JP2019035981A - 蛍光体ホイール、光源装置、投写型映像表示装置、及び、蛍光体ホイールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光効率及び熱伝導率が向上した蛍光体ホイールを提供する。【解決手段】蛍光体ホイール１は、基板１０４と、基板１０４の一方の面に形成された光反射層１０７と、蛍光体層１０１と、光反射層１０７と蛍光体層１０１との間に位置し、光反射層１０７と蛍光体層１０１とを接着する接着層１０３とを備える。接着層１０３は、接着層１０３の基材１３１よりも熱伝導率が高い粒子１３２であって、光反射層１０７よりも光の反射率が高い粒子１３２を含有している。【選択図】図２

Description

本開示は、例えば、投写型映像表示装置が備える光源装置に使用される蛍光体ホイールに関する。

特許文献１には、基板上に酸化チタン層が設けられ、酸化チタン層の上に蛍光体層が設けられた蛍光体ホイールの構成が開示されている。このような蛍光体ホイールは、励起光源に対向配置された蛍光発光部と、励起光源の反対側であって蛍光発光部に接合するように配置された酸化チタンを有する反射部を有する蛍光発光板とを備える。励起光源からの励起光が蛍光発光部に照射されると、蛍光発光部は励起光を波長変換し、波長変換された励起光は、反射部において反射される。

このような蛍光体ホイールは、反射部の反射率が酸化チタンによって向上されているため、光の利用効率を高めることができ、且つ、低コスト化を実現することができる。

特開２０１３−２２８５９８号公報

本開示は、蛍光効率及び熱伝導率が向上した蛍光体ホイールを提供する。

本開示における蛍光体ホイールは、基板と、前記基板の一方の面に形成された光反射層と、蛍光体層と、前記光反射層と前記蛍光体層との間に位置し、前記光反射層と前記蛍光体層とを接着する接着層とを備え、前記接着層は、前記接着層の基材よりも熱伝導率が高い粒子であって、前記光反射層よりも光の反射率が高い粒子を含有している。

本開示によれば、蛍光体ホイールの蛍光効率及び熱伝導率が向上する。

図１は、実施の形態１に係る蛍光体ホイールの平面図である。 図２は、実施の形態１に係る蛍光体ホイールの模式断面図である。 図３は、接着層の厚みが蛍光体層の温度に与える影響を示す図である。 図４は、反射率の異なる３種類の光反射層のそれぞれについて、接着層の厚みを変化させた場合の反射面の反射率の変化を示す図である。 図５は、実施の形態１に係る光源装置の構成を示す図である。 図６は、実施の形態１に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。 図７は、実施の形態２に係る蛍光体ホイールの平面図である。 図８は、実施の形態２に係る蛍光体ホイールの第１の蛍光体層の模式断面図である。 図９は、実施の形態２に係る蛍光体ホイールの第２の蛍光体層の模式断面図である。 図１０は、実施の形態２に係る光源装置の構成を示す図である。 図１１は、実施の形態２に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。添付図面は、模式図面であり、必ずしも厳密なものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。

（実施の形態１）
［１−１−１．蛍光体ホイールの全体構成］
以下、実施の形態１に係る蛍光体ホイールの構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る蛍光体ホイールの平面図である。図２は、実施の形態１に係る蛍光体ホイールの模式断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線における断面の模式図）である。

図１及び図２に示されるように、実施の形態１に係る蛍光体ホイール１は、基板１０４と、光反射層１０７と、蛍光体層１０１と、接着層１０３と、モータ１０６とを備える。

基板１０４は、モータ１０６によって回転駆動される円盤状の板材である。基板１０４の材料は特に限定されないが、基板１０４は、例えば、アルミニウムによって形成される。アルミニウムは比較的熱伝導率が高いため、基板１０４の放熱性を高めることができる。また、基板１０４がアルミニウムによって形成されることにより、基板１０４の軽量化も実現される。基板１０４の厚みは、例えば、１．５ｍｍ以下である。

また、基板１０４の少なくとも一方の面には、光反射層１０７が形成される。光反射層１０７は、言い換えれば、基板１０４の表面の反射率を向上（増加）させるための増反射膜であり、基板１０４の表面（一方の面）よりも高い反射率を有する。光反射層１０７は、例えば、銀または銀合金によって形成される。なお、詳細については図示されないが、光反射層１０７には、アンダーコート層とトップコート層とが含まれる。光反射層１０７は、例えば、基板１０４の一方の面の全面に蒸着される。光反射層１０７は、基板１０４の一方の面に部分的に蒸着されてもよい。

接着層１０３は、積層方向において光反射層１０７と蛍光体層１０１との間に位置し、光反射層１０７及び蛍光体層１０１のそれぞれに直接接触することにより、光反射層１０７と蛍光体層１０１とを接着する。接着層１０３は、基板１０４の光反射層１０７上において、蛍光体ホイール１の回転中心からの距離が等しい円周上に、リング状（円環状）に形成されている。つまり、接着層１０３は、周方向に沿う帯状に形成される。また、接着層１０３は、光反射層１０７上の全面ではなく、部分的に形成されている。図２に示されるように、平面視（基板１０４に垂直な方向から見た場合）において、接着層１０３の幅は、蛍光体層１０１の幅と同一もしくは蛍光体層１０１の幅よりもわずかに広い。よって、接着層１０３は、蛍光体層１０１の下面のほぼ全面に接触する。

接着層１０３は、基材１３１を含む。基材１３１は、例えば、樹脂シリコーンによって形成される。接着層１０３（基材１３１）内には、光の反射率と接着層１０３の熱伝導率を向上させる粒子１３２が含有されている。粒子１３２は、接着層１０３の基材１３１よりも熱伝導率が高く、かつ、光反射層１０７よりも光の反射率が高い。

