JP2013076904A - Display device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a display device using a reflective light modulation element.
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。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a projection type display device that projects modulated light spatially modulated by a reflection type light modulation element (liquid crystal display element) that controls liquid crystal in pixel units onto a screen via a projection lens or the like. . In such a display device, illumination light (white light) emitted from a light source is color-separated into illumination light of red (R) light, green (G) light, and blue (B) light by a dichroic mirror, The light enters the reflective light modulation element corresponding to each color via the illumination optical system.
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。 These illumination lights are converted into linearly polarized light in a predetermined direction before being incident on each reflection type light modulation element, and wires for each color light installed so as to transmit only the polarization component in the predetermined direction. Transmits through the grid polarizer. The wire grid polarizer reflects the modulated light that is polarization-modulated by a reflective light modulation element or the like, and branches the modulated light from the optical path that returns to the illumination optical system. The modulated light reflected by the wire grid polarizer further passes through the polarizer, is color-combined by the dichroic prism, and enters the projection lens. The projection lens projects the incident modulated light on a screen to form an image, and displays an image.
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。また、表示装置の状態により、光学系における反射、散乱光が再度光路に戻り、スクリーン上にゴースト像を生じてしまう場合がある。ゴースト像を除去する方法として、投射レンズの直近にλ/4板を配置することで、光路を戻る光の偏光方向を90°回転させ、ワイヤグリッド偏光板にて反射させることで、光を反射型光変調素子に戻さない構造とすることが提案されている(特許文献1参照)。 In such a projection display device, when a laser light source is used as the light source, there is a problem that the image quality of the display image is deteriorated due to speckle noise generated on the screen. Further, depending on the state of the display device, the reflected and scattered light in the optical system may return to the optical path again, and a ghost image may be generated on the screen. As a method for removing the ghost image, a λ / 4 plate is arranged in the immediate vicinity of the projection lens, the polarization direction of the light returning from the optical path is rotated by 90 °, and the light is reflected by the wire grid polarizer. It has been proposed to make the structure not return to the type light modulation element (see Patent Document 1).
例えば、レーザ光源から射出された光を光変調素子によって変調し、蛍光体に一度結像させた光をスクリーン上に結像する表示装置において、蛍光体及び、投射レンズからの戻り光が光変調素子に到達し、再度投射レンズを透過しスクリーンに発生するゴーストが課題となっていた。
上記問題点を鑑み、本発明は、ゴースト像を除去する表示装置を提供することを目的とする。
For example, in a display device that modulates light emitted from a laser light source with a light modulation element and forms an image on the screen once formed on the phosphor, the return light from the phosphor and the projection lens is light modulated. A ghost that reaches the element, passes through the projection lens again, and is generated on the screen has been a problem.
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a display device that removes a ghost image.
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、前記蛍光体(31)と前記結像レンズ(15)との間に、前記レーザ光の光路に対して傾斜して設置され、青色帯域の光を透過させるダイクロイックミラー(16)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。 In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, a light source (10) that emits blue laser light, and a light modulation element that modulates the laser light emitted from the light source (10) according to a video signal ( 2), a phosphor (31) excited and emitted by blue laser light, and an imaging lens (15) for imaging the laser light modulated by the light modulation element (2) on the phosphor (31) A dichroic mirror (16) that is installed between the phosphor (31) and the imaging lens (15) so as to be inclined with respect to the optical path of the laser beam and transmits blue band light; and The gist of the invention is a display device including a projection lens that projects an image formed on the phosphor (31) by the image lens (15) to the outside.
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、赤色及び緑色の発光をする2種類の蛍光体であることができる。 In the display device according to the aspect of the present invention, the phosphor (31) may be two types of phosphors that emit red and green light.
また、本発明の態様に係る表示装置においては、前記光変調素子(2)は、時間毎に異なるチャンネルの映像信号に応じてレーザ光を変調するようにシーケンシャル制御されることができる。 In the display device according to the aspect of the present invention, the light modulation element (2) can be sequentially controlled so as to modulate the laser light according to video signals of different channels every time.
