專利名稱：投影型顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影型顯示裝置，其利用透過型或反射型液晶面板，或者多個微鏡排 列在一起的數(shù)字微鏡器件(DMD)等，根據(jù)影像信號對來自光源的光進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，并將 所形成的光學(xué)像放大投影；此外，特別涉及適于采用固體光源作為該光源的投影型顯示裝置。
背景技術(shù)：
將光學(xué)單元與驅(qū)動電路、電源電路以及冷卻用風(fēng)扇等一起收納在框體中的投影型 顯示裝置，在例如日本特開10-171045號公報中已經(jīng)公開，該光學(xué)單元使用光閥根據(jù)影像 信號對來自光源的光進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，并將形成的光學(xué)像放大投影。在該現(xiàn)有的投影型顯示裝置中，尤其是為了在投影面上確保充分的亮度，作為照 明光學(xué)系統(tǒng)，主流上已通常利用單位輸入功率的發(fā)光效率較高(例如701m/W)的超高壓水 銀燈作為光源。然而，如果使用產(chǎn)生白光的放電燈，則需要高壓電源，其難以使用并且壽命短、耐 沖擊性低，因此，為了取而代之，提出了利用發(fā)光二極管或激光二極管等固體光源作為投影 型顯示裝置的光源的各種方案。例如，在日本特開2002-268140號公報中，提出了將陣列狀排列發(fā)射三原色即紅 色R、綠色G和藍(lán)色B的光的發(fā)光二極管而成的面狀光源配置于按R、G、B對應(yīng)的光調(diào)制器 (光閥)的背面的投影型顯示裝置。此外，在日本特開2004-341105號公報公開的投影型顯示裝置中，作為該投影型 顯示裝置的光源，使用作為固體光源的發(fā)射紫外線的發(fā)光二極管，使該紫外線依次照射由 R、G、B的熒光體層形成的色輪(colorwheel)，轉(zhuǎn)換成R光、G光、B光，使各色光依次通過空 間調(diào)制器由投影透鏡放大投影，從而顯示光學(xué)像。另外，日本特開2009-277516號公報提出了為了防止紫外線帶來的損傷，保證光 學(xué)部件的壽命，使用產(chǎn)生藍(lán)光的發(fā)光二極管或激光發(fā)光器來取代上述發(fā)射紫外線作為激發(fā) 光的發(fā)光二極管。此外，日本特開2009-259583號公報公開了在使用多個發(fā)光二極管并將 射出的光線束會聚起來利用的情況下，用于消除尤其是來自綠色發(fā)光二極管的光量不足的 問題的結(jié)構(gòu)。即，提出了具備第三光源的光源裝置，利用分色鏡對來自G色的發(fā)光二極管的 光合成來自B色的發(fā)光二極管的光(激發(fā)光)，該第三光源透過G光并且因吸收B光而激發(fā) 發(fā)射G光。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，由于超高壓水銀燈大量地產(chǎn)生紫外線，對構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)的液晶閥 和偏振片等——尤其是由有機(jī)物構(gòu)成的部件產(chǎn)生很大的損傷，因此上述部件的壽命會減 少。而且，該燈本身也會在比較短的時間內(nèi)發(fā)生由于電極的耗損和發(fā)光管的白濁化而引起 亮度降低。另外，還存在由于含有水銀而導(dǎo)致廢棄處理困難等問題。因此，如上所述，為了取代上述超高壓水銀燈，在上述的專利文獻(xiàn)中提出了各種利用發(fā)光二極管或激光二極管等 固體光源的投影型顯示裝置的光源，然而，尤其是作為投影型顯示裝置的光源，仍存在以下 問題。S卩，投影型顯示裝置，利用透過型或反射型液晶面板，或者多個微鏡排列在一起的 數(shù)字微鏡器件(DMD)等，根據(jù)影像信號對從以超高壓水銀燈為代表的發(fā)光效率高的點狀光 源射出的白光進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，并將所形成的光學(xué)像放大投影(光學(xué)元件部分)。對于這一 點，包括上述專利文獻(xiàn)在內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)所提出的光源裝置(固體光源)不一定能提供適合 投影型顯示裝置的光源。