WO2019111726A1 - 蛍光体層組成物、蛍光部材、光源装置、および投影装置 - Google Patents

蛍光体層組成物、蛍光部材、光源装置、および投影装置 Download PDF

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WO2019111726A1
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light
phosphor layer
light source
group
phosphor
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睦子 山本
教雄 室伏
扇太郎 喜田
英臣 由井
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シャープ株式会社
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    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor

Definitions

  • the present invention relates to a phosphor layer composition, a fluorescent member, a light source device, and a projection device capable of improving the heat dissipation of the phosphor layer and enhancing the light extraction efficiency.
  • An image displayed by a projection device such as a projector is easily affected by external light, and high illuminance is required to obtain a good display.
  • a light source combining high energy density excitation light such as laser light and a phosphor has been used.
  • a phosphor layer is formed using a silicone resin as a binder by mixing a phosphor with a silicone resin or the like and applying it.
  • a silicone resin is used between phosphors.
  • the silicone resin has a lower thermal conductivity than the phosphor, it has been difficult to dissipate the heat generated by the excitation light irradiation.
  • the base material 11 and the phosphor layer 12 formed on the base material 11 are provided, and the phosphor layer 12 is 1/1 of the average particle diameter of the phosphor particles 14 and the phosphor particles 14.
  • a phosphor wheel 10 is described having fine particles 19 with a particle size of 10 or less and a binder material 15 holding phosphor particles 14 and fine particles 19.
  • a technique is disclosed in which the heat generated in the phosphor particles 14 is easily transmitted to the substrate 11 through the other phosphor particles 14 by filling the gaps between the phosphor particles 14 with the fine particles 19.
  • Patent Document 2 includes a resin including a structural unit derived from an ionic liquid having a polymerizable functional group, and a semiconductor nanoparticle phosphor which is dispersed in a resin by forming cluster-like aggregates. Techniques of wavelength conversion members and light emitting devices are disclosed.
  • FIG. 1 is a graph showing the luminous efficiency versus temperature of a YAG: Ce phosphor.
  • the graph shown in FIG. 1 is a graph when the Ce concentration is 0.005 mol% with respect to the yttrium site, but shows a similar tendency at a Ce concentration of 0.004 to 0.015.
  • the excitation light intensity is increased to obtain stronger fluorescence emission intensity by using such a phosphor, there is a problem of emission intensity decrease (temperature quenching) due to heat generation.
  • the phosphor temperature of the irradiation spot exceeds, for example, 200 ° C. due to high density, high intensity excitation light irradiation, the light emission efficiency is lowered.
  • FIG. 1 is a graph showing the luminous efficiency with respect to the temperature of the YAG: Ce phosphor, but the temperature quenching occurs in the same manner with other general phosphors.
  • thermal conductivity is to be enhanced by bringing the fine particles 19 into contact with the voids of the phosphor particles 14, but mixing is performed together with the binder 15 made of an inorganic / organic material containing silicate. Since the fine particles are easily aggregated and hard to disperse in the binder, the effect of improving the heat conduction may be limited. Moreover, the technology described in Patent Document 2 protects the semiconductor nanoparticle phosphor from the influence of air, moisture, etc.
  • the semiconductor nanoparticle phosphor is increased in concentration, the semiconductor nanoparticle phosphor
  • the thermal conductivity of the phosphor layer is not taken into consideration, since the purpose is to prevent aggregation and decrease in luminous efficiency due to the aggregation.
  • phosphors having good thermal conductivity can be formed by bringing the phosphors or the phosphor and the substrate into contact with each other directly or through fine particles.
  • air is present in the air gap, and the reflection and refraction at the interface between the phosphor and the air may lower the excitation light absorption and light extraction efficiency.
  • One embodiment of this invention is made in view of such a situation, and the heat dissipation of a fluorescent substance layer is improved, and it aims at providing the fluorescent substance layer composition which can raise light extraction efficiency. I assume.
  • the phosphor layer composition according to one embodiment of the present invention comprises inorganic phosphor particles that absorb excitation light and emit light in a predetermined wavelength range, and are filled around the inorganic phosphor particles to obtain an ionic liquid And a matrix formed of a polymer having a cationic group derived from.
  • the ionic liquid since the ionic liquid has high wettability to the surface of the inorganic phosphor, the contact area between the inorganic phosphor particles can be increased, and the heat dissipation of the phosphor layer can be improved.
  • the matrix becomes thin and the surface roughness becomes rough, the light extraction efficiency is enhanced.
  • the present inventors can improve the heat dissipation of the phosphor layer by filling the matrix formed of the polymer having the cationic group derived from the ionic liquid around the inorganic phosphor particles, and the light extraction efficiency In the present invention, it has been found that the
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the fluorescent member 10 according to the present embodiment.
  • the fluorescent member 10 includes a base 20 and a phosphor layer 30, and is formed in a plate shape. When the fluorescent member 10 is used for a fluorescent wheel, it is preferable that it has a disk shape that facilitates the movement of the excitation light spot.
  • the substrate 20 is formed of a material such as aluminum that reflects light if it is a reflective type, or a material such as glass or sapphire that transmits light if it is a transmissive type.
  • the reflective base material 20 may be provided with a reflective film made of a material that reflects light, such as silver, on the surface of a material that transmits light.
  • the substrate 20 has high thermal conductivity to suppress temperature quenching of the phosphor, regardless of whether it is a reflection type or a transmission type. Therefore, the substrate 20 is preferably formed of aluminum and sapphire.
  • the phosphor layer 30 is provided on the surface of the substrate 20. Since the phosphor layer 30 is formed of a phosphor layer composition described later, the light extraction efficiency can be improved while suppressing the influence of the temperature rise due to the excitation light of the fluorescent member 10.
  • the phosphor layer composition according to the present embodiment includes inorganic phosphor particles 40 and a matrix 50, and the matrix 50 is filled around the inorganic phosphor particles 40.
  • the matrix 50 fixes the inorganic phosphor particles 40 together and the inorganic phosphor particles 40 and the base 20.
  • the matrix 50 is formed of a polymer having a cationic group derived from an ionic liquid.
  • the ionic liquid has a cationic group and adsorbs on the surface of the inorganic phosphor surface, so that the wettability to the surface of the inorganic phosphor is high, and the inorganic phosphor particles 40 and inorganic phosphors are compared with the binder of the silicone resin.
  • the contact area between the particles 40 and the substrate 20 can be increased.
  • a contact area is an area of the contact surface which can conduct heat.
  • the matrix 50 may be formed of a polymer derived from an ionic liquid having a polymerizable functional group.
  • the matrix 50 can be formed by directly polymerizing the ionic liquid having a polymerizable functional group, the phosphor layer 30 can be formed more easily, and the phosphor layer 30 is stabilized.
  • the matrix 50 when forming the matrix 50 using the ionic liquid which does not have a polymerizable functional group, it gelatinizes by adding a gelatinizer to an ionic liquid, and it can form.
  • the cationic group contained in the ionic liquid forming the matrix 50 is at least one cationic group selected from the group consisting of an ammonium group, a phosphonium group, an imidazolium group, a morpholinium group, a pyridinium group, a pyrrolidinium group, a piperidinium group, or a sulfonium group. Is preferred.
  • the ionic liquid forming the matrix 50 may be a mixture of two or more different types of ionic liquids.
  • the refractive index of the matrix 50 is preferably greater than 1.4 and not more than 1.8.
  • the refractive index of the matrix 50 is preferably greater than 1.4 and not more than 1.8.
  • the difference from the refractive index of the inorganic phosphor particles 40 can be reduced.
  • the matrix 50 having a small difference from the refractive index of the inorganic phosphor particles 40 By using the matrix 50 having a small difference from the refractive index of the inorganic phosphor particles 40, refraction or reflection at the interface between the inorganic phosphor particles 40 and the matrix 50 is suppressed, and absorption of excitation light of the inorganic phosphor particles 40 and Light extraction efficiency can be improved.
  • the difference between the refractive index of the inorganic phosphor particles 40 and the refractive index of the matrix 50 is preferably 0.3 or less, and more preferably 0.2 or less. In order to form the matrix 50 having such a refractive index, two or more types of ionic liquids may be mixed.
