WO2022118556A1 - 透過型蛍光発光モジュール及び発光装置 - Google Patents

透過型蛍光発光モジュール及び発光装置 Download PDF

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WO2022118556A1
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phosphor substrate
phosphor
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substrate
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洋介 本多
信一 北岡
功康 中島
宜幸 高平
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a transmissive fluorescent light emitting module and a light emitting device.
  • a transmission type fluorescence emission module that is excited by excitation light and generates fluorescence is known.
  • the transmissive fluorescent light emitting module is applied to a light emitting device such as a projector, for example.
  • Patent Document 1 discloses a light source device.
  • This light source device includes a phosphor substrate composed of a plate-shaped glass member, a fluorescence generating portion, a fluorescence film located between the phosphor substrate and the fluorescence emitting portion, and fluorescence. It is provided with a light emitting unit that emits excitation light that excites the generating unit.
  • the present invention provides a transmissive fluorescent light emitting module and a light emitting device having high light utilization efficiency.
  • the transmissive fluorescent light emitting module includes a fluorescent material substrate which is a substrate made of a fluorescent material, a metal member provided by joining to the main surface of the fluorescent material substrate, and the fluorescent material.
  • the fluorescent substrate and the rotating portion for rotating the metal member are provided about an axis extending in the thickness direction of the substrate, and when the fluorescent substrate is viewed in a plan view, the fluorescent substrate overlaps with the metal member. It has a ring-shaped region that does not become.
  • the light emitting device includes the above-mentioned transmissive fluorescent light emitting module.
  • FIG. 1A is a perspective view of a transmissive fluorescent light emitting module according to an embodiment.
  • FIG. 1B is an exploded perspective view of the transmissive fluorescent light emitting module according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the phosphor substrate, the metal member, and the rotating portion according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a bottom view of the phosphor substrate and the metal member according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cut surface of a part of the transmissive fluorescence light emitting module in the IV-IV line of FIG. 1A.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of the projector according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a transmissive fluorescence light emitting module in the projector according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the housing according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view of a phosphor substrate, a metal member, and a rotating portion included in the transmissive fluorescence light emitting module according to the study example.
  • FIG. 9 is a plan view of the phosphor substrate, the metal member, and the rotating portion according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view of a phosphor substrate, a metal member, and a rotating portion included in the transmissive fluorescent light emitting module according to the study example.
  • FIG. 11 is a perspective view of the phosphor substrate, the metal member, and the rotating portion according to the embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing a temperature profile of the phosphor substrate according to the study example and the embodiment.
  • FIG. 13A is a perspective view of the transmissive fluorescent light emitting module according to the first modification of the embodiment.
  • FIG. 13B is an exploded perspective view of the transmissive fluorescent light emitting module according to the first modification of the embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view of the transmissive fluorescent light emitting module according to the second modification of the embodiment.
  • FIG. 15 is a bottom view of the phosphor substrate and the metal member according to the third modification of the embodiment.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily exactly illustrated. Therefore, for example, the scales and the like do not always match in each figure. Further, in each figure, substantially the same configuration is designated by the same reference numeral, and duplicate description will be omitted or simplified.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis indicate the three axes of the three-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the two axes parallel to the third main surface of the phosphor substrate are the x-axis and the y-axis
  • the axes orthogonal to the x-axis and the y-axis are the z-axis.
  • FIG. 1A is a perspective view of the transmissive fluorescent light emitting module 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 1B is an exploded perspective view of the transmissive fluorescent light emitting module 1 according to the present embodiment.
  • the transmissive fluorescence light emitting module 1 includes a phosphor substrate 10 made of a phosphor material, a metal member 20, a rotating portion 30, and two light emitting portions 200. It is a module to be equipped. For the sake of simplicity, one light emitting unit 200 is shown in FIGS. 1A and 1B. It may be described in the same manner in the following figures. Further, the transmissive fluorescence light emitting module 1 may include one light emitting unit 200.
  • the transmissive fluorescent light emitting module 1 is used as an example in a light emitting device represented by a projector, a lighting device, and the like. In the present embodiment, the transmissive fluorescence light emitting module 1 is used for a projector.
  • the rotating portion 30 rotates the phosphor substrate 10 or the like around the axis B1 in the direction of the arrow R shown in FIG. 1A, and the phosphor substrate 10 receives the excitation light L1 to fluoresce. It emits the transmitted light L2 including it.
  • the transmission type fluorescence emission module 1 is a light transmission type module that uses the transmitted light L2 as the projection light output by the projector. That is, the phosphor substrate 10 is used as a light-transmitting phosphor wheel.
  • the light emitting unit 200 will be described.
  • the light emitting unit 200 is a light source that emits the excitation light L1.
  • the excitation light L1 is light that excites the phosphor material constituting the phosphor substrate 10.
  • the light emitting unit 200 is, for example, a semiconductor laser light source or an LED (Light Emitting Diode) light source, and is driven by a driving current to emit excitation light L1 of a predetermined color (wavelength).
  • the light emitting unit 200 is a semiconductor laser light source.
  • the semiconductor laser element included in the light emitting unit 200 is, for example, a GaN-based semiconductor laser element (laser chip) made of a nitride semiconductor material.
  • the light emitting unit 200 which is a semiconductor laser light source, is a collimating lens integrated TO-CAN type light emitting device.
  • the light emitting unit 200 may be a multi-chip type laser as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-219779, or the collimating lens and the TO-CAN may be separate bodies.
  • the light emitting unit 200 emits laser light in the near-ultraviolet to blue range having a peak wavelength of 380 nm or more and 490 nm or less as excitation light L1.
  • the peak wavelength of the excitation light L1 is, for example, 455 nm, and the excitation light L1 is blue light.
  • the phosphor substrate 10 is a flat plate-shaped substrate having two main surfaces facing each other.
  • the two main surfaces are the third main surface 11 and the fourth main surface 12.
  • the third main surface 11 and the fourth main surface 12 are planes here.
  • FIG. 2 is a plan view of the phosphor substrate 10, the metal member 20, and the rotating portion 30 according to the present embodiment.
  • the light emitting unit 200 is omitted.
  • FIG. 3 is a bottom view of the phosphor substrate 10 and the metal member 20 according to the present embodiment.
  • the rotating unit 30 and the light emitting unit 200 are omitted.
  • the plan view is when the transmission type fluorescence emission module 1 is viewed from the negative direction of the z-axis, and the bottom view is the case where the transmission type fluorescence emission module 1 is viewed from the positive direction of the z-axis.
  • the viewpoint in the plan view is referred to as a plan view
  • the viewpoint in the bottom view is referred to as a bottom view.
  • the phosphor substrate 10 is a substrate having a circular shape in a plan view, that is, has a disk shape.
  • the center of the circular shape of the phosphor substrate 10 is defined as the center point C1.
  • the shape of the phosphor substrate 10 is an annular shape.
  • the first through hole H1 is a hole that penetrates the phosphor substrate 10 in the thickness direction (z-axis direction) of the phosphor substrate 10, and is a circular hole in a plan view.
  • the circular center of the first through hole H1 overlaps with the center point C1. That is, the phosphor substrate 10 is provided in a circular ring shape on the circumference having the same distance from the center point C1 of the phosphor substrate 10, and is provided in a band shape along the circumferential direction in a plan view.
  • the outer diameter of the annular-shaped phosphor substrate 10 (that is, the diameter of the outer circle in the bottom view of FIG. 3) is preferably 30 mm or more and 90 mm or less, and more preferably 35 mm or more and 70 mm or less. , 40 mm or more and 50 mm or less is further preferable, but the present invention is not limited to this.
  • the transmissive fluorescence light emitting module 1 is applied to a projector, the outer diameter of the phosphor substrate 10 is determined so as to fit in the housing included in the projector.
  • the inner diameter of the phosphor substrate 10 (that is, the diameter of the inner circle in the bottom view of FIG. 3) is smaller than the outer diameter of the phosphor substrate 10, and as an example, it is preferably 15 mm or more and 45 mm or less. It is better if it is 5 mm or more and 35 mm or less, and even better if it is 20 mm or more and 25 mm or less, but it is not limited to this. Further, the inner diameter of the phosphor substrate 10 is also the diameter of the first through hole H1.
  • the thickness of the phosphor substrate 10 (that is, the length in the z-axis direction) is preferably 50 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less.
  • the thickness of the phosphor substrate 10 is better when it is 80 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, and further preferably 100 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the fluorescent material substrate 10 is made of a fluorescent material. That is, the fluorophore substrate 10 is a member made of only the fluorophore material which is the main component. More specifically, the phosphor substrate 10 is a substrate made of a sintered phosphor made of only a fluorescent material.
  • the sintered phosphor is a raw material powder of the phosphor material (for example, a granulated body obtained by granulating the raw material powder of the phosphor material), which is the main component of the above, at a temperature lower than the melting point of the phosphor material. It is a fired body that has been fired. Further, in the sintered phosphor, the raw material powders in the process of firing are bonded to each other. Therefore, the sintered phosphor requires almost no binder for binding the granulated bodies to each other. More specifically, the sintered fluorophore does not require any binder.
  • the binder is, for example, a transparent resin in the above-mentioned Patent Document 1.
  • the binder an Al 2 O 3 material, a glass material (that is, SiO d (0 ⁇ d ⁇ 2)) and the like are used as known materials.
  • the sintered phosphor is not limited to the binder, and requires almost no material other than the phosphor material of the sintered phosphor (hereinafter, other materials), and more specifically, no other material is used. do not need.
  • the volume of the phosphor material in the total volume of the sintered phosphor is 70 vol% or more. Further, the volume of the phosphor material in the total volume of the sintered phosphor is better when it is 80 vol% or more, even better when it is 90 vol% or more, and even better when it is 95 vol% or more.
  • the volume of other materials (for example, a binder) in the total volume of the sintered phosphor is less than 30 vol%. Further, the volume of the other material (for example, the binder) in the total volume of the sintered phosphor is better when it is 20 vol% or less, even better when it is 10 vol% or less, and even better when it is 5 vol% or less.
  • the thermal conductivity of the sintered phosphor decreases.
  • the volume of other materials is 30 vol% or more
  • the thermal conductivity is significantly reduced.
  • non-emission recombination at the interface is increased, and the luminous efficiency is lowered.
  • the sintered phosphor of the present invention has a volume of other materials of less than 30 vol% in the total volume of the sintered phosphor.
  • the phosphor material is, for example, a material composed of a crystal phase having a garnet structure.
  • the garnet structure is a crystal structure represented by the general formula of A 3 B 2 C 3 O 12 .
  • Rare earth elements such as Ca, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb and Lu are applied to the element A, and Mg, Al, Si, Ga and Sc such as Mg, Al, Si, Ga and Sc are applied to the element B.
  • An element is applied, and an element such as Al, Si and Ga is applied to the element C.
  • Such garnet structures include YAG (yttrium aluminum garnet), LuAG (lutetium aluminum garnet), and Lu 2 CaMg 2 Si 3 O 12 (lutetium calcium magnesium).
  • the fluorophore material is (Y 1-x Ce x ) 3 Al 2 Al 3 O 12 (that is, (Y 1-x Ce x ) 3 Al 5 O 12 ) (0.0001 ⁇ ). It is composed of a crystal phase represented by x ⁇ 0.1), that is, YAG.
  • the phosphor material is composed of YAG
  • Al 2 O 3 may be used as a raw material.
  • Al 2 O 3 may remain as an unreacted raw material in the sintered phosphor.
  • the unreacted raw material Al 2 O 3 is different from the above binder.
  • the volume of Al 2 O 3 which is an unreacted raw material in the total volume of the sintered phosphor is 5 vol% or less.
  • the crystal phase constituting the phosphor material may be a solid solution of a plurality of garnet crystal phases having different chemical compositions.
  • a solid solution include a garnet crystal phase represented by (Y 1-x C e x ) 3 Al 2 Al 3 O 12 (0.001 ⁇ x ⁇ 0.1) and (Lu 1-y Cey ) 3 .
  • such a solid solution includes a garnet crystal phase represented by (Y 1-x Cex ) 3 Al 2 Al 3 O 12 (0.001 ⁇ x ⁇ 0.1) and (Lu 1-z Cez ). ) 2 CaMg 2 Si 3 O 12 (0.0015 ⁇ z ⁇ 0.15) Solid solution with garnet crystal phase ((1-b) (Y 1-x Ce x ) 3 Al 2 Al 3 O 12 -B (Lu 1-z Ce z ) 2 CaMg 2 Si 3 O 12 (0 ⁇ b ⁇ 1)) and the like.
  • the phosphor material is composed of a solid solution of a plurality of garnet crystal phases having different chemical compositions, the fluorescence spectrum of the fluorescence emitted by the phosphor material becomes wider, and the green light component and the red light component increase. Therefore, it is possible to provide a projector that emits projected light having a wide color gamut.
  • the crystal phase constituting the phosphor material may contain a crystal phase having a chemical composition deviated from the crystal phase represented by the above general formula A 3 B 2 C 3 O 12 .
  • a crystal phase Al is rich (Y 1 ) with respect to the crystal phase represented by (Y 1-x Ce x ) 3 Al 2 Al 3 O 12 (0.001 ⁇ x ⁇ 0.1).
  • Y is rich with respect to the crystal phase represented by (Y 1-x Cex ) 3 Al 2 Al 3 O 12 (0.001 ⁇ x ⁇ 0.1) (Y 1-x Cex).
  • the crystal phase constituting the phosphor material may contain a heterogeneous phase having a structure other than the garnet structure.
  • the phosphor substrate 10 has an annular region A1 that does not overlap with the metal member 20.
  • the region A1 corresponds to the region between the two circles indicated by the alternate long and short dash line.
  • the center of the annular shape which is the shape of the region A1, overlaps with the center point C1 of the phosphor substrate 10.
  • the excitation light L1 is incident on the region A1. More specifically, the excitation light L1 emitted from the light emitting unit 200 is incident on the region A1 from the third main surface 11 side (that is, the z-axis negative side).
  • the phosphor material composed of YAG receives the excitation light L1 and emits fluorescence. More specifically, when the excitation light L1 is irradiated to the phosphor material, fluorescence is emitted from the phosphor material as wavelength conversion light. That is, the wavelength conversion light emitted from the phosphor material is light having a wavelength longer than the wavelength of the excitation light L1.