また、本発明の態様に係る表示装置においては、前記青色レーザ光の光路に対して垂直に設けられる平板状のホイール(6)を更に備え、 前記蛍光体(31)は、前記ホイール(6)の表面に設けられ、前記ホイール(6)は、前記青色レーザ光と同期をとって、所定の回転数で回転することができる。 The display device according to the aspect of the present invention further includes a flat wheel (6) provided perpendicular to the optical path of the blue laser light, and the phosphor (31) includes the wheel (6). The wheel (6) can be rotated at a predetermined rotational speed in synchronization with the blue laser light.
本発明によれば、ゴースト像を除去する表示装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the display apparatus which removes a ghost image can be provided.
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。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is an apparatus exemplified in the following embodiment. It is not specific to the method. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.
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。
As shown in FIG. 1, the display device according to the embodiment of the present invention includes
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。
The optical unit 1R irradiates the
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。
The
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。
The structures of the
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。
The
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。
The
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。
For example, as shown in FIG. 3, the reflective
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。
Each of the plurality of
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。
Laser light emitted from the
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。
The S-polarized light reflected by the
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。
Since the coherence of the laser light imaged on the
例えば、図4に示すように、Ca3Sc2Si3O12:Ce3+、Ba9Sc2Si6O24:Eu2+、Sr3Si13Al3O2N21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。Ca3Si2O7: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。
For example, as shown in FIG. 4, phosphors such as Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 : Ce 3+ , Ba 9 Sc 2 Si 6 O 24 : Eu 2+ , Sr 3 Si 13 Al 3 O 2 N 21 are By using blue laser light as an excitation line, light is emitted in green. A phosphor such as Ca 3 Si 2 O 7 : Eu 2+ emits red light by using blue laser light as an excitation line. Therefore, these phosphors can be used for the
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。
By thinly applying a coating material containing a fine particle phosphor to the
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。 In addition, since the phosphor has a property of emitting light having a long wavelength (Rch or Gch) when irradiated with light having a short wavelength (in this case, Bch), a blue laser is used as an excitation line of the phosphors of Rch and Gch. Using light.
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。
In addition, the speckle of the blue laser light has low visibility, and it is not necessary to actively increase the wavelength by wavelength conversion by the
上記の構造では、図6に示すように、蛍光板3、投射レンズ8からの反射光が、再度反射型光変調素子2に戻り、再度PBS14、結像レンズ15、蛍光板3、投射レンズ8という経路をたどり、スクリーン上に達し、二重像などのゴースト像になってしまう虞がある。これに対して、本発明の実施の形態に係る表示装置は、図7に示すように、結像レンズ15と蛍光板3との間に、光軸に対して傾斜して配置されたダイクロイックミラー16を備えることができる。
In the above structure, as shown in FIG. 6, the reflected light from the
ダイクロイックミラー16は、例えば図8に示すように、青色レーザ光帯域である約400nm〜450nm程度の波長の光に対して透過率Tが約100%、約450nm〜700nm程度の波長の光に対して反射率Rが約100%という特性を有している。結像レンズ15を通過した光がダイクロイックミラー16を透過する際、青色レーザ光であるため、100%の透過率で透過する。その後、蛍光板3、投射レンズ8にて発生した反射光は青色レーザ光により蛍光体で励起されたRchの赤色光又はGchの緑色光であるため、ダイクロイックミラー16にて反射することで、Rch、Gchのゴースト像を除去することができる。
For example, as shown in FIG. 8, the
本発明の実施の形態に係る表示装置によれば、蛍光板3及び投射レンズ8からの反射光を、ダイクロイックミラー16により光路から分離させることができるので、スクリーン9上に生じるゴースト像を除去できる。
According to the display device according to the embodiment of the present invention, the reflected light from the
