WO2019107100A1 - 蛍光体部材及び光源装置 - Google Patents

蛍光体部材及び光源装置 Download PDF

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light
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phosphor film
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涼 野村
剛志 神
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マクセル株式会社
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements
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    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details

Definitions

  • the present invention relates to a phosphor member and a light source device.
  • a light source device which converts excitation light emitted from a solid state light source into visible light by a phosphor and emits light efficiently.
  • excitation light blue laser light
  • a disk phosphor wheel
  • fluorescent lights red light and green light
  • a configuration for use as illumination light is disclosed.
  • the phosphor film When the phosphor film is irradiated with excitation light of high light density, fluorescent light is emitted (luminescent) from phosphor particles in the phosphor film. Although a part of the fluorescent light is emitted out of the phosphor film, a part of the fluorescent light penetrates (light diffuses) in the phosphor film, and the generation of loss that the reflection and absorption are not repeatedly emitted in the phosphor film The luminance decreases due to the enlargement of the light emitting point. Therefore, the further device for suppressing the fall of the output of the effective light output from the fluorescence light emission surface in a fluorescent substance film, and raising a fluorescence light output is calculated
  • the object of the present invention is made in view of the above-mentioned situation, and aims at outputting fluorescent light more efficiently from a phosphor member.
  • the present invention comprises composition indicated in a claim.
  • the present invention is a phosphor member comprising a substrate and a phosphor layer disposed on the substrate, the phosphor layer including a phosphor film,
  • the phosphor film includes phosphor particles and a binder comprising an inorganic substance, and the binder and the phosphor particles have a difference in refractive index of 0.2 or more, and the average particle diameter of the binder is 50 ⁇ m. It is characterized by the following.
  • fluorescent light can be more efficiently output from the phosphor member.
  • a perspective view for explaining the internal configuration of the projector Schematic diagram of light source device Cross-sectional view showing an example of a phosphor member Cross section showing another example of phosphor member Diagram showing relationship between scattering of phosphor film and output of fluorescent light Diagram showing scattering of phosphor film by binder Diagram showing the relationship between phosphor particle size and phosphor film scattering
  • FIG. 1 is a perspective view for explaining the internal configuration of the projector 1.
  • the power is supplied from the power supply unit 2 disposed on the front side of the left side of the box-like lower housing 5 in FIG.
  • Light is emitted from the light source unit 3 and is incident on an optical unit 4 disposed at the rear on the back of the figure.
  • the cooling fan 10 is disposed adjacent to the light source unit 3 and disposed between the light source unit 3 and the power supply unit 2.
  • the drive circuit for driving the cooling fan 10 may be provided in the power supply unit 2 or may be provided in an empty space in the lower housing 5.
  • the light incident on the optical unit 4, that is, the light emitted from the light source unit 3 is finally enlarged by the projection lens emission unit 9 b of the projection lens 9 and projected on a screen (not shown).
  • a ventilation duct inlet port 71 a is provided on the side surface of the lower housing 5.
  • the ventilation duct 71 is installed so that cooling air other than the optical system does not enter the cooling air of the optical components, and outside air is taken in from the ventilation duct inlet 71a using a panel cooling fan installed inside.
  • the cooling air taken in from the ventilation duct inlet 71a is rectified by the ventilation duct 71, passes around the respective components contained in the lower housing 5, and cools them.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram of a light source device 100 that constitutes the light source unit 3 of FIG.
  • the light source device 100 has an excitation light source 105, a mirror 104, and a phosphor member 200 as main components.
  • the phosphor member 200 mainly includes a substrate 210 and a phosphor layer 220 laminated on a surface (surface) on the light emission direction side of the substrate 210.
  • the excitation light source 105 includes one or more solid light emitting elements such as laser light emitting elements, emits blue laser light as excitation light, for example, and is irradiated with the blue laser light toward the phosphor member 200.
  • the excitation light 110 (shown by a solid line) emitted from the excitation light source 105 becomes substantially parallel light by the collimator lens 106, passes through the wavelength plate 107, and is incident on the mirror 104.
  • the mirror 104 reflects a wavelength range of the excitation light (blue) 110 and is dichroic coated having a characteristic of transmitting the wavelength range (yellow) of the fluorescent light, and the reflection wavelength of the blue light varies depending on the polarization state. It is designed as.
