JP2013250481A - 光源装置及び該光源装置を備える投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源から出射される光束の立体角を小さくして、光利用効率を高めることができる光源装置及び該光源装置を備える投写型表示装置を提供する。
【解決手段】励起光源と、励起光源に対向配置される蛍光発光部を有する蛍光発光板と、を備え、励起光源からの励起光が蛍光発光部に照射されることにより、蛍光発光部から蛍光発光光を出射する光源装置であって、蛍光発光部のうち励起光源に対向する部分が凹形状をしている、及び／又は、酸化チタンを有する反射部が蛍光発光部の側面部分に密接配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、励起光源及び蛍光発光板を備える光源装置と、該光源装置を備える投写型表示装置に関する。

近年、光源から出射された光をＤＭＤ（Digital Mirror Device）や液晶素子等の画像表示デバイスに集光させて、スクリーン上にカラー画像を投影する投写型表示装置として、様々なものが提案されている。

投写型表示装置の光源として、発光ダイオードや半導体レーザーのような半導体発光素子と、半導体発光素子からの励起光が照射されて蛍光発光光を出射する蛍光発光板と、を備えるタイプのものが提案されている。

投写型表示装置では、大きな画面上に高輝度の画像を表示するために、光源を高輝度化する取り組みが行われている。（例えば、特許文献１を参照）

特開２０１１−５３３２０

特許文献１に示された従来の投写型表示装置は、蛍光体層に対する緑色蛍光体の含有重量濃度及び膜厚を所定の値に規定することによって、蛍光発光光の発光強度を高くすることを開示している。

一般に、投写型表示装置において、光利用効率を高める手法として、光源の発光面積と、光源から出射される光束の立体角と、の積で表現されるエテンデュー（Etendue）を小さくすることが有効である。エテンデューを小さくするには、光源の発光面積を小さくするか、出射される光束の拡がりを抑制して光束の立体角を小さくすることを行えばよい。

単位面積当たりの光エネルギーである光密度が高くなると、励起光のエネルギーに対する蛍光発光光のエネルギー比である蛍光変換効率が、蛍光体の吸収飽和によって低下するため、照射される励起光の面積を小さくしても、光利用効率が向上しない。

また、多数の発光素子を用いたり、発光面積を増大させたりしても、蛍光発光光の光束を増やすことができるものの、光源の発光面積が増大することにより、エテンデューが増大（悪化）して、結果的に光利用効率が低下するという課題を有している。

したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、光源から出射される光束の立体角を小さくして、光利用効率を高めることができる光源装置及び該光源装置を備える投写型表示装置を提供することである。

上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、以下の光源装置及び該光源装置を備える投写型表示装置が提供される。

すなわち、本発明の一態様に係る光源装置は、励起光源と、前記励起光源に対向配置される蛍光発光部を有する蛍光発光板と、を備え、前記励起光源からの励起光が前記蛍光発光部に照射されることにより、前記蛍光発光部から蛍光発光光を出射する光源装置であって、前記蛍光発光部のうち前記励起光源に対向する部分が凹形状をしている、及び／又は、酸化チタンを有する反射部が前記蛍光発光部の側面部分に密接配置されていることを特徴とする。

上記構成によれば、蛍光発光部に対向配置された励起光源から出射された励起光が、蛍光発光部に照射されると、蛍光発光部から蛍光発光光が出射されるが、蛍光発光部のうち励起光源に対向する部分が凹形状をしているので、当該凹形状により、出射される蛍光発光光の拡がりを抑制することができ、蛍光発光光の光束の立体角を小さくすることができりる。また、高い屈折率を持った酸化チタンを有する反射部が蛍光発光部の側面部分に密接配置されているので、出射される蛍光発光光の拡がりを抑制することができるとともに、酸化チタンに基づく高い反射率を有する反射部で反射された蛍光反射光を出射させることができる。したがって、蛍光発光部のうち励起光源に対向する部分を凹形状にすること、及び／又は酸化チタンを有する反射部を蛍光発光部の側面部分に密接配置することにより、光利用効率を高めることができる。

なお、反射部において用いられている酸化チタンは、無機酸化物であり、銀よりも安価である。酸化チタンの高い屈折率を利用して反射作用を得ているので、反射部と蛍光発光部の側面部分との間での界面の影響を受けにくく、側面部分における下地処理に要する費用を削減することができる。また、酸化チタン自身が耐酸化性及び耐熱性を有するので、フッ化マグネシウム等の保護膜も不要であり、低コスト化に寄与することができる。また、酸化チタンは、比較的良好な熱伝導性を有する。したがって、酸化チタンを有する反射部は、反射率の向上と、低コスト化とを実現することができる。

本発明に係る投写型表示装置の回路構成を示すブロック図である。 図１に示した投写型表示装置における光学装置の主要構成図である。 図２に示した光学装置における蛍光発光板ユニットを説明する図である。（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は背面図であり、（Ｃ）は側面図である。 本発明の第１実施形態に係る蛍光発光板の製造プロセスを説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る蛍光発光板を説明する図である。（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）はＶ−Ｖ断面図である。 本発明の第２実施形態に係る蛍光発光板を説明する図である。（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）はＶI−ＶI断面図である。 本発明の第３実施形態に係る蛍光発光板を説明する図である。（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）はＶII−ＶII断面図である。 本発明の第４実施形態に係る蛍光発光板を説明する図である。（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）はＶIII−ＶIII断面図である。 本発明の第５実施形態に係る蛍光発光板を説明する図である。（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）はIＸ−IＸ断面図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の一態様である光源装置５及び投写型表示装置１を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いている。しかしながら、それらの用語の使用は、図面を参照したときに本発明の理解を容易にするためであり、それらの用語の意味により、本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は、同一の部分又は部材を示す。