即，利用上述現(xiàn)有的光源裝置得到的光，是將集聚配置在較大面積 上的大量固體光源所射出的光會集而成的，因此，在采用上述的固體光源取代現(xiàn)有的水銀 燈——而不是形成光量足夠的白光點光源的情況下，包含光強(qiáng)度調(diào)制部在內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)部 分不能得到充足的性能，造成投影面上產(chǎn)生白平衡的劣化和顏色不均。于是，本發(fā)明鑒于上述的現(xiàn)有的技術(shù)中所存在的問題點而完成，進(jìn)一步地說，其目 的是提供適合采用固體光源作為其光源的投影型顯示裝置。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供的投影型顯示裝置具有射出白光的光源單元； 將來自該光源單元的白光分離為紅色R、綠色G、藍(lán)色B三原色光的光分離光學(xué)系統(tǒng)；R、G、B 的光調(diào)制單元，其對分離后的R、G、B的各偏振光分別根據(jù)影像信號進(jìn)行光調(diào)制，形成R、G、 B的各光學(xué)像；對由該R、G、B的光調(diào)制單元所形成的各光學(xué)像進(jìn)行光合成的光合成單元；和 將該合成后的光學(xué)像放大投影的投影單元，其中，上述光源單元向上述R、G、B的光調(diào)制單 元射出包含來自固體發(fā)光元件的激發(fā)光的從大致點光源射出的白光。并且，根據(jù)本發(fā)明，在如上所述的投影型顯示裝置中，從上述光源單元射出的白光 優(yōu)選包含激發(fā)光和由該激發(fā)光所激發(fā)的來自熒光體的發(fā)光，上述熒光體優(yōu)選射出與上述激 發(fā)光相對于白色成補(bǔ)色關(guān)系的波長區(qū)域的光束。另外，上述激發(fā)光優(yōu)選為B色光，來自上述 熒光體的發(fā)光優(yōu)選為Y色光。更進(jìn)一步地，從上述光源單元射出的白光，優(yōu)選通過將來自上 述半導(dǎo)體激光元件的B色的激光與來自上述熒光體的Y色的發(fā)光以分時的方式依次切換進(jìn) 行混色而生成。并且，根據(jù)本發(fā)明，在如上所述的投影型顯示裝置中，從上述光源單元射出的白光 進(jìn)一步優(yōu)選為平行光，更進(jìn)一步地，從上述光源單元射出的白光的偏振面優(yōu)選統(tǒng)一為規(guī)定 方向。此外，在上述光源單元的輸出側(cè)，還優(yōu)選具備用于使從該光源單元射出的白光的偏振 面統(tǒng)一為規(guī)定方向的單元。另外，根據(jù)本發(fā)明，在如上所述的投影型顯示裝置中，R、G、B的光調(diào)制單元優(yōu)選為 透過型的液晶面板、反射型的液晶面板或者多個微鏡排列在一起的數(shù)字微鏡器件(DMD)，其 中，該R、G、B的光調(diào)制單元，根據(jù)影像信號對從上述光源單元射出的白光中色分離得到的 R、G、B的各偏振光進(jìn)行光調(diào)制，形成R、G、B的各光學(xué)像。根據(jù)上述的本發(fā)明，在投影型顯示裝置中，通過使用以固體光源作為光源的固體 發(fā)光光源代替其照明光學(xué)系統(tǒng)，能夠簡單地適用于投影型顯示裝置，即使以固體發(fā)光元件 作為光源，在其光學(xué)系統(tǒng)部分中仍可獲得足夠的性能，即，針對投影面上的白平衡的劣化和 顏色不均的產(chǎn)生，能夠提供相比現(xiàn)狀得到改善的投影型顯示裝置。


圖1是表示投影型顯示裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。圖2是對投影型顯示裝置中光源單元(固體發(fā)光光源)的結(jié)構(gòu)以及詳細(xì)原理進(jìn)行 說明的圖。圖3是光源單元(固體發(fā)光光源)的縱截面圖。圖4是表示光源單元(固體發(fā)光光源)中的分離鏡的特性的一例的圖。圖5是表示光源單元(固體發(fā)光光源)中的圓盤(圓輪)部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的示意圖。圖6是表示由圓盤(圓輪)部件反射的激發(fā)光與因該激發(fā)而產(chǎn)生的熒光的關(guān)系的 一例的圖。圖7是表示在圓盤(圓輪)部件的表面形成凹部的其它例子的圖。圖8是表示將圓盤(圓輪)部件的其它例子中熒光的散射狀態(tài)與不形成凹部的例 子進(jìn)行比較的圖。圖9是表示圓盤(圓輪)部件另一其它的變形例的圖。
