TW201523116A - 投影機用螢光輪及投影機用發光裝置 - Google Patents

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Tamio Ando
Tadahito Furuyama
Shunsuke Fujita
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Nippon Electric Glass Co
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Abstract

本發明提供一種可提高發光強度之投影機用螢光輪及使用其之投影機用發光裝置。 本發明之投影機用螢光輪之特徵在於包括：環狀之透明基板11，其具有位於激發光1之入射側之第1主面11a與位於激發光1之出射側之第2主面11b；螢光體層12，其設置於透明基板11之第2主面11b上，且具有無機黏合劑與分散於無機黏合劑中之螢光體；及濾光片層13，其設置於透明基板11之第1主面11a上、或第2主面11b與螢光體層12之間，透過激發光1，並反射自螢光體層12出射之螢光2。

Description

投影機用螢光輪及投影機用發光裝置
本發明係關於一種投影機用螢光輪及投影機用發光裝置。
近年來，為了使投影機小型化，提出有使用了LED(Light Emitting Diode，發光二極體)與螢光體之發光裝置。例如，於專利文獻1中揭示有使用包括發出紫外光之光源與將來自光源之紫外光轉換成可見光之螢光體層之發光裝置之投影機。於專利文獻1中使用有藉由於環狀之可旋轉之透明基板上設置環狀之螢光體層而製作之螢光輪。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2004-341105號公報
使用先前之螢光輪之發光裝置存在發光強度不充分之問題。
本發明之目的在於提供一種可提高發光強度之投影機用螢光輪及使用其之投影機用發光裝置。
本發明之投影機用螢光輪之特徵在於包括：環狀之透明基板，其具有位於激發光之入射側之第1主面與位於激發光之出射側之第2主面；螢光體層，其設置於透明基板之第2主面上，且具有無機黏合劑 與分散於上述無機黏合劑中之螢光體；及濾光片層，其設置於透明基板之第1主面上、或第2主面與螢光體層之間，透過激發光，並反射自螢光體層出射之螢光。
螢光體層較佳為設置為環狀。
透明基板之厚度較佳為2.0mm以下。
螢光體層之圓周方向上之螢光體層之寬度較佳為激發光之點徑之6倍以上。
激發光例如為藍色光。又，螢光例如為綠色光、黃色光或紅色光。
濾光片層較佳為透過95%以上之410~450nm之波長區域之光、並反射95%以上之500~750nm之波長區域之光之帶通濾光片。
無機黏合劑例如為玻璃。
透明基板之折射率與無機黏合劑之折射率之差較佳為0.4以下。
亦可為螢光體層沿圓周方向被分割成複數個區域，且於複數個區域包含有種類互不相同之螢光體。
本發明之投影機用發光裝置之特徵在於包括上述本發明之投影機用螢光輪、及對螢光輪之螢光體層照射激發光之光源。
根據本發明，可提高投影機用發光裝置之發光強度。
1‧‧‧激發光
2‧‧‧螢光
10‧‧‧螢光輪
11‧‧‧透明基板
11a‧‧‧第1主面
11b‧‧‧第2主面
12‧‧‧螢光體層
12a‧‧‧第1區域
12b‧‧‧第2區域
12c‧‧‧第3區域
13‧‧‧濾光片層
14‧‧‧螢光體
20‧‧‧光源
21‧‧‧馬達
22‧‧‧旋轉軸
31‧‧‧投影機用發光裝置
C‧‧‧中心軸
D‧‧‧激發光之點徑
t‧‧‧透明基板之厚度
W‧‧‧螢光體層之寬度
圖1係表示本發明之第1實施形態之投影機用螢光輪之立體圖。
圖2係表示沿圖1所示之A-A線之剖面圖。
圖3係表示將本發明之第1實施形態之投影機用螢光輪中之螢光體層放大表示之局部俯視圖。
圖4係表示本發明之第1實施形態之投影機用螢光輪中之螢光之反射狀態之模式性剖面圖。
