(57)【要約】      （修正有）【課題】ゴースト像を除去する表示装置を提供する。【解決手段】光源１０は、青色レーザ光を射出する。光変調素子２は、光源１０から射出された青色レーザ光を、映像信号に応じて変調する。蛍光体は、青色レーザ光により励起発光する。結像レンズ１５は、光変調素子２により変調された青色レーザ光を蛍光体上に結像する。ダイクロイックミラーは、蛍光体と結像レンズ１５との間に、青色レーザ光の光路に対して傾斜して設置され、青色帯域の光を透過させる。投射レンズは、結像レンズ１５により蛍光板上に結像した像を、外部に投射する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色レーザ光を射出する光源と、
前記光源から射出された青色レーザ光を、映像信号に応じて変調する光変調素子と、
青色レーザ光により励起発光する蛍光体と、
前記光変調素子により変調された青色レーザ光を前記蛍光体上に結像する結像レンズと、
前記蛍光体と前記結像レンズとの間に、前記青色レーザ光の光路に対して傾斜して設置され、青色帯域の光を透過させるダイクロイックミラーと、
前記結像レンズにより前記蛍光体上に結像した像を、外部に投射する投射レンズと
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記蛍光体は、青色レーザ光により励起発光した光が赤色光となる蛍光体又は青色レーザ光により励起発光した光が緑色光となる蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記光変調素子は、時間毎に異なるチャンネルの映像信号に応じて青色レーザ光を変調するようにシーケンシャル制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記青色レーザ光の光路に対して垂直に設けられる平板状のホイールを更に備え、
前記蛍光体は、前記ホイールの表面に設けられ、
前記ホイールは、前記青色レーザ光と同期をとって、所定の回転数で回転することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型光変調素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画素単位で液晶を制御する反射型光変調素子（液晶表示素子）により空間的に変調された変調光を、投射レンズ等を介してスクリーンに投射する投射型の表示装置が知られている。このような表示装置においては、光源から発せられた照明光（白色光）は、ダイクロイックミラーによって、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光の照明光に色分解され、照明光学系を介して、各色に対応した反射型光変調素子に入射される。
【０００３】
これら照明光は、各反射型光変調素子に入射される前に、所定の方向の直線偏光とされるとともに、この所定の方向の偏光成分のみを透過させるように設置された各色光用のワイヤグリッド偏光板を透過する。このワイヤグリッド偏光板は、反射型光変調素子等により偏光変調された変調光を反射させ、この変調光を照明光学系に戻る光路から分岐させる。ワイヤグリッド偏光板により反射された変調光は、さらに偏光板を経て、ダイクロイックプリズムによって色合成され、投射レンズに入射される。この投射レンズは、入射された変調光を、スクリーン上に投射して結像させ、画像を表示する。
【０００４】
このような投射型表示装置において、光源としてレーザ光源を用いた場合、スクリーン上において発生するスペックルノイズにより表示画像の画質が低下するという問題がある。また、表示装置の状態により、光学系における反射、散乱光が再度光路に戻り、スクリーン上にゴースト像を生じてしまう場合がある。ゴースト像を除去する方法として、投射レンズの直近にλ／４板を配置することで、光路を戻る光の偏光方向を９０°回転させ、ワイヤグリッド偏光板にて反射させることで、光を反射型光変調素子に戻さない構造とすることが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４７０４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、レーザ光源から射出された光を光変調素子によって変調し、蛍光体に一度結像させた光をスクリーン上に結像する表示装置において、蛍光体及び、投射レンズからの戻り光が光変調素子に到達し、再度投射レンズを透過しスクリーンに発生するゴーストが課題となっていた。
上記問題点を鑑み、本発明は、ゴースト像を除去する表示装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の態様は、青色レーザ光を射出する光源（１０）と、前記光源（１０）から射出されたレーザ光を、映像信号に応じて変調する光変調素子（２）と、青色レーザ光により励起発光する蛍光体（３１）と、前記光変調素子（２）により変調されたレーザ光を前記蛍光体（３１）上に結像する結像レンズ（１５）と、前記蛍光体（３１）と前記結像レンズ（１５）との間に、前記レーザ光の光路に対して傾斜して設置され、青色帯域の光を透過させるダイクロイックミラー（１６）と、前記結像レンズ（１５）により前記蛍光体（３１）上に結像した像を、外部に投射する投射レンズとを備える表示装置であることを要旨とする。
