JP6883726B2 - 蛍光体層、波長変換部材、プロジェクタおよび照明装置 - Google Patents
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Description
本開示は、蛍光体層、並びに、これを備えた波長変換部材、プロジェクタおよび照明装置に関する。
従来から、プロジェクタや照明装置において、半導体レーザや発光ダイオードなどの固体光源から出射される励起光を、波長変換部材の蛍光体層により波長変換して、所望の色の光を得ることが行われている。このような波長変換部材の一例として、特許文献１には、複数の蛍光体粒子を凝集させてなる蛍光体層を備えた波長変換部材が開示されている。
ところで、高光度のプロジェクタや照明装置を得るためには、波長変換部材の蛍光体層の波長変換効率が高いことが好ましい。しかしながら、波長変換効率の高い蛍光体層を得ることは容易ではない。
本開示は、波長変換効率の高い蛍光体層およびそれを備えた波長変換部材を提供することを目的とする。また、本開示は、高光度のプロジェクタおよび照明装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る蛍光体層は、複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層である。蛍光体層は、複数の蛍光体粒子の平均粒径［μｍ］をｘ、蛍光体層の厚み［μｍ］をｙとしたときに、ｙ≧−０．０４４１ｘ ２ ＋３．９３３６ｘ＋４８．９４１、の関係を満たす。かつ、蛍光体層は、ｙ≦−０．１１７２ｘ２＋７．５８４ｘ＋８１．１４８、の関係を満たす。かつ、蛍光体層は、ｘ≧１６．４、の関係を満たす。
本開示の一態様に係る波長変換部材は、上記蛍光体層を備える。
本開示の一態様に係るプロジェクタは、上記波長変換部材を備える。
本開示の一態様に係る照明装置は、上記波長変換部材を備える。
本開示に係る蛍光体層は、ｙ≧０．０６２３ｘ２＋０．２１０７ｘ＋２８．７８９、かつ、ｙ≦−０．１１７２ｘ２＋７．５８４ｘ＋８１．１４８、の関係を満たすため、波長変換効率の高い。
また、本開示に係る波長変換部材は、上記蛍光体層を備えるため、波長変換効率の高い。さらに、本開示に係るプロジェクタおよび照明装置は、上記波長変換部材を備えるため、高光度である。
以下、本開示に係る蛍光体層、波長変換部材、プロジェクタおよび照明装置の実施の形態を、図面に基づき説明する。なお、下記に開示される実施の形態はすべて例示であって、本開示に係る蛍光体層、波長変換部材、プロジェクタおよび照明装置に制限を加える意図はない。
また、下記に開示される実施の形態では、必要以上の詳細な説明を省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項についての詳細な説明や、実質的に同一の構成についての重複する説明を、省略する場合がある。これは、説明が不必要に冗長になるのを避けることで、当業者の理解を容易にするためである。
［実施の形態１］
（蛍光体層および波長変換部材）
図１は、実施の形態１に係る蛍光体層および波長変換部材を示す斜視図。図１に示す実施の形態１に係る波長変換部材１０は、プロジェクタ用の蛍光体ホイールであって、円板状の基板１１の一方の主面（上面）側に、実施の形態１に係る蛍光体層１５を備える。基板１１には円弧状の開口１１ａが設けられている。この円弧状の開口１１ａと円弧状の蛍光体層１５とで円環状のシルエットを形成している。基板１１に開口１１ａが設けられているため、後述する固体光源１１１ａから波長変換部材１０へ向けて出射される励起光の一部は、開口１１ａを介して基板１１を通り抜ける。
（蛍光体層および波長変換部材）
図１は、実施の形態１に係る蛍光体層および波長変換部材を示す斜視図。図１に示す実施の形態１に係る波長変換部材１０は、プロジェクタ用の蛍光体ホイールであって、円板状の基板１１の一方の主面（上面）側に、実施の形態１に係る蛍光体層１５を備える。基板１１には円弧状の開口１１ａが設けられている。この円弧状の開口１１ａと円弧状の蛍光体層１５とで円環状のシルエットを形成している。基板１１に開口１１ａが設けられているため、後述する固体光源１１１ａから波長変換部材１０へ向けて出射される励起光の一部は、開口１１ａを介して基板１１を通り抜ける。