  • the wavelength conversion light emitted from the phosphor material includes fluorescence which is yellow light.
  • the phosphor material absorbs light having a wavelength of 380 nm or more and 490 nm or less, and emits fluorescence which is yellow light having a fluorescence peak wavelength in a region having a wavelength of 490 nm or more and 580 nm or less. Since the phosphor material is composed of YAG, it is possible to easily emit fluorescence having a fluorescence peak wavelength in a region having a wavelength of 490 nm or more and 580 nm or less.
  • a part of the incident excitation light L1 is wavelength-converted by the phosphor material, passes through the phosphor substrate 10, and is emitted from the fourth main surface 12 side. Fluorescent light. Further, the other portion of the incident excitation light L1 passes through the phosphor substrate 10 and is emitted from the fourth main surface 12 side without being wavelength-converted by the phosphor material.
  • the transmitted light L2 transmitted through the phosphor substrate 10 includes fluorescence which is wavelength-converted yellow light and excitation light L1 which is wavelength-unconverted blue light. That is, the transmitted light L2 is a combination of these lights and is white light.
  • the fluorophore substrate 10 does not need to be supported by other components. That is, the phosphor substrate 10 has a rigid property. When the phosphor substrate 10 is a sintered phosphor and the thickness of the phosphor substrate 10 is within the above range, the phosphor substrate 10 has a rigid property. Further, the phosphor substrate 10 according to the present embodiment has a much more rigid property as compared with the fluorescence generating portion formed by the paint containing the phosphor and the transparent resin disclosed in Patent Document 1. ..
  • the metal member 20 is a component made of a metal material. Further, the metal member 20 is a member provided by being joined to one main surface of the phosphor substrate 10. In the present embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, the metal member 20 is located on the negative side of the z-axis with respect to the phosphor substrate 10 and is provided by being joined to the third main surface 11. As will be described in detail later, Al, which is lightweight and has high thermal conductivity, is used as the material of the metal member 20 in consideration of the load on the rotating portion 30 which is a motor and the thermal conductivity.
  • the metal member 20 is bonded to the third main surface 11 of the phosphor substrate 10 via a bonding layer.
  • a silicone resin is used as the bonding layer in order to alleviate the difference in the coefficient of thermal expansion between the rotating portion 30 and the phosphor substrate 10.
  • the material of the rotating portion 30 may be another material such as Cu or Fe
  • the adhesive member may be another epoxy resin or a high thermal conductive adhesive containing nanoAg or nanoCu.
  • the thickness of the bonding layer may be 5 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, and more preferably 10 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the metal member 20 may have a structure in which the metal member 20 is in direct contact with the third main surface 11 of the phosphor substrate 10 without using an adhesive. In this case, it is preferable that the phosphor substrate 10 is sandwiched between the metal member 20 and another member (not shown), and the metal member and the other member are joined by bolts or screws.
  • the other member may be made of metal from the viewpoint of heat dissipation, but may be made of a resin material.
  • the metal member 20 has a main body portion 21 and a plurality of heat radiation fins 22.
  • the main body 21 is a flat plate-shaped member provided so as to be laminated with the phosphor substrate 10. Further, the main body portion 21 has two main surfaces facing each other. The two main surfaces are the first main surface 211 and the second main surface 212. The first main surface 211 and the second main surface 212 are planes parallel to each other here.
  • the main body 21 is bonded to the third main surface 11 of the phosphor substrate 10 via a bonding layer (not shown). More specifically, the first main surface 211 of the main body 21 is bonded to the third main surface 11 of the phosphor substrate 10 via a bonding layer.
  • the main body portion 21 has a flat plate shape, the area where the phosphor substrate 10 and the metal member 20 (here, the main body portion 21) are joined becomes wider.
  • the flat plate shape which is the shape of the main body portion 21 is not limited to the rectangular parallelepiped shape, but also means a cylindrical shape, a truncated cone shape, or the like.
  • the shape of the main body 21 is circular in both plan and bottom views. Further, the area of the first main surface 211 of the main body 21 is larger than the area of the second main surface 212 of the main body 21. That is, the shape of the main body 21 is a truncated cone shape. Further, the main body portion 21 having a truncated cone shape has a first side surface portion 213. The first side surface portion 213 is a slope extending from the second main surface 212 toward the first main surface 211. Further, the first side surface portion 213, which is a slope, is not parallel to the z-axis.
  • the shape of the main body portion 21 is a shape in which the second through hole H2 is provided in the shape of a truncated cone. Further, in plan view and bottom view, the shape of the main body portion 21 is an annular shape.
  • the second through hole H2 is a hole that penetrates the main body portion 21 in the thickness direction (z-axis direction) of the phosphor substrate 10, and is a circular hole in a plan view.
  • the outer diameter of the main body 21 is smaller than the outer diameter of the phosphor substrate 10.
  • the outer diameter of the main body portion 21 means the diameter of the first main surface 211 of the main body portion 21.
  • the outer diameter of the main body portion 21 is preferably 20 mm or more and 70 mm or less, more preferably 25 mm or more and 55 mm or less, and further preferably 30 mm or more and 40 mm or less, but is not limited to this.
  • the outer diameter of the main body portion 21 is 34 mm, that is, the radius of the main body portion 21 is 17 mm.
  • the inner diameter of the main body portion 21 may be smaller than the outer diameter of the main body portion 21, and here, the inner diameter is the same as the inner diameter of the phosphor substrate 10, but the inner diameter is not limited to this. Further, the inner diameter of the main body portion 21 is also the diameter of the second through hole H2.
  • a part of the first through hole H1 and a part of the second through hole H2 overlap in a plan view and a bottom view. More specifically, when viewed in a plan view, all of the first through hole H1 and all of the second through hole H2 overlap. That is, the diameter of the first through hole H1 (inner diameter of the phosphor substrate 10) and the diameter of the second through hole H2 (inner diameter of the main body 21) are equal to each other. Further, in the plan view and the bottom view, the circular center of the first through hole H1 and the circular center of the second through hole H2 overlap with the center point C1 of the phosphor substrate 10.
  • the transmissive fluorescence light emitting module 1 includes a phosphor substrate 10 and a metal member 20.
  • the metal member 20 is provided by being joined to the third main surface 11 of the phosphor substrate 10. Therefore, even when heat is generated in the phosphor substrate 10 by the irradiation of the excitation light L1, the heat is easily transferred from the phosphor substrate 10 to the metal member 20.
  • the metal material constituting the metal member 20 has a higher thermal conductivity than a phosphor material such as YAG. As a result, the heat easily moves in the metal member 20, and is easily dissipated from the surface where the metal member 20 is exposed to the atmosphere. That is, by forming the phosphor substrate 10 and the metal member 20 as described above, the heat is easily dissipated from the phosphor substrate 10. That is, the heat dissipation of the phosphor substrate 10 can be improved.
  • the transmissive fluorescence light emitting module 1 does not include a component for supporting the phosphor substrate 10.
  • the component is, for example, a substrate for a phosphor disclosed in Patent Document 1.
  • This phosphor substrate is a substrate composed of a plate-shaped glass member that supports a fluorescence generating portion and the like.
  • Patent Document 1 discloses that the excitation light is incident on the phosphor substrate from the atmosphere. Further, the excitation light incident on the phosphor substrate passes through the phosphor substrate and is incident on the fluorescence generating portion, and fluorescence is generated in the fluorescence generating portion.
  • Patent Document 1 due to the difference between the refractive index of the phosphor substrate and the refractive index of the atmosphere, a part of the excitation light incident on the phosphor substrate from the atmosphere is reflected toward the atmosphere side. That is, light loss of excitation light occurs at the interface between the phosphor substrate and the atmosphere.
  • the transmissive fluorescent light emitting module disclosed in Patent Document 1 has a problem that the light utilization efficiency is low.
  • the transmissive fluorescence light emitting module 1 is a component for supporting the phosphor substrate 10 (for example, the above-mentioned fluorescent substrate). Does not have. Therefore, since there is no optical loss of the excitation light L1 as described above, the excitation light L1 incident on the phosphor substrate 10 increases. As a result, the fluorescence generated by the phosphor material in the phosphor substrate 10 increases.
  • the temperature quenching phenomenon is unlikely to occur and there is no optical loss of the excitation light L1, so that the light utilization efficiency can be improved.
  • the metal member 20 has a main body portion 21.
  • the main body portion 21 Since the main body portion 21 has the above configuration, the area where the phosphor substrate 10 and the metal member 20 (here, the main body portion 21) are joined becomes wider. Therefore, even when heat is generated in the phosphor substrate 10 by irradiation with the excitation light L1, the heat is more likely to be dissipated from the phosphor substrate 10.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cut surface of a part of the transmissive fluorescence light emitting module 1 in the IV-IV line of FIG. 1A. Note that FIG. 4 shows a side view of the light emitting unit 200.
  • the thickness D21 (length in the z-axis direction) of the main body 21 should be thicker than the thickness of the phosphor substrate 10. This is because the thermal conductivity is improved. On the other hand, if the thickness of the phosphor substrate 10 becomes too thick, the load on the rotating portion 30 which is a motor becomes high, and the life becomes short. Therefore, as an example, the thickness D21 of the main body portion 21 may be 0.2 mm or more and 50 mm or less, more preferably 0.5 mm or more and 10 mm or less, and further preferably 1 mm or more and 5 mm or less. The thicker the thickness D21 of the main body 21, the easier it is for the heat to be dissipated from the phosphor substrate 10.
  • the plurality of heat radiation fins 22 are protrusions that are erected in a direction opposite to the direction from the main body 21 toward the phosphor substrate 10. That is, the plurality of heat radiation fins 22 are in contact with the main body portion 21 and are regions that protrude in the negative direction of the z-axis. Further, FIG. 4 shows the thickness D22 of the plurality of heat radiation fins 22.
  • the thickness D22 of each of the plurality of heat radiation fins 22 is the same, but the thickness D22 is not limited to this.
  • the thickness D22 may be thicker than the thickness D21 of the main body 21. As an example, the thickness D22 may be 1 mm or more and 150 mm or less, more preferably 2 mm or more and 30 mm or less, and further preferably 3 mm or more and 10 mm or less.
  • the thickness D22 the higher the heat dissipation effect.
  • the thickness D22 becomes thicker, the weight increases, and the load on the rotating portion 30 which is a motor increases.
  • the thickness of the plurality of heat radiating fins 22 in the circumferential direction becomes thin, the thermal conductivity from the main body portion 21 becomes low, and as a result, the heat radiating performance deteriorates.
  • the thickness of the plurality of heat radiation fins 22 in the circumferential direction is preferably in the range of 0.2 mm or more and 3 mm or less, and more preferably in the range of 0.4 mm or more and 2 mm or less.
  • the thickness in the circumferential direction may vary, and the above range is an average value excluding a portion where the thickness is thickened due to the influence of screwing or the like.
  • 12 heat radiation fins 22 are provided here.
  • the twelve heat radiation fins 22 are provided so as to extend radially when viewed in a plan view. More specifically, the twelve heat radiation fins 22 are arranged so as to extend radially with respect to the shaft B1. That is, the 12 heat radiation fins 22 have a shape that extends radially around the center point C1 of the phosphor substrate 10. The twelve heat radiation fins 22 extend radially around the center point C1 so as to spread at equal intervals.
  • n radiating fins 22 when n radiating fins 22 are provided, "to spread at equal intervals" means that one radiating fin 22 extends in the direction and the other radiating fin 22 adjacent to the one radiating fin 22.
  • the angle formed by the direction in which the fin 22 extends is 360 ° ⁇ n.
  • a direction D1 in which one heat radiation fin 22 extends and a direction D2 in which another heat radiation fin 22 adjacent to the one heat radiation fin 22 extends are shown by a alternate long and short dash line.
  • the angle formed by the direction D1 in which one heat radiation fin 22 extends and the direction D2 in which the other heat radiation fin 22 extends is 30 °. ..
  • the present invention is not limited to this, and one or more heat dissipation fins 22 may be provided.
  • the plurality of heat radiation fins 22 are not limited to the above, and may be arranged so as to have, for example, a matrix shape or an annular shape centered on the center point C1.
  • each of the plurality of heat radiation fins 22 includes a region protruding toward the center point C1.
  • the projecting region included in each of the plurality of heat radiation fins 22 projects inward from the inner circle of the main body portion 21 and is provided at a position overlapping with the second through hole H2.
  • the protruding region included in each of the plurality of heat radiation fins 22 is the first through hole H1 and the second through hole. It is provided at a position overlapping with H2.
  • each of the plurality of heat radiation fins 22 has a second side surface portion 221 at a position farthest from the shaft B1.
  • the second side surface portion 221 of each of the plurality of heat radiation fins 22 is a slope extending in the positive direction of the z-axis. Further, the second side surface portion 221 which is a slope is not parallel to the z-axis. Further, the second side surface portion 221 and the first side surface portion 213 of the main body portion 21 are connected flush with each other. Further, the second side surface portion 221 and the first side surface portion 213 are parallel to each other at the connection point.
  • the metal member 20 has a plurality of heat radiation fins 22, the surface area of the metal member 20 increases, so that heat is more easily released from the metal member 20. As a result, the heat generated in the phosphor substrate 10 due to the irradiation of the excitation light L1 is more likely to be dissipated from the phosphor substrate 10.
  • the metal member 20 is made of Al.
  • Al is a metal material exhibiting a high thermal conductivity, and the thermal conductivity of Al is 237 W / m ⁇ K.
  • the thermal conductivity of YAG constituting the phosphor material is 11.2 W / m ⁇ K. Therefore, since the metal member 20 is made of Al, the heat dissipation of the phosphor substrate 10 can be further improved.
  • the metal member 20 may be composed of other than Al or Cu, and may be composed of one or more metal elements or alloys selected from, for example, Ni, Pd, Rh, Mo, W and Cu.
  • the thermal conductivity of each element is 83 W / m ⁇ K for Ni, 73 W / m ⁇ K for Pd, 150 W / m ⁇ K for Rh, 135 W / m ⁇ K for Mo, 163 W / m ⁇ K for W, and Cu. Is 395 W / m ⁇ K. Therefore, when the metal member 20 is made of these metal materials, the heat dissipation of the phosphor substrate 10 can be further improved.
