波长转换元件、光源装置以及投影仪的制作方法

本发明涉及波长转换元件、光源装置以及投影仪。

背景技术：

以往，已知如下的投影仪用光源装置：向设置于荧光轮的荧光体层照射从发光元件射出的激励光，将从荧光体层射出的荧光作为图像光来进行利用(例如，参照下述专利文献1)。

由于当荧光体层的温度上升时，向荧光的转换效率下降，所以为了获得高输出的荧光，重要的是充分抑制荧光体层的温度上升。因此，在上述光源装置中，通过使用玻璃作为荧光体层的粘合剂，抑制了荧光体层的温度上升。

专利文献1：日本特开2010-256457号公报

但是，由于玻璃的脆性较高，所以在荧光轮的组装时荧光体层可能会破损。

技术实现要素：

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种在组装时荧光体层不易破损的波长转换元件、光源装置和投影仪。

根据本发明的第1方式，提供一种波长转换元件，该波长转换元件具有：基板，其能够绕旋转轴进行旋转；以及荧光体层，所述基板具有：位于所述基板的内周侧的第1区域；以及第2区域，其设置于比该第1区域靠外周侧的位置，比该第1区域薄，所述荧光体层设置于所述第1区域。

根据第1方式的波长转换元件，由于基板中的设有荧光体层的区域较厚，所以基板中的荧光体层的支承部分不易变形。由此，在波长转换元件的组装时，荧光体层不易破损。

在上述第1方式中，优选的是，所述荧光体层为环形，在设所述基板中的、比所述荧光体层的内周靠内侧的区域为第3区域时，所述基板的所述第3区域比所述第2区域厚。

根据该结构，在荧光体层为环形的情况下，由于未设有荧光体层的第3区域也比第2区域厚，所以基板不易变形。

在上述第1方式中，优选的是，所述基板包含：第1部分，其具有第1面、和与该第1面相对的第2面；以及第2部分，所述荧光体层设置于所述第1面，所述第2部分设置于所述第2面的所述第1区域。

根据该结构，能够简便且可靠地实现使基板中的设有荧光体层的第1区域比第2区域厚的结构。

在上述第1方式中，优选的是，所述荧光体层由无机材料形成。

根据该结构，荧光体层的散热性优异，由此能够获得较高的发光效率。另一方面，虽然这样的散热性优异的荧光体层的脆性较高，容易破损，但是如果应用本发明，则如上所述不易破损。

在上述第1方式中，优选的是，所述荧光体层由含有荧光体的烧结体形成。

由此，由于具有耐热性更优异的荧光体层，所以能够获得更高的发光效率。

根据本发明的第2方式，提供一种光源装置，该光源装置具有：上述第1方式的波长转换元件；驱动装置，其使所述基板绕所述旋转轴进行旋转；以及发光元件，其射出入射到所述荧光体层的激励光。

根据第2方式的光源装置，由于具有不易产生由于荧光体层破损引起的发光不良的波长转换元件，所以成为能够稳定地射出光的可靠性高的光源装置。

根据本发明的第3方式，提供一种投影仪，该投影仪具有：上述第2方式的光源装置；光调制装置，其根据图像信息对来自所述光源装置的光进行调制，由此形成图像光；以及投影光学系统，其投射所述图像光。

根据第3方式的投影仪，由于具有可靠性高的光源装置，所以可靠性高。

附图说明

图1是示出第1实施方式的投影仪的光学系统的俯视图。

图2是第1实施方式的荧光轮的主视图。

图3是沿图2的b1-b1线箭头的剖视图。

图4是第2实施方式的荧光轮的主视图。

图5是沿图4的b2-b2线箭头的剖视图。

图6是第3实施方式的荧光轮的主视图。

图7是沿图6的b3-b3线箭头的剖视图。

标号说明

1：投影仪；10a：半导体激光器；30、30a、30b：荧光轮；40、140：基板；41、141：第1部分；41a、141a：上表面；41b、141b：下表面；42、142：第2部分；43：荧光体层；50：电机；101：第1光源装置；400r：液晶光调制装置；400g：液晶光调制装置；400b：液晶光调制装置；600：投影光学系统；o：旋转轴；a1：第1区域；a2：第2区域；a3：第3区域。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。另外，为了容易理解特征，在以下的说明所使用的附图中，有时为了方便而放大示出了作为特征的部分，各结构要素的尺寸比例等未必与实际相同。

(第1实施方式)

