JP2019528482A - 投射型ディスプレイ用のレーザｌｅｄハイブリッド光源 - Google Patents

Abstract

本発明は、投射型ディスプレイ用の光源である。光源は、放熱板と、放熱板上に設けた蛍光体組成物であって、蛍光体粉末、セラミック蛍光体又は液体蛍光体である蛍光体組成物と、蛍光体組成物に向けられた１つ又は複数のレーザと、１つ又は複数のレーザへの電力出力を調節するために１つ又は複数のレーザに接続された電子回路と、電子回路に接続された電源とを有し、１つ又は複数のレーザが作動され、蛍光体組成物を励起するとき、蛍光体組成物から放射される光が、投射型ディスプレイ用の光源である。

Description

図１７から２３
レーザ励起用の蛍光体材料は、それらの耐電力特性により一般に３つの部類に分けることができる。

１ − 蛍光体粉末 − 基板、例えば、ガラス、金属などの上に材料を載せることによって薄層を形成することができるように、膠、エポキシ樹脂などの有機材料によって一緒に結合された蛍光体粉末から構成される。制約は、励起レーザによる蛍光体の放熱及び膠の燃焼である。
２ − セラミック蛍光体 − ガラスなどの無機材料によって一緒に結合された蛍光体粉末から構成され、通常固形状態にあり、セラミック蛍光体の薄板として単独で動作する。セラミック蛍光体は、「膠」がないので、より高いレーザ出力における、よりずっと高い温度に耐えることができる。
３ − 液体蛍光体 − 蛍光体粉末が液体中に懸濁しているセルから構成される。蛍光体は、流動させることができ、したがって、熱を迅速に除去し、システムの耐電力容量を増加させることができる。

以下の開示は、放熱板の上の蛍光体を説明するが、構成は上記に説明した３種類の蛍光体を含むシステムに適用することができる。

図１７は、放熱板の上に蛍光体の層を有するレーザ励起蛍光体システムを示す。蛍光体の層は、上記に説明した３つの構成のうちのいずれかであることができる。球面リサイクリング・カラーが、曲率中心が実質的に蛍光体の位置にあり、したがって、蛍光体によって放射された光が蛍光体自体に反射するように配置される。蛍光体によって放射された光の一部は、システムの出力を形成するリサイクリング・カラーの開口部から出る。開口部から出ない光の一部分は、リサイクリング・カラーによって蛍光体に反射される。蛍光体に当たる光の一部は、再放射され、システムの出力として開口部から出、光の一部は、リサイクリング・カラーによって再度蛍光体に反射される。蛍光体によって放射された光は、リサイクリング・カラーの周りに配置された励起レーザ光源から、より小さな開口部を通り、したがって、レーザ光線は損失なく入射することができる。

レーザ光源構成の実例を図１８に示す。この特定の実例では、６つのレーザ光源が使用され、それらはリサイクリング・カラーの周りに均等に配置される。レーザの数は、必要な全レーザ出力を提供するように調整することができる。高効率動作のために、レーザ光線の開口部は、リサイクリング・カラーの大きさに対して小さくされ、したがって、リサイクリングのための表面積の最小量が除去される。

図１９は、リサイクリング・カラーが放物面状であり、したがって、２つの反射が必要とされる別の構成を示す。最初の反射は、光線をコリメートし、二番目の反射鏡は、光線をまた蛍光体に集束する。この場合、励起レーザ光源は、光線を開口部から入射させ、放物面反射鏡の反対側によって反射させ、蛍光体上に集束させる。結果として、リサイクリング・カラーの周りのレーザ光源の構成は、レーザ光源が互いに正反対にならないように、図２０に示すように調整しなければならない。

図２１は、レーザ光源を使用して、蛍光体を励起する別の構成を示す。この場合、複数のレンズ、例えば、図示するようにレンズ１及びレンズ２が、蛍光体によって放射された光を集め、コリメートするのに使用される。レーザ光源は、側面の出力部の外側に配置され、したがって、レーザ光線は、図示するように小型ミラーによって蛍光体に向かって反射される。ミラーは小型であり、レーザ光線の大きさに合致するので、出力遮断の量は最小限である。