【０００８】
また、本発明の態様に係る表示装置においては、前記蛍光体（３１）は、赤色及び緑色の発光をする２種類の蛍光体であることができる。
【０００９】
また、本発明の態様に係る表示装置においては、前記光変調素子（２）は、時間毎に異なるチャンネルの映像信号に応じてレーザ光を変調するようにシーケンシャル制御されることができる。
【００１０】
また、本発明の態様に係る表示装置においては、前記青色レーザ光の光路に対して垂直に設けられる平板状のホイール（６）を更に備え、  前記蛍光体（３１）は、前記ホイール（６）の表面に設けられ、前記ホイール（６）は、前記青色レーザ光と同期をとって、所定の回転数で回転することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ゴースト像を除去する表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る表示装置の基本的な構成を説明する模式的な図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る表示装置が備える光学ユニットを説明する模式的な図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る表示装置が備える反射型光変調素子を説明する模式的な断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る表示装置に用いる蛍光体の一例を説明する表である。
【図５】本発明の実施の形態に係る表示装置に用いる蛍光体を説明する模式的な図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る表示装置において生じ得るゴースト像を説明する模式的な図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る表示装置においてゴースト像を除去する様子を説明する模式的な図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る表示装置が備えるダイクロイックミラーの特性を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態の変形例に係る表示装置を説明する模式的な図である。
【図１０】本発明の実施の形態の変形例に係る表示装置が備えるホイールを説明する模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、下記の実施の形態に例示した装置や方法に特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る表示装置は、図１に示すように、光を照射する光学ユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂと、赤色光を発光する蛍光板３Ｒと、緑色光を発光する蛍光板３Ｇと、拡散板４と、Ｘプリズム５と、投射レンズ８とを備える。
【００１５】
光学ユニット１Ｒは、青色レーザ光を赤色チャンネル（Ｒｃｈ）用の光として蛍光板３Ｒに照射する。蛍光板３Ｒは、光学ユニット１Ｒの光に励起され、赤色光を発光する。光学ユニット１Ｇは、青色レーザ光を緑色チャンネル（Ｇｃｈ）用の光として蛍光板３Ｇに照射する。蛍光板３Ｇは、光学ユニット１Ｇの光に励起され、緑色光を発光する。光学ユニット１Ｂは、青色レーザ光を青色チャンネル（Ｂｃｈ）用の光として拡散板４に照射する。拡散板４は、光学ユニット１Ｂから照射された光のスペックルノイズを除去する。
【００１６】
Ｘプリズム５は、蛍光板３Ｒ，３Ｇ、拡散板４を介したＲＧＢ３色の光を合成し、投射レンズ８に向けて射出する。投射レンズ８は、Ｘプリズム５から出射された光をスクリーン９に投射する。
【００１７】
光学ユニット１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ（以下、総称して「光学ユニット１」という。）の構造は、互いに同一であってよい。光学ユニット１は、図２に示すように、光源ユニット１０と、コンデンサレンズ１１と、ライトトンネル１２と、結像レンズ１３，１５と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４と、反射型光変調素子２と、駆動部２５とを備える。
【００１８】
