CN112955818A - 光学元件以及光学装置 - Google Patents

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Abstract

一边具有与基板(下位层)的密合性，一边实现提升耐久力。光学元件包括：面向下位层配置的荧光体层以及使荧光体层密合于下位层的密合层，荧光体层包含无机粘结剂以及分散于无机粘结剂内的荧光体粒子，密合层包含有机粘结剂，荧光体层具有面向下位层的第一面、与第一面相对的第二面以及连接第一面与第二面的侧面，密合层连接第二面、侧面和下位层的表面，使荧光体层密合于下位层。

Description

光学元件以及光学装置
技术领域
本发明是关于以及光学装置。
本申请基于2018年10月22日在日本申请的特愿2018-198686号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
作为现有技术，已知当将蓝色激光等的激励光向荧光体照射时，荧光体使荧光发光。例如，专利文献1公开了一种荧光体轮，其具备基材以及形成于基材上的荧光体层。荧光体层具有荧光体粒子以及保持荧光体粒子的粘结剂材料，且通过由折射率低于所述荧光体粒子的透光性材料构成的低折射率层来覆盖。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2016-170357号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
然而，通过高能量密度激励光以高亮度发光的荧光体容易成为高温，因此可能导致荧光体的量子效率地降低。作为用于解决该问题的光学元件，已知通过热传导率高的无机粘结剂来封入荧光体的光学元件，但是存在无机粘结剂与基板的密合性差且韧性小的问题。
本发明的一形态的目的在于一边具有与基板的密合性，一边实现提升耐久力。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明的一形态所涉及的光学元件包括：面向下位层配置的荧光体层以及使所述荧光体层密合于所述下位层的密合层，所述荧光体层包含无机粘结剂以及分散于所述无机粘结剂内的荧光体粒子，所述密合层包含有机粘结剂，所述荧光体层具有面向所述下位层的第一面、与所述第一面相对的第二面以及连接所述第一面与所述第二面的侧面，所述密合层连接所述第二面、所述侧面和所述下位层的表面，使所述荧光体层密合于所述下位层。
发明效果
根据本发明的一形态，能够有助于一边具有与基板的密合性，一边实现提升耐久力。
附图说明
图1是示出光学元件的构成的剖视图。
图2是示出YAG：Ce荧光体的发光效率的图表。
图3A是示出本发明的实施方式一所涉及的光学元件的构成的立体图。
图3B是示出本发明的实施方式一所涉及的光学元件的构成的A-A’剖视图。
图4A是示出本发明的实施方式二所涉及的光学元件的构成的立体图。
图4B是示出本发明的实施方式二所涉及的光学元件的构成的B-B’剖视图。
图4C是示出本发明的实施方式二所涉及的光学元件的变形例的构成的剖视图。
图4D是示出本发明的实施方式二所涉及的光学元件的变形例的构成的剖视图。
图4E是示出本发明的实施方式二所涉及的光学元件的变形例的构成的剖视图。
图4F是示出本发明的实施方式二所涉及的光学元件的变形例的构成的立体图。
图5A是示出本发明的实施方式三所涉及的光学元件的构成的俯视图。
图5B是示出本发明的实施方式三所涉及的变形例的构成的俯视图。
图5C是示出本发明的实施方式三所涉及的变形例的构成的俯视图。
图5D是示出本发明的实施方式三所涉及的变形例的构成的俯视图。
图6A是示出本发明的实施方式四所涉及的光学元件的构成的立体图。
图6B是示出本发明的实施方式四所涉及的光学元件的构成的C-C’剖视图。
图7A是示出本发明的实施方式五所涉及的荧光轮的构成的俯视图。
图7B是示出本发明的实施方式五所涉及的荧光轮的构成的侧视图。
图8A是示出本发明的实施方式六所涉及的荧光轮的构成的俯视图。
图8B是示出本发明的实施方式六所涉及的荧光轮的构成的侧视图。
图9A是示出本发明的实施方式七所涉及的荧光轮的构成的俯视图。
图9B是示出本发明的实施方式七所涉及的荧光轮的构成的侧视图。
图9C是用于说明施加于构成本发明的实施方式七所涉及的荧光轮的基板的应力的基板以及荧光体层的侧视图。
图10A是示出本发明的实施方式八所涉及的荧光轮的构成的俯视图。
图10B是示出本发明的实施方式八所涉及的荧光轮的构成的D-D’剖视图。
图10C是示出本发明的实施方式八所涉及的变形例的构成的俯视图。
图11A是示出本发明的实施方式九所涉及的光源装置的构成的概略图。
图11B是示出本发明的实施方式九所涉及的光源装置的光源模块的构成的侧视图。
图11C是示出本发明的实施方式九所涉及的光源装置的光源模块的另一个构成的侧视图。
图12A是示出本发明的实施方式九所涉及的光源装置的荧光轮的变形例的构成的俯视图。
图12B是示出本发明的实施方式九所涉及的光源装置的荧光轮的变形例的构成的俯视图。
图12C是示出本发明的实施方式九所涉及的光源装置的荧光轮的变形例的构成的俯视图。
图12D是示出本发明的实施方式九所涉及的光源装置的荧光轮的变形例的构成的俯视图。
图13是示出本发明的实施方式十所涉及的光源装置的构成的概略图。
图14是示出本发明的实施方式十一所涉及的光源装置的构成的概略图。
图15是示出本发明的实施方式十二所涉及的投影装置的构成的概略图。
具体实施方式
图1示出一般的光学元件10。通常为荧光体层12面向基板11配置的构成。在反射型的光学系中，从光源13发出的激励光14向荧光体层12照射，荧光体层12荧光发光。荧光体层12通常由荧光体粒子以及有机粘合剂构成。有机粘合剂虽然密合性高，但是热传导率低，因此在通过蓝色激光等来使荧光体发光的情况下，存在因热引起烧损，不能获取期望的荧光发光强度。也就是说，需要检讨荧光体的发光效率的温度依赖性。
