TWI802918B - 波長轉換元件及投影機 - Google Patents

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Abstract

本發明提供光利用效率高之波長轉換元件、投影機及螢光體陶瓷構件。波長轉換元件1，使用在投影機100，接收激發光L1，放出包含螢光的反射光L2，其具備：基板10，具有光反射面13；以及螢光體陶瓷層20，位於光反射面13的上方，包含具有石榴石構造之第1結晶相；光反射面13的可見光反射率為95%以上100%以下；螢光體陶瓷層20的密度為理論密度之97%以上100%以下；螢光體陶瓷層20的膜厚為50μm以上而未滿120μm。

Description

波長轉換元件及投影機
本發明係關於一種波長轉換元件、使用該波長轉換元件之投影機、及螢光體陶瓷構件。
過去，已知一種使用於投影機之波長轉換元件。
例如，於專利文獻1揭露之波長轉換元件，具備俯視呈圓形之基板、及沿著基板的圓周方向設置之螢光體層(螢光體陶瓷構件)，可藉由與基板的中心連接之馬達而旋轉。在專利文獻1，此波長轉換元件，作為投影機的反射型之螢光輪而作用，該波長轉換元件之螢光體層所放出的螢光，作為投影機放出的光線(投射光)而利用。
[習知技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開第2019-66880號公報
[本發明所欲解決的問題]
而上述習知之波長轉換元件、投影機及螢光體陶瓷構件，有光線之利用效率低等問題。因而，本發明提供光利用效率高之波長轉換元件、投影機及螢光體陶瓷構件。 [解決問題之技術手段]
本發明的一態樣之波長轉換元件，使用在投影機，接收激發光，放出包含螢光的反射光，其具備：基板，具有光反射面；以及螢光體陶瓷層，位於該光反射面的上方，包含具有石榴石構造之第1結晶相；該光反射面的可見光反射率為95%以上100%以下；該螢光體陶瓷層的密度為理論密度之97%以上100%以下；該螢光體陶瓷層的膜厚為50μm以上而未滿120μm。
此外，本發明的一態樣之投影機，具備：激發光源，放出激發光；以及該波長轉換元件，接收該激發光，放出包含螢光的反射光。
此外，本發明的一態樣之螢光體陶瓷構件，使用在投影機，其包含具有石榴石構造之第1結晶相、及具有石榴石構造以外的構造之第2結晶相；該螢光體陶瓷構件的密度為理論密度之97%以上100%以下；該螢光體陶瓷構件的膜厚為50μm以上而未滿300μm。 [本發明之效果]
依本發明，則可提供光利用效率高之波長轉換元件、投影機及螢光體陶瓷構件。
以下，利用圖式，針對本發明的實施形態之波長轉換元件等詳細地予以說明。
另，以下說明之實施形態，皆顯綜合性或具體性案例。下述實施形態所示的數值、形狀、材料、構成要素、構成要素之配置位置與連接形態、製程、製程之順序等皆為一例，主旨不在於限定本發明。此外，將關於下述實施形態的構成要素中之未記載於獨立請求項的構成要素，作為任意構成要素而說明。
此外，各圖為示意圖，並非為嚴格圖示。因此，例如，在各圖中比例尺等不必非得一致。此外，各圖中，對實質上相同的構成給予相同的符號，將重複的說明省略或簡化。
本說明書中，平行或正交等表示要素間的關係性之用語、及圓形或橢圓形等表示要素的形狀之用語、與數值範圍，並非僅為表示嚴格意義的展現，而係意指亦包含實質上同等範圍，例如數%程度之差異的展現。
此外，本說明書中，「俯視」，係指沿著基板所具有之光反射面的垂直方向觀察波長轉換元件之情況。
此外，本說明書中，波長轉換元件的構成之「上」及「下」等用語，並非指絕對的空間認知的上方（鉛直上方）及下方（鉛直下方），而係以疊層構造之疊層順序為基礎而藉由相對的位置關係規定之用語。此外，「上方」及「下方」等用語，不僅適用於2個構成要素彼此隔著間隔配置而在2個構成要素之間存在其他構成要素的情況，亦適用於2個構成要素彼此密接配置而使2個構成要素接觸的情況。
此外，本說明書及圖式中，x軸、y軸及z軸，表示三維正交座標系之三軸。各實施形態，使和基板所具有之光反射面平行的二軸為x軸及y軸，使和光反射面呈正交之方向為z軸方向。此外，下述說明之各實施形態中，有將z軸正方向記載為上方，將z軸負方向記載為下方的情況。
（實施形態） [波長轉換元件的構成] 首先，利用圖式，針對本實施形態之波長轉換元件1的構成予以說明。圖1係本實施形態之波長轉換元件1的立體圖。圖2係顯示圖1的II－II線之波長轉換元件1的截斷面之剖面圖。
如圖1及圖2所示，波長轉換元件1，係具備具有光反射面13的基板10、螢光體陶瓷層20、及防止反射層30之元件。
本實施形態中，波長轉換元件1，係使用在投影機，接收激發光L1，放出包含螢光的反射光之螢光輪。波長轉換元件1，具有圓盤形狀，於俯視時波長轉換元件1的中央設置有旋轉驅動的馬達4。因此，波長轉換元件1，藉由馬達4，以馬達4為軸而往圖1所示之箭頭的方向旋轉驅動。
另，圖1中，顯示設置馬達4之螢光輪的構成，但波長轉換元件1，亦可不具備馬達4。亦即，波長轉換元件1，亦可為固定元件而不旋轉驅動。若為此等構成，則波長轉換元件1成為小型，故可提供密實的投影機。
螢光體陶瓷層20，係位於基板10所具有的光反射面13的上方的層。本實施形態中，波長轉換元件1為螢光輪，故螢光體陶瓷層20，為螢光環。螢光體陶瓷層20，在從波長轉換元件1之旋轉中心部（即設置馬達4處）算起的距離相等之圓周上呈環狀地設置。亦即，螢光體陶瓷層20，設置為俯視時沿著圓周方向的帶狀。
螢光體陶瓷層20，包含具有石榴石構造之第1結晶相。更具體而言，本實施形態中，螢光體陶瓷層20，僅由具有石榴石構造之第1結晶相構成。亦即，本實施形態之螢光體陶瓷層20，不含具有與石榴石構造不同的構造之結晶相。石榴石構造，係以A3 B2 C3 O12 之一般式表示的結晶構造。於元素A，應用Ca、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb及Lu等稀土族元素；於元素B，應用Mg、Al、Si、Ga及Sc等元素；於元素C，應用Al、Si及Ga等元素。作為此等石榴石構造，可列舉YAG（釔鋁石榴石（Yttrium Aluminum Garnet））、LuAG（鎦鋁石榴石（Lutetium Aluminum Garnet））、Lu2 CaMg2 Si3 O12 （鎦鈣鎂矽石榴石（Lutetium Calcium Magnesium Silicon Garnet））及TAG（鋱鋁石榴石（Terbium Aluminum Garnet））等。本實施形態中，螢光體陶瓷層20，係由以（Y1 － x Cex ）3 Al2 Al3 O12 （即（Y1 － x Cex ）3 Al5 O12 ）（0.001≦x＜0.1）表示之第1結晶相，亦即由YAG構成。
另，構成螢光體陶瓷層20之第1結晶相，亦可為化學組成不同之複數種石榴石結晶相的固溶體。作為此等固溶體，可列舉以（Y1 － x Cex ）3 Al2 Al3 O12 （0.001≦x＜0.1）表示之石榴石結晶相與以（Lu1 － d Ced ）3 Al2 Al3 O12 （0.001≦d＜0.1）表示之石榴石結晶相的固溶體（（1－a）（Y1 － x Cex ）3 Al5 O12 ・a（Lu1 － d Ced ）3 Al2 Al3 O12 （0＜a＜1））。此外，作為此等固溶體，可列舉以（Y1 － x Cex ）3 Al2 Al3 O12 （0.001≦x＜0.1）表示之石榴石結晶相與以（Lu1 － z Cez ）2 CaMg2 Si3 O12 （0.0015≦z＜0.15）表示之石榴石結晶相的固溶體（（1－b）（Y1 － x Cex ）3 Al2 Al3 O12 ・b（Lu1 － z Cez ）2 CaMg2 Si3 O12 （0＜b＜1））等。藉由以化學組成不同之複數種石榴石結晶相的固溶體構成螢光體陶瓷層20，而使螢光體陶瓷層20所放出的螢光之螢光光譜更為寬波段化，增加綠色光成分與紅色光成分。因此，可提供放出寬色域的投射光之投影機。
