(57)【要約】      （修正有）【課題】蛍光体膜から蛍光光をより効率よく出力させる。【解決手段】蛍光体部材（200）は、基板（210）と、基板の上に配置された蛍光体層（220）とを含み、蛍光体層は、励起光を蛍光光に変換する蛍光体粒子を含む蛍光体膜（222）と、蛍光体膜における基板側面から出射する励起光及び蛍光光を、蛍光体膜に向けて反射する第１光反射層（223）と、蛍光体膜の側面を覆って配置され、蛍光体膜を透過して蛍光体膜の側面から出射する励起光又は蛍光光を蛍光体膜に向けて反射する第２光反射層（224,225）と、を含んで構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に配置された蛍光体層と、を含む蛍光体部材であって、
前記蛍光体層は、
励起光を蛍光光に変換する蛍光体粒子を含む蛍光体膜と、
前記蛍光体膜における基板側面に接して配置され、前記基板側面から出射する前記励起光及び前記蛍光光を、前記蛍光体膜に向けて反射する第１光反射層と、
前記蛍光体膜の側面を囲んで配置され、前記側面から出射する前記励起光又は前記蛍光光を前記蛍光体膜に向けて反射する第２光反射層と、を含んで構成される、
ことを特徴とする蛍光体部材。
【請求項２】
請求項１に記載の蛍光体部材であって、
前記第１光反射層は、前記基板側面に一体的に形成され、
前記基板における蛍光体層側面、及び前記第１光反射層における前記基板側面を接着する接着層を更に含む、
ことを特徴とする蛍光体部材。
【請求項３】
請求項１に記載の蛍光体部材であって、
前記第１光反射層は前記基板における蛍光体層側面に一体的に形成され、
前記第１光反射層における前記蛍光体層側面及び前記蛍光体膜における前記基板側面を接着し、透光性を有する接着層を更に含み、
前記第２光反射層は、前記接着層の側面を更に囲んで配置される、
ことを特徴とする蛍光体部材。
【請求項４】
請求項１、２、又は３のいずれか一つに記載の蛍光体部材であって、
前記蛍光体層は、
前記蛍光体膜における前記基板側面とは反対側に位置する前記励起光の入射面に、空気層から前記蛍光体膜に前記励起光が入射する際の反射率よりも低い反射率で前記蛍光体膜に前記励起光を入射させるための反射防止層を更に含み、
前記第２光反射層は、前記反射防止層の側面を更に囲んで配置される、
ことを特徴とする蛍光体部材。
【請求項５】
請求項１に記載の蛍光体部材であって、
前記蛍光体膜における前記基板側面とは反対側に位置する前記励起光の入射面は、前記励起光が入射する入射径の１〜３倍の幅を有して形成される、
ことを特徴とする蛍光体部材。
【請求項６】
請求項１に記載の蛍光体部材と、
前記励起光を発生させる励起光源と、を備えることを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体部材及びそれを用いた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野において、固体光源から出射する励起光を蛍光体により可視光に変換して効率良く発光する光源装置が提案されている。特許文献１には、光源から出射した励起光（青色レーザ光）を、蛍光体が形成された円板（蛍光体ホイール）に照射し、複数の蛍光光（赤色光、緑色光）を発光させて照明光として用いる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蛍光体膜に含まれる蛍光体粒子が励起光を蛍光光に変換すると、蛍光光は蛍光体膜の全方向に向かって出射する。これに対し、蛍光体膜から蛍光光を取りだす面は蛍光光の出射面に限られるので、出射面とは異なる方向に向かって出射した蛍光光は、出射面からは出力されない。これは蛍光光の損失につながっている。よって、蛍光光の損失を防ぎ、蛍光光の出力をより向上させる工夫が求められている。
【０００５】
本発明の目的は、上記実情に鑑みてなされたものであり、蛍光体膜から蛍光光をより効率よく出力させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を備える。その一例を挙げるならば、基板と、前記基板の上に配置された蛍光体層と、を含む蛍光体部材であって、前記蛍光体層は、励起光を蛍光光に変換する蛍光体粒子を含む蛍光体膜と、前記蛍光体膜における基板側面に接して配置され、前記基板側面から出射する前記励起光及び前記蛍光光を、前記蛍光体膜に向けて反射する第１光反射層と、前記蛍光体膜の側面を囲んで配置され、前記側面から出射する前記励起光又は前記蛍光光を前記蛍光体膜に向けて反射する第２光反射層と、を含んで構成される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、蛍光体膜の発光効率を向上させることができる。上記以外の本発明の目的・構成・効果については以下の実施形態で明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】プロジェクタの内部構成を説明する斜視図
