特許 6237628 投射型表示装置及び投射光発生方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6237628

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】投射型表示装置及び投射光発生方法

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20171120BHJP

   G02B 5/04 20060101ALI20171120BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/14 Z

   G02B5/04 D

   G02B5/04 B

   H04N5/74 A

【請求項の数】10

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-527980(P2014-527980)

(86)(22)【出願日】2013年7月30日

(86)【国際出願番号】JP2013004596

(87)【国際公開番号】WO2014020895

(87)【国際公開日】20140206

【審査請求日】2016年6月16日

(31)【優先権主張番号】特願2012-172193(P2012-172193)

(32)【優先日】2012年8月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100124154

【弁理士】

【氏名又は名称】下坂 直樹

(72)【発明者】

【氏名】冨山 瑞穂

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 尚文

(72)【発明者】

【氏名】今井 雅雄

【審査官】 佐野 浩樹

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０８６０１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１４２２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３３３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４３５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０６５４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３２５４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２１５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６０４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８９４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１７７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０１４７９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２７２２５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／００ − ５／０８ 、 ５／１０ − ５／１３６、

Ｇ０３Ｂ２１／００ −２１／１０ 、２１／１２ −２１／１３ 、

２１／１３４−２１／３０ 、３３／００ −３３／１６ 、

Ｈ０４Ｎ ５／６６ − ５／７４ 、 ９／１２ − ９／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の波長帯域の光を発生して投射する投射型表示装置であって、
第１波長帯域の第１光を出射する第１光源と、
第２波長帯域を有する第６光を出射する第２光源と、
該第１光を互いに偏光方向が直交する第３光と第２光とに分離する光路分離部と、
該第２光を互いに波長帯域の異なる第４光と第５光とに分離し、該第４光と前記第６光とを略同じ方向に出射する光路分離合成部と、
前記第３光を空間的に変調する第１光変調部と、
少なくとも前記第４光および前記第６光のいずれか一方若しくは両方を空間的に変調する第２光変調部と、
第１膜と第２膜を備え、前記第１光変調部で変調された第３光は該第１膜と該第２膜を透過し、前記第２光変調部で変調された第４光および第６光のいずれか一方若しくは両方は該第１膜で反射されることで、該第３光、該第４光および該第６光と、を合成する光路合成部と、を備える投射型表示装置。

【請求項2】

請求項１に記載の投射型表示装置であって、
さらに、該第５光を前記光路分離合成部の方向に反射する反射部を有し、
前記反射部で反射された第５光は、前記第１光源に入射して反射されること、を特徴とする投射型表示装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の投射型表示装置であって、
第３波長帯域を有する第７光を出射する第３光源と、
前記第７光を空間的に変調する第３光変調部と、をさらに備え、
記光路合成部は、さらに、前記第３光変調部で変調された第７光と、前記第１光変調部および前記第２光変調部で変調された光と、を合成することを特徴とする投射型表示装置。

【請求項4】

請求項３に記載の投射型表示装置であって、
前記光路合成部は、
前記第３光が入射する第１入射面と、
前記第６光及び前記第４光が入射する第２入射面と、
前記第７光が入射する第３入射面と、
入射した前記第３光〜前記第７光を合成して出射する出射面と、
を備えることを特徴とする投射型表示装置。

【請求項5】

請求項４に記載の投射型表示装置であって、
前記光路合成部は、
前記第１膜は、さらに、少なくとも前記第２波長帯域の光又は前記第４波長帯域の光のうち、第１方向の偏光成分を有する光を反射すると共に、少なくとも前記第１波長帯域の光のうち、偏光方向が該第１方向と直交する第２方向の偏光成分の光を透過させ、
前記第２膜は、さらに、少なくとも前記第３波長帯域の光のうち、該第１方向の偏光成分を有する光を反射すると共に、少なくとも前記第１波長帯域の光のうち、該第２方向の偏光成分を有する光を透過させる、ことを特徴とする投射型表示装置。

【請求項6】

請求項４又は５に記載の投射型表示装置であって、
前記光路合成部の前記第１入射面〜前記第３入射面の各入射面に対応して、前記入射面に入射する光を変調する第１光変調部〜第３光変調部が設けられ、かつ、前記第１光変調部〜第３光変調部は、入射光側から偏光子、偏光変調素子、検光子を配置して形成されている、
ことを特徴とする投射型表示装置。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投射型表示装置であって、
前記光路分離部と前記第１光源との間に１／４波長板を設けたことを特徴とする投射型表示装置。

【請求項8】

請求項３乃至７のいずれか１項に記載の投射型表示装置であって、
前記第１光は、波長が５００ｎｍ〜６００ｎｍの間で強度のピークを有し、
前記第６光は、波長が４００ｎｍ〜５００ｎｍの間で強度のピークを有し、
前記第７光は、波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの間で強度のピークを有する
ことを特徴とする投射型表示装置。

【請求項9】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投射型表示装置であって、
前記第１光源は、少なくとも、蛍光体と、前記蛍光体に照射する励起光を発する励起光源と、を有していることを特徴とする投射型表示装置。

【請求項10】

複数の波長帯域の光を発生して投射する投射光発生方法であって、
第１波長帯域の第１光を出射する第１光出射手段と、
第２波長帯域を有する第６光を出射する第２光出射手段と、
該第１光を互いに偏光方向が直交する第３光と第２光とに分離する第１光路分離手順と、
該第２光を互いに波長帯域の異なる第４光と第５光とに分離し、該第４光と前記第６光とを略同じ方向に出射する光路分離合成手順と、
前記第３光を空間的に変調する第１光変調手段と、
少なくとも前記第４光および前記第６光のいずれか一方若しくは両方を空間的に変調する第２光変調手段と、
第１膜と第２膜を備え、前記第１光変調部で変調された第３光は該第１膜と該第２膜を透過し、前記第２光変調部で変調された第４光および第６光のいずれか一方若しくは両方は該第１膜で反射されることで、該第３光、該第４光および該第６光と、を合成する光路合成手段と、を備える投射光発生方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、投射型表示装置及び、投射光発生方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プロジェクタに代表される投射型表示装置においては、高輝度、低消費電力、長寿命な光源が求められている。このような要求を満たす光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）がある。

