KR101502679B1

KR101502679B1 - 광원 장치 및 프로젝터

Info

Publication number: KR101502679B1
Application number: KR1020130029318A
Authority: KR
Inventors: 나오츠구 오구라
Original assignee: 가시오게산키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2015-03-13
Also published as: CN103324015B; JP5982915B2; CN103324015A; US9151471B2; US20130250253A1; KR20130107237A; JP2013195822A

Abstract

광원 장치는, 제1 광원과, 형광체와, 제2 광원과, 합성 부재를 포함한다. 상기 합성 부재는, 가시광 반사막과 상기 가시광 반사막에 설치된, 가시광을 투과시키는 투과창을 구비한다. 상기 제2 광원과 상기 형광체와 상기 합성 부재는, 상기 제2 광원으로부터 사출되는 빛의 광축 상에 상기 투과창이 위치하고, 또한, 상기 형광체로부터 사출되는 발광광이, 상기 가시광 반사막에 의해, 상기 제2 광원으로부터 사출되는 광의 광축 방향으로 반사되도록 하는 위치 관계로, 상호 간에 배치되어 있다.

Description

광원 장치 및 프로젝터{LIGHT SOURCE DEVICE AND PROJECTOR}

본 발명은 광원 장치 및 이 광원 장치를 포함하는 프로젝터에 관한 것이다.

오늘날, 퍼스널 컴퓨터의 화면이나 비디오 화상, 그리고 메모리 카드 등에 기억되어 있는 화상 데이터에 의한 화상 등을 스크린에 투영하는 화상 투영 장치로서의 데이터 프로젝터가 많이 이용되고 있다. 이 프로젝터는 광원으로부터 사출(射出)된 광(光)을 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD®)라고 불리는 마이크로미러 표시소자 또는 액정판에 집광시키고, 스크린 상에 컬러 화상을 표시시키는 것이다.

이러한 프로젝터에 있어서, 종래에는 고휘도의 방전 램프를 광원으로 하는 것이 주류였지만, 근래에는 광원으로서 발광 다이오드나 레이저 다이오드, 또는 유기 EL, 형광체 발광 등을 이용하는 개발이나 제안이 많아지고 있다. 예를 들어, 일본 특허출원공개 제2011-13320호에서는, 청색의 파장을 갖는 여기(勵起) 광을 사출하는 레이저 광원으로부터의 여기 광을 확산시킴으로써 얻은 청색광과, 적색광을 사출하는 적색 발광 다이오드로부터의 적색광과, 상기 레이저 광원으로부터의 여기광을 받아서 녹색광을 발광하는 형광체로부터의 녹색광을 사출하는 광원 장치가 제안되어 있다. 이 광원 장치에서는 각 광원으로부터의 청색광, 녹색광, 적색광을 하나의 화상 표시 소자 상에 합성하기 위해, 임의의 파장을 투과, 반사할 수 있는 다이크로익(dichroic; 색선별) 미러를 이용하고 있다.

상기 일본 특허출원공개 제2011-13320호 공보에 개시되어 있는 것과 같은 다이크로익 미러에서는, 합성되는 광의 파장이 각각 단파장광, 또는 좁은 대역에서의 파장광이면, 높은 효율로 광을 합성하는 것이 가능하다. 그렇지만, 광범위한 파장 분포를 갖는 광을 합성하는 경우에는, 일부 파장 대역이 합성되지 않고 손실이 되는 경우가 있다.

도 1은 녹색광의 광원으로서 이용가능한 YAG(이트륨·알루미늄·가네트) 형광체의 발광 분포의 예를 도시하고 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 상기 형광체의 발광 분포의 단파장 측에 있어서는, 청색 광원에서 사용되는 약 440~460nm의 파장 대역에는 발광 성분이 없다. 이에 대해서, 장파장 측에서는, 적색 광원에서 사용되는 약 620~640nm의 파장 대역에 발광 성분이 존재하고 있다.

이와 같은 형광체에 의한 발광광과 적색광 및 청색광을 합성하는 경우, 예를 들면, 도 2에 도시된 것처럼, 45도 입사에서 500~600nm의 광을 반사하고 적색과 청색의 파장대를 투과하는 특성을 갖는 다이크로익 필터를 사용함으로써, 합성이 가능하게 된다. 이러한 다이크로익 필터를 사용해서 복수의 파장의 광을 합성하는 다이크로익 미러에 있어서의 반사와 투과 특성의 천이 파장 대역은, 비용이나 제조 수율을 고려하면 30~40nm의 파장 폭에서 완만하게 특성을 변화시키는 것이 일반적이다. 따라서, 도 1에 도시된 것과 같은 형광체의 발광광을, 도 2에 도시된 것과 같은 다이크로익 필터를 사용하여 적색광 및 청색광과 합성하면, 대략 580nm부터 서서히 반사율이 저하되어 가고, 620nm 이상의 발광 성분은 대체로 투과되어 버려서, 적색광 및 청색광과 합성되지 않게 된다. 이 때문에, 이 예에서는, 형광체에 의한 형광광의 7% 정도가 합성되지 않고, 낭비되어 버린다.

