JP2017215507A - 波長変換素子、光源装置および画像投射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】蛍光体部での発光と光取り込み効率を向上させ、より高い輝度を実現する。【解決手段】波長変換素子20は、バインダ4内に蛍光体粒子5が分散した蛍光体部10を有し、蛍光体部は厚み方向において互いに反対側にある第1の面と第2の面とを有し、第2の面側から励起光が照射される。蛍光体部を第1の面側にある第1の部分10aと第2面側にある第2の部分10bとに厚み方向に2等分したときの第2の部分での蛍光体粒子の体積密度を、第1の部分での体積密度よりも高くする。【選択図】図1
Description
本発明は、励起光を波長変換して蛍光光を発する波長変換素子およびこれを用いた光源装置に関し、特に画像投射装置に好適なものに関する。
上記のような光源装置では、レーザ光等の励起光を高密度に集光して波長変換素子の蛍光体層に照射することで、効率良く蛍光光を発光させる。蛍光体層は、バインダと該バインダ内に分散した蛍光体粒子とにより構成される。
このような光源装置の高輝度化のためには、励起光の強度を高める、蛍光体層の温度上昇を抑えて温度消光(効率低下)を抑制するおよび蛍光体層に対する励起光の照射領域のサイズを小さくして後段の光学系による光取り込み効率を高める等の方法がある。ただし、これらの全てを同時に実現することは難しい。特許文献1には、蛍光体層における蛍光体粒子の体積濃度と蛍光体層の厚みを適切に設定することで、蛍光体層での高い光利用効率を得る波長変換素子が開示されている。
しかしながら、特許文献1には、蛍光体層に入射する励起光の光密度については言及されていない。また、蛍光体層内の蛍光体粒子の密度分布についても言及されていない。つまり、特許文献1には、蛍光体層内の蛍光体粒子の密度分布を含めた高輝度化のための構成までは開示されていない。
本発明は、蛍光体層(蛍光体部)での発光と光取り込み効率を向上させ、より高い輝度を実現できるようにした波長変換素子およびこれを用いた光源装置や画像投射装置を提供する。
本発明の一側面としての波長変換素子は、バインダ内に蛍光体粒子が分散した蛍光体部を有し、蛍光体部は厚み方向において互いに反対側にある第1の面と第2の面とを有し、第2の面側から励起光が照射される波長変換素子である。該波長変換素子は、蛍光体部を第1の面側にある第1の部分と第2面側にある第2の部分とに厚み方向に2等分したときの第2の部分での蛍光体粒子の体積密度が、第1の部分での体積密度よりも高いことを特徴とする。
なお、励起光を発する光源と上記波長変換素子とを有する光源装置も、本発明の他の一側面を構成する。
また、上記光源装置と、該光源装置からの光を光変調素子により変調することで画像を投射する光学系とを有する画像投射装置も、本発明の他の一側面を構成する。
さらに、本発明の他の一側面としての製造方法は、バインダ内に蛍光体粒子が分散した蛍光体部を有し、蛍光体部は厚み方向において互いに反対側にある第1の面と第2の面とを有し、第2の面側から励起光が照射される波長変換素子の製造方法である。該製造方法は、バインダ内に第1の体積密度で蛍光体粒子を分散させた第1の材料と、バインダ内に第1の体積密度より高い第2の体積密度で前記蛍光体粒子を分散させた第2の材料とを用意し、第2の材料が第2の面側に位置するように第1の材料と第2の材料とを積層することを特徴とする。
本発明によれば、蛍光体部における蛍光体粒子の体積密度を適切に設定することで、蛍光体層での発光とその後の光取り込み効率を向上させることができ、光源装置に用いた場合により高い輝度を実現できるようにした波長変換素子を提供することができる。そして、このような波長変換素子を用いることで、光源装置や画像投射装置の高輝度化を図ることができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1には、本発明の実施例1である光源装置100の構成を示す。光源装置100は、光源としての発光素子(レーザダイオード)1と、波長変換素子20と、光源光学系2とを有する。発光素子1は、青色レーザ(波長450nm付近)を励起光6として発する。波長変換素子20は、基板3と、基板3上に形成されて該基板3により支持された蛍光体層(蛍光体部)10とを有する。光源光学系2は、発光素子1から発せられた励起光6を波長変換素子20(蛍光体層10)に導く。
