CN111788521B - 发光元件、光源装置以及投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够进一步抑制发光区域的扩展并进一步提高指向性的发光元件。发光元件至少包括荧光体层(1002)和发射以预定角度入射的光的发射角选择层(1001)。荧光体层(1002)包括荧光体(500)和光散射体(600)。荧光体层(1002)和发射角选择层(1001)依次排列。

Description

发光元件、光源装置以及投影仪
技术领域
本技术涉及发光元件、光源装置以及投影仪。
背景技术
近年来，在诸如照明器具、显示器、投影仪等的各种光学装置的应用中，有需求高效地向需要的方向发光。
例如，提出了一种光学装置，其包括多个包含金属并以二维周期性阵列形成的纳米结构，以及发射波长不同于激发光的波长的光的波长转换层，并且在纳米结构中，在平行于激发光入射在其上的入射表面的预定第一方向上的长度(例如，长边长度)与在平行于入射表面并垂直于第一方向的第二方向上的长度(短边长度)彼此不同(参见专利文献1)。
此外，例如，提出了一种发光元件，其包括光致发光层、透光层和周期性结构，其中，周期性结构包括多个凸部或多个凹部中的至少一个，由光致发光层发射的光包括空气中波长为λa的第一光，保持λa/nwav-a＜Dint＜λa的关系，其中Dint表示相邻凸部或凹部之间的距离，nwav-a表示光致发光层对于第一光的折射率，并且经由周期性结构在垂直于光致发光层的方向上发射的光的光谱中强度处于其峰值处的波长A偏离包含在光致发光层中的光致发光材料的发光光谱中强度处于其峰值处的波长B(参见专利文献2)。
此外，例如，提出了一种光学装置，其包括利用入射光引起荧光发生的荧光体层、利用荧光激发第一表面等离子体激元的等离子体激元激发层(荧光体层和等离子体激元激发层以该顺序层叠)、以及出射部，该出射部将第一表面等离子体激元或者在等离子体激元激发层的与接触荧光体层的表面相对的表面上发生的光作为发射光向外部发射，其中荧光体层包含利用入射光激发第二表面等离子体激元的细小金属颗粒(参见专利文献3)。
引文清单
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开No.2017-157488
专利文献2：日本专利申请公开No.2016-171228
专利文献3：WO2012/049905
发明内容
本发明要解决的问题
然而，在专利文献1至3中的每一个中提出的技术可能不能进一步抑制发光区域的扩展及进一步提高指向性。
因此，本技术是鉴于这样的状况而完成的，其主要目的在于提供一种能够进一步抑制发光区域的扩展，并且进一步提高指向性的发光元件、以及包括该发光元件的光源装置和投影仪。
问题的解决方案
本发明人为了实现上述目的而进行了深入研究，结果令人惊奇地成功实现了进一步抑制发光区域的扩展并进一步提高指向性，从而完成了本技术。
即，在本技术中，首先，提供了一种发光元件，其至少包括荧光体层和发射以预定角度入射的光的发射角选择层，其中，荧光体层包括荧光体和光散射体，并且荧光体层和发射角选择层依次排列。
根据本技术的发光元件还包括反射层，以及
在根据本技术的发光元件中，反射层、荧光体层和发射角选择层可以依次排列。
根据本技术的发光元件还包括电介质间隔物，以及
在根据本技术的发光元件中，电介质间隔物可以布置在反射层和荧光体层之间，此外，电介质间隔物在波长为380nm至780nm的范围内可以具有2.5至6.0的介电常数及10nm至400nm的厚度。
在根据本技术的发光元件中，荧光体层还包括金属纳米颗粒，以及
金属纳米颗粒可以布置在荧光体的表面上。
本技术的发光元件还包括反射层，反射层、荧光体层及发射角选择层依次排列，荧光体层还包括金属纳米颗粒，金属纳米颗粒可以布置在荧光体的表面上。
根据本技术的发光元件还包括反射层和电介质间隔物，
反射层、电介质间隔物、荧光体层和发射角选择层可以依次排列，及
荧光体层可以进一步包括金属纳米颗粒，金属纳米颗粒可以布置在荧光体的表面上，并且此外，电介质间隔物在波长为380nm至780nm的范围内可以具有2.5至6.0的介电常数及10nm至400nm的厚度。
在根据本技术的发光元件中，荧光体可以是低再吸收荧光体。
在根据本技术的发光元件中，发射角选择层可以由介电膜构成。
在根据本技术的发光元件中，发射角选择层可以具有光栅结构或贴片结构。
在根据本技术的发光元件中，光散射体可以是光散射反射器、散射颗粒或空隙。
此外，本技术提供了一种光源装置，其包括根据本技术的发光元件、发射激发光的光源、以及随时间移动利用激发光照射的发光元件的位置的移动机构。
另外，本技术提供一种投影仪，其包括根据本技术的光源装置、使用从该光源装置发射的光生成图像的图像生成单元、以及对图像生成单元生成的图像进行投影的投影单元。
发明的效果
根据本技术，可以进一步抑制发光区域的扩展并且进一步提高指向性。注意，本文所述的效果不一定是限制性的，并且可以是本公开内容中所描述的任何效果。
