WO2021186895A1 - 波長変換素子及び光学機器 - Google Patents

波長変換素子及び光学機器 Download PDF

Info

Publication number
WO2021186895A1
WO2021186895A1 PCT/JP2021/002362 JP2021002362W WO2021186895A1 WO 2021186895 A1 WO2021186895 A1 WO 2021186895A1 JP 2021002362 W JP2021002362 W JP 2021002362W WO 2021186895 A1 WO2021186895 A1 WO 2021186895A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wavelength conversion
layer
plate
conversion element
polymer layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/002362
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
青森　繁
英臣 由井
透 菅野
智子 植木
睦子 山本
裕一 一ノ瀬
Original Assignee
シャープ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
Priority to JP2022508100A priority Critical patent/JP7281014B2/ja
Priority to CN202180011877.9A priority patent/CN115210888A/zh
Priority to US17/793,262 priority patent/US20230038009A1/en
Publication of WO2021186895A1 publication Critical patent/WO2021186895A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
    • F21V9/32—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source characterised by the arrangement of the photoluminescent material
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
    • G03B21/2033—LED or laser light sources
    • G03B21/204—LED or laser light sources using secondary light emission, e.g. luminescence or fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/16—Laser light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element

Definitions

  • the present invention relates to a wavelength conversion element and an optical device.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-4775 filed in Japan on March 18, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 describes a base material and a wavelength conversion member provided on the base material and having a phosphor layer.
  • the phosphor layer is composed of phosphor particles and translucent ceramics that bond between adjacent phosphor particles.
  • Patent Document 1 describes inorganic binders such as silica and aluminum phosphate as translucent ceramics.
  • a main object of the present disclosure is to provide a wavelength conversion element in which the wavelength conversion layer is not easily peeled off.
  • the wavelength conversion element includes a plate, a wavelength conversion layer, and a polymer layer.
  • the wavelength conversion layer has a facing surface facing the plate.
  • the wavelength conversion layer includes an inorganic wavelength conversion material that emits light having a wavelength different from that of the incident light.
  • the polymer layer is arranged between the plate and the wavelength conversion layer. Part of the facing surface is in contact with the plate. At least a part of the other part of the facing surface is joined to the plate via a polymer layer.
  • the optical device includes a wavelength conversion element according to one aspect and a light source that irradiates a wavelength conversion layer of the wavelength conversion element with light.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. It is a schematic plan view of the wavelength conversion element which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. It is a schematic plan view of the wavelength conversion element which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. It is a schematic plan view of a part of the wavelength conversion element which concerns on the 1st modification. It is a schematic plan view of a part of the wavelength conversion element which concerns on the 2nd modification.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line XIV-XIV of FIG.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of the wavelength conversion element 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • the wavelength conversion element 1 includes a plate 10, a wavelength conversion layer 20, and a polymer layer 30.
  • the plate 10 can be made of, for example, a metal plate, a ceramic plate, or the like.
  • the plate 10 preferably has a high thermal conductivity so that the heat of the wavelength conversion layer 20 can be dissipated with high efficiency.
  • the plate 10 is preferably a metal plate, and more preferably, for example, an aluminum plate.
  • the plate 10 may be composed of, for example, a metal plate such as an aluminum plate and a coating layer covering the surface of the metal plate.
  • the shape and dimensions of the plate 10 are not particularly limited.
  • the plate 10 may have, for example, a circular shape, a disk shape, a polygonal shape, an elliptical shape, an oval shape, or the like.
  • the thickness of the plate 10 is not particularly limited, but can be, for example, about 0.5 mm or more and 2.0 mm or less.
  • a wavelength conversion layer 20 is arranged on the plate 10.
  • the wavelength conversion layer 20 is a layer that emits light having a wavelength different from that of the excitation light, typically light having a wavelength longer than that of the excitation light, when light of a specific wavelength (excitation light) is incident.
  • the wavelength conversion layer 20 contains an inorganic wavelength conversion material.
  • the inorganic wavelength converter When light of a specific wavelength (excitation light) is incident, the inorganic wavelength converter emits light having a wavelength different from that of the excitation light, typically light having a wavelength longer than that of the excitation light.
  • the inorganic wavelength conversion material includes, for example, an inorganic wavelength conversion material such as an inorganic phosphor.
  • the inorganic wavelength conversion material examples include YAG: Ce (Y 3 Al 5 O 12 : Ce3 +), CaAlSiN 3 : Eu 2+ , Ca- ⁇ -SiAlON: Eu 2+ , ⁇ -SiAlON: Eu 2+ , Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ (LuAG: Ce), (Sr, Ca, Ba, Mg) 10 (PO 4 ) 6 C 12 : Eu, BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ , (Sr, Ba) 3 MgSi 2 O 8 : Eu 2+ and the like can be mentioned.
  • the plurality of inorganic wavelength conversion materials may contain, for example, one type of inorganic wavelength conversion material, or may contain a plurality of types of inorganic wavelength conversion materials.
  • the shape of the inorganic wavelength conversion material is not particularly limited.
  • the inorganic wavelength conversion material may be, for example, particulate, spherical, elliptical, needle-shaped, polygonal columnar, columnar or the like.
  • the particle size of the plurality of inorganic wavelength conversion materials is not particularly limited.
  • the average particle size of the plurality of inorganic wavelength conversion materials is, for example, preferably 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, and more preferably 5 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • a plurality of inorganic wavelength conversion materials having different average particle sizes may be combined.
  • the wavelength conversion layer 20 may be composed of only a plurality of inorganic wavelength conversion materials, but it is preferable that the wavelength conversion layer 20 further contains a binder in addition to the plurality of inorganic wavelength conversion materials. It is more preferable that the wavelength conversion layer 20 contains an inorganic binder made of an inorganic material. Specific examples of the inorganic binder preferably used include alumina, silica, silicon nitride, aluminum nitride, zinc oxide, tin oxide and the like.
  • the content of the inorganic binder in the wavelength conversion layer 20 is preferably, for example, 10% by volume or more and 40% by volume or less.
  • the wavelength conversion layer 20 contains substantially only an inorganic material. That is, the wavelength conversion layer 20 is preferably an inorganic wavelength conversion layer.
  • the wavelength conversion layer 20 has a facing surface 21 facing the plate 10 and a main surface 22 facing the plate 10. At least one recess 25 is formed on the facing surface 21. Therefore, at least a part of the facing surface 21 where the recess 25 is not provided is in contact with the plate 10, and the portion where the recess 25 is provided is not in contact with the plate 10. That is, a part of the facing surface is in contact with the plate 10.
  • a polymer layer 30 is arranged between the plate 10 and the wavelength conversion layer 20. Specifically, the polymer layer 30 is arranged in the recess 25 provided on the facing surface 21 of the wavelength conversion layer 20.
  • the polymer layer 30 is preferably provided in the entire recess 25, but may be provided in a part of the recess 25. That is, the recess 25 may have a portion where the polymer layer 30 is not located.
  • a plurality of polymer layers 30 are arranged between the plate 10 and the wavelength conversion layer 20.
  • a polymer layer 30 is arranged in each of the plurality of recesses 25.
  • the plurality of polymer layers 30 are arranged in a matrix at intervals from each other along the x direction in FIG. 1 and the y direction inclined (typically orthogonal to) the x direction. There is.
  • each of the plurality of polymer layers 30 is not particularly limited as long as the polymer layer 30 is provided between the plate 10 and the wavelength conversion layer 20.
  • the polymer layer 30 may have a circular shape, an elliptical shape, or a rectangular shape in a plan view, for example.
  • the polymer layer 30 contains a polymer.
  • the polymer layer 30 is preferably composed of, for example, a resin or a resin composition.
