光源光學系統(tǒng)、使用其的光源裝置及圖像顯示裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光源光學系統(tǒng)、使用該光源光學系統(tǒng)的光源裝置及諸如投影儀的 圖像顯示裝置，尤其涉及一種使用激光二極管（LD)光源的光源裝置及安裝了使用LD光源 的光源裝置的投影顯示裝置。
【背景技術】
[0002] 近年來，開發(fā)了可以利用用于將從LD光源接收到的藍光轉換為綠光和紅光的熒 光體來顯示彩色圖像的投影儀。
[0003] 在US2010/0328632和US2011/0292349中討論了這種投影儀的示例。
[0004] US2010/0328632討論了除了作為熒光光而發(fā)出的綠光和紅光之外、還利用來自 LD光源的藍光來顯示彩色圖像的技術。旋轉熒光輪，所述熒光輪包括可以透過來自LD光 源的藍光的擴散層和作為熒光體（熒光粉）的熒光層。如果使用來自LD光源的藍光照射 擴散層，則藍光穿過熒光層并通過反射鏡被引導到照明光學系統(tǒng)。另一方面，如果使用來自 LD光源的藍光照射熒光層，則在光源的方向上發(fā)出綠光和紅光并通過分色鏡將綠光和紅光 引導到照明光學系統(tǒng)。
[0005] US2011/0292349討論了如下一種技術，即，除了作為熒光光而發(fā)出的綠光和紅光 之外，還使用從與LD光源分開設置的藍色發(fā)光二極管（LED)發(fā)出的藍光，從而顯示彩色圖 像。

【發(fā)明內容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于將來自光源的光引導到包括多個透鏡胞元 (lens cell)的復眼透鏡的光源光學系統(tǒng)，該光源光學系統(tǒng)包括：波長轉換元件，其被構 造成將從所述光源發(fā)出的光轉換為具有與從所述光源發(fā)出的光的波長不同的波長的轉換 光，并發(fā)出所述轉換光和具有與從所述光源發(fā)出的光的波長相同的波長的非轉換光；以及 包括第一區(qū)域和第二區(qū)域的光學元件，所述第一區(qū)域將來自所述光源的光通過透鏡單元 引導到所述波長轉換元件，所述第二區(qū)域將所述轉換光和所述非轉換光在與所述光源的 方向不同的方向上進行引導，其中，來自所述光源的光入射在所述光學元件的所述第一區(qū) 域上，所述轉換光和所述非轉換光入射在所述光學元件的所述第一區(qū)域上和所述第二區(qū) 域上，并且，其中，當沿著所述透鏡胞元的光軸的方向觀察的所述第一區(qū)域的面積是A，沿 著所述透鏡胞元的光軸的方向觀察的各個透鏡胞元的面積是B，并且n是自然數(shù)時，滿足 ： BX (n-0. 1)彡 A 彡 BX (n+0. 1)。
[0007] 根據(jù)以下參照附圖對示例性實施例的描述，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0008] 圖1是例示能夠安裝根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的光源裝置的投影顯示裝置的 結構的視圖。
[0009] 圖2A、圖2B和圖2C是例示根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的光源裝置的結構的 視圖。
[0010] 圖3A和圖3B是例不在本發(fā)明的第一不例性實施例中使用的來自光源的光和突光 光的光譜特性的視圖。
[0011] 圖4A、圖4B和圖4C是例示在本發(fā)明的第一示例性實施例中所使用的光學元件的 視圖。
[0012] 圖5A和圖5B是例示在本發(fā)明的第一示例性實施例中使用的光學元件的光譜反射 特性的視圖。
[0013] 圖6A、圖6B和圖6C是例示根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的光源裝置的結構的 視圖。
[0014] 圖7A和圖7B是例示在本發(fā)明的第二示例性實施例中使用的光學元件的光譜反射 特性的視圖。
[0015] 圖8A和圖8B是例示在本發(fā)明的第二示例性實施例中使用的光學元件的其他形態(tài) 的視圖。