  • the rotating portion 30 is located on the negative side of the z-axis with respect to the metal member 20. That is, the metal member 20 is located between the rotating portion 30 and the phosphor substrate 10. Here, the rotating portion 30 is joined to the metal member 20. Further, as shown in FIG. 2, the rotating portion 30 is provided at a position overlapping with the phosphor substrate 10 in a plan view.
  • the rotating portion 30 is a member that rotates the phosphor substrate 10 and the metal member 20 around an axis B1 extending in the thickness direction (z-axis direction) of the phosphor substrate 10, and is, for example, a motor. More specifically, in the present embodiment, the rotating portion 30 rotates the phosphor substrate 10 and the metal member 20 about the axis B1 in the direction of the arrow R shown in FIG. 1A. The rotating portion 30 may rotate the phosphor substrate 10 and the metal member 20 in a direction opposite to the direction of the arrow R shown in FIG. 1A. As shown in FIG. 1B, the axis B1 is an axis passing through the center point C1 of the phosphor substrate 10.
  • the rotating portion 30 has a disk portion 31 and a rotating shaft with the shaft B1 as the axis.
  • the disk portion 31 has a circular shape in a plan view and is a flat plate-shaped member.
  • the diameter of the disk portion 31 is the same as the diameter of the main body portion 21 of the metal member 20.
  • the rotating portion 30 is joined to the metal member 20. More specifically, the disk portion 31 is joined to a plurality of heat radiation fins 22 included in the metal member 20. As shown in FIG. 2, the disk portion 31 is arranged so as to cover the negative side of the z-axis of the metal member 20.
  • the disk portion 31 and the plurality of heat radiation fins 22 may be joined by bolts, screws, or the like. Further, in the present embodiment, the disk portion 31 is bonded to the plurality of heat radiation fins 22 via a bonding layer. In this case, as an example, the same bonding layer as the bonding layer for bonding the metal member 20 and the phosphor substrate 10 is used.
  • the transmissive fluorescent light emitting module 1 includes the rotating portion 30.
  • the phosphor substrate 10 and the like rotate around the axis B1, and an air flow is generated.
  • the generated airflow cools the phosphor substrate 10.
  • the temperature rise of the phosphor substrate 10 can be suppressed, so that the temperature quenching phenomenon is unlikely to occur and the decrease in fluorescence is suppressed. That is, it is possible to increase the efficiency of using the light of the transmissive fluorescent light emitting module 1.
  • the heat radiation fins 22 included in the metal member 20 are provided so as to extend radially. Therefore, when the phosphor substrate 10 or the like is rotated by the rotating portion 30, a strong air flow having a higher flow velocity is generated.
  • the first through hole H1 and the second through hole H2 are provided so as to overlap each other. Therefore, when the phosphor substrate 10 or the like is rotated by the rotating portion 30, a strong air flow having a higher flow velocity is generated.
  • FIG. 1A an example of the airflow is shown by an arrow of a long-dotted line. That is, the air flow passes in order between the first through hole H1, the second through hole H2, and the plurality of heat radiation fins 22 and heads toward the region A1 of the phosphor substrate 10. As a result, the heat generated in the region A1 due to the irradiation of the excitation light L1 is cooled by the air flow, so that the temperature rise of the phosphor substrate 10 is suppressed. That is, by providing the heat radiating fins 22 of the metal member 20 so as to extend radially, the heat radiating property of the transmissive fluorescent light emitting module 1 can be further improved. Further, since the first through hole H1 and the second through hole H2 are provided so as to overlap each other, a strong air flow having a higher flow velocity is generated. Therefore, the temperature rise of the phosphor substrate 10 is further suppressed.
  • each of the plurality of heat radiation fins 22 includes a region protruding toward the center point C1. Therefore, the air flow easily passes between the first through hole H1, the second through hole H2, and the plurality of heat radiation fins 22. Therefore, an air flow having a higher flow velocity is generated, and the temperature rise of the phosphor substrate 10 is further suppressed.
  • the disk portion 31 is arranged so as to cover the metal member 20. Therefore, the airflow generated when the phosphor substrate 10 or the like is rotated by the rotating portion 30 tends to move toward the region A1, and the temperature rise of the phosphor substrate 10 is further suppressed.
  • a plurality of heat radiation fins 22 are provided between the main body portion 21 and the disk portion 31.
  • a gap is provided between one heat radiation fin 22 and another heat radiation fin 22 adjacent to the one heat radiation fin 22. That is, the weight of the metal member 20 is reduced by providing this gap. Therefore, the rotating portion 30 can rotate the phosphor substrate 10 and the metal member 20 with less energy.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of the projector 500 according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a transmissive fluorescence light emitting module 1 in the projector 500 according to the present embodiment.
  • the configuration of the projector 500 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the projector 500 includes a transmission type fluorescence emission module 1. Further, the projector 500 includes a housing 300, a first optical element 301, a second optical element 302, a third optical element 303, a fourth optical element 304, and a display element (not shown).
  • the housing 300 is a metal case that houses the phosphor substrate 10, the metal member 20, the rotating portion 30, the first optical element 301, the second optical element 302, and the fourth optical element 304. ..
  • the housing 300 houses a part of each of the two light emitting units 200 and a part of the third optical element 303.
  • the internal space of the housing 300 is a closed space. Therefore, the phosphor substrate 10, the metal member 20, the rotating portion 30, the first optical element 301, the second optical element 302, and the fourth optical element 304 are protected by the housing 300. It is not easily contaminated by dust and dirt.
  • the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 are optical members for controlling the optical path of the transmitted light L2 output from the transmission type fluorescence light emitting module 1.
  • each of the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 is a lens for condensing the transmitted light L2.
  • the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 are arranged on the fourth main surface 12 side of the phosphor substrate 10. Further, when it is necessary to reduce the size of the projector 500, it is required to reduce the distance between the transmissive fluorescence light emitting module 1 and the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303.
  • the fourth optical element 304 is an optical member for controlling the optical path of the excitation light L1 output from the two light emitting units 200.
  • the fourth optical element 304 is a lens for condensing transmitted light L2.
  • the fourth optical element 304 is arranged on the third main surface 11 side of the phosphor substrate 10. Further, as shown in FIG. 6, the excitation light L1 is focused by the fourth optical element 304, so that the excitation light L1 is oblique to the phosphor substrate 10 (that is, perpendicular to the third main surface 11). Is also incident from different directions).
  • the display element is a substantially planar element that controls the transmitted light L2 and outputs it as an image. In other words, the display element produces light for video.
  • the display element is a transmissive liquid crystal panel.
  • the display element may be a reflective liquid crystal panel or a DLP (Digital Light Processing) having a DMD.
  • the excitation light L1 emitted by the light emitting unit 200 is incident on the region A1 of the phosphor substrate 10 in the transmissive fluorescence light emitting module 1.
  • a part of the incident excitation light L1 is wavelength-converted by the phosphor material contained in the region A1 and is transmitted through the phosphor substrate 10 as fluorescence. Further, the other part of the incident excitation light L1 passes through the phosphor substrate 10 without being wavelength-converted by the phosphor material contained in the region A1.
  • the transmitted light L2 transmitted through the phosphor substrate 10 is a composite light including fluorescence which is yellow light and excitation light L1 which is blue light which has not been wavelength-converted, and is white light. Further, the transmitted light L2 is emitted from the phosphor substrate 10. That is, as described above, in the present embodiment, the phosphor substrate 10 is used as a light-transmitting phosphor wheel.
  • the shape of the region A1 is an annular shape, the excitation light L1 is likely to be incident on the region A1 when the phosphor substrate 10 or the like is rotated by the rotating portion 30. Therefore, it becomes easier to use the phosphor substrate 10 as a phosphor wheel.
  • the transmitted light L2 emitted from the phosphor substrate 10 is condensed and emitted by the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303.
  • the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 do not have to collect the transmitted light L2 emitted from the phosphor substrate 10.
  • the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 may substantially collimate or weakly magnify the emitted transmitted light L2.
  • the emission angle of the transmitted light L2 emitted from the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 can be efficiently transmitted in the projector 500 and the lighting device in which the transmission type fluorescence emission module 1 is used. The radiation angle may be sufficient.
  • the transmitted light L2 emitted from the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 heads for a display element (not shown).
  • the image light generated by the display element is projected light that is magnified and projected onto the screen. That is, the transmitted light L2 is light used as the projected light output by the projector 500.
  • An optical element (not shown) may be provided between the third optical element 303 and the display element, and the optical path of the transmitted light L2 may be controlled by the optical element.
  • the transmissive fluorescence light emitting module 1 has a light emitting unit 200 that emits the excitation light L1 incident on the region A1.
  • the region A1 is a region that does not overlap with the metal member 20 in the phosphor substrate 10. Therefore, light loss such as the excitation light L1 being reflected by the metal member 20 is unlikely to occur. Therefore, the excitation light L1 can be easily incident on the phosphor substrate 10 to generate fluorescence which is wavelength-converted light.
  • the shape of the main body portion 21 is a circular shape in a plan view.
  • the area of the first main surface 211 is larger than the area of the second main surface 212. That is, the shape of the main body 21 is a truncated cone shape.
  • the excitation light L1 is incident on the region A1 of the phosphor substrate 10 from an oblique direction. Therefore, since the main body portion 21 has the above configuration, the excitation light L1 is less likely to be shielded by the metal member 20. That is, it is possible to suppress the optical loss of the excitation light L1 due to the shielding of the metal member 20. Therefore, the excitation light L1 easily reaches the region A1 of the phosphor substrate 10. From the above, the transmissive fluorescent light emitting module 1 having higher light utilization efficiency is realized.
  • the projector 500 includes a transmissive fluorescence light emitting module 1 having high light utilization efficiency. Therefore, the projector 500 with high light utilization efficiency is realized.
  • the internal space of the housing 300 is a closed space in order to suppress contamination such as dust and dirt, heat tends to be trapped.
  • the first through hole H1 and the second through hole H2 are provided. Therefore, the airflow generated when the phosphor substrate 10 or the like is rotated by the rotating portion 30 goes from the third main surface 11 side to the fourth main surface 12 side of the phosphor substrate 10. Therefore, since the airflow circulates in the entire internal space of the housing 300, the heat generated in the phosphor substrate 10 due to the irradiation of the excitation light L1 easily moves from the housing 300 to the outside. Therefore, the heat is more easily dissipated from the phosphor substrate 10.
  • housing 300 will be described in more detail.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the housing 300 according to the present embodiment.
  • the housing 300 has nine components.
  • the nine components are a front surface member 311, a first left side surface member 312, a second left side surface member 313, a first right side surface member 314, a second right side surface member 315, a first bottom surface member 316, and a second bottom surface member 317. , Top surface member 318 and back surface member 319.
  • the housing 300 has a connecting member (screw or the like) for connecting the nine components to each other.
  • Each of the nine components is formed by sheet metal processing of a metal plate such as a steel plate, for example. That is, each of the nine components is formed by cutting or bending a metal plate.
  • the housing 300 is a case in which such nine components are combined. Since each of the nine components of the housing 300 has a sheet metal structure, it is possible to reduce the weight as compared with, for example, a housing having a die-cast structure.
  • the fluorophore material contained in the fluorophore substrate 10 is a material composed of a crystal phase represented by (Y 0.999 Ce 0.001 ) 3 Al 5 O 12 .
  • all the fluorescent materials are composed of Ce 3 + activated fluorescent material.
  • the following three types of compound powders were used as raw materials. Specifically, Y 2 O 3 (purity 3N, Nippon Ittrium Co., Ltd.), Al 2 O 3 (purity 3N, Sumitomo Chemical Co., Ltd.) and CeO 2 (purity 3N, Nippon Ittrium Co., Ltd.) were used.
  • the above raw materials were weighed so as to be a compound having a stoichiometric composition (Y 0.999 Ce 0.001 ) 3 Al 5 O 12 .
  • the weighed raw material and an alumina ball were put into a plastic pot.
  • the amount of the alumina balls was such that it filled about 1/3 of the volume of the plastic pot.
  • pure water was put into a plastic pot, and the raw material and pure water were mixed using a pot rotating device (BALL MILL ANZ-51S manufactured by Nikko Chemical Co., Ltd.). This mixing was carried out for 12 hours. In this way, a slurry-like mixed raw material was obtained.
  • the slurry-like mixed raw material was dried using a dryer. Specifically, a naphthon sheet was laid so as to cover the inner wall of the metal bat, and the mixed raw material was poured above the naphthon sheet. The metal vat, the naphthon sheet and the mixed raw material were treated in a dryer set at 150 ° C. for 8 hours and dried. After that, the mixed raw material after drying was recovered, and the mixed raw material was granulated using a spray dryer device. At the time of granulation, an acrylic binder was used as the adhesive (binder).
  • the granulated mixed raw material was temporarily molded into a cylindrical shape using an electric hydraulic press (EMP-5 manufactured by Riken Seiki Co., Ltd.) and a cylindrical die.
  • EMP-5 electric hydraulic press
  • the pressure at the time of molding was 5 MPa.
  • the molded body after temporary molding was main-molded using a cold isotropic pressure pressurizing device.
  • the pressure at the time of main molding was set to 300 MPa.
  • the molded body after the main molding was subjected to heat treatment (debinder treatment) for the purpose of removing the adhesive (binder) used at the time of granulation.
  • the temperature of the heat treatment was 500 ° C.
  • the heat treatment time was 10 hours.
  • the molded body after the heat treatment was fired using a tubular atmosphere furnace.
  • the firing temperature was 1675 ° C.
  • the firing time was 4 hours.
  • the firing atmosphere was a mixed gas atmosphere of nitrogen and hydrogen.
  • the cylindrical fired product after firing was sliced using a multi-wire saw.
  • the thickness of the sliced cylindrical fired product was about 700 ⁇ m.
  • the fired product after slicing was polished using a polishing device, and the thickness of the fired product was adjusted. By performing this adjustment, the fired product becomes the phosphor substrate 10.
  • FIG. 8 is a plan view of the phosphor substrate 10, the metal member 20x, and the rotating portion 30 included in the transmissive fluorescence light emitting module according to the study example.
  • FIG. 9 is a plan view of the phosphor substrate 10, the metal member 20, and the rotating portion 30 according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view of the phosphor substrate 10, the metal member 20x, and the rotating portion 30 included in the transmissive fluorescence light emitting module according to the study example.