  • the polymer layer 30 preferably contains a polymer having high thermal durability.
  • the polymer layer 30 preferably contains, for example, at least one of silicone, polyimide, polyurethane, epoxy resin and phenol resin.
  • the polymer layer 30 may be composed of, for example, a resin composition containing at least one of silicone, polyimide, polyurethane, epoxy resin and phenol resin, and a filler. Specific examples of the filler preferably used include silica, alumina and the like.
  • the polymer layer 30 is in contact with both the portion of the facing surface 21 where the recess 25 is provided and the plate 10. Specifically, in the present embodiment, the polymer layer 30 is joined to both the portion of the facing surface 21 where the recess 25 is provided and the plate 10. Therefore, at least a part of the facing surface 21 other than the portion in contact with the plate 10 is joined to the plate 10 via the polymer layer 30. Specifically, at least a part of the portion of the facing surface 21 where the recess 25 is provided is joined to the plate 10 via the polymer layer 30.
  • the coefficient of thermal expansion of the plate and the coefficient of thermal expansion of the wavelength conversion layer are different.
  • the coefficient of thermal expansion of the plate is usually larger than the coefficient of thermal expansion of the wavelength conversion layer. Therefore, the amount of thermal expansion of the wavelength conversion layer and the amount of thermal expansion of the plate when the temperatures of the wavelength conversion layer and the plate rise are different from each other.
  • the wavelength conversion layer may be peeled off from the plate due to the difference in the amount of thermal expansion between the wavelength conversion layer and the plate.
  • a part of the facing surface 21 of the wavelength conversion layer 20 is in contact with the plate 10, and at least a part of the other part of the facing surface 21 is via the polymer layer 30. It is joined to the plate 10. Therefore, the wavelength conversion layer 20 is difficult to peel off from the plate 10.
  • the wavelength conversion layer 20 contains the inorganic wavelength conversion material and the inorganic binder, it has high thermal conductivity. Therefore, even if the wavelength conversion layer 20 generates heat when the excitation light is incident on the wavelength conversion layer 20, the heat of the wavelength conversion layer 20 is easily transferred to the plate 10 side. Therefore, the temperature rise of the wavelength conversion layer 20 can be suppressed. Therefore, the difference in thermal expansion between the wavelength conversion layer 20 and the plate 10 can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the wavelength conversion layer 20 from peeling off from the plate 10.
  • the wavelength conversion element 1 is bonded to the plate 10 via the polymer layer 30.
  • the polymer layer 30 can function as a buffer layer that relieves stress generated due to the difference in thermal expansion between the wavelength conversion layer 20 and the plate 10.
  • the polymer layer 30 contains a polymer, the polymer layer 30 has higher adhesion strength to the plate 10 than the wavelength conversion layer 20 containing the inorganic wavelength conversion material. Therefore, it is possible to further prevent the wavelength conversion layer 20 from peeling off from the plate 10.
  • the wavelength conversion layer 20 is in direct contact with the plate 10 and the wavelength conversion layer 20 and the plate 10 are joined by the polymer layer 30, the temperature rise of the wavelength conversion layer 20 can be suppressed. Further, the polymer layer 30 can alleviate the stress caused by the difference in thermal expansion and improve the adhesion strength between the wavelength conversion layer 20 and the plate 10. Therefore, it is possible to effectively prevent the wavelength conversion layer 20 from peeling off from the plate 10.
  • the wavelength conversion element 1 has a plurality of polymer layers 30. Therefore, a plurality of portions that are in direct contact with the plate 10 and a plurality of portions that are joined by the polymer layer 30 can be dispersedly arranged on the facing surface 21. Therefore, it is possible to suppress a local temperature rise of the wavelength conversion layer 20.
  • the adhesion strength of the wavelength conversion layer 20 to the plate 10 can be increased as a whole. Further, the stress generated between the wavelength conversion layer 20 and the plate 10 can be relaxed as a whole. Therefore, the peeling of the wavelength conversion layer 20 from the plate 10 can be suppressed more effectively.
  • the area of the facing surface 21 in the plan view of the wavelength conversion element 1 is preferably 10% or more and 70% or less, and more preferably 20% or more and 60% or less.
  • the polymer layer 30 preferably has an elastic modulus lower than that of the wavelength conversion layer 20. Specifically, it is preferable that the elastic modulus E P of the polymer layer 30, the ratio of the elastic modulus E W of the wavelength conversion layer 20, the E W / E P is 100,000 times or more, is a million times or more Is more preferable.
  • the polymer layer 30 preferably has a coefficient of linear thermal expansion higher than the coefficient of linear thermal expansion of the wavelength conversion layer 20.
  • the coefficient of linear thermal expansion of the polymer layer 30 is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more, the coefficient of linear thermal expansion of the wavelength conversion layer 20.
  • the wavelength conversion layer 20 preferably contains an inorganic binder.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the wavelength conversion element 1a according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.
  • the polymer layer 30 is provided on the peripheral edge of the wavelength conversion layer 20.
  • the polymer layer 30 is formed in a frame shape.
  • the polymer layer 30 is arranged between the peripheral edge of the wavelength conversion layer 20 and the plate 10.
  • the peeling of the wavelength conversion layer 20 can be suppressed as in the first embodiment.
  • the temperature of the central portion of the wavelength conversion layer 20 tends to rise, and the temperature of the peripheral portion tends to rise easily. Therefore, stress is generated in the wavelength conversion layer 20 due to the difference in temperature, but the polymer layer 30 provided on the peripheral portion relaxes the stress, so that the adhesion force of the polymer layer 30 is reduced. Can be effectively suppressed.
  • the polymer layer 30 is provided in an annular shape over the entire circumference.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of the wavelength conversion element 1b according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG.
  • the wavelength conversion elements 1 and 1a have a rectangular shape.
  • the wavelength conversion element may be, for example, a disk shape or the like.
  • the wavelength conversion element 1b constituting the disk-shaped fluorescent wheel will be described.
  • the plate 10 has a disk shape. As shown in FIG. 6, a through hole 10a is formed in the central portion of the plate 10. The shaft 40 is inserted into the through hole 10a. The plate 10 rotates with the rotation of the shaft 40 inserted into the through hole 10a.
  • the wavelength conversion layer 20 is provided on the outer peripheral portion of the plate 10.
  • the wavelength conversion layer 20 is formed in a ring shape (annular shape).
  • the entire wavelength conversion layer 20 contains the same wavelength conversion material, and emits light having the same wavelength.
  • the wavelength conversion layer may be arranged along the circumferential direction, for example, and may include a plurality of wavelength conversion layers that emit light having different wavelengths from each other.
  • the wavelength conversion layers are arranged along the circumferential direction, and are a wavelength conversion layer that emits red light, a wavelength conversion layer that emits green light, and a wavelength conversion that emits blue light. It may include layers.
  • the polymer layer 30 is provided at both ends (inner end and outer end) of the wavelength conversion layer 20.
  • the wavelength conversion element 1b has an inner polymer layer 30a and an outer polymer layer 30b as the polymer layer 30.
  • the inner polymer layer 30a is arranged between the inner peripheral portion of the wavelength conversion layer 20 formed in a ring shape and the plate 10.
  • the outer polymer layer 30b is formed between the outer peripheral portion of the wavelength conversion layer 20 formed in a ring shape and the plate 10.
  • the polymer layer 30 is provided as in the above embodiment. Therefore, peeling of the wavelength conversion layer 20 can be suppressed.
  • the inner polymer layer 30a and the outer polymer layer 30b improve the bonding force at both ends of the wavelength conversion layer 20 in the radial direction, so that the wavelength conversion layer 20 can be peeled off more. It can be effectively suppressed.
