JP2022126696A - 光源装置、及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体光源と固体光源の励起で蛍光発光する光源装置において、蛍光体の温度上昇の適切な抑制により、光源装置及び投写型映像表示装置の高輝度化を実現する。【解決手段】本開示の光源装置は、励起光源と、励起光源からの励起光で蛍光発光する蛍光板と、冷却風が流れる導風部と、導風部の外側に位置し、蛍光板を収納する格納容器と、を備える。格納容器は、その内部であって蛍光板の蛍光出射面に対向する位置に蛍光板が放出する熱を受熱する受熱部と、その外面であって冷却風が流れる位置に受熱部が受熱した熱を放出する放熱部と、を有する。受熱部と放熱部とは熱的に接続されている。【選択図】図５

Description

本開示は、光源装置、及びそれを備えた投写型映像表示装置に関する。

従来の投写型映像表示装置用の光源には、高輝度の高圧水銀ランプが使用されたものがある。これら高圧水銀ランプでは、瞬時に点灯ができないことや光源寿命が短いためメンテナンスが煩雑になる場合がある。そのため、投写型映像表示装置の光源として、例えば、半導体レーザ、発光ダイオードなどの固体発光素子を用いることが提案されている。

例えば、特許文献１で提案される光源装置は、励起光源を兼ねる青色レーザ光源（半導体レーザ）と、回転する基材にセグメント分けした複数の蛍光体を塗布する蛍光体ホイールと、カラーホイールとを備える。蛍光体ホイールを出射した蛍光は、カラーホイールによって所望の色光にトリミングされた後、時分割に出射する。

一方、これら蛍光体を励起する光源方式においては、蛍光発光過程に生じる熱を蛍光体から放熱する必要がある。このため、例えば、特許文献２で提案される光源装置においては、蛍光体を収納するケーシングに冷却構造を設けることでケーシング内部の雰囲気を冷却して、蛍光体の温度を冷却している。

特開２０１４－１６０２２７号公報 特開２０１４－１４６０５６号公報

本開示は、格納容器に密閉収納される蛍光体ホイールを適切に冷却することができる光源装置、及び、それを備えた投写型映像表示装置を提供する。

本開示の光源装置は、励起光源と、励起光源からの励起光で蛍光発光する蛍光板と、冷却風が流れる導風部と、導風部の外側に位置し、蛍光板を収納する格納容器と、を備える。格納容器は、その内部であって蛍光板の蛍光出射面に対向する位置に蛍光板が放出する熱を受熱する受熱部と、その外面であって冷却風が流れる位置に受熱部が受熱した熱を放出する放熱部と、を有する。また、受熱部と前記放熱部とは熱的に接続されている。

本開示の光源装置は、格納容器に密閉して収納された蛍光体ホイールを適切に冷却することができる。

本開示の実施の形態１にかかる投写型映像表示装置の構成図 本開示の実施の形態１にかかる蛍光体ホイールの構成図 本開示の実施の形態１にかかるカラーフィルタホイールの構成図 カラーフィルタのスペクトル例を示す図 本開示の実施の形態１にかかる光源装置の構成図 壁部における受熱部の領域を示す図 本開示の光源装置におけるエネルギーの移動を説明する模式図 本開示の実施の形態１にかかる光源装置の別の構成を示す構成図 冷却部の別の構成を示す図 本開示の実施の形態２にかかる投写型映像表示装置の構成図 本開示の実施の形態２にかかる蛍光板の構成図 本開示の実施の形態２にかかる光源装置の構成図 本開示の実施の形態３にかかる投写型映像表示装置の構成図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

また、以下、本開示の実施の形態に係る光源装置及び投写型映像表示装置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。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

以下の実施の形態では、本開示に係る光源装置を備えた装置の一例として投写型映像表示装置を挙げて説明する。しかし、本開示の光源装置を用いる機器としてこれに限定されるものではなく、例えばテレビなどの映像表示装置や、ヘッドランプなどの照明機器であってもよい。

［実施の形態１］
以下において、実施の形態１にかかる投写型映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。

（投写型映像表示装置１００の概要）
図１は、実施の形態１に係る投写型映像表示装置１００の光学構成を示す図である。

投写型映像表示装置１００は、光源装置１０と、照明装置１１と、映像表示部１２と、投写系１３とによって構成される。光源装置１０は、基準光を出射する。照明装置１１は、光源装置１０からの光を均一化して照明光を出射する。映像表示部１２は、照明装置１１からの照明光を映像信号で変調して映像光を出射する。投写系１３は、映像表示部１２からの映像光をスクリーンに拡大して投写する。本実施の形態の投写型映像表示装置１００は、映像信号に応じて照明光を変調する、１つの空間変調素子４１（例えば、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ））を搭載した投写型映像表示装置である。

（光源装置１０の構成）
光源装置１０は、光源２０を備える。この光源２０はレーザ光源である半導体レーザ２１と、コリメータレンズ２２とによって構成される。ここで、半導体レーザ２１は、固体光源の一例である。

半導体レーザ２１は、ＲＧＢの３原色の中で最も発光効率の高い青色のレーザ光（例えば、波長４５５ｎｍ）を出射する。半導体レーザ２１は、高出力の基準光を得るため、複数個がマトリックス状に配置されたアレイ光源２３として構成される。図示しないが、このアレイ光源２３の背面側には強制空冷のためのヒートシンクを備える。各々の半導体レーザ２１の出射側に配置されたコリメータレンズ２２は、半導体レーザ２１の出射光を略平行な光に集光する。

光源２０より出射した青色のレーザ光は、集光レンズ３０によって集光されながら重畳する。重畳したレーザ光は、拡散板６０を透過し、励起光として蛍光体ホイール７０上の蛍光体７３に照射される。拡散板６０は、光源２０からの光の干渉性を低減させる機能を有している。蛍光体ホイール７０の詳細は後述する。

