JP2019082674A - Lighting unit and projection type video display device - Google Patents

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Narumasa Yamagishi
成多 山岸
勇作 西川
Yusaku Nishikawa
勇作 西川
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Abstract

To provide a lighting unit that obtains white by using a stationary phosphor with a simple configuration, and a projection type video display device using the same.SOLUTION: A phosphor device 110 has phosphor pieces 111a, 111b, 111c, 111d, 111e, 111f and reflection layers provided on their rear faces fixed, with an adhesion layer, to a spreader 115 made of a material, such as copper excellent in thermal conductivity. Reflection areas 117a, 117b are provided between the phosphor pieces 111a, 111b, 111c, 111d, 111e, 111f. A reflection surface of the reflection area is provided in a zigzag shape or a concavo-convex shape, and is configured such that incident light is regularly reflected on the reflection surface with a certain diffusion width. The reflection surface is formed on a reference spherical surface that spreads and reflects incident light from a front face. In this way, reflection light is reflected with a spread despite its regular reflection.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、蛍光体を用いた照明装置、及びそれを光源として使用した投写型映像表示装置に関する。   The present disclosure relates to a lighting device using a phosphor and a projection type video display using the same as a light source.

特許文献1には、分割された蛍光体間を光吸収材で遮光し発光の方向性を制御仕様とする開示があるが、照明用などで想定される発光強度を想定すると光吸収材の発熱が顕著となり、蛍光体の温度消光特性から現実的ではない。特許文献2には、蛍光体間により積極的な壁を界面に設けており、この壁を金属反射面として構成した技術が開示されている。これも隣り合う蛍光体間の界面に特徴を持たせたものであった。また、熱膨張の異なる金属が界面に介在することで信頼性的には不安定なものとなっている。   Although Patent Document 1 discloses that between divided phosphors is shielded by a light absorbing material and the directionality of light emission is set as a control specification, the heat generation of the light absorbing material is assumed assuming the light emission intensity assumed for lighting etc. Is remarkable and is not realistic because of the temperature quenching characteristics of the phosphor. Patent Document 2 discloses a technique in which a more active wall is provided at the interface between the phosphors, and the wall is configured as a metal reflective surface. This also has a feature at the interface between adjacent phosphors. In addition, the presence of metals having different thermal expansions at the interface leads to instability in reliability.

いずれも蛍光体間に異なる材料が介在し、そこに入射する励起光は無駄になるため明らかな効率低下を伴うものであった。   In either case, different materials intervene between the phosphors, and the excitation light incident thereon is wasted, which is accompanied by a clear efficiency drop.

特開2012−129135号公報JP 2012-129135 A 特開2013−102078号公報JP, 2013-102078, A

本開示は、励起光の色光と蛍光光とを合わせた合成色を簡単な構成で提供でき、併せて蛍光体を複数の蛍光体片に分割することにより、強力な励起エネルギーを受けた際にも剥離破壊を起こさない高信頼性の照明装置を提供する。   The present disclosure can provide a synthetic color obtained by combining the color light of the excitation light and the fluorescence light with a simple configuration, and at the same time, by dividing the phosphor into a plurality of phosphor pieces, when receiving strong excitation energy. Provides a highly reliable lighting device which does not cause peeling failure.

本開示における照明装置は、偏光光を出射する励起光源と、励起光源からの前記光を励起光として受けて蛍光を発光する蛍光体と、熱伝導性に優れた材料からなるスプレッダーと、蛍光体とスプレッダー間に備えられ、蛍光の波長の光を反射する特性を有する反射層とを備える。蛍光体は同一特性の複数の蛍光体片が前記スプレッダー上に隣接配置されてなり、蛍光体片間には励起光の偏光特性を維持しながら反射する反射面を有する反射域が備えられている。   The illumination device in the present disclosure includes an excitation light source for emitting polarized light, a phosphor for emitting fluorescence by receiving the light from the excitation light source as excitation light, a spreader made of a material having excellent thermal conductivity, and a phosphor And a spreader, and a reflective layer having a property of reflecting light of a wavelength of fluorescence. In the phosphor, a plurality of phosphor pieces having the same characteristics are disposed adjacent to each other on the spreader, and between the phosphor pieces is provided a reflection area having a reflection surface that reflects while maintaining the polarization characteristic of excitation light. .

本開示における照明装置によれば、励起光の色光と蛍光光とを合わせた合成色(例えば白色)を簡単な構成で提供でき、併せて蛍光体を複数の蛍光体片に分割することにより、強力な励起エネルギーを受けた際にも剥離破壊を起こさない高信頼性を実現できる。   According to the illumination device in the present disclosure, a composite color (for example, white) obtained by combining the color light of the excitation light and the fluorescence light can be provided with a simple configuration, and the phosphor is divided into a plurality of phosphor pieces. It is possible to realize high reliability that does not cause peeling failure even when receiving strong excitation energy.

実施の形態に係る蛍光体光源照明装置を用いた投写型画像表示装置を示す図The figure which shows the projection type image display apparatus using the fluorescent substance light source illuminating device which concerns on embodiment ダイクロイックミラーの分光特性を示す図Diagram showing spectral characteristics of dichroic mirror 蛍光体光源照明装置に用いる蛍光体装置の正面図Front view of phosphor device used for phosphor light source lighting device 図3に示す蛍光体装置の側面図Side view of the phosphor device shown in FIG. 3 蛍光体装置の反射域の構成を示す図Diagram showing the configuration of the reflection area of the phosphor device 蛍光体装置の反射域の変形例1を示す図The figure which shows the modification 1 of the reflective area of a phosphor apparatus 蛍光体装置の反射域の変形例2を示す図The figure which shows the modification 2 of the reflective area of a phosphor apparatus 変形例3に係る蛍光体装置の正面図Front view of phosphor device according to modification 3 図8に示す蛍光体装置の側面図Side view of the phosphor device shown in FIG.

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, the detailed description may be omitted if necessary. For example, detailed description of already well-known matters and redundant description of substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid unnecessary redundancy in the following description and to facilitate understanding by those skilled in the art.

