CN110133951A - 荧光体轮、光源装置以及投射型影像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种荧光体轮、光源装置以及投射型影像显示装置，可谋求制造性和可靠性良好且荧光和反射光的聚光效率的提高。荧光体轮具备：基板、设置在该基板上的圆环状的荧光体层、和设置在圆环状的荧光体层上的一部分区域的反射膜。在反射膜上设置有扩散层。荧光体层发出包含红色和绿色的色光成分的光，反射膜反射从光源入射的蓝色的色光。圆环状的荧光体层能够由多个被分割的荧光体段构成。

Description

荧光体轮、光源装置以及投射型影像显示装置

技术领域

本公开例如涉及投射型影像显示装置的光源装置所使用的荧光体轮。

背景技术

在专利文献1中公开了具有光源和荧光基板的光源装置，荧光基板具有基板部、第1反射膜、荧光体层和第2反射膜。第1反射膜形成在基板部的第1部位。荧光体层形成在第1反射膜的与基板部相反一侧的面，通过来自光源的光来进行荧光发光。第2反射膜形成在基板部的第2部位，反射来自光源的光。来自光源的光进行入射的荧光体层的表面与来自光源的光进行反射的第2反射膜的表面大致处于同一平面。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-092224号公报

发明内容

发明要解决的课题

本公开提供一种荧光体轮，通过确保作为荧光体轮的平衡，谋求兼顾制造性与可靠性的提高以及荧光与反射光的聚光效率的提高。

用于解决课题的手段

本公开中的第1形态的荧光体轮具备：基板、设置在该基板上的圆环状的荧光体层、和设置在圆环状的荧光体层上的一部分区域的反射膜。

此外，第2形态的荧光体轮具备：基板、设置在该基板上且由多个荧光体段构成的圆环状的荧光体层、和设置在圆环状的荧光体层上的一部分区域的反射膜。

发明效果

本公开中的荧光体轮可谋求制造性和可靠性良好且荧光和反射光的聚光效率的提高。

附图说明

图1A是表示实施方式1的荧光体轮的结构的俯视图。

图1B是图1A的线1B-1B处的剖视图。

图1C是通过图1B所示的剖视图来说明效果的图。

图2A是表示实施方式1的荧光体轮的荧光体层的图。

图2B是图2A的线2B-2B处的剖视图。

图3是表示实施方式1的色轮的结构的图。

图4A是表示实施方式2的荧光体轮的结构的俯视图。

图4B是表示构成实施方式2的荧光体层的荧光体段的图。

图5是表示利用了实施方式1的荧光体轮的光源装置的结构的图。

图6是表示利用了实施方式1的光源装置的投射型影像显示装置的结构的图。

符号说明

1 荧光体轮

102 粘接剂

103 基板

104 马达

105 第一反射膜

106 扩散层

110 荧光体层

111 荧光体

112 反射防止膜

121 含有粒子

131 第二反射膜

201 激发光

3 色轮

301 红色光透过区域

302 绿色光透过区域

303 全波长透过区域

304 马达

5 荧光体轮

501、551 荧光体段

502 粘接剂

503 基板

504 马达

505 反射膜

510 荧光体层

6 光源装置

601 激光光源

602 准直透镜

603 凸透镜

604 扩散板

605 凹透镜

606 波长以及偏光选择性镜

607 波长板

608、609、610 凸透镜

611 棒积分器

7 投射型影像显示装置

701、702、703 中继透镜

704 全反射棱镜

705 微小间隙

706 DMD

707 投射透镜

具体实施方式

以下，边适当参照附图边详细说明实施方式。不过，有时省略必要以上的详细说明。例如，有时省略已经熟知的事项的详细说明、对于实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要的冗余，使得本领域技术人员容易理解。

另外，附图以及以下的说明是为了使得本领域技术人员充分理解本公开而提供的，并未企图通过这些内容来限定权利要求书中记载的主题。

(实施方式1)

[1-1荧光体轮]

[1-1-1结构]

以下，详细说明实施方式1中的荧光体轮1的结构。图1A是荧光体轮的俯视图，图1B是图1A的线1B-1B处的剖视图，图1C是用于通过图1B所示的剖视图来说明效果的图。图2A是荧光体层的俯视图，图2B是图2A的线2B-2B处的剖视图。

如图1A所示，荧光体轮1具备：荧光体层110、设置该荧光体层110的圆盘状的基板103、和安装于基板103的中央处设置的安装孔并对基板103进行旋转驱动的马达104。

荧光体层110将发出黄色的光(即，包含红色和绿色的色光成分的光)的荧光体111烧结成圆环状(环状)，在其单面整个区域形成有反射防止膜112。此外，荧光体层110在其单面的一部分区域的反射防止膜112上形成有用于反射蓝色的色光的第一反射膜105。在本实施方式中，荧光体层110的厚度为100～200μm程度。与此相对，第一反射膜105的膜厚形成得非常薄，为几μm。在本实施方式中，在第一反射膜105上设置有扩散层106。该扩散层106的厚度也形成得非常薄，为几十μm。另外，反射防止膜112的膜厚为几μm。

环状的荧光体层110相对于基板103的中心而被安装为同心，但在该基板103上的安装位置形成有呈宽度比荧光体层110的宽度稍宽的圆环状的第二反射膜131，通过粘接剂102安装在该第二反射膜131上。粘接剂102是在硅酮中填充有使得导热率和反射率提高的含有粒子121而成的粘接剂，作为含有粒子121而使用氧化钛、氧化铝、氧化锌等。

反射防止膜112由电介质多层膜构成，被最佳化以使得来自后述的激光光源601(参照图5、图6)的激发光和被激发光激发荧光体111并被波长变换而射出的荧光在波段中的入射出射光的表面反射损失最小化。

第一反射膜105也由电介质多层膜构成，被最佳化以使得对于从后述的凸透镜609(参照图5、图6)入射的来自激光光源601的激发光的波段和在荧光体层110被波长变换后的荧光的波段的任何波段均提高了反射率。

另外，将反射防止膜112形成为覆盖荧光体层110的单面整个区域，但也可以仅形成在除了形成第一反射膜105的部分以外的区域。

第二反射膜131例如由铝、银或银合金的反射膜和在其两侧由保护膜夹着的多层膜构成，被最佳化以使得在后述的激光光源601的波段和激光光源601的光被荧光体层110波长变换而射出的荧光的波段中反射率最大化。

在本实施方式中，通过粘接剂102将烧结了荧光体111的荧光体层110粘接于基板103的第二反射膜131，但也可以不利用粘接剂102而在基板103上的第二反射膜131上形成荧光体层，并在其表面形成反射防止膜112和第一反射膜105，其中，该荧光体层在树脂中填充了荧光体111。此外，也可以利用粘接剂102而粘接在未设置第二反射膜131的基板103上。

[1-1-2效果]

参照图1C来说明本实施方式的效果。首先，叙述激发光201照射至第一反射膜105的情况。在该情况下，从凸透镜609(参照图5、图6)向荧光体轮1的扩散层106入射的激发光，由第一反射膜105反射，其前进方向变化180度，再次通过扩散层106而向凸透镜609射出。

接下来，叙述激发光201照射至荧光体层110的情况。在该情况下，从凸透镜609(参照图5、图6)向反射防止膜112入射的激发光201，在荧光体层110被荧光体111吸收，波长变换为荧光，荧光在全方位发光。射出到反射防止膜112侧的荧光原样向凸透镜609射出。此外，射出到基板103侧的荧光通过因含有粒子121而反射率得到提高的粘接剂102、或者形成在基板103的表面的第二反射膜131来反射，再次通过粘接剂102、荧光体层110、反射防止膜112而向凸透镜609入射。

扩散层106和第一反射膜105的厚度薄，如图1B或图1C所示那样形成在基板103上以使得扩散层106和反射防止膜112的表面大致成为同一平面。

因而，激发光201入射至扩散层106的面而形成的光点尺寸、和激发光201入射至荧光体层110上的反射防止膜112的面而形成的光点尺寸成为大致同等的大小，由第一反射膜105反射而通过扩散层106的激发光和被荧光体层110的荧光体111进行波长变换并发出的荧光的、向凸透镜609聚光的聚光效率变得大致相同。其结果，能够提高作为荧光体轮的效率。

此外，如图1A所示，能够通过粘接剂102将环状的荧光体层110以相对于马达104的旋转轴而轴对称的方式粘接于基板103，因此能够使初始不平衡量最小化，能够提高作为荧光体轮的制造性以及可靠性。

[1-2具备荧光体轮的光源装置]

[1-2-1结构]

接下来，边参照图5边说明实施方式1所涉及的光源装置。图5是表示实施方式1所涉及的光源装置的结构的图。

如图5所示，实施方式1所涉及的光源装置6具备实施方式1所涉及的荧光体轮1和由半导体激光元件构成的多个激光光源601。激光光源601是蓝色的波段的激发光源的一例。荧光体轮1的结构如之前说明过的那样，因此省略重复说明。

