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特開2024-85493波長変換素子、波長変換装置、光源装置、プロジェクター、および波長変換素子の製造方法
(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】P2024085493
(43)【公開日】2024-06-27
(54)【発明の名称】波長変換素子、波長変換装置、光源装置、プロジェクター、および波長変換素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
G03B 21/14 20060101AFI20240620BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20240620BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20240620BHJP
【ＦＩ】
G03B21/14 Z
G03B21/14 A
G03B21/00 D
G02B5/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022200020
(22)【出願日】2022-12-15
(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】中込 陽一
【テーマコード（参考）】
2H148
2K203
【Ｆターム（参考）】
2H148AA07
2H148AA09
2H148AA19
2H148AA24
2K203HA30
(57)【要約】
【課題】波長変換効率と信頼性とに優れる波長変換素子を提供する。
【解決手段】本発明の波長変換素子は、第１波長帯の第１光が入射する第１面と、第１面とは反対側に位置する第２面と、を有し、第１光を第２波長帯の第２光に変換する波長変換部材と、波長変換部材の第２面に熱的に接続され、波長変換部材の熱が伝達される基板と、を備える。波長変換部材は、第１光により励起されて第２光を発光する波長変換粒子と、波長変換粒子の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーと、波長変換粒子とフィラーとを保持するバインダーと、を含む。波長変換部材は、第１面を有する第１波長変換層と、第２面を有する第２波長変換層と、を備える。第１波長変換層は、波長変換粒子とバインダーとを含み、フィラーを含まず、第２波長変換層は、波長変換粒子とフィラーとバインダーとを含む。
【選択図】図３
【解決手段】本発明の波長変換素子は、第１波長帯の第１光が入射する第１面と、第１面とは反対側に位置する第２面と、を有し、第１光を第２波長帯の第２光に変換する波長変換部材と、波長変換部材の第２面に熱的に接続され、波長変換部材の熱が伝達される基板と、を備える。波長変換部材は、第１光により励起されて第２光を発光する波長変換粒子と、波長変換粒子の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーと、波長変換粒子とフィラーとを保持するバインダーと、を含む。波長変換部材は、第１面を有する第１波長変換層と、第２面を有する第２波長変換層と、を備える。第１波長変換層は、波長変換粒子とバインダーとを含み、フィラーを含まず、第２波長変換層は、波長変換粒子とフィラーとバインダーとを含む。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１波長帯の第１光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を有し、前記第１光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換する波長変換部材と、
前記波長変換部材の前記第２面に熱的に接続され、前記波長変換部材の熱が伝達される基板と、
を備え、
前記波長変換部材は、前記第１光により励起されて前記第２光を発光する波長変換粒子と、前記波長変換粒子の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーと、前記波長変換粒子と前記フィラーとを保持するバインダーと、を含み、
前記波長変換部材は、前記第１面を有する第１波長変換層と、前記第２面を有する第２波長変換層と、を備え、
前記第１波長変換層は、前記波長変換粒子と前記バインダーとを含み、前記フィラーを含まず、
前記第２波長変換層は、前記波長変換粒子と前記フィラーと前記バインダーとを含む、波長変換素子。
前記波長変換部材の前記第２面に熱的に接続され、前記波長変換部材の熱が伝達される基板と、
を備え、
前記波長変換部材は、前記第１光により励起されて前記第２光を発光する波長変換粒子と、前記波長変換粒子の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーと、前記波長変換粒子と前記フィラーとを保持するバインダーと、を含み、
前記波長変換部材は、前記第１面を有する第１波長変換層と、前記第２面を有する第２波長変換層と、を備え、
前記第１波長変換層は、前記波長変換粒子と前記バインダーとを含み、前記フィラーを含まず、
前記第２波長変換層は、前記波長変換粒子と前記フィラーと前記バインダーとを含む、波長変換素子。
【請求項2】
第１波長帯の第１光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を有し、前記第１光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換する波長変換部材と、
前記波長変換部材の前記第２面に熱的に接続され、前記波長変換部材の熱が伝達される基板と、
を備え、
前記波長変換部材は、前記第１光により励起されて前記第２光を発光する蛍光体を含むマトリックス相と、前記マトリックス相の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーを含むフィラー相と、を含み、
前記波長変換部材は、前記第１面を有する第１波長変換層と、前記第２面を有する第２波長変換層と、を備え、
前記第１波長変換層は、前記マトリックス相を含み、前記フィラー相を含まず、
前記第２波長変換層は、前記マトリックス相と前記フィラー相と含む、波長変換素子。
前記波長変換部材の前記第２面に熱的に接続され、前記波長変換部材の熱が伝達される基板と、
を備え、
前記波長変換部材は、前記第１光により励起されて前記第２光を発光する蛍光体を含むマトリックス相と、前記マトリックス相の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーを含むフィラー相と、を含み、
前記波長変換部材は、前記第１面を有する第１波長変換層と、前記第２面を有する第２波長変換層と、を備え、
前記第１波長変換層は、前記マトリックス相を含み、前記フィラー相を含まず、
前記第２波長変換層は、前記マトリックス相と前記フィラー相と含む、波長変換素子。
【請求項3】
前記フィラーは、窒化アルミニウムで構成される、請求項１または２に記載の波長変換素子。
【請求項4】
前記第１波長変換層の厚さは、５μｍ以上、１００μｍ以下であり、
前記第２波長変換層の厚さは、５μｍ以上、１００μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の波長変換素子。
前記第２波長変換層の厚さは、５μｍ以上、１００μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の波長変換素子。
【請求項5】
前記第１波長変換層の厚さは、前記第２波長変換層の厚さよりも小さい、請求項１または請求項２に記載の波長変換素子。
【請求項6】
請求項１または請求項２に記載の波長変換素子と、
前記第１面に交差する回転軸を中心として前記基板を回転させるモーターと、
を備える、波長変換装置。
前記第１面に交差する回転軸を中心として前記基板を回転させるモーターと、
を備える、波長変換装置。
【請求項7】
前記波長変換部材は、前記回転軸に交差する方向に沿って前記基板の外方に張り出す張出部を有し、
前記第１光は、前記張出部において前記第１面に入射し、
前記第２光は、前記張出部において前記第２面から射出する、請求項６に記載の波長変換装置。
前記第１光は、前記張出部において前記第１面に入射し、
前記第２光は、前記張出部において前記第２面から射出する、請求項６に記載の波長変換装置。
【請求項8】
請求項１または請求項２に記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子に入射させる前記第１光を射出する発光素子と、
を備える、光源装置。
前記波長変換素子に入射させる前記第１光を射出する発光素子と、
を備える、光源装置。
【請求項9】
請求項６に記載の波長変換装置と、
前記波長変換装置に入射させる前記第１光を射出する発光素子と、
を備える、光源装置。
前記波長変換装置に入射させる前記第１光を射出する発光素子と、
を備える、光源装置。
【請求項10】
請求項８に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出される前記第２光を含む光を画像情報に応じて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。