蛍光体層１０１（蛍光体リング）は、励起光が照射されると蛍光を発する。蛍光体層１０１は、接着層１０３上に配置され、平面視において、蛍光体層１０１の幅方向における両側には接着層１０３がはみ出している。蛍光体層１０１は、蛍光体ホイール１の回転中心からの距離が等しい円周上にリング状（円環状）に形成される。つまり、蛍光体層１０１は、平面視において周方向に沿う帯状に形成される。蛍光体層１０１は、予めリング状に成形された後、接着層１０３によって光反射層１０７（基板１０４）に接着固定される。接着層１０３は、例えば、ディスペンサによって塗布されるが、スクリーン印刷されてもよく、接着層１０３の形成方法は特に限定されない。

蛍光体層１０１は、蛍光体粒子１１１とバインダ１１２とで構成されている。蛍光体粒子１１１は、具体的には、ＹＡＧ系の黄色蛍光体粒子である。蛍光体層１０１においては、光変換効率の改善のため、励起光から蛍光への変換に寄与する蛍光体粒子１１１の量が多いほうがよい。つまり、蛍光体層１０１においては蛍光体比率（蛍光体粒子含有比率）が多いほうがよい。

バインダ１１２は、蛍光体層１０１を構成する蛍光体粒子１１１以外の混合物である。バインダ１１２は、例えば、アルミナなどの熱伝導率の高い無機物質によって形成される。アルミナの熱伝導率は、樹脂シリコーンの熱伝導率の１０倍以上であり、蛍光体粒子１１１とアルミナによって形成されたバインダ１１２とによって蛍光体層１０１が構成されることにより、高い熱伝導率を有する蛍光体層１０１を実現することができる。

モータ１０６は、蛍光体ホイール１を回転駆動する。モータ１０６は、例えば、アウターロータ型のモータであるが、特に限定されない。

［１−１−２．接着層の詳細構成］
上述のように接着層１０３の基材１３１としては、例えば、接着機能を有する樹脂シリコーンが用いられる。これにより、光反射層１０７（基板１０４）と蛍光体層１０１との熱膨張係数の差によって生じる歪を緩衝し、蛍光体ホイール１の形状等を維持することができる。歪を緩衝する特性を考慮して、接着層１０３に用いられる樹脂シリコーンとしては、ジメチル系の樹脂シリコーンが用いられるとよい。また、ジメチル系の樹脂シリコーンは、長期の使用においても変色しにくく、光の透過率が低下しにくい利点も有する。

一方で、樹脂シリコーン自体は、熱伝導率が低い。このため、蛍光体ホイール１においては、基材１３１である樹脂シリコーンの中に、熱伝導率が樹脂シリコーンよりも高く、かつ、光の反射率が光反射層１０７よりも高い粒子１３２が含まれる。粒子１３２を含む接着層１０３により、蛍光体層１０１と基板１０４との熱膨張係数の差によって生じる歪の抑制と、熱伝導率の向上と、光の反射率の向上とを同時に実現することができる。

このように粒子１３２によって反射率の向上と熱伝導率の向上とを実現するために、粒子１３２は、例えば、酸化チタン、アルミナ、または酸化チタンとアルミナとの混合物によって形成される。特に、酸化チタン、アルミナ、及び酸化チタンとアルミナとの混合物の中では、酸化チタンが反射率及び熱伝導率の面から特に望ましい。基材１３１として樹脂シリコーンが用いられ、粒子１３２が酸化チタンによって形成される場合、歪緩衝性、反射率、及び、熱伝導率を考慮すると、粒子１３２の含有量は、接着層１０３全体の１０％以上２０％以下程度であるとよい。

ところで、接着層１０３の厚みが薄くなるほど、熱抵抗が小さくなるため蛍光体層１０１の温度上昇は抑えられる。図３は、接着層１０３の厚みが蛍光体層１０１の温度に与える影響を示す図である。なお、図３の縦軸に示される蛍光体層１０１の温度は、接着層１０３の厚みが０μｍであるときの温度を推測して１として正規化されている。なお、図３は、粒子１３２として、酸化チタンが使用された場合の温度を示す。

上述のように、酸化チタンまたはアルミナなどによって形成された粒子１３２の熱伝導率は、樹脂シリコーンの熱伝導率の約１０倍以上である。このため、接着層１０３の厚みを増加させた場合の温度上昇は、接着層１０３に粒子１３２を含有させた場合（グラフ３０１）のほうが、接着層１０３に粒子１３２を含有させない場合（グラフ３０２）よりも小さい。

蛍光体層１０１は、温度が上昇すると、温度消光と呼ばれる光の変換効率が低下する現象が発生する。このため、蛍光体層１０１の温度は低いほうがよい。言い換えれば、接着層１０３の厚みは薄いほうがよい。蛍光効率などに基づいて蛍光体ホイール１の上限温度を考慮すると、接着層１０３の厚みは、例えば、８０μｍ以下である。

一方で、接着層１０３の厚みが厚くなるほど、歪緩衝性及び反射率は向上する。したがって、蛍光体層１０１の温度上昇を抑えるためには、歪緩衝性及び反射率が確保される範囲で接着層１０３の厚みが薄くされるとよい。そこで、歪緩衝性を確保するために必要な接着層１０３の厚み、及び、反射率を確保するために必要な接着層１０３の厚みについて説明する。

まず、歪緩衝性を確保するための接着層１０３の厚みについて説明する。歪緩衝性を確保するための接着層１０３の厚みは、基板１０４、接着層１０３、及び、蛍光体層１０１の機械強度特性よって発生する歪量から算出することが可能である。例えば、基板１０４がアルミニウムによって形成され、蛍光体層１０１の蛍光体粒子１１１としてＹＡＧ系の黄色蛍光体粒子が用いられ、蛍光体層１０１のバインダ１１２としてアルミナが用いられるとする。そして、接着層１０３に基材１３１としてジメチル系樹脂シリコーンが用いられ、粒子１３２が酸化チタンによって形成される場合、接着層１０３の厚みは、３０μｍ以上であることが望ましい。なお、この数値は、ヒートサイクル試験などの信頼性試験の結果を考慮して定められている。