（第１実施形態）
図１乃至５を参照しながら、第１実施形態に係る光源装置５及び投写型表示装置１を詳細に説明する。本発明の一態様に係る投写型表示装置１は、蛍光発光光を出射する蛍光発光光源２４を少なくとも１つ有する光源装置５と、映像信号に応じて画像を形成する画像表示デバイス３８と、光源装置５からの光を画像表示デバイス３８に導いて画像表示デバイス３８から出射された画像をスクリーン上に投射する光学装置３と、を少なくとも備えている。

まず、図１を参照しながら、投写型表示装置１の主要な回路構成を説明する。

図１において、投写型表示装置１は、制御部１０と、光源制御回路２０と、蛍光発光板回転制御回路３０と、映像信号処理回路３４と、画像表示デバイス駆動回路３６と、を有する。制御部１０は、各種回路の動作を制御するＣＰＵ１２、及び、動作プログラムを記憶したＲＯＭと、ワークメモリとして使用されるＲＡＭとを含むメモリ１４、を備える。制御部１０は、光源制御回路２０と、蛍光発光板回転制御回路と、映像信号処理回路３４と、画像表示デバイス駆動回路３６とに対してそれぞれ電気的に接続されており、それらを制御する。

光源制御回路２０は、青色発光ダイオード２２から出射される青色光、赤色発光ダイオード２６から出射される赤色光、及び青色レーザー２５から出射される青色レーザー光のそれぞれの光出力を制御する。

蛍光発光板回転制御回路３０は、蛍光発光板３２の高速回転を制御する。映像信号処理回路３４は、入力された映像信号からビデオ信号を生成し、制御部１０を介して画像表示デバイス駆動回路３６に出力する。画像表示デバイス駆動回路３６は、映像信号に応じて画像表示デバイス３８を駆動する。

図２に示した投写型表示装置１の光学装置３は、例えば、赤色発光ダイオード（赤色ＬＥＤ）２２と、青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）２６と、励起光源としての青色レーザー（半導体発光素子）２５と、当該青色レーザー２５からの青色レーザー光が照射されることによって緑色の蛍光発光光を出射する蛍光発光板３２と、を有する光源装置５を備えている。励起光源としての青色レーザー２５が蛍光発光板３２の蛍光発光層８４に対向配置されており、青色レーザー２５と蛍光発光板３２の緑色の蛍光発光層８４とによって、緑色の蛍光発光光源２４が構成されている。

光源として必要とされる輝度を確保するために、少なくとも１個の赤色発光ダイオード２２及び青色発光ダイオード２６をそれぞれ使用することができる。蛍光発光板３２からの光出力を高めて緑色の輝度を確保するために、複数個（例えば、６個×５個のマトリックスで合計３０個）の青色レーザー２５を使用することができる。各青色レーザー２５の前には、コリメータレンズ５４が配置されている。当該コリメータレンズ５４により、各青色レーザー光を略平行光に変換するのと同時に、１つの光を出射することができる。赤色発光ダイオード２２及び青色発光ダイオード２６のそれぞれを冷却するように、赤色発光ダイオード２２及び青色発光ダイオード２６の非発光面側には、ヒートシンクがそれぞれ配設されている。青色レーザー２５を冷却するように、青色レーザー２５の非発光面側には、ヒートパイプが配設されている。

青色レーザー２５は、４４０ｎｍから４５５ｎｍの波長の光（例えば４４８ｎｍ）を発光する。青色レーザー２５の光出力強度が、例えば４０Ｗである。励起光源として、青色レーザー２５の代わりに青色発光ダイオードを用いることもできる。青色発光ダイオード２６は、４５０ｎｍから４７０ｎｍの波長の光（例えば４６０ｎｍ）を発光する。青色発光ダイオード２６の光出力強度が、例えば１５．５Ｗである。赤色発光ダイオード２２は、６５０ｎｍから６６０ｎｍの波長の光（例えば６４０ｎｍ）を発光する。赤色発光ダイオード２２の光出力強度が、例えば８．５Ｗである。

なお、青色レーザー２５又は青色発光ダイオードからの青色励起光を蛍光発光板３２の緑色の蛍光発光層８４に照射することによって、緑色の蛍光発光光を出射することができる。また、青色レーザー又は青色発光ダイオードからの青色励起光を赤色蛍光部に照射することによって、赤色の蛍光発光光を出射することができる。さらに、励起光源として、紫外線あるいは近紫外線を出射するレーザー又は発光ダイオードを用いることができる。この場合、紫外線あるいは近紫外線の波長の励起光を青色蛍光部、緑色蛍光部又は赤色蛍光部に照射することによって、それぞれ青色、緑色又は赤色の蛍光発光光を出射することができる。

図５に示すように、第１実施形態に係る蛍光発光板３２は、下地基板８０と、下地基板８０の上に密着して形成された反射層（反射部）８２，８３と、下地基板８０の上に密着して形成された蛍光発光層（蛍光発光部）８４と、を備える。図５（Ｂ）において、励起光源である青色レーザー２５（図示しない）からの励起光が上から下に向けて蛍光発光層８４に照射されると、蛍光発光層８４の上端面である出射面８５から、蛍光発光光を出射する。平坦な面である出射面８５は、青色レーザー２５の側に位置している。そして、外周面側の反射層８２が蛍光発光層８４の外周面側に密接配置され、内周面側の反射層８３が蛍光発光層８４の内周面側に密接配置されている。外周面側の反射層８２及び内周面側の反射層８３は、いずれも円環形状をしていて、外周面側の反射層８２の半径が内周面側の反射層８３の半径よりも大きい。外周面側の反射層８２及び内周面側の反射層８３は、いずれも、蛍光発光層８４と実質的に同じ高さであり、反射層８２の上端面８６及び反射層８３の上端面８７と、蛍光発光層８４の出射面８５とが、それぞれ、いわゆる面一になっている。

