CN112585534A - 波长转换元件、光源模块及投影显示装置 - Google Patents

波长转换元件、光源模块及投影显示装置 Download PDF

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Abstract

根据本公开内容的实施方式的波长转换元件包括：荧光体层；冷却剂；冷却剂输送构件和壳体。所述荧光体层包括多个荧光体颗粒。所述荧光体层中具有间隙。所述冷却剂冷却所述荧光体层。所述冷却剂输送构件被设置为与所述荧光体层接触。所述冷却剂输送构件使所述冷却剂循环。所述荧光体层、所述冷却剂和所述冷却剂输送构件被封装在所述壳体中。

Description

波长转换元件、光源模块及投影显示装置
技术领域
本公开内容涉及包含荧光体颗粒的波长转换元件及包含该波长转换元件的光源模块和投影显示装置。
背景技术
一般的荧光体光源均采用其中将荧光体固定到轮上且使轮转动以对由激光辐射产生的热进行散热的方法。此外，例如，专利文献公开一种荧光体轮，该荧光体轮通过将冷却剂与荧光体一起封装在设置于旋转基板上的密封壳体内来提高荧光体的冷却效率。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本专利申请特开第2017-27685号公报
发明内容
因此，包括作为光源的荧光体的波长转换元件需要提高荧光体的冷却效率或散热特性。
期望提供可提高散热特性的波长转换元件、光源模块及投影显示装置。
根据本公开内容的实施方式的一种波长转换元件包括：荧光体层；冷却剂输送构件和壳体。所述荧光体层含有多个荧光体颗粒。所述荧光体层中具有间隙。所述冷却剂冷却所述荧光体层。所述冷却剂输送构件与所述荧光体层接触设置。所述冷却剂输送构件使冷却剂循环。所述荧光体层、所述冷却剂和所述冷却剂输送构件被封装在所述壳体中。
根据本公开内容的实施方式的一种光源模块包括：光源部和作为波长转换元件的根据本公开内容实施方式的上述波长转换元件，所述波长转换元件被来自所述光源部的激发光激发以发射荧光。
根据本公开内容实施方式的一种投影显示装置包括：包括波长转换元件的光源模块；光调制元件，所述光调制元件调制从所述光源模块发射的光；和投影光学系统，所述投影光学系统投射来自所述光调制元件的光。安装到该投影显示装置的所述光源模块包括与根据本公开内容实施方式的上述光源模块相同的部件。
在根据本公开内容实施方式的波长转换元件、根据实施方式的光源模块及根据实施方式的投影显示装置中，所述荧光体层、所述冷却剂和所述冷却剂输送构件被封装在所述壳体中。所述荧光体层含有多个荧光体颗粒且其中具有间隙。所述冷却剂冷却所述荧光体层。所述冷却剂输送构件与所述荧光体层接触设置且使所述冷却剂循环。这使冷却剂在荧光体层中有效地循环。
附图说明
图1是示出根据本公开内容第一实施方式的波长转换元件的构造示例的截面示意图。
图2是图1示出的波长转换元件的平面示意图。
图3是荧光体层的制造步骤的流程图。
图4是示出包括图1所示的波长转换元件的光源模块的构造示例的概略图。
图5是示出包括图4所示的光源模块的投影机的构造示例的概略图。
图6是示出根据本公开内容第二实施方式的波长转换元件的构造示例的截面示意图。
图7是图6所示的波长转换元件的平面示意图。
图8是示出根据本公开内容第三实施方式的波长转换元件的构造示例的截面示意图。
图9是示出图8所示的冷却剂输送构件的示例的平面示意图。
图10是示出根据本公开内容的变形例1的波长转换元件的构造示例的截面示意图。
图11是示出根据本公开内容的变形例2的波长转换元件的构造示例的截面示意图。
图12是示出根据本公开内容的变形例3的波长转换元件的构造示例的截面示意图。
图13是图12所示的波长转换元件的平面示意图。
图14是示出根据本公开内容的变形例4的波长转换元件的构造示例的截面示意图。
图15是示出根据本公开内容的变形例5的波长转换元件的构造示例的截面示意图。
图16是示出根据本公开内容的变形例6的波长转换元件的构造示例的截面示意图。
图17是示出根据本公开内容的变形例6的波长转换元件的另一构造示例的截面示意图。
图18是示出根据本公开内容的变形例7的波长转换元件的构造示例的截面示意图。
图19是示出根据本公开内容第四实施方式的波长转换元件的构造示例的截面示意图。
图20是示出图19所示的波长转换元件的主要部分的另一构造示例的示意图。
图21A是示出图19所示的波长转换元件的主要部分的构造的放大示意图。
图21B是示出图20所示的波长转换元件的主要部分的构造的放大示意图。
图22是示出图19所示的波长转换元件的另一构造示例的截面示意图。
图23是示出图19所示的波长转换元件的另一构造示例的截面示意图。
图24是示出根据本公开内容第四实施方式的波长转换元件的另一构造示例的截面示意图。
图25是示出图24所示的波长转换元件的另一构造示例的截面示意图。
图26是示出图24所示的波长转换元件的另一构造示例的截面示意图。
图27是示出根据本公开内容第四实施方式的波长转换元件的另一构造示例的截面示意图。
图28是示出图27所示的波长转换元件的另一构造示例的截面示意图。
图29是根据本公开内容示出激发光量与波长转换元件的荧光输出之间的关系的特性图。
图30是示出包括图1等所示的波长转换元件的光源模块的另一构造示例的概略图。
图31是示出包括图1等所示的波长转换元件的光源模块的另一构造示例的概略图。
图32是示出包括图1等所示的波长转换元件的光源模块的另一构造示例的概略图。
图33是示出包括图4等所示的光源模块的投影机的构造示例的概略图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本公开内容的实施方式。以下描述是本公开内容的特定示例，但本公开内容不限于以下方式。此外，本公开内容也不限制本公开内容的各图中所示的各个部件的布置、尺寸、尺寸比例等。应注意到，将通过以下顺序进行描述。
1.第一实施方式
(其中层叠的荧光体层和冷却剂传输构件与冷却剂一起被封装在壳体中的示例)
1-1.波长转换元件的构造
1-2.光源模块的构造
1-3.投影机的构造
1-4.作用和效果
2.第二实施方式
(其中在层叠于冷却剂传输构件上的荧光体层的侧面与壳体的侧面之间设有空间的示例)
3.第三实施方式
(其中所使用的冷却剂传输构件在与荧光体层的层叠表面上具有流动路径的)
4.变形例
4-1.变形例1
(使用了冷却剂传输构件的透射式波长转换元件的示例，该冷却剂传输构件具有连续泡沫型多孔结构)
4-2变形例2
(使用了冷却剂传输构件的透射式波长转换元件的示例，该冷却剂传输构件在与荧光体层的层叠表面上具有流动路径)
4-3变形例3
(可围绕旋转轴线旋转的反射式波长转换元件的示例)
4-4.变形例4
(可围绕旋转轴线旋转的透射式波长转换元件的示例)
4-5.变形例5
(其中光源进一步设置在容纳部的背面上的示例)
4-6.变形例6
(其中容纳部的侧壁是斜面的示例)
4-7.变形例7
(其中容纳部进一步被冷却构件覆盖的示例)
5.第四实施方式
(其中荧光体层和覆盖玻璃彼此接触或接合的示例)
5-1.反射式波长转换元件的构造
5-2.透射式波长转换元件的构造
5-3.其他构造
5-4.作用和效果
6.变形例
(光源模块和投影机的其他示例)
<1.第一实施方式>
图1示意地示出根据本公开内容第一实施方式的波长转换元件(波长转换元件1A)的截面构造。图2示意地示出图1所示的波长转换元件1A的平面构造。图1示出沿图2所示的I-I线截取的截面构造。例如，该波长转换元件1A是下文描述的投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中所包括的波长转换元件1(参见图4和图5)的示例。根据本实施方式的波长转换元件1A具有其中层叠的荧光体层11和冷却剂输送构件12与冷却剂13一起封装在壳体20中的构造。荧光体层11被冷却剂13的汽化潜热直接冷却。
(1-1.波长转换元件的构造)
如以上描述的，根据本实施方式的波长转换元件1A具有所谓的双相冷却结构，其中荧光体层11和冷却剂输送构件12被层叠并与冷却剂13一起被封装在壳体20内。荧光体层11被冷却剂13的汽化潜热直接冷却。壳体20包括例如容纳部21和覆盖玻璃22。荧光体层11、冷却剂输送构件12和冷却剂13被容纳在容纳部21中。覆盖玻璃22具有透光性并与容纳部21结合而密封容纳部21的内部空间。壳体20在容纳部21的背面还设有散热构件23。
