(57)【要約】【課題】蛍光体層の厚みバラツキを抑えながらも、生産性が高くコスト低減を図れる円盤部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】ガラス基板上に形成された蛍光体層の幅方向中心の厚みを周方向に沿って測定したときに、厚みのピークが少なくとも２カ所に形成することで、輝度バラツキを抑えることができる。【選択図】図２１
2016136184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状の基板上において、周方向に沿って３６０度未満の範囲で帯状に延在する蛍光体層を形成してなる円盤部材であって、
周方向に沿って前記蛍光体層の幅方向中心の厚みを測定したときに、厚みのピークが少なくとも２カ所に形成されている円盤部材。
【請求項２】
前記蛍光体層の表面には、微細な凹凸がランダムに形成されている請求項１に記載の円盤部材。
【請求項３】
前記円盤部材の軸線方向に見たときに、前記蛍光体層における外周側中点から最も遠い２点を通る直線をＬｅとし、前記外周側中点における接線をＬｏとし、前記直線Ｌｅ，Ｌｏの中心線をＬｃとし、前記直線Ｌｅ，Ｌｏの距離をΔとすると、前記厚みのピークは、直線Ｌｃを中心として距離Δ／２の範囲内に形成されている請求項１又は２に記載の円盤部材。
【請求項４】
前記厚みのピークは、前記直線Ｌｏから等距離の位置に形成されている請求項３に記載の円盤部材。
【請求項５】
前記蛍光体層は、周方向に沿って２カ所以上形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の円盤部材。
【請求項６】
前記蛍光体層は、第１の波長の光が入射したときに、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光に変換する機能を有する請求項１〜５のいずれかに記載の円盤部材。
【請求項７】
前記蛍光体層は前記周方向に沿って１１０度以上、１８０度以下の範囲で帯状に延在することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の円盤部材。
【請求項８】
前記蛍光体層と同じ半径で延存し、前記第２の波長とは異なる第３の波長の光に変換する機能を有する別の蛍光体層を有する請求項１〜７のいずれかに記載の円盤部材。
【請求項９】
前記蛍光体層に積層するようにして微細な凹凸構造を形成した請求項１〜８のいずれかに記載の円盤部材。
【請求項１０】
円盤状の基板上において、周方向に沿って３６０度未満の範囲で帯状に延在する蛍光体層を形成してなる円盤部材の製造方法であって、
円弧状の開口部を有するマスクで前記基板を覆う工程と、
前記開口部に向けて液剤をスプレーするスプレー装置を、前記開口部の円弧中点における接線に沿って略平行に、前記開口部を通過するように直線的に前記基板に対して相対移動させる工程と、
前記液剤を固化させることで前記蛍光体層を形成する工程と、を有する円盤部材の製造方法。
【請求項１１】
前記基板は、前記スプレー装置の移動方向に沿って複数枚並べられている請求項１０に記載の円盤部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円盤部材及びその製造方法に関し、特に小型の画像投影装置のような画像形成装置に好適に用いられる円盤部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の一種である画像投影装置においては、液晶やミラー偏向型のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等を用いて投影画像を形成しているものがあるが、かかる画像を投影するための光源として、従来から放電ランプが広く利用されている。しかしながら、放電ランプは寿命が短く信頼性が低いという問題点があり、更には環境保護の要請もある。これに対し、近年では半導体レーザや発光ダイオードの固体光源の開発が進み、画像投影装置の光源として用いられるようになってきた。
【０００３】
ここで、投影画像を形成する際には、光の三原色として、赤色、緑色、青色の三色の高強度光が必要になるが、例えば半導体レーザとしては、赤色のレーザと青色のレーザは高輝度のものが実用化されているのに対し、十分に高輝度の緑色のレーザはまだ実用化されていないという問題がある。そこで、青色レーザ光を波長変換して、緑色の高強度光を創成しようとする試みがある。具体的な波長変換の例としては、４５０ｎｍ前後の青色レーザ光を、セリウム賦活イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）などの蛍光体層に集光させると、蛍光体層で励起されることにより緑色の光が発光することとなる。又、青色レーザ光を波長変換して赤色の高強度光を創成することも行われている。これを応用して、青色レーザ光を赤色蛍光体層に入射させることで赤色光を励起させ、また青色レーザ光を緑色蛍光体層に入射させることで緑色光を励起させる蛍光体ホイールも開発されており、これにより用いるレーザを単一色とできるためコスト的に有利である。
【０００４】
ここで、蛍光ホイールにおける蛍光体層については、特許文献１にスクリーン印刷を用いて形成できることが開示されている。しかるに、特許文献１に記載されたようにスクリーン印刷で蛍光体層を形成しようとすると、揮発性の低いポリマーを用いることが必要となり、熱サイクルによる膨張収縮によるクラック発生や材料自体の劣化という問題に加え、蛍光体層を形成するために用いる液剤中に微粒子を含んでいるため、版となるスクリーンの目詰りで厚さや濃度のバラツキが生じやすく、入射光の蛍光体層への入射位置に応じて発光強度が変化する恐れがあり、これにより想定された階調、色が出にくくなり、個体間での性能差として出現することが課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１４-５０７０１３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／０９０９６６号パンフレット