圖5係表示使用本發明之第1實施形態之投影機用螢光輪之發光裝置之模式性側視圖。
圖6係表示本發明之第1實施形態之投影機用螢光輪中之濾光片層之分光特性之圖。
圖7係表示於本發明之第1實施形態中使用綠色螢光體之情形時之發光強度之圖。
圖8係表示於本發明之第1實施形態中使用黃色螢光體之情形時之發光強度之圖。
圖9係表示本發明之第2實施形態之投影機用螢光輪之剖面圖，且係相當於第1實施形態之圖2之剖面圖。
圖10係表示本發明之第2實施形態之投影機用螢光輪中之螢光之反射狀態之模式性剖面圖。
圖11係表示於本發明之第1實施形態及第2實施形態中使用綠色螢光體之情形時之發光強度之圖。
圖12係表示本發明之第3實施形態之投影機用螢光輪之立體圖。
以下，對較佳之實施形態進行說明。但是，以下之實施形態僅為例示，本發明並不限定於以下之實施形態。又，於各圖式中存在具有實質上相同功能之構件利用相同符號進行參照之情形。
(第1實施形態)
於第1實施形態中，於透明基板之第1主面上設置有濾光片層。
圖1係表示本發明之第1實施形態之投影機用螢光輪之立體圖。圖2係表示沿圖1所示之A-A線之剖面圖。如圖1及圖2所示，螢光輪10具有環形狀。螢光輪10包括環狀之透明基板11、設置於透明基板11之第2主面11b上之環狀之螢光體層12、及設置於透明基板11之第1主面11a上之濾光片層13。透明基板11之第1主面11a係位於激發光1之入射 側之主面。透明基板11之第2主面11b係位於激發光1之出射側之主面。
於本實施形態中，螢光體層12包括無機黏合劑與分散於其中之螢光體。於本實施形態中，使用無機螢光體作為螢光體。
無機黏合劑只要為可用作無機螢光體等螢光體之分散介質者，則並無特別限定。例如可列舉硼矽酸鹽系玻璃、磷酸鹽系玻璃等玻璃。再者，玻璃之軟化點較佳為250℃~1000℃，更佳為300℃~850℃。
又，作為無機黏合劑，可使用藉由溶膠凝膠法而成之透明無機材料。作為此種透明無機材料，可列舉聚矽氮烷等。聚矽氮烷藉由與空氣中之水分反應產生氨並進行縮合而形成SiO2之網絡。藉由使用此種透明無機材料，可於相對低溫(室溫~200℃)下形成螢光體層12。作為其他透明無機材料，可列舉包含醇可溶型有機矽化合物、或其他金屬化合物(有機或無機)，且於存在觸媒之情況下以相對低溫形成與玻璃相同之SiO2網絡者。此種透明無機材料於使用金屬烷氧化物作為有機金屬化合物、使用醇作為觸媒之情形時被促進水解及脫水反應，結果形成SiO2網絡。
螢光體只要為藉由激發光1之入射而出射螢光者，則並無特別限定。作為螢光體之具體例，可列舉選自氧化物螢光體、氮化物螢光體、氮氧化物螢光體、氯化物螢光體、醯氯化物螢光體、硫化物螢光體、氧硫化物螢光體、鹵化物螢光體、硫族元素化物螢光體、鋁酸鹽螢光體、鹵磷酸鹽化物螢光體、石榴石系化合物螢光體之1種以上。於使用藍色光作為激發光之情形時，例如可使用出射綠色光、黃色光或紅色光作為螢光之螢光體。
螢光體層12中之螢光體之含量較佳為5~80體積%之範圍內，更佳為10~75體積%之範圍內，進而較佳為20~70體積%之範圍內。
螢光體層12之厚度於如激發光1確實地被螢光體吸收般之厚度之範圍內以較薄者較佳。其原因在於：若螢光體層12過厚，則存在螢光體層12中之光之散射或吸收變得過大而使得螢光之出射效率降低之情形。具體而言，螢光體層12之厚度較佳為1mm以下，更佳為0.5mm以下，進而較佳為0.3mm以下。螢光體層12之厚度之下限值通常為0.03mm左右。
濾光片層13係將激發光1透過且反射自螢光體層12出射之螢光之濾光片層。於本實施形態中，濾光片層13係由介電體積層膜構成之帶通濾光片。此處，介電體積層膜係所謂之被稱為介電體多層膜者，且由高折射率膜與低折射率膜之積層體構成。作為可用作帶通濾光片之介電體積層膜，可列舉交替地積層由氧化鈮、氧化鈦、氧化鑭、氧化鉭、氧化釔、氧化釓、氧化鎢、氧化鉿、氧化鋁、氮化矽等構成之高折射率膜、與由氧化矽等構成之低折射率膜而成之膜。
