CN104769497A - 光源以及图像投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光源以及图像投影装置。在将半导体发光元件与荧光体组合的光源中，高效地放射颜色纯度高的红色光。该光源具有：半导体发光元件；被固定或者旋转的第1波长变换部；和旋转的第2波长变换部，第2波长变换部具备吸收从半导体发光元件射出的射出光且放射与射出光不同的第2波长的光的第2波长变换区域、和透过射出光的透过区域，第1波长变换部吸收射出光，且放射比第2波长的光更长波长的第1波长的光，第1波长的光透过透过区域。

Description

光源以及图像投影装置
技术领域
本发明涉及被用于工业用投影仪、家庭投影仪、微型投影仪(picoprojector)等投影机、背投电视(rear projection TV)、平视显示器(head-updisplay)等的光源以及图像投影装置，特别涉及射出光的光输出大、光斑(speckle)小、射出光的指向性高的光源。
背景技术
作为特殊的照明光源，存在商店的筒灯(downlight)、投影仪光源、汽车等的前照灯(车前灯(headlight)等)等，这些光源中，使用了卤钨灯(halogen lamp)、高压水银灯、金属卤化物灯(metal halide lamp)等。其中，由于高压水银灯、金属卤化物灯等高亮度放电灯(High IntensityDischarge lamp)使用电弧放电，因此虽然能够高效率、高输出地放射指向性高的光，但另一方面，存在从点亮到稳定为止的时间长、由于含有水银因而环境负担大、以及到被定义为寿命的亮度减半为止的时间短等课题。
针对这样的课题，近年来，将发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、半导体激光等半导体发光元件用作光源的元件或激励光源的光源的开发正在盛行。作为使用了半导体发光元件的光源的结构，存在使用了通过改变半导体材料、组成来使发光波长在可见光(430～670nm)的范围内变化的半导体发光元件的结构、将半导体发光元件与荧光体组合来使发光波长、发光光谱变为所希望的波长的结构，根据用途提出了各种结构。
例如，在专利文献1、专利文献2中，提出了对放射蓝色、绿色、红色各自的光的LED、半导体激光进行了组合的光源。这些光源与现有的高亮度放电灯不同，能够使三原色的光分别在自由的定时射出，因此特别是对于面向显示器用途有用。但是，由于LED的射出光的扩展角较大，并且发光部的面积也较大，因此存在构成光源的光学系统中的光的利用效率较低、不能增大光源的光输出强度的课题。另一方面，虽然半导体激光的射出光的扩展角和发光部面积都较小，但由于射出光的干扰性较高，因此在将由半导体激光构成的光源用于显示器的情况下，特别是在绿色区域和红色区域，光斑噪声带来的画质的降低成为课题。
针对这样的课题，提出了通过将半导体激光、发光二极管和荧光体组合、或者将半导体激光和荧光体组合，来提高光利用效率并且抑制光斑噪声的方法。
例如，在专利文献3中，提出了将放射蓝色光的半导体激光(蓝色激光)、Y3(Al，Ga)5O12荧光体(绿色荧光体)、和红色发光二极管组合而成的光源。此外，在专利文献4中，提出了将蓝色激光、Y3(Al，Ga)5O12荧光体(绿色荧光体)、和(Sr，Ca，Al，Si，N)荧光体(红色荧光体)组合而成的光源。进一步地，在专利文献5中，提出了通过将放射紫外光的半导体发光元件和同时设置有红色、绿色、蓝色荧光体层的圆板组合，从而将三原色全部由荧光构成的光源的结构。
以下，使用图22，对专利文献5所示的现有的发光装置进行说明。
如图22所示，现有的发光装置具备：发出紫外光的发光二极管1003、在每个被划分的区域配置有包含红色、绿色、蓝色荧光体的荧光体层的色轮(color wheel)1004，通过色轮旋转，从发光二极管1003放射的光依次变换为红色、绿色、蓝色，按照以平均时间来观察的情况下放射出白色光的方式而被驱动。记载了在该结构中，作为蓝色荧光体，使用(Sr，Ca，Ba，Mg)10(PO4)6C12：Eu或(Ba，Mg)Al10O17：Eu，作为绿色荧光体，使用ZnS：Cu，Al或(Ba，Mg)Al10O17：(Eu，Mn)，关于红色荧光体使用Y2O2S：Eu。
另外，在图22中，1005是辅助光学元件，1006是中继透镜，1007是反射镜，1008是棱镜，1009是空间光调制器，1010是投影透镜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-252651号公报
专利文献2：日本特开平成11-064789号公报
专利文献3：日本特开2012-8409号公报
专利文献4：日本特开2012-068465号公报
专利文献5：日本特开2004-341105号公报
发明内容
但是，在现有结构中，举例有以下课题。首先，关于将蓝色激光、绿色荧光体、和红色LED组合的结构，半导体发光元件的种类具有多个，由于相互的电-光转换特性、温度特性不同，因此存在对合成光的颜色调整等需要复杂的控制等课题。另一方面，针对将不同种类的荧光体分别涂在同一轮盘(wheel)上并使其旋转的结构，(i)除了蓝色激光、和在旋转轮盘设置了绿色荧光体、红色荧光体，还设置了透过区域的方法(专利文献4等)，(ii)由紫外光源、和在各个区域形成有蓝色荧光体、绿色荧光体、红色荧光体的旋转轮盘构成的方法(专利文献5)，能够将半导体发光元件的种类设为1种。但是，针对专利文献4所述的(Sr，Ca，Al，Si，N)荧光体的、在活化剂中使用2价Eu离子的红色荧光体，除了光谱半值幅度宽、红色的颜色纯度低劣，还存在若激励光密度变高则变换效率急剧降低的课题。此外，针对专利文献5所述的活化剂是3价Eu离子的红色荧光体(Y2O2S：Eu)，虽然光谱半值幅度窄，但由于荧光寿命是毫秒量级，是与旋转轮盘的旋转时间(例如60Hz下为1周16.7毫秒)相同程度，因此产生由荧光光线的光轴偏移所导致的光获取效率的恶化、颜色切换时的混色的课题。
鉴于上述课题，本发明的目的在于，提供一种能够减少发光元件的种类，并且使颜色纯度高的红色光高效地射出的光源以及图像投影装置。
为了达到上述目的，本发明涉及的光源具有：一个或者多个半导体发光元件；第1波长变换部，其被配置在与半导体发光元件相离的位置；和第2波长变换部，其被配置在半导体发光元件与第1波长变换部之间并旋转，第2波长变换部至少具备吸收从半导体发光元件射出的射出光且放射主波长与射出光不同的第2光的第2波长变换区域、和透过射出光的透过区域，第1波长变换部吸收射出光，且放射主波长比第2光的主波长更长波长的第1光，第1光透过透过区域。
通过该结构，能够使照射到第1波长变换部的从半导体发光元件射出的光密度比照射到第2波长变换部的光密度低。因此，能够抑制因光饱和导致的变换效率降低，能够使长波长的光高效率地发光。
此外，也可以第1波长变换部包含第1荧光体，第2波长变换部包含与第1荧光体不同的第2荧光体。
通过该结构，能够使与从半导体发光元件射出的射出光的发光波长不同的波长的光放射，因此能够实现在不增加发光元件的种类的情况下，放射多个不同波长的光的光源。
此外，也可以第2荧光体的发光峰值波长处于500nm～600nm之间。
通过该结构，能够实现高效率地放射发光波长为绿色区域的光和发光波长比绿色区域更长波长的光的光源。
此外，也可以第1荧光体的发光峰值波长处于580nm～670nm之间。
通过该结构，能够实现高效率地放射发光波长是红色区域的光的光源。
此外，也可以在第2波长变换部，形成吸收射出光且放射主波长与第2光不同的第3光的第3波长变换区域。
此外，也可以第3波长变换区域与第2波长变换区域形成于第2波长变换部的同一面。
此外，也可以第3波长变换区域包含与第1荧光体以及第2荧光体不同的第3荧光体。
此外，也可以第3荧光体的发光峰值波长处于430nm～500nm之间。
此外，也可以射出光的发光峰值波长处于360nm～430nm之间。