附图说明
图1是示出应用本技术的第一实施例的发光元件的示例配置的截面图。
图2是示出荧光体的吸收光谱和发射光谱之间的关系的示例的曲线图。
图3是示出荧光体的吸收光谱和发射光谱之间的关系的示例的曲线图。
图4是示出应用本技术的第二实施例的发光元件的示例配置的截面图。
图5是示出应用本技术的第三实施例的发光元件的示例配置的截面图。
图6是图示应用本技术的第四实施例的发光元件的示例配置的截面图。
图7是从上方观察的应用本技术的第四实施例的发光元件的平面图。
图8是示出应用本技术的第五实施例的发光元件的示例配置的截面图。
图9是从上方观察的应用本技术的第五实施例的发光元件的平面图。
图10是示出应用本技术的第六实施例的发光元件的示例配置的截面图。
图11是示出荧光区域的直径与TiO2散射颗粒的浓度的相关性的曲线图。
图12是示出光束发散角与介电膜的临界角的相关性的曲线图。
图13是示出应用本技术的第七实施例的光源装置的示例配置的一组透视图。
图14是从上方观察的应用本技术的第七实施例的光源装置的平面图。
图15是示出应用本技术的第八实施例的投影仪的示例配置的示意图。
具体实施方式
在下文中，将描述用于实施本技术的优选实施例。以下描述的实施例各自指示本技术的典型实施例的示例，并且本公开内容的范围不应被实施例狭义地解释。注意，在使用附图的描述中，相同或等效的元件或构件将由相同的附图标记表示，并且将省略其冗余描述。
注意，将按以下顺序给出描述。
1.本技术的概述
2.第一实施例(发光元件的示例1)
3.第二实施例(发光元件的示例2)
4.第三实施例(发光元件的示例3)
5.第四实施例(发光元件的示例4)
6.第五实施例(发光元件的示例5)
7.第六实施例(发光元件的示例6)
8.第七实施例(光源装置的示例)
9.第八实施例(投影仪的示例)
<1.本技术的概述>
首先，将描述本技术的概述。
本技术涉及发光元件、光源装置以及投影仪。
在荧光光源中，由于荧光体层内发光区域的扩展和所发射荧光的发散角的扩展，光源和要耦合到该光源的光学系统之间的耦合效率可能降低。存在通过在荧光光源中使用衍射结构来抑制发射的荧光的发散角的示例，但是存在以下约束，即，仅可以相对于发射平面控制一个或两个垂直平面中的发散角。然而，在该示例中，没有应用用于抑制发光区域的扩展的措施。此外，存在通过金属纳米颗粒和块状介质的表面等离子体激元共振增强荧光发射的示例。然而，金属纳米颗粒和块状介质不用在激发光被多次反射的环境中，因此激发效率仍然较低。
本技术可以减小集光率(etendue)(＝发光区域的尺寸×出射发散角)。此外，本技术可以使发光量的减少降到最低程度。
通过组合以下技术A和B可以减小集光率：
A.通过散射结构抑制荧光体层中荧光发射区域的扩展(抑制发光区域的扩展)，
B.发射角相关的发射角选择层(例如，介电膜)仅允许发射具有小发射角的荧光，并且从荧光体层侧以大于临界角的角度入射到发射角选择层(介电膜)上的荧光在层内被反射并重复散射，直到荧光以小于临界角的角度入射(提高指向性)。
此外，由于荧光体层内部的荧光的多次反射引起的荧光体的再吸收，荧光发射的量可能减少，这可能升高荧光体的温度。为了改善荧光发射量的减少和荧光体温度的升高，可以通过以下技术C改善荧光发射特性和温度特性：
C.使用具有低再吸收率的荧光体(改善由于荧光体的再吸收的发射衰减)。
此外，本技术可以通过在荧光体层形成在圆形基板上并且被旋转驱动以供使用时暂时减低用激发光照射的部分的温度来改善散热性能。
本技术可以减小集光率(＝发光区域的尺寸×出射发散角)并且能够进一步使发光量的减小降到最低程度，并且因此能够适当地应用于投影仪、透射型空间调制器面板、聚光照明、汽车前灯、窗户等的光源。
<2.第一实施例(发光元件的示例1)>
根据本技术的第一实施例的发光元件(发光元件的示例1)是至少包括荧光体层和发射以预定角度入射的光的发射角选择层的发光元件，其中荧光体层包括荧光体和光散射体，并且荧光体层和发射角选择层依次排列。此处，以预定角度入射的光是指光以小于等于临界角的角度从荧光体层侧通过荧光体层的表面入射到发射角选择层上。注意，当光以小于等于临界角的角度入射到发射角选择层上时，发射角选择层发射光，并且当光以大于临界角的角度入射到发射角选择层上时，光在荧光体层内部重复散射，直到光以小于等于临界角的角度入射到发射角选择层上。
根据本技术的第一实施例的发光元件还可以包括反射层，在这种情况下，在根据本技术的第一实施例的发光元件中，反射层、荧光体层和发射角选择层依次排列。
按照根据本技术的第一实施例的发光元件，可以减小集光率。此外，如稍后所述，在低再吸收荧光体用于荧光体层的情况下，根据本技术的第一实施例的发光元件可以进一步改善发射衰减。
图1示出了作为根据本技术的第一实施例的发光元件的示例的发光元件1000(其是图1中的发光元件1000-1)。图1是发光元件1000-1的截面图。
