JPWO2019004064A1 - 蛍光体層組成物、蛍光部材、光源装置および投影装置 - Google Patents

Abstract

蛍光体粒子とバインダとの界面の反射または散乱を抑制し、蛍光体粒子の励起光吸収および光取り出し効率を向上できる蛍光体層組成物、蛍光部材、光源装置および投影装置を提供する。本発明の一態様に係る蛍光体層組成物は、励起光を吸収して所定の蛍光を発する蛍光体粒子１１１と、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドと金属酸化物との混合物で形成される透光性のゲルからなるバインダ１１２とを備え、蛍光体粒子１１１がバインダ１１２に分散され、蛍光体粒子１１１の屈折率とバインダ１１２の屈折率との差が、０．３以下である。これにより、蛍光体粒子１１１とバインダ１１２との界面の反射を抑制し、蛍光体粒子の励起光吸収および光取り出し効率を向上できる。

Description

本発明は、励起光の照射により機能する蛍光体層組成物、これを用いた蛍光部材、光源装置および投影装置に関する。

従来、レーザ光の照射により発光する蛍光体やそのバインダがプロジェクタ等に用いられている。そして、それら材料の屈折率について記載されている文献がある。例えば、特許文献１には、無機バインダと無機バインダ中に分散した蛍光体とを有する蛍光体層を透明基板上に設けた蛍光ホイールを用いたプロジェクタ用発光デバイスについて、無機バインダをゾルゲル法で形成することや透明基板の屈折率と無機バインダの屈折率の差が０．４以下であることが記載されている。

また、特許文献２には、バインダ材料中にナノ粒子が分散された変換層を有するＬＥＤデバイスが記載されており、バインダ材料とナノ粒子の組み合わせの実効屈折率が、蛍光剤粒子の屈折率と厳密に整合するようにナノ粒子がバインダ材料中に分散していることも記載されている。

一方、アルミナを温水処理して表面に微細構造を形成し、屈折率を調整する技術が知られている。特許文献３には、アルミナ水和物を用いて表面に微細構造を設けて反射防止膜を形成したレンズが記載されている。

国際公開第２０１５／０７２３１９号 特許第５２２７２５２号公報 国際公開第２０１４／０６１２３７号

上記のような高密度励起光により蛍光体を発光させる蛍光体素子を用いた装置では、レーザ光のようなエネルギーの高い励起光が集光され、蛍光ホイール円周部の蛍光体層にスポット状に照射される。スポット状の照射部では蛍光発光が得られると同時に、励起光の一部は熱エネルギーに変換され、照射部は高温になる。

蛍光体の温度が上昇すると、それに伴い蛍光体の発光効率が低下する温度消光と言う現象が知られている。このため、光学装置や投影装置では、蛍光ホイールの回転により蛍光体層上の照射部を移動し、局所的な温度上昇を抑制している。しかしながら、さらに励起光の照射を強めて蛍光発光を得る場合、蛍光ホイールの回転だけでは励起光照射部位の温度上昇を充分に抑制することは困難であった。

蛍光体の発光効率に関する温度特性は発光中心元素の濃度により変わる。図１４は、各発光中心元素濃度の蛍光体に対する温度と光取り出し効率との関係を示すグラフである。一般的に市販されているＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の発光中心元素であるＣｅ濃度は、常温使用時の発光効率の高い濃度（例えば０．０３程度）が選択される。このような蛍光体を用いてより強い蛍光発光強度を得るために励起光強度を増加させた場合、以下の様に発熱による発光強度低下の問題が有る。

図１４に示すように、高密度、高強度の励起光照射によって照射スポットの蛍光体温度が例えば２００℃を超える場合、一般的な蛍光体では発光効率が低下する、所謂温度消光と呼ばれる問題が有る。一方、Ｃｅ濃度が低い蛍光体（例えば０．００３）は発光効率の温度依存性が小さく、低温時と比較して発光効率が逆転する場合もある。しかしながら、不純物濃度の低い蛍光体は励起光の吸収が小さく、励起光を充分に吸収できない。このため、温度上昇等による温度消光の影響が少ない低Ｃｅ濃度の蛍光体を用いた場合、図１４に示すように外部への光取り出し効率が低く、所望の蛍光発光強度（明るさ）を得ることができない。このように、高密度の励起光照射に対し、蛍光体の励起密度依存性および温度上昇等の影響を受けにくい、発光中心元素濃度の少ない蛍光体を用いる場合、励起光に対する蛍光体自身の吸収が少ないことが課題であった。