  • the inorganic phosphor particles 40 are preferably made of a garnet-based material having alumina as a base material.
  • YAG: Ce (yellow light emitting phosphor), LuAG: Ce (green light emitting phosphor) or the like is used.
  • the refractive index n of such materials is about 1.8.
  • the inorganic phosphor particle 40 is composed of a substance represented by the general formula (RE 1-x Ce x ) 3 Al 5 O 12 , and RE contains at least one element selected from the rare earth element group. preferable.
  • the inorganic phosphor particles 40 are preferably selected from the group consisting of CASN, SCASN, ⁇ -Sialon, and ⁇ -Sialon. The above is an example, and the inorganic phosphor particles 40 used in the phosphor layer composition of the present invention are not limited to the above example.
  • the average particle size of the inorganic phosphor particles 40 is preferably 1 ⁇ m or more.
  • the inorganic phosphor particles 40 having such an average particle diameter scattering of excitation light and fluorescence is reduced, and light with high emission intensity can be extracted. Further, by using the inorganic phosphor particles 40 having such an average particle diameter, even if it is coated with an ionic liquid, a phosphor layer can be formed without being dispersed to transmit light.
  • the average particle size can be measured by laser diffraction / scattering method.
  • a base material, inorganic phosphor particles of a predetermined average particle size and an ionic liquid are prepared.
  • the substrate may be integrally formed of one material, or may be formed by combining a plurality of materials.
  • an ionic liquid prepares what has a predetermined
  • the ionic liquid may be a mixture of two or more different ionic liquids.
  • the prepared ionic liquid and the inorganic phosphor particles are mixed and dispersed to prepare a phosphor paste.
  • an initiator or gelling agent is added to the phosphor paste and mixed.
  • an initiator is added, and when it does not have a polymerizable functional group, a gelling agent is added.
  • the mixing of the ionic liquid with the inorganic phosphor particles and the addition of the initiator or the gelling agent may be performed in the reverse order.
  • a phosphor paste to which an initiator or a gelling agent is added is applied to a portion of the substrate to be irradiated with excitation light.
  • a drawing method using a liquid dispensing device (dispenser), a screen printing method, a spray method, an inkjet method, or the like can be used.
  • coated the fluorescent substance paste is heated, and a fluorescent substance layer is produced by fixing an ionic liquid.
  • a fluorescent member in which a matrix formed of a polymer having a cationic group derived from an ionic liquid is packed around the inorganic phosphor particles.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the fluorescent member 10 according to the present embodiment.
  • the configuration of the fluorescent member 10 is the same as that of the first embodiment, and the fluorescent member 10 includes a base 20 and a phosphor layer 30, and is formed in a plate shape.
  • the phosphor layer composition according to the present embodiment includes inorganic phosphor particles 40, a matrix 50, and adhesion particles 60, and the matrix is formed around the inorganic phosphor particles 40 and the adhesion particles 60. 50 is filled.
  • the configurations of the inorganic phosphor particles 40 and the matrix 50 are the same as in the first embodiment.
  • the adhesion fine particles 60 are formed of silica, alumina, zinc oxide, magnesium oxide, calcium oxide, aluminum phosphate, zinc phosphate, calcium borate, barium borate, magnesium borate, etc.
  • the phosphor particles 40 and the substrate 20 are adhered. In this manner, the inorganic phosphor particles 40 or the inorganic phosphor particles 40 can be brought into contact with the substrate 20 directly or through the adhesive particles 60, and the adhesive particles 60 can be thermally compared to the binder of the silicone resin. Since the conductivity is high, the phosphor layer 30 with high thermal conductivity can be formed.
  • the matrix 50 is packed around the inorganic phosphor particles 40 and the adhesive fine particles 60. As described above, the matrix 50 is formed around the inorganic phosphor particles 40 and the adhesion particles 60 of the phosphor layer 30 in which the adhesion particles 60 adhere the inorganic phosphor particles 40 to each other and the inorganic phosphor particles 40 and the substrate 20.
  • the matrix 50 has a thermal conductivity higher than that of air, the thermal conductivity can be further enhanced as compared to the phosphor layer 30 without the matrix 50.
  • the air layer refraction and reflection at the interface of the inorganic phosphor particles 40 can be reduced, and the excitation light absorption and light extraction efficiency can be enhanced.
  • a base material and inorganic phosphor particles of a predetermined average particle size are prepared.
  • the substrate may be integrally formed of one material, or may be formed by combining a plurality of materials.
  • inorganic phosphor particles and water are injected into a mixed solution of water glass and barium acetate, and the mixture is precipitated and applied onto a substrate placed at the bottom of the container. Thereafter, it is dried overnight at room temperature. As a curing treatment, drying may be performed at 120 to 300 ° C. for about 30 minutes to 2 hours.
  • the curing process may not be sufficiently performed and the film may be easily peeled off. If it is longer than 2 hours, the desired surface state may not be obtained.
  • an intermediate member having a phosphor layer with high thermal conductivity in which the inorganic phosphor particles and the inorganic phosphor particles and the base material are fixed by the adhesive fine particles.
  • an ionic liquid having a predetermined cationic group is prepared.
  • the ionic liquid may be a mixture of two or more different ionic liquids.
  • the initiator or gelling agent is added to the prepared ionic liquid and mixed.
  • an ionic liquid to which an initiator or a gelling agent is added is applied onto the substrate on which the inorganic phosphor particles of the intermediate member are applied for sedimentation.
  • any method may be used for application
  • the ionic liquid has a viscosity lower than that of a silicone resin or the like, it is easily impregnated into the air layer in the space between the inorganic phosphor particles which are sediment-coated or between the inorganic phosphor particles and the substrate.
  • coated the ionic liquid is heated, and a fluorescent substance layer is produced by fixing an ionic liquid.
  • a fluorescent member in which a matrix formed of a polymer having a cationic group derived from an ionic liquid is filled around the inorganic fluorescent particle and the adhesive fine particle.
  • Example and Comparative Example The average particle diameter of each of the inorganic phosphor particles (YAG: Ce) used in the following examples and comparative examples is 11 ⁇ m.
  • the average particle size was measured by a laser diffraction / scattering method using HORIBA Partica mini LA-350.
  • Example 1 Imidazolium-based ionic liquid (1-Allyl-3-methylimidazolium Bromide) (refractive index 1.58) manufactured by Aldrich and inorganic phosphor particles (YAG: Ce) were mixed. (2) The initiator (AIBN) was added and it apply
  • Example 2 Inorganic phosphor particles (YAG: Ce) and water were injected into a mixed solution of water glass (sodium silicate aqueous solution) and barium acetate, and the substrate (Ag coated with aluminum substrate was placed at the bottom of the container) ) Was applied by sedimentation. Thereafter, it was dried overnight at room temperature.
  • Imidazolium-based ionic liquid (1-Allyl-3-methylimidazolium Bromide) (refractive index 1.58) manufactured by Aldrich and an initiator (AIBN) were mixed and coated on a phosphor particle substrate.
  • the mixture was heated at 85 ° C. for 10 hours for immobilization.
  • Example 3 Imidazolium-based ionic liquid (1-Allyl-3-methylimidazolium Bromide) (refractive index 1.58) manufactured by Aldrich, ammonium-based ionic liquid (IL-A1) manufactured by Koei Kagaku (refractive index 1.) 44) and inorganic phosphor particles (YAG: Ce) were mixed at a weight ratio of 1: 2.
  • the initiator (AIBN) was added and it apply
  • the present embodiment is an embodiment of a light source device using a phosphor wheel in which a phosphor layer is formed by the phosphor layer composition according to the first or second embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic view of an example of the fluorescent wheel 100 used in the light source device 200 according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the fluorescent wheel 100 includes a wheel substrate 110 and a phosphor layer 130.
  • the wheel substrate 110 is formed in a disk shape, and has a phosphor layer 130 on the surface.
  • the wheel substrate 110 can be formed of a metal such as aluminum, copper or iron when it is of a reflective type according to the design of the light source device 200 using it. At this time, it is preferable that the surface of the wheel substrate 110 be coated with a high reflection film such as silver.
  • the wheel substrate 110 may be formed of a material that does not consider reflection of excitation light and fluorescence, and only the surface to which the excitation light is irradiated may be formed of a reflective material.
