JP2012198265A - Wavelength conversion device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長変換装置、プロジェクターに関するものである。 The present invention relates to a wavelength conversion device and a projector.
従来、プロジェクターにおいては、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的であった。ところが、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、ランプから放射される紫外線が液晶ライトバルブを劣化させる、等の課題がある。そこで、放電ランプに代わる方式の光源を用いたプロジェクターが提案されている。 Conventionally, in a projector, a discharge lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp is generally used as a light source. However, this type of discharge lamp has problems such as a relatively short life, difficulty in instantaneous lighting, and ultraviolet light emitted from the lamp deteriorates the liquid crystal light bulb. In view of this, a projector using a light source instead of a discharge lamp has been proposed.
たとえば、特許文献1の光源装置では、蛍光体を励起させる励起光(青色光)の光源であるレーザー光源と、光の三原色に対応する複数の色光を発する蛍光体と、を有している。そして、複数種の蛍光体を円板上に周方向に種類毎に領域を分けて蛍光膜として配置し、円板を回転させながら複数の蛍光膜にレーザー光を照射することにより、発せられる蛍光を時間毎に異ならせる構成としている。これにより、複数の色光が時間積分され、混色することで白色光を射出する光源装置としている。 For example, the light source device of Patent Document 1 includes a laser light source that is a light source of excitation light (blue light) that excites a phosphor, and a phosphor that emits a plurality of color lights corresponding to the three primary colors of light. Fluorescence emitted by irradiating a plurality of phosphors with laser light while rotating the disc while arranging the phosphors of a plurality of types on the disc in the circumferential direction and dividing the region for each type. Is different for each hour. Thus, a light source device that emits white light by time-integrating a plurality of color lights and mixing the colors is obtained.
しかしながら、上述のような光源装置では、蛍光体に埃(異物)が付着すると、異物が励起光を遮るため蛍光への変換効率が低下したり、異物が蛍光を遮るため外部へ射出される蛍光の光量が低下したりすることにより、性能が低下するおそれがある。また、蛍光体において励起光が照射される領域は約100℃と高温になるため、異物が蛍光体へ焼き付き、劣化するおそれがある。 However, in the light source device as described above, if dust (foreign matter) adheres to the phosphor, the foreign matter blocks the excitation light, so that the conversion efficiency to fluorescence decreases, or the foreign matter blocks the fluorescence and is emitted to the outside. As the amount of light decreases, the performance may decrease. In addition, since the region of the phosphor that is irradiated with the excitation light is as high as about 100 ° C., there is a possibility that foreign matter will burn into the phosphor and deteriorate.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、異物の付着を抑制する構成を有する波長変換装置を提供することを目的とする。また、このような波長変換装置を有することで、安定した光量での画像表示が可能なプロジェクターを提供することをあわせて目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the wavelength converter which has the structure which suppresses adhesion of a foreign material. Another object of the present invention is to provide a projector capable of displaying an image with a stable light quantity by having such a wavelength conversion device.
発明者は、発光素子への異物の付着を抑制する技術について検討を重ねたところ、発光素子への異物の付着の一要因が、静電気によるものであるとの着想に至った。すなわち、高速で回転する発光素子は、空気との摩擦により帯電するため、この静電気により生じる静電引力が、空気中を浮遊する異物を発光素子に引きつけ、表面に付着させていると考え、異物付着の原因である静電気を発光素子から除電することを検討することにより、本発明の完成に至った。 The inventor has repeatedly studied a technique for suppressing the adhesion of foreign matter to the light emitting element, and has come up with the idea that one factor of adhesion of foreign matter to the light emitting element is due to static electricity. That is, since the light emitting element rotating at high speed is charged by friction with air, it is considered that the electrostatic attraction generated by this static electricity attracts the foreign substance floating in the air to the light emitting element and adheres to the surface. The present invention has been completed by examining the removal of static electricity, which is the cause of adhesion, from the light emitting element.
すなわち、上記の課題を解決するため、本発明の波長変換装置は、所定の回転軸の周りを回転可能に設けられた基板と、前記基板上において、前記回転軸の周りの環状領域に設けられた発光層と、前記基板と接続して設けられ、前記基板を前記回転軸周りに回転させるモーターと、前記モーターに接続された除電手段と、を有し、前記発光層は、前記基板と前記モーターとを介して、前記除電手段と電気的に導通し、前記除電手段は、前記発光層で生じる静電気を前記基板および前記モーターを介して除電することを特徴とする。 That is, in order to solve the above-described problem, the wavelength conversion device of the present invention is provided in a substrate provided rotatably around a predetermined rotation axis, and in an annular region around the rotation axis on the substrate. A light emitting layer provided in connection with the substrate, and a motor for rotating the substrate around the rotation axis; and a charge removing means connected to the motor, wherein the light emitting layer includes the substrate and the substrate. It is electrically connected to the static elimination means via a motor, and the static elimination means neutralizes static electricity generated in the light emitting layer via the substrate and the motor.
