JP7727962B2 - Fluorescent light-emitting module and light-emitting device - Google Patents
Fluorescent light-emitting module and light-emitting deviceInfo
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Description
本発明は、蛍光発光モジュール及びそれを用いた発光装置に関する。 The present invention relates to a fluorescent light-emitting module and a light-emitting device using the same.
従来、励起光を受光し蛍光を放つ蛍光発光モジュールが知られている。このような蛍光発光モジュールは、例えば、プロジェクタなどの発光装置に応用されている。 Fluorescence-emitting modules that receive excitation light and emit fluorescence are known. Such fluorescence-emitting modules are used in light-emitting devices such as projectors.
蛍光発光モジュールの一例として、特許文献1には、励起光を出射する光出射部と、励起光により励起され蛍光を発生する蛍光発生部と、蛍光発生部などを支持する板状のガラス部材によって構成される蛍光体用基板とを備える光源装置が開示されている。この蛍光発光モジュールにおいては、励起光は、大気から蛍光体用基板へ入射する。さらに、蛍光体用基板へ入射した励起光は、蛍光体用基板を透過して蛍光発生部へ入射し、蛍光発生部で蛍光が発生する。 As an example of a fluorescence-emitting module, Patent Document 1 discloses a light source device that includes a light-emitting unit that emits excitation light, a fluorescence-generating unit that is excited by the excitation light and generates fluorescence, and a phosphor substrate made of a plate-shaped glass member that supports the fluorescence-generating unit and other components. In this fluorescence-emitting module, excitation light enters the phosphor substrate from the atmosphere. Furthermore, the excitation light that enters the phosphor substrate passes through the phosphor substrate and enters the fluorescence-generating unit, where fluorescence is generated.
上記蛍光発光モジュールでは、大気の屈折率と蛍光体用基板の屈折率との差により、大気から蛍光体用基板に入射する励起光の一部が大気側に向けて反射されてしまう。この結果、励起光の一部が反射されない場合と比べて、蛍光発生部に入射する励起光が減少するため、蛍光発生部で発生する蛍光も減少してしまう。よって、上記蛍光発光モジュールでは、光の利用効率が低いという課題がある。 In the above-mentioned fluorescence-emitting module, due to the difference in refractive index between the atmosphere and the phosphor substrate, part of the excitation light incident on the phosphor substrate from the atmosphere is reflected toward the atmosphere. As a result, less excitation light enters the fluorescence generating unit than if part of the excitation light were not reflected, and therefore less fluorescence is generated in the fluorescence generating unit. Therefore, the above-mentioned fluorescence-emitting module has the problem of low light utilization efficiency.
また、上記蛍光発光モジュールでは、蛍光体用基板上の蛍光発生部は、蛍光体材料と透明樹脂とによって構成されている。蛍光発生部において、蛍光体材料には、励起光の照射により最も高い熱が発生する。蛍光体材料で発生した熱は、透明樹脂を経由して熱伝導され、放熱される。しかし、この透明樹脂の熱伝導率が低いため(つまり熱抵抗が高いため)、蛍光体材料で発生した熱を、効率よく放熱することが難しい。この熱により、発生する蛍光が減少する現象(所謂、温度消光現象)が起こるため、上記蛍光発光モジュールから出力される光の色度変化が大きくなってしまう。さらに、透明樹脂の線膨張係数は、蛍光発生部及び蛍光体用基板の線膨張係数とは、大きく異なる為、上記熱により蛍光体用基板からの蛍光発生部の剥離が起こりやすい。この色度変化及び剥離などにより、上記蛍光発光モジュールの信頼性は低いという課題がある。 In addition, in the above-mentioned fluorescence-emitting module, the fluorescence-generating portion on the phosphor substrate is composed of a phosphor material and a transparent resin. In the fluorescence-generating portion, the phosphor material generates the most heat when irradiated with excitation light. The heat generated in the phosphor material is thermally conducted and dissipated through the transparent resin. However, because the transparent resin has low thermal conductivity (i.e., high thermal resistance), it is difficult to efficiently dissipate the heat generated in the phosphor material. This heat causes a phenomenon in which the amount of generated fluorescence decreases (the so-called thermal quenching phenomenon), resulting in significant changes in the chromaticity of the light output from the above-mentioned fluorescence-emitting module. Furthermore, because the linear expansion coefficient of the transparent resin is significantly different from that of the fluorescence-generating portion and the phosphor substrate, the above-mentioned heat easily causes the fluorescence-generating portion to peel off from the phosphor substrate. This chromaticity change and peeling pose a problem of low reliability for the above-mentioned fluorescence-emitting module.
そこで、本発明の目的は、光の利用効率が高く、かつ、信頼性が高い蛍光発光モジュール及び発光装置を提供する事である。 The object of the present invention is to provide a fluorescent light-emitting module and light-emitting device that has high light utilization efficiency and high reliability.
本発明の一態様に係る蛍光発光モジュールは、蛍光体材料を有する焼結蛍光体によって構成されている基板である蛍光体基板と、前記蛍光体基板の厚み方向に延びる軸を中心として前記蛍光体基板を回転させる回転部と、を備える。 A fluorescence-emitting module according to one aspect of the present invention includes a phosphor substrate, which is a substrate made of a sintered phosphor containing a phosphor material, and a rotating unit that rotates the phosphor substrate around an axis extending in the thickness direction of the phosphor substrate.
また、本発明の一態様に係る蛍光発光モジュールは、蛍光体材料と熱伝導率が100W/m・K以上300W/m・K以下である高熱伝導材料とを有する焼結蛍光体によって構成されている基板である蛍光体基板を備える。 Furthermore, a fluorescent light-emitting module according to one aspect of the present invention includes a phosphor substrate, which is a substrate made of a sintered phosphor containing a phosphor material and a high-thermal-conductivity material with a thermal conductivity of 100 W/m·K or more and 300 W/m·K or less.
また、本発明の一態様に係る発光装置は、上記の蛍光発光モジュールを備える。 Furthermore, a light-emitting device according to one aspect of the present invention includes the above-described fluorescent light-emitting module.
本発明によれば、光の利用効率が高く、かつ、信頼性が高い蛍光発光モジュール及び発光装置を提供することができる。 The present invention provides a fluorescent light-emitting module and light-emitting device that has high light utilization efficiency and high reliability.
以下では、本発明の実施の形態に係る蛍光発光モジュールなどについて、図面を用いて詳細に説明する。 The following describes in detail the fluorescent light-emitting module and other aspects of the present invention, using 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。 The embodiments described below are all comprehensive or specific examples. The numerical values, shapes, materials, components, component placement and connection, manufacturing processes, and the order of manufacturing processes shown in the following embodiments are merely examples and are not intended to limit the scope of the present invention.
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。 Furthermore, each figure is a schematic diagram and is not necessarily an exact illustration. Therefore, for example, the scales of the figures do not necessarily match. Furthermore, in each figure, substantially identical components are assigned the same reference numerals, and redundant 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、円形状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, and numerical ranges are not intended to be strictly defined, but rather to include a substantially equivalent range, for example, a difference of a few percent.
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、軸の方向と平行な方向をz軸とし、z軸に直交する二軸をx軸及びy軸としている。 In addition, in this specification and drawings, the x-axis, y-axis, and z-axis refer to the three axes of a three-dimensional Cartesian coordinate system. In each embodiment, the direction parallel to the axis direction is referred to as the z-axis, and the two axes perpendicular to the z-axis are referred to as the x-axis and y-axis.
(実施の形態1)
[蛍光発光モジュールの構成]
はじめに、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1cの構成について図面を用いて説明する。図8は、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1cの斜視図である。図9は、図8のIX-IX線における蛍光発光モジュール1cの一部の切断面を示す断面図である。
(Embodiment 1)
[Configuration of the fluorescence emission module]
First, the configuration of a fluorescence-emitting module 1c according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. Fig. 8 is a perspective view of the fluorescence-emitting module 1c according to the present embodiment. Fig. 9 is a cross-sectional view showing a cut surface of part of the fluorescence-emitting module 1c taken along line IX-IX in Fig. 8.
図8及び図9が示すように、蛍光発光モジュール1cは、焼結蛍光体によって構成されている蛍光体基板10cと、反射防止層30と、青透過ダイクロイック多層膜40と、回転部100と、第4光学素子304と、2つの光出射部200とを備えるモジュールである。なお、簡単のため、図8においては、1つの光出射部200が記載されている。以下の図においても同様に記載される場合がある。また、蛍光発光モジュール1cは、1つの光出射部200を備えてもよい。蛍光発光モジュール1cは、プロジェクタ及び照明装置などに代表される発光装置に用いられる。本実施の形態においては、蛍光発光モジュール1cが用いられるプロジェクタを例に説明を行う。蛍光体基板10cは、励起光L1を受光して蛍光を含む透過光L2を放つ光透過型の蛍光体ホイールとして利用される。また、透過光L2は、当該プロジェクタが出力する投射光として利用される光である。 As shown in Figures 8 and 9, the fluorescence-emitting module 1c is a module including a phosphor substrate 10c made of a sintered phosphor, an anti-reflection layer 30, a blue-transmitting dichroic multilayer film 40, a rotating unit 100, a fourth optical element 304, and two light-emitting units 200. For simplicity, only one light-emitting unit 200 is shown in Figure 8. This same designation may also be used in the following figures. The fluorescence-emitting module 1c may also include only one light-emitting unit 200. The fluorescence-emitting module 1c is used in light-emitting devices such as projectors and lighting devices. In this embodiment, a projector using the fluorescence-emitting module 1c will be used as an example. The phosphor substrate 10c is used as a light-transmitting phosphor wheel that receives excitation light L1 and emits transmitted light L2 containing fluorescence. The transmitted light L2 is used as projection light output by the projector.
以下、蛍光発光モジュール1cが備える構成要素について説明する。 The components of the fluorescence light-emitting module 1c are described below.
<光出射部の説明>
光出射部200は、励起光L1を出射する光源である。励起光L1は、焼結蛍光体である蛍光体基板10cを励起する光である。換言すると、励起光L1は、蛍光体基板10cを構成する焼結蛍光体が有する蛍光体材料を励起する光である。なお、図9においては、光出射部200の側面図が示されている。光出射部200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)の励起光L1を出射する。
<Explanation of Light Emitting Part>
The light emitting unit 200 is a light source that emits excitation light L1. The excitation light L1 is light that excites the phosphor substrate 10c, which is a sintered phosphor. In other words, the excitation light L1 is light that excites the phosphor material contained in the sintered phosphor that constitutes the phosphor substrate 10c. Note that FIG. 9 shows a side view of the light emitting unit 200. The light emitting unit 200 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 excitation light L1 of a predetermined color (wavelength).
本実施の形態においては、光出射部200は、半導体レーザ光源である。なお、光出射部200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出射部200は、コリメートレンズ一体型TO-CANタイプの発光装置である。なお、2つの光出射部200は、特許文献である特開2016-219779に示されているような、マルチチップタイプレーザーでもよく、コリメートレンズとTO-CANとが別体になっていてもよい。 In this embodiment, the light emitting unit 200 is a semiconductor laser light source. The semiconductor laser element included in the light emitting unit 200 is, for example, a GaN-based semiconductor laser element (laser chip) made of nitride semiconductor material. In this embodiment, the light emitting unit 200, which is a semiconductor laser light source, is a TO-CAN type light emitting device with an integrated collimating lens. The two light emitting units 200 may be multi-chip type lasers, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-219779, or the collimating lens and TO-CAN may be separate entities.
一例として、光出射部200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励起光L1として出射する。このとき、励起光L1のピーク波長は、例えば455nmであり、励起光L1は青色光である。 As an example, the light emitting unit 200 emits laser light in the near-ultraviolet to blue range with a peak wavelength between 380 nm and 490 nm as excitation light L1. In this case, the peak wavelength of the excitation light L1 is, for example, 455 nm, and the excitation light L1 is blue light.
<回転部の説明>
回転部100は、蛍光体基板10cの厚み方向(z軸方向)に延びる軸A1を中心として蛍光体基板10cを回転させる部材であり、一例として、モータである。より具体的には、本実施の形態においては、回転部100は、蛍光体基板10c、反射防止層30及び青透過ダイクロイック多層膜40を軸A1を中心として図8が示す矢印の方向に回転させる。平面視で円形状である蛍光体基板10cの中心を中心点C1としたとき、軸A1は、中心点C1を通り、つまりは蛍光体基板10cを貫いている。ここで、z軸正方向から蛍光発光モジュール1cを見た場合を平面視とする。なお、図9においては、回転部100の内部部品は省略して図示されている。
<Explanation of rotating parts>
The rotating unit 100 is a member that rotates the phosphor substrate 10c around an axis A1 extending in the thickness direction (z-axis direction) of the phosphor substrate 10c, and is, for example, a motor. More specifically, in this embodiment, the rotating unit 100 rotates the phosphor substrate 10c, the anti-reflection layer 30, and the blue-transmitting dichroic multilayer film 40 around the axis A1 in the direction of the arrow shown in FIG. 8. When the center of the circular phosphor substrate 10c in a planar view is defined as a center point C1, the axis A1 passes through the center point C1, i.e., penetrates the phosphor substrate 10c. Here, the planar view is taken as a view of the fluorescence-emitting module 1c from the positive direction of the z-axis. Note that the internal components of the rotating unit 100 are omitted from the illustration in FIG. 9.
また、図9が示すように、平面視で、蛍光体基板10cは、このような回転部100と重なる位置に設けられている。 Also, as shown in Figure 9, the phosphor substrate 10c is positioned so that it overlaps with the rotating part 100 in plan view.
<第4光学素子>
第4光学素子304は、2つの光出射部200から出力された励起光L1の光路を制御するための光学部材である。一例として、第4光学素子304は、励起光L1を集光するためのレンズである。なお、図9においては、第4光学素子304の側面図が示されている。
<Fourth Optical Element>
The fourth optical element 304 is an optical member for controlling the optical path of the excitation light L1 output from the two light emitting units 200. As an example, the fourth optical element 304 is a lens for condensing the excitation light L1 . Note that Fig. 9 shows a side view of the fourth optical element 304.
<蛍光体基板の説明>
蛍光体基板10cは、蛍光体材料を有する焼結蛍光体によって構成されている基板であり、上述の通り円形状を有する基板である。つまり、蛍光体基板10cは、平面を有する円板形状である。具体的には、ここでは、蛍光体基板10cは焼結蛍光体のみによって構成されている基板であり、焼結蛍光体は主成分である蛍光体材料のみを有する。
<Explanation of phosphor substrate>
The phosphor substrate 10c is a substrate made of a sintered phosphor containing a phosphor material, and is a substrate having a circular shape as described above. That is, the phosphor substrate 10c is a disk shape having a flat surface. Specifically, here, the phosphor substrate 10c is a substrate made only of a sintered phosphor, and the sintered phosphor contains only the phosphor material as a main component.
なお、ここで本実施の形態における焼結蛍光体について説明する。 Now, we will explain the sintered phosphor used in this embodiment.
焼結蛍光体とは、上記の主成分である蛍光体材料(一例として、蛍光体材料の原料粉が造粒された造粒体)の原料粉が、蛍光体材料の融点よりも低い温度で焼成された焼成体である。また、焼結蛍光体は、焼成の過程で原料粉同士が結合される。そのため、焼結蛍光体は、造粒体同士を結合させるための結合剤をほとんど必要としない。より具体的には、焼結蛍光体は、結合剤を一切必要としない。結合剤とは、一例として、上記の特許文献1では、透明樹脂である。また、結合剤とは、Al2O3材料、及び、ガラス材料(つまりはSiOd(0<d≦2))などが公知の材料として用いられている。なお、同様に、結合剤に限られず、焼結蛍光体は、焼結蛍光体が有する蛍光体材料以外の材料(以下その他材料)をほとんど必要とせず、より具体的には、その他材料を一切必要としない。 A sintered phosphor is a fired body obtained by firing raw material powder of the phosphor material (for example, granules obtained by granulating raw material powder of the phosphor material), which is the main component, at a temperature lower than the melting point of the phosphor material. In addition, in the sintered phosphor, the raw material powders are bonded together during the firing process. Therefore, the sintered phosphor hardly requires a binder for bonding the granules together. More specifically, the sintered phosphor does not require any binder at all. As an example, the binder in the above Patent Document 1 is a transparent resin. Furthermore, known materials used as the binder include Al 2 O 3 material and glass material (i.e., SiO d (0 < d ≦ 2)). Similarly, without being limited to a binder, the sintered phosphor hardly requires any materials (hereinafter referred to as other materials) other than the phosphor material contained in the sintered phosphor, and more specifically, does not require any other materials at all.
例えば、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料の体積が70vol%以上であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料の体積が、80vol%以上であるとよりよく、90vol%以上であるとさらによく、95vol%以上であるとさらによりよくなる。 For example, when the total volume of the sintered phosphor is taken as 100 vol%, it is preferable that the volume of the phosphor material in the total volume of the sintered phosphor be 70 vol% or more. Furthermore, it is better that the volume of the phosphor material in the total volume of the sintered phosphor be 80 vol% or more, even better that it be 90 vol% or more, and even better that it be 95 vol% or more.
なお、換言すると、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料(例えば結合剤)の体積が30vol%未満であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料(例えば結合剤)の体積が、20vol%未満であるとよりよく、10vol%未満であるとさらによく、5vol%未満であるとさらによりよくなる。 In other words, when the total volume of the sintered phosphor is taken as 100 vol%, it is preferable that the volume of other materials (e.g., binder) in the total volume of the sintered phosphor be less than 30 vol%. Furthermore, it is better that the volume of other materials (e.g., binder) in the total volume of the sintered phosphor be less than 20 vol%, even better that it be less than 10 vol%, and even better that it be less than 5 vol%.
焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料のvol%が高い(つまり、その他材料の体積の割合が多い)と、蛍光体材料とその他材料との界面に存在する欠陥によりフォノン散乱が発生する。この結果、焼結蛍光体の熱伝導率が低下する。特に、その他材料の体積が30vol%以上で熱伝導率の低下が著しい。また、上記界面での非発光再結合も多くなり、発光効率が低下する。換言すると、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料のvol%が低い(つまり、その他材料の体積の割合が少ない)ほど、熱伝導率、及び、発光効率が向上する。本発明の焼結蛍光体は、上記理由により、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料の体積を30%未満としている。 When the vol% of other materials in the overall volume of the sintered phosphor is high (i.e., the volume ratio of other materials is high), phonon scattering occurs due to defects present at the interface between the phosphor material and other materials. As a result, the thermal conductivity of the sintered phosphor decreases. In particular, the decrease in thermal conductivity is significant when the volume of other materials is 30 vol% or more. In addition, non-radiative recombination at the interface also increases, resulting in a decrease in luminous efficiency. In other words, the lower the vol% of other materials in the overall volume of the sintered phosphor (i.e., the smaller the volume ratio of other materials), the better the thermal conductivity and luminous efficiency. For the above reasons, the sintered phosphor of the present invention has a volume of other materials of less than 30% of the overall volume of the sintered phosphor.
ここで、蛍光体材料について説明する。蛍光体材料は、例えば、ガーネット構造を有する結晶相によって構成されている材料である。ガーネット構造とは、A3B2C3O12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))、Lu2CaMg2Si3O12(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、蛍光体材料は、(Y1-xCex)3Al2Al3O12(つまりは、(Y1-xCex)3Al5O12)(0.0001≦x<0.1)で表される結晶相、つまりはYAG:Ceによって構成されている。 Here, the phosphor material will be described. The phosphor material is, for example, a material composed of a crystalline phase having a garnet structure. The garnet structure is a crystalline structure expressed by the general formula A3B2C3O12 . The element A is a rare earth element such as Ca , Y, La , Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, or Lu. The element B is an element such as Mg, Al, Si, Ga, or Sc. The element C is an element such as Al, Si, or 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 material is composed of a crystalline phase expressed by (Y1 -xCe x ) 3Al2Al3O12 (that is, (Y1 -xCe x ) 3Al5O12 ) (0.0001≦x< 0.1 ), that is, YAG:Ce.
また、蛍光体材料がYAG:Ceによって構成されている場合、原料としてAl2O3が用いられる場合がある。この場合、焼結蛍光体において、未反応の原料としてAl2O3が残るときがある。しかし、未反応の原料であるAl2O3は、上記結合剤とは異なる。また、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積における未反応の原料であるAl2O3の体積は、5vol%以下である。 In addition, when the phosphor material is composed of YAG:Ce, Al 2 O 3 may be used as a raw material. In this case, Al 2 O 3 may remain as an unreacted raw material in the sintered phosphor. However, the unreacted raw material Al 2 O 3 is different from the above-mentioned binder. In addition, when the total volume of the sintered phosphor is 100 vol%, the volume of the unreacted raw material Al 2 O 3 in the total volume of the sintered phosphor is 5 vol% or less.
なお、蛍光体材料を構成する結晶相は、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良い。このような固溶体としては、(Y1-xCex)3Al2Al3O12(0.001≦x<0.1)で表されるガーネット結晶相と(Lu1-yCey)3Al2Al3O12(0.001≦y<0.1)で表されるガーネット結晶相との固溶体((1-a)(Y1-xCex)3Al5O12・a(Lu1-yCey)3Al2Al3O12(0<a<1))が挙げられる。また、このような固溶体としては、(Y1-xCex)3Al2Al3O12(0.001≦x<0.1)で表されるガーネット結晶相と(Lu1-zCez)2CaMg2Si3O12(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-xCex)3Al2Al3O12・b(Lu1-zCez)2CaMg2Si3O12(0<b<1))などが挙げられる。蛍光体材料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、蛍光体材料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 crystalline phase constituting the phosphor material may be a solid solution of multiple garnet crystalline phases with different chemical compositions. An example of such a solid solution is a solid solution (( 1 -a)(Y1 -xCe x ) 3Al2Al3O12.a ( Lu1 - yCey ) 3Al2Al3O12 (0<a<1 ) ) of a garnet crystalline phase represented by ( Y1 - xCe x ) 3Al2Al3O12 ( 0.001 ≦x<0.1) and a garnet crystalline phase represented by ( Lu1 - yCey )3Al2Al3O12 ( 0.001≦y < 0.1 ). Further, examples of such solid solutions include a solid solution (( 1-b)(Y1-xCe x ) 3Al2Al3O12.b (Lu1 -zCe z ) 2CaMg2Si3O12 (0<b< 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-zCe z ) 2CaMg2Si3O12 ( 0.0015 ≦ z < 0.15). When the phosphor material is composed of a solid solution of multiple garnet crystal phases with different chemical compositions, the fluorescence spectrum of the fluorescence emitted by the phosphor material becomes broader, with an increase in green and red light components. Therefore, a projector that emits projection light with a wide color gamut can be provided.
また、蛍光体材料を構成する結晶相は、上記の一般式A3B2C3O12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良い。このような結晶相としては、(Y1-xCex)3Al2Al3O12(0.001≦x<0.1)で表される結晶相に対してAlがリッチな(Y1-xCex)3Al2+δAl3O12(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-xCex)3Al2Al3O12(0.001≦x<0.1)で表される結晶相に対してYがリッチな(Y1-xCex)3+ζAl2Al3O12(ζは正の数)などが挙げられる。これらの結晶相は、一般式A3B2C3O12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。 Furthermore, the crystalline phase constituting the phosphor material may include a crystalline phase whose chemical composition is different from that of the crystalline phase represented by the above general formula A3B2C3O12 . Such a crystalline phase may be (Y1 - xCe x ) 3Al2 + δAl3O12 ( δ is a positive number) which is Al-rich relative to the crystalline phase represented by (Y1 -xCe x ) 3Al2Al3O12 (0.001≦x<0.1). Further, such a crystalline phase may be (Y1 - xCe x ) 3 + ζAl2Al3O12 (ζ is a positive number) which is Y-rich relative to the crystalline phase represented by (Y1 -xCe x ) 3Al2Al3O12 ( 0.001 ≦ x < 0.1 ). These crystal phases have different chemical compositions from the crystal phase represented by the general formula A 3 B 2 C 3 O 12 , but maintain the garnet structure.
さらに、蛍光体材料を構成する結晶相には、ガーネット構造以外の構造を有する異相が含まれていても良い。 Furthermore, the crystalline phase that constitutes the phosphor material may contain a heterogeneous phase having a structure other than the garnet structure.
本実施の形態においては、YAG:Ceで構成される蛍光体材料は、蛍光体基板10cのz軸負方向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、光出射部200から出射された光が励起光L1として蛍光体材料に照射されることで、蛍光体材料から波長変換光として蛍光が放たれる。つまり、蛍光体材料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。 In this embodiment, the phosphor material made of YAG:Ce receives light incident on the phosphor substrate 10c from the negative z-axis direction as excitation light L1 and emits fluorescence. More specifically, light emitted from the light emitting unit 200 is irradiated onto the phosphor material as excitation light L1, causing the phosphor material to emit fluorescence as wavelength-converted light. In other words, the wavelength-converted light emitted from the phosphor material is light with a longer wavelength than the wavelength of excitation light L1.
本実施の形態において、蛍光体材料から放たれる波長変換光には、黄色光である蛍光が含まれる。蛍光体材料は、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光である蛍光を放つ。蛍光体材料がYAG:Ce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ことができる。 In this embodiment, the wavelength-converted light emitted from the phosphor material includes fluorescent light, which is yellow light. The phosphor material, for example, absorbs light with a wavelength of 380 nm or more and 490 nm or less, and emits fluorescent light, which is yellow light, with a fluorescent peak wavelength in the wavelength range of 490 nm or more and 580 nm or less. By using YAG:Ce as the phosphor material, it is possible to easily emit fluorescent light with a fluorescent peak wavelength in the wavelength range of 490 nm or more and 580 nm or less.
蛍光体材料に入射した励起光L1の一部は、上記の通り、蛍光体材料によって波長変換されて、蛍光体基板10cを透過する。また、励起光L1の他部は、蛍光体材料によって波長変換されずに、蛍光体基板10cを透過する。蛍光体基板10cを透過した透過光L2は、波長変換された黄色光である蛍光と波長変換されていない青色光である励起光L1とを含む。つまり、透過光L2は、これらの光が複合された光であり、白色光である。例えば、透過光L2において、蛍光と励起光L1とのバランスが崩れると、透過光L2の色度が変化してしまう。より具体的には、蛍光の減少が起こると、励起光L1の割合が増えるため、透過光L2における青色光の割合が増えてしまう。 As described above, a portion of the excitation light L1 incident on the phosphor material is wavelength-converted by the phosphor material and passes through the phosphor substrate 10c. The remaining portion of the excitation light L1 passes through the phosphor substrate 10c without being wavelength-converted by the phosphor material. The transmitted light L2 that passes through the phosphor substrate 10c contains fluorescence, which is wavelength-converted yellow light, and excitation light L1, which is wavelength-unconverted blue light. In other words, the transmitted light L2 is a combination of these two types of light, and is white light. For example, if the balance between fluorescence and excitation light L1 in the transmitted light L2 is disrupted, the chromaticity of the transmitted light L2 will change. More specifically, if fluorescence decreases, the proportion of excitation light L1 increases, and the proportion of blue light in the transmitted light L2 increases.
また、図8が示すように、本実施の形態においては、励起光L1は、蛍光体基板10cの中心点C1から半径Rの位置に照射される。 Also, as shown in Figure 8, in this embodiment, the excitation light L1 is irradiated at a position at a radius R from the center point C1 of the phosphor substrate 10c.
<コート層の説明>
<青透過ダイクロイック多層膜>
このような蛍光体基板10cのz軸負方向には青透過ダイクロイック多層膜40が位置している。青透過ダイクロイック多層膜40は、励起光L1を透過し、蛍光を反射する透過反射特性を有する層である。本実施の形態においては、青透過ダイクロイック多層膜40は、青色光を透過し、黄色光を反射する透過反射特性を有する層である。
<Explanation of the coating layer>
<Blue-transmitting dichroic multilayer film>
The blue-transmission dichroic multilayer film 40 is located in the negative direction of the z-axis of the phosphor substrate 10c. The blue-transmission dichroic multilayer film 40 has a transmission-reflection characteristic of transmitting the excitation light L1 and reflecting the fluorescent light. In this embodiment, the blue-transmission dichroic multilayer film 40 has a transmission-reflection characteristic of transmitting blue light and reflecting yellow light.
