JP2020187996A

JP2020187996A - 蛍光カラーホイール及びそれを用いた光源システム

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Publication number: JP2020187996A
Application number: JP2020034666A
Authority: JP
Inventors: 立誠楊; Li-Cheng Yang
Original assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd; Delta Electronics Inc
Current assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd; Delta Electronics Inc
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: JP7014835B2; US20200363709A1; US11226547B2

Abstract

【課題】蛍光カラーホイールを提供する。【解決手段】基板と、基板に設けられ、コロイド層、複数の散乱粒子及び複数の第１のフォトルミネッセンス粒子を含み、散乱粒子及び第１のフォトルミネッセンス粒子が共にコロイド層内に分布され、散乱粒子の少なくとも１つが基板と第１のフォトルミネッセンス粒子の少なくとも１つとの間に位置し、且つ第１のフォトルミネッセンス粒子の少なくとも他方が基板と散乱粒子の少なくとも他方との間に位置するエレクトロルミネセント層と、を備える蛍光カラーホイール。【選択図】図１Ｃ

Description

本開示内容は、蛍光カラーホイール及びそれを用いた光源システムに関する。

近年、光学プロジェクタは、多くの分野に適用されており、また、例えば、消費者向け製品からハイテク機器へのように、適用範囲も徐々に拡大している。様々な光学プロジェクタは、信号源によって提供される表示パターンを拡大して投影スクリーンに表示するように、学校、家庭、商業的用途にも広く適用されている。

光学プロジェクタの光源については、レーザー光源によって蛍光材料を発光させるように配置されてよく、蛍光材料の特性及び構成形態が光学プロジェクタの提供する色域に関係する。ただし、異なる色の要求に直面する場合、光学プロジェクタによって提供される色域もそれに応じて調整される必要がある。そのため、如何に光学プロジェクタの提供する色域を効果的に調整して、色の要求をよりよく満たすかは、現在の重要な研究開発１つになっている。

これに鑑みて、本開示内容の一実施形態は、基板と、基板に設けられ、コロイド層、複数の散乱粒子及び複数の第１のフォトルミネッセンス粒子を含み、散乱粒子及び第１のフォトルミネッセンス粒子が共にコロイド層内に分布され、散乱粒子の少なくとも１つが基板と第１のフォトルミネッセンス粒子の少なくとも１つとの間に位置し、且つ第１のフォトルミネッセンス粒子の少なくとも他方が基板と散乱粒子の少なくとも他方との間に位置するエレクトロルミネセント層と、を備える蛍光カラーホイールを提供する。

一部の実施形態において、散乱粒子の各々の粒子径は第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の粒子径よりも小さく、且つ第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の粒子径は１０μｍ〜１５μｍにある。

一部の実施形態において、第１のフォトルミネッセンス粒子のエレクトロルミネセント層における重量パーセント濃度は３％〜３５％にある。

一部の実施形態において、波長４３０〜４６０ｎｍのビームがエレクトロルミネセント層に入射された後、エレクトロルミネセント層からのビームに対応する発光スペクトルにおいて、波長約４５０ｎｍの箇所に第１のピークがあり、波長４９０〜５４０ｎｍの箇所に第２のピークがあり、且つ第１のピークのピーク輝度の第２のピークのピーク輝度に対する比率は２〜３６にある。

一部の実施形態において、蛍光カラーホイールは、基板又はエレクトロルミネセント層に設けられ、複数の第２のフォトルミネッセンス粒子を含む第１の波長変換層を更に備え、第１の波長変換層の基板における垂直投影とエレクトロルミネセント層の基板における垂直投影との重なり面積はエレクトロルミネセント層の基板における垂直投影面積よりも小さい。

一部の実施形態において、蛍光カラーホイールは、エレクトロルミネセント層に設けられ、複数の第３のフォトルミネッセンス粒子を含む第２の波長変換層を更に備え、第１の波長変換層と第２の波長変換層がそれぞれエレクトロルミネセント層の上面の異なる領域に位置し、且つエレクトロルミネセント層の上面の少なくとも一部が第１の波長変換層又は第２の波長変換層によって覆われていない。

本開示内容の一実施形態は、基板と、基板に設けられ、複数の散乱粒子及び複数の第１のフォトルミネッセンス粒子を含み、散乱粒子の各々の基板に対する高さの何れも第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の基板に対する高さと異なり、エレクトロルミネセント層の第１のブロック内の粒子濃度がエレクトロルミネセント層の第２のブロック内の粒子濃度よりも大きく、且つ第１のブロックが基板と第２のブロックの間に位置するエレクトロルミネセント層と、を備える蛍光カラーホイールを提供する。

一部の実施形態において、散乱粒子の各々の基板に対する高さの何れも第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の基板に対する高さよりも小さく、且つ散乱粒子が第１のブロック内に位置し、第１のフォトルミネッセンス粒子が第２のブロック内に位置する。

一部の実施形態において、散乱粒子の各々の基板に対する高さの何れも第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の基板に対する高さよりも大きく、且つ第１のフォトルミネッセンス粒子が第１のブロック内に位置し、散乱粒子が第２のブロック内に位置する。

本開示内容の一実施形態は、蛍光カラーホイールと、光送信器と、光送信器と蛍光カラーホイールとの間に光結合され、蛍光カラーホイールに向かう反射面を有する光反射器と、を含む光源システムを提供する。

