WO2020044999A1 - 波長変換素子および光源モジュールならびに投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
本開示の一実施形態の波長変換素子は、複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、蛍光体層を冷却する冷媒と、蛍光体層に接して設けられると共に、冷媒を循環させる冷媒輸送部材と、蛍光体層、冷媒および冷媒輸送部材を封入する筐体とを備える。
Description
本開示は、蛍光体粒子を用いた波長変換素子および光源モジュールならびにこれを備えた投射型表示装置に関する。
一般的な蛍光体光源では、蛍光体をホイール上に固定し、そのホイールを回転させることでレーザ照射により発生する熱を放熱する方式が用いられている。更に、例えば特許文献1では、回転基板上に設けられた密封筐体内に蛍光体と共に冷媒を封入することで蛍光体の冷却効率を向上させる蛍光体ホイールが開示されている。
このように、蛍光体を光源とする波長変換素子では蛍光体の冷却効率、即ち、放熱特性の向上が求められている。
放熱特性を向上させることが可能な波長変換素子および光源モジュールならびに投射型表示装置を提供することが望ましい。
本開示の一実施形態の波長変換素子は、複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、蛍光体層を冷却する冷媒と、蛍光体層に接して設けられると共に、冷媒を循環させる冷媒輸送部材と、蛍光体層、冷媒および冷媒輸送部材を封入する筐体とを備えたものである。
本開示の一実施形態の光源モジュールは、光源部と、光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子として、上記本開示の一実施形態の波長変換素子を備えたものである。
本開示の一実施形態の投射型表示装置は、波長変換素子を有する光源モジュールと、光源モジュールから射出される光を変調する光変調素子と、光変調素子からの光を投射する投射光学系とを備えるものである。この投射型表示装置に搭載された光源モジュールは、上記本開示の一実施形態の光源モジュールと同一の構成要素を有している。
本開示の一実施形態の波長変換素子および一実施形態の光源モジュールならびに一実施形態の投射型表示装置では、複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、蛍光体層を冷却する冷媒と、蛍光体層に接して設けられると共に、冷媒を循環させる冷媒輸送部材とを筐体に封入する。これにより、冷媒が蛍光体層内に効率よく循環する。
以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
1.第1の実施の形態
(積層された蛍光体層および冷媒輸送部材を冷媒と共に筐体に封入した例)
1-1.波長変換素子の構成
1-2.光源モジュールの構成
1-3.プロジェクタの構成
1-4.作用・効果
2.第2の実施の形態
(冷媒輸送部材に積層された蛍光体層の側面と筐体の側面との間に空間を設けた例)
3.第3の実施の形態
(蛍光体層との積層面に流路を有する冷媒輸送部材を用いた例)
4.変形例
4-1.変形例1
(連泡式の多孔質構造を有する冷媒輸送部材を用いた透過型の波長変換素子の例)
4-2.変形例2
(蛍光体層との積層面に流路を有する冷媒輸送部材を用いた透過型の波長変換素子の例)
4-3.変形例3
(回転軸を中心に回転可能な反射型の波長変換素子の例)
4-4.変形例4
(回転軸を中心に回転可能な透過型の波長変換素子の例)
4-5.変形例5
(収容部の背面にさらに光源を配置した例)
4-6.変形例6
(収容部の側壁を傾斜面とした例)
4-7.変形例7
(収容部をさらに冷却部材で覆った例)
5.第4の実施の形態
(蛍光体層とカバーガラスとが接触または接合している例)
5-1.反射型波長変換素子での構成
5-2.透過型波長変換素子での構成
5-3.その他の構成
5-4.作用・効果
6.変形例(光源モジュールおよびプロジェクタの他の例)
1.第1の実施の形態
(積層された蛍光体層および冷媒輸送部材を冷媒と共に筐体に封入した例)
1-1.波長変換素子の構成
1-2.光源モジュールの構成
1-3.プロジェクタの構成
1-4.作用・効果
2.第2の実施の形態
(冷媒輸送部材に積層された蛍光体層の側面と筐体の側面との間に空間を設けた例)
3.第3の実施の形態
(蛍光体層との積層面に流路を有する冷媒輸送部材を用いた例)
4.変形例
4-1.変形例1
(連泡式の多孔質構造を有する冷媒輸送部材を用いた透過型の波長変換素子の例)
4-2.変形例2
(蛍光体層との積層面に流路を有する冷媒輸送部材を用いた透過型の波長変換素子の例)
4-3.変形例3
(回転軸を中心に回転可能な反射型の波長変換素子の例)
4-4.変形例4
(回転軸を中心に回転可能な透過型の波長変換素子の例)
4-5.変形例5
(収容部の背面にさらに光源を配置した例)
4-6.変形例6
(収容部の側壁を傾斜面とした例)
4-7.変形例7
(収容部をさらに冷却部材で覆った例)
5.第4の実施の形態
(蛍光体層とカバーガラスとが接触または接合している例)
5-1.反射型波長変換素子での構成
5-2.透過型波長変換素子での構成
5-3.その他の構成
5-4.作用・効果
6.変形例(光源モジュールおよびプロジェクタの他の例)
<1.第1の実施の形態>
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る波長変換素子(波長変換素子1A)の断面構成の一例を模式的に表したものである。図2は、図1に示した波長変換素子1Aの平面構成を模式的に表したものであり、図1は、図2に示したI-I線における断面構成を表している。この波長変換素子1Aは、例えば、後述する投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1(図4,5参照)の一例である。本実施の形態の波長変換素子1Aは、互いに積層された蛍光体層11および冷媒輸送部材12が、冷媒13と共に筐体20内に封入された構成を有し、蛍光体層11が冷媒13の気化潜熱により直接冷却されるものである。
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る波長変換素子(波長変換素子1A)の断面構成の一例を模式的に表したものである。図2は、図1に示した波長変換素子1Aの平面構成を模式的に表したものであり、図1は、図2に示したI-I線における断面構成を表している。この波長変換素子1Aは、例えば、後述する投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1(図4,5参照)の一例である。本実施の形態の波長変換素子1Aは、互いに積層された蛍光体層11および冷媒輸送部材12が、冷媒13と共に筐体20内に封入された構成を有し、蛍光体層11が冷媒13の気化潜熱により直接冷却されるものである。
(1-1.波長変換素子の構成)
本実施の形態の波長変換素子1Aは、上記のように、蛍光体層11と冷媒輸送部材12とが積層され、冷媒13と共に筐体20内に封入され、蛍光体層11が冷媒13の気化潜熱により直接冷却されるいわゆる二相式冷却構造を有するものである。筐体20は、例えば、蛍光体層11、冷媒輸送部材12および冷媒13を収容する収容部21と、光透過性を有すると共に、収容部21と組み合わせることで収容部21の内部空間を密封するカバーガラス22とから構成されている。筐体20には、さらに収容部21の背面に放熱部材23が配設されている。
本実施の形態の波長変換素子1Aは、上記のように、蛍光体層11と冷媒輸送部材12とが積層され、冷媒13と共に筐体20内に封入され、蛍光体層11が冷媒13の気化潜熱により直接冷却されるいわゆる二相式冷却構造を有するものである。筐体20は、例えば、蛍光体層11、冷媒輸送部材12および冷媒13を収容する収容部21と、光透過性を有すると共に、収容部21と組み合わせることで収容部21の内部空間を密封するカバーガラス22とから構成されている。筐体20には、さらに収容部21の背面に放熱部材23が配設されている。
蛍光体層11は、複数の蛍光体粒子を含むものである。蛍光体層11は、例えば連泡式の多孔質層として形成されていることが好ましい。その孔の大きさ(平均気孔径)は、詳細は後述するが、同じく連泡式の多孔質層として形成される冷媒輸送部材12の平均気孔径よりも小さいことが好ましく、例えば10μm以上30μm以下であることが好ましい。蛍光体層11は、例えば、プレート状に形成されていることが好ましく、例えば、所謂セラミックス蛍光体やバインダ式の多孔質蛍光体によって構成されている。
蛍光体粒子は、後述する光源部110から照射される励起光ELを吸収して蛍光FLを発する粒子状の蛍光体である。蛍光体粒子としては、例えば、青色波長域(例えば400nm~470nm)のレーザ光により励起されて黄色の蛍光(赤色波長域から緑色波長域の間の波長域の光)を発する蛍光物質が用いられている。このような蛍光物質として、例えばYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系材料が挙げられる。蛍光体粒子の平均粒径は、例えば、10μm以上100μm以下である。蛍光体層11は、さらに、量子ドット等の半導体ナノ粒子や有機色素等を含んでいてもよい。
冷媒輸送部材12は、冷媒13を蛍光体層11へ運ぶためのものである。冷媒輸送部材12は、蛍光体層11と同様に、連泡式の多孔質層として形成されていることが好ましい。冷媒輸送部材12の平均気孔径は、蛍光体層11の平均気孔径よりも大きいことが好ましい。
本実施の形態の波長変換素子1Aは、励起光ELの照射によって蛍光体層11で発せられた蛍光FLを、励起光ELの入射方向と、例えば同一方向に反射して取り出す、所謂反射型の波長変換素子である。このため、冷媒輸送部材12は、さらに光反射性を有することが好ましく、例えば金属材料やセラミックス材料等の無機材料を用いることが好ましい。冷媒輸送部材12の構成材料としては、例えば、アルミニウム(Al),銅(Cu),モリブデン(Mo),タングステン(W),コバルト(Co),クロム(Cr),白金(Pt),タンタル(Ta),リチウム(Li),ジルコニウム(Zr),ルテニウム(Ru),ロジウム(Rh)またはパラジウム(Pd)等の単体金属、またはこれらを1種以上含む合金が挙げられる。冷媒輸送部材12は、例えば上記材料からなる、セラミックス焼結体、焼結金属またはポーラス金属によって構成されている。
冷媒13は、例えば図1に示したように、蛍光体層11と冷媒輸送部材12との間を循環して、励起光ELの照射によって加熱された蛍光体粒子を冷却するためのものである。冷媒13は、例えば潜熱が大きな液体を用いることが好ましい。また、冷媒13は、蛍光体層11および冷媒輸送部材12内部に形成されている空隙を介して循環するため、粘度が低いことが好ましい。具体的な冷媒13としては、例えば水、アセトン、メタノール、ナフタリンおよびベンゼン等が挙げられる。
筐体20は、一の面が光透過性を有する材料により構成され、内部に密閉された空間を形成可能なものである。筐体20は、蛍光体層11、冷媒輸送部材12および冷媒13を収容する収容部21と、収容部21と組み合わせることで密閉された空間を形成するカバーガラス22とから構成されている。このカバーガラス22によって形成される面が上記一の面に相当する。蛍光体層11および冷媒輸送部材12は、蛍光体層11がカバーガラス22側に面するように収容部21に収容されている。筐体20は、例えば以下の材料を用いて構成されている。収容部21には、例えばアルミニウム、銅、ステンレス、低炭素鋼およびそれらの合金材料等が用いられている。カバーガラス22には、ガラス基板の他、例えばソーダガラス、石英、サファイアガラスおよび水晶等が用いられている。また、光源部110から出射されるレーザ光の出力が低い場合には、ポリエチレンテレフタラート(PET)、シリコーン樹脂、ポリカーボネートおよびアクリル等の樹脂等を用いることができる。
