特開 2022-181221 発光素子、照明装置及び投影装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022181221

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】発光素子、照明装置及び投影装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20221201BHJP

   F21V 9/30 20180101ALI20221201BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20221201BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20221201BHJP

   G02B 5/08 20060101ALI20221201BHJP

   G02B 5/20 20060101ALI20221201BHJP

   G02B 1/113 20150101ALI20221201BHJP

   H01S 5/0239 20210101ALI20221201BHJP

   G02B 5/10 20060101ALN20221201BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20221201BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

F21V9/30

F21S2/00 311

F21S2/00 340

G02B3/00 A

G02B5/08 A

G02B5/20

G02B1/113

H01S5/0239

G02B5/10

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021088024

(22)【出願日】2021-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000005049

【氏名又は名称】シャープ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147304

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 知哉

(74)【代理人】

【識別番号】100148493

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 浩二

(72)【発明者】

【氏名】植木 智子

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 豪

(72)【発明者】

【氏名】青森 繁

(72)【発明者】

【氏名】一ノ瀬 裕一

(72)【発明者】

【氏名】由井 英臣

(72)【発明者】

【氏名】菅野 透

【テーマコード（参考）】

2H042

2H148

2K009

2K203

5F173

【Ｆターム（参考）】

2H042DA02

2H042DA10

2H042DB08

2H042DD06

2H042DE04

2H148AA01

2H148AA07

2H148AA19

2H148AA25

2K009AA02

2K009CC02

2K009CC03

2K203FA04

2K203FA25

2K203FA32

2K203FA44

2K203FA45

2K203GA02

2K203GA20

2K203GA22

2K203GA26

2K203GA35

2K203GA36

2K203HA02

2K203HA27

2K203HA30

2K203HA62

2K203HA92

2K203HB25

2K203HB26

2K203MA04

5F173MF40

(57)【要約】

【課題】励起光に対する波長変換素子の反射率を低くすること又は蛍光に対する誘電体層の透過率を高くすることができる発光素子、照明装置及び投影装置を提供する。
【解決手段】発光素子は、励起光を発する光源と、前記励起光を蛍光に変換する波長変換素子と、を備え、前記波長変換素子は、第１の主面と、前記第１の主面と平行である平行領域を有し前記第１の主面がある側と反対の側にある第２の主面と、を有し、前記励起光により励起され前記蛍光を発する蛍光膜と、前記第２の主面の上に配置され、前記蛍光膜の屈折率より低い屈折率を有し、前記平行領域がある範囲において前記第１の主面の法線方向について前記励起光の中心波長の１／４より短い光路長を有する誘電体層と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

励起光を発する光源と、
前記励起光を蛍光に変換する波長変換素子と、
を備え、
前記波長変換素子は、
第１の主面と、前記第１の主面と平行である平行領域を有し前記第１の主面がある側と反対の側にある第２の主面と、を有し、前記励起光により励起され前記蛍光を発する蛍光膜と、
前記第２の主面の上に配置され、前記蛍光膜の屈折率より低い屈折率を有し、前記平行領域がある範囲において前記第１の主面の法線方向について前記励起光の中心波長の１／４より短い光路長を有する誘電体層と、
を備える
発光素子。

【請求項2】

前記光路長は、前記励起光の波長域の下限の１／４より短い
請求項１に記載の発光素子。

【請求項3】

前記波長変換素子は、前記蛍光膜と前記誘電体層との間に配置される少なくともひとつの誘電体層を備え、
前記少なくともひとつの誘電体層は、前記蛍光膜の屈折率より高い屈折率を有し、前記平行領域がある範囲において前記第１の主面の法線方向について前記励起光の中心波長の１／２より短い光路長を有する
請求項１又は２に記載の発光素子。

【請求項4】

前記誘電体層は、１．６より小さい屈折率を有し、
前記少なくともひとつの誘電体層は、１．７以上の屈折率を有する
請求項３に記載の発光素子。

【請求項5】

前記誘電体層は、１．４より小さい屈折率を有し、
前記少なくともひとつの誘電体層に含まれる、最も大きい屈折率を有する誘電体層は、２．３以下の屈折率を有する
請求項４に記載の発光素子。

【請求項6】

前記蛍光膜は、複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子を互いに結着するバインダと、を備える
請求項１から５までのいずれかに記載の発光素子。

【請求項7】

前記第２の主面は、凹凸を有する
請求項１から６までのいずれかに記載の発光素子。

【請求項8】

前記蛍光膜は、複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子を互いに結着するアルミナバインダと、を備える
請求項１から７までのいずれかに記載の発光素子。

【請求項9】

前記波長変換素子は、前記第１の主面の側に配置される散乱層を備える
請求項１から８までのいずれかに記載の発光素子。

【請求項10】

前記波長変換素子は、前記蛍光膜と前記誘電体層との間に配置される平坦化層を備える
請求項１から９までのいずれかに記載の発光素子。

【請求項11】

前記波長変換素子は、前記蛍光膜と前記誘電体層との間に配置される光学レンズを備える
請求項１から１０までのいずれかに記載の発光素子。

【請求項12】

前記光源は、レーザーである
請求項１から１１までのいずれかに記載の発光素子。

【請求項13】

請求項１から１２までのいずれかに記載の発光素子
を備える照明装置。

【請求項14】

前記蛍光を反射するミラーを備える
請求項１３に記載の照明装置。

【請求項15】

前記光源は、前記励起光を前記第２の主面に照射し、
前記蛍光は、前記第１の主面から出射する光線を含み、
前記ミラーは、前記第１の主面の上に配置され、前記光線を反射する
請求項１４に記載の照明装置。

【請求項16】

前記光源は、前記励起光を前記第１の主面に照射し、
前記蛍光は、前記第２の主面から出射する光線を含み、
前記ミラーは、前記光線を反射する
請求項１４に記載の照明装置。

【請求項17】

請求項１から１２までのいずれかに記載の発光素子を備え、
前記波長変換素子は、蛍光ホイールであり、
前記蛍光ホイールを回転させる駆動装置と、
前記蛍光を導く導光光学系と、
前記蛍光を空間光変調して出力光を生成する空間光変調素子と、
前記出力光を投影する投影光学系と、
を備える投影装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発光素子、照明装置及び投影装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載された蛍光体ホイールは、基材と、基材上に形成された蛍光体層と、を備える。蛍光体層は、蛍光体粒子と、蛍光体粒子を保持するバインダ材料と、を有する。蛍光体層は、蛍光体粒子の屈折率より低い屈折率を有する透光性材料から構成された低屈折率層により被覆されている（要約）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１７０３５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された蛍光体ホイールにおいては、低屈折率層の厚さが特定されていない。このため、低屈折率層の厚さによっては、励起光に対する蛍光体ホイールの反射率が高くなる。また、蛍光ホイールにおいて、蛍光に対する低屈折率層の透過率が高くなることが問題になる場合がある。

【0005】

これらの問題は、蛍光体ホイール以外の波長変換素子においても生じる。

【0006】

本開示は、これらの問題に鑑みてなされた。本開示は、励起光に対する波長変換素子の反射率を低くすること又は蛍光に対する誘電体層の透過率を高くすることができる発光素子、照明装置及び投影装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一形態の発光素子は、励起光を発する光源と、前記励起光を蛍光に変換する波長変換素子と、を備え、前記波長変換素子は、第１の主面と、前記第１の主面と平行である平行領域を有し前記第１の主面がある側と反対の側にある第２の主面と、を有し、前記励起光により励起され前記蛍光を発する蛍光膜と、前記第２の主面の上に配置され、前記蛍光膜の屈折率より低い屈折率を有し、前記平行領域がある範囲において前記第１の主面の法線方向について前記励起光の中心波長の１／４より短い光路長を有する誘電体層と、を備える。