  • the excitation light is usually irradiated to the central portion in the radial direction of the wavelength conversion layer 20, and the central portion tends to become hot. Therefore, the temperatures of the inner polymer layer 30a and the outer polymer layer 30b are unlikely to rise. Therefore, the bonding force between the inner polymer layer 30a and the outer polymer layer 30b is unlikely to decrease, and the peeling of the wavelength conversion layer 20 can be suppressed more effectively.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of a part of the wavelength conversion element according to the first modification.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of a part of the wavelength conversion element according to the second modification.
  • the polymer layer 30 is composed of the inner polymer layer 30a and the outer polymer layer 30b.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the polymer layer 30 includes a plurality of central polymer layers 30c in addition to the inner polymer layer 30a and the outer polymer layer 30b.
  • the plurality of central polymer layers 30c are arranged between the central portion of the wavelength conversion layer 20 in the radial direction and the plate 10.
  • the plurality of central polymer layers 30c are arranged so as to be spaced apart from each other along the circumferential direction.
  • the plan-view shape of the plurality of central polymer layers 30c is not particularly limited, but is, for example, circular.
  • the central polymer layer 30c as in the first modification, it is effective to separate the central portion of the wavelength conversion layer 20 in the radial direction and the plate 10 from which the temperature tends to rise due to irradiation with excitation light. Can be suppressed.
  • the abundance of the inner polymer layer 30a and the outer polymer layer 30b along the circumferential direction is along the circumferential direction of the central polymer layer 30c. It is preferably higher than the abundance rate. It is preferable that the radial dimensions of the inner polymer layer 30a and the outer polymer layer 30b are larger than the radial dimensions of the central polymer layer 30c.
  • each of the inner polymer layer 30a and the outer polymer layer 30b is annular.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • each of the inner polymer layer 30a and the outer polymer layer 30b may be composed of a plurality of polymer layers arranged at intervals along the circumferential direction. .. That is, for example, at least one of the inner polymer layer 30a, the outer polymer layer 30b, and the central polymer layer 30c may be provided in a dot shape.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the wavelength conversion element according to the fourth embodiment.
  • the wavelength conversion layer 20 may have, for example, a wavelength conversion member-containing portion including a wavelength conversion member and a wavelength conversion member-free portion not including the wavelength conversion member.
  • the wavelength conversion layer 20 has a wavelength conversion material-containing layer 20a and a diffusion layer 20b.
  • the wavelength conversion material-containing layer 20a is a layer containing a wavelength conversion material and an inorganic binder.
  • the diffusion layer 20b does not contain a wavelength conversion material.
  • the diffusion layer 20b is composed of an inorganic binder and a light diffusion material.
  • the diffusion layer 20b is arranged between the wavelength conversion material-containing layer 20a and the plate 10.
  • the light diffusing material is preferably a material having a large difference in refractive index from the inorganic binder, for example, a particulate material made of titanium oxide, zirconia oxide, zinc oxide, silica or the like, or air such as voids contained in the inorganic binder. Layers can be used. The average particle size of these particles is, for example, several hundred nm to several ⁇ m.
  • the wavelength conversion layer 20 includes the diffusion layer 20b as in the present embodiment, since the polymer layer 30 is provided, substantially the same effect as that of the first to third embodiments can be achieved. Will be done.
  • FIG. 10 is a schematic view showing the configuration of the optical device according to the fifth embodiment.
  • the wavelength conversion element according to the present invention can be used in various optical devices.
  • a projection device including a wavelength conversion element according to one embodiment will be described.
  • the optical device 2 shown in FIG. 10 constitutes a projection device.
  • the optical device 2 has a light source 51.
  • the light source 51 can be composed of, for example, an LED (Light Emitting Diode) or a laser element.
  • LED Light Emitting Diode
  • LD Laser Diode
  • a dichroic mirror 52 that selectively reflects the wavelength of blue light B is arranged on the light emitting side of the light source 51.
  • the blue light B emitted from the light source 51 is reflected by the dichroic mirror 52.
  • the reflected blue light B is incident on the wavelength conversion element 1c.
  • FIG. 11 is a schematic plan view of the wavelength conversion element 1c in the fifth embodiment.
  • the wavelength conversion element 1c constitutes a fluorescent wheel.
  • the plate 10 has a disk shape in which a part thereof is cut out along the circumferential direction.
  • the plate 10 is made of a metal plate and reflects light.
  • the plate 10 is fixed to the shaft 40 connected to the rotating device 53 shown in FIG.
  • the plate 10 rotates as the shaft 40 is rotationally driven by the rotating device 53.
  • a fan-shaped wavelength conversion layer 20 having a notched inner portion in the radial direction is formed on the plate 10.
  • a polymer layer 30 including an inner polymer layer 30a and an outer polymer layer 30b is arranged between the wavelength conversion layer 20 and the plate 10. Therefore, even in this embodiment, the peeling of the wavelength conversion layer 20 from the plate 10 is suppressed.
  • the wavelength conversion layer 20 includes a green wavelength conversion layer 20A and a red wavelength conversion layer 20B arranged along the circumferential direction.
  • the green wavelength conversion layer 20A emits green light G when blue light B from the light source 51 is incident.
  • the red wavelength conversion layer 20B emits red light R when blue light B from the light source 51 is incident. Light from the green wavelength conversion layer 20A and the red wavelength conversion layer 20B is reflected by the plate 10.
  • the blue light B from the light source 51 is the region where the wavelength conversion element 1 is not provided, the region where the green wavelength conversion layer 20A is provided, and the red wavelength conversion layer 20B. It is repeatedly incident on the provided region in this order.
  • the blue light B incident on the region where the wavelength conversion element 1 is not provided travels straight as it is, and is guided to the dichroic mirror 52 by the optical elements 54a, 54b, and 54c shown in FIG.
  • the blue light B is reflected by the dichroic mirror 52 toward the optical element 55.
  • the green light G When the blue light B is incident on the region where the green wavelength conversion layer 20A is provided, the green light G is emitted from the green wavelength conversion layer 20A.
  • the green light G passes through the dichroic mirror 52 and is incident on the optical element 55.
  • the red light R is emitted from the red wavelength conversion layer 20B.
  • the red light R passes through the dichroic mirror 52 and is incident on the optical element 55.
  • the blue light B, the green light G, and the red light R are each reflected by the optical element 55 toward the projection optical system 56 and projected by the projection optical system 56.
  • FIG. 12 is a schematic view showing the configuration of the optical device according to the sixth embodiment.
  • the optical device 3 which is a light source device shown in FIG. 12 will be described as an example.
  • the optical device 3 is preferably used for, for example, a transmissive laser headlight (vehicle headlight) or the like.
  • the optical device 3 includes a wavelength conversion element 1 and a light source 60.
  • the light source 60 irradiates the wavelength conversion layer 20 of the wavelength conversion element 1 with the excitation light of the wavelength conversion layer 20.
  • the plate 10 transmits light from the light source 60. Therefore, the light from the light source 60 is incident on the wavelength conversion layer 20.
  • the light (for example, fluorescence) emitted from the wavelength conversion layer 20 is reflected by the reflector 61 and emitted as parallel light.
  • the polymer layer 30 since the polymer layer 30 is provided, the peeling of the wavelength conversion layer 20 from the plate 10 can be effectively suppressed.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the wavelength conversion element according to the third modification.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view taken along the line XIV-XIV of FIG.
  • the polymer layer 30 is not particularly limited as long as it is provided in a part between the wavelength conversion layer 20 and the plate 10.
  • the polymer layer 30 may have a plate shape having a plurality of through holes, as in the wavelength conversion elements shown in FIGS. 13 and 14.
  • the shape of the polymer layer 30 is not limited, as is the case with the fourth embodiment.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