具體實施例方式下面參照附圖對實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。在各圖中，對具有相同功能的構(gòu)成要素 附以同一標(biāo)記。首先，參照附圖1說明作為一個實施例的投影型顯示裝置。其中，該圖1表示了本 實施例涉及的投影型顯示裝置的整體結(jié)構(gòu)，特別地表示了利用所謂透過型液晶面板進(jìn)行與 影像信號相應(yīng)的光強(qiáng)度調(diào)制的裝置。此外，在本圖中，在對配置于各色光的光路上的元件進(jìn) 行區(qū)別時，在標(biāo)記后附以表示色光的R、G、B，在沒有必要區(qū)別時，省略色光的后綴。并且，在 本圖中，為了明確偏振方向，引入局域右手直角坐標(biāo)系。即，以光軸101作為Z軸，在與Z軸 正交的面內(nèi)，以與圖1的紙面平行的軸作為Y軸，以從圖1的紙面內(nèi)向外而去的軸作為X軸。 與X軸平行的方向稱為“X方向”，與Y軸平行的方向稱為“Y方向”。偏振方向為X方向的 偏振光稱為“X偏振光”，偏振方向為Y方向的偏振光稱為“Y偏振光”。在圖1中，投影型顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)具備照明光學(xué)系統(tǒng)100、光分離光學(xué)系統(tǒng) 30、中繼(relay)光學(xué)系統(tǒng)40、三個場透鏡四(29R, 29G.29B)、三個透過型液晶面板60 (60R、 60G、60B)、作為光合成單元的光合成棱鏡200和作為投影單元的投影透鏡300。液晶面板60 在光入射側(cè)具備入射側(cè)偏振片50(50R、50G、50B)，在光出射側(cè)具備出射側(cè)偏振片80 (80R、 80G、80B)。這些光學(xué)元件安裝在基體550上，構(gòu)成光學(xué)單元500。此外，光學(xué)單元500與用 于驅(qū)動液晶面板60的驅(qū)動電路570、用于冷卻液晶面板60等的冷卻用風(fēng)扇580和用于向各 電路供給電的電源電路560 —起，安裝于未圖示的框體中，由此構(gòu)成投影型顯示裝置。下面，對構(gòu)成上述投影型顯示裝置的各部分的細(xì)節(jié)進(jìn)行說明。首先，照明光學(xué)系統(tǒng) 100包括由出射大致白光的固體發(fā)光元件構(gòu)成的光源單元10，構(gòu)成光學(xué)積分器的第1陣列 透鏡21、第2陣列透鏡22，偏振變換元件25以及聚光透鏡(復(fù)合透鏡)27，該照明光學(xué)系統(tǒng) 100均勻地向作為影像顯示元件的液晶面板60照射光，以下對其進(jìn)行詳細(xì)說明。將來自上述照明光學(xué)系統(tǒng)100的大致白光分離成光的三原色的光分離光學(xué)系統(tǒng) 30，包括兩個分色鏡31、32和改變光路方向的反射鏡33。此外，中繼光學(xué)系統(tǒng)40包括作為 場透鏡的第1中繼透鏡41、作為中繼透鏡的第2中繼透鏡42以及改變光路方向的兩個反射鏡 45、46。在上述的結(jié)構(gòu)中，從由固體發(fā)光元件構(gòu)成的光源單元10出射與圖中虛線所示的 光軸101大致平行的光束。接著，該光源單元10所出射的光，入射至偏振變換積分器。如 圖所示，該偏振變換積分器包括進(jìn)行均勻照明的光學(xué)積分器，其由第1陣列透鏡21和第2 陣列透鏡22構(gòu)成；和由偏振分束器陣列構(gòu)成的偏振變換元件25，其使光的偏振方向統(tǒng)一在 規(guī)定偏振方向上，變換為直線偏振光。即，上述偏振變換積分器中，來自上述第2陣列透鏡 22的光，通過偏振變換元件25的作用，統(tǒng)一成規(guī)定的偏振方向的光——例如，作為直線偏 振光的X偏振光(在與光軸101正交的面內(nèi)，偏振方向與圖1的紙面垂直的X方向的光)。而且，第1陣列透鏡21的各透鏡單元的投影像，各自通過聚光透鏡27，場透鏡 ^G J9B，中繼光學(xué)系統(tǒng)40，場透鏡^R，重疊在各液晶面板60上。由此，來自燈(光源)的 偏振方向隨機(jī)的光能夠被統(tǒng)一在規(guī)定偏振方向上(在此為X偏振光)，同時對液晶面板進(jìn)行 均勻照明。