具体的には、青透過ダイクロイック多層膜40は、誘電体の多層膜などからなるダイクロイック層により構成されている。青透過ダイクロイック多層膜40は、ダイクロイック層を構成している誘電体の材料及び/又は多層膜の構成を制御することで、所定の波長に対して所定の反射率を有し、青色の波長においては、高い透過特性をすることができる。 Specifically, the blue-transmitting dichroic multilayer film 40 is composed of dichroic layers made of dielectric multilayer films, etc. By controlling the dielectric materials and/or the composition of the multilayer film that make up the dichroic layers, the blue-transmitting dichroic multilayer film 40 can have a predetermined reflectance for a predetermined wavelength and high transmission characteristics for blue wavelengths.
例えば、このような青透過ダイクロイック多層膜40が設けられない場合、蛍光体材料において生じた蛍光のうち一部の光は、z軸負方向に向けて蛍光体基板10cから出射され、上述のプロジェクタの投射光として利用することができない。青透過ダイクロイック多層膜40が設けられることで、上記一部の光が青透過ダイクロイック多層膜40によってz軸正方向に反射される。つまり、蛍光体基板10cにおける蛍光体材料で生じた蛍光の全体がz軸正方向に向かいやすくなる。よって、蛍光発光モジュール1cの光の利用効率を高めることができる。また、青透過ダイクロイック多層膜40は、励起光L1(青色光)に対する反射防止膜としての効果もあり、青透過ダイクロイック多層膜40が無い場合に対し、蛍光体基板10cに入射する励起光L1の光量を増加させることが可能となる。 For example, if such a blue-transmission dichroic multilayer film 40 were not provided, some of the fluorescence generated in the phosphor material would be emitted from the phosphor substrate 10c in the negative direction of the z-axis and would not be usable as projection light for the projector. By providing the blue-transmission dichroic multilayer film 40, this portion of the light is reflected by the blue-transmission dichroic multilayer film 40 in the positive direction of the z-axis. This means that the entire fluorescence generated in the phosphor material in the phosphor substrate 10c is more likely to be directed in the positive direction of the z-axis. This improves the light utilization efficiency of the fluorescence-emitting module 1c. Furthermore, the blue-transmission dichroic multilayer film 40 also functions as an anti-reflection film for the excitation light L1 (blue light), making it possible to increase the amount of excitation light L1 incident on the phosphor substrate 10c compared to when the blue-transmission dichroic multilayer film 40 is not provided.
<反射防止層>
さらに、蛍光体基板10cのz軸正方向には反射防止層30が位置している。
<Anti-reflection layer>
Furthermore, an anti-reflection layer 30 is located in the positive direction of the z-axis of the phosphor substrate 10c.
反射防止層30は、透過光L2の反射を防止、より具体的には抑制する層である。つまり、反射防止層30は、z軸正方向に進む透過光L2が反射されてz軸負方向に進むことを抑制する層である。 The anti-reflection layer 30 is a layer that prevents, or more specifically, suppresses, the reflection of transmitted light L2. In other words, the anti-reflection layer 30 is a layer that prevents transmitted light L2 traveling in the positive direction of the z axis from being reflected and traveling in the negative direction of the z axis.
反射防止層30は、蛍光発光モジュール1cから出射する透過光L2の反射率を低下させ、換言すると、透過光L2の透過率を向上させ、蛍光発光モジュール1cから出射する透過光L2を増加させる。この結果、一例としてプロジェクタの投射光として利用可能な透過光L2が増加する。よって、蛍光発光モジュール1cの光の利用効率を高めることができる。 The anti-reflection layer 30 reduces the reflectance of the transmitted light L2 emitted from the fluorescence light-emitting module 1c; in other words, it improves the transmittance of the transmitted light L2 and increases the amount of transmitted light L2 emitted from the fluorescence light-emitting module 1c. As a result, the amount of transmitted light L2 that can be used as projection light for a projector increases, for example. This increases the light utilization efficiency of the fluorescence light-emitting module 1c.
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が無機化合物を含むことで、反射防止層30を容易に製造することができる。また、この場合、反射防止層30は、SiO2、TiO2、Al2O3、ZnO、Nb2O5及びMgFなどから選ばれる1以上の無機化合物を含む。 The antireflection 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 antireflection layer 30 is composed of a dielectric film, the antireflection layer 30 can be easily manufactured by including an inorganic compound in the antireflection layer 30. In this case, the antireflection layer 30 includes one or more inorganic compounds selected from SiO2, TiO2 , Al2O3 , ZnO, Nb2O5 , MgF, etc.
また、図8及び図9においては、反射防止層30及び青透過ダイクロイック多層膜40が設けられている構成が示されているが、蛍光発光モジュール1cは反射防止層30及び青透過ダイクロイック多層膜40を備えていなくてもよい。この場合、回転部100と蛍光体基板10cとは、接着部材を介して接している。 Furthermore, although Figures 8 and 9 show a configuration in which an anti-reflection layer 30 and a blue-transmission dichroic multilayer film 40 are provided, the fluorescence-emitting module 1c does not necessarily have to include an anti-reflection layer 30 and a blue-transmission dichroic multilayer film 40. In this case, the rotating part 100 and the phosphor substrate 10c are in contact with each other via an adhesive member.
また、反射防止層30及び青透過ダイクロイック多層膜40の平面視形状は、一例として、蛍光体基板10cと同じ形状であり、円形状である。また図示されないが、反射防止層30、青透過ダイクロイック多層膜40は、平面視で励起光L1が照射される位置と重なるように配置され、円環形状であってもよい。このとき、当該円環形状の中心は蛍光体基板10cの中心点C1と重なる。 The planar shapes of the anti-reflection layer 30 and the blue-transmission dichroic multilayer film 40 are, for example, the same as the phosphor substrate 10c, i.e., circular. Although not shown, the anti-reflection layer 30 and the blue-transmission dichroic multilayer film 40 may also be annular, arranged to overlap the position where the excitation light L1 is irradiated in planar view. In this case, the center of the annular shape overlaps with the center point C1 of the phosphor substrate 10c.
反射防止層30及び青透過ダイクロイック多層膜40は、蛍光体基板10cに比べ、充分薄い。例えば、反射防止層30及び青透過ダイクロイック多層膜40のそれぞれの厚みは、一例として、0.1μm以上50μm以下であるがこれに限られない。そのため、反射防止層30及び青透過ダイクロイック多層膜40は、蛍光体基板10cを支持するための構成要素ではない。 The anti-reflection layer 30 and the blue transmission dichroic multilayer film 40 are sufficiently thinner than the phosphor substrate 10c. For example, the thickness of each of the anti-reflection layer 30 and the blue transmission dichroic multilayer film 40 is, for example, 0.1 μm or more and 50 μm or less, but is not limited to this. Therefore, the anti-reflection layer 30 and the blue transmission dichroic multilayer film 40 are not components for supporting the phosphor substrate 10c.
<回転部による効果>
励起光L1の照射により蛍光体基板10cの温度が高くなると、発生する蛍光が減少する現象(所謂、温度消光現象)が起こることが知られている。例えば、特許文献1に開示される蛍光発光モジュールで温度消光現象が起こると、蛍光発生部から出射される蛍光が減少するため、蛍光発光モジュールの光の利用効率が低下するなどの課題が発生する。
<Effect of rotating part>
It is known that when the temperature of the phosphor substrate 10c increases due to irradiation with excitation light L1, a phenomenon occurs in which the emitted fluorescence decreases (so-called temperature quenching). For example, when temperature quenching occurs in the fluorescence-emitting module disclosed in Patent Document 1, the fluorescence emitted from the fluorescence generating unit decreases, resulting in problems such as a decrease in the light utilization efficiency of the fluorescence-emitting module.
さらに、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1cは、回転部100を備えている。これにより、蛍光体基板10cなどが軸A1を中心として回転するため、気流が発生する。この発生した気流によって、蛍光体基板10cが冷却される。換言すると、蛍光体基板10cの放熱性が高まる。これにより、蛍光体基板10cの温度の上昇を抑制できるため、蛍光の減少が抑制される。つまりは、蛍光発光モジュール1cの光の利用効率を高めることができる。さらに、蛍光の減少が抑制されるので、透過光L2の色度変化を抑制することができる。よって、信頼性が高い蛍光発光モジュール1cが実現される。 Furthermore, the fluorescence-emitting module 1c according to this embodiment is equipped with a rotating section 100. This causes the phosphor substrate 10c and other components to rotate around axis A1, generating an airflow. This generated airflow cools the phosphor substrate 10c. In other words, the heat dissipation properties of the phosphor substrate 10c are improved. This prevents the temperature of the phosphor substrate 10c from increasing, thereby suppressing the decrease in fluorescence. This means that the light utilization efficiency of the fluorescence-emitting module 1c can be improved. Furthermore, because the decrease in fluorescence is suppressed, changes in the chromaticity of the transmitted light L2 can be suppressed. This results in a highly reliable fluorescence-emitting module 1c.
<蛍光体基板の直径>
円板形状である蛍光体基板10cの直径は、一例として30mm以上90mm以下であるとよく、35mm以上70mm以下であるとよりよく、40mm以上50mm以下であるとさらによいが、これに限られない。
<Diameter of phosphor substrate>
The diameter of the disc-shaped phosphor substrate 10c is, for example, preferably 30 mm to 90 mm, more preferably 35 mm to 70 mm, and even more preferably 40 mm to 50 mm, but is not limited to these.
<基板レスによる効果>
これまで示してきたように、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1cは、蛍光体基板10cを支持するための構成要素(例えば特許文献1で示す透明の蛍光体用基板)などを備えていない。つまりは、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1cは、基板レス構造である。そのため、特許文献1とは異なり、蛍光体用基板と大気との界面で発生する励起光L1の反射(つまりは励起光L1の光ロス)は、発生しない。上記界面での励起光L1の光ロスがないため、蛍光体基板10cに入射する励起光L1が増加する。この結果、蛍光体基板10cにおける蛍光体材料で発生する蛍光が増加する。つまりは、蛍光発光モジュール1cの光の利用効率を高めることができる。またさらに、蛍光発光モジュール1cは、蛍光体基板10cを支持するための構成要素などを備えていないため、特許文献1に開示される蛍光発生部の剥離が起きない。よって、信頼性が高い蛍光発光モジュール1cが実現される。
<Benefits of no substrate>
As described above, the fluorescence-emitting module 1c according to this embodiment does not include components for supporting the phosphor substrate 10c (such as the transparent phosphor substrate disclosed in Patent Document 1). In other words, the fluorescence-emitting module 1c according to this embodiment has a substrate-less structure. Therefore, unlike Patent Document 1, reflection of the excitation light L1 (i.e., optical loss of the excitation light L1) at the interface between the phosphor substrate and the atmosphere does not occur. Because there is no optical loss of the excitation light L1 at the interface, the excitation light L1 incident on the phosphor substrate 10c increases. As a result, the fluorescence generated by the phosphor material in the phosphor substrate 10c increases. In other words, the light utilization efficiency of the fluorescence-emitting module 1c can be improved. Furthermore, because the fluorescence-emitting module 1c does not include components for supporting the phosphor substrate 10c, the peeling of the fluorescence generating unit disclosed in Patent Document 1 does not occur. This results in a highly reliable fluorescence-emitting module 1c.
<青透過ダイクロイック多層膜による効果>
また、青色光である励起光L1は、青透過ダイクロイック多層膜40を設けることにより、青透過ダイクロイック多層膜40が無い場合に発生する大気と蛍光体基板10cとの界面でのフレネル反射を抑制する事が可能となる。つまり、青透過ダイクロイック多層膜40は、励起光L1の反射による光ロスを抑制することができる。このような青透過ダイクロイック多層膜40が設けられることで、蛍光体基板10cに入射する励起光L1が増加する。この結果、蛍光体基板10cにおける蛍光体材料で発生する蛍光が増加する。
<Effect of blue-transmitting dichroic multilayer film>
Furthermore, by providing the blue-transmission dichroic multilayer film 40, it is possible to suppress Fresnel reflection of the excitation light L1, which is blue light, at the interface between the atmosphere and the phosphor substrate 10c, which would occur if the blue-transmission dichroic multilayer film 40 were not provided. In other words, the blue-transmission dichroic multilayer film 40 can suppress light loss due to reflection of the excitation light L1. By providing such a blue-transmission dichroic multilayer film 40, the excitation light L1 incident on the phosphor substrate 10c increases. As a result, the fluorescence generated by the phosphor material in the phosphor substrate 10c increases.
<焼結蛍光体による効果>
さらに、ここで、蛍光体基板10cが焼結蛍光体によって構成されている効果について説明する。
<Effects of sintered phosphor>
Further, the effect of the phosphor substrate 10c being made of a sintered phosphor will be described below.
例えば特許文献1では、透明樹脂が結合剤に相当する。この透明樹脂を含む公知の結合剤の屈折率は、YAG:Ceなどの蛍光体材料の屈折率とは、異なる場合が多い。このため、YAG:Ceなどの蛍光体材料と結合剤とが複合された場合には、光の散乱などが発生する。この場合、光の散乱による光ロスなどが発生してしまう。 For example, in Patent Document 1, the transparent resin corresponds to the binder. The refractive index of known binders containing this transparent resin is often different from the refractive index of phosphor materials such as YAG:Ce. For this reason, when phosphor materials such as YAG:Ce are combined with a binder, light scattering occurs. In this case, light loss occurs due to light scattering.
しかし、本実施の形態に係る焼結蛍光体は、上記の通り、結合剤をほとんど必要としない。そのため、焼結蛍光体においては、光散乱などによる光ロスは起こりにくい。つまり、蛍光発光モジュール1cが焼結蛍光体によって構成されている蛍光体基板10cを備えることで、蛍光発光モジュール1cの光の利用効率を高めることができる。 However, as described above, the sintered phosphor according to this embodiment requires almost no binder. Therefore, in a sintered phosphor, light loss due to light scattering and the like is unlikely to occur. In other words, by providing the fluorescent light-emitting module 1c with a phosphor substrate 10c made of a sintered phosphor, the light utilization efficiency of the fluorescent light-emitting module 1c can be improved.
<接着>
なお、回転部100と蛍光体基板10cとは接着部材を介して、接している。回転部100の材質は、モータである回転部100自身への負荷と熱伝導性とを考慮し、軽量、かつ、高熱伝導であるAlが用いられている。回転部100の外径は、半径Rの倍の長さ以下である。接着部材としては、回転部100と蛍光体基板10cとの熱膨張係数差を緩和するために、シリコーン樹脂が使用されている。ただし、回転部100の材質は、Cu又はFeなど、他の材質でもよく、接着部材も、他のエポキシ樹脂、又は、ナノAg若しくはナノCuを含んだ高熱伝導性接着剤でもよい。
<Adhesion>
The rotating part 100 and the phosphor substrate 10c are in contact with each other via an adhesive. The rotating part 100 is made of lightweight, highly thermally conductive aluminum, taking into consideration the load on the rotating part 100 itself (the motor) and its thermal conductivity. The outer diameter of the rotating part 100 is less than twice the radius R. Silicone resin is used as the adhesive to mitigate the difference in thermal expansion coefficients between the rotating part 100 and the phosphor substrate 10c. However, the rotating part 100 may be made of other materials, such as Cu or Fe, and the adhesive may be other epoxy resins or highly thermally conductive adhesives containing nano-Ag or nano-Cu.
<蛍光体基板の径>
ここで、発明者らによって、透過光L2のエネルギーの効率と、蛍光体基板10cの直径との検討が行われた。この検討結果が図4Bに示される。
<Diameter of phosphor substrate>
Here, the inventors have studied the relationship between the energy efficiency of the transmitted light L2 and the diameter of the phosphor substrate 10c, and the results of this study are shown in FIG.
図4Bは、本実施の形態に係る透過光L2のエネルギーの効率を示す図である。ここでは、直径(図4Bではφと表示)が5mm以上90mm以下の蛍光体基板10cについて検討された結果が示されている。 Figure 4B is a diagram showing the energy efficiency of transmitted light L2 in this embodiment. This figure shows the results of an investigation into a phosphor substrate 10c with a diameter (indicated as φ in Figure 4B) of 5 mm or more and 90 mm or less.
下方の横軸は、励起光L1のエネルギーを示している。また、ここでは、励起光L1が蛍光体基板10cに入射する入射面積は2mm2であるため、上方の横軸は、励起光L1による入射面積での励起エネルギーの密度(励起密度)を示している。 The lower horizontal axis represents the energy of the excitation light L1. Here, the incident area of the excitation light L1 on the phosphor substrate 10c is 2 mm2 , so the upper horizontal axis represents the density of excitation energy (excitation density) in the incident area of the excitation light L1.
縦軸は、透過光L2のエネルギーの効率を示している。また、縦軸は、蛍光体基板10cの直径を示すデータごとに、励起光L1のエネルギーが0.5Wのときの透過光L2のエネルギーを100%として、透過光L2のエネルギーが規格化された値を示している。つまり例えば、直径5mmの蛍光体基板10cを示すデータでは、励起光L1のエネルギーが0.5Wのときの直径5mmの蛍光体基板10cから出射した透過光L2のエネルギーを100%として、規格化された値が縦軸に示されている。同様に、直径30mmの蛍光体基板10cを示すデータでは、励起光L1のエネルギーが0.5Wのときの直径30mmの蛍光体基板10cから出射した透過光L2のエネルギーを100%として、規格化された値が縦軸に示されている。 The vertical axis represents the energy efficiency of transmitted light L2. The vertical axis also represents the normalized value of the energy of transmitted light L2 for each data point representing the diameter of the phosphor substrate 10c, where the energy of transmitted light L2 when the energy of excitation light L1 is 0.5 W is set to 100%. For example, for data representing a phosphor substrate 10c with a diameter of 5 mm, the vertical axis represents the normalized value of the energy of transmitted light L2 emitted from a phosphor substrate 10c with a diameter of 5 mm when the energy of excitation light L1 is 0.5 W, where the energy of transmitted light L2 emitted from a phosphor substrate 10c with a diameter of 30 mm when the energy of excitation light L1 is 0.5 W is set to 100%. Similarly, for data representing a phosphor substrate 10c with a diameter of 30 mm, the vertical axis represents the normalized value of the energy of transmitted light L2 emitted from a phosphor substrate 10c with a diameter of 30 mm when the energy of excitation light L1 is 0.5 W.
励起光L1のエネルギーが大きいほど、蛍光体基板10cの温度が高くなりやすく、温度消光現象が起こりやすい。温度消光現象が起こると、透過光L2のエネルギーが急激に低下する。図4Bが示すように、直径が5mm以上65mm以下の蛍光体基板10cでは、透過光L2のエネルギーが急激に低下する領域がある。例えば、直径が30mmの蛍光体基板10cでは、励起光L1のエネルギーが70Wから100Wに増加したときに、この領域が表れている。 The greater the energy of the excitation light L1, the more likely it is that the temperature of the phosphor substrate 10c will rise, and the more likely it is that thermal quenching will occur. When thermal quenching occurs, the energy of the transmitted light L2 will drop sharply. As shown in Figure 4B, for phosphor substrates 10c with a diameter of 5 mm or greater and 65 mm or less, there is a region where the energy of the transmitted light L2 drops sharply. For example, for a phosphor substrate 10c with a diameter of 30 mm, this region appears when the energy of the excitation light L1 increases from 70 W to 100 W.
また、図4Bでは、蛍光体基板10cの直径が大きいほど、この領域が励起光L1のエネルギーが高い方にシフトしていることが示されている。つまり、図4Bでは、蛍光体基板10cの直径が大きいほど、温度消光現象が起こりにくいことを示している。これは以下のように説明できる。 Furthermore, Figure 4B shows that the larger the diameter of the phosphor substrate 10c, the more this region shifts toward higher energy excitation light L1. In other words, Figure 4B shows that the larger the diameter of the phosphor substrate 10c, the less likely thermal quenching occurs. This can be explained as follows.
励起光L1の照射により発生した熱は、例えば、励起光L1が照射される領域(例えば、上記の中心点C1から半径Rの位置)から、励起光L1が照射されない領域に移動する。蛍光体基板10cの直径が大きいほど、励起光L1が照射されない領域も大きくなる。この励起光L1が照射されない領域とは、励起光L1が照射される領域から、熱が移動する領域に相当する。よって、蛍光体基板10cの直径が大きいほど、励起光L1の照射により発生した熱が移動しやすくなるため、蛍光体基板10cの温度が高くなりにくくなる。この結果、温度消光現象が起こりにくくなる。つまりは、蛍光体基板10cの直径が大きいほど、励起光L1のエネルギーが高い領域で、効率が高い透過光L2を得ることができる。 Heat generated by irradiation with the excitation light L1 moves, for example, from the area irradiated with the excitation light L1 (for example, the position of radius R from the center point C1 described above) to the area not irradiated with the excitation light L1. The larger the diameter of the phosphor substrate 10c, the larger the area not irradiated with the excitation light L1. This area not irradiated with the excitation light L1 corresponds to the area to which heat moves from the area irradiated with the excitation light L1. Therefore, the larger the diameter of the phosphor substrate 10c, the easier it is for heat generated by irradiation with the excitation light L1 to move, making it less likely for the temperature of the phosphor substrate 10c to rise. As a result, thermal quenching is less likely to occur. In other words, the larger the diameter of the phosphor substrate 10c, the more efficiently transmitted light L2 can be obtained in areas where the energy of the excitation light L1 is high.
さらに、発明者らの検討によって、例えば、光源モジュール600の出力光を15000lmとするためには、励起光L1のエネルギーが100W程度必要であることが明らかとなっている。なお、光源モジュール600は、図4Aにて詳細説明するが、蛍光発光モジュール1cと、光学素子などとを備える光学モジュールである。 Furthermore, the inventors' studies have revealed that, for example, to achieve an output light of 15,000 lm from the light source module 600, the energy of the excitation light L1 must be approximately 100 W. The light source module 600 is an optical module comprising a fluorescent light-emitting module 1c and optical elements, as will be explained in detail in Figure 4A.
上述の通り、蛍光体基板10cの直径は、一例として30mm以上90mm以下であるとよく、35mm以上70mm以下であるとよりよく、40mm以上50mm以下であるとさらによい。 As mentioned above, the diameter of the phosphor substrate 10c is, for example, preferably 30 mm or more and 90 mm or less, more preferably 35 mm or more and 70 mm or less, and even more preferably 40 mm or more and 50 mm or less.
蛍光体基板10cの直径が上記範囲であることで、励起光L1のエネルギーが100Wであった場合に、効率が高い透過光L2(例えば、図4Bの縦軸では90%以上)を得ることができる。 By having the diameter of the phosphor substrate 10c within the above range, when the energy of the excitation light L1 is 100 W, it is possible to obtain highly efficient transmitted light L2 (for example, 90% or more on the vertical axis of Figure 4B).
つまり、蛍光体基板10cの直径は、光源モジュール600の出力光に応じて、適宜設定される。なお、蛍光体基板10cの直径が大きいと、光源モジュール600のサイズが大きくなる。この結果、プロジェクタ500及び照明装置などの発光装置のサイズが大きくなってしまい、発光装置の商品価値が下がる。 In other words, the diameter of the phosphor substrate 10c is set appropriately depending on the output light of the light source module 600. Note that if the diameter of the phosphor substrate 10c is large, the size of the light source module 600 will also increase. As a result, the size of light-emitting devices such as projectors 500 and lighting devices will also increase, reducing the commercial value of the light-emitting devices.
そのため、例えば、光源モジュール600の出力光が上述の15000lmである場合には、蛍光体基板10cの直径は40mm以上50mm以下であるとよい。 Therefore, for example, if the output light of the light source module 600 is the above-mentioned 15,000 lm, the diameter of the phosphor substrate 10c should be between 40 mm and 50 mm.
<蛍光体基板の厚み>
蛍光体基板10cの厚み(つまりは、z軸方向の長さ)は、50μm以上700μm以下であるとよい。蛍光体基板10cの厚みは、80μm以上500μm以下であるとよりよく、100μm以上300μm以下であるとさらによい。
<Thickness of phosphor substrate>
The thickness of the phosphor substrate 10c (i.e., the length in the z-axis direction) is preferably 50 μm to 700 μm, more preferably 80 μm to 500 μm, and even more preferably 100 μm to 300 μm.
蛍光体基板10cの厚みが厚いほど、蛍光体基板10cの熱伝導性が高くなり、つまりは、蛍光体基板10cの放熱性が高まる。 The thicker the phosphor substrate 10c, the higher the thermal conductivity of the phosphor substrate 10c, which means that the heat dissipation properties of the phosphor substrate 10c are improved.
一方で、蛍光体基板10cの厚みが厚いほど、蛍光体基板10cにおいて励起光L1が散乱されやすくなる。この結果、平面視したときの蛍光体基板10cにおける透過光L2の発光スポット面積が大きくなってしまう。この結果、例えばプロジェクタにおいて、透過光L2の光路上に配置されるレンズなどの光学素子が巨大化し、これに従って、当該プロジェクタが巨大化するなどの問題が発生する。 On the other hand, the thicker the phosphor substrate 10c, the more easily the excitation light L1 is scattered by the phosphor substrate 10c. As a result, the light-emitting spot area of the transmitted light L2 on the phosphor substrate 10c increases when viewed in a plan view. As a result, in a projector, for example, optical elements such as lenses arranged on the optical path of the transmitted light L2 become larger, which causes problems such as the projector becoming larger in size.
さらに、蛍光体基板10cの厚みが厚いほど、蛍光体基板10cの体積が大きくなる。この結果、1つの蛍光体基板10cを製造するために、より多くの蛍光体材料と高熱伝導材料とが必要となるため、コスト面からも不利である。 Furthermore, the thicker the phosphor substrate 10c, the larger the volume of the phosphor substrate 10c. As a result, more phosphor material and high thermal conductivity material are required to manufacture one phosphor substrate 10c, which is also disadvantageous in terms of cost.
以上のことから、蛍光体基板10cの厚みは上記範囲であるとよい。 For these reasons, it is recommended that the thickness of the phosphor substrate 10c be within the above range.
[Ce濃度の検討]
また、上述の通り、本実施の形態に係る蛍光体材料は、YAG:Ce((Y1-xCex)3Al5O12)(0.0001≦x<0.1))である。ここで、YAG:CeにおけるCe濃度について説明する。また、Ce濃度とは、YとCeとの合計に対するCeの元素比率(つまりはCe/(Y+Ce)(%))であり、x×100(%)の数値となる。
[Study on Ce concentration]
As described above, the phosphor material according to this embodiment is YAG:Ce ((Y1 -xCe x ) 3Al5O12 ) (0.0001 ≦ x <0.1). Here, the Ce concentration in YAG:Ce will be explained. The Ce concentration is the element ratio of Ce to the total of Y and Ce (i.e., Ce/(Y+Ce)(%)), and is expressed as x×100(%).
<Ce濃度と厚み>
まずは、Ce濃度と蛍光体基板10cの厚みとの関係について説明する。
<Ce concentration and thickness>
First, the relationship between the Ce concentration and the thickness of the phosphor substrate 10c will be described.
