレータを、光軸を中心に回転するようにした投射型表示装置が記載されている。また、特許文献２には、照明光学系を構成するロッドインテグレータに入射する光束の角度を回転させる手法として、入射側のレンズを偏心回転するようにした投射型表示装置が記載されている。

また、特許文献３には、レーザ光源から射出された照明光を空間光変調素子に導き空間光変調素子を照明する照明光学系の射出瞳像が、複数の平行な微細楔形状部を有する透過光学素子と、この透過光学素子を回転操作する回転駆動機構とからなる瞳整合手段により、投射レンズの入射瞳内において回転移動する方式が記載されている。

特許第２７５５３４９号公報 特許第３５９５２９７号公報 特開２００９−２１６８４３号公報

しかしながら特許文献１〜３に記載の技術では、レーザ光のコヒーレンスが保たれているため、スペックルノイズを低減することはできるものの、完全に除去することができなかった。また、スペックルノイズが低減しても、レーザ光がもつ直線偏光成分も同時に低減され、偏光変調する際の光利用効率の低減を招いてしまう課題があった。

上記問題点を鑑み、本発明は、光利用効率の低減を抑え、レーザ光源のコヒーレンスによって発生するスペックルノイズを除去する表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の態様は、青色レーザ光を射出する光源（１０）と、前記光源（１０）から射出された青色レーザ光を、映像信号に応じて変調する光変調素子（２）と、青色レーザ光により励起発光する蛍光体（３１）と、前記光変調素子（２）により変調された青色レーザ光を前記蛍光体（３１）上に結像する結像レンズ（１５）と、前記結像レンズ（１５）により前記蛍光体（３１）上に結像した像を、外部に投射する投射レンズとを備える表示装置であることを要旨とする。

また、本発明の態様に係る表示装置においては、前記蛍光体（３１）は、青色レーザ光により励起発光した光が赤色光となる蛍光体又は青色レーザ光により励起発光した光が緑色光となる蛍光体であることができる。

本発明によれば、光利用効率の低減を抑え、レーザ光源のコヒーレンスによって発生するスペックルノイズを除去する表示装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る表示装置の基本的な構成を説明する模式的な図である。 本発明の実施の形態に係る表示装置が備える光学ユニットを説明する模式的な図である。 本発明の実施の形態に係る表示装置が備える反射型光変調素子を説明する模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る表示装置に用いる蛍光体の一例を説明する表である。 本発明の実施の形態に係る表示装置に用いる蛍光体を説明する模式的な図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、下記の実施の形態に例示した装置や方法に特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係る表示装置は、図１に示すように、光を照射する光学ユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂと、赤色光を発光する蛍光板３Ｒと、緑色光を発光する蛍光板３Ｇと、拡散板４と、Ｘプリズム５と、投射レンズ８とを備える。

光学ユニット１Ｒは、青色レーザ光を赤色チャンネル（Ｒｃｈ）用の光として蛍光板３Ｒに照射する。蛍光板３Ｒは、光学ユニット１Ｒの光に励起され、赤色光を発光する。光学ユニット１Ｇは、青色レーザ光を緑色チャンネル（Ｇｃｈ）用の光として蛍光板３Ｇに照射する。蛍光板３Ｇは、光学ユニット１Ｇの光に励起され、緑色光を発光する。光学ユニット１Ｂは、青色レーザ光を青色チャンネル（Ｂｃｈ）用の光として拡散板４に照射する。拡散板４は、光学ユニット１Ｂから照射された光のスペックルノイズを除去する。

Ｘプリズム５は、蛍光板３Ｒ，３Ｇ、拡散板４を介したＲＧＢ３色の光を合成し、投射レンズ８に向けて射出する。投射レンズ８は、Ｘプリズム５から出射された光をスクリーン９に投射する。

光学ユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ（以下、総称して「光学ユニット１」という。）の構造は、互いに同一であってよい。光学ユニット１は、図２に示すように、光源ユニット１０と、コンデンサレンズ１１と、ライトトンネル１２と、結像レンズ１３，１５と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４と、反射型光変調素子２と、駆動部２５とを備える。

光源ユニット１０は、２次元アレイ状に配置された青色レーザ光源からなり、コンデンサレンズ１１にレーザ光を射出する。光源ユニット１０から射出されたレーザ光は、コンデンサレンズ１１により集光され、ライトトンネル１２に入射する。ライトトンネル１２は、例えば中空矩形状であり、内壁面がミラーで構成される。ライトトンネル１２の内壁面は、例えば、平板状のガラスの表面に銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜を成膜することにより形成される。ライトトンネル１２は、一端側の入射開口から入射したレーザ光を内部において複数回反射させ、レーザ光の輝度分布の均一化し、他端側の射出開口から射出する。光学ユニット１の各部は、ライトトンネル１２の射出開口におけるレーザ光が、電場及び磁場の振動方向が規則的な偏光となるように各レーザ光源が最適な状態に設定されている。