図２２は、出力光線の縁部の周りに３つのレーザ光源と、３つの小型ミラーとを有するそのような構成の実例を示す。考察中の正確な波長により、ミラーは、レーザ光線を反射し、蛍光体によって放射された出力を透過し、システムの遮断損失を低減するように、ダイクロイック・コーティングを用いて製作することができる。

図２３は、（ａ）放熱板の上の蛍光体粉末／膠又はセラミック蛍光体、（ｂ）液体中の蛍光体懸濁、及び（ｃ）表面積が増加し、有効面積を低減し、全耐電力容量を増加させるような回転ホイール上の蛍光体を有する、蛍光体の様々な構成を示す。

図９から１６
図９は、レーザ入力によって駆動される光源の実施例を示す。レーザは、半導体材料、固体、又はガスレーザを含む他のレーザ材料を用いて製作されるＵＶ又は青色レーザであることができる。レーザ入力は、蛍光体に向かって反射され、蛍光体は、使用される材料により、様々な色のレーザ照射及び放射光を吸収する。例えば、白色、赤色、緑色、青色、又は他の色を発生させることができる。蛍光体材料は、放熱板の上に配置され、したがって、蛍光体の温度は、効率的な動作をするために低いままである。異なる色を有する１つ又は複数の種類の蛍光体材料は、混合物として、又は放熱板上に空間的に配置されたものとしてのいずれかで使用することができ、したがって、所望の色を得ることができる。放熱板は、反射するようにも製作され、したがって、蛍光体からのレーザ光及び放射光は、すべて出力部の方向に向けられる。蛍光体からの出力は、通常均等拡散であり、多数の高角度放射を含む。この実施例において、高角度放射は、反射カラーを用いて蛍光体に反射される。カラーは、撮像装置を形成する際に形状が球面であることができ、蛍光体をそれ自体内に撮像する。リサイクリング・カラーの開口部を通して、出力はレンズ１によってコリメートされる。次いで、出力放射は、選択フィルタを通して透過され、選択フィルタは、蛍光体によって放射された光を透過し、レーザの光を反射する。出力平行光線は、任意選択の集束レンズ２を使用して、小さな点に集束させることもできる。

図１０は、表面からの光反射鏡が放熱板と平行となり、カラーによって再度蛍光体に反射されるように、放物形を有するリサイクリング・カラーの別の構成を示す。この構成において、蛍光体は放物面の焦点に配置される。

図１１は、放物形を有するリサイクリング・カラーの別の構成を示す。この場合、蛍光体は、放物面反射鏡の焦点に配置され、したがって、光は放熱板に向かって及び放熱板に垂直に反射される。反射鏡は、放熱板に平行に、又は放熱板の上に配置され、したがって、平行光線がリサイクリングのために放物面反射鏡に向かって反射され、蛍光体にまた集束される。

図１２は、テーパー形光導体又はＣＰＣを使用する実施例を示す。レーザ光は、選択ビーム・スプリッタにおける入射であり、したがって、レーザ光線がテーパー形光導体に向かって、及び蛍光体上に反射される。蛍光体からの放射光は、テーパー形光導体内に、選択ビーム・スプリッタ内に結合され、したがって、光が出力に向かって透過される。選択ビーム・スプリッタは、ビーム・スプリッタを形成するプリズムの三角形の面において全内部反射が起きる導波管として働くように研磨された、すべての６つの側面を有する。テーパー形光導体の出力面の寸法は、実質的にビーム・スプリッタの入力面と同じである。ビーム・スプリッタの出力面は、部分的に反射面で覆うことができ、したがって、出力の一部は、リサイクリングのために蛍光体にまた結合させることができる。任意選択の反射偏光子（図示せず）をこの出力開口部に配置することができ、したがって、未使用の偏光をリサイクルすることもできる。

図１３は、選択ビーム・スプリッタを選択フィルタプレートで置き換えており、したがって、レーザ光が蛍光体に向かって反射し、蛍光体からの出力光がこの選択フィルタを通して透過される、別の実施例を示す。テーパー形光導体の出力面は、出力のために開口部を残して、部分的に反射コーティングで塗布することもできる。