図２は、実施の形態１に係る波長変換部材を示す図１における２−２線断面図である。図２に示すように、波長変換部材１０は、基板１１、接着層１２、金属反射層１３、増反射層１４、蛍光体層１５および反射防止層１６を備える。接着層１２、金属反射層１３、増反射層１４、蛍光体層１５および反射防止層１６は、基板１１上にその順で形成されている。
基板１１は、蛍光体層１５を支持する機能、および、蛍光体層１５で発生した熱を外部へ放散させる機能を有する。基板１１の材料としては、ガラス、石英、ＧａＮ（窒化ガリウム）、サファイア、シリコン、樹脂などが挙げられる。樹脂としては、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）など挙げられる。
接着層１２は、金属反射層１３の基板１１への接着性を高める機能を有する。接着層１２は、例えばＴｉ（チタン）からなり、基板１１の上面の全体に亘って形成されている。なお、接着層１２は、本実施の形態において必須の層ではない。
金属反射層１３は、蛍光体層１５を透過した励起光や、蛍光体層１５から基板１１側（下側）へと発せられた蛍光を、基板１１とは反対側（上側）へ反射させる機能を有する。本実施の形態では、金属反射層１３はＡｇからなり、接着層１２の上面の全体に亘って形成されている。金属反射層１３は、Ａｇに限定されずＡｌなどの他の金属で形成されていてもよい。但し、Ａｇは反射率が高いため特に好適である。なお、金属反射層１３は、本実施の形態において必須の層ではない。
増反射層１４は、金属反射層１３と反射防止層１６との界面で生じる光の散乱ロスを低減する機能、および、入射光の角度依存性による反射率の低下を防止する機能を有する。増反射層１４は、金属反射層１３が形成された領域の全体、具体的には金属反射層１３の上面の全体に形成されている。なお、増反射層１４は、本実施の形態において必須の層ではない。
増反射層１４は、低屈折率層と高屈折率層とが交互に多層に積層された多層膜であって、本実施の形態では基板１１側から順に低屈折率層１４ａおよび高屈折率層１４ｂの２層で構成されている。なお、増反射層１４は、２層で構成されるものに限定されず、低屈折率層と高屈折率層とが交互に多層に積層された多層膜であれば、低屈折率層１４ａおよび高屈折率層１４ｂ以外の層が含まれていてもよい。
低屈折率層１４ａの材料としては、例えばＳｉＯ２（二酸化ケイ素）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）などの酸化物が挙げられる。また、低屈折率層１４ａの材料は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化アルミニウムインジウム）などの窒化物であってもよい。
高屈折率層１４ｂの材料としては、例えばＮｂ２Ｏ５（五酸化ニオブ）、ＴｉＯ２（二酸化チタン）、Ｔｉ３Ｏ５（五酸化チタン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＺｒＯ２（二酸化ジルコニウム）、Ｔａ２Ｏ５（五酸化タンタル）、ＣｅＯ２（酸化セリウム）などの酸化物が挙げられる。また、高屈折率層１４ｂの材料は、ＡｌＯＮ（酸窒化アルミニウム）、ＧａＮなどの窒化物であってもよい。
蛍光体層１５は、固体光源１１１ａから波長変換部材へ向けて出射された励起光を蛍光に変換する機能を有する。
蛍光体層１５は、透明材料からなる封止層１５ａと、封止層１５ａの中に分散された複数の蛍光体粒子１５ｂとを有する。封止層１５ａの透明材料としては、ガラス樹脂、ガラス、樹脂などが挙げられ、本実施の形態ではガラス樹脂が用いられている。
なお、蛍光体層１５は、透明材料に蛍光体粒子を分散させたものに限定されず、複数の蛍光体粒子を凝集させてなる蛍光体プレートなどであってもよい。蛍光体プレートのように、予め蛍光体層１５を作成した後に基板１１上に取り付けるタイプの蛍光体層１５であれは、それ単体で取引きの対象となりうる。