  • the wheel substrate 110 When the wheel substrate 110 is of a transmission type, it can be formed of an inorganic material such as sapphire or glass which transmits excitation light. In addition, since the fluorescence emitted from the fluorescent substance is emitted in all directions, it is preferable to transmit the excitation light and reflect the fluorescence when making it of the transmission type. In addition, it is preferable that the wheel substrate 110 be high in thermal conductivity to suppress temperature quenching of the phosphor, regardless of whether it is reflective or transmissive. Therefore, the wheel substrate 110 is preferably formed of aluminum or sapphire. In addition, the wheel substrate 110 may be a combination of a reflection type and a transmission type.
  • the phosphor layer 130 is formed of the phosphor layer composition according to the first or second embodiment. As a result, the heat dissipation of the phosphor layer 130 is improved, and the light extraction efficiency is increased, so that high-density excitation light can be used to obtain light with high light intensity.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a cross section in a state where the fluorescent wheel 100 is fixed to the rotating shaft 225 of the drive device 220.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing the light source device 200 which concerns on this embodiment.
  • a light source device 200 according to the present embodiment includes an excitation light source 210, a fluorescent wheel 100, and a drive device 220.
  • a lens and a mirror are provided in FIG. 6 in addition to the above, this may not be provided depending on the design of the light source device 200.
  • the lens and the mirror may be integrated with the light guide optical system 310 (described later) of the projection apparatus 300.
  • the excitation light source 210 irradiates the fluorescent wheel 100 with light of a predetermined wavelength band (excitation light).
  • the wavelength band of the excitation light irradiated by the excitation light source 210 can use various ranges depending on the design of the light source device 200.
  • an excitation light source for exciting phosphor particles such as YAG and LuAG
  • a blue light source can be used, and a blue laser diode (LD) is preferable.
  • the fluorescent wheel 100 is the above-described fluorescent wheel 100.
  • the fluorescent wheel 100 absorbs the excitation light emitted from the excitation light source 210, emits light in a predetermined wavelength band, or emits the excitation light as it is.
  • the driving device (wheel motor) 220 is controlled by an electrical signal to rotationally move (rotate and stop) the fluorescent wheel 100 through the rotation shaft 225 of the driving device 220. Thereby, the position irradiated to the excitation light of the fluorescent substance layer 130 of the fluorescence wheel 100 changes, it prevents that the fluorescent substance layer 130 is heated excessively, and can suppress the temperature quenching of fluorescent substance.
  • the wheel fixture 230 secures the fluorescent wheel 100 to the rotating shaft 225 of the drive 220.
  • the wheel fixture 230 clamps and fixes the hole side peripheral edge of the fluorescent wheel 100 in the thickness direction.
  • the rotating shaft 225 is rotated about the central axis by the driving force of the drive device 220 to rotate the fluorescent wheel 100.
  • the wheel fixture 230 is preferably made of metal.
  • the method of fixing the fluorescent wheel 100 to the rotating shaft 225 may be any method. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the fluorescent wheel 100 is fixed to the rotating shaft 225 using the wheel fixture 230, but the fluorescent wheel 100 is fixed to the rotating shaft 225 with an adhesive or the like.
  • the wheel fixing device 230 may not be used.
  • FIG. 7 is a schematic view of an example of the fluorescent wheel 100 used in the light source device 200 according to the present embodiment.
  • the fluorescent wheel 100 used for the light source device 200 which concerns on 3rd Embodiment is the structure provided with the fluorescent substance layer 130 in the whole circumferential direction of the wheel board
  • substrate 110 it is used for the light source device 200 which concerns on this embodiment.
  • the fluorescent wheel 100 has a configuration in which the wheel substrate 110 has a plurality of segment areas, and light having different wavelengths can be extracted from each of the segment areas when the same excitation light is received.
  • a phosphor layer 130 formed of the phosphor layer composition according to the first or second embodiment is provided in at least one of the plurality of segment regions.
  • the material and the like of the wheel substrate 110 are the same as in the third embodiment.
  • one or more of the plurality of segment regions may be a region that is not provided with the phosphor layer 130 and transmits or reflects excitation light.
  • excitation light can be used as it is, for example, blue excitation light can be taken out as blue light as it is.
  • the fluorescent wheel 100 shown in FIG. 7 has a phosphor layer 130 and a phosphor layer 140, and the phosphor layer 130 and the phosphor layer 140 emit phosphors that emit light of different wavelength bands when receiving the same excitation light. Each contains. Thus, light of different wavelengths can be extracted using the same excitation light. There may be three or more types of phosphor layers that can extract light of different wavelengths using the same excitation light. Moreover, when it has a several fluorescent substance layer, the fluorescent substance layer formed of the fluorescent substance layer composition which concerns on 1st or 2nd embodiment should just have one or more. At least the phosphor layer improves the heat dissipation and increases the light extraction efficiency.
  • the transmitting unit 160 transmits the excitation light, so that the excitation light can be used as it is.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example of a light source device 200 according to the present embodiment.
  • the light source device 200 according to this embodiment has the same configuration as that of the third embodiment except that the fluorescent wheel 100 is different. Since the fluorescent wheel 100 includes the phosphor layer 130 and the transmitting portion 160 that emit different light when receiving the same excitation light, different colors can be extracted.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing an example of a projection apparatus 300 according to the present embodiment.
  • the projection device 300 according to the present embodiment includes a light source device 200, a light guide optical system 310, a display element 320, a projection optical system 330, an input unit 340, and a control unit 350.
  • the light source device 200 is the light source device 200 according to the third or fourth embodiment.
  • the light guide optical system 310 guides the light emitted from the light source device 200 to the display element 320.
  • the light guiding optical system 310 includes a plurality of mirrors 311 or dichroic mirrors 312 and a plurality of lenses not shown in FIG. In FIG. 9, the dichroic mirror 312 also serves as an element of the light source device 200.
  • the display element 320 performs display using the light guided by the light guide optical system 310.
  • the display element 320 is controlled by the control unit 350, and displays an image based on the data received by the input unit 340.
  • a DMD Digital Micromirror Device
  • a liquid crystal light valve or the like can be used as the display element 320.
  • the projection optical system 330 projects the display of the display element 320 to the outside of the projection apparatus 300.
  • the projection optical system 330 is composed of a plurality of lenses (not shown).
  • a part of the lens is movable by a motor or the like, and is controlled by the control unit 350 to perform adjustment of zoom, focus, and the like.
  • the conceptual diagram showing the projection device 300 of FIG. 9 is an example, and the light guide optical system 310 and the projection optical system 330 are changed to various forms according to the design of the fluorescent wheel 100, the light source device 200, and the projection device 300. Be done.
  • the input unit 340 receives an input of data of an image to be projected, and delivers the input data to the control unit 350.
  • the input unit 340 may receive data from an apparatus other than the projection apparatus 300. Further, the input unit 340 may be connected to the Internet or the like to receive data by communication. Further, the input unit 340 receives an operation by the user, and delivers the input operation data to the control unit 350.
  • the control unit 350 controls the light source device 200, the display element 320, and the projection optical system 330 in order to project an image based on the data received by the input unit 340.
  • the light guiding optical system 310 may be fixed, or may be controlled by the control unit 350.
  • the projection apparatus can maintain a high projection illuminance by using a light source device with high light intensity, and can obtain a good projected image even in an environment with external light.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing an example of a projection apparatus 300 according to the present embodiment.
  • the projection apparatus 300 according to the present embodiment includes a light source device 200, a light guide optical system 310, a display element 320, a projection optical system 330, a sensor 360, an input unit 340, and a control unit 350.
  • the light source device 200 includes an excitation light source 210, a fluorescent wheel 100, and a drive device 220.
  • the light source device 200 is a light source device 200 according to the fourth embodiment.
  • the configurations of the light guide optical system 310, the display element 320, the projection optical system 330, and the input unit 340 are the same as in the fifth embodiment.
  • the sensor 360 acquires information on the rotational position of the fluorescent wheel 100 of the light source device 200.
  • the sensor 360 notifies the control unit 350 of the acquired position information.