此外，構成螢光體陶瓷層20之第1結晶相，亦可包含相對於以上述一般式A3 B2 C3 O12 表示之結晶相使化學組成偏移之結晶相。作為此等結晶相，可列舉相對於以（Y1 － x Cex ）3 Al2 Al3 O12 （0.001≦x＜0.1）表示之結晶相為富Al的（Y1 － x Cex ）3 Al2 ＋ δ Al3 O12 （δ為正數）。此外，作為此等結晶相，可列舉相對於以（Y1 － x Cex ）3 Al2 Al3 O12 （0.001≦x＜0.1）表示之結晶相為富Y的（Y1 － x Cex ）3 ＋ ζ Al2 Al3 O12 （ζ為正數）等。此等結晶相，相對於以一般式A3 B2 C3 O12 表示之結晶相，雖使化學組成偏移，但仍維持石榴石構造。藉由使螢光體陶瓷層20由化學組成偏移之結晶相構成，而於螢光體陶瓷層20中產生折射率不同的區域，故激發光L1及螢光更為分散，螢光體陶瓷層20的發光面積變得更小。因此，可提供光展量（Etendue）更小、光利用效率更高之波長轉換元件1及投影機。
進一步，螢光體陶瓷層20，亦可包含第1結晶相、及具有石榴石構造以外的構造之不同相。藉由由此等第1結晶相及不同相構成螢光體陶瓷層20，而於螢光體陶瓷層20中產生折射率不同的區域，故激發光L1及螢光更為分散，螢光體陶瓷層20的發光面積變得更小。因此，可提供光展量更小、光利用效率更高之波長轉換元件1及投影機。
以YAG構成之螢光體陶瓷層20，接收從波長轉換元件1的上方入射的光線作為激發光L1，放出螢光。更具體而言，將從後述激發光源射出的光線作為激發光L1對螢光體陶瓷層20照射，藉以從螢光體陶瓷層20放出螢光作為波長轉換光。亦即，從螢光體陶瓷層20放出的波長轉換光，為波長較激發光L1之波長更長的光線。
本實施形態中，於從螢光體陶瓷層20放出的波長轉換光，包含係黃色系光的螢光。螢光體陶瓷層20，例如，吸收波長380nm以上490nm以下的光線，放出將在波長490nm以上580nm以下的範圍具有螢光峰波長之係黃色系光的螢光。藉由以YAG構成螢光體陶瓷層20，而簡單地實現將在波長490nm以上580nm以下的範圍具有螢光峰波長之螢光放出的螢光體陶瓷層20。
從螢光體陶瓷層20放出的波長轉換光之色度圖的x座標，宜為0.415以下，更宜為0.410以下，進一步宜為0.408以下。若從螢光體陶瓷層20放出的波長轉換光之色度圖的x座標為上述數值，則螢光體陶瓷層20的熱淬滅（temperature quenching）變小，故可實現發光效率高之螢光體陶瓷層20。
螢光體陶瓷層20的密度，宜為理論密度之95%以上100%以下，更宜為理論密度之97%以上100%以下。此處，理論密度，係使層中的原子理想地配置之情況的密度。換而言之，理論密度，係假定為螢光體陶瓷層20中無空隙時的密度，為利用結晶構造計算出的值。例如，螢光體陶瓷層20的密度為99%之情況，剩下的1%相當於空隙。亦即，螢光體陶瓷層20的密度越高，則空隙越少。若螢光體陶瓷層20的密度為上述範圍，則螢光體陶瓷層20所放出的總螢光量增加，故可提供放射的光量更多之波長轉換元件1及投影機。
此外，螢光體陶瓷層20的密度，宜為4.32g/cm3 以上4.55g/cm3 以下，更宜為4.41g/cm3 以上4.55g/cm3 以下。如本實施形態所示，以YAG構成螢光體陶瓷層20的情況，若螢光體陶瓷層20的密度為上述範圍，則螢光體陶瓷層20的密度分別成為理論密度之95%以上100%以下及97%以上100%以下。藉由使螢光體陶瓷層20的密度為上述範圍，而可將螢光體陶瓷層20吸收的激發光L1效率良好地轉換為螢光。亦即，實現發光效率高之螢光體陶瓷層20。
螢光體陶瓷層20的膜厚（z軸方向之長度），宜為50μm以上而未滿150μm，更宜為50μm以上而未滿120μm。此外，該螢光體陶瓷層的膜厚，若為70μm以上而未滿120μm則更佳，為80μm以上而未滿110μm則進一步更佳。
進一步，防止反射層30，位於螢光體陶瓷層20的上方。
防止反射層30，係防止，更具體而言，抑制激發光L1之反射的層。防止反射層30，降低波長轉換元件1中的激發光L1之反射率，使到達螢光體陶瓷層20的激發光L1之量增加。其結果，螢光體陶瓷層20可吸收的激發光L1之量亦增加，故螢光體陶瓷層20放出的螢光之量亦增加。亦即，藉由設置防止反射層30，而使螢光體陶瓷層20放出的螢光之量增加。
防止反射層30，例如亦可藉由介電膜、或較可見光範圍之光線的波長更小之周期的微細凹凸構造（所謂的蛾眼構造）等構成。以介電膜構成防止反射層30的情況，防止反射層30，宜包含無機化合物。此一情況，防止反射層30，包含從SiO2 、TiO2 、Al2 O3 、ZnO、Nb2 O5 及MgF等選出之一種以上的無機化合物。
此外，圖1及圖2中，顯示設置防止反射層30之構成，但波長轉換元件1，亦可不具備防止反射層30。
基板10，為圓盤形狀的板材，係支持螢光體陶瓷層20及防止反射層30的基材。馬達4，俯視時設置於基板10之中央。如圖2所示，基板10，具備基板本體11、及光反射層12。
基板本體11，宜以熱傳導率高之材料構成。例如，基板本體11，宜以熱傳導率較螢光體陶瓷層20更高之材料構成，但不限於此一形態。基板本體11，例如例示玻璃基板、石英基板、GaN基板、藍寶石基板、Si基板、金屬基板等。此外，基板本體11，亦可由PEN（聚對萘二甲酸乙二酯）薄膜、或PET（聚對苯二甲酸乙二酯）薄膜等樹脂構成。進一步，基板本體11為金屬基板的情況，基板本體11，由Al、Fe及Ti等金屬材料構成。
本實施形態中，基板本體11為由Al構成的金屬基板。Al熱傳導率高且輕量，故可提高基板本體11之散熱性，並減輕基板本體11之重量。基板本體11的厚度，例如為1.5mm以下。
此外，基板10具有光反射面13。光反射面13，係螢光體陶瓷層20所位於之側的基板10之一面。本實施形態中，光反射面13，係由光反射層12包含之一面所構成。
光反射面13，係將螢光體陶瓷層20放出的螢光予以反射之面。此外，光反射面13，亦反射在螢光體陶瓷層20中未轉換為螢光的激發光L1。光反射面13，將螢光及未轉換為螢光的激發光L1往上方反射。本實施形態中，螢光及激發光L1為可見光範圍的光線，故光反射面13的可見光反射率越高則光的損耗越少。具體而言，光反射面13的可見光反射率，宜為90%以上100%以下，更宜為95%以上100%以下。若光反射面13的可見光反射率為上述範圍，則將螢光及激發光L1往更上方反射，故往橫向（即平行於光反射面13之方向）的螢光及激發光L1之導波受到抑制，發光面積變得更小。因此，可提供光展量更小、光利用效率更高之波長轉換元件1及投影機。此外，光反射面13的490nm以上780nm以下之波長範圍的光線之反射率，宜為90%以上100%以下，更宜為95%以上100%以下。若光反射面13的490nm以上780nm以下之波長範圍的光線之反射率為上述範圍，則螢光往更上方反射，故往橫向的螢光之導波受到抑制，發光面積變得更小。因此，可提供光展量更小、光利用效率更高之波長轉換元件1及投影機。另，本實施形態中，可見光範圍，係波長380nm以上780nm以下之波長範圍。
光反射層12，若可將螢光及未轉換為螢光的激發光L1往上方反射，則以何種材料構成皆可。本實施形態中，光反射層12，係以光散射性粒子121、及使光散射性粒子121分散的黏結劑122構成之複合層。亦即，光反射層12，具有光漫射性（光散射性），藉由光漫射將螢光及未轉換為螢光的激發光L1往上方反射。
光反射層12，藉由光散射性粒子121與黏結劑122之折射率差而使光線擴散。光散射性粒子121，例如為由無機化合物或樹脂材料構成之填料或白色粒子。更具體而言，光散射性粒子121，可為SiO2 、TiO2 、Al2 O3 、ZnO、Nb2 O5 、ZrO2 及CaCO3 等無機化合物，亦可為苯乙烯系樹脂及丙烯酸系樹脂等樹脂材料。此外，黏結劑122，宜由具有透光性之丙烯酸系樹脂及矽氧系樹脂等樹脂材料構成。
藉由設置光反射層12，而可提高光反射面13的可見光反射率。進一步，藉由以包含光散射性粒子121的複合層構成光反射層12，而可為更提高光反射面13的可見光反射率。亦即，可更為抑制波長轉換元件1中之光的損耗。