通过该结构，能够使发光波长与第1波长变换部以及第2波长变换部不同的波长的光放射，能够使至少3种颜色的光高效率地从光源放射，能够实现颜色再现性好的图像投影装置。进一步地，通过将第3光设为蓝色区域，能够实现高效率地放射蓝色、绿色、红色光的光源。
此外，也可以在第2波长变换部，形成照射半导体发光元件的射出光且作为与射出光的偏振光方向不同的第3光而反射的光偏振变换区域。
此外，也可以射出光的发光峰值波长处于430nm～500nm之间。
由此，能够使来自半导体发光元件的射出光作为光源的射出光来放射。进一步地，通过将来自半导体发光元件的射出光的发光波长设为蓝色区域，能够使其作为蓝色光来放射。
此外，也可以在半导体发光元件与第1聚光透镜之间具备分色镜，分色镜透过射出光，且反射第1光、第2光以及第3光。
通过该结构，通过光源，能够使第1光、第2光以及第3光高效率地放射。
此外，也可以第1荧光体的荧光寿命为第2荧光体的荧光寿命以上。
通过该结构，即使使用荧光寿命长、发光波长是长波长的荧光体，也能够实现放射颜色纯度高的光的光源。
此外，也可以第2波长变换部以1周2.7毫秒至1周20毫秒之间的任意转速进行旋转。
此外，也可以第1荧光体的活化剂含有由Eu3+、Mn2+、Mn4+、Sm3+构成的至少1种。
通过该结构，即使使用包含发光光谱的半值幅度窄、荧光寿命长的活化剂的荧光体，也能够实现颜色再现性高的光源。
此外，也可以在半导体发光元件与第2波长变换部之间配置第1透镜，在第2波长变换部与第1波长变换部之间配置第2透镜，射出光通过第1透镜而被聚光在第2波长变换部上。
通过该结构，能够使在第2波长变换部产生的光高效率地从光源放射。
此外，也可以射出光照射到第2波长变换部的照射面积比射出光照射到第1波长变换部的面积小。
此外，也可以在第1波长变换部与第2透镜之间，配置有多个透镜阵列，射出光被聚光于第1波长变换部的多个照射部。
此外，也可以第1波长变换部具备包含第1荧光体的多个荧光体部件，且将多个荧光体部件配置在多个照射部。
通过设为这样的结构，第1波长变换部能够增大照射面积来使激励光密度降低。由此，能够降低第1波长变换部的光饱和，使长波长的光高效率的放射。
此外，也可以在第1波长变换部与第2透镜之间具备波长截止滤波器，波长截止滤波器反射波长500nm～590nm之间的光的一部分或全部。
此外，也可以第1荧光体的发光峰值波长处于590nm～630nm之间。
通过该结构，能够使颜色纯度高的红色光高效率的放射。
此外，本发明涉及的图像投影装置具备上述所述的光源和图像显示元件。通过该结构，能够高效率地放射颜色纯度高的红色光。
此外，也可以本发明涉及的图像投影装置至少将第1光、第2光和第3光，时间上连续地照射于图像显示元件。
通过该结构，能够实现一种能够显示颜色再现性高的图像的图像投影装置。
通过本发明的结构，在使用了半导体发光元件和荧光体的光源以及图像投影装置中，能够减少发光元件的种类，并且能够使颜色纯度高的红色光高效地射出。
附图说明
图1A是表示本发明的第1实施方式涉及的光源的结构的图。
图1B是表示本发明的第1实施方式涉及的第2波长变换部的结构的图。
图1C是表示本发明的第1实施方式涉及的第2波长变换部的图1B的Ic-Ic的截面图的图。
图1D是表示本发明的第1实施方式涉及的第1波长变换部的结构的截面图。
图2是表示本发明的第1实施方式涉及的光源以及使用了该光源的图像投影装置的结构以及放射蓝色光、绿色光的动作时的图。
图3是表示本发明的第1实施方式涉及的光源以及使用了该光源的图像投影装置的结构以及放射红色光的动作时的图。
图4是表示从本发明的第1实施方式涉及的半导体发光元件放射出的激励光、从第1、第2、第3波长变换部放射出的波长变换光的光强度的时序图的图。
图5A是表示从本发明的第1实施方式涉及的光源放射出的波长变换光的光谱的图。
图5B是表示从本发明的第1实施方式中的投影透镜射出的蓝色光、绿色光、红色光的色度坐标的图。
图6是表示本发明的第1实施方式涉及的光源的效果的图。
图7是表示本发明的第1实施方式涉及的光源的第1变形例的图。
图8是表示本发明的第1实施方式涉及的光源的第2变形例的图。
图9是表示本发明的第1实施方式涉及的光源的第3变形例的图。
图10是表示本发明的第1实施方式涉及的光源的第4变形例的图。
图11是表示本发明的第1实施方式涉及的光源的第5变形例的图。
图12是表示本发明的第2实施方式涉及的光源的结构的图。
图13是表示本发明的第2实施方式涉及的光源以及射出红色光的动作时的投影装置的图。
图14A是表示本发明的第2实施方式涉及的光源的波长截止滤波器(cut filter)中的波长截止前后的光谱形状的图。
图14B是表示本发明的第2实施方式涉及的光源的红色荧光体的色度坐标的图。
图14C是表示本发明的第2实施方式涉及的光源的波长截止滤波器能量透过率以及亮度变换效率的峰值波长依存性的图。
图15A是表示入射到本发明的第2实施方式涉及的波长截止滤波器的光的方向的图。
图15B是表示第2实施方式涉及的波长截止滤波器中的透过率的角度依存性的图。
图15C是表示波长截止滤波器中的波长截止前后的光谱形状的图。
图16A是表示从本发明的第2实施方式涉及的荧光体照射出的光的光谱的图。
图16B是表示从本发明的第2实施方式的投影透镜射出的蓝色光、绿色光、红色光、白色光的色度坐标的图。
图17A是表示从本发明的第2实施方式的变形例1涉及的荧光体照射出的光的光谱的图。
图17B是表示从本发明的第2实施方式的投影透镜射出的峰值光谱的色度坐标的图。
图17C是表示从本发明的第2实施方式的投影透镜射出的峰值光谱的色度坐标的图。
图18A是表示本发明的第2实施方式的变形例2涉及的第2波长变换部的结构的图。
图18B是表示从本发明的第2实施方式的变形例2涉及的荧光体照射出的光的光谱的图。
图18C是表示从本发明的第2实施方式的变形例2的投影透镜射出的蓝色光、绿色光、红色光、白色光的色度坐标的图。
图19是表示本发明的第3实施方式涉及的光源以及投影装置的图。
图20A是表示本发明的第4实施方式涉及的光源以及投影装置的图。
图20B是表示从本发明的第4实施方式涉及的荧光体照射出的光的光谱的图。
图20C是表示从本发明的第4实施方式的投影透镜射出的蓝色光、绿色光、红色光、白色光的色度坐标的图。
图21A是表示本发明的第5实施方式涉及的第2波长变换部的结构的图。
图21B是表示本发明的第5实施方式涉及的分色镜(dichroic mirror)的透过特性的图。
图21C是表示从本发明的第5实施方式涉及的光源放射的波长变换光的光谱的图。
图21D是表示从第5实施方式中的投影透镜射出的蓝色光、绿色光、红色光的色度坐标的图。
图22是表示现有的发光装置的结构的图。
具体实施方式
以下，基于实施方式来对本发明的光源以及图像投影装置进行说明。另外，以下说明的实施方式均表示本发明优选的一具体例。以下实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接方式等是一个例子，不是限定本发明的主旨。此外，在以下实施方式中的构成要素中，表示本发明的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素被说明为任意的构成要素。
另外，各个图是示意图，不必是严格的图示。此外，在各个图中，对相同的构成要素赋予相同的符号。
(第1实施方式)
以下，使用图1A～图11来对本发明的第1实施方式及其变形例涉及的光源以及图像投影装置的结构和效果进行说明。
图1A是表示本发明的第1实施方式涉及的光源的结构的图。图1B是从半导体发光元件11侧来看被用于本实施方式涉及的光源101的第2波长变换部16的图，图1C是图1B的Ic-Ic线处的第2波长变换部16的截面图。此外，图1D是表示第1波长变换部19的结构的图。图2以及图3均是表示本实施方式的图像投影装置的结构和动作的图。图4至图6是用于说明本实施方式的光源的效果的图。
另外，在图1A～图6中，对与第1实施方式共通的构成要素，赋予相同的编号从而省略说明。
(结构)
如图1A所示，本实施方式涉及的光源101主要由放射近紫外光的作为例如氮化物半导体激光器的半导体发光元件11、将从半导体发光元件11放射出的近紫外光变换为红色光的第1波长变换部19、和变换为蓝色光以及绿色光的第2波长变换部16构成。