於使用藍色光作為激發光之情形時，作為濾光片層13，例如可使用使95%以上之410~450nm之波長區域之光透過並反射95%以上之500~750nm之波長區域之光之帶通濾光片。
濾光片層13之幾何學厚度係根據目標特性而於80~10000nm之範圍內適當地調整。若濾光片層13之幾何學厚度過小，則難以獲得所需之可見光選擇透過功能。另一方面，若濾光片層13之幾何學厚度過大，則有於濾光片層13產生之應力變大而產生龜裂或濾光片層13自基材剝落之虞。
於濾光片層13包含交替地積層高折射率膜與低折射率膜而成之多層膜之情形時，膜之積層數於8~100之範圍內適當地調整。
透明基板11只要為使自光源照射之激發光透過者，則並無特別限定。因此，透明基板11中之「透明」係指相對於激發光為透明。作為透明基板11，例如可使用玻璃基板、結晶化玻璃基板、陶瓷基板等無 機基板或樹脂基板等。於使用無機基板作為透明基板11之情形時，藉由將含有螢光體之無機黏合劑塗佈於透明基板11之表面並進行熱處理，可於透明基板11上直接形成(無機接合)螢光體層12。如上述般製作之螢光輪10僅由無機物質構成，故耐熱性優異。除此之外，作為於透明基板11上形成螢光體層12之方法，可列舉將含有螢光體之漿料狀之無機黏合劑噴射或網版印刷至透明基板11之表面之方法。再者，亦可利用耐熱樹脂或玻璃接著螢光體層12與透明基板11。
於本實施形態中，圖2所示之透明基板11之厚度t較佳為2.0mm以下。透明基板11之厚度t進而較佳為1.0mm以下，進而較佳為0.6mm以下，進而較佳為0.4mm以下。藉由使透明基板11之厚度t變薄，可減少自螢光體層12出射之光洩漏至外部之比率，從而可提高發光強度。再者，於透明基板11之厚度t過薄之情形時，螢光輪10之機械強度降低且於實際使用上難以操作，故而透明基板11之厚度t較佳為0.1mm以上，進而較佳為0.2mm以上。
圖3係將本發明之第1實施形態之投影機用螢光輪中之螢光體層放大表示之局部俯視圖。於本實施形態中，螢光體層12之寬度W為激發光1之點徑D之6倍以上。藉由將螢光體層12之寬度W設定為激發光1之點徑D之6倍以上，可於螢光體層12內之較廣之區域內反覆進行螢光或激發光1之散射或反射，因此可提高發光效率，且可提高自螢光體層12出射之螢光之發光強度。螢光體層12之寬度W較佳為激發光1之點徑D之7倍以上，進而較佳為激發光1之點徑D之10倍以上，尤佳為激發光1之點徑D之13倍以上。螢光體層12之寬度W較佳為激發光1之點徑D之20倍以下。若螢光體層12之寬度W過大，則螢光輪10變得大型化，故而欠佳。又，需要大量之螢光體，故而欠佳。
圖4係表示本發明之第1實施形態之投影機用螢光輪中之螢光之反射狀態之模式性剖面圖。如圖4所示，激發光1透過濾光片層13，並 自透明基板11之第1主面11a入射至螢光體層12。藉由入射至螢光體層12之激發光1，螢光體層12中之螢光體14被激發，而自螢光體14出射螢光2。自螢光體14出射之螢光2中之朝向透明基板11之螢光2如圖4所示，被濾光片層13反射並再次入射至螢光體層12。因此，根據本發明，可增加自螢光體層12出射之螢光2之量，從而可提高發光強度。
藉由縮小透明基板11之折射率與螢光體層12之折射率之差，可抑制於激發光1透過透明基板11併入射至螢光體層12時激發光1於透明基板11與螢光體層12之界面反射之情況。因此，可增加螢光體層12之激發光1之入射量。於使用玻璃基板作為透明基板11之情形時，作為縮小透明基板11與螢光體層12之折射率差之方法，可列舉縮小用於玻璃基板之玻璃與螢光體層12中之無機黏合劑之折射率差之方法。透明基板11之折射率與螢光體層12中之無機黏合劑之折射率之差較佳為0.4以下。
圖5係表示使用本發明之第1實施形態之投影機用螢光輪之發光裝置之模式性側視圖。本實施形態之投影機用發光裝置31包括螢光輪10、光源20、及用以使螢光輪10旋轉之馬達21。環狀之螢光輪10係以如下方式安裝於馬達21之旋轉軸22，即，以旋轉軸22之中心軸C為旋轉中心沿圓周方向旋轉。