さらに、一般的には蛍光体層を構成するバインダとしてはシリコーン樹脂に代表される樹脂材料や、無機バインダとしてポリシラザンのような透明無機材料が用いられることが多い。場合によっては蛍光体の周囲に空気が接するような多孔質構造の蛍光体層が用いられる場合もある。

一般的に蛍光体粒子を構成するガーネット系材料（ＹＡＧ，ＬｕＡＧ）の屈折率ｎは約１．８と高く、周囲を囲むバインダである、前記シリコーン樹脂等の屈折率は約１．５程度であることから、蛍光体粒子とバインダとが接する界面では、この屈折率の差に起因する界面反射が生じる。前述の様に発光効率の温度依存性が低い低不純物濃度の蛍光体を用いようとした場合、励起光が蛍光体へ入射する場合の界面反射の影響が無視できない。

本発明の一実施形態は、このような事情に鑑みてなされたものであり、蛍光体粒子とバインダとの界面の反射を抑制し、蛍光体粒子の励起光吸収および光取り出し効率を向上できる蛍光体層組成物、蛍光部材、光源装置および投影装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の一実施形態では以下のような手段を講じている。すなわち本発明の一実施形態の蛍光体層組成物は、励起光を吸収して所定の蛍光を発する蛍光体粒子と、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドと金属酸化物との混合物で形成される透光性のゲルからなるバインダとを備え、前記蛍光体粒子が前記バインダに分散され、前記蛍光体粒子の屈折率と前記バインダの屈折率との差が、０．３以下である。

本発明の一実施形態によれば、蛍光体粒子とバインダとの界面の反射を抑制し、蛍光体粒子の励起光吸収および光取り出し効率を向上できる。その結果、温度上昇等による温度消光の影響が少ない、発光中心元素濃度の小さい蛍光体粒子を用いた場合でも、高い蛍光発光強度（明るさ）が得られる。また、無機系バインダを用いるため、蛍光体層の耐熱性が向上する。結果的に高温でも発光強度の低下を抑制できる。

第１の実施形態の蛍光部材を示す断面図である。 第１の実施形態の蛍光体層を示す断面図である。 ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）の結晶構造を示す図である。 第１の実施形態の蛍光デバイスを示す正面図である。 第１の実施形態の蛍光デバイスを示す側断面図である。 第１の実施形態の光源装置を示す模式図である。 投影装置を示す模式図である。 ゾル溶液の製造工程を示すフローチャートである。 蛍光体層の生成工程を示すフローチャートである。 第２の実施形態の蛍光部材を示す断面図である。 微細凹凸構造の生成工程を示すフローチャートである。 第３の実施形態の蛍光部材を示す正面図である。 第３の実施形態の蛍光部材を示す正面図である。 第３の実施形態の光源装置を示す模式図である。 第４の実施形態の蛍光部材を示す正面図である。 第４の実施形態の蛍光部材を示す断面図である。 微細凹凸構造の断面を示すＳＥＭ写真である。 蛍光体層の表面を示すＳＥＭ写真である。 蛍光体層の表面を示すＳＥＭ写真である。 各発光中心元素濃度の蛍光体に対する温度と光取り出し効率との関係を示すグラフである。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
（蛍光部材の構成）
図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ蛍光部材１００を示す断面図および蛍光体層１１０を示す断面図である。蛍光部材１００は、蛍光体層１１０および基材１２０を備えており、板状に形成されている。蛍光部材１００は、励起光スポットの移動が容易な円板状が好ましいが、必ずしも円板でなくてもよい。基材１２０は、反射型であれば光を反射するアルミニウム等の材料、透過型であれば光を透過するガラスやサファイア等の材料で形成される。反射型の基材１２０は、光を透過する材料の表面に反射する材料からなる反射膜を設けたものでもよい。蛍光体層１１０は、基材１２０の表面に設けられている。蛍光体層１１０は、後述の蛍光体層組成物で形成されているため、蛍光部材１００の励起光による温度上昇の影響を抑止しつつ光取り出し効率を向上できる。

図１Ａに示すように、蛍光体層組成物は、蛍光体粒子１１１とバインダ１１２とを備えており、蛍光体粒子１１１は、バインダ１１２に分散されている。そして、図１Ｂに示すように、蛍光体粒子１１１は、蛍光体層１１０に入射した一部の励起光ｅ１を吸収して所定の蛍光ｆ１を発する。バインダ１１２は、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドと金属酸化物との混合物で形成される透光性のゲルからなる。