この構成によれば、除電手段が、発光層に蓄積する静電気を基板およびモーターを介して除電することにより、発光層への異物の静電付着を抑制することができる。そのため、発光層への異物の焼き付き等の劣化を抑制することが可能となり、信頼性の高い波長変換装置とすることができる。 According to this configuration, the static elimination means can eliminate the static electricity accumulated in the light emitting layer via the substrate and the motor, thereby suppressing the electrostatic adhesion of foreign matter to the light emitting layer. For this reason, it is possible to suppress deterioration such as burn-in of foreign matter on the light emitting layer, and a highly reliable wavelength conversion device can be obtained.
本発明においては、前記基板は、光透過性を有し、少なくとも前記環状領域に設けられた第1部材と、導電性を有し、前記環状領域の内周側から前記第1部材を支持するとともに、前記モーターと接続して設けられた第2部材と、を有し、前記発光層は、前記基板において前記第2部材と接して設けられていることが望ましい。
この構成によれば、透過型の波長変換装置において、発光層への異物の付着を効果的に抑制することができる。
In the present invention, the substrate is light transmissive, has at least a first member provided in the annular region, has conductivity, and supports the first member from the inner peripheral side of the annular region. And a second member provided in connection with the motor, and the light emitting layer is preferably provided in contact with the second member on the substrate.
According to this configuration, it is possible to effectively suppress the adhesion of foreign matter to the light emitting layer in the transmissive wavelength conversion device.
本発明においては、前記第1部材と前記第2部材とが板状の部材で形成されるとともに、前記第1部材の一面に前記第2部材が積層して設けられ、前記発光層は、前記環状領域の内周側において、前記第2部材の側面に接して設けられていることが望ましい。
この構成によれば、発光層で生じる静電気を第2部材の側面から良好に放出することができるとともに、発光層で生じる蛍光を第2部材の側面で反射し、前方(光射出方向)へ導くことができる。
In the present invention, the first member and the second member are formed of plate-shaped members, and the second member is stacked on one surface of the first member, and the light emitting layer includes the light emitting layer, It is desirable to be provided in contact with the side surface of the second member on the inner peripheral side of the annular region.
According to this configuration, the static electricity generated in the light emitting layer can be discharged well from the side surface of the second member, and the fluorescence generated in the light emitting layer is reflected by the side surface of the second member and guided forward (light emission direction). be able to.
本発明においては、前記基板は、前記第1部材の一面に積層して設けられ、前記第2部材の側面と対向する面を有する第3部材を有することが望ましい。
この構成によれば、発光層で生じる蛍光を第3部材の側面で反射し、前方(光射出方向)へ導くことができる。
In the present invention, it is preferable that the substrate includes a third member provided on one surface of the first member and having a surface facing the side surface of the second member.
According to this configuration, the fluorescence generated in the light emitting layer can be reflected by the side surface of the third member and guided forward (light emission direction).
本発明においては、前記基板は、少なくとも前記環状領域が光反射性を有していることが望ましい。
この構成によれば、反射型の波長変換装置において、発光層への異物の付着を効果的に抑制することができる。
In the present invention, it is desirable that at least the annular region of the substrate has light reflectivity.
According to this configuration, it is possible to effectively suppress the adhesion of foreign matter to the light emitting layer in the reflective wavelength conversion device.
本発明においては、前記除電手段は、前記モーターの筐体に接続されていることが望ましい。
この構成によれば、除電手段の接続箇所の自由度が広がるため、設計自由度が広がる。
In the present invention, it is desirable that the static eliminating means is connected to a housing of the motor.
According to this structure, since the freedom degree of the connection location of a static elimination means spreads, a design freedom spreads.
本発明においては、前記発光層は、蛍光を発する蛍光体と、光透過性を有し前記蛍光体を包埋する基材と、を有し、前記基材は、表面抵抗率が1015Ω/□以下であることが望ましい。
この構成によれば、発光層から静電気を除電しやすくなり、発光層への異物の付着を効果的に抑制することができるようになる。
In the present invention, the light-emitting layer includes a fluorescent substance that emits fluorescence, and a base material that has optical transparency and embeds the fluorescent substance, and the base material has a surface resistivity of 10 15 Ω. / □ or less is desirable.
According to this configuration, static electricity can be easily removed from the light emitting layer, and adhesion of foreign matter to the light emitting layer can be effectively suppressed.
本発明においては、前記基材は、表面抵抗率が1011Ω/□以下であることが望ましい。
この構成によれば、発光層から静電気をより一層除電しやすくなり、発光層への異物の付着を効果的に抑制することができるようになる。
In the present invention, the substrate preferably has a surface resistivity of 10 11 Ω / □ or less.
According to this configuration, it becomes easier to remove static electricity from the light emitting layer, and adhesion of foreign matter to the light emitting layer can be effectively suppressed.
また、本発明のプロジェクターは、上述の波長変換装置と、前記波長変換装置が有する発光層に励起光を射出する光源と、を有する光源装置と、前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上述のような波長変換装置を有することで、発光素子の劣化を抑制し、安定した光量での画像表示が可能なプロジェクターとすることができる。
According to another aspect of the invention, a projector includes: a light source device that includes the above-described wavelength conversion device; a light source that emits excitation light to a light-emitting layer included in the wavelength conversion device; and light that modulates light emitted from the light source device. And a projection optical system that projects light modulated by the light modulation element.
According to this configuration, by including the wavelength conversion device as described above, it is possible to provide a projector that can suppress deterioration of the light emitting element and can display an image with a stable light amount.