此外，光源装置6具备：配置在激光光源601各自的射出侧的准直透镜602、凸透镜603、扩散板604、凹透镜605、波长以及偏光选择性镜606、波长板607和凸透镜608、609。这些光学部件是将来自激光光源601的射出光导出至荧光体轮1的光学***的一例。光源装置6还具备凸透镜610、色轮3和棒积分器611。

从多个激光光源601分别射出的蓝色波段的光通过配置在激光光源601的射出侧的准直透镜602而被平行光化。在多个准直透镜602的射出侧，配置将从准直透镜602射出的激光光源601的光汇集在一起来减小光束宽度的凸透镜603。通过凸透镜603使得光束宽度变小的光入射至配置在凸透镜603的射出侧的扩散板604。在扩散板604中，降低由凸透镜603未抵消完的光束的不均匀。

从扩散板604射出的光入射至凹透镜605。凹透镜605将从扩散板604射出的光平行化。

从凹透镜605被平行化而射出的光入射至配置在凹透镜605的射出侧的波长以及偏光选择性镜606。波长以及偏光选择性镜606相对于光轴而以45度的角度配置，具有如下特性，即，在从激光光源601射出的蓝色光的波段中反射S偏光的光，并且在从激光光源601射出的蓝色光的波段中使P偏光的光和从荧光体轮1射出的黄色的荧光的波段的光透过。另外，激光光源601射出的激光的偏光被配置为射出相对于波长以及偏光选择性镜606的S偏光。因此，向波长以及偏光选择性镜606入射的、从凹透镜605射出的光由波长以及偏光选择性镜606反射。

由波长以及偏光选择性镜606反射后的激光光源601的蓝色的激发光入射至波长板607。波长板607具有使激光光源601的波段的激发光的相位在滞相轴方向上延迟λ/4的功能。此时，波长板607的滞相轴相对于入射的激光光源601的光的偏光方向而配置在45度的方向。通过了波长板607之后的激光光源601的激发光按照凸透镜608、凸透镜609的顺序入射，从而以光束聚集的状态入射至荧光体轮1。

荧光体轮1被配置为设置在荧光体层110上的反射防止膜112或者设置在第一反射膜105上的扩散层106与凸透镜609对置。如前述，荧光体轮1通过马达104旋转，因此激发光按时间序列依次照射至荧光体层110和第一反射膜105，激发光集中地照射至荧光体层110以及第一反射膜105的一点的情况得到抑制。

首先，以下说明由凸透镜608以及凸透镜609聚集的激光光源601的光按时间序列照射至荧光体层110的情况。

入射至荧光体层110的来自激光光源601的激发光被进行波长变换。即，来自激光光源601的激发光被变换成波段与激发光不同的荧光。此外，从荧光体层110射出的黄色波段的荧光相对于入射至荧光体层110的光而前进方向变换180度，荧光射出至凸透镜609侧。入射至凸透镜609的荧光向凸透镜608入射，被平行光化。被平行光化后的荧光透过了波长板607之后入射至波长以及偏光选择性镜606。

波长以及偏光选择性镜606如上所述相对于荧光的光轴而以45度的角度配置。此外，波长以及偏光选择性镜606具有在激光光源601的射出光的蓝色的波段中反射S偏光的光，在激光光源601的射出光的蓝色的波段中使P偏光的光和来自荧光体层110(荧光体轮1)的黄色的荧光的波段的光透过的特性。因此，入射至波长以及偏光选择性镜606的荧光原样通过。

接下来，以下说明由凸透镜608以及凸透镜609聚集的激光光源601的光按时间序列照射至第一反射膜105的情况。

照射至第一反射膜105的激光光源601的激发光首先通过扩散层106而被扩散。然后，由第一反射膜105将前进方向变换180度。也就是说，反射光在凸透镜609侧改变前进方向。前进方向改变的反射光再次通过扩散层106从而被再次扩散。在扩散层106射出的反射光依次入射至凸透镜609、608而被平行化。进行了平行光化的激光光源601的激发光的反射光再次入射至波长板607。

波长板607如前所述具有使激光光源601的蓝色波段的激发光的相位在滞相轴上延迟λ/4的功能，波长板607的滞相轴配置在45度的方向上。由此，两次通过波长板607之后的激光光源601的激发光的偏光方向旋转90度而成为P偏光。