  • the control unit 350 controls the light source device 200, the display element 320, the light guide optical system 310, and the projection optical system 330 to project an image based on the data received by the input unit 340. Further, the control unit 350 controls the output of the excitation light source 210 according to the gradation of the color and brightness of the projected image to be output and the positional information of the fluorescent wheel 100 acquired by the sensor 360.
  • the projector according to the present embodiment can suppress the deterioration of the excitation light source and the fluorescent wheel by controlling the output of the excitation light in accordance with the gradation of color and brightness. Further, since it is not necessary to attenuate unnecessary light, heat generation inside the projection device can be suppressed.
  • the phosphor layer composition according to one embodiment of the present invention comprises: inorganic phosphor particles that absorb excitation light and emit light in a predetermined wavelength range; And a matrix formed of a polymer having a cationic group derived from a sex liquid.
  • the ionic liquid has high wettability to the surface of the inorganic phosphor, the contact area between the inorganic phosphor particles can be increased, and the heat dissipation of the phosphor layer can be improved.
  • the matrix becomes thin and the surface roughness becomes rough, the light extraction efficiency is enhanced.
  • the matrix is formed of a polymer derived from an ionic liquid having a polymerizable functional group.
  • the matrix can be formed by directly polymerizing the ionic liquid having a polymerizable functional group, so that the phosphor layer can be formed more easily, and the phosphor layer is stabilized.
  • the fluorescent substance layer composition of one Embodiment of this invention is further equipped with the adhesion fine particles which adhere
  • inorganic fluorescent substance particles, inorganic fluorescent substance particles, and the base material provided with a fluorescent substance layer can be contacted, and the heat dissipation of a fluorescent substance layer can further be improved.
  • the cationic group is selected from an ammonium group, a phosphonium group, an imidazolium group, a morpholinium group, a pyridinium group, a pyrrolidinium group, a piperidinium group, or a sulfonium group At least one cationic group selected from the group consisting of
  • the matrix which can improve the heat dissipation of a fluorescent substance layer can be formed concretely.
  • the inorganic phosphor particles are selected from the group consisting of YAG: Ce, LuAG: Ce, CASN, SCASN, ⁇ -Sialon, or ⁇ -Sialon. At least one inorganic phosphor particle selected.
  • the average particle diameter of the said inorganic fluorescent substance particle is 1 micrometer or more.
  • the refractive index of the matrix is more than 1.4 and not more than 1.8.
  • the fluorescent member of one embodiment of the present invention comprises a phosphor layer formed of the phosphor layer composition according to any one of the above (1) to (7), and the phosphor layer on the surface And a substrate provided with
  • the heat dissipation of the phosphor layer is improved, and the light extraction efficiency is enhanced, so that high-density excitation light can be used to obtain light with high light intensity.
  • a light source device is a light source device that emits light by excitation light or the excitation light, and is formed in a disk shape with an excitation light source that emits the excitation light.
  • the heat dissipation of the phosphor layer is further improved, and the light extraction efficiency is enhanced. Therefore, it is possible to obtain light with high light intensity using high density excitation light.
  • the wheel substrate has a plurality of segment areas arranged in a circumferential direction, and at least one of the segment areas is provided with the phosphor layer. Each of the segment regions can extract different light when receiving the same excitation light.
  • a projection device includes the light source device according to (9) or (10), a light guiding optical system for guiding light emitted from the light source device, and the light guiding device.
  • a projection apparatus includes the light source device according to (10), a light guiding optical system for guiding light emitted from the light source device, and the light guiding optical system.