〔发光效率的温度依赖性〕
基于YAG:Ce(Y3Al5O12:Ce3+)荧光体的外部量子效率说明荧光体的发光效率的温度依赖性。如图2所示，关于将Ce(铈)作为掺杂物掺杂于YAG(钇、铝、石榴石)的荧光体材料，能够确认根据Ce的掺杂浓度的差异不同，发光效率的温度依赖性不同的情况。本发明的一形态中的Ce掺杂浓度(mol％)，在以石榴石系荧光体的通式(M1-XREX)3Al5O12显示的物质中，以x×100(mol％)显示。在上述通式中，作为M、RE使用含有选自稀土元素群中至少一个元素的构成。一般来说，M使用Sc、Y、Gd、Lu中至少一种的元素，RE使用Ce、Eu、Tb中使用至少一种的元素。
当向荧光体照射激励光的情况下，在获得荧光发光的同时，激励光的一部分被转换成热能，因此荧光体的照射点部变高温。关于热放射，通常可通过下面公式进行说明。
Q＝A·ε·σ(TA^4-TB^4)
在此，Q示出放射热量，A示出放射部面积，ε示出放射率，σ示出史蒂芬·玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)常数，TA示出放射部的温度，TB示出周围的温度。
如图2所示，已知荧光体的发光效率受到荧光体的温度的影响，随着温度增加，发光效率降低。为了获取更强(明亮)的荧光发光，需要增强激励光14的照射强度，在此情况下，根据冷却状况，存在无法充分地进行荧光体层12的温度上升抑制的情况。
另外，已知荧光体的温度特性根据发光中心元素(在本实施方式中为Ce)的浓度而变化。一般市售的YAG：Ce荧光体的Ce浓度大多使用常温使用时的发光效率为高浓度(例如为1.4至1.5mol％左右)。这是因为，在Ce的浓度低的YAG荧光体中，虽然内部量子效率变高，但是因激励光的吸收率低，对波长转换元件而言，重要的外部量子效率在Ce浓度1.5mol％附近成为最佳值。当在通过高能量密度、高强度的激励光照射而照射点的荧光体温度成为超过250度的区域的情况下，在一般的YAG：Ce荧光体的(Ce浓度1.4mol％)中，发光效率会降低(参照图2)。然而，Ce浓度低的YAG：Ce荧光体(例如为0.3至1.0mol％左右)的发光效率的温度依赖性小，与低温时相比，存在高浓度的发光体与发光效率反转的情况。例如，在图2的图表中，比较低温区域(50度至100度)与高温区域(250度至350度)。存在以下倾向：在低温区域中，YAG：Ce荧光体的Ce浓度高的一方具有高发光效率，在高温区域中，Ce浓度低的一方具有高发光效率。鉴于这种倾向，按每个实施方式对本发明进行说明。
在激光的激励中，激励能量密度增高且变为高温，因此优选使用耐热性能高的氧氮化物系、氮化物系的荧光体。更优选作为荧光体，发光效率的温度依赖性优异。另外，为了用作光源装置，也可以将荧光设为蓝色、绿色、红的等的白色光以外的光。
作为将近紫外光转换成红色光的荧光体，例如能够使用CaAISiN3：Eu2+。作为将近紫外光转换成黄色光的荧光体，例如能够使用Ca-α-SiAION：Eu2+。作为将近紫外光转换成绿色光的荧光体，例如能够使用β-SiAION：Eu2+、Lu3AI5O12：Ce3+(LuAG：Ce)。作为将近紫外光转换成蓝色光的荧光体，例如能够使用(Sr、Ca、Ba、Mg)10(PO4)6C12：Eu、BaMgAl10O17：Eu2+、(Sr、Ba)3MgSi2O8：Eu2+。
另外，也可以荧光构件形成为包含将近紫外光的激励光转换成黄色光以及蓝色光的两种的荧光体。由此，混色从荧光构件出射的黄色光以及蓝色光的荧光而能够获得虚拟白色光。
以下，作为优选实施方式，针对YAG：Ce荧光体的一例，按每个实施方式对本发明进行说明。
首先，针对由本发明的实施方式的光学元件，将设置于基板上的光学元件以及荧光轮为例来说明实施方式一至八。
〔实施方式一〕
〔光学元件101a的构成〕
以下，详细说明本发明的一个实施方式。图3A是示出本发明的实施方式一所涉及的光学元件101a的构成的立体图。在本实施方式中，将基板11的主面作为xy平面定义了坐标轴。图3B是示出本发明的实施方式一所涉及的光学元件101a的构成的A-A’剖视图(xz平面)。本实施方式所涉及的光学元件101a与图1所示的一般的光学元件10不同，还具备密合层。
如图3A以及图3B所示，本实施方式所涉及的光学元件101a具备波长转换部30a，所述波长转换部30a包含面向基板11配置的荧光体层31a以及使荧光体层31a密合于基板11的密合层32a。在本实施方式中，荧光体层31a面向下位层的基板11配置。
(基板(下位层))
基板11能够使用铝基板。为了提高荧光发光强度，优选在铝基板上涂敷银等的高反射膜。在其他实施方式中，能够使用高反射的氧化铝基板、白色散射反射基板等。基板11的材质优选为热传导率高于金属等荧光体层31a以及密合层32a的材质，没有特别限制上述材料。
优选下位层由包含基板的一个以上的层构成。作为下位层的基板以外的层，可以举出散射层等。优选散射层将氧化钛为主要成分。另外，下位层不限于板状，在其上面可以配置荧光体层31a的形状的基材即可。
(荧光体层)
荧光体层31a包含具有无机化合物的第一粘结剂(无机粘结剂)以及分散于所述第一粘结剂内的荧光体粒子。荧光体层31a具有面向基板11的第一面、与第一面相对的第二面、连接第一面与第二面的侧面。
例如，从由激光、LED构成的光源13发出的激励光14照射于荧光体层31a，则荧光体粒子发光荧光，并且发出热。
通过第一粘结剂包含热传导率高的无机化合物，荧光体层31a的热传导率变高。通过荧光体层31a的热传导率高来能够提高将从荧光体粒子发出的热向基板11传导的效率，因此能够防止由荧光体层31a的热的烧损。
无机粘结剂(第一粘结剂)是将无机化合物作为主要材料的粘结剂。优选无机粘结剂的骨架由无机材料构成。无机粘结剂例如能够由无机粒子的烧结体构成。优选无机粘结剂由例如由氧化铝、氧化硅等构成的透光性无机材料的烧结体来构成。
