DE102021116016A1

DE102021116016A1 - Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, projektor und fluoreszierendes keramikelement

Info

Publication number: DE102021116016A1
Application number: DE102021116016.2A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Abe; Yosuke Honda
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2021-12-30
Also published as: TWI802918B; TW202201108A; TW202238245A; CN113934095B; TWI845965B; CN113934095A

Abstract

Eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung (1) zur Verwendung in einem Projektor (100), die Anregungslicht (L1) empfängt und reflektiertes Licht (L2) emittiert, das eine Fluoreszenz umfasst, wobei die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung (1) umfasst: Ein Substrat (10), das eine Lichtreflexionsoberfläche (13) umfasst; und eine fluoreszierende Keramikschicht (20), die sich oberhalb der Lichtreflexionsoberfläche (13) befindet und eine erste kristalline Phase mit einer Granatstruktur umfasst. Ein Reflexionsgrad sichtbaren Lichts der Lichtreflexionsoberfläche (13) liegt im Bereich von 95 % bis 100 %, eine Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht (20) liegt im Bereich von 97 % bis 100 % einer theoretischen Dichte und eine Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht (20) beträgt mindestens 50 µm und weniger als 120 µm.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, einen Projektor, der diese umfasst, und ein fluoreszierendes Keramikelement.
[Stand der Technik]
Eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung zur Verwendung in einem Projektor ist herkömmlich bekannt.
Beispielsweise offenbart das Patentdokument (PTL) 1 eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, die ein Substrat mit einer Kreisform in einer Draufsicht und eine fluoreszierende Schicht (ein fluoreszierendes Keramikelement) umfasst, die entlang der Umfangsrichtung des Substrats bereitgestellt ist, und die durch einen Motor gedreht werden kann, der mit der Mitte des Substrats verbunden ist. Im PTL 1 wirkt die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung als reflektierendes Fluoreszenzrad und die Fluoreszenz, die von der fluoreszierenden Schicht der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung emittiert wird, wird als Licht (Projektionslicht) verwendet, das durch den Projektor emittiert wird.
[Dokumentenliste]
[Patentdokumente]
[PTL1] Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2019-66880
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Die herkömmliche Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, der herkömmliche Projektor und das herkömmliche fluoreszierende Keramikelement, die vorstehend beschrieben worden sind, wiesen jedoch ein Problem dahingehend auf, dass die Effizienz der Lichtnutzung gering ist. Im Hinblick darauf stellt die vorliegende Erfindung eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, einen Projektor und ein fluoreszierendes Keramikelement bereit, die eine hohe Effizienz der Lichtnutzung erreichen.
[Lösung des Problems]
Eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, die in einem Projektor verwendet werden soll, Anregungslicht empfängt und reflektiertes Licht emittiert, das eine Fluoreszenz umfasst, wobei die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung umfasst: ein Substrat, das eine Lichtreflexionsoberfläche umfasst; und eine fluoreszierende Keramikschicht, die sich oberhalb der Lichtreflexionsoberfläche befindet und eine erste kristalline Phase mit einer Granatstruktur umfasst. Ein Reflexionsgrad sichtbaren Lichts der Lichtreflexionsoberfläche liegt im Bereich von 95 % bis 100 %, eine Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht liegt im Bereich von 97 % bis 100 % einer theoretischen Dichte, und eine Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht beträgt mindestens 50 µm und weniger als 120 µm.
Ein Projektor gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst: Eine Anregungslichtquelle, die Anregungslicht emittiert; und die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, die das Anregungslicht empfängt und reflektiertes Licht emittiert, das eine Fluoreszenz umfasst.
Ein fluoreszierendes Keramikelement gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein fluoreszierendes Keramikelement, das in einem Projektor verwendet werden soll, wobei das fluoreszierende Keramikelement umfasst: Eine erste kristalline Phase mit einer Granatstruktur; und eine zweite kristalline Phase mit einer Struktur, die von der Granatstruktur verschieden ist. Eine Dichte des fluoreszierenden Keramikelements liegt im Bereich von 97 % bis 100 % einer theoretischen Dichte und eine Dicke des fluoreszierenden Keramikelements beträgt mindestens 50 µm und weniger als 300 um.
[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, ein Projektor und ein fluoreszierendes Keramikelement, die eine hohe Effizienz der Lichtnutzung erreichen, bereitgestellt werden.
Figurenliste

[1] 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
[2] 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung entlang der Linie II-II in der 1 zeigt.
[3] 3 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen eines Projektors gemäß der Ausführungsform zeigt.
[4] 4 ist ein schematisches Diagramm, das ein optisches System des Projektors gemäß der Ausführungsform zeigt.
[5A] 5A ist ein schematisches Diagramm, das die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung und ein Blendenelement gemäß der Ausführungsform zeigt.
[5B] 5B ist ein schematisches Diagramm, das eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung und das Blendenelement gemäß einem Vergleichsbeispiel der Ausführungsform zeigt.
[6] 6 zeigt Ergebnisse der Bewertung von Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß Beispielen der Ausführungsform und dem Vergleichsbeispiel.
[7] 7 zeigt Ergebnisse der Bewertung einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß eines Beispiels der Ausführungsform.
[8] 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer Variation 1.
[9] 9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung entlang der Linie IX-IX in der 8 zeigt.
[10] 10 ist ein Rasterelektronenmikroskop (SEM)-Bild, das einen Querschnitt einer fluoreszierenden Keramikschicht gemäß einem Beispiel der Variation 1 zeigt.
[11] 11 zeigt Ergebnisse der Bewertung von Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß Beispielen der Variation 1.
[12] 12 ist eine perspektivische Ansicht eines fluoreszierenden Keramikelements in einer Variation 2.

[Beschreibung von Ausführungsformen]
Nachstehend wird eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Es sollte beachtet werden, dass die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen jeweils ein allgemeines oder spezifisches Beispiel zeigen. Die Zahlenwerte, Formen, Materialien, Elemente, die Anordnung und Verbindung der Elemente, Herstellungsverfahren, die Verarbeitungsreihenfolge der Herstellungsverfahren und weitere, die in den folgenden Ausführungsformen angegeben sind, sind lediglich Beispiele und sollen daher die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Ferner sind von den Elementen in den folgenden Ausführungsformen Elemente, die nicht in irgendeinem der unabhängigen Ansprüche angegeben sind, als beliebige Elemente beschrieben.
Die Diagramme sind schematische Diagramme und stellen nicht notwendigerweise eine strikte Darstellung bereit. Demgemäß ist beispielsweise der Maßstab in den Zeichnungen nicht notwendigerweise konsistent. In den Zeichnungen ist das gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen dem gleichen Aufbau zugeordnet und eine überflüssige Beschreibung desselben kann weggelassen oder vereinfacht werden.
In der Beschreibung weisen ein Begriff, der eine Beziehung zwischen Elementen angibt, wie z.B. parallel oder senkrecht, ein Begriff, der die Form eines Elements angibt, wie z.B. kreisförmig oder elliptisch, und ein Zahlenbereich nicht notwendigerweise nur die strikten Bedeutungen auf und umfassen auch im Wesentlichen äquivalente Bereiche, die beispielsweise eine Differenz von etwa mehreren Prozent umfassen.
Ferner steht „Draufsicht“ in der Beschreibung für den Fall, bei dem eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung in einer Richtung senkrecht zu einer Lichtreflexionsoberfläche betrachtet wird, die ein Substrat umfasst.
In der Beschreibung geben die Begriffe „oben“ und „unten“ in dem Aufbau einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nicht notwendigerweise aufwärts (vertikal aufwärts) und abwärts (vertikal abwärts) in einer absoluten Raumdarstellung an und sind durch eine relative Positionsbeziehung auf der Basis der Reihenfolge von Stapelschichten in einer Stapelstruktur festgelegt. Die Begriffe „oberhalb“ und „unterhalb“ werden nicht nur auf den Fall angewandt, bei dem zwei Elemente voneinander beabstandet sind und ein weiteres Element zwischen den zwei Elementen vorliegt, sondern auch auf den Fall, bei dem zwei Elemente nahe beieinander und in Kontakt miteinander angeordnet sind.
In der Beschreibung und den Zeichnungen stellen die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse drei Achsen eines dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystems dar. In den Ausführungsformen sind zwei Achsen parallel zu der Lichtreflexionsoberfläche, die das Substrat umfasst, die x-Achse und die y-Achse, und eine Richtung orthogonal zu der Lichtreflexionsoberfläche ist die z-Achse. In den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen kann die positive z-Achsenrichtung als aufwärts angegeben sein und die negative z-Achsenrichtung kann als abwärts angegeben sein.
[Ausführungsform]
[Aufbau der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung]
Zuerst wird die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die 1 ist eine perspektivische Ansicht der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 entlang der Linie II-II in der 1 zeigt.
Wie es in der 1 und der 2 gezeigt ist, umfasst die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 ein Substrat 10, das eine Lichtreflexionsoberfläche 13, eine fluoreszierende Keramikschicht 20 und eine Reflexionsschutzschicht 30 umfasst.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 ein fluoreszierendes Rad, das in einem Projektor verwendet werden soll, Anregungslicht L1 empfängt und reflektiertes Licht emittiert, das eine Fluoreszenz umfasst. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 weist eine Scheibenform auf und umfasst einen Motor 4, der in der Draufsicht in der Mitte der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 eine Drehantriebskraft bereitstellt. Demgemäß wird die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 durch den Motor 4 um eine Achse des Motors 4 in der Pfeilrichtung, die in der 1 gezeigt ist, drehend angetrieben.
Es sollte beachtet werden, dass die 1 einen Aufbau des fluoreszierenden Rads zeigt, der den Motor 4 umfasst, wobei jedoch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 den Motor 4 nicht umfassen muss. Anders ausgedrückt kann die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 eine feststehende Vorrichtung sein, die nicht drehend angetrieben wird. Ein solcher Aufbau vermindert die Größe der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 und folglich kann ein kompakter Projektor bereitgestellt werden.
Die fluoreszierende Keramikschicht 20 befindet sich oberhalb der Lichtreflexionsoberfläche 13, die das Substrat 10 umfasst. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 ein fluoreszierendes Rad und folglich ist die fluoreszierende Keramikschicht 20 ein fluoreszierender Ring. Die fluoreszierende Keramikschicht 20 ist in einer Ringform entlang eines Umfangs in gleichem Abstand von einem Drehzentrumsabschnitt (der ein Abschnitt ist, bei dem der Motor 4 bereitgestellt ist) der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 angeordnet. Folglich ist die fluoreszierende Keramikschicht 20 in der Draufsicht in einer Bandform entlang der Umfangsrichtung bereitgestellt.
Die fluoreszierende Keramikschicht 20 umfasst eine erste kristalline Phase mit einer Granatstruktur. Insbesondere umfasst in der vorliegenden Ausführungsform die fluoreszierende Keramikschicht 20 nur die erste kristalline Phase mit der Granatstruktur. Folglich umfasst die fluoreszierende Keramikschicht 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform keine kristalline Phase mit einer Struktur, die von der Granatstruktur verschieden ist. Die Granatstruktur ist eine kristalline Struktur, die durch die allgemeine Formel A₃B₂C₃O₁₂ dargestellt ist. Ein oder mehrere Seltenerdelement(e), wie z.B. Ca, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb und Lu, wird oder werden als Element A verwendet, und ein oder mehrere Element(e), wie z.B. Mg, AI, Si, Ga und Sc, wird oder werden als Element B verwendet, und ein oder mehrere Element(e), wie z.B. Al, Si und Ga, wird oder werden als Element C verwendet. Beispiele für eine solche Granatstruktur umfassen Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), Lutetium-Aluminium-Granat (LuAG), Lutetium-Calcium-Magnesium-Silizium-Granat (Lu₂CaMg₂Si₃O₁₂) und Terbium-Aluminium-Granat (TAG). In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die fluoreszierende Keramikschicht 20 die erste kristalline Phase, die durch (Y_1-xCe_x)₃Al₂Al₃O₁₂ (d.h., (Y_1-xCe_x)₃Al₅O₁₂) (0,001 ≤ x < 0,1), dargestellt ist, d.h., anders ausgedrückt, YAG.
Es sollte beachtet werden, dass die erste kristalline Phase, die in die fluoreszierende Keramikschicht 20 einbezogen ist, eine feste Lösung sein kann, die eine Mehrzahl von kristallinen Granatphasen mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen umfasst. Ein Beispiel für eine solche feste Lösung ist eine feste Lösung ((1-a)(Y_1-xCe_x)₃Al₅O₁₂· a(Lu_1-dCe_d)₃Al₂Al₃O₁₂ (0 < a < 1)), die eine kristalline Granatphase, die durch (Y_1-xCe_x)₃Al₂Al₃O₁₂ (0,001 ≤ x < 0,1) dargestellt ist, und eine kristalline Granatphase, die durch (LU_1-dCe_d)₃Al₂Al₃O₁₂ (0,001 s d < 0,1) dargestellt ist, umfasst. Ferner ist ein Beispiel für eine solche feste Lösung eine feste Lösung ((1-b)(Y_1-xCe_x)₃Al₂Al₃O₁₂· b(Lu_1-zCe_z)₂CaMg₂Si₃O₁₂ (0 < b < 1)), die eine kristalline Granatphase, die durch (Y_1-xCe_x)₃Al₂Al₃O₁₂ (0,001 ≤ x < 0,1) dargestellt ist, und eine kristalline Granatphase, die durch (Lu_1-zCe_z)₂CaMg₂Si₃O₁₂ (0,0015 ≤ z < 0,15) dargestellt ist, umfasst. Die fluoreszierende Keramikschicht 20 umfasst eine feste Lösung, die eine Mehrzahl von verschiedenen kristallinen Granatphasen mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen umfasst, und folglich wird das Spektrum der Fluoreszenz, das durch die fluoreszierende Keramikschicht 20 emittiert wird, weiter vergrößert und umfasst mehr grüne Lichtkomponenten und mehr rote Lichtkomponenten. Demgemäß kann ein Projektor bereitgestellt werden, der ein Projektionslicht mit einem breiten Farbbereich emittiert.