【特許文献３】特開２０１１-２５７６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これに対し、特許文献２においては、スプレー装置からのスプレーにより蛍光体層を形成する技術が開示されている。しかしながら、特許文献２に開示された技術では、本来的に発光点が単一であるＬＥＤ素子における蛍光体層を形成することを目的としており、蛍光ホイールのように広範囲な発光面を持つ蛍光体層を形成することは想定していない。従って、液剤の広範囲なスプレー塗布により形成された蛍光体層において、許容できない厚さバラツキが生じる恐れがある。
【０００７】
更に、特許文献３においては、金型で中空空間を形成し、その内部に蛍光体添加樹脂を注入して固化させることでカラーホイールに蛍光体層を形成し、これにより厚みバラツキを抑える技術が開示されている。しかしながら、カラーホイール１枚に対して蛍光体層を形成する度に、金型への素材装填、型締め、離型のサイクルが必要になり、生産性が非常に低いため、より生産性を高めた製造技術が望まれている。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、蛍光体層の厚みバラツキを抑えながらも、生産性が高くコスト低減を図れる円盤部材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の円盤部材は、円盤状の基板上において、周方向に沿って３６０度未満の範囲で帯状に延在する蛍光体層を形成してなる円盤部材であって、
周方向に沿って前記蛍光体層の幅方向中心の厚みを測定したときに、厚みのピークが少なくとも２カ所に形成されているものである。
【００１０】
本発明の円盤部材の製造方法は、円盤状の基板上において、周方向に沿って３６０度未満の範囲で帯状に延在する蛍光体層を形成してなる円盤部材の製造方法であって、
円弧状の開口部を有するマスクで前記基板を覆う工程と、
前記開口部に向けて液剤をスプレーするスプレー装置を、前記開口部の円弧中点における接線に沿って略平行に、前記開口部を通過するように直線的に前記基板に対して相対移動させる工程と、
前記液剤を固化させることで前記蛍光体層を形成する工程と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、蛍光体層の厚みバラツキを抑えながらも、生産性が高くコスト低減を図れる円盤部材及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態にかかる円盤部材を用いた画像投影装置１００の概略構成図である。
【図２】蛍光体ホイール１０４の斜視図である。
【図３】蛍光体ホイール１０４の断面図である。
【図４】光偏向部１０４ｅを斜め上方から見た図である。
【図５】光偏向部１０４ｅを出射側から見た図である。
【図６】光偏向部１０４ｅの変形例を示す図である。
【図７】光偏向部１０４ｅを拡大して示す断面図である。
【図８】スプレー装置を示す模式図である。
【図９】ガラス基板をマスキングした状態を示す図である。
【図１０】ガラス基板に蛍光体層を１２０度にわたって形成した状態を示す図である。
【図１１】蛍光体層の蛍光輝度と厚みを測定した結果を示す図である。
【図１２】蛍光体層の厚みを平均化し、蛍光輝度と重ねて示す図である。
【図１３】蛍光体層の厚みと蛍光輝度の相関図である。
【図１４】ガラス基板に蛍光体層を１８０度にわたって形成した状態を示す図である。
【図１５】ガラス基板に蛍光体層を２４０度にわたって形成した状態を示す図である。
【図１６】ガラス基板に、それぞれ１２０度にわたって形成した２種類の蛍光体層を周方向に並べた状態を示す図である。
【図１７】円盤の各部の符号を示す図である。
【図１８】実施例１の蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフである。
【図１９】実施例２の蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフである。
【図２０】実施例３の蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフである。
【図２１】実施例４の蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフである。
【図２２】実施例５の蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフである。
【図２３】実施例６の蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフである。
【図２４】実施例７の蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフである。
【図２５】実施例８の蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる円盤部材を用いた画像投影装置１００の概略構成図である。ここでは、光変調素子として、反射型のミラーアレイ(ＤＭＤ：Digital Mirror Device)を用いた画像投影装置の構成例を示すが、これに限定されず反射・液晶(ＬＣＯＳ：Liquid crystal on silicon)や透過型液晶を用いた光変調素子を採用しても良い。又、複数の光変調素子を組合せて用いても良い。又、円盤部材は、入射光を蛍光体層を通して反射する反射型であっても良い。
【００１４】
画像投影装置１００は、光源１０１からミラーアレイ素子１１５の手前までの照明部ＩＬと、ミラーアレイ素子１１５から投影レンズ１１６までの光学エンジン部ＯＥとを備える。光学エンジン部ＯＥは、照明部ＩＬから射出された光を光学的に処理して画像光を生成し、その画像光を外部の物体面に拡大投影する機能を有する。物体面とは、壁、スクリーン、ホワイトボードや、立体物などである。光学エンジン部ＯＥは、ミラーアレイ素子１１５と、照明光と投影光の分岐素子となるＴＩＲプリズム１１４と、ミラーアレイ素子１１５で生成された像を拡大投影する投影レンズ１１６で構成される。ＴＩＲプリズム１１４は、後に述べる照明部ＩＬでも共用される。
【００１５】
