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特開2024-132087波長変換装置、波長変換装置の製造方法、照明装置およびプロジェクター
(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】P2024132087
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】波長変換装置、波長変換装置の製造方法、照明装置およびプロジェクター
(51)【国際特許分類】
G03B 21/14 20060101AFI20240920BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20240920BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20240920BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
G03B21/14 A
G02B5/20
H04N5/74 Z
G03B21/00 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023042743
(22)【出願日】2023-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】橋爪 俊明
【テーマコード（参考）】
2H148
2K203
5C058
【Ｆターム（参考）】
2H148AA00
2H148AA05
2H148AA07
2K203FA03
2K203FA23
2K203FA34
2K203FA44
2K203FA45
2K203FA54
2K203FA62
2K203GA25
2K203HA27
2K203MA01
5C058AB03
5C058BA35
5C058EA02
5C058EA26
5C058EA51
(57)【要約】
【課題】放熱性に優れるとともに蛍光の取り出し効率を向上させた、波長変換装置、波長変換装置の製造方法、照明装置およびプロジェクターを提供する。
【解決手段】本発明の波長変換装置は、基板と、基板に設けられ、複数の蛍光体粒子と、複数の蛍光体粒子と基板とを結合する結合部材とを含む波長変換層と、基板と波長変換層との間に配置され、波長変換層から射出された光を反射する反射層と、を備え、複数の蛍光体粒子の粒径分布は、４０μｍ以上２００μｍ以下であり、粒径分布の中心値は、７０μｍ以上１５０μｍ以下であり、複数の蛍光体粒子のうち一部の蛍光体粒子は、反射層と熱的に接続され、複数の蛍光体粒子のうち５０％以上の蛍光体粒子は、互いに熱的に接続され、結合部材の厚さは、波長変換層の厚さの３０％以上８０％以下である。
【選択図】図３
【解決手段】本発明の波長変換装置は、基板と、基板に設けられ、複数の蛍光体粒子と、複数の蛍光体粒子と基板とを結合する結合部材とを含む波長変換層と、基板と波長変換層との間に配置され、波長変換層から射出された光を反射する反射層と、を備え、複数の蛍光体粒子の粒径分布は、４０μｍ以上２００μｍ以下であり、粒径分布の中心値は、７０μｍ以上１５０μｍ以下であり、複数の蛍光体粒子のうち一部の蛍光体粒子は、反射層と熱的に接続され、複数の蛍光体粒子のうち５０％以上の蛍光体粒子は、互いに熱的に接続され、結合部材の厚さは、波長変換層の厚さの３０％以上８０％以下である。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板に設けられ、複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子と前記基板とを結合する結合部材とを含む波長変換層と、
前記基板と前記波長変換層との間に配置され、前記波長変換層から射出された光を反射する反射層と、
を備え、
前記複数の蛍光体粒子の粒径分布は、４０μｍ以上２００μｍ以下であり、
前記粒径分布の中心値は、７０μｍ以上１５０μｍ以下であり、
前記複数の蛍光体粒子のうち一部の蛍光体粒子は、前記反射層と熱的に接続され、
前記複数の蛍光体粒子のうち５０％以上の蛍光体粒子は、互いに熱的に接続され、
前記結合部材の厚さは、前記波長変換層の厚さの３０％以上８０％以下である、
ことを特徴とする波長変換装置。
前記基板に設けられ、複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子と前記基板とを結合する結合部材とを含む波長変換層と、
前記基板と前記波長変換層との間に配置され、前記波長変換層から射出された光を反射する反射層と、
を備え、
前記複数の蛍光体粒子の粒径分布は、４０μｍ以上２００μｍ以下であり、
前記粒径分布の中心値は、７０μｍ以上１５０μｍ以下であり、
前記複数の蛍光体粒子のうち一部の蛍光体粒子は、前記反射層と熱的に接続され、
前記複数の蛍光体粒子のうち５０％以上の蛍光体粒子は、互いに熱的に接続され、
前記結合部材の厚さは、前記波長変換層の厚さの３０％以上８０％以下である、
ことを特徴とする波長変換装置。
【請求項2】
前記波長変換層の前記基板とは反対側において、前記複数の蛍光体粒子のうち一部の蛍光体粒子が前記結合部材から露出している、
ことを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項3】
前記波長変換層の厚さは、６０μｍ以上１５０μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の波長変換装置。
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の波長変換装置。
【請求項4】
前記基板とは反対側の前記波長変換層の表面において、前記結合部材を介して他の蛍光体粒子に結合されない蛍光体粒子が除去されている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の波長変換装置。
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の波長変換装置。
【請求項5】
基板と、前記基板に設けられ、粒径が４０μｍ以上２００μｍ以下であり、かつ、粒径分布の中心値が７０μｍ以上１５０μｍ以下である複数の蛍光体粒子と前記基板とが結合部材により結合された波長変換層と、前記基板と前記波長変換層との間に配置され、前記波長変換層から射出された光を反射する反射層と、を備え、前記結合部材の厚さが前記波長変換層の厚さの３０％以上８０％以下である波長変換装置の製造方法であって、
前記基板に設けられた前記反射層上に前記結合部材を形成するための結合部材用塗膜を塗布する第１工程と、
前記結合部材用塗膜に前記複数の蛍光体粒子を含む蛍光体粒子群を配置する第２工程と、
押圧部材により前記蛍光体粒子群を前記反射層に向けて押圧する第３工程と、
前記基板および前記蛍光体粒子群とともに前記結合部材用塗膜を焼成して前記結合部材を形成する第４工程と、
を備える、
ことを特徴とする波長変換装置の製造方法。
前記基板に設けられた前記反射層上に前記結合部材を形成するための結合部材用塗膜を塗布する第１工程と、
前記結合部材用塗膜に前記複数の蛍光体粒子を含む蛍光体粒子群を配置する第２工程と、
押圧部材により前記蛍光体粒子群を前記反射層に向けて押圧する第３工程と、
前記基板および前記蛍光体粒子群とともに前記結合部材用塗膜を焼成して前記結合部材を形成する第４工程と、
を備える、
ことを特徴とする波長変換装置の製造方法。
【請求項6】
前記基板とは反対側の前記波長変換層の表面において、前記蛍光体粒子群のうち前記結合部材を介して他の蛍光体粒子に結合されていない余剰粒子を除去する第５工程をさらに備える、
ことを特徴とする請求項５に記載の波長変換装置の製造方法。
ことを特徴とする請求項５に記載の波長変換装置の製造方法。
【請求項7】
励起光を射出する光源と、
前記励起光が入射する、請求項１または請求項２に記載の波長変換装置と、を備える、
ことを特徴とする照明装置。
前記励起光が入射する、請求項１または請求項２に記載の波長変換装置と、を備える、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項8】
請求項７に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える、