Die erste kristalline Phase, die in die fluoreszierende Keramikschicht 20 einbezogen ist, kann eine kristalline Phase mit einer chemischen Zusammensetzung umfassen, die von einer kristallinen Phase abweicht, die durch die vorstehend angegebene allgemeine Formel A₃B₂C₃O₁₂ dargestellt ist. Ein Beispiel für eine solche kristalline Phase ist (Y_1-xCe_x)₃Al_2+δAl₃O₁₂ (wobei δ eine positive Zahl ist), die mehr AI umfasst als die kristalline Phase, die durch (Y_1-xCe_x)₃Al₂Al₃O₁₂ (0,001 ≤ x < 0,1) dargestellt ist. Ferner ist ein weiteres Beispiel für eine solche kristalline Phase (Y_1-xCe_x)_3+ζAl₂Al₃O₁₂ (wobei ζ eine positive Zahl ist), die mehr Y umfasst als die kristalline Phase, die durch (Y_1-xCe_x)₃Al₂Al₃O₁₂ (0,001 ≤ x < 0,1) dargestellt ist. Solche kristallinen Phasen weisen chemische Zusammensetzungen auf, die von der kristallinen Phase abweichen, die durch die allgemeine Formel A₃B₂C₃O₁₂ dargestellt ist, halten jedoch die Granatstruktur aufrecht. Da die fluoreszierende Keramikschicht 20 eine kristalline Phase mit einer abweichenden chemischen Zusammensetzung umfasst, werden in der fluoreszierenden Keramikschicht 20 Bereiche mit verschiedenen Brechungsindizes erzeugt. Folglich werden das Anregungslicht L1 und die Fluoreszenz stärker gestreut, so dass die Lichtemissionsfläche der fluoreszierenden Keramikschicht 20 weiter vermindert wird. Demgemäß können eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 und ein Projektor bereitgestellt werden, die eine kleinere Strahlungsbündelausdehnung und eine höhere Effizienz der Lichtnutzung aufweisen.
Ferner kann die fluoreszierende Keramikschicht 20 die erste kristalline Phase und eine andere Phase mit einer Struktur umfassen, die von der Granatstruktur verschieden ist. Da die fluoreszierende Keramikschicht 20 die erste kristalline Phase und eine solche andere Phase umfasst, werden in der fluoreszierenden Keramikschicht 20 Bereiche mit verschiedenen Brechungsindizes erzeugt. Folglich werden das Anregungslicht L1 und die Fluoreszenz stärker gestreut, so dass die Lichtemissionsfläche weiter vermindert wird. Demgemäß können eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 und ein Projektor bereitgestellt werden, die eine kleinere Strahlungsbündelausdehnung und eine höhere Effizienz der Lichtnutzung aufweisen.
Die fluoreszierende Keramikschicht 20, die YAG umfasst, empfängt als Anregungslicht L1 Licht, das von oberhalb der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 einfällt, und emittiert eine Fluoreszenz. Insbesondere wird die fluoreszierende Keramikschicht 20 mit Licht, das von einer später beschriebenen Anregungslichtquelle emittiert wird, als Anregungslicht L1 bestrahlt, und emittiert folglich eine Fluoreszenz als wellenlängenumgewandeltes Licht. Somit weist das wellenlängenumgewandelte Licht, das von der fluoreszierenden Keramikschicht 20 emittiert wird, eine Wellenlänge auf, die größer ist als die Wellenlänge des Anregungslichts L1.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das wellenlängenumgewandelte Licht, das von der fluoreszierenden Keramikschicht 20 emittiert wird, eine Fluoreszenz, die gelbes Licht ist. Die fluoreszierende Keramikschicht 20 absorbiert Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 380 nm bis 490 nm und emittiert eine Fluoreszenz, die gelbes Licht ist und eine Peakwellenlänge in einem Bereich von 490 nm bis 580 nm aufweist. Da die fluoreszierende Keramikschicht 20 YAG umfasst, kann eine fluoreszierende Keramikschicht 20, die eine Fluoreszenz mit einer Peakwellenlänge in einem Bereich von 490 nm bis 580 nm emittiert, einfach erhalten werden.
Die x-Koordinate des wellenlängenumgewandelten Lichts, das von der fluoreszierenden Keramikschicht 20 emittiert wird, in dem Chromatizitätsdiagramm ist vorzugsweise höchstens 0,415, mehr bevorzugt höchstens 0,410 und noch mehr bevorzugt höchstens 0,408. Wenn die x-Koordinate des wellenlängenumgewandelten Lichts, das von der fluoreszierenden Keramikschicht 20 emittiert wird, in dem Chromatizitätsdiagramm den vorstehenden Zahlenwert aufweist, nimmt die thermische Löschung der fluoreszierenden Keramikschicht 20 ab und folglich kann eine fluoreszierende Keramikschicht 20 mit einer hohen Lichtemissionseffizienz erhalten werden.
Die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20 liegt vorzugsweise im Bereich von 95 % bis 100 % der theoretischen Dichte und liegt mehr bevorzugt im Bereich von 97 % bis 100 % der theoretischen Dichte. Dabei ist die theoretische Dichte eine Dichte in dem Fall, bei dem Atome in der Schicht ideal angeordnet sind. Mit anderen Worten, die theoretische Dichte ist eine Dichte, wenn angenommen wird, dass die fluoreszierende Keramikschicht 20 keine Hohlräume enthält, und es ist ein Wert, der unter Verwendung einer kristallinen Struktur berechnet wird. Wenn beispielsweise die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20 99 % beträgt, entspricht das verbleibende 1 % Hohlräumen. Folglich sind umso weniger Hohlräume einbezogen, je höher die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20 ist. Wenn die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20 in dem vorstehenden Bereich liegt, nimmt die Gesamtmenge der Fluoreszenz, die durch die fluoreszierende Keramikschicht 20 emittiert wird, zu und folglich können eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 und ein Projektor bereitgestellt werden, die mehr Licht emittieren.
Die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20 liegt vorzugsweise im Bereich von 4,32 g/cm³ bis 4,55 g/cm³ und liegt mehr bevorzugt im Bereich von 4,41 g/cm³ bis 4,55 g/cm³. Wie es in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben ist, liegen dann, wenn die fluoreszierende Keramikschicht 20 YAG umfasst, wenn die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20 in den vorstehenden Bereichen liegt, die Dichten der fluoreszierenden Keramikschicht 20 in einem Bereich von 95 % bis 100 % bzw. in einem Bereich von 97 % bis 100 %. Wenn die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20 in dem vorstehenden Bereich liegt, kann die fluoreszierende Keramikschicht 20 absorbiertes Anregungslicht L1 effizient in eine Fluoreszenz umwandeln. Folglich kann eine fluoreszierende Keramikschicht 20 mit einer hohen Lichtemissionseffizienz erhalten werden.
Die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht 20 (die Länge in der z-Achsenrichtung) beträgt vorzugsweise mindestens 50 µm und weniger als 150 µm und beträgt mehr bevorzugt mindestens 50 µm und weniger als 120 µm. Ferner beträgt die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht noch mehr bevorzugt mindestens 70 µm und weniger als 120 µm und beträgt noch mehr bevorzugt mindestens 80 µm und weniger als 110 µm.
Darüber hinaus befindet sich die Reflexionsschutzschicht 30 oberhalb der fluoreszierenden Keramikschicht 20.
Die Reflexionsschutzschicht 30 verhindert oder insbesondere vermindert die Reflexion des Anregungslichts L1. Die Reflexionsschutzschicht 30 vermindert den Reflexionsgrad des Anregungslichts L1 in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 und erhöht die Menge des Anregungslichts L1, das die fluoreszierende Keramikschicht 20 erreicht. Als Ergebnis wird die Menge des Anregungslichts L1, das durch die fluoreszierende Keramikschicht 20 absorbiert werden kann, erhöht und folglich nimmt die Menge der Fluoreszenz zu, die durch die fluoreszierende Keramikschicht 20 emittiert wird. Folglich wird die Menge der Fluoreszenz, die durch die fluoreszierende Keramikschicht 20 emittiert wird, durch Bereitstellen der Reflexionsschutzschicht 30 erhöht.
Beispielsweise kann die Reflexionsschutzschicht 30 einen dielektrischen Film umfassen oder kann eine kleine raue Struktur (eine sogenannte Mottenaugenstruktur) mit einem Zyklus umfassen, der kürzer ist als die Wellenlänge von Licht in einem sichtbaren Bereich. Wenn die Reflexionsschutzschicht 30 einen dielektrischen Film umfasst, kann die Reflexionsschutzschicht 30 mindestens eine anorganische Verbindung umfassen. In diesem Fall umfasst die Reflexionsschutzschicht 30 eine oder mehrere anorganische Verbindung(en), die z.B. aus SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, ZnO, Nb₂O₅ und MgF ausgewählt ist oder sind.
Die 1 und die 2 zeigen einen Aufbau, bei dem die Reflexionsschutzschicht 30 bereitgestellt ist, jedoch muss die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 die Reflexionsschutzschicht 30 nicht umfassen.
Das Substrat 10 ist eine scheibenförmige Platte und ist eine Basis, welche die fluoreszierende Keramikschicht 20 und die Reflexionsschutzschicht 30 trägt. Der Motor 4 ist in der Draufsicht in der Mitte des Substrats 10 bereitgestellt. Wie es in der 2 gezeigt ist, umfasst das Substrat 10 einen Substratkörper 11 und eine Lichtreflexionsschicht 12.
Der Substratkörper 11 kann aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Beispielsweise ist der Substratkörper 11 vorzugsweise aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit hergestellt als die fluoreszierende Keramikschicht 20, ist jedoch nicht darauf beschränkt, ein solches Material zu umfassen. Beispiele für den Substratkörper 11 umfassen ein Glassubstrat, ein Quarzsubstrat, ein GaN-Substrat, ein Saphirsubstrat, ein Si-Substrat und ein Metallsubstrat. Ferner kann der Substratkörper 11 eine Harzfolie, wie z.B. eine Polyethylennaphthalat (PEN)- oder Polyethylenterephthalat (PET)-Folie, umfassen. Darüber hinaus umfasst, wenn der Substratkörper 11 ein Metallsubstrat ist, der Substratkörper 11 ein oder mehrere Metallmaterial(ien), wie z.B. Al, Fe und Ti.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Substratkörper 11 ein Metallsubstrat, das AI umfasst. AI weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit und ein geringes Gewicht auf und folglich kann die Wärmeableitung des Substratkörpers 11 verbessert werden und das Gewicht des Substratkörpers 11 kann vermindert werden. Die Dicke des Substratkörpers 11 beträgt beispielsweise höchstens 1,5 mm.
Das Substrat 10 umfasst eine Lichtreflexionsoberfläche 13. Die Lichtreflexionsoberfläche 13 ist eine Oberfläche des Substrats 10 auf einer Seite, auf der sich die fluoreszierende Keramikschicht 20 befindet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtreflexionsoberfläche 13 in eine Oberfläche der Lichtreflexionsschicht 12 einbezogen.
Die Lichtreflexionsoberfläche 13 reflektiert die Fluoreszenz, die durch die fluoreszierende Keramikschicht 20 emittiert wird. Die Lichtreflexionsoberfläche 13 reflektiert auch Anregungslicht L1, das in der fluoreszierenden Keramikschicht 20 nicht in eine Fluoreszenz umgewandelt wird. Die Lichtreflexionsoberfläche 13 reflektiert die Fluoreszenz und das Anregungslicht L1, das nicht in eine Fluoreszenz umgewandelt worden ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Fluoreszenz und das Anregungslicht L1 Licht im Bereich sichtbaren Lichts und folglich nimmt ein Lichtverlust mit zunehmendem Reflexionsgrad sichtbaren Lichts der Lichtreflexionsoberfläche 13 ab. Insbesondere liegt der Reflexionsgrad sichtbaren Lichts der Lichtreflexionsoberfläche 13 vorzugsweise im Bereich von 90 % bis 100 % und liegt mehr bevorzugt im Bereich von 95 % bis 100 %. Wenn der Reflexionsgrad sichtbaren Lichts der Lichtreflexionsoberfläche 13 in dem vorstehenden Bereich liegt, werden die Fluoreszenz und das Anregungslicht L1 weiter aufwärts reflektiert und folglich werden die Fluoreszenz und das Anregungslicht L1, die in einer seitlichen Richtung (d.h., einer Richtung parallel zu der Lichtreflexionsoberfläche 13) geleitet werden, vermindert, so dass die Lichtemissionsfläche weiter vermindert wird. Demgemäß können eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 und ein Projektor, die eine kleinere Strahlungsbündelausdehnung und eine höhere Effizienz der Lichtnutzung erreichen können, bereitgestellt werden. Der Reflexionsgrad von Licht in einem Wellenlängenbereich von 490 nm bis 780 nm der Lichtreflexionsoberfläche 13 liegt vorzugsweise im Bereich von 90 % bis 100 % und liegt mehr bevorzugt im Bereich von 95 % bis 100 %. Wenn der Reflexionsgrad von Licht in einem Wellenlängenbereich von 490 nm bis 780 nm der Lichtreflexionsoberfläche 13 in dem vorstehenden Bereich liegt, wird die Fluoreszenz weiter aufwärts reflektiert und folglich wird die Fluoreszenz, die in der seitlichen Richtung geleitet wird, vermindert, so dass die Lichtemissionsfläche weiter vermindert wird. Demgemäß können eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 und ein Projektor, die eine kleinere Strahlungsbündelausdehnung und eine höhere Effizienz der Lichtnutzung erreichen können, bereitgestellt werden. Es sollte beachtet werden, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Bereich sichtbaren Lichts ein Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm ist.
