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JP7706071B2 - Wavelength conversion device and projector - Google Patents
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JP7706071B2 - Wavelength conversion device and projector - Google Patents

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Description

本発明は、波長変換デバイス、それを用いたプロジェクタ及び蛍光体セラミックス部材に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion device, a projector using the same, and a phosphor ceramic member.

従来、プロジェクタに用いられる波長変換デバイスが知られている。 Wavelength conversion devices used in projectors are known in the art.

例えば、特許文献1には、平面視円形の基板及び基板の周方向に沿って設けられた蛍光体層(蛍光体セラミックス部材)を備え、基板の中心に接続されたモータによって回転可能である波長変換デバイスが開示されている。特許文献1では、この波長変換デバイスは、プロジェクタにおける反射型の蛍光体ホイールとして機能しており、この波長変換デバイスの蛍光体層が放つ蛍光は、プロジェクタが放つ光(投射光)として利用されている。 For example, Patent Document 1 discloses a wavelength conversion device that includes a substrate that is circular in plan view and a phosphor layer (phosphor ceramic member) that is provided along the circumferential direction of the substrate, and that can be rotated by a motor connected to the center of the substrate. In Patent Document 1, this wavelength conversion device functions as a reflective phosphor wheel in a projector, and the fluorescence emitted by the phosphor layer of this wavelength conversion device is used as the light (projected light) emitted by the projector.

特開2019-66880号公報JP 2019-66880 A

ところで、上記従来の波長変換デバイス、プロジェクタ及び蛍光体セラミックス部材では、光の利用効率が低いという課題がある。そこで、本発明は、光の利用効率が高い波長変換デバイス、プロジェクタ及び蛍光体セラミックス部材を提供する。 However, the conventional wavelength conversion devices, projectors, and phosphor ceramic members described above have a problem in that the light utilization efficiency is low. Therefore, the present invention provides a wavelength conversion device, projector, and phosphor ceramic member that has high light utilization efficiency.

本発明の一態様に係る波長変換デバイスは、プロジェクタに用いられ、励起光を受光して蛍光を含む反射光を放つ波長変換デバイスであって、光反射面を有する基板と、前記光反射面の上方に位置し、ガーネット構造を有する第1結晶相を含む蛍光体セラミックス層と、を備え、前記光反射面の可視光反射率は、95%以上100%以下であり、前記蛍光体セラミックス層の密度は、理論密度の97%以上100%以下であり、前記蛍光体セラミックス層の膜厚は、50μm以上120μm未満である。 A wavelength conversion device according to one aspect of the present invention is used in a projector, receives excitation light, and emits reflected light including fluorescence. The wavelength conversion device includes a substrate having a light reflecting surface, and a phosphor ceramic layer located above the light reflecting surface and including a first crystal phase having a garnet structure. The visible light reflectance of the light reflecting surface is 95% or more and 100% or less, the density of the phosphor ceramic layer is 97% or more and 100% or less of the theoretical density, and the film thickness of the phosphor ceramic layer is 50 μm or more and less than 120 μm.

また、本発明の一態様に係るプロジェクタは、励起光を放つ励起光源と、前記励起光を受光して、蛍光を含む反射光を放つ上記の波長変換デバイスと、を備える。 A projector according to one aspect of the present invention includes an excitation light source that emits excitation light, and the above-mentioned wavelength conversion device that receives the excitation light and emits reflected light that includes fluorescent light.

また、本発明の一態様に係る蛍光体セラミックス部材は、プロジェクタに用いられる蛍光体セラミックス部材であって、ガーネット構造を有する第1結晶相と、ガーネット構造以外の構造を有する第2結晶相と、を含み、前記蛍光体セラミックス部材の密度は、理論密度の97%以上100%以下であり、前記蛍光体セラミックス部材の膜厚は、50μm以上300μm未満である。 The phosphor ceramic member according to one aspect of the present invention is a phosphor ceramic member used in a projector, and includes a first crystal phase having a garnet structure and a second crystal phase having a structure other than the garnet structure, the density of the phosphor ceramic member is 97% or more and 100% or less of the theoretical density, and the film thickness of the phosphor ceramic member is 50 μm or more and less than 300 μm.

本発明によれば、光の利用効率が高い波長変換デバイス、プロジェクタ及び蛍光体セラミックス部材を提供することができる。 The present invention provides a wavelength conversion device, projector, and phosphor ceramic member that have high light utilization efficiency.

図1は、実施の形態に係る波長変換デバイスの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a wavelength conversion device according to an embodiment. 図2は、図1のII-II線における波長変換デバイスの切断面を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cut surface of the wavelength conversion device taken along line II-II in FIG. 図3は、実施の形態に係るプロジェクタの外観を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the projector according to the embodiment. 図4は、実施の形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an optical system of the projector according to the embodiment. 図5Aは、実施の形態に係る波長変換デバイスとアパーチャ部材とを示す模式図である。FIG. 5A is a schematic diagram showing a wavelength conversion device and an aperture member according to an embodiment. 図5Bは、実施の形態の比較例に係る波長変換デバイスとアパーチャ部材とを示す模式図である。FIG. 5B is a schematic diagram showing a wavelength conversion device and an aperture member according to a comparative example of the embodiment. 図6は、実施の形態の実施例及び比較例に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the evaluation results of wavelength conversion devices according to examples and comparative examples of the embodiment. 図7は、実施の形態の実施例に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the evaluation results of the wavelength conversion device according to the embodiment. 図8は、変形例1に係る波長変換デバイスの斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of a wavelength conversion device according to the first modification. 図9は、図8のIX-IX線における波長変換デバイスの切断面を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a cut surface of the wavelength conversion device taken along line IX-IX in FIG. 図10は、変形例1の実施例に係る蛍光体セラミックス層の断面を示すSEM画像である。FIG. 10 is an SEM image showing a cross section of a phosphor ceramic layer according to an example of the first modification. 図11は、変形例1の実施例に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an evaluation result of a wavelength conversion device according to an example of the first modified example. 図12は、変形例2に係る蛍光体セラミックス部材の斜視図である。FIG. 12 is a perspective view of a phosphor ceramic member according to the second modification.

以下では、本発明の実施の形態に係る波長変換デバイスなどについて、図面を用いて詳細に説明する。 The following describes in detail the wavelength conversion device and other aspects of the present invention using the drawings.

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 The embodiments described below are all comprehensive or specific examples. The numerical values, shapes, materials, components, component placement and connection, manufacturing process, and manufacturing process sequence shown in the following embodiments are merely examples and are not intended to limit the present invention. Furthermore, among the components in the following embodiments, components that are not described in an independent claim are described as optional components.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 In addition, each figure is a schematic diagram and is not necessarily an exact illustration. Therefore, for example, the scales of each figure do not necessarily match. In addition, in each figure, substantially the same configuration is given the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted or simplified.

本明細書において、平行又は直交などの要素間の関係性を示す用語、及び、円形又は楕円形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。 In this specification, terms indicating the relationship between elements, such as parallel or perpendicular, terms indicating the shape of elements, such as circular or elliptical, and numerical ranges are not expressions that express only the strict meaning, but are expressions that include a substantially equivalent range, for example, a difference of about a few percent.

また、本明細書において「平面視」とは、基板が有する光反射面の垂直方向に沿って波長変換デバイスを見た場合を意味する。 In addition, in this specification, "planar view" refers to the wavelength conversion device viewed along the perpendicular direction of the light reflecting surface of the substrate.

また、本明細書において、波長変換デバイスの構成における「上」及び「下」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)及び下方向(鉛直下方)を指すものではなく、積層構造における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語である。また、「上方」及び「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに密着して配置されて2つの構成要素が接する場合にも適用される。 In addition, in this specification, the terms "above" and "below" in the configuration of a wavelength conversion device do not refer to the upward (vertically upward) and downward (vertically downward) directions in absolute spatial recognition, but are terms defined by the relative positional relationship based on the stacking order in the stacked structure. In addition, the terms "above" and "below" are applied not only to the case where two components are arranged with a gap between them and another component exists between the two components, but also to the case where two components are arranged closely together and the two components are in contact with each other.

また、本明細書及び図面において、x軸、y軸及びz軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、基板が有する光反射面に平行な二軸をx軸及びy軸とし、光反射面に直交する方向をz軸方向としている。また、以下で説明する各実施形態において、z軸正方向を上方と記載し、z軸負方向を下方と記載する場合がある。 In the present specification and drawings, the x-axis, y-axis, and z-axis refer to the three axes of a three-dimensional orthogonal coordinate system. In each embodiment, the two axes parallel to the light reflecting surface of the substrate are the x-axis and the y-axis, and the direction perpendicular to the light reflecting surface is the z-axis direction. In each embodiment described below, the positive direction of the z-axis may be referred to as the upward direction, and the negative direction of the z-axis may be referred to as the downward direction.

(実施の形態)
[波長変換デバイスの構成]
まず、本実施の形態に係る波長変換デバイス1の構成について図面を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る波長変換デバイス1の斜視図である。図2は、図1のII-II線における波長変換デバイス1の切断面を示す断面図である。
(Embodiment)
[Configuration of Wavelength Conversion Device]
First, the configuration of a wavelength conversion device 1 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a perspective view of the wavelength conversion device 1 according to the present embodiment. Fig. 2 is a cross-sectional view showing a cut surface of the wavelength conversion device 1 taken along line II-II in Fig. 1.

図1及び図2が示すように、波長変換デバイス1は、光反射面13を有する基板10と、蛍光体セラミックス層20と、反射防止層30とを備えるデバイスである。 As shown in Figures 1 and 2, the wavelength conversion device 1 is a device that includes a substrate 10 having a light-reflecting surface 13, a phosphor ceramic layer 20, and an anti-reflection layer 30.

本実施の形態においては、波長変換デバイス1はプロジェクタに用いられ、励起光L1を受光して蛍光を含む反射光を放つ蛍光体ホイールである。波長変換デバイス1は円盤形状を有しており、平面視で波長変換デバイス1の中央には回転駆動するモータ4が設けられている。このため、波長変換デバイス1は、モータ4によって、モータ4を軸に図1が示す矢印の方向に回転駆動される。 In this embodiment, the wavelength conversion device 1 is used in a projector and is a phosphor wheel that receives excitation light L1 and emits reflected light including fluorescent light. The wavelength conversion device 1 has a disk shape, and a motor 4 that rotates is provided in the center of the wavelength conversion device 1 in a plan view. Therefore, the wavelength conversion device 1 is rotated by the motor 4 in the direction of the arrow shown in Figure 1 around the motor 4 as an axis.

なお、図1においては、モータ4が設けられている蛍光体ホイールの構成が示されているが、波長変換デバイス1は、モータ4を備えていなくてもよい。すなわち、波長変換デバイス1は、回転駆動されない、固定されたデバイスであってもよい。このような構成であると、波長変換デバイス1が小型になるので、コンパクトなプロジェクタを提供できる。 Note that while FIG. 1 shows a configuration of a phosphor wheel equipped with a motor 4, the wavelength conversion device 1 does not have to be equipped with a motor 4. In other words, the wavelength conversion device 1 may be a fixed device that is not driven to rotate. With such a configuration, the wavelength conversion device 1 can be made small, making it possible to provide a compact projector.

蛍光体セラミックス層20は、基板10が有する光反射面13の上方に位置する層である。本実施の形態においては、波長変換デバイス1が蛍光体ホイールであるため、蛍光体セラミックス層20は、蛍光体リングである。蛍光体セラミックス層20は、波長変換デバイス1の回転中心部(つまりはモータ4が設けられる箇所)からの距離が等しい円周上にリング状に設けられている。つまり、蛍光体セラミックス層20は、平面視において周方向に沿う帯状に設けられている。 The phosphor ceramic layer 20 is a layer located above the light reflecting surface 13 of the substrate 10. In this embodiment, since the wavelength conversion device 1 is a phosphor wheel, the phosphor ceramic layer 20 is a phosphor ring. The phosphor ceramic layer 20 is provided in a ring shape on a circumference that is equidistant from the center of rotation of the wavelength conversion device 1 (i.e., the location where the motor 4 is provided). In other words, the phosphor ceramic layer 20 is provided in a band shape along the circumferential direction in a plan view.

蛍光体セラミックス層20は、ガーネット構造を有する第1結晶相を含む。より具体的には、本実施の形態においては、蛍光体セラミックス層20は、ガーネット構造を有する第1結晶相のみによって構成されている。つまり、本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層20は、ガーネット構造とは異なる構造を有する結晶相を含まない。ガーネット構造とは、A12の一般式で表される結晶構造である。元素Aには、Ca、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb及びLuなどの希土類元素が適用され、元素Bには、Mg、Al、Si、Ga及びScなどの元素が適用され、元素Cには、Al、Si及びGaなどの元素が適用される。このようなガーネット構造としては、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット(Yttrium Aluminum Garnet))、LuAG(ルテチウム・アルミニウム・ガーネット(Lutetium Aluminum Garnet))、LuCaMgSi12(ルテチウム・カルシウム・マグネシウム・シリコン・ガーネット(Lutetium Calcium Magnesium Silicon Garnet))及びTAG(テルビウム・アルミニウム・ガーネット(Terbium Aluminum Garnet))などが挙げられる。本実施の形態においては、蛍光体セラミックス層20は、(Y1-xCeAlAl12(つまりは、(Y1-xCeAl12)(0.001≦x<0.1)で表される第1結晶相、つまりはYAGによって構成されている。 The phosphor ceramic layer 20 includes a first crystal phase having a garnet structure. More specifically, in this embodiment, the phosphor ceramic layer 20 is composed only of the first crystal phase having a garnet structure. That is, the phosphor ceramic layer 20 according to this embodiment does not include a crystal phase having a structure different from the garnet structure. The garnet structure is a crystal structure represented by the general formula A3B2C3O12 . The element A includes rare earth elements such as Ca , Y, La , Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, and Lu, the element B includes elements such as Mg, Al, Si, Ga, and Sc, and the element C includes elements such as Al, Si, and Ga. Such garnet structures include YAG (Yttrium Aluminum Garnet) , LuAG (Lutetium Aluminum Garnet), Lu2CaMg2Si3O12 (Lutetium Calcium Magnesium Silicon Garnet), and TAG (Terbium Aluminum Garnet) . In this embodiment, the phosphor ceramic layer 20 is composed of a first crystal phase represented by (Y1 -xCe x ) 3Al2Al3O12 (that is, (Y1 -xCe x ) 3Al5O12 ) (0.001≦x< 0.1 ), that is, YAG.

なお、蛍光体セラミックス層20を構成する第1結晶相は、化学組成の異なる複数のガーネット結晶相の固溶体であってもよい。このような固溶体としては、(Y1-xCeAlAl12(0.001≦x<0.1)で表されるガーネット結晶相と(Lu1-dCeAlAl12(0.001≦d<0.1)で表されるガーネット結晶相との固溶体((1-a)(Y1-xCeAl12・a(Lu1-dCeAlAl12(0<a<1))が挙げられる。また、このような固溶体としては、(Y1-xCeAlAl12(0.001≦x<0.1)で表されるガーネット結晶相と(Lu1-zCeCaMgSi12(0.0015≦z<0.15)で表されるガーネット結晶相との固溶体((1-b)(Y1-xCeAlAl12・b(Lu1-zCeCaMgSi12(0<b<1))などが挙げられる。蛍光体セラミックス層20が化学組成の異なる複数のガーネット結晶相の固溶体から構成されることで、蛍光体セラミックス層20が放つ蛍光の蛍光スペクトルがより広帯域化し、緑色の光成分と赤色の光成分が増える。そのため、色域の広い投射光を放つプロジェクタを提供できる。 The first crystal phase constituting the phosphor ceramic layer 20 may be a solid solution of a plurality of garnet crystal phases having different chemical compositions. Such a solid solution may be a solid solution ((1-a)(Y1-xCe x)3Al5O12.a(Lu1-dCed)3Al2Al3O12 ( 0 < a < 1 ) ) of a garnet crystal phase represented by ( Y1 -xCe x ) 3Al2Al3O12 ( 0.001≦x<0.1) and a garnet crystal phase represented by ( Lu1 -dCed ) 3Al2Al3O12 (0.001≦ d <0.1) . Further, such a solid solution may be a solid solution (( 1-b)(Y1-xCex ) 3Al2Al3O12.b (Lu1-zCez) 2CaMg2Si3O12 (0<b<1) ) of a garnet crystal phase represented by ( Y1 -xCex ) 3Al2Al3O12 ( 0.001 ≦x<0.1) and a garnet crystal phase represented by ( Lu1 - zCez ) 2CaMg2Si3O12 (0.0015≦z<0.15). Since the phosphor ceramic layer 20 is composed of a solid solution of a plurality of garnet crystal phases having different chemical compositions, the fluorescence spectrum of the fluorescence emitted by the phosphor ceramic layer 20 becomes broader, and the green light component and the red light component increase. This makes it possible to provide a projector that emits projection light with a wide color gamut.

また、蛍光体セラミックス層20を構成する第1結晶相は、前記した一般式A12で表される結晶相に対して、化学組成がずれた結晶相が含まれていてもよい。このような結晶相としては、(Y1-xCeAlAl12(0.001≦x<0.1)で表される結晶相に対してAlがリッチな(Y1-xCeAl2+δAl12(δは正の数)が挙げられる。また、このような結晶相としては、(Y1-xCeAlAl12(0.001≦x<0.1)で表される結晶相に対してYがリッチな(Y1-xCe3+ζAlAl12(ζは正の数)などが挙げられる。これらの結晶相は、一般式A12で表される結晶相に対して、化学組成がずれているが、ガーネット構造は維持している。蛍光体セラミックス層20が化学組成がずれた結晶相から構成されることで、蛍光体セラミックス層20の中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光L1及び蛍光がより散乱され、蛍光体セラミックス層20の発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い波長変換デバイス1及びプロジェクタを提供できる。 The first crystal phase constituting the phosphor ceramic layer 20 may contain a crystal phase whose chemical composition is different from that of the crystal phase expressed by the general formula A 3 B 2 C 3 O 12 described above. Such a crystal phase may be (Y 1-x Ce x ) 3 Al 2 + δ Al 3 O 12 (δ is a positive number) which is rich in Al compared to the crystal phase expressed by (Y 1-x Ce x ) 3 Al 2 Al 3 O 12 (0.001≦x<0.1). Such a crystal phase may be (Y 1-x Ce x ) 3 + ζ Al 2 Al 3 O 12 (ζ is a positive number) which is rich in Y compared to the crystal phase expressed by (Y 1-x Ce x ) 3 Al 2 Al 3 O 12 (0.001≦x<0.1). These crystal phases have a different chemical composition from the crystal phase expressed by the general formula A3B2C3O12 , but maintain the garnet structure. Since the phosphor ceramic layer 20 is composed of crystal phases with different chemical compositions, regions with different refractive indices are generated in the phosphor ceramic layer 20, so that the excitation light L1 and the fluorescent light are scattered more, and the light-emitting area of the phosphor ceramic layer 20 becomes smaller. Therefore, it is possible to provide a wavelength conversion device 1 and a projector with a smaller etendue and higher light utilization efficiency.