バインダ１１２は、蛍光体粒子１１１の屈折率とバインダ１１２の屈折率との差が、０．３以下になるように選ばれる。蛍光体粒子１１１との間で屈折率差が小さい無機系バインダを用いることで、蛍光体粒子１１１とバインダ１１２との界面の反射を抑制し、蛍光体粒子の励起光吸収および光取り出し効率を向上できる。蛍光体粒子１１１の屈折率とバインダ１１２の屈折率との差が、０．２以下であればさらに好ましい。

その結果、温度上昇等による影響の少ない発光中心元素濃度の小さい蛍光体粒子１１１を用いた場合でも、大きい蛍光発光強度（明るさ）が得られる。また、無機系バインダを用いるため、蛍光体層１１０の耐熱性が向上する。結果的に高温でも発光強度の低下を抑制できる。

蛍光体粒子１１１は、アルミナを母材とするガーネット系材料で構成されている。ガーネット系材料としては、ＹＡＧ：Ｃｅ（黄色発光蛍光体）、ＬｕＡＧ（緑色発光蛍光体）等が用いられる。このような材料の屈折率ｎは約１．８である。蛍光体粒子１１１は、一般式（ＲＥ_１−ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２で示される物質で構成され、ＲＥは希土類元素群より選ばれる少なくとも一つの元素を含んでいることが好ましい。発光中心元素Ｃｅの希土類ＲＥに対する濃度ｘが０を超え０．０３以下であることが好ましい。このように、発光中心元素濃度の小さい蛍光体粒子を用いた場合でも、大きい蛍光発光強度（明るさ）が得られる。なお、発光中心元素濃度の表記については後述する。

バインダ１１２は、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドと金属酸化物との混合物で形成される透光性のゲルである。金属アルコキシドまたは金属酸化物を構成する金属には、シリコン、アルミニウム、スズ、亜鉛、ジルコニウムおよびチタンが挙げられる。このうち特にアルミニウム、スズ、亜鉛については、酸化物の屈折率が、１．７〜２．０程度である。したがって、これらの屈折率とＹＡＧ：ＣｅまたはＬｕＡＧ：Ｃｅの屈折率との差は０．２以内となり、バインダ１１２は、主にこれらのいずれかを金属とする金属アルコキシドまたは金属アルコキシドと金属酸化物との混合物で形成されることが好ましい。また、アルミナの熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、酸化亜鉛の熱伝導率は、２５．２Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱伝導率の観点でもこれらの材料は好ましい。

さらには、これらの金属のうちでも主にＹＡＧ等の蛍光体と同じアルミナを母材とするアルミニウムアルコキシドまたはアルミニウムアルコキシドとアルミナとの混合物で形成されることがさらに好ましい。

なお、「主に形成される」とはゲル全体の屈折率とＹＡＧ：ＣｅまたはＬｕＡＧ：Ｃｅの屈折率との差が０．３以下であれば混合物であってもよいことをいう。バインダ１１２が上記のような構成をとることで、蛍光体粒子１１１の屈折率とバインダ１１２の屈折率との差を小さくすることができる。

特に、蛍光体粒子１１１とバインダ１１２との屈折率の差を小さくするように、無機系のバインダとして蛍光体粒子１１１の材料と同等の屈折率（約１．７６）のアルミナを主成分とするゾルゲル系の材料を用いて両者の屈折率をマッチングすることにより、蛍光体粒子１１１の材料とバインダ１１２との界面反射ｆ１が低下し、励起光ｅ１の蛍光体粒子１１１への光吸収が向上する。このように蛍光体粒子１１１とバインダ１１２との界面での光の反射を抑制し、蛍光体粒子１１１の励起光吸収を改善できる。

（界面反射率）
図１Ｂの領域ｒ１に示すように、バインダ１１２を介して蛍光体粒子１１１へ垂直に入射する励起光は、その界面でお互いの屈折率に基づき、界面反射する。無機蛍光体の屈折率は約１．８程度と高いことから、バインダ１１２に代えてシリコーンやシリカ系の無機バインダを用いた場合は、界面反射率が０．９８％程度となる。不純物濃度の高い一般的な蛍光体粒子１１１であれば、界面反射によって入射する励起光は減少するが、蛍光体粒子自体の励起光吸収も大きいことから、十分な蛍光発光を得られる。

一方、不純物濃度が低い蛍光体粒子１１１では、蛍光体粒子１１１自体の励起光吸収も小さいことから、界面反射の影響によって減少した励起光の影響が無視できない。そして、励起光の吸収が減少して、充分な蛍光発光を得ることが困難となる。バインダ１１２として屈折率が蛍光体粒子１１１に近い、例えばアルミナゲルを用いた場合、その界面反射率はシリコーンやシリカ系のバインダの界面反射率の約１／２５程度になり、より多くの励起光がバインダとの界面で反射されることなく蛍光体へ入射する。その結果、励起光の吸収量が増大し、得られる蛍光発光が増加する。

