JP5491571B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、空間光変調器を用いてカラー表示を行う投写型表示装置に関する。

従来から、空間光変調器を用いてカラー表示を行う投写型表示装置が知られている。投写型表示装置の光源として白色光を発生する放電ランプを用いると、高電圧電源が必要であり、その取り扱いが容易でないこと、また、寿命が短く、耐衝撃性が低い等の問題が生じる。

そのため、関連する投写型表示装置では、発光ダイオードやレーザーダイオードなどの固体光源を投写型表示装置の光源として用いている（例えば、特許文献１参照。）。

これは、図８に示すように、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を発光する発光ダイオードをアレイ状に配列した面状光源８０１、８０２、８０３を光源として用い、これらの面状光源部から射出した色光Ｒ、Ｇ、Ｂをそれぞれ対応する空間光変調器８０４、８０５、８０６で変調した後、ダイクロイックプリズム８０７により合成し、投写レンズ８０８を介してスクリーン８０９にカラー画像を拡大投写する構成となっている。

特開２００２−２６８１４０号公報（〔００１６〕、図１）

しかしながら、関連する技術による投写型表示装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの色光を発光する面状光源を用意しなければならず、さらに空間光変調器もそれぞれに対応して３個必要となることから、低価格化を図ることができないという問題があった。

また、Ｒ、Ｇ、Ｂの色光をそれぞれ変調した後に、それぞれの画像をクロスダイクロイックプリズムで合成することとしているため、装置全体の小型、軽量化が図れないという問題があった。

本発明は、このような技術的背景のもとでなされたものである。したがって、本発明の目的は、上述した低価格化及び装置全体の小型、軽量化を図ることができない、という課題を解決する投写型表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、光源と、カラーホイールと、空間光変調器と、投写レンズとを少なくとも備え、光源は紫外光を発光する固体光源からなり、カラーホイールは紫外光を可視光に変換する波長変換層を少なくとも有することを特徴とする。

本発明によれば、紫外光を発する単一の固体光源を用いて、蛍光体層が形成されたカラーホイールによりカラー生成を行うことができるので、小型の投写型表示装置を構成することができる。

本発明の実施形態に係る投写型表示装置を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るカラ−ホイールを示す断面図である。 本発明の実施形態に係るカラ−ホイールを示す平面図である。 本発明の実施形態に係る可視光反射膜の反射特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る別の可視光反射膜の反射特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る別のカラ−ホイールを示す断面図である。 本発明の実施形態に係る別の投写型表示装置を示す平面図である。 関連する技術に係る投写型表示装置を示す平面図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る投写型表示装置を示す平面図である。

光源には、例えば、ＩｎＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約３８０ｎｍの近紫外光を発光する発光ダイオード１０１を用いることができる。なお、発光ダイオードに限らず紫外光を放出する光源であれば良く、半導体レーザー等を用いることもできる。

光源の発光ダイオード１０１からの紫外光は、まずカラーホイール１０２に入射する。

カラーホイール１０２の射出側には紫外光を可視光に変換する波長変換層として蛍光体層が形成されている。紫外光はこの蛍光体層により、カラー表示に必要な赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）からなるそれぞれの可視光に波長変換される。

その後、リレーレンズ１０３、反射ミラー１０４を経てプリズム１０５を介して空間光変調器１０６で光変調され、投写レンズ１０７によりスクリーン上に拡大投射される。

ここで空間光変調器としては、例えば、マイクロミラーを敷きつめたディジタル・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）や液晶表示素子等を用いることができる。

次にカラーホイール１０２について説明する。

図２は、本発明の実施形態に係るカラ−ホイールを示す断面図である。

カラーホイールは、モーター２０４により回転可能な透明基板２０１と、透明基板２０１の入射側に形成された紫外光を透過し可視光を反射する特性を有する可視光反射膜２０２と、射出側に塗布形成された蛍光体層２０３とから構成される。

ここで、紫外光により励起された光は等方性の放射光となる。すなわち、蛍光体層２０３からの光は入射側にも放射され、一般的には、入射側に放射された光は空間光変調器１０６の照明には利用できない。

しかし、本発明の実施形態によれば、紫外光を透過して可視光を反射させる可視光反射膜２０２を設けたことにより、入射側に放射された光を効果的に射出側に反射させることができる。したがって、空間光変調器１０６の照明に寄与する放射光を増大させることができ、輝度の向上が図れる。

