(57)【要約】  本発明は、簡単な構造で蛍光体の冷却を良好に行うことのできる蛍光体発光装置を実現するもので、励起光により蛍光を発生する蛍光体と、前記蛍光体を担持する蛍光体担持体とを備えた蛍光体発光装置であって、前記蛍光体担持体は、平板状とされ、前記蛍光体が形成される領域には垂線を前記蛍光体担持体の上面の垂線と同じとする直垂体が形成されている。
2012039168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光により蛍光を発生する蛍光体と、前記蛍光体を担持する蛍光体担持体とを備えた蛍光体発光装置であって、
前記蛍光体担持体は、平板状とされ、前記蛍光体が形成される領域には垂線を前記蛍光体担持体の上面の垂線と同じとする直垂体が形成されていることを特徴とする蛍光体発光装置。
【請求項２】
請求項１記載の蛍光体発光装置において、
前記蛍光体の上面と、前記蛍光体担持体の上面が同一面を形成することを特徴とする蛍光体発光装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の蛍光体発光装置において、
前記蛍光体を覆う、透明かつ熱導伝性を備えた平板を備えることを特徴とする蛍光体発光装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の蛍光体発光装置において、
前記蛍光体担持体の、前記蛍光体が形成される面の裏面の、少なくとも前記蛍光体が形成される領域に対応する箇所には、放熱フィンが形成されていることを特徴とする蛍光体発光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の蛍光体発光装置において、
前記放熱フィンは、その形状がファンとしての機能を果たす形状であることを特徴とする蛍光体発光装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の蛍光体発光装置において、
前記蛍光体担持体は、回転軸を中心として回転する円板状であり、前記蛍光体が形成される領域は、前記回転軸を中心に前記蛍光体担持体上にドーナッツ状もしくは円弧状に形成されていることを特徴とする蛍光体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光により蛍光を発生する蛍光体を備えた蛍光体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）プロジェクタのようなスクリーンに画像を投射するプロジェクタの光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を用いる技術が注目されている（特許文献１参照）。【０００３】
ＬＥＤは寿命が長くまた信頼性が高いことに起因して、ＬＥＤを光源とするプロジェクタには長寿命で高信頼という利点がある。【０００４】
しかしながら、その一方でＬＥＤの光はプロジェクタ用としては輝度が低いので、ＬＥＤを光源としてプロジェクタに十分な輝度の映像を得るのは容易ではない。光源からの光を表示パネルがどれだけ投射光として利用できるかはエテンデューにより制限される。つまり、光源の発光面積と放射角との積の値を、表示パネルの入射面の面積と照明光学系のＦナンバーで決まる取り込み角との積の値以下にしなければ、光源からの光を効率良く投射光として利用できない。【０００５】
ＬＥＤによる光源では発光面積を大きくすれば光量を上げることはできるが、発光面積が大きくなれば光源のエテンデューが大きくなってしまう。エテンデューの制限からプロジェクタの光源としては発光面積を大きくせず光量を上げることが望まれるが、ＬＥＤによる光源で発光面積を大きくせずに光量を上げるのは困難である。【０００６】
特許文献２には、励起光を発生する固体励起光源と、励起光照射によりそれぞれ異なる波長の蛍光を発生する蛍光体層と、を備えたプロジェクタが開示されている。【０００７】
特許文献３は、特許文献２に開示される装置では、蛍光体層の同じ部分に励起光が照射されることから、蛍光体の温度上昇に起因する波長変換効率の低下や、経年的な性能劣化を問題点とし、蛍光体層を移動させて励起光の照射位置を変化させることで蛍光体の温度上昇を抑制する発光装置が開示されている。【０００８】
図１は、特許文献３に開示されるような、蛍光体層を移動させて励起光の照射位置を変化させる発光装置の構造を示す断面図である。【０００９】
図１（ａ）に示される装置は、軸６０２を中心として回転する円形平板状のホイール板６０１の上に、蛍光体６０３をドーナッツ状に形成したものである。蛍光体６０３は、励起用レーザ光６０４の入射により蛍光６０５を発生するもので、発生した蛍光６０５は、不図示の集光光学系により集光されて照明光として利用される。蛍光体６０３はホイール板６０１と同心的に配置されており、ホイール板６０１の回転により励起用レーザ光６０４の照射位置が変化することとなる。【００１０】
図１（ｂ）および図１（ｃ）は、励起用レーザ光６０４の照射による蛍光６０５の発生状態を示す図である。図１（ｃ）に示される例では、蛍光体６０３は図１（ｂ）に示される例よりも厚く形成されている。【００１１】
図１（ｂ）に示される例は、蛍光体６０３は薄く形成されているため、励起用レーザ光６０４をすべて吸収できず、一部は反射した反射光６０６となる。このため、照明光として蛍光６０５に不要な反射光６０６が含まれてしまい、色が悪くなってしまう。【００１２】