【0003】

図１３は、光源としてＬＥＤを用いた投射型表示装置１００Ａの構成図である。緑ＬＥＤ１０１Ｇ、青ＬＥＤ１０１Ｂ、赤ＬＥＤ１０１Ｒからの光は、それぞれレンズ１０７ａ〜１０７ｆ、光変調部１０２Ｇ、１０２Ｂ、１０２Ｒを透過する。その後、各光は、クロスダイクロイックプリズム１０３で合成され、投射レンズ１０８に入射する。そして、投射レンズ１０８から図示しないスクリーン等に投射される。

【0004】

なお、光変調部１０２Ｇ、１０２Ｂ、１０２Ｒは、偏光子、液晶セル及び検光子を含み、入射した光を空間的に変調して出射する。

【0005】

クロスダイクロイックプリズム１０３は、青色の波長帯域の光のみを反射するダイクロイック膜と、赤色の波長帯域の光のみを反射するダイクロイック膜とを含んでいる。そして、３方向からクロスダイクロイックプリズム１０３に入射した緑色光、青色光、赤色光が合成されて、投射レンズ１０８に投射される。

【0006】

このような、ＬＥＤは半導体からなり、ＩｎＧａＮ系の半導体材料を用いることで青色光を発光でき、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用いることで赤色光を発光できることが知られている。しかし、ＩｎＧａＮ系とＡｌＧａＩｎＰ系との半導体材料を用いて形成された緑色光を発光するＬＥＤは、発光効率が低いという課題がある。この課題は、グリーンギャップと呼ばれている。

【0007】

このグリーンギャップにおける緑色光の光量不足を解決する方法として、ＬＥＤやＬＤの光源と、蛍光体の光源とを組み合わせた光源が提案されている。蛍光体を用いた光源として、例えば、青ＬＥＤと蛍光体とを組み合わせた構成（所謂、蛍光体ＬＥＤ）が知られている。この構成では、青ＬＥＤが出射した青色光が蛍光体に緑色光を発生させるための励起光として利用される。

【0008】

励起光源として使用する青ＬＥＤは、緑ＬＥＤよりも大きな出力を持つ。従って、蛍光体ＬＥＤを用いることで、緑ＬＥＤが発光する緑色光よりも高輝度の緑色光が得られる。

【0009】

一方、複数個の緑ＬＥＤを用いて高輝度の緑色光を発光する方法が、特許文献１に開示されている。図１４に、特許文献１に記載の投射型表示装置１００Ｂの構成を示す。

【0010】

この投射型表示装置１００Ｂは、緑ＬＥＤ１０１Ｇ、複合ＬＥＤ１１０Ｂ、赤ＬＥＤ１０１Ｒを有する。なお、複合ＬＥＤ１１０Ｂは、青ＬＥＤ１０１Ｂ及び緑ＬＥＤ１１１Ｇを含んでいる。そして、複合ＬＥＤ１１０Ｂから青色光と緑色光が合成された光が出射される。

【0011】

各ＬＥＤからの光は、レンズ１０７ａ〜１０７ｆ、光変調部１０２Ｇ、１０２Ｂ、１０２Ｒを透過し、クロスダイクロイックプリズム１０３に入射する。

【0012】

クロスダイクロイックプリズム１０３は、波長依存性及び偏光依存性を有しており、緑色光、青色光、赤色光を合成すると同時に、偏光を利用して緑ＬＥＤ１０１Ｇから出射した緑色光と複合ＬＥＤ１１０Ｂの緑ＬＥＤ１１１Ｇから出射した緑色光とを合成する。

【0013】

このように、複合ＬＥＤ１１０Ｂにおいて、青色光と緑色光とが出射されることにより、投射レンズ１０８から出射される緑色光の強度を増大させることができる。

【0014】

なお、緑色光の強度をさらに増大させる方法として、蛍光体ＬＥＤを特許文献１の投射型表示装置に用いることが考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】ＷＯ ２０１１／０３７０１４ Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

しかしながら、蛍光体ＬＥＤを特許文献１の投射型表示装置に適用した場合の緑光源のスペクトル分布は、緑ＬＥＤのスペクトル分布より広く、赤色光や青色光とのスペクトル分布に重なりが生じるので、以下のような問題が生じる。即ち、緑光源のスペクトル分布と、青または赤色光のスペクトル分布とが重なると、スペクトルが重なった波長帯域の光は、クロスダイクロイックプリズムで効率良く光を合成することができなくなり、投射型表示装置の光利用効率が低下する。

【0017】

また、特許文献１に記載の投射型表示装置では、複合ＬＥＤを用いるため、緑色光の強度が向上する反面、青色光の強度が低下する問題がある。

【0018】

そこで、本発明の目的は、スペクトル分布の広い蛍光体等を含む光源を用い、かつ、青色光と赤色光との強度低下を抑制しながら光利用効率を向上させた投射型表示装置及び、投射光発生方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0019】

上記課題を解決するため、複数の波長帯域の光を発生して投射する投射型表示装置は、第１波長帯域の第１光を出射する第１光源と、第１光を互いに偏光方向が直交する第３光と第２光とに分離する光路分離部と、第２光を互いに波長帯域の異なる第４光と第５光とに分離する光路分離合成部と、第５光を光路分離合成部の方向に反射する反射部と、第３光と第２光とを合成する光路合成部と、を備え、第４光は、第１波長帯域における所定帯域を第４波長帯域とした際に、第４波長帯域の光であり、第５光は、第１波長帯域から第４波長帯域を除いてなる第５波長帯域の光である、ことを特徴とする。