本開示内容の一実施形態は、基板と、基板に設けられ、コロイド層、複数の散乱粒子及び複数の第１のフォトルミネッセンス粒子を含み、散乱粒子及び第１のフォトルミネッセンス粒子が共にコロイド層内に分布され、エレクトロルミネセント層が励起光を受けて変調光を発生するように配置され、変調光の発光スペクトルが第１のピーク輝度及び第２のピーク輝度を有し、第１のピーク輝度が第２のピーク輝度よりも大きく、且つ第１のピーク輝度の第２のピーク輝度に対する比率は２〜３６にあるエレクトロルミネセント層と、を備える蛍光カラーホイールを提供する。

一部の実施形態において、第１のフォトルミネッセンス粒子が励起光を受けて発生した光線のピーク輝度の対応する波長は、励起光のピーク輝度の対応する波長以上である。

一部の実施形態において、第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の粒子径は１０μｍ〜１５μｍにあり、且つ第１のフォトルミネッセンス粒子のエレクトロルミネセント層における重量パーセント濃度は３％〜３５％にある。

一部の実施形態において、第２のフォトルミネッセンス粒子が励起光を受けて発生した光線のピーク輝度の対応する波長は、第１のフォトルミネッセンス粒子が励起光を受けて発生した光線のピーク輝度の対応する波長以上である。

本開示内容の第１の実施形態による光源システムを示す配置模式図である。図１Ａの蛍光カラーホイールを示す上面模式図である。図１Ｂの線分１Ｃ−１Ｃ’に沿った蛍光カラーホイールを示す断面模式図である。図１Ｂの線分１Ｄ−１Ｄ’に沿った蛍光カラーホイールを示す断面模式図である。青色光がエレクトロルミネセント層に入射された後、エレクトロルミネセント層からのビームに対応して示す発光スペクトルである。本開示内容の第２の実施形態による光源システムの蛍光カラーホイールを示す上面模式図である。図２Ａの線分２Ｂ−２Ｂ’に沿った蛍光カラーホイールを示す断面模式図である。図２Ａの線分２Ｃ−２Ｃ’に沿った蛍光カラーホイールを示す断面模式図である。本開示内容の第３の実施形態による光源システムの蛍光カラーホイールを示す上面模式図である。図３Ａの線分３Ｂ−３Ｂ’に沿った蛍光カラーホイールを示す断面模式図である。図３Ａの線分３Ｃ−３Ｃ’に沿った蛍光カラーホイールを示す断面模式図である。本開示内容の第４の実施形態による光源システムの蛍光カラーホイールを示す上面模式図である。図４Ａの線分４Ｂ−４Ｂ’に沿った蛍光カラーホイールを示す断面模式図である。図４Ａの線分４Ｃ−４Ｃ’に沿った蛍光カラーホイールを示す断面模式図である。図４Ａの線分４Ｄ−４Ｄ’に沿った蛍光カラーホイールを示す断面模式図である。

以下、図面で本開示内容の複数の実施形態を説明し、明らかに説明するために、数多くの実際の細部を以下の説明で併せて説明する。しかしながら、これらの実際の細部は本開示内容を制限するためのものではないことが理解すべきである。つまり、本開示内容の一部の実施形態において、これらの実際の細部は必要なものではない。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造と素子を図面において簡単に模式的に示す。

本文において、第１、第２と第３等の用語が様々な素子、部品、領域、層を説明するために用いられることは、理解することができる。しかし、これらの素子、部品、領域、層は、これらの用語に限定されない。これらの用語は、単一の素子、部品、領域、層を識別することに限定される。従って、本開示内容の基本的な意図から逸脱しない限り、下文における第１の素子、部品、領域、層は、第２の素子、部品、領域、層と呼ばれてもよい。

本文に使われる「約」又は「実質的に」は、記載された値、及び当業者によって確定された特定値の許容偏差範囲内の平均値を含み、検討された測定、及び測定に関連する誤差（即ち、測定システムの制限）が考慮される。例えば、「約」又は「実質的に」は、記載された値の１つ又は複数の標準偏差内、又は±３０％、±２０％、±１０％、±５％内にあることを示してよい。また、「均一」とは、材料又は混合光線の手段又はプロセスによる混合を意味するが、実際的な物質構造又はエネルギーへの定量的又は定性的な制限ではない。

まず、本開示内容の第１の実施形態による光源システム１００を示す配置模式図である図１Ａを参照されたい。本開示内容の光源システム１００は、光学プロジェクタの光源として用いられるように、光学プロジェクタに適用されることができる。光源システム１００は、光送信器１１０、第１のレンズ１２０、反射鏡１３０、光反射器１４０、レンズ群１５０、蛍光カラーホイール１６０、回転軸１８０、第２のレンズ１８２及び光結合器１８４を含む。

光送信器１１０は、ビームＬ１を発射することに用いられることができる。一部の実施形態において、光送信器１１０は、レーザービームを提供できるレーザー発射器であってよい。第１のレンズ１２０、反射鏡１３０、光反射器１４０及びレンズ群１５０は、光線を光送信器１１０と蛍光カラーホイール１６０との間に光結合させて、光送信器１１０によるビームＬ１を蛍光カラーホイール１６０にガイドすることができる。具体的に、光送信器１１０によるビームＬ１は、最初に第１のレンズ１２０を通過してよく、第１のレンズ１２０は、ビームＬ１にフォーカス効果を与えるように、収束レンズであってよい。そして、ビームＬ１の進行方向としては、反射鏡１３０及び光反射器１４０を介して転向してレンズ群１５０及び蛍光カラーホイール１６０へ進行してよく、光反射器１４０は、蛍光カラーホイール１６０に向かう反射面１４２を有する。

