JP2014029773A - 照明装置、電子機器及び投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率が高く、顔料や染料を退色劣化させない照明装置、この照明装置を備えた電子機器及び投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】照明装置１００は、励起光ＥｘＬを発する固体光源と励起光ＥｘＬが照射される蛍光体１０３とを有する発光素子と、発光素子からの放射光の少なくとも一部を平行光に変換する光変換素子と、平行光の内で長波長光を透過させ、短波長光を反射させる光フィルター素子と、を備える。平行光から退色劣化を促す短波長光を部分的に取り除くので、顔料や染料を退色劣化させにくい光を射出する照明装置１００を提供する事ができる。
【選択図】図１

Description

本発明は発光素子を用いた照明装置、照明装置を備えた電子機器及び投射型表示装置に関する。

プロジェクターと呼ばれる投射型表示装置は、透過型電気光学装置や反射型電気光学装置に光を照射し、これらの電気光学装置により変調された透過光や反射光をスクリーン上に投射する電子機器である。これは光源から発せられた光を電気光学装置に集光して入射させ、電気信号に応じて変調された透過光又は反射光を、投射レンズを通じて、スクリーンに拡大投射する様に構成される物で、大画面を表示するとの長所を有している。この様な電子機器に使用される電気光学装置としては液晶装置が知られており、これは液晶の誘電異方性と液晶層における光の旋光性とを利用して画像を形成している。

液晶装置を用いたプロジェクターの一例は特許文献１に記載されている。液晶装置は複数個の画素を有し、各画素に対応して、赤緑青の何れかの色のカラーフィルターが設けられている。プロジェクターには光源としてメタルハライドランプが使用される場合が多く、液晶装置にはメタルハライドランプから強烈な光が照射される。その為に、これらのカラーフィルターは、照射された強烈な光に依って退色する等の劣化が見られる。そこで、カラーフィルターの耐光性を改善する目的で、特許文献１では、耐光性に劣る色のカラーフィルターには無機顔料を使用し、比較的耐光性の強い色のカラーフィルターには有機顔料を使用している。

特開平８−３３８９９２号公報

しかしながら、画素毎にカラーフィルターの顔料の種類を変えるのは、製造上、実際には困難であるという課題が有った。取り分け、画像の高精細化と電気光学装置の小型化とが進むプロジェクター用途では、画素サイズが非常に小さくなるので、特許文献１に記載されている方法は実用的な解決手段にはなり得なかった。又、光源の光を強くする為に、電力消費が大きくなっているという課題もあった。換言すれば、従来の電子機器では、消費電力が大きく、加えて、カラーフィルターの実用的な耐光性が得られていないという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

（適用例１） 本適用例に係わる照明装置は、励起光を発する固体光源と励起光が照射される蛍光体とを有する発光素子と、発光素子から放射される光（放射光）の少なくとも一部をほぼ平行な光（平行光）に変換する光変換素子と、平行光の内でカットオフ波長よりも長い波長の光を透過させ、カットオフ波長よりも短い波長の光を反射させる光フィルター素子と、を備える事を特徴とする。
カラーフィルターや絵画などに使用される顔料や染料を退色劣化させるのは主として青色光や紫外光などの短波長光である。一方、発光素子から放射される光（放射光）には、短波長成分を有する励起光と、蛍光体から発せられた長波長成分を有する蛍光と、が混ざり合っている。この構成によれば、平行光から退色劣化を促す短波長光を部分的に取り除くので、顔料や染料を退色劣化させにくい光を射出する照明装置を提供する事ができる。

（適用例２） 上記適用例に係わる照明装置において、光フィルター素子は平行光に含まれる励起光の少なくとも一部を反射する事が好ましい。
この構成によれば、平行光から励起光の一部といった短波長光を部分的に取り除くので、顔料や染料を退色劣化させにくい光を射出する照明装置を提供する事ができる。

（適用例３） 上記適用例に係わる照明装置において、光フィルター素子により反射された光の少なくとも一部は蛍光体を照射する事が好ましい。
光フィルター素子により反射された光（反射光）は、励起光の一部といった短波長光である。この構成によれば、反射光（励起光の一部といった短波長光）が再度蛍光体を照射して、蛍光を放させるので、固体光源が発する励起光を弱めても、明るい光源とする事ができる。即ち、発光素子の実質的な発光効率を高め、消費電力を抑制する事ができる。

（適用例４） 上記適用例に係わる照明装置において、放射光の色温度をｘ（Ｋ）にて表し、カットオフ波長をｙ（ｎｍ）にて表した際に、色温度ｘとカットオフ波長ｙとは、ｙ＝０．００４８ｘ＋３９７．１８との関係を満たす事が好ましい。
放射光の色温度が高い程、放射光に含まれる励起光の一部といった短波長光の割合は高くなる。従って、放射光の色温度が高い程、発光素子の実質的な発光効率は下がっており、同時に顔料や染料の退色劣化を促進しやすい。この構成によれば、放射光の色温度に応じてカットオフ波長を調整しているので、発光素子の実質的な発光効率を高めて消費電力を抑制すると共に、顔料や染料を退色劣化させにくい光を射出する照明装置を提供する事ができる。

（適用例５） 本適用例に係わる電子機器は、上記適用例１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置と、カラーフィルターを有し、照明装置から射出された光を画像情報に基づいて変調する電気光学装置と、を備える事を特徴とする。
この構成によれば、上述の照明装置を電子機器の光源に利用しているので、発光素子の実質的な発光効率を高めて電子機器の消費電力が抑制されると共に、カラーフィルターの退色劣化が生じにくい、耐久性に優れた電子機器を提供する事ができる。

