光源装置以及投影型显示装置的制作方法

本公开涉及利用投影透镜将通过用照明光照射的图像形成元件而形成的图像放大投影到屏幕上的投影型显示装置。

背景技术：

作为使用了反射镜偏转型的数字微反射镜器件(dmd)、液晶面板的光阀的投影型显示装置的光源，公开有很多使用长寿命的半导体激光器、发光二极管等固体光源的光源装置。其中，公开有使用蓝色、绿色、红色的固体光源的宽色域且效率高的光源装置。

当使用相干性高的激光在屏幕上形成图像时产生斑点噪声，专利文献1公开了利用能旋转的漫射板来消除该斑点噪声的技术。此外，在专利文献2中，作为其他斑点噪声的消除手段，公开了使用多个使多个漫射程度发生变化的高分子分散板的结构。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：jp特开平6-208089号公报

专利文献2：国际公开第2007/116935号

技术实现要素：

本公开提供消除斑点噪声和微小的亮度不均匀并且宽色域、小型、高亮度的光源装置以及投影型显示装置。

本公开的投影型显示装置的光源装置具备：射出蓝、绿、红各色光的固体光源；将来自固体光源的色光合成的多个分色镜；入射由多个分色镜合成的合成光的第1漫射板；以及配置在来自第1漫射板的合成光进行会聚以及发散的位置的动态漫射板。

发明效果

根据本公开，通过蓝色、绿色、红色的固体光源、将来自固体光源的会聚光合成的小型的分色镜、动态漫射板、以及配置在动态漫射板之前的第1漫射板，能够构成消除斑点噪声和微小的亮度不均匀并且宽色域、小型、高亮度的光源装置。因此，能够实现宽色域、小型、高亮度的投影型显示装置。

附图说明

图1是实施方式1的光源装置的结构图。

图2是表示实施方式1的分色镜的分光特性和光源光谱特性的图。

图3是实施方式1的旋转漫射板的结构图。

图4是实施方式2的投影型显示装置的结构图。

图5是实施方式3的投影型显示装置的结构图。

符号说明

30红色半导体激光器

31、37、43准直透镜

32、38、44散热板

33红色激光源

34、40、46热沉

35、41、47光束

36绿色半导体激光器

39绿色激光源

42蓝色半导体激光器

45蓝色激光源

48、309红色反射的分色镜

49、204、308蓝色反射的分色镜

50、51、52、59聚光透镜

53、58漫射板

54反射镜

55圆形漫射板

56马达

57旋转漫射板

60、63光源装置

61漫射区域

62平滑面区域

200、300投影型显示装置

201、202透镜阵列板

203重叠用透镜

205绿色反射的分色镜

206、207、208、303反射镜

209、210、302中继透镜

211、212、213、304场透镜

214、215、216入射侧偏振板

217、218、219液晶面板

220、221、222射出侧偏振板

223色合成棱镜

224、313投影透镜

301棒

305全反射棱镜

306空气层

307彩色棱镜

310、311、312dmd

具体实施方式

以下，参照附图说明实施方式。

(实施方式1)

图1是本公开的实施方式1的光源装置60的结构图。

红色激光源33包括作为红色固体光源的红色半导体激光器30、准直透镜31和散热板32。绿色激光源39包括作为绿色固体光源的绿色半导体激光器36、准直透镜37和散热板38。蓝色激光源45包括作为蓝色固体光源的蓝色半导体激光器42、准直透镜43和散热板44。

此外，光源装置60具备：热沉34、40、46、红色反射的分色镜48、蓝色反射的分色镜49、聚光透镜50、51、52、59、漫射板53、58、作为包括圆形漫射板55和马达56的动态漫射板的旋转漫射板57、反射镜54。图1示出从半导体激光源射出的各光束35、41、47的状况和向红色反射的分色镜48、蓝色反射的分色镜49入射以及射出的光的偏振方向。漫射板53相当于第1漫射板，漫射板58相当于第2漫射板。