光源ユニット１０は、２次元アレイ状に配置された青色レーザ光源からなり、コンデンサレンズ１１にレーザ光を射出する。光源ユニット１０から射出されたレーザ光は、コンデンサレンズ１１により集光され、ライトトンネル１２に入射する。ライトトンネル１２は、例えば中空矩形状であり、内壁面がミラーで構成される。ライトトンネル１２の内壁面は、例えば、平板状のガラスの表面に銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜を成膜することにより形成される。ライトトンネル１２は、一端側の入射開口から入射したレーザ光を内部において複数回反射させ、レーザ光の輝度分布の均一化し、他端側の射出開口から射出する。光学ユニット１の各部は、ライトトンネル１２の射出開口におけるレーザ光が、電場及び磁場の振動方向が規則的な偏光となるように各レーザ光源が最適な状態に設定されている。
【００１９】
結像レンズ１３は、ライトトンネル１２から射出された偏光であるレーザ光を、ＰＢＳ１４を介して反射型光変調素子２上に結像する。ＰＢＳ１４は、例えばＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する反射面を有することにより、Ｐ偏光の光路とＳ偏光の光路とを分岐できるようになっている。ライトトンネル１２から射出され結像レンズ１３を通過したレーザ光がＳ偏光である場合、ＰＢＳ１４は、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する反射面を有するようにしてもよい。
【００２０】
反射型光変調素子２は、例えば図３に示すように、シリコン（Ｓｉ）等からなる基板２１と、基板２１の上面に設けられた複数の反射電極２２と、基板２１と所定の間隔を有して配置され、反射電極２２と対向する面に設けられた透明電極（図示省略）を備える透明基板２４と、基板２１と透明基板２４との間に位置する光変調層２３とを備える。
【００２１】
複数の反射電極２２は、それぞれ、画素に対応しており、透明電極との間に印加される電圧を、映像信号に応じて駆動部２５により制御される。光変調層２３は、例えば、複屈折性を有する液晶等の光変調材料からなる。駆動部２５は、反射型光変調素子２の駆動を制御する。
【００２２】
ライトトンネル１２から射出され、例えばＰ偏光とされたレーザ光は、結像レンズ１３により、ＰＢＳ１４のＰ偏光を透過する反射面を透過し、反射型光変調素子２上に結像する。Ｐ偏光で反射型光変調素子２に入射したレーザ光は、反射型光変調素子２において、映像信号に応じて光変調される。すなわち、暗い画素に相当する光の殆どがＰ偏光のままＰＢＳ１４側に反射され、明るい画素に相当する光の殆どがＳ偏光となりＰＢＳ１４の反射面において結像レンズ１５に向けて反射され、偏光により分離される。
【００２３】
ＰＢＳ１４において反射したＳ偏光は、結像レンズ１５によって、蛍光板３に結像される。結像された蛍光板３は、表面に映像信号に応じた濃淡が形成されており、その濃淡に応じて、蛍光板３の蛍光体が励起し、発光する。
【００２４】
蛍光板３に結像されたレーザ光のコヒーレンスは保存されているため、スペックルノイズが発生するが、蛍光板３に塗布された蛍光体によりインコヒーレント光に変換され、スペックルノイズを完全に除去することができる。よって、観察者はノイズの無い映像を鑑賞することができる。
【００２５】
例えば、図４に示すように、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ12：Ｃｅ3+、Ｂａ９Ｓｃ２Ｓｉ６Ｏ24：Ｅｕ2+、Ｓｒ３Ｓｉ13Ａｌ３Ｏ２Ｎ21等の蛍光体は、励起線として青色のレーザ光を用いることで緑色に発光する。Ｃａ３Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ2+等の蛍光体は、励起線として青色のレーザ光を用いることで赤色に発光する。よって、これらの蛍光体は蛍光板３に用いることができる。蛍光板３は、蛍光体をシリコーン樹脂などに混ぜ、ガラス基板上に塗布し焼結させることで容易に作成できる。蛍光板３の画素構造は不要である。
【００２６】
蛍光板３に細かい粒子の蛍光体を含む塗料を薄く塗布することで、蛍光板３に結像した像がぼけないようにすることできる。例えば、図５に示すように、蛍光体の膜厚は、直径１０μｍ前後の蛍光体粒子の１．５倍程度に薄くすることができる。
【００２７】
なお、蛍光体は波長が短い光（この場合はＢｃｈ）が当たると、波長が長い（ＲｃｈやＧｃｈ）光を発光する性質があることから、ＲｃｈとＧｃｈの蛍光体の励起線として、青色レーザ光を使用している。
【００２８】
また、青色レーザ光のスペックルは、視認性が低く、蛍光板３による波長変換で積極的に波長を広げ、コヒーレントを低下させる必要ない。しかし、スペックルは発生するので、Ｂｃｈでは拡散板４により光線角度を広げて、更にスペックルを軽減している。
【００２９】
上記の構造では、図６に示すように、蛍光板３、投射レンズ８からの反射光が、再度反射型光変調素子２に戻り、再度ＰＢＳ１４、結像レンズ１５、蛍光板３、投射レンズ８という経路をたどり、スクリーン上に達し、二重像などのゴースト像になってしまう虞がある。これに対して、本発明の実施の形態に係る表示装置は、図７に示すように、結像レンズ１５と蛍光板３との間に、光軸に対して傾斜して配置されたダイクロイックミラー１６を備えることができる。