（発光中心元素濃度の表記）
本発明では、一般にＹＡＧやＬｕＡＧと簡略表記される蛍光体を例示しているが、それらの材料に含有される発光中心元素の濃度の表記を、以下のように定義する。

黄色発光蛍光体ＹＡＧ：Ｃｅにおいて、基本的な構成元素は、イットリウム（Ｙ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）、およびセリウム（Ｃｅ）の４つである。黄緑色発光蛍光体ＬｕＡＧ：Ｃｅは、ＹＡＧ：ＣｅのＹを全てルテチウム（Ｌｕ）に代えたものである。発光色を意図的に変えること等を目的として、Ｙの一部を他の希土類元素等で、またＡｌの一部をＧａ等の同族元素で置換することが行なわれている。さらには、発光中心元素であるＣｅ以外に、例えば発光効率の改善を目的として、共付活剤として適量を結晶中に導入することも多い。

図２は、ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）の結晶構造を示す図である。ＹＡＧは図２に示すようなガーネット構造を有する結晶であり、化学式としてはＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２で表わされる。Ｙは８配位の位置を、Ａｌは４配位および６配位の両位置に在る状態が最も安定であるとされている。発光中心元素のＣｅは、サイズが最も近いＹの一部を置換している。

発光中心元素Ｃｅの濃度ｘはＹとの置換量と考えた場合、Ｃｅで付活されたＹＡＧ蛍光体は一般式（Ｙ_１−ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２で表わされる。本発明において、例えばｘ＝０．０３０であるとしたとき、ＹとＣｅの占有するサイトに対するＣｅの比率として、「３．０ｍｏｌ％」と定義する。

またＬｕＡＧの場合もＹＡＧと同様に、一般式（Ｌｕ_１−ｙＣｅ_ｙ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２で表わすとき、ＬｕとＣｅの占有するサイトに対するＣｅの比率として、「・・・ｍｏｌ％」と定義することになる。

（蛍光デバイス）
図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ蛍光デバイス２００を示す正面図および側断面図である。図３Ａは、図３Ｂに示す矢印２ａ方向から見た図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す矢印２ｂの方向から見た図である。図３Ａに示すように、蛍光デバイス２００は、蛍光部材１００（蛍光ホイール）、固定具２１０、回転シャフト２２０、駆動部２３０（モータ）を備えている。このような蛍光デバイス２００は、例えばプロジェクタ用の蛍光発光素子として利用される。

図３Ａおよび図３Ｂに示す例では、基材１２０は、中央に孔を有する円板状に形成され、円板の周縁領域に蛍光体層１１０が設けられている。蛍光体層１１０への励起光の照射に対し光が取り出される。取り出される光は、用途に応じて蛍光のみであってもよいし、蛍光と励起光とを混合した光であってもよい。

固定具２１０は、円板状の蛍光部材１００を回転シャフト２２０に固定するための部材であり、金属製であることが好ましい。固定具２１０は、蛍光部材１００の孔側周縁を厚み方向に挟んで固定している。回転シャフト２２０は、駆動部２３０の駆動力により中心軸回りに回転し蛍光部材１００を回転させる。駆動部２３０は、電気信号により制御され回転シャフト２２０を介して円板状の蛍光部材１００を回転移動（回転および停止）させる。

（光源装置の構成）
図４は、光源装置３００を示す模式図である。光源装置３００は、光源３１０、光学系３２０および蛍光デバイス２００を備え、励起光源とホイール円周部に励起光を照射し、蛍光発光を取り出すための光学系と組合された光源装置を構成する。光源３１０は、励起光を発し、励起光は蛍光体層１１０中の蛍光体粒子１１１を蛍光発光させる。励起光源としては、ＹＡＧ、ＬｕＡＧ等の蛍光体粒子を励起する青色光源、例えば青色レーザダイオード（ＬＤ）を用いることができる。

図４に示す例では、光学系３２０は、両凸レンズ３２１、ダイクロイックミラー３２２、片凸レンズ３２３、３２４で構成され、入射光学系および出射光学系を構成する。入射光学系は、照射された励起光を蛍光デバイス２００へ導く。ダイクロイックミラー３２２は、例えば青色光を反射し、黄色光および赤色光を透過する。このようにして、出射光学系は、少なくとも蛍光デバイス２００からの蛍光を出射する。