【0020】

また、複数の波長帯域の光を発生して投射する投射光発生方法は、第１波長帯域の第１光を出射する第１光出射手段と、第１光を互いに偏光方向が直交する第３光と第２光とに分離する第１光路分離手順と、第２光を互いに波長帯域の異なる第４光と第５光とに分離する光路分離合成手順と、第５光を光路分離合成手順の方向に反射する反射手順と、第３光と第２光とを合成する光路合成手順と、を含み、第４光は、第１波長帯域における所定帯域を第４波長帯域とした際に、第４波長帯域の光であり、第５光は、第１波長帯域から第４波長帯域を除いてなる第５波長帯域の光である、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明の投射型表示装置によれば、緑色の光の一部を青色の光と合成することにより、青色の光の強度を低下させることなく、緑色光の強度を向上できると共に、緑色光源としてスペクトル分布の広い光源を用いても、緑色の光を青色の光や赤色の光と合成するときの光利用効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態にかかる投射型表示装置の構成図である。

【図2】図１の構成図に光路を透過する光の偏光状態等を追記した構成図である。

【図3】各光源から出射された光のスペクトル分布図である。

【図4】光変調部の構成図である。

【図5】光路分離合成部の透過率の波長依存性および各光源のスペクトル分布図である。

【図6】光路分離部における入射光と出射光のスペクトル分布図である。

【図7】光路合成部の上面図である。

【図8】第１ダイクロイック膜の透過率の波長依存性及び、光路合成部に入射する光のスペクトル分布を示す図である。

【図9】第２ダイクロイック膜の透過率の波長依存性及び、光路合成部に入射する光のスペクトル分布を示す図である。

【図10】光路合成部の上面図である。

【図11】光の分離合成手順を示したフローチャートである。

【図12】光の分離合成手順を示したフローチャートである。

【図13】関連技術の説明に適用される投射型表示装置の構成図である。

【図14】関連技術の説明に適用される投射型表示装置の他の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の実施形態を説明する。なお、本実施形態にかかる投射型表示装置は、後述するように緑色光を発光する緑光源、青色光を発光する青光源、赤色光を発光する赤光源を用いる。このとき、特許請求の範囲における第１光源を緑光源、第２光源を青光源、第３光源を赤光源に対応付けることもできるが、本発明はかかる対応関係に限定するものではないことを予め付言する。従って、例えば第１光源を赤光源に対応付けてもよい。そして、第１光源を緑光源に対応させた場合には、第１光は緑色光であり、第１光源を赤光源に対応させた場合には第１光は赤色光であり、出射光の波長帯域も光源の色に対応する。以下の説明では、第１光源を緑光源、第２光源を青光源、第３光源を赤光源として説明する。

【0024】

また、以下の説明では、光の偏光方向を特定して説明するが、本発明は係る特定に限定されない。即ち、以下の説明において、第１方向の偏光成分を有する光をＳ偏光、第２方向の偏光成分を有する光をＰ偏光とした場合について説明するが、Ｓ偏光とＰ偏光とが入れ替わった場合についても適用可能である。

【0025】

図１は投射型表示装置２の構成図であり、図２は光路を透過する光の偏光状態と進行方向を追記した構成図である。

【0026】

投射型表示装置２は、光源１１、レンズ１２、光路分離部１３、ミラー１５、光変調部１６、シャッタ（遮蔽部）１７、光路分離合成部１８、光路合成部１９、投射レンズ２０、反射部２２を備える。

【0027】

光源１１は、緑色光（第１光）を出射する緑光源（第１光源）１１Ｇ、青色光（第６光）を出射する青光源（第２光源）１１Ｂ、赤色光（第７光）を出射する赤光源(第３光源)１１Ｒを備える。このような光源１１は、発光ダイオードや面発光レーザ等の面発光型の固体光源、又は、光源と導光板からなる面発光デバイスが適用可能である。

【0028】

なお、緑光源１１Ｇとしては、少なくとも励起光源と蛍光体とから構成される光源が利用できる。励起光源には、紫色から青色までの波長帯域のうち任意の波長帯域の光を出射するＬＥＤやＬＤが用いられる。蛍光体は蛍光材料そのもの、あるいは蛍光体材料を透明材料に分散させたり、積層させたりしたものが用いられる。励起光源と蛍光体は密着して配置するか、間隙を設けて配置しても良い。間隙にレンズや導光体、あるいはその他の透明材料からなる光学素子やミラーなどを配置しても良い。青光源１１Ｂと赤光源１１Ｒについても、ＬＥＤやＬＤが用いられ、レンズや導光体などの光学素子を構成要素として含んでも良い。以下では、緑光源１１Ｇとして蛍光体を密着配置した蛍光体ＬＥＤ、青光源１１Ｂとして青色ＬＥＤ、赤光源１１Ｒとして赤色ＬＥＤを用いた場合について説明する。

【0029】

図３は、各光源１１から出射された光のスペクトル分布を示す図である。青光源１１Ｂから出射する青色光は、４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長帯域（第２波長帯域）に光強度のピークを持つ。また、緑光源１１Ｇから出射する緑色光は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域（第１波長帯域）に光強度のピークを持つ。赤光源１１Ｒから出射する赤色光は、６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域（第３波長帯域）に光強度のピークを持つ。そして、緑光源１１Ｇから出射した緑色光のスペクトル分布は、青光源１１Ｂまたは赤光源１１Ｒからの出射光とスペクトルが部分的に重なっている。