Die Lichtreflexionsschicht 12 kann aus jedwedem Material hergestellt sein, solange die Lichtreflexionsschicht 12 die Fluoreszenz und das Anregungslicht L1, das nicht in eine Fluoreszenz umgewandelt worden ist, aufwärts reflektieren kann. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtreflexionsschicht 12 eine Verbundschicht, die Lichtstreuteilchen 121 und ein Bindemittel 122 umfasst, in dem die Lichtstreuteilchen 121 dispergiert sind. Folglich weist die Lichtreflexionsschicht 12 Lichtverteileigenschaften (Lichtstreueigenschaften) auf und reflektiert die Fluoreszenz und das Anregungslicht L1, das nicht in eine Fluoreszenz umgewandelt worden ist, aufwärts.
Die Lichtreflexionsschicht 12 streut Licht gemäß einer Differenz des Brechungsindex zwischen dem Bindemittel 122 und den Lichtstreuteilchen 121. Die Lichtstreuteilchen 121 sind ein Füllstoff oder weiße Teilchen, die beispielsweise aus mindestens einer anorganischen Verbindung oder mindestens einem Harzmaterial hergestellt sind. Insbesondere können die Lichtstreuteilchen 121 eine oder mehrere anorganische Verbindung(en), wie z.B. SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, ZnO, Nb₂O₅, ZrO₂ und CaCO₃, umfassen, oder können ein oder mehrere Harzmaterial(ien), wie z.B. ein Harz auf Styrolbasis und ein Harz auf Acrylbasis, umfassen. Das Bindemittel 122 kann aus einem oder mehreren lichtdurchlässigen Harzmaterial(ien), wie z.B. einem Harz auf Acrylbasis und einem Harz auf Silikonbasis, hergestellt sein.
Der Reflexionsgrad sichtbaren Lichts der Lichtreflexionsoberfläche 13 kann durch Bereitstellen der Lichtreflexionsschicht 12 erhöht werden. Ferner kann der Reflexionsgrad sichtbaren Lichts der Lichtreflexionsoberfläche 13 durch die Lichtreflexionsschicht 12, die eine Verbundschicht ist, die Lichtstreuteilchen 121 umfasst, weiter erhöht werden. Folglich kann der Lichtverlust in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 weiter vermindert werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Lichtreflexionsschicht 12 eine Metallschicht sein kann, die aus einem lichtreflektierenden Metall hergestellt ist. Beispielsweise ist ein solches Metall Ag, AI oder eine Legierung, die Ag oder AI enthält. Die Lichtreflexionsschicht 12 kann dadurch gebildet werden, dass das Metall einem Trockenverfahren oder einem Nassverfahren unterzogen wird. In einem solchen Fall können Betriebseffekte erwartet werden, die mit denjenigen in dem Fall identisch sind, bei dem die Lichtreflexionsschicht 12 eine Verbundschicht ist, die Lichtstreuteilchen 121 umfasst.
Zwischen der Lichtreflexionsschicht 12 und der fluoreszierenden Keramikschicht 20 kann eine Verbindungsschicht bereitgestellt sein. Ein solcher Aufbau bewirkt, dass die Lichtreflexionsschicht 12 und die fluoreszierende Keramikschicht 20 fest aneinander haften und folglich kann Wärme, die durch die fluoreszierende Keramikschicht 20 erzeugt wird, effizient zu dem Substratkörper 11 geleitet werden. Demgemäß kann eine hocheffiziente Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 mit einer geringen thermischen Löschung der fluoreszierenden Keramikschicht 20 bereitgestellt werden. Die Verbindungsschicht kann aus einem transparenten Material, wie z.B. einem Harz auf Silikonbasis oder einem Harz auf Epoxybasis, hergestellt sein. Die Dicke der Verbindungsschicht beträgt vorzugsweise mindestens 1 µm und weniger als 100 µm und beträgt mehr bevorzugt mindestens 1 µm und weniger als 20 µm.
Es sollte beachtet werden, dass die 1 und die 2 einen Aufbau zeigen, in dem die Lichtreflexionsschicht 12 bereitgestellt ist, jedoch muss die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 die Lichtreflexionsschicht 12 nicht umfassen. In diesem Fall dient die Oberfläche des Substratkörpers 11 als Lichtreflexionsoberfläche 13.
[Aufbau des Projektors]
Die in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebaute Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 wird in einem Projektor 100 eingesetzt, der in der 3 und der 4 gezeigt ist. Die 3 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen des Projektors100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die 4 ist ein schematisches Diagramm, das ein optisches System des Projektors 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Nachstehend wird ein Aufbau des Projektors 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 3 und die 4 beschrieben.
Wie es in der 3 und der 4 gezeigt ist, umfasst der Projektor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Lichtquelle 3, einen dichroitischen Spiegel 5, eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1, ein Anzeigeelement 6, ein optisches Projektionselement 7 und einen Reflexionsspiegel 8.
Die Lichtquelle 3 ist eine Halbleiterlaser-Lichtquelle oder eine lichtemittierende Diode (LED)-Lichtquelle und emittiert durch Ansteuern mit einem Ansteuerstrom Licht mit einer vorgegebenen Farbe (mit einer vorgegebenen Wellenlänge).
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtquelle 3 eine Halbleiterlaser-Lichtquelle. Es sollte beachtet werden, dass ein Halbleiterlaserelement, das in die Lichtquelle 3 einbezogen ist, beispielsweise ein Halbleiterlaserelement (Laserchip) auf GaN-Basis ist, das aus einem Nitrid-Halbleitermaterial hergestellt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtquelle 3, die eine Halbleiterlaser-Lichtquelle ist, eine lichtemittierende Mehrfachchip-Vorrichtung.
Als ein Beispiel emittiert die Lichtquelle 3 einen Laserstrahl, der eine Peakwellenlänge in einem Bereich von 380 nm bis 490 nm aufweist und in einem nahultravioletten bis blauen Bereich vorliegt. Insbesondere emittiert die Lichtquelle 3 blaues Licht mit einer Peakwellenlänge von 445 nm. Die Lichtquelle 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel einer Anregungslichtquelle. Der von der Lichtquelle 3 emittierte Laserstrahl erreicht den dichroitischen Spiegel 5.
Der dichroitische Spiegel 5 ist in einem Winkel von 45 Grad relativ zu der optischen Achse der Lichtquelle 3 angeordnet. Der dichroitische Spiegel 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform lässt einen Teil von blauem Licht durch und reflektiert den verbleibenden Teil von blauem Licht und lässt eine gelbe Fluoreszenz durch.
Folglich weist der dichroitische Spiegel 5 Eigenschaften des Reflektierens und Durchlassens von Licht in einem Wellenlängenbereich eines Laserstrahls auf, der von der Lichtquelle 3 emittiert wird. Folglich tritt ein Teil eines Laserstrahls, der von der Lichtquelle 3 emittiert wird, durch den dichroitischen Spiegel 5 hindurch, ohne dass dessen Ausbreitungsrichtung verändert wird, und der andere Teil des Laserstrahls wird durch den dichroitischen Spiegel 5 derart reflektiert, dass die Ausbreitungsrichtung um 90 Grad verändert wird, und breitet sich zu der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 aus.
Dabei erreicht der andere Teil des Laserstrahls, der durch die Lichtquelle 3 emittiert wird, die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 als Anregungslicht L1. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 erreicht das Anregungslicht L1 und emittiert das reflektierte Licht L2, das eine Fluoreszenz umfasst. Insbesondere umfasst das reflektierte Licht L2 Licht, das eine Wellenlänge aufweist, die durch die fluoreszierende Keramikschicht 20 bzw. die Lichtreflexionsoberfläche 13 umgewandelt und reflektiert wird, die in die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 einbezogen sind. Noch spezifischer umfasst das reflektierte Licht L2 eine gelbe Fluoreszenz, die in der fluoreszierenden Keramikschicht 20 erzeugt wird, und Anregungslicht L1, das blaues Licht ist, das nicht durch die fluoreszierende Keramikschicht 20 in eine Fluoreszenz umgewandelt worden ist. Es sollte beachtet werden, dass der Prozentsatz der Fluoreszenz in dem reflektierten Licht L2 hoch ist und folglich das reflektierte Licht L2 gelbes Licht ist.
Ein Laserstrahl, der durch den dichroitischen Spiegel 5 hindurchtritt, ohne dass dessen Ausbreitungsrichtung verändert wird, erreicht den Reflexionsspiegel 8 als durchgelassenes Licht L12, wird durch den Reflexionsspiegel 8 spiegelnd reflektiert und breitet sich zu der anderen Seite des dichroitischen Spiegels 5 aus. Durchgelassenes Licht L12 wird durch die andere Seite des dichroitischen Spiegels 5 reflektiert und dessen Ausbreitungsrichtung wird um 90 Grad verändert, so dass sich das durchgelassene Licht L12 zu dem Anzeigeelement 6 ausbreitet.
Das reflektierte Licht L2 erreicht den dichroitischen Spiegel 5. Dabei ist der dichroitische Spiegel 5 in einem Winkel von 45 Grad relativ zu der optischen Achse des reflektierten Lichts L2 angeordnet und lässt eine gelbe Fluoreszenz durch. Demgemäß ändert sich die Ausbreitungsrichtung von reflektiertem Licht L2, das den dichroitischen Spiegel 5 erreicht, nicht.
Demgemäß fallen, wie es in der 4 gezeigt ist, die optische Achse des reflektierten Lichts L2 und die optische Achse des durchgelassenen Lichts L12 zusammen und das reflektierte Licht L2 und das durchgelassene Licht L12 breiten sich zu dem Anzeigeelement 6 aus. Dabei ist das reflektierte Licht L2 gelbes Licht und das durchgelassene Licht L12 ist blaues Licht und folglich ist das Licht, das aus der Kombination des gelben Lichts und des blauen Lichts resultiert, weißes Licht. Demgemäß ist das Licht, das sich von dem dichroitischen Spiegel 5 zu dem Anzeigeelement 6 ausbreitet, weißes Licht.
Weißes Licht, das Mischlicht aus dem reflektierten Licht L2 und dem durchgelassenen Licht L12 ist, breitet sich zu dem Anzeigeelement 6 aus. Dabei ist, wenn das reflektierte Licht L2 eine große Strahlungsbündelausdehnung aufweist, die Größe des reflektierten Lichts L2, das sich zu dem Anzeigeelement 6 ausbreitet, größer als die Größe des Anzeigeelements 6. Demgemäß führt dies zu mehr verschwendeten Lichtkomponenten, die nicht auf das Anzeigeelement 6 emittiert werden (anders ausgedrückt Lichtkomponenten, die nicht genutzt werden können).
Das Anzeigeelement 6 weist eine im Wesentlichen flache Plattenform auf und stellt Licht, das durch eine Öffnung 2a hindurchtritt (weißes Licht) ein und gibt es als Bild aus. Mit anderen Worten, das Anzeigeelement 6 erzeugt Bildlicht. Das Anzeigeelement 6 ist insbesondere eine digitale Lichtverarbeitungsvorrichtung (DLP-Vorrichtung), die eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD) umfasst. Beispielsweise kann das Anzeigeelement 6 ein reflektierendes Flüssigkristallfeld sein. Es sollte beachtet werden, dass z.B. eine Fliegenaugenlinse, ein Polarisationsumwandlungselement und ein Spiegelstab zwischen dem Anzeigeelement 6 und dem dichroitischen Spiegel 5 bereitgestellt sein können.
Bildlicht, das durch das Anzeigeelement 6 erzeugt wird, ist Projektionslicht, das durch das optische Projektionselement 7 vergrößert und auf einen Schirm projiziert werden soll.
Der Projektor 100 nutzt nur Licht, das auf das Anzeigeelement 6 emittiert wird, als Projektionslicht. Folglich kann umso mehr Licht als Projektionslicht des Projektors 100 genutzt werden, je kleiner die Strahlungsbündelausdehnung des reflektierten Lichts L2 ist.
[Verhalten von Licht in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung]
Nachstehend wird das Verhalten von Licht in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 mittels der vorliegenden Ausführungsform und eines Vergleichsbeispiels beschrieben.
Die 5A ist ein schematisches Diagramm, das die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 und das Blendenelement 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die 5B ist ein schematisches Diagramm, das die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1x und das Blendenelement 2 gemäß einem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Es sollte beachtet werden, dass hier zum Erleichtern des Verständnisses eine Beschreibung unter Verwendung des Blendenelements 2, der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen 1 und 1x, des Anregungslichts L1 und des reflektierten Lichts L2 angegeben ist.
Dabei dient das Blendenelement 2 zur Bewertung der Größe der Strahlungsbündelausdehnung von reflektiertem Licht L2. Das Blendenelement 2 absorbiert Licht und weist eine Öffnung 2a in dessen Mitte auf. Wenn der Prozentsatz von Lichtkomponenten, die durch die Öffnung 2a des Blendenelements 2 hindurchtreten, relativ hoch ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Strahlungsbündelausdehnung von reflektiertem Licht L2 niedrig ist.
Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1x gemäß dem Vergleichsbeispiel weist den gleichen Aufbau auf wie die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht 20x (beispielsweise 200 µm) größer ist als diejenige der fluoreszierenden Keramikschicht 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die fluoreszierenden Keramikschichten 20 und 20x weisen jeweils eine Dichte im Bereich von 4,41 g/cm³ bis 4,55 g/cm³ auf und weisen folglich eine hohe Dichte auf. Demgemäß sind in die fluoreszierenden Keramikschichten 20 und 20x nicht viele Hohlräume einbezogen und es ist weniger wahrscheinlich, dass Licht gestreut wird, und folglich ist es wahrscheinlich, dass sich Licht in der planaren Richtung der Schicht (d.h., der x-Achsenrichtung oder der y-Achsenrichtung) ausbreitet, so dass das Licht dazu neigt, in diese Richtung geleitet zu werden.
