JP2019002952A - Wavelength conversion element, light source device, and projection type device - Google Patents

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JP2019002952A JP2017114949A JP2017114949A JP2019002952A JP 2019002952 A JP2019002952 A JP 2019002952A JP 2017114949 A JP2017114949 A JP 2017114949A JP 2017114949 A JP2017114949 A JP 2017114949A JP 2019002952 A JP2019002952 A JP 2019002952A
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Hideo Miyasaka
英男 宮坂
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Abstract

To provide a wavelength conversion element that has high reliability.SOLUTION: A wavelength conversion element 40 comprises: a substrate 41; a metal layer 422; a wavelength conversion part 42 that has a wavelength conversion layer 421 on the metal layer 422; a joint part 43 that is formed of metal particles joining the substrate 41 and metal layer 422; and a reinforcement part 44 that covers at least part of the side faces of the wavelength conversion part 42, is arranged to be in contact with the substrate 41, and contains resin.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、波長変換素子、光源装置、および投射型装置に関する。   The present invention relates to a wavelength conversion element, a light source device, and a projection type device.

近年、投射型装置に搭載される光源装置として、光源と、この光源から出射された光によってこの光の波長とは異なる波長の光を発する素子とを備えた装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, as a light source device mounted on a projection type device, a device including a light source and an element that emits light having a wavelength different from the wavelength of the light by light emitted from the light source is known (for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載の光源装置は、励起光を発する固体光源と、固体光源から離れた位置に配置され、表面に励起光が照射されて蛍光を発光する蛍光体層と、基板と、金属バンプを備える。
蛍光体層には反射層が設けられている。金属バンプは、基板と反射層との間の所定の領域に複数設けられ、溶融されることなく、反射層と基板とを接合する。
The light source device described in Patent Document 1 includes a solid light source that emits excitation light, a phosphor layer that is disposed at a position away from the solid light source, emits fluorescence when irradiated with excitation light on the surface, a substrate, and a metal bump Is provided.
The phosphor layer is provided with a reflective layer. A plurality of metal bumps are provided in a predetermined region between the substrate and the reflective layer, and join the reflective layer and the substrate without melting.

特開2014−137973号公報JP 2014-137773 A

しかしながら、特許文献1に記載の光源装置は、金属バンプが基板、反射層それぞれと点や線で接触すると考えられるため、反射層と基板との間の熱伝導性が必ずしも良好であるとは言えない。また、発熱に伴って熱膨張係数が異なる基板と蛍光体層との間に応力が集中するため、反射層と基板との間や、蛍光体層と反射層との間で剥がれが発生する恐れがある。   However, the light source device described in Patent Document 1 is considered to have good thermal conductivity between the reflective layer and the substrate because the metal bumps are considered to contact the substrate and the reflective layer with dots or lines. Absent. In addition, stress concentrates between the substrate and the phosphor layer having different coefficients of thermal expansion due to heat generation, so that peeling may occur between the reflection layer and the substrate or between the phosphor layer and the reflection layer. There is.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]本適用例に係る波長変換素子は、基板と、金属層と、前記金属層上に波長変換層とを有する波長変換部と、前記基板と前記金属層とを接合する金属粒子から構成された接合部と、前記波長変換部の側面の少なくとも一部を覆うとともに、前記基板と接するように配置され、樹脂を含む補強部と、を備えたことを特徴とする。   Application Example 1 A wavelength conversion element according to this application example includes a substrate, a metal layer, a wavelength conversion unit having a wavelength conversion layer on the metal layer, and metal particles that join the substrate and the metal layer. And a reinforcing portion including a resin that covers at least a part of the side surface of the wavelength conversion portion and is in contact with the substrate.

この構成によれば、波長変換素子は、金属粒子から構成された接合部によって、基板と波長変換部の金属層とが接合されているので、励起光が入射することによって発熱する波長変換層の熱を効率良く基板に伝えて放熱することができる。
また、波長変換素子は、波長変換部の側面(端部)の少なくとも一部が基板に接する補強部を有しているので、熱によるストレスに対する耐性が向上する。すなわち、補強部を有さない従来技術の構成においては、発熱に伴って熱膨張係数が異なる基板と波長変換層との間に応力が集中するが、本適用例の波長変換素子は、その応力を補強部に分散させることができるので、波長変換部や波長変換層の剥がれ等を防止することが可能となる。すなわち、本適用例の波長変換素子は、各構成要素の接続が良好に維持される。また、波長変換層の熱膨張係数と大きく異なる熱膨張係数の基板の使用が可能となるので、さらに放熱性が向上する波長変換素子の提供が可能となる。
したがって、効率的な放熱を可能としつつ、発熱に伴うストレスに対する耐性を向上させ、信頼性の高い波長変換素子の提供が可能となる。
According to this configuration, since the wavelength conversion element has the substrate and the metal layer of the wavelength conversion unit bonded to each other by the bonding portion formed of the metal particles, the wavelength conversion layer that generates heat when the excitation light is incident thereon. Heat can be efficiently transferred to the substrate for heat dissipation.
Moreover, since the wavelength conversion element has the reinforcement part in which at least one part of the side surface (end part) of a wavelength conversion part contacts a board | substrate, the tolerance with respect to the stress by heat improves. That is, in the configuration of the prior art that does not have a reinforcing portion, stress concentrates between the substrate and the wavelength conversion layer having different coefficients of thermal expansion as the heat is generated, but the wavelength conversion element of this application example has the stress. Can be dispersed in the reinforcing portion, so that the wavelength conversion portion and the wavelength conversion layer can be prevented from being peeled off. That is, in the wavelength conversion element of this application example, the connection of each component is maintained well. In addition, since it is possible to use a substrate having a coefficient of thermal expansion that is significantly different from the coefficient of thermal expansion of the wavelength conversion layer, it is possible to provide a wavelength conversion element that further improves heat dissipation.
Therefore, it is possible to provide a highly reliable wavelength conversion element with improved resistance to stress caused by heat generation while enabling efficient heat dissipation.