【図２】光源装置の概略構成図
【図３】蛍光体部材の一例を示す断面図
【図４】蛍光体部材の他例を示す断面図
【図５】蛍光光の出力に関する光反射層の作用効果を示す図
【図６】レーザスポット径に対する蛍光体膜サイズを示す図
【図７】蛍光体膜に励起光を照射した際の輝度計撮影図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
以下、本実施形態に係る蛍光体部材及びそれを用いた光源装置を搭載したプロジェクタについて図１を参照して説明する。図１はプロジェクタの内部構成を説明する斜視図である。
【００１１】
図１に示す通り、プロジェクタ１では、箱状の下側筐体５の図１中における左側面の前側に配置された電源ユニット２からの電源供給を受けて、左側面の奥側に配置された光源ユニット３より光が出射し、図中の背面後部に配置された光学ユニット４に入射する。冷却ファン１０は光源ユニット３に隣接して配置され、光源ユニット３と電源ユニット２との間に配置されている。
【００１２】
冷却ファン１０を駆動する駆動回路は、電源ユニット２内に設けても良いし、下側筐体５内の空きスペースに設けても良い。
【００１３】
光学ユニット４に入射した光、即ち光源ユニット３からの出射光は、最終的に投影レンズ９の投射レンズ出射部９ｂより拡大され図示していないスクリーンに投影される。
【００１４】
下側筐体５の側面には通風ダクト吸気口７１ａが設けられている。通風ダクト７１は、光学部品冷却風に光学系以外の冷却風が混入しないように設置され、内部に設置されたパネル冷却ファンを用いて通風ダクト吸気口７１ａより外気を取り入れている。
【００１５】
通風ダクト吸気口７１ａから取り込まれた冷却風は、通風ダクト７１により整流され、下側筐体５に収容された各部品周囲を通過し、これらを冷却する。
【００１６】
図２は、図１の光源ユニット３を構成する光源装置の概略構成図である。光源装置１００は、主な構成要素として励起光源１０５、ミラー１０４、蛍光体部材２００を有する。
【００１７】
蛍光体部材２００は、大きくは基板２１０と、基板２１０の光出射方向側の面（表面）に積層された蛍光体層２２０とを含む。
【００１８】
励起光源１０５はレーザ発光素子などの固体発光素子を１個以上配置し、励起光として例えば青色レーザ光を出射する。
【００１９】
励起光源１０５から出射された励起光１１０（実線で示す）は、コリメートレンズ１０６により略平行光となり、波長板１０７を通過してミラー１０４に入射する。
【００２０】
ミラー１０４は励起光（青色）の波長域を反射し、蛍光光の波長域（黄色）を透過する特性を有するダイクロイックコートがされており、また合わせて偏光状態により青色光の反射波長が異なるように設計されている。
【００２１】
励起光源１０５から入射した励起光１１０の一部はミラー１０４にて反射し、集光レンズ１０３ａで集光されて、基板２１０に入射する。また励起光１１０の一部はミラー１０４を透過し集光レンズ１０３ｂにより集光されて拡散板１０８に入射する。
【００２２】
この際のミラー１０４における反射光と透過光との比率は、拡散板１０８の角度により調整することができる。
【００２３】
蛍光体層２２０に励起光が入射すると蛍光光が発生する。蛍光光は集光レンズ１０３ａで略平行光となりミラー１０４に入射する。入射した蛍光光はミラー１０４の分光特性によりミラー１０４を透過する。
【００２４】
また拡散板１０８に入射した励起光１１０は、拡散板１０８で拡散反射したのちにミラー１０４で一部の光が反射されて、前述の蛍光光と混色されて白色光１１１として放射される。
【００２５】
この際、拡散板１０８で拡散反射されることで、蛍光光と混色されるレーザ光は基板２１０から発生する蛍光光と同一の分布となり、混色ムラを抑制することができる。
【００２６】
また図２のように蛍光体層２２０へ入射する励起光を集光する集光レンズ１０３ａの周囲を、励起光が通過するようにレーザを配置することで、蛍光体層２２０に対しての入射角を大きくすることが可能となる。この構成により、蛍光体層２２０から効率良く蛍光光を発生させることで、励起光源１０５の省電力化や装置の小型化を実現できる。
【００２７】
図３、図４を参照して蛍光体部材の構成について説明する。図３は蛍光体部材の一例を示す断面図である。図４は蛍光体部材の他例を示す断面図である。
【００２８】
