JP6428193B2 - 波長変換部材および該波長変換部材を備えたプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、波長変換部材および該波長変換部材を備えたプロジェクタに関する。

近年、時分割で複数の波長の光を取り出し、取り出された複数の波長の光を順次変調することで画像を形成して投影する時分割式のプロジェクタが普及している。このような時分割式のプロジェクタに用いる光源装置として、例えば、白色光等の所定の光を出力する光源と、光源の光を複数の異なる波長域の光に変換するために円周方向に配置された複数のカラーフィルタを有する回転ホイール（波長変換部材）とを備えたものが知られている。当該光源装置では、光源から出射された白色光等の光を、一定速度で回転する回転ホイールに入射させて、時分割で複数の波長の光（例えば、青、緑、赤色光）を取り出すことができる。

また、半導体レーザを始めとする単波長の光を出力する光源により、複数のカラーフィルタに代えて円周方向に配置され、それぞれが蛍光体層を備えた複数の波長変換領域を有する回転ホイール（以下「蛍光ホイール」という場合がある）を用いて、これに半導体レーザ等の光源から出射された単波長の光を入射させることで、時分割で複数の波長の光を取り出す光源装置も提案されている。蛍光体ホイールを有する光源装置では、高出力を得るために蛍光体に照射する光の出力を高めると、蛍光体の発熱量が増大して蛍光体が高温になり、これにより、蛍光体の変換効率が低下するという問題があった。

このような課題に対応するため、冷却ファンを用いて、蛍光体ホイール上の蛍光体に設けられた凹凸に向けて、斜め方向から冷却媒体（空気等）を当てて冷却する光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、蛍光体ホイール及び蛍光体ホイールに風を送風する送風機をケースで収容して冷却効率を高めた光源装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２−７８７０７号明細書 特開２０１４−９２５９９号明細書

特許文献１に示された光源装置では、光源の冷却手段に加えて、蛍光体ホイール専用の冷却手段を要するので、光源装置の小型化が困難になり、部品点数増加により製造コストも増大する。また、用途等によっては蛍光体ホイールを冷却しただけでは、蛍光体の発光効率が十分でなく、十分な光量を得るために蛍光体ホイール（波長変換部材）およびプロジェクタの小型化が困難となる場合がある。
特許文献２に示された光源装置では、光源の冷却手段に加えて、蛍光体ホイール専用の送風機を要し、更に蛍光対ホイール及び送風機を収容するケースを要するので、光源装置の小型化が困難になり、部品点数増加により製造コストも増大する。また、用途等によっては蛍光体ホイールを冷却しただけでは、蛍光体の発光効率が十分でなく、十分な光量を得るために蛍光体ホイール（波長変換部材）およびプロジェクタの小型化が困難となる場合がある。

従って、本発明の目的は、上記の課題を解決するものであり、光変換効率の高い光変換部材および当該光変換部材を用いたプロジェクタを提供することである。

本発明の実施形態に係る透光性部材は、
円板状の透光性基板上に円周方向に配置された第１領域と、第２領域と、第３領域とを少なくとも有し、
前記第１領域は、
前記透光性基板上に、光入射方向から順に、第１蛍光体層と第２蛍光体層とを備え、
前記第１蛍光体層は、入射光の少なくとも一部を吸収し、該入射光と異なる波長の第１の光を発する第１蛍光体を含み、前記第２蛍光体層側の表面に凹部を有し、該凹部の深さが前記第１蛍光体層の該凹部を有しない部分の厚さの半分以上であり、
前記第２蛍光体層は、前記第１蛍光体が発した前記第１の光の少なくとも一部を吸収し、前記第１の光と異なる波長の第２の光を発する第２蛍光体を含み、
前記第１蛍光体層の前記凹部内に前記第２蛍光体を含む前記第２蛍光体層が配置され、
前記第２領域は、第３蛍光体層を備え、該第３蛍光体層は、入射光の少なくとも一部を吸収し、該入射光と異なる波長の第３の光を発する第３蛍光体を含み、
前記第３領域は、前記基板上に蛍光体が配置されていない領域である。

本発明の実施形態により光変換効率の高い光変換部材を提供することが可能である。また、本発明の実施形態により、光変換効率の高い光変換部材を用いたプロジェクタを提供することが可能である。

図１は、本発明の１つの実施形態に係る蛍光体ホイール（波長変換部材）３０の模式平面図である。 図２（ａ）は、図１のIIＡ−IIＡ断面を示す模式断面図であり、図２（ｂ）は、図１のIIＢ−IIＢ断面を示す模式断面図であり、図２（ｃ）は、図１のIIＣ−IIＣ断面を示す模式断面図である。 図３（ａ）は、図２（ａ）に示した赤色光変換領域３２Ｒの変形例を示す模式断面図であり、図３（ｂ）は、図２（ｂ）に示した緑色光変換領域３２Ｇの変形例を示す模式断面図であり、図３（ｃ）は、図２（ｃ）に示した青色光透過領域３２Ｂの変形例を示す模式断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る蛍光体ホイール３０を備えたプロジェクタ１００の構成を示す模式図である