(変形例)
図9に示す本発明の実施の形態の変形例に係る表示装置が備える光学ユニット1Aは、図2に示す光学ユニット1と同様の構成であるが、駆動部25が、Rch,Gch,Bchそれぞれの映像信号に応じて反射型光変調素子2をシーケンシャル制御することができる。すなわち、光学ユニット1Aから射出される青色レーザ光は、時間ごとにRch,Gch,Bchの信号光となっている。光学ユニット1Aから射出される青色レーザ光は、ホイール6に入射する。
(Modification)
The
ホイール6は、図9、図10に示すように、ガラス、樹脂等の透明材料からなる平板状のホイール基板60と、ホイール基板60の表面に設けられ、3つのセグメントに分割されたRch用の蛍光体31R、Gch用の蛍光体31G、Bch用の拡散膜41とを備える。光学ユニット1A及びホイール6の回転数は、光学ユニット1Aが射出する青色レーザ光と同期がとられており、Rch、Gch、Bchそれぞれの信号光が射出されたときには、それぞれ蛍光体31R、蛍光体31G、拡散膜41に入射するように所定の値に設定されている。ホイール6は、例えば約120Hz程度の速度で回転する。
As shown in FIGS. 9 and 10, the wheel 6 is a
Rch用蛍光体31Rに,変調された青色レーザ光が結像された場合,Rchの映像となる。同様にGch用に青色レーザ光が結像されると,Gchの映像となり,Bch用の拡散膜41に結像されるとBchの映像となる。ダイクロイックミラー16は、光学ユニット1Aとホイール6との間に、光路に対して傾斜して配置される。ダイクロイックミラー16は、例えば図8に示すように、青色レーザ光帯域である約400nm〜450nm程度の波長の光は透過し、約450nm〜700nm程度の波長の光については反射するという特性を有している。
When modulated blue laser light is focused on the
光学ユニット1Aから射出された各チャンネルの映像を示す結像光は、青色レーザ光であるため、ダイクロイックミラー16をそのまま透過する。ホイール6に結像した光のうちRch用及びGch用の、蛍光体31R,31G、投射レンズ8において発生した反射光は、ダイクロイックミラー16にて反射し、図9に示すように、光軸から外れる。この反射光は、投射レンズ8に到達しないことで不要光となり、スクリーンに結像することはないため、ゴースト像の発生を抑えることができる。
Since the imaging light indicating the image of each channel emitted from the
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。 According to the display device of the embodiment of the present invention, speckle noise generated by coherence of a laser light source is suppressed by reducing the light use efficiency by converting coherent light into light emission of a phosphor that is incoherent light. Can be removed.
また、本発明の実施の形態に係る表示装置によれば、蛍光体及び投射レンズにおける反射光を光路から分離するので、スクリーンに生じるゴースト像を除去できる。 Further, according to the display device according to the embodiment of the present invention, the reflected light from the phosphor and the projection lens is separated from the optical path, so that a ghost image generated on the screen can be removed.
(その他の実施の形態)
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。
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described as described above, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
その他、本発明の実施の形態とその変形例とを応用した構成等、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。 In addition, of course, the present invention includes various embodiments that are not described here, such as a configuration in which the embodiment of the present invention and its modified examples are applied. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
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
6…ホイール
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
16…ダイクロイックミラー
21…基板
22…反射電極
23…光変調層
24…透明基板
25…駆動部
31R,31G…蛍光体
41…拡散膜
60…ホイール基板
DESCRIPTION OF
16 ...
Claims (4)
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、
前記蛍光体と前記結像レンズとの間に、前記青色レーザ光の光路に対して傾斜して設置され、青色帯域の光を透過させるダイクロイックミラーと、
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。 A light source that emits blue laser light;
A light modulation element that modulates blue laser light emitted from the light source in accordance with a video signal;
A phosphor that emits and emits light by blue laser light;
An imaging lens for imaging the blue laser light modulated by the light modulation element on the phosphor;
A dichroic mirror that is installed between the phosphor and the imaging lens so as to be inclined with respect to the optical path of the blue laser light, and transmits blue band light;
A display device comprising: a projection lens that projects an image formed on the phosphor by the imaging lens to the outside.
前記蛍光体は、前記ホイールの表面に設けられ、
前記ホイールは、前記青色レーザ光と同期をとって、所定の回転数で回転することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の表示装置。 A flat wheel provided perpendicular to the optical path of the blue laser light;
The phosphor is provided on the surface of the wheel,
The display device according to claim 1, wherein the wheel rotates at a predetermined rotation number in synchronization with the blue laser beam.
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