  • FIG. 11 is a perspective view of the phosphor substrate 10, the metal member 20, and the rotating portion 30 according to the present embodiment.
  • the transmissive fluorescence light emitting module according to the study example is a module including a phosphor substrate 10, a metal member 20x, and a rotating portion 30. Further, the transmissive fluorescence light emitting module according to the study example includes two light emitting units 200 (not shown). In the transmissive fluorescent light emitting module according to the study example, only the shape of the metal member 20x is different from the transmissive fluorescent light emitting module 1 according to the present embodiment.
  • the metal member 20x has the same configuration as the metal member 20 except for the shape.
  • the shape of the metal member 20x is a flat plate-shaped member provided so as to be laminated with the phosphor substrate 10. More specifically, as shown in FIGS. 8 and 10, the shape of the metal member 20x is a cylindrical shape.
  • the outer diameter of the metal member 20 (here, the outer diameter of the main body portion 21) is larger than the outer diameter of the metal member 20x.
  • the outer diameter of the metal member 20x means the diameter of the metal member 20x.
  • the outer diameter (diameter) of the metal member 20x is 28 mm. Further, FIG. 8 shows the radius D31x of the metal member 20x, and the radius D31x of the metal member 20x is 14 mm.
  • FIG. 9 shows the radius D31 of the main body portion 21. As described above, the radius D31 of the main body 21 is 17 mm.
  • the phosphor substrate 10 according to the study example has an annular shape region A1x that does not overlap with the metal member 20x.
  • the region A1x and the region A1 correspond to the region between the two circles indicated by the alternate long and short dash line.
  • the main body portion 21 and the region A1 are adjacent to each other.
  • the inner circle of the ring-shaped region A1 is in contact with the main body 21 (more specifically, the first main surface 211).
  • the metal member 20x and the region A1 are adjacent to each other when the phosphor substrate 10 is viewed in a plan view.
  • the inner circle of the annular shape region A1x and the metal member 20x are in contact with each other.
  • the temperature of the phosphor substrate 10 will be described.
  • the temperature of the phosphor substrate 10 when the phosphor substrate 10, the metal member 20x, and the metal member 20 are rotated by the rotating portion 30 and the region A1x and the region A1 are irradiated with the excitation light L1 will be described. .. More specifically, the excitation light L1 is irradiated to the irradiation center position in the region A1x and the region A1.
  • FIGS. 8 and 9 show an irradiation center position distance D32 which is a distance between the center point C1 and the irradiation center position of the excitation light L1, and the irradiation center position distance D32 is 18 mm.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of study and a temperature profile of the phosphor substrate 10 according to the present embodiment. More specifically, the temperature profile of the phosphor substrate 10 according to the study example shows the temperature measured along the measurement line M1 shown in FIG. Similarly, the temperature profile of the phosphor substrate 10 according to the present embodiment shows the temperature measured along the measurement line M2 shown in FIG. Further, both the measurement line M1 and the measurement line M2 are imaginary lines of straight lines parallel to the x-axis. Further, in FIG. 12, the position at a distance of 0 mm corresponds to the center point C1 in FIGS. 8 and 9.
  • the temperature at the irradiation center position of the excitation light L1 at a distance of 18 mm is higher than that of the other positions. , The highest temperature. Further, the same tendency is shown in this embodiment as well.
  • the temperature in the present embodiment is lower than the temperature in the study example at the irradiation center position of the excitation light L1.
  • the radius D31 of the main body 21 is larger than the radius D31x of the metal member 20x. That is, the main body 21 is provided closer to the irradiation center position of the excitation light L1 than the metal member 20x. Therefore, even when heat is generated in the phosphor substrate 10 by the irradiation of the excitation light L1, the heat is easily transferred from the phosphor substrate 10 to the main body portion 21 (that is, the metal member 20). Therefore, in the present embodiment, the heat dissipation of the phosphor substrate 10 can be further improved.
  • the main body 21 and the region A1 are adjacent to each other when the phosphor substrate 10 is viewed in a plan view. Further, it is preferable that the radius D31 of the main body 21 is smaller than the irradiation center position distance D32, and the main body 21 is provided at a position closer to the irradiation center position of the excitation light L1.
  • the difference between the radius D31 of the main body 21 and the irradiation center position distance D32 may be, for example, 3 mm or less, better if it is 2 mm or less, and even better if it is 1 mm or less.
  • the heat generated by the irradiation of the excitation light L1 can be easily transferred from the phosphor substrate 10 to the main body portion 21 (that is, the metal member 20), so that the heat dissipation of the phosphor substrate 10 can be further improved.
  • FIG. 13A is a perspective view of the transmissive fluorescent light emitting module 1a according to the present modification.
  • FIG. 13B is an exploded perspective view of the transmissive fluorescent light emitting module 1a according to the present modification.
  • the transmissive fluorescence light emitting module 1a is a module including a phosphor substrate 10, a metal member 20a, a rotating portion 30, and two light emitting portions 200.
  • a light emitting unit 200 is shown in FIGS. 13A and 13B.
  • the transmission type fluorescence emission module 1a according to the present modification is different from the transmission type fluorescence emission module 1 according to the embodiment in that the transmission type fluorescence emission module 1a includes the metal member 20a instead of the metal member 20.
  • the metal member 20a has the same configuration as the metal member 20 except for the shape.
  • the metal member 20a has a main body portion 21a and a plurality of heat radiation fins 22a.
  • the main body portion 21a is a flat plate-shaped member provided so as to be laminated with the phosphor substrate 10.
  • the shape of the main body portion 21a is a circular shape. Further, since the main body portion 21a is provided with the second through hole H2, the shape of the main body portion 21a is an annular shape.
  • the main body portion 21 has a first side surface portion 213a. As shown in FIG. 13A, the first side surface portion 213a stands vertically from the phosphor substrate 10, that is, extends in a direction parallel to the z-axis.
  • the plurality of heat radiation fins 22a included in the metal member 20a will be described.
  • the plurality of heat radiation fins 22 are protrusions that are erected in a direction opposite to the direction from the main body 21 toward the phosphor substrate 10.
  • 12 heat radiation fins 22a are provided here.
  • the twelve heat radiation fins 22a are provided so as to extend radially when viewed in a plan view.
  • each of the plurality of heat radiation fins 22a has a second side surface portion 221a at a position farthest from the shaft B1.
  • the second side surface portion 221a of each of the plurality of heat radiation fins 22a extends in a direction parallel to the z-axis, like the first side surface portion 213a. Further, the second side surface portion 221a and the first side surface portion 213a of the main body portion 21a are connected flush with each other. Further, the second side surface portion 221a and the first side surface portion 213a are parallel to each other at the connection point.
  • the phosphor substrate 10 according to the modified example 1 has an annular region A2 that does not overlap with the metal member 20a.
  • the region A2 corresponds to the region between the two circles indicated by the alternate long and short dash line.
  • the transmissive fluorescence light emitting module 1a includes a phosphor substrate 10, a metal member 20a, a rotating portion 30, and two light emitting portions 200.
  • the transmission type fluorescence emission module 1a capable of increasing the light utilization efficiency is realized as in the transmission type fluorescence emission module 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view of the transmissive fluorescent light emitting module according to the second modification of the present embodiment. In FIG. 14, the light emitting unit 200 is omitted.
  • the transmissive fluorescent light emitting module according to the present modification is different from the transmissive fluorescent light emitting module 1a in that the cover 40 is provided in addition to the components included in the transmissive fluorescent light emitting module 1a according to the modified example 1.
  • the cover 40 is a resin or metal member having a cover main body portion 41 and a flow path portion 42. Further, the cover 40 is not rotated by the rotating portion 30.
  • the cover main body 41 is a member that covers the phosphor substrate 10 and the metal member 20a. Further, in this modification, a part of the rotating portion 30 is exposed from a circular hole provided on the negative side of the z-axis of the cover main body portion 41. That is, the cover main body portion 41 covers the other portion of the rotating portion 30, the phosphor substrate 10, and the metal member 20a. By providing such a cover main body portion 41, it is possible to control the air flow generated when the phosphor substrate 10 and the metal member 20a are rotated by the rotating portion 30.
  • the flow path portion 42 is a member connected to the cover main body portion 41. In a plan view, the flow path portion 42 is provided at a position overlapping with the region A2 in which the excitation light L1 is incident. Further, the controlled air flow flows through the flow path portion 42.
  • the cover 40 Since the cover 40 has the above configuration, the airflow generated when the phosphor substrate 10 or the like is rotated by the rotating portion 30 is directed to the region A2. More specifically, the airflow passes through the negative side of the z-axis of the region A2. In addition, in FIG. 14, an example of the airflow is shown by an arrow of a alternate long and short dash line.
  • the generated airflow cools the phosphor substrate 10. That is, since the temperature quenching phenomenon is unlikely to occur and the decrease in fluorescence is suppressed, the light utilization efficiency of the transmission type fluorescence emission module according to the present modification can be further improved.
  • FIG. 15 is a bottom view of the phosphor substrate 10 and the metal member 20b according to the third modification of the present embodiment.
  • the rotating unit 30 and the light emitting unit 200 are omitted.
  • the region A3 of the phosphor substrate 10 according to the modified example 2 corresponds to the region between the two circles indicated by the alternate long and short dash line.
  • the shapes of the plurality of heat radiation fins 22b are different from the shapes of the plurality of heat radiation fins 22 shown in the above embodiment.
  • the plurality of heat radiation fins 22b have a curved arcuate shape when viewed from the bottom. In other words, the plurality of heat radiation fins 22b have a spiral shape. Since the plurality of heat radiation fins 22b have such a shape, a strong air flow having a higher flow velocity is generated when the phosphor substrate 10 or the like is rotated by the rotating portion 30.
  • the transmissive fluorescence light emitting module 1 may include a phosphor substrate 10, a metal member 20, and a rotating portion 30. Further, when the phosphor substrate 10 is viewed in a plan view, the phosphor substrate 10 may have an annular region A1 that does not overlap with the metal member 20.
  • the transmissive fluorescence light emitting module 1 does not include a component for supporting the phosphor substrate 10. Therefore, since there is no optical loss of the excitation light L1 as described above, the excitation light L1 incident on the phosphor substrate 10 increases. As a result, the fluorescence generated by the phosphor material in the phosphor substrate 10 increases.
  • the rotating portion 30 since the rotating portion 30 is provided, the phosphor substrate 10 and the like rotate around the axis B1, so that an air flow is generated. The generated airflow cools the phosphor substrate 10. As a result, even if the excitation light L1 is irradiated, the temperature rise of the phosphor substrate 10 can be suppressed, so that the temperature quenching phenomenon is unlikely to occur and the decrease in fluorescence is suppressed.
  • the temperature quenching phenomenon is unlikely to occur and there is no optical loss of the excitation light L1, so that the light utilization efficiency can be improved.
