特許 7599119 蛍光体ホイール装置、照明装置、及び投写型映像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】蛍光体ホイール装置、照明装置、及び投写型映像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20241206BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20241206BHJP

   G03B 21/16 20060101ALI20241206BHJP

   F21V 29/502 20150101ALI20241206BHJP

   F21V 29/77 20150101ALI20241206BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20241206BHJP

   F21V 9/32 20180101ALI20241206BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20241206BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20241206BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20241206BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 Z

G03B21/00 D

G03B21/16

G03B21/14 A

F21V29/502 100

F21V29/77

F21S2/00 375

F21V9/32

G02B5/00 Z

H04N5/74 Z

F21Y115:30

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023076054

(22)【出願日】2023-05-02

(62)【分割の表示】P 2018171604の分割

【原出願日】2018-09-13

(65)【公開番号】P2023101526

(43)【公開日】2023-07-21

【審査請求日】2023-05-31

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100183265

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 剣一

(72)【発明者】

【氏名】山岸 成多

(72)【発明者】

【氏名】西川 勇作

【審査官】小野 博之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１６９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１５５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３８５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３６４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４８７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１８１７６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１８５８６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１６９９３８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ ２１／００－２１／１０

２１／１２－２１／３０

２１／５６－２１／６４

３３／００－３３／１６

Ｈ０４Ｎ ５／６６－５／７４

Ｆ２１Ｓ ２／００－４５／７０

Ｆ２１Ｖ １／００－１５／０４

２３／００－３７／００

９９／００

Ｇ０２Ｂ ５／００－５／３２

Ｆ２１Ｙ １１５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の光反射率を有する熱伝導材料からなり、互いに対向する第１及び第２の面を有する基板と、
前記基板の第１の面に配置されたセラミックからなる蛍光体層と、
前記基板および前記蛍光体層と接し、前記基板と前記蛍光体層とを互いに接着する接着層と、
前記基板を回転させる駆動装置と、を備え、
前記基板は、第２の面において前記基板と一体となって形成された複数のフィンを有し、
前記基板は、円形状を有し、前記熱伝導材料はアルミニウムを含む合金であり、
前記蛍光体層はリング形状を有し、
前記各フィンは、
前記基板の回転中心に対して回転対称に形成され、前記基板の任意の半径が少なくとも２つの前記フィンと交差するように形成され、
前記交差する前記基板の半径に対して同一方向に傾斜し、かつ、前記基板の外周に向かうほど前記半径に対する傾斜角度が大きくなるように曲線状に形成され、
前記基板における前記第１の面と前記第２の面との関係形状が、前記蛍光体層の外周に相当する位置において、前記第１の面から前記第２の面における１つの前記フィンの幅を見込む角度をθ１とし、前記第１の面から前記第２の面において互いに隣接する２つのフィンの間の距離を見込む角度をθ２とするとき、θ１＜５５°かつθ２＜１４０°を満たすように形成され、
前記隣接する２つのフィンの間の距離は、前記基板の外周に向かうほど大きい、
蛍光体ホイール装置。

【請求項2】

前記フィンの幅は、前記隣接する２つのフィンの間の距離よりも小さい、請求項１に記載の蛍光体ホイール装置。

【請求項3】

前記接着層は、第１の熱伝導率を有する接着剤と、フィラー粒子とを含み、
前記フィラー粒子は、前記第１の熱伝導率よりも高い第２の熱伝導率を有し、かつ、前記第１の光反射率よりも高い第２の光反射率を有する、
請求項１または２記載の蛍光体ホイール装置。

【請求項4】

前記フィラー粒子は酸化チタンからなる、
請求項３記載の蛍光体ホイール装置。

【請求項5】

光源素子と、
請求項１～４のうちの１つに記載の蛍光体ホイール装置を備えた、
照明装置。

【請求項6】

請求項５記載の照明装置と、
映像信号に応じて前記照明装置からの入射光を空間的に変調して映像光を生成する光変調素子と、
前記映像光を投射する投写光学系と、を備えた、
投写型映像表示装置。