（適用例６） 本適用例に係わる投射型表示装置は、上記適用例１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置と、カラーフィルターを有し、照明装置から射出された光を画像情報に基づいて変調する電気光学装置と、電気光学装置から射出された表示光を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、上述の照明装置を投射型表示装置の光源に利用しているので、発光素子の実質的な発光効率を高めて投射型表示装置の消費電力が抑制されると共に、カラーフィルターの退色劣化が生じにくい、耐久性に優れた投射型表示装置を提供する事ができる。

実施形態１に係わる照明装置の概要を説明する概略図。 ハード白色光の波長分散スペクトルと光フィルター素子の透過率とを描いた図。 ハード白色光の色温度とカットオフ波長との関係を示した図。 実施形態２に係わる照明装置の概要を説明する概略図。 電子機器としての投射型表示装置の構成を示す概略図。 電気光学装置としての液晶装置の構成を示す概略図。 カラーフィルターの透過率を説明する図。 変形例１に係わる電子機器の構造を示す模式断面図。 変形例２に係わる照明装置の構造を示す模式断面図。 変形例３に係わる照明装置の構造を示す模式断面図。 変形例４に係わる照明装置の構造を示す模式断面図。 変形例５に係わる投射型表示装置の構造を示す模式断面図。 変形例６に係わる投射型表示装置の構造を示す模式断面図。 変形例６に係わる投射型表示装置に使用されるロッドインテグレーターを説明する図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各層や各部材が認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態１）
「照明装置」
図１は実施形態１に係わる照明装置の概要を説明する概略図である。以下、図１を参照して、照明装置を説明する。

図１に示す様に、本実施形態の照明装置１００は、発光素子と光変換素子と光フィルター素子とを少なくとも備えている。発光素子は励起光ＥｘＬを発する固体光源と励起光ＥｘＬが照射される蛍光体１０３とを有している。光変換素子は発光素子から放射状に出射される光（放射光）の少なくとも一部をほぼ平行な光（平行光）に変換する。光フィルター素子はこうして得られた平行光の内でカットオフ波長λ_C（図２参照）よりも長い波長の光を透過させ、カットオフ波長λ_Cよりも短い波長の光を反射させて反射光ＲｆＬとする。

本実施形態では、固体光源は発光ダイオード（以降、ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅと呼ぶ）１０１であり、ＬＥＤ１０１は青色の励起光ＥｘＬを発する。励起光ＥｘＬの中心波長は４４５ｎｍである。尚、固体光源としては、この他に中心波長が異なる励起光ＥｘＬを発するＬＥＤ１０１を使用しても良いし、更には、固体レーザーを使用しても良い。例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザー（ＹＡＧレーザー）の第三高調波（励起光ＥｘＬの波長３５５ｎｍ）等を固体光源に利用しても良い。

蛍光体１０３は、ＬＥＤ１０１に接して、その周囲を覆い、ＬＥＤ１０１からの青色の励起光ＥｘＬを受けて、黄色の蛍光を発する。この結果、発光素子からは、青色の励起光ＥｘＬと黄色の蛍光とが混じり合った擬似的な白色光が発せられる。この擬似的な白色光は青色の励起光ＥｘＬと云った高エネルギー光子を含むので、以降、ハード白色光ＨＷＬと称する。励起光ＥｘＬを受けて、黄色の蛍光を発する蛍光体１０３としては、例えばセリウムで賦活したイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）系蛍光体１０３やバリウム・シリコン化合物（ＢＯＳ；Ｂａｒｉｕｍ ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）系蛍光体１０３などが用いられる。

ＬＥＤ１０１は基材１０２に設置される。基材１０２はＬＥＤ１０１の点灯に伴って生ずる熱を外部に放つヒートシンクとしての機能を備えている。又、ＬＥＤ１０１と蛍光体１０３とは、直に接してしていても良いし、その間に別の媒介物質を介していても良い。

発光素子から放射状に出射されるハード白色光ＨＷＬは光変換素子である集光レンズ１０４へと導かれて、光変換素子を通過する事でほぼ平行な光（平行光）へと変換される。要するに、集光レンズ１０４等の光変換素子の焦点位置近傍に発光素子が配置され、集光レンズ１０４から出射するハード白色光ＨＷＬはほぼ光源軸に対して平行光線となる。光源軸とはＬＥＤ１０１の中心を通り固体光源の発光面に垂直に交わる軸を指す。すなわち光源軸とはＬＥＤ１０１の主たる光放射方向を示す軸となる。仮に光源軸上に正反射ミラーが配置されたときには光源軸もミラーの反射に従って曲げられることになる。ほぼ平行な光（ほぼ平行光線）とは、後述する誘電体多層膜１０５が光フィルター素子として機能し得る光束である。具体的には、光線の光源軸に対する角度をθとすると、θ＝０°が理想的な光線であり、θが０°以上１０°未満の範囲（０°≦θ＜１０°）にある光線群は問題なく光源軸に平行な光線として取り扱える。半頂角θの円錐の立体角は２π（１−ｃｏｓθ）であるので、光変換素子から放たれる光束の主体が０．０３πステラジアンの立体角に入っている光線群は問題なく光源軸に平行な光線である。更には、θが０°以上１５°未満の範囲（０°≦θ＜１５°）にある光線群（光変換素子から放たれる光束の主体が０．０６８πステラジアンの立体角に入っている光線群）も光源軸に平行な光線として取り扱える。θが０°以上２０°未満の範囲（０°≦θ＜２０°）にある光線群（光変換素子から放たれる光束の主体が０．１２１πステラジアンの立体角に入っている光線群）までを、光源軸に平行な光線として取り扱う事ができる。

