JP6613583B2 - Wavelength conversion element, light source device and projector - Google Patents
Wavelength conversion element, light source device and projector Download PDFInfo
- Publication number
- JP6613583B2 JP6613583B2 JP2015051207A JP2015051207A JP6613583B2 JP 6613583 B2 JP6613583 B2 JP 6613583B2 JP 2015051207 A JP2015051207 A JP 2015051207A JP 2015051207 A JP2015051207 A JP 2015051207A JP 6613583 B2 JP6613583 B2 JP 6613583B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- conversion element
- wavelength conversion
- substrate
- sintered body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Optical Filters (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Description
本発明は、波長変換素子、光源装置、プロジェクター及び波長変換素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion element, a light source device, a projector, and a method for manufacturing the wavelength conversion element.
従来、光源装置から射出された照明光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーン等の被投射面に拡大投射する画像表示装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載の画像表示装置は、照明装置、偏光分離装置、分光装置、液晶パネル、プリズム及び投射光学装置を備える。照明装置は、励起光を射出する励起光源と、蛍光体とを備える。蛍光体は、入射された励起光の一部を励起光とは異なる波長の蛍光に変換する。蛍光体からは、蛍光と、励起光の他の一部とが、当該励起光が入射する側と同じ側に向けて照明光として射出される。そして、照明光は分光装置によって赤色、緑色及び青色の色光に分離される。分離された各色光は、それぞれが対応する液晶パネルにて変調される。液晶パネルにより変調された各色光がプリズムにて合成され、投射光学装置から投射される。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an image display device that modulates illumination light emitted from a light source device to form an image according to image information, and enlarges and projects the image on a projection surface such as a screen (for example, Patent Documents). 1).
The image display device described in
近年、プロジェクターに対し、高輝度化の要望が高まっている。これに対し、照明光として蛍光体から蛍光を効率的に取り出せる構成が要望されてきた。 In recent years, there has been an increasing demand for projectors with higher brightness. On the other hand, there has been a demand for a configuration that can efficiently extract fluorescence from a phosphor as illumination light.
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決することを目的としたものであり、蛍光を効率的に取り出せる波長変換素子を提供することを目的の1つとする。また、当該波長変換素子を備えた光源装置を提供することを目的の1つとする。また、当該光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の1つとする。また、当該波長変換素子の製造方法を提供することを目的の1つとする。 An object of the present invention is to solve at least a part of the problems described above, and an object of the present invention is to provide a wavelength conversion element that can efficiently extract fluorescence. Another object is to provide a light source device including the wavelength conversion element. Another object is to provide a projector including the light source device. Another object is to provide a method for manufacturing the wavelength conversion element.
本発明の第1態様に係る波長変換素子は、第1金属酸化物を含む焼結体と、接合剤及び蛍光体を含む蛍光体層と、を有し、前記蛍光体層は、前記焼結体上に形成されていることを特徴とする。 The wavelength conversion element according to the first aspect of the present invention includes a sintered body including a first metal oxide, and a phosphor layer including a bonding agent and a phosphor, and the phosphor layer includes the sintered body. It is formed on the body.
上記第1態様によれば、当該焼結体が第1金属酸化物により構成されているので、焼結体の光反射効率は比較的高い。上記蛍光体層が形成される基板として上記焼結体を用いることにより、蛍光体層から焼結体内に入射する光は、焼結体によって所望の方向に効率よく反射される。従って、波長変換素子から蛍光を効率的に取り出すことができる。また、このような波長変換素子をプロジェクターに採用した場合、当該プロジェクターは高輝度な画像を形成できる。 According to the said 1st aspect, since the said sintered compact is comprised with the 1st metal oxide, the light reflection efficiency of a sintered compact is comparatively high. By using the sintered body as the substrate on which the phosphor layer is formed, light incident from the phosphor layer into the sintered body is efficiently reflected in a desired direction by the sintered body. Therefore, fluorescence can be efficiently extracted from the wavelength conversion element. Further, when such a wavelength conversion element is employed in a projector, the projector can form a high-luminance image.
上記第1態様では、前記第1金属酸化物は、酸化アルミニウムであることが好ましい。
この構成によれば、焼結体が酸化アルミニウムにより構成されているので、焼結体の光反射効率を当該焼結体が他の金属酸化物により構成される場合に比べて高くできる。
In the first aspect, the first metal oxide is preferably aluminum oxide.
According to this structure, since the sintered compact is comprised with the aluminum oxide, the light reflection efficiency of a sintered compact can be made high compared with the case where the said sintered compact is comprised with another metal oxide.
上記第1態様では、前記焼結体は、前記第1金属酸化物からなる複数の結晶を含み、前記複数の結晶の粒径分布は、10μm以下にピークを持つことが好ましい。
ここで、結晶サイズが大きくなり、単結晶に近くなると、結晶の屈折率が高いために、焼結体に入射した光が焼結体の外部に射出しにくくなる。これに対し、複数の結晶の粒径分布が10μm以下にピークを持つ場合、焼結体の内部での散乱によって、焼結体に入射した光が焼結体の外部に射出しやすくなる。従って、波長変換素子から蛍光を効率的に取り出すことができる。
In the first aspect, it is preferable that the sintered body includes a plurality of crystals made of the first metal oxide, and the particle size distribution of the plurality of crystals has a peak at 10 μm or less.
Here, when the crystal size increases and becomes close to a single crystal, the refractive index of the crystal is high, so that light incident on the sintered body is difficult to be emitted outside the sintered body. On the other hand, when the particle size distribution of the plurality of crystals has a peak at 10 μm or less, light incident on the sintered body is easily emitted outside the sintered body due to scattering inside the sintered body. Therefore, fluorescence can be efficiently extracted from the wavelength conversion element.
上記第1態様では、前記焼結体は、前記第1金属酸化物とは屈折率が異なる第2金属酸化物を更に含むことが好ましい。
この構成によれば、当該焼結体が互いに異なる屈折率の金属酸化物により構成されているので、焼結体の光反射効率は高い。上記蛍光体層が形成される基板として上記焼結体を用いることにより、蛍光体層から焼結体内に入射する光は、焼結体によって所望の方向に効率よく反射される。従って、波長変換素子から蛍光を効率的に取り出すことができる。
In the first aspect, it is preferable that the sintered body further includes a second metal oxide having a refractive index different from that of the first metal oxide.
According to this configuration, since the sintered bodies are made of metal oxides having different refractive indexes, the light reflection efficiency of the sintered bodies is high. By using the sintered body as the substrate on which the phosphor layer is formed, light incident from the phosphor layer into the sintered body is efficiently reflected in a desired direction by the sintered body. Therefore, fluorescence can be efficiently extracted from the wavelength conversion element.
上記第1態様では、前記第2金属酸化物は、二酸化ジルコニウムであり、前記焼結体において、前記第2金属化合物は、モル比で前記第1金属酸化物の10%以下であることが好ましい。
この構成によれば、上記焼結体は、酸化アルミニウム及び二酸化ジルコニウムを含む焼結体であるので、焼結体が酸化アルミニウムのみで構成される場合に比べて、当該蛍光体層の強度を高めることができる。
ここで、焼結体における二酸化ジルコニウムがモル比で第1金属化合物の10%以下である場合、上記焼結体の光反射効率は、焼結体が第1金属化合物のみで構成されている場合に比べて高まる。具体的に、焼結体における二酸化ジルコニウムがモル比で第1金属化合物の10%以下である場合には、蛍光体層から当該焼結体に入射する光は、当該焼結体の浅い部分において反射される可能性が高まる。すなわち、焼結体内にて励起光が入射する側に向かって反射しない光(例えば、焼結体の側面方向に向けて射出する光)の発生を抑制できる。従って、励起光が入射する側への波長変換素子からの蛍光の取出効率をより高めることができる。
In the first aspect, the second metal oxide is zirconium dioxide, and in the sintered body, the second metal compound is preferably 10% or less of the first metal oxide in a molar ratio. .
According to this configuration, since the sintered body is a sintered body containing aluminum oxide and zirconium dioxide, the strength of the phosphor layer is increased as compared with the case where the sintered body is composed only of aluminum oxide. be able to.