さらに、蛍光体セラミックス層20は、第1結晶相と、ガーネット構造以外の構造を有する異相とを含んでいてもよい。蛍光体セラミックス層20がこのような第1結晶相及び異相から構成されることで、蛍光体セラミックス層20の中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光L1及び蛍光がより散乱され、蛍光体セラミックス層20の発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い波長変換デバイス1及びプロジェクタを提供できる。 Furthermore, the phosphor ceramic layer 20 may contain a first crystal phase and a heterophase having a structure other than a garnet structure. When the phosphor ceramic layer 20 is composed of such a first crystal phase and a heterophase, regions with different refractive indices are generated in the phosphor ceramic layer 20, so that the excitation light L1 and the fluorescent light are scattered more, and the light-emitting area of the phosphor ceramic layer 20 becomes smaller. Therefore, it is possible to provide a wavelength conversion device 1 and a projector with a smaller etendue and higher light utilization efficiency.

YAGで構成される蛍光体セラミックス層20は、波長変換デバイス1の上方から入射する光を励起光L1として受光して、蛍光を放つ。より具体的には、後述する励起光源から出射した光が励起光L1として蛍光体セラミックス層20に照射されることで、蛍光体セラミックス層20から波長変換光として蛍光が放たれる。つまり、蛍光体セラミックス層20から放たれる波長変換光は、励起光L1の波長よりも長い波長の光である。 The phosphor ceramic layer 20 made of YAG receives light incident from above the wavelength conversion device 1 as excitation light L1 and emits fluorescence. More specifically, light emitted from an excitation light source described below is irradiated onto the phosphor ceramic layer 20 as excitation light L1, causing the phosphor ceramic layer 20 to emit fluorescence as wavelength-converted light. In other words, the wavelength-converted light emitted from the phosphor ceramic layer 20 is light with a longer wavelength than the wavelength of the excitation light L1.

本実施の形態において、蛍光体セラミックス層20から放たれる波長変換光には、黄色系光である蛍光が含まれる。蛍光体セラミックス層20は、例えば、波長が380nm以上490nm以下の光を吸収し、波長が490nm以上580nm以下の領域に蛍光ピーク波長を有する黄色系光である蛍光を放つ。蛍光体セラミックス層20がYAGで構成されることで、容易に波長が490nm以上580nm以下の領域に蛍光ピーク波長を有する蛍光を放つ蛍光体セラミックス層20が実現される。 In this embodiment, the wavelength-converted light emitted from the phosphor ceramic layer 20 includes fluorescence, which is yellow light. The phosphor ceramic layer 20 absorbs light having a wavelength of 380 nm or more and 490 nm or less, and emits fluorescence, which is yellow light, having a fluorescence peak wavelength in the wavelength range of 490 nm or more and 580 nm or less. By making the phosphor ceramic layer 20 out of YAG, it is easy to realize a phosphor ceramic layer 20 that emits fluorescence having a fluorescence peak wavelength in the wavelength range of 490 nm or more and 580 nm or less.

蛍光体セラミックス層20から放たれる波長変換光の色度図のx座標は、0.415以下であればよく、0.410以下であればよりよく、0.408以下であればさらによい。蛍光体セラミックス層20から放たれる波長変換光の色度図のx座標が上記数値であると、蛍光体セラミックス層20の温度消光が小さくなるため、発光効率の高い蛍光体セラミックス層20が実現できる。 The x-coordinate of the chromaticity diagram of the wavelength-converted light emitted from the phosphor ceramic layer 20 should be 0.415 or less, preferably 0.410 or less, and even better 0.408 or less. When the x-coordinate of the chromaticity diagram of the wavelength-converted light emitted from the phosphor ceramic layer 20 is within the above range, the temperature quenching of the phosphor ceramic layer 20 is reduced, and a phosphor ceramic layer 20 with high luminous efficiency can be achieved.

蛍光体セラミックス層20の密度は、理論密度の95%以上100%以下であればよく、理論密度の97%以上100%以下であればよりよい。ここで、理論密度とは、層中の原子が理想的に配列しているとした場合の密度である。換言すると、理論密度とは、蛍光体セラミックス層20中に空隙がないと仮定したときの密度であり、結晶構造を用いて計算される値である。例えば、蛍光体セラミックス層20の密度が99%である場合、残りの1%は空隙に相当する。つまり、蛍光体セラミックス層20の密度が高いほど、空隙が少ない。蛍光体セラミックス層20の密度が上記範囲であると、蛍光体セラミックス層20が放つ全蛍光量が増えるため、放射される光量がより多い波長変換デバイス1及びプロジェクタを提供できる。 The density of the phosphor ceramic layer 20 may be 95% or more and 100% or less of the theoretical density, and more preferably 97% or more and 100% or less of the theoretical density. Here, the theoretical density is the density when the atoms in the layer are ideally arranged. In other words, the theoretical density is the density when it is assumed that there are no voids in the phosphor ceramic layer 20, and is a value calculated using the crystal structure. For example, when the density of the phosphor ceramic layer 20 is 99%, the remaining 1% corresponds to voids. In other words, the higher the density of the phosphor ceramic layer 20, the fewer the voids. When the density of the phosphor ceramic layer 20 is in the above range, the total amount of fluorescence emitted by the phosphor ceramic layer 20 increases, so that a wavelength conversion device 1 and a projector that emit a larger amount of light can be provided.

また、蛍光体セラミックス層20の密度は、4.32g/cm以上4.55g/cm以下であればよく、4.41g/cm以上4.55g/cm以下であればよりよい。本実施の形態で示すように、蛍光体セラミックス層20がYAGで構成されている場合、蛍光体セラミックス層20の密度が上記範囲であると、蛍光体セラミックス層20の密度がそれぞれ理論密度の95%以上100%以下及び97%以上100%以下となる。蛍光体セラミックス層20の密度が上記範囲であることで、蛍光体セラミックス層20が吸収した励起光L1を効率よく蛍光に変換することができる。つまり、発光効率の高い蛍光体セラミックス層20が実現される。 The density of the phosphor ceramic layer 20 may be 4.32 g/cm 3 or more and 4.55 g/cm 3 or less, and more preferably 4.41 g/cm 3 or more and 4.55 g/cm 3 or less. As shown in this embodiment, when the phosphor ceramic layer 20 is made of YAG, if the density of the phosphor ceramic layer 20 is in the above range, the density of the phosphor ceramic layer 20 is 95% or more and 100% or less and 97% or more and 100% or less of the theoretical density, respectively. When the density of the phosphor ceramic layer 20 is in the above range, the excitation light L1 absorbed by the phosphor ceramic layer 20 can be efficiently converted into fluorescence. In other words, a phosphor ceramic layer 20 with high luminous efficiency is realized.

蛍光体セラミックス層20の膜厚(z軸方向の長さ)は、50μm以上150μm未満であるとよく、50μm以上120μm未満であるとよりよい。また、前記蛍光体セラミックス層の膜厚は、70μm以上120μm未満であればよりよく、80μm以上110μm未満であるとさらによい。 The thickness of the phosphor ceramic layer 20 (length in the z-axis direction) is preferably 50 μm or more and less than 150 μm, and more preferably 50 μm or more and less than 120 μm. The thickness of the phosphor ceramic layer is more preferably 70 μm or more and less than 120 μm, and even more preferably 80 μm or more and less than 110 μm.

さらに、蛍光体セラミックス層20の上方には、反射防止層30が位置している。 Furthermore, an anti-reflection layer 30 is located above the phosphor ceramic layer 20.

反射防止層30は、励起光L1の反射を防止、より具体的には抑制する層である。反射防止層30は、波長変換デバイス1における励起光L1の反射率を低下させ、蛍光体セラミックス層20に到達する励起光L1の量を増加させる。この結果、蛍光体セラミックス層20が吸収できる励起光L1の量も増えるため、蛍光体セラミックス層20が放つ蛍光の量も増える。つまり、反射防止層30が設けられることで、蛍光体セラミックス層20が放つ蛍光の量が増加する。 The anti-reflection layer 30 is a layer that prevents, or more specifically, suppresses, the reflection of the excitation light L1. The anti-reflection layer 30 reduces the reflectance of the excitation light L1 in the wavelength conversion device 1, and increases the amount of excitation light L1 that reaches the phosphor ceramic layer 20. As a result, the amount of excitation light L1 that can be absorbed by the phosphor ceramic layer 20 also increases, and the amount of fluorescence emitted by the phosphor ceramic layer 20 also increases. In other words, the provision of the anti-reflection layer 30 increases the amount of fluorescence emitted by the phosphor ceramic layer 20.

反射防止層30は、例えば、誘電体膜、又は、可視光領域の光の波長より小さい周期の微細な凹凸構造(いわゆる、モスアイ構造)などで構成されてもよい。反射防止層30が誘電体膜で構成されている場合、反射防止層30は、無機化合物を含むとよい。この場合、反射防止層30は、SiO、TiO、Al、ZnO、Nb及びMgFなどから選ばれる1以上の無機化合物を含む。 The anti-reflection layer 30 may be composed of, for example, a dielectric film or a fine uneven structure (so-called moth-eye structure) with a period smaller than the wavelength of light in the visible light region. When the anti-reflection layer 30 is composed of a dielectric film, it is preferable that the anti-reflection layer 30 contains an inorganic compound. In this case, the anti-reflection layer 30 contains one or more inorganic compounds selected from SiO2, TiO2 , Al2O3 , ZnO, Nb2O5 , MgF, etc.

また、図1及び図2においては、反射防止層30が設けられている構成が示されているが、波長変換デバイス1は、反射防止層30を備えていなくてもよい。 In addition, although a configuration in which an anti-reflection layer 30 is provided is shown in Figures 1 and 2, the wavelength conversion device 1 does not necessarily have to include an anti-reflection layer 30.

基板10は、円盤形状の板材であり、蛍光体セラミックス層20及び反射防止層30を支持する基材である。モータ4は、平面視で基板10の中央に設けられている。図2が示すように、基板10は、基板本体11と、光反射層12とを有する。 The substrate 10 is a disk-shaped plate material, and is a base material that supports the phosphor ceramic layer 20 and the anti-reflection layer 30. The motor 4 is provided in the center of the substrate 10 in a plan view. As shown in FIG. 2, the substrate 10 has a substrate body 11 and a light-reflecting layer 12.

基板本体11は、熱伝導率が高い材料で構成されているとよい。例えば、基板本体11は、蛍光体セラミックス層20よりも熱伝導率が高い材料で構成されているとよいが、これに限られない。基板本体11は、例えば、ガラス基板、石英基板、GaN基板、サファイア基板、Si基板、金属基板などが例示される。また、基板本体11は、PEN(ポリエチレンナフタレート)フィルム、または、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムなどの樹脂で構成されてもよい。さらに、基板本体11が金属基板である場合は、基板本体11は、Al、Fe及びTiなどの金属材料から構成されている。 The substrate body 11 is preferably made of a material with high thermal conductivity. For example, the substrate body 11 is preferably made of a material with a higher thermal conductivity than the phosphor ceramic layer 20, but is not limited to this. Examples of the substrate body 11 include a glass substrate, a quartz substrate, a GaN substrate, a sapphire substrate, a Si substrate, and a metal substrate. The substrate body 11 may also be made of a resin such as a PEN (polyethylene naphthalate) film or a PET (polyethylene terephthalate) film. Furthermore, when the substrate body 11 is a metal substrate, the substrate body 11 is made of a metal material such as Al, Fe, and Ti.

本実施の形態においては、基板本体11は、Alから構成される金属基板である。Alは熱伝導率が高く、かつ、軽量であるため、基板本体11の放熱性を高め、かつ、基板本体11の重量を軽くすることができる。基板本体11の厚みは、例えば、1.5mm以下である。 In this embodiment, the substrate body 11 is a metal substrate made of Al. Since Al has high thermal conductivity and is lightweight, it is possible to improve the heat dissipation of the substrate body 11 and reduce the weight of the substrate body 11. The thickness of the substrate body 11 is, for example, 1.5 mm or less.

また、基板10は光反射面13を有する。光反射面13は、蛍光体セラミックス層20が位置する側の基板10の一面である。光反射面13は、本実施の形態においては、光反射面13は、光反射層12が含む一面によって構成されている。 The substrate 10 also has a light-reflecting surface 13. The light-reflecting surface 13 is one surface of the substrate 10 on the side where the phosphor ceramic layer 20 is located. In this embodiment, the light-reflecting surface 13 is constituted by one surface included in the light-reflecting layer 12.

光反射面13は、蛍光体セラミックス層20が放つ蛍光を反射する面である。また、光反射面13は、蛍光体セラミックス層20において蛍光に変換されなかった励起光L1も反射する。光反射面13は、蛍光及び蛍光に変換されなかった励起光L1を上方に反射する。本実施の形態においては、蛍光及び励起光L1は可視光領域の光であるため、光反射面13の可視光反射率が高いほど光のロスが少ない。具体的には、光反射面13の可視光反射率は、90%以上100%以下であればよく、95%以上100%以下であればよりよい。光反射面13の可視光反射率が上記範囲であると、蛍光及び励起光L1がより上方に反射されるようになるため、横方向(つまりは、光反射面13と平行な方向)への蛍光及び励起光L1の導波が抑制され、発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い波長変換デバイス1及びプロジェクタを提供できる。また、光反射面13の490nm以上780nm以下の波長領域の光の反射率は、90%以上100%以下であればよく、95%以上100%以下であればよりよい。光反射面13の490nm以上780nm以下の波長領域の光の反射率が上記範囲であると、蛍光がより上方に反射されるようになるため、横方向への蛍光の導波が抑制され、発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い波長変換デバイス1及びプロジェクタを提供できる。なお、本実施の形態においては、可視光領域とは、波長が380nm以上780nm以下の波長領域である。 The light reflecting surface 13 is a surface that reflects the fluorescence emitted by the phosphor ceramic layer 20. The light reflecting surface 13 also reflects the excitation light L1 that was not converted to fluorescence in the phosphor ceramic layer 20. The light reflecting surface 13 reflects the fluorescence and the excitation light L1 that was not converted to fluorescence upward. In this embodiment, since the fluorescence and the excitation light L1 are light in the visible light region, the higher the visible light reflectance of the light reflecting surface 13, the less the loss of light. Specifically, the visible light reflectance of the light reflecting surface 13 may be 90% or more and 100% or less, and is preferably 95% or more and 100% or less. When the visible light reflectance of the light reflecting surface 13 is in the above range, the fluorescence and the excitation light L1 are reflected more upward, so that the guide of the fluorescence and the excitation light L1 in the lateral direction (i.e., the direction parallel to the light reflecting surface 13) is suppressed, and the light-emitting area is smaller. Therefore, a wavelength conversion device 1 and a projector having a smaller etendue and higher light utilization efficiency can be provided. In addition, the reflectance of the light of the light reflecting surface 13 in the wavelength region of 490 nm to 780 nm may be 90% to 100%, and preferably 95% to 100%. When the reflectance of the light of the light reflecting surface 13 in the wavelength region of 490 nm to 780 nm is in the above range, the fluorescence is reflected more upward, so that the lateral waveguiding of the fluorescence is suppressed and the light emission area is smaller. Therefore, it is possible to provide a wavelength conversion device 1 and a projector with a smaller etendue and higher light utilization efficiency. In this embodiment, the visible light region is a wavelength region of 380 nm to 780 nm.

光反射層12は、蛍光及び蛍光に変換されなかった励起光L1を上方に反射することができれば、どのような材料で構成されてもよい。本実施の形態においては、光反射層12は、光散乱性粒子121と、光散乱性粒子121が分散されているバインダ122とで構成されている複合層である。つまり、光反射層12は、光拡散性(光散乱性)を有し、光拡散により蛍光及び蛍光に変換されなかった励起光L1を上方に反射する。 The light reflecting layer 12 may be made of any material as long as it can reflect upward the fluorescent light and the excitation light L1 that has not been converted into fluorescent light. In this embodiment, the light reflecting layer 12 is a composite layer made of light scattering particles 121 and a binder 122 in which the light scattering particles 121 are dispersed. In other words, the light reflecting layer 12 has light diffusibility (light scattering properties) and reflects upward the fluorescent light and the excitation light L1 that has not been converted into fluorescent light due to light diffusion.

光反射層12は、光散乱性粒子121と、バインダ122との屈折率差によって光を拡散させる。光散乱性粒子121は、例えば、無機化合物又は樹脂材料から構成されるフィラー又は白色粒子である。より具体的には、光散乱性粒子121は、SiO、TiO、Al、ZnO、Nb、ZrO及びCaCOなどの無機化合物でもよく、スチレン系樹脂及びアクリル系樹脂などの樹脂材料でもよい。また、バインダ122は、光透過性のあるアクリル系樹脂及びシリコーン系樹脂などの樹脂材料によって構成されているとよい。 The light reflecting layer 12 diffuses light due to the difference in refractive index between the light scattering particles 121 and the binder 122. The light scattering particles 121 are, for example, fillers or white particles made of an inorganic compound or a resin material. More specifically, the light scattering particles 121 may be inorganic compounds such as SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , ZrO 2 and CaCO 3 , or may be resin materials such as styrene resin and acrylic resin. The binder 122 may be made of a resin material such as an acrylic resin and a silicone resin that is light-transmitting.

光反射層12が設けられることで、光反射面13の可視光反射率を高めることができる。さらに、光反射層12が光散乱性粒子121を含む複合層で構成されることで、光反射面13の可視光反射率をより高めることができる。つまり、波長変換デバイス1における光のロスをより抑制することができる。 By providing the light reflecting layer 12, the visible light reflectance of the light reflecting surface 13 can be increased. Furthermore, by forming the light reflecting layer 12 as a composite layer containing light scattering particles 121, the visible light reflectance of the light reflecting surface 13 can be further increased. In other words, the loss of light in the wavelength conversion device 1 can be further suppressed.

なお、光反射層12は、光反射性を有する金属によって構成されている金属層であってもよい。例えば、当該金属は、Ag、Al、又は、これらのいずれかを含む合金である。光反射層12は、当該金属がドライプロセス又はウェットプロセスにより形成されるとよい。このような場合においても、光反射層12が光散乱性粒子121を含む複合層で構成された場合と同様の作用効果が期待される。 The light reflecting layer 12 may be a metal layer made of a metal having light reflectivity. For example, the metal is Ag, Al, or an alloy containing any of these. The light reflecting layer 12 may be formed of the metal by a dry process or a wet process. Even in such a case, the same effect as when the light reflecting layer 12 is made of a composite layer containing light scattering particles 121 is expected.

また、光反射層12と蛍光体セラミックス層20との間には、接合層が設けられていてもよい。このような構成とすることで、光反射層12と蛍光体セラミックス層20とがより密着するため、蛍光体セラミックス層20で発生した熱を、光反射層12を介して、基板本体11により効率的に伝導させることができる。このため、蛍光体セラミックス層20の温度消光が少ない、高効率の波長変換デバイス1を提供できる。接合層は、シリコーン系樹脂又はエポキシ系樹脂などの透明材料からなるとよい。また、接合層の厚みは、1μm以上100μm未満であればよく、1μm以上20μm未満であればよりよい。 A bonding layer may be provided between the light reflecting layer 12 and the phosphor ceramic layer 20. This configuration allows the light reflecting layer 12 and the phosphor ceramic layer 20 to adhere more closely to each other, so that heat generated in the phosphor ceramic layer 20 can be more efficiently conducted to the substrate body 11 via the light reflecting layer 12. This allows for a highly efficient wavelength conversion device 1 with less temperature quenching of the phosphor ceramic layer 20. The bonding layer may be made of a transparent material such as a silicone-based resin or an epoxy-based resin. The thickness of the bonding layer may be 1 μm or more and less than 100 μm, and preferably 1 μm or more and less than 20 μm.

なお、図1及び図2においては、光反射層12が設けられている構成が示されているが、波長変換デバイス1は、光反射層12を備えていなくてもよい。この場合、基板本体11の表面が、光反射面13となる。 Note that although a configuration in which a light reflecting layer 12 is provided is shown in Figs. 1 and 2, the wavelength conversion device 1 does not have to include a light reflecting layer 12. In this case, the surface of the substrate body 11 becomes the light reflecting surface 13.

[プロジェクタの構成]
以上のように構成されている波長変換デバイス1は、図3及び図4が示すプロジェクタ100に用いられる。図3は、本実施の形態に係るプロジェクタ100の外観を示す斜視図である。図4は、本実施の形態に係るプロジェクタ100の光学系を示す模式図である。以下では、本実施の形態に係るプロジェクタ100の構成について、図3及び図4を用いて説明する。
[Projector configuration]
The wavelength conversion device 1 configured as above is used in a projector 100 shown in Fig. 3 and Fig. 4. Fig. 3 is a perspective view showing the appearance of the projector 100 according to the present embodiment. Fig. 4 is a schematic diagram showing the optical system of the projector 100 according to the present embodiment. The configuration of the projector 100 according to the present embodiment will be described below with reference to Figs. 3 and 4.

図3及び図4が示すように、本実施の形態に係るプロジェクタ100は、光源3と、ダイクロイックミラー5と、波長変換デバイス1と、表示素子6と、投射光学部材7と、反射ミラー8とを備える。 As shown in Figures 3 and 4, the projector 100 according to this embodiment includes a light source 3, a dichroic mirror 5, a wavelength conversion device 1, a display element 6, a projection optical member 7, and a reflecting mirror 8.

光源3は、例えば半導体レーザ光源又はLED(Light Emitting Diode)光源であり、駆動電流によって駆動されて所定の色(波長)の光を放つ。 The light source 3 is, for example, a semiconductor laser light source or an LED (Light Emitting Diode) light source, and is driven by a drive current to emit light of a predetermined color (wavelength).

本実施の形態においては、光源3は半導体レーザ光源である。なお、光源3が備える半導体レーザ素子は、例えば窒化物半導体材料によって構成されたGaN系半導体レーザ素子(レーザチップ)である。本実施の形態において、半導体レーザ光源である光源3は、マルチチップタイプの発光装置である。 In this embodiment, the light source 3 is a semiconductor laser light source. The semiconductor laser element included in the light source 3 is, for example, a GaN-based semiconductor laser element (laser chip) made of a nitride semiconductor material. In this embodiment, the light source 3, which is a semiconductor laser light source, is a multi-chip type light emitting device.

一例として、光源3は波長380nm以上490nm以下にピーク波長を有する近紫外から青色の範囲内のレーザ光を放つ。より具体的には、光源3は、ピーク波長が445nmの青色光を放つ。本実施の形態に係る光源3は励起光源の一例である。光源3が放つレーザ光は、ダイクロイックミラー5に到達する。 As an example, the light source 3 emits laser light in the near ultraviolet to blue range with a peak wavelength of 380 nm or more and 490 nm or less. More specifically, the light source 3 emits blue light with a peak wavelength of 445 nm. The light source 3 in this embodiment is an example of an excitation light source. The laser light emitted by the light source 3 reaches the dichroic mirror 5.

ダイクロイックミラー5は、光源3の光軸に対して45度の角度で配置されている。本実施の形態に係るダイクロイックミラー5は、青色光の一部を透過し他部を反射し、黄色系蛍光を透過するダイクロイックミラーである。 The dichroic mirror 5 is disposed at an angle of 45 degrees to the optical axis of the light source 3. The dichroic mirror 5 in this embodiment is a dichroic mirror that transmits part of the blue light, reflects the other part, and transmits the yellow fluorescent light.

つまり、ダイクロイックミラー5は、光源3から放たれたレーザ光の波長領域の光を反射及び透過する特性を有している。従って、光源3から放たれたレーザ光の一部は、進行方向が変更されることなく、ダイクロイックミラー5を透過し、当該レーザ光の他部は、ダイクロイックミラー5によって反射され、進行方向が90°変更され、波長変換デバイス1へ向かう。 In other words, the dichroic mirror 5 has the property of reflecting and transmitting light in the wavelength region of the laser light emitted from the light source 3. Therefore, a portion of the laser light emitted from the light source 3 passes through the dichroic mirror 5 without changing its direction of travel, and the other portion of the laser light is reflected by the dichroic mirror 5, has its direction of travel changed by 90°, and heads toward the wavelength conversion device 1.

ここで、光源3から放たれたレーザ光の他部は、励起光L1として、波長変換デバイス1に到達する。波長変換デバイス1は、励起光L1を受光して蛍光を含む反射光L2を放つ。より具体的には、反射光L2は、波長変換デバイス1が備える蛍光体セラミックス層20及び光反射面13によってそれぞれ波長変換及び反射された光を含む。さらに具体的には、反射光L2は、蛍光体セラミックス層20で生じた黄色系蛍光と、蛍光体セラミックス層20で蛍光に変換されなった青色光である励起光L1とを含む光である。ただし反射光L2においては蛍光が占める割合が高いため、反射光L2は黄色系光である。 Here, the other part of the laser light emitted from the light source 3 reaches the wavelength conversion device 1 as excitation light L1. The wavelength conversion device 1 receives the excitation light L1 and emits reflected light L2 containing fluorescence. More specifically, the reflected light L2 contains light that has been wavelength converted and reflected by the phosphor ceramic layer 20 and the light reflecting surface 13 of the wavelength conversion device 1. More specifically, the reflected light L2 contains yellowish fluorescence generated in the phosphor ceramic layer 20 and the excitation light L1, which is blue light that has not been converted to fluorescence in the phosphor ceramic layer 20. However, since the proportion of fluorescence in the reflected light L2 is high, the reflected light L2 is yellowish light.

進行方向が変更されることなく、ダイクロイックミラー5を透過したレーザ光は、透過光L12として、反射ミラー8に到達し、反射ミラー8によって正反射され、ダイクロイックミラー5のもう一方の面へ向かう。そして、当該透過光L12は、ダイクロイックミラー5のもう一方の面によって反射され、進行方向が90°変更され、表示素子6へと向かう。 The laser light that passes through the dichroic mirror 5 without changing its direction of travel reaches the reflecting mirror 8 as transmitted light L12, is specularly reflected by the reflecting mirror 8, and travels toward the other surface of the dichroic mirror 5. The transmitted light L12 is then reflected by the other surface of the dichroic mirror 5, its direction of travel is changed by 90°, and travels toward the display element 6.

また、反射光L2は、ダイクロイックミラー5に到達する。このとき、ダイクロイックミラー5は、反射光L2の光軸に対して45度の角度で配置されており、また、黄色系蛍光を透過する。そのため、ダイクロイックミラー5に到達した反射光L2の進行方向は変化しない。 The reflected light L2 also reaches the dichroic mirror 5. At this time, the dichroic mirror 5 is disposed at an angle of 45 degrees to the optical axis of the reflected light L2, and transmits yellow fluorescent light. Therefore, the traveling direction of the reflected light L2 that reaches the dichroic mirror 5 does not change.

これにより、図4が示すように、反射光L2の光軸と、透過光L12の光軸とが一致して、表示素子6に向かう。このとき、反射光L2は黄色系光、透過光L12は青色光であるため、これらの光が複合された光は白色光である。つまり、ダイクロイックミラー5から表示素子6に向かう光は、白色光である。 As a result, as shown in Figure 4, the optical axis of the reflected light L2 and the optical axis of the transmitted light L12 coincide with each other and head toward the display element 6. At this time, the reflected light L2 is yellow light and the transmitted light L12 is blue light, so the light obtained by combining these lights is white light. In other words, the light heading toward the display element 6 from the dichroic mirror 5 is white light.

反射光L2と透過光L12との混合光である白色光は、表示素子6へと向かう。ここで、反射光L2がエタンデュの大きい光であると、表示素子6のサイズよりも、表示素子6に向けて照射される反射光L2のサイズが大きくなる。そのため、表示素子6に照射されない、無効な(つまりは、利用できない)光成分が多くなる。 The white light, which is a mixture of the reflected light L2 and the transmitted light L12, travels toward the display element 6. If the reflected light L2 has a large etendue, the size of the reflected light L2 irradiated toward the display element 6 will be larger than the size of the display element 6. As a result, there will be a large amount of ineffective (i.e., unusable) light components that are not irradiated to the display element 6.

表示素子6は、開口部2aを通過した光(白色光)を制御して映像として出力する略平面状の素子である。換言すると、表示素子6は、映像用の光を生成する。表示素子6は、具体的には、DMD(Digital Micromirror Device)を有するDLP(Digital Light Processing)である。また、例えば、表示素子6は、反射型液晶パネルなどであってもよい。なお、表示素子6とダイクロイックミラー5との間には、フライアイレンズ、偏光変換素子及びミラーロッドなどが備えられていてもよい。 The display element 6 is a substantially planar element that controls the light (white light) that passes through the opening 2a and outputs it as an image. In other words, the display element 6 generates light for the image. Specifically, the display element 6 is a DLP (Digital Light Processing) having a DMD (Digital Micromirror Device). For example, the display element 6 may be a reflective liquid crystal panel. Note that a fly-eye lens, a polarization conversion element, a mirror rod, and the like may be provided between the display element 6 and the dichroic mirror 5.

表示素子6によって生成された映像用の光は、投射光学部材7によって、スクリーンに拡大投射される投射光となる。 The light for the image generated by the display element 6 is converted by the projection optical member 7 into projection light that is enlarged and projected onto the screen.

プロジェクタ100では、表示素子6に照射された光のみが投射光として利用される。すなわち、反射光L2のエタンデュが小さいほど、プロジェクタ100の投射光として利用できる光が多くなる。 In the projector 100, only the light irradiated to the display element 6 is used as projection light. In other words, the smaller the etendue of the reflected light L2, the more light can be used as projection light by the projector 100.

[波長変換デバイスでの光挙動]
ここで、波長変換デバイス1における光挙動について、本実施の形態と、比較例とを用いて説明する。
[Optical behavior in wavelength conversion devices]
Here, the behavior of light in the wavelength conversion device 1 will be described using this embodiment and a comparative example.

図5Aは、本実施の形態に係る波長変換デバイス1とアパーチャ部材2とを示す模式図である。図5Bは、本実施の形態の比較例に係る波長変換デバイス1xとアパーチャ部材2とを示す模式図である。なおここでは、簡単のため、アパーチャ部材2と、波長変換デバイス1及び1xと、励起光L1と、反射光L2とを用いて説明する。 Figure 5A is a schematic diagram showing a wavelength conversion device 1 and an aperture member 2 according to this embodiment. Figure 5B is a schematic diagram showing a wavelength conversion device 1x and an aperture member 2 according to a comparative example of this embodiment. For simplicity, the following description will be given using the aperture member 2, the wavelength conversion devices 1 and 1x, the excitation light L1, and the reflected light L2.

ここで、アパーチャ部材2は、反射光L2のエタンデュの大小を評価するための部材である。アパーチャ部材2は光吸収する部材であって、アパーチャ部材2の中央部には、開口部2aが設けられた部材である。アパーチャ部材2の開口部2aを通過する光成分の割合が相対的に多いと反射光L2のエタンデュは小さいといえる。 The aperture member 2 is a member for evaluating the etendue of the reflected light L2. The aperture member 2 is a light-absorbing member, and has an opening 2a in the center of the aperture member 2. If the proportion of light components passing through the opening 2a of the aperture member 2 is relatively high, the etendue of the reflected light L2 can be said to be small.

比較例に係る波長変換デバイス1xは、蛍光体セラミックス層20xの厚みが本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層20よりも厚い(例えば、200μm)点を除けば、本実施の形態に係る波長変換デバイス1と同じ構成である。 The wavelength conversion device 1x of the comparative example has the same configuration as the wavelength conversion device 1 of the present embodiment, except that the phosphor ceramic layer 20x is thicker (e.g., 200 μm) than the phosphor ceramic layer 20 of the present embodiment.

蛍光体セラミックス層20及び20xの密度は、4.41g/cm以上4.55g/cm以下であり、密度が高い。つまり、蛍光体セラミックス層20及び20xにおいては、空隙が少なく光散乱が起きにくいため、光が層の平面方向(つまり、x軸方向又はy軸方向)に進みやすく、いわゆる導光が起こりやすい。 The phosphor ceramic layers 20 and 20x have a high density of 4.41 g/ cm3 or more and 4.55 g/ cm3 or less. That is, in the phosphor ceramic layers 20 and 20x, there are few voids and light scattering is unlikely to occur, so that light easily travels in the planar direction of the layer (i.e., the x-axis direction or the y-axis direction), and so-called light guiding is likely to occur.

まず、図5Aを用いて本実施の形態に係る波長変換デバイス1について説明する。 First, the wavelength conversion device 1 according to this embodiment will be described with reference to FIG. 5A.

本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層20のように厚みが十分に薄い(50μm以上120μm以下である)と、励起光L1が入射してから反射光L2が出射するまでの層の平面方向(ここではx軸方向)の距離Dをより短くすることができる。換言すると、本実施の形態においては、蛍光体セラミックス層20の蛍光の発光面積(発光スポット径)が十分に小さい。よって、図5Aが示すように、光反射面13によって反射されて蛍光体セラミックス層20から出射する反射光L2は、アパーチャ部材2の開口部2aを通過しやすい。開口部2aを通過した光は、上述の通り、表示素子6及び投射光学部材7を介して、スクリーンに拡大投射される光として利用することができる。 When the phosphor ceramic layer 20 according to the present embodiment is sufficiently thin (50 μm or more and 120 μm or less), the distance D in the planar direction of the layer (here, the x-axis direction) from when the excitation light L1 enters until the reflected light L2 exits can be made shorter. In other words, in this embodiment, the light emission area (light emission spot diameter) of the fluorescence of the phosphor ceramic layer 20 is sufficiently small. Therefore, as shown in FIG. 5A, the reflected light L2 reflected by the light reflecting surface 13 and exiting from the phosphor ceramic layer 20 easily passes through the opening 2a of the aperture member 2. As described above, the light that passes through the opening 2a can be used as light to be enlarged and projected onto the screen via the display element 6 and the projection optical member 7.

すなわち、本実施の形態においては、波長変換デバイス1が備える蛍光体セラミックス層20の厚みが十分に薄いため、蛍光の発光面積を十分に小さくすることができる。よって、アパーチャ部材2の開口部2aを通過する光が多いため、プロジェクタ100の投射光として利用できる光が多い。つまり、上記構成によって、光の利用効率が高い波長変換デバイス1が実現される。さらに、このような波長変換デバイス1を備えることで、光の利用効率が高いプロジェクタ100が実現される。 In other words, in this embodiment, the thickness of the phosphor ceramic layer 20 provided in the wavelength conversion device 1 is sufficiently thin, so that the fluorescent light emission area can be made sufficiently small. Therefore, since a large amount of light passes through the opening 2a of the aperture member 2, a large amount of light can be used as projection light for the projector 100. In other words, the above configuration realizes a wavelength conversion device 1 with high light utilization efficiency. Furthermore, by providing such a wavelength conversion device 1, a projector 100 with high light utilization efficiency is realized.

続いて、図5Bを用いて比較例に係る波長変換デバイス1xについて説明する。 Next, a wavelength conversion device 1x according to a comparative example will be described with reference to FIG. 5B.

比較例に係る蛍光体セラミックス層20xのように厚みが十分に厚い(200μmである)と、励起光L1が入射してから反射光L2xが出射するまでの層の平面方向の距離Dxがより長くなってしまう。換言すると、比較例においては、蛍光体セラミックス層20xの蛍光の発光面積(発光スポット径)が大きくなってしまう。よって、図5Bが示すように、光反射面13によって反射されて蛍光体セラミックス層20xから出射する反射光L2xは、アパーチャ部材2によって遮蔽されやすい。よって、比較例に係る波長変換デバイス1xでは、光の利用効率が低い。 When the phosphor ceramic layer 20x in the comparative example is sufficiently thick (200 μm), the distance Dx in the planar direction of the layer from when the excitation light L1 enters until the reflected light L2x exits becomes longer. In other words, in the comparative example, the light emission area (light emission spot diameter) of the fluorescent light of the phosphor ceramic layer 20x becomes larger. Therefore, as shown in FIG. 5B, the reflected light L2x reflected by the light reflecting surface 13 and exiting from the phosphor ceramic layer 20x is likely to be blocked by the aperture member 2. Therefore, the wavelength conversion device 1x in the comparative example has low light utilization efficiency.

また、上述のように、本実施の形態においては、光反射層12が設けられ、さらに、光反射層12が光散乱性粒子121を含む複合層で構成されることで、光反射面13の可視光反射率をより高めることができる。これにより、波長変換デバイス1における光のロスをより抑制することができるため、光の利用効率が高い波長変換デバイス1が実現される。 As described above, in this embodiment, the light reflecting layer 12 is provided, and the light reflecting layer 12 is further composed of a composite layer containing light scattering particles 121, so that the visible light reflectance of the light reflecting surface 13 can be further increased. This makes it possible to further suppress light loss in the wavelength conversion device 1, thereby realizing a wavelength conversion device 1 with high light utilization efficiency.

[実施例]
ここで、本実施の形態の実施例1~3と、比較例とに係る波長変換デバイスにおいて、製造方法と光の利用効率とについて説明する。
[Example]
Here, a manufacturing method and light utilization efficiency of the wavelength conversion devices according to Examples 1 to 3 of this embodiment and a comparative example will be described.

まずは、蛍光体セラミックス層の製造方法について記載する。 First, we will describe the manufacturing method for the phosphor ceramic layer.

実施例1~3及び比較例に係る蛍光体セラミックス層は、いずれも、(Y0.9953Ce0.0047Al12で表される第1結晶相によって構成される。また、実施例1~3及び比較例に係る蛍光体セラミックス層は、いずれも、Ce3+賦活蛍光体で構成される。 The phosphor ceramic layers according to Examples 1 to 3 and Comparative Example are all composed of a first crystal phase represented by ( Y0.9953Ce0.0047 ) 3Al5O12 . Moreover, the phosphor ceramic layers according to Examples 1 to 3 and Comparative Example are all composed of a Ce3 + -activated phosphor.

実施例1~3及び比較例に係る蛍光体セラミックス層は、化合物粉末として以下の3種類を原料として使用した。具体的には、Y(酸化イットリウム、純度3N、日本イットリウム株式会社)、Al(酸化アルミニウム、純度3N、住友化学株式会社)及びCeO(酸化セリウム、純度3N、日本イットリウム株式会社)が使用された。 The phosphor ceramic layers according to Examples 1 to 3 and the Comparative Example were made using the following three types of compound powder as raw materials: Y 2 O 3 (yttrium oxide, purity 3N, Nippon Yttrium Co., Ltd.), Al 2 O 3 (aluminum oxide, purity 3N, Sumitomo Chemical Co., Ltd.), and CeO 2 (cerium oxide, purity 3N, Nippon Yttrium Co., Ltd.).

まず、化学量論的組成の化合物(Y0.9953Ce0.0047Al12となるように、上記原料が秤量された。次に、秤量された原料とアルミナ製ボール(直径10mm)とが、プラスチック製ポットに投入された。アルミナ製ボールの量は、プラスチック製ポットの容積の1/3程度を充填する程度の量であった。その後、純水がプラスチック製ポットに投入され、ポット回転装置(日東化学株式会社製、BALL MILL ANZ-51S)を利用して、原料と純水とが混合された。この混合は、12時間実施された。このようにして、スラリー状の混合原料を得た。 First, the raw materials were weighed out so as to obtain a compound having a stoichiometric composition of (Y 0.9953 Ce 0.0047 ) 3 Al 5 O 12. Next, the weighed raw materials and alumina balls (diameter 10 mm) were put into a plastic pot. The amount of the alumina balls was such that it filled about 1/3 of the volume of the plastic pot. Then, pure water was put into the plastic pot, and the raw materials and the pure water were mixed using a pot rotating device (BALL MILL ANZ-51S, manufactured by Nitto Chemical Co., Ltd.). This mixing was carried out for 12 hours. In this way, a slurry-like mixed raw material was obtained.

スラリー状の混合原料が、乾燥機を用いて乾燥された。具体的には、金属製バットの内壁を覆うようにナフロン(登録商標)シートが敷かれ、ナフロン(登録商標)シートの上方に混合原料が流し込まれた。金属製バットとナフロン(登録商標)シートと混合原料とは、150℃に設定した乾燥機で8時間処理され、乾燥された。その後、乾燥後の混合原料が回収され、スプレードライヤ装置を利用して混合原料が造粒された。なお、造粒時には、粘着剤(バインダ)として、ポリビニルアルコールが使用された。 The slurry-like mixed raw material was dried using a dryer. Specifically, a Naflon (registered trademark) sheet was laid so as to cover the inner wall of a metal tray, and the mixed raw material was poured above the Naflon (registered trademark) sheet. The metal tray, the Naflon (registered trademark) sheet, and the mixed raw material were treated and dried for 8 hours in a dryer set at 150°C. Thereafter, the dried mixed raw material was collected, and the mixed raw material was granulated using a spray dryer. Note that polyvinyl alcohol was used as an adhesive (binder) during granulation.

造粒された混合原料は、電動油圧プレス機(理研精機株式会社製、EMP-5)と円筒型の金型(外径58mm、内径38mm、高さ130mm)とを利用して、円筒型に仮成型された。成型時の圧力は、5MPa/cmとした。次に、冷間等方圧加圧装置を利用して、仮成型後の成型体が本成型された。本成型時の圧力は、300MPaとした。なお、本成型後の成型体は、造粒時に使用された粘着剤(バインダ)を除去する目的で、加熱処理(脱バインダー処理)が行われた。加熱処理の温度は、500℃とした。また、加熱処理の時間は、10時間とした。 The granulated mixed raw material was provisionally molded into a cylindrical shape using an electric hydraulic press (EMP-5, manufactured by Riken Seiki Co., Ltd.) and a cylindrical mold (outer diameter 58 mm, inner diameter 38 mm, height 130 mm). The pressure during molding was 5 MPa/ cm2 . Next, the molded body after the provisional molding was subjected to final molding using a cold isostatic pressing device. The pressure during final molding was 300 MPa. The molded body after final molding was subjected to a heat treatment (binder removal treatment) for the purpose of removing the adhesive (binder) used during granulation. The temperature of the heat treatment was 500°C. The heat treatment time was 10 hours.

加熱処理後の成型体は、管状雰囲気炉を用いて、焼成された。焼成温度は、1675℃とした。また、焼成時間は、4時間とした。焼成雰囲気は、窒素と水素との混合ガス雰囲気とした。なお、焼成後の焼成物の外径及び内径は、それぞれ43mm及び29mmであった。 The molded body after the heat treatment was sintered using a tubular atmosphere furnace. The sintering temperature was 1675°C. The sintering time was 4 hours. The sintering atmosphere was a mixed gas atmosphere of nitrogen and hydrogen. The outer diameter and inner diameter of the sintered product after sintering were 43 mm and 29 mm, respectively.

焼成後の円筒型の焼成物は、マルチワイヤーソーを用いて、スライスされた。スライスされた円筒型の焼成物の厚みは、約700μmとした。 After firing, the cylindrical fired product was sliced using a multi-wire saw. The thickness of the sliced cylindrical fired product was approximately 700 μm.

研磨装置を用いて、スライス後の焼成物が研磨され、焼成物の厚みの調整が行われた。この調整が行われることで、焼成物が、蛍光体セラミックス層となる。蛍光体セラミックス層の厚みは、実施例1では53μm、実施例2では75μm、実施例3では106μm、比較例では206μmであった。 The sliced fired product was polished using a polishing device to adjust the thickness of the fired product. This adjustment turned the fired product into a phosphor ceramic layer. The thickness of the phosphor ceramic layer was 53 μm in Example 1, 75 μm in Example 2, 106 μm in Example 3, and 206 μm in the comparative example.

なお、実施例1~3及び比較例に係る蛍光体セラミックス層の外径及び内径は、それぞれ43mm及び29mmであった。また、実施例1~3及び比較例に係る蛍光体セラミックス層は、濃い黄色であった。 The outer and inner diameters of the phosphor ceramic layers in Examples 1 to 3 and the Comparative Example were 43 mm and 29 mm, respectively. The phosphor ceramic layers in Examples 1 to 3 and the Comparative Example were also deep yellow in color.

続いて、蛍光体セラミックス層の評価について説明する。 Next, we will explain the evaluation of the phosphor ceramic layer.

まず、アルキメデス法を用いて、実施例1~3及び比較例に係る蛍光体セラミックス層の密度が評価された。実施例1~3及び比較例に係る蛍光体セラミックス層の密度は、いずれも、4.49g/cmであった。また、実施例1~3及び比較例に係る蛍光体セラミックス層の密度はいずれも、YAl12の理論密度(4.55g/cm)の98.7%であった。すなわち、実施例1~3及び比較例に係る蛍光体セラミックス層の密度はいずれも、YAl12の理論密度の97%以上100%以下であった。 First, the density of the phosphor ceramic layer according to Examples 1 to 3 and the Comparative Example was evaluated using the Archimedes method. The density of the phosphor ceramic layer according to Examples 1 to 3 and the Comparative Example was 4.49 g/cm 3. The density of the phosphor ceramic layer according to Examples 1 to 3 and the Comparative Example was 98.7% of the theoretical density of Y 3 Al 5 O 12 (4.55 g/cm 3 ). That is, the density of the phosphor ceramic layer according to Examples 1 to 3 and the Comparative Example was 97% or more and 100% or less of the theoretical density of Y 3 Al 5 O 12 .

続いて、波長変換デバイスの製造方法について記載する。 Next, we will describe the manufacturing method for the wavelength conversion device.

まず、Alの円盤形状の基板本体(直径50mm、厚み0.5mm)が準備される。続いて、ディスペンサ装置を用いて、基板本体に、TiO粒子が分散されたシリコーン系樹脂含む光反射層が円形(外径46mm、内径30mm)となるように塗布された。ここで、光反射層が含むシリコーン系樹脂は、蛍光体セラミックス層と基板本体とを貼り合わせる接着剤としての機能も発揮する。 First, a disk-shaped substrate body (diameter 50 mm, thickness 0.5 mm) made of Al is prepared. Next, a light-reflecting layer containing a silicone-based resin with TiO2 particles dispersed therein is applied to the substrate body using a dispenser device so as to have a circular shape (outer diameter 46 mm, inner diameter 30 mm). Here, the silicone-based resin contained in the light-reflecting layer also functions as an adhesive for bonding the phosphor ceramic layer and the substrate body.

その後、蛍光体セラミックス層は、円形に塗布された光反射層と重なり合うように配置される。ここで、光反射層の厚みが約50μmとなるように、金属製の治具によって、蛍光体セラミックス層が固定された。その後、乾燥機を用いて加熱処理が行われることで、光反射層を硬化させた。このときの加熱処理の温度は、150℃とした。なお、光反射層が含む一面である光反射面の可視光反射率は、95%以上であった。 The phosphor ceramic layer was then placed so as to overlap the circularly applied light-reflecting layer. Here, the phosphor ceramic layer was fixed with a metal jig so that the thickness of the light-reflecting layer was approximately 50 μm. The light-reflecting layer was then hardened by a heat treatment using a dryer. The heat treatment temperature was 150°C. The visible light reflectance of the light-reflecting surface, which is one surface included in the light-reflecting layer, was 95% or more.

このようにして、上記の実施例1~3及び比較例に係る蛍光体セラミックス層のそれぞれと、基板とを備える実施例1~3及び比較例に係る波長変換デバイスが得られた。 In this way, wavelength conversion devices according to Examples 1 to 3 and Comparative Example were obtained, each of which includes a phosphor ceramic layer according to Examples 1 to 3 and Comparative Example, and a substrate.

さらに、波長変換デバイスの評価について説明する。 Furthermore, we will explain the evaluation of wavelength conversion devices.

反射型レーザ励起方式波長変換デバイスに関する評価装置を用いて、実施例1~3及び比較例に係る波長変換デバイスを評価した。具体的には、当該評価装置においては、回転させた波長変換デバイスに励起光(レーザ光)が照射され、波長変換デバイスから放たれる蛍光の蛍光エネルギーがパワーメータによって評価される。レーザ光の波長、出力及び照射スポット径(1/e)はそれぞれ、455nm、70W及び1.2mmとした。なおこのレーザ光はガウシアンビームである。また、波長変換デバイスの回転速度は、7200rpmとした。当該評価装置には、波長変換デバイスから放たれる蛍光の一部を遮蔽する、アパーチャ部材が設けられている。このとき、例えば、波長変換デバイスとアパーチャ部材との距離は、3mm以上100mm以下であり、アパーチャ部材の開口部は、開口径が5mm以上10mm以下の円形の穴である。 The wavelength conversion devices according to Examples 1 to 3 and Comparative Example were evaluated using an evaluation device for a reflective laser excitation type wavelength conversion device. Specifically, in the evaluation device, excitation light (laser light) is irradiated onto a rotated wavelength conversion device, and the fluorescent energy of the fluorescent light emitted from the wavelength conversion device is evaluated by a power meter. The wavelength, output, and irradiation spot diameter (1/e 2 ) of the laser light were set to 455 nm, 70 W, and 1.2 mm, respectively. The laser light was a Gaussian beam. The rotation speed of the wavelength conversion device was set to 7200 rpm. The evaluation device was provided with an aperture member that blocks a part of the fluorescent light emitted from the wavelength conversion device. At this time, for example, the distance between the wavelength conversion device and the aperture member is 3 mm or more and 100 mm or less, and the opening of the aperture member is a circular hole with an opening diameter of 5 mm or more and 10 mm or less.

図6は、本実施の形態の実施例1~3及び比較例に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。具体的には、図6には、実施例1~3及び比較例に係る波長変換デバイスの、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)、蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)及び結合効率が示されている。 Figure 6 shows the evaluation results of the wavelength conversion devices according to Examples 1 to 3 of this embodiment and the Comparative Example. Specifically, Figure 6 shows the relative fluorescent energy value (after passing through the aperture), the relative fluorescent energy value (before passing through the aperture), and the coupling efficiency of the wavelength conversion devices according to Examples 1 to 3 and the Comparative Example.

ここで、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)とは、アパーチャ部材の開口部を通過した後の、それぞれの波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の比較例に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを100%とした。 Here, the relative value of the fluorescent energy (after passing through the opening) is the relative value of the fluorescent energy of the fluorescent light emitted by each wavelength conversion device after passing through the opening of the aperture member. The fluorescent energy of the fluorescent light emitted by the wavelength conversion device according to the comparative example after passing through the opening was set to 100%.

また、蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)とは、アパーチャ部材の開口部を通過する前の、それぞれの波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の比較例に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを100%とした。 The relative fluorescent energy value (before passing through the opening) is the relative value of the fluorescent energy of the fluorescent light emitted by each wavelength conversion device before passing through the opening of the aperture member. The fluorescent energy of the fluorescent light emitted by the wavelength conversion device according to the comparative example after passing through the opening was set to 100%.

また、結合効率とは、蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)に対する蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)の割合である。つまり、結合効率は、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)を蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)で割った値である。 The binding efficiency is the ratio of the relative fluorescence energy value (after passing through the aperture) to the relative fluorescence energy value (before passing through the aperture). In other words, the binding efficiency is the value obtained by dividing the relative fluorescence energy value (after passing through the aperture) by the relative fluorescence energy value (before passing through the aperture).

プロジェクタでは、開口部を通過した後の蛍光を、投射光の一部として利用する。すなわち、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)が大きいほど、プロジェクタの投射光として利用できる蛍光が多いといえる。 In a projector, the fluorescent light that has passed through the opening is used as part of the projection light. In other words, the larger the relative fluorescent light energy value (after passing through the opening), the more fluorescent light can be used as projection light for the projector.

図6が示すように、実施例1、実施例2、実施例3及び比較例に係る波長変換デバイスの結合効率は、それぞれ85%、86%、84%及び81%であった。すなわち、実施例における結合効率はいずれも、比較例における結合効率よりも高かった。結合効率が高いほど、発生した蛍光のうち開口部を通過した光が多いことを示し、つまり図5A及び図5Bで示したように、波長変換デバイスが放つ蛍光の発光面積が小さいことを示す。すなわち、実施例1~3に係る波長変換デバイスが放つ蛍光の発光面積は、比較例に係る波長変換デバイスが放つ蛍光の発光面積よりも小さく、実施例に係る波長変換デバイスは光の利用効率が高いことを示している。 As shown in FIG. 6, the coupling efficiencies of the wavelength conversion devices according to Examples 1, 2, 3 and the Comparative Example were 85%, 86%, 84% and 81%, respectively. That is, the coupling efficiencies in the Examples were all higher than the coupling efficiency in the Comparative Example. The higher the coupling efficiency, the more light of the generated fluorescence passed through the opening, that is, as shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the smaller the emission area of the fluorescence emitted by the wavelength conversion device. That is, the emission area of the fluorescence emitted by the wavelength conversion device according to Examples 1 to 3 is smaller than the emission area of the fluorescence emitted by the wavelength conversion device according to the Comparative Example, indicating that the wavelength conversion device according to the Examples has a high light utilization efficiency.

また、図6が示すように、実施例1~3に係る蛍光体セラミックス層の厚みが50μm以上120μm以下の範囲にあることで、比較例と比べて、充分に高い結合効率となることが明らかである。つまり、上述の本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層20の厚みが50μm以上120μm以下の範囲であることで、光の利用効率が高い波長変換デバイス1が実現される。 Also, as shown in FIG. 6, it is clear that by having the thickness of the phosphor ceramic layer in Examples 1 to 3 in the range of 50 μm or more and 120 μm or less, a sufficiently high coupling efficiency is achieved compared to the comparative example. In other words, by having the thickness of the phosphor ceramic layer 20 in the above-described embodiment in the range of 50 μm or more and 120 μm or less, a wavelength conversion device 1 with high light utilization efficiency is realized.

また、実施例1、実施例2、実施例3及び比較例に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)は、それぞれ103%、106%、105%及び100%であった。すなわち、実施例1~3のいずれにおいても、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)は、比較例における蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)よりも高かった。そして、実施例1~3においては、蛍光体セラミックス層の厚みが76μmである実施例2、及び、蛍光体セラミックス層の厚みが106μmである実施例3に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)が、より高かった。 The relative fluorescent energy values (after passing through the opening) of the wavelength conversion devices according to Examples 1, 2, 3, and the Comparative Example were 103%, 106%, 105%, and 100%, respectively. That is, in all of Examples 1 to 3, the relative fluorescent energy values (after passing through the opening) were higher than the relative fluorescent energy values (after passing through the opening) in the Comparative Example. And, in Examples 1 to 3, the relative fluorescent energy values (after passing through the opening) of the wavelength conversion devices according to Example 2, in which the phosphor ceramic layer was 76 μm thick, and Example 3, in which the phosphor ceramic layer was 106 μm thick, were higher.

