(57)【要約】【課題】蛍光体層が加熱されるのを抑制することができるプロジェクター用蛍光ホイール及びそれを用いたプロジェクター用発光デバイスを提供する。【解決手段】蛍光体層１２と、蛍光体層１２が設けられる第１の主面１１ａ及び第１の主面１１ａと反対側に位置する第２の主面１１ｂを有するリング状の反射基板１１と備え、第１の主面１１ａ及び第２の主面１１ｂの少なくとも一方の主面に、反射基板１１が回転することにより主面近傍の空気に対流を生じさせるための凹部１３，１４または凸部が形成されていることを特徴としている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体層と、
前記蛍光体層が設けられる第１の主面及び前記第１の主面と反対側に位置する第２の主面を有するリング状の反射基板と備え、
前記第１の主面及び前記第２の主面の少なくとも一方の主面に、前記反射基板が回転することにより前記主面近傍の空気に対流を生じさせるための凹部または凸部が形成されている、プロジェクター用蛍光ホイール。
【請求項２】
前記凹部または前記凸部が、前記反射基板の中心部から外周部に向かって延びるように形成されている、請求項１に記載のプロジェクター用蛍光ホイール。
【請求項３】
前記反射基板が、反射ガラス基板である、請求項１または２に記載のプロジェクター用蛍光ホイール。
【請求項４】
前記蛍光体層が、第１のガラスマトリクスと、前記第１のガラスマトリクス中に分散している蛍光体を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロジェクター用蛍光ホイール。
【請求項５】
前記反射ガラス基板が、第２のガラスマトリクスと、前記第２のガラスマトリクス中に分散している、前記第２のガラスマトリクスと異なる屈折率を有する無機粒子を含む、請求項３または４に記載のプロジェクター用蛍光ホイール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクター用蛍光ホイールと、
前記蛍光ホイールの前記蛍光体層に励起光を照射する光源とを備える、プロジェクター用発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクター用蛍光ホイール及びプロジェクター用発光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクターを小型化するため、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と蛍光体とを用いた発光デバイスが提案されている。例えば、特許文献１には、紫外光を発光する光源と、光源からの紫外光を可視光に変換する蛍光体層とを備える発光デバイスを用いたプロジェクターが開示されている。特許文献１においては、リング状の回転可能な透明基板の上に、リング状の蛍光体層を設けることにより作製した蛍光ホイールが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４１１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光源として高出力の光源を用いる場合、励起光の照射により蛍光体が発熱し、蛍光体層が加熱される。蛍光体層が加熱されると、蛍光強度が低下したり、蛍光体層が基板から剥離するという問題を生じる。
【０００５】
本発明の目的は、蛍光体層が加熱されるのを抑制することができるプロジェクター用蛍光ホイール及びそれを用いたプロジェクター用発光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプロジェクター用蛍光ホイールは、蛍光体層と、蛍光体層が設けられる第１の主面及び第１の主面と反対側に位置する第２の主面を有するリング状の反射基板と備え、第１の主面及び第２の主面の少なくとも一方の主面に、反射基板が回転することにより主面近傍の空気に対流を生じさせるための凹部または凸部が形成されていることを特徴としている。
【０００７】
凹部または凸部は、例えば、反射基板の中心部から外周部に向かって延びるように形成される。
【０００８】
反射基板として、反射ガラス基板を用いることができる。
【０００９】
蛍光体層は、第１のガラスマトリクスと、第１のガラスマトリクス中に分散している蛍光体を含むことが好ましい。
【００１０】
反射ガラス基板は、例えば、第２のガラスマトリクスと、第２のガラスマトリクス中に分散している、第２のガラスマトリクスと異なる屈折率を有する無機粒子を含むものから形成することができる。