ことを特徴とするプロジェクター。
前記照明装置から射出された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える、
ことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、波長変換装置、波長変換装置の製造方法、照明装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献１には、基板と、蛍光体粒子群および封止部材を含む波長変換層と、を備えた波長変換部材において、蛍光体粒子群の断面比率を５０％以上に高め、かつ、断面が４０μｍ以上の大粒径の蛍光体粒子と断面が３０μｍ以下の小粒径の蛍光体粒子の両方を用いて充填率を高めることで波長変換層の熱伝導率を高める、技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１-０６０４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記特許文献１に開示の波長変換部材において、３０μｍ以下の小粒径の蛍光体粒子は比表面積が大きいため、波長変換層の内部で蛍光が反射されることで外部に取り出せる蛍光の光量が減少してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記の課題を解決するために、本発明の１つの態様によれば、基板と、前記基板に設けられ、複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子と前記基板とを結合する結合部材とを含む波長変換層と、前記基板と前記波長変換層との間に配置され、前記波長変換層から射出された光を反射する反射層と、を備え、前記複数の蛍光体粒子の粒径は、４０μｍ以上、２００μｍ以下であり、前記複数の蛍光体粒子の粒径分布の中心値は、７０μｍ以上、１５０μｍ以下であり、前記複数の蛍光体粒子のうち一部の蛍光体粒子は、前記反射層と熱的に接続され、前記複数の蛍光体粒子のうち５０％以上の蛍光体粒子は、互いに熱的に接続され、前記結合部材の厚さは、前記波長変換層の厚さの３０％以上、８０％以下である、波長変換装置が提供される。
【0006】
また、本発明の別の態様によれば、基板と、前記基板に設けられ、粒径が４０μｍ以上２００μｍ以下であり、かつ、粒径分布の中心値が７０μｍ以上１５０μｍ以下である複数の蛍光体粒子と前記基板とが結合部材により結合された波長変換層と、前記基板と前記波長変換層との間に配置され、前記波長変換層から射出された光を反射する反射層と、を備え、前記結合部材の厚さが前記波長変換層の厚さの３０％以上８０％以下である波長変換装置の製造方法であって、前記基板に設けられた前記反射層上に前記結合部材を形成するための結合部材用塗膜を塗布する第１工程と、前記結合部材用塗膜に前記複数の蛍光体粒子を含む蛍光体粒子群を配置する第２工程と、押圧部材により前記蛍光体粒子群を前記反射層に向けて押圧する第３工程と、前記基板および前記蛍光体粒子群とともに前記結合部材用塗膜を焼成して前記結合部材を形成する第４工程と、を備える、波長変換装置の製造方法が提供される。
【0007】
また、本発明の別の態様によれば、励起光を射出する光源と、前記励起光が入射する、上記態様の波長変換装置と、を備える、照明装置が提供される。
【0008】
また、本発明の別の態様によれば、上記態様の照明装置と、前記照明装置から射出された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える、プロジェクターが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】一実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
【図2】照明装置を示す概略構成図である。
【図3】波長変換装置の構成を示す断面図である。
【図4】蛍光体粒子の粒径分布を示すグラフである。
【図5】結合部材の厚さと蛍光発光量の関係を示すグラフである。
【図6A】波長変換装置の製造工程を示す図である。
【図6B】波長変換装置の製造工程を示す図である。
【図6C】波長変換装置の製造工程を示す図である。
【図6D】波長変換装置の製造工程を示す図である。
【図6E】波長変換装置の製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【0011】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、一実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上に映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、を備える。
図１は、一実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上に映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、を備える。
【0012】
照明装置２は、色分離光学系３に向けて白色の照明光ＷＬを射出する。照明装置２の構成については、後で詳しく説明する。
【0013】
色分離光学系３は、照明装置２から射出された照明光ＷＬを、赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１ダイクロイックミラー７ａと、第２ダイクロイックミラー７ｂと、第１全反射ミラー８ａと、第２全反射ミラー８ｂと、第３全反射ミラー８ｃと、第１リレーレンズ９ａと、第２リレーレンズ９ｂと、を備えている。
【0014】
第１ダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを、赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光と、に分離する。第１ダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光を反射する。一方、第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する。これにより、第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを含む光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。
【0015】
第１全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、第１ダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２全反射ミラー８ｂおよび第３全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【0016】
第１リレーレンズ９ａは、青色光ＬＢの光路中における第２ダイクロイックミラー７ｂおよび第２全反射ミラー８ｂの間に配置されている。第２リレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２全反射ミラー８ｂおよび第３全反射ミラー８ｃの間に配置されている。第１リレーレンズ９ａおよび第２リレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する。
【0017】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。
【0018】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側のそれぞれには、図示しない偏光板が配置されている。
【0019】
光変調装置４Ｒの入射側には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒは、光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化する。光変調装置４Ｇの入射側には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。フィールドレンズ１０Ｇは、光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化する。光変調装置４Ｂの入射側には、フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。
