JP2018036457A - Wavelength conversion element, light source device, and projector - Google Patents
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Abstract
【課題】蛍光体層の効率的な発光、および温度上昇による劣化を抑制した波長変換素子を提供する。【解決手段】波長変換素子は、基材41と、励起光が入射することにより光を発する第1蛍光体42Pを含有する蛍光体層42と、第2蛍光体43P(熱伝導性材料)を含有し、基材41と蛍光体層42とを接着する接着層43と、を備える。【選択図】図3Provided is a wavelength conversion element in which phosphor layer suppresses efficient light emission and deterioration due to temperature rise. A wavelength conversion element includes a base material 41, a phosphor layer 42 containing a first phosphor 42P that emits light when incident excitation light enters, and a second phosphor 43P (thermally conductive material). And an adhesive layer 43 that adheres the base material 41 and the phosphor layer 42. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、波長変換素子、光源装置、およびプロジェクターに関する。 The present invention relates to a wavelength conversion element, a light source device, and a projector.
従来、光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調し、スクリーン等の投写面に画像を投写するプロジェクターが知られている。近年、このプロジェクター用の光源装置に蛍光体を用いた技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a projector that modulates light emitted from a light source device according to image information and projects an image on a projection surface such as a screen is known. In recent years, a technique using a phosphor for the light source device for the projector has been proposed (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に記載の光源装置は、レーザー光源と蛍光体デバイスとを備える。蛍光体デバイスは、無機バインダー蛍光体である蛍光体層と、放熱体とを備える。蛍光体層は、反射層が蛍光体上に直接形成されており、有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス等で放熱体に接着固定されている。そして、蛍光体デバイスは、レーザー光源からの励起光によって蛍光体が蛍光を発し、この蛍光を反射層で反射し、励起光が入射する側に射出する。 The light source device described in Patent Document 1 includes a laser light source and a phosphor device. The phosphor device includes a phosphor layer that is an inorganic binder phosphor and a heat radiator. The phosphor layer has a reflective layer formed directly on the phosphor, and is bonded and fixed to the heat radiating body with an organic adhesive, an inorganic adhesive, low-melting glass or the like. In the phosphor device, the phosphor emits fluorescence by the excitation light from the laser light source, the fluorescence is reflected by the reflection layer, and is emitted to the side on which the excitation light is incident.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、蛍光体層と放熱体との間に熱伝導率が小さい接着剤が介在しているため、励起光の吸収に伴う蛍光体層の熱を効率よく放熱体に伝えて放熱することが難しいと考えられる。そして、蛍光体層の発熱が顕著になると、蛍光体の温度上昇に伴って発光効率が低下する現象(温度消光)が生じるため高輝度の光を射出することが難しいことや、温度上昇による蛍光体層や接着剤の劣化等によって長期信頼性が低下するという課題がある。 However, in the technique described in Patent Document 1, since an adhesive having a low thermal conductivity is interposed between the phosphor layer and the heat radiating body, the heat of the phosphor layer due to absorption of excitation light is efficiently radiated. It is considered difficult to dissipate heat through the body. If the heat generation of the phosphor layer becomes significant, a phenomenon (temperature quenching) in which the light emission efficiency decreases as the temperature of the phosphor increases, and it is difficult to emit high-intensity light. There exists a subject that long-term reliability falls by deterioration of a body layer or an adhesive agent.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係る波長変換素子は、基材と、励起光が入射することにより光を発する第1蛍光体を含有する蛍光体層と、熱伝導性材料を含有し、前記基材と前記蛍光体層とを接着する接着層と、を備えることを特徴とする。 [Application Example 1] A wavelength conversion element according to this application example includes a base material, a phosphor layer containing a first phosphor that emits light when incident excitation light is incident thereon, and a heat conductive material. An adhesive layer that adheres a base material and the phosphor layer is provided.
