WO2014103093A1 - 画像表示装置とこれに用いられる光変換パネル - Google Patents

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WO2014103093A1
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phosphor layer
conversion panel
phosphor
fluorescence
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啓 大野
山中　一彦
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パナソニック株式会社
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    • G02B27/48—Laser speckle optics

Definitions

  • the present invention relates to an image display device used for a portable projector, a stationary projector, or a head-up display for an automobile, and a light conversion panel used therefor.
  • this type of image display apparatus 200 includes a first laser light source 201 that emits red light, a second laser light source 202 that emits green light, and a third laser light that emits blue light.
  • a scanning assembly 206 for projecting the light scanned by the deflecting element 205.
  • Patent Document 1 is known as prior art document information relating to this application.
  • the scanning assembly 206 projects an image of light on a screen or the like
  • the light reflected on the screen interferes with each other. This is because the respective wavelengths and phases of the light from the first laser light source 201, the second laser light source 202, and the third laser light source 203 reaching the screen are aligned. As a result, the person who is viewing the image projected on the screen feels glaring, that is, speckle occurs.
  • an object of the present disclosure is to suppress speckle generation in an image display device using a laser light source.
  • the present disclosure includes a laser light source that emits excitation light, a condensing lens that condenses the excitation light, a deflection element that scans the excitation light collected by the condensing lens, and a deflection A light conversion panel that converts the wavelength of excitation light scanned by the element and emits fluorescence, and the light conversion panel has a plurality of phosphor layers that absorb excitation light and emit fluorescence and are arranged in a planar shape The configured image display device was obtained.
  • the excitation light from the laser light source is converted into fluorescence by the light conversion panel and emitted, so that the wavelength and phase of the light are widened. Therefore, it is possible to suppress the light reflected on the screen from interfering with each other, and as a result, it is possible to suppress the generation of speckle.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an image display device according to the first embodiment.
  • 2A is a partially cutaway perspective view of the light conversion panel according to Embodiment 1.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIb-IIb of FIG. 2A.
  • 3A is a partially cutaway perspective view showing another example of the light conversion panel according to Embodiment 1.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line IIIb-IIIb of FIG. 3A.
  • 4A is a partially cutaway perspective view showing another example of the light conversion panel according to Embodiment 1.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line IVb-IVb of FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the characteristics of the wavelength filter of the image display device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of the image display apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a partially enlarged schematic view of the light conversion panel in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating another example of the image display device according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a partially enlarged schematic view showing another example of the light conversion panel in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating another example of the image display device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating another example of the image display device according to the first embodiment.
  • 12A is a partially enlarged schematic diagram showing another example of the light conversion panel in Embodiment 1.
  • FIG. 12B is a partially enlarged schematic view around the diffusion layer in FIG. 12A.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a configuration of the image display apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a configuration of the image display device according to the second embodiment.
  • FIG. 15A is a partially cutaway perspective view of the light conversion panel according to Embodiment 2.
  • FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the line XVb-XVb of FIG. 15A.
  • FIG. 16 is a partially enlarged schematic view of the light conversion panel according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing another example of the image display device according to the second embodiment.
  • FIG. 18A is a partially cutaway perspective view showing another example of the light conversion panel according to Embodiment 2.
  • 18B is a cross-sectional view taken along the line XVIIIb-XVIIIb of FIG. 18A.
  • FIG. 19 is a schematic diagram illustrating another example of the image display device according to the second embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating another example of the image display device according to the second embodiment.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating another example of the image display device according to the second embodiment.
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating another example of the image display device according to the second embodiment.
  • FIG. 23 is a partially enlarged schematic diagram of the light conversion panel according to the second embodiment.
  • FIG. 24 is a schematic diagram illustrating a configuration of the image display device according to the third embodiment.
  • FIG. 25A is a partially cutaway perspective view of the light conversion panel according to Embodiment 3.
  • FIG. 25B is a sectional view taken along line XXVb-XXVb in FIG. 25A.
  • FIG. 26 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional image display apparatus.
  • FIG. 27 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional image display apparatus.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the image display apparatus according to the first embodiment.
  • the image display apparatus according to Embodiment 1 includes a laser light source 1, a condenser lens 2, a deflection element 3, a light conversion panel 4, and a projection lens 5.
  • the laser light source 1 emits excitation light that is near-ultraviolet light.
  • the condensing lens 2 condenses excitation light.
  • the polarizing element 3 scans the excitation light condensed by the condenser lens 2.
  • the polarizing element 3 is, for example, a movable reflection mirror.
  • the light conversion panel 4 converts the wavelength of near-ultraviolet light scanned by the deflection element 3 and emits fluorescence.
  • the projection lens projects the light emitted from the light conversion panel 4.
  • the outgoing light from the projection lens 5 is projected onto the screen 6.
  • the light conversion panel 4 is configured by arranging a plurality of phosphor layers 7 that absorb excitation light and emit fluorescence, in a planar shape.
  • the excitation light from the laser light source 1 is converted into fluorescence by the light conversion panel 4 and emitted, so that the wavelength and phase of the light are spread. Therefore, it is possible to suppress the light reflected on the screen 6 from interfering with each other, and as a result, it is possible to suppress the generation of speckle.
  • the light conversion panel 4 includes a first microlens array 8 on which excitation light scanned by the deflecting element 3 is incident, and excitation condensed by the first microlens array 8.
  • a transparent substrate 11 that transmits light to the phosphor layer 7 and a second microlens array 9 that emits fluorescence from the phosphor layer 7 to the projection lens are provided.
  • FIG. 2A the part shown in the area Ba shows the surface of the light conversion panel 4 when the second microlens array 9 is arranged, and the part shown in the area Bb is the first for the description of the present embodiment.
  • the state of the light conversion panel 4 in a state in which the microlens array 9 is removed is shown.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along the line IIb-IIb in FIG. 2A.
  • the phosphor layer 7 absorbs near ultraviolet light, emits red light, and emits red light.
  • the phosphor layer 7 absorbs near ultraviolet light and emits green light.
  • the phosphor layer 7B absorbs near ultraviolet light.
  • a blue phosphor layer 7C that emits blue light.
  • the red phosphor layer 7A includes a phosphor whose carrier is excited by the excitation light from the laser light source 1 and emits red light fluorescence
  • the green phosphor layer 7B has the carrier excited by the excitation light from the laser light source 1.
  • the blue phosphor layer 7 ⁇ / b> C includes a phosphor that emits blue light fluorescence when carriers are excited by excitation light from the laser light source 1.
  • the red phosphor is, for example, Eu-activated (Sr, Ca) AlSiN 3 phosphor, Eu-activated CaAlSiN 3 phosphor, Eu and Sm-activated LaW 3 O 12 phosphor, Eu-activated LiW 2 O 8 phosphor, etc.
  • the red phosphor layer 7A is composed of one or a plurality of types and mixed with a binder such as silicone or glass.
  • the green phosphor is made of, for example, Ce-activated Y 3 (Ga, Al) 5 O 12 phosphor, Eu-activated ⁇ sialon ( ⁇ -SiAlON: Eu) phosphor, or the like.
  • Eu-activated BaMgAl 10 O 17 phosphor, Eu-activated Sr 3 MgSi 2 O 8 phosphor, Eu-activated (Sr, Ca, Ba, Mg) 10 (PO 4 ) 6 C 12 phosphor, etc. are selected. it can.
  • red, green, and blue phosphors are not limited to the rare earth phosphors described above, but are formed from compound semiconductors such as cadmium selenide (CdSe), zinc selenide (ZnSe), zinc sulfide (ZnS), and indium phosphide (InP).
  • the formed core / shell type quantum dot phosphor or the like may emit red, green, or yellow fluorescence.
  • a separating member 10 made of a high thermal conductivity material having a higher thermal conductivity than the phosphor layer 7 is provided between the plurality of phosphor layers 7, for example, between the red phosphor layer 7 ⁇ / b> A and the green phosphor layer 7 ⁇ / b> B. Yes.
  • heat generated when the phosphor layer 7 absorbs near-ultraviolet light from the laser light source 1 and emits fluorescence can be efficiently radiated to the outside of the phosphor layer 7. .
  • thermo conductive material copper, aluminum alloy, magnesium alloy, silicon carbide, zinc oxide, aluminum nitride, diamond, or the like can be used.
  • the separating member 10 it is also useful to use a highly reflective material having a high reflectance in the wavelength range of the fluorescence spectrum generated by the phosphor.
  • silver, aluminum, or alloys thereof can be used.
  • the separation member 10 is formed with a film made of a highly reflective material having a high reflectance in the wavelength range of the fluorescence spectrum generated by the phosphor on the surface of the highly thermally conductive material having a higher thermal conductivity than the phosphor. These two effects are desirable.
  • the transparent substrate 11 it is desirable to use a high thermal conductivity material having a higher thermal conductivity than the phosphor.
  • heat generated when the phosphor layer 7 absorbs near-ultraviolet light from the laser light source 1 and emits fluorescence can be efficiently dissipated to the outside of the phosphor layer 7. .
  • zinc oxide aluminum nitride, diamond or the like can be used.
  • soda lime borosilicate crown glass (BK7), synthetic quartz, or the like can be used.
  • BK7 borosilicate crown glass
  • synthetic quartz synthetic quartz
  • the thickness of the first microlens array 8 is greater than the thickness of the second microlens array 9. The reason is to increase the excitation light-fluorescence conversion efficiency, which is the ratio of the incident excitation light intensity to the emitted fluorescence intensity in the light conversion panel, while maintaining the overall thickness to maintain the intensity of the light conversion panel 4. It is. That is, since the excitation light from the laser light source 1 is substantially parallel light, even if the thickness of the first microlens array 8 is increased, it can be efficiently condensed and incident on the phosphor layer 7.
  • the thickness of the second microlens array 9 is made as thin as possible in order to improve the fluorescence capturing efficiency in the second microlens array 9. It is necessary to. Therefore, by increasing the thickness of the first microlens array 8 and reducing the thickness of the second microlens array 9, the entire thickness of the light conversion panel 4 can be set to a predetermined thickness. It can suppress that the intensity
  • the focal length of the first microlens array 8 is longer than the focal length of the second microlens array 9. The reason for this is that, as described above, the thickness of the first microlens array 8 is increased and the thickness of the second microlens array 9 is decreased, so that the intensity of the light conversion panel 4 is maintained and the excitation light ⁇ This is to increase the fluorescence conversion efficiency.