【0020】
合成光学系５には、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出される画像光が入射する。合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢのそれぞれに対応する画像光を合成し、合成された画像光を投射光学装置６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。
【0021】
投射光学装置６は、複数の投射レンズを有する。投射光学装置６は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大された映像が表示される。
【0022】
以下、照明装置２の構成について説明する。
図２は、本実施形態の照明装置２を示す概略構成図である。
図２に示すように、照明装置２は、第１光源４０と、コリメート光学系４１と、ダイクロイックミラー４２と、第１集光光学系４３と、波長変換装置５０と、第２光源４４と、第２集光光学系４５と、拡散板４６と、コリメート光学系４７と、を備える。
図２は、本実施形態の照明装置２を示す概略構成図である。
図２に示すように、照明装置２は、第１光源４０と、コリメート光学系４１と、ダイクロイックミラー４２と、第１集光光学系４３と、波長変換装置５０と、第２光源４４と、第２集光光学系４５と、拡散板４６と、コリメート光学系４７と、を備える。
【0023】
第１光源（光源）４０は、レーザー光からなる青色の励起光Ｅを射出する複数の半導体レーザー４０ａで構成されている。励起光Ｅの発光強度のピークは、例えば４４５ｎｍである。複数の半導体レーザー４０ａは、第１光源４０の光軸ａｘと直交する一つの平面内においてアレイ状に配置されている。なお、半導体レーザー４０ａとしては、４４５ｎｍ以外の波長、例えば４５５ｎｍや４６０ｎｍの青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。第１光源４０の光軸ａｘは、照明装置２の照明光軸１００ａｘと直交する。
【0024】
コリメート光学系４１は、第１レンズ４１ａと、第２レンズ４１ｂと、を備える。コリメート光学系４１は、第１光源４０から射出された光を略平行化する。第１レンズ４１ａおよび第２レンズ４１ｂのそれぞれは、凸レンズで構成されている。
【0025】
ダイクロイックミラー４２は、コリメート光学系４１から第１集光光学系４３までの間の光路中に、第１光源４０の光軸ａｘと照明光軸１００ａｘとのそれぞれに対して４５°の角度で交差する向きに配置されている。ダイクロイックミラー４２は、青色光成分を反射させ、赤色光成分および緑色光成分を透過させる。したがって、ダイクロイックミラー４２は、励起光Ｅおよび青色光Ｂを反射させ、黄色の蛍光Ｙを透過させる。
【0026】
第１集光光学系４３は、ダイクロイックミラー４２を透過した励起光Ｅを集光させて波長変換装置５０に入射させる一方、波長変換装置５０から射出された蛍光Ｙを略平行化する。第１集光光学系４３は、第１レンズ４３ａと、第２レンズ４３ｂと、を備える。第１レンズ４３ａおよび第２レンズ４３ｂのそれぞれは、凸レンズで構成されている。
【0027】
第２光源４４は、第１光源４０の波長帯と同一の波長帯を有する半導体レーザーから構成されている。第２光源４４は、１つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。また、第２光源４４は、第１光源４０の半導体レーザーとは波長帯が異なる半導体レーザーから構成されていてもよい。
【0028】
第２集光光学系４５は、第１レンズ４５ａと、第２レンズ４５ｂと、を備える。第２集光光学系４５は、第２光源４４から射出された青色光Ｂを拡散板４６の拡散面上または拡散面の近傍に集光させる。第１レンズ４５ａと第２レンズ４５ｂのそれぞれは、凸レンズで構成されている。
【0029】
拡散板４６は、第２光源４４から射出された青色光Ｂを拡散させ、波長変換装置５０から射出された蛍光Ｙの配光分布に近い配光分布を有する青色光Ｂを生成する。拡散板４６として、例えば光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。
【0030】
コリメート光学系４７は、第１レンズ４７ａと、第２レンズ４７ｂと、を備える。コリメート光学系４７は、拡散板４６から射出された光を略平行化する。第１レンズ４７ａおよび第２レンズ４７ｂのそれぞれは、凸レンズで構成されている。
【0031】
第２光源４４から射出された青色光Ｂは、ダイクロイックミラー４２で反射され、波長変換装置５０から射出され、ダイクロイックミラー４２を透過した蛍光Ｙと合成されて、白色の照明光ＷＬを生成する。照明光ＷＬは、均一照明光学系８０に入射する。
【0032】
均一照明光学系８０は、第１レンズアレイ８１と、第２レンズアレイ８２と、偏光変換素子８３と、重畳レンズ８４と、を有する。
【0033】
第１レンズアレイ８１は、照明装置２からの照明光ＷＬを複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ８１ａを有する。複数の第１レンズ８１ａは、照明光軸１００ａｘと直交する面内においてマトリクス状に配列されている。
【0034】
第２レンズアレイ８２は、第１レンズアレイ８１の複数の第１レンズ８１ａに対応する複数の第２レンズ８２ａを有する。複数の第２レンズ８２ａは、照明光軸１００ａｘに直交する面内においてマトリクス状に配列されている。
【0035】
第２レンズアレイ８２は、重畳レンズ８４とともに、第１レンズアレイ８１の各第１レンズ８１ａの像を光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍にそれぞれ結像する。
【0036】
偏光変換素子８３は、第２レンズアレイ８２から射出された光を一方の直線偏光に変換する。偏光変換素子８３は、例えば偏光分離膜および位相差板（図示略）を備える。
【0037】
重畳レンズ８４は、偏光変換素子８３から射出された各部分光束を集光して光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍にそれぞれ重畳させる。
【0038】
【0039】
図３に示すように、波長変換装置５０は、基板５１と、波長変換層５２と、反射層５４と、を備える。本実施形態の波長変換装置５０は、波長変換層５２に対する励起光Ｅの入射位置が時間的に変化しない固定型の波長変換装置で構成されている。
【0040】
基板５１は波長変換層５２を支持する。基板５１は、例えばアルミニウム、サファイア、窒化アルミニウム等の高い熱伝導率を有する平坦な基板で構成されている。波長変換層５２は、一方側から入射した励起光Ｅを波長変換した蛍光Ｙを同じ一方側から射出させる。
【0041】
反射層５４は基板５１と波長変換層５２との間に設けられている。つまり、反射層５４は、基板５１における波長変換層５２の支持面である表面５１ａに設けられている。反射層５４は、高い光反射率を有する銀等の金属膜、または誘電体多層膜、またはこれらの膜の組合せから構成されている。反射層５４は、波長変換層５２内において光入射側と反対側（基板５１側）に向かった蛍光Ｙを光入射側に向けて反射する。なお、反射層５４は、励起光Ｅの一部を光入射側に反射させてもよく、反射層５４に反射された励起光Ｅは蛍光Ｙの励起に利用される。
【0042】
このような構成に基づき、本実施形態の波長変換装置５０は、励起光Ｅが入射する波長変換層５２の光入射側から蛍光Ｙを射出する反射型の波長変換装置として機能するようになっている。
【0043】
波長変換層５２は、複数の蛍光体粒子２０と結合部材２１とを含む。複数の蛍光体粒子２０は、励起光Ｅを波長変換して蛍光Ｙを生成する。
【0044】