光変換素子の出射側には光フィルター素子が配置される。言い換えると、光変換素子は発光素子と光フィルター素子との間に配置される。本実施形態では、光フィルター素子はダイクロイックフィルターで、誘電体多層膜１０５であるが、この他にフォトニックラティスを光フィルター素子として使用する事もできる。誘電体多層膜１０５は、平行光線となったハード白色光ＨＷＬに対してほぼ垂直に配置され、カットオフ波長λ_Cよりも長い波長の光を透過させると共に、カットオフ波長λ_Cよりも短い波長の光を反射させる。換言すると、光フィルター素子は、カットオフ波長λ_Cの光よりも低エネルギーの光を通過させ、カットオフ波長λ_Cの光よりも高エネルギーの光を反射して、元の光路に戻す。光フィルター素子により反射された光（反射光ＲｆＬ）の少なくとも一部は、ＬＥＤ１０１から誘電体多層膜１０５への光路を逆にたどり、再度蛍光体１０３を照射する。尚、カットオフ波長λ_Cは、光フィルター素子が光源軸に平行な光線となったハード白色光ＨＷＬに含まれる励起光ＥｘＬの少なくとも一部を反射する様に設定される。この様に、光フィルター素子を通過した光は、ハード白色光ＨＷＬから励起光ＥｘＬと云った高エネルギー光子が削減された光であり、以降、光フィルター素子を通過した光をソフト白色光ＳＷＬと称する。

カラーフィルターや絵画或いは印刷物などに使用される顔料や染料を退色劣化させるのは主として青色光や紫外光などの短波長光である。一方、発光素子からの放射光には、短波長成分を有する励起光ＥｘＬと、蛍光体１０３から発せられた長波長成分を有する蛍光と、が含まれている。光フィルター素子がハード白色光ＨＷＬから励起光ＥｘＬの一部といった短波長光を部分的に取り除くので、照明装置が照射するソフト白色光ＳＷＬでは短波長光の割合が減り、顔料や染料を退色劣化させにくい光を射出する照明装置が提供される事になる。更に、光フィルター素子により反射された光（反射光ＲｆＬ）は、励起光ＥｘＬの一部といった短波長光であり、これが再度蛍光体１０３を照射して、蛍光を放させる事になる。要するに蛍光体１０３には固体光源からの励起光ＥｘＬと光フィルター素子からの反射光ＲｆＬとが照射されて、蛍光を発する事となる。従って、固体光源の励起光ＥｘＬを弱めても、明るい光源とする事ができる。即ち、発光素子の実質的な発光効率を高め、消費電力を抑制する事ができるのである。

図２はハード白色光の波長分散スペクトルと光フィルター素子の透過率とを描いた図で、（ａ）はハード白色光の色温度が４７００Ｋの場合であり、（ｂ）はハード白色光の色温度が９０００Ｋの場合である。図３はハード白色光の色温度とカットオフ波長との関係を示した図である。次に光源の発光素子から放たれるハード白色光ＨＷＬと光フィルター素子の性能との関係を、図２と図３とを参照して、説明する。

図２にはハード白色光ＨＷＬの波長分散スペクトルが規格化されて描かれていると共に、光フィルター素子の透過率ＴｍＲも描かれている。励起光ＥｘＬの中心波長は４４５ｎｍで、ハード白色光ＨＷＬの波長分散スペクトルでは、４４５ｎｍ付近に鋭い励起光ＥｘＬのピークが現れている。ハード白色光ＨＷＬの波長分散スペクトルで５６０ｎｍ付近に現れている幅広のピークは蛍光体１０３からの蛍光である。ハード白色光ＨＷＬの色温度が４７００Ｋの図２（ａ）は、ハード白色光ＨＷＬの色温度が９０００Ｋの図２（ｂ）よりも励起光ＥｘＬのピークに対する蛍光のピークの割合が大きくなっている。即ち、ハード白色光ＨＷＬの色温度が高い程、励起光ＥｘＬの割合が増し、高エネルギー光子の割合が増える事が分かる。

光フィルター素子は、カットオフ波長λ_Cを基準にして、それよりも低波長側では入射光の透過率ＴｍＲが小さくなり、それよりも高波長側では入射光透過率ＴｍＲが大きくなる。光フィルター素子のカットオフ波長λ_Cとは、具体的には、入射光の光フィルター素子での透過率ＴｍＲが５０％となる波長である。図２に示される様に、カットオフ波長λ_Cは光源から放たれる光の色温度に応じて変えられる。即ち、図２（ａ）に示される様に、ハード白色光ＨＷＬの色温度が比較的低い際には、励起光ＥｘＬの中心波長を基準にして、カットオフ波長λ_Cは低めに設定される。反対に、図２（ｂ）に示される様に、ハード白色光ＨＷＬの色温度が比較的高い際には、励起光ＥｘＬの中心波長を基準にして、カットオフ波長λ_Cは高めに設定される。

次に、図３を参照して、ハード白色光ＨＷＬの色温度とカットオフ波長λ_Cとの関係を説明する。図３では、放射光（ハード白色光ＨＷＬ）の色温度をｘ（Ｋ）にて表し、カットオフ波長λ_Cをｙ（ｎｍ）にて表している。電気光学装置に使用されるカラーフィルターや絵画を照射する光の色温度は大凡６０００Ｋから６５００Ｋが理想的と云える。６０００Ｋよりも低いと黄色がかった照明となり、電気光学装置や絵画が本来示す色を忠実に再現できないが、６０００Ｋよりも高いと適度な白色照明となり、電気光学装置や絵画が本来示す色を忠実に再現可能となる。又、６５００Ｋよりも高いと高エネルギー光子を含んだ照明となり、カラーフィルターや絵画の退色劣化をもたらすが、６５００Ｋよりも低いと高エネルギー光子の割合が減り、カラーフィルターや絵画の退色劣化を抑制する事が可能となる。図３は、ソフト白色光ＳＷＬの色温度が大凡６０００Ｋから６５００Ｋとなる様な、ハード白色光ＨＷＬの色温度（ｘ）とカットオフ波長λ_C（ｙ）との関係を示している。即ち、ハード白色光ＨＷＬの色温度ｘとカットオフ波長λ_C（ｙ）とが、ｙ＝０．００４８ｘ＋３９７．１８との関係を満たすと、ソフト白色光ＳＷＬの色温度は大凡６０００Ｋから６５００Ｋとなる。光フィルター素子は、放射光（ハード白色光ＨＷＬ）の色温度に応じて、図３に示す関係式から定まるカットオフ波長λ_Cを持つ様に設定する。