【0030】

レンズ１２（１２ａ〜１２ｈ）は、入射した光を集光または発散して、出射する。

【0031】

光路分離部１３は、入射した光のうち、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する特性を有する。
光路分離部１３は、偏光子により形成されている。なお、光路分離部１３として、アルミニウムや銀、金などの金属を用いたワイヤグリッド偏光子、フォトニック結晶、誘電体多層膜などを用いることが可能である。

【0032】

ミラー１５は、入射した光を反射する。

【0033】

光変調部１６は、各光源１１（１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ）に対応して設けられた光変調部１６Ｒ、光変調部１６Ｇ、光変調部１６Ｂを含んで、入射した光を空間的に変調して出射する。

【0034】

図４は、光変調部１６の構成図である。各光変調部１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂは、偏光子１６Ｒａ、１６Ｇａ、１６Ｂａと、偏光変調素子である液晶セル１６Ｒｂ、１６Ｇｂ、１６Ｇｂと、検光子１６Ｒｃ、１６Ｇｃ、１６Ｂｃとから構成されている。ここで、紙面に対し垂直な偏光成分をＳ偏光、紙面に対し平行な偏光成分をＰ偏光と定義すると、偏光子１６Ｂａ、１６Ｒａ、検光子１６Ｇｃは、Ｐ偏光のみを透過させ、偏光子１６Ｇａ、検光子１６Ｂｃ、１６Ｒｃは、Ｓ偏光のみを透過させる。

【0035】

光変調部１６に偏光子１６Ｒａ、１６Ｇａ、１６Ｂａの側から入射した光は、液晶セル１６Ｒｂ、１６Ｇｂ、１６Ｂｂで偏光方向が回転した光のうち、検光子１６Ｒｃ、１６Ｇｃ、１６Ｂｃを透過する偏光成分の光が検光子１６Ｒｃ、１６Ｇｃ、１６Ｂｃから出射される。なお、偏光変調素子として、液晶セルである必要はなく、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）、ＳＢＮ（ニオブ酸ストロンチウムバリウム）などの電気光学効果を有する材料からなる素子を用いても良い。

【0036】

なお、偏光子１６Ｒａ、１６Ｇａ、１６Ｂａ、検光子１６Ｒｃ、１６Ｇｃ、１６Ｂｃとして、アルミニウムや銀、金などの金属を用いたワイヤグリッド偏光子、フォトニック結晶、誘電体多層膜などを用いることが可能である。また、検光子１６Ｒｃ、１６Ｇｃ、１６Ｂｃとして、ポリマーを用いた吸収型偏光子を用いることが可能である。

【0037】

シャッタ１７は、吸収板を備え、この吸収板を光路に出し入れすることにより入射した光を透過させるか吸収させるかを切替える構成が適用できる。シャッタ１７は吸収板を機械的に開閉する構成が適用できる。

【0038】

光路分離合成部１８は、入射した波長帯域の異なる２つの光を合成、または、入射した光を波長帯域の異なる２つの光に分離する。図５は、光路分離合成部１８の透過率の波長依存性および各光源のスペクトル分布図である。光路分離合成部１８は、波長帯域が５５０ｎｍ近傍の光を反射し、それ以外の波長帯域の光を透過させる特性を有し、反射する波長帯域は緑光源１１Ｇからの出射光の波長帯域よりも狭く設定されている。

【0039】

なお、光路分離合成部１８は、緑光源１１Ｇのスペクトル分布が狭い場合は、波長５５０ｎｍ近傍の光のみを反射させる必要はない。即ち、緑光源１１Ｇからの光のスペクトル分布と赤光源からの光のスペクトル分布とが重なっている波長領域が狭い場合は、光路分離合成部１８は５５０ｎｍより長波長側の波長領域の光も反射するように設定しても良い。

【0040】

反射部２２は、光路分離合成部１８を透過した光を反射する。反射部２２で反射された光は光路分離合成部１８に再度入射する。

【0041】

図６は、光ＬＧ＿１〜ＬＧ＿６のスペクトル分布を示した図である。
光ＬＧ＿１（第１光）は緑光源１１Ｇから出射された光である。
光ＬＧ＿２（第２光）は光ＬＧ＿１のうち光路分離部１３を透過したＰ偏光の光である。光ＬＧ＿３（第３光）は光ＬＧ＿１のうち光路分離部１３で反射されたＳ偏光の光である。
光ＬＧ＿４（第４光）は光ＬＧ＿２のうち光路分離合成部１８で反射された光である。
光ＬＧ＿５（第５光）は光ＬＧ＿２のうち光路分離合成部１８を透過した光である。
光ＬＧ＿６は、光ＬＧ＿５のうち反射部２２で反射され、光路分離合成部１８を透過した光である。

【0042】

図６に示すように、光ＬＧ＿１、ＬＧ＿２、ＬＧ＿３は同じスペクトル分布を持っている。一方、光ＬＧ＿４は、光路分離合成部１８の反射特性のために、光ＬＧ＿２より狭い波長帯域を持つと共に、波長５５０ｎｍ近傍でピークを持つ。

【0043】

さらに、光ＬＧ＿５と光ＬＧ＿６は、光路分離合成部１８の透過特性のために、波長５５０ｎｍ近傍の波長帯域の光強度が低下し、この波長帯域より短波長側と長波長側とにピークを有する示すスペクトル分布を持っている。なお、光ＬＧ＿６の光強度及び波長帯域は、光路分離合成部１８を二度透過するため、光ＬＧ＿５より狭くなっている。

【0044】

光路合成部１９は、複数の方向から入射した光を合成して、投射レンズ２０に出射する。光路合成部１９としてクロスダイクロイックプリズムを使用できる。

【0045】

図７は、光路合成部１９の上面図である。この光路合成部１９は、直交して配置された第１ダイクロイック膜１９ａと第２ダイクロイック膜１９ｂとを含んでいる。光路合成部１９は、第１入射面１９ｃから入射した光ＬＧ＿３、第２入射面１９ｄから入射した光ＬＧ＿４、青色光、第３入射面１９ｅから入射した赤色光を合成し、出射面１９ｆから出射する。

