JP6582645B2 - Wavelength conversion element, method for manufacturing wavelength conversion element, illumination device, and projector - Google Patents
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Description
本発明は、波長変換素子、波長変換素子の製造方法、照明装置およびプロジェクターに関するものである。 The present invention relates to a wavelength conversion element, a method for manufacturing the wavelength conversion element, an illumination device, and a projector.
従来、プロジェクター用照明装置として、レーザー等の光源から射出された励起光を蛍光体に照射し、蛍光体から発せられる光を照明光とするものが知られている。このような照明装置においては、蛍光体の温度が上昇すると蛍光への変換効率が低下するため、高出力の蛍光を得るためには、蛍光体の温度上昇を十分に抑制することが重要である。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an illumination device for a projector, one that irradiates a phosphor with excitation light emitted from a light source such as a laser and uses light emitted from the phosphor as illumination light is known. In such an illuminating device, when the temperature of the phosphor rises, the conversion efficiency to the fluorescence decreases, so in order to obtain high output fluorescence, it is important to sufficiently suppress the temperature rise of the phosphor. .
蛍光体の温度上昇を抑制する手法として、下記特許文献1乃至3に示す技術がある。
下記特許文献1には、放熱性が高いセラミックスからなるセラミックス蛍光体が開示されている。
また、下記特許文献2には、セラミックスの代わりにガラスをバインダーとして用いた蛍光体が開示されている。
また、下記特許文献3には、蛍光体層を支持する支持部材を金属から構成し、蛍光体層の温度上昇を低減した発明が開示されている。
As a technique for suppressing the temperature rise of the phosphor, there are techniques shown in
The following
Patent Document 2 below discloses a phosphor using glass as a binder instead of ceramics.
Further, Patent Document 3 below discloses an invention in which a support member that supports a phosphor layer is made of metal, and the temperature rise of the phosphor layer is reduced.
しかしながら、上記特許文献1に開示されるセラミック蛍光体は焼成温度が高くなるため、熱により蛍光体の性能が低下することで該蛍光体の発光効率が低下するおそれがあった。上記特許文献2に開示される構成の場合、焼成温度が低くなることで熱による蛍光体の性能低下は抑制できるが、ガラスは熱伝導率がセラミックスよりも低くなってしまうおそれがあった。
However, since the firing temperature of the ceramic phosphor disclosed in
また、上記特許文献3に開示される蛍光体では、励起光が照射される面(支持部材とは反対側の面)の温度が最も高くなるが、最も高温となる面は支持部材と接触していないので、蛍光体の熱を効率良く放熱できるとは言い難かった。 Further, in the phosphor disclosed in Patent Document 3, the temperature of the surface irradiated with the excitation light (surface opposite to the support member) is the highest, but the surface having the highest temperature is in contact with the support member. Therefore, it was difficult to say that the heat of the phosphor could be radiated efficiently.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、蛍光体で発生した熱を効率的に排熱できる、波長変換素子、波長変換素子の製造方法、照明装置およびプロジェクターを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a wavelength conversion element, a method for manufacturing the wavelength conversion element, an illumination device, and a projector capable of efficiently exhausting heat generated in a phosphor. With the goal.
本発明の第1態様に従えば、励起光が入射する第1の面および該第1の面と対向する第2の面を有する蛍光体層と、前記第1の面に設けられた透光性セラミック層と、からなる透光性セラミック部材と、前記蛍光体層の前記第2の面側に設けられ、前記蛍光体層および前記透光性セラミック層と熱的に接触している支持部材と、を備え、前記支持部材は凹部を有し、前記蛍光体層は前記凹部に設けられ、前記透光性セラミック層は、前記蛍光体層の前記第1の面を覆うとともに、前記蛍光体層の前記第1の面よりも大きい第3の面を有し、前記透光性セラミック層の前記第3の面は、前記蛍光体層の前記第1の面に接触するとともに、前記支持部材と熱的に接触している波長変換素子が提供される。 According to the first aspect of the present invention, a phosphor layer having a first surface on which excitation light is incident and a second surface facing the first surface, and a translucent layer provided on the first surface A translucent ceramic member, and a support member provided on the second surface side of the phosphor layer and in thermal contact with the phosphor layer and the translucent ceramic layer And the support member has a recess, the phosphor layer is provided in the recess, the translucent ceramic layer covers the first surface of the phosphor layer, and the phosphor A third surface larger than the first surface of the layer, and the third surface of the translucent ceramic layer is in contact with the first surface of the phosphor layer and the support member A wavelength conversion element that is in thermal contact with is provided.
蛍光体層が有する複数の面のうち、励起光が入射する第1の面において発熱量が最も多い。第1態様に係る波長変換素子によれば、第1の面に熱伝導性が高い透光性セラミックが設けられているので、蛍光体層で生じた熱が効率よく排出される。また、支持部材を介して第2の面からも熱が排出される。
よって、波長変換素子の温度上昇が抑制されるので、波長変換素子は高出力の蛍光を射出することができる。
Of the plurality of surfaces of the phosphor layer, the first surface on which the excitation light is incident generates the largest amount of heat. According to the wavelength conversion element which concerns on a 1st aspect, since the translucent ceramic with high heat conductivity is provided in the 1st surface, the heat which arose in the fluorescent substance layer is discharged | emitted efficiently. Heat is also discharged from the second surface via the support member.