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。   It should be noted that the attached drawings and the following description are provided to enable those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and they are not intended to limit the claimed subject matter.

(実施の形態)
以下、図1〜図9を用いて、蛍光体光源照明装置の実施の形態を説明する。
Embodiment
Hereinafter, an embodiment of a phosphor light source illumination device will be described using FIGS. 1 to 9.

図1は蛍光体光源照明装置を使用した投写型映像表示装置の構成を示す図、図2はダイクロイックミラーの分光特性図である。図3は蛍光体光源照明装置に用いる蛍光体装置の正面図、図4は図3の蛍光体装置の側面図、図5は図3の蛍光体装置のA矢視部部分拡大図、図6及び図7はそれぞれ変形例1、2に係る蛍光体装置の反射域の構成を示す部分拡大図、図8は変形例3に係る蛍光体装置の正面図、図9は図8の蛍光体装置の側面図である。尚、図3〜図9の図面においてハッチングは、構成を理解するために施されたものであって、断面を示すものではないことに留意すべきである。   FIG. 1 is a view showing the configuration of a projection type video display using a fluorescent light source illumination device, and FIG. 2 is a spectral characteristic view of a dichroic mirror. 3 is a front view of a phosphor device used for a phosphor light source illumination device, FIG. 4 is a side view of the phosphor device of FIG. 3, FIG. 5 is an enlarged view of a part of arrow A of the phosphor device of FIG. 7 is a partial enlarged view showing the configuration of the reflection area of the phosphor device according to the first and second modifications, FIG. 8 is a front view of the phosphor device according to the third modification, and FIG. 9 is the phosphor device of FIG. Side view of FIG. It should be noted that hatching in the drawings of FIGS. 3 to 9 is given to understand the configuration, and does not indicate a cross section.

図1において、光源用の青色レーザダイオードユニット101は複数の青色レーザダイオードと、その出射面側にそれぞれの青色レーザダイオードに対応して配置されたコリメートレンズからなっており、レーザ光の広がりを抑えて光を出力できる。青色レーザダイオードユニット101を出射した光は+X方向に出射され、レンズ102、レンズ103でおよそテレセントリックな光(平行光)になって拡散板104に入射する。すなわち、レンズ102とレンズ103はアフォーカル光学系を構成する。拡散板104はその表面に無数の微小突起部を備えてなり、入射光の透過後の出射角を図1においてY方向と、紙面に対して鉛直な方向とで制御可能である。ここで、拡散板104に入射する光はその偏光特性を維持しながら、+X方向に進み、入射光の主光線に対して傾けて配置されたダイクロイックミラー105に入射する。   In FIG. 1, the blue laser diode unit 101 for the light source is composed of a plurality of blue laser diodes and a collimating lens disposed corresponding to the respective blue laser diodes on the emission surface side thereof to suppress the spread of the laser light Light can be output. The light emitted from the blue laser diode unit 101 is emitted in the + X direction, and is made approximately telecentric light (parallel light) by the lens 102 and the lens 103 and enters the diffusion plate 104. That is, the lens 102 and the lens 103 constitute an afocal optical system. The diffusion plate 104 is provided with innumerable minute projections on its surface, and the emission angle after transmission of incident light can be controlled in the Y direction in FIG. 1 and in the direction perpendicular to the paper surface. Here, the light incident on the diffusion plate 104 travels in the + X direction while maintaining its polarization characteristic, and is incident on the dichroic mirror 105 which is disposed to be inclined with respect to the chief ray of the incident light.

ダイクロイックミラー105は図2に示すような分光特性を有している。ちなみに、青色レーザダイオードユニット101からの出射光は偏光の偏りを有しており(すなわち、偏光光)、この実施の形態ではダイクロイックミラー105に対してP偏光の光として入射するよう構成されている。図2の縦破線は青色レーザダイオードユニット101からの出射光の中心波長である455nmを示している。青色レーザダイオードユニット101は、励起光源の一例である。   The dichroic mirror 105 has spectral characteristics as shown in FIG. Incidentally, the light emitted from the blue laser diode unit 101 has polarization polarization (ie, polarization light), and in this embodiment, it is configured to be incident as P-polarization light on the dichroic mirror 105. . The vertical broken line in FIG. 2 indicates 455 nm, which is the central wavelength of the light emitted from the blue laser diode unit 101. The blue laser diode unit 101 is an example of an excitation light source.

このようにダイクロイックミラー105への入射光は、ここを透過して1/4波長板であるλ/4板106に入射する。λ/4板106は直線偏光の入射光が垂直入射するように設置される。λ/4板106に入射する入射光は直線偏光であるが、λ/4板106を透過した透過光は円偏光となるように、λ/4板106の位相軸の設定がなされている。一般的には入射光の偏光軸に対して位相軸は45度となるように配置されるが、ここでは、その角度を網羅して入射光の偏光軸に対しその位相軸の角度を調整可能に、λ/4板106は支持されている。   As described above, the incident light to the dichroic mirror 105 is transmitted therethrough to be incident on the λ / 4 plate 106 which is a 1⁄4 wavelength plate. The λ / 4 plate 106 is placed so that linearly polarized incident light is vertically incident. The incident light entering the λ / 4 plate 106 is linearly polarized light, but the phase axis of the λ / 4 plate 106 is set such that the transmitted light transmitted through the λ / 4 plate 106 is circularly polarized. Generally, the phase axis is arranged to be 45 degrees with respect to the polarization axis of incident light, but here, the angle can be covered to adjust the angle of the phase axis with respect to the polarization axis of incident light The λ / 4 plate 106 is supported.