另一方面，光分離光學(xué)系統(tǒng)30將從照明光學(xué)系統(tǒng)100出射的大致白光分離為光的 三原色即B光(藍(lán)色波段的光)、G光(綠色波段的光)和R光(紅色波段的光)，并導(dǎo)向 前往相應(yīng)的液晶面板60(60B、60G、60R)的各個光路(B光路、G光路、R光路)。S卩，由分色 鏡31反射的B光，被反射鏡33反射，通過場透鏡^B、入射側(cè)偏振片50B，入射至B光用的 液晶面板60B (B光路)。此外，G光及R光透過分色鏡31，由分色鏡32分離成G光和R光。 G光被分色鏡32反射，通過場透鏡^G、入射側(cè)偏振片50G，入射至G光用液晶面板60G (G光 路)。R光透過分色鏡32，入射至中繼光學(xué)系統(tǒng)40。入射至中繼光學(xué)系統(tǒng)40的R光，經(jīng)過作為場透鏡的第1中繼透鏡41、反射鏡45， 在第2中繼透鏡42的附近聚光(會聚)，向著場透鏡^R發(fā)散。接著，在場透鏡29R的作用 下成為大致與光軸平行的光，并通過入射側(cè)偏振片50R，入射到R光用的液晶面板60R(R光 路)。接著，構(gòu)成光強(qiáng)度調(diào)制部的各液晶面板60 (60R、60G、60B)被驅(qū)動電路570驅(qū)動，根 據(jù)要顯示的彩色影像信號，對從光分離光學(xué)系統(tǒng)30入射的偏振度得到提高的X偏振的色光 進(jìn)行調(diào)制(光強(qiáng)度調(diào)制)，形成各色光的Y偏振的光學(xué)像，其中，入射的X偏振的色光的偏振 度因以X方向為透過軸的入射側(cè)偏振片50(50R、50G、50B)而得到提高。以上述方式形成的 各色光的Y偏振的光學(xué)像，入射到出射偏振片80 (80R、80G、80B)。上述出射側(cè)偏振片80R、G、 B是以Y方向為透過軸的偏振片。由此，除去了不需要的偏振光成分(在此為X偏振光)， 提高了對比度。如上述所形成的各色光的Y偏振的光學(xué)像，入射到作為光合成單元的光合成棱鏡 200。此時，G光的光學(xué)像仍以Y偏振(對于光合成棱鏡200的分色膜面而言為P偏振)的 狀態(tài)入射。另一方面，B光路以及R光路中，由于在出射側(cè)偏振片80B、80R與光合成棱鏡200 之間設(shè)置了 1/2λ波片90B、90R，因此Y偏振的B光以及R光的光學(xué)像被變換為X偏振(對 于光合成棱鏡200中進(jìn)行色合成的分色膜而言為S偏振)的光學(xué)像，然后入射到光合成棱 鏡200中。其目的是考慮到分色膜210的分光特性，通過進(jìn)行使G光成為P偏振光、R光和 B光成為S偏振光的所謂SPS合成，從而高效地進(jìn)行光合成。光合成棱鏡200由反射B光的分色膜(多層電介質(zhì)膜)210b與反射R光的分色膜 (多層電介質(zhì)膜)210r在四個直角棱鏡的界面上呈大致X字狀(交叉狀)形成。從光合成
6棱鏡200的三個入射面中相對著的入射面入射的B光和R光(對于分色膜而言為S偏振 光)，分別被交叉的B光用分色膜210b以及R光用的分色膜210r反射。此外，從中央的入 射面入射的G光(對于分色膜而言為P偏振光)則直線前進(jìn)。以上的各色光的光學(xué)像被光 合成，從出射面出射彩色影像光(合成光)。然后，上述從光合成棱鏡200出射的合成光，例如，通過像可變焦距透鏡那樣的投 影透鏡300投影到透過型或者投影型屏幕(未圖示)上，由此顯示放大投影后的影像。此 外，上述冷卻用風(fēng)扇580，向構(gòu)成上述投影型顯示裝置的各種部件中的——尤其是被來自光 源單元10的高強(qiáng)度的所加熱、或者需要冷卻的部件——例如入射側(cè)偏振片50、液晶面板 60、出射側(cè)偏振片80等，通過朝向這些部件形成的風(fēng)道585進(jìn)行送風(fēng)。即，對吸收了來自光 源單元10的照射光的一部分而產(chǎn)生的熱量進(jìn)行冷卻。此外，上述的實施例中展示了光強(qiáng)度調(diào)制部由3個透過型液晶面板60 (60R、60G、 60B)所構(gòu)成的例子，但是，本發(fā)明并非限定于此，例如，該光強(qiáng)度調(diào)制部也可以由反射型的 液晶面板，或者多個微鏡排列在一起的數(shù)字微鏡器件(DMD)等構(gòu)成。接著，在采用上述結(jié)構(gòu)的投影型顯示裝置——尤其是其照明光學(xué)系統(tǒng)100中，對用 于出射與光軸101大致平行的白光光束的由固體發(fā)光元件構(gòu)成的光源單元(固體發(fā)光光 源)10的細(xì)節(jié)進(jìn)行說明。