[第1実施形態]
以下、図1〜図5を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る波長変換装置およびプロジェクターについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
[First Embodiment]
Hereinafter, the wavelength converter and projector according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In all the drawings below, the dimensions and ratios of the constituent elements are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.
(プロジェクター)
図1は、本実施形態の波長変換装置30およびプロジェクターPJを示す模式図である。図に示すようにプロジェクターPJは、波長変換装置30を有する光源装置100、色分離光学系200、液晶ライトバルブ(光変調素子)400R,液晶ライトバルブ400G,液晶ライトバルブ400B、色合成素子500、投写光学系600を含んでいる。
(projector)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a
プロジェクターPJは、概略すると以下のように動作する。光源装置100から射出された光は、色分離光学系200により複数の色光に分離される。色分離光学系200により分離された複数の色光は、それぞれ対応する液晶ライトバルブ400R,液晶ライトバルブ400G,液晶ライトバルブ400Bに入射して変調される。液晶ライトバルブ400R,液晶ライトバルブ400G,液晶ライトバルブ400Bにより変調された複数の色光は、色合成素子500に入射して合成される。色合成素子500により合成された光は、投写光学系600により壁やスクリーン等のスクリーンSCRに拡大投写され、フルカラーの投写画像が表示される。
以下、プロジェクターPJの各構成要素について説明する。
The projector PJ generally operates as follows. The light emitted from the
Hereinafter, each component of the projector PJ will be described.
光源装置100は、レーザー光源10、集光光学系20、波長変換装置30、コリメート光学系60、レンズアレイ120,レンズアレイ130、偏光変換素子140、重畳レンズ150がこの順に配置された構成になっている。波長変換装置30は、発光素子40と、発光素子40を回転させるモーター50と、モーター50に接続されたアース線(除電手段)55と、を有している。
The
レーザー光源10は、後述する発光素子40が備える蛍光物質を励起させる励起光として、青色(発光強度のピーク:約445nm、図2(a)参照)のレーザー光を射出する。図2(a)において、符号Bで示すのは、レーザー光源10が励起光として射出する色光成分である。なお、レーザー光源10は、複数(図では3つ)備えることとしても良く、1つだけレーザー光源を用いることとしても良い。また、後述する蛍光物質を励起させることができる波長の光であれば、445nm以外のピーク波長を有する色光を射出するレーザー光源であっても構わない。
The
集光光学系20は、複数の凸レンズである第1レンズ22と、複数の第1レンズ22を介した光が共通して入射する凸レンズである第2レンズ24と、を備えている。集光光学系20は、レーザー光源10から射出されるレーザー光の光線軸上に配置され、複数のレーザー光源10から射出された励起光を集光する。
The condensing
波長変換装置30は、レーザー光源10から射出される励起光(青色光)の一部を透過させるとともに、残部を吸収し黄色(発光強度のピーク:約550nm、図2(b)参照)の蛍光に変換する機能を有する。波長変換装置30については、後に詳述する。
The
コリメート光学系60は、波長変換装置30から射出される光の広がりを抑える第1レンズ62と、第1レンズ62から入射される光を略平行化する第2レンズ64とを備え、全体として波長変換装置30から射出された光を平行化するものである。第1レンズ62と第2レンズ64とは凸レンズで構成されている。
The collimating
レンズアレイ120,レンズアレイ130は、コリメート光学系60から射出された光の輝度分布を均一化するものである。レンズアレイ120は、複数の第1小レンズ122を含んでおり、レンズアレイ130は複数の第2小レンズ132を含んでいる。第1小レンズ122は、第2小レンズ132と1対1で対応している。コリメート光学系60から射出された光は、複数の第1小レンズ122に空間的に分かれて入射する。第1小レンズ122は、入射した光を対応する第2小レンズ132に結像させる。これにより、複数の第2小レンズ132の各々に、二次光源像が形成される。なお、第1小レンズ122,第2小レンズ132の外形形状は、液晶ライトバルブ400R,液晶ライトバルブ400G,液晶ライトバルブ400Bの画像形成領域の外形形状と略相似形となっている。
The
偏光変換素子140は、レンズアレイ120,レンズアレイ130から射出された光Lの偏光状態を揃えるものである。図3に示すように、偏光変換素子140は、複数の偏光変換セル141を含んでいる。偏光変換セル141は、第2小レンズ132と1対1で対応している。第2小レンズ132に形成された二次光源像からの光Lは、この第2小レンズ132に対応する偏光変換セル141の入射領域142に入射する。
The
偏光変換セル141の各々には、入射領域142に対応させて、偏光ビームスプリッタ膜143(以下、PBS膜143と称する)及び位相差板145が設けられている。入射領域142に入射した光Lは、PBS膜143によりPBS膜143に対するP偏光L1とS偏光L2とに分離される。P偏光L1、S偏光L2の一方の偏光(ここではS偏光L2)は、反射部材144で反射した後、位相差板145に入射する。位相差板145に入射したS偏光L2は、位相差板145により偏光状態が他方の偏光(ここではP偏光L1)の偏光状態に変換されてP偏光L3になり、P偏光L1とともに射出される。
Each
重畳レンズ150は、偏光変換素子140から射出された光を被照明領域にて重畳させるものである。光源装置100から射出された光は、空間的に分割された後、重畳されることにより輝度分布が均一化されて光線軸100ax周りの軸対称性が高められる。
The superimposing
