JP6893298B2 - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、小型のライトバルブ上に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関する。

ミラー偏向型のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）や液晶パネルのライトバルブを用いた投写型表示装置の光源として、長寿命である半導体レーザーや発光ダイオードの固体光源を用いた光源装置が多数開示されている。その中で、特許文献１には、固体光源から出射する光の偏光特性を利用して、固体光源からの光を小型で、効率よく集光する光源装置が開示されている。

また、特許文献２には、固定光源からの光の偏光の方位を変換し、ダイクロイックミラーへ入射するＰ偏光成分とＳ偏光成分を一定比率に制御する１／２波長板を用いた小型で高効率な光源装置が開示されている。

特開２０１２−１３７７４４号公報 特開２０１４−２０９１８４号公報

本開示は、固体光源から出射する光の偏光特性を利用し、耐久性に優れて低コストの位相差板を用いた光源装置と、その光源装置を用いた投写型表示装置を提供する。

本開示の第１の光源装置は、固体光源と、固体光源からの光を集光する集光素子と、直線偏光の光を円偏光に変換する位相差板と、反射板を備え、位相差板は集光素子と反射板の間で、集光光または発散光が入射する位置に配置される。

また、本開示の第２の光源装置は、固体光源と、固体光源からの光の偏光の方位を変換し、Ｐ偏光とＳ偏光成分の光を一定の比率に制御する位相差板と、位相差板からの光を偏光分離するダイクロイックミラーを備え、位相差板は固体光源とダイクロイックミラーの間で、集光光または発散光が入射する位置に配置される。

本開示によれば、光が集光する位置に位相差板を配置構成することにより、小型で安価な光源装置が構成できるため、長寿命で明るく、低コストの投写型表示装置が実現できる。

本開示の実施の形態１における光源装置の構成図 実施の形態１におけるダイクロイックミラーの分光特性を示す図 位相差板の偏光透過率の角度依存特性を示す図 本開示の実施の形態２における光源装置の構成図 実施の形態２におけるダイクロイックミラーの分光特性を示す図 本開示の実施の形態３における投写型表示装置の構成図 本開示の実施の形態４における投写型表示装置の構成図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
図１は本開示の実施の形態１にかかる光源装置の構成図である。実施の形態１の光源装置４０は、固体光源である半導体レーザー２１、放熱板２２、集光レンズ２３、ヒートシンク２４、レンズ２６、レンズ２７、第１拡散板２８、ダイクロイックミラー２９、第１集光素子であるコンデンサレンズ３０、３１、反射膜と蛍光体層３２を形成したアルミニウム基板３３とモーター３４から構成される蛍光板３５、第２集光素子であるコンデンサレンズ３６、第２拡散板３７、位相差板である１／４波長板３８、及び反射板３９から構成される。図１中には固体光源からの出射する各光束２５の様相と、ダイクロイックミラー２９へ入射および出射する光の偏光方向を示している。

２４個（６×４）を正方配置した半導体レーザー２１と集光レンズ２３を放熱板上に一定の間隔で２次元上に配置している。ヒートシンク２４は半導体レーザー２１を冷却するためのものである。半導体レーザー２１は、４４７ｎｍから４６２ｎｍの波長幅で青の色光を発光し、直線偏光の光を出射する。半導体レーザー２１から出射する偏光はダイクロイックミラー２９の入射面に対してＰ偏光となるように、各半導体レーザーを配置している。

複数の半導体レーザー２１を出射した光は対応する集光レンズ２３により、それぞれ集光され平行な光束２５に変換される。光束２５群は凸面のレンズ２６と凹面のレンズ２７により、さらに小径化され、第１拡散板２８に入射する。第１拡散板２８はガラス製で表面の微細な凹凸形状で光を拡散する。拡散光の最大強度の５０％となる半値角度幅である拡散角度は略３度と小さく、偏光特性を保持する。第１拡散板２８を出射した光はダイクロイックミラー２９に入射する。