(특허출원 1) JP2011-13320 2011. 1. 20.

본 발명은 상기의 관점에 비추어 개발된 것이고, 형광체의 발광광을 거의 손실시키지 않고 유효하게 이용하는 것이 가능한 광원 장치, 및 이 광원 장치를 포함하는 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 태양에 의하면, 제1 파장 대역의 여기광을 사출하는 제1 광원과, 상기 제1 광원으로부터의 상기 여기광을 받아서, 상기 제1 파장 대역과는 다른 제2 파장 대역의 광을 발광하는 형광체와, 상기 제2 파장 대역과는 다른 파장 대역의 광을 사출하는 제2 광원과, 가시광을 반사하는 가시광 반사막, 및 상기 가시광 반사막에 설치된, 가시광을 투과시키는 투과창을 구비한 합성 부재를 포함하고, 상기 제2 광원으로부터 사출되는 광의 광축 상에 상기 합성 부재의 상기 투과창이 위치하고, 상기 형광체로부터 사출되는 발광광이 상기 합성 부재의 상기 가시광 반사막에 의해서 상기 제2 광원으로부터 사출되는 광의 광축 방향으로 반사되도록 하는 위치 관계로, 상기 제2 광원과 상기 형광체와 상기 합성 부재를 상호 간에 배치한 광원 장치가 제공된다.

본 발명의 제2 태양에 의하면, 본 발명의 제1 태양에 의한 광원 장치와, 표시 소자와, 상기 광원 장치로부터의 광을 상기 표시 소자로 유도하는 광원측 광학계와, 상기 표시 소자로부터 사출된 화상을 투영하는 투영측 광학계와, 상기 광학 장치 및 상기 표시 소자를 제어하는 프로젝터 제어부를 포함하는 프로젝터가 제공된다.

본 발명에 의하면, 형광체의 발광광의 대부분은 가시광 반사막으로 반사되고, 투과창의 부분만 형광체의 발광광이 투과하기 때문에, 형광체의 발광광을 대부분 손실시키지 않고 유효하게 이용할 수 있는 광원 장치, 및 이 광원 장치를 포함하는 프로젝터를 제공할 수 있다.

본 발명은, 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해서, 보다 충분히 이해될 것이지만, 이들은 다만 설명을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1은 YAG 형광체의 발광 분포의 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 다이크로익 필터의 반사/투과 특성의 예를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 프로젝터의 구성예를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 광원 장치를 포함하는 광학계의 일 예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5a는 제1 실시 형태에 의한 광원 장치에 있어서의 합성 부재의 구성예를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 A-A' 선을 따라 얻어진 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 광원 장치에 있어서의 합성 부재의 구성예를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 6b는 도 6a의 A-A' 선을 따라 얻어진 단면도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

[제1 실시 형태]

본 발명의 제1 실시 형태에 의한 프로젝터는, 마이크로미러 표시 소자를 이용한 디지털 광원 처리(Digital Light Processing; DLP®) 방식을 이용한다. 본 실시 형태의 프로젝터 10의 구성의 개요를 도 3에 도시한다. 이 프로젝터 10은, 입력부 11, 화상 변환부 12, 광원 장치 및 표시 소자를 제어하는 프로젝터 제어부로서의 투영 처리부 13, 표시 소자로서의 마이크로미러 소자 14, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 광원 장치로서의 광원부 15, 상기 광원 장치로부터의 광을 상기 표시 소자로 유도하는 광원측 광학계로서의 미러 16, 상기 표시 소자로부터 사출된 화상을 스크린 등에 투영하는 투영측 광학계로서의 투영 렌즈부 17, CPU 18, 메인 메모리 19, 프로그램 메모리 20, 조작부 21, 음성 처리부 22, 스피커 23을 포함한다.

입력부 11에는, 예를 들면 핀 잭(pin jack)(RCA) 타입의 비디오 입력 단자나, D-서브 15 타입의 RGB 입력 단자와 같은 단자가 설치되어 있고, 아날로그 화상 신호가 입력된다. 입력부 11은, 입력된 각종 규격의 아날로그 화상 신호를 디지털 화상 신호로 변환한다. 입력부 11은 변환한 디지털 화상 신호를 시스템 버스 SB를 거쳐 화상 변환부 12로 출력한다. 또한, 입력부 11에는, 예를 들면 HDMI® 단자 등도 설치되고, 아날로그 화상 신호에 더하여, 또는 대신해서, 디지털 화상 신호도 입력될 수 있도록 해도 좋다. 또한, 입력부 11에는 아날로그 또는 디지털 신호에 의한 음성 신호가 입력된다. 입력부 11은, 입력된 음성 신호를 시스템 버스 SB를 거쳐 음성 처리부 22로 출력한다.

