JP2015161882A - プロジェクター用発光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体層の温度上昇を効率的に抑制することができるプロジェクター用発光デバイスを提供する。
【解決手段】励起光２１を照射する光源２０と、光源２０からの励起光２１が照射される蛍光体層１２を有し、回転軸Ｃを中心にして回転するリング状の蛍光ホイール１０と、回転軸Ｃを中心にして蛍光ホイール１０を回転させる回転機構３０と、光源２０及び／または蛍光ホイール１０を移動させる移動機構４０とを備え、回転機構３０により蛍光ホイール１０を回転させながら、移動機構４０により励起光２１の照射スポットを、回転している蛍光体層１２に対して径方向に相対的に移動させることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクター用発光デバイスに関するものである。

近年、プロジェクターを小型化するため、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と蛍光体とを用いた発光デバイスが提案されている。例えば、励起光を照射する光源と、光源からの励起光を蛍光に変換する蛍光体層とを備える発光デバイスを用いたプロジェクターが提案されている。これらの発光デバイスでは、リング状の回転可能な基板の上に、リング状の蛍光体層を設けることにより作製した蛍光ホイールなどが用いられている。

ところで、光源として高出力の光源を用いる場合、励起光の照射により蛍光体が発熱し、蛍光体層の温度が上昇する。蛍光体の温度が上昇すると、発光強度が低下したり、蛍光体層が基板から剥離するという問題を生じる。

これらの問題を解消するため、特許文献１〜５では、蛍光ホイールに、高い熱伝導性を有するヒートシンクや、放熱用フィンまたは放熱のための凹凸構造を設けることにより、放熱性を向上させることが提案されている。

特開２０１２−１６９０４９号公報 特開２００１−１４２１４６号公報 特開２００２−９０８８６号公報 特開２００３−１５６７９６号公報 特開２０１１−１８６３５０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、発光デバイスの構造が複雑になったり、蛍光体層の温度上昇を効率的に抑制することができないという問題があった。

本発明の目的は、蛍光ホイールにおける蛍光体層の温度上昇を効率的に抑制することができるプロジェクター用発光デバイスを提供することにある。

本発明のプロジェクター用発光デバイスは、励起光を照射する光源と、光源からの励起光が照射される蛍光体層を有し、回転軸を中心にして回転するリング状の蛍光ホイールと、回転軸を中心にして蛍光ホイールを回転させる回転機構と、光源及び／または蛍光ホイールを移動させる移動機構とを備え、回転機構により蛍光ホイールを回転させながら、移動機構により励起光の照射スポットを、回転している蛍光体層に対して径方向に相対的に移動させることを特徴としている。

本発明における移動機構は、蛍光ホイールを移動させるものであってもよい。この場合の移動機構としては、回転機構を移動させることによって蛍光ホイールを移動させるものが挙げられる。

本発明における移動機構は、光源を移動させるものであってもよい。

蛍光体層は、蛍光ホイールの周方向に沿って複数の領域に分割されており、複数の領域に、互いに異なる種類の蛍光体が含まれているものであってもよい。

蛍光ホイールは、透過型の蛍光ホイールであってもよい。この場合、蛍光ホイールは、透明基板と、透明基板上に設けられる蛍光体層とを有するものが好ましい。

蛍光ホイールは、反射型の蛍光ホイールであってもよい。この場合、蛍光ホイールは、反射基板と、反射基板上に設けられる蛍光体層とを有するものが好ましい。

本発明によれば、プロジェクター用発光デバイスに用いられる蛍光ホイールにおける蛍光体層の温度上昇を効率的に抑制することができ、蛍光体層の発光効率を高めることができる。