本实施方式的投影仪是在屏幕上显示彩色影像的投影型图像显示装置。投影仪具有与红色光、绿色光、蓝色光的各色光对应的3个液晶光调制装置。投影仪具有能够获得高亮度/高输出的光的半导体激光器，作为照明装置的光源。

图1是示出本实施方式的投影仪的光学系统的俯视图。

如图1所示，投影仪1具备照明装置100、分色导光光学系统200、液晶光调制装置400r、400g、400b、十字分色棱镜500以及投影光学系统600。

照明装置100具有第1光源装置101、第2光源装置102、第1透镜阵列120、第2透镜阵列130、偏振转换元件149以及重叠透镜150。

第1光源装置101具有第1光源10、准直光学系统70、分色镜80、准直聚光光学系统90、荧光轮30、电机50。

在本实施方式中，第1光源装置101相当于权利要求的“光源装置”，荧光轮30相当于权利要求的“波长转换元件”。

第1光源10包含半导体激光器10a，该半导体激光器10a射出由激光构成的蓝色光(发光强度的峰值为大约445nm)e作为激励光。第1光源10可以由一个半导体激光器10a构成，也可以由多个半导体激光器10a构成。另外，第1光源10还能够采用射出445nm以外的波长(例如，460nm)的蓝色光的半导体激光器。

在本实施方式中，半导体激光器10a相当于权利要求的“发光元件”，电机50相当于权利要求的“驱动装置”。

在本实施方式中，第1光源10被配置成光轴与照明光轴100ax垂直。

准直光学系统70具有第1透镜72和第2透镜74，将来自第1光源10的光大致平行化。第1透镜72和第2透镜74由凸透镜构成。

分色镜80被配置成，在从准直光学系统70至准直聚光光学系统90的光路中，分别与第1光源10的光轴101ax和照明光轴100ax以45°的角度交叉。分色镜80反射蓝色光b，并使包含红色光和绿色光的黄色的荧光y通过。

准直聚光光学系统90具有：在大致会聚了来自分色镜80的激励光e的状态下使其入射到荧光轮30的荧光体层43的功能、和将从荧光轮30射出的荧光y大致平行化的功能。准直聚光光学系统90具有第1透镜92和第2透镜94。第1透镜92和第2透镜94由凸透镜构成。

第2光源装置102具有第2光源710、聚光光学系统760、散射板732以及准直光学系统770。

第2光源710由与上述第1光源装置101的第1光源10相同的半导体激光器构成。

聚光光学系统760具有第1透镜762和第2透镜764。聚光光学系统760将来自第2光源710的蓝色光会聚在散射板732附近。第1透镜762和第2透镜764由凸透镜构成。

散射板732使来自第2光源710的蓝色光散射，并使其成为具有与从荧光轮30射出的荧光y的配光分布类似的配光分布的蓝色光b。作为散射板732，例如能够使用由光学玻璃构成的磨砂玻璃。

准直光学系统770具有第1透镜772和第2透镜774，并将来自散射板732的光大致平行化。第1透镜772和第2透镜774由凸透镜构成。

在本实施方式中，来自第2光源装置102的蓝色光b被分色镜80反射，与从荧光轮30射出并透过分色镜80后的荧光y合成而成为白色光w。该白色光w入射到第1透镜阵列120。

第1透镜阵列120具有多个第1小透镜122，这多个第1小透镜122用于将来自分色镜80的光分割成多个部分光束。多个第1小透镜122在与照明光轴100ax垂直的面内呈矩阵状地排列。

第2透镜阵列130具有与第1透镜阵列120的多个第1小透镜122相对应的多个第2小透镜132。第2透镜阵列130与重叠透镜150一起，使第1透镜阵列120的各第1小透镜122的像在液晶光调制装置400r、400g、400b的图像形成区域附近成像。多个第2小透镜132在与照明光轴100ax垂直的面内呈矩阵状地排列。

偏振转换元件149将通过第1透镜阵列120分割而成的各部分光束转换为线偏振光。偏振转换元件149具有：偏振分离层，其使包含在来自荧光轮30的光中的偏振光成分中的一方的线偏振光成分直接透过，并使另一方的线偏振光成分向与照明光轴100ax垂直的方向反射；反射层，其将被偏振分离层反射后的另一方的线偏振光成分向与照明光轴100ax平行的方向反射；以及相位差板，其将被反射层反射后的另一方的线偏振光成分转换为一方的线偏振光成分。