附圖2是用于說明本發(fā)明的一個實施例(實施例1)的光源單元10的原理的圖。 從圖中可以明確，該單元10具備半導(dǎo)體激光元件組110，其在大致圓板狀的基板上排列有 多個作為固體元件發(fā)光光源的發(fā)射藍(lán)色波段(B色)的光的半導(dǎo)體激光元件或者發(fā)光二極 管；分離鏡120，其與上述半導(dǎo)體激光元件組110的激光出射面相對，呈大約45度角傾斜配 置；具有例如拋物面的反射鏡(反射器)130，其配置在與該分離鏡120的激光反射面相對 的位置上；圓盤(圓輪)部件140，其在該反射鏡的焦點(F)附近旋轉(zhuǎn)；和作為驅(qū)動單元的 例如電動機(jī)150，其以期望的旋轉(zhuǎn)速度對該圓盤(圓輪)部件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。此外，該光源 單元10 (除電動機(jī)150外)的縱截面如圖3所示。在上述光源單元10的結(jié)構(gòu)中，首先對產(chǎn)生激發(fā)光的半導(dǎo)體激光元件組110進(jìn)行說 明。如以下說明，作為用于產(chǎn)生激發(fā)光的光源，雖然固體發(fā)光元件例如發(fā)光二極管或激光光 源性能優(yōu)秀，但因為一般來說高輸出功率激光器的價格昂貴，因此如上所述，優(yōu)選同時使用 多個藍(lán)色激光半導(dǎo)體激光元件作為激發(fā)光源。尤其是，考慮到屬于可見光區(qū)域的藍(lán)光波段、 能源效率高、窄波段、再者單偏振等原因，優(yōu)選藍(lán)色激光；在本實施例中，將多個出射藍(lán)色波 段(B色)的光的半導(dǎo)體激光元件排列在例如上述的圓板狀、矩形或者多邊形的基板上，由 此構(gòu)成半導(dǎo)體激光元件組110。此外，這些多個半導(dǎo)體激光元件按照從其發(fā)光面出射的光的 偏振面統(tǒng)一在規(guī)定方向上的方式配置。如下文所述，相對上述半導(dǎo)體激光元件組的激光出射面傾斜配置的分離鏡120， 使從半導(dǎo)體激光元件組出射的、其偏振面統(tǒng)一在規(guī)定方向上的藍(lán)色激光透過并射向反射鏡 (反射器)130，并且，使從反射鏡(反射器)入射的、具有與該規(guī)定方向上的偏振面垂直的 偏振面的光反射。該分離鏡120的特性的一例如附圖4所示。另外，在反射鏡(反射器)130的內(nèi)側(cè)面上形成有具有曲面的反射鏡(面)131，該 曲面是通過旋轉(zhuǎn)拋物線得到的拋物面或以該拋物面為基礎(chǔ)的曲面，或者是通過旋轉(zhuǎn)橢圓得 到的橢球面或以該橢球面為基礎(chǔ)的曲面。并且，如后文詳述，從上述半導(dǎo)體激光元件組110出射的透過上述分離鏡120的藍(lán)色激光，被該反射鏡(反射器)130的內(nèi)側(cè)面的反射面所反 射，聚光于其焦點附近(在上述圖2中記為“F”)。此外，從該焦點附近出射的光，作為平行 光向上述分離鏡120反射。附圖5(A)及⑶表示了上述圓盤(圓輪)部件140的細(xì)節(jié)。其中，圖5㈧表示 圓盤(圓輪)部件140的側(cè)面截面，圖5(B)表示其俯視圖。從這些圖中可以明確，該圓盤(圓輪)部件140在其中心部具備用于進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動的旋轉(zhuǎn)軸141，并具備呈圓盤狀的基材142。而且，在可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制的圓盤狀基材142 的表面設(shè)置有多個(本例中為12個)分段(segment)區(qū)域。這些多個分段區(qū)域分為兩種 區(qū)域。在一種分段區(qū)域(圖5(B)中用“Y”表示)中，設(shè)置有由通過接收可見光區(qū)域的激發(fā) 光(藍(lán)色(B)激光)而出射規(guī)定波段區(qū)域的光的熒光層所形成的熒光面143 ；在另一種分段 區(qū)域中，設(shè)置有將激發(fā)光反射、擴(kuò)散的反射面144，并覆蓋其表面形成有透過膜145 (圖5 (B) 中用“Y”表示)，該透過膜145是使激發(fā)光的相位正好移動1/4波長(1/4 λ )的相位變換單 元。