特開 2025-8207 蛍光ホイール、ホイールデバイスおよび発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025008207

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】蛍光ホイール、ホイールデバイスおよび発光装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/16 20060101AFI20250109BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20250109BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20250109BHJP

   F21V 9/30 20180101ALI20250109BHJP

   F21V 7/30 20180101ALI20250109BHJP

   F21V 29/502 20150101ALI20250109BHJP

   F21V 29/60 20150101ALI20250109BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20250109BHJP

   H04N 9/31 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

G03B21/16

G03B21/00 D

G03B21/14 A

F21V9/30

F21V7/30

F21V29/502 100

F21V29/60

F21S2/00 377

H04N9/31 500

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023110165

(22)【出願日】2023-07-04

(71)【出願人】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(72)【発明者】

【氏名】高橋 勇喜

【テーマコード（参考）】

2K203

5C060

【Ｆターム（参考）】

2K203FA07

2K203FA24

2K203FA25

2K203FA32

2K203FA45

2K203GA35

2K203GA40

2K203HA30

2K203HB26

2K203LA12

2K203LA22

2K203LA54

2K203LA56

2K203LA60

2K203MA05

2K203MA12

2K203MA32

5C060JA19

5C060JA29

(57)【要約】

【課題】放射される蛍光の色ムラを抑制し、発光装置の冷却性能を確保しつつ、発光装置の小型化、軽量化に寄与することができる蛍光ホイール、ホイールデバイス、および発光装置を提供する。
【解決手段】蛍光ホイール１００であって、回転軸の中心１２を中心とする円環状に形成され、前記回転軸を中心として回転し、特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する蛍光体部１０と、前記回転軸を中心として回転する複数の羽根２２からなる送風部２０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蛍光ホイールであって、
回転軸の中心を中心とする円環状に形成され、前記回転軸を中心として回転し、特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する蛍光体部と、
前記回転軸を中心として回転する複数の羽根からなる送風部と、を備えることを特徴とする蛍光ホイール。

【請求項2】

前記蛍光体部は、円板状に形成された基材と、前記基材の一方の主面に円環状に形成された蛍光体層とからなり、
前記送風部は、前記基材に形成された開口部を含み、
前記複数の羽根は、前記基材の一方の主面に対し傾斜して前記基材の開口部に設けられることを特徴とする請求項１記載の蛍光ホイール。

【請求項3】

前記複数の羽根は、それぞれ前記回転軸の中心から径方向外側に向かって形成され、
前記蛍光体部は、前記複数の羽根の径方向外側に前記複数の羽根とは異なる部材で形成され、
前記蛍光体部と前記複数の羽根は同期して回転することを特徴とする請求項１記載の蛍光ホイール。

【請求項4】

前記送風部は、前記回転軸の中心からの外径が異なる２種類以上の前記羽根を含むことを特徴とする請求項１記載の蛍光ホイール。

【請求項5】

前記送風部は、前記複数の羽根の前記回転軸の軸方向の前面を覆うカバーを備えることを特徴とする請求項３記載の蛍光ホイール。

【請求項6】

前記カバーは、前記回転軸の中心から径方向外側に向かって曲線状に延びる複数のリブを備えることを特徴とする請求項５記載の蛍光ホイール。

【請求項7】

発光装置に用いられるホイールデバイスであって、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の蛍光ホイールと、
前記蛍光ホイールを回転させるモーターと、を備えることを特徴とするホイールデバイス。

【請求項8】

前記特定範囲の波長の光を発する光源と、
前記光源からの前記特定範囲の波長の光が照射される請求項７記載のホイールデバイスと、
画像を表示する表示デバイスと、
前記ホイールデバイスから射出された光を用いて前記表示デバイスに表示された画像を外部に投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蛍光ホイール、ホイールデバイスおよび発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

発光素子としてＬＥＤやＬＤ等の光源から照射された光を、蛍光体粒子を含む層によって、異なる波長の変換光として放出する波長変換部材を用いた発光装置が知られている。

【0003】

発光装置として例えばプロジェクター等の光学機器は、青色光を発するレーザー光源と、光源光と波長変換部材により波長変換された蛍光との組み合わせによる光が映像としてスクリーンなどに投射される。

【0004】

このような発光装置に組み込まれる波長変換部材としては、基材を円板形状とし、基材の一方の表面に円板状または円環状に形成した蛍光体層を形成している。そしてこの基材をモーター等の駆動装置により回転させて、光源光の照射位置を継続的に変化させることで、蛍光体層の局所的な温度上昇を抑制しながら波長変換する構造が知られている（特許文献１）。