図２に、ダイクロイックミラーの分光特性を示す。分光特性は波長に対する透過率を示している。ダイクロイックミラーの分光特性は、波長４４７〜４６２ｎｍの半導体レーザー光のＰ偏光を一定の比率で透過（平均１８％）、反射（平均８２％）し、Ｓ偏光を９５％以上の高い反射率で反射させる特性である。さらに、緑および赤の色光のＰ偏光、Ｓ偏光はそれぞれ９６％以上の高い透過率で透過する特性である。

ダイクロイックミラー２９で反射した８２％のＰ偏光の青色光はコンデンサレンズ３０、３１により集光され、光強度がピーク強度に対して１３．５％となる直径をスポット径と定義すると、スポット径が１．５ｍｍ〜２．５ｍｍのスポット光に重畳され、蛍光板３５に入射する。第１拡散板２８はそのスポット光の径が所望の径となるよう光を拡散させている。

蛍光板３５は反射膜と蛍光体層３２を形成したアルミニウム基板３３と中央部にモーター３４を備えた回転制御可能な円形基板である。蛍光板３５の反射膜は可視光を反射する金属膜もしくは誘電体膜であり、アルミニウム基板上に形成される。さらに反射膜上には蛍光体層３２が形成される。蛍光体層３２には青色光により励起され、緑、赤成分を含んだ黄色光を発光するＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を形成している。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２である。蛍光体層３２は円環状に形成している。スポット光で励起された蛍光体層３２は緑、赤成分の光を含む黄色光を発光する。蛍光板３５はアルミニウム基板であり、かつ回転させることにより、励起光による蛍光体層３２の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。

蛍光体層３２に入射した光は、緑、赤成分の色光を蛍光発光し、蛍光板３５を出射する。また、反射膜側に発光する光は反射膜で反射し、蛍光板３５を出射する。蛍光板３５から出射した緑および赤の色光は、自然光（無偏光光）となり、再びコンデンサレンズ３０、３１で集光され、略平行光に変換された後、ダイクロイックミラー２９を透過する。

一方、ダイクロイックミラー２９を透過する１８％のＰ偏光の青色光は、第２集光素子であるコンデンサレンズ３６に入射して、集光され集光光となる。コンデンサレンズ３６の焦点距離は集光角度が４０度以下となるようにし、反射板３９の近傍に集光スポットを形成する。コンデンサレンズ３６で集光された集光光は第２拡散板３７に入射する。第２拡散板３７は入射する光を拡散させて、光強度分布を均一化するとともに、レーザー光のスペックルを解消する。第２拡散板３７は薄板のガラス表面に微細な凹凸形状で拡散面を形成したものである。第２拡散板３７は拡散面への１回の透過光で略４度の拡散角度を有し、偏光特性を維持するものである。第２拡散板３７を透過した光は位相差板である１／４波長板３８に入射する。１／４波長板３８は半導体レーザー２１の発光中心波長近傍で位相差が１／４波長となる位相差板である。

１／４波長板３８は、図１中のＰ偏光方向を０度とした場合に、光学軸を４５度で配置している。１／４波長板３８は、誘電体材料の斜め蒸着による複屈折を利用した薄膜位相差板（特開２０１２−２４２４４９公報参照）である。薄膜位相差板は無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性、信頼性に優れる。また、薄膜波長板は光の波長よりも十分に薄い膜厚で積層形成されているため、斜め蒸着層全体でひとつの光学軸をもつ位相差板となる。このため、入射角に対する位相差の変化が水晶などの無機光学結晶の位相差板よりも、非常に小さい。

図３に、薄膜位相差板（実線）と水晶位相差板（破線）での偏光透過率の角度依存性の一例を示す。位相差板に直線偏光を入射し、円偏光に変換された後の一方の直線偏光成分の透過率を偏光透過率とし、入射角に対しての偏光透過率を示したものである。入射角が０度の場合の偏光透過率を１．０として規格化している。薄膜位相差板は入射角が±３０度での偏光透過率は６％の低下に対して、水晶位相差板は入射角±５度で偏光透過率は１２％低下する。薄膜位相差板は入射角依存が非常に小さい位相差板であるため、集光光または発散光が入射する位置に配置しても、入射する直線偏光を高い効率で円偏光に変換できる。また、集光光または発散光が入射する位置に配置するため、１／４波長板３８のサイズは、従来の平行光が入射する位置に配置した場合に比べて、１／２以下のサイズに小型化でき、１／４波長板は大幅に低コスト化できる。