发光元件1000-1包括荧光体层1002、发射角选择层1001和反射层1003，并且反射层1003、荧光体层1002和发射角选择层1001依次排列。如图1所示，发光元件1000-1在入射光(激发光B1和B2)和发射光(荧光发射A1和A2)一侧的表面用作发射角选择层1001。荧光体层1002包括荧光体500和光散射体600。可以通过发射角选择层1001减小发射光(荧光发射A1和A2)的发射角C。
在发光元件1000-1中，荧光体层1002保持在反射层1003(例如，反射镜基板)上以便具有任何厚度，并且发射角选择层1001布置在荧光体层1002在入射光(激发光B1和B2)和发射光(荧光发射A1和A2)一侧的表面上。发射角选择层1001可以包括，但不特别限于，介电膜(例如，包括介电材料的薄多层膜)。
荧光体500可以包括例如选自有机材料、无机材料、YAG基材料、ZnS、ZnSe、CdS和CdSe中的至少一种材料作为构成材料。荧光体500优选地包括低再吸收荧光体。通过包括低再吸收荧光体，可以改善发射衰减。荧光体500的发射半宽可以是，但不特别限于，130nm或更小。此外，荧光体500例如是荧光体颗粒。在荧光体颗粒的情况下，例如，在量子点的情况下，其平均粒径没有特别限制，但优选为2nm至10nm，此外，在Ce:YAG荧光体的情况下，其平均粒径没有特别限制，优选为1至50μm。荧光体层1002中的荧光体500(例如，荧光体颗粒)的浓度也没有特别限制。然而，例如，在量子点的情况下，浓度优选为2至34vol％，并且例如，在Ce:YAG荧光体的情况下，浓度优选为40至70vol％。
光散射体600可以是散射颗粒，散射颗粒可以包括硅基材料或氧化物材料中的至少一种作为构成材料，并且对荧光体层1002中的光散射体600(例如，散射颗粒)的浓度没有特别限制，但是优选为0.5vol％或更高。此外，光散射体600可以是空隙。光散射体600可以抑制荧光体层1002中的荧光发射区域的扩展。
反射层1003可以是反射镜基板，可以包括介电材料或金属材料中的至少一种作为构成材料，并且优选地在波长为380至780nm的范围中具有80％或更高的反射率。吸收光谱和发射光谱的重叠率没有特别限制，但是优选地较小，并且例如，重叠率可以是10％或更低。
图2示出了荧光体的吸收光谱和发射光谱之间的关系。在图2的曲线图中，纵轴表示吸收率(图2中用箭头P2表示的纵轴)和荧光发射强度(图2中用箭头Q2表示的纵轴)，横轴表示波长。参考图2，可以确认存在吸收光谱与发射光谱重叠的波长范围，并且可以理解，发射波长范围中的吸收率高。
图3示出了低再吸收荧光体的吸收光谱和发射光谱之间的关系。在图3的曲线图中，纵轴表示吸收率(图3中用箭头P3表示的纵轴)和荧光发射强度(图3中用箭头Q3表示的纵轴)，横轴表示波长。参考图3，可以确认几乎不存在吸收光谱和发射光谱重叠的波长范围，并且可以理解，发射波长范围中的吸收率低。
图11示出了荧光区域的直径相对于引起Mie散射的粒径1.0μm的散射颗粒(TiO2)的体积浓度的光学模拟1的结果的曲线图。注意，在光学模拟1中使用粒径为1.0μm的散射颗粒，但是散射颗粒的粒径没有特别限制，只要Mie散射是由具有这种粒径的散射颗粒引起的即可。在图11的曲线图中，纵轴表示荧光区域的直径(mm)，横轴表示TiO2浓度(vol％)。
以下将详细描述光学模拟1的内容。
(目的)
检查荧光体层中所含TiO2颗粒的浓度对发光区域尺寸的影响。
(计算方法)
在改变荧光体内部的TiO2颗粒浓度的同时，计算荧光体层的表面上的发光圆形区域的直径。
(结果)
确认了TiO2颗粒浓度越高，发光尺寸越小。即，当浓度变为0.5vol％或更高时，荧光区域的尺寸变小，并且该区域的直径变为
Figure BDA0002655740260000081
确认了与没有添加散射颗粒的状态相比，荧光区域的尺寸可以减小10％。
此外，图12示出了荧光发射光与介电膜(发射角选择层)的临界角的相关性的光学模拟2的结果。在光学模拟2中，使用设定为1.0μm的TiO2散射颗粒直径和设定为0.5vol％的其体积浓度进行计算。纵轴表示光束发散角(度)(发射光的发散角)，横轴表示可以发射的角度(度)(临界角，其是可以发射光的角度)。
以下将详细描述光学模拟2的内容。
(目的)
检查介电多层膜(发射角选择层)的发射临界角对发射发散角的影响程度。
(计算方法)
从荧光体层侧到介电多层膜上的入射角由θ表示。设置以下约束：仅在荧光以小于θ的角度从荧光体层侧入射到介电膜上的情况下，才通过介电膜发射荧光。计算当θ变为20、30和40度时的发散角。
(结果)
确认了当θ为20度时荧光发散角最小。通过将介电多层膜的临界角从40度减小到20度，光束发散角可以从74度减小到12度。注意，基于光学模拟2的结果，认为在临界角小于20度的区域中指向性进一步增加。
<3.第二实施例(发光元件的示例2)>
根据本技术的第二实施例的发光元件(发光元件的示例2)是至少包括荧光体层、发射以预定角度入射的光的发射角选择层、反射层和电介质间隔物的发光元件，其中荧光体层包括荧光体和光散射体，并且反射层、电介质间隔物、荧光体层和发射角选择层依次排列。