【請求項7】

第１の光反射率を有する熱伝導材料からなり、互いに対向する第１及び第２の面を有する基板と、
前記基板の第１の面に配置されたセラミックからなる蛍光体層と、
前記基板および前記蛍光体層と接し、前記基板と前記蛍光体層とを互いに接着する接着層と、
前記基板を回転させる駆動装置と、を備え、
前記基板は、第２の面において前記基板と一体となって形成された複数のフィンを有し、
前記基板は、円形状を有し、前記熱伝導材料はアルミニウム合金Ａ６０６３であり、
前記蛍光体層はリング形状を有し、
前記各フィンは、
前記基板の回転中心に対して回転対称に形成され、前記基板の任意の半径が少なくとも２つの前記フィンと交差するように形成され、
前記交差する前記基板の半径に対して同一方向に傾斜し、かつ、前記基板の外周に向かうほど前記半径に対する傾斜角度が大きくなるように曲線状に形成され、
前記基板における前記第１の面と前記第２の面との関係形状が、前記蛍光体層の外周に相当する位置において、前記第１の面から前記第２の面における１つの前記フィンの幅を見込む角度をθ１とし、前記第１の面から前記第２の面において互いに隣接する２つのフィンの間の距離を見込む角度をθ２とするとき、θ１＜５５°かつθ２＜１４０°を満たすように形成され、
前記隣接する２つのフィンの間の距離は、前記基板の外周に向かうほど大きい、
蛍光体ホイール装置。

【請求項8】

光源素子と、
請求項７記載の蛍光体ホイール装置を備えた、
照明装置。

【請求項9】

請求項８記載の照明装置と、
映像信号に応じて前記照明装置からの入射光を空間的に変調して映像光を生成する光変調素子と、
前記映像光を投射する投写光学系と、を備えた、
投写型映像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、例えば、投写型映像表示装置の光源に使用される蛍光体ホイール装置、並びに、そのような蛍光体ホイール装置を備えた照明装置及び投写型映像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

投写型映像表示装置の光源は、固体光源技術の進歩により、従来の放電管ランプから、発光ダイオード又は半導体レーザ素子のような固体光源に置き換わりつつある。発光ダイオード及び半導体レーザ素子は、長寿命であること、水銀を含まないこと、爆発しないこと、などの長所を有する。特に、半導体レーザ素子は、単一の素子からの出力パワーは小さいが、出力光のエタンデュが比較的に小さい。従って、複数個の半導体レーザ素子をアレイ状に配列して一体化したデバイスも提供されている。このような半導体レーザ素子又はそのアレイを用いることにより、例えば、５０００ルーメンを超えるような高パワーの投写型映像表示装置が提供されている。

【0003】

半導体レーザ素子のうち、特に、青色光を発生する半導体レーザ素子が、効率及びパワーの点で優れている。投写型映像表示装置では、白色光を得るために、青色光を発生する半導体レーザ素子と、青色光から黄色光を生ずる蛍光体とを組み合わせた構成が主流になっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１１８１０７号公報

【文献】特開２０１８－０３６４５７号公報

【文献】国際公開第２０１６／１８５８５１号

【文献】特開２０１７－１１６９３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

固体光源を搭載した投写型映像表示装置の出力パワーを増大することが求められる。しかしながら、比較的に高効率であるＹＡＧ系の蛍光体でも、蛍光体への入射光のエネルギーのおよそ半分しか蛍光に変換することができず、残りのエネルギーは熱になる。この熱を蛍光体から除かないと蛍光体の温度が上がり、蛍光変換効率及び信頼性の低下を招く。特に、蛍光体への入射光が点状に集光される場合に、蛍光体の温度の上昇が顕著になる。従って、蛍光体と冷却手段との併用が必要になる。一般的には、円板形状の基板の面に蛍光体を円環状に形成してモータで回転させることで（本明細書では、このような構成を「蛍光体ホイール装置」という）、蛍光体の実効的な表面積を広げて、空気との熱交換を促進している。近年はさらなる投写型映像表示装置の高輝度化が求められ、入射光を高効率で変換するための蛍光体及びその構成が必要になり、また、効率よく安価に実現できる冷却手段が必要になっている。

【0006】

このような課題を鑑み、従来、例えば特許文献１～４の発明が提案されている。

【0007】

特許文献１及び２は、蛍光体を基板に接着する接着剤が熱伝導性フィラーを含み、これにより冷却性を改善することを開示している。この場合、蛍光体から基板へ熱が伝導しやすくなっているが、基板の冷却手段は開示されていない。

【0008】

特許文献３及び４は、蛍光体を形成した回転基板の背面に、冷却性を向上する手段を備える構成を開示している。特許文献３は、表面積を増やすためのさまざまな構成の概要を開示している。特許文献４は、表面積を増やすために凸形状を形成することを開示している。

【0009】

特許文献１及び２は、蛍光体の近傍のみの熱伝導を考慮したものであり、蛍光体及びその近傍の熱を十分に除去することができない。特許文献３及び４は、表面積を増やすためのさまざまな構成についての記載があるが、その実現方法（工法）に制約が加わる可能性がある。

