(57)【要約】【課題】 励起光の青レーザーと黄蛍光体によって白色の光源光を生成するプロジェクター用光源において、青レーザーの散乱が不十分なことにより、黄蛍光体によって蛍光発光する黄色の散乱放射光と、励起光の青レーザーの散乱光の放射分布が異なることによって表示画像のカラーバランスが崩れ色付くことを防止する。 【解決手段】黄蛍光体の下層にレイリー散乱させる１００nm以下の粒子を分散した散乱層を配して、黄色は蛍光体からの蛍光放射光で散乱放射させ、青色は励起光青レーザーを下層の散乱層で散乱させることによって、放射分布を黄色と青色で同等にし、白色の光源光を生成する。【選択図】  図２
2018189804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色の励起光を射出する励起光源と、 
前記青色の励起光を青色以外の蛍光に変換する蛍光体層が表面に形成された蛍光板とを備え、
前記蛍光板は光反射基板上にレイリー散乱する粒子が分散形成された散乱層と蛍光体層が形成されている 
ことを特徴とする光源装置。 
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、 
前記蛍光体層は前記励起光を吸収し黄色の蛍光に変換する 
ことを特徴とする光源装置。 
【請求項３】
請求項１に記載の光源装置において,
前記蛍光板の光反射基板上に散乱層、蛍光体層の順に層形成される 
ことを特徴とする光源装置。 
【請求項４】
請求項１に記載の光源装置において、 
前記散乱層は直径が100nm以下の粒子を透明バインダーに分散させたものである 
ことを特徴とする光源装置。 
【請求項５】
請求項１に記載の光源装置において,
前記励起光の青色光と、前記青色光の一部を前記蛍光体により蛍光変換して得られる黄色光を合成して白色光を放射する 
ことを特徴とする光源装置。 
【請求項６】
請求項１乃至5のいずれか１項に記載の光源装置を有し、 
前記青色励起光と前記黄色蛍光を合成した白色光を変調して画像光を生成する光変調装置と、 
前記画像光を投射する投写光学系とを備える 
ことを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にレーザー光源とレーザー光源から放射されたレーザー光を励起光として蛍光を放射する蛍光体を有する光源装置に関するものであり、またこの光源装置からの光を光変調素子にて画像変調し投写対象物に拡大投写するプロジェクター表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザー光源からの励起光を蛍光に変換する蛍光体を用いて、カラー画像を表示するプロジェクターが開発されている。
【０００３】
このレーザーと蛍光体を用いた光源装置は、一般に青色光を射出する青色レーザー光源と、青色光の一部を赤色光及び緑色光を含む黄色蛍光に変換する蛍光体とを有し、青色励起光と黄色蛍光とを合成した光源光として白色光を射出する白色光源装置が知られている。また、前記白色光源装置を備える光源装置と、この光源装置からの放射光を複数の色光に分離する色光分離手段と、当該色光分離手段からの複数の色光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、当該光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系とを備えるプロジェクターが知られている。
【０００４】
しかしながら、この青色レーザー光と黄蛍光体を有するプロジェクターにおいては、蛍光体から放出される光において、蛍光変換された黄色光の放射分布と蛍光変換されなかった青色レーザー光源を発光源とする青色光の放射分布が同一にならないため、光の光束において全てが白色にならず光束の中心部分では青色が強く、光束の周辺部分においては黄色が強い分布で放射されてしまう。
【０００５】
この光束が中心と周辺で色味が異なることによって、オプティカルインテグレートを行うものの光変調素子の表示画面において色ムラを生じてしまうといった場合があった。
【０００６】
