特許 7281014 波長変換素子及び光学機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-16

(45)【発行日】2023-05-24

(54)【発明の名称】波長変換素子及び光学機器

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/20 20060101AFI20230517BHJP

   G02B 5/02 20060101ALI20230517BHJP

   H01L 33/50 20100101ALI20230517BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20230517BHJP

   F21V 7/26 20180101ALI20230517BHJP

   F21V 9/20 20180101ALI20230517BHJP

   F21V 9/38 20180101ALI20230517BHJP

   F21V 9/40 20180101ALI20230517BHJP

   F21V 9/45 20180101ALI20230517BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20230517BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20230517BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20230517BHJP

【ＦＩ】

G02B5/20

G02B5/02 B

H01L33/50

H01S5/022

F21V7/26

F21V9/20

F21V9/38

F21V9/40 200

F21V9/45

F21S2/00 311

F21Y115:10

F21Y115:30

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022508100

(86)(22)【出願日】2021-01-25

(86)【国際出願番号】 JP2021002362

(87)【国際公開番号】W WO2021186895

(87)【国際公開日】2021-09-23

【審査請求日】2022-06-17

(31)【優先権主張番号】P 2020047755

(32)【優先日】2020-03-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】青森 繁

(72)【発明者】

【氏名】由井 英臣

(72)【発明者】

【氏名】菅野 透

(72)【発明者】

【氏名】植木 智子

(72)【発明者】

【氏名】山本 睦子

(72)【発明者】

【氏名】一ノ瀬 裕一

【審査官】辻本 寛司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０５４７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－００９３０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／２０

Ｇ０２Ｂ ５／０２

Ｈ０１Ｌ ３３／５０

Ｈ０１Ｓ ５／０２２

Ｆ２１Ｖ ７／２６

Ｆ２１Ｖ ９／２０

Ｆ２１Ｖ ９／３８

Ｆ２１Ｖ ９／４０

Ｆ２１Ｖ ９／４５

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

Ｆ２１Ｙ １１５／３０

Ｇ０３Ｂ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プレートと、
前記プレートと第一方向に積層され、前記プレートと対向する対向面を有し、入射光とは異なる波長の光を出射する無機波長変換材とを含む波長変換層と、
前記プレートと前記波長変換層との間に配された高分子層と、
を備え、
前記対向面の一部が前記プレートと接触しており、前記対向面の他の部分の少なくとも一部が前記高分子層を介して前記プレートと接合され、
前記波長変換層は、
前記無機波長変換材を含む波長変換材含有層と、
前記プレートと前記波長変換材含有層との間に配され、前記無機波長変換材を含まずに光拡散材料を含む拡散層と、を含み、
前記波長変換材含有層の前記拡散層側の面には、前記プレートから離隔する方向に凹む複数の凹部が設けられ、且つ当該複数の凹部は、互いに前記第一方向と直交する第二方向に離隔しており、
前記拡散層は、当該拡散層の一部が前記複数の凹部の内面を覆うように、前記波長変換材含有層の前記拡散層側の面に重ねて配され、
前記高分子層は、前記拡散層の一部によって覆われた前記複数の凹部内の各々に配されて、前記波長変換層と前記プレートとを接合し、
前記波長変換材含有層の一部は、互いに離隔する前記複数の凹部の間に配されて、前記拡散層を挟んで前記プレートと前記第一方向に対向し、且つ、前記複数の凹部内に配された前記高分子層の各々と、前記拡散層を挟んで前記第二方向に並ぶ、
波長変換素子。

【請求項2】

前記高分子層は、前記波長変換層の弾性率よりも低い弾性率を有する、
請求項１に記載の波長変換素子。

【請求項3】

前記高分子層は、前記波長変換層の線熱膨張係数よりも高い線熱膨張係数を有する、
請求項１または２に記載の波長変換素子。

【請求項4】

前記波長変換層が、無機バインダを含む、
請求項１～３のいずれか一項に記載の波長変換素子。

【請求項5】

前記高分子層が複数設けられている、
請求項１～４のいずれか一項に記載の波長変換素子。

【請求項6】

前記複数の高分子層は、一の方向における前記波長変換層の両端部のそれぞれと、前記プレートとの間に配された高分子層を含む、
請求項５に記載の波長変換素子。

【請求項7】

前記複数の高分子層は、マトリクス状に配された複数の高分子層を含む、
請求項５または６に記載の波長変換素子。

【請求項8】

前記高分子層は、シリコーン、ポリイミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂のうちの少なくとも１種を含む、
請求項１～７のいずれか一項に記載の波長変換素子。