複数の蛍光体粒子２０は、例えば、賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）が添加されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）：Ｃｅ）から構成される。各蛍光体粒子２０は、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ３等の結晶体を樹脂で結合し、プレス後に１６００℃以上で焼成した後、例えば、ロールクラッシャーやハンマーやカッターなどで砕くことで構成される。あるいは、噴霧乾燥法、火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法によりＹＡＧの原料から形成した大粒径のＹＡＧ粒子を用いてもよい。
【0045】
本実施形態の波長変換層５２において、複数の蛍光体粒子２０のうち一部の蛍光体粒子は反射層５４と熱的に接続されている。図３において、複数の蛍光体粒子２０のうち反射層５４と熱的に接続されるものを蛍光体粒子２４と称す。
【0046】
ここで、反射層５４と熱的に接続された蛍光体粒子２４とは、蛍光体粒子２４と反射層５４とが直接接触した状態のみならず、互いに熱伝導可能な程度の１～２μｍの隙間が介在する状態も含む。なお、本実施形態の場合、蛍光体粒子２４と反射層５４との隙間には結合部材２１が設けられている。
この構成によれば、蛍光体粒子２４の熱が反射層５４から基板５１へと伝わって放出されるため、波長変換層５２の放熱性を高めることができる。
この構成によれば、蛍光体粒子２４の熱が反射層５４から基板５１へと伝わって放出されるため、波長変換層５２の放熱性を高めることができる。
【0047】
また、本実施形態の波長変換層５２において、複数の蛍光体粒子２０のうち５０％以上の蛍光体粒子は、互いに熱的に接続されている。つまり、複数の蛍光体粒子２０のうち半分以上は隣り合う粒子に対して接触あるいは熱伝導可能な隙間を介して配置されている。この構成によれば、蛍光体粒子２０間で効率良く熱が伝わるため、波長変換層５２の放熱性を高めることができる。
【0048】
また、本実施形態の波長変換層５２において、波長変換層５２は、基板５１とは反対側において、つまり、光入射側において、複数の蛍光体粒子２０のうち一部の蛍光体粒子が結合部材２１から露出している。本実施形態の波長変換層５２において、複数の蛍光体粒子２０のうち最も光入射面に近い最上層蛍光体粒子２０Ａの一部が結合部材２１から露出している。
【0049】
最上層蛍光体粒子２０Ａは、光入射側と反対側の根元部分２２と光入射側に位置する先端部分２３とを有する。最上層蛍光体粒子２０Ａにおいて、根元部分２２の一部のみが結合部材２１で覆われ、先端部分２３は結合部材２１から露出し周囲の空気層に接している。
【0050】
本実施形態の波長変換層５２において、基板５１とは反対側の表面、つまり、光入射面に位置する最上層蛍光体粒子２０Ａは、結合部材２１を介して他の蛍光体粒子２０に結合されるが、最上層蛍光体粒子２０Ａの周囲に結合部材２１に結合されない蛍光体粒子は存在していない。これは、最上層蛍光体粒子２０Ａが、後述の製造工程によって、結合部材２１から露出している複数の蛍光体粒子２０の中から結合部材２１と結合されない浮遊状態の余剰粒子を取り除くことで得られるためである。
つまり、本実施形態の波長変換層５２では、基板５１とは反対側の表面、つまり、光入射面において、結合部材２１を介して他の蛍光体粒子２０に結合されない蛍光体粒子が除去されていると換言できる。なお、本実施形態の波長変換装置５０において、波長変換層５２の基板５１とは反対側の表面に、図示しない、例えばフッ化マグネシウムで構成された単層の反射防止コートが設けられている。すなわち、反射防止コートは、結合部材２１から露出し周囲の空気層に接している最上層蛍光体粒子２０Ａの先端部分２３に設けられている。これにより、蛍光体粒子２０と空気層との境界において屈折率差に起因する光の反射を防止し、波長変換層５２から射出される蛍光Ｙの光量を増大させることができる。
つまり、本実施形態の波長変換層５２では、基板５１とは反対側の表面、つまり、光入射面において、結合部材２１を介して他の蛍光体粒子２０に結合されない蛍光体粒子が除去されていると換言できる。なお、本実施形態の波長変換装置５０において、波長変換層５２の基板５１とは反対側の表面に、図示しない、例えばフッ化マグネシウムで構成された単層の反射防止コートが設けられている。すなわち、反射防止コートは、結合部材２１から露出し周囲の空気層に接している最上層蛍光体粒子２０Ａの先端部分２３に設けられている。これにより、蛍光体粒子２０と空気層との境界において屈折率差に起因する光の反射を防止し、波長変換層５２から射出される蛍光Ｙの光量を増大させることができる。
【0051】
本実施形態の波長変換層５２において、複数の蛍光体粒子２０は粒径のバラツキを考慮し、所定の粒径分布を有している。
【0052】
図４は本実施形態の蛍光体粒子２０の粒径分布を示すグラフである。図４において横軸は粒径を示し、縦軸は割合を示している。
図４に示すように、本実施形態の蛍光体粒子２０の粒径分布は、４０μｍから２００μｍまでなだらかにばらついた分布を有している。つまり、本実施形態における複数の蛍光体粒子２０の粒径分布は４０μｍ以上２００μｍ以下である。
図４に示すように、本実施形態の蛍光体粒子２０の粒径分布は、４０μｍから２００μｍまでなだらかにばらついた分布を有している。つまり、本実施形態における複数の蛍光体粒子２０の粒径分布は４０μｍ以上２００μｍ以下である。
【0053】
また、複数の蛍光体粒子２０の粒径分布の中心値は、７０μｍ以上１５０μｍ以下となっている。なお、粒径分布の中心値とは、複数の蛍光体粒子２０の粒径分布のうち最も数が多い粒子の粒径をいう。粒径分布の中心値は、７０μｍ以上１２０μｍ以下とすることが望ましく、７０μｍ以上１００μｍ以下とすることがより望ましい。本実施形態の場合、粒径分布の中心値は８０μｍである。
【0054】
複数の蛍光体粒子２０の粒径分布は、波長変換層５２に含まれる全ての蛍光体粒子２０のうち９５％以上の粒子で規定される。これは、波長変換層５２に含まれる全ての蛍光体粒子２０の粒径を制御することは非常に困難であるからである。つまり、本実施形態の蛍光体粒子２０には粒径３０μｍ等の小粒径粒子も含まれるが、その割合は５％よりも少なく影響も小さい。
【0055】
複数の蛍光体粒子２０の粒径は４０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが望ましく、４０μｍ以上１００μｍ以下とすることがより望ましい。
【0056】
結合部材２１は、複数の蛍光体粒子２０同士、および、複数の蛍光体粒子２０と基板５１とを結合する。
結合部材２１としては、例えば、シリコーン樹脂、或いは、シラザン化合物や低融点ガラスといった無機接着剤が用いられる。シラザン化合物は、励起光Ｅに対して変色が極端に少なく、信頼性に優れている。また、シラザン化合物の熱伝導率は、シリコーン樹脂の熱伝導率の１０倍程度の１．４Ｗ／Ｋ・ｍであるため、蛍光体粒子２０の熱を基板５１側に効率良く伝えることが可能となる点でより好ましい。
結合部材２１としては、例えば、シリコーン樹脂、或いは、シラザン化合物や低融点ガラスといった無機接着剤が用いられる。シラザン化合物は、励起光Ｅに対して変色が極端に少なく、信頼性に優れている。また、シラザン化合物の熱伝導率は、シリコーン樹脂の熱伝導率の１０倍程度の１．４Ｗ／Ｋ・ｍであるため、蛍光体粒子２０の熱を基板５１側に効率良く伝えることが可能となる点でより好ましい。
【0057】
波長変換層５２における厚さは、その厚さ方向において１～３個分の蛍光体粒子２０を含むように設定される。このため、波長変換層５２における厚さは、蛍光体粒子２０の最小粒径４０μｍ以上、蛍光体粒子２０の最大粒径２００μｍ以下となる。具体的に波長変換層５２における厚さは、６０μｍ以上１５０μｍ以下とするのが好ましく、より好ましい厚さは６０μｍ以上１００μｍ以下であり、７０μｍ以上９０μｍ以下とすることがさらに好ましい。なお、波長変換層５２の厚さよりも粒径が大きい蛍光体粒子２０は波長変換層５２の厚さ方向において斜め方向に配列されることになる。
【0058】
波長変換層５２の表面は、複数の蛍光体粒子２０による凹凸を含む形状である。例えば、局所的に視た場合、波長変換層５２の厚さは、最小粒径４０μｍの蛍光体粒子２０を含む部位において局所的に厚さが４０μｍとなり、最大粒径２００μｍの蛍光体粒子２０を含む部位において局所的に厚さが２００μｍとなる場合もある。
このため、本明細書において、波長変換層５２の厚さは複数の蛍光体粒子２０による凹凸を含む平均値で規定することにした。本実施形態の波長変換層５２では、例えば、厚さを８０μｍとした。