筐体20の一の面とは反対側の面、即ち、収容部21の背面には、放熱部材23が設けられている。放熱部材23は収容部21を冷却するものである。これにより、収容部21の内では、冷媒の蒸気が凝縮して液体へと相変化し、冷媒輸送部材12によって蛍光体層11へ輸送される。放熱部材23としては、例えば図1に示したように複数の放熱フィンを用いることができるがこれに限らない。例えば、放熱部材23としては、例えばペルチェ素子や水冷素子を用いるようにしてもよい。
本実施の形態の波長変換素子1Aは、上述したように、内部に密閉空間を形成する筐体20内において冷媒13と共に、積層された蛍光体層11および冷媒輸送部材12が封入された二相式冷却構造を有するものであり、蛍光体層11は冷媒13の気化潜熱によって直接冷却される。冷媒13を冷媒輸送部材12から蛍光体層11へ循環させるためには、蛍光体層11で発生する毛管力が冷媒輸送部材12で発生する毛管力よりも大きいことが望ましい。毛管力は、下記式で表される。
(数1)P=2Tcosθ/ρgr・・・・・(1)
(P:毛管力、T:表面直力、θ:接触角、ρ:液体の密度、g:重力加速度、r:毛細管半径)
冷媒輸送部材12の相当毛細管半径は、平均気孔径に比例している。蛍光体層11の毛管力を冷媒輸送部材12の毛管力よりも大きくするためには、上記式(1)から、冷媒輸送部材12における平均気孔径が蛍光体層11の平均気孔径よりも大きいことが望ましい。また、式(1)からわかるように、蛍光体層11および冷媒輸送部材12の毛管力は、接触角が小さい方が大きくなる。よって、蛍光体層11および冷媒輸送部材12を構成する材料は濡れ性を有することが望ましい。
なお、本実施の形態の波長変換素子1Aを垂直に立てて使用する場合には、冷媒輸送部材12の毛管力は、冷媒13を励起光ELの照射位置(発光部)まで重力に逆らって吸い上げる必要がある。よって、発光部から最外周部(収容部21の内側側面)までの距離をR0とした場合の冷媒輸送部材12の毛管力Pは、P≧水頭差R0(mmH2O)となることが望ましい。但し、後述する波長変換素子1Fのように回転させて用いる場合には、この限りではない。
蛍光体層11および冷媒輸送部材12をそれぞれ焼結体で形成する場合には、焼結体の製造工程における所定のパラメータを制御することで所望の平均気孔径を得ることができる。以下に、焼結蛍光体を例に説明する。図3は焼結蛍光体の製造工程の流れ図である。まず、蛍光体分級によって蛍光体粒子の粒径を制御する(ステップS101)。続いて、蛍光体粒子とバインダとを混合する(ステップS102)。次に、プレス圧を制御して一軸プレスを行う(ステップS103)。続いて、脱脂を行ったのち(ステップS104)、焼結する(ステップS105)。以上により、焼結蛍光体からなる蛍光体層11が形成される。焼結蛍光体の平均気孔径は、ステップS101の蛍光体分級、ステップS103の一軸プレスにおけるプレス圧およびステップS105の焼結温度を制御することで所望の値に調整することができる。
本実施の形態の波長変換素子1Aの冷却サイクルについて説明する。まず、蛍光体層11に励起光ELが照射されると蛍光体が発熱する。冷媒13は、その熱によって気化すると同時に潜熱を奪う。図1に示したように、励起光ELが蛍光体層11の中央部分に照射される場合、気化した冷媒13は蒸気となって蛍光体層11の外周側へ移動する。外周側へ移動した蒸気は、収容部21の内壁を介して潜熱を放出し、再び液化する。液化した冷媒13は、冷媒輸送部材12の毛管力よって、蛍光体層11に輸送され、蛍光体層11の毛管力によって、蛍光体層11の発熱部へと移動する。これを繰り返すことで、励起光ELの照射によって発生した熱が冷媒輸送部材12に排出される。
(1-2.光源モジュールの構成)
図4は、光源モジュール100Aの全体構成を表す概略図である。光源モジュール100Aは、上記波長変換素子1A等の波長変換素子1と、光源部110と、偏光ビームスプリッタ(PBS)112と、1/4波長板113と、集光光学系114とを有する。光源モジュール100Aを構成する各部材は、波長変換素子1側から、集光光学系114、1/4波長板113およびPBS112の順に、波長変換素子1から射出される光(合波光Lw)の光路上に配置されている。光源部110は、合波光Lwの光路と直交する方向で、且つ、PBS112の1つの光入射面に対向する位置に配置されている。
図4は、光源モジュール100Aの全体構成を表す概略図である。光源モジュール100Aは、上記波長変換素子1A等の波長変換素子1と、光源部110と、偏光ビームスプリッタ(PBS)112と、1/4波長板113と、集光光学系114とを有する。光源モジュール100Aを構成する各部材は、波長変換素子1側から、集光光学系114、1/4波長板113およびPBS112の順に、波長変換素子1から射出される光(合波光Lw)の光路上に配置されている。光源部110は、合波光Lwの光路と直交する方向で、且つ、PBS112の1つの光入射面に対向する位置に配置されている。
光源部110は、所定の波長の光を射出する固体発光素子を有する。本実施の形態では、固体発光素子として、励起光EL(例えば、波長445nmまたは455nmの青色レーザ光)を発振する半導体レーザ素子が用いられており、光源部110かたは、直線偏光(S偏光)の励起光ELが射出される。
なお、半導体レーザ素子で光源部110を構成する場合には、1つの半導体レーザ素子で所定の出力の励起光ELを得る構成としてもよいが、複数の半導体レーザ素子からの出射光を合波して所定の出力の励起光ELを得る構成としてもよい。更に、励起光ELの波長は、上記数値に限定されず、青色光と呼ばれる光の波長帯域内の波長であれば任意の波長を用いることができる。
PBS112は、光源部110から入射される励起光ELと、波長変換素子1から入射される合波光Lwとを分離するものである。具体的には、PBS112は、光源部110から入射した励起光ELを1/4波長板113に向かって反射するものである。また、PBS112は、波長変換素子1から集光光学系114および1/4波長板113を透過して入射した合波光Lwを透過し、透過された合波光Lwは照明光学系200(後出)に入射される。
1/4波長板113は、入射光に対してπ/2の位相差を生じさせる位相差素子であり、入射光が直線偏光の場合には直線偏光を円偏光に変換し、入射光が円偏光の場合には円偏光を直線偏光に変換するものである。本実施の形態では、PBS112から射出される直線偏光の励起光ELは、1/4波長板113によって円偏光の励起光ELに変換される。また、波長変換素子1から射出される合波光Lwに含まれる円偏光の励起光成分は、1/4波長板113によって直線偏光に変換される。
集光光学系114は、1/4波長板113から射出された励起光ELを所定のスポット径に集光し、集光された励起光ELを波長変換素子1に向けて射出するものである。また、集光光学系114は、波長変換素子1から射出される合波光Lwを平行光に変換し、その平行光を1/4波長板113に向けて射出するものである。なお、集光光学系114は、例えば、1枚のコリメートレンズで構成してもよいし、複数のレンズを用いて入射光を平行光に変換する構成としてもよい。
なお、光源部110から入射される励起光ELと、波長変換素子1から出射される合波光Lwとを分離する光学部材の構成としては、PBS112に限定されず、上述した光の分離動作を可能にする構成で張れば、任意の光学部材を用いることができる。
(1-3.プロジェクタの構成)
次に、本開示の投射型表示装置(プロジェクタ1000)について説明する。図5は、光源光学系を構成する光源モジュール100の一例として、例えば図4に示した光源モジュール100Aを備えたプロジェクタ1000の全体構成を表した概略図である。なお、以下では、反射型の液晶パネル(LCD)により光変調を行う反射型3LCD方式のプロジェクタを例示して説明する。なお、波長変換素子1は、反射型液晶パネルの代わりに、透過型液晶パネルやデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD:Digital Micro-mirror Device)等を用いたプロジェクタにも適用され得る。透過型液晶パネルを用いたプロジェクタについては後述する。
次に、本開示の投射型表示装置(プロジェクタ1000)について説明する。図5は、光源光学系を構成する光源モジュール100の一例として、例えば図4に示した光源モジュール100Aを備えたプロジェクタ1000の全体構成を表した概略図である。なお、以下では、反射型の液晶パネル(LCD)により光変調を行う反射型3LCD方式のプロジェクタを例示して説明する。なお、波長変換素子1は、反射型液晶パネルの代わりに、透過型液晶パネルやデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD:Digital Micro-mirror Device)等を用いたプロジェクタにも適用され得る。透過型液晶パネルを用いたプロジェクタについては後述する。
プロジェクタ1000は、図5に示したように、光源モジュール100と、照明光学系200と、画像形成部300と、投影光学系400(投射光学系)とを順に備えている。
照明光学系200は、例えば、光源モジュール100に近い位置からフライアイレンズ210(210A,210B)と、偏光変換素子220と、レンズ230と、ダイクロイックミラー240A,240Bと、反射ミラー250A,250Bと、レンズ260A,260Bと、ダイクロイックミラー270と、偏光板280A~280Cとを有している。
フライアイレンズ210(210A,210B)は、光源モジュール100からの白色光の照度分布の均質化を図るものである。偏光変換素子220は、入射光の偏光軸を所定方向に揃えるように機能するものである。例えば、P偏光以外の光をP偏光に変換する。レンズ230は、偏光変換素子220からの光をダイクロイックミラー240A,240Bへ向けて集光する。ダイクロイックミラー240A,240Bは、所定の波長域の光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を選択的に透過させるものである。例えば、ダイクロイックミラー240Aは、主に赤色光を反射ミラー250Aの方向へ反射させる。また、ダイクロイックミラー240Bは、主に青色光を反射ミラー250Bの方向へ反射させる。したがって、主に緑色光がダイクロイックミラー240A,240Bの双方を透過し、画像形成部300の反射型偏光板310C(後出)へ向かうこととなる。反射ミラー250Aは、ダイクロイックミラー240Aからの光(主に赤色光)をレンズ260Aに向けて反射し、反射ミラー250Bは、ダイクロイックミラー240Bからの光(主に青色光)をレンズ260Bに向けて反射する。レンズ260Aは、反射ミラー250Aからの光(主に赤色光)を透過し、ダイクロイックミラー270へ集光させる。レンズ260Bは、反射ミラー250Bからの光(主に青色光)を透過し、ダイクロイックミラー270へ集光させる。ダイクロイックミラー270は、緑色光を選択的に反射すると共にそれ以外の波長域の光を選択的に透過するものである。ここでは、レンズ260Aからの光のうち赤色光成分を透過する。レンズ260Aからの光に緑色光成分が含まれる場合、その緑色光成分を偏光板280Cへ向けて反射する。偏光板280A~280Cは、所定方向の偏光軸を有する偏光子を含んでいる。例えば、偏光変換素子220においてP偏光に変換されている場合、偏光板280A~280CはP偏光の光を透過し、S偏光の光を反射する。
画像形成部300は、反射型偏光板310A~310Cと、反射型液晶パネル320A~320C(光変調素子)と、ダイクロイックプリズム330とを有する。