  • a part of the excitation light 110 incident from the excitation light source 105 is reflected by the mirror 104, condensed by the condensing lens 103 a, and is incident on the substrate 210. Further, part of the excitation light 110 passes through the mirror 104 and is condensed by the condensing lens 103 b and enters the diffusion plate 108.
  • the ratio of the reflected light to the transmitted light at the mirror 104 at this time can be adjusted by the angle of the diffusion plate 108.
  • the excitation light 110 When the excitation light 110 is incident on the phosphor layer 220, fluorescent light is generated.
  • the fluorescent light becomes substantially parallel light by the condenser lens 103 a and is incident on the mirror 104.
  • the incident fluorescent light passes through the mirror 104 due to the spectral characteristics of the mirror 104.
  • the excitation light 110 incident on the diffusion plate 108 is diffused and reflected by the diffusion plate 108, then a part of the light is reflected by the mirror 104, mixed with the above-described fluorescent light, and emitted as white light 111.
  • the laser beam mixed with the fluorescent light has the same distribution as the fluorescent light generated from the substrate 210 by being diffused and reflected by the diffusion plate 108, and the color mixing unevenness can be suppressed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the phosphor member 200.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the phosphor member.
  • the phosphor member 200 of FIG. 3 is configured by laminating the phosphor layer 220 on the phosphor layer side surface (surface) 210 a of the phosphor layer holding member 211 via the adhesive layer 230.
  • the phosphor member 200 uses a phosphor wheel as the substrate 210.
  • the phosphor wheel includes a disk-shaped phosphor layer holding member 211 and a rotation center shaft 212 connected to a motor rotating about the phosphor layer holding member 211.
  • the excitation light 110 is locally incident on the phosphor layer 220, and the local high temperature is suppressed.
  • the phosphor layer 220 is formed in a ring shape centering on the central axis of rotation 212, and is fixed to the substrate 210 via the adhesive layer 230.
  • the phosphor layer 220 includes a phosphor film 222 and a light reflection layer 223 on the side surface (back surface) of the phosphor film 222. Furthermore, the phosphor film 222 is configured to include an anti-reflection layer 221 integrally formed on the surface (surface) opposite to the side surface of the substrate by PVD.
  • PVD includes sputtering, vapor deposition, and the like, and is not limited to one vapor deposition.
  • the deposition order by PVD is not limited, either. That is, either the antireflection layer 221 or the light reflecting layer 223 may be performed first on the phosphor film 222.
  • the phosphor film 222 is a functional film that converts the excitation light 110 incident into the phosphor film 222 into fluorescence light and emits the fluorescence light to the outside of the phosphor film 222, and the material is not particularly limited.
  • the phosphor film 222 may be composed of a sintered phase containing phosphor particles and aluminum oxide (alumina) and an air phase.
  • Aluminum oxide is an example of an inorganic binder material.
  • Antireflection layer 221 When the excitation light 110 is incident on the surface of the phosphor film 222, the refractive index difference between the surface of the phosphor film 222 and the air layer is large, and the reflectance of the excitation light 110 on the surface of the phosphor film 222 is sufficient. The excitation light 110 can not be transmitted to the inside of the phosphor film 222, and the fluorescence light output is low.
  • the antireflection layer 221 may have a surface reflectance of 1% or less with respect to vertical incident light of the excitation light 110, and may be formed of a single layer or a plurality of layers.
  • the adhesive layer 230 is not particularly limited in material, film thickness, etc., but it does not disturb heat generated when converting the excitation light 110 generated in the phosphor layer 220 into fluorescent light to the substrate 210. It is desirable to have heat dissipation.
  • the adhesive layer 230 located between the light reflection layer 223 and the substrate 210 uses an adhesive containing an organic component such as a solder containing a metal component or a silicon resin since light transmission is not necessary.
  • An adhesive layer 230 may be used.
  • the phosphor member 200 a applies a light reflecting material to the phosphor layer side surface (surface) 210 a of the phosphor layer holding member 211 and makes the light reflection layer 223 a the phosphor layer holding member You may form integrally with 211.
  • the phosphor layer 220a is formed to include the adhesive layer 230a disposed on the light reflection layer 223a, and the phosphor film 222 and the antireflective layer 221 sequentially stacked thereon.