このため、本明細書において、波長変換層５２の厚さは複数の蛍光体粒子２０による凹凸を含む平均値で規定することにした。本実施形態の波長変換層５２では、例えば、厚さを８０μｍとした。
【0059】
本発明者らは、結合部材２１の厚さは蛍光Ｙの発光量に影響及ぼすとの知見を得た。
図５は結合部材の厚さと蛍光発光量の関係を示すグラフである。図５のグラフにおいて、横軸は結合部材の厚さにおける波長変換層の全体に対する割合に相当し、縦軸は蛍光発光量に相当する。
図５は結合部材の厚さと蛍光発光量の関係を示すグラフである。図５のグラフにおいて、横軸は結合部材の厚さにおける波長変換層の全体に対する割合に相当し、縦軸は蛍光発光量に相当する。
【0060】
図５に示すように、結合部材２１の厚さが波長変換層５２の厚さの３０％より小さいと蛍光Ｙの発光量が低下することが分かる。これは、結合部材２１の厚みが小さくなりすぎることで複数の蛍光体粒子２０を基板５１に安定して接着できなくなったことで蛍光体粒子２０の数が少なくなるからである。
通常、結合部材２１の厚さとともに波長変換層５２の厚さが増えることで蛍光の発光量が増えていくが、結合部材２１の厚さが波長変換層５２の厚さの６０％を超えると、蛍光の取り出し光量が減少していく。これは、発光した蛍光Ｙが結合部材２１の内部に閉じ込められる割合が増えて外部へ射出され難くなるためである。
通常、結合部材２１の厚さとともに波長変換層５２の厚さが増えることで蛍光の発光量が増えていくが、結合部材２１の厚さが波長変換層５２の厚さの６０％を超えると、蛍光の取り出し光量が減少していく。これは、発光した蛍光Ｙが結合部材２１の内部に閉じ込められる割合が増えて外部へ射出され難くなるためである。
【0061】
本実施形態の波長変換層５２では、図５のグラフに基づき、結合部材２１の厚さを波長変換層５２の厚さの３０％以上８０％以下に設定した。結合部材２１の厚さは、波長変換層５２の厚さの４０％以上６０％以下に設定することがより望ましい。
本実施形態の波長変換層５２では、波長変換層５２の厚さが８０μｍとした場合に結合部材２１の厚さを４０μｍとした。
本実施形態の波長変換層５２では、波長変換層５２の厚さが８０μｍとした場合に結合部材２１の厚さを４０μｍとした。
【0062】
続いて、波長変換層５２の厚さにおける好ましい範囲を、気孔を有しないセラミックス蛍光体の測定実験の類推に基づいて説明する。
ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の励起光の吸収量、つまり、蛍光の発光量は、ＥＸＰ（－λｘｔ）に比例する。λは、吸収度を表わす係数であり、ｔは距離である。本実験によると、セラミックス蛍光体のＣｅ濃度を０．３％～１％以下とした場合、セラミックス蛍光体の厚さが３０μｍ以下では、Ｃｅイオンの量が不十分であるために、励起光を蛍光に変換することが十分にできない。
また、セラミックス蛍光体の厚さが６０μｍ以上の場合、蛍光体内部の蛍光の拡がりが大きくなるため、後段の光学系の光の取り込み効率が低下し蛍光の光利用効率が低下する。したがって、蛍光体の充填率がほぼ１００％であるセラミックス蛍光体の場合、蛍光体の厚さを３０μｍから６０μｍとすることで、蛍光変換効率を高めるとともに蛍光の利用効率を高めることが可能となる。
ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の励起光の吸収量、つまり、蛍光の発光量は、ＥＸＰ（－λｘｔ）に比例する。λは、吸収度を表わす係数であり、ｔは距離である。本実験によると、セラミックス蛍光体のＣｅ濃度を０．３％～１％以下とした場合、セラミックス蛍光体の厚さが３０μｍ以下では、Ｃｅイオンの量が不十分であるために、励起光を蛍光に変換することが十分にできない。
また、セラミックス蛍光体の厚さが６０μｍ以上の場合、蛍光体内部の蛍光の拡がりが大きくなるため、後段の光学系の光の取り込み効率が低下し蛍光の光利用効率が低下する。したがって、蛍光体の充填率がほぼ１００％であるセラミックス蛍光体の場合、蛍光体の厚さを３０μｍから６０μｍとすることで、蛍光変換効率を高めるとともに蛍光の利用効率を高めることが可能となる。
【0063】
本実施形態の波長変換層５２では、蛍光体粒子２０の充填率を比較的低い値である４０％以上５０％、より望ましくは４０％以上５０％未満に設定した。この理由としては、蛍光体粒子２０の粒径分布を後述のように４０μｍ以上２００μｍ以下に設定したことで３０μｍ以下の小粒径の粒子が蛍光体粒子２０としてほとんど含まれないことで、蛍光体粒子２０間に微小な隙間が生じ易くなったからである。
【0064】
本実施形態の波長変換層５２は、その厚さを、６０μｍ（＝３０μｍ÷０．５）から１５０μｍ（６０μｍ÷０．４）、つまり、６０μｍ以上１５０μｍ以下に設定することで、蛍光変換効率を高めるとともに蛍光の利用効率を高めるようにした。
【0065】
続いて、蛍光体粒子２０の粒径分布の範囲の根拠について説明する。
一般的にプロジェクターでは、液晶パネルを通過する光束とパネル面積との積と、蛍光体層で発光する光束と蛍光体層の発光面積との積と、を同じにすることで、エネルギーロスを最小にすることが可能となる。
一般的にプロジェクターでは、液晶パネルを通過する光束とパネル面積との積と、蛍光体層で発光する光束と蛍光体層の発光面積との積と、を同じにすることで、エネルギーロスを最小にすることが可能となる。
【0066】
例えば、液晶パネルのサイズを対角２５ｍｍとした場合、パネル面積は、約２０ｍｍ２となる。また、投射レンズをＦ２とすると、飲み込みの立体角は２ｘπｘ（１－ｃｏｓ（１４°））となる。なお、Ｆ２の拡がり角度は、ａｒｃｔａｎ（０．５／２）＝１４°と規定される。
【0067】
一方、蛍光体層の発光面積をＳとすると、蛍光発光の立体角は、２ｘπｘ（１－ｃｏｓ(７０°)となる。ここで、蛍光体層から発光された蛍光をピックアップレンズで飲み込み場合において、蛍光の発光角度が７０度を超えると、ピックアップレンズの表面での反射量が増えて取り込み効率が低下するので、上記式においてピックアップレンズの飲み込み角度を上記式において７０°とした。
【0068】
したがって、パネル側と蛍光体層側との間で面積および立体角の積が等しくなるように発光面積Ｓを設定すると、Ｓ＝３．２ｍｍ２となる。このような発光面積Ｓを持つ蛍光体層は１．８ｍｍｘ１．８ｍｍに相当する。
【0069】
ここで、波長変換層が複数の蛍光体粒子を含む場合、励起光の照射面積よりも蛍光体粒子の１個分程度だけ蛍光の発光領域が拡がるにじみが発生する。このような蛍光のにじみが大きくなるほど、蛍光体層から発光された蛍光を後段の光学系が取り込むことができず、蛍光の光利用効率が低下することで光損失となる。
【0070】
例えば、１．８ｍｍ角の蛍光体層において発生するにじみ領域を上下左右方向で１０％以下の大きさに抑えた場合、上述の光損失を３０％以下に抑えることが可能となる。
つまり、１．８ｍｍ角の蛍光体層で発生する蛍光のにじみによる光損失を３０％以下に抑えるためには、蛍光体粒子の粒径を１８０μｍ（＝１．８ｍｍｘ１０％）以下とすればよいことになる。また、蛍光体粒子の粒径を１５０μｍにすれば光損失を２５％以下に抑えることができ、蛍光体粒子の粒径を１２０μｍ以下にすれば光損失を２２％以下に抑えることができる。
つまり、１．８ｍｍ角の蛍光体層で発生する蛍光のにじみによる光損失を３０％以下に抑えるためには、蛍光体粒子の粒径を１８０μｍ（＝１．８ｍｍｘ１０％）以下とすればよいことになる。また、蛍光体粒子の粒径を１５０μｍにすれば光損失を２５％以下に抑えることができ、蛍光体粒子の粒径を１２０μｍ以下にすれば光損失を２２％以下に抑えることができる。
【0071】
実際には、蛍光のにじみ成分の光強度は弱いため、蛍光体粒子の最大粒径を１８０μｍとすることで光損失を十分に低減できる。一方、蛍光体粒子２０の粒径が２００μｍよりも大きくなると波長変換層５２の厚さを１５０μｍ以下に制御することが難しくなる。
このような考察に基づき、本実施形態の波長変換層５２では、蛍光体粒子２０の粒径分布の上限を２００μｍに設定するようにした。
このような考察に基づき、本実施形態の波長変換層５２では、蛍光体粒子２０の粒径分布の上限を２００μｍに設定するようにした。
【0072】
