CN108628071A - 波长转换元件、光源装置以及投影仪 - Google Patents

Abstract

提供波长转换元件、光源装置以及投影仪。波长转换元件能够抑制荧光体层的剥离。此外，光源装置具有所述波长转换元件。此外，投影仪具有所述光源装置。波长转换元件具有：荧光体层；支承体；以及热应力降低部件，其设置于该荧光体层与该支承体之间。

Description

波长转换元件、光源装置以及投影仪

技术领域

本发明涉及波长转换元件、光源装置以及投影仪。

背景技术

近年来，存在将半导体激光器等固体光源与具有荧光体层的波长转换元件组合而得的光源装置。在这样的光源装置中，当荧光体层的温度上升时，荧光转换效率下降。例如，在下述专利文献1所公开的光源装置中，通过金属接合材料将荧光体层接合到散热基板，由此，提高荧光体的冷却效率。此外，在下述专利文献2所公开的光源装置中，通过孔隙率为75％以下的焊料将荧光体层接合到散热基板，由此，提高荧光体的冷却效率。

专利文献1：日本特开2011-129354号公报

专利文献2：日本特开2016-177979号公报

但是，在上述专利文献1所记载的光源装置中，荧光体层和散热基板的线膨胀系数不同，因此，在荧光体层发热时，可能由于热应力而导致荧光体层断裂而剥离。此外，在上述专利文献2所记载的光源装置中，由于作为接合材料的焊料包含孔隙，因此，机械强度弱，在荧光体层发热时，可能由于热应力而导致荧光体层剥离。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的之一在于提供不容易产生热损伤的波长转换元件。此外，目的之一在于提供具有所述波长转换元件的光源装置。此外，目的之一在于提供具有所述光源装置的投影仪。

根据本发明的第1方式，提供波长转换元件，其具有：荧光体层；支承体；以及热应力降低部件，其设置于该荧光体层与该支承体之间。

在第1方式的波长转换元件中，不容易产生由荧光体层与支承体的线膨胀系数差导致的损伤。

在上述第1方式中，优选的是，所述支承体由金属形成，所述热应力降低部件包含具有热应力吸收功能的金属材料，以用于降低由于所述荧光体层与所述支承体之间的线膨胀系数差而引起的热应力。

根据该结构，由于能够经由热应力降低部件将荧光体层的热高效地传递到支承体，因此，能够降低荧光体层的温度上升。

在上述第1方式中，优选的是，所述金属材料是软质金属材料。

根据该结构，更不容易产生损伤。

在上述第1方式中，优选的是，所述热应力降低部件的莫氏硬度比所述支承体的莫氏硬度低。

根据该结构，更不容易产生损伤。

在上述第1方式中，优选的是，所述金属材料是多孔质的。

根据该结构，更不容易产生损伤。

在上述第1方式中，优选的是，所述金属材料由从铟、氯化银、铅、锡、镁、银、锌、硫、铜、金的组中选择的材料构成。

根据该结构，更不容易产生损伤。

在上述第1方式中，优选的是，所述支承体由金属形成，所述热应力降低部件包含具有热应力吸收功能的树脂材料，以用于降低由于所述荧光体层与所述支承体之间的线膨胀系数差而引起的热应力。

由于包含树脂材料的热应力降低部件的柔软性优异，因此，更不容易产生损伤。

根据本发明的第2方式，提供光源装置，其具有：上述第1方式的波长转换元件；以及发光元件，其射出用于激励所述荧光体层的激励光。

第2方式的光源装置由于不容易产生热损伤，因此，能够稳定地射出光。

根据本发明的第3方式，提供投影仪，其具有：上述第2方式的光源装置；光调制装置，其根据图像信息对来自所述光源装置的照明光进行调制而生成图像光；以及投射光学系统，其投射所述图像光。

第3方式的投影仪由于具有不容易产生热损伤的照明装置，因此，可靠性高。

附图说明

图1是示出第一实施方式的投影仪的概略结构的图。

图2是示出照明装置的概略结构的图。

图3是用于说明射出荧光时的荧光发光元件的状态的图。

图4是示出第二实施方式的荧光发光元件的结构的剖视图。

图5是示出第三实施方式的荧光发光元件的结构的剖视图。

标号说明

1：投影仪；2A：光源装置；4B、4G、4R：光调制装置；6：投射光学系统；21a：半导体激光器；27、27A、27B：荧光发光元件；36、36A、36B：热应力降低部件。