【0008】

本開示の他の一形態の照明装置は、本開示の一形態の発光素子を備える。

【0009】

本開示の他の一形態の投影装置は、本開示の一形態の発光素子を備え、前記波長変換素子は、蛍光ホイールであり、前記蛍光ホイールを回転させる駆動装置と、前記蛍光を導く導光光学系と、前記蛍光を空間光変調して出力光を生成する空間光変調素子と、前記出力光を投影する投影光学系と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態の発光素子を模式的に図示する断面図である。

【図2】第１実施形態の発光素子が実装された投影装置を模式的に図示する図である。

【図3】第１実施形態の発光素子が実装された投影装置に備えられる集光レンズ及び波長変換素子を模式的に図示する断面図である。

【図4】発光素子に備えられる蛍光膜及び誘電体層を模式的に図示する断面図である。

【図5】第１実施形態の発光素子に備えられる蛍光膜及び誘電体層を模式的に図示する断面図である。

【図6】第１参考例の発光素子に備えられる蛍光膜及び誘電体層を模式的に図示する図である。

【図7】第１参考例の発光素子における、入射光の入射角θが４５°であり入射光が蛍光膜の第１の主面と２５°をなす傾斜領域に入射した場合の波長変換素子の反射率特性（４５°入射_２５°傾斜領域）及び入射光の入射角θが０°であり入射光が平行領域に入射した場合の波長変換素子の反射率特性（０°入射_平行領域）を示すグラフである。

【図8】第１実施形態に属する第１実施例の発光素子に備えられる蛍光膜及び誘電体層を模式的に図示する図である。

【図9】第１実施形態に属する第１実施例の発光素子における、入射光の入射角θが４５°であり入射光が蛍光膜の第１の主面と２５°をなす傾斜領域に入射した場合の波長変換素子の反射率特性（４５°入射_２５°傾斜領域）及び入射光の入射角θが０°であり入射光が平行領域に入射した場合の波長変換素子の反射率特性（０°入射_平行領域）を示すグラフである。

【図10】第２実施形態の発光素子に備えられる光源により発せられる励起光のスペクトルを示すグラフである。

【図11】第２実施形態に属する第２実施例の発光素子に備えられる蛍光膜及び誘電体層を模式的に図示する図である。

【図12】第２実施形態に属する第２実施例の発光素子における、入射光の入射角θが４５°であり入射光が蛍光膜の第１の主面と２５°をなす傾斜領域に入射した場合の波長変換素子の反射率特性（４５°入射_２５°傾斜領域）及び入射光の入射角θが０°であり入射光が平行領域に入射した場合の波長変換素子の反射率特性（０°入射_平行領域）を示すグラフである。

【図13】第３実施形態に属する第３実施例の発光素子に備えられる蛍光膜及び複数の誘電体層を模式的に図示する断面図である。

【図14】第３実施形態に属する第３実施例の発光素子における、入射光の入射角θが４５°であり入射光が蛍光膜の第１の主面と２５°をなす傾斜領域に入射した場合の波長変換素子の反射率特性（４５°入射_２５°傾斜領域）及び入射光の入射角θが０°であり入射光が平行領域に入射した場合の波長変換素子の反射率特性（０°入射_平行領域）を示すグラフである。

【図15】第２参考例の発光素子に備えられる複数の誘電体層を模式的に図示する図である。

【図16】第２参考例の発光素子における、入射光の入射角θが０°、４５°、６０°及び７５°である場合の波長変換素子の反射率特性を示すグラフである。

【図17】第２参考例の発光素子における、入射光の入射角θが０°、４５°、６０°及び７５°である場合の波長変換素子の反射率特性を示すグラフである。

【図18】第７実施形態に属する第４実施例の発光素子に備えられる複数の誘電体層を模式的に図示する断面図である。

【図19】第７実施形態に属する第４実施例の発光素子における、入射光の入射角θが０°、４５°、６０°及び７５°である場合の波長変換素子の反射率特性を示すグラフである。

【図20】第７実施形態に属する第４実施例の発光素子における、入射光の入射角θが０°、４５°、６０°及び７５°である場合の波長変換素子の反射率特性を示すグラフである。

【図21】第８実施形態の発光素子を模式的に図示する断面図である。

【図22】第８実施形態の発光素子並びに当該発光素子における蛍光及び透過光の進行方向を図示する断面図である。

【図23】第８実施形態の発光素子に備えられる波長変換素子から誘電体層を省略して得られる波長変換素子における、蛍光膜の第２の主面の法線方向と０°及び３５°をなす方向から伝搬してきた光に対する蛍光膜の透過率を示すグラフである。

【図24】第８実施形態の発光素子に備えられる波長変換素子における、蛍光膜の第２の主面の法線方向と０°及び３５°をなす方向から伝搬してきた光に対する蛍光膜の透過率を示すグラフである。

【図25】第９実施形態の発光素子を模式的に図示する断面図である。

【図26】第１０実施形態の発光素子を模式的に図示する断面図である。

【図27】第１１実施形態の発光素子を模式的に図示する断面図である。

【図28】第１２実施形態の投影装置を模式的に図示する図である。

【図29】第１２実施形態の投影装置に備えられる蛍光ホイールを模式的に図示する斜視図である。

【図30】第１２実施形態の投影装置に備えられる蛍光ホイール及び駆動装置を模式的に図示する断面図である。

【図31】第１３実施形態の反射型レーザーヘッドライトを模式的に図示する断面図である。

【図32】第１３実施形態の反射型レーザーヘッドライトに備えられる波長変換素子を模式的に図示する断面図である。

【図33】第１４実施形態の透過型レーザーヘッドライトを模式的に図示する断面図である。

【図34】第１４実施形態の透過型レーザーヘッドライトに備えられる波長変換素子を模式的に図示する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0012】

１ 第１実施形態
１．１ 発光素子
図１は、第１実施形態の発光素子１を模式的に図示する断面図である。

【0013】

図１に図示されるように、発光素子１は、光源１１及び波長変換素子１２を備える。

【0014】

光源１１は、波長変換素子１２に向けて励起光ＥＬを発する。これにより、光源１１は、波長変換素子１２に励起光ＥＬを照射する。

【0015】

波長変換素子１２は、励起光ＥＬが照射されるのに応答して蛍光を発する。発せられる蛍光は、励起光ＥＬの波長より長い波長を有する。これにより、波長変換素子１２は、相対的に短い波長を有する励起光ＥＬを、相対的に長い波長を有する蛍光に変換する。

【0016】

１．２ 波長変換素子
図１に図示されるように、波長変換素子１２は、基板２１、蛍光膜２２及び誘電体層２３を備える。

【0017】

基板２１は、蛍光膜２２及び誘電体層２３を支持する。

【0018】

基板２１は、一方の主面２１ａ及び他方の主面２１ｂを有する。他方の主面２１ｂは、一方の主面２１ａがある側と反対の側にある。一方の主面２１ａ及び他方の主面２１ｂは、平坦である。一方の主面２１ａの上には、蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される。

【0019】

基板２１は、光透過性を有してもよいし、光透過性を有しなくてもよい。基板２１が光透過性を有しない場合は、基板２１が光反射性を有してもよい。

【0020】

基板２１が光透過性を有する場合は、基板２１は、セラミックス材料等からなる。セラミックス材料は、ガラス、サファイア等である。基板２１が光反射性を有する場合は、基板２１は、金属材料等からなる。金属材料は、アルミニウム等である。基板２１が、基板本体及び当該基板本体の上に配置される高反射膜を備えてもよい。

【0021】

蛍光膜２２は、励起光ＥＬにより励起されて蛍光を発する。

【0022】

蛍光膜２２は、第１の主面２２ａ及び第２の主面２２ｂを有する。第２の主面２２ｂは、第１の主面２２ａがある側と反対の側にある。第１の主面２２ａは、基板２１の一方の主面２１ａに接触する。基板２１の一方の主面２１ａは平坦であるので、基板２１の一方の主面２１ａに接触する第１の主面２２ａは、平坦である。しかし、第２の主面２２ｂは、凹凸を有する。このため、第２の主面２２ｂは、第１の主面２２ａと平行である平行領域２２ｐ及び第１の主面２２ａから傾斜した傾斜領域２２ｑを有する。傾斜領域２２ｑは、第１の主面２２ａと２５°以上の角度をなす場合もある。

【0023】

蛍光膜２２は、複数の蛍光体粒子３１及びバインダ３２を備える。

【0024】

蛍光体粒子３１は、励起光ＥＬにより励起されて蛍光を発する。

【0025】

蛍光体粒子３１は、蛍光体材料により構成される。蛍光体材料は、ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋）、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、Ｃａ－α－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋、β－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＬｕＡＧ：Ｃｅ）、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃ１_２：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋等である。

【0026】

励起光ＥＬの波長は、蛍光体材料に応じて選択される。例えば、蛍光体材料がＹＡＧ：Ｃｅ又はＬｕＡＧ：Ｃｅである場合は、励起光ＥＬの波長として４５０ｎｍが選択される。以下では、励起光ＥＬの波長として４５０ｎｍが選択されたものとして説明が行われる。

【0027】

蛍光体粒子３１は、例えば、２μｍ以上５０μｍ以下の粒径を有する。蛍光体粒子３１は、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂに凹凸を与える。このため、蛍光体粒子３１の粒径が大きくなるほど、第２の主面２２ｂの凹凸が大きくなる。第２の主面２２ｂの凹凸の高低差は、概ね、蛍光体粒子３１の半径の１／２以下である。

【0028】

バインダ３２は、複数の蛍光体粒子３１を互いに結着し、複数の蛍光体粒子３１を基板２１の一方の主面２１ａの上に固定する。

【0029】

バインダ３２は、光透過性を有する。バインダ３２は、アルミナ等により構成される。

【0030】

誘電体層２３は、励起光ＥＬの反射を防止する。このため、誘電体層２３は、反射防止（ＡＲ）コートとして機能する。

【0031】

誘電体層２３は、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂの上に配置される。誘電体層２３は、第２の主面２２ｂの凹凸に追従する。このため、誘電体層２３は、平坦でない。

【0032】

誘電体層２３は、波長変換素子１２の最表面に配置される。

【0033】

誘電体層２３は、蛍光膜２２の屈折率より低い屈折率を有する。誘電体層２３は、バインダ３２の屈折率より低い屈折率を有する。例えば、バインダ３２がアルミナからなる場合は、誘電体層２３は、アルミナの誘電率である１．６～１．７より低い誘電率を有する。

【0034】

誘電体層２３は、誘電体材料からなる。誘電体材料は、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＡｌＮ等である。

【0035】

１．３ 励起光及び蛍光の光路
図１に図示されるように、励起光ＥＬは、蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側から波長変換素子１２に入射して入射光となる。励起光ＥＬの大部分は、誘電体層２３を透過して透過光ＴＬとなり、蛍光膜２２に照射される。励起光ＥＬの残余部分は、空気と誘電体層２３との界面において反射されて反射光ＲＬ１となり、誘電体層２３と蛍光膜２２との界面において反射されて反射光ＲＬ２となる。

【0036】

基板２１が光透過性を有する場合は、蛍光は、波長変換素子１２から蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側に取り出されてもよいし、波長変換素子１２から蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側と反対の側に取り出されてもよい。基板２１が光透過性を有しない場合は、蛍光は、波長変換素子１２から蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側に取り出される。

【0037】

誘電体層２３の厚さは、反射光ＲＬ１と反射光ＲＬ２とが互いに干渉して弱め合うように選択される。

【0038】

１．４ 励起光の入射角の範囲
図１に図示されるように、励起光ＥＬは、基板２１の一方の主面２１ａと垂直をなす垂直方向から波長変換素子１２に入射するだけでなく、垂直方向から傾斜した傾斜方向からも波長変換素子１２に入射する。励起光ＥＬの入射方向が当該垂直方向となす角である励起光ＥＬの入射角θは、励起光ＥＬが当該垂直方向から波長変換素子１２に入射する場合は、０°となり、励起光ＥＬが当該傾斜方向から波長変換素子１２に入射する場合は、０°より大きくなり、４５°程度に達する場合もある。例えば、発光素子１が投影装置に実装された場合は、励起光ＥＬの入射角θは、４５°程度に達する場合もある。

【0039】

図２は、第１実施形態の発光素子１が実装された投影装置１０１を模式的に図示する図である。図３は、第１実施形態の発光素子１が実装された投影装置１０１に備えられる集光レンズ４３及び波長変換素子１２を模式的に図示する断面図である。

【0040】

図２に図示されるように、投影装置１０１においては、波長変換素子１２が蛍光ホイールである。投影装置１０１においては、光源１１が、励起光ＥＬを発する。発せられた励起光ＥＬは、レンズ４１を透過し、ダイクロックミラー４２に反射され、集光レンズ４３を透過し、蛍光ホイール１２に照射される。蛍光ホイール１２は、励起光ＥＬが照射されるのに応答して蛍光ＦＬを発する。発せられた蛍光ＦＬは、集光レンズ４３及びダイクロックミラー４２を順次に透過する。

【0041】

図３に図示されるように、投影装置１０１においては、励起光ＥＬに含まれる、集光レンズ４３の周辺部を透過する光線は、大きな極角を有する。当該極角は、４５°に達する場合がある。このため、前述したように、励起光ＥＬの入射角θは、４５°程度に達する場合もある。

【0042】

１．５ 入射光の入射角と誘電体層の内部における入射光の経路長との関係
図４は、発光素子に備えられる蛍光膜２２及び誘電体層２３を模式的に図示する断面図である。図５は、第１実施形態の発光素子１に備えられる蛍光膜２２及び誘電体層２３を模式的に図示する断面図である。

【0043】

図４に図示されるように蛍光膜２２の第２の主面２２ｂが平坦である場合であっても、入射光ＩＬの入射角θが０°より大きいときは、誘電体層２３の内部における入射光ＩＬの経路長Ｌは、誘電体層２３の実際の厚さＴより長くなる。

【0044】

また、図５に図示されるように蛍光膜２２の第２の主面２２ｂが凹凸を有する場合は、入射光ＩＬの入射角θが０°であるときであっても、入射光ＩＬが傾斜領域２２ｑに入射するときは、誘電体層２３の内部における入射光ＩＬの経路長Ｌは、誘電体層２３の実際の厚さＴより長くなり、入射光ＩＬの入射角θが０°より大きいときも、誘電体層２３の内部における入射光ＩＬの経路長Ｌは、誘電体層２３の実際の厚さＴより長くなる。例えば、入射光ＩＬの入射角θが４５°であり、入射光ＩＬが蛍光膜２２の第１の主面２２ａと２５°をなす傾斜領域２２ｑに入射した場合の経路長Ｌは、誘電体層２３の実際の厚さＴの１．３７倍となる。

【0045】

１．６ 垂直入射時の最小反射率波長と斜め入射時の最小反射率波長との違い
これらのことから、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂが凹凸を有し入射光ＩＬの入射角θが０°より大きい場合に入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が最小となる入射光ＩＬの波長は、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂが平坦であり入射光ＩＬの入射角θが０°である場合に入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が最小となる入射光ＩＬの波長より長くなる。