以下に説明する波長変換部材およびプロジェクタは、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態において説明する内容は、他の実施の形態にも適用可能である。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。

本発明者らは鋭意検討した結果、蛍光体ホイールに含まれる波長変換領域の少なくとも１つ（第１領域）について、その波長変換領域で得ようとする目的の波長の光を発する蛍光体（第２蛍光体）を含む第２蛍光体層に加えて、光源からの光（入射光）を吸収し第２蛍光体層の発する光と異なる波長の光を発する蛍光体（第１蛍光体）を含む第１蛍光体層を光入射方向側（第２蛍光体層よりも光源に近い側）に配置することとした。
そして、入射光の少なくとも一部を第１蛍光体で波長変換し、この波長変換された光（すなわち、光を吸収した蛍光体が発する、吸収した光と異なる波長の光）である第１の光を第２蛍光体に吸収させて目的とする波長を有する第２の光に波長変換させる構成とした。
このように、２段階の波長変換を経て、入射光を第２の光に波長変換させることで、従来のように１段階の波長変換で目的の波長の光を得る場合と比べて、蛍光体層内での局所的な発熱を緩和できることから、蛍光体の温度上昇を抑制でき、従って変換効率を向上できる。

本発明の実施形態では、これに加えて、第１蛍光体層は、第２蛍光体層側の表面に凹部を有しており、この凹部の深さは、前記第１蛍光体層の該凹部を有しない部分の厚さの半分以上となっている。そして、この凹部の内部には、第２蛍光体を含む第２蛍光体層が配置されている。凹部内に第２蛍光体を配置することで、第１の光を凹部の側面から第２蛍光体に当てることが可能となる。この結果、第２蛍光体層の波長変換効率が上昇し、従って、第１領域全体の波長変換効率を向上させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある
なお、上述した２段階の波長変換は、入射光の波長と、第２蛍光体による発光の波長との差が大きいほど、そのエネルギー差が大きくなり、全体の発熱量が大きくなるため、その効果はより顕著となる。
このため、以下の説明では、入射光として、青色光を用い、第１蛍光体として黄色または黄緑色蛍光体を用い、第２蛍光体として赤色蛍光体を用いた実施形態を例示する。しかし、入射光、第１蛍光体および第２蛍光体の組み合わせは、これに限定されるものではなく、上述の２段階の波長変換を実現できる任意の組み合わせであってよい。
同様に、以下に示す実施形態では第２領域の第３蛍光体層に含まれる蛍光体として、緑色蛍光体を例示しているが、これに限定されるものではない。

１．蛍光体ホイール
図１は、本発明の１つの実施形態に係る蛍光体ホイール（波長変換部材）３０の模式平面図である。図２（ａ）は、図１のIIＡ−IIＡ断面を示す模式断面図であり、図２（ｂ）は、図１のIIＢ−IIＢ断面を示す模式断面図であり、図２（ｃ）は、図１のIIＣ−IIＣ断面を示す模式断面図である。
図２（ａ）〜（ｃ）に示した矢印Ａは、入射光の進入方向を示しており、図の下方から上方に向かって入射光が進むことを示している。

蛍光体ホイール３０は、円板状の透光性基板３３を有し、更に、透光性基板３３上に円周方向に並んで設けられた赤色光変換領域（第１領域）３２Ｒと、緑色色光変換領域（第２領域）３２Ｇと、青色光透過領域（第３領域）３２Ｂとを有している。円板状とは、真円に厚みがあるものだけではなく、真円に近い形状であればよく、さらには回転可能な中心を有し回転可能な形状であればよい。
これらの領域の詳細を以下に説明する。

（赤色光変換領域３２Ｒ）
図２（ａ）に示すように、赤色光変換領域３２Ｒは、透光性基板３３上に、光入射方向から順に、黄色蛍光体層３４Ｙと赤色蛍光体層３４Ｒとを備えている。図２（ａ）に示す実施形態では、透光性基板３３の光の入射方向と反対側の表面（光出射側の表面）上に黄色蛍光体層３４Ｙが設けられ、黄色蛍光体層３４Ｙの上に赤色蛍光体層３４Ｒが設けられている。

黄色蛍光体層３４Ｙは、黄色および／または黄緑色蛍光体を含んでいる。黄色蛍光体および黄緑色蛍光体（以下、黄色蛍光体と黄緑色蛍光体を総称して「黄色蛍光体」という。）は、詳細を後述する光源から出て、黄色蛍光体層３４Ｙに入射した青色光の少なくとも一部を吸収し、黄色光または黄緑光（以下、黄色光と黄緑光を総称して「黄色光」という。）を発光する（黄色の蛍光を生ずる）。黄色光（第１の光）は、好ましくは、波長帯域が５００〜７００ｎｍを含んでいるのが好ましい。黄色蛍光体として、セリウム賦活のＹＡＧ系蛍光体、例えば、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、その他、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅを例示できる。