この構成によれば、基材と蛍光体層とを接着する接着層には、熱伝導性材料が含有されているので、励起光が照射されることによって発熱する蛍光体層の熱を効率よく基材に伝えて放熱させることが可能となる。よって、蛍光体層、ひいては波長変換素子の温度上昇が抑制される。したがって、温度消光が抑制されることによる効率的な発光が可能で、温度上昇による劣化が抑制される波長変換素子の提供が可能となる。 According to this configuration, since the heat-conductive material is contained in the adhesive layer that bonds the base material and the phosphor layer, the heat of the phosphor layer that generates heat when irradiated with the excitation light is efficiently obtained. It can be transmitted to the base material to dissipate heat. Therefore, the temperature rise of the phosphor layer and thus the wavelength conversion element is suppressed. Therefore, it is possible to provide a wavelength conversion element that can efficiently emit light by suppressing temperature quenching and suppress deterioration due to temperature rise.
[適用例2]上記適用例に係る波長変換素子において、前記熱伝導性材料は、前記蛍光体層を通過した励起光が入射することにより光を発する第2蛍光体を有することが好ましい。 Application Example 2 In the wavelength conversion element according to the application example described above, it is preferable that the thermally conductive material includes a second phosphor that emits light when incident excitation light having passed through the phosphor layer is incident.
この構成によれば、接着層に含有される熱伝導性材料は、第2蛍光体を有している。これによって、波長変換素子は、蛍光体層の効率的な放熱が可能になると共に、発光量を増加させることが可能となる。 According to this configuration, the thermally conductive material contained in the adhesive layer has the second phosphor. Accordingly, the wavelength conversion element can efficiently dissipate the phosphor layer and increase the amount of light emission.
[適用例3]上記適用例に係る波長変換素子において、前記第1蛍光体および前記第2蛍光体は、第1の波長帯域の光を発することが好ましい。 Application Example 3 In the wavelength conversion element according to the application example, it is preferable that the first phosphor and the second phosphor emit light in a first wavelength band.
この構成によれば、第2蛍光体は、第1蛍光体が発する波長帯域と同じ波長帯域の光を発するので、従来技術の構成と比べて発光量を低下させずに蛍光体層の厚さを薄く形成することが可能となる。よって、蛍光体層のさらなる放熱性の向上が可能となる。 According to this configuration, since the second phosphor emits light in the same wavelength band as the wavelength band emitted by the first phosphor, the thickness of the phosphor layer can be reduced without reducing the amount of light emission compared to the configuration of the prior art. Can be formed thinly. Therefore, the heat dissipation of the phosphor layer can be further improved.
[適用例4]上記適用例に係る波長変換素子において、前記第1蛍光体は、第1の波長帯域の光を発し、前記第2蛍光体は、前記第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光を発することが好ましい。 Application Example 4 In the wavelength conversion element according to the application example described above, the first phosphor emits light in a first wavelength band, and the second phosphor is a second different from the first wavelength band. It is preferable to emit light having a wavelength band of.
この構成によれば、第1蛍光体が発する光では不足する波長帯の光を第2蛍光体が発する光で補うことや、第1蛍光体が発する光のうち、より明るさに寄与する波長帯の光を第2蛍光体が発することが可能となる。これによって、色合いが良好な光や、より輝度を高めた光を発する波長変換素子の提供が可能となる。 According to this configuration, the wavelength that contributes to the brightness of the light emitted from the first fluorescent material is supplemented with the light emitted from the second fluorescent material, or the light emitted from the first fluorescent material. The second phosphor can emit the band light. As a result, it is possible to provide a wavelength conversion element that emits light with good hue or light with higher luminance.
[適用例5]本適用例に係る光源装置は、励起光を射出する発光部と、前記励起光が入射する上記に記載の波長変換素子と、を備えることを特徴とする。 Application Example 5 A light source device according to this application example includes a light emitting unit that emits excitation light and the wavelength conversion element described above in which the excitation light is incident.
この構成によれば、光源装置は、上述した波長変換素子を備えているので、発光部から発せられた励起光を有効に利用して高輝度の光を射出することが可能となる。また、光源装置は、温度上昇による劣化が抑制された波長変換素子を備えているので、長寿命化が可能となる。 According to this configuration, since the light source device includes the wavelength conversion element described above, it is possible to emit high-luminance light by effectively using the excitation light emitted from the light emitting unit. Moreover, since the light source device includes a wavelength conversion element in which deterioration due to a temperature rise is suppressed, the lifetime can be extended.
[適用例6]本適用例に係るプロジェクターは、上記に記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置で変調された光を投写する投写光学装置と、を備えることを特徴とする。 Application Example 6 A projector according to this application example projects the light source device described above, a light modulation device that modulates light emitted from the light source device, and light that is modulated by the light modulation device. And an optical device.