  • Transmissive fluorescent light emitting module 10 Fluorescent material substrate 20 Metal member 21, 21a Main body 22 Radiation fin 30 Rotating part 40 Cover 41 Cover main body 42 Flow path 200 Light emitting part 211 First main surface 212 Second main surface 213, 213a First side surface part 221, 221a Second side surface part 500 Projectors A1, A1x, A2, A3 Region B1 Axis H1 First through hole H2 Second through hole L1 Excitation light M1, M2 Measurement line

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Abstract

透過型蛍光発光モジュール(1)は、蛍光体材料によって構成されている基板である蛍光体基板(10)と、蛍光体基板(10)の主面に接合して設けられる金属部材(20)と、蛍光体基板(10)の厚み方向に延びる軸(B1)を中心として蛍光体基板(10)及び金属部材(20)を回転させる回転部(30)と、を備え、蛍光体基板(10)を平面視したときに、蛍光体基板(10)は、金属部材(20)と重ならない円環形状の領域(A1)を有する。

Description

透過型蛍光発光モジュール及び発光装置
 本発明は、透過型蛍光発光モジュール及び発光装置に関する。
 従来、励起光により励起され蛍光を発生する透過型蛍光発光モジュールが知られている。透過型蛍光発光モジュールは、例えば、プロジェクタなどの発光装置に応用されている。
 透過型蛍光発光モジュールの一例として、特許文献1には、光源装置が開示されている。この光源装置(透過型蛍光発光モジュール)は、板状のガラス部材で構成される蛍光体用基板と、蛍光発生部と、蛍光体用基板及び蛍光発光部の間に位置するダイクロイック膜と、蛍光発生部を励起する励起光を射出する光射出部とを備える。
特開2012-9242号公報
 ところで、励起光の照射により蛍光発生部の温度が高くなると、発生する蛍光が減少する現象(所謂、温度消光現象)が起こることが知られている。例えば、特許文献1で開示される透過型蛍光発光モジュールにおいては、蛍光発生部の放熱性が十分でないため温度消光現象が起こりやすく、この結果、蛍光発光部から出射される蛍光が減少する。よって、このような透過型蛍光発光モジュールでは、光の利用効率が低くなってしまう場合がある。
 そこで、本発明は、光の利用効率が高い透過型蛍光発光モジュール及び発光装置を提供する。
 本発明の一態様に係る透過型蛍光発光モジュールは、蛍光体材料によって構成されている基板である蛍光体基板と、前記蛍光体基板の主面に接合して設けられる金属部材と、前記蛍光体基板の厚み方向に延びる軸を中心として前記蛍光体基板及び前記金属部材を回転させる回転部と、を備え、前記蛍光体基板を平面視したときに、前記蛍光体基板は、前記金属部材と重ならない円環形状の領域を有する。
 また、本発明の一態様に係る発光装置は、上記の透過型蛍光発光モジュールを備える。
 本発明によれば、光の利用効率が高い透過型蛍光発光モジュール及び発光装置を提供することができる。
図1Aは、実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュールの斜視図である。 図1Bは、実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュールの分解斜視図である。 図2は、実施の形態に係る蛍光体基板、金属部材及び回転部の平面図である。 図3は、実施の形態に係る蛍光体基板及び金属部材の下面図である。 図4は、図1AのIV-IV線における透過型蛍光発光モジュールの一部の切断面を示す断面図である。 図5は、実施の形態に係るプロジェクタの外観を示す斜視図である。 図6は、実施の形態に係るプロジェクタにおける透過型蛍光発光モジュールを示す模式図である。 図7は、実施の形態に係る筐体を示す斜視図である。 図8は、検討例に係る透過型蛍光発光モジュールが備える蛍光体基板、金属部材及び回転部の平面図である。 図9は、実施の形態に係る蛍光体基板、金属部材及び回転部の平面図である。 図10は、検討例に係る透過型蛍光発光モジュールが備える蛍光体基板、金属部材及び回転部の斜視図である。 図11は、実施の形態に係る蛍光体基板、金属部材及び回転部の斜視図である。 図12は、検討例及び実施の形態に係る蛍光体基板の温度プロファイルを示す図である。 図13Aは、実施の形態の変形例1に係る透過型蛍光発光モジュールの斜視図である。 図13Bは、実施の形態の変形例1に係る透過型蛍光発光モジュールの分解斜視図である。 図14は、実施の形態の変形例2に係る透過型蛍光発光モジュールの斜視図である。 図15は、実施の形態の変形例3に係る蛍光体基板及び金属部材の下面図である。
 以下では、本発明の実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュールなどについて、図面を用いて詳細に説明する。
 なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。
 また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
 本明細書において、平行又は直交などの要素間の関係性を示す用語、及び、円形状などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。
 また、本明細書及び図面において、x軸、y軸及びz軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。実施の形態では、蛍光体基板が有する第3主面と平行な2軸をx軸及びy軸とし、x軸及びy軸と直交する軸をz軸としている。
 (実施の形態)
 [構成]
 はじめに、本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1の構成について図面を用いて説明する。図1Aは、本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1の斜視図である。図1Bは、本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1の分解斜視図である。
 図1A及び図1Bが示すように、透過型蛍光発光モジュール1は、蛍光体材料によって構成されている蛍光体基板10と、金属部材20と、回転部30と、2つの光出射部200とを備えるモジュールである。なお、簡単のため、図1A及び図1Bにおいては、1つの光出射部200が記載されている。以下の図においても同様に記載される場合がある。また、透過型蛍光発光モジュール1は、1つの光出射部200を備えてもよい。透過型蛍光発光モジュール1は、一例として、プロジェクタ及び照明装置などに代表される発光装置に用いられる。本実施の形態においては、透過型蛍光発光モジュール1は、プロジェクタに用いられる。
 本実施の形態においては、回転部30が蛍光体基板10などを軸B1を中心として図1Aが示す矢印Rの方向に回転させ、さらに、蛍光体基板10が励起光L1を受光して蛍光を含む透過光L2を放つ。透過型蛍光発光モジュール1は、透過光L2を当該プロジェクタが出力する投射光として利用する光透過型のモジュールである。つまりは、蛍光体基板10は、光透過型の蛍光体ホイールとして利用される。
 以下、透過型蛍光発光モジュール1が備える構成要素について説明する。
 まず、光出射部200について説明する。
 光出射部200は、励起光L1を出射する光源である。励起光L1は、蛍光体基板10を構成する蛍光体材料を励起する光である。光出射部200は、例えば半導体レーザ光源又はLED(Light Emitting Diode)光源であり、駆動電流によって駆動されて所定の色(波長)の励起光L1を出射する。
 本実施の形態においては、光出射部200は、半導体レーザ光源である。なお、光出射部200が備える半導体レーザ素子は、例えば窒化物半導体材料によって構成されたGaN系半導体レーザ素子(レーザチップ)である。本実施の形態において、半導体レーザ光源である光出射部200は、コリメートレンズ一体型TO-CANタイプの発光装置である。なお、光出射部200は、特開2016-219779に示されているような、マルチチップタイプレーザーでもよく、コリメートレンズとTO-CANとが別体になっていてもよい。
 一例として、光出射部200は、波長380nm以上490nm以下にピーク波長を有する近紫外から青色の範囲内のレーザ光を励起光L1として出射する。このとき、励起光L1のピーク波長は、例えば455nmであり、励起光L1は青色光である。
 次に、蛍光体基板10について説明する。
 蛍光体基板10は、互いに背向する2つの主面を有する平板形状の基板である。2つの主面は、第3主面11及び第4主面12である。第3主面11及び第4主面12は、ここでは、平面である。
 さらに、図2及び図3を用いて、蛍光体基板10の詳細について説明する。
 図2は、本実施の形態に係る蛍光体基板10、金属部材20及び回転部30の平面図である。図2においては、光出射部200は、省略されている。図3は、本実施の形態に係る蛍光体基板10及び金属部材20の下面図である。図3においては、回転部30と、光出射部200とは、省略されている。なお、z軸負方向から透過型蛍光発光モジュール1を見た場合を平面図、z軸正方向から透過型蛍光発光モジュール1を見た場合を下面図、とする。また、平面図での視点を平面視、下面図での視点を下面視、とする。
 蛍光体基板10は、平面視で円形状を有する基板であり、つまりは、円板形状を有する。ここで、蛍光体基板10が有する円形状の中心を、中心点C1とする。さらに、蛍光体基板10には第1貫通孔H1が設けられているため、より具体的には、蛍光体基板10の形状は円環形状である。第1貫通孔H1は、蛍光体基板10の厚み方向(z軸方向)に蛍光体基板10を貫通する孔であり、平面視で円形状の孔である。第1貫通孔H1が有する円形状の中心は、中心点C1と重なる。つまりは、蛍光体基板10は、蛍光体基板10の中心点C1からの距離が等しい円周上に円形のリング形状に設けられており、平面視において周方向に沿う帯状に設けられている。
 円環形状である蛍光体基板10の外径(つまりは、図3の下面視で外側の円の直径)は、一例として30mm以上90mm以下であるとよく、35mm以上70mm以下であるとよりよく、40mm以上50mm以下であるとさらによいが、これに限られない。透過型蛍光発光モジュール1がプロジェクタに適用される場合には、当該プロジェクタが備える筐体に収まるように、蛍光体基板10の外径が定められる。
 また、蛍光体基板10の内径(つまりは、図3の下面視で内側の円の直径)は、蛍光体基板10の外径よりも小さく、一例として15mm以上45mm以下であるとよく、17.5mm以上35mm以下であるとよりよく、20mm以上25mm以下であるとさらによいが、これに限られない。また、蛍光体基板10の内径は、第1貫通孔H1の直径でもある。
 蛍光体基板10の厚み(つまりは、z軸方向の長さ)は、50μm以上700μm以下であるとよい。蛍光体基板10の厚みは、80μm以上500μm以下であるとよりよく、100μm以上300μm以下であるとさらによい。
 蛍光体基板10は、蛍光体材料によって構成されている。つまりは、蛍光体基板10は、主成分である蛍光体材料のみによって構成されている部材である。より具体的には、蛍光体基板10は、蛍光体材料のみによって構成されている焼結蛍光体によって構成されている基板である。
 なお、ここで本明細書における焼結蛍光体について説明する。
 焼結蛍光体とは、上記の主成分である蛍光体材料(一例として、蛍光体材料の原料粉が造粒された造粒体)の原料粉が、蛍光体材料の融点よりも低い温度で焼成された焼成体である。また、焼結蛍光体は、焼成の過程での原料粉同士が結合される。そのため、焼結蛍光体は、造粒体同士を結合させるための結合剤をほとんど必要としない。より具体的には、焼結蛍光体は、結合剤を一切必要としない。結合剤とは、一例として、上記の特許文献1では、透明樹脂である。また、結合剤とは、Al材料、及び、ガラス材料(つまりはSiO(0<d≦2))などが公知の材料として用いられている。なお、同様に、結合剤に限られず、焼結蛍光体は、焼結蛍光体が有する蛍光体材料以外の材料(以下その他材料)をほとんど必要とせず、より具体的には、その他材料を一切必要としない。
 例えば、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料の体積が70vol%以上であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料の体積が、80vol%以上であるとよりよく、90vol%以上であるとさらによく、95vol%以上であるとさらによりよくなる。
 なお、換言すると、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料(例えば結合剤)の体積が30vol%未満であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料(例えば結合剤)の体積が、20vol%以下であるとよりよく、10vol%以下であるとさらによく、5vol%以下であるとさらによりよくなる。
 焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料のvol%が高い(つまり、その他材料の体積の割合が多い)と、蛍光体材料とその他材料との界面に存在する欠陥によりフォノン散乱が発生する。この結果、焼結蛍光体の熱伝導率が低下する。特に、その他材料の体積が30vol%以上で熱伝導率の低下が著しい。また、上記界面での非発光再結合も多くなり、発光効率が低下する。換言すると、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料のvol%が低い(つまり、その他材料の体積の割合が少ない)ほど、熱伝導率、及び、発光効率が向上する。本発明の焼結蛍光体は、上記理由により、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料の体積を30vol%未満としている。
 ここで、蛍光体材料について説明する。
 蛍光体材料は、例えば、ガーネット構造を有する結晶相によって構成されている材料である。ガーネット構造とは、A12の一般式で表される結晶構造である。元素Aには、Ca、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb及びLuなどの希土類元素が適用され、元素Bには、Mg、Al、Si、Ga及びScなどの元素が適用され、元素Cには、Al、Si及びGaなどの元素が適用される。このようなガーネット構造としては、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット(Yttrium Aluminum Garnet))、LuAG(ルテチウム・アルミニウム・ガーネット(Lutetium Aluminum Garnet))、LuCaMgSi12(ルテチウム・カルシウム・マグネシウム・シリコン・ガーネット(Lutetium Calcium Magnesium Silicon Garnet))及びTAG(テルビウム・アルミニウム・ガーネット(Terbium Aluminum Garnet))などが挙げられる。本実施の形態においては、蛍光体材料は、(Y1-xCeAlAl12(つまりは、(Y1-xCeAl12)(0.0001≦x<0.1)で表される結晶相、つまりはYAGによって構成されている。
 また、蛍光体材料がYAGによって構成されている場合、原料としてAlが用いられる場合がある。この場合、焼結蛍光体において、未反応の原料としてAlが残るときがある。しかし、未反応の原料であるAlは、上記結合剤とは異なる。また、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積における未反応の原料であるAlの体積は、5vol%以下である。