発明者らは、図4Aが示す光源モジュール600の出力光(つまりは、透過光L2)が、一例として、白色光となるための検討を行った。より具体的には、CIE表色系において、この出力光の色度座標(x,y)が(0.308以上0.318以下,0.324以上0.334以下)となるような、YAG:CeのCe濃度と蛍光体基板10cの厚みとの関係について検討が行われた。この検討結果が図5Bに示されている。なお、CIE表色系は、CIE(国際照明委員会)によって定められた表色系である。 The inventors conducted research to determine whether the output light (i.e., transmitted light L2) of the light source module 600 shown in Figure 4A would be white light, as an example. More specifically, they investigated the relationship between the Ce concentration of YAG:Ce and the thickness of the phosphor substrate 10c so that the chromaticity coordinates (x, y) of this output light would be (0.308 to 0.318, 0.324 to 0.334) in the CIE color system. The results of this research are shown in Figure 5B. The CIE color system is a color system established by the CIE (Commission Internationale de l'Eclairage).
図5Bは、本実施の形態に係るYAG:CeのCe濃度と蛍光体基板10cの厚みとの関係を示す図である。 Figure 5B shows the relationship between the Ce concentration in YAG:Ce and the thickness of the phosphor substrate 10c in this embodiment.
図5Bにおいて、縦軸は蛍光体基板10cの厚みを示し、横軸はCe濃度を示す。ここでは、0.01%、0.05%、0.1%、0.2%及び0.3%のCe濃度のそれぞれにおいて、検討が行われている。 In Figure 5B, the vertical axis represents the thickness of the phosphor substrate 10c, and the horizontal axis represents the Ce concentration. Here, studies were conducted at Ce concentrations of 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, and 0.3%.
図5Bでは、それぞれのCe濃度において、3つの蛍光体基板10cの厚みが示されている。それぞれのCe濃度において、蛍光体基板10cの厚みが上記3つの範囲内(より具体的には最も薄い厚みから最も厚い厚みまでの範囲内)となることで、光源モジュール600の出力光が白色光(つまりは、上記範囲内の色度座標の光)となる。換言すると、図5Bが示す、YAG:CeのCe濃度と蛍光体基板10cの厚みとの関係が満たされることで、光源モジュール600の出力光の色度座標が上記範囲内となる。 Figure 5B shows three thicknesses of the phosphor substrate 10c for each Ce concentration. For each Ce concentration, when the thickness of the phosphor substrate 10c falls within the three ranges (more specifically, within the range from the thinnest to the thickest), the light output from the light source module 600 becomes white light (i.e., light with chromaticity coordinates within the above range). In other words, when the relationship between the Ce concentration of YAG:Ce and the thickness of the phosphor substrate 10c shown in Figure 5B is satisfied, the chromaticity coordinates of the light output from the light source module 600 fall within the above range.
図5Bでは、Ce濃度が低いほど、蛍光体基板10cの厚みが厚くなることが示されている。本実施の形態に係るYAG:Ceにおいては、Ceが発光中心として機能するため、Ce濃度が低いほど、波長変換光が少なく発生する。このため、出力光の色度座標が上記範囲内となるためには、Ce濃度が低いほど蛍光体基板10cが厚くなる。 Figure 5B shows that the lower the Ce concentration, the thicker the phosphor substrate 10c. In the YAG:Ce of this embodiment, Ce functions as the luminescence center, so the lower the Ce concentration, the less wavelength-converted light is generated. Therefore, in order for the chromaticity coordinates of the output light to fall within the above range, the lower the Ce concentration, the thicker the phosphor substrate 10c.
蛍光体基板10cが厚いほど、例えば蛍光体基板10cが割れにくくなるなど、蛍光体基板10cが破損する可能性が低くなる。よって、蛍光体基板10cが厚いほど、蛍光体基板10c、つまりは、蛍光発光モジュール1cの信頼性が高まる。例えば、蛍光体基板10cの厚みが100μm以上であれば、蛍光発光モジュール1cの信頼性を十分に高めることができる。このため、Ce濃度は0.1%以下であるとよい。 The thicker the phosphor substrate 10c, the less likely it is to break, for example. Therefore, the thicker the phosphor substrate 10c, the higher the reliability of the phosphor substrate 10c, and therefore of the fluorescence-emitting module 1c. For example, if the thickness of the phosphor substrate 10c is 100 μm or more, the reliability of the fluorescence-emitting module 1c can be sufficiently improved. For this reason, it is preferable that the Ce concentration be 0.1% or less.
さらに、Ce濃度と蛍光体基板10cの温度との関係に関して行われた検討について、図5Cを用いて説明する。なお、この検討においても、上記と同じく、光源モジュール600の出力光の色度座標が上記範囲となるように、図5Bが示すCe濃度と蛍光体基板10cの厚みとの関係が満たされている。 Furthermore, a study conducted on the relationship between the Ce concentration and the temperature of the phosphor substrate 10c will be explained using Figure 5C. Note that in this study, as with the above, the relationship between the Ce concentration and the thickness of the phosphor substrate 10c shown in Figure 5B was satisfied so that the chromaticity coordinates of the output light from the light source module 600 fell within the above range.
<Ce濃度と温度>
図5Cは、本実施の形態に係るYAG:CeのCe濃度と蛍光体基板10cの温度との関係を示す。より具体的には、図5Cには、図5Cが示すCe濃度のそれぞれにおいて、励起光L1が照射されたときの蛍光体基板10cの温度が示されている。このとき、光源モジュール600において、蛍光体基板10cなどは、7200rpmで回転されている。なお、上述の通り、図5Cにおいても、図5Bが示すCe濃度と蛍光体基板10cとの関係が満たされている。つまり、Ce濃度が低いほど、蛍光体基板10cの厚みが厚い。
<Ce concentration and temperature>
FIG. 5C shows the relationship between the Ce concentration of the YAG:Ce alloy and the temperature of the phosphor substrate 10c according to the present embodiment. More specifically, FIG. 5C shows the temperature of the phosphor substrate 10c when irradiated with excitation light L1 at each of the Ce concentrations shown in FIG. 5C. At this time, the phosphor substrate 10c and other components in the light source module 600 are rotated at 7,200 rpm. As described above, the relationship between the Ce concentration and the phosphor substrate 10c shown in FIG. 5B is also satisfied in FIG. 5C. In other words, the lower the Ce concentration, the thicker the phosphor substrate 10c.
図5Cが示すように、Ce濃度が低いほど、蛍光体基板10cの温度が低い。また、図5Bが示すように、Ce濃度が低いほど、蛍光体基板10cの厚みが厚いため、励起光L1の照射による熱が移動しやすい。このため、Ce濃度が低いほど、蛍光体基板10cの温度が高くなることが抑制される。つまりは、Ce濃度が低いほど、温度消光現象を抑制することができる。 As shown in Figure 5C, the lower the Ce concentration, the lower the temperature of the phosphor substrate 10c. Also, as shown in Figure 5B, the lower the Ce concentration, the thicker the phosphor substrate 10c, making it easier for heat generated by irradiation with excitation light L1 to transfer. Therefore, the lower the Ce concentration, the more effectively the temperature of the phosphor substrate 10c is prevented from rising. In other words, the lower the Ce concentration, the more effectively the temperature quenching phenomenon can be suppressed.
また、発明者らは、温度消光現象を十分に抑制するためには蛍光体基板10cの温度を150℃以下に保つ必要があることを明らかにしている。よって、温度消光現象を抑制する観点からは、Ce濃度は0.1%以下であるとよい。 The inventors have also clarified that in order to sufficiently suppress the temperature quenching phenomenon, it is necessary to maintain the temperature of the phosphor substrate 10c at 150°C or less. Therefore, from the perspective of suppressing the temperature quenching phenomenon, it is preferable that the Ce concentration be 0.1% or less.
さらに、Ce濃度とスポットサイズ拡大率との関係に関して行われた検討について説明する。なお、この検討においても、上記と同じく、光源モジュール600の出力光の色度座標が上記範囲となるように、図5Bが示すCe濃度と蛍光体基板10cの厚みとの関係が満たされている。 Furthermore, we will explain the study conducted on the relationship between Ce concentration and spot size expansion ratio. Note that in this study, as in the above, the relationship between Ce concentration and thickness of phosphor substrate 10c shown in Figure 5B was satisfied so that the chromaticity coordinates of the output light from light source module 600 were within the above range.
図5Dは、本実施の形態に係る蛍光体基板10cのスポットサイズ拡大率との関係を示す。スポットサイズ拡大率とは、蛍光体基板10cにおける、励起光L1が入射する入射面積と透過光L2が出射する出射面積との比率を示す。より具体的には、スポットサイズ拡大率とは、出射面積/入射面積(%)で示される値である。また、出射面積とは、上記の発光スポット面積と同じ意味である。 Figure 5D shows the relationship with the spot size expansion ratio of the phosphor substrate 10c according to this embodiment. The spot size expansion ratio indicates the ratio of the incident area of the phosphor substrate 10c onto which the excitation light L1 is incident to the exit area from which the transmitted light L2 is emitted. More specifically, the spot size expansion ratio is a value expressed as the exit area/incident area (%). The exit area has the same meaning as the light-emitting spot area described above.
<Ce濃度とスポットサイズ>
図5Dが示すように、Ce濃度が高いほど、スポットサイズ拡大率が低い。また、図5Bが示すように、Ce濃度が高いほど、蛍光体基板10cの厚みが薄いため、蛍光体基板10cにおける励起光L1と波長変換光との光路が短い。このため、励起光L1と波長変換光との蛍光体基板10cにおける光散乱が抑制される。よって、Ce濃度が高いほど、スポットサイズ拡大率が大きくなることを抑制することができる。
<Ce concentration and spot size>
As shown in Fig. 5D, the higher the Ce concentration, the lower the spot size expansion ratio. Also, as shown in Fig. 5B, the higher the Ce concentration, the thinner the phosphor substrate 10c, and therefore the shorter the optical path between the excitation light L1 and the wavelength-converted light in the phosphor substrate 10c. This suppresses light scattering of the excitation light L1 and the wavelength-converted light in the phosphor substrate 10c. Therefore, the higher the Ce concentration, the more effectively the spot size expansion ratio can be suppressed.
[プロジェクタの構成]で説明するように、透過光L2の発光スポット面積が大きいと、透過光L2を集光する第1光学素子301及び第2光学素子302が巨大化し、これに従いプロジェクタ500も巨大化してしまう。これとは逆に、スポットサイズ拡大率を低くし、透過光L2の発光スポット面積を小さくすることで、プロジェクタ500をコンパクト化することができる。 As explained in [Projector Configuration], if the light emission spot area of transmitted light L2 is large, the first optical element 301 and second optical element 302 that focus transmitted light L2 will become large, and therefore the projector 500 will also become large. Conversely, by lowering the spot size expansion rate and reducing the light emission spot area of transmitted light L2, the projector 500 can be made more compact.
また、発明者らは、例えば、蛍光発光モジュール1cをプロジェクタ500に適用するためには、スポットサイズ拡大率を250%以下とする必要があることを明らかにしている。つまりは、Ce濃度が0.05%以上であるとよい。 The inventors also clarified that, for example, in order to apply the fluorescent light-emitting module 1c to the projector 500, the spot size expansion ratio needs to be 250% or less. In other words, the Ce concentration should be 0.05% or more.
<まとめ>
以上より、発明者らの検討によって、蛍光体材料は、Ce濃度が0.05%以上0.1%以下であるYAG:Ce((Y1-xCex)3Al5O12)(0.0005≦x<0.001))であるとよい。
<Summary>
From the above, the inventors have found that the phosphor material is preferably YAG:Ce((Y 1-x Ce x ) 3 Al 5 O 12 ) (0.0005≦x<0.001)) with a Ce concentration of 0.05% or more and 0.1% or less.
これにより、蛍光体基板10cが破損する可能性が低くなるため、蛍光発光モジュール1cの信頼性が高まる。また、蛍光体基板10cにおける温度消光現象を抑制することができ、光の利用効率が高い蛍光発光モジュール1cが実現される。さらに、発光装置の一例であるプロジェクタ500のコンパクト化が可能となる。 This reduces the likelihood of damage to the phosphor substrate 10c, improving the reliability of the fluorescence-emitting module 1c. It also suppresses the thermal quenching phenomenon in the phosphor substrate 10c, resulting in a fluorescence-emitting module 1c with high light utilization efficiency. Furthermore, it also makes it possible to make the projector 500, an example of a light-emitting device, more compact.
なお、Ce濃度は、0.06%以上0.09%以下であるとよりよく、0.07%以上0.08%以下であるとさらによい。 The Ce concentration is preferably 0.06% or more and 0.09% or less, and even better 0.07% or more and 0.08% or less.
[製造方法]
ここで、蛍光体基板10cの製造方法について簡単に説明する。
[Manufacturing method]
Here, a method for manufacturing the phosphor substrate 10c will be briefly described.
蛍光体材料は、(Y0.999Ce0.001)3Al5O12で表される結晶相によって構成される。また、蛍光体材料は、いずれも、Ce3+賦活蛍光体で構成される。 The phosphor material is composed of a crystalline phase represented by (Y 0.999 Ce 0.001 ) 3 Al 5 O 12. Furthermore, all of the phosphor materials are composed of a Ce 3+ activated phosphor.
蛍光体基板10cを製造するために、化合物粉末として以下の3種類が原料として使用された。具体的には、原料は、Y2O3、Al2O3及びCeO2である。それぞれの純度及び製造メーカは、Y2O3が純度3N及び日本イットリウム株式会社、Al2O3が純度3N及び住友化学株式会社、CeO2が純度3N及び日本イットリウム株式会社である。 To manufacture the phosphor substrate 10c, the following three types of compound powders were used as raw materials: Y2O3 , Al2O3 , and CeO2 . The purity and manufacturers of the raw materials were: Y2O3 , 3N purity, from Nippon Yttrium Co., Ltd.; Al2O3 , 3N purity, from Sumitomo Chemical Co., Ltd.; and CeO2 , 3N purity, from Nippon Yttrium Co., Ltd.
化学量論的組成の化合物(Y0.999Ce0.001)3Al5O12となるように、上記原料としてY2O3、Al2O3及びCeO2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。 As the raw materials, Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and CeO 2 were weighed out so as to obtain a compound with a stoichiometric composition of (Y 0.999 Ce 0.001 ) 3 Al 5 O 12. Next, the weighed raw materials and alumina balls (diameter 10 mm) were placed in a plastic pot. The amount of alumina balls was such that they filled about one-third of the volume of the plastic pot. Thereafter, pure water was placed in the plastic pot, and the raw materials and 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 mixed raw materials were granulated using a spray dryer. 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)と有底円筒形状の金型とを利用して、円柱形状に仮成型された。成型時の圧力は、5MPaとした。 The granulated mixed raw materials were pre-molded into a cylindrical shape using an electric hydraulic press (EMP-5, manufactured by Riken Seiki Co., Ltd.) and a cylindrical mold with a bottom. The molding pressure was 5 MPa.
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。 Next, the pre-molded molded body 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 then subjected to a heat treatment (binder removal treatment) to remove the adhesive (binder) used during granulation. The heat treatment temperature was 500°C, and 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。 After the heat treatment, the molded body was fired in a tubular atmosphere furnace. The firing temperature was 1675°C. The firing time was 4 hours. The firing atmosphere was a mixed gas atmosphere of nitrogen and hydrogen.
焼成後の円柱形状の焼成物は、マルチワイヤーソーを用いて、スライスされた。さらに、スライスされた焼成物が研磨され、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、蛍光体基板10cとなる。 After firing, the cylindrical fired product was sliced using a multi-wire saw. The sliced fired product was then polished to adjust the thickness of the fired product. This adjustment resulted in the fired product becoming the phosphor substrate 10c.
[プロジェクタの構成]
続いて、プロジェクタ500について説明する。以上のように構成されている蛍光発光モジュール1cは、図3が示すプロジェクタ500及び照明装置(不図示)に用いられる。図3は、本実施の形態に係るプロジェクタ500の外観を示す斜視図である。図10は、本実施の形態に係るプロジェクタ500の構成を示す模式図である。図4Aは、本実施の形態に係るプロジェクタ500における蛍光発光モジュール1cを示す模式図である。なお、図4Aにおいては、図9と同じく蛍光発光モジュール1cの一部が断面図で、2つの光出射部200が側面図で示され、回転部100の内部部品は省略して図示されている。
[Projector configuration]
Next, a projector 500 will be described. The fluorescence-emitting module 1c configured as described above is used in the projector 500 and lighting device (not shown) shown in Fig. 3. Fig. 3 is a perspective view showing the appearance of the projector 500 according to this embodiment. Fig. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the projector 500 according to this embodiment. Fig. 4A is a schematic diagram showing the fluorescence-emitting module 1c in the projector 500 according to this embodiment. Note that, like Fig. 9, Fig. 4A shows a cross-sectional view of a portion of the fluorescence-emitting module 1c, two light-emitting units 200 in side view, and the internal components of the rotating unit 100 are omitted.
図10が示すように、本実施の形態に係るプロジェクタ500は、光源モジュール600を備える。また、プロジェクタ500は、公知のプロジェクタと同様、均一化光学系601、表示素子部602、投光部603、及び、表示素子部602を制御する制御回路604を備える。均一化光学系601は、2枚のマルチレンズアレイ(MLA)によって構成されている。表示素子部602は、蛍光発光モジュール1cから出力され、均一化光学系601を経た透過光L2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、表示素子部602は、映像用の光を生成する。表示素子部602は、具体的には、透過型液晶パネルである。表示素子部602は、透過光L2を赤色光、緑色光及び青色光に分離する。その後、分離された赤色光、緑色光及び青色光は、それぞれに対応した表示素子部602によって、それぞれ光学変調される。この結果、映像が生成され、赤色光、緑色光及び青色光は、RGB合成部であるクロスプリズム(不図示)にて波長合成される。投光部603は、テッサー型である。蛍光発光モジュール1cから出力された透過光L2は、均一化光学系601、表示素子部602及び投光部603によって、この順に制御され、例えばスクリーンなどに拡大投射される投射光となる。制御回路604は、表示素子部602を制御する回路であり、例えば、マイクロコンピュータによって実現されるが、プロセッサによって実現されてもよい。ただし、本構成に限定されるものではなく、均一化光学系601はライトパイプなどのカレイドスコープ系の構造物でもよい。また、投影像の均一性が不要なプロジェクタ及び発光装置では、均一化光学系601は設けられていなくてもよい。表示素子部602は、DMD(Digital Micromirror Device)及びLCOS(Liquid crystal on silicon)でもよい。また、例えば、表示素子部602は、反射型液晶パネルであってもよく、DMDを有するDLP(Digital Light Processing)であってもよい。時分割方式及び白黒方式のプロジェクタ及び発光装置では、透過光L2が赤色光、緑色光及び青色光に分離されなくてもよい。投光部603はガウス型など、他の形式でもよい。 As shown in FIG. 10 , the projector 500 according to this embodiment includes a light source module 600. Similar to known projectors, the projector 500 also includes a homogenizing optical system 601, a display element unit 602, a light projecting unit 603, and a control circuit 604 that controls the display element unit 602. The homogenizing optical system 601 is composed of two multi-lens arrays (MLAs). The display element unit 602 is a substantially planar element that controls the transmitted light L2 that is output from the fluorescence emitting module 1c and passes through the homogenizing optical system 601 to output it as an image. In other words, the display element unit 602 generates light for the image. Specifically, the display element unit 602 is a transmissive liquid crystal panel. The display element unit 602 separates the transmitted light L2 into red light, green light, and blue light. The separated red light, green light, and blue light are then optically modulated by the corresponding display element units 602. As a result, an image is generated, and the red, green, and blue lights are wavelength-combined by a cross prism (not shown), which serves as an RGB combining unit. The light projecting unit 603 is a Tessar type. The transmitted light L2 output from the fluorescence light-emitting module 1c is controlled, in this order, by the homogenizing optical system 601, the display element unit 602, and the light projecting unit 603, to become projected light that is enlarged and projected onto, for example, a screen. The control circuit 604 controls the display element unit 602 and is realized, for example, by a microcomputer, but may also be realized by a processor. However, this configuration is not limited to this, and the homogenizing optical system 601 may also be a kaleidoscope-type structure such as a light pipe. Furthermore, projectors and light-emitting devices that do not require uniformity in the projected image may not have the homogenizing optical system 601. The display element unit 602 may be a DMD (Digital Micromirror Device) or LCOS (Liquid Crystal on Silicon). Furthermore, for example, the display element unit 602 may be a reflective liquid crystal panel or a DLP (Digital Light Processing) with a DMD. In time-division and monochrome projectors and light-emitting devices, the transmitted light L2 does not need to be separated into red, green, and blue light. The light-projecting unit 603 may be of another type, such as a Gaussian type.
さらに、光源モジュール600は、蛍光発光モジュール1cと、第1光学素子301と、第2光学素子302と、第3光学素子303とを備える光学モジュールである。つまり、発光装置の一例であるプロジェクタ500は、蛍光発光モジュール1cを備える。 Furthermore, the light source module 600 is an optical module including a fluorescent light-emitting module 1c, a first optical element 301, a second optical element 302, and a third optical element 303. In other words, the projector 500, which is an example of a light-emitting device, includes the fluorescent light-emitting module 1c.
第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303は、蛍光発光モジュール1cから出力された透過光L2の光路を制御するための光学部品である。一例として、第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303のそれぞれは、透過光L2を集光するためのレンズである。上述のように、蛍光体基板10cの厚みが厚いほど、散乱により透過光L2の発光スポット面積が大きくなってしまう。この場合、第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303が巨大化し、これに従いプロジェクタ500も巨大化してしまう。そのため、透過光L2の発光スポット面積の制御、つまりは、蛍光体基板10cの厚みの制御が求められる。 The first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 are optical components for controlling the optical path of the transmitted light L2 output from the fluorescence-emitting module 1c. As an example, each of the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 is a lens for focusing the transmitted light L2. As described above, the thicker the phosphor substrate 10c, the larger the emission spot area of the transmitted light L2 due to scattering. In this case, the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 become larger, and accordingly, the projector 500 also becomes larger. Therefore, it is necessary to control the emission spot area of the transmitted light L2, that is, to control the thickness of the phosphor substrate 10c.
上記記載のように、第4光学素子304は、2つの光出射部200から出力された励起光L1の光路を集光して制御する。 As described above, the fourth optical element 304 focuses and controls the optical path of the excitation light L1 output from the two light emitting units 200.
続いて、図4Aにおける光の挙動について説明する。 Next, we will explain the behavior of light in Figure 4A.
光出射部200によって出射された励起光L1は、第4光学素子304を介して、青透過ダイクロイック多層膜40に入射する。さらに励起光L1は、蛍光体基板10cに入射する。入射した励起光L1の一部は、蛍光体材料によって波長変換されて蛍光として、蛍光体基板10cを透過する。また、入射した励起光L1の他部は、蛍光体材料によって波長変換されずに、蛍光体基板10cを透過する。蛍光体基板10cを透過した透過光L2は、黄色光である蛍光と波長変換されていない青色光である励起光L1とを含む複合された光であり、白色光である。透過光L2は、反射防止層30に入射する。さらに、透過光L2は、蛍光発光モジュール1c(より具体的には蛍光体基板10c)から略ランバーシアン配光で出射される。 Excitation light L1 emitted by the light emitting unit 200 enters the blue-transmitting dichroic multilayer film 40 via the fourth optical element 304. The excitation light L1 then enters the phosphor substrate 10c. A portion of the incident excitation light L1 is wavelength-converted by the phosphor material and passes through the phosphor substrate 10c as fluorescence. The other portion of the incident excitation light L1 passes through the phosphor substrate 10c without being wavelength-converted by the phosphor material. The transmitted light L2 that passes through the phosphor substrate 10c is a composite light containing yellow fluorescence and unwavelength-converted blue excitation light L1, and is white light. The transmitted light L2 enters the anti-reflection layer 30. The transmitted light L2 then exits the fluorescence-emitting module 1c (more specifically, the phosphor substrate 10c) with a substantially Lambertian light distribution.
蛍光発光モジュール1cから出射された透過光L2は、第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303によって集光されて出射される。なお、第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303は、蛍光発光モジュール1cから出射された透過光L2を集光しなくてもよい。例えば、第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303は、出射された透過光L2を略コリメート又は弱拡大放射してもよい。第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303から出射された透過光L2の放射角が、蛍光発光モジュール1cが用いられるプロジェクタ500及び照明装置において、効率よく光伝達できる放射角であればよい。 Transmitted light L2 emitted from the fluorescence-emitting module 1c is collected and emitted by the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303. Note that the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 do not have to collect the transmitted light L2 emitted from the fluorescence-emitting module 1c. For example, the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 may substantially collimate or weakly expand and radiate the emitted transmitted light L2. It is sufficient that the radiation angle of the transmitted light L2 emitted from the first optical element 301, the second optical element 302, and the third optical element 303 is a radiation angle that allows efficient light transmission in the projector 500 and lighting device in which the fluorescence-emitting module 1c is used.
第1光学素子301、第2光学素子302及び第3光学素子303から出射された透過光L2(つまりは光源モジュール600の出力光)は、均一化光学系601へと向かう。上記のように、光源モジュール600から出力された透過光L2は、均一化光学系601、表示素子部602及び投光部603の順に制御され、スクリーンに拡大投射される投射光となる。つまり、透過光L2は、プロジェクタ500が出力する投射光として利用される光である。 Transmitted light L2 (i.e., output light from the light source module 600) emitted from the first optical element 301, second optical element 302, and third optical element 303 travels toward the homogenizing optical system 601. As described above, transmitted light L2 output from the light source module 600 is controlled in the order of the homogenizing optical system 601, display element unit 602, and light projecting unit 603, and becomes projected light that is enlarged and projected onto a screen. In other words, transmitted light L2 is light that is used as projection light output by the projector 500.
また、本実施の形態においては、励起光L1の一部は、蛍光体材料によって波長変換されて、蛍光体基板10cを透過する。励起光L1の他部は、蛍光体材料によって波長変換されずに、蛍光体基板10cを透過する。このように、蛍光体基板10cを透過した透過光L2を例えば投射光として利用することができる。つまりは、光透過型の蛍光体ホイールとして利用可能な蛍光発光モジュール1cが実現される。 Furthermore, in this embodiment, a portion of the excitation light L1 is wavelength-converted by the phosphor material and passes through the phosphor substrate 10c. The other portion of the excitation light L1 passes through the phosphor substrate 10c without being wavelength-converted by the phosphor material. In this way, the transmitted light L2 that passes through the phosphor substrate 10c can be used, for example, as projection light. In other words, a fluorescence-emitting module 1c that can be used as a light-transmitting phosphor wheel is realized.
また、本実施の形態においては、発光装置の一例であるプロジェクタ500は、光の利用効率の高い蛍光発光モジュール1cを備えている。よって、光の利用効率の高いプロジェクタ500が実現される。 Furthermore, in this embodiment, the projector 500, which is an example of a light-emitting device, is equipped with a fluorescent light-emitting module 1c that has high light utilization efficiency. Therefore, the projector 500 has high light utilization efficiency.
<配置>
上記の通り、蛍光体基板10cから、透過光L2は、略ランバーシアン配光で射出される。蛍光体基板10cから略ランバーシアン配光で出射された透過光L2が効率よく制御されるために、第1光学素子301を蛍光体基板10cに近づけて配置する必要がある。一方、第4光学素子304は、励起光L1を蛍光体基板10c上で集光できればよいため、蛍光体基板10cから第4光学素子304の出射面までの距離は、蛍光体基板10cから第1光学素子301の入射側面までの距離よりも大きくすることができる。(例えばこのとき、蛍光体基板10c上での、励起光L1のスポットサイズは、透過光L2のスポットサイズよりも小さい。)よって、回転部100と光学素子(第1光学素子301、第2光学素子302、第3光学素子303及び第4光学素子304)とが干渉しない様に、回転部100は、蛍光体基板10cのz軸負方向に設置するとよい。
<Placement>
As described above, the transmitted light L2 is emitted from the phosphor substrate 10c with a substantially Lambertian light distribution. In order to efficiently control the transmitted light L2 emitted from the phosphor substrate 10c with a substantially Lambertian light distribution, it is necessary to arrange the first optical element 301 close to the phosphor substrate 10c. On the other hand, since it is only necessary for the fourth optical element 304 to focus the excitation light L1 on the phosphor substrate 10c, the distance from the phosphor substrate 10c to the exit surface of the fourth optical element 304 can be made greater than the distance from the phosphor substrate 10c to the incident side surface of the first optical element 301. (For example, in this case, the spot size of the excitation light L1 on the phosphor substrate 10c is smaller than the spot size of the transmitted light L2.) Therefore, it is preferable to install the rotating unit 100 in the negative direction of the z-axis of the phosphor substrate 10c so that there is no interference between the rotating unit 100 and the optical elements (first optical element 301, second optical element 302, third optical element 303, and fourth optical element 304).