【0005】

このような光学機器は一般的に、筐体内に配置される発熱源を冷却するためブロアやファンといった送風部を備えており、筐体の側壁や底面などに形成された吸気口から空気を取り入れ、送付部により筐体内の熱を持った空気を排気口から排出することで光学機器の発熱による故障を抑制している（特許文献２）。

【0006】

また、特許文献３は、所定方向に合成光を出射するための光出射面を備える半導体発光装置であって、配線基板と、前記配線基板の実装面に配置された半導体発光素子と、前記半導体発光素子から入射される入射光の少なくとも一部を吸収して前記入射光とは異なる波長の出射光を放出する蛍光体を含む羽状の波長変換部材、及び前記波長変換部材を支持する支持部材から構成され、前記半導体発光素子に向かう対流を生成する送風機と、前記送風機に駆動力を伝達し、前記波長変換部材を回転させる駆動体と、前記光出射面側に開口部を形成するとともに前記半導体発光素子及び前記送風機を囲み、前記出射光を前記光出射面に向けて反射させる筐体と、を有する半導体発光装置の技術が開示されている。すなわち、特許文献３記載の技術は、回転する羽自体を波長変換部材とすることにより、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）や波長変換部材の温度上昇を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００４－３４１１０５号公報

【特許文献2】特開２０１２－０７３５２４号公報

【特許文献3】特開２０１３－２１１４５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献３の波長変換部材は、回転軸に対し傾斜した羽状の形状であるため、半導体発光素子から照射された光が回転する波長変換部材に照射されるときの距離が、波長変換部材の位置によって変化することになる。そうすると放射される蛍光に色ムラが発生するおそれがある。

【0009】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、放射される蛍光の色ムラを抑制し、発光装置の冷却性能を確保しつつ、発光装置の小型化、軽量化に寄与することができる蛍光ホイール、ホイールデバイス、および発光装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

（１）上記の目的を達成するため、本発明の蛍光ホイールは、以下の手段を講じた。すなわち、本発明の適用例の蛍光ホイールは、蛍光ホイールであって、回転軸の中心を中心とする円環状に形成され、前記回転軸を中心として回転し、特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する蛍光体部と、前記回転軸を中心として回転する複数の羽根からなる送風部と、を備えることを特徴としている。

【0011】

これにより、蛍光ホイールと送風ファンを一体的に構成でき、送風ファンおよびそれを回すモーターの分だけスペースに余裕が生まれるため、発光装置の小型化および軽量化に寄与することができる。また、蛍光体部を従来と同様の平板状に形成しているため、放射される蛍光の色ムラを抑制できる。また、羽根の形状等に応じて、発光装置の内部のどこに主に送風するかを選択的に設計でき、例えば、発光素子等の発熱の大きい部分に集中的に送風することもできる。

【0012】

（２）また、上記（１）の適用例の蛍光ホイールにおいて、前記蛍光体部は、円板状に形成された基材と、前記基材の一方の主面に円環状に形成された蛍光体部とからなり、前記送風部は、前記基材に形成された開口部を含み、前記複数の羽根は、前記基材の一方の主面に対し傾斜して前記基材の開口部に設けられることを特徴としている。

【0013】

このように、基材に蛍光体部と送風部を両方設けることで、部品点数を少なくでき、コストを低減できる。

【0014】

（３）また、上記（１）の適用例の蛍光ホイールにおいて、前記複数の羽根は、それぞれ前記回転軸の中心から径方向外側に向かって形成され、前記蛍光体部は、前記複数の羽根の径方向外側に前記複数の羽根とは異なる部材で形成され、前記蛍光体部と前記複数の羽根は同期して回転することを特徴としている。

【0015】

このように、羽根と蛍光体部を異なる部材で構成することで、羽根の形状設計に自由度が得られる。また、それぞれを異なる部材で作製することも可能となるので、反射型や透過型といった蛍光ホイールの構成にも自由度が得られる。

【0016】

（４）また、上記（１）から（３）のいずれかの適用例の蛍光ホイールにおいて、前記送風部は、前記回転軸の中心からの外径が異なる２種類以上の前記羽根を含むことを特徴としている。

【0017】

これにより、蛍光ホイールからの送風の方向性や風力の調整がしやすくなる。また、羽根の形状の組み合わせに応じて、直進性の高い風や拡散性の高い風などを起こすことも可能になる。また、複数種類の羽根を一つの回転軸で回転させるため、複数種類の羽根を複数の送風ファンとする場合と比較して、発光装置の小型化および軽量化に寄与することができる。