結像レンズ１３は、ライトトンネル１２から射出された偏光であるレーザ光を、ＰＢＳ１４を介して反射型光変調素子２上に結像する。ＰＢＳ１４は、例えばＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する反射面を有することにより、Ｐ偏光の光路とＳ偏光の光路とを分岐できるようになっている。ライトトンネル１２から射出され結像レンズ１３を通過したレーザ光がＳ偏光である場合、ＰＢＳ１４は、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する反射面を有するようにしてもよい。

反射型光変調素子２は、例えば図３に示すように、シリコン（Ｓｉ）等からなる基板２１と、基板２１の上面に設けられた複数の反射電極２２と、基板２１と所定の間隔を有して配置され、反射電極２２と対向する面に設けられた透明電極（図示省略）を備える透明基板２４と、基板２１と透明基板２４との間に位置する光変調層２３とを備える。

複数の反射電極２２は、それぞれ、画素に対応しており、透明電極との間に印加される電圧を、映像信号に応じて駆動部２５により制御される。光変調層２３は、例えば、複屈折性を有する液晶等の光変調材料からなる。駆動部２５は、反射型光変調素子２の駆動を制御する。

ライトトンネル１２から射出され、例えばＰ偏光とされたレーザ光は、結像レンズ１３により、ＰＢＳ１４のＰ偏光を透過する反射面を透過し、反射型光変調素子２上に結像する。Ｐ偏光で反射型光変調素子２に入射したレーザ光は、反射型光変調素子２において、映像信号に応じて光変調される。すなわち、暗い画素に相当する光の殆どがＰ偏光のままＰＢＳ１４側に反射され、明るい画素に相当する光の殆どがＳ偏光となりＰＢＳ１４の反射面において結像レンズ１５に向けて反射され、偏光により分離される。

ＰＢＳ１４において反射したＳ偏光は、結像レンズ１５によって、蛍光板３に結像される。結像された蛍光板３は、表面に映像信号に応じた濃淡が形成されており、その濃淡に応じて、蛍光板３の蛍光体が励起し、発光する。

蛍光板３に結像されたレーザ光のコヒーレンスは保存されているため、スペックルノイズが発生するが、蛍光板３に塗布された蛍光体によりインコヒーレント光に変換され、スペックルノイズを完全に除去することができる。よって、観察者はノイズの無い映像を鑑賞することができる。

例えば、図４に示すように、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺、Ｂａ_９Ｓｃ_２Ｓｉ_６Ｏ₂₄：Ｅｕ²⁺、Ｓｒ_３Ｓｉ₁₃Ａｌ_３Ｏ_２Ｎ₂₁等の蛍光体は、励起線として青色のレーザ光を用いることで緑色に発光する。Ｃａ_３Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ²⁺等の蛍光体は、励起線として青色のレーザ光を用いることで赤色に発光する。よって、これらの蛍光体は蛍光板３に用いることができる。蛍光板３は、蛍光体をシリコーン樹脂などに混ぜ、ガラス基板上に塗布し焼結させることで容易に作成できる。蛍光板３の画素構造は不要である。

蛍光板３に細かい粒子の蛍光体を含む塗料を薄く塗布することで、蛍光板３に結像した像がぼけないようにすることできる。例えば、図５に示すように、蛍光体の膜厚は、直径１０μｍ前後の蛍光体粒子の１．５倍程度に薄くすることができる。

なお、蛍光体は波長が短い光（この場合はＢｃｈ）が当たると、波長が長い（ＲｃｈやＧｃｈ）光を発光する性質があることから、ＲｃｈとＧｃｈの蛍光体の励起線として、青色レーザ光を使用している。

また、青色レーザ光のスペックルは、視認性が低く、蛍光板３による波長変換で積極的に波長を広げ、コヒーレントを低下させる必要ない。しかし、スペックルは発生するので、Ｂｃｈでは拡散板４により光線角度を広げて、更にスペックルを軽減している。

本発明の実施の形態に係る表示装置によれば、コヒーレント光をインコヒーレント光である蛍光体の発光に変換することにより、光利用効率の低減を抑え、レーザ光源のコヒーレンスによって発生するスペックルノイズを除去できる。

上記のように本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

その他、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１，１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ，１Ａ…光学ユニット
２…反射型光変調素子
３，３Ｒ，３Ｇ…蛍光板
４…拡散板
５…Ｘプリズム
８…投射レンズ
９…スクリーン
１０…光源ユニット
１１…コンデンサレンズ
１２…ライトトンネル
１３，１５…結像レンズ
１４…ＰＢＳ
２１…基板
２２…反射電極
２３…光変調層
２４…透明基板
２５…駆動部

Claims (2)

1. 青色レーザ光を射出する光源と、
   前記光源から射出された青色レーザ光を、映像信号に応じて変調する光変調素子と、
   青色レーザ光により励起発光する蛍光体と、
   前記光変調素子により変調された青色レーザ光を前記蛍光体上に結像する結像レンズと、
   前記結像レンズにより前記蛍光体上に結像した像を、外部に投射する投射レンズと
   を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記蛍光体は、青色レーザ光により励起発光した光が赤色光となる蛍光体又は青色レーザ光により励起発光した光が緑色光となる蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

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