  • the red phosphor layer 7A, the green phosphor layer 7B, and the blue phosphor layer 7C are arranged in parallel straight lines.
  • the microlenses 8 a in the first microlens array 8 and the microlenses 9 a in the second microlens array 9 are arranged on the surface corresponding to the lines of the phosphor layers 7.
  • the three microlenses 8a and the three microlenses 9a arranged in the direction perpendicular to the straight line correspond to three colors, respectively, and constitute a full-color unit pixel.
  • the red phosphor layer 7A, the green phosphor layer 7B, and the blue phosphor layer 7C are arranged in parallel horizontal straight lines, but in the vertical linear form. It is good also as a structure arrange
  • the shape of the microlenses 8a and 9a is preferably an elliptical shape so as to match the shape of the beam from the laser light source 1.
  • the light emission wavelength of the laser light source 1 may be any wavelength that can efficiently excite the RGB three-color phosphor. Considering the Stokes loss at the time of wavelength conversion and the excitation efficiency of the phosphor, excitation emitted from the laser light source 1
  • the center wavelength of light is preferably between 350 and 430 nm. Further, considering the luminous efficiency of the laser light source 1, the center wavelength is most preferably between 400 and 420 nm. With this configuration, the Stokes loss, which is the energy difference between excitation light and fluorescence, can be reduced while increasing the conversion efficiency from excitation light to fluorescence.
  • the red phosphor, the green phosphor, and the blue phosphor have fluorescence center wavelengths between 590 to 670 nm, 500 to 590 nm, and 430 to 500 nm, respectively. With this configuration, the color reproducibility of the image display apparatus can be increased.
  • the image display apparatus includes a drive power supply for the laser light source 1 capable of modulation drive, a drive power supply for the deflection element 3, and a control for generating and controlling the modulation signal. It has a circuit.
  • the deflection element 3 is controlled so that the reflection angle is changed in the X-axis and Y-axis directions by the control signal, and the laser beam is scanned on the light conversion panel 4.
  • a full color image can be displayed on the light conversion panel 4 by synchronizing the scanning of the deflection element 3 and the light output modulation of the laser light source 1.
  • the image on the light conversion panel 4 is formed on a screen or wall surface outside the apparatus by the projection lens 5 to obtain a screen 6. Also, moving images can be reproduced by setting the image refresh rate to 20 kHz or higher.
  • the excitation light from the laser light source 1 preferably has a single mode or unimodal beam shape.
  • the condensing lens 2 may be a combination of a collimating lens and a condensing lens as long as it is condensed on the unit element of the light conversion panel 4.
  • the dielectric multilayer film 111b transmits light having a wavelength of 350 to 430 nm and has reflection / transmission characteristics for reflecting light having a wavelength of 430 to 670 nm.
  • the film thickness is designed, for example, a TiO 2 / SiO 2 multilayer film.
  • the first microlens array 8 and the second microlens array 9 are incorporated in the light conversion panel 4. Can be reduced, and it becomes easy to realize a portable projector and a small projector.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the vicinity of the unit pixel area 12 of the light conversion panel 4 shown in FIGS. 3A, 3B, 4A, and 4B.
  • Incident lights 40f1, 40f2, and 40f3, which are laser lights incident on the light conversion panel 4 are collected by the microlenses 8a of the first microlens array 8, and the transparent substrate 111a and the dielectric multilayer film 111b of the wavelength filter 111 are collected. And enters the red phosphor layer 7A, the green phosphor layer 7B, and the blue phosphor layer 7C.
  • the laser light incident on the red phosphor layer 7A, the green phosphor layer 7B, and the blue phosphor layer 7C is emitted from the red phosphor light 50A and green in the red phosphor layer 7A, the green phosphor layer 7B, and the blue phosphor layer 7C, respectively.
  • the emitted light 50B and the blue emitted light 50C are passed through the second microlens array 9, collimated by the microlens 9a, and emitted from the light conversion panel 4.
  • the wavelength filter 111 is provided on the first microlens 8 side of the phosphor layers 7A, 7B, and 7C, emitted light (fluorescence) can be easily guided to the second microlens 9 side.
  • the light conversion panel 4 can efficiently convert to fluorescence.
  • FIG. 9 is an enlarged view of the vicinity of a unit pixel region of the light conversion panel 4c having a configuration that does not have a microlens array on the emission side, and a flat transparent member 13 without a microlens is a phosphor as a protective layer.
  • This is a configuration formed above the layers 7A, 7B, and 7C.
  • the emission angles of the red emitted light 150A and the green emitted light 150B from the light conversion panel 4c are greatly spread in a Lambertian shape, it is necessary to enlarge the projection lens 5b according to the emission angle.
  • the red emitted light 50A, the green emitted light 50B, and the blue light from the light conversion panel 4 are incorporated.
  • the emission angle of the emitted light 50C can be controlled to be small, and as a result, the size of the projection lens 5 can be reduced. For this reason, it is possible to reduce the size of the image display device, and it becomes easy to realize a portable projector or a small projector.
  • a pulse drive circuit 132 is connected to the laser light source 1 that emits near-ultraviolet light, and has a condenser lens 2 that condenses the near-ultraviolet light from the laser light source 1.
  • a first collimating lens 102 is provided between the condenser lens 2 and the laser light source 1.
  • the deflecting element 3 that scans near-ultraviolet light collected by the condensing lens 2 is composed of a MEMS (micro electro mechanical system) mirror.
  • the MEMS mirror is composed of a reflecting mirror 104a and an outer periphery of the reflecting mirror 104a. And a substrate 104b that holds the reflection mirror 104a in a movable state.
  • the reflection mirror 104a is held on the substrate 104b via the X-direction scanning axis beam 104x and the Y-direction scanning axis beam 104y, and performs scanning in the X direction around the X-direction scanning axis beam 104x. Scanning in the Y direction is performed around the center. These scans are performed by a control circuit 133 that is electrically connected to the MEMS mirror.
  • Near-ultraviolet light scanned by the deflecting element 3 passes through the second collimating lens 105 and the imaging lens 106 and enters the light conversion panel 4.
  • the imaging lens is provided.
  • the excitation light can be condensed on the phosphor layer 7 shown in FIG.
  • the imaging lens 106 is composed of two lenses, a first imaging lens 106a and a second imaging lens 106b, so that the excitation light can be effectively the same size and phosphor layer. 7 can be condensed.
  • the imaging lens 106 can be an f- ⁇ lens.
  • the light conversion panel 4 converts the wavelength of near-ultraviolet light that has entered through the second collimating lens 105 and the imaging lens 106 and emits fluorescence.
  • Fluorescence from the light conversion panel 4 passes through the capture lens 130 and enters the projection lens 5. By providing the capture lens 130, the fluorescence from the light conversion panel 4 can be efficiently incident on the projection lens 5.
  • the light emitted from the projection lens 5 is projected onto the screen 6 as shown in FIG.
  • the light conversion panel 4 is configured by arranging a plurality of phosphor layers 7 that absorb near-ultraviolet light and emit fluorescence.
  • a laser light source 1 that emits excitation light that is near-ultraviolet light, a red phosphor layer 7A that absorbs near-ultraviolet light and emits red light, and near-ultraviolet light are absorbed.
  • a light conversion panel 4 including a phosphor layer 7 having a green phosphor layer 7B that emits green light and a blue phosphor layer 7C that absorbs near ultraviolet light and emits blue light.
  • this is not the case. For example, as shown in FIGS.
  • the blue phosphor layer 7C instead of the blue phosphor layer 7C, it is made of, for example, a transparent material such as glass, and an uneven portion 14F is formed on one surface and an uneven portion 14R is formed on the other surface.
  • the light conversion panel 34 may be configured by disposing the diffusion layer 14C. In this case, since the excitation light can be diffused and emitted from the light conversion panel 34, it is possible to suppress the generation of speckles and to suppress the decrease in efficiency due to the conversion loss in the blue phosphor layer 7C.
  • the center wavelength of the excitation light may be between 430 and 500 nm, for example.
  • a dielectric multilayer film 111c that transmits light having a wavelength of 350 to 500 nm and reflects light having a wavelength of 500 to 670 nm is used. It is good also as a structure to use. With this configuration, the blue light emitted from the light conversion panel 4 can be efficiently emitted while suppressing the generation of speckle.
  • the image display apparatus includes a laser light source 21 that emits excitation light that is near-ultraviolet light, a condensing lens 22 that condenses the excitation light, and a condensing lens 22.
  • a deflection element 23 that is a movable reflection mirror that scans the condensed excitation light, and a light conversion panel 24 that absorbs part or all of the excitation light scanned by the deflection element 23 and emits it as fluorescence having a converted wavelength.
  • a projection lens 25 that projects the light emitted from the light conversion panel 24.
  • the outgoing light from the projection lens 25 is projected onto the screen 26.
  • the light conversion panel 24 is configured by a plurality of phosphor layers 27 that absorb near-ultraviolet light and emit fluorescence to be arranged in a planar shape.
  • a dichroic mirror 28 that transmits excitation light and reflects fluorescence is provided.
  • the excitation light scanned by the deflection element 23 passes through the dichroic mirror 28 and enters the light conversion panel 24.
  • the light conversion panel 24 collects the excitation light transmitted through the dichroic mirror 28 and collects the incident light to the phosphor layer 27, and reflects the fluorescence from the phosphor layer 27. And a reflective layer 30.
  • FIG. 15A the portion shown in the region Ba shows the surface of the light conversion panel 24 when the microlens array 29 is arranged, and the portion shown in the region Bb is the microlens array 29 removed for the explanation of the present embodiment.
  • the state of the light conversion panel 24 in the state is shown.
  • FIG. 15B is a schematic cross-sectional view taken along line XVb-XVb in FIG. 15A.
  • FIG. 16 is an enlarged view of the vicinity of the unit pixel area of the light conversion panel 24 shown in FIG. 15B.
  • Incident light 340f which is laser light incident on the light conversion panel 24, is collected by the microlens 29a of the microlens array 29, passes through the microlens array 29, and the red phosphor layer 27A, the green phosphor layer 27B, The light enters the blue phosphor layer 27C.
