JP2015001709A - Light source device and projector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device capable of suppressing propagation of light in a transverse direction, and reducing the size while keeping light extraction efficiency.SOLUTION: A light source device in FIG. 1 includes: a semiconductor laser element 10; a wavelength conversion member 30 which converts the wavelength of light from the semiconductor laser element 10; and a lens 40 which controls the light from the wavelength conversion member 30. The wavelength conversion member 30 has a plurality of phosphor particles 31, a plurality of hollow bodies 32 which have a translucent member 32a in the outer sell and have a hollow region 32b in the inside, and a holding body 33 which holds the plurality of phosphor particles 31 and the plurality of hollow bodies 32.

Description

本発明は、光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタに関する。   The present invention relates to a light source device and a projector including the light source device.

光源装置として、半導体レーザ素子を用いた光源と、蛍光体結晶及びバインダから構成された蛍光体層と、を有する光源装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の光源装置は、光源からの励起光を蛍光体層に対して照射し、励起された光を光源とは反対の側から出射する。   As a light source device, a light source device having a light source using a semiconductor laser element and a phosphor layer made of a phosphor crystal and a binder is known (for example, Patent Document 1). The light source device of Patent Document 1 irradiates the phosphor layer with excitation light from a light source, and emits the excited light from the side opposite to the light source.

特開２００９−２７７５１６JP 2009-277516 A

しかしながら、上記従来の光源装置では、蛍光体層に入射し励起された光の一部がバインダと外気との屈折率差により反射し、蛍光体層内で伝搬してしまうという問題があった。   However, the conventional light source device has a problem in that a part of the light incident on the phosphor layer and excited is reflected by the difference in refractive index between the binder and the outside air and propagates in the phosphor layer.

そこで、本発明は、波長変換部材内における光の伝搬を抑制することにより、光の利用効率が高く、小型化可能な光源装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a light source device and a projector that can reduce the size of light by suppressing the propagation of light in a wavelength conversion member, thereby increasing the light use efficiency.

本発明に係る光源装置は、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子からの光を波長変換する波長変換部材と、波長変換部材からの光を制御するレンズと、を備える。波長変換部材は、複数の蛍光体粒子と、外殻が透光性部材でありその内部に中空領域を有する複数の中空体と、複数の蛍光体粒子および複数の中空体を保持する保持体と、を有する。   The light source device according to the present invention includes a semiconductor laser element, a wavelength conversion member that converts the wavelength of light from the semiconductor laser element, and a lens that controls the light from the wavelength conversion member. The wavelength conversion member includes a plurality of phosphor particles, a plurality of hollow bodies whose outer shells are translucent members, and having a hollow region therein, and a holder that holds the plurality of phosphor particles and the plurality of hollow bodies. Have.

図１は、第１実施形態に係る光源装置を説明するための概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the light source device according to the first embodiment. 図２は、図１の光源装置の基体及び波長変換部材を光取出し面側から見た概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of the base body and the wavelength conversion member of the light source device of FIG. 1 viewed from the light extraction surface side. 図３は、図２の基体及び波長変換部材の変形例に係る概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view according to a modification of the base body and the wavelength conversion member of FIG. 図４は、第２実施形態に係る光源装置を説明するための概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the light source device according to the second embodiment. 図５は、第３実施形態に係るプロジェクタの模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a projector according to the third embodiment.

本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための光源装置を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。   A mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the form shown below illustrates the light source device for embodying the technical idea of the present invention, and does not limit the present invention to the following. In addition, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation.

＜第１実施形態＞
図１に、本実施形態に係る光源装置１００の概略断面図を示す（図２のＸ−Ｘにおける概略断面図である。なお、構成をわかりやすくするために、半導体レーザ素子１０及びレンズ４０も合わせて図示している）。光源装置１００は、半導体レーザ素子１０と、半導体レーザ素子１０からの光を波長変換する波長変換部材３０と、波長変換部材３０からの光を制御するレンズ４０と、を備える。波長変換部材３０は、複数の蛍光体粒子３１と、外殻が透光性部材３２ａでありその内部に中空領域３２ｂを有する複数の中空体３２と、複数の蛍光体粒子３１および複数の中空体３２を保持する保持体３３と、を有する。 <First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the light source device 100 according to the present embodiment (a schematic cross-sectional view taken along the line XX in FIG. 2. Note that the semiconductor laser element 10 and the lens 40 are also shown for easy understanding of the configuration. It is shown together.) The light source device 100 includes a semiconductor laser element 10, a wavelength conversion member 30 that converts the wavelength of light from the semiconductor laser element 10, and a lens 40 that controls the light from the wavelength conversion member 30. The wavelength conversion member 30 includes a plurality of phosphor particles 31, a plurality of hollow bodies 32 whose outer shells are translucent members 32a and having hollow regions 32b therein, a plurality of phosphor particles 31, and a plurality of hollow bodies. And a holding body 33 that holds 32.