  • the adhesive layer 230a included in the phosphor layer 220a is configured using a light transmitting member such as silicon.
  • Parameters that affect the scattering properties of the phosphor films 222 and 222a include (a) the difference in refractive index between the phosphor particles and the binder, and (b) the grain interface area of the phosphor film.
  • Refractive index difference between phosphor particles and binder YAG and LAG can be used as phosphor particles.
  • the refractive index is both 1.8 and the excitation light 110 uses blue light (wavelength 450 nm).
  • the binder does not absorb blue light and the material is not limited as long as it is a material having high heat resistance and thermal conductivity, but metal oxides are preferable, and the difference in refractive index with the phosphor particles is preferably 0.2 or more.
  • the refractive index of the binder is preferably smaller than that of the phosphor particles. If the binder has a larger refractive index, the excitation light incident on the phosphor film is reflected on the binder surface, and the fluorescence output is reduced without sufficiently reaching the phosphor particles. If the binder has a smaller refractive index, part of the excitation light incident on the phosphor film passes through the inside of the phosphor film and reaches the phosphor particles, resulting in an increase in fluorescence output.
  • the material of the binder is SiO 2 , TiO 2 , Nb 2 O 5 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , La 2 O 3 , Na 2 O, Nd 2 O 3 , BaO, MgO, CaO, SrO, K 2 O may be contained, and may be used alone or in combination of two or more.
  • the refractive index is higher than the refractive index of the phosphor particles alone, and the refractive index difference is less than 0.2, the refractive index difference is 0 .2 or more may be used.
  • FIG. 5 is a view showing a comparative example of the case where the scattering of the fluorescent light in the phosphor film is small (left) and the case where it is large (right).
  • the fluorescent light easily penetrates the phosphor film 222. Therefore, the amount of fluorescent light reflected in the film toward the fluorescent light emitting surface 222s decreases, and the effective light emitted from the fluorescent light emitting surface 222s decreases. Further, since the light easily penetrates the phosphor film 222, the light emission point formed by the excitation light 110 being incident on the phosphor film 222 is easily expanded. As a result, the luminance of the phosphor film 222 is reduced.
  • the fluorescent light emission surface 222s is the same surface as the excitation light incident surface of the phosphor film 222.
  • the scattering is large (right figure in FIG. 5)
  • the fluorescent light is scattered in the vicinity of the light emitting point, and it becomes difficult to penetrate the inside of the phosphor film 222. Then, part of the scattered light travels toward the fluorescent light emitting surface 222s, and the effective light emitted from the fluorescent light emitting surface 222s increases. Further, since the light emission point is difficult to expand, the luminance of the phosphor film 222 also increases.
  • FIG. 6 is a view showing the relationship between the binder particle size and the scattering of the phosphor film.
  • the first phosphor film 610, the second phosphor film 620, and the third phosphor film 630 shown in FIG. 6 have the same phosphor particle size, but differ in the material of the binder.
  • the first phosphor film 610 shows an example of a phosphor film including a phosphor particle 611 and a binder 612 using an amorphous body without grain boundaries like silicon resin or glass.
  • silicon resin or glass is used as the binder 612, there are no grain boundaries of the binder 612 in the first phosphor film 610, and the grain interface area in the film is small. Therefore, scattering is less likely to occur in the film, and the output of effective light is small.
  • the second phosphor film 620 is a phosphor film formed of a binder 622 and phosphor particles 611 which are different in material from the first phosphor film 610.
  • the particle diameter of the binder 632 used for the third phosphor film 630 is larger than the particle diameter of the binder 622 used for the second phosphor film 620, and the grain boundary area of the third phosphor film 630 is larger.
  • a material of the binder 622 for example, a polycrystal (with grain boundaries) of glass particles (amorphous) and metal oxides (crystals) with large particle diameters (average particle diameter 50 ⁇ m to 20 ⁇ m) may be used.
  • a small particle size product smaller than 20 ⁇ m of average particle size
  • the scattering properties of the phosphor film can be adjusted by the particle size of the binder.
  • sufficient fluorescent light output can be obtained by setting the diameter of the binder to 50 ⁇ m or less on average.
  • (B-2) Configuration for Adjusting Particle Diameter of Fluorescent Light Particle As another example of adjusting the particle interface area in the phosphor film, the particle diameter of the phosphor may be adjusted instead of the particle diameter of the binder.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the particle size of the phosphor particles and the scattering of the phosphor film.
