JP6981086B2 - 波長変換素子、光源装置及びプロジェクター - Google Patents
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Description
例えば、保護膜として金属を用いた場合、蛍光体層と基板とを接合する接合材側から拡散してくるイオンや酸素をトラップしきれず、十分に反射層の劣化を防止できない。
例えば、保護膜として無機酸化物を用いた場合、反射層と保護膜との密着性が弱く剥離するおそれがある。また、接合材を用いて蛍光体層を基板に接合する場合、接合材による応力によって保護膜が破壊され、反射層を劣化させるおそれがある。
このように反射膜が劣化すると、反射率が低下して蛍光の取り出し効率が低下するという問題が生じる。
また、第4層が、波長変換素子と基材とを接合する接合材から発生したイオンや酸素の拡散を捕捉することで、第2層の劣化を抑制できる。さらにまた、第5層が、波長変換素子と基材とを接合する時に生じる圧力を緩和して第4層の破損を防止する。そのため、第4層の信頼性が向上するので、第2層がイオンや酸素の拡散で劣化することを抑制できる。
したがって、第2層の劣化に伴う反射率の低下が起こり難いので、波長変換層で生成された光を良好に反射して射出させることができる。したがって、波長変換した光の取り出し効率の低下を抑制した波長変換素子が提供される。
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。
まず、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図1は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態のプロジェクター1は、スクリーンSCR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1は、照明装置2と、色分離光学系3と、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bと、合成光学系5と、投射光学系6とを備えている。
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置2について説明する。図2は照明装置2の概略構成を示す図である。図2に示すように、照明装置2は、光源装置2Aと、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子32と、重畳レンズ33aとを備えている。本実施形態において、インテグレーター光学系31と重畳レンズ33aとは重畳光学系33を構成している。
第2の集光光学系29は、例えば凸レンズ29aから構成され、青色光BLc1を集光させた状態で拡散反射素子30に入射させる。
波長変換素子40は、図2に示すように、基材41及び蛍光体層42を備え、回転しない固定型の構成となっている。基材41は、第1の集光光学系26側となる上面41aと、上面41aとは反対側となる下面41bとを有している。波長変換素子40は、上面41aと蛍光体層42との間に設けられた反射部材43と、下面41bに設けられた放熱部材44と、をさらに備える。本実施形態において、蛍光体層42は特許請求の範囲に記載の「波長変換層」に相当する。
また、増反射層50bとしてはTiO2、増反射層50cとしてはSiO2、増反射層50dとしてはAl2O3を用いた。
よって、多層膜50は、無機酸化物からなる。
反射層51は、蛍光体層42で生成され、底面42B側に向かう蛍光YLの一部を光入射面42A側に向けて反射する。また、反射層51は、蛍光体層42に入射し蛍光YLに変換されずに反射部材43に入射した励起光BLsを反射して蛍光体層42内に戻す。これにより、蛍光YLを効率良く生成できる。反射層51は特許請求の範囲に記載の「第2層」に相当する。
図4に示すように、本実施形態において、蛍光体層42は、内部に設けられた複数の気孔42aを有している。これにより、蛍光体層42は、複数の気孔42aにより光散乱特性を有したものとなっている。
まず、蛍光体層42を構成する蛍光体粒子及び有機物からなる混合物を調整し、当該混合物を所定の温度にて焼成する。
なお、上記製造方法においては、蛍光体層42を構成する蛍光体粒子及び無機物からなる混合物を調整し、当該混合物を所定の温度にて焼成しても良いし、蛍光体層42を構成する蛍光体粒子のみを所定の温度にて焼成しても良い。
続いて、本発明の第二実施形態に係る波長変換素子について説明する。上記実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。
図5に示すように、波長変換素子140は、基材41の上面41aと蛍光体層42との間に設けられた反射部材143を備えている。
続いて、第一変形例に係る波長変換素子について説明する。本変形例は、第一実施形態の変形例であり、第一実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。
図6に示すように、波長変換素子240は、基材41の上面41aと蛍光体層42との間に設けられた反射部材243を備えている。
続いて、第二変形例に係る波長変換素子について説明する。
