JP2017130328A - Wavelength conversion device, illumination device, and projector - Google Patents
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Abstract
【課題】波長変換素子の破損を抑えることができる波長変換装置を提供する。
【解決手段】本発明の波長変換装置30は、基材40と、基材40に設けられた無機材料からなる波長変換素子42と、波長変換素子42を基材40に固定する熱硬化性の固着部材37と、基材40を回転させる回転装置と、を備える。固着部材37は、基材40の回転中心軸を基準として、波長変換素子42の外径よりも外側まで配置されている。
【選択図】図3A wavelength conversion device capable of suppressing damage to a wavelength conversion element is provided.
A wavelength conversion device 30 of the present invention includes a base material 40, a wavelength conversion element 42 made of an inorganic material provided on the base material 40, and a thermosetting that fixes the wavelength conversion element 42 to the base material 40. The fixing member 37 and a rotating device that rotates the base material 40 are provided. The fixing member 37 is disposed to the outside of the outer diameter of the wavelength conversion element 42 with the rotation center axis of the substrate 40 as a reference.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、波長変換装置、照明装置およびプロジェクターに関する。 The present invention relates to a wavelength conversion device, an illumination device, and a projector.
近年、プロジェクター用の照明装置として、回転蛍光板を用いた照明装置が提案されている。回転蛍光板は、蛍光体層が設けられた基板を回転させつつ、基板上の蛍光体層に励起光を照射して蛍光を発生させることにより、蛍光を含む照明光を生成するものである。 In recent years, an illumination device using a rotating fluorescent plate has been proposed as an illumination device for a projector. The rotating fluorescent plate generates illumination light including fluorescence by rotating the substrate on which the phosphor layer is provided and irradiating the phosphor layer on the substrate with excitation light to generate fluorescence.
下記の特許文献1には、光源と、光源の光軸上に配置された発光ホイールと、を備えた光源装置が開示されている。この発光ホイールは、蛍光発光領域と、拡散透過領域と、を備えている。蛍光発光領域には、光源からの光を励起光として発光する蛍光体層が設けられている。蛍光体層は、シリコーン樹脂、ガラス等のバインダー中に蛍光体が分散された構成を有し、接着剤により基板に固定されている。
上記構成の発光ホイールの製造プロセスにおいて、例えば熱硬化型の接着剤を用いて無機蛍光体層を基材に固定した場合、無機蛍光体層が割れる、無機蛍光体層にクラックが入る等、無機蛍光体層の損傷が生じる場合がある。 In the manufacturing process of the light emitting wheel having the above configuration, for example, when the inorganic phosphor layer is fixed to the base material using a thermosetting adhesive, the inorganic phosphor layer is cracked, the inorganic phosphor layer is cracked, etc. The phosphor layer may be damaged.
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、無機波長変換素子の損傷を抑えることができる波長変換装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の波長変換装置を備えることにより、信頼性の高い照明装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の照明装置を備えることにより、信頼性の高いプロジェクターを提供することを目的の一つとする。 One aspect of the present invention is made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a wavelength conversion device that can suppress damage to the inorganic wavelength conversion element. An object of one embodiment of the present invention is to provide a highly reliable lighting device by including the above-described wavelength conversion device. An object of one embodiment of the present invention is to provide a highly reliable projector by including the above-described lighting device.
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の波長変換装置は、基材と、前記基材の一面に設けられた無機材料からなる波長変換素子と、前記波長変換素子を前記基材に固着させる熱硬化性の固着部材と、前記基材を回転させる回転装置と、を備え、前記固着部材は、前記基材の回転中心軸を基準として、前記波長変換素子の外径よりも外側まで配置されている。 In order to achieve the above object, a wavelength conversion device according to one aspect of the present invention includes a base material, a wavelength conversion element made of an inorganic material provided on one surface of the base material, and the wavelength conversion element based on the base material. A thermosetting fixing member that is fixed to a material, and a rotating device that rotates the base material, wherein the fixing member is based on a rotation center axis of the base material and is larger than an outer diameter of the wavelength conversion element. It is arranged to the outside.