【0018】

（５）また、上記（１）から（４）のいずれかの適用例の蛍光ホイールにおいて、前記送風部は、前記複数の羽根の前記回転軸の軸方向の前面を覆うカバーを備えることを特徴としている。

【0019】

これにより、羽根に対する異物の侵入を防止できる。また、カバーの一部のみを開口部とすることで、風向きをコントロールすることができる。

【0020】

（６）また、上記（５）の適用例の蛍光ホイールにおいて、前記カバーは、前記回転軸の中心から径方向外側に向かって曲線状に延びる複数のリブを備えることを特徴としている。

【0021】

これにより、発光装置の筐体内の空気に一定の流れを作ることができ、蛍光ホイールから離れた領域においても風を効率的に送りやすくなる。

【0022】

（７）また、本発明の適用例のホイールデバイスは、発光装置に用いられるホイールデバイスであって、上記（１）から（６）のいずれかに記載の蛍光ホイールと、前記蛍光ホイールを回転させるモーターと、を備えることを特徴としている。

【0023】

これにより、送風部を有する蛍光ホイールを用いたホイールデバイスを構成できる。

【0024】

（８）また、本発明の適用例の発光装置は、前記特定範囲の波長の光を発する光源と、
前記光源からの前記特定範囲の波長の光が照射される上記（７）記載のホイールデバイスと、画像を表示する表示デバイスと、前記ホイールデバイスから射出された光を用いて前記表示デバイスに表示された画像を外部に投射する投射光学系と、を備えることを特徴としている。

【0025】

これにより、送風部を有する蛍光ホイールを用いた発光装置を構成でき、発光装置の冷却機能を維持しつつ発光装置全体の軽量化ができる。このような発光装置は、蛍光ホイールを回転させて使用するプロジェクターなどに適用できる。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、放射される蛍光の色ムラを抑制し、発光装置の冷却性能を確保しつつ、発光装置の小型化、軽量化に寄与することができる蛍光ホイール、ホイールデバイス、および発光装置を構成できる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第１の実施形態に係る蛍光ホイールの一例を模式的に表した平面図、および断面図である。

【図2】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第１の実施形態に係る蛍光ホイールの変形例を模式的に表した平面図、および断面図である。

【図3】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第１の実施形態に係る蛍光ホイールの変形例を模式的に表した平面図、および断面図である。

【図4】蛍光ホイールの蛍光体部部分の断面を拡大した模式図である。

【図5】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第２の実施形態に係る蛍光ホイールの一例を模式的に表した平面図、および断面図である。

【図6】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第２の実施形態に係る蛍光ホイールの変形例を模式的に表した平面図、および断面図である。

【図7】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第２の実施形態に係る蛍光ホイールの変形例を模式的に表した平面図、および断面図である。

【図8】第２の実施形態に係る蛍光ホイールの変形例を模式的に表した平面図である。

【図9】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、蛍光ホイールのカバーの変形例を模式的に表した平面図である。

【図10】本発明のホイールデバイスの一例を表す模式図である。

【図11】本発明の発光装置の一部分の例を表す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。なお、構成図において、各構成要素の大きさは概念的に表したものであり、必ずしも実際の寸法比率を表すものではない。

【0029】

［蛍光ホイールの構成］
（第１の実施形態）
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第１の実施形態に係る蛍光ホイール１００の一例を模式的に表した平面図、および断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡＡ線での断面を示しているが、羽根２２を断面で表示していない。図２以降の蛍光ホイール１００の断面図も同様である。本実施形態に係る蛍光ホイール１００は、回転軸の中心１２を中心とする円環状に形成され、回転軸を中心として回転し、特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する蛍光体部１０と、回転軸を中心として回転する複数の羽根２２からなる送風部２０と、を備える。

【0030】

これにより、蛍光ホイール１００と送風ファンとなる送風部２０を一体的に構成でき、送風ファンおよびそれを回すモーターの分だけスペースに余裕が生まれるため、発光装置の小型化および軽量化に寄与することができる。また、蛍光体部１０を従来と同様の平板状に形成しているため、放射される蛍光の色ムラを抑制できる。また、羽根２２の形状等に応じて、発光装置の内部のどこに主に送風するかを選択的に設計でき、例えば、発光素子等の発熱の大きい部分に集中的に送風することもできる。