通过波长板607且偏光方向旋转90度而成为P偏光的激光光源601的激发光的反射光入射至波长以及偏光选择性镜606。

波长以及偏光选择性镜606如上所述相对于荧光的光轴而以45度的角度配置。此外，波长以及偏光选择性镜606具有在激光光源601的射出光的蓝色波段中反射S偏光的光，在激光光源601的蓝色的射出光的波段中使P偏光的光和来自荧光体层101(荧光体轮1)的荧光的黄色的波段的光透过的特性。因此，由荧光体轮1的第一反射膜105反射并入射至波长以及偏光选择性镜606的反射光原样通过。

透过了波长以及偏光选择性镜606之后的来自荧光体轮1的黄色波段的荧光和反射光(激光光源601的蓝色波段的激发光)由凸透镜610聚集，按时间序列入射至色轮3。

利用图3来说明色轮3的结构。色轮3形成有：使色轮3旋转的马达304、被最佳化为具有仅使红色的波段的光透过的特性的电介质多层膜形成在玻璃板上的红色光透过区域301、被最佳化为具有仅使绿色的波段的光透过的特性的电介质多层膜形成在玻璃板上的绿色光透过区域302、和被最佳化为使全波段的光的透过率最大化的全波长透过区域303。另外，荧光体轮1和色轮3通过未图示的同步电路而取得旋转的同步。

首先，与从荧光体轮1射出了黄色波段的荧光的定时相匹配地，由凸透镜610聚集的色轮3上的光点依次在红色光透过区域301、绿色光透过区域302、全波长透过区域303移动。由此，入射至色轮3的黄色波段的荧光依次成为红色、绿色、黄色波段的光而通过色轮3，入射至棒积分器611。在棒积分器内进行多次反射，光被均匀化，在棒积分器611射出。

接下来，与从荧光体轮1射出蓝色波段的反射光的定时相匹配地，由凸透镜610聚集的色轮3上的光点在全波长透过区域303移动。由此，入射至色轮3的蓝色波段的光通过色轮3，入射至棒积分器611，在棒积分器内进行多次反射，光被均匀化，在棒积分器611射出。如此一来，从棒积分器611按时间序列射出光强度分布被均匀化的红色、绿色、黄色、蓝色光。

另外，在上述结构中，虽然将色轮3配置在棒积分器611的入射侧，但也可以配置在棒积分器611的射出侧。

此外，虽然示出来自荧光体轮1的荧光通过红色光透过区域301、绿色光透过区域302、以及全波长透过区域303的例子，但也可以是来自荧光体轮1的荧光仅透过红色光透过区域301和绿色光透过区域302的结构。此外，色轮3的各透过区域的颜色的顺序可以不同，也可以成为不具有色轮的结构。

[1-2-2效果]

本实施方式通过使用提高了聚光性以及提高了制造性和可靠性的荧光体轮1，从而能够提供高效率的光源装置。

[1-3利用了具备荧光体轮的光源装置的投射型影像显示装置]

[1-3-1结构]

接下来，利用图6来说明利用了具备实施方式1的荧光体轮的光源装置的投射型影像装置。图6是表示实施方式1所涉及的投射型影像显示装置的结构的图。

投射型影像显示装置7具备上述的光源装置6，还具备中继透镜701、702、703、全反射棱镜704、DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜装置)706和投射透镜707。

在以下的说明中，关于光源装置6的详细内容而省略其重复说明，说明在棒积分器611射出的红色、绿色、黄色、蓝色的光的行为。

在棒积分器611射出的各色的光通过由中继透镜701、702、703这3片凸透镜构成的中继透镜***而投像至后述的DMD706。

透过了构成中继透镜***的由凸透镜组成的中继透镜701、702、703之后的光入射至全反射棱镜704。全反射棱镜704具有两个玻璃块，在两个块之间设置有微小间隙705。入射至全反射棱镜704的光以比临界角大的角度入射至微小间隙705而反射，向DMD706入射。

DMD706通过未图示的同步电路和影像电路在与荧光体轮1、色轮3取得旋转的同步的同时被驱动，对应于图像信息来切换各像素的ON/OFF。由此，入射至DMD706的各个像素的光的反射方向按照每个像素而改变。

在DMD706中，由ON状态的像素反射的光入射至全反射棱镜704，以比临界角小的角度入射至微小间隙705，原样通过。通过了微小间隙705的光由投射透镜707放大投射至未图示的屏幕。

[1-3-2效果]

本实施方式通过使用提高了聚光性以及提高了制造性和可靠性的荧光体轮1的光源装置，从而能够提供不仅提高了亮度而且还提高了作为产品的可靠性的投射型影像显示装置。

(实施方式2)

[2-1荧光体轮]

[2-1-1结构]