蛍光体粒子１５ｂは、紫外光から青色光領域の励起光を吸収し励起光より長波長の蛍光を発する、少なくとも１種類の蛍光体で構成される。本実施の形態では、固体光源１１１ａは青色の励起光を出射する半導体レーザであり、蛍光体粒子１５ｂは黄色蛍光体で構成されている。青色の励起光が照射された蛍光体粒子１５ｂは、黄色の蛍光を発する。なお、蛍光体粒子１５ｂを構成する蛍光体は黄色蛍光体に限定されず、赤色蛍光体または緑色蛍光体であってもよい。また、蛍光体粒子１５ｂは、発光スペクトルの中心波長が異なる複数種類の蛍光体で構成されていてもよい。
黄色蛍光体としては、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋などが挙げられる。赤色蛍光体としては、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋などが挙げられる。緑色蛍光体としては、例えば、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｙ３（Ｇａ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋、（Ｙ，Ｌｕ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋などが挙げられる。
蛍光体層１５の厚みおよび蛍光体粒子１５ｂの平均粒径は、高い波長変換効率の蛍光体層１５を得るために好適な値となっている。これについての詳細は後述する。
反射防止層１６は、蛍光体層１５へ入射する励起光の反射を低減させることで、励起光の蛍光体層１５への入射効率を向上させる機能を有する。また、反射防止層１６は、蛍光体粒子１５ｂから発せられた蛍光が封止層１５ａの表面で反射されるのを低減し、これによって蛍光体層１５からの蛍光の取出し効率を向上させる機能を有する。なお、反射防止層１６は、本実施の形態において必須の層ではない。
反射防止層１６は、金属反射層１３が形成された領域の全体に形成されている。また、反射防止層１６は、基板１１上における蛍光体層１５が形成されていない領域において、増反射層１４と接触している。
反射防止層１６は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に多層に積層された多層膜である。本実施の形態では、反射防止層１６は、基板１１側から順に、第１低屈折率層１６ａ、高屈折率層１６ｂおよび第２低屈折率層１６ｃの３層で構成されている。なお、反射防止層１６は、３層で構成されるものに限定されず、高屈折率層と低屈折率層とが交互に３層以上で積層された多層膜であれば、第１低屈折率層１６ａ、高屈折率層１６ｂおよび第２低屈折率層１６ｃ以外の層が含まれていてもよい。
第１低屈折率層１６ａおよび第２低屈折率層１６ｃの材料としては、例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物が挙げられる。また、第１低屈折率層１６ａおよび第２低屈折率層１６ｃの材料は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどの窒化物でもよい。第１低屈折率層１６ａと第２低屈折率層１６ｃとは、同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。また、第１低屈折率層１６ａおよび第２低屈折率層１６ｃは、増反射層１４の低屈折率層１４ａと同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。
高屈折率層１６ｂの材料としては、例えばＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔｉ３Ｏ５、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＣｅＯ２などの酸化物が挙げられる。また、高屈折率層１６ｂの材料は、ＡｌＯＮ、ＧａＮなどの窒化物でもよい。反射防止層１６の高屈折率層１６ｂは、増反射層１４の高屈折率層１４ｂと同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。