【請求項9】

前記高分子層は、無機材を含む、
請求項１～８のいずれか一項に記載の波長変換素子。

【請求項10】

平面視における前記対向面の面積に対する、前記対向面と前記高分子層とが接触している領域の面積の比が２０％以上６０％以下である、
請求項１～９のいずれか一項に記載の波長変換素子。

【請求項11】

前記プレートが金属プレートである、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の波長変換素子。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子の前記波長変換層に対して光を照射する光源と、
を備える、光学機器。

【請求項13】

前記高分子層は、前記光源からの光が照射されない領域に設けられている、
請求項１２に記載の光学機器。

【請求項14】

前記高分子層は、前記光源からの光が照射される領域を含む領域に設けられている、
請求項１２に記載の光学機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長変換素子及び光学機器に関する。本願は、２０２０年３月１８日に日本で出願された特願２０２０－４７７５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、基材と、基材の上に設けられており、蛍光体層を備える波長変換部材が記載されている。蛍光体層は、蛍光体粒子と、隣り合う蛍光体粒子間を結合する透光性セラミックスとからなる。特許文献１には、透光性セラミックスとして、シリカ、リン酸アルミニウム等の無機バインダが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１７／１２６４４１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

波長変換素子には、蛍光体層等の波長変換層の剥離を抑制したいという要望がある。

【0005】

本開示の主な目的は、波長変換層が剥離しにくい波長変換素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様に係る波長変換素子は、プレートと、波長変換層と、高分子層とを備える。波長変換層は、プレートと対向する対向面を有する。波長変換層は、入射光とは異なる波長の光を出射する無機波長変換材を含む。高分子層は、プレートと波長変換層との間に配されている。対向面の一部がプレートと接触している。対向面の他の部分の少なくとも一部が高分子層を介して前記プレートと接合されている。

【0007】

一態様に係る光学機器は、一態様に係る波長変換素子と、波長変換素子の波長変換層に対して光を照射する光源とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る波長変換素子の模式的平面図である。

【図2】図１の線ＩＩ－ＩＩにおける模式的断面図である。

【図3】第２実施形態に係る波長変換素子の模式的平面図である。

【図4】図３の線ＩＶ－ＩＶにおける模式的断面図である。

【図5】第３実施形態に係る波長変換素子の模式的平面図である。

【図6】図５の線ＶＩ－ＶＩにおける模式的断面図である。

【図7】第1変形例に係る波長変換素子の一部分の模式的平面図である。

【図8】第２変形例に係る波長変換素子の一部分の模式的平面図である。

【図9】第４実施形態に係る波長変換素子の模式的断面図である。

【図10】第５実施形態に係る光学機器の構成を表す模式図である。

【図11】第５実施形態おける波長変換素子の模式的平面図である。

【図12】第６実施形態に係る光学機器の構成を表す模式図である。

【図13】第３変形例に係る波長変換素子の模式的断面図である。

【図14】図１３の線ＸＩＶ－ＸＩＶにおける模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

【0010】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る波長変換素子１の模式的平面図である。図２は、図１の線ＩＩ－ＩＩにおける模式的断面図である。

【0011】

図２に示すように、波長変換素子１は、プレート１０と、波長変換層２０と、高分子層３０とを備える。

【0012】

プレート１０は、例えば、金属プレートやセラミックプレート等により構成することができる。プレート１０は、波長変換層２０の熱を高い効率で放熱できるように、高い熱伝導率を有することが好ましい。この観点から、プレート１０は、金属プレートであることが好ましく、なかでも、例えば、アルミニウムプレートであることがより好ましい。また、プレート１０は、例えば、アルミニウムプレート等の金属プレートと、金属プレートの表面を被うコーティング層とにより構成されていてもよい。

【0013】

プレート１０の形状寸法は、特に限定されない。プレート１０は、例えば、円形状、円板状、多角形状、楕円形状、長円形状等であってもよい。プレート１０の厚みは、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下程度とすることができる。