色分離光学系200は、ダイクロイックミラー210、ダイクロイックミラー220、ミラー230、ミラー240、ミラー250、フィールドレンズ300R、フィールドレンズ300G,フィールドレンズ300B、リレーレンズ260、リレーレンズ270を含んでいる。ダイクロイックミラー210、ダイクロイックミラー220は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー210、ダイクロイックミラー220は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ここでは、ダイクロイックミラー210が緑色光と青色光とを反射させ、ダイクロイックミラー220が緑色光を反射させる。
The color separation
光源装置100から射出された光Lは、ダイクロイックミラー210に入射する。光Lのうちの赤色光Rは、ダイクロイックミラー210を通ってミラー230に入射し、ミラー230で反射してフィールドレンズ300Rに入射する。赤色光Rは、フィールドレンズ300Rにより平行化された後に、液晶ライトバルブ400Rに入射する。
The light L emitted from the
光Lのうちの緑色光Gと青色光Bとは、ダイクロイックミラー210で反射して、ダイクロイックミラー220に入射する。緑色光Gは、ダイクロイックミラー220で反射してフィールドレンズ300Gに入射する。緑色光Gは、フィールドレンズ300Gにより平行化された後に、液晶ライトバルブ400Gに入射する。
Green light G and blue light B in the light L are reflected by the
ダイクロイックミラー220を通った青色光Bは、リレーレンズ260を通りミラー240で反射した後、リレーレンズ270を通りミラー250で反射してフィールドレンズ300Bに入射する。青色光Bは、フィールドレンズ300Bにより平行化された後に、液晶ライトバルブ400Bに入射する。
The blue light B that has passed through the
液晶ライトバルブ400R,液晶ライトバルブ400G,液晶ライトバルブ400Bは、例えば透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。液晶ライトバルブ400R,液晶ライトバルブ400G,液晶ライトバルブ400Bは、画像情報を含んだ画像信号を供給するPC等の信号源(図示略)と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ400R,液晶ライトバルブ400G,液晶ライトバルブ400Bは、供給された画像信号に基づいて、入射光を画素ごとに変調して画像を形成する。液晶ライトバルブ400R,液晶ライトバルブ400G,液晶ライトバルブ400Bは、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。液晶ライトバルブ400R,液晶ライトバルブ400G,液晶ライトバルブ400Bにより変調された光(形成された画像)は、色合成素子500に入射する。
The liquid crystal
色合成素子500は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、4つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光が反射し緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射し緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光、青色光は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして3つの色光(画像)が重ね合わされて合成され、合成された色光が投写光学系600によってスクリーンSCRに拡大投写される。
本実施形態のプロジェクターPJは、以上のような構成となっている。
The
The projector PJ of this embodiment has the above configuration.
(波長変換装置)
波長変換装置30は、発光素子40への埃などの異物付着を抑制する構成が採用されている。発明者が、発光素子40への異物の付着を抑制する技術について検討を重ねたところ、発光素子40への異物の付着の一要因が、静電気によるものであるとの着想に至った。すなわち、高速で回転する発光素子40は、空気との摩擦により帯電し、生じる静電引力が、空気中を浮遊する異物を発光素子40に引きつけ、表面への異物付着の一因となっているとの着想のもと、静電引力を抑制する構成について検討した。
(Wavelength converter)
The
このような課題に対し、本実施形態の波長変換装置30は、発光素子40を除電するアース線(除電手段)55を有し、異物付着の一要因である静電気を除去できる構成を採用している。波長変換装置30では、発光素子40とモーター50とが電気的に導通するように設けられ、アース線55がモーター50に取り付けられている。すなわち、アース線55は、発光素子40に蓄積する静電気を、モーター50を介して除電し、発光素子40の電位をグラウンドに落としている。
In response to such a problem, the
図4は、波長変換装置30の概略説明図であり、図4(a)は平面図であり主として発光素子40を示す図、図4(b)は図4(a)の線分A−Aにおける矢視断面図、図4(c)は波長変換装置30の発光素子40が有する発光層42の模式図である。発光層42は、励起光を吸収し蛍光に変換する機能を有する。
FIG. 4 is a schematic explanatory view of the
図4(a)(b)に示すように、発光素子40は、円板(基板)41と、円板41上において周方向に連続して形成された発光層42とを有している。また、円板41は、光透過性を有する円環状の第1部材41aと、導電性を有する平面視円形の第2部材41bと、円環状の第3部材41cと、を有している。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
円板41において、第1部材41a、第2部材41bおよび第3部材41cは、同心状に配置されている。第3部材41cの内径は第2部材41bの直径よりも大きく、第2部材41bと第3部材41cとを同心状に配置すると、第2部材41bと第3部材41cとの互いの側面が対向して配置され、隙間41xが形成される。第1部材41aは、隙間41xと平面的に重なるように配置されており、隙間41xを塞ぐようにして、第2部材41bおよび第3部材41cに積層して設けられている。第1部材41a、第2部材41b、第3部材41cで囲まれる領域は、本発明における環状領域ARを形成する。
In the