（蛍光体層の厚みと蛍光体粒子の平均粒径）
次に、蛍光体層の厚みと蛍光体粒子の平均粒径ついて詳細に説明する。なお、本願において平均粒径とは、一般的に５０％粒子径（Ｄ５０）、メディアン径と呼ばれるものを意味する。また、蛍光体層の厚みとは、蛍光体層の平均厚みを意味する。
次に、蛍光体層の厚みと蛍光体粒子の平均粒径ついて詳細に説明する。なお、本願において平均粒径とは、一般的に５０％粒子径（Ｄ５０）、メディアン径と呼ばれるものを意味する。また、蛍光体層の厚みとは、蛍光体層の平均厚みを意味する。
図３は、蛍光体粒子の平均粒径が９．２［μｍ］の場合の蛍光体層の厚みと波長変換効率との関係を示す図である。平均粒径が９．２［μｍ］の蛍光体粒子を用いて、厚みの異なる６種類の蛍光体層を形成し、それら蛍光体層の波長変換効率を測定した。その測定結果を図３に「○」で示す。
なお、「○」が位置する座標は、有効数字小数点１桁で示すと、（３４．４，２９．９）、（３９．４，２９．９）、（７９．９，３１．８）、（８３．０，３１．８）、（１１８．０，３１．３）、（１１３．６，３１．３）である。
それら６つの座標から得られる近似曲線Ｃ１は、ｙ＝−０．０００７ｘ２＋０．１２６１ｘ＋２６．２８２、であった。そして、この近似曲線Ｃ１から波長変換効率が最高値となる座標Ｐ１が得られた。また、波長変換効率の最高値から−２［％］以内となる下限値の座標Ｐ２と、波長変換効率の最高値から−２［％］以内となる上限値の座標Ｐ３が得られた。さらに、波長変換効率の最高値から−１［％］以内となる下限値の座標Ｐ４と、波長変換効率の最高値から−１［％］以内となる上限値の座標Ｐ５が得られた。
図４は、蛍光体粒子の平均粒径が１６．４［μｍ］の場合の蛍光体層の厚みと波長変換効率との関係を示す図である。平均粒径が１６．４［μｍ］の蛍光体粒子を用いて、厚みの異なる６種類の蛍光体層を形成し、それら蛍光体層の波長変換効率を測定した。その測定結果を図４に「○」で示す。
なお、「○」が位置する座標は、有効数字小数点１桁で示すと、（３９．１，３２．５）、（４５．８，３３．７）、（９７．０，３５．４）、（１０６．３，３５．４）、（１２３．９，３５．１）、（１４０．８，３５．２）である。
それら６つの座標から得られる近似曲線Ｃ２は、ｙ＝−０．０００５ｘ２＋０．１１ｘ＋２９．２７６、であった。そして、この近似曲線Ｃ２から波長変換効率が最高値となる座標Ｐ１が得られた。また、波長変換効率の最高値から−２［％］以内となる下限値の座標Ｐ２と、波長変換効率の最高値から−２［％］以内となる上限値の座標Ｐ３が得られた。さらに、波長変換効率の最高値から−１［％］以内となる下限値の座標Ｐ４と、波長変換効率の最高値から−１［％］以内となる上限値の座標Ｐ５が得られた。
図５は、蛍光体粒子の平均粒径が２９．７［μｍ］の場合の蛍光体層の厚みと波長変換効率との関係を示す図である。平均粒径が２９．７［μｍ］の蛍光体粒子を用いて、厚みの異なる６種類の蛍光体層を形成し、それら蛍光体層の波長変換効率を測定した。その測定結果を図５に「○」で示す。
なお、「○」が位置する座標は、有効数字小数点１桁で示すと、（６５．１，３１．８）、（６８．５，３４．２）、（１１７．０，３５．８）、（１３６．８，３５．８）、（１５４．５，３５．６）、（１８６．３，３５．３）である。
それら６つの座標から得られる近似曲線Ｃ３は、ｙ＝−０．０００５ｘ２＋０．１４１ｘ＋２５．７８５、であった。そして、この近似曲線Ｃ３から波長変換効率が最高値となる座標Ｐ１が得られた。また、波長変換効率の最高値から−２［％］以内となる下限値の座標Ｐ２と、波長変換効率の最高値から−２［％］以内となる上限値の座標Ｐ３が得られた。さらに、波長変換効率の最高値から−１［％］以内となる下限値の座標Ｐ４と、波長変換効率の最高値から−１［％］以内となる上限値の座標Ｐ５が得られた。
