JP2015092224A - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光基板からの蛍光と蛍光基板からの反射光の集光効率向上と光束の均一性を向上させる光源装置を提供する。【解決手段】光源装置は、光源と蛍光基板とを有する。蛍光基板は、基板部と、第１の反射膜と、蛍光体層と、第２の反射膜とを有する。第１の反射膜は、基板部の第１の箇所に形成されている。蛍光体層は、第１の反射膜の基板部と反対側の面に形成され、光源からの光により蛍光発光する。第２の反射膜は、基板部の第２の箇所に形成され、光源からの光を反射する。光源からの光が入射する蛍光体層の表面と、光源からの光が反射する第２の反射膜の表面とは、ほぼ同一平面にある。【選択図】図３Ｂ

Description

本開示は光源装置および、ライトバルブにより形成される画像を光源装置からの光で照射し、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。

デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）や液晶パネルなどのライトバルブを用いた投写型表示装置の光源として、放電ランプが広く利用されている。しかしながら、放電ランプの寿命は比較的短い。

そこで、近年、光源として、放電ランプよりも長寿命である半導体レーザーや発光ダイオードなどの光源を用いた投写型表示装置が開発されている。このような投写型表示装置においては、光源から出射する光の偏光特性を利用して集光する光源装置が用いられている。

図１６は、従来の光源装置１の構成図である。図１７Ａは、従来の蛍光基板１１（蛍光ホイール）の上面図である。図１７Ｂは、図１７Ａの線１７Ｂ−１７Ｂにおける断面図である。図１７Ａは上面図であるが、わかりやすくするために、ハッチングを掛けて示している。

光源である半導体レーザー５からの青色の光は、コリメートレンズアレイ６により平行光になり、ダイクロイックミラー７に入射する。ダイクロイックミラー７を透過したＰ偏光は、１／４波長板８で円偏光に変換されて、コンデンサレンズ９により蛍光基板１１に集光される。蛍光基板１１は、基板部２と、金属膜１０ａと、赤色蛍光体層３ａと、緑色蛍光体層３ｂとを有している。蛍光基板１１の中央には、回転体４が設置されている。蛍光基板１１は回転体４を中心にして回転する。

蛍光基板１１の基板部２の表面に金属膜１０ａがコーティングされている。基板部２は、ガラスもしくは金属で形成されている。金属膜１０ａの一部には、赤色の蛍光体が塗布された赤色蛍光体層３ａと、緑色の蛍光体が塗布された緑色蛍光体層３ｂが形成されている。赤色蛍光体層３ａと、緑色蛍光体層３ｂとが形成されている領域を蛍光領域３とする。

また、基板部２の表面において、金属膜１０ａがコーティングされており、赤色蛍光体層３ａと、緑色蛍光体層３ｂが形成されていない領域を反射領域１０とする。このように、基板部２は、蛍光領域３と反射領域１０とを有している。

基板部２の蛍光領域３で蛍光発光した緑または赤の色光は、蛍光基板１１から出射して、ダイクロイックミラー７で反射する。

一方、基板部２の反射領域１０で反射した青色光は、１／４波長板８で偏光方向が変換され、ダイクロイックミラー７で反射する。蛍光領域３からの緑および赤の色光と、反射領域１０からの青色光がダイクロイックミラー７で合成され、白色光として出射される。

また、半導体レーザー５の励起光から蛍光発光する緑色と赤色の色純度を高くするため、ダイクロイックフィルタが形成された第２のホイール（図示せず）を備えた光源装置が知られている。

なお、この出願に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１、２が知られている。

特開２０１２−１０８４８６号公報 特開２０１２−２１２１２９号公報

従来の構成では、半導体レーザー５から蛍光領域３に到達するまでの光路と、半導体レーザー５から反射領域１０に到達するまでの光路とで距離が異なる。すなわち、コンデンサレンズ９に対する蛍光領域３の蛍光面と反射領域１０の鏡面のバックフォーカスが異なる。そのため、蛍光領域３での蛍光と、反射領域１０での反射光の集光効率が異なり、ぞれぞれの色光の集光効率が最適化できない。すなわち、緑色、赤色の光と、青色の光の集光効率が異なり、輝度むらが生じる場合がある。

また、蛍光発光した緑色と赤色の光（蛍光）と反射領域１０で反射した青色光は、コンデンサレンズ９により略平行な光束に変換される。しかし、蛍光と反射光の光束の均一性が異なるので、インテグレータ照明光学系を用いても、蛍光発光した緑色および赤色の光と、鏡面反射した青色光との合成投写画像に色むらが生じる場合がある。その結果、投写型表示装置としての品質が十分ではない場合がある。

本開示は、蛍光基板からの蛍光と、蛍光基板からの反射光の集光効率向上と、光束の均一性を向上できる。

光源装置は、光源と蛍光基板とを有する。蛍光基板は、基板部と、第１の反射膜と、蛍光体層と、第２の反射膜とを有する。第１の反射膜は、基板部の第１の箇所に形成されている。蛍光体層は、第１の反射膜の基板部と反対側の面に形成され、光源からの光により蛍光発光する。第２の反射膜は、基板部の第２の箇所に形成され、光源からの光を反射する。