蛍光体層10は、バインダ4と、該バインダ4内に分散した複数の蛍光体粒子5とにより構成されている。蛍光体粒子5は、励起光6を吸収して波長変換し、該励起光6よりも長波長(500nm〜650nm)の光を蛍光光7として放出する。また、蛍光体層10は、励起光の一部を波長変換せずに拡散(反射または透過)させる。光源装置100は、蛍光体層10から放出された蛍光光7と励起光のうち非変換光である拡散成分(図示せず)との合成光(白色光)を出射する。
発光素子1から発せられた励起光6は、光源光学系2により高密度に集光され、蛍光体層10における基板3に接する基板接触面(第1の面)とは層厚み方向にて反対側の入射面(第2の面)上の一定面積の領域に照射される。入射面から蛍光体層10内に入射した励起光6は、蛍光体層10内で拡散しながら進行し、蛍光体粒子5により吸収されるとそのエネルギの一部が蛍光光7となって蛍光体粒子5から放出され、他のエネルギは熱として放出される。
基板3は、金属(アルミ等)もしくはサファイアやスピネルに蛍光波長に対する増反射コートを施したもの等の反射率および熱伝導性が高い材料により形成されている。基板3は、蛍光体層10を通過して基板3に到達した励起光6や蛍光体粒子5から放出された蛍光光7を入射面側に反射する作用を有する。また、基板3は、その裏面側(蛍光体層10とは反対側)において冷却され、蛍光体層10からの放熱を促進する。
蛍光体層10を層厚み方向に2等分したときの基板接触面側の半分の部分(第1の部分)を基板側部分10bといい、入射面側の半分の部分(第2の部分)を入射面側部分10aという。このとき、蛍光体層10は、図1中の枠内に拡大して示すように、入射面側部分10aにおける蛍光体粒子5の体積密度が基板側部分10bの該体積密度よりも高くなるように形成されている。ここにいう蛍光体粒子5の体積密度(vol%:以下、蛍光体体積密度という)は、蛍光体層10(バインダ4および蛍光体粒子5)の単位体積において蛍光体粒子5が占める体積の割合である。例えば図1には、基板側部分10bの蛍光体体積密度が38%であるのに対して、入射面側部分10aの蛍光体体積密度が58%である例を示している。このように蛍光体層10内の蛍光体体積密度を制御(設定)することで、励起光を効率良く蛍光光に変換して高い輝度を得ることができ、さらに蛍光体層10における蛍光光の発光領域のサイズを小さくすることで高い光利用効率が得られる。また、基板側部分10bにおけるバインダ4の比率を入射面側部分10aよりも増やすことにより、基板3と蛍光体層10との密着性を向上させ、蛍光体層10の基板3からの剥れを抑制することができる。
図2には、比較例として、蛍光体層10′内における蛍光体体積密度が層厚み方向にて均一である波長変換素子20′を示す。また図3および図4のそれぞれの下側には、図1および図2のそれぞれの蛍光体層10,10′で発生する蛍光光の発光強度(発光量)の分布を模式的に示している。これらの図において、濃い部分は蛍光光の発光量が高く、薄い部分は発光量が低いことを表す。また、図3および図4のそれぞれの上側には、蛍光体層10,10′に入射した励起光6が蛍光体層10,10′内を進行する様子を示している。図中の矢印が進行する励起光を示し、矢印の太さがその強度を示している。
蛍光体層における単位体積当たりの蛍光光の発光量は、温度の影響を無視すると、蛍光体粒子の密度、励起光の強度および実効的な光路長の積により決まる。蛍光体粒子内での励起光の散乱(≒実効的な光路長)が一定であるとの仮定の下では、蛍光体粒子の密度が高く、かつ励起光の強度が高い。また、励起光は蛍光体層を層厚み方向(入射面からの深さ方向)に進むにしたがって拡散しながら進行するため、蛍光体層の入射面近傍の集光点から離れるにしたがって強度は減衰していく。さらに、励起光には蛍光体粒子に吸収されて減衰する成分があり、蛍光体粒子の密度が高い領域を通過すると強度が急激に減衰する。