１／４波長板３８を透過して円偏光に変換された光は、アルミニウムや誘電体多層膜などの反射膜を形成した反射板３９で位相が反転され、逆回りの円偏光で発散光となり、１／４波長板３８を透過してＳ偏光に変換される。さらに、１／４波長板３８と反射板３９との間には、偏光を乱す部材を配置しないため、高効率でＰ偏光からＳ偏光に変換できる。

１／４波長板３８で変換されたＳ偏光は、再び、第２拡散板３７で拡散された後、コンデンサレンズ３６で平行光に変換され、ダイクロイックミラー２９で反射する。

このようにして、蛍光板３５からの蛍光光と、効率よく偏光変換された青色光とが、ダイクロイックミラー２９で合成され、白色光として出射される。蛍光発光の緑、赤成分を含む黄色光と半導体レーザー２１の青色光により、良好なホワイトバランスの発光特性を得ることができる。この発光スペクトル特性は、投写型表示装置の光学系で青、緑、赤の３原色光に分離しても、所望の色度座標の単色光を得ることができる。

１／４波長板には薄膜位相差板を用いて説明したが、光の波長と同等以下の微細周期構造で生じる複屈折を利用した微細構造性位相差板を用いてもよい。微細構造性位相差板は、光の波長と同等以下の微細構造のため、図３に示す薄膜位相差板と同様に、偏光透過率の入射角度依存特性が小さく、集光光が入射する位置に配置できる。

以上のように、本開示の光源装置は、複数の半導体レーザーからの光をダイクロイックミラーにより分離し、分離した一方の光で励起発光する緑、赤の色光と、集光光が入射する位置に配置された小型の位相差板により偏光変換されたもう一方の光である青色光とを、効率よく集光、合成して白色光を得るため、小型、高効率で安価な光源装置が構成できる。

（実施の形態２）
図４は本開示の実施の形態２にかかる光源装置の構成図である。

実施の形態２の光源装置７２は、半導体レーザー５１、放熱板５２、集光レンズ５３、ヒートシンク５４、コンデンサレンズ５６，５９、ミラー５７、第１位相差板である１／２波長板５８、第１拡散板６０、ダイクロイックミラー６１、第１集光素子であるコンデンサレンズ６２、６３、蛍光板６７、第２集光素子であるコンデンサレンズ６８、第２拡散板６９、第２位相差板である１／４波長板７０、及び反射板７１からなる。図中には固体光源からの出射する各光束５５の様相と、ダイクロイックミラー６１へ入射および出射する光の偏光方向を示している。蛍光板６７は、反射膜と蛍光体層６４を形成したアルミニウム基板６５とモーター６６から構成される。

本開示の実施の形態１の光源装置４０と同様な構成は、半導体レーザー５１、放熱板５２、集光レンズ５３、ヒートシンク５４、第１拡散板６０、コンデンサレンズ６２、６３、蛍光板６７、コンデンサレンズ６８、第２拡散板６９、第２位相差板である１／４波長板７０、反射板７１である。

２４個（６×４）を正方配置した半導体レーザー５１と集光レンズ５３を放熱板５２上に一定の間隔で２次元上に配置している。ヒートシンク５４は半導体レーザー５１を冷却するためのものである。半導体レーザー５１は、４４７ｎｍから４６２ｎｍの波長幅で青の色光を発光し、直線偏光を出射する。図４では半導体レーザー５１から出射する偏光は、位相差板を介さない状態で、ダイクロイックミラー６１の入射面に対してＰ偏光となるように、各半導体レーザーを配置している。複数の半導体レーザー５１を出射した光は対応する集光レンズ５３により、それぞれ集光され平行な光束５５に変換される。光束５５群は凸面のコンデンサレンズ５６で集光され、ミラー５７で反射する。反射した集光光は集光後、発散光となり第１位相差板である１／２波長板５８に入射する。１／２波長板５８への光の入射角は４０度以下である。１／２波長板５８は半導体レーザー５１の発光中心波長近傍で位相差が１／２波長となる位相差板である。１／２波長板５８は、図４中のＰ偏光方向を０度とした場合に、光学軸を３２．５度で配置したものである。１／２波長板５８は回転方向に調整機構を設けて、その光学軸の配置角度を調整できるようにしている。