红色激光源33将以正方形配置了24个(6×4)的红色半导体激光器30和准直透镜31按照固定的间隔以二维状配置在散热板32上。红色半导体激光器30在632nm至648nm的波长宽度下发出红色光，射出直线偏振的光。在红色半导体激光器30射出的光由相对应的准直透镜31分别会聚而变换成平行的光束35。光束35群入射到红色反射的分色镜48并发生反射。热沉34用于冷却红色激光源33。

绿色激光源39将以正方形配置了24个(6×4)的绿色半导体激光器36和准直透镜37按照固定的间隔以二维状配置在散热板38上。绿色半导体激光器36在517nm至533nm的波长宽度下发出绿色光，射出直线偏振的光。在绿色半导体激光器36射出的光由相对应的准直透镜37分别会聚而变换成平行的光束41。光束41群入射到红色反射的分色镜48并透过。将各色的半导体激光器配置成从绿色、红色半导体激光器30、36射出的偏振光相对于红色反射的分色镜48的入射面成为s偏振光。热沉40用于冷却绿色激光源39。

蓝色激光源45将以正方形配置了8个(2×4)的蓝色半导体激光器42和准直透镜43按照固定的间隔以二维状配置在散热板44上。蓝色半导体激光器42相对于红色、绿色的半导体激光器来说，单一半导体激光器的光输出、发光效率较高，并且期望的白色光色度所需的蓝色的光输出较小，因此包括1/3以下的半导体激光器个数。

将半导体激光器配置成从蓝色半导体激光器42射出的偏振光相对于蓝色反射的分色镜49的入射面成为s偏振光。热沉46用于冷却蓝色激光源45。

蓝色半导体激光器42在447nm至462nm的波长宽度下发出蓝色光，射出直线偏振的光。在蓝色半导体激光器42射出的光由相对应的准直透镜43分别会聚而变换成平行的光束47。光束47群入射到聚光透镜51。

由红色反射的分色镜48合成的红色激光和绿色激光入射到聚光透镜50。聚光透镜50将所入射的平行光变换成约±12度的进行会聚的光。透过了聚光透镜50的光入射到蓝色反射的分色镜49并透过。另一方面，蓝色激光在由聚光透镜51变换成进行会聚的光后，入射到蓝色反射的分色镜49并进行反射。

图2示出红色反射的分色镜和蓝色反射的分色镜的分光透过率特性。图2还示出蓝色、绿色、红色的激光的相对强度光谱。

红色反射的分色镜48在入射角成为45度的配置下具有透过96％以上的绿色激光并反射98％以上的红色激光的特性。将透过率成为50％的半波长设为绿色激光的主波长525nm与红色激光的主波长640nm的中间的波长即583nm。

蓝色反射的分色镜49在入射角成为45度的配置下具有透过96％以上的红色激光和绿色激光且反射98％以上的蓝色激光的特性。将透过率成为50％的半波长设为蓝色激光的主波长465nm与绿色激光的主波长525nm的中间的波长即495nm。

红色激光和绿色激光向红色反射的分色镜的入射角是45度。相对于此，蓝色激光成为会聚光而入射到蓝色反射分色镜，其入射角是45度±12度。

因此，蓝色反射的分色镜49的分光透过率特性根据入射角而进行-20至+20nm程度的波长偏移。但是，由于蓝色激光和绿色激光的主波长的差是60nm，所以对于各激光没有透过率以及反射率特性的降低。

在对蓝色反射的分色镜的入射角的变化进一步增大而导致激光的透过率以及反射率降低这样的情况下，使用即使入射角发生变化半波长也固定的膜厚分布型的分色镜。

在蓝色反射的分色镜49透过、反射的各激光入射到聚光透镜52。决定其透镜形状，使得聚光透镜52与聚光透镜50、51相组合从而使各激光在旋转漫射板57的附近会聚。透过聚光透镜52的激光在漫射板53发生漫射后被反射镜54反射，入射到旋转漫射板57。漫射板53通过将形成在玻璃基板上的精细的微透镜形成为阵列状从而构成漫射面，对入射的光进行漫射。通过设为微透镜形状，与使用氢氟酸等溶液将玻璃表面加工成精细的凹凸形状的化学处理的漫射板相比，能够减小最大扩展角度从而能够减少漫射损失。成为漫射光的最大强度的50％的半值角宽度的漫射角度小到大致6度，保持偏振光特性。若将光强度相对于峰值强度成为13.5％的直径定义为光点直径，则重叠为光点直径为3mm～5mm的点光，入射到旋转漫射板57。漫射板53使光进行漫射，使得该点光的直径成为期望的光点直径。