另，光反射層12，亦可為由具有光反射性之金屬構成的金屬層。例如，該金屬，為Ag、Al、或包含其等任一者的合金。光反射層12，宜將該金屬藉由乾式處理或濕式處理而形成。於此等情況中，亦可期待與以包含光散射性粒子121的複合層構成光反射層12之情況相同的作用效果。
此外，亦可於光反射層12與螢光體陶瓷層20之間，設置接合層。藉由成為此等構成，可使光反射層12與螢光體陶瓷層20更為密接，故可將在螢光體陶瓷層20產生的熱，經由光反射層12，更有效率地往基板本體11傳導。因此，可提供螢光體陶瓷層20的熱淬滅少、效率高之波長轉換元件1。接合層，宜由矽氧系樹脂或環氧系樹脂等透明材料構成。此外，接合層的厚度，宜為1μm以上而未滿100μm，更宜為1μm以上而未滿20μm。
另，圖1及圖2中，顯示設置光反射層12之構成，但波長轉換元件1，亦可不具備光反射層12。此一情況，基板本體11之表面，成為光反射面13。
[投影機的構成] 如同上述地構成之波長轉換元件1，使用在圖3及圖4所示之投影機100。圖3係顯示本實施形態之投影機100的外觀之立體圖。圖4係本實施形態之投影機100的光學系統之示意圖。以下，利用圖3及圖4，針對本實施形態之投影機100的構成予以說明。
如圖3及圖4所示，本實施形態之投影機100，具備：光源3、分光鏡（Dichroic mirror）5、波長轉換元件1、顯示元件6、投射光學構件7、及反射鏡8。
光源3，例如為半導體雷射光源或LED（Light Emitting Diode，發光二極體）光源，藉由驅動電流驅動，放出既定顏色（波長）的光線。
本實施形態中，光源3為半導體雷射光源。另，光源3所具備之半導體雷射元件，例如為由氮化物半導體材料構成之GaN系半導體雷射元件（雷射晶片）。本實施形態中，係半導體雷射光源之光源3，為多晶片類型之發光裝置。
作為一例，光源3，將在波長380nm以上490nm以下具有峰值波長之近紫外線至藍光範圍內的雷射光放出。更具體而言，光源3，放出峰值波長為445nm的藍色光。本實施形態之光源3為激發光源的一例。光源3所放出的雷射光，到達分光鏡5。
分光鏡5，對於光源3的光軸以45度的角度配置。本實施形態之分光鏡5，係使藍色光的一部分透射並將另一部分反射，使黃色系螢光透射之分光鏡。
亦即，分光鏡5，具有使從光源3放出的雷射光之波長範圍的光線反射及透射之特性。因而，從光源3放出的雷射光之一部分，不改變進行方向地透射過分光鏡5；該雷射光之另一部分，藉由分光鏡5反射，使進行方向變更90°，前往波長轉換元件1。
此處，從光源3放出的雷射光之另一部分，作為激發光L1，到達波長轉換元件1。波長轉換元件1，接收激發光L1，放出包含螢光的反射光L2。更具體而言，反射光L2，包含藉由波長轉換元件1所具備之螢光體陶瓷層20及光反射面13分別波長轉換及反射的光線。更具體而言，反射光L2為，包含以螢光體陶瓷層20產生的黃色系螢光、及未以螢光體陶瓷層20轉換為的螢光之係藍色光的激發光L1之光線。然則，反射光L2中，螢光所占之比例高，故反射光L2為黃色系光。
不改變進行方向地透射過分光鏡5的雷射光，作為透射光L12，到達反射鏡8，藉由反射鏡8正反射，前往分光鏡5的另一方之面。而後，該透射光L12，藉由分光鏡5的另一方之面反射，使進行方向變更90°，前往顯示元件6。
此外，反射光L2，到達分光鏡5。此時，分光鏡5，對於反射光L2之光軸以45度的角度配置，此外，使黃色系螢光透射。因此，到達至分光鏡5的反射光L2之進行方向未變化。
藉此，如圖4所示，反射光L2之光軸，與透射光L12之光軸一致，朝向顯示元件6。此時，反射光L2為黃色系光，透射光L12為藍色光，故此等光線所複合出的光線為白色光。亦即，從分光鏡5前往顯示元件6的光線為白色光。
反射光L2與透射光L12的混合光即白色光，前往顯示元件6。此處，若反射光L2為光展量大的光，則相較於顯示元件6的尺寸，向顯示元件6照射的反射光L2之尺寸變大。因此，未照射至顯示元件6之無效（即無法利用）的光成分變多。
顯示元件6，係控制通過開口部2a的光線（白色光）而將其作為映像輸出之略平面狀的元件。換而言之，顯示元件6，生成映像用的光線。顯示元件6，具體而言，為具有DMD（Digital Micromirror Device，數位微鏡元件）的DLP（Digital Light Processing，數位光處理）元件。此外，例如，顯示元件6，亦可為反射型液晶面板等。另，於顯示元件6與分光鏡5之間，亦可具備複眼透鏡、偏光轉換元件及鏡桿等。
由顯示元件6生成之映像用的光，藉由投射光學構件7，成為往屏幕放大投射的投射光。
投影機100，僅將照射至顯示元件6的光線利用作為投射光。亦即，反射光L2之光展量越小，可作為投影機100之投射光而利用的光線越多。
[波長轉換元件之光行為] 此處，針對波長轉換元件1之光行為，利用本實施形態與比較例予以說明。
圖5A係本實施形態之波長轉換元件1與孔隙構件2的示意圖。圖5B係本實施形態的比較例之波長轉換元件1x與孔隙構件2的示意圖。另，此處為了方便，利用孔隙構件2、波長轉換元件1與1x、激發光L1、反射光L2予以說明。
此處，孔隙構件2為用於評價反射光L2之光展量的大小之構件。孔隙構件2為光吸收構件，係於孔隙構件2之中央部設置有開口部2a的構件。若通過孔隙構件2之開口部2a的光成分之比例相對地多，則可說是反射光L2之光展量小。
比較例之波長轉換元件1x，除了使螢光體陶瓷層20x的厚度較本實施形態之螢光體陶瓷層20更厚（例如200μm）的點以外，為與本實施形態之波長轉換元件1相同的構成。
螢光體陶瓷層20及20x的密度為4.41g/cm3 以上4.55g/cm3 以下，密度高。亦即，螢光體陶瓷層20及20x中，空隙少而不易發生光散射，故光容易往層之平面方向（亦即，x軸方向或y軸方向）前進，容易發生所謂的導光。
首先，利用圖5A，針對本實施形態之波長轉換元件1予以說明。
若如本實施形態之螢光體陶瓷層20般地厚度非常薄（50μm以上120μm以下），則可將從激發光L1入射至反射光L2射出為止的層之平面方向（此處為x軸方向）的距離D更為縮短。換而言之，本實施形態中，螢光體陶瓷層20之螢光的發光面積（發光點徑）非常小。因此，如圖5A所示，藉由光反射面13反射並從螢光體陶瓷層20射出的反射光L2，容易通過孔隙構件2之開口部2a。通過開口部2a的光線，如同上述，可作為經由顯示元件6及投射光學構件7往屏幕放大投射的光而利用。
亦即，本實施形態中，波長轉換元件1所具備之螢光體陶瓷層20的厚度非常薄，故可使螢光的發光面積非常小。因此，通過孔隙構件2之開口部2a的光線多，故可作為投影機100之投射光而利用的光線多。亦即，藉由上述構成，實現光利用效率高之波長轉換元件1。進一步，藉由具備此等波長轉換元件1，而實現光利用效率高之投影機100。
接著，利用圖5B，針對比較例之波長轉換元件1x予以說明。
若如比較例之螢光體陶瓷層20x般厚度非常厚（200μm），則激發光L1入射至反射光L2x射出為止的層之平面方向的距離Dx變得更長。換而言之，比較例中，螢光體陶瓷層20x之螢光的發光面積（發光點徑）變大。因此，如圖5B所示，藉由光反射面13反射而從螢光體陶瓷層20x射出的反射光L2x，容易受到孔隙構件2遮蔽。因此，比較例之波長轉換元件1x，光利用效率低。
此外，如同上述，於本實施形態中，藉由設置光反射層12，進一步以包含光散射性粒子121的複合層構成光反射層12，而可更為提高光反射面13的可見光反射率。藉此，可更為抑制波長轉換元件1中之光的損耗，故實現光利用效率高之波長轉換元件1。
[實施例] 此處，於本實施形態的實施例1～3與比較例之波長轉換元件中，針對製造方法與光利用效率予以說明。
首先，針對螢光體陶瓷層之製造方法予以記述。
實施例1～3及比較例之螢光體陶瓷層，皆由以（Y0.9953 Ce0.0047 ）3 Al5 O12 表示之第1結晶相構成。此外，實施例1～3及比較例之螢光體陶瓷層，皆以Ce3 ＋ 活化螢光體構成。
實施例1～3及比較例之螢光體陶瓷層，作為化合物粉末，將以下三種作為原料使用。具體而言，使用Y2 O3 （氧化釔，純度3N，日本YTTRIUM株式會社）、Al2 O3 （氧化鋁，純度3N，住友化學株式會社）及CeO2 （氧化鈰，純度3N，日本YTTRIUM株式會社）。