Here, when zirconium dioxide in the sintered body is 10% or less of the first metal compound by molar ratio, the light reflection efficiency of the sintered body is the case where the sintered body is composed only of the first metal compound. Increased compared to Specifically, when the zirconium dioxide in the sintered body is 10% or less of the first metal compound by molar ratio, the light incident on the sintered body from the phosphor layer is in the shallow part of the sintered body. The possibility of reflection increases. That is, it is possible to suppress the generation of light that does not reflect toward the side on which the excitation light is incident in the sintered body (for example, light that is emitted toward the side surface of the sintered body). Therefore, the fluorescence extraction efficiency from the wavelength conversion element to the side on which the excitation light is incident can be further increased.
上記第1態様では、前記焼結体は、空隙を含むことが好ましい。
なお、上記空隙としては、焼結体の前駆体を焼結する際に形成される空隙を例示できる。
ここで、空隙を含む焼結体の光反射効率は、空隙が含まれていない焼結体の光反射効率に比べて高い。このため、この構成によれば、波長変換素子から蛍光を効率的に取り出すことができる。
In the first aspect, the sintered body preferably includes voids.
In addition, as said space | gap, the space | gap formed when sintering the precursor of a sintered compact can be illustrated.
Here, the light reflection efficiency of the sintered body including the voids is higher than the light reflection efficiency of the sintered body not including the voids. For this reason, according to this structure, fluorescence can be efficiently extracted from the wavelength conversion element.
上記第1態様では、前記空隙の総体積は、前記焼結体の体積に対して0.5%以上10%以下であることが好ましい。
この構成によれば、空隙が第1金属酸化物(例えば、酸化アルミニウム)の粒界に連続して存在することができるため、光の反射及び散乱が大きくなり、蛍光体層から焼結体に入射する光が焼結体の表層において反射される可能性が高まる。従って、波長変換素子から蛍光を効率的に取り出すことができる。
In the first aspect, the total volume of the voids is preferably 0.5% or more and 10% or less with respect to the volume of the sintered body.
According to this configuration, since voids can continuously exist at the grain boundaries of the first metal oxide (for example, aluminum oxide), reflection and scattering of light increase, and the phosphor layer can be changed into the sintered body. Incidence of incident light is increased in the surface layer of the sintered body. Therefore, fluorescence can be efficiently extracted from the wavelength conversion element.
上記第1態様では、前記接合剤は、無機材料により構成されていることが好ましい。
なお、上記無機材料としては、焼結助成用ガラス(ガラスバインダー)として用いられる粉末ガラスを例示できる。
この構成によれば、蛍光体層が無機材料及び蛍光体により構成されているので、一般的な有機材料を用いる場合に比べて、蛍光体層の劣化の進行を抑制できる。
また、蛍光体及び無機材料を含む混合物を上記焼結体上に塗布した後、焼成することにより、接着剤を用いることなく焼結体上に蛍光体層を形成できる。具体的に、無機材料が焼成の際に溶解して蛍光体と混ざった後、混合物が焼結体上に固着することにより、焼結体上に蛍光体層が一体的に形成される。従って、接着剤を用いることなく蛍光体層を焼結体と一体化できる。従って、接着剤によって蛍光体が焼結体に固定されている場合のように当該接着剤が蛍光体層から焼結体に入射される光を阻害する、ということがなくなるので、蛍光体層から射出された蛍光が効率よく反射される。更に、波長変換素子の形成工程を簡略化できる。
In the first aspect, the bonding agent is preferably made of an inorganic material.
In addition, as said inorganic material, the powder glass used as glass for sintering assistance (glass binder) can be illustrated.
According to this configuration, since the phosphor layer is composed of the inorganic material and the phosphor, the progress of the deterioration of the phosphor layer can be suppressed as compared with the case where a general organic material is used.
Moreover, after apply | coating the mixture containing fluorescent substance and an inorganic material on the said sintered compact, it can calcinate and can form a fluorescent substance layer on a sintered compact without using an adhesive agent. Specifically, after the inorganic material is dissolved and mixed with the phosphor during firing, the mixture is fixed onto the sintered body, whereby the phosphor layer is integrally formed on the sintered body. Therefore, the phosphor layer can be integrated with the sintered body without using an adhesive. Accordingly, the adhesive does not obstruct light incident on the sintered body from the phosphor layer as in the case where the phosphor is fixed to the sintered body by the adhesive. The emitted fluorescence is efficiently reflected. Furthermore, the process of forming the wavelength conversion element can be simplified.
上記第1態様では、前記焼結体の前記蛍光体層とは反対側に位置し、前記焼結体を通過した光を反射させる反射層を有することが好ましい。
ここで、焼結体が比較的薄いと、蛍光体層により波長変換された蛍光光の一部が、当該焼結体を通過するおそれがある。
しかしながら、この構成によれば、上記蛍光光の一部が焼結体を通過してしまう場合でも、焼結体に対して蛍光体層とは反対側に位置する反射層により、当該一部の光を反射させることができる。これにより、反射層がない場合に比べて、焼結体を薄く構成できる。従って、焼結体における厚さ方向の界面の厚さを小さくすることができるので、当該焼結体から射出される光の広がりを抑制できる。
そして、波長変換素子から射出される光を集光しやすくなるので、当該波長変換素子がプロジェクター等に採用される場合に、波長変換素子から射出される光の利用効率を高めることができる。
In the said 1st aspect, it is preferable to have a reflection layer which is located in the opposite side to the said fluorescent substance layer of the said sintered compact, and reflects the light which passed the said sintered compact.
Here, if the sintered body is relatively thin, a part of the fluorescent light whose wavelength is converted by the phosphor layer may pass through the sintered body.
However, according to this configuration, even when a part of the fluorescent light passes through the sintered body, the reflection layer located on the opposite side of the sintered body from the sintered body causes the part of the fluorescent light to pass. It can reflect light. Thereby, compared with the case where there is no reflection layer, a sintered compact can be comprised thinly. Therefore, since the thickness of the interface in the thickness direction in the sintered body can be reduced, the spread of light emitted from the sintered body can be suppressed.
And since it becomes easy to condense the light inject | emitted from a wavelength conversion element, when the said wavelength conversion element is employ | adopted for a projector etc., the utilization efficiency of the light inject | emitted from a wavelength conversion element can be improved.
上記第1態様では、前記焼結体を支持する支持基板と、前記支持基板と前記焼結体との間に設けられた接着層と、を更に備えることが好ましい。
この構成によれば、焼結体が接着層により支持基板に固定されるので、焼結体を確実に当該支持基板により保持できる。これにより、蛍光の射出方向が一定に保たれるため、波長変換素子から射出される蛍光の利用効率を高めることができる。
In the first aspect, it is preferable to further include a support substrate that supports the sintered body, and an adhesive layer provided between the support substrate and the sintered body.
According to this configuration, since the sintered body is fixed to the support substrate by the adhesive layer, the sintered body can be reliably held by the support substrate. Thereby, since the emission direction of the fluorescence is kept constant, the utilization efficiency of the fluorescence emitted from the wavelength conversion element can be increased.
上記第1態様では、前記焼結体を支持する支持基板と、前記支持基板と前記焼結体との間に設けられた接着層と、前記支持基板と前記接着層との間に設けられ、入射される光を反射させる反射層と、を更に備えることが好ましい。
この構成によれば、支持基板と接着層との間に位置する反射層によって、焼結体を通過した光を反射させることができるので、波長変換素子から蛍光を効率的に取り出すことができる。
In the first aspect, a support substrate that supports the sintered body, an adhesive layer provided between the support substrate and the sintered body, and provided between the support substrate and the adhesive layer, It is preferable to further include a reflective layer that reflects incident light.
According to this configuration, since the light that has passed through the sintered body can be reflected by the reflective layer positioned between the support substrate and the adhesive layer, fluorescence can be efficiently extracted from the wavelength conversion element.
本発明の第2態様に係る光源装置は、前述の波長変換素子と、前記蛍光体層を励起させる励起光を射出する光源と、を備えることを特徴とする。
上記光源としては、励起光を射出するレーザー等の固体光源を例示できる。
上記第2態様によれば、上記第1態様に係る波長変換素子と同様の効果を奏することができる。また、光源装置は、光源から射出された励起光を蛍光に変換して射出することができる。例えば、青色の励起光が光源から射出される場合、光源装置は、波長変換素子によって緑及び赤の色光を含む蛍光を射出することも可能である。
A light source device according to a second aspect of the present invention includes the wavelength conversion element described above and a light source that emits excitation light that excites the phosphor layer.
Examples of the light source include a solid light source such as a laser that emits excitation light.
According to the said 2nd aspect, there can exist an effect similar to the wavelength conversion element which concerns on the said 1st aspect. Further, the light source device can convert the excitation light emitted from the light source into fluorescence and emit it. For example, when blue excitation light is emitted from a light source, the light source device can emit fluorescence including green and red color light using a wavelength conversion element.