例えば、特許文献１では、励起光であるレーザー光を蛍光円板を透過させて取り出している実施例であるが、蛍光体の反射蛍光の散乱性と合わせるために、蛍光円板の透過部分に散乱層を設けている。かつ散乱光を捕らえるレンズに入射しやすくするために、レーザー光の入射位置には散乱性の高い散乱層を配置し、その入射位置の左右辺に散乱性の低い散乱層を配置することで、透過散乱したレーザー光をレンズに捕らえやすくしたものである。この文献１においては励起光であるレーザー光を散乱させるために散乱層を設けてはいるが、蛍光円板からの反射光を取り出すのではなく、蛍光に関しては反射光を取り出し、励起光であるレーザー光に関しては散乱層を透過した透過光を用いている。また、励起光のレーザー光の光波長に関して散乱性を向上させることは何ら言及はしていないものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−６１５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献１においては、励起光の青色レーザー光に関しては散乱層を透過した透過光を用いており、白色の光を取り出す光源装置としては、黄蛍光と青レーザー光を再度合成する光学系が必要となり、装置としては複雑な構成となってしまう。そこで、蛍光円板の蛍光体から、蛍光である黄蛍光と励起光である青レーザー光を、同等の散乱放射特性で取り出す方法が望まれるものである。
【０００９】
蛍光円板から反射光として、黄蛍光と青レーザー光を単純に蛍光体に励起青レーザー光を照射すると、蛍光体からの蛍光放射光はほぼ完全散乱光と同等な放射分布にて反射光を取り出すことはできるが、励起光のレーザー光の蛍光変換されなかった光は散乱性が乏しく、反射光の光束の中央部のみの散乱光としてしか取り出せないといった問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、蛍光円板に励起光である青レーザー光を入射し、反射光の散乱分布を黄蛍光と青レーザー光で同等の分布を持たせ、光束全てに白色のカラーバランスが取れた光を放射する光源装置を提供し、光変調器を介した投写画像において表示画面のカラーバランスが均一な白色に整ったプロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のプロジェクターは、励起光を射出する励起光源である青色レーザー光源と、前記励起光を黄色の蛍光に変換する蛍光体が表面に形成された蛍光板とを備え、前記蛍光板は光反射基板上にレイリー散乱する粒子が分散形成された散乱層と蛍光体層が形成されていることによって、散乱層で青色レーザー光を主体的に散乱させることができ、黄蛍光の放射特性と、蛍光変換されなかった青色レーザー光の放射特性をほぼ同等に散乱放射させることによって、光源装置からの放射光が光束全てに白色のカラーバランスが取れた光を放射するようにしたものである。
【００１２】
また、前記散乱層が、レイリー散乱する粒子が分散形成された散乱層とすることによって、蛍光の黄色に対して散乱を抑えることができるため、散乱層で黄色光が散乱し反射方向ではなく層の厚み直角方向（横方向）に放射することによる反射光の減量を防ぐことができるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、この光源装置を用いることによって、蛍光体を含む蛍光板に励起光の青レーザー光を入射した放射光において、放射光の散乱分布を黄蛍光と青レーザー光で同等の分布を持たせることができ、放射光束全てに白色のカラーバランスが取れた光を放射する光源装置を提供することができる。
この光源装置を用いた投写型表示装置は、光変調器を介した投写画像において表示画面のカラーバランスが画面全体で均一な白色に整ったプロジェクターを提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る光源装置の構成をを説明するための概略図
【図２】本発明の実施形態に係る蛍光円板の構成をを説明するための概略図
【図３】本発明の実施形態に係る光源装置からの光放射スペクトルを示す図
【図４】本発明の散乱層からの光散乱の波長依存性を示す図
【図５】従来の蛍光板からの青色黄色の光散乱特性を示す図
【図６】本発明の実施形態に係る蛍光板からの青色黄色の光散乱特性を示す図
【図７】本発明の実施形態に係る蛍光板からの光散乱特性を説明する図
【図８】本発明の実施形態に係る光源装置を用いた投写型表示装置の要部概略図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
［実施例１］
図１は本発明の実施例である光源装置を説明する光路図である。１００a〜１００eは青色光を発振するレーザーダイオードであり、発振波長は４４８nmの光を放射する。レーザーダイオード１００a〜１００eから放射された光は凸レンズである１０１の集光レンズAと凹レンズである１０２の集光レンズBによって光束を圧縮され反射ミラー１０６に導かれる。ここで反射ミラー１０６は中央部分が青色透過黄色反射のダイクロミラーで形成されその中央部分より外周は全反射ミラーで形成されている。
【００１７】