 なお、蛍光体材料を構成する結晶相は、化学組成の異なる複数のガーネット結晶相の固溶体であってもよい。このような固溶体としては、(Y1-xCeAlAl12(0.001≦x<0.1)で表されるガーネット結晶相と(Lu1-yCeAlAl12(0.001≦y<0.1)で表されるガーネット結晶相との固溶体((1-a)(Y1-xCeAl12・a(Lu1-yCeAlAl12(0<a<1))が挙げられる。また、このような固溶体としては、(Y1-xCeAlAl12(0.001≦x<0.1)で表されるガーネット結晶相と(Lu1-zCeCaMgSi12(0.0015≦z<0.15)で表されるガーネット結晶相との固溶体((1-b)(Y1-xCeAlAl12・b(Lu1-zCeCaMgSi12(0<b<1))などが挙げられる。蛍光体材料が化学組成の異なる複数のガーネット結晶相の固溶体から構成されることで、蛍光体材料が放つ蛍光の蛍光スペクトルがより広帯域化し、緑色の光成分と赤色の光成分が増える。そのため、色域の広い投射光を放つプロジェクタを提供できる。
 また、蛍光体材料を構成する結晶相は、上記の一般式A12で表される結晶相に対して、化学組成がずれた結晶相が含まれていてもよい。このような結晶相としては、(Y1-xCeAlAl12(0.001≦x<0.1)で表される結晶相に対してAlがリッチな(Y1-xCeAl2+δAl12(δは正の数)が挙げられる。また、このような結晶相としては、(Y1-xCeAlAl12(0.001≦x<0.1)で表される結晶相に対してYがリッチな(Y1-xCe3+ζAlAl12(ζは正の数)などが挙げられる。これらの結晶相は、一般式A12で表される結晶相に対して、化学組成がずれているが、ガーネット構造は維持している。
 さらに、蛍光体材料を構成する結晶相には、ガーネット構造以外の構造を有する異相が含まれていてもよい。
 また、平面視したときに、蛍光体基板10は、金属部材20と重ならない円環形状の領域A1を有している。図1B、図2及び図3のそれぞれにおいては、領域A1は、一点鎖線で示された2つの円の間の領域に該当する。領域A1の形状である円環形状の中心は、蛍光体基板10の中心点C1と重なる。また、領域A1には、励起光L1が入射する。より具体的には、光出射部200から出射された励起光L1は、第3主面11側(つまりはz軸負側)から領域A1に入射する。
 蛍光体基板10が有する領域A1において、YAGで構成される蛍光体材料は、励起光L1を受光して、蛍光を放つ。より具体的には、励起光L1が蛍光体材料に照射されることで、蛍光体材料から波長変換光として蛍光が放たれる。つまり、蛍光体材料から放たれる波長変換光は、励起光L1の波長よりも長い波長の光である。
 本実施の形態において、蛍光体材料から放たれる波長変換光には、黄色光である蛍光が含まれる。蛍光体材料は、例えば、波長が380nm以上490nm以下の光を吸収し、波長が490nm以上580nm以下の領域に蛍光ピーク波長を有する黄色光である蛍光を放つ。蛍光体材料がYAGで構成されることで、容易に波長が490nm以上580nm以下の領域に蛍光ピーク波長を有する蛍光を放つことができる。
 本実施の形態においては、図1Aが示すように、入射した励起光L1の一部は、蛍光体材料によって波長変換されて、蛍光体基板10を透過して第4主面12側から出射される。また、入射した励起光L1の他部は、蛍光体材料によって波長変換されずに、蛍光体基板10を透過して第4主面12側から出射される。蛍光体基板10を透過した透過光L2は、波長変換された黄色光である蛍光と波長変換されていない青色光である励起光L1とを含む。つまり、透過光L2は、これらの光が複合された光であり、白色光である。
 また、蛍光体基板10は、他の構成要素によって支持されることを必要としない。つまり、蛍光体基板10は、リジッドな性質を有する。蛍光体基板10が焼結蛍光体であり、かつ、蛍光体基板10の厚みが上記範囲にあることで、蛍光体基板10はリジッドな性質を有する。また、特許文献1に開示されている蛍光体と透明樹脂とを含む塗料によって形成される蛍光発生部などと比較し、本実施の形態に係る蛍光体基板10は、はるかにリジッドな性質を有する。
 次に、金属部材20について説明する。
 金属部材20は、金属材料によって構成されている構成要素である。また、金属部材20は、蛍光体基板10の1つの主面に接合して設けられている部材である。本実施の形態においては、図1A及び図1Bが示すように、金属部材20は、蛍光体基板10よりもz軸負側に位置し、第3主面11に接合して設けられている。後に詳述するが、金属部材20の材質は、モータである回転部30への負荷と熱伝導性とを考慮し、軽量、かつ、高熱伝導であるAlが用いられている。
 本実施の形態においては、金属部材20は、蛍光体基板10の第3主面11に、接合層を介して接合している。この場合、接合層としては、回転部30と蛍光体基板10との熱膨張係数差を緩和するためシリコーン樹脂が使用されている。ただし、回転部30の材質は、Cu又はFeなど、他の材質でもよく、接着部材も、他のエポキシ樹脂、又は、ナノAg若しくはナノCuを含んだ高熱伝導性接着剤でもよい。また、接合層の厚みは、5μm以上40μm以下であればよく、10μm以上20μm以下であればよりよい。なお、金属部材20は、蛍光体基板10の第3主面11に、接着剤を使わず直接接する構造としてもよい。この場合、金属部材20ともう一つの部材(不図示)とで蛍光体基板10を挟み込み、金属部材と当該もう一つの部材とがボルト又はビスなどにより接合されるとよい。なお、接着剤を使用しない、挟み込み構造の場合、もう一つの部材は、放熱性の観点で金属で構成されているとよいが、樹脂材料で構成されていてもよい。
 さらに、本実施の形態に係る金属部材20は、本体部21と、複数の放熱フィン22とを有する。
 本体部21は、蛍光体基板10と積層されるように設けられる平板形状の部材である。また、本体部21は、互いに背向する2つの主面を有する。2つの主面は、第1主面211と第2主面212とである。第1主面211及び第2主面212は、ここでは、互いに平行な平面である。本実施の形態においては、本体部21は、蛍光体基板10の第3主面11に、接合層(不図示)を介して接合されている。より具体的には、本体部21が有する第1主面211が蛍光体基板10の第3主面11に接合層を介して接合されている。また、本体部21が平板形状であることで、蛍光体基板10と金属部材20(ここでは本体部21)とが接合する面積が、より広くなる。また、本体部21の形状である平板形状とは、直方体形状に限られず、円柱形状、円錐台形状なども意味する。
 図2及び図3が示すように、平面視及び下面視で、本体部21の形状は、円形状である。また、本体部21が有する第1主面211の面積は、本体部21が有する第2主面212の面積よりも大きい。つまり、本体部21の形状は、円錐台形状である。また、円錐台形状である本体部21は第1側面部213を有する。第1側面部213は、第2主面212から第1主面211に向かって広がる斜面である。また、斜面である第1側面部213は、z軸とは平行ではない。
 また、本体部21には第2貫通孔H2が設けられているため、本体部21の形状は円錐台形状に第2貫通孔H2が設けられた形状である。また、平面視及び下面視で、本体部21の形状は、円環形状である。第2貫通孔H2は、蛍光体基板10の厚み方向(z軸方向)に本体部21を貫通する孔であり、平面視で円形状の孔である。本体部21の形状である円環形状の中心は、蛍光体基板10の中心点C1と重なる。
 本体部21の外径は、蛍光体基板10の外径よりも小さい。なお、ここでは、本体部21の外径とは、本体部21の第1主面211の直径を意味する。本体部21の外径は、一例として20mm以上70mm以下であるとよく、25mm以上55mm以下であるとよりよく、30mm以上40mm以下であるとさらによいが、これに限られない。なお、本実施の形態においては、本体部21の外径は34mmであり、つまり、本体部21の半径は17mmである。
 また、本体部21の内径は、本体部21の外径よりも小さければよく、ここでは、蛍光体基板10の内径と同じ大きさであるがこれに限られない。また、本体部21の内径は、第2貫通孔H2の直径でもある。
 本実施の形態においては、図2及び図3が示すように、平面視及び下面視で、第1貫通孔H1の一部及び第2貫通孔H2の一部が重なる。より具体的には、平面視したときに、第1貫通孔H1の全部及び第2貫通孔H2の全部が重なる。つまりは、第1貫通孔H1の直径(蛍光体基板10の内径)と第2貫通孔H2の直径(本体部21の内径)とは等しい。さらに、平面視及び下面視で、第1貫通孔H1が有する円形状の中心、及び、第2貫通孔H2が有する円形状の中心は、蛍光体基板10の中心点C1と重なる。
 本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1は、蛍光体基板10と、金属部材20とを備えている。この金属部材20は、蛍光体基板10の第3主面11に接合して設けられる。そのため、励起光L1の照射により蛍光体基板10において熱が発生した場合でも、当該熱が蛍光体基板10から金属部材20へ移動しやすくなる。また、一般に、金属部材20を構成する金属材料は、YAGなどの蛍光体材料に比べ、熱伝導率が高い。これにより、当該熱は、金属部材20中を移動しやすく、金属部材20が大気に露出されている面から放熱されやすくなる。つまりは、蛍光体基板10と金属部材20とを上記構成とすることで、蛍光体基板10から当該熱が放熱されやすくなる。つまりは、蛍光体基板10の放熱性を高めることができる。
 ここで、本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1の効果について説明する。
 上述の通り、特許文献1で開示される透過型蛍光発光モジュールにおいて、温度消光現象が起きると、光の利用効率が低くなってしまう。しかし、本実施の形態においては、蛍光体基板10から当該熱が放熱されやすいため、励起光L1の照射による蛍光体基板10の温度の上昇を抑制できる。これにより、温度消光現象が起きにくいため、蛍光の減少が抑制される。
 しかも、本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1は、蛍光体基板10を支持するための構成要素などを備えていない。当該構成要素は、例えば、特許文献1で開示されている蛍光体用基板である。この蛍光体用基板は、蛍光発生部などを支持する板状のガラス部材によって構成される基板である。
 ここで、特許文献1で開示される光の挙動について説明する。特許文献1では、励起光は、大気から蛍光体用基板へ入射することが開示されている。さらに、蛍光体用基板へ入射した励起光は、蛍光体用基板を透過して蛍光発生部へ入射し、蛍光発生部で蛍光が発生する。ところで、特許文献1では、この蛍光体用基板の屈折率と大気の屈折率との差により、大気から蛍光体用基板に入射する励起光の一部が大気側に向けて反射されてしまう。つまり、蛍光体用基板と大気との界面で、励起光の光ロスが発生する。この結果、励起光の一部が反射されない場合と比べて、蛍光発生部に入射する励起光が減少するため、蛍光発生部で発生する蛍光も減少してしまう。つまり、特許文献1に開示される透過型蛍光発光モジュールでは、光の利用効率が低いという課題がある。
 これに対し、本実施の形態においては、上述の通り、本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1は、蛍光体基板10を支持するための構成要素(例えば、上記の蛍光体用基板)を備えていない。そのため、上記のような、励起光L1の光ロスがないため、蛍光体基板10に入射する励起光L1が増加する。この結果、蛍光体基板10における蛍光体材料で発生する蛍光が増加する。
 以上まとめると、本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1においては、温度消光現象が起きにくく、かつ、励起光L1の光ロスがないため、光の利用効率を高めることができる。
 また、本実施の形態においては、金属部材20は、本体部21を有する。
 本体部21が上記構成を有することで、蛍光体基板10と金属部材20(ここでは本体部21)とが接合する面積がより広くなる。このため、励起光L1の照射により蛍光体基板10において熱が発生した場合でも、蛍光体基板10から当該熱がより放熱されやすくなる。
 ここで、本体部21の厚みD21について、図4を用いて説明する。
 図4は、図1AのIV-IV線における透過型蛍光発光モジュール1の一部の切断面を示す断面図である。なお、図4においては、光出射部200の側面図が示されている。
 本体部21の厚みD21(z軸方向の長さ)は、蛍光体基板10の厚みよりも厚いとよい。これにより、熱伝導性がよくなるためである。一方で、蛍光体基板10の厚みが厚くなりすぎると、モータである回転部30への負荷が高くなり、寿命が短くなる。よって、本体部21の厚みD21は、一例として、0.2mm以上50mm以下であればよく、0.5mm以上10mm以下であればよりよく、1mm以上5mm以下であればさらによい。本体部21の厚みD21が厚いほど、蛍光体基板10から当該熱がより放熱されやすくなる。一方で、本体部21の厚みD21が薄いほど、本体部21の体積が少なく、つまりは、本体部21の重量が減少する。このため、回転部30は、より少ないエネルギーで、蛍光体基板10などを回転することができる。よって、本体部21の厚みD21は、上記範囲であるとよい。
 さらに、金属部材20が有する複数の放熱フィン22について説明する。
 複数の放熱フィン22は、本体部21から蛍光体基板10に向かう方向とは反対方向に立設する突起である。つまり、複数の放熱フィン22は、本体部21に接しており、z軸負方向に突出している領域である。また、図4には、複数の放熱フィン22の厚みD22が示されている。なお、複数の放熱フィン22のそれぞれの厚みD22は同一であるが、これに限られない。厚みD22は、本体部21の厚みD21よりも厚いとよい。厚みD22は、一例として、1mm以上150mm以下であればよく、2mm以上30mm以下であればよりよく、3mm以上10mm以下であればさらによい。
 なお、厚みD22が厚いほど、放熱効果は高まる。一方で、厚みD22が厚くなると重量が増え、モータである回転部30への負荷が増える。また、回転に対する剛性を保つために、複数の放熱フィン22の円周方向の厚みを厚くする必要がある。複数の放熱フィン22の円周方向の厚みは、薄くなると、本体部21からの熱伝導性が低くなり、この結果、放熱性能が低下する。複数の放熱フィン22の円周方向の厚みは、厚みD22が5mmの場合、0.2mm以上3mm以下の範囲であるとよく、0.4mm以上2mm以下の範囲であるとよりよい。なお、円周方向の厚みは、ばらついていてもよく、上述の範囲は、ねじ止めなどの影響により厚みが厚くなっている部分を除いた平均値である。
 図1A、図1B、図2及び図3が示すように、ここでは、12個の放熱フィン22が設けられている。平面視したときに、12個の放熱フィン22は、放射状に延びるように設けられている。より具体的には、12個の放熱フィン22は、軸B1を基準として放射状に延びるように配置されている。つまりは、12個の放熱フィン22は、蛍光体基板10の中心点C1を中心に放射状に延びるような形状を有している。12個の放熱フィン22は、中心点C1を中心に、等間隔に広がるように放射状に延びている。
 例えば、n個の放熱フィン22が設けられる場合、「等間隔に広がるように」とは、1個の放熱フィン22が延びる方向と当該1個の放熱フィン22に隣接する他の1個の放熱フィン22が延びる方向とがなす角度が360°÷nとなることを意味する。図2には、1個の放熱フィン22が延びる方向D1と当該1個の放熱フィン22に隣接する他の1個の放熱フィン22が延びる方向D2とが、一点鎖線で示されている。本実施の形態においては、12個の放熱フィン22のうち、1個の放熱フィン22が延びる方向D1と当該他の1個の放熱フィン22が延びる方向D2とがなす角度は、30°である。
 なお、ここでは、12個の放熱フィン22が設けられているが、これに限られず、1以上の放熱フィン22が設けられていてもよい。また、複数の放熱フィン22は、上記に限られず、例えば行列形状又は中心点C1を中心とした円環形状となるように配置されてもよい。
 さらに、図3が示すように、下面視で、複数の放熱フィン22のそれぞれは、中心点C1に向かって突出する領域を含む。複数の放熱フィン22のそれぞれが含む突出する領域は、本体部21の内側の円よりも内側に突出し、第2貫通孔H2と重なる位置に設けられている。本実施の形態においては、第1貫通孔H1の全部及び第2貫通孔H2の全部が重なるため、複数の放熱フィン22のそれぞれが含む突出する領域は、第1貫通孔H1及び第2貫通孔H2と重なる位置に設けられている。