于是，通過使該基材142以規(guī)定的速度旋轉(zhuǎn)，被上述反射鏡(反射器)130反射從而聚 光于焦點附近F的激發(fā)光如圖5(B)的粗線圓所示，交替地入射到熒光面143(Y)和表面覆 蓋了透過膜145Υ的反射面144。其結(jié)果是，以分時的方式從上述圓盤(圓輪)部件140依 次取出來自熒光體的發(fā)光光束和被基材142的反射面144所擴(kuò)散反射的激發(fā)光。另外，涂布在上述基材142的一種分段區(qū)域Y上形成的熒光體，即，作為會受藍(lán)色 區(qū)域的激發(fā)光激發(fā)而發(fā)光的熒光體，一般使用能高效出射與藍(lán)光成補(bǔ)色關(guān)系的黃光的YAG 熒光體((Y，Gd) 3 (Al, Ga)012:Ce3+)o然而，本發(fā)明并未限定于此，只要是會受藍(lán)色區(qū)域的 激發(fā)光激發(fā)而發(fā)黃光的物質(zhì)即可。此外，關(guān)于該藍(lán)色區(qū)域的激發(fā)光與受該激發(fā)光激發(fā)而發(fā) 出的Y色的熒光，其波長和強(qiáng)度的關(guān)系的一個例子如附圖6所示。此外，由于熒光體會受激發(fā)光激發(fā)而發(fā)熱，因此作為在表面形成該熒光體的圓盤 狀基材142，優(yōu)選使用導(dǎo)熱率高的部件。例如，通過使用導(dǎo)熱率在5/W · πΓ1 · K—1以上的水 晶、藍(lán)寶石或者金屬等，能夠高效地進(jìn)行冷卻，其結(jié)果是，提高了熒光體的發(fā)光效率，并且對 延長其壽命也是有效的。接著，以下對詳細(xì)結(jié)構(gòu)已敘述的光源單元10的動作進(jìn)行說明，即，對在投影型顯 示裝置的光學(xué)照明系統(tǒng)100中出射與光軸101大致平行的白光光束的動作進(jìn)行說明。再次參照上述圖2進(jìn)行說明，來自半導(dǎo)體激光元件組110的偏振面統(tǒng)一在規(guī)定方 向上的藍(lán)色波段(B色)的光，透過分離鏡120前往反射鏡(反射器)130，被其內(nèi)側(cè)面的反 射鏡(面)131所反射，聚光在其焦點附近F。該聚光在焦點附近F的藍(lán)色波段(B色)的 光，隨著圓盤(圓輪)部件140的旋轉(zhuǎn)，依次入射到形成在構(gòu)成該部件的圓盤狀基材142的 表面上的熒光面143 (Y)和反射面144(B)上。其結(jié)果是，藍(lán)色波段(B色)的光在上述熒光 面143上作為激發(fā)光被熒光體接收，變換成作為其熒光的黃光，從而發(fā)射黃光。另一方面， 藍(lán)色波段(B色)的光在上述反射面144(B)上被其表面所反射和散射，這兩種情況連續(xù)地 反復(fù)進(jìn)行。并且在此時，入射到反射面144(B)并被該反射面反射、散射的光，由于兩次通過 了覆蓋在其表面上的將相位正好移動1/4波長(1/4 λ )的作為相位變換單元的透過膜145， 所以其偏振面正好改變了 90度(即，相位正好移動1/2波長(1/2 λ))。于是，如上所述，來自圓盤(圓輪)部件140的熒光面143的光(黃光)，與來自其 反射面144(B)的作為反射光的B色光，再次射向上述反射鏡(反射器)130，被其內(nèi)側(cè)面的反射鏡(面)131反射，作為平行光束再次前往分離鏡120。并且，如上所述，該分離鏡120 使偏振面被透過膜145正好改變了 90度的B色光透過。此外，由熒光面143產(chǎn)生的光(黃 光)也同樣通過分離鏡120。其結(jié)果是，作為激發(fā)光的B色光與來自熒光面的黃光，隨著上 述圓盤(圓輪)部件140的旋轉(zhuǎn)而混色，成為大致白色的光。即，利用上述光源單元10，能 夠得到從分離鏡120的背面(與來自半導(dǎo)體激光元件組110的偏振光的入射面相反的一側(cè) 的面)向著圖2的下側(cè)方向，入射到投影型顯示裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)100中的白色的照明 光。此外，如果將分離鏡120小型化，即使存在因B反射面144和反射鏡130所造成的偏振 面的混亂，但能夠減少分離鏡120對來自反射面144(B)的作為反射光的B色光的通過產(chǎn)生 妨礙，變得效率更高。進(jìn)一步地，作為其他方式，在上述反射鏡(面)131的一部分設(shè)置透過性的窗或者 開口部，通過光纖等將激發(fā)光集中在反射面的焦點上，能夠得到同樣效果。結(jié)果是，與上述 的第一方式相同，激發(fā)光與來自熒光體的發(fā)光光束混色，成為大致的白光。