前記光源装置から射出される前記第２光を含む光を画像情報に応じて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。
【請求項11】
第１光を第２光に変換する波長変換粒子と、前記波長変換粒子の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーと、前記波長変換粒子と前記フィラーとを保持するバインダーと、を含む波長変換部材と、前記波長変換部材に熱的に接続される基板と、を備える波長変換素子の製造方法であって、
前記波長変換粒子と前記バインダーとを含み、前記フィラーを含まない第１波長変換層を形成する工程と、
前記波長変換粒子と前記フィラーと前記バインダーとを含む第２波長変換層を形成する工程と、
前記第１波長変換層と前記第２波長変換層とを積層して加圧成型することにより前記波長変換部材を形成する工程と、
前記波長変換部材の前記第２波長変換層と前記基板とを熱的に接続する工程と、
を備える、波長変換素子の製造方法。
前記波長変換粒子と前記バインダーとを含み、前記フィラーを含まない第１波長変換層を形成する工程と、
前記波長変換粒子と前記フィラーと前記バインダーとを含む第２波長変換層を形成する工程と、
前記第１波長変換層と前記第２波長変換層とを積層して加圧成型することにより前記波長変換部材を形成する工程と、
前記波長変換部材の前記第２波長変換層と前記基板とを熱的に接続する工程と、
を備える、波長変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、波長変換素子、波長変換装置、光源装置、プロジェクター、および波長変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
プロジェクターに用いる光源装置として、発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。
【0003】
下記の特許文献１に、無機バインダー中に蛍光体粒子と熱伝導性粒子とを分散させた波長変換部材が開示されている。特許文献１には、波長変換部材に含まれる熱伝導性粒子の含有量を多くすることによって、蛍光体から発生する熱が熱伝導性粒子を介して効率良く外部に放出されるため、波長変換部材の温度上昇を抑制することができる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１５９３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところが、特許文献１のように、波長変換部材に熱伝導性粒子を含有させた場合、バインダー中に占める蛍光体粒子の割合が相対的に少なくなるため、熱伝導性粒子を含有させない場合に比べて波長変換効率が低くなる、という課題がある。また、波長変換に寄与しない熱伝導性粒子の存在により、生成された蛍光の散乱が多くなり、蛍光の損失が多くなるおそれもある。一方、波長変換部材に熱伝導性粒子を含有させない場合、波長変換部材で発生する熱の放出が難しくなるため、波長変換部材の温度上昇に伴って波長変換効率が低下する、波長変換部材が破損する、等の不具合が生じるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の波長変換素子は、第１波長帯の第１光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を有し、前記第１光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換する波長変換部材と、前記波長変換部材の前記第２面に熱的に接続され、前記波長変換部材の熱が伝達される基板と、を備える。前記波長変換部材は、前記第１光により励起されて前記第２光を発光する波長変換粒子と、前記波長変換粒子の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーと、前記波長変換粒子と前記フィラーとを保持するバインダーと、を含む。前記波長変換部材は、前記第１面を有する第１波長変換層と、前記第２面を有する第２波長変換層と、を備える。前記第１波長変換層は、前記波長変換粒子と前記バインダーとを含み、前記フィラーを含まず、前記第２波長変換層は、前記波長変換粒子と前記フィラーと前記バインダーとを含む。
【0007】
本発明の一つの態様の波長変換装置は、本発明の一つの態様の波長変換素子と、前記第１面に交差する回転軸を中心として前記基板を回転させるモーターと、を備える。
【0008】
本発明の一つの態様の光源装置は、本発明の一つの態様の波長変換素子と、前記波長変換素子に入射させる前記第１光を射出する発光素子と、を備える。
【0009】
本発明の他の一つの態様の光源装置は、本発明の一つの態様の波長変換装置と、前記波長変換装置に入射させる前記第１光を射出する発光素子と、を備える。
【0010】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置から射出される前記第２光を含む光を画像情報に応じて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。
【0011】
本発明の一つの態様の波長変換素子の製造方法は、第１光を第２光に変換する波長変換粒子と、前記波長変換粒子の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーと、前記波長変換粒子と前記フィラーとを保持するバインダーと、を含む波長変換部材と、前記波長変換部材に熱的に接続される基板と、を備える波長変換素子の製造方法であって、前記波長変換粒子と前記バインダーとを含み、前記フィラーを含まない第１波長変換層を形成する工程と、前記波長変換粒子と前記フィラーと前記バインダーとを含む第２波長変換層を形成する工程と、前記第１波長変換層と前記第２波長変換層とを積層して加圧成型することにより前記波長変換部材を形成する工程と、前記波長変換部材の前記第２波長変換層と前記基板とを熱的に接続する工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図2】第１実施形態の光源装置の概略構成図である。
【図3】第１実施形態の波長変換素子の概略構成図である。
【図4】第２実施形態の波長変換素子の概略構成図である。
【図5】第３実施形態の光源装置の概略構成図である。
【図6】第３実施形態の波長変換装置の概略構成図である。
【図7】第４実施形態の波長変換装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
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、特徴となる部分を拡大して示す場合があり、各構成要素の寸法の比率などが実際と同じであるとは限らない。
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
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、特徴となる部分を拡大して示す場合があり、各構成要素の寸法の比率などが実際と同じであるとは限らない。
【0014】
本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、本実施形態のプロジェクター１の概略構成図である。
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上にカラー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、光源装置２と、色分離光学系３と、光変調装置１１Ｒと、光変調装置１１Ｇと、光変調装置１１Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、を備える。
図１は、本実施形態のプロジェクター１の概略構成図である。
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上にカラー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、光源装置２と、色分離光学系３と、光変調装置１１Ｒと、光変調装置１１Ｇと、光変調装置１１Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、を備える。
【0015】
色分離光学系３は、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反射ミラー８ａと、第２反射ミラー８ｂと、第３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、を備える。
【0016】
第１ダイクロイックミラー７ａは、光源装置２からの照明光ＷＬを、赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを含む光と、に分離する。第１ダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧと青色光ＬＢと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を反射し、青色光ＬＢを透過することによって、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。