荧光体层11含有多个荧光体颗粒。优选的是，荧光体层11被形成为例如连续泡沫型多孔层。尽管下文详细地描述，但优选的是，每个孔的尺寸(平均孔径)小于同样形成为连续泡沫型多孔层的冷却剂输送构件12的平均孔径。例如，10μm以上且30μm以下的平均孔径是优选的。例如，优选将荧光体层11形成为具有盘状。荧光体层11包括例如所谓的陶瓷荧光体或粘合剂型多孔荧光体。
荧光体颗粒的每一个是吸收从下文描述的光源部110辐射的激发光EL以发射荧光FL的颗粒状荧光体。例如，作为荧光体颗粒，使用被蓝色波长区域(例如从400nm至470nm)中的激光激发而发射黄色荧光(在红色波长区域与绿色波长区域之间的波长区域中的光)的荧光物质。这种荧光物质的示例包括YAG(钇/铝/石榴石)基的材料。例如，荧光体颗粒具有10μm以上且100μm以下的平均粒径。荧光体层11可进一步包括半导体纳米颗粒，诸如量子点和有机颜料。
冷却剂输送构件12将冷却剂13运输到荧光体层11。优选将冷却剂输送构件12形成为如同荧光体层11那样的连续泡沫型多孔层。优选的是，冷却剂输送构件12的平均孔径大于荧光体层11的平均孔径。
根据本实施方式的波长转换元件1A是所谓的反射式波长转换元件，其通过例如在与激发光EL入射的方向相同的方向上反射荧光FL而提取荧光FL。荧光FL从被激发光EL照射的荧光体层11发射。因此优选的是，冷却剂输送构件12还具有反光性。例如，优选使用诸如金属材料或陶瓷材料的无机材料。冷却剂输送构件12中包括的材料的示例包括诸如铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钨(W)、钴(Co)、铬(Cr)、铂(Pt)、钽(Ta)、锂(Li)、锆(Zr)、钌(Ru)、铑(Rh)或钯(Pd)的单一金属或包括上述金属的一种或多种的合金。冷却剂输送构件12包括陶瓷烧结体、烧结金属或包括例如上述材料的多孔金属。
例如，如图1所示，冷却剂13在荧光体层11与冷却剂输送构件12之间循环以冷却被激发光EL照射而被加热的荧光体颗粒。例如，优选将将具有较大潜热的液体用于冷却剂13。此外，冷却剂13经由形成在荧光体层11和冷却剂输送构件12中的间隙而循环。因此优选的是，冷却剂13具有低粘性。冷却剂13的特定示例包括水、丙酮、甲醇、萘、苯等。
壳体20的一个面包括具有透光性的材料。可在壳体20中形成密封空间。壳体20包括容纳部21和覆盖玻璃22。荧光体层11、冷却剂输送构件12和冷却剂13容纳在容纳部21中。覆盖玻璃22与容纳部21结合而形成密封空间。通过使用覆盖玻璃22而形成的面对应于上述一个面。荧光体层11和冷却剂输送构件12被容纳在容纳部21中以使荧光体层11面向覆盖玻璃22侧。壳体20包括例如以下材料。例如，铝、铜、不锈钢、低碳钢、上述材料的合金等被用于容纳部21。例如，除了玻璃基板外，纳玻璃、石英、蓝宝石玻璃、晶体等被用于覆盖玻璃22。此外，在光源部110输出具有低功率的激光的情况中，可使用树脂等，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、硅酮树脂、聚碳酸酯及亚克力。
壳体20的与所述一个面相对的面或容纳部21的背面进一步设有散热构件23。散热构件23冷却容纳部21。这使容纳部21中的冷却剂的蒸气冷凝以引起成为液体的相变并且该液体由冷却剂输送构件12输送到荧光体层11。例如，多个散热器片可用作为图1所示的散热构件23，但不限于此。例如，可使用例如珀尔帖(Peltier)元件或水冷元件作为散热构件23。
如上所述，根据本实施方式的波长转换元件1A具有双相冷却结构，其中层叠的荧光体层11和冷却剂输送构件12与冷却剂13一起被封装在壳体20中。在壳体20中形成密封空间。荧光体层通过冷却剂13的汽化潜热而被直接冷却。为了使冷却剂13从冷却剂输送构件12循环至荧光体层11，期望使荧光体层11中产生的毛细管力大于冷却剂输送构件12中产生的毛细管力。毛细管力由下式表达。
(式1) P＝2Tcosθ/ρgr…(1)
(P表示毛细管力，T表示表面张力，θ表示接触角，ρ表示液体密度，g表示重力加速度，r表示毛细管半径)
冷却剂输送构件12的等效毛细管半径正比于平均孔径。为了使荧光体层11的毛细管力大于冷却剂输送构件12的毛细管力，基于上述式(1)期望的是，冷却剂输送构件12的平均孔径大于荧光体层11的平均孔径。此外，由式(1)所指示的，荧光体层11和冷却剂输送构件12中具有较小接触角的一者具有较大的毛细管力。因此期望的是，荧光体层11和冷却剂输送构件12中包括的材料各自具有润湿性。
应注意到，在根据本实施方式的波长转换元件1A直立使用的情况中，冷却剂输送构件12的毛细管力必须克服重力将冷却剂13向上吸引到被激发光EL照射的位置(发光部)。因此，在R0表示从发光部到最外周部(容纳部21的内部侧表面)的距离的情况下，期望使冷却剂输送构件12的毛细管力P满足P≥水头差R0(mmH2O)。然而，这不适用于如同下文描述的波长转换元件1F那样旋转使用的情况。
在荧光体层11和冷却剂输送构件12均通过使用烧结体形成的情况中，控制每个烧结体的制造步骤中的预定参数提供所需平均孔径。下面使用烧结荧光体作为示例进行描述。图3是烧结荧光体的制造步骤的流程图。首先，对荧光体进行分类以控制荧光体颗粒的粒径(步骤S101)。然后将荧光体颗粒和粘合剂混合在一起(步骤S102)。接着，控制压制压力以执行同轴压制(步骤S103)。随后，执行脱脂(步骤S104)并然后执行烧结(步骤S105)。如以上所述，形成了包括烧结荧光体的荧光体层11。可通过在步骤S101中对荧光体进行分类、在步骤S103中控制用于同轴压制的压制压力及在步骤S105中控制烧结温度来将烧结荧光体的平均孔径调整为所需值。
描述根据本实施方式的波长转换元件1A的冷却循环。首先，当用激发光EL照射荧光体层11时，荧光体产生热。冷却剂13被该热蒸发并同时带走潜热。在如图1所示用激发光EL照射荧光体层11的中间部分的情况中，作为蒸气的蒸发的冷却剂13移动到荧光体层11的外周侧。已移动到外周侧的蒸气经由容纳部21的内壁来消散潜热并再次液化。液化的冷却剂13通过冷却剂输送构件12的毛细管力而被输送到荧光体层11并通过荧光体层11的毛细管力而移动到荧光体层11的加热区域。由激发光EL的辐射产生的热通过重复该过程而排到冷却剂输送构件12。
(1-2.光源模块的构造)
图4是示出光源模块100A的整体构造的概略图。光源模块100A包括波长转换元件1(诸如上述波长转换元件1A)、光源部110、偏振分束器(PBS)112、四分之一波片113和聚光光学系统114。光源模块100A中包括的各个构件从波长转换元件1侧以聚光光学系统114、四分之一波片113和PBS 112的顺序设置在从波长转换元件1发射的光(组合光Lw)的光学路径上。光源部110在与组合光Lw的光学路径正交的方向上设置在与PBS 112的一个光入射表面相对的位置处。
光源部110包括发射具有预定波长的光的固态发光元件。在本实施方式中，将振荡激发光EL(例如，具有445nm或455nm的波长的蓝色激光)的半导体激光器元件用作为固态发光元件。从光源部110发射线性偏振(S偏振)激发光EL。
应注意，在光源部110包括半导体激光器元件的情况中，可通过一个半导体激光器元件获得具有预定功率的激发光EL，但可通过组合从多个半导体激光器元件输出的多束光来获得具有预定功率的激发光EL。此外，激发光EL的波长不限于上述数值。可使用任何波长，只要该波长落在被称为蓝色光的光波长带内。
PBS 112将从光源部110输入的激发光EL与从波长转换元件1输入的组合光分离。特定地，PBS 112朝向四分之一波片113反射从光源部110输入的激发光EL。此外，PBS 112透射从波长转换元件1穿过聚光光学系统114和四分之一波片113输入的组合光Lw。透射的组合光Lw被输入到照明光学系统200(描述于下)。
四分之一波片113是使输入光具有π/2相位差的相差元件。在输入光是线性偏振光的情况中，该线性偏振光被转换成圆偏振光。在输入光是圆偏振光的情况中，该圆偏振光被转换成线性偏振光。在本实施方式中，从PBS 112发出的线性偏振激发光EL被四分之一波片113转换成圆偏振激发光EL。此外，从波长转换元件1发射的组合光Lw中包括的圆偏振激发光分量被四分之一波片113转换成线性偏振光。
聚光光学元件114将从四分之一波片113发出的激发光EL聚集在预定斑点直径内并朝向波长转换元件1发射聚集的激发光EL。此外，聚光光学元件114将从波长转换元件1发射的组合光Lw转换成平行光以朝向四分之一波片113发射该平行光。应注意，聚光光学系统114可包括例如一个准直透镜或可具有其中使用多个透镜将输入光转换成平行光的构造。