本発明の一つの態様の波長変換装置においては、固着部材が基材の回転中心軸を基準として波長変換素子の外径よりも外側まで配置されているため、製造プロセスにおいて基材が回転中心軸に向けて熱収縮するのに伴い、固着部材が回転中心軸側に向けて移動したとしても、波長変換素子の外側端部の近傍に応力が集中することを抑制することができる。これにより、波長変換素子の損傷を抑制することができる。 In the wavelength conversion device according to one aspect of the present invention, since the fixing member is disposed outside the outer diameter of the wavelength conversion element with respect to the rotation center axis of the substrate, the substrate is rotated at the rotation center axis in the manufacturing process. Even when the fixing member moves toward the rotation center axis side as the heat shrinks toward the center, stress concentration in the vicinity of the outer end of the wavelength conversion element can be suppressed. Thereby, damage to the wavelength conversion element can be suppressed.
本発明の一つの態様の波長変換装置において、前記固着部材のうち、前記波長変換素子の外径よりも外側まで配置されている部分の厚さは、前記波長変換素子の厚さ以上であってもよい。
この構成によれば、波長変換素子の損傷をより効果的に抑制することができる。
In the wavelength conversion device according to one aspect of the present invention, the thickness of a portion of the fixing member that is disposed outside the outer diameter of the wavelength conversion element is equal to or greater than the thickness of the wavelength conversion element. Also good.
According to this configuration, it is possible to more effectively suppress damage to the wavelength conversion element.
本発明の一つの態様の波長変換装置において、前記波長変換素子は、前記基材の法線方向から見て円環状の形状を有し、前記固着部材は、前記基材の回転中心軸を基準として、前記波長変換素子の内径よりも内側まで配置されていてもよい。
この構成によれば、波長変換素子の損傷をより効果的に抑制することができる。
In the wavelength conversion device according to one aspect of the present invention, the wavelength conversion element has an annular shape when viewed from the normal direction of the base material, and the fixing member is based on the rotation center axis of the base material. As above, it may be arranged to the inner side of the inner diameter of the wavelength conversion element.
According to this configuration, it is possible to more effectively suppress damage to the wavelength conversion element.
本発明の一つの態様の波長変換装置において、前記固着部材のうち、前記波長変換素子の内径よりも内側まで配置されている部分の厚さは、前記波長変換素子の厚さ以上であってもよい。
この構成によれば、波長変換素子の損傷をより効果的に抑制することができる。
In the wavelength conversion device according to one aspect of the present invention, the thickness of a portion of the fixing member that is disposed to the inner side of the inner diameter of the wavelength conversion element may be equal to or greater than the thickness of the wavelength conversion element. Good.
According to this configuration, it is possible to more effectively suppress damage to the wavelength conversion element.
本発明の一つの態様の照明装置は、本発明の一つの態様の波長変換装置と、前記無機波長変換素子を励起させる励起光を射出する光源と、を備えている。
本発明の一つの態様の照明装置は、本発明の一つの態様の波長変換装置を備えているため、信頼性の高い照明装置が提供できる。
An illumination device according to one aspect of the present invention includes the wavelength conversion device according to one aspect of the present invention and a light source that emits excitation light that excites the inorganic wavelength conversion element.
Since the lighting device of one embodiment of the present invention includes the wavelength conversion device of one embodiment of the present invention, a highly reliable lighting device can be provided.
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備えている。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置を備えているため、信頼性の高いプロジェクターが提供できる。
A projector according to an aspect of the present invention includes a lighting device according to one aspect of the present invention, a light modulation device that modulates light emitted from the lighting device in accordance with image information, and the light modulation device. A projection optical system for projecting light.
Since the projector according to one embodiment of the present invention includes the lighting device according to one embodiment of the present invention, a highly reliable projector can be provided.
以下、本発明の一つの実施形態について、図1〜図5を用いて説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of the size may be varied depending on the component.