図３〜図５に示すように、蛍光体層の厚みは波長変換効率に大きく影響すると共に、蛍光体層の厚みには波長変換効率が最高値となるピーク値が存在することがわかった。蛍光体層の厚みが薄過ぎると蛍光体層で励起光が十分に波長変換されず、蛍光体層の厚みが厚過ぎると波長変換後の光を蛍光体層から効率良く取り出すことができないため、ピーク値が存在する。この傾向はどのような種類の蛍光体粒子にもみられる。なお、蛍光体粒子の体積密度も蛍光体層の波長変換効率に影響するが、ピーク値に与える影響は少ない。
図６は、蛍光体粒子の平均粒径と波長変換効率との関係を示す図である。図６に示すように、蛍光体粒子の平均粒径が大きくなるほど、波長変換効率は高くなる。その理由としては、蛍光体粒子の平均粒径が大きくと、蛍光体層内における蛍光体粒子の粒塊の数が少なくなり、粒塊の表面積の総和の値も小さくなる。これは、粒塊と封止層との界面の面積が小さくなることを意味し、そうすると界面における励起光の散乱、すなわち蛍光体層内における励起光の散乱が少なくなる。そのため、蛍光体層における光取り出し効率が高くなって、その結果、蛍光体層の波長変換効率が高くなると考えられる。
なお、上記実施の形態に係る蛍光体層では、封止層１５ａの透明材料としてガラス樹脂が用いられていた。透明材料としてガラス樹脂や樹脂が用いられている場合は、ガラスが用いられている場合よりも、蛍光体粒子と蛍光体粒子との隙間に空洞が生じ難い。したがって、波長変換効率も高くなりやすい。
以上のように、蛍光体層の厚みおよび蛍光体粒子の平均粒径は、波長変換効率に大きく影響する。したがって、蛍光体層の厚みおよび蛍光体粒子の平均粒径をコントロールすれば、波長変換効率の高い蛍光体層を得ることができる。
図７は、蛍光体粒子の平均粒径と蛍光体層の厚みとの関係を示す図である。なお、図７では波長変換効率のことを単に効率と記載している。
図７に示すように、図３における座標Ｐ１と、図４における座標Ｐ１と、図５における座標Ｐ１とから得られる近似曲線Ｃ４は、ｙ＝−０．０４４１ｘ２＋３．９３３６ｘ＋４８．９４１、となる。蛍光体層の厚みおよび蛍光体粒子の平均粒径が、近似曲線Ｃ４上に位置する関係の場合、蛍光体層の波長変換効率は最高値となる。
図３における座標Ｐ２と、図４における座標Ｐ２と、図５における座標Ｐ２とから得られる近似曲線Ｃ５は、ｙ＝０．０６２３ｘ２＋０．２１０７ｘ＋２８．７８９、となる。また、図３における座標Ｐ３と、図４における座標Ｐ３と、図５における座標Ｐ３とから得られる近似曲線Ｃ６は、ｙ＝−０．１１７２ｘ２＋７．５８４ｘ＋８１．１４８、となる。蛍光体層の厚みおよび蛍光体粒子の平均粒径が、近似曲線Ｃ５と近似曲線Ｃ６との間に位置する関係の場合、蛍光体層の波長変換効率は、最高値から−２［％］以内となる。
図３における座標Ｐ４と、図４における座標Ｐ４と、図５における座標Ｐ４とから得られる近似曲線Ｃ７は、ｙ＝−０．００４６ｘ２＋２．６１７４ｘ＋２６．３０８、となる。また、図３における座標Ｐ５と、図４における座標Ｐ５と、図５における座標Ｐ５とから得られる近似曲線Ｃ８は、ｙ＝−０．０６７５ｘ２＋５．８９５９ｘ＋７８．４７５、となる。蛍光体層の厚みおよび蛍光体粒子の平均粒径が、近似曲線Ｃ７と近似曲線Ｃ８との間に位置する関係の場合、蛍光体層の波長変換効率は、最高値から−１［％］以内となる。
以上から導き出せる結論を以下にまとめる。
ｙ≧０．０６２３ｘ２＋０．２１０７ｘ＋２８．７８９、かつ、ｙ≦−０．１１７２ｘ２＋７．５８４ｘ＋８１．１４８、の関係を満たす場合、波長変換効率は最高値から−２［％］以内となる。よって、蛍光体層は、高い波長変換効率であると評価できる。
また、ｙ≧−０．００４６ｘ２＋２．６１７４ｘ＋２６．３０８、かつ、ｙ≦−０．０６７５ｘ２＋５．８９５９ｘ＋７８．４７５、の関係を満たす場合、波長変換効率は最高値から−１［％］以内となる。よって、蛍光体層は、より高い波長変換効率であると評価できる。
ｙ＝−０．０４４１ｘ２＋３．９３３６ｘ＋４８．９４１、の関係を満たす場合、波長変換効率は最高値となる。よって、蛍光体層は、さらに高い波長変換効率であると評価できる。なお、ｘの値は±１［μｍ］の範囲内、ｙの値は±５［μｍ］の範囲内であれば、関係を満たすと判断できる。
（プロジェクタ）