反射型偏光板310A~310Cは、それぞれ、偏光板280A~280Cからの偏光光の偏光軸と同じ偏光軸の光(例えばP偏光)を透過し、それ以外の偏光軸の光(S偏光)を反射するものである。具体的には、反射型偏光板310Aは、偏光板280AからのP偏光の赤色光を反射型液晶パネル320Aの方向へ透過させる。反射型偏光板310Bは、偏光板280BからのP偏光の青色光を反射型液晶パネル320Bの方向へ透過させる。反射型偏光板310Cは、偏光板280CからのP偏光の緑色光を反射型液晶パネル320Cの方向へ透過させる。また、ダイクロイックミラー240A,240Bの双方を透過して反射型偏光板310Cに入射したP偏光の緑色光は、そのまま反射型偏光板310Cを透過してダイクロイックプリズム330に入射する。更に、反射型偏光板310Aは、反射型液晶パネル320AからのS偏光の赤色光を反射してダイクロイックプリズム330に入射させる。反射型偏光板310Bは、反射型液晶パネル320BからのS偏光の青色光を反射してダイクロイックプリズム330に入射させる。反射型偏光板310Cは、反射型液晶パネル320CからのS偏光の緑色光を反射してダイクロイックプリズム330に入射させる。
反射型液晶パネル320A~320Cは、それぞれ、赤色光、青色光または緑色光の空間変調を行うものである。
ダイクロイックプリズム330は、入射される赤色光、青色光および緑色光を合成し、投影光学系400へ向けて射出するものである。
投影光学系400は、レンズL410~L450と、ミラーM400とを有する。投影光学系400は、画像形成部300からの出射光を拡大してスクリーン500等へ投射する。
(光源モジュールおよびプロジェクタの動作)
続いて、図4および図5を参照して、光源モジュール100(例えば、光源モジュール100A)を含めたプロジェクタ1000の動作について説明する。
続いて、図4および図5を参照して、光源モジュール100(例えば、光源モジュール100A)を含めたプロジェクタ1000の動作について説明する。
まず、光源部110からPBSに向けて励起光ELが発振される。励起光ELは、PBS112によって反射されたのち、1/4波長板113および集光光学系114をこの順に透過して波長変換素子1に照射される。
波長変換素子1(例えば、波長変換素子1A)では、蛍光体層11において励起光EL(青色光)の一部が吸収され、所定の波長帯域の光(蛍光FL;黄色光)に変換される。蛍光体層11において発光した蛍光FLは、蛍光体層11において吸収されない励起光ELの一部と共に拡散されて集光光学系114側に反射される。その結果、波長変換素子1内において、蛍光FLおよび一部の励起光ELが合波されて白色光が生成され、この白色光(合波光Lw)が集光光学系114に向かって出射される。
この後、合波光Lwは、集光光学系114、1/4波長板113およびPBS112を透過して照明光学系200に入射される。
光源モジュール100から入射される合波光Lw(白色光)は、フライアイレンズ210(210A,210B)と、偏光変換素子220と、レンズ230とを順次透過したのち、ダイクロイックミラー240A,240Bに到達する。
ダイクロイックミラー240Aにより主に赤色光が反射され、この赤色光は反射ミラー250A、レンズ260A、ダイクロイックミラー270、偏光板280Aおよび反射型偏光板310Aを順次透過し、反射型液晶パネル320Aへ到達する。この赤色光は反射型液晶パネル320Aにおいて空間変調されたのち、反射型偏光板310Aにおいて反射されてダイクロイックプリズム330に入射する。なお、ダイクロイックミラー240Aにより反射ミラー250Aへ反射された光に緑色光成分が含まれる場合には、その緑色光成分はダイクロイックミラー270により反射されて偏光板280Cおよび反射型偏光板310Cを順次透過し、反射型液晶パネル320Cへ到達する。ダイクロイックミラー240Bでは主に青色光が反射され、同様の過程を経てダイクロイックプリズム330に入射する。ダイクロイックミラー240A,240Bを透過した緑色光もまたダイクロイックプリズム330に入射する。
ダイクロイックプリズム330に入射した赤色光、青色光および緑色光は、合成されたのち映像光として投影光学系400へ向けて射出される。投影光学系400は、画像形成部300からの映像光を拡大してスクリーン500等へ投射する。
(1-4.作用・効果)
一般的な投射型表示装置では、映像を投射するために白色光源が用いられている。近年、この白色光源として、小型且つ長寿命で立ち上がりおよび立下りの早いレーザ光源が広く用いられるようになっている。レーザ光源としては主に半導体レーザが用いられているが、半導体レーザは、白色光源に必要なRGB光源のうち、RGの発光効率が低い。このため、青色レーザと、青色レーザで蛍光体を励起することで得られる黄色の励起光とを合波することにより白色光を得る蛍光体レーザ光源が広く用いられている。但し、蛍光体には温度上昇に伴い発光効率が低下する温度消光という課題がある。これに対して、一般的な蛍光体レーザ光源では、蛍光体を回転可能なホイール上に配置し、ホイールを回転させることでレーザ励起による発熱を拡散させて蛍光体の温度上昇を抑制している。
一般的な投射型表示装置では、映像を投射するために白色光源が用いられている。近年、この白色光源として、小型且つ長寿命で立ち上がりおよび立下りの早いレーザ光源が広く用いられるようになっている。レーザ光源としては主に半導体レーザが用いられているが、半導体レーザは、白色光源に必要なRGB光源のうち、RGの発光効率が低い。このため、青色レーザと、青色レーザで蛍光体を励起することで得られる黄色の励起光とを合波することにより白色光を得る蛍光体レーザ光源が広く用いられている。但し、蛍光体には温度上昇に伴い発光効率が低下する温度消光という課題がある。これに対して、一般的な蛍光体レーザ光源では、蛍光体を回転可能なホイール上に配置し、ホイールを回転させることでレーザ励起による発熱を拡散させて蛍光体の温度上昇を抑制している。
しかしながら、近年、投射型表示装置に対してさらなる輝度の向上が求められており、半導体レーザの出力の増加傾向が続いている。また、ポータブルプロジェクタ等の携帯型の小型プロジェクタ市場も立ち上がってきており、光源の高輝度化および小型化の両立が求められている。
光源の高輝度化を実現するためには、蛍光体の温度消光を低減するために冷却効率の向上が考えられる。前述したように、回転基板上に設けられた密封筐体内に蛍光体と共に冷媒を封入することで蛍光体の冷却効率を向上させる蛍光体ホイールが開発されている。この蛍光体ホイールでは、蛍光体部分を密閉構造とし、その中に冷却液を封入している。冷却液は励起光による発熱で気化され、その後の凝縮部で液化されて遠心力と蛍光体内で発生する毛管力とにより密閉構造内を循環するようになっている。ところが、この冷却方式はホイール上に設けられた蛍光体を回転させる蛍光体ホイールが前提となっており、小型化には不向きである。また、この蛍光体ホイールでは、凝縮部と蛍光体層との間に流動路(気相流路)が設けられており、反射型の蛍光体ホイールでは光取り出し効率が低下する虞がある。更に、回転式であるため、蛍光体層の発熱部は外周部となるため、冷却部は中心部となり、設計の自由度が制限される。
これに対して、本実施の形態の波長変換素子1Aでは、複数の蛍光体粒子を含むと共に、それぞれ、内部に空隙を有する蛍光体層11および冷媒輸送部材12を積層し、これを冷媒13と共に、筐体20に封入するようにした。これにより、冷媒13を蛍光体層11内に効率よく循環させることが可能となる。ここで、蛍光体層11は、冷媒13の蒸発による潜熱によって直接冷却される。潜熱を利用した熱輸送は、銅の約10倍の熱輸送能力が有する。よって、蛍光体層11の冷却効率を向上させることが可能となる。
以上により、本実施の形態の波長変換素子1Aでは、筐体20内に、それぞれ、内部に空隙を有すると共に、互いに積層された蛍光体層11および冷媒輸送部材12を冷媒13と共に封入するようにしたので、冷媒13が蛍光体層11内を効率よく循環するようになると共に、冷媒13の蒸発による潜熱によって蛍光体層11が直接冷却されるようになる。よって、蛍光体層11の冷却効率が向上し、波長変換素子1Aにおける放熱特性を向上させることが可能となる。
また、上述したような気相流路を反射部材との間に設けないため、光取り出し効率を向上させることができる。更に、上記蛍光体ホイールでは、反射部材で冷媒の凝縮を行うため、反射部材上で液滴による光の散乱が起こる虞があるが、本実施の形態では、反射部材と凝集部とは異なるため、液滴による光の散乱の発生が解決される。
更にまた、上述したように、冷媒13は、蛍光体層11および冷媒輸送部材12の空隙により発生する毛管力により、蛍光体層11と冷媒輸送部材12との間を循環するため、回転ホイール上に蛍光体層11および冷媒輸送部材12を形成しなくても冷媒の循環が可能となる。よって、本実施の形態のように、非回転型の波長変換素子を構成することが可能となり、蛍光体レーザ光源の小型化を図ることが可能となる。
更に、本実施の形態の波長変換素子1Aでは、放熱特性の向上により、励起光ELが照射される蛍光体層11のヒートスポットのピーク温度を効率よく低減することが可能となる。よって、蛍光体層11を構成する蛍光体粒子の発光効率を向上させることが可能となる。以上のことから、小型且つ高出力な波長変換素子1Aおよびこれを備えた光源モジュール100ならびにプロジェクタ1000を提供することが可能となる。
次に、第2~第4の実施の形態および変形例について説明する。以下では、上記第1の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
<2.第2の実施の形態>
図6は、本開示の第2の実施の形態に係る波長変換素子(波長変換素子1B)の断面構成の一例を模式的に表したものである。図7は、図6に示した波長変換素子1Bの平面構成を模式的に表したものであり、図6は、図7に示したII-II線における断面構成を表している。この波長変換素子1Bは、上記第1の実施の形態と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本実施の形態の波長変換素子1Bは、図7に示したように、蛍光体層31は冷媒輸送部材12よりも小さな径を有し、蛍光体層31の側面と筐体20の側壁との間に空間(空間32S)が設けられている点が上記第1の実施の形態とは異なる。
図6は、本開示の第2の実施の形態に係る波長変換素子(波長変換素子1B)の断面構成の一例を模式的に表したものである。図7は、図6に示した波長変換素子1Bの平面構成を模式的に表したものであり、図6は、図7に示したII-II線における断面構成を表している。この波長変換素子1Bは、上記第1の実施の形態と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本実施の形態の波長変換素子1Bは、図7に示したように、蛍光体層31は冷媒輸送部材12よりも小さな径を有し、蛍光体層31の側面と筐体20の側壁との間に空間(空間32S)が設けられている点が上記第1の実施の形態とは異なる。
本実施の形態の波長変換素子1Bは、上記のように、蛍光体層31の側面と筐体20の側壁との間に空間が設けられている。これにより、上述した波長変換素子1Aの冷却サイクルにおいて、蛍光体層11において気化した冷媒13は、蒸気となって空間32Sに排出される。空間32Sに排出された蒸気は、冷媒輸送部材12において潜熱を放出し、再び液化する。
以上のように、本実施の形態では、筐体20内に封入された蛍光体層31と筐体20の側壁との間に空間32Sを設けることにより、蛍光体層31において気化した冷媒13は、蛍光体層31の側面の流路抵抗が少ない空間32Sに排出されるようになる。即ち、蒸気の流れが高速になるため、冷媒13による熱輸送効率が向上する。よって、波長変換素子1Bにおける放熱効率をさらに向上させることが可能となる。
<3.第3の実施の形態>
図8は、本開示の第3の実施の形態に係る波長変換素子(波長変換素子1C)の断面構成の一例を模式的に表したものである。図9は、図8に示した冷媒輸送部材32の平面構成の一例を模式的に表したものである。なお、図8における冷媒輸送部材32の断面は、図9に示したIII-III線におけるものとする。この波長変換素子1Cは、上記第1の実施の形態と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本実施の形態の波長変換素子1Cは、互いに積層された蛍光体層31および冷媒輸送部材32が冷媒13と共に筐体20内に封入されたものであり、冷媒輸送部材32が蛍光体層31との接面に微細な流路32Xが形成された金属板によって構成されている点が上記第2の実施の形態とは異なる。