【0046】

図８に第１ダイクロイック膜１９ａの透過率の波長依存性及び、光路合成部１９に入射する光のスペクトル分布を示し、図９に第２ダイクロイック膜１９ｂの透過率の波長依存性及び、光路合成部１９に入射する光のスペクトル分布を示す。図８（ａ）及び図９（ａ）は、Ｐ偏光（第２方向の偏光成分を有する光）の光に対する特性を示し、図８（ｂ）及び図９（ｂ）は、Ｓ偏光（第１方向の偏光成分を有する光）の光に対する特性を示している。

【0047】

図７に示すように、光路合成部１９には、Ｐ偏光成分（第２方向の偏光成分）の光ＬＧ＿３、Ｓ偏光成分（第１方向の偏光成分）の青色光及び光ＬＧ＿４、Ｓ偏光成分（第１方向の偏光成分）の赤色光が入射する。

【0048】

そして、第１ダイクロイック膜１９ａは、Ｐ偏光の光ＬＧ＿３を透過させる。また、Ｓ偏光の赤色光を透過させる。さらに、第１ダイクロイック膜１９ａは、Ｓ偏光の青色光及び光ＬＧ＿４を反射する。

【0049】

一方、第２ダイクロイック膜１９ｂは、Ｐ偏光の光ＬＧ＿３を透過させる。また、Ｓ偏光の青色光及び光ＬＧ＿４を透過させ、Ｓ偏光の赤色光を反射する。

【0050】

従って、図７に示すように、Ｐ偏光の光ＬＧ＿３は、第１ダイクロイック膜１９ａ、第２ダイクロイック膜１９ｂを透過して投射レンズ２０の側に出射される。また、Ｓ偏光の青色光及び光ＬＧ＿４は、第１ダイクロイック膜１９ａにより反射され、Ｓ偏光の赤色光は第２ダイクロイック膜１９ｂで反射されて、それぞれ投射レンズ２０の側に出射される。これにより、光路合成部１９は入射した光をほとんど損失させることなく合成して出射できる。

【0051】

なお、上述した光路分離合成部１８や第１ダイクロイック膜１９ａ及び第２ダイクロイック膜１９ｂとして、例えば、誘電体多層膜やホログラフィック素子、フォトニック結晶などを使用して、特定の波長帯域の光を透過させ、それ以外の波長帯域の光を反射する特性を有するものを用いることが可能である。
なお、ダイクロイック膜１９ａとダイクロイック膜１９ｂとは直交して配置されている必要はなく、９０度以外の角度で交差していても良い。また、ダイクロイック膜１９ａとダイクロイック膜１９ｂとは交差している必要はない。すなわち、図１０に示すプリズム１９Ｂのように、ダイクロイック膜１９ａを有するプリズムとダイクロイック膜１９ｂを有するプリズムの２つから構成されていても良い。

【0052】

投射レンズ２０は、光路合成部１９から出射した光を図示しないスクリーン上に投射する。

【0053】

次に、各光源１１からの光の光路を説明する。図１１は光の分離合成手順を示したフローチャートである。ステップＳ１は、各光源１１から光を出射するステップである。ステップＳ１０、ステップＳ４０、ステップＳ１２は、それぞれ、緑光源１１Ｇから出射した光が、光路分離部１３、シャッタ１７、光変調部１６Ｇを通過するステップである。ステップＳ２０は、青光源１１Ｂ及びシャッタ１７を透過した光ＬＧ＿４が、光路分離合成部１８を通過するステップである。ステップ２１は、光路分離合成部１８を透過した光ＬＧ＿５が反射部２２、光路分離合成部１８、緑光源１１Ｇを通過するステップである。ステップＳ２２は、光路分離合成部１８を通過した光が光変調部１６Ｂを通過するステップである。ステップＳ３０は、赤光源１１Ｒから出射した光が、光変調部１６Ｒを通過するステップである。ステップＳ２は、光変調部１６を透過した光が光路合成部１９に入射して合成されて出射するステップである。ステップＳ３は、投射レンズ２０に入射した光をスクリーン上に投射するステップである。

【0054】

ステップＳ１： 赤光源１１Ｒ、緑光源１１Ｇ、青光源１１Ｂからそれぞれ光が出射される。

【0055】

ステップＳ１０： 緑光源１１Ｇから出射した光ＬＧ＿１は、レンズ１２ａを透過して光路分離部１３に入射する。そして、光ＬＧ＿１のＰ偏光成分は光路分離部１３を透過し、Ｓ偏光成分は光路分離部１３で反射される。即ち、光ＬＧ＿１は偏光方向に応じて透過光ＬＧ＿２と反射光ＬＧ＿３の２つに分離される。このとき光路分離部１３を透過したＰ偏光成分の光ＬＧ＿２は、シャッタ１７に入射、光路分離部１３で反射されたＳ偏光成分の光ＬＧ＿３は、ミラー１５に入射する。

【0056】

ステップＳ１２： ミラー１５に入射し、反射されて光変調部１６Ｇに入射したＳ偏光の光ＬＧ＿３は、光変調部１６Ｇで空間的に変調されると共にＰ偏光の光に変換され、光路合成部１９の第１入射面１９ｃに入射する。

【0057】

ステップＳ４０： シャッタ１７が入射した光を透過させるように設定されている場合（シャッタ１７が開いている場合）には、ステップＳ１０において光路分離部１３を透過した光ＬＧ＿２はシャッタ１７を透過して光路分離合成部１８に入射する。一方、シャッタ１７が入射した光を吸収するように設定されている場合（シャッタ１７が閉じている場合）には、ステップＳ１０において光路分離部１３を透過した光ＬＧ＿２はシャッタ１７で吸収される。

