JP5433561B2

JP5433561B2 - 光源装置

Info

Publication number: JP5433561B2
Application number: JP2010291526A
Authority: JP
Inventors: 展之木村
Original assignee: Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP2012137705A

Description

本発明は、投写型映像表示装置に用いられる光源装置に関する。

反射型あるいは透過型の液晶パネルや微小ミラーを複数個配列した構造の映像表示素子の表示画面を投写面であるスクリーンやボード等に拡大表示する投写型映像表示装置においては、投写面で十分な大きさと明るさを有する拡大像が得られるように照明光学系の工夫がなされてきた。特に、赤、緑、青の発光ダイオードや有機ＥＬ等の固体発光素子を用いた投写型映像表示装置の開発が行われている。

例えば、固体光源から出射する励起光を可視光としても高効率で発光する光源装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００９−２７７５１６号公報

特許文献１を適用すると、以下のような課題が考えられる。図３は、課題として想定される光源装置の要部構成図である。図３において、励起光源１から射出した励起光２は、コリメートレンズ３００で略平行光となり、ダイクロイックミラー４に入射する。ダイクロイックミラー４は励起光２の波長域を反射し、蛍光光８の波長域を透過する特性である。そこで、励起光２は、ダイクロイックミラー４で反射し、集光レンズ５を通過後、蛍光体７が塗布された回転制御可能な円盤１００に入射する。集光レンズ５は入射した平行光が円盤１００上の１箇所に集光するように曲率が設定されている。励起光２により励起された円盤１００上の蛍光体７は、蛍光光８を射出する。蛍光光８は集光レンズ５を通過後、略平行光となり、ダイクロイックミラー４を透過して、後段の照明光学系に入射する。蛍光体７から発光した蛍光光は、全方位に発光するため、集光レンズ５で捕獲できない蛍光光８００が存在する。又、蛍光光に変換されなかった未変換励起光２００も存在するため、光利用効率の低下を招く。

そこで、本発明の目的は、励起光により蛍光体を発光させる光源装置において、明るさ効率を改善した光源装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。

当該光源装置は、励起光を発光する光源と、励起光が入射される金属部材と、を備え、金属部材は励起光が入射される部位に凹部を有し、当該凹部の中に励起光を励起して蛍光光を生成するための蛍光体が塗布されており、凹部の開口部に、テーパ形状の空間を有する透過部材を備え、透過部材のテーパ形状部には、励起光の波長域を透過し、蛍光光の波長域を反射する特性を有するダイクロイックコートが蒸着されている。

本発明によれば、励起光により蛍光体を発光させる光源装置において、明るさ効率を改善した光源装置を提供することができる。

実施例における光源装置の要部構成図。実施例における投写型映像表示装置の光学系を示す図。課題として想定される光源装置の要部構成図。

以下、実施例について、図を参照して説明する。尚、各図において、同一な部分には同一符号を付して、一度説明したものについては、その説明を省略する。

図１は、実施例における光源装置の要部構成図である。

図１（Ａ）は、光学系の全体像を示している。励起光源１から射出した励起光２は、集光レンズ３により、透過部材９を通過後、金属部材６に入射する。金属部材６は、励起光が入射される部位に凹部を有し、当該凹部の中に励起光から蛍光光を生成するための蛍光体７が塗布されている。当該凹部は、奥から開口部に向けて大きくなるようなテーパ形状となっている。

図３においては、蛍光体を分散して固めるバインダとして、有機のシリコン樹脂等が用いられていたため、温度によるバーニングを防ぐために回転する必要があったが、無機のバインダを使用することで、蛍光体の回転は不要となる。

蛍光体７から発せられた蛍光光８は、透過部材９のテーパ部で反射を繰り返し、一定の発散角まで絞られて、集光レンズ５を通過後、略平行光となり、後段の照明光学系に入射する。

図１（Ｂ）は、金属部材６及び透過部材９を拡大した図であり、蛍光光８の発散光線を示している。透過部材９内部のテーパ部には、励起光２の波長域を透過し、蛍光光８の波長域を反射する特性を有するダイクロイックコート９００が蒸着されている。そこで、励起光２は透過部材９のテーパ部を透過し、蛍光体７に入射する。蛍光体７から発せられた蛍光光８は、透過部材９内部のテーパ部で反射することで、全方位に発散することなく、透過部材９の開口部において、一定角度の発散まで絞られる。

