(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の主面及び第１の主面と反対側に位置する第２の主面を有し、蛍光体層１２より高い熱伝導率を有するリング状のセラミック基板１１と、セラミック基板１１の第２の主面上に設けられる反射層１３とを備えることを特徴としている。【選択図】図２
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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の主面を有し、前記蛍光体層より高い熱伝導率を有するリング状のセラミック基板と、
前記セラミック基板の前記第２の主面上に設けられる反射層とを備える、プロジェクター用蛍光ホイール。
【請求項２】
前記反射層が、金属反射層または反射ガラス層である、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】
前記蛍光体層が、溶着により前記セラミック基板に取り付けられている、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、無機接合層により前記セラミック基板に取り付けられている、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５】
前記反射層が、金属反射基板である、請求項１〜４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６】
前記金属反射基板が、アルミニウム基板である、請求項５に記載のプロジェクター用蛍光ホイール。
【請求項７】
前記第２の主面に、熱伝導層が設けられており、前記熱伝導層の上に前記反射層が設けられている、請求項１〜６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８】
前記熱伝導層が、熱伝導性ペーストから形成されている、請求項７に記載のプロジェクター用蛍光ホイール。
【請求項９】
前記熱伝導性ペーストが、金属粒子を含有するペーストである、請求項８に記載のプロジェクター用蛍光ホイール。
【請求項１０】
前記蛍光体層と前記セラミック基板の間に設けられる散乱層をさらに備え、前記散乱層が、Ａｌ、Ｎｂ、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からなる無機粒子を含む、請求項１〜９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１１】
前記蛍光体層は、ガラスマトリクスと、前記ガラスマトリクス中に分散した蛍光体とを含有する、請求項１〜１０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１２】
前記散乱層は、ガラスマトリクスと、前記ガラスマトリクス中に分散した前記無機粒子とを含有する、請求項１〜１１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１３】
前記蛍光体層のガラスマトリクスと前記散乱層のガラスマトリクスが、実質的に同じガラスである、請求項１２に記載のプロジェクター用蛍光ホイール。
【請求項１４】
前記蛍光体層は、周方向に沿って複数の領域に分割されており、前記複数の領域に、互いに異なる種類の蛍光体が含まれている、請求項１〜１３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１５】
請求項１〜１４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記載されている。
【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の主面を有し、蛍光体層より高い熱伝導率を有するリング状のセラミック基板と、セラミック基板の第２の主面上に設けられる反射層とを備えることを特徴としている。
【０００７】
反射層が、金属反射層または反射ガラス層であることが好ましい。
【０００８】
蛍光体層は、溶着によりセラミック基板に取り付けられていることが好ましい。
【０００９】
蛍光体層が、無機接合層によりセラミック基板に取り付けられていることが好ましい。
【００１０】
反射層は、金属反射基板であることが好ましい。その場合、金属反射基板は、アルミニウム基板であることが好ましい。
【００１１】
第２の主面の領域に、熱伝導層が設けられていてもよい。この場合、熱伝導層の上に反射層が設けられる。
【００１２】
熱伝導層が、熱伝導性ペーストから形成されていることが好ましい。熱伝導性ペーストとしては、金属粒子を含有するペーストが挙げられる。
【００１３】
本発明のプロジェクター用蛍光ホイールは、蛍光体層とセラミック基板の間に設けられる散乱層をさらに備えていてもよい。散乱層は、Ａｌ、Ｎｂ、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からなる無機粒子を含んでいる。
【００１４】
蛍光体層は、ガラスマトリクスと、ガラスマトリクス中に分散した蛍光体とを含有することが好ましい。
【００１５】
散乱層は、ガラスマトリクスと、ガラスマトリクス中に分散した無機粒子とを含有することが好ましい。
【００１６】
蛍光体層のガラスマトリクスと散乱層のガラスマトリクスは、実質的に同じガラスであることが好ましい。
【００１７】
蛍光体層は、周方向に沿って複数の領域に分割されており、複数の領域に、互いに異なる種類の蛍光体が含まれていてもよい。
【００１８】
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ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
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】
【００２０】