(実施の形態2)
[蛍光発光モジュールの構成]
次に、実施の形態2に係る蛍光発光モジュール1について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1の斜視図である。図2は、図1のII-II線における蛍光発光モジュール1の一部の切断面を示す断面図である。
(Embodiment 2)
[Configuration of the fluorescence emission module]
Next, a fluorescence-emitting module 1 according to a second embodiment will be described with reference to Figures 1 and 2. Figure 1 is a perspective view of the fluorescence-emitting module 1 according to the present embodiment. Figure 2 is a cross-sectional view showing a cut surface of part of the fluorescence-emitting module 1 taken along line II-II in Figure 1.
蛍光発光モジュール1は、焼結蛍光体によって構成されている蛍光体基板10と、反射防止層30と、青透過ダイクロイック多層膜40と、回転部100と、2つの光出射部200とを備えるモジュールである。なお、簡単のため、図1及び図2においては、1つの光出射部200が記載されている。 The fluorescent light-emitting module 1 is a module comprising a phosphor substrate 10 made of sintered phosphor, an anti-reflection layer 30, a blue-transmitting dichroic multilayer film 40, a rotating section 100, and two light-emitting sections 200. For simplicity, only one light-emitting section 200 is shown in Figures 1 and 2.
つまり、本実施の形態においては、蛍光体基板10が、蛍光体材料と、高熱伝導材料とを有する焼結蛍光体によって構成されている点が、実施の形態1に係る蛍光体基板10cとは異なる。 In other words, in this embodiment, the phosphor substrate 10 is different from the phosphor substrate 10c according to embodiment 1 in that it is made of a sintered phosphor containing a phosphor material and a highly thermally conductive material.
<蛍光体基板の説明>
蛍光体基板10は、蛍光体材料と高熱伝導材料とを有する焼結蛍光体によって構成されている基板であり、上述の通り円形状を有する基板である。つまり、蛍光体基板10は、平面を有する円板形状である。具体的には、ここでは、蛍光体基板10は焼結蛍光体のみによって構成されている基板であり、焼結蛍光体は主成分である蛍光体材料及び高熱伝導材料のみを有する。
<Explanation of phosphor substrate>
The phosphor substrate 10 is a substrate constituted by a sintered phosphor having a phosphor material and a high thermal conductivity material, and is a substrate having a circular shape as described above. That is, the phosphor substrate 10 is a disk shape having a flat surface. Specifically, here, the phosphor substrate 10 is a substrate constituted only by a sintered phosphor, and the sintered phosphor has only the phosphor material and the high thermal conductivity material as main components.
より具体的には、図2が示すように、蛍光体基板10は、蛍光構造体11と、複数の熱伝導構造体12とによって構成されている。蛍光構造体11は、焼結蛍光体が有する蛍光体材料によって構成されている構造体である。複数の熱伝導構造体12は、焼結蛍光体が有する高熱伝導材料によって構成されている複数の構造体である。 More specifically, as shown in FIG. 2, the phosphor substrate 10 is composed of a fluorescent structure 11 and multiple heat conduction structures 12. The fluorescent structure 11 is a structure composed of the fluorescent material contained in the sintered phosphor. The multiple heat conduction structures 12 are multiple structures composed of the highly thermally conductive material contained in the sintered phosphor.
なお、ここで本実施の形態における焼結蛍光体について説明する。 Now, we will explain the sintered phosphor used in this embodiment.
焼結蛍光体とは、上記の主成分である蛍光体材料及び高熱伝導材料(一例として、これら材料の原料粉が造粒された造粒体)の原料粉が、これら材料の融点よりも低い温度で焼成された焼成体である。また、焼結蛍光体は、焼成の過程での原料粉同士が結合される。そのため、焼結蛍光体は、造粒体同士を結合させるための結合剤をほとんど必要としない。より具体的には、焼結蛍光体は、結合剤を一切必要としない。結合剤とは、一例として、上記の特許文献1では、透明樹脂である。また、結合剤とは、Al2O3材料、及び、ガラス材料(つまりはSiOd(0<d≦2))などが公知の材料として用いられている。なお、同様に、結合剤に限られず、焼結蛍光体は、焼結蛍光体が有する蛍光体材料及び高熱伝導材料以外の材料(以下その他材料)をほとんど必要とせず、より具体的には、その他材料を一切必要としない。 A sintered phosphor is a fired body obtained by firing raw material powders of the above-mentioned main components, the phosphor material and the high thermal conductivity material (for example, granules formed by granulating the raw material powders of these materials), at a temperature lower than the melting point of these materials. In addition, in the sintered phosphor, the raw material powders are bonded together during the firing process. Therefore, the sintered phosphor hardly requires a binder for bonding the granules together. More specifically, the sintered phosphor does not require any binder at all. As an example, the binder in the above Patent Document 1 is a transparent resin. Furthermore, known materials used as the binder include Al 2 O 3 material and glass material (i.e., SiO d (0 < d ≦ 2)). Similarly, the sintered phosphor is not limited to a binder, and hardly requires any materials (hereinafter referred to as other materials) other than the phosphor material and high thermal conductivity material contained in the sintered phosphor, and more specifically, does not require any other materials at all.
例えば、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料及び高熱伝導材料の合計の体積が70vol%以上であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料及び高熱伝導材料の合計の体積が、80vol%以上であるとよりよく、90vol%以上であるとさらによく、95vol%以上であるとさらによりよくなる。 For example, when the total volume of the sintered phosphor is taken as 100 vol%, it is preferable that the total volume of the phosphor material and high thermal conductivity material in the total volume of the sintered phosphor be 70 vol% or more. Furthermore, it is better if the total volume of the phosphor material and high thermal conductivity material in the total volume of the sintered phosphor is 80 vol% or more, even better if it is 90 vol% or more, and even better if it is 95 vol% or more.
なお、換言すると、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料(例えば結合剤)の体積が30vol%未満であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料(例えば結合剤)の体積が、20vol%以下であるとよりよく、10vol%以下であるとさらによく、5vol%以下であるとさらによりよくなる。 In other words, when the total volume of the sintered phosphor is taken as 100 vol%, it is preferable that the volume of other materials (e.g., binder) in the total volume of the sintered phosphor be less than 30 vol%. Furthermore, it is better that the volume of other materials (e.g., binder) in the total volume of the sintered phosphor be 20 vol% or less, even better that it be 10 vol% or less, and even better that it be 5 vol% or less.
<高熱伝導材料>
つぎに、高熱伝導材料によって構成される複数の熱伝導構造体12について説明する。高熱伝導材料の形状、より具体的には、複数の熱伝導構造体12のそれぞれの形状は、例えば、粒子形状である。高熱伝導材料によって構成されている複数の熱伝導構造体12は、蛍光体基板10において、蛍光構造体11に周囲を覆われるように配置されている。また、図示されないが、複数の熱伝導構造体12は、蛍光構造体11から複数の熱伝導構造体12の一部が突出するように配置されていてもよい。蛍光構造体11は、複数の熱伝導構造体12にとって、母材の役割を担う。つまり、複数の熱伝導構造体12は、蛍光構造体11に埋設されている。複数の熱伝導構造体12のうち一部は、複数の熱伝導構造体12同士が接している状態、所謂数珠繋がりの状態である。粒子形状である複数の熱伝導構造体12のそれぞれの粒子径は、一例として1μm以上100μm以下である。
<High thermal conductivity materials>
Next, the multiple heat conduction structures 12 made of a highly thermally conductive material will be described. The shape of the highly thermally conductive material, more specifically, the shape of each of the multiple heat conduction structures 12, is, for example, a particulate shape. The multiple heat conduction structures 12 made of a highly thermally conductive material are arranged on the phosphor substrate 10 so as to be surrounded by the fluorescent structure 11. Although not shown, the multiple heat conduction structures 12 may be arranged so that a portion of each of the multiple heat conduction structures 12 protrudes from the fluorescent structure 11. The fluorescent structure 11 serves as a base material for the multiple heat conduction structures 12. In other words, the multiple heat conduction structures 12 are embedded in the fluorescent structure 11. Some of the multiple heat conduction structures 12 are in contact with each other, i.e., in a so-called string-like state. The particle diameter of each of the multiple heat conduction structures 12, which is in a particulate shape, is, for example, 1 μm or more and 100 μm or less.
励起光L1の照射により蛍光体基板10の温度が高くなると、発生する蛍光が減少する現象(所謂、温度消光現象)が起こることが知られている。例えば、特許文献1に開示される蛍光発光モジュールで温度消光現象が起こると、蛍光発生部から出射される蛍光が減少するため、蛍光発光モジュールの光の利用効率が低下するなどの課題が発生する。 It is known that when the temperature of the phosphor substrate 10 increases due to irradiation with excitation light L1, a phenomenon occurs in which the amount of fluorescence generated decreases (known as thermal quenching). For example, when thermal quenching occurs in the fluorescence-emitting module disclosed in Patent Document 1, the amount of fluorescence emitted from the fluorescence generating unit decreases, resulting in problems such as a decrease in the light utilization efficiency of the fluorescence-emitting module.
しかし、本実施の形態においては、焼結蛍光体が高熱伝導材料を有するため、蛍光の減少が抑制される。具体的には、以下の通りである。 However, in this embodiment, the sintered phosphor contains a highly thermally conductive material, which suppresses the decrease in fluorescence. Specifically, this is as follows:
高熱伝導材料は、熱伝導率が100W/m・K以上300W/m・K以下である材料であり、YAG:Ceなどの蛍光体材料に比べ、熱伝導率が高い。また、高熱伝導材料の熱伝導率は、130W/m・K以上200W/m・K以下であるとよりよく、145W/m・K以上170W/m・K以下であるとさらによい。蛍光体基板10を構成する焼結蛍光体が高熱伝導材料を有することで、蛍光体基板10において発生した熱が移動しやすくなる。換言すると、蛍光体基板10の放熱性が高まる。これにより、励起光L1の照射による蛍光体基板10の温度の上昇を抑制できるため、蛍光の減少が抑制される。つまりは、光の利用効率が高い蛍光発光モジュール1が実現される。さらに、蛍光の減少が抑制されるので、透過光L2の色度変化を抑制することができる。よって、信頼性が高い蛍光発光モジュール1が実現される。 A high-thermal-conductivity material is a material with a thermal conductivity of 100 W/m·K or more and 300 W/m·K or less, and has a higher thermal conductivity than phosphor materials such as YAG:Ce. Furthermore, the thermal conductivity of a high-thermal-conductivity material is preferably 130 W/m·K or more and 200 W/m·K or less, and even more preferably 145 W/m·K or more and 170 W/m·K or less. When the sintered phosphor constituting the phosphor substrate 10 contains a high-thermal-conductivity material, heat generated in the phosphor substrate 10 is easily transferred. In other words, the heat dissipation properties of the phosphor substrate 10 are improved. This suppresses the temperature rise of the phosphor substrate 10 due to irradiation with excitation light L1, thereby suppressing the decrease in fluorescence. In other words, a fluorescence-emitting module 1 with high light utilization efficiency is realized. Furthermore, because the decrease in fluorescence is suppressed, changes in the chromaticity of the transmitted light L2 can be suppressed. This results in a highly reliable fluorescence-emitting module 1.
さらに、複数の熱伝導構造体12のそれぞれの形状が粒子形状であり、さらに、複数の熱伝導構造体12同士が接している場合には、当該熱が複数の熱伝導構造体12をより伝わりやすくなるため、蛍光体基板10の放熱性をより高めることができる。 Furthermore, if each of the multiple heat conduction structures 12 has a particle shape and the multiple heat conduction structures 12 are in contact with each other, the heat is more easily transmitted through the multiple heat conduction structures 12, thereby further improving the heat dissipation properties of the phosphor substrate 10.
<高熱伝導材料の種類>
本実施の形態に係る高熱伝導材料はWにより構成されているが、他の例として、熱伝導率、融点及び線膨張係数の観点から、以下の金属元素などから構成されているとよい。
<Types of high thermal conductive materials>
The high thermal conductivity material according to this embodiment is made of W, but as another example, it may be made of the following metal elements in terms of thermal conductivity, melting point, and linear expansion coefficient.
高熱伝導材料は、例えば、Rh、Mo、W、SiC及びAlNのうち少なくとも1つを含む材料である。また、高熱伝導材料は、上記材料から選ばれる1つ以上の金属元素、合金又は化合物により構成されているとよい。それぞれの元素の熱伝導率は、Rhが150W/m・K、Moが135W/m・K、Wが163W/m・K、SiCが200W/m・K、AlNが150W/m・Kである。 The high thermal conductivity material is, for example, a material containing at least one of Rh, Mo, W, SiC, and AlN. It is also preferable that the high thermal conductivity material be composed of one or more metal elements, alloys, or compounds selected from the above materials. The thermal conductivity of each element is 150 W/m·K for Rh, 135 W/m·K for Mo, 163 W/m·K for W, 200 W/m·K for SiC, and 150 W/m·K for AlN.
これら高熱伝導材料の熱伝導率は、蛍光体材料を構成するYAG:Ceの熱伝導率である11.2W/m・Kよりも高い。そのため、焼結蛍光体がこれら高熱伝導材料を有することで、蛍光体基板10の放熱性を高めることができる。 The thermal conductivity of these high thermal conductive materials is higher than the thermal conductivity of 11.2 W/m·K of the YAG:Ce that constitutes the phosphor material. Therefore, by including these high thermal conductive materials in the sintered phosphor, the heat dissipation properties of the phosphor substrate 10 can be improved.
さらに、常圧における高熱伝導材料の融点は、1700℃以上3500℃以下であるとよい。例えば、上記金属元素及び化合物のそれぞれの常圧における融点は、Rhが1963℃、Moが2623℃、Wが3422℃、SiCが2730℃、AlNが2200℃である。蛍光体基板10が製造される際に、高温(例えば1650℃)で加熱処理(焼成)される場合がある。このような場合においても、常圧における高熱伝導材料の融点が1700℃以上であることで、当該加熱処理中に高熱伝導材料が溶解することが抑制される。そのため、蛍光体材料と高熱伝導材料とを有する焼結蛍光体によって構成される蛍光体基板10を容易に製造することができる。 Furthermore, the melting point of the high thermal conductivity material at atmospheric pressure is preferably 1700°C or higher and 3500°C or lower. For example, the melting points of the above metal elements and compounds at atmospheric pressure are 1963°C for Rh, 2623°C for Mo, 3422°C for W, 2730°C for SiC, and 2200°C for AlN. When manufacturing the phosphor substrate 10, it may be heated (fired) at a high temperature (e.g., 1650°C). Even in such cases, since the melting point of the high thermal conductivity material at atmospheric pressure is 1700°C or higher, melting of the high thermal conductivity material during the heat treatment is suppressed. Therefore, phosphor substrate 10 composed of a sintered phosphor containing a phosphor material and a high thermal conductivity material can be easily manufactured.
<熱膨張係数>
また、高熱伝導材料の線膨張係数は、1×10-7/K以下であるとよい。また、高熱伝導材料の線膨張係数は、1×10-6/K以上であるとよい。つまり、高熱伝導材料の線膨張係数は、蛍光体材料の線膨張係数(YAG:Ceの線膨張係数は8×10-6/K)と近い値となる。例えば、上記金属元素及び化合物の線膨張係数は、Rhが8.2×10-6/K、Moが4.8×10-6/K、Wが4.5×10-6/K、SiCが3.7×10-6/K、AlNが4.0×10-6/Kである。
<Coefficient of thermal expansion>
The linear expansion coefficient of the high thermal conductivity material is preferably 1×10 −7 /K or less. The linear expansion coefficient of the high thermal conductivity material is preferably 1×10 −6 /K or more. In other words, the linear expansion coefficient of the high thermal conductivity material is close to the linear expansion coefficient of the phosphor material (the linear expansion coefficient of YAG:Ce is 8×10 −6 /K). For example, the linear expansion coefficients of the above metal elements and compounds are 8.2×10 −6 /K for Rh, 4.8×10 −6 /K for Mo, 4.5×10 −6 /K for W, 3.7×10 −6 /K for SiC, and 4.0×10 −6 /K for AlN.
高熱伝導材料の線膨張係数は、上記値であることで、蛍光体材料の線膨張係数と近い値となる。そのため、励起光L1の照射により蛍光体基板10の温度が高くなっても、蛍光体材料と高熱伝導材料との剥離が抑制される。つまりは、信頼性が高い蛍光発光モジュール1が実現される。 When the linear expansion coefficient of the high thermal conductivity material is the above value, it becomes close to the linear expansion coefficient of the phosphor material. Therefore, even if the temperature of the phosphor substrate 10 increases due to irradiation with excitation light L1, peeling between the phosphor material and the high thermal conductivity material is suppressed. In other words, a highly reliable fluorescent light-emitting module 1 is realized.
<まとめ>
以上まとめると、高熱伝導材料がRh、Mo、W、SiC及びAlNのいずれかであることで、高熱伝導材料の熱伝導率、線膨張係数及び融点が上記値を満たす。よって、蛍光体基板10の放熱性が高まり、かつ、蛍光体材料と高熱伝導材料との剥離が抑制される。つまりは、光の利用効率が高く、かつ、信頼性が高い蛍光発光モジュール1が実現される。また、蛍光体基板10の製造工程で、高熱伝導材料が溶解することが抑制されるため、蛍光体基板10を容易に製造することができる。
<Summary>
In summary, when the high thermal conductivity material is any of Rh, Mo, W, SiC, and AlN, the thermal conductivity, linear expansion coefficient, and melting point of the high thermal conductivity material satisfy the above-mentioned values. This improves the heat dissipation of the phosphor substrate 10 and prevents peeling between the phosphor material and the high thermal conductivity material. This means that a highly reliable fluorescent light-emitting module 1 with high light utilization efficiency is achieved. Furthermore, since the high thermal conductivity material is prevented from melting during the manufacturing process of the phosphor substrate 10, the phosphor substrate 10 can be easily manufactured.
<高熱伝導材料の比率>
また、蛍光体基板10における、蛍光体材料及び高熱伝導材料の比率は、一例として以下の通りである。蛍光体材料の体積を100とした場合に、高熱伝導材料の体積が1以上数十以下であるとよい。高熱伝導材料の体積が大きいほど、蛍光体基板10の放熱性を高めることができる。高熱伝導材料の体積が上記範囲内であることで、充分な蛍光体基板10の放熱性を達成することができる。
<Ratio of high thermal conductive materials>
The ratio of the phosphor material and the high thermal conductivity material in the phosphor substrate 10 is, for example, as follows: When the volume of the phosphor material is taken as 100, the volume of the high thermal conductivity material is preferably between 1 and several tens. The larger the volume of the high thermal conductivity material, the more the heat dissipation of the phosphor substrate 10 can be improved. When the volume of the high thermal conductivity material is within the above range, sufficient heat dissipation of the phosphor substrate 10 can be achieved.
<高熱伝導セグメント化>
また、本実施の形態に係る蛍光体基板10は、第1領域21と第2領域22とを有している。つまり、本実施の形態に係る蛍光体基板10は、第1領域21と第2領域22とにセグメント化されている。より具体的には、平面視で蛍光体基板10は、第1領域21と複数の第2領域22とを有している。なお、図1においては、第1領域21にはドットが付されており、図2においては、第1領域21は一点鎖線で、複数の第2領域22は二点鎖線で囲まれた矩形の領域である。
<High thermal conductivity segmentation>
Furthermore, the phosphor substrate 10 according to this embodiment has a first region 21 and a second region 22. That is, the phosphor substrate 10 according to this embodiment is segmented into the first region 21 and the second region 22. More specifically, in a plan view, the phosphor substrate 10 has the first region 21 and a plurality of second regions 22. Note that in Fig. 1, the first region 21 is indicated by a dot, and in Fig. 2, the first region 21 is indicated by a dashed line, and the plurality of second regions 22 are rectangular regions surrounded by dashed double-dot lines.
第1領域21と複数の第2領域22とにおいては、高熱伝導材料の含有量が異なる。複数の第2領域22は、第1領域21よりも高熱伝導材料の含有量が多い領域である。つまり、第1領域21は、複数の第2領域22よりも高熱伝導材料の含有量が少なければよく、本実施の形態に係る第1領域21は高熱伝導材料を含有していない。しかし、第1領域21は、高熱伝導材料を含有してもよい。また、光出射部200によって出射された励起光L1は、第1領域21に入射する。 The first region 21 and the multiple second regions 22 have different amounts of high thermal conductivity material. The multiple second regions 22 have a higher amount of high thermal conductivity material than the first region 21. In other words, the first region 21 only needs to have a lower amount of high thermal conductivity material than the multiple second regions 22, and the first region 21 in this embodiment does not contain high thermal conductivity material. However, the first region 21 may contain high thermal conductivity material. Furthermore, the excitation light L1 emitted by the light emitting unit 200 is incident on the first region 21.
励起光L1が高熱伝導材料(より具体的には、高熱伝導材料により構成された複数の熱伝導構造体12)に入射すると、励起光L1が複数の熱伝導構造体12により光散乱されたり吸収されたりするため、発生する蛍光が減少する。よって、蛍光体基板10が第1領域21と複数の第2領域22とを有する場合に、励起光L1が高熱伝導材料の含有量がより少ない第1領域21に入射するときには、第1領域21で発生する蛍光が増加する。つまりは、蛍光発光モジュール1の光の利用効率をより高めることができる。なお、第1領域21は、高熱伝導材料を含有していないとよい。これにより、蛍光体材料による波長変換の効率を高めることができる。 When excitation light L1 is incident on a highly thermally conductive material (more specifically, multiple thermally conductive structures 12 made of highly thermally conductive material), the excitation light L1 is scattered or absorbed by the multiple thermally conductive structures 12, resulting in a decrease in the amount of fluorescence generated. Therefore, if the phosphor substrate 10 has a first region 21 and multiple second regions 22, when excitation light L1 is incident on the first region 21, which contains a smaller amount of highly thermally conductive material, the amount of fluorescence generated in the first region 21 increases. In other words, the light utilization efficiency of the fluorescence light-emitting module 1 can be further improved. It is preferable that the first region 21 does not contain a highly thermally conductive material. This increases the efficiency of wavelength conversion by the phosphor material.
また、図1が示すように、蛍光体基板10を平面視したときに、第1領域21の形状は円環形状であり、当該円環形状の中心は蛍光体基板10の中心点C1と重なる。第1領域21は、蛍光体基板10の中心点C1からの距離が等しい円周上に円形のリング形状に設けられている。つまり、第1領域21は、平面視において周方向に沿う帯状に設けられている。 As shown in FIG. 1, when the phosphor substrate 10 is viewed in a plan view, the first region 21 has an annular shape, and the center of the annular shape overlaps with the center point C1 of the phosphor substrate 10. The first region 21 is provided in a circular ring shape on a circumference that is equidistant from the center point C1 of the phosphor substrate 10. In other words, the first region 21 is provided in a band shape along the circumferential direction in a plan view.
第1領域21の形状が上記形状であるため、回転部100が蛍光体基板10を軸A1を中心としてより容易に回転させることができる。つまり、蛍光体基板10を蛍光体ホイールとして利用することがより容易になる。 Because the first region 21 has the above-described shape, the rotating unit 100 can more easily rotate the phosphor substrate 10 around the axis A1. In other words, it becomes easier to use the phosphor substrate 10 as a phosphor wheel.
さらに、蛍光体基板10を平面視したときに、複数の第2領域22は、第1領域21の形状である円環形状の内側と外側とに設けられる。なお、複数の第2領域22のうち内側に設けられた第2領域22を「内側の第2領域22」、複数の第2領域22のうち外側に設けられた第2領域22を「外側の第2領域22」と記載する。 Furthermore, when the phosphor substrate 10 is viewed in plan, the multiple second regions 22 are provided on the inside and outside of the annular shape of the first region 21. The second region 22 provided on the inside of the multiple second regions 22 will be referred to as the "inner second region 22," and the second region 22 provided on the outside of the multiple second regions 22 will be referred to as the "outer second region 22."
内側の第2領域22の形状は円板形状であり、当該円板形状の中心は蛍光体基板10の中心点C1と重なる。内側の第2領域22は、第1領域21の内側面と接している。また、外側の第2領域22の形状は第1領域21と同じく円環形状であり、当該円環形状の中心は蛍光体基板10の中心点C1と重なる。外側の第2領域22は、第1領域21の外側面と接している。つまり、第1領域21は、内側の第2領域22と外側の第2領域22とによって挟まれている。 The inner second region 22 is disc-shaped, and the center of the disc overlaps with the center point C1 of the phosphor substrate 10. The inner second region 22 is in contact with the inner surface of the first region 21. The outer second region 22 is annular, like the first region 21, and the center of the annular shape overlaps with the center point C1 of the phosphor substrate 10. The outer second region 22 is in contact with the outer surface of the first region 21. In other words, the first region 21 is sandwiched between the inner second region 22 and the outer second region 22.
このとき、励起光L1の照射により第1領域21で発生した熱は、第1領域21を挟む2つの第2領域22の両方に移動することができる。この場合、例えば蛍光発光モジュール1が第1領域21の内側又は外側の一方のみに第2領域22を有する場合と比べて、蛍光体基板10の放熱性を高めることができる。これにより、蛍光体基板10の温度の上昇を抑制できるため、蛍光の減少がより抑制される。 At this time, the heat generated in the first region 21 by irradiation with the excitation light L1 can be transferred to both of the two second regions 22 that sandwich the first region 21. In this case, the heat dissipation properties of the phosphor substrate 10 can be improved compared to, for example, a case in which the fluorescence-emitting module 1 has a second region 22 only on either the inside or outside of the first region 21. This makes it possible to suppress the rise in temperature of the phosphor substrate 10, thereby further suppressing the decrease in fluorescence.
さらに図1及び図2が示すように、蛍光体基板10は、他の構成要素によって支持されることを必要としない。つまり、蛍光体基板10は、リジッドな性質を有する。蛍光構造体11が焼結蛍光体であり、かつ、蛍光体基板10の厚みが上記範囲にあることで、蛍光体基板10はリジッドな性質を有する。また、特許文献1に開示されている蛍光体と透明樹脂とを含む塗料によって形成される蛍光発生部などと比較し、本実施の形態に係る蛍光体基板10は、はるかにリジッドな性質を有する。 Furthermore, as shown in Figures 1 and 2, the phosphor substrate 10 does not need to be supported by other components. In other words, the phosphor substrate 10 has rigid properties. Since the fluorescent structure 11 is a sintered phosphor and the thickness of the phosphor substrate 10 is within the above range, the phosphor substrate 10 has rigid properties. Furthermore, compared to the fluorescence generating section formed from a paint containing a phosphor and a transparent resin, as disclosed in Patent Document 1, the phosphor substrate 10 of this embodiment has much more rigid properties.
また、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1が、実施の形態1に係る蛍光発光モジュール1cの替わりに、プロジェクタ500に適用されてもよい。この場合においても、励起光L1は、蛍光体基板10が有する第1領域21に入射する。このように、励起光L1が高熱伝導材料の含有量がより少ない第1領域21に入射することで、蛍光を増やし、蛍光発光モジュール1の光の利用効率をより高めることができる。 Furthermore, the fluorescence-emitting module 1 according to the present embodiment may be applied to the projector 500 in place of the fluorescence-emitting module 1c according to embodiment 1. In this case, too, the excitation light L1 is incident on the first region 21 of the phosphor substrate 10. In this way, by having the excitation light L1 incident on the first region 21, which has a lower content of highly thermally conductive material, the fluorescence can be increased, and the light utilization efficiency of the fluorescence-emitting module 1 can be further improved.