화상 변환부 12는, 스케일러(scaler)라고도 불린다. 화상 변환부 12는, 입력된 화상 데이터를 투영에 적합한 포맷의 화상 데이터로 변환하고, 변환 데이터를 투영 처리부 13에 송신한다. 필요에 따라 화상 변환부 12는, 온 스크린 디스플레이(On Screen Display; OSD)용의 각종 동작 상태를 나타내는 부호(심벌)를 중첩한 화상 데이터를, 가공 화상 데이터로서 투영 처리부 13에 송신한다.

광원부 15는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 원색광을 포함하는 복수 컬러의 광을 사출한다. 광원부 15로부터 사출된 광은, 미러 16에서 전반사되고, 마이크로미러 소자 14에 입사된다. 여기서, 광원부 15는, 복수의 컬러를 시분할로 순차적으로 사출하도록 구성되어 있다. 또는, 복수의 컬러 모두를 항상 사출하도록 구성되어도 좋다. 어느 쪽으로 할 것인지는 프레임 순차 표시 방식으로 컬러 화상을 표현하는지 여부에 달려있다. 이하, 프레임 순차 표시 방식의 경우를 예로 하여 각 부의 구성을 설명한다.

마이크로미러 소자 14는 어레이 형상으로 배열된 복수의 미소(微小) 미러를 포함한다. 각 미소 미러는 고속으로 온/오프 동작하여, 광원부 15로부터 조사된 광을 투영 렌즈부 17의 방향으로 반사시키거나, 투영 렌즈부 17의 방향으로부터 벗어나게 한다. 마이크로미러 소자 14에는 미소 미러가 예를 들면 WXGA(Wide eXtended Graphic Array)(가로 1280화소×세로 800화소)로 배열되어 있다. 각 미소 미러에 있어서의 반사에 의해서 마이크로미러 소자 14는, 예를 들면 WXGA 해상도의 화상을 형성한다. 이와 같이, 마이크로미러 소자 14는, 공간적 광 변조 소자로서 기능한다.

투영 처리부 13은, 화상 변환부 12로부터 송신된 화상 데이터에 따라 그 화상 데이터가 나타내는 화상을 표시시키기 위해, 마이크로미러 소자 14를 구동한다. 즉, 투영 처리부 13은 마이크로미러 소자 14의 각 미소 미러를 온/오프 동작시킨다. 여기서 투영 처리부 13은 마이크로미러 소자 14를 고속으로 시분할 구동한다. 단위 시간의 분할수는, 소정의 포맷에 따른 프레임 레이트, 예를 들면 60[프레임/초]와, 색성분의 분할수와, 표시 계조수(gradation number)를 곱하여 얻어지는 수이다. 또한, 투영 처리부 13은, 마이크로미러 소자 14의 동작과 동기시켜서 광원부 15의 동작도 제어한다. 즉, 투영 처리부 13은 각 프레임을 시분할하여 프레임마다 모든 색성분의 광을 순차적으로 사출하도록 광원부 15의 동작을 제어한다.

투영 렌즈부 17은 마이크로미러 소자 14로부터 유도된 광을, 예를 들면 도시되지 않은 스크린 등에 투영하는 광으로 조정한다. 따라서, 마이크로미러 소자 14에 의한 반사광으로 형성된 광 이미지(light image)는 투영 렌즈부 17을 거쳐 스크린 상에 투영 표시된다.

음성 처리부 22는, PCM 음원 등의 음원 회로를 포함한다. 입력부 11로부터 입력된 아날로그 음성 데이터에 기초하여, 또는 투영 동작 시에 주어진 디지털 음성 데이터를 아날로그화한 신호에 기초하여, 음성 처리부 22는 스피커 23을 구동하여 확성 방음시킨다. 또한, 음성 처리부 22는, 필요에 따라 삐(beep) 소리 등을 발생시킨다. 스피커 23은 음성 처리부 22로부터 입력된 신호에 기초하여 음성을 사출하는 일반적인 스피커이다.

CPU 18은, 화상 변환부 12, 투영 처리부 13 및 음성 처리부 22의 동작을 제어한다. 이 CPU 18은, 메인 메모리 19 및 프로그램 메모리 20과 접속되어 있다. 메인 메모리 19는, 예를 들면 SRAM으로 구성된다. 메인 메모리 19는, CPU 18의 작업 메모리(work memory)로서 기능한다. 프로그램 메모리 20은 전기적으로 재기록가능한(rewritable) 불휘발성 메모리로 구성된다. 프로그램 메모리 20은 CPU 18이 실행하는 동작 프로그램이나 각종 정형 데이터 등을 기억한다. 또한, CPU 18은, 조작부 21과 접속되어 있다. 조작부 21은 프로젝터 10의 본체에 설치되어 있는 키 조작부와, 프로젝터 10 전용의 리모트 컨트롤러(도시되지 않음)로부터의 적외광을 수취하는 적외선 수광부를 포함한다. 조작부 21은, 사용자가 본체의 키 조작부 또는 리모트 컨트롤러로 조작한 키에 기초한 키 조작 신호를 CPU 18에 출력한다. CPU 18은 메인 메모리 19 및 프로그램 메모리 20에 기억된 프로그램이나 데이터를 이용하여, 조작부 21로부터의 사용자의 지시에 따라 프로젝터 10의 각 부의 동작을 제어한다.