光学エンジン部ＯＥの構成は、最小構成として上述の３要素を備え、ミラーアレイ素子１１５と投影レンズ１１６の光路中に分岐素子が入る構成であれば良い。また、必要に応じて、光路上にその他の光学素子を加えても良い。そのような光学素子としては、例えば、偏光状態を変化させる波長板や、偏光フィルタ、色味を補正するフィルタ等がある。
【００１６】
ミラーアレイ素子１１５は、制御部ＣＯＮＴからの画像に対応してＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分に分解された信号に対し、微小なミラー素子の傾きを独立して変化させ、各ミラー素子毎に反射光がＴＩＲプリズム１１４で全反射する条件になる時間を変えることで変調された画像を生成する。
【００１７】
また、その際に、ミラーアレイ素子１１５を、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分についてそれぞれ時間的に分割されたいわゆるカラーフィールドシーケンシャル方式で画像を生成し、フルカラーの映像を投影することができる。このとき、ミラーアレイ素子１１５のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の画像を形成するためのミラー素子の傾き（フィールド）と、照明部ＩＬのＲ（赤外光）、Ｇ（緑色光）、Ｂ（青色光）の発光タイミングとを同期させている。
【００１８】
一方、照明部ＩＬは、第１光源１０１と、少なくとも１枚の正レンズ又はミラーを含むビーム縮小光学系１０２と、ビームエキスパンダ１０３と、円盤部材である蛍光体ホイール１０４と、モータ１０５と、第１コリメートレンズ１０６と、第２光源１０７と、第２コリメートレンズ１０８と、ダイクロイックミラー１０９と、第１リレー光学系１１０と、ライトパイプ１１１と、第２リレー光学系１１２と、ＴＩＲプリズム１１４とを有する。第１光源１０１と第２光源１０７は、レーザドライバＤＲによって発光駆動される。ビーム縮小光学系１０２とビームエキスパンダ１０３とで集光光学系を構成する。
【００１９】
図２は、蛍光体ホイール１０４の斜視図であり、図３は、蛍光体ホイール１０４の概略断面図である。図２において、蛍光体ホイール１０４は、透明な円盤状のガラス基板１０４ａの上面外周近傍において、周方向に沿って帯状に光変換部１０４ｂを形成したものである。但し、光変換部１０４ｂは、ガラス基板１０４ａの半周分しか形成されておらず、残りはガラス基板１０４ａのままである。尚、ガラス基板１０４ａの中央には、モータ１０５の回転軸と連結するための孔１０４ｐが形成されている。光変換部１０４ｂ（後述する蛍光体層を含む）は、蛍光体ホイール１０４の周方向に沿って１１０度以上、１８０度以下の範囲で帯状に延在すると好ましい。
【００２０】
図３において、光変換部１０４ｂは、ガラス基板１０４ａ側から、反射・透過層１０４ｃ、蛍光体層１０４ｄ、光偏向部１０４ｅとを積層して形成されている。選択的光透過部としての反射・透過層１０４ｃは誘電体多層膜からなり、第１の波長の光を透過するが、第２の波長の光は反射するようになっている。蛍光体層１０４ｄとしては、セリウム賦活イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）（この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はＹ3（Ａｌ,Ｇａ）5Ｏ12である）、Ｃｅ又はセリウム賦活ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ：Ｃｅ）、またはβサイアロン蛍光体等を用いることができるが、第１の波長の光を入射したときに、第２の波長の光として５００ｎｍから５６０ｎｍにピーク波長がある蛍光発光を行える蛍光体であれば良い。本実施の形態では、無機蛍光体を含む蛍光体層１０４ｄは微粒子を内包しており、これに入射光が当たって散乱するようになっている。すなわち、蛍光体層１０４ｄは散乱部と一体化している。但し、蛍光体層１０４ｄと光偏向部１０４ｅとの間に、別の散乱部を設けても良い。
【００２１】
図４は、光偏向部１０４ｅを斜め上方から見た図であり、図５は、光偏向部１０４ｅを出射側から見た図である。図に示すように、光偏向部１０４ｅは、同一形状である複数の微小な光学要素１０４ｈの集合体(微細な凹凸構造)である。より具体的には、個々の光学要素１０４ｈは、図４に示すように、蛍光体層１０４ｄに接する角筒状の基部１０４ｆと、その上に連結され空気に接している円錐面１０４ｇとから一体的に形成されたものであり、この光学要素１０４ｈをマトリクス状に並べている。このようにマトリクス状に並べた状態で、隣接する円錐面１０４ｇの軸間隔が底面の直径より小さくなると、円錐面１０４ｇ同士が干渉して一部が途切れるようになる。ここでは円錐面１０４ｇの途切れた部位（境界）を含む底面が正方形状となるような軸間隔としている。このとき隣接する円錐面１０４ｇの境界を切断すると、図４に示す半月状の断面１０４ｗが現れることとなる。基部１０４ｆは全体として１枚の平行平板状であるが、円錐面１０４ｇの正方形底面に合わせて分離していても良い（図４の点線で図示）。尚、円錐面１０４ｇを六方最密充填とすると、底面は六角形になる。「マトリクス状」とは、図５に示すように１つの基部１０４ｆの角を、隣接する３つの基部１０４ｆの角と突き合わせて隙間なく配置した格子形状の他、図６（ａ）に示すように、１つの基部１０４ｆの角を、隣接する１つの基部１０４ｆの角のみと突き合わせて隙間なく配置した形状も含む。例えば基部１０４ｆを六角形状として、六方最密充填、所謂ハニカム状に隙間なく配置することもできるが、正方形状の基部１０４ｆをマトリクス状に隙間なく配置することで、全反射のロスが少なく光の利用効率をより向上できる。尚、図６（ｂ）に示すように、円錐面１０６ｇの底面の四隅を円弧でカットするようにして、隣接する円錐面１０６ｇの間に隙間ＣＬを形成するようにしても良い。隙間ＣＬから基部１０６ｆが露出している。又、図５，６において、円錐面１０６ｇの立体感を出すために、先端を点で示し且つ斜面に複数の円弧で影を付している。
【００２２】