【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斜視図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線に沿う模式的断面図である。
【図３】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模式的部分断面図である。
【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いて、反射層として、金属反射基板を用いた場合の一例を示す模式的断面図である。
【図５】図４に示すプロジェクター用蛍光ホイールの模式的平面図である。
【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において、反射層として、金属反射基板を用いた場合の他の例を示す模式的断面図である。
【図７】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模式的断面図である。
【図８】本発明の第３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模式的部分断面図である。
【図９】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。
【図１０】本発明の第４の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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斜視図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿う模式的断面図である。図３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模式的部分断面図である。図１〜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、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セラミック基板１１と、セラミック基板１１の第２の主面１１ｂ上に設けられる反射層１３とを備えている。セラミック基板１１は、蛍光体層１２より高い熱伝導率を有している。
【００２３】
本実施形態において、蛍光体層１２は、ガラスマトリクス１５と、その中に分散された蛍光体１４とから構成されている。本実施形態では、蛍光体１４として、無機蛍光体の粒子が用いられている。
【００２４】
ガラスマトリクス１５は、無機蛍光体等の蛍光体１４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。
【００２５】
蛍光体１４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１４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。
【００２６】
蛍光体１４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１４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１４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。
【００２７】
蛍光体層１２中での蛍光体１４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。
【００２８】
蛍光体層１２の厚みは、励起光が確実に蛍光体１４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。
【００２９】
蛍光体層１２は、セラミック基板１１の第１の主面１１ａ上に設けられている。上述のように、セラミック基板１１は、蛍光体層１２より高い熱伝導率を有している。セラミック基板１１としては、高熱伝導性セラミックを用いることができる。高熱伝導性セラミックとしては、酸化アルミニウム系セラミック、窒化アルミニウム系セラミック、炭化ケイ素系セラミック、窒化ホウ素系セラミック、酸化マグネシウム系セラミック、酸化チタン系セラミック、酸化ニオビウム系セラミック、酸化亜鉛系セラミック、酸化イットリウム系セラミックなどが挙げられる。
【００３０】
セラミック基板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。セラミック基板１１の厚みが大きすぎると、蛍光がセラミック基板１１内部の幅方向に伝達して外部に漏れやすくなる。一方、セラミック基板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恐れがある。
【００３１】
蛍光体層１２は、溶着によりセラミック基板１１に取り付けられていることが好ましい。溶着する方法としては、蛍光体層１２をセラミック基板１１の第１の主面１１ａ上に積層して加熱圧着することで、セラミックス基板１１と、蛍光体層１２におけるガラスマトリクス１５を溶着させる方法が挙げられる。また、蛍光体層１２を、無機接合層によりセラミック基板１１に取り付けてもよい。具体的には、セラミック基板１１の第１の主面１１ａ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。
【００３２】
蛍光体層１２を溶着または無機接合層によりセラミック基板１１に取り付けることにより、蛍光体層１２からセラミック基板１１への熱伝導性をさらに高めることができる。
【００３３】
セラミック基板１１の第２の主面１１ｂの上には、反射層１３が設けられている。反射層１３を設けることにより、セラミック基板１１を透過してきた励起光及び蛍光をセラミック基板１１側に反射させることができる。
【００３４】
反射層１３として、金属反射層または反射ガラス層が挙げられる。
【００３５】