図１（ｃ）に示される例では、蛍光体６０３が十分に厚いものであるため、反射光が発生することはない。蛍光体６０３は、励起用レーザ光６０４の照射により発生した熱は、ホイール板６０１に伝達されることにより蛍光体６０３の冷却が行われる。ホイール板６０１は蛍光体６０３の温度が上昇することを防ぐために冷却機構（不図示）により冷却されている。【００１３】
図１（ｂ）に示されるように、蛍光体６０３が薄く形成されている場合には、蛍光体６０３の冷却は良好に行われる。図１（ｃ）に示されるように、蛍光体６０３が厚い場合には、ホイール板６０１に近い部分の蛍光体６０３については冷却が良好に行われることとなるが、励起用レーザ光６０４が照射される蛍光体６０３の上面近傍部分については冷却が不十分となり、温度が上昇していまい、劣化が激しくなってしまう。【００１４】
蛍光体６０３の厚さとして、蛍光体６０３を十分に冷却可能とするために５〜１０ミクロン程度とする場合が挙げられ、また、励起用レーザ光６０４の吸収を十分とするために２００〜３００ミクロン程度とする場合が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−１８６１１０号公報
【特許文献２】特許第３９６７１４５号公報
【特許文献３】特開２０１０−８６８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図１に示したような、蛍光体層を移動させて励起光の照射位置を変化させる発光装置では、蛍光体内で励起用レーザ光が散乱するため、蛍光体における発光面積は、蛍光体に照射される励起用レーザ光のスポットサイズよりも大きくなる。【００１７】
プロジェクタに用いられる光源は点光源であることが理想であり、発光面積が大きくなることは問題である。発光面積が大きくなることを会費するために、ドーナッツ状に形成される蛍光体の幅を狭くすることが考えられるが、このような構成とした場合には、励起用レーザ光の照射位置を精度良く制御する必要がある。温度変化や形状変化により励起用レーザ光の照射位置が蛍光体からずれた場合には、ホイール板で反射されてしまう可能性がある。【００１８】
また、図１に示した発光装置では、ホイール板の上に蛍光体が単品で盛られた形状であるため、欠けやすいものとなっている。【００１９】
さらに、ホイール板を冷却する構成とされている。ホイール板を冷却する具体的な構成としては、送風を行うためのファンや、熱交換を行うためのペルチェ素子など、光源として必須でない部材が必要となり、構成が複雑化してしまう。特に、ペルチェ素子を用いる場合には、回転するホイール板に取り付ける必要があるため、回転させるための駆動機構にはより高い能力のものを用いることが必要となってしまう。【００２０】
本発明は、簡単な構造で蛍光体の冷却を良好に行うことのできる蛍光体発光装置を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の蛍光体発光装置は、励起光により蛍光を発生する蛍光体と、前記蛍光体を担持する蛍光体担持体とを備えた蛍光体発光装置であって、
前記蛍光体担持体は、平板状とされ、前記蛍光体が形成される領域には垂線を前記蛍光体担持体の上面の垂線と同じとする直垂体が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、簡単な構造で蛍光体の冷却を良好に行うことができる。【００２３】
本発明によれば、エネルギー密度の高いレーザを励起光として蛍光体に集光し、その集光された場所から発せられる蛍光を用いているので、エテンデューが小さく、より長寿命かつ高輝度の照明光学系を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１（ａ）は、蛍光体層を移動させて励起光の照射位置を変化させる発光装置の構造を示す断面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、励起用レーザ光６０４の照射による蛍光６０５の発生状態を示す図である。
【図２】本発明による蛍光体発光装置の一実施形態の要部構成を示す図であり、図２（ａ）は、部分平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ’線断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）の部分拡大図である。
【図３】本発明による蛍光体発光装置の第２の実施形態の要部構成を示す図であり、図３（ａ）は、部分平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】本発明による蛍光体発光装置の第３の実施形態の要部構成を示す断面図である。
【図５】本発明による蛍光体発光装置の第４の実施形態の要部構成を示す断面図である。
【図６】本発明による蛍光体発光装置の第５の実施形態の要部構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
図２は本発明による蛍光体発光装置の一実施形態の要部構成を示す図である。図２（ａ）は、部分平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ’線断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）の部分拡大図である。
【００２７】
本実施形態も図１に示した発光装置と同様に、軸を中心として回転する円形平板状のホイール板１０１の上に、蛍光体１０２をドーナッツ状に形成したものである。ホイール板１０１の蛍光体１０２が形成される箇所には、ホイール板１０１の上面側を頂点とする複数の円錐状の突起である錐１０３が形成されており、蛍光体１０２は錐１０３の間に入り込む形態とされている。
