JP2019039992A - Phosphor wheel, wheel device and projector - Google Patents

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Abstract

To provide a phosphor wheel, a wheel device and a projector which have high light emission intensity for high-power use, hardly decrease in performance in spite of temperature extinction, and can reduce a risk of breakage due to excessive heat.SOLUTION: A phosphor wheel 10 comprises a substrate 12 which is formed in a disk shape and a phosphor layer 14 which is provided on the substrate 12, and converts light of wavelength within a specific range into light of different wavelength. The phosphor layer 14 is formed of a light-transmissive inorganic material 20 and phosphor particles 16 of 15 to 60 μm in average particle size, and 80 to less than 300 μm thick, and the phosphor particles 16 are formed of materials of YAG:Ce or LuAg: Ce, and have a Ce concentration of 0.60 at% or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、蛍光体ホイール、ホイールデバイスおよびプロジェクターに関する。   The present invention relates to a phosphor wheel, a wheel device, and a projector.

発光素子として、例えば青色LED素子に接触するように配置される、エポキシやシリコーンなどに代表される樹脂に蛍光体粒子を分散させた蛍光体プレートが知られている。そして、近年では、LEDに代えて、エネルギー効率が高く、小型化、高出力化に対応しやすい、レーザダイオード(LD)が用いられたアプリケーションが増えてきている。   As a light emitting element, for example, a phosphor plate in which phosphor particles are dispersed in a resin typified by epoxy or silicone, which is disposed so as to be in contact with a blue LED element, is known. In recent years, applications using laser diodes (LDs), which have high energy efficiency and are easy to cope with downsizing and high output, are increasing in place of LEDs.

レーザは局所的に高いエネルギーの光を照射するため、集中的にレーザ光が照射された樹脂は、その照射箇所が焼け焦げる。これに対し、蛍光体プレートを円板(ホイール)状として回転させることで、照射箇所を一点に留めず動的にすることで、レーザをはじめとしたエネルギーの高い励起源を用いた場合における蛍光体プレートの耐熱性と、それに起因する性能低下の課題は解決された。   Since the laser irradiates light with high energy locally, the irradiated portion of the resin irradiated with the laser beam intensively burns. On the other hand, by rotating the phosphor plate as a disk (wheel) shape, it is not limited to a single point of irradiation, but is made dynamic so that fluorescence in the case of using a high-energy excitation source such as a laser is used. The heat resistance of the body plate and the performance degradation caused by it were solved.

さらに、特許文献1は、蛍光体ホイールに放熱板を備えることで、発熱による蛍光体の性能低下の問題を解決する技術が開示されている。また、特許文献2は、蛍光体層としてガラスマトリクスにより蛍光体を分散させ、金属ホイールと接合層を介して貼りつけ、蛍光体粒子の一部を金属ホイールと接触させることで放熱性を高めた技術が開示されている。   Furthermore, Patent Document 1 discloses a technique for solving the problem of deterioration in the performance of the phosphor due to heat generation by providing the phosphor wheel with a heat sink. Further, Patent Document 2 has improved heat dissipation by dispersing phosphors with a glass matrix as a phosphor layer, pasting them through a metal wheel and a bonding layer, and bringing some of the phosphor particles into contact with the metal wheel. Technology is disclosed.

特開2012−008177号公報JP 2012-008177 A 特開2015−094777号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-094777

特許文献1は、放熱性を高めることで蛍光体ホイールの性能を高めたが、依然として樹脂を利用した技術を開示している。この技術では、回転系の停止などの異常や更なるハイパワー化により樹脂の耐熱温度以上に達し、蛍光体膜が焦げて破損するリスクは避けられない。また、特許文献2記載の技術は、接合層としてのみだが樹脂を用いており、これも同様に膜界面から破損するリスクが依然として残っている。よって、放熱性を高める手段と同時に、蛍光体ホイール自体の耐熱性の向上も求められている。   Patent Document 1 discloses a technique using a resin, although the performance of the phosphor wheel is improved by increasing heat dissipation. With this technology, there is an unavoidable risk that the phosphor film will be burnt and damaged due to abnormalities such as stoppage of the rotating system and higher power, resulting in a temperature exceeding the heat resistance temperature of the resin. Further, the technique described in Patent Document 2 uses a resin only as a bonding layer, and the risk of damage from the film interface still remains. Accordingly, there is a demand for improving the heat resistance of the phosphor wheel itself as well as a means for improving heat dissipation.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ハイパワーの用途において高い発光強度を有し、温度消光による性能低下が発生しにくく、過剰な熱による破損リスクを低減できる蛍光体ホイール、ホイールデバイスおよびプロジェクターを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and has a high light emission intensity in high-power applications, is unlikely to deteriorate in performance due to temperature quenching, and can reduce the risk of damage due to excessive heat. An object is to provide a wheel, a wheel device, and a projector.

(1)上記の目的を達成するため、本発明の蛍光体ホイールは、円板状に形成された基板と、前記基板上に設けられた蛍光体層と、を備える特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する蛍光体ホイールであって、前記蛍光体層は、透光性の無機材料と平均粒径15μm以上60μm以下の蛍光体粒子とで形成されると共に、80μm以上300μm未満の厚みを有し、前記蛍光体粒子の材料は、YAG:CeまたはLuAG:Ceのいずれか一方であり、前記蛍光体粒子のCe濃度は、0.60at%以下であることを特徴としている。   (1) In order to achieve the above-mentioned object, the phosphor wheel of the present invention emits light having a wavelength in a specific range including a disk-shaped substrate and a phosphor layer provided on the substrate. A phosphor wheel for converting light of another wavelength, wherein the phosphor layer is formed of a translucent inorganic material and phosphor particles having an average particle diameter of 15 μm or more and 60 μm or less, and 80 μm or more and less than 300 μm The phosphor particles are made of either YAG: Ce or LuAG: Ce, and the Ce concentration of the phosphor particles is 0.60 at% or less.

これにより、大粒径の蛍光体を用いて蛍光体層の膜厚を厚くすることができ、発光強度を高くできる。さらに、賦活剤であるCeの濃度を下げることで、高出力のレーザダイオードを励起源として用いても、温度消光を抑制することができ、また、励起光の吸収率を小さい範囲に制御できる。その結果、大粒径の蛍光体を用いて蛍光体層の膜厚を厚くすることと相俟って、蛍光体層の深い部分まで活用した蛍光変換が起こることとなり、発光強度はさらに向上する。また、蛍光体層を無機材料のみで構成することで、例えば、回転系の異常によるホイールの停止や、更なるハイパワー化、等による過剰な熱による破損リスクを低減できる。   As a result, the phosphor layer can be thickened using a phosphor having a large particle size, and the emission intensity can be increased. Further, by reducing the concentration of Ce, which is an activator, temperature quenching can be suppressed even when a high-power laser diode is used as an excitation source, and the absorption rate of excitation light can be controlled within a small range. As a result, in combination with increasing the thickness of the phosphor layer using a phosphor with a large particle size, fluorescence conversion utilizing the deep part of the phosphor layer occurs, and the emission intensity is further improved. . Further, by constituting the phosphor layer only with an inorganic material, for example, it is possible to reduce the risk of breakage due to excessive heat due to, for example, stoppage of the wheel due to abnormalities in the rotating system or higher power.

(2)また、本発明の蛍光体ホイールにおいて、前記蛍光体粒子のCe濃度は、0.12at%以上であることを特徴としている。このように、Ce濃度が小さすぎないので、励起光の吸収率を十分に維持できる。その結果、励起光を十分に活用でき、発光強度はさらに向上する。   (2) Further, in the phosphor wheel of the present invention, the Ce concentration of the phosphor particles is 0.12 at% or more. Thus, since the Ce concentration is not too small, the absorption rate of the excitation light can be sufficiently maintained. As a result, the excitation light can be fully utilized, and the emission intensity is further improved.

(3)また、本発明の蛍光体ホイールにおいて、前記蛍光体層は、100μm以上200μm以下の厚みを有することを特徴としている。これにより、発光強度を高く維持しつつ、蛍光体層の破損リスクを低減できる。   (3) In the phosphor wheel of the present invention, the phosphor layer has a thickness of 100 μm or more and 200 μm or less. This can reduce the risk of damage to the phosphor layer while maintaining high emission intensity.

(4)また、本発明の蛍光体ホイールにおいて、前記基板は、アルミニウムで形成されていることを特徴としている。このように、熱伝導率の高いアルミニウムを用いた蛍光体ホイールを構成することで、蛍光体層で発生した熱を基板に効率的に放熱することができる。その結果、過剰な熱による破損リスクをさらに低減できる。   (4) Moreover, the phosphor wheel of the present invention is characterized in that the substrate is made of aluminum. Thus, by configuring the phosphor wheel using aluminum having high thermal conductivity, the heat generated in the phosphor layer can be efficiently radiated to the substrate. As a result, the risk of breakage due to excessive heat can be further reduced.

(5)また、本発明のホイールデバイスは、プロジェクターに用いられるホイールデバイスであって、上記(1)から(4)のいずれかに記載の蛍光体ホイールと、前記蛍光体ホイールを回転させるモーターと、を備えることを特徴としている。これにより、発光強度の高い、過剰な熱による破損リスクを低減したホイールデバイスを構成でき、回転系の停止などの異常に対しても破損リスクを低減できる。   (5) Moreover, the wheel device of this invention is a wheel device used for a projector, Comprising: The phosphor wheel in any one of said (1) to (4), The motor which rotates the said phosphor wheel, It is characterized by providing. As a result, a wheel device with high emission intensity and reduced risk of damage due to excessive heat can be configured, and the risk of damage can be reduced against abnormalities such as stopping of the rotating system.

(6)また、本発明のプロジェクターは、励起光を照射する光源と、前記光源からの励起光を受ける上記(5)記載のホイールデバイスと、画像を表示する表示デバイスと、前記ホイールデバイスから射出された光を用いて前記表示デバイスに表示された画像を外部に投射する投射光学系と、を備えることを特徴としている。これにより、発光強度の高い、過剰な熱による破損リスクを低減したホイールデバイスを用いたプロジェクターを構成でき、回転系の停止などの異常に対しても破損リスクを低減できる。また、光源装置を低速回転で用いた静音設計のプロジェクターとすることもできる。   (6) Moreover, the projector of this invention is light-emitted from the light source which irradiates excitation light, the wheel device of the said (5) receiving the excitation light from the said light source, the display device which displays an image, and the said wheel device. And a projection optical system that projects an image displayed on the display device to the outside using the emitted light. As a result, a projector using a wheel device with high emission intensity and reduced damage risk due to excessive heat can be configured, and the damage risk can be reduced against abnormalities such as stoppage of the rotating system. Moreover, it can also be set as the silent design projector which used the light source device at low speed rotation.

本発明によれば、ハイパワーの用途において高い発光強度を有し、温度消光による性能低下が発生しにくく、過剰な熱による破損リスクを低減できる蛍光体ホイールを構成できる。   According to the present invention, it is possible to configure a phosphor wheel that has high emission intensity in high-power applications, is unlikely to deteriorate in performance due to temperature quenching, and can reduce the risk of damage due to excessive heat.

(a)〜(c)はそれぞれ、本発明の蛍光体ホイールを模式的に表した断面図、斜視図および平面図である。(A)-(c) is sectional drawing, the perspective view, and the top view which each represented the fluorescent substance wheel of this invention typically. 蛍光体ホイールの蛍光体層部分の断面を拡大した模式図である。It is the schematic diagram which expanded the cross section of the fluorescent substance layer part of a fluorescent substance wheel. 本発明のホイールデバイスを表す模式図である。It is a schematic diagram showing the wheel device of this invention. 本発明のプロジェクターの一部を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing a part of projector of this invention. 本発明の蛍光体ホイールの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the phosphor wheel of this invention. 蛍光体ホイールに対する発光強度試験のための反射型の評価システムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the reflection type evaluation system for the light emission intensity test with respect to a fluorescent substance wheel. 試料の各種条件と、24W時の発光強度および1時間評価後の剥離の有無の結果を表す表である。It is a table | surface showing the result of various conditions of a sample, the light emission intensity at 24 W, and the presence or absence of peeling after 1 hour evaluation. 試料11、A、Bについて、レーザパワー密度(レーザ入力)を横軸に取ったときの発光強度を表すグラフである。It is a graph showing the emitted light intensity when taking a laser power density (laser input) on a horizontal axis about sample 11, A, and B. FIG. 蛍光体ホイールの低回転時の発光強度試験および測定後の蛍光体層の焦げの有無の結果を示す表である。It is a table | surface which shows the result of the light emission intensity test at the time of the low rotation of a fluorescent substance wheel, and the presence or absence of the burning of the fluorescent substance layer after a measurement.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。なお、構成図において、各構成要素の大きさは概念的に表したものであり、必ずしも実際の寸法比率を表すものではない。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the respective drawings, and duplicate descriptions are omitted. In the configuration diagram, the size of each component is conceptually represented and does not necessarily represent an actual dimensional ratio.

[蛍光体ホイールの構成]
図1(a)〜(c)はそれぞれ、蛍光体ホイール10を模式的に表した断面図、斜視図および平面図である。蛍光体ホイール10は、基板12上に蛍光体層14が形成されている。蛍光体ホイール10は、光源から照射された励起光を吸収し励起して波長の異なる変換光を発生させ、放射光を射出する。例えば、青色の励起光を吸収し蛍光体層14で変換された青色の励起光と異なる変換光を放射させるとともに、青色の励起光を反射させて、変換光と励起光を合わせて、または、変換光のみを利用し、様々な色の光に変換できる。
[Configuration of phosphor wheel]
1A to 1C are a cross-sectional view, a perspective view, and a plan view schematically showing the phosphor wheel 10, respectively. In the phosphor wheel 10, a phosphor layer 14 is formed on a substrate 12. The phosphor wheel 10 absorbs excitation light emitted from the light source, generates excitation light having different wavelengths, and emits radiation light. For example, the blue excitation light is absorbed and the conversion light different from the blue excitation light converted by the phosphor layer 14 is emitted, and the blue excitation light is reflected, and the converted light and the excitation light are combined, or Using only converted light, it can be converted into light of various colors.

基板12は、円板状に形成される。基板12の材料は、アルミニウム、鉄、銅等を用いることができる。基板12のすべてを、光を反射する材料で製造することもできるが、光の反射を考慮しない材料の一面に銀などの光を反射する材料をメッキなどで設けてもよい。また、高エネルギーの光が照射されて温度が高くなるので、熱伝導性が高い方がよい。そのため、基板12は、アルミニウムで形成されていることが好ましい。   The substrate 12 is formed in a disc shape. As the material of the substrate 12, aluminum, iron, copper, or the like can be used. Although all of the substrate 12 can be manufactured from a material that reflects light, a material that reflects light, such as silver, may be provided by plating or the like on one surface of the material that does not consider light reflection. Moreover, since high temperature light is irradiated and temperature rises, it is better that heat conductivity is high. Therefore, the substrate 12 is preferably made of aluminum.

図2は、蛍光体ホイール10の蛍光体層14部分の断面を拡大した模式図である。蛍光体層14は、基板12上に膜として設けられ、蛍光体粒子16および結合材20(透光性の無機材料)により形成されている。結合材20は、蛍光体粒子16同士および蛍光体粒子16と基板12とを固定している。これにより、高エネルギー密度の光の照射に対して、放熱板として機能する基板12と接合しているため効率よく放熱でき、蛍光体の温度消光を抑制できる。また、上記それぞれの固定は、化学結合であることが効率よく放熱するためには好ましい。   FIG. 2 is an enlarged schematic view of the cross section of the phosphor layer 14 portion of the phosphor wheel 10. The phosphor layer 14 is provided as a film on the substrate 12 and is formed of phosphor particles 16 and a binding material 20 (translucent inorganic material). The binding material 20 fixes the phosphor particles 16 to each other and the phosphor particles 16 and the substrate 12. Thereby, since it has joined with the board | substrate 12 which functions as a heat sink with respect to irradiation of the light of a high energy density, it can thermally radiate efficiently and it can suppress the temperature quenching of a fluorescent substance. In addition, each of the above fixations is preferably a chemical bond in order to efficiently dissipate heat.

蛍光体層14は、基板12の中心から所定の距離に一定の幅を有する円環状に形成されることが好ましい。蛍光体層14が円環状に形成されることで、励起光の照射部分およびその近傍のみに蛍光体層14が形成されることとなり、蛍光体ホイールの軽量化およびコストの削減ができる。   The phosphor layer 14 is preferably formed in an annular shape having a certain width at a predetermined distance from the center of the substrate 12. By forming the phosphor layer 14 in an annular shape, the phosphor layer 14 is formed only at the excitation light irradiation portion and the vicinity thereof, and the weight of the phosphor wheel can be reduced and the cost can be reduced.

蛍光体層14の厚みは、80μm以上300μm未満である。また、100μm以上200μm以下であることが好ましい。蛍光体層14の膜厚は、厚くなると膜内の比較的広い領域で蛍光変換が起こるようになり、高い発光強度を有するからである。蛍光体層14の膜厚は、厚すぎると蓄熱による問題が増加するが、回転ホイール構造による高い放熱性および低Ce濃度蛍光体(後述)の使用による発熱量低下により解決される。また、蛍光体層14の膜厚は、厚すぎると蛍光体粒子16の脱粒や蛍光体層14の剥離のリスクが増加するが、300μm未満であれば問題ない。   The thickness of the phosphor layer 14 is not less than 80 μm and less than 300 μm. Moreover, it is preferable that they are 100 micrometers or more and 200 micrometers or less. This is because as the film thickness of the phosphor layer 14 increases, fluorescence conversion occurs in a relatively wide area within the film, and the light emission intensity is high. If the thickness of the phosphor layer 14 is too thick, problems due to heat storage increase, but this is solved by high heat dissipation by the rotating wheel structure and a decrease in the amount of heat generated by the use of a low Ce concentration phosphor (described later). Moreover, when the film thickness of the phosphor layer 14 is too thick, the risk of detachment of the phosphor particles 16 and peeling of the phosphor layer 14 increases, but there is no problem if it is less than 300 μm.

蛍光体粒子16は、発光中心としてセリウム(Ce)が添加されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(YAG:Ce)またはルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(LuAG:Ce)のいずれか一方で構成される。このとき、発光中心のCe濃度を以下のように定義する。すなわち、YAGの組成式はYAl12であるが、このうちのイットリウム(Y)の一部をCeで置き換えたYAGをYAG:Ceと表し、その組成式を一般的に(Y3−XCe)Al12と表す。そして、組成式全体の原子の数に対するCeの割合を単位「at%」で表す。例えば、X=0.1のとき、0.1/(3+5+12)×100=0.5となるので、これを0.5at%と定義する。 The phosphor particles 16 are configured by either yttrium aluminum garnet phosphor (YAG: Ce) or lutetium aluminum garnet phosphor (LuAG: Ce) to which cerium (Ce) is added as the emission center. Is done. At this time, the Ce concentration at the emission center is defined as follows. That is, the composition formula of YAG is Y 3 Al 5 O 12 , but YAG in which a part of yttrium (Y) is replaced by Ce is represented as YAG: Ce, and the composition formula is generally represented by (Y 3 —X Ce X ) Al 5 O 12 And the ratio of Ce with respect to the number of atoms of the whole composition formula is represented by unit "at%". For example, when X = 0.1, 0.1 / (3 + 5 + 12) × 100 = 0.5, which is defined as 0.5 at%.

LuAGはYAGのすべてのYをルテチウム(Lu)で置き換えたものであり、組成式はLuAl12である。そのため、LuAG:CeのCe濃度も上記と同様に定義し、単位「at%」で表す。 LuAG is obtained by replacing all Y in YAG with lutetium (Lu), and the composition formula is Lu 3 Al 5 O 12 . Therefore, the Ce concentration of LuAG: Ce is defined in the same manner as described above, and is expressed in the unit “at%”.

蛍光体粒子16のCe濃度は、0.60at%以下である。このように、Ce濃度が小さい蛍光体を用いることで、個々の蛍光体粒子16の励起光の吸収率が低下し、蛍光体層14の深い部分まで活用した蛍光変換が起こり、全体としての発光強度は向上する。また、Ce濃度が小さい蛍光体を用いることで、蛍光体で生じる熱の発生ポイントを分散させ、蛍光変換時に生じる熱の密度を減らし放熱性を高めることが可能となり、蛍光体層14全体の温度上昇を防ぐことができる。その結果、高いエネルギーを有するレーザ等による励起においても、蛍光体の発光性能が低下する温度まで到達しにくくなり、ハイパワーでも高い発光強度を維持できる。   The Ce concentration of the phosphor particles 16 is 0.60 at% or less. Thus, by using a phosphor with a low Ce concentration, the absorption rate of the excitation light of each phosphor particle 16 is reduced, and fluorescence conversion is performed using the deep part of the phosphor layer 14, and the entire light emission is performed. Strength is improved. In addition, by using a phosphor with a low Ce concentration, it is possible to disperse the heat generation points generated in the phosphor, reduce the density of heat generated during the fluorescence conversion, and increase the heat dissipation property, so that the temperature of the entire phosphor layer 14 is increased. The rise can be prevented. As a result, even when excited by a laser or the like having high energy, it becomes difficult to reach a temperature at which the light emission performance of the phosphor deteriorates, and a high light emission intensity can be maintained even at high power.

また、蛍光体粒子16のCe濃度は、0.12at%以上であることが好ましい。Ce濃度が小さすぎると、励起光の吸収率が低下しすぎた結果、全体としての発光強度が低下することがあるからである。   Further, the Ce concentration of the phosphor particles 16 is preferably 0.12 at% or more. This is because if the Ce concentration is too small, the absorptivity of the excitation light is too low, and as a result, the emission intensity as a whole may be reduced.

蛍光体粒子のCe濃度は、ICPまたはXRFで分析することができる。いずれの方法においても、Ce濃度が既知の蛍光体を検量線として使用することで行なう。Ce濃度は、複数回の分析値の平均値として求めてもよい。   The Ce concentration of the phosphor particles can be analyzed by ICP or XRF. In either method, the phosphor having a known Ce concentration is used as a calibration curve. The Ce concentration may be obtained as an average value of a plurality of analysis values.

蛍光体粒子16は、光源光(励起光)を吸収して、変換光を放射する。YAG:Ceは、光源光(励起光)を吸収して、黄色の変換光を放射する。LuAG:Ceは、光源光(励起光)を吸収して、緑色の変換光を放射する。例えば、光源光が青色または紫色であるときは、光源光と変換光を合わせて、白色の放射光を放射することができる。   The phosphor particles 16 absorb light source light (excitation light) and emit converted light. YAG: Ce absorbs light source light (excitation light) and emits yellow converted light. LuAG: Ce absorbs light source light (excitation light) and emits green converted light. For example, when the light source light is blue or purple, white light can be emitted by combining the light source light and the converted light.

蛍光体粒子16の平均粒径は、15μm以上60μm以下であり、18μm以上30μm以下であることが好ましい。15μm以上なので、変換光の発光強度が大きくなり、ひいては蛍光体ホイール10の発光強度が大きくなるからである。また、60μm以下なので、蛍光体ホイール10を回転させた際の蛍光体粒子16の脱粒を抑制できる。また、個々の蛍光体粒子16の温度を低く維持でき、温度消光を抑制できる。なお、本明細書において平均粒径とは、メジアン径(D50)であるか、または、SEM画像の解析で得られた粒子における平均粒径である。メジアン径(D50)である平均粒径は、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置の乾式測定または湿式測定を用いて計測することができる。また、SEM画像の解析による平均粒径は、以下の手法で計測できる。蛍光体層14の平面方向と垂直な断面について、例えば、1000倍にてSEM画像を取得する。そして、得られたSEM画像に対して、2値化などの画像解析を行ない、画像から蛍光体粒子16と認められる100個以上の粒子の断面積を算出し、その累積分布から平均粒径を求めることができる。画像から蛍光体粒子と認められる100個以上の粒子の断面積を算出するときには、蛍光体層14に含まれる蛍光体粒子16について全体的な平均粒径となるように、蛍光体層14における複数個所の断面画像(例えば3枚以上)を取得することとする。   The average particle diameter of the phosphor particles 16 is 15 μm or more and 60 μm or less, and preferably 18 μm or more and 30 μm or less. This is because the emission intensity of the converted light is increased and the emission intensity of the phosphor wheel 10 is increased since the thickness is 15 μm or more. Moreover, since it is 60 micrometers or less, the degranulation of the fluorescent substance particle 16 at the time of rotating the fluorescent substance wheel 10 can be suppressed. Moreover, the temperature of each phosphor particle 16 can be kept low, and temperature quenching can be suppressed. In addition, in this specification, an average particle diameter is a median diameter (D50) or an average particle diameter in the particle | grains obtained by analysis of the SEM image. The average particle diameter which is the median diameter (D50) can be measured using dry measurement or wet measurement of a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus. Moreover, the average particle diameter by analysis of a SEM image can be measured with the following method. For a cross section perpendicular to the planar direction of the phosphor layer 14, for example, an SEM image is acquired at 1000 times. Then, image analysis such as binarization is performed on the obtained SEM image, the cross-sectional area of 100 or more particles recognized as phosphor particles 16 is calculated from the image, and the average particle diameter is calculated from the cumulative distribution. Can be sought. When calculating the cross-sectional area of 100 or more particles recognized as phosphor particles from the image, a plurality of particles in the phosphor layer 14 are arranged so that the overall average particle diameter of the phosphor particles 16 included in the phosphor layer 14 is the same. Suppose that a cross-sectional image (for example, three or more) of a part is acquired.

結合材20は、無機バインダが加水分解または酸化されて形成されたものであり、透光性を有する無機材料により構成されている。結合材20は、例えばシリカ(SiO)、リン酸アルミニウムで構成される。結合材20は無機材料からなるので、レーザダイオード等の高エネルギーの光が照射されても変質しない。また、結合材20は透光性を有するので、励起光や変換光を透過させることができる。無機バインダとしては、エチルシリケート、リン酸アルミニウム水溶液等を用いることができる。 The binding material 20 is formed by hydrolysis or oxidation of an inorganic binder, and is composed of an inorganic material having translucency. The binding material 20 is made of, for example, silica (SiO 2 ) or aluminum phosphate. Since the binder 20 is made of an inorganic material, it does not change even when irradiated with high energy light such as a laser diode. Moreover, since the binder 20 has translucency, it can transmit excitation light and converted light. As the inorganic binder, ethyl silicate, an aluminum phosphate aqueous solution, or the like can be used.

なお、透光性を有する物質とは、0.5mmの対象物質に対して、可視光の波長領域(λ=380〜780nm)で光を垂直に入射したとき、反対側から抜けた光の放射束が入射光の80%を超える特性を有する物質をいう。   Note that a light-transmitting substance is a radiation of light emitted from the opposite side when light is vertically incident on a 0.5 mm target substance in a visible light wavelength region (λ = 380 to 780 nm). A substance whose bundle has characteristics that exceed 80% of incident light.

蛍光体ホイール10は、大粒径の蛍光体を用いて蛍光体層の膜厚を厚くしていること、低Ce濃度の蛍光体を使用していること、および無機材料のみで構成されていることにより、ハイパワーの用途に適している。ハイパワーの用途に用いたときに、発光強度を高くできるとともに、過剰な熱による破損リスクを低減できる。   The phosphor wheel 10 is composed of a phosphor having a large particle size, a thick phosphor layer, a phosphor having a low Ce concentration, and an inorganic material only. Therefore, it is suitable for high power applications. When used in high power applications, the emission intensity can be increased and the risk of breakage due to excessive heat can be reduced.

[ホイールデバイスの構成]
図3は、ホイールデバイス50を表す模式図である。ホイールデバイス50は、蛍光体ホイール10およびモーター60を備える。蛍光体ホイール10は、上記の蛍光体ホイール10である。
[Configuration of wheel device]
FIG. 3 is a schematic diagram showing the wheel device 50. The wheel device 50 includes the phosphor wheel 10 and a motor 60. The phosphor wheel 10 is the phosphor wheel 10 described above.

モーター60は、蛍光体ホイール10を回転させ、蛍光体ホイール10の蛍光体層14の励起光が照射される位置を変動させる。これにより、蛍光体層14の一部に励起光が照射され続けることがないため、蛍光体層14の発熱を抑制できる。また、回転をしている間は、蛍光体層14および放熱板として機能する基板12に空気があたり続けるため、これによっても蛍光体層14の発熱を抑制できる。   The motor 60 rotates the phosphor wheel 10 to change the position where the excitation light of the phosphor layer 14 of the phosphor wheel 10 is irradiated. Thereby, since excitation light is not continuously irradiated to a part of the phosphor layer 14, heat generation of the phosphor layer 14 can be suppressed. Moreover, since air continues to hit the phosphor layer 14 and the substrate 12 functioning as a heat radiating plate while rotating, the heat generation of the phosphor layer 14 can also be suppressed by this.

[プロジェクターの構成]
図4は、プロジェクター100の一部を表す概念図である。プロジェクター100は、光源110、ホイールデバイス50、表示デバイス120および投射光学系130を備える。
[Projector configuration]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a part of the projector 100. The projector 100 includes a light source 110, a wheel device 50, a display device 120, and a projection optical system 130.

光源110は、ホイールデバイス50に用いられる蛍光体を励起する励起光を照射する。ホイールデバイス50に用いられる蛍光体は、YAG:CeまたはLuAG:Ceであるため、光源110が照射する励起光は、青色光または紫色光が好ましい。また、ホイールデバイス50に用いられる蛍光体ホイール10はハイパワーの用途に適しているため、光源110は、レーザダイオードであることが好ましい。   The light source 110 emits excitation light that excites phosphors used in the wheel device 50. Since the phosphor used in the wheel device 50 is YAG: Ce or LuAG: Ce, the excitation light emitted by the light source 110 is preferably blue light or violet light. Further, since the phosphor wheel 10 used in the wheel device 50 is suitable for high power applications, the light source 110 is preferably a laser diode.

ホイールデバイス50は、上記のホイールデバイス50である。ホイールデバイス50は、光源110からの励起光を受け、励起光を吸収し励起して波長の異なる変換光を発生させ、変換光のみまたは変換光と励起光からなる放射光を射出する。   The wheel device 50 is the wheel device 50 described above. The wheel device 50 receives the excitation light from the light source 110, absorbs the excitation light, excites it to generate converted light having different wavelengths, and emits the converted light alone or the emitted light composed of the converted light and the excitation light.

表示デバイス120は、プロジェクター100が投影する画像を表示する。表示デバイス120は、液晶パネル、デジタルミラーデバイス(DMD)などを用いることができる。   The display device 120 displays an image projected by the projector 100. As the display device 120, a liquid crystal panel, a digital mirror device (DMD), or the like can be used.

投射光学系130は、ホイールデバイス50から射出された放射光を用いて表示デバイス120に表示された画像を外部に投射する。投射光学系130は、複数のレンズ131からなり、ズームやピントの調整をする。   The projection optical system 130 projects the image displayed on the display device 120 to the outside using the emitted light emitted from the wheel device 50. The projection optical system 130 includes a plurality of lenses 131 and adjusts zoom and focus.

プロジェクター100は、上記の構成のほか、レンズ131、ダイクロイックミラー132などにより構成される。また、プロジェクター100の設計に応じて、図に記載していない、ミラー、ダイクロイックミラー、レンズ、プリズムなどを使用することもできる。プロジェクター100は、発光強度の高い、過剰な熱による破損リスクを低減したホイールデバイス50を用いて構成されるので、回転系の停止などの異常に対しても破損リスクを低減できる。また、ホイールデバイス50を低速回転で用いた静音設計のプロジェクターとすることもできる。   In addition to the above-described configuration, the projector 100 includes a lens 131, a dichroic mirror 132, and the like. Further, depending on the design of the projector 100, a mirror, a dichroic mirror, a lens, a prism, or the like not shown in the figure can be used. Since the projector 100 is configured using the wheel device 50 with high emission intensity and reduced risk of damage due to excessive heat, the risk of damage can be reduced against abnormalities such as stoppage of the rotating system. Moreover, it can also be set as the silent design projector which used the wheel device 50 by low speed rotation.

[蛍光体ホイールの製造方法]
蛍光体ホイールの製造方法の一例を説明する。図5は、本発明の蛍光体ホイールの製造方法を示すフローチャートである。最初に、円板状に形成された基板を準備する(ステップS1)。これとは別に、印刷用ペーストを作製する。まず、所定のCe濃度および平均粒径を有する蛍光体粒子を準備する(ステップS2)。蛍光体粒子は、YAG:CeまたはLuAG:Ceのいずれか一方である。
[Method of manufacturing phosphor wheel]
An example of a method for manufacturing a phosphor wheel will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a method for manufacturing a phosphor wheel according to the present invention. First, a substrate formed in a disk shape is prepared (step S1). Separately from this, a printing paste is prepared. First, phosphor particles having a predetermined Ce concentration and average particle diameter are prepared (step S2). The phosphor particles are either YAG: Ce or LuAG: Ce.

次に、準備した蛍光体粒子を秤量し、溶剤に分散させ、無機バインダと混合し、印刷用ペーストを作製する(ステップS3)。混合にはボールミル等を用いることができる。溶剤は、α−テルピネオール、ブタノール、イソホロン、グリセリン等の高沸点溶剤を用いることができる。   Next, the prepared phosphor particles are weighed, dispersed in a solvent, and mixed with an inorganic binder to produce a printing paste (step S3). A ball mill or the like can be used for mixing. As the solvent, a high boiling point solvent such as α-terpineol, butanol, isophorone, glycerin or the like can be used.

また、無機バインダは、エチルシリケート等の有機シリケートであることが好ましい。有機シリケートを用いることで蛍光体粒子が印刷用ペースト全体に分散し、適切な粘度の印刷用ペーストを作製することができる。例えば、無機バインダとしてエチルシリケートを用いるときは、水および触媒の質量に対して、エチルシリケートを70wt%以上100wt%以下、好ましくは80wt%以上90wt%以下の質量とする。その他、無機バインダは、加水分解あるいは酸化により酸化ケイ素となる酸化ケイ素前駆体、ケイ酸化合物、シリカ、およびアモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも1種を含む原料を、常温で反応させるか、または、500℃以下の温度で熱処理することにより得られたものであってもよい。酸化ケイ素前駆体としては、例えば、ペルヒドロポリシラザン、エチルシリケート、メチルシリケートを主成分としたものが挙げられる。   The inorganic binder is preferably an organic silicate such as ethyl silicate. By using the organic silicate, the phosphor particles are dispersed throughout the printing paste, and a printing paste having an appropriate viscosity can be produced. For example, when ethyl silicate is used as the inorganic binder, the amount of ethyl silicate is 70 wt% or more and 100 wt% or less, preferably 80 wt% or more and 90 wt% or less with respect to the mass of water and catalyst. In addition, the inorganic binder is obtained by reacting a raw material containing at least one member selected from the group consisting of a silicon oxide precursor that becomes silicon oxide by hydrolysis or oxidation, a silicate compound, silica, and amorphous silica at room temperature, or Or obtained by heat treatment at a temperature of 500 ° C. or lower. Examples of the silicon oxide precursor include those mainly composed of perhydropolysilazane, ethyl silicate, and methyl silicate.

印刷用ペーストの作製後、基板上に印刷用ペーストを塗布してペースト層を形成する(ステップS4)。印刷用ペーストの塗布は、スクリーン印刷法、スプレー法、ディスペンサーによる描画法、インクジェット法を用いることができる。スクリーン印刷法を用いると、厚みの薄いペースト層を安定的に形成できるので好ましい。ペースト層は、円環状に形成することが好ましい。また、ペースト層の厚みは、焼成後に80μm以上300μm未満になるように調整することが好ましい。   After producing the printing paste, the printing paste is applied on the substrate to form a paste layer (step S4). The printing paste can be applied by screen printing, spraying, drawing with a dispenser, or ink jet. The screen printing method is preferable because a thin paste layer can be stably formed. The paste layer is preferably formed in an annular shape. Further, the thickness of the paste layer is preferably adjusted to be 80 μm or more and less than 300 μm after firing.

そして、ペースト層を形成した基板を大気炉を用いて焼成し、蛍光体層を作製する(ステップS5)。焼成温度は、150℃以上500℃以下であることが好ましく、焼成時間は、0.5時間以上2.0時間以下であることが好ましい。また、昇温速度は、50℃/h以上200℃/h以下であることが好ましい。また、焼成前に乾燥工程を設けてもよい。   And the board | substrate with which the paste layer was formed is baked using an atmospheric furnace, and a fluorescent substance layer is produced (step S5). The firing temperature is preferably 150 ° C. or more and 500 ° C. or less, and the firing time is preferably 0.5 hours or more and 2.0 hours or less. Moreover, it is preferable that a temperature increase rate is 50 degreeC / h or more and 200 degrees C / h or less. Moreover, you may provide a drying process before baking.

このような製造工程により、蛍光体層全体に蛍光体粒子が均一に分散した蛍光体ホイールを容易に製造できる。得られた蛍光体ホイールは、ハイパワーで発光強度を高くできるとともに、過剰な熱による破損リスクを低減できる。   By such a manufacturing process, a phosphor wheel in which phosphor particles are uniformly dispersed in the entire phosphor layer can be easily manufactured. The obtained phosphor wheel can increase the emission intensity with high power and reduce the risk of breakage due to excessive heat.

[実施例]
(試料の作製方法)
円板状に形成したアルミニウムに銀コートされたアルミニウム基板を準備した。これとは別に、平均粒径6μm〜72μm、0.04at%〜0.90at%のCe濃度を有する蛍光体粒子(YAG:Ce粒子)を準備した。これらの蛍光体粒子を秤量し、α−テルピネオール(溶剤)を混合して分散材を作製し、エチルシリケート(無機バインダ)と混合して印刷用ペーストを作製した。
[Example]
(Sample preparation method)
An aluminum substrate coated with silver on aluminum formed in a disk shape was prepared. Separately, phosphor particles (YAG: Ce particles) having an average particle diameter of 6 μm to 72 μm and a Ce concentration of 0.04 at% to 0.90 at% were prepared. These phosphor particles were weighed, α-terpineol (solvent) was mixed to prepare a dispersion, and ethyl silicate (inorganic binder) was mixed to prepare a printing paste.

次に、スクリーン印刷法を用いて基板に印刷用ペーストを、焼成後に20〜300μmの厚みになるよう塗布した。塗布後に100℃で20分乾燥させた後、無機バインダで封孔処理をした。最後に大気炉を用いて150℃/hで350℃まで昇温し、30分焼成して試料が完成した。   Next, a printing paste was applied to the substrate using a screen printing method so as to have a thickness of 20 to 300 μm after firing. After coating, the film was dried at 100 ° C. for 20 minutes, and then sealed with an inorganic binder. Finally, the temperature was raised to 350 ° C. at 150 ° C./h using an atmospheric furnace, and baked for 30 minutes to complete the sample.

上記試料のCe濃度は、ICPを用いて、Ce濃度が既知の蛍光体を検量線として使用し、行なった。また、蛍光体層の膜厚(厚み)は、各試料のSEM断面写真を1000倍の倍率で撮影し、等間隔で10本の垂線を引き、蛍光体層のトップ面から基板のトップ面までの距離を測定し、10本の線の平均長さから蛍光体層の膜厚を算出した。   The Ce concentration of the sample was determined using ICP and using a phosphor having a known Ce concentration as a calibration curve. In addition, the film thickness (thickness) of the phosphor layer was obtained by taking a SEM cross-sectional photograph of each sample at a magnification of 1000 times and drawing 10 perpendicular lines at equal intervals from the top surface of the phosphor layer to the top surface of the substrate. And the film thickness of the phosphor layer was calculated from the average length of the 10 lines.

(試料の評価方法)   (Sample evaluation method)

完成した各試料をモーターに固定し、約12000rpmの回転速度で回転させた状態で、最大24Wの入力となるレーザによる励起で、発光強度試験を行なった。励起光の波長は445nm、集光レンズにより照射径は0.15mmに調整した。図6は、蛍光体ホイールに対する発光強度試験のための反射型の評価システムを示す断面図である。図6に示すように、評価システム700は、光源710、平凸レンズ720、両凸レンズ730、バンドパスフィルタ735、パワーメータ740で構成されている。蛍光体ホイール10からの放射光を集光して測定できるように各要素が配置されている。なお、図6の試料Sは、回転する試料の蛍光体層部分を表している。 Each completed sample was fixed to a motor and rotated at a rotational speed of about 12000 rpm, and a light emission intensity test was performed by excitation with a laser having an input of 24 W at maximum. The wavelength of the excitation light was adjusted to 445 nm, and the irradiation diameter was adjusted to 0.15 mm 2 with a condenser lens. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a reflective evaluation system for a light emission intensity test on a phosphor wheel. As shown in FIG. 6, the evaluation system 700 includes a light source 710, a plano-convex lens 720, a biconvex lens 730, a band pass filter 735, and a power meter 740. Each element is arranged so that the emitted light from the phosphor wheel 10 can be collected and measured. Note that the sample S in FIG. 6 represents the phosphor layer portion of the rotating sample.

バンドパスフィルタ735は、波長480nmを閾値として光をカットするフィルタであり、反射した励起光(吸収光)を測定する際には波長の大きい側をカットするフィルタが用いられる。また、変換光の発光強度を測定する際には波長の小さい側をカットするフィルタが用いられる。このように、透過した励起光を変換光と切り分けるために、両凸レンズとパワーメータの間に設置される。   The bandpass filter 735 is a filter that cuts light with a wavelength of 480 nm as a threshold, and a filter that cuts the larger wavelength side when measuring reflected excitation light (absorbed light) is used. Further, when measuring the emission intensity of the converted light, a filter that cuts the side with the smaller wavelength is used. Thus, in order to separate the transmitted excitation light from the converted light, it is installed between the biconvex lens and the power meter.

このように構成されたシステムにおいて、平凸レンズ720に入った励起光は、蛍光体ホイールの試料S上の焦点へ集光される。そして、試料Sから生じた放射光を両凸レンズ730で集光し、その集光された光についてバンドパスフィルタ735でカットした光の強度をパワーメータ740で測定する。この測定値を変換光の発光強度とする。レーザ光をレンズで集光し、照射面積を絞ることで、低出力のレーザでも単位面積あたりのエネルギー密度が上げられる。このエネルギー密度をレーザパワー密度とする。   In the system configured as described above, the excitation light that has entered the plano-convex lens 720 is collected at the focal point on the sample S of the phosphor wheel. Then, the radiated light generated from the sample S is collected by the biconvex lens 730, and the intensity of the light obtained by cutting the collected light by the band pass filter 735 is measured by the power meter 740. This measured value is taken as the emission intensity of the converted light. By condensing the laser beam with a lens and reducing the irradiation area, the energy density per unit area can be increased even with a low-power laser. This energy density is defined as the laser power density.

図7は、試料の各種条件と、24W時の発光強度および24Wで1時間評価後の剥離の有無の結果を表す表である。24W時の発光強度は、試料1の蛍光体ホイールの発光強度を100としたときの相対値で表した。この値は、100以上であることが好ましいが、大きく低下するものでなければ問題は生じない。また、24Wで1時間評価後の剥離が、わずかでもあったものは、長期間の使用に耐えないので不合格と判断した。   FIG. 7 is a table showing various conditions of the sample, the light emission intensity at 24 W, and the result of the presence or absence of peeling after evaluation for 1 hour at 24 W. The emission intensity at 24 W was expressed as a relative value when the emission intensity of the phosphor wheel of Sample 1 was 100. This value is preferably 100 or more, but there is no problem if it does not greatly decrease. Moreover, what peeled slightly after evaluation for 1 hour at 24 W was judged to be unacceptable because it could not withstand long-term use.

なお、以下の記載では、蛍光体粒子の平均粒径が6μm以下のとき小粒径と、6μmより大きく14μm以下のとき中粒径と、14μmより大きいとき大粒径と記載する。また、蛍光体粒子のCe濃度が0.60at%以下のとき低Ce濃度と、0.60at%より大きいとき高Ce濃度と記載する。また、蛍光体層の膜厚が80μm以上のとき厚膜と、80μm未満のとき薄膜と記載する。   In the following description, when the average particle diameter of the phosphor particles is 6 μm or less, a small particle diameter, a medium particle diameter when it is larger than 6 μm and 14 μm or less, and a large particle diameter when it is larger than 14 μm are described. Further, when the Ce concentration of the phosphor particles is 0.60 at% or less, it is described as a low Ce concentration, and when it is higher than 0.60 at%, it is described as a high Ce concentration. Moreover, it describes as a thick film when the film thickness of a fluorescent substance layer is 80 micrometers or more, and a thin film when it is less than 80 micrometers.

試料1、2は、蛍光体層に樹脂を用いているため、回転系の停止などの異常や更なるハイパワー化により樹脂の耐熱温度以上に達し、蛍光体膜が焦げて破損するリスクがある。   Samples 1 and 2 use resin for the phosphor layer, so there is a risk that the phosphor film may be burnt and damaged due to abnormalities such as stoppage of rotation system or higher power due to higher power. .

試料3〜6は、小粒径または中粒径で高Ce濃度の蛍光体粒子を用いて、蛍光体層の膜厚を変化させた試料である。これによると、平均粒径が小さく、Ce濃度が高かったため、蛍光体層の膜厚に関わらず発光強度が低下した。このため、平均粒径は大きい方が、Ce濃度は低い方が好ましいことが分かる。   Samples 3 to 6 are samples in which the thickness of the phosphor layer is changed using phosphor particles having a small particle size or medium particle size and a high Ce concentration. According to this, since the average particle size was small and the Ce concentration was high, the emission intensity was reduced regardless of the thickness of the phosphor layer. For this reason, it is understood that the larger the average particle size, the lower the Ce concentration.

試料7、11、12、13、9や試料14、15、試料16、17など同一の平均粒径、Ce濃度で蛍光体層の膜厚を変化させた試料を比べると、膜厚は大きい方が発光強度が大きくなる。このため、蛍光体層の膜厚は、大きい方が好ましいことが分かる。   Compared with samples 7, 11, 12, 13, 9 and samples 14, 15, 16, 16, and 17 with the same average particle diameter and Ce concentration, the thickness of the phosphor layer is changed. However, the emission intensity increases. For this reason, it turns out that the one where the film thickness of a fluorescent substance layer is larger is preferable.

試料7と試料11とを比べると、試料11は、発光強度は低下しなかったが、試料7は、蛍光体層が薄膜だったため、発光強度がわずかに低下した。このため、蛍光体層の膜厚は、80μmより大きいことが好ましいことが分かる。   Comparing sample 7 and sample 11, the emission intensity of sample 11 did not decrease, but the emission intensity of sample 7 slightly decreased because the phosphor layer was a thin film. For this reason, it turns out that it is preferable that the film thickness of a fluorescent substance layer is larger than 80 micrometers.

試料9と試料13とを比べると、試料13は、厚膜でも剥離を生じなかったが、試料9は、蛍光体層の膜厚が大きすぎたため、わずかに蛍光体の剥離を生じた。このため、蛍光体層の膜厚は、300μm未満であればよいことが分かる。   When Sample 9 and Sample 13 were compared, Sample 13 did not peel even with a thick film, but Sample 9 caused slight peeling of the phosphor because the thickness of the phosphor layer was too large. For this reason, it turns out that the film thickness of a fluorescent substance layer should just be less than 300 micrometers.

試料8と試料19とを比べると、試料19は、大粒径でも剥離を生じなかったが、試料8は、平均粒径が大きすぎたため、わずかに蛍光体の剥離を生じた。このため、平均粒径は、60μm以下であればよいことが分かる。   When Sample 8 and Sample 19 were compared, Sample 19 did not peel even when the particle size was large, but Sample 8 caused slight peeling of the phosphor because the average particle size was too large. For this reason, it turns out that an average particle diameter should just be 60 micrometers or less.

試料10と試料18とを比べると、試料18は、低Ce濃度で発光強度が向上したが、試料10は、それよりCe濃度が低かったため、発光強度がわずかに低下した。このため、Ce濃度は、0.12at%以上であることが好ましいことが分かる。   Comparing sample 10 and sample 18, sample 18 improved the emission intensity at a low Ce concentration, but sample 10 had a lower Ce concentration, so the emission intensity slightly decreased. For this reason, it is understood that the Ce concentration is preferably 0.12 at% or more.

図8は、試料11(大粒径、18μm)を基準に平均粒径のみを変更した、試料B(中粒径、14μm)、試料A(小粒径、6μm)を用いて作製した蛍光体ホイールについて、レーザパワー密度(レーザ入力)を横軸に取ったときの発光強度を表すグラフである。図8に示されるとおり、蛍光体ホイールに用いられる蛍光体粒子は、平均粒径が大きい方が、同じレーザパワー密度(レーザ入力)に対しての発光強度が大きくなる。このため、平均粒径は大きい方が有利である。また、いずれの試料も24Wの入力までに温度消光が生じていないため、更なるハイパワー化が可能である。   FIG. 8 shows a phosphor prepared by using Sample B (medium particle size, 14 μm) and Sample A (small particle size, 6 μm) in which only the average particle size is changed based on Sample 11 (large particle size, 18 μm). It is a graph showing the emitted light intensity when taking a laser power density (laser input) on a horizontal axis about a wheel. As shown in FIG. 8, the phosphor particles used in the phosphor wheel have a larger emission intensity with respect to the same laser power density (laser input) when the average particle size is larger. For this reason, it is advantageous that the average particle size is large. In addition, since no temperature quenching has occurred in any of the samples until the input of 24 W, higher power can be achieved.

図9は、蛍光体ホイールの低回転時の発光強度試験および測定後の蛍光体層の焦げの有無の結果を示す表である。上記の試料1および試料12について、回転速度を約2000rpm、レーザ入力を10Wとしたときの発光強度と測定後の蛍光体層の焦げの有無を測定した。その結果、試料1は、10Wのレーザ入力に対し、発光強度は当初53であったが、1分後には50に低下した。また、測定後に蛍光体層の焦げの有無を調べたところ、リング状に焦げの発生を確認した。これは、蛍光体層に樹脂を用いているためであり、高回転時は24Wのレーザ入力でも焦げは発生しなかったが、低回転時は10Wのレーザ入力でも焦げが発生した。つまり、蛍光体層に樹脂を用いると、回転系の停止などの異常により樹脂の耐熱温度以上に達し、蛍光体膜が焦げて破損するリスクがあることが分かる。   FIG. 9 is a table showing the emission intensity test at the time of low rotation of the phosphor wheel and the result of the presence or absence of scorching of the phosphor layer after the measurement. With respect to Sample 1 and Sample 12, the emission intensity when the rotational speed was about 2000 rpm and the laser input was 10 W and the presence or absence of scorching of the phosphor layer after the measurement were measured. As a result, the emission intensity of Sample 1 was initially 53 for a laser input of 10 W, but decreased to 50 after 1 minute. Further, after the measurement, the presence or absence of scorching of the phosphor layer was examined, and it was confirmed that scorching occurred in a ring shape. This is because a resin is used for the phosphor layer. Burning did not occur even when the laser input was 24 W at high rotation, but burning occurred even at the laser input of 10 W at low rotation. In other words, it can be seen that when a resin is used for the phosphor layer, the temperature exceeds the heat resistance temperature of the resin due to an abnormality such as stoppage of the rotation system, and there is a risk that the phosphor film may burn and be damaged.

これに対し、試料12は、10Wのレーザ入力に対し、発光強度は60であり、1分後も変化しなかった。また、測定後に蛍光体層の焦げの有無を調べたところ、焦げは発生しなかった。これにより、本発明の蛍光体ホイールは、回転系の停止などの異常があった場合でも、蛍光体膜が破損するリスクが低減されることが分かった。   On the other hand, the emission intensity of the sample 12 was 60 with respect to the laser input of 10 W, and it did not change even after 1 minute. Moreover, when the presence or absence of scorching of the phosphor layer was examined after the measurement, scorching did not occur. Thus, it has been found that the phosphor wheel of the present invention has a reduced risk of the phosphor film being damaged even when there is an abnormality such as a stop of the rotation system.

以上の結果によって、本発明の蛍光体ホイールは、ハイパワーの用途において高い発光強度を有し、温度消光による性能低下が発生しにくく、過剰な熱による破損リスクを低減できることが分かった。   From the above results, it was found that the phosphor wheel of the present invention has high emission intensity in high-power applications, is unlikely to deteriorate in performance due to temperature quenching, and can reduce the risk of breakage due to excessive heat.

10 蛍光体ホイール
12 基板
14 蛍光体層
16 蛍光体粒子
20 結合材(無機材料)
50 ホイールデバイス
60 モーター
100 プロジェクター
110 光源
120 表示デバイス
130 投射光学系
700 評価システム
710 光源
720 平凸レンズ
730 両凸レンズ
735 バンドパスフィルタ
740 パワーメータ
S 試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Phosphor wheel 12 Substrate 14 Phosphor layer 16 Phosphor particle 20 Binder (inorganic material)
50 Wheel device 60 Motor 100 Projector 110 Light source 120 Display device 130 Projection optical system 700 Evaluation system 710 Light source 720 Plano-convex lens 730 Biconvex lens 735 Band pass filter 740 Power meter S Sample

Claims (6)

円板状に形成された基板と、
前記基板上に設けられた蛍光体層と、を備える特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する蛍光体ホイールであって、
前記蛍光体層は、透光性の無機材料と平均粒径15μm以上60μm以下の蛍光体粒子とで形成されると共に、80μm以上300μm未満の厚みを有し、
前記蛍光体粒子の材料は、YAG:CeまたはLuAG:Ceのいずれか一方であり、
前記蛍光体粒子のCe濃度は、0.60at%以下であることを特徴とする蛍光体ホイール。
A substrate formed in a disk shape;
A phosphor wheel provided on the substrate, and a phosphor wheel for converting light of a specific range of wavelengths into light of other wavelengths,
The phosphor layer is formed of a translucent inorganic material and phosphor particles having an average particle diameter of 15 μm or more and 60 μm or less, and has a thickness of 80 μm or more and less than 300 μm,
The material of the phosphor particles is either YAG: Ce or LuAG: Ce,
The phosphor wheel according to claim 1, wherein a Ce concentration of the phosphor particles is 0.60 at% or less.
前記前記蛍光体粒子のCe濃度は、0.12at%以上であることを特徴とする請求項1記載の蛍光体ホイール。   The phosphor wheel according to claim 1, wherein a Ce concentration of the phosphor particles is 0.12 at% or more. 前記蛍光体層は、100μm以上200μm以下の厚みを有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の蛍光体ホイール。   The phosphor wheel according to claim 1, wherein the phosphor layer has a thickness of 100 μm or more and 200 μm or less. 前記基板は、アルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の蛍光体ホイール。   The phosphor wheel according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate is made of aluminum. プロジェクターに用いられるホイールデバイスであって、
請求項1から請求項4のいずれかに記載の蛍光体ホイールと、
前記蛍光体ホイールを回転させるモーターと、を備えることを特徴とするホイールデバイス。
A wheel device used in a projector,
The phosphor wheel according to any one of claims 1 to 4,
A wheel device comprising: a motor that rotates the phosphor wheel.
励起光を照射する光源と、
前記光源からの励起光を受ける請求項5記載のホイールデバイスと、
画像を表示する表示デバイスと、
前記ホイールデバイスから射出された光を用いて前記表示デバイスに表示された画像を外部に投射する投射光学系と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
A light source that emits excitation light;
The wheel device according to claim 5, which receives excitation light from the light source;
A display device for displaying images;
A projection optical system that projects an image displayed on the display device to the outside using light emitted from the wheel device.
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