第一粘结剂可以包含空隙，也可以不包含空隙。
在荧光体层31a中所占的荧光体粒子的比例相对于荧光体层31a，优选为50体积％至75体积％左右。
优选荧光体粒子的平均粒径D50是10μm至30μm左右。荧光体粒子优选为Ce被掺杂的YAG荧光体。
优选荧光体层31a的厚度是20μm至100μm左右。
(密合层)
所述密合层32a由包含有机化合物的第二粘结剂构成。密合层32a将荧光体层31a的第二面和基板11的表面连接，使荧光体层31a密合于下位层的基板11。从更提高向基板11的密合性的观点来看，优选密合层32a以面向第二面的整区域以及侧面的整区域的方式覆盖荧光体层31a。
有机粘结剂(第二粘结剂)是将有机化合物作为主要材料的粘结剂。优选有机粘结剂的骨架由有机材料构成。优选有机粘结剂例如包含形成骨架的树脂。优选第二粘结剂(有机粘结剂)所包含的有机化合物例如是硅树脂等的透明的有机化合物。
优选从荧光体层31a的第二面到密合层32a的最上部的厚度方向的距离是1μm至10μm左右。另外，优选从荧光体层31a的侧面与基板11的接触点到密合层32a的最侧端部的距离是10μm至20μm。由此，能够使荧光体层31a足够地密合于基板11。
〔实施方式二〕
以下说明本发明的其他实施方式。此外，为了便于说明，对与在上述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。
〔光学元件101b至101f的构成〕
图4A是示出本发明的实施方式二所涉及的光学元件101b的构成的立体图。图4B是示出本发明的实施方式二所涉及的光学元件101b的构成的B-B’剖视图(xz平面)。图4C至图4E是示出由本发明的实施方式二所涉及的光学元件的变形例的光学元件101c至101e的构成的剖视图(xz平面)。图4F是示出由本发明的实施方式二所涉及的光学元件的变形例的光学元件101f的构成的立体图。本实施方式所涉及的光学元件101b的波长转换部30b与本发明的实施方式一所涉及的光学元件101a的波长转换部30a的密合层32a相比，没有与密合层32b的基板11(下位层)以及荧光体层31a密合的外面的形状不同，该外面是凸状的曲面形状。根据是该构成，由于从密合层32b的外面入射的激励光聚光于荧光体层31a，从而当激励光的宽度是相同时，与密合层32b的外面是平坦状的情况相比，能够变小照射点。由此，与密合层32b的外面是平坦状的情况相比，能够提高发光亮度。另外，与密合层32b的外面是平坦状的情况相比，在密合层32b的外面中，能够降低全反射的光。由此，能够增加光学元件101b的向外出射的荧光。另外，当荧光体层31a发出的荧光从波长转换部30b的密合层32b出射时，由于荧光向相对于z轴方向的角度变更小的方向折射，从而提高从z轴方向观察时的发光亮度。
作为凸状的曲面形状，可以举出以下成为如凸状之类的曲线的形状：断面(xz平面)是如图4B所示的波长转换部30b的密合层32b之类的半椭圆的弧、断面(xz平面)是如图4C所示的波长转换部30c的密合层32c之类的半圆的弧、断面(xz平面)是如图4D所示的波长转换部30d的密合层32d之类的半椭圆的弧的一部分、断面(xz平面)是如图4E所示的波长转换部30e的密合层32e之类的半椭圆的弧的一部分等。另外，也可以是具有如图4F所示的波长转换部30f的密合层32f之类的面内各向异性的凸状的曲面形状。
优选密合层32b的原料具有能够使密合层32b的外面成为凸状的曲面形状的粘性。具体来说，密合层32b的原料的粘度在23度中，优选为1000mPa·s至10000Pa·s。通过使用定量喷出装置将具有该粘性的原料涂布为覆盖荧光体层，来能够形成外面是凸状的曲面形状的密合层32b。
〔实施方式三〕
以下说明本发明的其他实施方式。此外，为了便于说明，对与在上述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。
〔高输出光学元件101g至101j的构成〕
图5A是示出本发明的实施方式三所涉及的光学元件的构成的俯视图。图5B至图5D是示出本发明的实施方式三所涉及的变形例的构成的俯视图。本实施方式所涉及的高输出光学元件101g至101j的波长转换部40a至40d与本发明的实施方式二所涉及的光学元件101b的波长转换部30b相比，在荧光体层31a以及密合层32b基础上，还具备低折射率体33a至33d。
波长转换部40a至40d具备折射率低于密合层32b的低折射率体33a至33d。根据是该构成，由于向高输出光学元件101g至101j的激励光照射区域外导光的荧光被低折射率体33a至33d反射，从而能够仅在激励光照射点的附近取得荧光。结果由于多个光在相同的区域出射，从而在z轴方向中，能够获取更高亮度的光学元件。
在此，“激励光照射点″意味着密合层32b的外面中的激励光14被照射的面。另外，“激励光照射区域″意味着激励光14被照射的、在密合层32b中的区域。也就是说，“激励光照射区域″意味着从激励光照射点到密合层32b与荧光体层31a的接触面中的被激励光14照射的面的区域。
波长转换部优选具备低折射率体，所述低折射率体在厚度方向的至少一部分代替荧光体层以及密合层配置。另外，优选代替荧光体层以及密合层配置的所述低折射率体的高度具有低于被替代的荧光体层与密合层的层叠的高度的高度。根据是该构成，能够一边具有密合性，一边起到上述的效果。
作为将光学元件从z轴方向观察时的低折射率体的形状，例如可以举出图5A所示的点状、图5B所示的狭缝状、图5C所示的包围荧光体层31a的外周的形状、图5D所示的包围密合层32b的外周的形状等。
优选低折射率体33a至33d由空气构成。通过是该构成，能够更廉价地制造高输出光学元件。
〔实施方式四〕
以下说明本发明的其他实施方式。此外，为了便于说明，对与在上述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。