【００２８】
励起用レーザ光線は蛍光体１０２の上部から蛍光体１０２に入射する。励起用レーザ光線のほとんどは図２（ｃ）の入射光路ｂ、ｄに示される錐１０３の側面に入射するものであり、側面で多重反射して錐の底面に向かい、その過程で蛍光体１０２に吸収される。錐の底面に入射する光路ｃにより入射する励起用レーザも底面に届く過程で蛍光体１０２に吸収される。光錐の頂点に入射する光路ａにより入射する励起用レーザ光は反射されるが、その割合は全体から見れば極わずかであり、影響もほとんど無いと言える。
【００２９】
蛍光体１０２の冷却は、ホイール板１０１および蛍光体１０２の材料、錐１０３の高さおよび底面の半径ｐが支配的なものとなり、本実施形態の構成とすることにより、光吸収を十分に行いながら冷却を行うことができる。
【００３０】
なお、錐１０３は円錐状のものとして説明したが、角錐状のものであっても当然よい。
【００３１】
図３は本発明による蛍光体発光装置の第２の実施形態の要部構成を示す図である。図３（ａ）は、部分平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＢ−Ｂ’線断面図である。
【００３２】
本実施形態も、軸を中心として回転する円形平板状のホイール板２０１の上に、蛍光体２０２をドーナッツ状に形成したものである。ホイール板２０１の蛍光体２０２が形成される箇所には、複数の円錐状の突起である錐２０３が形成されており、蛍光体２０２は錐２０３の間に入り込む形態とされている。
【００３３】
本実施形態における錐２０３は、その頂点がホイール板２０１の内部とされ、ホイール板２０１の上面よりも低い位置とされ、蛍光体２０２の上面はホイール板２０１の上面と同じ位置とされている。これにより、蛍光体２０２はホイール板２０１に形成された錐２０３を含む溝に埋設される形態となり、蛍光体２０２に賭けが発生することはない。また、蛍光体２０２の発光面積は上記の溝に規制されることとなる。図３（ａ）に示されるＢ−Ｂ’線方向に関しては、溝の幅を超えることが無くなり、発光面積を安定したものとすることができる。
【００３４】
図４は本発明による蛍光体発光装置の第３の実施形態の要部構成を示す断面図である。
【００３５】
本実施形態は、図３に示した第２の実施形態の蛍光体発光装置の上面に、平板状の透明かつ熱導伝性を備えた熱導伝体３０１を設けたものである。熱導伝体３０１の材料としては、サファイアやＳｉＣが挙げられる。
【００３６】
熱導伝体３０１を設けたことにより、蛍光体２０２の上面からも放熱を行なわれることとなり、冷却効果をより高いものとすることができる。
【００３７】
図５は本発明による蛍光体発光装置の第４の実施形態の要部構成を示す断面図である。
【００３８】
本実施形態におけるホイール板４０１には、蛍光体４０２が形成される面と反対側の面に、放熱フィン４０４が形成されている。蛍光体４０２および錐４０３は、図２に示した蛍光体１０２および錐１０３と同様のものである。
【００３９】
放熱フィン４０４はホイール板４０１の一面に形成することとしてもよく、また、蛍光体４０２の形成領域に対応する箇所にのみ形成することとしてもよい。
【００４０】
放熱フィン４０４は、図３に示した第２の実施形態や図４に示した第３の実施形態の蛍光体発光装置に設けることとしても当然よく、本発明にはこれらの形態も含まれる。放熱フィン４０４を設けたことにより、各実施形態の蛍光体発光装置に比較して冷却効果をより高いものとすることができる。
【００４１】
図６は本発明による蛍光体発光装置の第５の実施形態の要部構成を示す平面図である。
【００４２】
本実施形態におけるホイール板５０１は、図５に示した実施形態における放熱フィンをファンの機能を果たす形状の放熱フィン５０２としたものである。図６は放熱フィン５０２が形成される側から見た平面図である。この他の構成は、図５に示した実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【００４３】
本実施形態においては、放熱フィン５０２により空気の流れが形成されるため、第４の実施形態の蛍光体発光装置に比較して冷却効果をより高いものとすることができる。
【００４４】
なお、以上説明した各実施形態において、錐は、ホイール板の上面側を頂点とするものとして説明した。この逆となる、ホイール板の上面側を底面とする内部が空隙の錐であっても同様の効果を得ることができることは自明である。錐の形態としては、励起用レーザ光の入射方向が錐の垂線に一致する直錐体であることが望ましい。このため、各実施形態における錐は、ホイール板の上面と錐の垂線が一致するものとされた直錐体とされている。このような構成とすることにより、ホイール板の上面に垂直に入射した励起用レーザ光は効率よく吸収されるとともに蛍光体に対して十分な冷却が行われるものとなっている。
【００４５】
また、各実施形態では、蛍光体は回転するホイール板状にドーナッツ状に形成されるものとして説明した。これは、蛍光体の冷却を考慮したものである。上記のように、本実施形態のものでは、蛍光体の冷却が効率よく行われるので、蛍光体担持体は移動していなくてもよい。また、ホイール板上の一部に円弧状に形成されてもよく、本発明はこれらのような形態をも含む。
【符号の説明】
【００４６】
１０１    ホイール板
１０２    蛍光体
１０３    錐
３０１    熱導電体
４０４，５０２    放熱フィン
【図１】
2012039168.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2012039168.tif 000009
2012039168.tif 000010