金属反射層としては、銀またはアルミニウムの薄膜が挙げられる。金属薄膜の形成方法としては、メッキ法、あるいは、物理気相堆積法である真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが挙げられる。また、セラミック基板１１の第２の主面１１ｂ上に銀粘土ペーストを塗布し、加熱することで銀の薄膜を形成することができる。
【００３６】
金属反射層として、金属または合金から形成された金属反射基板を用いてもよい。このような金属反射基板は、表面処理が施されていてもよい。金属反射基板としては、反射率の高いものが好ましく、アルミニウム基板が好ましく用いられる。アルミニウム基板としては、例えば、表面に金属酸化物などからなる増反射膜が形成されたアルミニウム基板が挙げられる。このようなものとしては、アラノッド（Ａｌａｎｏｄ）社製のＭｉｒｏ（登録商標）及びＭｉｒｏ−Ｓｉｌｖｅｒ（登録商標）等が挙げられる。
【００３７】
なお、反射層１３として金属反射層を設けることにより、蛍光体層１２からセラミック基板１１へ伝達された熱を、反射層１３にさらに伝達することができ、さらに効率良く外部に熱を放出することができる。
【００３８】
反射ガラス層は、例えば、ガラスマトリクスと、その中に分散した無機粒子とから構成されている。無機粒子としては、ガラスマトリクスと異なる屈折率を有し、一般には、ガラスマトリクスより高い屈折率を有するものであることが好ましい。具体的には、無機粒子は、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂ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、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素などが挙げられる。無機粒子として、特に好ましくは、酸化アルミニウムが用いられる。ガラスマトリクスとしては、例えば、蛍光体層１２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。
【００３９】
無機粒子の平均粒子径は、０．１μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましく、０．５μｍ〜１０μｍの範囲内であることがより好ましい。無機粒子の平均粒子径が小さすぎると、十分な反射率が得られにくくなる場合がある。一方、無機粒子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反射率が得られにくくなる場合がある。
【００４０】
反射ガラス層中での無機粒子の含有量は、５〜９０体積％の範囲内であることが好ましく、２０〜８５体積％の範囲内であることがより好ましく、３０〜８０体積％の範囲内であることがさらに好ましい。無機粒子の含有量が多すぎると、無機粒子同士を結着するガラスの量が少なくなるため、使用中に発塵したり、あるいは反射ガラス層の強度が低下する場合がある。一方、無機粒子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。
【００４１】
反射ガラス層の内部には、空隙が形成されていることが好ましい。空隙が形成されることにより、さらに反射ガラス層での反射率を高めることができる。空隙の空気の屈折率は１．０と小さいため、反射ガラス層中のガラスマトリクス（例えば、屈折率１．４〜１．８程度）や無機粒子（例えば、屈折率１．４〜２．２程度）との屈折率差を大きくすることができ、より大きな反射率を得ることができる。空隙率は２０〜８０％であることが好ましく、３０〜７０％であることがより好ましい。空隙率が小さすぎると、反射率向上効果が得られにくい。一方、空隙率が大きすぎると、セラミック基板１１との接合強度が低下しやすくなる。
【００４２】
反射層１３の厚みは、０．０１μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましく、０．１μｍ〜１５００μｍの範囲内であることがより好ましく、１μｍ〜１０００μｍの範囲内であることがさらに好ましい。なお、反射層１３が反射ガラス層である場合は、厚みは１０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましく、５０μｍ〜１５００μｍの範囲内であることがより好ましく、１００μｍ〜１０００μｍの範囲内であることがさらに好ましい。反射層１３の厚みが小さすぎると、蛍光が透過して、十分な反射率が得られにくくなる。反射層１３の厚みが大きすぎると、蛍光ホイール１０の重量が大きくなり、回転させた際の振動により破損する恐れがある。また反射層１３が反射ガラス層である場合は、反射ガラス層内部を光が伝播して、反射ガラス層の端面から漏出しやすくなり、発光強度が低下する場合がある。
【００４３】
反射層１３は、例えば、セラミック基板１１の第２の主面１１ｂの上に反射層１３を形成することにより、セラミック基板１１に取り付けることができる。また、別途作製した反射層１３（例えば、金属反射基板など）を接合材でセラミック基板１１に取り付けてもよい。接合材は、透明であることが好ましい。但し、接合材は、透明であるものに限定されず、透明でない接合材も用いることができる。ここで、「透明」は、蛍光体層１２に入射する励起光及び蛍光体層１２から出射される蛍光を透過することを意味している。このような透明の接合材の具体例としては、シリコーン樹脂及びポリイミド樹脂が挙げられる。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
また、反射層１３として、金属反射基板を用いる場合、蛍光ホイール１０を回転させるモーターの回転軸に、蛍光体層１２を設けたセラミック基板１１と金属反射基板をそれぞれ取り付け、セラミック基板１１と金属反射基板とを物理的に接触させてもよい。
【００４７】