重叠透镜150会聚来自偏振转换元件149的各部分光束并使它们在液晶光调制装置400r、400g、400b的图像形成区域附近相互重叠。第1透镜阵列120、第2透镜阵列130以及重叠透镜150构成使来自荧光轮30的光的面内光强度分布变得均匀的积分光学系统。

分色导光光学系统200具备分色镜210、220、反射镜230、231、232以及中继透镜260、270。分色导光光学系统200将来自照明装置100的白色光w分离为红色光r、绿色光g和蓝色光b，并将红色光r、绿色光g和蓝色光b引导到红色光r、绿色光g和蓝色光b各自所对应的液晶光调制装置400r、400g、400b。

在分色导光光学系统200与液晶光调制装置400r、400g、400b之间配置有场透镜300r、300g、300b。

分色镜210是这样的分色镜：使红色光成分通过，反射绿色光成分和蓝色光成分。

分色镜220是这样的分色镜：反射绿色光成分，使蓝色光成分通过。

反射镜230是反射红色光成分的反射镜。

反射镜231、232是反射蓝色光成分的反射镜。

通过分色镜210后的红色光被反射镜230反射，并通过场透镜300r而入射到红色光用的液晶光调制装置400r的图像形成区域。

被分色镜210反射后的绿色光进一步被分色镜220反射，并通过场透镜300g而入射到绿色光用的液晶光调制装置400g的图像形成区域。

通过分色镜220后的蓝色光经过中继透镜260、入射侧的反射镜231、中继透镜270、射出侧的反射镜232、场透镜300b，入射到蓝色光用的液晶光调制装置400b的图像形成区域。

液晶光调制装置400r、400g、400b根据图像信息对所入射的色光进行调制，从而形成与各色光对应的彩色图像。另外，虽然了省略图示，但在各场透镜300r、300g、300b与各液晶光调制装置400r、400g、400b之间分别配置有入射侧偏振片，在各液晶光调制装置400r、400g、400b与十字分色棱镜500之间分别配置有射出侧偏振片。

十字分色棱镜500是合成从各液晶光调制装置400r、400g、400b射出的各图像光而形成彩色图像的光学元件。

该十字分色棱镜500将4个直角棱镜贴合在一起而得到，俯视观察呈大致正方形，在将直角棱镜彼此贴合而形成的大致x字状的界面上形成有多层电介质膜。

利用投影光学系统600对从十字分色棱镜500射出的彩色图像进行放大投影，从而在屏幕scr上形成图像。

接着，详细说明本实施方式的荧光轮30的结构。

图2是荧光轮30的主视图，图3是沿图2的b1-b1线箭头的剖视图。

如图1至图3所示，荧光轮30具有：基板40；以及荧光体层43，其被支承于基板40。基板40的平面形状由圆板状构成，能够借助电机50而绕旋转轴o进行旋转。荧光体层43沿着基板40的周向，设置为环形。

荧光体层43被来自第1光源10的激励光e激励而射出荧光y。在本实施方式中，来自第1光源10的激励光e从荧光体层43的与基板40相反的一侧入射。在荧光体层43和基板40之间设有反射可见光的反射膜44。反射膜44例如由ag膜形成。

根据这样的结构，荧光轮30朝向激励光e入射的一侧射出荧光y。

但是，荧光体层43在吸收激励光e并发光时，吸收的激励光e的能量和荧光y的能量之间的差成为热损失。该热损失使荧光体层43的温度上升。荧光体层43具有如下性质：当自身的温度上升时，引起从激励光e向荧光y的转换效率下降的温度消光这种现象。

为了一直保持较高的荧光体层43的发光效率，需要高效地排出伴随荧光发光的热，降低荧光体层43的温度上升。通过使用铝或铜等导热性高的金属作为基板40的材料，能够降低荧光体层43的温度上升。

荧光体层43包含荧光体粒子(未图示)、和保持该荧光体粒子的粘合剂材料(未图示)。在本实施方式中，使用导热性高的无机材料作为粘合剂材料，使得荧光体层43的热阻下降。

具体而言，在本实施方式中，荧光体粒子例如由作为yag系荧光体的(y、gd)3(al、ga)5o12：ce构成。作为粘合剂材料，例如由低熔点玻璃构成。另外，荧光体粒子和粘合剂材料的比率为50：50。即，荧光体层43由烧结体形成，该烧结体是使用低融点玻璃作为支承材料，烧制yag系荧光体而成的。