半導体レーザー５１からのＰ偏光は、１／２波長板５８により偏光の方位が６５度に変換され、Ｐ偏光成分の光強度が１８％、Ｓ偏光成分の光強度が８２％となる。

１／２波長板５８は、誘電体材料の斜め蒸着による複屈折を利用した薄膜位相差板である。薄膜位相差板は無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性、信頼性に優れる。また、薄膜波長板は光の波長よりも十分に薄い膜厚で積層形成されているため、光の入射角に対する位相差の変化が水晶などの無機光学結晶の位相差板よりも、非常に小さい。このため、集光または発散する光が入射する位置に配置した場合であっても、半導体レーザー５１からのＰ偏光の方位を、高効率で、回転変換することができる。また、１／２波長板５８を集光光が入射する位置に配置するため、１／２波長板５８のサイズは、従来の平行光が入射する位置に配置した場合に比べて、１／２以下に小型化でき、１／２波長板は大幅に低コスト化できる。

１／２波長板５８を透過した光は、コンデンサレンズ５９で略平行光に変換され、第１拡散板６０に入射し、拡散されダイクロイックミラー６１に入射する。

図５に、ダイクロイックミラー６１の分光透過率特性を示す。ダイクロイックミラー６１は、透過率が５０％となる波長がＳ偏光で４６５ｎｍ、Ｐ偏光で４４２ｎｍという特性で、青色光を透過、反射し、緑、赤成分を含む色光については９６％以上で透過する特性である。ダイクロイックミラー６１へ入射する光のＳ偏光成分は反射され、Ｐ偏光成分は透過する。１／２波長板５８の光学軸を３２．５度に配置するため、入射光の偏光の方位が６５度となり、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の光強度は、それぞれ８２％、１８％となる。

ダイクロイックミラー６１で反射したＳ偏光の光はコンデンサレンズ６２、６３により集光され、光強度がピーク強度に対して１３．５％となる直径が１．５ｍｍ〜２．５ｍｍのスポット光に重畳され、蛍光板６７に入射する。第１拡散板６０はそのスポット光の径が所望の径となるよう光を拡散させる。蛍光板６７は反射膜と蛍光体層６４を形成したアルミニウム基板６５と中央部にモーター６６を備えた回転制御可能な円形基板である。蛍光板６７の反射膜は可視光を反射する金属膜もしくは誘電体膜であり、アルミニウム基板上に形成される。さらに反射膜上には蛍光体層６４が形成される。蛍光体層６４には青色光により励起され、緑、赤成分を含んだ黄色光を発光するＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を形成している。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２である。蛍光体層６４は円環状に形成している。

スポット光で励起された蛍光体層６４は緑、赤成分の光含む黄色光を発光する。蛍光板６７はアルミニウム基板であり、かつ回転させることにより、励起光による蛍光体層６４の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。蛍光体層６４に入射した光は、緑、赤成分の色光を蛍光発光し、蛍光板６７を出射する。また、反射膜側に発光する光は反射膜で反射し、蛍光板６７を出射する。蛍光板６７から出射した緑および赤の色光は、自然光となり、再びコンデンサレンズ６２、６３で集光され、略平行光に変換された後、ダイクロイックミラー６１を透過する。

一方、ダイクロイックミラー６１を透過する１８％のＰ偏光の青色光は、第２集光素子であるコンデンサレンズ６８に入射して、集光する。コンデンサレンズ６８の焦点距離は集光角度が４０度以下となるようにし、反射板７１の近傍に集光スポットを形成する。コンデンサレンズ６８で集光された集光光は第２拡散板６９に入射する。第２拡散板６９は入射する光を拡散させて、光強度分布を均一化するとともに、レーザー光のスペックルを解消する。第２拡散板６９は薄板のガラス表面に微細な凹凸形状で拡散面を形成したものである。第２拡散板６９は拡散面への１回の透過光で略４度の拡散角度を有し、偏光特性を維持するものである。