图3示出旋转漫射板的结构，图3的(a)示出俯视图，图3的(b)示出侧视图。圆形漫射板55为了设置与马达56之间的紧贴性高的接合面而设置平滑面区域62。

旋转漫射板57具备设置有在玻璃基板上的表面圆周状地形成了精细的凹凸形状的漫射区域61的圆形漫射板55，并且在中央部具有马达56，能够进行旋转控制。旋转漫射板57是能以10800rpm程度为止的高速进行旋转的漫射板。

在漫射区域使用化学处理的漫射板，漫射角为大致12度，维持偏振光特性。化学处理的漫射板也能对玻璃基板的两面形成，相比微透镜阵列的漫射板，能够增大漫射角，并且能够比较廉价地构成大型尺寸的漫射板。虽然化学处理的漫射板的最大扩展角变大，但是能够利用聚光透镜59效率良好地进行会聚。通过旋转漫射面，从而起因于激光的屏幕上的随机的干涉图案在时间上、空间上高速变动，能够消除斑点噪声。此外，利用漫射板53和旋转漫射板57，还能够减少起因于激光源的微小的发光尺寸和发光数的微小的亮度不均匀。

由旋转漫射板57漫射的光成为几乎消除了起因于激光的性质的斑点噪声的光，入射到漫射板58。漫射板58是在玻璃基板上形成有微透镜阵列的漫射板，漫射角度为大致6度，维持偏振光特性。由于通过漫射板58而进一步被漫射，因此能够消除起因于激光源的微小的发光尺寸和发光点数的亮度不均匀。漫射板53、旋转漫射板57、漫射板58都配置在光成为会聚光或者发散光的位置。通过配置在会聚光或者发散光的位置，即使是扩展后的光也能够由聚光透镜59效率良好地进行会聚，此外，由于能够将漫射板53、旋转漫射板57、漫射板58配置成小型，所以能够构成廉价且小型的光源装置。透过了漫射板58的光由聚光透镜59会聚，并变换成大致平行光。

聚光透镜59按照使旋转漫射板57附近的点光成为平行光的方式来决定形状。从红色、绿色、蓝色的激光源至聚光透镜59的光学元件维持偏振光特性，因此来自聚光透镜59的射出光射出s偏振的光。

可以将红色反射的分色镜48设为绿色反射的分色镜，并变更绿色激光源和红色激光源的配置。

虽然示出了平行光入射到红色反射的分色镜48的结构，但是也可以配置成由聚光透镜使从红色激光源、绿色激光源射出的光成为会聚光，且会聚光入射到红色反射的分色镜，从而使分色镜小型化。

漫射板53、58使用微透镜阵列的漫射板进行了说明，但是也可以使用会聚效率稍稍降低但廉价的化学处理的漫射板。

旋转漫射板57的圆形漫射板55使用化学处理的漫射板进行了说明，但是也可以使用高价的微透镜阵列的漫射。旋转漫射板57可以是不进行旋转而进行摆动、振动的动态的漫射板。

也可以将旋转漫射板57设为低速旋转，并在漫射板、反射镜设置用于降低斑点噪声的摆动或者振动的机构。为了增加激光的光束数，反射镜54也可以使用表面反射率为30％、背面反射率为100％的多重反射镜，减少起因于激光的亮度不均匀。

红色激光源、绿色激光源、蓝色激光源分别示出配置了24个、24个、8个半导体激光器元件的结构，但是也可以为了高亮度化而使用更多的半导体激光器元件来构成。

如以上所述，本公开的光源装置通过入射来自红色、绿色、蓝色的激光源的会聚光的分色镜和入射会聚光或者发散光的多个漫射板，从而能够构成小型的光源装置。此外，通过旋转漫射板和配置在旋转漫射板之前的第1漫射板，能够消除激光固有的斑点噪声、亮度不均匀。因此，本公开的光源装置能够小型且得到宽色域的白色光。

