荧光光源装置的制作方法

本发明涉及用于投影仪等的光源装置，特别涉及使用了将来自发光元件的激发光转换为荧光的波长转换元件的荧光光源装置。

背景技术：

以往，作为搭载于投影仪装置的光源装置，提出了一种具有由激光二极管等固体发光元件构成的激发光源、以及接受来自该激发光源的激发光而射出荧光的波长转换元件的荧光光源装置。

例如，在日本特开2016－189440号公报(专利文献1)中，公开有一种具备放射激发光的发光元件、以及将来自该发光元件的激发光转换为荧光的波长转换元件的荧光光源装置。

在这样的荧光光源装置中，激发光的一部分被转换为荧光，并且未被转换为荧光的激发光的一部分从波长转换元件放射。

在将激发光设为蓝色、将荧光设为黄色的情况下，从波长转换元件放射出的激发光即蓝色与荧光即黄色混合，能够作为白色光而射出。

其概略构造在图10中示出，公开了一种荧光光源装置100，具备：发光元件101，射出由激光二极管等构成的激发光；波长转换元件102，被照射从该发光元件101射出的激发光a，射出与该激发光不同的波长的荧光b；分色镜103，反射所述激发光并折返至波长转换元件102；以及聚光透镜104，将激发光聚光于所述波长转换元件102。在分色镜103上局部地形成有反射部105，反射来自发光元件101的激发光a，并使其入射至聚光透镜104。

另外，在波长转换元件102的背面设有反射激发光a以及荧光b的反射层106。

而且，在这样的荧光光源装置100中，从发光元件101射出蓝色的激发光a，由波长转换元件102将该激发光转换为黄色的荧光b，并且取出未被用于荧光转换的蓝色激发光的一部分(a1)而与荧光b混色，从而能够获得白色光。即，在波长转换元件102中，将激发光a的一部分转换为荧光b，并且将剩余的激发光的一部分(a1)原样地射出，并且通过将该分色镜103设为透射来自波长转换元件102的荧光b与未被用于转换的一部分激发光a1的方式，将它们混色而获得白色光。

另外，在这样的使用方式的荧光光源装置100中，通过在波长转换元件102的背面设置反射层106，能够反射从波长转换元件102朝向背面侧的荧光以及激发光，并使其从前面高效地射出。

然而，在这样的荧光光源装置中，最终射出的白色光的色温由构成所射出的白色光的蓝色光(激发光)与黄色光(荧光)的平衡来决定。若蓝色光过强，则成为蓝色较强的白色光，若黄色光过强，则成为带有黄色的白色光。

而且，在该荧光光源装置中，要求即使在激发光的强度发生了变动的情况下，也将所射出的白色光的色调保持为一定。例如，在投影仪用的光源的情况等下，要求更强烈。

作为该激发光的强度发生变动的例子，典型的是额定点亮与节能模式点亮(为了节能而使射出光的强度降低的模式)的情况。除此以外，还有因发光元件自身的恶化而激发光的强度降低的情况等。

而且，在以往的荧光光源装置中，在激发光的强度发生了变动的情况下，无法将射出光的色调保持为一定。

作为其理由，可列举波长转换元件将激发光转换为荧光的比例(转换效率)相对于激发光的强度变动不固定。

波长转换元件对荧光的转换效率取决于其温度，若为高温，则呈转换效率降低的趋势。因此，若激发光强度降低，则波长转换元件的温度下降，转换效率发生变化，具体为转换效率变高，荧光成分变多，所射出的白色光成为带黄色调的白色光。

即，若以节能模式点亮为例，在设计为在额定点亮时将激发光与荧光的比例设定为规定的比例而获得所希望的白色光的情况下，若通过节能模式下的点亮来使向波长转换元件的输入降低，则存在波长转换元件的温度降低而其转换效率变化(上升)、荧光成分(黄色光)增加而成为带有黄色的白色光的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－189440号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

该发明要解决的课题在于，提供一种荧光光源装置，具备：发光元件，放射激发光；波长转换元件，被所述激发光激发而放射荧光；聚光光学系统，将所述激发光聚光于所述波长转换元件；以及分色镜，反射或透射所述激发光，透射或反射所述荧光，将来自所述波长转换元件的荧光和未被该波长转换元件转换的一部分激发光混合而射出白色光，在该荧光光源装置中，即使在激发光的强度发生了变动的情况下，也能够将所射出的白色光的色温保持为一定。