  • a display element that performs display using the guided light
  • a projection optical system that projects the display to the outside
  • a control unit that controls the light source device, the display element, and each optical system, and rotation of the fluorescent wheel
  • a sensor for acquiring a position
  • an output control unit for controlling an output of the excitation light source, the output control unit including a gradation of color and brightness of a projected image to be output, and of the fluorescent wheel acquired by the sensor
  • the output of the excitation light source is controlled in accordance with position information.
  • the deterioration of the excitation light source and the fluorescent wheel can be suppressed by controlling the output of the excitation light in accordance with the gradation of color and brightness. Further, since it is not necessary to attenuate unnecessary light, heat generation inside the projection device can be suppressed.

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Abstract

蛍光体層の放熱性を向上でき、光取り出し効率を高める蛍光体層組成物を提供する。励起光を吸収して所定の波長領域光を発光する無機蛍光体粒子と、前記無機蛍光体粒子の周囲に充填され、イオン性液体由来のカチオン基を有する高分子により形成されるマトリックスと、を備える蛍光体層組成物。これにより、イオン性液体は無機蛍光体表面に対するぬれ性が高いので、無機蛍光体粒子同士の接触面積を増大させることができ、蛍光体層の放熱性を向上できる。また、マトリックスが薄くなり、表面粗さが粗くなるので、光取り出し効率が高まる。

Description

蛍光体層組成物、蛍光部材、光源装置、および投影装置
　本発明は、蛍光体層の放熱性が向上され、光取り出し効率を高めることができる蛍光体層組成物、蛍光部材、光源装置、および投影装置に関する。
　本願は、２０１７年１２月５日に、日本に出願された特願２０１７－２３３４２２に優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　プロジェクタなどの投影装置で表示させた像は外光の影響を受けやすく、良質な表示を得るためには高照度が必要となる。高照度で投影するために、光源の光量を大きくする必要があり、レーザー光などの高エネルギー密度励起光と蛍光体とを組み合わせた光源が使用され始めている。
　しかしながら、光源装置や投影装置でレーザー光などの高エネルギー密度励起光を用いて蛍光体を発光させるだけでは、所望の蛍光発光強度（明るさ）を得ることができないことがある。これは、蛍光体の温度が高くなると温度消光と呼ばれる現象が生じるためであり、蛍光体に高密度励起光が照射されたときのほうが、低密度励起光が照射されたときよりも温度が高くなりやすいためである。
　一般的に、シリコーン樹脂をバインダとして用いた蛍光体層の形成は、シリコーン樹脂等に蛍光体を混合して塗布する方式が使われているが、この場合、蛍光体同士の間にはシリコーン樹脂が介在することになり、シリコーン樹脂は蛍光体よりも熱伝導率が低いため、励起光照射による発熱を放散することを妨げていた。
　特許文献１では、基材１１と、基材１１上に形成された蛍光体層１２と、を備え、蛍光体層１２は、蛍光体粒子１４と、蛍光体粒子１４の平均粒径の１／１０以下の粒径である微粒子１９と、蛍光体粒子１４及び微粒子１９を保持するバインダ材料１５と、を有する蛍光体ホイール１０が記載されている。蛍光体粒子１４同士の隙間を微粒子１９で埋めることで、蛍光体粒子１４で発生した熱が、他の蛍光体粒子１４を介して基材１１に伝わり易くする技術が開示されている。
　特許文献２では、重合性官能基を有するイオン性液体に由来する構成単位を含む樹脂と、樹脂中に、クラスター状の集合体を形成して分散された、半導体ナノ粒子蛍光体とを備える、波長変換部材および発光装置の技術が開示されている。
特開２０１６－１７０３５９号公報 特許６１５０４４６号公報
　図１は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の温度に対する発光効率を示すグラフである。図１に示すグラフは、Ｃｅ濃度がイットリウムサイトに対して０．００５ｍｏｌ％である時のグラフであるが、Ｃｅ濃度０．００４～０．０１５において、同様の傾向を示す。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、発熱による発光強度低下（温度消光）の問題がある。図１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、発光効率が低下する。また、図１はＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の温度に対する発光効率を示すグラフであるが、その他の一般的な蛍光体でも同様に温度消光が起こる。
　しかしながら、特許文献１記載の技術では、蛍光体粒子１４の空隙に微粒子１９を接触させることで、熱伝導を高めようとしているが、珪酸塩を含む無機・有機材料から成るバインダ１５とともに混錬しているため、微粒子は凝集しやすく、バインダ中に分散しにくいため、熱伝導の向上の効果が限定的になる場合がある。また、特許文献２記載の技術は、外部からの空気や水分などの影響から半導体ナノ粒子蛍光体を保護すること、および、半導体ナノ粒子蛍光体を高濃度化させたとしても半導体ナノ粒子蛍光体が凝集せず、当該凝集による発光効率の低下が起こらないことを目的としているので、蛍光体層の熱伝導性は考慮されていない。
　また、沈降塗布と呼ばれる方式で蛍光体層を形成することで、蛍光体同士や蛍光体と基材とを直接または微粒子を介して接触させて熱伝導のよい蛍光体層を形成することができるが、空隙に空気が存在しており、蛍光体と空気との界面での反射や屈折により、励起光吸収および光取り出し効率が下がることがあった。しかし、これを低減するために、空隙に従来のシリコーンの様な粘度がある材料を含浸させて、空気層を無くすことは困難だった。
　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、蛍光体層の放熱性が向上され、光取り出し効率を高めることができる蛍光体層組成物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に、本発明の一実施形態は、以下のような手段を講じた。即ち、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波長領域光を発光する無機蛍光体粒子と、前記無機蛍光体粒子の周囲に充填され、イオン性液体由来のカチオン基を有する高分子により形成されるマトリックスと、を備える。
　本発明の一実施形態によれば、イオン性液体は無機蛍光体表面に対するぬれ性が高いので、無機蛍光体粒子同士の接触面積を増大させることができ、蛍光体層の放熱性を向上できる。また、マトリックスが薄くなり、表面粗さが粗くなるので、光取り出し効率が高まる。
ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の温度に対する発光効率を示すグラフである。 第１の実施形態に係る蛍光部材の一例を示す断面図である。 第２の実施形態に係る蛍光部材の一例を示す断面図である。 第３の実施形態に係る蛍光ホイールの一例を表す模式図である。 第３の実施形態に係る蛍光ホイールをホイールモータの回転シャフトに固定した状態の断面の一例を示す模式図である。 第３の実施形態に係る光源装置の一例を表す概念図である。 第４の実施形態に係る蛍光ホイールの一例を表す模式図である。 第４の実施形態に係る光源装置の一例を表す概念図である。 第５の実施形態に係る投影装置の一例を表す概念図である。 第６の実施形態に係る投影装置の一例を表す概念図である。
　本発明者らは、イオン性液体由来のカチオン基を有する高分子により形成されるマトリックスを無機蛍光体粒子の周囲に充填することで、蛍光体層の放熱性を向上でき、また、光取り出し効率が高まることを見出し、本発明に至った。
　これにより、本発明者らは、レーザー光などの高エネルギー密度励起光を用いて蛍光体を発光させたときに、温度消光が起こりにくく、所望の蛍光発光強度（明るさ）を得ることを可能とした。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
　［第１の実施形態］
　（蛍光部材および蛍光体層組成物の構成）
　図２は、本実施形態に係る蛍光部材１０を示す断面図である。蛍光部材１０は、基材２０および蛍光体層３０を備えており、板状に形成されている。蛍光部材１０は、蛍光ホイールに用いられるときは、励起光スポットの移動が容易な円板状が好ましい。基材２０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２０は、光を透過する材料の表面に例えば銀などの反射する材料からなる反射膜を設けたものでもよい。また、基材２０は、反射型であっても透過型であっても、蛍光体の温度消光を抑制するため、熱伝導率が高いことが好ましい。そのため、基材２０は、アルミニウム、サファイアで形成することが好ましい。