【0058】

ステップＳ２０： シャッタ１７が開いている場合、青光源１１Ｂから出射した光と光ＬＧ＿４とが光路分離合成部１８に入射する。光路分離合成部１８は、図５に示したように、波長帯域が５５０ｎｍ近傍の光を反射し、それ以外の波長帯域の光を透過する特性を持っている。従って、青光源１１Ｂからの青色光は、光路分離合成部１８を透過する。また、光ＬＧ＿２の内、波長帯域が５５０ｎｍ近傍の光ＬＧ＿４は光路分離合成部１８で反射され、それ以外の波長帯域の光ＬＧ＿５は光路分離合成部１８を透過する。一方、シャッタ１７が閉じている場合は、青色光のみが光路合成部１８に入射して光路合成部１８を透過する。

【0059】

ステップＳ２１： 光路分離合成部１８を透過した波長帯域が５５０ｎｍ近傍以外の光ＬＧ＿５は、レンズ１２ｈを透過し、反射部２２で反射され、更にレンズ１２ｈを透過して光路分離合成部１８に入射する。

【0060】

反射部２２で反射された光ＬＧ＿５は光路分離合成部１８を透過し、この透過した光ＬＧ＿６は、光路分離部１３を透過して緑光源１１Ｇに入射する。緑色光源１１Ｇに入射した光ＬＧ＿６は、緑光源１１Ｇで偏光方向がランダムに変換されて反射される。即ち、光ＬＧ＿６は、緑光源１１Ｇから出射された光のように振舞い、ステップＳ２０からステップＳ１０に戻る。従って、光路分離部１３を透過した緑色光の有効利用が可能になっている。これにより、光路分離合成部１８で緑色光の光ＬＧ＿４と青色光との合成が行われて光変調部１６Ｂに入射する。

【0061】

ステップＳ２２： 光変調部１６Ｂに入射したＰ偏光の青色光、光ＬＧ＿４は、光変調部１６Ｂで空間的に変調されると共にＳ偏光の光に変換され、光路合成部１９の第２入射面１９ｄに入射する。

【0062】

ステップＳ３０： 光変調部１６Ｒに入射した赤色光は、光変調部１６Ｒで空間的に変調されると共にＳ偏光の光に変換され、光路合成部１９の第３入射面１９ｅに入射する。

【0063】

以上により、光路合成部１９の第１入射面１９ｃにＰ偏光の光ＬＧ＿３が入射し、第２入射面１９ｄにＳ偏光の光ＬＧ＿４と青色光とが入射し、入射面１９ｅにＳ偏光の赤色光が入射する。

【0064】

ステップＳ２： 光路合成部１９は、光路合成部１９に入射した光を合成して出射面１９ｆから投射レンズ２０に出射する。
ステップＳ３： 光路合成部１９から出射した光は、投射レンズ２０によりスクリーン上に投射される。

【0065】

ところで、シャッタ１７が開いている場合は、光変調部１６Ｂを透過して光路合成部１９に入射する光は、波長５００ｎｍから６００ｎｍの間に強度のピークを有する光ＬＧ＿４と、波長４００ｎｍから５００ｎｍの間に強度のピークを有する青色光とが合成された光である。このため、色度座標上で青色光よりも白色光に近い光となり、投射型表示装置２からの出射光の色再現範囲は狭くなる。

【0066】

これに対し、シャッタ１７が閉じている場合は、光変調部１６Ｂを透過して光路合成部１９に入射する光は青色光のみであるため、投射型表示装置２からの出射光の色度範囲は、シャッタ１７が開いている場合よりも広くなる。

【0067】

即ち、シャッタ１７の開閉により、投射型表示装置２の出力を上げて色再現範囲を狭めるか、出力を下げて色再現範囲を広げるかを切り替えられる。

【0068】

なお、シャッタ１７として吸収板ではなくミラーを光路に出し入れすることにより入射した光を透過させるか反射するかを切替える構成を用いても良い。シャッタ１７としてミラーを用いた場合の光路分離部１３や光変調部１６等の各要素を光が透過する際の透過状態を説明するフローチャートを図１２に示す。図１２のフローチャートは、図１１のフローチャートのステップＳ４０の代わりにステップＳ４１を有していることと、ステップＳ４２を有していること以外は、図１１に示すフローチャートと同じである。

【0069】

ステップＳ４１： シャッタ１７がミラーを光路に出し入れすることにより、入射した光を透過させるか反射するかを切替える構成で、かつ、シャッタ１７が入射した光を透過させるように設定されている場合（シャッタ１７が開いている場合）には、ステップＳ１０において光路分離部１３を透過した光ＬＧ＿２はシャッタ１７を透過して光路分離合成部１８に入射する。一方、シャッタ１７が入射した光を反射するように設定されている場合（シャッタ１７が閉じている場合）には、ステップＳ１０において光路分離部１３を透過した光ＬＧ＿２はシャッタ１７で反射されて光路分離部１３に入射する。
ステップＳ４２： シャッタ１７で反射され、光路分離部１３に入射した光ＬＧ＿２は、光路分離部１３を透過して、緑光源１１Ｇに入射する。緑色光源１１Ｇに入射した光ＬＧ＿２は、緑光源１１Ｇで偏光方向がランダムに変換されて反射される。即ち、光ＬＧ＿２は、緑光源１１Ｇから出射された光のように振舞い、ステップＳ４２からステップＳ１０に戻る。