在根据本技术的第二实施例的发光元件中，电介质间隔物可以在任何波长范围内具有任何介电常数和厚度，但是优选地在波长为380nm至780nm的范围内具有2.5至6.0的介电常数及10nm至400nm的厚度。
按照根据本技术的第二实施例的发光元件，可以减小集光率。此外，如稍后所述，在低再吸收荧光体用于荧光体层的情况下，根据本技术的第二实施例的发光元件可以进一步改善发射衰减。
图4示出了作为根据本技术的第二实施例的发光元件的示例的发光元件1000(其是图4中的发光元件1000-4)。图4是发光元件1000-4的截面图。
发光元件1000-4包括荧光体层1002、发射角选择层1001、电介质间隔物1004和反射层1003，并且反射层1003、电介质间隔物1004、荧光体层1002和发射角选择层1001依次排列。发光元件1000-4在入射光(激发光，尽管在图4中未示出)和发射光(荧光发射，尽管在图4中未示出)一侧的表面用作发射角选择层1001。荧光体层1002包括荧光体500和光散射体600。
如上所述，发光元件1000-4具有电介质间隔物1004布置在荧光体层1002和反射层(反射镜基板)1003之间的结构。在这种情况下，反射镜基板1003使用金属反射镜，并且通过激发光或荧光在金属表面上激发表面等离子体激元。激发的表面等离子体激元可以生成强电场以激发荧光体500并增强荧光发射量。例如，从透明氧化物的折射率的观点来看，电介质间隔物1004可以是在波长为380nm至780nm的范围中具有2.5至6.0的介电常数的材料。从电介质间隔物的介电常数和由空气介质中的表面等离子体激元生成的电场穿透深度的观点来看，电介质间隔物1004的厚度可以在例如10nm到400nm的范围内。当采用如上所述指定的介电常数和厚度时，进一步提高了由表面等离子体激元引起的荧光体的激发效率。
除了以上关于根据本技术的第二实施例的发光元件描述的内容之外，在根据本技术的第一实施例的发光元件的部分中描述的内容可以原样应用于根据本技术的第二实施例的发光元件。
<4.第三实施例(发光元件的示例3)>
根据本技术的第三实施例的发光元件(发光元件的示例3)是至少包括荧光体层和发射以预定角度入射的光的发射角选择层的发光元件，其中荧光体层包括荧光体、光散射体和金属纳米颗粒，金属纳米颗粒布置在荧光体的表面，荧光体层和发射角选择层依次排列。
根据本技术的第三实施例的发光元件还可以包括反射层，在这种情况下，在根据本技术的第三实施例的发光元件中，反射层、荧光体层和发射角选择层依次排列。此外，根据本技术的第三实施例的发光元件还可以包括反射层和电介质间隔物，在这种情况下，反射层、电介质间隔物、荧光体层和发射角选择层依次排列。
当根据本技术的第三实施例的发光元件包括电介质间隔物时，电介质间隔物可以在任何波长范围内具有任何介电常数和厚度，但是优选地在波长为380nm至780nm的范围内具有2.5至6.0的介电常数及10nm至400nm的厚度。
按照根据本技术的第三实施例的发光元件，可以减小集光率。此外，如稍后所述，在低再吸收荧光体用于荧光体层的情况下，根据本技术的第三实施例的发光元件可以进一步改善发射衰减。
图5示出了作为根据本技术的第三实施例的发光元件的示例的发光元件1000(其是图5中的发光元件1000-5)。图5是发光元件1000-5的截面图。
发光元件1000-5包括荧光体层1002、发射角选择层1001和反射层1003，并且反射层1003、荧光体层1002和发射角选择层1001依次排列。发光元件1000-5在入射光(激发光，尽管在图5中未示出)和发射光(荧光发射，尽管在图5中未示出)一侧的表面用作发射角选择层1001。荧光体层1002包括荧光体500和光散射体600。如图5所示，金属纳米颗粒700布置在荧光体500的表面上。
如上所述，发光元件1000-5具有金属纳米颗粒700布置在荧光体500的表面上的结构。通过激发光或荧光在金属纳米颗粒700的表面上激发表面等离子体激元，并且电场被局域化。不仅激发光而且局部强电场都可以激发荧光体，并且可以增强荧光发射量。由于在介电膜(发射角选择层1001)和反射镜(反射层1003)之间存在光的多次反射，所以可以有效地激发等离子体激元。金属纳米颗粒可以具有任意的平均粒径，但优选具有200nm或更小的平均粒径，并且可以包括Au、Ag或Ti中的至少一种类型的金属作为构成材料。对各金属纳米颗粒700和荧光体500之间的距离没有特别限制，但优选地为20nm或更小。
除了以上关于根据本技术的第三实施例的发光元件描述的内容之外，在根据本技术的第一实施例的发光元件的部分中描述的内容可以原样应用于根据本技术的第三实施例的发光元件。
<5.第四实施例(发光元件的示例4)>
根据本技术的第四实施例的发光元件(发光元件的示例4)是至少包括荧光体层和发射以预定角度入射的光的发射角选择层的发光元件，其中荧光体层包括荧光体和光散射体，荧光体层和发射角选择层依次排列，并且发射角选择层具有光栅结构。