本発明の第１の実施形態のプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。 本発明の第１〜第４の実施形態に用いる蛍光ホイールを示す模式的斜視図である。 図２のIV−IV線に沿う模式的断面図である。 蛍光ホイールの蛍光体層が移動機構によって往復移動する状態を示す模式的平面図である。 蛍光体層における照射スポットの経路の一例を示す模式的平面図である。 蛍光体層における照射スポットの経路の他の例を示す模式的平面図である。 蛍光体層における照射スポットの経路のさらなる他の例を示す模式的平面図である。 蛍光体層における照射スポットの経路のさらなる他の例を示す模式的平面図である。 蛍光体層における照射スポットの経路のさらなる他の例を示す模式的平面図である。 蛍光体層における照射スポットの経路のさらなる他の例を示す模式的平面図である。 本発明の第２の実施形態のプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。 本発明の第３の実施形態のプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。 本発明の第４の実施形態のプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態のプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。本実施形態の発光デバイス１は、蛍光ホイール１０と、光源２０と、回転機構３０と、移動機構４０とを備えている。本実施形態の蛍光ホイール１０は、反射型の蛍光ホイールであり、本実施形態の発光デバイス１は、反射型の発光デバイスである。

図２は、本実施形態における蛍光ホイール１０を示す模式的斜視図である。図３は、図２のIV−IV線に沿う模式的断面図である。図２及び図３に示すように、蛍光ホイール１０は、リング状の基板１１と、基板１１上に設けられるリング状の蛍光体層１２を有している。

図１に示すように、リング状の蛍光ホイール１０は、回転機構３０であるモーターに取り付けられている。具体的には、蛍光ホイール１０は、モーター軸３１に、回転軸Ｃを中心として周方向Ｅに回転するように取り付けられている。回転機構３０は、移動機構４０の移動台４１に取りつけられている。移動台４１は、Ｆ方向に往復移動するように設けられている。したがって、移動台４１に取り付けられた回転機構３０は、Ａ方向及びＢ方向に往復移動する。したがって、回転機構３０に取り付けられた蛍光ホイール１０は、周方向Ｅに回転するとともに、Ａ方向及びＢ方向に往復移動する。

移動機構４０としては、移動台４１を往復移動させることができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、電磁式リニアモーター、圧電素子で駆動するリニアモーター等を用いることができる。また、モーター等の回転運動を、直線方向の移動に変換するカムなどの機械要素を用いて往復移動させるものであってもよい。

光源２０から出射された励起光２１は、蛍光ホイール１０の蛍光体層１２に入射する。蛍光体層１２に入射した励起光２１は、蛍光体を励起し、蛍光体から蛍光２２が出射される。基板１１側に出射された蛍光２２は、基板１１で反射され、蛍光体層１２側に出射される。光源２０の具体例としては、ＬＥＤ光源やレーザー光源などが挙げられる。

蛍光体層１２から出射された光は、必要に応じて、フィルターによって所望の波長を有する光のみを取り出すことができる。リング状のフィルターを、モーター軸３１に取り付け、蛍光ホイール１０と同期させて回転させ、出射光をフィルタリングしてもよい。

本実施形態において、蛍光体層１２は、ガラスマトリクスと、その中に分散した蛍光体とから構成されている。ガラスマトリクスは、無機蛍光体等の蛍光体の分散媒として用いることができるものであれば特に限定されない。例えば、ホウ珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラスなどを用いることができる。ガラスマトリクスの軟化点は、２５０℃〜１０００℃であることが好ましく、３００℃〜８５０℃であることがより好ましい。

蛍光体は、励起光の入射により蛍光を出射するものであれば、特に限定されるものではない。蛍光体の具体例としては、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ガーネット系化合物蛍光体から選ばれた１種以上が挙げられる。励起光として青色光を用いる場合、例えば、緑色光または黄色光を蛍光として出射する蛍光体を用いることができる。

蛍光体層１２の厚みは、励起光が確実に蛍光体に吸収されるような厚みである範囲において、薄い方が好ましい。蛍光体層１２が厚すぎると、蛍光体層１２における光の散乱や吸収が大きくなりすぎ、蛍光の出射効率が低くなってしまう場合があるためである。具体的には、蛍光体層１２の厚みは、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。蛍光体層１２の厚みの下限値は、通常、０．０３ｍｍ程度である。

本実施形態において、基板１１としては、反射基板が用いられる。反射基板としては、アルミニウム基板などの金属基板が好ましく用いられる。また、反射基板として、ガラス等からなる基板の表面に銀、アルミニウム、白金等の金属膜や、誘電体多層膜等の反射膜が形成された基板を用いてもよい。