第2波长变换部16如图1B所示，是在圆盘形状的基台在各个区域设置有荧光体或透过区域的结构，在动作时以规定的转速旋转。第2波长变换部16的具体结构如下：例如在圆盘状的为铝合金板的基板40的规定的外围附近，在各个区域形成第2荧光发光部件17G、第3荧光发光部件17B、和光透过区域17TR。第2荧光发光部件17G是例如主成分为Ce活化Y3(Al，Ga)5O12的绿色荧光体与粘合剂混合而成的物质以例如厚度100～500μm、宽度5mm来形成为圆弧状的荧光体膜，其中粘合剂是例如二甲基硅等有机透明材料或者例如低熔点玻璃等无机透明材料。第3荧光发光部件17B是例如主成分为Eu活化Sr3MgSi2O8的蓝色荧光体同样地与有机或无机的透明材料混合而成的物质。
光透过区域17TR如图1C所示，例如，在基板40形成开口部。并且，第2波长变换部16如图1A所示，构成为与例如作为电机的旋转机构22的旋转轴21连接，且以规定的转速来进行旋转。
另一方面，具备第1荧光发光部件17R的第1波长变换部19被配置在与第2波长变换部16不同的位置。以下，使用图1D来对第1波长变换部19的结构进行说明。第1波长变换部19例如在Cu等的基板201上形成反射荧光体的光的例如Ag等的反射膜202，在其上，例如，主成分为使Eu和Sm活化的LaW3O12的红色荧光体与例如为低熔点玻璃的粘合剂混合而成的第1荧光发光部件17R形成为例如厚度100～1000μm的薄膜状。进一步地，在与基板201相反的一侧，安装有由例如为铜板的散热基板208、例如作为帕尔贴(Peltier)元件等的散热机构209、和散热片210构成的散热部件207。此时，对散热机构209施加一定的电流，第1荧光发光部件17R被设定为一定的温度，例如100℃以下。
具备上述第1波长变换部19和第2波长变换部16的光源101更详细来讲如下构成(参照图1A)。
首先，在光源101中，半导体发光元件11在散热片(heat sink)25上配置有例如25个(另外，为了避免繁琐，在图1A～3中为了方面只记载3个)，按照从半导体发光元件11射出的射出光汇集到凹透镜13的方式，准直透镜12被配置在半导体发光元件11前方，其中，半导体发光元件11是例如光输出为2瓦特并且发光波长的中心波长处于360～430nm范围内的半导体激光，更具体来讲，是中心波长为例如395nm的半导体激光。在半导体发光元件11与第2波长变换部16之间，具备分色镜14。这里，分色镜14被设定为例如透过波长360nm～430nm的光，反射波长430～670nm的光。进一步地，在光源101的主光轴，分色镜14、第1聚光透镜15、第2波长变换部16、第2聚光透镜18、第1波长变换部19被配置为依次排列。此时，形成在第2波长变换部16的第2荧光发光部件17G、第3荧光发光部件17B、光透过区域17TR被设置为通过第2波长变换部16旋转而被配置在主光轴上。
另一方面，第1波长变换部19经由第2聚光透镜18而被固定在第2波长变换部16的后方(与半导体发光元件相反的位置)的主光轴上。这里，使旋转机构22的外径比第2波长变换部16充分小，以使得能够容易地将第2聚光透镜18和第1波长变换部19配置在主光轴上。
(动作)
接下来，使用图2以及图3所示的、具备光源101的图像投影装置199来对本实施方式涉及的光源101的动作进行说明。本实施方式中的图像投影装置199主要在光源101的射出部配置了图像显示元件50和投影透镜65等，设为能够投影图像的结构。
本实施方式的光源101放射波长变换光79，该波长变换光79是使主要发光波长为580～670nm的范围的所谓的红色光、主要发光波长为500～600nm的范围的所谓的绿色光、主要发光波长为430～500nm的范围的所谓的蓝色光在时间上连续而成的。换句话说，波长变换光79是通过作为三原色的光的红色光、绿色光、蓝色光按照红色→绿色→蓝色→红色的顺序周期性地被放射而成的白色光，一周期是例如大约8.3毫秒(120Hz)的光。
接着，对光源101的动作进行说明。从多个半导体发光元件11射出的例如中心波长为395nm、全部光量为50瓦特的射出光70通过准直透镜12以及凹透镜13而成为一个光束，通过分色镜14，利用聚光透镜15而被聚光到第2波长变换部16的荧光发光部件17B、17G、或光透过区域17TR的任意一个。
此时，第2波长变换部16通过旋转机构22和旋转轴21来以规定的转速旋转。通过第2波长变换部16旋转，从而防止射出光70持续照射到荧光发光部件17B、17G的特定的位置，并且由第2波长变换部16变换的波长变换扩散光76的发光光谱被设定为随着时间而变化。
首先，使用图2，对第2波长变换部16的第2荧光发光部件17G被配置于主光轴的情况进行说明。通过了分色镜14的激励光71通过第1聚光透镜15而被聚光到第2波长变换部16的第2荧光发光部件17G的例如1mm2以下的面积。被聚光的激励光通过被包含于第2荧光发光部件17G的绿色荧光体，从中心波长395nm的光变换为主要发光波长为500nm～600nm的波长变换光77G，并向聚光透镜15侧放射。此时，虽然波长变换光72的放射角是全方位的所谓的郎伯光，但由于发光区域是1mm2以下的点光源，因此通过第1聚光透镜15而变为几乎是平行光的波长变换光78G，并朝向分色镜14。然后，波长变换光78G被分色镜14反射，通过聚光透镜41，作为波长变换光79而被从光源101射出。
上述动作，在第2波长变换部16旋转、第3荧光发光部件17B被配置于主光轴的情况下也是同样的，波长变换光的主要发光波长为430nm～500nm的光作为波长变换光79而被射出。
通过上述动作，从光源101的第1聚光透镜41射出的波长变换光79被聚光并入射到棒形透镜(rod lens)42的端部。然后，在棒形透镜42内被多次反射的波长变换光79的波面的光强度分布被变换为矩形并被放射，通过凸透镜43而变为直进光，通过反射镜45，被引导至例如DMD等反射型的图像显示元件50。被照射到图像显示元件50的光变为重叠有二维影像信号的信号光80并被反射，通过投影透镜65，变为能够投影到规定的屏幕(未图示)的影像光89，并从投影装置199射出。
接下来，使用图3，对第2波长变换部16的透过区域17TR被配置于主光轴的情况下的第1波长变换部19的动作进行说明。在第2波长变换部16旋转，且透过区域17TR被配置于主光轴的情况下，激励光71通过透过区域17TR。透过了透过区域17TR的激励光72在暂时聚光于焦点位置之后，变为作为扩展光的激励光73，入射到第2聚光透镜18，变为几乎是平行光的激励光74，并入射到第1波长变换部19。
在第1波长变换部19的第1荧光发光部件17R的荧光体，如上所述，配置有例如主成分为使Eu和Sm活化的LaW3O12的红色荧光体。这些红色荧光体将中心波长为360nm～430nm的激励光变换为主要发光波长处于580～670nm的红色光即波长变换光75R。此时的第1荧光发光部件17R中的激励光的照射面积是例如1cm2，激励光照射密度与第2波长变换部16的第2荧光发光部件17G、第3荧光发光部件17B中的激励光照射密度相比，被较低地设定为1/100左右。
此外，从第1荧光发光部件17R产生的热，通过散热部件207而被高效地排热。换句话说，第1荧光发光部件17R中产生的热，从基板201导热到散热基板208、作为帕尔贴元件的散热机构209、和散热片210，并被散热到外部。
另外，关于成为能够投影到规定的屏幕(未图示)的影像光89并从投影装置199射出，与通过上述图2来说明的相同。
(效果)
接着，对本实施方式的光源以及图像显示装置的功能以及效果进行说明。
图4是激励光以及波长变换光的光强度的时序图的一个例子。(a)表示从半导体发光元件11射出并朝向第2波长变换部16的激励光71的光强度的时间依存性，(b)以及(c)表示从第2荧光发光部件17G以及第3荧光发光部件17B放射的波长变换光77G以及77B的光强度的时间依存性，(d)以及(e)表示从第1荧光发光体部件17R放射的波长变换光75R与通过透过区域17TR的波长变换光77R的光强度的时间依存性。
