JP2015106154A - 波長変換機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高温時の波長変換器の変換効率向上。【解決手段】波長変換機器１は、基板１１と反射層１２を含む。反射層１２は基板１１上に配置され、反射層１２の動作温度が130度より高い又は等しい場合、反射層１２は第一金属材料で形成され、反射層の動作温度が130度未満の場合、反射層は第二金属材料で形成される。異なる動作温度でそれぞれ第一金属材料と第二金属材料からなる反射層１２を形成することにより、反射率の減衰を効果的に回避され、反射率が最適化されて、波長変換機器の変換効率が向上する。【選択図】図５

Description

本発明は、波長変換機器に関するものであり、特に、プロジェクタの光波長変換に適用される波長変換機器についてである。

近年、固体発光素子と波長変換機器（例えば、蛍光体ホイール）は、大会場のプロジェクターにある従来型ランプのエネルギー効率の制限を解消するため、照明システムに多く利用されている。光源の三原色は、固体発光素子によって放出され、または波長変換機器によって転換される。

高ルーメン性能のものが、ユーザの要求及び需要を満たすため、大会場用プロジェクターの開発の主流となっている。高ルーメンのプロジェクターでは、高出力の固体発光素子が、レーザ素子と同様に、蛍光体粉末または蛍光剤の励起光源として利用され、波長変換機器での転換の間に、高い動作温度が引き起こされる。Agは、一般的に、従来技術における波長変換機器の光沢アルミニウム基板の反射層として塗布されているので、波長変換機器が高温になると不安定となり、Ag反射層の反射率が減衰し、波長変換機器の寿命と信頼性は、Agの特性に起因して低下する。

図１を参照のこと。これは、エージング試験の結果を示すものである。図１は、Ag反射層を有する光沢アルミニウム基板の180度における作業時間と相対反射率の関係を示す。Agが波長変換機器の反射膜として利用される場合、反射膜の反射率は180度で1250時間加温した後、減衰する。2000時間加温した後の反射膜の反射率は、その反射膜の元の反射率に対して、わずか80%であり、及び、3000時間加温した後の反射膜の反射率は、その反射膜の元の反射率に対して、40％未満である。波長変換機器の変換効率は著しく低下する。

図2及び図3を参照のこと。図2は、180度で0時間加温した後のAg反射膜の高倍率顕微鏡画像を示す図である。図3は、180度で1250時間加温した後のAg反射膜の高倍率顕微鏡画像を示す図である。図2に示すように、Ag反射膜の反射率は、0時間作業した後(つまり、加温はまだ開始していない)、非常に高く約97%〜98%である。したがって、顕微鏡のランプによって放出された光は、図2に平面図として模式的に図解されるように、ほぼ全反射される。180度の環境で1250時間加温した後、高い流動性と高い延性を持つAgの性質により、Ag原子の一部は、凝集する、または、下層の多孔質の空孔に移行さえするものもある。それは、光沢アルミニウム基板の陽極酸化処理によって引き起こされる。Ag原子の別の一部は、酸素分子と反応する。それにより、高倍率顕微鏡画像に黒ドットとして示されている酸化銀分子は、酸化反応を介して形成されている。その結果、反射膜の反射率が低下する。

図4を参照のこと。図4は、250度で155時間加温した後のAg反射膜の高倍率顕微鏡画像を示す図である。図4に示すように、例えば180度から250度へ、焼成加温温度または動作温度が上昇すると、Ag原子の上記反応が高められる。Ag反射膜は、多くの黒ドットまたは黒ブロックとして示されており、反射膜の光沢および反射率は、約155時間後に著しく低下する。この状況下では、波長変換機器の変換効率が悪く、プロジェクターの輝度、明るさ、及び画質が低下する。

したがって、上記の欠点を克服するために改良された波長変換機器を提供する必要性がある。

本発明は、従来技術で直面した上述の欠点を克服するために、波長変換機器を提供する。

本発明は、波長変換機器を提供する。それぞれ異なる動作温度域である第一金属材料及び第二金属材料からなる反射層を形成することにより、反射率の減衰が効果的に回避され、反射率が最適化されて、波長変換機器の変換効率が向上する。

本発明は、波長変換機器を提供する。反射層の材料は、それぞれ異なる動作温度に適応して選択されているので、反射層の反射率の比は、3000時間作業した後、反射層の元の反射率に対して、依然として95%以上である。

本発明の態様によれば、波長変換機器が提供される。波長変換機器は、基板と反射層を含む。反射層は基板上に配置される。反射層の動作温度が、130度より高い又は等しい場合、反射層は第一金属材料で形成され、反射層の動作温度が130度未満の場合、反射層は第二金属材料で形成される。第二金属材料の反射率は、室温で第一金属材料の反射率よりも大きい。

本発明の別の態様によれば、波長変換機器が提供される。波長変換機器は、基板、反射層及び波長変換層を含む。反射層は基板上に配置される。波長変換層は反射層上に形成されている。波長変換層及び反射層の動作温度が130度より高い又は等しい場合、反射層はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成され、波長変換層及び反射層の動作温度が130度未満の場合、反射層は銀又は銀合金で形成される。