【0010】

本開示の目的は、蛍光体の発熱を、簡単な構成で、従来よりも高効率で冷却することができる蛍光体ホイール装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本開示の一態様に係る蛍光体ホイール装置は、第１の光反射率を有する熱伝導材料からなり、互いに対向する第１及び第２の面を有する基板と、基板の第１の面に配置された蛍光体層と、基板と蛍光体層とを互いに接着する接着層と、基板の第２の面に配置された複数のフィンとを備える。接着層は、第１の熱伝導率を有する接着剤と、フィラー粒子とを含む。フィラー粒子は、第１の熱伝導率よりも高い第２の熱伝導率を有し、かつ、第１の光反射率よりも高い第２の光反射率を有する。

【発明の効果】

【0012】

本開示の一態様に係る蛍光体ホイール装置によれば、蛍光体の発熱を、簡単な構成で、従来よりも高効率で冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０を備えた照明装置１００の構成を示す概略図である。

【図2】図１の蛍光体ホイール装置１２０の前面の構成を示す平面図である。

【図3】図１の蛍光体ホイール装置１２０の外周の近傍の構成を示す断面図である。

【図4】図１の蛍光体ホイール装置１２０の前面の構成を示す斜視図である。

【図5】図１の蛍光体ホイール装置１２０の後面の構成を示す斜視図である。

【図6】図１の蛍光体ホイール装置１２０の後面の構成を示す平面図である。

【図7】図１の蛍光体ホイール装置１２０の各フィン１２３の構成を示す側面図である。

【図8】第１の実施形態の変形例に係る蛍光体ホイール装置１２０Ａの外周の近傍の構成を示す断面図である。

【図9】第２の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０を備えた照明装置２００の構成を示す概略図である。

【図10】第２の実施形態の変形例に係る蛍光体ホイール装置１２０Ｂの前面の構成を示す平面図である。

【図11】第３の実施形態に係る投写型映像表示装置３００の構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

【0015】

なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

【0016】

［第１の実施形態］
以下、図１～図８を参照して、第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置を備えた照明装置について説明する。

【0017】

［１－１．全体構成］
図１は、第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０を備えた照明装置１００の構成を示す概略図である。図２は、図１の蛍光体ホイール装置１２０の前面の構成を示す平面図である。図３は、図１の蛍光体ホイール装置１２０の外周の近傍の構成を示す断面図である。図４は、図１の蛍光体ホイール装置１２０の前面の構成を示す斜視図である。図５は、図１の蛍光体ホイール装置１２０の後面の構成を示す斜視図である。

【0018】

図１を参照すると、照明装置１００は、半導体レーザ素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ、コリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ、レンズ１０３，１０４，１０７，１０８，１０９、拡散板１０５、ダイクロイックミラー１０６、ロッドインテグレータ１１０、及び蛍光体ホイール装置１２０を備える。

【0019】

半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃは、蛍光体ホイール装置１２０の蛍光体を励起するための青色光を発生する。半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃから－Ｚ方向に出射された青色光は、コリメートレンズ１０２ａ～１０２ｃでコリメートされた後、アフォーカル系を構成するレンズ１０３及び１０４で集束されて拡散板１０５に入射する。拡散板１０５に入射した青色光はここで拡散され、次に、ダイクロイックミラー１０６に入射する。

【0020】

ダイクロイックミラー１０６は、青色光を透過し、それ以外の色成分光を反射する特性を有し、光軸に対して４５度傾斜して配置されている。拡散板１０５からダイクロイックミラー１０６に入射して透過した青色光は、レンズ１０７，１０８を介して蛍光体ホイール装置１２０に入射する。

【0021】

図２及び図３を参照すると、蛍光体ホイール装置１２０は、基板１２１、蛍光体１２２、複数のフィン１２３、駆動装置１２４、接着剤１２５、及びフィラー粒子１２６を備える。本明細書では、蛍光体ホイール装置１２０において、半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃからの青色光が入射する面（図１の＋Ｚ側の面、図２に示す面）を「第１の面」又は「前面」といい、その逆の面（図１の－Ｚ側の面）を「第２の面」又は「後面」という。

【0022】

基板１２１は、円形状に形成された熱伝導材料からなり、互いに対向する前面及び後面を有する。

【0023】

蛍光体１２２は、板状かつリング形状に形成され、基板１２１の前面に配置される。蛍光体１２２は、例えば、焼き固めたセラミックである。蛍光体１２２は、フィラー粒子１２６が拡散して分布するように混合された接着剤１２５によって基板１２１に固定される。ここで、蛍光体１２２は、基板１２１の回転中心Ｏの周りに同心円になるように固定される。蛍光体１２２は、例えば、青色光によって励起されて黄色光の蛍光を発生する特性を有する。