首先，秤量上述原料，使其成為化學計量組成之化合物（Y0.9953 Ce0.0047 ）3 Al5 O12 。而後，將秤量出的原料與氧化鋁製的球珠（直徑10mm），投入至塑膠製的壺。氧化鋁製的球珠之量，為充填塑膠製的壺之容積的1/3程度之量。其後，將純水投入至塑膠製的壺，利用壺旋轉裝置（日陶化學株式會社製，BALL MILL ANZ－51S），使原料與純水混合。將此一混合實施12小時。如此地，獲得漿狀的混合原料。
將漿狀的混合原料，利用乾燥機予以乾燥。具體而言，以覆蓋金屬製的盤之內壁的方式敷設Naflon（註冊商標）片，使混合原料流入Naflon（註冊商標）片的上方。將金屬製的盤、Naflon（註冊商標）片、混合原料，以設定為150℃之乾燥機處理8小時，予以乾燥。其後，將乾燥後的混合原料回收，利用噴霧乾燥裝置將混合原料造粒。另，造粒時，作為黏著劑（黏結劑），使用聚乙烯醇。
將造成粒的混合原料，利用電動油壓加壓機（理研精機株式會社製，EMP－5）與圓筒型之模具（外徑58mm、內徑38mm、高度130mm），暫時成型為圓筒型。使成型時的壓力為5MPa/cm2 。而後，利用冷均壓加壓裝置，使暫時成型後之成型體正式成型。使正式成型時的壓力為300MPa。另，將正式成型後之成型體，以去除造粒時使用的黏著劑（黏結劑）為目的，施行加熱處理（去黏結劑處理）。使加熱處理的溫度為500℃。此外，使加熱處理的時間為10小時。
利用管狀氣體環境爐，鍛燒加熱處理後之成型體。使鍛燒溫度為1675℃。此外，使鍛燒時間為4小時。使鍛燒氣體環境，為氮與氫的混合氣體環境。另，鍛燒後之鍛燒物的外徑及內徑，分別為43mm及29mm。
利用多線鋸，將鍛燒後的圓筒型之鍛燒物切片。切成片的圓筒型之鍛燒物的厚度，約為700μm。
利用研磨裝置，研磨切片後之鍛燒物，施行鍛燒物的厚度之調整。藉由施行此一調整，使鍛燒物成為螢光體陶瓷層。螢光體陶瓷層的厚度，在實施例1為53μm，在實施例2為75μm，在實施例3為106μm，在比較例為206μm。
另，實施例1～3及比較例之螢光體陶瓷層的外徑及內徑，分別為43mm及29mm。此外，實施例1～3及比較例之螢光體陶瓷層，為深黃色。
接著，針對螢光體陶瓷層之評價予以說明。
首先，利用阿基米德法，評價實施例1～3及比較例之螢光體陶瓷層的密度。實施例1～3及比較例之螢光體陶瓷層的密度，皆為4.49g/cm3 。此外，實施例1～3及比較例之螢光體陶瓷層的密度，皆為Y3 Al5 O12 的理論密度（4.55g/cm3 ）之98.7%。亦即，實施例1～3及比較例之螢光體陶瓷層的密度，皆為Y3 Al5 O12 的理論密度之97%以上100%以下。
接著，針對波長轉換元件的製造方法予以記述。
首先，準備Al之圓盤狀的基板本體（直徑50mm、厚度0.5mm）。接著，利用分注裝置，於基板本體塗步包含分散有TiO2 粒子之矽氧系樹脂的光反射層，使其成為圓形（外徑46mm、內徑30mm）。此處，光反射層所含之矽氧系樹脂，亦發揮將螢光體陶瓷層與基板本體貼合之黏接劑的功能。
其後，將螢光體陶瓷層，以與塗布為圓形的光反射層重合之方式配置。此處，使光反射層的厚度成為約50μm，藉由金屬製的治具，固定螢光體陶瓷層。其後，藉由利用乾燥機施行加熱處理，而使光反射層硬化。此時之加熱處理的溫度為150℃。另，光反射層所包含之一面即光反射面的可見光反射率，為95%以上。
如此地，可獲得分別具備上述實施例1～3及比較例之螢光體陶瓷層與基板的實施例1～3及比較例之波長轉換元件。
進一步，針對波長轉換元件的評價予以說明。
利用反射型雷射激發方式之對於波長轉換元件的評價裝置，評價實施例1～3及比較例之波長轉換元件。具體而言，該評價裝置中，對旋轉之波長轉換元件照射激發光（雷射光），藉由功率計評價從波長轉換元件放出的螢光之螢光能量。雷射光之波長、輸出及照射點徑（1/e2 ），分別為455nm、70W及1.2mm。另，此雷射光為高斯光束。此外，波長轉換元件的旋轉速度為7200rpm。於該評價裝置設置孔隙構件，該孔隙構件遮蔽從波長轉換元件放出的螢光之一部分。此時，例如，波長轉換元件與孔隙構件的距離，為3mm以上100mm以下；孔隙構件之開口部，係開口徑5mm以上10mm以下之圓形的孔。
圖6係顯示本實施形態的實施例1～3及比較例之波長轉換元件的評價結果之圖。具體而言，於圖6，顯示實施例1～3及比較例之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部後）、螢光能量相對值（通過開口部前）及結合效率。
此處，螢光能量相對值（通過開口部後），係通過孔隙構件的開口部後之各個波長轉換元件放出的螢光之螢光能量的相對值。另，使通過開口部後的比較例之波長轉換元件放出的螢光之螢光能量為100%。
此外，螢光能量相對值（通過開口部前），係通過孔隙構件之開口部前的各個波長轉換元件放出的螢光之螢光能量的相對值。另，使通過開口部後的比較例之波長轉換元件放出的螢光之螢光能量為100%。
此外，結合效率，係相對於螢光能量相對值（通過開口部前）之螢光能量相對值（通過開口部後）的比例。亦即，結合效率，係將螢光能量相對值（通過開口部後）除以螢光能量相對值（通過開口部前）的值。
在投影機，將通過開口部後的螢光，作為投射光之一部分而利用。亦即，螢光能量相對值（通過開口部後）越大，則可說是能夠作為投影機之投射光而利用的螢光越多。
如圖6所示，實施例1、實施例2、實施例3及比較例之波長轉換元件的結合效率，分別為85%、86%、84%及81%。亦即，實施例之結合效率，皆較比較例之結合效率更高。結合效率越高，則表示產生的螢光中之通過開口部的光線越多，亦即，如圖5A及圖5B所示，表示波長轉換元件放出的螢光之發光面積越小。亦即，實施例1～3之波長轉換元件放出的螢光之發光面積，較比較例之波長轉換元件放出的螢光之發光面積更小，表示實施例之波長轉換元件光利用效率高。
此外，如圖6所示，可清楚得知藉由使實施例1～3之螢光體陶瓷層的厚度，位於50μm以上120μm以下之範圍，相較於比較例，成為非常高的結合效率。亦即，藉由使上述本實施形態之螢光體陶瓷層20的厚度為50μm以上120μm以下之範圍，而實現光利用效率高之波長轉換元件1。
此外，實施例1、實施例2、實施例3及比較例之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部後），分別為103%、106%、105%及100%。亦即，實施例1～3中，螢光能量相對值（通過開口部後），皆較比較例的螢光能量相對值（通過開口部後）更高。而實施例1～3中，螢光體陶瓷層的厚度為76μm之實施例2、及螢光體陶瓷層的厚度為106μm之實施例3之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部後）更高。
此外，如圖6所示，可清楚得知藉由使實施例2及3之螢光體陶瓷層的厚度位於70μm以上120μm以下之範圍，相較於比較例，成為非常高的螢光能量相對值（通過開口部後）。亦即，藉由使上述本實施形態之螢光體陶瓷層20的厚度為70μm以上120μm以下之範圍，而實現光利用效率更高之波長轉換元件1。
進一步，實施例1、實施例2、實施例3及比較例之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部前），分別為121%、124%、125%及124%。螢光體陶瓷層的厚度最薄之53μm的實施例1之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部前），較實施例2及3與比較例之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部前）更低。發明人認為其理由係因在實施例1之波長轉換元件，由於螢光體陶瓷層的厚度薄，而使螢光體陶瓷層無法充分吸收雷射光之緣故。
此處，進一步，於本實施形態的實施例4之波長轉換元件中，針對製造方法與光利用效率予以說明。
首先，針對本實施形態的實施例4之波長轉換元件所具備的螢光體陶瓷層之製造方法予以記述。
實施例4之螢光體陶瓷層，皆由以（Y0.997 Ce0.003 ）3 Al5 O12 表示之第1結晶相構成。此外，實施例4之螢光體陶瓷層，皆以Ce3 ＋ 賦活螢光體構成。
