JP2018053227A - Phosphor, wavelength conversion element, light source device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光体、波長変換素子、光源装置およびプロジェクターに関するものである
。
The present invention relates to a phosphor, a wavelength conversion element, a light source device, and a projector.
特許文献1には、蛍光体から射出された蛍光を照明光として利用する光源装置が記載さ
れている。その蛍光体は、有機材料からなるバインダーと、バインダー中に分散された蛍
光体粒子とを備えている。しかし、有機材料の耐熱性は無機材料よりも低いため、励起光
として高強度のレーザー光が照射されると、バインダーは熱によって劣化する。
特許文献2には、有機材料を含まない無機蛍光体が開示されている。その無機蛍光体は
複数の蛍光体粒子が焼結されてなる。
しかし、上記特許文献2の蛍光体は、複数の気孔を有していることから、蛍光体粒子の
熱伝導率と比べると、蛍光体の熱伝導率は低い。そのため、励起光として高強度のレーザ
ー光が照射されると、蓄熱してしまい、蛍光体粒子の発光効率が低下する。さらに、蛍光
体は気孔が多いほど割れやすいため。熱応力により蛍光体が割れる可能性がある。たとえ
ば、高強度の励起光を照射すると、面内温度差によって大きな熱応力が発生する。また、
蛍光体を点光源として利用するために、励起光を狭い領域に集束させて照射すると、励起
光の照射位置では蛍光体は高温となり、大きな熱応力が発生する。
However, since the phosphor of
In order to use the phosphor as a point light source, when the excitation light is focused and irradiated in a narrow region, the phosphor becomes high temperature at the excitation light irradiation position, and a large thermal stress is generated.
複数の気孔を有する蛍光体を、例えば研磨によって一定の厚さの蛍光体層に加工した場
合、蛍光体層の表面に気孔が露出することが避けられない。そのため、蛍光体層の表面に
は、気孔に起因する「くぼみ」が存在している。特許文献1に記載された光源装置におい
て、蛍光体層の表面には、光の利用効率を向上させるために誘電体多層膜等の光学機能層
が設けられることがある。しかし、表面にくぼみを有している特許文献2の蛍光体層に光
学機能層を形成する場合、くぼみの部分では意図した状態で光学機能層を形成することが
困難であり、意図した特性の光学機能層を形成することが困難である。
When a phosphor having a plurality of pores is processed into a phosphor layer having a certain thickness by polishing, for example, it is inevitable that the pores are exposed on the surface of the phosphor layer. Therefore, “indentations” due to pores exist on the surface of the phosphor layer. In the light source device described in
一方で気孔は、蛍光体内部で発せられた蛍光を散乱する機能を有している。蛍光体内部
における光散乱機能は、蛍光体内部で発せられた蛍光の取出し効率を高めて蛍光を効率的
に利用するために必要である。気孔を減らすと蛍光体内の散乱源が減少するため、蛍光の
利用効率が低下するだけでなく、蛍光の射出領域が拡大して、後段の光学系による蛍光の
利用効率が低下する。
On the other hand, the pores have a function of scattering fluorescence emitted inside the phosphor. The light scattering function inside the phosphor is necessary for increasing the efficiency of extracting the fluorescence emitted inside the phosphor and using the fluorescence efficiently. If the pores are reduced, the number of scattering sources in the phosphor is reduced, so that not only the fluorescence utilization efficiency is lowered, but also the emission area of the fluorescence is enlarged, and the fluorescence utilization efficiency by the subsequent optical system is lowered.
また、蛍光体の量子収率を向上させることが望まれている。 It is also desired to improve the quantum yield of the phosphor.
本発明は、上記の課題の少なくとも一つが解決された蛍光体を提供することを目的とす
る。また、本発明は、上述のような蛍光体を有する、波長変換素子、光源装置およびプロ
ジェクターを提供することをあわせて目的とする。
An object of the present invention is to provide a phosphor in which at least one of the above problems is solved. Another object of the present invention is to provide a wavelength conversion element, a light source device, and a projector having the phosphor as described above.
本発明の第1態様は、セラミックス材料の焼結体からなる蛍光体であって、前記焼結体
は、主相としてCe:Y3Al5O12と、副相として該主相とは屈折率の異なるセラミック
ス材料と、を含み、前記焼結体は結晶粒界を有するとともに、該結晶粒界に気孔を有する
蛍光体を提供する。
第1態様に係る蛍光体においては、副相が好適に光散乱源として機能する。具体的には
、主相と副相との境界が光散乱源として機能する。そのため、第1態様に係る焼結体にお
いては、副相を含まない焼結体においてよりも気孔量を少なくすることができる。つまり
、熱伝導率を高くすることができる。よって、熱伝導率と光散乱特性とを両立させること
が可能である。
A first aspect of the present invention is a phosphor comprising a sintered body of a ceramic material, wherein the sintered body is Ce: Y 3 Al 5 O 12 as a main phase, and the main phase is refracted as a sub phase. Ceramic materials having different rates, and the sintered body has a crystal grain boundary and provides a phosphor having pores in the crystal grain boundary.
In the phosphor according to the first aspect, the subphase preferably functions as a light scattering source. Specifically, the boundary between the main phase and the subphase functions as a light scattering source. Therefore, in the sintered body according to the first aspect, the amount of pores can be reduced as compared with the sintered body not including the subphase. That is, the thermal conductivity can be increased. Therefore, it is possible to achieve both thermal conductivity and light scattering characteristics.
第1態様において、前記副相は、第1結晶粒としてCe:YAlO3、CeO2、Y2O3
、またはCe:Y2O3を含んでもよい。
この構成によれば、蛍光体の量子収率は蛍光体が副相を含まない場合よりも高い。また
、副相が好適に散乱源として機能する。
In the first aspect, the subphase contains Ce: YAlO 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 as the first crystal grains.
Or Ce: Y 2 O 3 .
According to this configuration, the quantum yield of the phosphor is higher than when the phosphor does not contain a subphase. In addition, the subphase preferably functions as a scattering source.
第1態様において、前記副相は、前記第1結晶粒とは異なる第2結晶粒をさらに備え、
該第2結晶粒としてCe:YAlO3、CeO2、Y2O3、またはCe:Y2O3を含んでも
よい。
この構成によれば、副相が好適に散乱源として機能する。
In the first aspect, the subphase further includes second crystal grains different from the first crystal grains,
The second crystal grains may include Ce: YAlO 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , or Ce: Y 2 O 3 .
According to this configuration, the subphase preferably functions as a scattering source.
第1態様において、前記副相は、Ce:YAlO3、CeO2、またはCe:Y2O3を含
み、前記焼結体中のイットリウムの原子濃度[Y](at%)は、下記要件(i)および
(ii)を満たしてもよい。
(i)0.6<[Y]
(ii)0.6<[Re]/[Al]≦0.652
ただし、[Re]は、イットリウムの原子濃度とセリウムの原子濃度の和であり、[A
l]はアルミニウムの原子濃度である。
この構成によれば、副相を焼結体中に確実に形成することができる。さらに、蛍光体を
十分に緻密化し、気孔量を低減することができるので、蛍光を発する主相と、散乱源とし
て機能する副相との量のバランスに優れ、高品質な蛍光体とすることができる。
In the first aspect, the subphase contains Ce: YAlO 3 , CeO 2 , or Ce: Y 2 O 3 , and the atomic concentration [Y] (at%) of yttrium in the sintered body is the following requirement ( i) and (ii) may be satisfied.
(I) 0.6 <[Y]
(Ii) 0.6 <[Re] / [Al] ≦ 0.652
However, [Re] is the sum of the atomic concentration of yttrium and the atomic concentration of cerium, and [A
l] is the atomic concentration of aluminum.
According to this configuration, the subphase can be reliably formed in the sintered body. Furthermore, since the phosphor can be sufficiently densified and the amount of pores can be reduced, it is possible to obtain a high-quality phosphor with an excellent balance between the amount of the main phase that emits fluorescence and the subphase that functions as a scattering source. Can do.
第1態様において、前記副相の周囲を前記主相が取り囲んでいてもよい。
この構成によれば、主相と副相とが異なる結晶粒として存在し、それぞれの機能を好適
に発揮することができる。
In the first aspect, the main phase may surround the subphase.
According to this configuration, the main phase and the subphase are present as different crystal grains, and the respective functions can be suitably exhibited.
第1態様において、前記気孔は鱗片状であってもよい。
気孔が鱗片状であると、同じ体積の球状の気孔と比べて表面積が大きいため、蛍光体の
内部を進行する光が気孔に当たりやすく、より散乱しやすくなる。
In the first aspect, the pores may be scaly.
If the pores are scale-like, the surface area is larger than that of spherical pores of the same volume, so that the light traveling inside the phosphor is likely to hit the pores and more easily scatter.
第1態様において、前記主相を構成する結晶粒および前記副相を構成する結晶粒は、粒
状であってもよい。
この構成によれば、蛍光体の製造が容易である。
In the first aspect, the crystal grains constituting the main phase and the crystal grains constituting the subphase may be granular.
According to this configuration, the phosphor can be easily manufactured.
第1態様において、前記主相と前記副相との合計体積量に対する前記主相の体積の割合
は、90体積%以上100体積%未満であってもよい。
この構成によれば、蛍光を発する主相と、散乱源として機能する副相との量のバランス
に優れ、高品質な蛍光体とすることができる。
1st aspect WHEREIN: 90 volume% or more and less than 100 volume% may be sufficient as the ratio of the volume of the said main phase with respect to the total volume of the said main phase and the said subphase.
According to this structure, it is excellent in the balance of the quantity of the main phase which emits fluorescence, and the subphase which functions as a scattering source, and it can be set as a high quality fluorescent substance.
本発明の第2態様は、上記の蛍光体を形成材料とする蛍光体層を有する波長変換素子を
提供する。
この構成によれば、波長変換素子は上述の蛍光体を備えているため、熱によるダメージ
を受けにくく、且つ所望の光散乱特性を備えている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a wavelength conversion element having a phosphor layer using the phosphor as a forming material.
According to this configuration, since the wavelength conversion element includes the above-described phosphor, it is not easily damaged by heat and has a desired light scattering characteristic.
本発明の第3態様は、上記の波長変換素子と、前記波長変換素子が有する前記蛍光体層
に励起光を照射する光源と、を有する光源装置を提供する。
この構成によれば、光源装置は上述の蛍光体を備えているため、熱によるダメージを受
けにくい。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a light source device including the wavelength conversion element described above and a light source that irradiates the phosphor layer included in the wavelength conversion element with excitation light.
According to this configuration, since the light source device includes the above-described phosphor, it is not easily damaged by heat.
本発明の第4態様は、前記光源装置と、画像情報に応じて前記光源装置からの光を変調
し画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投写する投写光学系と、を有するプロジ
ェクターを提供する。
この構成によれば、プロジェクターは上述の蛍光体を備えているため、熱によるダメー
ジを受けにくい。
A fourth aspect of the present invention includes the light source device, a light modulation device that modulates light from the light source device according to image information to form image light, and a projection optical system that projects the image light. Provide a projector.
According to this configuration, since the projector includes the above-described phosphor, it is not easily damaged by heat.
本発明の第5態様は、蛍光体層と、該蛍光体層の表面に設けられた光学機能層と、を有
する波長変換素子を提供する。蛍光体層は、第1結晶子としてセラミックス蛍光材料と、
第2結晶子として該第1結晶子とは屈折率の異なるセラミックス材料と、を含む焼結体か
らなる。前記焼結体は結晶粒界を有するとともに、該結晶粒界に気孔を有する。
第5態様に係る波長変換素子においては、第2結晶子が好適に散乱源として機能する。
具体的には、第1結晶子と第2結晶子との境界が光散乱源として機能する。そのため、第
5態様に係る焼結体においては、第2結晶子を含まない焼結体においてよりも気孔量を少
なくすることができる。つまり、気孔が蛍光体層の表面に露出することで形成されるくぼ
みの量を少なくすることができる。そのため、蛍光体層の表面に形成された光学機能層に
欠陥が生じ難い。
A fifth aspect of the present invention provides a wavelength conversion element having a phosphor layer and an optical functional layer provided on the surface of the phosphor layer. The phosphor layer includes a ceramic fluorescent material as a first crystallite,
The first crystallite is made of a sintered body including a ceramic material having a different refractive index as the second crystallite. The sintered body has crystal grain boundaries and pores in the crystal grain boundaries.