また、図6が示すように、実施例2及び3に係る蛍光体セラミックス層の厚みが70μm以上120μm以下の範囲にあることで、比較例と比べて、充分に高い蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)となることが明らかである。つまり、上述の本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層20の厚みが70μm以上120μm以下の範囲であることで、より光の利用効率が高い波長変換デバイス1が実現される。 Also, as shown in FIG. 6, it is clear that the thickness of the phosphor ceramic layer in Examples 2 and 3 in the range of 70 μm or more and 120 μm or less results in a sufficiently high relative value of the fluorescent energy (after passing through the opening) compared to the comparative example. In other words, by having the thickness of the phosphor ceramic layer 20 in the above-described embodiment in the range of 70 μm or more and 120 μm or less, a wavelength conversion device 1 with higher light utilization efficiency is realized.

さらに、実施例1、実施例2、実施例3及び比較例に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)は、それぞれ121%、124%、125%及び124%であった。蛍光体セラミックス層の厚みが最も薄い53μmである実施例1に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)は、実施例2及び3並びに比較例に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)よりも低かった。この理由は、実施例1に係る波長変換デバイスでは、蛍光体セラミックス層の厚みが薄いため蛍光体セラミックス層がレーザ光を十分吸収できなかったためと考えられる。 Furthermore, the relative fluorescence energy values (before passing through the opening) of the wavelength conversion devices according to Examples 1, 2, 3, and the Comparative Example were 121%, 124%, 125%, and 124%, respectively. The relative fluorescence energy value (before passing through the opening) of the wavelength conversion device according to Example 1, in which the phosphor ceramic layer is the thinnest at 53 μm, was lower than the relative fluorescence energy values (before passing through the opening) of the wavelength conversion devices according to Examples 2 and 3, and the Comparative Example. This is thought to be because in the wavelength conversion device according to Example 1, the phosphor ceramic layer was too thin to sufficiently absorb the laser light.

ここで、さらに、本実施の形態の実施例4に係る波長変換デバイスにおいて、製造方法と光の利用効率とについて説明する。 Here, we further explain the manufacturing method and light utilization efficiency of the wavelength conversion device according to Example 4 of this embodiment.

まずは、本実施の形態の実施例4に係る波長変換デバイスが備える蛍光体セラミックス層の製造方法について記載する。 First, we will describe a method for manufacturing the phosphor ceramic layer provided in the wavelength conversion device according to Example 4 of this embodiment.

実施例4に係る蛍光体セラミックス層は、いずれも、(Y0.997Ce0.003Al12で表される第1結晶相によって構成される。また、実施例4に係る蛍光体セラミックス層は、いずれも、Ce3+賦活蛍光体で構成される。 All of the phosphor ceramic layers according to Example 4 are composed of a first crystal phase represented by ( Y0.997Ce0.003 ) 3Al5O12 . Also, all of the phosphor ceramic layers according to Example 4 are composed of a Ce3 + -activated phosphor.

実施例4では、化学量論的組成の化合物(Y0.997Ce0.003Al12となるように原料を秤量したこと以外は、実施例1~3と同じ手順で焼成物を得た。つまり、実施例1~3に係る蛍光体セラミックス層と、実施例4に係る蛍光体セラミックス層との主な相違点は、YとCeとの組成比が異なる点である。 In Example 4, a fired product was obtained in the same manner as in Examples 1 to 3, except that the raw materials were weighed to obtain a compound having a stoichiometric composition of (Y 0.997 Ce 0.003 ) 3 Al 5 O 12. In other words, the phosphor ceramic layer according to Examples 1 to 3 and the phosphor ceramic layer according to Example 4 mainly differ in the composition ratio of Y and Ce.

実施例4に係る蛍光体セラミックス層の厚みは、103μmであった。 The thickness of the phosphor ceramic layer in Example 4 was 103 μm.

なお、実施例4に係る蛍光体セラミックス層の外径及び内径は、41mm及び27mmであった。また、実施例4に係る蛍光体セラミックス層は、濃い黄色であった。 The outer and inner diameters of the phosphor ceramic layer in Example 4 were 41 mm and 27 mm. The phosphor ceramic layer in Example 4 was deep yellow in color.

続いて、蛍光体セラミックス層の評価について説明する。 Next, we will explain the evaluation of the phosphor ceramic layer.

まず、アルキメデス法を用いて、実施例4に係る蛍光体セラミックス層の密度が評価された。実施例4に係る蛍光体セラミックス層の密度は、4.48g/cmであった。また、実施例4に係る蛍光体セラミックス層の密度はいずれも、YAl12の理論密度(4.55g/cm)の98.4%であった。すなわち、実施例4に係る蛍光体セラミックス層の密度は、YAl12の理論密度の97% 以上100%以下であった。 First, the density of the phosphor ceramic layer according to Example 4 was evaluated using the Archimedes method. The density of the phosphor ceramic layer according to Example 4 was 4.48 g/ cm3 . The density of the phosphor ceramic layer according to Example 4 was 98.4% of the theoretical density (4.55 g / cm3 ) of Y3Al5O12 . That is, the density of the phosphor ceramic layer according to Example 4 was 97% or more and 100% or less of the theoretical density of Y3Al5O12 .

なお、上記の通り、本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層20は、Ce3+及びCe4+を有するYAGによって構成されており、つまり、蛍光体セラミックス層20は、Ce3+及びCe4+を含む。そこで、次に硬X線XAFS装置を利用して、実施例4に係る蛍光体セラミックス層のCe3+存在比及びCe4+存在比が評価された。具体的には、硬X線XAFS装置を利用して、5687eV~5777eVの範囲で実施例4に係る蛍光体セラミックス層のXAFSスペクトルが取得される。この取得されたXAFSスペクトルに対し、Ce3+のリファレンススペクトル及びCe4+のリファレンススペクトルのフィッティング解析が行われることで、Ce3+存在比及びCe4+存在比が評価された。なお、Ce3+のリファレンススペクトル及びCe4+のリファレンススペクトルを得るために、CeO及びCeFが同様の条件で評価された。 As described above, the phosphor ceramic layer 20 according to the present embodiment is composed of YAG having Ce 3+ and Ce 4+ , that is, the phosphor ceramic layer 20 contains Ce 3+ and Ce 4+ . Then, the Ce 3+ abundance ratio and the Ce 4+ abundance ratio of the phosphor ceramic layer according to Example 4 were evaluated using a hard X-ray XAFS device. Specifically, the XAFS spectrum of the phosphor ceramic layer according to Example 4 is obtained in the range of 5687 eV to 5777 eV using a hard X-ray XAFS device. The Ce 3+ abundance ratio and the Ce 4+ abundance ratio were evaluated by performing fitting analysis of the reference spectrum of Ce 3+ and the reference spectrum of Ce 4+ on the obtained XAFS spectrum. Note that, in order to obtain the reference spectrum of Ce 3+ and the reference spectrum of Ce 4+ , CeO 2 and CeF 3 were evaluated under the same conditions.

表1は、実施例4に係る蛍光体セラミックス層のCe3+存在比及びCe4+存在比を示す表である。表1が示すように、実施例4に係る蛍光体セラミックス層のCe3+存在比及びCe4+存在比は、それぞれ78.3%及び21.7%であった。実施例4に係る蛍光体セラミックス層においては、Ce3+×100%/(Ce3++Ce4+)≧60%を満たし、つまりは、Ce3+存在比は、60%以上であった。 Table 1 shows the Ce3 + abundance ratio and Ce4 + abundance ratio of the phosphor ceramic layer according to Example 4. As shown in Table 1, the Ce3 + abundance ratio and Ce4 + abundance ratio of the phosphor ceramic layer according to Example 4 were 78.3% and 21.7%, respectively. The phosphor ceramic layer according to Example 4 satisfied Ce3 + × 100%/(Ce3 + +Ce4 + ) ≧ 60%, that is, the Ce3 + abundance ratio was 60% or more.

Figure 0007706071000001
Figure 0007706071000001

続いて、実施例4に係る波長変換デバイスの製造方法について記載する。 Next, we will describe a method for manufacturing a wavelength conversion device according to Example 4.

まず、光反射層としてAgがコートされたAlの円盤形状の基板本体(直径50mm、厚み0.5mm)が準備される。なお、この基板本体の中心部には、ネジ穴が開けられている。続いて、この基板本体に、蛍光体セラミックス層が設置される。 First, a disk-shaped substrate body (diameter 50 mm, thickness 0.5 mm) made of Al coated with Ag as a light-reflecting layer is prepared. A screw hole is drilled in the center of this substrate body. Next, a phosphor ceramic layer is placed on this substrate body.

蛍光体セラミックス層の内側に、中心部にネジ穴が開けられたAlの円盤形状の第1板部材(外径26.5mm、厚み100μm)が設置される。なお、蛍光体セラミックス層は蛍光体リングであり、第1板部材は、リング状の内側に設置される。そして、さらに、蛍光体セラミックス層及び第1板部材に重なるように、中心部にネジ穴が開けられたAlの円盤形状の第2板部材(外径29mm、厚み200μm)が設置される。そして、基板本体、第1板部材及び第2板部材がネジ止めされる。このようにして、蛍光体セラミックス層が固定され、波長変換デバイスが得られた。つまり、実施例4に係る波長変換デバイスにおいては、蛍光体セラミックス層は、基板本体と、第2板部材とによって挟まれて固定されている。 A disk-shaped first plate member (outer diameter 26.5 mm, thickness 100 μm) made of Al with a screw hole in the center is placed inside the phosphor ceramic layer. The phosphor ceramic layer is a phosphor ring, and the first plate member is placed inside the ring. Then, a disk-shaped second plate member (outer diameter 29 mm, thickness 200 μm) made of Al with a screw hole in the center is placed so as to overlap the phosphor ceramic layer and the first plate member. Then, the substrate body, the first plate member, and the second plate member are screwed together. In this way, the phosphor ceramic layer is fixed, and a wavelength conversion device is obtained. That is, in the wavelength conversion device of Example 4, the phosphor ceramic layer is sandwiched and fixed between the substrate body and the second plate member.

このようにして、実施例4に係る蛍光体セラミックス層及び波長変換デバイスが得られた。 In this way, the phosphor ceramic layer and wavelength conversion device of Example 4 were obtained.

さらに、波長変換デバイスの評価について説明する。 Furthermore, we will explain the evaluation of wavelength conversion devices.

実施例4に係る波長変換デバイスは、実施例1~3と同じ方法で評価された。 The wavelength conversion device of Example 4 was evaluated in the same manner as Examples 1 to 3.

図7は、本実施の形態の実施例4に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。具体的には、図7には、実施例4に係る波長変換デバイスの、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)、蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)及び結合効率が示されている。なお、図7には、比較のため、実施例1~3及び比較例に係る波長変換デバイスの、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)、蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)及び結合効率も示されている。 Figure 7 shows the evaluation results of the wavelength conversion device according to Example 4 of this embodiment. Specifically, Figure 7 shows the relative fluorescent energy value (after passing through the opening), the relative fluorescent energy value (before passing through the opening), and the coupling efficiency of the wavelength conversion device according to Example 4. For comparison, Figure 7 also shows the relative fluorescent energy value (after passing through the opening), the relative fluorescent energy value (before passing through the opening), and the coupling efficiency of the wavelength conversion devices according to Examples 1 to 3 and the comparative example.

ここで、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)とは、アパーチャ部材の開口部を通過した後の波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の比較例に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを100%とした。 Here, the relative value of the fluorescent energy (after passing through the opening) is the relative value of the fluorescent energy of the fluorescent light emitted by the wavelength conversion device after passing through the opening of the aperture member. Note that the fluorescent energy of the fluorescent light emitted by the wavelength conversion device according to the comparative example after passing through the opening was set to 100%.

また、蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)とは、アパーチャ部材の開口部を通過する前の波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の比較例に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを100%とした。 The relative value of the fluorescent energy (before passing through the opening) is the relative value of the fluorescent energy of the fluorescent light emitted by the wavelength conversion device before passing through the opening of the aperture member. The fluorescent energy of the fluorescent light emitted by the wavelength conversion device according to the comparative example after passing through the opening was set to 100%.

また、結合効率とは、蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)に対する蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)の割合である。つまり、結合効率は、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)を蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)で割った値である。 The binding efficiency is the ratio of the relative fluorescence energy value (after passing through the aperture) to the relative fluorescence energy value (before passing through the aperture). In other words, the binding efficiency is the value obtained by dividing the relative fluorescence energy value (after passing through the aperture) by the relative fluorescence energy value (before passing through the aperture).

図7が示すように、実施例4に係る波長変換デバイスの結合効率は、85%であった。また、上記の通り比較例に係る波長変換デバイスの結合効率は81%である。より結合効率が高い実施例4に係る波長変換デバイスは、発生した蛍光のうち開口部を通過した光がより多く、蛍光の発光面積がより小さい。例えば、図5A及び図5Bで示したように、実施例4に係る波長変換デバイスにおいては、アパーチャ部材2の開口部2aを通過する光が多いため、プロジェクタ100の投射光として利用できる光が多い。つまりは、実施例4に係る波長変換デバイスは光の利用効率が高いことを示している。 As shown in FIG. 7, the coupling efficiency of the wavelength conversion device according to Example 4 was 85%. As described above, the coupling efficiency of the wavelength conversion device according to the comparative example was 81%. In the wavelength conversion device according to Example 4, which has a higher coupling efficiency, more of the generated fluorescent light passes through the opening, and the fluorescent light emission area is smaller. For example, as shown in FIG. 5A and FIG. 5B, in the wavelength conversion device according to Example 4, more light passes through the opening 2a of the aperture member 2, and therefore more light can be used as projection light for the projector 100. In other words, the wavelength conversion device according to Example 4 shows a high light utilization efficiency.

さらに、実施例4に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)及び蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)は、それぞれ108%及び128%であった。この値は、実施例1~3に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)及び蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)に比べて高い値である。 Furthermore, the relative fluorescent energy value (after passing through the opening) and the relative fluorescent energy value (before passing through the opening) of the wavelength conversion device according to Example 4 were 108% and 128%, respectively. These values are higher than the relative fluorescent energy value (after passing through the opening) and the relative fluorescent energy value (before passing through the opening) of the wavelength conversion devices according to Examples 1 to 3.

上記の通り、実施例4に係る蛍光体セラミックス層においては、Ce3+存在比が60%以上であり、Ce4+の存在比が40%未満であり少ない。このため、Ce4+による非発光緩和ロスが低減するため、Ce3+存在比が60%以上である実施例4に係る蛍光体セラミックス層は、発光効率が高くなる。よって、このような蛍光体セラミックス層を備えることで、実施例4に係る波長変換デバイスは、光の利用効率を高めることができる。さらに、プロジェクタがこのような波長変換デバイス1を備える場合には、プロジェクタの光の利用効率を高めることができる。例えば、低消費電力のプロジェクタを実現できる。 As described above, in the phosphor ceramic layer according to Example 4, the Ce 3+ abundance ratio is 60% or more, and the Ce 4+ abundance ratio is less than 40%, which is small. Therefore, the non-luminous relaxation loss due to Ce 4+ is reduced, and the phosphor ceramic layer according to Example 4, in which the Ce 3+ abundance ratio is 60% or more, has high luminous efficiency. Therefore, by including such a phosphor ceramic layer, the wavelength conversion device according to Example 4 can improve the light utilization efficiency. Furthermore, when a projector includes such a wavelength conversion device 1, the light utilization efficiency of the projector can be improved. For example, a low power consumption projector can be realized.

また、Ce4+による非発光緩和ロスが低減するため、実施例4に係る蛍光体セラミックス層の発熱が低減する。このため、このような蛍光体セラミックス層を備えるプロジェクタにおいては、励起光L1の最大入力エネルギーを高めることができ、つまりは、高出力のプロジェクタを実現できる。 In addition, the non-luminescent relaxation loss due to Ce4 + is reduced, which reduces heat generation in the phosphor ceramic layer according to Example 4. Therefore, in a projector including such a phosphor ceramic layer, the maximum input energy of the excitation light L1 can be increased, which means that a high-output projector can be realized.

(変形例1)
実施の形態に係る蛍光体セラミックス層20は、第1結晶相のみによって構成されるがこれに限られない。ここでは、第1結晶相と第2結晶相とを含む蛍光体セラミックス層20aを備える波長変換デバイス1aについて説明する。
(Variation 1)
The phosphor ceramic layer 20 according to the embodiment is composed of only the first crystal phase, but is not limited to this. Here, a wavelength conversion device 1a including a phosphor ceramic layer 20a including the first crystal phase and the second crystal phase will be described.

[波長変換デバイスの構成]
まず、本変形例に係る波長変換デバイス1aの構成について図面を用いて説明する。図8は、本変形例に係る波長変換デバイス1aの斜視図である。図9は、図8のIX-IX線における波長変換デバイス1aの切断面を示す断面図である。
[Configuration of Wavelength Conversion Device]
First, the configuration of a wavelength conversion device 1a according to this modification will be described with reference to the drawings. Fig. 8 is a perspective view of the wavelength conversion device 1a according to this modification. Fig. 9 is a cross-sectional view showing a cut surface of the wavelength conversion device 1a taken along line IX-IX in Fig. 8.

本変形例に係る波長変換デバイス1aは、蛍光体セラミックス層20aを備える点を除いては、実施の形態に係る波長変換デバイス1と同じ構成を有する。つまり、図8及び図9が示すように、波長変換デバイス1aは、光反射面13を有する基板10と、蛍光体セラミックス層20aと、反射防止層30とを備える。 The wavelength conversion device 1a according to this modification has the same configuration as the wavelength conversion device 1 according to the embodiment, except that it has a phosphor ceramic layer 20a. That is, as shown in Figs. 8 and 9, the wavelength conversion device 1a has a substrate 10 having a light reflecting surface 13, a phosphor ceramic layer 20a, and an anti-reflection layer 30.

なお、本変形例においても、波長変換デバイス1aは、プロジェクタに用いられ、励起光L1を受光して蛍光を含む反射光を放つ蛍光体ホイールである。 In this modified example, the wavelength conversion device 1a is a phosphor wheel used in a projector that receives excitation light L1 and emits reflected light that includes fluorescent light.

蛍光体セラミックス層20aは、第1結晶相と第2結晶相とを含む。より具体的には、本変形例においては、蛍光体セラミックス層20aは、第1結晶相と第2結晶相とによって構成されている。 The phosphor ceramic layer 20a includes a first crystal phase and a second crystal phase. More specifically, in this modified example, the phosphor ceramic layer 20a is composed of a first crystal phase and a second crystal phase.

第1結晶相は、実施の形態に記載の通りの構成を有する。 The first crystal phase has the configuration described in the embodiment.

また、第2結晶相は、ガーネット構造とは異なる構造を有する結晶相である。つまり、第2結晶相は、第1結晶相が有する構造とは異なる構造を有する。このため、第1結晶相の屈折率と、第2結晶相の屈折率とは、互いに異なる。 The second crystal phase is a crystal phase having a structure different from the garnet structure. In other words, the second crystal phase has a structure different from the structure of the first crystal phase. Therefore, the refractive index of the first crystal phase and the refractive index of the second crystal phase are different from each other.

蛍光体セラミックス層20aが断面観察された場合に、蛍光体セラミックス層20aを示す画像の面積全体を100%としたとき、第1結晶相を示す面積は、例えば、10%以上99%以下である。なお、第1結晶相を示す面積は、これに限られず、例えば、75%以上98%以下であってもよく、85%以上95%以下であってもよい。つまり、本変形例に係る蛍光体セラミックス層20aは、主には、第1結晶相を含む。 When the phosphor ceramic layer 20a is observed in cross section, the area showing the first crystal phase is, for example, 10% to 99% when the entire area of the image showing the phosphor ceramic layer 20a is taken as 100%. Note that the area showing the first crystal phase is not limited to this, and may be, for example, 75% to 98%, or 85% to 95%. In other words, the phosphor ceramic layer 20a according to this modified example mainly contains the first crystal phase.

一例として、本変形例に係る第2結晶相は、ペロブスカイト構造を有する結晶相であるが、これに限られず、ガーネット構造及びペロブスカイト構造とは異なる構造を有する結晶相であってもよい。 As an example, the second crystal phase in this modified example is a crystal phase having a perovskite structure, but is not limited to this and may be a crystal phase having a structure different from the garnet structure and the perovskite structure.

ペロブスカイト構造とは、EFOの一般式で表される結晶構造である。元素Eには、Ca、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb及びLuなどの希土類元素が適用され、元素Fには、Mg、Al、Si、Ga及びScなどの元素が適用される。このようなガーネット構造としては、YAP(イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト(Yttrium Aluminum Perovskite))などが挙げられる。本変形例においては、第2結晶相は、(Y1-yCe)AlO(0≦y<0.1)、つまりはYAPで表される。 The perovskite structure is a crystal structure represented by the general formula EFO3 . The element E is a rare earth element such as Ca, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, and Lu, and the element F is an element such as Mg, Al, Si, Ga, and Sc. An example of such a garnet structure is YAP (Yttrium Aluminum Perovskite). In this modification, the second crystal phase is represented by (Y1 - yCey ) AlO3 (0≦y<0.1), that is, YAP.

なお、第2結晶相は、化学組成の異なる複数のペロブスカイト結晶相の固溶体であってもよい。 The second crystal phase may be a solid solution of multiple perovskite crystal phases with different chemical compositions.

また、第2結晶相は、前記した一般式EFOで表される結晶相に対して、化学組成がずれた結晶相が含まれていてもよい。 The second crystal phase may include a crystal phase having a different chemical composition from the crystal phase represented by the general formula EFO3 .

なお、本変形例に係る蛍光体セラミックス層20aは、第1結晶相及び第2結晶相のみによって構成されており、つまり、ガーネット構造及びペロブスカイト構造とは異なる構造を有する結晶相を含まない。 The phosphor ceramic layer 20a in this modified example is composed only of the first and second crystal phases, that is, it does not contain any crystal phases having a structure different from the garnet structure and the perovskite structure.

本変形例においては、第2結晶相を表す材料は、一例として、YAPであるが、これに限られない。また、第2結晶相を表す材料の屈折率と、ガーネット構造を有する第1結晶相を表す材料(ここではYAG)の屈折率との差が、0.05以上0.5以下であるように、第2結晶相を示す材料が選択されるとよい。これにより、上記の通り、第1結晶相の屈折率と、第2結晶相の屈折率とは、互いに異なるようになる。なお、第2結晶相を表す材料の屈折率と第1結晶相を表す材料の屈折率との差は、0.06以上0.3以下であるとよりよく、0.07以上0.15以下であるとさらによい。 In this modified example, the material representing the second crystal phase is, by way of example, YAP, but is not limited to this. It is preferable to select a material representing the second crystal phase such that the difference between the refractive index of the material representing the second crystal phase and the refractive index of the material representing the first crystal phase having a garnet structure (here, YAG) is 0.05 or more and 0.5 or less. As a result, as described above, the refractive index of the first crystal phase and the refractive index of the second crystal phase are different from each other. It is more preferable that the difference between the refractive index of the material representing the second crystal phase and the refractive index of the material representing the first crystal phase is 0.06 or more and 0.3 or less, and even more preferable that it is 0.07 or more and 0.15 or less.

また、例えば、本変形例に係る第2結晶相がガーネット構造及びペロブスカイト構造とは異なる構造を有する結晶相である場合には、第2結晶相を示す材料として、Al、Y、YAl、Lu及びLuAlなどであるとよい。 Furthermore, for example, when the second crystal phase in this modified example is a crystal phase having a structure different from a garnet structure and a perovskite structure, the material exhibiting the second crystal phase may be Al2O3 , Y2O3 , Y4Al2O9 , Lu2O3 , Lu4Al2O9 , etc.

蛍光体セラミックス層20aは、波長変換デバイス1aの上方から入射する光を励起光L1として受光して、蛍光を放つ。より具体的には、後述する励起光源から出射した光が励起光L1として蛍光体セラミックス層20aに照射されることで、蛍光体セラミックス層20aから波長変換光として蛍光が放たれる。つまり、蛍光体セラミックス層20aから放たれる波長変換光は、励起光L1の波長よりも長い波長の光である。 The phosphor ceramic layer 20a receives light incident from above the wavelength conversion device 1a as excitation light L1 and emits fluorescence. More specifically, light emitted from an excitation light source described below is irradiated onto the phosphor ceramic layer 20a as excitation light L1, causing the phosphor ceramic layer 20a to emit fluorescence as wavelength-converted light. In other words, the wavelength-converted light emitted from the phosphor ceramic layer 20a is light with a longer wavelength than the wavelength of the excitation light L1.

本変形例において、蛍光体セラミックス層20aから放たれる波長変換光には、黄色系光である蛍光が含まれる。蛍光体セラミックス層20aは、例えば、波長が380nm以上490nm以下の光を吸収し、波長が490nm以上580nm以下の領域に蛍光ピーク波長を有する黄色系光である蛍光を放つ。蛍光体セラミックス層20aがYAG及びYAPで構成されることで、容易に波長が490nm以上580nm以下の領域に蛍光ピーク波長を有する蛍光を放つ蛍光体セラミックス層20aが実現される。 In this modified example, the wavelength-converted light emitted from the phosphor ceramic layer 20a includes yellow-based fluorescence. The phosphor ceramic layer 20a, for example, absorbs light having a wavelength of 380 nm or more and 490 nm or less, and emits yellow-based fluorescence having a fluorescent peak wavelength in the wavelength range of 490 nm or more and 580 nm or less. By making the phosphor ceramic layer 20a out of YAG and YAP, it is easy to realize a phosphor ceramic layer 20a that emits fluorescence having a fluorescent peak wavelength in the wavelength range of 490 nm or more and 580 nm or less.

蛍光体セラミックス層20aから放たれる波長変換光の色度図のx座標は、0.415以下であればよく、0.410以下であればよりよく、0.408以下であればさらによい。蛍光体セラミックス層20aから放たれる波長変換光の色度図のx座標が上記数値であると、蛍光体セラミックス層20aの温度消光が小さくなるため、発光効率の高い蛍光体セラミックス層20aが実現できる。 The x-coordinate of the chromaticity diagram of the wavelength-converted light emitted from the phosphor ceramic layer 20a should be 0.415 or less, preferably 0.410 or less, and even better 0.408 or less. When the x-coordinate of the chromaticity diagram of the wavelength-converted light emitted from the phosphor ceramic layer 20a is the above value, the temperature quenching of the phosphor ceramic layer 20a is small, and a phosphor ceramic layer 20a with high luminous efficiency can be realized.

蛍光体セラミックス層20aの密度は、理論密度の95%以上100%以下であればよく、理論密度の97%以上100%以下であればよりよい。ここで、理論密度とは、層中の原子が理想的に配列しているとした場合の密度である。換言すると、理論密度とは、蛍光体セラミックス層20a中に空隙がないと仮定したときの密度であり、結晶構造を用いて計算される値である。例えば、蛍光体セラミックス層20aの密度が99%である場合、残りの1%は空隙に相当する。つまり、蛍光体セラミックス層20aの密度が高いほど、空隙が少ない。蛍光体セラミックス層20aの密度が上記範囲であると、蛍光体セラミックス層20aが放つ全蛍光量が増えるため、放射される光量がより多い波長変換デバイス1a及びプロジェクタを提供できる。なお、理論密度とは、ガーネット構造を有する第1結晶相の理論密度である。 The density of the phosphor ceramic layer 20a may be 95% or more and 100% or less of the theoretical density, and more preferably 97% or more and 100% or less of the theoretical density. Here, the theoretical density is the density when the atoms in the layer are ideally arranged. In other words, the theoretical density is the density when it is assumed that there are no voids in the phosphor ceramic layer 20a, and is a value calculated using the crystal structure. For example, when the density of the phosphor ceramic layer 20a is 99%, the remaining 1% corresponds to voids. In other words, the higher the density of the phosphor ceramic layer 20a, the fewer the voids. When the density of the phosphor ceramic layer 20a is in the above range, the total amount of fluorescence emitted by the phosphor ceramic layer 20a increases, so that a wavelength conversion device 1a and a projector that emit a larger amount of light can be provided. The theoretical density is the theoretical density of the first crystal phase having a garnet structure.

蛍光体セラミックス層20aの密度は、4.32g/cm以上4.55g/cm以下であればよく、4.41g/cm以上4.55g/cm以下であればよりよい。本変形例で示すように、蛍光体セラミックス層20aがYAG及びYAPで構成されている場合、蛍光体セラミックス層20aの密度が上記範囲であると、蛍光体セラミックス層20aの密度がそれぞれの95%以上100%以下及び97%以上100%以下となる。蛍光体セラミックス層20aの密度が上記範囲であることで、蛍光体セラミックス層20aが吸収した励起光L1を効率よく蛍光に変換することができる。つまり、発光効率の高い蛍光体セラミックス層20aが実現される。 The density of the phosphor ceramic layer 20a may be 4.32 g/cm 3 or more and 4.55 g/cm 3 or less, and more preferably 4.41 g/cm 3 or more and 4.55 g/cm 3 or less. As shown in this modification, when the phosphor ceramic layer 20a is made of YAG and YAP, if the density of the phosphor ceramic layer 20a is in the above range, the density of the phosphor ceramic layer 20a is 95% or more and 100% or less and 97% or more and 100% or less, respectively. When the density of the phosphor ceramic layer 20a is in the above range, the excitation light L1 absorbed by the phosphor ceramic layer 20a can be efficiently converted into fluorescence. In other words, a phosphor ceramic layer 20a with high luminous efficiency is realized.

蛍光体セラミックス層20aの膜厚(z軸方向の長さ)は、50μm以上150μm未満であるとよく、50μm以上120μm未満であるとよりよい。また、前記蛍光体セラミックス層の膜厚は、70μm以上120μm未満であればよりよく、80μm以上110μm未満であるとさらによい。 The thickness of the phosphor ceramic layer 20a (length in the z-axis direction) is preferably 50 μm or more and less than 150 μm, and more preferably 50 μm or more and less than 120 μm. The thickness of the phosphor ceramic layer is more preferably 70 μm or more and less than 120 μm, and even more preferably 80 μm or more and less than 110 μm.

[プロジェクタの構成]
以上のように構成されている波長変換デバイス1aは、実施の形態に係る波長変換デバイス1と同様に、プロジェクタに用いられる。つまり、実施の形態に係る波長変換デバイス1の代わりに、本変形例に係る波長変換デバイス1aが用いられてもよい。
[Projector configuration]
The wavelength conversion device 1a configured as above is used in a projector, similarly to the wavelength conversion device 1 according to the embodiment. That is, the wavelength conversion device 1a according to this modification may be used instead of the wavelength conversion device 1 according to the embodiment.

[実施例]
ここで、実施例5及び6に係る波長変換デバイスにおいて、製造方法と光の利用効率とについて説明する。なお、実施例5に係る波長変換デバイスは本変形例に係る波長変換デバイス1aと同じ構成を、実施例6に係る波長変換デバイスは実施の形態に係る波長変換デバイス1と同じ構成を備える。
[Example]
Here, a description will be given of a manufacturing method and light utilization efficiency in the wavelength conversion devices according to Examples 5 and 6. The wavelength conversion device according to Example 5 has the same configuration as the wavelength conversion device 1a according to this modification, and the wavelength conversion device according to Example 6 has the same configuration as the wavelength conversion device 1 according to the embodiment.

まずは、実施例5及び6に係る波長変換デバイスが備える蛍光体セラミックス層の製造方法について記載する。 First, we will describe the manufacturing method of the phosphor ceramic layer provided in the wavelength conversion device of Examples 5 and 6.

実施例5に係る蛍光体セラミックス層は、主に、(Y0.997Ce0.003Al12で表される結晶相(つまりは第1結晶相)によって構成される。なお上述の通り、実施例5に係る蛍光体セラミックス層は、第2結晶相も含む。実施例6に係る蛍光体セラミックス層は、(Y0.997Ce0.003Al12で表される結晶相(つまりは第1結晶相)によって構成される。また、実施例5及び6に係る蛍光体セラミックス層は、いずれも、Ce3+賦活蛍光体で構成される。 The phosphor ceramic layer according to Example 5 is mainly composed of a crystal phase (i.e., a first crystal phase) represented by ( Y0.997Ce0.003 ) 3Al5O12 . As described above, the phosphor ceramic layer according to Example 5 also contains a second crystal phase. The phosphor ceramic layer according to Example 6 is composed of a crystal phase (i.e., a first crystal phase) represented by ( Y0.997Ce0.003 ) 3Al5O12 . The phosphor ceramic layers according to Examples 5 and 6 are both composed of a Ce3 + -activated phosphor.

実施例5及び6に係る蛍光体セラミックス層は、実施例1~3で使用した原料と同じ原料を使用した。 The phosphor ceramic layers in Examples 5 and 6 were made using the same raw materials as those used in Examples 1 to 3.

まず、化学量論的組成の化合物(Y0.997Ce0.003Al12となるように、上記原料が秤量された。次に、実施例1~3と同じ手順で上記原料を混合し、スラリー状の混合原料を得た。 First, the raw materials were weighed out so as to obtain a compound having a stoichiometric composition: (Y 0.997 Ce 0.003 ) 3 Al 5 O 12. Next, the raw materials were mixed in the same manner as in Examples 1 to 3 to obtain a mixed raw material in a slurry state.

次に、実施例5では、スプレードライヤ装置を利用しない方法で、造粒された混合原料が得られた。具体的には、乾燥機を用いて乾燥された混合原料100gがアルミナ製乳鉢に投入された。そして、0.5w%の比率でポリビニルアルコールが水溶された溶液をポリビニルアルコール溶液とし、このポリビニルアルコール溶液18mLがアルミナ製乳鉢にさらに投入された。その後、乳棒を用いて、混合原料とポリビニルアルコール溶液とが混合された。次に、混合原料とポリビニルアルコール溶液との混合物が、目開き512μmのメッシュを用いて、篩われた。この結果、粒子サイズが512μm程度以下となる混合原料とポリビニルアルコール溶液との混合物が得られた。その後、当該混合物が、105℃に設定した乾燥機で30分処理され、水分が取り除かれた。このようにして、実施例5で使用する、造粒された混合原料が得られた。また、実施例6では、実施例1~3と同じ手順で混合原料を造粒し、造粒された混合原料が得られた。 Next, in Example 5, a granulated mixed raw material was obtained by a method that did not utilize a spray dryer. Specifically, 100 g of the mixed raw material dried using a dryer was put into an alumina mortar. Then, a solution in which polyvinyl alcohol was dissolved in water at a ratio of 0.5 wt % was made into a polyvinyl alcohol solution, and 18 mL of this polyvinyl alcohol solution was further put into the alumina mortar. Then, the mixed raw material and the polyvinyl alcohol solution were mixed using a pestle. Next, the mixture of the mixed raw material and the polyvinyl alcohol solution was sieved using a mesh with an opening of 512 μm. As a result, a mixture of the mixed raw material and the polyvinyl alcohol solution with a particle size of about 512 μm or less was obtained. Then, the mixture was treated for 30 minutes in a dryer set at 105 ° C., and the moisture was removed. In this way, the granulated mixed raw material used in Example 5 was obtained. Also, in Example 6, the mixed raw material was granulated in the same procedure as Examples 1 to 3, and a granulated mixed raw material was obtained.

実施例5及び6に係る蛍光体セラミックス層は、同じ方法で仮成型された。具体的には、造粒された混合原料は、電動油圧プレス機(理研精機株式会社製、EMP-5)と円筒型の金型(外径66mm、内径46mm、高さ130mm)とを利用して、円筒型に仮成型された。成型時の圧力は、5MPaとした。次に、冷間等方圧加圧装置を利用して、仮成型後の成型体が本成型された。本成型時の圧力は、300MPaとした。なお、本成型後の成型体は、造粒時に使用された粘着剤(バインダ)を除去する目的で、加熱処理(脱バインダー処理)が行われた。加熱処理の温度は、500℃とした。また、加熱処理の時間は、10時間とした。 The phosphor ceramic layers of Examples 5 and 6 were preformed in the same manner. Specifically, the granulated mixed raw material was preformed into a cylindrical shape using an electric hydraulic press (EMP-5, manufactured by Riken Seiki Co., Ltd.) and a cylindrical mold (outer diameter 66 mm, inner diameter 46 mm, height 130 mm). The pressure during molding was 5 MPa. Next, the molded body after the preform was molded into a final shape using a cold isostatic pressing device. The pressure during final molding was 300 MPa. The molded body after final molding was subjected to a heat treatment (binder removal treatment) in order to remove the adhesive (binder) used during granulation. The temperature of the heat treatment was 500°C. The heat treatment time was 10 hours.