다음으로, 광원부 15, 미러 16, 마이크로미러 소자 14 및 투영 렌즈부 17을 포함하는 본 실시 형태에 의한 프로젝터 10의 광학계를 도 4를 참조하여 설명한다.

본 발명의 제1 실시 형태에 의한 광원 장치로서의 광원부 15에는, 청색 여기광을 사출하는 제1 광원 110과, 적색광 및 청색광을 사출하는 제2 광원 120과, 합성 부재 140과, 형광체 유닛 160과, 광학계 170이 설치되어 있다.

제1 광원 110은, 청색의 여기광을 방출하는 반도체 발광 소자인 청색 반도체 레이저(레이저 다이오드; LD) 112를 하나 또는 복수개 갖는다. 또한, 제1 광원 110은, 각 청색 LD 112에 대응하여 제1 콜리메이터(collimator) 렌즈 114를 포함한다. 이와 같은 구성의 제1 광원 110은, 청색 LD 112로부터의 청색 여기광(레이저 광)을 제1 콜리메이터 렌즈 114에 의해 거의 평행광으로 변환하고, 합성 부재 140의 방향으로 사출한다.

제2 광원 120은, 적색의 광을 방사하는 반도체 발광 소자인 적색 발광 다이오드(LED) 122를 하나 또는 복수개 갖는다. 또한, 제2 광원 120은 청색의 광을 방사하는 반도체 발광 소자인 청색 LED 124를 하나 또는 복수개 갖는다. 이들 적색 LED 122 및 청색 LED 124는, 그 광축이 상기 제1 광원 110의 광축과 거의 90도의 각도를 이루도록 배치되어 있다. 또한, 제2 광원 120은 각 적색 LED 122 및 청색 LED 124에 대응하여 복수의 제2 콜리메이터 렌즈 126을 포함한다. 이와 같은 구성의 제2 광원 120은, 적색 LED 122 및 청색 LED 124로부터의 적색광 및 청색광을 제2 콜리메이터 렌즈 126에 의해 거의 평행광으로 변환하고, 합성 부재 140의 방향으로 사출한다.

합성 부재 140은, 상기 제1 광원 110의 광축과 상기 제2 광원 120의 광축의 양쪽에 대하여 45도의 기울기를 갖도록 배치된 반사 미러이다. 그 반사면은 형광체 유닛 160 측에 설치되어 있다. 다만, 구체적으로는 도 5a, 5b를 참조하여 후술하지만, 그 형광체 유닛 160 측의 전체 면이 반사 영역으로서 구성되어 있는 것은 아니고, 투과창 142가 적어도 두 개 구성되어 있다. 이 투과창 142의 개수는 제1 광원 110의 청색 LD 112의 개수 및, 제2 광원 120의 적색 및 청색 LED 122, 124의 개수에 따라 정해지고, 또한, 그 위치도 청색 LD 112 및 적색, 청색 LED 122, 124의 광축에 대응한 위치에 구성된다. 도 4에 도시된 예에서는, 제1 광원 110의 청색 LD 112의 개수를 두 개, 제2 광원 120의 적색 및 청색 LED 122, 124의 개수를 각각 1개로 하여 총 두 개로 하고 있다. 그리고, 투과창 142의 위치에서 제1 광원 110의 하나의 청색 LD 112의 광축과 제2 광원 120의 적색 LED 122의 광축이 교차하고, 제1 광원 110의 다른 청색 LD 112의 광축과 제2 광원 120의 청색 LED 124의 광축이 교차하도록, 제1 광원 110의 각 청색 LD 112, 제2 광원 120의 적색 및 청색 LED 122, 124, 및 합성 부재 140의 위치 관계를 설계함으로써, 합성 부재 140에는 합계 4개가 아니라 2개의 투과창 142만으로도 충분하도록 되어 있다. 이러한 구성의 합성 부재 140에서는, 제1 광원 110의 각 청색 LD 112로부터 도래한 청색 여기광은 투과창 142에 의해 합성 부재 140을 통과하여 형광체 160에 조사된다. 또한, 제2 광원 120의 적색 및 청색 LED 122, 124로부터 도래한 적색 및 청색광은 투과창 142에 의해 합성 부재 140을 통과하여 광학계 170에 이른다.

형광체 유닛 160은, 집광 광학계 162와, 형광체 판 164를 포함한다. 집광 광학계 162는 합성 부재 140으로부터 입사된 청색 여기광을 형광체 판 164의 형광체(도시되지 않음)에 집광시킨다. 형광체 판 164의 형광체는, 청색 여기광에 의해 여기되어 500~600nm의 파장 성분(녹색 파장 대역)을 많이 포함하는, 폭이 넓은 파장 분포를 갖는 발광광을 발광한다. 이 발광광은 형광체로부터 등방성으로 방사되지만, 형광체 판 164에 설치된 반사판(도시되지 않음)에 의해 집광 광학계 162의 방향으로 사출되고, 집광 광학계 162를 거쳐 합성 부재 140의 방향으로 진행한다. 그리고, 합성 부재 140의 반사면(투과창 142의 부분을 제외)에 의해서 반사되고, 상기 제1 광원 110으로부터의 청색 여기광의 광축에 대해서 90도로 교차하도록 광축의 방향이 변경된다. 그 결과, 형광체 유닛 160으로부터의 녹색 파장 성분을 많이 포함한 발광광이 광학계 170으로 유도된다.