这样由无机材料的烧结体构成的荧光体层43的散热性优异，能够高效地产生荧光y。但是，由于这样的荧光体层43的脆性较高，所以可能会由于在组装时产生的负荷或在荧光发光时产生的热应力而破损。

此处，如图2所示，在俯视的状态下，将基板40虚拟地划分为三个区域(第1区域a1、第2区域a2、第3区域a3)。第2区域a2位于基板40的最外周侧，第1区域a1位于比第2区域a2靠内周侧的位置，第3区域a3位于比第1区域a1靠内周侧的位置。荧光体层43设置于第1区域a1。

如图3所示，基板40包含第1部分41和第2部分42。第1部分41和第2部分42通过切削例如铝板而一体地形成。

另外，也可以通过粘接由不同部件构成的第1部分41和第2部分42彼此来构成基板40。例如，如果通过冲压机冲压卷材而形成构成第1部分41和第2部分42的圆板部件，则有时在该圆板部件产生翘曲。在该情况下，以彼此的翘曲相互抵消的方式贴合圆板部件彼此而形成基板40即可。

第1部分41具有圆板状的平面形状，在上表面41a设有反射膜44和荧光体层43。反射膜44和荧光体层43经由例如粘接层而被固定于上表面41a。

第2部分42具有圆板状的平面形状，设置于第1部分41的与上表面41a相对的下表面41b。

在本实施方式中，第2部分42的外径比第1部分41的外径小(参照图2)。具体来说，第2部分42设置于下表面41b中的、与第1区域a1和第3区域a3对应的位置。即，第1区域a1和第3区域a3分别由第1部分41的一部分和第2部分42构成，相互的厚度相同。第1区域a1的厚度与第3区域a3的厚度均与第1部分41的厚度和第2部分42的厚度之和相等。

第2区域a2由第1部分41的剩余的一部分构成。第2区域a2的厚度与第1部分41的厚度相等。因此，第1区域a1和第3区域a3比第2区域a2厚。

这样，本实施方式的基板40通过使支承荧光体层43的第1区域a1和荧光体层43的内侧的第3区域a3比第2区域a2厚，增强抵抗弯曲应力等外力。

基板40借助电机50进行旋转的荧光轮30需要将设有荧光体层43的基板40安装于电机50，但是，这时可能会使荧光体层43破损。尤其是，在本实施方式中，由于如上述那样使用脆性较高的材料作为荧光体层43，所以破损的风险较高。并且，在本实施方式中，由于荧光体层43是环形，所以破损的风险进一步升高。

对此，在本实施方式中，由于对支承荧光体层43的第1区域a1进行了增强，所以在进行向电机50安装的作业时，基板40在第1区域a1不易变形。并且，由于第3区域a3也比第2区域a2厚，所以基板40在荧光体层43的内周侧也不易变形。因此，在进行安装作业时，不易产生由于荧光体层43与基板40一起变形而引起的、该荧光体层43的破损这样的不良情况。

此外，即使在由于激励光e的照射而在荧光体层43产生的热传递到基板40的情况下，第1区域a1也不易变形。由此，在照明装置100的工作中，也不易产生由于荧光体层43与基板40一起变形而引起的、该荧光体层43的破损这样的不良情况。

此外，由于本实施方式的基板40在设有荧光体层43的第1区域a1的外周侧具有比该第1区域a1薄的第2区域a2，所以能够经由第2区域a2高效地散出从荧光体层43传递到第1区域a1的热。由此，降低了荧光体层43的温度上升，能够在荧光体层43获得较高的发光效率。

此外，由于第2区域a2比第1区域a1和第3区域a3薄，所以惯性力矩比使第2区域a2的厚度与第1区域a1的厚度同样厚的情况小。

如上所述，由于本实施方式的照明装置100具有荧光体层43不易破损的荧光轮30，所以能够稳定地射出光，可靠性高。此外，具有该照明装置100的投影仪1的可靠性也较高。

(第2实施方式)

接着，说明第2实施方式的荧光轮。图4是第2实施方式的荧光轮30a的主视图，图5是沿图4的b2-b2线箭头的剖视图。另外，对于与上述实施方式相同的部件，使用相同的标号，并省略其详细的说明。