図４に示す蛍光デバイス２００は、反射型であり、蛍光体層１１０からの蛍光発光強度を高めるために、円状の基材１２０上の蛍光体層１１０の下部には銀等の高反射膜がコーティングされていることが望ましい。蛍光デバイス２００が備える蛍光体層１１０では蛍光体粒子１１１とバインダ１１２との屈折率差が小さいため、蛍光体粒子１１１として、高出力の励起光照射に起因する蛍光体の温度上昇による蛍光発光効率の減少（温度消光）が少ない低Ｃｅ濃度の蛍光体を組み合わせることで、蛍光体粒子１１１への励起光の吸収を改善し、蛍光体から出射される蛍光発光の光取り出し効率を向上できる。

（投影装置の構成）
図５は、投影装置４００（プロジェクタ）を示す模式図である。投影装置４００は、入力部４１０、回転位置センサ４２０、光源制御部４３０、光源装置３００、導光光学系４４０、表示素子４６０および投影光学系４７０を備える。

入力部４１０は、投影する像のデータの入力を受け付け、入力されたデータを光源制御部４３０に引き渡す。入力部４１０は、投影装置４００とは別の機器からのデータを受け付けてもよく、インターネット等に接続し、通信によってデータを受け付けてもよい。入力部４１０は、ユーザの入力を受け付けてもよい。回転位置センサ４２０は、蛍光部材１００の回転位置を検出する。

光源制御部４３０は、投影光の強度の入力に対し、蛍光部材１００の回転位置に応じて光源３１０からの励起光の出力を制御する。励起光を制御することによって、蛍光部材１００が出射する光の強さを任意に変化させることができる。

また、色や明るさの階調に合わせて励起光の出力を制御することで、光源３１０や蛍光部材１００の劣化を抑制できる。また、不要な光を減衰させる必要が無いため、投影装置４００内部の発熱を抑制することができる。また、光源制御部４３０は、入力された画像データを表示素子４６０に出力する制御も行なう。光源制御部４３０は、光学系に対しての制御を行なうこともできる。投影部レンズ４７５は、レンズの一部がモータ等により可動であり、光源制御部４３０により制御されることで、ズームやフォーカス等の調整が行なわれる。

光源装置３００は、光源３１０、蛍光デバイス２００および光学系を備えている。光学系は、ダイクロイックミラー３２２およびミラー３２５を備えている。図５に示す蛍光デバイス２００は、透過型である。光源光である青色光は、ダイクロイックミラー３２２で反射され、蛍光デバイス２００に入射し、３つのミラー３２５とダイクロイックミラー３２２で反射されて、表示素子４６０に入射する。また、蛍光デバイス２００による蛍光である黄色光および赤色光は、ダイクロイックミラー３２２を透過し、表示素子４６０に入射する。

導光光学系４４０は、光源装置３００からの照射光を表示素子４６０へ導く。表示素子４６０は、入力された画像データを投影用に処理して出力するとともに、導光光学系４４０により導かれた照射光を用いて画像の表示を行なう。表示素子４６０には、例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられる。投影光学系４７０は、表示素子４６０により表示された画像を外部に投影する。投影光学系４７０には、投影部レンズ４７５が含まれる。投影光学系４７０は、複数のレンズまたはミラーにより構成されていてもよい。なお、本実施形態において示された構成は一例であり、各光学系は用途に応じて様々なレンズまたはミラーにより構成されうる。

外光に影響され難い良質な投影表示をするためには高照度が必要となる。光源の光量を高くし高照度で投影するために、高密度励起光と蛍光の組み合わせ光源が使用され始めている。上記の投影装置４００を用いることにより、投影照度を高く維持することが可能となり、外光のある環境でも良好な投影像が得られる。このようにして、高輝度の投影装置４００を構成できる。

（蛍光部材の製造方法）
次に、一例を挙げて、蛍光部材１００の製造方法を説明する。蛍光部材１００は、ゾル溶液を基材上で処理することで製造できる。図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれゾル溶液の製造工程および蛍光体層の生成工程を示すフローチャートである。