図8は、本開示の第3の実施の形態に係る波長変換素子(波長変換素子1C)の断面構成の一例を模式的に表したものである。図9は、図8に示した冷媒輸送部材32の平面構成の一例を模式的に表したものである。なお、図8における冷媒輸送部材32の断面は、図9に示したIII-III線におけるものとする。この波長変換素子1Cは、上記第1の実施の形態と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本実施の形態の波長変換素子1Cは、互いに積層された蛍光体層31および冷媒輸送部材32が冷媒13と共に筐体20内に封入されたものであり、冷媒輸送部材32が蛍光体層31との接面に微細な流路32Xが形成された金属板によって構成されている点が上記第2の実施の形態とは異なる。
冷媒輸送部材32は、冷媒13を蛍光体層31へ運ぶためのものであり、上記のように、蛍光体層31との接面に微細な流路32Xが形成されている。冷媒輸送部材32の表面S1(蛍光体層31との接面)には、流路32Xとして、例えば図9に示したように、冷媒輸送部材32の中央から外周に向かって放射状に延伸する溝が微細加工によって形成されている。この流路32Xは、幅および深さ共に、例えば数十μmレベルで形成されており、これにより、毛管力が発生する。なお、冷媒輸送部材32の毛管力は、上記第1の実施の形態と同様に、蛍光体層31の毛管力よりも小さくなるように流路32Xを形成する。また、図9では、冷媒輸送部材32の中央から外周へ放射状に延伸する流路32Xの例を示したがこれに限らない。例えば、格子状や渦巻き状に形成されていてもよい。
冷媒輸送部材32を構成する金属板は、濡れ性および親水性が高い材料を用いることが好ましい。また、光反射層として用いることを考慮すると、例えばアルミニウム(Al)基板を用いることが好ましい。この他、銅(Cu)基板等、上記冷媒輸送部材12の構成材料として挙げた無機材料からなる基板を用いることができるが、その際には、表面に高反射膜を形成することが好ましい。
以上のように、本実施の形態では、冷媒輸送部材32として、蛍光体層31との接面に所定の大きさの流路32Xを有する金属板を用いることでも、上記第2の実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。
なお、流路32Xは、収容部21に直接形成するようにしてもよい。その場合には、収容部21が冷媒輸送部材を兼ねることとなり、冷媒輸送部材32は省略することができる。これにより、波長変換素子1Cの構成部材を削減することができると共に、波長変換素子1Cを小型化(薄型化)することが可能となる。
<4.変形例>
(4-1.変形例1)
図10は、本開示の変形例1に係る波長変換素子1Dの断面構成を模式的に表したものである。この波長変換素子1Dは、上記第1の実施の形態と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Dは、蛍光体層31で発せられた蛍光FLが蛍光体層31を透過して、励起光ELの照射面とは反対側の面から取り出される、所謂透過型の波長変換素子である。
(4-1.変形例1)
図10は、本開示の変形例1に係る波長変換素子1Dの断面構成を模式的に表したものである。この波長変換素子1Dは、上記第1の実施の形態と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Dは、蛍光体層31で発せられた蛍光FLが蛍光体層31を透過して、励起光ELの照射面とは反対側の面から取り出される、所謂透過型の波長変換素子である。
本変形例では、冷媒輸送部材12には、蛍光体層31への励起光ELの照射位置に対応する領域に開口12Hが設けられている。筐体40は、リアカバー41Aと、側壁41Bとから構成されており、リアカバー41Aは光透過性を有する材料により構成されている。側壁41Bは、上記収容部21で上げた材料を用いて形成してもよいし、カバーガラス42およびリアカバー41Aと同様の材料を用いて形成してもよい。これにより、蛍光体層31で発生られた蛍光FLは、この開口12Hを通り、リアカバー41Aを透過して取り出される。放熱部材43は、例えば図10に示したように、蛍光FLの取り出しを妨げない領域に設けられている。
(4-2.変形例2)
図11は、本開示の変形例2に係る波長変換素子1Eの断面構成を模式的に表したものである。この波長変換素子1Eは、上記第1の実施の形態と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Eは、上記変形例1と同様に、所謂透過型の波長変換素子であり、冷媒輸送部材として、上記第3の実施の形態と同様に、蛍光体層31との接面に微細な流路32Xが形成された冷媒輸送部材32が用いられている点が、上記変形例1とは異なる。
図11は、本開示の変形例2に係る波長変換素子1Eの断面構成を模式的に表したものである。この波長変換素子1Eは、上記第1の実施の形態と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Eは、上記変形例1と同様に、所謂透過型の波長変換素子であり、冷媒輸送部材として、上記第3の実施の形態と同様に、蛍光体層31との接面に微細な流路32Xが形成された冷媒輸送部材32が用いられている点が、上記変形例1とは異なる。
冷媒輸送部材32には、上記変形例1における冷媒輸送部材12と同様に、蛍光体層31への励起光ELの照射位置に対応する領域に開口32Hが設けられている。また、本変形例では、蛍光体層31で発せられた蛍光FLは蛍光体層31を透過して、励起光ELの照射面とは反対側の面から取り出されるため、冷媒輸送部材32は、必ずしも光反射性を有する必要はない。このため、冷媒輸送部材32は、上記材料の他に、例えばガラス基板等の光透過性を有する材料を用いて形成するようにしてもよい。
以上のように、変形例1,2では、冷媒輸送部材12,32の、蛍光体層31への励起光ELの照射位置に対応する領域に、それぞれ、開口12H,32Hを設けると共に、収容部41のリアカバー41Aを、光透過性を有する材料を用いて構成するようにした。これにより、上記第2の実施の形態と同様の効果を有する透過型の波長変換素子1D,1Eを構成することが可能となる。
なお、開口12H,32Hと当椄するリアカバー41A面は、撥水処理または親水処理が施され、撥水性または親水性を有することが好ましい。これにより、蛍光FLが透過する開口12H,32H内のリアカバー41Aへの液滴の付着や曇りが防止され、蛍光FLの透過率の低下を抑制することが可能となる。
(4-3.変形例3)
図12は、本開示の変形例3に係る波長変換素子(波長変換素子1F)の断面構成の一例を模式的に表したものである。図13は、図12に示した波長変換素子1Fの平面構成を模式的に表したものであり、図12は、図13に示したIV-IV線における断面構成を表している。この波長変換素子1Fは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Fは、回転軸(例えば、軸J51)を中心に回転可能な、所謂反射型の蛍光体ホイールである。
図12は、本開示の変形例3に係る波長変換素子(波長変換素子1F)の断面構成の一例を模式的に表したものである。図13は、図12に示した波長変換素子1Fの平面構成を模式的に表したものであり、図12は、図13に示したIV-IV線における断面構成を表している。この波長変換素子1Fは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Fは、回転軸(例えば、軸J51)を中心に回転可能な、所謂反射型の蛍光体ホイールである。
本変形例では、蛍光体層61は、例えば図13に示したように、円形状を有する冷媒輸送部材12の回転円周方向に連続して形成されている。換言すると、蛍光体層61は、例えば円環状に形成されている。
本変形例の筐体20はホイール部材であり、筐体20には、例えばモータ52が取り付けられている。モータ52は、波長変換素子1Fを所定の回転数で回転駆動するためのものである。モータ52は、光源部110から射出される励起光ELの照射方向に直交する面内で蛍光体層61が回転するように波長変換素子1Fを駆動する。これにより、波長変換素子1Fの励起光ELの照射位置が、励起光の照射方向に直交する面内において回転数に対応した速度で時間的に変化(移動)する。
前述したような、回転基板上に設けられた密封筐体内に蛍光体と共に冷媒を封入することで蛍光体の冷却効率を向上させる蛍光体ホイールでは、例えば図12の放熱部材23側に配置されているガラス面に冷媒が付着し、ガラス面の透過率を低下させる虞がある。また、放熱部材23側に反射部材が設けられている場合には、冷媒の付着により反射率が低下する虞がある。また、この蛍光体ホイールでは、遠心力を考慮して蒸気の冷却は回転中心としているため、蒸気の冷却に有効な面積が小さくなり、十分な冷却効率を得ることが難しい。更に、発光部と反射板との間には蒸気通路用の空間が設けられているため、蛍光体層において発せられた蛍光の取り出し効率が低下する虞がある。
これに対して、本変形例では、気化された冷媒13は収容部21の内壁面で液化されるため、カバーガラス22への液滴の付着が低減され、カバーガラス22の透過率の低下が改善される。
(4-4.変形例4)
図14は、本開示の変形例4に係る波長変換素子(波長変換素子1G)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Gは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Gは、回転軸(例えば、軸J51)を中心に回転可能な、所謂透過型の蛍光体ホイールである。
図14は、本開示の変形例4に係る波長変換素子(波長変換素子1G)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Gは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Gは、回転軸(例えば、軸J51)を中心に回転可能な、所謂透過型の蛍光体ホイールである。
本変形例では、冷媒輸送部材62には、上記変形例1における冷媒輸送部材12と同様に、蛍光体層61への励起光ELの照射位置に対応する領域に開口62Hが設けられている。また、蛍光体層61および冷媒輸送部材62を封入する筐体40は、上記変形例1と同様の構成を有し、リアカバー41Aは光透過性を有する材料によって構成されている。なお、開口62Hと当椄する冷却部、換言すると、開口62Hと接するリアカバー41A面は、撥水処理または親水処理が施され、撥水性または親水性を有することが好ましい。これにより、開口62Hを透過する蛍光FLの透過率の低下を抑制することが可能となる。
以上のように本技術は、回転型の波長変換素子にも適用することができ、冷却効率および光取り出し効率を向上させることが可能となる。
(4-5.変形例5)
図15は、本開示の変形例5に係る波長変換素子(波長変換素子1H)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Hは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Hは、例えば上記変形例1に示した波長変換素子1Dと同様に所謂透過型の波長変換素子であり、筐体40の背面(具体的には、リアカバー41Aの背面)に光源部110を収容した収容部44が配設されたものである。即ち、波長変換素子1Hは、光源部110と一体化されたものである。
図15は、本開示の変形例5に係る波長変換素子(波長変換素子1H)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Hは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Hは、例えば上記変形例1に示した波長変換素子1Dと同様に所謂透過型の波長変換素子であり、筐体40の背面(具体的には、リアカバー41Aの背面)に光源部110を収容した収容部44が配設されたものである。即ち、波長変換素子1Hは、光源部110と一体化されたものである。