In the wavelength conversion element according to the fifth aspect, the second crystallite preferably functions as a scattering source.
Specifically, the boundary between the first crystallite and the second crystallite functions as a light scattering source. Therefore, in the sintered body according to the fifth aspect, the amount of pores can be reduced as compared with the sintered body not including the second crystallite. That is, it is possible to reduce the amount of the depression formed by exposing the pores to the surface of the phosphor layer. Therefore, defects are hardly generated in the optical functional layer formed on the surface of the phosphor layer.
第5態様において、前記第1結晶子は、Ce:Y3Al5O12を含み、前記第2結晶子は
、Ce:YAlO3、CeO2、Y2O3、Ce:Y2O3またはYAlO3を含んでもよい。
この構成によれば、蛍光体の量子収率は蛍光体が副相を含まない場合よりも高い。また
、第2結晶子が好適に散乱源として機能する。
In the fifth aspect, the first crystallite includes Ce: Y 3 Al 5 O 12 , and the second crystallite includes Ce: YAlO 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , Ce: Y 2 O 3 or YAlO 3 may also be included.
According to this configuration, the quantum yield of the phosphor is higher than when the phosphor does not contain a subphase. The second crystallite preferably functions as a scattering source.
第5態様において、前記光学機能層は反射防止膜であってもよい。
この構成によれば、欠陥が少なく高い反射防止機能を有する反射防止膜を表面に備えた
波長変換素子とすることができる。
In the fifth aspect, the optical functional layer may be an antireflection film.
According to this configuration, a wavelength conversion element having an antireflection film having few defects and a high antireflection function on the surface can be provided.
第5態様において、前記光学機能層はダイクロイック膜であってもよい。
この構成によれば、欠陥が少なく高い波長選択機能を有するダイクロイック膜を表面に
備えた波長変換素子とすることができる。そのため、蛍光体層で生成された蛍光が所望の
方向に射出される。
In the fifth aspect, the optical functional layer may be a dichroic film.
According to this configuration, it is possible to provide a wavelength conversion element having a dichroic film having few defects and a high wavelength selection function on the surface. Therefore, the fluorescence generated by the phosphor layer is emitted in a desired direction.
第5態様において、前記光学機能層は反射膜であってもよい。
この構成によれば、欠陥が少なく高い反射機能を有する反射膜を表面に備えた波長変換
素子とすることができる。そのため、蛍光体層で生成された蛍光が所望の方向に射出され
る。
In the fifth aspect, the optical functional layer may be a reflective film.
According to this configuration, it is possible to provide a wavelength conversion element having a reflective film with few defects and a high reflection function on the surface. Therefore, the fluorescence generated by the phosphor layer is emitted in a desired direction.
第5態様において、前記蛍光体層は、第3結晶子として前記第2結晶子とは異なるセラ
ミックス材料をさらに含み、前記第3結晶子の屈折率は前記第1結晶子の屈折率とは異な
っていてもよい。
この構成によれば、第3結晶子も好適に散乱源として機能する。
In the fifth aspect, the phosphor layer further includes a ceramic material different from the second crystallite as a third crystallite, and a refractive index of the third crystallite is different from a refractive index of the first crystallite. It may be.
According to this configuration, the third crystallite also preferably functions as a scattering source.
本発明の第6態様は、上記の波長変換素子と、前記波長変換素子が有する前記蛍光体層
に励起光を照射する光源と、を有する光源装置を提供する。
この構成の光源装置は、上述のような波長変換素子を有するため、高輝度な光を射出す
ることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a light source device comprising: the above-described wavelength conversion element; and a light source that irradiates the phosphor layer included in the wavelength conversion element with excitation light.
Since the light source device having this configuration includes the wavelength conversion element as described above, it can emit high-luminance light.
本発明の第7態様は、上記の光源装置と、画像情報に応じて前記光源装置からの光を変
調し画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投写する投写光学系と、を有するプロ
ジェクターを提供する。
この構成のプロジェクターは、上述の光源装置を備えているため、高輝度な映像を投写
することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the above light source device, a light modulation device that modulates light from the light source device according to image information to form image light, and a projection optical system that projects the image light. A projector is provided.
Since the projector having this configuration includes the above-described light source device, it can project a high-luminance image.
本発明の第8態様は、励起光を射出する光源と、前記励起光によって励起されて蛍光を
射出する蛍光体層を有する波長変換素子と、前記光源と前記波長変換素子との間における
前記励起光の光路上に配置され、前記励起光を前記蛍光体層に向けて集光する集光光学系
と、を有し、前記蛍光体層は、第1結晶子としてセラミックス蛍光材料と、第2結晶子と
して該第1結晶子とは屈折率の異なると、を含む焼結体からなる光源装置を提供する。
第8態様に係る光源装置においては、第2結晶子が好適に散乱源として機能する。具体
的には、第1結晶子と第2結晶子との境界が光散乱源として機能する。そのため、第8態
様に係る焼結体においては、第2結晶子を含まない焼結体においてよりも気孔量を少なく
することができる。つまり、熱伝導率を増加させることができる。そのため、蛍光体層の
温度上昇が低減され、蛍光体層が破損しにくい。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a light source that emits excitation light, a wavelength conversion element that includes a phosphor layer that emits fluorescence when excited by the excitation light, and the excitation between the light source and the wavelength conversion element. A condensing optical system disposed on the optical path of the light and condensing the excitation light toward the phosphor layer, wherein the phosphor layer includes a ceramic fluorescent material as a first crystallite, and a second Provided is a light source device comprising a sintered body including a crystallite having a refractive index different from that of the first crystallite.
In the light source device according to the eighth aspect, the second crystallite preferably functions as a scattering source. Specifically, the boundary between the first crystallite and the second crystallite functions as a light scattering source. Therefore, in the sintered body according to the eighth aspect, the amount of pores can be reduced as compared with the sintered body not including the second crystallite. That is, the thermal conductivity can be increased. Therefore, the temperature rise of the phosphor layer is reduced and the phosphor layer is not easily damaged.
第8態様において、前記第1結晶子は、Ce:Y3Al5O12を含み、前記第2結晶子は
、YAlO3を含んでもよい。
YAlO3(以下、YAP)が含まれる焼結体では、YAPを含まない場合と比較して
、焼結体を製造する際、第1結晶子および第2結晶子の結晶子径が小さくなる傾向にある
。焼結体は、焼結体を構成する結晶子の結晶子径が小さいと、曲げ強度が高い。そのため
、上記構成によれば、熱応力による破損が起こりにくい。
In the eighth aspect, the first crystallite may include Ce: Y 3 Al 5 O 12 , and the second crystallite may include YAlO 3 .
In the sintered body containing YAlO 3 (hereinafter referred to as YAP), the crystallite diameters of the first crystallite and the second crystallite tend to be smaller when the sintered body is produced than when no YAP is contained. It is in. The sintered body has high bending strength when the crystallite diameter of the crystallite constituting the sintered body is small. Therefore, according to the above configuration, damage due to thermal stress is unlikely to occur.
本発明の第9態様は、上記の光源装置と、画像情報に応じて前記光源装置からの光を変
調し画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投写する投写光学系と、を有するプロ
ジェクターを提供する。
この構成のプロジェクターは、上述の光源装置を備えているため、信頼性が高い。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the above light source device, a light modulation device that modulates light from the light source device according to image information to form image light, and a projection optical system that projects the image light. A projector is provided.
Since the projector having this configuration includes the light source device described above, it has high reliability.
[第1実施形態]
以下、図を参照しながら、本実施形態に係る蛍光体、波長変換素子、光源装置およびプ
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 phosphor, the wavelength conversion element, the light source device, and the projector according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. 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.
図1は、本実施形態の蛍光体の一例を示すSEM写真であり、反射電子像(BSE像)
である。本実施形態の蛍光体1は、セラミックス材料の焼結体からなる。
蛍光体1は、主相2としてCe:Y3Al5O12(以下、「Ce:YAG」と称する)を
含み、副相3として2種類のセラミックス材料を含んでいる。2種類のセラミックス材料
は、Ce:YAlO3(以下、「Ce:YAP」と称する)およびCe:Y2O3である。
さらに、蛍光体1は複数の気孔4を含んでいる。
図1において、Ce:Y2O3からなる結晶粒を符号YOで示す。BSE像において、C
e:YAGとCe:YAPとを識別することは容易ではないため、図1においては、Ce
:YAGからなる結晶粒とCe:YAPからなる結晶粒とをそれぞれ符号GPで示した。
蛍光体1は結晶粒界を有するとともに、結晶粒界に気孔4を有している。
FIG. 1 is an SEM photograph showing an example of the phosphor of the present embodiment, and a reflected electron image (BSE image).
It is. The
The
Further, the
In FIG. 1, a crystal grain made of Ce: Y 2 O 3 is indicated by a symbol YO. In the BSE image, C
Since it is not easy to distinguish e: YAG and Ce: YAP, in FIG.
: The crystal grain consisting of YAG and the crystal grain consisting of Ce: YAP are indicated by the symbol GP, respectively.
The
Ce:YAPは特許請求の範囲に記載の第1結晶粒に相当し、Ce:Y2O3は特許請求
の範囲に記載の第2結晶粒に相当する。第2結晶粒の形成材料は第1結晶粒の形成材料と
は異なっている。以下、本明細書において、主相2を構成する結晶粒を結晶粒2aと称し
、副相3を構成する結晶粒を結晶粒3aと称する。
Ce: YAP corresponds to the first crystal grains recited in the claims, and Ce: Y 2 O 3 corresponds to the second crystal grains recited in the claims. The material for forming the second crystal grains is different from the material for forming the first crystal grains. Hereinafter, in this specification, crystal grains constituting the
Ce:YAGは、励起光を照射することにより黄色の蛍光を発する黄色蛍光体である。
主相2は、Ce:YAGからなる複数の結晶粒2aが焼結して形成されている。
Ce: YAG is a yellow phosphor that emits yellow fluorescence when irradiated with excitation light.
The
副相3は、主相2とは異なる形成材料からなる。本実施形態では、副相3の形成材料は
Ce:YAPおよびCe:Y2O3であるが、これに限定されない。形成材料は例えば、A
l2O3、CeO2、Y2O3、YAPであってもよい。Al2O3、CeO2、Y2O3は、後述
するようにCe:YAGを合成する際に用いる出発物質である。副相3は、1種類の形成
材料からなっていてもよいし、本実施形態のように複数の形成材料からなっていてもよい
。なお、主相2と第1結晶粒と第2結晶粒のうち少なくとも一つが、出発物質などに含ま
れている金属不純物を含んでいてもよい。
The
It may be l 2 O 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , YAP. Al 2 O 3 , CeO 2 , and Y 2 O 3 are starting materials used when synthesizing Ce: YAG as described later. The
上述した各材料の屈折率は、Ce:YAG(1.83)、Al2O3(1.76)、Ce
:YAP(1.93)、CeO2(2.2)、Y2O3(1.87)、Ce:Y2O3(1.
87〜2.2)、YAP(1.93)である。Ce:Y2O3の屈折率は、Ceの含有量に
よって異なる。Ce:YAPの屈折率およびCe:Y2O3の屈折率は、主相2(Ce:Y
AG)の屈折率とは異なっているため、副相3は好適に散乱源として機能する。
The refractive index of the above-described materials, Ce: YAG (1.83), Al 2 O 3 (1.76), Ce
: YAP (1.93), CeO 2 (2.2), Y 2 O 3 (1.87), Ce: Y 2 O 3 (1.