具体实施方式

以下，参照附图本发明的实施方式进行详细说明。

另外，在以下的说明所使用的附图中，为了易于理解特征，有时为了方便而将作为特征的部分放大示出，各结构要素的尺寸比率等不一定与实际相同。

(第一实施方式)

首先，对本实施方式的投影仪的一例进行说明。

图1是示出本实施方式的投影仪的概略结构的图。

如图1所示，本实施方式的投影仪1是将彩色影像显示在屏幕SCR上的投射型图像显示装置。投影仪1具有照明装置2、颜色分离光学系统3、光调制装置4R、光调制装置4G、光调制装置4B、合成光学系统5以及投射光学系统6。

颜色分离光学系统3将照明光WL分离为红色光LR、绿色光LG以及蓝色光LB。颜色分离光学系统3具有第1分色镜7a、第2分色镜7b、第1全反射镜8a、第2全反射镜8b、第3全反射镜8c、第1中继透镜9a以及第2中继透镜9b。

第1分色镜7a将来自照明装置2的照明光WL分离为红色光LR和其他光(绿色光LG以及蓝色光LB)。第1分色镜7a使分离出的红色光LR透过并且使其他光反射。第2分色镜7b使绿色光LG反射并且使蓝色光LB透过。

第1全反射镜8a将红色光LR朝向光调制装置4R反射。第2全反射镜8b以及第3全反射镜8c将蓝色光LB向光调制装置4B引导。绿色光LG被从第2分色镜7b向光调制装置4G反射。

第1中继透镜9a以及第2中继透镜9b配置于蓝色光LB的光路中的第2分色镜7b的后级。

光调制装置4R根据图像信息对红色光LR进行调制，形成红色的图像光。光调制装置4G根据图像信息对绿色光LG进行调制，形成绿色的图像光。光调制装置4B根据图像信息对蓝色光LB进行调制，形成蓝色的图像光。

光调制装置4R、光调制装置4G以及光调制装置4B例如使用透过型的液晶面板。此外，在液晶面板的入射侧以及出射侧分别配置有偏振片(未图示。)。

此外，在光调制装置4R、光调制装置4G以及光调制装置4B的入射侧分别配置有场透镜10R、场透镜10G以及场透镜10B。

在合成光学系统5中入射有来自光调制装置4R、光调制装置4G以及光调制装置4B的各图像光。合成光学系统5将各图像光合成，并将该合成后的图像光朝向投射光学系统6射出。合成光学系统5例如使用十字分色棱镜。

投射光学系统6由投射透镜组构成，将被合成光学系统5合成后的图像光朝向屏幕SCR放大投射。由此，在屏幕SCR上显示放大后的彩色影像。

(照明装置)

接下来，对本发明的一个实施方式的照明装置2进行说明。图2是示出照明装置2的概略结构的图。如图2所示，照明装置2具有光源装置2A、集成光学系统31、偏振转换元件32以及重叠透镜33a。在本实施方式中，集成光学系统31与重叠透镜33a构成了重叠光学系统33。

光源装置2A具有阵列光源21、准直光学系统22、无焦光学系统23、第1相位差板28a、包含偏振分离元件50A的光学元件25A、第1聚光光学系统26、荧光发光元件27、第2相位差板28b、第2聚光光学系统29以及扩散反射元件30。

在光源装置2A中，阵列光源21、准直光学系统22、无焦光学系统23、第1相位差板28a、光学元件25A、第2相位差板28b、第2聚光光学系统29以及扩散反射元件30依次配置于光轴ax1上。荧光发光元件27、第1聚光光学系统26、光学元件25A、集成光学系统31、偏振转换元件32、重叠透镜33a依次配置于光轴ax2上。光轴ax1与光轴ax2位于同一面内，彼此垂直。光轴ax2相当于照明装置2的照明光轴。

阵列光源21具有多个半导体激光器21a。多个半导体激光器21a在与光轴ax1垂直的面内配置为阵列状。半导体激光器21a例如射出蓝色的光线B(例如峰值波长为460nm的激光)。阵列光源21射出由多个光线B组成的光束BL。在本实施方式中，半导体激光器21a相当于本发明的“发光元件”。