本変形例では、上記のように、リアカバー41Aの背面に光源部110を収容した収容部44が配設されている。光源部110は、所定の波長の光を射出する固体発光素子であり、励起光EL(例えば、波長445nmまたは455nmの青色レーザ光)を発振する半導体レーザ素子が用いられている。収容部44は、上記収容部21と同様に、例えばアルミニウム、銅、ステンレス、低炭素鋼およびそれらの合金材料等が用いられている。光源部110とリアカバー41Aとの間(例えば、リアカバー41Aの背面)には、図示していないが、励起光ELを所定のスポット径に集光して蛍光体層31に向けて出射する集光レンズを配置することが好ましい。
以上のように、本変形例では、リアカバー41Aの背面に光源部110を収容した収容部44を配設し、光源部110と一体化した。これにより、上記第2の実施の形態の効果に加えて、例えば図4に示した光源モジュール100Aのように、光源部110を独立して配置した場合と比較して、集光光学系114を構成するレンズの枚数を削減することが可能となるという効果を奏する。
(4-6.変形例6)
図16は、本開示の変形例6に係る波長変換素子(波長変換素子1I)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Iは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Iは、例えば上記変形例3に示した回転軸(例えば、軸J51)を中心に回転可能な、所謂反射型の蛍光体ホイールであり、収容部21の側壁21Wが傾斜を有する点が、上記変形例3とは異なる。また、蛍光体層61の外周と、収容部21の側壁21Wとの間には、空間(空間62S)が設けられている。
図16は、本開示の変形例6に係る波長変換素子(波長変換素子1I)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Iは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Iは、例えば上記変形例3に示した回転軸(例えば、軸J51)を中心に回転可能な、所謂反射型の蛍光体ホイールであり、収容部21の側壁21Wが傾斜を有する点が、上記変形例3とは異なる。また、蛍光体層61の外周と、収容部21の側壁21Wとの間には、空間(空間62S)が設けられている。
以上のように、本変形例では、収容部21の側壁21Wを傾斜させるようにしたので、回転遠心力を利用して筐体20内に封入された冷媒の移動方向を制御することが可能となる。また、本変形例では、蛍光体層61の外周と側壁21Wとの間に空間62Sを設けるようにしたので、蛍光体層61において気化した冷媒(蒸気)の流れが高速になる。よって、冷媒を冷媒輸送部材12側へ効率よく移動させることが可能となり、冷却効率および光取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。
なお、本変形例の構成は、例えば図17に示した波長変換素子1Jのように、所謂透過型の蛍光体ホイールにも適用することができ、反射型の蛍光体ホイール(波長変換素子1I)と同様に、冷却効率および光取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。
(4-7.変形例7)
図18は、本開示の変形例7に係る波長変換素子(波長変換素子1K)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Kは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Kは、筐体20の外側壁および背面を冷却部材24で覆った点が、上記第1の実施の形態とは異なる。
図18は、本開示の変形例7に係る波長変換素子(波長変換素子1K)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Kは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。本変形例の波長変換素子1Kは、筐体20の外側壁および背面を冷却部材24で覆った点が、上記第1の実施の形態とは異なる。
本変形例では、上記のように、筐体20の外側壁および背面が冷却部材24によって覆われている。冷却部材24は、例えば、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)またはタングステン(W)等の金属、もしくは、上記金属含む合金によって構成されている。この他、冷却部材24は、炭化ケイ素(SiC)または窒化アルミニウム(AlN)等のセラミックス、もしくは、上記セラミックス材料を含む金属混合材によって構成されている。
以上のように、本変形例では、筐体20の外側壁および背面を冷却部材24で覆うようにしたので、上記第1の実施の形態等のように放熱部材23を設けた場合と同様に、収容部21内における冷媒を蒸気から液体へ相変化させることが可能となる。
<5.第4の実施の形態>
上記第1~第3の実施の形態および変形例1~7では、例えば筐体20内に、連泡式の多孔質層として形成された蛍光体層11および冷媒輸送部材12を封入した波長変換素子1(波長変換素子1A~1K)を示したが、蛍光体層11は、少なくともカバーガラス22と接触または接合していることが好ましい。以下、各構成別に本実施の形態の波長変換素子1L~1Nについて説明する。
上記第1~第3の実施の形態および変形例1~7では、例えば筐体20内に、連泡式の多孔質層として形成された蛍光体層11および冷媒輸送部材12を封入した波長変換素子1(波長変換素子1A~1K)を示したが、蛍光体層11は、少なくともカバーガラス22と接触または接合していることが好ましい。以下、各構成別に本実施の形態の波長変換素子1L~1Nについて説明する。
(5-1.反射型波長変換素子での構成)
図19は、本開示の第4の実施の形態に係る波長変換素子(波長変換素子1L)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Lは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。波長変換素子1Lは、上記波長変換素子1A~1C等と同様に所謂反射型の波長変換素子である。
図19は、本開示の第4の実施の形態に係る波長変換素子(波長変換素子1L)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Lは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。波長変換素子1Lは、上記波長変換素子1A~1C等と同様に所謂反射型の波長変換素子である。
波長変換素子1Lの蛍光体層31は、上記第2の実施の形態における波長変換素子1Bと同様に、冷媒輸送部材12よりも小さな径を有し、蛍光体層31の側面と筐体20の側壁との間に空間(空間32S)が設けられている。また、蛍光体層31は、対向する一対の面(面31S1(第1の面)および面31S2(第2の面))を有し、面31S1はカバーガラス22に、面31S2は冷媒輸送部材12に、それぞれ面している。本実施の形態では、面31S1は平坦面、または、図20に示したように面31S1の一部に凸部31Xを有し、蛍光体層31の面31S1の全面または、少なくとも一部(凸部3X)がカバーガラス22の面22Sと接触または接合している。なお、「接触」とは、後述する蛍光体層31を構成する複数の蛍光体粒子とカバーガラス22とが接している状態を意味する。「接合」とは、蛍光体粒子の表面分子とカバーガラスの表面分子の少なくとも一部とが共有結合、イオン結合または金属結合等の分子結合で繋がり一体化している状態、もしくは蛍光体粒子とカバーガラスとがガラス材料や樹脂材料等のバインダ材で結合し一体化している状態を意味する。
図21Aは、蛍光体層31の面31S1の全面がカバーガラス22の面22Sと接している場合の接触部分を拡大して表したものである。図21Bは、蛍光体層31の面31S1の凸部31Xがカバーガラス22の面22Sと接している場合の接触部分を拡大して表したものである。蛍光体層31は、複数の蛍光体粒子(蛍光体粒子31A)を含んでおり、この複数の蛍光体粒子31Aがカバーガラス22の面22Sと接触または接合していることが好ましい。また、図21Bに示したように、蛍光体層31の面31S1に形成された凸部31Xがカバーガラス22の面22Sと接触または接合する場合には、凸部31Xは蛍光体層31の発光領域、即ち、励起光ELの照射位置(発光部)と合致していることが好ましい。これにより、カバーガラス22の面22Sへの液滴に付着が防止され、液滴による光散乱を防ぐことが可能となる。
また、図19では、蛍光体層31の面31S1とカバーガラス22の面22Sとが接触または接合し、蛍光体層31の面31S2は冷媒輸送部材12に面している例を示したがこれに限らない。例えば、図22に示したように、さらに、蛍光体層31の面31S2と収容部21の底面(面21S;他の面)とが接触または接合していてもよい。更に、本実施の形態の波長変換素子1Lは、図23に示したように、回転軸(例えば、軸J51)を中心に回転可能な、所謂反射型の蛍光体ホイールにも適用することができる。
(5-2.透過型波長変換素子での構成)
図24は、本開示の第4の実施の形態に係る波長変換素子(波長変換素子1M)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Mは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。波長変換素子1Mは、上記波長変換素子1D,1E等と同様に所謂透過型の波長変換素子である。
図24は、本開示の第4の実施の形態に係る波長変換素子(波長変換素子1M)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Mは、上記第1の実施の形態等と同様に、投射型表示装置(プロジェクタ1000)の光源モジュール(光源モジュール100)を構成する波長変換素子1の一例である。波長変換素子1Mは、上記波長変換素子1D,1E等と同様に所謂透過型の波長変換素子である。
波長変換素子1Mの蛍光体層31は、上記変形例1における波長変換素子1Dと同様に、冷媒輸送部材12よりも小さな径を有し、蛍光体層31の側面と筐体40の側壁との間に空間(空間32S)が設けられている。また、冷媒輸送部材12には、蛍光体層31への励起光ELの照射位置に対応する領域に開口12Hが設けられている。蛍光体層31は、面31S1とカバーガラス42の面42Sとが接触または接合していると共に、面31S2と収容部41(具体的には、リアカバー41A)の底面(面41S)とも接触または接合している。換言すると、例えば、蛍光体層31は、面31S1とカバーガラス42の面42Sとが接触または接合していると共に、蛍光体層31の面31S2は、蛍光体層31への励起光ELの照射位置に対応する領域に設けられた開口12Hを介してリアカバー41Aの面41Sと接触または接合している。
なお、図24では、リアカバー41A側から励起光ELが入射し、カバーガラス42側から蛍光FLが出射される例を示したが、これに限らない。例えば、カバーガラス42側から励起光ELが入射し、リアカバー41A側から蛍光FLが出射されるようにしてもよい。
また、本実施の形態の波長変換素子1Mは、図25に示したように、回転軸(例えば、軸J51)を中心に回転可能な、所謂透過型の蛍光体ホイールにも適用することができる。更に、本実施の形態の波長変換素子1Mは、図26に示したように、リアカバー41Aの背面に光源部110を収容した収容部44が配設した構成としてもよい。
(5-3.その他の構成)
更に、上記第1の実施の形態等では、セラミックス焼結体や、焼結金属またはポーラス金属によって構成された冷媒輸送部材(例えば、冷媒輸送部材12)を用いた波長変換素子1(例えば、波長変換素子1A)を示したが、冷媒輸送部材は、例えば以下の材料を用いた構成としてもよい。