放射光の色温度が高い程、放射光に含まれる励起光ＥｘＬの一部といった短波長光の割合は高い。言い換えると、放射光の色温度が高い程、発光素子の発光効率は下がっており、同時に顔料や染料の退色劣化を促進しやすい。本実施形態によれば、放射光の色温度に応じてカットオフ波長λ_Cを調整しているので、発光素子の実質的な発光効率を高めて消費電力を抑制すると共に、顔料や染料を退色劣化させにくい光を射出する照明装置を提供する事ができる。従来の照明装置は発光効率が低く、顔料や染料を耐食劣化させやすいとの課題があったが、本実施形態の照明装置１００は、後述する投射型表示装置（液晶プロジェクター）の電気光学装置（液晶装置）を照明する照明装置や、美術品や写真等を照明する照明装置に好適である。

（実施形態２）
「他の照明装置」
図４は実施形態２に係わる照明装置の概要を説明する概略図である。以下、図４を参照して、照明装置を説明する。

本実施形態の照明装置２００は、発光素子と光変換素子と光フィルター素子とを少なくとも備えている。実施形態１とは光変換素子が異なっている。それ以外の構成は実施形態１とほぼ同様である。本実施形態では、発光素子からの放射光（ハード白色光ＨＷＬ）を第一の方向に反射させる四半球状の第一反射板２０４と、第一反射板２０４によって反射した光を第一の方向とは異なる第二の方向に反射させる第二反射板２０６と、が光変換素子である。

図４に示す様に、発光素子は、上記実施形態１の発光素子と同様に固体光源としてのＬＥＤ２０１と、蛍光体２０３とを含んでいる。蛍光体２０３はＬＥＤ２０１を密封する様に設けられている場合もあり、さらに蛍光体１０３を覆う様にカバー部材が封止されている場合も有る。ＬＥＤ２０１は基材２０２に設けられている。基材２０２はＬＥＤ２０１の点灯に伴って生ずる発熱を外部に放熱させるヒートシンクとしての機能、或いは、外部のヒートシンクに熱を伝えるためのヒートスプレッダとしての機能を備えている。

四半球状の第一反射板２０４は、発光素子を覆う様に円弧状の一方の端が基材２０２の一方の端部に取り付けられている。同じく円弧の他方の端は、基材２０２との間で開口部を構成している。

第二反射板２０６は、断面が放物線状の反射面２０６ａと、反射面２０６ａの一方の端が反射面２０６ａ側に折れ曲がった屈曲部２０６ｂとを有している。反射面２０６ａが発光素子側に向く様に屈曲部２０６ｂが基材２０２の他方の端部に取り付けられている。

発光素子からの放射光（ハード白色光ＨＷＬ）のうち、基材２０２と第一反射板２０４とにより構成される開口部を通過した光は、直接に第二反射板２０６の反射面２０６ａに入射して第二の方向に反射される。又、基材２０２に設けられた発光素子から法線方向に射出された光は、第一反射板２０４の反射面２０４ａで反射し、基材２０２の他方の端部に掛かる屈曲部２０６ｂで再び反射して、第二反射板２０６の反射面２０６ａに入射し第二の方向に反射される。更には、法線方向に対して角度を有して第一反射板２０４側に射出された光は、反射面２０４ａにより反射して、第二反射板２０６の反射面２０６ａに入射し第二の方向に反射される。この様に、発光素子からの放射光（ハード白色光ＨＷＬ）は、第一反射板２０４と第二反射板２０６とによって、１回乃至３回の反射を行い、第二の方向に平行光線となって照射される。

光変換素子の出射側には誘電体多層膜２０５からなる光フィルター素子が配置される。誘電体多層膜２０５は、平行光線となったハード白色光ＨＷＬに対してほぼ垂直に配置され、カットオフ波長λ_Cの光よりも低エネルギーの光を通過させ、カットオフ波長λ_Cの光よりも高エネルギーの光を反射して、元の光路に戻す。光フィルター素子により反射された光（反射光ＲｆＬ）の少なくとも一部は、ＬＥＤ２０１から誘電体多層膜２０５への光路を逆にたどり、再度蛍光体２０３を照射して、蛍光を放させる。これ以外の構成は実施形態１とほぼ同様である。

上記実施形態２によれば、以下の効果が得られる。
光変換素子は、発光素子からの放射光（ハード白色光ＨＷＬ）を広い立体角に渡って平行光に変換する。即ち、照明装置２００は、放射光をより効率的に利用する事ができる。

（実施形態３）
「電子機器」
図５は電子機器としての投射型表示装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は側面から見た概略断面図、（ｂ）は上面から見た概略断面図である。図６は電気光学装置としての液晶装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ’線で切った断面図である。図７はカラーフィルターの透過率を説明する図である。次に、本実施形態の電子機器を、図５乃至図７を参照して、説明する。