また、この場合、入射した励起光L1の一部は、第1領域21が含む蛍光体材料によって波長変換されて蛍光として、蛍光体基板10を透過する。また、入射した励起光L1の他部は、第1領域21が含む蛍光体材料によって波長変換されずに、蛍光体基板10を透過する。このように、蛍光体基板10を透過した透過光L2を例えば投射光として利用することができる。つまりは、光透過型の蛍光体ホイールとして利用可能な蛍光発光モジュール1が実現される。 In this case, a portion of the incident excitation light L1 is wavelength-converted by the phosphor material contained in the first region 21 and passes through the phosphor substrate 10 as fluorescence. The other portion of the incident excitation light L1 passes through the phosphor substrate 10 without being wavelength-converted by the phosphor material contained in the first region 21. In this way, transmitted light L2 that passes through the phosphor substrate 10 can be used, for example, as projection light. In other words, a fluorescence-emitting module 1 that can be used as a light-transmitting phosphor wheel is realized.
<高熱伝導材料による効果>
さらに、本実施の形態においては、蛍光体基板10を構成する焼結蛍光体が高熱伝導材料を有することで、蛍光体基板10の放熱性が高まる。これにより、励起光L1の照射による蛍光体基板10の温度の上昇を抑制できるため、蛍光の減少が抑制され、光の利用効率がより高い蛍光発光モジュール1を実現できる。
<Effects of high thermal conductivity materials>
Furthermore, in the present embodiment, the sintered phosphor constituting the phosphor substrate 10 contains a highly thermally conductive material, thereby improving the heat dissipation of the phosphor substrate 10. This makes it possible to suppress an increase in the temperature of the phosphor substrate 10 due to irradiation with the excitation light L1, thereby suppressing a decrease in fluorescence and realizing a fluorescence light-emitting module 1 with higher light utilization efficiency.
また、蛍光体基板10を構成する焼結蛍光体が高熱伝導材料を有することで、蛍光体基板10の放熱性が高まり、蛍光体基板10の温度上昇を抑制する事ができる為、小さなサイズの蛍光体ホイールでの、入力できる励起光L1のエネルギーを上げることが可能となる。つまり、より小型で大光束な光を出すことが可能となる。具体的な一例として、従来、6000lmの光を出力するプロジェクタに使用する蛍光体ホイールのサイズは、φ65mmであったが、高熱伝導材料として60vol%のWを含むことで、φ50mmにすることが可能となった。 In addition, since the sintered phosphor that makes up the phosphor substrate 10 is made of a highly thermally conductive material, the heat dissipation properties of the phosphor substrate 10 are improved and the temperature rise of the phosphor substrate 10 can be suppressed, making it possible to increase the energy of the excitation light L1 that can be input with a small-sized phosphor wheel. In other words, it becomes possible to emit a large luminous flux of light from a smaller size. As a specific example, the size of a phosphor wheel used in a projector that outputs 6000 lm of light was previously φ65 mm, but by including 60 vol% W as a highly thermally conductive material, it is possible to reduce the size to φ50 mm.
以上まとめると、光の利用効率が高く、かつ、信頼性が高い蛍光発光モジュール1が実現される。 In summary, a highly reliable fluorescent light-emitting module 1 with high light utilization efficiency is realized.
[製造方法]
ここで、蛍光体基板10の製造方法について簡単に説明する。
[Manufacturing method]
Here, a method for manufacturing the phosphor substrate 10 will be briefly described.
蛍光体材料は、(Y0.999Ce0.001)3Al5O12で表される結晶相によって構成される。また、蛍光体材料は、いずれも、Ce3+賦活蛍光体で構成される。 The phosphor material is composed of a crystalline phase represented by (Y 0.999 Ce 0.001 ) 3 Al 5 O 12. Furthermore, all of the phosphor materials are composed of a Ce 3+ activated phosphor.
蛍光体基板10を製造するために、化合物粉末として以下の4種類が原料として使用された。具体的には、原料は、Y2O3、Al2O3、CeO2及びWである。それぞれの純度及び製造メーカは、Y2O3が純度3N及び日本イットリウム株式会社、Al2O3が純度3N及び住友化学株式会社、CeO2が純度3N及び日本イットリウム株式会社、Wが純度4N及び株式会社高純度化学研究所である。 The following four types of compound powders were used as raw materials to manufacture the phosphor substrate 10. Specifically, the raw materials were Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , CeO 2 , and W. The purity and manufacturers of the respective materials were as follows: Y 2 O 3 , 3N purity, from Nippon Yttrium Co., Ltd.; Al 2 O 3 , 3N purity, from Sumitomo Chemical Co., Ltd.; CeO 2 , 3N purity, from Nippon Yttrium Co., Ltd.; and W, 4N purity, from High Pure Chemical Research Institute Co., Ltd.
ここでは、2種類の混合原料が用いられる。2種類の混合原料とは、Wを含有しない第1混合原料と、Wを含有する第2混合原料である。 Here, two types of mixed raw materials are used. The two types of mixed raw materials are a first mixed raw material that does not contain W, and a second mixed raw material that contains W.
まず、第1混合原料について記載する。化学量論的組成の化合物(Y0.999Ce0.001)3Al5O12となるように、上記原料としてY2O3、Al2O3及びCeO2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、スラリー状の第1混合原料を得た。 First, the first mixed raw material will be described. Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and CeO 2 were weighed as the raw materials to obtain a compound with a stoichiometric composition of (Y 0.999 Ce 0.001 ) 3 Al 5 O 12. Next, the weighed raw materials and alumina balls (diameter 10 mm) were placed in a plastic pot. The amount of alumina balls was such that they filled about one-third of the volume of the plastic pot. Then, pure water was placed in the plastic pot, and the raw materials and 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 first mixed raw material was obtained.
スプレードライヤ装置を利用して第1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、アクリル系バインダーが使用された。 The first mixed raw material was granulated using a spray dryer. During granulation, an acrylic binder was used as the adhesive (binder).
続いて、第2混合原料について記載する。化学量論的組成の化合物Y3(Al0.999Cr0.001)5O12となるように、上記原料としてY2O3、Al2O3及びCeO2が秤量された。さらに、作製される蛍光体材料の体積を100としたときに、Wの体積が10となるようにWが秤量された。次に秤量されたY2O3、Al2O3、CeO2及びW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。以下の手順は、第1混合原料と同様にして、第2混合原料が造粒された。 Next, the second mixed raw material will be described. Y2O3 , Al2O3 , and CeO2 were weighed as the raw materials to obtain a compound with a stoichiometric composition of Y3(Al0.999Cr0.001)5O12 . Furthermore , W was weighed so that the volume of W was 10 when the volume of the phosphor material to be produced was 100. Next, the weighed Y2O3 , Al2O3 , CeO2 , and W, along with alumina balls (diameter 10 mm), were placed in a plastic pot. The following procedure was followed in the same manner as for the first mixed raw material, and the second mixed raw material was granulated.
次に、図5Aを用いて、第1混合原料及び第2混合原料の成型について説明する。 Next, we will explain the molding of the first mixed raw material and the second mixed raw material using Figure 5A.
図5Aは、本実施の形態に係る蛍光体基板10を製造するための金型400の斜視図である。 Figure 5A is a perspective view of a mold 400 for manufacturing the phosphor substrate 10 according to this embodiment.
造粒された第1混合原料及び第2混合原料は、電動油圧プレス機(理研精機株式会社製、EMP-5)と有底円筒形状の金型400とを利用して、円柱形状に仮成型された。成型時の圧力は、5MPaとした。このとき、Wを含有しない第1混合原料は金型400における第6領域A4に、Wを含有する第2混合原料は金型400における第5領域A3及び第7領域A5に、配置される。 The granulated first and second mixed raw materials were pre-molded into a cylindrical shape using an electric hydraulic press (EMP-5, manufactured by Riken Seiki Co., Ltd.) and a cylindrical mold 400 with a bottom. The molding pressure was 5 MPa. At this time, the first mixed raw material, which did not contain W, was placed in the sixth area A4 of the mold 400, and the second mixed raw material, which contained W, was placed in the fifth area A3 and seventh area A5 of the mold 400.
図5Aが示すように、金型400の内側には、第1仕切り401及び第2仕切り402が設けられている。第1仕切り401及び第2仕切り402のそれぞれの形状は、無底円筒形状である。第1仕切り401の直径は第2仕切り402の直径よりも小さく、第1仕切り401は第2仕切り402の内側に配置されている。第1仕切り401及び第2仕切り402は、加熱処理などにより除去される材料(例えば樹脂材料)により構成されている。 As shown in FIG. 5A, a first partition 401 and a second partition 402 are provided inside the mold 400. The first partition 401 and the second partition 402 each have a bottomless cylindrical shape. The diameter of the first partition 401 is smaller than the diameter of the second partition 402, and the first partition 401 is positioned inside the second partition 402. The first partition 401 and the second partition 402 are made of a material (e.g., a resin material) that can be removed by heat treatment or the like.
金型400は、第1仕切り401及び第2仕切り402によって、3つの領域に区分されている。3つの領域とは、金型400の中心に位置する円柱形状の第5領域A3、第5領域A3の周囲を囲う無底円筒形状の第6領域A4及び第6領域A4の周囲を囲う無底円筒形状の第7領域A5である。また、第5領域A3は、第1仕切り401と金型400の底面とに囲まれた領域である。第6領域A4は、第1仕切り401と第2仕切り402と金型400の底面とに囲まれた領域である。第7領域A5は、第2仕切り402と金型400の底面及び側面とに囲まれた領域である。 The mold 400 is divided into three regions by a first partition 401 and a second partition 402. The three regions are a fifth region A3 having a cylindrical shape located at the center of the mold 400, a sixth region A4 having a bottomless cylindrical shape surrounding the fifth region A3, and a seventh region A5 having a bottomless cylindrical shape surrounding the sixth region A4. The fifth region A3 is surrounded by the first partition 401 and the bottom surface of the mold 400. The sixth region A4 is surrounded by the first partition 401, the second partition 402, and the bottom surface of the mold 400. The seventh region A5 is surrounded by the second partition 402 and the bottom and side surfaces of the mold 400.
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。 Next, the pre-molded body was finally molded using a cold isostatic pressing device. The pressure during final molding was 300 MPa.
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、造粒時に使用された粘着剤と、第1仕切り401及び第2仕切り402に使用された樹脂材料とは、昇温過程の例えば500℃付近で、分解除去される。 The molded body after heat treatment was fired in a tubular atmosphere furnace. The firing temperature was 1675°C. The firing time was 4 hours. The firing atmosphere was a mixed gas atmosphere of nitrogen and hydrogen. The adhesive used during granulation and the resin material used for the first partition 401 and second partition 402 were decomposed and removed during the temperature rise process, for example, at around 500°C.
焼成後の円柱形状の焼成物は、マルチワイヤーソーを用いて、スライスされた。さらに、スライスされた焼成物が研磨され、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、蛍光体基板10となる。 After firing, the cylindrical fired product was sliced using a multi-wire saw. The sliced fired product was then polished to adjust the thickness of the fired product. This adjustment resulted in the fired product becoming the phosphor substrate 10.
また、第6領域A4における第1混合原料は、蛍光体基板10が有する第1領域21に相当する。第5領域A3における第2混合原料は蛍光体基板10が有する内側の第2領域22に相当し、第7領域A5における第2混合原料は蛍光体基板10が有する外側の第2領域22に相当する。 Furthermore, the first mixed raw material in the sixth region A4 corresponds to the first region 21 of the phosphor substrate 10. The second mixed raw material in the fifth region A3 corresponds to the inner second region 22 of the phosphor substrate 10, and the second mixed raw material in the seventh region A5 corresponds to the outer second region 22 of the phosphor substrate 10.
なお、上記の第1仕切り401及び第2仕切り402は、金属製の材料により構成されていてもよい。この場合は、第1混合原料が第6領域A4に、第2混合原料が第5領域A3及び第7領域A5に配置された後に、第1仕切り401及び第2仕切り402が、例えば上方に引き抜かれ、除かれる。これにより、第1混合原料が第6領域A4に、第2混合原料が第5領域A3及び第7領域A5に保持されることができる。 The first partition 401 and second partition 402 may be made of a metal material. In this case, after the first mixed raw material is placed in the sixth area A4 and the second mixed raw material is placed in the fifth area A3 and the seventh area A5, the first partition 401 and second partition 402 are removed, for example, by being pulled upward. This allows the first mixed raw material to be held in the sixth area A4 and the second mixed raw material to be held in the fifth area A3 and the seventh area A5.
(実施の形態3)
[蛍光発光モジュールの構成]
次に、実施の形態3に係る蛍光発光モジュール1dについて、図11及び図12を用いて説明する。図11は、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1dの斜視図である。図12は、図11のXII-XII線における蛍光発光モジュール1dの一部の切断面を示す断面図である。
(Embodiment 3)
[Configuration of the fluorescence emission module]
Next, a fluorescence-emitting module 1d according to a third embodiment will be described with reference to Fig. 11 and Fig. 12. Fig. 11 is a perspective view of the fluorescence-emitting module 1d according to the present embodiment. Fig. 12 is a cross-sectional view showing a cut surface of part of the fluorescence-emitting module 1d taken along line XII-XII in Fig. 11.
蛍光発光モジュール1dは、焼結蛍光体によって構成されている蛍光体基板10dと、反射防止層30と、青透過ダイクロイック多層膜40と、回転部(不図示)と、2つの光出射部200とを備えるモジュールである。なお、簡単のため、図11及び図12においては、1つの光出射部200が記載されている。また、本実施の形態に係る回転部は、上記の回転部100と同じ構成である。さらに、図11においては、青透過ダイクロイック多層膜40よりz軸負側の軸A1の図示が省略されている。また、光出射部200は、上記と同じく励起光L1を出射する。 The fluorescence-emitting module 1d is a module comprising a phosphor substrate 10d made of a sintered phosphor, an anti-reflection layer 30, a blue-transmitting dichroic multilayer film 40, a rotating unit (not shown), and two light-emitting units 200. For simplicity, only one light-emitting unit 200 is shown in Figures 11 and 12. The rotating unit according to this embodiment has the same configuration as the rotating unit 100 described above. Furthermore, in Figure 11, the axis A1 on the negative side of the z-axis from the blue-transmitting dichroic multilayer film 40 is not shown. The light-emitting unit 200 also emits excitation light L1, as described above.
本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1dにおいては、蛍光体基板10dが蛍光体材料と発光中心元素を含まない酸化物材料とを有する焼結蛍光体によって構成されている点が、実施の形態1及び2に係る蛍光発光モジュール1c及び1とは主に異なる。 The fluorescent light-emitting module 1d according to this embodiment differs mainly from the fluorescent light-emitting modules 1c and 1 according to embodiments 1 and 2 in that the phosphor substrate 10d is composed of a sintered phosphor containing a phosphor material and an oxide material that does not contain a luminescent center element.
蛍光体基板10dは、蛍光体材料と発光中心元素を含まない酸化物材料とを有する焼結蛍光体によって構成されている基板であり、円形状を有する基板である。つまり、蛍光体基板10dは、平面を有する円板形状である。蛍光体基板10dは焼結蛍光体のみによって構成されている基板であり、焼結蛍光体は主成分である蛍光体材料及び発光中心元素を含まない酸化物材料のみを有する。 The phosphor substrate 10d is a substrate composed of a sintered phosphor containing a phosphor material and an oxide material that does not contain a luminescent center element, and has a circular shape. In other words, the phosphor substrate 10d has a disk shape with a flat surface. The phosphor substrate 10d is a substrate composed only of a sintered phosphor, and the sintered phosphor contains only the phosphor material as its main component and an oxide material that does not contain a luminescent center element.
より具体的には、図12が示すように、蛍光体基板10dは、蛍光構造体11dと、酸化物構造体13dとによって構成されている。なお、図11が示すように、蛍光構造体11dと2つの酸化物構造体13dとが設けられている。つまり、蛍光体基板10dは蛍光構造体11dと2つの酸化物構造体13dとによって構成されており、2つの酸化物構造体13dは互いに同じ構成を有する。2つの酸化物構造体13dのそれぞれは、図11では、点線で囲まれた領域である。 More specifically, as shown in FIG. 12, the phosphor substrate 10d is composed of a fluorescent structure 11d and an oxide structure 13d. Note that, as shown in FIG. 11, the phosphor substrate 10d is provided with a fluorescent structure 11d and two oxide structures 13d. In other words, the phosphor substrate 10d is composed of a fluorescent structure 11d and two oxide structures 13d, and the two oxide structures 13d have the same configuration. Each of the two oxide structures 13d is represented by an area surrounded by a dotted line in FIG. 11.
蛍光構造体11dは、焼結蛍光体が有する蛍光体材料によって構成されている構造体である。より具体的には、蛍光構造体11dは、焼結蛍光体が有する蛍光体材料のみによって構成されている構造体である。 Fluorescent structure 11d is a structure composed of the phosphor material contained in the sintered phosphor. More specifically, fluorescent structure 11d is a structure composed only of the phosphor material contained in the sintered phosphor.
酸化物構造体13dは、焼結蛍光体が有する発光中心元素を含まない酸化物材料によって構成されている構造体である。より具体的には、酸化物構造体13dは、焼結蛍光体が有する発光中心元素を含まない酸化物材料のみによって構成されている構造体である。また、酸化物構造体13dは、蛍光体基板10dが有する第1光透過領域の一例である。第1光透過領域とは、蛍光体材料及び発光中心元素を含まない酸化物材料のうち、発光中心元素を含まない酸化物材料のみによって構成され、蛍光体材料を励起させる光(励起光L1)を透過する領域である。 The oxide structure 13d is a structure composed of an oxide material that does not contain the luminescent center element of the sintered phosphor. More specifically, the oxide structure 13d is a structure composed only of an oxide material that does not contain the luminescent center element of the sintered phosphor. The oxide structure 13d is also an example of a first light-transmitting region of the phosphor substrate 10d. The first light-transmitting region is a region that is composed only of the oxide material that does not contain the luminescent center element, out of the phosphor material and the oxide material that does not contain the luminescent center element, and that transmits light that excites the phosphor material (excitation light L1).
蛍光体基板10dは、上記の通り、円形状を有する基板である。より具体的には、蛍光体基板10dは、蛍光構造体11dと2つの酸化物構造体13dとが組み合わされることで、円形状となる基板である。 As described above, the phosphor substrate 10d is a substrate having a circular shape. More specifically, the phosphor substrate 10d is a substrate whose circular shape is achieved by combining the phosphor structure 11d and two oxide structures 13d.
ここで、酸化物構造体13dは、蛍光体基板10dの平面視で、環状扇形(annular sector)である。つまり、酸化物構造体13dは、2つの円弧と2つの直線とで囲まれた形状である。なお、環状扇形は、円環扇形、扇形台又は扇形環などを意味する言葉である。また、蛍光構造体11dは、蛍光体基板10dの平面視で、円形状から一部が欠けた欠円形状である。つまり、蛍光構造体11dの当該一部に酸化物構造体13dが組み合わされることで、蛍光体基板10dが円板形状となる。 Here, the oxide structure 13d has an annular sector shape in a planar view of the phosphor substrate 10d. That is, the oxide structure 13d has a shape surrounded by two arcs and two straight lines. The term "annular sector" refers to a circular sector, a sector truncated sector, or a sector ring. Furthermore, the fluorescent structure 11d has a partially missing circular shape in a planar view of the phosphor substrate 10d. That is, by combining the oxide structure 13d with the portion of the fluorescent structure 11d, the phosphor substrate 10d becomes disk-shaped.
ここでは、図11が示すように、蛍光体基板10dの平面視で、円形状である蛍光体基板10dの円周と、酸化物構造体13dを示す2つの円弧のうち外側の円弧(つまり軸A1から遠い側の円弧)とが重なるように酸化物構造体13dが配置される。 Here, as shown in Figure 11, the oxide structure 13d is arranged so that, in a plan view of the phosphor substrate 10d, the circumference of the circular phosphor substrate 10d overlaps with the outer arc of the two arcs representing the oxide structure 13d (i.e., the arc farther from the axis A1).
なお、ここで本実施の形態における焼結蛍光体について説明する。 Now, we will explain the sintered phosphor used in this embodiment.
焼結蛍光体とは、上記の主成分である蛍光体材料及び発光中心元素を含まない酸化物材料(一例として、これら材料の原料粉が造粒された造粒体)の原料粉が、これら材料の融点よりも低い温度で焼成された焼成体である。また、焼結蛍光体は、焼成の過程での原料粉同士が結合される。そのため、焼結蛍光体は、造粒体同士を結合させるための結合剤をほとんど必要としない。より具体的には、焼結蛍光体は、結合剤を一切必要としない。結合剤とは、一例として、上記の特許文献1では、透明樹脂である。また、結合剤とは、Al2O3材料、及び、ガラス材料(つまりはSiOd(0<d≦2))などが公知の材料として用いられている。なお、同様に、結合剤に限られず、焼結蛍光体は、焼結蛍光体が有する蛍光体材料及び発光中心元素を含まない酸化物材料以外の材料(以下その他材料)をほとんど必要とせず、より具体的には、その他材料を一切必要としない。 A sintered phosphor is a fired body obtained by firing raw material powders of the phosphor material, which is the main component, and an oxide material not containing a luminescent center element (for example, granules formed by granulating raw material powders of these materials) at a temperature lower than the melting point of these materials. In addition, in the sintered phosphor, the raw material powders are bonded together during the firing process. Therefore, the sintered phosphor hardly requires a binder for bonding the granules together. More specifically, the sintered phosphor does not require any binder at all. As an example, in the above Patent Document 1, the binder is a transparent resin. Furthermore, known materials used as the binder include Al 2 O 3 material and glass material (i.e., SiO d (0 < d ≦ 2)). Similarly, without being limited to a binder, the sintered phosphor hardly requires any materials (hereinafter referred to as other materials) other than the phosphor material and the oxide material not containing a luminescent center element contained in the sintered phosphor, and more specifically, does not require any other materials at all.
例えば、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料及び発光中心元素を含まない酸化物材料の合計の体積が70vol%以上であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料及び発光中心元素を含まない酸化物材料の合計の体積が、80vol%以上であるとよりよく、90vol%以上であるとさらによく、95vol%以上であるとさらによりよくなる。 For example, when the total volume of the sintered phosphor is taken as 100 vol%, it is preferable that the total volume of the phosphor material and the oxide material that does not contain a luminescent center element in the total volume of the sintered phosphor be 70 vol% or more. Furthermore, it is better that the total volume of the phosphor material and the oxide material that does not contain a luminescent center element in the total volume of the sintered phosphor be 80 vol% or more, even better that it be 90 vol% or more, and even better that it be 95 vol% or more.
なお、換言すると、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料(例えば結合剤)の体積が30vol%未満であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料(例えば結合剤)の体積が、20vol%以下であるとよりよく、10vol%以下であるとさらによく、5vol%以下であるとさらによりよくなる。 In other words, when the total volume of the sintered phosphor is taken as 100 vol%, it is preferable that the volume of other materials (e.g., binder) in the total volume of the sintered phosphor be less than 30 vol%. Furthermore, it is better that the volume of other materials (e.g., binder) in the total volume of the sintered phosphor be 20 vol% or less, even better that it be 10 vol% or less, and even better that it be 5 vol% or less.
蛍光体材料で構成される蛍光構造体11dは、蛍光体基板10dのz軸負方向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、光出射部200から出射された光が励起光L1として蛍光構造体11dを構成する蛍光体材料に照射されることで、蛍光構造体11dから波長変換光として蛍光が放たれる。つまり、蛍光構造体11d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 fluorescent structure 11d, which is made of a fluorescent material, receives light incident on the fluorescent substrate 10d from the negative z-axis direction as excitation light L1 and emits fluorescence. More specifically, light emitted from the light emitting section 200 is irradiated as excitation light L1 onto the fluorescent material that makes up the fluorescent structure 11d, causing the fluorescent structure 11d to emit fluorescence as wavelength-converted light. In other words, the wavelength-converted light emitted from the fluorescent structure 11d is light with a longer wavelength than the wavelength of the excitation light L1.
本実施の形態に係る蛍光体材料は、実施の形態1及び2と同じくYAG:Ceで構成されているが、上記記載の他の蛍光体材料であってもよい。つまり、本実施の形態に係る蛍光構造体11dは、YAG:Ceによって構成されている。 The phosphor material in this embodiment is composed of YAG:Ce, as in embodiments 1 and 2, but may also be other phosphor materials as described above. In other words, the fluorescent structure 11d in this embodiment is composed of YAG:Ce.
本実施の形態において、蛍光構造体11dを構成する蛍光体材料(YAG:Ce)から放たれる波長変換光には、黄色光である蛍光が含まれる。蛍光体材料は、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光である蛍光を放つ。蛍光体材料がYAG:Ce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ことができる。 In this embodiment, the wavelength-converted light emitted from the phosphor material (YAG:Ce) that constitutes the fluorescent structure 11d includes yellow fluorescent light. The phosphor material, for example, absorbs light with a wavelength of 380 nm or more and 490 nm or less, and emits yellow fluorescent light with a fluorescent peak wavelength in the wavelength range of 490 nm or more and 580 nm or less. By using YAG:Ce as the phosphor material, it is possible to easily emit fluorescent light with a fluorescent peak wavelength in the wavelength range of 490 nm or more and 580 nm or less.
なお、上記の実施の形態1及び2では、透過光L2は、波長変換された黄色光である蛍光と波長変換されていない青色光である励起光L1とを含み、これらの光が複合された光であり、白色光であった。 In the above-described first and second embodiments, the transmitted light L2 contains fluorescent light, which is wavelength-converted yellow light, and excitation light L1, which is wavelength-unconverted blue light, and is a composite of these lights, resulting in white light.
しかし、本実施の形態においては、蛍光構造体11dに入射した励起光L1の全部が、蛍光体材料によって波長変換されて、蛍光構造体11dを透過する。そのため、蛍光構造体11dを透過した透過光L3は、波長変換光のみを含む。つまりは、透過光L3は、黄色光である。 However, in this embodiment, all of the excitation light L1 incident on the fluorescent structure 11d is wavelength-converted by the phosphor material and passes through the fluorescent structure 11d. Therefore, the transmitted light L3 that passes through the fluorescent structure 11d contains only wavelength-converted light. In other words, the transmitted light L3 is yellow light.
発光中心元素を含まない酸化物材料は、一例として、酸化アルミニウム(Al2O3)であるが、ここでは、上記の蛍光体材料から発光中心元素が除かれた非発光材料である。なお、発光中心元素を含まない酸化物材料として用いられるAl2O3は、上記結合剤とは異なる。また、発光中心元素を含まない酸化物材料は、励起光L1の波長領域において、透過率が高い材料である。 An example of an oxide material that does not contain a luminescent center element is aluminum oxide ( Al2O3 ), which is a non-luminescent material obtained by removing the luminescent center element from the above-mentioned phosphor material. Note that Al2O3 used as the oxide material that does not contain a luminescent center element is different from the above-mentioned binder. Furthermore, the oxide material that does not contain a luminescent center element is a material that has high transmittance in the wavelength region of the excitation light L1.
本実施の形態においては、蛍光体材料は、YAG:Ceによって構成されており、発光中心元素とは例えばCeである。このため、本実施の形態で用いられる蛍光体材料から発光中心元素が除かれた非発光材料は、Y3Al5O12(つまりはYAG)によって構成されている。以上より、本実施の形態に係る酸化物構造体13dは、Y3Al5O12(つまりはYAG)によって構成されている。 In this embodiment, the phosphor material is composed of YAG:Ce, and the luminescent center element is, for example, Ce . Therefore, the non-luminescent material obtained by removing the luminescent center element from the phosphor material used in this embodiment is composed of Y3Al5O12 (i.e., YAG). As described above, the oxide structure 13d according to this embodiment is composed of Y3Al5O12 ( i.e. , YAG ).