本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
本実施形態のプロジェクターは、スクリーン(被投射面)上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した3つの液晶光変調装置を備える。プロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを備える。
An example of the projector according to the present embodiment will be described.
The projector according to the present embodiment is a projection type image display device that displays a color image on a screen (projected surface). The projector includes three liquid crystal light modulation devices corresponding to red, green, and blue light. The projector includes a semiconductor laser that can obtain light with high luminance and high output as a light source of the lighting device.
図1は、本実施形態に係るプロジェクター1の光学系を示す概略図である。
図1に示すように、プロジェクター1は、第1照明装置100と、第2照明装置102と、色分離導光光学系200と、液晶光変調装置400Rと、液晶光変調装置400Gと、液晶光変調装置400Bと、クロスダイクロイックプリズム500と、投射光学系600と、を備える。
本実施形態の第1照明装置100は、特許請求の範囲の照明装置に対応する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical system of a
As shown in FIG. 1, the
The
第1照明装置100は、第1光源10と、コリメート光学系70と、ダイクロイックミラー80と、コリメート集光光学系90と、波長変換装置30と、第1レンズアレイ120と、第2レンズアレイ130と、偏光変換素子140と、重畳レンズ150と、を備える。
The
第1光源10は、励起光として第1の波長帯の青色のレーザー光(発光強度のピーク:約445nm)Eを射出する半導体レーザーから構成されている。第1光源10は、1つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。
なお、第1光源10は、445nm以外の波長、例えば460nmの青色レーザー光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。
本実施形態の第1光源10は、特許請求の範囲の光源に対応する。
The
The
The
第1光源10は、第1光源10から射出されるレーザー光の光軸200axが照明光軸100axと直交するように配置されている。
コリメート光学系70は、第1レンズ72と、第2レンズ74と、を備える。コリメート光学系70は、第1光源10から射出された光を略平行化する。第1レンズ72および第2レンズ74は、凸レンズで構成されている。
The
The collimating
ダイクロイックミラー80は、コリメート光学系70からコリメート集光光学系90に至る光路中に、第1光源10の光軸200axと照明光軸100axとの各々に対して45°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー80は、青色光Eを反射させ、赤色光および緑色光を含む黄色の蛍光Yを透過させる。
The
コリメート集光光学系90は、ダイクロイックミラー80を通過した青色光Eを集光させて波長変換装置30の波長変換素子42に入射させる機能と、波長変換素子42から射出された蛍光を略平行化する機能と、を有する。コリメート集光光学系90は、第1レンズ92と、第2レンズ94と、を備える。第1レンズ92および第2レンズ94は、凸レンズで構成されている。
The collimator condensing
第2照明装置102は、第2光源710と、集光光学系760と、散乱板732と、コリメート光学系770と、を備える。
The
第2光源710は、第1照明装置100の第1光源10と同一の半導体レーザーから構成されている。第2光源710は、1つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。
集光光学系760は、第1レンズ762と、第2レンズ764と、を備える。集光光学系760は、第2光源710から射出された青色光Bを、散乱板732上もしくは散乱板732の近傍に集光させる。第1レンズ762および第2レンズ764は、凸レンズで構成されている。
The second light source 710 is composed of the same semiconductor laser as the
The condensing
散乱板732は、第2光源710から射出された青色光Bを散乱させることにより、波長変換装置30から射出された蛍光Yの配光分布に近い配光分布を有する青色光Bを生成する。散乱板732として、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。
The scattering plate 732 scatters the blue light B emitted from the second light source 710 to generate blue light B having a light distribution close to the light distribution of the fluorescence Y emitted from the