波長変換素子は、プレートと、波長変換層と、高分子層とを備える。波長変換層は、プレートと対向する対向面を有する。波長変換層は、入射光とは異なる波長の光を出射する無機波長変換材を含む。高分子層は、プレートと波長変換層との間に配されている。対向面の一部がプレートと接触している。対向面の他の部分の少なくとも一部が高分子層を介して前記プレートと接合されている。

Description

波長変換素子及び光学機器
　本発明は、波長変換素子及び光学機器に関する。本願は、２０２０年３月１８日に日本で出願された特願２０２０－４７７５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、基材と、基材の上に設けられており、蛍光体層を備える波長変換部材が記載されている。蛍光体層は、蛍光体粒子と、隣り合う蛍光体粒子間を結合する透光性セラミックスとからなる。特許文献１には、透光性セラミックスとして、シリカ、リン酸アルミニウム等の無機バインダが記載されている。
国際公開第２０１７／１２６４４１号
　波長変換素子には、蛍光体層等の波長変換層の剥離を抑制したいという要望がある。
　本開示の主な目的は、波長変換層が剥離しにくい波長変換素子を提供することにある。
　一態様に係る波長変換素子は、プレートと、波長変換層と、高分子層とを備える。波長変換層は、プレートと対向する対向面を有する。波長変換層は、入射光とは異なる波長の光を出射する無機波長変換材を含む。高分子層は、プレートと波長変換層との間に配されている。対向面の一部がプレートと接触している。対向面の他の部分の少なくとも一部が高分子層を介して前記プレートと接合されている。
　一態様に係る光学機器は、一態様に係る波長変換素子と、波長変換素子の波長変換層に対して光を照射する光源とを備える。
第１実施形態に係る波長変換素子の模式的平面図である。 図１の線ＩＩ－ＩＩにおける模式的断面図である。 第２実施形態に係る波長変換素子の模式的平面図である。 図３の線ＩＶ－ＩＶにおける模式的断面図である。 第３実施形態に係る波長変換素子の模式的平面図である。 図５の線ＶＩ－ＶＩにおける模式的断面図である。 第1変形例に係る波長変換素子の一部分の模式的平面図である。 第２変形例に係る波長変換素子の一部分の模式的平面図である。 第４実施形態に係る波長変換素子の模式的断面図である。 第５実施形態に係る光学機器の構成を表す模式図である。 第５実施形態おける波長変換素子の模式的平面図である。 第６実施形態に係る光学機器の構成を表す模式図である。 第３変形例に係る波長変換素子の模式的断面図である。 図１３の線ＸＩＶ－ＸＩＶにおける模式的断面図である。
　以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係る波長変換素子１の模式的平面図である。図２は、図１の線ＩＩ－ＩＩにおける模式的断面図である。
　図２に示すように、波長変換素子１は、プレート１０と、波長変換層２０と、高分子層３０とを備える。
　プレート１０は、例えば、金属プレートやセラミックプレート等により構成することができる。プレート１０は、波長変換層２０の熱を高い効率で放熱できるように、高い熱伝導率を有することが好ましい。この観点から、プレート１０は、金属プレートであることが好ましく、なかでも、例えば、アルミニウムプレートであることがより好ましい。また、プレート１０は、例えば、アルミニウムプレート等の金属プレートと、金属プレートの表面を被うコーティング層とにより構成されていてもよい。
　プレート１０の形状寸法は、特に限定されない。プレート１０は、例えば、円形状、円板状、多角形状、楕円形状、長円形状等であってもよい。プレート１０の厚みは、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下程度とすることができる。
　プレート１０の上には、波長変換層２０が配されている。波長変換層２０は、特定の波長の光（励起光）が入射したときに、励起光とは異なる波長の光、典型的には、励起光よりも波長の長い光を出射する層である。
　波長変換層２０は、無機波長変換材を含む。無機波長変換材は、特定の波長の光（励起光）が入射したときに、励起光とは異なる波長の光、典型的には、励起光よりも波長の長い光を出射する。本実施形態では、無機波長変換材は、例えば、無機蛍光体等の無機波長変換材料を含んでいる。
　無機波長変換材料の具体例としては、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ－α－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋、β－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（ＬｕＡＧ：Ｃｅ）、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃ１２：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋等が挙げられる。
　複数の無機波長変換材は、例えば、１種の無機波長変換材料を含有していても良いし、複数種類の無機波長変換材料を含有していてもよい。
　無機波長変換材の形状は、特に限定されない。無機波長変換材は、例えば、粒子状、球状、楕球状、針状、多角柱状、円柱状等であってもよい。
　複数の無機波長変換材の粒子径は、特に限定されない。複数の無機波長変換材の平均粒子径は、例えば、１μm以上５０μm以下であることが好ましく、５μm以上３０μm以下であることがより好ましい。
　また、複数の異なる平均粒子径の無機波長変換材料が組み合わされていても良い。
　波長変換層２０は、複数の無機波長変換材のみにより構成されていてもよいが、複数の無機波長変換材に加え、バインダをさらに含んでいることが好ましい。波長変換層２０は、無機材料からなる無機バインダを含むことがさらに好ましい。好ましく用いられる無機バインダの具体例としては、例えば、アルミナ、シリカ、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化スズ等が挙げられる。
　波長変換層２０における無機バインダの含有量は、例えば、１０体積％以上４０体積％以下であることが好ましい。
　波長変換層２０は、実質的に無機材料のみを含んでいることが好ましい。すなわち、波長変換層２０は、無機波長変換層であることが好ましい。
　図２に示すように、波長変換層２０は、プレート１０と対向する対向面２１と、プレート１０とは反対側の主面２２とを有する。対向面２１には、少なくとも１つの凹部２５が形成されている。このため、対向面２１のうち、凹部２５が設けられていない部分の少なくとも一部は、プレート１０と接触しており、凹部２５が設けられた部分は、プレート１０と接触していない。すなわち、対向面の一部は、プレート１０と接触している。