さらに、円板41は、第1部材41aと、第2部材41bおよび第3部材41cと、の間に形成された波長選択膜44と、を有している。発光層42は、隙間41x内に露出する波長選択膜44の上に、少なくとも第2部材41bに接する様にして設けられている。
Further, the
このような発光素子40は、円板41の発光層42が形成されていない側が集光光学系20側に面するように配置され、また、集光光学系20により集光される励起光の焦点位置が発光層42と重なるように配置されている。
Such a
第1部材41aは、励起光である青色光を透過する物質を形成材料としており、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア(単結晶コランダム)、透明樹脂などを用いることができる。これらの中では、励起光による加熱で変形しないように無機物である石英ガラス、水晶、サファイアが好適に用いられる。本実施形態においては、第1部材41aの形成材料として熱伝導率が高い水晶を用い、内径3.5mm、外径5.5mm、の幅2.0mmの円環状に形成する。
The
第2部材41bは、導電性を有する物質を形成材料としており、例えば、アルミニウムや銅などの金属材料を用いることができる。また、導電性を有するならば、例えば、樹脂製の基体の表面を金属材料で被覆しているような積層構造を有する材料や、樹脂に導電性を付与する担体を混合したような複合材料を用いることもできる。また、表面が光反射性を有する材料、例えば金属材料を用いると、発光層42で生じる蛍光を側面で反射し、前方(光射出方向)へ導くことができるため好ましい。本実施形態においては、第2部材41bの形成材料として、加工し易いアルミニウムを用い、モーター50が接続する穴を開けた直径4.0mmの円板状に形成する。
The
第3部材41cの形成材料としては、金属材料、樹脂材料、ガラス、石英など種々の材料を用いることができる。なかでも、表面が光反射性を有する材料、例えば金属材料を用いると、発光層42で生じる蛍光を側面で反射し、前方(光射出方向)へ導くことができるため好ましい。本実施形態においては、第1部材41bの形成材料として、加工し易いアルミニウムを用い、内径5.0mm、外径6.0mm、の幅1.0mmの円環状に形成する。
As a material for forming the
このような第1部材41a、第2部材41bおよび第3部材41cは、同心状に配置し、重なり部分に導電性接着剤を塗布して硬化させることで固定されている。
The
発光層42は、レーザー光源10から射出される励起光(青色光)の一部を透過させるとともに、残部を吸収し黄色(発光強度のピーク:約550nm、図2(b)参照)の蛍光に変換する。発光層42から射出される光は、青色の励起光と黄色の蛍光とが混色することで白色光を形成している。なお、図2(b)において符号Rで示した成分は、発光層42が射出する黄色光のうち赤色光として利用可能な色光成分であり、符号Gで示した成分は、同様に緑色光として利用可能な色光成分である。
The
図4(c)に示すように、発光層42は、光透過性を有する基材421と、基材421に包埋され、蛍光を発する複数の蛍光体粒子422と、を有している。さらに、基材421は、バインダー423と、バインダー423の抵抗率を制御するための導電性粒子424と、が含まれていることとしてもよい。
As shown in FIG. 4C, the
基材421の形成材料としては、光透過性を有し、表面抵抗率が1015Ω/□以下の材料を用いる。基材421の表面抵抗率は、1011Ω/□以下であると好ましい。このような材料としては、例えば、導電性シリコーンや導電性ペースト含有無機材を用いることができる。具体的には、基材421として、LED用の封止材料として知られているシリコーンレジンを用いることができる。
As a material for forming the
また、基材421の表面抵抗率は、上述の形成材料をバインダー423とし、バインダー423内に導電性粒子424を含有させて、導電性粒子424の配合量を調整することにより、所望の値に調節可能である。導電性粒子424としては、光透過性を有するもの、または可視光領域の光の波長よりも小さい粒子径を有するものを用いることができる。導電性粒子424としては、例えば、スズ系酸化物、スズ−アンチモン系酸化物、インジウム−スズ系酸化物の粒子を挙げることができる。
Further, the surface resistivity of the
蛍光体粒子422は、図1に示すレーザー光源10から射出される励起光を吸収し蛍光を発する粒子状の蛍光物質である。例えば、蛍光体粒子422には、波長が約445nmの青色光によって励起されて蛍光を発する物質が含まれており、レーザー光源10が射出する励起光の一部を、図2(b)に示すように、赤色の波長帯域から緑色の波長帯域までを含む光に変換して射出する。このような蛍光体粒子422として、平均粒径が1μmから数十μm程度のものが高い発光効率を示すことが知られている。蛍光体粒子422としては、通常知られたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体を用いることができる。例えば、平均粒径が10μmの(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ceで示される組成のYAG系蛍光体(屈折率:約1.8)を用いることができる。
The
なお、蛍光体粒子422の形成材料は、1種であっても良く、2種以上の形成材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子422として用いることとしても良い。
Note that the material for forming the
発光層42は、例えば、蛍光体粒子422と、基材421(バインダー423および導電性粒子424の混合物)と、を体積比1:1で混合し、ディスペンサーで量管理しながら、隙間41x内に塗布し硬化させることにより形成することができる。これにより、発光層42は、第2部材41bおよび第3部材41cの側面に接して設けられる。
For example, the
さらに、図4(b)に示すように、発光素子40は、円板41の中心(第2部材41bの中心)にモーター50のスピンドル(軸)52が接続され、円板41の中心を通る法線を回転軸として回転可能に設けられている。
Further, as shown in FIG. 4B, the
モーター50は、使用時において発光素子40を例えば7500rpmで回転させる。この場合、発光素子40上の励起光が照射される領域(ビームスポット)は、約18m/秒で移動する。すなわち、モーター50は、発光素子40上におけるビームスポットの位置を変位させる位置変位手段として機能する。これにより、励起光が発光素子40上の同一の位置を照射し続けないため、照射位置の熱劣化を防止し、装置を長寿命化することができる。
The
