JP2011077444A

JP2011077444A - Light source device, polarization conversion element, and display device

Info

Publication number: JP2011077444A
Application number: JP2009229688A
Authority: JP
Inventors: Takaya Noba; 孝也野場
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2011-04-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact light source device while improving light utilization efficiency, and a polarization conversion element. <P>SOLUTION: This light source device 1 includes: a light source 11 for emitting light of first wavelength; and a reflection type polarization element 16 which transmits a first linear polarization component out of first and second linear polarization components orthogonal to each other and reflects the second linear polarization component, and emits only the first linear polarization component of light of second wavelength generated using the light of first wavelength from the light source 11. In this light source device 1, a wavelength conversion element 14 for converting light of first wavelength to light of second wavelength, and a dichroic mirror 13 for transmitting light of first wavelength and reflecting light of second wavelength are arranged between the light source 11 and the reflection type polarization element 16 to be set in order of the light source 11, the dichroic mirror 13, the wavelength conversion element 14 and the reflection type polarization element 16. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、直線偏光光を出力する光源装置、偏光変換素子、及びそれら光源装置または偏光変換素子を用いた表示装置に関する。 The present invention relates to a light source device that outputs linearly polarized light, a polarization conversion element, and a display device using the light source device or polarization conversion element.

従来より、液晶表示装置などの照明光として、直線偏光光が利用されている。そこで、直線偏光光を生成するための偏光変換素子が開発されている。
例えば、液晶プロジェクタに利用されている偏光変換素子は、ガラスなどの透明な部材で形成された、直方体状の形状を有している。そしてこの偏光変換素子の内部には、光源からの光が入射する入射面に対して４５°の角をなすように偏光分離膜が形成されている。そしてこの偏光分離膜は、光源からの光を、直進するp偏光成分と光の入射方向に対して直交する方向に反射されるs偏光成分に分離する。そしてp偏光成分は、偏光変換素子から出射する。一方、s偏光成分は、偏光分離膜が形成された面と略平行な面に設けられた反射膜により再度反射され、p偏光成分と平行な方向に沿って偏光変換素子から出射する。また偏光変換素子には、p偏光成分またはs偏光成分の何れか一方が出射する面に１／２波長板が取り付けられる。そして１／２波長板を透過した偏光成分の偏光方向は９０°回転する。そのため、偏光変換素子を出射する光は直線偏光となる。 Conventionally, linearly polarized light has been used as illumination light for liquid crystal display devices and the like. Therefore, a polarization conversion element for generating linearly polarized light has been developed.
For example, a polarization conversion element used in a liquid crystal projector has a rectangular parallelepiped shape formed of a transparent member such as glass. A polarization separation film is formed inside the polarization conversion element so as to form an angle of 45 ° with respect to an incident surface on which light from the light source is incident. The polarization separation film separates the light from the light source into a p-polarized component that travels straight and an s-polarized component that is reflected in a direction orthogonal to the incident direction of the light. The p-polarized component is emitted from the polarization conversion element. On the other hand, the s-polarized component is reflected again by the reflective film provided on the surface substantially parallel to the surface on which the polarization separation film is formed, and is emitted from the polarization conversion element along the direction parallel to the p-polarized component. The polarization conversion element is attached with a half-wave plate on the surface from which either the p-polarized component or the s-polarized component is emitted. The polarization direction of the polarization component transmitted through the half-wave plate is rotated by 90 °. Therefore, the light emitted from the polarization conversion element is linearly polarized light.

このように、偏光変換素子は、無偏光の光のうちのs偏光成分及びp偏光成分の両方を利用できるので、高い効率で入射光を直線偏光光に変換できる。しかし、この偏光変換素子は、入射光をその偏光成分に応じて入射面と平行な方向に分離するため、入射面の面積に対して出射面の面積が２倍となる。そのため、この偏光変換素子は、小型化することが困難である。 Thus, since the polarization conversion element can use both the s-polarized component and the p-polarized component of the non-polarized light, it can convert incident light into linearly polarized light with high efficiency. However, since this polarization conversion element separates incident light in a direction parallel to the incident surface according to the polarization component, the area of the exit surface is doubled relative to the area of the incident surface. Therefore, it is difficult to reduce the size of this polarization conversion element.

また、液晶ディスプレイのバックライト用として、多層反射型偏光フィルムを用いた偏光変換シートが利用されている。このような偏光変換シートでは、導光板の一方の面に反射シートが設けられ、導光板の他方の面には、導光板に近い方から順に、拡散シート、プリズムシート及び多層反射型偏光フィルムが設けられる。この偏光変換シートでは、導光板の側面から入射した無偏光の照明光は、拡散シートが設けられた側の面から導光板を出射すると、拡散シートにより拡散される。そして照明光は、プリズムシートにより多層反射型偏光フィルムの表面に対して直交するように向きを変えられる。多層反射型偏光フィルムは、照明光のうち、一方向の直線偏光成分を透過させ、その方向と直交する方向の直線偏光成分を反射する。多層反射型偏光フィルムにより反射された照明光は、プリズムシート、拡散シート及び導光板を透過した後、反射シートにより再反射される。その後、再反射された照明光は、再度導光板、拡散シート及びプリズムシートを経由して多層反射型偏光フィルムに入射する。ここで照明光は拡散シートにより拡散されるので、多層反射型偏光フィルムに再入射した照明光は、ほぼ無偏光の光となる。そのため、多層反射型偏光フィルムに再入射した照明光の一部の直線偏光成分は多層反射型偏光フィルムを透過し、その他の直線偏光成分は多層反射型偏光フィルムにより再度反射される。
このように、照明光は、多層反射型偏光フィルムと反射シートの間で繰り返し反射されることにより、特定の直線偏光成分の光に変換された上で偏光変換シートから出射する。しかし、この偏光変換シートでは、多層反射型偏光フィルムと反射シートの間に、導光板、拡散シート及びプリズムシートの３種類の部材が設けられているため、照明光が多層反射型偏光フィルムと反射シートの間を通る際の照明光の損失も大きくなる。そのため、この偏光変換シートにおける照明光の利用効率は、上記の偏光変換素子における利用効率よりも低くなる。 In addition, a polarization conversion sheet using a multilayer reflective polarizing film is used for a backlight of a liquid crystal display. In such a polarization conversion sheet, a reflection sheet is provided on one surface of the light guide plate, and on the other surface of the light guide plate, a diffusion sheet, a prism sheet, and a multilayer reflective polarizing film are sequentially arranged from the side closer to the light guide plate. Provided. In this polarization conversion sheet, the non-polarized illumination light incident from the side surface of the light guide plate is diffused by the diffusion sheet when exiting the light guide plate from the surface on which the diffusion sheet is provided. The direction of the illumination light is changed by the prism sheet so as to be orthogonal to the surface of the multilayer reflective polarizing film. The multilayer reflective polarizing film transmits a linearly polarized light component in one direction in the illumination light and reflects a linearly polarized light component in a direction orthogonal to the direction. The illumination light reflected by the multilayer reflective polarizing film passes through the prism sheet, the diffusion sheet, and the light guide plate, and is then reflected again by the reflection sheet. Thereafter, the re-reflected illumination light is incident on the multilayer reflective polarizing film again through the light guide plate, the diffusion sheet, and the prism sheet. Here, since the illumination light is diffused by the diffusion sheet, the illumination light re-incident on the multilayer reflective polarizing film is almost non-polarized light. Therefore, some linearly polarized components of the illumination light re-entering the multilayer reflective polarizing film are transmitted through the multilayer reflective polarizing film, and other linearly polarized components are reflected again by the multilayer reflective polarizing film.
In this way, the illumination light is repeatedly reflected between the multilayer reflective polarizing film and the reflection sheet, thereby being converted into light of a specific linearly polarized component and then emitted from the polarization conversion sheet. However, in this polarization conversion sheet, since three types of members, a light guide plate, a diffusion sheet, and a prism sheet, are provided between the multilayer reflective polarizing film and the reflective sheet, the illumination light is reflected from the multilayer reflective polarizing film. The loss of illumination light when passing between sheets is also increased. Therefore, the utilization efficiency of the illumination light in this polarization conversion sheet is lower than the utilization efficiency in the polarization conversion element.