【0070】

このように、シャッタ１７としてミラーを用いることで、吸収板を用いる場合に比べ、光変調部１６Ｇを透過して光路合成部１９に入射する光の光量を増やすことが出来る。

【0071】

また、シャッタ１７のミラーとしてハーフミラーを用いても良い。ハーフミラーを用いることにより、色再現範囲と光出力との関係を任意に設定することが可能である。

【0072】

以上説明したように、光路分離部１３で光路分離されたＳ偏光の光ＬＧ＿３は、光路合成部１９で光量損失することなく投射レンズ２０に入射させることができる。また、シャッタ１７が開いている場合、Ｐ偏光の光ＬＧ＿２のうち波長５５０ｎｍ近傍の波長帯域の光ＬＧ＿４は、光路合成部１９で光量損失することなく投射レンズ２０に入射させることができる。さらに、Ｐ偏光の光ＬＧ＿２のうち波長５５０ｎｍ近傍以外の波長帯域の光ＬＧ＿５は、反射部２２と緑光源１１Ｇの間で偏光状態が変化しながら反射を繰り返すことで、最終的にＳ偏光として光路分離部１３で反射され、投射レンズ２０に入射させることができる。

【0073】

従って、１つの緑色光源から出射した光を２つに分離し、そのうち片方の光を青色光に合成することで、赤色光や青色光の強度を低下させること無く、緑色光の光量を増加させることが可能になる。

【0074】

ここで、光路分離合成部１８で青色光と緑色光ＬＧ＿２を合成混合する時に、光ＬＧ＿２のうち、波長帯域が青色光の波長帯域と重なっている光は合成されない。しかし、光路分離合成部１８で合成されなかった光ＬＧ＿５は反射部２２で反射され、緑光源１１Ｇに入射し、偏光方向がランダムに変換されて再度緑光源１１Ｇから出射する。この再度緑光源１１Ｇから出射した光ＬＧ＿６の一部は、光ＬＧ＿３と共に光変調部１６Ｇを透過して光路合成部１９に入射する。このように、緑色光のうち波長帯域が青色光の波長帯域と重なっている光も効率よく光を利用できるようになる。

【0075】

なお、上記構成においては、緑光源１１Ｇと光路分離部１３との間にはレンズ１２ａのみを設けていたが、この間に１／４波長板を設けても良い。

【0076】

１／４波長板は、透過する光に９０度の位相差を与える作用を持つ。従って、反射部２２で反射され、光路分離合成部１８を透過したＰ偏光の光ＬＧ＿６のうち、光路分離部１３を透過して緑光源１１Ｇで偏光方向がランダムに変換されずに鏡面反射された光は、再度光路分離部１３に入射する間に、この１／４波長板を２度透過して１８０度の位相差が与えられ、Ｓ偏光の光に変換される。これにより、光ＬＧ＿６の反射部２２と緑光源１１Ｇにおける反射回数を減らすことができると共に、光路分離部１３や緑光源１１Ｇ等における吸収損失、光路分離合成部１８、レンズ１２ａ、レンズ１２ｇ、レンズ１２ｈを透過する際の表面反射やケラレによる光量損失を抑制できる。