蛍光体ホイール７０からは、透明基板７１を透過するレーザ光と、レーザ光が照射された蛍光体７３が発する蛍光が得られる。

すなわち、光源２０を出射する青色のレーザ光は、映像光の青色画像を生成するとともに、蛍光体ホイール７０で蛍光体７３に蛍光を発光させる励起光Ｅ（図７参照）である。そして、蛍光体７３は、光源２０より入射する励起光Ｅにより、励起光Ｅとは異なる波長帯を有する蛍光Ｆ（図７参照）を発光する。

蛍光体ホイール７０を出射する励起光Ｅ及び蛍光Ｆは、レンズ３１とレンズ３２で構成されるコリメータレンズ群で略平行光化された後、レンズ３３によってカラーフィルタホイール８０に照射される。カラーフィルタホイール８０の詳細は後述する。

励起光Ｅ、及びカラーフィルタホイール８０で所望の色光にトリミングされた蛍光Ｆは、カラーフィルタホイール８０を出射したのち、ロッドインテグレータ３４に入射する。

（蛍光体ホイール７０の構成）
図２を用いて、蛍光体ホイール７０の構成を説明する。図２の（ａ）は、図１の＋ｙ方向から見た蛍光体ホイール７０の側面断面図である。図２の（ｂ）は、図２の（ａ）の左側（図１の－ｚ方向）から見た蛍光体ホイール７０の正面図である。蛍光体ホイール７０は、図２の（ａ）に示すように、透明基板７１と、透明基板７１上に円環状に生成した蛍光体７３と、モータ７４とで構成される。モータ７４は、円盤状の透明基板７１を回転駆動する。

透明基板７１は、モータ７４の駆動部７４ａと、取付け部７４ｂを介して取り付けられており、図示しない制御部によって制御されて回転する。取付け部７４ｂは、例えば、透明基板７１をハブと抑え部材で挟み込んでネジ固定する構成である。

透明基板７１は、円盤状をした透明の基板であり、例えば、熱伝導率の高いサファイア基板で構成される。また、透明基板７１の光入射面（非蛍光体形成面）には、反射防止膜７２ａを有する。光出射面（蛍光体形成面）には、励起光Ｅである青色光を透過して、励起光とは異なる波長領域の光を反射するダイクロイック膜７２ｂを備える。ダイクロイック膜７２ｂは、蛍光体ホイール７０における反射膜の一例である。また、透明基板７１のダイクロイック膜７２ｂの表面には、図２の（ｂ）に示すように、円環状に第１蛍光体領域７３ａ、第２蛍光体領域７３ｂ、透過領域７５が設けられる。

第１蛍光体領域７３ａは、透明基板７１に対して、透明基板７１の回転軸を中心とする円環状の一部の領域である円弧形状の範囲である。第１蛍光体領域７３ａには、波長約４５５ｎｍの青色光の励起によって主波長が約５７０ｎｍの黄色の光を発光する蛍光体が塗布されている。

第２蛍光体領域７３ｂは、透明基板７１に対して、透明基板７１の回転軸を中心とする円環状の一部の領域である円弧形状の範囲である。第２蛍光体領域７３ｂには、波長約４５５ｎｍの青色光の励起によって主波長が約５５０ｎｍの緑色の光を発光する蛍光体が塗布されている。

第１蛍光体領域７３ａには、黄色蛍光体Ｐｙが透明バインダＢを介して、透明基板７１のダイクロイック膜７２ｂの表面に塗布されている。第２蛍光体領域７３ｂは、緑色蛍光体Ｐｇが透明バインダＢを介して、透明基板７１のダイクロイック膜７２ｂの表面に塗布されている。

黄色蛍光体Ｐｙとしては、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ_３ ^＋が使用される。緑色蛍光体Ｐｇとしては、例えば、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ_３ ^＋が使用される。透明バインダＢとしては、例えば、シリコーン樹脂が使用される。

透過領域７５は、蛍光体を塗布しない領域であり、照射される励起光Ｅが波長を変えることなく透過する。なお、透過領域７５の構成に関して、透過領域７５はダイクロイック膜７２ｂだけか、または、ダイクロイック膜７２ｂの表面に透明バインダＢが塗布されるか、或いはダイクロイック膜７２ｂの替わりに反射防止膜７２ａが蒸着された構成であることが望ましい。

励起光Ｅである青色光は、蛍光体ホイール７０に図２の（ａ）の右側（＋ｚ方向）から入射して、反射防止膜７２ａを透過して透明基板７１に入射する。透明基板７１に入射した青色光は、ダイクロイック膜７２ｂを透過して第１蛍光体領域７３ａ、第２蛍光体領域７３ｂ、透過領域７５を照射する。

ここで、蛍光体ホイール７０は、上述した３つの領域、第１蛍光体領域７３ａ、第２蛍光体領域７３ｂ、透過領域７５が、１フレーム（例えば、１／６０秒）で一回転するように構成されている。

すなわち、蛍光体ホイール７０に照射された光は、１フレームに相当する時間で、第１蛍光体領域７３ａ（第１セグメント）、第２蛍光体領域７３ｂ（第２セグメント）、透過領域７５（第３セグメント）の順番に第１～第３セグメントを照射するように通過する。言い換えれば、１フレームに相当する時間で蛍光体ホイール７０が一回転するように、モータ７４の回転速度が制御される。