Therefore, since the temperature rise of the wavelength conversion element is suppressed, the wavelength conversion element can emit high-output fluorescence.
上記第1態様において、前記支持部材は凹部を有し、前記透光性セラミック部材は、前記凹部に設けられているのが好ましい。
この構成によれば、蛍光体層が凹部内に収容された状態となるので、蛍光体層における第1の面および第2の面と交差する面からも支持部材に放熱することができる。
Said 1st aspect WHEREIN: It is preferable that the said supporting member has a recessed part and the said translucent ceramic member is provided in the said recessed part.
According to this configuration, since the phosphor layer is housed in the recess, heat can be radiated to the support member also from the surfaces intersecting the first surface and the second surface of the phosphor layer.
上記第1態様において、前記透光性セラミック部材は、前記第2の面と交差する第3の面をさらに有し、前記支持部材は、前記第2の面と熱的に接触している基板と、前記第3の面と熱的に接触している補助部材と、を有するのが好ましい。
この構成によれば、蛍光体層が第1の面および第2の面に加えて第3の面からも効率良く放熱することができる。
In the first aspect, the translucent ceramic member further includes a third surface intersecting the second surface, and the support member is in thermal contact with the second surface. And an auxiliary member in thermal contact with the third surface.
According to this configuration, the phosphor layer can efficiently dissipate heat from the third surface in addition to the first surface and the second surface.
上記第1態様において、前記支持部材は回転軸の周りに回転可能な円板状からなり、前記透光性セラミック部材は、前記回転軸の周りにリング状に配置されているのが好ましい。
この構成によれば、蛍光体層に対する励起光の入射位置を経時的に移動させることができるので、蛍光体層における発熱部を分散させることができる。よって、波長変換素子の温度上昇を良好に抑制することができる。
In the first aspect, it is preferable that the support member has a disk shape rotatable around a rotation axis, and the translucent ceramic member is arranged in a ring shape around the rotation axis.
According to this configuration, since the incident position of the excitation light with respect to the phosphor layer can be moved with time, the heat generating portion in the phosphor layer can be dispersed. Therefore, the temperature rise of the wavelength conversion element can be satisfactorily suppressed.
上記第1態様において、前記透光性セラミック層はアルミナの焼結体であるのが好ましい。
この構成によれば、熱伝導率が高くかつ透明な透光性セラミック層が得られるので、発光効率が高い波長変換素子を得ることができる。
In the first aspect, the translucent ceramic layer is preferably an alumina sintered body.
According to this configuration, since a transparent translucent ceramic layer having high thermal conductivity is obtained, a wavelength conversion element with high luminous efficiency can be obtained.
上記第1態様において、前記透光性セラミック層はマグネシアの焼結体であるのが好ましい。
この構成によれば、熱伝導率が高くかつ透明な透光性セラミック層が得られるので、発光効率が高い波長変換素子を得ることができる。
In the first aspect, the translucent ceramic layer is preferably a magnesia sintered body.
According to this configuration, since a transparent translucent ceramic layer having high thermal conductivity is obtained, a wavelength conversion element with high luminous efficiency can be obtained.
本発明の第2態様に従えば、第1の面および該第1の面と対向する第2の面を有する蛍光体層と、前記第1の面に設けられ、前記第1の面を覆うとともに前記第1の面よりも大きい第3の面を有する透光性セラミック層と、前記蛍光体層の前記第2の面側に設けられた支持部材と、を備えた波長変換素子の製造方法であって、前記透光性セラミック層の前記第3の面上に、接合剤及び蛍光体を含む混合物を塗布する第1工程と、前記透光性セラミック層の上に塗布された前記混合物を焼成して前記蛍光体層を形成する第2工程と、前記支持部材を、前記蛍光体層および前記透光性セラミック層と熱的に接触させる第3工程と、を備え、前記第3工程は、前記蛍光体層を前記支持部材に形成された凹部に配置するとともに、前記透光性セラミック層の前記第3の面の一部を前記支持部材に熱的に接触させる波長変換素子の製造方法が提供される。 According to the second aspect of the present invention, a phosphor layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface, provided on the first surface, and covering the first surface. And a translucent ceramic layer having a third surface larger than the first surface , and a support member provided on the second surface side of the phosphor layer, and a method for manufacturing a wavelength conversion element A first step of applying a mixture containing a bonding agent and a phosphor on the third surface of the translucent ceramic layer, and the mixture applied on the translucent ceramic layer. A second step of firing to form the phosphor layer; and a third step of bringing the support member into thermal contact with the phosphor layer and the translucent ceramic layer , the third step comprising: The phosphor layer is disposed in a recess formed in the support member, and the translucent ceramic is disposed. Method for manufacturing a wavelength conversion element for thermally contacting is provided a portion of the third surface of the layer to the support member.
第2態様によれば、蛍光体層の焼成工程の前工程で最も焼成温度が高くなる透光性セラミック層の焼成工程が完了した状態とすることができる。これにより、製造プロセスによる熱で蛍光体層の性能が低下することが抑制される。よって、蛍光体層の性能低下を招くことなく、蛍光体層から効率良く排熱可能な波長変換素子を提供できる。 According to the 2nd aspect, it can be set as the state which the baking process of the translucent ceramic layer in which a baking temperature becomes the highest in the pre-process of the baking process of a fluorescent substance layer was completed. Thereby, it is suppressed that the performance of a fluorescent substance layer falls with the heat by a manufacturing process. Therefore, it is possible to provide a wavelength conversion element that can efficiently exhaust heat from the phosphor layer without degrading the performance of the phosphor layer.