【００３０】
ダイクロイックミラー１６は、例えば図８に示すように、青色レーザ光帯域である約４００ｎｍ〜４５０ｎｍ程度の波長の光に対して透過率Ｔが約１００％、約４５０ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長の光に対して反射率Ｒが約１００％という特性を有している。結像レンズ１５を通過した光がダイクロイックミラー１６を透過する際、青色レーザ光であるため、１００％の透過率で透過する。その後、蛍光板３、投射レンズ８にて発生した反射光は青色レーザ光により蛍光体で励起されたＲｃｈの赤色光又はＧｃｈの緑色光であるため、ダイクロイックミラー１６にて反射することで、Ｒｃｈ、Ｇｃｈのゴースト像を除去することができる。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る表示装置によれば、蛍光板３及び投射レンズ８からの反射光を、ダイクロイックミラー１６により光路から分離させることができるので、スクリーン９上に生じるゴースト像を除去できる。
【００３２】
（変形例）
図９に示す本発明の実施の形態の変形例に係る表示装置が備える光学ユニット１Ａは、図２に示す光学ユニット１と同様の構成であるが、駆動部２５が、Ｒｃｈ，Ｇｃｈ，Ｂｃｈそれぞれの映像信号に応じて反射型光変調素子２をシーケンシャル制御することができる。すなわち、光学ユニット１Ａから射出される青色レーザ光は、時間ごとにＲｃｈ，Ｇｃｈ，Ｂｃｈの信号光となっている。光学ユニット１Ａから射出される青色レーザ光は、ホイール６に入射する。
【００３３】
ホイール６は、図９、図１０に示すように、ガラス、樹脂等の透明材料からなる平板状のホイール基板６０と、ホイール基板６０の表面に設けられ、３つのセグメントに分割されたＲｃｈ用の蛍光体３１Ｒ、Ｇｃｈ用の蛍光体３１Ｇ、Ｂｃｈ用の拡散膜４１とを備える。光学ユニット１Ａ及びホイール６の回転数は、光学ユニット１Ａが射出する青色レーザ光と同期がとられており、Ｒｃｈ、Ｇｃｈ、Ｂｃｈそれぞれの信号光が射出されたときには、それぞれ蛍光体３１Ｒ、蛍光体３１Ｇ、拡散膜４１に入射するように所定の値に設定されている。ホイール６は、例えば約１２０Ｈｚ程度の速度で回転する。
【００３４】
Ｒｃｈ用蛍光体３１Ｒに，変調された青色レーザ光が結像された場合，Ｒｃｈの映像となる。同様にＧｃｈ用に青色レーザ光が結像されると，Ｇｃｈの映像となり，Ｂｃｈ用の拡散膜４１に結像されるとＢｃｈの映像となる。ダイクロイックミラー１６は、光学ユニット１Ａとホイール６との間に、光路に対して傾斜して配置される。ダイクロイックミラー１６は、例えば図８に示すように、青色レーザ光帯域である約４００ｎｍ〜４５０ｎｍ程度の波長の光は透過し、約４５０ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長の光については反射するという特性を有している。
【００３５】
光学ユニット１Ａから射出された各チャンネルの映像を示す結像光は、青色レーザ光であるため、ダイクロイックミラー１６をそのまま透過する。ホイール６に結像した光のうちＲｃｈ用及びＧｃｈ用の、蛍光体３１Ｒ，３１Ｇ、投射レンズ８において発生した反射光は、ダイクロイックミラー１６にて反射し、図９に示すように、光軸から外れる。この反射光は、投射レンズ８に到達しないことで不要光となり、スクリーンに結像することはないため、ゴースト像の発生を抑えることができる。
【００３６】
本発明の実施の形態に係る表示装置によれば、コヒーレント光をインコヒーレント光である蛍光体の発光に変換することにより、光利用効率の低減を抑え、レーザ光源のコヒーレンスによって発生するスペックルノイズを除去できる。
【００３７】
また、本発明の実施の形態に係る表示装置によれば、蛍光体及び投射レンズにおける反射光を光路から分離するので、スクリーンに生じるゴースト像を除去できる。
【００３８】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３９】
その他、本発明の実施の形態とその変形例とを応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４０】
１，１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ，１Ａ…光学ユニット
２…反射型光変調素子
３，３Ｒ，３Ｇ…蛍光板
４…拡散板
５…Ｘプリズム
６…ホイール
８…投射レンズ
９…スクリーン
１０…光源ユニット
１１…コンデンサレンズ
１２…ライトトンネル
１３，１５…結像レンズ
１４…ＰＢＳ
１６…ダイクロイックミラー
２１…基板
２２…反射電極
２３…光変調層
２４…透明基板
２５…駆動部
３１Ｒ，３１Ｇ…蛍光体
４１…拡散膜
６０…ホイール基板
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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