Y3Al5O12で構成される酸化物構造体13dは、蛍光体基板10dのz軸負方向から入射する光である励起光L1を透過する。蛍光構造体11dとは異なり、酸化物構造体13dは、励起光L1の波長変換などを行わない。酸化物構造体13dは、励起光L1の波長領域において、透過率は、50%以上であればよく、70%以上であればよりよく、80%以上であればさらによく、90%以上であればさらによりよい。つまり、励起光L1が示す波長領域は、酸化物構造体13dを透過する前後で変化することなく、ここでは、励起光L1は、青色光である。 The oxide structure 13d made of Y3Al5O12 transmits the excitation light L1, which is light incident on the phosphor substrate 10d from the negative direction of the z-axis. Unlike the fluorescent structure 11d, the oxide structure 13d does not convert the wavelength of the excitation light L1. The transmittance of the oxide structure 13d in the wavelength region of the excitation light L1 is sufficient to be 50% or more, preferably 70% or more, even more preferably 80% or more, and even more preferably 90% or more. In other words, the wavelength region of the excitation light L1 does not change before and after passing through the oxide structure 13d, and here, the excitation light L1 is blue light.
また、本実施の形態に係る蛍光体基板10dは、第3領域23と第4領域24とを有している。つまり、本実施の形態に係る蛍光体基板10dは、第3領域23と第4領域24とにセグメント化されている。より具体的には、平面視で蛍光体基板10dは、第3領域23と複数の第4領域24とを有している。なお、図11においては、第3領域23にはドットが付されており、図12においては、第3領域23は一点鎖線で、複数の第4領域24は二点鎖線で囲まれた矩形の領域である。 Furthermore, the phosphor substrate 10d according to this embodiment has a third region 23 and a fourth region 24. In other words, the phosphor substrate 10d according to this embodiment is segmented into the third region 23 and the fourth region 24. More specifically, in a plan view, the phosphor substrate 10d has the third region 23 and multiple fourth regions 24. Note that in Figure 11, the third region 23 is indicated by a dot, and in Figure 12, the third region 23 is indicated by a dashed line, and the multiple fourth regions 24 are rectangular regions surrounded by dashed double-dot lines.
なお、第3領域23は、実施の形態2に係る第1領域21と同じ形状を有し、第4領域24は、実施の形態2に係る第2領域22と同じ形状を有する。ただし、上記の通り、蛍光体基板10dは、高熱伝導材料を有していない。 The third region 23 has the same shape as the first region 21 in embodiment 2, and the fourth region 24 has the same shape as the second region 22 in embodiment 2. However, as mentioned above, the phosphor substrate 10d does not contain a highly thermally conductive material.
図11が示すように、蛍光体基板10dを平面視したときに、第3領域23の形状は円環形状であり、当該円環形状の中心は蛍光体基板10dの中心点C1と重なる。第3領域23は、蛍光体基板10dの中心点C1からの距離が等しい円周上に円形のリング形状に設けられている。つまり、第3領域23は、平面視において周方向に沿う帯状に設けられている。光出射部200が出射する励起光L1は、第3領域23に入射する。より具体的には、図11が示すように、本実施の形態においては、励起光L1は、蛍光体基板10dの中心点C1から半径Rの位置に照射される。 As shown in FIG. 11, when the phosphor substrate 10d is viewed in a plan view, the third region 23 has an annular shape, and the center of the annular shape overlaps with the center point C1 of the phosphor substrate 10d. The third region 23 is provided in a circular ring shape on a circumference that is equidistant from the center point C1 of the phosphor substrate 10d. In other words, the third region 23 is provided in a band shape along the circumferential direction in a plan view. The excitation light L1 emitted by the light emitting unit 200 is incident on the third region 23. More specifically, as shown in FIG. 11, in this embodiment, the excitation light L1 is irradiated at a position of radius R from the center point C1 of the phosphor substrate 10d.
また、蛍光体基板10dを平面視したときに、第3領域23には、酸化物構造体13d(つまりは第1光透過領域)が設けられている。より具体的には、蛍光体基板10dを平面視したときに、第3領域23には、酸化物構造体13dの一部と、蛍光構造体11dの一部とが設けられている。なお、図11では、第3領域23を示すドットのうち、より薄いドットで示される第3領域23に酸化物構造体13dの一部が設けられ、より濃いドットで示される第3領域23に蛍光構造体11dの一部が設けられている。 Furthermore, when the phosphor substrate 10d is viewed in a plan view, the third region 23 is provided with an oxide structure 13d (i.e., a first light-transmitting region). More specifically, when the phosphor substrate 10d is viewed in a plan view, the third region 23 is provided with a portion of the oxide structure 13d and a portion of the fluorescent structure 11d. Note that in Figure 11, among the dots indicating the third region 23, the third region 23 indicated by lighter dots has a portion of the oxide structure 13d provided therein, and the third region 23 indicated by darker dots has a portion of the fluorescent structure 11d provided therein.
第3領域23に入射した励起光L1のうち、酸化物構造体13dに入射する励起光L1は、酸化物構造体13dを透過する。また、第3領域23に入射した励起光L1のうち、蛍光構造体11dに入射する励起光L1は、蛍光構造体11dによって波長変換され、波長変換光である透過光L3として放たれる。 Of the excitation light L1 incident on the third region 23, the excitation light L1 that enters the oxide structure 13d is transmitted through the oxide structure 13d. Furthermore, of the excitation light L1 incident on the third region 23, the excitation light L1 that enters the fluorescent structure 11d is wavelength converted by the fluorescent structure 11d and is emitted as transmitted light L3, which is wavelength-converted light.
さらに、蛍光体基板10dを平面視したときに、複数の第4領域24は、第3領域23の形状である円環形状の内側と外側とに設けられる。なお、複数の第4領域24のうち内側に設けられた第4領域24を「内側の第4領域24」、複数の第4領域24のうち外側に設けられた第4領域24を「外側の第4領域24」と記載する。 Furthermore, when the phosphor substrate 10d is viewed in plan, the multiple fourth regions 24 are provided on the inside and outside of the annular shape of the third region 23. The fourth region 24 provided on the inside of the multiple fourth regions 24 will be referred to as the "inner fourth region 24," and the fourth region 24 provided on the outside of the multiple fourth regions 24 will be referred to as the "outer fourth region 24."
内側の第4領域24の形状は円板形状であり、当該円板形状の中心は蛍光体基板10dの中心点C1と重なる。内側の第4領域24は、第3領域23の内側面と接している。また、外側の第4領域24の形状は第3領域23と同じく円環形状であり、当該円環形状の中心は蛍光体基板10dの中心点C1と重なる。外側の第4領域24は、第3領域23の外側面と接している。つまり、第3領域23は、内側の第4領域24と外側の第4領域24とによって挟まれている。 The inner fourth region 24 is disc-shaped, and the center of the disc overlaps with the center point C1 of the phosphor substrate 10d. The inner fourth region 24 is in contact with the inner surface of the third region 23. The outer fourth region 24 is annular, like the third region 23, and the center of the annular shape overlaps with the center point C1 of the phosphor substrate 10d. The outer fourth region 24 is in contact with the outer surface of the third region 23. In other words, the third region 23 is sandwiched between the inner fourth region 24 and the outer fourth region 24.
本実施の形態においては、焼結蛍光体は、発光中心元素を含まない酸化物材料をさらに有する。蛍光体基板10dは、蛍光体材料及び酸化物材料のうち酸化物材料のみによって構成され、蛍光体材料を励起させる光(励起光L1)を透過する第1光透過領域を有する。 In this embodiment, the sintered phosphor further includes an oxide material that does not contain a luminescent center element. The phosphor substrate 10d is composed of only the oxide material of the phosphor material and oxide material, and has a first light-transmitting region that transmits light (excitation light L1) that excites the phosphor material.
これにより、励起光L1が発光中心元素を含まない酸化物材料で構成される第1光透過領域(つまりは酸化物構造体13d)に入射するときには、励起光L1は酸化物構造体13dを透過するため、蛍光体基板10dからは励起光L1が放たれる。同様に、励起光L1が蛍光体材料で構成される蛍光構造体11dに入射するときには、励起光L1は蛍光構造体11dによって波長変換されるため、蛍光体基板10dからは波長変換光である透過光L3が放たれる。 As a result, when excitation light L1 is incident on the first light-transmitting region (i.e., oxide structure 13d) made of an oxide material that does not contain a luminescent center element, the excitation light L1 passes through the oxide structure 13d, and excitation light L1 is emitted from the phosphor substrate 10d. Similarly, when excitation light L1 is incident on fluorescent structure 11d made of a phosphor material, the excitation light L1 is wavelength-converted by fluorescent structure 11d, and transmitted light L3, which is wavelength-converted light, is emitted from the phosphor substrate 10d.
よって、回転部が回転することで、蛍光体基板10dは、励起光L1及び波長変換光を時分割で放つことができる。本実施の形態においては、蛍光体基板10dは、励起光L1として黄色光及び波長変換光として青色光を時分割で放つことができる。 As a result, as the rotating portion rotates, the phosphor substrate 10d can emit excitation light L1 and wavelength-converted light in a time-division manner. In this embodiment, the phosphor substrate 10d can emit yellow light as excitation light L1 and blue light as wavelength-converted light in a time-division manner.
さらに、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1dが、実施の形態1に係る蛍光発光モジュール1cの替わりに、プロジェクタ500に適用されてもよい。この場合には、プロジェクタ500は、表示素子部602としてDLPを備え、つまりは、1-DLP(ワンチップDLP)方式のプロジェクタとして利用することができる。 Furthermore, the fluorescence-emitting module 1d according to this embodiment may be applied to the projector 500 in place of the fluorescence-emitting module 1c according to embodiment 1. In this case, the projector 500 includes a DLP as the display element section 602, and can therefore be used as a 1-DLP (one-chip DLP) type projector.
また、本実施の形態においては、酸化物材料は、酸化アルミニウム、又は、蛍光体材料から発光中心元素が除かれた非発光材料である。 In addition, in this embodiment, the oxide material is aluminum oxide or a non-luminescent material in which the luminescent center element has been removed from a phosphor material.
これらの材料は、励起光L1(つまりは蛍光体材料を励起させる光)の光透過率が高い。このため、第1光透過領域(酸化物構造体13d)における励起光L1の透過率が高く、吸収による励起光L1のロスが抑制される。よって、光の利用効率が高い蛍光発光モジュール1dを実現することができる。 These materials have high light transmittance for excitation light L1 (i.e., light that excites the phosphor material). Therefore, the transmittance of excitation light L1 in the first light-transmitting region (oxide structure 13d) is high, and loss of excitation light L1 due to absorption is suppressed. This makes it possible to realize a fluorescence-emitting module 1d with high light utilization efficiency.
また、本実施の形態においては、蛍光体基板10dを平面視したときに、蛍光体基板10dは円環形状の第3領域23を有し、円環形状の中心は蛍光体基板10dの中心(中心点C1)と重なり、第3領域23には、第1光透過領域が設けられている。さらに、本実施の形態においては、第3領域23には蛍光構造体11dも設けられている。 In addition, in this embodiment, when the phosphor substrate 10d is viewed in plan, the phosphor substrate 10d has a third region 23 having a circular ring shape, the center of which overlaps with the center (center point C1) of the phosphor substrate 10d, and a first light-transmitting region is provided in the third region 23. Furthermore, in this embodiment, the third region 23 also has a fluorescent structure 11d provided therein.
第3領域23の形状が上記形状であるため、第3領域23に励起光L1が入射する場合には、励起光L1及び波長変換光を時分割で放つことができる蛍光体基板10dを蛍光体ホイールとして利用することがより容易になる。 Because the third region 23 has the above-described shape, when excitation light L1 is incident on the third region 23, it becomes easier to use the phosphor substrate 10d, which can emit excitation light L1 and wavelength-converted light in a time-division manner, as a phosphor wheel.
本実施の形態においては、蛍光発光モジュール1dは、蛍光体材料を励起する光であって、第3領域23に入射する励起光L1を出射する光出射部200を、さらに備える。 In this embodiment, the fluorescence-emitting module 1d further includes a light-emitting section 200 that emits excitation light L1, which excites the phosphor material and enters the third region 23.
このように、励起光L1が蛍光構造体11d及び酸化物構造体13dが設けられた第3領域23に入射することで、蛍光体基板10dは、励起光L1及び波長変換光を、より容易に時分割で放つことができる。 In this way, by the excitation light L1 being incident on the third region 23 where the fluorescent structure 11d and the oxide structure 13d are provided, the phosphor substrate 10d can more easily emit the excitation light L1 and the wavelength-converted light in a time-division manner.
なお、本実施の形態においては、2つの酸化物構造体13dが設けられていたがこれに限られない。例えば、1つの酸化物構造体13dが設けられていてもよく、3以上の酸化物構造体13dが設けられていてもよい。 In this embodiment, two oxide structures 13d are provided, but this is not limited to this. For example, one oxide structure 13d may be provided, or three or more oxide structures 13d may be provided.
また、本実施の形態の他の例として、蛍光体材料が(Y1-xCex)3Al5O12(0.0001≦x<0.1)以外の蛍光体材料によって構成されている場合には、当該蛍光体材料から発光中心元素が除かれた非発光材料が用いられるとよい。つまり例えば、蛍光体材料が(Lu1-yCey)3Al2Al3O12(0.001≦y<0.1)によって構成されている場合には、蛍光体材料から発光中心元素が除かれた非発光材料は、Lu3Al5O12によって構成されているとよい。 In another example of this embodiment, when the phosphor material is composed of a phosphor material other than ( Y1 -xCe x )3Al5O12 ( 0.0001≦x<0.1), a non-luminescent material obtained by removing the luminescent center element from the phosphor material may be used. That is, for example, when the phosphor material is composed of (Lu1 -yCe y ) 3Al2Al3O12 ( 0.001 ≦ y < 0.1 ), the non- luminescent material obtained by removing the luminescent center element from the phosphor material may be composed of Lu3Al5O12 .
[製造方法]
ここで、蛍光体基板10dの製造方法について簡単に説明する。
[Manufacturing method]
Here, a method for manufacturing the phosphor substrate 10d will be briefly described.
蛍光体材料は、(Y0.999Ce0.001)3Al5O12で表される結晶相によって構成される。また、蛍光体材料は、いずれも、Ce3+賦活蛍光体で構成される。 The phosphor material is composed of a crystalline phase represented by (Y 0.999 Ce 0.001 ) 3 Al 5 O 12. Furthermore, all of the phosphor materials are composed of a Ce 3+ activated phosphor.
蛍光体基板10dを製造するために、化合物粉末として以下の3種類が原料として使用された。具体的には、原料は、Y2O3、Al2O3及びCeO2である。それぞれの純度及び製造メーカは、Y2O3が純度3N及び日本イットリウム株式会社、Al2O3が純度3N及び住友化学株式会社、CeO2が純度3N及び日本イットリウム株式会社である。 To manufacture the phosphor substrate 10d, the following three types of compound powder were used as raw materials: Y2O3 , Al2O3 , and CeO2 . The purity and manufacturers of the raw materials were: Y2O3 , 3N purity, from Nippon Yttrium Co., Ltd.; Al2O3 , 3N purity, from Sumitomo Chemical Co., Ltd.; and CeO2 , 3N purity, from Nippon Yttrium Co., Ltd.
ここでは、2種類の混合原料が用いられる。2種類の混合原料とは、CeO2を含有する第1混合原料と、CeO2を含有しない第3混合原料である。なお、本実施の形態に係る第1混合原料は、実施の形態2に係る第1混合原料と同じであるため、第1混合原料の造粒までの工程は省略する。 Here, two types of mixed raw materials are used. The two types of mixed raw materials are a first mixed raw material containing CeO2 and a third mixed raw material not containing CeO2 . Note that, since the first mixed raw material according to this embodiment is the same as the first mixed raw material according to the second embodiment, the steps up to the granulation of the first mixed raw material will be omitted.
まずは、第3混合原料について記載する。化学量論的組成の化合物Y3Al5O12となるように、上記原料としてY2O3及びAl2O3が秤量された。次に秤量されたY2O3及びAl2O3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。以下の手順は、第1混合原料と同様にして、第3混合原料が造粒された。 First, the third mixed raw material will be described. Y2O3 and Al2O3 were weighed as the raw materials so as to obtain a compound Y3Al5O12 having a stoichiometric composition. Next, the weighed Y2O3 and Al2O3 and alumina balls (diameter 10 mm ) were placed in a plastic pot. The following procedure was followed in the same way as for the first mixed raw material , and the third mixed raw material was granulated.
次に、第1混合原料及び第3混合原料の成型について説明する。 Next, we will explain how to mold the first mixed raw material and the third mixed raw material.
本実施の形態に係る製造方法においても、実施の形態2と同じく、仕切りが内側に設けられた円柱形状の金型が用いられる。ここでは、金型は、2つの仕切りによって3つの領域に区分されている。3つの領域のうち1つの領域には第1混合原料が配置され、3つの領域のうち他の2つの領域には第3混合原料が配置される。なお、当該金型の円柱形状の底面を平面視すると、第3混合原料が配置された当該2つの領域の形状のそれぞれは、環状扇形であり、第1混合原料が配置された当該1つの領域の形状は、円形状から2つの環状扇形が除かれた形状である。つまり、当該1つの領域に配置された第1混合原料が蛍光構造体11dに相当し、当該他の2つの領域に配置された第3混合原料が2つの酸化物構造体13dに相当するように、2つの仕切りが設けられている。 In the manufacturing method according to this embodiment, as in the second embodiment, a cylindrical mold with a partition on the inside is used. Here, the mold is divided into three regions by two partitions. The first mixed raw material is placed in one of the three regions, and the third mixed raw material is placed in the other two of the three regions. When the cylindrical bottom surface of the mold is viewed from above, the two regions in which the third mixed raw material is placed are each annular sector, and the shape of the one region in which the first mixed raw material is placed is a circle with two annular sectors removed. In other words, the two partitions are provided so that the first mixed raw material placed in one region corresponds to the fluorescent structure 11d, and the third mixed raw material placed in the other two regions corresponds to two oxide structures 13d.
金型の形状を除いては、実施の形態1及び2と同様に処理が行われることで、蛍光体基板10dが製造される。 Apart from the shape of the mold, the phosphor substrate 10d is manufactured by performing the same processes as in embodiments 1 and 2.
(実施の形態4)
[蛍光発光モジュールの構成]
次に、実施の形態4に係る蛍光発光モジュール1fについて、図13を用いて説明する。図13は、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1fの斜視図である。
(Fourth embodiment)
[Configuration of the fluorescence emission module]
Next, a fluorescence light emitting module 1f according to a fourth embodiment will be described with reference to Fig. 13. Fig. 13 is a perspective view of the fluorescence light emitting module 1f according to the present embodiment.
蛍光発光モジュール1fは、焼結蛍光体によって構成されている蛍光体基板10fと、反射防止層30と、青透過ダイクロイック多層膜40と、回転部(不図示)と、2つの光出射部200とを備えるモジュールである。なお、簡単のため、図13においては、1つの光出射部200が記載されている。また、本実施の形態に係る回転部は、上記の回転部100と同じ構成である。また、光出射部200は、上記と同じく励起光L1を出射する。 The fluorescence-emitting module 1f is a module comprising a phosphor substrate 10f made of sintered phosphor, an anti-reflection layer 30, a blue-transmitting dichroic multilayer film 40, a rotating section (not shown), and two light-emitting sections 200. For simplicity, only one light-emitting section 200 is shown in Figure 13. The rotating section in this embodiment has the same configuration as the rotating section 100 described above. The light-emitting section 200 also emits excitation light L1, as described above.
本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1fにおいては、蛍光体基板10fが第1光透過領域(酸化物構造体13d)のかわりに第2光透過領域14fを有している点が、実施の形態3に係る蛍光発光モジュール1dとは主に異なる。つまりは、本実施の形態に係る蛍光焼結体は、蛍光体材料のみを有し、発光中心元素を含まない酸化物材料を有さない。 The fluorescent light-emitting module 1f according to this embodiment differs from the fluorescent light-emitting module 1d according to embodiment 3 mainly in that the phosphor substrate 10f has a second light-transmitting region 14f instead of the first light-transmitting region (oxide structure 13d). In other words, the fluorescent sintered body according to this embodiment contains only phosphor material, and does not contain an oxide material that does not contain a luminescent center element.
本実施の形態に係る蛍光体基板10fは、蛍光体材料を有する焼結蛍光体によって構成されている基板である。また、本実施の形態に係る蛍光体基板10fは、2つの第2光透過領域14fと第3領域23と第4領域24とを有している基板である。本実施の形態に係る蛍光体基板10fは、実施の形態3で示した蛍光構造体11dによって構成されている。 The phosphor substrate 10f according to the present embodiment is a substrate made of a sintered phosphor having a phosphor material. The phosphor substrate 10f according to the present embodiment is a substrate having two second light transmitting regions 14f, a third region 23, and a fourth region 24. The phosphor substrate 10f according to the present embodiment is made of the phosphor structure 11d shown in the third embodiment.
第2光透過領域14fは、蛍光体基板10fが有する開口部である。つまり、第2光透過領域14fは、蛍光体基板10fの厚み方向(z軸方向)に蛍光体基板10fを貫通する貫通孔、及び、蛍光体基板10fが切り欠かれた切り欠き部のうち少なくとも一方によって構成されている。ここでは、第2光透過領域14fは、切り欠き部に相当する。第2光透過領域14fは、実施の形態3で示した酸化物構造体13d(第1光透過領域)と同じ形状であるがこれに限られない。 The second light-transmitting region 14f is an opening in the phosphor substrate 10f. In other words, the second light-transmitting region 14f is composed of at least one of a through-hole that penetrates the phosphor substrate 10f in the thickness direction (z-axis direction) of the phosphor substrate 10f, and a cutout portion in the phosphor substrate 10f. Here, the second light-transmitting region 14f corresponds to the cutout portion. The second light-transmitting region 14f has the same shape as the oxide structure 13d (first light-transmitting region) shown in embodiment 3, but is not limited to this.
ここで本実施の形態における焼結蛍光体について説明する。 Here, we will explain the sintered phosphor used in this embodiment.
焼結蛍光体とは、上記の主成分である蛍光体材料(一例として、蛍光体材料の原料粉が造粒された造粒体)の原料粉が、蛍光体材料の融点よりも低い温度で焼成された焼成体である。つまり、本実施の形態に係る焼結蛍光体は、実施の形態1に係る焼結蛍光体と同じである。 A sintered phosphor is a fired body in which raw material powder of the phosphor material (for example, granules formed by granulating raw material powder of the phosphor material), which is the main component described above, is fired at a temperature lower than the melting point of the phosphor material. In other words, the sintered phosphor of this embodiment is the same as the sintered phosphor of embodiment 1.
蛍光構造体11dは、実施の形態3で説明したように、励起光L1が入射されると、励起光L1の波長よりも長い波長の光である波長変換光(黄色光)を透過光L3として放つ。 As described in embodiment 3, when excitation light L1 is incident on the fluorescent structure 11d, it emits wavelength-converted light (yellow light) with a wavelength longer than that of the excitation light L1 as transmitted light L3.
第2光透過領域14fは、励起光L1が入射されると、青色光である励起光L1を透過させる。 When excitation light L1 is incident on the second light-transmitting region 14f, it transmits the excitation light L1, which is blue light.
また、本実施の形態に係る蛍光体基板10fは、セグメント化された第3領域23と第4領域24とを有している。より具体的には、平面視で蛍光体基板10fは、第3領域23と複数の第4領域24とを有している。なお、図13においては、第3領域23にはドットが付されている。 Furthermore, the phosphor substrate 10f according to this embodiment has segmented third regions 23 and fourth regions 24. More specifically, in plan view, the phosphor substrate 10f has the third region 23 and multiple fourth regions 24. Note that in Figure 13, the third regions 23 are indicated by dots.
光出射部200が出射する励起光L1は、第3領域23に入射する。より具体的には、図13が示すように、本実施の形態においては、励起光L1は、蛍光体基板10fの中心点C1から半径Rの位置に照射される。 The excitation light L1 emitted by the light emitting unit 200 is incident on the third region 23. More specifically, as shown in FIG. 13, in this embodiment, the excitation light L1 is irradiated at a position that is a radius R from the center point C1 of the phosphor substrate 10f.
また、蛍光体基板10fを平面視したときに、第3領域23には、第2光透過領域14fが設けられている。より具体的には、蛍光体基板10fを平面視したときに、第3領域23には、第2光透過領域14fの一部と、蛍光構造体11dの一部とが設けられている。なお、図13では、第3領域23を示すドットのうち、より薄いドットで示される第3領域23に第2光透過領域14fの一部が設けられ、より濃いドットで示される第3領域23に蛍光構造体11dの一部が設けられている。 Furthermore, when the phosphor substrate 10f is viewed in a plan view, the third region 23 is provided with a second light-transmitting region 14f. More specifically, when the phosphor substrate 10f is viewed in a plan view, the third region 23 is provided with a part of the second light-transmitting region 14f and a part of the fluorescent structure 11d. Note that in Figure 13, among the dots indicating the third region 23, the third region 23 indicated by lighter dots is provided with a part of the second light-transmitting region 14f, and the third region 23 indicated by darker dots is provided with a part of the fluorescent structure 11d.
本実施の形態においては、蛍光体基板10fは、蛍光体材料を励起させる光(励起光L1)を透過する第2光透過領域14fを有する。第2光透過領域14fは、蛍光体基板10fの厚み方向に蛍光体基板10fを貫通する貫通孔、及び、蛍光体基板10fが切り欠かれた切り欠き部のうち少なくとも一方によって構成されている。 In this embodiment, the phosphor substrate 10f has a second light-transmitting region 14f that transmits light (excitation light L1) that excites the phosphor material. The second light-transmitting region 14f is configured by at least one of a through-hole that penetrates the phosphor substrate 10f in the thickness direction of the phosphor substrate 10f and a notch formed by cutting out the phosphor substrate 10f.
これにより、励起光L1は第2光透過領域14fに入射するときには、蛍光体基板10fからは励起光L1が放たれる。同様に、励起光L1が蛍光体材料で構成される蛍光構造体11dに入射するときには、励起光L1は蛍光構造体11dによって波長変換されるため、蛍光体基板10fからは波長変換光である透過光L3が放たれる。 As a result, when excitation light L1 enters the second light transmission region 14f, excitation light L1 is emitted from the phosphor substrate 10f. Similarly, when excitation light L1 enters the fluorescent structure 11d made of a fluorescent material, the excitation light L1 is wavelength-converted by the fluorescent structure 11d, and transmitted light L3, which is wavelength-converted light, is emitted from the phosphor substrate 10f.
よって、回転部が回転することで、蛍光体基板10fは、励起光L1及び波長変換光を時分割で放つことができる。本実施の形態においては、蛍光体基板10fは、励起光L1として黄色光及び波長変換光として青色光を時分割で放つことができる。 As a result, as the rotating portion rotates, the phosphor substrate 10f can emit excitation light L1 and wavelength-converted light in a time-division manner. In this embodiment, the phosphor substrate 10f can emit yellow light as excitation light L1 and blue light as wavelength-converted light in a time-division manner.
さらに、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1fが、実施の形態1に係る蛍光発光モジュール1cの替わりに、プロジェクタ500に適用されてもよい。この場合には、プロジェクタ500は、表示素子部602としてDLPを備え、つまりは、1-DLP(ワンチップDLP)方式のプロジェクタとして利用することができる。 Furthermore, the fluorescence-emitting module 1f according to this embodiment may be applied to the projector 500 in place of the fluorescence-emitting module 1c according to embodiment 1. In this case, the projector 500 includes a DLP as the display element section 602, and can therefore be used as a 1-DLP (one-chip DLP) type projector.