【0077】

この出願は、２０１２年８月２日に出願された日本出願特願２０１２−１７２１９３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
上記実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
＜付記１＞
複数の波長帯域の光を発生して投射する投射型表示装置であって、
第１波長帯域の第１光を出射する第１光源と、
該第１光を互いに偏光方向が直交する第３光と第２光とに分離する光路分離部と、
該第２光を互いに波長帯域の異なる第４光と第５光とに分離する光路分離合成部と、
該第５光を該光路分離合成部の方向に反射する反射部と、
該第３光と該第２光とを合成する光路合成部と、を備え、
該第４光は、該第１波長帯域における所定帯域を第４波長帯域とした際に、該第４波長帯域の光であり、
該第５光は、該第１波長帯域から該第４波長帯域を除いてなる第５波長帯域の光である、
ことを特徴とする投射型表示装置。
＜付記２＞
付記１に記載の投射型表示装置であって、
第２波長帯域を有する第６光を出射する第２光源と、
第３波長帯域を有する第７光を出射する第３光源と、
を備え、
前記光路分離合成部は、該第６光と前記第４光とを合成し、
前記光路合成部は、該第６光と該第７光と前記第３光と前記第４光とを合成する、
ことを特徴とする投射型表示装置。
＜付記３＞
付記２に記載の投射型表示装置であって、
前記光路合成部は、
前記第３光が入射する第１入射面と、
前記第６光及び前記第４光が入射する第２入射面と、
前記第７光が入射する第３入射面と、
入射した前記第３光〜前記第７光を合成して出射する出射面と、
を備えることを特徴とする投射型表示装置。
＜付記４＞
付記３に記載の投射型表示装置であって、
前記光路合成部は、
少なくとも前記第２波長帯域の光又は前記第４波長帯域の光のうち、第１方向の偏光成分を有する光を反射すると共に、少なくとも前記第１波長帯域の光のうち、該第１方向と直交する第２方向の偏光成分の光を透過させる第１膜と、
少なくとも前記第３波長帯域の光のうち、該第１方向の偏光成分を有する光を反射すると共に、少なくとも前記第１波長帯域の光のうち、該第２方向の偏光成分を有する光を透過させる第２膜と、
を含むことを特徴とする投射型表示装置。
＜付記５＞
付記３又は４に記載の投射型表示装置であって、
前記光路合成部の前記第１入射面〜前記第３入射面の各入射面に対応して、前記入射面に入射する光を変調する第１光変調部〜第３光変調部が設けられ、かつ、前記第１光変調部〜第３光変調部は、入射光側から偏光子、偏光変調素子、検光子を配置して形成されている、
ことを特徴とする投射型表示装置。
＜付記６＞
付記１乃至５のいずれか１項に記載の投射型表示装置であって、
前記光路分離部と前記第１光源との間に１／４波長板を設けた
ことを特徴とする投射型表示装置。
＜付記７＞
付記２乃至５のいずれか１項に記載の投射型表示装置であって、
前記第１光は、波長が５００ｎｍ〜６００ｎｍの間で強度のピークを有し、
前記第６光は、波長が４００ｎｍ〜５００ｎｍの間で強度のピークを有し、
前記第７光は、波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの間で強度のピークを有する
ことを特徴とする投射型表示装置。
＜付記８＞
付記１乃至７のいずれか１項に記載の投射型表示装置であって、
前記第１光源は、
波長が３００ｎｍ〜５００ｎｍの間に光強度のピークを持つ第８光を出射する第４光源と、
前記第４光源からの光を吸収して、第１光を出射する蛍光体と、を備える
ことを特徴とする投射型表示装置。
＜付記９＞
付記１乃至８のいずれか１項に記載の投射型表示装置であって、
前記光路分離部と前記光路分離合成部との間に、入射した光を透過させるか遮蔽するかを切り替える第１遮蔽部を設けた、
ことを特徴とする投射型表示装置。
＜付記１０＞
付記１乃至８のいずれか１項に記載の投射型表示装置であって、
前記光路分離部と前記光路分離合成部との間に、入射した光を透過させるか反射するかを切り替える第２遮蔽部を設けた、
ことを特徴とする投射型表示装置。
＜付記１１＞
付記１乃至８のいずれか１項に記載の投射型表示装置であって、
前記光路分離部と前記光路分離合成部との間に、入射した光を透過させるか一部を透過させ一部を反射するかを切り替える第３遮蔽部を設けた、
ことを特徴とする投射型表示装置。
＜付記１２＞
複数の波長帯域の光を発生して投射する投射光発生方法であって、
第１波長帯域の第１光を出射する第１光出射手段と、
該第１光を互いに偏光方向が直交する第３光と第２光とに分離する第１光路分離手順と、
該第２光を互いに波長帯域の異なる第４光と第５光とに分離する光路分離合成手順と、
該第５光を該光路分離合成手順の方向に反射する反射手順と、
該第３光と該第２光とを合成する光路合成手順と、を含み、
該第４光は、該第１波長帯域における所定帯域を第４波長帯域とした際に、該第４波長帯域の光であり、
該第５光は、該第１波長帯域から該第４波長帯域を除いてなる第５波長帯域の光である、
ことを特徴とする投射光発生方法。
＜付記１３＞
付記１２に記載の投射光発生方法であって、
第２波長帯域を有する第６光を出射する第６光出射手段と、
第３波長帯域を有する第７光を出射する第７光出射手段と、
を含み、
前記光路分離合成手順は、該第６光と前記第４光とを合成し、
前記光路合成手順は、該第６光と該第７光と前記第３光と前記第４光とを合成する、
ことを特徴とする投射光発生方法。
＜付記１４＞
付記１３に記載の投射光発生方法であって、
前記光路合成手順は、
前記第３光が入射する第１入射面と、
前記第６光及び前記第４光が入射する第２入射面と、
前記第７光が入射する第３入射面と、
入射した前記第３光〜前記第７光を合成して出射する出射面と、
を含むことを特徴とする投射光発生方法。
＜付記１５＞
付記１４に記載の投射光発生方法であって、
前記光路合成手順は、
少なくとも前記第２波長帯域の光又は前記第４波長帯域の光のうち、第１方向の偏光成分を有する光を反射すると共に、少なくとも該第１波長帯域の光のうち、該第１方向と直交する第２方向の偏光成分の光を透過させる第１膜と、
少なくとも該第３波長帯域の光のうち、該第１方向の偏光成分を有する光を反射すると共に、少なくとも前記第１波長帯域の光のうち、該第２方向の偏光成分を有する光を透過させる第２膜と、
を含むことを特徴とする投射光発生方法。
＜付記１６＞
付記１２乃至１５に記載の投射光発生方法であって、
前記第１光出射手段は、
波長が３００ｎｍ〜５００ｎｍの間に光強度のピークを持つ前記第８光を出射する第８光出射手段と、
前記第８光出射手段からの光を吸収して、第１光を出射する蛍光出射手段と、を含む
ことを特徴とする投射光発生方法。
＜付記１７＞
付記１２乃至１６のいずれか１項に記載の投射光発生方法であって、
前記光路分離手順で分離した前記第２光を透過させるか遮蔽するかを切り替える第１遮蔽手順を含む、
ことを特徴とする投射光発生方法。
＜付記１８＞
付記１２乃至１６のいずれか１項に記載の投射光発生方法であって、
前記光路分離手順で分離した前記第２光を透過させるか反射するかを切り替える第２遮蔽手順を含む、
ことを特徴とする投射光発生方法。
＜付記１９＞
付記１２乃至１６のいずれか１項に記載の投射光発生方法であって、
前記光路分離手順で分離した前記第２光を透過させるか一部を透過させ一部を反射するかを切り替える第３遮蔽手順を含む、
ことを特徴とする投射光発生方法。

【符号の説明】

【0078】

２ 投射型表示装置
１１ 光源
１１Ｇ 緑光源
１１Ｂ 青光源
１１Ｒ 赤光源
１２（１２ａ〜１２ｈ） レンズ
１３ 光路分離部
１５ ミラー
１６Ｒａ、１６Ｇａ、１６Ｂａ 偏光子
１６Ｒｂ、１６Ｇｂ、１６Ｂｂ 液晶セル
１６Ｒｃ、１６Ｇｃ、１６Ｂｃ 検光子
１６（１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ） 光変調部
１７ シャッタ
１８ 光路分離合成部
１９ 光路合成部
１９ａ 第１ダイクロイック膜
１９ｂ 第２ダイクロイック膜
１９ｃ 第１入射面
１９ｄ 第２入射面
１９ｅ 第３入射面
１９ｆ 出射面
２０ 投射レンズ
２２ 反射部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】