本発明の第3態様に従えば、第1態様に係る波長変換素子と、前記蛍光体層を励起する励起光を射出する光源と、を備える照明装置が提供される。 According to the third aspect of the present invention, there is provided an illumination device including the wavelength conversion element according to the first aspect and a light source that emits excitation light that excites the phosphor layer.
第3態様によれば上記第1態様に係る照明装置を備えるので、高輝度の光を射出することができる。 According to the 3rd aspect, since the illuminating device which concerns on the said 1st aspect is provided, a high-intensity light can be inject | emitted.
上記第3態様において、前記蛍光体層は、前記励起光のスポットサイズに対応した幅を有するのが好ましい。
この構成によれば、励起光が入射することで発熱する領域の大きさが最小限に抑えられるようになる。よって、支持部材による放熱面積を相対的に大きくできるので、蛍光体層から効率良く放熱することができる。
In the third aspect, it is preferable that the phosphor layer has a width corresponding to the spot size of the excitation light.
According to this configuration, the size of the region that generates heat when the excitation light is incident can be minimized. Therefore, since the heat radiation area by the support member can be relatively increased, heat can be efficiently radiated from the phosphor layer.
本発明の第4態様に従えば、上記第1態様に係る照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, the illumination device according to the first aspect, a light modulation device that forms image light by modulating light from the illumination device according to image information, and the image light A projection optical system for projecting is provided.
第3態様に係るプロジェクターは上記第1態様に係る照明装置を備えるので、高出力の蛍光により輝度の高い画像を投射することができる。 Since the projector which concerns on a 3rd aspect is provided with the illuminating device which concerns on the said 1st aspect, it can project a high-intensity image with high output fluorescence.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
(第1実施形態)
本実施形態のプロジェクターは、スクリーン(被投射面)上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した3つの液晶光変調装置を備えている。プロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを備えている。
(First embodiment)
The projector according to the present embodiment is a projection type image display device that displays a color image on a screen (projected surface). The projector includes three liquid crystal light modulation devices corresponding to red, green, and blue light. The projector includes a semiconductor laser that can obtain light with high luminance and high output as a light source of the lighting device.
図1は、本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図である。
プロジェクター1は、図1に示すように、第1照明装置100、第2照明装置102、色分離導光光学系200、液晶光変調装置400R,400G,400B、クロスダイクロイックプリズム500及び投写光学系600を備える。
FIG. 1 is a top view showing an optical system of the projector according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the
第1照明装置100は、第1光源10、コリメート光学系70、ダイクロイックミラー80、コリメート集光光学系90、蛍光板(波長変換素子)30、モーター50、第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130、偏光変換素子140及び重畳レンズ150を備える。
The
第1光源10は、励起光としてレーザー光からなる青色光(発光強度のピーク:約445nm)Eを射出する半導体レーザー(発光素子)からなる。第1光源10は、1つの半導体レーザーからなるものであってもよいし、多数の半導体レーザーからなるものであってもよい。
なお、第1光源10は、445nm以外の波長(例えば、460nm)の青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。
The
The
本実施形態において、第1光源10は、光軸が照明光軸100axと直交するように配置されている。
コリメート光学系70は、第1レンズ72と、第2レンズ74とを備え、第1光源10からの光を略平行化する。第1レンズ72及び第2レンズ74は、凸レンズからなる。
In the present embodiment, the
The collimating
ダイクロイックミラー80は、コリメート光学系70からコリメート集光光学系90までの光路中に、第1光源10の光軸及び照明光軸100axのそれぞれに対して45°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー80は、青色光Bを反射し、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光光Yを通過させる。