광학계 170은 마이크로렌즈 어레이 172와 렌즈 174를 포함한다. 마이크로렌즈 어레이 172는, 복수의 마이크로렌즈(도시되지 않음)가 2차원 어레이 형상으로 모여진 구성을 갖는다. 마이크로렌즈 어레이 172는 합성 부재 140으로부터 도래한 광을 평면광이 되게 한다. 이 평면광은 렌즈 174에 조사된다. 렌즈 174는 마이크로렌즈 어레이 172로부터 도래한 평면광, 즉, 제1 광원 110으로부터 사출된 청색 여기광에 의한 형광 발광의 녹색 파장 성분을 많이 포함한 녹색 발광광과, 제2 광원 120으로부터 사출된 적색광과, 제2 광원 120으로부터 사출된 청색광을 마이크로미러 소자 14에 조사시키기 위해, 미러 16으로 유도한다.

미러 16에서 반사된 녹색 발광광, 청색광, 적색광은 각각, 마이크로미러 소자 14에 조사된다. 마이크로미러 소자 14는, 투영 렌즈부 17 방향으로의 반사광에 의해서 광 이미지를 형성한다. 이 광 이미지는 투영 렌즈부 17을 거쳐 투영 대상인 스크린(도시되지 않음) 등에 조사된다.

다음으로, 본 실시 형태에 의한 프로젝터 10의 동작을 설명한다. 이하의 동작은 CPU 18의 제어 하에 투영 처리부 13이 실행하는 것이다. 예를 들어, 녹색 발광광을 위한 청색 LD 112와, 적색광을 위한 적색 LED 122와, 청색광을 위한 청색 LED 124의 발광 타이밍, 마이크로미러 소자 14의 동작 등은, 모두 투영 처리부 13에 의해 제어된다.

적색광(R), 녹색 발광광(G), 청색광(B)의 3색의 광을 마이크로미러 소자 14에 입사시키는 경우를 예로 들어 설명한다. 적색광을 마이크로미러 소자 14에 입사시키는 타이밍에서는, 적색 LED 122는 점등하고, 청색 LD 112 및 청색 LED 124는 소등한다. 녹색 발광광을 마이크로미러 소자 14에 입사시키는 타이밍에서는, 청색 LD 112는 점등하고 적색 LED 122 및 청색 LED 124는 소등한다. 청색광을 마이크로미러 소자 14에 입사시키는 타이밍에서는, 청색 LED 124는 점등하고 청색 LD 112 및 적색 LED 122는 소등한다. 이렇게 해서, 마이크로미러 소자 14에는 적색광, 녹색 발광광, 및 청색광이 순차적으로 입사된다.

즉, 적색 LED 122가 점등되면, 적색 LED 122로부터 사출된 적색광은 제2 콜리메이터 렌즈 126을 거쳐 합성 부재 140에 조사된다. 이 적색광의 광축에 대응하여, 합성 부재 140에는 투과창 142가 설치되어 있기 때문에 조사된 적색광은 합성 부재 140을 통과하여 광학계 170으로 유도되고, 거기서 평면광이 된다. 이 평면광은 미러 16을 거쳐 마이크로미러 소자 14에 입사된다.

마이크로미러 소자 14는 적색의 광에 대해서 미소 미러마다(화소마다), 화상 데이터에 기초한 휘도가 높을수록 입사된 광을 투영 렌즈부 17로 유도하는 시간을 길게 하고, 휘도가 낮을수록 입사된 광을 투영 렌즈부 17로 유도하는 시간을 짧게 한다. 즉, 투영 처리부 13은, 휘도가 높은 화소에 대응하는 미소 미러가 장시간 온(ON) 상태가 되도록, 휘도가 낮은 화소에 대응하는 미소 미러가 장시간 오프(OFF) 상태가 되도록, 마이크로미러 소자 14를 제어한다. 이렇게 해서, 투영 렌즈부 17로부터 사출되는 광에 대해서, 미소 미러마다(화소마다) 적색의 휘도가 표현된다.

마찬가지로, 청색 LED 124가 점등되면, 청색 LED 124로부터 사출된 청색광은 제2 콜리메이터 렌즈 126을 거쳐 합성 부재 140에 조사된다. 이 청색광은 대응하는 투과창 142에 의해 합성 부재 140을 통과하여 광학계 170에서 평면광이 된다. 이 평면광은 미러 16을 거쳐 마이크로미러 소자 14에 입사된다. 마이크로미러 소자 14에 의하여 미소 미러마다(화소마다) 청색의 휘도가 표현된다.