本実施の形態においては、蛍光体基板10fを平面視したときに、蛍光体基板10fは円環形状の第3領域23を有し、円環形状の中心は蛍光体基板10fの中心(中心点C1)と重なり、第3領域23には第2光透過領域14fが設けられている。 In this embodiment, when the phosphor substrate 10f is viewed in plan, the phosphor substrate 10f has a third region 23 having a circular ring shape, the center of which overlaps with the center of the phosphor substrate 10f (center point C1), and the third region 23 is provided with a second light-transmitting region 14f.
さらに、本実施の形態においては、第3領域23には蛍光構造体11dも設けられている。 Furthermore, in this embodiment, a fluorescent structure 11d is also provided in the third region 23.
第3領域23の形状が上記形状であるため、第3領域23に励起光L1が入射する場合には、励起光L1及び波長変換光を時分割で放つことができる蛍光体基板10fを蛍光体ホイールとして利用することがより容易になる。 Because the third region 23 has the above-described shape, when excitation light L1 is incident on the third region 23, it becomes easier to use the phosphor substrate 10f, which can emit excitation light L1 and wavelength-converted light in a time-division manner, as a phosphor wheel.
本実施の形態においては、蛍光発光モジュール1fは、蛍光体材料を励起する光であって、第3領域23に入射する励起光L1を出射する光出射部200を、さらに備える。 In this embodiment, the fluorescence-emitting module 1f further includes a light-emitting section 200 that emits excitation light L1, which excites the phosphor material and enters the third region 23.
このように、励起光L1が蛍光構造体11d及び第2光透過領域14fが設けられた第3領域23に入射することで、蛍光体基板10fは、励起光L1及び波長変換光を、より容易に時分割で放つことができる。 In this way, by the excitation light L1 being incident on the third region 23, which is provided with the fluorescent structure 11d and the second light-transmitting region 14f, the phosphor substrate 10f can more easily emit the excitation light L1 and wavelength-converted light in a time-division manner.
[製造方法]
ここで、蛍光体基板10fの製造方法について簡単に説明する。
[Manufacturing method]
Here, a method for manufacturing the phosphor substrate 10f will be briefly described.
蛍光体材料は、(Y0.999Ce0.001)3Al5O12で表される結晶相によって構成される。また、蛍光体材料は、いずれも、Ce3+賦活蛍光体で構成される。 The phosphor material is composed of a crystalline phase represented by (Y 0.999 Ce 0.001 ) 3 Al 5 O 12. Furthermore, all of the phosphor materials are composed of a Ce 3+ activated phosphor.
蛍光体基板10fを製造するために、上記と同様にして、第1混合原料が造粒された。 To manufacture the phosphor substrate 10f, the first mixed raw material was granulated in the same manner as described above.
次に、図14を用いて、第1混合原料の成型について説明する。 Next, we will explain the molding of the first mixed raw material using Figure 14.
図14は、本実施の形態に係る蛍光体基板10fを製造するための金型400fの斜視図である。 Figure 14 is a perspective view of a mold 400f used to manufacture the phosphor substrate 10f according to this embodiment.
金型400fには、内側領域A6と、2つの切り欠け領域A7が設けられている。 The mold 400f has an inner area A6 and two cutout areas A7.
造粒された第1混合原料は、電動油圧プレス機(理研精機株式会社製、EMP-5)と有底円筒形状の金型400とを利用して、仮成型された。第1混合原料は金型400fにおける内側領域A6に配置される。 The granulated first mixed raw material was pre-molded using an electric hydraulic press (EMP-5, manufactured by Riken Seiki Co., Ltd.) and a cylindrical mold 400 with a bottom. The first mixed raw material was placed in the inner region A6 of the mold 400f.
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。 Next, the pre-molded body was finally molded using a cold isostatic pressing device.
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。 After heat treatment, the molded body was fired using a tubular atmosphere furnace.
焼成後の円柱形状の焼成物は、マルチワイヤーソーを用いて、スライスされた。さらに、スライスされた焼成物が研磨され、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、蛍光体基板10fとなる。 After firing, the cylindrical fired product was sliced using a multi-wire saw. The sliced fired product was then polished to adjust the thickness of the fired product. This adjustment resulted in the fired product becoming the phosphor substrate 10f.
なお、仮成型される工程、本成型される工程、焼成される工程、スライスされる工程及び研磨される工程は、実施の形態1と同じ条件で行われる。 The preliminary molding process, final molding process, firing process, slicing process, and polishing process are performed under the same conditions as in embodiment 1.
このような2つの切り欠け領域A7が設けられた金型400fが用いられることで、2つの第2光透過領域14fを有する蛍光体基板10fが製造される。 By using a mold 400f having two such cutout regions A7, a phosphor substrate 10f having two second light-transmitting regions 14f is manufactured.
(実施の形態5)
次に、実施の形態5に係る蛍光発光モジュール1gについて、図15及び図16を用いて説明する。図15は、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1gの斜視図である。図16は、図15のXVI-XVI線における蛍光発光モジュール1gの一部の切断面を示す断面図である。
Fifth Embodiment
Next, a fluorescence-emitting module 1g according to embodiment 5 will be described with reference to Figures 15 and 16. Figure 15 is a perspective view of fluorescence-emitting module 1g according to this embodiment. Figure 16 is a cross-sectional view showing a cut surface of part of fluorescence-emitting module 1g taken along line XVI-XVI in Figure 15.
蛍光発光モジュール1gは、焼結蛍光体によって構成されている蛍光体基板10gと、反射防止層30と、青透過ダイクロイック多層膜40と、回転部(不図示)と、2つの光出射部200とを備えるモジュールである。なお、簡単のため、図15及び図16においては、1つの光出射部200が記載されている。また、本実施の形態に係る回転部は、上記の回転部100と同じ構成である。さらに、図15においては、青透過ダイクロイック多層膜40よりz軸負側の軸A1の図示が省略されている。また、光出射部200は、上記と同じく励起光L1を出射する。 The fluorescence-emitting module 1g is a module comprising a phosphor substrate 10g made of a sintered phosphor, an anti-reflection layer 30, a blue-transmitting dichroic multilayer film 40, a rotating unit (not shown), and two light-emitting units 200. For simplicity, only one light-emitting unit 200 is shown in Figures 15 and 16. The rotating unit according to this embodiment has the same configuration as the rotating unit 100 described above. Furthermore, in Figure 15, the axis A1 on the negative side of the z-axis from the blue-transmitting dichroic multilayer film 40 is not shown. The light-emitting unit 200 also emits excitation light L1, as described above.
本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1gにおいては、以下の1点において、実施の形態1、2、3及び4に係る蛍光発光モジュール1c、1、1d及び1fとは主に異なる。具体的に1点とは、蛍光体基板10gが蛍光体材料と、発光中心元素を含まない酸化物材料と、高熱伝導材料とを有する焼結蛍光体によって構成されている点である。 Fluorescence-emitting module 1g according to the present embodiment differs from fluorescence-emitting modules 1c, 1d, and 1f according to embodiments 1, 2, 3, and 4 mainly in the following respect. Specifically, phosphor substrate 10g is composed of a sintered phosphor that includes a phosphor material, an oxide material that does not contain a luminescent center element, and a highly thermally conductive material.
蛍光体基板10gは、蛍光体材料と発光中心元素を含まない酸化物材料と高熱伝導材料とを有する焼結蛍光体によって構成されている基板であり、円形状を有する基板である。つまり、蛍光体基板10gは、平面を有する円板形状である。蛍光体基板10gは焼結蛍光体のみによって構成されている基板であり、焼結蛍光体は主成分である蛍光体材料、発光中心元素を含まない酸化物材料及び高熱伝導材料のみを有する。 The phosphor substrate 10g is a substrate composed of a sintered phosphor containing a phosphor material, an oxide material that does not contain a luminescent center element, and a highly thermally conductive material, and has a circular shape. In other words, the phosphor substrate 10g has a disk shape with a flat surface. The phosphor substrate 10g is a substrate composed only of a sintered phosphor, and the sintered phosphor contains only the phosphor material as its main component, an oxide material that does not contain a luminescent center element, and a highly thermally conductive material.
より具体的には、図16が示すように、蛍光体基板10gは、蛍光構造体11gと、酸化物構造体13gと、複数の熱伝導構造体12とによって構成されている。なお、図15及び16が示すように、蛍光構造体11gと2つの酸化物構造体13gと複数の熱伝導構造体12とが設けられている。つまり、蛍光体基板10gは蛍光構造体11gと2つの酸化物構造体13gと複数の熱伝導構造体12によって構成されており、2つの酸化物構造体13gは互いに同じ構成を有する。2つの酸化物構造体13gは、図15では、点線で囲まれた領域である。 More specifically, as shown in FIG. 16, the phosphor substrate 10g is composed of a fluorescent structure 11g, an oxide structure 13g, and multiple heat conduction structures 12. As shown in FIGS. 15 and 16, the phosphor substrate 10g is provided with a fluorescent structure 11g, two oxide structures 13g, and multiple heat conduction structures 12. In other words, the phosphor substrate 10g is composed of a fluorescent structure 11g, two oxide structures 13g, and multiple heat conduction structures 12, and the two oxide structures 13g have the same configuration. The two oxide structures 13g are the areas surrounded by dotted lines in FIG. 15.
蛍光構造体11gは、焼結蛍光体が有する蛍光体材料によって構成されている構造体である。より具体的には、蛍光構造体11gは、焼結蛍光体が有する蛍光体材料のみによって構成されている構造体である。なお、本実施の形態に係る蛍光構造体11gは、実施の形態3に係る蛍光構造体11dと、形状を除いて同じ構成を有する。 Fluorescent structure 11g is a structure composed of the phosphor material contained in the sintered phosphor. More specifically, fluorescent structure 11g is a structure composed only of the phosphor material contained in the sintered phosphor. Note that fluorescent structure 11g according to this embodiment has the same configuration as fluorescent structure 11d according to embodiment 3, except for its shape.
酸化物構造体13gは、焼結蛍光体が有する発光中心元素を含まない酸化物材料によって構成されている構造体である。より具体的には、酸化物構造体13gは、焼結蛍光体が有する発光中心元素を含まない酸化物材料のみによって構成されている構造体である。なお、本実施の形態に係る酸化物構造体13gは、実施の形態3に係る酸化物構造体13dと、形状を除いて同じ構成を有する。つまり、酸化物構造体13gは、蛍光体基板10gが有する第1光透過領域の一例である。 Oxide structure 13g is a structure composed of an oxide material that does not contain the luminescent center element of the sintered phosphor. More specifically, oxide structure 13g is a structure composed only of an oxide material that does not contain the luminescent center element of the sintered phosphor. Note that oxide structure 13g according to this embodiment has the same configuration as oxide structure 13d according to embodiment 3, except for the shape. In other words, oxide structure 13g is an example of a first light-transmitting region of phosphor substrate 10g.
蛍光体基板10gは、上記の通り、円形状を有する基板である。より具体的には、蛍光体基板10gは、蛍光構造体11gと2つの酸化物構造体13gと複数の熱伝導構造体12とが組み合わされることで、円形状となる基板である。 As described above, the phosphor substrate 10g is a substrate having a circular shape. More specifically, the phosphor substrate 10g is a substrate that is circular in shape due to the combination of the phosphor structure 11g, two oxide structures 13g, and multiple heat conduction structures 12.
ここで、酸化物構造体13gは、蛍光体基板10gの平面視で、環状扇形(annular sector)である。つまり、酸化物構造体13gは、2つの円弧と2つの直線とで囲まれた形状である。 Here, the oxide structure 13g has an annular sector shape when viewed from above on the phosphor substrate 10g. In other words, the oxide structure 13g has a shape surrounded by two arcs and two straight lines.
ここでは、図15が示すように、蛍光体基板10gの平面視で、円形状である蛍光体基板10gの円周よりも、酸化物構造体13gを示す2つの円弧のうち外側の円弧(つまり軸A1から遠い側の円弧)が軸A1に近くなるに2つの酸化物構造体13gが配置される。 Here, as shown in Figure 15, in a plan view of the phosphor substrate 10g, the two oxide structures 13g are arranged so that the outer arc (i.e., the arc farther from axis A1) of the two arcs representing the oxide structures 13g is closer to axis A1 than the circumference of the circular phosphor substrate 10g.
また、蛍光構造体11g及び複数の熱伝導構造体12が組み合わされた形状は、蛍光体基板10gの平面視で、円形状から2つの環状扇形の開口部が設けられた円形状である。つまり、蛍光構造体11g及び複数の熱伝導構造体12が組み合わされた形状において、当該開口部に酸化物構造体13gが組み合わされることで、蛍光体基板10gが円板形状となる。 Furthermore, the combined shape of the fluorescent structure 11g and the multiple heat conduction structures 12 is a circle with two annular sector-shaped openings in a plan view of the phosphor substrate 10g. In other words, when the combined shape of the fluorescent structure 11g and the multiple heat conduction structures 12 is combined with the oxide structure 13g in these openings, the phosphor substrate 10g becomes disk-shaped.
また、複数の熱伝導構造体12は、蛍光体基板10gにおいて、蛍光構造体11gに周囲を覆われるように配置されている。また、図示されないが、複数の熱伝導構造体12は、蛍光構造体11gから複数の熱伝導構造体12の一部が突出するように配置されていてもよい。蛍光構造体11gは、複数の熱伝導構造体12にとって、母材の役割を担う。つまり、複数の熱伝導構造体12は、蛍光構造体11gに埋設されている。 Furthermore, the multiple heat conduction structures 12 are arranged on the phosphor substrate 10g so that they are surrounded by the fluorescent structure 11g. Although not shown, the multiple heat conduction structures 12 may be arranged so that a portion of the multiple heat conduction structures 12 protrudes from the fluorescent structure 11g. The fluorescent structure 11g serves as a base material for the multiple heat conduction structures 12. In other words, the multiple heat conduction structures 12 are embedded in the fluorescent structure 11g.
一方で、複数の熱伝導構造体12は、蛍光体基板10gにおいて、酸化物構造体13g中には配置されていない。図16が示すように、複数の熱伝導構造体12と酸化物構造体13gとは、接していない。 On the other hand, the multiple heat conduction structures 12 are not arranged in the oxide structure 13g on the phosphor substrate 10g. As shown in Figure 16, the multiple heat conduction structures 12 and the oxide structure 13g are not in contact with each other.
なお、ここで本実施の形態における焼結蛍光体について説明する。 Now, we will explain the sintered phosphor used in this embodiment.
焼結蛍光体とは、上記の主成分である蛍光体材料、発光中心元素を含まない酸化物材料及び高熱伝導材料(一例として、これら材料の原料粉が造粒された造粒体)の原料粉が、これら材料の融点よりも低い温度で焼成された焼成体である。また、焼結蛍光体は、焼成の過程での原料粉同士が結合される。そのため、焼結蛍光体は、造粒体同士を結合させるための結合剤をほとんど必要としない。より具体的には、焼結蛍光体は、結合剤を一切必要としない。結合剤とは、一例として、上記の特許文献1では、透明樹脂である。また、結合剤とは、Al2O3材料、及び、ガラス材料(つまりはSiOd(0<d≦2))などが公知の材料として用いられている。なお、同様に、結合剤に限られず、焼結蛍光体は、焼結蛍光体が有する蛍光体材料、発光中心元素を含まない酸化物材料及び高熱伝導材料以外の材料(以下その他材料)をほとんど必要とせず、より具体的には、その他材料を一切必要としない。 A sintered phosphor is a fired body obtained by firing raw material powders of the above-mentioned main components, namely, a phosphor material, an oxide material not containing a luminescent center element, and a high thermal conductivity material (for example, granules formed by granulating raw material powders of these materials) at a temperature lower than the melting point of these materials. In addition, in the sintered phosphor, the raw material powders are bonded together during the firing process. Therefore, the sintered phosphor hardly requires a binder for bonding the granules together. More specifically, the sintered phosphor does not require any binder at all. As an example, in the above Patent Document 1, the binder is a transparent resin. Furthermore, known materials used as the binder include Al 2 O 3 material and glass material (i.e., SiO d (0 < d ≦ 2)). Similarly, without being limited to a binder, the sintered phosphor hardly requires any materials (hereinafter referred to as other materials) other than the phosphor material, oxide material not containing a luminescent center element, and high thermal conductivity material contained in the sintered phosphor, and more specifically, does not require any other materials at all.
例えば、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料、発光中心元素を含まない酸化物材料及び高熱伝導材料の合計の体積が70vol%以上であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料、発光中心元素を含まない酸化物材料及び高熱伝導材料の合計の体積が、80vol%以上であるとよりよく、90vol%以上であるとさらによく、95vol%以上であるとさらによりよくなる。 For example, when the total volume of the sintered phosphor is taken as 100 vol%, it is preferable that the total volume of the phosphor material, oxide material not containing a luminescent center element, and high thermal conductivity material in the total volume of the sintered phosphor be 70 vol% or more. Furthermore, it is better that the total volume of the phosphor material, oxide material not containing a luminescent center element, and high thermal conductivity material in the total volume of the sintered phosphor be 80 vol% or more, even better that it be 90 vol% or more, and even better that it be 95 vol% or more.
なお、換言すると、焼結蛍光体の全体の体積を100vol%としたとき、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料(例えば結合剤)の体積が30vol%未満であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料(例えば結合剤)の体積が、20vol%以下であるとよりよく、10vol%以下であるとさらによく、5vol%以下であるとさらによりよくなる。 In other words, when the total volume of the sintered phosphor is taken as 100 vol%, it is preferable that the volume of other materials (e.g., binder) in the total volume of the sintered phosphor be less than 30 vol%. Furthermore, it is better that the volume of other materials (e.g., binder) in the total volume of the sintered phosphor be 20 vol% or less, even better that it be 10 vol% or less, and even better that it be 5 vol% or less.
また、本実施の形態に係る蛍光体基板10gは、第1領域21と第2領域22とを有している。つまり、本実施の形態に係る蛍光体基板10gは、第1領域21と第2領域22とにセグメント化されている。より具体的には、平面視で蛍光体基板10gは、第1領域21と複数の第2領域22とを有している。なお、図15においては、第1領域21にはドットが付されており、図16においては、第1領域21は一点鎖線で、複数の第2領域22は二点鎖線で囲まれた矩形の領域である。 Furthermore, phosphor substrate 10g according to this embodiment has a first region 21 and a second region 22. That is, phosphor substrate 10g according to this embodiment is segmented into first region 21 and second region 22. More specifically, in a plan view, phosphor substrate 10g has first region 21 and a plurality of second regions 22. Note that in Fig. 15 , first region 21 is indicated by a dot, and in Fig. 16, first region 21 is indicated by a dashed line, and the plurality of second regions 22 are rectangular regions surrounded by dashed double-dot lines.
第1領域21と複数の第2領域22とにおいては、高熱伝導材料の含有量が異なる。複数の第2領域22は、第1領域21よりも高熱伝導材料の含有量が多い領域である。つまり、第1領域21は、複数の第2領域22よりも高熱伝導材料の含有量が少なければよく、本実施の形態に係る第1領域21は高熱伝導材料を含有していない。しかし、第1領域21は、高熱伝導材料を含有してもよい。また、光出射部200によって出射された励起光L1は、第1領域21に入射する。より具体的には、図15が示すように、本実施の形態においては、励起光L1は、蛍光体基板10gの中心点C1から半径Rの位置に照射される。 The first region 21 and the multiple second regions 22 have different amounts of high thermal conductivity material. The multiple second regions 22 have a higher amount of high thermal conductivity material than the first region 21. In other words, the first region 21 only needs to have a lower amount of high thermal conductivity material than the multiple second regions 22, and the first region 21 in this embodiment does not contain high thermal conductivity material. However, the first region 21 may contain high thermal conductivity material. Furthermore, the excitation light L1 emitted by the light emitting section 200 is incident on the first region 21. More specifically, as shown in FIG. 15, in this embodiment, the excitation light L1 is irradiated at a position that is a radius R from the center point C1 of the phosphor substrate 10g.
また、蛍光体基板10gを平面視したときに、第1領域21には、酸化物構造体13g(つまりは第1光透過領域)が設けられている。より具体的には、蛍光体基板10gを平面視したときに、第1領域21には、酸化物構造体13gの一部と、蛍光構造体11gの一部とが設けられている。なお、図15では、第1領域21を示すドットのうち、より薄いドットで示される第1領域21に酸化物構造体13gの一部が設けられ、より濃いドットで示される第1領域21に蛍光構造体11gの一部が設けられている。 Furthermore, when the phosphor substrate 10g is viewed in a plan view, the first region 21 is provided with an oxide structure 13g (i.e., a first light-transmitting region). More specifically, when the phosphor substrate 10g is viewed in a plan view, the first region 21 is provided with a portion of the oxide structure 13g and a portion of the fluorescent structure 11g. Note that in Figure 15, among the dots indicating the first region 21, the first region 21 indicated by lighter dots has a portion of the oxide structure 13g provided therein, and the first region 21 indicated by darker dots has a portion of the fluorescent structure 11g provided therein.
第1領域21に入射した励起光L1のうち、酸化物構造体13gに入射する励起光L1は、酸化物構造体13gを透過する。また、第1領域21に入射した励起光L1のうち、蛍光構造体11gに入射する励起光L1は、蛍光構造体11gによって波長変換され、波長変換光である透過光L3として放たれる。 Of the excitation light L1 incident on the first region 21, the excitation light L1 that enters the oxide structure 13g is transmitted through the oxide structure 13g. Furthermore, of the excitation light L1 incident on the first region 21, the excitation light L1 that enters the fluorescent structure 11g is wavelength converted by the fluorescent structure 11g and emitted as transmitted light L3, which is wavelength-converted light.
本実施の形態においては、焼結蛍光体は、発光中心元素を含まない酸化物材料をさらに有する。蛍光体基板10gは、蛍光体材料及び酸化物材料のうち酸化物材料のみによって構成され、蛍光体材料を励起させる光(励起光L1)を透過する第1光透過領域を有する。第1領域21には、第1光透過領域が設けられている。 In this embodiment, the sintered phosphor further includes an oxide material that does not contain a luminescent center element. The phosphor substrate 10g is composed of only the oxide material of the phosphor material and oxide material, and has a first light-transmitting region that transmits light (excitation light L1) that excites the phosphor material. The first region 21 is provided with the first light-transmitting region.
これにより、励起光L1が発光中心元素を含まない酸化物材料で構成される第1光透過領域(つまりは酸化物構造体13g)に入射するときには、励起光L1は酸化物構造体13gを透過するため、蛍光体基板10gからは励起光L1が放たれる。同様に、励起光L1が蛍光体材料で構成される蛍光構造体11gに入射するときには、励起光L1は蛍光構造体11gによって波長変換されるため、蛍光体基板10gからは波長変換光である透過光L3が放たれる。 As a result, when excitation light L1 is incident on the first light-transmitting region (i.e., oxide structure 13g) made of an oxide material that does not contain a luminescent center element, the excitation light L1 passes through the oxide structure 13g, and excitation light L1 is emitted from the phosphor substrate 10g. Similarly, when excitation light L1 is incident on fluorescent structure 11g made of a phosphor material, the excitation light L1 is wavelength-converted by fluorescent structure 11g, and transmitted light L3, which is wavelength-converted light, is emitted from the phosphor substrate 10g.
よって、回転部が回転することで、蛍光体基板10gは、励起光L1及び波長変換光を時分割で放つことができる。本実施の形態においては、蛍光体基板10gは、励起光L1として黄色光及び波長変換光として青色光を時分割で放つことができる。 As a result, as the rotating portion rotates, the phosphor substrate 10g can emit excitation light L1 and wavelength-converted light in a time-division manner. In this embodiment, the phosphor substrate 10g can emit yellow light as excitation light L1 and blue light as wavelength-converted light in a time-division manner.
さらに、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1gが、実施の形態1に係る蛍光発光モジュール1cの替わりに、プロジェクタ500に適用されてもよい。この場合には、プロジェクタ500は、表示素子部602としてDLPを備え、つまりは、1-DLP(ワンチップDLP)方式のプロジェクタとして利用することができる。 Furthermore, the fluorescence-emitting module 1g according to this embodiment may be applied to the projector 500 in place of the fluorescence-emitting module 1c according to embodiment 1. In this case, the projector 500 includes a DLP as the display element section 602, and can therefore be used as a 1-DLP (one-chip DLP) type projector.
本実施の形態においては、酸化物材料は、酸化アルミニウム、又は、蛍光体材料から発光中心元素が除かれた非発光材料である。 In this embodiment, the oxide material is aluminum oxide or a non-luminescent material in which the luminescent center element has been removed from a phosphor material.
これらの材料は、励起光L1(つまりは蛍光体材料を励起させる光)の光透過率が高い。このため、第1光透過領域(酸化物構造体13g)における励起光L1の透過率が高く、吸収による励起光L1のロスが抑制される。よって、光の利用効率が高い蛍光発光モジュール1gを実現することができる。 These materials have high light transmittance for excitation light L1 (i.e., light that excites the phosphor material). Therefore, the transmittance of excitation light L1 in the first light-transmitting region (oxide structure 13g) is high, and loss of excitation light L1 due to absorption is suppressed. This makes it possible to realize a fluorescent light-emitting module 1g with high light utilization efficiency.
(実施の形態6)
次に、実施の形態6に係る蛍光発光モジュール1hについて、図17を用いて説明する。図17は、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1hの斜視図である。
(Embodiment 6)
Next, a fluorescence light emitting module 1h according to a sixth embodiment will be described with reference to Fig. 17. Fig. 17 is a perspective view of a fluorescence light emitting module 1h according to the present embodiment.
蛍光発光モジュール1hは、焼結蛍光体によって構成されている蛍光体基板10hと、反射防止層30と、青透過ダイクロイック多層膜40と、回転部(不図示)と、2つの光出射部200とを備えるモジュールである。なお、簡単のため、図17においては、1つの光出射部200が記載されている。また、本実施の形態に係る回転部は、上記の回転部100と同じ構成である。また、光出射部200は、上記と同じく励起光L1を出射する。 The fluorescence-emitting module 1h is a module comprising a phosphor substrate 10h made of a sintered phosphor, an anti-reflection layer 30, a blue-transmitting dichroic multilayer film 40, a rotating section (not shown), and two light-emitting sections 200. For simplicity, only one light-emitting section 200 is shown in Figure 17. The rotating section in this embodiment has the same configuration as the rotating section 100 described above. The light-emitting section 200 also emits excitation light L1, as described above.
本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1hにおいては、蛍光体基板10hが第1光透過領域(酸化物構造体13g)のかわりに第2光透過領域14hを有している点が、実施の形態5に係る蛍光発光モジュール1gとは主に異なる。つまりは、本実施の形態に係る蛍光焼結体は、蛍光体材料及び高熱伝導材料のみを有し、発光中心元素を含まない酸化物材料を有さない。 The fluorescent light-emitting module 1h according to this embodiment differs from the fluorescent light-emitting module 1g according to embodiment 5 mainly in that the phosphor substrate 10h has a second light-transmitting region 14h instead of the first light-transmitting region (oxide structure 13g). In other words, the fluorescent sintered body according to this embodiment contains only a phosphor material and a high-thermal-conductivity material, and does not contain an oxide material that does not contain a luminescent center element.
つまり、本実施の形態に係る蛍光体基板10hは、蛍光体材料を有する焼結蛍光体によって構成されている基板である。また、本実施の形態に係る蛍光体基板10hは、2つの第2光透過領域14hと第1領域21と第2領域22とを有している基板である。本実施の形態に係る焼結蛍光体は、実施の形態5で示した蛍光構造体11gによって構成されている。 In other words, the phosphor substrate 10h according to this embodiment is a substrate made of a sintered phosphor containing a phosphor material. Furthermore, the phosphor substrate 10h according to this embodiment is a substrate having two second light-transmitting regions 14h, a first region 21, and a second region 22. The sintered phosphor according to this embodiment is made of the fluorescent structure 11g shown in embodiment 5.