図５（ａ）及び（ｂ）に示す様に、本実施形態の電子機器としての投射型表示装置１０００は、照明装置１００と、電気光学装置としての液晶装置５００と、投射光学系としての投射レンズ６０１とを備えている。液晶装置５００は、カラーフィルター５２２（図６参照）を有し、照明装置１００から射出された照明光を画像情報に基づいて変調し表示光に変換する。変換された表示光が液晶装置５００から射出され投射レンズ６０１によって例えばスクリーンなどに映し出される。電気光学装置に使用されるカラーフィルター５２２は顔料や染料を用いた吸収光型である。

電子機器は、上記実施形態１において説明した発光素子（ＬＥＤ１０１、基材１０２、蛍光体１０３等）と、光変換素子（集光レンズ１０４等）、光フィルター素子（誘電体多層膜１０５等）の各構成に加えて、偏光変換素子としての偏光ビームスプリッター４００と、液晶装置５００に外部からの光が入射しない様に、集光レンズ１０４及び偏光ビームスプリッター４００を収納する遮光ボックス１５０等を含んで構成されている。

ＬＥＤ１０１と集光レンズ１０４、偏光ビームスプリッター４００、液晶装置５００、それぞれの光学中心は、同一光源軸上に配置されている。投射レンズ６００は同一光源軸上に配置されているが、あおり投射などを行う場合には意図的に軸をずらして実現する。蛍光体１０３はＬＥＤ１０１と集光レンズ１０４との間に配置されている。誘電体多層膜１０５には大凡光源軸に平行となった光線がほぼ垂直に入射される必要があるので、光フィルター素子は光変換素子の出射側に配置される（条件１）。同時に、光フィルター素子がハード白色光ＨＷＬをソフト白色光ＳＷＬに変換するので、光フィルター素子はカラーフィルターを有する電気光学装置（液晶装置５００）の入射側に配置される必要がある（条件２）。本実施形態では、光フィルター素子は光変換素子の出射面の直後に配置されているが、光変換素子と電気光学装置との間で有れば、即ち上記の条件１と条件２とを満たせば、どこに配置しても良い。例えば、光フィルター素子を偏光ビームスプリッター４００の入射面の直前、或いは偏光ビームスプリッター４００の出射面の直後、防塵ガラス１６０の入射面の直前、防塵ガラス１６０の出射面の直後、電気光学装置の入射面の直前、等に配置しても良い。或いは、偏光ビームスプリッター４００その物の入射面に光フィルター素子を直接形成しても良い。更には、電気光学装置に誘電体多層膜１０５を内蔵させる場合、カラーフィルターの入射面の直前に誘電体多層膜１０５を配置しても良い。或いは、これらの内の複数箇所に光フィルター素子を設けても良い。但し、光フィルター素子からの反射光ＲｆＬを効率的に蛍光体１０３に戻して省電力化を図るとの視点からは、本実施形態の様に光変換素子の出射面の直後に配置するのが好ましい。

偏光変換素子としての偏光ビームスプリッター４００は、照明装置１００からの光を偏光（この場合Ｓ波）に変換して、光の利用効率を高める物である。

次に、液晶装置５００について図６を参照して説明する。図６（ａ）及び（ｂ）に示す様に、本実施形態の液晶装置５００は、対向配置された素子基板５１０及び対向基板５２０と、これら一対の基板によって挟持された液晶層５５０とを有する。素子基板５１０の基材５１０ｓ及び対向基板５２０の基材５２０ｓは、透明な例えば石英基板やガラス基板などが用いられている。

素子基板５１０は対向基板５２０よりも一回り大きく、両基板は、対向基板５２０の外周に沿って配置されたシール材５４０を介して貼り合わされ、その隙間に正または負の誘電異方性を有する液晶が封入されて液晶層５５０を構成している。シール材５４０は、例えば熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤が採用されている。シール材５４０には、一対の基板の間隔を一定に保持するためのスペーサー（図示省略）が混入されている。

シール材５４０の内側には、見切り部５２１が設けられている。見切り部５２１は、例えば遮光性の金属あるいは金属酸化物などからなり、見切り部５２１の内側が画素領域Ｅとなっている。画素領域Ｅには、マトリックス状にサブ画素Ｐが複数配置されている。サブ画素Ｐは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、白（Ｗ）に対応して設けられており、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗに対応する４つのサブ画素Ｐによって１つの画素が構成される。本実施形態では正方形のサブ画素Ｐが２行２列に配置されて、正方形の画素が構成されている。

画素領域Ｅは、表示に寄与する有効な複数のサブ画素Ｐを囲む様に配置された複数のダミー画素を含んでいるとしてもよい。尚、図６では図示省略したが、画素領域Ｅにおいても複数のサブ画素Ｐを平面的に区分する遮光部が素子基板５１０と対向基板５２０とにそれぞれ設けられている。

素子基板５１０の第一辺部に沿ったシール材５４０とこの第一辺部との間にデータ線駆動回路５０１が設けられている。また、この第一辺部に対向する第二辺部に沿ったシール材５４０の内側に検査回路５０３が設けられている。さらに、第一辺部と直交し互いに対向する第三及び第四辺部に沿ったシール材５４０の内側に走査線駆動回路５０２が設けられている。第二辺部のシール材５４０の内側には、２つの走査線駆動回路５０２を繋ぐ複数の配線５０５が設けられている。これらデータ線駆動回路５０１、走査線駆動回路５０２に繋がる配線は、第一辺部に沿って配列した複数の外部接続用端子５０４に接続されている。以降、第一辺部に沿った方向をＸ方向とし、第一辺部と直交し互いに対向する第三及び第四辺部に沿った方向をＹ方向として説明する。