次に、反射率を確保するための接着層１０３の厚みについて説明する。蛍光体層１０１の光の変換効率（蛍光効率）は、隣接する反射面（接着層１０３、光反射層１０７、及び基板１０４によって構成された蛍光を反射するための面）の反射率の高さに依存する。なぜなら、反射面は、蛍光体粒子１１１に入射しなかった（蛍光変換に寄与しなかった）励起光を反射することによって、当該励起光を蛍光体層１０１内の蛍光体粒子１１１に入射させることができ、これによって蛍光出力が増加するからである。

蛍光体粒子１１１から出射する蛍光は全方位に出射する。このため、反射面によって蛍光が反射されることで、蛍光出力を増加させることができる。このように、反射面における反射率が高ければ高いほど、蛍光出力は高くなる。なお、反射面の反射率は、接着層１０３及び光反射層１０７の各反射特性によって定まる。

ここで、接着層１０３の厚みと、反射面の反射率との関係について説明する。図４は、接着層１０３の厚みと、反射面の反射率との関係を示す図である。図４は、反射率の異なる３種類の光反射層１０７のそれぞれについて、接着層１０３の厚みを変化させた場合の反射面の反射率の変化を示す図である。接着層１０３としては、基材１３１としてジメチル系シリコーンが用いられ、粒子１３２として酸化チタンが重量含有率１０％以上１５％以下含まれる接着剤が用いられた。

図４では、接着層１０３が設けられないときを０μｍとして、光反射層１０７の反射率が９０％である場合の変化がグラフ４０１、光反射層１０７の反射率が７０％である場合の変化がグラフ４０２、光反射層１０７の反射率が５０％である場合の変化がグラフ４０３によって示されている。

グラフ４０１、グラフ４０２、及び、グラフ４０３に示されるように、光反射層１０７の反射率に依らず、接着層１０３の厚みが一定値以上になると反射面の反射率は飽和する。具体的には、反射面の反射率は、接着層１０３の厚みが６０μｍ以上になると、光反射層１０７の反射率（基板１０４の反射率）に依らず飽和して変わらない。しかしながら、光反射層１０７の反射率が高ければ高いほど、薄い接着層１０３の形成によって、反射率が飽和する。図４では、光反射層１０７の反射率が９０％を超えた場合には、接着層１０３の厚みが３０μｍであれば反射面の反射率が飽和する。

このように、反射面の反射率を向上し、かつ、接着層１０３の厚みを薄くするためには、基板１０４（光反射層１０７）の反射率が９０％以上である方がよい。剛性、熱伝導率、及び、蛍光体ホイールとしての回転性を維持するための軽さの観点から、基板１０４の材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることが望ましい。しかしながら、アルミニウムまたはアルミニウム合金は、単体で反射率を９０％以上にすることは難しい。

そこで、蛍光体ホイール１では、アルミニウムによって形成される基板１０４の表面に銀もしくは銀合金によって形成される光反射層１０７を設けて、反射面の反射率９０％以上を実現している。なお、光反射層１０７としては、その他に、アルミニウム膜及び誘電体多層膜なども使用できる。

以上説明したように、蛍光体ホイール１は、例えば、以下のように形成されるとよい。

・基板１０４の表面に形成される光反射層１０７は、９０％以上の反射率を有しているとよい。

・接着層１０３には、少なくとも酸化チタンによって形成された粒子１３２が含まれるとよい。

・接着層１０３の厚みは、信頼性（歪緩衝性）、及び、蛍光効率を確保するために、３０μｍ以上８０μｍ以下であるとよい。

［１−１−３．効果等］
以上説明したように、蛍光体ホイール１は、基板１０４と、基板１０４の一方の面に形成された光反射層１０７と、蛍光体層１０１と、光反射層１０７と蛍光体層１０１との間に位置し、光反射層１０７と蛍光体層１０１とを接着する接着層１０３とを備える。接着層１０３は、接着層１０３の基材１３１よりも熱伝導率が高い粒子１３２であって、光反射層１０７よりも光の反射率が高い粒子１３２を含有している。

このように、接着層１０３に粒子１３２が含まれることにより、蛍光体ホイール１の蛍光効率及び熱伝導率が向上する。

また、例えば、光反射層１０７は、銀合金を含み、かつ、光の反射率が９０％以上である。

これにより、蛍光体層１０１が発する蛍光の反射を高めることができる。

また、例えば、接着層１０３の厚みは、３０μｍ以上８０μｍ以下である。

これにより、蛍光体ホイール１の信頼性（歪緩衝性）、及び、蛍光効率を確保することができる。

また、例えば、接着層１０３に含有される粒子１３２は、酸化チタンによって形成される。

このように、酸化チタンによって形成された粒子１３２によれば、蛍光体ホイール１の蛍光効率及び熱伝導率を向上することができる。

また、例えば、接着層１０３に含有される粒子１３２は、アルミナによって形成される。

このように、アルミナによって形成された粒子１３２によれば、蛍光体ホイール１の蛍光効率及び熱伝導率を向上することができる。

また、例えば、接着層１０３に含有される粒子１３２には、酸化チタンによって形成された粒子と、アルミナによって形成される粒子とが含まれてもよい。

このように、酸化チタンによって形成された粒子１３２とアルミナによって形成された粒子１３２とが接着層１０３に混在すれば、蛍光体ホイール１の蛍光効率及び熱伝導率を向上することができる。

また、例えば、基板１０４は、円盤状であり、蛍光体層１０１及び接着層１０３は、基板１０４の周方向に沿う帯状である。

これにより、蛍光体層１０１及び接着層１０３は、光反射層１０７のうち必要な領域にのみ選択的に配置されるため、蛍光体層１０１及び接着層１０３の部品コストを低減することができる。

また、蛍光体ホイール１の製造方法は、基板１０４の一方の面に光反射層１０７を形成し、蛍光体層１０１を成形し、光反射層１０７上に接着層１０３を形成し、成形された蛍光体層１０１を接着層１０３上に載置することにより、成形された蛍光体層１０１を光反射層１０７に接着固定し、接着層１０３は、接着層１０３の基材よりも熱伝導率が高い粒子１３２であって、光反射層１０７よりも光の反射率が高い粒子１３２を含有している。