光源からの光が入射する蛍光体層の表面と、光源からの光が反射する第２の反射膜の表面とは、ほぼ同一平面にある。

本開示によれば、集光効率の向上と、光束の均一性の向上と、色再現範囲が良好な光源装置が得られる。このため、明るく、品質が良好な投写型表示装置が得られる。

実施の形態１における光源装置の構成図 実施の形態１における光源装置のダイクロイックミラーの分光特性図 実施の形態１における光源装置の蛍光基板の上面図 図３Ａの線３Ｂ−３Ｂにおける断面図 実施の形態１における光源装置の蛍光基板の集光効率を示すグラフ 実施の形態１における光源装置の蛍光基板の緑色蛍光体層のスペクトル図 （ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１における光源装置の蛍光基板の製造方法を示す断面図 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１における光源装置の蛍光基板の他の製造方法を示す断面図 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１における光源装置の蛍光基板のさらに他の製造方法を示す断面図 実施の形態１における光源装置の他の蛍光基板の上面図 図９Ａの線９Ｂ−９Ｂにおける断面図 実施の形態２における光源装置の構成図 実施の形態２における光源装置の光学ホイール基板の上面図 実施の形態３における光源装置の構成図 実施の形態４における投写型表示装置の構成図 実施の形態５における投写型表示装置の構成図 実施の形態６における投写型表示装置の構成図 従来の光源装置の構成図 従来の蛍光基板の上面図 図１７Ａの線１７Ｂ−１７Ｂにおける断面図

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）
［１−１．構成］
図１は、実施の形態１における光源装置２００の構成図である。

以下、光源装置２００の構成について詳細に説明する。光源装置２００は、光源２０と、蛍光基板３６とを備えている。また光源装置２００は、放熱板２１と、集光レンズ２２と、ヒートシンク２４と、レンズ２５と、ミラー２６と、凹面レンズ２７と、拡散板２８とを備えていてもよい。さらに光源装置２００は、ダイクロイックミラー２９と、位相差板である１／４波長板３０と、コンデンサレンズ３１とを備えていてもよい。光源２０と、放熱板２１と、集光レンズ２２とで光源ユニット２３が構成されている。光源２０としては、半導体レーザーが用いられる。しかし、光源２０は、半導体レーザーに限らず、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などを用いてもよい。

蛍光基板３６は、基板部３４と、反射膜３３と、蛍光体層４３とを有する。反射膜３３は基板部３４に形成されている。蛍光体層４３は、反射膜３３の一部に形成されている。蛍光体層４３は、緑色の蛍光体が塗布された緑色蛍光体層４０と赤色の蛍光体が塗布された赤色蛍光体層４１を有している（図３Ａ、３Ｂ参照）。蛍光体層４３が形成されている領域を蛍光領域３２とする。蛍光体層４３が形成されていない領域を反射領域４２とする。蛍光基板３６の中央には、回転体３５が設置されている。蛍光基板３６は回転体３５を中心にして回転する。なお、図１では図３Ｂの蛍光基板３６を下向きに設置している。

基板部３４は熱伝導率の高いアルミニウムで形成されている。また、基板部３４を回転させることにより、光の照射による蛍光領域３２の温度上昇を抑制し、安定した蛍光変換効率が得られる。ただし基板部３４の材料はアルミニウムに限らず、他の金属でもよい。

光源２０として、放熱板２１の上に一定の間隔で、２次元状に８個（２列、４行）の半導体レーザーが配置されている。そして、各半導体レーザーに対応して集光レンズ２２が配置されている。ヒートシンク２４は、光源ユニット２３を冷却するために用いられる。

半導体レーザーは、４４０ｎｍから４５５ｎｍの波長幅で青色の直線偏光を出射する。半導体レーザーから出射された偏光がダイクロイックミラー２９に入射する際にＳ偏光となるように、半導体レーザーが配置されている。

図１において、Ｓ偏光をＳとして、Ｐ偏光をＰとして示している。Ｓ偏光は振動方向が紙面に垂直な光であり、Ｐ偏光は振動方向が紙面に平行な光である。すなわち、図１のｘ、ｙ、ｚ方向において、Ｓ偏光はｙ方向に振動する光であり、Ｐ偏光はｘ方向に振動する光である。

［１−２．動作］
以上のように構成された光源装置２００について、その動作を以下に説明する。

半導体レーザーを出射した青色の直線偏光は対応する集光レンズ２２により集光され、平行な光束に変換される。その後、光束は凸面のレンズ２５に入射し、ミラー２６により、光路が折り曲げられ、凹面レンズ２７により、小径化された略平行光束となり、拡散板２８に入射する。

拡散板２８はガラス製で表面が微細な凹凸状に形成されている。拡散板２８に入射した光は、この凹凸により拡散される。拡散板２８の拡散角度は約３度と小さく、偏光特性を保持する。拡散板２８により拡散された光は５５度の入射角でダイクロイックミラー２９に入射する。

図２は、実施の形態１における光源装置のダイクロイックミラー２９の分光特性図である。ＰはＰ偏光を、ＳはＳ偏光の特性を示している。図２で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２９は、波長４４０〜４５５ｎｍの半導体レーザー光のＳ偏光を９５％以上の高い反射率で反射し、Ｐ偏光を９２％以上透過する。また、緑および赤の色光のＰ偏光とＳ偏光は、それぞれ９２％以上の高い透過率を示している。Ｐ偏光とＳ偏光で透過率５０％となる波長の差を波長分離幅とすると、波長分離幅は３１ｎｍである。

図１６に示す従来の光源装置１では、ダイクロイックミラーに４５度の入射角で光が入射する。この場合、一般的に、Ｐ偏光とＳ偏光の波長分離幅は約２２ｎｍ以下である。また、４４０ｎｍでのＰ偏光透過率は６５％、４５５ｎｍでのＳ偏光反射率は７０％程度となり、半導体レーザーの発光波長帯域では、Ｐ偏光の高い透過率、Ｓ偏光の高い反射率が得られない。