应注意，将从光源部110输入的激发光EL与从波长转换元件1输出的组合光Lw分离的光学构件的构造不限于PBS 112的构造。可使用任何光学构件，只要其构造允许进行上述光分离操作。
(1-3.投影机的构造)
接着，描述根据本公开内容的投影显示装置(投影机1000)。图5是示出投影机1000的整体构造的概略图，该投影机1000包括例如图4所示的光源模块100A作为光源光学系统中包括的光源模块100的示例。应注意，下文以通过反射式液晶面板(LCD)执行光调制的反射式3LCD投影机为例进行描述。应注意，取代反射式液晶面板，波长转换元件1也可应用于包括透射式液晶面板、数字微镜装置(DMD：Digital Micro-mirror Device)等的投影机。下文描述了包括透射式液晶面板的投影机。
如图5所示，投影机1000依序包括光源模块100、照明光学系统200、影像形成部300和投影光学系统400(投影光学系统)。
照明光学系统200从靠近光源模块100的位置起包括例如复眼透镜210(210A和210B)、偏振转换元件220、透镜230、二向色镜240A和240B、反射镜250A和250B、透镜260A和260B、二向色镜270和偏振板280A至280C。
复眼透镜210(210A和210B)实现来自光源模块100的白色光的照度的均匀分布。偏振转换元件220用于将输入光的偏振轴与预定方向对准。例如，将除P偏振光以外的光转换成P偏振光。透镜230使来自偏振转换元件220的光朝向二向色镜240A和240B聚集。二向色镜240A和240B各自选择性地反射预定波长区域中的光并选择性地透射其他波长区域中的光。例如，二向色镜240A主要在反射镜250A的方向上反射红色光。此外，二向色镜240B主要在反射镜250B的方向上反射蓝色光。因此主要是绿色光穿过二向色镜240A和240B两者并朝向影像形成部300的反射式偏振板310C(描述于下)行进。反射镜250A朝向透镜260A反射来自二向色镜240A的光(主要是红色光)并且反射镜250B朝向透镜260B反射来自二向色镜240B的光(主要是蓝色光)。透镜260A透射来自反射镜250A的光(主要是红色光)并将该光聚集到二向色镜270。透镜260B透射来自反射镜250B的光(主要是蓝色光)并将该光聚集到二向色镜270。二向色镜270选择性地反射绿色光并选择性地透射其他波长区域中的光。这里，二向色镜270透射来自透镜260A的光的红色光分量。在来自透镜260A的光包括绿色光分量的情况中，该绿色光分量朝向偏振板280C反射。偏振板280A至280C各自包括具有在预定方向上的偏振轴的偏振器。例如，在光由偏振转换元件220转换成P偏振光的情况中，偏振板280A至280C各自透射P偏振光并反射S偏振光。
影像形成部300包括反射式偏振板310A至310C、反射式液晶面板320A至320C(光调制元件)和二向色棱镜330。
反射式偏振板310A至310C分别透射具有与来自偏振板280A至280C的各个偏振光的偏振轴相同的偏振轴的各个光(例如P偏振光)，并反射具有其他偏振轴的各个光(S偏振光)。特定而言，反射式偏振板310A沿反射式液晶面板320A的方向透射来自偏振板280A的P偏振红色光。反射式偏振板310B沿反射式液晶面板320B的方向透射来自偏振板280B的P偏振蓝色光。反射式偏振板310C沿反射式液晶面板320C的方向透射来自偏振板280C的P偏振绿色光。此外，已经穿过二向色镜240A和240B两者并且已经输入到反射式偏振板310C的P偏振绿色光原样穿过反射式偏振板310C并输入到二向色棱镜330。另外，反射式偏振板310A反射来自反射式液晶面板320A的S偏振红色光并将S偏振红色光输入到二向色棱镜330。反射式偏振板310B反射来自反射式液晶面板320B的S偏振蓝色光并将S偏振蓝色光输入到二向色棱镜330。反射式偏振板310C反射来自反射式液晶面板320C的S偏振绿色光并将S偏振绿色光输入到二向色棱镜330。
反射式液晶面板320A至320C分别对红色光、蓝色光或绿色光执行空间调制。
二向色棱镜330将输入于其的红色光、蓝色光和绿色光组合并朝向投影光学系统400发射组合光。
投影光学系统400包括透镜L410至L450和镜M400。投影光学系统400放大从影像形成部300输出的光并将光投射到屏幕500等上。
(光源模块和投影机的操作)
接下来，参照图4和图5，描述包括光源模块100(例如光源模块100A)的投影机1000的操作。
首先，从光源部110朝向PBS振荡激发光EL。激发光EL被PBS 112反射并然后依序穿过四分之一波片113和聚光光学系统114。波长转换元件1被激发光EL照射。
在波长转换元件1(例如波长转换元件1A)中，激发光EL的一部分(蓝色光)在荧光体层11中被吸收并被转换成预定波长带中的光(荧光FL；黄色光)。从荧光体层11发出的荧光FL与未被荧光体层11吸收的激发光EL的一部分一起被散射并朝向聚光光学系统114侧反射。结果，激发光EL的一部分和荧光FL在波长转换元件1中组合而产生白色光。该白色光(组合光Lw)朝向聚光光学系统114输出。
之后，组合光Lw穿过聚光光学系统114、四分之一波片113和PBS 112并被输入到照明光学系统200。
从光源模块100输入的组合光Lw(白色光)顺序穿过复眼透镜210(210A和210B)、偏振转换元件220和透镜230并然后到达二向色镜240A和240B。
二向色镜240A主要反射红色光。该红色光顺序经过反射镜250A、透镜260A、二向色镜270、偏振板280A和反射式偏振板310A并到达反射式液晶面板320A。该红色光在反射式液晶面板320A处被空间调制并接着被偏振板310A反射而输入到二向色棱镜330。应注意，在由二向色镜240A朝向反射镜250A反射的光包括绿色光分量的情况中，该绿色光分量被二向色镜270反射并顺序穿过偏振板280C和反射式偏振板310C而到达反射式液晶面板320C。二向色镜240B主要反射蓝色光。该蓝色光通过相似的过程被输入到二向色棱镜330。已经穿过二向色镜240A和240B的绿色光也被输入到二向色棱镜330。
输入到二向色棱镜330的红色光、蓝色光和绿色光被组合并然后作为影像光朝向投影光学系统400发射。投影光学系统400放大来自影像形成部300的影像光并将该影像光投射到屏幕500等上。
(1-4.作用和效果)
典型的投影显示装置均包括白色光源以投射影像。近年，作为该白色光源，已广泛使用具有较长使用寿命且通断电快速的小型激光光源。尽管主要使用半导体激光器作为激光光源，但对白色光源所必需的RGB光源的RG来说，半导体激光器的发光效率较低。因此广泛使用通过组合蓝色激光和黄色激发光而获得白色光的荧光体激光光源。黄色激发光通过用蓝色激光激发荧光体来获得。然而，荧光体具有随着温度升高发光效率降低的称为温度熄灭的问题。为了解决该问题，典型的荧光体激光光源均具有设置在可旋转的轮上的荧光体，并且使轮转动以扩散通过激光激发产生的热并抑制荧光体温度升高。
然而近年，要求投影显示装置的亮度更高，并且半导体激光器正在获得更高的功率。此外，市场亦兴起诸如便携式投影机的小型移动投影机。要求光源亮度更高而尺寸更小。
为了实现亮度更高的光源，可想到提高冷却效率来减少荧光体的温度熄灭。如上所述，已经开发出通过将冷却剂与荧光体一起封装在设置于旋转基板上的密封壳体内来增大荧光体的冷却效率的荧光体轮。在该荧光体轮中，荧光体部分位于密封结构中且冷却剂被封装在其中。冷却剂被由激发光产生的热而蒸发。之后，冷却剂在冷凝部中液化并通过荧光体中产生的离心力和毛细管力而在密封结构中循环。然而，这种冷却方法是以旋转设置在轮上的荧光体的荧光体轮为前提条件，并且不适于小型化。此外，在这种荧光体轮中，在冷凝部与荧光体层之间设有流动路径(气相流动路径)。反射式荧光体轮可能具有降低的光提取效率。此外，旋转的荧光体轮导致荧光体层的加热的区域位于外周边并导致冷却的区域位于中心。这限制了设计自由。
相比之下，根据本实施方式的波长转换元件1A中，在含有多个荧光体颗粒的同时，将各自其中具有间隙的荧光体层11和冷却剂输送构件12进行层叠，并和冷却剂13一起封装在壳体20中。这允许冷却剂13有效地在荧光体层11中循环。这里，荧光体层11通过冷却剂13的汽化潜热而直接冷却。利用潜热的热传输所具有的热传输性能是铜的热传输性能的约十倍。这使得可提高荧光体层11的冷却效率。
