JP2012083695A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents
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Abstract
【解決手段】可視光領域の励起光を射出するレーザー光源10と、励起光の一部を透過させるとともに、励起光によって励起されて可視光領域の蛍光を発する発光素子30と、を備え、発光素子30は、光透過性を有する基材と、基材の内部に含まれる複数の蛍光体粒子と、基材の内部に含まれる光透過性を有する複数のフィラー粒子と、を含む発光層42を有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
この構成によれば、フィラー粒子においては、励起光、および励起光よりも長波長の蛍光は、後方散乱が生じにくくなる。そのため、光の利用効率が高い光源装置とすることが可能となる。
この構成によれば、効果的に幾何光学散乱を生じさせ、後方散乱を抑制することが可能となる。
この構成によれば、フィラー粒子と同様に蛍光体粒子においても、励起光、および励起光よりも長波長の蛍光は、後方散乱が生じにくくなる。そのため、光の利用効率が高い光源装置とすることが可能となる。
この構成によれば、効果的に幾何光学散乱を生じさせ、後方散乱を抑制することが可能となる。
この構成によれば、発せられる蛍光のスポット径拡大を抑制することができる。
この構成によれば、フィラー粒子表面での全反射が抑制されるため、後方散乱光を低減し、光の利用効率を高めることができる。
この構成によれば、励起光の後方散乱を抑制しつつ効果的に前方散乱を促進して、色ムラを抑制することができる。また、蛍光の散乱を効果的に促進して、エテンデューの増加を抑制し、光の利用効率を高めることができる。
この構成によれば、蛍光体粒子表面での全反射が抑制されるため、後方散乱光を低減し、光の利用効率を高めることができる。
この構成によれば、励起光の後方散乱を抑制しつつ効果的に前方散乱を促進して、色ムラを抑制することができる。また、蛍光の散乱を効果的に促進して、エテンデューの増加を抑制し、光の利用効率を高めることができる。
この構成によれば、励起光の前方散乱光に係る配光特性が十分な特性となり、また、後方散乱光も少なくなるため、色ムラがなく光の利用効率が高い光源装置を提供することが可能となる。また、発せられる蛍光のスポット径拡大を抑制することができる。
この構成によれば、蛍光の後方散乱光を前方に反射することができるため、光の利用効率が高い光源装置を提供することが可能となる。
この構成によれば、発光層の形成や加工が容易となる。
この構成によれば、発光層の形成後に真空プロセスにおいて修飾することが可能となるため、発光層の表面に、反射防止膜や波長選択膜など種々の機能構造を形成しやすくなり、設計自由度が高くなる。
この構成によれば、上述の光源装置を有するため、被投射面における色ムラが抑制されて高品質な画像表示が可能なプロジェクターを提供することができる。
以下、図1〜図5を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る光源装置およびプロジェクターについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
図5(a)に示すように、蛍光体粒子422aに照射されたにも関わらず吸収されなかった青色光Lbのうち、一部は蛍光体粒子422aの表面で反射され、残りは蛍光体粒子422aの内部を透過する。蛍光体粒子422の屈折率は、周りの基材421の屈折率と異なるため、蛍光体粒子422aを透過する光は、蛍光体粒子422aの表面で屈折し、該反射した成分と合わせて青色光Lbの散乱に寄与する。
また、フィラー粒子423の平均粒径を青色光Lbの波長(約445nm)の10倍以上にすることにより、フィラー粒子423による散乱は幾何光学散乱となる。そのため、光の利用効率をさらに高めることができる。
蛍光体粒子422の平均粒径が後方散乱の前方散乱に対する割合に及ぼす影響が、フィラー粒子423の平均粒径が後方散乱の前方散乱に対する割合に及ぼす影響と同様であることは言うまでもない。
発光層42に入射した青色光Lbのうち、発光層42内部の蛍光体粒子422に照射された成分の一部は蛍光体粒子422に吸収され、一部が熱に変わる。残りの成分は蛍光体粒子422を構成する蛍光体の電子を励起する。そして、励起された電子が基底状態に戻る際に、蛍光Lyが放出される。蛍光Lyは青色光Lbよりも長波長の光である。発光した蛍光Lyは、蛍光体粒子422から全方位に等方的に放射される。
ここで、発光層42中の蛍光体粒子422やフィラー粒子423の濃度を上げていくと、青色光Lbが蛍光体粒子422またはフィラー粒子423に当たる確率がさらに増える。すると、波長選択膜44側に反射・屈折する青色光Lbが増加し、前方に射出されない光を増やす結果につながってしまう。
また、発光層42による青色光Lbの後方散乱量は、発光層42の内部に含まれる粒子の屈折率に影響されることが分かった。例えば、フィラー粒子423にZrOやTiO2のような屈折率が2を超える高屈折率材料を用いた場合、後方散乱量は10%を超える。また、発光層42の内部に含まれる粒子の屈折率が基材421の材料の屈折率に対して1.3倍よりも大きくなると、後方散乱量は大きく増大することがわかった。また、発光層42の内部に含まれる粒子の屈折率が基材421の材料の屈折率に対して1.2倍よりも小さくなると、後方散乱量は小さくなるが、屈折率差が十分ではなく、目的とする光の散乱を生じさせることが難しくなることがわかった。
発光層42の膜厚が薄いほど、発光層42の膜厚方向に足し合わせた蛍光体粒子422の量は、発光層42の位置によるばらつきが大きい。このことは、発光層42の膜厚が薄いほど、青色光Lbが発光層42を膜厚方向に通過する際に青色光Lbが照射される蛍光体粒子422の量は、発光層42の位置によるばらつきが大きいということを意味する。その結果、射出光に含まれる青色光Lbと蛍光Lyとの割合の発光層42の面内でのばらつきが大きくなる。したがって、発光層42が薄いほど、蛍光Lyのスポット径の拡大を抑えることができるものの、一方で発光層42から射出される光の色度を制御し難くなる。
図6は、本発明の第2実施形態に係る光源装置の説明図であり、第2実施形態の光源装置が有する発光素子の説明図である。図6(a)は側面図、図6(b)は発光素子70の概略断面図である。本実施形態において第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
まず、基材711となるガラス材料をフリット(粉体状)材として、蛍光体粒子422およびフィラー粒子423と混合する。これらの混合は、乾式或いは湿式のいずれの方法も採用することができる。
図7に示すような配光測定システム1000(光源配光測定システムIS−LI、CYBERNET SYSTEMS社製)を用いた。
モデルサンプルSを、内部が反射材質でコーティングされたドーム1100の壁面に配置し、レーザー光源1200から射出され平行化レンズ1300で平行化された励起光MBを、スリット1400を介してモデルサンプルSに照射した。モデルサンプルSにおいては、ガラス板SA側から発光層SBに励起光MBを照射し、ドーム1100内に設けられた不図示の測定プローブで透過光の配光分布を測定した。
図8に示す測定装置2000を用いた。
モデルサンプルSを、内部が反射材質でコーティングされた積分球2100の壁面に配置し、レーザー光源2200から射出され導波路2300により導かれる励起光をモデルサンプルSに照射した。モデルサンプルSにおいては、ガラス板SA側から発光層SBに励起光を照射し、積分球2100内に設けられた測定プローブ2400で後方散乱光の量を測定した。バッフル2500は、モデルサンプルSの後方散乱光が直接測定プローブに入射しないように遮光するためのものである。
図9に示す測定装置3000を用いた。
レーザー光源3100から射出され平行化レンズ3200で平行化された励起光MBを、スリット3300の手前に配置したモデルサンプルSに照射した。モデルサンプルSにおいては、ガラス板SA側から発光層SBに励起光MBを照射した。透過光は、青色光を反射するダイクロイックミラー3400を透過させた後に、減光フィルターを備えた撮像装置3500で撮像し、モデルサンプルS上の蛍光のスポット径を測定した。
フィラーの粒子径が互いに異なる複数のモデルサンプルを作製し、後方散乱との関係について測定した。測定条件を表1に示し、測定結果を表2に示す。表中、蛍光体粒子の体積比は、作製した発光層全体の体積に対する複数の蛍光体粒子の総体積の比であり、フィラー粒子の体積比は、作製した発光層全体の体積に対する複数のフィラー粒子の総体積の比である。
ここでは、フィラー粒子423の径と後方散乱率との関係について説明したが、蛍光体粒子422の径と後方散乱率との関係についても、同様な結果が得られる。
フィラーの添加率が互いに異なる複数のモデルサンプルを作製し、各物性値との関係について測定した。測定条件を表3に示す。
フィラーの屈折率が互いに異なる複数のモデルサンプルを作製し、後方散乱率との関係について測定した。測定条件を表5に、測定結果を表6に、幾何光学散乱のレイトレーシングシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を表7にそれぞれ示す。
ここでは、フィラー粒子423の屈折率と後方散乱率との関係について説明したが、蛍光体粒子422の屈折率と後方散乱率との関係についても、同様な結果が得られる。
発光層の膜厚が互いに異なる複数のモデルサンプルを作製し、スポット径との関係について測定した。測定条件は表5と同様である。表8に、蛍光のスポット径の拡大量と発光層42の膜厚との関係を示す。
Claims (15)
- 可視光領域の励起光を射出するレーザー光源と、
前記励起光の一部を透過させるとともに、前記励起光によって励起されて可視光領域の蛍光を発する発光素子と、を備え、
前記発光素子は、光透過性を有する基材と、該基材の内部に含まれる複数の蛍光体粒子と、該基材の内部に含まれる光透過性を有する複数のフィラー粒子と、を含む発光層を有することを特徴とする光源装置。 - 前記複数のフィラー粒子の平均粒子径は、前記励起光を幾何光学散乱させる大きさであることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記複数のフィラー粒子の平均粒子径は、5μm以上であることを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
- 前記複数の蛍光体粒子の平均粒子径は、前記励起光を幾何光学散乱させる大きさであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記複数の蛍光体粒子の平均粒子径は、5μm以上であることを特徴とする請求項4に記載の光源装置。
- 前記発光層の膜厚が、前記複数の蛍光体粒子の平均粒子径の10倍以下の厚さであることを特徴とする請求項4または5に記載の光源装置。
- 前記複数のフィラー粒子は、前記基材の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記複数のフィラー粒子は、前記基材の屈折率の1.2倍以上1.3倍以下である屈折率を有する材料からなることを特徴とする請求項7に記載の光源装置。
- 前記複数の蛍光体粒子は、前記基材の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料からなることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記複数の蛍光体粒子は、前記基材の屈折率の1.2倍以上1.3倍以下である屈折率を有する材料からなることを特徴とする請求項9に記載の光源装置。
- 前記複数の蛍光体粒子および前記複数のフィラー粒子の総体積が、前記発光層の体積の35%以上45%以下であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記発光素子は、前記発光層において前記励起光が入射する側の面に、前記励起光を透過し前記蛍光を反射する波長選択膜を有することを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記基材の形成材料が、樹脂組成物であることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記基材の形成材料が、無機材料からなることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の光源装置。
- 請求項1から14のいずれか1項の光源装置と、前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
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