コリメート光学系770は、第1レンズ772と、第2レンズ774と、を備える。コリメート光学系770は、散乱板732から射出された光を略平行化する。第1レンズ772および第2レンズ774は、凸レンズで構成されている。
The collimating
第2照明装置102から射出された青色光Bは、ダイクロイックミラー80で反射される。ダイクロイックミラー80で反射された青色光Bは、波長変換装置30から射出された後にダイクロイックミラー80を透過した黄色の蛍光Yと合成されて白色の照明光Wとなる。照明光Wは、第1レンズアレイ120に入射する。
The blue light B emitted from the
図2は、波長変換装置30を示す斜視図である。図3は、図2のA−A’断面図である。
波長変換装置30は、図1〜図3に示すように、基材40と、反射膜41と、波長変換素子42と、固着部材37と、モーター50と、を備える。波長変換装置30は、青色光Eが入射する側と同じ側に向けて蛍光Yを射出する。すなわち、本実施形態の波長変換装置30は、反射型の回転蛍光板で構成されている。モーター50は、基材40を回転させる。
本実施形態のモーター50は、特許請求の範囲の回転装置に対応する。
FIG. 2 is a perspective view showing the
As illustrated in FIGS. 1 to 3, the
The
基材40は、例えばアルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属製の基材から構成されている。基材40は、モーター50の作動により回転中心軸35の周りに回転可能とされている。基材40は、平面形状が円形状の板体であり、例えば直径が50mm〜60mm程度に設定され、厚さが1mm〜2mm程度に設定される。ただし、基材40の材質、形状、寸法は、これらに限定されない。
The
波長変換素子42は、基材40の法線方向から見た平面形状が円環状の無機蛍光体材料から構成されている。波長変換素子42は、基材40の一面40a側において、回転中心軸35の周りに設けられている。図3に示すように、波長変換素子42は、基材40の一面40aと対向する第1面42a(図3における下面)と、第1面42aとは反対側の第2面42b(図3における上面)と、第1面42aと第2面42bとに接する第1側面42c(図3における右側側面)と、第1側面42cと対向する第2側面42d(図3における左側側面)と、を有する。第1側面42cは、波長変換素子42の外周を構成する側面である。第2側面42dは、波長変換素子42の内周を構成する側面である。
The
波長変換素子42の外径は、基材40の外径よりも小さく設定されている。波長変換素子42は、第1光源10から射出される青色光Eにより励起され、第2の波長帯の蛍光Yを射出する。蛍光Yは、赤色光および緑色光を含む黄色光である。
The outer diameter of the
波長変換素子42は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)系蛍光体を含む。YAG:Ceを例にとると、波長変換素子42として、Y2O3、Al2O3、CeO3等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法やソルゲル法等の湿式法により得られるY−Al−Oアモルファス粒子、噴霧乾燥法や火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるYAG粒子等を用いることができる。波長変換素子42は、バルク蛍光体で構成されていてもよいし、上記の蛍光体がバインダー中に分散された構成であってもよい。
The
反射膜41は、波長変換素子42と基材40との間に設けられている。反射膜41は、蛍光Yを高い効率で反射するように設計されている。そのため、基材40の反射膜41を成膜する一面40aは、高い精度の平面粗さを有している。これにより、反射膜41は、基材40側に向かう蛍光Yの大部分を図1の上方向(基材40とは反対側)に向けて反射する。なお、基材40の一面40aが反射面として機能する場合には、反射膜41が必ずしも設けられていなくてもよい。
The
波長変換素子42にはレーザー光からなる青色光Eが入射するため、波長変換素子42において熱が発生する。本実施形態では基材40を回転させることにより、波長変換素子42における青色光Eの入射位置を時間的に変化させている。これにより、波長変換素子42の同じ部分に青色光Bが常時照射され、波長変換素子42が局所的に加熱されて劣化することが抑制される。
Since the blue light E made of laser light is incident on the
図3に示すように、波長変換素子42は、固着部材37により基材40に固定されている。本実施形態の場合、固着部材37として、熱硬化性の接着剤が用いられる。接着剤としては、ヤング率が小さい接着剤を用いることが望ましい。本実施形態の場合、反射膜41が基材40の一面40aに設けられており、励起光及び蛍光が反射膜41に入射するためには、固着部材37が光透過性を有する必要がある。一方、反射膜41が波長変換素子42の第1面42aに設けられている場合には、固着部材37は必ずしも光透過性を有していなくてもよい。固着部材37として、例えばシリコーン樹脂系接着剤を用いることができる。
As shown in FIG. 3, the
固着部材37は、基材40の回転中心軸35を基準として、波長変換素子42の外径(第1側面42c)よりも外側まで配置されている。また、固着部材37は、基材40の回転中心軸35を基準として、波長変換素子42の内径(第2側面42d)よりも内側まで配置されている。すなわち、固着部材37の中央部は、波長変換素子42と基材40との間に位置し、固着部材37の両端部は、波長変換素子42の外周側および内周側にはみ出している。