【0046】

また、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂが凹凸を有する場合は、入射光ＩＬの入射角θが０°より大きく入射光ＩＬが傾斜領域２２ｑに入射したときに入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が最小となる入射光ＩＬの波長（以下では、「斜め入射時の最小反射率波長」という）λ２は、入射光ＩＬの入射角θが０°であり入射光ＩＬが平行領域２２ｐに入射したときに入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が最小となる入射光ＩＬの波長（以下では「垂直入射時の最小反射率波長」という）λ１より長くなる。

【0047】

１．７ 励起光の中心波長おける斜め入射時の反射率
垂直入射時の最小反射率波長λ１が励起光ＥＬの中心波長λから遠ざかり、斜め入射時の最小反射率波長λ２が励起光ＥＬの中心波長λに近づいた場合は、励起光ＥＬの中心波長λにおける、励起光ＥＬの入射角θが０°より大きく励起光ＥＬが傾斜領域２２ｑに入射したときの励起光ＥＬに対する波長変換素子１２の反射率（以下では「斜め入射時の反射率」という）が低くなる。そこで、第１実施形態においては、誘電体層２３の厚さを薄くすることにより、垂直入射時の最小反射率波長λ１を励起光ＥＬの中心波長λより短くして励起光ＥＬの波長から遠ざけ、斜め入射時の最小反射率波長λ２を励起光ＥＬの中心波長λに近づけ、励起光ＥＬの中心波長λにおける斜め入射時の反射率を低くする。

【0048】

このことを、図６から図９までを参照しながら説明する。

【0049】

図６は、第１参考例の発光素子に備えられる蛍光膜２２及び誘電体層２３を模式的に図示する図である。図６は、平行領域２２ｐがある部分を図示する。図６には、蛍光膜２２の屈折率ｎ並びに誘電体層２３の屈折率ｎ１及び厚さｄ１が記入されている。図７は、第１参考例の発光素子における、入射光ＩＬの入射角θが４５°であり入射光ＩＬが蛍光膜２２の第１の主面２２ａと２５°をなす傾斜領域２２ｑに入射した場合の波長変換素子１２の反射率特性（４５°入射_２５°傾斜領域）及び入射光ＩＬの入射角θが０°であり入射光ＩＬが平行領域２２ｐに入射した場合の波長変換素子１２の反射率特性（０°入射_平行領域）を示すグラフである。当該グラフにおいては、入射光ＩＬの波長が横軸にとられており、入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が縦軸にとられている。

【0050】

第１参考例においては、図６に示されるように、誘電体層２３の屈折率ｎ１が１．３８であり、誘電体層２３の厚さｄ１が８１．５ｎｍである。このため、誘電体層２３の光路長ｎ１×ｄ１は、１．３８×８１．５ｎｍ＝１１２．５ｎｍである。したがって、誘電体層２３の光路長ｎ１×ｄ１は、励起光ＥＬの中心波長λである４５０ｎｍの１／４と同じである。

【0051】

第１参考例においては、図７に示されるように、垂直入射時の最小反射率波長λ１が４５０ｎｍであり、斜め入射時の最小反射率波長λ２が６１４ｎｍである。このため、励起光ＥＬの中心波長λが、垂直入射時の最小反射率波長λ１と同じになり、斜め入射時の最小反射率波長λ２から遠ざかる。このため、励起光ＥＬの中心波長λにおける斜め入射時の反射率は、約２．２％まで高くなる。

【0052】

図８は、第１実施形態に属する第１実施例の発光素子１に備えられる蛍光膜２２及び誘電体層２３を模式的に図示する図である。図８は、平行領域２２ｐがある部分を図示する。図８には、蛍光膜２２の屈折率ｎ並びに誘電体層２３の屈折率ｎ１及び厚さｄ１が記入されている。図９は、第１実施形態に属する第１実施例の発光素子１における、入射光ＩＬの入射角θが４５°であり入射光ＩＬが蛍光膜２２の第１の主面２２ａと２５°をなす傾斜領域２２ｑに入射した場合の波長変換素子１２の反射率特性（４５°入射_２５°傾斜領域）及び入射光ＩＬの入射角θが０°であり入射光ＩＬが平行領域２２ｐに入射した場合の波長変換素子１２の反射率特性（０°入射_平行領域）を示すグラフである。当該グラフにおいては、入射光ＩＬの波長が横軸にとられており、入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が縦軸にとられている。

【0053】

第１実施例においては、図８に示されるように、誘電体層２３の屈折率ｎ１が１．３８であり、誘電体層２３の厚さｄ１が７７．９ｎｍである。このため、誘電体層２３の光路長ｎ１×ｄ１は、１．３８×７７．９ｎｍ＝１０７．５ｎｍである。したがって、誘電体層２３の光路長ｎ１×ｄ１は、励起光ＥＬの中心波長λである４５０ｎｍの１／４より短い。

【0054】

第１実施例においては、図９に示されるように、垂直入射時の最小反射率波長λ１が４３０ｎｍであり、斜め入射時の最小反射率波長λ２が５９５ｎｍである。このため、励起光ＥＬの中心波長λが、垂直入射時の最小反射率波長λ１より長くなり、斜め入射時の最小反射率波長λ２に近づく。このため、励起光ＥＬの中心波長λにおける斜め入射時の反射率は、約１．７％まで低くなる。

【0055】

１．８ 誘電体層の望ましい光路長
これらのことに鑑みて、第１実施形態においては、誘電体層２３が、平行領域２２ｐがある範囲において、蛍光膜２２の第１の主面２２ａの法線方向について、励起光ＥＬの中心波長λの１／４より短い光路長を有し、望ましくは、励起光ＥＬの中心波長λの１／５．４より短い光路長を有するように、誘電体層２３の厚さが選択される。これにより、励起光ＥＬの入射角θが０°より大きい、励起光ＥＬが傾斜領域２２ｑに入射する等の事情により励起光ＥＬの経路長Ｌが長くなる場合であっても、励起光ＥＬに対する波長変換素子１２の反射率を低くすることができる。これにより、誘電体層２３が凹凸面である蛍光膜２２の第２の主面２２ｂに追随する場合であっても、蛍光膜２２を効果的なＡＲコートとして機能させることができる。また、蛍光膜２２に到達する励起光ＥＬを増やすことができ、蛍光膜２２により発せられる蛍光ＦＬを増やすことができる。

【0056】

当該光路長は、誘電体層２３の屈折率ｎ１と誘電体層２３の厚さｄ１との積ｎ１×ｄ１で表される。したがって、当該光路長が励起光ＥＬの中心波長λの１／４より短いことは、関係式ｎ１×ｄ１＜λ／４で表される。

【0057】

２ 第２実施形態
以下では、第２実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第２実施形態においても採用される。

【0058】

図１０は、第２実施形態の発光素子１に備えられる光源１１により発せられる励起光ＥＬのスペクトルを示すグラフである。当該グラフにおいては、波長が横軸にとられており、強度が縦軸にとられている。

【0059】

図１０に示されるように、強度が０より大きい波長の範囲を波長域とした場合は、励起光ＥＬのスペクトルは、下限λｍｉｎを有する波長域を有する。

【0060】

第２実施形態においては、平行領域２２ｐがある範囲において、蛍光膜２２の第１の主面２２ａの法線方向について、誘電体層２３が励起光ＥＬの波長域の下限λｍｉｎより短い光路長を有するように、誘電体層２３の厚さが選択される。

【0061】

第２実施形態においては、第１実施形態より誘電体層２３の厚さを薄くすることにより、垂直入射時の最小反射率波長λ１を励起光ＥＬの波長域の下限λｍｉｎより短くして励起光ＥＬの波長域の下限λｍｉｎから遠ざけ、斜め入射時の最小反射率波長λ２を励起光ＥＬの波長域の下限λｍｉｎに近づける。これにより、励起光ＥＬの波長域の下限λｍｉｎにおける斜め入射時の反射率を低くする。これにより、励起光ＥＬの波長域の全体において、斜め入射時の反射率を低くすることができる。