【0024】

各フィン１２３は、基板１２１の後面において、少なくとも、蛍光体１２２が基板１２１の前面に配置された範囲よりも広い範囲にわたって配置される。各フィン１２３は、例えば基板１２１に対して一体的に形成される。

【0025】

駆動装置１２４は、基板１２１を回転中心Ｏの周りに回転させる。

【0026】

基板１２１は第１の光反射率を有し、接着剤１２５は第１の熱伝導率を有する。フィラー粒子１２６は、第１の熱伝導率よりも高い第２の熱伝導率を有し、かつ、第１の光反射率よりも高い第２の光反射率を有する。

【0027】

本明細書では、蛍光体１２２を「蛍光体層」ともいい、また、接着剤１２５及びフィラー粒子１２６をまとめて「接着層」ともいう。

【0028】

再び図１を参照すると、半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃから蛍光体ホイール装置１２０に到来した青色光は、蛍光体１２２に入射する。蛍光体１２２は、青色光によって励起されて黄色光の蛍光を発生する。黄色光の蛍光は、フィラー粒子１２６によって反射されて、図１の＋Ｚ方向に進む。蛍光体ホイール装置１２０の基板１２１は、駆動装置１２４により回転されているので、高エネルギーの青色光が入射する場合でも照射される蛍光体の面積を拡大でき、従って、蛍光を発生するときの発熱を抑制することができる。

【0029】

蛍光体ホイール装置１２０によって発生した黄色光は、レンズ１０７，１０８を介してダイクロイックミラー１０６に入射する。前述のように、ダイクロイックミラー１０６は、青色光を透過し、それ以外の色成分光を反射する特性を有するので、ダイクロイックミラー１０６に入射した黄色光はここで反射されて－Ｘ方向に進む。ダイクロイックミラー１０６によって反射された黄色光は、レンズ１０９を介して、その前方に配置された矩形開口を有するロッドインテグレータ１１０の入射面に集光される。

【0030】

このように、蛍光体ホイール装置１２０を用いることにより、青色光から黄色光を生成することができる。図１の構成では、ロッドインテグレータ１１０の出射面からの出射光が照明装置１００の出力光である。ロッドインテグレータ１１０の出射面の後段に、必要な光学系が設けられてその機能を果たす。

【0031】

照明装置１００は、レンズ１０９及びロッドインテグレータ１１０に代えて、矩形形状の複数のレンズからなるレンズアレイを備えてもよい。

【0032】

［１－２．蛍光体ホイール装置の構成］
次に、蛍光体ホイール装置１２０の詳細構成について説明する。

【0033】

前述のように、フィラー粒子１２６は、接着剤１２５の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、基板１２１の光反射率よりも高い光反射率を有する。フィラー粒子１２６は、例えば酸化チタンである。一方、基板１２１は、熱伝導性、入手容易性、及び加工容易性の観点で、例えばアルミニウム合金である。例示的な材料は、例えば以下の熱伝導率及び光反射率を有する。

【0034】

熱伝導率
接着剤 ０．１Ｗ／ｍ／Ｋ
酸化チタン ６．３Ｗ／ｍ／Ｋ
光反射率
アルミニウム合金 ８０％
酸化チタン ９５％

【0035】

青色光によって励起された蛍光体１２２は全方向に黄色光の蛍光を発生する。そのうち、基板１２１に向かって（すなわち－Ｚ方向に）発生した黄色光の蛍光は、基板１２１に到達する前にフィラー粒子１２６（酸化チタン）により反射されて再び蛍光体１２２に入射し、蛍光体１２２を通過して蛍光体１２２の＋Ｚ側の面から放出される。これにより、従来技術であれば基板の表面に設けられていた反射層が不要になる。蒸着等によって形成される反射層は非常に高コストである。本実施形態によれば、反射層を不要とすることで、従来技術と同等の性能を従来技術よりも安価に実現することができる。

【0036】

なお、ここでは、酸化チタンからなるフィラー粒子１２６を用いる例を説明したが、高い熱伝導率及び高い光反射率を有する材料であれば任意の材料、例えば酸化亜鉛などを使用可能である。酸化亜鉛の熱伝導率は２５．２Ｗ／ｍ／Ｋであり、その光反射率は９０％である。