カラーホイール１０２を構成する透明基板２０１は、光源として用いる発光ダイオードからの紫外光に対して透明な光学特性を有する材料からなり、例えば、フューズドシリカや石英硝子等を用いることができる。

また、紫外光を透過して可視光を反射させる可視光反射膜２０２としては紫外線反射特性を持たせたコールドミラーや、誘電体多層膜からなるバンドパスフィルターを使用することができる。

波長変換層として用いる蛍光体層２０３には、波長が約３８０ｎｍないし約４００ｎｍの紫外光により励起されるものとして、例えば、赤色用にはＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、青色用には（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃ_１２：Ｅｕ及び（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ、緑色用にはＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌや（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ等を用いることができる。

次に、本発明の実施形態に係るカラーホイールを用いたカラー表示について説明する。

図３は、本発明の実施形態に係るカラ−ホイールを示す平面図である。

カラーホイールは図３に示すように、例えば円盤を３つの領域に分割し、入射側（図３（ａ））には領域４０１、４０２、４０３のそれぞれに紫外光を透過し可視光を反射する可視光反射膜が形成されている。図４にこの可視光反射膜の反射特性の一例を示す。

そして、領域４０１、４０２、４０３の裏面の射出側（図３（ｂ））の領域４０４、４０５、４０６には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々の色に波長変換するように、領域４０４には赤用蛍光体層、領域４０５には緑用蛍光体層、領域４０６には青用蛍光体層がそれぞれ塗布形成されている。

カラーホイールが回転することにより、光源からの紫外光は順次、領域４０１→４０２→４０３を照射し、Ｒ→Ｇ→Ｂの繰り返しの色光を放射する。

これらの色光と空間光変調器とをパルス幅変調（ＰＷＭ）により駆動することによりカラー表示が可能となる。

なお、領域４０１、４０２、４０３に形成する可視光反射膜としては、図４に示した特性を有する反射膜に限らず、例えば、図５に反射特性を示すように、領域４０４には赤色を反射する反射膜（図５（ａ））、領域４０５には緑色を反射する反射膜（図５（ｂ））、領域４０６には青色を反射する反射膜（図５（ｃ））といったように、バンドバス特性を有する反射膜を用いた場合であっても本発明を実施することができる。

また、本発明の実施形態では、円盤状の透明基板を用いることとしたが、これに限らず、６角形、８角形など多角形状の透明基板を用いる場合であっても本発明を実施することができる。

以上説明したように、本発明によれば、紫外光を発する光源からの光をカラーホイールを用いて時分割によりＲ、Ｇ、Ｂからなるカラー照明光に変換することができる。したがって、必要な光源及び空間光変調器はそれぞれ１個だけとなり、小型・軽量な単板型の投写型表示装置を構成することができる。

本発明の実施形態においては、カラーホイール１０２の構成は図２に示すように、紫外光の入射側から、紫外光を透過して可視光を反射させる可視光反射膜２０２、透明基板２０１、そして蛍光体層２０３という構成としたが、これに限らず、図６に示す透明基板３０１がモーター３０４により回転するカラーホイールにおいて、光源からの入射光に対して透明基板３０１の裏面側に、紫外線を透過し可視光を反射させる特性を有する可視光反射膜３０２を形成し、その上に蛍光体層３０３を形成した場合にも本発明を適用することができる。

このとき、光源からの紫外光は透明基板３０１と可視光反射膜３０２を透過後、塗布された蛍光体層３０３に応じて波長変換され、ＲまたはＧまたはＢの色光をそれぞれ射出する。

この場合にも、蛍光体層３０３で波長変換された光のうち、光源側に発する光は可視光反射膜３０２で反射されて出射側に向かうので、空間光変調器の照明に寄与するため輝度が向上する。

また、本発明の実施形態では、光源は発光ダイオード１０１の１個からなり、カラーホイール１０２から射出した可視光はリレーレンズ１０３を介して空間光変調器１０６に照射させることとしたが、これに限らず、図７に示すように、例えば、３個の発光ダイオード７０１、７０２、７０３を使用し、補助光学素子７０５としてロッドインテグレータを用いた場合にも本発明を適用することができる。ここで、発光ダイオード７０１、７０２、７０３には、蛍光体層を励起することが可能な紫外領域に発光波長を有する同一種類の発光ダイオードを用いることができる。