87-2.2), YAP (1.93). The refractive index of Ce: Y 2 O 3 varies depending on the Ce content. The refractive index of Ce: YAP and the refractive index of Ce: Y 2 O 3 are the main phase 2 (Ce: Y
Since the refractive index is different from that of AG), the
なお、副相3を構成するこれらの物質の熱伝導率はCe:YAGと同等であるため、蛍
光体1が副相3を有していても蛍光体1の熱伝導率が大きく低下することはない。
In addition, since the thermal conductivity of these substances constituting the
結晶粒2aおよび結晶粒3aは、粒状であることが好ましい。このような構成であれば
、蛍光体の製造が容易である。ここで、本実施形態において「粒状」とは、SEM写真に
おける結晶粒の形状を矩形で近似した場合、長辺に対する短辺の比が0.3以上のものを
指す。結晶粒2aの平均結晶粒径は、0.8μm以上1.2μm以下であることが好まし
い。
The
結晶粒3aについては、蛍光体1の厚みが200μmである場合、0.5μm以上20
μm以下であるとよい。結晶粒3aがCe:YAPからなる場合、結晶粒3aの平均結晶
粒径は、0.8μm以上1.2μm以下であることが好ましい。また、結晶粒3aがCe
O2またはCe:Y2O3からなる場合、結晶粒3aの平均結晶粒径は、0.33μm以上
0.5μm以下であることが好ましい。
Regarding the
It is good that it is μm or less. When the
When composed of O 2 or Ce: Y 2 O 3 , the average crystal grain size of the
また、結晶粒2aはフィルム状でもよい。結晶粒2aの形状がフィルム状である場合、
結晶粒2aの表面積が大きくなり、後述するように、光を散乱させやすくなるため好まし
い。同様の理由で、結晶粒3aはフィルム状でもよい。
The
Since the surface area of the
ここで、本実施形態において結晶粒2a,3aの平均結晶粒径は、以下のようにして求
める。
Here, in this embodiment, the average crystal grain size of the
まず、蛍光体1を破断し、破断面についてSEMのBSE像を撮像する。その際、1視
野に結晶粒がおよそ50個程度含まれるような倍率で撮像する。
First, the
次いで、得られたSEM写真に基づいて、結晶粒界に沿って各結晶粒を区別する画像処
理を行う。
Next, based on the obtained SEM photograph, image processing for distinguishing each crystal grain along the crystal grain boundary is performed.
次いで、画像処理後のSEM写真から各結晶粒の面積を求め、各結晶粒について求めた
面積と等しい面積を持つ円の直径である円相当径を算出する。得られた円相当径について
算術平均することで、平均結晶粒径を求める。
Next, the area of each crystal grain is obtained from the SEM photograph after image processing, and the equivalent circle diameter, which is the diameter of a circle having an area equal to the area obtained for each crystal grain, is calculated. The average crystal grain size is obtained by arithmetically averaging the obtained equivalent circle diameter.
気孔4は、鱗片状であることが好ましい。ここで、本実施形態において「鱗片状」とは
、SEM写真における気孔の形状を矩形で近似した場合、長辺に対する短辺の比が0.3
より小さいものを指す。しかし、気孔4は、長辺に対する短辺の比が0.3以上であって
もよい。
The
Refers to the smaller one. However, the
後述するように、気孔4は蛍光体1の内部を進行する光を反射や屈折させることにより
散乱させる機能を有している。そのため、気孔4が鱗片状であると、同じ体積の球状の気
孔と比べて表面積が大きいため、蛍光体1の内部を進行する光が気孔4に当たりやすく、
より散乱しやすくなる。なお、「蛍光体1の内部を進行する光」には、蛍光体1に入射し
た励起光と、蛍光体1が発した蛍光との両方を含む。
As will be described later, the
It becomes easier to scatter. The “light traveling inside the
蛍光体1が気孔4を含むと、蛍光体1に気孔4を含まない場合と比べて熱伝導率が低い
。一方で、気孔4には、蛍光体1の内部を進行する光を散乱させる機能がある。そのため
、気孔量ρは、蛍光体1に要求される物性、すなわち熱伝導率と光散乱特性とに応じて設
定するとよい。気孔量ρについては後で説明する。
When the
蛍光体1の蓄熱による影響を低減するためには、熱伝導率は25℃において9W/m・
k以上であることが好ましい。このような熱伝導率を実現するためには、気孔量ρは0.
01%以上5%未満であることが好ましい。
In order to reduce the influence of the heat storage of the
It is preferable that it is k or more. In order to achieve such thermal conductivity, the pore volume ρ is 0.
It is preferably 01% or more and less than 5%.
蛍光体1は、主相2の体積のほうが副相3の体積よりも多い。図1に示すように、副相
3の周囲を主相2が取り囲んでいる。すなわち、副相3は、主相2の結晶粒界に存在して
いる。主相2と副相3とは互いに異なる結晶粒として存在しており、それぞれの機能を好
適に発揮することができる。
In the
X線回折を用いて、蛍光体1に含まれるCe:YAG、Ce:YAPおよびCe:Y2
O3の各比率を測定した。その結果、Ce:YAGは91.8体積%、Ce:YAPは5
.7体積%、Ce:Y2O3は2.5体積%であった。
Using X-ray diffraction, Ce: YAG, Ce: YAP and Ce: Y 2 contained in the
Each ratio of O 3 was measured. As a result, Ce: YAG was 91.8% by volume, and Ce: YAP was 5%.
. 7% by volume and Ce: Y 2 O 3 were 2.5% by volume.
蛍光体1においては、主相2と副相3との合計体積に対する主相2の体積の割合は、9
0体積%以上100体積%未満であることが好ましい。このような体積比であれば、蛍光
を発する主相2と、散乱源として機能する副相3との量のバランスに優れ、高品質な蛍光
体とすることができる。
In the
It is preferably 0% by volume or more and less than 100% by volume. With such a volume ratio, the amount of the
また、蛍光体1を構成する焼結体において、焼結体中のイットリウムの原子濃度(at
%)は、下記要件(i)および(ii)を満たすことが好ましい。なお、下記要件(i)お
よび(ii)において[Y]は、イットリウムの原子濃度を示す。[Re]は、イットリウ
ムの原子濃度とセリウムの原子濃度との和を示す。[Al]は、アルミニウムの原子濃度
を示す。なお、各原子濃度は、焼結体における金属原子の全量に対する濃度を示す。
(i)0.6<[Y]
(ii)0.6<[Re]/[Al]≦0.652
Further, in the sintered body constituting the
%) Preferably satisfies the following requirements (i) and (ii). In the following requirements (i) and (ii), [Y] indicates the atomic concentration of yttrium. [Re] represents the sum of the atomic concentration of yttrium and the atomic concentration of cerium. [Al] indicates the atomic concentration of aluminum. In addition, each atomic concentration shows the density | concentration with respect to the whole quantity of the metal atom in a sintered compact.
(I) 0.6 <[Y]
(Ii) 0.6 <[Re] / [Al] ≦ 0.652
Ce:YAGの母体結晶であるYAG(Y3Al5O12)の化学量論から算出した[Y]
の値は0.6である。したがって、条件(i)は、蛍光体1が化学量論から算出した量よ
りも過剰のイットリウム原子を含んでいることを示している。当該化学量論よりも過剰に
含まれているイットリウム原子は、副相3を構成している。つまり、条件(i)を満たす
ことによって、副相3を蛍光体1中に確実に形成することができる。
[Y] calculated from the stoichiometry of YAG (Y 3 Al 5 O 12 ), which is the base crystal of Ce: YAG
The value of is 0.6. Therefore, the condition (i) indicates that the
条件(ii)における下限について説明する。[Re]/[Al]の値が0.6以下であ
ると、副相として基本的にはAl2O3が生成される。詳しくは後で説明するが、副相とし
てAl2O3を含んでいる蛍光体の量子収率は、副相を含まない蛍光体の量子収率よりも低
い。よって、[Re]/[Al]の値は0.6よりも大きいことが好ましい。
The lower limit in the condition (ii) will be described. When the value of [Re] / [Al] is 0.6 or less, Al 2 O 3 is basically generated as a subphase. As will be described in detail later, the quantum yield of the phosphor containing Al 2 O 3 as the subphase is lower than the quantum yield of the phosphor not containing the subphase. Therefore, the value of [Re] / [Al] is preferably larger than 0.6.
条件(ii)における上限については後で詳しく説明するが、[Re]/[Al]≦0.
652とすることで、焼結体の焼結温度が一般的な焼結炉の耐熱温度を超えないようにす
ることができる。そのため、得られる蛍光体を十分に緻密化し、気孔量を低減することが
でき、蛍光を発する主相と、散乱源として機能する副相との量のバランスに優れ、高品質
な蛍光体とすることができる。
Although the upper limit in the condition (ii) will be described in detail later, [Re] / [Al] ≦ 0.
By setting it to 652, it is possible to prevent the sintering temperature of the sintered body from exceeding the heat resistance temperature of a general sintering furnace. Therefore, the obtained phosphor can be sufficiently densified, the amount of pores can be reduced, and the amount of the main phase that emits fluorescence and the subphase that functions as a scattering source is excellent in balance, and a high-quality phosphor is obtained. be able to.
なお、本明細書において「気孔量」とは、蛍光体の体積に対する複数の気孔の総体積の
割合を指している。気孔量ρは下記のようにして求めることができる。
In this specification, “amount of pores” refers to the ratio of the total volume of a plurality of pores to the volume of the phosphor. The pore volume ρ can be obtained as follows.
蛍光体の体積をV0とし、蛍光体に含まれる複数の気孔の総体積をV2とする。気孔量ρ
は式(1)で与えられる。
ρ=V2/V0 …(1)
The volume of the phosphor is V 0 and the total volume of the plurality of pores contained in the phosphor is V 2 . Porosity ρ
Is given by equation (1).
ρ = V 2 / V 0 (1)
また、蛍光体の質量をWとすれば、蛍光体の密度ρ1は式(2)によって与えられる。
ρ1=W/V0 …(2)
なお、蛍光体の体積V0と蛍光体の質量Wとは測定可能である。
If the mass of the phosphor is W, the phosphor density ρ 1 is given by equation (2).
ρ 1 = W / V 0 (2)
The phosphor volume V 0 and the phosphor mass W can be measured.
ここで、X線結晶回折を用いて、主相の組成、副相の組成、主相と副相との体積比を求
める。X線結晶回折によって得られた結果と、主相の理論密度と副相の理論密度とを用い
て、蛍光体自身の理論密度ρ2を求める。
Here, the composition of the main phase, the composition of the subphase, and the volume ratio of the main phase to the subphase are determined using X-ray crystal diffraction. Using the results obtained by X-ray crystal diffraction and the theoretical density of the main phase and the theoretical density of the subphase, the theoretical density ρ 2 of the phosphor itself is obtained.
理論密度ρ2は、V0,V2、Wを用いて式(3)で表すことができる。また、式(3)
から、体積V2は下記式(4)のように表される。
ρ2=W/(V0−V2) …(3)
V2=V0−W/ρ2 …(4)
The theoretical density ρ 2 can be expressed by Equation (3) using V 0 , V 2 , and W. Moreover, Formula (3)
Therefore, the volume V 2 is expressed as the following formula (4).
ρ 2 = W / (V 0 −V 2 ) (3)
V 2 = V 0 −W / ρ 2 (4)
上記式(1)、(2)、(4)から、気孔量ρは、式(5)で表すことができる。すな
わち、実測密度ρ1および理論密度ρ2を用いて、式(5)から気孔量ρを求めることがで
きる。
ρ=1−ρ1/ρ2 …(5)
From the above formulas (1), (2), and (4), the pore volume ρ can be expressed by the formula (5). That is, the pore volume ρ can be obtained from the equation (5) using the measured density ρ 1 and the theoretical density ρ 2 .