この構成によれば、プロジェクターは前述した光源装置を備えているので、長期に亘って、明るい画像の投写が可能となる。 According to this configuration, since the projector includes the light source device described above, a bright image can be projected over a long period of time.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のプロジェクターは、光源から射出された光を画像情報に応じて変調し、スクリーン等の投写面に画像を投写する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜異ならせてある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The projector according to the present embodiment modulates light emitted from a light source according to image information and projects an image on a projection surface such as a screen. In the drawings shown below, the dimensions and ratios of the components are appropriately changed from the actual ones in order to make the components large enough to be recognized on the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係るプロジェクター1の光学系を示す模式図である。
プロジェクター1は、図1に示すように、照明装置100、色分離導光光学系200、光変調装置400R,400G,400B、クロスダイクロイックプリズム500、および投写光学装置600を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical system of a projector 1 according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the projector 1 includes an
照明装置100は、第1の光源装置101、第2の光源装置102、ダイクロイックミラー103、第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130、偏光変換素子140、および重畳レンズ150を備える。
第1の光源装置101は、第1の発光部10、コリメート光学系70、コリメート集光光学系90、および波長変換装置30を備える。
The
The first
第1の発光部10は、半導体レーザーを有し、励起光としての青色光E(発光強度のピーク:約445nm)を射出する。第1の発光部10は、1つの半導体レーザーからなるものであってもよいし、複数の半導体レーザーからなるものであってもよい。なお、第1の発光部10は、発光強度のピークが445nm以外の波長(例えば、460nm)の青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。
The first
コリメート光学系70は、第1レンズ72および第2レンズ74を備え、第1の発光部10から射出された光を略平行化する。
ダイクロイックミラー103は、青色光Eを反射し、赤色光および緑色光を含む黄色光Yを通過させる機能を有している。ダイクロイックミラー103は、第1の発光部10の光軸に対して45°の角度を有して配置され、第1の発光部10から射出され、コリメート光学系70を通過した青色光Eを反射する。
The collimating
The
コリメート集光光学系90は、第1レンズ92および第2レンズ94を備える。コリメート集光光学系90は、ダイクロイックミラー103で反射した青色光Eを波長変換装置30の後述する波長変換素子40に集光させる機能、および波長変換素子40から射出された光を略平行化する機能を有している。
The collimator condensing
波長変換装置30は、波長変換素子40およびモーター35を備える。
図2は、波長変換素子40の平面図である。
波長変換素子40は、図1、図2に示すように、基材41、蛍光体層42、および接着層43を有している。
基材41は、例えば、アルミニウムや銅といった放熱性に優れた金属製の部材から円板状に形成され、モーター35によって回転可能に構成されている。また、基材41には、コリメート集光光学系90側に反射部(反射膜41R)が設けられている。なお、基材41は、金属製に限らず、例えば、セラミック等の無機材等を用いることも可能である。
The
FIG. 2 is a plan view of the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
蛍光体層42は、第1蛍光体42P(図3参照)を含有し、基材41のコリメート集光光学系90側にリング状に形成されている。
接着層43は、熱伝導性材料としての第2蛍光体43P(図3参照)を含有し、反射膜41Rと蛍光体層42との間に配置され、基材41と蛍光体層42とを接着する。
The
The
本実施形態の第1蛍光体42Pおよび第2蛍光体43Pは、例えば、YAG系の蛍光体である(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ceで形成されている。第1蛍光体42Pは、コリメート集光光学系90で集光された青色光E(励起光)によって励起され、第1の波長帯域の光(赤色光および緑色光を含む黄色光Y)を発する。第2蛍光体43Pは、蛍光体層42を通過した励起光によって励起され、第1の波長帯域の光を発する。蛍光体層42および接着層43については、後で詳細に説明する。