レンズ群１５０は、少なくとも１つの収束レンズ、発散レンズ又はそれらの組み合わせを含んでよく、これにより、転向されたビームＬ１をガイドして蛍光カラーホイール１６０に集束させる。蛍光カラーホイール１６０は、ビームＬ１を受けた後で、少なくとも反射及び光ルミネセンスのメカニズムにより、レンズ群１５０へ進行するビームＬ２を提供することができる。また、蛍光カラーホイール１６０は、回転軸１８０に接続されてよく、光送信器１１０がビームＬ１を提供する期間中に、蛍光カラーホイール１６０に接続される回転軸１８０がモータ（図示せず）によって駆動されて、蛍光カラーホイール１６０の回転を連動して、これにより、ビームＬ１の照射により蛍光カラーホイール１６０の固定位置に蓄積される過剰な熱エネルギーを回避することができる。一部の実施形態において、蛍光カラーホイール１６０は、蛍光カラーホイール１６０の下面に配置されてよいヒートシンク（図示せず）を更に含んでよい反射カラーホイールである。

第２のレンズ１８２は、光線を蛍光カラーホイール１６０と光結合器１８４との間に光結合させて、蛍光カラーホイール１６０からのビームＬ２を光結合器１８４にガイドすることができる。具体的に、蛍光カラーホイール１６０によるビームＬ２は、まず、レンズ群１５０を通過して、レンズ群１５０によって平行光（即ち、平行レンズ群１５０の光軸）に変調された後で、第２のレンズ１８２へ進行する。そして、第２のレンズ１８２は、光源システム１００が光結合器１８４によってビームを出力できるように、ビームＬ２を光結合器１８４内にガイドすることができる。好ましくは、光結合器１８４は均一ビームであり、光反射器１４０は全スペクトル反射鏡又はダイクロイツクミラーである。

本開示内容において、蛍光カラーホイール１６０の層構成を調整することで、対応的に光源システム１００の出力できるビームの色域を向上させることができ、以下、これに対して更に説明する。図１Ｂ及び図１Ｃを参照されたく、図１Ｂは図１Ａの蛍光カラーホイール１６０を示す上面模式図であり、図１Ｃは図１Ｂの線分１Ｃ−１Ｃ’に沿った蛍光カラーホイール１６０を示す断面模式図であり、図１Ｄは図１Ｂの線分１Ｄ−１Ｄ’に沿った蛍光カラーホイール１６０を示す断面模式図である。

蛍光カラーホイール１６０は、基板１６２、エレクトロルミネセント層１６４及び第１の波長変換層１６６を含む。基板１６２は、金属材料又は非金属材料を含んでよく、且つ複合構造であってよい。例として、基板１６２は、底部が金属材料であってよく、頂部が非金属材料であってよく、貼り合わせられるように組み合わせられてよく、非金属材料としては、例えば、サファイア材料、ガラス材料、ホウケイ酸ガラス材料、フロートホウケイ酸ガラス材料、溶融石英材料又はフッ化カルシウム材料、セラミック材料或いはそれらの組み合わせであってよい。

エレクトロルミネセント層１６４は、基板１６２に設けられてよく、コロイド層１６８、複数の散乱粒子１７０及び複数の第１のフォトルミネッセンス粒子１７２を含み、且つ散乱粒子１７０及び第１のフォトルミネッセンス粒子１７２が共にコロイド層１６８内に分布される。一部の実施形態において、まず散乱粒子１７０及び第１のフォトルミネッセンス粒子１７２を共にコロイドに調合して、コロイドの中に均一に分散させてよい。そして、散乱粒子１７０及び第１のフォトルミネッセンス粒子１７２を有するコロイドを基板１６２にコーティングし、コロイドをコロイド層１６８に硬化させてよい。

これに対して、プロセスにおいて散乱粒子１７０及び第１のフォトルミネッセンス粒子１７２をコロイドに均一に分散させると、コロイドがコロイド層１６８に硬化した後で、コロイド層１６８内の散乱粒子１７０及び第１のフォトルミネッセンス粒子１７２も均一に分散される。更に、散乱粒子１７０の少なくとも１つ（例えば、散乱粒子１７０Ａ）は、基板１６２と第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の少なくとも１つ（例えば、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２Ａ）との間に位置し、且つ第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の少なくとも他方（例えば、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２Ｂ）は、基板１６２と散乱粒子１７０の少なくとも他方（例えば、散乱粒子１７０Ｂ）との間に位置する。つまり、散乱粒子１７０の少なくとも１つ（例えば、散乱粒子１７０Ａ）から基板１６２までの距離は第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の少なくとも１つ（例えば、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２Ａ）から基板１６２までの距離よりも小さく、且つ第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の少なくとも他方（例えば、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２Ｂ）から基板１６２までの距離は散乱粒子１７０の少なくとも他方（例えば、散乱粒子１７０Ｂ）から基板１６２までの距離よりも小さい。

この配置により、ビーム（例えば、図１ＡのビームＬ１）がエレクトロルミネセント層１６４に入射する場合、エレクトロルミネセント層１６４は、散乱粒子１７０によってビームを反射する以外、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２が同時に光送信器１１０からのビーム及び／又は散乱粒子１７０によるビームによって励起され、励起光を提供する。例として、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２が緑色光を青色光で励起できる物理的特性を有する場合、光送信器１１０が青色光をエレクトロルミネセント層１６４に入射して、エレクトロルミネセント層１６４に青色光と緑色光との混合光（又は変調された青色光と呼ばれる）を放出させる。このように、エレクトロルミネセント層１６４によるビームの色域を調整することができる。ここで、記載される「エレクトロルミネセント層１６４によるビームの色域の調整」は、ビームの色空間内における座標及び輝度を調整することを含む。具体的に、散乱粒子１７０及び第１のフォトルミネッセンス粒子１７２をコロイド層１６８内に共に分布されるように配置することで、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２が青色光で緑色光を励起させることができる場合、エレクトロルミネセント層１６４によるビームにより広い色域を持たせる以外、既存の光送信器１１０からの紫がかったビームの大部分を変調してエレクトロルミネセント層１６４によるビームの紫がかった問題を避けることができ、更に光源システム１００の出力ビームを関連仕様に合致させることができる。