如上所述，根据本实施方式的波长转换元件1A将荧光体层11和冷却剂输送构件12与冷却剂13一起封装在壳体20中。荧光体层11和冷却剂输送构件12各自具有间隙且被层叠。这允许冷却剂13在荧光体层11中高效率地循环并允许荧光体层11通过冷却剂13的汽化潜热而直接冷却。这提高了荧光体层11的冷却效率并使得可提高波长转换元件1A的散热特性。
此外，在荧光体层与反射构件之间没有提供如上所述的气相流动路径。这使得可提高光提取效率。另外，在上述荧光体轮中，反射构件使冷却剂冷凝。因此液滴可使光在反射构件上散射。然而，在本实施方式中，反射构件和冷凝部是不同的。这解决了由液滴导致的光散射的产生。
另外，如上所述，冷却剂13通过荧光体层11和冷却剂输送构件12产生的毛细管力而在荧光体层11与冷却剂输送构件12之间循环。这使得可使冷却剂循环而无需将荧光体层11和冷却剂输送构件12形成在旋转轮上。因此可如本实施方式中这样构造非旋转的波长转换元件并小型化荧光体激光光源。
此外，在根据本实施方式的波长转换元件1A中，提高的散热特性使得可有效地降低由激发光EL照射的荧光体层11的热点的峰值温度。这使得可提高荧光体层11中包括的荧光体颗粒的发光效率。如上所述，可提供小型高功率波长转换元件1A和包括该波长转换元件1A的光源模块100以及投影机1000。
接下来，描述第二至第四实施方式及变形例。下文对与上述第一实施方式的部件相似的部件分配相同的附图标记并视情况省略了这些部件的描述。
<2.第二实施方式>
图6示意地示出根据本公开内容第二实施方式的波长转换元件(波长转换元件1B)的截面构造的示例。图7示意地示出图6所示的波长转换元件1B的平面构造。图6示出沿图7所示的II-II线截取的截面构造。与上述第一实施方式一样，该波长转换元件1B是包括在投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中的波长转换元件1的示例。根据本实施方式的波长转换元件1B与上述第一实施方式的不同之处在于，荧光体层31具有比冷却剂输送构件12更小的直径，并且在荧光体层31的侧面与壳体20的侧壁之间设有空间(空间32S)，如图7所示。
如上所述，根据本实施方式的波长转换元件1B在荧光体层31的侧面与壳体20的侧壁之间设有空间。这在波长转换元件1A的上述冷却循环中将在荧光体层11中汽化的冷却剂13作为蒸气排放到空间32S。被排放到空间32S的蒸气消散潜热并在冷却剂输送构件12中再次液化。
如上所述，在本实施方式中，设置在封装于壳体20中的荧光体层31与壳体20的侧壁之间的空间32S使在荧光体层31中汽化的冷却剂13被排放到空间32S，在空间32S中荧光体层31的侧面具有低流动路径阻力。也就是说，蒸气以高速度流动，从而冷却剂13具有提高的热传输效率。这使得可进一步提高波长转换元件1B的散热效率。
<3.第三实施方式>
图8示意地示出根据本公开内容第三实施方式的波长转换元件(波长转换元件1C)的截面构造的示例。图9示意地示出图8所示的冷却剂传输构件32的平面构造的示例。应注意，图8中的冷却剂输送构件32的截面是沿着图9所示的III-III线截取的。与上述第一实施方式一样，该波长转换元件1C是投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中包括的波长转换元件1的示例。根据本实施方式的波长转换元件1C将层叠的荧光体层31和冷却剂输送构件32与冷却剂13一起封装在壳体20中，且与上述第二实施方式的不同之处在于冷却剂输送构件32包括金属板，该金属板具有形成在与荧光体层31接触的表面上的微小流动路径32X。
冷却剂输送构件32将冷却剂13运输到荧光体层31。如上所述，冷却剂输送构件32具有形成在与荧光体层31接触的表面上的微小流动路径32X。通过对冷却剂输送构件32的面S1(与荧光体层31接触的面)进行微加工而形成沟槽以作为流动路径32X。这些沟槽从冷却剂输送构件32的中部向外周边径向延伸，例如如图9所示。这些流动路径32X各自形成为例如具有数十μm的宽度和深度。这产生毛细管力。应注意，流动路径32X如同第一实施方式那样被形成为使冷却剂输送构件32具有比荧光体层31的毛细管力小的毛细管力。此外，图9示出了从冷却剂输送构件32的中部向外周边径向延伸的流动路径32X的示例，但这不是限制性的。例如，流动路径32X可形成为具有格子形状或螺旋形状。
优选的是，将具有高润湿性和亲水性的材料用于冷却剂输送构件32中包括的金属板。此外，在考虑用作为光反射层的情况中，优选使用例如铝(Al)基板。此外，可使用包括无机材料(如上文所提及的包括在冷却剂输送构件12中的上述材料)的基板，诸如铜(Cu)基板，但在该情况中优选在基板上形成高反射膜。
如上所述，在本实施方式中，作为冷却剂输送构件32，使用在与荧光体层31接触的面具有预定尺寸的流动路径32X的金属板也使得可获得类似于上述第二实施方式的效果。
应注意，流动路径32X可直接形成在容纳部21上。在该情况中，容纳部21也用作为冷却剂输送构件，因此可省去冷却剂输送构件32。这使得可减少波长转换元件1C中包括的构件并小型化(薄化)波长转换元件1C。
<4.变形例>
(4-1.变形例1)
图10示意地示出根据本公开内容的变形例1的波长转换元件1D的截面构造。与上述第一实施方式一样，该波长转换元件1D是投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中包括的波长转换元件1的示例。根据本变形例的波长转换元件1D是所谓的透射式波长转换元件，其中从荧光体层31发射的荧光FL穿过荧光体层31并从与激发光EL所照射的面相反的面提取。
在本变形例中，冷却剂输送构件12在对应于荧光体层31的激发光EL照射位置的区域设有开口12H。壳体40包括后盖41A和侧壁41B，且后盖41A包括具有透光性的材料。可使用针对容纳部21提及的上述材料形成侧壁41B，或者可通过使用类似于覆盖玻璃42和后盖41A的材料来形成侧壁41B。这使荧光体层31中产生的荧光FL穿过此开口12H，后盖41A透射荧光FL，从而提取荧光FL。在不妨碍提取荧光FL的区域中设有散热构件43，例如如图10所示。
(4-2.变形例2)
图11示意地示出根据本公开内容的变形例2的波长转换元件1E的截面构造。与上述第一实施方式一样，该波长转换元件1E是投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中包括的波长转换元件1的示例。根据本变形例的波长转换元件1E与上述变形例1一样是所谓的透射式波长转换元件，而与上述变形例1的不同之处在于，与上述第三实施方式一样，将在与荧光体层31接触的表面上形成有微小流动路径32X的冷却剂输送构件32用作冷却剂输送构件。
与根据上述变形例1的冷却剂输送构件12一样，冷却剂输送构件32在对应于荧光体层31的激发光EL照射位置的区域中设有开口32H。此外，在本变形例中，从荧光体层31发射的荧光FL穿过荧光体层31并从与激发光EL所照射的面相反的面被提取。因此，冷却剂输送构件32不一定必须具有反光性。因此，除了上述材料之外，可通过使用具有透光性的诸如玻璃基板的材料来形成冷却剂输送构件32。
如上所述，在变形例1和2中，冷却剂输送构件12和32分别在对应于荧光体层31的激发光EL照射位置的区域中设有开口12H和32H。此外，容纳部41的后盖41A包括具有透光性的材料。这使得可构造具有类似于上述第二实施方式的效果的透射式波长转换元件1D和1E。
应注意，后盖41A的邻接开口12H或32H的面优选经受疏水处理和亲水处理以具有疏水性或亲水性。这防止荧光FL所穿过的开口12H或32H中的后盖41A附着液滴或起雾，从而使得可抑制荧光FL透射性降低。
(4-3.变形例3)
图12示意地示出根据本公开内容的变形例3的波长转换元件(波长转换元件1F)的截面构造的示例。图13示意地示出图12所示的波长转换元件1F的平面构造。图12示出沿图13所示的IV-IV线截取的截面构造。与上述第一实施方式等一样，该波长转换元件1F是投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中包括的波长转换元件1的示例。根据本变形例的波长转换元件1F是可围绕旋转轴线(例如轴线J51)旋转的所谓的反射式荧光体轮。
在本变形例中，荧光体层61沿着具有圆形形状的冷却剂输送构件12的旋转圆周方向连续地形成，例如，如图13所示。换句话说，荧光体层61形成为例如具有环形形状。