〔光学元件101k的构成〕
图6A是示出本发明的实施方式四所涉及的光学元件101k的构成的立体图。在本实施方式中，将基板11的主面作为xy平面定义了坐标轴。图6B是示出本发明的实施方式四所涉及的光学元件101k的构成的C-C’剖视图(xz平面)。本实施方式所涉及的光学元件101k的密合层的构成与图3所示的光学元件101a不同。
如图6A以及图6B所示，本实施方式所涉及的光学元件101k具备波长转换部50a，所述波长转换部50a包含面向基板11配置的荧光体层31a以及使荧光体层31a密合于基板11的密合层32g。密合层32g将荧光体层31a的第二面、荧光体层31a的侧面、基板11的表面连接，使荧光体层31a密合于基板11。然后，在本实施方式中，第二面的一部分从密合层32g露出。
根据本实施方式中，由于荧光体层31a的第二面的一部分露出，从而在激励光14被照射的区域没有存在粘结剂，也就是说，由于荧光体层31a的发热部与有机粘结剂分离，从而当例如尤其将高能量密度、高强度的激励光14从由激光、LED构成的光源13向波长转换部50a照射的情况，也更能够可靠地防止由荧光体层31a的热的烧损。
另外，由于来自荧光体层31a的发光不经由有机粘结剂出射，且没有导光有机粘结剂内，从而能够获得如下效果：能够抑制由发光点尺寸的扩大的亮度降低。
〔实施方式五〕
以下说明本发明的其他实施方式。此外，为了便于说明，对与在上述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。
〔荧光轮102a的构成〕
图7A是示出作为本发明的实施方式五所涉及的光学元件的荧光轮102a的构成的俯视图(xy平面)。图7B是示出本发明的实施方式五所涉及的荧光轮102a的构成的侧视图(xz平面)。本实施方式所涉及的荧光轮102a的波长转换部148a的下位层是轮141a。波长转换部148a构成为包含荧光体层31b以及密合层32h。荧光轮102a通过固定件146来固定于未图示的驱动装置的转动轴147。本实施方式所涉及的荧光轮102a是如实施方式二所涉及的光学元件101b(参照图4A、图4B)中的密合层32b至30f那样，具有荧光轮102a的半径方向的断面中的外面在z轴方向为凸状的曲面形状的密合层32h，但是也可以代替密合层32h具备如实施方式一所涉及的光学元件101a(参照图3A、图3B)中的密合层32a那样外面不是曲面形状的密合层。另外，也可以具备外面不是曲面形状的密合层、以及外面是凸状的曲面形状的密合层的两者。此外，后述的实施方式七至十二也是同样的。
荧光轮102a在从光源出射的激励光通过的轮141a的表面的周向的至少一部分配置有波长转换部148a即可，如图7A所示，优选波长转换部148a在轮141a上配置成同心圆状。
〔实施方式六〕
以下说明本发明的其他实施方式。此外，为了便于说明，对与在上述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。
〔荧光轮102b的构成〕
图8A是示出作为本发明的实施方式六所涉及的光学元件的荧光轮102b的构成的俯视图(xy平面)。图8B是示出本发明的实施方式六所涉及的荧光轮102b的构成的侧视图(xz平面)。在本实施方式所涉及的荧光轮102b中，波长转换部148b包含荧光体层31c以及密合层32i而构成。本实施方式所涉及的荧光轮102b与实施方式四所涉及的光学元件101k(参照图6A、图6B)中的密合层32g同样，在荧光轮102b的半径方向的断面中，荧光体层31c的第二面的一部分从密合层32i露出。
〔实施方式七〕
以下说明本发明的其他实施方式。此外，为了便于说明，对与在上述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。
〔荧光轮102c的构成〕
图9A是示出作为本发明的实施方式七所涉及的光学元件的荧光轮102c的构成的俯视图(xy平面)。图9B是示出本发明的实施方式七所涉及的荧光轮102c的构成的侧视图(xz平面)。图9C是用于说明施加于构成本发明的实施方式七所涉及的荧光轮102c的轮141a的基板(金属基板)141的应力的基板141以及荧光体层31d的侧视图。
如图9C所示，荧光体层31d在涂布于基板141后，通过被烧制来形成为任意的形状。烧制时，由于荧光体层31d的体积在箭头C的方向收缩而固化，从而在基板141中，在形成有荧光体层31d的面侧成为凹型的箭头S的方向产生应力。由于荧光体层31d形成为大致圆形，从而通过上述应力，从其内侧(基板141的中心侧)易剥离。
因此，如图9A、图9B所示，在本实施方式中，波长转换部148c由大致圆形的荧光体层31d以及密合层32j构成，所述密合层32j设置为仅覆盖荧光体层31d的内侧(轮141a的中心侧)的侧面以及第二面的端部。
根据本实施方式，由于减少密合层32j的重量，从而能够变小荧光轮102c的转动时的平衡不均匀，另外，能够减小相对于由轮固定件146、转动轴147、驱动装置等构成的转动机构的负担。
〔实施方式八〕
以下说明本发明的其他实施方式。此外，为了便于说明，对与在上述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。
〔荧光轮102d、102e的构成〕
图10A是示出作为本发明的实施方式八所涉及的荧光轮102d的构成的俯视图(xz平面)。图10B是示出本发明的实施方式八所涉及的荧光轮的构成的D-D’剖视图(yz平面)。图10C是示出由本由发明的实施方式八所涉及的变形例的荧光轮102e的构成的俯视图(xy平面)。