自光源20出射之激發光1通過螢光輪10之濾光片層13及透明基板11而入射至螢光體層12。入射至螢光體層12之激發光1激發螢光體而自螢光體出射螢光2。作為光源20之具體例，可列舉LED光源或雷射光源等。
於使用發出藍色光作為激發光之光源作為光源20之情形時，例如可使用被藍色光激發且發出黃色光、綠色光或紅色光之螢光體作為螢光體層12之螢光體。自螢光體層12出射之光可視需要藉由濾光片僅提取具有所需波長之光。亦可將環狀之濾光片安裝於旋轉軸22，並使 其與螢光輪10同步旋轉以過濾出射光。
於本實施形態中，螢光輪10係沿圓周方向旋轉。因此，自光源20接收激發光1之區域始終移動，即便受到激發光1而加熱，亦會迅速散熱。因此，可抑制螢光輪10之溫度上升。
(發光強度之測定)
使用具有0.55mm之厚度之玻璃基板作為透明基板11，分別製作於透明基板11之入射面(第1主面11a)上設置有濾光片層13之螢光輪10與未設置濾光片層13之螢光輪。
圖6係表示濾光片層13之分光特性之圖。橫軸表示波長(nm)，縱軸表示透過率(%)。
作為螢光體層12，形成有如下2種螢光體層：使用由藍色光激發並發出綠色光作為螢光之螢光體之螢光體層、及使用由藍色光激發並發出黃色光作為螢光之螢光體之螢光體層。因此，製作合計4種螢光體輪。
照射波長445nm之光作為激發光1，並使用配置於螢光體層12上且開口部之直徑為13mm之積分球，測定自螢光體層12出射之螢光之強度。
圖7係表示使用發出綠色光之螢光體之情形時之發光強度之圖。如圖7所示，藉由設置濾光片層13，發光強度顯著提高。藉由設置濾光片層13，與未設置濾光片層13之情形相比，波長540nm附近之螢光之峰強度變成2.3倍。
圖8係表示使用發出黃色光之螢光體之情形時之發光強度之圖。如圖8所示，藉由設置濾光片層13，發光強度顯著提高。藉由設置濾光片層13，與未設置濾光片層13之情形相比，波長545nm附近之螢光之峰強度變成2.2倍。
(第2實施形態)
於第2實施形態中，於透明基板之第2主面與螢光體層之間設置有濾光片層。
圖9係表示本發明之第2實施形態之投影機用螢光輪之剖面圖，且係相當於第1實施形態之圖2之剖面圖。如圖9所示，螢光輪10具有環形狀。螢光輪10包括環狀之透明基板11、設置於透明基板11之第2主面11b之上方之環狀之螢光體層12、及設置於透明基板11之第2主面11b與螢光體層12之間之濾光片層13。與第1實施形態同樣地，透明基板11之第1主面11a係位於激發光1之入射側之主面，透明基板11之第2主面11b係位於激發光1之出射側之主面。
作為本實施形態中之透明基板11、螢光體層12及濾光片層13，可使用與第1實施形態相同者。
圖10係表示本發明之第2實施形態之投影機用螢光輪中之螢光之反射狀態之模式性剖面圖。如圖10所示，激發光1自透明基板11之第1主面11a通過濾光片層13而入射至螢光體層12。藉由入射至螢光體層12之激發光1，螢光體層12中之螢光體14被激發而自螢光體14出射螢光2。自螢光體14出射之螢光2中之朝向透明基板11之螢光2如圖10所示，被濾光片層13反射並再次入射至螢光體層12。因此，根據本實施形態，可增加自螢光體層12出射之螢光2之量，從而可提高發光強度。
又，於本實施形態中，濾光片層13係設置於透明基板11與螢光體層12之間，因此可抑制自螢光體層12出射之螢光2入射至透明基板11之情況。於第1實施形態中，如圖4所示，自螢光體層12出射之螢光2入射至透明基板11。因此，有螢光2於透明基板11內反射而自透明基板11之側面洩漏之虞。於本實施形態中，可抑制自螢光體層12出射之螢光2入射至透明基板11之情況，因此可抑制螢光2自透明基板11之側面洩漏之情況。因此，根據本實施形態，可進而提高發光強度。
本實施形態之螢光輪亦可使用於圖5所示之發光裝置。
(發光強度之測定)
使用具有0.55mm之厚度之玻璃基板作為透明基板11，製作以下之螢光輪。
‧根據第1實施形態，於透明基板11之入射面(第1主面11a)上設置有濾光片層13之螢光輪
‧根據第2實施形態，於透明基板11與螢光體層12之間設置有濾光片層13之螢光輪