赤色蛍光体層３４Ｒは、赤色蛍光体を含んでいる。赤色蛍光体は、黄色蛍光体層３４Ｙを出て赤色蛍光体層３４Ｒに入射した黄色光の少なくとも一部を吸収し、赤色光（第２の光）を発光する（赤色の蛍光を生ずる）。赤色光は、好ましくは、波長帯域が６００〜８００ｎｍを含んでいる。具体的な赤色蛍光体材として、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）_２Ｓｉ_５Ｎ８:Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ、Ｃａ−αサイアロン、０．５ＭｇＦ_{２／３．５}ＭｇＯ・ＧｅＯ_２：Ｍｎ、ＳｒＬｉＡｌ_３Ｎ_４：ＥｕおよびＫ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎを例示できる。赤色蛍光体層３４Ｒは、赤色光を出射方向（図２（ａ）では上方向）に出射する。

黄色蛍光体層３４Ｙは、赤色蛍光体層３４Ｒ側の表面に凹部３５を有している。凹部３５の内部には、赤色蛍光体を含む赤色蛍光体層３４Ｒが配置されている。すなわち、凹部３５内には赤色蛍光体が存在している。赤色蛍光体層３４Ｒの表面は、平らでも、凹凸があっても、黄色蛍光体層３４Ｙの凹部に合わせて凹部があってもよい。
黄色蛍光体層３４Ｙの黄色蛍光体が発した黄色光が、凹部３５の側面を通って凹部３５内の赤色蛍光体に照射されることとなる。凹部３５が形成されていない場合、黄色蛍光体から図２（ａ）の横方向に出た光のかなりの部分は、黄色蛍光体層３４から出ることなく自己吸収等によって減衰してしまう。しかし、凹部３５が存在することにより、黄色蛍光体から図２（ａ）の横方向に出た光のうち赤色蛍光体に到達する光の量を増加することができる。この結果、赤色光変換領域３２Ｒは、より多くの赤色光を発光でき、すなわち高い波長変換効率を得ることができる。また、黄色蛍光体３４Ｙおよび赤色蛍光体層３４Ｒをより薄くすることが可能となる。

凹部３５の深さは、好ましくは、黄色蛍光体層３４Ｙの凹部３５が形成されていない部分の厚さの５０％以上である。凹部３５が、黄色蛍光体層３４Ｙの凹部３５が形成されていない部分の厚さの５０％以上と十分な深さを有することで、より顕著に高い波長変換効率を得ることができるからである。
凹部３５の深さおよび黄色蛍光体層３４Ｙの凹部３５が形成されていない部分の厚さは、黄色蛍光体層３４Ｙの断面を光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡で観察することにより決定してよい。より具体的には、凹部３５の深さとは、断面内で最も深い部分の深さを用いてよく、黄色蛍光体層３４Ｙの凹部３５が形成されていない部分の厚さは、断面内において黄色蛍光体層３４Ｙの凹部が無い部分（例えば、黄色蛍光体１粒子の長さを超えて赤色蛍光体が侵入していない部分）の厚さを１０箇所以上測定して得た平均値を用いてよい。

凹部３５は、図２（ａ）に凹部３５Ａとして示したように、黄色蛍光体層３４Ｙを貫通せずに途中で止まっている形態（すなわち、黄色蛍光体層３４Ｙ内に底部を有する形態、非貫通凹部）であってもよい。また、凹部３５は、図２（ａ）に凹部３５Ｂとして示したように、黄色蛍光体層３４Ｙを貫通する形態（貫通凹部）であってもよい。
なお、凹部３５について、入射光の一部が黄色蛍光体層３４Ｙを通ることなく、凹部３５内の赤色蛍光体に当たることになる。しかし、これによる温度上昇は小さく、凹部３５Ｂを設けたことによる変換効率の向上効果の方が大きくなる。

凹部３５の形状は任意の形状であってよい。好ましい形状として、例えば、図２（ａ）の紙面に垂直な方向に延在している等の溝形状を挙げることができる。溝形状のように凹部３５の側面がある程度の長さを有して延在することで、より多くの黄色光が、凹部の側面を通って、凹部３５内の赤色蛍光体に到達できるからである。溝の深さは一定でなくてもよい。他の好ましい形状として、略円形や略四角形等の穴または窪み形状も上げることができる。

黄色蛍光体の平均粒子径は赤色蛍光体の平均粒子径より大きいことが好ましく、黄色蛍光体の平均粒子径は赤色蛍光体の平均粒子径より１．５倍以上大きいことが好ましく、２倍以上大きいことがより好ましい。凹部３５を容易に形成できるとともに、凹部３５内に容易に赤色蛍光体を配置できるからである。例えば、黄色蛍光体の平均粒子径を２０．０〜２５．０μｍとし、赤色蛍光体の平均粒子径を６．５μｍ〜９．０μｍとすることを例示できる。