本発明の第3態様に係るプロジェクターは、前述の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置からの画像光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。
上記第3態様によれば、上記第2態様に係る光源装置と同様の効果を奏することができる。また、波長変換素子からの蛍光の取出効率が高いので、投射される画像の輝度を高めることができる。
A projector according to a third aspect of the present invention includes the light source device described above, a light modulation device that modulates light emitted from the light source device, and a projection optical device that projects image light from the light modulation device. It is characterized by providing.
According to the said 3rd aspect, there can exist an effect similar to the light source device which concerns on the said 2nd aspect. In addition, since the fluorescence extraction efficiency from the wavelength conversion element is high, the brightness of the projected image can be increased.
本発明の第4態様に係る波長変換素子の製造方法は、金属酸化物を含む焼結体上に接合剤及び蛍光体を含む混合物を塗布して、当該焼結体の焼結温度よりも低い温度で該混合物を焼成させる工程を含むことを特徴とする。
上記第4態様によれば、焼結体上に蛍光体層を容易に形成できる。また、上記蛍光体層を焼成する際に、焼結体の焼結温度よりも低い温度で焼成するので、当該焼結体が上記蛍光体層を焼成する際に劣化することを抑制できる。
また、このような波長変換素子は、焼結体と蛍光体層とが接合された波長変換素子であるので、当該焼結体と蛍光体層とを固定する接着剤を用いる必要がない。これによれば、入射される光によって接着剤が劣化して蛍光体層が剥離することを抑制できる。更に、光を吸収する接着剤を備えていないので、反射光を含む波長変換素子からの射出光の光量を高めることができる。
In the method for manufacturing a wavelength conversion element according to the fourth aspect of the present invention, a mixture containing a bonding agent and a phosphor is applied on a sintered body containing a metal oxide, and is lower than the sintering temperature of the sintered body. A step of firing the mixture at a temperature.
According to the fourth aspect, the phosphor layer can be easily formed on the sintered body. Further, since the phosphor layer is fired at a temperature lower than the sintering temperature of the sintered body, it is possible to suppress the deterioration of the sintered body when the phosphor layer is fired.
Further, since such a wavelength conversion element is a wavelength conversion element in which a sintered body and a phosphor layer are joined, it is not necessary to use an adhesive that fixes the sintered body and the phosphor layer. According to this, it can suppress that an adhesive agent degrades with the incident light and a fluorescent substance layer peels. Furthermore, since the adhesive agent which absorbs light is not provided, the light quantity of the emitted light from the wavelength conversion element containing reflected light can be raised.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図面に基づいて説明する。
[プロジェクターの概略構成]
図1は、本実施形態に係るプロジェクター1の構成を示す模式図である。
プロジェクター1は、内部に設けられた光源から射出された光束を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーンSC1等の被投射面上に拡大投射する表示装置である。
このプロジェクター1は、図1に示すように、外装筐体2と、当該外装筐体2内に収納される光学ユニット3の他、図示を省略するが、当該プロジェクター1を制御する制御装置、冷却対象を冷却する冷却装置、及び当該プロジェクター1を構成する電子部品に電力を供給する電源装置を備える。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
[Schematic configuration of projector]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a
The
As shown in FIG. 1, the
[光学ユニットの構成]
光学ユニット3は、照明装置31、色分離装置32、平行化レンズ33、光変調装置34、色合成装置35及び投射光学装置36を備える。
照明装置31は、照明光WLを射出する。なお、照明装置31の構成については、後述する。
色分離装置32は、照明装置31から入射された照明光WLを赤(R)、緑(G)及び青(B)の3つの色光に分離する。この色分離装置32は、ダイクロイックミラー321,322、全反射ミラー323,324,325及びリレーレンズ326,327を備える。
ダイクロイックミラー321は、照明装置31からの照明光WLを赤色光LRとその他の色光(緑色光LG及び青色光LB)とに分離する。ダイクロイックミラー321は、赤色光LRを透過させるとともに、その他の色光(緑色光LG及び青色光LB)を反射させる。ダイクロイックミラー322は、その他の色光を緑色光LGと青色光LBとに分離する。ダイクロイックミラー322は、緑色光LGを反射するとともに、青色光LBを透過させる。
[Configuration of optical unit]
The
The
The
The
全反射ミラー323は、赤色光LRの光路中に配置され、ダイクロイックミラー321を透過した赤色光LRを光変調装置34(34R)に向けて反射させる。一方、全反射ミラー324,325は、青色光LBの光路中に配置され、ダイクロイックミラー322を透過した青色光LBを光変調装置34(34B)に導く。また、緑色光LGは、ダイクロイックミラー322にて、光変調装置34(34G)に向けて反射される。
リレーレンズ326,327は、青色光LBの光路の、ダイクロイックミラー322の下流に配置されている。これらリレーレンズ326,327は、青色光LBの光路長が赤色光LRや緑色光LGの光路長よりも長くなることによる青色光LBの光損失を補償する機能を有する。
The
The
平行化レンズ33は、後述する光変調装置34に入射する光を平行化する。なお、赤、緑及び青の各色光用の平行化レンズを、それぞれ33R,33G,33Bとする。また、赤、緑及び青の各色光用の光変調装置を、それぞれ34R,34G,34Bとする。
The collimating
光変調装置34(34R,34G,34B)は、それぞれ入射される赤、緑及び青の色光LR,LG,LBを変調して、画像情報に応じた色画像を形成する。これら光変調装置34は、入射される光を変調する液晶パネルにより構成される。なお、図示は省略するが、光変調装置34R,34G,34Bの入射側及び射出側にはそれぞれ、偏光板が配置されている。
The light modulation device 34 (34R, 34G, 34B) modulates the incident red, green, and blue color lights LR, LG, LB to form a color image corresponding to the image information. These
色合成装置35には、各光変調装置34R,34G,34Bからの画像光が入射される。この色合成装置35は、各色光LR,LG,LBに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学装置36に向けて射出する。本実施形態では、色合成装置35は、クロスダイクロイックプリズムにより構成される。
投射光学装置36は、色合成装置35にて合成された画像光をスクリーンSC1等の被投射面に投射する。このような構成により、スクリーンSC1に拡大された画像が投射される。
Image light from each of the
The projection
[照明装置の構成]
図2は、本実施形態のプロジェクター1における照明装置31の構成を示す概略図である。
照明装置31は、前述したように照明光WLを色分離装置32に向けて射出する。この照明装置31は、図2に示すように、光源装置311、アフォーカル光学系312、ホモジナイザー光学系313、偏光分離装置314、位相差板315、ピックアップ光学系316、インテグレーター光学系317、偏光変換素子318、重畳レンズ319及び蛍光部材4を備える。また、光源装置311は、アレイ光源311A及びコリメータ光学系311Bを備える。
[Configuration of lighting device]
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of the
The
光源装置311のアレイ光源311Aは、本発明の光源に相当し、複数の半導体レーザー3111により構成される。具体的に、アレイ光源311Aは、当該アレイ光源311Aから射出される光束の照明光軸Ax1と直交する一平面内に複数の半導体レーザー3111がアレイ状に配列されることにより形成される。なお、詳しくは後述するが、蛍光部材4にて反射された光束の照明光軸をAx2としたとき、照明光軸Ax1と照明光軸Ax2とは同一平面内にあり、且つ互いに直交している。照明光軸Ax1上においては、アレイ光源311Aと、コリメータ光学系311Bと、アフォーカル光学系312と、ホモジナイザー光学系313と、偏光分離装置314とが、この順に並んで配置されている。