【0017】
第１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１１Ｒに向けて反射する。第２反射ミラー８ｂおよび第３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１１Ｂに導く。第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを光変調装置１１Ｇに向けて反射する。
【0018】
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の光路中における第２ダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。
【0019】
光変調装置１１Ｒ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１１Ｇ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１１Ｂ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。
【0020】
光変調装置１１Ｒ、光変調装置１１Ｇ、および光変調装置１１Ｂのそれぞれは、透過型の液晶パネルから構成されている。液晶パネルの光入射側および光射出側のそれぞれに、図示しない偏光板が配置されている。
【0021】
光変調装置１１Ｒの光入射側には、光変調装置１１Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化するフィールドレンズ１０Ｒが設けられている。光変調装置１１Ｇの光入射側には、光変調装置１１Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化するフィールドレンズ１０Ｇが設けられている。光変調装置１１Ｂの光入射側には、光変調装置１１Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化するフィールドレンズ１０Ｂが設けられている。
【0022】
光変調装置１１Ｒ、光変調装置１１Ｇ、および光変調装置１１Ｂのそれぞれから射出される画像光は、合成光学系５に入射する。合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢのそれぞれに対応した画像光を合成し、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は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。
【0023】
投射光学装置６は、複数の投射レンズから構成されている。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、拡大されたカラー映像が表示される。
【0024】
以下、本実施形態の光源装置２について説明する。
図２は、光源装置２の概略構成図である。
図２に示すように、光源装置２は、光源部２Ａと、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａと、を備える。本実施形態において、インテグレーター光学系３１と重畳レンズ３３ａとは、重畳光学系３３を構成する。光源装置２から射出される照明光ＷＬの中心軸を照明光軸ａｘ２と定義する。
図２は、光源装置２の概略構成図である。
図２に示すように、光源装置２は、光源部２Ａと、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａと、を備える。本実施形態において、インテグレーター光学系３１と重畳レンズ３３ａとは、重畳光学系３３を構成する。光源装置２から射出される照明光ＷＬの中心軸を照明光軸ａｘ２と定義する。
【0025】
光源部２Ａは、光源部２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１位相差板２８ａと、偏光分離素子２５と、第１集光光学系２６と、波長変換素子４と、第２位相差板２８ｂと、第２集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、を備える。光源部２１から射出される青色光ＢＬの中心軸を光軸ａｘ１と定義する。
【0026】
光源部２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１位相差板２８ａと、偏光分離素子２５と、第２位相差板２８ｂと、第２集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。波長変換素子４と、第１集光光学系２６と、偏光分離素子２５と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。
【0027】
光源部２１は、複数の発光素子２１１を備える。複数の発光素子２１１は、光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に並んで配置されている。発光素子２１１は、半導体レーザーから構成され、例えば４４５ｎｍ～４６５ｎｍの青色波長帯に対応する第１波長帯の青色光線Ｂを射出する。このように、光源部２１は、複数の青色光線Ｂからなる青色光ＢＬを射出する。すなわち、発光素子２１１は、波長変換素子４に入射させる青色光ＢＬを射出する。本実施形態の青色光ＢＬは、特許請求の範囲の第１光に対応する。
【0028】
光源部２１から射出された青色光ＢＬは、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、光源部２１から射出された青色光ＢＬを平行光に変換する。コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の発光素子２１１に対応して配置されている。
【0029】
コリメーター光学系２２を通過した青色光ＢＬは、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、青色光ＢＬの光束径を調整する。本実施形態の場合、アフォーカル光学系２３は、青色光ＢＬの光束径を縮小する。アフォーカル光学系２３は、凸レンズ２３ａと凹レンズ２３ｂとから構成されている。
【0030】
アフォーカル光学系２３を通過した青色光ＢＬは、第１位相差板２８ａに入射する。第１位相差板２８ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板で構成されている。光源部２１から射出される青色光ＢＬは、所定の偏光方向を有する直線偏光である。第１位相差板２８ａの回転角度を適切に設定することにより、第１位相差板２８ａを透過する青色光ＢＬを、後段の偏光分離素子２５に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光に変換することができる。また、第１位相差板２８ａの回転角度を変化させることにより、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。
【0031】
第１位相差板２８ａを通過して生成されたＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む青色光ＢＬは、偏光分離素子２５に入射する。偏光分離素子２５は、例えば波長選択性を有する偏光ビームスプリッターから構成されている。偏光分離素子２５は、光軸ａｘ１および照明光軸ａｘ２のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。
【0032】
偏光分離素子２５は、青色光ＢＬを、偏光分離素子２５に対するＳ偏光成分の青色光ＢＬｓとＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有する。具体的に、偏光分離素子２５は、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを反射させ、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを透過させる。また、偏光分離素子２５は、青色光ＢＬとは波長帯が異なる蛍光ＹＬを、偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有する。
【0033】
偏光分離素子２５から射出されたＳ偏光の青色光ＢＬｓは、第１集光光学系２６に入射する。第１集光光学系２６は、青色光ＢＬｓを波長変換素子４に向けて集光させる。第１集光光学系２６は、第１レンズ２６ａと第２レンズ２６ｂとから構成されている。なお、第１集光光学系２６を構成するレンズの数は、特に限定されない。第１集光光学系２６から射出された青色光ＢＬｓは、集束された状態で波長変換素子４に入射する。
【0034】