これにより、蛍光効率及び熱伝導率が向上した蛍光体ホイール１を製造することができる。

［１−２−１．蛍光体ホイールを備える光源装置］
次に、実施の形態１に係る光源装置について、図５を参照しながら説明する。図５は、実施の形態１に係る光源装置の構成を示す図である。

図５に示されるように、実施の形態１に係る光源装置５は、蛍光体ホイール１と、複数の第１のレーザ５０２とを備える。第１のレーザ５０２は、励起光源の一例である。

また、光源装置５は、複数のコリメータレンズ５０３と、凸レンズ５０４と、拡散板５０５と、凹レンズ５０６と、ダイクロイックミラー５０７と、凸レンズ５０８と、凸レンズ５０９とを備える。これらの光学部品は、第１のレーザ５０２からの出射光を蛍光体ホイール１に導光する光学系の一例である。また、光源装置５は、複数の第２のレーザ５２２と、複数のコリメータレンズ５２３と、凸レンズ５２４と、拡散板５２５と、凸レンズ５１０と、ロッドインテグレータ５１１とを備える。

複数の第１のレーザ５０２のそれぞれから出射された光は当該第１のレーザ５０２の出射側に配置されたコリメータレンズ５０３により平行光化される。複数のコリメータレンズ５０３の出射側には、複数のコリメータレンズ５０３から出射される第１のレーザ５０２の光をまとめて光束幅を小さくする凸レンズ５０４が配置される。凸レンズ５０４によって光束幅が小さくなった光は、凸レンズ５０４の出射側に配置された拡散板５０５に入射する。拡散板５０５では、凸レンズ５０４によって解消しきれなかった光束の不均一を低減する。

拡散板５０５から出射された光は、凹レンズ５０６に入射する。凹レンズ５０６は、拡散板５０５から入射した光を平行化する。

凹レンズ５０６から出射された平行化された光は、凹レンズ５０６の出射側に配置されたダイクロイックミラー５０７に入射する。ダイクロイックミラー５０７は、光軸に対して４５度の角度で配置されており、第１のレーザ５０２から出射された光の波長域の光を透過し、かつ、蛍光体ホイール１から出射される蛍光の波長域の光を反射する特性を有している。したがって、ダイクロイックミラー５０７に入射した、凹レンズ５０６から出射された光はダイクロイックミラー５０７を透過し、凸レンズ５０８、凸レンズ５０９の順に入射することで、光束が収束した状態で蛍光体ホイール１に入射する。

蛍光体ホイール１は、蛍光体層１０１が凸レンズ５０９に対向するように配置されている。凸レンズ５０８及び凸レンズ５０９によって収束した第１のレーザ５０２の光は、蛍光体層１０１中の蛍光体粒子１１１を励起する励起光として照射される。ここで、上述のように、蛍光体ホイール１が有する蛍光体層１０１はリング状であり、蛍光体ホイール１は、モータ１０６によって回転するため、蛍光体層１０１の一点に集中的に励起光が照射されることが抑制される。

蛍光体層１０１に入射した第１のレーザ５０２からの励起光は、波長変換される。つまり、第１のレーザ５０２からの励起光は、当該励起光と波長域が異なる蛍光に変換される。また、蛍光体層１０１から出射される蛍光は、蛍光体層１０１に入射する光に対して１８０度進行方向が変換される。つまり、蛍光は、凸レンズ５０９側に出射される。凸レンズ５０９に入射した蛍光は、凸レンズ５０８に入射し、平行光化され、ダイクロイックミラー５０７に入射する。

ダイクロイックミラー５０７は、上述の通り、蛍光の光軸に対して４５度の角度で配置されている。また、ダイクロイックミラー５０７は、第１のレーザ５０２の出射光の波長域の光を透過し、蛍光体層１０１（蛍光体ホイール１）からの蛍光の波長域の光を反射する特性を有している。したがって、ダイクロイックミラー５０７に入射した蛍光は、反射されて進行方向が９０度変わる。

一方、複数の第２のレーザ５２２のそれぞれから出射した光は、当該第２のレーザ５２２の出射側に配置されたコリメータレンズ５２３により平行光化される。複数のコリメータレンズ５２３の出射側には、複数のコリメータレンズ５２３から出射される第２のレーザ５２２の光をまとめて光束幅を小さくする凸レンズ５２４が配置される。凸レンズ５２４によって光束幅が小さくなった光は、凸レンズ５２４の出射側に配置された拡散板５２５に入射する。拡散板５２５では、凸レンズ５２４によって解消しきれなかった光束の不均一を低減する。

拡散板５２５から出射された光は、凹レンズ５２６に入射する。凹レンズ５２６は、拡散板５２５から入射した光を平行光化する。

凹レンズ５２６から出射された平行光化された光は、凹レンズ５２６の出射側に配置されたダイクロイックミラー５０７に、蛍光体ホイール１から出射された蛍光とは９０度異なる方向から入射する。上述のように、ダイクロイックミラー５０７は、第２のレーザ５２２の出射光の波長域の光を透過する特性を有している。ダイクロイックミラー５０７に入射した凹レンズ５２６からの光は、ダイクロイックミラー５０７を透過する。この結果、蛍光体ホイール１から出射された蛍光と、第２のレーザ５２２から出射された光は、同一の方向に出射される。

蛍光体ホイール１から出射された蛍光と、第２のレーザ５２２から出射された光とは、凸レンズ５１０によって収束され、ロッドインテグレータ５１１に入射する。ロッドインテグレータ５１１は、光均一化手段の一例であり、ロッドインテグレータ５１１によって出射された光の強度分布は均一化されている。

なお、第２のレーザ５２２が出射する光は、青色の波長域の光であり、第１のレーザ５０２が出射する光は、紫外から青色の波長域の光である。蛍光体ホイール１は、第１のレーザ５０２が出射する光（励起光）で励起され、緑色及び赤色の両波長域を含んだ黄色の蛍光を出射する。したがって、ロッドインテグレータ５１１からは、強度分布が均一化された白色の光が出射される。