この場合には、光源の数の増加に応じてカラーホイールに入射する光が増加するので、高輝度化を図ることができる。このとき、発光ダイオードからのそれぞれの入射光をカラーホイール７０４の入射面に集中させたほうが、その後の光学系における光の損失が低減できるため、発光ダイオード７０１と発光ダイオード７０２と発光ダイオード７０３の各々の光軸が交わる点近傍にカラーホイールの入射面を設定した。

ロッドインテグレータを通った光は、リレーレンズ７０６、反射ミラー７０７を経てプリズム７０８を介して空間光変調器７０９で光変調され、投写レンズ７１０によりスクリーン上に拡大投射される。

このとき、ロッドインテグレータを用いることにより、蛍光体層により変換された可視光をより均一化して空間光変調器７０９の照明に利用することができる。

以上説明したように、本実施形態のカラーホイールは、波長変換層と、透明基板と、紫外光を透過し可視光を反射させる特性を有する可視光反射膜を有することを特徴とする。

また、本実施形態のカラーホイールは、透明基板の光源側の表面に可視光反射膜を備え、透明基板の光源と反対側の表面に波長変換層を備えたことをも特徴とする。

さらに、本実施形態のカラーホイールは、透明基板の光源と反対側の表面に可視光反射膜を備え、その上に積層して波長変換層を備えたことを特徴とする。

また、本実施形態の波長変換層は、紫外光を照射すると赤色または緑色または青色の蛍光を発光するそれぞれの蛍光体層からなることを特徴とする。

さらにまた、本実施形態のカラーホイールは、赤色または緑色または青色の蛍光を発光するそれぞれの蛍光体層からなる波長変換層と、蛍光体層のそれぞれの色の発光を反射する特性を有する可視光反射膜を備え、各色に対応した波長変換層と可視光反射膜が透明基板上にそれぞれ対向して形成されていることを特徴とする。

以上説明したように、本実施形態によれば、紫外線を透過し可視光を反射させる可視光反射膜が形成されていることにより、蛍光体で波長変換された可視光を有効に反射させて照明光に利用することができるので、光利用効率の向上を図ることができる。

また、複数の同一固体光源を用いることができるので、容易に高輝度化が図れる。さらに、波長変換された光は可視光であり赤外光成分を含まないので、空間光変調器や他の光学部品における熱的ダメージの低減を図ることができる。

１０１、７０１、７０２、７０３ 発光ダイオード
１０２、７０４ カラーホイール
１０３、７０６ リレーレンズ
１０４、７０７ 反射ミラー
１０５、７０８ プリズム
１０６、７０９ 空間光変調器
１０７、７１０ 投写レンズ
２０１、３０１ 透明基板
２０２、３０２ 可視光反射膜
２０３、３０３ 蛍光体層
２０４、３０４ モーター
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６ 領域
７０５ 補助光学素子
８０１、８０２、８０３ 面状光源
８０４、８０５、８０６ 空間光変調器
８０７ ダイクロイックプリズム
８０８ 投写レンズ
８０９ スクリーン

Claims (6)

1. 複数の固体光源から発せられる励起光を用いた空間光変調器への照明方法であって、
   複数の固体光源から発せられる励起光を回転する波長変換層に照射し、
   前記回転する波長変換層から射出された可視光を空間光変調器に照射し、
   前記複数の固体光源の数に応じて、前記回転する波長変換層に照射される光量を変えることを特徴とする空間光変調器への照明方法。
2. ロッドインテグレータを介して前記可視光を前記空間光変調器に照射することを特徴とする請求項１記載の空間光変調器への照明方法。
3. 前記複数の固体光源から発せられる励起光が、前記回転する波長変換層の入射面に集中することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空間光変調器への照明方法。
4. 前記波長変換層は、前記励起光を照射すると赤色または緑色または青色の蛍光を発光することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空間光変調器への照明方法。
5. 前記空間光変調器は、マイクロミラーを有したデジタル・ミラー・デバイスであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の空間光変調器への照明方法。
6. 前記複数の固体光源は半導体レーザであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の空間光変調器への照明方法。

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