The
コリメート集光光学系90は、ダイクロイックミラー80からの青色光Eを略集光した状態で蛍光板30の蛍光体層42に入射させる機能と、蛍光板30から射出される蛍光を略平行化する機能とを有する。コリメート集光光学系90は、第1レンズ92及び第2レンズ94を備える。第1レンズ92及び第2レンズ94は、凸レンズからなる。
The collimator condensing
第2照明装置102は、第2光源710、集光光学系760、散乱板732及びコリメート光学系770と、を備える。
The
第2光源710は、上記第1照明装置100の第1光源10と同一の半導体レーザーから構成される。
集光光学系760は、第1レンズ762及び第2レンズ764を備える。集光光学系760は、第2光源710からの青色光を散乱板732付近に集光する。第1レンズ762及び第2レンズ764は、凸レンズからなる。
The second
The condensing
散乱板732は、第2光源710からの青色光を散乱し、蛍光板30から射出される蛍光の配光分布に似た配光分布を有する青色光Bとする。散乱板732としては、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。
The
コリメート光学系770は、第1レンズ772と、第2レンズ774とを備え、散乱板732からの光を略平行化する。第1レンズ772及び第2レンズ774は、凸レンズからなる。
The collimating
本実施形態において、第2照明装置102からの青色光Bはダイクロイックミラー80で反射され、蛍光板30から射出されダイクロイックミラー80を透過した蛍光光Yと合成されて白色光Wとなる。当該白色光Wは第1レンズアレイ120に入射する。
In the present embodiment, the blue light B from the
図2は、実施形態に係る蛍光板30の構成を示す断面図である。
蛍光板30は、図1及び図2に示すように、支持基板40と、透光性セラミック部41と、を有する。透光性セラミック部41は、蛍光体層42と、透光性セラミック層43とを含む。本実施形態において、透光性セラミック部41は、支持基板40の略中央部に形成された凹部40a内に配置されている。支持基板40は、例えば、アルミや銅等といった放熱性に優れた矩形状の金属板から構成されている。
なお、支持基板40は特許請求の範囲の「支持部材」に対応する。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
透光性セラミック部41は、上面41cを除く面、すなわち、側面41aおよび底面41bがミラー膜44によって覆われている。ミラー膜44は、例えば、120nmのAg膜と、50nmのAl2O3膜とを含み、透光性セラミック部41側からAg膜およびAl2O3膜の順に積層されている。ミラー膜44は、後述の蛍光光Yを反射させることで外部に射出させる。
In the translucent
蛍光体層42は、第1光源10からの青色光Eにより励起されて蛍光光Yを射出する。蛍光体層42は、蛍光発光点となる蛍光体粒子(不図示)と、該蛍光体粒子を保持するバインダー材(不図示)とを含む。
The
蛍光体粒子は、例えば、YAG系蛍光体である(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ceから構成される。バインダー材としては、例えば、低融点ガラスから構成される。なお、蛍光体粒子とバインダー材との比率は、50:50である。すなわち、蛍光体層42は、低融点ガラスを支持材として用いて、YAG系蛍光体を焼成することで形成される。
The phosphor particles are composed of, for example, (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce, which is a YAG phosphor. As a binder material, it is comprised from low melting glass, for example. The ratio between the phosphor particles and the binder material is 50:50. That is, the
透光性セラミック層43は、例えば、厚さが100μmのアルミナ板から構成されている。アルミナ板は非常に高い熱伝導率、例えば30(W/m・K)以上であり、かつ透明な焼結体を形成することが可能である。なお、本実施形態では、透光性セラミック層43としてアルミナ板を用いた場合を例示するが、より高い熱伝導率(例えば50(W/m・K)以上)のマグネシア板を用いて良い。
The translucent
ミラー膜44で覆われた透光性セラミック部41は、接着剤45を介して凹部40a内に設置されている。接着剤45は、例えば、Agフィラーを含有した高熱伝導率タイプのエポキシ系接着剤であり、透光性セラミック部41(蛍光体層42)の熱を、ミラー膜44を介して支持基板40に効率良く伝達する。すなわち、蛍光体層42は、側面42aおよび底面42bの熱が接着剤45を介して支持基板40側へと効率良く放出されるようになっている。
The translucent
このような構成に基づき、蛍光板30は、青色光が入射する側と同じ側に向けて蛍光光Yを射出することが可能である。
Based on such a configuration, the
また、本実施形態において、蛍光体層42は、コリメート集光光学系90により集光された青色光Eのスポットサイズと同じサイズを有している。このようにすれば、励起光が入射することで発熱する領域の大きさを最小限に抑えることができる。よって、支持基板40および透光性セラミック層43による放熱面積が相対的に大きくなるので、蛍光体層42から効率良く放熱することができる。
In the present embodiment, the
ここで、本実施形態の蛍光板30の製造方法の一例について説明する。
まず、焼結アルミナシート板を作成する。すなわち、上記透光性セラミック層43の大判状のものを作成する。
Here, an example of the manufacturing method of the
First, a sintered alumina sheet plate is prepared. That is, the large-sized thing of the said translucent
具体的に、アルミナ粉に焼結助剤(例えば、MgO等)を微小量添加したものに、バインダー、分散剤を加えてボールミルで混合し、気泡を除去した後にシート状に成形する。続いて、1000℃で1時間仮焼き(プリベーク)した後、洗浄を行い、1800℃で2時間焼成する。 Specifically, a binder and a dispersant are added to a powder obtained by adding a small amount of a sintering aid (for example, MgO) to alumina powder, and the mixture is mixed with a ball mill to remove bubbles, and then formed into a sheet shape. Subsequently, after calcining (pre-baking) at 1000 ° C. for 1 hour, washing is performed and baking is performed at 1800 ° C. for 2 hours.