波長変換素子40は、励起された黄色光Yを反射膜41Rによってコリメート集光光学系90側に反射する。
The
The
第2の光源装置102は、図1に示すように、ダイクロイックミラー103のコリメート光学系70とは反対側に配置される。第2の光源装置102は、第2の発光部710、集光光学系760、散乱板732、およびコリメート光学系770を備える。
As shown in FIG. 1, the second
第2の発光部710は、第1の発光部10と同様の半導体レーザーを有して構成され、青色光Bを射出する。
集光光学系760は、第1レンズ762および第2レンズ764を備え、第2の発光部710から射出された青色光Bを散乱板732に略集光させる。
The second
The condensing
散乱板732は、波長変換素子40から射出された黄色光Yの配光分布に似た配光分布となるように、入射する青色光Bを散乱させる。散乱板732としては、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
コリメート光学系770は、第1レンズ772および第2レンズ774を備え、散乱板732からの光を略平行化する。
コリメート光学系770で平行化された光は、ダイクロイックミラー103でコリメート集光光学系90とは反対側に反射する。
The collimating
The light collimated by the collimating
第1の光源装置101から射出された黄色光Yは、ダイクロイックミラー103を透過し、第2の光源装置102から射出され、ダイクロイックミラー103で反射した青色光Bと合成されて白色光Wとして第1レンズアレイ120に射出される。
The yellow light Y emitted from the first
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、インテグレーター光学系を構成する。具体的に、第1レンズアレイ120は、ダイクロイックミラー103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、照明装置100の光軸100axと交差する面内にマトリクス状に配列されている。
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、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の像を光変調装置400R,400G,400Bの画像形成領域に結像させる。
偏光変換素子140は、第2レンズアレイ130から射出されたランダム光を光変調装置400R,400G,400Bで利用可能な略1種類の偏光光に揃える。
The
The
色分離導光光学系200は、ダイクロイックミラー210,220、反射ミラー230,240,250およびリレーレンズ260,270を備える。色分離導光光学系200は、照明装置100から射出された白色光Wを赤色光R、緑色光G、および青色光Bに分離し、赤色光R、緑色光G、および青色光Bそれぞれに対応する光変調装置400R,400G,400Bに導光する。なお、色分離導光光学系200と、光変調装置400R,400G,400Bとの間には、フィールドレンズ300R,300G,300Bが配置されている。
The color separation light guide
光変調装置400R,400G,400Bそれぞれは、詳細な図示は省略するが、液晶パネル、および液晶パネルの光入射側、光射出側にそれぞれ配置された入射側偏光板、射出側偏光板を備えている。そして、光変調装置400R,400G,400Bは、入射する色光を画像情報に応じて変調して各色光に対応する画像を形成する。
Although not shown in detail, each of the
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。クロスダイクロイックプリズム500は、各光変調装置400R,400G,400Bから射出された各色光の画像光を合成する。
The cross
投写光学装置600は、複数のレンズ(図示省略)を有して構成され、クロスダイクロイックプリズム500にて合成された画像光をスクリーン等の投写面SCRにカラー画像として拡大投写する。
The projection
〔波長変換素子の構成〕
ここで、波長変換素子40について詳細に説明する。
図3は、波長変換素子40の部分断面図である。
波長変換素子40は、前述したように、基材41の反射膜41R上に接着層43を介して蛍光体層42が設けられている。
[Configuration of wavelength conversion element]
Here, the
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the
As described above, in the
蛍光体層42は、熱伝導率が高く、透光性を有する部材であり、第1蛍光体42Pをバルク状や多結晶、単結晶にしたもの、あるいは第1蛍光体42Pの粒子を無機バインダー(アルミナ、低融点ガラス等)で固体状にしたものが用いられている。
接着層43は、平均粒子径が10μm〜20μm程度の第2蛍光体43Pが透光性を有するシリコン系の接着剤でバインドされている。また、第2蛍光体43Pの含有量は、30vol%程度である。
The
In the
蛍光体層42は、真空脱気された接着層43が反射膜41R上にスクリーン印刷により塗布された後、この接着層43に積層される。そして、蛍光体層42は、高温環境下で接着層43が硬化されることによって、基材41に固定される。なお、接着層43に用いられる接着剤としては、高耐熱性(例えば、150°C以上の耐熱性)で透光性を有していれば、シリコン系に限らず、例えば、アクリル系やエポキシ系等であってもよく、また、有機系や無機系であってもよい。
The