以下、固着部材37のうち、波長変換素子42の外径よりも外側に配置されている部分を外側はみ出し部37aと称し、波長変換素子42の内径よりも内側に配置されている部分を内側はみ出し部37bと称する。
The fixing
Hereinafter, a portion of the fixing
固着部材37の外側はみ出し部37aの厚さT1は、波長変換素子42の厚さT2以上である。また、固着部材37の内側はみ出し部37bの厚さT3は、波長変換素子42の厚さT2以上である。外側はみ出し部37aの厚さT1と内側はみ出し部37bの厚さT3とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。外側はみ出し部37aは、波長変換素子42の第1面42aから第1側面42c側に回り込み、第1側面42cに接している。内側はみ出し部37bは、波長変換素子42の第1面42aから第2側面42d側に回り込み、第2側面42dに接している。
The thickness T1 of the protruding
図1に示すように、第1レンズアレイ120は、ダイクロイックミラー80からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第1小レンズ122を有する。複数の第1小レンズ122は、照明光軸100axと直交する面内にマトリクス状に配列されている。
As shown in FIG. 1, the
第2レンズアレイ130は、第1レンズアレイ120の複数の第1小レンズ122に対応する複数の第2小レンズ132を有する。第2レンズアレイ130は、後段の重畳レンズ150とともに、第1レンズアレイ120の各第1小レンズ122の像を液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400G、および液晶光変調装置400Bのそれぞれの画像形成領域近傍に結像させる。複数の第2小レンズ132は、照明光軸100axに直交する面内にマトリクス状に配列されている。
The
偏光変換素子140は、第1レンズアレイ120により分割された各部分光束を、偏光方向が揃った直線偏光光に変換する。
The
重畳レンズ150は、偏光変換素子140から射出された各部分光束を集光し、液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400G、および液晶光変調装置400Bのそれぞれの画像形成領域近傍で互いに重畳させる。第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130、および重畳レンズ150は、波長変換装置30からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。
The superimposing
色分離導光光学系200は、ダイクロイックミラー210および220と、反射ミラー230,240および250と、リレーレンズ260および270と、を備える。色分離導光光学系200は、第1照明装置100と第2照明装置102とから得られた白色光Wを赤色光Rと緑色光Gと青色光Bとに分離し、赤色光R、緑色光G、および青色光Bを、対応する液晶光変調装置400R,400G,400Bに導光する。フィールドレンズ300R、300G、および300Bは、色分離導光光学系200と、液晶光変調装置400R、400G、および400Bとの間にそれぞれ配置されている。
The color separation light guide
ダイクロイックミラー210は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分および青色光成分を反射するダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー220は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。 反射ミラー230は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。反射ミラー240および250は、青色光成分を反射する反射ミラーである。
The
ダイクロイックミラー210を通過した赤色光は、反射ミラー230で反射され、フィールドレンズ300Rを通過して赤色光用の液晶光変調装置400Rの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー210で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー220でさらに反射され、フィールドレンズ300Gを通過して緑色光用の液晶光変調装置400Gの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー220を通過した青色光は、リレーレンズ260、入射側の反射ミラー240、リレーレンズ270、射出側の反射ミラー250、およびフィールドレンズ300Bを経て青色光用の液晶光変調装置400Bの画像形成領域に入射する。
The red light that has passed through the
液晶光変調装置400R、400G、および400Bは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、各色光に対応するカラー画像を形成する。図示を省略したが、液晶光変調装置400R、400G、および400Bの光入射側に、入射側偏光板が配置されている。液晶光変調装置400R、400G、および400Bの光射出側に、射出側偏光板が配置されている。
The liquid crystal
クロスダイクロイックプリズム500は、液晶光変調装置400R、400G、および400Bから射出された各画像光を合成してカラー画像を形成する。クロスダイクロイックプリズム500は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略X字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。