このため、図1に示す本実施例の蛍光体層10は、図2に示す比較例の蛍光体層10′に比べて、入射面側部分での励起光の強度が高く、かつ蛍光体粒子5の密度が高い領域が局所的に集中している。このため、本実施例の蛍光体層10では発光量が高い領域が入射面付近にあるが、比較例の蛍光体層10′ではそれに比べて発光量が高い領域が深さ方向に広がっている。この結果、本実施例の蛍光体層10は、比較例の蛍光体層10′に比べてピーク強度が高くサイズが小さい蛍光光の発光領域を形成することができ、後述するプロジェクタの光学系に対して形成する光源像のサイズを小さくすることができる。これにより、プロジェクタの光学系による取り込み効率を向上させることができる。
また、蛍光体粒子からの蛍光光の発光波長は一般的にブロードであり、蛍光光のうち一部の波長成分が蛍光体粒子自身によって再吸収される場合がある。特に蛍光体層における基板側部分で発光した蛍光光は蛍光体粒子により再吸収されやすい。このため、本実施例のように入射面側部分で多く発光する方が損失を小さくすることができる。
以上のように波長変換素子20を構成することにより、蛍光体粒子5からの発光強度およびプロジェクタの光学系による光取り込み効率の観点から、高輝度な光源装置100を得ることができる。なお、先の説明で温度の影響を無視する場合を述べたが、蛍光体層における狭い同一領域に連続的に極めて高密度の励起光が照射され続けると、その領域の温度が急激に上昇し、温度消光による輝度の低下や蛍光体層の割れや基板からの剥れが生じるおそれがある。しかし、温度消光が小さい蛍光体を使用したり蛍光体層を回転する円盤(ホイール)上に形成して該ホイールの回転数を適切に制御したりする方法を用いることで、蛍光体層の熱的な安定性を確保することは可能である。
また、蛍光体層を形成する基板として金属基板を用い、該基板の裏面側を冷却することで放熱効果を高めることができるが、基板と蛍光体層の温度差、さらには線膨張係数の差により発生した応力によって蛍光体層の剥れが発生する場合がある。しかし、本実施例の蛍光体層10では、その基板側部分10bにおけるバインダ4の比率が入射面側部分10aより多いために基板3付近の温度勾配が緩やかであり、しかも基板3との密着性を高めることができ、剥れに対する耐性を高めることができる。このため、基板3と蛍光体層10との線膨張係数の差が大きい場合でも基板3と蛍光体層10の密着性を確保することができる。
具体的には、本実施例では、基板3の材料にアルミ(線膨張係数23×10−6/K)を用い、バインダ4の材料としてシリカ系無機バインダ(線膨張係数:0.5×10−6/K)を用いている。これにより、線膨張係数の差が10×10−6/K以上であっても、実用上十分な基板3と蛍光体層10との密着性を得ることができる。バインダ4の材料と基板3の材料との線膨張係数の差は、50×10−7/K以上(更に望ましくは70×10−7/K以上)200×10−7/K以下(更に望ましくは150×10−7/K以下)であることが望ましい。
高輝度化および小型化を目的とする光源装置において、励起光の強度が高い場合に本実施例の波長変換素子20を用いることが特に有効である。具体的には、蛍光体層10の入射面上での励起光の最大強度が10W/mm2以上である場合には、本実施例の波長変換素子20によって得られる効果が大きい。更に望ましくは、励起光の最大強度が20W/mm2以上である場合には、得られる効果がより大きくなるので望ましい。また、励起光を蛍光体層10の入射面上に集光する際には、集光サイズが小さいほどプロジェクタの光学系での光取り込み効率を高くすることができ、この結果、該光学系を小型化することができる。具体的には、蛍光体層10の入射面上における励起光の強度が上記最大強度の50%以上の領域の面積が4mm2以下(より好ましくは2.5mm2以下、更に好ましくは1.5mm2以下)であることが望ましい。