一部の実施形態において、散乱粒子１７０は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又はそれらの組み合わせであってよい。一部の実施形態において、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２は、緑色蛍光体であってよく、色空間での座標がｘ＜０．３５且つｙ＞０．５６であってよい。一部の実施形態において、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２は、ＬｕＡＧのガーネット（ｇａｒｎｅｔ）構造の蛍光体、又はＳｉＡｌＯＮ、硫化物又はケイ酸塩（Ｓｉｌｉｃａｔｅ）材料であってよい。加えて、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２のパラメータを調整することで、エレクトロルミネセント層１６４からのビームの光学特性を調整することができ、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２のパラメータはその粒子径、エレクトロルミネセント層１６４における重量パーセント濃度又はその他のパラメータを含む。

散乱粒子１７０の各々の粒子径は、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の各々の粒子径よりも小さい。一部の実施形態において、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の各々の粒子径は、約５μｍ〜約４０μｍ又は約１０μｍ〜約１５μｍにあってよい。これに対して、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の粒子径、及びそのエレクトロルミネセント層１６４における重量パーセント濃度は、少なくともエレクトロルミネセント層１６４が青色光によって照射されて発射するビームの輝度に関係する。

例として、散乱粒子１７０のパラメータが変わらずに、粒子径約２０μｍの第１のフォトルミネッセンス粒子１７２を使用し、且つそのエレクトロルミネセント層１６４における重量パーセント濃度が約２０％である場合、エレクトロルミネセント層１６４が青色光によって照射されて発射するビームの輝度を輝度Ｂとする。粒子径約１２μｍの第１のフォトルミネッセンス粒子１７２を使用し、且つそのエレクトロルミネセント層１６４における重量パーセント濃度が約１０％である場合、エレクトロルミネセント層１６４が青色光によって照射されて発射するビームの輝度は、輝度Ｂの１．０３倍となる。粒子径約１２μｍの第１のフォトルミネッセンス粒子１７２を使用し、且つそのエレクトロルミネセント層１６４における重量パーセント濃度が約２０％である場合、エレクトロルミネセント層１６４が青色光によって照射されて発射するビームの輝度は、輝度Ｂの１．６倍となる。上記のデーターから分かるように、同じ重量パーセント濃度で、１２μｍの単位面積あたりの粒子数が２０μｍの５〜６倍であるため、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２は、散乱粒子１７０の粒子径に近づけるほど輝度表現が向上する。同じような１２μｍの条件下では、高い重量パーセント濃度でも好適な輝度表現を有するため、上記のパラメータは何れも輝度表現に反映される。

一方、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２のエレクトロルミネセント層１６４における重量パーセント濃度も、エレクトロルミネセント層１６４が青色光によって照射されて発射するビームの波形に関係している。これに対して、青色光がエレクトロルミネセント層に入射された後、エレクトロルミネセント層からのビームに対応して示す発光スペクトルである図１Ｅを参照されたく、図１Ｅに示す発光スペクトルは、光送信器１１０が４３０〜４６０ｎｍにある波長のビームをエレクトロルミネセント層１６４に入射させた後で生じたものである。また、図１Ｅにおいて、横軸は波長であり、単位がナノメートルであり、縦軸は光強度であり、縦軸の単位が任意の単位（ａｒｂ．Ｕｎｉｔ）であり、相対的な大小関係が数値で表される。

図１Ｅに示すように、エレクトロルミネセント層の発光スペクトルにおいて、波長約４５０ｎｍの箇所に第１のピークＰ１があり、この第１のピークＰ１は大まかに光送信器１１０の励起ビームのスペクトルによって反射され、波長約４９０〜約５４０ｎｍの箇所に第２のピークＰ２があり、前記第２のピークＰ２のスペクトルは第１のフォトルミネッセンス粒子によって励起されたレーザーによって反射され、且つ第１のピークＰ１のピーク輝度は第２のピークＰ２のピーク輝度よりも大きい。これに対して、第１のフォトルミネッセンス粒子（例えば、図１Ｃの第１のフォトルミネッセンス粒子１７２）のエレクトロルミネセント層（例えば、図１Ｃのエレクトロルミネセント層１６４）における重量パーセント濃度を調整すると同時に、第１のピークＰ１のピーク輝度の第２のピークＰ２のピーク輝度に対する比率も調整することができる。具体的に、「第１のフォトルミネッセンス粒子のエレクトロルミネセント層における重量パーセント濃度」と「第１のピークのピーク輝度の第２のピークのピーク輝度に対する比率」との関係は、負の相関関係であり、例として、第１のフォトルミネッセンス粒子のエレクトロルミネセント層における重量パーセント濃度が３％〜３５％に調整される場合、第１のピークＰ１のピーク輝度の第２のピークＰ２のピーク輝度に対する比率を３６〜２に調整することができ、このような比率により、光源システムの出力するビームを仕様に合致させることができる。一部の実施形態において、第１のピークＰ１のピーク輝度の第２のピークＰ２のピーク輝度に対する比率を４〜６に調整してもよく、これは、プロジェクタに適用される好適な色と輝度の出光表現である。第１のフォトルミネッセンス粒子のエレクトロルミネセント層における重量パーセント濃度は３％よりも小さく又は３５％よりも大きい場合、表示される色は紫がかり又は緑がかり、プロジェクタに必要な色の要求を満たしていない。