低折射率体33e是折射率低于密合层32k的构件，能够反射荧光。具体来说，在荧光轮102d中，在波长转换部148d配置于轮141a的表面的周向的区域的一部分，代替构成波长转换部148d的荧光体层31e以及密合层32k配置有低折射率体33e。在荧光轮102d中，波长转换部148d以规定间隔存在于遍及轮141a的表面的整周。在优选实施方式中，在荧光轮102d中，在波长转换部148d配置于轮141a的表面的周向的区域中，波长转换部148d存在于遍及轮141a的半径方向至少一部分。另外，在图10C所示的荧光轮102e中，在轮141a的表面的周向配置有包含荧光体层31f以及密合层32I的波长转换部148e，在配置有波长转换部148e的区域的一部分，代替荧光体层31f以及密合层32I配置有点状的低折射率体33f。
用极坐标来换句话说，则如下所示。通过将轮141a的中心为原点(0)，将从该原点向半径方向的距离为r，将偏角为θ，以(r、θ)的极坐标特定波长转换部148d、148e配置于轮141a的表面的周向的区域。此时，在任意的偏角θ中从配置有波长转换部148d、148e的最近端点(rmin、θ)到最远端点(rmax、θ)之间的一部分存在有至少波长转换部148d、148e。若符合该构成，低折射率体可以是如图10A所示的低折射率体33e那样的狭缝状，也可以是如图10C所示的低折射率体33f那样的点状。
根据是该构成，由于向轮141a的激励光照射区域外导光的荧光被低折射率体33e、33f反射，从而仅在激励光照射点的附近能够取得荧光。结果由于多个光在相同的区域出射，从而在照射点附近能够取得高亮度的荧光轮。
如图10B所示，在荧光轮102中，优选代替荧光体层31e以及密合层32k配置的低折射率体33e具有与被替代的荧光体层31e与密合层32k的层叠的高度相同的高度。根据是该构成，更能够提高上述的效果。
优选在荧光轮102d中，波长转换部148d随着θ的变化，从遍及最近端点(rmin、θ)到最远端点(rmax、θ)连续地被低折射率体替代，θ从θ1到θ2连续地变化(θ1≠θ2)。根据是该构成，更能够提高上述的效果。
优选低折射率体33e由空气构成。根据是该构成，能够更廉价地制造荧光轮。
此外，代替在配置有本实施方式的荧光体层以及密合层的区域与的一部分，配置低折射率体的构成也可以适用于实施方式六的荧光轮102b(参照图8A、图8B)、实施方式七的荧光轮102c(参照图9A、图9B)。
接下来，针对由本发明的实施方式的光学元件，将光源装置、车辆用前照灯设备为例来说明实施方式九至十二。
〔实施方式九〕
以下说明本发明的其他实施方式。此外，为了便于说明，对与在上述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。
〔光源装置140的构成〕
图11A是示出作为本发明的实施方式九所涉及的光学装置的构成的概略图。图1B是示出本发明的实施方式九所涉及的光源装置的光源模块的构成的侧视图(xz平面)。图11C示出本发明的实施方式九所涉及的光源装置的光源模块的另一个构成的侧视图(xz平面)。
光源装置140具备荧光轮102a(参照图7A、图7B)、使荧光轮102a转动的驱动装置142、以及向波长转换部148a照射激励光14的光源13。光源装置140随着荧光轮102a的转动，当激励光14入射于配置于至少荧光轮102a的表面的周向的波长转换部148a的荧光体层31a时，出射荧光117。
优选光源装置140使用于投影仪等。在光源装置140中，优选光源13是蓝色激光光源，所述蓝色激光光源出射激励光14，该激励光14激励波长转换部148a的荧光体层31的波长。在优选实施方式中，使用激励YAG、LuAG等的荧光体的蓝色激光二极管。
照射波长转换部148a的荧光体层31的激励光14在光路上能够通过透镜144a、144b以及144c。也可以在激励光14的光路上配置镜145。镜145优选为分色镜。
如图11B所示，荧光轮102a通过轮固定件146来固定于驱动装置142的转动轴147。优选驱动装置142是马达，在马达的转动杆构件即转动轴147被轮固定件146固定的荧光轮102a随着马达的转动来转动。
配置于荧光轮102a的表面上的周边部的波长转换部148a接收激励光而出射荧光117，透射镜145出射荧光。由于波长转换部148a随着荧光轮102a的转动来转动，从而一边不断转动，一边出射荧光117。
光源模块代替图11B所示的光源模块中的荧光轮102a，如图11C所示，也可以使用荧光轮102b(参照图8A、图8B)构成。
图12A至图12D是示出本发明的实施方式九所涉及的光源装置140的荧光轮的变形例102f至102i的构成的俯视图(xz平面)。如图12A、图12C、图12D所示，轮可以作为具备透射部143的轮141b，所述透射部143是激励光14透射段的一部分。在优选实施方式中，优选透射部143由玻璃构成。通过设为上述构成，能够以一个荧光轮使激励光14转换成多个波长。如图12A所示，也可以作为荧光轮102f，所述荧光轮102f分割成具备荧光发光相当于绿色的波长的现有的荧光体层12a的段和具备荧光发光相当于黄色的波长的荧光体层31g以及密合层32m的段。另外，如图12B所示，也可以作为荧光轮102g，所述荧光轮102g分割成具备荧光发光相当于绿色的波长的荧光体层31h和密合层32m的段与具备荧光发光相当于黄色的波长的现有的荧光体层12b的段。另外，如图12C所示，也可以作为荧光轮102h，所述荧光轮102h分割成荧光发光相当于绿色的波长的荧光体层31h和荧光发光相当于黄色的波长的荧光体层31g，且具备使荧光体层31g以及荧光体层31h密合的密合层32n。另外，图12D所示，也可以作为荧光轮102i，所述荧光轮102i分割成荧光发光相当于绿色的波长的荧光体层31h与荧光发光相当于黄色的波长的荧光体层31g和荧光发光相当于红色的波长的荧光体层31i，且具备使荧光体层31g、荧光体层31h以及荧光体层31i密合的密合层32o。通过荧光轮在周向分割成多个段，且在每个段分涂荧光体来能够将外部量子收率保持在高水平。由此，能够一边维持亮度，一边制造各种颜色。
