JP4580052B2 - 固体緑色光源を用いたプロジェクタ光源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源に関し、より具体的にはプロジェクタ等に用いる為の光学スペクトルの緑色領域にて発光する固体光源等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像をスクリーンへと投影する為の装置は従来より周知である。白熱灯やアーク灯を使用した装置は投射型ディスプレイにしばしば用いられる。しかしながら、このような光源の寿命は限られており、また光源の使用寿命にわたって出力が安定しない。加えて、表示用途には不必要なＵＶやＩＲ等のようなスペクトル成分を、他の部品や見る人の目に損傷を与えないようにフィルタリングして放射光から除去しなければならない。
【０００３】
赤、緑及び青色光を発する発光ダイオード（以下ＬＥＤ）又は半導体レーザを組み合わせたものを基盤とした光源は、固体光源として用いることが出来る。ＬＥＤ及びレーザの発光は通常、スペクトル的に狭帯域光源である為にディスプレイ用に用いるカラーフィルタを省略することが出来る。更に、半導体レーザ及びＬＥＤの光出力は、一般的に時系列的カラー表示に充分な速度で電気的に変調可能である。加えて、殆どの固体レーザは直線偏光した光を発光し、これが更に光の生成効率を改善し、投射装置の光学系の単純化に貢献している。
【０００４】
残念なことに個々の固体光源は、多くの投射型ディスプレイへと適用するには充分な輝度を提供しない。よって充分な出力を得る為にＬＥＤのアレイを利用しなければならないのである。フルカラー表示を提供する為には、固体光源はモザイク状の発光源パターンを形成する少なくとも３つの異なる色の発光装置を含んでいなければならない。ディスプレイへの応用における色独立性の光損失を想定し、各種類の発光装置が占めるＬＥＤアレイの面積は、全ての発光装置が活性状態の時に白色光を提供するように調整されなければならない。従って、ＬＥＤアレイの放射輝度は、いずれかの色の発光装置の最も低い放射輝度が優性となる。
ＬＥＤアレイの構成は、ディスプレイへの応用における色依存性の損失を補償するように調整することが可能である。
【０００５】
現在のＬＥＤ技術は、赤及び青のスペクトル領域における放射輝度が緑色光よりも高い装置を提供するものである。更に高出力緑色ＬＥＤは、増大させた駆動電流又は出力でより短い波長へとシフトする。ＬＥＤ出力が画像中にグレイスケールを供する為に変調された振幅の場合、この波長シフトが色のひずみを生じる。
【０００６】
【発明の解決すべき課題】
本発明の広義の目的は、光学スペクトルの緑色領域において発光する改善された固体光源を提供することである。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、光源の出力が改善された状態でスペクトル出力が変化することのない緑色光源を提供することである。
【０００８】
本発明のこれらの及び他の目的は、以下の詳細説明及び添付図面を参照することにより、当業者に明らかとなる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は発光装置の二次元アレイから成る光源である。発光装置は第１、第２及び第３の発光素子を含む。第１の種類の発光装置は二次元アレイの第１の領域を占め、光学スペクトルの第１の領域の光を放射する。第２の種類の発光装置は二次元アレイの第２の領域を占め、光学スペクトルの第２の領域の光を放射する。そして第３の種類の発光装置は二次元アレイの第３の領域を占め、光学スペクトルの第３の領域の光を放射する。各種類の発光装置の占める相対面積は、全ての発光装置が同時に作動した場合に白色光が得られるように調整される。第１、第２及び第３の種類の発光装置の少なくともいずれか一つが、第１、第２及び第３の発光装置のうちの他のものよりも大きい面積を占める。本発明の実施例においては、第１の種類の発光装置が、光学スペクトルの緑色領域の波長よりも小さい波長の光を放射する発光素子と、放射された光を吸収し、光学スペクトルの緑色領域にある光を放射する色変換配合材料とを含んでいる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に基づく投射型装置の断面図を示す図１を参照しながら詳細に説明する。