　蛍光体層３０は、基材２０の表面に設けられている。蛍光体層３０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１０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２に示すように、本実施形態に係る蛍光体層組成物は、無機蛍光体粒子４０とマトリックス５０とを備えており、無機蛍光体粒子４０の周囲にマトリックス５０が充填されている。マトリックス５０は、無機蛍光体粒子４０同士および無機蛍光体粒子４０と基材２０とを固定している。マトリックス５０は、イオン性液体由来のカチオン基を有する高分子により形成される。
　イオン性液体は、カチオン基を有し、無機蛍光体表面水酸基に吸着するため、無機蛍光体表面に対するぬれ性が高く、シリコーン樹脂のバインダと比較して、無機蛍光体粒子４０同士および無機蛍光体粒子４０と基材２０との接触面積を増大させることができる。なお、本明細書で、接触面積とは、熱の伝導が可能な接触面の面積のことである。また、イオン性液体は、無機蛍光体表面に対するぬれ性が高いことから、シリコーン樹脂バインダに比べてバインダ層が薄くなり、表面粗さがシリコーン樹脂バインダ層より粗くなるので、光取り出し効率が高まる。
　マトリックス５０は、重合性官能基を有するイオン性液体由来の高分子により形成されてもよい。これにより、重合性官能基を有するイオン性液体をそのまま重合させることでマトリックス５０を形成できるので、蛍光体層３０をより簡易に形成でき、また、蛍光体層３０が安定化する。なお、重合性官能基を有さないイオン性液体を用いてマトリックス５０を形成するときは、イオン性液体にゲル化剤を添加することでゲル化し、形成することができる。
　マトリックス５０を形成するイオン性液体の有するカチオン基は、アンモニウム基、ホスホニウム基、イミダゾリウム基、モルホリニウム基、ピリジニウム基、ピロリジニウム基、ピペリジニウム基、またはスルホニウム基からなる群より選ばれる少なくとも１つのカチオン基であることが好ましい。このようなカチオン基を有するイオン性液体を用いてマトリックス５０を形成することで、蛍光体層の放熱性を向上できる。マトリックス５０を形成するイオン性液体は、２種類以上の異なる種類のイオン性液体を混合したものでもよい。
　マトリックス５０の屈折率は、１．４より大きく１．８以下であることが好ましい。マトリックス５０の屈折率をこのような範囲にすることで、無機蛍光体粒子４０の屈折率との差を小さくできる。無機蛍光体粒子４０の屈折率との差が小さいマトリックス５０を用いることで、無機蛍光体粒子４０とマトリックス５０との界面での屈折や反射を抑制し、無機蛍光体粒子４０の励起光吸収および光取り出し効率を向上できる。このとき、無機蛍光体粒子４０の屈折率とマトリックス５０の屈折率との差が、０．３以下であれば好ましく、０．２以下であればさらに好ましい。このような屈折率を有するマトリックス５０を形成するために、イオン性液体を２種類以上混合してもよい。
　無機蛍光体粒子４０は、アルミナを母材とするガーネット系材料で構成されることが好ましい。ガーネット系材料としては、ＹＡＧ：Ｃｅ（黄色発光蛍光体）、ＬｕＡＧ：Ｃｅ（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。また、無機蛍光体粒子４０は、一般式（ＲＥ１－ｘＣｅｘ）３Ａｌ５Ｏ１２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。また、無機蛍光体粒子４０は、その他に、ＣＡＳＮ、ＳＣＡＳＮ、α－Ｓｉａｌｏｎ、またはβ－Ｓｉａｌｏｎからなる群より選ばれることが好ましい。なお、上記は一例であり、本発明の蛍光体層組成物に用いられる無機蛍光体粒子４０は、上記の例に限られない。
　無機蛍光体粒子４０の平均粒径は、１μｍ以上であることが好ましい。このような平均粒径の無機蛍光体粒子４０を用いることで、励起光や蛍光の散乱が低減され、発光強度の大きい光を取り出せる。また、このような平均粒径の無機蛍光体粒子４０を用いることで、イオン性液体で被覆されても、光を透過するほど分散させることなく、蛍光体層が形成できる。なお、平均粒径は、レーザー回折・散乱法で計測することができる。
　（蛍光部材の製造方法）
　次に、本実施形態に係る蛍光部材の製造方法について説明する。まず、基材、所定の平均粒径の無機蛍光体粒子およびイオン性液体を準備する。基材は、一つの材料で一体として形成されたものでもよいし、複数の材料を組み合わせて形成されたものでもよい。また、イオン性液体は、所定のカチオン基を有するものを準備する。イオン性液体は、２種類以上の異なる種類のイオン性液体を混合したものでもよい。次に、準備したイオン性液体と無機蛍光体粒子とを混合し、分散させた蛍光体ペーストを作製する。
　次に、蛍光体ペーストに開始剤またはゲル化剤を加え、混合する。このとき、使用するイオン性液体が重合官能基を有する場合は、開始剤を添加し、重合性官能基を有しない場合は、ゲル化剤を添加する。なお、イオン性液体と無機蛍光体粒子との混合と、開始剤またはゲル化剤の添加は、逆の順序で行なってもよい。
　次に、開始剤またはゲル化剤を加えた蛍光体ペーストを、基材の励起光が照射される部分に塗布する。蛍光体ペーストの塗布は、どのような方法を用いてもよいが、例えば、液体定量吐出装置（ディスペンサー）による描画法、スクリーン印刷法、スプレー法、インクジェット法等を用いることができる。
　そして、蛍光体ペーストを塗布した基材を加熱し、イオン性液体を固定化することで蛍光体層を作製する。このようにして、イオン性液体由来のカチオン基を有する高分子により形成されるマトリックスが無機蛍光体粒子の周囲に充填された蛍光部材を製造することができる。
　［第２の実施形態］
　（蛍光部材および蛍光体層組成物の構成）
　図３は、本実施形態に係る蛍光部材１０を示す断面図である。蛍光部材１０の構成は、第１の実施形態と同様であり、蛍光部材１０は、基材２０および蛍光体層３０を備えており、板状に形成されている。
　図３に示すように、本実施形態に係る蛍光体層組成物は、無機蛍光体粒子４０とマトリックス５０と接着微粒子６０とを備えており、無機蛍光体粒子４０および接着微粒子６０の周囲にマトリックス５０が充填されている。無機蛍光体粒子４０およびマトリックス５０の構成は、第１の実施形態と同様である。
　接着微粒子６０は、シリカ、アルミナ 、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、ホウ酸カルシウム、ホウ酸バリウム、ホウ酸マグネシウム等で形成され、無機蛍光体粒子４０同士および無機蛍光体粒子４０と基材２０とを接着している。このように、無機蛍光体粒子４０同士や無機蛍光体粒子４０と基材２０とを直接または接着微粒子６０を介して接触させることができ、接着微粒子６０は、シリコーン樹脂のバインダと比較して熱伝導率が高いため、熱伝導率の高い蛍光体層３０を形成することができる。
　マトリックス５０は、無機蛍光体粒子４０および接着微粒子６０の周囲に充填される。上記のように接着微粒子６０が無機蛍光体粒子４０同士および無機蛍光体粒子４０と基材２０とを接着している蛍光体層３０の無機蛍光体粒子４０および接着微粒子６０の周囲にマトリックス５０が充填されることで、マトリックス５０は空気より熱伝導率が高いため、マトリックス５０がない蛍光体層３０と比べて、熱伝導率をさらに高めることができる。また、空気層を低減することで、無機蛍光体粒子４０の界面での屈折や反射を低減し、励起光吸収および光取り出し効率を高めることができる。
　（蛍光部材の製造方法）
　次に、本実施形態に係る蛍光部材の製造方法について説明する。まず、基材と所定の平均粒径の無機蛍光体粒子を準備する。基材は、一つの材料で一体として形成されたものでもよいし、複数の材料を組み合わせて形成されたものでもよい。次に、水ガラスと酢酸バリウムとを混合した混合溶液に、無機蛍光体粒子と水を注入し、容器底部に設置した基板上に、沈降塗布する。その後、一昼夜室温にて乾燥する。硬化処理として、１２０～３００℃で３０分～２時間程度乾燥してもよい。３０分より少ないと、硬化処が十分に行なわれず剥がれやすくなる場合がある。２時間より長いと所望の表面状態が得られない場合がある。このようにして、無機蛍光体粒子同士および無機蛍光体粒子と基材とが接着微粒子により固定された熱伝導率の高い蛍光体層を有する中間部材を作製できる。
　これとは別に、所定のカチオン基を有するイオン性液体を準備する。イオン性液体は、２種類以上の異なる種類のイオン性液体を混合したものでもよい。次に、準備したイオン性液体に開始剤またはゲル化剤を加え、混合する。
　次に、開始剤またはゲル化剤を加えたイオン性液体を、中間部材の無機蛍光体粒子が沈降塗布された側の基材上に塗布する。イオン性液体の塗布は、どのような方法を用いてもよいが、例えば、液体定量吐出装置による描画法、スクリーン印刷法、スプレー法、インクジェット法等を用いることができる。このとき、イオン性液体はシリコーン樹脂等と比較して粘度が低いため、沈降塗布された無機蛍光体粒子同士や無機蛍光体粒子と基材との間隙の空気層に容易に含浸する。
　そして、イオン性液体を塗布した基材を加熱し、イオン性液体を固定化することで蛍光体層を作製する。このようにして、イオン性液体由来のカチオン基を有する高分子により形成されるマトリックスが無機蛍光体粒子および接着微粒子の周囲に充填された蛍光部材を製造することができる。
　［実施例および比較例］
　以下の実施例および比較例に使用した無機蛍光体粒子（ＹＡＧ：Ｃｅ）の平均粒径は、いずれも１１μｍである。なお、平均粒径は、ＨＯＲＩＢＡ社製Partica mini LA-350 を用いて、レーザー回折・散乱法で計測した。
　（実施例１）
　（１）アルドリッチ社製イミダゾリウム系イオン性液体（1-Allyl-3-methylimidazolium Bromide）（屈折率１．５８）と無機蛍光体粒子（ＹＡＧ：Ｃｅ）を混合した。
　（２）開始剤（ＡＩＢＮ）を加え、基材（アルミニウム基板にＡｇコートしたもの）に塗布した。（（１）と（２）は前後してもよい。）
　（３）８５℃で１０時間加熱し、固定化した。
　（実施例２）