Zuerst wird die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 5A beschrieben.
Wenn eine Schicht eine ausreichend geringe Dicke (in einem Bereich von 50 µm bis 120 µm) aufweist, wie die fluoreszierende Keramikschicht 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, kann ein Abstand D in der planaren Richtung der Schicht (hier der x-Achsenrichtung) zwischen der Stelle, wo das Anregungslicht L1 eintritt, und der Stelle, wo das reflektierte Licht L2 austritt, verkürzt werden. Mit anderen Worten, in der vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtemissionsfläche (der Lichtemissionsfleckdurchmesser) der Fluoreszenz der fluoreszierenden Keramikschicht 20 ausreichend klein. Folglich ist es, wie es in der 5A gezeigt ist, wahrscheinlich, dass das reflektierte Licht L2, das durch die Lichtreflexionsoberfläche 13 reflektiert wird und aus der fluoreszierenden Keramikschicht 20 austritt, durch die Öffnung 2a des Blendenelements 2 hindurchtritt. Licht, das durch die Öffnung 2a hindurchtritt, kann als Licht verwendet werden, das in einer vergrößerten Weise mittels des Anzeigeelements 6 und des optischen Projektionselements 7 auf einen Schirm projiziert wird.
Folglich ist in der vorliegenden Ausführungsform die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht 20, die in die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 einbezogen ist, ausreichend klein und folglich kann die Lichtemissionsfläche der Fluoreszenz ausreichend klein gemacht werden. Demgemäß tritt eine größere Menge von Licht durch die Öffnung 2a des Blendenelements 2 hindurch und folglich kann mehr Licht als Projektionslicht des Projektors 100 verwendet werden. Folglich wird durch den vorstehenden Aufbau eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 mit einer hohen Effizienz der Lichtnutzung erhalten. Da ferner eine solche Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 einbezogen ist, kann ein Projektor 100 mit einer hohen Effizienz der Lichtnutzung erhalten werden.
Als nächstes wird die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1x gemäß dem Vergleichsbeispiel unter Bezugnahme auf die 5B beschrieben.
Wenn eine Schicht eine ausreichend große Dicke (200 µm) wie die fluoreszierende Keramikschicht 20x gemäß dem Vergleichsbeispiel aufweist, wird der Abstand Dx in der planaren Richtung der Schicht zwischen der Stelle, wo das Anregungslicht L1 eintritt, und der Stelle, wo das reflektierte Licht L2x austritt, vergrößert. Mit anderen Worten, in dem Vergleichsbeispiel wird die Lichtemissionsfläche (der Lichtemissionsfleckdurchmesser) der Fluoreszenz der fluoreszierenden Keramikschicht 20x vergrößert. Folglich ist es, wie es in der 5B gezeigt ist, wahrscheinlich, dass das reflektierte Licht L2x, das durch die Lichtreflexionsoberfläche 13 reflektiert wird und aus der fluoreszierenden Keramikschicht 20x austritt, durch das Blendenelement 2 blockiert wird. Folglich weist die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1x gemäß dem Vergleichsbeispiel eine geringe Effizienz der Lichtnutzung auf.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Lichtreflexionsschicht 12 bereitgestellt und ferner kann der Reflexionsgrad sichtbaren Lichts der Lichtreflexionsoberfläche 13 durch die Lichtreflexionsschicht 12 weiter erhöht werden, die eine Verbundschicht ist, die Lichtstreuteilchen 121 umfasst. Demgemäß kann der Lichtverlust in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 weiter vermindert werden und folglich kann eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 mit einer hohen Effizienz der Lichtnutzung erhalten werden.
[Beispiele]
Nachstehend werden Herstellungsverfahren und die Effizienz der Lichtnutzung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 3 der vorliegenden Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels beschrieben.
Zuerst wird ein Verfahren zur Herstellung einer fluoreszierenden Keramikschicht beschrieben.
Die fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 und des Vergleichsbeispiels umfassen jeweils die erste kristalline Phase, die durch (Y_0,9953Ce_0,0047)₃Al₅O₁₂ dargestellt wird. Die fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel umfassen jeweils eine aktive Ce³⁺-Fluoreszenz.
Die folgenden drei Ausgangsmaterialien werden als pulverförmige chemische Verbindungen für die fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel verwendet. Insbesondere werden Y₂O₃ (Yttriumoxid, Reinheit 3N, Nippon Yttrium Co., Ltd.), Al₂O₃ (Aluminiumoxid, Reinheit 3N, Sumitomo Chemical Co., Ltd.), und CeO₂ (Cerdioxid, Reinheit 3N, Nippon Yttrium Co., Ltd.) verwendet.
Zuerst werden die Ausgangsmaterialien so abgewogen, dass eine chemische Verbindung mit der Stöchiometrie (Y_0,9953Ce_0,0047)₃Al₅O₁₂ erhalten wird. Als nächstes werden die abgewogenen Ausgangsmaterialien und Aluminiumoxidkugeln (mit einem Durchmesser von 10 mm) in einen Kunststoffbehälter eingebracht. Die Menge der Aluminiumoxidkugeln ist derart, dass die Kugeln etwa 1/3 des Volumens des Kunststoffbehälters füllen. Danach wird reines Wasser in den Kunststoffbehälter eingebracht und die Ausgangsmaterialien und das reine Wasser werden unter Verwendung eines Behälterrührwerks (hergestellt von Nitto Kagaku Co., Ltd., BALL MILL ANZ-51S) gemischt. Die Ausgangsmaterialien und das reine Wasser werden für 12 Stunden gemischt. Demgemäß wird ein aufgeschlämmtes gemischtes Ausgangsmaterial erhalten.
Das aufgeschlämmte gemischte Ausgangsmaterial wird mittels eines Trockners getrocknet. Insbesondere wird eine NAFLON^®-Lage so angeordnet, dass sie die Innenwände einer Metallwanne bedeckt und das gemischte Ausgangsmaterial wird auf die NAFLON^®-Lage gegossen. Die Metallwanne, die NAFLON^®-Lage und das gemischte Ausgangsmaterial werden für acht Stunden in dem auf 150 °C eingestellten Trockner verarbeitet und getrocknet. Danach wird das getrocknete, gemischte Ausgangsmaterial gesammelt und mittels einer Sprühtrocknervorrichtung granuliert. Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn das Ausgangsmaterial granuliert wird, Polyvinylalkohol als Haftmittel (ein Bindemittel) verwendet wird.
Das granulierte gemischte Ausgangsmaterial wird unter Verwendung einer elektrischen Hydraulikpresse (hergestellt von Riken Seiki Co., Ltd., EMP-5) und eines zylindrischen Metallformwerkzeugs (mit einem Außendurchmesser von 58 mm, einem Innendurchmesser von 38 mm und einer Höhe von 130 mm) zu einem Zylinder vorgeformt. Der Druck, der ausgeübt wird, wenn das Ausgangsmaterial geformt wird, wird auf 5 MPa/cm² eingestellt. Als nächstes wird das vorgeformte Ausgangsmaterial unter Verwendung einer kaltisostatischen Presse fest geformt. Der Druck, der ausgeübt wird, wenn das Ausgangsmaterial fest geformt wird, wird auf 300 MPa eingestellt. Es sollte beachtet werden, dass das fest geformte Ausgangsmaterial einer Wärmebehandlung (Bindemittelentfernungsbehandlung) unterzogen wird, so dass das Haftmittel (Bindemittel) entfernt wird, das beim Granulieren des Ausgangsmaterials verwendet wird. Die Temperatur zur Wärmebehandlung wird auf 500 °C eingestellt. Ferner wird die Zeit zur Wärmebehandlung auf 10 Stunden eingestellt.
Das geformte Ausgangsmaterial, das der Wärmebehandlung unterzogen worden ist, wird unter Verwendung eines Atmosphärenröhrenofens gebrannt. Die Brenntemperatur wird auf 1675 °C eingestellt. Die Brennzeit wird auf 4 Stunden eingestellt. Die Brennatmosphäre ist eine Mischgasatmosphäre aus Stickstoff und Wasserstoff. Es sollte beachtet werden, dass der Außendurchmesser und der Innendurchmesser des gebrannten Produkts 43 mm bzw. 29 mm sind.
Das zylindrische gebrannte Produkt wird mit einer Mehrdrahtsäge geschnitten. Die Dicke des geschnittenen zylindrischen gebrannten Produkts beträgt etwa 700 µm.
Das geschnittene gebrannte Produkt wird mit einer Schleifvorrichtung geschliffen, um die Dicke des gebrannten Produkts einzustellen. Durch Durchführen dieser Einstellung wird das gebrannte Produkt zu einer fluoreszierenden Keramikschicht. Die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht beträgt 53 µm im Beispiel 1, 75 µm im Beispiel 2, 106 µm im Beispiel 3 und 206 µm im Vergleichsbeispiel.
Es sollte beachtet werden, dass der Außendurchmesser und der Innendurchmesser der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel 43 mm bzw. 29 mm betragen. Ferner sind die fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel dunkelgelb.
Als nächstes wird die Bewertung der fluoreszierenden Keramikschichten beschrieben.
Zuerst werden die Dichten der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel mittels des Archimedes-Verfahrens bewertet. Die Dichten der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel sind alle 4,49 g/cm³. Die Dichten der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel sind alle 98,7 % der theoretischen Dichte (4,55 g/cm³) von Y₃Al₅O₁₂. Folglich liegen die Dichten der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel alle im Bereich von 97 % bis 100 % der theoretischen Dichte von Y₃Al₅O₁₂.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen beschrieben.
Zuerst wird ein Al-Substratkörper mit einer Scheibenform (mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 0,5 mm) hergestellt. Als nächstes wird eine Lichtreflexionsschicht, die ein Harz auf Silikonbasis umfasst, in dem TiO₂-Teilchen dispergiert sind, auf den Substratkörper in einer Kreisform (mit einem Außendurchmesser von 46 mm und einem Innendurchmesser von 30 mm) aufgebracht. Dabei wirkt das Harz auf Silikonbasis, das in die Lichtreflexionsschicht einbezogen ist, auch als Haftmittel zum Verbinden der fluoreszierenden Keramikschicht und des Substratkörpers.
Danach wird die fluoreszierende Keramikschicht so angeordnet, dass sie die in einer Kreisform aufgebrachte Lichtreflexionsschicht überlappt. Dabei wird die fluoreszierende Keramikschicht unter Verwendung einer Metallvorrichtung fixiert, so dass die Dicke der Lichtreflexionsschicht etwa 50 µm beträgt. Danach wird die Wärmebehandlung unter Verwendung eines Trockners zum Härten der Lichtreflexionsschicht durchgeführt. Die Temperatur der Wärmebehandlung wird dabei auf 150 °C eingestellt. Es sollte beachtet werden, dass der Reflexionsgrad sichtbaren Lichts der Lichtreflexionsoberfläche, die in eine Oberfläche der Lichtreflexionsschicht einbezogen ist, mindestens 95 % beträgt.
Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel, welche die vorstehend beschriebenen fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 bzw. dem Vergleichsbeispiel umfassen und die jeweils ein Substrat umfassen, werden auf diese Weise erhalten.
Nachstehend wird die Bewertung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen beschrieben.
Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel werden mit einer Bewertungsvorrichtung für eine reflektierende Laseranregung-Wellenlängenumwandlungsvorrichtung bewertet. Insbesondere emittiert die Bewertungsvorrichtung ein Anregungslicht (einen Laserstrahl) auf eine rotierende Wellenlängenumwandlungsvorrichtung und bewertet die Energie der Fluoreszenz, die von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung emittiert wird. Die Wellenlänge, die Ausgangsleistung und der Emissionsfleckdurchmesser (1/e²) des Laserstrahls sind 455 nm, 70 W bzw. 1,2 mm. Es sollte beachtet werden, dass der Laserstrahl ein Gauss-Strahl ist. Die Drehzahl der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung wird auf 7200 U/min eingestellt. Die Bewertungsvorrichtung umfasst ein Blendenelement, das einen Teil der Fluoreszenz blockiert, die durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung emittiert wird. Dabei liegt beispielsweise der Abstand zwischen der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung und dem Blendenelement im Bereich von 3 mm bis 100 mm und die Öffnung des Blendenelements ist ein rundes Loch mit einem Durchmesser im Bereich von 5 mm bis 10 mm.
Die 6 zeigt Ergebnisse der Bewertung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform. Insbesondere zeigt die 6 einen relativen Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung), einen relativen Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung) und eine Kopplungseffizienz von jeder der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel.
Dabei ist der relative Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) ein relativer Wert der Energie der Fluoreszenz, die durch jede der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung des Blendenelements emittiert wird. Es sollte beachtet werden, dass die Energie der Fluoreszenz, die durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel emittiert wird, nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung als 100 % angenommen wird.
Ferner ist der relative Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung) ein relativer Wert der Energie der Fluoreszenz, die durch jede der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung des Blendenelements emittiert wird. Es sollte beachtet werden, dass die Energie der Fluoreszenz, die durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung emittiert wird, als 100 % angenommen wird.
Ferner ist die Kopplungseffizienz der Prozentsatz eines relativen Fluoreszenzenergiewerts (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) bezogen auf einen relativen Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung). Folglich ist die Kopplungseffizienz ein Wert, der durch Dividieren des relativen Fluoreszenzenergiewerts (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) durch den relativen Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung) erhalten wird.
