JP7417811B2 - 蛍光板、光源装置、及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、蛍光板、光源装置、及び投写型映像表示装置に関する。

従来、プロジェクタ用の光源としては高輝度の高圧水銀ランプが使用されてきた。これら高圧水銀ランプでは、瞬時点灯ができないことや光源寿命が短いためメンテナンスが煩雑になる課題があった。一方で、近年の固体発光素子（例えば、半導体レーザ、発光ダイオードなど）技術の進展に伴い、映像表示装置の光源として、これら固体光源を用いることが提案されている。

特許文献１に記載の光源装置では、蛍光体ホイールで発光した蛍光を効率よく取り出すため、金属基材の表面に銀蒸着が施され、これにより、金属基板側に発光する蛍光を、高反射率で反射して、励起光源側に発光する蛍光と共に、効率よく取り出す構成が開示されている。

また、特許文献２に記載の光源装置では、より低コストに金属基材表面における高い反射率を実現するため、金属基材と蛍光体層との間に、酸化チタン層を塗布する方法が開示されている。

特開２０１１－５３３２０号公報 特開２０１３－２２８５９８号公報

本開示は、蛍光体層の温度上昇を抑えながら、基材反射率を高く保ち、高い変換効率を実現する蛍光板、光源装置、及び、投写型映像表示装置を提供する。

本開示の蛍光板は、支持基材と、支持基材の上に設けられ、金属酸化物と透明バインダーとで構成された反射層と、反射層の上に設けられた蛍光体層と、を備え、反射層は、拡散反射率が９０％以上であり、厚みが１０μｍ以上９０μｍ以下であり、金属酸化物の体積濃度が１５～４０ｖｏｌ％である。

本開示では、さらに本開示の上記蛍光板を含む光源装置、及び投写型映像表示装置が提供される。

本開示の蛍光板であれば、励起光から蛍光への変換効率を高く保ちつつ、かつ、蛍光体層の温度上昇を抑えた光源装置を実現可能となる。

実施の形態１に係る蛍光板を備える蛍光体ホイールアセンブリの構成図 実施の形態１に係る蛍光板の反射層及び蛍光体層の構成を示す図 金属酸化物の体積濃度に対する、反射層の拡散反射率を示す図 反射層の厚みに対する、反射層の拡散反射率を示す図 実施の形態１に係る光源装置、及び投写型映像表示装置の構成図 実施の形態１に係る蛍光板の発光過程の概念を示す図 実施の形態２に係る蛍光板アセンブリの構成を示す図 実施の形態３に係る光源装置、及び、投写型映像表示装置の構成図 実施の形態３に係る蛍光板を備える蛍光体ホイールアセンブリの構成図 実施の形態３に係るカラーホイールアセンブリの構成図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

また、以下、本開示の実施の形態に係る光源装置及び投写型映像表示装置の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

以下の実施の形態では、本開示に係る光源装置の一例として投写型映像表示装置に用いられる光源装置を挙げて説明するが、本開示の光源装置を用いる機器としてこれに限定されるものではなく、例えばヘッドランプなどの照明機器であってもよい。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る蛍光板、光源装置、及び、投写型映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。

（蛍光板、及び、蛍光板を備える蛍光体ホイールの構成）
図１は、実施の形態１である蛍光板１０を備える蛍光体ホイールアセンブリ１８の構成を示す図である。図１の（ａ）は励起光の入射側である+ｚ方向から見た蛍光体ホイールアセンブリ１８の正面図、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示す１ｂ－１ｂ面における+ｘ方向から見た断面を説明するための模式図である。

図１に示されるように、蛍光板１０は、円盤状の平板支持基材１１と、平板支持基材１１の表面に設けられた反射膜１２と、反射膜１２の上に円環状に設けられた反射層１３と、反射層１３の上に円環状に設けられた蛍光体層１４とで構成される。蛍光体ホイールアセンブリ１８は、蛍光板１０と、モータ１５と、バランスプレート１６とを、３点のビス１７によって、図示しないモータ１５のハブを介して挟み込んで固定する構成である。モータ１５は、円盤状の平板支持基材１１を回転駆動する。

蛍光板１０は、モータ１５の取付け部（不図示）を介して筐体に固定され、図示しない制御部によって制御される。ここで、バランスプレート１６は、回転体である蛍光体ホイールアセンブリ１８の回転バランスを調整する金属部材であり、例えば、バランスプレート１６の一部を切削することで、バランス調整を行う。

蛍光体ホイールアセンブリ１８において、モータ１５で蛍光板１０を回転することによって、蛍光体層１４への熱の蓄積を分散して、蛍光体層１４を冷却する。

平板支持基材１１は、円盤状の金属基材であり、例えば、熱伝導率が高く、加工性、コストに優れるアルミ基板で構成される。反射膜１２は、平板支持基材１１の可視光の表面反射率を高くする反射膜であり、例えば、金属であるアルミ増反射膜や、誘電体多層膜で構成される。

図２を用いて、蛍光板１０の反射層１３、及び蛍光体層１４の構成を説明する。

反射層１３は、透明バインダー１３ｂに金属酸化物１３ｒを混練して構成された高反射塗料であり、反射膜１２の表面に円環状に塗布して生成される。反射層１３である高反射塗料は、金属酸化物１３ｒの体積濃度が１５～４０ｖｏｌ％であり、残りのほとんどが透明バインダー１３ｂで充填された、可視光域において高い反射率を有する白色塗料である。

透明バインダー１３ｂは、例えば、高い可視高透過率を有し、耐熱性に優れた、シリコーン樹脂である。金属酸化物１３ｒは、例えば、高い屈折率を有する酸化チタンである。反射層１３は、酸化チタンの高い屈折率による光の散乱で反射作用を得るが、より高い反射作用を実現するため、酸化チタンの粒径が０．１５～０．４μｍであることが好ましい。