図４は、蛍光ホイールの蛍光体層が移動機構によって往復移動する状態を示す模式的平面図である。蛍光体層１２は、第１の領域１２ａ、第２の領域１２ｂ、及び第３の領域１２ｃを有している。これらの領域は、図４に示すように、周方向に分割して設けられている。これらの領域を、例えば、赤色、緑色、または青色の光を蛍光として発光する領域に対応させることができる。なお、第１の領域１２ａ、第２の領域１２ｂ、及び第３の領域１２ｃのいずれかを、蛍光体層１２を設けない領域としてもよい。

図４に示すように、蛍光体層１２の照射スポット２３の位置に、励起光２１（図１参照）が照射される。蛍光体層１２は、上述のように、移動機構４０によってＡ方向及びＢ方向に往復移動している。蛍光体層１２がＡ方向に移動し、２点鎖線で示すＧの位置に到達すると、次にＢ方向に移動する。蛍光体層１２がＢ方向に移動し、２点鎖線で示すＨの位置に到達すると、次にＡ方向に移動する。このようにして、蛍光体層１２は往復移動しながら、回転機構３０によって周方向Ｅに回転する。

図５は、蛍光体層１２における照射スポット２３の経路２４の一例を示す模式的平面図である。図５〜図１０においては、照射スポット２３の経路２４を図示しやすくするため、蛍光体層１２の径方向の幅を広くして示している。上述のように、照射スポット２３が、蛍光体層１２内を径方向に相対的に往復移動しながら、蛍光体層１２は周方向Ｅに回転する。このため、照射スポット２３は、蛍光体層１２に対して周方向Ｅと逆方向に相対的に回転移動しながら、蛍光体層１２内を径方向に相対的に往復移動する。

図５は、蛍光体層１２が６回転する間に、照射スポット２３が径方向に１往復する場合の照射スポット２３の経路２４を示している。したがって、蛍光体層１２が１回転する間に照射スポット２３が移動する径方向の距離Ｄ_２は、照射スポット２３の１往復の片道の距離Ｄ_１の１／３である。

図６は、蛍光体層１２における照射スポット２３の経路２４の他の例を示す模式的平面図である。図６は、蛍光体層１２が８回転する間に、照射スポット２３が径方向に１往復する場合の照射スポット２３の経路２４を示している。したがって、蛍光体層１２が１回転する間に照射スポット２３が移動する径方向の距離Ｄ_２は、照射スポット２３の１往復の片道の距離Ｄ_１の１／４である。

図７は、蛍光体層１２における照射スポット２３の経路２４のさらなる他の例を示す模式的平面図である。図７は、蛍光体層１２が２回転する間に、照射スポット２３が径方向に３往復する場合の照射スポット２３の経路２４を示している。

図８は、蛍光体層１２における照射スポット２３の経路２４のさらなる他の例を示す模式的平面図である。図８は、蛍光体層１２が２回転する間に、照射スポット２３が径方向に１往復する場合の照射スポット２３の経路２４を示している。

図９は、蛍光体層１２における照射スポット２３の経路２４のさらなる他の例を示す模式的平面図である。図９は、蛍光体層１２が４回転する間に、照射スポット２３が径方向に３往復する場合の照射スポット２３の経路２４を示している。

図１０は、蛍光体層１２における照射スポット２３の経路２４のさらなる他の例を示す模式的平面図である。図１０は、蛍光体層１２が１０回転する間に、照射スポット２３が径方向に３往復する場合の照射スポット２３の経路２４を示している。

従来のプロジェクター用発光デバイスでは、励起光は蛍光体層における同一円周上に照射される。よって、蛍光体層が１回転すると、照射スポットの位置は同じ位置になる。このため、励起光が同じ位置に再び照射され、蛍光体層が温度上昇しやすくなる。本実施形態では、蛍光体層が１回転したときの照射スポットの位置を、径方向において異ならせることができる。このため、蛍光体層の温度上昇を効率的に抑制することができ、発光効率を高めることができる。