一方、蛍光体粒子の粒径が４０μｍより小さくなると、比表面積が大きくなることで、蛍光体粒子による蛍光の反射が増え、波長変換層の表面から取り出せる蛍光量が少なくなるからである。さらに、粒径の小さい蛍光体粒子を固定するためには、波長変換層全体までバインダー層の厚さを大きくする必要が生じる。バインダー層は空気層よりも屈折率が高いため、蛍光体粒子におけるバインダー層への埋め込み量が増えると、バインダー層と蛍光体粒子との界面での蛍光の反射が起こり、蛍光体粒子に蛍光が吸収されることで蛍光の取り出し効率が減少するためである。
したがって、蛍光体粒子の粒径が小さくなると、蛍光の取り出し効率が下がり、蛍光発光により波長変換層に生じた熱が基板まで届くまでに、多数の小粒径の蛍光体粒子とバインダー層との界面を通らなければならず、波長変換層の熱抵抗が大きくなることで、蛍光の発光量が少なくなってしまう。
したがって、蛍光体粒子の粒径が小さくなると、蛍光の取り出し効率が下がり、蛍光発光により波長変換層に生じた熱が基板まで届くまでに、多数の小粒径の蛍光体粒子とバインダー層との界面を通らなければならず、波長変換層の熱抵抗が大きくなることで、蛍光の発光量が少なくなってしまう。
【0073】
このような考察に基づき、本実施形態の波長変換層５２では、蛍光体粒子２０の粒径分布の下限を４０μｍに設定するようにした。上述のように複数の蛍光体粒子２０の全ての粒径を制御することは難しく、下限値４０μｍよりも小径の粒子も多少含まれるが、下限値を設定することで４０μｍよりも小径の粒子の影響を無視できる程度まで小さくできる。
【0074】
例えば、３０μｍの蛍光体粒子の比表面積は４０μｍの蛍光体粒子の比表面積の１．３倍（＝４０÷３０）となる。仮に４０μｍの蛍光体粒子の割合を６．５％以上、３０μｍの蛍光体粒子の割合を５％以下に抑えれば、３０μｍ以下の小径粒子の影響を最小限に抑えることが可能となる。
【0075】
このように本実施形態の波長変換層５２では、蛍光体粒子２０の粒径分布の下限を４０μｍに設定することで、蛍光体粒子２０の比表面積が大きくなることによる蛍光の反射による閉じ込めを抑制するとともにバインダー層に相当する結合部材２１の厚さを抑えることで蛍光の取り出し効率を高め、結合部材２１と蛍光体粒子２０との界面の増加に伴う熱抵抗の増大を抑えることができる。
【0076】
波長変換層５２において、蛍光体粒子２０における励起光Ｅの吸収は光入射面からの距離が大きくなるにつれて指数関数的に小さくなる。このため、波長変換層５２において、厚さ方向において複数の蛍光体粒子２０が配置される場合、光入射面側に最も近い蛍光体粒子２０における励起光Ｅの吸収が多くなる。つまり、波長変換層５２では、最も光入射側に位置する蛍光体粒子２０からの発光が大きくなる。
【0077】
このため、波長変換層５２において、複数の蛍光体粒子２０のうち最上層蛍光体粒子２０Ａが最も励起光Ｅの吸収量が多くなる。最上層蛍光体粒子２０Ａは、その先端部分２３から蛍光Ｙを空気層中に発光する。一方、最上層蛍光体粒子２０Ａは、先端部分２３よりも光入射側から離間する根元部分２２における励起光Ｅの吸収量が先端部分２３よりも少なく、かつ、結合部材２１との接触面積も僅かであるため、根元部分２２から結合部材２１中に放出される蛍光量は少ない。
【0078】
また、最上層蛍光体粒子２０Ａよりも光入射側と反対側、つまり基板５１側に位置する蛍光体粒子２０は結合部材２１に埋め込まれているが、最上層蛍光体粒子２０Ａに比べて励起光Ｅの吸収も少ないため、蛍光発光量が少なく、結果的に、結合部材２１中に放出される蛍光量は少なくなる。
また、結合部材２１中に放出される蛍光量が少なくなることで、結合部材２１内に閉じ込められる蛍光Ｙが少なくなるので、結果的に蛍光Ｙの取り出し効率を高めることができる。
また、結合部材２１中に放出される蛍光量が少なくなることで、結合部材２１内に閉じ込められる蛍光Ｙが少なくなるので、結果的に蛍光Ｙの取り出し効率を高めることができる。
【0079】
このように本実施形態の波長変換層５２では蛍光Ｙの取り出し効率を高めることで明るい蛍光Ｙを発光することができる。また、結合部材２１内への蛍光の拡がりを抑えることで発光面積が小さくなるため、蛍光Ｙのエテンデューも小さくなる。このように蛍光Ｙのエテンデューが小さくなると、波長変換層５２から射出された蛍光Ｙを含む照明光ＷＬのエテンデューを小さくできる。
したがって、本実施形態の照明装置２は、照明光ＷＬが入射する均一照明光学系８０の光利用効率を高めることができる。
したがって、本実施形態の照明装置２は、照明光ＷＬが入射する均一照明光学系８０の光利用効率を高めることができる。
【0080】
また、本実施形態の波長変換層５２において、最上層蛍光体粒子２０Ａでは蛍光Ｙの発光量が増えることで大きな熱が発生する。
本実施形態の波長変換層５２において、上述のように複数の蛍光体粒子２０のうち５０％以上の蛍光体粒子２０は互いに熱的に接続され、複数の蛍光体粒子２０のうち一部の蛍光体粒子２４は反射層５４と熱的に接続されている。
本実施形態の波長変換層５２において、上述のように複数の蛍光体粒子２０のうち５０％以上の蛍光体粒子２０は互いに熱的に接続され、複数の蛍光体粒子２０のうち一部の蛍光体粒子２４は反射層５４と熱的に接続されている。
【0081】
このため、最上層蛍光体粒子２０Ａの熱は熱的に接続される他の蛍光体粒子２０へと伝わり、やがて他の蛍光体粒子２０の熱は熱的に接続された蛍光体粒子２４を介して反射層５４に伝わり基板５１から放出される。
なお、最上層蛍光体粒子２０Ａのいずれかが反射層５４に熱的に接続されている場合もあり得る。この場合においては、最上層蛍光体粒子２０Ａの熱は粒子内部を通って反射層５４に伝わり基板５１から放出される。
本実施形態の波長変換層５２は、放熱性に優れるため、高輝度の励起光Ｅを入射させることが可能となるため、より明るい蛍光Ｙを効率良く外部に取り出すことができる。
なお、最上層蛍光体粒子２０Ａのいずれかが反射層５４に熱的に接続されている場合もあり得る。この場合においては、最上層蛍光体粒子２０Ａの熱は粒子内部を通って反射層５４に伝わり基板５１から放出される。
本実施形態の波長変換層５２は、放熱性に優れるため、高輝度の励起光Ｅを入射させることが可能となるため、より明るい蛍光Ｙを効率良く外部に取り出すことができる。
【0082】
続いて、本実施形態の波長変換装置５０の製造方法について図面を参照しつつ説明する。
図６Ａから図６Ｅは波長変換装置５０の製造工程を示す図である。
まず初めに、第１工程Ｓ１として、図６Ａに示すように、表面５１ａに反射層５４を形成した基板５１を用意し、基板５１に設けられた反射層５４上に結合部材２１を形成するためのシリコーンからなる結合部材用塗膜２１０を塗布する。結合部材用塗膜２１０の厚さは例えば２０μｍとした。
図６Ａから図６Ｅは波長変換装置５０の製造工程を示す図である。
まず初めに、第１工程Ｓ１として、図６Ａに示すように、表面５１ａに反射層５４を形成した基板５１を用意し、基板５１に設けられた反射層５４上に結合部材２１を形成するためのシリコーンからなる結合部材用塗膜２１０を塗布する。結合部材用塗膜２１０の厚さは例えば２０μｍとした。
【0083】
続いて、第２工程Ｓ２として、図６Ｂに示すように、ガラス板Ｇ上に配置した枠状のスペーサー部材ＳＰ内に蛍光体粒子群２００を配置する。具体的に波長変換層５２の厚さに合わせて、蛍光体粒子群２００の厚さが大体８０μｍとなるようにスペーサー部材ＳＰの高さを設定した。
本実施形態では、蛍光体粒子群２００として、粒径が４０μｍ以上２００μｍ以下の蛍光体粒子２０を複数含む粒子群を予め用意した。なお、蛍光体粒子群２００を準備する際の蛍光体粒子２０における粒径の計測には、例えば、マイクロトラック社の計測器を用いた。
本実施形態では、蛍光体粒子群２００として、粒径が４０μｍ以上２００μｍ以下の蛍光体粒子２０を複数含む粒子群を予め用意した。なお、蛍光体粒子群２００を準備する際の蛍光体粒子２０における粒径の計測には、例えば、マイクロトラック社の計測器を用いた。
【0084】
その後、基板５１上に形成した結合部材用塗膜２１０をガラス板Ｇ上のスペーサー部材ＳＰ内に上方から挿入し、ハンドプレスによって結合部材用塗膜２１０に蛍光体粒子群２００を配置する。
なお、ハンドプレスの押圧力としては、人の手でできる範囲、例えば、約１０Ｋｇｆ／ｃｍ２とした。
なお、ハンドプレスの押圧力としては、人の手でできる範囲、例えば、約１０Ｋｇｆ／ｃｍ２とした。
【0085】
基板５１およびガラス板Ｇの上下を反転し、ガラス板Ｇおよびスペーサー部材ＳＰを基板５１から分離した後、第３工程Ｓ３として、図６Ｃに示すように、押圧部材６０により蛍光体粒子群２００を反射層５４に向けて押圧する。