本発明の上記の内容は、以下の詳細な説明と添付の図面を検討した後に、当業者により容易に明らかとなるだろう。

図1は、Ag反射層を有する光沢アルミニウム基板の180度における作業時間と相対反射率の関係を示す。

図2は、180度で0時間作業した後のAg反射膜の高倍率顕微鏡画像を示す。

図3は、180度で1250時間作業した後のAg反射膜の高倍率顕微鏡画像を示す。

図4は、250度で155時間作業した後のAg反射膜の高倍率顕微鏡画像を示す。

図5は、本発明の実施形態に係る波長変換機器の構成を示す。

図6Aは、図5の波長変換機器の正面図を示している。

図6Bは、本発明の別の実施形態に係る波長変換機器の正面図を示す。

図7は、アルミニウム反射層を有する光沢アルミニウム基板の180度における作業時間と相対反射率の関係を示す。

図8は、180度で0時間作業した後のアルミニウム反射層の高倍率顕微鏡画像を示す。

図9は、180度で1250時間作業した後のアルミニウム反射層の高倍率顕微鏡画像を示す。

好ましい実施形態の詳細な説明

本発明を以下の実施形態を参照してより具体的に説明する。本発明の好ましい実施形態の以下の説明は、例示および説明のみを目的として本明細書に提示されていることに留意すべきである。開示された正確な形態が網羅的であることまたはその形態に限定されることを意図するものではない。

図5は、本発明の実施形態に係る波長変換機器の構成を示す図である。図6Aは、図5の波長変換機器の正面図を示している。図5および図6Aに示すように、本発明の一実施形態における波長変換機器1は、蛍光体ホイールに限定されるものではない。波長変換機器1は、基板11と反射層12を含む。反射層12は、基板11上に配置されている。反射層12の動作温度が130度より高い又は等しい場合、反射層12は第一金属材料により形成される。130度より高い又は等しい動作温度での1250時間又は3000時間作業した後に、相対的に高い反射率を有している金属材料は、金属又は合金に限定されるものではないが、第一金属材料として選択されている。

同様に、材料特性を考慮した結果に基づくと、室温で第一金属材料の反射率よりも大きい反射率を有する第二金属材料というのは必ず存在する。指定の作業時間後における反射率の減衰を回避するために、反射層12の動作温度が130度未満の場合に、反射層12は、好ましくは、第二金属材料で形成されるが、これに限定されない。言い換えれば、それぞれ異なる動作温度において第一金属材料及び第二金属材料の反射層12を形成することにより、反射率の減衰が効果的に回避され、反射率が最適化され、波長変換機器1の変換効率が向上する。

ある実施形態では、基板11は、予め陽極酸化処理（電解研磨）による処理を施された光沢アルミニウム基板であり、続いて、反射層12は、真空膜プロセスを介して基板11上に形成される。一方、第一金属材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、第二金属材料は銀（すなわちシルバー又はAg）または銀合金である。銀または銀合金の反射率は、室温でアルミニウムまたはアルミニウム合金の反射率より高く、130度未満の動作温度において指定の作業時間後の銀または銀合金の反射率の減衰は生じない。この状況下で、銀または銀合金は、従来技術で直面する欠点を有しているにもかかわらず、銀または銀合金は、依然として130度未満の動作温度で利用するための材料として好適な選択となっている。

ある態様において、本発明の波長変換機器1は、少なくとも一つの酸化物誘電体層をさらに含む。図6Bを参照のこと。図6Bは、本発明の別の実施形態に係る波長変換機器の正面図を示している。図6Bに示すように、少なくとも1つの酸化物誘電体層14は、第一金属材料または第二金属材料の反射スペクトルを保護または調節するため、第一金属材料または第二金属材料で形成される反射層12上にメッキされることができる。別の実施形態では、酸化物誘電体層14は、反射層の反射スペクトルを保護または調節するため、反射層12上に被着されるが、これに限定されない。

図7は、アルミニウム反射層を有する光沢アルミニウム基板の180度における作業時間と相対反射率の関係を示す。図5および図7に示すように、波長変換機器1の反射層12がアルミニウム膜にて形成される場合、180度で1250時間作業した後の反射層12の反射率の比は、反射層12の元の反射率に対して、依然として98%より大きく、および180度で3000時間作業した後の反射層12の反射率の比は、反射層12の元の反射率に対して、依然として95%より大きい。すなわち、反射層12の材料は、それぞれ異なる動作温度に適応して選択されているので、高い動作温度で3000時間作業した後の反射層12の反射率の比は、反射層12の元の反射率に対して、依然として95%より大きい。

図8は、180度で0時間作業した後のアルミニウムから形成された反射層の高倍率顕微鏡画像を示す。図9は、180度で1250時間作業した後の、アルミニウムから形成された反射層の高倍率顕微鏡画像を示す。図5、図8および図9に示すように、アルミニウム膜で形成された反射層12の反射率は、0時間作業した後（すなわち、作業が開始されていない）、極めて高い。それにより、顕微鏡のランプによって放出された光はほぼ全反射される。180度で1250時間作業した後、反射層12の少数のアルミニウム原子は移行または酸化される。したがって、ほとんどの黒ドット（すなわち酸化アルミニウム分子）が高倍率顕微鏡画像で観察されない。これは、反射率の変化におけるアルミニウムの移行及び酸化の影響が2％未満であり、反射層12の反射率の減衰が効果的に回避され、反射率が最適化されることに留意すべきである。