図３の蛍光体部材２００は、基板２１０における励起光入射面側（表面）２１０ａに接着層２３０を介して蛍光体層２２０を積層して構成される。
【００２９】
（基板２１０）
蛍光体部材２００は、基板２１０として蛍光体ホイールを用いる。蛍光体ホイールは、円板状の蛍光体層保持部２１１と、蛍光体層保持部２１１を中心に回転させるモータに連結される回転中心軸２１２とを含んで構成する。
【００３０】
そして、回転中心軸２１２を中心に蛍光体層保持部２１１が回転させることで、励起光が蛍光体層２２０に局所的に入射し、局所的に高温になることを抑止する。
【００３１】
蛍光体層２２０は、回転中心軸２１２を中心とするリング状に形成され、基板２１０に接着層２３０を介して固定される。
【００３２】
蛍光体層２２０は、蛍光体膜２２２と、蛍光体膜２２２における基板側面（裏面）に第１光反射層２２３とを備える。更に、蛍光体膜２２２における基板側面とは反対側の面（表面）にＰＶＤにより一体的に形成された反射防止層２２１を含んで構成される。
【００３３】
更に蛍光体層２２０は、蛍光体層２２０の径方向内側面を覆う内側光反射層２２４、及び径方向外側面を覆う外側光反射層２２５を備えている。つまり、蛍光体層２２０の反射防止層２２１及び蛍光体膜２２２の側面は内側光反射層２２４及び外側光反射層２２５で囲まれて形成される。よって、内側光反射層２２４及び外側光反射層２２５は蛍光体膜２２２の側面を囲む第２光反射層に相当する。
【００３４】
上記「ＰＶＤ」にはスパッタリングや蒸着法等が含まれるものとし、一つの蒸着法に限定されない。なお、ＰＶＤによる蒸着順序も限定されない。すなわち、蛍光体膜２２２に対して反射防止層２２１又は第１光反射層２２３のどちらを先に行ってもよい。
【００３５】
（第１光反射層２２３、内側光反射層２２４、外側光反射層２２５）
第１光反射層２２３、内側光反射層２２４、及び外側光反射層２２５は励起光及び蛍光光の其々に対する反射率が９５％以上であって、反射率は高ければ高いほどよく、材質は限定されない。例えば、Ａｇ膜を第１光反射層２２３、内側光反射層２２４、外側光反射層２２５として用い、蛍光体膜２２２の裏面及び蛍光体膜２２２及び反射防止層２２１の側面にＡｇ膜を直接形成してもよい。
【００３６】
（蛍光体膜２２２）
蛍光体膜２２２は蛍光体膜２２２内に入射した励起光を蛍光光に変換し、蛍光光を蛍光体膜２２２の外に出射される機能性膜であって、材質は特に限定されない。例えば、蛍光体膜２２２は蛍光体粒子と酸化アルミニウム（アルミナ）とを含む焼結体相と空気相とから構成されてもよい。蛍光体粒子はＹＡＧ、又はＬＡＧであって、焼結体相に含まれるアルミナの平均粒子径が１μｍ以上５０μｍ以下であり、蛍光体膜に占める空気相が５ｖｏｌ．％以下であって、蛍光体膜の膜厚が５０μｍ以上２００μｍ以下である蛍光体膜を用いてもよい。
【００３７】
（反射防止層２２１）
励起光が蛍光体膜２２２の表面に入射するとき、蛍光体膜２２２の表面と空気層の屈折率差が大きく、励起光の蛍光体膜２２２の表面での反射率が大きいことで十分に励起光を蛍光体膜２２２の内部に透過することができず、蛍光光出力が低くなる。
【００３８】
そこで、蛍光体膜２２２の表面に励起光の反射率を１％以下にする機能を有する反射防止層２２１を設けることで、励起光の反射率は小さくなり、蛍光光出力は高くなる。反射防止層２２１は励起光の垂直入射光に対して表面反射率が１％以下になる構成であれば良く、単層又は複数層から構成しても良い。
【００３９】
（接着層２３０）
接着層２３０は、材質、膜厚等は特に限定されないが、蛍光体層２２０内で生じた励起光を蛍光光に変換する際に生じる熱を基板２１０に伝熱する際に妨げにならなないように、放熱性を有することが望ましい。例えば図３のように第１光反射層２２３と基板２１０との間に位置する接着層２３０は、透光性が不要であるので金属成分を含むハンダやシリコン樹脂などの有機物を含む接着剤を使用した接着層２３０を使用してもよい。
【００４０】
他例として、図４に示すように、蛍光体部材２００ａは、蛍光体層保持部２１１の蛍光体層側面（表面）２１０ａに光反射層を塗布して第１光反射層２２３ａを蛍光体層保持部２１１と一体に形成してもよい。この場合、蛍光体層２２０ａは、第１光反射層２２３ａ上に配置された接着層２３０ａと、その上に順に積層された蛍光体膜２２２及び反射防止層２２１を含んで形成される。更に蛍光体層２２０ａは、接着層２３０ａ、蛍光体膜２２２、及び反射防止層２２１の径方向内側面を覆う内側光反射層２２４ａと、接着層２３０ａ、蛍光体膜２２２、及び反射防止層２２１の径方向外側面を覆う外側光反射層２２５ａとを含む。蛍光体層２２０ａに含まれる接着層２３０ａは、透光性を有する部材、例えばシリコンを用いて構成される。