【0014】

プレート１０の上には、波長変換層２０が配されている。波長変換層２０は、特定の波長の光（励起光）が入射したときに、励起光とは異なる波長の光、典型的には、励起光よりも波長の長い光を出射する層である。

【0015】

波長変換層２０は、無機波長変換材を含む。無機波長変換材は、特定の波長の光（励起光）が入射したときに、励起光とは異なる波長の光、典型的には、励起光よりも波長の長い光を出射する。本実施形態では、無機波長変換材は、例えば、無機蛍光体等の無機波長変換材料を含んでいる。

【0016】

無機波長変換材料の具体例としては、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ３＋）、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）_６Ｃ_１２：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋等が挙げられる。

【0017】

複数の無機波長変換材は、例えば、１種の無機波長変換材料を含有していても良いし、複数種類の無機波長変換材料を含有していてもよい。

【0018】

無機波長変換材の形状は、特に限定されない。無機波長変換材は、例えば、粒子状、球状、楕球状、針状、多角柱状、円柱状等であってもよい。

【0019】

複数の無機波長変換材の粒子径は、特に限定されない。複数の無機波長変換材の平均粒子径は、例えば、１μm以上５０μm以下であることが好ましく、５μm以上３０μm以下であることがより好ましい。

【0020】

また、複数の異なる平均粒子径の無機波長変換材料が組み合わされていても良い。

【0021】

波長変換層２０は、複数の無機波長変換材のみにより構成されていてもよいが、複数の無機波長変換材に加え、バインダをさらに含んでいることが好ましい。波長変換層２０は、無機材料からなる無機バインダを含むことがさらに好ましい。好ましく用いられる無機バインダの具体例としては、例えば、アルミナ、シリカ、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化スズ等が挙げられる。

【0022】

波長変換層２０における無機バインダの含有量は、例えば、１０体積％以上４０体積％以下であることが好ましい。

【0023】

波長変換層２０は、実質的に無機材料のみを含んでいることが好ましい。すなわち、波長変換層２０は、無機波長変換層であることが好ましい。

【0024】

図２に示すように、波長変換層２０は、プレート１０と対向する対向面２１と、プレート１０とは反対側の主面２２とを有する。対向面２１には、少なくとも１つの凹部２５が形成されている。このため、対向面２１のうち、凹部２５が設けられていない部分の少なくとも一部は、プレート１０と接触しており、凹部２５が設けられた部分は、プレート１０と接触していない。すなわち、対向面の一部は、プレート１０と接触している。

【0025】

プレート１０と波長変換層２０との間には、高分子層３０が配されている。詳細には、高分子層３０は、波長変換層２０の対向面２１に設けられた凹部２５内に配されている。高分子層３０は、凹部２５の全体に設けられていることが好ましいが、凹部２５の一部に設けられていてもよい。すなわち、凹部２５には、高分子層３０が位置していない部分が存在していてもよい。

【0026】

具体的には、本実施形態では、図１に示すように、プレート１０と波長変換層２０との間に、複数の高分子層３０が配されている。複数の凹部２５のそれぞれに高分子層３０が配されている。複数の高分子層３０は、図１におけるｘ方向と、ｘ方向に対して傾斜（典型的には直交）したｙ方向とのそれぞれに沿って、相互に間隔をおいてマトリクス状に配されている。

【0027】

複数の高分子層３０のそれぞれの形状は、高分子層３０がプレート１０と波長変換層２０との間に設けられている限りにおいて、特に限定されない。高分子層３０は、例えば、平面視において円形状や楕円形状、矩形状であってもよい。

【0028】

高分子層３０は、高分子を含む。高分子層３０は、例えば、樹脂や樹脂組成物により構成されていることが好ましい。

【0029】

高分子層３０は、高い熱的耐久性を有する高分子を含むことが好ましい。高分子層３０は、例えば、シリコーン、ポリイミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂のうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。高分子層３０は、例えば、シリコーン、ポリイミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂のうちの少なくとも１種と、フィラーとを含む樹脂組成物により構成されていてもよい。好ましく用いられるフィラーの具体例としては、例えば、シリカやアルミナ等が挙げられる。