ここで蛍光体の粒子の粒径は、その粒子の形状が均一でないことから、長軸径、短軸径、定方向径、相当径（画像解析法、遮光法、コールター法）、有効径（沈降法、レーザ回折・散乱法）等のいずれの粒径であってもよい。また、これらいずれかの粒径の平均粒径であってもよい。平均粒径は、市販の粒子測定器又は粒度分布測定器等によって測定及び算出することができる。例えば、Ｆ．Ｓ．Ｓ．Ｓ．Ｎｏ（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｕｂ Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒ’ｓ Ｎｏ）における空気透過法で得られる粒径（いわゆるＤバー（Ｄの上にバー）で表される値）が挙げられる。

透光性基板３３は、好ましい形状は円板状であるが、後述するようにモータ等の駆動手段を用いて回転し、円周方向に配置された（例えば、同心円状に配置された）赤色光変換領域３２Ｒと緑色光変換領域３２Ｇと青色光透過領域３２Ｂとを円周方向に移動できる形状であれば任意の形状であってよい。
透光性基板３３は、透光性の高い材料により形成されている。このような透光性の高い材料として、ガラス、樹脂、サファイア、水晶、ＣａＦ_２等を使用することができる。熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものがより好ましく、サファイア、水晶、ＣａＦ_２、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ等の単結晶や透光性多結晶や透光性焼結体等を使用することができる。

図２（ａ）に示す実施形態では、透光性基板３３の出射側（光源からの光の出射側）に、透光性基板３３に近い方から順に黄色蛍光体層３４Ｙと、赤色蛍光体層３４Ｒが形成されている。

このような構成を有する赤色光変換領域３２Ｒでは、黄色蛍光体層３４Ｙに入射した青色光の少なくとも一部が、黄色蛍光体層３４Ｙの黄色蛍光体により吸収され、黄色光が発光される。黄色光のうち、赤色蛍光体層３４Ｒに入射したものの少なくとも一部は、赤色蛍光体層３４Ｒの赤色蛍光体により吸収され、赤色光が発光される。そして、赤色蛍光体層３４Ｒの光出射側（図２（ａ）では赤色蛍光体層３４Ｒの上面側）から赤色光が出射する。

（緑色光変換領域３２Ｇ）
図２（ｂ）に示すように、緑色光変換領域３２Ｇは、透光性基板３３上に、緑色蛍光体層３４Ｇを備えている。図２（ｂ）に示す実施形態では、透光性基板３３の光出射側の表面に緑色蛍光体層３４Ｇが設けられている。

緑色蛍光体層３４Ｇは、緑色蛍光体を含んでいる。緑色蛍光体は、詳細を後述する光源部から出て、緑色蛍光体層３４Ｇに入射した青色光の少なくとも一部を吸収し、緑色光を発光する（緑色の蛍光を生ずる）。緑色光（第３の光）は、好ましくは、波長帯域が５００〜５６０ｎｍを含んでいる。
好ましい、緑色蛍光体として、β−Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚ：Ｅｕ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｃａ_８ＭｇＳｉ_４Ｏ_１６Ｃｌ_２：Ｅｕ、Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕおよび（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕなどを例示できる。

このような構成を有する緑色光変換領域３２Ｇでは、緑色蛍光体層３４Ｇに入射した青色光の少なくとも一部が、緑色蛍光体層３４Ｇの緑色蛍光体により吸収され、緑色光が発光される。そして、緑色蛍光体層３４Ｇの光出射側（図２（ｂ）では緑色蛍光体層３４Ｇの上面側）から緑色光が出射する。

（青色光透過領域３２Ｂ）
図２（ｃ）に示すように、青色光透過領域３２Ｂは、透光性基板３３上の蛍光体が配置されていない領域である。このため、透光性基板３３の光入射側の面（図２（ｃ）の実施形態では下面）から入射した青色光は、波長が変わることなく（すなわち青色光のまま）、透光性基板３３の光出射側の面（図２（ｃ）の実施形態では上面）から出射する。