これにより、波長変換部材３０における発光径を小さくすることができるので、レンズ４０への光取り込み効率が高くかつ小型の光源装置とすることができる。以下、この点について説明する。   Thereby, since the light emission diameter in the wavelength conversion member 30 can be made small, it is possible to obtain a small light source device that has high efficiency of capturing light into the lens 40. Hereinafter, this point will be described.

一般に、半導体レーザ素子からの光及び波長変換された光の一部は保持体３３と外気との屈折率差により両者の界面において反射するので、レンズに取り込むことができる領域よりも広がってしまう場合がある。そこで、本実施形態では、保持体３３中に低屈折率の中空体３２を配置することで、波長変換部材３０内を伝搬する光を中空体３２で効率よく散乱させることを可能としている。これにより、波長変換部材３０から、より狭い範囲で光を取り出すことができるので、レンズ４０に取り込まれる光を増やすことができる。その結果、レンズ４０への光の取り込み効率を一定以上に保ちつつ、レンズ４０を小型化できるので、光源装置全体として小型化が可能となる。   In general, a part of the light from the semiconductor laser element and the wavelength-converted light is reflected at the interface between the holding body 33 and the outside air due to the difference in refractive index, so that it is wider than the area that can be taken into the lens. There is. Therefore, in the present embodiment, by arranging the hollow body 32 with a low refractive index in the holding body 33, it is possible to efficiently scatter the light propagating in the wavelength conversion member 30 with the hollow body 32. Thereby, since light can be extracted from the wavelength conversion member 30 in a narrower range, the light taken into the lens 40 can be increased. As a result, the lens 40 can be miniaturized while maintaining the efficiency of taking light into the lens 40 at a certain level or more, so that the entire light source device can be miniaturized.

光源装置１００は、波長変換部材３０の第１面（図１における波長変換部材３０の下面）において半導体レーザ素子１０からの光が入射され、第１面と反対側にある第２面（図１における波長変換部材３０の上面）において半導体レーザ素子１０からの光及び蛍光体粒子３１からの光が出射されるように構成している。つまり、半導体レーザ素子１０からの光が入射する面と反対の面から蛍光体粒子３１からの光等を取り出す透過方式（透過型）の光源装置である。以下に、光源装置１００の主な構成要素について説明する。   In the light source device 100, light from the semiconductor laser element 10 is incident on the first surface of the wavelength conversion member 30 (the lower surface of the wavelength conversion member 30 in FIG. 1), and the second surface (FIG. 1) is opposite to the first surface. The light from the semiconductor laser element 10 and the light from the phosphor particles 31 are emitted on the upper surface of the wavelength conversion member 30 in FIG. That is, the light source device is a transmission type (transmission type) light source device that extracts the light from the phosphor particles 31 from the surface opposite to the surface on which the light from the semiconductor laser element 10 is incident. Hereinafter, main components of the light source device 100 will be described.

なお、本明細書では、説明の便宜上、図１に示す断面図の上方を「上」と表現し、下方を「下」と表現している。しかし、これらの位置関係は相対的なものであればよく、例えば各図の上下を逆にしても本明細書の範囲内であることは言うまでもない。   In this specification, for convenience of explanation, the upper side of the cross-sectional view shown in FIG. 1 is expressed as “upper” and the lower side is expressed as “lower”. However, these positional relationships are only required to be relative, and it goes without saying that they are within the scope of the present specification even if, for example, each figure is turned upside down.

（半導体レーザ素子１０）
光源装置１００では、励起光源として半導体レーザ素子１０を用いている。一般に半導体レーザ素子１０は光の放射角が狭いため、波長変換部材３０に光が照射される領域を小さくすることができる。半導体レーザ素子１０から出射される光の主波長は、例えば、４００ｎｍ〜４８０ｎｍとすることができる。なお、図では半導体レーザ素子１０を１個のみ配置しているが、出力を向上させるために複数個並べて配置することもできる。 (Semiconductor laser element 10)
In the light source device 100, the semiconductor laser element 10 is used as an excitation light source. In general, since the semiconductor laser element 10 has a narrow light emission angle, a region where the wavelength conversion member 30 is irradiated with light can be reduced. The main wavelength of the light emitted from the semiconductor laser element 10 can be set to 400 nm to 480 nm, for example. In the figure, only one semiconductor laser element 10 is arranged, but a plurality of semiconductor laser elements 10 may be arranged side by side in order to improve output.

（波長変換部材３０）
波長変換部材３０は、半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光を波長変換するための部材である。波長変換部材３０は、複数の蛍光体粒子３１と、外殻が透光性部材３２ａでありその内部に中空領域３２ｂを有する複数の中空体３２と、複数の蛍光体粒子３１および複数の中空体３２を保持する保持体３３と、を含む。 (Wavelength conversion member 30)
The wavelength conversion member 30 is a member for converting the wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser element 10. The wavelength conversion member 30 includes a plurality of phosphor particles 31, a plurality of hollow bodies 32 whose outer shells are translucent members 32a and having hollow regions 32b therein, a plurality of phosphor particles 31, and a plurality of hollow bodies. And a holding body 33 for holding 32.

波長変換部材３０の厚さ（レーザ光が通過する方向であって図における波長変換部材３０の上下方向の長さ）は、好ましくは０．０１ｍｍ〜１ｍｍ、さらに好ましくは０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍとすることができる。波長変換部材３０の厚さを一定以上とすることにより、ある程度の量の蛍光体粒子３１を含有させることができるので、所望の色調の光を得ることができる。また、波長変換部材３０の厚さを一定以下とすることにより、厚さ方向において光を取り出しやすくすることができるので、所望の明るさを得ることができる。このとき、光取出し面の幅（図における波長変換部材３０の横方向の長さ）は厚さよりも長い形状であるのが好ましく、例えば、板状のものとすることができる。   The thickness of the wavelength conversion member 30 (the length in the vertical direction of the wavelength conversion member 30 in the drawing in which the laser light passes) is preferably 0.01 mm to 1 mm, more preferably 0.03 mm to 0.3 mm. It can be. By setting the thickness of the wavelength conversion member 30 to a certain value or more, a certain amount of the phosphor particles 31 can be contained, so that light having a desired color tone can be obtained. Further, by setting the thickness of the wavelength conversion member 30 to a certain value or less, it is possible to easily extract light in the thickness direction, so that desired brightness can be obtained. At this time, the width of the light extraction surface (the length in the horizontal direction of the wavelength conversion member 30 in the figure) is preferably longer than the thickness, and can be, for example, a plate.

波長変換部材３０を構成する各部材は、蛍光体粒子３１の屈折率をｎ１、保持体３３の屈折率をｎ２、透光性部材３２ａの屈折率をｎ３、中空領域３２ｂの屈折率をｎ４としたときに、ｎ１≠ｎ２、ｎ２≠ｎ３、ｎ３≠ｎ４の関係を満たすような材料を選択することができる。つまり、蛍光体粒子３１と保持体３３との界面、保持体３３と透光性部材３２ａとの界面、透光性部材３２ａと中空領域３２ｂとの界面がそれぞれ屈折率差を有するような材料を選択することができる。こうすることで、光が反射する界面を増やすことができるため光を散乱させやすくなる。このとき、好ましくはｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞ｎ４の関係を満たすような材料を選択することができる。以下に、波長変換部材３０を構成する各部材について詳細に説明する。   Each member constituting the wavelength conversion member 30 has a refractive index of the phosphor particles 31 as n1, a refractive index of the holding body 33 as n2, a refractive index of the translucent member 32a as n3, and a refractive index of the hollow region 32b as n4. In this case, it is possible to select a material that satisfies the relationship of n1 ≠ n2, n2 ≠ n3, and n3 ≠ n4. That is, a material in which the interface between the phosphor particles 31 and the holding body 33, the interface between the holding body 33 and the translucent member 32a, and the interface between the translucent member 32a and the hollow region 32b has a refractive index difference is used. You can choose. By doing so, it is possible to increase the number of interfaces on which light is reflected, so that light is easily scattered. At this time, a material satisfying the relationship of n1> n2> n3> n4 can be preferably selected. Below, each member which comprises the wavelength conversion member 30 is demonstrated in detail.

（蛍光体粒子３１）
蛍光体粒子３１は、アルミネート系、シリケート系、窒化物系、酸窒化物系などを用いることができ、特に、アルミネート系でガーネット構造の蛍光体粒子３１を用いることが好ましい。これにより、耐熱性及び耐光性を確保した蛍光体粒子とすることができる。光源装置１００では、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍの緑色光〜黄色光を発する蛍光体粒子３１を用いている。 (Phosphor particles 31)
The phosphor particles 31 may be aluminate-based, silicate-based, nitride-based, oxynitride-based, and the like. In particular, it is preferable to use aluminate-based phosphor particles 31 having a garnet structure. Thereby, it can be set as the fluorescent substance particle which ensured heat resistance and light resistance. The light source device 100 uses phosphor particles 31 that emit green light to yellow light having a wavelength of 500 nm to 600 nm.

光源装置１００における波長変換部材３０は、同じ波長の蛍光体粒子３１を基体２０の全体に配置したが、複数の波長の蛍光体粒子３１を含有する場合は、波長ごとに分けて基体２０上に配置することもできる。例えば、図３に示すように、半導体レーザ素子１０からの光により第１光を発する第１部位３０ａと、半導体レーザ素子１０からの光により第１光とは異なる波長の第２光を発する第２部位３０ｂと、を有するように波長変換部材３０を配置してもよい。なお、ここでいう第１光とは、同種の蛍光体粒子３１を複数含有していてもよいし、異なる種類の蛍光体粒子３１を複数含有していてもよい。第２部位３０ｂについても第１部位３０ａと同様である。また、図３において、波長変換部材３０を配置していない領域からは半導体レーザ素子１０からの光がそのまま放出されることとなる。これにより、順次、波長の異なる蛍光体粒子３１を励起させることが可能となり、複数の発光色を時間分割して放出することができる。   The wavelength conversion member 30 in the light source device 100 has phosphor particles 31 having the same wavelength disposed on the entire substrate 20, but when the phosphor particles 31 having a plurality of wavelengths are contained, the wavelength conversion member 30 is divided on the substrate 20 for each wavelength. It can also be arranged. For example, as shown in FIG. 3, the first portion 30 a that emits the first light by the light from the semiconductor laser element 10 and the second portion that emits the second light having a wavelength different from that of the first light by the light from the semiconductor laser element 10. The wavelength conversion member 30 may be arranged so as to have two portions 30b. The first light referred to here may include a plurality of the same type of phosphor particles 31 or may include a plurality of different types of phosphor particles 31. The second part 30b is the same as the first part 30a. In FIG. 3, light from the semiconductor laser element 10 is emitted as it is from a region where the wavelength conversion member 30 is not disposed. As a result, the phosphor particles 31 having different wavelengths can be sequentially excited, and a plurality of emission colors can be emitted in a time division manner.

（中空体３２）
中空体３２は光を散乱させるためのものであり、外殻が透光性部材３２ａよりなり、内部に低屈折率の中空領域３２ｂを有する。中空体３２を保持体３３中に含有することにより、中空体３２に当たる光を散乱させることができるため、横方向への光の伝搬を抑制することができる。 (Hollow body 32)
The hollow body 32 is for scattering light, and the outer shell is made of a translucent member 32a and has a hollow region 32b with a low refractive index inside. By containing the hollow body 32 in the holding body 33, the light striking the hollow body 32 can be scattered, so that the propagation of light in the lateral direction can be suppressed.

なお、中空体３２に代えて中空領域３２ｂのない透光性部材を用いると、保持体３３との屈折率差が小さいため光が反射しにくくなる。また、中空体３２に代えて外殻を有さない中空領域（例えば、空気のみからなる領域）を充填すると、保持体を硬化するなどの熱が加わった際に空気が膨張し形状が安定しなくなる。したがって、内部を中空領域３２ｂとし外殻を透光性部材３２ａとすることで、屈折率差を確保しながら中空体３２の形状を安定させることができるので、安定した特性を得ることができる。   Note that if a translucent member having no hollow region 32b is used in place of the hollow body 32, the difference in refractive index from the holding body 33 is small, so that it is difficult for light to be reflected. In addition, when a hollow region (for example, a region consisting only of air) that does not have an outer shell is filled instead of the hollow body 32, the air expands when heat is applied to harden the holding body and the shape is stabilized. Disappear. Therefore, by forming the hollow region 32b and the outer shell as the translucent member 32a, the shape of the hollow body 32 can be stabilized while ensuring the difference in refractive index, so that stable characteristics can be obtained.

中空体３２の直径は、蛍光体粒子３１の直径よりも小さくすることができる。中空体３２の径を小さくすることで、保持体３３中に中空体３２を多数配置することができ、屈折率差のある界面の表面積を増やすことができる。また、中空体３２の形状は、楕円球状、球状等とすることができるが、好ましくは球状とする。   The diameter of the hollow body 32 can be made smaller than the diameter of the phosphor particles 31. By reducing the diameter of the hollow body 32, a large number of hollow bodies 32 can be arranged in the holding body 33, and the surface area of the interface having a refractive index difference can be increased. The shape of the hollow body 32 can be elliptical, spherical, or the like, but is preferably spherical.

中空領域３２ｂには、透光性部材３２ａよりも屈折率の小さい気体が充填されていればよい。アルゴン、窒素、酸素、空気等が挙げられ、例えば、空気であれば屈折率を略１にすることができる。もちろん、真空とすれば屈折率は１となるが、中空体３２の製造のしやすさを考慮すれば、中空領域３２ｂには空気等とすることが好ましい。   The hollow region 32b only needs to be filled with a gas having a refractive index smaller than that of the translucent member 32a. Examples thereof include argon, nitrogen, oxygen, air, and the like. For example, the refractive index can be set to about 1 for air. Of course, the refractive index is 1 when vacuum is applied, but air or the like is preferably used for the hollow region 32b in consideration of ease of manufacturing the hollow body 32.

透光性部材３２ａは中空体３２の外殻をなすものであり、これにより中空体３２の外形を一定に保つことができる。透光性部材３２ａとしては、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ガラスなどが挙げられ、特に、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ガラスが好ましい。これにより、耐光性に優れた中空体３２とすることができる。 The translucent member 32a forms an outer shell of the hollow body 32, and thereby the outer shape of the hollow body 32 can be kept constant. Examples of the translucent member 32a include AlN, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgF 2 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , ZrO 2 , and glass, and in particular, AlN, SiO 2 , Nb 2 O 5 , TiO 2, Al 2 O 3, glass is preferred. Thereby, it can be set as the hollow body 32 excellent in light resistance.

中空体３２における透光性部材３２ａの厚みは、例えば１０ｎｍ〜１００００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜５０００ｎｍ、より好ましくは５００ｎｍ〜３０００ｎｍとすることができる。   The thickness of the translucent member 32a in the hollow body 32 can be, for example, 10 nm to 10000 nm, preferably 100 nm to 5000 nm, more preferably 500 nm to 3000 nm.

（保持体３３）
蛍光体粒子３１及び中空体３２は保持体３３により保持されている。保持体３３としては光透過率が高いものが好ましい。例えば、シリコーン樹脂若しくはエポキシ樹脂からなる有機材料、又はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３若しくはガラスを用いることができ、中でもＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ガラス等の無機材料を用いるのが好ましい。無機材料であれば、光や熱による劣化に強く、保持体自体が変色したり変形したりしにくいからである。 (Holding body 33)
The phosphor particles 31 and the hollow body 32 are held by a holding body 33. As the holding body 33, one having a high light transmittance is preferable. For example, an organic material made of a silicone resin or an epoxy resin, SiO 2 , Al 2 O 3, or glass can be used, and among them, it is preferable to use an inorganic material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , or glass. This is because an inorganic material is resistant to deterioration due to light and heat, and the holder itself is not easily discolored or deformed.

透過型の光源装置の場合、保持体３３に対する蛍光体粒子３１の含有量は、１ｗｔ％〜５０ｗｔ％、好ましくは２ｗｔ％〜４０ｗｔ％、より好ましくは１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％とすることができる。一般に、透過型の光源装置にする場合は、一定量のレーザ光を透過させるために保持体３３中の蛍光体粒子３１の含有量をある程度少なくする必要がある。一方、保持体３３中の蛍光体粒子３１の含有量を少なくすると波長変換部材３０を横方向に抜ける光が多くなるが、本実施形態によれば中空体３２により光の伝搬が抑制できるので本実施形態は透過型の光源装置の場合に特に効果的である。また、蛍光体粒子３１を少なくすることにより、近傍の蛍光体粒子３１と接しにくくなるため、隣接する蛍光体粒子３１による光の再吸収を抑制することができる。   In the case of a transmissive light source device, the content of the phosphor particles 31 with respect to the holder 33 can be 1 wt% to 50 wt%, preferably 2 wt% to 40 wt%, more preferably 10 wt% to 20 wt%. In general, when a transmissive light source device is used, it is necessary to reduce the content of the phosphor particles 31 in the holding body 33 to some extent in order to transmit a certain amount of laser light. On the other hand, if the content of the phosphor particles 31 in the holding body 33 is decreased, the light that passes through the wavelength conversion member 30 in the lateral direction increases. However, according to the present embodiment, the hollow body 32 can suppress the propagation of light. The embodiment is particularly effective in the case of a transmissive light source device. Further, by reducing the number of phosphor particles 31, it becomes difficult to come into contact with the nearby phosphor particles 31, so that reabsorption of light by the adjacent phosphor particles 31 can be suppressed.

（基体２０）
波長変換部材３０は図２に示すように基体２０上に配置することができる。図２のＸ−Ｘにおいては、紙面の奥行きに波長変換部材を励起させる半導体レーザ素子を配置しており、紙面の手前にレンズ４０を配置しているが（図１参照）、構成をわかりやすくするために図２では省略している。光源装置１００では、半導体レーザ素子１０からの光を透過させる透過型の基体２０ａを用いている。透過型の基体２０ａとしては、無アルカリガラス、硼珪酸ガラス、石英ガラス、水晶又はサファイア等を含むホイールを使用することができる。透過型の基体２０ａは、典型的には、円盤状であり、その中心を回転軸として回転し、半導体レーザ素子１０からの光の照射位置が時間とともに移動するように構成されている。本実施形態では、透過型の基体２０ａにおける回転軸の周囲に波長変換部材３０を配置している。 (Substrate 20)
The wavelength conversion member 30 can be disposed on the substrate 20 as shown in FIG. In XX of FIG. 2, a semiconductor laser element that excites the wavelength conversion member is disposed at the depth of the paper surface, and a lens 40 is disposed in front of the paper surface (see FIG. 1), but the configuration is easy to understand. Therefore, it is omitted in FIG. In the light source device 100, a transmissive substrate 20a that transmits light from the semiconductor laser element 10 is used. As the transmissive substrate 20a, a wheel containing alkali-free glass, borosilicate glass, quartz glass, crystal, sapphire, or the like can be used. The transmissive substrate 20a is typically disk-shaped, and is configured such that the irradiation position of light from the semiconductor laser element 10 moves with time by rotating about the center thereof as a rotation axis. In the present embodiment, the wavelength conversion member 30 is disposed around the rotation axis of the transmissive substrate 20a.

（レンズ４０）
レンズ４０は半導体レーザ素子１０からの光および蛍光体粒子３１からの光の配向を制御するための部材である。波長変換部材３０から発する光は一定の広がりをもって放出するため、レンズ４０への光の取り込みを考慮して、波長変換部材３０に近い位置にレンズ４０を配置することが好ましい。これにより、光の広がりが小さいうちにレンズ４０に集光されるので、レンズ４０を小型化でき、光源装置の小型化とコストの低減を両立できる。なお、レンズ４０は単数のレンズ４０であっても複数枚のレンズ４０であってもよい。 (Lens 40)
The lens 40 is a member for controlling the orientation of light from the semiconductor laser element 10 and light from the phosphor particles 31. Since the light emitted from the wavelength conversion member 30 is emitted with a certain spread, it is preferable to dispose the lens 40 at a position close to the wavelength conversion member 30 in consideration of the capture of light into the lens 40. Thereby, since the light is condensed on the lens 40 while the spread of light is small, the lens 40 can be downsized, and both the downsizing of the light source device and the cost reduction can be achieved. The lens 40 may be a single lens 40 or a plurality of lenses 40.

レンズ４０の材料は、樹脂、ガラスなどが挙げられる。短波長の光、例えば４００〜４８０ｎｍの光を本発明の光源として使用する場合は、短波長の光に対する耐性が高いガラスを用いるのが好ましい。レンズ４０としては、コリメートレンズ、集光レンズ、ロッドレンズなど各種レンズを用いることができる。   Examples of the material of the lens 40 include resin and glass. When short-wavelength light, for example, light having a wavelength of 400 to 480 nm is used as the light source of the present invention, it is preferable to use glass having high resistance to short-wavelength light. As the lens 40, various lenses such as a collimator lens, a condenser lens, and a rod lens can be used.

（フィルタ）
光をより効率よく取り出すために、波長変換部材３０の第１面や第２面には用途に合わせたフィルタを配置することができる。フィルタとしては、所定の波長よりも短波長の光を透過し長波長の光を反射するショートパスフィルタ、所定の波長よりも長波長の光を透過し短波長の光を反射するロングパスフィルタ、特定範囲の波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ、無反射フィルタなどが挙げられる。 (filter)
In order to extract light more efficiently, a filter suitable for the application can be disposed on the first surface or the second surface of the wavelength conversion member 30. Filters include a short-pass filter that transmits light having a wavelength shorter than a predetermined wavelength and reflects light having a long wavelength, a long-pass filter that transmits light having a wavelength longer than a predetermined wavelength and reflects light having a short wavelength, and the like. Examples thereof include a band-pass filter that transmits only light in a wavelength range and a non-reflective filter.

半導体レーザ素子１０と波長変換部材３０との間には、半導体レーザ素子１０からの光を透過し波長変換部材３０からの光を反射するショートパスフィルタを第１フィルタ５０として設けることができる。こうすることで、下側へと向かう光も無駄なく上側へと取り出すことができる。   A short pass filter that transmits light from the semiconductor laser element 10 and reflects light from the wavelength conversion member 30 can be provided as the first filter 50 between the semiconductor laser element 10 and the wavelength conversion member 30. By doing so, light traveling downward can be extracted upward without waste.

また、波長変換部材３０とレンズ４０との間には、半導体レーザ素子１０からの光を反射し波長変換部材３０からの光を透過するロングパスフィルタを第２フィルタ６０として設けることができる。これにより、波長変換されていない光を波長変換部材３０へと反射し、励起させることができる。特に、第１フィルタ５０と組み合わせることにより、反射し励起させた光も再度第１フィルタ５０で反射させることができるため、波長変換された光を増やすことができる。   In addition, a long pass filter that reflects light from the semiconductor laser element 10 and transmits light from the wavelength conversion member 30 can be provided as the second filter 60 between the wavelength conversion member 30 and the lens 40. Thereby, the light which has not been wavelength-converted can be reflected to the wavelength conversion member 30 and excited. In particular, by combining with the first filter 50, the reflected and excited light can be reflected again by the first filter 50, so that the wavelength-converted light can be increased.

第２フィルタとしては、特定範囲の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタを波長変換部材３０とレンズ４０との間に設けることもできる。つまり、必要な範囲の波長よりも短波又は長波の光を反射させるフィルタとすることもできる。これにより、放出される波長幅を制御することができ、所望の発光を放出することができる。   As the second filter, a band-pass filter that transmits only light in a specific range of wavelengths may be provided between the wavelength conversion member 30 and the lens 40. That is, a filter that reflects light having a shorter or longer wavelength than a necessary range of wavelengths may be used. Thereby, the wavelength width to be emitted can be controlled, and desired light emission can be emitted.

第２フィルタ６０と波長変換部材３０との間には透明層を介在させることができる。透明層を設けることにより、波長変換部材３０の上面において中空体３２や蛍光体粒子３１が保持体３３に被覆されずに突出したとしても、透明層で平坦化させることができ、第２フィルタ６０の効果をより得やすくすることができる。   A transparent layer can be interposed between the second filter 60 and the wavelength conversion member 30. By providing the transparent layer, even if the hollow body 32 and the phosphor particles 31 protrude without being covered with the holding body 33 on the upper surface of the wavelength conversion member 30, the second filter 60 can be flattened by the transparent layer. The effect of can be made easier.

＜第２実施形態＞
図４に、本実施形態に係る光源装置２００の概略断面図を示す。第２実施形態として、半導体レーザ素子１０の光が入射する側の面と同じ側から蛍光体粒子３１からの光を取り出す反射方式（反射型）の光源装置２００について説明する。なお、以下の点を除いては、第１実施形態に用いた構成と同様の構成を用いるものとする。 Second Embodiment
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the light source device 200 according to the present embodiment. As a second embodiment, a reflection type (reflection type) light source device 200 that extracts light from the phosphor particles 31 from the same side as the light incident side of the semiconductor laser element 10 will be described. Except for the following points, the same configuration as that used in the first embodiment is used.

光源装置２００では、基体２０として、半導体レーザ素子１０からの光と波長変換された光とを反射する板状の部材（以下、反射型の基体２０ｂとする。）を用いる。反射型の基体２０ｂの材料としては、波長変換部材３０からの熱を放散できるよう放熱性の高い材料であればよい。例えば、金、銀、銅、ステンレス、銅合金、アルミニウム、鉄などを用いることができ、好ましくは鉄、銅、より好ましくは銅を用いることができる。さらに、腐食防止のため、表面をめっき処理してもよい。   In the light source device 200, a plate-like member (hereinafter referred to as a reflective substrate 20 b) that reflects the light from the semiconductor laser element 10 and the wavelength-converted light is used as the substrate 20. The material of the reflective substrate 20b may be any material that has high heat dissipation so that heat from the wavelength conversion member 30 can be dissipated. For example, gold, silver, copper, stainless steel, copper alloy, aluminum, iron, and the like can be used, preferably iron, copper, and more preferably copper. Furthermore, the surface may be plated to prevent corrosion.

（波長変換部材３０）
光源装置２００では、保持体３３に対する蛍光体粒子３１の含有量は好ましくは６０ｗｔ％〜９５ｗｔ％、より好ましくは８０ｗｔ％〜９０ｗｔ％とすることができる。反射型の光源装置２００においては、半導体レーザ素子１０からの光を透過させる必要がないため、光の励起効率を重視して、光源装置１００と比較して、保持体３３中における蛍光体粒子３１の含有量を多くすることができる。 (Wavelength conversion member 30)
In the light source device 200, the content of the phosphor particles 31 with respect to the holder 33 can be preferably 60 wt% to 95 wt%, more preferably 80 wt% to 90 wt%. In the reflection-type light source device 200, since it is not necessary to transmit light from the semiconductor laser element 10, the phosphor particles 31 in the holding body 33 are more important than the light source device 100 in consideration of light excitation efficiency. The content of can be increased.

（フィルタ）
光源装置２００においては、第１フィルタ５０を半導体レーザ素子１０と波長変換部材３０との間に配置することができる。こうすることにより、波長変換部材３０から反射した光が半導体レーザ素子１０へ戻ることなく所望の方向へと反射させることができる。なお、光源装置２００においては、第２フィルタ６０は用いていない。 (filter)
In the light source device 200, the first filter 50 can be disposed between the semiconductor laser element 10 and the wavelength conversion member 30. By doing so, the light reflected from the wavelength conversion member 30 can be reflected in a desired direction without returning to the semiconductor laser element 10. In the light source device 200, the second filter 60 is not used.

光源装置２００によれば、基体２０に熱伝導率のよい材料を用いることができるため、光出力を重視した設計が可能となる。   According to the light source device 200, a material having good thermal conductivity can be used for the base 20, so that a design with an emphasis on light output becomes possible.

＜第３実施形態＞
上記光源装置１００または光源装置２００は、所定のレンズあるいはミラー、リフレクタなどと組み合わせることでプロジェクタとして構成することができる。図５に、本実施形態におけるプロジェクタ１０００の模式図を示す。本実施形態によれば、光源装置自体を小型化にすることができるので、それを搭載するプロジェクタ自体も小型化とすることができる。プロジェクタ１０００を構成する要素に関して、第１実施形態及び第２実施形態で説明した以外の要素について説明する。 <Third Embodiment>
The light source device 100 or the light source device 200 can be configured as a projector by being combined with a predetermined lens, mirror, reflector, or the like. FIG. 5 is a schematic diagram of the projector 1000 according to the present embodiment. According to the present embodiment, since the light source device itself can be reduced in size, the projector itself on which the light source device is mounted can also be reduced in size. Regarding the elements constituting the projector 1000, elements other than those described in the first embodiment and the second embodiment will be described.

（投影手段３００）
投影手段３００は、半導体レーザ素子１０及び波長変換部材３０の各部材から出射される光を用いて、映像を作成するための部材である。投影手段３００としては、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）又はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などが挙げられる。ＤＭＤは各画素に相当する微細なミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーの傾きを変えてオン／オフの切換が可能である。 (Projection means 300)
The projection unit 300 is a member for creating an image using light emitted from each member of the semiconductor laser element 10 and the wavelength conversion member 30. Examples of the projecting means 300 include LCOS (Liquid Crystal on Silicon) or DMD (Digital Mirror Device). In the DMD, fine mirrors corresponding to each pixel are arranged in a matrix, and can be switched on / off by changing the inclination of each mirror.