図１（Ｃ）は、金属部材６及び透過部材９を拡大した図であり、励起光２の光線を示している。蛍光体７に入射した励起光２の内、蛍光光に変換されなかった未変換励起光２００は、蛍光体７で反射し、再度、別の箇所に塗布された蛍光体７に入射し、蛍光光８に変換される。

図１（Ｄ）は、金属部材６の正面図である。ここでは、凹部の５面に蛍光体が塗布されている。

尚、凹部の５面のうち、少なくとも２面に蛍光体７が塗布されていることが望ましい。蛍光体７の２面に入射すれば、ほとんどの励起光は蛍光光に変換されるからである。しかし、蛍光体を塗布する面を３面、４面、５面と多くすれば、より確実に励起光を蛍光光へ変換することができる。

図２は、図１の光源装置を含む、投写型映像表示装置の光学系を示す図である。各色光の光路に配置されている要素を区別する際には符号の後に色光を表すＲ，Ｇ，Ｂを添えて示し、区別する必要がない場合には、色光の添え字を省略する。

まず、赤色光及び緑色光が液晶型映像表示素子１９Ｒ、１９Ｇに均一な照度で照射される原理を説明する。

励起光源１としては、青色レーザを使用する。レーザは発光源の発光領域が小さいため、光の集光やコリメートが容易なためである。励起光源１から射出した青色励起光２は、先述のように透過部材９を通過後、金属部材６の凹部に塗布された図示しない黄色蛍光体に入射し、黄色蛍光光に変換される。透過部材９内部のテーパ部には、青色光を反射し、黄色光(緑色光及び赤色光)を透過する特性を持つダイクロイックコートが蒸着されている。従って、黄色蛍光体で励起された黄色蛍光光は、透過部材９の内部で反射を繰り返し、発散角を低減された後、集光レンズ５を通過して略平行となり、偏光変換インテグレータに入射する。

偏光変換インテグレータは、第１のレンズ群１０と第２のレンズ群１１からなる均一照明行うオプチカルインテグレータと、光の偏光方向を所定偏光方向に揃えて直線偏光光に変換する偏光ビームスプリッタアレイの偏光変換素子１２とを含む。

第２のレンズ群１１からの光は偏光変換素子１２により、所定の偏光方向、例えば直線偏光光のＹ偏光光に略揃えられる。そして、第１のレンズ群１０の各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ１３、コリメートレンズ１７Ｒ、１７Ｇにより各液晶型映像表示素子１９Ｒ、１９Ｇ上に重ね合わせられる。その際、集光レンズ１３を通過した黄色蛍光光は、ダイクロイックミラー１４により、赤色光と緑色光に分離される。

ダイクロイックミラー１４は緑色光を透過、赤色光を反射する特性を有しているので、ダイクロイックミラー１４に入射した黄色光の内、緑色光はダイクロイックミラー１４を通過し、反射ミラー１５で反射し、コリメートレンズ１７Ｇで略平行となり、入射側偏光板１８ＧでＸ偏光光を取り除いた後、液晶型映像表示素子１９Ｇに入射する。一方、赤色光は、ダイクロイックミラー１４で反射し、反射ミラー１６で反射し、コリメートレンズ１７Ｒで略平行となり、入射側偏光板１８ＲでＸ偏光光を取り除いた後、液晶型映像表示素子１９Ｒに入射する。

次に、青色光が液晶型映像表示素子１９Ｂに均一な照度で照射される原理を説明する。
光源２３は青色光源であり、例えば、ＬＥＤ光源である。光源２３から発光した青色光は、コリメートレンズ２４、コリメートレンズ２５を通過後、略平行となり、青色光用の偏光変換インテグレータに入射する。

青色光用の偏光変換インテグレータは、第３のレンズ群２６と第４のレンズ群２７からなる均一照明行うオプチカルインテグレータと、光の偏光方向を所定偏光方向に揃えて直線偏光光に変換する偏光ビームスプリッタアレイの偏光変換素子２８とを含む。第４のレンズ群２７からの光は偏光変換素子２８により、所定の偏光方向、例えば直線偏光光のＹ偏光光に略揃えられる。そして、第３のレンズ群２６の各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ２９、反射ミラー３０、コリメートレンズ１７Ｂにより各液晶型映像表示素子１９Ｂ上に重ね合わせられる。その際、入射側偏光板１８ＢでＸ偏光光が取り除かれる。