图12A至图12D所示的每个荧光轮102ef至102i中的荧光体层以及密合层的构成可以设为图11B所示的荧光体层以及密合层的构成，也可以设为图11C所示的荧光体层以及密合层的构成。
〔实施方式十〕
以下说明本发明的其他实施方式。此外，为了便于说明，对与在上述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。
〔光源装置80的构成〕
图13是示出作为本发明的实施方式十所涉及的光学装置的光源装置80的构成的概略图。光源装置80具备光学元件81、光源13以及反射器111，该光学元件81包含荧光体层以及密合层，该光源13向光学元件81照射激励光14，反射器111具有使从光学元件81出射的荧光117反射的反射面。反射器111的反射面具有如下形状：将入射的光在规定的方向以平行地出射的方式反射的形状。
优选光源装置80是反射型车两用前照灯设备(激光头灯)。优选光源13是蓝色激光光源，所述蓝色激光光源出射激励光学元件81的荧光体层的波长的激励光14。优选反射器111由半抛物面镜构成。优选将抛物面在与xy平面平行且在上下进行2分割而作为半抛物面，其内面成为镜。在反射器111具有供激励光14通过的通孔。光学元件81被蓝色的激励光14激励，发出可见光的长波长范围(黄色波长)的荧光117。另外，激励光14在光学元件81的表面被反射，也成为扩散反射光118。光学元件81配置于抛物面的焦点的位置。由于光学元件81位于抛物面镜的焦点的位置，从而从光学元件81出射的荧光117、扩散反射光118朝向反射器111，在其表面反射，则一起向出射面112直进。荧光117与扩散反射光118混合的白色光作为平行光从出射面112出射。
在实施方式十中，作为光学元件81能够采用上述实施方式一至四的光学元件101a至101k。
〔实施方式十一〕
以下说明本发明的其他实施方式。此外，为了便于说明，对与在上述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。
〔光源装置90的构成〕
图14是示出作为本发明的实施方式十一所涉及的光学装置的光源装置90的构成的概略图。光源装置90具备光学元件92以及向光学元件92照射激励光14的光源13。光源13经由透射性基板91向第一面照射激励光14。荧光体层从第二面出射荧光。由反射器111反射的光作为平行光线从出射面112出射。
在本发明的实施方式十一中，优选将透射性基板91设为散热器机构。在另一个优选实施方式中，也能够通过使透射性基板91与透射性散热器(未图示)固定接触来冷却。
优选上述的光源装置90安装于透射型激光头灯(车两用前照灯)(专利文献2(国际公开第2014/203484号))。如专利文献3(特开2012-119193号公报)所公开，已知当荧光膜沉积于透射性的散热器基板的情况下，激励光从散热器侧入射，则散热器侧的放热性高。
在实施方式十一中，作为光学元件92，能够采用上述实施方式一至四的光学元件101a至101k。
〔实施方式十〕
以下说明本发明的其他实施方式。此外，为了便于说明，对与在上述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。
〔投影装置的构成〕
图15是示出作为本发明的实施方式十二所涉及的光学装置的投影装置的构成的概略图。投影装置100具备光源装置、取得荧光轮的转动位置的转动位置传感器103、基于来自转动位置传感器103的输出信息控制光源13的光源控制部104、显示元件107、将来自光源装置的光导光到显示元件107的光源侧光学系106、以及将来自显示元件107的投影光向屏幕投影的投影侧光学系108。投影装置100通过由转动位置传感器103取得的荧光轮的转动位置的信息来控制光源13的输出。光源装置在从光源13出射的激励光通过周向的至少一部分具备荧光轮即可，也可以是上述的光源装置140，所述荧光轮是光学元件在周向分割成多个段而配置。
例如，如图12D所示，当在荧光轮102i的段的一部分设置透射部143的情况下，蓝色发光的激励光14经由透射部143透射荧光轮102i。向波长转换部148i照射的激励光14在光路上能够经由镜109a至109c以及光源侧光学系106。优选光源侧光学系106是分色镜。优选分色镜能够使在45度入射的蓝色的光反射，且使红色以及绿色光透射。
更详细检讨，通过将具备上述光学特性的分色镜采用于光源侧光学系106，由向分色镜入射的激励光14的蓝色的光被反射而朝向荧光轮102i。通过荧光轮102i的转动的时机，蓝色的光经由透射部143透射荧光轮102i。通过荧光轮102i的转动的时机，照射于透射部143以外的段的激励光14照射波长转换部148i，使荧光体层31g至31i荧光发光。在每个段中，在荧光体层31h中，绿色波长频带的荧光被发光，在荧光体层31g中，黄色波长频带的荧光被发光，在荧光体层31i中，红色波长频带的荧光被发光。被荧光发光的绿色、黄色以及红色的光透射分色镜而入射于显示元件107。透射透射部143的蓝色的光经由镜109a至109c再次入射于分色镜，以分色镜再次被反射而入射于显示元件107。
在优选实施方式中，投影仪(投影装置100)能够具备光源模块101、显示元件107、光源侧光学系106(分色镜)以及投影侧光学系108。在此，作为光学模块101，能够使用包含图10B所示的荧光轮102a以及驱动装置142的光源模块、包含图10C所示的荧光轮102b以及驱动装置142的光源模块。光源侧光学系106(分色镜)将来自光源模块101的光导光到上述显示元件107，投影侧光学系108能够将来自上述显示元件107的投影光向屏幕等投影。在优选实施方式中，优选显示元件107是DMD(数字微镜器件)。优选投影侧光学系108由投影部透镜的组合构成。
〔总结〕