そこで、光の利用効率を向上させ、かつ小型な偏光光源装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。 In view of this, there has been proposed a small polarized light source device that improves the light utilization efficiency (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１に開示された偏光光源装置は、光源と、光源の一方の側に配設された反射板と、光源の他方の側に、反射板と平行平板状となるように配設された反射型直線偏光素子と、光源と反射型直線偏光素子の間に配設された１／４波長板とを有する。この偏光光源装置では、光源から放射された光は、１／４波長板を透過することでその偏光方向が回転された後、反射型直線偏光素子へ入射する。反射型直線偏光素子は、入射した光のうち、一方向の直線偏光成分を透過させ、透過する直線偏光成分と直交する直線偏光成分を反射する。反射型直線偏光素子で反射された光は、１／４波長板を透過した後、光源の後方に配置された反射板で反射され、再度１／４波長板を透過して反射型直線偏光素子へ入射する。そしてこの光は、１／４波長板を２回透過するため、反射型直線偏光素子で最初に反射されてから、再度反射型直線偏光素子に入射するまでに、その偏光方向が９０°回転する。そのため、最初に反射型直線偏光素子で反射された光も、２回目の入射で反射型直線偏光素子を透過する。 The polarized light source device disclosed in Patent Document 1 is provided with a light source, a reflection plate provided on one side of the light source, and a reflection plate and a parallel plate shape on the other side of the light source. A reflective linearly polarizing element; and a quarter-wave plate disposed between the light source and the reflective linearly polarizing element. In this polarized light source device, the light emitted from the light source passes through the quarter-wave plate, and its polarization direction is rotated, and then enters the reflective linear polarization element. The reflective linear polarization element transmits a linearly polarized light component in one direction of incident light and reflects a linearly polarized light component orthogonal to the transmitted linearly polarized light component. The light reflected by the reflective linearly polarizing element is transmitted through the quarter-wave plate, then reflected by the reflector disposed behind the light source, and again transmitted through the quarter-wave plate to reflect the linear linearly polarizing element. Incident to Since this light is transmitted twice through the quarter-wave plate, the polarization direction is rotated by 90 ° from when it is first reflected by the reflective linear polarizing element to when it enters the reflective linear polarizing element again. . Therefore, the light that is first reflected by the reflective linearly polarizing element is also transmitted through the reflective linearly polarizing element at the second incidence.

特開平１０−１６２６１９号公報JP-A-10-162619

しかしながら、特許文献１に開示された偏光光源装置は、反射板と反射型直線偏光素子の間に光源が配置されている。そのため、光の一部は、光源に関する部材により吸収され、または光源に関する部材で様々な方向へ反射または散乱されるので、この偏光光源装置は、光源から発した光の全てを有効利用することはできない。 However, in the polarized light source device disclosed in Patent Document 1, the light source is disposed between the reflecting plate and the reflective linearly polarizing element. Therefore, a part of the light is absorbed by the member related to the light source, or is reflected or scattered in various directions by the member related to the light source. Therefore, this polarized light source device cannot effectively use all of the light emitted from the light source. Can not.

そこで、本発明は、光の利用効率を向上しつつ、小型な光源装置及び偏光変換素子を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a small light source device and a polarization conversion element while improving the light utilization efficiency.

本発明の一つの側面によれば、光源装置が提供される。係る光源装置は、第１の波長の光を発する光源と、互いに直交する第１と第２の直線偏光成分のうちの第１の直線偏光成分を透過し、第２の直線偏光成分を反射する反射型偏光素子とを備え、光源からの第１の波長の光を用いて生じさせた第２の波長の光の第１の直線偏光成分のみを出射する。この光源装置では、第１の波長の光を第２の波長の光に変換する波長変換素子と、第１の波長の光を透過し、第２の波長の光を反射するダイクロイックミラーとが、光源、ダイクロイックミラー、波長変換素子、反射型偏光素子の順となるように、光源と反射型偏光素子との間に配置される。 According to one aspect of the present invention, a light source device is provided. The light source device transmits a first linearly polarized light component of the first and second linearly polarized light components orthogonal to each other and a light source that emits light having a first wavelength, and reflects the second linearly polarized light component. A reflective polarizing element, and emits only the first linearly polarized light component of the second wavelength light generated by using the first wavelength light from the light source. In this light source device, a wavelength conversion element that converts light of a first wavelength into light of a second wavelength, and a dichroic mirror that transmits light of the first wavelength and reflects light of the second wavelength, It arrange | positions between a light source and a reflective polarizing element so that it may become a light source, a dichroic mirror, a wavelength conversion element, and a reflective polarizing element in order.

光源装置は、ダイクロイックミラーと反射型偏光素子の間に配置された１／４波長板をさらに有することが好ましい。 It is preferable that the light source device further includes a ¼ wavelength plate disposed between the dichroic mirror and the reflective polarizing element.

あるいは、上記の光源装置において、波長変換素子は、光を散乱する散乱体を含むことが好ましい。 Or in said light source device, it is preferable that a wavelength conversion element contains the scatterer which scatters light.

また上記の各光源装置において、光源とダイクロイックミラーの間に、光源から発した光を集光し、略平行光として出射させる集光素子が配置されることが好ましい。 In each of the above light source devices, it is preferable that a condensing element that condenses light emitted from the light source and emits it as substantially parallel light is disposed between the light source and the dichroic mirror.

さらに上記の各光源装置において、波長変換素子は、ダイクロイックミラーの反射面に対して垂直な方向を長手方向とする柱状結晶状に形成される蛍光体を含むことが好ましい。 Furthermore, in each of the light source devices described above, the wavelength conversion element preferably includes a phosphor formed in a columnar crystal shape having a direction perpendicular to the reflection surface of the dichroic mirror as a longitudinal direction.

本発明の他の側面によれば、偏光変換素子が提供される。係る偏光変換素子は、一方の側が第１の波長を持つ光を発する光源に面するように配置され、第１の波長の光を透過するとともに、第２の波長の光を反射するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーの他方の側に配置され、第２の波長を持つ光の第１の直線偏光成分を透過する一方、第１の直線偏光成分と直交する第２の直線偏光成分を反射する反射型偏光素子と、ダイクロイックミラーと反射型偏光素子の間に配置され、第１の波長の光が照射されることにより、第２の波長の光を発する波長変換素子とを有する。 According to another aspect of the present invention, a polarization conversion element is provided. The polarization conversion element is disposed so that one side thereof faces a light source that emits light having a first wavelength, transmits a light having a first wavelength, and reflects a light having a second wavelength; A reflective type that is disposed on the other side of the dichroic mirror and transmits the first linearly polarized light component of the light having the second wavelength, while reflecting the second linearly polarized light component orthogonal to the first linearly polarized light component A polarizing element, and a wavelength conversion element that is disposed between the dichroic mirror and the reflective polarizing element and emits light of the second wavelength when irradiated with light of the first wavelength.

偏光変換素子は、ダイクロイックミラーと反射型偏光素子の間に配置された１／４波長板をさらに有することが好ましい。 It is preferable that the polarization conversion element further includes a quarter wave plate disposed between the dichroic mirror and the reflective polarization element.

あるいは、上記の偏光変換素子において、波長変換素子は、光を散乱する散乱体を含むことが好ましい。 Alternatively, in the polarization conversion element, the wavelength conversion element preferably includes a scatterer that scatters light.

さらに上記の各偏光変換素子において、波長変換素子は、ダイクロイックミラーの反射面に対して垂直な方向を長手方向とする柱状結晶状に形成される蛍光体を含むことが好ましい。 Furthermore, in each of the above-described polarization conversion elements, the wavelength conversion element preferably includes a phosphor formed in a columnar crystal shape whose longitudinal direction is a direction perpendicular to the reflection surface of the dichroic mirror.

本発明のさらに他の側面によれば、表示装置が提供される。係る表示装置は、上記の何れかの光源装置と、光源装置から出射された光の強度を表示すべき画像に応じて変調する空間光変調装置とを有する。 According to still another aspect of the present invention, a display device is provided. Such a display device includes any one of the light source devices described above and a spatial light modulation device that modulates the intensity of light emitted from the light source device according to an image to be displayed.

本発明のさらに他の側面によれば、表示装置が提供される。係る表示装置は、上記の何れかの偏光変換素子と、偏光変換素子から出射された光の強度を表示すべき画像に応じて変調する空間光変調装置とを有する。 According to still another aspect of the present invention, a display device is provided. Such a display device includes any one of the polarization conversion elements described above and a spatial light modulation device that modulates the intensity of light emitted from the polarization conversion element according to an image to be displayed.

本発明に係る光源装置及び偏光変換素子は、光の利用効率を向上しつつ、小型化できるという効果を奏する。 The light source device and the polarization conversion element according to the present invention have the effect of reducing the size while improving the light use efficiency.

本発明の第１の実施形態に係る光源装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the light source device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る光源装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the light source device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る光源装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the light source device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る光源装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the light source device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 柱状結晶状に形成された蛍光体を含む蛍光体層を有する光源装置の一例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an example of the light source device which has the fluorescent substance layer containing the fluorescent substance formed in columnar crystal form. 各実施形態による光源装置の何れかを利用した、液晶プロジェクタの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the liquid crystal projector using any of the light source devices by each embodiment. 各実施形態による偏光変換素子の何れかを利用した、液晶ディスプレイ用バックライトの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the backlight for liquid crystal displays using any of the polarization conversion elements by each embodiment.

以下、図を参照しつつ、一つの実施形態による、光源装置について説明する。
図１は、第１の実施形態による光源装置の概略構成図である。図１に示すように、この光源装置１は、基板１０上に形成された光源１１と、光源１１上に配置された偏光変換素子１２とを有する。 Hereinafter, a light source device according to one embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a light source device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the light source device 1 includes a light source 11 formed on a substrate 10 and a polarization conversion element 12 disposed on the light source 11.