反射層１３として、金属反射基板を用いる場合、図４に示すように、セラミック基板１１と金属反射基板を、ネジ等の拘束部材２３により接合することにより物理的に接触させてもよい。この際、セラミック基板１１及び金属反射基板に貫通孔２５を形成した後、当該貫通孔２５にネジを挿入するようにしてもよい。
【００４８】
図５は、蛍光ホイール１０をセラミック基板１１側から見た模式的平面図である。図５において、拘束部材２３は、蛍光ホイール１０の蛍光体層１２の内側に、周方向に等間隔で４箇所設けられているが、拘束部材２３の数は必要に応じて変更しても構わない。ただし、セラミック基板１１と金属反射基板を強固に固定するため、蛍光ホイール１０において、拘束部材２３は複数箇所設けることが好ましい。また、拘束部材２３が多すぎると蛍光ホイール１０の質量が大きくなりすぎて、使用時に破損しやすくなる。したがって、拘束部材２３の数は、２〜８であることが好ましく、３〜６であることがより好ましい。
【００４９】
拘束部材はネジに限られない。例えば、図６に示すように、クリップ状の拘束部材２４により蛍光ホイール１０を挟持するようにして金属反射基板をセラミック基板１１に固定してもよい。
【００５０】
図７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模式的断面図である。本実施形態では、セラミック基板１１の第２の主面１１ｂに、熱伝導層１６が設けられている。したがって、熱伝導層１６の上に反射層１３が設けられており、セラミック基板１１と反射層１３の間に熱伝導層１６が介在している。熱伝導層１６が、セラミック基板１１と反射層１３の間に介在することにより、蛍光体層１２からセラミック基板１１へ伝達された熱を、反射層１３にさらに効率良く伝達することができる。
【００５１】
本実施形態では、第２の主面１１ｂの全面に熱伝導層１６を設けているが、熱伝導層１６が着色しているなどの場合、セラミック基板１１の第１の主面１１ａにおいて、蛍光体層１２が設けられていない領域に対応する第２の主面１１ｂの領域のみに、熱伝導層１６が設けられてもよい。
【００５２】
熱伝導層１６は、例えば、熱伝導性ペーストから形成することができる。熱伝導性ペーストとしては、熱伝導性粒子を含有するペーストを挙げることができる。熱伝導性粒子は銀やアルミニウムなどの金属粒子でもよく、熱伝導性セラミックス粒子でもよい。
【００５３】
熱伝導層１６の厚みは、１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、３μｍ〜８０μｍの範囲内であることがより好ましく、５μｍ〜５０μｍの範囲内であることがさらに好ましい。熱伝導層１６の厚みが薄すぎると、セラミック基板１１と反射層１３との接着力が低下しやすくなる。熱伝導層１６の厚みが厚すぎると、セラミック基板１１から反射層１３への熱伝導性が低下しやすくなる。
【００５４】
図８は、本発明の第３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模式的部分断面図である。図８に示すように、本実施形態では、蛍光体層１２とセラミック基板１１の間に散乱層１７が設けられている。本実施形態において、散乱層１７は、ガラスマトリクス１９と、その中に分散した無機粒子１８とから構成されている。散乱層１７は、入射した励起光及び蛍光を散乱させる層である。したがって、無機粒子１８としては、ガラスマトリクス１９と異なる屈折率を有するものを用いることが好ましい。本発明において、無機粒子１８は、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂ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からなる。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、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素などが挙げられる。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。
【００５５】
ガラスマトリクス１９としては、例えば、蛍光体層１２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。ガラスマトリクス１９は、蛍光体層１２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。蛍光体層１２のガラスマトリクス１５と散乱層１７のガラスマトリクス１９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から散乱層１７へ蛍光が効率よく入射しやすくなる。また、蛍光体層１２と散乱層１７の熱膨張係数差に起因する剥離が生じにくくなる。
【００５６】
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。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。
【００５７】
散乱層１７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、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、十分な散乱効果が得られにくくなる。
【００５８】
散乱層１７の厚みは、１０μｍ〜５００μｍの範囲内であることが好ましく、５０μｍ〜４００μｍの範囲内であることがより好ましく、８０μｍ〜３００μｍの範囲内であることがさらに好ましい。散乱層１７の厚みが厚すぎると、散乱層１７の内部を光が伝播して、散乱層１７の端面から漏出しやすくなる。結果として、発光強度が低下しやすくなる。一方、散乱層１７の厚みが薄すぎると、十分な散乱効果が得られにくくなる。
【００５９】
本実施形態では、セラミック基板１１と蛍光体層１２の間に散乱層１７が設けられている。散乱層１７が設けられることにより、蛍光体層１２から出射した蛍光や蛍光体層１２を透過した励起光を散乱層１７で散乱させることができる。このため、発光効率を高めることができ、これによって発光強度を向上させることができる。