下地基板８０は、例えば円盤形状をしており、熱伝導及び耐熱性が良好である材料からできている。例えば、下地基板８０の熱伝導率が、０．８乃至２０Ｗ／ｍ・Ｋである。下地基板に使用可能な材料は、例えば、ガラスやアルミナのようなセラミック材料、アルミニウムや銅やステンレスのような金属材料、あるいはシリコン基板である。アルミの下地基板８０としては、高輝アルミ基板や、金属基板上にアルミを蒸着したその表面上に誘電体保護膜(増反射膜)をコートしたアルミ増反射基板等を例示することができる。下地基板８０の厚みは、例えば０．２ｍｍ乃至１．５ｍｍである。後述するように、反射層８２のバインダ及び蛍光発光層８４のバインダとして、有機系バインダ又は無機系バインダを用いることができるが、例えば、有機系バインダを用いる場合には２００℃程度の耐熱性を有する下地基板８０を使用し、無機系バインダを用いる場合には６００℃程度の耐熱性を有する下地基板８０を使用することができる。

下地基板８０の上に形成される反射層８２，８３は、いずれも、酸化チタンとバインダとを含む層である。反射層８２，８３の径方向の幅は、それぞれ、例えば１０μｍ乃至５００μｍである。好ましい反射層８２，８３の径方向の幅は、１０μｍ乃至１００μｍである。反射層８２，８３の径方向の幅が１０μｍよりも薄いと、反射層８２，８３における酸化チタンの存在量が少ないために、反射層８２，８３で反射される蛍光発光光が少なくなる。反射層８２，８３の径方向の幅が５００μｍよりも厚いと、励起光の照射された部分で発生した熱が反射層８２，８３の中で籠もってしまって下地基板８０の側から逃げにくくなるために、蛍光発光層８４の温度が上昇する。その結果、外部に出射される蛍光発光光が少なくなり、蛍光発光層８４の変換効率が低下する。しかしながら、下地基板８０及び／又は反射層８２，８３自体の放熱性を改善することにより、幅のある反射層８２，８３でも使用可能である。すなわち、熱伝導率の大きい下地基板８０を使用すること、及び／又は、反射層８２，８３を酸化チタンと無機系バインダガラスから構成することが、放熱性の改善において有効である。その結果、蛍光発光層８４での変換効率が向上する。

反射層８２，８３で使用される酸化チタンは、ルチル型（屈折率：約２．７２）又はアナターゼ型（屈折率：約２．５２）の結晶構造を持った粉末である。酸化チタンの粒径は、例えば３μｍ乃至１００μｍである。

反射層８２，８３のバインダとして、有機系バインダ又は無機系バインダを使用することができる。有機系バインダは、例えば、シリコーン樹脂（屈折率：１．３５乃至１．４５、熱伝導率：０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ、耐熱性：約２００℃）、エポキシ樹脂（屈折率：１．３５乃至１．４５、熱伝導率：０．３Ｗ／ｍ・Ｋ、耐熱性：約１５０℃）である。無機系バインダは、例えば、ホウ酸塩ガラス（屈折率：１．４０乃至１．６５、熱伝導率：１．０乃至１．５Ｗ／ｍ・Ｋ、耐熱性：約３５０℃）、リン酸塩ガラス（屈折率：１．４０乃至１．６５、熱伝導率：１．０乃至１．５Ｗ／ｍ・Ｋ、耐熱性：約３５０℃）である。

酸化チタンとバインダとを含む反射層８２，８３における酸化チタンの含有割合は、例えば１０乃至６５体積％である。なお、酸化チタンの比重を４．５、シリコーン樹脂からなるバインダの比重を１．８６とすると、反射層８２，８３における酸化チタンの含有割合は、例えば２０乃至８０重量％である。

反射層８２，８３は、酸化チタンとバインダと、必要に応じて適宜の添加物とを混合したペーストを塗布やスクリーン印刷などの公知技術を用いることによって下地基板８０の上に形成することができる。励起用のレーザー光が照射される蛍光発光層８４と実質的に同じ高さになるように形成される。蛍光発光板３２が回転状態で使用される場合、反射層８２，８３が円環状に形成される。蛍光発光板３２が非回転状態（すなわち静止状態）で使用される場合、蛍光発光層８４が例えば円形又は矩形に形成され、円形又は矩形の蛍光発光層８４の外周面に対して外周面側の反射層８２が囲うように密着して形成される。

上記外周面側の反射層８２と内周面側の反射層８３との間には、蛍光発光層８４が密着するように形成されている。蛍光発光層８４は、蛍光発光体とバインダとを含む層である。蛍光発光層８４の厚みは、例えば５０μｍ乃至４００μｍである。好ましい蛍光発光層８４の厚みは、２００μｍ乃至３００μｍである。蛍光発光層８４の厚みが５０μｍよりも薄いと、蛍光発光層８４に存在する蛍光発光体の存在量が少ないために、出射される蛍光発光光が少なくなる。蛍光発光層８４の厚みが４００μｍよりも厚いと、励起光の照射で発生した蛍光発光光が蛍光発光層８４の中で吸収される頻度が高くなるために、蛍光発光層８４の外部に出射される蛍光発光光が減少する。そのために、蛍光発光層８４での変換効率が低下する。蛍光発光層８４の粒径は、例えば１０μｍ乃至２０μｍである。緑色の蛍光発光層８４は、例えばＣｅ賦活ＹＡＧ系蛍光体又はＣｅ賦活ＬｕＡＧ系蛍光体を含んでいる。また、赤色の蛍光発光層は、例えばユーロピウム賦活窒化物蛍光体を含んでいる。青色の蛍光発光層は、例えばユウロピウム賦活アルミン酸バリウムマグネシウム蛍光体を含んでいる。