更に、上記第1の実施の形態等では、セラミックス焼結体や、焼結金属またはポーラス金属によって構成された冷媒輸送部材(例えば、冷媒輸送部材12)を用いた波長変換素子1(例えば、波長変換素子1A)を示したが、冷媒輸送部材は、例えば以下の材料を用いた構成としてもよい。
図27は、本開示の第4の実施の形態に係る波長変換素子(波長変換素子1N)の断面構成の一例を模式的に表したものである。この波長変換素子1Nは、例えば光反射性を有する複数の粒子72Aを用いて冷媒輸送部材72を構成した反射型の波長変換素子である。光反射性を有する粒子72Aとしては、例えば、硫酸バリウム(BaSO4)、酸化チタン(TiO2)、アルミナ(Al2O3)、ガラスコーティングされたアルミニウム等の金属等が挙げられる。本実施の形態の冷媒輸送部材72は、複数の粒子72Aが筐体20の内壁、具体的には、収容部21の面21Sおよび側壁21Wならびにカバーガラス22の面22Sに接して局在しており、筐体20の中央に空間32Sが設けられている。冷媒13は、筐体20の内壁に沿って設けられた冷媒輸送部材72内部の空隙を介して蛍光体層31へ循環され、蛍光体層31において気化した冷媒13は、筐体20の中央に形成された空間32Sに排出される。
なお、本実施の形態の波長変換素子1Nは、光透過性を有する粒子を用いて冷媒輸送部材72を構成することで、透過型の波長変換素子を構成することができる。光透過性を有する粒子としては、例えば、SiO2系のガラスや、アルミナ(Al2O3)等が挙げられる。光透過性を有する粒子を用いて冷媒輸送部材72を構成する場合には、カバーガラス42の面42Sおよびリアカバー41Aの面41Sには、蛍光体層31を構成する蛍光体粒子32Aの代わりに、冷媒輸送部材72を構成する粒子が接していても構わない。
また、冷媒輸送部材72は、複数の粒子72Aの他に、繊維状構造体72Bを用いて構成してもよい。図28は、繊維状構造体72Bからなる冷媒輸送部材72を備えた波長変換素子1Nの断面構成を模式的に表したものである。繊維状構造体72Bの材料としては、例えば、ステンレス等の金属、樹脂、ガラスまたはセラミックス等が挙げられる。
(5-4.作用・効果)
上記第1~第3の実施の形態および変形例1~7では、例えば、筐体20内に、それぞれ、内部に空隙を有すると共に、互いに積層された蛍光体層11および冷媒輸送部材12を冷媒13と共に封入し、冷媒13を、蛍光体層11と冷媒輸送部材12との間を循環させて蛍光体層11を直接冷媒13で冷却させる波長変換素子1(例えば、波長変換素子1A)を説明した。しかしながら、上記波長変換素子1では、蛍光体層11から熱を奪い気化した冷媒13が、カバーガラス22に接した際に液化して液滴として付着する場合がある。この液滴は、励起光ELや蛍光FLがカバーガラス22を通過する際に散乱体として作用し、励起光ELおよび蛍光FLの利用効率を低下させる虞がある。
上記第1~第3の実施の形態および変形例1~7では、例えば、筐体20内に、それぞれ、内部に空隙を有すると共に、互いに積層された蛍光体層11および冷媒輸送部材12を冷媒13と共に封入し、冷媒13を、蛍光体層11と冷媒輸送部材12との間を循環させて蛍光体層11を直接冷媒13で冷却させる波長変換素子1(例えば、波長変換素子1A)を説明した。しかしながら、上記波長変換素子1では、蛍光体層11から熱を奪い気化した冷媒13が、カバーガラス22に接した際に液化して液滴として付着する場合がある。この液滴は、励起光ELや蛍光FLがカバーガラス22を通過する際に散乱体として作用し、励起光ELおよび蛍光FLの利用効率を低下させる虞がある。
これに対して、本実施の形態の波長変換素子1L~1Nでは、少なくとも、蛍光体層31の面31S1の少なくとも一部と、カバーガラス22の面21S(またはカバーガラス42の面42S)とが接触または接合しているようにした。これにより、励起光ELや蛍光FLの光路上への液滴に付着が防止される。
図29は、例えば、波長変換素子1Lの励起光量(W)と蛍光出力(W)との関係を表した特性図である。比較例として、上記第1の実施の形態における波長変換素子1Aの励起光量と蛍光出力との関係も示している。図29からわかるように、蛍光体層31の面31S1とカバーガラス22の面22Sとを接触または接合させた波長変換素子1Lは、蛍光体層31の面31S1とカバーガラス22の面22Sとが必ずしも接していない波長変換素子1Aと比較して、一定上の励起光量(W)による蛍光出力(W)の低下は確認されなかった。即ち、本実施の形態の波長変換素子1L~1Nでは、光の利用効率の低下を防ぐことが可能となる。
また、本実施の形態の波長変換素子1Nでは、冷媒輸送部材72を光反射性あるいは光透過性を有する複数の粒子72Aや、繊維状構造体72Bを用いて構成するようにした。更に、冷媒輸送部材72を筐体20の内壁に沿って配設するようにした。これにより、上記効果に加えて、角度等の姿勢による性能差を低減できるようになる。
<6.変形例>
(光源モジュールの他の構成例1)
図30は、上記第1の実施の形態で示した光源モジュール100Aの他の例(光源モジュール100B)を表した概略図である。光源モジュール100Bは、例えば、図5に示したプロジェクタ1000の光源モジュール100として用いられるものである。
(光源モジュールの他の構成例1)
図30は、上記第1の実施の形態で示した光源モジュール100Aの他の例(光源モジュール100B)を表した概略図である。光源モジュール100Bは、例えば、図5に示したプロジェクタ1000の光源モジュール100として用いられるものである。
光源モジュール100Bは、波長変換素子1と、光源部110と、ダイクロイックミラー115と、集光光学系114とを有する。上記光源モジュール100Cを構成する各部材は、波長変換素子1側から、集光光学系114、1/4波長板113およびPBS112の順に、波長変換素子1から射出される光(合波光Lw)の光路上に配置されている。光源部110は、合波光Lwの光路と直交する方向で、且つ、ダイクロイックミラー115において励起光ELが波長変換素子1に向かって反射される位置に配置されている。
(光源モジュールの他の構成例2)
図30は、上記第1の実施の形態で示した光源モジュール100Aの他の例(光源モジュール100C)を表した概略図である。光源モジュール100Cは、例えば、図5に示したプロジェクタ1000の光源モジュール100として用いられるものである。
図30は、上記第1の実施の形態で示した光源モジュール100Aの他の例(光源モジュール100C)を表した概略図である。光源モジュール100Cは、例えば、図5に示したプロジェクタ1000の光源モジュール100として用いられるものである。
光源モジュール100Cは、波長変換素子1と、光源部110と、ダイクロイックミラー115と、1/4波長板113と、集光光学系114とを有する。上記光源モジュール100Cを構成する各部材は、波長変換素子1側から、集光光学系114、1/4波長板113およびダイクロイックミラー115の順に、波長変換素子1から射出される光(合波光Lw)の光路上に配置されている。波長変換素子1の前面(例えば、カバーガラス22上)には、さらに、ダイクロイックミラー116が配置されており、これにより、励起光EL(青色光)の一部が反射される。反射された励起光EL(青色光)は、蛍光FL(黄色光)と合波されて白色光を生成する。
(光源モジュールの他の構成例3)
図32は、上記第1の実施の形態で示した光源モジュール100Aの他の例(光源モジュール100D)を表した概略図である。光源モジュール100Dは、例えば、図5に示したプロジェクタ1000の光源モジュール100として用いられるものである。
図32は、上記第1の実施の形態で示した光源モジュール100Aの他の例(光源モジュール100D)を表した概略図である。光源モジュール100Dは、例えば、図5に示したプロジェクタ1000の光源モジュール100として用いられるものである。
光源モジュール100Dは、上述した波長変換素子1(例えば、波長変換素子1A)と、拡散板621と、励起光またはレーザ光を発する光源部610と、レンズ612~615と、ダイクロイックミラー616と、反射ミラー617とを有する。拡散板621は、軸J621により回転可能に支持されている。光源部610は、第1のレーザ群610Aと第2のレーザ群610Bとを有する。第1のレーザ群610Aは励起光(例えば、波長445nmまたは455nm)を発振する半導体レーザ素子611Aが、第2のレーザ群610Bは青色レーザ光(例えば、波長465nm)を発振する半導体レーザ素子611Bが複数配列されたものである。ここでは便宜上、第1のレーザ群610Aから発振される励起光をEL1とし、第2のレーザ群610Bから発振される青色レーザ光(以下、単に青色光とする)をEL2とする。
光源モジュール100Dでは、波長変換素子1は、第1のレーザ群610Aからレンズ612と、ダイクロイックミラー616と、レンズ613とを順に透過した励起光EL1が蛍光体層11に入射されるように配置されている。波長変換素子1からの蛍光FLはダイクロイックミラー616で反射されたのち、レンズ614を透過して外部、即ち、照明光学系200へ向かうようになっている。拡散板621は、第2のレーザ群610Bから反射ミラー617を経由した青色光EL2を拡散させるものである。拡散板621で拡散された青色光EL2は、レンズ615およびダイクロイックミラー616を透過したのち、レンズ614を透過して外部、即ち照明光学系200へ向かうようになっている。
(プロジェクタの他の構成例)
図33は、透過型の液晶パネルにより光変調を行う透過型3LCD方式の投射型表示装置(プロジェクタ1000)の構成の一例を表した概略図である。このプロジェクタ1000は、例えば、光源モジュール100と、照明光学系710および画像生成部730を有する画像生成システム700と、投射光学系800とを含んで構成されている。
図33は、透過型の液晶パネルにより光変調を行う透過型3LCD方式の投射型表示装置(プロジェクタ1000)の構成の一例を表した概略図である。このプロジェクタ1000は、例えば、光源モジュール100と、照明光学系710および画像生成部730を有する画像生成システム700と、投射光学系800とを含んで構成されている。
照明光学系710は、例えば、インテグレータ素子711と、偏光変換素子712と、集光レンズ713とを有する。インテグレータ素子711は、二次元に配列された複数のマイクロレンズを有する第1のフライアイレンズ711Aおよびその各マイクロレンズに1つずつ対応するように配列された複数のマイクロレンズを有する第2のフライアイレンズ711Bを含んでいる。
光源モジュール100からインテグレータ素子711に入射する光(平行光)は、第1のフライアイレンズ711Aのマイクロレンズによって複数の光束に分割され、第2のフライアイレンズ711Bにおける対応するマイクロレンズにそれぞれ結像される。第2のフライアイレンズ711Bのマイクロレンズのそれぞれが、二次光源として機能し、輝度が揃った複数の平行光を、偏光変換素子712に入射光として照射する。
インテグレータ素子711は、全体として、光源モジュール100から偏光変換素子712に照射される入射光を、均一な輝度分布に整える機能を有する。
偏光変換素子712は、インテグレータ素子711等を介して入射する入射光の偏光状態を揃える機能を有する。この偏光変換素子712は、例えば、光源モジュール100の出射側に配置されたレンズ等を介して、青色光Lb、緑色光Lgおよび赤色光Lrを含む出射光を出射する。
照明光学系710は、さらに、ダイクロイックミラー714およびダイクロイックミラー715、ミラー716、ミラー717およびミラー718、リレーレンズ719およびリレーレンズ720、フィールドレンズ721R、フィールドレンズ721Gおよびフィールドレンズ721B、画像生成部730としての液晶パネル731R、731Gおよび731B、ダイクロイックプリズム732を含んでいる。