図６Ａに示すように、まず、バインダとなるアルミナゾル溶液を作製するために、Ｔｒｉ−ｓｅｃ−ｂｕｔｏｘｉｄｅ（Ａｌ（Ｏ−ｓｅｃ−Ｂｕ）_３）を準備する（工程Ｐ１１）。そして、これに対しＩＰＡ（ｉ−ＰｒＯＨ）を添加し、約１時間室温で撹拌する（工程Ｐ１２）。さらに、キレート剤Ｅｔｙｌ−ａｃｅｔｏ−ａｃｅｔａｔｅ（ＥＡｃＡｃ）を添加し、約３時間撹拌する（工程Ｐ１３）。そして、Ｈ_２Ｏ＋ＩＰＡを注意深く滴下する（工程Ｐ１４）。このようにして、バインダとなるアルミナゾル溶液を作製する。各成分の比率は例えば、Ａｌ（Ｏ−ｓｅｃ−Ｂｕ）_３：ＩＰＡ：ＥＡｃＡｃ： Ｈ_２Ｏ＝１：２０：１：４である（工程Ｐ１５）。得られたゾル溶液に蛍光体粒子（ＹＡＧ：Ｃｅ，ＬｕＡＧ：Ｃｅ）を混合する（工程Ｐ１６）。このようにして、バインダと蛍光体粒子を混合した蛍光体層組成物のゾル溶液を製造する。

次に、蛍光体粒子とバインダを混合した、前記蛍光体層組成物からなる膜を基板上に形成したのち、乾燥もしくは焼成により、溶媒を除去することで、アルミナゲル中に蛍光体が含まれた蛍光体層を形成する工程について説明する。

図６Ｂに示すように、まず、塗布前に基板を洗浄する（工程Ｐ２１）。洗浄された基板の表面に上記の蛍光体層組成物を塗布する。ホイール型の場合には円周上に塗布する（工程Ｐ２２）。塗布手段としてはディスペンサやスクリーン印刷等の印刷手段によって塗布できる。その他、例えば、バーコータによる塗布膜形成やスプレー法、インクジェット法等も用いることができる。特にパターン形状を形成する必要が無ければ、ゾル溶液に浸漬するディップ法を用いるのが効率面で好ましい。

ゾル溶液塗布後、乾燥または焼成を行なうことにより、ゾル溶液はゲル化し、蛍光体がアルミナゲルバインダ中に分散された蛍光体層が形成される。例えば、焼成（焼成無し〜４００℃、１０ｍｉｎ〜３０ｍｉｎ）によりアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）ゲル膜を形成する（工程Ｐ２３）。このようにして得られた蛍光部材１００では、界面反射、散乱の影響を抑制し、励起光吸収の低い低不純物濃度の蛍光体材料を組み合わせることで蛍光体粒子への光吸収を改善できる。

上記の例は、アルミニウムアルコキシドを用いた場合であるが、別の金属アルコキシドを用いた場合でも同様の工程で蛍光体層を形成できる。すなわち、ゾル溶液を準備し、基材上に塗布し、乾燥または焼成すればよい。

［第２の実施形態］
（蛍光部材の構成）
上記の実施形態では、蛍光体粒子１１１とバインダ１１２との界面では屈折率差が小さいが、空気とバインダ１１２との界面では、屈折率差が大きくなる。空隙を充填する空気（ｎ＝１．０）との界面で屈折率差があると光の散乱を生じることから、蛍光体粒子１１１に入射する励起光が減少する一因となっている。図７は、蛍光部材５００を示す断面図である。

蛍光部材５００は、蛍光体層１１０、基材１２０および反射防止層５１０を備えている。反射防止層５１０は、蛍光体層１１０上にバインダ１１２を構成する金属酸化物ゲル膜の水和物からなる微細凹凸構造として形成される。これにより、空気と蛍光体層１１０との屈折率差を低減し、それらの界面の反射を抑制し、空気と蛍光体層１１０との間での励起光入射および蛍光発光の取り出し効率を向上できる。

バインダ１１２が金属アルコキシドまたは金属アルコキシドと金属酸化物との混合物で形成される透光性のアルミナゲルからなる場合には、反射防止層５１０として花弁状アルミナ（Ｆｌｏｗｅｒ ｌｉｋｅ Ａｌｕｍｉｎｕｍ）を形成することができる。このような表面形状を有する材料を用いることで、蛍光体層１１０の表面への励起光入射および蛍光発光取り出しを向上できる。

反射防止膜となる微細構造を表面に形成し、蛍光体と微細凹凸構造とを組み合わせることにより、蛍光体粒子の光吸収を向上し、蛍光発光を効率よく得ることができる。通常の不純物濃度を有する蛍光材料だけでは無く、高温時でも効率低下が少ない、低不純物濃度の蛍光材料と組み合わせることで、レーザ光源等の高出力での励起光照射による温度上昇に対しても効率低下の少ない蛍光体層、発光デバイスを提供できる。