加熱処理後の成型体は、管状雰囲気炉を用いて、焼成された。焼成温度は、1675℃とした。また、焼成時間は、4時間とした。焼成雰囲気は、窒素と水素との混合ガス雰囲気とした。なお、焼成後の焼成物の外径及び内径は、それぞれ49mm及び35mmであった。 The molded body after the heat treatment was sintered using a tubular atmosphere furnace. The sintering temperature was 1675°C. The sintering time was 4 hours. The sintering atmosphere was a mixed gas atmosphere of nitrogen and hydrogen. The outer diameter and inner diameter of the sintered product after sintering were 49 mm and 35 mm, respectively.

焼成後の円筒型の焼成物は、マルチワイヤーソーを用いて、スライスされた。スライスされた円筒型の焼成物の厚みは、約700μmとした。 After firing, the cylindrical fired product was sliced using a multi-wire saw. The thickness of the sliced cylindrical fired product was approximately 700 μm.

なお、実施例5及び6では、焼成後の焼成物は、1000℃以上の温度で加熱処理された。 In Examples 5 and 6, the fired product was heat-treated at a temperature of 1000°C or higher.

研磨装置を用いて、スライス後の焼成物が研磨され、焼成物の厚みの調整が行われた。蛍光体セラミックス層の厚みは、実施例5では118μm、実施例6では117μmであった。 The sliced fired product was polished using a polishing device to adjust the thickness of the fired product. The thickness of the phosphor ceramic layer was 118 μm in Example 5 and 117 μm in Example 6.

なお、実施例5及び6に係る蛍光体セラミックス層の外径及び内径は、いずれも、49mm及び35mmであった。また、実施例5及び6に係る蛍光体セラミックス層は、濃い黄色であった。 The outer and inner diameters of the phosphor ceramic layers in Examples 5 and 6 were 49 mm and 35 mm, respectively. The phosphor ceramic layers in Examples 5 and 6 were deep yellow in color.

続いて、蛍光体セラミックス層の評価について説明する。 Next, we will explain the evaluation of the phosphor ceramic layer.

まず、アルキメデス法を用いて、実施例5及び6に係る蛍光体セラミックス層の密度が評価された。実施例5及び6に係る蛍光体セラミックス層の密度は、それぞれ4.48g/cm及び4.42g/cmであった。また、実施例5及び6に係る蛍光体セラミックス層の密度は、それぞれYAl12の理論密度(4.55g/cm3)の98.4%及び97.1%であった。すなわち、実施例5及び6に係る蛍光体セラミックス層の密度は、YAl12の理論密度の97% 以上100%以下であった。 First, the density of the phosphor ceramic layer according to Examples 5 and 6 was evaluated using the Archimedes method. The densities of the phosphor ceramic layer according to Examples 5 and 6 were 4.48 g/ cm3 and 4.42 g/ cm3 , respectively. The densities of the phosphor ceramic layer according to Examples 5 and 6 were 98.4% and 97.1% of the theoretical density (4.55 g/ cm3 ) of Y3Al5O12 , respectively. That is, the densities of the phosphor ceramic layer according to Examples 5 and 6 were 97% or more and 100 % or less of the theoretical density of Y3Al5O12 .

次に、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、実施例5に係る蛍光体セラミックス層の断面SEM画像が評価された。 Next, a scanning electron microscope (SEM) was used to evaluate the cross-sectional SEM image of the phosphor ceramic layer of Example 5.

図10は、本変形例の実施例5に係る蛍光体セラミックス層の断面を示すSEM画像である。図10の(a)は、実施例5に係る蛍光体セラミックス層の広範囲の断面を示すSEM画像である。なお、図10の(a)が示すSEM画像は、図9が示す断面図での破線矩形で囲まれた領域の画像に相当する。図10の(b)は、図10の(a)の一点鎖線の矩形で囲まれた領域が拡大されたSEM画像である。図10の(c)は、図10の(a)の二点鎖線の矩形で囲まれた領域が拡大されたSEM画像である。 Figure 10 is an SEM image showing a cross section of the phosphor ceramic layer according to Example 5 of this modified example. (a) of Figure 10 is an SEM image showing a wide cross section of the phosphor ceramic layer according to Example 5. The SEM image shown in (a) of Figure 10 corresponds to an image of the area surrounded by the dashed rectangle in the cross section shown in Figure 9. (b) of Figure 10 is an SEM image of an enlarged area surrounded by the dashed rectangle in (a) of Figure 10. (c) of Figure 10 is an SEM image of an enlarged area surrounded by the dashed rectangle in (a) of Figure 10.

ここで、実施例5における蛍光体セラミックス層、つまりは、本変形例に係る蛍光体セラミックス層20aは、単相部と、この単相部と区分された混合相部とを含む。図10の(b)には単相部が、図10の(c)には、混合相部が示されている。 Here, the phosphor ceramic layer in Example 5, that is, the phosphor ceramic layer 20a in this modified example, includes a single-phase portion and a mixed-phase portion that is separated from the single-phase portion. Figure 10(b) shows the single-phase portion, and Figure 10(c) shows the mixed-phase portion.

本変形例においては、図10におけるSEM画像において、より色の濃い領域がガーネット構造を有する第1結晶相に相当し、より色の薄い領域がペロブスカイト構造を有する第2結晶相に相当する。また、図10におけるSEM画像において、最も色の濃い領域が空隙に相当する。 In this modified example, the darker areas in the SEM image in FIG. 10 correspond to the first crystal phase having a garnet structure, and the lighter areas correspond to the second crystal phase having a perovskite structure. Also, in the SEM image in FIG. 10, the darkest areas correspond to voids.

単相部には、ガーネット構造を有する第1結晶相、及び、ガーネット構造とは異なる構造(ここではペロブスカイト構造)を有する第2結晶相のうち第1結晶相のみが設けられている。なお、より具体的には、ここでは、単相部には、第1結晶相のみが設けられており、ガーネット構造及びペロブスカイト構造とは異なる構造を有するその他の結晶相などは設けられていない。 The single-phase portion contains only the first crystal phase of the first crystal phase having a garnet structure and the second crystal phase having a structure different from the garnet structure (here, a perovskite structure). More specifically, here, the single-phase portion contains only the first crystal phase, and does not contain any other crystal phases having a structure different from the garnet structure and the perovskite structure.

また、混合相部には、第1結晶相及び第2結晶相の両方が混合されて設けられている。より具体的には、混合相部には、第1結晶相及び第2結晶相の両方のみが混合されて設けられている。なお、混合相部には、第1結晶相及び第2結晶相の両方と、さらにガーネット構造及びペロブスカイト構造とは異なる構造を有するその他の結晶相とが混合されて設けられていてもよい。 In addition, the mixed phase portion is provided with a mixture of both the first crystal phase and the second crystal phase. More specifically, the mixed phase portion is provided with a mixture of only the first crystal phase and the second crystal phase. Note that the mixed phase portion may be provided with a mixture of both the first crystal phase and the second crystal phase, as well as other crystal phases having structures different from the garnet structure and the perovskite structure.

実施例5に係る混合相部は、第1結晶相及び第2結晶相の両方がランダムに入り組んだ構造で混合されて設けられているが、これに限られず、第1結晶相及び第2結晶相の両方が周期的に配列した構造で混合されて設けられていてもよい。 In the mixed phase portion of Example 5, both the first crystal phase and the second crystal phase are mixed in a randomly intertwined structure, but this is not limited thereto, and both the first crystal phase and the second crystal phase may be mixed in a periodically arranged structure.

なお、実施例5における蛍光体セラミックス層は、複数の混合相部を含む。図10の(a)で点線で囲まれる領域は、それぞれ混合相部に相当する。 The phosphor ceramic layer in Example 5 includes multiple mixed phase parts. The regions surrounded by dotted lines in Figure 10(a) each correspond to a mixed phase part.

複数の混合相部のそれぞれの周囲は、単相部によって囲まれている。単相部及び複数の混合相部の形状は、海島形状であるとも言える。この場合、単相部が海に、複数の混合相部が島に相当する。 Each of the multiple mixed phase sections is surrounded by a single phase section. The shape of the single phase section and the multiple mixed phase sections can also be said to be an island-in-the-sea shape. In this case, the single phase section corresponds to the sea, and the multiple mixed phase sections correspond to the islands.

また、混合相部には、第1結晶相と比べて、より多くの第2結晶相が設けられているとよい。例えば、混合相部における第1結晶相と第2結晶相との比率は、以下の通りである。実施例5に係る蛍光体セラミックス層が断面観察された場合(例えば、図10)に、混合相部を示す画像の面積全体を100%としたとき、第2結晶相を示す面積は、例えば、10%以上99%以下である。なお、第2結晶相を示す面積は、これに限られず、例えば、70%以上95%以下であってもよく、80%以上90%以下であってもよい。つまり、本変形例に係る混合相部には、主に、第2結晶相が設けられている。 In addition, it is preferable that the mixed phase portion contains more of the second crystal phase than the first crystal phase. For example, the ratio of the first crystal phase to the second crystal phase in the mixed phase portion is as follows. When the phosphor ceramic layer according to Example 5 is cross-sectionally observed (for example, FIG. 10), the area showing the second crystal phase is, for example, 10% to 99% when the entire area of the image showing the mixed phase portion is 100%. Note that the area showing the second crystal phase is not limited to this, and may be, for example, 70% to 95% or 80% to 90%. In other words, the mixed phase portion according to this modified example mainly contains the second crystal phase.

このように、混合相部には、ガーネット構造を有する第1結晶相及びペロブスカイト構造を有する第2結晶相の両方が混合されて設けられている。上記の通り、第1結晶相の屈折率と、第2結晶相の屈折率とは、互いに異なる。このため、第1結晶相のみが設けられている単相部の屈折率と、混合相部の屈折率とは、互いに異なる。本変形例においては、YAGの屈折率が1.83でありYAPの屈折率が1.91であるため、単相部の屈折率は混合相部の屈折率よりも低い。 In this way, the mixed phase portion is provided with a mixture of both a first crystal phase having a garnet structure and a second crystal phase having a perovskite structure. As described above, the refractive index of the first crystal phase and the refractive index of the second crystal phase are different from each other. Therefore, the refractive index of the single phase portion in which only the first crystal phase is provided is different from the refractive index of the mixed phase portion. In this modified example, the refractive index of YAG is 1.83 and the refractive index of YAP is 1.91, so the refractive index of the single phase portion is lower than the refractive index of the mixed phase portion.

さらに、混合相部のサイズについて説明する。なお、混合相部のサイズとは、図10が示すSEM画像における混合相部の長尺方向の長さを示す。混合相部のサイズとは、例えば、図10の両矢印で示される長さである。混合相部のサイズは、0.5μm以上500μm未満であるとよく、1μm以上300μm未満であるとよりよく、2μm以上100μm未満であるとさらによい。 Furthermore, the size of the mixed phase portion will be described. The size of the mixed phase portion refers to the length of the mixed phase portion in the longitudinal direction in the SEM image shown in Figure 10. The size of the mixed phase portion is, for example, the length indicated by the double-headed arrow in Figure 10. The size of the mixed phase portion is preferably 0.5 μm or more and less than 500 μm, more preferably 1 μm or more and less than 300 μm, and even more preferably 2 μm or more and less than 100 μm.

このように、実施例5に係る蛍光体セラミックス層(蛍光体セラミックス層20a)は第1結晶相及び第2結晶相を含み、図10では単相部及び混合相部が設けられていることが示された。一方で、実施例6に係る蛍光体セラミックス層は第1結晶相のみによって構成されている。そのため、実施例6に係る蛍光体セラミックス層では、混合相部が設けられていないことが確認されている。 As described above, the phosphor ceramic layer (phosphor ceramic layer 20a) according to Example 5 contains the first crystal phase and the second crystal phase, and FIG. 10 shows that a single phase portion and a mixed phase portion are provided. On the other hand, the phosphor ceramic layer according to Example 6 is composed only of the first crystal phase. Therefore, it has been confirmed that the phosphor ceramic layer according to Example 6 does not have a mixed phase portion.

続いて、実施例5及び6に係る波長変換デバイスの製造方法について記載する。 Next, we will describe the manufacturing method of the wavelength conversion device according to Examples 5 and 6.

まず、光反射層としてAgがコートされたAlの円盤形状の基板本体(直径50mm、厚み0.5mm)が準備される。なお、この基板本体の中心部には、ネジ穴が開けられている。続いて、この基板本体に、蛍光体セラミックス層が設置される。 First, a disk-shaped substrate body (diameter 50 mm, thickness 0.5 mm) made of Al coated with Ag as a light-reflecting layer is prepared. A screw hole is drilled in the center of this substrate body. Next, a phosphor ceramic layer is placed on this substrate body.

蛍光体セラミックス層の内側に、中心部にネジ穴が開けられたAlの円盤形状の第3板部材(外径34.5mm、厚み100μm)が設置される。なお、蛍光体セラミックス層は蛍光体リングであり、第3板部材は、リング状の内側に設置される。そして、さらに、蛍光体セラミックス層及び第3板部材に重なるように、中心部にネジ穴が開けられたAlの円盤形状の第4板部材(外径39mm、厚み200μm)が設置される。そして、基板本体、第3板部材及び第4板部材がネジ止めされる。このようにして、蛍光体セラミックス層が固定され、波長変換デバイスが得られた。つまり、実施例5及び6に係る波長変換デバイスにおいては、蛍光体セラミックス層は、基板本体と、第4板部材とによって挟まれて固定されている。 A disk-shaped third plate member (outer diameter 34.5 mm, thickness 100 μm) made of Al with a screw hole in the center is placed inside the phosphor ceramic layer. The phosphor ceramic layer is a phosphor ring, and the third plate member is placed inside the ring. Then, a disk-shaped fourth plate member (outer diameter 39 mm, thickness 200 μm) made of Al with a screw hole in the center is placed so as to overlap the phosphor ceramic layer and the third plate member. Then, the substrate body, the third plate member, and the fourth plate member are screwed together. In this way, the phosphor ceramic layer is fixed, and a wavelength conversion device is obtained. That is, in the wavelength conversion devices according to Examples 5 and 6, the phosphor ceramic layer is sandwiched and fixed between the substrate body and the fourth plate member.

さらに、波長変換デバイスの評価について説明する。 Furthermore, we will explain the evaluation of wavelength conversion devices.

実施例5及び6に係る波長変換デバイスは、実施例1~3と同じ方法で評価した。 The wavelength conversion devices of Examples 5 and 6 were evaluated in the same manner as Examples 1 to 3.

図11は、本変形例の実施例5及び6に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。具体的には、図11には、実施例5及び6に係る波長変換デバイスの、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)、蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)及び結合効率が示されている。 Figure 11 shows the evaluation results of the wavelength conversion devices according to Examples 5 and 6 of this modified example. Specifically, Figure 11 shows the relative fluorescence energy value (after passing through the aperture), the relative fluorescence energy value (before passing through the aperture), and the coupling efficiency of the wavelength conversion devices according to Examples 5 and 6.

ここで、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)とは、アパーチャ部材の開口部を通過した後の、それぞれの波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の実施例6に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを100%とした。 Here, the relative value of the fluorescent energy (after passing through the opening) is the relative value of the fluorescent energy of the fluorescent light emitted by each wavelength conversion device after passing through the opening of the aperture member. The fluorescent energy of the fluorescent light emitted by the wavelength conversion device according to Example 6 after passing through the opening was set to 100%.

また、蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)とは、アパーチャ部材の開口部を通過する前の、それぞれの波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の実施例6に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを100%とした。 The relative value of the fluorescent energy (before passing through the opening) is the relative value of the fluorescent energy of the fluorescent light emitted by each wavelength conversion device before passing through the opening of the aperture member. The fluorescent energy of the fluorescent light emitted by the wavelength conversion device according to Example 6 after passing through the opening was set to 100%.

また、結合効率とは、蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)に対する蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)の割合である。つまり、結合効率は、蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)を蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)で割った値である。 The binding efficiency is the ratio of the relative fluorescence energy value (after passing through the aperture) to the relative fluorescence energy value (before passing through the aperture). In other words, the binding efficiency is the value obtained by dividing the relative fluorescence energy value (after passing through the aperture) by the relative fluorescence energy value (before passing through the aperture).

図11が示すように、実施例5及び6に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値(開口部通過後)は、それぞれ101%及び100%であった。さらに、実施例5及び6に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値(開口部通過前)は、それぞれ117%及び122%であった。 As shown in FIG. 11, the relative fluorescence energy values (after passing through the aperture) of the wavelength conversion devices according to Examples 5 and 6 were 101% and 100%, respectively. Furthermore, the relative fluorescence energy values (before passing through the aperture) of the wavelength conversion devices according to Examples 5 and 6 were 117% and 122%, respectively.

また、本変形例に係る波長変換デバイス1aに相当する実施例5に係る波長変換デバイスの結合効率は、87%であった。実施の形態に係る波長変換デバイス1に相当する実施例6に係る波長変換デバイスの結合効率は82%であった。 The coupling efficiency of the wavelength conversion device according to Example 5, which corresponds to the wavelength conversion device 1a according to this modified example, was 87%. The coupling efficiency of the wavelength conversion device according to Example 6, which corresponds to the wavelength conversion device 1 according to the embodiment, was 82%.

上記の通り、実施例5に係る波長変換デバイスが備える蛍光体セラミックス層(蛍光体セラミックス層20a)は、互いに屈折率が異なる第1結晶相と第2結晶相とによって構成される。 As described above, the phosphor ceramic layer (phosphor ceramic layer 20a) provided in the wavelength conversion device of Example 5 is composed of a first crystal phase and a second crystal phase that have different refractive indices.

これにより、蛍光体セラミックス層20aの中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光L1及び蛍光が散乱され易くなる。この結果、実施の形態の図5A及び図5Bで示された層の平面方向(つまり、x軸方向又はy軸方向)への導光が抑制され、蛍光体セラミックス層20aの発光面積がより小さくなる。このため、実施例5に係る波長変換デバイスの結合効率は、実施例6に係る波長変換デバイスの結合効率に比べて高くなる。つまり、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い実施例5に係る波長変換デバイス(波長変換デバイス1a)が実現される。プロジェクタがこのような波長変換デバイス1aを備える場合には、プロジェクタの光の利用効率をより高めることができる。 This creates regions with different refractive indices in the phosphor ceramic layer 20a, making it easier for the excitation light L1 and the fluorescence to be scattered. As a result, light is suppressed from being guided in the planar direction of the layer shown in Figures 5A and 5B of the embodiment (i.e., the x-axis direction or the y-axis direction), and the light-emitting area of the phosphor ceramic layer 20a becomes smaller. Therefore, the coupling efficiency of the wavelength conversion device according to Example 5 is higher than that of the wavelength conversion device according to Example 6. In other words, a wavelength conversion device (wavelength conversion device 1a) according to Example 5 with a smaller etendue and higher light utilization efficiency is realized. When a projector is equipped with such a wavelength conversion device 1a, the light utilization efficiency of the projector can be further improved.