The cross
クロスダイクロイックプリズム500から射出されたカラー画像は、投射光学系600によって拡大投射され、スクリーンSCR上で画像を形成する。投射光学系600は、複数の投射レンズ6で構成されている。
The color image emitted from the cross
本発明者は、従来の波長変換装置において、波長変換素子(蛍光体層)の破損の原因を鋭意検討した結果、以下の知見を得た。
例えば熱硬化性の固着部材(接着剤)を用いて波長変換素子を基材に固定する場合、波長変換素子を基材上に載置した後、固着部材が完全に硬化するまでの間、高温状態で一定時間放置する工程が必要である。
As a result of earnestly examining the cause of damage of the wavelength conversion element (phosphor layer) in the conventional wavelength conversion device, the present inventor has obtained the following knowledge.
For example, when fixing a wavelength conversion element to a base material using a thermosetting fixing member (adhesive), the temperature is high until the fixing member is completely cured after the wavelength conversion element is placed on the base material. A step of leaving in a state for a certain time is required.
ここで、熱硬化性の固着部材を用いて無機材料からなる波長変換素子を金属製の基材に固着する場合を考える。
従来の波長変換装置1001の場合、図5(A)に示すように、固着部材(接着剤)1002は、固着部材1002の幅が波長変換素子1003の幅に一致するように、基材1004上に設けられていた。この場合、固着部材1002の硬化工程において温度が低下すると、図5(B)に示すように、円環状の波長変換素子1003が回転中心軸側に向けて収縮する(矢印S1で示す)が、波長変換素子1003よりも熱収縮率の大きい基材1004は、回転中心軸側に向けてより大きく収縮する(矢印S2で示す)。
Here, a case is considered in which a wavelength conversion element made of an inorganic material is fixed to a metal substrate using a thermosetting fixing member.
In the case of the conventional
このとき、熱硬化性の固着部材1002自体の硬化収縮率は、基材1004の熱収縮率に比べて小さい。そのため、固着部材1002は基材1004の収縮に追従して回転中心軸に向けて流動し、固着部材1002の外周側端部は波長変換素子1003の外周の内側にまで移動する。その結果、波長変換素子1003の外側端部近傍(点Pに示す位置)に応力が集中し、応力の集中点が割れ、クラック等の損傷の起点となることが判った。
At this time, the curing shrinkage rate of the
これに対し、本実施形態の波長変換装置30においては、固着部材37が波長変換素子42の外径よりも外側まで配置されているため、基材40が回転中心軸35側に向けて収縮するのに伴い、固着部材37が回転中心軸35側に向けて流動したとしても、固着部材37の外周側端部が波長変換素子42の外周の内側に入り込むおそれが少なく、波長変換素子42の外側端部近傍に応力が集中することを抑制できる。さらに、固着部材37が波長変換素子42の内径よりも内側まで配置されているため、固着部材37が回転中心軸35側に向けて円滑に流動しやすく、応力集中をより抑制することができる。
On the other hand, in the
また、本実施形態の場合、固着部材37の外側はみ出し部37aの厚さT1、および内側はみ出し部37bの厚さT3が波長変換素子42の厚さT2以上に設定されているため、双方のはみ出し部の体積が充分に確保されている。そのため、固着部材37の外周側端部が波長変換素子42の外周の内側に入り込むおそれがより少ない。以上により、波長変換素子42の損傷を抑制することができる。
In the present embodiment, the thickness T1 of the outer protruding
本発明者は、実施例の波長変換装置と従来の波長変換装置について、波長変換素子に生じる応力の大きさをシミュレーションにより計算した。
シミュレーション条件として、波長変換素子の材料をYAGバルク蛍光体とし、波長変換素子の幅を6mmとした。基材の材料をアルミニウムとした。また、固着部材には熱硬化性シリコーン系接着剤を用いた。従来の波長変換装置については、固着部材の幅を6mmとし、波長変換素子の幅と一致させた。実施例の波長変換装置については、固着部材の幅を7mmとし、固着部材が波長変換素子の外径側、内径側のそれぞれに0.5mmずつはみ出した構成とした。
The inventor calculated the magnitude of the stress generated in the wavelength conversion element by simulation for the wavelength conversion device of the example and the conventional wavelength conversion device.