図１Ｂ、図１Ｃ及び図１Ｄに戻す。第１の波長変換層１６６は、エレクトロルミネセント層１６４が基板１６２と第１の波長変換層１６６との間に位置するように、エレクトロルミネセント層１６４に設けられる。つまり、エレクトロルミネセント層１６４と光反射器（図１Ａの光反射器１４０）との間の距離は第１の波長変換層１６６と光反射器（図１Ａの光反射器１４０）との間の距離よりも大きく、間接的に言うと、第１の波長変換層１６６は、光路上でエレクトロルミネセント層１６４よりも光送信器１１０に近い。

第１の波長変換層１６６は、コロイド層１７４及び複数の第２のフォトルミネッセンス粒子１７６を含んでよく、第２のフォトルミネッセンス粒子１７６がコロイド層１７４の中に分布され、且つ第１のフォトルミネッセンス粒子１７２と励起された後で異なる色光を生じる。例として、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２が青色光で緑色光を励起させる場合、第２のフォトルミネッセンス粒子１７６は、青色光で励起されて赤色光を発してよい。一部の実施形態において、第２のフォトルミネッセンス粒子１７６は、黄色蛍光体、緑色蛍光体又は赤色蛍光体等のような、ピーク輝度の対応する波長範囲が４９０〜６５０ｎｍにある波長変換材料であってよい。

また、第１の波長変換層１６６の基板１６２における垂直投影とエレクトロルミネセント層１６４の基板１６２における垂直投影とは、互いに重なって、エレクトロルミネセント層１６４の基板１６２における垂直投影面積よりも小さい重なり面積を形成する。即ち、エレクトロルミネセント層１６４の上面視での形が完全なリング形状であり、第１の波長変換層１６６の上面視での形が切欠きを有する部分的なリング形状であるため、少なくとも一部のエレクトロルミネセント層１６４は、第１の波長変換層１６６によって覆われていない。他の態様では、もちろん、回転軸１８０が回転する時に、あるタイミングでより多くの変調された青色光を得るために、要求に応じて、複数の切欠きを設定してもよい。

この配置では、蛍光カラーホイール１６０が青色光で照射される場合、第１の波長変換層１６６によって覆われていないエレクトロルミネセント層１６４は、青色光と緑色光との混合光を提供することができ、第１の波長変換層１６６は赤色光を提供することができ、第１の波長変換層１６６によって覆われるエレクトロルミネセント層１６４は第１の波長変換層１６６の反射基板として使用されてよい。他の変形例の実施態様では、基板１６２の材質が十分な反射能力を有し又は特別な考慮がある場合、第１の波長変換層１６６は、プロセスにおいて比較的複雑であるにもかかわらず、エレクトロルミネセント層１６４に設けられなく、直接基板１６２に設けられてよもよい（図示せず）。

短波長の光線を材料から貫通させて長波長の光線に変換させる波長変換の原理のために、図１Ｄの構造から言えば、第１の波長変換層１６６による光線はエレクトロルミネセント層１６４によってある程度で反射されることができるが、光送信器１１０のビームが第１の波長変換層１６６を透過してエレクトロルミネセント層１６４に到達して変調された青色光を生成しても、このような変調された青色光は同様に第１の波長変換層１６６を励起させて赤色光を生じることができる。従って、エレクトロルミネセント層１６４内の第１のフォトルミネッセンス粒子１７２のパラメータを調整する場合、第１の波長変換層１６６による赤色光の光学特性はあまり影響を受けない。例として、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２のエレクトロルミネセント層１６４における重量パーセント濃度が０％に調整される場合、第１の波長変換層１６６による赤色光の色空間内における座標（ｘ，ｙ）は（０．６５０，０．３４２４）となり、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２のエレクトロルミネセント層１６４における重量パーセント濃度が１０％に調整される場合、第１の波長変換層１６６による赤色光の色空間内における座標（ｘ，ｙ）は（０．６４９６，０．３４２７）となり、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２のエレクトロルミネセント層１６４における重量パーセント濃度が２０％に調整される場合、第１の波長変換層１６６による赤色光の色空間内における座標（ｘ，ｙ）は（０．６４９８，０．３４２５）となる。つまり、エレクトロルミネセント層１６４内の第１のフォトルミネッセンス粒子１７２のパラメータを調整することでエレクトロルミネセント層１６４からのビームの光学特性に対する調整を達成させる場合、第１の波長変換層１６６による赤色光の光学特性にあまり影響を与えなく、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２のパラメータ設計の簡素化が促進される。

上記の実施形態では、青色光をエレクトロルミネセント層に入射し、励起された後で緑色光を生じる第１のフォトルミネッセンス粒子を例として説明したが、本開示内容は、これに限定されなく、エレクトロルミネセント層の性質も実際の要求に応じて調整することができる。他の実施形態において、エレクトロルミネセント層の第１のフォトルミネッセンス粒子は、青色光で励起された後で緑色光以外の色光を生じてもよいし、可視光帯域で色光を生成するように、紫外線のような青色光以外の色光で励起されてもよい。また、第１の波長変換層の第２のフォトルミネッセンス粒子は、光線で励起された後で黄色光、赤色光を生じてよく又は第１のフォトルミネッセンス粒子と同等の材料であってよく、材料の選択原則としては、第２のフォトルミネッセンス粒子を励起させて生じる光線のピーク輝度の対応する波長が第１のフォトルミネッセンス粒子による光線のピーク輝度の対応する波長以上となり、第１のフォトルミネッセンス粒子を励起させて生じる光線のピーク輝度の対応する波長も光送信器からの光線のピーク輝度の対応する波長以上となるようにすることである。

また図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃを参照されたく、図２Ａは本開示内容の第２の実施形態による光源システムの蛍光カラーホイール１６０を示す上面模式図であり、図２Ｂは図２Ａの線分２Ｂ−２Ｂ’に沿った蛍光カラーホイール１６０を示す断面模式図であり、図２Ｃは図２Ａの線分２Ｃ−２Ｃ’に沿った蛍光カラーホイール１６０を示す断面模式図である。本実施形態は、エレクトロルミネセント層１６４において、その散乱粒子１７０の各々の基板１６２に対する高さの何れもその第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の各々の基板１６２に対する高さと異なるという少なくとも１つの相違点に、第１の実施形態と異なっている。

具体的に、本実施形態のエレクトロルミネセント層１６４は、積層されたコロイド層１６８Ａ及び１６８Ｂを含んでよく、且つ散乱粒子１７０がコロイド層１６８Ａの中に分布され、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２がコロイド層１６８Ｂの中に分布される。この配置形態は、２回のコーティングによって達成されてよく、例として、最初に散乱粒子１７０及び第１のフォトルミネッセンス粒子１７２をそれぞれ異なるコロイドに調合して、次に散乱粒子１７０を有するコロイド及び第１のフォトルミネッセンス粒子１７２を有するコロイドを順次に基板１６２にコーティングしてよい。散乱粒子１７０及び第１のフォトルミネッセンス粒子１７２が順次に基板１６２にコーティングされるため、散乱粒子１７０の各々の基板１６２に対する高さは、何れも第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の各々の基板１６２に対する高さよりも小さい。

加えて、散乱粒子１７０及び第１のフォトルミネッセンス粒子１７２にとって、わりに基板１６２に近い粒子は、高い濃度を有する。更に言えば、コロイド層１６８Ａ及び１６８Ｂをそれぞれエレクトロルミネセント層１６４の第１のブロック及び第２のブロックと見なしてよく、即ち第１のブロックが基板１６２と第２のブロックとの間に位置し、散乱粒子１７０が第１のブロック内に位置し、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２が第２のブロック内に位置する。この配置で、散乱粒子１７０が第１のフォトルミネッセンス粒子１７２に対して基板１６２に近いため、散乱粒子１７０の粒子濃度を第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の粒子濃度よりも大きくなるように調合して、エレクトロルミネセント層１６４の第１のブロック内の粒子濃度がエレクトロルミネセント層１６４の第２のブロック内の粒子濃度よりも大きくしてよい。

このように配置された蛍光カラーホイール１６０も、前記のエレクトロルミネセント層１６４によるビームにより大きな色域を持たせ及び光送信器１１０からのビームを変調する機能を達成させることができ、また、これらの効果を達成するために異なるプロセス形態を採用することができるため、蛍光カラーホイール１６０の製造の柔軟性を向上させることができる。また、第１の波長変換層１６６が同様にエレクトロルミネセント層１６４に設けられ、且つ第１の波長変換層１６６の基板１６２における垂直投影とエレクトロルミネセント層１６４の基板１６２における垂直投影が依然として互いに重なって、エレクトロルミネセント層１６４の基板１６２における垂直投影面積よりも小さい重なり面積を形成する。

また図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照されたく、図３Ａは本開示内容の第３の実施形態による光源システムの蛍光カラーホイール１６０を示す上面模式図であり、図３Ｂは図３Ａの線分３Ｂ−３Ｂ’に沿った蛍光カラーホイール１６０を示す断面模式図であり、図３Ｃは図３Ａの線分３Ｃ−３Ｃ’に沿った蛍光カラーホイール１６０を示す断面模式図である。本実施形態は、エレクトロルミネセント層１６４において、散乱粒子１７０がコロイド層１６８Ｂの中に分布され、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２がコロイド層１６８Ａに分布されるので、散乱粒子１７０の各々の基板１６２に対する高さの何れも第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の各々の基板１６２に対する高さよりも大きいという少なくとも１つの相違点に、第２の実施形態と異なっている。

つまり、本実施形態において、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２は第１のブロック内に位置し、散乱粒子１７０は第２のブロック内に位置する。これに対して、第１のフォトルミネッセンス粒子１７２の粒子濃度が散乱粒子１７０の粒子濃度よりも大きくなるように調合されて、エレクトロルミネセント層１６４の第１のブロック内の粒子濃度が依然としてエレクトロルミネセント層１６４の第２のブロック内の粒子濃度よりも大きい。同様に、これらの効果を達成するために異なるプロセス形態を採用することができるため、蛍光カラーホイール１６０の製造の柔軟性を向上させることができる。また、第１の波長変換層１６６の配置形態については、前記実施形態と同じであってよいので、ここで説明しない。

また図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ及び図４Ｄを参照されたく、図４Ａは本開示内容の第４の実施形態による光源システムの蛍光カラーホイール１６０を示す上面模式図であり、図４Ｂは図４Ａの線分４Ｂ−４Ｂ’に沿った蛍光カラーホイール１６０を示す断面模式図であり、図４Ｃは図４Ａの線分４Ｃ−４Ｃ’に沿った蛍光カラーホイール１６０を示す断面模式図であり、図４Ｄは図４Ａの線分４Ｄ−４Ｄ’に沿った蛍光カラーホイール１６０を示す断面模式図である。本実施形態は、蛍光カラーホイール１６０がエレクトロルミネセント層１６４に設けられる第２の波長変換層１６７を更に含み、且つ第１の波長変換層１６６と第２の波長変換層１６７がそれぞれエレクトロルミネセント層１６４の上面の異なる領域に位置するという少なくとも１つ相違点に、第１の実施形態と異なっている。基板１６２に設けられるエレクトロルミネセント層１６４の上面視での形は完全なリング形状であり、基板１６２に設けられる第１の波長変換層１６６及び第２の波長変換層１６７の上面視での形は部分的なリング形状であるため、エレクトロルミネセント層１６４の上面の少なくとも一部が第１の波長変換層１６６又は第２の波長変換層１６７によって覆われていない。

第２の波長変換層１６７は、コロイド層１７７及び複数の第３のフォトルミネッセンス粒子１７８を含む。第３のフォトルミネッセンス粒子１７８は、コロイド層１７４の中に分布され、且つ第２のフォトルミネッセンス粒子１７６と励起されて異なる色光を生じる。例として、一部の実施形態において、第２のフォトルミネッセンス粒子１７６及び第３のフォトルミネッセンス粒子１７８は、励起された後でそれぞれ赤色光及び緑色光を生じる。

この配置により、エレクトロルミネセント層１６４の上面の少なくとも一部が第１の波長変換層１６６又は第２の波長変換層１６７によって覆われていないため、蛍光カラーホイール１６０は、青色光が照射される場合、依然としてエレクトロルミネセント層１６４により青色光と緑色光との混合光を提供することができ、エレクトロルミネセント層１６４を反射基材とする第１の波長変換層１６６及び第２の波長変換層１６７がそれぞれ赤色光と緑色光を提供する。このように、前記のエレクトロルミネセント層１６４によるビームにより大きな色域を持たせ、及びほとんどの既存の光送信器１１０からのビームを変調する機能を達成させることができる。また、本実施例は、あるタイミングでより多くの変調された光線を得るために、もちろん要求に応じて複数の波長変換層によって覆われていない領域を設けてもよい。

以上をまとめると、本開示内容の蛍光カラーホイールは、基板と、エレクトロルミネセント層と、波長変換層と、を備える。エレクトロルミネセント層は、基板に設けられ、コロイド層、複数の散乱粒子及び複数の第１のフォトルミネッセンス粒子を含む。散乱粒子及び第１のフォトルミネッセンス粒子は、蛍光カラーホイールの反射基材として、共にコロイド層内に分布されてよい。波長変換層は、エレクトロルミネセント層に設けられてよく、複数の第２のフォトルミネッセンス粒子を含み、第１のフォトルミネッセンス粒子と第２のフォトルミネッセンス粒子が励起されて生じる色光が異なる。この配置により、蛍光カラーホイールは、青色光が照射される場合、エレクトロルミネセント層により青色光と他の色光との混合光を提供することができ、このように、エレクトロルミネセント層によるビームにより大きな色域を持たせ及びエレクトロルミネセント層によるビームの色が過度に紫がかったという問題を回避することができる。一方、エレクトロルミネセント層を反射基材とする波長変換層は、青色光以外の色光を提供することができ、且つ第１のフォトルミネッセンス粒子を加えることでエレクトロルミネセント層の光学特性を調整する形態は、波長変換層にあまり影響を与えないので、第１のフォトルミネッセンス粒子のパラメータ設計の簡素化が促進される。

本開示内容の実施形態を前述の通りに本開示内容したが、これは、本開示内容を限定するものではなく、当業者であれば、本開示内容の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修飾を加えてもいので、本開示内容の保護範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。

１００光源システム
１１０光送信器
１２０第１のレンズ
１３０反射鏡
１４０光反射器
１４２反射面
１５０レンズ群
１６０蛍光カラーホイール
１６２基板
１６４エレクトロルミネセント層
１６６第１の波長変換層
１６７第２の波長変換層
１６８、１６８Ａ、１６８Ｂ、１７４、１７７コロイド層
１７０、１７０Ａ、１７０Ｂ散乱粒子
１７２、１７２Ａ、１７２Ｂ第１のフォトルミネッセンス粒子
１７６第２のフォトルミネッセンス粒子
１７８第３のフォトルミネッセンス粒子
１８０回転軸
１８２第２のレンズ
１８４光結合器
１Ｃ−１Ｃ’、１Ｄ−１Ｄ’、２Ｂ−２Ｂ’、２Ｃ−２Ｃ’、３Ｂ−３Ｂ’、３Ｃ−３Ｃ’ 、４Ｂ−４Ｂ’、４Ｃ−４Ｃ’、４Ｄ−４Ｄ’ 線分
Ｌ１、Ｌ２ビーム
Ｐ１第１のピーク
Ｐ２第２のピーク