本実施の形態では、ダイクロイックミラーに５５度の入射角で光が入射する。そのため、半導体レーザーからのＳ偏光を高い反射率で反射し、Ｐ偏光を高い透過率で透過できる。ここで、光がダイクロイックミラーに５５度の入射角で入射とは、光がダイクロイックミラーと垂直な方向に対して５５度で入射することを示している。

ダイクロイックミラー２９で反射されたＳ偏光の青色光は、位相差板である１／４波長板３０に入射する。１／４波長板３０は半導体レーザーの発光平均波長で位相差が１／４波長になる位相差板である。１／４波長板３０は耐熱性、耐久性に優れた水晶で形成されている。１／４波長板３０に入射されたＳ偏光の光は、円偏光に変換される。

１／４波長板３０を透過した光は、コンデンサレンズ３１により、スポット径が１ｍｍ以上、２ｍｍ以下の光に集光され、蛍光基板３６に入射する。拡散板２８はスポット径が所望の大きさになるよう光を拡散させている。ここで、集光された光強度のうち、最も強いピーク強度に対して１３．５％となる強度で囲まれた光の直径をスポット径と定義している。

図３Ａは、実施の形態１における光源装置２００の蛍光基板３６の上面図である。図３Ｂは、図３Ａの線３Ｂ−３Ｂにおける断面図である。円形の蛍光基板３６（蛍光ホイール）は、蛍光領域３２と、反射領域４２とを有している。

なお、図３Ａは上面図であるが、わかりやすくするために、ハッチングを掛けて示している。また、図３Ａにおいて、反射領域４２ａに形成された反射膜３３と、反射領域４２ｂに形成された反射膜３３の表面とは同一面となるが、反射領域４２ａを明確にするため破線により区別している。

基板部３４の緑色蛍光体層４０と赤色蛍光体層４１が形成される箇所に約０．２ｍｍの段差（窪み）が形成されている。

そして基板部３４の表面に反射膜３３が形成されている。基板部３４の段差部分（窪み部分）の反射膜３３上には、緑色の蛍光体が塗布された緑色蛍光体層４０または、赤色の蛍光体が塗布された赤色蛍光体層４１が形成されている。緑色蛍光体層４０と、赤色蛍光体層４１とで蛍光領域３２が形成されている。緑色蛍光体層４０と赤色蛍光体層４１の厚みは、段差と同じ約０．２ｍｍである。

また、基板部３４において、緑色蛍光体層４０と赤色蛍光体層４１とが形成されていない領域を反射領域４２とする。すなわち反射領域４２の表面には反射膜３３が露出している。このように、蛍光基板３６は、蛍光領域３２と反射領域４２とを有している。反射領域４２は、反射領域４２ａ、反射領域４２ｂを有している。蛍光領域３２と反射領域４２ａに光が入射する。

すなわち、光源装置２００は、光源２０と蛍光基板３６とを有する。蛍光基板３６は、基板部３４と、第１の反射膜（反射膜３３）と、蛍光体層４３と、第２の反射膜（反射膜３３）とを有する。第１の反射膜は、基板部３４の第１の箇所（蛍光領域３２）に形成されている。蛍光体層４３は、第１の反射膜の基板部３４と反対側の面に形成され、光源２０からの光により蛍光発光する。第２の反射膜は、基板部３４の第２の箇所（反射領域４２ａ）に形成され、光源２０からの光を反射する。光源２０からの光が入射する蛍光体層４３の表面と、光源２０からの光が反射する第２の反射膜の表面とは、ほぼ同一平面にある。

そして、第１の箇所における基板部３４の表面の位置と第２の箇所における基板部３４の表面の位置が異なっている。具体的には、第１の反射膜と蛍光体層４３が積層している方向において、基板部３４の第１の箇所と第２の箇所の位置が約０．２ｍｍ異なっている。言いかえれば、第１の反射膜が接している基板部３４の表面と、第２の反射膜が接している基板部３４の表面との位置が異なっている。

緑色蛍光体層４０において、緑成分を含む蛍光を発する緑色蛍光体として、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋が用いられている。赤色蛍光体層４１において、赤色成分を含む蛍光を発する赤色蛍光体として、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋が用いられている。反射領域４２の反射膜として、銀の金属膜が用いられている。

光軸方向に直交する方向において、緑色蛍光体層４０または赤色蛍光体層４１の表面と、反射領域の反射膜３３の表面とが揃うように、基板部３４には段差（窪み）が形成されている。

蛍光基板３６の緑色蛍光体層４０に入射した光は、緑成分の色光を蛍光発光し、蛍光基板３６から出射する。また、赤色蛍光体層４１に入射した光は、赤成分の色光を蛍光発光し、蛍光基板３６から出射する。また、緑色蛍光体層４０及び赤色蛍光体層４１で蛍光発光した光は反射膜３３で反射し、蛍光基板３６から出射する。

一方、反射領域４２ａの反射膜３３に入射した円偏光の青色光は、反射領域４２ａで反射し、入射の円偏光とは逆周りの円偏光となり、蛍光基板３６から出射する。反射領域４２の反射膜３３は偏光特性が維持される面精度を有している。

図４は、実施の形態１における光源装置２００の蛍光基板３６の集光効率を示すグラフである。蛍光基板３６の蛍光面に対する相対集光効率を示している。横軸の相対位置は、蛍光が最大集光効率となる蛍光基板３６の蛍光面の位置を０として示している。コンデンサレンズ３１はＦナンバーが０．５３、バックフォーカスは１．６ｍｍである。蛍光発光の強度が最も高い位置は蛍光体層４３の表面なので、蛍光体層４３の表面を蛍光面と考えてよい。図４に示すように、相対位置が０から＋０．２ｍｍ変化すると、集光効率は約１４％低下し、相対位置が０から−０．２ｍｍ変化すると、集光効率は約１０％低下する。ここで、＋０．２ｍｍとは、最大集光効率となる蛍光面の位置から、蛍光面が光源ユニット２３に０．２ｍｍ近づいた状態である。また−０．２ｍｍとは、最大集光効率となる蛍光面の位置から、蛍光面が光源ユニット２３から０．２ｍｍ離れた状態である。

したがって、蛍光体層４３の表面（蛍光面）と、反射領域４２の表面（反射面）とが、蛍光体層４３の厚み分（約０．２ｍｍ）ずれた場合、反射領域４２での反射光の集光効率が減少し、集光効率を最適化できない。また、コンデンサレンズ３１で集光された、蛍光と反射光のそれぞれの光束の均一性が異なり、合成された光束が不均一となる。

本開示では、蛍光体層４３の蛍光面と反射領域４２の反射面に段差がなく、それぞれの表面が揃っている。そのため、蛍光と反射領域の反射光の集光効率がそれぞれ最適化される。そのため、蛍光の光束と青色の光束が合成された光束は、良好な均一性を有する。

蛍光領域３２の蛍光面と反射領域４２の反射面は、同一面に揃えることが好ましいが、加工上のばらつきが生じる場合がある。そこで集光効率の低下を約４％以内に抑えるために、蛍光面と反射面とは段差が０．１ｍｍ以内にするのが好ましい。さらに、集光効率の低下を約１％以内に抑えるために、蛍光面と反射面との段差を０．０５ｍｍ以内にするのがより好ましい。

図５は、実施の形態１における光源装置２００の蛍光基板３６の緑色蛍光体層４０のスペクトル図である。蛍光成分Ｆ１と未変換成分Ｕ１が示されている。蛍光成分Ｆ１は、緑色蛍光体層４０で蛍光発光した光である。未変換成分Ｕ１は、緑色蛍光体層４０で蛍光発光されずに、緑色蛍光体層４０と反射膜３３で散乱、反射する蛍光未変換光である。蛍光未変換光は、蛍光基板３６へ入射する光の約１０％と比較的大きい。蛍光未変換光は緑色蛍光体層４０で多重散乱する反射光である。そのため、蛍光未変換光の偏光は乱れ、入射時と出射の偏光特性は維持されない。赤色蛍光体層４１からの光も同様に蛍光未変換光を生じる。この蛍光未変換光に対する対策は実施の形態２で述べる。

蛍光基板３６から出射した緑および赤の蛍光は、コンデンサレンズ３１で集光され、略平行光に変換された後、１／４波長板３０、ダイクロイックミラー２９を透過する。一方、反射領域４２で反射した青色光は、入射の円偏光とは逆周りの円偏光となり、コンデンサレンズで集光され、略平行光に変換された後、１／４波長板３０でＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された光は、ダイクロイックミラーを透過する。ダイクロイックミラーを透過した蛍光領域３２からの光と反射領域４２ａからの光は合成され、白色光になる。

励起光から緑色及び赤色の蛍光への波長変換効率の値をもとに、緑色蛍光体層４０と、赤色蛍光体層４１と、反射領域４２とを適切に分割することにより、緑、赤、青の光の強度比が調整され、良好なホワイトバランスの白色光が得られる。

また、蛍光基板は、赤色蛍光体層と、緑色蛍光体層と、黄色蛍光体層と、蛍光体が塗布されていない反射領域の４つの領域に分割されていてもよい。黄色蛍光体層を用いることにより、ホワイトバランスがさらに良好で、明るい白色光が得られる。黄色蛍光体層としてはＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体層などが用いられる。

また、図１ではひとつの光源ユニット２３を用いているが、複数の光源ユニットを用いてもよい。

［１−３．効果］
以上のように、本開示の光源装置２００は、複数の半導体レーザーの光で蛍光発光する蛍光体層４３の蛍光面と、光を反射する反射領域４２を備えた蛍光基板３６を有している。蛍光面と反射面とを揃えることにより、蛍光と反射光が効率よく集光され、出射光束の均一性が向上する。

図６（ａ）〜（ｃ）は、は、実施の形態１における光源装置２００の蛍光基板３６の製造方法を示す断面図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）の順で蛍光基板３６が製造される。

図６（ａ）に示すように、基板部３４に段差を形成する。次に図６（ｂ）に示すように、基板部３４の全面に反射膜３３を形成する。さらに図６（ｃ）に示すように、段差部分の反射膜３３に蛍光体層４３を形成する。

すなわち、蛍光領域３２に形成されている反射膜３３（第１の反射膜）と、反射領域４２ａに形成されている反射膜３３（第２の反射膜）は、同じ材料で、同一工程で形成されている。蛍光体層４３の表面（蛍光面）と、反射膜３３（第２の反射膜）の表面（反射面）とは、同一面に揃うように形成されている。

しかし、蛍光基板３６の製造方法は上記に限らない。図７（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１における光源装置２００の蛍光基板３６の他の製造方法を示す断面図である。

図７（ａ）に示すように、基板部３４に段差を形成する。次に図７（ｂ）に示すように、基板部３４の段差部分に反射膜３３を形成する。さらに図７（ｃ）に示すように、段差部分の反射膜３３に蛍光体層４３を形成する。次に図７（ｄ）に示すように、蛍光体層４３が形成されていない箇所に反射膜４４を形成する。ここで、反射膜３３（第１の反射膜）と反射膜４４（第２の反射膜）は、同じ材料でもよく、別の材料でもよい。蛍光体層４３の表面（蛍光面）と、反射膜４４（第２の反射膜）の表面（反射面）とは、同一面に揃うように形成されている。

なお、本開示では、基板部３４の段差部分（窪み部分）に反射膜３３と蛍光体層４３を形成した。しかし、本開示は、これに限らず、基板部３４に段差を設けなくてもよい。

図８（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１における光源装置２００の蛍光基板３６のさらに他の製造方法を示す断面図である。

図８（ａ）に示すように、基板部３４を用意する。次に図８（ｂ）に示すように、基板部３４の一部に反射膜３３を形成する。さらに図８（ｃ）に示すように反射膜３３に蛍光体層４３を形成する。次に図８（ｄ）に示すように、蛍光体層４３が形成されていない箇所に反射膜４４を形成する。ここで、反射膜３３と反射膜４４は、同じ材料でもよく、別の材料でもよい。蛍光体層４３の表面（蛍光面）と、反射膜４４（第２の反射膜）の表面（反射面）とは、同一面に揃うように形成されている。

以上のように、蛍光領域３２に形成されている反射膜３３（第１の反射膜）と、反射領域４２ａに形成されている反射膜４４（第２の反射膜）は、異なる材料で、異なる工程で形成してもよい。

図９Ａは、実施の形態１における光源装置２００の他の蛍光基板の上面図である。図９Ｂは、図９Ａの線９Ｂ−９Ｂにおける断面図である。

図９Ａ、図９Ｂに示すように、蛍光体層４３が形成されている蛍光領域３２と、蛍光体層４３が形成されていない扇状の領域４６を、別々に形成し、その後、それらを結合させてもよい。なお、図９Ａは上面図であるが、わかりやすくするために、扇状の領域４６の箇所だけハッチングを掛けて示している。扇状の領域４６の中に反射領域４２ａが含まれている。この場合、蛍光体層４３が形成されている領域の反射膜３３と、蛍光体層４３が形成されていない扇状の領域４６の反射膜４５は、同じ材料でもよく、別の材料でもよい。この場合も、蛍光体層４３の表面（蛍光面）と、反射膜４５（第２の反射膜）の表面（反射面）とは、同一面に揃うように形成されている。

（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２における光源装置２２０の構成図である。図１１は、実施の形態２における光源装置２２０の光学ホイール基板７０の上面図である。実施の形態２はコンデンサレンズ６７、７１と、光学ホイール基板７０を有している点が、実施の形態１と異なる。光学ホイール基板７０は、基板部６８と回転体６９を有している。基板部６８は、ダイクロイックフィルタを形成した色フィルタ領域９０と拡散領域９２を有している。その他の構成は実施の形態１と同様である。なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては、同一の符号を付しその説明を省略する。

光源２０から出射した光が、蛍光基板３６に入射し、その後、蛍光基板３６から出射した光が、ダイクロイックミラー２９を透過するまでは、実施の形態１と同様である。ダイクロイックミラー２９を透過した光は、コンデンサレンズ６７で集光され、光学ホイール基板７０に入射する。

コンデンサレンズ６７は光学ホイール基板７０のダイクロイックフィルタへの入射角が３５度以下となる焦点距離のレンズである。光学ホイール基板７０に集光されるスポット径のサイズは、蛍光基板３６に集光されるスポット径の２．５倍程度である。光学ホイール基板７０は、ダイクロイックフィルタを形成した色フィルタ領域９０と拡散領域９２を有する基板部６８と回転体６９とから構成される。

円形の光学ホイール基板７０は、３つのフィルタ領域８０、８１、８２に分割されている。フィルタ領域８０には、蛍光未変換光（図５参照）を反射し、かつ緑色成分を透過するダイクロイックフィルタが形成されている。フィルタ領域８１には、蛍光未変換光を反射し、かつ赤色成分を透過するダイクロイックフィルタが形成されている。フィルタ領域８０とフィルタ領域８１で色フィルタ領域９０が形成されている。フィルタ領域８２は、入射する青色光を拡散する拡散領域９２である。フィルタ領域８２は、拡散板２８と同様のガラス製の拡散板であり、拡散角度は１０度±２度である。

フィルタ領域８０は蛍光基板３６の緑色蛍光体層４０に対応している。フィルタ領域８１は蛍光基板３６の赤色蛍光体層４１に対応している。フィルタ領域８２は蛍光基板３６の反射領域４２ａに対応している。そして、フィルタ領域８０が緑色蛍光体層４０に同期し、フィルタ領域８１が赤色蛍光体層４１に同期し、フィルタ領域８２が反射領域４２に同期しながら回転し、特定の光を透過もしくは拡散する。

光学ホイール基板７０において、ダイクロイックミラー２９を透過した蛍光領域３２での蛍光未変換光がフィルタ領域８２で反射され、緑、赤の色光に混色する不要な青色光を十分にカットするとともに、赤の色純度が改善される。また、蛍光基板３６の反射領域４２ａの反射面での反射光が、フィルタ領域８２で拡散し、拡散されたレーザー光のスペックルが低減し、均一性が向上する。

本実施の形態では、フィルタ領域８０には、蛍光未変換光を反射し、かつ緑色成分を透過するダイクロイックフィルタが形成され、フィルタ領域８１には、蛍光未変換光を反射し、かつ赤色成分を透過するダイクロイックフィルタが形成されている。ただし、フィルタ領域８０、８１が蛍光未変換光を反射するダイクロイックフィルタのみで形成されていてもよく、その場合は、フィルタ領域８０，８１は同一のダイクロイックフィルタで構成されていてもよい。

光学ホイール基板７０を透過した光は、コンデンサレンズ７１で略平行光に変換され、出射する。出射した光束は、緑、赤の色純度が高く、均一性に優れ、ホワイトバランスが良好な白色光となる。

以上のように本開示の光源装置は、蛍光基板３６と、光学ホイール基板７０を有する。蛍光基板３６は、複数の半導体レーザーの光で蛍光発光する蛍光領域３２と、光を反射する反射領域４２ａとを有している。光学ホイール基板７０は、蛍光基板３６の蛍光領域３２で蛍光発光しなかった蛍光未変換光を反射し、特定の色成分を透過させるフィルタ領域８０、８１（色フィルタ領域９０）と、蛍光基板３６の反射領域４２ａで反射した光を拡散するフィルタ領域８２（拡散領域９２）を有している。この構成により、色純度が高く、均一性の高い光源装置が得られる。

（実施の形態３）
図１２は、実施の形態３における光源装置２４０の構成図である。

実施の形態３は、折り曲げ用のミラー１１０を用いることにより、蛍光基板３６と光学ホイール基板７０とが互いに直交するよう配置されている点が実施の形態２と異なる。その他の構成は実施の形態２と同様である。この構成により、光源装置２４０を小さくできる。なお、実施の形態１、２と同様の構成を有するものについては、同一の符号を付しその説明を省略する。

光源２０から出射した光が、ダイクロイックミラー２９に入射するまでは、実施の形態１、２と同様である。拡散板２８を出射したＳ偏光はダイクロイックミラー２９で反射する。ダイクロイックミラー２９で反射したＳ偏光の青色光は、ミラー１１０で光路が折り曲げられた後、１／４波長板３０に入射する。１／４波長板３０は光源２０である半導体レーザーの発光平均波長で位相差が１／４波長となる位相差板である。１／４波長板３０は水晶で構成されている。入射するＳ偏光の光は１／４波長板３０で円偏光に変換される。

１／４波長板３０を透過した光は、コンデンサレンズ３１により蛍光基板３６に集光される。蛍光基板３６は、基板部３４と、基板部３４に形成された反射膜３３と蛍光体層４３と、を有している。蛍光基板３６の中央には、回転体３５が設置されている。蛍光基板３６は回転体３５を中心にして回転する。蛍光体層４３の蛍光領域に入射した光は、緑成分と赤成分の蛍光を発光し、蛍光基板３６から出射する。

また、蛍光領域の反射膜３３に入射した光は反射膜３３で反射し、蛍光基板３６から出射する。一方、反射領域４２ａの反射膜３３に入射した円偏光の青色光は、反射領域４２ａで反射し、入射の円偏光とは逆周りの円偏光となり、蛍光基板３６から出射する。

蛍光基板３６から出射した緑および赤の蛍光は、コンデンサレンズ３１で集光され、略平行光に変換された後、１／４波長板３０を透過し、ミラー１１０で反射し、ダイクロイックミラー２９を透過する。

一方、反射領域で反射した青色の反射光は、偏光特性が維持され、コンデンサレンズ３１で集光され、略平行光に変換された後、１／４波長板３０でＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された光は、ミラー１１０で反射した後、ダイクロイックミラー２９を透過する。その後は実施の形態２と同様である。

以上のように本実施の形態の光源装置２４０は、蛍光基板３６と、光学ホイール基板７０を有する。蛍光基板３６は、光源２０の光で蛍光発光する蛍光領域３２の蛍光面と、光を反射する反射領域４２ａとを有している。光学ホイール基板７０は、蛍光基板３６の蛍光領域３２で蛍光発光しなかった蛍光未変換光を反射し、特定の色成分を透過させるフィルタ領域８０，８１と、蛍光基板３６の反射領域４２ａで反射した光を拡散するフィルタ領域８２（拡散領域）を有している。蛍光基板３６と、光学ホイール基板７０は、ほぼ直交して配置されている。

この構成により、光源装置２４０を小さくできる。すなわち、小型で、色純度が高く、均一性の高い光源装置２４０が得られる。

（実施の形態４）
図１３は、実施の形態４における投写型表示装置３００の構成図である。本実施の形態における投写型表示装置３００は、実施の形態１の光源装置２００と、画像形成素子と、画像形成素子を照明する照明光学系と、画像形成素子で形成された光による画像を拡大投写する投写レンズ１３７とを有している。

本実施の形態では、画像形成素子として、１つのデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１３６を用いている。また、照明光学系として、第１のレンズアレイ板１３０と第２のレンズアレイ板１３１を有するインテグレータ光学系を用いている。

光源２０から出射した光が、蛍光基板３６に入射し、その後、蛍光基板３６から出射した光が、ダイクロイックミラー２９を透過するまでは、実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の構成を有するものについては、同一の符号を付しその説明を省略する。

