JP5962519B2

JP5962519B2 - プロジェクタ用カラーホイール及びプロジェクタ用発光デバイス

Info

Publication number: JP5962519B2
Application number: JP2013003206A
Authority: JP
Inventors: 忠仁古山; 民雄安東; 俊輔藤田
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: JP2014134700A

Description

本発明は、プロジェクタ用カラーホイール及びそれを備えるプロジェクタ用発光デバイスに関する。

近年、プロジェクタを小型化するため、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）と蛍光体とを用いた発光デバイスを用いることが提案されている。例えば、特許文献１には、紫外光を発光する固体光源と、固体光源からの紫外光を可視光に変換するカラーホイールとを備えるプロジェクタが記載されている。特許文献１に記載のプロジェクタでは、カラーホイールは、透明基板と、リング状に設けられた波長変換層とを有する。波長変換層は、透明基板の上に設けられている。波長変換層には、赤色領域、青色領域及び緑色領域が設けられている。赤色領域は、固体光源からの紫外光を吸収し、赤色光を出射する領域である。青色領域は、固体光源からの紫外光を吸収し、青色光を出射する領域である。緑色領域は、固体光源からの紫外光を吸収し、緑色光を出射する領域である。これら赤色領域、青色領域及び緑色領域が、周方向に沿って順番に設けられている。

特許文献１に記載のプロジェクタでは、カラーホイールが回転することにより、固体光源からの紫外光が入射する領域が順に変化する。これにより、赤色光、青色光、緑色光が順番に出射される。

特開２００４−３４１１０５号公報

プロジェクタの輝度を高めるために、カラーホイールから出射される光の強度を高めたいという要望がある。

本発明は、プロジェクタの輝度を高めることを主な目的とする。

本発明に係るプロジェクタ用カラーホイールは、ホイール本体と、波長変換層とを備える。ホイール本体は、第１及び第２の主面を有する。波長変換層は、第１の主面の上またはホイール本体の内部にリング状に配されている。波長変換層は、蛍光体を含む。平面視において、ホイール本体の波長変換層が設けられた領域に、第１の主面側から第２の主面側に向かって延びる導波路が設けられている。

導波路が径方向及び周方向の少なくとも一方に沿って複数設けられていることが好ましい。

導波路が第１の主面から第２の主面にわたって設けられている。

導波路は光ファイバにより構成されていてもよい。

波長変換層は、周方向に沿って配列されており、蛍光体の種類が互いに異なる複数の波長変換部を有していてもよい。

本発明に係るプロジェクタ用発光デバイスは、上記プロジェクタ用カラーホイールと、光源とを備える。光源は、波長変換層に蛍光体の励起波長の光を照射する。

光源は、ホイール本体の第２の主面側から波長変換層に光を照射するものであってもよい。

光源は、ホイール本体の第１の主面側から波長変換層に光を照射するものであってもよい。

本発明によれば、プロジェクタの輝度を高めることができる。

本発明の一実施形態におけるプロジェクタ用カラーホイールの略図的斜視図である。図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。本発明の一実施形態におけるプロジェクタ用発光デバイスの模式的断面図である。第１の変形例におけるプロジェクタ用発光デバイスの模式的断面図である。第２の変形例におけるプロジェクタ用発光デバイスの模式的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１は、本実施形態におけるプロジェクタ用カラーホイール１の略図的斜視図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。図１及び図２に示されるように、プロジェクタ用カラーホイール１は、中心軸Ｃを有する円板状に設けられている。プロジェクタ用カラーホイール１の第２の主面２０ｂが光入射面を構成しており、第１の主面２０ａが光出射面を構成している。

プロジェクタ用カラーホイール１は、波長変換層１０と、ホイール本体２０とを備える。

ホイール本体２０は、波長変換層１０に含まれる蛍光体の励起光及び蛍光のうちの少なくとも一方を透過させることが好ましい。ホイール本体２０は、蛍光体の励起光及び蛍光の両方を透過させるものであってもよい。ホイール本体２０は、例えば、ガラスにより構成することができる。

