JP2014192441A - Light-emitting device and projector - Google Patents

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Hidefumi Sakata
秀文 坂田
Ko Yasumatsu
航 安松
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting device with high luminance and a projector.SOLUTION: A light-emitting device comprises: an excitation light source consisting of a solid light-emitting element including GaN; and a phosphor layer for absorbing at least a part of excitation light emitted from the excitation light source, and emitting first light.

Description

本発明は、発光装置及びプロジェクターに関する。   The present invention relates to a light emitting device and a projector.

プロジェクター用の発光装置として、発光ダイオードやレーザーダイオードなどの固体光源の利用が活発になってきている。固体光源は小型で長寿命であること、また応答速度が速く、瞬時点灯/消灯が可能であること、また水銀を含まない環境に優しいという優れた特長を持っている。中でも発光ダイオードは、廉価で、レーザー光のような干渉によるノイズも発生しないため小型のプロジェクターの光源の主流となっている。   As light emitting devices for projectors, solid light sources such as light emitting diodes and laser diodes have been actively used. Solid light sources have excellent features such as being small and long-life, fast response speed, being able to turn on / off instantaneously, and being environmentally friendly without mercury. In particular, light-emitting diodes are inexpensive and do not generate noise due to interference, such as laser light, so they are the mainstream light source for small projectors.

特開2005−85810号公報JP 2005-85810 A

上記のような特長を持つ発光ダイオードであるが、単位面積当たりの出射光束が他の光源に比べて小さいため、高出力を得るためには駆動電流を大きくする必要がある。電流の増加に伴い発熱が大きくなり、発光ダイオードの温度が高くなる。これに伴い発光効率が低下するという問題があった。特に赤色の発光ダイオードに用いられる材料(AlInGaP)は温度による効率低下が著しい。これを解決するために特許文献1では冷却構造を工夫することによって温度上昇を抑制する試みがなされている。ところが、発光層に外部から冷却が可能となる発光ダイオードの実装基板まである程度の熱抵抗が残るため、外部からの冷却だけでは限界がある。このため駆動電流を大きくできず、大きな出射光束を得ることができないという問題があった。   Although it is a light emitting diode with the above features, since the emitted light beam per unit area is smaller than other light sources, it is necessary to increase the drive current in order to obtain high output. As the current increases, heat generation increases and the temperature of the light emitting diode increases. Along with this, there has been a problem that the luminous efficiency is lowered. In particular, the material used for red light emitting diodes (AlInGaP) has a significant efficiency drop due to temperature. In order to solve this, Patent Document 1 attempts to suppress the temperature rise by devising a cooling structure. However, since a certain amount of thermal resistance remains in the light emitting layer up to the light emitting diode mounting substrate that can be cooled from the outside, there is a limit to cooling from the outside. For this reason, there has been a problem that the drive current cannot be increased and a large emitted light beam cannot be obtained.

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであって、高輝度な発光装置、及びプロジェクターを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a high-luminance light-emitting device and a projector.

〔適用例1〕本適用例の発光装置は、GaNを含む固体発光素子から構成される励起光源と、前記励起光源から射出される励起光の少なくとも一部を吸収して第1の光を発する蛍光体層と、備える。   Application Example 1 A light-emitting device of this application example emits first light by absorbing at least a part of excitation light emitted from a solid-state light-emitting element containing GaN and excitation light emitted from the excitation light source. And a phosphor layer.

この構成によれば、大きな電流を用いた駆動条件、高温の温度条件において、AlInGaPの材料系に比べて、GaN系の材料の発光効率低下が小さく、効率が高く維持されるため、高光束の出力が得られる。   According to this configuration, the light emission efficiency decrease of the GaN-based material is small and the efficiency is maintained higher than that of the AlInGaP material system under a driving condition using a large current and a high-temperature temperature condition. Output is obtained.

〔適用例2〕上記適用例にかかる発光装置において、前記固体発光素子は、前記GaNを含む発光ダイオード層から構成され、前記発光ダイオード層は、Ga系基板上に形成されている。   Application Example 2 In the light-emitting device according to the application example, the solid-state light-emitting element includes a light-emitting diode layer containing GaN, and the light-emitting diode layer is formed on a Ga-based substrate.

この構成によれば、発光層の結晶欠陥密度が低く、高い発光効率が得られる。またGaN基板の導電性が高いため、発光層への電流注入をPN接合面に垂直に行うことができるため抵抗が小さく、大きな電流を流すことが容易となる。また、発熱量も抑えることができ、固体発光素子の温度上昇を抑制することで、高光束の出力が得られる。   According to this configuration, the crystal defect density of the light emitting layer is low, and high light emission efficiency can be obtained. Further, since the conductivity of the GaN substrate is high, current injection into the light emitting layer can be performed perpendicularly to the PN junction surface, so that the resistance is small and it is easy to flow a large current. Further, the amount of heat generated can be suppressed, and an output of a high luminous flux can be obtained by suppressing the temperature rise of the solid state light emitting device.