蛍光体層１４は、透明バインダー１４ｂに蛍光体１４ｐの粉末を混練して構成された蛍光体混合物であり、反射膜１２上に円環状に塗布形成された反射層１３の表面に生成される。蛍光体層１４である蛍光体混合物は、蛍光体１４ｐの体積濃度が３０ｖｏｌ％以上であり、励起光Ｅによって蛍光発光する蛍光体混合物である。励起光強度２０Ｗ／ｍｍ２以上の高光密度でも高効率に蛍光発光するため、蛍光体１４ｐの粒径は、金属酸化物１３ｒの粒径よりも大きい。

透明バインダー１４ｂは、例えば、高い可視光透過率を有し、耐熱性に優れた、シリコーン樹脂である。なお、蛍光体層１４を構成する透明バインダー１４ｂは、反射層１３を構成する透明バインダー１３ｂと同じ素材であることが好ましく、反射層１３と蛍光体層１４とで同じ透明バインダーを用いることで、反射層１３と蛍光体層１４の界面での屈折率差が無くなり、界面での屈折及び反射による光ロスを低減することができる。蛍光体１４ｐは、例えば、波長約４５５ｎｍの青色光の励起によって主波長が約５７０ｎｍの黄色の光を発光する黄色蛍光体Ｐｙ（例えば、ＹＡＧ蛍光体、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）であり、好ましくは、黄色蛍光体Ｐｙの粒径は２０～３０μｍである。

透明バインダーとして、シリコーン樹脂を示したが、エポキシやアクリルといった透明有機材料のほか、珪酸ソーダ、ガラスフリットやセラミック粉末を溶融して構成する透明無機材料なども使用可能である。

金属酸化物として、酸化チタンを示したが、酸化亜鉛やジルコニウムなども使用可能である。

蛍光体として、黄色のＹＡＧ蛍光体とシリコーン樹脂の混合物を示したが、緑色のＬＡＧ蛍光体（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）、橙色や赤色のシリケート蛍光体などでもよく、また、セラミック蛍光体プレートであってもよい。

図３を用いて、金属酸化物１３ｒの体積濃度に対する、反射層１３の拡散反射率の関係を説明する。本実施の形態における体積濃度とは、金属酸化物と透明バインダーの混合物の総量に占める金属酸化物の体積割合を言う。また、本実施の形態における拡散反射率とは、反射層に入射する全光エネルギー量のうち、反射層で吸収される光エネルギー量を除いた反射光の総エネルギー量のことを言う。

図３は、金属酸化物１３ｒとして酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いた場合の、反射層１３の厚み１０～９０μｍにおける体積濃度と拡散反射率の関係を示したグラフである。このグラフから分かるように、同じ体積濃度の場合において、反射層１３の膜厚を厚くすると全体として拡散反射率は大きくなり、膜厚を薄くすると拡散反射率は小さくなる。本実施の形態において示される反射層１３の膜厚の値は、接触方式によって測定した値である。

具体的には、図３から明らかなように、反射層１３の拡散反射率は、何れの反射層１３膜厚においても、体積濃度３０ｖｏｌ％付近をピークに二次曲線を描き、反射層１３の厚み３０μｍ以上では、体積濃度１５～４５ｖｏｌ％において９５％以上の高反射率を保つことがわかる。また、反射層１３の厚みが１０μｍにおいても、体積濃度が１５～４０ｖｏｌ％の範囲では、拡散反射率が９０％以上と十分に高い反射率を保つことが分かる。

一般的にガラス光学研磨面に形成されるアルミ増反射膜による可視光平均反射率は９４％未満であり、また、本開示に示すような金属基板表面への蒸着においては、その表面粗さのため平均反射率が低下する傾向がある。よって、本開示の反射層構成であれば、膜厚を３０μｍ以上にすることにより、１５～４５ｖｏｌ％以上の体積濃度において９５％以上の高い拡散反射率を実現でき、蛍光発光効率を改善することができる。一方、透明バインダー１３ｂに対する金属酸化物１３ｒの体積濃度を大きくする場合において、塗料の粘度が大きくなることから、９０μｍ以下の反射層の薄膜を安定的に生成するには、体積濃度４０ｖｏｌ％程度が限界となる。ここで、反射層の膜厚を９０μｍ以下とするのは、体積濃度が３０ｖｏｌ％のとき、拡散反射率が１００％となるので、この厚み９０μｍを反射層の厚みの上限値と見なせるからである。

よって、本開示の反射層１３において、金属酸化物１３ｒの体積濃度は１５～４０ｖｏｌ％に設定することが望ましいことがわかる。

図２を用いて、蛍光板１０の反射膜１２の表面における、反射層１３と蛍光体層１４の構成について説明する。反射層１３は、反射膜１２の表面に密着して設けられ、例えば、反射膜１２の表面にディスペンスにて塗布される。蛍光体層１４は、反射層１３の表面に密着して設けられ、例えば、反射層１３の表面にディスペンスにて塗布される。

ここで、反射層１３の厚みをＬｒ、蛍光体層１４の厚みをＬｐとすると、２層の厚みはＬｐ＞Ｌｒの関係を有し、反射層１３の厚みは、Ｌｒ≦９０μｍである。また、蛍光板１０に塗布される、反射層１３の幅をＷｒ、蛍光体層１４の幅をＷｐ、励起光Ｅの蛍光体層１４上での励起光スポットサイズをΦｉとすると、Ｗｒ＞Φｉ、Ｗｐ＞Φｉである。