从阵列光源21射出的光束BL入射到准直光学系统22。准直光学系统22将从阵列光源21射出的光线B转换为平行光。准直光学系统22例如由配置为阵列状的多个准直透镜22a构成。多个准直透镜22a与多个半导体激光器21a对应配置。

通过准直光学系统22的光束BL入射到无焦光学系统23。无焦光学系统23对光束BL的光束直径进行调整。无焦光学系统23例如由凸透镜23a、凹透镜23b构成。

通过无焦光学系统23的光束BL入射到第1相位差板28a。第1相位差板28a例如是光轴能够绕着光轴ax1旋转的1/2波长板。光束BL是线偏振光。通过对第1相位差板28a的旋转角度进行适当设定，能够使透过第1相位差板28a的光束BL成为按照规定的比率包含相对于偏振分离元件50A的S偏振光成分和P偏振光成分的光线。

由于通过了第1相位差板28a而包含有S偏振光成分和P偏振光成分的光束BL入射到光学元件25A。光学元件25A例如由具有波长选择性的分色棱镜构成。分色棱镜具有相对于光轴ax1呈45°的角度的倾斜面K。倾斜面K也相对于光轴ax2呈45°的角度。

在倾斜面K上设置有具有波长选择特性的偏振分离元件50A。偏振分离元件50A具有将光束BL分离为相对于偏振分离元件50A的S偏振光成分的光束BLs和P偏振光成分的光束BLp的偏振分离功能。具体而言，偏振分离元件50A使S偏振光成分的光束BLs反射，使P偏振光成分的光束BLp透过。

此外，偏振分离元件50A具有如下的颜色分离功能：对于波段与光束BL不同的荧光YL，无论其偏振状态如何都使其透过。

从偏振分离元件50A射出的S偏振光的光束BLs入射到第1聚光光学系统26。第1聚光光学系统26使光束BLs作为激励光而朝向荧光体层34会聚。在本实施方式中，光束BLs相当于本发明的“激励光”。

在本实施方式中，第1聚光光学系统26例如由第1透镜26a以及第2透镜26b构成。从第1聚光光学系统26射出的光束BLs以会聚的状态入射到荧光发光元件27。

荧光发光元件27具有荧光体层34、支承荧光体层34的支承体35、设置于荧光体层34与支承体35之间的热应力降低部件36以及设置于热应力降低部件36与荧光体层34之间的反射部37。在本实施方式中，荧光发光元件27相当于本发明的“波长转换元件”。

在本实施方式中，荧光体层34是将多个YAG荧光体粒子烧结而得的烧结体。荧光体层34被光束BLs激励而射出例如在500～700nm的波段具有峰值波长的荧光(黄色光)YL。该荧光体层34的耐热性比包含有机粘合剂的荧光体层优异。

荧光体层34的与入射有光束BLs的一侧相反侧的面经由热应力降低部件36固定于支承体35。

由荧光体层34生成的荧光YL中的一部分荧光YL被反射部37反射，而向荧光体层34的外部射出。反射部37优选反射率较高，在本实施方式中，使用电介质多层膜。这样，荧光YL从荧光体层34朝向第1聚光光学系统26射出。

支承体35优选导热性优异，在本实施方式中，使用由金属构成的板状部件。在本实施方式中，使用铜板作为支承体35。另外，也可以使用铝作为支承体35的材料。

另外，当激励光(光束BLs)照射到荧光体层34时，荧光体层34的温度上升。图3是用于说明荧光体层34的温度上升的情况下的、荧光发光元件27的状态的图。

荧光体层34与支承体35的线膨胀系数不同，因此，在照射有激励光时，产生了热应力。具体而言，支承体35的线膨胀系数比荧光体层34的线膨胀系数大。因此，如图3所示，支承体35的膨胀量(伸长量)比荧光体层34的膨胀量(伸长量)大。此时，荧光体层34可能由于在荧光体层34中产生的热应力而断裂或者从支承体35剥离。

与此相对，本实施方式的荧光发光元件27在支承体35与荧光体层34之间设置有热应力降低部件36。热应力降低部件36是将荧光体层34与支承体35接合的接合部件。热应力降低部件36包含具有热应力降低功能的金属材料，该金属材料使在照射有激励光时在荧光体层34中产生的热应力降低。另外，荧光体层34与热应力降低部件36经由形成于荧光体层34的表面的金属化层(未图示)而彼此接合。金属化层并不是必需的，在能够得到充分的接合强度的情况下也可以省略。