蛍光基板３６に入射した光は、蛍光基板３６の回転により、時系列的に赤、緑、青の色光を出射する。出射された赤、緑、青の色光は、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１３０に入射する。第１のレンズアレイ板１３０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１３１に収束される。

第１のレンズアレイ板１３０のレンズ素子の光が透過する箇所はＤＭＤ１３６の形状と相似である。第２のレンズアレイ板１３１のレンズ素子は、第１のレンズアレイ板１３０とＤＭＤ１３６が略共役関係となるようにその焦点距離が定められている。第２のレンズアレイ板１３１から出射した光は重畳用レンズ１３２に入射する。重畳用レンズ１３２は第２のレンズアレイ板１３１の各レンズ素子からの出射した光をＤＭＤ１３６上に重畳照明するためのレンズである。

重畳用レンズ１３２からの光は、ミラー１３３で反射された後、フィールドレンズ１３４に入射する。フィールドレンズ１３４から出射した光は全反射プリズム１３５で全反射され、ＤＭＤ１３６に入射する。

全反射プリズム１３５は２つのプリズムから構成されており、互いのプリズムの間には薄い空気層が存在している。そして、空気層は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。そのため、フィールドレンズ１３４からの光は全反射されて、ＤＭＤ１３６を照明する。また、ＤＭＤから出射した光は全反射プリズム１３５を透過する。

ＤＭＤ１３６に入射した光は映像信号に応じて、画像形成に必要な光束のみを偏向し、全反射プリズム１３５を透過後、投写レンズ１３７に入射する。投写レンズ１３７はＤＭＤ１３６で変調形成される画像光を拡大投写する。上記のように、本実施の形態では、１つのＤＭＤを用い、光源装置として実施の形態１の光源装置２００を用いるため、小型で明るい、長寿命の投写型表示装置３００が得られる。

本実施の形態では、投写画像の均一性を確保するためのインテグレータ光学系として、第１のレンズアレイ板１３０と第２のレンズアレイ板１３１を用いているが、ロッドインテグレータを用いてもよい。

以上のように、本実施の形態の投写型表示装置３００は、光源装置２００と、レンズアレイを用いたインテグレータ照明光学系と、ひとつのＤＭＤ１３６とを有している。光源装置２００は、蛍光基板３６を有している。蛍光基板３６は、光源２０の光で蛍光発光する蛍光領域３２と、光を反射する反射領域４２ａとを有している。蛍光基板３６の蛍光領域３２の蛍光面と反射領域４２ａの反射面が揃っている。

本実施の形態によれば、投写画像の均一性が高く、明るい表示ができる小型の投写型表示装置３００が得られる。

（実施の形態５）
図１４は、実施の形態５における投写型表示装置３２０の構成図である。本実施の形態における投写型表示装置３２０は、実施の形態２の光源装置２２０と、画像形成素子と、画像形成素子を照明する照明光学系と、画像形成素子で形成された光による画像を拡大投写する投写レンズ１３７とを有している。

本実施の形態では、画像形成素子として、１つのデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１３６を用いている。また、照明光学系として、第１のレンズアレイ板１３０と第２のレンズアレイ板１３１を有するインテグレータ光学系を用いている。

光源２０から出射した光が、蛍光基板３６に入射し、その後、蛍光基板３６から出射した光が、光学ホイール基板７０を透過し、コンデンサレンズ７１で略平行光に変換され、出射するまでは、実施の形態２と同様である。

また、コンデンサレンズ７１から出射した光が、ＤＭＤ１３６を照射し、投写レンズ１３７に入射するのは、実施の形態４と同様である。実施の形態２、４と同様の構成を有するものについては、同一の符号を付しその説明を省略する。

本実施の形態では、１つのＤＭＤ１３６を用い、光源装置として実施の形態２の光源装置２２０を用いるため、小型で明るい、長寿命の投写型表示装置が得られる。

また、本実施の形態では、投写画像の均一性を確保するためのインテグレータ光学系として、第１のレンズアレイ板１３０と第２のレンズアレイ板１３１を用いているが、ロッドインテグレータを用いてもよい。

以上のように、本実施の形態の投写型表示装置３２０は、光源装置２２０と、レンズアレイを用いたインテグレータ照明光学系と、ひとつのＤＭＤ１３６を有している。光源装置２２０は、蛍光基板３６と光学ホイール基板７０とを有している。蛍光基板３６は、光源２０の光で蛍光発光する蛍光領域３２と、光を反射する反射領域４２ａとを有している。蛍光基板３６の蛍光領域３２の蛍光面と反射領域４２ａの反射面が揃っている。この構成により、緑、赤の色純度が高く、小型で、均一性の高い、明るい投写表示ができる。

（実施の形態６）
図１５は、実施の形態６における投写型表示装置３４０の構成図である。本実施の形態における投写型表示装置３４０は、実施の形態３の光源装置２４０と、画像形成素子と、画像形成素子を照明する照明光学系と、画像形成素子で形成された光による画像を拡大投写する投写レンズ１３７とを有している。

画像形成素子として、１つのデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１３６を用いている。また、照明光学系として、第１のレンズアレイ板１３０と第２のレンズアレイ板１３１を有するインテグレータ光学系を用いている。

光源２０から出射した光が、蛍光基板３６に入射し、その後、蛍光基板３６から出射した光が、光学ホイール基板７０を透過し、コンデンサレンズ７１で略平行光に変換され、出射するまでは、実施の形態３と同様である。