図４を用いて、反射層１３の厚みに対する、反射層１３の拡散反射率の関係を説明する。図４は、金属酸化物１３ｒとして酸化チタンを用い、その体積濃度が３０ｖｏｌ％における、膜厚と拡散反射率の関係を示したグラフである。グラフの実線は、平板支持基材１１であるアルミ基材の表面に反射膜１２であるアルミ増反射膜を施した場合であり、破線は平板支持基材１１であるアルミ基材に反射膜１２を設けない場合を示す。反射層１３の拡散反射率は、膜厚に比例して大きくなり、反射膜１２を有する場合には、６０μｍ以上では９９％以上となり飽和することがわかる。なお、反射層１３の体積濃度を大きくすると全体として拡散反射率は大きくなり、体積濃度を小さくすると拡散反射率は小さくなる。よって、反射層１３の膜厚に関し、反射膜１２を有するときは、体積濃度を３０ｖｏｌ％とした場合、この図４のグラフからも２０μｍ以上の範囲であれば、拡散反射率が９５％以上の高拡散反射率を得ることが可能となる。このことを、反射膜１２の効果を表す図４を用いてさらに説明する。

図４のグラフにおいて、破線は反射膜１２が無い場合を、実線は反射膜１２が有る場合を示しており、反射膜１２を設けない場合であっても、１００μｍ以上の反射層膜厚であれば、反射膜１２を有する場合と同等の拡散反射率を得ることができる。しかしながら、反射層１３の膜厚を厚くすることは、反射層１３の上に備える蛍光体層１４で蛍光の励起過程にて発生する熱を、平板支持基材１１に導く効率が低下することを意味しており、蛍光体層１４の温度上昇に伴い、発光効率が低下する可能性がある。つまり、熱伝導率の小さい反射層１３が断熱材となり、蛍光体層１４の冷却を妨げる課題がある。光学研磨面へのアルミ増反射膜による反射率以上となる９５％以上の反射率を達成するためには、反射膜１２を設けない場合においては８０μｍ以上の反射層１３の膜厚が必要となる。一方、反射膜１２を設けた場合であれば２０μｍの反射層１３の膜厚で９５％以上の拡散反射率を達成可能であり、反射層１３の膜厚を８０μｍから２０μｍまで、６０μｍの厚みを薄膜化することが可能である。このことにより、蛍光体層１４への冷却効果を高めることが実現可能となる。

以上のように、反射層１３の体積濃度が１５～４０ｖｏｌ％の範囲では、反射層１３の厚みが１０μｍの場合でも、拡散反射率が９０％以上と十分に高い反射率が得られ、反射層１３の厚みが３０μｍ以上の場合、拡散反射率が９５％の高反射率となる。但し、反射層の厚みの上限値は、上述したように９０μｍであるので、高い反射率が得られる条件としては、反射層１３の厚みは、１０μｍ以上９０μｍ以下であり、反射層に含まれる金属酸化物の体積濃度は１５～４０ｖｏｌ％の範囲となる。また、反射層１３の体積濃度３０ｖｏｌ％としたとき、反射層の厚みは１０～５０μｍ、すなわち、３０±２０μｍの範囲とするのが好ましい。すなわち、製作上、均一な膜厚が得られる反射層の厚みは１０μｍが薄さの限度であり、反射率が略１００％に近い値となる５０μｍの厚さを限度として設定することが望ましい。

（光源装置、及び、投写型映像表示装置の概要）
図５は、実施の形態１に係る投写型映像表示装置１００の光学構成を示す図である。

投写型映像表示装置１００は、基準光である白色光Ｗを出射する光源装置２０と、光源装置２０からの光を均一化、色分離して空間変調素子である３枚の液晶パネル（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）に照明し、外部より入力される映像信号に基いて３枚のＬＣＤで変調された映像光を色合成する照明装置４０と、色合成された映像光をスクリーンに拡大投写する投写レンズ６０と、によって構成される。このように本実施の形態の投写型映像表示装置１００は、映像信号に応じて照明光を変調する３枚のＬＣＤ５０（映像変調素子の一例）を搭載する投写型映像表示装置である。

（光源装置の構成）
光源装置２０は、光源３０を備える。この光源３０はレーザ光源である半導体レーザ３１とコリメータレンズ３２とによって構成される。ここで、半導体レーザ３１は、固体光源の一例であり、光源３０は、励起光源の一例である。

半導体レーザ３１は、ＲＧＢの３原色の中で最も発光効率の高い青色のレーザ光（例えば、波長４５５ｎｍ）を出射する。半導体レーザ３１は、高出力の基準光を得るため、複数個がマトリックス状に配置されたアレイ光源３３として構成される。図示しないが、このアレイ光源３３の背面側には強制空冷のためのヒートシンクを備える。各々の半導体レーザ３１の出射側に配置されたコリメータレンズ３２は、半導体レーザ３１の出射光を略平行な光に集光する。

光源３０より出射した青色のレーザ光は、集光レンズ３４によって集光されながら重畳し、また凹レンズ３５によって光束を小さくしつつ略平行光化されて拡散板３６ａで拡散され、さらに、λ／２波長板３６ｂを透過して、ダイクロイックミラー３７に入射する。ダイクロイックミラー３７は、Ｐ偏光の青色レーザ光を透過して、Ｓ偏光の青色レーザ光を反射する。ここで、半導体レーザ３１から出射される青色レーザ光は、特定の直線偏光光であり、λ／２波長板３６ｂは、入射する直線偏光である青色レーザ光の偏光方向を回転する。したがって、λ／２波長板３６ｂの回転角を調整することで、ダイクロイックミラー３７に入射する青色レーザ光の偏光方向を調整し、ダイクロイックミラー３７を透過するＰ偏光成分と、反射するＳ偏光成分を調整することが可能となる。

ダイクロイックミラー３７を透過したＰ偏光である青色レーザ光は、レンズ３８で集光されて、λ／４波長板３９ａを透過した後、反射ミラー３９ｂで反射して再びλ／４波長板３９ａを透過することで、偏光成分が９０度回転してＳ偏光となり、再び入射するダイクロイックミラー３７で反射される。