図5および図6を再び参照のこと。本発明における波長変換機器１の基板11の厚さは、好ましくは0.4から4.0 mmであり、反射層12及び基板11のそれぞれの直径は、好ましくは50から150 mmであるが、これに限定されない。また、本発明の波長変換機器1は、波長変換層13をさらに含む。波長変換層13は、例えば、蛍光体層であり、入射光を転換するために反射層12上に形成され、それにより、入射光の光波長が変換される。

以上の説明から、本発明は、波長変換機器を提供する。第一金属材料と第二金属材料からなる反射層をそれぞれ異なる動作温度でそれぞれ形成することにより、反射率の減衰が効果的に回避され、反射率が最適化されて、波長変換機器の変換効率が向上する。一方、反射層の材料は、異なる動作温度に適応して選択されているので、反射層の反射率の比は、3000時間作業した後、反射層の元の反射率に対して、依然として95％より大きい。

本発明は、現在、最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定される必要はないことが理解されるべきである。それどころか、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる、様々な修正および類似の構成を包含することが意図される。すべてのそのような修正および類似の構造を包含するように最も広い解釈を与えられるべきである。

Claims (20)

1. 基板と、
   前記基板上に配置される反射層を備え、
   前記反射層の動作温度が130度より高い又は等しい場合、前記反射層は、第一金属材料で形成され、前記反射層の動作温度が130oC未満である場合、第二金属材料で形成され、
   前記第二金属材料の反射率は、室温で前記第一金属材料の反射率よりも高いことを特徴とする波長変換機器。
2. 前記基板は、予め陽極酸化処理によって処理された光沢アルミニウム基板であり、前記反射層が前記基板上に形成されることを特徴とする請求項1に記載の波長変換機器。
3. 前記第一金属材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項1に記載の波長変換機器。
4. 前記第二金属材料は銀または銀合金であることを特徴とする請求項1に記載の波長変換機器。
5. 少なくとも一つの酸化物誘電体層をさらに備え、前記酸化物誘電体層は、前記第一金属材料の反射スペクトルを保護または調節するため、前記第一金属材料上に被着されることを特徴とする、請求項1に記載の波長変換機器。
6. 少なくとも一つの酸化物誘電体層をさらに備え、前記酸化物誘電体層は、前記第二金属材料上に被着され、前記第二金属材料の反射スペクトルを保護または調節することを特徴とする、請求項1に記載の波長変換機器。
7. 前記基板の厚さが0.4から4.0 mmであることを特徴とする、請求項1に記載の波長変換機器。
8. 前記反射層及び前記基板の直径が50から150 mmであることを特徴とする、請求項1に記載の波長変換機器。
9. 1250時間作業した後の前記反射層の反射率の比は、前記反射層の元の反射率に対して98％より大きいことを特徴とする請求項1に記載の波長変換機器。
10. 3000時間作業した後の前記反射層の反射率の比は、前記反射層の元の反射率に対して、95％より大きいことを特徴とする請求項1に記載の波長変換機器。
11. 前記反射層上に形成された波長変換層をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の波長変換機器。
12. 基板と、
    前記基板上に配置された反射層と、
    前記反射層上に形成された波長変換層を備え、
    前記波長変換層及び前記反射層の動作温度が、130度より高い又は等しい場合、前記反射層は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成され、前記波長変換層及び前記反射層の前記動作温度が、130度未満の場合、前記反射層は、銀又は銀合金から形成されることを特徴とする波長変換機器。
13. 前記基板は、予め陽極酸化処理によって処理された光沢アルミニウム基板であり、前記反射層が前記基板上に形成されることを特徴とする請求項12に記載の波長変換機器。
14. 少なくとも一つの酸化物誘電体層をさらに備え、前記酸化物誘電体層は、前記反射層上に被着され、前記反射層の反射スペクトルを保護または調節することを特徴とする請求項12に記載の波長変換機器。
15. 少なくとも一つの酸化物誘電体層をさらに備え、前記酸化物誘電体層は、前記反射層上に統合され、前記反射層の反射スペクトルを保護または調節することを特徴とする、請求項12に記載の波長変換機器。
16. 前記基板の厚さが0.4から4.0 mmであることを特徴とする、請求項12に記載の波長変換機器。
17. 前記反射層及び前記基板の直径が50から150 mmであることを特徴とする、請求項12に記載の波長変換機器。
18. 1250時間作業した後の前記反射層の反射率の比は、前記反射層の元の反射率に対して、98％より大きいことを特徴とする請求項12に記載の波長変換機器。
19. 3000時間作業した後の前記反射層の反射率の比は、前記反射層の元の反射率に対して、95％より大きいことを特徴とする請求項12に記載の波長変換機器。
20. 前記波長変換層は、蛍光体層であることを特徴とする請求項12に記載の波長変換機器。