［１−２−２．効果等］
以上説明したように、光源装置５は、蛍光体ホイール１と、第１のレーザ５０２と、第１のレーザ５０２からの出射光を蛍光体ホイール１に導光する光学系とを備える。第１のレーザ５０２は、励起光源の一例である。

このような光源装置５においては、蛍光体ホイール１の蛍光効率及び熱伝導率が向上する。

［１−３−１．光源装置を備える投写型映像表示装置］
次に、実施の形態１に係る投写型映像表示装置について、図６を参照しながら説明する。図６は、実施の形態１に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。

図６に示されるように、投写型映像表示装置１５は、上述の光源装置５を備える。また、投写型映像表示装置１５は、凸レンズ５３１と、凸レンズ５３２と、凸レンズ５３３と、全反射プリズム５３４と、カラープリズム５３６と、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）５３８と、ＤＭＤ５３９と、ＤＭＤ５４０と、投写レンズ５４１とを備える。

なお、以下では、光源装置５の詳細に関しては省略され、ロッドインテグレータ５１１から出射された白色光の挙動について説明される。

ロッドインテグレータ５１１から出射された白色光は、凸レンズ５３１、凸レンズ５３２、及び凸レンズ５３３の３枚の凸レンズで構成されたリレーレンズ系によって、後述するＤＭＤ５３８、ＤＭＤ５３９、及びＤＭＤ５４０のそれぞれに写像される。

リレーレンズ系を構成する凸レンズ５３１、凸レンズ５３２、及び凸レンズ５３３を透過した光は、全反射プリズム５３４に入射する。全反射プリズム５３４は、２つのガラスブロックを有し、２つのガラスブロックの間には微小ギャップ５３５が設けられている。全反射プリズム５３４に入射した光は、微小ギャップ５３５において反射し、カラープリズム５３６に入射する。

カラープリズム５３６は、第１のガラスブロック、第２のガラスブロック、及び、第３のガラスブロックの３つのガラスブロックを有する。なお、第１のガラスブロックは、ＤＭＤ５３８と対向配置されたガラスブロックであり、第２のガラスブロックは、ＤＭＤ５３９と対向配置されたガラスブロックであり、第３のガラスブロックは、ＤＭＤ５４０と対向配置されたガラスブロックである。

第１のガラスブロックと第２のガラスブロックとの間には微小ギャップ５３７が設けられる。また、カラープリズム５３６は、第１のガラスブロックと第２のガラスブロックの間の第１のガラスブロック側に、青色の波長域の光を反射するダイクロイック面を有している。

全反射プリズム５３４からカラープリズム５３６に入射した白色光のうち、青色の波長域の光は、上記ダイクロイック面で反射し、カラープリズム５３６と全反射プリズム５３４との間に設けられたギャップにおいて全反射され、進行方向が変えられて、青色用のＤＭＤ５３８に入射する。

一方、微小ギャップ５３７を通過して第２のガラスブロックに入射した光は、赤色の波長域と緑色の波長域の両方の波長域の光を含む黄色の光となる。黄色の光は、カラープリズム５３６の第２のガラスブロックと第３のガラスブロックの境界面に設けられたダイクロイック面に入射する。このダイクロイック面は、赤色の波長域の光（以下、赤色光とも記載する）を反射し、緑色の波長域の光（以下、緑色光とも記載する）を透過する特性を有する。したがって、黄色光は、上記ダイクロイック面で、赤色光と緑色光に分離される。具体的には、黄色光のうち、赤色光はダイクロイック面おいて反射し、緑色光はダイクロイック面を透過して第３のガラスブロックに入射する。

ダイクロイック面において反射された赤色光は、微小ギャップ５３７に、臨界角以上の入射角で入射することによって全反射し、赤色用のＤＭＤ５３９に入射する。

第３のガラスブロックに入射した緑色光はそのまま直進し、緑色用のＤＭＤ５４０に入射する。

ＤＭＤ５３８、ＤＭＤ５３９、及び、ＤＭＤ５４０のそれぞれは、図示されない映像回路によって駆動され、画像情報に対応して各画素のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。これにより、ＤＭＤ５３８、ＤＭＤ５３９、及び、ＤＭＤ５４０のそれぞれの画素に入射した光の反射方向が画素ごとに変わる。

ＤＭＤ５３８、ＤＭＤ５３９、及び、ＤＭＤ５４０のそれぞれにおいて、ＯＮ状態の画素によって反射された光は、上述した経路を逆に通り、カラープリズム５３６で合成され、白色光となって、全反射プリズム５３４に入射する。全反射プリズム５３４に入射した光は、微小ギャップ５３５に臨界角よりも小さい角度で入射し、微小ギャップ５３５をそのまま透過する。微小ギャップ５３５を透過した光は、投写レンズ５４１によって、図示されないスクリーンに拡大投写される。

［１−３−２．効果等］
以上説明したように、投写型映像表示装置１５は、光源装置５を備える。このような投写型映像表示装置１５においては、蛍光体ホイール１の蛍光効率及び熱伝導率が向上する。

（実施の形態２）
［２−１−１．蛍光体ホイールの構成］
以下、実施の形態２に係る蛍光体ホイールの構成について、図７〜図９を用いて説明する。図７は、実施の形態２に係る蛍光体ホイールの平面図である。図８は、実施の形態２に係る蛍光体ホイールの第１の蛍光体層の模式断面図（図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面の模式図）である。図９は、実施の形態２に係る蛍光体ホイールの第２の蛍光体層の模式断面図（図７のＩＸ−ＩＸ線における断面の模式図）である。

図７〜図９に示されるように、実施の形態２に係る蛍光体ホイール２は、基板２０４と、光反射層２０７と、第１の蛍光体層２０１と、第２の蛍光体層２０２と、接着層２０３と、開口部２０５と、モータ２０６とを備える。