【0031】

蛍光ホイール１００は、光源から照射された励起光（光源光）を吸収し励起して波長の異なる変換光を発生させ、放射光を射出する。例えば、青色の励起光を吸収し蛍光体部１０で変換された青色の励起光と異なる変換光を放射させるとともに、青色の励起光を反射させて、変換光と励起光を合わせて、または、変換光のみを利用し、様々な色の光に変換できる。

【0032】

本実施形態に係る蛍光ホイール１００において、蛍光体部１０は、円板状に形成された基材３０と、基材３０の一方の主面３２に円環状に形成された蛍光体層１４とからなることが好ましい。また、送風部２０は、基材３０に形成された開口部３４を含み、複数の羽根２２は、基材３０の一方の主面３２に対し傾斜して基材３０の開口部３４に設けられることが好ましい。このように、基材３０に蛍光体部１０と送風部２０を両方設けることで、発光装置を構成する部品点数を少なくでき、コストを低減できる。蛍光ホイール１００の径は、発光装置の設計によって異なるが、例えば、φ３０ｍｍ～φ１５０ｍｍとすることができる。

【0033】

蛍光体層１４は、回転軸の中心１２から所定の距離に一定の幅を有する円環状に形成される。蛍光体層１４が円環状に形成されることで、励起光の照射部分およびその近傍のみに蛍光体層１４が形成されることとなり、蛍光ホイール１００の軽量化およびコストの削減ができる。円環状の蛍光体部１０の幅は、発光装置の設計によって異なるが、例えば、３ｍｍ～１０ｍｍとすることができる。

【0034】

基材３０は、羽根２２および開口部３４を除いて、円板状に形成される。基材３０の材料は、アルミニウム、鉄、銅やこれらを含む合金等の金属、ガラス、セラミックスなどを用いることができる。反射型の蛍光ホイール１００とする場合、基材３０のすべてを、光を反射する材料で製造することもできるが、光の反射を考慮しない材料の一面に銀などの光を反射する材料をメッキなどで設けてもよい。また、高エネルギーの光が照射されて温度が高くなるので、熱伝導性が高い方がよい。また、羽根２２を形成するにあたり、基材３０は加工性に優れていた方が良い。そのため、基材３０は、アルミニウムで形成されていることが好ましい。

【0035】

羽根２２の材料は、アルミニウム、鉄、銅やこれらを含む合金等の金属、ガラス、セラミックス、プラスチック（樹脂）などどのような素材であってもよい。羽根２２は、基材３０に開口部３４を形成する際に、基材３０の一部をプレス等で折り曲げて、形成することができる。また、基材３０、開口部３４、および羽根２２は、溶かした金属を鋳型に流し込む鋳造法により形成してもよい。これらのように、基材３０と羽根２２を同一の材料で一体的に形成することにより、さらにコストを低減できる。羽根２２は、基材３０の開口部３４の周囲に溶接や接着等で接合することで設けてもよい。図１（ａ）、（ｂ）は、基材３０の一部を折り曲げて羽根２２を形成した例を示している。

【0036】

開口部３４は、回転軸を接続する穴とは異なる。羽根２２の近傍に開口部３４を設けることで、開口部３４より空気を取り入れ、回転する羽根２２が空気を押し出すことによる送風機能を確保できる。羽根２２の枚数は特に限定しない。例えば、３枚～１０枚程度で構成される。羽根２２は、回転軸の中心１２に対し等配の角度に配置される。

【0037】

図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第１の実施形態に係る蛍光ホイール１００の変形例を模式的に表した平面図、および断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢＢ線での断面を示している。図１または図２に示されるように、蛍光体部１０と送風部２０は、それぞれ基材３０の内径側または外径側のどちらに設けられていてもよい。

【0038】

図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第１の実施形態に係る蛍光ホイール１００の変形例を模式的に表した平面図、および断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣＣ線での断面を示している。図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、送風部２０は、回転軸の中心１２からの外径が異なる２種類以上の羽根２２を含むことが好ましい。

【0039】

これにより、蛍光ホイール１００からの送風の方向性や風力の調整がしやすくなる。また、羽根２２の形状の組み合わせに応じて、直進性の高い風や拡散性の高い風などを起こすことも可能になる。また、複数種類の羽根２２を一つの回転軸で回転させるため、複数種類の羽根２２を複数の送風ファンとする場合と比較して、発光装置の小型化および軽量化に寄与することができる。本実施形態の場合、回転軸の中心１２からの外径が異なる２種類以上の羽根２２は、いずれも１の基材３０上に設けられる。なお、図３の例では、外径の異なる２種の羽根２２の枚数および等配角度を同一に記載しているが、羽根２２の枚数はそれぞれの径で異なっていてもよいし、等配の角度も同一である必要はない。