ρ = 1−ρ 1 / ρ 2 (5)
以上のような構成の蛍光体1では、次のような発光挙動を示す。図2Aは副相3を含ま
ない従来の蛍光体1Xに励起光を照射したときの発光の様子を示す模式図であり、図2B
は、本実施形態の蛍光体1に励起光を照射したときの発光の様子を示す模式図である。蛍
光体1Xと蛍光体1とはいずれも、主相2としてCe:YAGを有しているとする。
The
These are the schematic diagrams which show the mode of light emission when the
図2Aに示す蛍光体1Xにおいては、例えば青色レーザ光である励起光Bを照射すると
、蛍光体1Xの主相2が励起光Bの一部を吸収し、黄色の蛍光YLを等方的に射出する。
蛍光YLは、蛍光体1Xの内部に存在する複数の気孔4において屈折や反射し、進行方向
を変えながら(散乱しながら)進行し、蛍光体1の外部に射出される。
In the
The fluorescence YL is refracted and reflected by the plurality of
また、励起光Bのうち、主相2に吸収されなかった残部は、蛍光体1Xを透過する。そ
の際、蛍光YLと同様に複数の気孔4において屈折や反射することによって、散乱しなが
ら蛍光体1Xを透過する。これにより、蛍光体1Xからは、励起光Bと蛍光YLとが混色
した白色光が射出される。
Further, the remaining part of the excitation light B that has not been absorbed by the
しかし、蛍光体1Xでは、励起光Bや蛍光YLを十分に散乱させるために多数の気孔4
が形成されているため、主相2を構成するCe:YAGの熱伝導率と比べると、蛍光体1
X全体の熱伝導率が低い。そのため、励起光Bとして高強度のレーザー光が照射されると
、蛍光体1Xは蓄熱してしまい、熱によるダメージを受けるおそれがある。例えば、蛍光
体1Xの発光効率が低下する。
However, in the
Therefore, when compared with the thermal conductivity of Ce: YAG constituting the
The thermal conductivity of X as a whole is low. For this reason, when high-intensity laser light is irradiated as the excitation light B, the
対して、図2Bに示す蛍光体1では、主相2とは屈折率が異なる副相3(複数の結晶粒
3a)が含まれている。副相3は、励起光Bや蛍光YLを屈折または反射により散乱させ
ることができる。そのため、蛍光体1では、励起光Bや蛍光YLを散乱させる能力は蛍光
体1Xと同等としながらも、気孔量ρを減らすことができる。
On the other hand, the
すなわち、副相3が好適に散乱源として機能するため、気孔量ρを減らすことができ、
蛍光体1Xよりも熱伝導率を増加させることができる。そのため、熱伝導率と光学的な性
質とを両立可能な蛍光体1とすることができる。
That is, since the
The thermal conductivity can be increased as compared with the
発明者らは、副相3を含まない蛍光体Aと、副相3を含む蛍光体Bおよび蛍光体Cを作
成して、それらの量子収率を測定した。蛍光体A、蛍光体Bおよび蛍光体Cの各主相2は
いずれもCe:YAGとした。蛍光体Bの副相3はCe:YAPおよびCe:Y2O3とし
、蛍光体Cの副相3はAl2O3とした。蛍光体Bにおいて、[Re]/[Al]の値を0
.63とし、Ce:YAGとCe:YAPとCe:Y2O3の体積比を90:9:1とした
。蛍光体Cにおいては、[Re]/[Al]の値を0.58とし、Ce:YAGとAl2
O3の体積比を92:8とした。蛍光体Aの量子収率は91.7%であり、蛍光体Bの量
子収率は94.2%であり、蛍光体Cの量子収率は75.6%であった。
The inventors made phosphor A not containing
. 63, and the volume ratio of Ce: YAG, Ce: YAP, and Ce: Y 2 O 3 was 90: 9: 1. In phosphor C, the value of [Re] / [Al] is 0.58, and Ce: YAG and Al 2
The volume ratio of O 3 was 92: 8. The quantum yield of phosphor A was 91.7%, the quantum yield of phosphor B was 94.2%, and the quantum yield of phosphor C was 75.6%.
このように、Ce:YAPやCe:Y2O3は量子収率を向上させることがわかった。ま
た、蛍光体が副相としてCe:YAPとCe:Y2O3とのうち一方だけを含んでいる場合
も、量子収率が向上することがわかった。さらに、CeO2、Y2O3も量子収率を向上さ
せることがわかった。よって、副相3はCe:YAP、Ce:Y2O3、CeO2、または
Y2O3を含む結晶粒3aを含むことが好ましい。
Thus, it was found that Ce: YAP and Ce: Y 2 O 3 improve the quantum yield. It was also found that the quantum yield was improved when the phosphor contained only one of Ce: YAP and Ce: Y 2 O 3 as a subphase. Furthermore, it was found that CeO 2 and Y 2 O 3 also improve the quantum yield. Therefore, the
[蛍光体の製造方法]
上述のような蛍光体は、次のようにして製造することができる。
まず、Y2O3粉末、Al2O3粉末、CeO2粉末からなる原料粉末をエタノールと混合
する。ボールミルで原料粉末を粉砕しながら、得られたスラリーを撹拌する。
[Phosphor production method]
The phosphor as described above can be manufactured as follows.
First, a raw material powder composed of Y 2 O 3 powder, Al 2 O 3 powder, and CeO 2 powder is mixed with ethanol. The obtained slurry is agitated while pulverizing the raw material powder with a ball mill.
この際、Si原子を含む焼結助剤を原料粉末に添加してもよい。焼結助剤としては、S
iO2,CaO,MgOを例示することができる。また、焼成時にSiO2,CaOまたは
MgOと同じ効果を発揮する物質、例えばTEOS(Tetraethyl orthosilicate)を焼結
助剤として添加してもよい。焼結助剤は、例えば、原料粉末の質量に対して焼結後に10
0ppm残留するように添加する。また、TEOSのように焼結時にSiO2,CaOま
たはMgOと同じ効果を発揮する物質を焼結助剤として添加する場合には、焼結助剤を焼
結後の等価物質に換算したとき、等価物質が、例えば原料粉末の質量に対して焼結後に1
00ppm残存するように添加する。
At this time, a sintering aid containing Si atoms may be added to the raw material powder. As a sintering aid, S
Examples thereof include iO 2 , CaO, and MgO. Further, a substance that exhibits the same effect as SiO 2 , CaO, or MgO during firing, for example, TEOS (Tetraethyl orthosilicate) may be added as a sintering aid. For example, the sintering aid is 10 after sintering with respect to the mass of the raw material powder.
Add to remain at 0 ppm. In addition, when adding a substance that exhibits the same effect as SiO 2 , CaO or MgO as a sintering aid, such as TEOS, when the sintering aid is converted into an equivalent substance after sintering, Equivalent material is, for example, 1 after sintering relative to the mass of the raw powder
Add to remain at 00 ppm.
次いで、得られたスラリーからエタノールを除去して原料粉末を乾燥させる。乾燥され
た原料粉末を篩にかけることによって、粗粒を取り除く。これにより、粒子径が数十nm
から数百nmのY2O3とAl2O3とCeO2の1次粒子を含有する粒子径が数μm〜数百
μmの2次粒子からなる原料粉末が得られる。その後、数μ〜数十μmの粒子径の比較的
大きなY2O3粉末を原料粉末に適量追加する。
Next, ethanol is removed from the obtained slurry, and the raw material powder is dried. The coarse particles are removed by sieving the dried raw material powder. As a result, the particle diameter is several tens of nm.
To obtain a raw material powder composed of secondary particles having a particle diameter of several μm to several hundred μm containing primary particles of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 and CeO 2 of several hundred nm. Thereafter, an appropriate amount of Y 2 O 3 powder having a particle size of several μ to several tens μm is added to the raw material powder.
次いで、所望の形状に押し固めて成形し焼成する。焼成工程において、比較的大きなY
2O3粉末の内部にまではアルミニウムが到達しないため、比較的大きなY2O3粉末は焼成
後、Y2O3、またはCe:Y2O3からなる第1結晶粒となる。
Next, it is pressed into a desired shape, molded and fired. Relatively large Y in the firing process
Since up to the inside of the 2 O 3 powder does not reach the aluminum, after a relatively large Y 2 O 3 powder is calcined, Y 2 O 3 or Ce,: a first crystal grains consisting of Y 2 O 3.
ここで、条件(ii)の上限値について説明する。 Here, the upper limit value of the condition (ii) will be described.
二ケイ化モリブデンの発熱体を有する一般的な焼結炉の耐熱温度(使用可能な温度)は
概ね1700℃程度である。一方、原料粉末においてY2O3粉末の配合量を増やすと、焼
結体においては過剰量のY2O3は不純物として振る舞い、系全体の焼結温度が上昇する傾
向にある。そのため、[Re]/[Al]が0.652を超えると、理論上、焼結体の焼
結温度が一般的な焼結炉の耐熱温度を超えてしまい、十分に焼結できなくなる。すると、
得られる焼結体においては、緻密化が不足し気孔量ρが増加するため、良好な蛍光体が得
られない。
The heat resistance temperature (usable temperature) of a general sintering furnace having a heating element of molybdenum disilicide is approximately 1700 ° C. On the other hand, when the blending amount of the Y 2 O 3 powder is increased in the raw material powder, an excessive amount of Y 2 O 3 behaves as an impurity in the sintered body, and the sintering temperature of the entire system tends to increase. For this reason, if [Re] / [Al] exceeds 0.652, the sintering temperature of the sintered body theoretically exceeds the heat resistance temperature of a general sintering furnace, so that it cannot be sufficiently sintered. Then
In the obtained sintered body, densification is insufficient and the amount of pores ρ increases, so that a good phosphor cannot be obtained.
一般的な焼結炉において酸素雰囲気下で焼結させることが望ましい。あるいは、真空中
、窒素等の中性雰囲気下、あるいは水素等の還元雰囲気下で焼結させた後、酸素雰囲気下
で、例えば1000℃以上1400℃以下でアニール処理してもよい。焼結温度は、例え
ば1500℃以上1750℃以下であればよい。また、ホットプレス焼結法、あるいは熱
間等方圧加圧焼結法を用いてもよい。
It is desirable to sinter in a general sintering furnace under an oxygen atmosphere. Alternatively, after sintering in a neutral atmosphere such as nitrogen or a reducing atmosphere such as hydrogen, annealing may be performed at 1000 ° C. to 1400 ° C. in an oxygen atmosphere. The sintering temperature may be, for example, 1500 ° C. or higher and 1750 ° C. or lower. Further, a hot press sintering method or a hot isostatic pressing sintering method may be used.
一方で、条件(ii)を満たす範囲でY2O3粉末の配合量を増やした場合には、原料粉末
を好適に焼結させ、所望の焼結体を得ることができる。
以上のようにして、本実施形態の蛍光体を得る。
On the other hand, when the blending amount of the Y 2 O 3 powder is increased within a range that satisfies the condition (ii), the raw material powder can be suitably sintered to obtain a desired sintered body.
As described above, the phosphor of the present embodiment is obtained.
以上のような構成の蛍光体によれば、熱伝導率と光散乱特性とを両立可能な蛍光体を提
供することができる。
According to the phosphor configured as described above, it is possible to provide a phosphor capable of achieving both thermal conductivity and light scattering characteristics.