根据本变形例的壳体20是轮构件。例如，马达52被附接到外壳20。马达52驱动波长转换元件1F并使波长转换元件1F以预定旋转速度旋转。马达52驱动波长转换元件1F以使荧光体层61在正交于从光源部110发射的激发光EL的辐射方向的平面中旋转。这以对应于旋转速度的速度随时间改变(移动)在正交于激发光的辐射方向的平面中波长转换元件IF被激发光EL照射的位置。
如上所述的荧光体轮通过将冷却剂与荧光体一起封装在密封壳体中而提高荧光体的冷却效率。密封壳体设置在旋转基板上。荧光体轮可具有粘附到设置在散热构件23侧上的玻璃面的冷却剂，例如在图12中，以降低该玻璃面的透射性。此外，在散热构件23侧设有反射构件的情况中，粘附冷却剂可降低反射率。此外，该荧光体轮主要通过旋转而通过离心力来冷却蒸气。这减小了有效冷却蒸气的面积，从而使得难以获得足够的冷却效率。另外，在发光部与反射板之间设有用于使蒸气通过的空间。这可能降低从荧光体层发射的荧光的提取效率。
相比之下，在本变形例中，汽化的冷却剂13在容纳部21的内壁表面上液化。这减少附着到覆盖玻璃22的液滴并改善覆盖玻璃22的透射性降低。
(4-4.变形例4)
图14示意地示出根据本公开内容的变形例4的波长转换元件(波长转换元件1G)的截面构件的示例。与上述第一实施方式等一样，该波长转换元件1G是投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中包括的波长转换元件1的示例。根据本变形例的波长转换元件1G是可围绕旋转轴线(例如轴线J51)旋转的所谓的透射式荧光体轮。
在本变形例中，与根据上述变形例1的冷却剂输送构件12一样，冷却剂输送构件62在对应于荧光体层61的激发光EL照射位置的区域中设有开口62H。此外，其中封装荧光体层61和冷却剂输送构件62的壳体40具有类似于上述变形例1的构造。后盖41A包括具有透光性的材料。应注意，邻接开口62H的冷却区域(换句话说，与开口62H接触的后盖41A的面)优选经疏水处理或亲水处理以具有疏水性或亲水性。这使得可抑制穿过开口62H的荧光FL的透射性降低。
如上所述，本技术也可应用于旋转波长转换元件且使得可提高冷却效率和光提取效率。
(4-5.变形例5)
图15示意地示出根据本公开内容的变形例5的波长转换元件(波长转换元件1H)的截面构造的示例。与上述第一实施方式等一样，该波长转换元件1H是投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中包括的波长转换元件1的示例。根据本变形例的波长转换元件1H是所谓的透射式波长转换元件，例如与在上述变形例1中描述的波长转换元件1D一样，并且在壳体40的背面(特定而言，后盖41A的背面)上设有容纳部44。光源部110容纳在容纳部44中。也就是说，将波长转换元件1H与光源部110整合。
如上所述，在本变形例中，后盖41A的背面设有其中容纳光源部110的容纳部44。光源部110是发射具有预定波长的光的固态发光元件。使用半导体激光器元件振荡激发光EL(例如具有445nm或455nm波长的蓝色激光)。例如，与上述容纳部21一样，将铝、铜、不锈钢、低碳钢、上述材料的合金材料等用于容纳部44。尽管未示出，但优选在光源部110与后盖41A(例如后盖41A的背面)之间设置聚光透镜。聚光透镜将激发光EL聚集在预定斑点直径中并朝向荧光体层31输出激发光EL。
如上所述，在本变形例中，后盖41A的背面设有其中容纳光源部110的容纳部44，且容纳部44与光源部110整合。这除了上述第二实施方式的效果外，相比于例如如同图4所示的光源模块100A的独立设置的光源部110，还具有允许聚光光学系统114中包括的透镜的数量减小的效果。
(4-6.变形例6)
图16示意地示出根据本公开内容的变形例6的波长转换元件(波长转换元件1I)的截面构造的示例。与上述第一实施方式等一样，该波长转换元件1I是投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中包括的波长转换元件1的示例。根据本变形例的波长转换元件1I是例如在上述变形例3中描述的可围绕旋转轴线(例如轴线J51)旋转的所谓的反射式荧光体轮，且与上述变形例3的不同之处在于，容纳部21的侧壁21W是倾斜的。此外，在荧光体层61的外周边与容纳部21的侧壁21W之间设有空间(空间62S)。
如上所述，在本变形例中，容纳部21的侧壁21W是倾斜的。这使得可通过旋转离心力来控制封装在壳体20中的冷却剂的移动方向。此外，在本变形例中，空间62S设置在荧光体层61的外周边与侧壁21W之间。这使得在荧光体层61中汽化的冷却剂(蒸气)以较高速度流动。因此可有效地使冷却剂向冷却剂输送构件12侧移动并进一步提高冷却效率和光提取效率。
应注意，本变形例的构造也可应用于例如如同图17所示的波长转换元件1J的所谓的透射式荧光体轮。与反射式荧光体轮(波长转换元件1I)一样，可进一步提高冷却效率和光提取效率。
(4-7.变形例7)
图18示意地示出根据本公开内容的变形例7的波长转换元件(波长转换元件1K)的截面构造的示例。与上述第一实施方式等一样，该波长转换元件1K是投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中包括的波长转换元件1的示例。根据本变形例的波长转换元件1K与上述第一实施方式的不同之处在于，壳体20的外侧壁和背面由冷却构件24覆盖。
如上所述，在本变形例中，壳体20的外侧壁和背面由冷却构件24覆盖。冷却构件24包括例如诸如铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)或钨(W)的金属或包括上述金属的合金。此外，冷却构件24包括诸如碳化硅(SiC)或氮化铝(AlN)的陶瓷或包括上述陶瓷材料的金属混合材料。
如上所述，在本变形例中，壳体20的外侧壁和背面由冷却构件24覆盖。这使得容纳部21中的冷却剂可经历从蒸气到液体的相变，如同在与上述第一实施方式等提供散热构件23的情况一样。
<5.第四实施方式>
在上述第一至第三实施方式和变形例1至7中，描述了将荧光体层11和冷却剂输送构件12封装在例如壳体20中的波长转换元件1(波长转换元件1A至1K)。荧光体层11形成为连续泡沫型多孔层。然而，优选的是，荧光体层11至少与覆盖玻璃22接触或接合。下面描述根据本实施方式的波长转换元件1L至1N的各种构造。
(5-1.反射式波长转换元件的构造)
图19示意地示出根据本公开内容第四实施方式的波长转换元件(波长转换元件1L)的截面构造的示例。与上述第一实施方式等一样，该波长转换元件1L是投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中包括的波长转换元件1的示例。波长转换元件1L是如同上述波长转换元件1A至1C等的所谓的反射式波长转换元件。
与根据上述第二实施方式的波长转换元件1B一样，波长转换元件1L的荧光体层31具有比冷却剂输送构件12小的直径。波长转换元件1L的在荧光体层31的侧面与壳体20的侧壁之间设有空间(空间32S)。此外，荧光体层31具有一对相反的表面(表面31S1(第一表面)和表面31S2(第二表面))。表面31S1面向覆盖玻璃22，且表面31S2面向冷却剂输送构件12。在本实施方式中，表面31S1是平坦表面，或者表面31S1的一部分具有凸部31X，如图20所示。荧光体层31的整个表面31S1或者荧光体层31的表面31S1的至少一部分(凸部3X)与覆盖玻璃22的表面22S接触或接合。应注意，用语“接触”意指以下描述的荧光体层31中含有的多个荧光体颗粒与覆盖玻璃22彼此接触。用语“接合”意指荧光体颗粒的表面上的分子的至少一部分与覆盖玻璃的表面上的分子的至少一部分经由分子键，诸如共价键、离子键或金属键，彼此键合并整合，或者荧光体颗粒和覆盖玻璃经由粘合剂材料，诸如玻璃材料或树脂材料，而彼此粘合并整合。
图21A是接触部分的放大视图，在该接触部分处，荧光体层31的整个表面31S1与覆盖玻璃22的表面22S接触。图21B是接触部分的放大视图，在该接触部分处，荧光体层31的表面31S1上的凸部31X与覆盖玻璃22的表面22S接触。荧光体层31包括多个荧光体颗粒(荧光体颗粒31A)。优选的是，多个这些荧光体颗粒31A与覆盖玻璃22的表面22S接触或接合。此外，在如图21B所示的那样形成在荧光体层31的表面31S1上的凸部31X与覆盖玻璃22的表面22S接触或接合的情况中，优选使凸部31X匹配荧光体层31的发光区域或激发光EL的照射位置(发光部)。这防止液滴附着到覆盖玻璃22的表面22S并使得可防止液滴引起光散射。