  • the fourth phosphor film 710 in FIG. 7 is a phosphor film including phosphor particles 711 having a large particle diameter and a small particle interface area and a binder 712 in the phosphor film.
  • the fifth phosphor film 720 is a phosphor film formed by using a binder 712 by mixing the phosphor particles 721 a having a large particle diameter and the phosphor particles 721 b having a small particle diameter.
  • the sixth phosphor film 730 is a phosphor film formed by using a large amount of phosphor particles 731 with a small particle diameter in the phosphor film and using the binder 712.
  • the fourth phosphor film 710, the fifth phosphor film 720, and the sixth phosphor film 730 are the same, the fourth phosphor film 710, the fifth phosphor film 720, and the sixth phosphor film In the order of 730, the surface area and the grain interface area of the phosphor particles increase, and the scattering increases.
  • the scattering properties of the phosphor film can be adjusted by the particle size of the phosphor particles.
  • the characteristics emission efficiency
  • the temperature characteristics may be degraded. Therefore, it is desirable to balance the fluorescence light output with the degradation of the emission efficiency and the temperature characteristics.
  • sufficient fluorescent light output can be obtained by setting the particle size of the phosphor to 50 ⁇ m or less on average.
  • the fluorescent light in the phosphor film 222 is adjusted by adjusting the refractive index of the binder and the phosphor particles contained in the phosphor film 222, the particle size of the binder and / or the particle size of the phosphor particles.
  • the phosphor wheel is used as the substrate 210 in the above, the invention is not limited to the substrate 210 of a rotating body, and a substrate made of a plate-like fixed body may be used.
  • the substrate 210 of the rotating body can improve the heat dissipation of the phosphor film 222 more than the case of using the substrate 210 of the fixed body, and can improve the efficiency of taking out fluorescent light.