図3は、本実施形態に係るプロジェクター1000を示す模式図である。図4Aは、プ
ロジェクター1000が有する波長変換素子を示す模式図である。図4Bは図4Aに示し
た波長変換素子のA1−A1断面図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a
図3に示すように、本実施形態のプロジェクター1000は、光源装置100、色分離
導光光学系200、液晶光変調装置400R,液晶光変調装置400G,液晶光変調装置
400B、クロスダイクロイックプリズム500及び投写光学系600を備える。
As shown in FIG. 3, the
光源装置100は、光源10、集光光学系20、波長変換素子30、モーター50、コ
リメート光学系60、第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130、偏光変換素子
140及び重畳レンズ150を備える。
The
光源10は、励起光としてレーザー光からなる青色光(発光強度のピーク:約445n
m)を射出するレーザー光源からなる。光源10は、1つのレーザー光源からなるもので
あってもよいし、多数のレーザー光源からなるものであってもよい。また、445nm以
外の波長(例えば、460nm)の青色光を射出するレーザー光源を用いることもできる
。
The
m). The
集光光学系20は、第1レンズ22及び第2レンズ24を備える。集光光学系20は、
光源10から波長変換素子30までの光路中に配置され、青色光を略集光した状態で蛍光
体層42(後述)に入射させる。第1レンズ22及び第2レンズ24は、凸レンズからな
る。
The condensing
It arrange | positions in the optical path from the
図3および図4Aに示すように、波長変換素子30は、平面視円形の基板40と、基板
40の一面において基板40の周方向に沿って設けられた蛍光体層42と、を有している
。波長変換素子30は、基板40の中心に接続されたモーター50により回転可能である
。波長変換素子30は、青色光が入射する側とは反対の側に向けて赤色光及び緑色光を射
出する。
As shown in FIGS. 3 and 4A, the
基板40は、青色光を透過する材料からなる。基板40の材料としては、例えば、石英
ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。
The
光源10からの青色光は、基板40側から蛍光体層42に入射する。図4Bに示すよう
に、蛍光体層42と基板40との間には、青色光を透過し赤色光及び緑色光を反射するダ
イクロイック膜44が設けられている。
Blue light from the
蛍光体層42は、波長が約445nmの青色光によって励起される。蛍光体層42は、
光源10からの青色光の一部を黄色光を含む光に変換し、かつ、青色光の残りの一部を変
換せずに通過させる。蛍光体層42として、上述した本実施形態における蛍光体を用いる
。
The
Part of the blue light from the
コリメート光学系60は、第1レンズ62と第2レンズ64とを備え、波長変換素子3
0からの光を略平行化する。第1レンズ62及び第2レンズ64は、凸レンズからなる。
The collimating
The light from 0 is approximately collimated. The
第1レンズアレイ120は、コリメート光学系60からの光を複数の部分光束に分割す
るための複数の第1小レンズ122を有する。複数の第1小レンズ122は、光源光軸1
00axと直交する面内にマトリクス状に配列されている。
The
They are arranged in a matrix in a plane orthogonal to 00ax.
第2レンズアレイ130は、第1レンズアレイ120の複数の第1小レンズ122に対
応する複数の第2小レンズ132を有する。第2レンズアレイ130は、重畳レンズ15
0とともに、第1レンズアレイ120の各第1小レンズ122の像を液晶光変調装置40
0R、液晶光変調装置400G、液晶光変調装置400Bの画像形成領域の近傍に結像さ
せる。複数の第2小レンズ132は光源光軸100axに直交する面内にマトリクス状に
配列されている。
The
0, the image of each first
The image is formed in the vicinity of the image forming area of 0R, the liquid
偏光変換素子140は、第1レンズアレイ120により分割された各部分光束を、直線
偏光に変換する。
The
偏光変換素子140は、波長変換素子30からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直
線偏光成分をそのまま透過させるとともに、他方の直線偏光成分を光源光軸100axに
垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を光源
光軸100axに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成
分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。
The
重畳レンズ150は、偏光変換素子140からの各部分光束を集光して液晶光変調装置
400R、液晶光変調装置400G、液晶光変調装置400Bの画像形成領域の近傍に重
畳させる。第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130及び重畳レンズ150は、
波長変換素子30からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成
する。
The superimposing
An integrator optical system that makes the in-plane light intensity distribution of the light from the
色分離導光光学系200は、ダイクロイックミラー210、ダイクロイックミラー22
0、反射ミラー230、反射ミラー240、反射ミラー250及びリレーレンズ260、
リレーレンズ270を備える。色分離導光光学系200は、光源装置100からの光を赤
色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれが対応する液晶
光変調装置400R、液晶光変調装置400G、液晶光変調装置400Bに導光する。
色分離導光光学系200と、液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400G、液晶
光変調装置400Bとの間にはそれぞれ、集光レンズ300R、集光レンズ300G、集
光レンズ300Bが配置されている。
The color separation light guide
0,
A
A condensing
ダイクロイックミラー210は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分及び青色光成分を
反射するダイクロイックミラーである。
The
ダイクロイックミラー220は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイ
クロイックミラーである。
The
ダイクロイックミラー210を通過した赤色光は、反射ミラー230で反射され、集光
レンズ300Rを通過して赤色光用の液晶光変調装置400Rの画像形成領域に入射する
。
The red light that has passed through the
ダイクロイックミラー210で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー220でさ
らに反射され、集光レンズ300Gを通過して緑色光用の液晶光変調装置400Gの画像
形成領域に入射する。
The green light reflected by the
ダイクロイックミラー220を通過した青色光は、リレーレンズ260、入射側の反射
ミラー240、リレーレンズ270、射出側の反射ミラー250、集光レンズ300Bを
経て青色光用の液晶光変調装置400Bの画像形成領域に入射する。
The blue light that has passed through the
液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400G、液晶光変調装置400Bは、入射
された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものである。なお、図示を
省略したが、集光レンズ300R、集光レンズ300G、集光レンズ300Bと液晶光変
調装置400R、液晶光変調装置400G、液晶光変調装置400Bとの間には、それぞ
れ入射側偏光板が配置され、液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400G、液晶光
変調装置400Bとクロスダイクロイックプリズム500との間には、それぞれ射出側偏
光板が配置される。
The liquid crystal
クロスダイクロイックプリズム500は、液晶光変調装置400R、液晶光変調装置4
00G、液晶光変調装置400Bから射出された各画像光を合成してカラー画像を形成す
る。
The cross
00G and the image lights emitted from the liquid crystal
クロスダイクロイックプリズム500から射出されたカラー画像は、投写光学系600
によって拡大投写され、スクリーンSCR上で画像を形成する。
The color image emitted from the cross
Is enlarged and projected to form an image on the screen SCR.
蛍光体層42から射出された蛍光をコリメート光学系60によって効率的に取り込むた
めには、蛍光体層42から蛍光が射出される領域の面積が小さいことが望まれる。
In order to efficiently capture the fluorescence emitted from the
しかし、無機蛍光体においては、次のようなメカニズムにより、励起光が入射した位置
から蛍光が面方向に広がりながら射出される「にじみ」が生じる。そのため、蛍光が射出
される領域の面積が大きくなりやすい。
However, in the inorganic phosphor, “smearing” occurs in which the fluorescence is emitted while spreading in the plane direction from the position where the excitation light is incident, by the following mechanism. Therefore, the area of the region where the fluorescence is emitted tends to increase.
図5Aは、Ce:YAGである主相2のみで構成され、副相や気孔を含まない無機蛍光
体である蛍光体1Yにおけるにじみの様子を示す模式図である。図5Bは、本実施形態の
蛍光体1におけるにじみの様子を示す模式図である。
図5Aに示すように、蛍光体1Yでは、蛍光体1Yの内部を進行する蛍光のうち一部は
、蛍光体1Yの表面で全反射し、面内方向に伝搬してしまう。蛍光体1Yの内部で全反射
する蛍光を、図では符号Y1,Y2で示す。
FIG. 5A is a schematic diagram showing a state of bleeding in
As shown in FIG. 5A, in the
蛍光体1Yは主相2のみで構成されているため、結晶粒界が存在したとしても、蛍光体
1Yの内部では蛍光YLが屈折や反射しにくい。そのため、蛍光は蛍光体1Yの内部を、
励起光Bが入射する位置から面内方向で離れた位置まで進行してから蛍光体1Yの外部に
射出され、結果として、「にじみ」が観察される。
Since the
After traveling to a position away from the position where the excitation light B is incident in the in-plane direction, the light is emitted to the outside of the
対して、図5Bに示すように、本実施形態の蛍光体1では、蛍光が副相3や気孔4によ
って屈折されたり反射されたりすることで、蛍光の進行方向が変化しやすい。すると、副
相3や気孔4が無い場合には、蛍光体1の表面で全反射してしまう角度で放出された蛍光
YLも、進行方向が変わることで、全反射条件とは異なる進入角度で蛍光体1の表面に入
射し、蛍光体1から外部に射出されやすくなる。その結果、蛍光体1においては、蛍光体
1Yにおいてよりも、内部の蛍光が蛍光体の外部に射出しやすく、「にじみ」が低減する
。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, in the
本実施形態の蛍光体1を波長変換素子30に用いる場合、結晶粒3aの量、気孔量ρお
よび形状、などのパラメータは、後で詳述するように「にじみ」の量と相関がある。その
ため、蛍光体1を適切に設計し、にじみを調整するとよい。
When the
なお、本実施形態において「にじみ量」とは、次のように定義する。蛍光体上の直径0
.4mmの領域に励起光を均一に照射し、蛍光体から射出される蛍光の発光プロファイル
を測定する。励起光が照射された領域の中心からの距離と発光強度との関係を、発光プロ
ファイルとして図6に示す。縦軸は光強度、横軸は中心からの距離を示す。発光プロファ
イルにおいて、光強度が最大値の20%となる距離Lの2倍をにじみ量(単位:mm)と
して定義する。
In the present embodiment, the “bleed amount” is defined as follows. Diameter on
. A 4 mm region is uniformly irradiated with excitation light, and an emission profile of fluorescence emitted from the phosphor is measured. The relationship between the distance from the center of the region irradiated with the excitation light and the emission intensity is shown as an emission profile in FIG. The vertical axis represents the light intensity, and the horizontal axis represents the distance from the center. In the light emission profile, twice the distance L at which the light intensity is 20% of the maximum value is defined as the amount of bleeding (unit: mm).
図7は、にじみ量と波長変換素子から発せられる蛍光の総量との関係を模式的に示すグ
ラフであり、横軸がにじみ量、縦軸が蛍光の総量を示す。にじみ量が多いということは気
孔量ρが少ないということに対応しており、気孔量ρが少ないということは焼結温度が高
いということに対応している。焼結温度が高く気孔量ρが少ないと、吸収されずに後方散
乱する励起光が少なくなり、蛍光の量は増えるためにじみ量と蛍光の総量との関係は、概
ね図7に示すような傾向にあり、にじみ量が増えると蛍光が増えるという相関関係がある
。
FIG. 7 is a graph schematically showing the relationship between the amount of bleeding and the total amount of fluorescence emitted from the wavelength conversion element, with the horizontal axis indicating the amount of bleeding and the vertical axis indicating the total amount of fluorescence. A large amount of bleeding corresponds to a small amount of pores ρ, and a small amount of pores ρ corresponds to a high sintering temperature. When the sintering temperature is high and the amount of pores ρ is small, the amount of excitation light that is not absorbed and backscattered decreases, and the amount of fluorescence increases. Therefore, the relationship between the amount of bleeding and the total amount of fluorescence tends to be as shown in FIG. There is a correlation that as the amount of blur increases, the fluorescence increases.
そのため、にじみ量を低減することのみに注力すると、プロジェクターの光源としての
光量が不足する、または青色の励起光と混色して白色光とするための蛍光の量が少なくな
り、色パランスが崩れる、という別の課題が生じうる。
Therefore, if we focus only on reducing the amount of blurring, the amount of light as a projector light source will be insufficient, or the amount of fluorescence for mixing white light with blue excitation light will be reduced, and the color balance will be disrupted. Another problem can arise.
本実施形態のプロジェクター1000のようなプロジェクターでは、液晶光変調装置の
サイズは、対角0.4インチ〜1.2インチ程度のものが用いられる。図8に示す発明者
の検討結果により、対角0.4インチの液晶光変調装置に対しては約0.7mmのにじみ
量が、対角1.2インチの液晶光変調装置に対しては約1.1mmのにじみ量が望ましい
ことが分かった。
In a projector such as the
このようなにじみ量は、次のようにして制御する。
図9は、にじみ量と結晶粒の平均結晶粒径との関係を示すグラフであり、横軸がにじみ
量(mm)、縦軸が結晶粒の平均結晶粒径(μm)を示す。図9において、混合結晶粒は
、Ce:YAPの結晶粒とCe:YAGの結晶粒との混合物を意味する。
The amount of bleeding is controlled as follows.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the amount of bleeding and the average crystal grain size of crystal grains, where the horizontal axis represents the amount of blur (mm) and the vertical axis represents the average crystal grain size (μm) of the crystal grains. In FIG. 9, a mixed crystal grain means a mixture of Ce: YAP crystal grains and Ce: YAG crystal grains.