蛍光体ホイール３０における、赤色光変換領域３２Ｒ、緑色光変換領域３２Ｇおよび青色光透過領域３２Ｂの割合は、任意に決定することができる。例えば、蛍光体ホイール３０をプロジェクタに用いる場合、プロジェクタとして要求される白色の色度及び各蛍光体等の効率などから適切な割合を算出することができる。例えば、図１に示す実施形態では、赤色光変換領域３２Ｒ、緑色光変換領域３２Ｇおよび青色光透過領域３２Ｂをそれぞれ１５０度、１５０度および６０度としている。
また、本実施形態では、赤色光変換領域３２Ｒ、緑色光変換領域３２Ｇおよび青色光透過領域３２Ｂの３領域としているが、４つ以上の領域としてもよい。例えば、赤色光変換領域３２Ｒ、緑色光変換領域３２Ｇおよび青色光透過領域３２Ｂに加えて、透光性基板３３に黄色蛍光体を含む黄色蛍光体層３４Ｙを配置した黄色光変換領域（黄色光変換領域には赤色蛍光体を含む赤色蛍光体層は配置されていない）を設けてよい。この場合、図２（ｂ）と同様に、透光性基板上に蛍光体層（黄色蛍光体層）が１層設けられる形態とすることが好ましい。また、赤色光変換領域３２Ｒ、緑色光変換領域３２Ｇおよび青色光透過領域３２Ｂから選択される少なくとも１つの領域を２つ以上設けてもよい。

２．変形例
図３（ａ）は、図２（ａ）に示した赤色光変換領域３２Ｒの変形例を示す模式断面図であり、図３（ｂ）は、図２（ｂ）に示した緑色光変換領域３２Ｇの変形例を示す模式断面図であり、図３（ｃ）は、図２（ｃ）に示した青色光透過領域３２Ｂの変形例を示す模式断面図である。
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す、赤色光変換領域３２Ｒ、緑色光変換領域３２Ｇおよび青色光透過領域３２Ｂの変形例について、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した赤色光変換領域３２Ｒ、緑色光変換領域３２Ｇおよび青色光透過領域３２Ｂと異なる部分についてのみ説明する。
従って、以下に特段の説明のない構成については、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した赤色光変換領域３２Ｒ、緑色光変換領域３２Ｇおよび青色光透過領域３２Ｂと同じ構成を有してよい。

図３（ａ）に示す赤色光変換領域３２Ｒでは、黄色蛍光体層３４Ｙと透光性基板３３との間に、誘電体層３１Ｒが配置されている。すなわち、透光性基板３３と、黄色蛍光体層３４Ｙおよび赤色蛍光体層３４Ｒとの間に誘電体層３１Ｒが設けられている。ここでいう誘電体層は、少なくとも２つの異なる屈折率の誘電体が積層された誘電体多層膜である。
誘電体層３１Ｒは、青色光（例えば４００〜４９０ｎｍの波長の光）を透過し蛍光、つまり蛍光体により波長変換された光（例えば、４９０ｎｍ以上の波長の光）を反射する。
本変形例において、誘電体層が、特定の光を透過するとは、誘電体層の当該特定の光の透過率が垂直方向で７０％以上であることを意味し、誘電体層が特定の光を反射するとは、誘電体層の当該特定の光の反射率が垂直方向で７０％以上であることを意味する。
誘電体層３１Ｒを設けるとことで、光源から入射する青色光を効率的に黄色蛍光体層３４Ｙに誘導できるとともに、黄色蛍光体層３４Ｙから透光性基板３３に向かって進む黄色光を反射できるため、黄色光を赤色蛍光体層に効率よく誘導でき、赤色蛍光体層３４Ｒから透光性基板３３に向かって進む赤色光を反射できるため、赤色蛍光体により波長変換された光（赤色光）を効率よく利用することができる。

図３（ａ）に示す実施形態では、黄色蛍光体層３４Ｙと透光性基板３３との間に、誘電体膜３１Ｒが配置されているが、これに代えてまたはこれに加えて、透光性基体３３の黄色蛍光体層３４Ｙおよび赤色蛍光体層３４Ｒが形成されている側の面と反対側の面に誘電体層３１Ｒを形成してもよい。すなわち、誘電体層３１Ｒは、透光性基板３３の光入射面および光出射面の一方または両方に形成してよい。

図３（ｂ）に示す緑色光変換領域３２Ｇでは、緑色蛍光体層３４Ｇと透光性基板３３との間に、誘電体膜３１Ｇが配置されている。３４Ｇは、平らであっても凹凸があってもよく、凹凸があることで、緑色への変換効率を高めることができ好ましい。
誘電体層３１Ｇは、青色光を透過し、緑色光を反射する。
誘電体層３１Ｇを設けるとことで、光源から入射する青色光を効率的に緑色蛍光体層３４Ｇに誘導できるとともに、緑色蛍光体層３４Ｇから透光性基板３３に向かって緑色光を反射できるため、効率よく緑色蛍光体により波長変換された光（緑色光）を利用することができる。

図３（ｂ）に示す実施形態では、緑色蛍光体層３４Ｙと透光性基板３３との間に、誘電体膜３１Ｇが配置されているが、これに代えてまたはこれに加えて、透光性基体３３の緑色蛍光体層３４Ｇが形成されている側の面と反対側の面に誘電体層３１Ｇを形成してもよい。すなわち、誘電体層３１Ｇは、透光性基板３３の光入射面および光出射面の一方または両方に形成してよい。