(实施方式2)

图4是表示本公开的实施方式2所涉及的第1投影型显示装置的图。

第1投影型显示装置200使用tn模式或者va模式的、在像素区域形成了薄膜晶体管的有源矩阵方式的透过型的液晶面板，作为图像形成元件。

第1投影型显示装置200的光源装置60包括：红色激光源33、绿色激光源39、蓝色激光源45、热沉34、40、46、红色反射的分色镜48、蓝色反射的分色镜49、聚光透镜50、51、52、漫射板53、反射镜54、包括圆形漫射板55和马达56的旋转漫射板57、漫射板58、聚光透镜59。以上是本公开的实施方式1记载的光源装置。

第1投影型显示装置200还具备：第1透镜阵列板201、第2透镜阵列板202、重叠用透镜203、蓝色反射的分色镜204、绿色反射的分色镜205、反射镜206、207、208、中继透镜209、210、场透镜211、212、213、入射侧偏振板214、215、216、液晶面板217、218、219、射出侧偏振板220、221、222、包括红色反射的分色镜和蓝色反射的分色镜的色合成棱镜223、投影透镜224。

来自光源装置60的白色光入射到包括多个透镜元件的第1透镜阵列板201。入射到第1透镜阵列板201的光束被分割成许多光束。分割后的许多光束聚光到包括多个透镜的第2透镜阵列板202。第1透镜阵列板201的透镜元件是与液晶面板217、218、219为相似形的开口形状。第2透镜阵列板202的透镜元件决定其焦距，使得第1透镜阵列板201与液晶面板217、218、219大致成为共轭关系。从第2透镜阵列板202射出的光入射到重叠用透镜203。重叠用透镜203是用于将从第2透镜阵列板202的各透镜元件射出的光重叠照明在液晶面板217、218、219上的透镜。第1以及第2透镜阵列板201、202和重叠用透镜203构成照明光学系统。

来自重叠用透镜203的光被作为色分离单元的蓝色反射的分色镜204、绿色反射的分色镜205分离成蓝、绿、红的色光。绿色光透过场透镜211、入射侧偏振板214入射到液晶面板217。蓝色光被反射镜206反射后，透过场透镜212、入射侧偏振板215而入射到液晶面板218。红色光在中继透镜209、210、反射镜207、208进行透过折射以及反射，并透过场透镜213、入射侧偏振板216而入射到液晶面板219。这样，来自光源装置60的光由照明光学系统会聚而对作为被照明区域的液晶面板进行照明。

三枚液晶面板217、218、219通过与影像信号相应的对像素的施加电压的控制而使入射的光的偏振状态发生变化，将在各个液晶面板217、218、219的两侧配置为使透过轴正交的各个入射侧偏振板214、215、216以及射出侧偏振板220、221、222进行组合从而对光进行调制，形成绿、蓝、红的图像。

透过射出侧偏振板220、221、222的各色光利用色合成棱镜223，红、蓝各色光分别由红色反射的分色镜、蓝色反射的分色镜反射，并与绿色光合成，入射到投影透镜224。入射到投影透镜224的光被放大投影到屏幕(未图示)上。

以往，在来自使用了固体光源的光源装置的光是非偏振光的情况下，使用偏振光变换元件构成了投影型显示装置。在本公开中，由于来自光源装置的射出光是s偏振光，因此不需要偏振光变换元件。因此，能够实现投影型显示装置的会聚效率的提高和低成本化。

光源装置使用红色、绿色、蓝色的激光源而构成为小型，且射出三原色的色纯度高的白色光，因此能够实现小型、宽色域的投影型显示装置。此外，由于在图像形成单元使用不是时分割方式而是利用偏振光的三枚液晶面板，因此能够得到没有色彩断裂且色再现良好、明亮、高精细的投影图像。此外，相比使用三个dmd元件的情况，由于不需要全反射棱镜，且色合成用的棱镜成为45度入射的小型棱镜，因此投影型显示装置能够构成为小型。