平均結晶粒径が大きくなると、光が屈折または反射する界面が減少するため、にじみ量
が増加する傾向にある。結晶粒径は、焼結時間および焼結温度を制御することにより調整
可能である。
As the average crystal grain size increases, the amount of blurring tends to increase because the number of interfaces where light is refracted or reflected decreases. The crystal grain size can be adjusted by controlling the sintering time and the sintering temperature.
図9より、混合結晶粒の平均結晶粒径は0.8μm以上1.2μm以下であることが好
ましく、Y2O3の平均結晶粒径は0.33μm以上0.50μm以下であることが好まし
いことが分かる。
From FIG. 9, the average crystal grain size of the mixed crystal grains is preferably 0.8 μm or more and 1.2 μm or less, and the average crystal grain size of Y 2 O 3 is preferably 0.33 μm or more and 0.50 μm or less. I understand that.
図10は、焼結時にSi系の焼結助剤を用いた場合における、にじみ量とSi含有量と
の関係を示すグラフであり、横軸がにじみ量(mm)、縦軸が蛍光体におけるSi含有量
(ppm)を示す。Si含有量が多い、すなわち焼結時に焼結助剤を多く用いると、焼結
が進行しやすくなり、気孔が減少する結果、にじみ量が増加する傾向にある。
図10より、Si含有量は200ppm以下であることが好ましいことが分かる。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the amount of bleeding and the Si content when a Si-based sintering aid is used during sintering, where the horizontal axis represents the amount of bleeding (mm) and the vertical axis represents the phosphor. Si content (ppm) is shown. If the Si content is high, that is, if a large amount of sintering aid is used during sintering, the sintering is likely to proceed, and as a result of the reduction of pores, the amount of bleeding tends to increase.
FIG. 10 shows that the Si content is preferably 200 ppm or less.
また、にじみ量と気孔量ρとの関係を考えると、気孔量ρが減少すると、光が屈折また
は反射する界面が減少するため、にじみ量が増加する傾向にある。気孔量ρは、焼結時間
および焼結温度を制御することにより調整可能である。
Considering the relationship between the amount of bleeding and the amount of pores ρ, when the amount of pores ρ decreases, the number of interfaces where light is refracted or reflected decreases, and the amount of bleeding tends to increase. The amount of pores ρ can be adjusted by controlling the sintering time and the sintering temperature.
以上のように、にじみ量に関係する各パラメータについて、適宜制御することで、適切
なにじみ量の蛍光体層42を有する波長変換素子30とすることができる。また、このよ
うな波長変換素子30を有する光源装置100を備えたプロジェクター1000において
は、蛍光体層42から射出された蛍光の利用効率が高いため、明るい映像を投写すること
ができる。
As described above, by appropriately controlling each parameter related to the amount of bleeding, the
以上のような構成の蛍光体によれば、熱伝導率と光散乱特性とを両立可能な蛍光体を提
供することができる。
According to the phosphor configured as described above, it is possible to provide a phosphor capable of achieving both thermal conductivity and light scattering characteristics.
また、以上のような構成の波長変換素子は、上述のような蛍光体を有するため、熱によ
るダメージを受けにくく、且つ所望の光散乱特性を備え、信頼性が高い。上記の波長変換
素子を備えた光源装置およびプロジェクターは、高い信頼性を有する。
Further, since the wavelength conversion element having the above-described configuration has the above-described phosphor, it is not easily damaged by heat, has a desired light scattering characteristic, and has high reliability. The light source device and projector provided with the above-described wavelength conversion element have high reliability.
なお、本実施形態においてはプロジェクター1000について説明したが、プロジェク
ターの構成はこれに限らない。
Although the
図11は、変形例のプロジェクター1006について説明する模式図であり、図3に対
応する図である。以下の説明においては、プロジェクター1000と共通する部材には同
じ符号を付し、説明を省略する。プロジェクター1006は、プロジェクター1000に
おける光源装置100の代わりに光源装置106と第2光源装置702とを備える。光源
装置106は、波長変換素子34、コリメート光学系70、ダイクロイックミラー80及
びコリメート集光光学系90を備える。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a
光源10は、光軸が光源光軸106axと直交するように配置されている。
コリメート光学系70は、第1レンズ72と第2レンズ74とを備え、光源10からの
光を略平行化する。第1レンズ72及び第2レンズ74は、凸レンズからなる。
The
The collimating
ダイクロイックミラー80は、コリメート光学系70からコリメート集光光学系90ま
での光路中に、光源10の光軸及び光源光軸106axのそれぞれに対して45°の角度
で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー80は、青色光を反射し、赤色光
及び緑色光を通過させる。
The
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
態で蛍光体層42に入射させる機能と、蛍光体層42から射出される蛍光を略平行化する
機能とを有する。コリメート集光光学系90は、第1レンズ92及び第2レンズ94を備
える。第1レンズ92及び第2レンズ94は、凸レンズからなる。
The collimator condensing
図12Aは、プロジェクター1006が有する波長変換素子を示す模式図である。図1
2Bは図12Aに示した波長変換素子のA2−A2断面図である。図12Aに示したよう
に、波長変換素子34は、基板40の一面において基板40の周方向に沿って設けられた
蛍光体層42を有している。光源装置106においては、光源10からの青色光は、基板
40とは反対側から蛍光体層42に入射する。図12Bに示すように、蛍光体層42と基
板40との間には可視光を反射する反射膜45が設けられている。そのため、青色光が入
射する側に向けて蛍光が射出される。
FIG. 12A is a schematic diagram illustrating a wavelength conversion element included in the
2B is an A2-A2 cross-sectional view of the wavelength conversion element shown in FIG. 12A. As shown in FIG. 12A, the
なお、基板40として、励起光を透過する材料からなる円板を用いる必要はなく、金属
のように不透明な材料からなる円板を用いてもよい。
It is not necessary to use a disk made of a material that transmits excitation light as the
第2光源装置702は、第2光源装置710、集光光学系760、散乱板732及びコ
リメート光学系770と、を備える。
The second
集光光学系760は、第1レンズ762及び第2レンズ764を備える。集光光学系7
60は、第2光源装置710からの青色光を散乱板732付近に集光する。第1レンズ7
62及び第2レンズ764は、凸レンズからなる。
The condensing
60 condenses blue light from the second
62 and the
散乱板732は、第2光源装置710からの青色光を散乱し、波長変換素子34から射
出される蛍光に似た配光分布を有する青色光とする。散乱板732としては、例えば、マ
イクロレンズアレイを用いることができる。
The
コリメート光学系770は、第1レンズ772と第2レンズ774とを備え、散乱板7
32からの光を略平行化する。第1レンズ772及び第2レンズ774は、凸レンズから
なる。
The collimating
The light from 32 is made substantially parallel. The
ダイクロイックミラー80は、第2光源装置702からの青色光を波長変換素子34か
らの黄色光と合成して白色光を生成する。
The
以上のような波長変換素子34においても、本実施形態の蛍光体1を用いることで、熱
によるダメージを受けにくく、且つ所望の光散乱特性を備えた波長変換素子34とするこ
とができる。また、信頼性の高い光源装置およびプロジェクターを提供することができる
。
Also in the
図13は、光源装置の他の例を示す模式図である。光源装置1500は、基板1501
に設けられた励起用光源(光源)1502と、励起用光源1502の光射出面1502a
側に設けられた蛍光体層1503とを有している。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating another example of the light source device. The
And a
And a
励起用光源1502としては、青色の励起光を射出するものであれば種々のものを採用
可能である。
蛍光体層1503は、上述した本実施形態の蛍光体を形成材料として用いる。
As the
The
このような構成の光源装置1500では、本実施形態の蛍光体1を用いることで、熱に
よるダメージを受けにくく、且つ所望の光散乱特性を備えた信頼性の高い光源装置150
0とすることができる。
In the
It can be set to zero.
[第2実施形態]
以下、図14〜図19を参照しながら、第2実施形態に係る波長変換素子、光源装置お
よびプロジェクターについて説明する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the wavelength conversion element, the light source device, and the projector according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
図14は、本実施形態に係るプロジェクター1000Mの模式図である。プロジェクタ
ー1000Mは、上述の光源装置100に替えて光源装置100Mを備えている、という
点で、第1実施形態に係るプロジェクター1000と異なっている。光源装置100Mは
、上述の波長変換素子30に替えて波長変換素子30Mを備えている、という点で光源装
置100と異なっている。その他の構成はプロジェクター1000の構成と同様であるの
で、図3と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
FIG. 14 is a schematic diagram of a
光源装置100Mは、光源10、集光光学系20、波長変換素子30M、モーター50
、コリメート光学系60、第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130、偏光変換
素子140及び重畳レンズ150を備える。
The
, A collimating
集光光学系20は、光源10から波長変換素子30Mまでの光路中に配置されており、
青色光を略集光した状態で蛍光体層42Mに入射させる。蛍光体層42Mについては後述
する。
The condensing
The blue light is incident on the
コリメート光学系60は、波長変換素子30Mからの光を略平行化する。
The collimating
図15Aは、波長変換素子30Mの模式図であり、図15Bは図15Aの線分XVb−
XVbにおける矢視断面図である。
15A is a schematic diagram of the
It is arrow sectional drawing in XVb.
図15Aに示すように、波長変換素子30Mは、平面視円形の基板40と、基板40の
一面において基板40の周方向に沿って設けられた波長変換部41AMと、を有している
。図15Bに示すように、波長変換部41AMは、蛍光体層42Mと、蛍光体層42Mの
第1の面42aMに設けられたダイクロイック膜44と、蛍光体層42Mの第2の面42
bMに設けられた反射防止膜47と、を有している。蛍光体層42Mは、基板40の一面
において基板40の周方向に沿って設けられている。波長変換素子30Mは、基板40の
中心に接続されたモーター50により回転可能である。波長変換素子30Mは、青色光が
入射する側とは反対の側に向けて赤色光及び緑色光を射出する。ダイクロイック膜44と
反射防止膜47とは、いずれも特許請求の範囲に記載の光学機能層に相当する。
As illustrated in FIG. 15A, the
and an
蛍光体層42Mは、光源10から射出され、基板40側から蛍光体層42Mに入射する
波長が約445nmの青色光によって励起される。蛍光体層42Mは、光源10からの青
色光の一部を黄色光を含む光に変換し、かつ、青色光の残りの一部を変換せずに通過させ
る。
The
蛍光体層42Mは、セラミックス蛍光材料からなる複数の第1結晶子421と、第1結
晶子421とは異なる屈折率を有するセラミックス材料からなる複数の第2結晶子422
と、を焼結して得られる焼結体からなる。第1結晶子421は主相に相当し、第2結晶子
422は副相(第1結晶粒)に相当する。蛍光体層42Mは、上述の焼結体に切削や研磨
等の加工を施すことで得られる。図15Bでは、簡略化のために、ひとつの第1結晶子4
21を二点鎖線で示し、その他の第1結晶子421については、連続した一体の層を形成
しているものとして示している。
The
And a sintered body obtained by sintering. The
21 is indicated by a two-dot chain line, and the other
第1結晶子421は、セラミックス蛍光材料であれば種々の材料を用いることができる
。本実施形態の蛍光体層42Mにおいては、第1結晶子421として、Ce:Y3Al5O
12(以下、Ce:YAGと称する)を用いた。
Various materials can be used for the
12 (hereinafter referred to as Ce: YAG) was used.
第2結晶子422は、第1結晶子421とは異なる屈折率を有するセラミックス材料で
あれば種々の材料を用いることができる。本実施形態の蛍光体層42Mにおいては、第2
結晶子422として、YAPを用いた。YAPの代わりに例えばAl2O3、Ce:Y2O3
、Ce:YAP、CeO2またはY2O3を用いることもできる。Al2O3、CeO2および
Y2O3は、Ce:YAGを合成する際に用いる出発物質である。また、YAPは、Ce:
YAGを合成する際に生じる副生成物である。前述したように、Ce:YAPやCe:Y
2O3は蛍光体の量子収率を向上させる。
Various materials can be used for the
YAP was used as the
Ce: YAP, CeO 2 or Y 2 O 3 can also be used. Al 2 O 3 , CeO 2 and Y 2 O 3 are starting materials used in the synthesis of Ce: YAG. YAP is also Ce:
It is a byproduct generated when YAG is synthesized. As mentioned above, Ce: YAP and Ce: Y
2O3 improves the quantum yield of the phosphor.