[適用例2]上記適用例に係る波長変換素子において、前記補強部は、前記接合部を覆うように配置されていることが好ましい。   Application Example 2 In the wavelength conversion element according to the application example, it is preferable that the reinforcing portion is disposed so as to cover the joint portion.

この構成によれば、補強部は、波長変換部の外周、すなわち、波長変換部の端部の全てと基板とに接続されている。これによって、熱によるストレスに対する耐性がさらに向上する波長変換素子の提供が可能となる。   According to this configuration, the reinforcing portion is connected to the outer periphery of the wavelength conversion portion, that is, all of the end portions of the wavelength conversion portion and the substrate. This makes it possible to provide a wavelength conversion element that further improves resistance to heat stress.

[適用例3]上記適用例に係る波長変換素子において、前記波長変換部は、平面視矩形状を成し、前記補強部は、前記波長変換部における角部と接することが好ましい。   Application Example 3 In the wavelength conversion element according to the application example described above, it is preferable that the wavelength conversion unit has a rectangular shape in plan view, and the reinforcing unit is in contact with a corner of the wavelength conversion unit.

この構成によれば、補強部は、平面視矩形状の波長変換部の角部に設けられている。これによって、溶融する樹脂が硬化されることによって補強部を成すように構成することで、応力がより集中しやすい角部に、容易に補強部を形成することが可能となる。よって、熱によるストレスに対して効果的な耐性を有し、容易な製造が可能な波長変換素子の提供が可能となる。   According to this structure, the reinforcement part is provided in the corner | angular part of the wavelength conversion part of planar view rectangular shape. Accordingly, the reinforcing portion can be easily formed at the corner portion where stress is more likely to be concentrated by configuring the reinforcing portion to be formed by curing the molten resin. Therefore, it is possible to provide a wavelength conversion element that has effective resistance to heat stress and can be easily manufactured.

[適用例4]上記適用例に係る波長変換素子において、前記接合部は、樹脂を含まない材料であることが好ましい。   Application Example 4 In the wavelength conversion element according to the application example, it is preferable that the bonding portion is a material that does not include a resin.

この構成によれば、接合部は、金属粒子から構成され、樹脂を含まない材料で形成されているので、基板と、波長変換部の金属層との熱伝導性をさらに良好なものとすることができる。よって、さらに効率的な放熱を可能とする波長変換素子の提供が可能となる。   According to this configuration, since the bonding portion is made of a metal particle and is made of a material that does not contain a resin, the thermal conductivity between the substrate and the metal layer of the wavelength conversion portion should be further improved. Can do. Therefore, it is possible to provide a wavelength conversion element that enables more efficient heat dissipation.

[適用例5]上記適用例に係る波長変換素子において、前記補強部は、金属を含んでいることが好ましい。   Application Example 5 In the wavelength conversion element according to the application example, it is preferable that the reinforcing portion includes a metal.

この構成によれば、補強部は、樹脂に加えて金属を含んでいるので、補強部の弾性率を接合部の弾性率に近づけることが可能となる。よって、熱によるストレスに対する耐性をさらに向上させた波長変換素子の提供が可能となる。   According to this structure, since the reinforcement part contains the metal in addition to resin, it becomes possible to make the elasticity modulus of a reinforcement part close to the elasticity modulus of a junction part. Therefore, it is possible to provide a wavelength conversion element with further improved resistance to heat stress.

[適用例6]本適用例に係る光源装置は、励起光を発する発光部と、上記のいずれか一項に記載の波長変換素子と、を備えたことを特徴とする。   Application Example 6 A light source device according to this application example includes a light emitting unit that emits excitation light and the wavelength conversion element according to any one of the above.

この構成によれば、長期に亘って輝度の低下が抑制された蛍光を発する光源装置の提供が可能となる。   According to this configuration, it is possible to provide a light source device that emits fluorescence in which a decrease in luminance is suppressed over a long period of time.

[適用例7]本適用例に係る投射型装置は、上記に記載の光源装置と、前記光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置で変調された光を投射する投射光学装置と、を備えたことを特徴とする。   Application Example 7 A projection-type device according to this application example projects the light source device described above, a light modulation device that modulates light emitted from the light source device, and light modulated by the light modulation device. And a projection optical device.

この構成によれば、長期に亘って明るさの低下や、色むらの発生が抑制された画像を投射する投射型装置の提供が可能となる。   According to this configuration, it is possible to provide a projection type apparatus that projects an image in which a decrease in brightness and occurrence of color unevenness are suppressed over a long period of time.