第2光透過領域14hは、蛍光体基板10hが有する開口部である。つまり、第2光透過領域14hは、蛍光体基板10hの厚み方向(z軸方向)に蛍光体基板10hを貫通する貫通孔、及び、蛍光体基板10hが切り欠かれた切り欠き部のうち少なくとも一方によって構成されている。ここでは、第2光透過領域14hは、切り欠き部に相当する。なお、本実施の形態に係る第2光透過領域14hは、実施の形態4に係る第2光透過領域14fと、形状を除いて同じ構成を有する。第2光透過領域14hは、実施の形態5で示した酸化物構造体13g(第1光透過領域)と同じ形状であるがこれに限られない。 The second light-transmitting region 14h is an opening in the phosphor substrate 10h. That is, the second light-transmitting region 14h is composed of at least one of a through-hole that penetrates the phosphor substrate 10h in the thickness direction (z-axis direction) of the phosphor substrate 10h and a cutout portion cut out of the phosphor substrate 10h. Here, the second light-transmitting region 14h corresponds to the cutout portion. Note that the second light-transmitting region 14h in this embodiment has the same configuration as the second light-transmitting region 14f in embodiment 4, except for its shape. The second light-transmitting region 14h has the same shape as the oxide structure 13g (first light-transmitting region) shown in embodiment 5, but is not limited to this.
ここで本実施の形態における焼結蛍光体について説明する。 Here, we will explain the sintered phosphor used in this embodiment.
焼結蛍光体とは、上記の主成分である蛍光体材料及び高熱伝導材料(一例として、これら材料の原料粉が造粒された造粒体)の原料粉が、これら材料の融点よりも低い温度で焼成された焼成体である。つまり、本実施の形態に係る焼結蛍光体は、実施の形態2に係る焼結蛍光体と同じである。 A sintered phosphor is a fired body obtained by firing raw material powders of the above-mentioned main components, the phosphor material and the high thermal conductivity material (for example, granules formed by granulating raw material powders of these materials), at a temperature lower than the melting points of these materials. In other words, the sintered phosphor of this embodiment is the same as the sintered phosphor of embodiment 2.
蛍光構造体11gは、実施の形態5で説明したように、励起光L1が入射されると、励起光L1の波長よりも長い波長の光である波長変換光(黄色光)を透過光L3として放つ。 As described in embodiment 5, when excitation light L1 is incident on the fluorescent structure 11g, it emits wavelength-converted light (yellow light) with a wavelength longer than that of the excitation light L1 as transmitted light L3.
第2光透過領域14hは、励起光L1が入射されると、青色光である励起光L1を透過させる。 When excitation light L1 is incident on the second light-transmitting region 14h, it transmits the excitation light L1, which is blue light.
また、本実施の形態に係る蛍光体基板10hは、セグメント化された第1領域21と第2領域22とを有している。より具体的には、平面視で蛍光体基板10hは、第1領域21と複数の第2領域22とを有している。なお、図17においては、第1領域21にはドットが付されている。 Furthermore, the phosphor substrate 10h according to this embodiment has segmented first regions 21 and second regions 22. More specifically, in plan view, the phosphor substrate 10h has a first region 21 and multiple second regions 22. Note that in Figure 17, the first regions 21 are indicated by dots.
光出射部200が出射する励起光L1は、第1領域21に入射する。より具体的には、図17が示すように、本実施の形態においては、励起光L1は、蛍光体基板10hの中心点C1から半径Rの位置に照射される。 The excitation light L1 emitted by the light emitting unit 200 is incident on the first region 21. More specifically, as shown in FIG. 17, in this embodiment, the excitation light L1 is irradiated at a position that is a radius R from the center point C1 of the phosphor substrate 10h.
また、蛍光体基板10hを平面視したときに、第1領域21には、第2光透過領域14hが設けられている。より具体的には、蛍光体基板10hを平面視したときに、第1領域21には、第2光透過領域14hの一部と、蛍光構造体11gの一部とが設けられている。なお、図17では、第1領域21を示すドットのうち、より薄いドットで示される第1領域21に第2光透過領域14hの一部が設けられ、より濃いドットで示される第1領域21に蛍光構造体11gの一部が設けられている。 Furthermore, when the phosphor substrate 10h is viewed in a plan view, the first region 21 is provided with a second light-transmitting region 14h. More specifically, when the phosphor substrate 10h is viewed in a plan view, the first region 21 is provided with a portion of the second light-transmitting region 14h and a portion of the fluorescent structure 11g. Note that in Figure 17, among the dots indicating the first region 21, the first region 21 indicated by lighter dots is provided with a portion of the second light-transmitting region 14h, and the first region 21 indicated by darker dots is provided with a portion of the fluorescent structure 11g.
蛍光体基板10hは、蛍光体材料を励起させる光(励起光L1)を透過する第2光透過領域14hを有する。第2光透過領域14hは、蛍光体基板10hの厚み方向に蛍光体基板10hを貫通する貫通孔、及び、蛍光体基板10hが切り欠かれた切り欠き部のうち少なくとも一方によって構成される。第1領域21には、第2光透過領域14hが設けられている。 The phosphor substrate 10h has a second light-transmitting region 14h that transmits light (excitation light L1) that excites the phosphor material. The second light-transmitting region 14h is composed of at least one of a through-hole that penetrates the phosphor substrate 10h in the thickness direction of the phosphor substrate 10h and a cutout portion where the phosphor substrate 10h is cut out. The second light-transmitting region 14h is provided in the first region 21.
これにより、励起光L1は第2光透過領域14hに入射するときには、蛍光体基板10hからは励起光L1が放たれる。同様に、励起光L1が蛍光体材料で構成される蛍光構造体11gに入射するときには、励起光L1は蛍光構造体11gによって波長変換されるため、蛍光体基板10hからは波長変換光である透過光L3が放たれる。 As a result, when excitation light L1 enters the second light transmission region 14h, excitation light L1 is emitted from the phosphor substrate 10h. Similarly, when excitation light L1 enters the fluorescent structure 11g made of a fluorescent material, the excitation light L1 is wavelength-converted by the fluorescent structure 11g, and transmitted light L3, which is wavelength-converted light, is emitted from the phosphor substrate 10h.
よって、回転部が回転することで、蛍光体基板10hは、励起光L1及び波長変換光を時分割で放つことができる。本実施の形態においては、蛍光体基板10hは、励起光L1として黄色光及び波長変換光として青色光を時分割で放つことができる。 Therefore, as the rotating part rotates, the phosphor substrate 10h can emit excitation light L1 and wavelength-converted light in a time-division manner. In this embodiment, the phosphor substrate 10h can emit yellow light as excitation light L1 and blue light as wavelength-converted light in a time-division manner.
さらに、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール1hが、実施の形態1に係る蛍光発光モジュール1cの替わりに、プロジェクタ500に適用されてもよい。この場合には、プロジェクタ500は、表示素子部602としてDLPを備え、つまりは、1-DLP(ワンチップDLP)方式のプロジェクタとして利用することができる。 Furthermore, the fluorescent light-emitting module 1h according to this embodiment may be applied to the projector 500 in place of the fluorescent light-emitting module 1c according to embodiment 1. In this case, the projector 500 includes a DLP as the display element section 602, and can therefore be used as a 1-DLP (one-chip DLP) type projector.
(その他の実施の形態)
以上、本発明に係る蛍光発光モジュール等について、各実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態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に施したものや、各実施の形態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)
While the fluorescence-emitting module and the like according to the present invention have been described above based on various embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. As long as they do not deviate from the gist of the present invention, various modifications that would occur to those skilled in the art to the embodiments and other forms constructed by combining some of the components of the various embodiments are also included within the scope of the present invention.
なお、蛍光発光モジュール1及び1cは、蛍光体基板10及び10cと、反射防止層30と、青透過ダイクロイック多層膜40と、回転部100と、光出射部200とを備えるが、これに限られない。 The fluorescence-emitting modules 1 and 1c each include a phosphor substrate 10 and 10c, an anti-reflection layer 30, a blue-transmitting dichroic multilayer film 40, a rotating unit 100, and a light-emitting unit 200, but are not limited to this.
蛍光発光モジュール1cは、蛍光体基板10cと、回転部100とを備えていればよい。この場合においても、特許文献1とは異なり、蛍光体用基板と大気との界面で発生する励起光L1の反射は、発生しない。よって、蛍光体基板10cに入射する励起光L1が増加する。この結果、蛍光体基板10cにおける蛍光体材料で発生する蛍光が増加する。また、蛍光発光モジュール1cは、蛍光体基板10cを支持するための構成要素などを備えていないため、特許文献1に開示される蛍光発生部の剥離が起きない。また、回転部100による回転のため、気流が発生する。この発生した気流によって、蛍光体基板10cの温度の上昇を抑制できるため、蛍光の減少が抑制される。つまりは、蛍光発光モジュール1cの光の利用効率を高めることができる。また、蛍光の減少が抑制されるので透過光L2の色度変化を抑制することができ、かつ、上記の剥離が起こらない。よって、信頼性が高い蛍光発光モジュール1cが実現される。 The fluorescence-emitting module 1c simply comprises a phosphor substrate 10c and a rotating unit 100. Unlike Patent Document 1, reflection of excitation light L1 generated at the interface between the phosphor substrate and the atmosphere does not occur. Therefore, the amount of excitation light L1 incident on the phosphor substrate 10c increases. As a result, the amount of fluorescence generated by the phosphor material in the phosphor substrate 10c increases. Furthermore, because the fluorescence-emitting module 1c does not include components for supporting the phosphor substrate 10c, the peeling of the fluorescence-generating unit disclosed in Patent Document 1 does not occur. Furthermore, rotation by the rotating unit 100 generates an airflow. This generated airflow suppresses the rise in temperature of the phosphor substrate 10c, thereby suppressing the decrease in fluorescence. In other words, the light utilization efficiency of the fluorescence-emitting module 1c can be improved. Furthermore, suppressing the decrease in fluorescence suppresses changes in the chromaticity of the transmitted light L2, and the aforementioned peeling does not occur. This results in a highly reliable fluorescence-emitting module 1c.
また同様に、蛍光発光モジュール1は、蛍光体材料と高熱伝導材料とを有する焼結蛍光体によって構成されている基板である蛍光体基板10を備えていればよい。この場合においても、特許文献1とは異なり、蛍光体用基板と大気との界面で発生する励起光L1の反射は、発生しない。よって、蛍光体基板10に入射する励起光L1が増加する。この結果、蛍光体基板10における蛍光体材料で発生する蛍光が増加する。また、蛍光発光モジュール1は、蛍光体基板10を支持するための構成要素などを備えていないため、特許文献1に開示される蛍光発生部の剥離が起きない。また、蛍光体基板10を構成する焼結蛍光体が高熱伝導材料を有することで、蛍光体基板10の放熱性が高まる。これにより、励起光L1の照射による蛍光体基板10の温度の上昇を抑制できるため、蛍光の減少が抑制される。つまりは、光の利用効率が高い蛍光発光モジュール1を実現できる。また、蛍光の減少が抑制されるので透過光L2の色度変化を抑制することができ、かつ、上記の剥離が起こらない。よって、信頼性が高い蛍光発光モジュール1が実現される。 Similarly, the fluorescence-emitting module 1 may include a phosphor substrate 10, which is a substrate composed of a sintered phosphor containing a phosphor material and a highly thermally conductive material. Unlike Patent Document 1, reflection of the excitation light L1 generated at the interface between the phosphor substrate and the atmosphere does not occur. Therefore, the excitation light L1 incident on the phosphor substrate 10 increases. As a result, the fluorescence generated by the phosphor material in the phosphor substrate 10 increases. Furthermore, because the fluorescence-emitting module 1 does not include components for supporting the phosphor substrate 10, the peeling of the fluorescence-generating section disclosed in Patent Document 1 does not occur. Furthermore, since the sintered phosphor constituting the phosphor substrate 10 contains a highly thermally conductive material, the heat dissipation of the phosphor substrate 10 is improved. This suppresses the temperature rise of the phosphor substrate 10 due to irradiation with the excitation light L1, thereby suppressing the decrease in fluorescence. In other words, a fluorescence-emitting module 1 with high light utilization efficiency can be realized. Furthermore, suppressing the decrease in fluorescence suppresses the chromaticity change of the transmitted light L2, and the aforementioned peeling does not occur. Therefore, a highly reliable fluorescence-emitting module 1 is realized.
<熱伝導構造体の形状>
また、実施の形態2においては、複数の熱伝導構造体12のそれぞれの形状は粒子形状であったが、他の例として、ワイヤ形状、シート形状又はメッシュ形状であってもよい。ここで、この他の例について説明する。
<Shape of heat conduction structure>
In the second embodiment, each of the heat conducting structures 12 has a particle shape, but may have a wire shape, a sheet shape, or a mesh shape. These other examples will now be described.
<メッシュ形状>
図6は、実施の形態2の他の例1に係る蛍光体基板10aの断面図である。図7は、実施の形態2の他の例2に係る蛍光体基板10bの断面図である。なお、図6及び図7は図2の断面図に相当し、図6及び図7では反射防止層30、青透過ダイクロイック多層膜40、回転部100及び光出射部200などの構成要素は省略されている。
<Mesh shape>
Fig. 6 is a cross-sectional view of a phosphor substrate 10a according to Alternative Example 1 of Embodiment 2. Fig. 7 is a cross-sectional view of a phosphor substrate 10b according to Alternative Example 2 of Embodiment 2. Note that Figs. 6 and 7 correspond to the cross-sectional view of Fig. 2, and components such as the anti-reflection layer 30, the blue-transmitting dichroic multilayer film 40, the rotating unit 100, and the light emitting unit 200 are omitted from Figs. 6 and 7.
図6が示すように、複数の熱伝導構造体12aのそれぞれの形状がワイヤ形状である場合、一例として、線径が1μm以上50μmであり、長さが10μm以上500μmであるがこれに限られない。 As shown in Figure 6, when each of the multiple heat conduction structures 12a has a wire shape, an example is, but is not limited to, a wire diameter of 1 μm to 50 μm and a length of 10 μm to 500 μm.
<シート形状>
また、図7では複数の熱伝導構造体12bのそれぞれの形状がシート形状である例が示されている。この場合、蛍光構造体11と複数の熱伝導構造体12bとが積層されている。また、内側の第2領域22においては複数の熱伝導構造体12bの形状は円形状であり、外側の第2領域22においては複数の熱伝導構造体12bの形状は円環形状である。
<Sheet shape>
7 shows an example in which each of the plurality of heat conducting structures 12b has a sheet shape. In this case, the fluorescent structure 11 and the plurality of heat conducting structures 12b are stacked. In the inner second region 22, the plurality of heat conducting structures 12b have a circular shape, and in the outer second region 22, the plurality of heat conducting structures 12b have an annular shape.
また、図示されないが、複数の熱伝導構造体のそれぞれの形状がシート形状である場合に、当該シート形状を厚み方向に貫通する複数の貫通孔が設けられてもよい。このとき、複数の熱伝導構造体のそれぞれの形状は、メッシュ形状となる。つまりは、メッシュ形状における複数の網目が上記の複数の貫通孔に相当する。 Also, although not shown, if each of the multiple heat conduction structures has a sheet shape, multiple through holes may be provided that penetrate the sheet shape in the thickness direction. In this case, each of the multiple heat conduction structures has a mesh shape. In other words, the multiple meshes in the mesh shape correspond to the multiple through holes.
複数の熱伝導構造体12のそれぞれの形状がこれらの形状であることで、蛍光体基板10a及び10bの放熱性をより高めることができる。 By each of the multiple heat conduction structures 12 having these shapes, the heat dissipation properties of the phosphor substrates 10a and 10b can be further improved.
また、複数の熱伝導構造体のそれぞれの形状がメッシュ形状となる場合に、第1領域21に複数の熱伝導構造体が含まれているとよい。この場合、複数の熱伝導構造体は、第1領域21及び複数の第2領域22にわたって、設けられているとよい。これにより、蛍光体基板10bの構造的強度を高めることが可能となり、蛍光体基板10bの割れを抑制することができる。 Furthermore, when each of the multiple heat conduction structures has a mesh shape, it is preferable that the first region 21 includes multiple heat conduction structures. In this case, it is preferable that the multiple heat conduction structures are provided across the first region 21 and multiple second regions 22. This makes it possible to increase the structural strength of the phosphor substrate 10b and suppress cracking of the phosphor substrate 10b.
ただし、上述の通り、第1領域21は、高熱伝導材料を含有していないとよい。これにより、蛍光体材料による波長変換の効率を高めることができる。よって、第1領域21は、複数の第2領域22よりも高熱伝導材料の含有量が少ないとよい。 However, as mentioned above, it is preferable that the first region 21 does not contain a high thermal conductivity material. This increases the efficiency of wavelength conversion by the phosphor material. Therefore, it is preferable that the first region 21 contains a lower amount of high thermal conductivity material than the multiple second regions 22.
なお、図11が示すように、蛍光体基板10dの平面視で、円形状である蛍光体基板10の円周と、酸化物構造体13dを示す2つの円弧のうち外側の円弧(つまり軸A1から遠い側の円弧)とが重なるように酸化物構造体13dが配置されている。しかし、これに限られない。 As shown in FIG. 11, in a plan view of the phosphor substrate 10d, the oxide structure 13d is arranged so that the circumference of the circular phosphor substrate 10 overlaps with the outer arc of the two arcs representing the oxide structure 13d (i.e., the arc farther from the axis A1). However, this is not limited to this.
例えば、図15が示す酸化物構造体13gと同じ形状で同じ位置に、酸化物構造体13dが設けられていてもよい。 For example, oxide structure 13d may be provided in the same shape and at the same position as oxide structure 13g shown in Figure 15.
また、実施の形態3~6においては、透過光L3として黄色光が放たれたがこれに限られない。例えば、蛍光体材料として、上記の黄色蛍光体材料であるYAG:Ceと緑色蛍光体材料とが、用いられるとよい。この場合、蛍光体基板は、励起光L1として黄色光及び緑色光と、波長変換光として青色光とを、時分割で放つことができる。さらに、例えば、緑色蛍光体材料のかわりに赤色蛍光体材料などが用いられてもよい。 Furthermore, in embodiments 3 to 6, yellow light is emitted as the transmitted light L3, but this is not limited to this. For example, the phosphor material may be a combination of the yellow phosphor material YAG:Ce and a green phosphor material. In this case, the phosphor substrate can emit yellow light and green light as the excitation light L1, and blue light as the wavelength-converted light, in a time-division manner. Furthermore, for example, a red phosphor material may be used instead of the green phosphor material.
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-described embodiments may be modified, substituted, added, or omitted in various ways within the scope of the claims or their equivalents.
1、1c、1d、1f、1g、1h 蛍光発光モジュール
10、10a、10b、10c、10d、10f、10g、10h 蛍光体基板
14f、14h 第2光透過領域
21 第1領域
22 第2領域
23 第3領域
24 第4領域
100 回転部
200 光出射部
C1 中心点
L1 励起光
L2、L3 透過光
R 半径
1, 1c, 1d, 1f, 1g, 1h Fluorescence-emitting modules 10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10f, 10g, 10h Phosphor substrates 14f, 14h Second light-transmitting region 21 First region 22 Second region 23 Third region 24 Fourth region 100 Rotating portion 200 Light-emitting portion C1 Center point L1 Excitation light L2, L3 Transmitted light R Radius
Claims (21)
前記蛍光体基板の厚み方向に延びる軸を中心として前記蛍光体基板を回転させる回転部と、を備え、
前記焼結蛍光体は、熱伝導率が100W/m・K以上300W/m・K以下である高熱伝導材料をさらに有し、
前記高熱伝導材料は、金属元素から構成され、
前記高熱伝導材料の形状は、粒子形状、ワイヤ形状、シート形状又はメッシュ形状であり、
前記高熱伝導材料の周囲は、前記蛍光体材料によって覆われる
蛍光発光モジュール。 A phosphor substrate which is a substrate constituted by a sintered phosphor having a phosphor material;
a rotating unit that rotates the phosphor substrate around an axis extending in a thickness direction of the phosphor substrate,
The sintered phosphor further includes a high thermal conductivity material having a thermal conductivity of 100 W/m K or more and 300 W/m K or less,
the high thermal conductivity material is composed of a metal element ,
the highly thermally conductive material is in the form of particles, wires, sheets, or meshes;
The high thermal conductivity material is surrounded by the phosphor material.
Fluorescence emission module.
前記高熱伝導材料は、金属元素から構成され、
前記高熱伝導材料の形状は、粒子形状、ワイヤ形状、シート形状又はメッシュ形状であり、
前記高熱伝導材料の周囲は、前記蛍光体材料によって覆われる
蛍光発光モジュール。 A phosphor substrate is a substrate constituted by a sintered phosphor having a phosphor material and a high thermal conductivity material having a thermal conductivity of 100 W/m K or more and 300 W/m K or less,
the high thermal conductivity material is composed of a metal element ,
the highly thermally conductive material is in the form of particles, wires, sheets, or meshes;
The high thermal conductivity material is surrounded by the phosphor material.
Fluorescence emission module.
請求項1又は2に記載の蛍光発光モジュール。 The high thermal conductivity material has a linear expansion coefficient of 1×10 −7 /K or less.
3. The fluorescent light-emitting module according to claim 1 .
請求項1~3のいずれか1項に記載の蛍光発光モジュール。 4. The fluorescent light-emitting module according to claim 1, wherein the highly thermally conductive material includes at least one of W, Mo, Rh, AlN, and SiC.
請求項1~4のいずれか1項に記載の蛍光発光モジュール。 The melting point of the high thermal conductivity material at normal pressure is 1700°C or higher.
The fluorescent light-emitting module according to any one of claims 1 to 4 .
前記蛍光体基板は、
第1領域と、
前記第1領域よりも前記高熱伝導材料の含有量が多い第2領域と、を有する
請求項1~5のいずれか1項に記載の蛍光発光モジュール。 When the phosphor substrate is viewed from above ,
The phosphor substrate is
A first region;
a second region having a higher content of the high thermal conductivity material than the first region;
The fluorescent light-emitting module according to any one of claims 1 to 5 .
前記第1領域の形状は、円環形状であり、
前記円環形状の中心は、前記蛍光体基板の中心と重なる
請求項6に記載の蛍光発光モジュール。 When the phosphor substrate is viewed from above,
the first region has a circular ring shape;
The fluorescence light-emitting module according to claim 6 , wherein the center of the annular shape overlaps with the center of the phosphor substrate.
前記蛍光体基板は、前記蛍光体材料及び前記酸化物材料のうち前記酸化物材料のみによって構成され、前記蛍光体材料を励起させる光を透過する第1光透過領域を有し、
前記第1領域には、前記第1光透過領域が設けられている
請求項7に記載の蛍光発光モジュール。 The sintered phosphor further includes an oxide material that does not contain a luminescent center element,
the phosphor substrate has a first light-transmitting region that is made of only the oxide material of the phosphor material and the oxide material and transmits light that excites the phosphor material;
The fluorescence light-emitting module according to claim 7 , wherein the first region is provided with the first light-transmitting region.
請求項8に記載の蛍光発光モジュール。 The fluorescent light-emitting module according to claim 8 , wherein the oxide material is aluminum oxide or a non-luminescent material obtained by removing the luminescent center element from the phosphor material.
前記第2光透過領域は、前記蛍光体基板の厚み方向に前記蛍光体基板を貫通する貫通孔、及び、前記蛍光体基板が切り欠かれた切り欠き部のうち少なくとも一方によって構成され、
前記第1領域には、前記第2光透過領域が設けられている
請求項7に記載の蛍光発光モジュール。 the phosphor substrate has a second light-transmitting region that transmits light that excites the phosphor material;
the second light transmitting region is configured by at least one of a through hole penetrating the phosphor substrate in a thickness direction of the phosphor substrate and a notch portion formed by cutting out the phosphor substrate,
The fluorescence light-emitting module according to claim 7 , wherein the first region is provided with the second light-transmitting region.
請求項7~10のいずれか1項に記載の蛍光発光モジュール。 11. The fluorescence light-emitting module according to claim 7 , wherein the second region is provided on both the inside and outside of the annular shape when the phosphor substrate is viewed in plan.
請求項6~11のいずれか1項に記載の蛍光発光モジュール。 12. The fluorescence emitting module according to claim 6 , further comprising a light emitting section that emits excitation light that excites the phosphor material and that is incident on the first region.
入射した前記励起光の他部は、前記第1領域が含む前記蛍光体材料によって波長変換されずに、前記蛍光体基板を透過する
請求項12に記載の蛍光発光モジュール。 a part of the incident excitation light is wavelength-converted by the phosphor material contained in the first region and passes through the phosphor substrate;
The fluorescence light-emitting module according to claim 12 , wherein the other part of the incident excitation light is transmitted through the phosphor substrate without being wavelength-converted by the phosphor material contained in the first region.
前記蛍光体基板は、前記蛍光体材料及び前記酸化物材料のうち前記酸化物材料のみによって構成され、前記蛍光体材料を励起させる光を透過する第1光透過領域を有する
請求項1に記載の蛍光発光モジュール。 The sintered phosphor further includes an oxide material that does not contain a luminescent center element,
The phosphor substrate is made of only the oxide material of the phosphor material and the oxide material, and has a first light-transmitting region that transmits light that excites the phosphor material.
The fluorescent light-emitting module according to claim 1 .
請求項14に記載の蛍光発光モジュール。 The fluorescent light-emitting module according to claim 14 , wherein the oxide material is aluminum oxide or a non-luminescent material obtained by removing the luminescent center element from the phosphor material.
前記蛍光体基板は、円環形状の第3領域を有し、
前記円環形状の中心は、前記蛍光体基板の中心と重なり、
前記第3領域には、前記第1光透過領域が設けられている
請求項14又は15に記載の蛍光発光モジュール。 When the phosphor substrate is viewed from above,
the phosphor substrate has a third region having an annular shape;
the center of the annular shape overlaps with the center of the phosphor substrate;
The fluorescence light-emitting module according to claim 14 or 15 , wherein the third region is provided with the first light-transmitting region.
前記第2光透過領域は、前記蛍光体基板の厚み方向に前記蛍光体基板を貫通する貫通孔、及び、前記蛍光体基板が切り欠かれた切り欠き部のうち少なくとも一方によって構成されている
請求項1に記載の蛍光発光モジュール。 the phosphor substrate has a second light-transmitting region that transmits light that excites the phosphor material;
The second light-transmitting region is configured by at least one of a through-hole penetrating the phosphor substrate in a thickness direction of the phosphor substrate and a notch formed by cutting out the phosphor substrate.
The fluorescent light-emitting module according to claim 1 .
前記蛍光体基板は、円環形状の第3領域を有し、
前記円環形状の中心は、前記蛍光体基板の中心と重なり、
前記第3領域には、前記第2光透過領域が設けられている
請求項17に記載の蛍光発光モジュール。 When the phosphor substrate is viewed from above,
the phosphor substrate has a third region having an annular shape;
the center of the annular shape overlaps with the center of the phosphor substrate;
The fluorescence light-emitting module according to claim 17 , wherein the second light-transmitting region is provided in the third region.
請求項16又は18に記載の蛍光発光モジュール。 The fluorescence emitting module according to claim 16 or 18 , further comprising a light emitting section that emits excitation light that excites the phosphor material and that is incident on the third region.
請求項1~19のいずれか1項に記載の蛍光発光モジュール。 20. The fluorescent light-emitting module according to claim 1 , wherein the phosphor material is (Y1 -xCe x ) 3Al5O12 ( 0.0005 ≦ x<0.001).
発光装置。 A light emitting device comprising the fluorescent light emitting module according to any one of claims 1 to 20 .
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