【0037】

図６は、図１の蛍光体ホイール装置１２０の後面の構成を示す平面図である。基板１２１の強度は、フィン１２３がある部分とない部分とで顕著に異なるので、基板１２１の屈曲が生じる懸念がある。基板１２１が屈曲した場合、レンズ１０８と蛍光体１２２との距離が変動する。この距離が変動したとき、蛍光変換効率が低下することがあり、また、基板１２１の角度位置に応じて蛍光の強さにムラが生じることがある。本実施形態では、基板１２１の屈曲を生じにくくするために、図６に示すように、各フィン１２３は、基板１２１の回転中心Ｏに対して回転対称に形成され、基板１２１の任意の半径が少なくとも２つのフィン１２３と交差するように形成される。各フィン１２３は、直線状に形成されてもよく、曲線状に形成されてもよく、例えば図６に示すように渦巻き線の一部に沿って形成されてもよい。これにより、基板１２１の面に対して所定高さを有する各フィン１２３が基板１２１の屈曲を抑制するよう作用し、屈曲に対して強い構成を提供することができる。

【0038】

図７は、図１の蛍光体ホイール装置１２０の各フィン１２３の構成を示す側面図である。

【0039】

上述のように、蛍光体１２２がセラミックであり、基板１２１がアルミニウム合金である場合、それらの熱膨張率の差に起因して蛍光体１２２の割れが生じる懸念がある。特に、基板１２１の面において、フィン１２３がある部分（すなわち、フィン１２３によって冷却されやすい部分）と、フィン１２３がない部分（すなわち、フィン１２３によって冷却されにくい部分）とにおいて温度差が生じやすく、フィン１２３がない部分に対向する蛍光体１２２の部分に亀裂が生じる懸念がある。

【0040】

本実施形態では、蛍光体１２２の外周に相当する位置において、各フィン１２３が図７に示す寸法を有するように形成した。ここで、ｄ１は基板１２１の厚さを示し、ｄ２は各フィン１２３の幅（厚さ）を示し、ｄ３は互いに隣接する２つのフィン１２３の間の距離を示す。θ１は、基板１２１の前面（＋Ｚ側の面）から、基板１２１の後面（－Ｚ側の面）における１つのフィン１２３の幅ｄ２を見込む角度を示す。θ２は、基板１２１の前面から、基板１２１の後面において互いに隣接する２つのフィン１２３の間の距離ｄ３を見込む角度を示す。このとき、各フィン１２３は、θ１＜５５°かつθ２＜１４０°を満たすように形成される。角度θ１を規定することで、フィン１２３がある部分において基板１２１の伸びを生じにくくすることができる。また、角度θ２を規定することで、フィン１２３がない部分において基板１２１の伸びを生じにくくすることができる。

【0041】

本発明者らは、図７を参照して説明した寸法の条件を満たすことにより、セラミックからなる蛍光体１２２を、アルミニウム合金からなる基板１２１に固定しても、蛍光体１２２の割れが生じないことを実験により確認した。実験では、熱伝導性及び加工性の観点で、アルミニウム合金としてＡ６０６３を用いた。

【0042】

本実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、蛍光体１２２を基板１２１に固定する接着剤１２５にフィラー粒子１２６を拡散して分布するように混合し、さらに、基板１２１の後面に複数のフィン１２３を備えたことにより、蛍光体１２２の発熱を、簡単な構成で、従来よりも高効率で冷却することができる。

【0043】

本実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、高い熱伝導性を有するフィラー粒子１２６を混合した接着剤１２５により蛍光体１２２が基板１２１に直接に固定されているので、蛍光体１２２を効率よく冷却することができる。従って、蛍光体１２２の温度上昇で生じる温度消光に起因する効率の低下を生じにくくすることができる。

【0044】

本実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、簡単な構成を有することにより安価に製造することができる。本実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、反射層を形成しないことにより安価に製造することができる。

【0045】

本実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、高パワーの入射光によって励起される条件下においても、蛍光体が効率的に発光し、また、高い信頼性で動作する蛍光体ホイール装置を実現することができる。

【0046】

［１－３．変形例］
図８は、第１の実施形態の変形例に係る蛍光体ホイール装置１２０Ａの外周の近傍の構成を示す断面図である。図８の蛍光体ホイール装置１２０Ａは、図３の蛍光体ホイール装置１２０の各構成要素に加えて、基板１２１の前面に形成された反射層１２７をさらに備える。蛍光体１２２は、フィラー粒子１２６が混合された接着剤１２５によって反射層１２７に固定される。反射層１２７は、例えば金属薄膜である。反射層１２７を備えることにより、蛍光体１２２によって発生された蛍光をフィラー粒子１２６だけでは反射しきれない場合であっても、確実に蛍光を反射することができる。

【0047】

［１－４．効果等］
第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置及び照明装置の構成及び効果は、以下の通りである。