【００４１】
図５、図６、図７を参照して、本実施形態に係る蛍光体部材２００、２００ａの作用効果について説明する。図５は蛍光光の出力に関する光反射層の作用効果を示す図である。図６はレーザスポット径に対する蛍光体膜サイズを示す図である。図７は蛍光体膜に励起光を照射した際の輝度計撮影図である。
【００４２】
図５の左図は、蛍光体膜２２２の裏面及び側面が露出している例を示す。本例では蛍光体膜２２２を配置し、光反射層は備えない。
【００４３】
図５の左例に示すように、蛍光体膜２２２の蛍光体粒子から出射した蛍光光は全方向に出射されるため、出射された蛍光光の一部が蛍光体膜２２２の裏面や側面、また蛍光光の出射面（励起光の入射面を兼ねる）２２２ａから外へ出力されるが、残りは蛍光体膜２２２内の蛍光体粒子とバインダ゛の界面との間で透過と反射を繰り返し減衰することで損失する。よって、図５の左例では、蛍光体粒子から出射した蛍光光のうちの一部しか蛍光体膜２２２の出射面２２２ａから出射されない。
【００４４】
これに対し、図５の右例は、蛍光体膜２２２の裏面及び側面が第１光反射層２２３、内側光反射層２２４、及び外側光反射層２２５で覆われる。
【００４５】
更に図５の右例では、左例に比べて蛍光体膜サイズが小さい。具体的には図６に示すようにレーザスポットの径方向幅に対して、蛍光体膜サイズの径方向幅が１〜３倍の範囲内に形成される。
【００４６】
これにより、蛍光体膜２２２内で蛍光体粒子から照射された蛍光光のうち、蛍光体膜２２２の側面方向に照射される蛍光光は、従来例に比べて短い光路長で蛍光体膜２２２の径方向内側面、又は径方向外側面に到達する。そして、これらの蛍光光、及び蛍光体膜２２２を透過した励起光は、内側光反射層２２４、及び外側光反射層２２５により蛍光体膜２２２の内側に向かて反射される。その結果、蛍光光が蛍光体膜２２２の裏面、又は側面から出力することによる損失を防ぎ、蛍光体膜の出射面（励起光の入射面を兼ねる）からより高出力で取りだせる。また、蛍光体膜２２２を透過した励起光も蛍光体膜２２２に向かって反射されるので、蛍光光に変換されて蛍光光出力を増加させることができる。
【００４７】
図７に示すように、励起光が蛍光体膜２２２に入射すると、蛍光体膜２２２内でレーザスポット４００を中心とする発光点が生じる。発光点の周囲では蛍光光が透過と反射を繰り返して損失が生じている。拡散領域の大きさは、発光点の大きさに対して３〜５倍大きい。よって、蛍光体膜２２２のサイズ、具体的には径方向幅をレーザスポットの入射径に対して１〜３倍とすることで、拡散領域をより狭くすることができる。その結果、蛍光体膜２２２内における蛍光光の損失を低減し、蛍光の出力を高くすることができる。
【００４８】
このように本実施形態によれば、蛍光体膜２２２の裏面及び側面に第１光反射層２２３及び第２光反射層（上記例における内側光反射層２２４及び外側光反射層２２５）を配置することで、蛍光光及び励起光が蛍光体膜２２２の裏面及び側面から出射することによる損失を防ぐ。
【００４９】
加えて蛍光体膜サイズをレーザスポット４００の入射径に連動させることで、蛍光体膜内での蛍光光の減衰を抑制し、蛍光光の損失を防ぐ。
【００５０】
本実施形態は、本発明を限定するものではない。例えば、上記では基板として蛍光体ホイールを用いたが、回転体の基板に限定されず、板状の固定体からなる基板を用いてもよい。回転体の基板は、固定体の基板を用いる場合よりもより蛍光体膜の放熱性を高め、ひいては蛍光光の取り出し効率を向上させることができる。一方、固定体の基板は、基板の形成が回転体に比べてより容易に行える。固定体の基板に配置した蛍光体部材においても、蛍光体膜のサイズをレーザスポットの入射径に連動して形成する。
【００５１】
また上記実施形態では、本発明に係る蛍光体部材を用いた光源装置の使用例としてプロジェクタを例に挙げたが、ヘッドライトに用いてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１：プロジェクタ
１００：光源装置
２００、２００ａ：蛍光体部材
２１０：基板
２２０、２２０ａ：蛍光体層
２２１：反射防止層
２２２：蛍光体膜
２２３：第１光反射層
２２４：内側光反射層
２２５：外側光反射層
２３０、２３０ａ：接着層
【図１】
2019095601.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019095601.tif 000007
【図６】
2019095601.tif 000008
【図７】
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