在實施例4，除了秤量原料，使其成為化學計量組成之化合物（Y0.997 Ce0.003 ）3 Al5 O12 以外，以與實施例1～3相同的順序獲得鍛燒物。亦即，實施例1～3之螢光體陶瓷層，與實施例4之螢光體陶瓷層的主要差異點，係Y與Ce之組成比不同的點。
實施例4之螢光體陶瓷層的厚度為103μm。
另，實施例4之螢光體陶瓷層的外徑及內徑為41mm及27mm。此外，實施例4之螢光體陶瓷層，為深黃色。
接著，針對螢光體陶瓷層之評價予以說明。
首先，利用阿基米德法，評價實施例4之螢光體陶瓷層的密度。實施例4之螢光體陶瓷層的密度，為4.48g/cm3 。此外，實施例4之螢光體陶瓷層的密度，皆為Y3 Al5 O12 的理論密度（4.55g/cm3 ）之98.4%。亦即，實施例4之螢光體陶瓷層的密度，為Y3 Al5 O12 的理論密度之97%以上100%以下。
另，如同上述，本實施形態之螢光體陶瓷層20，由具有Ce3 ＋ 及Ce4 ＋ 的YAG構成，亦即，螢光體陶瓷層20，包含Ce3 ＋ 及Ce4 ＋ 。而接著利用硬X射線XAFS裝置，評價實施例4之螢光體陶瓷層的Ce3 ＋ 存在比及Ce4 ＋ 存在比。具體而言，利用硬X射線XAFS裝置，在5687eV～5777eV的範圍取得實施例4之螢光體陶瓷層的XAFS光譜。對該取得的XAFS光譜，施行Ce3 ＋ 之參考光譜及Ce4 ＋ 之參考光譜的擬合解析，藉以評價Ce3 ＋ 存在比及Ce4 ＋ 存在比。另，為了獲得Ce3 ＋ 之參考光譜及Ce4 ＋ 之參考光譜，而將CeO2 及CeF3 以同樣的條件評價。
表1為顯示實施例4之螢光體陶瓷層的Ce3 ＋ 存在比及Ce4 ＋ 存在比之表。如表1所示，實施例4之螢光體陶瓷層的Ce3 ＋ 存在比及Ce4 ＋ 存在比，分別為78.3%及21.7%。於實施例4之螢光體陶瓷層中，滿足Ce3 ＋ ×100%/（Ce3 ＋ ＋Ce4 ＋ ）≧60%，亦即，Ce3 ＋ 存在比為60%以上。 [表1]
Figure 02_image001
接著，針對實施例4之波長轉換元件的製造方法予以記述。
首先，作為光反射層，準備塗Ag的Al之圓盤狀的基板本體（直徑50mm、厚度0.5mm）。另，於此基板本體之中心部，開設螺孔。接著，於此基板本體，設置螢光體陶瓷層。
於螢光體陶瓷層的內側，設置中心部開設有螺孔的Al之圓盤狀的第1板構件（外徑26.5mm、厚度100μm）。另，螢光體陶瓷層為螢光環；第1板構件，設置於環狀的內側。而後，進一步，以與螢光體陶瓷層及第1板構件重疊的方式，設置中心部開設有螺孔的Al之圓盤狀的第2板構件（外徑29mm、厚度200μm）。而後，將基板本體、第1板構件及第2板構件予以螺著固定。如此地，固定螢光體陶瓷層，獲得波長轉換元件。亦即，實施例4之波長轉換元件中，螢光體陶瓷層，係藉由基板本體與第2板構件而包夾固定。
如此地，獲得實施例4之螢光體陶瓷層及波長轉換元件。
進一步，針對波長轉換元件的評價予以說明。
將實施例4之波長轉換元件，以與實施例1～3相同的方法評價。
圖7係顯示本實施形態的實施例4之波長轉換元件的評價結果之圖。具體而言，於圖7，顯示實施例4之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部後）、螢光能量相對值（通過開口部前）及結合效率。另，於圖7，為了比較，亦顯示實施例1～3及比較例之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部後）、螢光能量相對值（通過開口部前）及結合效率。
此處，螢光能量相對值（通過開口部後），係通過孔隙構件的開口部後之波長轉換元件放出的螢光之螢光能量的相對值。另，使通過開口部後的比較例之波長轉換元件放出的螢光之螢光能量為100%。
此外，螢光能量相對值（通過開口部前），係通過孔隙構件的開口部前之波長轉換元件放出的螢光之螢光能量的相對值。另，使通過開口部後的比較例之波長轉換元件放出的螢光之螢光能量為100%。
此外，結合效率，係相對於螢光能量相對值（通過開口部前）之螢光能量相對值（通過開口部後）的比例。亦即，結合效率，係將螢光能量相對值（通過開口部後）除以螢光能量相對值（通過開口部前）的值。
如圖7所示，實施例4之波長轉換元件的結合效率為85%。此外，如同上述，比較例之波長轉換元件的結合效率為81%。結合效率較高的實施例4之波長轉換元件，產生的螢光中之通過開口部的光線更多、螢光的發光面積更小。例如，如圖5A及圖5B所示，於實施例4之波長轉換元件中，通過孔隙構件2之開口部2a的光線多，故可作為投影機100之投射光而利用的光線多。亦即，表示實施例4之波長轉換元件光利用效率高。
進一步，實施例4之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部後）及螢光能量相對值（通過開口部前），分別為108%及128%。相較於實施例1～3之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部後）及螢光能量相對值（通過開口部前），此值為較高的值。
如同上述，實施例4之螢光體陶瓷層中，Ce3 ＋ 存在比為60%以上，Ce4 ＋ 的存在比少，未滿40%。因此，Ce4 ＋ 所造成的非發光緩和損耗減少，故Ce3 ＋ 存在比為60%以上的實施例4之螢光體陶瓷層，發光效率變高。因此，實施例4之波長轉換元件，藉由具備此等螢光體陶瓷層，可提高光利用效率。進一步，在使投影機具備此等波長轉換元件1之情況，可提高投影機的光利用效率。例如，可實現消耗電力低之投影機。
此外，由於Ce4 ＋ 所造成的非發光緩和損耗減少，故實施例4之螢光體陶瓷層的發熱減少。因此，具備此等螢光體陶瓷層之投影機中，可提高激發光L1之最大輸入能量，亦即，可實現高輸出之投影機。
（變形例1） 實施形態之螢光體陶瓷層20，僅由第1結晶相構成，但未限定於此一形態。此處，針對具備包含第1結晶相與第2結晶相的螢光體陶瓷層20a之波長轉換元件1a予以說明。
[波長轉換元件的構成] 首先，利用圖式，針對本變形例之波長轉換元件1a的構成予以說明。圖8係本變形例之波長轉換元件1a的立體圖。圖9係顯示圖8的IX－IX線之波長轉換元件1a的截斷面之剖面圖。
本變形例之波長轉換元件1a，除了具備螢光體陶瓷層20a的點以外，具有與實施形態之波長轉換元件1相同的構成。亦即，如圖8及圖9所示，波長轉換元件1a，具備具有光反射面13的基板10、螢光體陶瓷層20a、及防止反射層30。
另，本變形例中，波長轉換元件1a，亦為使用在投影機，接收激發光L1，放出包含螢光的反射光之螢光輪。
螢光體陶瓷層20a，包含第1結晶相與第2結晶相。更具體而言，本變形例中，螢光體陶瓷層20a，由第1結晶相與第2結晶相構成。
第1結晶相，具有如實施形態所記載的構成。
此外，第2結晶相，係具有與石榴石構造不同的構造之結晶相。亦即，第2結晶相，具備與第1結晶相所具有之構造不同的構造。因此，第1結晶相之折射率，與第2結晶相之折射率彼此不同。
將螢光體陶瓷層20a予以剖面觀察的情況，使顯示螢光體陶瓷層20a之影像的面積全體為100%時，顯示第1結晶相的面積，例如為10%以上99%以下。另，顯示第1結晶相的面積不限於此，例如可為75%以上98%以下，亦可為85%以上95%以下。亦即，本變形例之螢光體陶瓷層20a，主要包含第1結晶相。
作為一例，本變形例之第2結晶相，係具有鈣鈦礦構造之結晶相，但不限於此一型態，亦可為具有與石榴石構造及鈣鈦礦構造不同的構造之結晶相。
鈣鈦礦構造，係以EFO3 之一般式表示的結晶構造。於元素E，應用Ca、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb及Lu等稀土族元素；於元素F，應用Mg、Al、Si、Ga及Sc等元素。作為此等石榴石構造，可列舉YAP（釔鋁鈣鈦礦（Yttrium Aluminum Perovskite））等。本變形例中，第2結晶相，以（Y1 － y Cey ）AlO3 （0≦y＜0.1）表示，亦即以YAP表示。
另，第2結晶相，亦可為化學組成不同之複數種鈣鈦礦結晶相的固溶體。