‧未設置濾光片層13之比較之螢光輪
作為濾光片層13，使用具有圖6所示之分光特性者。作為螢光體層12，製作使用由藍色光激發並發出黃色光作為螢光之螢光體者。
照射波長436nm之光，並使用透鏡將自螢光輪出射之光聚光至受光器上進行測定。
圖11係表示上述之各螢光輪之發光強度之圖。如圖11所示，與未設置濾光片層13之比較之螢光輪相比，第1實施形態及第2實施形態之螢光輪之發光強度顯著提高。又，可知與第1實施形態相比，第2實施形態之螢光輪顯示更高之發光強度。
於上述各實施形態之螢光輪10中，遍及螢光體層12之整個面含有相同種類之螢光體。然而，本發明並不限定於此種形態。如以下要進行說明之實施形態般，亦可為螢光體層12沿圓周方向被分割成複數個區域，且於各區域含有種類互不相同之螢光體。
圖12係表示本發明之第3實施形態之投影機用螢光輪之立體圖。於本實施形態中，根據第1實施形態，於透明基板11之第1主面11a上設置有濾光片層13。圖12所示之螢光輪10具有各一對之第1區域12a、第2區域12b、及第3區域12c。如圖12所示，該等區域係沿圓周方向分割而設置。可使該等區域與例如發出紅色、綠色、或藍色之光作為螢 光之區域對應而將螢光輪10作為色輪使用。
於圖12所示之實施形態中，於透明基板11之第1主面11a上設置濾光片層13，但根據第2實施形態，亦可為於透明基板11與螢光體層12之間設置濾光片13，並將螢光體層12沿圓周方向分割成複數個區域。
即便於將螢光體層12沿圓周方向分割成複數個區域之情形時，亦可藉由於透明基板11之第1主面11a上、或第2主面11a與螢光體層12之間設置濾光片層13，而提高自第1區域12a、第2區域12b、及第3區域12c出射之各螢光之發光強度。再者，亦可將第1區域12a、第2區域12b、及第3區域12c之任一者作為未設置螢光體層12之區域。
1‧‧‧激發光
10‧‧‧螢光輪
11‧‧‧透明基板
11a‧‧‧第1主面
11b‧‧‧第2主面
12‧‧‧螢光體層
13‧‧‧濾光片層
C‧‧‧中心軸
t‧‧‧透明基板之厚度
W‧‧‧螢光體層之寬度

Claims (11)

  1. 一種投影機用螢光輪，其包括：環狀之透明基板，其具有位於激發光之入射側之第1主面與位於激發光之出射側之第2主面；螢光體層，其設置於上述透明基板之上述第2主面上，且具有無機黏合劑與分散於上述無機黏合劑中之螢光體；及濾光片層，其設置於上述透明基板之上述第1主面上、或上述第2主面與上述螢光體層之間，透過上述激發光，並反射自上述螢光體層出射之螢光。
  2. 如請求項1之投影機用螢光輪，其中上述螢光體層設置成環狀。
  3. 如請求項1或2之投影機用螢光輪，其中上述透明基板之厚度為2.0mm以下。
  4. 如請求項1至3中任一項之投影機用螢光輪，其中上述螢光體層之圓周方向上之上述螢光體層之寬度為上述激發光之點徑之6倍以上。
  5. 如請求項1至4中任一項之投影機用螢光輪，其中上述激發光為藍色光。
  6. 如請求項1至5中任一項之投影機用螢光輪，其中上述螢光為綠色光、黃色光或紅色光。
  7. 如請求項5或6之投影機用螢光輪，其中上述濾光片層係透過95%以上之410~450nm之波長區域之光、且反射95%以上之500~750nm之波長區域之光之帶通濾光片。
  8. 如請求項1至7中任一項之投影機用螢光輪，其中上述無機黏合劑為玻璃。
  9. 如請求項1至8中任一項之投影機用螢光輪，其中上述透明基板 之折射率與上述無機黏合劑之折射率之差為0.4以下。
  10. 如請求項1至9中任一項之投影機用螢光輪，其中上述螢光體層沿圓周方向被分割成複數個區域，且於上述複數個區域含有種類互不相同之螢光體。
  11. 一種投影機用發光裝置，其包括：如請求項1至10中任一項之投影機用螢光輪；及光源，其對上述螢光輪之上述螢光體層照射上述激發光。
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