  • the laser light incident on the red phosphor layer 27A, the green phosphor layer 27B, and the blue phosphor layer 27C is emitted from the red phosphor light 350A, respectively, in the red phosphor layer 27A, the green phosphor layer 27B, and the blue phosphor layer 27C.
  • Green light 350B and blue light 350C are passed through the microlens array 29, collimated by the microlens 29a, and emitted from the light conversion panel 24.
  • the excitation light incident on the red phosphor layer 27A, the green phosphor layer 27B, and the blue phosphor layer 27C is absorbed by the red phosphor layer 27A, the green phosphor layer 27B, and the blue phosphor layer 27C.
  • Fluorescent red emission light 350A, green emission light 350B, and blue emission light 350C are emitted in all directions.
  • the fluorescence directed toward the reflective layer 30 is reflected by the reflective layer 30 toward the microlens array 29.
  • the fluorescence emitted from the light conversion panel 24 is collimated and transmitted by the microlens array 29, reflected by the dichroic mirror 28, and emitted to the projection lens 25.
  • the light from the laser light source 21 is converted into fluorescence by the light conversion panel 24 and emitted, so that the wavelength and phase of the light are widened. Therefore, it is possible to suppress the light reflected by the screen 26 from interfering with each other, and as a result, it is possible to suppress the generation of speckle.
  • the fluorescence emitted from the phosphor layer 27 passes through the microlens array 29. For this reason, since the fluorescence which has directivity can be radiated
  • the thermal conductivity between the plurality of phosphor layers 27, for example, between the red phosphor layer 27A and the green phosphor layer 27B, is higher than that of the phosphor layer 27.
  • a separating member 10 made of a high heat conductive material is provided.
  • thermo conductive material copper, aluminum alloy, magnesium alloy, silicon carbide, zinc oxide, aluminum nitride, diamond, or the like can be used.
  • the separating member 10 it is also useful to use a highly reflective material having a high reflectance in the wavelength range of the fluorescence spectrum generated by the phosphor.
  • silver, aluminum, or alloys thereof can be used.
  • the separation member 10 is formed with a film made of a highly reflective material having a high reflectance in the wavelength range of the fluorescence spectrum generated by the phosphor on the surface of the highly thermally conductive material having a higher thermal conductivity than the phosphor. These two effects are desirable.
  • the light conversion panel 24 since the light conversion panel 24 includes the reflective layer 30, the incident surface to the phosphor layer 27 and the exit surface from the phosphor layer 27 are on the same plane side. Therefore, a heat radiating member 31 such as a heat radiating block or a heat radiating fin can be provided on the surface of the reflective layer 30 opposite to the surface in contact with the phosphor layer 27.
  • a heat radiating member 31 such as a heat radiating block or a heat radiating fin can be provided on the surface of the reflective layer 30 opposite to the surface in contact with the phosphor layer 27.
  • fever can be suppressed by providing the heat radiating member 31 mentioned above.
  • a heat radiating member can be provided on one surface of the reflective layer 30, the degree of freedom in design is high, and a reduction in conversion efficiency can be further suppressed.
  • the reflective layer 330 formed by providing unevenness on one metal film is provided on the heat dissipation member 31, and the phosphor layer 27 (red phosphor layer) is formed in the recess of the reflective layer 330.
  • 27A, green phosphor layer 27B, and blue phosphor layer 27C) may be provided.
  • the red phosphor layer 27A, the green phosphor layer 27B, and the blue phosphor layer 27C are arranged in parallel horizontal straight lines, but in a vertical straight line shape.
  • a configuration may be adopted, or an elliptical shape or a circular shape as shown in FIG. 18A and a configuration corresponding to the microlens 29a in the microlens array 29 may be adopted.
  • the shape of the microlens 29a is preferably an elliptical shape so as to match the shape of the beam from the laser light source 1.
  • a pulse drive circuit 232 is connected to the laser light source 21 that emits excitation light, and a first collimator lens is disposed between the laser light source 21 and the condenser lens 22 that collects near-ultraviolet light from the laser light source 21. 202 is provided. By providing the first collimating lens 202, it is possible to increase the efficiency of capturing the excitation light from the laser light source 21 and to easily design the incident angle of the excitation light to the deflection element 23.
  • the deflecting element 23 that scans near-ultraviolet light collected by the condenser lens 22 includes the MEMS mirror and the control circuit 233 described above in the first embodiment.
  • Near-ultraviolet light scanned by the deflecting element 23 passes through the second collimating lens 205 and the imaging lens 206 and enters the light conversion panel 24.
  • the second collimating lens 205 and the imaging lens 206 even if the distance from the deflection element 23 to the unit element of the light conversion panel 24 is different between the central part and the peripheral part of the light conversion panel 24, the excitation light can be emitted. It can be condensed on the phosphor layer 27 with the same size.
  • this imaging lens 206 is composed of two lenses, a first imaging lens 206a and a second imaging lens 206b, so that the excitation light can be effectively made the same size and phosphor layer. Can be condensed. Note that an f- ⁇ lens can be used as the imaging lens.
  • a dichroic mirror 28 that transmits near-ultraviolet light and reflects fluorescence is provided.
  • the reflection / transmission characteristics of the dichroic mirror 28 it is assumed that light having a wavelength of 350 to 430 nm is transmitted and light having a wavelength of 430 to 670 nm is reflected, similar to that shown in FIG.
  • the near-ultraviolet light scanned by the deflection element 23 passes through the dichroic mirror 28 and enters the light conversion panel 24.
  • the light conversion panel 24 collects near-ultraviolet light that has passed through the dichroic mirror 28 and emits it to the phosphor layer 27, and a phosphor. And a reflective layer 30 that reflects the fluorescence from the layer 27.
  • the fluorescence reflected by the reflection layer 30 passes through the phosphor layer 27 and the microlens array 29, and the fluorescence transmitted through the microlens array 29 is reflected by the dichroic mirror 28 as shown in FIGS.
  • This reflected light passes through the capturing lens 230 and enters the projection lens 25.
  • the light emitted from the projection lens 25 is projected onto the screen 26.
  • the light emitted from the projection lens 25 is not projected onto the screen 26, but may be projected onto the combiner 32 to form a virtual image as shown in FIGS.
  • An image display device generally called a head-up display. More specifically, the virtual image is formed by imaging the fluorescence from the phosphor layer 27 in the light conversion panel 24 on the combiner 32 by the imaging lens 33.
  • the excitation light is incident on the deflection element 23.
  • the angle can be designed easily.
  • the near ultraviolet light scanned by the deflection element 23 passes through the second collimating lens 205 and the imaging lens 206 and enters the light conversion panel 24. Even if the distance from 23 to the unit element of the light conversion panel 24 is different between the central portion and the peripheral portion of the light conversion panel 24, the excitation light can be condensed on the phosphor layer 27 with the same size.
  • the imaging lens 206 is composed of two lenses, a first imaging lens 206a and a second imaging lens 206b, so that the excitation light can be effectively condensed on the phosphor layer 27 with the same size. Can do. Note that an f- ⁇ lens can be used as the imaging lens.
  • the image display device absorbs near ultraviolet light, a laser light source 21 that emits excitation light that is near ultraviolet light, a red phosphor layer 27A that absorbs near ultraviolet light and emits red light, and near ultraviolet light.
  • the blue phosphor layer 27C as shown in FIG. 23, the light conversion panel 44 may be configured by disposing a diffusion layer 214C made of a transparent material such as glass and having uneven portions formed on the surface. good. In this case, since the excitation light can be diffused and emitted from the light conversion panel 44, it is possible to suppress the generation of speckles and to suppress the decrease in efficiency due to the conversion loss in the blue phosphor layer 27C.
  • the incident light 340f emitted from the laser light source 21 is collected by the microlens 29a of the microlens array 29 with respect to the red phosphor layer 27A, the green phosphor layer 27B, and the diffusion layer 214C.
  • the red emitted light 350A, the green emitted light 350B from the red phosphor layer 27A, the green phosphor layer 27B, and the blue emitted light 350C from the diffusion layer 214C are emitted as diffused light, but are collimated by the microlens 29a. Therefore, it is emitted from the image display device efficiently.
  • the central wavelength of the excitation light may be set to, for example, 430 to 500 nm.
  • the dichroic mirror a mirror that transmits light having a wavelength of 350 to 500 nm and reflects light having a wavelength of 500 to 670 nm may be used. With this configuration, the blue light emitted from the light conversion panel 44 can be efficiently emitted while suppressing speckle generation.
  • the image display apparatus is condensed by a laser light source 3001 that emits excitation light that is near-ultraviolet light, a condenser lens 3002 that collects the excitation light, and a condenser lens 3002.
  • a deflection element 3003 that is a movable reflecting mirror that scans the excitation light, and a light conversion panel that absorbs part or all of the excitation light scanned by the deflection element 3003 and emits it as fluorescence having a converted wavelength.
  • One two-dimensional image generation unit 3080A, second two-dimensional image generation unit 3080B, and third two-dimensional image generation unit 3080C are prepared for red, green, and blue, respectively, and combine red, green, and blue fluorescence.
  • a wave prism 3200 and a projection lens 3005 for projecting outgoing light are provided.
  • the first two-dimensional image generation unit 3080A, the second two-dimensional image generation unit 3080B, and the third two-dimensional image generation unit 3080C each include a laser light source 3001, a condenser lens 3002, and a deflection element 3003, and display a red image.
  • the first two-dimensional image generation unit 3080A for use with the light conversion panel 3004A having a red phosphor, and the second two-dimensional image generation unit 3080B for displaying a green image has a light conversion panel with a green phosphor.
  • the third two-dimensional image generation unit 3080C for displaying a blue image 3004B includes a light conversion panel 3004C including a blue phosphor.
  • 25A and 25B show the configuration of the light conversion panel 3004, which is the basic configuration of the light conversion panels 3004A, 3004B, and 3004C.
  • the light conversion panel 3004A, the light conversion panel 3004B, and the light conversion panel 3004C are respectively a red phosphor layer 7A that absorbs near-ultraviolet light and emits red light, or near-ultraviolet light. This is replaced with either the green phosphor layer 7B that absorbs green light and emits green light or the blue phosphor layer 7C that absorbs near ultraviolet light and emits blue light.
  • the phosphor layer 7 of the light conversion panel 3004 is preferably composed of any one phosphor of the red phosphor layer 7A, the green phosphor layer 7B, and the blue phosphor layer 7C.