図３（ｃ）に示す青色光透過領域３２Ｂでは、透光性基板３３の光出射面に、誘電体膜３１Ｂが配置されている。
誘電体層３１Ｂは、青色光を透過する。
誘電体層３１Ｂを設けるとことで、光源から透光性基板３３に入射する青色光を透光性基板３３の出射面から効率的に出射させることができる。

図３（ｃ）に示す実施形態では、透光性基板３３の光出射面に誘電体膜３１Ｂが配置されているが、これに代えてまたはこれに加えて、透光性基体３３の光入射面に誘電体層３１Ｂを形成してもよい。すなわち、誘電体層３１Ｂは、透光性基板３３の光入射面および光出射面の一方または両方に形成してよい。

３．蛍光体ホイールの製造方法
次に蛍光体ホイール３０の製造方法、とりわけ赤色光変換領域３２Ｒの黄色蛍光体層３４Ｙに設ける凹部３５の形成方法の一例を以下に説明する。
ガラス、樹脂またはサファイア等の透光性材料から成る、例えば円板形状を有する透光性基板３３を用意する。
必要に応じて、スパッタリング、蒸着およびＣＶＤのような気相成長法等を用いて、透光性基板３３に誘電体層３１Ｒ、３１Ｇおよび３１Ｂを形成する。

・赤色光変換領域３２Ｒ
透光性基板３３上の赤色光変換領域３２Ｒとなる部分に、スクリーン印刷で黄色蛍光体層３４Ｙを形成し、更に、黄色蛍光体層３４Ｙの上にスクリーン印刷で赤色蛍光体層３４Ｒを形成する。
黄色蛍光体と有機溶剤と樹脂とからなるビヒクルと無機粒子（アルミナ粒子等）とを混合（攪拌）および脱泡して黄色蛍光体ペースト作成する。
このとき用いるビヒクルは特に限定されないが、具体例として、エチルセルロース（樹脂）とテルピオネール（溶剤）、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール（溶剤）を用いて調合したものを用いる。ここでの有機溶剤と樹脂は乾燥、焼成の工程を経て有機成分を除去することができるものである。樹脂は、３００℃以上で分解するものがよく、特に赤色蛍光体（ＣＡＳＮ等）を形成する場合は５５０℃以下で分解するものがより好ましい。たとえば、エチルセルロースやアクリル樹脂が挙げられる。
好ましくは、用いる黄色蛍光体の平均粒径は赤色蛍光体の平均粒径より大きく、好ましくは１．５倍以上、より好ましくは２倍以上大きい。黄色蛍光体層３４Ｙに容易に溝形状の凹部３５を形成でき、かつ凹部３５内により容易に赤色蛍光体を配置できるからである。
また、黄色蛍光体ペーストは、粘度が高い方がよく、黄色蛍光体ペーストの粘度が高いと、表面に凹凸を生じ易く比較的厚い蛍光体層３４Ｙを得ることが可能となる。このため、容易に溝形状の凹部３５を形成できる。ただし、黄色蛍光体層３４Ｙは厚すぎても凹部３５が形成されにくい。好ましくは、黄色蛍光体層３４Ｙの凹部３５を形成していない部分の平均厚さを黄色蛍光体の平均粒径の２倍〜５倍になるようにする。

得られた黄色蛍光体ペーストを用いて、スクリーン印刷を行い、その後、例えば１７０℃で１５分程度乾燥させる。この乾燥工程において、ビヒクルの溶剤成分が蒸発して体積が減少し、黄色蛍光体密度の低い部分に溝形状の凹部３５が形成される。なお、溝形状の凹部３５は、スクリーン印刷に用いてメッシュのワイヤ（または繊維）同士が交差している部分に形成されやすい傾向がある。従って、メッシュの規格（網目の大きさ、用いるワイヤの太さ等）を調整することで、凹部３５の深さ（貫通凹部３５Ｂの割合を含めて）および量（溝形状の長さを含めて）を調整できる。

次に赤色蛍光体とビヒクルとアルミナ粒子等の結着剤を混合（攪拌）および脱泡して赤色蛍光体ペースト作成する。
また、赤色蛍光体ペーストの粘度は、黄色蛍光体ペーストより粘度が低い方がよい。形成される赤色蛍光体層３４Ｒにおいて、黄色蛍光体層３４Ｙの凹部に入り易くなるのに加えて、赤色蛍光体の密度を上げることができ、青色光が波長変換されることなく、赤色光変換領域３２Ｒを透過するのを抑制できる。赤色蛍光体の平均粒径が黄色蛍光体の平均粒径より小さい場合、より確実のこの効果を得ることができる。