　プレート１０と波長変換層２０との間には、高分子層３０が配されている。詳細には、高分子層３０は、波長変換層２０の対向面２１に設けられた凹部２５内に配されている。高分子層３０は、凹部２５の全体に設けられていることが好ましいが、凹部２５の一部に設けられていてもよい。すなわち、凹部２５には、高分子層３０が位置していない部分が存在していてもよい。
　具体的には、本実施形態では、図１に示すように、プレート１０と波長変換層２０との間に、複数の高分子層３０が配されている。複数の凹部２５のそれぞれに高分子層３０が配されている。複数の高分子層３０は、図１におけるｘ方向と、ｘ方向に対して傾斜（典型的には直交）したｙ方向とのそれぞれに沿って、相互に間隔をおいてマトリクス状に配されている。
　複数の高分子層３０のそれぞれの形状は、高分子層３０がプレート１０と波長変換層２０との間に設けられている限りにおいて、特に限定されない。高分子層３０は、例えば、平面視において円形状や楕円形状、矩形状であってもよい。
　高分子層３０は、高分子を含む。高分子層３０は、例えば、樹脂や樹脂組成物により構成されていることが好ましい。
　高分子層３０は、高い熱的耐久性を有する高分子を含むことが好ましい。高分子層３０は、例えば、シリコーン、ポリイミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂のうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。高分子層３０は、例えば、シリコーン、ポリイミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂のうちの少なくとも１種と、フィラーとを含む樹脂組成物により構成されていてもよい。好ましく用いられるフィラーの具体例としては、例えば、シリカやアルミナ等が挙げられる。
　図２に示すように、高分子層３０は、対向面２１の凹部２５が設けられた部分と、プレート１０との両方に接触している。本実施形態では、具体的には、高分子層３０は、対向面２１の凹部２５が設けられた部分と、プレート１０との両方に接合されている。このため、対向面２１のプレート１０と接触している部分以外の部分の少なくとも一部は、高分子層３０を介してプレート１０と接合されている。具体的には、対向面２１の凹部２５が設けられた部分の少なくとも一部は、高分子層３０を介してプレート１０と接合されている。
　ところで、波長変換層に励起光が入射すると、波長変換層の温度が上昇する。通常、プレートの熱膨張係数と、波長変換層の熱膨張係数とは異なる。例えば、プレートが金属プレートであり、波長変換層が無機波長変換材を含んでいる場合は、通常、プレートの熱膨張係数が、波長変換層の熱膨張係数よりも大きい。このため、波長変換層及びプレートの温度が上昇したときの、波長変換層の熱膨張量と、プレートの熱膨張量とが相互に異なる。この波長変換層とプレートとの間の熱膨張量の差に起因して波長変換層がプレートから剥離する虞がある。
　本実施形態に係る波長変換素子１では、波長変換層２０の対向面２１の一部がプレート１０と接触しており、対向面２１の他の部分の少なくとも一部が高分子層３０を介してプレート１０と接合されている。このため、波長変換層２０がプレート１０から剥離しにくい。
　詳細には、波長変換層２０の対向面の一部がプレート１０と接触している。波長変換層２０は、無機波長変換材と、前記無機バインダを含んでいるため、高い熱伝導率を有する。このため、波長変換層２０に励起光が入射した際に波長変換層２０が発熱しても、波長変換層２０の熱がプレート１０側に伝達しやすい。よって、波長変換層２０の温度上昇を抑制することができる。このため、波長変換層２０と、プレート１０との間の熱膨張差を小さくすることができる。よって、波長変換層２０がプレート１０から剥離することを抑制することができる。
　さらに、本実施形態に係る波長変換素子１では、対向面２１の少なくとも一部が高分子層３０を介してプレート１０と接合されている。この高分子層３０が、波長変換層２０とプレート１０との熱膨張差に起因して発生する応力を緩和する緩衝層として機能し得る。加えて、高分子層３０は、高分子を含むため、無機波長変換材を含む波長変換層２０よりも高分子層３０の方がプレート１０に対する密着強度が高い。よって、波長変換層２０がプレート１０から剥離することをさらに抑制することができる。
　このように、波長変換層２０がプレート１０に直接接触すると共に、波長変換層２０とプレート１０とが高分子層３０によって接合されているため、波長変換層２０の温度上昇を抑制できる。さらに、高分子層３０によって、熱膨張差に起因する応力の緩和、及び、波長変換層２０とプレート１０との密着強度の向上を図ることができる。従って、波長変換層２０がプレート１０から剥離することを効果的に抑制することができる。
　波長変換素子１は、複数の高分子層３０を有している。このため、対向面２１に、プレート１０に直接接触している複数の部分と、高分子層３０により接合された複数の部分とを、分散して配置することができる。よって、波長変換層２０の局所的な温度上昇を抑制することができる。また、波長変換層２０のプレート１０に対する密着強度を全体的に高めることができる。さらに、波長変換層２０とプレート１０との間に発生する応力を全体的に緩和することができる。従って、波長変換層２０のプレート１０からの剥離をより効果的に抑制することができる。
　波長変換層２０とプレート１０との間の高い熱伝導率と、高分子層３０を設けることによる剥離の抑制とを両立させる観点から、波長変換素子１において、平面視における対向面２１の面積に対する、対向面２１と高分子層３０とが接触している領域の面積の比は、１０％以上７０％以下であることが好ましく、２０％以上６０％以下であることがより好ましい。
　高分子層３０の緩衝効果をより高める観点から、高分子層３０は、波長変換層２０の弾性率よりも低い弾性率を有することが好ましい。具体的には、高分子層３０の弾性率ＥＰと、波長変換層２０の弾性率ＥＷの比、ＥＷ／ＥＰは１０万倍以上であることが好ましく、１００万倍以上であることがより好ましい。
　同様の観点から、高分子層３０は、波長変換層２０の線熱膨張係数よりも高い線熱膨張係数を有することが好ましい。具体的には、高分子層３０の線熱膨張係数は、波長変換層２０の線熱膨張係数よりも１０倍以上であることが好ましく、１００倍以上であることがより好ましい。
　波長変換層２０からプレート１０への熱伝導をより大きくする観点から、波長変換層２０は、無機バインダを含むことが好ましい。