蛍光体体積密度は、蛍光体層10を基板3に塗布するプロセスや焼成等の処理によって変化するが、使用する蛍光体粒子とバインダの重量比や混合比等から求められる。これ以外の実際的な評価方法としては、入射面と平行な面における表面SEMまたは深さ方向の断面SEMを取得し、蛍光体粒子の領域とバインダまたはその他の領域との面積比からおおよそ求めることもできる。この評価方法を用いる場合の評価領域の目安としては、蛍光体粒子の平均粒径σに対して十分に広ければよい。なお、「粒径」とは、同一体積で球に換算したときの直径である。「平均粒径」は、全粒子の粒径の平均値であるが、一部の粒子の粒径から統計的に全粒子の粒径の平均値を求めてもよい。蛍光体粒子の平均粒径σに対して十分に広い評価領域とは、例えば、一辺がσの2倍から100倍程度の領域や、面積が50σ2以上の領域である。さらに、複数の評価領域での平均値を用いて評価することが望ましい。
図1では、簡単のために、蛍光体層10を入射面側部分10aと基板側部分10bの2等分して説明したが、蛍光体層10は蛍光体体積密度が深さ方向に徐々に変化することがより望ましい。例えば、図5(a)に示す例では、入射面側部分10a、中間部分10cおよび基板側部分10bにかけて蛍光体体積密度が65%、45%および35%と深さ方向に徐々に変化(減少)している。ただし、蛍光体粒子5の密度分布は厳密には蛍光体粒子の粒径や粒度分布に依存して変動するため、蛍光体粒子の平均粒径σ程度の範囲での密度のばらつきは無視してもよい。言い換えれば、図1に示すように蛍光体層10を深さ方向に2等分したときに、基板側部分10bよりも入射面側部分10aの蛍光体体積密度が高くなっていればよい。
より具体的には、入射面側部分10aの蛍光体体積密度が基板側部分10bの蛍光体体積密度より10%以上高いことが望ましく、さらには15%以上高いことがより望ましい。なお、入射面側部分10aの蛍光体体積密度が基板側部分10bの蛍光体体積密度の2倍を超えると、この密度差によって蛍光体層としての安定性が低下し、割れや基板3からの剥れが発生するおそれがあるため、望ましくない。
また、蛍光体体積密度が15%を下回ると、蛍光体層として十分な輝度を得るために蛍光体層全体の厚みを増やす必要が生じる。厚みが大きくなると、蛍光体層10からの光が(プロジェクタの光学系に対して)形成する光源像のサイズが増大して、該光学系の光取り込み効率上、不利になるため望ましくない。一方、蛍光体体積密度が70%を超えると、バインダに対する蛍光体粒子の比率が高くなりすぎ、蛍光体層(膜)としての安定性が低下して割れや剥れが発生するため、望ましくない。
以上のことから、入射面側部分10aの蛍光体体積密度(第2の体積密度)をρ0とし、基板側部分10bの蛍光体体積密度(第1の体積密度)をρ1とするとき、
1.1≦ρ1/ρ0≦4.0
なる条件を満足することが望ましい。また、この条件とともに又はこの条件とは別に、
25%≦ρ1≦70%
15%≦ρ0≦50%
なる条件を満足することが望ましい。なお、上記条件式は、
1.3(更に好ましくは1.5)≦ρ1/ρ0≦4.0(更に好ましくは2.0)
45%≦ρ1≦70%
15%≦ρ0≦40%
のうち1つ以上を満足するとなお良い。
1.1≦ρ1/ρ0≦4.0
なる条件を満足することが望ましい。また、この条件とともに又はこの条件とは別に、
25%≦ρ1≦70%
15%≦ρ0≦50%
なる条件を満足することが望ましい。なお、上記条件式は、
1.3(更に好ましくは1.5)≦ρ1/ρ0≦4.0(更に好ましくは2.0)
45%≦ρ1≦70%
15%≦ρ0≦40%
のうち1つ以上を満足するとなお良い。
蛍光体粒子としては、CeがドープされたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系の蛍光体を用いることができる。それ以外にも、LuAGタイプやサイアロン蛍光体など、無機材料で紫外〜青色波長を吸収して可視域の緑〜赤色領域を発光する蛍光体材料であれば適宜選択して用いることができる。