（蛍光部材の製造方法）
一例を挙げて、反射防止層５１０を備えた蛍光部材５００の製造方法を説明する。図８は、微細凹凸構造の生成工程を示すフローチャートである。まず、バインダが金属アルコキシドまたは金属アルコキシドと金属酸化物との混合物で形成される透光性のアルミナゲルからなる蛍光部材を準備する。

図８に示すように、アルミナゲルをバインダとした蛍光体層を沸騰水に浸漬し、ボイル処理（温水への浸漬処理、６０℃〜１００℃）を行なう（工程Ｐ３１）。蛍光体層表面のアルミナバインダはアルミナ水和物（ベーマイト）となる。浸漬により得られた蛍光部材を４００℃で１０分間焼成する（工程Ｐ３２）。このようにして、蛍光体層の上に花弁状アルミナ（Ｆｌｏｗｅｒ Ｌｉｋｅ Ａｌ_２Ｏ_３）と称される微細凹凸構造が形成される。

［第３の実施形態］
上記の実施形態では、蛍光部材の円周に沿って単一の蛍光体層が形成されているが、複数のセグメントごとに複数の異なる蛍光体層が設けられるか、あるいは透過部が設けられていてもよい。異なる蛍光体層とは、同一の励起光を受けたときに異なる波長帯域光を発するものを指す。なお、透過部は、反射型の場合には反射部であってもよい（以下同様）。

図９Ａおよび図９Ｂは、それぞれ蛍光部材６００、７００を示す正面図である。図９Ａに示すように、蛍光部材６００は、円周方向に２つのセグメントに分割されており、各セグメントにはそれぞれ機能の異なる蛍光体層６１０と蛍光体層６２０が設けられている。例えば蛍光体層６１０に黄色の蛍光体粒子１１１を用い、蛍光体層６２０には赤色の蛍光体粒子１１１を用いた場合、蛍光部材６００の回転位置に応じて異なる色の光を取り出すことができる。

図９Ｂに示すように、蛍光部材７００は、円周方向に３つのセグメントに分割されており、２つのセグメントにはそれぞれ蛍光体層６１０と蛍光体層６２０が設けられ、もう１つのセグメントには入射光をそのまま透過する透過部７１０が設けられている。蛍光部材７００にはガラス等の透明の基材１２０が用いられることが好ましい。図９Ｂの例では、蛍光部材７００では、励起光スポットＳＰ１の領域に励起光が照射されている。この場合には黄色の蛍光が生じるが、蛍光部材７００が回転移動し、例えば蛍光体層６２０上に励起光スポットＳＰ１が移ったときには赤色の蛍光が生じる。

このように、蛍光部材６００、７００においては、基材１２０上の領域が円周方向に分割された複数の異なるセグメント領域のうち少なくとも一つのセグメント領域には蛍光体層が設けられている。そして、セグメント領域のそれぞれに同一の励起光を照射したときに異なる光を取り出せる。すなわち光が照射される位置によって取り出す光を変えることができる。

図１０は、蛍光部材７００を用いた透過型の光源装置８００を示す模式図である。この光源装置８００を投影装置４００に用いることで、出力する投影像の色や明るさの階調を蛍光部材の回転位置により制御することが可能になる。

［第４の実施形態］
円周方向に分割されたセグメントごとに蛍光体層を形成した上で、蛍光体粒子を含まないアルミナゾル溶液に蛍光部材を浸漬し表面に微細凹凸構造を形成してもよい。図１１Ａおよび図１１Ｂは、それぞれ蛍光部材９００を示す正面図および断面図である。この場合には、蛍光部材９００の表面および裏面にアルミナゲル膜を形成し、温水処理によって、蛍光部材の表面、裏面に微細凹凸構造５１０を形成できる。これにより、裏面から入射する励起光および表面から出射する蛍光発光および励起光のどちらも界面反射が抑制され、結果的に蛍光部材９００の光取り出し効率を高くすることができる。

透過型の蛍光部材９００の蛍光体層６２０は無機バインダであるアルミナゲルと蛍光体粒子から形成されることが好ましい。透過型の蛍光部材９００の入射側および蛍光発光の取り出し側の両面に花弁状アルミナ（Ｆｌｏｗｅｒ Ｌｉｋｅ Ａｌ_２Ｏ_３）の微細凹凸構造５１０が形成される。

［実施例］
上記の製造方法に沿って、花弁状アルミナ（Ｆｌｏｗｅｒ Ｌｉｋｅ Ａｌ_２Ｏ_３）の微細凹凸構造を形成した。図１２は、微細凹凸構造の断面を示すＳＥＭ写真である。蛍光体層上に形成したアルミナゲル膜に前述の温水処理を施すことによって、下部のアルミナゲル膜１１０上に、厚さ２４０ｎｍのベーマイトの薄片結晶からなる微細凹凸構造５１０が形成されている状態を確認できた。