波長変換素子40は、接着層43内に熱伝導性材料(第2蛍光体43P)が含有されているので、励起光を吸収することによって発熱する蛍光体層42の熱が効率よく基材41に伝えられる。また、波長変換素子40は、接着層43内に第2蛍光体43Pが含有されているので、発光量を低下させずに蛍光体層42の厚さを薄くすることが可能となる。これらによって、波長変換素子40は、放熱性が向上する。
In the
ここで、波長変換素子40の放熱性が良好なことを従来技術の波長変換素子900(図示せず)と比較したシミュレーション結果を用いて説明する。なお、シミュレーションに用いた従来技術の波長変換素子900としては、基材が波長変換素子40の基材41と共通で、蛍光体層42と同じ材料の蛍光体層920を有し、基材41と蛍光体層920とがシリコン系の接着剤(接着層930)で固定されたものを用いている。
Here, it demonstrates using the simulation result compared with the wavelength conversion element 900 (not shown) of the prior art that the heat dissipation of the
図4は、シミュレーションに用いた波長変換素子900および波長変換素子40における基材41上に形成された2つの層の厚さを示すグラフである。具体的に、図4は、波長変換素子900の2つの層(蛍光体層920、接着層930)の厚さ、波長変換素子40の2つの層(蛍光体層42、接着層43)の厚さ、および波長変換素子900,40それぞれの2つの層の総厚を示すグラフである。また、波長変換素子40については、蛍光体層42および接着層43の厚みを変えた4種類(波長変換素子40A,40B,40C,40Dとする)を示している。
FIG. 4 is a graph showing the thicknesses of two layers formed on the
波長変換素子40A,40B,40C,40Dそれぞれの蛍光体層42および接着層43の厚みは、この蛍光体層42および接着層43における励起光の光吸収率と、波長変換素子900の蛍光体層920における励起光の光吸収率とが同じになるように設定されている。すなわち、波長変換素子40A,40B,40C,40Dおよび波長変換素子900は、発光量が同等になるように設定されている。
The thicknesses of the
蛍光体層42の厚さは、接着層43に第2蛍光体43Pが含有されているので、図4に示すように、蛍光体層920の厚さより薄くすることができる。具体的に、蛍光体層920の厚さ約0.2mmに対し、蛍光体層42の厚さは、約0.06mm〜0.15mmが可能である。
また、波長変換素子40A,40B,40C,40Dは、蛍光体層42の厚さが波長変換素子40A,40B,40C,40Dの順で薄くなるように設定された場合に、励起光の光吸収率が同じになるように接着層43の厚さが設定されている。そのため、接着層43の厚さは、図4に示すように、波長変換素子40A,40B,40C,40Dの順で厚くなるように設定されている。
The thickness of the
The
図5は、波長変換素子900、および波長変換素子40A,40B,40C,40Dの2つの層の熱抵抗、および蛍光体層920、42の表面温度のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、2つの層それぞれの熱抵抗の和を「総熱抵抗」という。
また、シミュレーションは、以下の条件で行った。熱伝導率においては、蛍光体層42,920:9W/m・k、接着層43:0.5W/m・k、接着層930:0.2W/m・kとした。基材41においては、板厚が1mm、外径が100mmのアルミニウムを用いた。蛍光体層42,920の平面サイズにおいては、外径が65mm、内径が55mmのリング状に設定されている。そして、励起光は、200Wで蛍光体層42,920上に2.6mm×2.6mmのサイズで照射されるものとした。
FIG. 5 is a graph showing the simulation results of the thermal resistance of the two layers of the
The simulation was performed under the following conditions. In terms of thermal conductivity, the phosphor layers 42, 920: 9 W / m · k, the adhesive layer 43: 0.5 W / m · k, and the adhesive layer 930: 0.2 W / m · k. In the
図5に示すように、波長変換素子900では、総熱抵抗のうち、接着層930の熱抵抗が多くを占め、波長変換素子900の総熱抵抗は、波長変換素子40A,40B,40C,40Dの総熱抵抗より大きい。具体的に、波長変換素子900の総熱抵抗は、約0.13°C/W、波長変換素子40A,40B,40C,40Dの総熱抵抗は、約0.04〜0.07°C/Wであった。また、波長変換素子40A,40B,40C,40Dの総熱抵抗は、接着層43の厚みが大きく寄与するため、波長変換素子40A,40B,40C,40Dの順で大きくなる。
As shown in FIG. 5, in the
そして、熱抵抗に対応して、波長変換素子40A,40B,40C,40Dの表面温度は、波長変換素子900の表面温度より低い結果が得られた。また、波長変換素子40A,40B,40C,40Dの中では、波長変換素子40Aの表面温度が最も低い結果であった。具体的に、波長変換素子900の表面温度は約173°C、波長変換素子40Aの表面温度は約160°Cで、波長変換素子40Aの方が波長変換素子900より約13°C低い結果が得られた。
このように、波長変換素子40は、総熱抵抗が波長変換素子900の総熱抵抗より小さく放熱性が良好な結果が得られた。
Corresponding to the thermal resistance, the surface temperatures of the
Thus, the