[0016] 圖9A、圖9B和圖9C是例示根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的光源裝置的結構的 視圖。
[0017] 圖10是例示在本發(fā)明的第三示例性實施例中使用的光學元件的第一區(qū)域的光譜 反射特性的視圖。
[0018] 圖11A、圖11B和圖11C是例示根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實施例的光源裝置的結構 的視圖。
[0019] 圖12是例示在本發(fā)明的第四示例性實施例中所使用的光學元件的第一區(qū)域的光 譜反射特性的視圖。
[0020] 圖13A、圖13B和圖13C是例示根據(jù)本發(fā)明的第五示例性實施例的光源裝置的結構 的視圖。
[0021] 圖14A、圖14B和圖14C是例示根據(jù)本發(fā)明的第六示例性實施例的光源裝置的結構 的視圖。
[0022] 圖15A、圖15B和圖15C是例示根據(jù)本發(fā)明的第七示例性實施例的光源裝置的結構 的視圖。
[0023] 圖16是例示根據(jù)本發(fā)明的其他示例性實施例的會聚光學系統(tǒng)的結構的視圖。
[0024] 圖17是例示根據(jù)本發(fā)明的各個示例性實施例的光源裝置的結構的視圖。
[0025] 圖18是例示根據(jù)本發(fā)明的各個示例性實施例的光源裝置的結構的視圖。
[0026] 圖19A和圖19B是例示根據(jù)本發(fā)明的各個示例性實施例的光源裝置的結構的視 圖。
[0027] 圖20A、圖20B、圖20C和圖20D是例示根據(jù)本發(fā)明的各個示例性實施例的光源裝 置的變型例的結構的視圖。
[0028] 圖21A和圖21B是例示根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的光源裝置的變型例的結 構的視圖。
[0029] 圖22是例示根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的光源裝置的變型例的結構的視 圖。
【具體實施方式】
[0030] 熒光體將來自LD光源的藍光的波長轉換為綠光和紅光的波長。然而，不是所有的 藍光的波長都被轉換。因此，還存在波長未被熒光體轉換并且從熒光體返回到LD光源的非 轉換光。
[0031] 返回到LD光源的非轉換光趨于升高LD光源的溫度并降低LD光源的發(fā)光效率。因 此，返回到LD光源的非轉換光可能會導致諸如降低將要被投影的圖像的亮度的功能下降。
[0032] 本發(fā)明的實施例公開了一種能夠減少從波長轉換元件返回到光源的非轉換光的 量的光源光學系統(tǒng)。本發(fā)明的實施例旨在提供一種使用能夠投影比相同類型的傳統(tǒng)裝置更 亮的圖像的光源光學系統(tǒng)的光源裝置和圖像顯示裝置。
[0033] 以下將參照附圖以示例的方式來描述本發(fā)明的適當?shù)氖纠詫嵤├?。然而，根?jù) 實施本發(fā)明的裝置的結構和各種條件，在這些示例性實施例中所描述的組件的形狀和組件 的相對布置可以被適當?shù)馗淖?。也就是說，組件的形狀不被定義為將本發(fā)明的范圍局限于 以下示例性實施例。
[0034](投影顯示裝置的結構的說明）
[0035] 首先，參照圖1，給出投影顯示裝置100的結構的說明，所述投影顯示裝置100是能 夠安裝根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的光源裝置的圖像顯示裝置。
[0036] 顯示裝置（投影顯示裝置）100包括光源裝置21、偏光板20、分色鏡22、相位板（波 長選擇相位板）23和偏振光束分光器（PBS) (10a和10c)。
[0037] 此外，顯示裝置100包括針對各個顏色的A /4板（紅色A /4板24r、綠色:V /4板 24g和藍色入/4板24b)。
[0038] 此外，顯示裝置100包括針對各個顏色的液晶面板（反射型液晶面板）（紅色液晶 面板25r、綠色液晶面板25g和藍色液晶面板25b)，所述液晶面板是光調制元件。