 また、図2及び図4が示すように、複数の放熱フィン22のそれぞれは、軸B1から最も離れた位置に第2側面部221を有している。複数の放熱フィン22のそれぞれの第2側面部221は、z軸正方向に向かって広がる斜面である。また、斜面である第2側面部221は、z軸とは平行ではない。さらに、第2側面部221と本体部21の第1側面部213とは、面一に接続されている。また、第2側面部221と第1側面部213とは、接続箇所において、互いに平行である。
 金属部材20が複数の放熱フィン22を有することで、金属部材20の表面積が増加するため、金属部材20から熱がより放たれやすくなる。これにより、励起光L1の照射により蛍光体基板10に発生した熱は、蛍光体基板10から、より放熱されやすくなる。
 また、本実施の形態においては、金属部材20は、Alによって構成されている。Alは高い熱伝導率を示す金属材料であって、Alの熱伝導率は、237W/m・Kである。蛍光体材料を構成するYAGの熱伝導率は11.2W/m・Kである。そのため、金属部材20がAlによって構成されていることで、蛍光体基板10の放熱性をさらに高めることができる。
 なお、金属部材20はAl又はCu以外によって構成されていてもよく、例えば、Ni、Pd、Rh、Mo、W及びCuから選ばれる1以上の金属元素又は合金により構成されているとよい。それぞれの元素の熱伝導率は、Niが83W/m・K、Pdが73W/m・K、Rhが150W/m・K、Moが135W/m・K、Wが163W/m・K、Cuが395W/m・Kである。そのため、金属部材20がこれらの金属材料によって構成されることで、蛍光体基板10の放熱性をより高めることができる。
 続いて、回転部30について説明する。
 回転部30は、金属部材20よりもz軸負側に位置している。つまりは、回転部30と蛍光体基板10との間に、金属部材20が位置している。ここでは、回転部30は、金属部材20に接合されている。また、図2が示すように、平面視で、回転部30は、蛍光体基板10と重なる位置に設けられている。
 回転部30は、蛍光体基板10の厚み方向(z軸方向)に延びる軸B1を中心として蛍光体基板10及び金属部材20を回転させる部材であり、一例として、モータである。より具体的には、本実施の形態においては、回転部30は、蛍光体基板10及び金属部材20を軸B1を中心として図1Aが示す矢印Rの方向に回転させる。なお、回転部30は、蛍光体基板10及び金属部材20を図1Aが示す矢印Rの方向とは反対方向に回転させてもよい。図1Bが示すように、軸B1は蛍光体基板10の中心点C1を通る軸である。
 また、回転部30は、円板部31と、軸B1を軸芯とする回転軸とを有する。円板部31は、図2が示すように、平面視で円形状を有し、平板形状の部材である。円板部31の直径は、金属部材20が有する本体部21の直径と同じである。
 上述の通り、回転部30は、金属部材20に接合されている。より具体的には、円板部31は、金属部材20が有する複数の放熱フィン22に接合されている。図2が示すように、円板部31は金属部材20のz軸負側を覆うように配置されている。
 円板部31と複数の放熱フィン22とは、ボルト又はビスなどにより接合されてもよい。また、本実施の形態においては、円板部31は、複数の放熱フィン22に、接合層を介して接合している。この場合、接合層としては、一例として、金属部材20と蛍光体基板10とを接合する接合層と同じものが用いられる。
 このように、本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1は、回転部30を備えている。これにより、蛍光体基板10などが軸B1を中心として回転するため、気流が発生する。この発生した気流によって、蛍光体基板10が冷却される。これにより、励起光L1が照射されても蛍光体基板10の温度の上昇を抑制できるため、温度消光現象が起きにくく、蛍光の減少が抑制される。つまりは、透過型蛍光発光モジュール1の光の利用効率を高めることができる。
 また、上述の通り、本実施の形態においては、金属部材20が有する放熱フィン22が放射状に延びるように設けられている。よって、回転部30により蛍光体基板10などが回転されたときに、より流速の高い強い気流が発生する。
 さらに、本実施の形態においては、第1貫通孔H1及び第2貫通孔H2が重なるように設けられている。このため、回転部30により蛍光体基板10などが回転されたときに、さらに流速の高い強い気流が発生する。
 図1Aには、当該気流の一例が一点鎖線の矢印で記載されている。つまり、当該気流は、第1貫通孔H1、第2貫通孔H2、及び、複数の放熱フィン22の同士の間を順に通過して、蛍光体基板10が有する領域A1に向かう。これにより、励起光L1の照射により領域A1に発生した熱が当該気流によって冷却されるため、蛍光体基板10の温度の上昇が抑制される。つまり、金属部材20が有する放熱フィン22が放射状に延びるように設けられることで、透過型蛍光発光モジュール1の放熱性をより高めることができる。そしてさらに、第1貫通孔H1及び第2貫通孔H2が重なるように設けられていることで、さらに流速の高い強い気流が発生する。よって、蛍光体基板10の温度の上昇がさらに抑制される。
 また、上述の通り、複数の放熱フィン22のそれぞれは、中心点C1に向かって突出する領域を含んでいる。このため、当該気流が、第1貫通孔H1、第2貫通孔H2、及び、複数の放熱フィン22の同士の間を通過しやすくなる。よって、さらに流速の高い気流が発生し、蛍光体基板10の温度の上昇がさらに抑制される。
 ここで、本実施の形態においては、円板部31が金属部材20を覆うように配置されている。このため、回転部30により蛍光体基板10などが回転されたときに発生した気流が領域A1に向かいやすくなり、蛍光体基板10の温度の上昇がさらに抑制される。
 また、本実施の形態においては、本体部21と円板部31との間に、複数の放熱フィン22が設けられている。この場合、1個の放熱フィン22と当該1個の放熱フィン22とに隣接する他の1個の放熱フィン22との間には、空隙が設けられている。つまりは、この空隙が設けられることで、金属部材20が軽量化されている。このため、回転部30は、より少ないエネルギーで、蛍光体基板10及び金属部材20を回転することができる。
 [プロジェクタの構成]
 以上のように構成されている透過型蛍光発光モジュール1は、図5が示すプロジェクタ500に用いられる。図5は、本実施の形態に係るプロジェクタ500の外観を示す斜視図である。図6は、本実施の形態に係るプロジェクタ500における透過型蛍光発光モジュール1を示す模式図である。以下では、本実施の形態に係るプロジェクタ500の構成について、図6を用いて説明する。
 図6が示すように、本実施の形態に係るプロジェクタ500は、透過型蛍光発光モジュール1を備える。また、プロジェクタ500は、筐体300と、第1光学素子301と、第2光学素子302と、第3光学素子303と、第4光学素子304と、表示素子(不図示)とを備える。
 筐体300は、蛍光体基板10と、金属部材20と、回転部30と、第1光学素子301と、第2光学素子302と、第4光学素子304とを収納する金属製のケースである。なお、筐体300は、2つの光出射部200のそれぞれの一部と、第3光学素子303の一部とを収納する。筐体300の内部空間は、閉塞空間である。このため、蛍光体基板10と、金属部材20と、回転部30と、第1光学素子301と、第2光学素子302と、第4光学素子304とは、筐体300によって保護されており、塵及び埃などによって汚染されにくい。
 第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303は、透過型蛍光発光モジュール1から出力された透過光L2の光路を制御するための光学部材である。一例として、第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303のそれぞれは、透過光L2を集光するためのレンズである。図6が示すように、第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303は、蛍光体基板10の第4主面12側に配置されている。また、プロジェクタ500の小型化が必要な場合には、透過型蛍光発光モジュール1と第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303との距離を小さくすることが求められる。
 第4光学素子304は、2つの光出射部200から出力された励起光L1の光路を制御するための光学部材である。一例として、第4光学素子304は、透過光L2を集光するためのレンズである。図6が示すように、第4光学素子304は、蛍光体基板10の第3主面11側に配置されている。また、図6が示すように、励起光L1が第4光学素子304によって集光されることで、励起光L1が蛍光体基板10に斜め方向(つまりは第3主面11に対して垂直とは異なる方向)からも入射する。
 表示素子は、透過光L2を制御して映像として出力する略平面状の素子である。換言すると、表示素子は、映像用の光を生成する。表示素子は、具体的には、透過型液晶パネルでである。また、例えば、表示素子は、反射型液晶パネルであってもよく、DMDを有するDLP(Digital Light Processing)であってもよい。
 続いて、図6における光の挙動について説明する。
 光出射部200によって出射された励起光L1は、透過型蛍光発光モジュール1における蛍光体基板10が有する領域A1に入射する。入射した励起光L1の一部は、領域A1が含む蛍光体材料によって波長変換されて蛍光として、蛍光体基板10を透過する。また、入射した励起光L1の他部は、領域A1が含む蛍光体材料によって波長変換されずに、蛍光体基板10を透過する。蛍光体基板10を透過した透過光L2は、黄色光である蛍光と波長変換されていない青色光である励起光L1とを含む複合された光であり、白色光である。さらに、透過光L2は、蛍光体基板10から出射される。つまりは、上述の通り、本実施の形態においては、蛍光体基板10は、光透過型の蛍光体ホイールとして利用される。
 また、上記の通り、領域A1の形状が円環形状であるため、回転部30により蛍光体基板10などが回転されるときに、励起光L1が領域A1に入射しやすくなる。このため、蛍光体基板10を蛍光体ホイールとして利用することがより容易になる。
 蛍光体基板10から出射された透過光L2は、第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303によって集光されて出射される。なお、第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303は、蛍光体基板10から出射された透過光L2を集光しなくてもよい。例えば、第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303は、出射された透過光L2を略コリメート又は弱拡大放射してもよい。第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303から出射された透過光L2の放射角が、透過型蛍光発光モジュール1が用いられるプロジェクタ500及び照明装置において、効率よく光伝達できる放射角であればよい。
 第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303から出射された透過光L2は、図示されない表示素子へと向かう。表示素子によって生成された映像用の光は、スクリーンに拡大投射される投射光となる。つまり、透過光L2は、プロジェクタ500が出力する投射光として利用される光である。なお、第3光学素子303と表示素子との間には、図示されない光学素子などが設けられ、当該光学素子によって透過光L2の光路が制御されてもよい。
 本実施の形態においては、透過型蛍光発光モジュール1は、領域A1に入射する励起光L1を出射する光出射部200を有する。領域A1は、蛍光体基板10における金属部材20とは重ならない領域である。よって、励起光L1が金属部材20によって反射されるなどの光ロスが起こりにくい。このため、励起光L1が容易に蛍光体基板10に入射し、波長変換された光である蛍光を発生させることができる。
 また、本実施の形態においては、平面視で、本体部21の形状は、円形状である。互いに背向する第1主面211及び第2主面212において、第1主面211の面積は、第2主面212の面積よりも大きい。つまり、本体部21の形状は、円錐台形状である。また、上記の通り、励起光L1は、蛍光体基板10の領域A1に斜め方向から入射する。よって、本体部21が上記構成となることで、励起光L1が金属部材20によって遮蔽され難くなる。つまりは、金属部材20の遮蔽による励起光L1の光ロスを抑制することができる。従って、励起光L1は、蛍光体基板10の領域A1に到達しやすくなる。以上より、光の利用効率がより高い透過型蛍光発光モジュール1が実現される。
 また、本実施の形態においては、プロジェクタ500は、光の利用効率の高い透過型蛍光発光モジュール1を備えている。よって、光の利用効率の高いプロジェクタ500が実現される。
 筐体300の内部空間は、塵及び埃などの汚染を抑制するために閉塞空間であるため、熱がこもりやすい。本実施の形態においては、第1貫通孔H1及び第2貫通孔H2が設けられている。よって、回転部30により蛍光体基板10などが回転されたときに発生した気流は、蛍光体基板10の第3主面11側から第4主面12側へ向かう。このため、筐体300の内部空間の全体で気流が循環するため、励起光L1の照射により蛍光体基板10に発生した熱は、筐体300から外部に向けて移動しやすくなる。よって、蛍光体基板10から、当該熱がより放熱されやすくなる。
 さらに、筐体300についてより詳細に説明する。
 図7は、本実施の形態に係る筐体300を示す斜視図である。図7が示すように、筐体300は、9つの構成要素を有している。9つの構成要素とは、前面部材311、第1左側面部材312、第2左側面部材313、第1右側面部材314、第2右側面部材315、第1底面部材316、第2底面部材317、天面部材318及び背面部材319である。また、筐体300は、9つの構成要素を互いに接続するための接続部材(ネジなど)を有している。
 9つの構成要素のそれぞれは、例えば、鋼鈑などの金属板が板金加工されて形成されている。つまり、9つの構成要素のそれぞれは、金属板が切断加工又は曲げ加工されることで形成されている。筐体300は、このような9つの構成要素が組み合わされたケースである。筐体300が有する9つの構成要素のそれぞれが板金構造であるので、例えば、ダイキャスト構造にである筐体に比べ、軽量にする事が、可能となる。
 [製造方法]
 ここで、蛍光体基板10の製造方法について簡単に説明する。
 蛍光体基板10が有する蛍光体材料は、(Y0.999Ce0.001Al12で表される結晶相によって構成されている材料である。また、蛍光体材料は、いずれも、Ce3+賦活蛍光体で構成される。
 蛍光体基板10を製造するために、化合物粉末として以下の3種類が原料として使用された。具体的には、Y(純度3N、日本イットリウム株式会社)、Al(純度3N、住友化学株式会社)及びCeO(純度3N、日本イットリウム株式会社)が使用された。
 まず、化学量論的組成の化合物(Y0.999Ce0.001Al12となるように、上記原料が秤量された。次に、秤量された原料とアルミナ製ボール(直径10mm)とが、プラスチック製ポットに投入された。アルミナ製ボールの量は、プラスチック製ポットの容積の1/3程度を充填する程度の量であった。その後、純水がプラスチック製ポットに投入され、ポット回転装置(日陶化学株式会社製、BALL MILL ANZ-51S)を利用して、原料と純水とが混合された。この混合は、12時間実施された。このようにして、スラリー状の混合原料を得た。
 スラリー状の混合原料が、乾燥機を用いて乾燥された。具体的には、金属製バットの内壁を覆うようにナフロンシートが敷かれ、ナフロンシートの上方に混合原料が流し込まれた。金属製バットとナフロンシートと混合原料とは、150℃に設定した乾燥機で8時間処理され、乾燥された。その後、乾燥後の混合原料が回収され、スプレードライヤ装置を利用して混合原料が造粒された。なお、造粒時には、粘着剤(バインダ)として、アクリル系バインダが使用された。
 造粒された混合原料は、電動油圧プレス機(理研精機株式会社製、EMP-5)と円柱形状の金型とを利用して、円柱形状に仮成型された。成型時の圧力は、5MPaとした。次に、冷間等方圧加圧装置を利用して、仮成型後の成型体が本成型された。本成型時の圧力は、300MPaとした。なお、本成型後の成型体は、造粒時に使用された粘着剤(バインダ)を除去する目的で、加熱処理(脱バインダ処理)が行われた。加熱処理の温度は、500℃とした。また、加熱処理の時間は、10時間とした。