ダイクロイックミラー３７を反射したＳ偏光である青色レーザ光は、レンズ２２とレンズ２１で蛍光体ホイールアセンブリ１８の蛍光体層１４に、蛍光発光の励起光Ｅとして集光して導かれる。蛍光体層１４に入射した励起光Ｅにより、蛍光体ホイールアセンブリ１８の蛍光体層１４で励起光Ｅと異なる波長帯である蛍光Ｆが励起される。蛍光体ホイールアセンブリ１８を出射する蛍光Ｆは、レンズ２１とレンズ２２で構成されるコリメータレンズ群で略平行光化されて、再びダイクロイックミラー３７に入射して、ダイクロイックミラー３７で反射されたＳ偏光成分である青色レーザ光とともに、照明装置４０に導かれる。レンズ２１とレンズ２２は集光光学系の一例である。

ここで、光源装置２０において、蛍光Ｆは、青色レーザ光である励起光によって黄色の蛍光を発光する黄色光であり、光源装置２０は、青色レーザ光と蛍光である黄色光とが重畳されることにより、白色光Ｗを出射する。

（全体構成）
光源装置２０を出射した白色光Ｗは、レンズアレイ４１ａ、レンズアレイ４１ｂ、偏光変換素子４２、コンデンサーレンズ４３により、ＬＣＤ５０を均一に照明する。ここで、コンデンサーレンズ４３を出射した白色光Ｗは、ダイクロイックミラー４４Ｃで赤色基準光Ｌｒと、緑色基準光Ｌｇ及び青色基準光Ｌｂのシアン合成光Ｌｃに分光される。シアン合成光Ｌｃは、ダイクロイックミラー４５Ｇで緑色基準光Ｌｇと、青色基準光Ｌｂに分光される。ここで、レンズアレイ４１ａ、レンズアレイ４１ｂ、偏光変換素子４２、コンデンサーレンズ４３、及びダイクロイックミラー４４Ｃ，４５Ｇは照明光学系を構成する。

赤色基準光Ｌｒは、ミラー４５Ｒで反射された後、レンズ４６Ｒ、入射側偏光板４７Ｒを透過し、赤色ＬＣＤ５０Ｒで映像光に変調されて出射側偏光板４８Ｒを通して色合成プリズム４９に導かれる。

緑色基準光Ｌｇは、ダイクロイックミラー４５Ｇで反射された後、レンズ４６Ｇ、入射側偏光板４７Ｇを透過し、緑色ＬＣＤ５０Ｇで映像光に変調されて出射側偏光板４８Ｇを通して色合成プリズム４９に導かれる。

青色基準光Ｌｂは、ミラー４５Ｂａ、レンズ４５Ｂｂ、ミラー４５Ｂｃを通して、レンズ４６Ｂ、入射側偏光板４７Ｂを透過し、青色ＬＣＤ５０Ｂで映像光に変調されて出射側偏光板４８Ｂを通して色合成プリズム４９に導かれる。

映像光に変調された青色基準光Ｌｂ、緑色基準光Ｌｇ、赤色基準光Ｌｒは、色合成プリズム４９で合成されて、投写レンズ６０によって図示しないスクリーンに拡大投写される。尚、空間変調素子であるＬＣＤ５０と色合成プリズム４９とは、映像生成部を構成し、投写レンズ６０は投写光学系の一例である。

（蛍光板における発光過程の説明）
図６を参照して、蛍光体層１４に入射する励起光Ｅは、蛍光体層１４中を透過する過程において、蛍光体層１４に含まれる蛍光体に吸収されて、蛍光発光する。ここで、蛍光体で発光する蛍光は全方向に発光することから、光取り出し面側である励起光Ｅの入射面側に進む成分である蛍光Ｆ１と同時に、励起光Ｅの入射方向である反射層１３側に進む成分である蛍光Ｆ２がある。蛍光Ｆ２は、蛍光体層１４を透過して反射層１３に入射し、反射層１３で反射して励起光Ｅの入射面側に進む成分である蛍光Ｆ３と、反射層１３を透過する成分である蛍光Ｆ４となり、更に蛍光Ｆ４は、反射層１３を透過して反射膜１２で反射して励起光Ｅの入射面側に進む。一方、励起光Ｅのうち、蛍光体層１４で吸収されない励起光Ｅ１は、蛍光体層１４を透過し、反射層１３で反射される励起光成分である励起光Ｅ２と、反射層１３を透過して反射膜１２で反射される成分である励起光Ｅ３となる。励起光Ｅ２、及び、励起光Ｅ３によっても蛍光体層１４の蛍光体は発光し、蛍光Ｆ５となる。励起光Ｅ２と励起光Ｅ３のうち、蛍光体層１４で吸収されない成分は、励起光Ｅ４として蛍光体層１４を出射する。

よって、蛍光板１０において、励起光Ｅにより変換される蛍光Ｆは、Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４＋Ｆ５で示すことができる。蛍光板１０は、励起光Ｅのうち変換されないで蛍光体層１４を出射する励起光Ｅ４と、蛍光Ｆとを出射する。

（効果）
本実施の形態では、蛍光板１０は、平板支持基材１１の表面に設けられた反射膜１２と、反射膜１２上に設けられた反射層１３と、反射層１３上に設けられた蛍光体層１４と、を備えることで、励起光Ｅに対する蛍光Ｆの発光効率を改善し、光源装置の高輝度化を実現する。また、反射膜１２を備えることで、反射層１３の厚みを薄くしても十分な反射率を実現でき、蛍光体層１４の熱を適切に平板支持基材１１に排熱し、蛍光体層１４の温度を下げることが可能となる。

（実施の形態２）
図７は、本開示の実施の形態２に係る蛍光板アセンブリの構成を示す図である。以下において、図１と同一の構成部分には同一の符号を付して実施の形態１との相違点について、主に説明する。

実施の形態１では、平板支持基材１１として円盤状の基板を用い、円形基材をモータ１５で回転する蛍光体ホイールアセンブリ１８による蛍光板、及び、光源装置の例であり、モータ１５で回転駆動することで蛍光体層１４を冷却する。本開示の実施の形態２では、冷却機能を有するヒートシンクを兼ねる平板冷却基材１５１を用いた、固定式の蛍光板の例について説明する。この実施の形態２における蛍光板アセンブリ１８１は、実施の形態１における蛍光体ホイールアセンブリ１８に置き換えて使用することが可能である。