第１蛍光体領域７３ａに入射した励起光Ｅは、蛍光体Ｐｙを励起して、黄色蛍光Ｆｙを等方的に発光させる。第２蛍光体領域７３ｂに入射した励起光Ｅは、蛍光体Ｐｇを励起して、緑色蛍光Ｆｇを等方的に発光させる。励起発光した黄色蛍光Ｆｙ、及び緑色蛍光Ｆｇのうち、励起光Ｅの進行方向とは反対に発光した成分は、ダイクロイック膜７２ｂで反射されて、励起光Ｅの進行方向に発光した成分とともに、励起光Ｅの進行方向に出射する。透過領域７５に入射した励起光Ｅは、透過領域７５をそのまま透過する。

すなわち、蛍光体ホイール７０における第１、第２セグメントに照射された励起光Ｅは、黄色蛍光Ｆｙ、及び、緑色蛍光Ｆｇに変換される。また、第３セグメントに照射された励起光Ｅは、図１に示すように蛍光体ホイール７０をそのまま透過して出射され、レンズ３１およびレンズ３２によって略平行光化されて、レンズ３３によりカラーフィルタホイール８０に照射される。

ここで、励起光Ｅで励起され、励起光Ｅの進行方向に蛍光発光する蛍光体７３が設けられた透明基板７１は、透過型の蛍光板の一例である。

（カラーフィルタホイール８０の構成）
図３を用いて、カラーフィルタホイール８０の構成を説明する。図３の（ａ）は、図１の＋ｙ方向から見たカラーフィルタホイール８０の側面断面図である。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）の右側（＋ｚ方向）から見たカラーフィルタホイール８０の正面図である。

カラーフィルタホイール８０は、図３の（ａ）に示すように、透明基板８１と、モータ８４とで構成される。モータ８４は、円盤状の透明基板８１を回転駆動する。

透明基板８１は、モータ８４の駆動部８４ａと、取付け部８４ｂを介して取り付けられており、図示しない制御部によって制御されて回転する。取付け部８４ｂは、例えば、透明基板８１をハブで接着する構成である。

透明基板８１は、円盤状をした透明基板であり、例えば、可視全域にわたって高透過のガラス基板で構成される。

透明基板８１の光入射面には、ダイクロイック膜８２が施されて構成される、カラーフィルタ８２ａ、８２ｂ、８２ｃを備える。透明基板８１の光出射面には、反射防止膜８３を備える。ダイクロイック膜８２は、入射する光の一部の波長帯域を反射して、所望の色光を実現するための、所望の波長領域の光を透過する。ダイクロイック膜８２は、カラーフィルタにおける反射膜の一例である。

カラーフィルタホイール８０は、図３の（ｂ）に示すとおり、４つのセグメントを有している。図４の（ａ）のスペクトル図に示されるように、第１のセグメントであるカラーフィルタ８２ａ及び第３のセグメントであるカラーフィルタ８２ｃは、波長４８０ｎｍより長い可視の波長領域において高透過、かつ、波長４８０ｎｍ以下の短い可視の波長領域において高反射の特性を有するカラーフィルタ（ダイクロイック膜）によって構成されている。従って、波長が約４５５ｎｍの励起光に対しては、図４の（ａ）に示すように高反射の特性となっている。

また、図４の（ｂ）のスペクトル図に示されるように、第２セグメントであるカラーフィルタ８２ｂは、波長６００ｎｍより長い可視の波長領域において高透過、かつ、波長６００ｎｍ以下の短い可視の波長領域において高反射のカラーフィルタ（ダイクロイック膜）によって構成されている。このカラーフィルタ８２ｂも、図４の（ｂ）に示すように波長が約４５５ｎｍの励起光に対しては高反射となる。

すなわち、カラーフィルタ８２ａ、８２ｂ、８２ｃは、入射する光の一部の波長帯域を反射してカットし、所望の色光を実現するための所望の波長領域の光を透過する、トリミングを行う。

第４セグメントである光拡散領域８５は、入射光を拡散する光拡散機能を有し、例えば、透明基板８１の表面に多数の微小なレンズアレイで構成された拡散板である。各セグメントは、透明基板８１の回転軸を中心とする扇形になるように形成されている。なお、カラーフィルタホイール８０は、１枚の透明基板に局所的に複数種類のカラーフィルタと拡散面が一括に形成されている構成、または、扇形形状をした各種フィルタと拡散板が並べて配列され固定される一体化構成である。

ここで、蛍光体ホイール７０とカラーフィルタホイール８０とは、同じ回転数で同期して回転するように制御される。すなわち、カラーフィルタホイール８０は、上述した４つのセグメントが、１フレーム（例えば、１／６０秒）に対応する時間で一回転するように制御される。

ここで、カラーフィルタ８２ａ、８２ｂ、８２ｃは、蛍光体ホイール７０からの光の波長領域の一部をカットして所望の色光にトリミングするカラーフィルタ板の一例である。

（蛍光体ホイール７０とカラーフィルタホイール８０のタイミング）
蛍光体ホイール７０における第１蛍光体領域７３ａから出射される黄色蛍光Ｆｙは、カラーフィルタホイール８０におけるカラーフィルタ８２ａ及びカラーフィルタ８２ｂに入射するように、回転が制御される。よって、第１蛍光体領域７３ａの角度と、カラーフィルタ８２ａ及びカラーフィルタ８２ｂの角度の和は、同一になるように設定されている。

第１蛍光体領域７３ａを出射した黄色蛍光Ｆｙが、カラーフィルタ８２ａを透過する場合、カラーフィルタ８２ａは波長４８０ｎｍ以下の短い波長の可視光を反射して、波長４８０ｎｍより長い波長の可視光を透過して、黄色基準光Ｌｙを生成する。第１蛍光体領域７３ａを出射した黄色蛍光Ｆｙが、カラーフィルタ８２ｂを透過する場合、カラーフィルタ８２ｂは波長６００ｎｍ以下の短い波長の可視光を反射して、波長６００ｎｍより長い波長の可視光を透過して、赤色基準光Ｌｒを生成する。