一方、照明光軸Ax2上においては、波長変換素子41を備えた蛍光部材4と、ピックアップ光学系316と、位相差板315と、偏光分離装置314と、インテグレーター光学系317と、偏光変換素子318と、重畳レンズ319とが、この順に並んで配置されている。
The array
On the other hand, on the illumination optical axis Ax2, the
アレイ光源311Aを構成する半導体レーザー3111は、例えば、440〜480nmの波長域にピーク波長を有する励起光(青色光BL)を射出する。また、半導体レーザー3111から射出される青色光BLは、コヒーレントな直線偏光であり、偏光分離装置314に向けて照明光軸Ax1と平行に射出される。
また、アレイ光源311Aは、各半導体レーザー3111が射出する青色光BLの偏光方向を、偏光分離装置314の偏光分離層3143にて反射される偏光成分(S偏光成分)の偏光方向と一致させている。そして、このアレイ光源311Aから射出された青色光BLは、コリメータ光学系311Bに入射する。
The semiconductor laser 3111 constituting the array
Also, the array
コリメータ光学系311Bは、アレイ光源311Aから射出された青色光BLを平行光に変換するものである。コリメータ光学系311Bは、例えば各半導体レーザー3111に対応してアレイ状に配置された複数のコリメータレンズ3112を備える。このコリメータ光学系311Bを通過することにより平行光に変換された青色光BLは、アフォーカル光学系312に入射する。
アフォーカル光学系312は、コリメータ光学系311Bから入射された青色光BLの光束径を調整する。このアフォーカル光学系312は、レンズ3121とレンズ3122を備える。このアフォーカル光学系312を通過することによりサイズが調整された青色光BLは、ホモジナイザー光学系313に入射する。
The collimator
The afocal
ホモジナイザー光学系313は、後述するピックアップ光学系316と協同して、被照明領域における青色光BLによる照度分布を均一化する。このホモジナイザー光学系313は、一対のマルチレンズアレイ3131,3132を備える。このホモジナイザー光学系313から射出された青色光BLは、偏光分離装置314に入射する。
The homogenizer
偏光分離装置314は、いわゆるプリズム型の偏光ビームスプリッター(PBS)であり、p偏光及びs偏光のうち、一方の偏光光を通過させ、他方の偏光光を反射させる。この偏光分離装置314は、プリズム3141,3142及び偏光分離層3143を備える。これらプリズム3141,3142は、略三角柱形状に形成され、それぞれ照明光軸Ax1に対して45°の角度をなす傾斜面を有し、かつ、照明光軸Ax2に対して45°の角度をなしている。
The
偏光分離層3143は、上記傾斜面に設けられ、当該偏光分離層3143に入射した第1の波長帯の青色光BLを、S偏光成分とP偏光成分とに分離する偏光分離機能を有する。この偏光分離層3143は、青色光BLのS偏光成分を反射させ、青色光BLのP偏光成分を透過させる。また、偏光分離層3143は、当該偏光分離層3143に入射した光のうち、第1の波長帯(青色光BLの波長帯)とは異なる第2の波長帯(緑色光GL及び赤色光RL)の光を、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有する。なお、偏光分離装置314は、プリズム型のものに限らず、プレート型の偏光分離装置を用いてもよい。
そして、偏光分離層3143に入射した青色光BLは、その偏光方向がS偏光成分と一致していることから、S偏光の励起光BLsとして、蛍光部材4に向けて反射される。
The
The blue light BL incident on the
位相差板315は、偏光分離層3143と波長変換素子41との間の光路中に配置された1/4波長板である。この位相差板315に入射するS偏光である励起光BLsは、円偏光の励起光BLcに変換された後、ピックアップ光学系316に入射する。
ピックアップ光学系316は、励起光BLcを波長変換素子41に向けて集光させる。このピックアップ光学系316は、レンズ3161,レンズ3162を備える。具体的に、ピックアップ光学系316は、入射された複数の光束(励起光BLc)を後述する波長変換素子41に向けて集光させるとともに、当該波長変換素子41上で互いに重畳させる。
The
The pickup
蛍光部材4は、モーター43により回転可能な円板42上に、入射された光の波長を変換する波長変換素子41が円板42の周方向に沿って形成されたものである。この波長変換素子41は、青色光(励起光BLc)が入射する側に向けて赤色光及び緑色光を射出する。
ピックアップ光学系316からの励起光BLcは、波長変換素子41に入射する。波長変換素子41は、励起光BLcの一部を赤色光及び緑色光を含む蛍光光YLに変換する。蛍光光YLは、500〜700nmの波長域にピーク波長を有する。なお、波長変換素子41の構成については、後述する。
そして、波長変換素子41から射出された蛍光光YLは、ピックアップ光学系316、位相差板315を通過し、偏光分離装置314に入射する。偏光分離装置314によって、蛍光光YLと偏光分離層3143を通過する青色光(p偏光の青色光)とが合成され、白色の照明光WLが生成される。照明光WLは、偏光分離装置314から射出され、インテグレーター光学系317に入射する。
In the
Excitation light BLc from the pickup
Then, the fluorescent light YL emitted from the
インテグレーター光学系317は、後述する重畳レンズ319と協同して、被照明領域における照度分布を均一化する。インテグレーター光学系317は、一対のレンズアレイ3171,3172を備える。これら一対のレンズアレイ3171,3172は、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。このインテグレーター光学系317から射出された照明光WLは、偏光変換素子318に入射する。
The integrator
偏光変換素子318は、偏光分離膜と位相差板とから構成され、照明光WLを直線偏光に変換する。偏光変換素子318から射出された照明光WLは、重畳レンズ319に入射する。
重畳レンズ319は、照明光WLを被照明領域において重畳させることにより、被照明領域の照度分布を均一化する。
The
The superimposing
[波長変換素子の構成]
図3は、照明装置31の蛍光部材4を励起光BLcの入射側から見た平面図であり、図4は、図3に示す蛍光部材4のA1−A1断面を示す断面図である。なお、図3及び図4では、モーター43の図示を省略している。
蛍光部材4の波長変換素子41は、上記のように、入射された励起光の一部を蛍光に変換して射出するとともに、他の一部を蛍光に変換せずに射出する。この波長変換素子41は、図3に示すように、リング状に形成され、円板42の円周に沿って設けられている。
また、波長変換素子41は、図4に示すように、蛍光体層411及び基板412を有する。具体的に、波長変換素子41は、蛍光体層411が形成された基板412を有する。この基板412は、接着剤層413を介してアルミニウム等の熱伝導率の高い金属製の円板42に固定されている。この円板42は、上記モーター43によって回転され、これにより、励起光が入射することで発熱する波長変換素子41が冷却される。なお、円板42は、本発明の支持基板に相当し、接着剤層413は、本発明の接着層に相当する。
[Configuration of wavelength conversion element]
FIG. 3 is a plan view of the
As described above, the
The
[蛍光体層の構成]
蛍光体層411は、基板412上に配置された無機材料であるガラスバインダー(接合剤)と蛍光体とを含む混合物を焼成することによって、当該基板412上に形成される。
蛍光体は、Ceイオンを含んだYAG(Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体である。すなわち、蛍光体層411は、無機蛍光体層であり、上記蛍光体層411を構成するガラスバインダーと蛍光体との成分比率は、本実施形態では略50%に設定されている。
[Configuration of phosphor layer]
The
The phosphor is a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) phosphor containing Ce ions. That is, the
[基板(焼結体)の構成]
図5は、波長変換素子41の基板412の一部の模式図である。
基板412は、本発明の焼結体に相当し、蛍光体層411から入射した光を反射させる。この基板412は、酸化アルミニウム(Al2O3)の焼結体である。この基板412は、酸化アルミニウムからなる複数の結晶を含む。この基板412の上記励起光BLcの入射方向に沿う方向の厚さは、略1mmに設定される。なお、酸化アルミニウムは、本発明の第1金属酸化物に相当する。主に焼結温度、焼結時間が調整された焼結過程により、各結晶軸が異なる方向を向いた基板412を製造できる。また、結晶C1と結晶C1の間には、空隙Fが形成されている。
[Configuration of substrate (sintered body)]
FIG. 5 is a schematic diagram of a part of the
The
具体的に、本実施例において、酸化アルミニウムの結晶C1のサイズは、2〜5μmであった。互いに隣り合う結晶同士の間は、互いに密着しているか、あるいは、空隙Fが存在していた。空隙Fは、屈折率が1であり、結晶C1は屈折率が1.78である。このため、結晶C1の内部や結晶C1同士が密着している部分では光が散乱せずに透過し、酸化アルミニウムと空隙Fの表面において光は散乱される。従って、結晶C1のサイズが小さく、その周りに薄い空隙Fが存在することで散乱特性が高くなる。
このように、上記空隙Fが数μmの酸化アルミニウムの粒界に連続して存在することで、光の反射及び散乱が大きくなり、蛍光体層411から入射した蛍光光YLは、基板412の表層において反射され、表面に向けて射出される。これにより、蛍光体層411から基板412に入射された蛍光光YLは、基板412において小さな領域の中で、反射が繰り返される。
Specifically, in this example, the size of the aluminum oxide crystal C1 was 2 to 5 μm. Between adjacent crystals, they are in close contact with each other, or there are voids F. The void F has a refractive index of 1, and the crystal C1 has a refractive index of 1.78. For this reason, the light is transmitted without being scattered in the inside of the crystal C1 or in the portion where the crystals C1 are in close contact with each other, and the light is scattered on the surfaces of the aluminum oxide and the void F. Accordingly, the size of the crystal C1 is small, and the thin voids F are present around it, so that the scattering characteristics are enhanced.