光源１１は、無偏光で、かつ所定の波長の励起光を発する光源である。所定の波長は、偏光変換素子１２に含まれる蛍光体に蛍光発光させることができる波長、例えば、近紫外〜青色に相当する波長とすることができる。例えば、光源１１は、波長405nmの光を発する発光ダイオード（Light Emitting Diode、LED）とすることができる。 The light source 11 is a non-polarized light source that emits excitation light having a predetermined wavelength. The predetermined wavelength may be a wavelength that allows the phosphor included in the polarization conversion element 12 to emit fluorescence, for example, a wavelength corresponding to near ultraviolet to blue. For example, the light source 11 can be a light emitting diode (LED) that emits light having a wavelength of 405 nm.

偏光変換素子１２は、光源１１が発した励起光により蛍光を発し、その蛍光を直線偏光光として出力する。そのために、偏光変換素子１２は、光源１１側から順に、ダイクロイックミラー１３と、波長変換素子の一例である蛍光体層１４と、１／４波長板１５と、反射型偏光素子１６とが積層された構造を有する。なお、偏光変換素子１２が有する各層は、互いに密着するように配置されてもよく、あるいは、互いに間隔を空けて配置されてもよい。また、蛍光体層１４と１／４波長板１５の配置は、入れ替えられてもよい。
この偏光変換素子１２において、ダイクロイックミラー１３の光源１１と対向する面が光の入射面１２ａであり、反射型偏光素子１６の外側の面、すなわち入射面１２ａと反対側の面が光の出射面１２ｂである。 The polarization conversion element 12 emits fluorescence by the excitation light emitted from the light source 11, and outputs the fluorescence as linearly polarized light. Therefore, the polarization conversion element 12 includes a dichroic mirror 13, a phosphor layer 14, which is an example of a wavelength conversion element, a quarter wavelength plate 15, and a reflective polarization element 16, in order from the light source 11 side. Has a structure. In addition, each layer which the polarization conversion element 12 has may be arrange | positioned so that it may mutually contact | adhere, or may be arrange | positioned at intervals. The arrangement of the phosphor layer 14 and the quarter wavelength plate 15 may be interchanged.
In this polarization conversion element 12, the surface facing the light source 11 of the dichroic mirror 13 is the light incident surface 12a, and the outer surface of the reflective polarizing element 16, that is, the surface opposite to the incident surface 12a is the light exit surface. 12b.

ダイクロイックミラー１３は、光源１１が発する励起光に相当する波長の光を透過する一方、蛍光体層１４により生じる蛍光に相当する波長の光を反射する。そのために、ダイクロイックミラー１３は、例えば、ガラス層と、ガラス層の表面に形成された誘電体多層膜により形成される。あるいは、ダイクロイックミラー１３は、光源１１が発する励起光の波長よりも小さい周期で誘電率が変化するフォトニック結晶により形成されてもよい。例えば、ダイクロイックミラー１３は、ガラスのような透明な部材の表面に、直径100nm〜200nm程度の複数の突起が所定の周期で形成された構造を有する。 The dichroic mirror 13 transmits light having a wavelength corresponding to excitation light emitted from the light source 11, and reflects light having a wavelength corresponding to fluorescence generated by the phosphor layer 14. Therefore, the dichroic mirror 13 is formed by, for example, a glass layer and a dielectric multilayer film formed on the surface of the glass layer. Alternatively, the dichroic mirror 13 may be formed of a photonic crystal whose dielectric constant changes with a period smaller than the wavelength of the excitation light emitted from the light source 11. For example, the dichroic mirror 13 has a structure in which a plurality of protrusions having a diameter of about 100 nm to 200 nm are formed at a predetermined period on the surface of a transparent member such as glass.

蛍光体層１４は、波長変換素子として機能し、光源１１から照射された励起光によって所定の波長を持つ蛍光を発する。そのために、蛍光体層１４は、例えば、ガラス基板上に蛍光体が塗布された構造を有する。あるいは、蛍光体層１４は、ガラス基板内に蛍光体がドープされた構造を有してもよい。さらにまた、蛍光体層１４は、蛍光体を含む薄膜であってもよい。
また、波長変換素子として、上記の蛍光体層１４の代わりに、ナノスケールで入力される光の波長を変換する量子ドットなどを用いてもよい。
蛍光体は、光源１１が発する励起光の波長及び光源装置１が出力しようとする光の波長に応じて適切なものが選択される。
例えば、光源１１が波長405nmの光を発し、かつ光源装置１が赤色に相当する波長を持つ光を出力しようとする場合、赤色蛍光体として、CaAlSiN₃:Eu²⁺を使用することができる。また、光源１１が波長405nmの光を発し、かつ光源装置１が緑色に相当する波長を持つ光を出力しようとする場合、緑色蛍光体として、例えば、(Ba,Sr)₂SiO₄:Eu²⁺を使用することができる。さらに、光源１１が波長405nmの光を発し、かつ光源装置１が青色に相当する波長を持つ光を出力しようとする場合、青色蛍光体として、例えば、Sr₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu²⁺を使用することができる。
また、光源１１が波長455nmの光を発し、かつ光源装置１が黄色に相当する波長を持つ光を出力しようとする場合、黄色蛍光体として、例えば、(Y,Gd)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺を使用することができる。 The phosphor layer 14 functions as a wavelength conversion element and emits fluorescence having a predetermined wavelength by the excitation light emitted from the light source 11. For this purpose, the phosphor layer 14 has a structure in which a phosphor is coated on a glass substrate, for example. Alternatively, the phosphor layer 14 may have a structure in which a phosphor is doped in a glass substrate. Furthermore, the phosphor layer 14 may be a thin film containing a phosphor.
Further, as the wavelength conversion element, a quantum dot or the like that converts the wavelength of light input at a nanoscale may be used instead of the phosphor layer 14 described above.
An appropriate phosphor is selected according to the wavelength of the excitation light emitted from the light source 11 and the wavelength of the light to be output from the light source device 1.
For example, when the light source 11 emits light having a wavelength of 405 nm and the light source device 1 tries to output light having a wavelength corresponding to red, CaAlSiN ₃ : Eu ²⁺ can be used as the red phosphor. When the light source 11 emits light having a wavelength of 405 nm and the light source device 1 tries to output light having a wavelength corresponding to green, as a green phosphor, for example, (Ba, Sr) ₂ SiO ₄ : Eu ^{2 +} Can be used. Further, when the light source 11 emits light having a wavelength of 405 nm and the light source device 1 tries to output light having a wavelength corresponding to blue, as a blue phosphor, for example, Sr ₁₀ (PO ₄ ) ₆ Cl ₂ : Eu ²⁺ can be used.
When the light source 11 emits light having a wavelength of 455 nm and the light source device 1 tries to output light having a wavelength corresponding to yellow, as a yellow phosphor, for example, (Y, Gd) ₃ Al ₅ O ₁₂ : Ce ³⁺ can be used.

１／４波長板１５は、入射した光の位相をずらす。そのため、所定の方向の直線偏光を持つ光が１／４波長板１５を２回透過することにより、その光の偏光方向は９０°回転する。 The quarter wavelength plate 15 shifts the phase of the incident light. Therefore, when light having linearly polarized light in a predetermined direction passes through the quarter-wave plate 15 twice, the polarization direction of the light is rotated by 90 °.

反射型偏光素子１６は、互いに直交する二つの直線偏光成分のうちの一方を透過し、他方を反射する。そのために、反射型偏光素子１６は、例えば、ガラス等の透明な部材の表面に、アルミニウムまたはクロムなどの導電性材料からなる複数の直線パターンが数100nm程度のピッチで略平行に配列された構造を有する。このように形成された反射型偏光素子１６は、直線パターンと平行な方向の直線偏光は透過し、一方、直線パターンと直交する方向の直線偏光は反射する。
あるいは、反射型偏光素子１６は、多層反射型偏光フィルムであってもよい。 The reflective polarizing element 16 transmits one of two linearly polarized light components orthogonal to each other and reflects the other. Therefore, the reflective polarizing element 16 has, for example, a structure in which a plurality of linear patterns made of a conductive material such as aluminum or chromium are arranged substantially in parallel at a pitch of about several hundred nm on the surface of a transparent member such as glass. Have The reflective polarizing element 16 formed in this way transmits linearly polarized light in a direction parallel to the linear pattern, while reflecting linearly polarized light in a direction orthogonal to the linear pattern.
Alternatively, the reflective polarizing element 16 may be a multilayer reflective polarizing film.