図６（ｂ）に示す様に、基材５１０ｓの液晶層５５０側の表面には、サブ画素Ｐごとに設けられた光透過性を有する画素電極５１５及びスイッチング素子としての薄膜トランジスター（ＴＦＴ；Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと称する）５３０と、信号配線（図示省略）と、複数の画素電極５１５を覆う配向膜５１８とが形成されている。又、ＴＦＴ５３０における半導体層に光が入射して光リーク電流が流れ、不適切なスイッチング動作となる事を防ぐ遮光構造が採用されている。即ち、本実施形態における素子基板５１０は、基材５１０ｓと、画素電極５１５と、ＴＦＴ５３０と、信号配線と、配向膜５１８を少なくとも含むものである。

基材５２０ｓの液晶層５５０側の表面には、見切り部５２１と、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応した顔料を有するカラーフィルター５２２と、カラーフィルター５２２を覆う様に成膜された平坦化層５２３と、少なくとも画素領域Ｅに亘って平坦化層５２３を覆う様に設けられた共通電極５２４と、共通電極５２４を覆う配向膜５２５とが設けられている。即ち、本実施形態における対向基板５２０は、基材５２０ｓと、遮光性の見切り部５２１と、カラーフィルター５２２と、平坦化層５２３と、共通電極５２４と、配向膜５２５とを少なくとも含むものである。

見切り部５２１は、図６（ａ）に示す様に平面的に走査線駆動回路５０２、検査回路５０３と重なる位置に設けられている。これにより対向基板５２０側から入射する光を遮蔽して、これらの駆動回路を含む周辺回路の光による誤動作を防止する役目を果たしている。また、不必要な迷光が画素領域Ｅに入射しない様に遮蔽して、画素領域Ｅの表示における高いコントラストを確保している。

平坦化層５２３は、例えば酸化シリコンなどの無機材料からなり、光透過性を有して見切り部５２１及びカラーフィルター５２２を覆う様に設けられている。つまり、平坦化層５２３は、見切り部５２１やカラーフィルター５２２によって基材５２０ｓ上に生ずる凹凸を緩和している。このような平坦化層５２３の形成方法としては、例えばプラズマＣＶＤ法などを用いて成膜する方法が挙げられる。

共通電極５２４は、例えばＩＴＯなどの透明導電膜からなり、平坦化層５２３を覆うと共に、図６（ａ）に示す様に対向基板５２０の四隅に設けられた上下導通部５０６により素子基板５１０側の配線に電気的に接続している。

画素電極５１５を覆う配向膜５１８及び共通電極５２４を覆う配向膜５２５は、液晶装置５００の光学設計に基づいて選定される。例えば、ポリイミドなどの有機材料を成膜して、その表面をラビングする事により、正の誘電異方性を有する液晶分子に対して略水平配向処理が施されたものや、ＳｉＯｘ（酸化シリコン）などの無機材料を気相成長法を用いて成膜して、負の誘電異方性を有する液晶分子に対して略垂直配向処理が施されたものが挙げられる。

このような液晶装置５００は透過型であって、本実施形態ではサブ画素Ｐが非駆動時に暗表示となるノーマリーブラックモードの光学設計が採用される。光学設計に応じて、光の入射側に偏光ビームスプリッター４００（図５参照）が配置されると共に、光の入射側、射出側それぞれに偏光素子５６１（図５参照）が配置されて用いられる。そして、画像信号に基づいて液晶装置５００を駆動すれば、照明光を光変調してフルカラーに対応した表示光を射出する事ができる。尚、偏光素子５６１は、所謂偏光板を用いてもよいし、偏光板と位相差板とを組み合わせたものを用いてもよい。図では偏光素子５６１は液晶装置５００と別に設けられているが場合によっては液晶装置５００に直接貼り付けしてもよい。

次に、図７を参照して、本実施形態の効果を説明する。図７はカラーフィルターの退色劣化の有無を示す図で、図７の横軸は光の波長を示し、縦軸は赤色カラーフィルターの透過率を示している。図７で実施形態１と記載してあるグラフは、赤色カラーフィルターの初期における透過率と、実施形態１で説明した照明装置の光を１０００時間照射した際の赤色カラーフィルターの透過率と、を示し、両者はほぼ一致している。即ち、実施形態１で説明した照明装置の光（ソフト白色光ＳＷＬ）を１０００時間照射しても赤色カラーフィルターは殆ど退色劣化しない。これに対して、図７で比較例と記載されているグラフは、実施形態１で説明した照明装置から光フィルター素子を取り除いた照明装置にて、１０００時間ハード白色光ＨＷＬを赤色カラーフィルター照射した場合で、波長が４５０ｎｍ以下の光の透過率が上がり、赤色カラーフィルターが退色劣化している事が分かる。この様に、本実施形態では、実施形態１で説明した照明装置を投射型表示装置の光源に利用しているので、発光素子の実質的な発光効率を高めて投射型表示装置の消費電力が抑制されると共に、カラーフィルターの退色劣化が生じにくい、耐久性に優れた投射型表示装置を提供する事ができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）
「直視型表示装置の形態」
図８は、変形例１に係わる電子機器の構造を示す模式断面図である。次に、図８を用いて、本変形例に係わる電子機器について説明する。尚、実施形態１乃至３と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。

本変形例は実施形態３と比べて、電子機器が直視型の表示装置である点が異なっている。それ以外の構成は、実施形態３とほぼ同様である。実施形態３では、電子機器は投射型表示装置１０００であった。これに対して、本変形例では、電子機器は直視型表示装置２０００である。即ち、液晶装置５００の背面（表示面の反対側の面）には導光板７００が配置され、導光板の端部には照明装置１００が配置されている。照明装置１００から出射されたソフト白色光ＳＷＬは導光板７００を介して液晶装置５００に入射される。液晶装置は赤と緑、青の顔料カラーフィルターを備え、カラー表示を行う事ができる。

尚、照明装置１００を備えた電子機器（投射型表示装置１０００や直視型表示装置２０００）として、例えば、投射型のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）や直視型のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、または電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、ＰＯＳなどの情報端末機器等が挙げられる。