Ein Projektor nutzt die Fluoreszenz nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung als Teil des Projektionslichts. Insbesondere kann umso mehr Fluoreszenz als Projektionslicht des Projektors verwendet werden, je größer der relative Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) ist.
Wie es in der 6 gezeigt ist, beträgt die Kopplungseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß der Beispiele 1, 2 und 3 und des Vergleichsbeispiels 85 %, 86 %, 84 % bzw. 81 %. Folglich ist die Kopplungseffizienz in den Beispielen höher als die Kopplungseffizienz in dem Vergleichsbeispiel. Eine Zunahme der Kopplungseffizienz gibt an, dass von der erzeugten Fluoreszenz mehr Licht durch die Öffnung austritt, und gibt folglich an, dass die Lichtemissionsfläche der Fluoreszenz, die durch eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung emittiert wird, abnimmt, wie es in der 5A und der 5B gezeigt ist. Demgemäß sind die Lichtemissionsflächen der Fluoreszenz, die durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 3 emittiert wird, jeweils kleiner als die Lichtemissionsfläche der Fluoreszenz, die durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel emittiert wird, was zeigt, dass die Effizienz der Lichtnutzung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen höher ist.
Wie es aus der 6 ersichtlich ist, wird, da die Dicken der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 in einem Bereich von 50 µm bis 120 µm liegen, eine ausreichend höhere Kopplungseffizienz als diejenige im Vergleichsbeispiel erreicht. Somit wird, wenn die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die vorstehend beschrieben worden ist, in einem Bereich von 50 µm bis 120 µm liegt, eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 mit einer hohen Effizienz der Lichtnutzung erhalten.
Ferner beträgt der relative Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnungen) der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1, 2 und 3 und des Vergleichsbeispiels 103 %, 106 %, 105 % bzw. 100 %. Demgemäß ist der relative Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) in jedem der Beispiele 1, 2 und 3 größer als der relative Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) in dem Vergleichsbeispiel. Der relative Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnungen) der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß dem Beispiel 2, in dem die fluoreszierende Keramikschicht eine Dicke von 76 µm aufweist, und dem Beispiel 3, in dem die fluoreszierende Keramikschicht eine Dicke von 106 µm aufweist, ist größer als derjenige im Beispiel 1.
Wie es aus der 6 ersichtlich ist, sind, da die Dicken der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 2 und 3 in einem Bereich von 70 µm bis 120 µm liegen, die relativen Fluoreszenzenergiewerte (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnungen) ausreichend größer als derjenige im Vergleichsbeispiel. Somit wird, wenn die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die vorstehend beschrieben worden ist, in einem Bereich von 70 µm bis 120 µm liegt, eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 mit einer noch höheren Effizienz der Lichtnutzung erhalten.
Ferner betragen die relativen Fluoreszenzenergiewerte (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnungen) der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1, 2 und 3 und dem Vergleichsbeispiel 121 %, 124 %, 125 % bzw. 124 %. Der relative Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung) der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 1, welche die fluoreszierende Keramikschicht umfasst, deren Dicke mit 53 µm am geringsten ist, ist kleiner als der relative Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnungen) der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 2 und 3 und dem Vergleichsbeispiel. Ein denkbarer Grund dafür liegt darin, dass die fluoreszierende Keramikschicht in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 1 dünn ist und folglich einen Laserstrahl nicht ausreichend absorbieren kann.
Nachstehend werden ferner ein Herstellungsverfahren und die Effizienz der Lichtnutzung einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Zuerst wird ein Verfahren zur Herstellung einer fluoreszierenden Keramikschicht beschrieben, die in die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 der vorliegenden Ausführungsform einbezogen ist.
Die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 umfasst die erste kristalline Phase, die durch (Y_0,997Ce_0,003)₃Al₅O₁₂ dargestellt wird. Die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 umfasst eine aktive Ce³⁺-Fluoreszenz.
Im Beispiel 4 wird ein gebranntes Produkt gemäß dem gleichen Verfahren wie demjenigen in den Beispielen 1 bis 3 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Ausgangsmaterialien so abgewogen werden, dass eine chemische Verbindung mit der Stöchiometrie (Y_0,997Ce_0,003)₃Al₅O₁₂ erhalten wird. Folglich ist ein Hauptunterschied zwischen der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 und den fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 1 bis 3 das Zusammensetzungsverhältnis von Y zu Ce.
Die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 beträgt 103 µm.
Es sollte beachtet werden, dass der Außendurchmesser und der Innendurchmesser der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 41 mm bzw. 27 mm sind. Ferner ist die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 dunkelgelb.
Als nächstes wird die Bewertung der fluoreszierenden Keramikschicht beschrieben.
Zuerst wird die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 mittels des Archimedes-Verfahrens bewertet. Die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 beträgt 4,48 g/cm³. Die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 beträgt 98,4 % der theoretischen Dichte von Y₃Al₅O₁₂ (4,55 g/cm³). Folglich liegt die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 in einem Bereich von 97 % bis 100 % der theoretischen Dichte von Y₃Al₅O₁₂.
Es sollte beachtet werden, dass, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die fluoreszierende Keramikschicht 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform YAG umfasst, das Ce³⁺ und Ce⁴⁺ umfasst, und folglich Ce³⁺ und Ce⁴⁺ umfasst. Als nächstes werden die Ce³⁺-Häufigkeit und die Ce⁴⁺-Häufigkeit in der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 mittels einer Röntgenabsorptionsfeinstruktur (XAFS)-Vorrichtung mit harten Röntgenstrahlen bewertet. Insbesondere wird ein XAFS-Spektrum der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 im Bereich von 5687 eV bis 5777 eV unter Verwendung der XAFS-Vorrichtung mit harten Röntgenstrahlen erhalten. Eine Anpassungsanalyse eines Referenzspektrums für Ce³⁺ und eines Referenzspektrums für Ce⁴⁺ wird mit dem erhaltenen XAFS-Spektrum durchgeführt, um die Ce³⁺-Häufigkeit und die Ce⁴⁺-Häufigkeit zu bewerten. Es sollte beachtet werden, dass CeO₂ und CeF₃ bei den gleichen Bedingungen bewertet werden, um ein Referenzspektrum für Ce³⁺ und ein Referenzspektrum für Ce⁴⁺ zu erhalten.
Die Tabelle 1 zeigt die Ce³⁺-Häufigkeit und die Ce⁴⁺-Häufigkeit in der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4. Wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, betragen die Ce³⁺-Häufigkeit und die Ce⁴⁺-Häufigkeit in der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 78,3 % bzw. 21,7 %. In der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 ist Ce³⁺ × 100 %/(Ce³⁺ + Ce⁴⁺) ≥ 60 % erfüllt und folglich beträgt die Ce³⁺-Häufigkeit mindestens 60 %. [Tabelle 1]

Ce³⁺-Häufigkeit Ce⁴⁺-Häufigkeit

78,3 % 21,7 %
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 beschrieben.
Zuerst wird ein Al-Substratkörper (mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 0,5 mm) mit einer Scheibenform und einer Beschichtung mit Ag als Lichtreflexionsschicht hergestellt. Es sollte beachtet werden, dass in dem zentralen Abschnitt des Substratkörpers ein Gewindeloch bereitgestellt ist. Als nächstes wird eine fluoreszierende Keramikschicht auf dem Substratkörper angeordnet.
Ein erstes Al-Plattenelement (mit einem Außendurchmesser von 26,5 mm und einer Dicke von 100 µm) mit einer Scheibenform und einem Gewindeloch in dem zentralen Abschnitt wird auf einer Innenseite der fluoreszierenden Keramikschicht angeordnet. Es sollte beachtet werden, dass die fluoreszierende Keramikschicht ein fluoreszierender Ring ist und das erste Plattenelement auf einer Innenseite des Rings angeordnet ist. Ferner ist ein zweites Al-Plattenelement (mit einem Außendurchmesser von 29 mm und einer Dicke von 200 µm) mit einer Scheibenform und einem Gewindeloch in dem zentralen Abschnitt so angeordnet, dass es die fluoreszierende Keramikschicht und das erste Plattenelement überlappt. Dann werden der Substratkörper, das erste Plattenelement und das zweite Plattenelement verschraubt. Demgemäß wird die fluoreszierende Keramikschicht fixiert und die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung wird erhalten. Folglich ist in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 die fluoreszierende Keramikschicht zwischen dem Substratkörper und dem zweiten Plattenelement fixiert.
Auf diese Weise werden die fluoreszierende Keramikschicht und die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 erhalten.
Ferner wird die Bewertung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung beschrieben.
Ferner wird die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie demjenigen in den Beispielen 1 bis 3 bewertet.
Die 7 zeigt Ergebnisse der Bewertung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 der vorliegenden Ausführungsform. Insbesondere zeigt die 7 einen relativen Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung), einen relativen Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung) und die Kopplungseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4. Es sollte beachtet werden, dass die 7 zum Vergleich auch die relativen Fluoreszenzenergiewerte (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnungen), die relativen Fluoreszenzenergiewerte (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnungen) und die Kopplungseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel zeigt.
Dabei ist der relative Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) ein relativer Wert der Energie der Fluoreszenz, die durch eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung des Blendenelements emittiert wird. Es sollte beachtet werden, dass die Energie der Fluoreszenz, die durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung emittiert wird, als 100 % angenommen wird.
Ferner ist der relative Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung) ein relativer Wert der Energie der Fluoreszenz, die durch eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung des Blendenelements emittiert wird. Es sollte beachtet werden, dass die Energie der Fluoreszenz, die durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung emittiert wird, als 100 % angenommen wird.
Ferner ist die Kopplungseffizienz ein Prozentsatz eines relativen Fluoreszenzenergiewerts (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) bezogen auf einen relativen Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung). Folglich ist die Kopplungseffizienz ein Wert, der durch Dividieren des relativen Fluoreszenzenergiewerts (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) durch den relativen Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung) erhalten wird.
Wie es in der 7 gezeigt ist, beträgt die Kopplungseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 85 %. Die Kopplungseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel beträgt 81 %, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Da die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 eine höhere Kopplungseffizienz aufweist, tritt mehr Licht von der erzeugten Fluoreszenz durch die Öffnung hindurch und die Lichtemissionsfläche der Fluoreszenz ist geringer. Beispielsweise ist, wie es in der 5A und der 5B gezeigt ist, in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 die Menge von Licht, das durch die Öffnung 2a des Blendenelements 2 hindurchtritt, groß und folglich ist die Menge von Licht, das als Projektionslicht des Projektors 100 verwendet werden kann, groß. Folglich wurde gezeigt, dass die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 eine hohe Effizienz der Lichtnutzung aufweist.
Ferner betragen der relative Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) und der relative Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung) der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 108 % bzw. 128 %. Die Werte sind größer als die relativen Fluoreszenzenergiewerte (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnungen) und die relativen Fluoreszenzenergiewerte (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnungen) der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 3.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, beträgt in der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 die Ce³⁺-Häufigkeit mindestens 60 % und die Ce⁴⁺-Häufigkeit beträgt weniger als 40 %, was niedrig ist. Demgemäß wird der von einer Lichtemission verschiedene Relaxationsverlust aufgrund von Ce⁴⁺ vermindert und folglich weist die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 mit der Ce³⁺-Häufigkeit von mindestens 60 % eine hohe Effizienz der Lichtemission auf. Folglich kann die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 4 die Effizienz der Lichtnutzung durch Einbeziehen einer solchen fluoreszierenden Keramikschicht erhöhen. Ferner kann, wenn ein Projektor eine solche Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 umfasst, die Effizienz der Lichtnutzung des Projektors erhöht werden. Beispielsweise kann ein Projektor erhalten werden, dessen Energieverbrauch niedrig ist.
Darüber hinaus ist der von einer Lichtemission verschiedene Relaxationsverlust aufgrund von Ce⁴⁺ vermindert und folglich ist die Wärme, die durch die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 4 erzeugt wird, vermindert. Demgemäß kann die maximale eingebrachte Energie des Anregungslichts L1 in dem Projektor, der eine solche fluoreszierende Keramikschicht umfasst, erhöht werden und folglich kann ein Projektor mit einer hohen Ausgangsleistung erhalten werden.
[Variation 1]
Die fluoreszierende Keramikschicht 20 gemäß der Ausführungsform umfasst nur die erste kristalline Phase, ist jedoch nicht darauf beschränkt, nur die erste kristalline Phase zu umfassen. Nachstehend wird eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a beschrieben, die eine fluoreszierende Keramikschicht 20a umfasst, welche die erste kristalline Phase und eine zweite kristalline Phase umfasst.
[Aufbau der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung]
Zuerst wird der Aufbau der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a gemäß dieser Variation unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die 8 ist eine perspektivische Ansicht der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a gemäß dieser Variation. Die 9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a entlang der Linie IX-IX in der 8 zeigt.
Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a gemäß dieser Variation weist den gleichen Aufbau wie die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, dass die fluoreszierende Keramikschicht 20a einbezogen ist. Folglich umfasst, wie es in der 8 und der 9 gezeigt ist, die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a ein Substrat 10, das eine Lichtreflexionsoberfläche 13, eine fluoreszierende Keramikschicht 20a und eine Reflexionsschutzschicht 30 umfasst.
Es sollte beachtet werden, dass auch in dieser Variation die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a ein fluoreszierendes Rad ist, das in einem Projektor verwendet werden soll, Anregungslicht L1 empfängt und reflektiertes Licht emittiert, das eine Fluoreszenz umfasst.
Die fluoreszierende Keramikschicht 20a umfasst die erste kristalline Phase und die zweite kristalline Phase. Insbesondere ist in dieser Variation die fluoreszierende Keramikschicht 20a aus der ersten kristallinen Phase und der zweiten kristallinen Phase ausgebildet.