【００１１】
本発明のプロジェクター用発光デバイスは、上記本発明のプロジェクター用蛍光ホイールと、蛍光ホイールの蛍光体層に励起光を照射する光源とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プロジェクター用蛍光ホイールにおける蛍光体層が加熱されるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを示す裏面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールにおける蛍光体層の近傍を拡大して示す部分断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを用いたプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを示す平面図であり、図２は裏面図である。図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１、図２及び図３に示すように、蛍光ホイール１０は、リング状の形状を有している。蛍光ホイール１０は、リング状の反射基板１１と、反射基板１１の第１の主面１１ａの上に設けられる蛍光体層１２とを備えている。第１の主面１１ａには、第１の凹部１３が形成されている。第２の主面１１ｂには、第２の凹部１４が形成されている。第１の凹部１３及び第２の凹部１４は、反射基板１１の中心部から外周部に向かって延びる溝として形成されている。
【００１６】
蛍光ホイール１０は、中心軸Ｃを回転中心として回転させて用いられる。本実施形態では、蛍光ホイール１０が回転することにより、第１の主面１１ａ及び第２の主面１１ｂ近傍の空気が、第１の凹部１３及び第２の凹部１４内の壁部によって押圧され、第１の主面１１ａ及び第２の主面１１ｂ近傍の空気に対流が生じる。このため、蛍光体層１２で生じ、反射基板１１に伝達された熱が、効率良く反射基板１１から外部に放出される。したがって、蛍光体層１２が加熱されるのを抑制することができる。
【００１７】
また、第１の凹部１３及び第２の凹部１４が形成されることにより、第１の主面１１ａ及び第２の主面１１ｂの表面積を大きくすることができる。このため、空気と接触する表面積を大きくすることができ、この点からも効率良く反射基板１１から熱を外部に放出することができる。
【００１８】
図４は、本発明の第１の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールにおける蛍光体層の近傍を拡大して示す部分断面図である。本実施形態において、蛍光体層１２は、第１のガラスマトリクス１５と、その中に分散された蛍光体１６とから構成されている。本実施形態では、蛍光体１６として、無機蛍光体の粒子が用いられている。
【００１９】
第１のガラスマトリクス１５は、無機蛍光体等の蛍光体１６の分散媒として用いることができるものであれば特に限定されない。例えば、ホウ珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラスなどを用いることができる。ガラスマトリクス１５の軟化点は、２５０℃〜１０００℃であることが好ましく、３００℃〜８５０℃であることがより好ましい。
【００２０】
蛍光体１６は、励起光の入射により蛍光を出射するものであれば、特に限定されるものではない。蛍光体１６の具体例としては、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ガーネット系化合物蛍光体から選ばれた１種以上等が挙げられる。励起光として青色光を用いる場合、例えば、緑色光、黄色光または赤色光を蛍光として出射する蛍光体を用いることができる。
【００２１】
蛍光体１６の平均粒子径は、１μｍ〜５０μｍであることが好ましく、５μｍ〜２５μｍであることがより好ましい。蛍光体１６の平均粒子径が小さすぎると、発光強度が低下する場合がある。一方、蛍光体１６の平均粒子径が大きすぎると、発光色が不均一になる場合がある。
【００２２】
蛍光体層１２中での蛍光体１６の含有量は、５〜８０体積％の範囲内であることが好ましく、１０〜７５体積％の範囲内であることがより好ましく、２０〜７０体積％の範囲内であることがさらに好ましい。
【００２３】