蛍光発光層８４のバインダとして、有機系バインダ又は無機系バインダを使用することができる。有機系バインダは、例えば、シリコーン樹脂（屈折率：１．３５乃至１．４５、熱伝導率：０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ、耐熱性：約２００℃）、エポキシ樹脂（屈折率：１．３５乃至１．４５、熱伝導率：０．３Ｗ／ｍ・Ｋ、耐熱性：約１５０℃）のような耐熱性を有する樹脂である。無機系バインダは、例えば、ホウ酸塩ガラス（屈折率：１．４０乃至１．６５、熱伝導率：１．０乃至１．５Ｗ／ｍ・Ｋ、耐熱性：約３５０℃）、リン酸塩ガラス（屈折率：１．４０乃至１．６５、熱伝導率：１．０乃至１．５Ｗ／ｍ・Ｋ、耐熱性：約３５０℃）である。

蛍光発光層８４のバインダの屈折率と反射層８２，８３のバインダの屈折率とを大略同じにすることが、蛍光発光層８４と反射層８２，８３との間での界面ロスを低減することにおいて有効である。したがって、蛍光発光層８４のバインダと反射層８２，８３のバインダとが、例えば、同じ材質であって同じ屈折率を有する有機系バインダ（例えば、シリコーン樹脂）や無機系バインダ（例えば、ホウ酸塩ガラス）であることが好ましい。例えば、蛍光発光層８４のバインダの屈折率と反射層８２，８３のバインダの屈折率とにおいて、屈折率差が０．１以下であるならば、蛍光発光層８４と反射層８２，８３との間での界面ロスの低減において十分な効果を発揮することができる。

蛍光発光体とバインダとを含む蛍光発光層８４における蛍光発光体の含有割合は、例えば３０乃至６５体積％である。蛍光発光層８４における蛍光発光体の含有割合が３０体積％よりも小さいと、蛍光発光層８４における蛍光発光体の存在量が少ないために、出射される蛍光発光光が少なくなる。蛍光発光層８４における蛍光発光体の含有割合が６５体積％よりも大きいと、発光した蛍光発光体の周囲に存在する蛍光発光体によって、ある蛍光発光体からの発光が吸収されてしまう。その結果、外部に出射される蛍光発光光が少なくなり、蛍光発光層８４での変換効率が低下する。なお、蛍光発光体の比重を４．５、シリコーン樹脂からなるバインダの比重を１．８６とすると、蛍光発光層８４における蛍光発光体の含有割合は、例えば５０乃至８０重量％である。

有機系バインダを用いて、蛍光発光板３２の上に蛍光発光層８４及び反射層８２，８３を形成した蛍光発光板ユニット７０の作成方法について、図４を参照しながら説明する。

所望とする重量割合（例えば、酸化チタンが７０重量％）になるように、有機系バインダとしての二液性のシリコーン樹脂と、反射材料としての酸化チタンと、を準備して、シリコーン樹脂及び酸化チタンを攪拌混合する（ステップＳ１０）。脱泡機を用いて、気泡の無い反射層用ペーストを作成する（ステップＳ２０）。所望とする厚み（例えば、厚みが２５０μｍ）になるように、反射層用ペーストをスクリーン印刷で下地基板８０上に塗布する（ステップＳ３０）。反射層用ペーストを塗布して反射層８２，８３の形成された下地基板８０を、熱硬化炉を用いて、１５０℃、３０分の条件で熱硬化させる（ステップＳ４０）。熱硬化した反射層８２，８３は、下地基板８０に強固に密着接合している。

次に、所望とする重量割合（例えば、蛍光発光体が７５重量％）になるように、反射層用バインダに用いたシリコーン樹脂と同じ二液性のシリコーン樹脂と、蛍光発光体としてのＣｅ賦活ＹＡＧ系蛍光体と、を準備して、シリコーン樹脂及びＣｅ賦活ＹＡＧ系蛍光体を攪拌混合する（ステップＳ５０）。脱泡機を用いて、気泡の無い蛍光発光層用ペーストを作成する（ステップＳ６０）。所望とする厚み（例えば、厚みが２５０μｍ）になるように、スクリーン印刷を用いて、下地基板８０に形成された反射層８２，８３の間に蛍光発光層用ペーストを塗布する（ステップＳ７０）。蛍光発光層用ペーストを塗布して蛍光発光層８４の形成された下地基板８０を、熱硬化炉を用いて、１５０℃、３０分の条件で熱硬化させる（ステップＳ８０）。酸化チタンを有する反射層８２，８３が蛍光発光層８４の側面部分に密接しているとともに、熱硬化した蛍光発光層８４と反射層８２，８３とが、それぞれ、下地基板８０に強固に密着接合した蛍光発光板３２が完成する（ステップＳ９０）。有機系バインダを用いる場合には、２００℃程度の耐熱性がある下地基板８０が使用可能であり、下地基板８０として、例えば、アルミニウムや銅のような耐熱性が比較的高くない金属材料でも使用可能である。

蛍光発光板３２をモータ７１のシャフト７３に固定する。モータ７１のシャフト７３と一緒に回転可能に支持された蛍光発光板３２のバランス調整を行う。その後、蛍光発光板３２の外観検査や点灯確認を行うことにより、蛍光発光板ユニット７０が完成する（ステップＳ１２０）。

蛍光発光板３２の上に蛍光発光層８４及び反射層８２，８３を形成する際に、無機系バインダを用いた作成方法について以下に例示する。所望とする重量割合（例えば、酸化チタンが７０重量％）になるように、溶剤（例えばターピネオール）と有機バインダ（例えばエチルセルロース）とを含むビヒクルと、無機系バインダとしてのホウ酸塩ガラスフリット、反射材料としての酸化チタンと、を準備して、ビヒクルとホウ酸塩ガラスフリットと酸化チタンとを攪拌混合する。脱泡機を用いて、気泡の無い反射層用ペーストを作成する。所望とする厚み（例えば、厚みが２５０μｍ）になるように、反射層用ペーストをスクリーン印刷で下地基板８０上に塗布する。反射層用ペーストを塗布した下地基板８０を乾燥機で乾燥する。