さらに、モーター50の軸52、およびモーターの筐体51は、導電性を有する材料で形成されている。このような材料として、例えばステンレスが挙げられる。そして、モーターの筐体51には、アース線55が接続されている。
Furthermore, the
図5は、波長変換装置30の等価回路である。波長変換装置30では、発光層42が、導電性を有する物質を形成材料とした第2部材41bと接し(すなわち、円板41と接し)、円板41は軸52と接している(すなわち、モーター50と接している)。そのため、発光層42は、円板41およびモーター50と電気的に導通する構成となっている。アース線55は、モーターの筐体51から発光層42に蓄積する静電気をアースしている。これにより、発光素子40の表面への異物の付着を抑制している。
本実施形態の波長変換装置30は、以上のような構成となっている。
FIG. 5 is an equivalent circuit of the
The
以上のような構成の波長変換装置30によれば、アース線55が、発光素子40の発光層42に蓄積する静電気を円板41(第2部材41b),モーター50を介して除電している。そのため、発光素子40への異物付着を抑制し、焼き付き等の劣化を抑制することが可能となる。
According to the
また、以上のような構成のプロジェクターPJによれば、波長変換装置30を有することで、発光素子40の劣化を抑制し、安定した光量での画像表示が可能となる。
In addition, according to the projector PJ having the above-described configuration, by including the
なお、本実施形態においては、第1部材41aが円環状であることとしたが、他にも、第2部材41bと同心の円板状の部材であることとしても構わない。このような第1部材41aを用いると、円環状とするために内周側を切り抜く加工が不要となり、第1部材41aの加工が容易となる。しかし、円板41全体の重量が増加することとなり、モーター50への負荷が大きくなる。そのため、第1部材41aの形状は、重視する性能により決定するとよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、第2部材41bと第3部材41cとが別体の部材であることとしたが、例えば、第2部材41bと第3部材41cとが発光層42を介さずに電気的に導通している構成を採用することもできる。例えば、発光層42が設けられている環状領域を複数に分割する場合、分割部分において第2部材41bと第3部材41cとが接続されている構成とすることもできる。その場合、発光層42が第3部材41cに接していると、発光層42に蓄積する静電気が、第3部材41cからも除電されるため、より一層除電されやすくなる。
In the present embodiment, the
[第2実施形態]
図6は、本発明の第2実施形態に係る波長変換装置31およびプロジェクターの説明図である。本実施形態のプロジェクターは、図1に示したプロジェクターPJと光源装置100のコリメート光学系60以降の構成が共通している。そのため、図では、本実施形態のプロジェクターが有する光源装置101において、相違部分である波長変換装置31の周辺の構成についてのみ図示している。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is an explanatory diagram of the
本実施形態の波長変換装置31は、第1実施形態の波長変換装置30と一部共通している。異なるのは、波長変換装置30が透過型の発光素子を有していたのに対し、波長変換装置31は、反射型の発光素子を有することである。したがって、本実施形態において第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
The
光源装置101は、レーザー光源10、コリメート光学系70、ダイクロイックミラー80、コリメート集光光学系90、波長変換装置31、その他に不図示のコリメート光学系、レンズアレイ、偏光変換素子、重畳レンズがこの順に配置された構成になっている。
The
レーザー光源10から射出された青色光Bは、コリメート光学系70に入射する。コリメート光学系70は、レーザー光源10からダイクロイックミラー80までの光路中に配置されている。コリメート光学系70は、第1レンズ71及び第2レンズ72を備えている。図では、第1レンズ71及び第2レンズ72が凸レンズであることとして図示しているが、これに限らない。コリメート光学系70は、青色光Bを略平行化した状態でダイクロイックミラー80に入射させる。
Blue light B emitted from the
ダイクロイックミラー80は、青色光を反射し、青色光よりも長波長の光を透過させるように構成されている。ダイクロイックミラー80は、レーザー光源10から射出された青色光Bの光線軸に対して45°の角度で交わるように配置されており、入射する青色光Bをコリメート集光光学系90に向けて反射する。
The
コリメート集光光学系90は、第1レンズ91及び第2レンズ92を備えている。図では、第1レンズ91及び第2レンズ92は凸レンズであることとして図示しているが、これに限らない。コリメート集光光学系90は、ダイクロイックミラー80からの青色光を略集光した状態で波長変換装置31が有する発光素子45に入射させる。
The collimator condensing
波長変換装置31は、発光素子45と、発光素子45を回転させるモーター50と、モーターに接続されたアース線55と、を有している。発光素子45は、図7に示すように、平面視円形で、環状領域ARの表面が光反射性を有する円板46と、円板46上において周方向に連続して形成された発光層42とを有している。円板46は、環状領域AR以外の表面が光反射性を有していてもよい。
The
また、円板46は、上述した第1実施形態の第2部材41bと同様に、導電性を有する物質を形成材料としており、例えば、アルミニウムや銅などの金属材料を用いることができる。また、導電性を有するならば、例えば、樹脂製の基体の表面を金属材料で被覆しているような積層構造を有する材料や、樹脂に導電性を付与する担体を混合したような複合材料を用いることもできる。本実施形態においては、円板46の形成材料として、加工し易いアルミニウムを用い、モーター50が接続する穴を開けた直径6.0mmの円板状に形成する。
In addition, the
発光層42は、例えば、上述の蛍光体粒子422と、基材421(バインダー423および導電性粒子424の混合物)と、を体積比1:1で混合し、ディスペンサーで量管理をしながら、円板46上の、内径4.0mm、外径5.0mmの環状領域に塗布して硬化させることにより形成することができる。
For example, the