As simulation conditions, the material of the wavelength conversion element was a YAG bulk phosphor, and the width of the wavelength conversion element was 6 mm. The base material was aluminum. Further, a thermosetting silicone adhesive was used for the fixing member. In the conventional wavelength conversion device, the width of the fixing member was set to 6 mm, which was matched with the width of the wavelength conversion element. The wavelength conversion device of the example was configured such that the width of the fixing member was 7 mm, and the fixing member protruded by 0.5 mm on each of the outer diameter side and the inner diameter side of the wavelength conversion element.
シミュレーションの結果を図4に示す。図4の横軸は波長変換素子(蛍光体層)の幅方向の位置[mm]を示し、図4の縦軸は最大主応力[MPa]を示す。波長変換素子の幅方向の位置は、波長変換素子の内周側端部からの距離で示す。すなわち、波長変換素子の内周側端部は0mmであり、波長変換素子の外周側端部は6mmである。 The simulation results are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the position [mm] in the width direction of the wavelength conversion element (phosphor layer), and the vertical axis in FIG. 4 indicates the maximum principal stress [MPa]. The position in the width direction of the wavelength conversion element is indicated by the distance from the inner peripheral end of the wavelength conversion element. That is, the inner peripheral end of the wavelength conversion element is 0 mm, and the outer peripheral end of the wavelength conversion element is 6 mm.
図4に実線で示すように、従来例の波長変換装置の場合、波長変換素子の位置が5.3mmの近傍において最大主応力がピークを持ち、約4MPaとなっている。これに対して、図4に破線で示すように、実施例の波長変換装置の場合、波長変換素子の位置が5.7mmの近傍において最大主応力がピークを持ち、約1MPaとなっている。このように、実施例の波長変換装置においては、固着部材を波長変換素子の外径側、内径側のそれぞれにはみ出させたことにより、波長変換素子内部の応力を従来の1/4程度に低減できることが判った。 As shown by a solid line in FIG. 4, in the case of the wavelength conversion device of the conventional example, the maximum principal stress has a peak in the vicinity of the position of the wavelength conversion element of 5.3 mm, which is about 4 MPa. On the other hand, as shown by a broken line in FIG. 4, in the case of the wavelength conversion device of the example, the maximum principal stress has a peak at a position where the wavelength conversion element is near 5.7 mm, and is about 1 MPa. As described above, in the wavelength conversion device of the embodiment, the fixing member protrudes to the outer diameter side and the inner diameter side of the wavelength conversion element, thereby reducing the stress inside the wavelength conversion element to about ¼ of the conventional one. I found that I can do it.
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態の第1照明装置100は、上記構成の波長変換装置30を備えているため、信頼性が高い照明装置を実現することができる。また、本実施形態のプロジェクター1は、上記構成の第1照明装置100を備えているため、信頼性が高いプロジェクターを実現することができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
Since the
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、固着部材が波長変換素子の外径よりも外側、波長変換素子の内径よりも内側の双方に配置されている例を挙げたが、固着部材は少なくとも波長変換素子の外径よりも外側に配置されていればよい。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the fixing member is arranged on both the outer side of the outer diameter of the wavelength conversion element and the inner side of the inner diameter of the wavelength conversion element. However, the fixing member is at least the outer diameter of the wavelength conversion element. What is necessary is just to arrange | position outside.