波長変換素子４で生成された蛍光ＹＬは、第１集光光学系２６で平行化された後、偏光分離素子２５に入射する。蛍光ＹＬは、偏光分離素子２５を透過する。本実施形態の蛍光ＹＬは、特許請求の範囲の第２光に対応する。なお、波長変換素子４の詳細な構成については後述する。
【0035】
一方、偏光分離素子２５から射出されたＰ偏光の青色光ＢＬｐは、第２位相差板２８ｂに入射する。第２位相差板２８ｂは、偏光分離素子２５と拡散反射素子３０との間の光路中に配置されている。第２位相差板２８ｂは、１／４波長板から構成されている。したがって、偏光分離素子２５から射出されたＰ偏光の青色光ＢＬｐは、第２位相差板２８ｂによって、例えば右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、第２集光光学系２９に入射する。
【0036】
第２集光光学系２９は、凸レンズ２９ａと凸レンズ２９ｂとから構成されている。なお、第２集光光学系２９を構成するレンズの数は、特に限定されない。第２集光光学系２９は、青色光ＢＬｃ１を集束させた状態で拡散反射素子３０に入射させる。
【0037】
拡散反射素子３０は、偏光分離素子２５に対して光源部２１の反対側に配置されている。拡散反射素子３０は、第２集光光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１を偏光分離素子２５に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０としては、青色光ＢＬｃ１をランバート反射させつつ、かつ、偏光状態を乱さないものを用いることが好ましい。
【0038】
以下、拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光ＢＬｃ２と称する。本実施形態によれば、青色光ＢＬｃ１を拡散反射させることにより、略均一な照度分布を有する青色光ＢＬｃ２が得られる。また、右回りの円偏光の青色光ＢＬｃ１は、反射によって左回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２となる。
【0039】
青色光ＢＬｃ２は、第２集光光学系２９によって平行光に変換された後、第２位相差板２８ｂに再度入射する。このとき、左回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２は、第２位相差板２８ｂを通過することによってＳ偏光の青色光ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ１は、偏光分離素子２５によってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。
【0040】
これにより、青色光ＢＬｓ１は、偏光分離素子２５を透過した蛍光ＹＬとともに、照明光ＷＬとして利用される。すなわち、青色光ＢＬｓ１および蛍光ＹＬは、偏光分離素子２５から互いに同じ方向に向けて射出され、青色光ＢＬｓ１と黄色の蛍光ＹＬとが合成された白色の照明光ＷＬが生成される。
【0041】
照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。インテグレーター光学系３１は、第１レンズアレイ３１ａと第２レンズアレイ３１ｂとから構成されている。第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂのそれぞれは、複数の小レンズがアレイ状に配列された構成を有する。
【0042】
インテグレーター光学系３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。
偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬを含む照明光ＷＬを直線偏光に変換する。
偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬを含む照明光ＷＬを直線偏光に変換する。
【0043】
偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａはインテグレーター光学系３１と協働して、被照明領域における照明光ＷＬによる照度分布を均一化する。このようにして、光源装置２は照明光ＷＬを生成する。
【0044】
【0045】
波長変換部材４０は、青色光ＢＬが入射する第１面４０ａと、第１面４０ａとは反対側に位置する第２面４０ｂと、を有する。波長変換部材４０は、第１面４０ａを有する第１波長変換層４１と、第２面４０ｂを有する第２波長変換層４２と、を備える。波長変換部材４０は、青色光ＢＬを蛍光ＹＬに変換する。
【0046】
波長変換部材４０は、複数の蛍光体粒子４５と、複数のフィラー４６と、バインダー４７と、を含んでいる。本実施形態の蛍光体粒子４５は、特許請求の範囲の波長変換粒子に対応する。
【0047】
蛍光体粒子４５は、青色光ＢＬにより励起され、青色光ＢＬの第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光ＹＬを発光する。蛍光ＹＬが有する第２波長帯は、例えば４９０～７５０ｎｍの黄色の波長帯である。すなわち、蛍光ＹＬは、赤色光成分および緑色光成分を含む黄色の蛍光である。具体的には、蛍光体粒子４５の材料は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてのセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例に挙げると、蛍光体粒子４５として、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法、ゾルゲル法などの湿式法により得られるＹ－Ａｌ－Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法、火炎熱分解法、熱プラズマ法などの気相法により得られるＹＡＧ：Ｃｅ粒子が用いられる。
【0048】
フィラー４６は、蛍光体粒子４５の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。フィラー４６は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、等の無機材料から構成される。ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の熱伝導率は約８Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対して、上記の無機材料の熱伝導率は８Ｗ／ｍ・Ｋよりも十分に大きい。例えばＡｌＮの熱伝導率は、１７０～２３０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。
【0049】
バインダー４７は、蛍光体粒子４５とフィラー４６とを保持する。バインダーは、例えばガラスや樹脂等から構成されている。
【0050】
基板４３は、波長変換部材４０の第２面４０ｂに熱的に接続されている。すなわち、基板４３は、波長変換部材４０のうち、第２波長変換層４２に熱的に接続されている。具体的には、基板４３は、ナノ銀ペースト等の熱伝導性接合材（図示略）を介して波長変換部材４０の第２面４０ｂに接合されていてもよい。基板４３は、所定の強度を有し、熱伝導率が高い材料で構成されることが望ましい。基板４３の材料として、例えば銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属が用いられる。基板４３は、波長変換部材４０に熱的に接続されることにより、波長変換部材４０の熱が伝達される。なお、基板４３からの放熱をさらに促進するため、ヒートシンク、フィン等の放熱部材が基板４３に接続されていてもよい。また、基板４３は、波長変換部材４０で生成される蛍光ＹＬを反射する。そのため、基板４３の波長変換部材４０に対向する面は、反射率が高いことが望ましい。
【0051】
上述したように、波長変換部材４０は、全体として、蛍光体粒子４５と、フィラー４６と、バインダー４７と、を含んでいる。ところが、波長変換部材４０のうち、第１波長変換層４１は、蛍光体粒子４５とバインダー４７とを含み、フィラー４６を含んでいない。これに対して、第２波長変換層４２は、蛍光体粒子４５とフィラー４６とバインダー４７とを含んでいる。
【0052】
本発明者は、波長変換層に励起光を入射させた際に、一般的に励起光は深さ方向にわたって均等に波長変換されるのではなく、励起光の多くは光入射面の近傍で波長変換され、光入射面から離れた領域にまで到達する励起光は少ないことに着目した。そこで、本発明者は、励起光となる青色光が入射する第１面の側は、バインダー中に蛍光体粒子のみを含有させ、フィラーを含有させず、基板に熱的に接続される第２面の側は、バインダー中に蛍光体粒子とフィラーとを混在させる構成に想到した。すなわち、本発明者は、波長変換部材４０が、蛍光体粒子４５とバインダー４７とを含み、フィラー４６を含まない第１波長変換層４１と、蛍光体粒子４５とフィラー４６とバインダー４７とを含む第２波長変換層４２と、を備える本実施形態の波長変換素子４の構成に想到した。
【0053】