図５〜図１０に示す例では、蛍光体層１２の回転と、蛍光体層１２の径方向における往復の周期とを関連づけて説明しているが、本発明においては、必ずしも、蛍光体層１２の回転と、蛍光体層１２の径方向における往復の周期とを関連づける必要はない。すなわち、本発明では、蛍光体層が１回転したときの照射スポットの位置が、径方向において異なっていればよい。

（第２の実施形態）
図１１は、本発明の第２の実施形態のプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。本実施形態の発光デバイス２は、蛍光ホイール１０と、光源２０と、回転機構３０と、移動機構４０とを備えている。本実施形態の蛍光ホイール１０は、透過型の蛍光ホイールであり、本実施形態の発光デバイス２は、透過型の発光デバイスである。

光源２０から出射された励起光２１は、蛍光ホイール１０の基板１１を透過し、蛍光体層１２に入射する。蛍光体層１２に入射した励起光２１は、蛍光体を励起し、蛍光体から蛍光２２が光源２０と反対側に出射される。

本実施形態では、透過型の蛍光ホイールであるので、基板１１としては、透明基板が用いられる。透明基板は、光源から照射される励起光を透過させるものであれば特に限定されるものではない。したがって、透明基板における「透明」は、励起光に対して透明であるという意味である。透明基板としては、例えば、ガラス基板、結晶化ガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板等を用いることができる。

また、基板１１の光源２０側の表面上に誘電体多層膜などからなる反射防止膜や、ナノインプリント法などにより形成される反射防止構造（モスアイ構造）を設け、励起光２１の透過率を高めることができる。

本実施形態のその他の構成は、第１の実施形態と同様であり、第１の実施形態において説明したものを用いることができる。

また、本実施形態においても、図５〜図１０に示すように、照射スポット２３を、蛍光体層１２に対して相対的に回転移動しながら、相対的に径方向に往復移動させることができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、蛍光体層が１回転したときの照射スポットの位置を、径方向において異ならせることができる。このため、蛍光体層の温度上昇を効率的に抑制することができ、発光効率を高めることができる。

（第３の実施形態）
図１２は、本発明の第３の実施形態のプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。本実施形態の発光デバイス３は、蛍光ホイール１０と、光源２０と、回転機構３０と、移動機構５０とを備えている。本実施形態の蛍光ホイール１０は、反射型の蛍光ホイールであり、本実施形態の発光デバイス３は、反射型の発光デバイスである。

本実施形態において、光源２０は、移動機構５０の移動台５１に取りつけられている。移動台５１は、Ｆ方向に往復移動するように設けられており、移動台５１に取り付けられた光源２０は、Ａ方向及びＢ方向に往復移動する。移動機構５０としては、第１及び第２の実施形態における移動機構４０と同様のものを用いることができる。

本実施形態では、光源２０を、移動機構５０によって往復移動させることにより、励起光２１の照射スポットを、回転軸Ｃを中心にしてＥ方向に回転している蛍光体層１２に対して蛍光体層１２の径方向に相対的に往復移動させている。これによって、励起光２１の照射スポットを、蛍光体層１２に対して周方向Ｅと逆方向に相対的に回転移動させるとともに、蛍光体層１２の径方向に相対的に往復移動させることができる。

したがって、第１及び第２の実施形態と同様に、本実施形態においても、蛍光体層が１回転したときの照射スポットの位置を、径方向において異ならせることができる。このため、蛍光体層の温度上昇を効率的に抑制することができ、発光効率を高めることができる。

本実施形態においても、図５〜図１０に示すように、照射スポット２３を、蛍光体層１２に対して相対的に回転移動しながら、相対的に径方向に往復移動させることができる。

なお、本実施形態の発光デバイス３から出射された光を受光する受光側機器は、必要に応じて、光源２０の往復移動と同期させることができる。これにより、受光側機器における一定の位置で受光することができる。

（第４の実施形態）
図１３は、本発明の第４の実施形態のプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。本実施形態の発光デバイス４は、蛍光ホイール１０と、光源２０と、回転機構３０と、移動機構５０とを備えている。本実施形態の蛍光ホイール１０は、透過型の蛍光ホイールであり、本実施形態の発光デバイス４は、透過型の発光デバイスである。したがって、第２の実施形態と同様の蛍光ホイール１０を用いることができる。