【００６０】
また、散乱層１７の内部には、空隙が形成されていることが好ましい。空隙が形成されることにより、さらに散乱層１７での散乱効果を高めることができる。空隙の空気の屈折率は１．０と小さいため、ガラスマトリクス１９との屈折率差を大きくすることができ、より大きな散乱効果を得ることができる。空隙率は２０〜６０％であることが好ましく、３０〜５０％であることがより好ましい。
【００６１】
蛍光体層１２と散乱層１７は、例えば、以下の方法で作製することができる。
【００６２】
蛍光体層１２のガラスマトリクスとなるガラス粒子と、蛍光体と、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。
【００６３】
同様にして、散乱層１７のガラスマトリクスとなるガラス粒子と、無機粒子と、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、散乱層１７用のグリーンシートを作製する。
【００６４】
得られた蛍光体層１２用のグリーンシートと散乱層１７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と散乱層１７の積層体を形成することができる。
【００６５】
得られた積層体は、上記のようにして、溶着または無機接合層により、セラミック基板１１に取り付けることができる。
【００６６】
蛍光体層１２及び散乱層１７の積層体は、上記の作製方法に限定されるものではなく、例えば、蛍光体層１２用のグリーンシートの上に散乱層１７形成用スラリーを塗布したり、あるいは散乱層１７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て作製してもよい。
【００６７】
図９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。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２０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。本実施形態では、モーター２１の回転軸２２に、金属反射基板からなる反射層１３と、蛍光体層１２を設けたセラミック基板１１とをそれぞれ取り付け、セラミック基板１１と反射層１３とを物理的に接触させている。
【００６８】
光源２０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１４を励起し、蛍光体１４から蛍光２が出射される。セラミック基板１１側に出射された蛍光２は、セラミック基板１１の表面で反射されるとともに、その一部はセラミック基板１１を透過する。セラミック基板１１を透過した蛍光２は、反射層１３の表面で反射され、セラミック基板１１を通り、蛍光体層１２側に出射される。
【００６９】
光源２０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２０として用いる場合、例えば、蛍光体層１２の蛍光体として、青色光で励起され、黄色光、緑色光または赤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。
【００７０】
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、蛍光体からセラミック基板１１及び反射層１３（金属反射基板）に伝導された熱は、セラミック基板１１及び反射層１３から外部に放出される。蛍光ホイール１０が周方向に回転していることにより、セラミック基板１１及び反射層１３から外部への熱放出がさらに促進される。
【００７１】
ここでは、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例にして説明しているが、第２の実施形態及び第３の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールも、同様にしてプロジェクター用発光デバイスに用いることができる。
【００７２】
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。以下に説明する実施形態のように、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。
【００７３】
図１０は、本発明の第４の実施形態のプロジェクター用蛍光ホイールを示す斜視図である。図１０に示す蛍光ホイール１０は、二組の第１の領域１２ａ、第２の領域１２ｂ、及び第３の領域１２ｃを有している。これらの領域は、図１０に示すように、周方向に分割して設けられている。これらの領域を、例えば、赤色、緑色、または青色の光を蛍光として発光する領域に対応させ、蛍光ホイール１０をカラーホイールとして用いることができる。この場合においても、セラミック基板１１を設けることにより、蛍光体層１２が加熱されるのを抑制することができる。なお、第１の領域１２ａ、第２の領域１２ｂ、及び第３の領域１２ｃのいずれかを、蛍光体層１２を設けない領域としてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１…励起光
２…蛍光
１０…蛍光ホイール
１１…セラミック基板
１１ａ…第１の主面
１１ｂ…第２の主面
１２…蛍光体層
１２ａ…第１の領域
１２ｂ…第２の領域
１２ｃ…第３の領域
１３…反射層
１４…蛍光体
１５…ガラスマトリクス
１６…熱伝導層
１７…散乱層
１８…無機粒子
１９…ガラスマトリクス
２０…光源
２１…モーター
２２…回転軸
２３…拘束部材
２４…拘束部材
２５…貫通孔
３０…プロジェクター用発光デバイス
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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