JP6476545B2 - プロジェクター用蛍光ホイール及びプロジェクター用発光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクター用蛍光ホイール及びプロジェクター用発光デバイスに関するものである。

近年、プロジェクターを小型化するため、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と蛍光体とを用いた発光デバイスが提案されている。例えば、特許文献１には、紫外光を発光する光源と、光源からの紫外光を可視光に変換する蛍光体層とを備える発光デバイスを用いたプロジェクターが開示されている。特許文献１においては、リング状の回転可能な透明基板の上に、リング状の蛍光体層を設けることにより作製した蛍光ホイールが用いられている。

特開２００４−３４１１０５号公報

ところで、光源として高出力の光源を用いる場合、励起光の照射により蛍光体が発熱し、蛍光体層が加熱される。蛍光体層が加熱され、蛍光体層の温度が上昇すると、蛍光強度が低下したり、蛍光体層が基板から剥離するという問題を生じる。

本発明の目的は、蛍光体層の温度上昇を抑制することができるプロジェクター用蛍光ホイール及びそれを用いたプロジェクター用発光デバイスを提供することにある。

本発明のプロジェクター用蛍光ホイールは、第１の主面及び第１の主面と反対側に位置する第２の主面を有する蛍光体層と、蛍光体層の第１の主面上に設けられるリング状の透明基板と、蛍光体層の第２の主面上に設けられる反射膜とを備え、前記透明基板及び前記反射膜の少なくともいずれか一方の熱伝導率が、前記蛍光体層の熱伝導率よりも高いことを特徴としている。

透明基板は、蛍光体層よりも熱伝導率の高いセラミック基板とすることができる。

反射膜は、金属反射膜または誘電体多層膜とすることができる。

金属反射膜は、例えば、銀、アルミニウム、及び白金からなるグループより選ばれる少なくとも１種から形成することができる。

蛍光体層の第２の主面と反射膜との間に、透明材料層が設けられていることが好ましい。

透明材料層は、ガラス層であることが好ましい。

蛍光体層は、リング状であることが好ましい。

本発明のプロジェクター用発光デバイスは、上記本発明のプロジェクター用蛍光ホイールと、蛍光ホイールの蛍光体層に励起光を照射する光源とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、プロジェクター用蛍光ホイールにおける蛍光体層の温度上昇を抑制することができる。

本発明の一実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを示す斜視図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを示す断面図である。 本発明の一実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールにおける蛍光体層の近傍を拡大して示す部分断面図である。 本発明の一実施形態のプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、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場合がある。

図１は、本発明の一実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを示す斜視図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１及び図２に示すように、蛍光ホイール１０は、リング状の形状を有している。蛍光ホイール１０は、第１の主面１１ａ及び第１の主面１１ａと反対側に位置する第２の主面１１ｂを有するリング状の蛍光体層１１と、蛍光体層１１の第１の主面１１ａ上に設けられるリング状の透明基板１２と、蛍光体層１１の第２の主面１１ｂ上に設けられる反射膜１３とを備えている。本実施形態では、蛍光体層１１の第２の主面１１ｂと反射膜１３との間に、透明材料層１４が設けられている。ここで、透明基板１２及び反射膜１３の少なくともいずれか一方の熱伝導率が、蛍光体層１１の熱伝導率よりも高い。これにより、蛍光体層１１から伝達された熱を、透明基板１２及び／または反射膜１３に伝達することができ、効率良く外部に熱を放出することができる。

図３は、本発明の他の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを示す断面図である。図３に示すように、透明基板１２全体を覆うように蛍光体層１１が形成されていてもよい。

図４は、本発明の一実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールにおける蛍光体層の近傍を拡大して示す部分断面図である。本実施形態において、蛍光体層１１は、ガラスマトリクス１６と、その中に分散した蛍光体１５とから構成されている。本実施形態では、蛍光体１５として、無機蛍光体の粒子が用いられている。

ガラスマトリクス１６は、無機蛍光体等の蛍光体１５の分散媒として用いることができるものであれば特に限定されない。例えば、ホウ珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラスなどを用いることができる。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。

蛍光体１５は、励起光の入射により蛍光を出射するものであれば、特に限定されるものではない。蛍光体の具体例としては、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種以上等が挙げられる。励起光として青色光を用いる場合、例えば、緑色光または黄色光を蛍光として出射する蛍光体を用いることができる。

蛍光体１５の平均粒子径は、１μｍ〜５０μｍであることが好ましく、５μｍ〜２５μｍであることがより好ましい。蛍光体１５の平均粒子径が小さすぎると、発光強度が低下する場合がある。一方、蛍光体１５の平均粒子径が大きすぎると、発光色が不均一になる場合がある。