本发明的方式一所涉及的光学元件是如下构成：包括：面向下位层(11)配置的荧光体层(31a至31k)以及使所述荧光体层(31a至31i)密合于所述下位层(11)的密合层(32a至32o)，所述荧光体层(31a至31i)包含无机粘结剂以及分散于所述无机粘结剂内的荧光体粒子，所述密合层(32a至32o)包含有机粘结剂，所述荧光体层(31a至31k)具有面向所述下位层(11)的第一面、与所述第一面相对的第二面以及连接所述第一面与所述第二面的侧面，所述密合层(32a至32o)连接所述第二面、所述侧面和所述下位层的表面，使所述荧光体层(31a至31i)密合于所述下位层(11)。
本发明的方式二所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式一中，所述下位层(11)由包含基板的一个以上的层构成。
本发明的方式三所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式一或二中，所述密合层(32a至32o)覆盖所述第二面的整区域。
本发明的方式四所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式一或二中，所述密合层(32a至32o)覆盖所述荧光体层，使得所述密合层(32a至32o)面向所述第二面的整区域以及所述侧面的整区域的方式覆盖所述荧光体层(31a至31i)。
本发明的方式五所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式一至四中的任一项中，所述密合层(32a至32o)具有没有与所述下位层(11)以及所述荧光体层(31a至31i)密合的外面，所述密合层(32a至32o)的外面是凸状的曲面形状。
本发明的方式六所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式一或二中，所述第二的面的一部分从所述密合层(32a至32o)露出。
本发明的方式七所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式一至六中的任一项中，所述下位层(11)是轮(141a、141b)，所述荧光体层以及所述密合层(32a至32o)配置于从光源出射的激励光通过的所述轮的表面的周向的至少一部分。
本发明的方式八所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式七中，所述密合层(32a至32o)仅覆盖所述荧光体层(31a至31i)的内侧的侧面以及所述第二面的端部。
本发明的方式九所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式七中，折射率低于所述密合层的低折射率体(33a至33f)配置于在所述轮(141a、141b)的表面的周向配置有所述荧光体层(31a至31i)以及所述密合层(32a至32o)的区域的一部分，在所述轮的表面的周向配置有所述荧光体层以及所述密合层的区域中，在遍及所述轮(141a、141b)的半径方向至少一部分存在有所述荧光体层以及所述密合层。
本发明的方式十所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式九中，代替所述荧光体层(31a至31i)以及所述密合层(32a至32o)配置的所述低折射率体(33a至33f)具有与被替代的荧光体层与所述密合层的层叠的高度相同的高度。
本发明的方式十一所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式九或十中，通过将所述轮(141a、141b)的中心为原点(0)，将从该原点向半径方向的距离为r，将偏角为θ，以(r、θ)的极坐标特定所述光学元件配置于所述轮(141a、141b)的表面的周向的区域，所述荧光体层(31a至31i)以及所述密合层(32a至32o)随着θ的变化，从遍及最近端点(rmin、θ1)到最远端点(rmax、θ2)连续地被所述低折射率体(33a至33f)替代，θ从θ1到θ2连续地变化(θ1≠θ2)。
本发明的方式十二所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式九至十一中的任一项中，所述低折射率体(33a至33f)由空气构成。
本发明的方式十三所涉及的光学装置也可以是如下构成：包括：在上述的方式一至十二中任一项所述的光学元件；以及向所述荧光体层(31a至31i)照射激励光的激光或LED。
本发明的方式十四所涉及的光学装置也可以是如下构成：包括：上述的方式七至十二中任一项所述的光学元件；使所述轮转动的驱动装置(142)；以及向所述光学元件照射激励光的光源(13)，随着所述轮的转动，当激励光入射于在至少所述轮的表面的周向配置的所述光学元件的所述荧光体层(31a至31i)时，出射荧光。
本发明的方式十五所涉及的光学装置也可以是如下构成：包括：上述的方式一至六中任一项所述的光学元件；向所述光学元件照射激励光的光源(13)；以及反射器(111)，其具有使从所述光学元件出射的荧光反射的反射面的。
本发明的方式十六所涉及的光学装置也可以是如下构成：包括：所述下位层(11)是透射性基板(91)的上述的方式一至六中任一项所述的光学元件；以及向光学元件照射激励光的光源(13)，所述光源(13)经由所述透射性基板(91)向所述第一面照射激励光，所述荧光体层(31a至31i)从所述第二面出射荧光。
本发明的方式十七所涉及的光学装置也可以是如下构成：包括：上述的方式十四所述的光源装置；显示元件(107)；将来自所述荧光体层的所述荧光导光到所述显示元件(107)的光源侧光学系(106)；以及将来自所述显示元件(107)的投影光向屏幕投影的投影侧光学系。