次に、実施の形態１に係るプロジェクタとして、実施の形態１に係る波長変換部材１０を備えたプロジェクタについて説明する。
次に、実施の形態１に係るプロジェクタとして、実施の形態１に係る波長変換部材１０を備えたプロジェクタについて説明する。
図８は、実施の形態１に係るプロジェクタを示す構成図である。図８に示すように、プロジェクタ１００は、発光装置１１０、光学ユニット１２０および制御部１３０を備える。
発光装置１１０は、プロジェクタ１００の光源として動作する装置である。発光装置１１０は、波長変換部材１０、照射部１１１、ダイクロイックミラー１１２、第１反射ミラー１１３、第２反射ミラー１１４および第３反射ミラー１１５を備える。
波長変換部材１０は、モータ１１６に取り付けられて回転される。モータ１１６は、制御部１３０からの駆動制御信号に基づいて駆動される。
照射部１１１は、蛍光体粒子１５ｂを励起するための励起光を蛍光体層１５側から波長変換部材１０に照射する。照射部１１１は、より具体的には、複数の固体光源１１１ａと、固体光源１１１ａから出射した励起光をコリメートするコリメートレンズ１１１ｂと、ヒートシンク１１１ｃとを備える。
固体光源１１１ａは、例えば半導体レーザや発光ダイオードなどであり、駆動電流によって駆動されて所定の色（波長）の励起光を出射する。本実施の形態では、固体光源１１１ａとして、３６０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長の青色光を出射する半導体レーザが用いられる。固体光源１１１ａの発光制御は、制御部１３０によって行われる。なお、固体光源１１１ａは、複数個設けられているが、１個であってもよい。
ダイクロイックミラー１１２は、照射部１１１から出射される青色光（青色の励起光）を透過するとともに、この青色光よりも長い波長の光を反射する特性を有する。つまり、ダイクロイックミラー１１２は、波長変換部材１０からの黄色光（黄色の蛍光）を反射する。
光学ユニット１２０は、集光レンズ１２１、ロッドインテグレータ１２２、レンズ群１２３、投射レンズ１２４および表示素子１２５を備える。
集光レンズ１２１は、発光装置１１０からの光をロッドインテグレータ１２２の入射端面に集光させる。
ロッドインテグレータ１２２は、集光レンズ１２１によって集光された光を入射端面で受けて輝度分布を均一にして出射する。ロッドインテグレータ１２２は、例えば四角柱であり、ロッドインテグレータ１２２に入射した光は、媒体内で全反射を繰り返して均一な輝度分布となって出射される。
レンズ群１２３は、ロッドインテグレータ１２２から出射される光を表示素子１２５に入射させる。レンズ群１２３は、複数のレンズからなるレンズユニットであり、例えばコンデンサレンズおよびリレーレンズなどを備える。
投射レンズ１２４は、表示素子１２５から出力される光をプロジェクタ１００の外部に投射するレンズである。投射レンズ１２４は、１つ又は複数のレンズからなる投射レンズ群（投射ユニット）であり、例えば、両凸レンズ、絞りおよび平凹レンズなどによって構成される。
表示素子１２５は、レンズ群１２３から出射される光を制御して、映像として出力する。表示素子１２５は、具体的には、映像素子として用いられるＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）である。
制御部１３０は、発光装置１１０（照射部１１１およびモータ１１６）と、表示素子１２５とを制御する。制御部１３０は、具体的には、マイクロコンピュータ、プロセッサ、または専用回路などによって実現される。
以上のようなプロジェクタ１００において、照射部１１１から出射された青色光は、ダイクロイックミラー１１２を透過して波長変換部材１０に入射する。このとき、波長変換部材１０では、青色光の一部が開口１１ａを介して基板１１を通り抜け、青色光の他の一部が蛍光体層１５により黄色光に変換される。なお、このとき、波長変換部材１０は、モータ１１６により回転している。