　（第２実施形態）
　図３は、第２実施形態に係る波長変換素子１ａの模式的平面図である。図４は、図３の線ＩＶ－ＩＶにおける模式的断面図である。
　第１実施形態では、複数の高分子層３０がマトリクス状に設けられている例について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。
　本実施形態に係る波長変換素子１ａでは、高分子層３０は、波長変換層２０の周縁部に設けられている。高分子層３０は、額縁状に形成されている。高分子層３０は、波長変換層２０の周縁部と、プレート１０との間に配されている。
　本実施形態のように、高分子層３０が波長変換層２０の周縁部に設けられている場合であっても、第１実施形態と同様に波長変換層２０の剥離を抑制することができる。また、例えば、波長変換層２０の中央部に励起光を照射した場合は、波長変換層２０の中央部の温度が上昇しやすく、周縁部の温度が上昇しにくい。このため、波長変換層２０には温度の差に起因する応力が発生するが、周縁部に設けられた高分子層３０が応力を緩和することにより、高分子層３０の密着力が低下することを効果的に抑制することができる。また、周縁部にある高分子層３０の温度も上昇しにくいことから、高分子層３０の密着力が低下しにくい。従って、波長変換層２０の剥離を効果的に抑制することができる。波長変換層２０の剥離を効果的に抑制する観点からは、高分子層３０が全周にわたって環状に設けられていることが好ましい。
　（第３実施形態）
　図５は、第３実施形態に係る波長変換素子１ｂの模式的平面図である。図６は、図５の線ＶＩ－ＶＩにおける模式的断面図である。
　第１及び第２実施形態では、波長変換素子１、１ａが矩形状である例について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。波長変換素子は、例えば、円板状等であってもよい。本実施形態では、円板状の蛍光ホイールを構成している波長変換素子１ｂについて説明する。
　波長変換素子１ｂにおいて、プレート１０は、円板状である。図６に示すように、プレート１０の中央部には、貫通孔１０ａが形成されている。貫通孔１０ａには、シャフト４０が挿入される。プレート１０は、貫通孔１０ａに挿入されたシャフト４０の回転に伴って回転する。
　波長変換層２０は、プレート１０の外周部の上に設けられている。波長変換層２０は、リング状（円環状）に形成されている。本実施形態では、波長変換層２０の全体が同じ波長変換材料を含んでおり、同じ波長の光を出射する。但し、本発明は、この構成に限定されない。波長変換層は、例えば、周方向に沿って配置されており、相互に波長が異なる光を出射する複数の波長変換層を含んでいてもよい。具体的には、波長変換層は、周方向に沿って配置されており、赤色の光を出射する波長変換層と、緑色の光を出射する波長変換層と、青色の光を出射する波長変換層とを含んでいてもよい。
　図５に示すように、本実施形態では、高分子層３０は、波長変換層２０の両端部（内側端部及び外側端部）のそれぞれに設けられている。具体的には、波長変換素子１ｂは、高分子層３０として、内側高分子層３０ａと、外側高分子層３０ｂとを有する。内側高分子層３０ａは、リング状に形成された波長変換層２０の内周部とプレート１０との間に配されている。一方、外側高分子層３０ｂは、リング状に形成された波長変換層２０の外周部とプレート１０との間に形成されている。
　本実施形態においても上記実施形態と同様に高分子層３０が設けられている。このため、波長変換層２０の剥離を抑制することができる。
　また、本実施形態では、内側高分子層３０ａと外側高分子層３０ｂとによって波長変換層２０の半径方向の両端部のそれぞれの接合力が向上されているため、波長変換層２０の剥離をより効果的に抑制することができる。
　さらに、蛍光ホイールを構成している波長変換素子１ｂにおいては、通常、波長変換層２０の半径方向の中央部に励起光が照射され、中央部が高温になりやすい。このため、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂの温度が上昇しにくい。従って、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂの接合力が低下しにくく、波長変換層２０の剥離をより効果的に抑制することができる。
　（第１変形例及び第２変形例）
　図７は、第1変形例に係る波長変換素子の一部分の模式的平面図である。図８は、第２変形例に係る波長変換素子の一部分の模式的平面図である。
　第３実施形態では、高分子層３０が内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂにより構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図７に示すように、第１変形例では、高分子層３０は、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂに加え、複数の中央高分子層３０ｃを含む。複数の中央高分子層３０ｃは、波長変換層２０の半径方向における中央部とプレート１０との間に配置されている。複数の中央高分子層３０ｃは、周方向に沿って相互に間隔をおいて配置されている。複数の中央高分子層３０ｃの平面視形状は、特に限定されないが、例えば、円形である。
　第１変形例のように、中央高分子層３０ｃを設けることにより、励起光が照射されることにより温度が上昇しやすい波長変換層２０の半径方向の中央部とプレート１０との剥離を効果的に抑制することができる。
　波長変換層２０の剥離を効果的に抑制する観点からは、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂのそれぞれの周方向に沿った存在率が、中央高分子層３０ｃの周方向に沿った存在率よりも高いことが好ましい。内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂのそれぞれの半径方向に沿った寸法が、中央高分子層３０ｃの半径方向に沿った寸法よりも大きいことが好ましい。
　なお、第１変形例では、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂのそれぞれが円環状である例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図８に示すように、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂのそれぞれは、周方向に沿って相互に間隔をおいて配された複数の高分子層により構成されていてもよい。すなわち、例えば、内側高分子層３０ａ、外側高分子層３０ｂ及び中央高分子層３０ｃのうちの少なくともひとつがドット状に設けられていてもよい。