第２拡散板６９を透過した光は第２位相差板である１／４波長板７０に入射する。１／４波長板７０は半導体レーザー５１の発光中心波長近傍で位相差が１／４波長となる位相差板である。１／４波長板７０は、図４中のＰ偏光方向を０度とした場合に、光学軸を４５度で配置している。１／４波長板７０は、誘電体材料の斜め蒸着による複屈折を利用した薄膜位相差板である。薄膜位相差板は無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性、信頼性に優れる。

１／４波長板７０を透過して円偏光に変換された光は、アルミニウムや誘電体多層膜などの反射膜を形成した反射板７１で位相が反転され、逆回りの円偏光で発散光となり、１／４波長板７０を透過してＳ偏光に変換される。さらに、１／４波長板７０と反射板７１との間には、偏光を乱す部材を配置しないため、高効率でＰ偏光からＳ偏光に変換できる。

１／４波長板７０で変換されたＳ偏光は、再び、第２拡散板６９で拡散された後、コンデンサレンズ６８で平行光に変換され、ダイクロイックミラー６１で反射する。

このようにして、蛍光板６７からの蛍光光と、効率よく偏光変換された青色光とが、ダイクロイックミラー６１で合成され、白色光として出射される。蛍光発光の緑、赤成分を含む黄色光と半導体レーザー５１の青色光により、良好なホワイトバランスの発光特性を得ることができる。この発光スペクトル特性は、投写型表示装置の光学系で青、緑、赤の３原色光に分離しても、所望の色度座標の単色光を得ることができる。

本開示の実施の形態１では、ダイクロイックミラー２９の青色波長帯の透過率特性で、青色光の分離比率が決まり、やや分離比率にばらつきを生じる。一方、本開示の実施の形態２では、光学軸の配置角度調整可能な１／２波長板５８を用いて、ダイクロイックミラー６１を透過、反射する青色光の分離比率を制御するため、分離比率のばらつきが非常に小さい。このため、ホワイトバランス特性のばらつきが非常に小さくなる。

１／２波長板５８には薄膜位相差板を用いて説明したが、光の波長と同等以下の微細周期構造で生じる複屈折を利用した微細構造性位相差板を用いてもよい。

実施の形態２では、第１位相差板として１／２波長板５８を用いたが、半導体レーザー５１から出射する偏光がＳ偏光となるように配置して、第１位相差板として１／４波長板を用い、透過後の青色光のＳ偏光成分とＰ偏光成分とが所定の比率となるように、光学軸の配置角度を調整してもよい。

また、実施の形態２では、図４に示すように、発散光が入射する位置に１／２波長板５８を配置する構成を説明したが、集光光が入射する位置に１／２波長板５８を配置してもよい。例えば、ミラー５７で反射した集光光が集光する手前に、１／２波長板５８を配置してもよい。

以上のように、本開示の光源装置は、複数の半導体レーザーからの光を、集光光または発散光が入射する位置に配置した小型の１／２波長板と、ダイクロイックミラーにより一定の比率で偏光分離し、偏光分離した一方の光で励起発光する緑、赤を含む黄色光と、もう一方の青色光を効率よく集光、合成して白色光を得るため、ホワイトバランスのばらつきが小さく、小型、高効率で安価な光源装置が構成できる。

（実施の形態３）
図６は、本開示の実施の形態３にかかる第１の投写型表示装置の構成を示す図である。画像形成素子として、ＴＮモードもしくはＶＡモードであって、画素領域に薄膜トランジスタを形成したアクティブマトリクス方式の透過型の液晶パネルを用いている。

光源装置４０は、青色の半導体レーザー２１と、放熱板２２と、集光レンズ２３、ヒートシンク２４、レンズ２６、２７、第１拡散板２８、ダイクロイックミラー２９、コンデンサレンズ３０、３１、反射膜と蛍光体層３２を形成したアルミニウム基板３３とモーター３４から構成される蛍光板３５、コンデンサレンズ３６、第２拡散板３７、１／４波長板３８、反射板３９で構成される。以上は本開示の実施の形態１の光源装置４０であるので、その重複説明は省略する。