図１４は、１つよりも多くの蛍光体放射領域を収容することができる、別の実施例を示す。この場合、蛍光体がない領域は、反射面Ｍｌで塗布することができ、したがって、リサイクルされた光が蛍光体領域の外側の出力に向かって反射される。別の構成において、放熱板を反射性塗布する代わりに、光導体の入力部は、Ｍ２として示す反射性塗布をすることができる。

図１５は、光導体が逆テーパー形であり、したがって、蛍光体からの高角度放射がリサイクリングのために蛍光体に反射される、別の実施例を示す。固体の逆テーパー形光導体の場合、外表面は、反射コーティングで塗布されなければならない。

図１６は、テーパー形光導体を追加し、したがって、出力面の寸法及び光出力の角度を調整することができる実施例を示す。

図１５及び１６は、固体又は中空のテーパー形光導体を有する実施例を示すが、それらは固体又は中空のＣＰＣを使用して製作することもできる。固体のＣＰＣを使用した場合もやはり、外側は反射コーティングで塗布されなければならない。

白色ＬＥＤが投射型ディスプレイに使用され、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤを一緒に組み合わせるよりも単純であり、システムの費用を低減するという利点を有する。

投射機の出力は、ＬＥＤの輝度によって制限される。ＬＥＤ自体への未使用ＬＥＤ光のリサイクリングにより、出力輝度が増加し、したがって、投射機の出力が増加する。出力をさらに増加させるために、新たな方式が必要とされる。

本発明は、システムの蛍光体を励起し、したがって、輝度が増加する青色又はＵＶレーザの使用を開示する。

図１は、レーザを使用する、蛍光体からの光の発生の基本を示す。輝度をさらに増加させるために複数のレーザを使用することができる。

図２は、青色光によって励起される、青色ＬＥＤと蛍光体層とを含み、赤色及び緑色光を発生させる、白色ＬＥＤの構築を示す。蛍光体は、全出力が赤色、緑色、及び青色光からなり、白色出力を生じるように調整される。

図３は、未使用出力の一部がＬＥＤに対して反射されるように、リサイクリング・カラーを使用する輝度の増加を示す。反射光の一部は、出力に結合され、輝度を増加させる。

図４は、ＬＥＤの蛍光体層に向けられたＵＶ又は青色レーザ光の追加を示し、それは、蛍光体を励起し、したがって追加された出力を元のＬＥＤに対して生じ、システムの輝度を増加させる。図に示すように、必要な出力、白色ＬＥＤの光処理能力、ＬＥＤの放熱容量、及びシステムの耐用年限要件により、１つ又は複数のレーザを使用することができる。レーザは、リサイクリング・カラー上に取り付けることができる。レーザは、リサイクリング・カラーの外部にあることもでき、光線は、カラー内の穴部を通して白色ＬＥＤ上に向けられる。

別の実施例において、白色ＬＥＤは、放熱基板上に塗布された蛍光体層で単純に置き換えることができる。この場合、これは、純粋にレーザシステムである。

別の実施例において、リサイクリング・カラーは、より低い出力、より低い費用のシステムには使用されない。

図５は、光導体を使用するシステムを示す。励起レーザ光は、出力青色光とは異なる波長を有し、したがって、赤色及び緑色光に加えて、励起レーザ光と出力青色光とを分離するのにビーム・スプリッタを使用することができる。

図に示すように任意選択の反射面を用いて、その場合、出力の一部がＬＥＤ内に反射され、出力の輝度を増加させる。

図５及び図６と同様の他の実施例において、白色ＬＥＤは、放熱板上に塗布された単純な蛍光体層で置き換えることができる。

別の実施例において、着色光を生じる、他の色を有する蛍光体を使用することができる。例えば、緑色光を生じる緑色蛍光体を使用することができる。レーザ励起は、緑色出力を増加させ、したがって、輝度を増加させる。別の実施例において、赤色蛍光体を使用することができる。

図６に示すように別の実施例において、ある色の出力を増加させるために異なる波長の蛍光体を使用することができる。例えば、５４０ｎｍに対して透過的であるが、ＵＶ及び／又は青色を吸収し、したがって、より多くの緑色光が励起により発生され、したがって、出力輝度を増加させる緑色蛍光体とともに５４０ｎｍの波長を有する緑色ＬＥＤが使用される。