　（第４実施形態）
　図９は、第４実施形態に係る波長変換素子の模式的断面図である。
　第１～第３実施形態では、波長変換層２０の全体が波長変換材料を含んでいる例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。波長変換層２０は、例えば、波長変換部材を含む波長変換部材含有部と、波長変換部材を含まない波長変換部材不含有部とを有していてもよい。
　図９に示すように、本実施形態では、波長変換層２０は、波長変換材料含有層２０ａと、拡散層２０ｂとを有する。波長変換材料含有層２０ａは、波長変換材料と無機バインダとを含む層である。一方、拡散層２０ｂは、波長変換材料を含有していない。本実施形態では、拡散層２０ｂは、無機バインダと光拡散材料により構成されている。拡散層２０ｂは、波長変換材料含有層２０ａとプレート１０との間に配されている。光拡散材料は、無機バインダとの屈折率の差が大きな材料が好ましく、例えば酸化チタン、酸化ジルコニア、酸化亜鉛、シリカ等からなる粒子状の材料、または無機バインダ内に含まれる空隙の様な空気層を用いることが出来る。これら粒子の平均粒子径は、例えば数１００ｎｍ～数μmである。
　本実施形態のように、波長変換層２０が拡散層２０ｂを含む場合であっても、高分子層３０が設けられているため、第１～第３実施形態と実質的に同様の効果が奏される。
　（第５実施形態）
　図１０は、第５実施形態に係る光学機器の構成を表す模式図である。
　本発明に係る波長変換素子は、種々の光学機器に用いることができる。本実施形態では、光学機器の一種として、一形態に係る波長変換素子を備える投影装置について説明する。
　図１０に示す光学機器２は、投影装置を構成している。光学機器２は、光源５１を有する。光源５１は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）や、レーザ素子により構成することができる。本実施形態では、光源５１は、青色光Ｂを出射するＬＤ(Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ)により構成されている例について説明する。
　光源５１の光出射側には、青色光Ｂの波長を選択的に反射するダイクロイックミラー５２が配されている。光源５１から出射した青色光Ｂは、ダイクロイックミラー５２により反射される。反射された青色光Ｂは、波長変換素子１ｃに入射する。
　図１１は、第５実施形態おける波長変換素子１ｃの模式的平面図である。
　波長変換素子１ｃは、蛍光ホイールを構成している。図１１に示すように、波長変換素子１ｃでは、プレート１０は、周方向に沿った一部が切欠かれた円板状である。本実施形態では、プレート１０は、金属プレートにより構成されており、光を反射する。
　プレート１０は、図１０に示す回転装置５３に接続されたシャフト４０に固定されている。回転装置５３によりシャフト４０が回転駆動されるに伴ってプレート１０が回転する。
　プレート１０の上には、半径方向の内側部分が切欠かれた扇形の波長変換層２０が形成されている。波長変換層２０とプレート１０との間には、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂを含む高分子層３０が配されている。このため、本実施形態においても、波長変換層２０のプレート１０からの剥離が抑制されている。
　波長変換層２０は、周方向に沿って配された緑色波長変換層２０Ａ及び赤色波長変換層２０Ｂを含む。緑色波長変換層２０Ａは、光源５１からの青色光Ｂが入射したときに緑色光Ｇを出射する。赤色波長変換層２０Ｂは、光源５１からの青色光Ｂが入射したときに赤色光Ｒを出射する。緑色波長変換層２０Ａ及び赤色波長変換層２０Ｂからの光はプレート１０により反射される。
　回転装置５３が駆動され、プレート１０が回転すると、光源５１からの青色光Ｂが、波長変換素子１が設けられていない領域、緑色波長変換層２０Ａが設けられた領域、赤色波長変換層２０Ｂが設けられた領域にこの順番に繰り返し入射する。
　波長変換素子１が設けられてない領域に入射した青色光Ｂは、そのまま直進し、図１０に示す光学素子５４ａ、５４ｂ及び５４ｃによりダイクロイックミラー５２に導光される。青色光Ｂは、ダイクロイックミラー５２により光学素子５５側に反射される。
　緑色波長変換層２０Ａが設けられた領域に青色光Ｂが入射すると、緑色光Ｇが緑色波長変換層２０Ａから出射する。緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー５２を透過して光学素子５５に入射する。
　赤色波長変換層２０Ｂが設けられた領域に青色光Ｂが入射すると、赤色光Ｒが赤色波長変換層２０Ｂから出射する。赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー５２を透過して光学素子５５に入射する。
　そして、青色光Ｂ、緑色光Ｇ及び赤色光Ｒは、それぞれ光学素子５５により投影光学系５６側に反射され、投影光学系５６により投影される。
　（第６実施形態）
　図１２は、第６実施形態に係る光学機器の構成を表す模式図である。
　本実施形態では、波長変換素子を備える光学機器の一例として、図１２に示す、光源装置である光学機器３を例に挙げて説明する。なお、光学機器３は、例えば、透過型レーザヘッドライト（車両用前照灯）等に好適に使用される。
　光学機器３は、波長変換素子１と、光源６０とを備える。光源６０は、波長変換素子１の波長変換層２０に対して、波長変換層２０の励起光を照射する。本実施形態では、プレート１０は光源６０からの光を透過させる。このため、光源６０からの光は、波長変換層２０に入射する。波長変換層２０から出射された光（例えば、蛍光）は、リフレクタ６１により反射され、平行光として出射する。
　本実施形態においても、高分子層３０が設けられているため、波長変換層２０のプレート１０からの剥離を効果的に抑制することができる。
　（第３変形例）
　図１３は、第３変形例に係る波長変換素子の模式的断面図である。図１４は、図１３の線ＸＩＶ－ＸＩＶにおける模式的断面図である。
　第１実施形態では、高分子層３０が島状に設けられている例について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。高分子層３０は、波長変換層２０とプレート１０との間の一部に設けられている限りにおいて特に限定されない。具体的には、例えば、図１３、図１４に示す波長変換素子のように、高分子層３０が、複数の貫通孔を有する板状であってもよい。
　なお、高分子層３０の形状が限定されないのは、第４実施形態においても同様である。
 