此外，第2結晶相，亦可包含相對於以上述一般式EFO3 表示之結晶相使化學組成偏移之結晶相。
另，本變形例之螢光體陶瓷層20a，僅由第1結晶相及第2結晶相構成，亦即，不含具有與石榴石構造及鈣鈦礦構造不同的構造之結晶相。
本變形例中，表示第2結晶相的材料，作為一例為YAP，但不限於此一材料。此外，宜以使表示第2結晶相的材料之折射率，與表示具有石榴石構造之第1結晶相的材料（此處為YAG）之折射率的差，為0.05以上0.5以下之方式，選擇表示第2結晶相的材料。藉此，如同上述，第1結晶相之折射率，與第2結晶相之折射率成為彼此不同。另，表示第2結晶相的材料之折射率與表示第1結晶相的材料之折射率的差，更宜為0.06以上0.3以下，進一步宜為0.07以上0.15以下。
此外，例如，本變形例之第2結晶相為具有與石榴石構造及鈣鈦礦構造不同的構造之結晶相的情況，作為表示第2結晶相的材料，宜為Al2 O3 、Y2 O3 、Y4 Al2 O9 、Lu2 O3 及Lu4 Al2 O9 等。
螢光體陶瓷層20a，接收從波長轉換元件1a的上方入射的光線作為激發光L1，放出螢光。更具體而言，將從後述激發光源射出的光線作為激發光L1對螢光體陶瓷層20a照射，藉以從螢光體陶瓷層20a放出螢光作為波長轉換光。亦即，從螢光體陶瓷層20a放出的波長轉換光，為波長較激發光L1之波長更長的光線。
本變形例中，於從螢光體陶瓷層20a放出的波長轉換光，包含係黃色系光的螢光。螢光體陶瓷層20a，例如，吸收波長380nm以上490nm以下的光線，放出在波長490nm以上580nm以下的範圍具有螢光峰波長之係黃色系光的螢光。藉由以YAG及YAP構成螢光體陶瓷層20a，而簡單地實現將在波長490nm以上580nm以下的範圍具有螢光峰波長之螢光放出的螢光體陶瓷層20a。
從螢光體陶瓷層20a放出的波長轉換光之色度圖的x座標，宜為0.415以下，更宜為0.410以下，進一步宜為0.408以下。若從螢光體陶瓷層20a放出的波長轉換光之色度圖的x座標為上述數值，則螢光體陶瓷層20a的熱淬滅變小，故可實現發光效率高之螢光體陶瓷層20a。
螢光體陶瓷層20a的密度，宜為理論密度之95%以上100%以下，更宜為理論密度之97%以上100%以下。此處，理論密度，係使層中的原子理想地配置之情況的密度。換而言之，理論密度，係假定為螢光體陶瓷層20a中無空隙時的密度，為利用結晶構造計算出的值。例如，螢光體陶瓷層20a的密度為99%之情況，剩下的1%相當於空隙。亦即，螢光體陶瓷層20a的密度越高，則空隙越少。若螢光體陶瓷層20a的密度為上述範圍，則螢光體陶瓷層20a所放出的總螢光量增加，故可提供放射的光量更多之波長轉換元件1a及投影機。另，理論密度，為具有石榴石構造之第1結晶相的理論密度。
螢光體陶瓷層20a的密度，宜為4.32g/cm3 以上4.55g/cm3 以下，更宜為4.41g/cm3 以上4.55g/cm3 以下。如本變形例所示，以YAG及YAP構成螢光體陶瓷層20a的情況，若螢光體陶瓷層20a的密度為上述範圍，則螢光體陶瓷層20a的密度分別成為理論密度之95%以上100%以下及97%以上100%以下。藉由使螢光體陶瓷層20a的密度為上述範圍，可將螢光體陶瓷層20a吸收的激發光L1效率良好地轉換為螢光。亦即，實現發光效率高之螢光體陶瓷層20a。
螢光體陶瓷層20a的膜厚（z軸方向之長度），宜為50μm以上而未滿150μm，更宜為50μm以上而未滿120μm。此外，該螢光體陶瓷層的膜厚，若為70μm以上而未滿120μm則更佳，為80μm以上而未滿110μm則進一步更佳。
[投影機的構成] 如同上述地構成之波長轉換元件1a，與實施形態之波長轉換元件1同樣地，使用在投影機。亦即，亦可取代實施形態之波長轉換元件1，使用本變形例之波長轉換元件1a。
[實施例] 此處，於實施例5及6之波長轉換元件中，針對製造方法與光利用效率予以說明。另，實施例5之波長轉換元件具備與本變形例之波長轉換元件1a相同的構成，實施例6之波長轉換元件具備與實施形態之波長轉換元件1相同的構成。
首先，針對實施例5及6之波長轉換元件所具備的螢光體陶瓷層之製造方法予以記述。
實施例5之螢光體陶瓷層，主要由以（Y0.997 Ce0.003 ）3 Al5 O12 表示之結晶相（即第1結晶相）構成。另，如同上述，實施例5之螢光體陶瓷層，亦包含第2結晶相。實施例6之螢光體陶瓷層，由以（Y0.997 Ce0.003 ）3 Al5 O12 表示之結晶相（即第1結晶相）構成。此外，實施例5及6之螢光體陶瓷層，皆以Ce3 ＋ 賦活螢光體構成。
實施例5及6之螢光體陶瓷層，使用與在實施例1～3使用的原料相同的原料。
首先，秤量上述原料，使其成為化學計量組成之化合物（Y0.997 Ce0.003 ）3 Al5 O12 。而後，以與實施例1～3相同之順序將上述原料混合，獲得漿狀的混合原料。
而後，在實施例5，藉由未利用噴霧乾燥裝置之方法，獲得造成粒的混合原料。具體而言，將利用乾燥機乾燥之混合原料100g，投入至氧化鋁製的研缽。而後，將使聚乙烯醇以0.5wt%的比率水溶之溶液作為聚乙烯醇溶液，將此聚乙烯醇溶液18mL進一步投入至氧化鋁製的研缽。其後，利用磨杵，將混合原料與聚乙烯醇溶液混合。而後，將混合原料與聚乙烯醇溶液的混合物，利用開孔512μm的篩網過濾。其結果，獲得粒子尺寸成為512μm程度以下之混合原料與聚乙烯醇溶液的混合物。其後，將該混合物，以設定為105℃之乾燥機處理30分鐘，將水分去除。如此地，獲得在實施例5使用之造成粒的混合原料。此外，在實施例6，以與實施例1～3相同之順序將混合原料造粒，獲得造成粒的混合原料。
實施例5及6之螢光體陶瓷層，以相同方法暫時成型。具體而言，將造成粒的混合原料，利用電動油壓加壓機（理研精機株式會社製，EMP－5）與圓筒型之模具（外徑66mm、內徑46mm、高度130mm），暫時成型為圓筒型。使成型時的壓力為5MPa。而後，利用冷均壓加壓裝置，使暫時成型後之成型體正式成型。使正式成型時的壓力為300MPa。另，將正式成型後之成型體，以去除造粒時使用的黏著劑（黏結劑）為目的，施行加熱處理（去黏結劑處理）。使加熱處理的溫度為500℃。此外，使加熱處理的時間為10小時。
利用管狀氣體環境爐，鍛燒加熱處理後之成型體。使鍛燒溫度為1675℃。此外，使鍛燒時間為4小時。使鍛燒氣體環境，為氮與氫的混合氣體環境。另，鍛燒後之鍛燒物的外徑及內徑，分別為49mm及35mm。
利用多線鋸，將鍛燒後的圓筒型之鍛燒物切片。切成片的圓筒型之鍛燒物的厚度，約為700μm。
另，在實施例5及6，將鍛燒後之鍛燒物，以1000℃以上的溫度予以加熱處理。
利用研磨裝置，研磨切片後之鍛燒物，施行鍛燒物的厚度之調整。螢光體陶瓷層的厚度，在實施例5為118μm，在實施例6為117μm。
另，實施例5及6之螢光體陶瓷層的外徑及內徑，皆為49mm及35mm。此外，實施例5及6之螢光體陶瓷層，為深黃色。
接著，針對螢光體陶瓷層之評價予以說明。
首先，利用阿基米德法，評價實施例5及6之螢光體陶瓷層的密度。實施例5及6之螢光體陶瓷層的密度，分別為4.48g/cm3 及4.42g/cm3 。此外，實施例5及6之螢光體陶瓷層的密度，分別為Y3 Al5 O12 的理論密度（4.55g/cm3）之98.4%及97.1%。亦即，實施例5及6之螢光體陶瓷層的密度，為Y3 Al5 O12 的理論密度之97%以上100%以下。
而後，利用掃描式電子顯微鏡（SEM），評價實施例5之螢光體陶瓷層的剖面SEM影像。
圖10係顯示本變形例的實施例5之螢光體陶瓷層的剖面之SEM影像。圖10（a）係顯示實施例5之螢光體陶瓷層的廣範圍之剖面的SEM影像。另，圖10（a）所示之SEM影像，相當於在圖9所示之剖面圖以虛線矩形包圍的區域之影像。圖10（b），係將圖10（a）的以一點鏈線之矩形包圍的區域放大之SEM影像。圖10（c），係將圖10（a）的以二點鏈線之矩形包圍的區域放大之SEM影像。
此處，實施例5之螢光體陶瓷層，即本變形例之螢光體陶瓷層20a，包含單相部、及與該單相部區別之混合相部。於圖10（b）顯示單相部，於圖10（c）顯示混合相部。
