JP5648676B2 - 光源装置 - Google Patents
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然るに、上記のプロジェクター装置においては、それぞれ赤色、緑色および青色の光を発する3種類の固体発光素子を用いることが必要となるため、低コスト化を図ることが困難となり、しかも、安価で発光量の高い緑色光を放射する固体発光素子がないため、プロジェクター装置として十分な発光量が得られない、という問題がある。
このような光源装置によれば、波長変換層を構成する蛍光体の種類を選択することにより、励起光源からの励起光を、赤色、緑色、青色の可視光に変換することができるので、3種類の固体発光素子を用いることが不要であり、また、発光量の高い緑色光を得ることができる。
波長変換部材における波長変換層は、(1)バインダーおよび蛍光体を含有してなる混合液をガラス板の表面に塗布して乾燥した後、例えば650〜700℃の温度で焼結する方法、(2)金属アルコキシドおよび蛍光体を含有するゾルをガラス板の表面に塗布した後、加水分解・重縮合反応を行うことによりゲル膜を形成し、このゲル膜を焼成するゾルゲル法、(3)蛍光体をガラス板の表面に蒸着する蒸着法、(4)シリコーン樹脂等の透明樹脂中に蛍光体が含有されてなる波長変換層用の成形体を作製し、この成形体をガラス板に接着する方法、などによって形成される。
一方、上記(4)の方法によって波長変換層を形成する場合には、厚みの大きい波長変換層を得ることは可能であるが、波長変換層を形成する透明樹脂は、励起光を受けることによってまたは励起光による熱によって、分解若しくは劣化が生じやすいものであるため、より高い発光量が必要とされるプロジェクター装置の光源装置に用いられる波長変換層としては不適である。
この励起光源からの励起光を受けて当該励起光より長い波長の長波長光を放射する波長変換層が透光板上に形成されてなり、その一面に前記励起光源からの励起光が入射される波長変換部材と、
この波長変換部材における前記励起光が入射される一面側に設けられた、当該励起光を透過する励起光透過窓を有する、当該励起光を反射しかつ前記長波長光を透過する板状若しくは膜状のフィルター部材と、
前記波長変換部材の他面側に設けられた前記励起光および前記長波長光の両方を反射する板状若しくは膜状の光反射部材と
を備えてなることを特徴とする。
また、前記波長変換層は、ゾルゲル法または蒸着法によって形成されてなるものであることが好ましい。
〔第1の実施の形態〕
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光源装置の構成を示す説明図である。この光源装置は、励起光L1を放射する励起光源10を有し、この励起光源10の前方には、その一面(図において左面)に励起光源10からの励起光L1が入射される板状の波長変換部材20が設けられている。この例においては、励起光源10は、当該励起光源10から波長変換部材20に入射される励起光L1の光軸の方向が当該波長変換部材20の一面に対して垂直となるよう配置されている。
また、図示の例では、励起光源10と光反射部材30との間には、励起光源10から放射された励起光L1を集束するコリメータレンズ15が設けられている。
波長変換層21を構成する蛍光体としては、励起光源10から放射される励起光L1の波長および当該波長変換層21から放射される光の波長に応じて適宜選択することができるが、例えば青色発光ダイオードよりなる励起光源10からの励起光L1を受けて緑色光を放射する波長変換層21を形成する場合には、化学的・熱的安定性が高く、湿度環境や温環境が変化しても、蛍光特性の変化が小さく、劣化しにくい点で、βサイアロン緑色蛍光体などを用いることが好ましい。
また、透光板22の厚みは、サイズにもよるが、例えば0.6〜1.5mmである。基本的には、励起光L1および長波長光L2の相互反射による光の広がりを抑えるためには、透光板22の厚みは、薄い方が好ましい。
このような光反射部材30は、例えば蒸着法によって形成することができる。
また、光反射部材30は、波長変換部材20に一体的に設けられていても、波長変換部材20とは別体に設けられていてもよい。
このフィルター部材40としては、TiO2 およびSiO2 により構成された誘電体多層膜よりなるものを用いることができる。