次に、所望とする重量割合（例えば、蛍光発光体が７５重量％）になるように、反射層用バインダに用いたのと同じビヒクル及びホウ酸塩ガラスフリットと、蛍光発光体としてのＣｅ賦活ＹＡＧ系蛍光体と、を準備して、ビヒクルとホウ酸塩ガラスフリットとＣｅ賦活ＹＡＧ系蛍光体とを攪拌混合する。脱泡機を用いて、気泡の無い蛍光発光層用ペーストを作成する。所望とする厚み（例えば、厚みが２５０μｍ）になるように、スクリーン印刷を用いて、下地基板８０に形成された反射層８２，８３の間に蛍光発光層用ペーストを塗布する。乾燥機を用いて、蛍光発光層用ペーストを塗布した基板を１００℃、１５分の条件で乾燥する。熱処理炉を用いて、下地基板８０上に形成された反射層８２，８３及び蛍光発光層８４を熱軟化処理する。その際、有機バインダは燃焼し、無機バインダが軟化することによって、反射層８２，８３が蛍光発光層８４の側面部分に密接しているとともに、熱軟化した蛍光発光層８４と反射層８２，８３とが、それぞれ、下地基板８０に強固に密着接合した蛍光発光板３２が完成する。無機系バインダを用いる場合には、３５０℃程度の耐熱性がある下地基板８０が使用可能であり、下地基板８０として、例えば、ステンレスのような耐熱性の高い金属材料や、耐熱性のあるガラス基板やシリコン基板が使用可能である。

上述した蛍光発光板３２とモータ７１とを一体化することにより、図３に示すような蛍光発光板ユニット７０を作成することができる。図３において、蛍光発光板ユニット７０は、蛍光発光板３２と、モータ７１と、実装基板７４と、上側取付部材７８と、下側取付部材７７と、フレキシブルプリント配線板７６と、を有する。上側取付部材７８及び下側取付部材７７によって蛍光発光板３２を挟持している。モータ７１の筐体７２の側面には実装基板７４が固設されており、実装基板７４に対してフレキシブルプリント配線板７６を電気的に接続している。

例えば以下のプロセスによって、蛍光発光板３２とモータ７１とを一体化した蛍光発光板ユニット７０を作成することができる。円盤形状の下側取付部材７７をモータ７１のシャフト７３の上端に固着する。下側取付部材７７の上に蛍光発光板３２を配置し、さらにその上に円盤形状の上側取付部材７８を配置する。下側取付部材７７と蛍光発光板３２との間、及び、蛍光発光板３２と上側取付部材７８との間に有機系接着剤（熱硬化性接着剤又は紫外線硬化性接着剤）を介在させる。この状態で熱又は紫外線を加えることで有機系接着剤を硬化させることにより、蛍光発光板３２を上側取付部材７８及び下側取付部材７７で挟持した状態で固着することができる。そして、モータ７１のシャフト７３に固定された蛍光発光板３２のバランス調整を行った後、蛍光発光板３２の外観検査や点灯確認を行う。その結果、高速回転したときでもブレることなくスムーズに回転する、モータと一体的に構成された蛍光発光板３２の完成品を得ることができる。

蛍光発光板３２は、回転駆動部としてのモータ７１によって、高速で回転駆動することができる。蛍光発光板３２の回転速度は、例えば３６００rpm乃至１０８００rpmである。蛍光発光板３２の上に円環状に形成された蛍光発光層８４に対して、青色レーザー２５から出射された励起用の青色レーザー光が照射される。照射された青色レーザー光が蛍光発光層８４の蛍光発光体を励起させることによって緑色の蛍光発光光を出射するのと同時に、出射された蛍光発光光の一部が反射層８２で反射することによって、その緑色の蛍光反射光が出射する。したがって、蛍光発光光及び蛍光反射光が合わさった緑色の蛍光発光光が、蛍光発光板３２から出射される。

図２において、赤色発光ダイオード２２から出射された赤色光が、集光レンズ５２ａ，５２ｂ、青反射ダイクロイックミラー５７及び緑反射ダイクロイックミラー５８を順に透過した後、集光レンズ５２ｉによって、ロッドインテグレータ５９の入射面に集光される。青色発光ダイオード２６から出射された青色光が、集光レンズ５２ｃ，５２ｄを透過して、青反射ダイクロイックミラー５７で反射したあと緑反射ダイクロイックミラー５８を透過し、集光レンズ５２ｉによってロッドインテグレータ５９の入射面に集光される。

青色レーザー２５からの出射されたレーザー光が、コリメータレンズ５４及び集光レンズ５２ｅによってロッドインテグレータ５６の入射面に集光される。ロッドインテグレータ５６の出射面から出射された光が集光レンズ５２ｆ及び緑反射ダイクロイックミラー５８を透過し、集光レンズ５２ｇ，５２ｈによって、蛍光反射板３２の蛍光発光層８４に集光される。青色レーザー２５からの出射されたレーザー光が蛍光発光板３２の蛍光発光層８４に照射されることによって、蛍光発光層８４から緑色の蛍光発光光を出射する。出射された緑色の蛍光発光光が、集光レンズ５２ｈ，５２ｇを透過して緑反射ダイクロイックミラー５８で反射した後、集光レンズ５２ｉによってロッドインテグレータ５９の入射面に集光される。

したがって、図２に示した投写型表示装置１の光源装置５では、赤色発光ダイオード２２が赤色光源を構成し、青色発光ダイオード２６が青色光源を構成し、励起光源である青色レーザー２５と蛍光発光板３２の蛍光発光層８４とが緑色の蛍光発光光源２４を構成している。