また、図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ蛍光体層の表面を示すＳＥＭ写真である。沸騰水に浸漬した後、焼成の有無により差が生じるか否かを確認したところ、焼成無しのものより焼成したものの方が、凹凸が細かく、形状に差が見られるが、いずれの場合においても微細凹凸構造による表面反射の低減を確認できた。

なお、本国際出願は、２０１７年６月３０日に出願した日本国特許出願第２０１７−１２９９００号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１７−１２９９００号の全内容を本国際出願に援用する。

１００、５００、６００、７００、９００ 蛍光部材
１１０、６１０、６２０ 蛍光体層（アルミナゲル膜）
１１１ 蛍光体粒子
１１２ バインダ
１２０ 基材
２００ 蛍光デバイス
２１０ 固定具
２２０ 回転シャフト
２３０ 駆動部
３００、８００ 光源装置
３１０ 光源
３２１ 両凸レンズ
３２０ 光学系
３２２ ダイクロイックミラー
３２５ ミラー
３３０ 片凸レンズ
４００ 投影装置
４１０ 入力部
４２０ 回転位置センサ
４３０ 光源制御部
４４０ 導光光学系
４６０ 表示素子
４７０ 投影光学系
４７５ 投影部レンズ
５１０ 反射防止層（微細凹凸構造）
７１０ 透過部
ｅ１ 励起光
ｆ１ 蛍光
ｒ１ 領域
ＳＰ１ 励起光スポット

Claims (10)

1. 励起光を吸収して所定の蛍光を発する蛍光体粒子と、
   金属アルコキシドまたは金属アルコキシドと金属酸化物との混合物で形成される透光性のゲルからなるバインダとを備え、
   前記蛍光体粒子が前記バインダに分散され、
   前記蛍光体粒子の屈折率と前記バインダの屈折率との差が、０．３以下である蛍光体層組成物。
2. 前記バインダは、主にアルミニウム、スズおよび亜鉛のいずれかを金属とする金属アルコキシドまたは金属アルコキシドと金属酸化物との混合物で形成される透光性のゲルである請求項１記載の蛍光体層組成物。
3. 前記バインダは、主にアルミニウムアルコキシドまたはアルミニウムアルコキシドとアルミナとの混合物で形成されるゲルからなる請求項２記載の蛍光体層組成物。
4. 前記蛍光体粒子は、一般式（ＲＥ_１−ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２で示される蛍光体粒子であって、
   前記ＲＥは希土類元素群より選ばれる少なくとも一つの元素を含み、
   前記発光中心元素Ｃｅの前記希土類ＲＥに対する濃度ｘが０を超え０．０３以下である請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光体層組成物。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の蛍光体層組成物で形成される蛍光体層と、
   表面に前記蛍光体層が設けられた基材と、を備える蛍光部材。
6. 前記蛍光体層上に前記金属酸化物の水和物からなる微細凹凸構造を有する反射防止層を更に備える請求項５記載の蛍光部材。
7. 前記基材は、円板状に形成され、
   前記基材上の領域が円周方向に分割された複数の異なるセグメント領域のうち少なくとも一つのセグメント領域には前記蛍光体層が設けられ、
   前記セグメント領域のそれぞれに同一の励起光を照射したときに異なる光を取り出せる請求項５または請求項６記載の蛍光部材。
8. 励起光を照射する光源と、
   前記照射された励起光を導く入射光学系と、
   前記導かれた励起光を受けて蛍光を発する請求項５から請求項７のいずれかに記載の蛍光部材と、
   少なくとも前記蛍光部材からの蛍光を出射する出射光学系と、を備える光源装置。
9. 請求項８記載の光源装置と、
   前記光源装置からの照射光を導く導光光学系と、
   前記導光光学系により導かれた照射光を用いて表示を行なう表示素子と、
   前記表示を投影する投影光学系と、を備える投影装置。
10. 励起光を照射する光源と、前記照射された励起光を導く入射光学系と、前記導かれた励起光を受けて蛍光を発する請求項７記載の蛍光部材と、前記蛍光部材から出射された蛍光を集光する出射光学系と、を備える光源装置と、
    前記蛍光部材を回転移動させる駆動部と、
    前記蛍光部材の回転位置を取得する回転位置センサと、 前記取得された蛍光部材の回転位置に応じて励起光の出力を制御する制御部と、を備える投影装置。

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