スクリーン印刷を行い乾燥させた黄色蛍光体ペーストの上に、赤色蛍光体ペーストをスクリーン印刷する。このスクリーン印刷工程において、凹部３５内に赤色蛍光体を配置できる。この後、例えば、１７０℃で１５分以上乾燥させる。
次に、乾燥した黄色蛍光体ペーストおよび赤色蛍光体ペーストをベーク（焼成）する。ベークは例えば４００℃〜５５０℃の間の温度に３０分以上保持して行う。これにより、ビヒクルの樹脂を除去できる。この結果、黄色蛍光体とアルミナナノ粒子からなる黄色蛍光体層３４Ｙと、赤色蛍光体とアルミナナノ粒子からなる赤色蛍光体層３４Ｒが形成できる。
なお、ベーク工程は通常、次に述べる緑色蛍光体ペーストの乾燥工程後に、緑色蛍光体層３４Ｇを形成するためのベーク工程と同時に行う（すなわち、透光性基板３３を電気炉等の加熱手段で加熱して、ベークを行い、赤色光変換領域３２Ｒと緑色光変換領域３２Ｇを同時に形成する。）。

・緑色光変換領域３２Ｇ
透光性基板３３上の緑色光変換領域３２Ｇとなる部分に、スクリーン印刷で緑色蛍光体層３４Ｇを形成する。
緑色蛍光体とビヒクルとアルミナナノ粒子等の結着剤を混合（攪拌）および脱泡して緑色蛍光体ペースト作成する。
透光性基板３３の上に、緑色蛍光体ペーストをスクリーン印刷し、この後、例えば、１７０℃で３０分以上乾燥させる。
そして、乾燥した緑色蛍光体ペーストおよび赤色蛍光体ペーストをベークする。ベークは例えば４００℃〜５５０℃の間の温度で３０分以上保持して行う。この結果、緑色蛍光体とアルミナナノ粒子からなる緑色蛍光体層が形成できる。
そして、透光性基板３３の円周方向において、赤色光変換領域３２Ｒおよび緑色光変換領域３２Ｇが形成されていない領域が青色光透過領域３２Ｂとなる。

なお、黄色蛍光体層３４Ｙ、赤色蛍光体層３４Ｒおよび緑色蛍光体層３４Ｇを形成した後、これらの蛍光体層および透光性基板３３の上に、例えば、ＡＬＤ法またはゾルゲル法を用いてＡｌ_２Ｏ_３膜を形成またはＳｉＯ_２膜を形成してもよい。

４．プロジェクタ
図４は、本発明に係る蛍光体ホイール３０を備えたプロジェクタ１００の構成を示す模式図である。
光源装置２は、複数の半導体レーザ（図示せず）を備えた光源部１０、集光レンズ２０、蛍光板ホイール３０、蛍光板ホイール３０を回転させる駆動モータ４０及び受光レンズ７０を備える。

まず、光源部１０から出射した光の流れに沿って、光源装置の概要を説明する。本実施形態では、光源部１０に載置された半導体レーザから所定の波長帯域の光（ここでは、青色光を例にとって説明する）が出射され、出射された光は集光レンズ２０に入射し、集光レンズ２０で集光されて、駆動モータ４０によって回転する蛍光板ホイール３０に入射する。蛍光板ホイール３０が回転しているため、半導体レーザから出た青色光は、円周方向に並んだ青色光透過領域光３２Ｂ、赤色光変換領域３２Ｒおよび緑色光変換領域３２Ｇに順に入射する。青色光が青色光透過領域３２Ｂに入射すると、青色光は光変換されずに、蛍光体ホイール３０を透過して、蛍光体ホイール３０の光出射側か青色光が出射する。青色光が赤色光変換領域３２Ｒに入射すると、青色光は蛍光体ホイール３０を透過している間に波長変換され、蛍光体ホイール３０の光出射側から赤色光が出射する。青色光が緑色光変換領域３２Ｇに入射すると、青色光は蛍光体ホイール３０を透過している間に波長変換され、蛍光体ホイール３０の光出射側か緑色光が出射する。
よって、集光レンズ２０から青色光が蛍光板ホイール３０に入射すると、蛍光板ホイール３０から時分割で、青色光、赤色光及び緑色光が出射され、受光レンズ７０に入射する。そして、受光レンズ７０で集光されて、光源装置２から出射される。光源装置２の中に出射光の色をよくするためにダイクロイックミラーがあってもよい。ダイクロイックミラーは、蛍光体ホイール３０の後に設けられ、固定して設置されていても蛍光体ホイール３０と同期して回転するように設置されていてもよい。蛍光体ホイールと同期して回転している場合は、蛍光体ホイールと同じモータで回っていても、別のモータで回っていてもよい。同じモータ出回っている場合は、蛍光体ホイール３０に付いていても離れていてもよい。

なお、半導体レーザで青色光を出射する場合には、その波長は、３７０〜５００ｎｍ内の光を発することが望ましく、４２０〜５００ｎｍ内の光を発することが更に望ましい。
駆動モータ４０は、例えば、ブラシレス直流駆動モータであり、その回転軸と集光レンズ２０の光軸とが平行になるように配置されている。また、駆動モータ４０の回転軸に対して蛍光体ホイール３０の面が垂直となるように固定されている。駆動モータ４０の回転速度は、再生する動画のフレームレート（１秒当たりのフレーム数。単位は［ｆｐｓ］）に基づく回転速度となる。例えば、６０［ｆｐｓ］の動画を再生可能とする場合、駆動モータ４０（つまり蛍光体ホイール３０）の回転速度は、毎秒６０回転の整数倍に定めるとよい。