ロッドインテグレータ５６，５９は、ガラスの四角柱であり、入射光が四角柱の内面で全反射を繰り返すことによって、照度の均一化された出射光を出射することができる。ロッドインテグレータ５９からの出射光は、集光レンズ５２ｊ、リレーレンズ６２、フィールドレンズ６４及び全反射プリズム６６を経て、画像表示デバイスとしてのＤＭＤ３８に入射される。ロッドインテグレータ５９の出射面形状がＤＭＤ３８の上に転写されて高い効率で且つ均一に集光できるように、集光レンズ５２ｊ、リレーレンズ６２、フィールドレンズ６４及び全反射プリズム６６が配置されている。

図２に示した図２に示した投写型表示装置１は、赤色光源（赤色発光ダイオード）２２と青色光源（青色発光ダイオード）２６と緑色の蛍光発光光源２４とを備える光源装置５と、該光源装置５からの出射光を画像表示デバイス３８に導いて画像表示デバイス３８から出射された画像をスクリーン上に投射する光学装置３と、を備えている。当該の光学装置３は、集光レンズ５２ａ〜５２ｊ、コリメータレンズ５４、ダイクロイックミラー５７，５８、ロッドインテグレータ５６，５９、リレーレンズ６２、フィールドレンズ６４、全反射プリズム６６及び投写レンズ５０によって構成されている。

映像信号に応じて画像を形成する画像表示デバイスとしてのＤＭＤ（Digital Mirror Device）３８は、多数の微小ミラーを２次元的に配置したものであり、赤色、緑色、青色の映像入力信号に応じて各微小ミラーのそれぞれの傾きを変化させることにより、ＤＭＤ３８へ入射された光を時間的に変調することができる。例えば、蛍光発光層８４からの緑色の蛍光発光光の発光と、赤色発光ダイオード２２からの赤色発光と、青色発光ダイオード２６から青色発光と、をＤＭＤ３８に入射して、赤、緑及び青の映像信号にあわせて微小ミラーを画像素子駆動回路３６で高速駆動する。その結果、投写レンズ５０によって、スクリーン（図示しない）の上にＤＭＤ３８からのカラー画像を拡大投影することができる。

したがって、第１実施形態によれば、高い屈折率を持った酸化チタンを有する反射層８２，８３が蛍光発光層８４の側面部分に面一で密接配置されているので、出射される蛍光発光光の拡がりが抑制されて、酸化チタンに基づく高い反射率を有する反射層８２，８３で反射された蛍光反射光が出射されて、光利用効率を高めることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態と第１実施形態との相違点は、第２実施形態に係る光源装置５では、蛍光発光板３２の反射層８２，８３が、蛍光発光層８４よりも高くて青色レーザー２５の側に突出していることである。その他の構成は、上記の第１実施形態と同様である。

第２実施形態に係る光源装置５における蛍光発光板３２は、図６に示すように、下地基板８０と、下地基板８０の上に密着して形成された反射層（反射部）８２，８３と、下地基板８０の上に密着して形成された蛍光発光層（蛍光発光部）８４と、を備える。図６（Ｂ）において、励起光源である青色レーザー２５（図示しない）からの励起光が上から下に向けて蛍光発光層８４に照射されると、蛍光発光層８４の上端面である出射面８５から、蛍光発光光を出射する。平坦な面である出射面８５は、青色レーザー２５の側に位置している。そして、外周面側の反射層８２が蛍光発光層８４の外周面側に密接配置され、内周面側の反射層８３が蛍光発光層８４の内周面側に密接配置されている。外周面側の反射層８２及び内周面側の反射層８３は、いずれも円環形状をしていて、外周面側の反射層８２の半径が内周面側の反射層８３の半径よりも大きい。

外周面側の反射層８２及び内周面側の反射層８３は、いずれも、蛍光発光層８４よりも高く構成されており、反射層８２の上端面８６及び反射層８３の上端面８７が、それぞれ、蛍光発光層８４の出射面８５よりも、青色レーザー２５の側に突出している。反射層８２，８３の各上端面８６，８７が蛍光発光層８４の出射面８５よりも、例えば１００μｍまでの高さで突出している。なお、反射層８２の上端面８６と反射層８３の上端面８７との突出高さが、必ずしも同じである必要はなく、上端面８６と上端面８７との間で、突出高さに大小があってもよい。

したがって、第２実施形態によれば、高い屈折率を持った酸化チタンを有する反射層８２，８３が蛍光発光層８４の側面部分に密接配置され且つ青色レーザー２５の側に突出しているので、出射される蛍光発光光の拡がりが抑制されて、酸化チタンに基づく高い反射率を有する反射層８２，８３で反射された蛍光反射光が出射される。酸化チタンを有する反射層８２，８３を蛍光発光層８４の側面部分に対して密接して突出配置することにより、光利用効率を高めることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態と第２実施形態との相違点は、第３実施形態に係る光源装置５では、蛍光発光層８４の出射面８５が凹面形状をしていることである。その他の構成は、上記の第２実施形態と同様である。

第３実施形態に係る光源装置５における蛍光発光板３２は、図７に示すように、下地基板８０と、下地基板８０の上に密着して形成された反射層（反射部）８２，８３と、下地基板８０の上に密着して形成された蛍光発光層（蛍光発光部）８４と、を備える。図７（Ｂ）において、励起光源である青色レーザー２５（図示しない）からの励起光が上から下に向けて蛍光発光層８４に照射されると、蛍光発光層８４の上端面である出射面８５から、蛍光発光光を出射する。凹状に湾曲した面である出射面８５は、青色レーザー２５の側に位置している。そして、外周面側の反射層８２が蛍光発光層８４の外周面側に密接配置され、内周面側の反射層８３が蛍光発光層８４の内周面側に密接配置されている。外周面側の反射層８２及び内周面側の反射層８３は、いずれも円環形状をしていて、外周面側の反射層８２の半径が内周面側の反射層８３の半径よりも大きい。