【0040】

図４は、蛍光ホイール１００の蛍光体部１０部分の断面を拡大した模式図である。蛍光体層１４は、蛍光体粒子１６および透光性を有する結合材１８により形成されていてもよい。結合材１８は、蛍光体粒子１６同士を結合する。また、蛍光体層１４は、結晶粒子である蛍光体粒子１６のみからなる、または結晶粒子である蛍光体粒子１６と透過相となるセラミックス粒子が混合されたセラミックス焼結体で形成されていてもよい。透過相となるセラミックス粒子とは、例えば、酸化アルミニウムである。蛍光体層１４は、空隙を含んでいてもよい。

【0041】

蛍光体層１４の励起光の入射側の主面に反射防止層を設けてもよい。また、蛍光ホイール１００を反射型とする場合、蛍光体層１４の励起光の入射側の反対側の主面にＡｌやＡｇ等からなる反射層を設けてもよい。反射防止層や反射層は、スパッタリングやメッキ等で設けることができる。蛍光体層１４は、結合材１８により基材３０と接合されてもよい。また、蛍光体層１４は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の接着剤で基材３０と接合されてもよい。

【0042】

蛍光体層１４の厚みは、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。蛍光体層１４の膜厚は、厚くなると膜内の比較的広い領域で蛍光変換が起こるようになり、高い発光強度を有するからである。蛍光体層１４の膜厚は、厚すぎると蓄熱による問題が増加するが、回転ホイール構造による高い放熱性により解決される。また、蛍光体層１４の膜厚は、厚すぎると蛍光体粒子１６の脱粒や蛍光体層１４の剥離のリスクが増加するが、１０００μｍ以下であれば問題ない。

【0043】

蛍光体粒子１６を構成する蛍光体は、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）およびルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ系蛍光体）を用いることができる。その他、蛍光体は、発光させる色の設計に応じて以下のような材料から選択できる。例えば、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＢａＡｌ_２Ｓ_４：ＥｕあるいはＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６：Ｅｕなどの青色系蛍光体、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｍ１）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、（Ｍ１）（Ｍ２）_２Ｓ：Ｅｕ、（Ｍ３）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、ＣａＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、（Ｍ１）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ：Ｅｕあるいは（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ，Ｍｎなどの黄色または緑色系蛍光体、（Ｍ１）_３ＳｉＯ_５：Ｅｕあるいは（Ｍ１）Ｓ：Ｅｕなどの黄色、橙色または赤色系蛍光体、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕ，Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、（Ｍ１）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｍ１）ＡｌＳｉＮ_３：ＥｕあるいはＹＰＶＯ_４：Ｅｕなどの赤色系蛍光体が挙げられる。なお、上記化学式において、Ｍ１は、Ｂａ，Ｃａ，ＳｒおよびＭｇからなる群のうちの少なくとも１つが含まれ、Ｍ２は、ＧａおよびＡｌのうちの少なくとも１つが含まれ、Ｍ３は、Ｙ，Ｇｄ，ＬｕおよびＴｅからなる群のうち少なくとも１つが含まれる。なお、上記の蛍光体は一例であり、蛍光ホイール１００に用いられる蛍光体が必ずしも上記に限られるわけではない。

【0044】

蛍光体粒子１６の平均粒径は、１０μｍ以上６０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。１０μｍ以上とすることで、変換光の発光強度が大きくなり、ひいては蛍光ホイール１００の発光強度が大きくなるからである。また、６０μｍ以下なので、蛍光ホイール１００を回転させた際の蛍光体粒子１６の脱粒を抑制できる。また、個々の蛍光体粒子１６の温度を低く維持でき、温度消光を抑制できる。

【0045】

なお、本明細書において平均粒径とは、メジアン径（Ｄ５０）であるか、または、ＳＥＭ画像の解析で得られた粒子における平均粒径である。メジアン径（Ｄ５０）である平均粒径は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置の乾式測定または湿式測定を用いて計測することができる。また、ＳＥＭ画像の解析による平均粒径は、以下の手法で計測できる。蛍光体層１４の平面方向と垂直な断面について、例えば、１０００倍にてＳＥＭ画像を取得する。そして、得られたＳＥＭ画像に対して、２値化などの画像解析を行ない、画像から蛍光体粒子１６と認められる１００個以上の粒子の断面積を算出し、その累積分布から平均粒径を求めることができる。画像から蛍光体粒子と認められる１００個以上の粒子の断面積を算出するときには、蛍光体層１４に含まれる蛍光体粒子１６について全体的な平均粒径となるように、蛍光体層１４における複数個所の断面画像（例えば３枚以上）を取得することとする。