首先，如(a)所示，激励光71以一定的光输出而被放射。接着，如(b)所示，波长变换光77G(绿色光)仅在从0msec到tamsec之间被放射。换句话说，在该期间，第2荧光部件17被配置于主光轴。接着，如(c)所示，波长变换光(蓝色光)从tamsec到tbmsec被放射。
最后，使用(d)以及(e)，对第2波长变换部16的效果进行说明。首先，通过了第2波长变换部16的透过区域17TR的激励光，在第1荧光发光部件17R，从tbmsec到Tmsec之间放射波长变换光77R(红色光)。此时，在本实施方式中，第1荧光发光部件17R中含有的红色荧光体是例如Eu，Sm活化LaW3O12等利用了3价铕的迁移的荧光体，使用荧光光谱的半值幅度窄为10nm以下并且颜色纯度高的物质。另一方面，由于这些荧光体的荧光寿命(荧光强度成为10％的时间)为几百微秒～几十毫秒，因此即使激励光的照射停止Tmsec以后也继续放射(残光)。由于在时序图上，该残光与下一个的第2荧光发光部件17G的发光时间重叠，因此产生混色。但是，在本实施方式的结构中，Tmsec以后的波长变换光75R能够被第2波长变换部16遮挡。因此，能够抑制不必要的波长变换光75R与其他波长变换光(这里为波长变换光77G)混合、其他波长变换光的颜色纯度降低。
基于上述效果，在图5A以及图5B中表示涉及了光源101的发光光谱的例子。
图5A表示从光源101射出的波长变换光79的光谱，每隔一定时间，从第1荧光发光部件17R放射的作为红色光的波长变换光77R、从第2荧光发光部件17G放射的作为绿色光的波长变换光77G、和从第3荧光发光部件17B放射的作为蓝色光的波长变换光77B发光，作为时间平均了的光谱，放射色温为6000K的白色光。此时，作为荧光体的优选的例子，使用使Eu和Sm活化的LaW3O12来作为放射红色光的荧光体，使用Ce活化Y3(Al，Ga)5O12来作为放射绿色光的荧光体，使用Eu活化Sr3MgSi2O8来作为放射蓝色光的荧光体。这样，即使使用荧光寿命为几毫秒的3价铕被活化了的荧光体来作为红色荧光体，也能够抑制因从荧光体放射出的波长变换光的光学系统的获取效率降低、与其他颜色的光混合而导致降低光源101的放射光的颜色再现性。
进一步地，图6中表示用于第1荧光发光部件17R的使Eu和Sm活化了的LaW3O12荧光体中的荧光放射强度的激励光密度依存性。在本实施方式中，被照射到第1荧光发光部件17R的激励光密度能够缩小为被照射到第2荧光发光部件17G或第3荧光发光部件17B的5KW/em2以上的百分之一左右的0.05KW/em2左右。因此，能够抑制随着激励光密度的增加的红色荧光体的能量变换效率的降低，能够以高效率放射红色光，能够提高光源101的变换效率。
通过上述结构，能够提供一种发光元件的种类少、红色光的变换效率、颜色纯度高的光源以及投影装置。
另外，在上述结构中，虽然上述例举了作为荧光体的上述物质，但并不局限于此。例如，也可以使用以Eu活化Ba3Al10O17等为代表的Eu活化(Ba，Sr)3Al10O17荧光体、Eu活化(Sr，Ca，Ba，Mg)10(PO4)6C12荧光体来作为蓝色荧光体。此外，能够使用Eu活化β型SiAlON荧光体、Eu活化SrSiO3荧光体、Eu活化Sr3SiO5荧光体、Eu活化SrSi2O2N2荧光体、Eu活化Ba3Si8O12N2荧光体、Ce活化CaSc2O4荧光体等使Ce或Eu活化的荧光体来作为绿色荧光体。
此外，作为红色荧光体，也不限定于Eu，Sm活化LaW3O12。例如，是二氧化硅、氧化钨、氧化钼、氧化铟、氧化钇、氧化锌、氮化硅、氮氧化硅、氮氧化铝、有机高分子的一种或多种被包含于母材的构成元素并且该母材中含有镧系离子元素或者金属离子元素来作为活化剂的荧光体即可。具体来讲，针对Eu活化La2O2S荧光体、Eu活化LiW2O8荧光体、Eu以及Sm活化LiW2O8荧光体、Eu以及Mn活化(Sr，Ba)3MgSi2O8荧光体、Mn活化3.5MgO·0.5MgF2·GeO2荧光体、Eu活化YVO4荧光体、Eu活化Y2O3荧光体、Eu活化Y2O2S荧光体等荧光的荧光寿命长但荧光光谱的半值幅度窄的红色荧光体，本实施方式是有效的。
此外，也可以是将镧系离子元素、金属离子元素作为活化剂的稀土类错络合物荧光体。具体来讲，例如具有两种氧化磷配位于3价铕的分子结构的稀土类络合物荧光体。
另外，在本实施方式中，作为半导体发光元件的例子，举例了中心波长395nm的半导体激光，但并不限定于此。例如也能够设中心波长为400nm、405nm、410nm等配合荧光体的吸收光谱来在360nm～430nm的范围内调整中心波长，也能够在中心波长为2nm～10nm的范围内将不同的多个半导体激光组合，且扩宽波长光谱宽度来使用。
另外，在本实施方式的光源中，将第2波长变换部16的转速设为相当于120Hz的1周约8.3毫秒，但并不限定于此。例如，能够将转速设定在相当于50Hz(3，000rpm)的1周约20毫秒～相当于360Hz(21，600rpm)的1周约2.7毫秒之间。
(变形例1)
接着，使用图7，对第1实施方式涉及的光源的第1变形例进行说明。本变形例与第1实施方式相比，第1波长变换部19的结构不同。因此，使用第1波长变换部19附近的放大图，以两者的不同部分为中心来进行说明。
本变形例的第1波长变换部19的特征在于，在第1实施方式的第1波长变换部19的第1荧光发光部件17R的上部形成片上透镜205。
具体来讲，在由例如铜构成的基板201上，形成例如Ag等的反射膜202，在其上形成红色荧光体与低熔点玻璃等粘合剂混合而成的第1荧光发光部件17R，在第1荧光发光部件17R的上部，形成由在例如无机玻璃上形成有防反射膜的凸透镜构成的片上透镜205。
通过该结构，通过了未图示的第2波长变换部的光透过区域的激励光73，通过第2聚光透镜18而变为平行光，通过片上透镜205而变为按照成为规定的光密度的方式来聚光的激励光74，并被照射到第1荧光发光部件17R。进一步地，从第1荧光发光部件向全方位放射的波长变换光75R被片上透镜205校准，通过第2聚光透镜18而朝向未图示的光透过区域。
通过如上述那样使用本变形例的结构，通过降低照射到第1荧光发光部件17R的激励光的光密度，能够抑制红色荧光体的能量变换效率的降低，进一步能够提高从第1荧光发光部件17R放射的波长变换光的利用效率。
另外，散热部件207的结构与通过上述图1D来说明的相同。
(变形例2)
接着，使用图8，对第1实施方式涉及的光源的第2变形例进行说明。本变形例与第1实施方式相比，主要是第1波长变换部19的结构不同。因此，使用第1波长变换部19附近的放大图，以两者不同的部分为中心来进行说明。
本变形例的第1波长变换部19的特征在于，在基板201上具有圆锥凹部，在其内部配置有第1荧光体部件。
具体来讲，在由例如铜构成的基板201形成圆锥凹部，在其凹部的侧表面形成例如Ag等的反射膜202，在其圆锥状的凹部内部，埋入例如红色荧光体与低熔点玻璃等粘合剂混合而成的第1荧光发光部件17R。此时，第1荧光发光部件17R的激励光74所照射的一侧的表面形状形成为凹形状。
另外，散热部件207的结构与通过上述图1D来说明的相同。
在该结构中，通过了未图示的第2波长变换部的光透过区域的激励光73，变成通过第2聚光透镜18a、第3聚光透镜18b来聚光的激励光74，并被照射到第1荧光发光部件17R。被照射到第1荧光发光部件17R的激励光74成为作为红色光的波长变换光75R，并向第3聚光透镜18b侧放射。此时，第1荧光发光部件17R中产生的红色光，通过形成于圆锥凹部的反射膜202而变为具有指向性的波长变换光75R，因此能够被第3聚光透镜18b、第2聚光透镜18a高效地获取，朝向第2波长变换部的光透过区域。
如上所述，通过使用本变形例的结构，能够降低照射到第1荧光发光部件17R的激励光的光密度，并且能够提高从第1荧光发光部件17R放射的波长变换光的利用效率。
另外，设置于基板201的圆锥凹部也可以是三角锥凹部或矩形的孔。
(变形例3)