〔適用例3〕上記適用例にかかる発光装置において、前記Ga系の基板は、GaN、またはGa23を用いるのが良い。
この構成によれば、発光ダイオードを形成するGaNを含んだエピタキシャル層と格子定数が近く、結晶欠陥の小さい膜を得ることができる。
Application Example 3 In the light emitting device according to the application example described above, the Ga-based substrate may be GaN or Ga 2 O 3 .
According to this configuration, it is possible to obtain a film having a small crystal defect with a lattice constant close to that of the epitaxial layer containing GaN forming the light emitting diode.

〔適用例4〕上記適用例にかかる発光装置において、前記励起光は、青色光、または紫外光であるのが良い。
この構成によれば、固体発光素子の発光効率、及び、蛍光体による変換効率を高くすることができ高出力な光が得られる。また所望の可視域の色光を得るのが容易となる。
Application Example 4 In the light emitting device according to the application example described above, the excitation light may be blue light or ultraviolet light.
According to this configuration, the luminous efficiency of the solid state light emitting device and the conversion efficiency by the phosphor can be increased, and high output light can be obtained. Further, it becomes easy to obtain a desired color light in the visible range.

〔適用例5〕上記適用例にかかる発光装置において、前記第1の光は、赤色光と緑色光のうち少なくとも一方を含むのが良い。
この構成によれば、ディスプレイに用いる3原色をそろえることが容易となる。
Application Example 5 In the light emitting device according to the application example, it is preferable that the first light includes at least one of red light and green light.
According to this configuration, it becomes easy to align the three primary colors used for the display.

〔適用例6〕本適用例のプロジェクターは、上記適用例に記載の発光装置を備えた第1の光源装置と、前記第1の光の波長域と異なる波長域を含む第2の光を発する第2の光源装置と、前記第1の光の波長域および前記第2の光の波長域と異なる波長域を含む第3の光を発する第3の光源装置と、第1の光変調装置と、第2の光変調装置と、第3の光変調装置と、前記第1の光変調装置からの光と、前記第2の光変調装置からの光と、前記第3の光変調装置からの光とを合成するクロスプリズムと、投射光学系と、を備える。   Application Example 6 A projector according to this application example emits the first light source device including the light emitting device according to the application example described above and second light including a wavelength region different from the wavelength region of the first light. A second light source device, a third light source device that emits third light including a wavelength region of the first light and a wavelength region different from the wavelength region of the second light, and a first light modulation device , Second light modulator, third light modulator, light from the first light modulator, light from the second light modulator, and from the third light modulator. A cross prism for combining light and a projection optical system;

この構成によれば、プロジェクターの光源として上記、GaN材料を含む固体発光素子と蛍光体を用いた発光装置を用いることで大電流駆動条件、高温動作条件においても高輝度の出力をえることができる。また、赤色の光源の出力が不足しているために白色を表示する際、緑色と青色の出力を絞る必要があるが、赤色の光束が増大することによって白色表示時の緑色と青色の出力を高めることができ、プロジェクターの出力も高まる。   According to this configuration, a high-luminance output can be obtained even under a large current driving condition and a high temperature operating condition by using the light emitting device using the solid light emitting element containing the GaN material and the phosphor as the light source of the projector. . In addition, when displaying white because the output of the red light source is insufficient, it is necessary to reduce the output of green and blue, but the increase in red luminous flux increases the output of green and blue during white display. The output of the projector can be increased.

〔適用例7〕本適用例のプロジェクターは、上記適用例に記載の発光装置を備えた第1の光源装置と、前記第1の光の波長域と異なる波長域を含む第2の光を発する第2の光源装置と、前記第1の光の波長域および前記第2の光の波長域と異なる波長域を含む第3の光を発する第3の光源装置と、前記第1の光源装置からの光と、前記第2の光源装置からの光と、前記第3の光源装置からの光とを合成する色合成手段と、前記色合成手段から射出された光を変調する光変調装置と、投射光学系と、を備える。   Application Example 7 A projector according to this application example emits the first light source device including the light-emitting device according to the application example described above and second light including a wavelength region different from the wavelength region of the first light. From the second light source device, the third light source device that emits third light including a wavelength region different from the wavelength region of the first light and the wavelength region of the second light, and the first light source device Color combining means for combining the light from the second light source device and the light from the third light source device, a light modulating device for modulating the light emitted from the color combining means, A projection optical system.

この構成によれば、特に、前記第1から第3の光源装置を順次切り替えて点灯し、切り替えのタイミングに同期して光変調装置に各光源装置に対応する映像を表示するフィールドシーケンシャルカラー駆動方式においては、大きな電流値を流す必要があるため効率の低下が著しいため、高輝度化の有効な手段となる。   According to this configuration, in particular, a field sequential color drive system in which the first to third light source devices are sequentially switched on and displayed, and an image corresponding to each light source device is displayed on the light modulation device in synchronization with the switching timing. In this case, since it is necessary to flow a large current value, the efficiency is remarkably lowered, which is an effective means for increasing the brightness.

〔適用例8〕上記適用例に記載の発光装置において、前記蛍光体層は、前記励起光の一部を吸収して前記第1の光を発し、前記励起光の残りを透過又は反射させる。
この構成によると、前記蛍光体を励起する第一の光源装置の光を利用することができるため2つの色光を発する光源装置として用いることができる。
Application Example 8 In the light emitting device according to the application example described above, the phosphor layer absorbs part of the excitation light and emits the first light, and transmits or reflects the remainder of the excitation light.
According to this configuration, since the light of the first light source device that excites the phosphor can be used, it can be used as a light source device that emits two colored lights.