用来解决课题的手段

为了解决上述课题，该发明的荧光光源装置的特征在于，具备：发光元件，放射蓝色的激发光；波长转换元件，被所述激发光激发而放射黄色的荧光；聚光光学系统，将所述激发光聚光于所述波长转换元件；以及第一分色镜，具有反射或透射所述激发光的区域和透射或反射所述荧光与未被所述波长转换元件转换的一部分激发光的区域，该荧光光源装置将来自所述波长转换元件的荧光与一部分激发光混合而射出白色光，

该荧光光源装置还具备辅助光源，该辅助光源放射与所述激发光相同的蓝色区域的光，对来自所述第一分色镜的混合所述荧光与所述一部分激发光而成的白色光，混合来自所述辅助光源的放射光。

另外，其特征在于，所述荧光光源装置具备反射层，该反射层设于所述波长转换元件的与光入射面相反的一侧的面，反射所述荧光与所述一部分激发光。

另外，其特征在于，所述第一分色镜反射所述激发光，并透射所述荧光与未被所述波长转换元件转换的一部分激发光，所述辅助光源放射与来自所述发光元件的激发光相同的蓝色区域、且波长不同的光，在所述辅助光源与所述第一分色镜之间，具备波长选择性的第二分色镜，该波长选择性的第二分色镜透射透过了该第一分色镜的荧光与一部分激发光，并且反射来自所述辅助光源的放射光。

另外，其特征在于，所述第一分色镜采用如下构成：通过对所述荧光以及所述一部分激发光所透过的一侧的表面，赋予透射所述荧光与所述一部分激发光、并且反射来自所述辅助光源的放射光的功能，从而兼用作所述第一分色镜与所述第二分色镜。

另外，其特征在于，所述第一分色镜反射所述激发光，并透射所述荧光与未被所述波长转换元件转换的一部分激发光，所述辅助光源放射与来自所述发光元件的激发光相同的波长的光，在所述辅助光源与所述第一分色镜之间具备偏振选择性的第二分色镜，该偏振选择性的第二分色镜透射透过了该第一分色镜的所述荧光，并且透射所述一部分激发光以及来自所述辅助光源的放射光的p波，反射s波。

另外，其特征在于，所述第一分色镜采用如下构成：通过对所述荧光以及所述一部分激发光所透过的一侧的表面，赋予透射所述荧光、并且透射所述一部分激发光以及来自所述辅助光源的放射光的p波、反射s波的功能，从而兼用作所述第一分色镜与所述第二分色镜。

另外，其特征在于，在所述辅助光源与所述第二分色镜之间配置有偏振转换元件，该偏振转换元件将来自所述辅助光源的放射光的p波转换为s波。

另外，其特征在于，所述第一分色镜透射所述激发光，并反射所述荧光与未被所述波长转换元件转换的一部分激发光，所述辅助光源放射与来自所述发光元件的激发光相同的蓝色区域、且波长不同的光，将所述辅助光源与所述第一分色镜对置配置，透射来自该辅助光源的放射光，对混合由所述第一分色镜反射后的所述荧光与所述一部分激发光而成的白色光，混合所述放射光。

另外，其特征在于，所述第一分色镜透射所述激发光，并反射所述荧光与未被所述波长转换元件转换的一部分激发光，所述辅助光源放射与来自所述发光元件的激发光相同的蓝色区域、且波长不同的光，在由所述第一分色镜反射后的所述荧光与所述一部分激发光的光路中具备波长选择性的第二分色镜，该波长选择性的第二分色镜透射由该第一分色镜反射后的荧光与一部分激发光，并且反射来自所述辅助光源的放射光。

其特征在于，所述第一分色镜透射所述激发光，并反射所述荧光与未被所述波长转换元件转换的一部分激发光，

所述辅助光源放射与来自所述发光元件的激发光相同的波长的光，

在由所述第一分色镜反射后的所述荧光与所述一部分激发光的光路中具备偏振选择性的第二分色镜，该偏振选择性的第二分色镜透射由该第一分色镜反射后的荧光，并且透射所述一部分激发光以及来自所述辅助光源的放射光的p波，反射s波。

其特征在于，在所述辅助光源与所述第二分色镜之间配置有偏振转换元件，该偏振转换元件将来自所述辅助光源的放射光的p波转换为s波。

发明效果

根据该发明的荧光光源装置，在来自发光元件的激发光的强度发生变动(降低)而荧光成分(黄色光)相对增加的情况下，使通过了分色镜后的荧光和一部分激发光中混合从辅助光源放射的与该激发光相同的蓝色区域的光，从而能够将来自荧光光源装置的射出光的荧光成分与激发光成分保持为适当的比例，并能够将所射出的白色光的色温始终保持为一定。