Die erste kristalline Phase weist einen Aufbau auf, wie er in der Ausführungsform beschrieben ist.
Die zweite kristalline Phase weist eine Struktur auf, die von der Granatstruktur verschieden ist. Folglich weist die zweite kristalline Phase eine Struktur auf, die von der Struktur verschieden ist, welche die erste kristalline Phase aufweist. Demgemäß sind der Brechungsindex der ersten kristallinen Phase und der Brechungsindex der zweiten kristallinen Phase voneinander verschieden.
Wenn die fluoreszierende Keramikschicht 20a im Querschnitt betrachtet wird, wobei angenommen wird, dass die Gesamtfläche eines Bilds, das die fluoreszierende Keramikschicht 20a zeigt, 100 % beträgt, liegt die Fläche, welche die erste kristalline Phase zeigt, beispielsweise im Bereich von 10 % bis 99 %. Es sollte beachtet werden, dass die Fläche, welche die erste kristalline Phase zeigt, nicht darauf beschränkt ist, in einem solchen Bereich zu liegen, und sie kann beispielsweise im Bereich von 75 % bis 98 % liegen oder sie kann im Bereich von 85 % bis 95 % liegen. Folglich kann die fluoreszierende Keramikschicht 20a gemäß dieser Variation vorwiegend die erste kristalline Phase umfassen.
Als Beispiel weist die zweite kristalline Phase gemäß dieser Variation eine Perowskitstruktur auf, ist jedoch nicht darauf beschränkt, diese Struktur aufzuweisen, und sie kann eine Struktur aufweisen, die von der Granatstruktur und der Perowskitstruktur verschieden ist.
Die Perowskitstruktur ist eine Kristallstruktur, die durch die allgemeine Formel EFO₃ dargestellt ist. Ein oder mehrere Seltenerdelement(e), wie z.B. Ca, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb und Lu, wird oder werden als Element E verwendet, und ein oder mehrere Element(e), wie z.B. Mg, AI, Si, Ga und Sc, werden als Element F verwendet. Ein Beispiel für eine solche Granatstruktur ist z.B. Yttrium-Aluminium-Perowskit (YAP). In dieser Variation wird die zweite kristalline Phase durch (Y_1-yCe_y)AlO₃ (0 ≤ y < 0,1), d.h., YAP, dargestellt.
Es sollte beachtet werden, dass die zweite kristalline Phase eine feste Lösung sein kann, die eine Mehrzahl von kristallinen Perowskitphasen mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen umfasst.
Die zweite kristalline Phase kann eine kristalline Phase mit einer chemischen Zusammensetzung umfassen, die von der kristallinen Phase abweicht, die durch die vorstehend angegebene allgemeine Formel EFO₃ dargestellt ist.
Es sollte beachtet werden, dass die fluoreszierende Keramikschicht 20a gemäß dieser Variation nur die erste kristalline Phase und die zweite kristalline Phase umfasst und folglich keine kristalline Phase mit einer Struktur umfasst, die von der Granatstruktur und der Perowskitstruktur verschieden ist.
In dieser Variation ist das Material, das in die zweite kristalline Phase einbezogen ist, YAP als ein Beispiel, ist jedoch nicht auf YAP beschränkt. Das Material, das in die zweite kristalline Phase einbezogen ist, kann derart ausgewählt werden, dass eine Differenz zwischen dem Brechungsindex eines Materials, das in die zweite kristalline Phase einbezogen ist, und dem Brechungsindex eines Materials, das in die erste kristalline Phase mit der Granatstruktur (hier YAG) einbezogen ist, im Bereich von 0,05 bis 0,5 liegt. Demgemäß bewirkt dies, dass der Brechungsindex der ersten kristallinen Phase und der Brechungsindex der zweiten kristallinen Phase voneinander verschieden sind. Es sollte beachtet werden, dass eine Differenz zwischen dem Brechungsindex des Materials, das in die zweite kristalline Phase einbezogen ist, und dem Brechungsindex des Materials, das in die erste kristalline Phase einbezogen ist, vorzugsweise im Bereich von 0,06 bis 0,3 und mehr bevorzugt im Bereich von 0,07 bis 0,15 liegt.
Beispielsweise können dann, wenn die zweite kristalline Phase eine Struktur aufweist, die von der Granatstruktur und der Perowskitstruktur verschieden ist, Beispiele für das Material, das in die zweite kristalline Phase einbezogen ist, Al₂O₃, Y₂O₃, Y₄Al₂O₉, Lu₂O₃ und LU₄Al₂O₉ umfassen.
Die fluoreszierende Keramikschicht 20a empfängt als Anregungslicht L1 Licht, das von oberhalb der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a einfällt, und emittiert eine Fluoreszenz. Insbesondere wird die fluoreszierende Keramikschicht 20a mit Licht, das von einer später beschriebenen Anregungslichtquelle emittiert wird, als Anregungslicht L1 bestrahlt, und emittiert folglich eine Fluoreszenz als wellenlängenumgewandeltes Licht. Folglich weist das wellenlängenumgewandelte Licht, das von der fluoreszierenden Keramikschicht 20a emittiert wird, eine Wellenlänge auf, die größer ist als die Wellenlänge des Anregungslichts L1.
In dieser Variation umfasst das wellenlängenumgewandelte Licht, das von der fluoreszierenden Keramikschicht 20a emittiert wird, eine Fluoreszenz, die gelbes Licht ist. Die fluoreszierende Keramikschicht 20a absorbiert Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 380 nm bis 490 nm und emittiert eine Fluoreszenz, die gelbes Licht mit einer Peakwellenlänge in einem Bereich von 490 nm bis 580 nm ist. Da die fluoreszierende Keramikschicht 20a YAG und YAP umfasst, kann eine fluoreszierende Keramikschicht 20a, die eine Fluoreszenz mit einer Peakwellenlänge in einem Bereich von 490 nm bis 580 nm emittiert, leicht erhalten werden.
Die x-Koordinate des wellenlängenumgewandelten Lichts, das von der fluoreszierenden Keramikschicht 20a emittiert wird, in dem Chromatizitätsdiagramm beträgt vorzugsweise höchstens 0,415, mehr bevorzugt höchstens 0,410 und mehr bevorzugt höchstens 0,408. Wenn die x-Koordinate des wellenlängenumgewandelten Lichts, das von der fluoreszierenden Keramikschicht 20a emittiert wird, in dem Chromatizitätsdiagramm einen vorstehenden Zahlenwert aufweist, nimmt das thermische Löschen der fluoreszierenden Keramikschicht 20a ab, und folglich kann eine fluoreszierende Keramikschicht 20a mit einer hohen Effizienz der Lichtemission erhalten werden.
Die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20a liegt vorzugsweise im Bereich von 95 % bis 100 % der theoretischen Dichte und liegt mehr bevorzugt im Bereich von 97 % bis 100 % der theoretischen Dichte. Dabei ist die theoretische Dichte eine Dichte in dem Fall, bei dem Atome in der Schicht ideal angeordnet sind. Mit anderen Worten, die theoretische Dichte ist eine Dichte, wenn angenommen wird, dass die fluoreszierende Keramikschicht 20a keine Hohlräume enthält, und ist ein Wert, der unter Verwendung einer kristallinen Struktur berechnet wird. Beispielsweise wenn die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20a 99 % beträgt, entspricht das verbliebene 1 % Hohlräumen. Folglich sind umso weniger Hohlräume einbezogen, je höher die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20a ist. Wenn die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20a in dem vorstehenden Bereich liegt, nimmt die Gesamtmenge der Fluoreszenz, die durch die fluoreszierende Keramikschicht 20a emittiert wird, zu und folglich können eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a und ein Projektor bereitgestellt werden, die mehr Licht emittieren. Es sollte beachtet werden, dass die theoretische Dichte eine theoretische Dichte der ersten kristallinen Phase mit der Granatstruktur ist.
Die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20a liegt vorzugsweise im Bereich von 4,32 g/cm³ bis 4,55 g/cm³ und liegt mehr bevorzugt im Bereich von 4,41 g/cm³ bis 4,55 g/cm³. Wie es in dieser Variation beschrieben ist, liegt dann, wenn die fluoreszierende Keramikschicht 20a YAG und YAP umfasst, wenn die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20a in den vorstehenden Bereichen liegt, die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20a in einem Bereich von 95 % bis 100 % bzw. in einem Bereich von 97 % bis 100 %. Wenn die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht 20a in dem vorstehenden Bereich liegt, kann die fluoreszierende Keramikschicht 20a absorbiertes Anregungslicht L1 effizient in eine Fluoreszenz umwandeln. Folglich kann eine fluoreszierende Keramikschicht 20a mit einer hohen Effizienz der Lichtemission erhalten werden.
Die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht 20a (die Länge in der z-Achsenrichtung) beträgt vorzugsweise mindestens 50 µm und weniger als 150 µm und beträgt mehr bevorzugt 50 µm und weniger als 120 µm. Die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht beträgt noch mehr bevorzugt mindestens 70 µm und weniger als 120 µm und beträgt noch mehr bevorzugt mindestens 80 µm und weniger als 110 µm.
[Aufbau des Projektors]
Die in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebaute Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a wird in einem Projektor entsprechend der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform verwendet. Folglich kann die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a gemäß dieser Variation anstelle der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform verwendet werden.
[Beispiele]
Nachstehend werden Herstellungsverfahren und die Effizienz der Lichtnutzung von Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 5 und 6 beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5 den gleichen Aufbau wie derjenige der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a gemäß dieser Variation aufweist und die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 6 den gleichen Aufbau wie derjenige der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform aufweist.
Zuerst wird ein Verfahren zur Herstellung von fluoreszierenden Keramikschichten beschrieben, die in die Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 5 und 6 einbezogen sind.
Die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 5 umfasst die erste kristalline Phase, die durch (Y_0,997Ce_0,003)₃Al₅O₁₂ dargestellt ist (welche die erste kristalline Phase ist). Es sollte beachtet werden, dass die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 5 auch die zweite kristalline Phase umfasst. Die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 6 umfasst eine kristalline Phase, die durch (Y_0,997Ce_0,003)₃Al₅O₁₂ dargestellt ist (welche die erste kristalline Phase ist). Die fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 5 und 6 umfassen jeweils eine aktive Ce³⁺-Fluoreszenz.
Die Ausgangsmaterialien, die für die fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 5 und 6 verwendet werden, sind mit denjenigen identisch, die in den Beispielen 1 bis 3 verwendet werden.
Zuerst werden die Ausgangsmaterialien derart abgewogen, dass eine chemische Verbindung mit der Stöchiometrie (Y_0,997Ce_0,003)₃Al₅O₁₂ erhalten wird. Als nächstes werden die Ausgangsmaterialien gemäß dem gleichen Verfahren wie demjenigen in den Beispielen 1 bis 3 gemischt, so dass ein aufgeschlämmtes gemischtes Ausgangsmaterial erhalten wird.
Als nächstes wird im Beispiel 5 ein granuliertes gemischtes Ausgangsmaterial durch ein Verfahren erhalten, das keine Sprühtrocknervorrichtung nutzt. Insbesondere werden 100 g des gemischten Ausgangsmaterials, das mittels eines Trockners getrocknet worden ist, in einen Aluminiumoxid-Mörser eingebracht. Eine Polyvinylalkohollösung, die eine Lösung ist, in der 0,5 Gew.-% Polyvinylalkohol gelöst sind, wird hergestellt und 18 mL der Polyvinylalkohollösung werden ferner in den Aluminiumoxid-Mörser eingebracht. Danach werden das gemischte Ausgangsmaterial und die Polyvinylalkohollösung unter Verwendung eines Pistills gemischt. Als nächstes wird ein Gemisch aus dem gemischten Ausgangsmaterial und der Polyvinylalkohollösung durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 512 µm gesiebt. Als Ergebnis wird ein Gemisch aus dem gemischten Ausgangsmaterial, dessen Teilchengröße etwa 512 µm beträgt, und der Polyvinylalkohollösung erhalten. Danach wird das Gemisch durch Verarbeiten für 30 Minuten in einem auf 105 °C eingestellten Trockner dehydratisiert. Das granulierte gemischte Ausgangsmaterial, das im Beispiel 5 verwendet werden soll, wird auf diese Weise erhalten. Im Beispiel 6 wird das gemischte Ausgangsmaterial gemäß dem gleichen Verfahren wie demjenigen in den Beispielen 1 bis 3 granuliert, so dass ein granuliertes gemischtes Ausgangsmaterial erhalten wird.
Die fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 5 und 6 werden mittels des gleichen Verfahrens vorgeformt. Insbesondere wird das granulierte gemischte Ausgangsmaterial unter Verwendung einer elektrischen Hydraulikpresse (hergestellt von Riken Seiki Co., Ltd., EMP-5) und eines zylindrischen Metallformwerkzeugs (mit einem Außendurchmesser von 66 mm, einem Innendurchmesser von 46 mm und einer Höhe von 130 mm) zu einem Zylinder vorgeformt. Der Druck, der ausgeübt wird, wenn das Ausgangsmaterial geformt wird, wird auf 5 MPa eingestellt. Als nächstes wird das vorgeformte Ausgangsmaterial unter Verwendung einer kaltisostatischen Presse fest geformt. Der Druck, der ausgeübt wird, wenn das Ausgangsmaterial fest geformt wird, wird auf 300 MPa eingestellt. Es sollte beachtet werden, dass das fest geformte Ausgangsmaterial einer Wärmebehandlung (Bindemittelentfernungsbehandlung) unterzogen wird, so dass das Haftmittel (Bindemittel) entfernt wird, das beim Granulieren des Ausgangsmaterials verwendet wird. Die Temperatur zur Wärmebehandlung wird auf 500 °C eingestellt. Ferner wird die Zeit zur Wärmebehandlung auf 10 Stunden eingestellt.