以下、図２を参照しつつ、光源装置１の動作について説明する。
光源１１が発した励起光L_eは、偏光変換素子１２の入射面１２ａからダイクロイックミラー１３へ入射する。そして励起光L_eは、ダイクロイックミラー１３を透過して蛍光体層１４へ達する。蛍光体層１４は、励起光L_eが照射されると、励起光L_eの波長よりも長い波長を有する蛍光を発する。そして蛍光体層１４で発した蛍光の一部L_f1は、１／４波長板１５を透過して反射型偏光素子１６へ入射する。 Hereinafter, the operation of the light source device 1 will be described with reference to FIG.
Excitation light L _e light source 11 is emitted is incident from the incident surface 12a of the polarization conversion element 12 on the dichroic mirror 13. The excitation light L _e reaches transmitted through the dichroic mirror 13 into the phosphor layer 14. Phosphor layer 14, the excitation light L _e is irradiated, emits fluorescence having a longer wavelength than the wavelength of the excitation light L _e. A part of the fluorescence L _f1 emitted from the phosphor layer 14 passes through the quarter-wave plate 15 and enters the reflective polarizing element 16.

反射型偏光素子１６は、蛍光L_f1の互いに直交する二つの直線偏光成分のうち、一方の直線偏光成分L_f2を透過させる。そのため、蛍光のこの直線偏光成分L_f2は、出射面１２ｂから出射する。一方、反射型偏光素子１６は、他方の偏光成分L_f3を反射する。反射型偏光素子１６を透過する直線偏光成分L_f2を、便宜上、p偏光と呼び、反射型偏光素子１６で反射される直線偏光成分L_f3をs偏光と呼ぶ。
反射型偏光素子１６で反射された蛍光L_f3は、１／４波長板１５を透過することにより、円偏光となって蛍光体層１４を透過してダイクロイックミラー１３へ向かう。
蛍光の波長は、励起光L_eの波長よりも長いため、蛍光L_f3はダイクロイックミラー１３で反射される。そしてダイクロイックミラー１３で反射された蛍光L_f3は、再度蛍光体層１４を透過した後、１／４波長板１５を透過することにより、p偏光となって反射型偏光素子１６に入射する。そのため、この蛍光L_f3は、反射型偏光素子１６を透過する。 The reflective polarizing element 16 transmits one linearly polarized light component _Lf2 of the two linearly polarized light components orthogonal to each other of the fluorescence _Lf1 . Therefore, this linearly polarized light component L _f2 of the fluorescence is emitted from the emission surface 12b. On the other hand, the reflective polarizing element 16 reflects the other polarization component L _f3 . For the sake of convenience, the linearly polarized light component L _f2 that passes through the reflective polarizing element 16 is called p-polarized light, and the linearly polarized light component L _f3 that is reflected by the reflective polarizing element 16 is called s-polarized light.
The fluorescence L _f3 reflected by the reflective polarizing element 16 is transmitted through the quarter-wave plate 15, becomes circularly polarized light, passes through the phosphor layer 14, and travels toward the dichroic mirror 13.
Wavelength of the fluorescence is longer than the wavelength of the excitation light L _e, fluorescent L _f3 is reflected by the dichroic mirror 13. Then, the fluorescence L _f3 reflected by the dichroic mirror 13 passes through the phosphor layer 14 again and then passes through the quarter-wave plate 15, thereby becoming p-polarized light and entering the reflective polarizing element 16. Therefore, the fluorescence L _f3 is transmitted through the reflective polarizing element 16.

また、蛍光体層１４で発した蛍光の残りの一部は、反射型偏光素子１６へ向かわず、直接ダイクロイックミラー１３へ向かう。蛍光のこの一部も、ダイクロイックミラー１３で反射された後、蛍光体層１４を透過して反射型偏光素子１６へ向かう。そのため、蛍光の残りの一部も、蛍光体層１４から反射型偏光素子１６へ直接向かった蛍光の一部L_f1と同様に、p偏光となって出射面１２ｂから出射する。 Further, the remaining part of the fluorescence emitted from the phosphor layer 14 does not go to the reflective polarizing element 16 but goes directly to the dichroic mirror 13. This part of the fluorescence is also reflected by the dichroic mirror 13 and then passes through the phosphor layer 14 toward the reflective polarizing element 16. Therefore, the remaining part of the fluorescence is emitted from the emission surface 12b as p-polarized light, like the part L _{f1 of} the fluorescence directly directed from the phosphor layer 14 to the reflective polarizing element 16.

以上説明してきたように、第１の実施形態による光源装置は、光源からの励起光により、蛍光体層で生じた蛍光を出力する。そしてこの光源装置において、蛍光は、その偏光成分に応じて光の出射方向と平行な方向に分離されるので、出射面のサイズは光源の発光面のサイズと等しくできる。そのため、この光源装置は小型化することができる。
また、蛍光体層で発した蛍光は反射型偏光素子とダイクロイックミラーの間に配置された蛍光体層と１／４波長板しか通らない。そしてこの蛍光は、反射型偏光素子とダイクロイックミラーの間を一往復するだけでその偏光方向が９０°回転するので、１回目に反射型偏光素子に入射したときに反射された偏光成分も、２回目に反射型偏光素子に入射したときには透過する。そのため、偏光変換素子内での蛍光の損失が抑制されるので、この光源装置は、光の利用効率を向上できる。 As described above, the light source device according to the first embodiment outputs the fluorescence generated in the phosphor layer by the excitation light from the light source. In this light source device, since the fluorescence is separated in a direction parallel to the light emission direction according to the polarization component, the size of the emission surface can be made equal to the size of the light emission surface of the light source. Therefore, this light source device can be reduced in size.
Further, the fluorescence emitted from the phosphor layer passes only through the phosphor layer disposed between the reflective polarizing element and the dichroic mirror and the quarter wavelength plate. The fluorescence is rotated by 90 ° with only one reciprocation between the reflective polarizing element and the dichroic mirror. Therefore, the polarized component reflected when the light is incident on the reflective polarizing element for the first time is 2 It is transmitted when it enters the reflective polarizing element for the second time. Therefore, the loss of fluorescence in the polarization conversion element is suppressed, and this light source device can improve the light utilization efficiency.

次に、第２の実施形態による光源装置について説明する。
図３は、第２の実施形態による光源装置の概略構成図である。図３に示すように、この光源装置２は、基板１０上に形成された光源１１と、光源１１上に配置された偏光変換素子２２とを有する。また偏光変換素子２２は、光源１１側から順に、ダイクロイックミラー１３と、蛍光散乱体層２４と、反射型偏光素子１６とが積層された構造を有する。なお、図３において、光源装置２が有する各構成要素には、図１に示した光源装置１の対応する構成要素と同じ参照番号を付した。
また、第２の実施形態による光源装置２は、第１の実施形態による光源装置１と比較して、偏光変換素子２２が１／４波長板を有さない点と、蛍光体層に散乱体が加えられている点で相違する。そのため、以下では、第１の実施形態による光源装置と異なる点について説明する。 Next, a light source device according to a second embodiment will be described.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a light source device according to the second embodiment. As shown in FIG. 3, the light source device 2 includes a light source 11 formed on the substrate 10 and a polarization conversion element 22 disposed on the light source 11. The polarization conversion element 22 has a structure in which the dichroic mirror 13, the fluorescent scatterer layer 24, and the reflective polarization element 16 are laminated in order from the light source 11 side. In FIG. 3, the same reference numerals as those of the corresponding components of the light source device 1 shown in FIG.
Further, the light source device 2 according to the second embodiment is different from the light source device 1 according to the first embodiment in that the polarization conversion element 22 does not have a quarter-wave plate and a scatterer in the phosphor layer. It is different in that is added. Therefore, hereinafter, differences from the light source device according to the first embodiment will be described.

波長変換素子である蛍光散乱体層２４は、蛍光体の他に、散乱体を含む。この散乱体は、例えば、蛍光散乱体層２４のガラス基板の屈折率と異なる屈折率を持つガラス等の微粒子とすることができる。そして蛍光散乱体層２４は、入射した光を散乱することにより、その光が特定の偏光成分を持たないようにする。なお、蛍光散乱体層２４の代わりに、量子ドットが形成された層と、散乱体を含むガラスなどの透明部材とが積層された素子を波長変換素子として用いてもよい。 The fluorescent scatterer layer 24, which is a wavelength conversion element, includes a scatterer in addition to the phosphor. The scatterer can be, for example, fine particles such as glass having a refractive index different from that of the glass substrate of the fluorescent scatterer layer 24. The fluorescent scatterer layer 24 scatters the incident light so that the light does not have a specific polarization component. Instead of the fluorescent scatterer layer 24, an element in which a layer in which quantum dots are formed and a transparent member such as glass containing the scatterer may be used as the wavelength conversion element.

図４を参照しつつ、光源装置２の動作について説明する。
光源１１が発した励起光L_eは、光源１１に対向する、偏光変換素子２２の入射面２２ａからダイクロイックミラー１３へ入射する。そして励起光L_eは、ダイクロイックミラー１３を透過して蛍光散乱体層２４へ達する。蛍光散乱体層２４は、励起光L_eが照射されると、励起光L_eの波長よりも長い波長を有する蛍光を発する。そして蛍光散乱体層２４で発した蛍光の一部L_f1は、反射型偏光素子１６へ入射する。 The operation of the light source device 2 will be described with reference to FIG.
Excitation light L _e light source 11 is emitted is facing the light source 11 is incident from the incident surface 22a of the polarization conversion element 22 on the dichroic mirror 13. The excitation light L _e reaches transmitted through the dichroic mirror 13 to the fluorescent scattering layer 24. Fluorescent scattering layer 24, the excitation light L _e is irradiated, emits fluorescence having a longer wavelength than the wavelength of the excitation light L _e. Then, a part of the fluorescence L _f1 emitted from the fluorescent scatterer layer 24 enters the reflective polarizing element 16.