（蛍光板、及び、光源装置の構成）
図７は、実施の形態２である蛍光板１０１を備える蛍光板アセンブリ１８１の構成を示す図である。図７は、+ｘ方向から見た側面図である。

蛍光板アセンブリ１８１は、図７に示すように、蛍光板１０１と冷却ファン１９１を備える。蛍光板１０１は、冷却用のヒートシンクを兼ねる平板冷却基材１５１と、平板冷却基材１５１の表面に施された反射膜１１２と、反射膜１１２の表面中央に生成された反射層１３１と、反射層１３１の上に生成された蛍光体層１４１とで構成される。平板冷却基材１５１の反射膜１１２が形成された面の反対側にはヒートシンク構造が備えられ、冷却ファン１９１によって、強制空冷される。

平板冷却基材１５１は、例えば、アルミの押し出しで成型されたヒートシンクである。反射膜１１２は、例えば、アルミ増反射膜である。平板冷却基材１５１は、平板支持基材の一例である。

反射層１３１は、透明バインダー１３１ｂに金属酸化物１３１ｒを混練して生成された高反射塗料であり、反射膜１１２の表面に蛍光体層１４１を接着するための接着剤を兼ねて塗布される。反射層１３１である高反射塗料は、金属酸化物１３１ｒの体積濃度が１５～４０ｖｏｌ％であり、残りのほとんどが透明バインダー１３１ｂで充填された、可視光域において高い反射率を有する白色接着剤である。

蛍光体層１４１は、透明バインダー１４１ｂと蛍光体１４１ｐを混合して焼成して構成されたセラミック蛍光体であり、反射層１３１を介して反射膜１１２の表面に接着される。蛍光体層１４１であるセラミック蛍光体は、蛍光体１４１ｐの体積濃度が９０ｖｏｌ％以上であり、励起光Ｅによって蛍光発光する蛍光体セラミックである。強励起光下でも高い発光効率を得るため、蛍光体１４１ｐの粒径は、金属酸化物１３１ｒの粒径よりも大きい。

無機の蛍光体層１４１であるセラミック蛍光体であれば、励起光Ｅによる蛍光Ｆの発光過程によって発生する発熱を、高い熱伝導率で伝熱、放熱することが可能である。接着剤である反射層１３１の金属酸化物１３１ｒの濃度を高くすることで、反射層１３１の熱伝導率を大きくすることが可能であり、さらに、反射層１３１の厚みを薄く構成することで、蛍光体層１４１における発熱を平板冷却基材１５１に高効率に伝えることが可能となる。よって、冷却ファン１９１による冷却効果により、蛍光体層１４１の高効率な冷却が可能となる。

ここで、蛍光体１４１ｐは、例えば、波長約４５５ｎｍの青色光の励起によって主波長が約５７０ｎｍの黄色の光を発光する黄色蛍光体Ｐｙ（例えば、ＹＡＧ蛍光体、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）である。

（投写型映像表示装置の概要）
実施の形態２に係る蛍光板アセンブリ１８１は、実施の形態１の図５に示す投写型映像表示装置において、蛍光体ホイールアセンブリ１８に置き換えて使用することが可能となる。蛍光体ホイールアセンブリ１８と同様に、蛍光板アセンブリ１８１は黄色の蛍光を発光し、青色レーザ光と合成することで、光源装置を構成して、投写型映像表示装置を実現可能となる。

蛍光体ホイールアセンブリ１８とは異なり、実施の形態２に示す蛍光板アセンブリ１８１であれば、モータ駆動部を持たないため、騒音や振動時における信頼性に優れるという効果がある。

（実施の形態３）
図８は、本開示の実施の形態３である光源装置、及び投写型映像表示装置の構成を示す図である。以下において、図５と同一の構成部分には同一の符号を付して、実施の形態１との相違点について、主に説明する。

図５に示す実施の形態１に係る投写型映像表示装置１００は、空間変調素子として３枚のＬＣＤ５０を用いた３板式の液晶プロジェクタの例であり、光源装置２０で生成される白色光Ｗは、照明装置４０の色分離光学系で色分離されて、各色用の空間変調素子であるＬＣＤ５０に個別に導かれ、色合成プリズム４９で再び色合成して投写することで画像表示を行う。本開示の図８に示す実施の形態３では、１枚の空間変調素子であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を搭載した、単板式のＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタの例について説明する。

（光源装置、及び、投写型映像表示装置の概要）
図８は、実施の形態３に係る投写型映像表示装置２００の光学構成を示す図である。

投写型映像表示装置２００は、基準光である白色光Ｗを出射する光源装置１２０と、光源装置１２０からの光を均一化、色分離して空間変調素子であるＤＭＤに照明する照明装置１４０と、照明装置１４０からの照明光を映像信号に合わせて変調して時分割にＲＧＢ各色の映像光を生成する空間変調素子を含む映像装置１５０と、映像光をスクリーンに拡大投写する投写レンズ１６０とによって構成される。本実施の形態の投写型映像表示装置２００は、映像信号に応じて照明光を変調する１枚の空間変調素子であるＤＭＤ１５３を搭載する投写型映像表示装置である。

（光源装置の構成）
光源装置１２０は、光源３０を備える。光源３０を出射した青色レーザ光は、集光レンズ３４によって集光されながら重畳し、また凹レンズ３５によって光束を小さくしつつ略平行光化されて拡散板１３６で拡散されて、ダイクロイックミラー１３７に入射する。ダイクロイックミラー１３７は、青色レーザ光を反射して、その他波長帯の光を透過する。

ダイクロイックミラー１３７で反射した青色レーザ光は、レンズ２２とレンズ２１で蛍光体ホイールアセンブリ１１８の蛍光体層１１４（図９参照）に、蛍光発光のための励起光Ｅとして集光して導かれる。蛍光体層１１４に入射した励起光Ｅにより、蛍光体ホイールアセンブリ１１８の蛍光体層１１４で励起光Ｅと異なる波長帯である蛍光Ｆが励起される。励起光Ｅで励起されて得られる、蛍光体ホイールアセンブリ１１８を出射する蛍光Ｆは、レンズ２１とレンズ２２で構成されるコリメータレンズ群で略平行光化されて、再びダイクロイックミラー１３７に入射して透過し、照明装置１４０に導かれる。また、蛍光体ホイールアセンブリ１１８に導かれた青色レーザ光のうち、蛍光体ホイールアセンブリ１１８を透過する青色レーザ光は、レンズ１２１とレンズ１２２で構成されるコリメータレンズ群で略平行光化されて、ミラー１２３、ミラー１２４、レンズ１２５、ミラー１２６を介して、再びダイクロイックミラー１３７で反射して、照明装置１４０に導かれる。蛍光体ホイールアセンブリ１１８の詳細は後述する。このように、励起光源としての光源３０は、蛍光板１１０の蛍光体層１１４に対して励起光が入射するように配置される。

光源装置１２０において、蛍光体ホイールアセンブリ１１８における蛍光体層１１４は、時分割に黄色と緑色の蛍光を発光し、蛍光体ホイールアセンブリ１１８を時分割に透過する青色レーザ光と色合成することで、光源装置１２０から時分割に黄色と緑色と青色の光を出射する。

光源装置１２０を出射する蛍光Ｆと青色レーザ光は、レンズ１３８によって、照明装置１４０のカラーフィルタホイール１７０に照射される。カラーフィルタホイール１７０の詳細は後述する。

青色レーザ光、及び、カラーフィルタホイール１７０で所望の色光にトリミングされた蛍光Ｆは、カラーフィルタホイール１７０を出射したのち、ロッドインテグレータ１４２に入射する。

（投写型映像表示装置の構成）
照明装置１４０は、カラーフィルタホイール１７０と、ロッドインテグレータ１４２と、レンズ１４３、レンズ１４４、レンズ１４５から構成される。ロッドインテグレータ１４２から出射された光は、レンズ１４３、レンズ１４４、レンズ１４５によってリレーされて、照明装置１４０からの出射光として、映像装置１５０に入射する。

映像装置１５０は、照明装置１４０から照射される光を受けて映像を生成する装置であって、図８に示すように、全反射プリズム１５２と、外部より入力される映像信号に基づいて入射光を変調する空間変調素子である１枚のＤＭＤ１５３（映像変調素子の一例）で構成される。このように、照明装置１４０は、光源装置からの出射光を映像変調素子に導く照明光学系の一例であり、映像装置１５０は映像生成部の一例である。

全反射プリズム１５２は、光を全反射する面１５２ａを有しており、照明装置１４０より入射した光をＤＭＤ１５３へ導く。ＤＭＤ１５３は、可動式のマイクロミラーを複数有しており、図示しない制御部によって、それぞれに入射する各色基準光のタイミングに合わせて、かつ、入力される映像信号に応じて制御され、各色基準光を映像信号によって変調する。ＤＭＤ１５３によって変調された光は、全反射プリズム１５２を透過して投写系である投写レンズ１６０へ導かれる。投写系である投写レンズ１６０は、図示しないスクリーンに、時間的に合成された映像光を拡大投写する。投写レンズ１６０は投写光学系の一例である。

（蛍光体ホイール、及び、カラーフィルタホイールの構成）
図９を用いて、蛍光体ホイールアセンブリ１１８の構成を説明する。図９の（ａ）は図９の＋ｚ方向から見た蛍光板１１０の正面図であり、図９の（ｂ）は図９の（ａ）の９ｂ－９ｂ面における＋ｘ方向から見た断面を説明するための模式図である。図９において、図１と同一部分には同一符号を付して、その説明は省略する。

実施の形態３における、平板支持基材１１１は、実施の形態１である円盤状の平板支持基材１１とは異なり、一部に切り欠き領域１１４ｂを設けた、略円盤形状であり、表面に反射膜１１２を備える。反射膜１１２の表面には、反射層１１３が切り欠き領域１１４ｂを除いた円環、扇形状に設けられ、さらに、図９の（ａ）に示すように、反射層１１３の上には、蛍光体層１１４ｙと蛍光体層１１４ｇ（蛍光体層１１４ｙと蛍光体層１１４ｇをまとめて蛍光体層１１４と呼ぶ）が扇形状に設けられる。

蛍光体層１１４ｙは、波長約４５５ｎｍの青色光の励起によって主波長が約５７０ｎｍの黄色の光を発光する蛍光体が、平板支持基材１１１に対して、平板支持基材１１１の回転中心を中心とする円環状の一部の領域である扇形形状の範囲に塗布形成される。

蛍光体層１１４ｇは、波長約４５５ｎｍの青色光の励起によって主波長が約５５０ｎｍの緑色の光を発光する蛍光体が、平板支持基材１１１に対して、平板支持基材１１１の回転中心を中心とする円環状の一部の領域である扇形形状の範囲に塗布される。

蛍光体層１１４ｙは、黄色蛍光体Ｐｙが透明バインダーを介して、平板支持基材１１１の反射層１１３の表面に塗布されている。蛍光体層１１４ｇは、緑色蛍光体Ｐｇが透明バインダーを介して、平板支持基材１１１の反射層１１３の表面に塗布されている。

黄色蛍光体Ｐｙとしては、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋が使用される。緑色蛍光体Ｐｇとしては、例えば、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋が使用される。透明バインダーとしては、例えば、シリコーン樹脂が使用される。

平板支持基材１１１の切り欠き領域１１４ｂは、平板支持基材１１１も、蛍光体層１１４も設けない領域であり、照射される励起光Ｅである青色レーザ光が波長を変えることなく透過する。