本變形例中，在圖10之SEM影像中，顏色較深之區域相當於具有石榴石構造之第1結晶相，顏色較淺之區域相當於具有鈣鈦礦構造之第2結晶相。此外，在圖10之SEM影像中，顏色最深之區域相當於空隙。
於單相部，僅設置具有石榴石構造之第1結晶相、及具有與石榴石構造不同的構造（此處為鈣鈦礦構造）之第2結晶相中的第1結晶相。另，更具體而言，此處，於單相部，僅設置第1結晶相，未設置具有與石榴石構造及鈣鈦礦構造不同的構造之其他結晶相等。
此外，於混合相部，混合設置第1結晶相及第2結晶相兩者。更具體而言，於混合相部，僅混合設置第1結晶相及第2結晶相兩者。另，亦可於混合相部，混合設置第1結晶相及第2結晶相兩者、進一步設置具有與石榴石構造及鈣鈦礦構造不同的構造之其他結晶相。
實施例5之混合相部，以將第1結晶相及第2結晶相兩者隨機交雜的構造混合設置，但未限定於此一形態，以第1結晶相及第2結晶相兩者周期性地配置的構造混合設置亦可。
另，實施例5之螢光體陶瓷層，包含複數混合相部。在圖10（a）以點線包圍的區域，分別相當於混合相部。
複數混合相部之周圍，分別由單相部包圍。單相部及複數混合相部的形狀，亦可說是海島狀。此一情況，單相部相當於海，複數混合相部相當於島。
此外，於混合相部，相較於第1結晶相，宜設置更多之第2結晶相。例如，混合相部中之第1結晶相與第2結晶相的比率，如同下述。將實施例5之螢光體陶瓷層予以剖面觀察的情況（例如，圖10），使顯示混合相部之影像的面積全體為100%時，顯示第2結晶相的面積，例如為10%以上99%以下。另，顯示第2結晶相的面積不限於此，例如可為70%以上95%以下，亦可為80%以上90%以下。亦即，於本變形例之混合相部，主要設置第2結晶相。
如此地，於混合相部，混合設置具有石榴石構造之第1結晶相及具有鈣鈦礦構造之第2結晶相兩者。如同上述，第1結晶相之折射率，與第2結晶相之折射率彼此不同。因此，僅設置第1結晶相的單相部之折射率，與混合相部之折射率彼此不同。本變形例中，YAG之折射率為1.83，YAP之折射率為1.91，故單相部之折射率較混合相部之折射率更低。
進一步，針對混合相部之尺寸予以說明。另，混合相部之尺寸，表示圖10所示之SEM影像的混合相部之長邊方向之長度。混合相部之尺寸，例如為以圖10的雙箭頭表示之長度。混合相部之尺寸，宜為0.5μm以上而未滿500μm，更宜為1μm以上而未滿300μm，進一步宜為2μm以上而未滿100μm。
如此地，實施例5之螢光體陶瓷層（螢光體陶瓷層20a），包含第1結晶相及第2結晶相，在圖10顯示設置單相部及混合相部。另一方面，實施例6之螢光體陶瓷層，僅由第1結晶相構成。因此，確認實施例6之螢光體陶瓷層，並未設置混合相部。
接著，針對實施例5及6之波長轉換元件的製造方法予以記述。
首先，作為光反射層，準備塗Ag的Al之圓盤狀的基板本體（直徑50mm、厚度0.5mm）。另，於此基板本體之中心部，開設螺孔。接著，於此基板本體，設置螢光體陶瓷層。
於螢光體陶瓷層的內側，設置中心部開設有螺孔的Al之圓盤狀的第3板構件（外徑34.5mm、厚度100μm）。另，螢光體陶瓷層為螢光環；第3板構件，設置於環狀的內側。而後，進一步，以與螢光體陶瓷層及第3板構件重疊的方式，設置中心部開設有螺孔的Al之圓盤狀的第4板構件（外徑39mm、厚度200μm）。而後，將基板本體、第3板構件及第4板構件予以螺著固定。如此地，固定螢光體陶瓷層，獲得波長轉換元件。亦即，實施例5及6之波長轉換元件中，螢光體陶瓷層，係藉由基板本體與第4板構件而包夾固定。
進一步，針對波長轉換元件的評價予以說明。
將實施例5及6之波長轉換元件，以與實施例1～3相同的方法評價。
圖11係顯示本變形例的實施例5及6之波長轉換元件的評價結果之圖。具體而言，於圖11，顯示實施例5及6之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部後）、螢光能量相對值（通過開口部前）及結合效率。
此處，螢光能量相對值（通過開口部後），係通過孔隙構件的開口部後之各個波長轉換元件放出的螢光之螢光能量的相對值。另，使通過開口部後的實施例6之波長轉換元件放出的螢光之螢光能量為100%。
此外，螢光能量相對值（通過開口部前），係通過孔隙構件的開口部前之各個波長轉換元件放出的螢光之螢光能量的相對值。另，使通過開口部後的實施例6之波長轉換元件放出的螢光之螢光能量為100%。
此外，結合效率，係相對於螢光能量相對值（通過開口部前）之螢光能量相對值（通過開口部後）的比例。亦即，結合效率，係將螢光能量相對值（通過開口部後）除以螢光能量相對值（通過開口部前）的值。
如圖11所示，實施例5及6之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部後），分別為101%及100%。進一步，實施例5及6之波長轉換元件的螢光能量相對值（通過開口部前），分別為117%及122%。
此外，與本變形例之波長轉換元件1a相當的實施例5之波長轉換元件的結合效率，為87%。與實施形態之波長轉換元件1相當的實施例6之波長轉換元件的結合效率，為82%。
如同上述，實施例5之波長轉換元件所具備的螢光體陶瓷層（螢光體陶瓷層20a），由折射率彼此不同之第1結晶相與第2結晶相構成。
藉此，於螢光體陶瓷層20a中產生折射率不同的區域，故激發光L1及螢光變得容易分散。其結果，實施形態之在圖5A及圖5B顯示的往層之平面方向（亦即，x軸方向或y軸方向）之導光受到抑制，螢光體陶瓷層20a的發光面積變得更小。因此，實施例5之波長轉換元件的結合效率，相較於實施例6之波長轉換元件的結合效率變得更高。亦即，實現光展量更小、光利用效率更高的實施例5之波長轉換元件（波長轉換元件1a）。在投影機具備此等波長轉換元件1a之情況，可更為提高投影機的光利用效率。
此外，螢光體陶瓷層20a，包含單相部、及與該單相部區別之混合相部。於單相部，僅設置第1結晶相及第2結晶相中之第1結晶相；於混合相部，混合設置第1結晶相及第2結晶相兩者。此等單相部之折射率及混合相部之折射率，彼此不同。
藉此，於螢光體陶瓷層20a中產生折射率不同的區域，故激發光L1及螢光變得更容易分散。其結果，螢光體陶瓷層20a的發光面積變得更小。因此，可實現光展量更小、光利用效率更高之波長轉換元件1a。
此外，混合相部之尺寸為上述範圍的情況，激發光L1及螢光變得更容易分散。
此外，螢光體陶瓷層20a，包含複數混合相部。複數混合相部各自之周圍，受到單相部包圍。
藉此，激發光L1及螢光變得更容易分散。其結果，螢光體陶瓷層20a的發光面積變得更小。因此，實現光展量更小、光利用效率更高之波長轉換元件1a。
上述結果顯示：不僅藉由螢光體陶瓷層20a的膜厚薄所產生的導光抑制效果，亦藉由螢光體陶瓷層20a自身的導光抑制效果，提高波長轉換元件1a的結合效率。亦即，顯示：即便未控制螢光體陶瓷層20a的膜厚，仍提高波長轉換元件1a的結合效率。
此外，表示第2結晶相的材料之折射率，與表示第1結晶相的材料之折射率的差，為0.05以上0.5以下。
藉此，激發光L1及螢光變得更容易分散。其結果，螢光體陶瓷層20a的發光面積變得更小。因此，實現光展量更小、光利用效率更高之波長轉換元件1a。
此外，第2結晶相，係以（Y1 － y Cey ）AlO3 （0≦y＜0.1）表示之結晶相。
藉此，容易使表示第2結晶相的材料之折射率，與表示第1結晶相的材料之折射率的差為上述範圍。
（變形例2） 進一步，針對構成與螢光體陶瓷層20及20a不同之螢光體陶瓷層20b予以說明。
圖12係本變形例之螢光體陶瓷構件的立體圖。
本變形例之螢光體陶瓷構件，作為一例，為具有層狀之形狀的螢光體陶瓷層20b。
螢光體陶瓷層20b，與實施形態及變形例1所示之螢光體陶瓷層20及20a同樣地，為使用在投影機之構件。
螢光體陶瓷層20b，除了下述一點以外，具備與變形例1之螢光體陶瓷層20a同樣的構成。具體而言，該一點，係使Ce3 ＋ 存在比為60%以上。
