JP2017215568A - 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
Description
<蛍光体>
蛍光体としては、励起光の波長を変換して蛍光光を発生させる特性を有する材料であれば、特に制限はない。一般には、波長が約440nmから約470nmの青色光により励起される無機材料が多く用いられ、本実施例でもこれを用いることができる。例えば、図1に示した波長変換素子102のように黄色蛍光光を発生させる蛍光体としては、Y3Al5O12:Ce3+、(Sr,Ba)2SiO4:Eu2+およびCax(Si,Al)12(O,N)16:Eu2+等が用いられる。なお、Cax(Si,Al)12(O,N)16:Eu2+は、一般に、αサイアロン蛍光体と称され、発光色は黄色〜橙色である。
<拡散体>
拡散体は、光学ガラス、硫酸バリウム、TiO2、Al2O3、ダイヤモンド等の可視光の吸収率が低い透光性を有する粒子(粉体)が用いられ、本実施例でも、これらを用いることができる。屈折率を考慮して光学ガラスの粒子を用いてもよい。例えば、FS5(屈折率=1.675)やFS15(屈折率=1.698)等、蛍光体の屈折率とバインダーの屈折率との間の屈折率を有する光学ガラスの粒子を用いたり、同様な屈折率を有する硫酸バリウムを用いたりするとよい。
<バインダー>
バインダーは、蛍光体と拡散体を固定するために用いられ、有機系バインダーと無機系バインダーに大別される。いずれも蛍光体を塊として扱うための繋ぎ材として用い、基板を用いる場合には基板上への固定材となる。基板を用いない場合は、蛍光体層を固化するための繋ぎ材となる。有機系バインダーとしては、耐熱性の観点から、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂が多く用いられる。また、無機系バインダーとしては、低融点硝子フリットや東亜合成株式会社製のアロンセラミック(登録商標)等の耐熱性セラミック接着材等がある。気泡が入り難く体積収縮も少ない低融点硝子フリットが多く用いられる。本実施例でも、これらのバインダーを用いることができる。
<基板>
本実施例では、蛍光体層を固定保持する基板を用いてもよい。図3(a),(b)には、蛍光体層10と基板8との関係を示す。12は励起光であり、14は蛍光光である。図3(a)には、励起光12を、透光性を有する基板8の裏面側から入射させて該基板8を透過させ、表面側に設けられた蛍光体層10に照射することで蛍光光14を取り出す透過タイプを示している。この透過タイプでは、蛍光体で発生した熱を放熱する観点から、熱伝導率が高い透光性材料であるダイヤモンドやサファイアで作られた基板を用いるとよい。
<拡散体の濃度と粒径>
前述した蛍光光の取り出し効率(発光効率)向上の効果を得るためには、拡散体を蛍光体に対して特定の距離まで近づける必要がある。立方体において蛍光体が配置された空間を差し引いた残りの空間をバインダーと拡散体で満たすとする。拡散体(粒子)の最小粒径をDとし、拡散体間の距離をdとする。ここで、蛍光体と拡散体との間の距離は、この拡散体間の距離dに等しいとみなすことができる。すなわち、蛍光体と拡散体との間の距離dは以下のように表すことができる。
V=(D+d)3
と表せる。また、全拡散体(複数の拡散体粒子)の体積は、
これより、距離dは、
2 拡散体(粒子)
3 バインダー
8 基板
10 蛍光体層
Claims (16)
- 励起光の一部を波長変換して蛍光光を発生させ、該蛍光光と前記励起光と同波長の非変換光との合成光を生成する波長変換素子であって、
蛍光体と、
前記蛍光体に接するバインダーと、
前記バインダー内に含まれる複数の拡散体粒子とを有し、
前記拡散体粒子の最小粒径が、前記蛍光光の波長の1/4以上4倍以下であり、
前記バインダーおよび前記複数の拡散体粒子の合計体積に対する前記複数の拡散体粒子の体積の割合が、25%以上60%未満であることを特徴とする波長変換素子。 - 励起光としての青色光の一部を波長変換して蛍光光としての黄色光を発生させ、該黄色光と前記青色光との合成光を生成する波長変換素子であって、
蛍光体と、
前記蛍光体に接するバインダーと、
前記バインダー内に含まれる複数の拡散体粒子とを有し、
前記拡散体粒子の最小粒径をDとし、前記バインダーおよび前記複数の拡散体粒子の合計体積に対する前記複数の拡散体粒子の体積の割合をXとし、前記蛍光体と前記拡散体粒子との距離dを、
とするとき、距離dが600nm以下であることを特徴とする波長変換素子。 - 前記距離dが300nm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。
- 前記複数の拡散体粒子の体積を1としたときの前記蛍光体の体積が0.5以上1.5以下であ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光源
- 前記蛍光体が、前記バインダー内に複数の蛍光体粒子として含まれており、
粒子の最大粒径と最小粒径との平均値を平均粒径というとき、
前記蛍光体粒子の平均粒径が、前記拡散体粒子の平均粒径よりも大きい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。 - 前記拡散体粒子の最小粒径が2μm以下であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の波長変換素子。
- 粒子の最大粒径と最小粒径との平均値を平均粒径というとき、
前記拡散体粒子の平均粒径が、0.1μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の波長変換素子。 - 前記拡散体粒子の屈折率が前記蛍光体の屈折率と前記バインダーの屈折率との間の屈折率であることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光光の波長における前記蛍光体の屈折率が1.4以上2.5以下であり、前記蛍光体の屈折率がバインダーの屈折率より高いことを特徴とする請求項8に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光光の波長における前記バインダーの屈折率が1.4以上1.8以下であり、前記蛍光体の屈折率がバインダーの屈折率より高いことを特徴とする請求項8または9に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光光の波長における前記蛍光体と前記拡散体粒子との屈折率差が0.3以下であることを特徴とする請求項8から10のいずれか一項に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光光の波長における前記バインダーと前記拡散体粒子との屈折率差が0.1以上であることを特徴とする請求項8から11のいずれか一項に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光体および前記拡散体粒子を含む前記バインダーの合計厚みが、50μm以上500μm以下であることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光体および前記拡散体粒子を含む前記バインダーが円環状または円盤状に配置されていることを特徴とする請求項1から13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14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。 - 請求項15に記載の光源装置と、
該光源装置からの前記合成光と光変調素子とを用いて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。
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