热应力降低部件36的莫氏硬度比支承体35的莫氏硬度低。在本实施方式中，热应力降低部件36由莫氏硬度较低的软质金属材料构成。软质金属材料例如从铟、氯化银、铅、锡、镁、银、锌、硫、铜、金的组中选择。下述表1示出了软质系金属材料的莫氏硬度。

【表1】

软质类金属材料	莫氏硬度
		铟	1.2
氯化银	1.3
		铅	1.5
锡	1.5～1.8
		镁	2
银	2
		锌	2
硫	1.5～2.5
		铜	2.5～3
金	2.5～3

另外，在使用铜或者金作为热应力降低部件36的情况下，期望使用铝作为支承体35的材料。这样，能够使热应力降低部件36的莫氏硬度比上述支承体35低。

由这样的软质金属材料构成的热应力降低部件36具有作为金属的特性的高导热性，并且柔软性优异。因此，热应力降低部件36将荧光体层34的热高效地传递到支承体35，并且能够降低在荧光体层34中产生的应力变形。因而，不容易产生由热应力导致的荧光发光元件27的破损。

返回图2，从荧光体层34射出的荧光YL是非偏振光。荧光YL在通过第1聚光光学系统26之后入射到偏振分离元件50A。然后，该荧光YL从偏振分离元件50A朝向集成光学系统31前进。

另一方面，从偏振分离元件50A射出的P偏振光的光束BLp被第2相位差板28b转换为作为右旋圆偏振光的蓝色光BLc1并入射到第2聚光光学系统29。第2相位差板28b由1/4波长板构成。

第2聚光光学系统29例如由透镜29a构成，使蓝色光BLc1以聚光的状态入射到扩散反射元件30。

扩散反射元件30使从第2聚光光学系统29射出的蓝色光BLc1朝向偏振分离元件50A扩散反射。作为扩散反射元件30，优选使用使蓝色光BLc1进行兰伯特反射并且不打乱偏振状态的元件。

以下，将被扩散反射元件30扩散反射后的光称为蓝色光BLc2。根据本实施方式，通过使蓝色光BLc1扩散反射而得到大致均匀的照度分布的蓝色光BLc2。右旋圆偏振光的蓝色光BLc1被作为左旋圆偏振光的蓝色光BLc2而反射。

蓝色光BLc2在被第2聚光光学系统29转换为平行光之后，再次透过第2相位差板28b而被转换为作为S偏振光的蓝色光BLs1。蓝色光BLs1被偏振分离元件50A朝向集成光学系统31反射。

蓝色光BLs1以及荧光YL从偏振分离元件50A朝向彼此相同的方向射出，生成了蓝色光BLs1与荧光(黄色光)YL混合而得的白色的照明光WL。

照明光WL朝向集成光学系统31射出。集成光学系统31例如由透镜阵列31a以及透镜阵列31b构成。透镜阵列31a、31b由将多个小透镜排列为阵列状而得的元件构成。

透过集成光学系统31的照明光WL入射到偏振转换元件32。偏振转换元件32由偏振分离膜和相位差板构成。偏振转换元件32将包含作为非偏振光的荧光YL的照明光WL转换为线偏振光。

透过偏振转换元件32的照明光WL入射到重叠透镜33a。重叠透镜33a与集成光学系统31协作，使被照明区域中的照明光WL的照度的分布均匀化。这样，照明装置2射出照明光WL。

在本实施方式的照明装置2中，不容易产生由于荧光体层34与支承体35的线膨胀系数差而导致的荧光发光元件27的破损(具体而言，是荧光体层34的破损或者剥离)。因而，照明装置2能够稳定地射出照明光WL。因此，具有该照明装置2的本实施方式的投影仪1的可靠性高。

(第二实施方式)

接下来，对第二实施方式的照明装置进行说明。本实施方式与第一实施方式在荧光发光元件的结构方面不同，除此以外的结构相同。因此，在以下的说明中，对与第一实施方式相同的结构以及部件标注同一标号，并省略或者简化这些结构部件的详细说明。