如上所述，本發(fā)明的一個實施例的光源單元10中，通過依次切換射出從熒光體產(chǎn) 生的規(guī)定波段的光束(黃光)和被反射面所反射、散射的激發(fā)(藍(lán)色)光束，能夠利用余輝 進(jìn)行混色，獲得白色的光源。更具體地說，作為構(gòu)成光源單元10的部件，通過使具備將激發(fā) 光變換為黃光的熒光面和反射激發(fā)光的反射面的圓盤(圓輪)部件140高速旋轉(zhuǎn)——即通 過依次切換激發(fā)光所入射到的分段區(qū)域來獲得白光，由此能夠?qū)⒃搯卧?0應(yīng)用于照明光 學(xué)系統(tǒng)。接下來，尤為重要的一點是，投影型顯示裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)100中使用的白色 的光源是從點狀光源獲得的光束。即，在上述現(xiàn)有的一般的投影型顯示裝置中，作為其光 源，主要廣泛采用單位輸入功率的發(fā)光效率高的超高壓水銀燈，在該情況下，該燈的燈絲構(gòu) 成點狀的發(fā)光光源，通過使來自上述點狀發(fā)光光源的光變成平行光從而得到作為光源的白 光。因此，投影型顯示裝置中，如本說明書的背景技術(shù)所述利用來自照明光學(xué)系統(tǒng)100的白 光生成期望的影像的光學(xué)系統(tǒng)，包括例如光強(qiáng)度調(diào)制部、光分離光學(xué)系統(tǒng)30和中繼光學(xué)系 統(tǒng)40等在內(nèi)，都是以從該點狀的發(fā)光光源獲得的平行光為前提來進(jìn)行設(shè)計的。因此，作為 由固體發(fā)光元件構(gòu)成的光源，在采用將包含R、G、B的大量發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光元件排 列于平面上所形成的光源的情況下，存在不能使光學(xué)系統(tǒng)部分獲得足夠的性能，在投影面 上產(chǎn)生白平衡的劣化或顏色不均等問題。針對上述問題，上述本發(fā)明的一個實施例的光源單元10中，從其構(gòu)成亦可明確， 來自半導(dǎo)體激光元件組110的激發(fā)(藍(lán)色)光被上述反射鏡(反射器)130聚光于其焦點F 上，在圓盤(圓輪)部件140的熒光面上被變換為作為點狀光的黃光，或者在圓盤(圓輪) 部件140的反射面上被反射。由此，通過本發(fā)明的一個實施例的光源單元10所獲得的白光， 與上述的水銀燈相同，是從點狀光源獲得的光束。因此，即使在現(xiàn)有的投影型顯示裝置中， 本發(fā)明的一個實施例的光源單元10也能夠除了照明光學(xué)系統(tǒng)100以外按照原樣采用，此為 一個有利條件。并且，在這種情況下，除了因采用發(fā)光二極管或者激光二極管等固體光源所 帶來的壽命提高和耐沖擊性之外，也不需要使用放電燈所必須的高壓電源，從降低產(chǎn)品的 制造價格的觀點上看也是有利的。此外，附圖7 (A)和(B)，以及圖8㈧和⑶中，表示了上述圓盤(圓輪)部件140 的其它例子。
在該其他例子中，在構(gòu)成圓盤(圓輪)部件140的圓盤狀的基材142的表面—— 尤其是激發(fā)光入射的焦點F的附近(圖5(B)的粗線圓的部分)的表面，形成了大量微小的 凹部146，圖7(A)表示從圓盤狀的基材切出的微小凹部形成部分的放大立體圖，圖7(B)表 示包含一個該凹部的基材的放大截面圖。從這些圖中可見，按照覆蓋形成在表面的大量研 缽狀的凹陷即凹部146的方式，形成有由熒光體層構(gòu)成的熒光面143。利用該作為其他例子的圓盤(圓輪)部件140，與不在激發(fā)光的入射表面形成該凹 部的情況(參照圖8(A))相比，因激發(fā)光的入射而從形成了該凹部146的面出射的熒光，如 圖8(B)所示，其散射方向變窄(具有方向性)，因此更容易被配置在其上方的反射鏡(反射 器)130所捕捉，因而從光的利用效率上看更為有利。另外，其他的變形例如附圖9所示。該變形例中，從圖中可見，在上述圓盤(圓輪) 部件140的外周部設(shè)置了球面的反射器(球面反射器)147，用于反射從激發(fā)光入射的上述 焦點F的附近發(fā)出的熒光中不到達(dá)反射鏡(反射器)130的反射面131的光。通過上述球面 反射器147，能夠使從上述焦點F的附近發(fā)出的熒光的幾乎全部通過反射鏡(反射器)130 輸出，因此從光的利用效率上看較為有利。此外，在上述實施例中，作為對從反射鏡(反射器)130聚光于其焦點附近F的激 發(fā)光按時間順序依次切換熒光面143和反射面144的方法，利用將圓盤狀的基材142的表 面分割成多個分段從而形成熒光面143和反射面144的圓盤(圓輪)部件140，但是，本發(fā) 明并非局限于此，例如，在一片矩形狀的基材表面形成熒光面143和反射面144，通過將其 前后移動，也可能得到同樣效果。