反射型偏光素子１６は、蛍光L_f1の互いに直交する二つの直線偏光成分のうち、p偏光成分を透過させる。そのため、p偏光成分L_f2は、出射面２２ｂから出射する。一方、反射型偏光素子１６は、s偏光成分L_f3を反射する。
反射型偏光素子１６で反射された蛍光L_f3は、蛍光散乱体層２４により散乱された後、ダイクロイックミラー１３で反射される。そしてダイクロイックミラー１３で反射された蛍光L_f3は、再度蛍光散乱体層２４によって散乱された後、反射型偏光素子１６に入射する。 The reflective polarizing element 16 transmits the p-polarized component of the two linearly polarized components of the fluorescence L _f1 that are orthogonal to each other. Therefore, the p-polarized component L _f2 exits from the exit surface 22b. On the other hand, the reflective polarizing element 16 reflects the s-polarized component L _f3 .
The fluorescent light L _f3 reflected by the reflective polarizing element 16 is scattered by the fluorescent scatterer layer 24 and then reflected by the dichroic mirror 13. The fluorescence L _f3 reflected by the dichroic mirror 13 is again scattered by the fluorescent scatterer layer 24 and then enters the reflective polarizing element 16.

このように、反射型偏光素子１６で反射された蛍光L_f3は、蛍光散乱体層２４を透過する際に、散乱体によって散乱されるため、ほぼ無偏光の光となる。そのため、反射型偏光素子１６に再入射した蛍光L_f3は、１回目に反射型偏光素子１６に入射したときと同様に、p偏光成分とs偏光成分に分離され、このうちのp偏光成分L_f4が出射面１２ｂから出射する。一方、反射型偏光素子１６により反射されたs偏光成分L_f5は、再度蛍光散乱体層２４を通ってダイクロイックミラー１３により反射され、反射型偏光素子１６に入射する。
また、蛍光散乱体層２４で発した蛍光の残りの一部は、反射型偏光素子１６へ向かわず、直接ダイクロイックミラー１３へ向かう。蛍光のこの一部も、ダイクロイックミラー１３で反射された後、蛍光散乱体層２４を透過して反射型偏光素子１６へ向かう。そのため、蛍光の残りの一部も、蛍光体散乱体層２４から反射型偏光素子１６へ直接向かった蛍光の一部L_f1と同様に、そのp偏光成分が出射面１２ｂから出射し、s偏光成分は反射型偏光素子１６で反射される。 Thus, since the fluorescence L _f3 reflected by the reflective polarizing element 16 is scattered by the scatterer when passing through the fluorescent scatterer layer 24, it becomes substantially non-polarized light. Therefore, the fluorescence L _f3 re-incident on the reflective polarizing element 16 is separated into a p-polarized component and an s-polarized component as in the case of entering the reflective polarizing element 16 for the first time. _f4 exits from the exit surface 12b. On the other hand, the s-polarized component L _f5 reflected by the reflective polarizing element 16 passes through the fluorescent scatterer layer 24 again, is reflected by the dichroic mirror 13, and enters the reflective polarizing element 16.
Further, the remaining part of the fluorescence emitted from the fluorescent scatterer layer 24 does not go to the reflective polarizing element 16 but goes directly to the dichroic mirror 13. This part of the fluorescence is also reflected by the dichroic mirror 13, then passes through the fluorescent scatterer layer 24 and travels toward the reflective polarizing element 16. Therefore, the remaining part of the fluorescence also emits the p-polarized component from the exit surface 12b, like the part of the fluorescence L _f1 directly directed from the phosphor scatterer layer 24 to the reflective polarizing element 16, and the s-polarized light. The component is reflected by the reflective polarizing element 16.

このように、蛍光は、ダイクロイックミラー１３と反射型偏光素子１６で反射され、その間に配置された蛍光散乱体層２４のみを繰り返し透過する。そして蛍光は、反射型偏光素子１６へ入射する度に、そのp偏光成分が反射型偏光素子１６を透過する。そのため、蛍光散乱体層２４で発した蛍光は、その殆どがp偏光成分を持つ直線偏光となって偏光変換素子２２から出射される。 In this way, the fluorescence is reflected by the dichroic mirror 13 and the reflective polarizing element 16 and repeatedly transmits only the fluorescent scatterer layer 24 disposed therebetween. Whenever fluorescence enters the reflective polarizing element 16, the p-polarized component is transmitted through the reflective polarizing element 16. Therefore, most of the fluorescence emitted from the fluorescent scatterer layer 24 is emitted from the polarization conversion element 22 as linearly polarized light having a p-polarized component.

以上説明してきたように、第２の実施形態による光源装置では、反射型偏光素子とダイクロイックミラーの間に蛍光散乱体層のみが配置される。そのため、蛍光散乱体層で発した蛍光は、反射型偏光素子から出射されるまで、反射型偏光素子とダイクロイックミラーの間、すなわち蛍光散乱体層のみを透過する。そのため、偏光変換素子内での蛍光の損失が抑制されるので、この光源装置は、光の利用効率を向上できる。また、本実施形態の光源装置は、先の第１の実施形態に比べ、１／４波長板が無い分、装置の厚みが薄くなり、しかも安価に製造できる。 As described above, in the light source device according to the second embodiment, only the fluorescent scatterer layer is disposed between the reflective polarizing element and the dichroic mirror. Therefore, the fluorescence emitted from the fluorescent scatterer layer is transmitted between the reflective polarizing element and the dichroic mirror, that is, only through the fluorescent scatterer layer, until it is emitted from the reflective polarizing element. Therefore, the loss of fluorescence in the polarization conversion element is suppressed, and this light source device can improve the light utilization efficiency. In addition, the light source device according to the present embodiment can be manufactured at a lower cost as compared with the first embodiment because the thickness of the device is reduced by the absence of the quarter-wave plate.

なお、上記の各実施形態において、蛍光体層または蛍光散乱体層は、ガラスなどの基板と、その基板上に柱状結晶として形成された蛍光体を有してもよい。この場合、この柱状結晶の長手方向が、ダイクロイックミラーの反射面に対して略直交するように、柱状結晶が形成される。このように蛍光体が形成されることにより、蛍光の一部が柱状結晶内を全反射しながら伝播する。そのため、ダイクロイックミラーの反射面に対して略垂直に入射する蛍光の成分が増えるので、ダイクロイックミラーによる損失を低減できる。 In each of the above embodiments, the phosphor layer or the fluorescent scatterer layer may include a substrate such as glass and a phosphor formed as a columnar crystal on the substrate. In this case, the columnar crystal is formed so that the longitudinal direction of the columnar crystal is substantially orthogonal to the reflection surface of the dichroic mirror. By forming the phosphor in this way, a part of the fluorescence propagates while being totally reflected in the columnar crystal. As a result, the amount of fluorescent components incident substantially perpendicular to the reflecting surface of the dichroic mirror increases, so that loss due to the dichroic mirror can be reduced.

図５は、波長変換素子として、このような柱状結晶状に形成された蛍光体を含む蛍光体層を有する光源装置の一例の概略構成図である。図５に示す光源装置３は、光源１１と、偏光変換素子３２と、光源１１と偏光変換素子３２との間に配置された集光レンズ３７とを有する。また偏光変換素子３２は、光源１１側から順に、ダイクロイックミラー１３と、蛍光体層３４と、１／４波長板１５と、反射型偏光素子１６とが積層された構造を有する。なお、図５において、光源装置３が有する各構成要素には、図１に示した光源装置１の対応する構成要素と同じ参照番号を付した。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an example of a light source device having a phosphor layer including a phosphor formed in such a columnar crystal shape as a wavelength conversion element. A light source device 3 illustrated in FIG. 5 includes a light source 11, a polarization conversion element 32, and a condenser lens 37 disposed between the light source 11 and the polarization conversion element 32. The polarization conversion element 32 has a structure in which the dichroic mirror 13, the phosphor layer 34, the quarter wavelength plate 15, and the reflective polarization element 16 are laminated in order from the light source 11 side. In FIG. 5, the same reference numerals as those of the corresponding components of the light source device 1 shown in FIG.