また、蛍光体セラミックス層20aは、単相部と、この単相部とは区分された混合相部とを含む。単相部には、第1結晶相及び第2結晶相のうち第1結晶相のみが設けられ、混合相部には、第1結晶相及び第2結晶相の両方が混合されて設けられている。このような、単相部の屈折率及び混合相部の屈折率は、互いに異なる。 The phosphor ceramic layer 20a also includes a single phase portion and a mixed phase portion that is separate from the single phase portion. The single phase portion contains only the first crystal phase of the first and second crystal phases, while the mixed phase portion contains a mixture of both the first and second crystal phases. The refractive index of the single phase portion and the refractive index of the mixed phase portion are different from each other.

これにより、蛍光体セラミックス層20aの中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光L1及び蛍光がさらに散乱され易くなる。この結果、蛍光体セラミックス層20aの発光面積がさらに小さくなる。このため、さらにエタンデュが小さく、さらに光の利用効率が高い波長変換デバイス1aが実現される。 This creates areas of different refractive index in the phosphor ceramic layer 20a, making it easier for the excitation light L1 and the fluorescent light to be scattered. As a result, the light-emitting area of the phosphor ceramic layer 20a becomes even smaller. This results in a wavelength conversion device 1a with even smaller etendue and even higher light utilization efficiency.

また、混合相部のサイズが上記範囲である場合には、励起光L1及び蛍光がさらに散乱され易くなる。 In addition, when the size of the mixed phase portion is within the above range, the excitation light L1 and the fluorescent light are more likely to be scattered.

また、蛍光体セラミックス層20aは複数の混合相部を含む。複数の混合相部のそれぞれの周囲は、単相部に囲まれている。 Furthermore, the phosphor ceramic layer 20a includes multiple mixed phase portions. Each of the multiple mixed phase portions is surrounded by a single phase portion.

これにより、励起光L1及び蛍光がさらに散乱され易くなる。この結果、蛍光体セラミックス層20aの発光面積がさらに小さくなる。このため、さらにエタンデュが小さく、さらに光の利用効率が高い波長変換デバイス1aが実現される。 This makes it easier for the excitation light L1 and the fluorescent light to be scattered. As a result, the light-emitting area of the phosphor ceramic layer 20a becomes even smaller. This results in a wavelength conversion device 1a with even smaller etendue and even higher light utilization efficiency.

以上の結果は、蛍光体セラミックス層20aの膜厚が薄いことによる導光抑制効果だけでなく、蛍光体セラミックス層20a自体の導光抑制効果によって、波長変換デバイス1aの結合効率が高まったことを示唆するものである。つまり、蛍光体セラミックス層20aの膜厚を制御せずとも、波長変換デバイス1aの結合効率を高められることを示唆するものである。 The above results suggest that the coupling efficiency of the wavelength conversion device 1a is improved not only by the light guide suppression effect due to the thin thickness of the phosphor ceramic layer 20a, but also by the light guide suppression effect of the phosphor ceramic layer 20a itself. In other words, this suggests that the coupling efficiency of the wavelength conversion device 1a can be improved without controlling the thickness of the phosphor ceramic layer 20a.

また、第2結晶相を表す材料の屈折率と、第1結晶相を表す材料の屈折率との差は、0.05以上0.5以下である。 In addition, the difference between the refractive index of the material representing the second crystal phase and the refractive index of the material representing the first crystal phase is 0.05 or more and 0.5 or less.

これにより、励起光L1及び蛍光がさらに散乱され易くなる。この結果、蛍光体セラミックス層20aの発光面積がさらに小さくなる。このため、さらにエタンデュが小さく、さらに光の利用効率が高い波長変換デバイス1aが実現される。 This makes it easier for the excitation light L1 and the fluorescent light to be scattered. As a result, the light-emitting area of the phosphor ceramic layer 20a becomes even smaller. This results in a wavelength conversion device 1a with even smaller etendue and even higher light utilization efficiency.

また、第2結晶相は、(Y1-yCe)AlO(0≦y<0.1)で表される結晶相である。 The second crystal phase is a crystal phase expressed by (Y 1-y Ce y )AlO 3 (0≦y<0.1).

これにより、第2結晶相を表す材料の屈折率と、第1結晶相を表す材料の屈折率との差を上記範囲にすることが容易になる。 This makes it easier to bring the difference between the refractive index of the material representing the second crystal phase and the refractive index of the material representing the first crystal phase within the above range.

(変形例2)
さらに、蛍光体セラミックス層20及び20aとは、構成が異なる蛍光体セラミックス層20bについて説明する。
(Variation 2)
Further, the phosphor ceramic layer 20b, which has a different structure from the phosphor ceramic layers 20 and 20a, will be described.

図12は、本変形例に係る蛍光体セラミックス部材の斜視図である。 Figure 12 is a perspective view of the phosphor ceramic member of this modified example.

本変形例に係る蛍光体セラミックス部材は、一例として、層状の形状を有する蛍光体セラミックス層20bである。 The phosphor ceramic member in this modified example is, as an example, a phosphor ceramic layer 20b having a layered shape.

蛍光体セラミックス層20bは、実施の形態及び変形例1で示した蛍光体セラミックス層20及び20aと同様に、プロジェクタに用いられる部材である。 The phosphor ceramic layer 20b is a component used in projectors, similar to the phosphor ceramic layers 20 and 20a shown in the embodiment and variant 1.

蛍光体セラミックス層20bは、以下の1点を除いて、変形例1に係る蛍光体セラミックス層20aと同様の構成を備える。具体的に1点とは、Ce3+存在比が60%以上である点である。 The phosphor ceramic layer 20b has the same configuration as the phosphor ceramic layer 20a according to Modification 1, except for the following one point: the abundance ratio of Ce 3+ is 60% or more.

つまり、蛍光体セラミックス層20bは、ガーネット構造を有する第1結晶相と、ガーネット構造以外の構造を有する第2結晶相とを含む。第1結晶相と第2結晶相とは、互いに屈折率が異なる。なお、本変形例においては、第1結晶相及び第2結晶相はそれぞれYAG及びYAPで表される結晶相であり、蛍光体セラミックス層20bも、主には第1結晶相を含む。また、蛍光体セラミックス部材(蛍光体セラミックス層20b)の密度は、理論密度の95%以上100%以下であればよく、理論密度の97%以上100%以下であればよりよい。また、蛍光体セラミックス部材(蛍光体セラミックス層20b)の膜厚は、とくに制限を設けなくともよいが、制限を設ける場合は、50μm以上500μm未満であるとよく、50μm以上300μm未満であるとよりよい。また、当該膜厚は、50μm以上120μm未満であるとさらによい。 That is, the phosphor ceramic layer 20b includes a first crystal phase having a garnet structure and a second crystal phase having a structure other than the garnet structure. The first crystal phase and the second crystal phase have different refractive indices. In this modified example, the first crystal phase and the second crystal phase are crystal phases represented by YAG and YAP, respectively, and the phosphor ceramic layer 20b also mainly includes the first crystal phase. The density of the phosphor ceramic member (phosphor ceramic layer 20b) may be 95% or more and 100% or less of the theoretical density, and it is better if it is 97% or more and 100% or less of the theoretical density. The film thickness of the phosphor ceramic member (phosphor ceramic layer 20b) does not need to be particularly limited, but if it is limited, it is better if it is 50 μm or more and less than 500 μm, and more preferably 50 μm or more and less than 300 μm. It is even better if the film thickness is 50 μm or more and less than 120 μm.

蛍光体セラミックス部材(蛍光体セラミックス層20b)が上記構成を備える。このため、蛍光体セラミックス層20bがプロジェクタに用いられ、励起光が照射された場合に、蛍光体セラミックス層20bの中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光及び蛍光がより散乱される。この結果、実施の形態の図5A及び図5Bで示された層の平面方向(つまり、x軸方向又はy軸方向)への導光が抑制され、蛍光体セラミックス層20bの発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い蛍光体セラミックス部材となる。プロジェクタがこのような蛍光体セラミックス部材(蛍光体セラミックス層20b)を備える場合には、プロジェクタの光の利用効率をより高めることができる。 The phosphor ceramic member (phosphor ceramic layer 20b) has the above configuration. Therefore, when the phosphor ceramic layer 20b is used in a projector and is irradiated with excitation light, an area with a different refractive index is generated in the phosphor ceramic layer 20b, so that the excitation light and fluorescence are more scattered. As a result, the light guide in the planar direction of the layer shown in Figures 5A and 5B of the embodiment (i.e., the x-axis direction or the y-axis direction) is suppressed, and the light-emitting area of the phosphor ceramic layer 20b becomes smaller. Therefore, the phosphor ceramic member has a smaller etendue and a higher light utilization efficiency. When a projector has such a phosphor ceramic member (phosphor ceramic layer 20b), the light utilization efficiency of the projector can be further improved.

さらに、蛍光体セラミックス層20bは、Ce3+及びCe4+を有するYAG及びYAPによって構成されており、つまり、蛍光体セラミックス層20bは、Ce3+及びCe4+を含む。ここで、蛍光体セラミックス層20bにおいては、Ce3+×100%/(Ce3++Ce4+)≧60%を満たし、つまりは、Ce3+存在比は、60%以上である。 Furthermore, the phosphor ceramic layer 20b is composed of YAG and YAP having Ce3 + and Ce4 + , that is, the phosphor ceramic layer 20b contains Ce3 + and Ce4 + . Here, the phosphor ceramic layer 20b satisfies Ce3 + ×100%/( Ce3 ++Ce4 + )≧60%, that is, the abundance ratio of Ce3 + is 60% or more.

Ce3+存在比が60%以上である蛍光体セラミックス層20bは、Ce4+による非発光緩和ロスが低減するため、発光効率が高くなる。さらに、このような蛍光体セラミックス層20bを備えるプロジェクタにおいては、光の利用効率を高めることができる。例えば、低消費電力のプロジェクタを実現できる。 The phosphor ceramic layer 20b having a Ce3 + abundance ratio of 60% or more has a high luminous efficiency because the non-luminous relaxation loss due to Ce4 + is reduced. Furthermore, in a projector including such a phosphor ceramic layer 20b, the light utilization efficiency can be improved. For example, a projector with low power consumption can be realized.

また、Ce4+による非発光緩和ロスが低減するため、蛍光体セラミックス層20bの発熱が低減する。このため、このような蛍光体セラミックス層20bを備えるプロジェクタにおいては、励起光の最大入力エネルギーを高めることができ、つまりは、高出力のプロジェクタを実現できる。 In addition, the non-luminescent relaxation loss due to Ce 4+ is reduced, and thus the heat generation in the phosphor ceramic layer 20b is reduced. Therefore, in a projector including such a phosphor ceramic layer 20b, the maximum input energy of the excitation light can be increased, which means that a high-output projector can be realized.

(その他の実施の形態)
以上、本発明に係る波長変換デバイス等について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び変形例に施したものや、実施の形態及び変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲に含まれる。
Other Embodiments
Although the wavelength conversion device and the like according to the present invention have been described above based on the embodiments and modifications, the present invention is not limited to these embodiments and modifications. As long as they do not deviate from the gist of the present invention, various modifications conceived by a person skilled in the art to the embodiments and modifications, and other forms constructed by combining some of the components in the embodiments and modifications are also included in the scope of the present invention.

なお、実施の形態においては、光源は半導体レーザ光源であったが、これに限られず、LED光源であってもよい。 In the embodiment, the light source is a semiconductor laser light source, but the light source is not limited to this and may be an LED light source.

また、上記の実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Furthermore, the above embodiment may be modified, substituted, added, omitted, etc. in various ways within the scope of the claims or their equivalents.

1 波長変換デバイス
10 基板
11 基板本体
12 光反射層
13 光反射面
20 蛍光体セラミックス層
30 反射防止層
100 プロジェクタ
121 光散乱性粒子
L1 励起光
L2 反射光
Reference Signs List 1 Wavelength conversion device 10 Substrate 11 Substrate body 12 Light reflecting layer 13 Light reflecting surface 20 Phosphor ceramic layer 30 Anti-reflection layer 100 Projector 121 Light scattering particles L1 Excitation light L2 Reflected light

Claims (13)

プロジェクタに用いられ、励起光を受光して蛍光を含む反射光を放つ波長変換デバイスであって、
基板本体と、前記基板本体の上方に位置し光反射面を含む光反射層とを有する基板と、
前記光反射面の上方に位置し、ガーネット構造を有する第1結晶相を含む蛍光体セラミックス層と、
前記光反射層と前記蛍光体セラミックス層との間に設けられた、透明材料からなる接合層と、を備え、
前記光反射面の可視光反射率は、95%以上100%以下であり、
前記蛍光体セラミックス層の密度は、理論密度の97%以上100%以下であり、
前記蛍光体セラミックス層の膜厚は、50μm以上120μm未満であり、
前記光反射層の平面視で、前記光反射層は、前記蛍光体セラミックス層の外形の外側へ広がって設けられ
前記蛍光体セラミックス層は、ガーネット構造とは異なる構造を有する第2結晶相を、さらに含み、
前記第2結晶相は、ランダムに入り組んだ構造を有する
波長変換デバイス。
A wavelength conversion device for use in a projector, which receives excitation light and emits reflected light including fluorescent light,
A substrate having a substrate body and a light reflecting layer located above the substrate body and including a light reflecting surface;
a phosphor ceramic layer located above the light reflecting surface and including a first crystal phase having a garnet structure;
a bonding layer made of a transparent material and provided between the light reflecting layer and the phosphor ceramic layer;
The visible light reflectance of the light reflecting surface is 95% or more and 100% or less,
The density of the phosphor ceramic layer is 97% or more and 100% or less of the theoretical density,
The thickness of the phosphor ceramic layer is 50 μm or more and less than 120 μm,
When viewed from above, the light reflecting layer is provided so as to extend outside the outline of the phosphor ceramic layer ,
The phosphor ceramic layer further includes a second crystal phase having a structure different from a garnet structure,
The second crystalline phase has a randomly interwoven structure.
Wavelength conversion device.
前記蛍光体セラミックス層の膜厚は、70μm以上120μm未満である
請求項1に記載の波長変換デバイス。
The wavelength conversion device according to claim 1 , wherein the phosphor ceramic layer has a thickness of 70 μm or more and less than 120 μm.
さらに、前記蛍光体セラミックス層の上方に位置し、前記励起光の反射を防止する反射防止層を備える
請求項1又は2に記載の波長変換デバイス。
The wavelength conversion device according to claim 1 , further comprising an anti-reflection layer located above the phosphor ceramic layer and preventing reflection of the excitation light.
前記光反射層は、光散乱性粒子を含む
請求項1に記載の波長変換デバイス。
The wavelength conversion device of claim 1 , wherein the light reflecting layer comprises light scattering particles.
前記光反射層は、Agを含む
請求項1に記載の波長変換デバイス。
The wavelength conversion device according to claim 1 , wherein the light reflecting layer comprises Ag.
前記蛍光体セラミックス層は、(Y1-xCeAl12(0.001≦x<0.1)で表される前記第1結晶相によって構成される
請求項1~5のいずれか1項に記載の波長変換デバイス。
6. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the phosphor ceramic layer is composed of the first crystal phase represented by (Y1 -xCe x ) 3Al5O12 ( 0.001 ≦x<0.1).
前記蛍光体セラミックス層の密度は、4.41g/cm以上4.55g/cm以下である
請求項1~6のいずれか1項に記載の波長変換デバイス。
7. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the phosphor ceramic layer has a density of 4.41 g/cm 3 or more and 4.55 g/cm 3 or less.
前記蛍光体セラミックス層は、単相部と、前記単相部とは区分された混合相部とを、含み、
前記単相部には、前記第1結晶相及び前記第2結晶相のうち前記第1結晶相のみが設けられ、
前記混合相部には、前記第1結晶相及び前記第2結晶相の両方が混合されて設けられている
請求項に記載の波長変換デバイス。
The phosphor ceramic layer includes a single phase portion and a mixed phase portion distinct from the single phase portion,
The single-phase portion is provided with only the first crystal phase of the first crystal phase and the second crystal phase,
The wavelength conversion device according to claim 1 , wherein the mixed phase portion is provided with a mixture of both the first crystal phase and the second crystal phase.
前記蛍光体セラミックス層は、複数の前記混合相部を含み、
前記複数の混合相部のそれぞれの周囲は、前記単相部に囲まれている
請求項に記載の波長変換デバイス。
the phosphor ceramic layer includes a plurality of the mixed phase portions,
The wavelength conversion device according to claim 8 , wherein each of the plurality of mixed phase portions is surrounded by the single phase portion.
前記第2結晶相を表す材料の屈折率と、前記第1結晶相を表す材料の屈折率との差は、0.05以上0.5以下である
請求項8又は9に記載の波長変換デバイス。
The wavelength conversion device according to claim 8 , wherein a difference between a refractive index of the material exhibiting the second crystal phase and a refractive index of the material exhibiting the first crystal phase is 0.05 or more and 0.5 or less.
前記第2結晶相は、(Y1-yCe)AlO(0≦y<0.1)で表される結晶相である
請求項8~10のいずれか1項に記載の波長変換デバイス。
11. The wavelength conversion device according to claim 8 , wherein the second crystal phase is a crystal phase expressed by (Y 1-y Ce y )AlO 3 (0≦y<0.1).
前記蛍光体セラミックス層はCe3+及びCe4+を含み、
Ce3+×100%/(Ce3++Ce4+)≧60%を満たす
請求項1~11のいずれか1 項に記載の波長変換デバイス。
The phosphor ceramic layer contains Ce3 + and Ce4 + ,
The wavelength conversion device according to claim 1 , which satisfies Ce 3+ × 100%/(Ce 3+ +Ce 4+ ) ≧ 60%.
励起光を放つ励起光源と、
前記励起光源から放たれた前記励起光を受光して、蛍光を含む反射光を放つ請求項1~12のいずれか1項に記載の波長変換デバイスと、を備える
プロジェクタ。
an excitation light source that emits excitation light;
A projector comprising: the wavelength conversion device according to any one of claims 1 to 12 , which receives the excitation light emitted from the excitation light source and emits reflected light including fluorescent light.
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