したがってレーザーダイオードからの放射光は反射ミラーの中央部を透過し集光レンズ１０３、１０４，１０５によってさらに集光され蛍光円板１２０の表面に導かれる。蛍光円板は、回転モーター１５０によって回転しており、集光された光は同一半径状の円周を走査する構成となっている。図２（Ｂ）に示すように蛍光円板１２０は光反射基板１２１の表面に散乱層１２３と蛍光体１２２が層状に形成されており、形状は図２（Ａ）に示すように散乱層１２３と蛍光体１２２はリング状に塗工されている。この蛍光円板１２０の図２（Ａ）の○で示す蛍光体の位置に青色レーザー光は集光される。
【００１８】
蛍光体に集光された青色光は蛍光板の表面にある蛍光体によって青色光の一部を吸収し黄色の蛍光を発光する。ここで蛍光体は、青色光により励起されたときに黄色光の蛍光を放射する黄色蛍光体からなり、黄色蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体の（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅからなる。なお、黄色蛍光体は、上記以外の蛍光体からなるものであってもよい。
【００１９】
また蛍光体は粒子状の蛍光材料をシリコーンバインダーに分散させた構成となっており、発光した蛍光は全方位に放射され、また吸収されなかった励起光である青色光は蛍光粒子によって若干散乱されるが、蛍光体１２２を透過し散乱層１２３に入射し散乱される。散乱された青色光と黄蛍光は、そのまま反射して戻ってくる部分と、光反射基板によって反射され再度散乱層１２３と蛍光体１２２を通過して反射して戻ってくる部分とを合成した光束で反射する。
【００２０】
この散乱特性の詳細に関しては後述する。こののち図１に示すように、反射された青色光と蛍光放射された黄色光は集光レンズ１０３、１０４、１０５によって再び光束が捕らえられ、光束が太くなった略平行光として反射ミラー１０６に導かれる。反射ミラー１０６は中央部分が青色透過黄色反射のダイクロミラーで形成され、またその中央部分より外周は全反射ミラーで形成されているため、中央部分では青色光を透過しレーザーダイオード１００a〜100e側へ戻ってしまうが、中央部より外側では青色光を反射し図内に記された点線矢印方向へ光束を導く。
【００２１】
また黄色光は全光束を反射し同様に点線矢印方向へ光束を導く。このように光源装置は励起光であるレーザーダイオードからの青色光と蛍光体からの黄色蛍光を合成し、白色光を放射するようになっている。
【００２２】
ここで、蛍光円板１２０は図２（A）図２（Ｂ）に示すようにアルミニウムからなる表面が鏡面に加工された光反射基板１２１に散乱層１２３、蛍光体１２２を付着形成させた構造となっており、その断面形状は図２（B）に示すように光反射基板１２１の上に散乱層１２３、またその上に蛍光体１２２が層状に形成された構造となっており、散乱層１２３は硫酸バリウムの５０nmから100nmの粒子がシリコーンバインダーに分散されたもので、厚みは２００μｍの厚みで塗工されている。その上層に蛍光体１２２が２００μｍ塗工されている。蛍光体の材質は前述のとおりＹＡＧ系蛍光体の（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅからなっている。
【００２３】
一方、蛍光体に励起光である波長４４８nmレーザー光を入射して戻ってくる光の波長は図３に示すように、蛍光変換されなかった励起光の448nm成分の光と、蛍光変換された約560nmをピークとする黄色の波長の光が放射されるものである。
【００２４】
また、散乱層１２３は、硫酸バリウムの５０nmから100nmの粒子がシリコーンバインダーに分散されたものであるため、光の波長より十分小さい粒子で散乱するためレイリー散乱の領域で散乱を起こすものとなっている。レイリー散乱は波長が短くなるに従って散乱度が大きくなる特性を有しており、本実施例の粒子とバインダーとの混合比（実施例は重量比５０％で分散）では図４に示すごとくの特性となっており、黄蛍光のピーク波長560nmに対して励起光波長448nmの散乱度は２倍程度の散乱性が得られているものである。
【００２５】
そこで、図５に示すように、従来の光反射基板１２１に蛍光体１２２のみを塗工構成したものにおいては、黄蛍光の散乱特性が実線の放射分布となり、励起青光の散乱分布が点線の放射特性となっていることに対して、図６に示すように本実施例の光反射基板１２１に散乱層１２３を設け、その上層に蛍光体１２２を配した構成においては、黄蛍光の散乱特性が実線の放射分布となり、励起青光の散乱分布が点線の放射特性となり、ほぼ同等の散乱特性で反射するようになる。このことで、蛍光円板１２０からの反射光の放射分布は、その光束のすべてにおいて白色のカラーバランスを有するようになるものである。
【００２６】