本実施形態に係る投射型装置の光学系を示す模式図。The schematic diagram which shows the optical system of the projection type apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態の波長変換素子の断面を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross section of the wavelength conversion element of this embodiment. 本実施形態の波長変換素子の平面を模式的に示す図。The figure which shows typically the plane of the wavelength conversion element of this embodiment. 変形例の波長変換素子を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the wavelength conversion element of a modification.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態の投射型装置は、光源から出射された光を画像情報に応じて変調して画像を形成し、その画像をスクリーン等に投射する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜異ならせてある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The projection type apparatus of this embodiment forms an image by modulating light emitted from a light source according to image information, and projects the image onto a screen or the like. In the drawings shown below, the dimensions and ratios of the components are appropriately changed from the actual ones in order to make the components large enough to be recognized on the drawings.

図1は、本実施形態に係る投射型装置1の光学系を示す模式図である。
投射型装置1は、図1に示すように、照明装置100、色分離導光光学系200、光変調装置400R,400G,400B、クロスダイクロイックプリズム500、および投射光学装置600を備える。なお、図示は省略するが、投射型装置1は、投射型装置1の動作を制御する制御部、内部の冷却対象を冷却する冷却装置、内部の電子部品に電力を供給する電源装置を備える。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical system of a projection type apparatus 1 according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the projection type apparatus 1 includes an illumination device 100, a color separation light guide optical system 200, light modulation devices 400 R, 400 G, and 400 B, a cross dichroic prism 500, and a projection optical device 600. Although illustration is omitted, the projection type device 1 includes a control unit that controls the operation of the projection type device 1, a cooling device that cools an internal cooling target, and a power supply device that supplies power to the internal electronic components.

照明装置100は、第1の光源装置101、第2の光源装置102、ダイクロイックミラー103、レンズアレイ120,130、偏光変換素子140、および重畳レンズ150を備える。
第1の光源装置101は、発光部10、コリメート光学系70、コリメート集光光学系90、および波長変換素子40を備える。
The illumination device 100 includes a first light source device 101, a second light source device 102, a dichroic mirror 103, lens arrays 120 and 130, a polarization conversion element 140, and a superimposing lens 150.
The first light source device 101 includes a light emitting unit 10, a collimating optical system 70, a collimating condensing optical system 90, and a wavelength conversion element 40.

発光部10は、1つまたは複数の半導体レーザーを有し、励起光E(例えば、発光強度のピーク波長が約455nmの青色光)を出射する。なお、発光部10は、発光強度のピーク波長が455nm以外のピーク波長の励起光Eを出射する半導体レーザーを用いることもできる。   The light emitting unit 10 includes one or more semiconductor lasers, and emits excitation light E (for example, blue light having a peak wavelength of light emission intensity of about 455 nm). The light emitting unit 10 can also use a semiconductor laser that emits excitation light E having a peak wavelength other than 455 nm.

コリメート光学系70は、レンズ71,72を備え、発光部10から出射された光を略平行化する。コリメート光学系70は、1つまたは3つ以上のレンズを備える構成であってもよい。
ダイクロイックミラー103は、発光部10の光軸に対して45°の角度を有して配置され、励起光Eおよび後述する青色光Bを反射し、赤色光および緑色光を含む黄色光(後述する蛍光Y)を通過させる機能を有している。ダイクロイックミラー103は、発光部10から出射され、コリメート光学系70で略平行化された励起光Eを反射する。
The collimating optical system 70 includes lenses 71 and 72 and makes the light emitted from the light emitting unit 10 substantially parallel. The collimating optical system 70 may be configured to include one or three or more lenses.
The dichroic mirror 103 is disposed at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the light emitting unit 10, reflects the excitation light E and blue light B described later, and includes yellow light (described later) including red light and green light. It has a function of allowing fluorescence Y) to pass through. The dichroic mirror 103 reflects the excitation light E emitted from the light emitting unit 10 and substantially parallelized by the collimating optical system 70.

コリメート集光光学系90は、例えば、レンズ91,92を備える。コリメート集光光学系90は、ダイクロイックミラー103で反射した励起光Eを波長変換素子40の後述する波長変換層421(図2参照)に集光させる機能、および波長変換素子40から発せられた蛍光Y(黄色光)を略平行化する機能を有している。なお、コリメート集光光学系90は、1つまたは3つ以上のレンズを備える構成であってもよい。   The collimator condensing optical system 90 includes lenses 91 and 92, for example. The collimator condensing optical system 90 has a function of condensing the excitation light E reflected by the dichroic mirror 103 on a wavelength conversion layer 421 (see FIG. 2) described later of the wavelength conversion element 40 and the fluorescence emitted from the wavelength conversion element 40. It has a function of making Y (yellow light) substantially parallel. Note that the collimator condensing optical system 90 may include one or three or more lenses.

図2は、波長変換素子40の断面を模式的に示す図である。
波長変換素子40は、後で詳細に説明するが、図2に示すように、基板41、および基板41上に設けられた波長変換部42を備える。
波長変換部42は、内部に蛍光体を有する波長変換層421、波長変換層421の基板側に設けられた金属層422を有している。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of the wavelength conversion element 40.
As will be described in detail later, the wavelength conversion element 40 includes a substrate 41 and a wavelength conversion unit 42 provided on the substrate 41, as shown in FIG.
The wavelength conversion unit 42 includes a wavelength conversion layer 421 having a phosphor inside, and a metal layer 422 provided on the substrate side of the wavelength conversion layer 421.