如图4、5所示，本实施方式的荧光轮30a具有：基板140；以及荧光体层43，其被支承于基板140。

在俯视的状态下，将基板140虚拟地划分为三个区域(第1区域a1、第2区域a2、第3区域a3)。第2区域a2位于基板40的最外周侧，第1区域a1位于比第2区域a2靠内周侧的位置，第3区域a3位于比第1区域a1靠内周侧的位置。荧光体层43设置于第1区域a1。

基板140包含第1部分141和第2部分142。另外，基板140可以通过一体地形成第1部分141和第2部分142而构成，也可以通过贴合分体构成的第1部分141和第2部分142彼此而构成。

第1部分141具有圆板状的平面形状，在上表面141a设有反射膜44和荧光体层43。第2部分142设置于第1部分141的与上表面141a相对的下表面141b。

在本实施方式中，第2部分142设置于下表面141b中的与第1区域a1对应的位置。第1区域a1由第1部分41的一部分和第2部分42构成。在本实施方式中，第2部分142具有与荧光体层43的形状对应的环形状。第1区域a1的厚度与第1部分141的厚度和第2部分142的厚度之和相等。

第2区域a2由第1部分141的一部分构成。第2区域a2的厚度与第1部分141的厚度相等。因此，第1区域a1比第2区域a2厚。

第3区域a3由第1部分141的一部分构成。第3区域a3的厚度与第1部分141的厚度相等。

这样，本实施方式的基板140通过选择性地增大支承荧光体层43的第1区域a1的厚度，增强抵抗弯曲应力等外力。

根据本实施方式，由于对基板140中的支承荧光体层43的第1区域a1进行了增强，所以基板40在第1区域a1不易变形，因此能够降低由于在组装时施加的负荷、和在第1光源装置101的驱动时产生的热应力而引起的荧光体层43的破损的可能性。

(第3实施方式)

接着，说明第3实施方式的荧光轮。图6是第3实施方式的荧光轮30b的主视图，图7是沿图6的b3-b3线箭头的剖视图。另外，对于与上述实施方式相同的部件，使用相同的标号，并省略其详细的说明。

如图6所示，本实施方式的荧光轮30b具有：基板240；以及荧光体层43，其被支承于基板240。

在俯视的状态下，将基板240虚拟地划分为三个区域(第1区域a1、第2区域a2、第3区域a3)。第2区域a2位于基板240的最外周侧，第1区域a1位于比第2区域a2靠内周侧的位置，第3区域a3位于比第1区域a1靠内周侧的位置。荧光体层43设置于第1区域a1。

如图7所示，基板240包含第3部分243和第4部分244。在本实施方式中，基板240通过一体地形成第3部分243和第4部分244而构成。另外，也可以通过贴合分体构成的第3部分243和第4部分244彼此而构成。

第3部分243具有圆板状的平面形状，在上表面243a设有反射膜44和荧光体层43。第4部分244具有圆板状的平面形状，设置于第3部分243的与上表面243a相对的下表面243b。

在本实施方式中，第4部分244的外径比第3部分243的外径大。即，第1区域a1和第3区域a3分别由第3部分243和第4部分244的一部分构成，相互的厚度相同。第1区域a1的厚度与第3区域a3的厚度均与第3部分243的厚度和第4部分244的厚度之和相等。

第2区域a2由第4部分244的一部分构成。第2区域a2的厚度与第4部分244的厚度相等。因此，第1区域a1和第3区域a3比第2区域a2厚。

这样，本实施方式的基板240通过使支承荧光体层43的第1区域a1和荧光体层43的内侧的第3区域a3比第2区域a2厚，增强抵抗弯曲应力等外力。

如上所述，通过与第1实施方式的荧光轮30同样地增大基板240的第1区域a1和第3区域a3的厚度，也对本实施方式的荧光轮30b进行了增强，所以不易产生伴随基板240的变形的荧光体层43的破损。

另外，本发明的技术范围未必限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的宗旨的范围内添加各种变更。

例如，虽然在上述第1实施方式和第3实施方式中，对使第1区域a1和第3区域a3的厚度相同的情况进行了说明，但是本发明不限定于此，第3区域a3只要具有至少比第2区域a2大的厚度即可。

此外，在上述实施方式中，例示了具有三个液晶光调制装置400r、400g、400b的投影仪1，但是，还能够应用于通过1个液晶光调制装置显示彩色影像的投影仪。此外，作为光调制装置，也可以采用数字微镜器件。

另外，在上述各实施方式中，示出了将本发明的光源装置安装到投影仪的例子，但是不限于此。本发明的光源装置还能够应用于照明器材或汽车的前照灯等。