權(quán)利要求
1.一種投影型顯示裝置，其特征在于，具有 射出白光的光源單元；將來自該光源單元的白光分離為紅色R、綠色G、藍(lán)色B三原色光的光分離光學(xué)系統(tǒng)； R、G、B的光調(diào)制單元，其對分離后的R、G、B的各偏振光分別根據(jù)影像信號進(jìn)行光調(diào)制， 形成R、G、B的各光學(xué)像；對由該R、G、B的光調(diào)制單元所形成的各光學(xué)像進(jìn)行光合成的光合成單元；和 將該合成后的光學(xué)像放大投影的投影單元，其中所述光源單元，向所述R、G、B的光調(diào)制單元射出包含來自固體發(fā)光元件的激發(fā)光的從 大致點光源射出的白光。
2.如權(quán)利要求1所述的投影型顯示裝置，其特征在于從所述光源單元射出的白光，包含激發(fā)光和由該激發(fā)光所激發(fā)的來自熒光體的發(fā)射光。
3.如權(quán)利要求2所述的投影型顯示裝置，其特征在于所述熒光體發(fā)射與所述激發(fā)光相對于白色成補(bǔ)色關(guān)系的波長區(qū)域的光束。
4.如權(quán)利要求3所述的投影型顯示裝置，其特征在于 所述激發(fā)光是B色光，來自所述熒光體的發(fā)射光是Y色光。
5.如權(quán)利要求4所述的投影型顯示裝置，其特征在于從所述光源單元射出的白光，通過將來自半導(dǎo)體激光元件的B色的激光與來自所述熒 光體的Y色的發(fā)射光以分時的方式依次切換進(jìn)行混色而生成。
6.如權(quán)利要求5所述的投影型顯示裝置，其特征在于從所述光源單元射出的白光，是由具有焦點的反射面構(gòu)成的光束捕捉單元對包含來自 固體發(fā)光元件的激發(fā)光的從大致點光源射出的白光進(jìn)行捕捉而獲得的白光。
7.如權(quán)利要求1所述的投影型顯示裝置，其特征在于 從所述光源單元射出的白光為大致平行的光。
8.如權(quán)利要求1所述的投影型顯示裝置，其特征在于R、G、B的光調(diào)制單元是透過型的液晶面板，該R、G、B的光調(diào)制單元，根據(jù)影像信號對從 所述光源單元射出的白光中色分離得到的R、G、B的各偏振光進(jìn)行光調(diào)制，形成R、G、B的各光學(xué)像。
9.如權(quán)利要求1所述的投影型顯示裝置，其特征在于R、G、B的光調(diào)制單元是反射型的液晶面板，該R、G、B的光調(diào)制單元，根據(jù)影像信號對從 所述光源單元射出的白光中色分離得到的R、G、B的各偏振光進(jìn)行光調(diào)制，形成R、G、B的各光學(xué)像。
10.如權(quán)利要求1所述的投影型顯示裝置，其特征在于R、G、B的光調(diào)制單元是多個微鏡排列在一起的數(shù)字微鏡器件(DMD)，該R、G、B的光調(diào) 制單元，根據(jù)影像信號對從所述光源單元射出的白光中色分離得到的R、G、B的各偏振光進(jìn) 行光調(diào)制，形成R、G、B的各光學(xué)像。
全文摘要
本發(fā)明提供一種投影型顯示裝置，適合采用固體光源來取代現(xiàn)有技術(shù)的燈作為其光源。該投影型顯示裝置，具有射出白光的光源單元；將來自該光源單元的白光分離為紅色R、綠色G、藍(lán)色B三原色光的光分離光學(xué)系統(tǒng)；R、G、B的光調(diào)制單元，其對分離后的R、G、B的各偏振光分別根據(jù)影像信號進(jìn)行光調(diào)制，形成R、G、B的各光學(xué)像；對由該R、G、B的光調(diào)制單元所形成的各光學(xué)像進(jìn)行光合成的光合成單元；和將該合成后的光學(xué)像放大投影的投影單元，其中，上述光源單元，向上述R、G、B的光調(diào)制單元射出包含來自固體發(fā)光元件的激發(fā)光的從大致點光源射出的白光。
文檔編號G02B26/08GK102147561SQ20101052541
公開日2011年8月10日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者平田浩二, 木村展之, 池田英博 申請人:日立民用電子株式會社