Das geformte Ausgangsmaterial, das der Wärmebehandlung unterzogen worden ist, wird unter Verwendung eines Atmosphärenröhrenofens gebrannt. Die Brenntemperatur wird auf 1675 °C eingestellt. Die Brennzeit wird auf 4 Stunden eingestellt. Die Brennatmosphäre ist eine Mischgasatmosphäre aus Stickstoff und Wasserstoff. Es sollte beachtet werden, dass der Außendurchmesser und der Innendurchmesser des gebrannten Produkts 49 mm bzw. 35 mm sind.
Das zylindrische gebrannte Produkt wird unter Verwendung einer Mehrdrahtsäge geschnitten. Die Dicke des geschnittenen zylindrischen gebrannten Produkts beträgt etwa 700 µm.
Es sollte beachtet werden, dass in den Beispielen 5 und 6 ein gebranntes Produkt das Ergebnis eines Erwärmens bei einer Temperatur von mindestens 1000 °C ist.
Das geschnittene gebrannte Produkt wird unter Verwendung einer Schleifvorrichtung geschliffen, um die Dicke des gebrannten Produkts einzustellen. Die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht beträgt 118 µm im Beispiel 5 und 117 µm im Beispiel 6.
Es sollte beachtet werden, dass der Außendurchmesser und der Innendurchmesser der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 5 und 6 49 mm bzw. 35 mm betragen. Ferner sind die fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 5 und 6 dunkelgelb.
Als nächstes wird die Bewertung der fluoreszierenden Keramikschichten beschrieben.
Zuerst werden die Dichten der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 5 und 6 mittels des Archimedes-Verfahrens bewertet. Die Dichten der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 5 und 6 sind 4,48 g/cm³ bzw. 4,42 g/cm³. Die Dichten der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 5 und 6 betragen 98,4 % bzw. 97,1 % der theoretischen Dichte von Y₃Al₅O₁₂ (4,55 g/cm³). Folglich liegen die Dichten der fluoreszierenden Keramikschichten gemäß den Beispielen 5 und 6 im Bereich von 97 % bis 100 % der theoretischen Dichte von Y₃Al₅O₁₂.
Als nächstes wird unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) ein SEM-Querschnittsbild der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 5 bewertet.
Die 10 ist ein SEM-Bild, das einen Querschnitt der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 5 dieser Variation zeigt. Der Teil (a) von 10 ist ein SEM-Bild, das einen Querschnitt einer großen Fläche der fluoreszierenden Keramikschicht gemäß dem Beispiel 5 zeigt. Es sollte beachtet werden, dass das SEM-Bild, das (a) von 10 zeigt, einem Bild in dem rechteckigen Bereich entspricht, der durch die gestrichelte Linie in dem Querschnitt umgeben ist, der in der 9 gezeigt ist. Der Teil (b) von 10 ist ein SEM-Bild, das einen vergrößerten rechteckigen Bereich zeigt, der durch die Strich-Punkt-Linie in (a) von 10 umgeben ist. Der Teil (c) von 10 ist ein SEM-Bild, das einen vergrößerten rechteckigen Bereich zeigt, der durch die Zweipunkt-Strich-Linie in (a) von 10 umgeben ist.
Dabei umfasst die fluoreszierende Keramikschicht im Beispiel 5, d.h., die fluoreszierende Keramikschicht 20a in dieser Variation, einen Einphasenabschnitt und einen Mischphasenabschnitt, der von dem Einphasenabschnitt getrennt ist. Der Teil (b) von 10 zeigt einen Einphasenabschnitt und (c) von 10 zeigt einen Mischphasenabschnitt.
In dieser Variation entspricht in dem SEM-Bild in der 10 ein dunkler gefärbter Bereich der ersten kristallinen Phase mit der Granatstruktur und ein heller gefärbter Bereich entspricht der zweiten kristallinen Phase mit der Perowskitstruktur. In dem SEM-Bild in der 10 entspricht der am dunkelsten gefärbte Bereich einem Hohlraum.
Der Einphasenabschnitt umfasst von der ersten kristallinen Phase und der zweiten kristallinen Phase mit einer Struktur (hier der Perowskitstruktur), die von der Granatstruktur verschieden ist, nur die erste kristalline Phase mit der Granatstruktur. Es sollte beachtet werden, dass hier insbesondere der Einphasenabschnitt nur die erste kristalline Phase umfasst und z.B. keine weitere kristalline Phase mit einer Struktur umfasst, die von der Granatstruktur und der Perowskitstruktur verschieden ist.
Der Mischphasenabschnitt umfasst ein Gemisch aus sowohl der ersten kristallinen Phase als auch der zweiten kristallinen Phase. Insbesondere umfasst der Mischphasenabschnitt nur ein Gemisch aus sowohl der ersten kristallinen Phase als auch der zweiten kristallinen Phase. Es sollte beachtet werden, dass der Mischphasenabschnitt ein Gemisch aus sowohl der ersten kristallinen Phase als auch der zweiten kristallinen Phase und ferner einer weiteren kristallinen Phase mit einer Struktur, die von der Granatstruktur und der Perowskitstruktur verschieden ist, umfassen kann.
Der Mischphasenabschnitt gemäß dem Beispiel 5 umfasst ein Gemisch, das aus der ersten kristallinen Phase und der zweiten kristallinen Phase, die zufällig kombiniert sind, ausgebildet ist, ist jedoch nicht auf ein solches Gemisch beschränkt, und kann ein Gemisch umfassen, das aus der ersten kristallinen Phase und der zweiten kristallinen Phase, die beide cyclisch angeordnet sind, ausgebildet ist.
Es sollte beachtet werden, dass die fluoreszierende Keramikschicht im Beispiel 5 eine Mehrzahl von Mischphasenabschnitten umfasst. Die Bereiche, die durch die gestrichelten Linien in (a) von 10 umgeben sind, entsprechen jeweils dem Mischphasenabschnitt.
Die Mehrzahl von Mischphasenabschnitten ist jeweils durch den Einphasenabschnitt umgeben. Der Einphasenabschnitt und die Mehrzahl von Mischphasenabschnitten können so betrachtet werden, dass sie eine Meer-Insel-Form aufweisen. In diesem Fall entspricht der Einphasenabschnitt einem Meer und die Mehrzahl von Mischphasenabschnitten entspricht Inseln.
Der Mischphasenabschnitt kann die zweite kristalline Phase in einer größeren Menge umfassen als die erste kristalline Phase. Beispielsweise ist ein Verhältnis der ersten kristallinen Phase zu der zweiten kristallinen Phase in dem Mischphasenabschnitt wie folgt. Wenn die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 5 im Querschnitt untersucht wird (vgl. z.B. die 10), wobei angenommen wird, dass die Gesamtfläche eines Bilds, das den Mischphasenabschnitt zeigt, 100 % beträgt, liegt die Fläche, welche die zweite kristalline Phase zeigt, beispielsweise im Bereich von 10 % bis 99 %. Es sollte beachtet werden, dass die Fläche, welche die zweite kristalline Phase zeigt, nicht darauf beschränkt ist, in einem solchen Bereich zu liegen und beispielsweise in einem Bereich von 70 % bis 95 % liegen kann oder in einem Bereich von 80 % bis 90 % liegen kann. Folglich umfasst der Mischphasenabschnitt gemäß dieser Variation vorwiegend die zweite kristalline Phase.
Auf diese Weise umfasst der Mischphasenabschnitt ein Gemisch sowohl aus der ersten kristallinen Phase mit der Granatstruktur als auch der zweiten kristallinen Phase mit der Perowskitstruktur. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, unterscheiden sich der Brechungsindex der ersten kristallinen Phase und der Brechungsindex der zweiten kristallinen Phase voneinander. Folglich ist der Brechungsindex des Einphasenabschnitts, der nur die erste kristalline Phase aufweist, von dem Brechungsindex des Mischphasenabschnitts verschieden. In dieser Variation beträgt der Brechungsindex von YAG 1,83 und der Brechungsindex von YAP beträgt 1,91, und folglich ist der Brechungsindex des Einphasenabschnitts kleiner als der Brechungsindex des Mischphasenabschnitts.
Nachstehend wird die Größe des Mischphasenabschnitts beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die Größe des Mischphasenabschnitts die Länge des Mischphasenabschnitts in einer Längsrichtung in dem SEM-Bild angibt, das durch die 10 gezeigt ist. Die Größe des Mischphasenabschnitts gibt beispielsweise die Länge an, die durch den Doppelpfeil in der 10 angegeben ist. Die Größe des Mischphasenabschnitts beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 µm und weniger als 500 µm, mehr bevorzugt mindestens 1 µm und weniger als 300 µm und mehr bevorzugt mindestens 2 µm und weniger als 100 µm.
Demgemäß umfasst die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 5 (fluoreszierende Keramikschicht 20a) die erste kristalline Phase und die zweite kristalline Phase, und die 10 zeigt, dass der Einphasenabschnitt und die Mischphasenabschnitte einbezogen sind. Andererseits umfasst die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 6 nur die erste kristalline Phase. Demgemäß wird bestätigt, dass die fluoreszierende Keramikschicht gemäß dem Beispiel 6 keine Mischphasenabschnitte umfasst.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 5 und 6 beschrieben.
Zuerst wird ein Al-Substratkörper (mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 0,5 mm) mit einer Scheibenform und einer Beschichtung mit Ag als Lichtreflexionsschicht hergestellt. Es sollte beachtet werden, dass ein Gewindeloch in dem zentralen Abschnitt des Substratkörpers bereitgestellt ist. Als nächstes wird eine fluoreszierende Keramikschicht auf dem Substratkörper angeordnet.
Ein drittes Al-Plattenelement (mit einem Außendurchmesser von 34,5 mm und einer Dicke von 100 um) mit einer Scheibenform und einem Gewindeloch in dem zentralen Abschnitt ist auf einer Innenseite der fluoreszierenden Keramikschicht angeordnet. Es sollte beachtet werden, dass die fluoreszierende Keramikschicht ein fluoreszierender Ring ist und das dritte Plattenelement auf einer Innenseite des Rings angeordnet ist. Ferner ist ein viertes Al-Plattenelement (mit einem Außendurchmesser von 39 mm und einer Dicke von 200 µm) mit einer Scheibenform und einem Gewindeloch in dem zentralen Abschnitt so angeordnet, dass es die fluoreszierende Keramikschicht und das dritte Plattenelement überlappt. Dann werden der Substratkörper, das dritte Plattenelement und das vierte Plattenelement verschraubt. Demgemäß wird die fluoreszierende Keramikschicht fixiert und die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung wird erhalten. Folglich ist in jeder der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 5 und 6 die fluoreszierende Keramikschicht zwischen dem Substratkörper und dem vierten Plattenelement fixiert.
Ferner wird die Bewertung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen beschrieben.
Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 5 und 6 werden mit dem gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 3 bewertet.
Die 11 zeigt Ergebnisse der Bewertung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 5 und 6 dieser Variation. Insbesondere zeigt die 11 einen relativen Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung), einen relativen Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung) und die Kopplungseffizienz jeder der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 5 und 6.
Dabei ist der relative Fluoreszenzenergiewert (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) ein relativer Wert der Energie der Fluoreszenz, die durch jede der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung des Blendenelements emittiert wird. Es sollte beachtet werden, dass die Energie der Fluoreszenz, die durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 6 nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung emittiert wird, als 100 % angenommen wird.
Ferner ist der relative Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung) ein relativer Wert der Energie der Fluoreszenz, die durch jede der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung des Blendenelements emittiert wird. Es sollte beachtet werden, dass die Energie der Fluoreszenz, die durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 6 nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung emittiert wird, als 100 % angenommen wird.
Ferner ist die Kopplungseffizienz ein Prozentsatz eines relativen Fluoreszenzenergiewerts (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) bezogen auf einen relativen Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung). Folglich ist die Kopplungseffizienz ein Wert, der durch Dividieren des relativen Fluoreszenzenergiewerts (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnung) durch den relativen Fluoreszenzenergiewert (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnung) erhalten wird.
Wie es in der 11 gezeigt ist, sind die relativen Fluoreszenzenergiewerte (nach dem Hindurchtreten durch die Öffnungen) der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 5 und 6 101 % bzw. 100 %. Ferner sind die relativen Fluoreszenzenergiewerte (vor dem Hindurchtreten durch die Öffnungen) der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 5 und 6 117 % bzw. 122 %.
Die Kopplungseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5, die der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a gemäß dieser Variation entspricht, beträgt 87 %. Die Kopplungseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 6, die der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform entspricht, beträgt 82 %.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, umfasst die fluoreszierende Keramikschicht, die in die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5 einbezogen ist (fluoreszierende Keramikschicht 20a), die erste kristalline Phase und die zweite kristalline Phase mit unterschiedlichen Brechungsindizes.
Demgemäß werden Bereiche mit verschiedenen Brechungsindizes in der fluoreszierenden Keramikschicht 20a erzeugt und folglich werden das Anregungslicht L1 und die Fluoreszenz leicht gestreut. Als Ergebnis wird Licht, das in der planaren Richtung der Schichten in der Ausführungsform geleitet wird, die in den 5A und 5B gezeigt ist (d.h., die x-Achsenrichtung oder die y-Achsenrichtung), vermindert und die Lichtemissionsfläche der fluoreszierenden Keramikschicht 20a wird weiter vermindert. Demgemäß ist die Kopplungseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5 höher als die Kopplungseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 6. Folglich wird die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5 (Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a) mit einer noch kleineren Strahlungsbündelausdehnung und einer noch höheren Effizienz der Lichtnutzung erhalten. Wenn ein Projektor eine solche Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a umfasst, kann die Effizienz der Lichtnutzung des Projektors erhöht werden.