基板２０４は、モータ２０６によって回転駆動される円盤状の板材である。基板２０４の材料は特に限定されないが、基板２０４は、例えば、アルミニウムによって形成される。アルミニウムは比較的熱伝導率が高いため、基板２０４の放熱性を高めることができる。また、基板２０４がアルミニウムによって形成されることにより、基板２０４の軽量化も実現される。図７に示されるように、基板２０４には開口部２０５（貫通孔）が設けられる。また、図８及び図９に示されるように、基板２０４の少なくとも一方の面には、光反射層２０７が形成される。

光反射層２０７は、言い換えれば、基板２０４の表面の反射率を向上（増加）させるための増反射膜であり、基板２０４の表面よりも高い反射率を有する。光反射層２０７は、例えば、銀または銀合金によって形成される。なお、詳細については図示されないが、光反射層２０７には、アンダーコート層とトップコート層とが含まれる。

接着層２０３は、光反射層２０７と第１の蛍光体層２０１とを接着する。また、接着層２０３は、光反射層２０７と第２の蛍光体層２０２とを接着する。接着層２０３は、基板２０４の光反射層２０７上において、蛍光体ホイール２の回転中心からの距離が等しい円周上に形成されている。基板２０４に設けられた開口部２０５と接着層２０３とは、合わせてリング状になるように形成されている。接着層２０３は、基材２３１を含む。基材２３１は、例えば、樹脂シリコーンによって形成される。接着層２０３（基材２３１）内には、光の反射率と接着層２０３の熱伝導率とを向上させる粒子２３２が含有されている。粒子２３２は、接着層２０３の基材２３１よりも熱伝導率が高く、かつ、光反射層２０７よりも光の反射率が高い。

第１の蛍光体層２０１及び第２の蛍光体層２０２は、励起光が照射されると蛍光を発する。第１の蛍光体層２０１及び第２の蛍光体層２０２のそれぞれは、平面視における接着層２０３の内側に、蛍光体ホイール２の回転中心からの距離が等しい円周上に、部分的なリング状（円弧状）に形成されている。つまり、第１の蛍光体層２０１及び第２の蛍光体層２０２のそれぞれは、周方向に沿う帯状に形成されている。

図８に示されるように、第１の蛍光体層２０１は、蛍光体粒子２１１と第１のバインダ２１２とで構成されている。また、図９に示されるように、第２の蛍光体層２０２は、蛍光体粒子２１３と第２のバインダ２１４とで構成されている。

蛍光体粒子２１１と、蛍光体粒子２１３とは互いに異なる。蛍光体粒子２１１は、例えば、黄色蛍光体粒子であり、蛍光体粒子２１３は、例えば、緑色蛍光体粒子である。

第１のバインダ２１２と第２のバインダ２１４とは、例えば、アルミナなど無機物質によって形成される。第１のバインダ２１２と第２のバインダ２１４とは、異なる材料で形成されてもよいし、同一の材料で形成されてもよい。

実施の形態１で説明された理由と同様の理由により、蛍光体ホイール２は、例えば、以下のように形成されるとよい。

・基板２０４の表面に形成される光反射層２０７は、９０％以上の反射率を有しているとよい。

・接着層２０３には、少なくとも酸化チタンによって形成された粒子２３２が含まれるとよい。

・接着層２０３の厚みは、３０μｍ以上８０μｍ以下であるとよい。

［２−１−２．効果等］
以上説明したように、蛍光体ホイール２は、蛍光体ホイール１と同様に、接着層２０３に粒子２３２が含まれることによって、蛍光効率及び熱伝導率が向上している。

なお、蛍光体層のセグメント数は、２つに限定されず、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。また、基板２０４には、開口部２０５が設けられなくてもよいし、２つ以上の開口部２０５が設けられてもよい。

［２−２−１．蛍光体ホイールを備える光源装置］
次に、実施の形態２に係る光源装置について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、実施の形態２に係る光源装置の構成を示す図である。

図１０に示されるように、実施の形態２に係る光源装置６は、蛍光体ホイール２と、複数のレーザ６０２とを備える。レーザ６０２は、励起光源の一例である。

また、光源装置６は、複数のコリメータレンズ６０３と、凸レンズ６０４と、拡散板６０５と、凹レンズ６０６と、ダイクロイックミラー６０７と、凸レンズ６０８と、凸レンズ６０９とを備える。これらの光学部品は、レーザ６０２からの出射光を蛍光体ホイール２に導光する光学系の一例である。また、光源装置６は、凸レンズ６１０と、凸レンズ６１１と、ミラー６１２と、レンズ６１３と、ミラー６１４と、レンズ６１５と、ミラー６１６と、レンズ６１７と、凸レンズ６１８と、カラーホイール６１９と、ロッドインテグレータ６２０とを備える。

複数のレーザ６０２のそれぞれから出射された光は当該レーザ６０２の出射側に配置されたコリメータレンズ６０３により平行光化される。複数のコリメータレンズ６０３の出射側には、複数のコリメータレンズ６０３から出射されるレーザ６０２の光をまとめて光束幅を小さくする凸レンズ６０４が配置される。凸レンズ６０４によって光束幅が小さくなった光は、凸レンズ６０４の出射側に位置する拡散板６０５に入射する。拡散板６０５では、凸レンズ６０４によって解消しきれなかった光束の不均一を低減する。なお、以下ではレーザ６０２が青色の波長域の光を出射する例について説明される。

拡散板６０５から出射された光は、凹レンズ６０６に入射する。凹レンズ６０６は、拡散板６０５から入射した光を平行光化する。

凹レンズ６０６から出射された平行光化された光は、凹レンズ６０６の出射側に配置されたダイクロイックミラー６０７に入射する。ダイクロイックミラー６０７は、光軸に対して４５℃の角度で配置されており、レーザ６０２から出射された光の波長域の光を反射し、かつ、蛍光体ホイール２から出射された蛍光の波長域の光を透過する特性を有している。したがって、ダイクロイックミラー６０７に入射した、凹レンズ６０６から出射された光は、ダイクロイックミラー６０７において反射した後、複数の凸レンズ６０８、凸レンズ６０９の順に入射することで、光束が収束した状態で蛍光体ホイール２に入射する。