投射型装置（１０）は固体光源（１２）を利用して液晶光変調器（１４）を照明する。光源から効率的に集光し、光変調器を照明する為に光学系（１３）が利用される。光変調器は光学系（１５）によりスクリーン上へと結像される。カラー画像は、人の目が別々の画像を認識し得ない充分短い時間枠中に赤、青及び緑の画像を連続的に切替表示することにより作られる。駆動回路（１７）は成分ビデオ信号を復号化する。
【００１１】
上述したように、個々のＬＥＤ又はレーザダイオードの光出力は必要な照度を得る為には不十分である。従って、光源（１２）はＬＥＤ又はレーザダイオードのアレイから構成されることになる。説明の便宜上、ＬＥＤに基づいた実施形態として説明するが、本発明の概念から離れること無くレーザダイオード・アレイを使った同様の実施形態が可能であることは言うまでもない。光源の光出力はより大型のＬＥＤアレイを用いることにより増大させることが出来るが、光源の物理的寸法には限界がある。
【００１２】
採用し得る光源の立体角及び面積は、投射型ディスプレイの光学系のｅｔｅｎｄｕにより決定する。光学素子のｅｔｅｎｄｕとは、その開口と、この素子を通して中継される光の立体角とを乗算したものである。系のｅｔｅｎｄｕとは、その中の個々の光学素子の最小ｅｔｅｎｄｕである。光学表示装置のｅｔｅｎｄｕ及びコリメーター光学系の集光角度が与えられると、最大の有効光源面積が決定する。光源の最大放射輝度を提供する為に、この面積内に配し得る限りの数の最大放射輝度を持つ固体発光装置を設けなければならない。
【００１３】
フルカラーディスプレイを提供する為には、固体光源は少なくとも３つの異なる色の発光装置を備えていなければならない。カラーディスプレイの輝度を最大化するには各色の発光装置の占める相対面積をそれぞれの発光装置の放射輝度に従って調整しなければならない。全ての発光装置が同時に作動した場合、その結果ディスプレイスクリーン上に照らされる色は白色でなければならない。各色の発光装置の占める光源面積部分は以下の式により与えられる。
【００１４】
【数１】

【００１５】
ここでｃ１、ｃ２及びｃ３が３つのスペクトル発光装置を表わし、Ｐ_c1、Ｐ_c2及びＰ_c3は、ディスプレイスクリーン上に白色光を作る為に各発光色（ｃ１、ｃ２及びｃ３）それぞれに必要な総光出力を表わす。Ｄ_c1、Ｄ_c2及びＤ_c3は、ディスプレイスクリーン上に到達する個々の固体色発光装置の放射出力／面積である。そしてＡ_ci／Ａ_total（ｉ＝１，２，３）は１色の発光装置が合計光源面積に占める割合である。従って、モザイクパターンは異なる個々の発光装置寸法を収容しなければならない。加えて各色の光バルブにおける照度の均一性を最大化する為に、互いに相違する色の固体発光装置のパターンによって、異なる色の発光装置同士が良好に混合（ミキシング）されなければならない。上述したように、一般的に緑色ＬＥＤは青色ＬＥＤよりも低い放射輝度を持つ。よって他の色の面積を削って緑色ＬＥＤの占める面積を大きくしなければならない。
【００１６】
本発明は、色変換を利用することにより、増大させた緑色光出力を提供するものである。上述したように、現在のＬＥＤ技術は赤色及び青色スペクトル領域における放射輝度が、緑色光よりも高い装置を提供している。緑色領域における放射輝度は、青色光により励起して緑色光を放射する高効率蛍光物質、即ち染料を利用することにより改善することが出来る。図２にそのような変換蛍光物質を用いた本発明の一実施例を示す。図２は本発明に基づく光源（６０）の断面図である。発光装置アレイは青色発光装置（６１）及び赤色発光装置（６２）から構築されている。青色発光装置のうち適正数が、青色光を緑色光に変換する緑色蛍光層（６３）で覆われており、これが緑色光源（６５）を形成している。発光装置はヒートシンク（６４）上に設けられることが望ましい。発光装置の相対面積はこのようにして調節される。
【００１７】