【0030】

図２に示すように、高分子層３０は、対向面２１の凹部２５が設けられた部分と、プレート１０との両方に接触している。本実施形態では、具体的には、高分子層３０は、対向面２１の凹部２５が設けられた部分と、プレート１０との両方に接合されている。このため、対向面２１のプレート１０と接触している部分以外の部分の少なくとも一部は、高分子層３０を介してプレート１０と接合されている。具体的には、対向面２１の凹部２５が設けられた部分の少なくとも一部は、高分子層３０を介してプレート１０と接合されている。

【0031】

ところで、波長変換層に励起光が入射すると、波長変換層の温度が上昇する。通常、プレートの熱膨張係数と、波長変換層の熱膨張係数とは異なる。例えば、プレートが金属プレートであり、波長変換層が無機波長変換材を含んでいる場合は、通常、プレートの熱膨張係数が、波長変換層の熱膨張係数よりも大きい。このため、波長変換層及びプレートの温度が上昇したときの、波長変換層の熱膨張量と、プレートの熱膨張量とが相互に異なる。この波長変換層とプレートとの間の熱膨張量の差に起因して波長変換層がプレートから剥離する虞がある。

【0032】

本実施形態に係る波長変換素子１では、波長変換層２０の対向面２１の一部がプレート１０と接触しており、対向面２１の他の部分の少なくとも一部が高分子層３０を介してプレート１０と接合されている。このため、波長変換層２０がプレート１０から剥離しにくい。

【0033】

詳細には、波長変換層２０の対向面の一部がプレート１０と接触している。波長変換層２０は、無機波長変換材と、前記無機バインダを含んでいるため、高い熱伝導率を有する。このため、波長変換層２０に励起光が入射した際に波長変換層２０が発熱しても、波長変換層２０の熱がプレート１０側に伝達しやすい。よって、波長変換層２０の温度上昇を抑制することができる。このため、波長変換層２０と、プレート１０との間の熱膨張差を小さくすることができる。よって、波長変換層２０がプレート１０から剥離することを抑制することができる。

【0034】

さらに、本実施形態に係る波長変換素子１では、対向面２１の少なくとも一部が高分子層３０を介してプレート１０と接合されている。この高分子層３０が、波長変換層２０とプレート１０との熱膨張差に起因して発生する応力を緩和する緩衝層として機能し得る。加えて、高分子層３０は、高分子を含むため、無機波長変換材を含む波長変換層２０よりも高分子層３０の方がプレート１０に対する密着強度が高い。よって、波長変換層２０がプレート１０から剥離することをさらに抑制することができる。

【0035】

このように、波長変換層２０がプレート１０に直接接触すると共に、波長変換層２０とプレート１０とが高分子層３０によって接合されているため、波長変換層２０の温度上昇を抑制できる。さらに、高分子層３０によって、熱膨張差に起因する応力の緩和、及び、波長変換層２０とプレート１０との密着強度の向上を図ることができる。従って、波長変換層２０がプレート１０から剥離することを効果的に抑制することができる。

【0036】

波長変換素子１は、複数の高分子層３０を有している。このため、対向面２１に、プレート１０に直接接触している複数の部分と、高分子層３０により接合された複数の部分とを、分散して配置することができる。よって、波長変換層２０の局所的な温度上昇を抑制することができる。また、波長変換層２０のプレート１０に対する密着強度を全体的に高めることができる。さらに、波長変換層２０とプレート１０との間に発生する応力を全体的に緩和することができる。従って、波長変換層２０のプレート１０からの剥離をより効果的に抑制することができる。

【0037】

波長変換層２０とプレート１０との間の高い熱伝導率と、高分子層３０を設けることによる剥離の抑制とを両立させる観点から、波長変換素子１において、平面視における対向面２１の面積に対する、対向面２１と高分子層３０とが接触している領域の面積の比は、１０％以上７０％以下であることが好ましく、２０％以上６０％以下であることがより好ましい。

【0038】

高分子層３０の緩衝効果をより高める観点から、高分子層３０は、波長変換層２０の弾性率よりも低い弾性率を有することが好ましい。具体的には、高分子層３０の弾性率Ｅ_Ｐと、波長変換層２０の弾性率Ｅ_Ｗの比、Ｅ_Ｗ／Ｅ_Ｐは１０万倍以上であることが好ましく、１００万倍以上であることがより好ましい。