接着，使用图9，对第1实施方式涉及的光源的第3变形例进行说明。本变形例与第1实施方式相比，主要是第1波长变换部19的结构不同。因此，使用第1波长变换部19附近的放大图，以两者不同的部分为中心来进行说明。
本变形例的第1波长变换部19的特征在于，在第1实施方式的第1波长变换部19的第1荧光发光部件17R的上部，形成内部反射型抛物面透镜211。
具体来讲，在基板201上形成反射膜202，在其上形成第1荧光发光部件17R，在第1荧光发光部件17R的上部，配置有内部反射型抛物面透镜211。内部反射型抛物面透镜211具有：第1端面211a、第2端面211b、和抛物线状的侧面211c，通过空气层与折射率差，能够在内部使来自荧光体的光全反射，能够使发光面积变化。换句话说，从第1聚光透镜15射出的激励光72被聚光并且透过第2波长变换部16的透过区域17TR，从内部反射型抛物面透镜211的第1端面211a入射，作为激励光74而在内部反射型抛物面透镜211的内部传送并且扩大光分布，并照射到第1荧光发光部件17R。从第1荧光发光部件17R放射的波长变换光75R，在内部反射型抛物面透镜211的内部传送并且缩小光分布，从第1端面211a放射，透过光透过区域17TR，并通过第1聚光透镜15来与光学系统结合，作为光源101的射出光而被射出。此时，通过使第1端面211a与第2波长变换部16接近，能够提高内部反射型抛物面透镜211与第1聚光透镜15的结合效率。
另外，散热部件207的结构与通过上述图1D来说明的相同。
通过如上述那样使用本变形例的结构，能够降低照射到第1荧光发光部件17R的激励光的光密度，并且能够提高从第1荧光发光部件17R放射的波长变换光的利用效率。
(变形例4)
接着，使用图10，对第1实施方式涉及的光源的第4变形例进行说明。本变形例与第1实施方式相比，主要是第1波长变换部19的结构不同。因此，使用第1波长变换部19附近的放大图，以两者不同的部分为中心来进行说明。
本变形例的第1波长变换部19的特征在于，在第1实施方式的第1波长变换部19的第1荧光发光部件17R的上部形成微透镜阵列205a。
具体来讲，在基板201上形成反射膜202，在其上形成红色荧光体与例如低熔点玻璃等粘合剂混合而成的第1荧光发光部件17R，在第1荧光发光部件17R的上部配置微透镜阵列205a。
在该结构中，激励光74根据微透镜阵列205a的微透镜数而被分割，通过透镜效果而变为被折射、聚光的入射光231，并被照射到第1荧光发光部件17R的局部。此时，例如，若将微透镜阵列205a设为10×10的100阵列，则每一个微透镜聚光的激励光减少为第1实施方式的1/100，因此能够抑制荧光体的光饱和所导致的变换效率的降低并能够进行波长变换。进一步地，从第1荧光发光部件17R放射的波长变换光232通过微透镜，射出被校准了的波长变换光75R。由此，能够减少光扩散损失并且能够使光与第2聚光透镜结合。
另外，散热部件207的结构与通过上述图1D来说明的相同。
通过如上述那样使用本变形例的结构，降低照射到第1荧光发光部件17R的激励光的光密度，从而能够抑制红色荧光体的能量变换效率的降低，进一步能够提高从第1荧光发光部件17R放射的波长变换光的利用效率。
(变形例5)
接着，使用图11，对第1实施方式涉及的光源的第5变形例进行说明。本变形例与变形例4相比，第1波长变换部的结构不同。因此，以两者不同的部分为中心来进行说明。
本变形例的第1波长变换部19的特征在于，第1波长变换部19的第1荧光发光部件17R形成在根据微透镜阵列205a而形成的多个凹部。
具体来讲，在表面形成多个例如圆筒状的凹部的、由例如铜构成的基板201上，整面地形成例如Ag等的反射膜202，在圆筒状的凹部形成红色荧光体与低熔点玻璃等混合而成的第1荧光发光部件17R。并且，配置有与第1荧光发光部件17R相对应的微透镜阵列205a。进一步地，在与基板201相反的一侧，是安装有由例如铜板的散热基板208、例如帕尔贴元件等散热机构209、和散热片210构成的散热部件207的结构。此时，对散热机构209施加一定的电流，第1荧光发光部件17R被设定为一定的温度、例如100℃以下。
通过该结构，激励光74通过微透镜，入射光231被折射、聚光，并照射到荧光体。来自荧光体的波长变换光232通过微透镜，射出被校准了的波长变换光75R。由此，能够减少光扩散损失，并且能够使光向第2聚光透镜结合。此外，由于第1荧光发光部件17R被高散热的基板覆盖，因此散热效果高。
通过如上述那样使用本变形例的结构，降低照射到第1荧光发光部件17R的激励光的光密度，能够抑制红色荧光体的能量变换效率的降低，进一步能够提高从第1荧光发光部件17R放射的波长变换光的利用效率。
另外，设置在基板201的槽也可以是圆柱或圆锥槽、由多角形构成的凹部。
(第2实施方式)
接着，使用图12～图18C，对本发明的第2实施方式及其变形例涉及的光源以及图像投影装置进行说明。
图12是表示本发明的第2实施方式涉及的光源的结构的图。另外，本实施方式中的光源的基本结构与第1实施方式中的光源101相同，只是使红色光放射的结构不同。特别地，是能够使用荧光光谱的半值全幅度宽的红色荧光体来使颜色纯度高的红色光高效地放射的结构。在本说明中，以两者不同的点为中心来进行说明。
本实施方式的光源401主要由以下部件构成：放射近紫外光的例如作为氮化物半导体激光器的半导体发光元件11、将从半导体发光元件11放射的近紫外光变换为红色光的第1波长变换部419、使来自第1波长变换部的波长变换光的光谱的一部分截止的波长截止滤波器423、对激励光进行校准的第2聚光透镜18、和变换为蓝色光以及绿色光的第2波长变换部16。
第2波长变换部16与实施方式1同样地，是在例如作为圆盘状的铝合金板的基板40的规定的外圆周附近，第2荧光发光部件17G、第3荧光发光部件17B、光透过区域17TR形成在各个区域的结构。第2荧光发光部件17G是Ce活化Y3(Al，Ga)5O12等绿色荧光体与粘合剂混合而成的物质以例如厚度100～500μm、宽度5mm形成为圆弧状的荧光体膜，在第3荧光发光部件17B，Eu活化Sr3MgSi2O8等蓝色荧光体与粘合剂混合而成的物质以例如厚度100～500μm、宽度5mm形成为圆弧状的荧光体膜。光透过区域17TR通过在基板40形成开口部而成。第1波长变换部419使用与例如第1实施方式的变形例5所示部件同样结构的部件，配置在与第2波长变换部16分离的位置。并且，本实施方式的特征在于，作为用于第1波长变换部419的第1荧光发光部件17R的荧光体，对Eu活化(Sr，Ca)AlSiN3、Eu活化α型SiAlON、Eu活化SrSiO3等荧光过程使用2价铕的能级，使用发光波长为黄色～红色、荧光光谱的半值幅度是例如40～120nm等比较宽的长波长荧光体。并且，在第1波长变换部419与第2波长变换部16之间配置波长截止滤波器423。波长截止滤波器423在例如玻璃基板上，对例如波长500nm至波长590nm的所谓的绿色至黄色的光进行反射，是形成有分布布拉格反射(Distribution Bragg Reflector，DBR)膜的结构，对来自第1波长变换部419的荧光光谱的一部分进行截止，其中，该分布布拉格反射透过波长350nm至波长430nm的近紫外区域的光和从波长590nm至波长700nm的红色区域的光。
如上述那样，除了第1波长变换部419和波长截止滤波器423，本实施方式的光源401的结构是与实施方式1几乎相同的结构。
本实施方式的光源401的动作是与第1实施方式几乎相同的动作，因此省略向设置于第2波长变换部16的蓝色荧光体17B、绿色荧光体17G照射激励光，使荧光射出的动作。以下，使用图13，对使红色射出时的动作进行说明。
从半导体发光元件11射出的例如中心波长405nm的射出光70透过准直透镜12、凹透镜13、分色镜14，被第1聚光透镜15聚光，变为聚光到第2波长变换部16的射出光72。