前述したように、レーザレイもまた従来から周知である。投射型ディスプレイを照明するに適正な出力を持つ廉価な半導体レーザ（端発光型装置又はＶＣＳＥＬ）は未だ提供されていない。しかしながら、それらのビーム特性及びその光が一般的に直線偏光するという事実から、ディスプレイ用の光源として注目を集めることになるだろう。
【００１８】
高い放射輝度の緑色光源を提供することに加え、青色光源が変換されることにより出力を増大されれば、緑色ＬＥＤに観測されるスペクトルシフトの問題が解消される。上述した通り、現時点においては高出力緑色ＧａＮ ＬＥＤは駆動電流又は出力電力を増大するとより短い波長へとシフトする。ＬＥＤ出力がグレイスケールを提供する為に変調された振幅の場合、波長シフトは画像中の色の歪みの原因となる。青色光を染料、即ち蛍光物質で変換することにより緑色光が作製されれば、変換された光源の緑色スペクトル出力は、その光出力が変化してもシフトはしない。この用途に、ストロンチウムチオガレート（ＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ²⁺）のような蛍光物質を用いても良い。また、レーザの製造に用いられるクマリン５１５のような色素染料を利用しても良い。
【００１９】
上記の説明及び添付図面から、本発明の様々な変更形態が当業者には明らかである。従って、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【００２０】
本発明の好適実施形態となる光源を、上述の実施形態に沿って説明すると、本発明は、発光装置の二次元アレイからなる光源（１２、６０）であって、前記発光装置は、前記二次元アレイの第１の面積を占めて光学スペクトルの第１の領域にある光を放射する第１の種類の発光装置（６５）と、前記二次元アレイの第２の面積を占めて光学スペクトルの第２の領域にある光を放射する第２の種類の発光装置（６１）と、そして前記二次元アレイの第３の面積を占めて光学スペクトルの第３の領域にある光を放射する第３の種類の発光装置（６２）とを有し、また、前記第１、第２及び第３の面積は、全ての発光素子から同時に出力があった場合には白色光を発生するように選択されており、前記第１、第２及び第３の面積のうちの少なくとも１つは前記第１、第２及び第３の面積のうちの他の一つと異なる大きさを有することを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、前記第１の種類の発光装置（６５）は、光学スペクトルの緑色領域の波長よりも短い波長の光を発光する発光装置（６１）と、発光した光を吸収して光学スペクトルの前記緑色領域にある光を放射する為の色変換配合材料（６３）とを含む。
【００２２】
好ましくは、前記発光装置の１つはＬＥＤとされる。
【００２３】
好ましくは、前記発光装置の１つはレーザとされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく投射システムの断面図である。
【図２】本発明に基づく光源の断面図である。
【符号の説明】
１２、６０ 光源
６１ 発光装置
６２ 第２、第３の種類の発光装置
６３ 色変換配合材料
６５ 第１の種類の発光装置

Claims (1)

1. 発光装置の二次元アレイからなる光源であって、前記発光装置は、
   前記二次元アレイの第１の面積を占めて、緑色光を放射するように緑色蛍光層（63）で覆われている複数の青色ＬＥＤ（61）からなる第１の種類の発光装置（65）と、
   前記二次元アレイの第２の面積を占めて、赤色光を放射する複数の赤色ＬＥＤ（62）からなる第２の種類の発光装置（62）と、
   そして前記二次元アレイの第３の面積を占めて、青色光を放射する複数の青色ＬＥＤ（61）からなる第３の種類の発光装置（61）とを有し、
   前記第１、第２及び第３の面積が、全ての発光装置から同時に出力があった場合に白色光を発生するように選択されており、
   前記第１、第２及び第３の面積のうちの少なくとも１つが、前記第１、第２及び第３の面積のうちの他の１つと異なる大きさを有することを特徴とする光源。

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