【0086】
本実施形態の場合、冷間等方加圧装置（ＣＩＰ）を用いて蛍光体粒子群２００を反射層５４に向けて押圧した。本実施形態では、例えば、基板５１、蛍光体粒子群２００および結合部材用塗膜２１０を押圧部材６０としてゴムのような変形抵抗の少ない成形モールドで覆った状態で液圧を加え、高圧力を均等にかけることで蛍光体粒子群２００に含まれる複数の蛍光体粒子２０を圧縮し、蛍光体粒子２０の充填率を３０％以上５５％以下、より望ましくは４０％以上５０％未満に調整した。
【0087】
本実施形態の場合、例えば、冷間等方加圧装置では約５ＭＰａの圧力をかけることで、複数の蛍光体粒子２０のうち５０％以上の蛍光体粒子は、互いに接触あるいは熱伝導可能な程度の１～２μｍ程度の隙間が設けられた状態、つまり、熱的に接続された状態となる。なお、より大きな圧力、例えば、１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の圧力をかけることで、熱蛍光体粒子２０の熱的な接続をより一層高めることができる。
また、複数の蛍光体粒子２０のうち基板５１側に位置する蛍光体粒子２０は基板５１に設けられた反射層５４に対して接触あるいは熱伝導可能な隙間が設けられた状態、つまり、熱的に接続された状態となる。
また、複数の蛍光体粒子２０のうち基板５１側に位置する蛍光体粒子２０は基板５１に設けられた反射層５４に対して接触あるいは熱伝導可能な隙間が設けられた状態、つまり、熱的に接続された状態となる。
【0088】
このようにして結合部材用塗膜２１０は蛍光体粒子群２００に含まれる各蛍光体粒子２０間に隙間なく入り込む。なお、押圧後における結合部材用塗膜２１０の厚さは蛍光体粒子２０の充填率により決まる。これは、充填率が低すぎると所望の発光特性が得られず、充填率が高すぎると小粒径の蛍光体粒子２０の含有量が増えることで発光効率が低下するからである。
本実施形態の場合、上述のように蛍光体粒子２０の充填率は３０％以上５５％以下、より望ましくは４０％以上５０％未満とされる。これにより、結合部材用塗膜２１０の厚さは、最初にガラス板Ｇに塗布された状態の厚さの２倍の４０μｍとなる。
本実施形態の場合、上述のように蛍光体粒子２０の充填率は３０％以上５５％以下、より望ましくは４０％以上５０％未満とされる。これにより、結合部材用塗膜２１０の厚さは、最初にガラス板Ｇに塗布された状態の厚さの２倍の４０μｍとなる。
【0089】
続けて、第４工程Ｓ４として、図６Ｄに示すように、基板５１および蛍光体粒子群２００とともに結合部材用塗膜２１０を１５０℃で所定時間だけ焼成して結合部材２１を形成する。このように複数の蛍光体粒子２０が結合部材２１を介して基板５１上の反射層５４に結合された波長変換層５２を生成することができる。
【0090】
ここで、蛍光体粒子群２００に含まれる一部の蛍光体粒子は結合部材２１に結合されていない、あるいは、ほとんど結合されていない。具体的に波長変換層５２の上面には、結合部材２１と結合されない浮遊状態の余剰粒子２５が残っている。このような余剰粒子２５は容易に剥離して照明装置２内で異物となったり、蛍光発生時に発生した熱が溜まるおそれがある。
【0091】
本実施形態では、第５工程Ｓ５として、図６Ｅに示すように、粘着テープＴＰを使って、基板５１とは反対側の波長変換層５２の表面において、蛍光体粒子群２００のうち結合部材２１を介して他の蛍光体粒子２０に結合されていない余剰粒子２５を除去する。その後、真空蒸着装置により上述した図示しない反射防止コートを波長変換層５２の上面に形成する。このようにして本実施形態の波長変換装置５０が製造される。
【0092】
本実施形態の波長変換装置５０によれば、基板５１と、基板５１に設けられ、複数の蛍光体粒子２０と、複数の蛍光体粒子２０と基板５１とを結合する結合部材２１とを含む波長変換層５２と、基板５１と波長変換層５２との間に配置され、波長変換層５２から射出された光を反射する反射層５４と、を備える。複数の蛍光体粒子２０の粒径分布は４０μｍ以上２００μｍ以下である。粒径分布の中心値は７０μｍ以上１５０μｍ以下である。複数の蛍光体粒子２０のうち一部の蛍光体粒子２４は反射層５４と熱的に接続される。複数の蛍光体粒子２０のうち５０％以上の蛍光体粒子２０は互いに熱的に接続される。結合部材２１の厚さは波長変換層５２の厚さの３０％以上８０％以下である。
【0093】
本実施形態の波長変換層５２によれば、蛍光Ｙの取り出し効率を高めることで明るい蛍光Ｙを射出することができる。また、蛍光発光時の熱を蛍光体粒子２４から反射層５４を介して基板５１へ逃がすことで波長変換層５２の放熱性を高めることができる。このため、高輝度の励起光Ｅを波長変換層５２に入射させることができるので、より明るい蛍光Ｙを効率良く外部に取り出すことができる。
【0094】
本実施形態の波長変換装置５０の製造方法によれば、基板５１と、基板５１に設けられ、粒径が４０μｍ以上２００μｍ以下であり、かつ、粒径分布の中心値が７０μｍ以上１５０μｍ以下である複数の蛍光体粒子２０と基板５１とが結合部材２１により結合された波長変換層５２と、基板５１と波長変換層５２との間に配置され、波長変換層５２から射出された光を反射する反射層５４と、を備え、結合部材２１の厚さが波長変換層５２の厚さの３０％以上８０％以下である波長変換装置５０の製造方法であって、基板５１に設けられた反射層５４上に結合部材２１を形成するための結合部材用塗膜２１０を塗布する第１工程Ｓ１と、結合部材用塗膜２１０に複数の蛍光体粒子２０を含む蛍光体粒子群２００を配置する第２工程Ｓ２と、押圧部材６０により蛍光体粒子群２００を反射層５４に向けて押圧する第３工程Ｓ３と、基板５１および蛍光体粒子群２００とともに結合部材用塗膜２１０を焼成して結合部材２１を形成する第４工程Ｓ４と、を備える。
【0095】
本実施形態の波長変換層５２の製造方法によれば、波長変換層５２で生成した蛍光Ｙの取り出し効率を高めることで明るい蛍光Ｙを射出し、蛍光発光時の熱を蛍光体粒子２０から反射層５４を介して基板５１へ逃がすことで放熱性に優れた波長変換装置５０を提供することができる。
【0096】
本実施形態の照明装置２は、励起光Ｅを射出する第１光源４０と、励起光Ｅが入射する波長変換装置５０と、を備える。
本実施形態の照明装置２によれば、明るい照明光ＷＬを射出する照明装置を提供することができる。また、波長変換装置５０から発光される蛍光Ｙのエテンデューが小さくなるため、蛍光Ｙを含む照明光ＷＬが均一照明光学系８０に効率良く取り込まれることで光利用効率を高めた照明装置２を提供できる。
本実施形態の照明装置２によれば、明るい照明光ＷＬを射出する照明装置を提供することができる。また、波長変換装置５０から発光される蛍光Ｙのエテンデューが小さくなるため、蛍光Ｙを含む照明光ＷＬが均一照明光学系８０に効率良く取り込まれることで光利用効率を高めた照明装置２を提供できる。
【0097】
本実施形態のプロジェクター１は、照明装置２と、照明装置２から射出された光を変調する光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂにより変調された光を投射する投射光学装置６と、を備える。
【0098】
本実施形態のプロジェクター１によれば、表示品質に優れ、高効率のプロジェクターを提供することができる。
【0099】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態で示した波長変換装置、照明装置およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料、製造方法等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
上記実施形態で示した波長変換装置、照明装置およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料、製造方法等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
【0100】
以下、本開示のまとめを付記する。
（付記１）
基板と、
前記基板に設けられ、複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子と前記基板とを結合する結合部材とを含む波長変換層と、
前記基板と前記波長変換層との間に配置され、前記波長変換層から射出された光を反射する反射層と、