尚、隣接する基部１０４ｆ同士を接合して、一体の板状物としていると好ましい。円錐面１０４ｇの先端は尖っていることが望ましいが、尖った先端の形成上比較的困難であるから、曲面もしくは平面（図３に点線で図示）であっても良い。
【００２３】
光偏向部１０４ｅは、ガラス転移点（Ｔｇ）が１５０℃以上のガラス材（無機材料）または樹脂から形成され、特に樹脂の場合は耐熱性が１００℃以上で、４５０ｎｍ近傍の吸収が少ない材料が好ましく、熱可塑性樹脂では日本ゼオン株式会社の製品名「ゼオネックス」等のＣＯＰ材などを用いることが出来る。又、条件を満たせばアクリル系の光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を用いてもよい。
【００２４】
第１光源１０１は、第１の波長の光を出射する固体発光素子１０１ａと、コリメートレンズアレイ１０１ｂとで構成されている。固体発光素子１０１ａは、合波によって所定出力を得るために、ここでは波長４５０ｎｍの青色光を複数本同時に出射できる青色半導体レーザアレイを用いる。固体発光素子１０１ａからは、偏光状態のそろった直線偏光の青色光を複数本射出する。なお、第１の波長としては、後述する蛍光体層で蛍光発光する光の波長（第２の波長：）より短く、青色と認識できる波長帯域のものであれば良いが、好ましくは４８０ｎｍ以下である。又、第２光源１０７は、赤色光を出射する赤色半導体レーザである。尚、光変換部１０４ｂ（蛍光体層を含む）と同じ半径で延存し、第１の波長の光を入射したときに、第２の波長とは異なる第３の波長の光に変換する機能を有する別の蛍光体層を蛍光体ホイール１０４に設けても良い。これにより、単一波長の光源を用いて、例えば３原色の光を形成することができる。
【００２５】
本実施の形態の動作について説明する。ここで、蛍光体ホイール１０４は、ミラーアレイ素子１１５のフィールドに同期して回転し、また第２光源１０７が同期して点灯し、すなわち各カラーフィールドとセグメントが同期するよう制御されている。具体的には、ミラーアレイ素子１１５における青のカラーフィールドでは青色光がミラーアレイ素子１１５に入射し、縁のカラーフィールドでは、緑色光が入射し、赤のカラーフィールドでは赤色光が入射するようになっている。
【００２６】
まず、第１光源１０１の固体発光素子１０１ａ出射された青色光は、コリメートレンズアレイ１０１ｂを通過して複数の平行光束とされ、その複数の平行光束は、ビーム縮小光学系１０２で光束径を絞り込まれ、更にビームエキスパンダ１０３により、蛍光体ホイール１０４のガラス基板１０４ａの裏面側（光変換部１０４ｂとは反対側）からスポット光として集光する。
【００２７】
モータ１０５の回転軸に連結された蛍光体ホイール１０４は所定の速度で回転駆動されており、青色光を出射すべき時は、集光された青色光がガラス基板１０４ａを素通しする回転位置となり、緑色光を出射すべき時は、ガラス基板１０４ａを介して光変換部１０４ｂに集光する回転位置となる。
【００２８】
ガラス基板１０４ａを介して光変換部１０４ｂに入射した青色光は、反射・透過層１０４ｃを通過して、蛍光体層１０４ｄに入射したときは緑色（第２の波長）の蛍光を発する。この緑色の蛍光は、いわゆるランバーシャンの配光を持って蛍光体層１０４ｄから光偏向部１０４ｅへと出射する。このようなランバーシャンの配光のままであると光の利用効率が悪いので、光偏向部１０４ｅにて配光特性を変更する。その原理を以下に説明する。
【００２９】
図７は、光偏向部１０４ｅを拡大して示す断面図であり、蛍光体層１０４ｄの１点ＥＰから出射した緑色の蛍光の一部を実線で示している。蛍光体層１０４ｄから発した蛍光は、１つの出射点ＥＰに着目すると、出射点ＥＰから光偏向部１０４ｅ内に進入し放射状に広がりながら円錐面１０４ｇに向かって進行する。光偏向部１０４ｅと蛍光体層１０４ｄの間は屈折率ｎ＝１．４から１．６程度の媒質（接着剤等）で満たされており、光偏向部１０４ｅの外側（出射面側）は空気（屈折率ｎ＝１）となっている。そのため円錐面１０４ｇに入射した光は、その境界における屈折率差により、屈折して発散角の小さな光束として出射する光ＥＪＬと、界面での全反射（少なくとも２回）により蛍光体層１０４ｄ側に戻される戻り光ＰＲＬ(点線で示す)とに分離される。
【００３０】
戻り光ＰＲＬは、再び蛍光体層１０４ｄに入射するが、蛍光体層１０４ｄの散乱や、蛍光体層１０４ｄの下面（光偏向部１０４ｅと蛍光体層１０４ｄを挟んで反対側の面）に隣接して設けられた反射・透過層１０４ｃ（図２参照）で反射され、角度を変えて再度蛍光体層１０４ｄから光偏向部１０４ｅへと出射する。この出射光は、上述と同様に円錐面１０４ｇから屈折して出射する光ＰＲＬａと、反射して戻る光ＰＲＬｂとに分離される。以上を繰り返すことで、殆どの光が円錐面１０４ｇから出射されることとなる。更に、円錐面１０４ｇにおいては回転対称構造のため、レンズ効果の有効性が高いことと、全反射による光束のロスが出にくいことから従来例にくらべて高い効率を実現することが可能となる。
【００３１】
更に図１において、蛍光体ホイール１０４を通過した青色光又は緑色光は、第１コリメートレンズ１０６を通過して平行光束となり、ダイクロイックミラー１０９で反射される。一方、第２光源１０７から出射された赤色光は、第２コリメートレンズ１０８で平行光束となり、ダイクロイックミラー１０９を通過する。赤色光が出射するタイミングでは、第１光源１０１は非発光状態となるように制御される。
【００３２】
ダイクロイックミラー１０９を通過した青色光、緑色光、赤色光が順次入れ替わる照明光は、第１リレー光学系１１０を介してライトパイプ１１１内に入射し、ここで多重反射した後、第２リレー光学系１１２を通過して、ＴＩＲプリズム１１４で全反射して、ミラーアレイ素子１１５に入射する。ライトパイプ１１１と第２リレー光学系１１２を通ることにより、照明光は光源や蛍光体層による輝度ムラが緩和された状態でミラーアレイ素子１１５に導かれるので、輝度ムラの小さな照明となっている。
【００３３】
更に、ミラーアレイ素子１１５は、青色光を入射するときは青のカラーフィールドとなり、緑色光を入射するときは緑のカラーフィールドとなり、赤色光を入射するときは赤のカラーフィールドとなり、それぞれ時間的に分割された画像を形成し、光学エンジン部ＯＥの投影レンズ１１６を介して投影することができる。投影された各画像を観察する者は、目の残像効果によって各成分を足し合わせたフルカラーの画像を視認することができる。