ホイール本体２０は、円板状に設けられている。ホイール本体２０は、第１の主面２０ａと、第２の主面２０ｂとを有する。第１の主面２０ａの上には、波長変換層１０が中心軸Ｃを中心とするリング状に設けられている。波長変換層１０は、励起光が入射した際に、蛍光を出射する部材である。

波長変換層１０は、ガラスマトリクスと、ガラスマトリクス中に分散した無機蛍光体とを含む。具体的には、波長変換層１０は、ガラス粉末と無機蛍光体の粉末とを含む混合粉末の焼結体からなる。波長変換層１０を構成しているガラスマトリクスと無機蛍光体との両方が無機材料である。従って、波長変換層１０は、優れた耐熱性を有する。

無機蛍光体は、励起光が入射した際に、蛍光を出射する。無機蛍光体は、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ガーネット系化合物蛍光体から選ばれた１種以上からなるものとすることができる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の発光を発する無機蛍光体の具体例としては、例えば、Ｓｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると緑色の蛍光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、例えば、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色の蛍光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、例えば、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると黄色の蛍光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無蛍光体の具体例としては、例えば、ＺｎＳ：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色の蛍光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、例えば、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^２＋などが挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると赤色の蛍光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、例えば、Ｇｄ_３Ｇａ_４Ｏ_１２：Ｃｒ^３＋、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｍｎ^２＋などが挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色の蛍光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、例えば、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４：Ｍｎ^４＋、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋などが挙げられる。

無機蛍光体の平均粒子径（Ｄ_５０）は、特に限定されない。無機蛍光体の平均粒子径（Ｄ_５０）は、例えば、１μｍ〜５０μｍ程度であることが好ましく、５μｍ〜２５μｍ程度であることがより好ましい。無機蛍光体の平均粒子径（Ｄ_５０）が大きすぎると、発光色が不均一になる場合がある。一方、無機蛍光体の平均粒子径（Ｄ_５０）が小さすぎると、発光強度が低下する場合がある。

波長変換層１０における無機蛍光体の含有量は、特に限定されない。波長変換層１０における無機蛍光体の含有量は、得ようとする蛍光の強度等に応じて適宜設定することができる。波長変換層１０における無機蛍光体の含有量は、例えば、５体積％〜８０体積％であることが好ましく、１０体積％〜７５％であることがより好ましく、２０体積％〜７０体積％であることがさらに好ましい。波長変換層１０における無機蛍光体の含有量が少なすぎると、得られる蛍光の光強度が低くなってしまう場合がある。波長変換層１０における無機蛍光体の含有量が多すぎると、波長変換層１０の機械的強度が低くなる場合がある。また、波長変換層１０において励起光や蛍光が散乱しやすくなりすぎるため、蛍光の出射効率が低くなる場合がある。

波長変換層１０のガラスマトリクスは、無機蛍光体の分散媒として好適なものである限りにおいて特に限定されない。波長変換層１０のガラスマトリクスは、例えば、硼珪酸塩系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスなどのリン酸塩系ガラスなどにより構成されていてもよい。

波長変換層１０のガラスマトリクスの軟化点は、２５０℃〜１０００℃であることが好ましく、３００℃〜８５０℃であることがより好ましい。

波長変換層１０のガラスマトリクスの屈折率（ｎｄ）は、１．４５〜２．００であることが好ましく、１．５〜１．８５であることがより好ましい。

波長変換層１０の厚みは、励起光が確実に無機蛍光体に吸収されるような厚みである範囲において、薄い方が好ましい。波長変換層１０が厚すぎると、波長変換層１０における光の散乱や吸収が大きくなりすぎ、蛍光の出射効率が低くなってしまう場合があるためである。具体的には、波長変換層１０の厚みは、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。波長変換層１０の厚みの下限値は、通常、０．０３ｍｍ程度である。