【0062】

図１１は、第２実施形態に属する第２実施例の発光素子１に備えられる蛍光膜２２及び誘電体層２３を模式的に図示する図である。図１１は、平行領域２２ｐがある部分を図示する。図１１には、蛍光膜２２の屈折率ｎ並びに誘電体層２３の屈折率ｎ１及び厚さｄ１が記入されている。図１２は、第２実施形態に属する第２実施例の発光素子１における、入射光ＩＬの入射角θが４５°であり入射光ＩＬが蛍光膜２２の第１の主面２２ａと２５°をなす傾斜領域２２ｑに入射した場合の波長変換素子１２の反射率特性（４５°入射_２５°傾斜領域）及び入射光ＩＬの入射角θが０°であり入射光ＩＬが平行領域２２ｐに入射した場合の波長変換素子１２の反射率特性（０°入射_平行領域）を示すグラフである。当該グラフにおいては、入射光ＩＬの波長が横軸にとられており、入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が縦軸にとられている。

【0063】

第２実施例においては、図１１に示されるように、誘電体層２３の屈折率ｎ１が１．３８であり、誘電体層２３の厚さｄ１が７２．５ｎｍである。このため、誘電体層２３の光路長ｎ１×ｄ１は、１．３８×７２．５ｎｍ＝１００．５ｎｍである。したがって、誘電体層２３の光路長ｎ１×ｄ１は、励起光ＥＬの中心波長λである４５０ｎｍの１／４より短く、励起光ＥＬの波長域の下限λｍｉｎの１／４よりも短い。

【0064】

第２実施例においては、図１２に示されるように、垂直入射時の最小反射率波長λ１が４００ｎｍであり、斜め入射時の最小反射率波長λ２が５４６ｎｍである。このため、励起光ＥＬの中心波長λが、垂直入射時の最小反射率波長λ１より長くなり、斜め入射時の最小反射率波長λ２に近づく。このため、励起光ＥＬの中心波長λにおける斜め入射時の反射率は、約１．１％まで低くなる。

【0065】

３ 第３実施形態
以下では、第３実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第３実施形態においても採用される。

【0066】

図１３は、第３実施形態に属する第３実施例の発光素子１に備えられる蛍光膜２２及び複数の誘電体層２３，５１及び５２を模式的に図示する断面図である。図１３は、平行領域２２ｐがある部分を図示する。図１３には、蛍光膜２２の屈折率ｎ、誘電体層２３の屈折率ｎ１及び厚さｄ１、誘電体層５１の屈折率ｎ２及び厚さｄ２並びに誘電体層５２の屈折率ｎ３及び厚さｄ３が記入されている。図１４は、第３実施形態に属する第３実施例の発光素子１における、入射光ＩＬの入射角θが４５°であり入射光ＩＬが蛍光膜２２の第１の主面２２ａと２５°をなす傾斜領域２２ｑに入射した場合の波長変換素子１２の反射率特性（４５°入射_２５°傾斜領域）及び入射光ＩＬの入射角θが０°であり入射光ＩＬが平行領域２２ｐに入射した場合の波長変換素子１２の反射率特性（０°入射_平行領域）を示すグラフである。当該グラフにおいては、入射光ＩＬの波長が横軸にとられており、入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が縦軸にとられている。

【0067】

第３実施形態においては、図１３に示されるように、波長変換素子１２は、最表面に配置される誘電体層２３だけでなく、蛍光膜２２と最表面に配置される誘電体層２３との間に配置される少なくともひとつの誘電体層２４を備える。したがって、波長変換素子１２は、誘電体層２３及び少なくともひとつの誘電体層２４からなる複数の誘電体層を備える。当該複数の誘電体層は、積層されている。第３実施形態においては、少なくともひとつの誘電体層２４は、誘電体層５１及び誘電体層５２からなるふたつの誘電体層である。

【0068】

誘電体層２３は、第１実施形態と同様に、蛍光膜２２の屈折率より低い屈折率を有する。また、誘電体層２３は、バインダ３２の屈折率より低い屈折率を有する。例えば、バインダ３２がアルミナからなる場合は、誘電体層２３は、アルミナの誘電率である１．６～１．７より低い誘電率を有する。また、誘電体層２３は、第１実施形態と同様に、平行領域２２ｐがある範囲において、蛍光膜２２の第１の主面２２ａの法線方向について、励起光ＥＬの中心波長の１／４より短い光路長を有し、望ましくは、励起光ＥＬの中心波長λの１／５．５より短い光路長を有する。これらにより、垂直入射時の最小反射率波長λ１を励起光ＥＬの中心波長λより短くして励起光ＥＬの中心波長λから遠ざけ、斜め入射時の最小反射率波長λ２を励起光ＥＬの中心波長λに近づけることができ、励起光ＥＬの中心波長λにおける斜め入射時の反射率を低くすることができる。

【0069】

少なくともひとつの誘電体層２４は、蛍光膜２２の屈折率より高い屈折率を有する。また、少なくともひとつの誘電体層２４は、バインダ３２の屈折率より高い屈折率を有する。例えば、バインダ３２がアルミナからなる場合は、少なくともひとつの誘電体層２４は、アルミナの誘電率である１．６～１．７より高い屈折率を有する。また、少なくともひとつの誘電体層２４の各々は、平行領域２２ｐがある範囲において、蛍光膜２２の第１の主面２２ａの法線方向について、励起光ＥＬの中心波長の１／２より短い光路長を有する。これらにより、励起光ＥＬに対する波長変換素子１２の反射率をさらに低くすることができる。特に、少なくともひとつの誘電体層２４をふたつ以上の誘電体層とすることにより、励起光ＥＬに対する波長変換素子１２の反射率を十分に低くすることができる。

【0070】

第３実施例においては、図１３に示されるように、誘電体層２３の屈折率ｎ１が１．３８であり、誘電体層２３の厚さｄ１が７２．５ｎｍである。このため、誘電体層２３の光路長ｎ１×ｄ１は、１．３８×７２．５ｎｍ＝１００ｎｍである。したがって、誘電体層２３の光路長ｎ１×ｄ１は、励起光ＥＬの中心波長λである４５０ｎｍの１／４より短い。

【0071】

また、第３実施例においては、図１３に示されるように、誘電体層５１の屈折率ｎ２が１．９０であり、誘電体層５１の厚さｄ２が１０５ｎｍである、このため、誘電体層５１の光路長ｎ２×ｄ２は、１．９０×１０５ｎｍ＝２００ｎｍである。したがって、誘電体層５１の光路長ｎ２×ｄ２は、励起光ＥＬの中心波長λである４５０ｎｍの１／２より短い。

【0072】

また、第３実施例においては、図１３に示されるように、誘電体層５２の屈折率ｎ３が１．７０であり、誘電体層５２の厚さｄ３が５８．８ｎｍである。このため、誘電体層５２の光路長ｎ３×ｄ３は、１．７０×５８．８ｎｍ＝１００ｎｍである。したがって、誘電体層５１の光路長ｎ３×ｄ３は、励起光ＥＬの中心波長λである４５０ｎｍの１／２より短い。

【0073】

第３実施例においては、図１４に示されるように、入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が、全体的に低くなる。また、垂直入射時の最小反射率波長λ１が３７２ｎｍであり、斜め入射時の最小反射率波長λ２が６０３ｎｍである。このため、励起光ＥＬの中心波長λが、垂直入射時の最小反射率波長λ１より長くなり、斜め入射時の最小反射率波長λ２に近づく。これらのため、励起光ＥＬの中心波長λにおける斜め入射時の反射率は、約１．０％まで低くなる。