【0039】

同様の観点から、高分子層３０は、波長変換層２０の線熱膨張係数よりも高い線熱膨張係数を有することが好ましい。具体的には、高分子層３０の線熱膨張係数は、波長変換層２０の線熱膨張係数よりも１０倍以上であることが好ましく、１００倍以上であることがより好ましい。

【0040】

波長変換層２０からプレート１０への熱伝導をより大きくする観点から、波長変換層２０は、無機バインダを含むことが好ましい。

【0041】

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る波長変換素子１ａの模式的平面図である。図４は、図３の線ＩＶ－ＩＶにおける模式的断面図である。

【0042】

第１実施形態では、複数の高分子層３０がマトリクス状に設けられている例について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。

【0043】

本実施形態に係る波長変換素子１ａでは、高分子層３０は、波長変換層２０の周縁部に設けられている。高分子層３０は、額縁状に形成されている。高分子層３０は、波長変換層２０の周縁部と、プレート１０との間に配されている。

【0044】

本実施形態のように、高分子層３０が波長変換層２０の周縁部に設けられている場合であっても、第１実施形態と同様に波長変換層２０の剥離を抑制することができる。また、例えば、波長変換層２０の中央部に励起光を照射した場合は、波長変換層２０の中央部の温度が上昇しやすく、周縁部の温度が上昇しにくい。このため、波長変換層２０には温度の差に起因する応力が発生するが、周縁部に設けられた高分子層３０が応力を緩和することにより、高分子層３０の密着力が低下することを効果的に抑制することができる。また、周縁部にある高分子層３０の温度も上昇しにくいことから、高分子層３０の密着力が低下しにくい。従って、波長変換層２０の剥離を効果的に抑制することができる。波長変換層２０の剥離を効果的に抑制する観点からは、高分子層３０が全周にわたって環状に設けられていることが好ましい。

【0045】

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る波長変換素子１ｂの模式的平面図である。図６は、図５の線ＶＩ－ＶＩにおける模式的断面図である。

【0046】

第１及び第２実施形態では、波長変換素子１、１ａが矩形状である例について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。波長変換素子は、例えば、円板状等であってもよい。本実施形態では、円板状の蛍光ホイールを構成している波長変換素子１ｂについて説明する。

【0047】

波長変換素子１ｂにおいて、プレート１０は、円板状である。図６に示すように、プレート１０の中央部には、貫通孔１０ａが形成されている。貫通孔１０ａには、シャフト４０が挿入される。プレート１０は、貫通孔１０ａに挿入されたシャフト４０の回転に伴って回転する。

【0048】

波長変換層２０は、プレート１０の外周部の上に設けられている。波長変換層２０は、リング状（円環状）に形成されている。本実施形態では、波長変換層２０の全体が同じ波長変換材料を含んでおり、同じ波長の光を出射する。但し、本発明は、この構成に限定されない。波長変換層は、例えば、周方向に沿って配置されており、相互に波長が異なる光を出射する複数の波長変換層を含んでいてもよい。具体的には、波長変換層は、周方向に沿って配置されており、赤色の光を出射する波長変換層と、緑色の光を出射する波長変換層と、青色の光を出射する波長変換層とを含んでいてもよい。

【0049】

図５に示すように、本実施形態では、高分子層３０は、波長変換層２０の両端部（内側端部及び外側端部）のそれぞれに設けられている。具体的には、波長変換素子１ｂは、高分子層３０として、内側高分子層３０ａと、外側高分子層３０ｂとを有する。内側高分子層３０ａは、リング状に形成された波長変換層２０の内周部とプレート１０との間に配されている。一方、外側高分子層３０ｂは、リング状に形成された波長変換層２０の外周部とプレート１０との間に形成されている。

【0050】

本実施形態においても上記実施形態と同様に高分子層３０が設けられている。このため、波長変換層２０の剥離を抑制することができる。

【0051】

また、本実施形態では、内側高分子層３０ａと外側高分子層３０ｂとによって波長変換層２０の半径方向の両端部のそれぞれの接合力が向上されているため、波長変換層２０の剥離をより効果的に抑制することができる。

【0052】

さらに、蛍光ホイールを構成している波長変換素子１ｂにおいては、通常、波長変換層２０の半径方向の中央部に励起光が照射され、中央部が高温になりやすい。このため、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂの温度が上昇しにくい。従って、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂの接合力が低下しにくく、波長変換層２０の剥離をより効果的に抑制することができる。

【0053】

（第１変形例及び第２変形例）
図７は、第1変形例に係る波長変換素子の一部分の模式的平面図である。図８は、第２変形例に係る波長変換素子の一部分の模式的平面図である。

【0054】

第３実施形態では、高分子層３０が内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂにより構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図７に示すように、第１変形例では、高分子層３０は、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂに加え、複数の中央高分子層３０ｃを含む。複数の中央高分子層３０ｃは、波長変換層２０の半径方向における中央部とプレート１０との間に配置されている。複数の中央高分子層３０ｃは、周方向に沿って相互に間隔をおいて配置されている。複数の中央高分子層３０ｃの平面視形状は、特に限定されないが、例えば、円形である。

【0055】

第１変形例のように、中央高分子層３０ｃを設けることにより、励起光が照射されることにより温度が上昇しやすい波長変換層２０の半径方向の中央部とプレート１０との剥離を効果的に抑制することができる。

【0056】

波長変換層２０の剥離を効果的に抑制する観点からは、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂのそれぞれの周方向に沿った存在率が、中央高分子層３０ｃの周方向に沿った存在率よりも高いことが好ましい。内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂのそれぞれの半径方向に沿った寸法が、中央高分子層３０ｃの半径方向に沿った寸法よりも大きいことが好ましい。

【0057】

なお、第１変形例では、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂのそれぞれが円環状である例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図８に示すように、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂのそれぞれは、周方向に沿って相互に間隔をおいて配された複数の高分子層により構成されていてもよい。すなわち、例えば、内側高分子層３０ａ、外側高分子層３０ｂ及び中央高分子層３０ｃのうちの少なくともひとつがドット状に設けられていてもよい。

【0058】

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係る波長変換素子の模式的断面図である。

【0059】

第１～第３実施形態では、波長変換層２０の全体が波長変換材料を含んでいる例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。波長変換層２０は、例えば、波長変換部材を含む波長変換部材含有部と、波長変換部材を含まない波長変換部材不含有部とを有していてもよい。

【0060】

図９に示すように、本実施形態では、波長変換層２０は、波長変換材料含有層２０ａと、拡散層２０ｂとを有する。波長変換材料含有層２０ａは、波長変換材料と無機バインダとを含む層である。一方、拡散層２０ｂは、波長変換材料を含有していない。本実施形態では、拡散層２０ｂは、無機バインダと光拡散材料により構成されている。拡散層２０ｂは、波長変換材料含有層２０ａとプレート１０との間に配されている。光拡散材料は、無機バインダとの屈折率の差が大きな材料が好ましく、例えば酸化チタン、酸化ジルコニア、酸化亜鉛、シリカ等からなる粒子状の材料、または無機バインダ内に含まれる空隙の様な空気層を用いることが出来る。これら粒子の平均粒子径は、例えば数１００ｎｍ～数μmである。

【0061】

本実施形態のように、波長変換層２０が拡散層２０ｂを含む場合であっても、高分子層３０が設けられているため、第１～第３実施形態と実質的に同様の効果が奏される。

【0062】

（第５実施形態）
図１０は、第５実施形態に係る光学機器の構成を表す模式図である。

【0063】

本発明に係る波長変換素子は、種々の光学機器に用いることができる。本実施形態では、光学機器の一種として、一形態に係る波長変換素子を備える投影装置について説明する。

【0064】

図１０に示す光学機器２は、投影装置を構成している。光学機器２は、光源５１を有する。光源５１は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や、レーザ素子により構成することができる。本実施形態では、光源５１は、青色光Ｂを出射するＬＤ(Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ)により構成されている例について説明する。

【0065】

光源５１の光出射側には、青色光Ｂの波長を選択的に反射するダイクロイックミラー５２が配されている。光源５１から出射した青色光Ｂは、ダイクロイックミラー５２により反射される。反射された青色光Ｂは、波長変換素子１ｃに入射する。

【0066】

図１１は、第５実施形態おける波長変換素子１ｃの模式的平面図である。

【0067】

波長変換素子１ｃは、蛍光ホイールを構成している。図１１に示すように、波長変換素子１ｃでは、プレート１０は、周方向に沿った一部が切欠かれた円板状である。本実施形態では、プレート１０は、金属プレートにより構成されており、光を反射する。

【0068】

プレート１０は、図１０に示す回転装置５３に接続されたシャフト４０に固定されている。回転装置５３によりシャフト４０が回転駆動されるに伴ってプレート１０が回転する。

【0069】

プレート１０の上には、半径方向の内側部分が切欠かれた扇形の波長変換層２０が形成されている。波長変換層２０とプレート１０との間には、内側高分子層３０ａ及び外側高分子層３０ｂを含む高分子層３０が配されている。このため、本実施形態においても、波長変換層２０のプレート１０からの剥離が抑制されている。

【0070】

波長変換層２０は、周方向に沿って配された緑色波長変換層２０Ａ及び赤色波長変換層２０Ｂを含む。緑色波長変換層２０Ａは、光源５１からの青色光Ｂが入射したときに緑色光Ｇを出射する。赤色波長変換層２０Ｂは、光源５１からの青色光Ｂが入射したときに赤色光Ｒを出射する。緑色波長変換層２０Ａ及び赤色波長変換層２０Ｂからの光はプレート１０により反射される。

【0071】

回転装置５３が駆動され、プレート１０が回転すると、光源５１からの青色光Ｂが、波長変換素子１が設けられていない領域、緑色波長変換層２０Ａが設けられた領域、赤色波長変換層２０Ｂが設けられた領域にこの順番に繰り返し入射する。

【0072】

波長変換素子１が設けられてない領域に入射した青色光Ｂは、そのまま直進し、図１０に示す光学素子５４ａ、５４ｂ及び５４ｃによりダイクロイックミラー５２に導光される。青色光Ｂは、ダイクロイックミラー５２により光学素子５５側に反射される。

【0073】

緑色波長変換層２０Ａが設けられた領域に青色光Ｂが入射すると、緑色光Ｇが緑色波長変換層２０Ａから出射する。緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー５２を透過して光学素子５５に入射する。

【0074】

赤色波長変換層２０Ｂが設けられた領域に青色光Ｂが入射すると、赤色光Ｒが赤色波長変換層２０Ｂから出射する。赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー５２を透過して光学素子５５に入射する。

【0075】

そして、青色光Ｂ、緑色光Ｇ及び赤色光Ｒは、それぞれ光学素子５５により投影光学系５６側に反射され、投影光学系５６により投影される。

【0076】

（第６実施形態）
図１２は、第６実施形態に係る光学機器の構成を表す模式図である。

【0077】

本実施形態では、波長変換素子を備える光学機器の一例として、図１２に示す、光源装置である光学機器３を例に挙げて説明する。なお、光学機器３は、例えば、透過型レーザヘッドライト（車両用前照灯）等に好適に使用される。

【0078】

光学機器３は、波長変換素子１と、光源６０とを備える。光源６０は、波長変換素子１の波長変換層２０に対して、波長変換層２０の励起光を照射する。本実施形態では、プレート１０は光源６０からの光を透過させる。このため、光源６０からの光は、波長変換層２０に入射する。波長変換層２０から出射された光（例えば、蛍光）は、リフレクタ６１により反射され、平行光として出射する。

【0079】

本実施形態においても、高分子層３０が設けられているため、波長変換層２０のプレート１０からの剥離を効果的に抑制することができる。

【0080】

（第３変形例）
図１３は、第３変形例に係る波長変換素子の模式的断面図である。図１４は、図１３の線ＸＩＶ－ＸＩＶにおける模式的断面図である。

【0081】

第１実施形態では、高分子層３０が島状に設けられている例について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。高分子層３０は、波長変換層２０とプレート１０との間の一部に設けられている限りにおいて特に限定されない。具体的には、例えば、図１３、図１４に示す波長変換素子のように、高分子層３０が、複数の貫通孔を有する板状であってもよい。

【0082】

なお、高分子層３０の形状が限定されないのは、第４実施形態においても同様である。

【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】