蛍光体ホイール７０における第２蛍光体領域７３ｂから出射される緑色蛍光Ｆｇは、カラーフィルタホイール８０におけるカラーフィルタ８２ｃに入射するように、回転が制御される。よって、第２蛍光体領域７３ｂの角度と、カラーフィルタ８２ｃの角度は、同一になるように設定されている。第２蛍光体領域７３ｂを出射した緑色蛍光Ｆｇは、カラーフィルタ８２ｃを透過する場合、カラーフィルタ８２ｃは波長４８０ｎｍ以下の短い波長の可視光を反射し、波長４８０ｎｍより長い波長の可視光を透過して、緑色基準光Ｌｇを生成する。

蛍光体ホイール７０における透過領域７５を透過する励起光Ｅは、カラーフィルタホイール８０における光拡散領域８５に入射するように、回転が制御される。よって、透過領域７５の角度と、光拡散領域８５の角度は、同一になるように設定されている。光拡散領域８５を透過した励起光Ｅは、光拡散領域８５で拡散して、青色基準光Ｌｂを生成する。

（照明装置１１の構成）
図１に示すように照明装置１１は、レンズ３３、カラーフィルタホイール８０の他、ロッドインテグレータ３４と、レンズ３５、レンズ３６、レンズ３７とから構成される。ロッドインテグレータ３４から出射された光は、レンズ３５、レンズ３６、レンズ３７によってリレーされて、照明装置１１からの出射光となって、映像表示部１２に入射する。

（映像表示部１２及び投写系１３の構成）
映像表示部１２は、照明装置１１から照射される光を受けて映像を生成する装置である。図１に示すように、映像表示部１２は、全反射プリズム４２と空間変調素子である１枚のＤＭＤ４１で構成される。

全反射プリズム４２は、光を全反射する面４２ａを有しており、照明装置１１より入射した光をＤＭＤ４１へ導く。ＤＭＤ４１は、可動式のマイクロミラーを複数有しており、図示しない制御部によって、それぞれに入射する各色基準光のタイミングに合わせて、かつ、入力される映像信号に応じて制御され、各色基準光を映像信号によって変調する。ＤＭＤ４１によって変調された光は、全反射プリズム４２を透過して投写レンズ５０（図１参照）へ導かれる。ここで、投写レンズ５０は、投写光学系の一例である。

投写系１３は、投写レンズ５０と、図示しないスクリーンで構成され、投写レンズ５０は、時間的に合成された映像光を、スクリーンへ投写する。

（格納容器９０の構成）
図５を用いて、蛍光体ホイール７０の格納容器９０の構成を説明する。格納容器９０は、光源装置１０の少なくとも蛍光体ホイール７０を収納する密閉型の格納容器である。格納容器９０は、壁部９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄ、９０Ｅ（天井面）、９０Ｆ（底面）で構成される。本実施の形態では、蛍光体ホイール７０とともに、光源２０、集光レンズ３０、拡散板６０、レンズ３１とを格納容器９０内に収納する。格納容器９０を構成する材料としては、熱伝導性のすぐれたアルミニウムや銅が使用される。

なお、光源２０は、格納容器９０の壁部９０Ａにおいて内部と外部の境界を兼ね、壁部９０Ａの外部には図示しない強制空冷のためのヒートシンクを備える。

なお、レンズ３１は、格納容器９０の壁部９０Ｃにおいて内部と外部の境界を兼ねた光の通り道である。壁部９０Ｃの内部に光入射面を、外部に光出射面を備える。

ここで、格納容器９０の壁部９０Ｃは、蛍光体７３の蛍光出射面に対向する壁面である。壁部９０Ｃの内面には、蛍光体７３で発生する熱を格納容器９０に伝える受熱部９１Ａが設けられている。図５の一点鎖線で示すように、受熱部９１Ａは、壁部９０Ｃの内面に蛍光体７３の熱を吸収する吸熱塗料が塗布された吸熱塗料層である。図５の二点鎖線で示すように、壁部９０Ｃの外面には受熱部９１Ａで吸収した熱を格納容器９０の外部に放熱する放熱部９１Ｂを備える。放熱部９１Ｂは、例えば、受熱部９１Ａの表面に塗布した吸熱塗料と同じ樹脂組成物である放熱塗料が塗布された放熱塗料層である。冷却部９１は、受熱部９１Ａと放熱部９１Ｂによって構成されている。受熱部９１Ａと放熱部９１Ｂは熱的に接続されている。

蛍光体７３で発生する熱を受熱する受熱部９１Ａは、受熱効果を高めるため、蛍光体ホイール７０の蛍光体７３に近接して配置される。

図６を用いて、壁部９０Ｃにおける受熱部９１Ａの領域について説明する。図６は透明基板７１の光出射面側から見た、壁部９０Ｃの透視図である。壁部９０Ｃには、光が透過するレンズ３１を挿入するための孔が設けられている。蛍光体ホイール７０は、壁部９０Ｃに対して略中央に配置される。

受熱部９１Ａは、壁部９０Ｃの内面であって、対向する蛍光体７３の少なくとも正面に設けられている。例えば、図６の吸熱塗料の塗布領域（グレーの網掛け部分）に示すように、受熱部９１Ａは、レンズ３１の配置箇所を除いた蛍光体７３を正面に捉える領域にリング状に吸熱塗料が塗布されることで構成された吸熱塗料層である。
なお、図６に示すリング状に限らず、壁部９０Ｃの全面に吸熱塗料を塗布することで受熱部９１Ａを構成してもよい。また、受熱部９１Ａは、壁部９０Ｃの表面にメッキ処理、またはアルマイト処理を施した層であってもよい。