図１に示されるように、波長変換層１０は、複数の波長変換部１０Ｒ１，１０Ｒ２、１０Ｇ１，１０Ｇ２、１０Ｂ１，１０Ｂ２を有する。波長変換部１０Ｒ１，１０Ｒ２と、波長変換部１０Ｇ１，１０Ｇ２と、波長変換部１０Ｂ１，１０Ｂ２とでは、蛍光体の種類が互いに異なる。具体的には、波長変換部１０Ｒ１，１０Ｒ２に含まれる蛍光体と、波長変換部１０Ｇ１，１０Ｇ２に含まれる蛍光体と、波長変換部１０Ｂ１，１０Ｂ２に含まれる蛍光体とでは、励起光の波長は共通しているものの、蛍光の波長が互いに異なる。より具体的には、波長変換部１０Ｒ１，１０Ｒ２に含まれる蛍光体は、赤色の蛍光を出射する。波長変換部１０Ｇ１，１０Ｇ２に含まれる蛍光体は、緑色の蛍光を出射する。波長変換部１０Ｂ１，１０Ｂ２に含まれる蛍光体は、青色の蛍光を出射する。これら赤色の蛍光を出射する波長変換部、緑色の蛍光を出射する波長変換部及び青色の蛍光を出射する波長変換部が、この順番で周方向に沿って配列されている。具体的には、波長変換部１０Ｒ１、波長変換部１０Ｇ１、波長変換部１０Ｂ１、波長変換部１０Ｒ２、波長変換部１０Ｇ２及び波長変換部１０Ｂ２がこの順番で配列されている。

もっとも、本発明において波長変換部の種類、波長変換部の種類の数、波長変換部の配列順番等は特に限定されない。

図２に示されるように、平面視において（ｚ方向から視た際に）、ホイール本体２０の波長変換層１０が設けられた領域に第１の主面２０ａ側から第２の主面２０ｂ側に向かって延びる導波路２０ｃが設けられている。具体的には、複数の導波路２０ｃが、第１の主面２０ａから第２の主面２０ｂにわたって、径方向及び周方向の少なくとも一方に沿って設けられている。この導波路２０ｃは、例えば、光ファイバによって構成されていてもよい。すなわち、平面視においてホイール本体２０の波長変換層１０が設けられた領域に位置する部分は、例えば、複数の光ファイバの束によって構成されていてもよい。また、ガラス板からなるホイール本体２０にレーザー光を照射させるなどして、ホイール本体２０の一部を変質させて導波路２０ｃを形成してもよい。

図３は、本実施形態におけるプロジェクタ用発光デバイス２ａの模式図である。図３に示されるように、プロジェクタ用発光デバイス２ａは、上述のプロジェクタ用カラーホイール１を備えている。プロジェクタ用カラーホイール１は、ホイールモータ４０に取り付けられている。ホイールモータ４０は、プロジェクタ用カラーホイール１を中心軸Ｃを中心として回転させる。プロジェクタ用発光デバイス２ａでは、ホイールモータ４０によってプロジェクタ用カラーホイール１が回転している状態において、光源３０から、波長変換層１０が位置している部分に対して励起光が照射される。具体的には、本実施形態では、光源３０は、ホイール本体２０の第２の主面２０ｂ側から波長変換層１０に励起光を照射する。このため、励起光は、ホイール本体２０を透過して波長変換層１０に至る。

励起光は、波長変換部１０Ｒ１、波長変換部１０Ｇ１、波長変換部１０Ｂ１、波長変換部１０Ｒ２、波長変換部１０Ｇ２及び波長変換部１０Ｂ２に、この順番で入射する。従って、プロジェクタ用発光デバイス２ａからは赤色光、緑色光、青色光が順番に出射される。

なお、光源３０は、例えばレーザー光源等により構成することができる。

以上説明したように、本実施形態では、平面視において（ｚ方向から視た際に）、ホイール本体２０の波長変換層１０が設けられた領域に第１の主面２０ａ側から第２の主面２０ｂ側に向かって延びる導波路２０ｃが設けられている。このため、光源３０から出射された励起光がホイール本体２０中を側方に伝搬し、漏洩することを抑制することができる。よって、波長変換層１０への励起光の入射効率を向上することができる。従って、プロジェクタ用カラーホイール１を備えるプロジェクタ用発光デバイス２ａを用いることによって、プロジェクタ用カラーホイール１から出射される蛍光の強度を高めることができる。その結果、プロジェクタの高輝度化を図ることができる。