【００３４】
尚、以上の実施の形態では、蛍光体ホイール１０４は、青色光を入射したときに緑色蛍光を発する光変換部のみを有しているが、これ以外に青色光を入射したときに赤色蛍光を発する光変換部を設けるようにしても良い。それにより赤色光を出射する第２光源１０７が不要となって、画像投影装置１００の構成が簡素化される。その際の赤色の蛍光体としては６００ｎｍから６５０ｎｍに発光のピーク波長がある蛍光体であれば良い。例えばＳｒサイアロン蛍光体（Ｓｒ2Ｓｉ7Ａｌ3ＯＮ13：Ｅｕ）等を好適に用いることができる。
【００３５】
又、以上の実施の形態では、ガラス基板１０４ａと蛍光体層１０４ｄとの間に反射・透過層１０４ｃを設けたが、その代わりにもしくはこれに加えて蛍光体層１０４ｄと光偏向部１０４ｅとの間に、別の反射・透過層を設けても良い。但し、蛍光体層１０４ｄと光偏向部１０４ｅとの間に設ける反射・透過層は、第１の波長の光は透過せず、第２の波長の光を透過する特性を有するものとする。
【００３６】
次に、蛍光体ホイールの製造方法について説明する。蛍光体ホイールの製造方法は、主には、
（１）蛍光体と、膨潤性粒子または無機粒子の少なくとも一方とを、水または有機溶媒の少なくとも一方に分散し、第１の混合液を調製する工程と、
（２）第１の混合液を、蛍光体ホイール上に塗布して加熱し、蛍光体層の前駆体を形成する工程と、
（３）透光性のセラミック前駆体を溶媒に分散した第２の混合液を、蛍光体層の前駆体上に塗布して加熱し、蛍光体層を形成する（完成させる）工程と、を有している。
【００３７】
まずはじめに、（１）の工程で使用する蛍光体や添加剤（膨潤性粒子または無機粒子）、第１の混合液などについて説明する。
【００３８】
（１．１）蛍光体
蛍光体は、入射光の波長（第１の波長）により励起されて、第１の波長と異なる第２の波長の蛍光を出射するものである。本実施形態では、青色ＬＤから出射される青色光（波長４００ｎｍ〜４７５ｎｍ）を緑色光（波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ）に変換するＹＡＧ：Ｃｅ（セリウム賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体を使用している。
【００３９】
なお、本実施形態ではＹＡＧ蛍光体を使用しているが、蛍光体の種類はこれに限定されるものではなく、例えばＣｅを含まない非ガーネット系蛍光体やβサイアロン蛍光体等の他の蛍光体を使用することもできる。また、蛍光体の粒径が大きいほど発光効率（波長変換効率）は高くなる反面、有機金属化合物との界面に生じる隙間が大きくなって形成されたセラミック層の膜強度が低下する。従って、発光効率と有機金属化合物との界面に生じる隙間の大きさを考慮し、平均粒径が１μｍ以上５０μｍ以下のものを用いることが好ましい。蛍光体の平均粒径は、例えばコールターカウンター法によって測定することができる。
【００４０】
（１．２）添加剤
第１の混合液の粘度を調整する方法としては膨潤性粒子や無機粒子を溶媒に添加する手法が挙げられるが、第１の混合液を増粘することができればいかなる手法を用いることが可能であり、これに限定されるわけではない。
【００４１】
膨潤性粒子としては例えば層状ケイ酸塩鉱物が挙げられる。層状ケイ酸塩鉱物は、雲母構造、カオリナイト構造、スメクタイト構造等の構造を有する膨潤性粘土鉱物が好ましく、膨潤性に富むスメクタイト構造が特に好ましい。これは混合液中に水を添加することで、スメクタイト構造の層間に水が進入して膨潤したカードハウス構造をとるため、混合液の粘性を大幅に増加させる効果があるためである。
【００４２】
セラミック層中における層状ケイ酸塩鉱物の含有量は１重量％以上２０重量％以下とすることが好ましい。なお、有機溶媒との相溶性を考慮して、層状ケイ酸塩鉱物の表面をアンモニウム塩等で修飾（表面処理）したものを適宜用いることもできる。
【００４３】
無機粒子（酸化物微粒子）は、混合液の粘性を増加させる増粘効果だけでなく、有機金属化合物と、蛍光体との界面に生じる隙間を埋める充填効果、及び加熱後のセラミック層の膜強度を向上させる膜強化効果も有する。
【００４４】
本実施の形態で用いられる無機粒子としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛等の酸化物微粒子、フッ化マグネシウム等のフッ化物微粒子等が挙げられる。特に、有機金属化合物としてポリシロキサン等の含ケイ素有機化合物を用いる場合、形成されるセラミック層に対する安定性の観点から酸化ケイ素の微粒子を用いることが好ましい。
【００４５】
セラミック層中における無機粒子の含有量が１重量％未満になると上述したそれぞれの効果が十分に得られない。一方、無機粒子の含有量が２０重量％を超えると加熱後のセラミック層の強度が低下する。従って、セラミック層中における無機粒子の含有量は１重量％以上２０重量％以下とすることが好ましくい。また、無機粒子の平均粒径は、上述したそれぞれの効果を考慮して５０μｍ以下のものを用いることが好ましい。無機粒子の平均粒径は、例えばコールターカウンター法によって測定することができる。
【００４６】
（１．３）第１の混合液の調製
第１の混合液の調製手順としては、膨潤性粒子または無機粒子を、先ず有機溶媒に予備混合し、その後に蛍光体および水を混合する。または、先ず膨潤性粒子もしくは無機粒子と蛍光体と水とを予備混合し、その後に有機溶媒を混合してもよい。これにより、膨潤性粒子または無機粒子を均一に混合して増粘効果をより高めることができる。
【００４７】
第１の混合液の粘度は１０〜５００ｃＰであり、好ましくは１００〜３００ｃＰである。これら粘度は振動式粘度計（CBC社製VM-10A-L）を用いて測定されたものである。なお、第１の混合液には、膨潤性粒子のみが含有されてもよいし、無機粒子のみが含有されてもよいし、膨潤性粒子と無機粒子との両方が含有されてもよい。
【００４８】
続いて、（２）の工程の詳細について説明する。
【００４９】
（２．１）スプレー装置