続いて、低融点ガラス粉末、蛍光体粒子、バインダーおよび分散剤を加えて形成したスラリーをボールミルで混合し、気泡を除去した後、該混合物を上記焼結アルミナシート板上に塗布する。具体的には、例えば、ギャップアプリケーターを用いることで混合物を上記焼結アルミナシート板上に印刷する。続いて、仮焼きの後、800℃で焼成することでアルミナシート板と蛍光体層との積層体を形成する。これにより、上記透光性セラミック部41の大判状のものを作成する。
Subsequently, the slurry formed by adding the low-melting glass powder, the phosphor particles, the binder and the dispersant is mixed by a ball mill to remove bubbles, and then the mixture is applied onto the sintered alumina sheet plate. Specifically, for example, the mixture is printed on the sintered alumina sheet plate by using a gap applicator. Subsequently, after calcination, the laminate of the alumina sheet plate and the phosphor layer is formed by firing at 800 ° C. Thereby, the large-sized thing of the said translucent
続いて、上記積層体をダイシングすることで、例えば1mm×1mmのサイズに個片化して上記透光性セラミック部41を形成する。
続いて、透光性セラミック部41の上面41cを除く、側面41aおよび底面41bに対し、スパッタによりAg膜およびAl2O3膜の順に積層することでミラー膜44を形成する。
Subsequently, the laminated body is diced into pieces of, for example, a size of 1 mm × 1 mm to form the translucent
Subsequently, the
続いて、プレス加工により支持基板40(例えば、銅基板)に形成した矩形状の凹部40aに、Agフィラーを含有したエポキシ系の接着剤45を用いて透光性セラミック部41を接着し、例えば、120℃で1時間溶剤を揮発させた後、180℃で1.5時間の硬化処理を行う。
これにより、透光性セラミック部41は接着剤45により凹部40aに良好に保持され、支持基板40は蛍光体層42および透光性セラミック層43と熱的に接触する。
以上のようにして蛍光板30を製造することができる。
Subsequently, the translucent
Thereby, the translucent
The
本実施形態の製造方法によれば、蛍光体層の性能を低下させてしまう高温のアルミナシート板の焼成工程を、蛍光体層の焼成工程よりも先に行っているため、製造プロセスによる熱で蛍光体層の性能が低下することが抑制される。
また、ミラー膜44は高温に晒されると反射率が低下するおそれがある。本実施形態によれば、ミラー膜44の反射率を低下させる程度の温度となる蛍光体層の焼成プロセスをミラー膜44の形成プロセスよりも先に行うため、ミラー膜44が高温に晒されることで反射率が低下してしまうといった不具合の発生を防止することができる。
よって、蛍光体層42およびミラー膜44の熱による性能低下を招くことなく、信頼性の高い上記蛍光板30を製造することができる。
According to the manufacturing method of the present embodiment, the firing process of the high-temperature alumina sheet plate that degrades the performance of the phosphor layer is performed prior to the firing process of the phosphor layer. A decrease in the performance of the phosphor layer is suppressed.
Further, when the
Therefore, the
ところで、蛍光板30にはコリメート集光光学系90により略集光した状態で青色光Eが入射する。青色光Eは、透光性セラミック部41の上面41cに入射する。青色光Eは、透光性セラミック層43を透過して蛍光体層42へと到達する。本実施形態において、蛍光体層42は光入射面側で多くの青色光Eが吸収されるため、光入射面側での発熱量が大きくなり、光入射面側の温度が上昇するおそれがある。すると、高温に起因する変換効率低下が生じ、光入射面側での蛍光への変換効率が低下し、全体として青色光の蛍光への変換効率が低下する可能性がある。
By the way, the blue light E is incident on the
これに対し、本実施形態の蛍光体層42は、最も発熱量が大きい光入射面、すなわち上面42c側に熱伝導率が高いアルミナから構成された透光性セラミック層43が配置されている。これにより、蛍光体層42は透光性セラミック層43を介して上面42cから熱を効率良く放出することができる。よって、蛍光体層42は、最も高温度なる光入射面(上面42c)の温度上昇が抑えられるので、蛍光光Yへの変換効率を向上させることができる。
On the other hand, in the
また、本実施形態において、蛍光体層42は支持基板40に形成された凹部40aに配置されるため、蛍光体層42は側面42aおよび底面42bの熱を支持基板40に効率良く放出することができる。よって、蛍光体層42は、上面42cに加え、側面42aおよび底面42bからも放熱することができるので、温度上昇が抑えられることで蛍光光Yへの変換効率を向上させることができる。
In this embodiment, since the
図3は本実施形態の蛍光板30の効果を示した表である。この表は、蛍光板に入射させた励起光の光量(単位:W)と、これにより生成された蛍光光(黄色光)の照度(単位:cd/mm2)との関係を示すものである。
なお、図3に示す表において、比較例はミラー膜で覆われた銅基板上に熱硬化性シリコーン樹脂をバインダーとした蛍光体層を形成した蛍光板に対応し、実施例は蛍光板30に対応する。
FIG. 3 is a table showing the effect of the
In the table shown in FIG. 3, the comparative example corresponds to a fluorescent plate in which a phosphor layer using a thermosetting silicone resin as a binder is formed on a copper substrate covered with a mirror film, and the example corresponds to the
図3に示す表によれば、本実施形態の蛍光板30によれば、励起光(青色光E)の光量に応じて、蛍光光Yの照度が増加していることが確認できる。これは、青色光Eの光量の増加に伴って生じる温度上昇が抑制され、蛍光光Yへの変換効率が向上していることを意味する。一方、比較例の回転板では、励起光の光量が20Wとなった場合、蛍光体の熱が良好に放出されないため、過度の温度上昇によって蛍光体層が破損したことが確認できた。
According to the table shown in FIG. 3, according to the
図1に戻って、第1レンズアレイ120は、ダイクロイックミラー80からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第1小レンズ122を有する。複数の第1小レンズ122は、照明光軸100axと直交する面内にマトリクス状に配列されている。
Returning to FIG. 1, the
第2レンズアレイ130は、第1レンズアレイ120の複数の第1小レンズ122に対応する複数の第2小レンズ132を有する。第2レンズアレイ130は、重畳レンズ150とともに、第1レンズアレイ120の各第1小レンズ122の像を液晶光変調装置400R,400G,400Bの画像形成領域近傍に結像させる。複数の第2小レンズ132は照明光軸100axに直交する面内にマトリクス状に配列されている。
The
偏光変換素子140は、第1レンズアレイ120により分割された各部分光束を、直線偏光光に変換する。偏光変換素子140は、蛍光板30からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに他方の直線偏光成分を照明光軸100axに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸100axに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。
The
重畳レンズ150は、偏光変換素子140からの各部分光束を集光して液晶光変調装置400R,400G,400Bの画像形成領域近傍で互いに重畳させる。第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130及び重畳レンズ150は、蛍光板30からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。
The superimposing
色分離導光光学系200は、ダイクロイックミラー210,220、反射ミラー230,240,250及びリレーレンズ260,270を備える。色分離導光光学系200は、第1照明装置100および第2照明装置102からの白色光Wを赤色光R、緑色光G及び青色光Bに分離し、赤色光R、緑色光G及び青色光Bをそれぞれが対応する液晶光変調装置400R,400G,400Bに導光する。
色分離導光光学系200と、液晶光変調装置400R,400G,400Bとの間には、フィールドレンズ300R,300G,300Bが配置されている。
The color separation light guide
ダイクロイックミラー210は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分及び青色光成分を反射するダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー220は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
反射ミラー230は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー240,250は青色光成分を反射する反射ミラーである。
The
The
The
The reflection mirrors 240 and 250 are reflection mirrors that reflect blue light components.
ダイクロイックミラー210を通過した赤色光は、反射ミラー230で反射され、フィールドレンズ300Rを通過して赤色光用の液晶光変調装置400Rの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー210で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー220でさらに反射され、フィールドレンズ300Gを通過して緑色光用の液晶光変調装置400Gの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー220を通過した青色光は、リレーレンズ260、入射側の反射ミラー240、リレーレンズ270、射出側の反射ミラー250、フィールドレンズ300Bを経て青色光用の液晶光変調装置400Bの画像形成領域に入射する。
The red light that has passed through the
The green light reflected by the
The blue light that has passed through the
液晶光変調装置400R,400G,400Bは、入射された色光を画像情報に応じて変調して各色光に対応するカラー画像を形成するものである。なお、図示を省略したが、各フィールドレンズ300R,300G,300Bと各液晶光変調装置400R,400G,400Bとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置され、各液晶光変調装置400R,400G,400Bとクロスダイクロイックプリズム500との間には、それぞれ射出側偏光板が配置される。
The liquid
クロスダイクロイックプリズム500は、各液晶光変調装置400R,400G,400Bから射出された各画像光を合成してカラー画像を形成する光学素子である。
The cross
このクロスダイクロイックプリズム500は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略X字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。
The cross
クロスダイクロイックプリズム500から射出されたカラー画像は、投写光学系600によって拡大投写され、スクリーンSCR上で画像を形成する。
The color image emitted from the cross
以上述べたように、本実施形態のプロジェクター1によれば、蛍光光Yを効率良く生成して射出する上記第1照明装置100を備えるので、該プロジェクター1は品質に優れた画像を表示することができる。
As described above, according to the
(第2実施形態)
続いて、第2実施形態に係る蛍光板について説明する。図4は第2実施形態に係る蛍光板30Aの要部構成を示す図である。なお、上記実施形態と同じ部材については同符号を用い、その詳細な説明については省略する。
(Second Embodiment)
Next, the fluorescent screen according to the second embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram showing a main configuration of a
蛍光板30Aは、図4に示すように、矩形状の支持基板40と、透光性セラミック部141と、を有する。透光性セラミック部141は、蛍光体層42と、透光性セラミック層143とを含む。本実施形態において、蛍光体層42が接着剤45を介して凹部140aに固定されている。
As shown in FIG. 4, the
本実施形態において、透光性セラミック層143は、例えば、アルミナ製のレンズからなり、図1に示したコリメート集光光学系90としての機能を有する。透光性セラミック層143は蛍光体層42を覆うことが可能なサイズであって、蛍光体層42の上面42cに接触している。なお、本実施形態では、透光性セラミック層143としてアルミナ製のレンズを例示したが、マグネシア製のレンズを用いて良い。
In the present embodiment, the translucent
本実施形態において、ミラー膜144は、蛍光体層42の上面42cを除く面(側面42aおよび底面42b)と、透光性セラミック部141の底面141cのうち蛍光体層42との接触面を除く面とを覆っている。
In the present embodiment, the
ここで、本実施形態の蛍光板30Aの製造方法の一例について説明する。
まず、焼結アルミナ製レンズを作成する。すなわち、上記透光性セラミック層143を作成する。
Here, an example of a manufacturing method of the
First, a sintered alumina lens is prepared. That is, the translucent
具体的に、アルミナ粉に焼結助剤(例えば、MgO等)を微小量添加したものに、バインダー、分散剤を加えてボールミルで混合し、気泡を除去した後、キャスト成形する。続いて、1000℃で1時間仮焼き(プリベーク)した後、洗浄を行い、1800℃で2時間焼成する。これにより、透光性セラミック層143が形成される。
Specifically, a binder and a dispersant are added to a powder obtained by adding a small amount of a sintering aid (for example, MgO) to alumina powder, and the mixture is mixed with a ball mill to remove bubbles, and then cast-molded. Subsequently, after calcining (pre-baking) at 1000 ° C. for 1 hour, washing is performed and baking is performed at 1800 ° C. for 2 hours. Thereby, the translucent
