説明

表示装置

【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。

【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、CaScSi12:Ce3+、BaScSi24:Eu2+、SrSi13Al21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。CaSi: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

【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。

【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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【公開番号】特開2013−76904(P2013−76904A)
【公開日】平成25年4月25日(2013.4.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−217513(P2011−217513)
【出願日】平成23年9月30日(2011.9.30)
【出願人】(308036402)株式会社JVCケンウッド (1,152)
【Fターム(参考)】