続いて、光強度変調部を構成する各液晶型映像表示素子１９（１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂ）は、Ｙ方向を透過軸とする入射側偏光板１８（１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ）により偏光度が高められ、図示しないカラー映像信号に応じて光強度変調し、各色光のＸ偏光の光学像を形成する。

このように形成された各色光のＸ偏光の光学像は、出射側偏光板２０（２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ）に入射する。出射側偏光板２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、Ｘ方向を透過軸とする偏光板である。これにより、不要な偏光光成分（ここでは、Ｙ偏光光）が除去され、コントラストが高められる。

このように形成された各色光のＹ偏光の光学像は、光合成手段である光合成プリズム２１に入射する。この時、緑色光の光学像は、Ｘ偏光（光合成プリズム２１のダイクロイック膜面に対してＰ偏光）のままで入射する。一方、青色光路及び赤色光路では、出射側偏光板２０Ｂ、２０Ｒと光合成プリズム２１との間に図示しない１／２λ波長板を設けていることから、Ｘ偏光の青色光及び赤色光の光学像は、Ｙ偏光（光合成プリズム２１の色合成を行うダイクロイック膜面に対してＳ偏光）の光学像に変換された後、光合成プリズム２１に入射する。これは、ダイクロイック膜の分光特性を考慮したもので、緑色光をＰ偏光光、赤色光と青色光をＳ偏光光とする所謂ＳＰＳ合成とすることで、効率良く光合成するためである。

続いて、光合成プリズム２１は、青色光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）と、赤色光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状（クロス状）に形成されたものである。光合成プリズム２１の３つの入射面の内、対向する入射面に入射した青色光と赤色光（ダイクロイック膜面に対してＳ偏光光）は、クロスした青色光用のダイクロイック膜及び赤色光用のダイクロイック膜でそれぞれ反射される。又、中央の入射面に入射した緑色光（ダイクロイック膜面に対してＰ偏光光）は直進する。これらの各色光の光学像は光合成され、カラー映像光（合成光）が出射面から出射する。

そして、光合成プリズム２１から出射した合成光は、例えば、ズームレンズであるような投写レンズ２２によって、透過型又は投写型の図示しないスクリーン上に投影され、もって、拡大投写した映像を表示することとなる。

ここでは、映像表示素子を液晶型映像表示素子として説明したが、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）素子を用いた投写型映像表示装置にも適用できることは言うまでもない。又、励起光源１を１つとして説明したが、複数個配置してもよい。

１…励起光源、２…励起光、３…集光レンズ、５…集光レンズ、６…金属部材、７…蛍光体、８…蛍光光、９…透過部材、２００…未変換励起光、９００…ダイクロイックコート

Claims

励起光を発光する光源と、
前記励起光が入射される金属部材と、を備え、
前記金属部材は、前記励起光が入射される部位に凹部を有し、当該凹部の中に前記励起光から蛍光光を生成するための蛍光体が塗布されており、
前記凹部の開口部に、テーパ形状の空間を有する透過部材を備え、前記透過部材のテーパ形状部の少なくとも一部には、前記励起光の波長域の少なくとも一部を透過し、前記蛍光光の波長域の少なくとも一部を反射する特性を有するダイクロイックコートが蒸着されている、光源装置。
前記蛍光体は、前記凹部の中の少なくとも２面に塗布されている、請求項１記載の光源装置。
光源装置と、
映像表示素子と、
前記光源装置からの光を前記映像表示素子に照射する複数の光学素子を有する照明光学系と、
前記映像表示素子で形成された光学像を拡大して投影する投写レンズと、を備えた投写型映像表示装置において、前記光源装置は、
励起光を発光する光源と、
前記励起光が入射される金属部材と、を備え、
前記金属部材は、前記励起光が入射される部位に凹部を有し、当該凹部の中に前記励起光から蛍光光を生成するための蛍光体が塗布されており、
前記凹部の開口部に、テーパ形状の空間を有する透過部材を備え、前記透過部材のテーパ形状部の少なくとも一部には、前記励起光の波長域の少なくとも一部を透過し、前記蛍光光の波長域の少なくとも一部を反射する特性を有するダイクロイックコートが蒸着されている、投写型映像表示装置。
前記光源装置は、固体発光素子を励起光として、蛍光体を励起したものである、請求項３記載の投写型映像表示装置。