图4是示出本实施方式的荧光发光元件27A的结构的剖视图。

如图4所示，本实施方式的荧光发光元件27A在支承体35与荧光体层34之间设置有热应力降低部件36A。本实施方式的热应力降低部件36A是将荧光体层34与支承体35接合的接合部件。热应力降低部件36A包含具有热应力降低功能的金属材料，该金属材料使在照射有激励光时在荧光体层34中产生的热应力降低。

在本实施方式中，构成热应力降低部件36A的金属材料是多孔质的。因此，热应力降低部件36A具有多个孔38。由这样的多孔质构成的金属材料(以下，有时也称为多孔质金属)例如从铟、氯化银、铅、锡、镁、银、锌、硫、铜、金的组中选择。

由这样的多孔质金属构成的热应力降低部件36A柔软性优异，因此，不容易产生由于荧光体层34与支承体35的线膨胀系数差而导致的荧光发光元件27的破损(具体而言，是荧光体层34的破损或者剥离)。

(第三实施方式)

接下来，对第三实施方式的照明装置进行说明。本实施方式与第一实施方式在荧光发光元件的结构方面不同，除此以外的结构相同。因此，在以下的说明中，对与第一实施方式共同的结构以及部件标注同一标号，并省略或者简化这些结构部件的详细说明。

图5是示出本实施方式的荧光发光元件27B的结构的剖视图。

如图5所示，本实施方式的荧光发光元件27B在支承体35与荧光体层34之间设置有热应力降低部件36B。热应力降低部件36B是将荧光体层34与支承体35接合的接合部件。热应力降低部件36B包含具有热应力降低功能的树脂材料，该树脂材料使在照射有激励光时在荧光体层34中产生的热应力降低。另外，热应力降低部件36B只要以树脂材料为主体而构成，则例如也可以含有Ag等金属粒子。通过像这样含有金属粒子，热传导率提高，因此，能够高效地将荧光体层34的热向支承体35传递。

构成本实施方式的热应力降低部件36B的树脂材料例如由硅酮树脂或环氧树脂等有机类的粘接材料构成。由这样的树脂材料构成的热应力降低部件36B的柔软性优异，因此，不容易产生由于荧光体层34与支承体35的线膨胀系数差而导致的荧光发光元件27的破损(具体而言，是荧光体层34的破损或者剥离)。

另外，本发明不限于上述实施方式的内容，在不脱离发明主旨的范围内能够适当变更。

例如，在上述实施方式中，列举荧光发光元件27、27A、27B为固定方式的例子，但荧光发光元件27A、27B、27C也可以采用支承体35能够旋转的旋转方式。

此外，在上述实施方式中，例示了具有3个光调制装置4R、4G、4B的投影仪1，但也能够应用于通过1个光调制装置来显示彩色影像的投影仪。此外，可以使用数字微镜器件作为光调制装置。

此外，在上述实施方式中，示出了将本发明的照明装置搭载于投影仪的例子，但不限于此。本发明的照明装置也能够应用于照明器具或汽车的头灯等。

Claims (9)

1.一种波长转换元件，其具有：

荧光体层；

支承体；以及

热应力降低部件，其设置于该荧光体层与该支承体之间。

2.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中，

所述支承体由金属形成，

所述热应力降低部件包含具有热应力吸收功能的金属材料，以用于降低由于所述荧光体层与所述支承体之间的线膨胀系数差而引起的热应力。

3.根据权利要求2所述的波长转换元件，其中，

所述金属材料是软质金属材料。

4.根据权利要求2或3所述的波长转换元件，其中，

所述热应力降低部件的莫氏硬度比所述支承体的莫氏硬度低。

5.根据权利要求2～4中的任意一项所述的波长转换元件，其中，

所述金属材料是多孔质的。

6.根据权利要求2～5中的任意一项所述的波长转换元件，其中，

所述金属材料由从铟、氯化银、铅、锡、镁、银、锌、硫、铜、金的组中选择的材料构成。

7.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中，

所述支承体由金属形成，

所述热应力降低部件包含具有热应力吸收功能的树脂材料，以用于降低由于所述荧光体层与所述支承体之间的线膨胀系数差而引起的热应力。

8.一种光源装置，其具有：

权利要求1～7中的任意一项所述的波长转换元件；以及

发光元件，其射出用于激励所述荧光体层的激励光。

9.一种投影仪，其具有：

权利要求8所述的光源装置；

光调制装置，其根据图像信息对来自所述光源装置的光进行调制而生成图像光；以及

投射光学系统，其投射所述图像光。