JP7484130B2 - 波長変換素子、光源装置およびプロジェクター - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1実施形態について、図1~図6を用いて説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
図1は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態のプロジェクター1は、スクリーンSCR上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター1は、照明装置2と、色分離光学系3と、光変調装置4Rと、光変調装置4Gと、光変調装置4Bと、合成光学系5と、投射光学装置6と、を備えている。照明装置2の構成については、後で説明する。
図2は、照明装置2の概略構成を示す図である。
図2に示すように、照明装置2は、光源装置20と、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子32と、重畳レンズ33と、を備えている。インテグレーター光学系31と重畳レンズ33とは、重畳光学系を構成している。
図3は、波長変換素子40の平面図である。図4は、図3のIV-IV線に沿う波長変換素子40の断面図である。
本実施形態の波長変換素子40においては、波長変換層41が光散乱体412を含んでいるため、波長変換層41に入射した励起光BLsは、光散乱体412によって波長変換層41内で多重散乱する。これにより、略全ての励起光BLsが蛍光YLに波長変換される。この蛍光YLがレイリーアノマリーと呼ばれる面内への光回折が起こる角度でナノアンテナ43に入射すると、蛍光YLは、面内への光回折によって、個々のナノアンテナ43を構成する金属粒子の局在表面プラズモンを励起しながら伝播する。これにより、大きな電場増強が発生する。このようにして増強された電場は、ナノアンテナ43のピッチPによって決まる特定の波長の光を、法線方向に強い指向性を持って放射する。ナノアンテナ43から基板45の側に向かって放射される蛍光YLも存在するが、この蛍光YLは反射層46によって反射され、再度ナノアンテナ43に向かって伝播する。
図5は、波長変換層41の厚さと波長変換層41内の光散乱体412の混入量とが波長変換効率に及ぼす影響を示している。図5において、横軸は波長変換層41の厚さ(μm)であり、左側の縦軸は波長変換効率(%)であり、右側の縦軸は波長変換層41から射出される蛍光YLのにじみの量(μm)である。光散乱体412として気孔を用い、光散乱体412の混入量は波長変換層41の全体積に対する光散乱体412の体積の割合で示し、0.2%、0.4%、0.8%、1.6%の4種類で変化させた。なお、蛍光YLのにじみは、蛍光YLが光散乱体412によって散乱することで横方向(波長変換層41の厚さ方向と交差する方向)に伝搬した結果、蛍光YLが励起光BLsの入射領域よりも外側に広がって射出される現象のことである。
図6に示すように、蛍光体から生成された蛍光YLのなだらかなスペクトルに加え、波長が610nmの個所に鋭いピークが生じている。このピークは、ナノアンテナ43による局在表面プラズモン励起で増強された電場による光回折に由来する高い指向性を持つ光である。図6の場合、蛍光YLのピーク波長は約530nmであり、緑色波長帯に位置している。これに対し、ナノアンテナ43によって法線方向に回折された光のピーク波長は約610nmである。このように、ナノアンテナ43によって法線方向に回折された光のピーク波長は、蛍光YLのピーク波長とは異なる。
以下、本発明の第2実施形態について、図7および図8を用いて説明する。
第2実施形態のプロジェクターの基本構成は第1実施形態と同様であり、照明装置および波長変換素子の構成が第1実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの全体の説明は省略する。
図7は、本実施形態の照明装置の概略構成図である。図8は、本実施形態の波長変換素子の断面図である。
図7および図8において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
2光源70は、青色光BLを射出する半導体レーザーと、半導体レーザーから射出された
青色光BLを平行化するコリメーターレンズと、を有している。第2光源70は、半導体
レーザーおよびコリメーターレンズを少なくとも一つずつ有していればよく、アレイ光源
21と同様、半導体レーザーおよびコリメーターレンズを複数個ずつ有していてもよい。
照明装置50のその他の構成は、第1実施形態と略同様である。
波長変換素子60のその他の構成は、第1実施形態と同様である。
例えば上記実施形態の波長変換素子において、波長変換層の側面からの光の漏れを抑制するため、波長変換層の側面に反射層が設けられていてもよい。または、波長変換層の側面に反射層が設けられておらず、波長変換層の側面から励起光を入射させる構成、波長変換層の側面から蛍光を射出させる構成等が採用されてもよい。
Claims (10)
- 第1面と第2面とを有し、第1波長帯を有する第1の光を前記第1波長帯とは異なる第2波長帯を有する第2の光に変換し、前記第2の光を前記第1面から射出する波長変換層と、
第3面と第4面とを有し、前記第3面が前記波長変換層の前記第1面に対向して設けられた透明部材と、
前記透明部材の前記第4面に設けられた複数のナノアンテナと、
前記波長変換層の前記第2面に対向して設けられ、少なくとも前記第2の光を反射させる反射層と、
前記波長変換層と前記反射層との間に設けられ、前記波長変換層と前記反射層とを接合する接合層と、
前記反射層の前記接合層と対向する面とは反対側の面に対向して設けられ、金属から構成される基板と、
を備え、
前記透明部材の厚さは、前記第2の光の波長以上であり、
前記波長変換層は、光散乱体を含み、
前記複数のナノアンテナは、前記第2波長帯のうちの特定の波長帯を有する第3の光を選択的に前記第4面の法線方向に向けて射出させ、
前記第1の光が前記第1面から前記波長変換層に入射される、波長変換素子。 - 前記基板は、平面視で前記波長変換層、前記反射層及び前記接合層よりも大きい、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記基板の前記反射層と対向する面とは反対側の面に設けられる放熱部材をさらに備える、請求項1または2に記載の波長変換素子。
- 前記透明部材の前記第4面に前記複数のナノアンテナを覆うように設けられ、少なくとも前記第2の光に対する光透過性を有する保護層をさらに備える、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
- 前記保護層の屈折率は、前記透明部材の屈折率とは異なる、請求項4に記載の波長変換素子。
- 第1面と第2面とを有し、第1波長帯を有する第1の光を前記第1波長帯とは異なる第2波長帯を有する第2の光に変換し、前記第2の光を前記第1面から射出する波長変換層と、
第3面と第4面とを有し、前記第3面が前記波長変換層の前記第1面に対向して設けられた透明部材と、
前記透明部材の前記第4面に設けられた複数のナノアンテナと、
前記波長変換層の前記第2面に対向して設けられ、前記第1の光を透過させ、前記第2の光を反射させるダイクロイック層と、
前記波長変換層と前記ダイクロイック層との間に設けられ、前記波長変換層と前記ダイクロイック層とを接合する接合層と、
前記ダイクロイック層の前記接合層と対向する面とは反対側の面に対向して設けられ、透光性を有する基板と、
を備え、
前記透明部材の厚さは、前記第2の光の波長以上であり、
前記波長変換層は、光散乱体を含み、
前記複数のナノアンテナは、前記第2波長帯のうちの特定の波長帯を有する第3の光を選択的に前記第4面の法線方向に向けて射出させ、
前記第1の光が前記第2面から前記波長変換層に入射される、波長変換素子。 - 前記第3の光のピーク波長は、前記第2の光のピーク波長とは異なる、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
- 前記第1の光は青色波長帯の光であり、
前記第2の光のピーク波長は緑色波長帯に位置し、前記第3の光のピーク波長は赤色波長帯に位置する、請求項7に記載の波長変換素子。 - 請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記第1の光からなる励起光を前記波長変換素子に向けて射出する光源と、
を備えた、光源装置。 - 請求項9に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
を備えた、プロジェクター。
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