蛍光体層１１中での蛍光体の含有量は、５〜８０体積％の範囲内であることが好ましく、１０〜７５体積％の範囲内であることがより好ましく、２０〜７０体積％の範囲内であることがさらに好ましい。

蛍光体層１１の厚みは、励起光が確実に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。蛍光体層１１が厚すぎると、蛍光体層１１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、蛍光体層１１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。蛍光体層１１の厚みの下限値は、通常、０．０３ｍｍ程度である。

透明基板１２は、光源から照射される励起光を透過させるものであれば特に限定されるものではない。したがって、透明基板１２における「透明」は、励起光及び蛍光に対して透明であるという意味である。透明基板１２としては、例えば、ガラス基板、結晶化ガラス基板、セラミックス基板などの無機基板や、樹脂基板等を用いることができる。透明基板１２として無機基板を用いた場合、透明基板１２の表面に蛍光体を含有する無機バインダーを塗布し、熱処理することにより、透明基板１２上に蛍光体層を直接形成（無機接合）することが可能となる。このようにして作製された蛍光ホイール１０は、無機物質のみから構成されるため、耐熱性に優れる。なお、透明基板１２として、蛍光体層１１よりも熱伝導率の高いセラミック基板を用いることにより、蛍光体層１１において発生した熱を効率良く外部に放出することができる。このようなセラミック基板として高熱伝導性セラミックを用いることができる。高熱伝導性セラミックとしては、酸化アルミニウム系セラミック、窒化アルミニウム系セラミック、炭化ケイ素系セラミック、窒化ホウ素系セラミック、酸化マグネシウム系セラミック、酸化チタン系セラミック、酸化ニオビウム系セラミック、酸化亜鉛系セラミック、酸化イットリウム系セラミックなどが挙げられる。

本実施形態において、透明基板１２の厚みは、２．０ｍｍ以下であることが好ましい。透明基板１２の厚みは、１．０ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．６ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．４ｍｍ以下であることがさらに好ましい。透明基板１２の厚みを薄くすることにより、蛍光体層１１から出射した光が外部に漏れ出る割合を減少させることができ、発光強度を高めることができる。なお、透明基板１２の厚みが薄すぎる場合、蛍光ホイール１０の機械的強度が低下して、実用上取り扱いが難しくなるため、透明基板１２の厚みは、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがさらに好ましい。

蛍光体層１１の第２の主面１１ｂの上には、透明材料層１４を介して、反射膜１３が設けられている。反射膜１３を設けることにより、透明基板１２及び蛍光体層１１を透過してきた励起光、及び蛍光体層１１からの蛍光を、蛍光体層１１側に反射させることができる。反射膜１３としては、金属反射膜が挙げられる。反射膜１３として金属反射膜を設けることにより、蛍光体層１１から伝達された熱を、金属反射膜に伝達することができ、さらに効率良く外部に熱を放出することができる。したがって、透明基板１２として、上述したような高熱伝導性セラミック基板などの、蛍光体層１１よりも熱伝導率の高い基板を必ずしも用いる必要はない。

金属反射膜として、銀、アルミニウム、または白金の薄膜が挙げられる。金属薄膜の形成方法としては、メッキ法、あるいは、物理気相堆積法である真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが挙げられる。また、透明材料層１４の上に銀粘土ペーストを塗布し、加熱することで銀の薄膜を形成することができる。透明材料層１４を設けない場合には、蛍光体層１１の第２の主面１１ｂの上に銀粘土ペーストを塗布し、加熱することで銀の薄膜を形成することができる。

なお、反射膜１３として誘電体多層膜を設けることもできる。誘電体多層膜の形成方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが挙げられる。誘電体多層膜は、一般的に熱伝導率が低いものが多いため、透明基板１２としては、上述したような高熱伝導性セラミック基板などの、蛍光体層１１よりも熱伝導率の高い基板が用いられる。

反射膜１３の厚みは、０．０１μｍ〜１００μｍであることが好ましく、０．０３μｍ〜１０μｍであることがより好ましい。反射膜１３の厚みが小さすぎると、十分な反射特性が得られない場合がある。一方、反射膜１３の厚みが大きすぎると、反射膜１３と透明材料層１４（または蛍光体層１１）の熱膨張係数差によって、反射膜１３が破損したり、蛍光ホイール１０に反りが発生する場合がある。

本実施形態では、蛍光体層１１の第２の主面１１ｂと反射膜１３との間に、透明材料層１４が設けられている。透明材料層１４を設けることにより、反射膜１３の表面（透明材料層１４との界面）を平滑にすることができる。透明材料層１４としては、ガラス層や樹脂層を形成することができる。

透明材料層１４の厚みは、１μｍ〜１００μｍであることが好ましく、１０μｍ〜５０μｍであることがより好ましい。透明材料層１４の厚みが小さすぎると、蛍光体層１１から蛍光体１５が突出することがあり、反射膜１３の表面を平滑にできない場合がある。一方、透明材料層１４の厚みが大きすぎると、透明材料層１４の内部を光が伝播して外部に漏出する場合がある。

本実施形態では、透明材料層１４を設けているが、透明材料層１４を設けずに、蛍光体層１１の第２の主面１１ｂの上に直接反射膜１３を形成してもよい。

本実施形態においては、蛍光体層１１、透明基板１２、反射膜１３及び透明材料層１４を全て無機材料から形成することが可能である。この場合、全ての材料を無機材料から形成することができるので、耐熱性に優れた蛍光ホイールとすることができる。

図５は、本発明の一実施形態のプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。本実施形態のプロジェクター用発光デバイス３０は、蛍光ホイール１０と、光源２０と、蛍光ホイール１０を回転させるためのモーター２１とを備えている。リング状の蛍光ホイール１０は、モーター２１の回転軸２２に、回転軸２２の中心軸Ｃを回転中心として周方向に回転するように取り付けられている。

光源２０から出射された励起光１は、蛍光ホイール１０の透明基板１２を通り蛍光体層１１に入射する。蛍光体層１１に入射した励起光１は、蛍光２に波長変換されて出射される。反射膜１３側に出射された蛍光２は、反射膜１３の表面で反射され、透明基板１２側に出射される。光源２０の具体例としては、ＬＥＤ光源やレーザー光源などが挙げられる。

励起光として青色光を発光する光源を、光源２０として用いる場合、例えば、蛍光体層１１の蛍光体として、青色光で励起され、黄色光または緑色光を発する蛍光体を用いることができる。蛍光体層１１から出射された光は、必要に応じて、フィルターによって所望の波長を有する光のみを取り出すことができる。リング状のフィルターを、回転軸２２に取り付け、蛍光ホイール１０と同期させて回転させ、出射光をフィルタリングしてもよい。

本実施形態において、蛍光ホイール１０は周方向に回転している。上記のように、蛍光体から透明基板１２及び／または反射膜１３に伝導した熱は、透明基板１２及び／または反射膜１３から外部に放出される。蛍光ホイール１０が周方向に回転していることにより、反射膜１３から外部への熱放出がさらに促進される。

上記実施形態の蛍光ホイール１０では、蛍光体層１１の全体にわたって、同じ種類の蛍光体が含有されている。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されるものではない。蛍光体層１１は、周方向に沿って複数の領域に分割され、各領域に互いに異なる種類の蛍光体が含まれていてもよい。また、複数の領域のいずれかにおいて蛍光体が含有されていないマトリクスのみの領域があってもよい。この場合、その領域は励起光をそのまま出射する領域とすることができる。

１…励起光
２…蛍光
１０…蛍光ホイール
１１…蛍光体層
１１ａ…第１の主面
１１ｂ…第２の主面
１２…透明基板
１３…反射膜
１４…透明材料層
１５…蛍光体
１６…ガラスマトリクス
２０…光源
２１…モーター
２２…回転軸
３０…プロジェクター用発光デバイス

Claims (5)

1. 第１の主面及び前記第１の主面と反対側に位置する第２の主面を有し、ガラスマトリクス中に分散した蛍光体から構成される蛍光体層と、
   前記蛍光体層の前記第１の主面上に設けられるリング状の透明基板と、
   前記蛍光体層の前記第２の主面上に設けられる金属反射膜からなる反射膜と、
   前記蛍光体層の前記第２の主面と前記反射膜との間に設けられる、ガラス層からなる透明材料層とを備え、
   前記透明基板及び前記反射膜の少なくともいずれか一方の熱伝導率が、前記蛍光体層の熱伝導率よりも高く、前記金属反射膜が、銀、アルミニウム、及び白金からなるグループより選ばれる少なくとも１種から形成されている、プロジェクター用蛍光ホイール。
2. 前記透明基板が、前記蛍光体層よりも熱伝導率の高いセラミック基板である、請求項１に記載のプロジェクター用蛍光ホイール。
3. 前記反射膜の厚みが、０．０１μｍ〜１００μｍである、請求項１または２に記載のプロジェクター用蛍光ホイール。
4. 前記蛍光体層が、リング状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロジェクター用蛍光ホイール。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロジェクター用蛍光ホイールと、
   前記蛍光ホイールの前記蛍光体層に励起光を照射する光源とを備える、プロジェクター用発光デバイス。

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