　（１）水ガラス（ケイ酸ナトリウム水溶液）と酢酸バリウムの混合溶液に、無機蛍光体粒子（ＹＡＧ：Ｃｅ）と水を、注入し、容器底部に設置した、基材（アルミニウム基板にＡｇコートしたもの）に、沈降塗布した。その後、一昼夜室温にて乾燥した。
　（２）アルドリッチ社製イミダゾリウム系イオン性液体（1-Allyl-3-methylimidazolium Bromide）（屈折率１．５８）と開始剤（ＡＩＢＮ）を混合し、蛍光体粒子基板上に塗布した。
　（３）８５℃で１０時間加熱し、固定化した。
　（実施例３）
　（１）アルドリッチ社製イミダゾリウム系イオン性液体（1-Allyl-3-methylimidazolium Bromide）（屈折率１．５８）と、公栄化学製アンモニウム系イオン性液体（IL-A1）（屈折率１．４４）と、無機蛍光体粒子（ＹＡＧ：Ｃｅ）とを重量比１：２の割合で混合した。
　（２）開始剤（ＡＩＢＮ）を加え、基材（アルミニウム基板にＡｇコートしたもの）に塗布した。（（１）と（２）は前後してもよい。）
　（３）８５℃で１０時間加熱し、固定化した。
　［第３の実施形態］
　（蛍光ホイールの構成）
　本実施形態は、第１または第２の実施形態に係る蛍光体層組成物により蛍光体層が形成された蛍光ホイールを用いた光源装置の実施形態である。図４は、本実施形態に係る光源装置２００に用いられる蛍光ホイール１００の一例の模式図である。図４に示すように、蛍光ホイール１００は、ホイール基板１１０、および蛍光体層１３０を備える。
　ホイール基板１１０は、円板状に形成され、表面に蛍光体層１３０を有する。ホイール基板１１０は、これを用いる光源装置２００の設計に応じて、反射型とするときは、アルミニウム、銅、鉄などの金属により形成することができる。また、このときは、ホイール基板１１０の表面に銀などの高反射膜がコーティングされていることが好ましい。また、ホイール基板１１０を励起光および蛍光の反射を考慮しない材料により形成し、励起光が照射される表面のみを反射材料で形成してもよい。
　ホイール基板１１０は、透過型とするときは、励起光を透過するサファイア、ガラスなどの無機材料により形成することができる。また、蛍光体が発する蛍光はあらゆる方向に放射されるため、透過型とするときは、励起光を透過しつつ蛍光を反射することが好ましい。また、ホイール基板１１０は、反射型であっても透過型であっても、蛍光体の温度消光を抑制するため、熱伝導率が高いことが好ましい。そのため、ホイール基板１１０は、アルミニウム、サファイアで形成することが好ましい。また、ホイール基板１１０は、反射型と透過型を組み合わせたものとしてもよい。
　蛍光体層１３０は、第１または第２の実施形態に係る蛍光体層組成物により形成されている。これにより、蛍光体層１３０の放熱性が向上し、また、光取り出し効率が高まるので、高密度励起光を用いて光強度の大きい光を得ることができる。
　（光源装置の構成）
　図５は、蛍光ホイール１００を駆動装置２２０の回転シャフト２２５に固定した状態の断面を示す模式図である。また、図６は、本実施形態に係る光源装置２００を表す概念図である。本実施形態に係る光源装置２００は、励起光源２１０、蛍光ホイール１００、および駆動装置２２０を備える。図６には、上記以外にレンズおよびミラーを備えているが、これは光源装置２００の設計に応じて備えなくてもよい。また、レンズおよびミラーは、投影装置３００の導光光学系３１０（後述）と一体となっていてもよい。
　励起光源２１０は、所定の波長帯域光（励起光）を蛍光ホイール１００に照射する。励起光源２１０が照射する励起光の波長帯域は、光源装置２００の設計に応じて様々な範囲を用いることができる。例えば、ＹＡＧ、ＬｕＡＧ等の蛍光体粒子を励起する励起光源としては、青色光源を用いることができ、青色レーザダイオード（ＬＤ）であることが好ましい。
　蛍光ホイール１００は、上述の蛍光ホイール１００である。蛍光ホイール１００は、励起光源２１０から照射された励起光を吸収して、所定の波長帯域光を放射し、または励起光をそのまま射出する。
　駆動装置（ホイールモータ）２２０は、電気信号により制御され、駆動装置２２０の回転シャフト２２５を通じて蛍光ホイール１００を回転移動（回転および停止）させる。これにより、蛍光ホイール１００の蛍光体層１３０の励起光に照射される位置が変化し、蛍光体層１３０が過度に加熱されることを防ぎ、蛍光体の温度消光を抑制できる。
　ホイール固定具２３０は、蛍光ホイール１００を駆動装置２２０の回転シャフト２２５に固定する。ホイール固定具２３０は、蛍光ホイール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２２５は、駆動装置２２０の駆動力により中心軸回りに回転し蛍光ホイール１００を回転させる。ホイール固定具２３０は、金属製であることが好ましい。蛍光ホイール１００を回転シャフト２２５に固定する方法は、どのようなものであってもよい。また、本実施形態では、図５に示すように、ホイール固定具２３０を用いて蛍光ホイール１００を回転シャフト２２５に固定しているが、蛍光ホイール１００を接着剤等により回転シャフト２２５に固定して、ホイール固定具２３０を用いない構成としてもよい。
　［第４の実施形態］
　（蛍光ホイールの構成）
　図７は、本実施形態に係る光源装置２００に用いられる蛍光ホイール１００の一例の模式図である。第３の実施形態に係る光源装置２００に用いられる蛍光ホイール１００は、ホイール基板１１０の円周方向全体に蛍光体層１３０を備えた構成であるが、本実施形態に係る光源装置２００に用いられる蛍光ホイール１００は、ホイール基板１１０が複数のセグメント領域を有し、セグメント領域のそれぞれからは、同一の励起光を受けたとき波長の異なる光を取り出せる構成である。このとき、複数のセグメント領域のうち、少なくとも１つに、第１または第２の実施形態に係る蛍光体層組成物により形成された蛍光体層１３０を有する。ホイール基板１１０の材質等は、第３の実施形態と同様である。
　また、複数のセグメント領域のうちの１つ以上を、蛍光体層１３０が設けられておらず、励起光を透過または反射する領域としてもよい。これにより、励起光をそのまま使用することができ、例えば、青色の励起光をそのまま青色の光として取り出すことができる。
　図７に示す蛍光ホイール１００は、蛍光体層１３０および蛍光体層１４０を有し、蛍光体層１３０および蛍光体層１４０は同一の励起光を受けたとき異なる波長帯域光を発光する蛍光体をそれぞれ含む。これにより、同一の励起光を用いて波長の異なる光を取り出せる。同一の励起光を用いて波長の異なる光を取り出せる蛍光体層は、３種類以上あってもよい。また、複数の蛍光体層を有する場合、第１または第２の実施形態に係る蛍光体層組成物により形成された蛍光体層は、１つ以上あればよい。少なくともその蛍光体層は、放熱性が向上し、また、光取り出し効率が高まるからである。透過部１６０は、励起光を透過するため、励起光をそのまま使用することができる。
　（光源装置の構成）
　図８は、本実施形態に係る光源装置２００の一例を表す概念図である。本実施形態に係る光源装置２００は、蛍光ホイール１００が異なる以外は、第３の実施形態と同様の構成である。蛍光ホイール１００が、同じ励起光を受けたとき異なる光を放射する蛍光体層１３０や透過部１６０を備えるため、異なる色を取り出すことができる。
　［第５の実施形態］
　（投影装置の構成）
　図９は、本実施形態に係る投影装置３００の一例を表す概念図である。本実施形態に係る投影装置３００は、光源装置２００、導光光学系３１０、表示素子３２０、投影光学系３３０、入力部３４０、および制御部３５０を備える。光源装置２００は、第３または第４の実施形態に係る光源装置２００である。
　導光光学系３１０は、光源装置２００から放出された光を表示素子３２０に導光する。導光光学系３１０は、複数のミラー３１１またはダイクロイックミラー３１２、および図９に記載しない複数のレンズにより構成される。なお、図９では、ダイクロイックミラー３１２は光源装置２００を構成する要素にもなっている。
　表示素子３２０は、導光光学系３１０により導かれた光を用いて表示を行なう。表示素子３２０は、制御部３５０により制御され、入力部３４０が受け付けたデータに基づいた像の表示を行なう。表示素子３２０は、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、液晶ライトバルブなどを用いることができる。
　投影光学系３３０は、表示素子３２０の表示を投影装置３００の外部へ投射する。投影光学系３３０は、複数のレンズ（記載せず）により構成される。投影光学系３３０は、レンズの一部がモータ等により可動であり、制御部３５０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。なお、図９の投影装置３００を表す概念図は一例であり、導光光学系３１０も投影光学系３３０も、蛍光ホイール１００、光源装置２００、投影装置３００の設計に応じて様々な形態に変更される。
　入力部３４０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制御部３５０に引き渡す。入力部３４０は、投影装置３００とは別の機器からのデータを受け付けてもよい。また、入力部３４０は、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。また、入力部３４０は、ユーザによる操作を受け付け、入力された操作データを制御部３５０に引き渡す。
　制御部３５０は、入力部３４０が受け付けたデータに基づいて像を投影するために、光源装置２００、表示素子３２０、および投影光学系３３０を制御する。導光光学系３１０は、固定されていてもよいが、制御部３５０に制御される構成としてもよい。
　本実施形態に係る投影装置は、光強度の大きい光源装置を用いて投影照度を高く維持することが可能となり、外光のある環境においても良好な投影像を得ることができる。
　［第６の実施形態］
　（投影装置の構成）
　図１０は、本実施形態に係る投影装置３００の一例を表す概念図である。本実施形態に係る投影装置３００は、光源装置２００、導光光学系３１０、表示素子３２０、投影光学系３３０、センサ３６０、入力部３４０、および制御部３５０を備える。
　光源装置２００は、励起光源２１０、蛍光ホイール１００、および駆動装置２２０を備える。光源装置２００は、第４の実施形態に係る光源装置２００である。