集光レンズ３７は、集光素子として機能する。そして集光レンズ３７は、光源１１から発した励起光を集光し、略平行光にする。そのため集光レンズ３７から出射された励起光は、偏光変換素子３２の入射面３２ａに対して略垂直に入射する。そのために、光源１１は、集光レンズ３７の前側焦点面に配置される。なお、集光レンズ３７は、例えば、屈折レンズ、回折レンズあるいは屈折率分布型レンズとすることができる。また集光レンズ３７として、複数の光学素子が組み合わされた光学系が用いられてもよい。さらにまた、集光レンズ３７の代わりに、凹面鏡が配置されてもよい。 The condensing lens 37 functions as a condensing element. And the condensing lens 37 condenses the excitation light emitted from the light source 11, and makes it substantially parallel light. Therefore, the excitation light emitted from the condensing lens 37 is incident substantially perpendicular to the incident surface 32 a of the polarization conversion element 32. For this purpose, the light source 11 is disposed on the front focal plane of the condenser lens 37. The condensing lens 37 can be, for example, a refractive lens, a diffractive lens, or a gradient index lens. Further, as the condenser lens 37, an optical system in which a plurality of optical elements are combined may be used. Furthermore, a concave mirror may be disposed instead of the condenser lens 37.

偏光変換素子３２は、光源１１が発した励起光により蛍光を発し、その蛍光を直線偏光光として出力する。また偏光変換素子３２は、第１の実施形態による光源装置１が有する偏光変換素子１１と比較して、蛍光体層３４が、ダイクロイックミラー１３の反射面に対して略直交する方向に形成された柱状結晶状の蛍光体を有する点で異なる。そして蛍光体層３４にて生じた蛍光の少なくとも一部は、その柱状結晶内を全反射しながら伝播する。そのため、ダイクロイックミラー１３の反射面に対して略垂直に入射する蛍光の成分が増える。そのため、ダイクロイックミラー１３は、略垂直に入射する蛍光に対する反射率が高くなるように構成されればよいので、この偏光変換素子３２は、ダイクロイックミラー１３による損失を低減できる。 The polarization conversion element 32 emits fluorescence by the excitation light emitted from the light source 11, and outputs the fluorescence as linearly polarized light. Further, in the polarization conversion element 32, the phosphor layer 34 is formed in a direction substantially orthogonal to the reflection surface of the dichroic mirror 13 as compared with the polarization conversion element 11 included in the light source device 1 according to the first embodiment. It differs in having a columnar crystal phosphor. Then, at least a part of the fluorescence generated in the phosphor layer 34 propagates while totally reflecting in the columnar crystal. For this reason, the fluorescence component incident substantially perpendicular to the reflecting surface of the dichroic mirror 13 increases. For this reason, the dichroic mirror 13 only needs to be configured to have a high reflectance with respect to the fluorescence incident substantially perpendicularly. Therefore, the polarization conversion element 32 can reduce loss due to the dichroic mirror 13.

また、上記の各実施形態において、蛍光体層または蛍光散乱体層と反射型偏光変換素子の間に、光源から発した光を反射し、蛍光体層または蛍光散乱体層で発した蛍光を透過させるダイクロイックミラーを配置してもよい。これにより、この光源装置は、光源から発する短波長の光（例えば、近紫外光）が、偏光変換素子を透過して他の素子へ達することを抑制できる。そのため、この光源装置は、他の素子がその短波長の光によるダメージを受けることを防止できる。
また、上記の各実施形態において、光源は、LEDに限られず、例えば、蛍光管、冷陰極管、高圧水銀ランプあるいは有機エレクトロルミネッセンス（Organic Electro-Luminescence、有機EL）素子であってもよい。 In each of the above embodiments, the light emitted from the light source is reflected between the phosphor layer or the fluorescent scatterer layer and the reflective polarization conversion element, and the fluorescence emitted from the phosphor layer or the fluorescent scatterer layer is transmitted. A dichroic mirror to be operated may be arranged. Thereby, this light source device can suppress that the short wavelength light (for example, near-ultraviolet light) emitted from the light source passes through the polarization conversion element and reaches other elements. Therefore, this light source device can prevent other elements from being damaged by the light having the short wavelength.
In each of the above embodiments, the light source is not limited to an LED, and may be, for example, a fluorescent tube, a cold cathode tube, a high-pressure mercury lamp, or an organic electro-luminescence (organic EL) element.

図６は、上記の各実施形態による光源装置の何れかを利用した、表示装置の一例を示す図であり、本図では、液晶プロジェクタの概略構成を示した。この実施形態の表示装置は、上記の各実施形態による光源装置の何れかと、空間光変調装置である液晶パネルとを含むように構成される。
液晶プロジェクタ４は、光源装置４１ｇ、４１ｂ、４１ｒと、ダイクロイックミラー４２ｂ、４２ｒと、液晶パネル４３と、駆動回路４４と、コントローラ４５と、同期回路４６と、投影光学系４７とを有する。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a display device using any one of the light source devices according to the above-described embodiments. In FIG. 6, a schematic configuration of a liquid crystal projector is shown. The display device of this embodiment is configured to include any of the light source devices according to the above-described embodiments and a liquid crystal panel that is a spatial light modulator.
The liquid crystal projector 4 includes light source devices 41g, 41b, and 41r, dichroic mirrors 42b and 42r, a liquid crystal panel 43, a drive circuit 44, a controller 45, a synchronization circuit 46, and a projection optical system 47.

光源装置４１ｇ、４１ｂ、４１ｒは、それぞれ、上記の実施形態の何れかによる光源装置である。このうち、光源装置４１ｇは、ダイクロイックミラー４２ｂ及び４２ｒを挟んで液晶パネル４３の後方に配置される。そして光源装置４１ｇは、緑色に相当する波長を持つ直線偏光光を出力する。そのために、光源装置４１ｇが有する偏光変換素子４１１ｇの蛍光体層または蛍光散乱体層には、緑色に相当する波長を持つ光を発する蛍光体が含まれる。
また光源装置４１ｂは、光源装置４１ｂから出力された光がダイクロイックミラー４２ｂにて反射され、液晶パネル４３に達するように配置される。そして光源装置４１ｂは、青色に相当する波長を持つ直線偏光光を出力する。そのために、光源装置４１ｂが有する偏光変換素子４１１ｂの蛍光体層または蛍光散乱体層には、青色に相当する波長を持つ光を発する蛍光体が含まれる。
さらに、光源装置４１ｒは、光源装置４１ｒから出力された光がダイクロイックミラー４２ｒにて反射され、液晶パネル４３に達するように配置される。そして光源装置４１ｒは、赤色に相当する波長を持つ直線偏光光を出力する。そのために、光源装置４１ｒが有する偏光変換素子４１１ｒの蛍光体層または蛍光散乱体層には、赤色に相当する波長を持つ光を発する蛍光体が含まれる。
なお、各光源装置４１ｇ、４１ｂ、４１ｒから出力される光の偏光方向が同一となるように、各光源装置は配置される。例えば、各光源装置から出力される光の偏光方向は、紙面に対して垂直な方向とすることができる。 The light source devices 41g, 41b, and 41r are each a light source device according to any of the above embodiments. Among these, the light source device 41g is disposed behind the liquid crystal panel 43 with the dichroic mirrors 42b and 42r interposed therebetween. The light source device 41g outputs linearly polarized light having a wavelength corresponding to green. Therefore, the phosphor layer or the fluorescent scatterer layer of the polarization conversion element 411g included in the light source device 41g includes a phosphor that emits light having a wavelength corresponding to green.
The light source device 41 b is arranged so that the light output from the light source device 41 b is reflected by the dichroic mirror 42 b and reaches the liquid crystal panel 43. The light source device 41b outputs linearly polarized light having a wavelength corresponding to blue. Therefore, the phosphor layer or the fluorescent scatterer layer of the polarization conversion element 411b included in the light source device 41b includes a phosphor that emits light having a wavelength corresponding to blue.
Further, the light source device 41 r is arranged so that the light output from the light source device 41 r is reflected by the dichroic mirror 42 r and reaches the liquid crystal panel 43. The light source device 41r outputs linearly polarized light having a wavelength corresponding to red. Therefore, the phosphor layer or the fluorescent scatterer layer of the polarization conversion element 411r included in the light source device 41r includes a phosphor that emits light having a wavelength corresponding to red.
In addition, each light source device is arrange | positioned so that the polarization direction of the light output from each light source device 41g, 41b, 41r may become the same. For example, the polarization direction of the light output from each light source device can be a direction perpendicular to the paper surface.