蛍光体ホイール２は、第１の蛍光体層２０１、第２の蛍光体層２０２、及び、開口部２０５のいずれが、凸レンズ６０９に対向するように配置されている。蛍光体ホイール２がモータ２０６によって回転されると、第１の蛍光体層２０１、第２の蛍光体層２０２、及び、開口部２０５が順に凸レンズ６０９と対向する位置を通過する。つまり、蛍光体ホイール２が回転すると、第１の蛍光体層２０１、第２の蛍光体層２０２、及び、開口部２０５には、凸レンズ６０８及び凸レンズ６０９によって収束されたレーザ６０２の光が時系列に照射される。

まず、第１の蛍光体層２０１にレーザ６０２の光が照射された場合について説明する。第１の蛍光体層２０１に入射したレーザ６０２の光は、第１の蛍光に波長変換され、凸レンズ６０９に出射される。第１の蛍光は、レーザ６０２の光とは異なり、例えば、黄色光（赤色及び緑色の波長域の光）である。凸レンズ６０９に入射した第１の蛍光は、凸レンズ６０８に入射し平行光化して、ダイクロイックミラー６０７に入射する。

続いて、第２の蛍光体層２０２にレーザ６０２の光が照射された場合について説明する。第２の蛍光体層２０２に入射したレーザ６０２の光は、第２の蛍光に波長変換され、凸レンズ６０９に出射される。第２の蛍光は、レーザ６０２の光、及び、第１の蛍光のいずれとも異なり、緑色光（緑色の波長域の光）である。凸レンズ６０９に入射した第２の蛍光は、凸レンズ６０８に入射し平行光化して、ダイクロイックミラー６０７に入射する。

最後に、開口部２０５にレーザ６０２の光が照射された場合について説明する。開口部２０５を通過したレーザ６０２の光は、凸レンズ６１０及び凸レンズ６１１に順に入射し、平行光化される。

凸レンズ６１１から出射された平行光化された光は、３枚のミラー６１２、６１４、６１６と３枚のレンズ６１３、６１５、６１７で構成されたリレー光学系により、その進行方向を変えられた後、再び平行光化されてダイクロイックミラー６０７に入射する。この光（レーザ６０２の光）は、第１の蛍光及び第２の蛍光と９０度異なる方向からダイクロイックミラー６０７に入射する。

以上のように、ダイクロイックミラー６０７には、第１の蛍光、第２の蛍光、及び、レーザ６０２の光が時系列に入射する。上述のように、ダイクロイックミラー６０７は、レーザ６０２の光を反射し、第１の蛍光と第２の蛍光とを透過する特性を有している。このため、レーザ６０２の光は、ダイクロイックミラー６０７において反射して９０度進行方向が変わり、凸レンズ６１８に入射し、光束が収束される。第１の蛍光及び第２の蛍光は、ダイクロイックミラー６０７を透過して凸レンズ６１８に入射し、光束が収束される。凸レンズ６１８からは、第１の蛍光である黄色光と、第２の蛍光の光である緑色光と、レーザ６０２の青色光とが順次出射され、カラーホイール６１９に入射する。

カラーホイール６１９は、光を透過する第１領域と、赤色光のみを選択的に透過する第２領域を有する。カラーホイール６１９は、第１の蛍光がカラーホイール６１９に入射する期間の少なくとも一部において、上記第２領域が凸レンズ６１８に対向するように回転される。これにより、第１の蛍光は、カラーホイール６１９において赤色光に変換される。なお、このような蛍光体ホイール２とカラーホイール６１９との制御は、図示されない同期回路及びホイール駆動回路によって行われる。

そうすると、カラーホイール６１９からは、赤色光と、緑色光と、青色光とが順次出射され、出射された赤色光、緑色光、及び青色光は、ロッドインテグレータ６２０に入射する。ロッドインテグレータ６２０は、光均一化手段の一例である。

［２−２−２．効果等］
以上説明したように、光源装置６は、蛍光体ホイール２と、レーザ６０２と、レーザ６０２からの出射光を蛍光体ホイール２に導光する光学系とを備える。レーザ６０２は、励起光源の一例である。

このような光源装置６においては、蛍光体ホイール１の蛍光効率及び熱伝導率が向上する。

なお、赤色光と、緑色光と、青色光とが順次出射される光源の構成は、光源装置６のような構成に限定されない。例えば、第１の蛍光体層２０１に含まれる蛍光体粒子２１１が赤色蛍光体粒子であってもよい。つまり、第１の蛍光は、赤色光であってもよく、この場合、カラーホイール６１９は省略されてもよい。

また、蛍光体層のセグメント数は、２つに限定されず、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。

例えば、光源装置６は、第２の蛍光体層２０２が第１の蛍光体層２０１に置換された蛍光体ホイール２を備えてもよい。このような、蛍光体ホイール２は、蛍光体層のセグメント数が１つであるが、カラーホイール６１９が、赤色光を透過する領域と緑色光を透過する領域を有することにより、赤色光と、緑色光と、青色光とが順次出射される。

また、レーザ６０２が出射する光は、青色ではなく紫外光であってもよい。この場合、蛍光体ホイール２において、開口部２０５の代わりに、紫外光によって励起されて青色光を出射する第３の蛍光体層が配置されてもよい。第３の蛍光体層は、青色蛍光体粒子を含むことにより青色光を出射する。このような蛍光体ホイール２は、蛍光体層のセグメント数が３つである。

また、第１の蛍光体層２０１と第２の蛍光体層２０２とが隣接しないように、第１の蛍光体層２０１と第２の蛍光体層２０２との境界にさらに開口部が設けられてもよい。

［２−３−１．光源装置を備える投写型映像表示装置］
次に、実施の形態２に係る投写型映像表示装置について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、実施の形態２に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。