蛍光体層１１４の表面には、蛍光体層よりも低い屈折率を有する低屈折率層１１９が備えられる。低屈折率層１１９は、空気中と蛍光体層１１４との屈折率差を緩和することにより、蛍光体層１１４に入射する励起光Ｅの表面反射を低減し、取り込み効率を改善する。低屈折率層１１９は、蛍光体層１１４から出射する蛍光Ｆの界面反射を低減し、蛍光体層１１４からの光取出し効率を改善する。

低屈折率層１１９は、例えば、シリコーン樹脂などの透明バインダーに、中空シリカなど、透明バインダーよりも屈折率の低い低屈折率粒子を混練し、中空シリカの体積濃度が９０ｖｏｌ％以上で含まれる厚さ５０～２００ｎｍの塗膜である略透明の塗料である。低屈折率層１１９は、また、例えば、誘電体多層膜である反射防止膜としての、ＡＲ蒸着膜である。

図１０を用いて、カラーフィルタホイール１７０の構成を説明する。図１０の（ａ）は、＋ｚ方向から見たカラーフィルタホイール１７０の正面図であり、図１０の（ｂ）は、＋ｘ方向から見たカラーフィルタホイール１７０の側面図である。

カラーフィルタホイール１７０は、図１０の（ｂ）に示すように、透明基板１７１と、モータ１５と、バランスプレート１６と、ビス１７で構成される。モータ１５は、円盤状の透明基板１７１を回転駆動する。モータ１５は図示しない制御部によって、透明基板１７１を回転制御し、例えば、透明基板１７１とモータ１５は、モータのハブにて接着された構成である。バランスプレート１６、ビス１７は、蛍光体ホイールアセンブリ１１８と同様に設けられる。

透明基板１７１は、円盤状をした透明基板であり、例えば、可視全域にわたって高透過のガラス基板で構成される。

透明基板１７１の光入射面には、入射する光の一部の波長帯域を反射して、所望の色光を実現するための、所望の波長領域の光を透過するダイクロイック膜１７４が施されて構成される、カラーフィルタ１７４ｇ、１７４ｙ、１７４ｒ、１７４ｂを有し、透明基板１７１の光出射面には反射防止膜１７５を備える。ダイクロイック膜１７４（カラーフィルタ１７４ｇ、１７４ｙ、１７４ｒ、１７４ｂをまとめてダイクロイック膜１７４と記載する）は、カラーフィルタにおける反射膜の一例である。

ここで、励起光Ｅである青色レーザ光により、蛍光体層１１４ｙでは黄色蛍光Ｆｙが、蛍光体層１１４ｇでは緑色蛍光Ｆｇが励起され、反射して出射し、切り欠き領域１１４ｂでは青色レーザ光が透過する。

カラーフィルタホイール１７０は、図１０の（ａ）に示すとおり、４つのセグメントを有する。第１のセグメントであるカラーフィルタ１７４ｇは、波長４８０ｎｍよりも長い可視の波長領域において高透過、かつ、波長４８０ｎｍ以下の短い可視の波長領域において高反射の特性を有するダイクロイック膜によって構成される。第２のセグメントであるカラーフィルタ１７４ｙは、波長４８０ｎｍよりも長い可視の波長領域において高透過、かつ、波長４８０ｎｍ以下の短い可視の波長領域において高反射の特性を有するダイクロイック膜によって構成される。第３のセグメントであるカラーフィルタ１７４ｒは、波長６００ｎｍよりも長い可視の波長領域において高透過、かつ、波長６００ｎｍ以下の短い可視の波長領域において高反射の特性を有するダイクロイック膜によって構成される。第４のセグメントである透過領域１７４ｂは、反射防止膜であるＡＲコートである。

すなわち、カラーフィルタ１７４ｇ、１７４ｙ、１７４ｒは、入射する光の一部の波長帯域を反射してカットし、所望の色光を実現するための所望の波長領域の光を透過する、トリミングを行う。

ここで、蛍光体ホイールアセンブリ１１８とカラーフィルタホイール１７０とは、同じ回転数で同期して回転制御される。すなわち、カラーフィルタホイール１７０は、上述した４つのセグメントが、１フレーム（例えば、１／６０秒）に対応する時間で一回転するように回転制御される。

蛍光体ホイールアセンブリ１１８における蛍光体層１１４ｙから出射される黄色蛍光Ｆｙは、カラーフィルタホイール１７０におけるカラーフィルタ１７４ｙ及びカラーフィルタ１７４ｒに入射するように、回転制御が調整される。よって、蛍光体層１１４ｙの角度と、カラーフィルタ１７４ｙ及びカラーフィルタ１７４ｒの角度の和は、同一になるように設定されている。

蛍光体層１１４ｙを出射した黄色蛍光Ｆｙは、カラーフィルタ１７４ｙを透過する場合には、波長４８０ｎｍ以下の波長の可視光を反射して、波長４８０ｎｍより長い波長の可視光を透過して、黄色基準光Ｌｙを生成する。蛍光体層１１４ｙを出射した黄色蛍光Ｆｙは、カラーフィルタ１７４ｒを透過する場合には、波長６００ｎｍ以下の波長の可視光を反射して、波長６００ｎｍより長い波長の可視光を透過して、赤色基準光Ｌｒを生成する。

蛍光体ホイールアセンブリ１１８における蛍光体層１１４ｇから出射される緑色蛍光Ｆｇは、カラーフィルタホイール１７０におけるカラーフィルタ１７４ｇに入射するように、回転制御が調整される。よって、蛍光体層１１４ｇの角度と、カラーフィルタ１７４ｇの角度は、同一になるように設定されている。蛍光体層１１４ｇを出射した緑色蛍光Ｆｇは、カラーフィルタ１７４ｇを透過する場合には、波長４８０ｎｍ以下の波長の可視光を反射して、波長４８０ｎｍより長い波長の可視光を透過して、緑色基準光Ｌｇを生成する。