청색 LD 112가 점등되면, 청색 LD 112로부터 사출된 청색 여기광은 제1 콜리메이터 렌즈 114를 거쳐 합성 부재 140에 조사된다. 이 청색 여기광은 대응하는 투과창 142에 의해 합성 부재 140을 통과하여 형광체 유닛 160으로 입사된다. 입사된 청색 여기광에 의해, 형광체 유닛 160으로부터 녹색 파장 성분을 많이 포함하는 발광광이 사출된다. 이 녹색 발광광은 합성 부재 140에서 반사되어 광학계 170 및 미러 16을 거쳐 마이크로미러 소자 14에 입사된다. 마이크로미러 소자 14에 의해 미소 미러마다(화소마다) 녹색의 휘도가 표현된다.

프레임마다, 미소 미러가 온이 되어 있는 시간으로 표현된 휘도를 각 색에 대해서 조합시킴으로써 화상이 표현된다. 상기한 바와 같이 함으로써, 투영 렌즈부 17로부터는 화상이 표현된 투영광이 사출된다. 이 투영광이, 예를 들면, 스크린 등에 투영됨으로써 그 스크린 등에는 화상이 표시된다.

다음으로, 상기 합성 부재 140의 구체적인 구성에 대해서 도 5a, 5b를 참조하여 설명한다. 도 5a는 형광체 유닛 160 측으로부터 본 합성 부재 140의 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 A-A' 선을 따라 얻어진 단면도이다.

합성 부재 140은 유리 기판 144의 형광체 유닛 160 측이 되는 면(녹색 발광광의 입사면 측)에, 약 400~700nm의 가시광을 반사하는 가시광 반사막 146이 성막(成膜)되어 있다. 그리고, 이 가시광 반사막 146에는, 도 4에 도시된 것과 같이 청색 LD 112는 두 개, 적색 LED 122는 1개, 청색 LED 124는 1개로 한 경우, 청색 여기광과 적색광이 통과하는 영역과, 청색 여기광과 청색광이 통과하는 영역의 두 군데에 가시광을 투과하는 투과창 142가 설치되어 있다. 이 투과창 142는 임의의 크기 및 형상을 갖지만, 청색 LD 112로부터의 청색 여기광, 적색 LED 122로부터의 적색광 및 청색 LED 124로부터의 청색광을 가능한 한 가로막지 않는 크기 및 형상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 합성 부재 140의 유리 기판 144의 제1 및 제2 광원 110, 120 측이 되는 면(청색 여기광, 적색광 및 청색광의 입사면 측)에는, 청색 여기광, 적색광 및 청색광이 유리 기판 144에 입사될 때의 반사를 방지하기 위해, 반사 방지면 148이 성막되어 있다. 이 반사 방지막 148에 의해, 합성 부재 140에 도래한 청색 여기광, 적색광 및 청색광의 거의 전부가 유리 기판 144 내에 입사되기 때문에, 반사에 의한 광량 손실을 방지할 수 있다.

본 실시 형태에 의하면, 광원 장치인 광원부 15를, 청색의 여기광을 사출하는 제1 광원 110과, 상기 제1 광원 110으로부터의 상기 여기광을 받아서 녹색 파장 대역의 광을 발광하는 형광체를 포함하는 형광체 유닛 160과, 적색의 광을 사출하는 제2 광원 120의 적색 LED 122와, 가시광을 반사하는 가시광 반사막 146 및 상기 가시광 반사막 146에 설치된 가시광을 투과하는 투과창 142를 포함한 합성 부재 140을 구비하고, 상기 제2 광원 120의 적색 LED 122로부터 사출되는 적색광의 광축 상에 상기 합성 부재 140의 상기 투과창 142가 위치되고 상기 형광체로부터 사출되는 상기 발광광이 상기 합성 부재 140의 상기 가시광 반사막 146에 의해서 상기 제2 광원 120의 적색 LED 122로부터 사출되는 적색광의 광축 방향으로 반사되도록 하는 위치 관계로 상기 제2 광원 120의 적색 LED 122와 상기 형광체와 상기 합성 부재 140을 상호 간에 배치한 것으로 하고 있다.

이러한 구성의 광원부 15에 의하면 형광체의 발광광의 대부분은 가시광 반사막 146에서 반사되고, 투과창 142의 부분만 형광체 발광광이 투과하기 때문에, 형광체의 발광광을 대부분 손실시키지 않고 유효하게 이용할 수 있다. 즉, 형광체의 발광광은 녹색 파장 성분을 많이 포함하지만, 폭이 넓은 파장 성분을 갖고, 이러한 발광광을 적색광을 투과하고 녹색광을 반사하는 다이크로익 막으로 반사시킨 것으로는 일부의 파장 대역이 합성되지 않고 손실되어 버린다. 이에 비해서, 본 실시 형태에 의한 광원 장치로서의 광원부 15에서는 형광체의 발광광을 거의 손실시키지 않고 유효하게 이용하는 것이 가능해지고, 밝은 광을 얻을 수 있다. 따라서, 이러한 실시 형태에 의한 광원 장치를 포함한 본 실시 형태에 의한 프로젝터 10은 화상을 밝게 투영하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 상기 제1 광원 110, 상기 형광체, 및 상기 합성 부재 140을, 상기 제1 광원 110으로부터 사출된 상기 여기광이 상기 합성 부재 140의 상기 투과창 142를 통과하여 상기 형광체에 조사되도록 한 위치 관계로 상호 간에 배치하고 있다. 이렇게 함으로써, 제1 광원 110으로부터의 여기광이 통과하는 부분과 적색광이 투과하는 부분을 동일한 장소로 해서, 투과창 142의 개수를 줄일 수 있다. 물론, 각각이 투과하는 부분을 별개의 장소로 하여, 각각의 투과창 142를 설치해도 좋지만, 반사되지 않고 투과해 버리는 형광 발광광을 가능한 한 적어지게 하기 위해서는, 투과창 142는 적으면 적을수록 좋다는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 본 실시 형태에서는 상기 합성 부재 140은, 상기 투과창 142가 설치된 상기 가시광 반사막 146이 형성된 유리 기판 144와, 상기 유리 기판 144의 상기 가시광 반사막 146이 형성된 면에 대향하는 면에 성막된 반사 방지막 148을 더 포함한다. 이 반사 방지막 148에 의해 합성 부재 140에 도래한 청색 여기광, 적색광, 및 청색광의 거의 전부가 상기 유리 기판 144 내로 입사되기 때문에 반사에 의한 광량 손실을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 상기 제2의 광원 120은 청색의 광을 사출하는 청색 LED 124를 포함하고 있다. 이에 의해, 청색의 광도 상기 합성 부재 140의 투과창 142를 통과하여 광학계 170으로 유도할 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태를 설명한다. 본 제2 실시 형태에 의한 프로젝터는, 광원부 15의 합성 부재 140의 구성이 다를 뿐, 그 외의 구성은 상기 제1 실시 형태와 유사하기 때문에 유사한 부분의 설명은 생략하고 다른 부분에 관해서만 설명한다.

본 제2 실시 형태에 의한 광원 장치로서의 광원부 15는, 도 6a, 6b에 도시된 것과 같은 구성의 합성 부재 140을 포함하고 있다. 또한, 도 6a는 형광체 유닛 160 측으로부터 본 합성 부재 140의 평면도이고, 도 6b는 도 6a의 A-A' 선을 따라 얻어진 단면도이다.

본 제2 실시 형태의 합성 부재 140에 있어서는, 상기 제1 실시 형태에서 설명한 것과 같은 약 400~700nm의 가시광을 반사하는 상기 가시광 반사막 146과 상기 유리 기판 144와의 사이에, 적색광 및 청색광을 투과하고 녹색광을 반사하는 다이크로익 막 150이 성막되어 있다. 그리고, 가시광 반사막 146에는, 상기 제1 실시 형태와 유사하게, 임의의 크기 및 형상의 투과창 142가 설치되어 있다.

또한, 다이크로익 막 150은 유리 기판 144 상의 전체 면에 성막되고, 그 위에 가시광 반사막 146을 성막하는 것이, 제조 공정상 간단하고, 적은 비용으로 형성할 수 있지만, 유리 기판 144 상의 전체 면에 성막할 필요는 없고, 적어도 투과창 142에 대응하여 다이크로익 막 150이 형성되어 있으면 된다.

이와 같은 합성 부재 140을 이용한 상기 제2 실시 형태에 의하면, 상기 제1 실시 형태와 유사한 효과를 나타낸다. 또한, 상기 합성 부재 140은, 적어도 상기 투과창 142에 대응하여 적색의 광 및 청색의 광을 투과하고 녹색의 광을 반사하는 다이크로익 막 150이 형성되어 있기 때문에, 투과창 142에 입사된 형광체 유닛 160으로부터의 녹색 파장 성분을 많이 포함하지만 폭이 넓은 파장 분포를 갖는 발광광은 그 녹색 파장 성분이 다이크로익 막 150에 의해서 반사되어 광학계 170으로 유도될 수 있다. 따라서, 투과창 142에 의한 발광광의 손실을 상기 제1 실시 형태보다도 감소시킬 수 있기 때문에, 상기 제1 실시 형태보다도 더욱 형광체 발광광을 유효하게 이용하는 것이 가능해지고, 밝은 광을 얻을 수 있다. 따라서, 이러한 제2 실시 형태에 의한 광원 장치를 구비한, 본 제2 실시 형태에 의한 프로젝터 10은 화상을 더욱더 밝게 투영하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서는 녹색 파장 성분을 많이 포함하는 형광 발광을 발생시키기 위해 여기광에 청색 성분광을 이용하고 있지만, 예를 들면, 자외광 등 다른 색의 광이 이용되어도 좋은 것은 물론이다.