此外，图19示出其中荧光体层31的表面31S1与覆盖玻璃22的表面22S彼此接触或彼此接合并且荧光体层31的表面31S2面向冷却剂输送构件12的示例，但这不是限制性的。例如，如图22所示，荧光体层31的表面31S2和容纳部21的底表面(表面21S；另一面)可进一步彼此接触或接合。另外，根据本实施方式的波长转换元件1L也可应用于如图23所示的可围绕旋转轴线(例如轴线J51)旋转的所谓的荧光体轮。
(5-2.透射式波长转换元件的构造)
图24示意地示出根据本公开内容第四实施方式的波长转换元件(波长转换元件1M)的截面构造的示例。与上述第一实施方式等一样，该波长转换元件1M是投影显示装置(投影机1000)的光源模块(光源模块100)中包括的波长转换元件1的示例。波长转换元件1M是如同上述波长转换元件1D、1E等的所谓的透射式波长转换元件。
与根据上述变形例1的波长转换元件1D一样，波长转换元件1M的荧光体层31具有比冷却剂输送构件12小的直径。波长转换元件1M在荧光体层31的侧面与壳体40的侧壁之间设有空间(空间32S)。此外，冷却剂输送构件12在对应于荧光体层31的激发光EL照射位置的区域中设有开口12H。荧光体层31的表面31S1与覆盖玻璃42的表面42S接触或接合，并且荧光体层31的表面31S2也与容纳部41(特定而言，后盖41A)的底表面(表面41S)接触或接合。换句话说，例如，荧光体层31的表面31S1与覆盖玻璃42的表面42S接触或接合，并且荧光体层31的表面31S2经由设置在对应于荧光体层31的激发光EL照射位置的区域中的开口12H而与后盖41A的表面41S接触或接合。
应注意，图24示出其中激发光EL从后盖41A侧输入并且荧光FL从覆盖玻璃42侧输出的示例，但这不是限制性的。例如，激发光EL可从覆盖玻璃42侧输入并且荧光FL可从后盖41A侧输出。
此外，根据本实施方式的波长转换元件1M也可应用于如图25所示的可围绕旋转轴线(例如轴线J51)旋转的所谓的透射式荧光体轮。另外，根据本实施方式的波长转换元件1M可具有如图26所示的其中容纳有光源部110的容纳部44设置在后盖41A的背面上的构造。
(5-3.其他构造)
另外，已在上述第一实施方式等中描述包括冷却剂输送构件(例如冷却剂输送构件12)的波长转换元件1(例如波长转换元件1A)。冷却剂输送构件(例如冷却剂输送构件12)包括陶瓷烧结体、烧结金属或多孔金属。然而，冷却剂输送构件可例如包括以下材料。
图27示意地示出根据本公开内容第四实施方式的波长转换元件(波长转换元件1N)的截面构造的示例。该波长转换元件1N是反射式波长转换元件，其包括例如位于冷却剂输送构件72中的各个具有反光性的多个颗粒72。各自具有反光性的颗粒72A的示例包括金属等，诸如硫酸钡(BaSO4)、氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、涂覆玻璃的铝等。根据本实施方式的冷却剂输送构件72局部包括与壳体20的内壁接触的多个颗粒72A。特定而言，根据本实施方式的冷却剂输送构件72局部包括与容纳部21的表面21S和侧壁21W以及覆盖玻璃22的表面22S接触的多个颗粒72A。根据本实施方式的冷却剂输送构件72在壳体20的中部设有空间32S。冷却剂13经由沿着壳体20的内壁设置的冷却剂输送构件72中的间隙而循环到荧光体层31。在荧光体层31中汽化的冷却剂13被排放到形成在壳体20的中部的空间32S。
应注意，根据本实施方式的波长转换元件1N在冷却剂输送构件72中包括各自具有透光性的颗粒。这使得可构造透射式波长转换元件。各自具有透光性的颗粒的示例是SiO2基玻璃、氧化铝(Al2O3)等。在冷却剂输送构件72包括各自具有透光性的颗粒的情况中，作为荧光体层31中包括荧光体颗粒32A的替代，冷却剂输送构件72中包括的颗粒可与覆盖玻璃42的表面42S和后盖41A的表面41S接触。
此外，除了多个颗粒72A以外，冷却剂输送构件72可包括纤维状结构72B。图28示意地示出包含包括纤维状结构72B的冷却剂输送构件72的波长转换元件1N的截面构造。纤维状结构72B的材料的示例包括金属，诸如不锈钢、树脂、玻璃、陶瓷等。
(5-4.作用和效果)
在上述第一至第三实施方式和变形例1至7中，已经描述了波长转换元件1(例如波长转换元件1A)，波长转换元件1例如将层叠的荧光体层11和冷却剂输送构件12与冷却剂13一起封装在壳体20中并使冷却剂13在荧光体层11与冷却剂输送构件12之间循环以由冷却剂13直接冷却荧光体层11。荧光体层11和冷却剂输送构件12各自在其中具有间隙。然而，在上述波长转换元件1中，通过从荧光体层11带走热量而汽化的冷却剂13有时在接触覆盖玻璃22时液化并附着为液滴。当激发光EL和荧光FL穿过覆盖玻璃22时，该液滴充当散射体，从而可能降低激发光EL和荧光FL的使用效率。
相比之下，在根据本实施方式的波长转换元件1L至1N中，覆盖玻璃22的表面21S(或者覆盖玻璃42的表面42S)和荧光体层31的表面31S1的至少一部分至少彼此接触或接合。这防止液滴附着到激发光EL和荧光FL的光学路径。
图29是示出例如激发光量(W)和波长转换元件1L的荧光输出(W)之间的关系的特性图。作为比较示例，也示出激发光量与根据上述第一实施方式的波长转换元件1A的荧光输出之间的关系。如图29所示，与其中荧光体层31的表面31S1和覆盖玻璃22的表面22S不必然彼此接触的波长转换元件1A相比，在其中荧光体层31的表面31S1和覆盖玻璃22的表面22S彼此接触或接合的波长转换元件1L中，不存在在某一激发光量(W)下出现荧光输出(W)的降低。也就是说，在根据本实施方式的波长转换元件1L至1N中，可防止光利用效率的降低。
此外，在根据本实施方式的波长转换元件1N中，冷却剂输送构件72包括各自具有反光性或透光性的多个颗粒72A和光纤状结构72B。另外，冷却剂输送构件72沿着壳体20的内壁设置。除了上述效果外，这使得可减小由姿态(诸如角度)导致的性能差异。
<6.变形例>
(光源模块的另一构造示例1)
图30是示出上述第一实施方式中描述的光源模块100A的另一示例(光源模块100B)的概略图。光源模块100B例如用作为图5所示的投影机1000的光源模块100。
光源模块100B包括波长转换元件1、光源部110、二向色镜115和聚光光学系统114。上述光源模块100C中包括的各个构件从波长转换元件1侧以聚光光学系统114、四分之一波片113和PBS 112的顺序设置在从波长转换元件1发射的光(组合光Lw)的光学路径上。光源部110设置在正交于组合光Lw的光学路径的方向上，并设置在二向色镜115朝向波长转换元件1反射激发光EL的位置处。
(光源模块的另一构造示例2)
图31是示出上述第一实施方式中描述的光源模块100A的另一示例(光源模块100C)的概略图。光源模块100C例如用作为图5所示的投影机1000的光源模块100。
光源模块100C包括波长转换元件1、光源部110、二向色镜115、四分之一波片113和聚光光学系统114。上述光源模块100C中包括的各个构件从波长转换元件1侧以聚光光学系统114、四分之一波片113和二向色镜115的顺序设置在从波长转换元件1发射的光(组合光Lw)的光学路径上。二向色镜116进一步设置在波长转换元件1的正面上(例如覆盖玻璃22上)。由二向色镜116反射激发光EL(蓝色光)的一部分。反射的激发光EL(蓝色光)与荧光FL(黄色光)组合以产生白色光。
(光源模块的另一构造示例3)
图32是示出上述第一实施方式中描述的光源模块100A的另一示例(光源模块100D)的概略图。光源模块100D例如用作为图5所示的投影机1000的光源模块100。
光源模块100D包括上述波长转换元件1(例如波长转换元件1A)、扩散板621、发射激发光或激光的光源部610、透镜612至615、二向色镜616和反射镜617。扩散板621由轴杆J621可旋转地支撑。光源部610包括第一激光器组610A和第二激光器组610B。第一激光器组610A具有布置于其中的多个半导体激光器元件611A。多个半导体激光器元件611A各自振荡激发光(例如445nm或455nm的波长)。第二激光器组610B具有布置于其中的多个半导体激光器元件611B。多个半导体激光器元件611B各自振荡蓝色激光(例如465nm的波长)。这里，为了简便的目的，EL1表示由第一激光器组610A振荡的激发光，EL2表示由第二激光器组610B振荡的蓝色激光(以下简称蓝色光)。