这里，在第2波长变换部16旋转，且透过区域17TR而被配置在主光轴上时，射出光72透过透过区域17TR，第2聚光透镜18，通过波长截止滤波器423并被照射到第1波长变换部419的第1荧光发光部件417R。并且，在第1荧光发光部件417R中含有的长波长荧光体中，变成发光光谱的峰值波长为590nm至630nm、半值全幅度是40nm至120nm的光即波长变换光475R，朝向波长截止滤波器423。在波长变换光475R通过波长截止滤波器423时，变为光谱的一部分、具体来讲，变为波长590nm以下的绿色至黄色区域的波长被截止的波长变换光476R，朝向第2聚光透镜18。并且，通过第2聚光透镜18、透过区域17TR、第1聚光透镜15来传送，变为波长变换扩散光78R，通过分色镜14和聚光透镜41，作为波长变换光79而从光源401射出。
另外，关于成为能够投影到规定的屏幕(未图示)的影像光89并从投影装置199射出，与通过上述图2来说明的相同。
在上述结构中，使用图14A至图16B来对本实施方式涉及的本发明的效果进行说明。
首先，在图14A～14D中，假设长波长荧光体的发光光谱的半值全幅度是90nm，具有高斯分布的强度分布。此外，波长截止滤波器423是将590nm以下的波长截止的结构。
在图14A中，点线是以峰值波长610nm、半值全幅度90nm来计算出的光谱。通过波长截止滤波器423，如实线所示，波长590nm以下被截止。此外，图14B中表示通过波长截止滤波器423来截止峰值波长590nm～630nm、半值全幅度90nm的光谱的情况下的色度坐标。sRGB中的红色坐标是(0.64，0.33)，作为光源的红色坐标，优选是x≥0.64以上。对此，本实施例的红色光能够满足上述式样。进一步地，使用图14C，从效率方面出发来对本实施方式优选的方式进行说明。图14C表示在将波长截止滤波器423的截止波长固定在590nm时，来自第1波长变换部419的波长变换光475R透过波长截止滤波器423的能量透过率(波长变换光476R的能量/波长变换光475R的能量)的波长变换光475R的峰值波长依存性与亮度变换效率(波长变换光476R的亮度/波长变换光475R的能量)的峰值波长依存性。若波长变换光475R的峰值波长变为长波长，则被波长截止滤波器423截止的量变少，因此能量透过率增加，但由于光谱的视灵敏度降低因而亮度降低。因此，由于在峰值波长为590nm～630nm时，亮度变换效率具有极大值，为150lm/W，因此优选将处于该范围的长波长荧光体用作为第1波长变换部419的荧光体。进一步地，更优选使用峰值波长处于600nm～620nm之间的荧光体。
关于与本实施方式涉及的本发明有关的优良的效果，与在第1波长变换部16形成红色荧光体的部件(以下称为比较例)相比较来进行说明。关于在第1波长变换部16形成红色荧光体的部件，由于使红色荧光体的颜色纯度提高，因此在第1波长变换部16的红色荧光体表面上形成与波长截止滤波器423同样的部件(原因是在除此以外的位置配置了波长截止滤波器423的情况下，会截止绿色荧光体的光)。
图15A是对波长截止滤波器423的入射方向进行说明的截面图。图15B是表示分色镜14的角度依存性的图。此外，图15C是比较例中的光谱图。
波长截止滤波器具有截止波长的入射角度依存性，例如如图15A以及图15B所示，若入射角度变大，则截止波长相对于目标值较大偏离。具体来讲，即使将针对相对于波长截止滤波器423的入射面垂直入射的入射光475R00的截止波长设计为590nm，则针对例如入射角度θ为50度(deg)的入射光475R50的截止波长为510nm，效果减少。由实际的第1波长变换部16射出，并被获取到第1聚光透镜15的波长变换光72的射出角度至少为-60度～+60度的范围，因此波长截止滤波器423的效果减少。具体来讲，在比较例的结构(在第1波长变换部16的荧光体表面上形成波长截止滤波器423的结构)中，包含波长截止滤波器423的特性的角度依存性，在图15C中表示在与图14A同样的条件下计算光谱的结果。此外，图14B中表示现有结构中的色度坐标。根据图14B以及图15C，波长截止的效果不充分，不满足色度坐标x≥0.64。另一方面，如图13所示，在本实施方式中，由于波长变换光475R相对于波长截止滤波器423几乎垂直入射，因此能够充分截止590nm以下的光，能够实现射出颜色纯度高的红色光的光源。
基于上述效果，图16A以及图16B中表示设计了光源401的发光光谱的例子。图16A表示从光源401射出的波长变换光79的光谱，每隔一定时间，从第1荧光发光部件417R放射的作为红色光的波长变换光477R、从第2荧光发光部件17G放射的作为绿色光的波长变换光77G、从第3荧光发光部件17B放射的作为蓝色光的波长变换光77B发光，作为时间平均了的光谱而放射色温为6000K的白色光。此时，假设使用Ce活化Y3(Al，Ga)5O12来作为放射绿色光的荧光体，使用Eu活化Sr3MgSi2O8来作为放射蓝色光的荧光体，红色光的来自峰值波长为610nm、半值幅度为90nm的长波长荧光体的荧光光谱，通过了波长截止滤波器(截止波长590nm)。图16B通过颜色空间来表示图16A的各色的光谱。可知能够几乎覆盖作为显示器的标准规格的sRGB。
另外，作为上述结构的长波长荧光体，具体来讲，例如使用Eu活化(Sr，Ca)AlSiN3荧光体、Eu活化α型SiAlON荧光体、Eu活化SrSiO3荧光体能够容易地构成。
此外，此时，在第1波长变换部419，激励光70能够被分割并入射到第1荧光发光部件417R，通过光激励密度的上升，能够抑制荧光体的变换效率的降低。进一步地，第1荧光发光部件417R能够通过散热机构，对荧光体中产生的热进行散热。其结果，能够抑制第1荧光发光部件417R的温度上升所导致的变换效率的降低。进一步地，能够使来自第1荧光发光部件417R的光几乎以平行光入射到波长截止滤波器。因此，即使使用光谱线宽度宽的荧光体来作为长波长荧光体，通过波长截止滤波器，也能够使颜色纯度高的作为红色光的波长变换光477R高效率地放射。因此，能够提供射出光的颜色再现性高、变换效率高的光源。
(变形例1)
接着，使用图17A～17C，对本发明的第2实施方式涉及的光源的第1变形例进行说明。在本变形例中，表示长波长荧光体的半值幅度为50nm以及110nm的计算结果，对优选的方式进行说明。
首先，图17A中除了表示实施方式2所示的半值幅度为90nm的计算结果，还表示半值幅度为50nm、110nm时的亮度变换效率的峰值波长依存性。均在峰值波长610nm附近，亮度变换效率具有极大值，半值幅度窄的效率更高。另一方面，关于表示颜色纯度的色度坐标，图17B中表示半值全幅度为110nm时的色度坐标的峰值波长依存性，图17C中表示半值全幅度为50nm时的色度坐标的峰值波长依存性。根据该结果，通过在半值全幅度为50nm时设计峰值波长为605nm至620nm，在半值全幅度为110nm时设计峰值波长为590nm至630nm，从而能够提高颜色纯度，并且提高亮度变换效率。
作为上述荧光体的具体实施例，例如，能够使用半值全幅度为40nm～60nm的InP/ZnS核-壳型量子点荧光体、半值全幅度为100nm～120nm的Eu活化CaAlSiN3荧光体、Eu活化CaAlSiN3-Si2N2O荧光体。
(变形例2)
接着，使用图18A～18C，对本发明的第2实施方式涉及的光源的第2变形例进行说明。在本实施例中，与第2实施方式相比，第2波长变换部16不同。因此，以两者不同的部分为中心来进行说明。
本变形例的第2波长变换部16如图18A所示，是如下结构：在作为例如圆盘状的铝合金板的基板40的规定的外围附近，第2荧光发光部件17G、第3荧光发光部件17B、第4荧光发光部件517DG、光透过区域17TR按各个区域形成。第3荧光发光部件17B是例如主成分为Eu活化Sr3MgSi2O8的蓝色荧光体与作为例如二甲基硅等有机透明材料或者例如低熔点玻璃等无机透明材料的粘合剂混合而成的物质以例如厚度100～500μm、宽度5mm来形成为圆弧状的荧光体膜。此外，第2荧光发光部件17G是例如主成分为Ce活化Y3(Al，Ga)5O12的绿色荧光体与有机或无机的透明材料混合而成的部件，此外，第4荧光发光部件517DG是例如主成分为Eu活化SiAlON的深绿色荧光体同样地与有机或无机的透明材料混合而成的部件。光透过区域17TR如图1C所示，例如，通过在基板40形成开口部而成。