以下，利用图4A、图4B来说明实施方式2所涉及的荧光体轮5的结构。图4A是表示实施方式2所涉及的荧光体轮5的俯视图，图4B是表示荧光体轮5所使用的荧光体段501、551的图。在此，荧光体段501由因来自激光光源601的激发光而发出绿色的荧光的荧光体构成，荧光体段551由因来自激光光源601的激发光而发出红色的荧光的荧光体构成。通过将荧光体段501和荧光体段551合在一起，从而形成环状的荧光体层510。

如图4B所示，在荧光体段551的一部分区域的表面形成有反射蓝色的色光的反射膜505。荧光体轮5中的荧光体层510以及反射膜505的剖面构造与图2B所示的荧光体轮1中的荧光体层110以及第一反射膜105的情况相同，因此省略其说明。

如图4A所示，在通过马达504而旋转的基板503，前述的两个荧光体段501、551以合在一起成为环状的方式分别通过粘接剂502粘接，从而构成荧光体轮5。在该情况下，由两个荧光体段501、551构成为环状的荧光体层510相对于马达504的旋转轴而轴对称地配置。

另外，在上述中，说明了荧光体层将两个荧光体段合在一起而以360度构成为环状的例子，但也可以将多于两个的荧光体段组合在一起成为360度地构成环状。

在上述的说明中，以在任一个荧光体段(在此为荧光体段551)的一部分形成了反射膜505的结构来进行了说明，但也可以形成在多个荧光体段各自的一部分。

此外，虽然由发出红色以及绿色的荧光的荧光体段构成了环状(圆环状)的荧光体层，但并不限定于此。例如，作为形成环状的荧光体层的荧光体段，可以利用发出黄色的荧光的荧光体段和发出绿色的荧光的荧光体段，也可以取而代之利用发出黄色的荧光的荧光体段和发出红色的荧光的荧光体段等，利用发出如黄色的其他波段的光的荧光体段。

此外，也可以如实施方式1的荧光体轮1那样在荧光体层510上形成反射防止膜，在该反射防止膜上形成反射膜505作为第一反射膜，也可以进一步在反射膜505上设置扩散层。此外，也可以如实施方式1的荧光体轮1那样在基板503上形成第二反射膜，在该第二反射膜上通过粘接剂502来安装荧光体层510。

[2-1-2效果]

如上述那样，通过在荧光体段551的表面设置反射膜505，从而使得反射膜505和荧光体段501、551的表面为大致相同的平面，由此能够实现聚光效率的提高。

此外，如图4A所示，能够在基板503上将荧光体段551、501设为环状地通过粘接剂102以相对于马达504的旋转轴而轴对称地进行粘接，因此能够使初始不平衡量最小化，能够提高制造性以及可靠性。

[2-2利用了荧光体轮的光源装置]

在图5所示的光源装置6中，能够通过取代实施方式1的荧光体轮1来设置实施方式2的荧光体轮5，从而构成光源装置。

关于荧光体轮以外的光学部件的行为，与实施方式1的[1-2利用了荧光体轮的光源装置]中说明过的光源装置6相同，因此省略说明。

[2-3利用了搭载荧光体轮的光源装置的投射型影像显示装置]

在图6所示的投射型影像显示装置7中，能够通过取代实施方式1的荧光体轮1来设置实施方式2的荧光体轮5，从而构成投射型影像显示装置。

关于荧光体轮以外的光学部件的行为，与实施方式1的[1-3-1利用了具备荧光体轮的光源装置的投射型影像显示装置]中说明过的投射型影像显示装置7相同，因此省略说明。

产业上的可利用性

本公开能够应用于投射型影像显示装置的光源装置。

Claims (7)

1.一种荧光体轮，具备：

基板；

圆环状的荧光体层，设置在所述基板上；和

反射膜，设置在所述圆环状的荧光体层上的一部分区域。

2.根据权利要求1所述的荧光体轮，其中，

所述荧光体层发出包含红色和绿色的色光成分的光，

所述反射膜反射蓝色的色光。

3.一种荧光体轮，具备：

基板；

圆环状的荧光体层，设置在所述基板上，由多个荧光体段构成；和

反射膜，设置在所述圆环状的荧光体层上的一部分区域。

4.根据权利要求3所述的荧光体轮，其中，

所述多个荧光体段的第1段发出包含红色和绿色的色光成分的光，

所述多个荧光体段的第2段发出包含红色或绿色的色光成分的光，

所述反射膜反射蓝色的色光。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的荧光体轮，其中，

在所述反射膜上具备扩散层。

6.一种光源装置，具备权利要求1～5中任一项所述的荧光体轮。

7.一种投射型影像显示装置，具备权利要求6所述的光源装置。