【0048】

第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０は、第１の光反射率を有する熱伝導材料からなり、互いに対向する第１及び第２の面を有する基板１２１と、基板１２１の第１の面に配置された蛍光体１２２と、基板１２１と蛍光体１２２とを互いに接着する接着層と、基板１２１の第２の面に配置された複数のフィン１２３とを備える。接着層は、第１の熱伝導率を有する接着剤１２５と、フィラー粒子１２６とを含む。フィラー粒子１２６は、第１の熱伝導率よりも高い第２の熱伝導率を有し、かつ、第１の光反射率よりも高い第２の光反射率を有する。

【0049】

これにより、蛍光体の発熱を、簡単な構成で、従来よりも高効率で冷却することができる。

【0050】

第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、蛍光体１２２はセラミックからなってもよい。

【0051】

これにより、例えば有機材料の蛍光体を用いる場合よりも高信頼性の蛍光体ホイール装置を提供することができる。

【0052】

第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、フィラー粒子１２６は酸化チタンからなってもよい。

【0053】

これにより、蛍光体ホイール装置を十分に冷却し、また、蛍光を高効率で反射することができる。

【0054】

第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、基板１２１と接着層との間に形成された反射層をさらに備えてもよい。

【0055】

これにより、蛍光をさらに高効率で反射することができる。

【0056】

第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、基板１２１は円形状を有し、蛍光体１２２はリング形状を有してもよい。蛍光体ホイール装置は、基板１２１を回転させる駆動装置１２４をさらに備えてもよい。

【0057】

これにより、高エネルギーの青色光が入射する場合でも照射される蛍光体の面積を拡大でき、従って、蛍光を発生するときの発熱を抑制することができる。

【0058】

第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、各フィン１２３は、基板１２１の回転中心Ｏに対して回転対称に形成され、基板１２１の任意の半径が少なくとも２つのフィン１２３と交差するように形成されてもよい。

【0059】

これにより、基板の屈曲を生じにくくすることができる。

【0060】

第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、各フィン１２３は渦巻き線の一部に沿って形成されてもよい。

【0061】

これにより、基板の屈曲を生じにくくすることができる。

【0062】

第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０によれば、各フィン１２３は、蛍光体１２２の外周に相当する位置において、第１の面から第２の面における１つのフィン１２３の幅を見込む角度をθ１とし、第１の面から第２の面において互いに隣接する２つのフィン１２３の間の距離を見込む角度をθ２とするとき、θ１＜５５°かつθ２＜１４０°を満たすように形成されてもよい。

【0063】

これにより、実際に蛍光体からの熱を基板に受けても、基板面での熱膨張の違いで生じる歪みを抑制でき、基板に接着された蛍光体を割らずに支持することができる。

【0064】

第１の実施形態に係る照明装置１００は、半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃと、蛍光体ホイール装置１２０又は１２０Ａを備える。

【0065】

これにより、蛍光体の発熱を、簡単な構成で、従来よりも高効率で冷却することができ、青色光から黄色光を生成することができる。

【0066】

［第２の実施形態］
以下、図９～図１０を参照して、第２の実施形態に係る蛍光体ホイール装置を備えた照明装置について説明する。

【0067】

［２－１．構成］
図９は、第２の実施形態に係る蛍光体ホイール装置１２０を備えた照明装置２００の構成を示す概略図である。図９の照明装置２００は、図１の照明装置１００の各構成要素に加えて、半導体レーザ素子２０１ａ，２０１ｂ、コリメートレンズ２０２ａ，２０２ｂ、レンズ２０３，２０５、及び拡散板２０４を備え、これにより、青色光の色成分光を含む出力光を発生する。

【0068】

半導体レーザ素子２０１ａ，２０１ｂは、出力光に含まれる青色光の色成分光を発生する。半導体レーザ素子２０１ａ，２０１ｂから－Ｘ方向に出射された青色光は、コリメートレンズ２０２ａ，２０２ｂでコリメートされた後、レンズ２０３で集束されて拡散板２０４に入射する。拡散板２０４に入射した青色光はここで拡散され、次に、レンズ２０５で略平行光に変換されて、ダイクロイックミラー１０６に入射する。前述のように、ダイクロイックミラー１０６は、青色光を透過し、それ以外の色成分光を反射する特性を有するので、ダイクロイックミラー１０６に入射した青色光はここを透過して－Ｘ方向に進む。これにより、半導体レーザ素子２０１ａ，２０１ｂからの青色光は、蛍光体１２２によって発生されてダイクロイックミラー１０６で反射された黄色光と合成されて白色光になり、レンズ１０９を介して、ロッドインテグレータ１１０の入射面に集光される。

【0069】

このように、青色光を発生する半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃ、２０１ａ，２０１ｂと、黄色光の蛍光を発生する蛍光体ホイール装置１２０とを用いることにより、青色光から白色光を生成することができる。