この構成によれば、第１波長変換層４１がフィラー４６を含まないため、その分だけバインダー４７中に占める蛍光体粒子４５の割合を多くすることができ、波長変換効率を向上させることができる。また、フィラー４６による蛍光ＹＬの散乱を抑制できるため、蛍光ＹＬの損失を少なくすることができる。一方、第２波長変換層４２がフィラー４６を含むため、フィラー４６を含まない第１波長変換層４１に比べて熱伝導率を高めることができ、波長変換部材４０で発生する熱を基板４３に効率良く伝達させ、外部に放出することができる。
【0054】
上述したように、ＹＡＧ：Ｃｅの熱伝導率は８Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、ＡｌＮの熱伝導率は１７０～２３０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。本発明者の試算によれば、例えばバインダー４７中にＹＡＧ：Ｃｅに対する体積比で５０％のＡｌＮを添加したとすると、第２波長変換層４２の熱伝導率を約４０Ｗ／ｍ・Ｋに高めることができる。さらに、第２波長変換層４２がフィラー４６に加えて蛍光体粒子４５も含むため、第１波長変換層４１で変換しきれずに第２波長変換層４２に入射した青色光ＢＬを蛍光ＹＬに変換することができ、波長変換効率の向上に寄与することができる。フィラー４６にＡｌＮを用いる場合、フィラー４６の量は、ＹＡＧ：Ｃｅの蛍光体粒子４５に対する体積比で５０％以上、１００％未満であることが望ましい。
【0055】
波長変換が第１波長変換層４１の表面（第１面４０ａ）近傍で生じる点、熱が伝導しやすいように第２波長変換層４２までの距離が長すぎない点などを考慮すると、第１波長変換層４１の厚さは、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが望ましい。また、第１波長変換層４１から基板４３への熱の伝達のしやすさを考慮すると、第２波長変換層４２の厚さは、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが望ましい。また、第１波長変換層４１の厚さは、第２波長変換層４２の厚さと同じでもよいが、波長変換が波長変換部材４０のごく表層で生じる点を考慮すると、第２波長変換層４２の厚さよりも小さくてもよい。
【0056】
以下、本実施形態の波長変換素子４の製造方法について説明する。
最初に、蛍光体粒子４５とバインダー４７とを含み、フィラー４６を含まない第１波長変換層４１を形成する。
次に、蛍光体粒子４５とフィラー４６とバインダー４７とを含む第２波長変換層４２を形成する。なお、第１波長変換層４１の形成と第２波長変換層４２の形成との順番は問わない。
最初に、蛍光体粒子４５とバインダー４７とを含み、フィラー４６を含まない第１波長変換層４１を形成する。
次に、蛍光体粒子４５とフィラー４６とバインダー４７とを含む第２波長変換層４２を形成する。なお、第１波長変換層４１の形成と第２波長変換層４２の形成との順番は問わない。
【0057】
次に、第１波長変換層４１と第２波長変換層４２とを積層し、プレス機等を用いて加圧成型することにより第１波長変換層４１と第２波長変換層４２とを一体化し、波長変換部材４０を形成する。
次に、ナノ銀ペースト等の熱伝導性接合材を介して波長変換部材４０の第２波長変換層４２と基板４３とを接合し、波長変換部材４０の第２面４０ｂと基板４３とを熱的に接続する。
次に、ナノ銀ペースト等の熱伝導性接合材を介して波長変換部材４０の第２波長変換層４２と基板４３とを接合し、波長変換部材４０の第２面４０ｂと基板４３とを熱的に接続する。
【0058】
すなわち、本実施形態の波長変換素子４の製造方法は、蛍光体粒子４５とバインダー４７とを含み、フィラー４６を含まない第１波長変換層４１を形成する工程と、蛍光体粒子４５とフィラー４６とバインダー４７とを含む第２波長変換層４２を形成する工程と、第１波長変換層４１と第２波長変換層４２とを積層して加圧成型することにより波長変換部材４０を形成する工程と、波長変換部材４０の第２波長変換層４２と基板４３とを熱的に接続する工程と、を備える。
【0059】
［第１実施形態の効果］
本実施形態の波長変換素子４は、青色光ＢＬが入射する第１面４０ａと、第１面４０ａとは反対側に位置する第２面４０ｂと、を有し、青色光ＢＬを蛍光ＹＬに変換する波長変換部材４０と、波長変換部材４０の第２面４０ｂに熱的に接続され、波長変換部材４０の熱が伝達される基板４３と、を備える。波長変換部材４０は、青色光ＢＬにより励起されて蛍光ＹＬを発光する蛍光体粒子４５と、蛍光体粒子４５の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラー４６と、蛍光体粒子４５とフィラー４６とを保持するバインダー４７と、を含む。波長変換部材４０は、第１面４０ａを有する第１波長変換層４１と、第２面４０ｂを有する第２波長変換層４２と、を備える。第１波長変換層４１は、蛍光体粒子４５とバインダー４７とを含み、フィラー４６を含まず、第２波長変換層４２は、蛍光体粒子４５とフィラー４６とバインダー４７とを含む。
本実施形態の波長変換素子４は、青色光ＢＬが入射する第１面４０ａと、第１面４０ａとは反対側に位置する第２面４０ｂと、を有し、青色光ＢＬを蛍光ＹＬに変換する波長変換部材４０と、波長変換部材４０の第２面４０ｂに熱的に接続され、波長変換部材４０の熱が伝達される基板４３と、を備える。波長変換部材４０は、青色光ＢＬにより励起されて蛍光ＹＬを発光する蛍光体粒子４５と、蛍光体粒子４５の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラー４６と、蛍光体粒子４５とフィラー４６とを保持するバインダー４７と、を含む。波長変換部材４０は、第１面４０ａを有する第１波長変換層４１と、第２面４０ｂを有する第２波長変換層４２と、を備える。第１波長変換層４１は、蛍光体粒子４５とバインダー４７とを含み、フィラー４６を含まず、第２波長変換層４２は、蛍光体粒子４５とフィラー４６とバインダー４７とを含む。
【0060】
本実施形態の構成によれば、波長変換が主に行われる第１波長変換層４１における蛍光体粒子４５の割合を相対的に大きくできるため、高い波長変換効率を確保することができる。さらに、波長変換部材４０の排熱にとって重要な第２波長変換層４２の熱伝導率を大きくできるため、波長変換部材４０の温度上昇が抑制され、波長変換効率の低下、波長変換部材の破損等の不具合を抑えることができる。
【0061】
また、本実施形態の波長変換素子４の製造方法によれば、上記の効果を有する波長変換素子４を比較的容易に製造することができる。
【0062】
本実施形態の光源装置２は、本実施形態の波長変換素子４を備えているため、蛍光ＹＬの利用効率および信頼性に優れる。
【0063】
本実施形態のプロジェクター１は、本実施形態の光源装置２を備えているため、高効率および高信頼性を有するプロジェクターを実現できる。
【0064】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図面を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第１実施形態と略同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の説明は省略する。
図４は、第２実施形態の波長変換素子５４の概略構成図である。
図４において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
以下、本発明の第２実施形態について、図面を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第１実施形態と略同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の説明は省略する。
図４は、第２実施形態の波長変換素子５４の概略構成図である。
図４において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【0065】
図４に示すように、本実施形態の波長変換素子５４は、波長変換部材５５と、基板４３と、を備える。
【0066】
波長変換部材５５は、青色光ＢＬが入射する第１面５５ａと、第１面５５ａとは反対側に位置する第２面５５ｂと、を有する。波長変換部材５５は、第１面５５ａを有する第１波長変換層５７と、第２面５５ｂを有する第２波長変換層５８と、第１波長変換層５７と第２波長変換層５８との間に設けられた他の波長変換層５９と、を備える。すなわち、第１実施形態の波長変換部材４０が２層の波長変換層４１，４２を備えていたのに対し、本実施形態の波長変換部材５５は、３層以上の波長変換層５７，５８，５９を備える。他の波長変換層５９の数は、１層でもよいし、２層以上でもよい。
【0067】
他の波長変換層５９は、バインダー４７中に含まれる蛍光体粒子４５の割合が第１波長変換層５７よりも少なく、第２波長変換層５８よりも多い。また、他の波長変換層５９は、バインダー４７中に含まれるフィラー４６の割合が第２波長変換層５８よりも少ない。他の波長変換層５９が２層以上の波長変換層で構成される場合、バインダー４７中に含まれる蛍光体粒子４５の割合が第１波長変換層５７の側から第２波長変換層５８の側に向かって順次少なくなり、バインダー４７中に含まれるフィラー４６の割合が第１波長変換層５７の側から第２波長変換層５８の側に向かって順次多くなっていてもよい。
【0068】