また、前述したシミュレーションは、励起光の光吸収率が、波長変換素子40と波長変換素子900とで同じになるように、蛍光体層42の厚みが蛍光体層920より薄く設定された場合を示したものであるが、蛍光体層42の厚みが、波長変換素子900の蛍光体層920の厚みと同等になるように、波長変換素子40を構成することもできる。この構成の場合、蛍光体層42の熱抵抗は、接着層43の熱抵抗に比べて小さいので、蛍光体層42の厚みが増しても放熱性はさほど悪化せずに、発光量を増加させることが可能となる。
In the simulation described above, the thickness of the
以上説明したように、本実施形態の構成によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)基材41と蛍光体層42とを接着する接着層43には、熱伝導性材料(第2蛍光体43P)が含有されているので、励起光が照射されることによって発熱する蛍光体層42の熱を効率よく基材41に伝えて放熱させることが可能となる。よって、蛍光体層42、ひいては波長変換素子40の温度上昇が抑制される。したがって、温度消光が抑制されることによる効率的な発光が可能で、温度上昇による劣化が抑制される波長変換素子40の提供が可能となる。
As described above, according to the configuration of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the
(2)接着層43には、第2蛍光体43Pが含有されているので、発光量を増加させることが可能となる。
(2) Since the
(3)第2蛍光体43Pは、第1蛍光体42Pが発する第1の波長帯域と同じ第1の波長帯域の光(黄色光Y)を発するので、従来技術の構成と比べて発光量を低下させずに蛍光体層42の厚さを薄く形成することが可能となる。よって、蛍光体層42のさらなる放熱性の向上が可能となる。
(3) The
(4)第1の光源装置101は、波長変換素子40を備えているので、第1の発光部10から発せられた励起光を有効に利用して高輝度の光(黄色光Y)を射出することが可能となる。また、第1の光源装置101は、温度上昇による劣化が抑制された波長変換素子40を備えているので、長寿命化が可能となる。
(4) Since the first
(5)プロジェクター1は、第1の光源装置101を備えているので、長期に亘って、明るい画像の投写が可能となる。
(5) Since the projector 1 includes the first
(第2実施形態)
以下、第2実施形態に係るプロジェクター11について、図面を参照して説明する。以下の説明では、第1実施形態と同様の構成要素には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図6は、本実施形態に係るプロジェクター11の光学系を示す模式図である。
本実施形態のプロジェクター11は、第1実施形態のプロジェクター1が有する照明装置100とは異なる照明装置104を備える。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the
FIG. 6 is a schematic diagram showing an optical system of the
The
照明装置104は、第1実施形態の照明装置100が2つの光源装置(第1の光源装置101、第2の光源装置102)を備える構成に対し、図6に示すように、1つの光源装置105を備える。また、照明装置104は、第1実施形態の照明装置100と同様に第1レンズアレイ120、第2レンズアレイ130、偏光変換素子140および重畳レンズ150を備える。
The illuminating
光源装置105は、発光部13、集光光学系75、波長変換装置60、およびコリメート光学系95を備える。
発光部13は、照明装置100の第1の発光部10と同様の半導体レーザーから構成され、青色光Bを射出する。
集光光学系75は、第1レンズ76および第2レンズ77を備え、発光部13から射出された青色光Bを波長変換装置60の蛍光体層63に集光させる。
The
The
The condensing
波長変換装置60は、波長変換素子61および波長変換素子61を回転させるモーター35を備える。
波長変換素子61は、円板状に形成された基材62、基材62の集光光学系75とは反対側の面に設けられたリング状の蛍光体層63、および基材62と蛍光体層63とを接着する接着層64を有している。
The
The
基材62は、発光部13から射出された青色光Bが透過する部材、例えば、石英ガラス、水晶や、サファイア等により形成されている。
蛍光体層63は、第1実施形態の蛍光体層42と同様に形成され、第1蛍光体(図示省略)が含有されている。
接着層64は、第1実施形態の接着層43と同様に構成され、熱伝導性材料としての第2蛍光体(図示省略)が含有されている。
The
The
The
発光部13から射出された青色光Bは、基材62を透過し、接着層64に入射する。接着層64に入射した青色光Bは、一部が第2蛍光体を励起させ、残部が蛍光体層63に入射する。青色光Bに励起された第2蛍光体は、黄色光Yを発する。蛍光体層63に入射した青色光Bは、一部が第1蛍光体を励起させ、残部が蛍光体層63を透過する。青色光Bに励起された第1蛍光体は、黄色光Yを発する。そして、蛍光体層63から射出された光は、青色光Bと黄色光Yとが合成された白色光Wを成している。
The blue light B emitted from the
コリメート光学系95は、第1レンズ96および第2レンズ97を備え、波長変換素子61から射出された白色光Wを略平行化する。
コリメート光学系95から射出された白色光Wは、第1レンズアレイ120に入射する。第1レンズアレイ120以降の光学系は、第1実施形態の光学系と同様に構成されている。
The collimating
White light W emitted from the collimating
以上説明したように、本実施形態の構成によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)基材62と蛍光体層63とを接着する接着層64には、熱伝導性材料(第2蛍光体)が含有されているので、励起光(青色光B)が照射されることによって発熱する蛍光体層63の熱を効率よく基材62に伝えて放熱させることが可能となる。よって、温度消光が抑制されることによる効率的な発光が可能で、温度上昇による劣化が抑制される波長変換素子61の提供が可能となる。
As described above, according to the configuration of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the heat conductive material (second phosphor) is contained in the
(2)波長変換素子61は、基材62が励起光を透過させる部材で形成されているので、基材62の蛍光体層63とは反対側から入射する励起光によって励起された光を蛍光体層63の基材62とは反対側に射出することができる。
(2) Since the
なお、本発明は前述した実施形態に限定されず、前述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
(変形例1)
前記実施形態では、接着層43,64に含有される熱伝導性材料として第2蛍光体43Pが用いられているが、熱伝導率が高く、透光性を有する材料(例えば、ダイヤモンド、アルミナ、サファイア、酸化物セラミックス等)であれば、光を発しない材料を熱伝導性材料として構成してもよい。また、これらの材料と第2蛍光体43Pとが混在する構成であってもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below.
(Modification 1)
In the embodiment, the
(変形例2)
前記実施形態では、第1蛍光体42Pおよび第2蛍光体43Pが発する第1の波長帯域の光が黄色光Yとなるように構成されているが、第1の波長帯域の光が黄色光Y以外の波長帯域の光であってもよい。
(Modification 2)
In the embodiment, the first wavelength band light emitted from the
(変形例3)
前記実施形態では、第2蛍光体43Pが第1蛍光体42Pと同じ第1の波長帯域の光(黄色光)を発するように構成されているが、第2蛍光体43Pが第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光を発するように構成してもよい。例えば、第2蛍光体43Pが緑色光を多く含む第2の波長帯域の光を射出する構成や、第2蛍光体43Pが赤色光を多く含む第2の波長帯域の光を射出する構成を例示することができる。
(Modification 3)
In the embodiment, the
緑色光は特に輝度に寄与する波長帯の光なので、第2蛍光体43Pが緑色光を多く含む第2の波長帯域の光を発する構成の場合、波長変換素子40は、より輝度を高めた黄色光の射出が可能となる。
YAG系の蛍光体から発せられる光は、緑色光より赤色光が弱いので、第2蛍光体43Pが赤色光を多く含む第2の波長帯域の光を発する構成の場合、波長変換素子40は、緑色光の強度と赤色光の強度のバランスが取れた黄色光の射出が可能となる。
また、組成の異なる2種類の蛍光体(第1蛍光体42P,第2蛍光体43P)を用いる場合、1つの蛍光体層に混在させるのは、製造が難しいが、2種類の蛍光体を蛍光体層42,63と接着層43,64とに分けて含有させる構成なので、波長変換素子40,61の容易な製造が可能となる。
Since the green light is light in a wavelength band that particularly contributes to luminance, when the
The light emitted from the YAG-based phosphor is weaker in red light than green light. Therefore, when the
Further, when two types of phosphors having different compositions (
(変形例4)
前記実施形態の第1蛍光体42Pおよび第2蛍光体43Pは、同じ波長帯の励起光で励起されるように構成されているが、第1蛍光体42Pと第2蛍光体43Pとが異なる波長帯の励起光で励起されるように構成してもよい。例えば、光源装置が青色光の波長帯および紫外光の波長帯を有する励起光を射出し、第1蛍光体42Pおよび第2蛍光体43Pの一方が青色光で励起されて発光し、他方が紫外光で励起されて発光する構成が可能である。
(Modification 4)
The
(変形例5)
前記実施形態の基材41は、円板状に形成されているが、円板状に限らず、例えば、多角形状であってもよい。また、前記実施形態では基材41,62が回転されるように構成されているが、回転しない構成であってもよい。
(Modification 5)
Although the
(変形例6)
前記実施形態のプロジェクターは、光変調装置として透過型の液晶パネルを用いているが、反射型の液晶パネルを用いたものであってもよい。また、光変調装置としてマイクロミラー型の光変調装置、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)等を利用したものであってもよい。
(Modification 6)
In the projector according to the embodiment, a transmissive liquid crystal panel is used as a light modulation device, but a reflective liquid crystal panel may be used. Further, a micromirror type light modulation device such as a DMD (Digital Micromirror Device) may be used as the light modulation device.