  • the red phosphor layer 7A is used for the light conversion panel 3004A
  • the green phosphor layer 7B is used for the light conversion panel 3004B
  • the blue phosphor layer 7C is used for the light conversion panel 3004C.
  • FIG. 25A the portion shown in the region Ba shows the surface of the light conversion panel 3004 when the second microlens array 9 is arranged, and the portion shown in the region Bb is the first for the description of the present embodiment.
  • the state of the light conversion panel 3004 in a state where the microlens array 9 is removed is shown.
  • FIG. 25B is a schematic sectional view taken along line XXVb-XXVb in FIG. 25A.
  • the excitation light emitted from the laser light source 3001 is scanned on the light conversion panel 3004A by the deflection element 3003.
  • red image information is emitted from the red phosphor layer 7A formed in a planar shape on the light conversion panel 3004A.
  • the first microlens array 8 formed on the incident side of the light conversion panel 3004A and the second microlens array 9 formed on the emission side are efficiently converted from excitation light to fluorescence, and directivity is improved.
  • the light conversion panel 3004A can be emitted from the light conversion panel 3004A as fluorescence with image information superimposed thereon.
  • the light conversion panels 3004B and 3004C can emit fluorescence that is green light and blue light having directivity and image information superimposed thereon. Fluorescence on which these red image information, green image information, and blue image information are superimposed is synthesized by the combining prism 3200 and projected by the projection lens 3005, whereby color image information can be efficiently obtained from the image display device with high luminance. Can be displayed.
  • the imaging lens 3106 which includes the first collimating lens 3102, the second collimating lens 3105, the first imaging lens 3106a, and the second imaging lens 3106b, By including the taking-in lens 3130, the design of the optical system can be facilitated, and an image display device with high luminance can be realized efficiently.
  • the image display device may be configured with one type of two-dimensional image generation unit.
  • movable deflecting mirrors such as polygon mirrors may be used as the deflecting elements 3, 23, and 3003.
  • the image display device of the present disclosure and the light conversion panel used therefor are useful in portable projectors, stationary projectors, or head-up displays for automobiles.

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Abstract

本発明は、レーザ光源を用いた画像表示装置においてスペックルの発生を抑制するものである。本発明の画像表示装置は、励起光を発するレーザ光源（１）と、励起光を集光する集光レンズ（２）と、集光レンズにより集光された励起光を走査する偏向素子（３）と、偏向素子により走査された励起光の波長を変換し蛍光を出射する光変換パネル（４）と、を備え、光変換パネルは、励起光を吸収し蛍光を出射する複数の蛍光体層（７）が面状に配置されて構成されている。

Description

画像表示装置とこれに用いられる光変換パネル
　携帯型のプロジェクタや据置型のプロジェクタ、又は自動車用のヘッドアップディスプレイなどに用いられる画像表示装置とこれに用いられる光変換パネルに関する。
　従来この種の画像表示装置２００は、図２６、図２７に示すごとく、赤色光を発する第１のレーザ光源２０１と、緑色光を発する第２のレーザ光源２０２と、青色光を発する第３のレーザ光源２０３と、赤色光、緑色光、青色光を集光する集光レンズ２０４と、集光レンズ２０４により集光された赤色光、緑色光、青色光を走査する偏向素子２０５と、を含み、偏向素子２０５により走査された光を投影するスキャンニングアセンブリ２０６とを備えている。
　なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特表２００８－５２９０６９号公報
　レーザ光源を用いた従来の画像表示装置２００では、スペックルの発生が問題となっていた。
　すなわち、上記従来の構成において、スキャンニングアセンブリ２０６が光をスクリーンなどに画像を投影すると、このスクリーンに反射された光が互いに干渉しあう。これはスクリーンに到達する第１のレーザ光源２０１、第２のレーザ光源２０２、第３のレーザ光源２０３からの光におけるそれぞれの波長と位相とが揃っていることが原因である。その結果として、このスクリーンに投影された画像を見ている者は映像にぎらつきを感じる、即ちスペックルが発生してしまうことが問題となってしまっていた。
　そこで本開示は、レーザ光源を用いた画像表示装置においてスペックルの発生を抑制することを目的とする。
　そして、この目的を達成するために本開示は、励起光を発するレーザ光源と、励起光を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光された励起光を走査する偏向素子と、偏向素子により走査された励起光の波長を変換し蛍光を出射する光変換パネルと、を備え、光変換パネルは、励起光を吸収し蛍光を出射する複数の蛍光体層が面状に配置されて構成された画像表示装置とした。
　このような構成とすることにより、レーザ光源からの励起光が、光変換パネルにおいて蛍光に変換されて出射されるため、光の波長及び位相に広がりを有している。そのため、スクリーンに反射された光が互いに干渉しあうのを抑制することができ、その結果として、スペックルの発生を抑制することができるのである。
図１は、実施の形態１における画像表示装置の構成を示す模式図である。 図２Ａは、実施の形態１における光変換パネルの一部切欠斜視図である。 図２Ｂは、図２ＡのＩＩｂ－ＩＩｂ断面図である。 図３Ａは、実施の形態１における光変換パネルの他の実施例を示す一部切欠斜視図である。 図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ断面図である。 図４Ａは、実施の形態１における光変換パネルの他の実施例を示す一部切欠斜視図である。 図４Ｂは、図４ＡのＩＶｂ－ＩＶｂ断面図である。 図５は、実施の形態１における画像表示装置の波長フィルタの特性を示す図である。 図６は、実施の形態１における画像表示装置の構成を示す模式図である。 図７は、実施の形態１における光変換パネルの一部拡大模式図である。 図８は、実施の形態１における画像表示装置の他の実施例を示す模式図である。 図９は、実施の形態１における光変換パネルの他の実施例を示す一部拡大模式図である。 図１０は、実施の形態１における画像表示装置の他の実施例を示す模式図である。 図１１は、実施の形態１における画像表示装置の他の実施例を示す模式図である。 図１２Ａは、実施の形態１における光変換パネルの他の実施例を示す一部拡大模式図である。 図１２Ｂは、図１２Ａにおける拡散層周辺の一部拡大模式図である。 図１３は、実施の形態２における画像表示装置の構成を示す模式図である。 図１４は、実施の形態２における画像表示装置の構成を示す模式図である。 図１５Ａは、実施の形態２における光変換パネルの一部切欠斜視図である。 図１５Ｂは、図１５ＡのＸＶｂ－ＸＶｂ断面図である。 図１６は、実施の形態２における光変換パネルの一部拡大模式図である。 図１７は、実施の形態２における画像表示装置の他の実施例を示す断面図である。 図１８Ａは、実施の形態２における光変換パネルの他の実施例を示す一部切欠斜視図である。 図１８Ｂは、図１８ＡのＸＶＩＩＩｂ－ＸＶＩＩＩｂ断面図である。 図１９は、実施の形態２における画像表示装置の他の実施例を示す模式図である。 図２０は、実施の形態２における画像表示装置の他の実施例を示す模式図である。 図２１は、実施の形態２における画像表示装置の他の実施例を示す模式図である。 図２２は、実施の形態２における画像表示装置の他の実施例を示す模式図である。 図２３は、実施の形態２における光変換パネルの一部拡大模式図である。 図２４は、実施の形態３における画像表示装置の構成を示す模式図である。 図２５Ａは、実施の形態３における光変換パネルの一部切欠斜視図である。 図２５Ｂは、図２５ＡのＸＸＶｂ－ＸＸＶｂ断面図である。 図２６は、従来の画像表示装置の構成を示す模式図である。 図２７は、従来の画像表示装置の構成を示す模式図である。
　（実施の形態１）
　以下、実施の形態１における画像表示装置とこれに用いられる光変換パネルについて図面を参照しながら説明する。
　図１は、実施の形態１における画像表示装置の構成を示す模式図である。実施の形態１における画像表示装置は、レーザ光源１と、集光レンズ２と、偏向素子３と、光変換パネル４と、投影レンズ５とを備えている。レーザ光源１は、近紫外光である励起光を発する。集光レンズ２は、励起光を集光する。偏光素子３は、集光レンズ２により集光された励起光を走査する。偏光素子３は、例えば可動式反射ミラーである。光変換パネル４は、偏向素子３により走査された近紫外光の波長を変換し蛍光を出射する。投影レンズは、光変換パネル４からの出射光を投影する。
　投影レンズ５からの出射光はスクリーン６に投影される。
　ここで、光変換パネル４は、励起光を吸収し蛍光を出射する複数の蛍光体層７が面状に配置されて構成されている。
　このような構成とすることにより、レーザ光源１からの励起光が、光変換パネル４において蛍光に変換されて出射されるため、光の波長及び位相に広がりを有している。そのため、スクリーン６に反射された光が互いに干渉しあうのを抑制することができ、その結果として、スペックルの発生を抑制することができるのである。
　以下、より具体的な構成について説明する。
　図２Ａ、図２Ｂに示すごとく、光変換パネル４は、偏向素子３により走査された励起光が入射される第１のマイクロレンズアレイ８と、第１のマイクロレンズアレイ８により集光された励起光を蛍光体層７へと透過する透明基板１１と、蛍光体層７からの蛍光を投影レンズへと出射する第２のマイクロレンズアレイ９と、を備えている。
　なお、図２Ａにおいて、領域Ｂａに示す部分は第２のマイクロレンズアレイ９を配置した場合の光変換パネル４の表面を示し、領域Ｂｂに示す部分は、本実施の形態の説明のために第２のマイクロレンズアレイ９を取り除いた状態の光変換パネル４の様子を示す。また、図２Ｂは、図２ＡのＩＩｂ－ＩＩｂ線における模式的な断面図を示す。
　蛍光体層７は、近紫外光を吸収して赤色光を出射する赤色蛍光体層７Ａと、近紫外光を吸収して緑色光を出射する緑色蛍光体層７Ｂと、近紫外光を吸収して青色光を出射する青色蛍光体層７Ｃとを備えている。この赤色蛍光体層７Ａ、緑色蛍光体層７Ｂ、青色蛍光体層７Ｃを備えることで、フルカラーの画像をスクリーン６上に映し出すことができる。
　赤色蛍光体層７Ａは、レーザ光源１からの励起光によりキャリアが励起され、赤色光の蛍光を放出する蛍光体を含み、緑色蛍光体層７Ｂは、レーザ光源１からの励起光によりキャリアが励起され、緑色光の蛍光を放出する蛍光体を含み、青色蛍光体層７Ｃは、レーザ光源１からの励起光によりキャリアが励起され、青色光の蛍光を放出する蛍光体を含む。具体的には、赤色蛍光体は、例えばＥｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３蛍光体、Ｅｕ賦活ＣａＡｌＳｉＮ３蛍光体、Ｅｕ及びＳｍ賦活ＬａＷ３Ｏ１２蛍光体、Ｅｕ賦活ＬｉＷ２Ｏ８蛍光体などのうち、一つまたは複数種類によってなり、シリコーン、ガラス等のバインダに混合され赤色蛍光体層７Ａを構成する。また、緑色蛍光体は同様に、例えばＣｅ賦活Ｙ３（Ｇａ、Ａｌ）５Ｏ１２蛍光体、Ｅｕ賦活βサイアロン（β－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ）蛍光体などからなる。また青色蛍光体は、Ｅｕ賦活ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７蛍光体、Ｅｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃ１２蛍光体などを選択できる。
　また、赤色、緑色、青色蛍光体は上記の希土類蛍光体だけでなく、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）などの化合物半導体により形成されたコア／シェル型の量子ドット蛍光体等で、赤色、緑色、黄色の各色の蛍光を発するものでもよい。
　複数の蛍光体層７の間、例えば赤色蛍光体層７Ａと緑色蛍光体層７Ｂとの間には、蛍光体層７よりも熱伝導率の高い高熱伝導材料からなる分離部材１０が設けられている。
　このような分離部材１０を設けることにより、蛍光体層７においてレーザ光源１からの近紫外光を吸収し蛍光を発する際に発生する熱を効率よく蛍光体層７の外部へ放熱させることができる。
　この高熱伝導材料には、銅、アルミニウム合金、マグネシウム合金、炭化珪素、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ダイヤモンド等を用いることができる。
　なお、分離部材１０には、蛍光体で発生した蛍光スペクトルの波長範囲において反射率の高い高反射材料を用いることも有用である。
　このような分離部材１０を設けることにより、蛍光体層７において発生した蛍光が吸収されることを抑制し、蛍光を第２のマイクロレンズアレイ９へ効率良く導くことができる。
　この高反射材料には、銀、アルミニウム、もしくはそれらの合金等を用いることができる。
　なお、分離部材１０には、蛍光体よりも熱伝導率の高い高熱伝導材料の表面に蛍光体で発生した蛍光スペクトルの波長範囲において反射率の高い高反射材料からなる膜を形成することが上述した二つの効果を得ることができるため望ましい。
　透明基板１１には、蛍光体よりも熱伝導率の高い高熱伝導材料を用いることが望ましい。
　このような透明基板１１を設けることにより、蛍光体層７においてレーザ光源１からの近紫外光を吸収し蛍光を発する際に発生する熱を効率よく蛍光体層７の外部へ放熱させることができる。
　この高熱伝導材料には、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ダイヤモンド等を用いることができる。
　第１のマイクロレンズアレイ８、及び第２のマイクロレンズアレイ９には、ソーダライム、硼珪酸クラウンガラス（ＢＫ７）、または合成石英等を用いることができる。
　なお、第１のマイクロレンズアレイ８の厚みは、第２のマイクロレンズアレイ９の厚みよりも厚く構成している。その理由は、光変換パネル４の強度を維持するため全体の厚みを維持しながら、光変換パネルにおいて入射する励起光強度と出射する蛍光強度の比である励起光－蛍光変換効率を高くするためである。つまり、レーザ光源１からの励起光はほぼ平行光であるため、第１のマイクロレンズアレイ８の厚みを厚くしても蛍光体層７に効率よく集光させ入射させることができる。一方、蛍光体層７から放射される蛍光の放射角度は全方位であるため第２のマイクロレンズアレイ９における蛍光の取り込み効率を向上させるためには第２のマイクロレンズアレイ９の厚みをできるだけ薄くすることが必要である。したがって、第１のマイクロレンズアレイ８の厚みを厚くし、第２のマイクロレンズアレイ９の厚みを薄くすることで、光変換パネル４全体の厚みを所定の厚みにすることができるため、光変換パネル４の強度が低下するのを抑制できる。
　また、第１のマイクロレンズアレイ８の焦点距離は、第２のマイクロレンズアレイ９の焦点距離よりも長く構成している。その理由は上述のように、第１のマイクロレンズアレイ８の厚みを厚くし、第２のマイクロレンズアレイ９の厚みを薄くすることで、光変換パネル４の強度を維持しつつ、励起光－蛍光変換効率を高くするためである。
　なお、図２Ａおよび図２Ｂにおいては、赤色蛍光体層７Ａ、緑色蛍光体層７Ｂ、青色蛍光体層７Ｃがそれぞれ平行な直線状に配置されている。そして、第１のマイクロレンズアレイ８における各マイクロレンズ８ａ、及び第２のマイクロレンズアレイ９における各マイクロレンズ９ａが各蛍光体層７の線上に対応して面上に配置されている。ここで、直線に垂直方向に配置された３つのマイクロレンズ８ａ、及び３つのマイクロレンズ９ａがそれぞれ３色に対応しておりフルカラーの単位画素を構成している。
　なお、本実施の形態においては、赤色蛍光体層７Ａ、緑色蛍光体層７Ｂ、青色蛍光体層７Ｃがそれぞれ平行な横方向の直線状に配置される構成としたが、縦方向の直線状に配置される構成としても良く、または図３Ａに示すようにドット状に形成されマイクロレンズ８ａ、マイクロレンズ９ａに対応する位置に配置される構成としても構わない。ただし、マイクロレンズ８ａ、マイクロレンズ９ａの形状は、レーザ光源１からのビーム形状に揃えるべく、楕円形状とすることが効率的に望ましい。
　なお、レーザ光源１の発光波長は、ＲＧＢの３色蛍光体を効率よく励起できる波長であればよく、波長変換時のストークスロス及び蛍光体の励起効率を考慮すると、レーザ光源１から出射する励起光の中心波長は３５０～４３０ｎｍの間にあることが望ましい。更に、レーザ光源１の発光効率も考慮すると中心波長は４００～４２０ｎｍの間にあることが最も望ましい。この構成により励起光から蛍光への変換効率を高くしつつ、励起光と蛍光のエネルギー差であるストークスロスを小さくすることができる。また、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体は、それぞれ、蛍光の中心波長が５９０～６７０ｎｍ、５００～５９０ｎｍ、４３０～５００ｎｍの間にあることが望ましい。この構成により画像表示装置の色再現性を高くすることができる。
　なお、図１には省略のため図示されていないが、画像表示装置には、変調駆動が可能なレーザ光源１の駆動電源及び、偏向素子３の駆動電源及び、変調信号を生成・制御する制御回路を有している。偏向素子３は制御信号によりＸ軸及びＹ軸方向に反射角を変化させ、光変換パネル４上をレーザ光が走査するように制御される。偏向素子３の走査と、レーザ光源１の光出力変調を同期して行うことで、光変換パネル４上にフルカラー画像を表示できる。光変換パネル４上の画像は投影レンズ５により装置外部のスクリーンや壁面などに結像しスクリーン６が得られる。また、画像のリフレッシュレートを２０ｋＨｚ以上にすることで動画の再生も可能となる。