【0074】

４ 第４実施形態
以下では、第４実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第４実施形態においても採用される。

【0075】

第４実施形態においては、光源１１は、レーザーである。

【0076】

光源１１がレーザーである場合は、励起光ＥＬは、狭い波長域を有し、高い出力を有する。

【0077】

５ 第５実施形態
以下では、第５実施形態が第３実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第３実施形態において採用される構成と同様の構成が第５実施形態においても採用される。

【0078】

第５実施形態においては、バインダ３２は、アルミナからなるアルミナバインダである。

【0079】

アルミナは、高い熱伝導率を有する。このため、バインダ３２がアルミナからなる場合は、蛍光膜２２が、発した熱を素早く伝導して空気中に放つことができる。これにより、蛍光膜２２の温度の上昇に起因する発光効率の低下すなわち温度消光を抑制することができる。このため、励起光ＥＬが高いエネルギーを有する場合であっても、温度消光を抑制することができ、高い発光効率を維持することができる。

【0080】

アルミナバインダは、一般的に用いられるシリコーンバインダの屈折率である１．４より大きい１．６～１．７の屈折率を有する。このため、空気とアルミナバインダとの界面の励起光ＥＬに対する反射率は、高い。このため、バインダ３２がアルミナバインダである場合は、励起光ＥＬに対する波長変換素子１２の反射率を誘電体層２３により低くすることが望まれる。

【0081】

６ 第６実施形態
以下では、第６実施形態が第５実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第５実施形態において採用される構成と同様の構成が第６実施形態においても採用される。

【0082】

第６実施形態においては、最表面に配置される誘電体層２３は、バインダ３２の屈折率より小さい屈折率を有する。ここで、アルミナバインダは、１．６～１．７の屈折率を有するので、誘電体層２３は、１．６より小さい屈折率を有する。

【0083】

また、蛍光膜２２と最表面に配置される誘電体層２３との間に配置される少なくともひとつの誘電体層２４は、バインダ３２の屈折率以上の屈折率を有する。ここで、アルミナバインダは、１．６～１．７の屈折率を有するので、少なくともひとつの誘電体層２４は、１．７以上の屈折率を有する。

【0084】

７ 第７実施形態
以下では、第７実施形態が第６実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第６実施形態において採用される構成と同様の構成が第７実施形態においても採用される。

【0085】

第７実施形態においては、最表面に配置される誘電体層２３は、１．４５以下の屈折率を有する。誘電体層２３は、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２等の低屈折材料からなる。

【0086】

また、蛍光膜２２と最表面に配置される誘電体層２３との間に配置される少なくともひとつの誘電体層２４に含まれる最も大きい屈折率を有する誘電体層は、２．３以下の屈折率を有する。少なくともひとつの誘電体層２４は、ＭｇＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２、ＺｎＳ等の高屈折材料からなる。

【0087】

これらにより、誘電体層２３及び少なくともひとつの誘電体層２４からなる複数の誘電体層が、小さい屈折率を有する誘電体層の組み合わせとなる。これにより、当該複数の誘電体層の屈折率の差が小さくなる。また、当該複数の誘電体層の屈折率が小さくなる。その結果として、励起光ＥＬに対する波長変換素子１２の反射率が低くなる。

【0088】

図１５は、第２参考例の発光素子に備えられる複数の誘電体層２３、５１及び５２を模式的に図示する図である。図１５には、誘電体層２３の屈折率ｎ１及び厚さｄ１、誘電体層５１の屈折率ｎ２及び厚さｄ２並びに誘電体層５２の屈折率ｎ３及び厚さｄ３が記入されている。図１６及び図１７は、第２参考例の発光素子における、入射光ＩＬの入射角θが０°、４５°、６０°及び７５°である場合の波長変換素子１２の反射率特性を示すグラフである。当該グラフにおいては、入射光ＩＬの波長が横軸にとられており、入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が縦軸にとられている。図１７のグラフは、図１６のグラフの一部を拡大したグラフである。

【0089】

第２参考例においては、図１５に図示されるように、誘電体層２３がＡｌ_２Ｏ_３からなり、誘電体層５１がＴｉ_３Ｏ_５からなり、誘電体層５２がＺｒＯ_２からなる。また、誘電体層２３の屈折率ｎ１は、１．６２６であり、誘電体層２３の厚さｄ１は、７０．７ｎｍである。また、誘電体層５１の屈折率ｎ２は、２．４７２であり、誘電体層５１の厚さｄ２は、９３ｎｍである。また、誘電体層５２の屈折率ｎ３は、２．０５であり、誘電体層５２の厚さは、５５．６ｎｍである。

【0090】

第２参考例においては、図１６及び図１７に示されるように、入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が大きく、当該反射率の振幅が大きい。

【0091】

図１８は、第７実施形態に属する第４実施例の発光素子１に備えられる複数の誘電体層２３、５１及び５２を模式的に図示する断面図である。図１８には、誘電体層２３の屈折率ｎ１及び厚さｄ１、誘電体層５１の屈折率ｎ２及び厚さｄ２並びに誘電体層５２の屈折率ｎ３及び厚さｄ３が記入されている。図１９及び図２０は、第７実施形態に属する第４実施例の発光素子１における、入射光ＩＬの入射角θが０°、４５°、６０°及び７５°である場合の波長変換素子１２の反射率特性を示すグラフである。当該グラフにおいては、入射光ＩＬの波長が横軸にとられており、入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が縦軸にとられている。図２０のグラフは、図１９のグラフの一部を拡大したグラフである。

【0092】

第４実施例においては、図１８に図示されるように、誘電体層２３がＭｇＦ_２からなり、誘電体層５１がＺｒＯ_２からなり、誘電体層５２がＭｇＯからなる。また、誘電体層２３の屈折率ｎ１は、１．３８であり、誘電体層２３の厚さｄ１は、８３．３ｎｍである。また、誘電体層５１の屈折率ｎ２は、２．０５であり、誘電体層５１の厚さｄ２は、１１１．２ｎｍである。また、誘電体層５２の屈折率ｎ３は、１．７４であり、誘電体層５２の厚さｄ３は、６６．１ｎｍである。

【0093】

第４実施例においては、図１９及び図２０に示されるように、入射光ＩＬに対する波長変換素子１２の反射率が低く、当該反射率の振幅が小さい。

【0094】

したがって、上述した条件を満たす第４実施例においては、上述した条件を満たさない第３参考例と比較して、当該反射率を低くすることができ、当該反射率の振幅を小さくすることができる。

【0095】

８ 第８実施形態
以下では、第８実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第８実施形態においても採用される。

【0096】

図２１は、第８実施形態の発光素子８を模式的に図示する断面図である。

【0097】

第８実施形態においては、基板２１は、光透過性を有する。

【0098】

また、第８実施形態においては、図２１に図示されるように、励起光ＥＬは、蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側と反対の側から波長変換素子１２に入射して入射光となる。励起光ＥＬの大部分は、基板２１を透過して蛍光膜２２に照射される。

【0099】

蛍光膜２２は、励起光ＥＬにより励起されて蛍光ＦＬを発する。蛍光ＦＬは、波長変換素子１２から蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側に取り出されて出射光となる。

【0100】

第８実施形態によれば、誘電体層２３により、蛍光ＦＬに対する誘電体層２３の透過率が高くなり蛍光ＦＬの光線が増える。

【0101】

図２２は、第８実施形態の発光素子８に備えられる波長変換素子１２及び当該波長変換素子１２における蛍光ＦＬ１及びＦＬ２並びに透過光ＴＬ１及びＴＬ２の進行方向を図示する断面図である。図２２は、平行領域２２ｐがある部分を図示する。