さらに別の実施例において、上記の緑色と同様に赤色の輝度を増加させるために赤色蛍光体を使用することができる。

概して、任意の着色ＬＥＤを使用することができ、上記に説明したように透明蛍光体上に向けた励起レーザを使用して輝度を増加させることができる。

着色ＬＥＤを使用する同じ輝度増加を、図５及び図６に示すように光導体ベースのシステムを使用して実施することもできる。

図７は、このレーザ／ＬＥＤ光源を使用することができる、典型的なＤＬＰ投射機システムを示す。３ＬＣＤ及びＬＣＯＳ投射機システム上に同じ光源を使用することもできる。

図８は、ＤＬＰ投射機システムの実施例を示す。リサイクルされた白色ＬＥＤからの光の出力は、コリメートされる。ビーム・スプリッタが、コリメート・レンズを通して白色ＬＥＤ上に励起レーザ光を向けるのに使用される。最終出力は、光トンネル内に集束され、最終的には投射のためにＤＬＰパネルに中継される。

Claims (10)

1. 投射型ディスプレイ用の光源であって、
   放熱板と、
   前記放熱板上に設けた蛍光体組成物であって、蛍光体粉末、セラミック蛍光体又は液体蛍光体である蛍光体組成物と、
   前記蛍光体組成物に向けられた１つ又は複数のレーザと、
   前記１つ又は複数のレーザへの電力出力を調節するために前記１つ又は複数のレーザに接続された電子回路と、
   前記電子回路に接続された電源と
   を備え、前記１つ又は複数のレーザが作動され、前記蛍光体組成物を励起するとき、前記蛍光体組成物から放射される光が、前記投射型ディスプレイ用の前記光源である、投射型ディスプレイ用の光源。
2. 前記放熱板と前記蛍光体との間に位置決めされた発光ダイオードをさらに備える、請求項１に記載の投射型ディスプレイ用の光源。
3. 反射内部表面と、外表面と、中心の周りの光出力開口部とを有するリサイクリング・カラーをさらに備え、前記カラーが、前記放熱板の上に固定され、前記蛍光体組成物を包囲し、したがって、前記リサイクリング・カラーの前記光出力開口部を通って出ない前記蛍光体組成物から放射された光が、前記蛍光体組成物に再度向けられるようにしている、請求項１に記載の投射型ディスプレイ用の光源。
4. 前記１つ又は複数のレーザが、前記リサイクリング・カラーの前記外表面上に取り付けられる、請求項３に記載の投射型ディスプレイ用の光源。
5. ビーム・スプリッタをさらに備え、前記ビーム・スプリッタが、前記蛍光体組成物に向けられている前記レーザ光の前記励起光波長と、前記蛍光体組成物から放射された前記光とを制御する、請求項１に記載の投射型ディスプレイ用の光源。
6. 前記投射型ディスプレイが、ＤＬＰ投射機システム、３ＬＣＤ投射機システム及びＬＣＯＳ投射機システムである、請求項１に記載の投射型ディスプレイ用の光源。
7. 前記１つ又は複数のレーザによって放射された前記光と、前記１つ又は複数のレーザからの励起の後、前記蛍光体組成物から放射された前記光とを集束する１つ又は複数のレンズをさらに備える、請求項１に記載の投射型ディスプレイ用の光源。
8. 光導体をさらに備え、前記光導体が、内表面と、外表面と、第１の端部と、第２の端部と、前記第２の端部上の出力開口部とを有し、前記第１の端部が、前記蛍光体組成物の上に位置決めされ、前記第２の端部が、反射内表面を有する、請求項１に記載の投射型ディスプレイ用の光源。
9. 前記光導体の前記内表面が、反射性である、請求項８に記載の投射型ディスプレイ用の光源。
10. 前記光導体が、ビーム・スプリッタをさらに備え、前記ビーム・スプリッタが、前記第２の端部に近接した前記内表面上に位置決めされる、請求項８に記載の投射型ディスプレイ用の光源。