在图18B、18C中表示设计了该结构中的发光光谱的例子。图18B表示从光源401射出的波长变换光79的光谱，每隔一定时间，将从第1荧光发光部件417R放射的作为红色光的波长变换光477R、从第2荧光发光部件17G放射的作为绿色光的波长变换光77G、从第3荧光发光部件17B放射的作为蓝色光的波长变换光77B、从第4荧光发光部件417DG放射的作为深绿色光的波长变换光577DG发光，作为时间平均了的光谱而放射色温为6000K的白色光。作为用于本变形例的荧光体优选的实施例，举例使Eu活化的(Sa，Ca)AlSiN来作为放射红色光的荧光体，举例Eu活化Sr3MgSi2O8来作为放射蓝色光的荧光体，举例Ce活化Y3(Al，Ga)5O12来作为放射绿色光的荧光体，举例Eu活化SiAlON来作为放射深绿色光的荧光体。
如本变形例这样，通过使用深绿色荧光体，与仅使用绿荧光体的情况相比，更能够提高绿色的颜色纯度。由此，能够提供颜色再现性好、变换效率高的光源。
(第3实施方式)
接着，使用图19，对本发明的第3实施方式涉及的光源以及投影装置进行说明。图19是表示本发明的第3实施方式涉及的光源与图像投影装置的结构和动作的图。另外，本变形例中的光源的基本结构与第2实施方式中的光源401以及图像投影装置199相同，只是使红色光放射的结构不同。因此，以两者不同的点为中心来进行说明。本实施例也与第2实施方式相同地，是使用荧光光谱的半值全幅度宽的红色荧光体来能够使颜色纯度高的红色光高效地放射的结构。
本实施例的光源601主要由以下部件构成：放射近紫外光的例如作为氮化物半导体激光器的半导体发光元件11、将从半导体发光元件11放射的近紫外光变换为红色光的第1波长变换部619、对从第1聚光透镜15透过的近紫外光进行校准的第2聚光透镜618a、将来自第1波长变换部的光的波长截止一部分的波长截止滤波器423、向第1波长变换部619聚光的第2聚光透镜618b、和变换为蓝色光以及绿色光的第2波长变换部16。
第1波长变换部619在圆盘形状的基台设置有第1荧光发光部件617R。具体来讲，例如，第1荧光发光部件617R是将Eu活化了的(Sr，Ca)AlSiN与作为例如二甲基硅等有机透明材料或者例如低熔点玻璃等无机透明材料的粘合剂混合而成的物质以例如厚度100～500μm、宽度5mm来形成为圆弧状的荧光体膜。
第1波长变换部619与第2波长变换部16通过例如两轴电机，同时以规定的转速旋转。具体来讲，在旋转机构622，设置有固定第2波长变换部16并使其旋转的旋转轴621a，与旋转轴621a同轴并且在与设置有旋转轴621a的一侧相反的一侧，设置有旋转轴621b，在旋转轴621b，第1波长变换部619被固定并旋转。通过上述结构，能够通过一个驱动部件来使第1波长变换部619和第2波长变换部16旋转。
进一步地，在具备上述第1波长变换部619、第2波长变换部16、和波长截止滤波器423的光源601，放射红色光的光学系统更详细来讲如下构成。在光源601的主光轴，分色镜14、第1聚光透镜15、第2波长变换部16、第2聚光透镜618a、波长截止滤波器423、第2聚光透镜618b依次排列配置，第1波长变换部619的第1荧光发光部件617R被配置在第2聚光透镜618b的焦点位置。
在上述结构中，本实施方式涉及的光源如下述那样进行动作。首先，省略与第2实施方式相同的动作，特别是省略向设置于第2波长变换部16的蓝色荧光体17B、绿色荧光体17G照射激励光、发光动作。另一方面，关于射出红色光的动作如下述那样进行动作。从半导体发光元件11射出的激励光即射出光70透过准直透镜12、凹透镜13、分色镜14，被第1聚光透镜15聚光的光透过设置于第2波长变换部16的透过区域17TR，经由第2聚光透镜618a、波长截止滤波器423、第2聚光透镜618b，向设置于第1波长变换部619的第1荧光发光部件617R聚光。并且，通过第1荧光发光部件617R的长波长荧光体，被变换为发光峰值波长为580nm～670nm的荧光。此时，第1波长变换部619通过旋转机构622，与第2波长变换部16同样地以例如120Hz进行旋转。
由此，能够防止因射出光70持续照射荧光发光部件617R的特定位置而使荧光发光部件617R的温度上升。
从第1荧光发光部件617R发光的波长变换光通过第2聚光透镜618b，变为几乎校准的光即波长变换光675R。然后，垂直入射并透过波长截止滤波器423。此时，波长590nm以下的光被截止，变为颜色纯度高的红色光即波长变换光676R，通过第2聚光透镜618a，向被设置于第2波长变换部16的透过区域17TR聚光。通过了透过区域17TR的波长变换光677R通过第1聚光透镜15，变为校准的光即波长变换光678R，并经由分色镜14而从光源601射出。
在该结构中，与本发明的第2实施方式同样地，即使使用光谱线宽度宽的荧光体来作为红色荧光体，也能够通过为了校准使荧光透过波长截止滤波器423，使颜色纯度高的红色光射出。因此，能够提供一种射出光的效率高、颜色再现性高的光源。
另外，第1荧光发光部件617R的粘合剂可以使用有机、无机材料的任意一种。
(第4实施方式)
接着，使用图20A～20C，对本发明的第4实施方式涉及的光源701进行说明。本实施方式中的光源的基本结构与例如第1实施方式中的光源101相同，只有在分色镜14与聚光透镜41之间配置波长截止滤波器723这方面不同。以下，以两者不同的点为中心来进行说明。
在本实施方式中，对第1荧光发光部件17R的荧光体的发光光谱的半值幅度窄进行利用。波长截止滤波器723是对例如波长590nm至600nm范围的光进行截止的结构。通过该结构，如图20B所示，能够截止用于红色荧光体的使Eu和Sm活化的LaW3O12的发光光谱中使颜色纯度降低的波长590nm至600nm范围的光、用于绿色荧光体的Ce活化Y3(Al，Ga)5O12的发光光谱中使颜色纯度降低的波长590nm至600nm范围的光。通过该效果，如图20C的颜色空间所示，与实施方式1相比，能够扩大光源701的颜色再现性。
以上，通过本实施方式的光源，能够以简单的结构，实现效率高、颜色再现性好的光源。
(第5实施方式)
接着，使用图21A～21D，对本发明的第5实施方式涉及的光源以及图像投影装置进行说明。本实施方式中的光源的基本结构与例如第2实施方式中的光源相同，因此以两者不同的点为中心来进行说明。
本实施方式的光源的结构是与图12所示的实施方式2几乎相同的结构，半导体发光元件11、第2波长变换部16、和分色镜14不同，是半导体发光元件11置换为半导体发光元件811(未图示)、第2波长变换部16置换为第2波长变换部816、分色镜14置换为偏振光分光器814(未图示)的结构。
在本实施方式的光源中，作为半导体发光元件811，使用对射出光的中心波长处于430nm～500nm范围的所谓的蓝色光进行放射的半导体激光。此外，第2波长变换部816如图21A所示，是在作为例如圆盘状的铝合金板的基板40的规定的外围附近，第3荧光发光部件17G、光透过区域17TR、和光偏振光变换反射区域817RB形成在各个区域的结构。光偏振光变换反射区域817RB通过例如在基板40表面形成微小的凹凸，在其表面例如形成Ag膜，且在其上形成SiO2膜而成。偏振光分光器814通过在玻璃基板上形成电介质多层膜而成，其透过特性如图21B所示，被设计为在某个方向(TE方向)透过波长470nm以下的光，在从TE方向垂直的方向(TM方向)上透过430nm以下的光。
关于本实施的荧光体的光源的设置于第2波长变换部816的波长变换部件17G以及第1波长变换部19的动作，由于与实施方式2相同，因此仅对光偏振光变换反射区域817RB的动作进行说明。由从多个半导体发光元件811射出的TE偏振光构成的中心波长445nm的蓝色光通过偏振光分光器814，且用第1聚光透镜16，每隔一定时间聚光到第2波长变换部816的第3荧光发光部件17G、光透过区域17TR、或者光偏振光变换反射区域817RB的任意一个。这里，照射到光偏振光变换反射区域817RB的TE偏振光即激励光通过设置于基板40的微小的凹凸结构而使光散射，变成偏振光性低或者没有偏振光的反射光而被反射。反射光通过第1聚光透镜15而被变换为校准的光，并照射到分色镜814，分色镜814如图21B的透过特性所示，TE偏振分量透过，TM偏振分量被反射，通过聚光透镜41，能够作为波长变换光79的蓝色光而从光源101射出。