〔適用例9〕上記適用例にかかる発光装置において、前記励起光は青色光である。
これにより映像表示に必要な青色光として利用できる。
Application Example 9 In the light emitting device according to the application example, the excitation light is blue light.
Thus, it can be used as blue light necessary for video display.

〔適用例10〕上記適用例にかかる発光装置において、前記第1の光は、赤色光と緑色光のうち少なくとも一方を含む。
これにより映像表示に必要な青色光ともう一つの色光として利用できる。
Application Example 10 In the light emitting device according to the application example, the first light includes at least one of red light and green light.
Thus, it can be used as blue light and another color light necessary for video display.

〔適用例11〕本適用例のプロジェクターは、上記適用例に記載の発光装置を備えた第1の光源装置と、前記第1の光源装置から射出される光の波長域と異なる波長域を含む第2の光を発する第2の光源装置と、第1の光変調装置と、第2の光変調装置と、第3の光変調装置と、前記第1の光変調装置からの光と、前記第2の光変調装置からの光と、前記第3の光変調装置からの光とを合成するクロスプリズムと、投射光学系と、を備える。
この構成によれば、励起用の光源の光を利用することで、青色の光源装置を別に設ける必要がなく、プロジェクターの光学系を小型化することができる。
Application Example 11 A projector according to this application example includes a first light source device including the light emitting device according to the application example described above, and a wavelength region different from a wavelength region of light emitted from the first light source device. A second light source device that emits second light, a first light modulation device, a second light modulation device, a third light modulation device, light from the first light modulation device, and A cross prism that combines light from the second light modulation device and light from the third light modulation device; and a projection optical system.
According to this configuration, it is not necessary to separately provide a blue light source device by using the light of the excitation light source, and the optical system of the projector can be reduced in size.

〔適用例12〕本適用例のプロジェクターは、上記適用例に記載の発光装置を備えた第1の光源装置と、前記第1の光源装置から射出される光の波長域と異なる波長域を含む第2の光を発する第2の光源装置と、前記第1の光源装置からの光と、前記第2の光源装置からの光とを合成する色合成手段と、前記色合成手段から射出された光を変調する光変調装置と、投射光学系と、を備える。
この構成によれば、光変調器を一つ用いるプロジェクターの構成においても光源装置側の構成を簡素化することができる。
Application Example 12 A projector according to this application example includes a first light source device including the light emitting device according to the application example described above, and a wavelength region different from a wavelength region of light emitted from the first light source device. A second light source device that emits second light, a color composition unit that synthesizes light from the first light source device, and light from the second light source device, and emitted from the color composition unit A light modulation device for modulating light; and a projection optical system.
According to this configuration, the configuration on the light source device side can be simplified even in the configuration of a projector using one light modulator.

第1実施形態の発光装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the light-emitting device of 1st Embodiment. 第1実施形態の発光装置を用いたプロジェクターの第1の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st structural example of the projector using the light-emitting device of 1st Embodiment. 第1実施形態の発光装置を用いたプロジェクターの第2の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd structural example of the projector using the light-emitting device of 1st Embodiment. 第1実施形態の発光装置を用いたプロジェクターの第3の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the 3rd structural example of the projector using the light-emitting device of 1st Embodiment. 第2実施形態の発光装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the light-emitting device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の発光装置を用いたプロジェクターの第1の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st structural example of the projector using the light-emitting device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の発光装置を用いたプロジェクターの第2の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd structural example of the projector using the light-emitting device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の発光装置を用いたプロジェクターの第3の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the 3rd structural example of the projector using the light-emitting device of 2nd Embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るプロジェクターについて説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
Hereinafter, a projector according to an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
The scope of the present invention is not limited to the following embodiment, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, the actual structure may be different from the scale, number, or the like in each structure.

[第1実施形態]
図1は、本実施形態の発光装置の構成を示す断面図である。
本実施形態の発光装置19は、固体発光素子30と、固体発光素子30からの光を吸収し、固体発光素子30からの光と異なる波長の光を発する蛍光体31を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the light emitting device of this embodiment.
The light emitting device 19 of this embodiment includes a solid light emitting element 30 and a phosphor 31 that absorbs light from the solid light emitting element 30 and emits light having a wavelength different from that of the light from the solid light emitting element 30.

固体発光素子30は、青色(発光強度のピーク:460nm付近)の光を射出する。蛍光体を励起可能な波長であれば460nm以外のピーク波長を有する光を射出するものであっても構わない。例えば405nmや365nmのように紫外光の波長を発するものを用いることもできる。
蛍光体31は、固体発光素子から射出される励起光を吸収し、蛍光を発する粒子状の蛍光物質(蛍光体粒子18)を有する。用いる蛍光体の種類によって、緑色光(波長530nm付近)あるいは赤色光(波長630nm付近)が蛍光として取り出すことができる。
The solid state light emitting element 30 emits blue light (peak of emission intensity: around 460 nm). As long as the phosphor can be excited, light having a peak wavelength other than 460 nm may be emitted. For example, a material that emits ultraviolet light such as 405 nm or 365 nm may be used.
The phosphor 31 has a particulate phosphor (phosphor particle 18) that absorbs excitation light emitted from the solid state light emitting device and emits fluorescence. Depending on the type of phosphor used, green light (wavelength near 530 nm) or red light (wavelength near 630 nm) can be extracted as fluorescence.