上記実施形態では、波長変換装置から射出された黄色の蛍光と第2照明装置から射出された青色光とを合成し、白色を生成する照明装置の例を挙げたが、この構成に代えて、波長変換素子において波長変換されなかった青色の励起光と黄色の蛍光とを合成し、白色を生成する照明装置としてもよい。また、反射型の波長変換素子を備えた波長変換装置の例を挙げたが、透過型の波長変換素子を備えた波長変換装置であってもよい。この場合、基材上の反射層は不要であり、基材および固着部材はともに光透過性を有する必要がある。 In the above embodiment, an example of an illuminating device that synthesizes yellow fluorescent light emitted from the wavelength conversion device and blue light emitted from the second illuminating device to generate white is given, but instead of this configuration, It is good also as an illuminating device which synthesize | combines the blue excitation light and yellow fluorescence which were not wavelength-converted in the wavelength conversion element, and produces | generates white. Moreover, although the example of the wavelength converter provided with the reflection type wavelength conversion element was given, the wavelength converter provided with the transmission type wavelength conversion element may be used. In this case, the reflective layer on the base material is unnecessary, and both the base material and the fixing member need to have light transmittance.
その他、波長変換装置、照明装置、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明による照明装置を、液晶光変調装置を用いたプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。 In addition, the specific description of the shape, number, arrangement, material, and the like of each component of the wavelength conversion device, the illumination device, and the projector is not limited to the above embodiment, and can be changed as appropriate. In the said embodiment, although the example which mounted the illuminating device by this invention in the projector using a liquid crystal light modulation apparatus was shown, it is not restricted to this. You may mount in the projector using a digital micromirror device as a light modulation apparatus.
上記実施形態では、本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。 In the said embodiment, although the example which mounted the illuminating device by this invention in the projector was shown, it is not restricted to this. The lighting device according to the present invention can also be applied to lighting fixtures, automobile headlights, and the like.
上記実施形態では、波長変換素子として蛍光体層を用いたが、これに限らない。波長変換素子として、例えば量子ロッド等を用いてもよい。 In the said embodiment, although the fluorescent substance layer was used as a wavelength conversion element, it is not restricted to this. For example, a quantum rod or the like may be used as the wavelength conversion element.
1…プロジェクター、10…第1光源(光源)、30…波長変換装置、35…回転中心軸、37…固着部材、40…基材、42…波長変換素子、50…モーター(回転装置)、100…第1照明装置(照明装置)、400R,400G,400B…液晶光変調装置(光変調装置)、600…投射光学系。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基材の一面に設けられた無機材料からなる波長変換素子と、
前記波長変換素子を前記基材に固着させる熱硬化性の固着部材と、
前記基材を回転させる回転装置と、を備え、
前記固着部材は、前記基材の回転中心軸を基準として、前記波長変換素子の外径よりも外側まで配置されている、波長変換装置。 A substrate;
A wavelength conversion element made of an inorganic material provided on one surface of the substrate;
A thermosetting fixing member for fixing the wavelength conversion element to the substrate;
A rotating device for rotating the base material,
The wavelength conversion device, wherein the fixing member is disposed to the outside of the outer diameter of the wavelength conversion element with reference to the rotation center axis of the base material.
前記固着部材は、前記基材の回転中心軸を基準として、前記波長変換素子の内径よりも内側まで配置されている、請求項1または請求項2に記載の波長変換装置。 The wavelength conversion element has an annular shape when viewed from the normal direction of the substrate,
3. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the fixing member is disposed to an inner side than an inner diameter of the wavelength conversion element with reference to a rotation center axis of the base material.
前記波長変換素子を励起させる励起光を射出する光源と、を備えた、照明装置。 The wavelength converter according to any one of claims 1 to 4,
And a light source that emits excitation light that excites the wavelength conversion element.
前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備えた、プロジェクター。 A lighting device according to claim 5;
A light modulation device that modulates light emitted from the illumination device according to image information;
And a projection optical system that projects the light modulated by the light modulation device.
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