在光源模块100D中，波长转换元件1被设置成将激发光EL1输入到荧光体层11。激发光EL1从第一激光器组610A按顺序穿过透镜612、二向色镜616和透镜613。来自波长转换元件1的荧光FL被二向色镜616反射。之后，荧光FL穿过透镜614并行进到外部，换句话说，行进到照明光学系统200。扩散板621扩散从第二激光器组610B穿过反射镜617的蓝色光EL2。由扩散板621扩散的蓝色光EL2穿过透镜615和二向色镜616。之后，蓝色光EL2穿过透镜614并行进到外部，换句话说，行进到照明光学系统200。
(投影机的另一构造示例)
图33是示出使用透射式液晶面板执行光调制的透射式3LCD投影光学系统(投影机1000)的构造示例的概略图。该投影机1000包括例如光源模块100、包括照明光学系统710和影像生成部730的影像生成系统700、和投影光学系统800。
照明光学系统710包括例如积分元件711、偏振转换元件712和聚光透镜713。积分元件711包括第一复眼透镜711A和第二复眼透镜711B。第一复眼透镜711A包括二维布置的多个微透镜。第二复眼透镜711B包括对应于第一复眼透镜711A中包括的各个微透镜而布置的多个微透镜。
从光源模块100输入积分元件711的光(平行光)被第一复眼透镜711A的微透镜分成多个光束。光束的影像形成在第二复眼透镜711B的各个相应微透镜上。第二复眼透镜711B的各个微透镜用作为二次光源。偏振转换元件712由作为输入光的具有均匀亮度的多个平行光照射。
积分元件711具有将从光源模块100照射偏振转换元件712的输入光整体上调节为具有均匀亮度分布的光的功能。
偏振转换元件712具有使经由积分元件711等输入的各个输入光具有均一偏振状态的功能。例如，该偏振转换元件712经由设置在光源模块100的输出侧的透镜等输出包括蓝色光Lb、绿色光Lg和红色光Lr的输出光。
照明光学系统710还包括二向色镜714和二向色镜715、镜716、镜717和镜718、中继透镜719和中继透镜720、场透镜721R、场透镜721G和场透镜721B、用作为影像生成部730的液晶面板731R、731G和731B、以及二向色棱镜732。
二向色镜714和二向色镜715各自具有选择性地反射预定波长区域中的彩色光并透射其他波长区域中的光的性质。例如，二向色镜714选择性地反射红色光Lr。二向色镜715选择性地反射已经穿过二向色镜714的绿色光Lg和蓝色光Lb中的绿色光Lg。剩余的蓝色光Lb穿过二向色镜715。这将从光源模块100输出的光(例如白色组合光Lw)分离成颜色不同的多个彩色光。
分离的红色光Lr被镜716反射并穿过场透镜721R而被准直。之后，红色光Lr被输入到液晶面板731R以进行红色光的调制。绿色光Lg穿过场透镜721G而被准直。之后，绿色光Lg被输入到液晶面板731G以进行绿色光的调制。蓝色光Lb穿过中继透镜720并被镜717反射。蓝色光Lb进一步穿过中继透镜720并被镜718反射。被镜718反射的蓝色光Lb穿过场透镜721B而被准直。之后，蓝色光Lb被输入到液晶面板731B以进行蓝色光Lb的调制。
液晶面板731R、731G和731B电耦接至未图示的信号源(例如PC等)，该信号源供应包括影像信息的影像信号。液晶面板731R、731G和731B基于所提供的各个颜色的影像信号针对各个像素调制各种输入光并分别产生红色影像、绿色影像和蓝色影像。各种各个颜色的调制光(形成的影像)被输出到二向色棱镜732并被组合在一起。二向色棱镜732将已从三个方向输入的各种各个颜色的光重叠并组合在一起并朝向投影光学系统800输出所述光。
投影光学系统800包括例如多个透镜等。投影光学系统800放大从影像生成系统700输出的光并将所述光投射到屏幕500。
尽管已参照第一至第四实施方式和变形例描述了本公开内容，但本公开内容不限于上述实施方式等。本公开内容可以各种方式修改。例如，上述实施方式中所描述的每一层的材料、厚度等仅是示例，但不限于此。可采用另外的材料和厚度。
此外，可将上述第一至第四实施方式和变形例1至7彼此结合。
另外，在本技术中，根据本技术的波长转换元件1(波长转换元件1A至1N)、光源模块100等可使用于不是投影显示装置的装置。例如，根据本公开内容的光源模块100可用于照明应用，并且可应用于例如汽车的照明灯和用于照亮的光源。
应注意，本技术还可具有以下构造。根据具有以下构造的本技术，将荧光体层、冷却剂和冷却剂输送构件封装在壳体中，从而使冷却剂有效地冷却荧光体层。荧光体层包括多个荧光体颗粒且其中具有间隙。冷却剂冷却荧光体层。冷却剂输送构件与荧光体层接触设置并使冷却剂循环。这使得可提高波长转换元件的散热特性。应注意，本文描述的效果不一定是限制性的，而是可包括本公开内容描述的任何效果。
(1)
一种波长转换元件，包括：
荧光体层，所述荧光体层含有多个荧光体颗粒，并且在所述荧光体层的内部具有间隙；
冷却剂，所述冷却剂冷却所述荧光体层；
冷却剂输送构件，所述冷却剂输送构件设置成与所述荧光体层接触，并使所述冷却剂循环；和
壳体，所述荧光体层、所述冷却剂和所述冷却剂输送构件被封装在所述壳体中。
(2)
根据(1)所述的波长转换元件，其中
所述冷却剂通过在所述荧光体层和所述冷却剂输送构件中产生的毛细管力而循环，并且
所述荧光体层中的毛细管力大于所述冷却剂输送构件中的毛细管力。
(3)
根据(1)或(2)所述的波长转换元件，其中所述冷却剂输送构件具有反光性。
(4)
根据(1)至(3)的任一个所述的波长转换元件，其中所述荧光体层在其与所述壳体的侧壁之间具有间隙。
(5)
根据(1)至(4)的任一个所述的波长转换元件，其中所述荧光体层具有连续泡沫型多孔结构。
(6)
根据(1)至(5)的任一个所述的波长转换元件，其中所述荧光体层由陶瓷荧光体构成。
(7)
根据(1)至(6)的任一个所述的波长转换元件，其中所述冷却剂输送构件具有连续泡沫型多孔结构。
(8)
根据(1)至(7)的任一个所述的波长转换元件，其中所述冷却剂输送构件由陶瓷烧结体、烧结金属或多孔金属构成。
(9)
根据(1)至(8)的任一个所述的波长转换元件，其中
所述荧光体层和所述冷却剂输送构件各自具有连续泡沫型多孔结构，并且
所述荧光体层的平均孔径小于所述冷却剂输送构件的平均孔径。
(10)
根据(1)至(9)的任一个所述的波长转换元件，其中所述冷却剂输送构件在其与所述荧光体层的接触表面上具有输送所述冷却剂的流动路径。
(11)
根据(1)至(10)的任一个所述的波长转换元件，其中所述荧光体层被所述冷却剂蒸发所产生的潜热直接冷却。
(12)
根据(1)至(11)的任一个所述的波长转换元件，其中所述壳体的至少与所述荧光体层相对的一个面具有透光性。
(13)
根据(12)所述的波长转换元件，其中所述壳体在其与所述一个面相对的另一面上具有散热构件。
(14)
根据(13)所述的波长转换元件，，其中所述冷却剂输送构件设置在所述壳体的所述另一面的一侧上。
(15)
根据(1)至(14)的任一个所述的波长转换元件，其中所述壳体是可旋转的轮构件，并且所述荧光体层具有环形形状。
(16)
根据(12)至(15)的任一个所述的波长转换元件，其中
所述荧光体层设置在所述壳体具有透光性的一个面的一侧上，并且
所述冷却剂输送构件设置在所述壳体与所述一个面相对的另一面的一侧上。
(17)
根据(16)所述的波长转换元件，其中
所述冷却剂输送构件具有开口，并且
与所述开口接触的所述壳体的另一面具有疏水性或亲水性。
(18)
根据(1)至(17)的任一个所述的波长转换元件，其中，当所述荧光体层和所述冷却剂输送构件在它们的表面以直立的状态使用时，所述冷却剂输送构件中的毛细管力(P)满足下式(1)：
P≥水头差R0(mmH2O)…(1)，
R0是从荧光体层中的发光部到壳体的内侧侧壁的距离。
(19)
根据(12)至(18)的任一个所述的波长转换元件，其中所述荧光体层具有面向所述一个面的第一表面和背对所述第一表面的第二表面，并且所述第一表面的至少一部分与所述一个面接触或接合。
(20)
根据(19)所述的波长转换元件，其中所述第一表面的发光区域与所述一个面接触或接合。
(21)
根据(20)所述的波长转换元件，其中所述荧光体层在所述第一表面的发光区域具有凸部，并且所述凸部与所述一个面接触或接合。
(22)
根据(19)所述的波长转换元件，其中所述第一表面的整个表面与所述一个面接触或接合。
(23)
根据(13)至(22)的任一个所述的波长转换元件，其中