Die fluoreszierende Keramikschicht 20a umfasst einen Einphasenabschnitt und einen Mischphasenabschnitt, der von dem Einphasenabschnitt getrennt ist. Der Einphasenabschnitt umfasst von der ersten kristallinen Phase und der zweiten kristallinen Phase nur die erste kristalline Phase und der Mischphasenabschnitt umfasst ein Gemisch aus sowohl der ersten kristallinen Phase als auch der zweiten kristallinen Phase. Der Brechungsindex eines solchen Einphasenabschnitts und der Brechungsindex eines solchen Mischphasenabschnitts sind voneinander verschieden.
Demgemäß werden in der fluoreszierenden Keramikschicht 20a Bereiche mit verschiedenen Brechungsindizes erzeugt und folglich werden das Anregungslicht L1 und die Fluoreszenz noch leichter gestreut. Als Ergebnis wird die Lichtemissionsfläche der fluoreszierenden Keramikschicht 20a weiter vermindert. Demgemäß kann die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a mit einer noch kleineren Strahlungsbündelausdehnung und einer noch höheren Effizienz der Lichtnutzung erhalten werden.
Wenn die Größe des Mischphasenabschnitts in dem vorstehenden Bereich liegt, werden das Anregungslicht L1 und die Fluoreszenz noch leichter gestreut.
Die fluoreszierende Keramikschicht 20a umfasst eine Mehrzahl von Mischphasenabschnitten. Die Mehrzahl von Mischphasenabschnitten ist jeweils durch den Einphasenabschnitt umgeben.
Demgemäß werden das Anregungslicht L1 und die Fluoreszenz noch leichter gestreut. Als Ergebnis wird die Lichtemissionsfläche der fluoreszierenden Keramikschicht 20a weiter vermindert. Demgemäß kann die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a mit einer noch kleineren Strahlungsbündelausdehnung und einer noch höheren Effizienz der Lichtnutzung erhalten werden.
Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, dass die Effekte des Verminderns von geleitetem Licht, die nicht nur durch die geringe Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht 20a, sondern auch durch die fluoreszierende Keramikschicht 20a selbst erreicht werden, die Kopplungseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a erhöhen. Folglich zeigen die Ergebnisse, dass die Kopplungseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a erhöht werden kann, ohne die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht 20a einzustellen.
Eine Differenz zwischen einem Brechungsindex eines Materials, das in die zweite kristalline Phase einbezogen ist, und einem Brechungsindex eines Materials, das in die erste kristalline Phase einbezogen ist, liegt im Bereich von 0,05 bis 0,5.
Demgemäß werden das Anregungslicht L1 und die Fluoreszenz noch leichter gestreut. Als Ergebnis wird die Lichtemissionsfläche der fluoreszierenden Keramikschicht 20a weiter vermindert. Demgemäß wird die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 1a mit einer noch kleineren Strahlungsbündelausdehnung und einer noch höheren Effizienz der Lichtnutzung erhalten.
Ferner ist die zweite kristalline Phase durch (Y_1-yCe_y)AlO₃ (0 ≤ y < 0,1) dargestellt.
Demgemäß kann einfach bewirkt werden, dass die Differenz zwischen dem Brechungsindex des Materials, das in die zweite kristalline Phase einbezogen ist, und dem Brechungsindex des Materials, das in die erste kristalline Phase einbezogen ist, in den vorstehenden Bereich fällt.
[Variation 2]
Ferner wird eine fluoreszierende Keramikschicht 20b mit einem Aufbau beschrieben, der von den Konfigurationen der fluoreszierenden Keramikschichten 20 und 20a verschieden ist.
Die 12 ist eine perspektivische Ansicht eines fluoreszierenden Keramikelements in dieser Variation.
Das fluoreszierende Keramikelement in dieser Variation ist eine fluoreszierende Keramikschicht 20b mit einer Schichtform als Beispiel.
Die fluoreszierende Keramikschicht 20b ist ein Element, das ähnlich wie die fluoreszierenden Keramikschichten 20 und 20a, die in der Ausführungsform und der Variation 1 beschrieben worden sind, in einem Projektor verwendet wird.
Die fluoreszierende Keramikschicht 20b weist den gleichen Aufbau wie derjenige der fluoreszierenden Keramikschicht 20a gemäß der Variation 1 auf, ausgenommen einen nachstehenden Punkt. Insbesondere ist der eine Punkt, dass die Ce³⁺-Häufigkeit mindestens 60 % beträgt.
Insbesondere umfasst die fluoreszierende Keramikschicht 20b die erste kristalline Phase mit der Granatstruktur und die zweite kristalline Phase mit einer Struktur, die von der Granatstruktur verschieden ist. Die erste kristalline Phase und die zweite kristalline Phase weisen verschiedene Brechungsindizes auf. Es sollte beachtet werden, dass in dieser Variation die erste kristalline Phase und die zweite kristalline Phase YAG bzw. YAP umfassen und die fluoreszierende Keramikschicht 20b auch vorwiegend die erste kristalline Phase umfasst. Die Dichte des fluoreszierenden Keramikelements (der fluoreszierenden Keramikschicht 20b) liegt vorzugsweise im Bereich von 95 % bis 100 % der theoretischen Dichte und liegt mehr bevorzugt im Bereich von 97 % bis 100 % der theoretischen Dichte. Die Dicke des fluoreszierenden Keramikelements (der fluoreszierenden Keramikschicht 20b) ist nicht speziell beschränkt, wobei dann, wenn die Dicke beschränkt werden soll, die Dicke vorzugsweise mindestens 50 µm und weniger als 500 µm und mehr bevorzugt mindestens 50 µm und weniger als 300 µm beträgt. Die Dicke beträgt noch mehr bevorzugt mindestens 50 µm und weniger als 120 µm.
Das fluoreszierende Keramikelement (die fluoreszierende Keramikschicht 20b) weist den vorstehenden Aufbau auf. Demgemäß werden dann, wenn die fluoreszierende Keramikschicht 20b in einem Projektor verwendet und mit Anregungslicht bestrahlt wird, Bereiche mit verschiedenen Brechungsindizes in der fluoreszierenden Keramikschicht 20b erzeugt, und folglich werden das Anregungslicht und die Fluoreszenz noch stärker gestreut. Als Ergebnis wird Licht, das in der planaren Richtung der Schichten in der Ausführungsform geleitet wird, die in den 5A und 5B gezeigt ist (d.h., der x-Achsenrichtung oder der y-Achsenrichtung), vermindert und die Lichtemissionsfläche der fluoreszierenden Keramikschicht 20b wird weiter vermindert. Demgemäß wird dadurch ein fluoreszierendes Keramikelement mit einer kleineren Strahlungsbündelausdehnung und einer höheren Effizienz der Lichtnutzung erhalten. Wenn ein Projektor ein solches fluoreszierendes Keramikelement (fluoreszierende Keramikschicht 20b) umfasst, kann die Effizienz der Lichtnutzung des Projektors weiter erhöht werden.
Ferner umfasst die fluoreszierende Keramikschicht 20b YAG und YAP, die jeweils Ce³⁺ und Ce⁴⁺ umfassen, und enthält folglich Ce³⁺ und Ce⁴⁺. Dabei ist in der fluoreszierenden Keramikschicht 20b Ce³⁺ × 100 %/(Ce³⁺ + Ce⁴⁺) ≥ 60 % erfüllt und folglich beträgt die Ce³⁺-Häufigkeit mindestens 60 %.
Demgemäß weist die fluoreszierende Keramikschicht 20b mit der Ce³⁺-Häufigkeit von mindestens 60 % einen kleineren, von einer Lichtemission verschiedenen Relaxationsverlust aufgrund von Ce⁴⁺ auf und weist folglich eine hohe Effizienz der Lichtemission auf. Ferner kann ein Projektor, der eine solche fluoreszierende Keramikschicht 20b umfasst, die Effizienz der Lichtnutzung erhöhen. Beispielsweise kann ein Projektor erhalten werden, dessen Stromverbrauch niedrig ist.
Darüber hinaus wird ein von einer Lichtemission verschiedener Relaxationsverlust aufgrund von Ce⁴⁺ vermindert und folglich wird die Wärme, die durch die fluoreszierende Keramikschicht 20b erzeugt wird, vermindert. Demgemäß kann die maximale eingebrachte Energie des Anregungslichts in dem Projektor erhöht werden, der eine solche fluoreszierende Keramikschicht 20b umfasst, und folglich kann ein Projektor mit einer hohen Ausgangsleistung erhalten werden.
[Weitere Ausführungsformen]
Obwohl vorstehend beispielsweise die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Basis der Ausführungsform und der Variationen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform und die Variationen beschränkt. Der Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst verschiedene Modifizierungen, die von einem Fachmann in Betracht gezogen werden können, der Ausführungsform und der Variationen, oder Formen, die durch Kombinieren einiger Elemente in der Ausführungsform und den Variationen ausgebildet werden, ohne von dem Wesentlichen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Es sollte beachtet werden, dass in der Ausführungsform die Lichtquelle eine Halbleiterlaser-Lichtquelle ist, jedoch nicht darauf beschränkt ist, und dass es sich um eine LED-Lichtquelle handeln kann.
Mit der vorstehenden Ausführungsform können beispielsweise verschiedene Änderungen, Ersetzungen, Hinzufügungen und Weglassungen innerhalb des Umfangs der Ansprüche und von deren Äquivalenten vorgenommen werden.
Bezugszeichenliste

1: Wellenlängenumwandlungsvorrichtung
10: Substrat
11: Substratkörper
12: Lichtreflexionsschicht
13: Lichtreflexionsoberfläche
20: Fluoreszierende Keramikschicht
30: Reflexionsschutzschicht
100: Projektor
121: Lichtstreuteilchen
L1: Anregungslicht
L2: Reflektiertes Licht

Claims

Wellenlängenumwandlungsvorrichtung zur Verwendung in einem Projektor, die Anregungslicht empfängt und reflektiertes Licht emittiert, das eine Fluoreszenz umfasst, wobei die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung umfasst: ein Substrat, das eine Lichtreflexionsoberfläche umfasst; und eine fluoreszierende Keramikschicht, die sich oberhalb der Lichtreflexionsoberfläche befindet und eine erste kristalline Phase mit einer Granatstruktur umfasst, wobei ein Reflexionsgrad sichtbaren Lichts der Lichtreflexionsoberfläche im Bereich von 95 % bis 100 % liegt, eine Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht im Bereich von 97 % bis 100 % einer theoretischen Dichte liegt, und eine Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht mindestens 50 µm und weniger als 120 µm beträgt.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der fluoreszierenden Keramikschicht mindestens 70 µm und weniger als 120 µm beträgt.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Reflexionsschutzschicht, die sich oberhalb der fluoreszierenden Keramikschicht befindet und eine Reflexion des Anregungslichts vermindert.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Substrat einen Substratkörper und eine Lichtreflexionsschicht umfasst, und die Lichtreflexionsoberfläche in eine Oberfläche der Lichtreflexionsschicht einbezogen ist.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Lichtreflexionsschicht Lichtstreuteilchen umfasst.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Lichtreflexionsschicht Ag umfasst.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste kristalline Phase, die in die fluoreszierende Keramikschicht einbezogen ist, durch (Y_1-xCe_x)₃Al₅O₁₂ dargestellt ist, wobei 0,001 ≤ x < 0,1 ist.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Dichte der fluoreszierenden Keramikschicht im Bereich von 4,41 g/cm³ bis 4,55 g/cm³ liegt.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die fluoreszierende Keramikschicht ferner eine zweite kristalline Phase umfasst, die eine Struktur aufweist, die von der Granatstruktur verschieden ist.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die fluoreszierende Keramikschicht einen Einphasenabschnitt und einen Mischphasenabschnitt, der von dem Einphasenabschnitt getrennt ist, umfasst, der Einphasenabschnitt von der ersten kristallinen Phase und der zweiten kristallinen Phase nur die erste kristalline Phase umfasst, und der Mischphasenabschnitt ein Gemisch aus sowohl der ersten kristallinen Phase als auch der zweiten kristallinen Phase umfasst.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die fluoreszierende Keramikschicht eine Mehrzahl von Mischphasenabschnitten umfasst, wobei jeder davon der Mischphasenabschnitt ist, und die Mehrzahl von Mischphasenabschnitten jeweils durch den Einphasenabschnitt umgeben ist.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei eine Differenz zwischen einem Brechungsindex eines Materials, das in die zweite kristalline Phase einbezogen ist, und einem Brechungsindex eines Materials, das in die erste kristalline Phase einbezogen ist, im Bereich von 0,05 bis 0,5 liegt.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die zweite kristalline Phase durch (Y_1-yCe_y)AlO₃ dargestellt ist, wobei 0 ≤ y < 0,1 ist.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die fluoreszierende Keramikschicht Ce³⁺ und Ce⁴⁺ umfasst, und Ce³⁺ × 100 %/(Ce³⁺ + Ce⁴⁺) ≥ 60 % erfüllt ist.
Projektor, umfassend: eine Anregungslichtquelle, die Anregungslicht emittiert; und die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die das Anregungslicht empfängt und reflektiertes Licht, das eine Fluoreszenz umfasst, emittiert.
Fluoreszierendes Keramikelement zur Verwendung in einem Projektor, wobei das fluoreszierende Keramikelement umfasst: eine erste kristalline Phase mit einer Granatstruktur; und eine zweite kristalline Phase mit einer Struktur, die von der Granatstruktur verschieden ist, wobei eine Dichte des fluoreszierenden Keramikelements im Bereich von 97 % bis 100 % einer theoretischen Dichte liegt, und eine Dicke des fluoreszierenden Keramikelements mindestens 50 µm und weniger als 300 µm beträgt.