在该结构中，图21C、21D中表示设计了光源的发光光谱的例子。图21C表示从光源射出的波长变换光的光谱，每隔一定时间，将来自半导体发光元件811的射出光即蓝色光、从第1荧光发光部件17R放射的通过波长截止滤波器而颜色纯度提高了的红色光、从第3荧光发光部件17G放射的绿色光作为时间平均了的光谱而放射色温为6000K的白色光。
通过设为上述结构，能够通过节省空间并且少光学结构来提供颜色再现性高的光源。
另外，在本实施方式中，作为半导体发光元件而使用对射出光的中心波长处于430nm～500nm范围的所谓的蓝色光进行放射的半导体激光，但也可以使用光斑小的超发光二极管(super luminescent diodes)。
另外，虽然在本实施方式中，使用在基板40表面形成微小的凹凸的部件来作为光偏振光变换反射区域817RB，但也可以构成为在基板40上形成将随机反射来自半导体发光元件的射出光的粒子、例如颗粒直径10nm～20μm的TiO2粒子与透明树脂或者玻璃混合而成的膜。
进一步地，也可以将光偏振变换反射区域817RB构成为在基板40表面将例如水晶等复折射材料形成为规定的膜厚，使入射光的一部分或者全部的偏振方向旋转90℃。
另外，在上述第1～第5实施方式中，作为包含第1～第3荧光发光部件17R、17G、17B的材料，也可以使用Al2O3、AlN、Ga2O3、In2O3、ZrO、ZnO、MgO、SiO2、SiON、ITO、GaZnO、GaInZnO的任意一种。
产业上的可利用性
根据本发明，在将从半导体激光射出的射出光通过多个荧光体来变换为荧光并放射的光源中，能够在不增加部件件数的情况下，提供一种变换效率高、颜色再现性高的光源以及图像投影装置，因此不仅能够广泛用于投影仪、背投电视、平视显示器等显示器用照明，还能够广泛用于车前灯等车载用照明或者内视镜等医疗用照明等。
符号说明
1、101、401、601  光源
11  半导体发光元件
12  准直透镜
13  凹透镜
14  分色镜
15  第1聚光透镜
16、816  第2波长变换部
17R、417R、617R  第1荧光发光部件
17G  第2荧光发光部件
17B  第3荧光发光部件
17TR  透过区域
18、618a、618b  第2聚光透镜
19  第1波长变换部
21、621a、621b  旋转轴
22、622  旋转机构
23、423  波长截止滤波器
25  散热片
40  基板
41  聚光透镜
42  棒形透镜
43  凸透镜
45  反射镜
50  图像显示元件
65  投影透镜
70  射出光
74、75  激励光
76、76R  波长变换扩散光
75R、77R、77G、77B、78R、79  波长变换光
80  信号光
89  影像光
199  投影装置
201  基板
202  反射膜
205  片上透镜
205a  微透镜阵列
207  散热部件
208  散热基板
209  散热机构
210  散热片
817RB  光偏振变换反射区域

Claims (24)

1.一种光源，其特征在于，具有：
一个或者多个半导体发光元件；
第1波长变换部，其被配置在与所述半导体发光元件相离的位置；和
第2波长变换部，其被配置在所述半导体发光元件与所述第1波长变换部之间并旋转，
所述第2波长变换部至少具备吸收从所述半导体发光元件射出的射出光且放射主波长与所述射出光不同的第2光的第2波长变换区域、和透过所述射出光的透过区域，
所述第1波长变换部吸收所述射出光，且放射主波长比所述第2光的主波长更长波长的第1光，所述第1光透过所述透过区域。
2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，
所述第1波长变换部包含第1荧光体，
所述第2波长变换部包含与第1荧光体不同的第2荧光体。
3.根据权利要求1或者2所述的光源，其特征在于，
所述第2荧光体的发光峰值波长处于500nm～600nm之间。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的光源，其特征在于，
所述第1荧光体的发光峰值波长处于580nm～670nm之间。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的光源，其特征在于，
在所述第2波长变换部，形成吸收所述射出光且放射主波长与所述第2光不同的第3光的第3波长变换区域。
6.根据权利要求5所述的光源，其特征在于，
所述第3波长变换区域与所述第2波长变换区域形成于所述第2波长变换部的同一面。
7.根据权利要求5或者6所述的光源，其特征在于，
所述第3波长变换区域包含与所述第1荧光体以及所述第2荧光体不同的第3荧光体。
8.根据权利要求5～7的任意一项所述的光源，其特征在于，
所述第3荧光体的发光峰值波长处于430nm～500nm之间。
9.根据权利要求1～8的任意一项所述的光源，其特征在于，
所述射出光的发光峰值波长处于360nm～430nm之间。
10.根据权利要求1～4的任意一项所述的光源，其特征在于，
在所述第2波长变换部，形成照射所述半导体发光元件的射出光且作为与所述射出光的偏振方向不同的第3光而反射的光偏振变换区域。
11.根据权利要求10所述的光源，其特征在于，
所述射出光的发光峰值波长处于430nm～500nm之间。
12.根据权利要求5～11的任意一项所述的光源，其特征在于，
在所述半导体发光元件与第1聚光透镜之间具备分色镜，
所述分色镜透过所述射出光，且反射所述第1光、所述第2光以及第3光。
13.根据权利要求1～12的任意一项所述的光源，其特征在于，
所述第1荧光体的荧光寿命为所述第2荧光体的荧光寿命以上。
14.根据权利要求1～13的任意一项所述的光源，其特征在于，
所述第2波长变换部以1周2.7毫秒至1周20毫秒之间的任意转速进行旋转。
15.根据权利要求1～14的任意一项所述的光源，其特征在于，
所述第1荧光体的活化剂含有由Eu3+、Mn2+、Mn4+、Sm3+构成的至少1种。
16.根据权利要求1～15的任意一项所述的光源，其特征在于，
在所述半导体发光元件与所述第2波长变换部之间配置有透镜，
所述射出光通过所述透镜而被聚光在所述第2波长变换部上。
17.根据权利要求16所述的光源，其特征在于，
所述射出光照射到所述第1波长变换部的照射面积比所述射出光照射到所述第2波长变换部的面积大。
18.根据权利要求1～17的任意一项所述的光源，其特征在于，
在所述第2波长变换部与所述第1波长变换部之间配置有透镜或者内部反射型抛物面透镜。
19.根据权利要求1～18的任意一项所述的光源，其特征在于，
在所述第1波长变换部与所述第2透镜之间，配置有多个透镜阵列，
所述射出光被聚光于所述第1波长变换部的多个照射部。
20.根据权利要求19所述的光源，其特征在于，
所述第1波长变换部具备包含所述第1荧光体的多个荧光体部件，且将所述多个荧光体部件配置在所述多个照射部。
21.根据权利要求16～20的任意一项所述的光源，其特征在于，
在所述第1波长变换部与所述第2透镜之间具备波长截止滤波器，
所述波长截止滤波器反射波长500nm～590nm之间的光的一部分或全部。
22.根据权利要求1～21的任意一项所述的光源，其特征在于，
所述第1荧光体的发光峰值波长处于590nm～630nm之间。
23.一种图像投影装置，具备：
权利要求1～22的任意一项所述的光源；和
图像显示元件。
24.根据权利要求23所述的图像投影装置，其特征在于，
至少将所述第1光、所述第2光和所述第3光，时间上连续地照射于所述图像显示元件。
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