本実施例における波長変換素子20(蛍光体層10)の製造方法としては、様々な方法を用いることができる。例えば、シリカやアルミナ、チタニア系ゾルゲル材料からなる無機バインダ内に蛍光体粒子を分散させて塗布、乾燥する方法がある。他には、ガラスセラミクスと蛍光体粒子を混合して焼成(焼結)することで、ガラスやセラミクス内に蛍光体粒子を分散させる方法もある。この際は高い焼成温度を用いると蛍光体粒子の特性が劣化することがあるため、バインダとして低融点ガラス等の材料を用いることが望ましい。
深さ方向において蛍光体体積密度が異なる蛍光体層10を得るためには、例えば以下の製造方法を用いることができる。第1の方法として、予め異なる蛍光体体積密度で硬化前のバインダ内に蛍光体粒子を分散させた2以上の材料を用意し、それらの材料を基板3(または不図示のベース面)側から蛍光体体積密度が高い順に塗布して積層する方法がある。すなわち、バインダ内に第1の体積密度で蛍光体粒子を分散させた第1の材料と、バインダ内に第1の体積密度より高い第2の体積密度で蛍光体粒子を分散させた第2の材料とを用意する。そして、第2の材料が基板側に位置するようにこれら第1の材料と第2の材料とを積層すればよい。図5(a)に示したように第1および第2の体積密度の中間の第3の体積密度を有する中間部分10cがある場合は、バインダ内に第3の体積密度で蛍光体粒子を分散させた第3の材料も用意して、第1から第3の材料を積層すればよい。
これにより、容易に基板側部分10bよりも蛍光体体積密度が高い入射面側部分10aを有した蛍光体層10を製造することができる。この際、図5(b)に示すように、蛍光体体積密度が高い材料に分散させる蛍光体粒子5として粒子径が互いに異なるものを混合してもよい。また、図5(c)に示すように、各材料に蛍光体粒子5とは異なる他の粒子8を混合し、蛍光体粒子5と他の粒子8との密度比率をそれらの材料で異ならせてもよい。
第2の方法として、蛍光体粒子を硬化前のバインダやガラス内で沈降させることで、深さ方向に蛍光体体積密度に差を設ける方法で蛍光体層10を製造してもよい。一般に、比重が異なる材質の混合物は重力方向に密度の偏りが生じる。このため、塗布条件や焼成および冷却条件を制御して蛍光体粒子5の密度の偏りを生じさせた後、蛍光体体積密度が高い側を入射面側として配置することでも本実施例の蛍光体層10を製造することができる。ただし、励起光の密度が非常に高強度となる場合には、有機材料のバインダを用いるとこれが熱により劣化して波長変換素子20の安定性や寿命が低下するおそれがある。このため、蛍光体層10は無機材料のみにより構成されることが望ましい。具体的には、バインダは、シリカまたは金属の酸化物や窒化物、もしくはそれらの混合体により形成されることが望ましい。
蛍光体粒子5の平均粒径σは、1〜10μm程度の範囲のものであることが望ましい。蛍光体粒子の平均粒径σを小さくすると、一般には蛍光体層の表面状態の影響を受けて発光効率が低下することが知られている。平均粒径σが1μm以下の蛍光体粒子を用いる場合には、効率低下に対する表面修飾等の改良処理を施した上で使用することが望ましい。平均粒径σが10μmを超えると、膜厚制御性や微小領域における面内の密度のばらつきが懸念されるので、望ましくない。
また、蛍光体層10の層厚みは、0.02mm以上0.5mm以下の範囲であることが望ましい。0.02mmを下回ると高密度の励起光を効率良く蛍光光に変換することが難しい。また、0.5mmを上回るとプロジェクタの光学系による光取り込み効率が低下し、また蛍光体層10の割れが発生しやすくなる等の懸念がある。また、蛍光体層10は、層厚み方向(深さ方向)に体積密度勾配を付与する点から、平均粒径σの5倍以上の層厚みを有することが望ましい。
さらに、図5(c)に示したように、バインダ4内には蛍光体粒子5とは異なる他の粒子8として無機粒子を混合してもよい。これにより、蛍光体体積密度が異なる蛍光体層10において蛍光体粒子5とバインダ4またはガラスの線膨張差による応力の偏りを緩和したり、熱伝導性を改善したり、励起光の拡散強度を制御したりする等の効果が期待できる。このような目的に用いられる無機粒子としては、励起光の波長における吸収が限りなく少なく、かつ励起光の波長における屈折率がバインダまたはガラスの材料に対して異なるものを用いることが望ましい。この屈折率差が小さすぎると、無機粒子の界面反射率が低下して励起光の拡散効果が低下する。具体的には、励起光または蛍光の波長において、屈折率差が少なくとも0.05以上(更に望ましくは0.10以上)の無機粒子を選択することが望ましい。
線膨張を緩和する目的で無機粒子を使用する場合には、無機粒子の材料は、例えば蛍光体粒子またはバインダの材料よりも小さな線膨張係数を有することが望ましい。さらには負の線膨張係数を有する材料を用いれば、蛍光体層に発生する応力の偏りをさらに抑制することができる。このように、様々な目的に応じて適切な材料を選択すればよい。
以上、本実施例の波長変換素子20について説明したが、他の構成を有する波長変換素子を用いてもよい。例えば、図1では金属基板3上に蛍光体層10を形成した反射型の波長変換素子20を示したが、基板3は金属以外の透光性を有するものであってもよく、この場合は透過型の波長変換素子としても使用可能である。例えば、放熱性が高く線膨張係数が近い誘電体材質(サファイアやスピネル)であってもよい。
また、蛍光体層10単体で支持可能であれば基板3がない構成であってもよい。この場合であっても、本実施例と同様に蛍光体層10内で蛍光体体積密度を異ならせることで、温度勾配を緩和する効果が得られる。
また、蛍光体層10の入射面や基板接触面には、コーティングや凹凸構造を設けてもよい。増反射膜やダイクロイックミラー等を設けることで、光利用効率の向上や利用波長の狭帯域化等が期待できる。ただし、微細な凹凸構造では蛍光体層の表面の温度変化(線膨張変化)によって形状(周期、屈折率および占有率)が変化し、凹凸構造による効果に影響が出る場合がある。本実施例で説明した構成を採用することで、蛍光体層の応力を緩和し、割れ等の抑制に加えて表面の凹凸構造の変化を抑制することができ、蛍光体層の発光特性をより安定化することができる。
基板3の冷却手段については、波長変換素子20を一般的な回転ホイール体として構成したり、ピエゾ素子による微小駆動を行ったり、ペルチェ素子による局所冷却機構を用いたりすればよい。
本実施例によれば、蛍光体層10における蛍光体粒子5の体積密度を適切に設定することで、蛍光体層10での発光とその後の光取り込み効率を向上させることができる。そして、これを用いた光源装置100のより高輝度化を実現することができる。
次に、図6を用いて、本発明の第2の実施例であるプロジェクタ(画像投射装置)200について説明する。プロジェクタ200は、実施例1で説明した光源装置100を備えている。光源装置100から発せられた白色光102(点線で示す赤色光102r、緑色光102gおよび青色光102b)は以下に説明するプロジェクタ用光学系に入射する。まず、赤色、緑色および青色光102r,102g,青色光102bは偏光変換素子103に入射し、ここで一様な偏光方向を有する直線偏光としての赤色、緑色および青色照明光(点線で示す)104r,104g,104bに変換される。
これら照明光104r,104g,104bはダイクロイックミラー105により赤色照明光104rおよび青色照明光104bと緑色照明光104gとに分離される。緑色照明光104gは、偏光分離素子(以下、PBSという)108および位相補償板112を透過して光変調素子111gに到達する。赤色および青色照明光104r,104bは、偏光板106を透過して色選択性位相板107に入射する。色選択性位相板107は、赤色照明光104rの偏光方向をそのまま維持しつつ青色照明光104bの偏光方向を90°回転させる。色選択性位相板107から出射した赤色照明光104rは、PBS109および位相補償板112rを透過して光変調素子111rに到達する。色選択性位相板107から出射した青色照明光104bは、PBS109で反射して位相補償板112bを透過して光変調素子111bに到達する。各光変調素子は、反射型液晶パネルまたはデジタルマイクロミラーデバイスにより構成される。光変調素子として、透過型液晶パネルを用いることも可能である。
光変調素子111g,111r,111bは入射した緑色、赤色および青色照明光104g,104r,104bを画像変調して緑色、赤色および青色画像光115g,115b,115rに変換する。これら画像光115g,115b,115rは、PBS108,109および合成プリズム118を介して合成され、投射レンズ120によりスクリーン等の被投射面に投射される。これにより、投射画像としてのカラー画像が表示される。
このように実施例1で説明した光源装置100を用いることにより、安定的に明るい投射画像を表示可能なプロジェクタ200を実現することができる。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
1 発光素子
2 光源光学系
3 基板
4 バインダ
5 蛍光体粒子
6 励起光
7 蛍光光
10 蛍光体層
100 光源装置
2 光源光学系
3 基板
4 バインダ
5 蛍光体粒子
6 励起光
7 蛍光光
10 蛍光体層
100 光源装置
Claims (12)
- バインダ内に蛍光体粒子が分散した蛍光体部を有し、
前記蛍光体部は厚み方向において互いに反対側にある第1の面と第2の面とを有し、前記第2の面側から励起光が照射される波長変換素子であって、
前記蛍光体部を前記第1の面側にある第1の部分と前記第2面側にある第2の部分とに前記厚み方向に2等分したときの前記第2の部分での前記蛍光体粒子の体積密度が、前記第1の部分での前記体積密度よりも高いことを特徴とする波長変換素子。 - 前記蛍光体部を支持する基板を有し、
前記第1の面は、前記基板に接していることを特徴とする請求項1に記載の波長変換素子。 - 前記第1の部分での前記体積密度をρ1とし、前記第2の部分での前記体積密度をρ0とするとき、
1.1≦ρ1/ρ0≦4.0
なる条件を満足することを特徴とする請求項1または2に記載の波長変換素子。 - 前記第1の部分での前記体積密度をρ1とし、前記第2の部分での前記体積密度をρ0とするとき、
25%≦ρ1≦70%
15%≦ρ0≦50%
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の波長変換素子。 - 前記蛍光体部の厚みが、前記蛍光体粒子の平均粒径の5倍以上であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の波長変換素子。
- 前記バインダの材料と前記基板の材料との線膨張係数の差が、50×10−7/K以上200×10−7/K以下であることを特徴とする請求項2に記載の波長変換素子。
- 前記バインダ内に前記蛍光体粒子とは異なる無機粒子が分散しており、
前記無機粒子と前記バインダとの屈折率差が0.05以上であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の波長変換素子。 - 励起光を発する光源と、
請求項1から7のいずれか一項に記載の波長変換素子とを有することを特徴とする光源装置。 - 前記蛍光体部の前記第2の面上での前記励起光の最大強度が、10W/mm2以上であることを特徴とする請求項8に記載の光源装置。
- 前記第2の面上において前記励起光の強度が前記最大強度の50%以上の領域の面積が、4mm2以下であることを特徴とする請求項9に記載の光源装置。
- 請求項8から10のいずれかに記載の光源装置と、
該光源装置からの光を光変調素子により変調することで画像を投射する光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。 - バインダ内に蛍光体粒子が分散した蛍光体部を有し、前記蛍光体部は厚み方向において互いに反対側にある第1の面と第2の面とを有し、前記第2の面側から励起光が照射される波長変換素子の製造方法であって、
前記バインダ内に第1の体積密度で前記蛍光体粒子を分散させた第1の材料と、前記バインダ内に前記第1の体積密度より高い第2の体積密度で前記蛍光体粒子を分散させた第2の材料とを用意し、
前記第2の材料が前記第2の面側に位置するように前記第1の材料と前記第2の材料とを積層することを特徴とする波長変換素子の製造方法。
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