【0070】

［２－２．変形例］
図１０は、第２の実施形態の変形例に係る蛍光体ホイール装置１２０Ｂの前面の構成を示す平面図である。図９の照明装置２００は、蛍光体ホイール装置１２０に代えて、図１０の蛍光体ホイール装置１２０Ｂを備えてもよい。

【0071】

蛍光体ホイール装置１２０Ｂは、図２の蛍光体１２２に代えて、蛍光体１２２ａ，１２２ｂ、及び非蛍光領域１２２ｃを備える。蛍光体１２２ａは、青色光によって励起されて緑色光の蛍光を発生する特性を有する。蛍光体１２２ｂは、青色光によって励起されて赤色光の蛍光を発生する特性を有する。蛍光体１２２ａ，１２２ｂは、板状に形成され、基板１２１の前面に配置される。蛍光体１２２ａ，１２２ｂは、基板１２１の回転中心Ｏの周りの所定の円周において、所定の角度範囲にわたって、かつ、互いに隣接するように、それぞれ形成される。蛍光体１２２ａ，１２２ｂは、例えば、焼き固めたセラミックである。蛍光体１２２ａ，１２２ｂは、図３の蛍光体１２２と同様に、フィラー粒子が混合された接着剤によって基板１２１にそれぞれ固定される。非蛍光領域１２２ｃには、蛍光体、接着剤、及びフィラー粒子は配置されず、基板１２１の面が露出する。

【0072】

図１０の蛍光体ホイール装置１２０Ｂを備えた照明装置２００では、緑色光の蛍光及び赤色光の蛍光は、フィラー粒子によって反射されて、図１の＋Ｚ方向に進む。前述のように、ダイクロイックミラー１０６は、青色光を透過し、それ以外の色成分光を反射する特性を有するので、ダイクロイックミラー１０６に入射した緑色光及び赤色光はここで反射されて－Ｘ方向に進む。これにより、蛍光体１２２ａ，１２２ｂによって発生されてダイクロイックミラー１０６で反射された緑色光及び赤色光は、半導体レーザ素子２０１ａ，２０１ｂからの青色光と合成されて白色光になり、レンズ１０９を介して、ロッドインテグレータ１１０の入射面に集光される。

【0073】

なお、蛍光体ホイール装置１２０Ｂの回転により、蛍光体１２２ａ，１２２ｂが半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃからの青色光を受光可能な角度位置にあるとき、半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃはオンされ、同時に半導体レーザ素子２０１ａ，２０１ｂがオフされる。このとき、蛍光体１２２ａ，１２２ｂが青色光によって順に励起されて緑色光及び赤色光を順に発生する。一方、蛍光体ホイール装置１２０Ｂの回転により、非蛍光領域１２２ｃが半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃからの青色光を受光可能な角度位置にあるとき、半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃはオフされ、同時に半導体レーザ素子２０１ａ，２０１ｂがオンされる。これにより、照明装置２００は、緑色光、赤色光、及び青色光を時分割で順に発生し、ロッドインテグレータ１１０の出射面から出力する。

【0074】

このように、青色光を発生する半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃ、２０１ａ，２０１ｂと、緑色光及び赤色光の蛍光を発生する蛍光体ホイール装置１２０Ｂとを用いることにより、青色光から白色光を生成することができる。

【0075】

蛍光体ホイール装置１２０Ｂは、図８の蛍光体ホイール装置１２０Ａと同様に、反射層１２７をさらに備えてもよい。

【0076】

［２－３．効果等］
第２の実施形態に係る照明装置の構成及び効果は、以下の通りである。

【0077】

第２の実施形態に係る照明装置２００は、半導体レーザ素子１０１ａ～１０１ｃ、２０１ａ，２０１ｂと、蛍光体ホイール装置１２０又は１２０Ｂを備える。

【0078】

これにより、蛍光体の発熱を、簡単な構成で、従来よりも高効率で冷却することができ、青色光から白色光を生成することができる。

【0079】

［第３の実施形態］
以下、図１１を参照して、第３の実施形態に係る投写型映像表示装置について説明する。

【0080】

［３－１．構成］
図１１は、第３の実施形態に係る投写型映像表示装置３００の構成を示す概略図である。投写型映像表示装置３００は、図９の照明装置２００、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である光変調素子、光学系、及びそれらを収容する筐体を備える。第３の実施形態は、第２の実施形態に係る照明装置２００に防塵のための防塵構造を取り入れたものである。

【0081】

投写型映像表示装置３００は、防塵筐体３０１，３０２、筐体３０３、ヒートシンク３０４ａ，３０４ｂ、ファン３０５ａ，３０５ｂ、レンズ３０６，３０７、ミラー３０８，３０９、ＤＭＤ３１０、投写レンズ３１１、及び照明装置２００を備える。