ダイクロイックミラー４２ｂは、青色に相当する波長以下の波長を持つ光を反射し、青色に相当する波長よりも長い波長を持つ光を透過する。またダイクロイックミラー４２ｒは、赤色に相当する波長以上の波長を持つ光を反射し、赤色に相当する波長よりも短い波長を持つ光を透過する。そのため、光源装置４１ｇから出力された光は、ダイクロイックミラー４２ｂ及び４２ｒを透過して液晶パネル４３に達する。一方、光源装置４１ｂから出力された光は、ダイクロイックミラー４２ｂにより反射され、液晶パネル４３に達する。また光源装置４１ｒから出力された光は、ダイクロイックミラー４２ｒにより反射され、液晶パネル４３に達する。
なお、ダイクロイックミラー４２ｂと４２ｒは重なるように図示されているが、ダイクロイックミラー４２ｂと４２ｒは、互いに重ならないように配置されてもよい。また、ダイクロイックミラー４２ｂと４２ｒの代わりに、それら二つのダイクロイックミラーと同様の機能を有するダイクロイックプリズムが使用されてもよい。 The dichroic mirror 42b reflects light having a wavelength equal to or shorter than the wavelength corresponding to blue, and transmits light having a wavelength longer than the wavelength corresponding to blue. The dichroic mirror 42r reflects light having a wavelength equal to or greater than the wavelength corresponding to red, and transmits light having a wavelength shorter than the wavelength corresponding to red. Therefore, the light output from the light source device 41 g passes through the dichroic mirrors 42 b and 42 r and reaches the liquid crystal panel 43. On the other hand, the light output from the light source device 41 b is reflected by the dichroic mirror 42 b and reaches the liquid crystal panel 43. The light output from the light source device 41 r is reflected by the dichroic mirror 42 r and reaches the liquid crystal panel 43.
Although the dichroic mirrors 42b and 42r are illustrated as overlapping, the dichroic mirrors 42b and 42r may be disposed so as not to overlap each other. Further, instead of the dichroic mirrors 42b and 42r, dichroic prisms having functions similar to those two dichroic mirrors may be used.

コントローラ４５は、インターフェース回路（図示せず）を介して液晶プロジェクタ４と接続された外部機器から入力された画像信号に基づいて、駆動回路４４及び各光源装置４１ｂ、４１ｇ、４１ｒを制御する。本実施形態では、コントローラ４５は、色順次駆動方式により液晶パネル４３及び各光源装置４１ｂ、４１ｇ、４１ｒを制御する。そこで、コントローラ４５は、入力された画像信号から、赤色画像、青色画像及び緑色画像に相当する単色画像信号を生成する。そしてコントローラ４５は、各単色画像信号を駆動回路４４へ出力する。
また、コントローラ４５は、同期回路４６から供給された同期信号に基づいて、各光源装置の発光タイミングを調節する。そしてコントローラ４５は、液晶パネル４３上に青色画像が表示されるタイミングで光源装置４１ｂを点灯させる。同様に、コントローラ４５は、液晶パネル４３上に緑色画像が表示されるタイミングで光源装置４１ｇを点灯させ、また液晶パネル４３上に赤色画像が表示されるタイミングで光源装置４１ｒを点灯させる。 The controller 45 controls the drive circuit 44 and the light source devices 41b, 41g, and 41r based on an image signal input from an external device connected to the liquid crystal projector 4 via an interface circuit (not shown). In the present embodiment, the controller 45 controls the liquid crystal panel 43 and the light source devices 41b, 41g, and 41r by a color sequential driving method. Therefore, the controller 45 generates a single color image signal corresponding to a red image, a blue image, and a green image from the input image signal. Then, the controller 45 outputs each single color image signal to the drive circuit 44.
The controller 45 adjusts the light emission timing of each light source device based on the synchronization signal supplied from the synchronization circuit 46. Then, the controller 45 turns on the light source device 41 b at a timing when a blue image is displayed on the liquid crystal panel 43. Similarly, the controller 45 turns on the light source device 41g when the green image is displayed on the liquid crystal panel 43, and turns on the light source device 41r when the red image is displayed on the liquid crystal panel 43.

駆動回路４４は、コントローラ４５から入力される、表示すべき画像に応じた画像信号に基づいて、液晶パネル４３を駆動する駆動信号を生成する。駆動回路４４は、同期回路４６から供給される同期信号に基づいて、赤色画像、緑色画像、青色画像のそれぞれに対応する駆動信号を出力するタイミングを、光源装置４１ｒ、４１ｇ、４１ｂが点灯するタイミングと同期させる。
同期回路４６は、各光源装置が赤色光、青色光及び緑色光を出力するタイミングと液晶パネル４３に赤色画像、青色画像及び緑色画像を表示させるタイミングとを同期させるための同期信号を生成し、生成した同期信号をコントローラ４５及び駆動回路４４にそれぞれ出力する。 The drive circuit 44 generates a drive signal for driving the liquid crystal panel 43 based on an image signal input from the controller 45 and corresponding to an image to be displayed. Based on the synchronization signal supplied from the synchronization circuit 46, the drive circuit 44 outputs a drive signal corresponding to each of the red image, the green image, and the blue image, and the timing when the light source devices 41r, 41g, and 41b are turned on. Synchronize with.
The synchronization circuit 46 generates a synchronization signal for synchronizing the timing at which each light source device outputs red light, blue light, and green light and the timing at which the liquid crystal panel 43 displays a red image, blue image, and green image, The generated synchronization signal is output to the controller 45 and the drive circuit 44, respectively.

液晶パネル４３は、２次元アレイ状の空間光変調装置として機能する。そして液晶パネル４３は、駆動回路４４から供給される駆動信号に応じて、各光源装置から照射された直線偏光光に対する透過率を画素単位で変更して、液晶パネル４３を透過する各光源装置からの光の強度を変調することにより画像を表示する。 The liquid crystal panel 43 functions as a two-dimensional array spatial light modulator. Then, the liquid crystal panel 43 changes the transmittance for the linearly polarized light emitted from each light source device in units of pixels in accordance with the drive signal supplied from the drive circuit 44, and from each light source device that transmits the liquid crystal panel 43. An image is displayed by modulating the intensity of the light.

投影光学系４７は、液晶パネル４３上に表示された画像を、液晶プロジェクタ４から所定距離はなれた位置に設置されたスクリーン上へ投影する。 The projection optical system 47 projects the image displayed on the liquid crystal panel 43 onto a screen installed at a predetermined distance from the liquid crystal projector 4.

また、上記の各実施形態による光源装置に含まれる偏光変換素子は、液晶ディスプレイ用のバックライトにおいて、直線偏光光を出力する偏光変換シートとして利用できる。
図７は、本発明の各実施形態による偏光変換素子の何れかを利用した、表示装置の他の例を示す図であり、本図では、液晶ディスプレイの概略構成を示した。この実施形態の表示装置は、上記の各実施形態による偏光変換素子の何れかと、空間光変調装置である液晶パネルとを含むように構成される。液晶ディスプレイ５は、液晶ディスプレイ用バックライト５０と、液晶パネル５４と、コントローラ５５とを有する。そして液晶ディスプレイ用バックライト５０は、光源５１と、導光板５２と、上記の実施形態の何れかによる偏光変換素子により構成された偏光変換シート５３とを有する。 In addition, the polarization conversion element included in the light source device according to each of the above embodiments can be used as a polarization conversion sheet that outputs linearly polarized light in a backlight for a liquid crystal display.
FIG. 7 is a diagram showing another example of a display device using any of the polarization conversion elements according to the embodiments of the present invention. In FIG. 7, a schematic configuration of a liquid crystal display is shown. The display device of this embodiment is configured to include any of the polarization conversion elements according to the above-described embodiments and a liquid crystal panel which is a spatial light modulator. The liquid crystal display 5 includes a liquid crystal display backlight 50, a liquid crystal panel 54, and a controller 55. And the backlight 50 for liquid crystal displays has the light source 51, the light-guide plate 52, and the polarization conversion sheet | seat 53 comprised by the polarization conversion element by any of said embodiment.

光源５１は、例えば、蛍光管、冷陰極管あるいはLEDを有し、偏光変換シート５３が有する蛍光体層あるいは蛍光散乱体層に含まれる蛍光体に蛍光発光させることが可能な波長を持つ励起光を発する。光源５１は、導光板５２の側面に近接して配置され、そのため、光源５１から発した励起光は、導光板５２内を伝播し、導光板５２の表面５２ａの何れかから偏光変換シート５３へ向けて出射する。なお、導光板５２から出射した励起光の輝度が表面５２ａ全体で均一となるように、導光板５２と偏光変換シート５３との間に拡散シートが配置されてもよい。
導光板５２から出射した励起光は、偏光変換シート５３の入射面５３ａへ入射し、それにより、偏光変換シート５３内で蛍光が発する。なお、偏光変換シート５３が白色光を生じるように、例えば、偏光変換シート５３が有する波長変換素子に、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体の３種類の蛍光体が含まれることが好ましい。そして偏光変換シート５３内で生じた蛍光は、直線偏光光となって偏光変換シート５３の出射面５３ｂから出射する。そして、この直線偏光光は、液晶ディスプレイ用バックライト５０の出射面５３ｂ近傍に配置された液晶パネル５４に入射する。 The light source 51 includes, for example, a fluorescent tube, a cold cathode tube, or an LED, and excitation light having a wavelength capable of causing the fluorescent material included in the fluorescent material layer or the fluorescent scatterer layer included in the polarization conversion sheet 53 to emit fluorescence. To emit. The light source 51 is disposed close to the side surface of the light guide plate 52, and therefore, the excitation light emitted from the light source 51 propagates through the light guide plate 52, and passes from any one of the surfaces 52 a of the light guide plate 52 to the polarization conversion sheet 53. Exit toward. A diffusion sheet may be disposed between the light guide plate 52 and the polarization conversion sheet 53 so that the luminance of the excitation light emitted from the light guide plate 52 is uniform over the entire surface 52a.
The excitation light emitted from the light guide plate 52 enters the incident surface 53 a of the polarization conversion sheet 53, whereby fluorescence is emitted within the polarization conversion sheet 53. Note that, for example, the wavelength conversion element included in the polarization conversion sheet 53 preferably includes three types of phosphors of a red phosphor, a green phosphor, and a blue phosphor so that the polarization conversion sheet 53 generates white light. . Then, the fluorescence generated in the polarization conversion sheet 53 becomes linearly polarized light and exits from the exit surface 53 b of the polarization conversion sheet 53. The linearly polarized light is incident on the liquid crystal panel 54 disposed in the vicinity of the exit surface 53b of the backlight 50 for liquid crystal display.