このようなフィルター部材40は、例えば蒸着法によって形成することができる。 また、フィルター部材40は、波長変換部材20に一体的に設けられていても、波長変換部材20とは別体に設けられていてもよい。
一方、波長変換層21を透過した励起光L1は、図3(b)に示すように、フィルター部材40によって反射された後、波長変換層21に入射され、これにより、当該波長変換層21から長波長光が放射され、更に、波長変換層21を透過した励起光L1は、光反射部材30によって反射された後、波長変換層21に入射され、これにより、当該波長変換層21から長波長光が放射される。
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る光源装置の構成を示す説明図である。この光源装置は、励起光L1を放射する励起光源10を有し、この励起光源10の前方には、その一面(図において左面)に励起光源10からの励起光L1が入射される板状の波長変換部材20が設けられている。励起光源10は、当該励起光源10から波長変換部材20に入射される励起光L1の光軸の方向が当該波長変換部材20の一面に対して垂直となるよう配置されている。
また、図示の例では、励起光源10とフィルター部材40との間には、励起光源10から放射された励起光L1を集束するコリメータレンズ15が設けられ、更に、このコリメータレンズ15とフィルター部材40との間には、励起光源10からの励起光L1を透過しかつ波長変換層21から放射される長波長光L2を反射する板状の波長選択性ミラー45が、波長変換部材20に対して例えば45度に傾斜した状態で配置されている。
フィルター部材40の励起光透過窓41は、励起光L1を透過するものであれば特に限定されないが、波長変換層21から放射される長波長光L2を透過するものを用いることが好ましく、具体的には、例えば開口によって、または、励起光L1および長波長光L2の両方を透過する材料によって形成することができる。
波長選択性ミラー45は、TiO2 およびSiO2 により構成された誘電体多層膜よりなるものを用いることができる。
そして、励起光L1が波長変換部材20における波長変換層21に入射されることにより、当該波長変換層21から励起光L1より波長が長い長波長光L2が放射される。この長波長光L2のうち、フィルター部材40に向かって進む光は、当該フィルター部材40を透過し、更に、波長選択性ミラー45によって反射されることによって外部に放射され、光反射部材30に向かって進む光は、当該光反射部材30によって反射された後、波長変換部材20およびフィルター部材40を透過し、更に、波長選択性ミラー45によって反射されることによって外部に放射される。
一方、波長変換層21を透過した励起光L1は、図5(b)に示すように、光反射部材30によって反射された後、波長変換層21に入射され、これにより、当該波長変換層21から長波長光が放射され、更に、波長変換層21を透過した励起光L1は、フィルター部材40によって反射された後、波長変換層21に入射され、これにより、当該波長変換層21から長波長光が放射される。
図6は、本発明の第3の実施の形態に係る光源装置の構成を示す説明図である。この光源装置においては、励起光源10からの励起光L1の光軸が波長変換部材20の一面の法線方向に対して傾斜した方向から当該波長変換部材20の一面に入射されるよう、励起光源10が配置されており、それ以外については、第3の実施の形態に係る光源装置は第1の実施の形態に係る光源装置と同様の構成である。
このような構成の光源装置においては、波長変換部材20の一面に入射される励起光L1の光軸と、波長変換部材20の一面の法線とのなす角は、3〜10°であることが好ましい。
すなわち、光反射部材30の励起光透過窓31を通過した励起光L1が、その光軸が波長変換部材20の一面の法線方向に対して傾斜した方向から当該波長変換部材20の一面に入射されることにより、波長変換層21を透過した励起光L1は、フィルター部材40によって反射されたときにはその反射角が0°より大きいものとなるため、フィルター部材40によって反射された励起光L1が再度波長変換層21を透過したときに、光反射部材30の励起光透過窓31から漏れることが防止または抑制されるので、一層高い発光効率が得られる。
以上、本発明の第1の実施の形態乃至第3の実施の形態に係る光学装置について説明したが、本発明においては、これらの実施の形態に限定されず、以下のような種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第1の実施の形態および第2の実施の形態において、波長変換部材20は、図7および図8に示すように、波長変換部材20は、波長変換層21が励起光源10側を向くよう配置され、これにより、当該波長変換層21の表面が励起光源からの励起光L1が入射される一面とされていてもよい。
このような構成によれば、第3の実施の形態に係る光源装置と同様の効果、すなわち、波長変換層21を透過した励起光L1は、光反射部材30によって反射されたときにはその反射角が0°より大きいものとなるため、光反射部材30によって反射された励起光L1が再度波長変換層21を透過したときに、フィルター部材40の励起光透過窓41から漏れることが防止または抑制されるので、一層高い発光効率が得られる。
図10に示す構成に従い、下記の条件により光源装置を作製した。
励起光源(10):
励起光源(10)として、1W級青色レーザーダイオード(ピーク波長が445nmのもの)を合計で12個配置した。
波長変換部材(20):
蛍光体としてメディアン径D50が18μmのβサイアロン粒子が分散されてなるゾルを用い、ゾルゲル法によって、厚みが0.8mmの石英ガラスよりなる透光板(22)上に厚みが55μmの波長変換層(21)を形成した後、当該波長変換層(21)の表面に対して鏡面研磨を行うことにより、波長変換部材(20)を作製した。
光反射部材(30):
波長変換部材(20)における波長変換層(21)が形成されていない一面に、銀を蒸着することにより、直径が1mmの円形の開口よりなる励起光透過窓(31)を有する厚みが1μmの光反射部材(30)を形成した。
フィルター部材(40):
波長変換部材(20)における波長変換層(21)の表面に、蒸着法によって、TiO2 およびSiO2 により構成された数十層の誘電体多層膜よりなる厚みが2μmのフィルター部材(40)を形成した。このフィルター部材(40)は、当該フィルター部材(40)によって反射される光の波長領域が420〜480nmのものである。
波長変換層(21)の厚みを95μmとしたこと以外は実施例1に係る光源装置と同様の構成の光源装置を作製した。
フィルター部材(40)を形成しなかったこと以外は実施例1に係る光源装置と同様の構成の光源装置を作製した。
フィルター部材(40)を形成しなかったこと以外は実施例2に係る光源装置と同様の構成の光源装置を作製した。
実施例1〜2および比較例1〜2に係る光源装置の各々について、図10に示すように、光源装置の正面に照度計(P)を配置して、当該光源装置から出射される光の照度を測定した。ここで、波長変換部材(20)から照度計までの距離は30cmである。以上の結果を、比較例1に係る光源装置による照度を100としたときの相対照度として下記表1に示す。
15 コリメータレンズ
16 光反射板
17 集束レンズ
20 波長変換部材
21 波長変換層
22 透光板
30 光反射部材
30a,30b 誘電体多層膜
31 励起光透過窓
40 フィルター部材
41 励起光透過窓
45 波長選択性ミラー
K 開口
L1 励起光
L2 長波長光
P 照度計
Claims (3)
- 励起光を放射する励起光源と、
この励起光源からの励起光を受けて当該励起光より長い波長の長波長光を放射する波長変換層が透光板上に形成されてなり、その一面に前記励起光源からの励起光が入射される波長変換部材と、
この波長変換部材における前記励起光が入射される一面側に設けられた、当該励起光を透過する励起光透過窓を有する、当該励起光を反射しかつ前記長波長光を透過する板状若しくは膜状のフィルター部材と、
前記波長変換部材の他面側に設けられた前記励起光および前記長波長光の両方を反射する板状若しくは膜状の光反射部材と
を備えてなることを特徴とする光源装置。 - 前記波長変換層は、前記励起光を受けて放射される長波長光が緑色光のものであることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記波長変換層は、ゾルゲル法または蒸着法によって形成されてなるものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光源装置。
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