(変形例7)
前記実施形態の光変調装置は、R光、G光、およびB光に対応する3つの光変調装置400R,400G,400Bを用いるいわゆる3板方式を採用しているが、これに限らず、単板方式を採用してもよく、あるいは、2つまたは4つ以上の光変調装置を備えるプロジェクターにも適用できる。
(Modification 7)
The light modulation device according to the above embodiment employs a so-called three-plate method using three
1,11…プロジェクター、10…第1の発光部、40,61…波長変換素子、41,62…基材、42,63…蛍光体層、42P…第1蛍光体、43…接着層、43P…第2蛍光体、101…第1の光源装置、105…光源装置、400R,400G,400B…光変調装置、600…投写光学装置。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
励起光が入射することにより光を発する第1蛍光体を含有する蛍光体層と、
熱伝導性材料を含有し、前記基材と前記蛍光体層とを接着する接着層と、
を備えることを特徴とする波長変換素子。 A substrate;
A phosphor layer containing a first phosphor that emits light when excitation light is incident thereon;
An adhesive layer containing a thermally conductive material and bonding the substrate and the phosphor layer;
A wavelength conversion element comprising:
前記熱伝導性材料は、前記蛍光体層を通過した励起光が入射することにより光を発する第2蛍光体を有することを特徴とする波長変換素子。 The wavelength conversion element according to claim 1,
The wavelength conversion element, wherein the thermally conductive material includes a second phosphor that emits light when excitation light having passed through the phosphor layer is incident.
前記第1蛍光体および前記第2蛍光体は、第1の波長帯域の光を発することを特徴とする波長変換素子。 The wavelength conversion element according to claim 2,
The wavelength conversion element, wherein the first phosphor and the second phosphor emit light in a first wavelength band.
前記第1蛍光体は、第1の波長帯域の光を発し、前記第2蛍光体は、前記第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光を発することを特徴とする波長変換素子。 The wavelength conversion element according to claim 2,
The first phosphor emits light in a first wavelength band, and the second phosphor emits light in a second wavelength band different from the first wavelength band. .
前記励起光が入射する請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
を備えることを特徴とする光源装置。 A light emitting unit for emitting excitation light;
The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the excitation light is incident;
A light source device comprising:
前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置で変調された光を投写する投写光学装置と、
を備えることを特徴とするプロジェクター。 A light source device according to claim 5;
A light modulation device that modulates light emitted from the light source device;
A projection optical device for projecting light modulated by the light modulation device;
A projector comprising:
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|---|---|---|---|---|
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| US11092799B2 (en) | 2018-09-13 | 2021-08-17 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Phosphor wheel apparatus, lighting apparatus, and projection type image display apparatus |
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