また、コンデンサレンズ７１から出射した光が、ＤＭＤを照射し、投写レンズ１３７に入射するのは、実施の形態４と同様である。実施の形態３、４と同様の構成を有するものについては、同一の符号を付しその説明を省略する。

本実施の形態によれば、１つのＤＭＤ１３６を用い、光源装置に本実施の形態３の光源装置２４０を用いるため、コンパクトで明るい、長寿命の投写型表示装置が得られる。

また、本実施の形態では、投写画像の均一性を確保するためのインテグレータ光学系として、第１のレンズアレイ板１３０と第２のレンズアレイ板１３１を用いているが、ロッドインテグレータを用いてもよい。

以上のように、本実施の形態の投写型表示装置３４０は、光源装置２４０と、レンズアレイを用いたインテグレータ照明光学系と、ひとつのＤＭＤ１３６を有している。光源装置２４０は、蛍光基板３６と光学ホイール基板７０とを有している。蛍光基板３６は、光源２０の光で蛍光発光する蛍光領域３２と、光を反射する反射領域４２ａとを有している。蛍光基板３６の蛍光領域３２の蛍光体表面と反射領域４２ａの反射面の位置が揃っている。

この構成により、コンパクトで緑、赤の色純度が高く、均一性の高い、明るい投写表示が得られる。

本開示は光源装置および、ライトバルブによりに形成される画像を光源装置からの光で照射し、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適用可能である。

１ 光源装置
２ 基板部
３ 蛍光領域
３ａ 赤色蛍光体層
３ｂ 緑色蛍光体層
４ 回転体
５ 半導体レーザー
６ コリメートレンズアレイ
７ ダイクロイックミラー
８ １／４波長板
９ コンデンサレンズ
１０ 反射領域
１０ａ 金属膜
１１ 蛍光基板
２０ 光源
２１ 放熱板
２２ 集光レンズ
２３ 光源ユニット
２４ ヒートシンク
２５ レンズ
２６，１１０，１３３ ミラー
２７ 凹面レンズ
２８ 拡散板
２９ ダイクロイックミラー
３０ １／４波長板
３１，６７，７１ コンデンサレンズ
３２ 蛍光領域
３３，４４，４５ 反射膜
３４ 基板部
３５，６９ 回転体
３６ 蛍光基板
４０ 緑色蛍光体層
４１ 赤色蛍光体層
４２，４２ａ，４２ｂ 反射領域
４３ 蛍光体層
６８ 基板部
７０ 光学ホイール基板
８０，８１，８２ フィルタ領域
９０ 色フィルタ領域
９２ 拡散領域
１３０ 第１のレンズアレイ板
１３１ 第２のレンズアレイ板
１３２ 重畳用レンズ
１３４ フィールドレンズ
１３５ 全反射プリズム
１３６ ＤＭＤ
１３７ 投写レンズ
２００，２２０，２４０ 光源装置
３００，３２０，３４０ 投写型表示装置
Ｆ１ 蛍光成分
Ｕ１ 未変換成分

Claims (14)

1. 光源と、
   基板部と、
   前記基板部の第１の箇所に形成された第１の反射膜と、
   前記第１の反射膜の前記基板部と反対側の面に形成され、前記光源からの光により蛍光発光する蛍光体層と、
   前記基板部の第２の箇所に形成され、前記光源からの光を反射する第２の反射膜と、
   を有する蛍光基板と、
   を備え、
   前記光源からの前記光が入射する前記蛍光体層の表面と、前記光源からの前記光が反射する前記第２の反射膜の表面とは、ほぼ同一平面にある
   光源装置。
2. 前記蛍光体層の前記表面と、前記第２の反射膜の前記表面との段差は０．１ｍｍ以内である
   請求項１記載の光源装置。
3. 前記第１の箇所における前記基板部の表面の位置と前記第２の箇所における前記基板部の表面の位置が異なっている
   請求項１記載の光源装置。
4. 前記蛍光体層は、緑色蛍光体層と赤色蛍光体層とを有している
   請求項１記載の光源装置。
5. 前記第１の反射膜と前記第２の反射膜とは、同じ材料で形成されている
   請求項１記載の光源装置。
6. 前記第１の反射膜と前記第２の反射膜とは、異なる材料で形成されている
   請求項１記載の光源装置。
7. 前記蛍光体層から出射された光の特定の色成分を透過させるフィルタ領域と、前記第２の反射膜で反射された光を拡散する拡散領域とを有する光学ホイール基板をさらに備えた
   請求項１記載の光源装置。
8. 前記蛍光基板と前記光学ホイール基板はほぼ直交して配置されている
   請求項７記載の光源装置。
9. 前記光源は青色の半導体レーザー光を発することができる
   請求項１記載の光源装置。
10. 前記光源は直線偏光の光を発することができる
    請求項１記載の光源装置。
11. 前記光源と前記蛍光基板との間に設置されたダイクロイックミラーをさらに備え、
    前記光源からの光が５５度の入射角で入射するように、前記ダイクロイックミラーが配置されている
    請求項１記載の光源装置。
12. 前記蛍光基板は回転可能な円形基板である
    請求項１記載の光源装置。
13. 請求項１記載の光源装置と、
    画像を形成する画像形成素子と、
    前記光源装置からの光を集光し、前記画像形成素子を照明する照明光学系と、
    前記画像形成素子で形成された光による画像を拡大投写する投写レンズと、
    を備えた投写型表示装置。
14. 前記画像形成素子がデジタルマイクロミラーデバイスである
    請求項１３記載の投写型表示装置。

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