【0082】

防塵筐体３０１は、半導体レーザ素子及びレンズなどの光学部品を密閉して収納する。防塵筐体３０２は、蛍光体ホイール装置１２０を収納する。筐体３０３は、防塵筐体３０２と、それを冷却するためのヒートシンク３０４ａ，３０４ｂ及びファン３０５ａ，３０５ｂとを収容する。特に、蛍光体ホイール装置１２０の周辺は発熱量が多いので、他の部分と分離し、冷媒である外気との温度差を大きくして熱交換の効率の向上を図っている。

【0083】

以下、蛍光体ホイール装置１２０を収納する防塵筐体３０２及びその周辺構造について説明する。

【0084】

防塵筐体３０２の側面には、熱交換素子として、防塵筐体３０２の内側及び外側に複数のフィンを備えたヒートシンク３０４ａ，３０４ｂが設けられている。蛍光体ホイール装置１２０は、Ｚ軸に沿った回転軸の周りに回転するように防塵筐体３０２の内部に設置される。蛍光体ホイール装置１２０の基板１２１が駆動装置１２４によって回転されると、基板１２１とともに複数のフィン１２３が回転し、フィン１２３によって防塵筐体３０２の内部に気流が発生する。ヒートシンク３０４ａ，３０４ｂの内側のフィンは、その面に沿って、蛍光体ホイール装置１２０のフィン１２３によって発生した気流が流れるように配置される。

【0085】

ファン３０５ａ，３０５ｂは、防塵筐体３０２の側面の近傍にそれぞれ設けられ、冷却風をヒートシンク３０４ａ，３０４ｂに送風する。これにより、ヒートシンク３０４ａ，３０４ｂによる熱交換の効率が向上する。このように、半導体レーザ素子によって発生された青色光を蛍光体ホイール装置１２０の蛍光体１２２に照射したときに生じる発熱によって温められた筐体内の空気は、蛍光体ホイール装置１２０のフィン１２３によってヒートシンク３０４ａ，３０４ｂの面に沿って流れ、ヒートシンク３０４ａ，３０４ｂ及びファン３０５ａ，３０５ｂによって効率良く筐体３０３の外部に放熱される。

【0086】

ロッドインテグレータ１１０から出射した光は、レンズ３０６，３０７を通過し、次いで、ミラー３０８，３０９によって反射されて光変調素子３１０に入射する。光変調素子３１０は、投写型映像表示装置３００の外部からの映像信号に応じて、照明装置２００からの入射光を空間的に変調して映像光を生成する。光変調素子３１０によって生成された映像光は、＋Ｚ方向に出射され、投写レンズ３１１によって拡大されてスクリーン（図示せず）に投写される。

【0087】

［３－２．効果等］
第３の実施形態に係る投写型映像表示装置の構成及び効果は、以下の通りである。

【0088】

第３の実施形態に係る投写型映像表示装置は、照明装置２００と、映像信号に応じて照明装置２００からの入射光を空間的に変調して映像光を生成する光変調素子３１０と、映像光を投射する投写光学系３１３とを備える。

【0089】

これにより、蛍光体の発熱を、簡単な構成で、従来よりも高効率で冷却することができ、従って、高パワーで映像光を生成して投写することができる。

【0090】

［他の実施形態］
以上のように、本開示の技術の例示として、いくつかの実施形態を説明した。しかしながら、本開示の技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0091】

本開示は、照明装置又は投写型映像表示装置のための蛍光体ホイール装置に適用可能であり、また、そのような蛍光体ホイール装置を備えた照明装置又は投写型映像表示装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0092】

１００，２００…照明装置、
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，２０１ａ，２０１ｂ…半導体レーザ素子、
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，２０２ａ，２０２ｂ…コリメートレンズ、
１０３，１０４，１０７，１０８，１０９，２０３，２０５，３０６，３０７…レンズ、
１０５，２０４…拡散板、
１０６…ダイクロイックミラー、
１１０…ロッドインテグレータ、
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ…蛍光体ホイール装置、
１２１…基板、
１２２，１２２ａ，１２２ｂ…蛍光体、
１２２ｃ…非蛍光領域、
１２３…フィン、
１２４…駆動装置、
１２５…接着剤、
１２６…フィラー粒子、
１２７…反射層、
３００…投写型映像表示装置、
３０１，３０２…防塵筐体、
３０３…筐体、
３０４ａ，３０４ｂ…ヒートシンク、
３０５ａ，３０５ｂ…ファン、
３０８，３０９…ミラー、
３１０…光変調素子、
３１１…投写レンズ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】