なお、円板46と発光層42との間に、導電性材料を用いて反射膜を形成することとしてもよい。
Note that a reflective film may be formed using a conductive material between the
コリメート集光光学系90で集光した青色光Bは、発光層42に集光して黄色の蛍光に変換される。生じた蛍光は、コリメート集光光学系90で略平行化され、ダイクロイックミラー80を透過して、後段に設けられた不図示のコリメート光学系等に入射する。
The blue light B condensed by the collimator condensing
以上のような構成の波長変換装置31であっても、アース線55が、発光素子45の発光層42に蓄積する静電気を円板46,モーター50を介して除電している。そのため、発光素子45への異物付着を抑制した波長変換装置とすることができる。
Even in the
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
[実施例]
以下、モデル実験による実施例を示し、本発明を具体的に説明する。モデル実験では、本発明の波長変換装置の一部を構成する発光素子に、所定条件化で異物を付着させ、付着した異物を定量化することで、本発明の効果を検証した。
なお、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
[Example]
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples based on model experiments. In the model experiment, the effect of the present invention was verified by attaching a foreign substance to a light emitting element constituting a part of the wavelength conversion apparatus of the present invention under predetermined conditions and quantifying the adhered foreign substance.
In addition, this invention is not limited by these Examples.
(異物付着試験)
図8は、発光素子に異物を付着させる操作を説明する説明図である。モデル実験においては、5cm角のアルミニウム基板の一面に蛍光体粒子422と、基材421(バインダー423および導電性粒子424の混合物)と、を体積比1:1で混合したものをスクリーン印刷で成膜し、発光層として設けたものをモデルサンプルAとして用いた。この時、表面抵抗値測定を実施し1011Ω/□以下であることを確認した。また、導電性粒子424を混ぜなかったものをモデルサンプルBとして用いた。モデルサンプルBの導電率はバインダー423の抵抗値として約1015Ω/□と推測される。
(Foreign matter adhesion test)
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining an operation of attaching a foreign substance to the light emitting element. In the model experiment,
まず、図8(a)に示すように、密閉したチャンバーC(60cm×60cm×60cm)内の床面中央に異物Xを2g配置した後、異物Xに向けて圧縮空気を噴射してチャンバーC内に異物を巻きあげた。さらに、チャンバーC内の壁に沿って配置した送風装置F(回転数:3200rpm)で1秒間送風し、チャンバーC内の空気を攪拌することにより、チャンバーC内に異物を浮遊させた。 First, as shown in FIG. 8A, after 2 g of foreign matter X is arranged at the center of the floor surface in a sealed chamber C (60 cm × 60 cm × 60 cm), compressed air is sprayed toward the foreign matter X to chamber C A foreign object was wound inside. Further, the blower F (rotational speed: 3200 rpm) arranged along the wall in the chamber C was blown for 1 second to stir the air in the chamber C, thereby allowing foreign matters to float in the chamber C.
次いで、図8(b)に示すように、送風装置Fが配置された壁面と対向する壁面の床面から20cmの位置に、発光層がチャンバーC内に面するようにモデルサンプル(発光素子S)を配置した。発光素子Sの設置の際には、基板にアース線を接続して基板の電位をグラウンドに落とした。その後、送風装置F(回転数:3200rpm)を用い、発光素子Sに向けて15分間送風し、発光素子の表面に異物を付着させた。なお、実験環境は温度が22℃〜23℃、湿度が36%〜40%であった。
Next, as shown in FIG. 8B, the model sample (light emitting element S) is arranged so that the light emitting layer faces the inside of the chamber C at a
実験では、繊維系の異物として、コットンリンター((社)日本空気清浄協会製)を用い、砂塵系の異物として、関東ローム焼成品(試験用粉体1−7種、JIS−Z8901)を用いて、これ2種の異物についてそれぞれ付着試験を行った。 In the experiment, cotton linter (manufactured by Japan Air Cleaners Association) was used as the fiber-based foreign material, and Kanto Loam fired product (1-7 kinds of test powder, JIS-Z8901) was used as the dust-based foreign material. Then, an adhesion test was performed for each of these two types of foreign matters.