　このように、レーザ光源１と偏向素子３を用いて光変換パネル４に光を集光・走査する構成としたことにより、光変換パネル４外に励起光が照射されることを抑制し、励起光源であるレーザ光源１の光を有効に利用することができる。このため、液晶パネル（Ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｏｎ　ｓｉｌｉｃｏｎ：ＬＣＯＳ）方式や、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）方式のように、光源からの光を光変調素子全面に照射する方式よりも、光の利用効率を高め、装置の光利用効率を向上されることが可能になる。より効率よく集光するためには、レーザ光源１からの励起光はシングルモードもしくは単峰性のビーム形状が望ましい。また集光レンズ２は、コリメートレンズと集光レンズの組み合わせでもよく、光変換パネル４の単位素子上に集光されていればよい。
　また、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂに示すごとく、第１のマイクロレンズアレイ８と蛍光体層７との間に励起光の波長の光を透過し、蛍光体層７からの蛍光の波長の光を反射する誘電体多層膜１１１ｂを透明基板１１１ａ上に設けた波長フィルタ１１１を透明基板１１の代わりに備える構成とすることにより、蛍光体層７からの蛍光を効率よく第２のマイクロレンズアレイ９に向かわせることが可能になる。上記誘電体多層膜１１１ｂは具体的には、図５に示すごとく、波長３５０～４３０ｎｍの光を透過し、波長４３０～６７０ｎｍの光を反射する反射・透過特性を備えるように多層膜の各層の膜厚が設計されており、例えばＴｉＯ２／ＳｉＯ２多層膜で構成される。
　なお、本実施の形態においては、図６、図７に示すごとく、光変換パネル４に第１のマイクロレンズアレイ８、第２のマイクロレンズアレイ９を組み込んでいるため、画像表示装置の大きさを小さくすることが可能となり、携帯プロジェクタや小型のプロジェクタの実現が容易になる。
　図７は、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂに示す光変換パネル４の単位画素領域１２付近を拡大したものである。光変換パネル４に入射されるレーザ光である入射光４０ｆ１、４０ｆ２、４０ｆ３は、第１のマイクロレンズアレイ８のマイクロレンズ８ａにより集光され、波長フィルタ１１１の透明基板１１１ａと誘電体多層膜１１１ｂを通過し赤色蛍光体層７Ａ、緑色蛍光体層７Ｂ、青色蛍光体層７Ｃに入射する。赤色蛍光体層７Ａ、緑色蛍光体層７Ｂ、青色蛍光体層７Ｃに入射したレーザ光は赤色蛍光体層７Ａ、緑色蛍光体層７Ｂ、青色蛍光体層７Ｃにおいてそれぞれ蛍光の赤色出射光５０Ａ、緑色出射光５０Ｂ、青色出射光５０Ｃとなり、第２のマイクロレンズアレイ９を通過し、マイクロレンズ９ａによりコリメートされ光変換パネル４より出射される。このとき、蛍光体層７Ａ、７Ｂ、７Ｃの第１のマイクロレンズ８側には波長フィルタ１１１が備えられるため、出射光（蛍光）を容易に第２のマイクロレンズ９側に導くことができるため、光変換パネル４において効率よく蛍光に変換することができる。
　一方、図８、図９に示すように、上述した第１、第２のマイクロレンズアレイ８、９の双方、又はその一方を有しない構成の光変換パネル４ｂ、４ｃを用いた場合には、光変換パネル４ｂ、４ｃからの赤色出射光１５０Ａ、緑色出射光１５０Ｂは放射角がランバーシアン状に大きく広がってしまうため、投影レンズ５ｂを放射角に合わせて大きくする必要がある。
　より具体的には、図９は出射側にマイクロレンズアレイを有しない構成の光変換パネル４ｃの単位画素領域付近の拡大図であり、マイクロレンズのない平坦な透明部材１３が保護層として蛍光体層７Ａ、７Ｂ、７Ｃの上方に形成されている構成である。この場合、光変換パネル４ｃからの赤色出射光１５０Ａ、緑色出射光１５０Ｂは放射角がランバーシアン状に大きく広がってしまうため、投影レンズ５ｂを放射角に合わせて大きくする必要がある。
　それに対して、図６、図７のように、第１のマイクロレンズアレイ８、第２のマイクロレンズアレイ９を組み込むことで、光変換パネル４からの赤色出射光５０Ａ、緑色出射光５０Ｂ、青色出射光５０Ｃの放射角を小さく制御でき、結果として投影レンズ５の大きさを小さくすることが可能になる。このため、画像表示装置の大きさを小さくすることが可能となり、携帯プロジェクタや小型のプロジェクタの実現が容易になるのである。
　以下、図１０、図１１を用いて、本実施の形態に係る他の実施例を説明する。
　図１０に示すごとく、近紫外光を発するレーザ光源１にはパルス駆動回路１３２が接続されており、レーザ光源１からの近紫外光を集光する集光レンズ２を有する。この集光レンズ２とレーザ光源１との間には第１のコリメートレンズ１０２を設けている。この第１のコリメートレンズ１０２を設けることによりレーザ光源１からの励起光の取り込み効率を高くするとともに、偏向素子３への励起光の入射角度を容易に設計できる。
　そして、集光レンズ２により集光された近紫外光を走査する偏向素子３はＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ　ｅｌｅｃｔｒｏ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ）ミラーにより構成されており、このＭＥＭＳミラーは反射ミラー１０４ａと、この反射ミラー１０４ａの外周側に設けられ、且つ反射ミラー１０４ａを可動状態にて保持する基板１０４ｂとを有している。反射ミラー１０４ａはＸ方向走査軸梁１０４ｘとＹ方向走査軸梁１０４ｙとを介して基板１０４ｂに保持されており、Ｘ方向走査軸梁１０４ｘを中心としてＸ方向の走査を、Ｙ方向走査軸梁１０４ｙを中心としてＹ方向の走査を行う。これらの走査はＭＥＭＳミラーに電気的に接続された制御回路１３３により行われる。
　偏向素子３により走査された近紫外光は第２のコリメートレンズ１０５、結像レンズ１０６を通過して光変換パネル４へと入射する。第２のコリメートレンズ１０５、結像レンズ１０６を設けることにより、偏向素子３から光変換パネル４の単位素子への距離が、光変換パネル４の中央部と周辺部で異なっても、結像レンズ１０６を用いることで励起光を同一サイズで図１１に示す蛍光体層７へ集光させることができる。
　また、図１１に示すごとく、この結像レンズ１０６を第１の結像レンズ１０６ａ、第２の結像レンズ１０６ｂの２枚構成とすることにより、励起光を効果的に同一サイズで蛍光体層７へ集光させることができる。なお上記、結像レンズ１０６はｆ－θレンズを用いることができる。
　光変換パネル４は第２のコリメートレンズ１０５、結像レンズ１０６を通過して入射してきた近紫外光の波長を変換し蛍光を出射する。
　光変換パネル４からの蛍光は取り込みレンズ１３０を通過して投影レンズ５へと入射する。取り込みレンズ１３０を設けることにより、光変換パネル４からの蛍光を効率よく投影レンズ５へと入射させることができる。
　投影レンズ５からの出射光は図１０に示すごとくスクリーン６に投影される。
　ここで、光変換パネル４は、図２Ａ～４Ｂを用いて上述したとおり、近紫外光を吸収し蛍光を出射する複数の蛍光体層７が面状に配置されて構成されている。
　なお本実施の形態における画像表示装置として、近紫外光である励起光を発するレーザ光源１と、近紫外光を吸収して赤色光を出射する赤色蛍光体層７Ａと、近紫外光を吸収して緑色光を出射する緑色蛍光体層７Ｂと、近紫外光を吸収して青色光を出射する青色蛍光体層７Ｃとを備えた蛍光体層７を含む光変換パネル４とを備える構成を説明したが、この限りではない。例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、青色蛍光体層７Ｃの代わりに、例えばガラスなどの透明材料で構成され、一方の表面に凹凸部１４Ｆ、他方の表面に凹凸部１４Ｒが形成された拡散層１４Ｃを配置して光変換パネル３４を構成しても良い。この場合、励起光を拡散させ光変換パネル３４から出射させることができるため、スペックルの発生を抑制するとともに、青色蛍光体層７Ｃでの変換ロスによる効率低下を抑制することができる。
　なお、上記構成において励起光の中心波長を例えば４３０～５００ｎｍの間としても良い。そして、図７に示した誘電体多層膜１１１ｂの代わりに、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すごとく、波長３５０～５００ｎｍの光を透過し、波長５００～６７０ｎｍの光を反射する誘電体多層膜１１１ｃを用いる構成としてもよい。この構成により、光変換パネル４から出射される青色光を、効率よく、スペックルの発生を抑制し、放射させることができる。
　（実施の形態２）
　以下、実施の形態２における画像表示装置について図面を参照しながら説明する。
　実施の形態２における画像表示装置は、図１３、図１４に示すごとく、近紫外光である励起光を発するレーザ光源２１と、励起光を集光する集光レンズ２２と、集光レンズ２２により集光された励起光を走査する可動式反射ミラーである偏向素子２３と、偏向素子２３により走査された励起光の一部もしくは全部を吸収し、波長を変換した蛍光として出射する光変換パネル２４と、光変換パネル２４からの出射光を投影する投影レンズ２５とを備えている。
　投影レンズ２５からの出射光はスクリーン２６に投影される。
　ここで、光変換パネル２４は、近紫外光を吸収し蛍光を出射する複数の蛍光体層２７が面状に配置されて構成されている。
　更に、本実施の形態においては、励起光が透過し且つ蛍光を反射するダイクロイックミラー２８を備えている。
　偏向素子２３により走査された励起光がダイクロイックミラー２８を透過して光変換パネル２４に入射する。
　光変換パネル２４は、図１５Ａ、図１５Ｂに示すごとく、ダイクロイックミラー２８を透過した励起光を集光し蛍光体層２７へ入射するマイクロレンズアレイ２９と、蛍光体層２７からの蛍光を反射する反射層３０とを備えている。
　図１５Ａにおいて、領域Ｂａに示す部分はマイクロレンズアレイ２９を配置した場合の光変換パネル２４の表面を示し、領域Ｂｂに示す部分は、本実施の形態の説明のためにマイクロレンズアレイ２９を取り除いた状態の光変換パネル２４の様子を示す。また、図１５Ｂは、図１５ＡのＸＶｂ－ＸＶｂ線における模式的な断面図を示す。
　図１６は、図１５Ｂに示す光変換パネル２４の単位画素領域付近を拡大したものである。光変換パネル２４に入射されるレーザ光である入射光３４０ｆは、マイクロレンズアレイ２９のマイクロレンズ２９ａにより集光され、マイクロレンズアレイ２９を通過して赤色蛍光体層２７Ａ、緑色蛍光体層２７Ｂ、青色蛍光体層２７Ｃに入射する。赤色蛍光体層２７Ａ、緑色蛍光体層２７Ｂ、青色蛍光体層２７Ｃに入射したレーザ光は赤色蛍光体層２７Ａ、緑色蛍光体層２７Ｂ、青色蛍光体層２７Ｃにおいて、それぞれ蛍光の赤色出射光３５０Ａ、緑色出射光３５０Ｂ、青色出射光３５０Ｃとなりマイクロレンズアレイ２９を通過し、マイクロレンズ２９ａによりコリメートされ光変換パネル２４より出射される。