波長変換素子40は、コリメート集光光学系90によって集光された励起光Eによって波長変換層421内の蛍光体が励起され、励起光Eの波長とは異なる波長の蛍光Yを発する。本実施形態の蛍光Yは、赤色光および緑色光を含む黄色光であり、例えば、ピーク波長Ypが約540nmで約500nm〜約700nmの波長域の光である。波長変換部42で発せられた蛍光Yは、金属層422によってコリメート集光光学系90に反射される。   In the wavelength conversion element 40, the phosphor in the wavelength conversion layer 421 is excited by the excitation light E condensed by the collimator condensing optical system 90, and emits fluorescence Y having a wavelength different from the wavelength of the excitation light E. The fluorescence Y of the present embodiment is yellow light including red light and green light. For example, the fluorescence Y is light in a wavelength range of about 500 nm to about 700 nm with a peak wavelength Yp of about 540 nm. The fluorescence Y emitted from the wavelength conversion unit 42 is reflected by the metal layer 422 to the collimator condensing optical system 90.

第2の光源装置102は、図1に示すように、ダイクロイックミラー103のコリメート光学系70とは反対側に配置される。第2の光源装置102は、発光部710、集光光学系760、散乱板730、およびコリメート光学系770を備える。   As shown in FIG. 1, the second light source device 102 is disposed on the opposite side of the dichroic mirror 103 from the collimating optical system 70. The second light source device 102 includes a light emitting unit 710, a condensing optical system 760, a scattering plate 730, and a collimating optical system 770.

発光部710は、1つまたは複数の半導体レーザーを有して構成され、青色光Bを出射する。なお、発光部710が備える半導体レーザーは、発光部10が備える半導体レーザーと同一の種類のものを使用することが可能である。   The light emitting unit 710 includes one or more semiconductor lasers and emits blue light B. In addition, the semiconductor laser with which the light emission part 710 is provided can use the same kind as the semiconductor laser with which the light emission part 10 is provided.

集光光学系760は、レンズ761,762を備え、発光部710から出射された青色光Bを散乱板730に略集光させる。   The condensing optical system 760 includes lenses 761 and 762 and substantially condenses the blue light B emitted from the light emitting unit 710 on the scattering plate 730.

散乱板730は、波長変換素子40から出射された蛍光Yの配光分布に似た配光分布となるように、入射する青色光Bを散乱させる。散乱板730としては、例えば、磨りガラス(光学ガラス)を用いることができる。   The scattering plate 730 scatters the incident blue light B so as to have a light distribution similar to the light distribution of the fluorescence Y emitted from the wavelength conversion element 40. As the scattering plate 730, for example, polished glass (optical glass) can be used.

コリメート光学系770は、レンズ771,772を備え、散乱板730からの青色光Bを略平行化する。
コリメート光学系770で平行化された青色光Bは、ダイクロイックミラー103でコリメート集光光学系90とは反対側に反射する。
The collimating optical system 770 includes lenses 771 and 772 and makes the blue light B from the scattering plate 730 substantially parallel.
The blue light B collimated by the collimating optical system 770 is reflected by the dichroic mirror 103 to the side opposite to the collimating condensing optical system 90.

第1の光源装置101から出射された蛍光Yは、ダイクロイックミラー103を透過し、第2の光源装置102から出射され、ダイクロイックミラー103で反射した青色光Bと合成されて白色光Wとしてレンズアレイ120に出射される。   The fluorescent light Y emitted from the first light source device 101 is transmitted through the dichroic mirror 103, and is combined with the blue light B emitted from the second light source device 102 and reflected by the dichroic mirror 103 to form white light W as a lens array. 120.

レンズアレイ120,130および重畳レンズ150は、インテグレーター光学系を構成する。具体的に、レンズアレイ120は、ダイクロイックミラー103からの白色光Wを複数の部分光束に分割するための複数の第1小レンズを有する。複数の第1小レンズは、照明装置100の光軸100axと直交する面内にマトリクス状に配列されている。   The lens arrays 120 and 130 and the superimposing lens 150 constitute an integrator optical system. Specifically, the lens array 120 includes a plurality of first small lenses for dividing the white light W from the dichroic mirror 103 into a plurality of partial light beams. The plurality of first small lenses are arranged in a matrix in a plane orthogonal to the optical axis 100ax of the illumination device 100.

レンズアレイ130は、レンズアレイ120の複数の第1小レンズに対応する複数の第2小レンズを有する。レンズアレイ130は、重畳レンズ150とともに、レンズアレイ120の各第1小レンズの像を光変調装置400R,400G,400Bの画像形成領域に結像させる。
偏光変換素子140は、レンズアレイ130から出射されたランダム光を光変調装置400R,400G,400Bで利用可能な略1種類の偏光光に揃える。
The lens array 130 has a plurality of second small lenses corresponding to the plurality of first small lenses of the lens array 120. The lens array 130 forms an image of each first small lens of the lens array 120 together with the superimposing lens 150 in an image forming region of the light modulation devices 400R, 400G, and 400B.
The polarization conversion element 140 aligns random light emitted from the lens array 130 with approximately one type of polarized light that can be used by the light modulation devices 400R, 400G, and 400B.