所述荧光体层具有面向所述一个面的第一表面和背对所述第一表面的第二表面，
所述第一表面的至少一部分与所述一个面接触或接合，并且
所述第二表面的至少一部分与所述另一面接触或接合。
(24)
根据(23)所述的波长转换元件，其中
所述冷却剂输送构件具有开口，并且
所述第二表面经由所述开口而与所述另一面接触或接合。
(25)
根据(1)至(24)的任一个所述的波长转换元件，其中所述壳体的侧壁形成为倾斜面。
(26)
根据(13)至(25)的任一个所述的波长转换元件，其中所述壳体在所述另一面的一侧上还容纳有光源。
(27)
一种光源模块，包括：
光源部；和
波长转换元件，所述波长转换元件被来自所述光源部的激发光激发并发出荧光，其中
所述波长转换元件具有:
荧光体层，所述荧光体层含有多个荧光体颗粒，并且在所述荧光体层的内部具有间隙，
冷却剂，所述冷却剂冷却所述荧光体层，
冷却剂输送构件，所述冷却剂输送构件设置成与所述荧光体层接触，并使所述冷却剂循环，和
壳体，所述荧光体层、所述冷却剂和所述冷却剂输送构件被封装在所述壳体中。
(28)
一种投影显示装置，包括：
光源模块；
光调制元件，所述光调制元件调制从所述光源模块发射的光；和
投影光学系统，所述投影光学系统投射来自所述光调制元件的光，其中
所述光源模块包括：
光源部，和
波长转换元件，所述波长转换元件被来自所述光源部的激发光激发并发出荧光，并且
所述波长转换元件具有：
荧光体层，所述荧光体层包含多个荧光体颗粒，并且在所述荧光体层的内部具有间隙，
冷却剂，所述冷却剂冷却所述荧光体层，
冷却剂输送构件，所述冷却剂输送构件设置成与所述荧光体层接触，并使所述冷却剂循环，和
壳体，所述荧光体层、所述冷却剂和所述冷却剂输送构件被封装在所述壳体中。
本申请要求于2018年8月27日向日本专利局提交的第2018-158129号日本专利申请以及于2019年2月27日向日本专利局提交的第2019-034421号日本专利申请为基础的优先权，通过引用将这些日本专利申请的整体内容并入本申请。
本领域技术人员应理解，可根据设计需求及其他因素发生各种修改、组合、子组合和改变，只要它们在所附权利要求书或其等同物的范围内。

Claims (28)

1.一种波长转换元件，包括：
荧光体层，所述荧光体层含有多个荧光体颗粒，并且在所述荧光体层的内部具有间隙；
冷却剂，所述冷却剂冷却所述荧光体层；
冷却剂输送构件，所述冷却剂输送构件设置成与所述荧光体层接触，并使所述冷却剂循环；和
壳体，所述荧光体层、所述冷却剂和所述冷却剂输送构件被封装在所述壳体中。
2.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中
所述冷却剂通过在所述荧光体层和所述冷却剂输送构件中产生的毛细管力而循环，并且
所述荧光体层中的毛细管力大于所述冷却剂输送构件中的毛细管力。
3.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述冷却剂输送构件具有反光性。
4.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述荧光体层在其与所述壳体的侧壁之间具有间隙。
5.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述荧光体层具有连续泡沫型多孔结构。
6.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述荧光体层由陶瓷荧光体构成。
7.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述冷却剂输送构件具有连续泡沫型多孔结构。
8.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述冷却剂输送构件由陶瓷烧结体、烧结金属或多孔金属构成。
9.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中
所述荧光体层和所述冷却剂输送构件各自具有连续泡沫型多孔结构，并且
所述荧光体层的平均孔径小于所述冷却剂输送构件的平均孔径。
10.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述冷却剂输送构件在其与所述荧光体层的接触表面上具有输送所述冷却剂的流动路径。
11.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述荧光体层被所述冷却剂蒸发所产生的潜热直接冷却。
12.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述壳体的至少与所述荧光体层相对的一个面具有透光性。
13.根据权利要求12所述的波长转换元件，其中所述壳体在其与所述一个面相对的另一面上具有散热构件。
14.根据权利要求13所述的波长转换元件，其中所述冷却剂输送构件设置在所述壳体的所述另一面的一侧上。
15.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述壳体是可旋转的轮构件，并且所述荧光体层具有环形形状。
16.根据权利要求12所述的波长转换元件，其中
所述荧光体层设置在所述壳体具有透光性的一个面的一侧上，并且
所述冷却剂输送构件设置在所述壳体与所述一个面相对的另一面的一侧上。
17.根据权利要求16所述的波长转换元件，其中
所述冷却剂输送构件具有开口，并且
与所述开口接触的所述壳体的另一面具有疏水性或亲水性。
18.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中，当所述荧光体层和所述冷却剂输送构件在它们的表面以直立的状态使用时，所述冷却剂输送构件中的毛细管力(P)满足下式(1)：
P≥水头差R0(mmH2O)…(1)，
R0是从荧光体层中的发光部到壳体的内侧侧壁的距离。
19.根据权利要求12所述的波长转换元件，其中所述荧光体层具有面向所述一个面的第一表面和背对所述第一表面的第二表面，并且所述第一表面的至少一部分与所述一个面接触或接合。
20.根据权利要求19所述的波长转换元件，其中所述第一表面的发光区域与所述一个面接触或接合。
21.根据权利要求20所述的波长转换元件，其中所述荧光体层在所述第一表面的发光区域具有凸部，并且所述凸部与所述一个面接触或接合。
22.根据权利要求19所述的波长转换元件，其中所述第一表面的整个表面与所述一个面接触或接合。
23.根据权利要求13所述的波长转换元件，其中
所述荧光体层具有面向所述一个面的第一表面和背对所述第一表面的第二表面，
所述第一表面的至少一部分与所述一个面接触或接合，并且
所述第二表面的至少一部分与所述另一面接触或接合。
24.根据权利要求23所述的波长转换元件，其中
所述冷却剂输送构件具有开口，并且
所述第二表面经由所述开口而与所述另一面接触或接合。
25.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述壳体的侧壁形成为倾斜面。
26.根据权利要求13所述的波长转换元件，其中所述壳体在所述另一面的一侧上还容纳有光源。
27.一种光源模块，包括：
光源部；和
波长转换元件，所述波长转换元件被来自所述光源部的激发光激发并发出荧光，其中
所述波长转换元件具有:
荧光体层，所述荧光体层含有多个荧光体颗粒，并且在所述荧光体层的内部具有间隙，
冷却剂，所述冷却剂冷却所述荧光体层，
冷却剂输送构件，所述冷却剂输送构件设置成与所述荧光体层接触，并使所述冷却剂循环，和
壳体，所述荧光体层、所述冷却剂和所述冷却剂输送构件被封装在所述壳体中。
28.一种投影显示装置，具有：
光源模块；
光调制元件，所述光调制元件调制从所述光源模块发射的光；和
投影光学系统，所述投影光学系统投射来自所述光调制元件的光，其中
所述光源模块包括：
光源部，和
波长转换元件，所述波长转换元件被来自所述光源部的激发光激发并发出荧光，并且
所述波长转换元件具有：
荧光体层，所述荧光体层包含多个荧光体颗粒，并且在所述荧光体层的内部具有间隙，
冷却剂，所述冷却剂冷却所述荧光体层，
冷却剂输送构件，所述冷却剂输送构件设置成与所述荧光体层接触，并使所述冷却剂循环，和
壳体，所述荧光体层、所述冷却剂和所述冷却剂输送构件被封装在所述壳体中。
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