（変形例２）
「発光素子が異なる形態１」
図９は、変形例２に係わる照明装置の構造を示す模式断面図である。次に、図９を用いて、本変形例に係わる照明装置１００について説明する。尚、実施形態１乃至３と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。尚、図９では、説明の便宜を図る為に、ハード白色光ＨＷＬやソフト白色光ＳＷＬなどでは、光源軸に対し平行な光のみを描いてある。

本変形例（図９）は、実施形態１（図１）と比べて、発光素子の形態が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１とほぼ同様である。実施形態１では、ＬＥＤ１０１を蛍光体１０３が覆っていた。これに対して、本変形例では、ＬＥＤ１０１と蛍光体１０３とが僅かに離間して配置されている。この様にＬＥＤ１０１からの励起光ＥｘＬを効率的に受光し、蛍光を発する事ができる構成ならば、図１の様にＬＥＤ１０１を蛍光体１０３が覆う必要性はなく、本変形例の様に離間して配置しても良それにより蛍光体１０３が受けるＬＥＤ１０１の発生する熱の影響を少なくできる。本変形例にて説明した照明装置１００は実施形態１乃至３や変形例１に記載の投射型表示装置や電子機器に適用できる。

（変形例３）
「発光素子が異なる形態２」
図１０は、変形例３に係わる照明装置の構造を示す模式断面図である。次に、図１０を用いて、本変形例に係わる照明装置１００について説明する。尚、実施形態１乃至３と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。尚、図１０では、説明の便宜を図る為に、ハード白色光ＨＷＬやソフト白色光ＳＷＬなどでは、平行光のみを描いてある。

本変形例（図１０）は、実施形態１（図１）や変形例２（図９）と比べて、発光素子の形態が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１や変形例２とほぼ同様である。実施形態１では、ＬＥＤ１０１と蛍光体１０３とが接していた。又、変形例２では、ＬＥＤ１０１と蛍光体１０３とが僅かに離間していた。これに対して、本変形例では、ＬＥＤ１０１と蛍光体１０３とが離間していると共に、これらの間に光源レンズ１０６が配置されている。この様にＬＥＤ１０１からの励起光ＥｘＬを効率的に受光し、蛍光体１０３の発光効率を向上させる為に、ＬＥＤ１０１と蛍光体１０３との間に各種の光学素子を配置しても良い。これにより励起光ＥｘＬを集光し蛍光体１０３に照射することで蛍光体が発光する面積を小さくすることができ投射型表示装置により好適な特性を得るｈことができる。本変形例ではこの光学素子に凸型の光源レンズ１０６を用いているが、無論この他にも凹型のレンズや反射鏡などを組み合わせても良い。本変形例にて説明した照明装置１００は実施形態１乃至３や変形例１に記載の投射型表示装置や電子機器に適用できる。

（変形例４）
「発光素子が異なる形態３」
図１１は、変形例４に係わる照明装置の構造を示す模式断面図である。次に、図１１を用いて、本変形例に係わる照明装置１００について説明する。尚、実施形態１乃至３と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。尚、図１１では、説明の便宜を図る為に、ハード白色光ＨＷＬやソフト白色光ＳＷＬなどでは、平行光のみを描いてある。

本変形例（図１１）は、実施形態１（図１）と比べて、発光素子の形態が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１とほぼ同様である。実施形態１では、ＬＥＤ１０１を蛍光体１０３が覆っていた。これに対して、本変形例では、ＬＥＤ１０１の発光面に蛍光体１０３が配置されている。この様にＬＥＤ１０１からの励起光ＥｘＬを効率的に受光し、蛍光を発する事ができる構成ならば、図１の様にＬＥＤ１０１を蛍光体１０３が覆う必要性はなく、本変形例の様に発光面となる一面に蛍光体１０３を積層して、配置しても良い。本変形例にて説明した照明装置１００は実施形態１乃至３や変形例１に記載の投射型表示装置や電子機器に適用できる。

（変形例５）
「投射型表示装置の構成が異なる形態１」
図１２は、変形例５に係わる投射型表示装置の構造を示す模式断面図である。次に、図１２を用いて、本変形例に係わる投射型表示装置１０００について説明する。尚、実施形態１乃至３と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。尚、図１２では、説明の便宜を図る為に、ハード白色光ＨＷＬやソフト白色光ＳＷＬなどでは、平行光のみを描いてある。

本変形例は実施形態３（図５）と比べて、投射型表示装置１０００に用いられる光学システムが異なっている。それ以外の構成は、実施形態３とほぼ同様である。実施形態３（図５）では、照明装置１００と液晶装置５００との間に、偏光ビームスプリッター４００の他には、特別な光学システムは用いられていなかった。これに対して、本変形例では、照明装置１００と液晶装置５００との間に、偏光ビームスプリッター４００の他に、フライアイインテグレーター８００が配置されている。これにより、液晶装置５００に入射する光の照度分布が均一になり、液晶装置５００の画素領域Ｅの隅々まで明るく、均一な照度分布とする事ができる。

フライアイインテグレーター８００は、第一マルチレンズ８１０と、第二マルチレンズ８２０と、重畳レンズ８３０とを少なくとも含んでいる。第一マルチレンズ８１０と第二マルチレンズ８２０とは、フライアイレンズとも呼ばれ、小さなレンズを光の入射面に縦横に複数個配置した物である。本変形例では、フライアイインテグレーター８００は調整レンズ８４０を更に含み、照度が面内で揃った光束を液晶装置５００に集光している。