【0046】

結合材１８は、透光性を有する材料により構成される。これにより、励起光や変換光を透過させることができる。結合材１８は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、リン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ_４）、ガラス、シリコーン樹脂等で構成される。結合材１８は、無機材料からなるものであることが好ましい。結合材１８が無機材料からなる場合、レーザダイオード等の高エネルギーの光が照射されても変質しないためである。

【0047】

なお、透光性を有する物質とは、０．５ｍｍの対象物質に対して、可視光の波長領域（λ＝３８０～７８０ｎｍ）で光を垂直に入射したとき、反対側から抜けた光の放射束が入射光の８０％を超える特性を有する物質をいう。

【0048】

蛍光体層１４は、例えば以下のような製造方法で形成されればよく、前述した第１の実施形態、および、後述する第２の実施形態のいずれにも適用可能である。１つは、基材３０上に膜として形成する方法である。まず、所定の粒径を有する蛍光体粒子１６と無機バインダ、溶剤等を混合することで印刷ペーストを作製し、この印刷ペーストをスクリーン印刷法やスプレー法などの公知の塗布方法により基材３０上に所定の厚さとなるように塗布し、乾燥・焼成により蛍光体粒子１６を含む膜を形成することができる。もう１つは、基材３０上にセラミックス焼結体を接合して形成する方法である。まず、所定の粒径を有する蛍光体粒子１６と透光相となるセラミックス粒子とバインダと溶媒等を混合し、原料スラリーを作製し、得られた原料スラリーを乾燥、造粒することで造粒粉を作製する。作製した造粒粉をプレス成形、ＣＩＰ成形することで成形体を作製し、この成形体を脱脂・焼成することでセラミックス焼結体を作製する。このセラミックス焼結体を接着剤等を用いて基材３０と接合する。なお、蛍光体層１４の製造方法は、上記の製造方法に限定されるものではない。

【0049】

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る蛍光ホイール１００について、図５から図９を参照して説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第２の実施形態に係る蛍光ホイール１００の一例を模式的に表した平面図および断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＤＤ線での断面を示している。図６（ａ）、（ｂ）、および図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第２の実施形態に係る蛍光ホイール１００の変形例を模式的に表した平面図および断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＥＥ線での断面を示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＦＦ線での断面を示している。図８は、第２の実施形態に係る蛍光ホイール１００の変形例を模式的に表した平面図である。図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ蛍光ホイール１００のカバー５０の変形例を模式的に表した平面図である。

【0050】

本実施形態に係る蛍光ホイール１００は、回転軸の中心１２を中心とする円環状に形成され、回転軸を中心として回転し、特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する蛍光体部１０と、回転軸を中心として回転する複数の羽根２２からなる送風部２０と、を備える。すなわち、本実施形態に係る蛍光ホイール１００は、基本的な構成は第１の実施形態に係る蛍光ホイール１００と同様である。よって、以下では、異なる点のみ説明する。

【0051】

本実施形態に係る蛍光ホイール１００において、複数の羽根２２は、それぞれ回転軸の中心１２から径方向外側に向かって形成され、蛍光体部１０は、複数の羽根２２の径方向外側に複数の羽根２２とは異なる部材で形成され、蛍光体部１０と複数の羽根２２は同期して回転することが好ましい。

【0052】

このように、羽根２２と蛍光体部１０を異なる部材で構成することで、羽根２２の形状設計に自由度が得られる。また、それぞれを異なる材料で作成することも可能となるので、反射型や透過型といった蛍光ホイールの構成にも自由度が得られる。すなわち、例えば、羽根２２を複雑な形状を作製できるプラスチックで作製し、蛍光体部１０を円環状のサファイア上に蛍光体層１４を形成して作製することなどが可能となり、透過型の蛍光ホイール１００を容易に構成できる。なお、羽根２２と蛍光体部１０を異なる部材で構成するとは、羽根２２と蛍光体部１０をそれぞれ個別に作製することをいい、材料は同一でも異なっていてもよい。