黄蛍光と青励起光が同等の散乱特性を有することに関しては、図７を用いて説明する。図７（Ａ）は従来の蛍光円板１２０が光反射基板１２１上に蛍光体１２２を配しただけの構成であるが、この場合には、黄蛍光の散乱特性は実線の特性となり、青励起光の散乱特性は点線の特性となるり、黄色の散乱性は完全散乱に近いが、青色の散乱性は基板垂直方向に指向性を有してしまっている。このことは前述したとおりである。
【００２７】
これに対し、図７（Ｂ）は光反射基板１２１上に散乱層１２３のみを配しただけの構成での散乱特性であるが、散乱層１２３の散乱粒子がレイリー散乱領域にあることから、黄蛍光の散乱特性は実線の特性となり、青励起光の散乱特性は点線の特性となり、青色の散乱性は完全散乱に近いが、黄色の散乱性は基板垂直方向に指向性を有している。
【００２８】
この二つの特性を合成することによって、図７（Ｃ）に示すように、本実施例の構成である光反射基板１２１上に散乱層１２３と、その上に蛍光体１２２を配した構成においては、黄蛍光の散乱特性は実線の特性となり、青励起光の散乱特性は点線の特性となり、青色も黄色も散乱性は完全散乱に状態で放射されるようになる。
【００２９】
このような蛍光円板１２０の散乱層１２３、蛍光体１２２の構成によって、光源装置からの放射光がその全ての方向において白色のカラーバランスがとれるようになる。また、この光源装置を用いた投写型表示装置は、光変調器を介した投写画像において表示画面のカラーバランスが画面全体で均一な白色に整った画像を表示できるようになる。
【００３０】
次に、本発明の投写型表示装置の実施形態を図８に基づき説明する。光変調パネルドライバー３は、不図示の外部ビデオ入力信号を光変調パネル駆動信号に変換する。光変調パネルドライバー３からのドライブ信号を図中の点線を介して反射型液晶素子からなるレッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇにそれぞれ独立に送られる。一方、本発明の光源装置１から略平行光束で放射された光は、第一フライアイレンズ２１と第二フライアイレンズ２２によって光束が分割され、かつ偏光変換素子２３によって紙面垂直方向に直線偏光偏波した光束を生成する。
【００３１】
その後２３のコンデンサレンズA、２４のコンデンサレンズB、２５のコンデンサレンズCと第一フライアイレンズ２１と第二フライアイレンズ２２の光学的光束の制御によって分割された光束は光変調パネル２R、２G、２Bの表面で集光合成される。またコンデンサレンズCを通過した光束は、以下のように色分離が行われる。
【００３２】
まず、マゼンタ色を反射しグリーン色を透過するマゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー３０によって、マゼンタ色成分が偏向される。その後、偏向されたマゼンタ色は、ブルー色の偏光に半波長のリタデーションを与えるブルークロスカラー偏光子３４を通過する。そして、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分と、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分が作成される。次に、偏光ビームスプリッタ３３に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分は偏光分離膜をＰ偏光波のため透過する。透過したブルー色成分は、ブルー用光変調パネル２Ｂに導かれ、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分は偏光分離膜をＳ偏光波のため反射して、レッド用光変調パネル２Ｒに導かれる。
【００３３】
一方、マゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー３０によって透過分離されたグリーン色成分は、光路長を補正するためのダミーガラス３６を通過する。次に、偏光ビームスプリッタ３１に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したグリーン色成分は偏光分離膜をＳ偏光波のため反射して、グリーン用光変調パネル２Ｇに導かれるように構成されている。
【００３４】
上記の構成で各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇはそれぞれグリーン色、ブルー色、レッド色の色光が色分離されて照明される。
【００３５】