　図１６に示すごとく、赤色蛍光体層２７Ａ、緑色蛍光体層２７Ｂ、青色蛍光体層２７Ｃへ入射した励起光は、赤色蛍光体層２７Ａ、緑色蛍光体層２７Ｂ、青色蛍光体層２７Ｃに吸収され、蛍光の赤色出射光３５０Ａ、緑色出射光３５０Ｂ、青色出射光３５０Ｃとして全方位に放射される。このとき反射層３０へ向かう蛍光は、反射層３０によりマイクロレンズアレイ２９の方向へ反射される。光変換パネル２４から放射された蛍光は、マイクロレンズアレイ２９にてコリメートされ透過し、ダイクロイックミラー２８で反射され、投影レンズ２５へと出射される。
　このような構成とすることにより、レーザ光源２１からの光が、光変換パネル２４において蛍光に変換されて出射されるため、光の波長及び位相に広がりを有している。そのため、スクリーン２６に反射された光が互いに干渉しあうのを抑制することができ、その結果として、スペックルの発生を抑制することができるのである。
　なお、本実施形態においては、蛍光体層２７から放射される蛍光がマイクロレンズアレイ２９を透過する。このため光変換パネル２４から指向性を有する蛍光を放射させることができるため、効率よく蛍光を画像表示装置から放射させることができる。
　図１５Ａ、図１５Ｂおよび図１６に示すごとく、複数の蛍光体層２７の間、例えば赤色蛍光体層２７Ａと緑色蛍光体層２７Ｂとの間には、蛍光体層２７よりも熱伝導率の高い高熱伝導材料からなる分離部材１０が設けられている。
　このような分離部材１０を設けることにより、蛍光体層２７においてレーザ光源２１からの近紫外光を吸収し蛍光を発する際に発生する熱を効率よく蛍光体層２７の外部へ放熱させることができる。
　この高熱伝導材料には、銅、アルミニウム合金、マグネシウム合金、炭化珪素、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ダイヤモンド等を用いることができる。
　なお、分離部材１０には、蛍光体で発生した蛍光スペクトルの波長範囲において反射率の高い高反射材料を用いることも有用である。
　このような分離部材１０を設けることにより、蛍光体層２７において発生した蛍光が吸収されることを抑制し、蛍光をマイクロレンズアレイ２９へ効率良く導くことができる。
　この高反射材料には、銀、アルミニウム、もしくはそれらの合金等を用いることができる。
　なお、分離部材１０には、蛍光体よりも熱伝導率の高い高熱伝導材料の表面に蛍光体で発生した蛍光スペクトルの波長範囲において反射率の高い高反射材料からなる膜を形成することが上述した二つの効果を得ることができるため望ましい。
　なお、本実施の形態においては、光変換パネル２４が反射層３０を有することにより、蛍光体層２７への入射面と、蛍光体層２７からの出射面とが同一面側となっている。そのため、反射層３０における蛍光体層２７と接する面と反対側の面に、放熱ブロックや放熱フィンなどの放熱部材３１を設けることができる。このような放熱部材３１を設けることにより、蛍光体層２７における変換効率を向上させることができる。即ち、蛍光体層２７において波長変換する際に、変換ロスやストークスロス（波長シフトロス）が発熱の原因となるが、この発熱により蛍光体層２７の温度が上昇してしまうと変換効率が低下してしまう。これに対し、本実施の形態においては上述した放熱部材３１を設けることにより発熱による変換効率の低下を抑制することができる。また、反射層３０の一面に放熱部材を設けることができるため、設計自由度が高く、且つ変換効率の低下をより一層抑制することが可能となる。
　なお、図１７に示すように、一枚の金属膜に凹凸を設けるなどして形成した反射層３３０を放熱部材３１上に設け、この反射層３３０の凹部に蛍光体層２７（赤色蛍光体層２７Ａ、緑色蛍光体層２７Ｂ、青色蛍光体層２７Ｃ）を設ける構成としてもよい。このような構成とすることにより、金属膜一枚で蛍光体層２７からの熱を放熱部材３１に伝達するとともに、凹部の底面および側面の反射率が高い構成を実現することができるため、製造コストを低くすることができる。さらに、薄い金属膜のみが放熱部材３１と蛍光体層２７との間に介在する構成であるため、放熱効率も高くすることができる。
　なお、本実施の形態においては、赤色蛍光体層２７Ａ、緑色蛍光体層２７Ｂ、青色蛍光体層２７Ｃがそれぞれ平行な横方向の直線状に配置される構成としたが、縦方向の直線状に配置される構成としても良く、または図１８Ａに示すように楕円形状もしくは円形状に形成され、マイクロレンズアレイ２９におけるマイクロレンズ２９ａに対応する位置に配置される構成としても構わない。なお、マイクロレンズ２９ａの形状は、レーザ光源１からのビーム形状に揃えるべく、楕円形状とすることが効率的に望ましい。
　以下、図１９、図２０を用いて、本実施の形態に係る他の実施例を説明する。
　励起光を発するレーザ光源２１にはパルス駆動回路２３２が接続されており、レーザ光源２１からの近紫外光を集光する集光レンズ２２と、レーザ光源２１との間には第１のコリメートレンズ２０２を設けている。この第１のコリメートレンズ２０２を設けることによりレーザ光源２１からの励起光の取り込み効率を高くするとともに、偏向素子２３への励起光の入射角度を容易に設計できる。
　そして、集光レンズ２２により集光された近紫外光を走査する偏向素子２３は実施の形態１において上述したＭＥＭＳミラーと制御回路２３３により構成されている。
　偏向素子２３により走査された近紫外光は第２のコリメートレンズ２０５、結像レンズ２０６を通過して光変換パネル２４へと入射する。第２のコリメートレンズ２０５、結像レンズ２０６を設けることにより、偏向素子２３から光変換パネル２４の単位素子への距離が、光変換パネル２４の中央部と周辺部で異なっても、励起光を同一サイズで蛍光体層２７へ集光させることができる。
　また、図２０に示すごとく、この結像レンズ２０６を第１の結像レンズ２０６ａ、第２の結像レンズ２０６ｂの２枚構成とすることにより、励起光を効果的に同一サイズで蛍光体層へ集光させることができる。なお上記、結像レンズはｆ－θレンズを用いることができる。
　更に、本実施の形態においては、近紫外光が透過し且つ蛍光を反射するダイクロイックミラー２８を備えている。ダイクロイックミラー２８の反射・透過特性は、図５に示したものと同様に波長３５０～４３０ｎｍの光を透過し、波長４３０～６７０ｎｍの光を反射するとする。この結果、偏向素子２３により走査された近紫外光がダイクロイックミラー２８を透過して光変換パネル２４に入射する。
　光変換パネル２４は、図１５Ａ、図１５Ｂ、及び図１８Ａ、図１８Ｂに示すごとく、ダイクロイックミラー２８を透過した近紫外光を集光し蛍光体層２７へ出射するマイクロレンズアレイ２９と、蛍光体層２７からの蛍光を反射する反射層３０とを備えている。この反射層３０に反射された蛍光が蛍光体層２７及びマイクロレンズアレイ２９を透過し、マイクロレンズアレイ２９を透過した蛍光が、図１９、図２０に示すごとくダイクロイックミラー２８に反射される。この反射光が取り込みレンズ２３０を通過して投影レンズ２５へと入射する。取り込みレンズ２３０を設けることにより、光変換パネル２４からの蛍光を効率よく投影レンズ２５へと入射させることができる。
　そして、投影レンズ２５からの出射光はスクリーン２６に投影される。
　なお、投影レンズ２５からの出射光をスクリーン２６に投影するのではなく、図２１、図２２に示すごとく、コンバイナー３２に投影し、虚像を結像する構成としても構わない。一般的にヘッドアップディスプレイと呼ばれる画像表示装置である。より具体的には、光変換パネル２４における蛍光体層２７からの蛍光を結像レンズ３３によりコンバイナー３２上に結像することにより、虚像を結像する構成である。このような構成とすることにより、航空機や自動車等に搭載して利用することが容易となる。
　また、図２２に示すごとく、レーザ光源２１との間には第１のコリメートレンズ２０２を設けることによりレーザ光源２１からの励起光の取り込み効率を高くするとともに、偏向素子２３への励起光の入射角度を容易に設計できる。
　また、図２２に示すごとく、偏向素子２３により走査された近紫外光は第２のコリメートレンズ２０５、結像レンズ２０６を通過して光変換パネル２４へと入射する構成とすることにより、偏向素子２３から光変換パネル２４の単位素子への距離が、光変換パネル２４の中央部と周辺部で異なっても、励起光を同一サイズで蛍光体層２７へ集光させることができる。
　さらに、この結像レンズ２０６を第１の結像レンズ２０６ａ、第２の結像レンズ２０６ｂの２枚構成とすることにより、励起光を効果的に同一サイズで蛍光体層２７へ集光させることができる。なお上記、結像レンズはｆ－θレンズを用いることができる。
　なお本実施の形態において、画像表示装置は、近紫外光である励起光を発するレーザ光源２１と、近紫外光を吸収して赤色光を出射する赤色蛍光体層２７Ａと、近紫外光を吸収して緑色光を出射する緑色蛍光体層２７Ｂと、近紫外光を吸収して青色光を出射する青色蛍光体層２７Ｃとを備えた蛍光体層２７を含む光変換パネル２４とを備えるとしたが、この限りではない。青色蛍光体層２７Ｃの代わりに、図２３に示すように、例えばガラスなどの透明材料で構成され、表面に凹凸部が形成された拡散層２１４Ｃを配置して光変換パネル４４を構成しても良い。この場合、励起光を拡散させ光変換パネル４４から出射させることができるため、スペックルの発生を抑制するとともに、青色蛍光体層２７Ｃでの変換ロスによる効率低下を抑制することができる。
　上記構成において、レーザ光源２１から出射した入射光３４０ｆは、赤色蛍光体層２７Ａ、緑色蛍光体層２７Ｂ、拡散層２１４Ｃに対してマイクロレンズアレイ２９のマイクロレンズ２９ａにより集光される。そして赤色蛍光体層２７Ａ、緑色蛍光体層２７Ｂからの赤色出射光３５０Ａ、緑色出射光３５０Ｂ、および拡散層２１４Ｃからの青色出射光３５０Ｃは拡散する光として放射されるが、マイクロレンズ２９ａよりコリメートされるため効率よく画像表示装置から出射される。
　上記構成において励起光の中心波長を例えば４３０～５００ｎｍの間としても良い。そして、ダイクロイックミラーについては、波長３５０～５００ｎｍの光を透過し、波長５００～６７０ｎｍの光を反射するものを用いてもよい。この構成により、光変換パネル４４から出射される青色光を、効率よく、スペックルの発生を抑制し、放射させることができる。
　（実施の形態３）
　以下、実施の形態３における画像表示装置について図面を参照しながら説明する。