実施の形態３の投写型表示装置８０は、さらに、第１のレンズアレイ板２００、第２のレンズアレイ板２０１、偏光変換素子２０２、重畳用レンズ２０３、青反射のダイクロイックミラー２０４、緑反射のダイクロイックミラー２０５、反射ミラー２０６、２０７、２０８、リレーレンズ２０９、２１０、フィールドレンズ２１１、２１２、２１３、入射側偏光板２１４、２１５、２１６、液晶パネル２１７、２１８、２１９、出射側偏光板２２０、２２１、２２２、赤反射のダイクロイックミラーと青反射のダイクロイックミラーから構成される色合成プリズム２２３、及び投写レンズ２２４を含む。

光源装置４０からの白色光は、複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板２００に入射する。第１のレンズアレイ板２００に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板２０１に収束する。第１のレンズアレイ板２００のレンズ素子は液晶パネル２１７、２１８、２１９と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板２０１のレンズ素子は第１のレンズアレイ板２００と液晶パネル２１７、２１８、２１９とが略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。

第２のレンズアレイ板２０１から出射した光は偏光変換素子２０２に入射する。偏光変換素子２０２は、偏光分離プリズムと１／２波長板により構成され、光源からの自然光を一つの偏光方向の光に変換する。蛍光光は自然光であるため、一つの偏光方向に偏光変換されるが、青色光はＳ偏光の光で入射し、偏光変換されずに、Ｓ偏光で出射する。

偏光変換素子２０２からの光は重畳用レンズ２０３に入射する。重畳用レンズ２０３は第２のレンズアレイ板２０１の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル２１７、２１８、２１９上に重畳照明するためのレンズである。第１のレンズアレイ板２００、及び第２のレンズアレイ板２０１と、偏光変換素子２０２と、重畳用レンズ２０３を照明光学系としている。

重畳用レンズ２０３からの光は、色分離素子である青反射のダイクロイックミラー２０４、緑反射のダイクロイックミラー２０５により、青、緑、赤の色光に分離される。緑の色光はフィールドレンズ２１１、入射側偏光板２１４を透過して、液晶パネル２１７に入射する。青の色光は反射ミラー２０６で反射した後、フィールドレンズ２１２、入射側偏光板２１５を透過して液晶パネル２１８に入射する。赤の色光はリレーレンズ２０９、２１０や反射ミラー２０７、２０８を透過屈折および反射して、フィールドレンズ２１３、入射側偏光板２１６を透過して、液晶パネル２１９に入射する。

３枚の液晶パネル２１７、２１８、２１９は映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変化させ、それぞれの液晶パネル２１７、２１８、２１９の両側に透過軸が互いに直交するようにそれぞれ配置された入射側偏光板２１４、２１５、２１６と出射側偏光板２２０、２２１、２２２との組み合わせにより光を変調し、緑、青、赤の画像を形成する。出射側偏光板２２０、２２１、２２２を透過した各色光は色合成プリズム２２３により、赤、青の各色光がそれぞれ赤反射のダイクロイックミラー、青反射のダイクロイックミラーによって反射し、緑の色光と合成され、投写レンズ２２４に入射する。投写レンズ２２４に入射した光は、スクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

光源装置は、複数の固体光源で小型に構成され、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射するため、長寿命で、高輝度な投写型表示装置を実現できる。また、画像形成素子には、時分割方式ではなく偏光を利用する３枚の液晶パネルを用いているため、カラーブレイキングがなく色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。また、３つのＤＭＤ素子を用いた場合よりも、全反射プリズムが不要で、色合成用のプリズムが４５度入射の小型プリズムになるため、投写型表示装置が小型に構成できる。