本変形例は、上記第二実施形態に上記第一変形例の構成を組み合わせたものである。
図7に示すように、本実施形態の反射部材343は、多層膜50と、反射層51と、保護層360と、接合補助層55とを積層して構成される。本変形例において、保護層360は、第1金属層152、無機酸化物層53および第2金属層154を含む。
続いて、第三変形例に係る波長変換素子について説明する。本変形例は、第一実施形態の変形例であり、第一実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。
図8に示すように、本実施形態の反射部材443は、多層膜50と、反射層51と、保護層460と、接合補助層55とを積層して構成される。本変形例において、保護層460は、第1金属層52、無機酸化物層153および第2金属層54を含む。
続いて、第四変形例に係る波長変換素子について説明する。本変形例は、第三変形例の別形態であり、第一実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。
図9に示すように、本実施形態の反射部材543は、多層膜50と、反射層51と、保護層560と、接合補助層55とを積層して構成される。本変形例において、保護層560は、第1金属層52、無機酸化物層253および第2金属層54を含む。
なお、無機酸化物層253は三層以上の構成であってもよく、少なくとも一つの無機酸化物層を含んでいればよい。
本発明者は、実施例と比較例とを比較し、本発明の有効性について確認する実験を行った。
実施例1では、蛍光体の代わりにガラス基板を用い、ガラス基板上の一方面に反射部材を形成したものをサンプルとして用いて実験を行った。実施例1のサンプルでは、第一実施形態と同じ構成からなる反射部材をガラス基板上に形成した。なお、第2金属層を構成するCr膜の厚みが100nm程度となるように成膜した。
これに対し、比較例では、反射率維持率が、時間経過に応じて低下することが確認できた。特に、48時間を経過した直後から、反射率維持率が急激に低下することが確認できた。
これは、48時間を経過すると、接合材から発生したイオンや酸素の拡散によって反射層が劣化したことによる。なお、72時間を経過すると、反射層が劣化によって一部剥離することが確認できた。
また、第2金属層が接合時に生じる圧力を緩和して無機酸化物層の破損を防止することで、無機酸化物層の信頼性を向上させ、長時間高温化に放置した場合における反射層の劣化を防止できることが確認された。
また、第2金属層としては、TiよりもCrを用いた場合のほうが無機酸化物層の信頼性が向上することを確認できた。すなわち、第2金属層としてCrを用いれば、反射層の劣化を最も低減できることが確認できた。
Claims (7)
- 励起光が入射する第1面と前記第1面に対向する第2面とを有する波長変換層と、
前記第2面に対向して設けられ、第1の無機酸化物を含有する多層膜である第1層と、
前記第1層に対向して設けられ、銀またはアルミニウムのいずれか一方を含有し、前記励起光が前記波長変換層により波長変換された光または前記励起光を反射する第2層と、
前記第2層に対向して設けられ、銀またはアルミニウム以外の第1の金属を含有する第3層と、
前記第3層に対向して設けられ、前記第1の無機酸化物または前記第1の無機酸化物とは異なる第2の無機酸化物を含有する第4層と、
前記第4層に対向して設けられ、前記第1の金属または前記第1の金属とは異なる第2の金属を含有する第5層と、
前記波長変換層の前記第2面に設けられた凹部を封孔する透明部材と、を備え、
前記透明部材は、前記第1層であって、前記多層膜を構成する複数の層のうち最も第2面側に位置する層と同一の材料で形成されている
ことを特徴とする波長変換素子。 - 基材を備え、
前記第5層と前記基材との間に設けられる接合材により、前記波長変換素子と前記基材とが接合される
ことを特徴とする請求項1に記載の波長変換素子。 - 前記第3層は、前記第2層側に設けられる第2層側金属層と、前記第4層側に設けられ、前記第2層側金属層とは異なる材料を含有する第4層側金属層とを有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の波長変換素子。 - 前記第3層または前記第5層の少なくとも一方は、Al、Cr、Tiのいずれ一つの材料を含む
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の波長変換素子。 - 前記第5層と前記接合材との間に設けられる第6層を有する
ことを特徴とする請求項2に記載の波長変換素子。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子に向けて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。 - 請求項6に記載の光源装置と、
前記光源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、
前記画像光を投写する投写光学系と、を備える
ことを特徴とするプロジェクター。
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