根据本技术的第四实施例的发光元件还可以包括反射层，在这种情况下，在根据本技术的第四实施例的发光元件中，反射层、荧光体层和发射角选择层依次排列。此外，根据本技术的第四实施例的发光元件还可以包括反射层和电介质间隔物，在这种情况下，反射层、电介质间隔物、荧光体层和发射角选择层依次排列。
当根据本技术的第四实施例的发光元件包括电介质间隔物时，电介质间隔物可以在任何波长范围内具有任何介电常数和厚度，但是优选地在波长为380nm至780nm的范围内具有2.5至6.0的介电常数及10nm至400nm的厚度。
按照根据本技术的第四实施例的发光元件，可以减小集光率。此外，如稍后所述，在低再吸收荧光体用于荧光体层的情况下，根据本技术的第四实施例的发光元件可以进一步改善发射衰减。
图6示出了作为根据本技术的第四实施例的发光元件的示例的发光元件1000(其是图6中的发光元件1000-6)。图6是发光元件1000-6的截面图。此外，图7是从上方观察的发光元件1000-6的平面图。
发光元件1000-6包括荧光体层1002、发射角选择层1006和反射层1003，并且反射层1003、荧光体层1002和发射角选择层1006依次排列。发光元件1000-6在入射光(激发光，尽管在图6中未示出)和发射光(荧光发射，尽管在图6中未示出)一侧的表面用作发射角选择层1006。荧光体层1002包括荧光体500和光散射体600。如图6所示，发射角选择层1006具有光栅结构。
将参考图7更详细地描述光栅结构。参考图7，发射角选择层1006在发光元件1000-6的垂直方向(图7中的上下方向)上线性延伸，并且在发光元件1000-6的水平方向(图7中的左右方向)上，发射角选择层1006和荧光体层1002形成基本规则的间距。
将具有光栅结构的发射角选择层1006布置在荧光体层1002的表面上。通过由光栅的材料和间距控制衍射波长和衍射方向，可以改善指向性。对具有光栅(衍射光栅)的发射角选择层1006的构成材料没有特别限制，但是优选地是在波长为380至780nm的范围中具有80％或更大透射率的材料。
除了以上关于根据本技术的第四实施例的发光元件描述的内容之外，在根据本技术的第一实施例的发光元件的部分中描述的内容可以原样应用于根据本技术的第四实施例的发光元件。
<6.第五实施例(发光元件的示例5)>
根据本技术的第五实施例的发光元件(发光元件的示例5)是至少包括荧光体层和发射以预定角度入射的光的发射角选择层的发光元件，其中荧光体层包括荧光体和光散射体，荧光体层和发射角选择层依次排列，并且发射角选择层具有贴片结构。
根据本技术的第五实施例的发光元件还可以包括反射层，在这种情况下，在根据本技术的第五实施例的发光元件中，反射层、荧光体层和发射角选择层依次排列。此外，根据本技术的第五实施例的发光元件还可以包括反射层和电介质间隔物，在这种情况下，反射层、电介质间隔物、荧光体层和发射角选择层依次排列。
当根据本技术的第五实施例的发光元件包括电介质间隔物时，电介质间隔物可以在任何波长范围内具有任何介电常数和厚度，但是优选地在波长为380nm至780nm的范围内具有2.5至6.0的介电常数及10nm至400nm的厚度。
按照根据本技术的第五实施例的发光元件，可以减小集光率。此外，如稍后所述，在低再吸收荧光体用于荧光体层的情况下，根据本技术的第五实施例的发光元件可以进一步改善发射衰减。
图8示出了作为根据本技术的第五实施例的发光元件的示例的发光元件1000(其是图8中的发光元件1000-8)。图8是发光元件1000-8的截面图。此外，图9是从上方观察的发光元件1000-8的平面图。
发光元件1000-8包括荧光体层1002、发射角选择层1007和反射层1003，并且反射层1003、荧光体层1002和发射角选择层1007依次排列。发光元件1000-8在入射光(激发光，尽管在图8中未示出)和发射光(荧光发射，尽管在图8中未示出)一侧的表面用作发射角选择层1007。荧光体层1002包括荧光体500和光散射体600。如图8所示，发射角选择层1007具有贴片结构。
将参考图9更详细地描述贴片结构。参考图9，发射角选择层1007在垂直和水平方向(图9中的上下方向和左右方向)上以基本规则的间隔作为基本圆形的贴片形成在荧光体层1002的表面上。基本圆形的贴片可以具有蛾眼结构。
由于包括在发光元件1000-8中的发射角选择层1007具有贴片结构(例如，圆形贴片结构)，所以可以在所有方向上改善垂直于荧光体层的平面中的指向性。
除了以上关于根据本技术的第五实施例的发光元件描述的内容之外，在根据本技术的第一实施例的发光元件的部分中描述的内容可以原样应用于根据本技术的第五实施例的发光元件。
<7.第六实施例(发光元件的示例6)>
根据本技术的第六实施例的发光元件(发光元件的示例6)是至少包括荧光体层和发射以预定角度入射的光的发射角选择层的发光元件，其中荧光体层包括荧光体和光散射体，荧光体层和发射角选择层依次排列，并且光散射体是光散射反射器。