  • the formation of the substrate can be performed more easily than the rotating body.
  • the projector 1 was mentioned as the example as a usage example of the light source device 100 using the fluorescent substance member 200 which concerns on this invention, you may use for a headlight.
  • Projector 100 Light source device 200: Phosphor member 210: Substrate 220: Phosphor layer 221: Antireflection layer 222: Phosphor film 223: Light reflecting layer 230: Adhesive layer

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Abstract

蛍光体部材から蛍光光をより効率よく出力させる。基板(210)と、基板の上に配置された蛍光体層(220)と、を備えた蛍光体部材(200)であって、蛍光体層は、蛍光体膜(222)を含み、蛍光体膜は、蛍光体粒子と無機物からなるバインダとを含んで構成され、バインダと蛍光体粒子とは屈折率差が０．２以上であり、バインダの平均粒径が５０μｍ以下である、ことを特徴とする。

Description

蛍光体部材及び光源装置
　本発明は、蛍光体部材及び光源装置に関する。
　当該技術分野において、固体光源から出射する励起光を蛍光体により可視光に変換して効率良く発光する光源装置が提案されている。特許文献１には、光源から出射した励起光（青色レーザ光）を、蛍光体が形成された円板（蛍光体ホイール）に照射し、複数の蛍光光（赤色光、緑色光）を発光させて照明光として用いる構成が開示されている。
特開２０１１－１３３１３号公報
　高い光密度の励起光を蛍光体膜に照射すると、蛍光体膜内の蛍光体粒子から蛍光光が出射（発光）される。蛍光光の一部は蛍光体膜外に出射されるが、一部の蛍光光が蛍光体膜内に浸透（光拡散）し、蛍光体膜内で反射と吸収を繰り返し出射されない損失の発生と、発光点の拡大による輝度低下が発生する。よって、蛍光体膜における蛍光光出射面から出力される有効光の出力の低下を抑制し、蛍光光出力を高めるための更なる工夫が求められている。
　本発明の目的は、上記実情に鑑みてなされたものであり、蛍光体部材から蛍光光をより効率よく出力させることを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を備える。その一例を挙げるならば、本発明は、基板と、前記基板の上に配置された蛍光体層と、を備えた蛍光体部材であって、前記蛍光体層は、蛍光体膜を含み、前記蛍光体膜は、蛍光体粒子と無機物からなるバインダとを含んで構成され、かつ、前記バインダと前記蛍光体粒子とは屈折率差が０．２以上であり、前記バインダの平均粒径が５０μｍ以下である、ことを特徴とする。
　本発明によれば、蛍光体部材から蛍光光をより効率よく出力させることができる。上記以外の本発明の目的・構成・効果については以下の実施形態で明らかにされる。
プロジェクタの内部構成を説明する斜視図 光源装置の概略構成図 蛍光体部材の一例を示す断面図 蛍光体部材の他例を示す断面図 蛍光体膜の散乱と蛍光光の出力の関係を示す図 バインダによる蛍光体膜の散乱を示す図 蛍光体粒径と蛍光体膜の散乱との関係を示す図
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
　以下、本実施形態に係る蛍光体部材２００及びそれを用いた光源装置１００を搭載したプロジェクタ１について図１を参照して説明する。図１はプロジェクタ１の内部構成を説明する斜視図である。
　図１に示す通り、プロジェクタ１では、箱状の下側筐体５の図１中における左側面の前側に配置された電源ユニット２からの電源供給を受けて、左側面の奥側に配置された光源ユニット３より光が出射し、図中の背面後部に配置された光学ユニット４に入射する。冷却ファン１０は光源ユニット３に隣接して配置され、光源ユニット３と電源ユニット２との間に配置されている。
　冷却ファン１０を駆動する駆動回路は、電源ユニット２内に設けても良いし、下側筐体５内の空きスペースに設けても良い。