附图说明

图1是表示本发明的荧光光源装置的第一实施例的概略图。

图2是第二实施例的概略图。

图3是第三实施例的概略图。

图4是第四实施例的概略图。

图5是第五实施例的概略图。

图6是第六实施例的概略图。

图7是第七实施例的概略图。

图8是第八实施例的概略图。

图9是第九实施例的概略图。

图10是现有技术的概略图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的荧光光源装置1具备：发光元件2，射出蓝色的激发光a；波长转换元件3，被照射来自该发光元件2的激发光a而射出黄色的荧光b；以及聚光光学系统5，配置于所述发光元件2与所述波长转换元件3的光路上之间。

该波长转换元件3将来自发光元件2的蓝色的激发光a的一部分转换为黄色的荧光b，并且将未被用于荧光转换的剩余的激发光(以下，也称作一部分激发光a1)原样地放射。此时，从该波长转换元件3放射的一部分激发光a1是入射到该波长转换元件3的激发光a被波长转换元件3中所含的粒子、晶界等散射后的光。即，从该波长转换元件3放射的一部分激发光a1的相干性较低，因此不易产生使屏幕的图像质量下降的散斑。

而且，在所述波长转换元件3的背面侧形成有反射层6，使来自波长转换元件3的荧光b以及一部分激发光a1高效地向聚光光学系统5侧射出。

在此，发光元件2由半导体激光(ld)构成，放射蓝色光(例如，中心波长为440～470nm的光)。在该实施例中，使用了放射在波长455nm具有中心波长的光的ld。

另外，波长转换元件3可以是具有荧光体、将作为yag系的结晶材料的荧光体与氧化铝等混晶而形成的板状的多晶体，也可以是将粉状的荧光体混入有机硅等粘合剂并涂覆在基材上而形成的物质。而且，该波长转换元件3将来自发光元件2的激发光转换为黄色的荧光(例如，波长在525～575nm具有峰值、并具有470～800nm这样宽的可见区域的光谱的光)。

另外，在所述发光元件2与所述聚光光学系统5之间配置有第一分色镜4。

该第一分色镜4形成有反射来自发光元件2的蓝色的激发光a的激发光反射部41，并且形成有透射来自波长转换元件3的黄色的荧光b以及蓝色的一部分激发光a1的荧光·激发光透射部42。另外，也可以使激发光反射部41为荧光透过性。

该第一分色镜4通过在玻璃材料等的透光性基材上局部地设置电介质多层膜，能够形成激发光反射部41，该激发光反射部41形成于被照射来自发光元件2的激发光a的部位。例如，将475nm作为截止线，形成为，反射475nm以下，透射475nm以上。

而且，未形成由电介质多层膜构成的激发光反射部41的剩余的部分成为荧光·激发光透射部42。

在上述构成中，来自发光元件2的激发光a被第一分色镜4的激发光反射部41反射而朝向聚光光学系统5。激发光a在此被聚光而入射到波长转换元件3。由波长转换元件3转换后的荧光b与未被用于转换的一部分激发光a1从波长转换元件3朝向聚光光学系统5，并从这里朝向第一分色镜4。

该荧光b以及一部分激发光a1透过所述第一分色镜4的荧光·激发光透射部42，作为白色光从荧光光源装置1射出。

在该发明中，在上述构成的基础上，设有放射与激发光a相同的蓝色区域的光的辅助光源10。在该实施例中，辅助光源10放射与激发光a相同的蓝色区域、且波长不同的光，例如使用放射在波长430nm附近具有中心波长的光的蓝色led。

而且，在通过了所述第一分色镜4的荧光b以及一部分激发光a1的光路中配置有第二分色镜11，所述辅助光源10配置为，与该第二分色镜11的侧方对置。

该第二分色镜11通过在玻璃材料等透光性基材上设置电介质多层膜而构成，例如将波长440nm附近作为截止波长。因此，从波长转换元件3放射、并透过第一分色镜4的荧光b(波长525～575nm)以及一部分激发光a1(中心波长455nm)透过该第二分色镜11。

在上述构成中，如来自发光元件2的激发光a的强度发生了变动的情况等那样，从荧光光源装置1射出的白色光中的蓝色成分即一部分激发光a1相对减少、荧光b即黄色成分相对增加时，如图1所示那样，辅助光源10被点亮。来自该辅助光源10的放射光a2(中心波长430nm)被准直透镜12平行化而到达第二分色镜11，在此被反射，与所述荧光b以及一部分激发光a1混合。