外周面側の反射層８２及び内周面側の反射層８３は、いずれも、蛍光発光層８４よりも高く構成されており、反射層８２の上端面８６及び反射層８３の上端面８７が、それぞれ、蛍光発光層８４の出射面８５よりも、青色レーザー２５の側に突出している。反射層８２，８３の上端面８６，８７が、蛍光発光層８４の出射面８５よりも、例えば１００μｍまでの高さで突出している。

したがって、第３実施形態によれば、高い屈折率を持った酸化チタンを有する反射層８２，８３が蛍光発光層８４の側面部分に密接配置され且つ反射層８２，８３の各上端面８６，８７が蛍光発光層８４の出射面８５よりも突出し且つ出射面８５が凹面形状をしているので、出射される蛍光発光光の拡がりが抑制されるとともに、酸化チタンに基づく高い反射率を有する反射層８２，８３で反射された蛍光反射光が出射される。酸化チタンを有する反射層８２，８３を蛍光発光層８４の側面部分に対して密接して突出配置するとともに、出射面８５を凹面形状にすることにより、光利用効率を高めることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態と第３実施形態との相違点は、第４実施形態に係る光源装置５では、蛍光発光層８４の出射面８５が凹面形状をしているものの、酸化チタンを有する反射層８２，８３が蛍光発光層８４の側面部分に形成されていないことである。その他の構成は、上記の第３実施形態と同様である。

第４実施形態に係る光源装置５における蛍光発光板３２は、図８に示すように、下地基板８０と、下地基板８０の上に密着して形成された蛍光発光層（蛍光発光部）８４と、を備える。図８（Ｂ）において、励起光源である青色レーザー２５（図示しない）からの励起光が上から下に向けて蛍光発光層８４に照射されると、蛍光発光層８４の上端面である出射面８５から、蛍光発光光を出射する。凹状に湾曲した面である出射面８５は、青色レーザー２５の側に位置している。

したがって、第４実施形態によれば、蛍光発光層８４のうち、励起光源である青色レーザー２５に対向する出射面８５が凹面形状をしているので、出射される蛍光発光光の拡がりが抑制されて、蛍光発光光の光束の立体角が小さくなり、光利用効率を高めることができる。
（第５実施形態）
第５実施形態と第１実施形態との相違点は、第５実施形態に係る光源装置５では、反射層８２，８３及び蛍光発光層８４を形成・支持するための下地基板８０を使用しないで、基板９２が実質的に酸化チタンの単体から構成されていて、基板９２に形成された溝９３の中に蛍光発光層８４が埋設されていることである。その他の構成は、上記の第１実施形態と同様である。

第５実施形態に係る光源装置５における蛍光発光板３２は、図９に示すように、酸化チタンを有する板状の基板（反射部）９２と、基板９２に形成された円環状の溝９３の中に埋設された蛍光発光層（蛍光発光部）９４と、を備える。溝９３は、断面視、図９（Ｂ）に示す矩形形状であるか、又は半円形状である。蛍光発光層９４が溝９３の中に埋設された基板９２において、当該溝９３の内側面は、蛍光反射光を出射する反射部として働く。図９（Ｂ）において、励起光源である青色レーザー２５（図示しない）からの励起光が上から下に向けて蛍光発光層９４に照射されると、蛍光発光層９４の上端面である出射面９５から、蛍光発光光を出射する。平坦な面である出射面９５は、青色レーザー２５の側に位置している。そして、基板９２に形成された円環状の溝９３の中に埋設された蛍光発光層９４は、基板９２の溝９３の内側面と密接している。蛍光発光層９４の出射面９５は、基板９２の上面９７と実質的に同じ高さであり、基板９２の上面９７と蛍光発光層９４の出射面９５とが、いわゆる面一になっている。なお、蛍光発光層９４の出射面９５が、基板９２の上面９７よりも低い位置にあって、蛍光発光層９４が基板９２の溝９３の中に凹設されていてもよい。また、蛍光発光層９４の出射面９５が凹状に湾曲した面であってもよい。

酸化チタンを有する板状の基板９２は、図５に示した、下地基板８０のような支持体機能と、反射層８２，８３のような反射機能と、を備えている。基板９２の厚みは、例えば０．２ｍｍ乃至１．５ｍｍである。基板９２が０．２ｍｍよりも薄いと取り扱いが不便であり、基板９２が１．５ｍｍよりも厚いとコスト上昇や大型化を招く。

基板９２は、例えば、ガラス及び酸化チタンからなる複合体として構成することができる。ガラスのような無機系バインダを用いることにより、基板９２の熱伝導率が向上するために、蛍光発光層９４における温度上昇が抑制され、蛍光発光層９４での変換効率が向上する。また、無機系バインダは、耐光性及び耐熱性が高いので、蛍光発光板３２の信頼性向上に寄与することができる。ガラス及び酸化チタンからなる複合体として構成された基板９２は、放熱性、耐熱性及び耐光性が優れているために、青色レーザー光が集中的に照射されても不具合が生じにくくなる。したがって、特に、蛍光発光層９４が無機系バインダを含む構成においては、蛍光発光板３２の高速回転を不要にして、低速回転状態又は静止状態での蛍光発光板３２の使用を可能にする。その結果、さらなる低コスト化を可能にする。

複合体の基板９２は、所望とする重量割合（例えば、酸化チタンが７０重量％）になるように、ガラスフリットと酸化チタンの粉末を調合して混合したものをプレス成形によってタブレット体を作成し、当該タブレット体をガラスの軟化温度で熱処理することによって作成することができる。また、基板９２は、実質的に酸化チタンのみからなる板状体から構成することもできる。実質的に酸化チタンのみからなる板状体は、酸化チタンの微細粉末と燒結助剤とからなる原料粉体を燒結した焼結体として構成することができる。あるいは、チタンアルコキシドを加水分解して原液を作成してこれを塗布・乾燥した後に、加熱して酸化チタン膜を得るゾル−ゲル方法によって、実質的に酸化チタンのみからなる板状体を作成することができる。したがって、酸化チタンを有する基板９２の溝９３の中に蛍光発光層９４が埋設された蛍光発光板３２を作成することができる。