As described above, since the voids F are continuously present at the grain boundaries of the aluminum oxide having a thickness of several μm, reflection and scattering of light increase, and the fluorescent light YL incident from the
図6は、基板412を構成する酸化アルミニウムの結晶C1のサイズと光反射効率を示すグラフである。
図6に示すように、酸化アルミニウムの結晶C1のサイズを適切に設定することによって、高い光反射効率を得ることができる。
酸化アルミニウムの結晶C1のサイズが光の波長の略0.2倍以下の場合、結晶と空隙との界面で散乱しにくくなるために、蛍光光YLが基板412を透過しやすくなり、蛍光光YLの取り出し効率が悪くなる。
結晶サイズが光の波長の略0.2倍以上の場合、光の散乱が界面で有効に起こるため、蛍光光YLが基板412によって蛍光体層411に向かって反射されやすくなる。そのため、充分高い蛍光光YLの取り出し効率が得られる。
しかし、結晶C1のサイズが大きくなり、単結晶に近くなると、結晶C1の屈折率が高いため、基板412と蛍光体層411との間の界面での全反射により、蛍光光YLが基板412から蛍光体層411へ入りにくくなる。そのため、蛍光光YLの取り出し効率が低下する。また、単結晶に至らずとも光の波長に対して十分大きな結晶では、結晶C1と空隙Fとの境界面が大きく、その数は少なくなるために、光反射効率が減少する。このように、酸化アルミニウムの結晶C1のサイズを適切に設定することによって、高い光反射効率を得ることができる。
酸化アルミニウムの結晶C1のサイズが大きくなると、光の直進性が増すので、散乱領域が広がる。このため、全体の光源サイズ、すなわち見かけ上の発光領域が大きくなるので、ピックアップ光学系316によって取り込まれない光の量が多くなる。つまり、光学系での光利用効率が低くなる。
FIG. 6 is a graph showing the size and light reflection efficiency of the aluminum oxide crystal C1 constituting the
As shown in FIG. 6, a high light reflection efficiency can be obtained by appropriately setting the size of the aluminum oxide crystal C1.
When the size of the aluminum oxide crystal C1 is approximately 0.2 times or less of the wavelength of light, it is difficult to scatter at the interface between the crystal and the gap, so that the fluorescent light YL easily passes through the
When the crystal size is approximately 0.2 times or more of the wavelength of light, light scattering occurs effectively at the interface, so that the fluorescent light YL is easily reflected toward the
However, when the size of the crystal C1 increases and becomes closer to a single crystal, the refractive index of the crystal C1 is high, so that the fluorescent light YL is emitted from the
As the size of the aluminum oxide crystal C1 increases, the light straightness increases, and the scattering region widens. For this reason, since the overall light source size, that is, the apparent light emitting area becomes large, the amount of light that is not captured by the pickup
具体的に、結晶C1のサイズが0.1μmより小さい場合、及び当該結晶C1のサイズが10μmより大きい場合には、図6に示すように、基板412の光反射効率が90%を下回る。
これに対し、結晶C1のサイズが0.1μm以上10μm以下である場合には、光反射効率が90%を上回る。また、当該結晶C1のサイズが2μm以上5μm以下であると、より高い光反射効率が得られ、更に、当該結晶C1のサイズが2.5μmであると、基板412の光反射効率は最も高い95%となる。このように、上記基板412において、酸化アルミニウムの結晶C1のサイズは、0.1μm以上10μm以下であることが好ましい。より好ましくは、2μm以上5μm以下である。
Specifically, when the size of the crystal C1 is smaller than 0.1 μm and when the size of the crystal C1 is larger than 10 μm, the light reflection efficiency of the
On the other hand, when the size of the crystal C1 is 0.1 μm or more and 10 μm or less, the light reflection efficiency exceeds 90%. Further, when the size of the crystal C1 is 2 μm or more and 5 μm or less, higher light reflection efficiency is obtained, and when the size of the crystal C1 is 2.5 μm, the light reflection efficiency of the
従って、波長のオーダーに対して略0.2倍から20倍である0.1μm以上から10μm以下に主な結晶サイズを設定することで、散乱による最大の反射光が得られる。すなわち、波長変換素子41の基板412の製造工程において、複数の結晶C1の粒径分布が0.1μm以上10μm以下にピークを持つよう、酸化アルミニウムを焼結すればよい。
Therefore, by setting the main crystal size from 0.1 μm to 10 μm, which is approximately 0.2 to 20 times the wavelength order, the maximum reflected light due to scattering can be obtained. That is, in the manufacturing process of the
図7は、空隙Fの体積比率と光反射効率との関係を示すグラフである。
基板412において、空隙Fの体積比率が0.5%未満、又は、当該空隙Fの体積比率が10%を超える場合には、光反射効率が著しく低下する。
これに対し、当該体積比率が0.5%以上10%以下である場合には、高い光反射効率が得られる。また、当該体積比率が3%以上7%以下であると、より高い光反射効率が得られる。このように、上記基板412において、空隙Fの体積比率は、0.5%以上10%以下であることが好ましく、より好ましくは、3%以上7%以下である。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the volume ratio of the gap F and the light reflection efficiency.
In the
On the other hand, when the volume ratio is 0.5% or more and 10% or less, high light reflection efficiency is obtained. Further, when the volume ratio is 3% or more and 7% or less, higher light reflection efficiency can be obtained. Thus, in the
[波長変換素子の製造方法]
上述した波長変換素子41は、例えば以下に示す製造方法により製造される。まず、波長変換素子41を構成する基板412の製造工程について説明する。
まず、基板412を構成するAl2O3粉末に対して、バインダー、可塑剤及び有機溶媒等が添加された後、攪拌混合され、基板412を形成するためのスラリーが調整される。このスラリーをシート状に形成し、グリーンシートを形成する。そして、このグリーンシートは、プレス加工により所定の形状に型抜きされ、板状のグリーン成形品(基板前駆体)が形成される。このグリーン成形品は、例えば、1500℃以上の温度で焼結され、焼結体である基板412が形成される。
[Method of manufacturing wavelength conversion element]
The
First, a binder, a plasticizer, an organic solvent, and the like are added to the Al 2 O 3 powder constituting the
蛍光体層411は、上記工程により形成された基板412上に形成される。まず、蛍光体層411を構成するガラスバインダー、蛍光体及び有機物からなる混合物を調整する。そして、基板412上に当該混合物を塗布する。その後、混合物をガラスの融点を超える温度にて焼成する。なお、この温度は、上記焼結体である基板412を焼結させる温度より低い温度であり、例えば1000℃である。
これにより、ガラスバインダーは溶融し、かつ、上記有機物が蒸発するので、基板412上にガラス及び蛍光体からなる無機蛍光体(蛍光体層411)が形成される。
すなわち、上記工程によれば、酸化アルミニウムの焼結体上にガラスバインダー及び蛍光体を含む混合物を塗布し、焼成させることで、基板412の上に蛍光体層411が形成された波長変換素子41を形成することができる。
なお、基板412は、1500℃以上の温度で焼結されているため、当該混合物とともに1000℃に加熱されたとしても、基板412が熱により破壊される可能性は極めて低い。
The
As a result, the glass binder melts and the organic substance evaporates, so that an inorganic phosphor (phosphor layer 411) made of glass and phosphor is formed on the
That is, according to the above process, the