を備え、
前記複数の蛍光体粒子の粒径分布は、４０μｍ以上２００μｍ以下であり、
前記粒径分布の中心値は、７０μｍ以上１５０μｍ以下であり、
前記複数の蛍光体粒子のうち一部の蛍光体粒子は、前記反射層と熱的に接続され、
前記複数の蛍光体粒子のうち５０％以上の蛍光体粒子は、互いに熱的に接続され、
前記結合部材の厚さは、前記波長変換層の厚さの３０％以上８０％以下である、
ことを特徴とする波長変換装置。
（付記１）
基板と、
前記基板に設けられ、複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子と前記基板とを結合する結合部材とを含む波長変換層と、
前記基板と前記波長変換層との間に配置され、前記波長変換層から射出された光を反射する反射層と、
を備え、
前記複数の蛍光体粒子の粒径分布は、４０μｍ以上２００μｍ以下であり、
前記粒径分布の中心値は、７０μｍ以上１５０μｍ以下であり、
前記複数の蛍光体粒子のうち一部の蛍光体粒子は、前記反射層と熱的に接続され、
前記複数の蛍光体粒子のうち５０％以上の蛍光体粒子は、互いに熱的に接続され、
前記結合部材の厚さは、前記波長変換層の厚さの３０％以上８０％以下である、
ことを特徴とする波長変換装置。
【0101】
この構成の波長変換装置によれば、波長変換層で生成した蛍光の取り出し効率を高めることで明るい蛍光を射出することができる。また、蛍光発光時の熱を蛍光体粒子から反射層を介して基板へ逃がすことで波長変換層の放熱性を高めることができる。このため、高輝度の励起光を波長変換層に入射させることができるので、より明るい蛍光を効率良く外部に取り出すことができる。
【0102】
（付記２）
前記波長変換層の前記基板とは反対側において、前記複数の蛍光体粒子のうち一部の蛍光体粒子が前記結合部材から露出している、
ことを特徴とする付記１に記載の波長変換装置。
前記波長変換層の前記基板とは反対側において、前記複数の蛍光体粒子のうち一部の蛍光体粒子が前記結合部材から露出している、
ことを特徴とする付記１に記載の波長変換装置。
【0103】
この構成によれば、結合部材から露出する蛍光体粒子から空気層中に蛍光を放出することで、結合部材中に放出される蛍光量を少なくできる。これにより、結合部材内に蛍光が閉じ込められないので、蛍光の取り出し効率を高めることができる。また、結合部材内への蛍光の拡がりを抑えることで蛍光の発光面積が小さくなるため、蛍光のエテンデューを小さくできる。よって、蛍光を後段の光学系に効率良く入射させることができる。
【0104】
（付記３）
前記波長変換層の厚さは、６０μｍ以上１５０μｍ以下である、
ことを特徴とする付記１または付記２に記載の波長変換装置。
前記波長変換層の厚さは、６０μｍ以上１５０μｍ以下である、
ことを特徴とする付記１または付記２に記載の波長変換装置。
【0105】
この構成によれば、上述の粒形分布を有する蛍光体粒子と組み合わせることで、放熱性に優れ明るい蛍光を生成する波長変換装置を提供できる。
【0106】
（付記４）
前記基板とは反対側の前記波長変換層の表面において、前記結合部材を介して他の蛍光体粒子に結合されない蛍光体粒子が除去されている、
ことを特徴とする付記１から付記３のうちのいずれか一つに記載の波長変換装置。
前記基板とは反対側の前記波長変換層の表面において、前記結合部材を介して他の蛍光体粒子に結合されない蛍光体粒子が除去されている、
ことを特徴とする付記１から付記３のうちのいずれか一つに記載の波長変換装置。
【0107】
この構成によれば、他の蛍光体粒子に結合されない余剰粒子が除去されているため、余剰粒子による異物の発生や蛍光発生時の熱が溜まるといった不具合の発生を抑制することができる。
【0108】
（付記５）
基板と、前記基板に設けられ、粒径が４０μｍ以上２００μｍ以下であり、かつ、粒径分布の中心値が７０μｍ以上１５０μｍ以下である複数の蛍光体粒子と前記基板とが結合部材により結合された波長変換層と、前記基板と前記波長変換層との間に配置され、前記波長変換層から射出された光を反射する反射層と、を備え、前記結合部材の厚さが前記波長変換層の厚さの３０％以上８０％以下である波長変換装置の製造方法であって、
前記基板に設けられた前記反射層上に前記結合部材を形成するための結合部材用塗膜を塗布する第１工程と、
前記結合部材用塗膜に前記複数の蛍光体粒子を含む蛍光体粒子群を配置する第２工程と、
押圧部材により前記蛍光体粒子群を前記反射層に向けて押圧する第３工程と、
前記基板および前記蛍光体粒子群とともに前記結合部材用塗膜を焼成して前記結合部材を形成する第４工程と、
を備える、
ことを特徴とする波長変換装置の製造方法。
基板と、前記基板に設けられ、粒径が４０μｍ以上２００μｍ以下であり、かつ、粒径分布の中心値が７０μｍ以上１５０μｍ以下である複数の蛍光体粒子と前記基板とが結合部材により結合された波長変換層と、前記基板と前記波長変換層との間に配置され、前記波長変換層から射出された光を反射する反射層と、を備え、前記結合部材の厚さが前記波長変換層の厚さの３０％以上８０％以下である波長変換装置の製造方法であって、
前記基板に設けられた前記反射層上に前記結合部材を形成するための結合部材用塗膜を塗布する第１工程と、
前記結合部材用塗膜に前記複数の蛍光体粒子を含む蛍光体粒子群を配置する第２工程と、
押圧部材により前記蛍光体粒子群を前記反射層に向けて押圧する第３工程と、
前記基板および前記蛍光体粒子群とともに前記結合部材用塗膜を焼成して前記結合部材を形成する第４工程と、
を備える、
ことを特徴とする波長変換装置の製造方法。
【0109】
この構成の波長変換装置の製造方法によれば、波長変換層で生成した蛍光の取り出し効率を高めることで明るい蛍光を射出し、蛍光発光時の熱を蛍光体粒子から反射層を介して基板へ逃がすことで放熱性に優れた波長変換装置を提供することができる。
【0110】
（付記６）
前記基板とは反対側の前記波長変換層の表面において、前記蛍光体粒子群のうち前記結合部材を介して他の蛍光体粒子に結合されていない余剰粒子を除去する第５工程をさらに備える、
ことを特徴とする付記５に記載の波長変換装置の製造方法。
前記基板とは反対側の前記波長変換層の表面において、前記蛍光体粒子群のうち前記結合部材を介して他の蛍光体粒子に結合されていない余剰粒子を除去する第５工程をさらに備える、
ことを特徴とする付記５に記載の波長変換装置の製造方法。
【0111】
この構成によれば、異物の発生や蛍光発生時の熱が溜まる原因となり得る余剰粒子を除去することができる。これにより、異物の発生や放熱性の低下といった不具合の発生を抑制できる。
【0112】
（付記７）
励起光を射出する光源と、
前記励起光が入射する、付記１から付記４のうちのいずれか一つに記載の波長変換装置と、を備える、
ことを特徴とする照明装置。
励起光を射出する光源と、
前記励起光が入射する、付記１から付記４のうちのいずれか一つに記載の波長変換装置と、を備える、
ことを特徴とする照明装置。
【0113】
この構成の照明装置によれば、明るい照明光を射出する照明装置を提供することができる。また、波長変換装置から発光される蛍光のエテンデューが小さくなるため、蛍光を含む照明光が後段の光学系に効率良く取り込まれることで光利用効率を高めた照明装置を提供できる。
【0114】
（付記８）
付記７に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える、
ことを特徴とするプロジェクター。
付記７に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える、
ことを特徴とするプロジェクター。
【0115】
この構成のプロジェクターによれば、表示品質に優れ、高効率のプロジェクターを提供できる。
【符号の説明】
【0116】
１…プロジェクター、２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、２０，２４…蛍光体粒子、２１…結合部材、２５…余剰粒子、４０…第１光源、５０…波長変換装置、５１…基板、５１ａ…表面、５２…波長変換層、５４…反射層、６０…押圧部材、２００…蛍光体粒子群、２１０…結合部材用塗膜、Ｅ…励起光、Ｓ１…第１工程、Ｓ２…第２工程、Ｓ３…第３工程、Ｓ４…第４工程、Ｓ５…第５工程、Ｙ…蛍光。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】