 加熱処理後の成型体は、管状雰囲気炉を用いて、焼成された。焼成温度は、1675℃とした。また、焼成時間は、4時間とした。焼成雰囲気は、窒素と水素との混合ガス雰囲気とした。
 焼成後の円柱形状の焼成物は、マルチワイヤーソーを用いて、スライスされた。スライスされた円柱形状の焼成物の厚みは、約700μmとした。
 研磨装置を用いて、スライス後の焼成物が研磨され、焼成物の厚みの調整が行われた。この調整が行われることで、焼成物が蛍光体基板10となる。
 [蛍光体基板の温度]
 ここで、検討例に係る透過型蛍光発光モジュールを用いて、本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1における蛍光体基板10の温度について、説明する。まずは、検討利絵に係る透過型蛍光発光モジュールについて説明する。
 図8は、検討例に係る透過型蛍光発光モジュールが備える蛍光体基板10、金属部材20x及び回転部30の平面図である。図9は、本実施の形態に係る蛍光体基板10、金属部材20及び回転部30の平面図である。図10は、検討例に係る透過型蛍光発光モジュールが備える蛍光体基板10、金属部材20x及び回転部30の斜視図である。図11は、本実施の形態に係る蛍光体基板10、金属部材20及び回転部30の斜視図である。
 図8及び図10が示すように、検討例に係る透過型蛍光発光モジュールは、蛍光体基板10と、金属部材20xと、回転部30とを備えるモジュールである。また、検討例に係る透過型蛍光発光モジュールは、2つの光出射部200(不図示)を備える。検討例に係る透過型蛍光発光モジュールにおいては、金属部材20xの形状のみが、本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1と異なる。
 ここで金属部材20xについて説明する。
 金属部材20xは、形状を除いて、金属部材20と同様の構成を有する。金属部材20xの形状は、蛍光体基板10と積層されるように設けられる平板形状の部材である。より具体的には、図8及び図10が示すように、金属部材20xの形状は、円柱形状である。
 また、図8、図9、図10及び図11が示すように、金属部材20の外径(ここでは、本体部21の外径)は、金属部材20xの外径よりも大きい。金属部材20xの外径とは、金属部材20xの直径を意味する。
 金属部材20xの外径(直径)は、28mmである。また、図8には、金属部材20xの半径D31xが示されており、金属部材20xの半径D31xは14mmである。
 なお、同様に、図9には、本体部21の半径D31が示されている。上述の通り、本体部21の半径D31は、17mmである。
 また、平面視したときに、検討例に係る蛍光体基板10は、金属部材20xと重ならない円環形状の領域A1xを有している。なお、図8及び図9のそれぞれにおいては、領域A1x及び領域A1は、一点鎖線で示された2つの円の間の領域に該当する。
 また、本実施の形態においては、蛍光体基板10を平面視したときに、本体部21と領域A1とは、隣接している。ここでは、円環形状である領域A1の内側の円と、本体部21(より具体的には、第1主面211)とが接する。
 同様に、検討例においては、蛍光体基板10を平面視したときに、金属部材20xと領域A1とは、隣接している。円環形状である領域A1xの内側の円と、金属部材20xとが接する。
 さらに、蛍光体基板10の温度について説明する。ここでは、回転部30により蛍光体基板10と金属部材20x及び金属部材20とが回転され、かつ、領域A1x及び領域A1に励起光L1が照射されたときの蛍光体基板10の温度について説明する。より具体的には、励起光L1は、領域A1x及び領域A1のうち、照射中心位置に照射される。また、図8及び図9には、中心点C1と励起光L1の照射中心位置との距離である照射中心位置距離D32が示されており、照射中心位置距離D32は18mmである。
 図12は、検討例及び本実施の形態に係る蛍光体基板10の温度プロファイルを示す図である。より具体的には、検討例に係る蛍光体基板10の温度プロファイルは、図8が示す測定線M1に沿って測定された温度を示す。同様に、本実施の形態に係る蛍光体基板10の温度プロファイルは、図9が示す測定線M2に沿って測定された温度を示す。また、測定線M1及び測定線M2はいずれも、x軸に平行な直線の仮想線である。また、図12において、距離0mmの位置とは、図8及び図9における中心点C1に相当する。
 図12が示すように、検討例においては、励起光L1の照射中心位置である距離18mm(つまりは、距離0mmから照射中心位置距離D32離れた位置)での温度が、他の位置と比べて、最も高い温度である。また、本実施の形態においても、同様の傾向が示されている。
 しかし、検討例及び本実施の形態とを比較すると、励起光L1の照射中心位置においては、本実施の形態での温度は、検討例での温度よりも低い。
 上述の通り、本体部21の半径D31は、金属部材20xの半径D31xよりも大きい。つまりは、金属部材20xと比べ、本体部21の方が励起光L1の照射中心位置により近い位置に設けられている。このため、励起光L1の照射により蛍光体基板10において熱が発生した場合でも、当該熱が蛍光体基板10から本体部21(つまりは金属部材20)へ移動しやすくなる。よって、本実施の形態においては、蛍光体基板10の放熱性をより高めることができる。
 以上まとめると、本実施の形態においては、蛍光体基板10を平面視したときに、本体部21と領域A1とは、隣接している。さらに、本体部21の半径D31が照射中心位置距離D32よりも小さく、本体部21が励起光L1の照射中心位置により近い位置に設けられているとよい。例えば、本体部21の半径D31と、照射中心位置距離D32との差が、例えば、3mm以下であればよく、2mm以下であればよりよく、1mm以下であるとさらによい。
 これにより、励起光L1の照射により発生した熱が蛍光体基板10から本体部21(つまりは金属部材20)へ移動しやすくなるため、蛍光体基板10の放熱性をより高めることができる。
 (実施の形態の変形例1)
 次に、実施の形態の変形例1に係る透過型蛍光発光モジュール1aについて、図13A及び図13Bを用いて説明する。図13Aは、本変形例に係る透過型蛍光発光モジュール1aの斜視図である。図13Bは、本変形例に係る透過型蛍光発光モジュール1aの分解斜視図である。
 本変形例に係る透過型蛍光発光モジュール1aは、蛍光体基板10と、金属部材20aと、回転部30と、2つの光出射部200とを備えるモジュールである。なお、簡単のため、図13A及び図13Bにおいては、1つの光出射部200が記載されている。
 つまり、本変形例に係る透過型蛍光発光モジュール1aが、金属部材20ではなく、金属部材20aを備える点が、実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1とは異なる。
 ここで、金属部材20aについて説明する。金属部材20aは、形状を除いて、金属部材20と同様の構成を有する。金属部材20aは、本体部21aと、複数の放熱フィン22aとを有する。
 本体部21aは、蛍光体基板10と積層されるように設けられる平板形状の部材である。
 また、平面視で、本体部21aの形状は、円形状である。さらに、本体部21aには第2貫通孔H2が設けられているため、本体部21aの形状は、円環形状である。
 また、本体部21は第1側面部213aを有する。第1側面部213aは、図13Aが示すように、蛍光体基板10から垂直方向に立設し、つまりは、z軸と平行な方向に延びている。
 さらに、金属部材20aが有する複数の放熱フィン22aについて説明する。複数の放熱フィン22は、本体部21から蛍光体基板10に向かう方向とは反対方向に立設する突起である。
 また、図13A及び図13Bが示すように、ここでは、12個の放熱フィン22aが設けられている。平面視したときに、12個の放熱フィン22aは、放射状に延びるように設けられている。
 また、複数の放熱フィン22aのそれぞれは、軸B1から最も離れた位置に第2側面部221aを有している。複数の放熱フィン22aのそれぞれの第2側面部221aは、第1側面部213aと同じく、z軸と平行な方向に延びている。さらに、第2側面部221aと本体部21aの第1側面部213aとは、面一に接続されている。また、第2側面部221aと第1側面部213aとは、接続箇所において、互いに平行である。
 また、平面視したときに、変形例1に係る蛍光体基板10は、金属部材20aと重ならない円環形状の領域A2を有している。なお、図13Bにおいては、領域A2は、一点鎖線で示された2つの円の間の領域に該当する。
 このように、透過型蛍光発光モジュール1aは、蛍光体基板10と、金属部材20aと、回転部30と、2つの光出射部200とを備える。これにより、実施の形態1に係る透過型蛍光発光モジュール1と同様に、光の利用効率を高めることができる透過型蛍光発光モジュール1aが実現される。
 (実施の形態の変形例2)
 次に、実施の形態の変形例2に係る透過型蛍光発光モジュールについて、図14を用いて説明する。
 図14は、本実施の形態の変形例2に係る透過型蛍光発光モジュールの斜視図である。なお、図14では光出射部200は省略されている。
 本変形例に係る透過型蛍光発光モジュールは、変形例1に係る透過型蛍光発光モジュール1aが備える構成要素に加えて、カバー40を備える点が、透過型蛍光発光モジュール1aとは異なる。
 カバー40は、カバー本体部41と、流路部42とを有する樹脂製又は金属製の部材である。また、カバー40は、回転部30によって回転されない。
 カバー本体部41は、蛍光体基板10及び金属部材20aを覆う部材である。また、本変形例においては、カバー本体部41のz軸負側に設けられた円形の孔から回転部30の一部が露出している。つまり、カバー本体部41は、回転部30の他部と、蛍光体基板10と、金属部材20aとを覆っている。このようなカバー本体部41が設けられることで、回転部30によって蛍光体基板10及び金属部材20aが回転したときに発生する気流を制御することができる。
 流路部42は、カバー本体部41と接続された部材である。平面視で、流路部42は、励起光L1が入射する領域A2と重なる位置に設けられている。さらに、流路部42には、制御された上記の気流が流れる。
 カバー40が上記構成を有することで、回転部30によって蛍光体基板10などが回転したときに発生する気流は、領域A2に向かう。より具体的には、当該気流は、領域A2のz軸負側を通過する。なお、図14には、当該気流の一例が一点鎖線の矢印で記載されている。この発生した気流によって、蛍光体基板10が冷却される。つまりは、温度消光現象が起きにくく、蛍光の減少が抑制されるため、本変形例に係る透過型蛍光発光モジュールの光の利用効率をより高めることができる。
 (実施の形態の変形例3)
 次に、実施の形態の変形例3に係る透過型蛍光発光モジュールについて、図15を用いて説明する。
 図15は、本実施の形態の変形例3に係る蛍光体基板10及び金属部材20bの下面図である。図15においては、回転部30と、光出射部200とは、省略されている。また、図13Bにおいては、変形例2に係る蛍光体基板10が有する領域A3は、一点鎖線で示された2つの円の間の領域に該当する。
 本変形例においては、複数の放熱フィン22bの形状が上記の実施の形態で示された複数の放熱フィン22の形状とは異なる。複数の放熱フィン22bは、下面視で、湾曲する円弧状の形状を有している。換言すると、複数の放熱フィン22bは、渦巻き状の形状を有している。複数の放熱フィン22bがこのような形状であることで、回転部30により蛍光体基板10などが回転されたときに、より流速の高い強い気流が発生する。
 (その他の実施の形態)
 以上、本発明に係る透過型蛍光発光モジュール1等について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び変形例に施したものや、実施の形態及び変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲に含まれる。
 なお、本実施の形態に係る透過型蛍光発光モジュール1は、蛍光体基板10と、金属部材20と、回転部30とを備えていればよい。また、蛍光体基板10を平面視したときに、蛍光体基板10は、金属部材20と重ならない円環形状の領域A1を有すればよい。
 金属部材20が設けられることで、蛍光体基板10から熱が放熱されやすくなる。これにより、温度消光現象が起きにくいため、蛍光の減少が抑制される。
 しかも、透過型蛍光発光モジュール1は、蛍光体基板10を支持するための構成要素などを備えていない。よって上記のような、励起光L1の光ロスがないため、蛍光体基板10に入射する励起光L1が増加する。この結果、蛍光体基板10における蛍光体材料で発生する蛍光が増加する。
 そのうえ、回転部30が設けられることで、蛍光体基板10などが軸B1を中心として回転するため、気流が発生する。この発生した気流によって、蛍光体基板10が冷却される。これにより、励起光L1が照射されても蛍光体基板10の温度の上昇を抑制できるため、温度消光現象が起きにくく、蛍光の減少が抑制される。
 以上まとめると、透過型蛍光発光モジュール1においては、温度消光現象が起きにくく、かつ、励起光L1の光ロスがないため、光の利用効率を高めることができる。
 また、上記の実施の形態及び変形例は、請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
1、1a 透過型蛍光発光モジュール
10 蛍光体基板
20 金属部材
21、21a 本体部
22 放熱フィン
30 回転部
40 カバー
41 カバー本体部
42 流路部
200 光出射部
211 第1主面
212 第2主面
213、213a 第1側面部
221、221a 第2側面部
500 プロジェクタ
A1、A1x、A2、A3 領域
B1 軸
H1 第1貫通孔
H2 第2貫通孔
L1 励起光
M1、M2 測定線

Claims (10)

  1.  蛍光体材料によって構成されている基板である蛍光体基板と、
     前記蛍光体基板の主面に接合して設けられる金属部材と、
     前記蛍光体基板の厚み方向に延びる軸を中心として前記蛍光体基板及び前記金属部材を回転させる回転部と、を備え、
     前記蛍光体基板を平面視したときに、前記蛍光体基板は、前記金属部材と重ならない円環形状の領域を有する
     透過型蛍光発光モジュール。
  2.  前記金属部材は、前記蛍光体基板と積層されるように設けられる平板形状の本体部を有する
     請求項1に記載の透過型蛍光発光モジュール。
  3.  前記蛍光体基板を平面視したときに、前記本体部の形状は、円形状であって、
     前記本体部の第1主面は、前記蛍光体基板の前記主面と接合し、
     前記本体部の第2主面は、前記第1主面に背向し、
     前記第1主面の面積は、前記第2主面の面積よりも大きい
     請求項2に記載の透過型蛍光発光モジュール。
  4.  前記蛍光体基板を平面視したときに、前記本体部と前記領域とは、隣接する
     請求項2又は3に記載の透過型蛍光発光モジュール。
  5.  前記金属部材は、複数の放熱フィンをさらに有する
     請求項2~4のいずれか1項に記載の透過型蛍光発光モジュール。
  6.  前記蛍光体基板を平面視したときに、前記複数の放熱フィンは、前記軸を基準として放射状に延びるように設けられる
     請求項5に記載の透過型蛍光発光モジュール。
  7.  前記蛍光体基板には、前記厚み方向に前記蛍光体基板を貫通する第1貫通孔が設けられ、
     前記本体部には、前記厚み方向に前記本体部を貫通する第2貫通孔が設けられ、
     前記蛍光体基板を平面視したときに、前記第1貫通孔の一部及び前記第2貫通孔の一部は重なる
     請求項2~6のいずれか1項に記載の透過型蛍光発光モジュール。
  8.  前記蛍光体基板及び前記金属部材を覆うカバー本体部と、前記カバー本体部と接続された流路部であって前記回転部によって前記蛍光体基板及び前記金属部材が回転したときに発生する気流が流れる流路部と、を有するカバーをさらに備え、
     前記蛍光体基板を平面視したときに、前記流路部は、前記領域と重なる
     請求項7に記載の透過型蛍光発光モジュール。
  9.  前記蛍光体材料を励起する励起光であって、前記領域に入射する励起光を出射する光出射部を、さらに備える
     請求項1~8のいずれか1項に記載の透過型蛍光発光モジュール。
  10.  請求項1~9のいずれか1項に記載の透過型蛍光発光モジュールを備える
     発光装置。
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