蛍光体層42Mは、第1結晶子421とは異なる屈折率を有するとともに、第2結晶子
422とは異なるセラミックス材料からなる第3結晶子を含むこととしてもよい。第3結
晶子は第2結晶粒に相当する。第3結晶子としては、例えば、YAP、Al2O3、Ce:
Y2O3、Ce:YAlO3、CeO2またはY2O3を用いることができる。なお、第1結晶
子421と第2結晶子422と第3結晶子のうち少なくとも一つが、出発物質などに含ま
れている金属不純物を含んでいてもよい。
The
Y 2 O 3 , Ce: YAlO 3 , CeO 2 or Y 2 O 3 can be used. Note that at least one of the
焼結体は結晶粒界を有するとともに、結晶粒界に気孔4を有する。気孔4は、焼結体の
作成時に結晶粒界に生じるものである。焼結体を加工して蛍光体層42Mを形成する際に
は、焼結体の内部に存在していた気孔4が蛍光体層42Mの表面に露出する。そのため、
蛍光体層42Mの表面には、気孔4に起因するくぼみ42xが存在している。
The sintered body has crystal grain boundaries and has
On the surface of the
焼結体が多くの気孔4を含んでいると、蛍光体層42Mの表面のくぼみ42xも多い。
したがって、光学機能層を蛍光体層42Mの表面に良好な状態で形成するためには、気孔
量ρは少ない方が好ましい。また、気孔量ρが少ない方が蛍光体層42Mの熱伝導率が高
いので、熱応力による蛍光体層42Mの破損が起こりにくい。一方で、前述したように、
気孔4は蛍光体層42Mの内部を進行する光を散乱させる機能を有している。したがって
、気孔量ρは、蛍光体層42Mに要求される物性、すなわち熱伝導率と光散乱特性を考慮
して設定するとよい。
If the sintered body includes
Therefore, in order to form the optical functional layer on the surface of the
The
蛍光体層42Mの蓄熱による影響を低減するためには、蛍光体層42Mの熱伝導率は2
5℃において9W/m・k以上であることが好ましい。このような熱伝導率を実現するた
めには、気孔量ρは0.01%以上5%未満であることが好ましい。
In order to reduce the influence of the heat storage of the
It is preferably 9 W / m · k or more at 5 ° C. In order to achieve such thermal conductivity, the pore volume ρ is preferably 0.01% or more and less than 5%.
第2結晶子422は、第1結晶子421の結晶粒界に存在している。蛍光体層42Mに
おいては、第1結晶子421の体積のほうが第2結晶子422の体積よりも多い。
The
この蛍光体層42Mは、次のようにして製造することができる。まず、第1実施形態に
係る蛍光体1の製造方法を用いて、第1結晶子421と第2結晶子422と気孔4とを含
む焼結体を作成する。次いで、得られた焼結体に切削や研磨等の加工を施すことで、所望
の厚さの蛍光体層42Mを得る。
The
ダイクロイック膜44は、蛍光体層42Mと基板40との間に設けられた誘電体多層膜
である。ダイクロイック膜44は、焼結体を加工して蛍光体層42Mを得た後、蛍光体層
42Mの第1の面42aMに気相法で形成される。その際、ダイクロイック膜44におい
て蛍光体層42Mのくぼみ42xと重なる位置には、ダイクロイック膜44が所望の状態
で形成されていない欠陥部44xが形成されている。
The
反射防止膜47は、蛍光体層42Mの第2の面42bMに設けられた誘電体多層膜であ
る。反射防止膜47は、焼結体を加工して蛍光体層42Mを得た後、蛍光体層42Mの第
2の面42bMに気相法で形成される。その際、反射防止膜47において蛍光体層42M
のくぼみ42xと重なる位置には、反射防止膜47が所望の状態で形成されていない欠陥
部47xが形成されている。
The
A
波長変換素子30Mでは、次のような発光挙動を示す。図16は、比較例として第2結
晶子422を含まない蛍光体層420Mを有する波長変換素子30XMに励起光Bを照射
したときの発光の様子を示す模式図である。図17は、本実施形態の波長変換素子30M
に励起光Bを照射したときの発光の様子を示す模式図である。
The
It is a schematic diagram which shows the mode of light emission when the excitation light B is irradiated.
図16に示す波長変換素子30XMに集光光学系20を介して励起光Bを照射すると、
励起光Bは、ダイクロイック膜44を透過し、蛍光体層420Mに入射する。蛍光体層4
20Mでは、第1結晶子421が励起光Bの一部を吸収し、黄色の蛍光YLを等方的に射
出する。蛍光YLは、蛍光体層420Mの内部に存在する気孔4によって散乱されながら
蛍光体層420Mの内部を進行し、蛍光体層420Mの外部に射出される。
When the wavelength conversion element 30XM shown in FIG. 16 is irradiated with the excitation light B via the condensing
The excitation light B passes through the
In 20M, the
また、励起光Bのうち、第1結晶子421に吸収されなかった残部は、蛍光体層420
Mを透過する。その際、蛍光YLと同様に気孔4によって散乱されながら蛍光体層420
Mを透過する。これにより、蛍光体層420Mからは、励起光Bと蛍光YLとが混色した
白色光が射出される。
The remaining part of the excitation light B that has not been absorbed by the
M is transmitted. At that time, the phosphor layer 420 is scattered by the
M is transmitted. Thereby, white light in which excitation light B and fluorescence YL are mixed is emitted from
蛍光体層420Mは、励起光Bや蛍光YLを十分に散乱させるために多数の気孔4を備
えている。そのため、蛍光体層420Mの表面には、多数のくぼみ42xが形成されてい
る。図16では、第1の面420aMの3つのくぼみ42xと第2の面420bMの3つ
のくぼみ42xを合わせて、計6つのくぼみ42xが形成されていることとして示してい
る。
The
そのため、蛍光体層420Mの第1の面420aMに接して設けられたダイクロイック
膜44は多くの欠陥部44xを有し、第2の面420bMに接して設けられた反射防止膜
47は多くの欠陥部47xを有している。そのため、各膜が所望の物性を発揮しにくかっ
た。
Therefore, the
さらに、蛍光体層420Mは多数の気孔4を備えているため、第1結晶子421を構成
するCe:YAGの熱伝導率と比べると、蛍光体層420M全体としての熱伝導率が低い
。そのため、蛍光体層420Mは、高強度の励起光Bが照射されると蓄熱しやすく、熱応
力によって破損しやすい。
Furthermore, since the
対して、図17に示す波長変換素子30Mでは、第1結晶子421とは屈折率が異なる
複数の第2結晶子422が蛍光体層42Mに含まれている。第2結晶子422は、励起光
Bや蛍光YLを屈折または反射により散乱させる。すなわち、第2結晶子422は好適に
散乱源として機能する。よって、蛍光体層42Mでは、励起光Bや蛍光YLを散乱させる
能力を蛍光体層420Mにおける散乱能力と同等としながらも、気孔量ρを蛍光体層42
0Mにおける気孔量ρよりも少なくすることができる。その結果、くぼみ42xの量が低
減するだけでなく蛍光体層42Mの熱伝導率が高くなる。
In contrast, in the
It can be made smaller than the pore volume ρ at 0M. As a result, not only is the amount of the
図17では、第1の面42aMの1つのくぼみ42xと第2の面42bMの2つのくぼ
み42xを合わせて、計3つのくぼみ42xが形成されていることとして示している。そ
の結果、蛍光体層42Mの第1の面42aMに接して設けられたダイクロイック膜44や
、第2の面42bMに接して設けられた反射防止膜47においては、比較例よりも欠陥部
44x,47xの量(数)が少なく、各膜の物性が向上している。つまり、各膜の物性が
理想とする物性(設計値)に近づいている。
In FIG. 17, one
波長変換素子30Mは、良好な特性を持つ光学機能層を表面に備えている。具体的には
、ダイクロイック膜44の欠陥部44xの量(数)が少ないため、蛍光体層42Mで生成
された蛍光YLは、比較例よりも高い効率でダイクロイック膜44で反射し、基板40と
は反対方向に蛍光体層42Mから射出することができる。さらに、反射防止膜47の欠陥
部47xの量(数)が少ないため、蛍光YLは、比較例よりも高い効率で第2の面42b
Mから外部へ射出することができる。このように、蛍光体層42Mで生成された蛍光YL
を高い効率で所望の方向へ取り出すことができる。
The
M can be ejected to the outside. Thus, the fluorescence YL generated in the
Can be taken out in a desired direction with high efficiency.
また、蛍光体層42Mの熱伝導率は比較例よりも高いので、小さな領域に高強度の励起
光Bが照射されても蓄熱しにくく、熱応力による破損が起こりにくい。
Further, since the thermal conductivity of the
第2結晶子422としてYAPを含む焼結体では、YAPが含まれない場合と比較して
、焼結体を製造する際、第1結晶子421および第2結晶子422の結晶子径が小さくな
る傾向にある。焼結体は、焼結体を構成する結晶子の結晶子径が小さいと、曲げ強度が高
い。そのため、YAPを含む蛍光体層42Mにおいては、熱応力による破損が起こりにく
い。
In the sintered body containing YAP as the
本実施形態に係る光源装置100Mは波長変換素子30Mを有するため、高輝度な光を
射出することができ、また、熱によるダメージを受けにくい。
Since the
本実施形態に係るプロジェクター1000Mは光源装置100Mを有するため、高輝度
な映像を投射することができ、また、熱によるダメージを受けにくい。
Since the
なお、本実施形態においては、プロジェクター1000Mについて説明したが、プロジ
ェクターの構成はこれに限らない。
Although the
図18は、変形例のプロジェクター1006Mについて説明する模式図である。プロジ
ェクター1006Mは、第1実施形態の光源装置106に替えて光源装置106Mを備え
ている、という点で、図11に示したプロジェクター1006と異なっている。光源装置
106Mは、上述の波長変換素子34に替えて波長変換素子34Mを備えている、という
点で光源装置106と異なっている。その他の構成はプロジェクター1006の構成と同
様であるので、図11と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a
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
態で蛍光体層42Mに入射させる機能と、蛍光体層42Mから射出された蛍光を略平行化
する機能とを有する。
The collimator condensing
光源装置106Mにおいては、光源10からの青色光は、基板40とは反対側から蛍光
体層42Mに入射する。
In the
図19Aは、プロジェクター1006Mが有する波長変換素子34Mの模式図であり、
図19Bは図19Aの線分XIXb−XIXbにおける矢視断面図である。
FIG. 19A is a schematic diagram of a
FIG. 19B is a cross-sectional view taken along line XIXb-XIXb in FIG. 19A.
図19A、図19Bに示すように、波長変換素子34Mは、基板40と、基板40にリ
ング状に設けられた蛍光体層42Mと、基板40と蛍光体層42Mとの間に設けられた反
射膜(光学機能層)45と、蛍光体層42Mの第2の面42bMに設けられた反射防止膜
(光学機能層)47と、を有している。蛍光体層42Mと反射膜45と反射防止膜47と
は、波長変換部41BMを構成している。波長変換部41BMは、青色光が入射する側に
向けて蛍光を射出する。
As shown in FIGS. 19A and 19B, the
なお、基板40として、金属のように熱伝導率が高く不透明な材料からなる円板を用い
てもよい。
As the
ダイクロイックミラー80は、第2光源装置702からの青色光を波長変換素子34M
からの黄色光と合成して白色光を生成する。
The
To produce white light.