Claims

基板と、
前記基板に設けられ、コロイド層、複数の散乱粒子及び複数の第１のフォトルミネッセンス粒子を含み、前記散乱粒子及び前記第１のフォトルミネッセンス粒子が共に前記コロイド層内に分布され、前記散乱粒子の少なくとも１つが前記基板と前記第１のフォトルミネッセンス粒子の少なくとも１つとの間に位置し、且つ前記第１のフォトルミネッセンス粒子の少なくとも他方が前記基板と前記散乱粒子の少なくとも他方との間に位置するエレクトロルミネセント層と、
を備える蛍光カラーホイール。
前記散乱粒子の各々の粒子径は前記第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の粒子径よりも小さく、且つ前記第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の粒子径は１０μｍ〜１５μｍにある請求項１の蛍光カラーホイール。
前記第１のフォトルミネッセンス粒子の前記エレクトロルミネセント層における重量パーセント濃度は３％〜３５％にある請求項１又は２に記載の蛍光カラーホイール。
波長４３０〜４６０ｎｍのビームが前記エレクトロルミネセント層に入射された後、前記エレクトロルミネセント層からのビームに対応する発光スペクトルにおいて、波長約４５０ｎｍの箇所に第１のピークがあり、波長４９０〜５４０ｎｍの箇所に第２のピークがあり、且つ前記第１のピークのピーク輝度の前記第２のピークのピーク輝度に対する比率は２〜３６にある請求項１〜３の何れか１項に記載の蛍光カラーホイール。
前記基板又は前記エレクトロルミネセント層に設けられ、複数の第２のフォトルミネッセンス粒子を含む第１の波長変換層を更に備え、前記第１の波長変換層の前記基板における垂直投影と前記エレクトロルミネセント層の前記基板における垂直投影との重なり面積は前記エレクトロルミネセント層の前記基板における垂直投影面積よりも小さい請求項１〜４の何れか１項に記載の蛍光カラーホイール。
前記エレクトロルミネセント層に設けられ、複数の第３のフォトルミネッセンス粒子を含む第２の波長変換層を更に備え、前記第１の波長変換層と前記第２の波長変換層がそれぞれ前記エレクトロルミネセント層の上面の異なる領域に位置し、且つ前記エレクトロルミネセント層の前記上面の少なくとも一部が前記第１の波長変換層又は前記第２の波長変換層によって覆われていない請求項５の蛍光カラーホイール。
基板と、
前記基板に設けられ、複数の散乱粒子及び複数の第１のフォトルミネッセンス粒子を含み、前記散乱粒子の各々の前記基板に対する高さの何れも前記第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の前記基板に対する高さと異なり、エレクトロルミネセント層の第１のブロック内の粒子濃度が前記エレクトロルミネセント層の第２のブロック内の粒子濃度よりも大きく、且つ前記第１のブロックが前記基板と前記第２のブロックの間に位置するエレクトロルミネセント層と、
を備える蛍光カラーホイール。
前記散乱粒子の各々の前記基板に対する高さの何れも前記第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の前記基板に対する高さよりも小さく、且つ前記散乱粒子が前記第１のブロック内に位置し、前記第１のフォトルミネッセンス粒子が前記第２のブロック内に位置する請求項７の蛍光カラーホイール。
前記散乱粒子の各々の前記基板に対する高さの何れも前記第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の前記基板に対する高さよりも大きく、且つ前記第１のフォトルミネッセンス粒子が前記第１のブロック内に位置し、前記散乱粒子が前記第２のブロック内に位置する請求項７又は８の蛍光カラーホイール。
前記基板又は前記エレクトロルミネセント層に設けられ、複数の第２のフォトルミネッセンス粒子を含む第１の波長変換層を更に備え、前記第１の波長変換層の前記基板における垂直投影と前記エレクトロルミネセント層の前記基板における垂直投影との重なり面積は前記エレクトロルミネセント層の前記基板における垂直投影面積よりも小さい請求項７〜９の何れか１項に記載の蛍光カラーホイール。
請求項１〜１０の何れか１項に記載の蛍光カラーホイールと、
光送信器と、
前記光送信器と前記蛍光カラーホイールとの間に光結合され、前記蛍光カラーホイールに向かう反射面を有する光反射器と、
を含む光源システム。
基板と、
前記基板に設けられ、コロイド層、複数の散乱粒子及び複数の第１のフォトルミネッセンス粒子を含み、前記散乱粒子及び前記第１のフォトルミネッセンス粒子が共に前記コロイド層内に分布され、エレクトロルミネセント層が励起光を受けて変調光を発生するように配置され、前記変調光の発光スペクトルが第１のピーク輝度及び第２のピーク輝度を有し、前記第１のピーク輝度が前記第２のピーク輝度よりも大きく、且つ前記第１のピーク輝度の前記第２のピーク輝度に対する比率は２〜３６にあるエレクトロルミネセント層と、
を備える蛍光カラーホイール。
前記第１のフォトルミネッセンス粒子が前記励起光を受けて発生した光線のピーク輝度の対応する波長は、前記励起光のピーク輝度の対応する波長以上である請求項１２の蛍光カラーホイール。
前記第１のフォトルミネッセンス粒子の各々の粒子径は１０μｍ〜１５μｍにあり、且つ前記第１のフォトルミネッセンス粒子の前記エレクトロルミネセント層における重量パーセント濃度は３％〜３５％にある請求項１２又は１３の蛍光カラーホイール。
前記基板又は前記エレクトロルミネセント層に設けられ、複数の第２のフォトルミネッセンス粒子を含む第１の波長変換層を更に備え、前記第１の波長変換層の前記基板における垂直投影と前記エレクトロルミネセント層の前記基板における垂直投影との重なり面積は前記エレクトロルミネセント層の前記基板における垂直投影面積よりも小さい請求項１２〜１４の何れか１項に記載の蛍光カラーホイール。
前記第２のフォトルミネッセンス粒子が前記励起光を受けて発生した光線のピーク輝度の対応する波長は、前記第１のフォトルミネッセンス粒子が前記励起光を受けて発生した光線のピーク輝度の対応する波長以上である請求項１５の蛍光カラーホイール。