또한, 형광체 유닛 160은 고정된 형광체 판 164를 이용하지만, 상기 일본 특허출원공개 제2011-13320호 공보에 개시되어 있는 것과 같은, 형광 휠을 이용함으로써 여기광이 한 군데에 계속 부딪히지 않는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기 제1 또는 제2 실시 형태에서 설명한 것과 같은 합성 부재 140은, 상기 일본 특허출원공개 제2011-13320호 공보에 있어서의 다이크로익 미러인 제1 광축 변환 미러 151a 등에도 적용가능하고, 본 실시 형태에서 설명한 것과 같은 광원부 15의 구성으로 한정되는 것은 아니라는 것은 말할 필요도 없다.

즉, 본 발명은 상기 실시 형태 그대로 한정되는 것이 아니라, 살사 단계에서는 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 구성요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성요소의 적당한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들면, 실시 형태에 개시되는 모든 구성요소로부터 몇 개의 구성요소를 삭제해도, 발명이 해결하고자 하는 과제 란에서 서술된 과제가 해결되고, 발명의 효과가 얻어지는 경우에는, 이 구성요소가 삭제된 구성도 발명으로서 추출될 수 있다.

Claims

제1 파장 대역의 여기광을 사출하는 제1 광원과,
상기 제1 광원으로부터의 상기 여기광을 받아서, 상기 제1 파장 대역과는 다른 제2 파장 대역의 광을 발광하는 형광체와,
상기 제2 파장 대역과는 다른 파장 대역의 광을 사출하는 제2 광원과,
가시광을 반사하는 가시광 반사막, 및, 상기 가시광 반사막에 설치된, 가시광을 투과시키는 투과창을 구비한 합성 부재
를 포함하고,
상기 여기광이 상기 합성 부재의 상기 투과창을 통과하여 상기 형광체에 조사되도록 하는 위치 관계로, 상기 제1 광원과 상기 형광체와 상기 합성 부재가 상호 간에 배치되고,
상기 제2 광원으로부터 사출되는 광의 광축 상에 상기 합성 부재의 상기 투과창이 위치하고, 상기 형광체로부터 사출되는 발광광이 상기 합성 부재의 상기 가시광 반사막에 의해서 상기 제2 광원으로부터 사출되는 광의 광축 방향으로 반사되도록 하는 위치 관계로, 상기 제2 광원과 상기 형광체와 상기 합성 부재가 상호 간에 배치되는
광원 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 광원으로부터 사출되는 광의 광축과 상기 제2 광원으로부터 사출되는 광의 광축이 교차하는 위치에 상기 합성 부재의 상기 투과창이 배치되는,
광원 장치.
제1항에 있어서,
상기 합성 부재에는, 적어도 상기 투과창에 대응하여, 상기 여기광과 상기 제2 광원으로부터의 광을 투과시키고 상기 제2 파장 대역의 광을 반사하는 다이크로익 막이 형성되는,
광원 장치.
제1항에 있어서,
상기 합성 부재는, 상기 투과창이 설치된 상기 가시광 반사막이 형성된 유리 기판과, 상기 유리 기판의 상기 가시광 반사막이 형성된 면에 대향하는 면에 성막된 반사 방지막을 포함하는,
광원 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 광원은 상기 제2 파장 대역보다도 장파장 대역의 광을 사출하는 광원과, 상기 제2 파장 대역보다도 단파장 대역의 광을 사출하는 광원을 포함하는,
광원 장치.
광원 장치와,
표시 소자와,
상기 광원 장치로부터의 광을 상기 표시 소자로 유도하는 광원측 광학계와,
상기 표시 소자로부터 사출된 화상을 투영하는 투영측 광학계와,
상기 광학 장치 및 상기 표시 소자를 제어하는 프로젝터 제어부
를 포함하고,
상기 광원 장치는,
제1 파장 대역의 여기광을 사출하는 제1 광원과,
상기 제1 광원으로부터의 상기 여기광을 받아서, 상기 제1 파장 대역과는 다른 제2 파장 대역의 광을 발광하는 형광체와,
상기 제2 파장 대역과는 다른 파장 대역의 광을 사출하는 제2 광원과,
가시광을 반사하는 가시광 반사막, 및, 상기 가시광 반사막에 설치된, 가시광을 투과시키는 투과창을 구비한 합성 부재
를 포함하고,
상기 여기광이 상기 합성 부재의 상기 투과창을 통과하여 상기 형광체에 조사되도록 하는 위치 관계로, 상기 제1 광원과 상기 형광체와 상기 합성 부재가 상호 간에 배치되고,
상기 제2 광원으로부터 사출되는 광의 광축 상에 상기 합성 부재의 상기 투과창이 위치하고, 상기 형광체로부터 사출되는 발광광이 상기 합성 부재의 상기 가시광 반사막에 의해서 상기 제2 광원으로부터 사출되는 광의 광축 방향으로 반사되도록 하는 위치 관계로, 상기 제2 광원과 상기 형광체와 상기 합성 부재가 상호 간에 배치되는
프로젝터.