这样，蓝色成分相对减少而整体带有黄色调的白色光通过来自辅助光源10的放射光a2补充蓝色成分，从而能够适当地保持白色光的色温。

在此，在作为辅助光源10而使用led等放射自然光的光源的情况下，由于来自该led的放射光为相干性低的光，因此在补充蓝色成分时不易产生散斑，很少使屏幕的图像质量下降。

在图2中示出了第二实施例，在图1的第一实施例中第一分色镜4与第二分色镜10为不同构造体，但在该第二实施例中，采用使第一分色镜4兼具第二分色镜11的功能的构成。

即，使第一分色镜4的背面侧、即来自波长转换元件3的荧光b与一部分激发光a1所透过的射出面具有波长选择功能，在该射出面形成电介质多层膜，使其具有透射荧光b(波长525～575nm)以及一部分激发光a1(中心波长455nm)、反射来自辅助光源10的放射光a2(中心波长430nm)的功能。在该情况下，来自辅助光源10的照射光a2也为与来自发光元件2的激发光a以及一部分激发光a1相同的蓝色区域、且波长不同的光。

关于其作用，与图1的第一实施例相同，在来自波长转换元件3的激发光的强度发生变动而一部分激发光a1的成分相对减少、荧光b的成分相对增加时，通过使来自辅助光源10的蓝色光即放射光a2与它们混合，能够适当地保持白色光的色温。

在以上的第一以及第二实施例中，第二分色镜11是可根据波长来选择反射·透射的波长选择性的分色镜，但在图3～5所示的实施例中，使用利用了光的偏振的偏振选择性的分色镜。

即，透过第一分色镜4的一部分激发光a1以及来自辅助光源10的放射光a2，通过第二分色镜11，p波透过，s波被反射，这样的功能通过电介质多层膜来实现。

在图3所示的第三实施例中，透过第一分色镜4的一部分激发光a1具有p波成分与s波成分，通过偏振选择性的第二分色镜11，在此期间，s波(a1(s))被反射，p波(a1(p))透过。

然后，来自辅助光源10的蓝色的射出光a2，通过该第二分色镜11，s波(a2(s))被反射，p波(a2(p))透过。

这样，来自辅助光源10的放射光a2的s波成分被第二分色镜11反射，与从荧光光源装置1射出的白色光混合。

在该第三实施例中，由于利用光的偏振，因此作为辅助光源10，能够使用射出与来自发光元件2的激发光a相同的波长的光的led。

由于来自辅助光源10的放射光a2为与激发光a相同的波长的蓝色，因此来自荧光光源装置1的白色射出光中的蓝色的补充变得更加有效。

图4的第四实施例与图2的第二实施例对应，采用使第一分色镜4兼具第二分色镜11的功能的构成。即，在第一分色镜4的背面侧、即来自波长转换元件3的荧光b与一部分激发光a1所透过的射出面形成电介质多层膜而使其具有偏振选择功能。

在该射出面中，来自波长转换元件3的蓝色的一部分激发光a1的p波成分(a1(p))透过，s波成分(a1(s))被反射，另外，来自辅助光源10的蓝色的放射光a2的s波成分(a2(s))被反射，p波成分(a2(p))透过。

这样，在由透过第一分色镜4兼第二分色镜11的荧光b与一部分激发光a1构成的射出光中混合来自辅助光源10的放射光a2。

在图5中示出了第五实施例，在辅助光源10与第二分色镜11之间配置有偏振转换元件13。该偏振转换元件13将来自辅助光源10的放射光a2的p波成分变更为s波成分，由此，来自辅助光源10的放射光a2全部成为s波成分，其全部被第二分色镜11反射，并与白色光混合。因此，能够高效地利用来自辅助光源10的放射光a2的全部。

在以上的图1～5所示的各实施例中，来自发光元件2的激发光a1被第一分色镜4反射而入射到波长转换元件3，来自该波长转换元件3的荧光b以及一部分激发光a1透过第一分色镜4而从荧光光源装置1射出，但它们的关系也可以相反。