蛍光体ホイールアセンブリ１１８における切り欠き領域１１４ｂを透過する励起光Ｅは、カラーフィルタホイール１７０における透過領域１７４ｂに入射するように、回転制御が調整される。よって、切り欠き領域１１４ｂの角度と、透過領域１７４ｂの角度は、同一になるように設定されている。透過領域１７４ｂを透過した励起光Ｅは、青色基準光Ｌｂを生成する。

（効果）
本構成に示す低屈折率層を設けることで、励起光の取り込み効率を改善でき、また、蛍光の取り出し効率を改善できることから、光源装置の高輝度化とともに、取出されない蛍光による発熱を軽減する冷却効率改善を実現することができる。

本開示は、励起光源を使用する光源装置により励起される蛍光板に関し、投写型映像表示装置に適用可能である。

１０ 蛍光板
１１ 平板支持基材
１２ 反射膜
１３ 反射層
１３ｂ 透明バインダー
１３ｒ 金属酸化物
１４ 蛍光体層
１４ｂ 透明バインダー
１４ｐ 蛍光体
１５ モータ
１６ バランスプレート
１７ ビス
１８ 蛍光体ホイールアセンブリ
２０ 光源装置
２１、２２ レンズ
３０ 光源
３１ 半導体レーザ
３２ コリメータレンズ
３４ 集光レンズ
３５ 凹レンズ
３６ａ 拡散板
３６ｂ λ／２波長板
３７ ダイクロイックミラー
３８ レンズ
３９ａ λ／４波長板
３９ｂ 反射ミラー
４０ 照明装置
４１ａ、４１ｂ レンズアレイ
４２ 偏光変換素子
４３ コンデンサーレンズ
４４Ｃ、４５Ｇ ダイクロイックミラー
４５Ｒ ミラー
４５Ｂａ ミラー
４５Ｂｂ レンズ
４５Ｂｃ ミラー
４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂ レンズ
４７Ｒ、４７Ｇ、４７Ｂ 入射側偏光板
４８Ｒ、４８Ｇ、４８Ｂ 出射側偏光板
４９ 色合成プリズム
５０ ＬＣＤ
５０Ｒ 赤色ＬＣＤ
５０Ｇ 緑色ＬＣＤ
５０Ｂ 青色ＬＣＤ
６０ 投写レンズ
１００、２００ 投写型映像表示装置
１０１、１１０ 蛍光板
１１１ 平板支持基材
１１２ 反射膜
１１３ 反射層
１１４ 蛍光体層
１１４ｂ 切り欠き領域
１１４ｇ、１１４ｙ 蛍光体層
１１８ 蛍光体ホイールアセンブリ
１１９ 低屈折率層
１２０ 光源装置
１２１、１２２、１２５ レンズ
１２３、１２４、１２６ ミラー
１３１ 反射層
１３１ｂ 透明バインダー
１３１ｒ 金属酸化物
１３６ 拡散板
１３７ ダイクロイックミラー
１３８ レンズ
１４０ 照明装置
１４１ 蛍光体層
１４１ｂ 透明バインダー
１４１ｐ 蛍光体
１４２ ロッドインテグレータ
１４３、１４４、１４５ レンズ
１５０ 映像装置
１５１ 平板冷却基材
１５２ 全反射プリズム
１５２ａ 面
１５３ ＤＭＤ
１６０ 投写レンズ
１７０ カラーフィルタホイール
１７１ 透明基板
１７４ ダイクロイック膜
１７４ｂ 透過領域
１７４ｇ、１７４ｙ、１７４ｒ カラーフィルタ
１８１ 蛍光板アセンブリ
１９１ 冷却ファン

Claims (12)

1. 支持基材と、
   前記支持基材の表面に位置する、反射領域と、
   前記支持基材の厚み方向に設けられる蛍光体層と、
   前記反射領域と前記蛍光体層との間に設けられ、金属酸化物と透明バインダーとで構成された反射層と、を備え、
   前記反射層は、
   拡散反射率が９０％以上であり、
   厚みが１０μｍ以上９０μｍ以下であり、
   前記金属酸化物の体積濃度が１５～４０ｖｏｌ％である、蛍光板。
2. 前記反射層は、前記反射領域と異なる材料を含む層である、請求項１に記載の蛍光板。
3. 前記反射領域は、前記支持基材の表面に形成される反射膜である、請求項１に記載の蛍光板。
4. 前記蛍光体層の厚みＬｐと、前記反射層の厚みＬｒは、Ｌｐ＞Ｌｒの関係を有する、請求項１に記載の蛍光板。
5. 前記反射層の厚みは、前記金属酸化物の体積濃度が３０ｖｏｌ％のとき、３０±２０μｍの範囲である、請求項１に記載の蛍光板。
6. 前記反射層の前記金属酸化物は、粒径が０．１５～０．４μｍの酸化チタンで構成される、請求項１に記載の蛍光板。
7. 前記蛍光体層は、蛍光体の粉末と、前記透明バインダーとで構成される、請求項１に記載の蛍光板。
8. 前記蛍光体層の上に、前記蛍光体層よりも低い屈折率を有する低屈折率層を、さらに備える、請求項１に記載の蛍光板。
9. 前記低屈折率層は、前記透明バインダーよりも屈折率の低い粒子が９０ｖｏｌ％以上で含まれる、厚さ５０～２００ｎｍの塗膜である、請求項８に記載の蛍光板。
10. 前記低屈折率層は、誘電体多層膜である反射防止膜である、請求項９に記載の蛍光板。
11. 請求項１～１０のいずれかに記載の蛍光板の前記蛍光体層に対して励起光が入射するように配置される励起光源と、
    前記励起光源の前記励起光を集光し、かつ、前記励起光で励起された前記蛍光体層の蛍光を集光する集光光学系と、を備える、光源装置。
12. 請求項１１に記載の光源装置と、
    前記光源装置からの出射光を映像変調素子に導く照明光学系と、
    外部より入力される映像信号に基づいて前記映像変調素子で入射光を変調する映像生成部と、
    前記映像生成部で変調された光を拡大して投写する投写光学系と、を備える、投写型映像表示装置。

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