Note that since the
本実施形態では、基板412が比較的厚い略1mmに形成されていることにより、基板412は入射した光を高い効率で反射させることができる。そのため、金属反射膜等の反射層を蛍光体層411と基板412との間、若しくは、基板412と接着剤層413との間に設けなくとも、蛍光体層411から基板412に入射した蛍光光YL及び励起光BLcの一部は、励起光BLcが入射する側に向かって基板412によって反射される。
In the present embodiment, since the
以上説明した第1実施形態に係るプロジェクター1によれば、以下の効果を奏することができる。
基板412が金属酸化物により構成されているので、基板412の光反射効率は比較的高い。蛍光体層411が形成される基板412として上記焼結体を用いることにより、蛍光体層411から基板412内に入射する光は、基板412によって所望の方向に効率よく反射される。従って、波長変換素子から蛍光光YLを効率的に取り出すことができる。なお、蛍光体層411から基板412に入射する光は、蛍光光YLと、蛍光光YLに変換されなかった励起光BLcの一部とを含む。
また、このような波長変換素子41を採用したプロジェクターは、高輝度な画像を形成できる。
更に、基板412が酸化アルミニウムにより構成されているので、基板412の光反射効率を当該基板412が他の金属酸化物により構成される場合に比べて高くできる。
According to the
Since the
A projector employing such a
Furthermore, since the
本実施形態よれば、複数の結晶C1の粒径分布が10μm以下にピークを持つので、波長変換素子41から蛍光光YLを効率的に取り出すことができる。
According to this embodiment, since the particle size distribution of the plurality of crystals C1 has a peak at 10 μm or less, the fluorescent light YL can be efficiently extracted from the
ここで、空隙Fを含む基板412の光反射効率は、空隙Fが含まれていない基板に比べて高い。このため、本実施形態によれば、基板412が空隙Fを含むので、波長変換素子41から蛍光光YLを効率的に取り出すことができる。
また、基板412の空隙Fの総体積は、基板412の体積に対して0.5%以上10%以下であれば、空隙Fが酸化アルミニウムの粒界に連続して存在することができるため、光の反射及び散乱が大きくなり、蛍光体層411から基板412に入射した光が基板412の表層において反射される可能性が高まる。従って、波長変換素子41から蛍光光YLを効率的に取り出すことができる。
Here, the light reflection efficiency of the
Further, if the total volume of the voids F of the
蛍光体層411が無機材料及び蛍光体により構成されているので、一般的な有機材料を用いる場合に比べて、蛍光体層の劣化の進行を抑制できる。
また、蛍光体及び無機材料を含む混合物を上記基板412上に塗布した後、焼成することにより、接着剤を用いることなく基板412上に蛍光体層411を形成できる。具体的に、無機材料が焼成の際に溶解して蛍光体と混ざった後、混合物が基板412上に固着することにより、基板412上に蛍光体層が一体的に形成される。従って、接着剤を用いることなく蛍光体層を基板412と一体化できる。従って、接着剤によって蛍光体が基板412に固定されている場合のように当該接着剤が蛍光体層411から基板412に入射される光を阻害する、ということがなくなるので、蛍光体層411から射出された蛍光が効率よく反射される。更に、波長変換素子41の形成工程を簡略化できる。
Since the
Further, the
照明装置31は、アレイ光源311Aから射出された励起光(青色光BL)を蛍光光YLに変換して射出することができる。例えば、蛍光体層411がCeイオンを含んだYAG蛍光体を含む場合、照明装置31は、緑及び赤の色光を含む蛍光光YLを射出することも可能である。
また、プロジェクター1は、波長変換素子41から蛍光光YLを効率的に取り出せるので、投射光学装置36から投射される画像の輝度を高めることができる。
The illuminating
Further, since the
酸化アルミニウムを含む基板412上に接合剤及び蛍光体を含む混合物を塗布して焼成することにより、当該基板412上に蛍光体層411を容易に形成できる。また、上記蛍光体層411を焼成する際に、基板412の焼結温度よりも低い温度で焼成するので、当該基板412が上記蛍光体層411を焼成する際に劣化することを抑制できる。
また、このような波長変換素子41は、基板412と蛍光体層411とが直接接合された波長変換素子であるので、当該基板412と蛍光体層411とを固定する接着剤を用いる必要がない。これによれば、入射した光(例えば、励起光BLc)によって接着剤が劣化して蛍光体層が剥離する、ということは起こらない。更に、光を吸収する接着剤を備えていないので、反射光を含む波長変換素子41から射出された蛍光光YLの光量を高めることができる。
The
Moreover, since such a
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター1と同様の構成を備えるが、焼結体である基板412の構成が異なる。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同様の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The projector according to the present embodiment has the same configuration as that of the
[基板(焼結体)の構成]
図8は、第1実施形態における基板412に代えて、本実施形態で採用した基板の一部の模式図である。なお、以下の説明では、基板412は、当該基板を構成する成分のみが上記基板412と異なるため、上記基板412と同様の符号を付して説明する。
基板412は、酸化アルミニウム及び二酸化ジルコニウム(ZrO2)の焼結体である。この基板412の厚さは第1実施形態と同様略1mmに設定される。なお、酸化アルミニウム及び二酸化ジルコニウムはそれぞれ、本発明の第1金属酸化物及び第2金属酸化物に相当する。
このような基板412には、酸化アルミニウム及び二酸化ジルコニウムの焼結過程を経ることにより、図8に示すように、空隙Fが形成される。
[Configuration of substrate (sintered body)]
FIG. 8 is a schematic diagram of a part of the substrate employed in this embodiment, instead of the
The
In such a
具体的に、基板412において、酸化アルミニウムの結晶C1のサイズは、2〜5μmであるのに対して、二酸化ジルコニウムの結晶C2のサイズは、略1μm以下である。また、酸化アルミニウムの線膨張係数は「7×10E−6」に対し、二酸化ジルコニウムの線膨張係数は「1×10E−6」であるため、焼結過程において複数の酸化アルミニウムの結晶の隙間に二酸化ジルコニウムの結晶が適宜配置される。そのため、上記空隙Fが、酸化アルミニウムの結晶C1と酸化アルミニウムの結晶C1、若しくは、酸化アルミニウムの結晶C1と二酸化ジルコニウムの結晶C2との間に形成される。
また、酸化アルミニウムの屈折率は1.78であり、二酸化ジルコニウムの屈折率は2.4であり、空気の屈折率は1である。このため、上記空隙Fが数μmの酸化アルミニウムの粒界に連続して存在することができるため、基板412による光の反射及び散乱が大きくなる。蛍光体層411から入射した蛍光光YLは、基板412の表層において反射される可能性が高まる。このように、蛍光体層411から基板412に入射された蛍光光YLは、基板412により反射される。
Specifically, in the
Aluminum oxide has a refractive index of 1.78, zirconium dioxide has a refractive index of 2.4, and air has a refractive index of 1. For this reason, since the voids F can continuously exist at the grain boundaries of aluminum oxide having a thickness of several μm, reflection and scattering of light by the
図9は、二酸化ジルコニウムの割合と基板412の光反射効率との関係を示すグラフである。
基板412において、モル比での酸化アルミニウムに対する二酸化ジルコニウムの割合が12%を超えると、図9に示すように、酸化アルミニウムのみで基板412を構成した場合(0%の場合)の光反射効率である95%を下回る。
これに対し、当該割合が、0%を超え10%以下である場合には、酸化アルミニウムのみで基板412を構成した場合の光反射効率を上回る。また、当該割合が3%以上7%未満であると、より高い光反射効率が得られ、更に、当該割合が5%であると、基板412の光反射効率は、最も高い98%となる。
このように、上記基板412において、モル比での酸化アルミニウムに対する二酸化ジルコニウムの割合は、10%以下であることが好ましく、より好ましくは、3%以上7%未満である。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the proportion of zirconium dioxide and the light reflection efficiency of the
In the
On the other hand, when the ratio is greater than 0% and equal to or less than 10%, it exceeds the light reflection efficiency when the
Thus, in the
以上説明した第2実施形態に係るプロジェクターによれば、以下の効果を奏することができる。
基板412がそれぞれ異なる屈折率の金属酸化物である酸化アルミニウム及び二酸化ジルコニウムを含む焼結体であるため、基板412の光反射効率は高い。基板412の上に蛍光体層411が形成されているため、蛍光体層411から基板412に入射する光は、励起光BLsが入射する側に向かって基板412によって効率よく反射される。従って、波長変換素子41から蛍光光YLを効率的に取り出すことができる。なお、蛍光体層411から基板412に入射する光は、蛍光光YLと、蛍光光YLに変換されなかった励起光BLcの一部とを含む。また、このような波長変換素子41を採用したプロジェクターは、高輝度な画像を形成できる。
According to the projector according to the second embodiment described above, the following effects can be obtained.