　実施の形態３における画像表示装置は、図２４に示すごとく、近紫外光である励起光を発するレーザ光源３００１と、励起光を集光する集光レンズ３００２と、集光レンズ３００２により集光された励起光を走査する可動式反射ミラーである偏向素子３００３と、偏向素子３００３により走査された励起光の一部もしくは全部を吸収し、波長を変換した蛍光として出射する光変換パネルを備えた第一の二次元画像生成部３０８０Ａ、第二の二次元画像生成部３０８０Ｂ、第三の二次元画像生成部３０８０Ｃが赤色、緑色、青色それぞれに用意され、赤色、緑色、青色の蛍光を合成する合波プリズム３２００と、出射光を投影する投影レンズ３００５とを備えている。
　第一の二次元画像生成部３０８０Ａ、第二の二次元画像生成部３０８０Ｂ、第三の二次元画像生成部３０８０Ｃは、それぞれレーザ光源３００１、集光レンズ３００２、偏向素子３００３を備え、赤色画像表示用の第一の二次元画像生成部３０８０Ａには赤色蛍光体を備えた光変換パネル３００４Ａが、緑色画像表示用の第二の二次元画像生成部３０８０Ｂには緑色蛍光体を備えた光変換パネル３００４Ｂが、青色画像表示用の第三の二次元画像生成部３０８０Ｃには青色蛍光体を備えた光変換パネル３００４Ｃが備えられる。
　図２５Ａ、図２５Ｂは光変換パネル３００４Ａ、３００４Ｂ、３００４Ｃの基本構成である光変換パネル３００４の構成を示したものである。光変換パネル３００４Ａ、光変換パネル３００４Ｂ、光変換パネル３００４Ｃは、光変換パネル３００４の蛍光体層７をそれぞれ、近紫外光を吸収して赤色光を出射する赤色蛍光体層７Ａ、もしくは近紫外光を吸収して緑色光を出射する緑色蛍光体層７Ｂ、もしくは近紫外光を吸収して青色光を出射する青色蛍光体層７Ｃのいずれかに置き換えたものである。したがって、光変換パネル３００４の蛍光体層７は、好ましくは、赤色蛍光体層７Ａ、緑色蛍光体層７Ｂ、青色蛍光体層７Ｃのいずれか１種類の蛍光体で構成される。本実施の形態においては、光変換パネル３００４Ａには赤色蛍光体層７Ａを用い、光変換パネル３００４Ｂには緑色蛍光体層７Ｂを用い、光変換パネル３００４Ｃには青色蛍光体層７Ｃを用いている。
　なお、図２５Ａにおいて、領域Ｂａに示す部分は第２のマイクロレンズアレイ９を配置した場合の光変換パネル３００４の表面を示し、領域Ｂｂに示す部分は、本実施の形態の説明のために第２のマイクロレンズアレイ９を取り除いた状態の光変換パネル３００４の様子を示す。また、図２５Ｂは、図２５ＡのＸＸＶｂ－ＸＸＶｂ線における模式的な断面図を示す。
　本実施の形態の画像表示装置において、赤色画像表示用の第一の二次元画像生成部３０８０Ａでは、レーザ光源３００１から出射される励起光が偏向素子３００３により光変換パネル３００４Ａ上に走査されるとともに、レーザ光源３００１の励起光が画像情報に基づいて光出力を変化させることにより、光変換パネル３００４Ａに面状に形成された赤色蛍光体層７Ａから赤色の画像情報が放射される。さらに光変換パネル３００４Ａの入射側に形成された第１のマイクロレンズアレイ８及び出射側に形成された第２のマイクロレンズアレイ９により効率良く、励起光から蛍光に変換されるとともに、指向性を有し画像情報が重畳された蛍光として光変換パネル３００４Ａから放射させることができる。同様に光変換パネル３００４Ｂ、光変換パネル３００４Ｃからも、指向性を有し画像情報が重畳された緑色光、青色光である蛍光を放射させることができる。これらの赤色画像情報、緑色画像情報、青色画像情報が重畳された蛍光を合波プリズム３２００で合成し、投影レンズ３００５で投影させることにより、画像表示装置からカラーの画像情報を効率よく、高輝度で表示させることができる。
　なお、実施の形態１において上述したように、第１のコリメートレンズ３１０２、第２のコリメートレンズ３１０５、第１の結像レンズ３１０６ａと第２の結像レンズ３１０６ｂで構成される結像レンズ３１０６、取り込みレンズ３１３０を備えることで、光学系の設計を容易にするとともに、効率良く、高輝度な画像表示装置を実現することができる。
　なお、画像表示装置の表示カラーをモノクロにする場合には、１種類の２次元画像生成部で画像表示装置を構成しても良い。
　なお、上記実施の形態１から３において偏向素子３、２３、３００３としてはポリゴンミラーなどの可動式反射ミラーを用いても良い。
　本開示の画像表示装置とこれに用いられる光変換パネルは、携帯型のプロジェクタや据置型のプロジェクタ、又は自動車用のヘッドアップディスプレイなどにおいて有用である。
　１，２１，３００１　レーザ光源
　２，２２，３００２　集光レンズ
　３，２３，３００３　偏向素子
　４，４ｂ，４ｃ，２４，３４，４４，３００４　光変換パネル
　５，５ｂ，２５，３００５　投影レンズ
　６，２６　スクリーン
　７，２７　蛍光体層
　７Ａ，２７Ａ　赤色蛍光体層
　７Ｂ，２７Ｂ　緑色蛍光体層
　７Ｃ，２７Ｃ　青色蛍光体層
　８　第１のマイクロレンズアレイ
　８ａ　マイクロレンズ
　９　第２のマイクロレンズアレイ
　９ａ，２９ａ　マイクロレンズ
　１０　分離部材
　１１　透明基板
　１２　単位画素領域
　１３　透明部材
　１４Ｃ，２１４Ｃ　拡散層
　１４Ｆ　凹凸部
　１４Ｒ　凹凸部
　２８　ダイクロイックミラー
　２９　マイクロレンズアレイ
　３０，３３０　反射層
　３１　放熱部材
　３２　コンバイナー
　３３　結像レンズ
　４０ｆ１，４０ｆ２，４０ｆ３　入射光
　５０Ａ，１５０Ａ，３５０Ａ　赤色出射光
　５０Ｂ，１５０Ｂ，３５０Ｂ　緑色出射光
　５０Ｃ，２５０Ｃ，３５０Ｃ　青色出射光
　１１１　波長フィルタ
　１１１ａ　透明基板
　１１１ｂ　誘電体多層膜
　１０２，２０２，３１０２　第１のコリメートレンズ
　１０４ａ　反射ミラー
　１０４ｂ　基板
　１０４ｘ　Ｘ方向走査軸梁
　１０４ｙ　Ｙ方向走査軸梁
　１０５，２０５，３１０５　第２のコリメートレンズ
　１０６，３１０６　結像レンズ
　１０６ａ，３１０６ａ　第１の結像レンズ
　１０６ｂ，３１０６ｂ　第２の結像レンズ
　１３０，２３０，３１３０　取り込みレンズ
　１３２，２３２　パルス駆動回路
　１３３，２３３　制御回路
　１４０ｆ１，１４０ｆ２　入射光
　３４０ｆ　入射光
　３０８０Ａ　第一の二次元画像生成部
　３０８０Ｂ　第二の二次元画像生成部
　３０８０Ｃ　第三の二次元画像生成部

Claims (18)

  1. 励起光を発するレーザ光源と、
    前記励起光を集光する集光レンズと、
    前記集光レンズにより集光された励起光を走査する偏向素子と、
    前記偏向素子により走査された励起光の波長を変換し蛍光を出射する光変換パネルと、
    を備え、
    前記光変換パネルは、
    前記励起光を吸収し蛍光を出射する複数の蛍光体層が面状に配置されて構成された
    画像表示装置。
  2. 前記光変換パネルは、
    前記偏向素子により走査された励起光が入射される第１のマイクロレンズと、
    前記第１のマイクロレンズにより集光された前記励起光を前記蛍光体層へと透過する透明基板と、
    前記蛍光体層からの蛍光を出射する第２のマイクロレンズアレイと、
    を備えた請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 前記励起光を透過し且つ蛍光を反射するダイクロイックミラーを備え、
    前記偏向素子により走査された励起光が前記ダイクロイックミラーに透過され前記光変換パネルに入射し、
    前記光変換パネルは、
    前記ダイクロイックミラーが透過した励起光を集光し前記蛍光体層へ出射するマイクロレンズアレイと、前記蛍光体層からの蛍光を反射する反射層と、を有し、
    前記反射層に反射された蛍光を前記蛍光体層及び前記マイクロレンズアレイが透過し、
    前記マイクロレンズアレイに透過された蛍光が前記ダイクロイックミラーに反射される
    請求項１に記載の画像表示装置。
  4. 前記蛍光体層は、
    前記励起光を吸収して赤色光を出射する赤色蛍光体層と、
    前記励起光を吸収して緑色光を出射する緑色蛍光体層と、
    前記励起光を吸収して青色光を出射する青色蛍光体層と、
    を備えた請求項１に記載の画像表示装置。
  5. 前記複数の蛍光体層間には前記蛍光体よりも熱伝導率の高い高熱伝導材料からなる分離部材が設けられた
    請求項１に記載の画像表示装置。
  6. 前記高熱伝導材料は、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ダイヤモンドの内の少なくとも一つからなる
    請求項５に記載の画像表示装置。
  7. 前記複数の蛍光体層間には前記蛍光体よりも反射率の高い高反射材料からなる分離部材が設けられた
    請求項１に記載の画像表示装置。
  8. 前記複数の蛍光体層は線状に設けられた
    請求項１に記載の画像表示装置。
  9. 前記蛍光体層からの蛍光を投影する投影レンズを備えた
    請求項１に記載の画像表示装置。
  10. 前記蛍光体層からの蛍光を結像する結像レンズを備えた
    請求項１に記載の画像表示装置。
  11. 第１のマイクロレンズアレイと、
    前記第１のマイクロレンズアレイにより集光された励起光を吸収し蛍光を出射する複数の蛍光体層とを備え、
    前記蛍光体層が面状に配置されて構成された光変換パネル。
  12. 前記蛍光体層からの蛍光を出射する第２のマイクロレンズアレイを備え、
    前記第１のマイクロレンズと前記第２のマイクロレンズとの間に前記蛍光体層が配置された
    請求項１１に記載の光変換パネル。
  13. 前記蛍光体層からの蛍光を反射する反射層を備え、
    前記第１のマイクロレンズと前記反射層との間に前記蛍光体層が配置された
    請求項１１に記載の光変換パネル。
  14. 前記蛍光体層は、
    前記励起光を吸収して赤色光を出射する赤色蛍光体層と、
    前記励起光を吸収して緑色光を出射する緑色蛍光体層と、
    前記励起光を吸収して青色光を出射する青色蛍光体層と、
    を備えた請求項１１に記載の光変換パネル。
  15. 前記複数の蛍光体層間には前記蛍光体よりも熱伝導率の高い高熱伝導材料からなる分離部材が設けられた
    請求項１１に記載の光変換パネル。
  16. 前記高熱伝導材料は、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ダイヤモンドの内の少なくとも一つからなる
    請求項１５に記載の光変換パネル。
  17. 前記複数の蛍光体層間には前記蛍光体よりも反射率の高い高反射材料からなる分離部材が設けられた
    請求項１１に記載の光変換パネル。
  18. 前記複数の蛍光体層は線状に設けられた
    請求項１１に記載の光変換パネル。
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