蛍光体粒子18としては、赤色として、窒化珪素系の材料、例えば、CaAlSiN3、また緑色として、LAG(ルテチウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体を用いることができる。上記蛍光体の材料は一例であり、緑色、赤色の波長帯域で蛍光を発するものであれば他の材料も使用できる。 As the phosphor particles 18, a silicon nitride material such as CaAlSiN 3 can be used for red, and a LAG (lutetium, aluminum, garnet) phosphor can be used for green. The phosphor material is an example, and other materials can be used as long as they emit fluorescence in the green and red wavelength bands.

蛍光体粒子18はシリコーン等の樹脂17と混ぜ合わせた後に固体発光素子30上に塗布した後、熱硬化(150℃で2時間)する手段で形成することができる。
ここで、固体発光素子30はGaN基板上に発光ダイオード層をエピタキシャル成長させたものを用いるのが望ましい。サファイア基板と比べて格子定数が揃っているため結晶の欠陥密度が小さく発光効率が高い。また、GaN基板は導電性が高いためGaN基板の下部へ電極を形成できるため発光層の接合面に垂直に電流が注入でき、電流密度を均一にしやすい。またn側の電極から発光層までの抵抗を小さくすることができるため、発熱量を増やさずに大きな電流で駆動することが可能となる。
The phosphor particles 18 can be formed by a means of mixing with a resin 17 such as silicone, applying the mixture on the solid light emitting element 30, and then thermally curing (at 150 ° C. for 2 hours).
Here, it is desirable to use the solid light emitting element 30 obtained by epitaxially growing a light emitting diode layer on a GaN substrate. Compared with a sapphire substrate, the lattice constant is uniform, so that the crystal defect density is small and the luminous efficiency is high. Further, since the GaN substrate has high conductivity, an electrode can be formed below the GaN substrate, so that current can be injected perpendicularly to the bonding surface of the light emitting layer, and the current density can be made uniform easily. In addition, since the resistance from the n-side electrode to the light emitting layer can be reduced, it is possible to drive with a large current without increasing the amount of heat generation.

第1実施形態では、発光ダイオード層の成膜の基板として用いたGaN基板をそのまま使用する構造について説明したが、これに限定されず、必要に応じてGaN基板から発光ダイオード層をはずして発光ダイオード層を別のセラミック基板(AlNなど)や金属基板(銅)上にのせる手段をとることも可能である。また、光取り出し効率を高めるために表面に凹凸構造を形成するなどの発光ダイオードで用いられている技術を適用することも有効である。   In the first embodiment, a structure in which a GaN substrate used as a substrate for forming a light emitting diode layer is used as it is has been described. However, the present invention is not limited to this, and the light emitting diode layer is removed from the GaN substrate as necessary. It is also possible to take means for placing the layer on another ceramic substrate (such as AlN) or a metal substrate (copper). It is also effective to apply a technique used in a light emitting diode such as forming an uneven structure on the surface in order to increase the light extraction efficiency.

次に、図2を用いて本発明の実施形態にかかる発光装置を用いたプロジェクターの構成について説明する。図2の構成では、青色固体発光素子で励起した赤色蛍光を用いた発光装置を備えた赤色用の光源装置50Rを用いたが、緑色用の光源装置50Gとして、青色固体発光素子で励起した緑色蛍光を発する光源装置を用いても良い。青色用の光源装置50Bは蛍光体を用いない、通常の固体発光素子(発光ダイオード)を用いた。光源装置50R,50G,50Bから出射した緑色光、赤色光および青色光はコリメータレンズで略平行化され、クロスダイクロイックプリズム22に入射し、ひとつの光路に合成される。   Next, the configuration of the projector using the light emitting device according to the embodiment of the invention will be described with reference to FIG. In the configuration of FIG. 2, the red light source device 50R including the light emitting device using red fluorescence excited by the blue solid light emitting element is used, but the green light source device 50G is green excited by the blue solid light emitting element. A light source device that emits fluorescence may be used. The light source device 50B for blue used a normal solid light emitting element (light emitting diode) that does not use a phosphor. Green light, red light, and blue light emitted from the light source devices 50R, 50G, and 50B are substantially collimated by a collimator lens, enter the cross dichroic prism 22, and are combined into one optical path.

クロスダイクロイックプリズム22は、4つの直角プリズムを貼り合せた平面視略正方形状をなしている。直角プリズムを貼り合せた略X字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略X字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光および青色光は曲折され、緑色光の進行方向が揃えられることにより、3つの色光が合成される。   The cross dichroic prism 22 has a substantially square shape in plan view in which four right-angle prisms are bonded. A dielectric multilayer film is formed on the substantially X-shaped interface to which the right-angle prism is bonded. The dielectric multilayer film formed at one of the substantially X-shaped interfaces reflects red light, and the dielectric multilayer film formed at the other interface reflects blue light. By these dielectric multilayer films, red light and blue light are bent, and the traveling direction of green light is aligned, so that three color lights are synthesized.