第１の混合液をガラスまたは金属の基板に塗布する場合、たとえばスプレー装置を使用する。図８は、スプレー装置を示す模式図であり、図９は、基板をマスキングした状態を示す図である。ここで、スプレーしたい範囲が３６０度未満であるため、基板を回転させながらスプレーすることは適切でない。そこで、スプレー装置を基板に対して直線的に移動させてスプレーを行うものとする。図８において、ステージＳＴ上に複数の基板（円盤状の基材）１０４ａが、縦横に一部を重ねて並べて配置されており、その上に、板状のマスク部材ＭＫが配置されている。マスク部材ＭＫは、基板１０４ａと同数の開口部ＭＫａを有している。開口部ＭＫａは、基板１０４ａの外周近傍を円弧状に等幅で露出した形状を有する。基板１０４ａは同一平面上に並べて配置しても良い。
【００５０】
図８において、液剤として第１の混合液を貯留したタンク（不図示）に連結されたスプレー装置ＳＰが、マスク部材ＭＫ上に配置され、そのスプレー部を開口部ＭＫａに向けている。スプレー装置ＳＰは、ステージＳＴに対して同じ高さで図８，９において左方から右方へと直線的に相対移動可能であり、更にそれと直交する方向に変位可能となっている。尚、ステージＳＴ側を相対移動させても良い。
【００５１】
加圧空気により第１の混合液をスプレーしつつ、スプレー装置ＳＰを、開口部ＭＫａの円弧中点における接線に沿って略平行にマスク部材ＭＫ上で直線的に移動させる。これにより、第１の混合液を、基板１０４ａの上面の一部に円弧状に塗布することができ、その後に電気炉等により塗布後の第１の混合液を加熱することで、蛍光体層の前駆体を形成することができる。本実施の形態によれば、図９に示すように隣り合う開口部ＭＫａを繋ぐようにして、スプレー装置ＳＰを直線的に移動させるのみで、蛍光体層の前駆体を形成することができるので生産性が大幅に向上する。このとき、スプレー部と基板１０４ａとの距離が遠すぎると材料がムダになり、近すぎると制御が難しくなるため最適となる広がりを設定することが好ましい。また、１方向の走査だけでなく往復で走査しても良い。
【００５２】
次に、（３）の工程で使用する第２の混合液（セラミック前駆体）や、工程の詳細などについて説明する。
【００５３】
（３．１）第２の混合液
第２の混合液は、セラミック前駆体としての金属化合物を溶媒に分散させた溶液であり、透光性のセラミックスを形成することができれば金属の種類に制限はない。
【００５４】
第２の混合液としては、加水分解等の反応によりゲル化した後、ゲルを加熱することによりセラミックスが形成されるもの（ゾルゲル溶液）であってもよいし、溶媒成分を揮発させることにより、ゲル化することなく直接セラミックスが形成されるものであってもよい。
【００５５】
前者（ゾルゲル溶液）の場合、金属化合物は有機化合物でもよいし無機化合物でもよい。好ましい金属化合物としては、例えば、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート、硝酸塩、酸化物などが挙げられる。中でも金属アルコキシドは、加水分解と重合反応によりゲル化し易いため好ましく、特にテトラエトキシシランが好ましい。複数種の金属化合物を組み合わせて使用してもよい。
【００５６】
第２の混合液としては、上記金属化合物の他、加水分解用の水、溶媒、触媒等を適宜含有させることが好ましい。溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類が挙げられる。触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、フッ酸、アンモニア等が挙げられる。金属化合物としてテトラエトキシシランを用いる場合、テトラエトキシシラン１００質量部に対して、エチルアルコール１３８質量部、純水５２質量部とすることが好ましい。この場合、ゲルを加熱する際の加熱温度は１２０〜５００℃が好ましい。また、金属化合物としてポリシロキサンを用いる場合も、塗布後の加熱温度は１２０℃〜５００℃が好ましい。
【００５７】
（３．２）第２の混合液の塗布
第２の混合液を塗布する場合は、第１の塗布液を塗布した場合と同様にして、図８のスプレー装置ＳＰを使用し、第２の混合液を蛍光体層の前駆体上に塗布することができ、その後にマクスＭＫを取り外し塗布後の第２の混合液を加熱することで蛍光体層１０４ｄを形成する（完成させる）ことができる。更に蛍光体層１０４ｄに積層するようにして、予め成形しておいた光偏向部１０４ｅを接着する。これにより蛍光体ホイール１０４が完成する。
【００５８】
（実施例）
以下、上述の実施の形態に用いることができる実施例について説明する。ここで、本発明者らは、蛍光体層の厚みのバラツキについて検討を行った。具体的には、図１０に示すガラス基板上に、図８のスプレー装置ＳＰを用いて、ガラス基板上に媒質にＹＡＧ系の蛍光体を溶媒に分散した第１の塗布液を塗布し、その蛍光体をポリシロキサンを用いた第２の塗布液を塗布し１５０℃環境で２４時間加熱し固定した試料を作成し、波長４０５ｎｍ、光束径φ２ｍｍの青色光をガラス基板側から蛍光体層に入射して、図１０でガラス基板の接線に直交するＸ方向に沿って輝度計により蛍光輝度を測定した。同時に、厚みばらつき方向（Ｘ方向）に対し走査しながら、接触式の形状測定機で測定した結果を、図１１に示す。図１１において、実線は蛍光体層の測定した厚みであり、点線は測定した輝度であり、それぞれ対応した位置で示している。なお、本測定においては光偏光部は設けていない。
【００５９】
図１１の測定結果によれば、蛍光体層が厚くなると輝度が上がるが、ある程度の厚さを超えると輝度が低下する傾向があることがわかる。つまり、最も効率の良い厚みを中心とし、その前後で強度が安定する厚みに設定することが、輝度を一様に近づけるために好ましいといえる。ここで、図１１に示す厚みの測定値においてノイズが大きいのは、蛍光体層の構造上、表面に蛍光体としての微粒子が露出した状態にあるため、蛍光体層の表面形状がランダムな凹凸状態となっているためである。
【００６０】
そこで、このノイズの影響を低減するため、入射光束相当であるφ2ｍｍの範囲内で、厚みの平均値をとったグラフを、図１２に示す。この例では、蛍光体層の厚みが４５μｍ前後で最も効率が良くなり、下限側は３０μｍ程度、上限側は６０μｍ程度の範囲の厚みとすることで、輝度バラつきが±１０％（レンジで２０％）に抑えることが可能となる。