図１１に示されるように、投写型映像表示装置１６は、上述の光源装置６を備える。また、投写型映像表示装置１６は、凸レンズ６２１と、凸レンズ６２２と、凸レンズ６２３と、全反射プリズム６２４と、ＤＭＤ６２６と、投写レンズ６２７とを備える。

なお、以下の説明においては、光源装置６の詳細に関しては省略され、ロッドインテグレータ６２０から出射される光の挙動について説明する。

ロッドインテグレータ６２０から出射された白色光は、凸レンズ６２１、凸レンズ６２２、及び凸レンズ６２３の３枚の凸レンズで構成されたリレーレンズ系によって、後述するＤＭＤ６２６に写像される。

リレーレンズ系を構成する凸レンズ６２１、凸レンズ６２２、及び凸レンズ６２３を透過した光は、全反射プリズム６２４に入射する。全反射プリズム６２４は、２つのガラスブロックを有し、２つのガラスブロックの間には微小ギャップ６２５が設けられている。全反射プリズム６２４に入射した光は、微小ギャップ６２５に臨界角以上の入射角で入射することで全反射し、ＤＭＤ６２６に入射する。

ＤＭＤ６２６には、図示されない回路によって、蛍光体ホイール２およびカラーホイール６１９と同期した映像信号が供給され、供給された映像信号（画像情報）に対応して各画素のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。これにより、ＤＭＤ６２６に入射した光の反射方向が画素ごとに変わる。

ＤＭＤ６２６においてＯＮ状態の画素によって反射された光は、全反射プリズム６２４に入射する。全反射プリズム６２４に入射した光は、微小ギャップ６２５に臨界角よりも小さい角度で入射し、微小ギャップ６２５をそのまま透過する。微小ギャップ６２５を透過した光は、投写レンズ６２７によって、図示されないスクリーンに拡大投写される。

［２−３−２．効果等］
以上説明したように、投写型映像表示装置１６は、光源装置６を備える。このような投写型映像表示装置１６においては、蛍光体ホイール２の蛍光効率及び熱伝導率が向上する。

（まとめ）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１〜２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

例えば、上記実施の形態の断面図に示される積層構造は、一例であり、本開示は上記積層構造に限定されない。つまり、上記積層構造と同様に、本開示の特徴的な機能を実現できる積層構造も本開示に含まれる。例えば、上記積層構造と同様の機能を実現できる範囲で、上記積層構造の層間に別の層が設けられてもよい。

また、上記実施の形態では、積層構造の各層を構成する主たる材料について例示しているが、積層構造の各層には、上記積層構造と同様の機能を実現できる範囲で他の材料が含まれてもよい。

また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の各実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲また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。

本開示の蛍光体ホイールは、投写型映像表示装置、または、その他の照明装置などに適用可能である。

１、２ 蛍光体ホイール
５、６ 光源装置
１５、１６ 投写型映像表示装置
１０１ 蛍光体層
１０３、２０３ 接着層
１０４、２０４ 基板
１０６、２０６ モータ
１０７、２０７ 光反射層
１１１、２１１、２１３ 蛍光体粒子
１１２ バインダ
１３１、２３１ 基材
１３２、２３２ 粒子
２０１ 第１の蛍光体層
２０２ 第２の蛍光体層
２０５ 開口部
２１２ 第１のバインダ、
２１４ 第２のバインダ
３０１、３０２、４０１、４０２、４０３ グラフ
５０２ 第１のレーザ
５０３、５２３、６０３ コリメータレンズ
５０４、５０８、５０９、５１０、５２４、５３１、５３２、５３３、６０４、６０８、６０９、６１０、６１１、６１８、６２１、６２２、６２３ 凸レンズ
５０５、５２５、６０５ 拡散板
５０６、５２６、６０６ 凹レンズ
５０７、６０７ ダイクロイックミラー
５１１、６２０ ロッドインテグレータ
５２２ 第２のレーザ
５３４、６２４ 全反射プリズム
５３５、５３７、６２５ 微小ギャップ
５３６ カラープリズム
５３８、５３９、５４０、６２６ ＤＭＤ
５４１、６２７ 投写レンズ
６０２ レーザ
６１２、６１４、６１６ ミラー
６１３、６１５、６１７ レンズ
６１９ カラーホイール

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板の一方の面に形成された光反射層と、
   蛍光体層と、
   前記光反射層と前記蛍光体層との間に位置し、前記光反射層と前記蛍光体層とを接着する接着層とを備え、
   前記接着層は、前記接着層の基材よりも熱伝導率が高い粒子であって、前記光反射層よりも光の反射率が高い粒子を含有している
   蛍光体ホイール。
2. 前記光反射層は、銀合金を含み、かつ、光の反射率が９０％以上である
   請求項１に記載の蛍光体ホイール。
3. 前記接着層の厚みは、３０μｍ以上８０μｍ以下である
   請求項１に記載の蛍光体ホイール。
4. 前記接着層に含有される前記粒子は、酸化チタンによって形成される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール。
5. 前記接着層に含有される前記粒子は、アルミナによって形成される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール。
6. 前記接着層に含有される前記粒子には、酸化チタンによって形成された粒子と、アルミナによって形成される粒子とが含まれる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール。
7. 前記基板は、円盤状であり、
   前記蛍光体層及び前記接着層は、前記基板の周方向に沿う帯状である
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の蛍光体ホイールと、
   励起光源と、
   前記励起光源からの出射光を前記蛍光体ホイールに導光する光学系とを備える
   光源装置。
9. 請求項８に記載の光源装置を備える投写型映像表示装置。
10. 基板の一方の面に光反射層を形成し、
    蛍光体層を成形し、
    前記光反射層上に接着層を形成し、
    成形された前記蛍光体層を前記接着層上に載置することにより、成形された前記蛍光体層を前記光反射層に接着固定し、
    前記接着層は、前記接着層の基材よりも熱伝導率が高い粒子であって、前記光反射層よりも光の反射率が高い粒子を含有している
    蛍光体ホイールの製造方法。

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