【0102】

図２２に図示される、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂの法線方向と０°をなす方向から進行してきた蛍光ＦＬ１が、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂから出射して誘電体層２３を透過した場合は、波長変換素子１２から図２２に図示される、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂの法線方向と０°をなす方向に進行する透過光ＴＬ１が出射する。また、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂの法線方向と３５°をなす方向から進行してきた蛍光ＦＬ２が、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂから出射して誘電体層２３を透過した場合は、波長変換素子１２から図２２に図示される、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂの法線方向と３５°以上の角度をなす方向に進行する透過光ＴＬ２が出射する。

【0103】

図２３は、第８実施形態の発光素子８に備えられる波長変換素子１２から誘電体層２３を省略して得られる波長変換素子における、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂの法線方向と０°及び３５°をなす方向から進行してきた光に対する蛍光膜２２の透過率を示すグラフである。図２４は、第８実施形態の発光素子８に備えられる波長変換素子１２における、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂの法線方向と０°及び３５°をなす方向から進行してきた光に対する蛍光膜２２の透過率を示すグラフである。

【0104】

図２３及び図２４に示されるように、誘電体層２３が省略されない場合は、誘電体層２３が省略される場合と比較して、蛍光ＦＬの波長を有する蛍光域において、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂの法線方向と０°及び３５°をなす方向から進行してきた光に対する蛍光膜２２の透過率が高くなる。

【0105】

９ 第９実施形態
以下では、第９実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第９実施形態においても採用される。

【0106】

図２５は、第９実施形態の発光素子９を模式的に図示する断面図である。

【0107】

第９実施形態においては、図２５に図示されるように、波長変換素子１２が、散乱層２５を備える。

【0108】

散乱層２５は、蛍光膜２２の第１の主面２２ａの側に配置され、基板２１と蛍光膜２２との間に配置される。

【0109】

散乱層２５は、散乱粒子及びバインダを備える。散乱粒子は、酸化チタン粒子、酸化亜鉛粒子等を含む。散乱層２５に備えられるバインダは、蛍光膜２２に備えられるバインダ３２を構成する材料と同じ材料により構成されてもよいし、蛍光膜２２に備えられるバインダ３２を構成する材料と異なる材料により構成されてもよい。蛍光膜２２に備えられるバインダ３２を構成する材料と同じ材料は、アルミナ等である。蛍光膜２２に備えられるバインダ３２を構成する材料と異なる材料は、シリコーン、シリカ等である。

【0110】

第９実施形態においては、図２５に図示されるように、励起光ＥＬは、散乱層２５、蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側から波長変換素子１２に入射する。

【0111】

散乱層２５は、蛍光膜２２から基板２１に向かう方向に出射する励起光ＥＬ及び蛍光ＦＬを散乱して当該方向と異なる方向に向ける。これにより、基板２１の第１の主面２２ａの反射率が低い場合及び基板２１が高反射膜を備えない場合においても、これらの光に対する反射率を高くすることができる。

【0112】

１０ 第１０実施形態
以下では、第１０実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第１０実施形態においても採用される。

【0113】

図２６は、第１０実施形態の発光素子６０を模式的に図示する断面図である。

【0114】

第１０実施形態においては、図２６に図示されるように、波長変換素子１２が、平坦化層２６を備える。

【0115】

平坦化層２６は、蛍光膜２２と誘電体層２３との間に配置される。平坦化層２６は、蛍光膜２２の上に配置される。誘電体層２３は、平坦化層２６の上に配置される。

【0116】

平坦化層２６は、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂの凹凸を解消して平坦面を提供する。誘電体層２３は、当該平坦面の上に配置される。

【0117】

平坦化層２６は、蛍光膜２２に備えられるバインダ３２を構成する材料と同じ材料により構成されてもよいし、蛍光膜２２に備えられるバインダ３２を構成する材料と異なる材料により構成されてもよい。平坦化層２６は、透光性材料からなる。

【0118】

上述した波長変換素子１２が誘電体層２３を備えることにより生じる効果は、誘電体層２３が平坦面の上に配置される場合にも生じる。

【0119】

１１ 第１１実施形態
以下では、第１１実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第１１実施形態においても採用される。

【0120】

図２７は、第１１実施形態の発光素子６１を模式的に図示する断面図である。

【0121】

第１１実施形態においては、図２７に図示されるように、波長変換素子１２が、光学レンズ２７を備える。

【0122】

光学レンズ２７は、蛍光膜２２と誘電体層２３との間に配置される。光学レンズ２７は、蛍光膜２２の上に配置される。誘電体層２３は、光学レンズ２７の上に配置される。

【0123】

光学レンズ２７は、幾何光学的なレンズである。

【0124】

光学レンズ２７は、蛍光膜２２に備えられるバインダ３２を構成する材料と同じ材料により構成されてもよいし、蛍光膜２２に備えられるバインダ３２を構成する材料と異なる材料により構成されてもよい。光学レンズ２７は、透光性材料からなる。

【0125】

上述した波長変換素子１２が誘電体層２３を備えることにより生じる効果は、誘電体層２３が光学レンズ２７により形成された凹凸の上に配置される場合にも生じる。

【0126】

１２ 第１２実施形態
図２８は、第１２実施形態の投影装置２０１を模式的に図示する図である。図２９は、第１２実施形態の投影装置２０１に備えられる波長変換素子（蛍光ホイール）１２を模式的に図示する斜視図である。図３０は、第１２実施形態の投影装置２０１に備えられる波長変換素子（蛍光ホイール）１２及び駆動装置２１２を模式的に図示する断面図である。

【0127】

図２８に図示されるように、投影装置２０１は、光源１１、波長変換素子１２、駆動装置２１２、回転位置センサ２１３、光源制御部２１５、第１の導光光学系２１６、第２の導光光学系２１７、空間光変調素子２１８、投影光学系２１９及び入力部２２０を備える。投影装置２０１に備えられる光源１１及び波長変換素子１２は、それぞれ、第４実施形態の発光素子１に備えられる光源１１及び波長変換素子１２である。投影装置２０１に備えられる光源１１及び波長変換素子１２が、それぞれ、第４実施形態以外の実施形態の発光素子に備えられる光源１１及び波長変換素子１２であってもよい。第１２実施形態においては、波長変換素子１２は、蛍光ホイールである。

【0128】

図２９に図示されるように、蛍光ホイール１２に備えられる基板２１は、円板状の形状を有し、蛍光ホイール１２に備えられる蛍光膜２２は、円環状の形状を有する。

【0129】

駆動装置２１２は、蛍光ホイール１２を回転させる。図３０に図示されるように、駆動装置２１２は、ホイールモータ２３１及びホイール固定金具２３２を備える。ホイールモータ２３１は、回転軸２４１を備える。回転軸２４１は、ホイール固定金具２３２を介して蛍光ホイール１２に結合される。駆動装置２１２は、回転軸２４１を周方向に回転させることにより、回転軸２４１に結合されるホイール固定金具２３２及び蛍光ホイール１２を周方向に回転させる。

【0130】

回転位置センサ２１３は、蛍光ホイール１２の回転位置を検知する。

【0131】

光源１１は、蛍光ホイール１２に励起光ＥＬを照射する。励起光ＥＬは蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側から蛍光ホイール１２に照射される。光源１１は、例えば、青色レーザーであり、励起光ＥＬは、例えば、青色光である。

【0132】

基板２１は、部分的に光透過性を有していてもよい。蛍光ホイール１２は、励起光ＥＬが照射されるのに応答して蛍光ＦＬを発し、蛍光ＦＬは、蛍光ホイール１２から蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側に取り出される。蛍光ＦＬは、例えば、赤色光及び緑色光である。基板２１の光透過性の部分を透過した透過励起光ＴＥＬは、蛍光ホイール１２から蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側と反対の側の側に取り出される。