本发明的方式十八所涉及的光学装置也可以是如下构成：在上述的方式十四中，所述荧光体层(31a至31i)以及所述密合层(32a至31o)在从光源(13)出射的激励光通过的所述轮的表面的周向的至少一部分，在周向分割成多个段地配置，还具备：取得所述轮的转动位置的转动位置传感器(103)；基于来自所述转动位置传感器(103)的输出信息控制光源(13)的光源控制部(104)；显示元件(107)；将来自所述光源装置的光导光到所述显示元件(107)的光源侧光学系(106)；以及将来自所述显示元件(107)的投影光向屏幕投影的投影侧光学系(108)，通过由所述转动位置传感器(103)取得的所述轮的转动位置的信息来控制光源(13)的输出。
本发明的方式十九所涉及的光学元件也可以是如下构成：在上述的方式一至六中的任一项中，还具备折射率低于所述密合层的低折射率体。
本发明不限于上述的各实施方式，在权利要求所示的范围中能够进行各种变更，将分别公开在不同的实施方式中的技术方案适当组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围中。而且，通过将各实施方式中分别公开的技术手段组合能够形成新的技术特征。

Claims (18)

1.一种光学元件，其特征在于，包括：
面向下位层配置的荧光体层以及使所述荧光体层密合于所述下位层的密合层，
所述荧光体层包含无机粘结剂以及分散于所述无机粘结剂内的荧光体粒子，
所述密合层包含有机粘结剂，
所述荧光体层具有面向所述下位层的第一面、与所述第一面相对的第二面以及连接所述第一面与所述第二面的侧面，
所述密合层连接所述第二面、所述侧面和所述下位层的表面，使所述荧光体层密合于所述下位层。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，
所述下位层由包含基板的一个以上的层构成。
3.根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于，
所述密合层覆盖所述第二面的整区域。
4.根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于，
所述密合层覆盖所述荧光体层，使得所述密合层面向所述第二面的整区域以及所述侧面的整区域。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述密合层具有没有与所述下位层以及所述荧光体层密合的外面，
所述密合层的外面是凸状的曲面形状。
6.根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于，
所述第二的面的一部分从所述密合层露出。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述下位层是轮，
所述荧光体层以及所述密合层配置于从光源出射的激励光通过的所述轮的表面的周向的至少一部分。
8.根据权利要求7所述的光学元件，其特征在于，
所述密合层仅覆盖所述荧光体层的内侧的侧面以及所述第二面的端部。
9.根据权利要求7所述的光学元件，其特征在于，
折射率低于所述密合层的低折射率体配置于在所述轮的表面的周向配置有所述荧光体层以及所述密合层的区域的一部分，
在所述轮的表面的周向配置有所述荧光体层以及所述密合层的区域中，在遍及所述轮的半径方向至少一部分存在有所述荧光体层以及所述密合层。
10.根据权利要求9所述的光学元件，其特征在于，
代替所述荧光体层以及所述密合层配置的所述低折射率体具有与被替代的荧光体层与所述密合层的层叠的高度相同的高度。
11.根据权利要求9或10所述的光学元件，其特征在于，
通过将所述轮的中心为原点(0)，将从该原点向半径方向的距离为r，将偏角为θ，以(r、θ)的极坐标特定所述光学元件配置于所述轮的表面的周向的区域，
所述荧光体层以及所述密合层随着θ的变化，从遍及最近端点(rmin、θ1)到最远端点(rmax、θ2)连续地被所述低折射率体替代，θ从θ1到θ2连续地变化(θ1≠θ2)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述低折射率体由空气构成。
13.一种光学装置，其特征在于，包括：
权利要求1至12中任一项所述的光学元件；以及
向所述荧光体层照射激励光的激光或LED。
14.一种光学装置，其包括：
权利要求7至12中任一项所述的光学元件；
使所述轮转动的驱动装置；以及
向所述光学元件照射激励光的光源，
随着所述轮的转动，当激励光入射于在至少所述轮的表面的周向配置的所述光学元件的所述荧光体层时，出射荧光。
15.一种光学装置，其包括：
权利要求1至6中任一项所述的光学元件；
向所述光学元件照射激励光的光源；以及
反射器，其具有使从所述光学元件出射的荧光反射的反射面，
所述反射器的反射面具有使入射的光在规定的方向以平行地出射的方式反射的形状。
16.一种光学装置，其包括：
所述下位层是透射性基板的权利要求1至6中任一项所述的光学元件；以及
向光学元件照射激励光的光源，
所述光源经由所述透射性基板向所述第一面照射激励光，
所述荧光体层从所述第二面出射荧光。
17.根据权利要求14所述的光学装置，其特征在于，包括：
显示元件；
将来自所述荧光体层的所述荧光导光到所述显示元件的光源侧光学系；以及
将来自所述显示元件的投影光向屏幕投影的投影侧光学系。
18.根据权利要求14所述的光学装置，其特征在于，
所述荧光体层以及所述密合层在从光源出射的激励光通过的所述轮的表面的周向的至少一部分，在周向分割成多个段地配置，
还具备：
取得所述轮的转动位置的转动位置传感器；
基于来自所述转动位置传感器的输出信息控制光源的光源控制部；
显示元件；
将来自所述光源装置的光导光到所述显示元件的光源侧光学系；以及
将来自所述显示元件的投影光向屏幕投影的投影侧光学系，
通过由所述转动位置传感器取得的所述轮的转动位置的信息来控制光源的输出。
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