蛍光体層１５から発せられた黄色光は、ダイクロイックミラー１１２で反射して光学ユニット１２０に導かれる。一方、開口１１ａを介して基板１１を通り抜けた青色光は、第１反射ミラー１１３、第２反射ミラー１１４および第３反射ミラー１１５で順次反射する。そして、第３反射ミラー１１５で反射した青色光は、ダイクロイックミラー１１２を透過して、光学ユニット１２０に導かれる。つまり、光学ユニット１２０には、青色光と黄色光とが混ざった白色光が入射される。
光学ユニット１２０に入射した白色光は、集光レンズ１２１、ロッドインテグレータ１２２およびレンズ群１２３を通って表示素子１２５に入射する。そして、制御部１３０からの映像信号に基づいて画像（映像光）に形成されて、表示素子１２５から出力される。表示素子１２５から出力された画像は、投射レンズ１２４からスクリーンなどの対象物に投射される。
以上で説明したように、本開示は、波長変換部材１０を備えたプロジェクタ１００として実現することができる。つまり、波長変換効率の高い蛍光体層１５を備えた波長変換部材１０を用いることによって、高光度のプロジェクタ１００を実現することができる。
なお、本実施の形態に係るプロジェクタ１００は、一例であり、蛍光体層１５に例示される本開示に係る蛍光体層は、既存の各種光学系を使用したプロジェクタに使用可能である。
［実施の形態２］
（蛍光体層および波長変換部材）
図９は、実施の形態２に係る蛍光体層および波長変換部材を示す斜視図である。図９に示す実施の形態２に係る波長変換部材２０は、照明装置用の波長変換部材であって、基板、接着層、金属反射層、増反射層、実施の形態２に係る蛍光体層２５、および、反射防止層を備える。基板２１は、矩形板状であって、その一方の主面側に矩形の蛍光体層２５を備える。蛍光体層２５は、封止層および蛍光体で構成されている。
（蛍光体層および波長変換部材）
図９は、実施の形態２に係る蛍光体層および波長変換部材を示す斜視図である。図９に示す実施の形態２に係る波長変換部材２０は、照明装置用の波長変換部材であって、基板、接着層、金属反射層、増反射層、実施の形態２に係る蛍光体層２５、および、反射防止層を備える。基板２１は、矩形板状であって、その一方の主面側に矩形の蛍光体層２５を備える。蛍光体層２５は、封止層および蛍光体で構成されている。
波長変換部材２０を構成する各構成要素は、実施の形態１に係る波長変換部材１０を構成する同名の各構成要素と、形状に関する事項を除いて略同様である。したがって、各構成要素の説明は省略する。なお、図９における２−２線断面図は、図１における２−２線断面図と同様になる。
蛍光体層２５は、実施の形態１に係る蛍光体層１５と略同様の構成を有する。したがって、蛍光体層２５は、上記で説明した蛍光体層１５が奏する効果と同様の効果を全て奏する。
（照明装置）
図１０は、実施の形態２に係る照明装置を示す構成図である。図１０に示すように、照明装置２００は、実施の形態２に係る波長変換部材２０と、固体光源２１０と、光学系２２０とを備える。
図１０は、実施の形態２に係る照明装置を示す構成図である。図１０に示すように、照明装置２００は、実施の形態２に係る波長変換部材２０と、固体光源２１０と、光学系２２０とを備える。
固体光源２１０としては、例えば、紫外光から青色光領域の励起光を出射する半導体レーザや発光ダイオードなどが挙げられる。本実施の形態では、固体光源２１０は、ＧａＮ系の材料を用いた約４６０ｎｍの青色光を発光する半導体レーザである。
固体光源２１０から波長変換部材２０に向けて出射された青色光（青色の励起光）は、その一部が蛍光体層２５により黄色光（黄色の蛍光）に変換される。蛍光体層２５から発せられた黄色光と、蛍光体層２５で変換されなかった青色光とが混色し、波長変換部材２０からは白色光が出力される。この白色光が光学系２２０で発散され照明光となる。
以上で説明したように、本開示は、波長変換部材２０を備えた照明装置２００として実現することができる。つまり、波長変換効率の高い蛍光体層２５を備えた波長変換部材２０を用いることによって、高光度の照明装置２００を実現することができる。
［変形例］
以上、実施の形態１および実施の形態２に係る蛍光体層、波長変換部材、プロジェクタおよび照明装置について説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したものも、本開示の範囲内に含まれる。