続いて、透光性セラミック層143の下面に印刷した混合物を仮焼きの後、800℃で焼成することで透光性セラミック層143と蛍光体層42とを含む透光性セラミック部141を形成する。
Subsequently, the mixture printed on the lower surface of the translucent
続いて、透光性セラミック部141のレンズ形状側の面を除いて、スパッタにより120nmのAg膜および30nmのAl2O3膜の順に積層することでミラー膜144を形成する。
Subsequently, the
続いて、透光性セラミック部41の蛍光体層42を接着剤45により凹部40aに貼り付ける。これにより、支持基板40は蛍光体層42および透光性セラミック層143と熱的に接触する。以上のようにして蛍光板30Aが製造される。
Subsequently, the
本実施形態の蛍光板30Aにおいても、最も温度が高くなる蛍光体層42の光入射面、すなわち上面42c側に熱伝導率が高いアルミナから構成された透光性セラミック層143が配置されている。これにより、蛍光体層42は透光性セラミック層143を介して上面42cから熱を効率良く放出することができる。
Also in the
また、本実施形態では、蛍光体層42からの熱の排出先となる透光性セラミック層143のサイズが第1実施形態の構成に比べて大型化しているため、蛍光体層42の熱を効率良く放出することができる。
したがって、本実施形態の蛍光板30Aは、蛍光光Yを効率良く生成することができる。
In the present embodiment, since the size of the translucent
Therefore, the
(第3実施形態)
続いて、第3実施形態に係る蛍光板について説明する。図5は第3実施形態に係る蛍光板30Bの要部構成を示す図である。なお、上記実施形態と同じ部材については同符号を用い、その詳細な説明については省略する。
(Third embodiment)
Next, the fluorescent screen according to the third embodiment will be described. FIG. 5 is a view showing a main configuration of a
蛍光板30Bは、図5に示すように、支持部材51と、透光性セラミック部41と、ミラー膜44と、を有する。本実施形態において、支持部材51は、支持基板52と補助部材53とを含む。支持基板52は、例えば、アルミや銅等といった放熱性に優れた金属板から構成されている。補助部材53は、例えば、Agペースト等の熱伝導部材から構成される。
As shown in FIG. 5, the
ミラー膜44で覆われた透光性セラミック部41は、補助部材53により支持基板52上に形成される空間に設置されている。なお、ミラー膜44と支持基板52との間には不図示の接着剤が配置されている。
The translucent
本実施形態において、支持基板52は、透光性セラミック部41の底面41b、すなわち蛍光体層42の底面42bと熱的に接触している。
また、補助部材53は、透光性セラミック部41の側面41a、すなわち蛍光体層42の側面42aと熱的に接触している。補助部材53は、透光性セラミック部41(蛍光体層42)の熱を、ミラー膜44を介して支持基板52に効率良く伝達する。
In the present embodiment, the
The
すなわち、本実施形態において、透光性セラミック部41の側面41aが特許請求の範囲に記載の「第3の面」に対応し、支持基板52が特許請求の範囲に記載の「第2の面と熱的に接触している基板」に対応する。
That is, in the present embodiment, the
本実施形態の蛍光板30Bにおいても、最も温度が高くなる蛍光体層42の光入射面、すなわち上面42c側に透光性セラミック層43が配置されている。これにより、蛍光体層42は透光性セラミック層43を介して上面42cから熱を効率良く放出することができる。透光性セラミック層43の側面43aは補助部材53に熱的に接触しているため、透光性セラミック層43の熱を補助部材53を介して放出することもできる。
Also in the
また、蛍光体層42は、側面42a側に熱伝導部材からなる補助部材53が配置されているので、側面42aの熱が補助部材53を介して効率良く放出されるようになる。
また、蛍光体層42は、底面42b側に支持基板52が配置されるため、底面42bの熱が支持基板52を介して効率良く放出されるようになる。
したがって、本実施形態の蛍光板30Bは、蛍光体層42の温度上昇が抑制されるので、蛍光光Yを効率良く生成することができる。
Further, since the
Moreover, since the
Therefore, the
(第4実施形態)
続いて、第4実施形態に係る蛍光板について説明する。
上記実施形態では、固定された配置された蛍光体層に対して青色光Eが入射する蛍光板を例示したが、本実施形態の蛍光体は回転可能な点で相違する。
(Fourth embodiment)
Next, the fluorescent screen according to the fourth embodiment will be described.
In the said embodiment, although the fluorescent plate into which the blue light E injects with respect to the fluorescent substance layer arrange | positioned fixed was illustrated, the fluorescent substance of this embodiment differs in the point which can be rotated.