蛍光体層１２の厚みは、励起光が確実に蛍光体１６に吸収されるような厚みである範囲において、薄い方が好ましい。蛍光体層１２が厚すぎると、蛍光体層１２における光の散乱や吸収が大きくなりすぎ、蛍光の出射効率が低くなってしまう場合があるためである。具体的には、蛍光体層１２の厚みは、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。蛍光体層１２の厚みの下限値は、通常、０．０３ｍｍ程度である。
【００２４】
反射基板１１の厚みは、５０μｍ〜１０００μｍであることが好ましく、１００μｍ〜８００μｍであることがより好ましく、２００μｍ〜５００μｍであることがさらに好ましい。反射基板１１の厚みが大きすぎると、ホイール自体の重量が大きくなり、回転させるモーターの負荷が大きくなる。一方、反射基板１１の厚みが小さすぎると、機械強度が低下して、ホイールとして回転させた場合に破損するおそれがある。
【００２５】
本実施形態において、反射基板１１は、反射ガラス基板から形成されている。本実施形態の反射ガラス基板は、第２のガラスマトリクス１７と、その中に分散した無機粒子１８とから構成されている。無機粒子１８としては、第２のガラスマトリクス１７と異なる屈折率を有するものであることが好ましい。具体的には、無機粒子１８は、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｓｉ及びＺｎからなる群から選ばれる少なくとも一種の酸化物または窒化物であることが好ましい。無機粒子１８の好ましい具体例としては、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛などが挙げられる。無機粒子１８として、特に好ましくは、酸化アルミニウムが用いられる。
【００２６】
第２のガラスマトリクス１７としては、例えば、第１のガラスマトリクス１５についての上記説明で挙げたものを用いることができる。第２のガラスマトリクス１７は、第１のガラスマトリクス１５と実質的に同じものであることが好ましい。第１のガラスマトリクス１５と第２のガラスマトリクス１７を実質的に同じガラスから形成することにより、蛍光体層１２から反射基板１１へ蛍光が効率良く入射しやすくなる。また、蛍光体層１２と反射基板１１の熱膨張係数差に起因する剥離が生じにくくなる。
【００２７】
無機粒子１８の平均粒子径は、０．３μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましく、０．５μｍ〜３０μｍの範囲内であることがより好ましい。無機粒子１８の平均粒子径が小さすぎると、レイリー散乱の波長依存性により十分な散乱効果が得られにくくなる。結果として、十分な反射率が得られにくくなる。一方、無機粒子１８の平均粒子径が大きすぎると、単位体積あたりに存在できる粒子数が少なくなり十分な散乱効果が得られにくくなる。結果として、十分な反射率が得られにくくなる。
【００２８】
反射基板１１中での無機粒子１８の含有量は、５〜８０体積％の範囲内であることが好ましく、１０〜７０体積％の範囲内であることがより好ましく、２０〜６０体積％の範囲内であることがさらに好ましい。無機粒子１８の含有量が多すぎると、反射基板１１中に空隙が多くなり、結果として、蛍光体層１２との接合強度が低下しやすくなる。一方、無機粒子１８の含有量が少なすぎると、十分な反射率が得られにくくなる。
【００２９】
図５は、本発明の第２の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを示す断面図である。本実施形態では、第１の実施形態における第１の凹部１３及び第２の凹部１４に代えて、第１の凸部１９及び第２の凸部２０が形成されている。すなわち、反射基板１１の第１の主面１１ａに第１の凸部１９が形成されており、第２の主面１１ｂに第２の凸部２０が形成されている。第１の凸部１９及び第２の凸部２０は、反射基板１１の中心部から外周部に向かって延びるように形成されている。
【００３０】
本実施形態においても、蛍光ホイール１０が回転することにより、第１の主面１１ａ及び第２の主面１１ｂ近傍の空気が、第１の凸部１９及び第２の凸部２０の壁部によって押圧され、第１の主面１１ａ及び第２の主面１１ｂ近傍の空気に対流が生じる。このため、蛍光体層１２で生じ、反射基板１１に伝達された熱が、効率良く反射基板１１から外部に放出される。したがって、蛍光体層１２が加熱されるのを抑制することができる。
【００３１】
また、第１の凸部１９及び第２の凸部２０が形成されることにより、第１の主面１１ａ及び第２の主面１１ｂの表面積を大きくすることができる。このため、空気と接触する表面積を大きくすることができ、この点からも効率良く反射基板１１から熱を外部に放出することができる。