根据本技术的第六实施例的发光元件还可以包括反射层，在这种情况下，在根据本技术的第六实施例的发光元件中，反射层、荧光体层和发射角选择层依次排列。此外，根据本技术的第六实施例的发光元件还可以包括反射层和电介质间隔物，在这种情况下，反射层、电介质间隔物、荧光体层和发射角选择层依次排列。
当根据本技术的第六实施例的发光元件包括电介质间隔物时，电介质间隔物可以在任何波长范围内具有任何介电常数和厚度，但是优选地在波长为380nm至780nm的范围内具有2.5至6.0的介电常数及10nm至400nm的厚度。
按照根据本技术的第六实施例的发光元件，可以减小集光率。此外，如稍后所述，在低再吸收荧光体用于荧光体层的情况下，根据本技术的第六实施例的发光元件可以进一步改善发射衰减。
图10示出了作为根据本技术的第六实施例的发光元件的示例的发光元件1000(其是图10中的发光元件1000-10)。图10是发光元件1000-10的截面图。
发光元件1000-10包括荧光体层1002和发射角选择层1001，并且荧光体层1002和发射角选择层1001依次排列。发光元件1000-10在入射光(激发光，尽管在图10中未示出)和发射光(荧光发射，尽管在图10中未示出)一侧的表面用作发射角选择层1001。荧光体层1002包括荧光体500和作为光散射体的光散射反射器1005。在图10中，光散射反射器1005从荧光体层1002的一侧表面部分(例如，图10中的荧光体层1002的左侧表面部分)经由荧光体层1002的底面部分(图10中的荧光体层1002的下部)布置到荧光体层1002的另一侧表面部分(例如，图10中的荧光体层1002的右侧表面部分)。
在发光元件1000-10中，使用应用了具有高光散射特性的反射器的结构(光散射反射器1005)作为散射结构。荧光体层1002的底面部分上的光散射反射器1005的反射器结构通过周期性或非周期性地加工微细结构而形成。光散射反射器1005在荧光体层1002的每个内壁表面具有倾斜结构，从而实现了难以扩展荧光发光区域的效果。对光散射反射器1005的构成材料没有特别限制，但是优选地是在波长为380至780nm的范围中具有80％或更大的反射率的固体材料。
除了以上关于根据本技术的第六实施例的发光元件描述的内容之外，在根据本技术的第一实施例的发光元件的部分中描述的内容可以原样应用于根据本技术的第六实施例的发光元件。
<8.第七实施例(光源装置的示例)>
根据本技术的第七实施例的光源装置(光源装置的示例)是包括根据本技术的第一至第六实施例中的至少一个的发光元件、发射激发光的光源、以及随时间移动发光元件的被激发光照射的位置的移动机构的光源装置。
图13是示出根据本技术的第七实施例的光源装置的示例配置的一组透视图。该光源装置100是用于投影仪的光源装置，发射通过将蓝色波长范围的激光束与由该激光束激发的荧光物质生成的红色波长范围至绿色波长范围中的光进行合成而获得的白色光。
如图13A所示，光源装置100包括设置在底部上的基座1和固定到基座1的侧壁部2。此外，光源装置100包括连接到侧壁部2的前表面部3和上表面部4，以及连接到上表面部4的盖部5。侧壁部2、前表面部3、上表面部4和盖部5构成光源装置100的壳体部10。
基座1具有在一个方向上伸长的形状。基座1延伸的纵向方向是光源装置100的左右方向，并且与纵向方向正交的横向方向是其前后方向。因此，在横向上彼此面对的两个纵向部分中的一个是前侧6，而另一个是后侧7。此外，与纵向和横向都正交的方向是光源装置100的高度方向。在图13所示的示例中，x轴、y轴和z轴方向分别是左右方向、前后方向和高度方向。
图13B是省略了前表面部3、上表面部4以及盖部5的图示的图，是示出光源装置100的内部结构的一个示例的图。如图13B所示，在每个侧壁部2中，凹口9形成在前侧6的中心，此外，开口11形成在后侧7。荧光光学单元50布置在侧壁部2的前侧6上的凹口9中。荧光光学单元50经由凹口9固定到基座1，使得其发光侧面向前侧。因此，从荧光光学单元50发射的光的光轴C沿着平行于y轴的方向延伸通过平面图中的基座1的大致中心(参见图14)。注意，荧光光学单元50包括根据本技术的第一至第六实施例中的至少一个的发光元件。
两个聚光单元30布置在荧光光学单元50的后侧7上。聚光单元30相对于光轴C对称地布置。每个聚光单元30包括例如发射激光束的激光光源31，作为发射第一波长范围中的激发光的光源。设置的激光光源31的数量例如为一个以上。
图14是从上方观察的图13B所示的光源装置100的平面图。
聚光单元30各自包括包含多个激光光源31的光源单元32，以及将从多个激光光源31发射的每个激光束B1会聚到预定聚光区域(或聚光点)8的聚光光学系统34。此外，聚光单元30各自包括主框架33(参见图13B)，其支撑作为一个单元的光源单元32和聚光光学系统34。
如图13B所示，两个光源单元32布置在侧壁部2的后侧7上的开口11中，以沿纵向方向对齐。每个聚光单元30将来自多个激光光源31的激光束会聚到荧光光学单元50。
多个激光光源31例如是能够振荡蓝色激光束B1的蓝色激光光源，该蓝色激光束B1在作为第一波长范围的大于等于400nm且小于等于500nm的波长范围中具有发射强度峰值波长。作为激光光源31，可以不使用发射激光束的光源，而是使用诸如LED之类的另一固态光源。
如图13A所示，上表面部4布置在两个聚光单元30上方。上表面部4连接到侧壁部2和两个聚光单元30。前表面部3连接到荧光光学单元50、上表面部4和基座1。盖部5以覆盖两个聚光单元30之间的区域的方式布置，并连接到上表面部4。
用于将构件彼此固定和连接的方法不受限制。例如，通过预定的接合部使构件彼此接合，及通过螺纹连接等使构件彼此固定和连接。
如图14所示，上述聚光光学系统34包括非球面镜35和平面镜36。非球面镜35反射来自多个激光光源31的发射光，并将发射光会聚到平面镜36。平面镜36反射所反射的发射光，使得将由非球面镜35反射的发射光会聚到预定聚光区域8，如上所述。如稍后所述，将聚光区域8布置在荧光光学单元50中所包括的荧光体单元的荧光体层53上。
注意，上述主框架33支撑光源单元32、非球面反射镜35和平面镜36，作为一个单元。
荧光光学单元50可以包括荧光体单元和荧光准直透镜。
荧光体单元可以包括例如作为盘状旋转板的透明基板、作为旋转透明基板的驱动单元的电动机、以及根据本技术的第一至第六实施例中的至少一个的发光元件，发光元件例如被设置在透明基板的一个表面侧上。透明基板可以用作支撑发光元件的支撑件。电动机和透明基板用作随时间移动发光元件的移动机构。通过移动机构，用激发光照射的发光元件的位置随时间移动，使得未激发的荧光体原子顺序地布置在用激发光照射的位置处，这使得发光元件可以有效地发光。
<9.第八实施例(投影仪的示例)>
根据本技术的第八实施例的投影仪(投影仪的示例)是包括根据本技术的第七实施例的光源装置、使用从光源装置发射的光生成图像的图像生成单元、以及对由图像生成单元生成的图像进行投影的投影单元的投影仪。
图15是示出根据本技术的第八实施例的投影仪的示例配置的示意图。
投影仪400包括光源装置100、使用从光源装置100发射的光生成图像的图像生成单元200、以及对由图像生成单元200生成的图像光进行投影的投影单元300。
图像生成单元200包括积分器元件210、偏振转换元件215、聚光透镜216、分色镜220和222、反射镜226、227和228、以及中继透镜250和260。此外，图像生成单元200包括场透镜230(230R、230G和230B)、液晶光阀240R、240G和240B以及分色棱镜270。
积分器元件210具有将光源装置100对液晶光阀240R、240G、240B进行照射所用的入射光调整为整体上均匀的亮度分布的功能。例如，积分器元件210包括包含二维排列的多个微透镜(未示出)的第一复眼透镜211，以及包含与第一复眼透镜211中包含的微透镜一一对应地排列的多个微透镜的第二复眼透镜212。
从光源装置100入射到积分器元件210上的平行光束被第一复眼透镜211的微透镜分成多个光束，并且多个光束中的每一个在第二复眼透镜212的对应微透镜上形成图像。第二复眼透镜212的每个微透镜用作二次光源，并且利用多个平行光束作为入射光来照射偏振转换元件215。
偏振变换元件215具有使经由积分器元件210等入射的入射光的偏振状态一致的功能。偏振变换元件215例如经由布置在与光源装置100的光出射侧相对的部分上的聚光透镜216等，发射包括蓝色光B3、绿色光G3和红色光R3的出射光。
分色镜220、222具有选择性地反射预定波长范围中的色光而使其他波长范围的光透过的性质。例如，分色镜220选择性地反射红色光R3。分色镜222在透射通过分色镜220的绿色光G3和蓝色光B3之间选择性地反射绿色光G3。剩余的蓝色光B3透射通过分色镜222。因此，从光源装置100发射的光被分成具有彼此不同颜色的多种类型的光。
分离的红色光R3被反射镜226反射，借助穿过场透镜230R而被准直，然后入射到用于调制红色光的液晶光阀240R上。绿色光G3借助穿过场透镜230G而被准直，然后入射到用于调制绿色光的液晶光阀240G上。蓝色光B3穿过中继透镜250，被反射镜227反射，进一步穿过中继透镜260，并被反射镜228反射。由反射镜228反射的蓝色光B3借助穿过场透镜230B而被准直，然后入射到用于调制蓝色光的液晶光阀240B上。
液晶光阀240R、240G、240B与提供包括图像信息的图像信号的信号源(例如PC等)(未示出)电连接。液晶光阀240R、240G、240B根据所提供的各颜色的图像信号，逐像素地调制入射光，分别生成红色图像、绿色图像和蓝色图像。具有相应颜色的各种类型的调制光(形成的图像)入射到分色棱镜270上以被组合。分色棱镜270叠加并组合从三个方向入射的具有相应颜色的各种类型的光，并朝向投影单元300发射组合的光。
投影单元300包括多个透镜310，并且用由分色棱镜270组合的光照射屏幕(未示出)。因此，显示了全色图像。