照明装置１００側から出射されたソフト白色光ＳＷＬは、第一マルチレンズ８１０、第二マルチレンズ８２０、偏光ビームスプリッター４００、重畳レンズ８３０、調整レンズ８４０を通過して、液晶装置５００に導かれる。これ以外の構成は実施形態３（図５）と同様である。上記変形例２乃至４にて説明した照明装置１００は本変形例に記載の照明装置１００に無論適用できる。

（変形例６）
「投射型表示装置の構成が異なる形態２」
図１３は、変形例６に係わる投射型表示装置の構造を示す模式断面図である。図１４は、変形例６に係わる投射型表示装置に使用されるロッドインテグレーターを説明する図である。次に、図１３と図１４とを用いて、本変形例に係わる投射型表示装置１０００について説明する。尚、実施形態１乃至３と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。尚、図１３では、説明の便宜を図る為に、ハード白色光ＨＷＬやソフト白色光ＳＷＬなどでは、光源軸に対し平行な光のみを描いてある。

本変形例は実施形態３（図５）と比べて、投射型表示装置１０００に用いられる光学システムが異なっている。それ以外の構成は、実施形態３とほぼ同様である。実施形態３（図５）では、照明装置１００と液晶装置５００との間に、偏光ビームスプリッター４００の他には、特別な光学システムは用いられていなかった。これに対して、本変形例では、照明装置１００と液晶装置５００との間に、偏光ビームスプリッター４００の他に、ロッドインテグレーター９００が配置されている。これにより、液晶装置５００に入射する光の照度分布が均一になり、液晶装置５００の画素領域Ｅの隅々まで明るく、均一な照度分布とする事ができる。

ロッドインテグレーター９００は、中空で内側に金属コートなどで反射面が形成されたロッド９１０を少なくとも含んでいる。ロッド９１０の内側では、ソフト白色光ＳＷＬが多重の全反射を繰り返し、光源軸に垂直な面内における照度の均一性を増している。ロッドインテグレーター９００の形状はテーパー状でも良いし、或いは、逆テーパー状であっても構わない。尚、図１３では、ロッド９１０は中空であるが、これに代わり、図１４に示す様に、内部がガラスで満たされたガラスロッド９２０をロッドインテグレーター９００としても良い。この場合も、ガラスの界面でソフト白色光ＳＷＬは全反射させられている。ロッドインテグレーター９００からの照度が面内で揃った光束は、液晶装置５００に集光されている。

照明装置１００側から出射されたソフト白色光ＳＷＬは、偏光ビームスプリッター４００とロッドインテグレーター９００とを通過して、液晶装置５００に導かれる。これ以外の構成は実施形態３（図５）と同様である。上記変形例２乃至４にて説明した照明装置１００は本変形例に記載の照明装置１００に無論適用できる。

（変形例７）投射型表示装置１０００における液晶装置５００は、透過型に限定されない。画素電極が光反射性を有する反射型の液晶装置を採用する事もできる。

（変形例８）投射型表示装置１０００における電気光学装置は液晶方式に限定されない。例えば、画素ごとに設けられたミラーの角度を画像情報に基づいて可変する事で入射光を変調するミラーデバイスであっても、本発明の照明装置１００を適用する事ができる。

（変形例９）液晶装置５００におけるサブ画素Ｐは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、白（Ｗ）に代えて、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のストライプ配置としても良いし、更には、黄色（Ｙ）のサブ画素を加えても良い。配置も正方形やストライプに限定されず、タイル状に配置しても良い。

１００…照明装置、１０１…ＬＥＤ、１０２…基材、１０３…蛍光体、１０４…集光レンズ、１０５…誘電体多層膜、１０６…光源レンズ、１５０…遮光ボックス、１６０…防塵ガラス、２００…照明装置、２０１…ＬＥＤ、２０２…基材、２０３…蛍光体、２０４…第一反射板、２０４ａ…反射面、２０５…誘電体多層膜、２０６…第二反射板、２０６ａ…反射面、２０６ｂ…屈曲部、４００…偏光ビームスプリッター、５００…液晶装置、５１０…素子基板、５１５…画素電極、５１８…配向膜、５２０…対向基板、５２２…カラーフィルター、５２３…平坦化層、５２４…共通電極、５２５…配向膜、５３０…ＴＦＴ、５５０…液晶層、５６１…偏光素子、６０１…投射レンズ、７００…導光板、８００…フライアイインテグレーター、８１０…第一マルチレンズ、８２０…第二マルチレンズ、８３０…重畳レンズ、８４０…調整レンズ、９００…ロッドインテグレーター、９１０…ロッド、１０００…投射型表示装置、２０００…直視型表示装置。

Claims (6)

1. 励起光を発する固体光源と前記励起光が照射される蛍光体とを有する発光素子と、
   前記発光素子から放射される光（放射光）の少なくとも一部をほぼ平行な光（平行光）に変換する光変換素子と、
   前記平行光の内でカットオフ波長よりも長い波長の光を透過させ、前記カットオフ波長よりも短い波長の光を反射させる光フィルター素子と、を備える事を特徴とする照明装置。
2. 前記光フィルター素子は前記平行光に含まれる前記励起光の少なくとも一部を反射する事を特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光フィルター素子により反射された光の少なくとも一部は前記蛍光体を照射する事を特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記放射光の色温度をｘ（Ｋ）にて表し、前記カットオフ波長をｙ（ｎｍ）にて表した際に、前記色温度ｘと前記カットオフ波長ｙとは、
   ｙ＝０．００４８ｘ＋３９７．１８
   との関係を満たす事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置と、
   カラーフィルターを有し、前記照明装置から射出された光を画像情報に基づいて変調する電気光学装置と、を備える事を特徴とする電子機器。
6. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置と、
   カラーフィルターを有し、前記照明装置から射出された光を画像情報に基づいて変調する電気光学装置と、
   前記電気光学装置から射出された表示光を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とする投射型表示装置。

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