【００３２】
上記各実施形態では、第１の主面１１ａ及び第２の主面１１ｂのそれぞれに、凹部または凸部が形成されているが、本発明においては、第１の主面１１ａ及び第２の主面１１ｂの少なくともいずれか一方の主面に、凹部または凸部が形成されていればよい。また、１つの主面に凹部及び凸部の両方が形成されていてもよい。
【００３３】
凹部の深さは、特に限定されるものではないが、反射基板１１の高さ（凹部の深さ方向における高さ）の０．１〜０．４倍の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは０．２〜０．４倍の範囲である。凹部の幅は、特に限定されるものではないが、凹部の深さの２〜２０倍の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは５〜２０倍の範囲である。なお、凹部の幅は、凹部が長手方向に延びる溝状である場合には、長手方向に垂直な方向における幅である。なお、凹部の形状は、断面が矩形状に限られず、円弧状や三角形状等であってもよい。また、第１の実施形態に示すような溝状のものに限定されるものではなく、穴部のようなものであってもよい。
【００３４】
凸部の高さは、特に限定されるものではないが、反射基板１１の高さ（凸部の高さ方向における高さ）の０．１〜０．４倍の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは０．２〜０．４倍の範囲である。凸部の幅は、特に限定されるものではないが、凸部の高さの２〜２０倍の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは５〜２０倍の範囲である。なお、凸部の幅は、凸部が長手方向に延びる形状である場合には、長手方向に垂直な方向における幅である。なお、凸部の形状は、断面が矩形状に限られず、円弧状や三角形状等であってもよい。また、第２の実施形態に示すような長手方向に延びる形状のものに限定されるものではなく、例えば、円柱状や角柱状のような柱状の突起であってもよい。
【００３５】
反射基板１１が、上述のように反射ガラス基板から形成される場合、蛍光体層１２と反射基板１１は、例えば、以下の方法で作製することができる。
【００３６】
蛍光体層１２の第１のガラスマトリクス１５となるガラス粒子と、蛍光体１６と、バインダー樹脂や溶剤等の有機成分とを含むスラリーを、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム上にドクターブレード法等により塗布し、加熱乾燥することにより、蛍光体層１２用のグリーンシートを作製する。
【００３７】
同様にして、反射基板１１の第２のガラスマトリクス１７となるガラス粒子と、無機粒子１８と、バインダー樹脂や溶剤等の有機成分とを含むスラリーを、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム上にドクターブレード法等により塗布し、加熱乾燥することにより、反射基板１１用のグリーンシートを作製する。グリーンシートに切削加工や取付加工等を施して凹部または凸部を形成してもよいし、後述する焼成工程を経た後に、切削加工や取付加工等を施して凹部または凸部を形成してもよい。
【００３８】
得られた蛍光体層１２用のグリーンシートと反射基板１１用のグリーンシートとを重ね合わせ、重ね合わせたこれらのグリーンシートを焼成することにより、蛍光体層１２と反射基板１１が積層された蛍光ホイールを作製することができる。
【００３９】
蛍光ホイールの作製は、上記の方法に限定されるものでない。例えば、反射基板１１用のグリーンシートの上に蛍光体層１２形成用スラリーを塗布した後、焼成して作製してもよい。
【００４０】
また、反射基板１１と蛍光体層１２を別個に作製し、蛍光体層１２を、溶着または無機接合層により、反射基板１１に取り付けてもよい。溶着する方法としては、蛍光体層１２を反射基板１１の上に積層して加熱圧着することで溶着させる方法が挙げられる。
【００４１】