亦即，螢光體陶瓷層20b，包含具有石榴石構造之第1結晶相、及具有石榴石構造以外的構造之第2結晶相。第1結晶相與第2結晶相，折射率彼此不同。另，本變形例中，第1結晶相及第2結晶相分別為以YAG及YAP表示之結晶相；螢光體陶瓷層20b，亦主要包含第1結晶相。此外，螢光體陶瓷構件（螢光體陶瓷層20b）的密度，宜為理論密度之95%以上100%以下，更宜為理論密度之97%以上100%以下。此外，螢光體陶瓷構件（螢光體陶瓷層20b）的膜厚宜未特別限制，但在設置限制之情況，宜為50μm以上而未滿500μm，更宜為50μm以上而未滿300μm。此外，該膜厚進一步宜為50μm以上而未滿120μm。
螢光體陶瓷構件（螢光體陶瓷層20b）具備上述構成。因此，將螢光體陶瓷層20b使用在投影機，照射激發光之情況，於螢光體陶瓷層20b中產生折射率不同的區域，故激發光及螢光更為分散。其結果，實施形態之在圖5A及圖5B顯示的往層之平面方向（亦即，x軸方向或y軸方向）的導光受到抑制，螢光體陶瓷層20b的發光面積變得更小。因此，成為光展量更小、光利用效率更高之螢光體陶瓷構件。使投影機具備此等螢光體陶瓷構件（螢光體陶瓷層20b）之情況，可更為提高投影機的光利用效率。
進一步，螢光體陶瓷層20b，由具有Ce3 ＋ 及Ce4 ＋ 的YAG及YAP構成，亦即，螢光體陶瓷層20b，包含Ce3 ＋ 及Ce4 ＋ 。此處，螢光體陶瓷層20b中，滿足Ce3 ＋ ×100%/（Ce3 ＋ ＋Ce4 ＋ ）≧60%，亦即，Ce3 ＋ 存在比，為60%以上。
Ce3 ＋ 存在比為60%以上之螢光體陶瓷層20b，由於Ce4 ＋ 所造成的非發光緩和損耗減少，故發光效率變高。進一步，在具備此等螢光體陶瓷層20b之投影機中，可提高光利用效率。例如，可實現消耗電力低之投影機。
此外，由於Ce4 ＋ 所造成的非發光緩和損耗減少，故螢光體陶瓷層20b的發熱減少。因此，在具備此等螢光體陶瓷層20b之投影機中，可提高激發光之最大輸入能量，亦即，可實現高輸出之投影機。
（其他實施形態） 以上，針對本發明之波長轉換元件等，依據實施形態及變形例予以說明，但本發明並未限定於此等實施形態及變形例。若未脫離本發明之主旨，則對實施形態及變形例施以所屬技術領域中具有通常知識者所思及之各種變形者、或將實施形態及變形例中之一部分的構成要素予以組合構築之其他形態，皆包含於本發明的範圍。
另，實施形態中，光源為半導體雷射光源，但未限定於此一形態，亦可為LED光源。
此外，上述實施形態，可於發明申請專利範圍或其均等範圍中進行各種變更、置換、附加、省略等。
1,1a,1x:波長轉換元件 10:基板 100:投影機 11:基板本體 12:光反射層 121:光散射性粒子 122:黏結劑 13:光反射面 2:孔隙構件 2a:開口部 20,20a,20b,20x:螢光體陶瓷層 3:光源 30:防止反射層 4:馬達 5:分光鏡 6:顯示元件 7:投射光學構件 8:反射鏡 D,Dx:距離 L1:激發光 L12:透射光 L2,L2x:反射光
圖1係實施形態之波長轉換元件的立體圖。 圖2係顯示圖1的II－II線之波長轉換元件的截斷面之剖面圖。 圖3係顯示實施形態之投影機的外觀之立體圖。 圖4係實施形態之投影機的光學系統之示意圖。 圖5A係實施形態之波長轉換元件與孔隙構件之示意圖。 圖5B係實施形態的比較例之波長轉換元件與孔隙構件之示意圖。 圖6係顯示實施形態的實施例及比較例之波長轉換元件的評價結果之圖。 圖7係顯示實施形態的實施例之波長轉換元件的評價結果之圖。 圖8係變形例1之波長轉換元件的立體圖。 圖9係顯示圖8的IX－IX線之波長轉換元件的截斷面之剖面圖。 圖10（a）～（c）係顯示變形例1的實施例之螢光體陶瓷層的剖面之SEM影像。 圖11係顯示變形例1的實施例之波長轉換元件的評價結果之圖。 圖12係顯示變形例2之螢光體陶瓷構件的立體圖。
1:波長轉換元件
10:基板
11:基板本體
12:光反射層
13:光反射面
20:螢光體陶瓷層
30:防止反射層
121:光散射性粒子
122:黏結劑
L1:激發光

Claims (16)

  1. 一種波長轉換元件，使用在投影機，接收激發光，放出包含螢光的反射光，包含：基板，具有光反射面；以及螢光體陶瓷層，位於該光反射面的上方，包含具有石榴石構造之第1結晶相；該光反射面的可見光反射率為95%以上100%以下；該螢光體陶瓷層的密度為理論密度之97%以上100%以下；該螢光體陶瓷層的膜厚為50μm以上而未滿120μm；該螢光體陶瓷層，係僅由該第1結晶相、及具有與石榴石構造不同的構造之第2結晶相構成；表示該第2結晶相的材料之折射率，與表示該第1結晶相的材料之折射率的差，為0.05以上0.5以下。
  2. 一種波長轉換元件，使用在投影機，接收激發光，放出包含螢光的反射光，包含：基板，具有光反射面；以及螢光體陶瓷層，位於該光反射面的上方，包含具有石榴石構造之第1結晶相；該光反射面的可見光反射率為95%以上100%以下；該螢光體陶瓷層的密度為理論密度之97%以上100%以下；該螢光體陶瓷層的膜厚為50μm以上而未滿120μm；該螢光體陶瓷層，係僅由該第1結晶相、及具有與石榴石構造不同的構造之第2結晶相構成；該第2結晶相，係以(Y1-yCey)AlO3(0≦y<0.1)表示之結晶相。
  3. 一種波長轉換元件，使用在投影機，接收激發光，放出包含螢光的反射光，包含：基板，具有光反射面；以及螢光體陶瓷層，位於該光反射面的上方，包含具有石榴石構造之第1結晶相；該光反射面的可見光反射率為95%以上100%以下；該螢光體陶瓷層的密度為理論密度之97%以上100%以下；該螢光體陶瓷層的膜厚為50μm以上而未滿120μm；該螢光體陶瓷層，係僅由該第1結晶相構成，或僅由該第1結晶相、及具有與石榴石構造不同的構造之第2結晶相構成；該螢光體陶瓷層，包含Ce3+及Ce4+；滿足Ce3+×100%/(Ce3++Ce4+)≧60%。
  4. 一種波長轉換元件，使用在投影機，接收激發光，放出包含螢光的反射光，包含：基板，具有光反射面；以及螢光體陶瓷層，位於該光反射面的上方，包含具有石榴石構造之第1結晶相、及具有與石榴石構造不同的構造之第2結晶相；該光反射面的可見光反射率為95%以上100%以下；該螢光體陶瓷層的密度為理論密度之97%以上100%以下；該螢光體陶瓷層的膜厚為50μm以上而未滿120μm；該螢光體陶瓷層，包含單相部、及與該單相部區別之混合相部；於該單相部，僅設置該第1結晶相及該第2結晶相中之該第1結晶相；於該混合相部，混合設置該第1結晶相及該第2結晶相兩者。
  5. 如請求項1至4中任一項之波長轉換元件，其中，該螢光體陶瓷層的膜厚為70μm以上而未滿120μm。
  6. 如請求項1至4中任一項之波長轉換元件，其中，更包含防止反射層，其位於該螢光體陶瓷層的上方，防止該激發光之反射。
  7. 如請求項1至4中任一項之波長轉換元件，其中，該基板，包含基板本體及光反射層；該光反射面，係由該光反射層包含之一面所構成。
  8. 如請求項7之波長轉換元件，其中，該光反射層，包含光散射性粒子。
  9. 如請求項7之波長轉換元件，其中，該光反射層，包含Ag。
  10. 如請求項3之波長轉換元件，其中，該螢光體陶瓷層，係由以(Y1-xCex)3Al5O12(0.001≦x<0.1)表示之該第1結晶相構成。
  11. 如請求項1至4中任一項之波長轉換元件，其中，該螢光體陶瓷層的密度為4.41g/cm3以上4.55g/cm3以下。
  12. 如請求項3之波長轉換元件，其中，該螢光體陶瓷層，更包含具有與石榴石構造不同的構造之第2結晶相。
  13. 如請求項1、2或12之波長轉換元件，其中，該螢光體陶瓷層，包含單相部、及與該單相部區別之混合相部；於該單相部，僅設置該第1結晶相及該第2結晶相中之該第1結晶相；於該混合相部，混合設置該第1結晶相及該第2結晶相兩者。
  14. 如請求項4之波長轉換元件，其中，該螢光體陶瓷層，包含複數該混合相部；該複數混合相部各自之周圍，受到該單相部包圍。
  15. 如請求項13之波長轉換元件，其中，該螢光體陶瓷層，包含複數該混合相部；該複數混合相部各自之周圍，受到該單相部包圍。
  16. 一種投影機，包含：激發光源，放出激發光；以及如請求項1至15中任一項之波長轉換元件，接收該激發光，放出包含螢光的反射光。
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