クロスダイクロイックプリズム22で合成された緑色光、赤色光および青色光は、第1フライアイレンズアレイ23および第2フライアイレンズアレイ24からなるフライアイインテグレーターに入射し、光量分布が均一化される。フライアイインテグレーターから射出された緑色光、赤色光および青色光は、偏光変換素子25によって偏光方向が一方向に揃えられた直線偏光に変換され、重畳レンズ26とフィールドレンズ28で光変調装置21R、21G、21Bにそれぞれ重畳照明される。フライアイインテグレーターおよび偏光変換素子は、たとえば特開平8−304739号公報にその詳細が開示されている公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。   The green light, red light, and blue light synthesized by the cross dichroic prism 22 are incident on a fly eye integrator composed of the first fly eye lens array 23 and the second fly eye lens array 24, and the light quantity distribution is made uniform. Green light, red light, and blue light emitted from the fly eye integrator are converted into linearly polarized light whose polarization direction is aligned in one direction by the polarization conversion element 25, and the light modulation device 21R, 21G and 21B are superimposed and illuminated. Since the fly-eye integrator and the polarization conversion element are well-known techniques whose details are disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-304739, detailed description thereof is omitted.

色分離導光光学系は、青色ダイクロイックミラー、緑色ダイクロイックミラー、反射ミラーおよびリレーレンズを備えている。色分離導光光学系は、ダイクロイックプリズムで合成された光を赤色光、緑色光および青色光に分離し、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ光変調装置21R、光変調装置21G、光変調装置21Bに導光する機能を有する。   The color separation light guide optical system includes a blue dichroic mirror, a green dichroic mirror, a reflection mirror, and a relay lens. The color separation light guide optical system separates the light combined by the dichroic prism into red light, green light, and blue light, and the red light, green light, and blue light are respectively modulated into the light modulation device 21R, the light modulation device 21G, and the light modulation. It has a function of guiding light to the device 21B.

青色ダイクロイックミラー、緑色ダイクロイックミラーは、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を透過させる誘電体多層膜からなる波長選択透過膜が形成されたミラーである。具体的には、青色ダイクロイックミラーは、青色光成分を反射させ、赤色光成分および緑色光成分を透過する。緑色ダイクロイックミラーは、緑色光成分を反射して、赤色光成分を透過させる。   A blue dichroic mirror and a green dichroic mirror are mirrors in which a wavelength selective transmission film made of a dielectric multilayer film that reflects light in a predetermined wavelength region and transmits light in another wavelength region is formed on a substrate. . Specifically, the blue dichroic mirror reflects a blue light component and transmits a red light component and a green light component. The green dichroic mirror reflects the green light component and transmits the red light component.

反射ミラーは、入射した光を反射するミラーである。ダイクロイックミラーで分離した色光成分を反射し光変調装置に導光する働きを持つ。   The reflection mirror is a mirror that reflects incident light. The color light component separated by the dichroic mirror is reflected and guided to the light modulation device.

青色ダイクロイックミラーを反射した青色光は、反射ミラーで反射され、青色光用の光変調装置21Bの画像形成領域に入射する。青色ダイクロイックミラーを透過された緑色光は、緑色ダイクロイックミラーで反射され、緑色光用の光変調装置21Gの画像形成領域に入射する。緑色ダイクロイックミラーを透過した赤色光は、入射側の反射ミラー、リレーレンズ、射出側の反射ミラーを経て赤色光用の光変調装置21Rの画像形成領域に入射する。   The blue light reflected by the blue dichroic mirror is reflected by the reflecting mirror and enters the image forming area of the light modulator 21B for blue light. The green light transmitted through the blue dichroic mirror is reflected by the green dichroic mirror and enters the image forming area of the light modulator 21G for green light. The red light transmitted through the green dichroic mirror enters the image forming area of the light modulator 21R for red light through the incident-side reflection mirror, the relay lens, and the emission-side reflection mirror.

光変調装置21R、光変調装置21G、光変調装置21Bは、通常知られたものを用いることができる。たとえば、液晶素子と液晶素子を挟持する2枚の偏光素子とを有した、透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。2枚の偏光素子は、たとえば透過軸が互いに直交する構成(クロスニコル配置)となっている。   As the light modulation device 21R, the light modulation device 21G, and the light modulation device 21B, those generally known can be used. For example, a light modulation device such as a transmissive liquid crystal light valve having a liquid crystal element and two polarizing elements sandwiching the liquid crystal element is used. The two polarizing elements have, for example, a configuration in which the transmission axes are orthogonal to each other (crossed Nicol arrangement).

光変調装置21R、光変調装置21G、光変調装置21Bは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、光源装置50R,50G,50Bの照明対象となる。光変調装置21R、光変調装置21Gおよび光変調装置21Bによって、入射された各色光の光変調が行われる。   The light modulation device 21R, the light modulation device 21G, and the light modulation device 21B modulate the incident color light according to image information to form a color image, and are illumination targets of the light source devices 50R, 50G, and 50B. . The light modulation device 21R, the light modulation device 21G, and the light modulation device 21B perform light modulation of the incident color light.