如上所述，本公开的第1投影型显示装置使用具备红色、蓝色、绿色的激光源、对来自各激光源的色光进行合成的小型的分色镜、旋转漫射板和配置在旋转漫射板之前的第1漫射板的光源装置。因此，能够构成消除斑点噪声和亮度不均匀并且小型、宽色域的投影型显示装置。

作为图像形成元件，使用了透过型的液晶面板，但是也可以使用反射型的液晶面板来构成。通过使用反射型的液晶面板，能够构成更小型且高精细的投影型显示装置。

(实施方式3)

图5是表示本公开的实施方式3所涉及的第2投影型显示装置的图。作为图像形成元件，使用三个反射镜偏转型的dmd。

第2投影型显示装置300的光源装置63包括：红色激光源33、绿色激光源39、蓝色激光源45、热沉34、40、46、红色反射的分色镜48、蓝色反射的分色镜49、聚光透镜50、51、52、漫射板53、反射镜54、包括圆形漫射板55和马达56的旋转漫射板57、漫射板58。与本公开的实施方式1的光源装置的不同点在于未配置聚光透镜59。

从光源装置63射出的白色光向棒301会聚。向棒301入射的入射光通过在棒内部进行多次反射，从而光强度分布被均匀化而射出。来自棒301的射出光由中继透镜302会聚并被反射镜303反射后，透过场透镜304，入射到全反射棱镜305。

全反射棱镜305由两个棱镜构成，在彼此的棱镜的接近面形成薄的空气层306。空气层306对以临界角以上的角度入射的光进行全反射。来自场透镜304的光被全反射棱镜305的全反射面反射，入射到彩色棱镜307。

彩色棱镜307包括三个棱镜，在各个棱镜的接近面形成蓝色反射的分色镜308和红色反射的分色镜309。通过彩色棱镜307的蓝色反射的分色镜308和红色反射的分色镜309，分离成蓝、红、绿的色光，分别入射到dmd310、311、312。这样，来自光源装置63的光通过包括棒301的照明光学系统对设置了dmd的微反射镜的区域即被照明区域进行照明。

dmd310、311、312根据影像信号使微反射镜偏转而形成构成图像的光，并将其反射成入射到投影透镜313的光和向投影透镜313的有效范围外行进的光。由dmd310、311、312反射的光再次透过彩色棱镜307。在透过彩色棱镜307的过程中，分离后的蓝、红、绿各色光被合成而入射到全反射棱镜305。由于入射到全反射棱镜305的光以临界角以下入射到空气层306，所以在透过后入射到投影透镜313。这样，通过dmd310、311、312而形成的图像光被放大投影到屏幕(未图示)上。

漫射板58配置在旋转漫射板57与棒301之间，但也可以配置在发散光向漫射板入射的棒301与中继透镜302之间。

由于使用dmd，所以从光源装置射出的光可以不是直线偏振光。在该情况下，来自红色激光源、绿色激光源和蓝色激光源的光也可以是s偏振光、p偏振光中的任一种。此外，从激光源到漫射板58的光学元件可以不保持偏振光特性。

光源装置使用红色、绿色、蓝色的激光源而构成为小型，且射出三原色的色纯度高的白色光，因此能够实现小型、宽色域的投影型显示装置。由于对图像形成元件使用dmd，因此与使用液晶的图像形成元件相比，能够构成耐光性、耐热性高的投影型显示装置。进而，由于使用三个dmd，所以能够得到色再现良好、明亮、高精细的投影图像。

如以上所述，本公开的第2投影型显示装置使用具备红色、蓝色、绿色的激光源、对来自各激光源的色光进行合成的小型的分色镜、旋转漫射板和配置在旋转漫射板之前的第1漫射板的光源装置。因此，能够构成消除斑点噪声和亮度不均匀并且小型、宽色域的投影型显示装置。

作为图像形成元件，使用了三个dmd，但是也可以使用一个dmd来构成。通过使用一个dmd，能够构成更小型且廉价的投影型显示装置。

产业上的可利用性

本公开涉及使用了图像形成元件的投影型显示装置。