　光学ユニット４に入射した光、即ち光源ユニット３からの出射光は、最終的に投影レンズ９の投射レンズ出射部９ｂより拡大され図示していないスクリーンに投影される。
　下側筐体５の側面には通風ダクト吸気口７１ａが設けられている。通風ダクト７１は、光学部品冷却風に光学系以外の冷却風が混入しないように設置され、内部に設置されたパネル冷却ファンを用いて通風ダクト吸気口７１ａより外気を取り入れている。
　通風ダクト吸気口７１ａから取り込まれた冷却風は、通風ダクト７１により整流され、下側筐体５に収容された各部品周囲を通過し、これらを冷却する。
　図２は、図１の光源ユニット３を構成する光源装置１００の概略構成図である。光源装置１００は、主な構成要素として励起光源１０５、ミラー１０４、蛍光体部材２００を有する。
　蛍光体部材２００は、大きくは基板２１０と、基板２１０の光出射方向側の面（表面）に積層された蛍光体層２２０とを含む。
　励起光源１０５はレーザ発光素子などの固体発光素子を１個以上配置し、励起光として例えば青色レーザ光を出射し、青色レーザ光が蛍光体部材２００に向けて照射される。
　励起光源１０５から出射された励起光１１０（実線で示す）は、コリメートレンズ１０６により略平行光となり、波長板１０７を通過してミラー１０４に入射する。
　ミラー１０４は励起光（青色）１１０の波長域を反射し、蛍光光の波長域（黄色）を透過する特性を有するダイクロイックコートがされており、また合わせて偏光状態により青色光の反射波長が異なるように設計されている。
　励起光源１０５から入射した励起光１１０の一部はミラー１０４にて反射し、集光レンズ１０３ａで集光されて、基板２１０に入射する。また励起光１１０の一部はミラー１０４を透過し集光レンズ１０３ｂにより集光されて拡散板１０８に入射する。
　この際のミラー１０４における反射光と透過光との比率は、拡散板１０８の角度により調整することができる。
　蛍光体層２２０に励起光１１０が入射すると蛍光光が発生する。蛍光光は集光レンズ１０３ａで略平行光となりミラー１０４に入射する。入射した蛍光光はミラー１０４の分光特性によりミラー１０４を透過する。
　また拡散板１０８に入射した励起光１１０は、拡散板１０８で拡散反射したのちにミラー１０４で一部の光が反射されて、前述の蛍光光と混色されて白色光１１１として放射される。
　この際、拡散板１０８で拡散反射されることで、蛍光光と混色されるレーザ光は基板２１０から発生する蛍光光と同一の分布となり、混色ムラを抑制することができる。
　また図２のように蛍光体層２２０へ入射する励起光１１０を集光する集光レンズ１０３ａの周囲を、励起光が通過するようにレーザを配置することで、蛍光体層２２０に対しての入射角を大きくすることが可能となる。この構成により、蛍光体層２２０から効率良く蛍光光を発生させることで、励起光源１０５の省電力化や装置の小型化を実現できる。
　図３、図４を参照して蛍光体部材２００の構成について説明する。図３は蛍光体部材２００の一例を示す断面図である。図４は蛍光体部材の他例を示す断面図である。
　図３の蛍光体部材２００は、蛍光体層保持部材２１１における蛍光体層側面（表面）２１０ａに接着層２３０を介して蛍光体層２２０を積層して構成される。
（基板２１０）
　蛍光体部材２００は、基板２１０として蛍光体ホイールを用いる。蛍光体ホイールは、円板状の蛍光体層保持部材２１１と、蛍光体層保持部材２１１を中心に回転させるモータに連結される回転中心軸２１２とを含んで構成する。
　そして、回転中心軸２１２を中心に蛍光体層保持部材２１１が回転させることで、励起光１１０が蛍光体層２２０に局所的に入射し、局所的に高温になることを抑止する。
　蛍光体層２２０は、回転中心軸２１２を中心とするリング状に形成され、基板２１０に接着層２３０を介して固定される。
　蛍光体層２２０は、蛍光体膜２２２と、蛍光体膜２２２における基板側面（裏面）に光反射層２２３とを備える。更に、蛍光体膜２２２における基板側面とは反対側の面（表面）にＰＶＤにより一体的に形成された反射防止層２２１を含んで構成される。
　上記「ＰＶＤ」にはスパッタリングや蒸着法等が含まれるものとし、一つの蒸着法に限定されない。なお、ＰＶＤによる蒸着順序も限定されない。すなわち、蛍光体膜２２２に対して反射防止層２２１又は光反射層２２３のどちらを先に行ってもよい。
（蛍光体膜２２２）
　蛍光体膜２２２は蛍光体膜２２２内に入射した励起光１１０を蛍光光に変換し、蛍光光を蛍光体膜２２２の外に出射される機能性膜であって、材質は特に限定されない。例えば、蛍光体膜２２２は蛍光体粒子と酸化アルミニウム（アルミナ）とを含む焼結体相と空気相とから構成されてもよい。酸化アルミニウムは無機物からなるバインダ材質の一例である。
（反射防止層２２１）