本実施形態において、光源２０は、第３の実施形態と同様に、移動機構５０の移動台５１に取りつけられている。これにより、移動台５１に取り付けられた光源２０は、Ａ方向及びＢ方向に往復移動する。移動機構５０としては、第１及び第２の実施形態における移動機構４０と同様のものを用いることができる。

本実施形態では、光源２０を、移動機構５０によって往復移動させることにより、励起光２１の照射スポットを、回転している蛍光体層１２に対して蛍光体層１２の径方向に相対的に往復移動させている。これによって、励起光２１の照射スポットを、蛍光体層１２に対して周方向Ｅと逆方向に相対的に回転移動させるとともに、蛍光体層１２の径方向に相対的に往復移動させることができる。

したがって、第１及び第２の実施形態と同様に、本実施形態においても、蛍光体層が１回転したときの照射スポットの位置を、径方向において異ならせることができる。このため、蛍光体層の温度上昇を効率的に抑制することができ、発光効率を高めることができる。

本実施形態においても、図５〜図１０に示すように、照射スポット２３を、蛍光体層１２に対して相対的に回転移動しながら、相対的に径方向に往復移動させることができる。

なお、本実施形態においても、発光デバイス４から出射された光を受光する受光側機器は、必要に応じて、光源２０の往復移動と同期させることができる。これにより、受光側機器における一定の位置で受光することができる。

第３及び第４の実施形態では、光源２０を移動機構５０で往復移動することにより、照射スポットを蛍光体層の径方向に往復移動させているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光源２０と蛍光ホイール１０との間に、ミラー、プリズム、レンズなどの光学素子を配置し、この光学素子の配置状態を変化させることにより、光源２０から出射された励起光２１の光路を変化させて、照射スポット２３を蛍光体層１２の径方向に往復移動させてもよい。

１〜４…発光デバイス
１０…蛍光ホイール
１１…基板
１２…蛍光体層
１２ａ…第１の領域
１２ｂ…第２の領域
１２ｃ…第３の領域
２０…光源
２１…励起光
２２…蛍光
２３…照射スポット
２４…経路
３０…回転機構
３１…モーター軸
４０，５０…移動機構
４１，５１…移動台

Claims (9)

1. 励起光を照射する光源と、
   前記光源からの励起光が照射される蛍光体層を有し、回転軸を中心にして回転するリング状の蛍光ホイールと、
   前記回転軸を中心にして前記蛍光ホイールを回転させる回転機構と、
   前記光源及び／または蛍光ホイールを移動させる移動機構とを備え、
   前記回転機構により前記蛍光ホイールを回転させながら、前記移動機構により前記励起光の照射スポットを、回転している前記蛍光体層に対して径方向に相対的に移動させる、プロジェクター用発光デバイス。
2. 前記移動機構は、前記蛍光ホイールを移動させる、請求項１に記載のプロジェクター用発光デバイス。
3. 前記移動機構は、前記回転機構を移動させることによって前記蛍光ホイールを移動させる、請求項２に記載のプロジェクター用発光デバイス。
4. 前記移動機構は、前記光源を移動させる、請求項１に記載のプロジェクター用発光デバイス。
5. 前記蛍光体層は、前記蛍光ホイールの周方向に沿って複数の領域に分割されており、前記複数の領域に、互いに異なる種類の蛍光体が含まれている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロジェクター用発光デバイス。
6. 前記蛍光ホイールは、透過型の蛍光ホイールである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクター用発光デバイス。
7. 前記蛍光ホイールは、透明基板と、前記透明基板上に設けられる前記蛍光体層とを有する、請求項６に記載のプロジェクター用発光デバイス。
8. 前記蛍光ホイールは、反射型の蛍光ホイールである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクター用発光デバイス。
9. 前記蛍光ホイールは、反射基板と、前記反射基板上に設けられる前記蛍光体層とを有する、請求項８に記載のプロジェクター用発光デバイス。

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