【0053】

蛍光体部１０を基材３０と蛍光体層１４で形成する場合、基材３０は、円環状に形成される。基材３０の材料は、反射型の蛍光ホイール１００とする場合、アルミニウム、鉄、銅やこれらを含む合金等を用いることができる。基材３０のすべてを、光を反射する材料で製造することもできるが、光の反射を考慮しない材料の一面に銀などの光を反射する材料をメッキなどで設けてもよい。また、基材３０の材料は、透過型の蛍光ホイール１００とする場合、サファイア、ガラス等を用いることができる。高エネルギーの光が照射されて温度が高くなるので、熱伝導性が高い方がよい。そのため、基材３０は、アルミニウムまたはサファイアで形成されていることが好ましい。

【0054】

羽根２２の材料は、プラスチック（樹脂）、金属、セラミックスなどどのような素材であってもよい。特に、プラスチックは成形容易性や軽量化の観点から好ましい。複数の羽根２２を接合する中心のハブの材料は、プラスチック（樹脂）、金属、セラミックスなどどのような素材であってもよい。ハブの材料は、複数の羽根２２の材料と同一であることが好ましい。複数の羽根２２とハブは、射出成型等により一体的に形成されてもよいし、ぞれぞれの部材と溶接や接着等で接合することで形成してもよい。

【0055】

羽根２２の枚数は特に限定しない。例えば、３枚～１０枚程度で構成される。羽根２２の枚数が少ないことで、羽根２２の１枚の面積を大きく取ることができるため、風量が大きくなる。また、羽根２２の枚数が少ないほうが風切り音も小さい傾向となるため、装置の静穏性にも効果が期待される。さらに、羽根２２の枚数が少ないほうがモーターの回転数を落としても必要な風量を確保できる。一方、大きな羽根２２で風量を確保する場合、羽根２２の回転軸方向の距離をある程度確保する必要が生じるため、３～５枚程度で構成することが好ましい。羽根２２は、回転軸の中心１２に対し等配の角度に配置される。

【0056】

図５に示されるように、羽根２２と蛍光体部１０は、直接接合されていてもよい。この場合、例えば、羽根２２の外周の一部に蛍光体部１０を溶接、またはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の接着剤で接着するなどして、接合することができる。このように、羽根２２と蛍光体部１０を直接接合する場合、羽根２２の材料は、放熱性に優れる金属やセラミックスを選択することが好ましい。その場合は、羽根２２の熱伝導率は蛍光体層１４より高く、基材３０と同程度かそれ以上の熱伝導率を有する素材であることが好ましい。

【0057】

また、図６に示されるように、羽根２２と蛍光体部１０は、直接は接合されず、回転軸に接続部材４０を取り付け、接続部材４０と蛍光体部１０を接続してもよい。接続部材４０も、羽根２２や基材３０を構成する材料と同様の素材から作製することができる。図５または図６のいずれの場合も、蛍光体部１０と複数の羽根２２は同期して回転することができる。

【0058】

図７（ａ）、（ｂ）に示されるように、送風部２０は、回転軸の中心１２からの外径が異なる２種類以上の羽根２２を含むことが好ましい。これにより、蛍光ホイール１００からの送風の方向性や風力の調整がしやすくなる。また、羽根２２の形状の組み合わせに応じて、直進性の高い風や拡散性の高い風などを起こすことも可能になる。また、複数種類の羽根２２を一つの回転軸で回転させるため、複数種類の羽根２２を複数の送風ファンとする場合と比較して、発光装置の小型化および軽量化に寄与することができる。

【0059】

本実施形態の場合、回転軸の中心１２からの外径が異なる２種類以上の羽根２２は、回転軸方向の異なる位置に設けることができる。この場合、モーター側に取り付けられる羽根２２のほうが外径が大きいことが好ましい。これにより、異なる性質の空気の流れを容易に作り出すことができる。例えば、外径の大きい羽根２２の外径を１としたとき、もう一方の羽根２２の外径は０．３～０．６程度に設計することが好ましい。また、回転軸の中心１２からの外径が異なる２種類以上の羽根２２は、それぞれ３～５枚程度で構成することが好ましい。

【0060】

図８に示されるように、送風部２０は、複数の羽根２２の回転軸の軸方向の前面を覆うカバー５０を備えることが好ましい。これにより、羽根２２に対する異物の侵入を防止できる。また、カバー５０の一部のみを開口部とすることで、風向きをコントロールすることができる。