Since the
基板412は、酸化アルミニウム及び二酸化ジルコニウムを含む焼結体であるので、基板412が酸化アルミニウムのみで構成される場合に比べて、当該蛍光体層411の強度を高めることができる。
ここで、基板412における二酸化ジルコニウムがモル比で酸化アルミニウムの10%以下である場合、上記基板412の光反射効率は、基板412が酸化アルミニウムのみで構成されている場合に比べて高い。具体的に、基板412における二酸化ジルコニウムがモル比で酸化アルミニウムの10%以下である場合には、蛍光体層411から基板412に入射した光は、当該基板412の浅い部分において反射される可能性が高い。すなわち、基板412内にて励起光BLcが入射する側に向かって反射しない光(例えば、基板412の側面方向に向けて射出する光)の発生を抑制できる。従って、励起光BLcが入射する側へ、蛍光光YLを波長変換素子41から効率的に取り出すことができる。
Since the
Here, when the zirconium dioxide in the
酸化アルミニウム及び二酸化ジルコニウムを含む基板412上にガラスバインダー及び蛍光体を含む混合物を塗布して焼成することにより、当該基板412上に蛍光体層411を容易に形成できる。また、上記蛍光体層411を形成する際に、酸化アルミニウム及び二酸化ジルコニウムの焼結温度(例えば、1500℃)よりも低い温度(例えば、1000℃)で焼結するので、当該基板412が上記蛍光体層411を焼成する際に劣化することを抑制できる。
The
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター1と同様の構成を備えるが、照明装置31の蛍光部材が備える波長変換素子の構成が異なる。なお、以下の説目では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同様の符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
The projector according to the present embodiment has the same configuration as that of the
図10は、本実施形態に係る蛍光部材4Aを示す断面図である。なお、図10では、図4と同様にモーター43の図示を省略している。
蛍光部材4Aの波長変換素子41Aは、蛍光体層411、基板412A及び反射層414を有する。すなわち、波長変換素子41Aは、一方の面に蛍光体層411が形成され、他方の面に反射層414が形成された基板412Aを備えている点において、上記波長変換素子41と異なる。この波長変換素子41Aは、上記接着剤層413によって円板42に固定される。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the
The
[基板(焼結体)の構成]
基板412Aは、上記基板412と同様に、蛍光体層411から入射した光を反射させる。この基板412Aは、上記第2実施形態における基板412を構成する焼結体により構成されるが、上記励起光BLcの入射方向に沿う方向の寸法(厚さ)が略0.2mm以上0.3mm未満に設定されている点で、略1mmの厚さを有する上記基板412と異なる。
なお、基板412Aは、上記のように、二酸化ジルコニウムを含んだ焼結体であるため、当該基板412Aの強度は、酸化アルミニウム単体で構成された基板の略2倍である。このため、基板412Aを薄くしたとしても、基板412Aが破損するおそれは極めて小さい。
[Configuration of substrate (sintered body)]
The
Note that, since the
また、基板412Aの厚さは、基板412の厚さより小さいので、基板412Aを円板42に向かって透過する成分が生じる。該成分を反射させるため、銀(Ag)等により構成される反射層414が、基板412Aと円板42との間に設けられている。
Further, since the thickness of the
ここで、基板412Aが0.2mmに形成されている場合、蛍光体層411により生成された蛍光光YLのうち、一部の光は基板412Aを透過してしまうため、当該一部の光は、反射層414により反射される。このため、当該一部の光は、基板412Aを2回通過することとなる。
この場合であっても、当該一部の光が基板412Aを通過する距離は、「0.2mm×2回」となり、上記基板412を通過する距離「1mm×2回」より小さい。このため、蛍光光YLが基板412A内にて内部反射を繰り返す可能性が基板412より少なくなる。すなわち、本実施形態の基板412Aは、基板412に比べて、基板412A内での光の広がり(内部反射)を略1/5程度にできるので、蛍光光YLを射出する波長変換素子41Aが点光源に近い状態となる。従って、波長変換素子41Aから射出された蛍光光YLを集光しやすくなり、当該蛍光光YLの利用効率を高めることができる。
Here, when the
Even in this case, the distance that the part of light passes through the
以上説明した第3実施形態に係るプロジェクターでは、上記各実施形態に係るプロジェクター1と同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
ここで、基板412Aが比較的薄いと、蛍光体層411から基板412Aに入射された光の一部が、該基板412Aを透過してしまう。
これに対し、本実施形態によれば、蛍光体層411から入射した光の一部が基板412Aを通過してしまう場合でも、基板412Aに対して蛍光体層411とは反対側に位置する反射層414により、当該一部の光を反射させることができる。これにより、反射層414がない場合に比べて、基板412Aを薄く構成できる。従って、基板412Aにおける厚さ方向の界面の厚さを小さくすることができるので、当該基板412Aから射出された光の広がりを抑制できる。
そして、波長変換素子41から射出された光を集光しやすくなるので、当該波長変換素子41がプロジェクター1に採用された場合に、画像形成に利用される光の利用効率を高めることができる。
The projector according to the third embodiment described above has the following effects in addition to the same effects as the
Here, if the
On the other hand, according to the present embodiment, even when part of the light incident from the
And since it becomes easy to condense the light inject | emitted from the
[実施形態の変形]
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記第1実施形態では、基板412は、酸化アルミニウムにより構成されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。すなわち、基板412は、金属酸化物により構成されればよい。
上記第1実施形態では、基板412の酸化アルミニウムの結晶C1の粒径分布は、10μm以下にピークを持つこととした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、上記結晶C1の粒径分布のピークが30μm以下であれば、当該基板412に入射された光を効率的に射出できる。
[Modification of Embodiment]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the first embodiment, the
In the first embodiment, the particle size distribution of the aluminum oxide crystal C1 on the
上記第2〜第3実施形態では、基板412,412Aは、酸化アルミニウム及び二酸化ジルコニウムにより構成されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、基板412,412Aは、屈折率が互いに異なる金属酸化物であれば、他の金属酸化物により構成されてもよい。
In the second to third embodiments, the
上記各実施形態では、基板412,412Aは、空隙Fを含み、当該空隙Fの含有率は、0.5%以上10%以下であることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、基板412,412Aは、空隙Fを含まなくてもよいし、10%以上含んでもよい。
In each of the above embodiments, the
上記各実施形態では、蛍光体層411は、蛍光体及びガラスバインダーを焼結させることにより形成されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、蛍光体層411は、蛍光体と、上記ガラスバインダーとは異なる無機材料と、により構成されてもよい。更に、蛍光体層411は、蛍光体と有機材料により構成されてもよい。
In each of the above embodiments, the
上記各実施形態では、波長変換素子41,41Aが接着剤層413により円板42に固定されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。すなわち、波長変換素子41が固定される支持基板は、円板42でなくてもよく、例えば、当該波長変換素子41が固定される側とは反対側の面に放熱板等を設けた矩形状の基板に固定されていてもよい。この場合、モーター43を設けなくてもよい。
上記各実施形態では、波長変換素子41は支持基板に支持されていることとした。しかしながら、必ずしも波長変換素子41は支持基板により支持されなくてもよい。例えば、波長変換素子41,41Aの放熱性が高ければ、支持基板は不要である。
In each of the above embodiments, the
In the above embodiments, the
上記第3実施形態では、反射層414は、基板412Aと接着剤層413との間に配置されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、反射層414は、円板42の接着剤層413が配置される側とは反対側の面に配置されることとしてもよい。この場合においても、上記第3実施形態と同様の効果を奏することができる。
In the third embodiment, the
上記各実施形態では、光変調装置として透過型の光変調装置34(34R,34G,34B)を用いることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、透過型の光変調装置34(34R,34G,34B)に代えて、反射型の光変調装置を用いてもよい。この場合、色分離装置32を設けることなく、当該色合成装置35により、色分離及び色合成を実行するようにしてもよい。
In each of the embodiments described above, the transmission type light modulation device 34 (34R, 34G, 34B) is used as the light modulation device. However, the present invention is not limited to this. For example, instead of the transmission type light modulation device 34 (34R, 34G, 34B), a reflection type light modulation device may be used. In this case, color separation and color synthesis may be executed by the
上記各実施形態では、プロジェクター1は、3つの光変調装置34(34R,34G,34B)を備えるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、2つ以下、あるいは、4つ以上の光変調装置を用いたプロジェクターにも、本発明を適用可能である。
また、光変調装置として、デジタルマイクロミラーデバイス等の液晶以外の光変調装置を用いてもよい。
In each of the above embodiments, the
Further, as the light modulation device, a light modulation device other than liquid crystal such as a digital micromirror device may be used.