また、受熱部９１Ａで受熱した熱を放熱する放熱部９１Ｂの別の例として、壁部９０Ｃに一体形成される放熱フィンでもよい。

壁部９０Ｃの外部には、壁部９０Ｃの外面を冷却する冷却風を導く導風部９２を備える。また、冷却ファン９３により、壁部９０Ｃの内面で受熱した熱を壁部９０Ｃの外面で放熱する機能を有する。

また、格納容器９０の内部には、格納容器９０の内部の空気を循環し、冷却効果を高める目的で、図示しない送風装置が備えられる。具体的には送風装置は、小型のファンや、蛍光体ホイール７０に備えられた図示しない導風板である。

（吸熱塗料の構成）
吸熱塗料は、例えば、シリコーンなどのバインダとなる樹脂に、酸化亜鉛やコージェライトなどの１種類以上の金属酸化物を高充填に混合した樹脂組成物である。この構成により、吸熱塗料は高い赤外線放射率を有し、発熱体の熱を赤外の電磁波を通して吸収が可能となり、また、熱放射により格納容器９０の外部への放熱が可能となる。よって、受熱部９１Ａは、高い吸熱性能と放熱性能を実現でき、格納容器９０の温度上昇を抑制することができる。

（光源装置１０における熱移動経路の説明）
図７の模式図により、光源装置１０におけるエネルギーの主な移動経路を説明する。

光源２０を出射した励起光Ｅは、集光レンズ３０を介して蛍光体ホイール７０の蛍光体７３に入射する。蛍光体７３は入射した励起光Ｅを励起エネルギーとして蛍光Ｆを発光する。蛍光Ｆはレンズ３１を介してカラーフィルタホイール８０に導かれる。

ここで、励起光Ｅによる蛍光発光過程において、光エネルギーである蛍光Ｆに変換されないエネルギーが発熱Ｈとして蛍光体ホイール７０に蓄積される。

蛍光体ホイール７０の蛍光体７３で発生した発熱Ｈは、熱伝導Мと、自然放熱Ｎと、熱吸収Ａとして、蛍光体７３より放熱される。熱伝導Мは透明基板７１に熱伝導する。自然放熱Ｎは、蛍光体７３から直接格納容器９０中の空気に熱伝導する。熱吸収Ａは、受熱部９１Ａに赤外の電磁波を通して吸収される。

熱伝導М、及び、自然放熱Ｎは、更に、格納容器９０の内部における空気への熱伝導と、格納容器９０の筐体における熱伝導を介して、格納容器９０の外部へ放熱される。なお、壁部９０Ｃ以外の壁部９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｄ、９０Ｅ、９０Ｆの何れかの内部に吸熱塗料を塗布した受熱部９１Ａ、及び、何れかの外部に放熱部９１Ｂを設けることで、格納容器９０の外部への放熱効果を改善することができる。

熱吸収Ａは、受熱部９１Ａで吸熱されたのちに壁部９０Ｃを介して放熱部９１Ｂへ導かれ、格納容器９０の外部へ放熱Ｄとして放熱される。なお、壁部９０Ｃの外部には導風部９２が設けられ、放熱Ｄは、導風部９２に導かれる冷却風により、高い放熱効率で放熱部９１Ｂより外部に放熱される。

（効果）
蛍光発光を励起して用いる光源装置において、励起光源部である蛍光体ホイールは、埃の付着を防止するために密閉収納されていることが好ましい。しかし、蛍光体ホイールを格納容器であるホイールハウスに密閉すると、蛍光体の発熱で格納容器内の雰囲気温度が高くなる一方で熱せられた空気が外気と循環できなくなる。このため、例えばファンで蛍光体ホイールの蛍光体に送風したとしても蛍光体ホイールを十分に冷却できず、温度上昇による効率が低下する場合や信頼性が低下する場合があった。

さらに、半導体レーザのような固体光源を用いて蛍光発光を励起して用いる光源装置においては、励起光を蛍光に変換する蛍光変換部における発熱を適切に冷却することが求められる。ここで、蛍光を発光する蛍光体ホイールは、自身が回転することにより蛍光体への局所的なエネルギーの集中を回避して蛍光体の温度上昇を防いでいる。一方、連続的な励起による発熱が大きく、蛍光体の温度が上昇し、蛍光体の温度消光による蛍光変換効率が低下する場合があった。

本実施の形態では、蛍光体ホイール７０を格納する格納容器９０において、発熱源である蛍光体７３の直近にある壁部９０Ｃの内面に吸熱塗料を塗布して受熱部９１Ａを構成している。蛍光体７３からの熱伝導による放熱に加えて、赤外の電磁波による受熱部９１Ａへの熱輸送を用いることで、蛍光体ホイール７０の蛍光体７３をより一層適切に冷却することが可能となる。
（変形例）
上記実施の形態１に係る冷却部９１の構成は、図５に示すものに限定されず、以下のような形態であっても、同様の効果が得られる。上述した冷却部９１の別の構成について、図８および図９を用いて以下で説明する。
図８は、本開示の実施の形態１にかかる光源装置の別の構成を示す構成図である。図９は、冷却部の別の構成を示す図である。図９は、壁部９０Ｃを透明基板７１の光出射面側から見た透視図である。

図８、図９に示すように、冷却部９１０は受熱部９１Ｃと放熱部９１Ｄとで構成されている。冷却部９１０は、壁部９０Ｅ（格納容器９０の天井面）に設けられた開口を介して格納容器９０内に挿入されている。
受熱部９１Ｃは板状である。受熱部９１Ｃの表面には吸熱塗料が塗布されている。受熱部９１Ｃは、蛍光体ホイール７０の発熱源である蛍光体７３の少なくとも正面に設けられている。なお、受熱部９１Ｃは、蛍光体ホイール７０の全面を覆うように備えられてもよい。
放熱部９１Ｄは、例えば放熱フィンであって、壁部９０Ｅの外部に備えられている。受熱部９１Ｃの一端と放熱部９１Ｄは接続されているため、受熱部９１Ｃと放熱部９１Ｄは熱的に接続されている。放熱部９１Ｄは、ファン９３により強制冷却されることで、冷却効果を得る。

［実施の形態２］
図１０は、本開示の実施の形態２である投写型映像表示装置の構成を示す図である。以下において、図１と同一の構成部分には同一の符号を付して、実施の形態１との相違点について、主に説明する。

実施の形態１は、空間変調素子として１枚のＤＭＤ４１を用いた例であり、光源装置１０で時分割に生成される基準映像光に対応した画像を、時分割に投写することで画像表示を行う。本開示の実施の形態２では、３枚の空間変調素子であるＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）４１１Ｒ, ４１１Ｇ, ４１１Ｂを用いた３板式の液晶プロジェクタの例について説明する。

（光源装置１１１の構成）
本実施の形態の投写型映像表示装置１０１は、白色光Ｗを出射する光源装置１１１を備える。

光源装置１１１は、光源２０と、集光レンズ３０と、拡散板６０と、蛍光体７３０が設けられた蛍光体ホイール７０１と、レンズ３１およびレンズ３２と、とを備える。光源２０は、励起光Ｅを出射する。集光レンズ３０は、光源２０の出射光を集光する。蛍光体ホイール７０１は、励起光Ｅの励起によって蛍光Ｆを出射する。レンズ３１およびレンズ３２は、蛍光体ホイール７０１を出射する蛍光Ｆを略平行光にコリメートする。

光源２０は、青色基準光Ｌｂ（例えば、波長４５５ｎｍ）を出射する半導体レーザ２１と、半導体レーザ２１からの光を平行光化するコリメータレンズ２２とがマトリックス状に配列して構成されたアレイ光源２３である。

図１１に蛍光体ホイール７０１の構成図を示す。図１１の（ａ）は図１０の＋ｙ方向から見た蛍光体ホイール７０１の側面断面図である。図１１の（ｂ）は図１１の（ａ）の左側（図１０の－ｚ方向）から見た蛍光体ホイール７０１の正面図である。

蛍光体ホイール７０１は、実施の形態１で使用される蛍光体ホイール７０とは異なり、透明基板上に一種類の蛍光体７３０を円環状に備えて構成される。ここで、蛍光体７３０は緑色基準光Ｌｇと赤色基準光Ｌｒを含む黄色蛍光Ｆｙを発光する黄色蛍光体Ｐｙであり、光源２０から入射する励起光Ｅにより、黄色蛍光Ｆｙを発光する。ここで、蛍光体ホイール７０１は、モータ７４で回転することによって、蛍光体７３０への熱の蓄積を分散して、蛍光体７３０を冷却する。

光源装置１１１は、光源２０を出射した励起光Ｅによって蛍光体ホイール７０１で励起された緑色基準光Ｌｇと赤色基準光Ｌｒを含む黄色蛍光Ｆｙと、蛍光体ホイール７０１で吸収されずに透過する青色基準光であるＬｂとが混ざり合うことにより、白色光Ｗを出射する。

（全体構成）
光源装置１１１を出射した白色光Ｗは、レンズアレイ３００、レンズアレイ３０１、偏光変換素子３０２、コンデンサーレンズ３０３により、ＬＣＤ４１１Ｒ, ４１１Ｇ, ４１１Ｂに均一に照明される。ここで、コンデンサーレンズ３０３を出射した白色光Ｗは、ダイクロイックミラー３０４Ｃで赤色基準光Ｌｒと、緑色基準光Ｌｇ及び青色基準光Ｌｂのシアン合成光Ｌｃに分光される。シアン合成光Ｌｃは、ミラー３０５Ｇで緑色基準光Ｌｇと、青色基準光Ｌｂに分光される。

赤色基準光Ｌｒは、ミラー３０５Ｒで反射された後、レンズ３０６Ｒ、入射側偏光板３０７Ｒを透過し、ＬＣＤ４１１Ｒ（赤色ＬＣＤ）で映像光に変調されて出射側偏光板３０８Ｒを通して色合成プリズム４２１に導かれる。

緑色基準光Ｌｇは、ミラー３０５Ｇで反射された後、レンズ３０６Ｇ、入射側偏光板３０７Ｇを透過し、ＬＣＤ４１１Ｇ（緑色ＬＣＤ）で映像光に変調されて出射側偏光板３０８Ｇを通して色合成プリズム４２１に導かれる。

青色基準光Ｌｂは、ミラー３０４Ｂ、３０５Ｂで反射された後、レンズ３０６Ｂ、入射側偏光板３０７Ｂを透過し、ＬＣＤ４１１Ｂ（青色ＬＣＤ）で映像光に変調されて出射側偏光板３０８Ｂを通して色合成プリズム４２１に導かれる。

映像光に変調された青色基準光Ｌｂ、緑色基準光Ｌｇ、赤色基準光Ｌｒは、色合成プリズム４２１で合成されて、投写レンズ５０によって図示しないスクリーンに拡大投写される。

（蛍光体格納容器９０１の構成）
図１２を用いて、蛍光体ホイール７０１の格納容器９０１の構成を説明する。格納容器９０１は、光源装置１１１の少なくとも蛍光体ホイール７０１を収納する密閉型の格納容器である。格納容器９０１は、壁部９０１Ａ、９０１Ｂ、９０１Ｃ、９０１Ｄ、９０１Ｅ（天井面）、９０１Ｆ（底面）で構成されている。本実施の形態では、格納容器９０１は蛍光体ホイール７０１とともに、拡散板６０、レンズ３１とを収納する。すなわち、拡散板６０は壁部９０１Ａに設けられた図示しない窓部にその一部が格納容器９０１に入るように取り付けられる。また、レンズ３１が壁部９０１Ｃに設けられた図示しないレンズ取付け窓に取り付けられて、そのレンズ３１の平坦側の一部が格納容器９０１に収納される。

このように、拡散板６０は、格納容器９０１の壁部９０１Ａにおいて、内部と外部の境界を兼ねた光の通り道である。拡散板６０は、壁部９０１Ａの外部に光入射面を、内部に光出射面を備える。

また、レンズ３１は格納容器９０１の壁部９０１Ｃにおいて内部と外部の光の通り道となる境界を兼ね、壁部９０１Ｃの内側に光入射面を、外側に光出射面を備える。

格納容器９０１の図１２の一点鎖線で示す壁部９０１Ａ、９０１Ｂ、９０１Ｃ、９０１Ｄの内面には、蛍光体７３０の熱、及び、格納容器９０１中の空気の熱を吸収する吸熱塗料が塗布された受熱部９１１Ａを備える。また、図１２の二点鎖線で示す壁部９０１Ａ、９０１Ｂ、９０１Ｃ、９０１Ｄの外面には、受熱部９１１Ａで吸収した熱を格納容器９０１の外部に放熱する放熱部９１１Ｂを備える。なお、蛍光体７３０で発生する熱源に対向する受熱部９１１Ａにおいては、受熱効果を高めるために、蛍光体ホイール７０１の蛍光体７３０と近接して配置される。

ここで、受熱部９１１Ａに塗布される吸熱塗料は、壁部９０１Ａにおいては、光の通り道である拡散板６０を除いた内面側の全面に塗布される。９０１Ｃにおいては、レンズ３１の取付け部を除いた内面側の全面に塗布される。９０１Ｂと９０１Ｄにおいては、内面側の全面に塗布される。

壁部９０１Ａ、９０１Ｂ、９０１Ｃ、９０１Ｄで受熱した熱を放熱する放熱部９１１Ｂは、例えば、吸熱塗料と同じ樹脂組成物である放熱塗料層である。なお、放熱部９１１Ｂの別の例として、壁部に一体形成された放熱フィンでもよい。

格納容器９０１は、格納容器９０１の外面を冷却するため、導風部９２１中に配置される。図示しないダクトと冷却ファンで導風部９２１に冷却風を例えば＋ｙ方向に導くことで、格納容器９０１を冷却する。

（効果）
本実施の形態では、蛍光体ホイール７０１を格納する格納容器９０１において、格納容器９０１で発生する熱を容器の全面で吸収し、外部に放熱することで、蛍光体ホイール７０１の蛍光体７３０をより一層適切に冷却することが可能となる。

［実施の形態３］
図１３は、本開示の実施の形態３である投写型映像表示装置の構成を示す図である。以下において、図１０と同一の構成部分には同一の符号を付して、実施の形態２との相違点について、主に説明する。

実施の形態２は、蛍光発光部として、透明基板７１に蛍光体７３０を備える透過型の蛍光体ホイール７０１を用いた例である。具体的には、蛍光体７３０への励起光Ｅの入射方向と蛍光Ｆの出射方向を一直線に配置した光源装置である。本開示の実施の形態３では、金属基板７１２に蛍光体７３０を備えた反射型の蛍光体ホイール７０２を用い、励起光Ｅと蛍光Ｆを同一方向より入射した３板式の液晶プロジェクタの例について説明する。

（光源装置１１２の構成）
本実施の形態の投写型映像表示装置１０２は、白色光Ｗを出射する光源装置１１２を備える。

光源装置１１２は、光源２０と、集光レンズ３０と、拡散板６０と、波長板６２と、レンズ３１およびレンズ３２とで構成される。光源２０は、励起光Ｅを出射する。集光レンズ３０は、光源２０の出射光を、ダイクロイックミラー６１を介して蛍光体ホイール７０２に集光する。波長板６２は、励起光Ｅの偏光方向を９０度回転させるλ／４波長板である。レンズ３１およびレンズ３２は、蛍光体ホイール７０２に入射する光を集光して且つ出射する蛍光Ｆを略平行光にコリメートする。

光源２０は、Ｓ偏光の励起光Ｅである青色基準光Ｌｂ（例えば、波長４５５ｎｍ）を出射する。この青色基準光Ｌｂは、ダイクロイックミラー６１で反射されたのち、λ／４波長板である波長板６２を透過して円偏光に変換される。変換された青色基準光Ｌｂは、レンズ３１およびレンズ３２により集光されて、蛍光体ホイール７０２の蛍光体７３０に入射する。

蛍光体ホイール７０２は、蛍光体ホイール７０１とは異なり、アルミなどの金属基板７１２の表面にアルミ増反射膜などの反射膜７２２を備え、反射膜７２２の表面に蛍光体７３０を塗布して構成される。かかる構成であれば、励起光Ｅの入射方向と蛍光Ｆの出射方向が同じとなる、反射型の蛍光体ホイール７０２を構成できる。この蛍光体ホイール７０２に、熱伝導率の高い金属基板７１２を用いることで、蛍光体７３０で発生する熱を拡散し、放熱する効果が高くなる。これにより、より高出力の励起光Ｅを入射させて、より高出力の蛍光Ｆを発光する、高輝度用の白色光源Ｗを構成することが可能となる。ここで、蛍光体７３０は緑色基準光Ｌｇと赤色基準光Ｌｒを含む黄色蛍光Ｆｙを発光する黄色蛍光体Ｐｙであり、光源２０から入射する励起光Ｅにより、黄色蛍光Ｆｙを発光する。また、蛍光体７３０で吸収されない青色基準光Ｌｂは、反射膜７２２で反射して、レンズ３１、３２を透過し、再度、波長板６２を透過することによりＰ偏光に変換されて、ダイクロイックミラー６１を透過する。

このようにして、光源装置１１２は、蛍光体ホイール７０２を出射する黄色蛍光Ｆｙと、蛍光体７３０で吸収されない青色基準光Ｌｂが混ざり合うことにより、白色光Ｗを出射する。

（蛍光体格納容器９０２の構成）
実施の形態３における蛍光体格納容器９０２は、光源装置１１２の少なくとも蛍光体ホイール７０２を収納する密閉型の格納容器である。実施の形態３における蛍光体格納容器９０２は、実施の形態２における拡散板６０およびこの拡散板６０が配置される窓部が無い構成を除けば、実施の形態２と同一構成となっている。すなわち、実施の形態３の格納容器９０２は、壁部９０２Ａ、９０２Ｂ、９０２Ｃ、９０２Ｄ、９０２Ｅ（天井面）、９０２Ｆ（底面）で構成されている。本実施の形態では、格納容器９０２は、蛍光体ホイール７０２と光の通り道であるレンズ３１を収納する。すなわち、レンズ３１が壁部９０２Ｃに設けられた図示しないレンズ取付け窓に取り付けられて、そのレンズ３１の平坦側の一部が格納容器９０２に収納される。

格納容器９０２は、壁部９０２Ａ、９０２Ｂ、９０２Ｃ、９０２Ｄ、９０２Ｅ、９０２Ｆの内面に吸熱塗料を塗布することで受熱部を構成しており、格納容器９０２を冷却する。

（効果）
本実施の形態では、反射型の蛍光体ホイール７０２を格納する格納容器９０２において、格納容器９０２で発生する熱を容器の全面で吸収し、外部に放熱することで、蛍光体ホイール７０２の蛍光体７３０をより一層適切に冷却することが可能となる。

なお、上述の実施の形態１～３は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、蛍光体励起光源を使用する光源装置、及びそれを使用した投写型映像表示装置に適用可能である。

１０、１１１、１１２ 光源装置
１１ 照明装置
１２ 映像表示部
１３ 投写系
２０ 光源
２１ 半導体レーザ
３０ 集光レンズ
３１、３２、３３、３５、３６、３７ レンズ
３４ ロッドインテグレータ
４１ ＤＭＤ
４２ 全反射プリズム
５０ 投写レンズ
７０、７０１、７０２ 蛍光体ホイール
７１、８１ 透明基板
７２ａ、８３ 反射防止膜
７２ｂ ダイクロイック膜
７３、７３０ 蛍光体
７３ａ 第１蛍光体領域
７３ｂ 第２蛍光体領域
７４、８４ モータ
７５ 透過領域
８０ カラーフィルタホイール
８２ ダイクロイック膜
８２ａ、８２ｂ、８２ｃ カラーフィルタ
８５ 光拡散領域
９０、９０１、９０２ 格納容器
９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄ、９０Ｅ、９０Ｆ 壁部
９０１Ａ、９０１Ｂ、９０１Ｃ、９０１Ｄ、９０１Ｅ、９０１Ｆ 壁部
９０２Ａ、９０２Ｂ、９０２Ｃ、９０２Ｄ、９０２Ｅ、９０２Ｆ 壁部
９１、９０１ 冷却部
９１Ａ、９１１Ａ 受熱部
９１Ｂ、９１１Ｂ 放熱部
９２、９２１ 導風部
３０６Ｒ、３０６Ｇ、３０６Ｂ レンズ
１００、１０１、１０２ 投写型映像表示装置
Ｅ 励起光
Ｆ 蛍光
Ｈ 発熱
М 熱伝導
Ｎ 自然放熱
Ａ 熱吸収
Ｄ 放熱

Claims (12)

1. 励起光源と、
   前記励起光源からの励起光で蛍光発光する蛍光板と、
   冷却風が流れる導風部と、
   前記導風部の外側に位置し、前記蛍光板を収納する格納容器と、を備え、
   前記格納容器は、
   その内部であって前記蛍光板の蛍光出射面に対向する位置に前記蛍光板が放出する熱を受熱する受熱部と、
   その外面であって前記冷却風が流れる位置に前記受熱部が受熱した熱を放熱する放熱部と、を有し、
   前記受熱部と前記放熱部とは熱的に接続されている
   光源装置。
2. 前記受熱部は、吸熱塗料層である、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記受熱部は、メッキ処理が施された層である、請求項１に記載の光源装置。
4. 前記受熱部は、アルマイト層である、請求項１に記載の光源装置。
5. 前記受熱部と前記放熱部とは前記格納容器の壁部を介して対向して設けられている、請求項１に記載の光源装置。
6. 前記蛍光板の前記蛍光出射面には蛍光体が備えられ、前記受熱部は前記蛍光体の少なくとも正面に対向する位置に設けられる、請求項１に記載の光源装置。
7. 前記放熱部は放熱塗料層である、請求項１に記載の光源装置。
8. 前記吸熱塗料層は、バインダとなる樹脂と１つ以上の金属酸化物と、を含む樹脂組成物で構成される、請求項２に記載の光源装置。
9. 前記放熱部は前記導風部の壁面の一部を構成する、請求項１に記載の光源装置。
10. 前記放熱部は前記導風部の壁面のうち、一つの面のみを構成する、請求項９に記載の光源装置。
11. 前記一つの面は、前記導風部を流れる風の方向に沿う面である、請求項１０に記載の光源装置。
12. 請求項１に記載の光源装置と、
    前記光源装置から出射された基準光を均一化して照明光を出射する照明装置と、
    前記照明装置からの前記照明光を映像信号で変調して映像光を出射する映像表示部と、
    前記映像表示部からの映像光を拡大して投写する投写系と、を備える、
    投写型映像表示装置。

Images