図6は本実施形態の回転蛍光板31の概略構成を示す図である。図6(a)は回転蛍光板31の正面図であり、図6(b)は図6(a)のA1−A1矢視による断面図である。なお、図6において上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付して説明する。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the
回転蛍光板31は、図6に示すように、モーター50と、モーター50により回転可能な円板(支持部材)32と、透光性セラミック部33と、を有する。透光性セラミック部33は、円板32の周に沿って設けられたリング形状からなる。透光性セラミック部33は、リング状の蛍光体層42と、リング状の透光性セラミック層43とを含む。
As shown in FIG. 6, the rotating
円板32は、モーター50により中心軸32aの周りに回転する。円板32には凹部35が形成されている。凹部35は円板32の中心軸32aの周りにリング状に形成されている。
The
本実施形態の回転蛍光板31によれば、円板32が回転することで蛍光体層42中における青色光Eの入射位置が経時的に変化するので、青色光Eによる発熱が分散されることで蛍光体層42の温度上昇が抑制される。
これに加え、上記実施形態と同様、蛍光体層42の光入射面、すなわち上面42c側に配置された透光性セラミック層43を介して上面42cから熱が効率良く排出される。
したがって、本実施形態の回転蛍光板31においても、蛍光体層42の温度上昇が抑制されるので、蛍光光Yを効率良く生成することができる。
According to the
In addition, as in the above embodiment, heat is efficiently discharged from the
Therefore, also in the
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、蛍光体層42のバインダー材としては低融点ガラスを例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、バインダー材としては少なくとも青色光Eおよび蛍光光Yを透過させる光透過性を有していればよく、例えば、シリコーン樹脂から構成されていてもよい。
本発明によれば、バインダー材として熱伝導率が低い樹脂材料を用いた蛍光体層を採用した場合であっても、透光性セラミック層43或いは143、支持基板40或いは240および補助部材46を介して蛍光体層42から放熱させることができるので、蛍光体層42の発光効率の低下を抑制することができるからである。
In addition, this invention is not necessarily limited to the thing of the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the said embodiment, although low melting glass was illustrated as a binder material of the
According to the present invention, even when a phosphor layer using a resin material having low thermal conductivity is employed as the binder material, the translucent
また、上記実施形態では、3つの液晶光変調装置400R,400G,400Bを備えるプロジェクター1を例示したが、1つの液晶光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。 Moreover, although the example which mounted the illuminating device by this invention in the projector was shown in the said embodiment, it is not restricted to this. The lighting device according to the present invention can also be applied to lighting fixtures, automobile headlights, and the like.
1…プロジェクター、10…第1光源、30,30A,30B…蛍光板、31…回転蛍光板、32…円板(支持部材)、33,41…透光性セラミック部、40,52…支持基板、40a,140a…凹部、42…蛍光体層、42a…側面(第3の面)、42b…底面(第2の面)、42c…上面(第1の面)、43…透光性セラミック層、46…補助部材、51…支持部材、52…支持基板(基板)、53…補助部材、100…第1照明装置、400R,400G,400B…液晶光変調装置、E…青色光(励起光)。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記蛍光体層の前記第2の面側に設けられ、前記蛍光体層および前記透光性セラミック層と熱的に接触している支持部材と、を備え、
前記支持部材は凹部を有し、
前記蛍光体層は前記凹部に設けられ、
前記透光性セラミック層は、前記蛍光体層の前記第1の面を覆うとともに、前記蛍光体層の前記第1の面よりも大きい第3の面を有し、
前記透光性セラミック層の前記第3の面は、前記蛍光体層の前記第1の面に接触するとともに、前記支持部材と熱的に接触している
波長変換素子。 A translucency comprising: a phosphor layer having a first surface on which excitation light is incident and a second surface facing the first surface; and a translucent ceramic layer provided on the first surface. A ceramic member;
A support member provided on the second surface side of the phosphor layer and in thermal contact with the phosphor layer and the translucent ceramic layer ,
The support member has a recess;
The phosphor layer is provided in the recess,
The translucent ceramic layer covers the first surface of the phosphor layer and has a third surface larger than the first surface of the phosphor layer,
The wavelength conversion element , wherein the third surface of the translucent ceramic layer is in contact with the first surface of the phosphor layer and is in thermal contact with the support member .
請求項1に記載の波長変換素子。 The wavelength conversion element according to claim 1.
請求項1に記載の波長変換素子。 The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the translucent ceramic layer is an alumina sintered body.
請求項1に記載の波長変換素子。 The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the translucent ceramic layer is a sintered body of magnesia.
前記透光性セラミック層の前記第3の面上に、接合剤及び蛍光体を含む混合物を塗布する第1工程と、
前記透光性セラミック層の上に塗布された前記混合物を焼成して前記蛍光体層を形成する第2工程と、
前記支持部材を、前記蛍光体層および前記透光性セラミック層と熱的に接触させる第3工程と、を備え、
前記第3工程は、前記蛍光体層を前記支持部材に形成された凹部に配置するとともに、前記透光性セラミック層の前記第3の面の一部を前記支持部材に熱的に接触させる
波長変換素子の製造方法。 A phosphor layer having a first surface and a second surface facing the first surface; and a phosphor layer provided on the first surface, covering the first surface and larger than the first surface. A translucent ceramic layer having three surfaces, and a support member provided on the second surface side of the phosphor layer,
On the third surface of the transparent ceramic layer, a first step of applying a mixture containing a bonding agent and phosphor,
A second step of firing the mixture applied on the light-transmitting ceramic layer to form the phosphor layer;
Said support member, and a third step of the phosphor layer and the translucent ceramic layer and in thermal contact,
In the third step, the phosphor layer is disposed in a recess formed in the support member, and a wavelength at which a part of the third surface of the translucent ceramic layer is in thermal contact with the support member. A method for manufacturing a conversion element.
前記蛍光体層を励起する励起光を射出する光源と、を備える
照明装置。 The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 4 ,
A light source that emits excitation light that excites the phosphor layer.
請求項6に記載の照明装置。 The illumination device according to claim 6 , wherein the phosphor layer has a width corresponding to a spot size of the excitation light.
前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
プロジェクター。 The lighting device according to claim 6 or 7 ,
A light modulation device that forms image light by modulating light from the illumination device according to image information; and
A projection optical system that projects the image light.
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