ダイクロイックミラー714およびダイクロイックミラー715は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。例えば、ダイクロイックミラー714は、赤色光Lrを選択的に反射する。ダイクロイックミラー715は、ダイクロイックミラー714を透過した緑色光Lgおよび青色光Lbのうち、緑色光Lgを選択的に反射する。残る青色光Lbが、ダイクロイックミラー715を透過する。これにより、光源モジュール100から出射された光(例えば白色の合波光Lw)が、異なる色の複数の色光に分離される。
分離された赤色光Lrは、ミラー716により反射され、フィールドレンズ721Rを通ることによって平行化された後、赤色光の変調用の液晶パネル731Rに入射する。緑色光Lgは、フィールドレンズ721Gを通ることによって平行化された後、緑色光の変調用の液晶パネル731Gに入射する。青色光Lbは、リレーレンズ719を通ってミラー717により反射され、さらにリレーレンズ720を通ってミラー718により反射される。ミラー718により反射された青色光Lbは、フィールドレンズ721Bを通ることによって平行化された後、青色光Lbの変調用の液晶パネル731Bに入射する。
液晶パネル731R、731Gおよび731Bは、画像情報を含んだ画像信号を供給する図示しない信号源(例えば、PC等)と電気的に接続されている。液晶パネル731R、731Gおよび731Bは、供給される各色の画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調し、それぞれ赤色画像、緑色画像および青色画像を生成する。変調された各色の光(形成された画像)は、ダイクロイックプリズム732に入射して合成される。ダイクロイックプリズム732は、3つの方向から入射した各色の光を重ね合わせて合成し、投射光学系800に向けて出射する。
投射光学系800は、例えば、複数のレンズ等を有する。投射光学系800は、画像生成システム700からの出射光を拡大してスクリーン500へ投射するものである。
以上、第1~第4の実施の形態および変形例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み等は一例であってこれに限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよい。
また、上記第1~第4の実施の形態および変形例1~7は、互いに組み合わせることができる。
更に、本技術は投射型表示装置ではない装置に本技術に係る波長変換素子1(波長変換素子1A~1N)および光源モジュール100等が用いられてもよい。例えば、本開示の光源モジュール100は、照明用途として用いてもよく、例えば、自動車のヘッドランプやライトアップ用の光源に適用可能である。
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。以下の構成の本技術によれば、筐体内に、複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層、蛍光体層を冷却する冷媒および蛍光体層に接して設けられると共に、冷媒を循環させる冷媒輸送部材を封入するようにしたので、蛍光体層が冷媒によって効率よく冷却されるようになる。よって、波長変換素子における放熱特性を向上させることが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
(1)
複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、
前記蛍光体層を冷却する冷媒と、
前記蛍光体層に接して設けられると共に、前記冷媒を循環させる冷媒輸送部材と、
前記蛍光体層、前記冷媒および前記冷媒輸送部材を封入する筐体と
を備えた波長変換素子。
(2)
前記冷媒は、前記蛍光体層および前記冷媒輸送部材において発生する毛管力によって循環し、
前記蛍光体層における毛管力は、前記冷媒輸送部材における毛管力よりも大きい、前記(1)に記載の波長変換素子。
(3)
前記冷媒輸送部材は光反射性を有する、前記(1)または(2)に記載の波長変換素子。
(4)
前記蛍光体層は、前記筐体の側壁との間に空間を有する、前記(1)乃至(3)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(5)
前記蛍光体層は、連泡式の多孔質構造を有する、前記(1)乃至(4)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(6)
前記蛍光体層は、セラミックス蛍光体によって構成されている、前記(1)乃至(5)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(7)
前記冷媒輸送部材は、連泡式の多孔質構造を有する、前記(1)乃至(6)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(8)
前記冷媒輸送部材は、セラミックス焼結体、焼結金属またはポーラス金属によって構成されている、前記(1)乃至(7)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(9)
前記蛍光体層および前記冷媒輸送部材は、それぞれ連泡式の多孔質構造を有し、
前記蛍光体層の平均気孔径は、前記冷媒輸送部材の平均気孔径よりも小さい、前記(1)乃至(8)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(10)
前記冷媒輸送部材は、前記蛍光体層との接面に前記冷媒を輸送する流路を有する、前記(1)乃至(9)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(11)
前記蛍光体層は、前記冷媒の蒸発による潜熱によって直接冷却される、前記(1)乃至(10)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(12)
前記筐体は、少なくとも前記蛍光体層と対向する一の面が光透過性を有する、前記(1)乃至(11)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(13)
前記筐体は、前記一の面と対向する他の面に放熱部材を有する、前記(12)に記載の波長変換素子。
(14)
前記冷媒輸送部材は、前記筐体の前記他の面側に配置されている、前記(13)に記載の波長変換素子。
(15)
前記筐体は回転可能なホイール部材であり、前記蛍光体層は円環形状を有する、前記(1)乃至(14)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(16)
前記蛍光体層は前記筐体の光透過性を有する一の面側に配置され、
前記冷媒輸送部材は、前記筐体の前記一の面と対向する他の面側に配置されている、前記(12)乃至(15)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(17)
前記冷媒輸送部材は開口を有し、
前記開口と当椄する前記筐体の他の面は、撥水性または親水性を有する、前記(16)に記載の波長変換素子。
(18)
前記蛍光体層および前記冷媒輸送部材を、それらの面を垂直に立てた状態で用いる場合、
前記冷媒輸送部材における毛管力(P)は下記式(1)を満たす、前記(1)乃至(17)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(数1)P≧水頭差R0(mmH2O)・・・・・(1)
(R0:蛍光体層内の発光部から筐体の内側側壁までの距離)
(19)
前記蛍光体層は、前記一の面に面する第1の面および前記第1の面と対向する第2の面を有し、前記第1の面の少なくとも一部は前記一の面と接触または接合している、前記(12)乃至(18)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(20)
前記第1の面の発光領域が前記一の面と接触または接合している、前記(19)に記載の波長変換素子。
(21)
前記蛍光体層は、前記第1の面の発光領域に凸部を有し、前記凸部が前記一の面と接触または接合している、前記(20)に記載の波長変換素子。
(22)
前記第1の面の全面が前記一の面と接触または接合している、前記(19)に記載の波長変換素子。
(23)
前記蛍光体層は、前記一の面に面する第1の面および前記第1の面と対向する第2の面を有し、
前記第1の面の少なくとも一部は前記一の面と接触または接合し、
前記第2の面の少なくとも一部は前記他の面と接触または接合している、前記(13)乃至(22)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(24)
前記冷媒輸送部材は開口を有し、
前記前記第2の面は、前記開口を介して前記他の面と接触または接合している、前記(23)に記載の波長変換素子。
(25)
前記筐体の側壁は傾斜面となっている、前記(1)乃至(24)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(26)
前記筐体は、前記他の面側にさらに光源を収容している、前記(13)乃至(25)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(27)
光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを備え、
前記波長変換素子は、
複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、
前記蛍光体層を冷却する冷媒と、
前記蛍光体層に接して設けられると共に、前記冷媒を循環させる冷媒輸送部材と、
前記蛍光体層、前記冷媒および前記冷媒輸送部材を封入する筐体と
を有する光源モジュール。
(28)
光源モジュールと、
前記光源モジュールから射出される光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの光を投射する投射光学系とを有し、
前記光源モジュールは、
光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを備え、
前記波長変換素子は、
複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、
前記蛍光体層を冷却する冷媒と、
前記蛍光体層に接して設けられると共に、前記冷媒を循環させる冷媒輸送部材と、
前記蛍光体層、前記冷媒および前記冷媒輸送部材を封入する筐体と
を有する投射型表示装置。
(1)
複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、
前記蛍光体層を冷却する冷媒と、
前記蛍光体層に接して設けられると共に、前記冷媒を循環させる冷媒輸送部材と、
前記蛍光体層、前記冷媒および前記冷媒輸送部材を封入する筐体と
を備えた波長変換素子。
(2)
前記冷媒は、前記蛍光体層および前記冷媒輸送部材において発生する毛管力によって循環し、
前記蛍光体層における毛管力は、前記冷媒輸送部材における毛管力よりも大きい、前記(1)に記載の波長変換素子。
(3)
前記冷媒輸送部材は光反射性を有する、前記(1)または(2)に記載の波長変換素子。
(4)
前記蛍光体層は、前記筐体の側壁との間に空間を有する、前記(1)乃至(3)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(5)
前記蛍光体層は、連泡式の多孔質構造を有する、前記(1)乃至(4)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(6)
前記蛍光体層は、セラミックス蛍光体によって構成されている、前記(1)乃至(5)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(7)
前記冷媒輸送部材は、連泡式の多孔質構造を有する、前記(1)乃至(6)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(8)
前記冷媒輸送部材は、セラミックス焼結体、焼結金属またはポーラス金属によって構成されている、前記(1)乃至(7)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(9)