プロジェクタ用カラーホイール１から出射される蛍光の強度をさらに高める観点からは、導波路２０ｃが、第１の主面２０ａから第２の主面２０ｂにわたって設けられていることが好ましい。径方向及び周方向の少なくとも一方に沿って導波路２０ｃが複数設けられていることが好ましい。

上記実施形態では、光源３０からの励起光が、ホイール本体２０側から入射する例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図４に示す発光デバイス２ｂのように、プロジェクタ用カラーホイール１は、ホイール本体２０の第１の主面２０ａ側から波長変換層１０に光源３０からの励起光が照射されるように設けられていてもよい。その場合は、蛍光がホイール本体２０を透過することになるが、導波路２０ｃにより、波長変換層１０から出射した蛍光がホイール本体２０中を側方に伝搬し、漏洩することを抑制することができる。よって、蛍光の取り出し効率を向上することができる。従って、プロジェクタ用カラーホイール１を備えるプロジェクタ用発光デバイス２ｂを用いることによって、プロジェクタ用カラーホイール１から出射される蛍光の強度を高めることができる。

また、発光デバイス２ｂでは、導波路２０ｃにより出射される蛍光の直進性も高められる。従って、発光デバイス２ｂは、直進性に優れた蛍光を出射させることができる。

さらに、図５に示す発光デバイス２ｃのように、波長変換層１０がホイール本体２０の第１の主面２０ａと第２の主面２０ｂとの間に設けられてもよい。すなわち、波長変換層１０が導波路２０ｃの途中に設けられていてもよい。その場合は、励起光と、波長変換層１０から出射した蛍光のいずれもがホイール本体２０を透過することになるが、導波路２０ｃにより、励起光と蛍光がホイール本体２０中を側方に伝搬し、漏洩することを抑制することができる。よって、波長変換層１０への励起光の入射効率を向上させることができると同時に、プロジェクタ用カラーホイール１から出射される蛍光の強度を高めることができる。また、導波路２０ｃにより出射される蛍光の直進性も高められる。

１…プロジェクタ用カラーホイール
２ａ、２ｂ、２ｃ…プロジェクタ用発光デバイス
１０…波長変換層
１０Ｂ１，１０Ｂ２…波長変換部
１０Ｇ１，１０Ｇ２…波長変換部
１０Ｒ１，１０Ｒ２…波長変換部
２０…ホイール本体
２０ａ…第１の主面
２０ｂ…第２の主面
２０ｃ…導波路
３０…光源
４０…ホイールモータ

Claims

第１及び第２の主面を有するホイール本体と、
前記第１の主面の上または前記ホイール本体の内部にリング状に配されており、蛍光体を含む波長変換層と、
を備え、
平面視において、前記ホイール本体の前記波長変換層が設けられた領域に、前記第１の主面側から前記第２の主面側に向かって延びる導波路が設けられている、プロジェクタ用カラーホイール。
前記導波路が径方向及び周方向の少なくとも一方に沿って複数設けられている、請求項１に記載のプロジェクタ用カラーホイール。
前記導波路が前記第１の主面から前記第２の主面にわたって設けられている、請求項１または２に記載のプロジェクタ用カラーホイール。
前記導波路は光ファイバにより構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロジェクタ用カラーホイール。
前記波長変換層は、周方向に沿って配列されており、蛍光体の種類が互いに異なる複数の波長変換部を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロジェクタ用カラーホイール。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクタ用カラーホイールと、
前記波長変換層に前記蛍光体の励起波長の光を照射する光源と、
を備える、プロジェクタ用発光デバイス。
前記光源は、前記ホイール本体の第２の主面側から前記波長変換層に光を照射する、請求項６に記載のプロジェクタ用発光デバイス。
前記光源は、前記ホイール本体の第１の主面側から前記波長変換層に光を照射する、請求項６に記載のプロジェクタ用発光デバイス。