λ/4板106を透過した光はコンデンサレンズ107、108に入射し、蛍光体装置110の蛍光体上に集光せしめられスポットを形成する。このコンデンサレンズ107、108は鏡筒109に一体となって納められており、鏡筒109ごと、光軸上を移動可能として蛍光体装置110の蛍光体との間隔を調整可能としている。これにより蛍光体上に集光する励起光の範囲は、図3において破線で示すような範囲(集光範囲112)となっている。集光範囲112は青色レーザダイオードユニット101からの光の広がり角、光束径、拡散板104の仕様、コンデンサレンズ107、108と蛍光体との間隔で決定される。ここで、蛍光体は、図3に示すように、6つの蛍光体片111a、111b、111c、111d、111e、111fから構成されている。また、複数の蛍光体片を総称して蛍光体111という場合がある。   The light transmitted through the λ / 4 plate 106 is incident on condenser lenses 107 and 108, and is condensed on the phosphor of the phosphor device 110 to form a spot. The condenser lenses 107 and 108 are integrally housed in the lens barrel 109, and the lens barrel 109 is movable on the optical axis so as to be able to adjust the distance from the phosphor of the phosphor device 110. As a result, the range of the excitation light focused on the phosphor is a range (focusing range 112) as shown by a broken line in FIG. The focusing range 112 is determined by the spread angle of light from the blue laser diode unit 101, the diameter of the luminous flux, the specification of the diffusion plate 104, and the distance between the condenser lenses 107 and 108 and the phosphor. Here, as shown in FIG. 3, the phosphor is composed of six phosphor pieces 111a, 111b, 111c, 111d, 111e and 111f. In addition, a plurality of phosphor pieces may be collectively referred to as phosphors 111.

蛍光体装置110は、図3、図4に示すように、蛍光体111(蛍光体片111a、111b、111c、111d、111e、111f)とその裏面に備えられた反射層113とを、光透過性の接着層114を介して熱伝導性の優れた銅などの材料からなるスプレッダー115に固定され構成されている。この実施の形態では放熱手段としてのヒートシンク116が一体として構成されている。スプレッダー115は、一般にヒートスプレッダーと呼ばれるものである。   As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the phosphor device 110 transmits light of the phosphor 111 (phosphor pieces 111 a, 111 b, 111 c, 111 d, 111 e, 111 f) and the reflection layer 113 provided on the back surface thereof. It is fixed to a spreader 115 made of a material such as copper having excellent thermal conductivity via a conductive adhesive layer 114. In this embodiment, a heat sink 116 as a heat dissipating means is integrally configured. The spreader 115 is generally called a heat spreader.

蛍光体111は、青色レーザダイオードユニット101からの光を励起光として受けて蛍光を発光する。蛍光体111は、無機材料であるセラミックプレートからなる。蛍光体111とスプレッダー115との間に備えられた反射層113は、蛍光体111が発光する蛍光の波長の光を反射する特性を有する。   The phosphor 111 receives light from the blue laser diode unit 101 as excitation light and emits fluorescence. The phosphor 111 is made of a ceramic plate which is an inorganic material. The reflective layer 113 provided between the phosphor 111 and the spreader 115 has a property of reflecting light of the wavelength of fluorescence emitted by the phosphor 111.

蛍光体111は励起光である入射光の約半分を吸収し、残りは熱となる。一方で、温度が高くなりすぎると温度消光という変換効率が低下する現象が生じるため、出力低下、発熱増を防ぐため適当な放熱を実現する必要がある。したがって、反射層113は蒸着などによるごく薄い層であり熱伝導性への影響を小さく、また接着層114は熱伝導性の優れた材料が望ましく、加えて膜厚も薄く(例えば20ミクロン以下など)設定されている。蛍光体が一体かつ励起エネルギーが大きい場合には、蛍光体温度上昇により生じる熱膨張量と、固定されるスプレッダー115の熱膨張量の違いから蛍光体の割れが生じる懸念があるが、絶対量はわずかであることから、分割された蛍光体とその間に配置された異なる材料間とに、組み立て上必要な、わずかな間隙にて改善を図ることができる。特に、蛍光体がセラミックなどによる場合に顕著となる。   The phosphor 111 absorbs about half of the incident light which is excitation light, and the rest is heat. On the other hand, when the temperature becomes too high, a phenomenon occurs in which the conversion efficiency is reduced, which is temperature quenching, so that appropriate heat dissipation needs to be realized to prevent the output decrease and the heat generation increase. Therefore, the reflective layer 113 is a very thin layer by vapor deposition and the like, and the influence on the thermal conductivity is small, and the adhesive layer 114 is desirably a material having excellent thermal conductivity, and the film thickness is thin (for example, 20 microns or less) ) Is set. When the phosphor is integrated and the excitation energy is large, there is a concern that the phosphor may be broken due to the difference between the thermal expansion amount caused by the temperature rise of the phosphor and the thermal expansion amount of the spreader 115 fixed. Because of the small amount, improvement can be achieved with a small gap necessary for assembly between the divided phosphors and the different materials disposed therebetween. In particular, this is remarkable when the phosphor is made of ceramic or the like.

図3、及び図3のA矢視図の一部を示す図5にあるように、蛍光体片111a、111b、111c、111d、111e、111fの間には反射域117a、117bが設けられている。ここでは図5に示すように、基材であるスプレッダー115上に設けられた反射域は、その表面(反射面117s)がジグザグあるいは凸凹になるように設けられており、入射光が或る拡散幅を持って正反射するように構成されている。なお、この反射域の反射面117sは正面からの入射光を広げて反射する凸形状の基準球面(図5に示す一点鎖線、基準面の一例)上に形成されている。このように反射光は正反射しながらも広がりを持って反射される。これにより、入射する青色光はλ/4板106を透過してここに至る際には円偏光であるが、反射面117sで反射されても偏光特性は維持されるので逆回転の円偏光となり、また一定の広がり角を持って再度、コンデンサレンズ108、107へ戻る。   As shown in FIG. 3 and FIG. 5 showing a part of a view on arrow A in FIG. 3, reflection areas 117a and 117b are provided between the phosphor pieces 111a, 111b, 111c, 111d, 111e and 111f. There is. Here, as shown in FIG. 5, the reflection area provided on the spreader 115 which is the base material is provided such that its surface (reflection surface 117s) is zigzag or uneven, and the incident light is diffused to some extent. It has a width and is configured to specularly reflect. The reflection surface 117s in this reflection area is formed on a convex reference spherical surface (one-dot chain line shown in FIG. 5, an example of a reference surface) which spreads and reflects incident light from the front. In this way, the reflected light is reflected with spread while being specularly reflected. As a result, the incident blue light is circularly polarized when it passes through the λ / 4 plate 106 and reaches here, but even if it is reflected by the reflection surface 117s, the polarization characteristic is maintained, so it becomes circularly polarized in reverse rotation. Again, with a constant divergence angle, return to the condenser lenses 108, 107 again.

この反射域117a、117bは集光範囲112内において、おおよそ2割程度の面積を有している。前述のようにこの反射域117a、117bは集光範囲112が関係する要素のばらつきで多少倍率や位置が変化しても上記面積比は大きく変わらないように形成されていることが望ましい。具体的には中心部や周辺部で急に面積比が変わるもの、集光範囲112の設計値において境目に当たる部分で大きく面積が変化する構成は望ましくない。蛍光体111は青色光(励起光)を受けて黄色光を発する特性を有しており、励起光が入射する蛍光体111の蛍光体面と反射域117a、117bの反射面との面積比は蛍光体域で発光する黄色光と反射域で反射される青色光の比率を決める主要因なので、これが大きく変化すると白色光の白品位が確保できなくなる。   The reflection areas 117 a and 117 b have an area of about 20% in the condensing area 112. As described above, it is desirable that the reflection areas 117a and 117b be formed so that the above-mentioned area ratio does not greatly change even if the magnification or the position changes somewhat due to the variation of the elements related to the light collection range 112. Specifically, it is not desirable that the area ratio changes suddenly in the central part or the peripheral part, or that the area largely changes in the part corresponding to the boundary in the design value of the condensing range 112. The phosphor 111 has a characteristic of emitting yellow light upon receiving blue light (excitation light), and the area ratio of the phosphor surface of the phosphor 111 on which the excitation light is incident to the reflection surface of the reflection areas 117a and 117b is fluorescence As this is the main factor that determines the ratio of yellow light emitted in the body area to blue light reflected in the reflection area, if this is largely changed, the white quality of white light can not be ensured.

ここで、励起光の集光面上の集光範囲112において、反射域の反射面と蛍光体面の面積比は10〜20:100の比率で設計中心が定義されることが望ましい。蛍光体面の比率が小さくなると明るさに影響する反面、反射域の表面状態と偏光特性の乱れもゼロではなく青色光の損失への影響が大きくなるので、反射面の面積比を最大20している。また、反射面、蛍光体面に形成される励起光の有効範囲である集光スポットサイズ(集光範囲112)が、光学的ばらつきにより±20%以下の面積変化率で変動した際に、反射域の反射面と蛍光体面の面積比の変化率がその面積変化率の半分以下(例えば反射域/蛍光体面が20/100で25%)に構成されるのが望ましい。   Here, in the focusing range 112 on the focusing plane of the excitation light, it is desirable that the design center be defined by the ratio of the reflecting plane of the reflection area to the phosphor plane of 10 to 20: 100. When the ratio of the phosphor surface decreases, the brightness is affected. On the other hand, the surface state of the reflection area and the disturbance of the polarization characteristics are not zero, and the loss of blue light is increased. There is. In addition, when the focusing spot size (focusing range 112), which is the effective range of excitation light formed on the reflecting surface and the phosphor surface, fluctuates at an area change rate of ± 20% or less due to optical variation, the reflection area It is desirable that the change ratio of the area ratio of the reflection surface to the phosphor surface be equal to or less than half of the area change ratio (for example, 25% at 20/100 for the reflection area / phosphor surface).

なお、図3に示す例では、蛍光体片111aと蛍光体片111cとの間に反射域117aが形成されているが、反射域は、例えば、蛍光体片111aと蛍光体片111bとの間に形成されてもよい。   In the example shown in FIG. 3, the reflection area 117a is formed between the phosphor piece 111a and the phosphor piece 111c, but the reflection area is, for example, between the phosphor piece 111a and the phosphor piece 111b. May be formed.

このようにして、反射域117a、117bの反射面で反射された青色光は、λ/4板106に逆回転の円偏光となって再入射し透過することにより入射時の偏光方向と直交するS偏光の光となって、ダイクロイックミラー105に入射する。図2にあるように、同じ455nm中心の波長の光ではあるがS偏光の青色光はダイクロイックミラー105で反射されるので、+Y方向に進む。青色光は、レンズ118、ミラー119、レンズ120を経て矩形開口を持つロッドインテグレータ121の入射面に集光せしめられる。   In this manner, the blue light reflected by the reflection surfaces of the reflection areas 117a and 117b becomes circular polarization of reverse rotation to the λ / 4 plate 106 and is re-incident and transmitted, thereby being orthogonal to the polarization direction at the time of incidence The light becomes S-polarized light and is incident on the dichroic mirror 105. As shown in FIG. 2, since blue light of the same wavelength of 455 nm center but s-polarized light is reflected by the dichroic mirror 105, it travels in the + Y direction. The blue light passes through a lens 118, a mirror 119, and a lens 120, and is condensed on the incident surface of a rod integrator 121 having a rectangular opening.

集光範囲112における蛍光体111の部分からは励起光である青色光を受けることにより黄色の蛍光光が発せられる。ちなみに、この実施の形態での蛍光体は比較的変換効率が優れ、光源市場で主流となっているYAG蛍光体を使用している。ここで生じた黄色光は青色光と同様に再度、コンデンサレンズ108、107へ戻る。ここを透過した蛍光光はλ/4板106に入射するが、蛍光光は偏光特性が解消されるため、このλ/4板106では何ら偏光特性には影響を受けず、ダイクロイックミラー105に入射する。このダイクロイックミラー105は、図2にあるように440nm以上の光は偏光特性に関係なく反射する特性を有しているので、入射した黄色光は青色光と同様にレンズ118、ミラー119、レンズ120を経て矩形開口を持つロッドインテグレータ121の入射面に集光せしめられる。   Yellow fluorescent light is emitted from the portion of the fluorescent substance 111 in the focusing range 112 by receiving blue light as excitation light. Incidentally, the phosphor in this embodiment has a relatively high conversion efficiency, and uses a YAG phosphor that is mainstream in the light source market. The yellow light generated here is returned to the condenser lenses 108 and 107 again as with the blue light. The fluorescence light transmitted through this is incident on the λ / 4 plate 106, but the fluorescence characteristic is not affected by the polarization characteristic at this λ / 4 plate 106 since the polarization characteristic is canceled, and the fluorescence light is incident on the dichroic mirror 105. Do. Since the dichroic mirror 105 has a characteristic of reflecting light of 440 nm or more regardless of the polarization characteristic as shown in FIG. 2, the incident yellow light is the same as the blue light, and the lens 118, mirror 119, lens 120 The light is condensed on the incident surface of a rod integrator 121 having a rectangular opening.

ロッドインテグレータ121からの出射光はリレー光学系122に入射された後、リレーレンズ123、124を経て折り返しミラー125で反射されたのち、フィールドレンズ126を経て、全反射プリズム127に入射する。全反射プリズム127は第1のプリズム128、第2のプリズム129がわずかな間隙を維持して固定されて成る。全反射プリズム127に入射した光は全反射面130で全反射された後、カラープリズムユニット131に入射する。   The light emitted from the rod integrator 121 enters the relay optical system 122, passes through the relay lenses 123 and 124, is reflected by the return mirror 125, passes through the field lens 126, and enters the total reflection prism 127. The total reflection prism 127 is configured by fixing a first prism 128 and a second prism 129 with a slight gap. The light incident on the total reflection prism 127 is totally reflected by the total reflection surface 130, and then enters the color prism unit 131.

このカラープリズムユニット131は青色光を反射する特性を備えたダイクロイックミラー面132を備えた第1のプリズム133と、赤色光を反射する特性を備えたダイクロイックミラー面134を備えた第2のプリズム135と、第3のプリズム136を接着固定して成る。各プリズムの端面には図1のようにDMD137、138、139がそれぞれ備えられている。これらDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)は微小なミラーが2次元的に配置されてなり、外部からの映像信号に合わせて、その倒れ方向が2方向に制御される。ON信号時の倒れ角で反射光はカラープリズムユニット131に対して入射角0°で戻り、OFF信号時は大きな角度を持って再度入射する、DMD137は青色光変調用、DMD138は赤色光変調用,DMD139は緑色光変調用である。DMDは照明装置からの出射光を映像信号によって変調して映像光を生成する画像表示素子の一例である。   The color prism unit 131 includes a first prism 133 having a dichroic mirror surface 132 having a characteristic of reflecting blue light, and a second prism 135 having a dichroic mirror surface 134 having a characteristic of reflecting red light. And the third prism 136 is adhesively fixed. As shown in FIG. 1, DMDs 137, 138, and 139 are provided on the end face of each prism. In these DMDs (digital micro mirror devices), minute mirrors are two-dimensionally arranged, and the tilt directions thereof are controlled in two directions in accordance with an external video signal. The reflected light returns to the color prism unit 131 at an incident angle of 0 ° at the tilt angle when the ON signal, and reenters with a large angle when the OFF signal, DMD 137 for blue light modulation, DMD 138 for red light modulation , DMD 139 is for green light modulation. The DMD is an example of an image display element that modulates the light emitted from the illumination device with a video signal to generate video light.

このようにDMD137、138、139でそれぞれの各画素において、白表示モードON信号)に対応する映像光は再度、カラープリズムユニット131に戻り、全反射プリズム127の第1のプリズム128、第2のプリズム129を透過して投写レンズ140入射し、図示しないスクリーンに至る。このようにしてカラー表示を実現することができる。   Thus, the image light corresponding to the white display mode ON signal) in each pixel in the DMDs 137, 138, and 139 is returned to the color prism unit 131 again, and the first prism 128 of the total reflection prism 127, the second The light passes through the prism 129 and is incident on the projection lens 140 and reaches a screen (not shown). Thus, color display can be realized.

このように構成することで、蛍光体光源照明装置100は1ブロックで、黄色光、青色光を同じ光路上で処理できるので簡単で小型なシステムを実現することができる。なお、本実施の形態では、蛍光体光源照明装置100を投写型映像表示装置10に用い、画像表示素子をDMDとしたがこれに限定されるのでなく、液晶など入射光を変調できるものであれば置き換え可能である。   With this configuration, the phosphor light source illumination device 100 can process yellow light and blue light on the same light path in one block, so that a simple and compact system can be realized. In the present embodiment, the phosphor light source illumination device 100 is used for the projection type image display device 10, and the image display element is DMD. However, the present invention is not limited to this. Are replaceable.

本実施の形態の蛍光体光源照明装置100は照明装置の一例であり、出射側に画像表示素子ではなく先方に対して拡大照明するレンズ群を配置して、照明機器として展開可能なことは言うまでも無い。また、本開示の蛍光体光源照明装置は、励起光源、蛍光体装置、およびその間に最低必要な光学系で構成されれば照明装置として使用可能なことから、例えばロッドインテグレータ121についても必須条件ではない。   The phosphor light source lighting device 100 of the present embodiment is an example of a lighting device, and it is possible to deploy as a lighting device by arranging a lens group for expanding illumination toward the front instead of the image display element on the emission side. Not even until. Further, since the phosphor light source lighting device of the present disclosure can be used as a lighting device if it is configured by an excitation light source, a phosphor device, and an optical system minimum between them, for example, the rod integrator 121 can Absent.

蛍光体片111a、111b、111c、111d、111e、111fの間に反射面がジグザグあるいは凸凹に設けられてなる反射域117a、117bを基材上に設けて構成したが、ここでは入射光の偏光特性に作用せずに反射する構成であれば良い。すなわち、図5に示す反射面117sの基準球面は凸形状でなく、凹形状でも同様の作用は得ることが可能である。そして、この基準球面上に微小凸凹が設けられる。   Although the reflection areas 117a and 117b having reflection surfaces provided in a zigzag or uneven shape between the phosphor pieces 111a, 111b, 111c, 111e, and 111f are provided on the base material, here, polarization of incident light is configured. Any configuration may be used as long as it reflects light without affecting the characteristics. That is, even if the reference spherical surface of the reflecting surface 117s shown in FIG. 5 is not a convex shape, it is possible to obtain the same effect even if it has a concave shape. Then, minute bumps and dips are provided on the reference spherical surface.

また、図6に示す変形例1のように、反射面に光透過特性を有する拡散手段141を備え反射面に対向する面に反射層143を備えた透明部材142(光透過部材の一例)を、接着層144でスプレッダー115に固定するようにして、反射域を形成してもよい。ここで基準球面を反射面側、反射層143側、あるいは両方に設定することも可能なことは言うまでも無い。   In addition, as shown in FIG. 6, a transparent member 142 (an example of a light transmitting member) provided with a diffusing unit 141 having a light transmission characteristic on the reflecting surface and a reflecting layer 143 on the surface facing the reflecting surface as shown in FIG. The reflective area may be formed by fixing the adhesive layer 144 to the spreader 115. Needless to say, it is also possible to set the reference spherical surface on the reflective surface side, the reflective layer 143 side, or both.

また、図7に示す変形例2のように、透明材料145内に屈折率の異なるビーズ146を混入させて拡散機能を持たせて、反射域を構成することもできる。この場合も、透明材料145が反射層143を介して接着層144で、スプレッダー115に固定される。ただし、ビーズの量や屈折率の設定により拡散度が大きいと偏光特性の維持が困難となり、利用できる光量が減ることから、偏光特性を維持できるレベルに抑える必要がある。   Further, as in the second modification shown in FIG. 7, it is also possible to make the reflective region by mixing the beads 146 having different refractive indexes in the transparent material 145 and providing a diffusion function. Also in this case, the transparent material 145 is fixed to the spreader 115 by the adhesive layer 144 via the reflective layer 143. However, if the degree of diffusion is large due to the setting of the amount of beads and the refractive index, it becomes difficult to maintain the polarization characteristics and the amount of light available decreases, so it is necessary to suppress the polarization characteristics to a maintainable level.

図8は、変形例3に係る蛍光体装置210の正面図である。図8のように、反射域147a、147b、147c、147dの反射面、及び蛍光体片148a、148b、148c、148dの蛍光体面の形状を変えることは、集光スポットサイズ(集光範囲112)が変化した場合の反射面と蛍光体面の面積比の変化を抑えることができる点で望ましい。図9は、図8に示す蛍光体装置210の側面図を示している。ここでは反射面は、スプレッダー115の表面を部分的に凹凸ある材料表面で形成するか、或いは、のこぎり歯状のジグザグな形状に形成することにより、形成されている。   FIG. 8 is a front view of a phosphor device 210 according to a third modification. As shown in FIG. 8, changing the shape of the reflection surface of the reflection areas 147a, 147b, 147c, 147d and the phosphor surface of the phosphor pieces 148a, 148b, 148c, 148d is the light spot size (light collection range 112) Is desirable in that the change in the area ratio of the reflecting surface to the phosphor surface can be suppressed when the. FIG. 9 shows a side view of the phosphor device 210 shown in FIG. Here, the reflecting surface is formed by forming the surface of the spreader 115 with a partially uneven material surface or by forming it in a sawtooth zigzag shape.

この場合、反射域は、図6に示す変形例1のように、光透過部材の表面に凸凹を設け、裏面に反射層を設けて形成するようにしてもよいし、図7に示す変形例2のように、光透過材料に屈折率の異なるビーズを混入させて拡散機能を持たせ、裏面に反射層を設けて形成するようにしてもよい。   In this case, as in the modified example 1 shown in FIG. 6, the reflection area may be formed by providing unevenness on the surface of the light transmitting member and providing a reflective layer on the back side, or the modified example shown in FIG. As in 2, the light transmitting material may be mixed with beads having different refractive indexes to have a diffusion function, and a reflective layer may be provided on the back surface.

上記実施の形態では、蛍光体を無機蛍光体、特にセラミックで構成し接着層によりスプレッダーに接着したが、無機蛍光体でも直接スプレッダー上に生成できるものや、有機蛍光体のようにバインダーと混ぜて直接スプレッダー上に塗布できるものは接着層の必要は無く、スプレッダーとの間に反射層のみを形成してもよい。   In the above embodiment, the phosphor is composed of an inorganic phosphor, particularly ceramic, and adhered to the spreader by the adhesive layer, but even the inorganic phosphor can be formed directly on the spreader, or mixed with a binder like an organic phosphor. What can be applied directly on the spreader does not need an adhesive layer, and only the reflective layer may be formed between the spreader and the spreader.

以上の実施の形態では、蛍光体装置110、210は、蛍光体111と、その裏面に備えられた反射層113とが、接着層114を介して熱伝導性の優れた銅などの材料(銅材)からなるスプレッダー115に固定されて構成され、ヒートシンク116と一体として構成されたが、これに限定されるものではない。反射層として、反射材料を含む光透過性の接着材で蛍光体とスプレッダーを固着することでも構成可能である。さらには蛍光体とスプレッダー間に反射層を設けて接着層を設けること無く、スプレッダーに反射層を挟んで蛍光体を拡散接合することにより固着することも可能で、これによれば接着層での熱抵抗なく効率よく放熱できる。これは図6、図7に示す反射域の構成にも応用可能である。   In the above embodiments, in the phosphor devices 110 and 210, the phosphor 111 and the reflective layer 113 provided on the back surface thereof are made of a material such as copper (copper having excellent thermal conductivity through the adhesive layer 114) And the heat sink 116, and it is not limited to this. It can also be configured by fixing the phosphor and the spreader with a light transmissive adhesive containing a reflective material as the reflective layer. Furthermore, it is possible to fix the phosphor by diffusion bonding with the reflection layer interposed between the phosphor and the spreader, without providing the reflection layer between the phosphor and the spreader, and according to this, it is possible to adhere to the adhesion layer It can dissipate heat efficiently without heat resistance. This is also applicable to the configuration of the reflection area shown in FIG. 6 and FIG.

上記実施の形態では、スプレッダー115として銅材を用いる例を示したが、スプレッダーとしての必要要件は、第一に高熱伝導性、第二に低熱膨張であることが望ましいことから、励起エネルギーが小さい場合はアルミ材、特に純アルミ系の材料を用いてコストダウンを図ることができる。一方で、励起エネルギーが大きい場合には高熱伝導率と低熱膨張を併せ持つ炭化ケイ素などのセラミックで構成することで課題を解決することができる。このように、スプレッダーは蛍光体ホイールとは異なり、投写型映像表示装置内で固定されるものであり、蛍光体が装備される部分以外の表面、あるいはその内部に冷却手段を備えるものである。本実施の形態では、冷却手段としてヒートシンク116を使用しているが、液冷などこれを他の手段に変更可能なことは言うまでも無い。   In the above embodiment, an example of using a copper material as the spreader 115 is shown, but the requirement as the spreader is that it is desirable that the first is high thermal conductivity and second is low thermal expansion, so the excitation energy is small. In this case, the cost can be reduced by using an aluminum material, particularly a pure aluminum material. On the other hand, when the excitation energy is large, the problem can be solved by using a ceramic such as silicon carbide having high thermal conductivity and low thermal expansion. As described above, unlike the phosphor wheel, the spreader is fixed in the projection type image display apparatus, and the cooling means is provided on the surface other than the portion on which the phosphor is mounted or in the inside thereof. In the present embodiment, the heat sink 116 is used as the cooling means, but it goes without saying that this can be changed to other means such as liquid cooling.

また、可視領域で変換効率の良いYAG蛍光体を用いた構成を説明したが、励起光の波長と蛍光による波長の光を最終的に混合して出力光を得る照明装置、あるいは投写型映像表示装置の構成に応用可能である。   In addition, although the configuration using the YAG phosphor having a high conversion efficiency in the visible region has been described, an illumination device for obtaining an output light by finally mixing the wavelength of excitation light and the wavelength of fluorescence, or projection type image display It is applicable to the configuration of the device.

本開示は、蛍光体を用いた照明装置、あるいは投写型映像表示装置に適用可能である。   The present disclosure is applicable to a lighting device using a phosphor or a projection type video display device.

10 投写型映像表示装置
100 蛍光体光源照明装置
101 青色レーザダイオードユニット
102、103、118、120 レンズ
104 拡散板
105 ダイクロイックミラー
106 λ/4板
107、108 コンデンサレンズ
109 鏡筒
110、210 蛍光体装置
111 蛍光体
111a、111b、111c、111d、111e、111f、148a、148b、148c、148d 蛍光体片
112 集光範囲
113、143 反射層
114、144 接着層
115 スプレッダー
116 ヒートシンク
117a、117b、147a、147b、147c、147d 反射域
117s 反射面
119、125 ミラー
121 ロッドインテグレータ
122 リレー光学系
123、124 リレーレンズ
126 フィールドレンズ
127 全反射プリズム
128 全反射プリズムの第1のプリズム
129 全反射プリズムの第2のプリズム
130 全反射プリズムの全反射面
131 カラープリズムユニット
132 カラープリズムの青反射ダイクロイックミラー面
133 カラープリズムの第1のプリズム
134 カラープリズムの赤反射ダイクロイックミラー面
135 カラープリズムの第2のプリズム
136 カラープリズムの第3のプリズム
137 青色光用DMD
138 赤色光用DMD
139 緑色光用DMD
140 投写レンズ
141 拡散手段
142 透明部材
145 透明材料
146 ビーズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Projection type video display apparatus 100 Fluorescent substance light source illuminating device 101 Blue laser diode unit 102, 103, 118, 120 Lens 104 Diffusion plate 105 Dichroic mirror 106 λ / 4 plate 107, 108 Condenser lens 109 Barrel 110, 210 Phosphor device DESCRIPTION OF SYMBOLS 111 fluorescent substance 111a, 111b, 111c, 111e, 111f, 148a, 148b, 148c, 148d fluorescent substance piece 112 condensing range 113, 143 reflective layer 114, 144 adhesion layer 115 spreader 116 heat sink 117a, 117b, 147a, 147b , 147c, 147d reflection area 117s reflection surface 119, 125 mirror 121 rod integrator 122 relay optical system 123, 124 relay lens 126 field lens 12 Total reflection prism 128 First prism of total reflection prism 129 Second prism of total reflection prism 130 Total reflection surface of total reflection prism 131 color prism unit 132 blue reflection dichroic mirror surface of color prism 133 first prism of color prism 134 Red reflective dichroic mirror surface of color prism 135 Second prism of color prism 136 Third prism of color prism 137 DMD for blue light
138 DMD for red light
139 DMD for green light
140 projection lens 141 diffusing means 142 transparent member 145 transparent material 146 bead

Claims (19)