Claims (14)

  1. 　プレートと、
    　前記プレートと対向する対向面を有し、入射光とは異なる波長の光を出射する無機波長変換材を含む波長変換層と、
    　前記プレートと前記波長変換層との間に配された高分子層と、
    を備え、
    　前記対向面の一部が前記プレートと接触しており、前記対向面の他の部分の少なくとも一部が前記高分子層を介して前記プレートと接合されている、
    波長変換素子。
  2. 　前記高分子層は、前記波長変換層の弾性率よりも低い弾性率を有する、
    請求項１に記載の波長変換素子。
  3. 　前記高分子層は、前記波長変換層の線熱膨張係数よりも高い線熱膨張係数を有する、
    請求項１または２に記載の波長変換素子。
  4. 　前記波長変換層が、無機バインダを含む、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の波長変換素子。
  5. 　前記高分子層が複数設けられている、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の波長変換素子。
  6. 　前記複数の高分子層は、一の方向における前記波長変換層の両端部のそれぞれと、前記プレートとの間に配された高分子層を含む、
    請求項５に記載の波長変換素子。
  7. 　前記複数の高分子層は、マトリクス状に配された複数の高分子層を含む、
    請求項５または６に記載の波長変換素子。
  8. 　前記高分子層は、シリコーン、ポリイミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂のうちの少なくとも１種を含む、
    請求項１～７のいずれか一項に記載の波長変換素子。
  9. 　前記高分子層は、無機材を含む、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の波長変換素子。
  10. 　平面視における前記対向面の面積に対する、前記対向面と前記高分子層とが接触している領域の面積の比が２０％以上６０％以下である、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の波長変換素子。
  11. 　前記プレートが金属プレートである、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の波長変換素子。
  12. 　請求項１～１１のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
    　前記波長変換素子の前記波長変換層に対して光を照射する光源と、
    を備える、光学機器。
  13. 　前記高分子層は、前記光源からの光が照射されない領域に設けられている、
    請求項１２に記載の光学機器。
  14. 　前記高分子層は、前記光源からの光が照射される領域を含む領域に設けられている、
    請求項１２に記載の光学機器。
PCT/JP2021/002362 2020-03-18 2021-01-25 波長変換素子及び光学機器 WO2021186895A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022508100A JP7281014B2 (ja) 2020-03-18 2021-01-25 波長変換素子及び光学機器
CN202180011877.9A CN115210888A (zh) 2020-03-18 2021-01-25 波长转换元件以及光学设备
US17/793,262 US20230038009A1 (en) 2020-03-18 2021-01-25 Wavelength conversion element and optical device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020047755 2020-03-18
JP2020-047755 2020-03-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021186895A1 true WO2021186895A1 (ja) 2021-09-23

Family

ID=77770800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/002362 WO2021186895A1 (ja) 2020-03-18 2021-01-25 波長変換素子及び光学機器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230038009A1 (ja)
JP (1) JP7281014B2 (ja)
CN (1) CN115210888A (ja)
WO (1) WO2021186895A1 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011009305A (ja) * 2009-06-23 2011-01-13 Koito Mfg Co Ltd 発光モジュール
JP2017054785A (ja) * 2015-09-11 2017-03-16 日立マクセル株式会社 光源装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3396232B1 (en) * 2015-12-24 2020-06-17 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Light-emitting element and illumination device
WO2018159268A1 (ja) * 2017-03-02 2018-09-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 波長変換部材、光源及び照明装置
JP6526369B2 (ja) * 2017-04-03 2019-06-05 株式会社フジクラ 光源装置
CN112955818A (zh) * 2018-10-22 2021-06-11 夏普株式会社 光学元件以及光学装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011009305A (ja) * 2009-06-23 2011-01-13 Koito Mfg Co Ltd 発光モジュール
JP2017054785A (ja) * 2015-09-11 2017-03-16 日立マクセル株式会社 光源装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021186895A1 (ja) 2021-09-23
US20230038009A1 (en) 2023-02-09
CN115210888A (zh) 2022-10-18
JP7281014B2 (ja) 2023-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6332294B2 (ja) 発光装置
JP4761848B2 (ja) 半導体発光装置
JP6371201B2 (ja) 発光モジュール及びそれを用いた発光装置
US9909722B2 (en) Fluorescence-emitting light source unit
JP6444837B2 (ja) 光源装置
JP5759776B2 (ja) 光源装置および照明装置
JP5553757B2 (ja) １次放射源と発光変換エレメントとを備えた半導体光源
JP6246622B2 (ja) 光源装置および照明装置
JP6399017B2 (ja) 発光装置
JP2015192100A (ja) 発光素子および発光素子の製造方法
JP2012243624A (ja) 光源装置および照明装置
CN109838703B (zh) 波长转换装置
JP5919968B2 (ja) 波長変換部材及び発光デバイス
JP2013207049A (ja) 波長変換体を用いた発光装置
JP2019186300A (ja) 半導体発光装置及びその製造方法
JP2018206819A (ja) 発光装置及びその製造方法
JP2013187043A (ja) 光源装置および照明装置
JP2019009406A (ja) 光学部品及び光学部品の製造方法
JP6940776B2 (ja) 発光装置及びその製造方法
JP6288115B2 (ja) 波長変換部材及びこれを用いた光源装置
WO2021186895A1 (ja) 波長変換素子及び光学機器
US10808903B2 (en) Light converting device with ceramic protection layer
JP7189422B2 (ja) 波長変換部材複合体、発光装置及び波長変換部材複合体の製造方法
WO2021205716A1 (ja) 波長変換素子及び光学機器
JP2018036457A (ja) 波長変換素子、光源装置、およびプロジェクター

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21772524

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022508100

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21772524

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1