たとえば、光変調装置21R、光変調装置21G、光変調装置21Bは、一対の透明基板に液晶を密閉封入した透過型の光変調装置であり、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側偏光素子から射出された1種類の直線偏光の偏光方向を変調する。   For example, the light modulation device 21R, the light modulation device 21G, and the light modulation device 21B are transmission type light modulation devices in which liquid crystal is hermetically sealed in a pair of transparent substrates, and given image information using a polysilicon TFT as a switching element. Accordingly, the polarization direction of one type of linearly polarized light emitted from the incident side polarization element is modulated.

続いて、第2のクロスダイクロイックプリズムで3つの色光が合成される。   Subsequently, the three color lights are synthesized by the second cross dichroic prism.

第2のクロスダイクロイックプリズムから射出されたカラー画像は、投写光学系27によって拡大投写され、スクリーン上で画像を形成する。   The color image emitted from the second cross dichroic prism is enlarged and projected by the projection optical system 27 to form an image on the screen.

以上、詳細に説明した本実施形態のプロジェクター500によれば、発光装置に、出射光束の温度依存性が小さい、大電流駆動が可能な固体発光素子と蛍光体を用いることで出射光束を高めることができる。
特に赤色の出力がボトルネックとなっている白色表示時のプロジェクターの明るさを高めるのに有効である。
As described above, according to the projector 500 of the present embodiment described in detail, the emitted light beam is increased by using a solid-state light emitting element and a phosphor that have a small temperature dependency of the emitted light beam and can be driven with a large current. Can do.
In particular, this is effective for increasing the brightness of the projector when displaying white in which the red output is a bottleneck.

次に、本実施形態においては、図3に示すような光変調装置21Wを1つ用いる構成も可能である。カラーフィールドシーケンシャル方式と呼ばれる、赤色、緑色、青色の光源を順次点滅させ、発光のタイミングにあわせて各色光に対応した映像を順次光変調装置に表示することでカラー映像を得る手段を用いることができる。また、光変調装置21Wとして上記に説明した光変調装置の内部に、少なくとも赤色、緑色、青色のカラーフィルターを備えた画素構造を持つ構造のものを用いることもできる。
これらの方式を用いると光学系の部品が少なく、構成がシンプルとなりプロジェクターの小型化が可能となる。
Next, in the present embodiment, a configuration using one light modulation device 21W as shown in FIG. 3 is also possible. A method called a color field sequential method is used which obtains a color image by sequentially flashing red, green, and blue light sources and sequentially displaying an image corresponding to each color light on the light modulation device in accordance with the timing of light emission. it can. Further, as the light modulation device 21W, a device having a pixel structure including at least red, green, and blue color filters inside the light modulation device described above may be used.
When these methods are used, there are few optical system parts, the configuration is simple, and the projector can be miniaturized.

また、光変調装置21Wは液晶ライトバルブだけでなく、図4に示した構成のように、デジタルマイクロミラーデバイスを用いることも可能である。この構成ではフライアイインテグレーターの替わりに、鏡を4枚組み合わせたロッドインテグレーター29を用いた例を示したが、どちらの均一化手段を用いても良い。   The light modulation device 21W can use not only a liquid crystal light valve but also a digital micromirror device as in the configuration shown in FIG. In this configuration, an example in which the rod integrator 29 in which four mirrors are combined is used instead of the fly-eye integrator is shown, but any uniformizing means may be used.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について図5を用いて説明する。
図1の第1実施形態の構造に比べて、蛍光体層32の厚みを薄く(例えば100μm)、あるいは蛍光体粒子18の重量濃度を小さく(例えば30%)としている。固体発光素子30は青色の光(460nm付近)を用いる。固体発光素子30を出射した光の内一部は固体発光素子30の上部に形成された蛍光体層32で吸収され、赤色の蛍光に変換される。
一方、吸収されなかった残りの光は、蛍光体層32を透過、拡散し、光源装置19から出射する。この場合、青色と赤色(緑色蛍光体を用いた場合は緑色)の2色の色光を光源装置19から取り出すことができる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Compared to the structure of the first embodiment in FIG. 1, the thickness of the phosphor layer 32 is thin (for example, 100 μm), or the weight concentration of the phosphor particles 18 is small (for example, 30%). The solid light emitting element 30 uses blue light (near 460 nm). A part of the light emitted from the solid light emitting element 30 is absorbed by the phosphor layer 32 formed on the solid light emitting element 30 and converted into red fluorescence.
On the other hand, the remaining light that has not been absorbed is transmitted and diffused through the phosphor layer 32 and is emitted from the light source device 19. In this case, two color lights of blue and red (green when a green phosphor is used) can be extracted from the light source device 19.

図6は第2実施形態の発光装置を用いた場合のプロジェクターの構成を示している。赤色と青色を発光する発光装置を備えた光源装置50RBと緑色用の光源装置50Gからの光をそれぞれコリメータレンズで略平行化しダイクロイックミラー221に入射する。ダイクロイックミラー221では、緑色を反射、それ以外の色光を透過する。光源装置を入れ替えた構成も可能である。その場合、緑色を透過、それ以外の色光を反射するダイクロイックミラーを用いる。ダイクロイックミラー221で合成された後は、第1実施形態と同じようにフライアイインテグレーター系で均一化、光変調装置で変調された後、クロスダイクロイックプリズムで合成され、投写光学系27で投影される。第1実施形態に比べて光源装置の構成が簡素化され、プロジェクターの小型化の際に有利である。   FIG. 6 shows a configuration of a projector when the light emitting device of the second embodiment is used. Lights from the light source device 50RB and the green light source device 50G each having a light emitting device that emits red and blue light are substantially collimated by a collimator lens and incident on a dichroic mirror 221. The dichroic mirror 221 reflects green and transmits other color light. A configuration in which the light source devices are replaced is also possible. In that case, a dichroic mirror that transmits green and reflects other color light is used. After being synthesized by the dichroic mirror 221, after being uniformed by the fly-eye integrator system and modulated by the light modulation device as in the first embodiment, synthesized by the cross dichroic prism and projected by the projection optical system 27. . Compared with the first embodiment, the configuration of the light source device is simplified, which is advantageous when the projector is downsized.

図7に光変調装置が1つの場合のプロジェクターの構成例を示す。光変調装置内部に赤色、緑色、青色のカラーフィルターを形成したものを用いる。光源装置以外の光学系構成は第1実施形態と同じ方法を用いることができる。一方、第2実施構成の場合、励起用の青色と蛍光の赤色が、同時に発光して時間順次に切り替えられないため、光変調装置はカラーフィールドシーケンシャル方式を除く。   FIG. 7 shows a configuration example of a projector in the case where there is one light modulation device. A light modulator in which red, green, and blue color filters are formed is used. The optical system configuration other than the light source device can use the same method as in the first embodiment. On the other hand, in the case of the second embodiment, since the excitation blue and the fluorescent red light are emitted simultaneously and cannot be switched in time sequence, the light modulation device excludes the color field sequential method.

図8は第2実施形態の発光装置を用いた場合の異なる構成例を示す。光源装置50YBに用いられる発光装置の蛍光体層32は、黄色の蛍光体(YAG:イットリウム アルミニウム ガーネット)あるいは、前記赤色蛍光体粒子と前記緑色蛍光体粒子を混ぜたものから構成される。
固体発光素子30を出射した光の内、一部は蛍光体層32で吸収され、黄色の蛍光(黄色の蛍光体の場合)、あるいは赤色と緑色(赤色と緑色の蛍光体の場合)の光を発する。吸収されなかった残りの光は青色の光として光源装置50YBから出射する。黄色の蛍光(または赤色と緑色の蛍光)と青色の光の割合が白色(例えば色温度6500K)となるように蛍光層の膜厚、または蛍光粒子の重量濃度を調節することで、光源装置YBに用いられる発光装置から白色を取り出すことができる。取り出した白色を光変調装置で変調してスクリーンに投影するのは、これまで説明した光学系と同じである。
FIG. 8 shows a different configuration example when the light emitting device of the second embodiment is used. The phosphor layer 32 of the light emitting device used in the light source device 50YB is composed of a yellow phosphor (YAG: yttrium aluminum garnet) or a mixture of the red phosphor particles and the green phosphor particles.
Part of the light emitted from the solid state light emitting device 30 is absorbed by the phosphor layer 32, and light of yellow fluorescence (in the case of yellow phosphor) or red and green (in the case of red and green phosphors). To emit. The remaining light that has not been absorbed is emitted from the light source device 50YB as blue light. The light source device YB is adjusted by adjusting the thickness of the fluorescent layer or the weight concentration of the fluorescent particles so that the ratio of yellow fluorescence (or red and green fluorescence) to blue light is white (for example, color temperature 6500K). The white color can be extracted from the light emitting device used in the above. The extracted white is modulated by the light modulation device and projected onto the screen in the same manner as the optical system described so far.

17…シリコーン等の樹脂、18…蛍光体粒子、19…光源装置、21B…光変調装置、21G…光変調装置、21R…光変調装置、21W…光変調装置、22…クロスダイクロイックプリズム、23…第1フライアイレンズアレイ、24…第2フライアイレンズアレイ、25…偏光変換素子、26…重畳レンズ、27…投射レンズ、28…フィールドレンズ、29…枚組み合わせたロッドインテグレーター、30…固体発光素子、31…蛍光体、32…蛍光体層、50B…青色光源装置、50G…緑色の光源装置、50R…光源装置、50RB,50YB…光源装置、221…ダイクロイックミラー、500…本実施形態のプロジェクター。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Resin, such as silicone, 18 ... Phosphor particle, 19 ... Light source device, 21B ... Light modulation device, 21G ... Light modulation device, 21R ... Light modulation device, 21W ... Light modulation device, 22 ... Cross dichroic prism, 23 ... 1st fly-eye lens array, 24 ... 2nd fly-eye lens array, 25 ... Polarization conversion element, 26 ... Superimposing lens, 27 ... Projection lens, 28 ... Field lens, 29 ... Rod integrator combining 30 sheets, 30 ... Solid light emitting element 31 ... phosphor, 32 ... phosphor layer, 50B ... blue light source device, 50G ... green light source device, 50R ... light source device, 50RB, 50YB ... light source device, 221 ... dichroic mirror, 500 ... projector of this embodiment.