無機接合層により取り付ける方法としては、反射基板１１の上にゾルゲル法による透明無機材料を塗布し、その上に蛍光体層１２を積層して加熱する方法が挙げられる。ゾルゲル法による透明無機材料としてはポリシラザン等があげられる。ポリシラザンは空気中の水分と反応し、アンモニアを発生して縮合することにより、ＳｉＯ２の被膜を形成する。このように、透明無機材料として、比較的低温（室温〜２００℃）で無機質のガラス膜を形成するコーティング剤を使用することができる。その他にも、アルコール可溶型有機ケイ素化合物や、その他金属化合物（有機または無機）を含み、触媒の存在下、比較的低温でガラスと同様のＳｉＯ２ネットワークを形成するコーティング剤を使用することができる。当該コーティング剤は、有機金属化合物として金属アルコキシド、触媒としてアルコールを用いた場合、加水分解及び脱水反応が促進される結果、ＳｉＯ２ネットワークが形成される。
【００４２】
反射基板１１は、上記の反射ガラス基板に限定されるものではない。反射ガラス基板を含め、金属基板などのその他の反射基板を用いる場合、例えば、接合材により蛍光体層１２を反射基板１１に取り付けてもよい。接合材としては、シリコーン樹脂や透明ポリイミド樹脂などの透明な材料を用いることができる。
【００４３】
シリコーン樹脂としては、一般的なシロキサン結合を有するシリコーン樹脂を用いることができ、特に、耐熱性の高いシルセスキオキサンを好ましく用いることができる。シルセスキオキサンは、主鎖骨格がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合からなるシロキサン系の化合物で、３官能性シランを加水分解することで得られる（ＲＳｉＯ１．５）ｎの構造を持つネットワーク型ポリマーまたは多面体クラスターである。
【００４４】
ポリイミド樹脂としては、いわゆる透明ポリイミド樹脂を用いることができ、透明ポリイミド樹脂として、多くの樹脂メーカーから市販されているものを用いることができる。
【００４５】
図６は、本発明の一実施形態のプロジェクター用発光デバイスを示す模式的側面図である。本実施形態のプロジェクター用発光デバイス３０は、蛍光ホイール１０と、光源２３と、蛍光ホイール１０を回転させるためのモーター２１とを備えている。リング状の蛍光ホイール１０は、モーター２１の回転軸２２に、回転軸２２の中心軸Ｃを回転中心として周方向に回転するように取り付けられている。
【００４６】
光源２３から出射された励起光１は、蛍光ホイール１０の蛍光体層１２に入射する。蛍光体層１２に入射した励起光１は、蛍光体１６を励起し、蛍光体１６から蛍光２が出射される。反射基板１１側に出射された蛍光２は、反射基板１１で反射され、蛍光体層１２側に出射される。
【００４７】
光源２３の具体例としては、ＬＥＤ光源やレーザー光源などが挙げられる。励起光として青色光を発光する光源を、光源２３として用いる場合、例えば、蛍光体層１２の蛍光体１６として、青色光で励起され、黄色光または緑色光を発する蛍光体を用いることができる。蛍光体層１２から出射された光は、必要に応じて、フィルターによって所望の波長を有する光のみを取り出すことができる。リング状のフィルターを、回転軸２２に取り付け、蛍光ホイール１０と同期させて回転させ、出射光をフィルタリングしてもよい。
【００４８】
本実施形態において、蛍光ホイール１０は周方向に回転している。上記のように、蛍光ホイール１０近傍の空気に対流が生じ、反射基板１１に伝達された熱が、効率良く反射基板１１から外部に放出される。したがって、蛍光体層１２が加熱されるのを抑制することができる。
【００４９】
上記実施形態の蛍光ホイール１０では、蛍光体層１２の全面にわたって、同じ種類の蛍光体が含有されている。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されるものではない。蛍光体層１２が、周方向に沿って複数の領域に分割され、各領域に互いに異なる種類の蛍光体が含まれていてもよい。また、蛍光体が含まれない領域があってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…励起光
２…蛍光
１０…蛍光ホイール
１１…反射基板
１１ａ…第１の主面
１１ｂ…第２の主面
１２…蛍光体層
１３…第１の凹部
１４…第２の凹部
１５…第１のガラスマトリクス
１６…蛍光体
１７…第２のガラスマトリクス
１８…無機粒子
１９…第１の凸部
２０…第２の凸部
２１…モーター
２２…回転軸
２３…光源
３０…プロジェクター用発光デバイス
Ｃ…中心軸（回転中心）
【図１】
2015206940.tif 000003
【図２】
2015206940.tif 000004
【図３】
2015206940.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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