液晶パネル５４は、２次元アレイ状の空間光変調装置として機能する。そして液晶パネル５４は、コントローラ５５から供給される駆動信号に応じて、偏光変換シート５３から照射された直線偏光光に対する透過率を画素単位で変更して、液晶パネル５４を透過する偏光変換シート５３からの光の強度を変調することにより画像を表示する。 The liquid crystal panel 54 functions as a two-dimensional array spatial light modulator. The liquid crystal panel 54 changes the transmittance for the linearly polarized light emitted from the polarization conversion sheet 53 in units of pixels in accordance with the drive signal supplied from the controller 55, and transmits the polarization conversion sheet 53 that passes through the liquid crystal panel 54. The image is displayed by modulating the intensity of light from.

コントローラ５５は、インターフェース回路（図示せず）を介して液晶ディスプレイ５と接続された外部機器から入力された画像信号に基づいて、液晶パネル５４を制御する。そこで、コントローラ５５は、入力された画像信号に応じた駆動信号を生成し、その駆動信号を液晶パネル５４へ出力する。
このように、本実施形態による表示装置は、光源からの励起光によって直線偏光光である蛍光を発する偏光変換シートの出射面近傍に液晶パネルが配置されることにより、光の利用効率を高くできる。 The controller 55 controls the liquid crystal panel 54 based on an image signal input from an external device connected to the liquid crystal display 5 via an interface circuit (not shown). Therefore, the controller 55 generates a drive signal corresponding to the input image signal and outputs the drive signal to the liquid crystal panel 54.
As described above, the display device according to the present embodiment can increase the light utilization efficiency by arranging the liquid crystal panel in the vicinity of the exit surface of the polarization conversion sheet that emits fluorescence that is linearly polarized light by the excitation light from the light source. .

以上のように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。 As described above, those skilled in the art can make various modifications in accordance with the embodiment to be implemented within the scope of the present invention.

１、２、３光源装置
１０基板
１１光源
１２、２２、３２偏光変換素子
１３ダイクロイックミラー
１４、３４蛍光体層
１５１／４波長板
１６反射型偏光素子
２４蛍光散乱体層
３７集光レンズ
４液晶プロジェクタ
４１ｂ、４１ｇ、４１ｒ光源装置
４２ｂ、４２ｒダイクロイックミラー
４３液晶パネル
４４駆動回路
４５コントローラ
４６同期回路
４７投影光学系
５液晶ディスプレイ
５０バックライト
５１光源
５２導光板
５３偏光変換シート
５４液晶パネル
５５コントローラ 1, 2, 3 Light source device 10 Substrate 11 Light source 12, 22, 32 Polarization conversion element 13 Dichroic mirror 14, 34 Phosphor layer 15 1/4 wavelength plate 16 Reflective polarization element 24 Fluorescence scatterer layer 37 Condensing lens 4 Liquid crystal Projector 41b, 41g, 41r Light source device 42b, 42r Dichroic mirror 43 Liquid crystal panel 44 Drive circuit 45 Controller 46 Synchronous circuit 47 Projection optical system 5 Liquid crystal display 50 Back light 51 Light source 52 Light guide plate 53 Polarization conversion sheet 54 Liquid crystal panel 55 Controller

Claims

第１の波長の光を発する光源と、
互いに直交する第１と第２の直線偏光成分のうちの第１の直線偏光成分を透過し、第２の直線偏光成分を反射する反射型偏光素子とを備え、
前記光源からの第１の波長の光を用いて生じさせた第２の波長の光の前記第１の直線偏光成分のみを出射する光源装置において、
前記第１の波長の光を前記第２の波長の光に変換する波長変換素子と、
前記第１の波長の光を透過し、前記第２の波長の光を反射するダイクロイックミラーとを、
前記光源、前記ダイクロイックミラー、前記波長変換素子、前記反射型偏光素子の順となるように、前記光源と前記反射型偏光素子との間に配置したことを特徴とする光源装置。 A light source that emits light of a first wavelength;
A reflective polarizing element that transmits the first linearly polarized light component of the first and second linearly polarized light components orthogonal to each other and reflects the second linearly polarized light component;
In the light source device that emits only the first linearly polarized light component of the second wavelength light generated by using the first wavelength light from the light source,
A wavelength conversion element that converts light of the first wavelength into light of the second wavelength;
A dichroic mirror that transmits the light of the first wavelength and reflects the light of the second wavelength;
A light source device, wherein the light source device is arranged between the light source and the reflective polarizing element so that the light source, the dichroic mirror, the wavelength conversion element, and the reflective polarizing element are arranged in this order.

前記ダイクロイックミラーと前記反射型偏光素子の間に配置された１／４波長板をさらに有する、請求項１に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, further comprising a quarter-wave plate disposed between the dichroic mirror and the reflective polarizing element.

前記波長変換素子は、光を散乱する散乱体を含む、請求項１に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the wavelength conversion element includes a scatterer that scatters light.

前記光源と前記ダイクロイックミラーの間に、前記光源から発した光を集光し、略平行光として出射させる集光素子をさらに有する、請求項１〜３の何れか一項に記載の光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a condensing element that collects light emitted from the light source and emits the light as substantially parallel light between the light source and the dichroic mirror.

前記波長変換素子は、前記ダイクロイックミラーの反射面に対して垂直な方向を長手方向とする柱状結晶状に形成される蛍光体を含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 4, wherein the wavelength conversion element includes a phosphor formed in a columnar crystal shape having a direction perpendicular to a reflection surface of the dichroic mirror as a longitudinal direction. .

一方の側が第１の波長を持つ光を発する光源に面するように配置され、前記第１の波長の光を透過するとともに、第２の波長の光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーの他方の側に配置され、前記第２の波長を持つ光の第１の直線偏光成分を透過する一方、前記第１の直線偏光成分と直交する第２の直線偏光成分を反射する反射型偏光素子と、
前記ダイクロイックミラーと前記反射型偏光素子の間に配置され、前記第１の波長の光が照射されることにより、前記第２の波長の光を発する波長変換素子と、
を有することを特徴とする偏光変換素子。 A dichroic mirror disposed on one side facing a light source that emits light having a first wavelength and transmitting light of the first wavelength and reflecting light of the second wavelength;
It is arranged on the other side of the dichroic mirror and transmits the first linearly polarized light component of the light having the second wavelength, while reflecting the second linearly polarized light component orthogonal to the first linearly polarized light component. A reflective polarizing element;
A wavelength conversion element that is disposed between the dichroic mirror and the reflective polarizing element and emits light of the second wavelength by being irradiated with light of the first wavelength;
A polarization conversion element comprising:

前記ダイクロイックミラーと前記反射型偏光素子の間に配置された１／４波長板をさらに有する、請求項６に記載の偏光変換素子。 The polarization conversion element according to claim 6, further comprising a quarter-wave plate disposed between the dichroic mirror and the reflective polarizing element.

前記波長変換素子は、光を散乱する散乱体を含む、請求項６に記載の偏光変換素子。 The polarization conversion element according to claim 6, wherein the wavelength conversion element includes a scatterer that scatters light.

前記波長変換素子は、前記ダイクロイックミラーの反射面に対して垂直な方向を長手方向とする柱状結晶状に形成される蛍光体を含む、請求項６〜８の何れか一項に記載の偏光変換素子。 The polarization conversion according to any one of claims 6 to 8, wherein the wavelength conversion element includes a phosphor formed in a columnar crystal shape whose longitudinal direction is a direction perpendicular to a reflection surface of the dichroic mirror. element.

請求項１〜５の何れか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された光の強度を表示すべき画像に応じて変調することにより、当該画像を表示する空間光変調装置と、
を有することを特徴とする表示装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 5,
A spatial light modulation device for displaying the image by modulating the intensity of the light emitted from the light source device according to the image to be displayed;
A display device comprising:

請求項６〜９の何れか一項に記載の偏光変換素子と、
前記偏光変換素子から出射された光の強度を表示すべき画像に応じて変調することにより、当該画像を表示する空間光変調装置と、
を有することを特徴とする表示装置。 The polarization conversion element according to any one of claims 6 to 9,
A spatial light modulator that displays the image by modulating the intensity of the light emitted from the polarization conversion element according to the image to be displayed;
A display device comprising: