JP7051950B2

JP7051950B2 - 照明装置および投影装置

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Publication number: JP7051950B2
Application number: JP2020133204A
Authority: JP
Inventors: ヤン，イー; フゥ，フェイ
Original assignee: Appotronics Corp Ltd
Current assignee: Shenzhen Appotronics Corp Ltd
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2022-04-11
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: KR101830753B1; EP3418802B1; EP3418801B1; KR20140125756A; EP2740997B1; JP2017201632A; EP2740997A1; WO2013017111A1; KR20180019250A; JP6762073B2; KR101875850B1; EP3418802A1; EP2740997A4; CN102707551B; JP2020202182A; CN102707551A; EP3418801A1; EP3418803B1; EP3418803A1

Description

本発明は投影技術に関し、特に、照明装置とこの照明装置を用いた投影装置、および青色光の校正方法に関する。

青色レーザダイオード（ＬＤ、レーザダイオード）や発光ダイオード（ＬＥＤ、発光ダイオード）のような固体の光源は、高輝度の光線を生成可能であり、照明装置など多様な電気製品に広く用いられている。

現在、異なる種類の固体光源で、例えば青色光、赤色光、黄色光など異なる色の光を放射することができる。しかしながら、一般に青色励起光から放射される青色光の波長はそれ自体で４４０ｎｍ－４５０ｎｍの範囲内であり、その色座標は約（０．１５，０．０１６）である。国際デジタルテレビジョン標準Ｒｅｃ７０９では、純粋な青色光の色座標は（０．１５２，０．０６１）であり、主な波長は４６２ｎｍである。このため、一般の青色励起光から放射される青色光（波長４４０ｎｍ乃至４５０ｎｍ）は、純粋な青色光ではなく青紫光のように見え、したがって固体光源の視覚効果に影響を与えるものであった。

このため、従来技術の問題を解決するために青色光を校正する照明装置およびこの照明装置を用いた投影装置の提供が望まれていた。

解決しようとする主な問題点は、予め規定された光色に近いか実質的に同一の青色光を生成する照明装置およびこの照明装置を用いた投影装置、さらに青色光の校正方法を提供することである。

本発明が提供する照明装置は、
青色励起光を生成するための光源と、
前記青色励起光の光路内に配置された１以上の区画を有する基板であって、前記１以上の区画は青色区画である基板と、
前記青色区画を覆う波長変換材料層とを具え、当該波長変換材料層は、前記青色励起光の一部を吸収して、色座標が所定の色の範囲内である変換光を発し、これにより前記変換光と前記波長変換材料層に吸収されなかった残りの青色励起光とによって前記青色区画から発せられる混合光が形成され、当該混合光の色座標は前記青色励起光の色座標よりも予め規定された青色光の色に近くなることを特徴とする。

本発明はまた、上記照明装置を備える投影装置を提供する。

色要求に会う純粋な青色光を放射できなかった従来の青色固体光源と比較すると、本発明の照明装置および投影装置は、変換光を用いて青色光の波長帯または色座標を調整することができ、これにより放射される青色光が所定の青色光の色座標に近似するか実質同一となり、照明装置の視覚効果や色パフォーマンス全体が保証される。

図１は、本発明の第２実施例の照明装置の概要図である。図２は、図１の実施例における基板の正面図である。図３は、本発明の第１実施例の照明装置の概要図である。図４は、本発明の投影装置の概要図である。図５は、本発明の第３実施例の概要図である。図６は、本発明の図５に示す実施例における第１の光フィルタの透過率と変換光の関係を示す図である。図７は、本発明の第８実施例の照明装置の概要図である。図８Ａは、本発明の第９実施例の照明装置の概要図である。図８Ｂは、図８Ａの部分拡大図である。図９Ａは、本発明の第５実施例の照明装置の概要図である。図９Ｂは、図９Ａの部分拡大図である。図１０は、円形の基板を用いる本発明の第６実施例の概要図である。図１１は、本発明の第７実施例の照明装置の概要図である。図１２ａ、１２ｂは、本発明の照明装置の波長変換材料から発する変換光の色座標帯を示す図である。図１３は、本発明の第９実施例の照明装置の概要図である。

本発明の実施例について、図面を参照しながら以下に説明する。本明細書において、方向に関するすべての記載、例えば上、下、前、後、左、右、内側、外側、横方向等は、図面の参照方向のみを示す。このため、方向的記載は本発明の理解のために用いられ、本発明を限定するものではない。

図面において、同じ構造を有する単位には同じ符号を付す。

図３を参照すると、本発明の第１実施例にかかる照明装置３０００の概要図である。本発明の照明装置は、スペクトルのピーク波長が４３０ｎｍ以上、４６５ｎｍ以下の青色励起光３００１を発する光源（図示せず）を具える。この照明装置はまた、青色励起光３００１の光路内に配置された１以上の区画を有する基板３０３０を具え、当該１以上の区画の少なくとも１つは青色区画３０３１である。

照明装置３０００はまた、青色区画３０３１を覆う波長変換材料層３０４０を具え、この波長変換材料層は、青色励起光３００１の一部を吸収して変換光を発し、これにより変換光と、波長変換材料層３０４０により吸収されなかった残りの青色励起光とにより青色区画３０３１から混合光３００２が放射され、この混合光の色座標は、青色励起光３００１の色座標よりも予め規定された青色光の色座標に近い。

波長変換材料層３０４０は、例えば螢光体や量子のドットである波長変換材料を含む。例えば、波長変換材料は緑色螢光体、藍色螢光体、黄緑色螢光体、黄色螢光体、あるいはこれらの種類の螢光体の複数の混合体であって、青色区画上にかかる青色励起光３００１の一部（例えば１０％）を吸収して緑色か藍色の変換光（波長は例えば５００－６００ｎｍ）を放射可能であり、これにより変換光と残りの青色励起光が混合光を形成する。この混合光は緑色あるいは藍色の変換光を含むため、混合光の色座標は緑色方向へシフトし、青色区画３０３１から放射される混合光の青色視覚効果が向上する。しかしながら、波長変換材料層３０４０の変換光は緑色または藍色光に限定されるものではなく、青色励起光を調整するために青色励起光より波長の長い他の色であってもよい。上述した変換光の吸収率の値と波長帯は説明目的の例示であり、本発明を限定するものではない。

特に、ＣＩＥの色空間では、青色励起光と変換光により形成される混合光の色座標は、青色光と混合光の色座標をつなぐ線上にある。混合色の原理を以下に示す。

青色励起光と変換光の輝度をそれぞれＬ_１とＬ_２とし、それぞれの色座標を（ｘ_１，ｙ_１、（ｘ_２，ｙ_２）とすると、混合光の輝度Ｌと色座標（ｘ，ｙ）は以下のようになる：
Ｌ＝Ｌ_１＋Ｌ_２・・・（式１）
ｘ＝（Ｌ_１（ｘ_１／ｙ_１）＋Ｌ_２（ｘ_２／ｙ_２））／（Ｌ_１／ｙ_１＋Ｌ_２／ｙ_２）・・・（式２）
ｙ＝（Ｌ_１＋Ｌ_２）／（Ｌ_１／ｙ_１＋Ｌ_２／ｙ_２）・・・（式３）

このように、波長変換材料を選択することにより、当該波長変換材料から放射される変換光の色座標を、青色励起光３００１の色座標と所定の青色座標をつなぐ延長線上またはその近傍に選択することができる。次に、青色励起光と変換光の座標をつなぐ線上において、所定の青色座標に近い点を混合光の色座標に選択する。次に、青色励起光、変換光、および混合光の既知の色座標に基づいて、青色励起光の変換光に対する輝度比を上記の式により算出する。したがって、変換光に対する青色励起光の輝度比を調整することにより、混合光の色座標は青色励起光の色座標より所定の青色座標に近くなる。

変換光に対する青色励起光の輝度比は、波長変換材料層３０４０に添加する波長変換材料の量を変化させて調整することができる。明らかに、波長変換材料の量が増えると、青色励起光３００１の吸収される光出力が大きくなり、励起により生成される変換光が大きくなり、残る青色励起光の変換光に対する輝度比が低くなり、逆も同様である。

式（１）と式（３）から、波長変換材料層３０４０に適切な波長変換材料を選択し、波長変換材料の量を変更して変換光に対する青色励起光の輝度比を調整することにより、良好な青色光を得ることができる。

波長変換材料の選択の原理を以下に説明する。図１２ａに示すＣＩＥ１９３１の色空間１２００において、青色領域１２０１の拡大図が図１２ｂに示されている。図１２ｂでは、符号１２１１が青色励起光３００１の色座標で、これは例えば限定しないが（０．１６，０．０１６）であり、四角形領域の４つの頂点１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ、１２１２ｄがそれぞれ良好な青色の色座標領域であり、ここで１２１２ａの色座標は（０．１４，０．０３）、１２１２ｂの色座標は（０．１８，０．０３）、１２１２ｃの色座標は（０．１４，０．０８）、１２１２ｄの色座標は（０．１８，０．０８）である。この青色座標領域では、好ましい青色座標は、両端が１２１３ａと１２１３ｂである線分上にあり、ここで１２１３ａの色座標は（０．１５５，０．０６）であり、１２１３ｂの色座標は（０．１６５，０．０６）である。上述した分析より、１２１１のように変換光と青色光を混合することにより、４つの頂点が１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃおよび１２１２ｄの方形領域内に色座標を得るには、変換光の色座標は第１の色領域内になくてはならない。

前記第１の色領域は、端部から端部へ交わる以下の線分、線、あるいは曲線により規定される：色座標１２１１と色座標１２１２ａをつないで形成される線またはその延長線（直線）と、色座標１２１２ａと１２１２ｂの間の線分（線分）と、色座標１２１１と色座標１２１２ｂをつないで形成される線またはその延長線（直線）と、色空間１２００の境界の曲線（曲線）とである。色空間１２００の境界曲線はＣＩＥ発表データに基づいており、本技術分野で周知である。色彩論の知識から、第１の色領域の色座標に対応する主な波長帯は４６５ｎｍから５８５ｎｍであることを容易に計算することができる。

さらに、よりよい色座標を得るためには、変換光の色座標が第２の色領域内にある必要がある。この第２の色領域は、端部から端部へ交わる以下の線分、線あるいは曲線により規定される：色座標１２１１と色座標１２１２ｃをつないで形成される線またはその延長線（直線）と、色座標１２１２ｃと１２１２ｄの間の線分（線分）と、色座標１２１１と色座標１２１２ｄをつないで形成される線およびその延長線（直線）と、色空間１２００の境界曲線（曲線）とである。色彩論の知識から、第２の色領域の色座標に対応する主な波長帯は４９２ｎｍから５６２ｎｍであることを容易に計算することができる。

明らかに、第２の色領域は、第１の色領域のサブセットである。変換光の色座標が第２の色領域内にある場合、変換光に対する青色励起光の比は適切に調整され、照明装置３０００で最終的に得られる混合光が理想の青色光に近くなる。

さらに、より好ましい青色光の範囲を得るには、すなわち青色光の色座標が端点１２１３ａと１２１３ｂの線分上に配置されるには、変換光の色座標が第３の色領域内にある必要がある。この第３の色領域は、端部から端部へ交わる以下の線分、線あるいは曲線により形成される：色座標１２１１と色座標１２１３ａをつないで形成される線またはその延長線（直線）と、色座標１２１３ａと１２１３ｂの間の線分（線分）と、色座標１２１１と色座標１２１３ｂをつないで形成される線およびその延長線（直線）と、色空間１２００の境界曲線（曲線）とである。色彩論の知識から、第３の色領域の色座標に対応する主な波長帯は５１５ｎｍから５４５ｎｍであることを容易に計算することができる。

明らかに、第３の色領域は、第２の色領域のサブセットである。変換光の色座標が第３の色領域内にある場合、変換光に対する青色励起光の比は適切に調整され、照明装置３０００で最終的に得られる混合光が端点１２１３ａと１２１３ｂの線分上に配置される。

実験データに基づき、波長変換材料層３０４０の量が調整され、青色励起光３００１の合計光出力に対し波長変換材料層３０４０により吸収される青色励起光３００１の光出力比は１％から５０％の範囲内となり、出力される混合光は青色励起光３００１の色座標に比較して向上する。好適には、青色励起光３００１の合計光出力に対し波長変換材料層３０４０により吸収される青色励起光３００１の光出力比は、１０％から３０％である。

本実施例において、基板３０３０は好適には、青色励起光３００１が照射する波長変換材料層３０４０の側に配置された第２の光フィルタとしても作用する。この第２の光フィルタは、表面が干渉コーティングで覆われており、これは青色励起光３００１を通して変換光を反射する。青色励起光３００１は第２の光フィルタ３０３０を透過し、波長変換材料層３０４０上に入射する。その一部が波長変換材料に吸収されて変換光に変換され、放出される。変換光は等方性であるため、変換光は２つの部分を有し、第１の部分はその上側空間に直接放射され、第２の部分は第２の光フィルタ３０３０上に入射してこれに反射され、最終的に上側空間に入射する。この変換光の第２の部分が、変換光の第１の部分と、吸収されなかった残りの青色励起光と混ざり、照明装置３０００の出力光３００２を構成する。第２の光フィルタは、そこに入る変換光を反射して、光を出力方向（図３における上方向）に案内し、照明装置３０００の出力光３００２内の変換光の強度を増大させるのに用いられる。

さらに好適には、干渉コーティングを有する基板３０３０の表面は波長変換材料層３０４０に近く、この表面と波長変換材料層３０４０の間にはエアギャップがある。この基板のコーティング面が波長変換材料層３０４０に面することの利点は、変換光が基板３０３０の内部を伝わり横に拡がらないことであり、これによりスポット光の拡散と出力密度の低減が防止される。干渉コーティングと波長変換材料層３０４０の間のエアギャップにより、干渉コーティングの設計を簡単にできる。

図１を参照すると、本発明の第２実施例の照明装置の概要図が示されている。本発明の照明装置１００は、高輝度の多色光を生成するのにも用いる異ができる。照明装置１００は、光源１１０と、集光部材１２０と、基板１３０と、波長変換材料層１４０とを具える。光源１１０は青色励起光を生成するのに用いられ、集光材料１２０は、基板１３０上に青色励起光を集束させるのに用いられる。

光源１１０は、１の固体光源であるか、複数の固体光源の組み合わせである。この固体光源は例えば青色ＬＤ、ＬＥＤ、またはこの２つの組み合わせであり、青色励起光を生成するのに利用され、そのピーク波長は４３０ｎｍ以上、４６５ｎｍ以下である。例えばピーク波長が４４５ｎｍの青色励起光をとると、その色座標は約（０．１６，０．０１６）である。

本発明の第１実施例とのもう一つの違いは、照明装置は駆動装置も具え、その波長変換材料層１４０と基板１３０がそれぞれ駆動装置に固定的に連結されており、駆動装置は基板１３０と波長変換材料層１４０とを青色励起光に対して移動させ、これにより図１、図２に示すように、基板１３０の各区画１３１、１３２、１３３、１３４が順番に青色励起光の光路に配置される。本発明の基板１３０は光学的透過材料でなり、例えばガラス、ＰＭＭＡプラスチック等である。基板１３０は、複数の区画１３１、１３２、１３３および１３４を具え、区画１３１が青色区画１３１である。波長変換材料層１４０は基板１３０の青色区画１３１上に配置され、青色区画１３１の面積の少なくとも一部をカバーして、青色励起光を吸収して変換光を放出し、これにより青色区画１３１から放射される混合光が、変換光と、波長変換材料層で吸収されなかった青色励起光とにより形成され、ここで混合光の色座標は、青色励起光の色座標よりも所定の青色光の色座標に近い。変換光の色座標の範囲は、第１の実施例と同じである。

本実施例では、区画１３２から１３４のうちの１以上が、波長変換材料層１４０とは異なる波長変換材料（図示せず）と具え、青色励起光を吸収して他の変換光を放出し、その波長は青色励起光の波長とは異なっている。結果として、この波長変換材料では青色とは異なる色の光が生成される。この波長変換材料は好適には螢光材料であり、例えば螢光体、ナノ構造材料（例えば量子ドット）等である。この波長変換材料は、基板１３０の表面上に堆積させるか、基板１３０の材料に添加することができる。

本実施例では、基板は例えば、軸Ａ周りを回転する円形輪である。基板１３０の区画１３１－１３４は、軸Ａの周りに順番に配置することができる。区画１３１－１３４はそれぞれ、青色区画１３１、緑色区画１３２、赤色区画１３３、白色区画１３４とすることができる。緑色区画１３２、赤色区画１３３、および白色区画１３４の波長変換材料は、それぞれ波長帯５００－５８０ｎｍ、５８０－７００ｎｍ、および４８０－７００ｎｍの光を放射するものが選択され、これにより光源１１０の青色励起光が、緑色区画１３２、赤色区画１３３、および白色区画１３４上でそれぞれ緑色光、赤色光、および白色光に変換される。基板１３０が軸Ａ周りで回転すると、基板１３０が光源１１０に対して回転し、異なる時間に異なる区画１３１－１３４が青色励起光の下に晒され、したがって基板１３０を回転させると順番に多色光が放射される。

別の実施例では、基板はより少ないか（例えば２または３）、より多い（例えば８）区画を有してもよい。基板１３０はまた、青色区画一つのみを有してもよく、その場合は、青色区画が青色励起光の光路上に配置される限り基板は光源１２０に対して動く必要はない。基板に２またはそれ以上の区画がある場合でも、基板が光源１２０に対して動かなくてくてもよい場合があり、すなわち基板の区画に対応する多色の光源を用いる場合である。例えば、青色光を生成すべく基板の青色セグメント用に青色光源を設け、赤色光を生成すべく基板の赤色セグメント用に赤色光源を設けることができる。

別の実施例では、基板１３０は、青色励起光を吸収して緑色光を放出する緑色螢光体を担う１以上の緑色区画、青色励起光を吸収して黄色光を放出する黄色螢光体を担う１以上の黄色区画、あるいは青色励起光を吸収して赤色光を放出する赤色螢光体を担う１以上の赤色区画を具えてもよい。

図４を参照すると、本発明の投影装置の概要図が示されている。本発明の照明装置１００は投影システムに組み込むことができ、これは光源１１０と、集光部材１２０と、基板１３０と、波長変換材料層１４０と、光学積分器１５０と、光学リレー（ｒｅｌａｙ）または収集器１６０と、プリズム１７０と、マイクロディスプレイイメージャ（ｍｉｃｒｏ－ｄｉｓｐｌａｙｉｍａｇｅｒ）１８０と、投影レンズ１９０とを具える。光源１１０から放射される青色励起光は、基板１３０を通して多色光を生成することができる。光学積分器１５０を通して（光の混合により）多色光の強度を均一化することができる。光学リレー１６０は、プリズム１７０を通してマイクロディスプレイイメージャ１８０上に混合光を収束させる。マイクロディスプレイイメージャ１８０で変調された光は、投影レンズ１９０によりディスプレイスクリーン上に投影可能である。マイクロディスプレイイメージャ１８０と基板１３０の間の同期によりカラー画像が得られ、これを信号プロセッサ（図示せず）で制御することができる。

上述の実施例では、波長変換材料層により放射される変換光の色座標は、ＣＩＥ１９３１色空間の特定位置におく必要がある。しかしながら、実際は、選択可能な波長変換材料は限られており、いくつかの波長変換材料は上記の要求に合わない色座標の変換光を放射してもよい。本発明では、光フィルタを用いて変換光のフィルタリングを行い、上述の色の要求に合致させるようにする。

図５を参照すると、本発明の第３実施例の照明装置の概要図が示されている。第３実施例の照明装置２００は、光源２１０と、基板２３０と、波長変換材料層２４０とを具える。第１実施例とは異なり、本実施例は、第１の光フィルタプレート（または第１のフィルタ層）２５０を具える。

第１の光フィルタ２５０は波長変換材料層２４０上に配置されており、すなわち波長変換材料層２４０は第１の光フィルタ２５０と基板の青色区画２３１の間に配置されている。第１の光フィルタは、波長が所定の波長の値以下の変換光のみを透過する。選択的に所定の距離（エアギャップ）が第１の光フィルタ２５０と波長変換材料層２４０の間にあっても、あるいは、第１の光フィルタ２５０はまた波長変換材料層２４０に接触配置されてもよい。

図６を参照すると、図５に示す実施例における第１光フィルタの透過と変換光のスペクトル間の関係が示されている。図６に示すように、本実施例では、第１の光フィルタ２５０が５５０ｎｍ以下の波長帯のみを透過する。図５に示すように、波長変換材料層２４０と、本実施例の第１の光フィルタプレート（第１のフィルタ層）２５０を用いることにより、青色区画２３１から放出される混合光の色座標のｘ値は０．３以下となり、好適にはこのｘの値は０．１以上０．２以下であり、例えば０．１５である。本実施例では、青色区画２３１から放出される混合光の色座標は（０．１６，０．０５２）とすることができる。このように、光フィルタ２５０を用いると、青色区画２３１から放出される混合光を、国際標準の純粋青色光にさらに近づけることができる。

このため、第１の光フィルタの効果として、混合光の出力光路内に配置された第１の光フィルタに変換光が濾過され、混合光の色が所定の青色座標に近づくか合致することがある。

図５に示すように、本実施例では、波長変換材料層２４０は基板２３０の片側の面に堆積され、第１の光フィルタ２５０が当該波長変換材料層２４０の上に配置される。別の実施例では、第１の光フィルタ２５０が光収集システムの後に配置されてもよく、あるいはシステム内の光路の別の場所に配置されてもよく、本発明に何ら制限はない。

青色励起光はしばしばコヒーレント光であるため、実際にはオリジナル光の干渉を排除するために干渉排除デバイスが必要となる。コヒーレント光を排除する最もよく用いられている方法は散乱である。例えば、本発明の波長変換材料層に散乱材料を加えて、波長変換材料が青色励起光の一部を吸収して変換光を放射するのみならず、吸収されなかった残りの青色励起光を拡散させて、本発明の照明装置から放射される出力光のコヒーレント光の量を有意に低減させることができる。本発明のすべての実施例で拡散材料を波長変換材料層に加えることができる。

波長変換材料層に拡散材料を添加するのに加えて、基板、第１の光フィルタ、または第２の光フィルタの表面に荒面化処理を行って、青色励起光を拡散させてもよい。

図８Ａ、８Ｂを参照すると、図８Ａは本発明の第４実施例の照明装置の概要図であり、図８Ｂは図８Ａの部分拡大図である。第４実施例の照明装置４００は、光源４１０と、基板４３０と、波長変換材料層４４０と、第１の光フィルタ４５０とを具える。波長変更材料層４４０は基板４３０の青色区画４３１上に堆積され、青色区画４３１で青色励起光の一部を吸収して変換光を放出し、したがって波長変換材料層４４０から放出される変換光と青色区画の残りの青色励起光が混合されて、適切な混合青色光を構成する。基板４３０は第２の光フィルタであり、青色励起光を透過して変換光を反射する。第１の光フィルタ
４５０が基板４３０の片側面に堆積され（第２の光フィルタ）、波長変換材料層４４０は、基板４３０に面した第１の光フィルタ４５０面に堆積される。この場合、光源４１０から照射される青色励起光が基板４３０の波長変換材料層４４０と反対側の面に入射する。波長変換材料層４４０から放出される変換光は、第１の光フィルタ４５０で変調される。選択的に、基板４３０と波長変換材料層４４０の間に所定の距離（エアギャップ）があってもよいし、基板４３０はまた波長変換材料層４４０に接触配置されてもよい。

図８Ａ、８Ｂに示すように、第１の光フィルタ４５０はその基板４３０に面する表面に微小構造４５１を有してもよく、波長変換材料層４４０の螢光材料をこの微小構造４５１の凹部に充填してもよい。このため、微小構造４５１の深さと形を制御することにより、波長変換材料層４４０の被覆量が制御可能であり、出力光の色を精密に管理することができる。巨視的には、微小構造は表面の荒面化処理を同じ役割を果たすことができる。すなわち、青色励起光が微小構造面に入射したら、特定度合いの拡散が生じてレーザの干渉が排除される。

微小構造４５１に薄膜被覆するのは困難であるため、好適には、波長変換材料４４０の側でない表面に第１の光フィルタ４５０をコートしてもよい。

図９Ａ、９Ｂを参照すると、図９Ａは本発明の第５実施例の照明装置の概要図であり、図９Ｂは図９Ａの部分拡大図である。第５実施例の照明装置５００は、光源５１０と、基板５３０と、波長変換材料層５４０と、第１の光フィルタプレート（または第１のフィルタ層）５５０とを具える。波長変更材料層５４０は基板５３０の青色区画５３１上に堆積され、これが青色励起光の一部を吸収して変換光を放出し、したがって波長変換材料層５４０から放出される変換光と青色区画の残りの青色励起光が混合されて、適切な混合青色光を構成する。第５実施例では、図９Ｂに示すように、第１の光フィルタ５５０が、基板
５３０の片側である基板面に堆積され、基板５３０は他方の面に微小構造５３２を有することができる。波長変換材料層５４０の螢光材料を微小構造５３２の凹部内に充填することができる。このため、微小構造５３２の深さと形を制御することにより、波長変換材料層５４０の被覆量が制御可能であり、出力光の色を精密に管理することができる。

図１０を参照すると、第６実施例の概要図であり、本発明の円形基板を用いている。この第６実施例では、波長変換材料層６４０（図１０で斜線部分として示す）が基板６３０の青色区画６３１の面積の一部に堆積される。この場合、青色区画６３１が変更小区画６０１と、空白小区画６０２とを有する。変更小区画６０１上に堆積された波長変換材料層６４０と、波長変換材料層６４０は、波長変換材料層６４０による青色励起光の吸収を増大させるために高密度であるか厚さが薄く、例えば青色励起光の吸収が１００％である。本発明の照明装置を多色光を構成するように用いる場合、青色区画６３１で青色光と変換光のシーケンスが生成される。この場合、光変更チップ（図示せず）を用いて、同期制御により多色光シーケンスを混合し、国際標準の純粋青色光に近い青色光を得ることができる。

図１１を参照すると、本発明の第７実施例の照明装置の概要図が示されている。第７実施例の照明装置７００は、光源７１０と、集光部材７２０と、基板７３０と、波長変換材料層７４０とを具える。光源７１０は青色励起光を生成すべく用いられ、集光部材７２０は青色励起光を基板７３０上の小さな領域上に集束させるのに用いられる。基板７３０は光源７２０に対して移動可能であり、基板７３０の各区画７３１、７３２、および７３３が順番に青色励起光の光路上に配置される。波長変換材料層７４０は基板７３０の青色区画７３１上に配置され、これが青色励起光の一部を吸収して変換光を放出するのに用いられ、その結果波長変換材料層７４０から放出された変換光と、青色区画の残りの青色励起光が混合された適切な混合青色光が構成される。第７実施例では、基板７３０は四角い移動プレートであり、異なる色の異なる区画７３１、７３２、および７３３が基板７３０上に線形に配置されている。この四角い移動プレート７３０が線形に往復すると、これらの区画７３１、７３２、および７３３が励起されて順番に色を生成する。

上記実施例では、青色励起光は、波長変換材料層の片側に入射し、変換光と残りの青色励起光とが形成する混合光が他方の側から放出される。事実、この混合光波青色励起光と同じ側から放出されてもよい。図７を参照すると、本発明の第７実施例の照明装置の概要図が示されている。

本実施例の照明装置３００は、光源３１０と、基板３３０と、波長変換材料３４０と、第１の光フィルタ３５０とを具える。本実施例と第３実施例との違いは、波長変換材料層３４０が基板３３０の片側の表面に配置され、第１の光フィルタ３５０が波長変換材料層３４０の上に配置されている。基板３３０は反射層３３２を具え、これは波長変換材料層３４０の青色励起光と反対の側に配置され、基板３３０に向けて伝わる青色励起光と変換光を反射させる。反射層３３２は基板３３０の表面に取り付けられるかコーティングされる。この場合、光源３１０から放出される青色励起光は第１の光フィルタ３５０を通過し、波長変換材料層３４０に入射して、これが励起されて等方性の変換光を放出する。この等方性の変換光は２つの部分を有し、変換光の第１の部分は上側空間に直接出て、変換光の第２の部分は反射層３３２に入射してこれに反射され、最終的に波長変換材料層３４０の上側空間に出る。変換光は、波長変換材料層３４０に吸収されなかった残りの青色励起光と混ざり、混合青色光を構成する。この混合青色光はさらに第１の光フィルタ３５０に変調される。選択的に第１の光フィルタ３５０と波長変換材料層３４０の間に所定の距離（エアギャップ）があってもよいし、第１の光フィルタ３５０はまた波長変換材料層３４０に接触配置されてもよい。

上述した第８実施例では、波長変換材料層３４０の出力光波光源３１０に向かい合う。このように、出力光が光源の面に入射する場合、有意な光出力の損失が発生する。そして本発明の第９実施例では、照明装置はさらに、図１３に示すように、波長変換材料層と光源の間に配置された光案内デバイスを具える。この光案内デバイスは、青色励起光を透過して、波長変換材料層から放出される、変換光と吸収されなかった残りの青色励起光で構成される混合光を反射し、光源から放射される青色励起光の入力光路からこれを分離して出力光を構成する。その結果、光源による混合光の損失が防止される。

本実施例の照明装置１６００では、光案内デバイスは貫通口を有する湾曲した反射デバイス１０７０であり、光源８１０から放射される青色励起光８１１がこの湾曲した反射デバイスの貫通口を通り、波長変換材料層８４０の表面に入射する。第７実施例と同様に、基板８３０はその表面に反射層を有し、これが青色励起光と変換光を外部空間へと反射する。波長変換材料層８４０から放出される光は、貫通口の周りの湾曲した反射デバイスの湾曲反射面によって、光収集デバイス１０９０の入口へと反射される。この光案内デバイス１０７０を用いることにより、出力口が光源８１０に向かうのが防止される。

好適には、湾曲した反射デバイス１０７０は半球体あるいは半球体の一部であり、青色励起光が照らす波長変換材料層８４０の光スポットは、半球体の中心に近い第１地点となり、光収集デバイス１０９０の入口は当該半球体の中心に近い第２地点となる。この第１地点と第２地点は中心に対して対象であり、これにより光収集デバイスの光収集効率が最適化されることが保証される。

さらに好適には、湾曲した反射面１０７０は半楕円あるいは半楕円の一部であり、青色励起光が照らす波長変換材料層８４０の光スポットは半楕円の１の焦点に位置し、光収集デバイス１０９０の入口は当該半楕円の別の焦点に位置し、これにより光収集デバイスの光収集効率が最大化することが保証される。

さらに、本実施例はまた、駆動装置１６１０を具え、波長変換材料層８４０と基板８３０はそれぞれこの駆動装置に固定連結されている。駆動装置は基板８３０と波長変換材料層８４０を軸Ａ周りに回転させ、これにより基板の異なる領域が青色励起光８１１により順番に照らされ、異なる色の光を放出する。あるいは、基板には青色区画１つのみがあり、駆動装置１６１０が回転しても、照明装置１６００の出力光は青色のままとなってもよい。

好適には、本実施例の照明装置はさらに、駆動装置１６１０に固定連結され波長変換材料層８４０と同期して動く第１の光フィルタを具える。この第１の光フィルタの角度は、基板８３０の青色区画の角度と同じであり、第１の光フィルタの位置は青色区画の位置に対応しており、これにより基板の青色区画が青色励起光に照らされると、出力光が光収集デバイス１０９０により収集された後に第１の光フィルタ８５０に入射する。

第７実施例と異なり、本実施例の第１の光フィルタ８５０は、光種集デバイス１０９０の後に配置されている。この利点として、光の集束角度が光収集デバイス１０９０の後で小さくなるためフィルタリング効果が向上することがある。

本発明のすべての実施例に駆動装置を設けて、波長変換材料と青色励起光が相対的に動いてもよい。この場合、上述した実施例の第２の光フィルタを駆動装置に固定的に連結し、波長変換材料層と同期して動くようにすることが必要である。

第８実施例に示す光案内デバイスは様々な変形例があることを指摘する。湾曲した反射デバイスに加え、光案内デバイスも貫通口と当該貫通口の周りの反射面を具える平坦な反射デバイスであってもよい。第９実施例の湾曲した反射デバイスと同様に、青色励起光は平坦な反射デバイスの貫通口を通り波長変換材料層に入射し、波長変換材料層から放出される変換光と、貫通口の周りの反射デバイスの反射面により反射された残りの青色励起光とで構成される混合口とで照明装置の出力光が構成される。平坦な反射デバイスは、出力光が光源に向かうのを効果的に防止する。

まとめると、上記記述は本発明のいくつかの好適な実施例を説明しているが、これらの好適な実施例は本発明を限定するものではない。当業者は本発明の原理に従うことにより変更や改良を加えることができる。本発明の保護範囲は特許請求の範囲により定まる。

Claims

波長変換装置であって、
励起光の励起によって変換光を発する波長変換材料層と、前記波長変換材料層を担持する担持構造とを具え、
前記励起光は、青色励起光であり、
前記担持構造は、表面微小構造を有し、
前記波長変換材料層は、波長変換材料を含み、前記波長変換材料は、前記表面微小構造の凹部に充填されており、前記波長変換材料層は、前記青色励起光の一部を吸収して変換光を発するためのものであり、
前記表面微小構造の深さと形状は、前記変換光を所定の輝度に達するように制御するように、前記波長変換材料層の所定の塗布量に応じて設けられ、
前記変換光と残りの前記励起光によって混合光が形成され、前記混合光の色座標は前記青色励起光の色座標よりも所定の青色光の色座標に近く、
前記担持構造は、光学的透過材料から構成され、少なくとも一部の前記変換光は、前記担持構造を透過することを特徴とする波長変換装置。
前記担持構造は、基板であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
前記波長変換装置は、前記波長変換材料層の前記励起光が入射する側に位置する第２の光フィルタを具え、前記第２の光フィルタは、前記励起光を透過し、前記波長変換材料層により発された変換光を反射することを特徴とする請求項２に記載の波長変換装置。
前記第２の光フィルタは、前記基板の表面の干渉コーティングであり、前記干渉コーティングは、励起光を透過し、変換光を反射することを特徴とする請求項３に記載の波長変換装置。
前記担持構造は、前記波長変換材料層により放出された光の出力光路上に配置された第１の光フィルタであり、前記第１の光フィルタは、前記波長変換材料層により発された前記変換光をフィルタリングすることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
照明装置であって、
請求項１～５のいずれか一項に記載された波長変換装置を具えることを特徴とする照明装置。
波長変換装置を備える照明装置であって、
前記波長変換装置は、励起光の励起によって変換光を発する波長変換材料層と、前記波長変換材料層を担持する担持構造とを具え、
前記励起光は、青色励起光であり、
前記担持構造は、表面微小構造を有し、
前記波長変換材料層は、波長変換材料を含み、前記波長変換材料は、前記表面微小構造の凹部に充填されており、前記波長変換材料層は、前記青色励起光の一部を吸収して変換光を発するためのものであり、
前記表面微小構造の深さと形状は、前記変換光を所定の輝度に達するように制御するように、前記波長変換材料層の所定の塗布量に応じて設けられ、
前記変換光と残りの前記励起光によって混合光が形成され、前記混合光の色座標は前記青色励起光の色座標よりも所定の青色光の色座標に近く、
前記担持構造は、光学的透過材料から構成され、少なくとも一部の前記変換光は、前記担持構造を透過し、
前記担持構造は、基板であり、
さらに駆動装置を具え、前記波長変換材料層と前記基板は、それぞれ前記駆動装置に固定的に連結され、前記駆動装置は、前記基板と前記波長変換材料層とを前記励起光に対して動かすことを特徴とする照明装置。
波長変換装置を備える照明装置であって、
前記波長変換装置は、励起光の励起によって変換光を発する波長変換材料層と、前記波長変換材料層を担持する担持構造とを具え、
前記励起光は、青色励起光であり、
前記担持構造は、表面微小構造を有し、
前記波長変換材料層は、波長変換材料を含み、前記波長変換材料は、前記表面微小構造の凹部に充填されており、前記波長変換材料層は、前記青色励起光の一部を吸収して変換光を発するためのものであり、
前記表面微小構造の深さと形状は、前記変換光を所定の輝度に達するように制御するように、前記波長変換材料層の所定の塗布量に応じて設けられ、
前記変換光と残りの前記励起光によって混合光が形成され、前記混合光の色座標は前記青色励起光の色座標よりも所定の青色光の色座標に近く、
前記担持構造は、前記波長変換材料層により放出された光の出力光路上に配置された第１の光フィルタであり、前記第１の光フィルタは、前記波長変換材料層により発された前記変換光をフィルタリングし、
さらに駆動装置を具え、前記第１の光フィルタは、前記駆動装置に固定的に連結されており、前記波長変換材料層と同期して動くことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
請求項６～８のいずれか一項に記載された照明装置を含むことを特徴とする投影装置。