したがって、第５実施形態によれば、蛍光発光層９４が基板９２の溝９３の中に埋設された蛍光発光板３２においては、高い屈折率を持った酸化チタンを有する基板９２が反射層として働くので、出射される蛍光発光光の拡がりが抑制されて、酸化チタンに基づく高い反射率を有する基板９２の溝９３の内側面で反射された蛍光反射光が出射され、光利用効率を高めることができる。

基板９２を実質的に酸化チタンのみからなる板状体から構成することにより、基板９２の熱伝導率が向上するために、蛍光発光層９４における温度上昇が抑制され、蛍光発光層９４での変換効率が向上する。実質的に酸化チタンのみからなる板状体から構成された基板９２は、耐光性及び耐熱性が高いので、蛍光発光板３２の信頼性向上に寄与することができる。実質的に酸化チタンのみからなる板状体から構成された基板９２は、放熱性、耐熱性及び耐光性が優れているために、青色レーザー光が集中的に照射されても不具合が生じにくくなる。したがって、特に、蛍光発光層９４が無機系バインダを含む構成においては、蛍光発光板３２の高速回転を不要にして、低速回転状態又は静止状態での蛍光発光板３２の使用を可能にする。その結果、さらなる低コスト化を可能にする。

なお、上述の投射型表示装置１では、画像表示デバイスとしてＤＭＤ３８を用いているが、画像表示デバイスとして透過型又は反射型の液晶パネルを用いることもできる。図示しない液晶パネルは、２次元的に配列されて赤色、緑色及び青色に対応する多数の画素を有して、画素のそれぞれが、外部信号に応じて画像表示装置駆動回路３６によって独立して制御される。これによって、液晶パネルを通過又は反射する光の透過率が、外部信号によって、画素毎に制御される。そして、液晶パネルを通過又は反射した光は、投写レンズ５０によって、スクリーン（図示しない）の上に液晶パネルからのカラー画像を拡大投影することができる。

なお、上記各実施形態は、あくまでも例示であって、非制限的なものと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 投写型表示装置
３ 光学装置
１０ 制御部
２２ 赤色発光ダイオード（赤色光源）
２４ 緑色蛍光発光光源
２５ 青色レーザー（励起光源）
２６ 青色発光ダイオード（青色光源）
３２ 蛍光発光板
３８ 画像表示デバイス
５０ 投写レンズ
６０ ＤＭＤ（画像表示デバイス）
５６ ロッドインテグレータ
５７ 青反射ダイクロイックミラー
５８ 緑反射ダイクロイックミラー
５９ ロッドインテグレータ
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ 集光レンズ
５２ｆ，５２ｇ，５２ｈ，５２ｉ，５２ｊ 集光レンズ
６２ リレーレンズ
６４ フィールドレンズ
６６ 全反射プリズム
７０ 蛍光発光板ユニット
７１ モータ（回転駆動部）
７２ 筐体
７３ シャフト
７４ 実装基板
７６ フレキシブルプリント配線板
７７ 下側取付部材
７８ 上側取付部材
８０ 下地基板
８２ 反射層（反射部）
８４ 蛍光発光層（蛍光発光部）
８５ 出射面
８６ 上端面
８７ 上端面
９２ 基板（反射部）
９３ 溝
９４ 蛍光発光層（蛍光発光部）
９５ 出射面
９７ 上面

Claims (14)

1. 励起光源と、前記励起光源に対向配置される蛍光発光部を有する蛍光発光板と、を備え、前記励起光源からの励起光が前記蛍光発光部に照射されることにより、前記蛍光発光部から蛍光発光光を出射する光源装置であって、
   前記蛍光発光部のうち前記励起光源に対向する部分が凹形状をしている、及び／又は、酸化チタンを有する反射部が前記蛍光発光部の側面部分に密接配置されている、光源装置。
2. 請求項１において、
   前記反射部が、酸化チタンとバインダとを含み、蛍光発光部と同じ高さであるか、それ以上の高さで突出する、光源装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記蛍光発光部が、蛍光発光体とバインダとを含む、光源装置。
4. 請求項３において、
   前記反射層のバインダと前記蛍光発光部のバインダとが、有機系バインダであるか又は無機系バインダである、光源装置。
5. 請求項４において、
   前記反射層のバインダと前記蛍光発光部のバインダとにおいて、屈折率差が０．１以下である、光源装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つにおいて、
   前記蛍光発光部の厚みが、５０μｍ乃至４００μｍである、光源装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つにおいて、
   前記反射部が、前記蛍光発光部と同じ高さであるか、前記蛍光発光部よりも１００μｍまでの高さで突出する、光源装置。
8. 請求項１において、
   前記反射部が、酸化チタンからなる板状体又は酸化チタンを含む板状体から構成される、光源装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１つにおいて、
   前記反射部の酸化チタンが、ルチル型の結晶構造を有する、光源装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１つにおいて、
    前記蛍光発光板を回転駆動する回転駆動部を備える、光源装置。
11. 請求項１０において、
    前記蛍光発光部が円環状に形成されていて、前記反射部が前記蛍光発光部の内周面側及び外周面側のそれぞれに形成されている、光源装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１つにおいて、
    前記励起光源が青色レーザーであり、且つ、前記蛍光発光部が緑色蛍光発光部又は赤色蛍光発光部である、光源装置。
13. 請求項１乃至１１のいずれか１つにおいて、
    前記励起光源が紫外域レーザーであり、且つ、前記蛍光発光部が青色蛍光発光部、緑色蛍光発光部又は赤色蛍光発光部である、光源装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の光源装置と、
    映像信号に応じて画像を形成する画像表示デバイスと、
    前記光源装置からの光を前記画像表示デバイスに導いて前記画像表示デバイスから出射された画像をスクリーン上に投射する光学装置と、を備える、投写型表示装置。

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