[0039] 此外，顯示裝置100包括分光棱鏡26和投影透鏡30。也就是說，顯示裝置100是 所謂的反射型液晶投影儀。
[0040] 光源裝置21是根據(jù)下述的本發(fā)明的任一示例性實施例的光源裝置。
[0041] 偏光板20被構造成僅透過從光源裝置21接收到的白光（紅光llr、綠光llg和藍 光lib)當中的s偏振光（紅色s偏振光12r、綠色s偏振光12g和藍色s偏振光12b)。
[0042] 分色鏡22被構造成具有反射在綠色波長范圍內的光以及透過在紅色波長范圍內 的光和在藍色波長范圍內的光的反射特性。
[0043] 相位板23透過在藍色波長范圍內的偏振光而不改變該偏振光的偏振方向。另一 方面，相位板23被構造成將在紅色波長范圍內的偏振光的偏振方向改變90度。
[0044] PBS被構造成反射s偏振光并透過p偏振光。
[0045] A /4板對傾斜入射光給予往返A /2的相位差，從而提高PBS對傾斜入射光的檢光 效果。
[0046] 液晶面板根據(jù)圖像信號來改變入射在液晶面板上的光的偏振方向。此外，液晶面 板發(fā)出圖像光（紅圖像光13r、綠圖像光13g和藍圖像光13b)。通過液晶面板來改變圖像 光的偏振方向。
[0047] 分光棱鏡26被構造成具有反射在綠色波長范圍內的光以及透過在紅色波長范圍 內的光和在藍色波長范圍內的光的反射特性。
[0048] 投影透鏡30被構造成將在分光棱鏡26中合成的光引導到屏幕。
[0049] 給出了直到來自光源裝置21的白光11到達投影透鏡30為止的過程的描述。
[0050] 在來自光源裝置21的白光11當中，僅s偏振光穿過偏光板20并被引導到分色鏡 22。在s偏振光當中，綠色s偏振光12g被反射并引導到PBS 10a，紅色s偏振光12r和藍 色s偏振光12b穿過分色鏡22并被引導到PBS 10c。
[0051] 引導到PBS 10a的綠色s偏振光12g被PBS 10a反射并引導到綠色X /4板24g。 綠色s偏振光12g的偏振方向被綠色液晶面板25g改變，并且綠色s偏振光12g被綠色液 晶面板25g反射。在來自綠色液晶面板25g的光當中，p偏振光作為綠色圖像光13g被引 導到分光棱鏡26。
[0052] 另外，與綠色s偏振光12g類似地，被引導到PBS 10c的紅色s偏振光12r和藍色 s偏振光12b作為紅色圖像光13r和藍色圖像光13b被分別引導到分光棱鏡26。
[0053] 被引導到分光棱鏡26的紅色圖像光13r、綠色圖像光13g和藍色圖像光13b被合 成在一起，并且所合成的圖像光被引導到投影透鏡30。從而，可以在屏幕上投影并顯示彩色 圖像。
[0054] 以下描述可適用于光源裝置21的結構。
[0055] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的光源裝置包括光源1、熒光體（波長轉換元件）5、鏡 (光學元件）3、透鏡（準直透鏡）2和透鏡單元（聚光透鏡單元）4。
[0056] 光源1是LD光源，并且如圖3A中所示，發(fā)出具有約448nm峰值（中心）波長的藍 光。也就是說，在本發(fā)明的示例性實施例中，來自光源1的光是藍光。
[0057] 熒光體5 (參見圖2A)將藍光B1轉換（調制）為具有與藍光B1的波長不同的波 長的熒光光（轉換光），并發(fā)出熒光光和具有與藍光B1的波長相同的波長的非轉換光。如 圖3B中所示，熒光光主要包含綠光和紅光。
[0058] 鏡3包括具有將藍光B1引導到熒光體5的特性的區(qū)域31 (第一區(qū)域），以及具有 在與光源1的方向不同的方向上引導熒光光和非轉換光的特性的區(qū)域32 (第二區(qū)域）。 [0059] 透鏡2被構造成將藍光B1轉換（使準直）為平行（準直的）光束。
[0060] 透鏡單元4被構造成具有正折射光焦度（positive refractive power)以將藍光 B1引導到熒光體5,并且還將熒光光和非轉換光引導到鏡3。在本發(fā)明的示例性實施例中， 透鏡單元4包括總共三個透鏡。
[0061] 此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的光源裝置在區(qū)域31中包