以上のように、本開示の第１の投写型表示装置は、半導体レーザーである固体光源と、ダイクロイックミラーによって、半導体レーザー光からのＰ偏光の光を一定の強度比率で分離し、分離した一方の光で励起発光する緑および赤成分を含む黄色光と、分離したもう一方の光を小型の１／４波長板によって、効率よく偏光変換された青色光とを、合成して白色光を得ることができる光源装置を用いる。このため、小型で安価な投写型表示装置が構成できる。光源装置として図１に示す光源装置４０を用いているが、図４に示す光源装置７２を用いてよい。この場合、光源装置は、出射する白色光のホワイトバランスのばらつきが非常に小さく、安価な光源装置および投写型表示装置が構成できる。

画像形成素子として、透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いて構成してもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、より小型で高精細な投写型表示装置が構成できる。

（実施の形態４）
図７は、本開示の実施の形態４にかかる第２の投写型表示装置である。第２の投写型表示装置９０は、画像形成素子として、３つのＤＭＤを用いている。

光源装置４０は、青色の半導体レーザー２１と、放熱板２２と、集光レンズ２３、ヒートシンク２４、レンズ２６、２７、第１拡散板２８、ダイクロイックミラー２９、コンデンサレンズ３０、３１、反射膜と蛍光体層３２を形成したアルミニウム基板３３とモーター３４から構成される蛍光板３５、コンデンサレンズ３６、第２拡散板３７、１／４波長板３８、反射板３９で構成される。以上は本開示の実施の形態１の光源装置４０である。

光源装置４０から出射した白色光は、集光レンズ１００に入射し、ロッド１０１へ集光する。ロッド１０１への入射光はロッド内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化され出射する。ロッド１０１からの出射光はリレーレンズ１０２により集光され、反射ミラー１０３で反射した後、フィールドレンズ１０４を透過し、全反射プリズム１０５に入射する。ここで、集光レンズ１００、ロッド１０１、リレーレンズ１０２、反射ミラー１０３、およびフィールドレンズ１０４は、照明光学系の一例である。

全反射プリズム１０５は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層１０６を形成している。空気層１０６は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ１０４からの光は全反射プリズム１０５の全反射面で反射されて、カラープリズム１０７に入射する。

カラープリズム１０７は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射のダイクロイックミラー１０８と赤反射のダイクロイックミラー１０９が形成されている。カラープリズム１０７の青反射のダイクロイックミラー１０８と赤反射のダイクロイックミラー１０９により、青、赤、緑の色光に分離され、それぞれＤＭＤ１１０、１１１、１１２に入射する。ＤＭＤ１１０、１１１、１１２は映像信号に応じてマイクロミラーを偏向させ、投写レンズ１１３に入射する光と、投写レンズ１１３の有効外へ進む光とに反射させる。ＤＭＤ１１０、１１１、１１２により反射された光は、再度、カラープリズム１０７を透過する。カラープリズム１０７を透過する過程で、分離された青、赤、緑の各色光は合成され、全反射プリズム１０５に入射する。

全反射プリズム１０５に入射した光は空気層１０６に臨海角以下で入射するため、透過して、投写レンズ１１３に入射する。このようにして、ＤＭＤ１１０、１１１、１１２により形成された画像光がスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

光源装置は、複数の固体光源で構成され、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射するため、長寿命で、高輝度な投写型表示装置を実現できる。また、画像形成素子にＤＭＤを用いているため、液晶を用いた画像形成素子と比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型表示装置が構成できる。さらに、３つＤＭＤを用いているため、色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。

以上のように、本開示の第２の投写型表示装置は、半導体レーザーである固体光源と、ダイクロイックミラーによって、半導体レーザー光からのＰ偏光の光を一定の強度比率で分離し、分離した一方の光で励起発光する緑および赤成分を含む黄色光と、分離したもう一方の光を小型の１／４波長板によって、効率よく偏光変換された青色光とを、合成して白色光を得ることができる光源装置を用いる。このため、小型で安価な投写型表示装置が構成できる。光源装置として図１に示す光源装置４０を用いているが、図４に示す光源装置７２を用いてよい。この場合、光源装置は、出射する白色光のホワイトバランスのばらつきが非常に小さく、安価な光源装置および投写型表示装置が構成できる。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜４を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。