【0133】

第１の導光光学系２１６は、例えば、ダイクロックミラーであり、蛍光ホイール１２により発せられる蛍光ＦＬを透過させて空間光変調素子２１８に導き、蛍光ホイール１２を透過し第２の導光光学系２１７により導かれてきた透過励起光ＴＥＬを反射して空間光変調素子２１８に導き、光源１１により発せられる励起光ＥＬを反射して蛍光ホイール１２に導く。

【0134】

第２の導光光学系２１７は、複数のミラー２５１を備える。複数のミラー２５１は、蛍光ホイール１２を透過した透過励起光ＴＥＬを繰り返し反射して第１の導光光学系２１６に導く。

【0135】

空間光変調素子２１８は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）等である。空間光変調素子２１８は、透過励起光ＴＥＬ及び蛍光ＦＬを空間光変調して出力光ＯＬを生成する。

【0136】

投影光学系２１９は、複数のレンズの組み合わせ等である。投影光学系２１９は、出力光ＯＬを投影面に投影する。

【0137】

光源制御部２１５は、回転位置センサ２１３により検知された回転位置及び入力部２２０に入力された入力信号を取得し、当該回転位置及び当該入力信号に基づいて光源１１により発せられる励起光ＥＬの強度を制御する。

【0138】

これらにより、投影面には、当該入力信号に応じた映像が表示される。

【0139】

１３ 第１３実施形態
図３１は、第１３実施形態の反射型レーザーヘッドライト３０１を模式的に図示する断面図である。図３２は、第１３実施形態の反射型レーザーヘッドライト３０１に備えられる波長変換素子１２を模式的に図示する断面図である。

【0140】

反射型レーザーヘッドライト３０１は、照明装置の例である。

【0141】

図３１に図示されるように、反射型レーザーヘッドライト３０１は、光源１１、波長変換素子１２及びリフレクタ３１３を備える。反射型レーザーヘッドライト３０１に備えられる光源１１及び波長変換素子１２は、第１実施形態の発光素子１又は第８実施形態の発光素子８に備えられる光源１１及び波長変換素子１２である。光源１１及び波長変換素子１２が、第１実施形態及び第８実施形態以外の実施形態の発光素子に備えられる光源１１及び波長変換素子１２であってもよい。

【0142】

光源１１は、波長変換素子１２に励起光ＥＬを照射する。励起光ＥＬは、蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側から波長変換素子１２に照射される。励起光ＥＬは、リフレクタ３１３の透穴を透過して波長変換素子１２に照射される。光源１１は、例えば、青色レーザーであり、励起光ＥＬは、例えば、青色光である。

【0143】

基板２１は、光反射性を有する。波長変換素子１２は、励起光ＥＬが照射されるのに応答して蛍光ＦＬを発し、励起光ＥＬの一部を拡散反射して拡散反射光ＤＲＬを生成する。蛍光ＦＬ及び拡散反射光ＤＲＬは、波長変換素子１２から蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側に取り出される。蛍光ＦＬは、例えば、黄色光である。拡散反射光ＤＲＬが青色光であり蛍光ＦＬが黄色光である場合は、蛍光ＦＬ及び拡散反射光ＤＲＬの混合光として白色光が得られる。

【0144】

リフレクタ３１３は、半放物面ミラーを有する。半放物面ミラーの焦点には、蛍光膜２２が配置される。これにより、蛍光ＦＬ及び拡散反射光ＤＲＬの混合光は、半放物面ミラーに反射されて平行光となり、リフレクタ３１３の出射面３１３ａから出射する。

【0145】

第１３実施形態においては、励起光ＥＬは、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂに照射される。蛍光ＦＬは、蛍光膜２２の第１の主面２２ａから出射する光線を含む。基板２１は、蛍光膜２２の第１の主面２２ａの上に配置され、ミラーとなって当該光線を反射する。また、蛍光ＦＬは、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂから出射する光線を含む。半放物面ミラーは、当該光線を反射する。

【0146】

１４ 第１４実施形態
図３３は、第１４実施形態の透過型レーザーヘッドライト４０１を模式的に図示する断面図である。図３４は、第１４実施形態の透過型レーザーヘッドライト４０１に備えられる波長変換素子１２を模式的に図示する断面図である。

【0147】

透過型レーザーヘッドライト４０１は、照明装置の例である。

【0148】

図３３に図示されるように、透過型レーザーヘッドライト４０１は、光源１１、波長変換素子１２及びリフレクタ４１３を備える。透過型レーザーヘッドライト４０１に備えられる光源１１及び波長変換素子１２は、それぞれ、第１実施形態の発光素子１又は第８実施形態の発光素子８に備えられる光源１１及び波長変換素子１２である。光源１１及び波長変換素子１２が、第１実施形態及び第８実施形態以外の実施形態の発光素子に備えられる光源１１及び波長変換素子１２であってもよい。

【0149】

光源１１は、波長変換素子１２に励起光ＥＬを照射する。励起光ＥＬは、蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側と反対の側の側から波長変換素子１２に照射される。励起光ＥＬは、リフレクタ４１３の透穴４１３ａを透過して波長変換素子１２に照射される。光源１１は、例えば、青色レーザーであり、励起光ＥＬは、例えば、青色光である。

【0150】

基板２１は、光透過性を有する。波長変換素子１２は、励起光ＥＬが照射されるのに応答して蛍光ＦＬを発し、励起光ＥＬの一部を透過させて透過光ＴＬを生成する。蛍光ＦＬ及び透過光ＴＬは、蛍光膜２２及び誘電体層２３が配置される側に取り出される。蛍光ＦＬは、例えば、黄色光である。透過光ＴＬが青色光であり蛍光ＦＬが黄色光である場合は、蛍光ＦＬ及び透過光ＴＬの混合光として白色光が得られる。

【0151】

リフレクタ４１３は、放物面ミラーを有する。放物面ミラーの焦点には、蛍光膜２２が配置される。蛍光ＦＬ及び透過光ＴＬの一部は、放物面ミラーに反射されて平行光となり、リフレクタ４１３の出射面４１３ｓから出射する。また、蛍光ＦＬ及び透過光ＴＬの他の一部は、放物面ミラーに反射されずに拡散光となり、リフレクタ４１３の出射面４１３ｓから出射する。

【0152】

第１４実施形態においては、励起光ＥＬは、蛍光膜２２の第１の主面２２ａに照射される。蛍光ＦＬは、蛍光膜２２の第２の主面２２ｂから出射する光線を含む。放物面ミラーは、当該光線を反射する。

【0153】

本開示は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。

【符号の説明】

【0154】

１，８，９，６０，６１ 発光素子、１１ 光源、１２ 波長変換素子（蛍光ホイール）、２１ 基板、２２ 蛍光膜、２２ｐ 平行領域、２２ｑ 傾斜領域、２３ 誘電体層、２４ 少なくともひとつの誘電体層、２５ 散乱層、２６ 平坦化層、２７ 光学レンズ、３１ 蛍光体粒子、３２ バインダ、４１ レンズ、４２ ダイクロックミラー、４３ 集光レンズ、５１ 誘電体層、５２ 誘電体層、１０１，２０１ 投影装置、２１２ 駆動装置、２１３ 回転位置センサ、２１５ 光源制御部、２１６ 第１の導光光学系、２１７ 第２の導光光学系、２１８ 空間光変調素子、２１９ 投影光学系、２２０ 入力部、２３１ ホイールモータ、２３２ ホイール固定金具、２４１ ミラー、３０１ 反射型レーザーヘッドライト、３１３ リフレクタ、４０１ 透過型レーザーヘッドライト、４１３ リフレクタ、ＥＬ 励起光、ＴＬ 透過光、ＲＬ１，ＲＬ２ 反射光、ＦＬ 蛍光、ＴＥＬ 透過励起光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】