以上、実施の形態１および実施の形態２に係る蛍光体層、波長変換部材、プロジェクタおよび照明装置について説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したものも、本開示の範囲内に含まれる。
例えば、上記実施の形態では、プロジェクタ用および照明装置用の蛍光体層および波長変換部材について説明したが、蛍光体層および波長変換部材の用途はそれらに限定されない。例えば、本開示に係る蛍光体層および波長変換部材は、ディスプレイなどのその他の用途に用いられてもよい。
また、上記実施の形態では、図２を用いて波長変換部材の積層構造を例示したが、本開示の積層構造は図２に示す積層構造に限定されない。例えば、図２に示す積層構造と同様の機能を実現できる範囲で、図２に示す積層構造の層間に別の層が設けられてもよい。
上記実施の形態では、積層構造の各層を構成する主たる材料について例示しているが、上記積層構造と同様の機能を実現できる範囲であれば、各層に他の材料が含まれていてもよい。
本開示に係る蛍光体層および波長変換部材は、プロジェクタや照明装置などの波長変換された光を利用する装置に広く利用可能である。
１０，２０ 波長変換部材
１１，２１ 基板
１１ａ 開口
１２ 接着層
１３ 金属反射層
１４ 増反射層
１４ａ 低屈折率層
１４ｂ 高屈折率層
１５，２５ 蛍光体層
１５ａ 封止層
１５ｂ 蛍光体粒子
１６ 反射防止層
１６ａ 第１低屈折率層
１６ｂ 高屈折率層
１６ｃ 第２低屈折率層
１００ プロジェクタ
１１０ 発光装置
１１１ 照射部
１１１ａ，２１０ 固体光源
１１１ｂ コリメートレンズ
１１１ｃ ヒートシンク
１１２ ダイクロイックミラー
１１３ 第１反射ミラー
１１４ 第２反射ミラー
１１５ 第３反射ミラー
１１６ モータ
１２０ 光学ユニット
１２１ 集光レンズ
１２２ ロッドインテグレータ
１２３ レンズ群
１２４ 投射レンズ
１２５ 表示素子
１３０ 制御部
２００ 照明装置
２２０ 光学系
１１，２１ 基板
１１ａ 開口
１２ 接着層
１３ 金属反射層
１４ 増反射層
１４ａ 低屈折率層
１４ｂ 高屈折率層
１５，２５ 蛍光体層
１５ａ 封止層
１５ｂ 蛍光体粒子
１６ 反射防止層
１６ａ 第１低屈折率層
１６ｂ 高屈折率層
１６ｃ 第２低屈折率層
１００ プロジェクタ
１１０ 発光装置
１１１ 照射部
１１１ａ，２１０ 固体光源
１１１ｂ コリメートレンズ
１１１ｃ ヒートシンク
１１２ ダイクロイックミラー
１１３ 第１反射ミラー
１１４ 第２反射ミラー
１１５ 第３反射ミラー
１１６ モータ
１２０ 光学ユニット
１２１ 集光レンズ
１２２ ロッドインテグレータ
１２３ レンズ群
１２４ 投射レンズ
１２５ 表示素子
１３０ 制御部
２００ 照明装置
２２０ 光学系
Claims (6)
- 複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層であって、
前記複数の蛍光体粒子の平均粒径［μｍ］をｘ、前記蛍光体層の厚み［μｍ］をｙとしたときに、
ｙ≧−０．０４４１ｘ ２ ＋３．９３３６ｘ＋４８．９４１、
かつ、
ｙ≦−０．１１７２ｘ２＋７．５８４ｘ＋８１．１４８、
かつ、
ｘ≧１６．４
の関係を満たすことを特徴とする蛍光体層。 - ｙ≦−０．０６７５ｘ２＋５．８９５９ｘ＋７８．４７５
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の蛍光体層。 - ｙ≦−０．０４４１ｘ２＋３．９３３６ｘ＋４８．９４１
の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光体層。 - 請求項１から３のいずれかに記載の蛍光体層を備えることを特徴とする波長変換部材。
- 請求項４に記載の波長変換部材を備えることを特徴とするプロジェクタ。
- 請求項４に記載の波長変換部材を備えることを特徴とする照明装置。
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