偏光光を出射する励起光源と、
前記励起光源からの前記偏光光が励起光として入射されて蛍光光を発光する蛍光体と、
前記蛍光体を支持するスプレッダーと、
前記蛍光体と前記スプレッダーの間に備えられ、前記蛍光光を反射する反射層と、を備え、
前記蛍光体は同一特性の複数の蛍光体片が前記反射層上に隣接配置されてなり、前記複数の蛍光体片間には入射される前記励起光の偏光特性を維持しながら反射する反射域が備えられている、照明装置。
An excitation light source for emitting polarized light;
A phosphor that emits fluorescence light when the polarized light from the excitation light source is incident as excitation light;
A spreader supporting the phosphor;
And a reflective layer provided between the phosphor and the spreader to reflect the fluorescent light.
In the phosphor, a plurality of phosphor pieces having the same characteristics are disposed adjacent to each other on the reflection layer, and a reflection area is reflected between the plurality of phosphor pieces while maintaining polarization characteristics of the excitation light to be incident. The lighting equipment provided.
前記励起光源と前記蛍光体の間には、
前記励起光源からの励起光を平行光にするアフォーカル光学系と、
前記偏光特性を維持しながら入射する前記励起光を拡散する拡散板と、
S偏光の前記励起光源の波長の光を反射し、同波長のP偏光の光を透過し、入射する前記励起光に対して斜めに配置されたダイクロイックミラーと、
前記励起光源からの励起光が入射される1/4波長板と、
入射する前記励起光を前記蛍光体上に集光してスポットを形成するコンデンサレンズと、を備えた、請求項1記載の照明装置。
Between the excitation light source and the phosphor,
An afocal optical system that collimates excitation light from the excitation light source;
A diffusion plate which diffuses the incident excitation light while maintaining the polarization characteristic;
A dichroic mirror that reflects light of a wavelength of the excitation light source of S polarization, transmits light of P polarization of the same wavelength, and is disposed obliquely to the incident excitation light;
A quarter wavelength plate on which excitation light from the excitation light source is incident;
The condenser apparatus which condenses the said excitation light which injects on the said fluorescent substance, and forms a spot, The illuminating device of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
前記反射層は、前記蛍光体の面に形成されており、前記反射層と前記スプレッダーの間には接着層が設けられている、請求項1記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the reflective layer is formed on a surface of the phosphor, and an adhesive layer is provided between the reflective layer and the spreader. 前記反射層は、前記スプレッダーの面に形成されており、前記蛍光体と前記反射層の間には光透過性の接着層が設けられている、請求項1記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the reflective layer is formed on a surface of the spreader, and a light transmitting adhesive layer is provided between the phosphor and the reflective layer. 前記反射層は、光透過性の接着材に反射材料を加えてなる、請求項4記載の照明装置。   The lighting device according to claim 4, wherein the reflective layer is formed by adding a reflective material to a light transmitting adhesive. 前記蛍光体は無機材料からなる、請求項1記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the phosphor is made of an inorganic material. 前記蛍光体は無機材料からなるセラミックプレートである、請求項6記載の照明装置。   The lighting device according to claim 6, wherein the phosphor is a ceramic plate made of an inorganic material. 前記スプレッダーは、アルミ材、銅材または炭化ケイ素からなる、請求項1記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the spreader is made of an aluminum material, a copper material or silicon carbide. 前記励起光源は青色レーザであり、前記蛍光体は前記励起光を受けて黄色光を発する、請求項1記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the excitation light source is a blue laser, and the phosphor receives the excitation light and emits yellow light. 前記蛍光体は前記スプレッダーに前記反射層を挟んで拡散接合により固着されている、請求項1記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the phosphor is fixed to the spreader by diffusion bonding with the reflection layer interposed therebetween. 前記スプレッダーは、固定されており、前記蛍光体が装備されている部分以外の表面、または内部に冷却手段を有している、請求項1記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the spreader is fixed and has a cooling means on a surface other than the portion equipped with the phosphor or in the inside. 前記励起光が入射される前記反射域の反射面は凹凸を有する、請求項1記載の照明装置。   The illumination device according to claim 1, wherein the reflection surface of the reflection area where the excitation light is incident has unevenness. 前記反射域は、光透過部材と、前記光透過部材と前記スプレッダーの間に設けられた反射層と、を有する、請求項1記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the reflection area includes a light transmission member, and a reflection layer provided between the light transmission member and the spreader. 前記励起光が入射される前記反射域の反射面は、凸または凹の基準面上に微小凸凹が設けられてなる、請求項1または請求項13記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1 or 13, wherein the reflection surface of the reflection area on which the excitation light is incident is provided with micro unevenness on a convex or concave reference surface. 前記反射域は前記励起光が入射される反射面を有し、
前記複数の蛍光体片は前記励起光が入射される蛍光体面を有し、
前記反射面と前記蛍光体面との面積比は10〜20:100である、請求項1記載の照明装置。
The reflection area has a reflection surface on which the excitation light is incident,
The plurality of phosphor pieces have a phosphor surface on which the excitation light is incident,
The lighting device according to claim 1, wherein an area ratio of the reflection surface to the phosphor surface is 10 to 20: 100.
前記反射域は前記励起光が入射される反射面を有し、
前記複数の蛍光体片は前記励起光が入射される蛍光体面を有し、
前記蛍光体に入射される前記励起光の有効範囲の面積変化率が±20%以下で変動した際に、前記有効範囲における前記反射面と前記蛍光体面の面積比の変化率が前記面積変化率の半分以下に収まるよう構成されている、請求項1記載の照明装置。
The reflection area has a reflection surface on which the excitation light is incident,
The plurality of phosphor pieces have a phosphor surface on which the excitation light is incident,
When the area change rate of the effective range of the excitation light incident on the phosphor fluctuates by ± 20% or less, the change rate of the area ratio of the reflecting surface to the phosphor surface in the effective range is the area change rate The lighting device according to claim 1, wherein the lighting device is configured to fit within half of or less.
前記1/4波長板は、前記偏光光が垂直入射するように配置され、かつ前記偏光光の偏光軸に対する位相軸の角度が調整可能に備えられている、請求項2記載の照明装置。   The lighting device according to claim 2, wherein the quarter-wave plate is disposed such that the polarized light is vertically incident, and an angle of a phase axis with respect to a polarization axis of the polarized light is adjustable. 前記蛍光体と前記コンデンサレンズとの間隔は、調整可能なように構成されている、請求項2記載の照明装置。   The lighting device according to claim 2, wherein a distance between the phosphor and the condenser lens is configured to be adjustable. 請求項1乃至18のいずれかに記載の照明装置と、
前記照明装置からの出射光を映像信号によって変調して映像光を生成する画像表示素子と、
前記画像表示素子で生成された前記映像光を拡大投写する投写レンズと、
を備える、投写型映像表示装置。
A lighting device according to any one of claims 1 to 18,
An image display element that generates video light by modulating light emitted from the lighting device with a video signal;
A projection lens for enlarging and projecting the image light generated by the image display element;
A projection type video display device provided with
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