通过适当地设定光源装置100的形状等，可以改善投影仪400的外观设计等。
注意，根据本技术的实施例不限于上述各个实施例。在不脱离本技术的要旨的情况下可以进行各种修改。
此外，本文描述的效果仅仅是示例而不是限制，并且可以存在除了本文描述的效果之外的其他效果。
此外，本技术还可以被如下配置。
[1]
一种发光元件，至少包括荧光体层和发射以预定角度入射的光的发射角选择层，
其中，荧光体层包括荧光体和光散射体，及
荧光体层和发射角选择层依次排列。
[2]
根据[1]的发光元件，还包括反射层，
其中，反射层、荧光体层和发射角选择层依次排列。
[3]
根据[2]的发光元件，还包括电介质间隔物，
其中，电介质间隔物布置在反射层和荧光体层之间。
[4]
根据[3]的发光元件，其中，电介质间隔物在波长为380nm至780nm的范围内具有2.5至6.0的介电常数，并且具有10nm至400nm的厚度。
[5]
根据[1]至[4]中任一项的发光元件，
其中，荧光体层还包括金属纳米颗粒，及
金属纳米颗粒布置在荧光体的表面上。
[6]
根据[5]的发光元件，还包括反射层，
其中，反射层、荧光体层和发射角选择层依次排列。
[7]
根据[6]的发光元件，还包括电介质间隔物，
其中，电介质间隔物布置在反射层和荧光体层之间。
[8]
根据[7]的发光元件，其中，电介质间隔物在波长为380nm至780nm的范围内具有2.5至6.0的介电常数，并且具有10nm至400nm的厚度。
[9]
根据[1]至[8]中任一项的发光元件，其中，荧光体包为括低再吸收荧光体。
[10]
根据[1]至[9]中任一项的发光元件，其中，发射角选择层由介电膜构成。
[11]
根据[1]至[10]中任一项的发光元件，其中，发射角选择层具有光栅结构。
[12]
根据[1]至[10]中任一项的发光元件，其中，发射角选择层具有贴片结构。
[13]
根据[1]至[12]中任一项的发光元件，其中，光散射体为光散射反射器。
[14]
根据[1]至[12]中任一项的发光元件，其中，光散射体为散射颗粒。
[15]
根据[1]～[12]中任一项的发光元件，其中，光散射体为空隙。
[16]
一种光源装置，包括：根据[1]至[15]中任一项的发光元件、发射激发光的光源、以及随时间移动利用激发光照射的发光元件的位置的移动机构。
[17]
一种投影仪，包括：
根据[16]的光源装置；
图像生成单元，使用从光源装置发射的光生成图像；及
投影单元，对图像生成单元生成的图像进行投影。
附图标记列表
1000(1000-1至1000-10) 发光元件
1001、1006、1007 发射角选择层
1002 荧光体层
1003 反射层
1004 电介质间隔物
1005 光散射反射器(光散射体)
500 荧光体
600 光散射体
700 金属纳米颗粒

Claims (11)

1.一种发光元件，至少包括荧光体层、电介质间隔物、反射层和发射以预定角度入射的光的发射角选择层，其中
所述反射层、所述电介质间隔物、所述荧光体层和所述发射角选择层依次排列，
所述荧光体层包括荧光体和光散射体，及
所述电介质间隔物在波长为380 nm至780 nm的范围内具有2.5至6.0的介电常数，并且具有10 nm至400 nm的厚度。
2.根据权利要求1所述的发光元件，
其中，所述荧光体层还包括金属纳米颗粒，及
所述金属纳米颗粒布置在所述荧光体的表面上。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述荧光体为低再吸收荧光体。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述发射角选择层由介电膜构成。
5.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述发射角选择层具有光栅结构。
6.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述发射角选择层具有贴片结构。
7.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述光散射体为光散射反射器。
8.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述光散射体为散射颗粒。
9.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述光散射体为空隙。
10.一种光源装置，包括：根据权利要求1所述的发光元件、发射激发光的光源、以及随时间移动利用所述激发光照射的所述发光元件的位置的移动机构。
11.一种投影仪，包括：
根据权利要求10所述的光源装置；
图像生成单元，其使用从所述光源装置发射的光生成图像；及
投影单元，其对所述图像生成单元生成的图像进行投影。
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