色分離導光光学系200は、ダイクロイックミラー210,220、反射ミラー230,240,250およびリレーレンズ260,270を備える。色分離導光光学系200は、照明装置100から出射された白色光Wを赤色光R、緑色光G、および青色光Bに分離し、赤色光R、緑色光G、および青色光Bそれぞれに対応する光変調装置400R,400G,400Bに導光する。なお、色分離導光光学系200と、光変調装置400R,400G,400Bとの間には、フィールドレンズ300R,300G,300Bが配置されている。   The color separation light guide optical system 200 includes dichroic mirrors 210 and 220, reflection mirrors 230, 240 and 250, and relay lenses 260 and 270. The color separation light guide optical system 200 separates the white light W emitted from the illumination device 100 into red light R, green light G, and blue light B, and separates into red light R, green light G, and blue light B, respectively. The light is guided to the corresponding light modulators 400R, 400G, 400B. In addition, field lenses 300R, 300G, and 300B are disposed between the color separation light guide optical system 200 and the light modulation devices 400R, 400G, and 400B.

光変調装置400R,400G,400Bそれぞれは、詳細な図示は省略するが、透過型の液晶パネル、および液晶パネルの光入射側、光出射側にそれぞれ配置された入射側偏光板、出射側偏光板を備えている。そして、光変調装置400R,400G,400Bは、入射する色光を画像情報に応じて変調して各色光に対応する画像を形成する。   The light modulation devices 400R, 400G, and 400B are not shown in detail, but a transmissive liquid crystal panel, an incident-side polarizing plate disposed on the light incident side and a light emitting side of the liquid crystal panel, and an output-side polarizing plate, respectively. It has. Then, the light modulation devices 400R, 400G, and 400B modulate incident color light according to image information to form an image corresponding to each color light.

クロスダイクロイックプリズム500は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略X字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。クロスダイクロイックプリズム500は、各光変調装置400R,400G,400Bから出射された各色光の画像光を合成する。   The cross dichroic prism 500 has a substantially square shape in plan view in which four right-angle prisms are bonded together, and a dielectric multilayer film is formed on a substantially X-shaped interface in which the right-angle prisms are bonded together. The cross dichroic prism 500 combines the image light of each color light emitted from each of the light modulation devices 400R, 400G, 400B.

投射光学装置600は、複数のレンズ(図示省略)を有して構成され、クロスダイクロイックプリズム500にて合成された画像光をスクリーンSCR等にカラー画像として拡大投射する。   The projection optical device 600 includes a plurality of lenses (not shown), and enlarges and projects the image light combined by the cross dichroic prism 500 as a color image on a screen SCR or the like.

〔波長変換素子の構成〕
ここで、波長変換素子40について詳細に説明する。
図3は、波長変換素子40の平面を模式的に示す図である。
波長変換素子40は、図2、図3に示すように、基板41および波長変換部42に加え、接合部43および補強部44を備える。
[Configuration of wavelength conversion element]
Here, the wavelength conversion element 40 will be described in detail.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a plane of the wavelength conversion element 40.
As shown in FIGS. 2 and 3, the wavelength conversion element 40 includes a bonding portion 43 and a reinforcement portion 44 in addition to the substrate 41 and the wavelength conversion portion 42.

基板41は、熱伝導性が高い銅やアルミニウム等の金属で、平面視矩形状(例えば、1辺の長さが15mm程度の矩形状)に形成されている。なお、基板41の平面形状は矩形状に限定されない。   The substrate 41 is made of a metal such as copper or aluminum having high thermal conductivity, and is formed in a rectangular shape in plan view (for example, a rectangular shape having a side length of about 15 mm). The planar shape of the substrate 41 is not limited to a rectangular shape.

波長変換部42は、前述したように、波長変換層421および金属層422を有し、基板41の一方の面(第1面41A)内に配置される大きさの平面視矩形状(例えば、1辺の長さが1mm〜5mm程度の矩形状)に形成されている。   As described above, the wavelength conversion unit 42 includes the wavelength conversion layer 421 and the metal layer 422, and has a rectangular shape in plan view (for example, a size arranged in one surface (first surface 41A) of the substrate 41 (for example, The length of one side is a rectangle of about 1 mm to 5 mm).

波長変換層421は、例えば、YAG系の蛍光体である(Y,Gd)3(Al,Ga)512:Ce等のCeイオンが発光中心として含有された材料で形成され、例えば、基板41の厚みの1/5〜1/10程度の厚みを有している。波長変換層421としては、セラミック蛍光体や、蛍光体粉末とガラスバインダーとが混合された材料を例示できる。なお、波長変換層421としては、Ceイオンに限らずEuやNd、Yb等の希土類イオンが含有された材料を用いてもよい。 The wavelength conversion layer 421 is formed of a material containing Ce ions such as (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce, which is a YAG-based phosphor, as an emission center. It has a thickness of about 1/5 to 1/10 of the thickness of 41. Examples of the wavelength conversion layer 421 include ceramic phosphors and materials in which phosphor powder and glass binder are mixed. Note that the wavelength conversion layer 421 is not limited to Ce ions, and a material containing rare earth ions such as Eu, Nd, and Yb may be used.

金属層422は、波長変換層421の一方の面に蒸着等によって形成されている。金属層422は、銀やアルミニウム等で形成された反射層を有し、この反射層は、波長変換層421から発せられた蛍光Yを反射する。   The metal layer 422 is formed on one surface of the wavelength conversion layer 421 by vapor deposition or the like. The metal layer 422 has a reflective layer formed of silver, aluminum, or the like, and this reflective layer reflects the fluorescence Y emitted from the wavelength conversion layer 421.

接合部43は、金属粒子から構成され、基板41と波長変換部42における金属層422とを接合する。
接合部43は、例えば、銀の粒子を含むペースト状の部材が基板41または金属層422に塗布された後、高温(例えば、200〜300°C程度)で焼結されることによって形成されている。
The joint portion 43 is made of metal particles, and joins the substrate 41 and the metal layer 422 in the wavelength conversion portion 42.
The joint 43 is formed, for example, by applying a paste-like member containing silver particles to the substrate 41 or the metal layer 422 and then sintering at a high temperature (for example, about 200 to 300 ° C.). Yes.

ペースト状の部材は、銀粒子の表面を覆う有機被膜等を有し、銀粒子同士が密着しないように形成されている。そのため、ペースト状の部材が焼結されて形成された接合部43は、有機被膜等が蒸発して樹脂を含まない材料となり、ナノオーダーの微細な孔を有し、銀粒子の配設密度が均一化されたものとなる。これによって、接合部43は、金属層422と基板41との間の熱伝導を良好なものとすることができる。すなわち、励起光Eが入射することにより発熱する波長変換層421の熱を接合部43から効率良く基板41に伝え、この基板41から放熱させることができる。また、基板41にヒートシンク(図示省略)が固定される構成や、冷却装置が備えるファン(図示省略)が基板41やヒートシンクに冷却風を送風する構成を用いることで、より効率的な基板41の放熱が可能となる。
なお、接合部43が有する金属粒子は、銀に限定されるものではなく、金や錫、あるいはこれらの金属が混合するものであってもよい。また、接合部43と金属層422との接合をより良好にするために、金属層422が反射層の基板41側に反射層とは異なる層(接続層)を有する構成であってもよい。
The paste-like member has an organic film or the like that covers the surface of the silver particles, and is formed so that the silver particles do not adhere to each other. Therefore, the joint portion 43 formed by sintering the paste-like member becomes a material that does not contain a resin by evaporating the organic film, has nano-order fine pores, and has an arrangement density of silver particles. It becomes uniform. As a result, the bonding portion 43 can improve the heat conduction between the metal layer 422 and the substrate 41. That is, the heat of the wavelength conversion layer 421 that generates heat when the excitation light E is incident can be efficiently transmitted from the joint 43 to the substrate 41 and radiated from the substrate 41. Further, by using a configuration in which a heat sink (not shown) is fixed to the substrate 41 or a configuration in which a fan (not shown) provided in the cooling device blows cooling air to the substrate 41 or the heat sink, a more efficient substrate 41 can be obtained. Heat dissipation is possible.
In addition, the metal particle which the junction part 43 has is not limited to silver, Gold, tin, or these metals may be mixed. Further, in order to improve the bonding between the bonding portion 43 and the metal layer 422, the metal layer 422 may have a layer (connection layer) different from the reflection layer on the substrate 41 side of the reflection layer.

補強部44は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で形成され、図3に示すように、矩形状の波長変換部42の外周を囲むように設けられている。
補強部44は、樹脂がディスペンサー等を用いて、基板41の第1面41Aから突出する波長変換部42の側面(端部)の全周に塗布された後、熱硬化されることによって形成されている。補強部44は、図2に示すように、接合部43の外側で、波長変換部42の端部と基板41(第1面41A)とに接続されている。また、補強部44は、接合部43を覆うように配置されている。
The reinforcing portion 44 is formed of, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin, and is provided so as to surround the outer periphery of the rectangular wavelength conversion portion 42 as shown in FIG.
The reinforcing portion 44 is formed by applying a resin to the entire circumference of the side surface (end portion) of the wavelength conversion portion 42 protruding from the first surface 41A of the substrate 41 using a dispenser or the like and then thermosetting. ing. As shown in FIG. 2, the reinforcing portion 44 is connected to the end portion of the wavelength converting portion 42 and the substrate 41 (first surface 41 </ b> A) outside the joint portion 43. Further, the reinforcing portion 44 is disposed so as to cover the joint portion 43.

なお、補強部44として用いられる材料は、エポキシ樹脂に限定されるものではなく、樹脂を含む材料であれば、他の熱硬化性樹脂や、紫外線硬化性の樹脂等であってもよい。また、補強部44として用いられる材料は、接合部43の弾性率(15GPa程度の弾性率)に近い弾性率(例えば、10GPa程度の弾性率)を有する材料がより好ましく、樹脂に銀等の金属粒子を含む材料を補強部44として用いてもよい。   Note that the material used as the reinforcing portion 44 is not limited to the epoxy resin, and may be other thermosetting resin, ultraviolet curable resin, or the like as long as the material includes a resin. Further, the material used as the reinforcing portion 44 is more preferably a material having an elastic modulus (for example, an elastic modulus of about 10 GPa) close to the elastic modulus of the joint portion 43 (an elastic modulus of about 15 GPa). A material including particles may be used as the reinforcing portion 44.

波長変換素子40は、基板41の放熱性が良好となる部材を用いているため、基板41の熱膨張係数が波長変換層421の熱膨張係数より大きく異なっている。例えば、基板41が銅で形成された場合、基板41の熱膨張係数は、約17×10-6/Kで、波長変換層421の熱膨張係数(約8×10-6/K)の約2倍となる。 Since the wavelength conversion element 40 uses a member that makes the heat dissipation of the substrate 41 good, the thermal expansion coefficient of the substrate 41 is greatly different from the thermal expansion coefficient of the wavelength conversion layer 421. For example, when the substrate 41 is made of copper, the thermal expansion coefficient of the substrate 41 is about 17 × 10 −6 / K, which is about the thermal expansion coefficient (about 8 × 10 −6 / K) of the wavelength conversion layer 421. Doubled.

補強部44を有さない従来技術の波長変換素子(図示省略)においては、基板41の熱膨張係数と波長変換層421の熱膨張係数とが大きく異なると、発熱によって基板41と波長変換部42との間、波長変換部42における波長変換層421と金属層422との間に応力が集中する。   In a conventional wavelength conversion element (not shown) that does not have the reinforcing portion 44, if the thermal expansion coefficient of the substrate 41 and the thermal expansion coefficient of the wavelength conversion layer 421 are greatly different, the substrate 41 and the wavelength conversion portion 42 are generated by heat generation. In the meantime, stress is concentrated between the wavelength conversion layer 421 and the metal layer 422 in the wavelength conversion unit 42.

一方、本実施形態の波長変換素子40は、補強部44を有しているので、従来技術の波長変換素子で発生した応力をこの補強部44で分散させることができる。
熱によるストレスとして温度サイクル試験を行い、本実施形態の波長変換素子40と従来技術の波長変換素子とを比較した。その結果、従来技術の波長変換素子では、波長変換部42の剥がれや、波長変換部42における金属層422と波長変換層421との間の剥がれが発生したが、本実施形態の波長変換素子40は、各構成要素の接続が良好に維持された。
このように、波長変換素子40は、波長変換部42と基板41との間が熱伝導性の良好な接合部43で接合され、波長変換部42の端部と基板41とが補強部44に接続されている。
On the other hand, since the wavelength conversion element 40 of this embodiment has the reinforcement part 44, the stress which generate | occur | produced with the wavelength conversion element of a prior art can be disperse | distributed by this reinforcement part 44. FIG.
A temperature cycle test was performed as a stress caused by heat, and the wavelength conversion element 40 of the present embodiment was compared with the wavelength conversion element of the prior art. As a result, in the wavelength conversion element of the prior art, peeling of the wavelength conversion part 42 and peeling between the metal layer 422 and the wavelength conversion layer 421 in the wavelength conversion part 42 occurred, but the wavelength conversion element 40 of the present embodiment. The connection of each component was maintained well.
As described above, in the wavelength conversion element 40, the wavelength conversion unit 42 and the substrate 41 are bonded to each other by the bonding unit 43 having good thermal conductivity, and the end of the wavelength conversion unit 42 and the substrate 41 are connected to the reinforcement unit 44. It is connected.

以上述べたように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)波長変換素子40は、波長変換部42と基板41との間の熱伝導を良好に行う接合部43を備えているので、励起光が入射することによって発熱する波長変換層421の熱を効率良く放熱させることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the wavelength conversion element 40 includes the bonding portion 43 that favorably conducts heat conduction between the wavelength conversion portion 42 and the substrate 41, the heat of the wavelength conversion layer 421 that generates heat when the excitation light enters. Can be efficiently dissipated.

(2)接合部43は、金属粒子から構成され、樹脂を含まない材料で形成されている。これによって、基板41と、金属層422との熱伝導性をさらに良好なものとすることができる。よって、さらに効率的な放熱を可能とする波長変換素子40の提供が可能となる。   (2) The joint portion 43 is made of a metal particle and is made of a material that does not contain a resin. Thereby, the thermal conductivity between the substrate 41 and the metal layer 422 can be further improved. Therefore, it is possible to provide the wavelength conversion element 40 that enables more efficient heat dissipation.

(3)波長変換素子40は、補強部44を備えているので、熱によるストレスに対する耐性が向上する。
波長変換素子40は、補強部44を有しているので、熱によるストレスの耐性に加え、落下等の衝撃に対する耐性も向上する。
したがって、信頼性の高い波長変換素子40の提供が可能となる。
(3) Since the wavelength conversion element 40 includes the reinforcing portion 44, resistance to heat stress is improved.
Since the wavelength conversion element 40 includes the reinforcing portion 44, resistance to impacts such as dropping is improved in addition to resistance to stress caused by heat.
Therefore, it is possible to provide the wavelength conversion element 40 with high reliability.

(4)第1の光源装置101は、波長変換素子40を備えているので、長期に亘って輝度の低下が抑制された蛍光Yを発することが可能となる。   (4) Since the first light source device 101 includes the wavelength conversion element 40, the first light source device 101 can emit fluorescence Y in which a decrease in luminance is suppressed over a long period of time.