【００６１】
図１３は、蛍光体層の厚みと蛍光輝度の相関図である。以上の検討結果をまとめると、より蛍光体層が厚くなることで蛍光輝度が上がるが、ある程度の厚さを超えると蛍光輝度が低下する傾向となることがわかった。そこで、蛍光体層は、最も効率の良い厚みを中心とし、その前後で強度が安定する厚みに設定すること必要となることが明らかとなった。今回評価した試料においては４５μｍ前後で最も効率が良くなり、４５±１５μｍ程度の範囲に入ることで輝度バラつきが±１０％（レンジで２０％）となっている。また、４５±７μｍ程度で輝度バラつきを±５％（レンジで１０％）に抑えることが可能となっている。尚、回転駆動する蛍光体ホイール上に蛍光体層を設ける場合、この範囲での１フレーム内での±１０％以内で輝度バラつきが生じても、人間の目にチラツキとして現れることはほとんどない。なお、厚みの影響を絶対値ではなく百分率で表しているのは、この結果が蛍光体層の蛍光体濃度に依存することが想定されるため、濃度による影響を考慮してのことである。
【００６２】
以上の考察に基づき、本発明者らは、ガラス基板上に形成された蛍光体層の幅方向中心の厚みを周方向に沿って測定したときに、厚みのピークが少なくとも２カ所に形成することで、輝度バラツキを抑えることができることを見出した。ここで、「厚みのピーク」とは、最も高い平均厚みを挟んだ測定方向両側において、平均厚みが漸次小さくなることをいう。「平均厚み」とは、蛍光体層の凹凸形状によるバラツキの平均値をとったものであり、一例として二乗平均値などがある。
【００６３】
図１０、図１４〜１５に示す例では、模式的に図示する蛍光体層１０４ｄにおける外周側中点ＣＰから最も遠い２点を通る直線をＬｅとし、外周側中点ＣＰにおける接線をＬｏとし、直線Ｌｅ，Ｌｏの中心線をＬｃとし、直線Ｌｅ，Ｌｏの距離をΔとすると、厚みのピークが、直線Ｌｃを中心としてそれぞれ距離Δ／４の範囲内（レンジではΔ／２の範囲内）に少なくとも２カ所形成されていると好ましい。
【００６４】
又、図１６に示すように、２種類の蛍光体層１０４ｄ、１０４ｄ’を周方向に並べて形成した場合、個々の蛍光体層１０４ｄ、１０４ｄ’毎に、外周側中点ＣＰから最も遠い２点を通る直線をＬｅとし、外周側中点ＣＰにおける接線をＬｏとし、直線Ｌｅ，Ｌｏの中心線をＬｃとし、直線Ｌｅ，Ｌｏの距離をΔとすると（一方のみ図示）、厚みのピークが、直線Ｌｃを中心としてそれぞれ距離Δ／４の範囲内に、それぞれ少なくとも２カ所形成されていると好ましい。
【００６５】
以下、上述の検討結果をもとに本発明者らが算出した実施例について説明する。各実施例は、ガラス製の円盤状の基板上に、中心からの所定角度θの領域以外を金属材料のマスク部材で遮蔽し、その上から、図８，９に示すスプレー装置を用いて、ポリシロキサン分散液を含む溶媒に分散した液剤を、所定の位置で直線状に走査しながらスプレーで噴射塗布し、その後、マスク部材を除去し１５０℃環境で２４時間加熱し円弧状の蛍光体層を作成し、波長４０５ｎｍ、光束径φ２ｍｍの青色光を基板側から蛍光体層に入射することを想定したときの蛍光輝度と蛍光体層の厚みを算出したものである。
【００６６】
図１７を参照して、基板の中心Ｏを原点として、蛍光体層の外周中点ＯＣ１と基板の中心Ｏを結ぶ方向をｘ方向とし、それに直交する方向をｙ方向として、各部の座標を定めている。以下の実施例で共通して用いた基板は、半径Ｒ０＝１５ｍｍの円盤であり、形成する蛍光体層の外周半径Ｒ１＝１４．５ｍｍであり、その内周半径Ｒ２＝１１．５ｍｍであり、蛍光体層の周方向の延在長さを角度θで表した。図１７に示すように、各実施例における蛍光体層の外周中点ＯＣ１，２カ所の外周端点ＯＥ１，ＯＥ２、内周中点ＩＣ１，２カ所の内周端点ＩＥ１，ＩＥ２の位置座標（ｘ値及びｙ値）、各直線Ｌｃ，Ｌｏ，Ｌｅのｘ軸との交差位置は、以下の表に示す通りである。
【００６７】
（実施例１）
実施例１では、蛍光体層はθ＝１２０度で延在しており、スプレー装置ＳＰのスプレー中心を、直線Ｌｃに対して０．６ｍｍだけ中心側にシフトして、直線Ｌｃに沿って移動させたものである。図１８は、蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線：最大強度を１とした割合で示す、以下同じ）を示すグラフであり、横軸は蛍光体層の中点を０度とし時計回りを正側として角度を示している。表１に、蛍光体層の位置座標を示す。輝度値のバラツキは４％以内である。
【００６８】
【表１】
2016136184.tif 000003
【００６９】
（実施例２）
実施例２では、蛍光体層はθ＝１２０度で延在しており、スプレー装置ＳＰのスプレー中心を、直線Ｌｃに対して０．５ｍｍだけ中心側にシフトして、直線Ｌｃに沿って移動させたものである。図１９は、蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフであり、横軸は蛍光体層の中点を０度とし時計回りを正側として角度を示している。表２に、蛍光体層の位置座標を示す。輝度値のバラツキは２％以内である。
【００７０】
【表２】
2016136184.tif 000004
【００７１】
（実施例３）
実施例３では、蛍光体層はθ＝１２０度で延在しており、スプレー装置ＳＰのスプレー中心を、直線Ｌｃ上を０．２５ｍｍだけ中心側にシフトして、直線Ｌｃに沿って移動させたものである。図２０は、蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフであり、横軸は蛍光体層の中点を０度とし時計回りを正側として角度を示している。表３に、蛍光体層の位置座標を示す。輝度値のバラツキは２％以内である。
【００７２】
【表３】
2016136184.tif 000005
【００７３】
（実施例４）
実施例４では、蛍光体層はθ＝１２０度で延在しており、スプレー装置ＳＰのスプレー中心を、直線Ｌｃ上に重なるようにして直線Ｌｃに沿って移動させたものである。図２１は、蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフであり、横軸は蛍光体層の中点を０度とし時計回りを正側として角度を示している。表４に、蛍光体層の位置座標を示す。輝度値のバラツキは１％以内である。