一方、レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇはビデオ信号に法って変調される。各光変調パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを照明する光は、各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇに配列された画素の変調状態に応じて偏光のリタデーションが付与される。リタデーションが付与された光のうち、照明光と同じ方向の偏光偏波成分は、照明光路を略引き返す光路を辿って光源装置側に戻る。リタデーションが付与された光のうち、照明光の偏波方向に対して直角方向の偏光偏波成分に関しては、以下の光路をたどることとなる。
【００３６】
レッド用光変調パネル２Ｒによる変調光は偏光偏波方向が紙面水平方向となり、偏光ビームスプリッタ３３の偏光分離膜をＰ偏光波のため透過する。次に、レッド色の偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子３５を通過して、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分に変換される。次に、偏光ビームスプリッタ３２に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分は偏光分離膜をＳ偏光波のため反射して、投写レンズ４の方向に偏向を受ける。
【００３７】
ブルー用光変調パネル２Ｂによる変調光は偏光偏波方向が紙面垂直方向となり、偏光ビームスプリッタ３３の偏光分離膜をＳ偏光波のため反射する。次に、レッド色の偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子３５を作用を受けずに通過する。次に、偏光ビームスプリッタ３２に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したブルー色成分は偏光分離膜をＳ偏光波のため反射して、投写レンズ４の方向に偏向を受ける。
【００３８】
グリーン用光変調パネル２Ｇによる変調光は偏光偏波方向が紙面水平方向となり、偏光ビームスプリッタ３１の偏光分離膜をＰ偏光波のため透過する。次に、光路長を補正するためのダミーガラス３７を通過する。次に、偏光ビームスプリッタ３２に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したグリーン色成分は偏光分離膜をＰ偏光波のため透過して、投写レンズ４の方向に導かれる。ただし、各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇにおける複数配された画素は各所定画素が相対的に所定精度を有して重なるように調整されている。またはメカ的または電気的に補償されていることは言及するまでもない。
【００３９】
次に、合波されたカラー色として変調された光はそのまま投写レンズ４の入射瞳によって捕らえらる。各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇの光変調面と光拡散スクリーン５の光拡散面が投写レンズ４によって光学的共役関係に配されている。このため、光拡散スクリーン５に転送されて、ビデオ信号に法った画像が光拡散スクリーン５に表示されるものである。
【００４０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  光源装置
２Ｒ  レッド用光変調パネル
２Ｇ  グリーン用光変調パネル
２Ｂ  ブルー用光変調パネル
３  光変調パネルドライバー
４  投写レンズ
５  光拡散スクリーン
２１  第一フライアイレンズ
２２  第二フライアイレンズ
２３  偏光変換素子
２４  コンデンサレンズA
２５  コンデンサレンズB
２６  コンデンサレンズC
３０  マゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー
３１  偏光ビームスプリッタ
３２  偏光ビームスプリッタ
３３  偏光ビームスプリッタ
３４  ブルークロスカラー偏光子
35  レッドクロスカラー偏光子
３６  ダミーガラス
３７  ダミーガラス
１００a〜１００e  レーザー光源
１０１  集光レンズA
１０２  集光レンズB
１０３  集光レンズC
１０４  集光レンズD
１０５  集光レンズE
１０６  反射ミラー
１２０  蛍光円板
１２１  光反射基板
１２２  蛍光体
１２３  散乱層
１５０  回転モーター
【図１】
2018189804.tif 000003
【図２】
2018189804.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018189804.tif 000009
【図８】
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