(付着した異物の定量化)
このようにして異物を付着させた発光素子Sについて、マイクロスコープを用いて異物の付着面の拡大写真を撮影した。撮影した写真について、背景色を黒、異物を白とする二値化処理を行った。その後、撮影した写真の総データ数(画面上の総ドット数)に対する、異物に対応するデータ数(画面上のドット数)の割合から、視野における異物の付着面積の割合(占有面積率)を算出した。
(Quantification of adhered foreign matter)
With respect to the light-emitting element S to which foreign matters were attached in this manner, an enlarged photograph of the foreign matter attachment surface was taken using a microscope. The photographed photograph was binarized with the background color black and the foreign matter white. Then, from the ratio of the number of data corresponding to the foreign matter (number of dots on the screen) to the total number of data of the photographed photo (total number of dots on the screen), the ratio of the adhered area of foreign matter in the field of view (occupation area ratio) Calculated.
同様の手法にて、異物の種類毎に3回測定を行い、平均値を算出して評価結果として採用した。発光素子SとしてモデルサンプルAおよびモデルサンプルBの両方について上記測定を行い、サンプルAに対する結果を実施例1、モデルサンプルBに対する結果を実施例2とした。 In the same manner, measurement was performed three times for each type of foreign matter, and an average value was calculated and adopted as an evaluation result. The measurement was performed for both the model sample A and the model sample B as the light emitting element S, and the result for the sample A was set as Example 1, and the result for the model sample B was set as Example 2.
(比較例)
発光素子SとしてモデルサンプルAを用い、チャンバー内に配置した発光素子Sについて、電位をグラウンドに落とす対策を取らないこと以外は実施例と同様にして、発光素子Sに付着した異物の占有面積率を算出した。
(Comparative example)
Using the sample sample A as the light-emitting element S, and the light-emitting element S arranged in the chamber, except that no measures are taken to drop the potential to the ground, in the same manner as in the example, the occupied area ratio of the foreign matter attached to the light-emitting element S Was calculated.
以下の表1に、評価結果を示す。 Table 1 below shows the evaluation results.
測定の結果、電位をグラウンドに落とした実施例1,2の発光素子Sのほうが、繊維系および砂塵系のいずれの異物に対しても付着量が少なくなった。また、実施例1と2との比較により、表面抵抗率が1011Ω/□以下であるサンプルAのほうが、異物付着量が少ないことが確かめられた。
したがって、本発明により発光素子に対する異物の付着が抑制されることが確かめられ、本発明の有用性が確かめられた。
As a result of the measurement, the light-emitting element S of Examples 1 and 2 in which the potential was dropped to the ground decreased the amount of adhesion to both the fiber-based and dust-based foreign matters. Further, by comparing Example 1 and Example 2, it was confirmed that Sample A having a surface resistivity of 10 11 Ω / □ or less has a smaller foreign matter adhesion amount.
Therefore, it was confirmed that adhesion of foreign matter to the light emitting element was suppressed by the present invention, and the usefulness of the present invention was confirmed.
10…レーザー光源(光源)、30、31…波長変換装置、41…円板(基板)、41a…第1部材、41b…第2部材、41c…第3部材、42…発光層、50…モーター、51…筐体、55…アース線(除電手段)、100…光源装置、400R,400G,400B…液晶ライトバルブ(光変調素子)、421…基材、422…蛍光体、600…投写光学系、AR…環状領域、PJ…プロジェクター、
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記基板上において、前記回転軸の周りの環状領域に設けられた発光層と、
前記基板と接続して設けられ、前記基板を前記回転軸周りに回転させるモーターと、
前記モーターに接続された除電手段と、を有し、
前記発光層は、前記基板と前記モーターとを介して、前記除電手段と電気的に導通し、
前記除電手段は、前記発光層で生じる静電気を前記基板および前記モーターを介して除電することを特徴とする波長変換装置。 A substrate provided rotatably around a predetermined rotation axis;
On the substrate, a light emitting layer provided in an annular region around the rotation axis;
A motor connected to the substrate and rotating the substrate around the rotation axis;
Neutralizing means connected to the motor,
The light emitting layer is electrically connected to the static elimination means via the substrate and the motor,
The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the static elimination means neutralizes static electricity generated in the light emitting layer via the substrate and the motor.
導電性を有し、前記環状領域の内周側から前記第1部材を支持するとともに、前記モーターと接続して設けられた第2部材と、を有し、
前記発光層は、前記基板において前記第2部材と接して設けられていることを特徴とする特徴とする請求項1に記載の波長変換装置。 The substrate is light transmissive and includes at least a first member provided in the annular region;
Having conductivity, and supporting the first member from the inner peripheral side of the annular region, and having a second member connected to the motor,
The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the light emitting layer is provided in contact with the second member on the substrate.
前記発光層は、前記環状領域の内周側において、前記第2部材の側面に接して設けられていることを特徴とする請求項2に記載の波長変換装置。 The first member and the second member are formed of a plate-like member, and the second member is provided on one surface of the first member,
The wavelength conversion device according to claim 2, wherein the light emitting layer is provided in contact with a side surface of the second member on an inner peripheral side of the annular region.
前記基材は、表面抵抗率が1015Ω/□以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の波長変換装置。 The light-emitting layer has a fluorescent material that emits fluorescence, and a base material that has light transmittance and embeds the fluorescent material,
The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the substrate has a surface resistivity of 10 15 Ω / □ or less.
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