上記各実施形態において、上記蛍光部材4を備える照明装置31がプロジェクター1に適用される例を示した。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、上記照明装置31は、照明器具及び自動車等のヘッドライト等に使用してもよい。
In each of the above embodiments, the example in which the
1…プロジェクター、31…照明装置、31A…光源装置(光源)、34…光変調装置、36…投射光学装置、4,4A…蛍光部材、41,41A…波長変換素子、411…蛍光体層、412,412A…基板(焼結体)、413…接着剤層(接着層)、414…反射層、42…円板(支持基板)、F…空隙。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
接合剤及び蛍光体を含む蛍光体層と、を有し、
前記蛍光体層は、前記焼結体上に形成されており、
前記焼結体において、前記二酸化ジルコニウムは、モル比で前記酸化アルミニウムの4%以下であることを特徴とする波長変換素子。 A sintered body containing aluminum oxide and zirconium dioxide ;
A phosphor layer containing a bonding agent and a phosphor,
The phosphor layer is formed on the sintered body ,
In the sintered body, the zirconium dioxide, the wavelength converting element, characterized in der Rukoto than 4% of the aluminum oxide at a molar ratio.
前記焼結体は、前記酸化アルミニウムからなる複数の結晶を含み、
前記複数の結晶の粒径分布は、10μm以下にピークを持つことを特徴とする波長変換素子。 The wavelength conversion element according to claim 1 ,
The sintered body includes a plurality of crystals made of the aluminum oxide ,
The wavelength conversion element according to claim 1, wherein a particle size distribution of the plurality of crystals has a peak at 10 μm or less.
前記焼結体は、空隙を含むことを特徴とする波長変換素子。 In the wavelength conversion element according to claim 1 or 2 ,
The wavelength conversion element, wherein the sintered body includes voids.
前記空隙の総体積は、前記焼結体の体積に対して0.5%以上10%以下であることを特徴とする波長変換素子。 In the wavelength conversion element according to claim 3 ,
The total volume of the voids is 0.5% or more and 10% or less with respect to the volume of the sintered body.
前記接合剤は、無機材料により構成されていることを特徴とする波長変換素子。 In the wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 4 ,
The wavelength conversion element, wherein the bonding agent is made of an inorganic material.
前記焼結体の前記蛍光体層とは反対側に位置し、前記焼結体を通過した光を反射させる反射層を有することを特徴とする波長変換素子。 In the wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 5 ,
A wavelength conversion element having a reflective layer that is located on a side opposite to the phosphor layer of the sintered body and reflects light that has passed through the sintered body.
前記焼結体を支持する支持基板と、
前記支持基板と前記反射層との間に設けられた接着層と、を更に備えることを特徴とする波長変換素子。 The wavelength conversion element according to claim 6 ,
A support substrate for supporting the sintered body;
A wavelength conversion element , further comprising: an adhesive layer provided between the support substrate and the reflective layer .
前記焼結体を支持する支持基板と、
前記支持基板と前記焼結体との間に設けられた接着層と、を更に備えることを特徴とする波長変換素子。 In the wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 5 ,
A support substrate for supporting the sintered body;
A wavelength conversion element, further comprising: an adhesive layer provided between the support substrate and the sintered body.
前記蛍光体層を励起させる励起光を射出する光源と、を備えることを特徴とする光源装置。 The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 8 ,
And a light source that emits excitation light that excites the phosphor layer.
前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置からの画像光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とするプロジェクター。 The light source device according to claim 9 ;
A light modulation device that modulates light emitted from the light source device;
And a projection optical device that projects image light from the light modulation device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015051207A JP6613583B2 (en) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Wavelength conversion element, light source device and projector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015051207A JP6613583B2 (en) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Wavelength conversion element, light source device and projector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016170349A JP2016170349A (en) | 2016-09-23 |
JP6613583B2 true JP6613583B2 (en) | 2019-12-04 |
Family
ID=56982429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015051207A Active JP6613583B2 (en) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Wavelength conversion element, light source device and projector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6613583B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6891648B2 (en) | 2017-06-07 | 2021-06-18 | セイコーエプソン株式会社 | Wavelength converters, wavelength converters, light source devices and projectors |
JP2019015848A (en) * | 2017-07-06 | 2019-01-31 | 株式会社タムラ製作所 | Wavelength conversion member and method for manufacturing the same |
JP7031567B2 (en) | 2018-11-29 | 2022-03-08 | 株式会社リコー | Light source optical system, light source device and image projection device |
JP7279436B2 (en) * | 2019-03-18 | 2023-05-23 | セイコーエプソン株式会社 | Wavelength conversion element, light source device, projector, and method for manufacturing wavelength conversion element |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005294796A (en) * | 2003-12-19 | 2005-10-20 | Kyocera Corp | Package for housing light emitting element, light emitting apparatus, and lighting system |
JP4765525B2 (en) * | 2005-06-29 | 2011-09-07 | 日本電気硝子株式会社 | Luminescent color conversion member |
JP4747067B2 (en) * | 2006-03-20 | 2011-08-10 | 株式会社住友金属エレクトロデバイス | White ceramics and reflector, semiconductor light emitting element mounting substrate and semiconductor light emitting element storage package |
JP2009046326A (en) * | 2007-08-14 | 2009-03-05 | Sumitomo Metal Electronics Devices Inc | Ceramic sintered compact, reflector using the same, package for mounting light-emitting element using the same and light-emitting device using the same |
JP5697363B2 (en) * | 2010-05-20 | 2015-04-08 | Ngkエレクトロデバイス株式会社 | Ceramic sintered body, method for manufacturing the same, light reflector, and light-emitting element storage package |
JP5655375B2 (en) * | 2010-05-31 | 2015-01-21 | 旭硝子株式会社 | Glass ceramic composition, light emitting diode element substrate and light emitting device. |
JP5574900B2 (en) * | 2010-09-29 | 2014-08-20 | 京セラ株式会社 | Light-emitting element mounting substrate and light-emitting device |
JP5759776B2 (en) * | 2011-04-20 | 2015-08-05 | スタンレー電気株式会社 | Light source device and lighting device |
WO2013065414A1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-05-10 | シャープ株式会社 | Light-emitting device, illumination device, and method for manufacturing light-emitting device |
CN103968332B (en) * | 2013-01-25 | 2015-10-07 | 深圳市光峰光电技术有限公司 | A kind of Wavelength converter, light-emitting device and optical projection system |
JP6075712B2 (en) * | 2013-03-25 | 2017-02-08 | ウシオ電機株式会社 | Light emitting device |
CN104100933B (en) * | 2013-04-04 | 2016-08-10 | 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 | A kind of Wavelength converter and preparation method thereof, related lighting fixtures |
-
2015
- 2015-03-13 JP JP2015051207A patent/JP6613583B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016170349A (en) | 2016-09-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5601092B2 (en) | Lighting device and projector | |
JP6476970B2 (en) | Lighting device and projector | |
JP5527058B2 (en) | Light source device and projector | |
US20170168379A1 (en) | Wavelength conversion element, illumination device, projector, and method of manufacturing wavelength conversion element | |
JP6938938B2 (en) | Wavelength converter, light source device and projector | |
JP2012185403A (en) | Light emitting element and method for producing the same, light source device, and projector | |
WO2016181768A1 (en) | Fluorescent substrate, light source device, and projection-type display device | |
US9869926B2 (en) | Wavelength conversion element, light source device, and projector | |
JP2016061852A (en) | Wavelength conversion element, light source device, and projector | |
JP6852441B2 (en) | Light source device and projector | |
JP2017138470A (en) | Reflection element, wavelength conversion element, light source device, and projector | |
JP2012014972A (en) | Light source device and projector | |
WO2016185861A1 (en) | Light source device and projection-type display device | |
JP6613583B2 (en) | Wavelength conversion element, light source device and projector | |
CN109426050B (en) | Wavelength conversion element, light source device, and projector | |
JP2016153878A (en) | Light source device and projection-type display device | |
WO2016185860A1 (en) | Phosphor substrate, light source device, and projection display device | |
JP2017015966A (en) | Light source device and projector | |
JP2011128482A (en) | Illuminating device and projector | |
JP6582645B2 (en) | Wavelength conversion element, method for manufacturing wavelength conversion element, illumination device, and projector | |
JP6550812B2 (en) | Fluorescent member, light source device and projector | |
JP6631084B2 (en) | Method for manufacturing wavelength conversion element, wavelength conversion element, lighting device, and projector | |
JP2019028120A (en) | Illumination device and projector | |
JP7484130B2 (en) | Wavelength conversion element, light source device and projector | |
JP5375581B2 (en) | Lighting device and projector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180219 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190312 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190510 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191008 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191021 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6613583 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |