JP5938867B2 - 蛍光体デバイス、照明装置及びプロジェクタ装置 - Google Patents
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Description
このような光源装置は、一般的に光源として例えば半導体光源として発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)が多く用いられている。蛍光体は、例えば透明なシリコーン又はエポキシ樹脂等を樹脂性バインダとし、この樹脂性バインダ中に複数散在させることにより発光層を形成している。
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1(a)(b)は蛍光体デバイスの構造図を示し、同図(a)は外観図、同図(b)は断面構造図を示す。この蛍光体デバイス1は、例えばAl203等の透光性無機材料(以下、無機バインダと称する)2と、YAG:Ce等の複数の蛍光体3とを焼結して形成されている。複数の蛍光体3は、無機バインダ2中に例えば一様な間隔で散在している。これら蛍光体3は、例えば青色(波長455〜492nm内の波長値)の励起光Eの照射により緑色(波長492〜577nm内の波長値)の発光光を発光する。
具体的に蛍光体デバイス1は、四角錐台形状を形成するための4つの側面4−1〜4−4と、互いに平行で対向する2つの底面である第1と第2の面4−5、4−6とから成る。
4つの側面4−1〜4−4は、それぞれ四角錐台の形状を形成するための斜面を形成する。これら側面4−1〜4−4の傾斜角θ、例えば側面4−1と第1の面4−5との成す角度θは、図1(b)に示すように例えば45°に形成されている。他の各側面4−2〜4−4と第1の面4−5との成す各傾斜角θも例えば45°に形成されている。
第2の面4−6は、面積S2を有する。第1の面4−5の面積S1は、第2の面4−6の面積S2よりも小さく形成されている。
各蛍光体3から平面反射面4−5に向かって放射された各発光光は、当該平面反射面4−5に形成されている反射層5で反射して入射・出射面4−6に向かい、この入射・出射面4−6を透過して蛍光体デバイス1の外部に向けて出射する。
各蛍光体3から各斜面反射面4−1〜4−4に向かって放射された各発光光は、それぞれ各斜面反射面4−1〜4−4に形成されている反射層5で反射して入射・出射面4−6に向かう。
又、各蛍光体3から放射された各発光光の中には、平面反射面4−5に形成されている反射層5で反射し、続いて斜面反射面4−1〜4−4に形成されている反射層5で反射して入射・出射面4−6に向かい、この入射・出射面4−6を透過して蛍光体デバイス1の外部に向けて出射する発光光もある。
これら斜面反射面4−1〜4−4は、それぞれ四角錐の各側面で例えば45°の斜面に形成されているので、これら斜面反射面4−1〜4−4で反射した各発光光は、それぞれ入射・出射面4−6に効率よく導かれ、入射・出射面4−6を透過して蛍光体デバイス1の外部に向けて出射する。
蛍光体デバイス1は、錐台形状として四角錐台形状に限らず、六角錐台形状又は円錐台形状であっても、上記第1の実施の形態と同様の効果を奏することが出来る。
次に、本発明の第2の実施の形態について図面を参照して説明する。
図2は蛍光体デバイス1を用いた照明装置10の構成図を示す。なお、図1(a)(b)と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
励起光源としての半導体レーザ11が設けられている。この半導体レーザ11は、励起光Eとして例えば青色の波長領域(455〜492nm)内の波長値の励起レーザ光(以下、励起レーザ光Eと称する)を出力する。
コリメータレンズ12は、半導体レーザ11から出力される励起レーザ光Eをコリメートする。
集光光学系14は、半導体レーザ11から出力された励起レーザ光Eを蛍光体デバイス12に向けて集光して照射する。
蛍光体デバイス1から出射された緑色の波長値の発光光は、集光光学系14を通ってダイクロイックミラー13に入射し、このダイクロイックミラー13で反射して照明光として取り出す。
次に、本発明の第3の実施の形態について図面を参照して説明する。
図3は蛍光体デバイス1を用いた照明装置20の構成図を示す。なお、図1(a)(b)及び図2と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
基板21上には、2つの蛍光体デバイス1、1が一体的に配置されている固定されている。これら蛍光体デバイス1、1は、第2の面である各入射・出射面4−6を同一平面上に配置し、かつ一体的に形成されている。これら蛍光体デバイス1、1は、励起レーザ光Eの照射範囲内に配置されている。
各蛍光体デバイス1、1から出射された緑色の波長値の各発光光は、集光光学系14を通ってダイクロイックミラー13に入射し、このダイクロイックミラー13で反射して照明光として取り出す。
このような照明装置において一般的に用いられる蛍光体3は、図5に示すように励起スペクトルS1の長波長側の波長と、発光体3の発光スペクトルS2の短波長側の波長との一部が重なり合っている。すなわち、発光体3は、発光光3aを発光するが、この発光光3aは、図6に示すように無機バインダ30内を伝播して他の発光体3に照射されて当該他の発光体3を励起、すなわち別の賦活原子を励起して蛍光体3の発光強度が低下するという発光の自己吸収という現象が発生するおそれがある。
次に、本発明の第4の実施の形態について図面を参照して説明する。
上記第3の実施の形態では、基板21上に2つの蛍光体デバイス1を配置しているが、これに限らず、2つ以上の複数の蛍光体デバイス1、1、…、1、例えば図7の外観図に示すように4つの蛍光体デバイス1を格子状(マトリクス状)に配置されている固定してもよい。これら蛍光体デバイス1、1、…、1は、図8に示すように第2の面である各入射・出射面4−6を同一平面上に配置し、かつ一体的に形成されている。これら蛍光体デバイス1、1、…、1は、励起レーザ光Eの照射範囲内に配置されている。
なお、複数の蛍光体デバイス1、1、…、1は、4つに限らず、4つ以上を格子状(マトリクス状)に配置してもよい。又、複数の蛍光体デバイス1、1、…、1は、格子状(マトリクス状)に配置するに限らず、一定の間隔毎に縦横方向に配置してもよいし、同心円状に配置しても良いし、ランダムな位置に配置してもよい。
各蛍光体デバイス1、1、…、1から出射された緑色の波長値の各発光光は、集光光学系14を通ってダイクロイックミラー13に入射し、このダイクロイックミラー13で反射して照明光として取り出す。
次に、本発明の第5の実施の形態について図面を参照して説明する。
図9は上記図2に示す照明装置10等を用いたプロジェクタ装置40の構成図を示す。このプロジェクタ装置40は、例えば半導体発光素子を用いたDLP(Digital Light Processing:登録商標)方式を適用している。このプロジェクタ装置40は、CPU41を搭載する。このCPU41には、操作部42と、メインメモリ43と、プログラムメモリ44とが接続されている。又、CPU41には、システムバス45を介して入力部46と、画像変換部47と、投影処理部48と、音声処理部49とが接続されている。このうち投影処理部48には、光源部50と、マイクロミラー素子51とが接続されている。光源部50から出力される照明光の光路上には、ミラー52が配置され、このミラー52の反射光路上にマイクロミラー素子51が配置されている。このマイクロミラー素子51の反射光路上に投影レンズ部53が配置されている。音声処理部49には、スピーカ部54が接続されている。
画像変換部47は、スケーラとも称し、入力部46から入力される画像データを投影に適した所定のフォーマットの画像データに統一処理して投影処理部48に送る。この際、画像変換部47は、OSD(On Screen Display)用の各種動作状態を示すシンボル等のデータも必要に応じて画像データに重畳加工し、この加工後の画像データを投影処理部48に送る。
音声処理部49は、PCM(Pulse-Code Modulation)音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部54を駆動して拡声放音させる、或いは必要によりビープ音等を発生させる。
光源部50は、赤(R)、緑(G)、青(B)の原色光を含む複数色の照明光を循環的に時分割で順次出射する。この光源部50から順次出射されるRGBの各光は、ミラー52で全反射してマイクロミラー素子51に照射される。このマイクロミラー素子51での反射光で光像が形成され、この形成された光像が投影光学系としての投影レンズ部53を通してカラー画像として投影対象となるスクリーンに投影表示される。
なお、この光源部50は、上記図2に示す照明装置10に限らず、上記図3に示す照明装置20や、図7に示す複数の蛍光体デバイス1を用いた照明装置を用いてもよい。
メインメモリ43は、例えばSRAMで構成され、CPU41のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ44は、電気的に書換可能な不揮発性メモリで構成され、CPU41が実行する動作プログラムや各種定型データ等を記憶する。
この画像変換部47は、入力部46から入力される画像データを投影に適した所定のフォーマットの画像データに統一処理すると共に、OSD用の各種動作状態を示すシンボル等のデータも必要に応じて画像データに重畳加工し、この加工後の画像データを投影処理部48に送る。
このマイクロミラー素子51は、投影処理部48の駆動によって複数の微小ミラーの各傾斜角度をそれぞれ高速にオン・オフ動作して画像を表示することで、その反射光により光像を形成する。
これと共に音声処理部49は、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部54を駆動して拡声放音させる、或いは必要によりビープ音等を発生させる。
請求項1に対応する発明は、少なくとも蛍光体を含有して錐体状に形成され、かつ前記錐体状の斜面を交差して互いに対向するそれぞれ面積の異なる第1と第2の面を形成し、前記第1と前記第2の面とのうち前記面積の小さい前記第1の面と前記斜面とに反射層を形成し、前記面積の大きい前記第2の面に反射防止層を形成し、前記第2の面を励起光の入射口とすると共に前記蛍光体から発光された発光光の出射口とすることを特徴とする蛍光体デバイスである。
請求項2に対応する発明は、請求項1に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記錐体状として四角錐体状、六角錐体状、四角錐台形状又は円錐状を含むことを特徴とする。
請求項7に対応する発明は、請求項6に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記複数の蛍光体デバイスは、格子状に配置されていることを特徴とする。
請求項11に対応する発明は、請求項10に対応する照明装置において、前記発光光取出光学系は、前記励起光を透過し、かつ前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を反射するダイクロイックミラーを有することを特徴とする。
Claims (11)
- 蛍光体と無機材料とが焼結されてなる焼結体が錐台形状に形成され、かつ前記錐台形状の斜面を交差して互いに対向するそれぞれ面積の異なる第1と第2の底面を形成し、前記第1と前記第2の底面のうち面積の小さい第1の底面と前記斜面とに反射層を形成し、前記焼結体の前記第2の底面に、反射防止膜を直接形成し、前記第2の底面を励起光の入射口とすると共に前記蛍光体から発光された発光光の出射口とする蛍光体デバイスを複数配置し、且つ前記複数の蛍光体デバイスは、基板上に一体的に形成されていることを特徴とする蛍光体デバイス。
- 前記反射防止膜は、金属酸化物又は弗化物から成ることを特徴とする請求項1記載の蛍光体デバイス。
- 前記錐台形状として四角錐台形状、六角錐台形状又は円錐台形状を含むことを特徴とする請求項1記載の蛍光体デバイス。
- 前記反射層は、可視光領域の波長を有する前記蛍光体から発光された前記発光光を反射し、
前記反射防止膜は、前記発光光を透過することを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の蛍光体デバイス。 - 前記反射防止膜は、可視光領域の波長の長さよりも小さい長さのピッチを有する凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の蛍光体デバイス。
- 前記複数の蛍光体デバイスは、格子状に配置されていることを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか1項に記載の蛍光体デバイス。
- 前記複数の蛍光体デバイスは、前記各第2の底面を同一平面上に配置して一体的に形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載の蛍光体デバイス。
- 前記複数の蛍光体デバイスは、前記励起光の照射範囲内に配置されることを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれか1項に記載の蛍光体デバイス。
- 請求項1乃至8のうちいずれか1項に記載の蛍光体デバイスと、
励起光を出力する励起光源と、
前記励起光源から出力された前記励起光を前記蛍光体デバイスに照射する照射光学系と、
前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を照明光として取り出す発光光取出光学系と、
を具備することを特徴とする照明装置。 - 前記発光光取出光学系は、前記励起光を透過し、かつ前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を反射するダイクロイックミラーを有することを特徴とする請求項9記載の照明装置。
- 請求項9、10のうちいずれか1項に記載の照明装置と、
前記照明装置から出力された前記照明光を含む各色の光を用いてカラー画像を投影する投影光学系と、
を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
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