即，也可以是，激发光a1透过第一分色镜4而入射到波长转换元件3，来自该波长转换元件3的荧光b以及一部分激发光a1被反射而从荧光光源装置1射出。

在图6～9中示出了该方式的实施例。

在图6的第六实施例中，在第一分色镜4局部地形成有由电介质多层膜构成的荧光·激发光反射部43，其余的部分成为激发光透射部44。

来自发光元件2的蓝色的激发光a通过第一分色镜4的激发光透射部44而入射到波长转换元件3。来自该波长转换元件3的黄色的荧光b以及蓝色的一部分激发光a1被第一分色镜4的荧光·激发光反射部43反射而向外部射出。

在所述第一分色镜4的侧方与其对置地设有辅助光源10，从该辅助光源10放射与激发光a相同的蓝色区域、且波长的不同的光。

第一分色镜4中的荧光·激发光反射部43被设定为，反射来自发光元件2的激发光a，透射来自辅助光源10的照射光a2。例如，在激发光a为以455nm附近为中心波长的蓝色光、来自辅助光源10的放射光a2为以430nm附近为中心波长的蓝色光的情况下，将440nm附近作为截止线，设定为，反射其以上，透射其以下。

由此，来自波长转换元件3的一部分激发光a1(中心波长455nm)以及荧光b(波长525～575nm)被第一分色镜4的荧光·激发光反射部43反射，另一方面，来自辅助光源10的放射光a2(中心波长430nm)在荧光·激发光反射部43透过。

通过该构成，对从波长转换元件3射出而向外部射出的白色光附加来自辅助光源10的蓝色的放射光a2。

根据该构成，如所述第一～五实施例、或后述的第七～九实施例那样，具有不需要第二分色镜的优点。

在图7中示出了第七实施例，在该实施例中，在荧光b与一部分激发光a1被第一分色镜4反射后，附加来自辅助光源10的放射光a2。

在图中，在来自波长转换元件3的荧光b以及一部分激发光a1被第一分色镜4反射并向外部射出的光路中配置有第二分色镜11，与该第二分色镜11对置地配置有辅助光源10。

该第二分色镜11与图1中的第二分色镜相同，为波长选择性，例如，在来自发光元件2的蓝色的激发光a的中心波长为455nm、来自辅助光源10的蓝色的放射光a2的中心波长为430nm的情况下，第二分色镜11将440nm附近作为截止线，透射455nm的一部分激发光a1，反射430nm的放射光a2。

由此，对被第一分色镜4反射而向外部射出的白色光附加来自辅助光源10的蓝色的放射光a2。

图8所示的第八实施例相当于图3～5的实施例，第二分色镜11为偏振选择性的分色镜。

即，该第二分色镜11反射来自第一分色镜4的一部分激发光a1的s波，并透射p波，另外，使来自辅助光源10的放射光a2的p波透过，并反射s波。这样，对来自波长转换元件3的荧光b以及一部分激发光a1的p波成分附加来自辅助光源10的放射光a2的s波成分。

图9所示的第九实施例与图5的第五实施例相同。

在辅助光源10与第二分色镜11之间配置有偏振转换元件13。该偏振转换元件13将来自辅助光源10的放射光a2的p波成分变更为s波成分，由此，来自辅助光源10的放射光a2全部成为s波成分，其全部被第二分色镜11反射，并与白色光混合。因此，能够高效地利用来自辅助光源10的放射光a2的全部。

另外，在本说明书中，“反射或透射激发光，透射或反射荧光以及一部分激发光”是指，各个构成对应地，在反射一方的情况下透射另一方。

如以上说明那样，在本发明的荧光光源装置中，具备：发光元件，放射蓝色的激发光；波长转换元件，被所述激发光激发而放射黄色的荧光；聚光光学系统，将所述激发光聚光于所述波长转换元件；以及分色镜，反射或透射所述激发光，透射或反射所述荧光，混合来自所述波长转换元件的荧光与未被该波长转换元件转换的一部分激发光而射出白色光，在该荧光光源装置中，在因来自发光元件的相对于波长转换元件的激发光的入射强度发生变动、波长转换元件的荧光转换效率发生变化而来自荧光光源装置的白色光的色温发生了变化的情况下，通过从辅助光源混合相同的蓝色的放射光以补充相对减少的激发光，从而起到能够将所射出的白色光的色温保持为一定的效果。

附图标记说明

1：荧光光源装置

2：发光元件

3：波长转换元件

4：第一分色镜

41：激发光反射部

42：荧光·激发光透射部

43：荧光·激发光反射部

44：激发光透射部

5：聚光光学系统

6：反射层

10：辅助光源

11：第二分色镜

12：准直透镜

13：偏振转换元件

a：激发光

a1：一部分激发光

a2：(来自辅助光源的)放射光

b：荧光