Claims (12)

GaNを含む固体発光素子から構成される励起光源と、
前記励起光源から射出される励起光の少なくとも一部を吸収して第1の光を発する蛍光体層と、
を備える発光装置。
An excitation light source composed of a solid-state light emitting device containing GaN;
A phosphor layer that absorbs at least part of excitation light emitted from the excitation light source and emits first light;
A light emitting device comprising:
前記固体発光素子は、前記GaNを含む発光ダイオード層から構成され、
前記発光ダイオード層は、Ga系基板上に形成されている請求項1に記載の発光装置。
The solid state light emitting device is composed of a light emitting diode layer containing the GaN,
The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting diode layer is formed on a Ga-based substrate.
前記Ga系基板が、GaN、またはGa23である請求項2に記載の発光装置。 The light emitting device according to claim 2 , wherein the Ga-based substrate is GaN or Ga 2 O 3 . 前記励起光は、青色光、または紫外光である請求項1から3のいずれか一項に記載の発光装置。   The light emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the excitation light is blue light or ultraviolet light. 前記第1の光は、赤色光と緑色光のうち少なくとも一方を含む請求項1から4のいずれか一項に記載の発光装置。   The light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first light includes at least one of red light and green light. 請求項1から5のいずれか一項に記載の発光装置を備えた第1の光源装置と、
前記第1の光の波長域と異なる波長域を含む第2の光を発する第2の光源装置と、
前記第1の光の波長域および前記第2の光の波長域と異なる波長域を含む第3の光を発する第3の光源装置と、
第1の光変調装置と、
第2の光変調装置と、
第3の光変調装置と、
前記第1の光変調装置からの光と、前記第2の光変調装置からの光と、前記第3の光変調装置からの光とを合成するクロスプリズムと、
投射光学系と、
を備えるプロジェクター。
A first light source device comprising the light emitting device according to any one of claims 1 to 5;
A second light source device that emits second light including a wavelength region different from the wavelength region of the first light;
A third light source device that emits third light including a wavelength region different from the wavelength region of the first light and the wavelength region of the second light;
A first light modulation device;
A second light modulation device;
A third light modulation device;
A cross prism that combines light from the first light modulation device, light from the second light modulation device, and light from the third light modulation device;
A projection optical system;
A projector comprising:
請求項1から5のいずれか一項に記載の発光装置を備えた第1の光源装置と、
前記第1の光の波長域と異なる波長域を含む第2の光を発する第2の光源装置と、
前記第1の光の波長域および前記第2の光の波長域と異なる波長域を含む第3の光を発する第3の光源装置と、
前記第1の光源装置からの光と、前記第2の光源装置からの光と、前記第3の光源装置からの光とを合成する色合成手段と、
前記色合成手段から射出された光を変調する光変調装置と、
投射光学系と、
を備えるプロジェクター。
A first light source device comprising the light emitting device according to any one of claims 1 to 5;
A second light source device that emits second light including a wavelength region different from the wavelength region of the first light;
A third light source device that emits third light including a wavelength region different from the wavelength region of the first light and the wavelength region of the second light;
Color synthesizing means for synthesizing light from the first light source device, light from the second light source device, and light from the third light source device;
A light modulation device for modulating the light emitted from the color synthesis means;
A projection optical system;
A projector comprising:
前記蛍光体層は、前記励起光の一部を吸収して前記第1の光を発し、前記励起光の残りを透過又は反射させる請求項1ないし3のいずれか一項に記載の発光装置。   4. The light emitting device according to claim 1, wherein the phosphor layer emits the first light by absorbing a part of the excitation light and transmits or reflects the remainder of the excitation light. 5. 前記励起光は青色光である請求項8に記載の発光装置。   The light emitting device according to claim 8, wherein the excitation light is blue light. 前記第1の光は、赤色光と緑色光のうち少なくとも一方を含む請求項8または9に記載の発光装置。   The light emitting device according to claim 8, wherein the first light includes at least one of red light and green light. 請求項8から10のいずれか一項に記載の発光装置を備えた第1の光源装置と、
前記第1の光源装置から射出される光の波長域と異なる波長域を含む第2の光を発する第2の光源装置と、
第1の光変調装置と、
第2の光変調装置と、
第3の光変調装置と、
前記第1の光変調装置からの光と、前記第2の光変調装置からの光と、前記第3の光変調装置からの光とを合成するクロスプリズムと、
投射光学系と、
を備えるプロジェクター。
A first light source device comprising the light emitting device according to any one of claims 8 to 10,
A second light source device that emits second light including a wavelength region different from a wavelength region of light emitted from the first light source device;
A first light modulation device;
A second light modulation device;
A third light modulation device;
A cross prism that combines light from the first light modulation device, light from the second light modulation device, and light from the third light modulation device;
A projection optical system;
A projector comprising:
請求項8から10のいずれか一項に記載の発光装置を備えた第1の光源装置と、
前記第1の光源装置から射出される光の波長域と異なる波長域を含む第2の光を発する第2の光源装置と、
前記第1の光源装置からの光と、前記第2の光源装置からの光とを合成する色合成手段と、
前記色合成手段から射出された光を変調する光変調装置と、
投射光学系と、
を備えるプロジェクター。
A first light source device comprising the light emitting device according to any one of claims 8 to 10,
A second light source device that emits second light including a wavelength region different from a wavelength region of light emitted from the first light source device;
Color synthesizing means for synthesizing light from the first light source device and light from the second light source device;
A light modulation device for modulating the light emitted from the color synthesis means;
A projection optical system;
A projector comprising:
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