　励起光１１０が蛍光体膜２２２の表面に入射するとき、蛍光体膜２２２の表面と空気層の屈折率差が大きく、励起光１１０の蛍光体膜２２２の表面での反射率が大きいことで十分に励起光１１０を蛍光体膜２２２の内部に透過することができず、蛍光光出力が低くなる。
　そこで、蛍光体膜２２２の表面に励起光１１０の反射率を１％以下にする機能を有する反射防止層２２１を設けることで、励起光１１０の反射率は小さくなり、蛍光光出力は高くなる。反射防止層２２１は励起光１１０の垂直入射光に対して表面反射率が１％以下になる構成であれば良く、単層又は複数層から構成しても良い。
（接着層２３０）
　接着層２３０は、材質、膜厚等は特に限定されないが、蛍光体層２２０内で生じた励起光１１０を蛍光光に変換する際に生じる熱を基板２１０に伝熱する際に妨げにならないように、放熱性を有することが望ましい。例えば図３のように光反射層２２３と基板２１０との間に位置する接着層２３０は、透光性が不要であるので金属成分を含むハンダやシリコン樹脂などの有機物を含む接着剤を使用した接着層２３０を使用してもよい。
　他例として、図４に示すように、蛍光体部材２００ａは、蛍光体層保持部材２１１の蛍光体層側面（表面）２１０ａに光反射素材を塗布して光反射層２２３ａを蛍光体層保持部材２１１と一体に形成してもよい。この場合、蛍光体層２２０ａは、光反射層２２３ａ上に配置された接着層２３０ａと、その上に順に積層された蛍光体膜２２２及び反射防止層２２１を含んで形成される。蛍光体層２２０ａに含まれる接着層２３０ａは、透光性を有する部材、例えばシリコンを用いて構成される。
　蛍光体膜２２２、２２２ａの散乱性に影響を与えるパラメータとして、（ａ）蛍光体粒子とバインダの屈折率差と、（ｂ）蛍光体膜の粒界面積とがある。
（ａ）蛍光体粒子とバインダの屈折率差
　蛍光体粒子としてＹＡＧ、ＬＡＧを使用することができる。屈折率はともに１．８で励起光１１０は青色光（波長４５０ｎｍ）を使用する。バインダは青色光を吸収せず、耐熱性、熱伝導性が高い材料であれば材質は限定されないが金属酸化物が好ましく、蛍光体粒子との屈折率差が０．２以上あることが好ましい。
　バインダの屈折率は蛍光体粒子よりも小さいことが好ましい。バインダの方が屈折率が大きいと蛍光体膜に入射した励起光がバインダ表面で反射し、十分に蛍光体粒子に届くことなく、蛍光出力が小さくなる。バインダの方が屈折率が小さいと蛍光体膜に入射した励起光の一部が蛍光体膜内を透過し、蛍光体粒子に届くため、蛍光出力は大きくなる。バインダの材質は、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、Ｌａ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、Ｎｄ2Ｏ3、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｋ2Ｏを含み、単一でも複数種類併用して用いてもよい。上記ガラスの構成成分の中には、単独では蛍光体粒子の屈折率よりも屈折率が高くなり、屈折率差が０.２未満になるものもあるが、複数種類併用し屈折率差を０.２以上にして用いてもよい。
（ｂ）蛍光体膜の粒界面積
　図５を参照して、蛍光体膜の散乱と蛍光光出力との関係について説明する。図５は、蛍光体膜内で蛍光光の散乱が小さい場合（左）と大きい場合（右）との比較例を示す図である。
　蛍光体膜２２２の散乱が小さい場合（図５の左図）、蛍光光が蛍光体膜２２２に浸透しやすくなる。そのため、蛍光光出射面２２２ｓに向かって膜内で反射される蛍光光が少なくなり蛍光光出射面２２２ｓから出射する有効光が少なくなる。また蛍光体膜２２２に浸透しやすいことから、蛍光体膜２２２に励起光１１０が入射して形成される発光点が拡大しやすくなる。その結果、蛍光体膜２２２の輝度が低下する。蛍光光出射面２２２ｓは、蛍光体膜２２２における励起光入射面と同じ面である。
　これに対し、散乱が大きい場合（図５の右図）、蛍光光は発光点付近で散乱し、蛍光体膜２２２の内部へは浸透しにくくなる。そして散乱光の内の一部は蛍光光出射面２２２ｓに向って進行し、蛍光光出射面２２２ｓから出射する有効光が増加する。また発光点が拡大しにくくなるので、蛍光体膜２２２の輝度も高くなる。
　蛍光光の散乱は、蛍光体膜２２２内に形成される粒界で生じる。よって、粒界面積が大きいほど蛍光体膜２２２内において蛍光光は散乱するので、粒界面積を大きくすることが好ましい。粒界面積を調整するために、（ｂ－１）バインダの粒径（直径）を調整する構成と、（ｂ－２）蛍光光粒子の粒径を調整する構成とがある。
（ｂ－１）バインダの粒径を調整する構成
　図６は、バインダ粒径と蛍光体膜の散乱との関係を示す図である。図６に示す第１蛍光体膜６１０、第２蛍光体膜６２０、第３蛍光体膜６３０は、蛍光体粒径は同じく、バインダの材質が異なる。