波長変換素子34Mも波長変換素子30Mと同様に、良好な特性を持つ光学機能層を表
面に備えている。具体的には、反射膜45の欠陥部45xの量(数)が少ないため、蛍光
体層42Mで生成された蛍光YLは高い効率で反射膜45で反射し、基板40とは反対方
向に蛍光体層42Mから射出することができる。また、反射防止膜47の欠陥部47xの
量(数)が少ないため、波長変換素子30Mと同様に励起光Bと蛍光YLとを効率的に利
用することができる。また、蛍光体層42Mの熱伝導率は比較例よりも高いので、熱応力
による破損が起こりにくい。
Similarly to the
なお、上記各実施形態においては、励起用光源としてレーザー光源を用いることとした
が、発光ダイオードを用いることとしてもよい。
また、上記各実施形態においては、蛍光体層を回転可能な基板に設けたが、本発明はこ
れに限定されるものではない。固定された基材の上に蛍光体層を設けてもよい。
上記各実施形態においては、光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、本発明はこ
れに限定されるものではない。光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用い
てもよい。
In each of the above embodiments, the laser light source is used as the excitation light source, but a light emitting diode may be used.
In each of the above embodiments, the phosphor layer is provided on a rotatable substrate, but the present invention is not limited to this. A phosphor layer may be provided on the fixed substrate.
In each of the above embodiments, a liquid crystal light modulation device is used as the light modulation device, but the present invention is not limited to this. A digital micromirror device may be used as the light modulation device.
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。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 embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings.
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.
上記各実施形態では本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、
これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適
用することができる。
In each of the above embodiments, an example in which the light source device according to the present invention is mounted on a projector is shown.
It is not limited to this. The light source device according to the present invention can also be applied to lighting fixtures, automobile headlights, and the like.
1,1X,1Y…蛍光体、2…主相、2a,3a…結晶粒、3…副相、4…気孔、10
…光源、20…集光光学系、30,34,30M,34M…波長変換素子、40,150
1…基板、42,42M,42N,1503…蛍光体層、42aM…第1の面、42bM
…第2の面、44…ダイクロイック膜(光学機能層)、45…反射膜(光学機能層)、4
7…反射防止膜(光学機能層)、90…コリメート集光光学系(集光光学系)、100,
106,1500…光源装置、421…第1結晶子、422…第2結晶子、600…投写
光学系、1000,1006…プロジェクター、1502…励起用光源(光源)、B…励
起光、YL,Y1,Y2…蛍光。
1, 1X, 1Y ... phosphor, 2 ... main phase, 2a, 3a ... crystal grains, 3 ... subphase, 4 ... pores, 10
... Light source, 20 ... Condensing optical system, 30, 34, 30M, 34M ... Wavelength conversion element, 40, 150
DESCRIPTION OF
... 2nd surface, 44 ... Dichroic film (optical functional layer), 45 ... Reflective film (optical functional layer), 4
7: Antireflection film (optical functional layer), 90 ... Collimated condensing optical system (condensing optical system), 100,
106, 1500 ... light source device, 421 ... first crystallite, 422 ... second crystallite, 600 ... projection optical system, 1000,1006 ... projector, 1502 ... excitation light source (light source), B ... excitation light, YL, Y1 , Y2 ... fluorescence.
第1態様において、前記副相は、Ce:YAlO3、CeO2、またはCe:Y2O3を含み、前記焼結体中のイットリウムの原子濃度[Y](at%)は、下記要件(i)および(ii)を満たしてもよい。
(i)0.6<[Y]/[Al]
(ii)0.6<[Re]/[Al]≦0.652
ただし、[Re]は、イットリウムの原子濃度とセリウムの原子濃度の和であり、[Al]はアルミニウムの原子濃度である。
この構成によれば、副相を焼結体中に確実に形成することができる。さらに、蛍光体を十分に緻密化し、気孔量を低減することができるので、蛍光を発する主相と、散乱源として機能する副相との量のバランスに優れ、高品質な蛍光体とすることができる。
In the first aspect, the subphase contains Ce: YAlO 3 , CeO 2 , or Ce: Y 2 O 3 , and the atomic concentration [Y] (at%) of yttrium in the sintered body is the following requirement ( i) and (ii) may be satisfied.
(I) 0.6 <[Y] / [Al]
(Ii) 0.6 <[Re] / [Al] ≦ 0.652
However, [Re] is the sum of the atomic concentration of yttrium and the atomic concentration of cerium, and [Al] is the atomic concentration of aluminum.
According to this configuration, the subphase can be reliably formed in the sintered body. Furthermore, since the phosphor can be sufficiently densified and the amount of pores can be reduced, it is possible to obtain a high-quality phosphor with an excellent balance between the amount of the main phase that emits fluorescence and the subphase that functions as a scattering source. Can do.
また、蛍光体1を構成する焼結体において、焼結体中のイットリウムの原子濃度(at%)は、下記要件(i)および(ii)を満たすことが好ましい。なお、下記要件(i)および(ii)において[Y]は、イットリウムの原子濃度を示す。[Re]は、イットリウムの原子濃度とセリウムの原子濃度との和を示す。[Al]は、アルミニウムの原子濃度を示す。なお、各原子濃度は、焼結体における金属原子の全量に対する濃度を示す。
(i)0.6<[Y]/[Al]
(ii)0.6<[Re]/[Al]≦0.652
In the sintered body constituting the
(I) 0.6 <[Y] / [Al]
(Ii) 0.6 <[Re] / [Al] ≦ 0.652
Ce:YAGの母体結晶であるYAG(Y3Al5O12)の化学量論から算出した[Y]/[Al]の値は0.6である。したがって、条件(i)は、蛍光体1が化学量論から算出した量よりも過剰のイットリウム原子を含んでいることを示している。当該化学量論よりも過剰に含まれているイットリウム原子は、副相3を構成している。つまり、条件(i)を満たすことによって、副相3を蛍光体1中に確実に形成することができる。
The value of [Y] / [Al] calculated from the stoichiometry of YAG (Y 3 Al 5 O 12 ), which is the base crystal of Ce: YAG, is 0.6. Therefore, the condition (i) indicates that the
Claims (22)
前記焼結体は、主相としてCe:Y3Al5O12と、副相として該主相とは屈折率の異な
るセラミックス材料と、を含み、
前記焼結体は結晶粒界を有するとともに、該結晶粒界に気孔を有する蛍光体。 A phosphor made of a sintered body of a ceramic material,
The sintered body includes Ce: Y 3 Al 5 O 12 as a main phase, and a ceramic material having a refractive index different from that of the main phase as a subphase,
The sintered body has a crystal grain boundary and a phosphor having pores in the crystal grain boundary.
O3を含む請求項1に記載の蛍光体。 The subphase includes Ce: YAlO 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , or Ce: Y 2 as the first crystal grains.
The phosphor according to claim 1 containing O 3 .
Ce:YAlO3、CeO2、Y2O3、またはCe:Y2O3を含む請求項2に記載の蛍光体
。 The subphase further includes second crystal grains different from the first crystal grains, and includes Ce: YAlO 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , or Ce: Y 2 O 3 as the second crystal grains. Item 3. The phosphor according to Item 2.
前記焼結体中のイットリウムの原子濃度[Y](at%)は、下記要件(i)および(
ii)を満たす請求項2または3に記載の蛍光体。
(i)0.6<[Y]
(ii)0.6<[Re]/[Al]≦0.652
(ただし、[Re]はイットリウムの原子濃度とセリウムの原子濃度の和であり、[Al
]はアルミニウムの原子濃度である。) The subphase includes Ce: YAlO 3 , CeO 2 , or Ce: Y 2 O 3 ,
The atomic concentration [Y] (at%) of yttrium in the sintered body is the following requirements (i) and (
The phosphor according to claim 2 or 3, which satisfies ii).
(I) 0.6 <[Y]
(Ii) 0.6 <[Re] / [Al] ≦ 0.652
(However, [Re] is the sum of the atomic concentration of yttrium and the atomic concentration of cerium, and [Al
] Is the atomic concentration of aluminum. )
光体。 The phosphor according to claim 1, wherein the main phase surrounds the subphase.
ら6のいずれか1項に記載の蛍光体。 The phosphor according to any one of claims 1 to 6, wherein crystal grains constituting the main phase and crystal grains constituting the subphase are granular.
100体積%未満である請求項1から7のいずれか1項に記載の蛍光体。 The phosphor according to any one of claims 1 to 7, wherein a ratio of a volume of the main phase to a total volume of the main phase and the sub phase is 90% by volume or more and less than 100% by volume.
変換素子。 The wavelength conversion element which has a fluorescent substance layer which uses the fluorescent substance of any one of Claim 1 to 8 as a forming material.
前記波長変換素子が有する前記蛍光体層に励起光を照射する光源と、を有する光源装置
。 The wavelength conversion element according to claim 9,
A light source that irradiates the phosphor layer of the wavelength conversion element with excitation light.
画像情報に応じて前記光源装置からの光を変調し画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投写する投写光学系と、を有するプロジェクター。 The light source device according to claim 10;
A light modulation device that modulates light from the light source device according to image information to form image light; and
A projection optical system that projects the image light.
って、
前記蛍光体層は、第1結晶子としてセラミックス蛍光材料と、第2結晶子として該第1
結晶子とは屈折率の異なるセラミックス材料と、を含む焼結体からなり、
前記焼結体は結晶粒界を有するとともに、該結晶粒界に気孔を有する波長変換素子。 A wavelength conversion element having a phosphor layer and an optical functional layer provided on the surface of the phosphor layer,
The phosphor layer includes a ceramic fluorescent material as a first crystallite and the first as a second crystallite.
The crystallite is made of a sintered body including a ceramic material having a different refractive index,
The sintered body has a crystal grain boundary and a wavelength conversion element having pores in the crystal grain boundary.
前記第2結晶子はCe:YAlO3、CeO2、Y2O3、Ce:Y2O3またはYAlO3
を含む請求項12に記載の波長変換素子。 The first crystallite includes Ce: Y 3 Al 5 O 12 ,
The second crystallite is Ce: YAlO 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , Ce: Y 2 O 3 or YAlO 3.
The wavelength conversion element of Claim 12 containing.
。 The wavelength conversion element according to claim 12, wherein the optical function layer is a dichroic film.
に含み、
前記第3結晶子の屈折率は前記第1結晶子の屈折率とは異なっている
請求項12から16のいずれか1項に記載の波長変換素子。 The phosphor layer further includes a ceramic material different from the second crystallite as a third crystallite,
The wavelength conversion element according to any one of claims 12 to 16, wherein a refractive index of the third crystallite is different from a refractive index of the first crystallite.
前記波長変換素子が有する前記蛍光体層に励起光を照射する光源と、を有する光源装置
。 The wavelength conversion element according to any one of claims 12 to 17,
A light source that irradiates the phosphor layer of the wavelength conversion element with excitation light.
画像情報に応じて前記光源装置からの光を変調し画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投写する投写光学系と、を有するプロジェクター。 The light source device according to claim 18;
A light modulation device that modulates light from the light source device according to image information to form image light; and
A projection optical system that projects the image light.
前記励起光によって励起されて蛍光を射出する蛍光体層を有する波長変換素子と、
前記光源と前記波長変換素子との間における前記励起光の光路上に配置され、前記励起
光を前記蛍光体層に向けて集光する集光光学系と、を有し、
前記蛍光体層は、第1結晶子としてセラミックス蛍光材料と、第2結晶子として該第1
結晶子とは屈折率の異なるセラミックス材料と、を含む焼結体からなる光源装置。 A light source that emits excitation light;
A wavelength conversion element having a phosphor layer that is excited by the excitation light and emits fluorescence; and
A condensing optical system disposed on the optical path of the excitation light between the light source and the wavelength conversion element, and condensing the excitation light toward the phosphor layer;
The phosphor layer includes a ceramic fluorescent material as a first crystallite and the first as a second crystallite.
A light source device comprising a sintered body including a crystallite and a ceramic material having a different refractive index.
前記第2結晶子は、YAlO3を含む請求項20に記載の光源装置。 The first crystallite includes Ce: Y 3 Al 5 O 12 ,
The light source device according to claim 20, wherein the second crystallite includes YAlO 3 .
画像情報に応じて前記光源装置からの光を変調し画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投写する投写光学系と、を有するプロジェクター。 A light source device according to claim 20 or 21,
A light modulation device that modulates light from the light source device according to image information to form image light; and
A projection optical system that projects the image light.
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