【００７４】
【表４】
2016136184.tif 000006
【００７５】
（実施例５）
実施例５では、蛍光体層はθ＝１２０度で延在しており、スプレー装置ＳＰのスプレー中心を、直線Ｌｃに対して０．２５ｍｍだけ中心から離れる側にシフトして、直線Ｌｃに沿って移動させたものである。図２２は、蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフであり、横軸は蛍光体層の中点を０度とし時計回りを正側として角度を示している。表５に、蛍光体層の位置座標を示す。輝度値のバラツキは３％以内である。
【００７６】
【表５】
2016136184.tif 000007
【００７７】
（実施例６）
実施例６では、蛍光体層はθ＝１２０度で延在しており、スプレー装置ＳＰのスプレー中心を、直線Ｌｃに対して０．５ｍｍだけ中心から離れる側にシフトして、直線Ｌｃに沿って移動させたものである。図２３は、蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフであり、横軸は蛍光体層の中点を０度とし時計回りを正側として角度を示している。表６に、蛍光体層の位置座標を示す。輝度値のバラツキは６％以内である。
【００７８】
【表６】
2016136184.tif 000008
【００７９】
（実施例７）
実施例７では、蛍光体層はθ＝１２０度で延在しており、スプレー装置ＳＰのスプレー中心を、直線Ｌｃに対して０．６ｍｍだけ中心から離れる側にシフトして、直線Ｌｃに沿って移動させたものである。図２４は、蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフであり、横軸は蛍光体層の中点を０度とし時計回りを正側として角度を示している。表７に、蛍光体層の位置座標を示す。輝度値のバラツキは８％以内である。
【００８０】
【表７】
2016136184.tif 000009
【００８１】
（実施例８）
実施例８では、蛍光体層はθ＝１８０度で延在しており、スプレー装置ＳＰのスプレー中心を、直線Ｌｃ上に重なるようにして直線Ｌｃに沿って移動させたものである。図２５は、蛍光体層の厚み（実線）と、同じ場所での輝度（点線）を示すグラフであり、横軸は蛍光体層の中点を０度とし時計回りを正側として角度を示している。表８に、蛍光体層の位置座標を示す。輝度値のバラツキは１１％以内である。
【００８２】
【表８】
2016136184.tif 000010
【符号の説明】
【００８３】
１００            画像投影装置
１０１            光源
１０１ａ              固体発光素子
１０１ｂ              コリメートレンズアレイ
１０２            ビーム縮小光学系
１０３            ビームエキスパンダ
１０４            蛍光体ホイール
１０４ａ              基板
１０４ｂ              光変換部
１０４ｃ              反射・透過層
１０４ｄ              蛍光体層
１０４ｅ              光偏向部
１０４ｆ              基部
１０４ｇ              円錐面
１０４ｈ              光学要素
１０４ｐ              孔
１０５            モータ
１０６            第１コリメートレンズ
１０７            光源
１０８            第２コリメートレンズ
１０９            ダイクロイックミラー
１１０            第１リレー光学系
１１１            ライトパイプ
１１２            第２リレー光学系
１１４            ＴＩＲプリズム
１１５            ミラーアレイ素子
１１６            投影レンズ
ＣＯＮＴ          制御部
ＤＲ            レーザドライバ
ＩＬ            照明部
ＬＨ            レンズユニット
ＯＥ            光学エンジン部
【図１】
2016136184.tif 000011
【図２】
2016136184.tif 000012
【図３】
2016136184.tif 000013
【図４】
2016136184.tif 000014
【図５】
2016136184.tif 000015
【図６】
2016136184.tif 000016
【図７】
2016136184.tif 000017
【図８】
2016136184.tif 000018
【図９】
2016136184.tif 000019
【図１０】
2016136184.tif 000020
【図１１】
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【図１２】
2016136184.tif 000022
【図１３】
2016136184.tif 000023
【図１４】
2016136184.tif 000024
【図１５】
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【図１６】
2016136184.tif 000026
【図１７】
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【図１８】
2016136184.tif 000028
【図１９】
2016136184.tif 000029
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2016136184.tif 000032
【図２３】
2016136184.tif 000033
【図２４】
2016136184.tif 000034
【図２５】
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