　第１蛍光体膜６１０は、蛍光体粒子６１１と、シリコン樹脂やガラスのように粒界がない非晶質体を用いたバインダ６１２を含む蛍光体膜例を示す。シリコン樹脂やガラスをバインダ６１２として用いた場合、第１蛍光体膜６１０内にバインダ６１２の粒界が無く、膜内の粒界面積が小さい。よって、膜内で散乱が生じにくく、有効光の出力が小さい。
　第２蛍光体膜６２０は、第１蛍光体膜６１０とは異なる材質のバインダ６２２と蛍光体粒子６１１からなる蛍光体膜である。第３蛍光体膜６３０に用いられるバインダ６３２の粒径は第２蛍光体膜６２０に用いられるバインダ６２２の粒径よりも大きく、第３蛍光体膜６３０の方が粒界面積が大きい。バインダ６２２の材質として、例えば、ガラス粒子（非晶質）、金属酸化物（結晶）の大粒径（平均粒径５０μｍ～２０μｍ）の多結晶体（粒界がある）を用いてもよい。また第３蛍光体膜６３０に用いるバインダの材質として、例えば、バインダ６２２の小粒径品（平均粒径２０μｍより小さい）を用いてもよい。
　このように、蛍光体膜の散乱性はバインダの粒径により調整することができる。
　好適なバインダの粒径として、例えば、バインダの直径を平均５０μｍ以下にすることで十分な蛍光光の出力を得ることができる。
（ｂ－２）蛍光光粒子の粒径を調整する構成
　蛍光体膜内の粒界面積を調整する他例として、バインダの粒径ではなく、蛍光体粒径を調整してもよい。
　図７は、蛍光体粒子の粒径と蛍光体膜の散乱との関係を示す図である。図７の第４蛍光体膜７１０は、蛍光体膜内に粒界面積が小さい大粒径の蛍光体粒子７１１とバインダ７１２とを含む蛍光体膜である。
　第５蛍光体膜７２０は、大粒径の蛍光体粒子７２１ａと小粒径の蛍光体粒子７２１ｂとを混合し、バインダ７１２を用いて形成された蛍光体膜である。
　第６蛍光体膜７３０は、蛍光体膜内に小粒径の蛍光体粒子７３１を多く含み、バインダ７１２を用いて形成された蛍光体膜である。
　第４蛍光体膜７１０、第５蛍光体膜７２０、第６蛍光体膜７３０に含まれる蛍光体粒子量が同じ場合、第４蛍光体膜７１０、第５蛍光体膜７２０、第６蛍光体膜７３０の順に蛍光体粒子の表面積及び粒界面積が大きくなり、散乱が大きくなる。
　このように、蛍光体膜の散乱性は蛍光体粒子の粒径により調整することができる。ただし蛍光体粒径を小さくすると特性（発光効率）の低下や温度特性が悪化する可能性があるので、蛍光光出力と発光効率や温度特性の悪化とのバランスをとることが望ましい。一例として、蛍光体の粒径を平均５０μｍ以下にすることで十分な蛍光光の出力を得ることができる。
　本実施形態によれば、蛍光体膜２２２に含まれるバインダと蛍光体粒子の屈折率や、バインダの粒径及び／又は蛍光体粒子の粒径を調整して、蛍光体膜２２２内において蛍光光の散乱性からの蛍光光出力を大きくすることができる。
　本実施形態は、本発明を限定するものではない。例えば、上記では基板２１０として蛍光体ホイールを用いたが、回転体の基板２１０に限定されず、板状の固定体からなる基板を用いてもよい。回転体の基板２１０は、固定体の基板２１０を用いる場合よりもより蛍光体膜２２２の放熱性を高め、ひいては蛍光光の取り出し効率を向上させることができる。一方、固定体の基板は、基板の形成が回転体に比べてより容易に行える。
　また上記実施形態では、本発明に係る蛍光体部材２００を用いた光源装置１００の使用例としてプロジェクタ１を例に挙げたが、ヘッドライトに用いてもよい。
１：プロジェクタ
１００：光源装置
２００：蛍光体部材
２１０：基板
２２０：蛍光体層
２２１：反射防止層
２２２：蛍光体膜
２２３：光反射層
２３０：接着層

Claims (4)

  1. 　基板と、
    　前記基板の上に配置された蛍光体層と、を備えた蛍光体部材であって、
    　前記蛍光体層は、蛍光体膜を含み、
    　前記蛍光体膜は、蛍光体粒子と無機物からなるバインダとを含んで構成され、かつ、前記バインダと前記蛍光体粒子とは屈折率差が０．２以上であり、前記バインダの平均粒径が５０μｍ以下である、
    　ことを特徴とする蛍光体部材。
  2. 　請求項１に記載の蛍光体部材であって、
    　前記バインダは前記蛍光体膜内で直径５０μｍ以下の金属酸化物である、
    　ことを特徴とする蛍光体部材。
  3. 　請求項１又は２に記載の蛍光体部材であって、
    　前記バインダの屈折率は、前記蛍光体粒子の屈折率よりも小さい、
    　ことを特徴とする蛍光体部材。
  4. 　請求項１に記載の蛍光体部材を含む光源装置であって、
    　前記蛍光体部材と、
    　前記蛍光体部材に照射する励起光を発生させる励起光源と、を含む、
    　ことを特徴とする光源装置。
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