光源装置２から出射された光は、光空間変調器であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子１１０で反射され、投射手段である投射レンズ１２０によって集光されて、スクリーンＳＣに投影される。ＤＭＤ素子は、スクリーンに投影された画像の各画素に相当する微細なミラーをマトリックス状に配列したものであり、各ミラーの角度を変化させてスクリーンへ出射する光を、マイクロ秒単位でオン／オフすることができる。
また、各ミラーをオンにしている時間とオフにしている時間の比率によって、投射レンズへ入射する光の階調を変化させることにより、投影する画像の画像データに基づいた階調表示が可能になる。
光源装置２とＤＭＤ素子１１０の間にその他の光学素子が入っていてもよく、例えば、レンズ、ミラー、ダイクロイックミラー、ライトパイプ、プリズム、レンズアレイ等が挙げられる。出射光の色をよくするためにダイクロイックミラーを入れる場合は、固定でも蛍光体ホイールと同期して回転していてもよい。投射レンズ１２０も複数のレンズで組み合わされてもよい。

なお、本実施形態では、光変調手段としてＤＭＤ素子を用いているが、これに限られるものではなく、用途に応じて、その他任意の光変調素子を用いることができる。また、本発明に係る光源装置１及びこの光源装置１を用いたプロジェクタは、上述した実施形態に限られるものではなく、その他の様々な実施形態が本発明に含まれる。

２ 光源装置
１０ 光源部
２０ 集光レンズ
３０ 波長変換部材（蛍光体ホイール）
３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂ 誘電体層
３２Ｒ 赤色光変換領域（第１領域）
３２Ｇ 緑色光変換領域（第２領域）
３２Ｂ 青色光透過領域（第３領域）
３３ 透光性基板
３４Ｇ 緑色蛍光体層
３４Ｒ 赤色蛍光体層
３４Ｙ 黄色蛍光体層
３５ 凹部
３５Ａ 非貫通凹部
３５Ｂ 貫通凹部
４０ 駆動モータ
７０ 受光レンズ
１００ プロジェクタ
１１０ ＤＭＤ素子
１２０ 投射レンズ
ＳＣ スクリーン

Claims (7)

1. 円板状の透光性基板上に円周方向に配置された第１領域と、第２領域と、第３領域とを少なくとも有し、
   前記第１領域は、
   前記透光性基板上に、光入射方向から順に、第１蛍光体層と第２蛍光体層とを備え、
   前記第１蛍光体層は、入射光の少なくとも一部を吸収し、該入射光と異なる波長の第１の光を発する第１蛍光体を含み、前記第２蛍光体層側の表面に凹部を有し、該凹部の深さが前記第１蛍光体層の該凹部を有しない部分の厚さの半分以上であり、
   前記第２蛍光体層は、前記第１蛍光体が発した前記第１の光の少なくとも一部を吸収し、前記第１の光と異なる波長の第２の光を発する第２蛍光体を含み、
   前記第１蛍光体層の前記凹部内に前記第２蛍光体を含む前記第２蛍光体層が配置され、
   前記第２領域は、第３蛍光体層を備え、該第３蛍光体層は、入射光の少なくとも一部を吸収し、該入射光と異なる波長の第３の光を発する第３蛍光体を含み、
   前記第３領域は、蛍光体が配置されていない領域であることを特徴とする波長変換部材。
2. 前記第１蛍光体の平均粒径が、前記第２蛍光体の平均粒径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。
3. 前記第１蛍光体の平均粒径が、前記第２蛍光体の平均粒径より２倍以上大きいことを特徴とする請求項２に記載の波長変換部材。
4. 前記第１蛍光体層と第２蛍光体層とが、前記透光性基板の光出射側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
5. 前記透光性基板と前記第１蛍光体層との間に、前記第１蛍光体を励起する前記入射光を透過し且つ前記第１蛍光体が発する前記第１の光および前記第２蛍光体が発する前記第２の光を反射する誘電体層を有することを特徴とする請求項４に記載の波長変換部材。
6. 前記透光性基板の前記第１蛍光体層および第２蛍光体層が配置されている側と反対側の面に前記第１蛍光体を励起する前記入射光を透過し且つ前記第１蛍光体が発する前記第１の光および前記第２蛍光体が発する前記第２の光を反射する誘電体層を有することを特徴とする請求項４または５に記載の波長変換部材。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の波長変換部材と、前記波長変換部材に入射光を供給する光源とを備えた光源装置と、
   画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、
   前記画像を拡大して投射する投射手段と、
   を備えたプロジェクタ。

Images