本開示は、画像形成素子を用いた投写型表示装置の光源装置に適用できる。

２１，５１ 半導体レーザー
２２，５２ 放熱板
２３，５３ 集光レンズ
２４，５４ ヒートシンク
２５，５５ 光束
２６，２７ レンズ
２８，６０ 第１拡散板
２９，６１ ダイクロイックミラー
３０，３１，３６，５６，５９，６２，６３，６８ コンデンサレンズ
３２，６４ 蛍光体層
３３，６５ アルミニウム基板
３４，６６ モーター
３５，６７ 蛍光板
３７，６９ 第２拡散板
３８ １／４波長板
３９，７１ 反射板
４０，７２ 光源装置
５７ ミラー
５８ １／２波長板
７０ １／４波長板
８０，９０ 投写型表示装置
１００ 集光レンズ
１０１ ロッド
１０２，２０９，２１０ リレーレンズ
１０３，２０６，２０７，２０８ 反射ミラー
１０４，２１１，２１２，２１３ フィールドレンズ
１０５ 全反射プリズム
１０６ 空気層
１０７ カラープリズム
１０８，２０４ 青反射のダイクロイックミラー
１０９ 赤反射のダイクロイックミラー
１１０，１１１，１１２ ＤＭＤ
１１３，２２４ 投写レンズ
２００ 第１のレンズアレイ板
２０１ 第２のレンズアレイ板
２０２ 偏光変換素子
２０３ 重畳用レンズ
２０５ 緑反射のダイクロイックミラー
２１４，２１５，２１６ 入射側偏光板
２１７，２１８，２１９ 液晶パネル
２２０，２２１，２２２ 出射側偏光板
２２３ 色合成プリズム

Claims (14)

1. 固体光源と、
   前記固体光源からの光の偏光の方位を変換し、Ｐ偏光とＳ偏光成分の光を一定の比率に制御する位相差板と、
   前記位相差板からの光を偏光分離するダイクロイックミラーと、を備え、
   前記位相差板は、前記固体光源と前記ダイクロイックミラーの間で、集光光または発散光が入射する位置に配置される、光源装置。
2. 前記位相差板は１／２波長板または１／４波長板である、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記位相差板は入射光角度が４０度以下となる位置に配置された、請求項１に記載の光源装置。
4. 前記位相差板は、斜め蒸着による複屈折を用いた薄膜位相差板、または微細構造による複屈折を用いた微細構造性位相差板である、請求項１に記載の光源装置。
5. 固体光源と、
   前記固体光源からの光の偏光の方位を変換し、Ｐ偏光とＳ偏光成分の光を一定の比率に制御する第１位相差板と、
   前記第１位相差板からの光を偏光分離するダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーからの光を集光する集光素子と、
   直線偏光の光を円偏光に変換する第２位相差板と、
   反射板と、を備え、
   前記第１位相差板は、前記固体光源と前記ダイクロイックミラーの間で、集光光または発散光が入射する位置に配置され、
   前記第２位相差板は、前記集光素子と前記反射板の間で、集光光および発散光が入射する位置に配置される、光源装置。
6. 前記第１位相差板は、１／２波長板または１／４波長板である、請求項５に記載の光源装置。
7. 前記第２位相差板は、１／４波長板である、請求項５に記載の光源装置。
8. 前記第１位相差板および前記第２位相差板の少なくとも１つは、入射光角度が４０度以下となる位置に配置される、請求項５に記載の光源装置。
9. 前記第１位相差板および前記第２位相差板の少なくとも１つは、斜め蒸着による複屈折を用いた薄膜位相差板、または微細構造による複屈折を用いた微細構造性位相差板である、請求項５に記載の光源装置。
10. 前記固体光源は青色半導体レーザーである、請求項１または５に記載の光源装置。
11. 前記固体光源を出射する光が直線偏光の光である、請求項１または５に記載の光源装置。
12. 光源と、
    前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系と、
    映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子と、
    前記画像形成素子で形成された画像を拡大投写する投写レンズと、を備え、
    前記光源が請求項１または５に記載の光源装置である、投写型表示装置。
13. 前記画像形成素子が液晶パネルである、請求項１２に記載の投写型表示装置。
14. 前記画像形成素子がミラー偏向型のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である、請求項１２に記載の投写型表示装置。

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