（投射手段４００）
投射手段４００は、主に投射レンズから構成され、投影手段３００で順次変調して形成された画像を、所定の大きさに拡大して投射することができる。 (Projection means 400)
The projection unit 400 mainly includes a projection lens, and can project an image formed by sequentially modulating the projection unit 300 to a predetermined size.

本発明に係る光源装置は、プロジェクタ等、種々の光源装置に使用することができる。   The light source device according to the present invention can be used for various light source devices such as a projector.

１００、２００…光源装置
１０…半導体レーザ素子
２０…基体
２０ａ…透過型の基体
２０ｂ…反射型の基体
３０…波長変換部材
３０ａ…第１部位
３０ｂ…第２部位
３１…蛍光体粒子
３２…中空体
３２ａ…透光性部材
３２ｂ…中空領域
３３…保持体
４０…レンズ
５０…第１フィルタ
６０…第２フィルタ
１０００…プロジェクタ
３００…投影手段
４００…投射手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 200 ... Light source device 10 ... Semiconductor laser element 20 ... Base | substrate 20a ... Transmission-type base | substrate 20b ... Reflection-type base | substrate 30 ... Wavelength conversion member 30a ... 1st site | part 30b ... 2nd site | part 31 ... Phosphor particle 32 ... Hollow body 32a ... Translucent member 32b ... Hollow region 33 ... Holding body 40 ... Lens 50 ... First filter 60 ... Second filter 1000 ... Projector 300 ... Projection means 400 ... Projection means

Claims (9)

半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子からの光を波長変換する波長変換部材と、前記波長変換部材からの光を制御するレンズと、を備える光源装置であって、
前記波長変換部材は、複数の蛍光体粒子と、外殻が透光性部材でありその内部に中空領域を有する複数の中空体と、前記複数の蛍光体粒子および前記複数の中空体を保持する保持体と、を有する、ことを特徴とする光源装置。 A light source device comprising: a semiconductor laser element; a wavelength conversion member that converts the wavelength of light from the semiconductor laser element; and a lens that controls the light from the wavelength conversion member;
The wavelength conversion member holds a plurality of phosphor particles, a plurality of hollow bodies whose outer shells are translucent members and have hollow regions therein, the plurality of phosphor particles, and the plurality of hollow bodies. And a holding body. 前記蛍光体粒子の屈折率をｎ１、前記保持体の屈折率をｎ２、前記透光性部材の屈折率をｎ３、前記中空領域の屈折率をｎ４としたときに、ｎ１≠ｎ２、ｎ２≠ｎ３、ｎ３≠ｎ４の関係を満たす、ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。   When the refractive index of the phosphor particles is n1, the refractive index of the holding body is n2, the refractive index of the translucent member is n3, and the refractive index of the hollow region is n4, n1 ≠ n2, n2 ≠ n3 The light source device according to claim 1, wherein a relationship of n3 ≠ n4 is satisfied. 前記波長変換部材は、第１面において前記半導体レーザ素子からの光が入射され、前記第１面と反対側にある第２面において前記半導体レーザ素子からの光及び前記蛍光体粒子からの光が出射されるように構成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。   The wavelength conversion member receives light from the semiconductor laser element on a first surface, and light from the semiconductor laser element and light from the phosphor particles on a second surface opposite to the first surface. The light source device according to claim 1, wherein the light source device is configured to emit light. 前記波長変換部材は、前記半導体レーザ素子からの光により第１光を発する第１部位と、前記半導体レーザ素子からの光により第２光を発する第２部位と、を有し、
前記第１部位と前記第２部位は、基体上の異なる領域に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。 The wavelength conversion member has a first part that emits first light by light from the semiconductor laser element, and a second part that emits second light by light from the semiconductor laser element,
The light source device according to claim 3, wherein the first part and the second part are arranged in different regions on the base. 前記保持体に対する前記蛍光体粒子の含有量は、１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％である、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の光源装置。   5. The light source device according to claim 3, wherein the content of the phosphor particles with respect to the holding body is 10 wt% to 20 wt%. 前記半導体レーザ素子と前記波長変換部材との間には、前記半導体レーザ素子からの光を透過し前記波長変換部材からの光を反射する第１フィルタが設けられている、ことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の光源装置。   A first filter that transmits light from the semiconductor laser element and reflects light from the wavelength conversion member is provided between the semiconductor laser element and the wavelength conversion member. Item 6. The light source device according to any one of Items 3 to 5. 前記波長変換部材と前記レンズとの間には、前記半導体レーザ素子からの光を反射し前記波長変換部材からの光の全部又は一部を透過する第２フィルタが設けられている、請求項３〜６のいずれかに記載の光源装置。   The second filter that reflects light from the semiconductor laser element and transmits all or part of the light from the wavelength conversion member is provided between the wavelength conversion member and the lens. The light source device in any one of -6. 前記中空体の直径は前記蛍光体粒子の直径よりも小さい、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein a diameter of the hollow body is smaller than a diameter of the phosphor particles. 請求項１〜８のいずれかに記載の光源装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。   A projector comprising the light source device according to claim 1.
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