【0061】

図９（ａ）に示されるように、カバー５０は、回転軸の中心１２から径方向外側に向かって曲線状に延びる複数のリブ５２を備えることが好ましい。これにより、発光装置の筐体内の空気に一定の流れを作ることができ、蛍光ホイール１００から離れた領域においても風を効率的に送りやすくなる。いわゆる、サーキュレーターのような効果を発揮することができる。リブ５２は、細長い板状の部材で形成され、回転軸の方向に対して傾斜していてもよい。

【0062】

図８、図９（ａ）では、カバー５０は、回転軸の中心１２から径方向外側に向かって直線状または曲線状に延びる複数のリブ５２を備え、回転軸の中心１２付近が開口となっている。図９（ｂ）に示されるように、カバー５０は、板状の部材に排気口５４を設けて構成してもよい。これにより、風向きをコントロールすることができ、効率的に筐体内の温度上昇を抑制することができる。

【0063】

図５から図８では、蛍光体部１０は、円環状の基材３０と基材３０の一方の主面３２上に設けられた蛍光体層１４により構成されている例を示していたが、本実施形態の蛍光体部１０は、蛍光体層１４のみで構成されていてもよい。この場合、蛍光体層１４の厚みは、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。また、蛍光ホイール１００を反射型とする場合であって、蛍光体部１０を蛍光体層１４のみで構成する場合、蛍光体層１４の励起光の入射側の反対側の主面にＡｌやＡｇ等からなる反射層を設けることが好ましい。反射層は、スパッタリングやメッキ等で設けることができる。

【0064】

［ホイールデバイスの構成］
図１０は、ホイールデバイス２００の一例を表す模式図である。ホイールデバイス２００は、蛍光ホイール１００およびモーター２１０を備える。蛍光ホイール１００は、上記の蛍光ホイール１００である。図１０のホイールデバイス２００は、図１の蛍光ホイール１００を使用した例を示している。

【0065】

モーター２１０は、蛍光体部１０および羽根２２を同期して回転させ、蛍光体部１０の蛍光体層１４の励起光が照射される位置を変動させる。これにより、蛍光体層１４の一部に励起光が照射され続けることがないため、蛍光体層１４の発熱を抑制できる。また、蛍光体部１０と同期して羽根２２が回転することにより、１のモーター２１０で送風を同時に行うことができる。

【0066】

［発光装置の構成］
図１１は、発光装置３００の一部分の例を表す概念図である。発光装置３００は、光源３１０、ホイールデバイス２００、表示デバイス３２０および投射光学系３３０を備える。

【0067】

光源３１０は、ホイールデバイス２００に用いられる蛍光体を励起する励起光を照射する。光源３１０が照射する励起光は、青色光、紫色光、または紫外光が好ましい。また、光源３１０は、レーザダイオードであることが好ましい。

【0068】

ホイールデバイス２００は、上記のホイールデバイス２００である。ホイールデバイス２００は、光源３１０からの励起光を受け、励起光を吸収し励起して波長の異なる変換光を発生させ、変換光のみまたは変換光と励起光からなる放射光を射出する。

【0069】

表示デバイス３２０は、発光装置３００が投影する画像を表示する。表示デバイス３２０は、液晶パネル、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などを用いることができる。

【0070】

投射光学系３３０は、ホイールデバイス２００から射出された放射光を用いて表示デバイス３２０に表示された画像を外部に投射する。投射光学系３３０は、複数のレンズ３３１からなり、ズームやピントの調整をする。

【0071】

発光装置３００は、上記の構成のほか、レンズ３３１、ダイクロイックミラー３３２などにより構成される。また、発光装置３００の設計に応じて、図に記載していない、ミラー、ダイクロイックミラー、レンズ、プリズムなどを使用することもできる。発光装置３００は、送風ファンおよびそれ専用のモーターを省略することができ、発光装置３００を小型化した小型の装置とすることができる。発光装置３００は、プロジェクターなどに適用できる。

【0072】

以上説明したように、本発明の蛍光ホイール、ホイールデバイス、および発光装置は、放射される蛍光の色ムラを抑制し、発光装置の冷却性能を確保しつつ、発光装置の小型化、軽量化に寄与することができる。

【符号の説明】

【0073】

１０ 蛍光体部
１２ 回転軸の中心
１４ 蛍光体層
１６ 蛍光体粒子
１８ 結合材
２０ 送風部
２２ 羽根
３０ 基材
３２ 主面
３４ 開口部
４０ 接続部材
５０ カバー
５２ リブ
５４ 排気口
１００ 蛍光ホイール
２００ ホイールデバイス
２１０ モーター
３００ 発光装置
３１０ 光源
３２０ 表示デバイス
３３０ 投射光学系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】