(5)投射型装置1は、第1の光源装置101を備えているので、長期に亘って明るさの低下や、色むらの発生が抑制された画像を投射することが可能となる。   (5) Since the projection type apparatus 1 includes the first light source device 101, it is possible to project an image in which a decrease in brightness and color unevenness are suppressed over a long period of time.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
前記実施形態の波長変換素子40は、補強部44が波長変換部42の外周全てに亘って設けられているが、補強部44が波長変換部42の側面(端部)と基板41とに接し、接合部43の少なくとも一部を覆うように配置されていればよい。
図4は、変形例の波長変換素子50を模式的に示す平面図である。
変形例の波長変換素子50は、図4に示すように、補強部44が矩形状の波長変換部42の角部に設けられている。
この構成によれば、応力がより集中しやすい角部に、容易に補強部44を形成することが可能となる。よって、熱によるストレスに対して効果的な耐性を有し、容易な製造が可能な波長変換素子50の提供が可能となる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below.
In the wavelength conversion element 40 of the embodiment, the reinforcing portion 44 is provided over the entire outer periphery of the wavelength converting portion 42, but the reinforcing portion 44 is in contact with the side surface (end portion) of the wavelength converting portion 42 and the substrate 41. As long as it is arranged so as to cover at least a part of the joint 43.
FIG. 4 is a plan view schematically showing a wavelength conversion element 50 of a modification.
As shown in FIG. 4, in the wavelength conversion element 50 according to the modification, the reinforcing portion 44 is provided at a corner portion of the rectangular wavelength conversion portion 42.
According to this configuration, the reinforcing portion 44 can be easily formed at the corner where stress is more likely to concentrate. Therefore, it is possible to provide the wavelength conversion element 50 that has effective resistance to heat stress and can be easily manufactured.

前記実施形態の投射型装置1は、光変調装置として透過型の液晶パネルを用いているが、反射型の液晶パネルを用いたものであってもよい。また、光変調装置としてマイクロミラー型の光変調装置、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)等を利用したものであってもよい。   Although the projection type device 1 of the embodiment uses a transmissive liquid crystal panel as a light modulation device, a reflection type liquid crystal panel may be used. Further, a micromirror type light modulation device such as a DMD (Digital Micromirror Device) may be used as the light modulation device.

前記実施形態の光変調装置は、赤色光R、緑色光G、および青色光Bに対応する3つの光変調装置400R,400G,400Bを用いるいわゆる3板方式を採用しているが、これに限らず、単板方式を採用してもよく、あるいは、2つまたは4つ以上の光変調装置を備える投射型装置にも適用できる。   The light modulation device according to the embodiment employs a so-called three-plate method using three light modulation devices 400R, 400G, and 400B corresponding to red light R, green light G, and blue light B, but is not limited thereto. Alternatively, a single plate method may be adopted, or the present invention can be applied to a projection type device including two or four or more light modulation devices.

1…投射型装置、10…発光部、40,50…波長変換素子、41…基板、42…波長変換部、43…接合部、44…補強部、101…第1の光源装置(光源装置)、400R,400G,400B…光変調装置、421…波長変換層、422…金属層、600…投射光学装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projection type apparatus, 10 ... Light emission part, 40, 50 ... Wavelength conversion element, 41 ... Board | substrate, 42 ... Wavelength conversion part, 43 ... Joint part, 44 ... Reinforcement part, 101 ... 1st light source device (light source device) , 400R, 400G, 400B ... light modulation device, 421 ... wavelength conversion layer, 422 ... metal layer, 600 ... projection optical device.

Claims (7)

基板と、
金属層と、前記金属層上に波長変換層とを有する波長変換部と、
前記基板と前記金属層とを接合する金属粒子から構成された接合部と、
前記波長変換部の側面の少なくとも一部を覆うとともに、前記基板と接するように配置され、樹脂を含む補強部と、
を備えたことを特徴とする波長変換素子。
A substrate,
A wavelength conversion unit having a metal layer and a wavelength conversion layer on the metal layer;
A joint composed of metal particles for joining the substrate and the metal layer;
Covering at least a part of the side surface of the wavelength conversion unit, and arranged to come into contact with the substrate, a reinforcing unit including a resin,
A wavelength conversion element comprising:
請求項1に記載の波長変換素子であって、
前記補強部は、前記接合部を覆うように配置されていることを特徴とする波長変換素子。
The wavelength conversion element according to claim 1,
The wavelength conversion element, wherein the reinforcing portion is disposed so as to cover the joint portion.
請求項1に記載の波長変換素子であって、
前記波長変換部は、平面視矩形状を成し、
前記補強部は、前記波長変換部における角部と接することを特徴とする波長変換素子。
The wavelength conversion element according to claim 1,
The wavelength conversion unit has a rectangular shape in plan view,
The wavelength converting element, wherein the reinforcing portion is in contact with a corner portion of the wavelength converting portion.
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の波長変換素子であって、
前記接合部は、樹脂を含まない材料であることを特徴とする波長変換素子。
The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 3,
The said junction part is a material which does not contain resin, The wavelength conversion element characterized by the above-mentioned.
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の波長変換素子であって、
前記補強部は、金属を含んでいることを特徴とする波長変換素子。
The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 4,
The wavelength converting element, wherein the reinforcing portion contains a metal.
励起光を発する発光部と、
請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
を備えたことを特徴とする光源装置。
A light emitting unit that emits excitation light;
The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 5,
A light source device comprising:
請求項6に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置で変調された光を投射する投射光学装置と、
を備えたことを特徴とする投射型装置。
The light source device according to claim 6;
A light modulation device that modulates light emitted from the light source device;
A projection optical device that projects light modulated by the light modulation device;
A projection type apparatus comprising:
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