または、必ずしも蛍光体粒子４５およびフィラー４６の割合が順次変化していなくてもよい。例えば、他の波長変換層５９に含まれる隣り合う２層の波長変換層において、蛍光体粒子４５およびフィラー４６の割合が同じであってもよい。いずれの場合であっても、第１波長変換層５７に近い側の波長変換層が主に波長変換に寄与し、第２波長変換層５８に近い側の波長変換層が主に熱伝導に寄与するように、蛍光体粒子４５およびフィラー４６の混合比が調整されていることが望ましい。波長変換素子５４のその他の構成は、第１実施形態の波長変換素子４と同様である。
【0069】
各波長変換層５７，５８，５９の厚さは、波長変換および熱伝導の性能、製造工程の容易さ等の観点から、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが望ましい。また、波長変換部材５５の全体の厚さは、熱伝導のしやすさ等の観点から、２００μｍ以下であることが望ましい。
【0070】
［第２実施形態の効果］
本実施形態の波長変換素子５４においても、第１波長変換層５７の蛍光体粒子４５の割合を相対的に大きくすることで高い波長変換効率を確保できるとともに、第２波長変換層５８の熱伝導率を高めることで波長変換部材５５の温度上昇に伴う波長変換効率の低下、波長変換部材の破損等の不具合を抑えることができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
本実施形態の波長変換素子５４においても、第１波長変換層５７の蛍光体粒子４５の割合を相対的に大きくすることで高い波長変換効率を確保できるとともに、第２波長変換層５８の熱伝導率を高めることで波長変換部材５５の温度上昇に伴う波長変換効率の低下、波長変換部材の破損等の不具合を抑えることができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0071】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図面を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と略同様であり、光源装置および波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの説明は省略する。
図５は、第３実施形態の光源装置２０の概略構成図である。図６は、第３実施形態の波長変換装置１３の概略構成図である。
図５および図６において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
以下、本発明の第３実施形態について、図面を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と略同様であり、光源装置および波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの説明は省略する。
図５は、第３実施形態の光源装置２０の概略構成図である。図６は、第３実施形態の波長変換装置１３の概略構成図である。
図５および図６において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【0072】
以下、本実施形態の光源装置２０について説明する。
図５に示すように、光源装置２０は、光源部２１と、集光レンズ５１と、導光体１２と、波長変換装置１３と、ピックアップ光学系１４と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａと、を備える。
図５に示すように、光源装置２０は、光源部２１と、集光レンズ５１と、導光体１２と、波長変換装置１３と、ピックアップ光学系１４と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａと、を備える。
【0073】
光源部２１は、第１実施形態と同様、半導体レーザーからなる複数の発光素子２１１を備える。光源部２１は、第１波長帯の青色光ＢＬを波長変換装置１３に向けて射出する。光源部２１から射出される青色光ＢＬの中心軸を光軸１００ａｘと定義する。
【0074】
集光レンズ５１は、光源部２１の光射出側に設けられている。集光レンズ５１は、凸レンズから構成されている。集光レンズ５１は、光源部２１から射出される青色光ＢＬを集光して導光体１２に入射させる。
【0075】
導光体１２は、光入射面１２ａと、光射出面１２ｂと、側面１２ｃと、を有する。光入射面１２ａは、集光レンズ５１によって集光された青色光ＢＬが入射する端面である。光射出面１２ｂは、光入射面１２ａとは反対側の端面であって、導光体１２の内部を伝播した青色光ＢＬを射出する端面である。側面１２ｃは、光入射面１２ａおよび光射出面１２ｂに交差する面である。
【0076】
導光体１２は、光入射面１２ａから導光体１２の内部に入射する青色光ＢＬを側面１２ｃでの全反射によって伝播させつつ、青色光ＢＬの一部を光射出面１２ｂから射出する。導光体１２は、長軸方向に延在するロッドレンズで構成されている。導光体１２は、中心軸に直交する断面積が光入射面１２ａから光射出面１２ｂに向かって変化しない四角柱形状を有する。
【0077】
導光体１２は、例えばＢＫ７等のホウケイ酸ガラス、石英、合成石英、水晶、およびサファイア等の透光性部材で構成されている。導光体１２は、例えば、青色光ＢＬの吸収が少ない特性を有する石英で構成される。これにより、導光体１２は、青色光ＢＬを効率良く伝播させて波長変換装置１３に導くことができる。
【0078】
導光体１２に入射した青色光ＢＬは、導光体１２の内部を全反射しながら伝播することにより、照度分布の均一性が向上した状態で光射出面１２ｂから射出される。導光体１２によって照度分布の均一性が高められた青色光ＢＬは、波長変換装置１３に入射する。波長変換装置１３は、青色光ＢＬによって励起されることで蛍光ＹＬを生成して射出する。
【0079】
波長変換装置１３に入射する青色光ＢＬの一部は、波長変換装置１３を透過して射出される。すなわち、波長変換装置１３は、青色光ＢＬの一部と蛍光ＹＬとが合成された白色の照明光ＷＬを射出する。波長変換装置１３の構成については後述する。
【0080】
ピックアップ光学系１４は、第１レンズ１４ａと、第２レンズ１４ｂと、を備える。ピックアップ光学系１４は、波長変換装置１３から射出される照明光ＷＬを略平行化する。第１レンズ１４ａおよび第２レンズ１４ｂのそれぞれは、凸レンズから構成されている。ピックアップ光学系１４を構成するレンズの数は、特に限定されない。
【0081】
インテグレーター光学系３１、偏光変換素子３２、および重畳レンズ３３ａの構成は、第１実施形態と同様である。
【0082】
以下、本実施形態の波長変換装置１３について説明する。
図６に示すように、波長変換装置１３は、波長変換素子６１と、モーター６２と、を備える。波長変換素子６１は、波長変換部材６３と、基板６４と、を備える。モーター６２は、波長変換部材６３の第１面６３ａに交差する回転軸Ｃを中心として基板６４を回転させる。
図６に示すように、波長変換装置１３は、波長変換素子６１と、モーター６２と、を備える。波長変換素子６１は、波長変換部材６３と、基板６４と、を備える。モーター６２は、波長変換部材６３の第１面６３ａに交差する回転軸Ｃを中心として基板６４を回転させる。
【0083】
波長変換部材６３は、青色光ＢＬが入射する第１面６３ａと、第１面６３ａとは反対側に位置する第２面６３ｂと、を有する。波長変換部材６３は、第１面６３ａを有する第１波長変換層６５と、第２面６３ｂを有する第２波長変換層６６と、を備える。波長変換部材６３は、複数の蛍光体粒子４５と、複数のフィラー４６と、バインダー４７と、を含んでいる。波長変換部材６３は、青色光ＢＬの一部を蛍光ＹＬに変換する。本実施形態の場合、蛍光ＹＬに変換されなかった青色光ＢＬの他の一部は、波長変換部材６３から射出される。
【0084】
基板６４は、波長変換部材６３の第２面６３ｂに熱的に接続されている。すなわち、基板６４は、波長変換部材６３のうち、第２波長変換層６６に熱的に接続されている。具体的には、基板６４は、ナノ銀ペースト等の熱伝導性接合材６８を介して波長変換部材６３の第２面６３ｂに接合されている。なお、基板６４には、ヒートシンク、フィン等の放熱部材がさらに接続されていてもよい。
【0085】
回転軸Ｃの方向から見て、基板６４の形状は円形であり、波長変換部材６３の形状は円環状である。また、波長変換部材６３の外径は、基板６４の外径よりも大きい。したがって、波長変換部材６３は、回転軸Ｃに交差する方向に沿って基板６４の外方に張り出す張出部６３ｔを有する。青色光ＢＬは、張出部６３ｔにおいて波長変換部材６３の第１面６３ａに入射する。蛍光ＹＬおよび波長変換されなかった青色光ＢＬは、張出部６３ｔにおいて波長変換部材６３の第２面６３ｂから射出される。
【0086】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、波長変換部材６３は、全体として、蛍光体粒子４５と、フィラー４６と、バインダー４７と、を含む。ところが、波長変換部材６３のうち、第１波長変換層６５は、蛍光体粒子４５とバインダー４７とを含み、フィラー４６を含まない。一方、第２波長変換層６６は、蛍光体粒子４５とフィラー４６とバインダー４７とを含む。
【0087】
［第３実施形態の効果］
本実施形態の波長変換装置１３においても、第１波長変換層６５の蛍光体粒子４５の割合を相対的に大きくすることで高い波長変換効率を確保できるとともに、第２波長変換層６６の熱伝導率を高めることで波長変換部材６３の温度上昇に伴う波長変換効率の低下、波長変換部材の破損等の不具合を抑えることができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
本実施形態の波長変換装置１３においても、第１波長変換層６５の蛍光体粒子４５の割合を相対的に大きくすることで高い波長変換効率を確保できるとともに、第２波長変換層６６の熱伝導率を高めることで波長変換部材６３の温度上昇に伴う波長変換効率の低下、波長変換部材の破損等の不具合を抑えることができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0088】
特に本実施形態の場合、波長変換素子６１がモーター６２によって回転するため、第１実施形態に比べて排熱性能が格段に向上し、波長変換部材６３の温度上昇を効果的に抑制することができる。
【0089】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図面を用いて説明する。
第４実施形態の光源装置の基本構成は第３実施形態と略同様であり、波長変換装置の構成が第３実施形態と異なる。そのため、光源装置の説明は省略する。
図７は、第４実施形態の波長変換装置７３の概略構成図である。
図７において、第３実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
以下、本発明の第４実施形態について、図面を用いて説明する。
第４実施形態の光源装置の基本構成は第３実施形態と略同様であり、波長変換装置の構成が第３実施形態と異なる。そのため、光源装置の説明は省略する。
図７は、第４実施形態の波長変換装置７３の概略構成図である。
図７において、第３実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【0090】
図７に示すように、本実施形態の波長変換装置７３は、波長変換素子７５と、モーター６２と、を備える。波長変換素子７５は、波長変換部材６３と、基板６４と、放熱部材７４と、を備える。
【0091】
回転軸Ｃの方向から見て、放熱部材７４は、円環状の形状を有する。放熱部材７４の内周側は、基板６４と熱的に接続され、放熱部材７４の外周側は、波長変換部材６３の第１波長変換層６５と熱的に接続されている。波長変換装置７３のその他の構成は、第３実施形態の波長変換装置１３と同様である。
【0092】
［第４実施形態の効果］
本実施形態の波長変換装置７３においても、第１波長変換層６５の蛍光体粒子４５の割合を相対的に大きくすることで高い波長変換効率を確保できるとともに、第２波長変換層６６の熱伝導率を高めることで波長変換部材６３の温度上昇に伴う波長変換効率の低下、波長変換部材６３の破損等の不具合を抑えることができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
本実施形態の波長変換装置７３においても、第１波長変換層６５の蛍光体粒子４５の割合を相対的に大きくすることで高い波長変換効率を確保できるとともに、第２波長変換層６６の熱伝導率を高めることで波長変換部材６３の温度上昇に伴う波長変換効率の低下、波長変換部材６３の破損等の不具合を抑えることができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0093】
特に本実施形態の場合、第１波長変換層６５で発生する熱は、第２波長変換層６６を介して基板６４に伝達されることに加え、第１波長変換層６５から放熱部材７４に直接伝達され、外部に放出される。これにより、波長変換部材６３の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
【0094】
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。また、本発明の一つの態様は、上記実施形態および変形例の特徴部分を適宜組み合わせた構成とすることができる。例えば、第１実施形態では反射型で固定式の波長変換素子の例を挙げ、第３実施形態では透過型で回転ホイール式の波長変換素子の例を挙げたが、透過型で固定式の波長変換素子であってもよいし、反射型で回転ホイール式の波長変換素子であってもよい。
【0095】
また、本発明の第１波長変換層および第２波長変換層は、バインダーによって波長変換粒子とフィラーとを保持する構成としたが、これに限らず、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体からなり、体積の大部分を占める蛍光体マトリックス相と、分散相としてのフィラー相と、から構成されるいわゆるセラミックス蛍光体であっても良い。
【0096】
上記の場合、第１波長変換層および第２波長変換層のそれぞれの体積のうち、第１波長変換層の体積のうち蛍光体マトリックス相の占める割合を、第２波長変換層の体積のうち蛍光体マトリックス相が占める割合よりも相対的に大きくし、第２波長変換層の体積のうち蛍光体マトリックス相の占める割合を、第１波長変換層の体積の蛍光体マトリックス相が占める割合よりも相対的に小さくすることで本願実施形態の１と同様な効果を奏することができる。
【0097】
波長変換素子、波長変換装置、光源装置およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料など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。上記実施形態では、本発明による光源装置を、液晶パネルを用いたプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限定されない。本発明による光源装置を、光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに適用してもよい。また、プロジェクターは、複数の光変調装置を有していなくてもよく、１つの光変調装置のみを有していてもよい。
【0098】
上記実施形態では、本発明の光源装置をプロジェクターに適用した例を示したが、これに限られない。本発明の光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
【0099】
［本開示のまとめ］
以下、本開示のまとめを付記する。
以下、本開示のまとめを付記する。
【0100】
（付記１）
第１波長帯の第１光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を有し、前記第１光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換する波長変換部材と、
前記波長変換部材の前記第２面に熱的に接続され、前記波長変換部材の熱が伝達される基板と、
を備え、
前記波長変換部材は、前記第１光により励起されて前記第２光を発光する波長変換粒子と、前記波長変換粒子の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーと、前記波長変換粒子と前記フィラーとを保持するバインダーと、を含み、
前記波長変換部材は、前記第１面を有する第１波長変換層と、前記第２面を有する第２波長変換層と、を備え、
前記第１波長変換層は、前記波長変換粒子と前記バインダーとを含み、前記フィラーを含まず、
前記第２波長変換層は、前記波長変換粒子と前記フィラーと前記バインダーとを含む、波長変換素子。
第１波長帯の第１光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を有し、前記第１光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換する波長変換部材と、
前記波長変換部材の前記第２面に熱的に接続され、前記波長変換部材の熱が伝達される基板と、
を備え、
前記波長変換部材は、前記第１光により励起されて前記第２光を発光する波長変換粒子と、前記波長変換粒子の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーと、前記波長変換粒子と前記フィラーとを保持するバインダーと、を含み、
前記波長変換部材は、前記第１面を有する第１波長変換層と、前記第２面を有する第２波長変換層と、を備え、
前記第１波長変換層は、前記波長変換粒子と前記バインダーとを含み、前記フィラーを含まず、
前記第２波長変換層は、前記波長変換粒子と前記フィラーと前記バインダーとを含む、波長変換素子。
【0101】
付記１の構成によれば、第１波長変換層の蛍光体粒子の割合を相対的に大きくすることで高い波長変換効率を確保できるとともに、第２波長変換層の熱伝導率を高めることで波長変換部材の温度上昇に伴う波長変換効率の低下、波長変換部材の破損等の不具合を抑えることができる。
【0102】
（付記２）
第１波長帯の第１光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を有し、前記第１光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換する波長変換部材と、
前記波長変換部材の前記第２面に熱的に接続され、前記波長変換部材の熱が伝達される基板と、
を備え、
前記波長変換部材は、前記第１光により励起されて前記第２光を発光する蛍光体を含むマトリックス相と、前記マトリックス相の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーを含むフィラー相と、を含み、
前記波長変換部材は、前記第１面を有する第１波長変換層と、前記第２面を有する第２波長変換層と、を備え、
前記第１波長変換層は、前記マトリックス相を含み、前記フィラー相を含まず、
前記第２波長変換層は、前記マトリックス相と前記フィラー相と含む、波長変換素子。
第１波長帯の第１光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を有し、前記第１光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２光に変換する波長変換部材と、
前記波長変換部材の前記第２面に熱的に接続され、前記波長変換部材の熱が伝達される基板と、
を備え、
前記波長変換部材は、前記第１光により励起されて前記第２光を発光する蛍光体を含むマトリックス相と、前記マトリックス相の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーを含むフィラー相と、を含み、
前記波長変換部材は、前記第１面を有する第１波長変換層と、前記第２面を有する第２波長変換層と、を備え、
前記第１波長変換層は、前記マトリックス相を含み、前記フィラー相を含まず、
前記第２波長変換層は、前記マトリックス相と前記フィラー相と含む、波長変換素子。
【0103】
（付記３）
前記フィラーは、窒化アルミニウムで構成される、付記１または付記２に記載の波長変換素子。
前記フィラーは、窒化アルミニウムで構成される、付記１または付記２に記載の波長変換素子。
【0104】
付記３の構成によれば、熱伝導率の高い第２波長変換層を有する波長変換素子を実現することができる。
【0105】
（付記４）
前記第１波長変換層の厚さは、５μｍ以上、１００μｍ以下であり、
前記第２波長変換層の厚さは、５μｍ以上、１００μｍ以下である、付記１から付記３に記載の波長変換素子。
前記第１波長変換層の厚さは、５μｍ以上、１００μｍ以下であり、
前記第２波長変換層の厚さは、５μｍ以上、１００μｍ以下である、付記１から付記３に記載の波長変換素子。
【0106】
付記４の構成によれば、第１波長変換層の波長変換機能を十分に発揮しつつ、第１面から第２波長変換層までの距離を最適化することで第１波長変換層の排熱性を十分に確保することができる。また、第２波長変換層における補助的な波長変換機能を十分に発揮しつつ、第２波長変換層の厚さを最適化することで第２波長変換層の排熱性を十分に確保することができる。
【0107】
（付記５）
前記第１波長変換層の厚さは、前記第２波長変換層の厚さよりも小さい、付記１から付記４までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
前記第１波長変換層の厚さは、前記第２波長変換層の厚さよりも小さい、付記１から付記４までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
【0108】
付記５の構成によれば、一般に波長変換が光入射面のごく近傍で行われるため、第１波長変換層の波長変換機能が損なわれることがなく、第２波長変換層への熱の伝達が行われやすくなる。
【0109】
（付記６）
付記１から付記５までのいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記第１面に交差する回転軸を中心として前記基板を回転させるモーターと、
を備える、波長変換装置。
付記１から付記５までのいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記第１面に交差する回転軸を中心として前記基板を回転させるモーターと、
を備える、波長変換装置。
【0110】
付記６の構成によれば、波長変換素子の排熱性能が格段に向上し、波長変換部材の温度上昇を効果的に抑制することができる。
【0111】
（付記７）
前記波長変換部材は、前記回転軸に交差する方向に沿って前記基板の外方に張り出す張出部を有し、
前記第１光は、前記張出部において前記第１面に入射し、
前記第２光は、前記張出部において前記第２面から射出する、付記６に記載の波長変換装置。
前記波長変換部材は、前記回転軸に交差する方向に沿って前記基板の外方に張り出す張出部を有し、
前記第１光は、前記張出部において前記第１面に入射し、
前記第２光は、前記張出部において前記第２面から射出する、付記６に記載の波長変換装置。
【0112】
付記７の構成によれば、透過型の波長変換装置を実現することができる。
【0113】
（付記８）
付記１から付記５までのいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子に入射させる前記第１光を射出する発光素子と、
を備える、光源装置。
付記１から付記５までのいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子に入射させる前記第１光を射出する発光素子と、
を備える、光源装置。
【0114】
付記８の構成によれば、波長変換効率と信頼性に優れる光源装置を実現することができる。
【0115】
（付記９）
付記６または付記７に記載の波長変換装置と、
前記波長変換装置に入射させる前記第１光を射出する発光素子と、
を備える、光源装置。
付記６または付記７に記載の波長変換装置と、
前記波長変換装置に入射させる前記第１光を射出する発光素子と、
を備える、光源装置。
【0116】
付記９の構成によれば、波長変換効率と信頼性に優れる光源装置を実現することができる。
【0117】
（付記１０）
付記８または付記９に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出される前記第２光を含む光を画像情報に応じて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。
付記８または付記９に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出される前記第２光を含む光を画像情報に応じて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。
【0118】
付記１０の構成によれば、高い効率と高い信頼性とを有するプロジェクターを実現することができる。
【0119】
（付記１１）
第１光を第２光に変換する波長変換粒子と、前記波長変換粒子の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーと、前記波長変換粒子と前記フィラーとを保持するバインダーと、を含む波長変換部材と、前記波長変換部材に熱的に接続される基板と、を備える波長変換素子の製造方法であって、
前記波長変換粒子と前記バインダーとを含み、前記フィラーを含まない第１波長変換層を形成する工程と、
前記波長変換粒子と前記フィラーと前記バインダーとを含む第２波長変換層を形成する工程と、
前記第１波長変換層と前記第２波長変換層とを積層して加圧成型することにより前記波長変換部材を形成する工程と、
前記波長変換部材の前記第２波長変換層と前記基板とを熱的に接続する工程と、
を備える、波長変換素子の製造方法。
第１光を第２光に変換する波長変換粒子と、前記波長変換粒子の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するフィラーと、前記波長変換粒子と前記フィラーとを保持するバインダーと、を含む波長変換部材と、前記波長変換部材に熱的に接続される基板と、を備える波長変換素子の製造方法であって、
前記波長変換粒子と前記バインダーとを含み、前記フィラーを含まない第１波長変換層を形成する工程と、
前記波長変換粒子と前記フィラーと前記バインダーとを含む第２波長変換層を形成する工程と、
前記第１波長変換層と前記第２波長変換層とを積層して加圧成型することにより前記波長変換部材を形成する工程と、
前記波長変換部材の前記第２波長変換層と前記基板とを熱的に接続する工程と、
を備える、波長変換素子の製造方法。
【0120】
付記１１の構成によれば、波長変換効率と信頼性とに優れる波長変換素子を比較的容易に製造することができる。
【符号の説明】
【0121】
１…プロジェクター、２，２０…光源装置、４，５４，６１，７５…波長変換素子、６…投射光学装置、１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒ…光変調装置、１３，７３…波長変換装置、４０，５５，６３…波長変換部材、４０ａ，５５ａ，６３ａ…第１面、４０ｂ，５５ｂ，６３ｂ…第２面、４１，５７，６５…第１波長変換層、４２，５８，６６…第２波長変換層、４３，６４…基板、４５…蛍光体粒子（波長変換粒子）、４６…フィラー、４７…バインダー、６２…モーター、６３ｔ…張出部、２１１…発光素子、ＢＬ…青色光（第１光）、ＹＬ…蛍光（第２光）。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】