　導光光学系３１０、表示素子３２０、投影光学系３３０、および入力部３４０の構成は、第５の実施形態と同様である。
　センサ３６０は、光源装置２００の蛍光ホイール１００の回転位置の情報を取得する。センサ３６０は、取得した位置情報を、制御部３５０に通知する。
　制御部３５０は、入力部３４０が受け付けたデータに基づいて像を投影するために、光源装置２００、表示素子３２０、導光光学系３１０および投影光学系３３０を制御する。また、制御部３５０は、出力する投影像の色や明るさの階調と、センサ３６０により取得した蛍光ホイール１００の位置情報に従い、励起光源２１０の出力を制御する。
　本実施形態に係る投影装置は、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、励起光源や蛍光ホイールの劣化を抑制することができる。また、不要な光を減衰させる必要が無いため、投影装置内部の発熱を抑制することができる。
　なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　本発明の一実施形態は、以下のような構成を採ることができる。即ち（１）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波長領域光を発光する無機蛍光体粒子と、前記無機蛍光体粒子の周囲に充填され、イオン性液体由来のカチオン基を有する高分子により形成されるマトリックスと、を備える。
　これにより、イオン性液体は無機蛍光体表面に対するぬれ性が高いので、無機蛍光体粒子同士の接触面積を増大させることができ、蛍光体層の放熱性を向上できる。また、マトリックスが薄くなり、表面粗さが粗くなるので、光取り出し効率が高まる。
　（２）また、本発明の一実施形態の蛍光体層組成物において、前記マトリックスは、重合性官能基を有するイオン性液体由来の高分子により形成される。
　これにより、重合性官能基を有するイオン性液体をそのまま重合させることでマトリックスを形成できるので、蛍光体層をより簡易に形成でき、また、蛍光体層が安定化する。
　（３）また、本発明の一実施形態の蛍光体層組成物は、前記無機蛍光体粒子同士を接着する接着微粒子をさらに備える。
　これにより、無機蛍光体粒子同士や無機蛍光体粒子と蛍光体層を備える基材とを接触させて、蛍光体層の放熱性をさらに向上できる。
　（４）また、本発明の一実施形態の蛍光体層組成物において、前記カチオン基は、アンモニウム基、ホスホニウム基、イミダゾリウム基、モルホリニウム基、ピリジニウム基、ピロリジニウム基、ピペリジニウム基、またはスルホニウム基からなる群より選ばれる少なくとも１つのカチオン基である。
　これにより、蛍光体層の放熱性を向上できるマトリックスを具体的に形成できる。
　（５）また、本発明の一実施形態の蛍光体層組成物において、前記無機蛍光体粒子は、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＬｕＡＧ：Ｃｅ、ＣＡＳＮ、ＳＣＡＳＮ、α－Ｓｉａｌｏｎ、またはβ－Ｓｉａｌｏｎからなる群より選ばれる少なくとも１つの無機蛍光体粒子である。
　これにより、カチオン基を有するマトリックスとの親和性が高い、さまざまな色の発光ができる蛍光体層を形成できる。
　（６）また、本発明の一実施形態の蛍光体層組成物において、前記無機蛍光体粒子の平均粒径は、１μｍ以上である。
　これにより、励起光や蛍光の散乱が低減され、発光強度の大きい光を取り出せる。
　（７）また、本発明の一実施形態の蛍光体層組成物において、前記マトリックスの屈折率は、１．４より大きく１．８以下である。
　これにより、無機蛍光体粒子とマトリックスとの屈折率の差が小さいので、無機蛍光体粒子とマトリックスとの界面の反射を抑制し、無機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。
　（８）また、本発明の一実施形態の蛍光部材は、上記（１）から（７）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。
　これにより、蛍光体層の放熱性が向上し、光取り出し効率が高まるので、高密度励起光を用いて光強度の大きい光を得ることができる。
　（９）また、本発明の一実施形態の光源装置は、励起光または前記励起光による発光を放出する光源装置であって、前記励起光を照射する励起光源と、円板状に形成されたホイール基板上に上記（１）から（７）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が円周方向に設けられた蛍光ホイールと、前記蛍光ホイールを回転させる駆動装置と、を備える。
　これにより、蛍光体層の放熱性がさらに向上し、光取り出し効率が高まるので、高密度励起光を用いて光強度の大きい光を得ることができる。
　（１０）また、本発明の一実施形態の光源装置において、前記ホイール基板は、円周方向に配置された複数のセグメント領域を有し、前記セグメント領域の少なくとも１つに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からは、同一の励起光を受けたとき異なる光を取り出せる。
　これにより、１つの蛍光ホイールで異なる色の発光ができる。
　（１１）また、本発明の一実施形態の投影装置は、上記（９）または（１０）記載の光源装置と、前記光源装置から放出された光を導光する導光光学系と、前記導光光学系により導かれた光を用いて表示を行なう表示素子と、前記表示を外部へ投射する投影光学系と、前記光源装置、前記表示素子および前記各光学系を制御する制御部と、を備える。
　これにより、光強度の大きい光源装置を用いて投影照度を高く維持することが可能となり、外光のある環境においても良好な投影像を得ることができる。
　（１２）また、本発明の一実施形態の投影装置は、上記（１０）記載の光源装置と、前記光源装置から放出された光を導光する導光光学系と、前記導光光学系により導かれた光を用いて表示を行なう表示素子と、前記表示を外部へ投射する投影光学系と、前記光源装置、前記表示素子および前記各光学系を制御する制御部と、前記蛍光ホイールの回転位置を取得するセンサと、前記励起光源の出力を制御する出力制御部を備え、前記出力制御部は、出力する投影像の色や明るさの階調と、前記センサにより取得した前記蛍光ホイールの位置情報に従い、前記励起光源の出力を制御する。
　これにより、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、励起光源や蛍光ホイールの劣化を抑制することができる。また、不要な光を減衰させる必要が無いため、投影装置内部の発熱を抑制することができる。

Claims (12)

  1. 　励起光を吸収して所定の波長領域光を発光する無機蛍光体粒子と、
    　前記無機蛍光体粒子の周囲に充填され、イオン性液体由来のカチオン基を有する高分子により形成されるマトリックスと、を備える蛍光体層組成物。
  2. 　前記マトリックスは、重合性官能基を有するイオン性液体由来の高分子により形成される請求項１記載の蛍光体層組成物。
  3. 　前記無機蛍光体粒子同士を接着する接着微粒子をさらに備える請求項１または請求項２記載の蛍光体層組成物。
  4. 　前記カチオン基は、アンモニウム基、ホスホニウム基、イミダゾリウム基、モルホリニウム基、ピリジニウム基、ピロリジニウム基、ピペリジニウム基、またはスルホニウム基からなる群より選ばれる少なくとも１つのカチオン基である請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光体層組成物。
  5. 　前記無機蛍光体粒子は、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＬｕＡＧ：Ｃｅ、ＣＡＳＮ、ＳＣＡＳＮ、α－Ｓｉａｌｏｎ、またはβ－Ｓｉａｌｏｎからなる群より選ばれる少なくとも１つの無機蛍光体粒子である請求項１から請求項４のいずれかに記載の蛍光体層組成物。
  6. 　前記無機蛍光体粒子の平均粒径は、１μｍ以上である請求項１から請求項５のいずれかに記載の蛍光体層組成物。
  7. 　前記マトリックスの屈折率は、１．４より大きく１．８以下である請求項１から請求項６のいずれかに記載の蛍光体層組成物。
  8. 　請求項１から請求項７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。
  9. 　励起光または前記励起光による発光を放出する光源装置であって、
    　前記励起光を照射する励起光源と、
    　円板状に形成されたホイール基板上に請求項１から請求項７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が円周方向に設けられた蛍光ホイールと、
    　前記蛍光ホイールを回転させる駆動装置と、を備える光源装置。
  10. 　前記ホイール基板は、円周方向に配置された複数のセグメント領域を有し、
    　前記セグメント領域の少なくとも１つに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からは、同一の励起光を受けたとき異なる光を取り出せる請求項９記載の光源装置。
  11. 　請求項９または請求項１０記載の光源装置と、
    　前記光源装置から放出された光を導光する導光光学系と、
    　前記導光光学系により導かれた光を用いて表示を行なう表示素子と、
    　前記表示を外部へ投射する投影光学系と、
    　前記光源装置、前記表示素子および前記各光学系を制御する制御部と、を備える投影装置。
  12. 　請求項１０記載の光源装置と、
    　前記光源装置から放出された光を導光する導光光学系と、
    　前記導光光学系により導かれた光を用いて表示を行なう表示素子と、
    　前記表示を外部へ投射する投影光学系と、
    　前記光源装置、前記表示素子および前記各光学系を制御する制御部と、
    　前記蛍光ホイールの回転位置を取得するセンサと、
    　前記励起光源の出力を制御する出力制御部を備え、
    　前記出力制御部は、出力する投影像の色や明るさの階調と、前記センサにより取得した前記蛍光ホイールの位置情報に従い、前記励起光源の出力を制御する投影装置。
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