前記蛍光体層および前記冷媒輸送部材は、それぞれ連泡式の多孔質構造を有し、
前記蛍光体層の平均気孔径は、前記冷媒輸送部材の平均気孔径よりも小さい、前記(1)乃至(8)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(10)
前記冷媒輸送部材は、前記蛍光体層との接面に前記冷媒を輸送する流路を有する、前記(1)乃至(9)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(11)
前記蛍光体層は、前記冷媒の蒸発による潜熱によって直接冷却される、前記(1)乃至(10)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(12)
前記筐体は、少なくとも前記蛍光体層と対向する一の面が光透過性を有する、前記(1)乃至(11)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(13)
前記筐体は、前記一の面と対向する他の面に放熱部材を有する、前記(12)に記載の波長変換素子。
(14)
前記冷媒輸送部材は、前記筐体の前記他の面側に配置されている、前記(13)に記載の波長変換素子。
(15)
前記筐体は回転可能なホイール部材であり、前記蛍光体層は円環形状を有する、前記(1)乃至(14)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(16)
前記蛍光体層は前記筐体の光透過性を有する一の面側に配置され、
前記冷媒輸送部材は、前記筐体の前記一の面と対向する他の面側に配置されている、前記(12)乃至(15)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(17)
前記冷媒輸送部材は開口を有し、
前記開口と当椄する前記筐体の他の面は、撥水性または親水性を有する、前記(16)に記載の波長変換素子。
(18)
前記蛍光体層および前記冷媒輸送部材を、それらの面を垂直に立てた状態で用いる場合、
前記冷媒輸送部材における毛管力(P)は下記式(1)を満たす、前記(1)乃至(17)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(数1)P≧水頭差R0(mmH2O)・・・・・(1)
(R0:蛍光体層内の発光部から筐体の内側側壁までの距離)
(19)
前記蛍光体層は、前記一の面に面する第1の面および前記第1の面と対向する第2の面を有し、前記第1の面の少なくとも一部は前記一の面と接触または接合している、前記(12)乃至(18)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(20)
前記第1の面の発光領域が前記一の面と接触または接合している、前記(19)に記載の波長変換素子。
(21)
前記蛍光体層は、前記第1の面の発光領域に凸部を有し、前記凸部が前記一の面と接触または接合している、前記(20)に記載の波長変換素子。
(22)
前記第1の面の全面が前記一の面と接触または接合している、前記(19)に記載の波長変換素子。
(23)
前記蛍光体層は、前記一の面に面する第1の面および前記第1の面と対向する第2の面を有し、
前記第1の面の少なくとも一部は前記一の面と接触または接合し、
前記第2の面の少なくとも一部は前記他の面と接触または接合している、前記(13)乃至(22)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(24)
前記冷媒輸送部材は開口を有し、
前記前記第2の面は、前記開口を介して前記他の面と接触または接合している、前記(23)に記載の波長変換素子。
(25)
前記筐体の側壁は傾斜面となっている、前記(1)乃至(24)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(26)
前記筐体は、前記他の面側にさらに光源を収容している、前記(13)乃至(25)のうちのいずれかに記載の波長変換素子。
(27)
光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを備え、
前記波長変換素子は、
複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、
前記蛍光体層を冷却する冷媒と、
前記蛍光体層に接して設けられると共に、前記冷媒を循環させる冷媒輸送部材と、
前記蛍光体層、前記冷媒および前記冷媒輸送部材を封入する筐体と
を有する光源モジュール。
(28)
光源モジュールと、
前記光源モジュールから射出される光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの光を投射する投射光学系とを有し、
前記光源モジュールは、
光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを備え、
前記波長変換素子は、
複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、
前記蛍光体層を冷却する冷媒と、
前記蛍光体層に接して設けられると共に、前記冷媒を循環させる冷媒輸送部材と、
前記蛍光体層、前記冷媒および前記冷媒輸送部材を封入する筐体と
を有する投射型表示装置。
本出願は、日本国特許庁において2018年8月27日に出願された日本特許出願番号2018-158129号および2019年2月27日に出願された日本特許出願番号2019-034421号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
Claims (28)
- 複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、
前記蛍光体層を冷却する冷媒と、
前記蛍光体層に接して設けられると共に、前記冷媒を循環させる冷媒輸送部材と、
前記蛍光体層、前記冷媒および前記冷媒輸送部材を封入する筐体と
を備えた波長変換素子。 - 前記冷媒は、前記蛍光体層および前記冷媒輸送部材において発生する毛管力によって循環し、
前記蛍光体層における毛管力は、前記冷媒輸送部材における毛管力よりも大きい、請求項1に記載の波長変換素子。 - 前記冷媒輸送部材は光反射性を有する、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光体層は、前記筐体の側壁との間に空間を有する、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光体層は、連泡式の多孔質構造を有する、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光体層は、セラミックス蛍光体によって構成されている、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記冷媒輸送部材は、連泡式の多孔質構造を有する、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記冷媒輸送部材は、セラミックス焼結体、焼結金属またはポーラス金属によって構成されている、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光体層および前記冷媒輸送部材は、それぞれ連泡式の多孔質構造を有し、
前記蛍光体層の平均気孔径は、前記冷媒輸送部材の平均気孔径よりも小さい、請求項1に記載の波長変換素子。 - 前記冷媒輸送部材は、前記蛍光体層との接面に前記冷媒を輸送する流路を有する、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光体層は、前記冷媒の蒸発による潜熱によって直接冷却される、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記筐体は、少なくとも前記蛍光体層と対向する一の面が光透過性を有する、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記筐体は、前記一の面と対向する他の面に放熱部材を有する、請求項12に記載の波長変換素子。
- 前記冷媒輸送部材は、前記筐体の前記他の面側に配置されている、請求項13に記載の波長変換素子。
- 前記筐体は回転可能なホイール部材であり、前記蛍光体層は円環形状を有する、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光体層は前記筐体の光透過性を有する一の面側に配置され、
前記冷媒輸送部材は、前記筐体の前記一の面と対向する他の面側に配置されている、請求項12に記載の波長変換素子。 - 前記冷媒輸送部材は開口を有し、
前記開口と当椄する前記筐体の他の面は、撥水性または親水性を有する、請求項16に記載の波長変換素子。 - 前記蛍光体層および前記冷媒輸送部材を、それらの面を垂直に立てた状態で用いる場合、
前記冷媒輸送部材における毛管力(P)は下記式(1)を満たす、請求項1に記載の波長変換素子。
(数1)P≧水頭差R0(mmH2O)・・・・・(1)
(R0:蛍光体層内の発光部から筐体の内側側壁までの距離)
- 前記蛍光体層は、前記一の面に面する第1の面および前記第1の面と対向する第2の面を有し、前記第1の面の少なくとも一部は前記一の面と接触または接合している、請求項12に記載の波長変換素子。
- 前記第1の面の発光領域が前記一の面と接触または接合している、請求項19に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光体層は、前記第1の面の発光領域に凸部を有し、前記凸部が前記一の面と接触または接合している、請求項20に記載の波長変換素子。
- 前記第1の面の全面が前記一の面と接触または接合している、請求項19に記載の波長変換素子。
- 前記蛍光体層は、前記一の面に面する第1の面および前記第1の面と対向する第2の面を有し、
前記第1の面の少なくとも一部は前記一の面と接触または接合し、
前記第2の面の少なくとも一部は前記他の面と接触または接合している、請求項13に記載の波長変換素子。 - 前記冷媒輸送部材は開口を有し、
前記前記第2の面は、前記開口を介して前記他の面と接触または接合している、請求項23に記載の波長変換素子。 - 前記筐体の側壁は傾斜面となっている、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記筐体は、前記他の面側にさらに光源を収容している、請求項13に記載の波長変換素子。
- 光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを備え、
前記波長変換素子は、
複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、
前記蛍光体層を冷却する冷媒と、
前記蛍光体層に接して設けられると共に、前記冷媒を循環させる冷媒輸送部材と、
前記蛍光体層、前記冷媒および前記冷媒輸送部材を封入する筐体と
を有する光源モジュール。 - 光源モジュールと、
前記光源モジュールから射出される光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの光を投射する投射光学系とを有し、
前記光源モジュールは、
光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを備え、
前記波長変換素子は、
複数の蛍光体粒子を含み、内部に空隙を有する蛍光体層と、
前記蛍光体層を冷却する冷媒と、
前記蛍光体層に接して設けられると共に、前記冷媒を循環させる冷媒輸送部材と、
前記蛍光体層、前記冷媒および前記冷媒輸送部材を封入する筐体と
を有する投射型表示装置。
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19856366 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |