JP2017021100A - 波長変換素子、波長変換素子の製造方法、照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体で発生した熱を効率的に排熱できる、波長変換素子、波長変換素子の製造方法、照明装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】波長変換素子３０は、第１の面４２ｃおよび該第１の面４２ｃと対向する第２の面４２ｂを有する蛍光体層４２と、第１の面４２ｃに設けられた透光性セラミック層４３と、からなる透光性セラミック部材４１と、蛍光体層４２の第２の面４２ｂ側に設けられ、蛍光体層４２および透光性セラミック層４３と熱的に接触している支持部材４０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、波長変換素子、波長変換素子の製造方法、照明装置およびプロジェクターに関するものである。

従来、プロジェクター用照明装置として、レーザー等の光源から射出された励起光を蛍光体に照射し、蛍光体から発せられる光を照明光とするものが知られている。このような照明装置においては、蛍光体の温度が上昇すると蛍光への変換効率が低下するため、高出力の蛍光を得るためには、蛍光体の温度上昇を十分に抑制することが重要である。

蛍光体の温度上昇を抑制する手法として、下記特許文献１乃至３に示す技術がある。
下記特許文献１には、放熱性が高いセラミックスからなるセラミックス蛍光体が開示されている。
また、下記特許文献２には、セラミックスの代わりにガラスをバインダーとして用いた蛍光体が開示されている。
また、下記特許文献３には、蛍光体層を支持する支持部材を金属から構成し、蛍光体層の温度上昇を低減した発明が開示されている。

国際公開第２００６／０９３０１１号 特開２００３−２５８３０８号公報 特開２０１０−２３１０６３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されるセラミック蛍光体は焼成温度が高くなるため、熱により蛍光体の性能が低下することで該蛍光体の発光効率が低下するおそれがあった。上記特許文献２に開示される構成の場合、焼成温度が低くなることで熱による蛍光体の性能低下は抑制できるが、ガラスは熱伝導率がセラミックスよりも低くなってしまうおそれがあった。

また、上記特許文献３に開示される蛍光体では、励起光が照射される面（支持部材とは反対側の面）の温度が最も高くなるが、最も高温となる面は支持部材と接触していないので、蛍光体の熱を効率良く放熱できるとは言い難かった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、蛍光体で発生した熱を効率的に排熱できる、波長変換素子、波長変換素子の製造方法、照明装置およびプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、励起光が入射する第１の面および該第１の面と対向する第２の面を有する蛍光体層と、前記第１の面に設けられた透光性セラミック層と、からなる透光性セラミック部材と、前記蛍光体層の前記第２の面側に設けられ、前記蛍光体層および前記透光性セラミック層と熱的に接触している支持部材と、を備える波長変換素子が提供される。

蛍光体層が有する複数の面のうち、励起光が入射する第１の面において発熱量が最も多い。第１態様に係る波長変換素子によれば、第１の面に熱伝導性が高い透光性セラミックが設けられているので、蛍光体層で生じた熱が効率よく排出される。また、支持部材を介して第２の面からも熱が排出される。
よって、波長変換素子の温度上昇が抑制されるので、波長変換素子は高出力の蛍光を射出することができる。

上記第１態様において、前記支持部材は凹部を有し、前記透光性セラミック部材は、前記凹部に設けられているのが好ましい。
この構成によれば、蛍光体層が凹部内に収容された状態となるので、蛍光体層における第１の面および第２の面と交差する面からも支持部材に放熱することができる。

上記第１態様において、前記透光性セラミック部材は、前記第２の面と交差する第３の面をさらに有し、前記支持部材は、前記第２の面と熱的に接触している基板と、前記第３の面と熱的に接触している補助部材と、を有するのが好ましい。
この構成によれば、蛍光体層が第１の面および第２の面に加えて第３の面からも効率良く放熱することができる。

上記第１態様において、前記支持部材は回転軸の周りに回転可能な円板状からなり、前記透光性セラミック部材は、前記回転軸の周りにリング状に配置されているのが好ましい。
この構成によれば、蛍光体層に対する励起光の入射位置を経時的に移動させることができるので、蛍光体層における発熱部を分散させることができる。よって、波長変換素子の温度上昇を良好に抑制することができる。

上記第１態様において、前記透光性セラミック層はアルミナの焼結体であるのが好ましい。
この構成によれば、熱伝導率が高くかつ透明な透光性セラミック層が得られるので、発光効率が高い波長変換素子を得ることができる。

上記第１態様において、前記透光性セラミック層はマグネシアの焼結体であるのが好ましい。
この構成によれば、熱伝導率が高くかつ透明な透光性セラミック層が得られるので、発光効率が高い波長変換素子を得ることができる。

本発明の第２態様に従えば、励起光が入射する第１の面および該第１の面と対向する第２の面を有する蛍光体層と、前記第１の面に設けられた透光性セラミック層と、前記蛍光体層の前記第２の面側に設けられた支持部材と、を備えた波長変換素子の製造方法であって、前記透光性セラミック層の上に、接合剤及び蛍光体を含む混合物を塗布する工程と、前記透光性セラミック層の上に塗布された前記混合物を焼成して前記蛍光体層を形成する工程と、前記支持部材を、前記蛍光体層および前記透光性セラミック層と熱的に接触させる工程と、を備える波長変換素子の製造方法が提供される。

第２態様によれば、蛍光体層の焼成工程の前工程で最も焼成温度が高くなる透光性セラミック層の焼成工程が完了した状態とすることができる。これにより、製造プロセスによる熱で蛍光体層の性能が低下することが抑制される。よって、蛍光体層の性能低下を招くことなく、蛍光体層から効率良く排熱可能な波長変換素子を提供できる。

本発明の第３態様に従えば、第１態様に係る波長変換素子と、前記蛍光体層を励起する励起光を射出する光源と、を備える照明装置が提供される。

第３態様によれば上記第１態様に係る照明装置を備えるので、高輝度の光を射出することができる。

上記第３態様において、前記蛍光体層は、前記励起光のスポットサイズに対応した幅を有するのが好ましい。
この構成によれば、励起光が入射することで発熱する領域の大きさが最小限に抑えられるようになる。よって、支持部材による放熱面積を相対的に大きくできるので、蛍光体層から効率良く放熱することができる。

本発明の第４態様に従えば、上記第１態様に係る照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。

第３態様に係るプロジェクターは上記第１態様に係る照明装置を備えるので、高出力の蛍光により輝度の高い画像を投射することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図。 蛍光板の構成を示す断面図。 蛍光板の効果を示した表。 第２実施形態に係る蛍光板の要部構成を示す図。 第３実施形態に係る蛍光板の要部構成を示す図。 （ａ）、（ｂ）は第４実施形態の回転蛍光板の概略構成を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、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。

（第１実施形態）
本実施形態のプロジェクターは、スクリーン（被投射面）上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した３つの液晶光変調装置を備えている。プロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを備えている。

図１は、本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す上面図である。
プロジェクター１は、図１に示すように、第１照明装置１００、第２照明装置１０２、色分離導光光学系２００、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００を備える。

第１照明装置１００は、第１光源１０、コリメート光学系７０、ダイクロイックミラー８０、コリメート集光光学系９０、蛍光板（波長変換素子）３０、モーター５０、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を備える。

第１光源１０は、励起光としてレーザー光からなる青色光（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）Ｅを射出する半導体レーザー（発光素子）からなる。第１光源１０は、１つの半導体レーザーからなるものであってもよいし、多数の半導体レーザーからなるものであってもよい。
なお、第１光源１０は、４４５ｎｍ以外の波長（例えば、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。

本実施形態において、第１光源１０は、光軸が照明光軸１００ａｘと直交するように配置されている。
コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４とを備え、第１光源１０からの光を略平行化する。第１レンズ７２及び第２レンズ７４は、凸レンズからなる。

ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０からコリメート集光光学系９０までの光路中に、第１光源１０の光軸及び照明光軸１００ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、青色光Ｂを反射し、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光光Ｙを通過させる。

コリメート集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０からの青色光Ｅを略集光した状態で蛍光板３０の蛍光体層４２に入射させる機能と、蛍光板３０から射出される蛍光を略平行化する機能とを有する。コリメート集光光学系９０は、第１レンズ９２及び第２レンズ９４を備える。第１レンズ９２及び第２レンズ９４は、凸レンズからなる。

第２照明装置１０２は、第２光源７１０、集光光学系７６０、散乱板７３２及びコリメート光学系７７０と、を備える。

第２光源７１０は、上記第１照明装置１００の第１光源１０と同一の半導体レーザーから構成される。
集光光学系７６０は、第１レンズ７６２及び第２レンズ７６４を備える。集光光学系７６０は、第２光源７１０からの青色光を散乱板７３２付近に集光する。第１レンズ７６２及び第２レンズ７６４は、凸レンズからなる。

散乱板７３２は、第２光源７１０からの青色光を散乱し、蛍光板３０から射出される蛍光の配光分布に似た配光分布を有する青色光Ｂとする。散乱板７３２としては、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。

コリメート光学系７７０は、第１レンズ７７２と、第２レンズ７７４とを備え、散乱板７３２からの光を略平行化する。第１レンズ７７２及び第２レンズ７７４は、凸レンズからなる。

本実施形態において、第２照明装置１０２からの青色光Ｂはダイクロイックミラー８０で反射され、蛍光板３０から射出されダイクロイックミラー８０を透過した蛍光光Ｙと合成されて白色光Ｗとなる。当該白色光Ｗは第１レンズアレイ１２０に入射する。

図２は、実施形態に係る蛍光板３０の構成を示す断面図である。
蛍光板３０は、図１及び図２に示すように、支持基板４０と、透光性セラミック部４１と、を有する。透光性セラミック部４１は、蛍光体層４２と、透光性セラミック層４３とを含む。本実施形態において、透光性セラミック部４１は、支持基板４０の略中央部に形成された凹部４０ａ内に配置されている。支持基板４０は、例えば、アルミや銅等といった放熱性に優れた矩形状の金属板から構成されている。
なお、支持基板４０は特許請求の範囲の「支持部材」に対応する。

透光性セラミック部４１は、上面４１ｃを除く面、すなわち、側面４１ａおよび底面４１ｂがミラー膜４４によって覆われている。ミラー膜４４は、例えば、１２０ｎｍのＡｇ膜と、５０ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３膜とを含み、透光性セラミック部４１側からＡｇ膜およびＡｌ_２Ｏ_３膜の順に積層されている。ミラー膜４４は、後述の蛍光光Ｙを反射させることで外部に射出させる。

蛍光体層４２は、第１光源１０からの青色光Ｅにより励起されて蛍光光Ｙを射出する。蛍光体層４２は、蛍光発光点となる蛍光体粒子（不図示）と、該蛍光体粒子を保持するバインダー材（不図示）とを含む。

蛍光体粒子は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅから構成される。バインダー材としては、例えば、低融点ガラスから構成される。なお、蛍光体粒子とバインダー材との比率は、５０：５０である。すなわち、蛍光体層４２は、低融点ガラスを支持材として用いて、ＹＡＧ系蛍光体を焼成することで形成される。

透光性セラミック層４３は、例えば、厚さが１００μｍのアルミナ板から構成されている。アルミナ板は非常に高い熱伝導率、例えば３０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であり、かつ透明な焼結体を形成することが可能である。なお、本実施形態では、透光性セラミック層４３としてアルミナ板を用いた場合を例示するが、より高い熱伝導率（例えば５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上）のマグネシア板を用いて良い。

ミラー膜４４で覆われた透光性セラミック部４１は、接着剤４５を介して凹部４０ａ内に設置されている。接着剤４５は、例えば、Ａｇフィラーを含有した高熱伝導率タイプのエポキシ系接着剤であり、透光性セラミック部４１（蛍光体層４２）の熱を、ミラー膜４４を介して支持基板４０に効率良く伝達する。すなわち、蛍光体層４２は、側面４２ａおよび底面４２ｂの熱が接着剤４５を介して支持基板４０側へと効率良く放出されるようになっている。

このような構成に基づき、蛍光板３０は、青色光が入射する側と同じ側に向けて蛍光光Ｙを射出することが可能である。

また、本実施形態において、蛍光体層４２は、コリメート集光光学系９０により集光された青色光Ｅのスポットサイズと同じサイズを有している。このようにすれば、励起光が入射することで発熱する領域の大きさを最小限に抑えることができる。よって、支持基板４０および透光性セラミック層４３による放熱面積が相対的に大きくなるので、蛍光体層４２から効率良く放熱することができる。

ここで、本実施形態の蛍光板３０の製造方法の一例について説明する。
まず、焼結アルミナシート板を作成する。すなわち、上記透光性セラミック層４３の大判状のものを作成する。

具体的に、アルミナ粉に焼結助剤（例えば、ＭｇＯ等）を微小量添加したものに、バインダー、分散剤を加えてボールミルで混合し、気泡を除去した後にシート状に成形する。続いて、１０００℃で１時間仮焼き（プリベーク）した後、洗浄を行い、１８００℃で２時間焼成する。

続いて、低融点ガラス粉末、蛍光体粒子、バインダーおよび分散剤を加えて形成したスラリーをボールミルで混合し、気泡を除去した後、該混合物を上記焼結アルミナシート板上に塗布する。具体的には、例えば、ギャップアプリケーターを用いることで混合物を上記焼結アルミナシート板上に印刷する。続いて、仮焼きの後、８００℃で焼成することでアルミナシート板と蛍光体層との積層体を形成する。これにより、上記透光性セラミック部４１の大判状のものを作成する。

続いて、上記積層体をダイシングすることで、例えば１ｍｍ×１ｍｍのサイズに個片化して上記透光性セラミック部４１を形成する。
続いて、透光性セラミック部４１の上面４１ｃを除く、側面４１ａおよび底面４１ｂに対し、スパッタによりＡｇ膜およびＡｌ_２Ｏ_３膜の順に積層することでミラー膜４４を形成する。

続いて、プレス加工により支持基板４０（例えば、銅基板）に形成した矩形状の凹部４０ａに、Ａｇフィラーを含有したエポキシ系の接着剤４５を用いて透光性セラミック部４１を接着し、例えば、１２０℃で１時間溶剤を揮発させた後、１８０℃で１．５時間の硬化処理を行う。
これにより、透光性セラミック部４１は接着剤４５により凹部４０ａに良好に保持され、支持基板４０は蛍光体層４２および透光性セラミック層４３と熱的に接触する。
以上のようにして蛍光板３０を製造することができる。

本実施形態の製造方法によれば、蛍光体層の性能を低下させてしまう高温のアルミナシート板の焼成工程を、蛍光体層の焼成工程よりも先に行っているため、製造プロセスによる熱で蛍光体層の性能が低下することが抑制される。
また、ミラー膜４４は高温に晒されると反射率が低下するおそれがある。本実施形態によれば、ミラー膜４４の反射率を低下させる程度の温度となる蛍光体層の焼成プロセスをミラー膜４４の形成プロセスよりも先に行うため、ミラー膜４４が高温に晒されることで反射率が低下してしまうといった不具合の発生を防止することができる。
よって、蛍光体層４２およびミラー膜４４の熱による性能低下を招くことなく、信頼性の高い上記蛍光板３０を製造することができる。

ところで、蛍光板３０にはコリメート集光光学系９０により略集光した状態で青色光Ｅが入射する。青色光Ｅは、透光性セラミック部４１の上面４１ｃに入射する。青色光Ｅは、透光性セラミック層４３を透過して蛍光体層４２へと到達する。本実施形態において、蛍光体層４２は光入射面側で多くの青色光Ｅが吸収されるため、光入射面側での発熱量が大きくなり、光入射面側の温度が上昇するおそれがある。すると、高温に起因する変換効率低下が生じ、光入射面側での蛍光への変換効率が低下し、全体として青色光の蛍光への変換効率が低下する可能性がある。

これに対し、本実施形態の蛍光体層４２は、最も発熱量が大きい光入射面、すなわち上面４２ｃ側に熱伝導率が高いアルミナから構成された透光性セラミック層４３が配置されている。これにより、蛍光体層４２は透光性セラミック層４３を介して上面４２ｃから熱を効率良く放出することができる。よって、蛍光体層４２は、最も高温度なる光入射面（上面４２ｃ）の温度上昇が抑えられるので、蛍光光Ｙへの変換効率を向上させることができる。

また、本実施形態において、蛍光体層４２は支持基板４０に形成された凹部４０ａに配置されるため、蛍光体層４２は側面４２ａおよび底面４２ｂの熱を支持基板４０に効率良く放出することができる。よって、蛍光体層４２は、上面４２ｃに加え、側面４２ａおよび底面４２ｂからも放熱することができるので、温度上昇が抑えられることで蛍光光Ｙへの変換効率を向上させることができる。

図３は本実施形態の蛍光板３０の効果を示した表である。この表は、蛍光板に入射させた励起光の光量（単位：Ｗ）と、これにより生成された蛍光光（黄色光）の照度（単位：ｃｄ／ｍｍ^２）との関係を示すものである。
なお、図３に示す表において、比較例はミラー膜で覆われた銅基板上に熱硬化性シリコーン樹脂をバインダーとした蛍光体層を形成した蛍光板に対応し、実施例は蛍光板３０に対応する。

図３に示す表によれば、本実施形態の蛍光板３０によれば、励起光（青色光Ｅ）の光量に応じて、蛍光光Ｙの照度が増加していることが確認できる。これは、青色光Ｅの光量の増加に伴って生じる温度上昇が抑制され、蛍光光Ｙへの変換効率が向上していることを意味する。一方、比較例の回転板では、励起光の光量が２０Ｗとなった場合、蛍光体の熱が良好に放出されないため、過度の温度上昇によって蛍光体層が破損したことが確認できた。

図１に戻って、第１レンズアレイ１２０は、ダイクロイックミラー８０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。複数の第１小レンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２の像を液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる。複数の第２小レンズ１３２は照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束を、直線偏光光に変換する。偏光変換素子１４０は、蛍光板３０からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０及び重畳レンズ１５０は、蛍光板３０からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０，２２０、反射ミラー２３０，２４０，２５０及びリレーレンズ２６０，２７０を備える。色分離導光光学系２００は、第１照明装置１００および第２照明装置１０２からの白色光Ｗを赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂに分離し、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂをそれぞれが対応する液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する。
色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、フィールドレンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分及び青色光成分を反射するダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー２４０，２５０は青色光成分を反射する反射ミラーである。

ダイクロイックミラー２１０を通過した赤色光は、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、フィールドレンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２２０を通過した青色光は、リレーレンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０、フィールドレンズ３００Ｂを経て青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調して各色光に対応するカラー画像を形成するものである。なお、図示を省略したが、各フィールドレンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置され、各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が配置される。

クロスダイクロイックプリズム５００は、各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂから射出された各画像光を合成してカラー画像を形成する光学素子である。

このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

以上述べたように、本実施形態のプロジェクター１によれば、蛍光光Ｙを効率良く生成して射出する上記第１照明装置１００を備えるので、該プロジェクター１は品質に優れた画像を表示することができる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る蛍光板について説明する。図４は第２実施形態に係る蛍光板３０Ａの要部構成を示す図である。なお、上記実施形態と同じ部材については同符号を用い、その詳細な説明については省略する。

蛍光板３０Ａは、図４に示すように、矩形状の支持基板４０と、透光性セラミック部１４１と、を有する。透光性セラミック部１４１は、蛍光体層４２と、透光性セラミック層１４３とを含む。本実施形態において、蛍光体層４２が接着剤４５を介して凹部１４０ａに固定されている。

本実施形態において、透光性セラミック層１４３は、例えば、アルミナ製のレンズからなり、図１に示したコリメート集光光学系９０としての機能を有する。透光性セラミック層１４３は蛍光体層４２を覆うことが可能なサイズであって、蛍光体層４２の上面４２ｃに接触している。なお、本実施形態では、透光性セラミック層１４３としてアルミナ製のレンズを例示したが、マグネシア製のレンズを用いて良い。

本実施形態において、ミラー膜１４４は、蛍光体層４２の上面４２ｃを除く面（側面４２ａおよび底面４２ｂ）と、透光性セラミック部１４１の底面１４１ｃのうち蛍光体層４２との接触面を除く面とを覆っている。

ここで、本実施形態の蛍光板３０Ａの製造方法の一例について説明する。
まず、焼結アルミナ製レンズを作成する。すなわち、上記透光性セラミック層１４３を作成する。

具体的に、アルミナ粉に焼結助剤（例えば、ＭｇＯ等）を微小量添加したものに、バインダー、分散剤を加えてボールミルで混合し、気泡を除去した後、キャスト成形する。続いて、１０００℃で１時間仮焼き（プリベーク）した後、洗浄を行い、１８００℃で２時間焼成する。これにより、透光性セラミック層１４３が形成される。

続いて、透光性セラミック層１４３の下面に印刷した混合物を仮焼きの後、８００℃で焼成することで透光性セラミック層１４３と蛍光体層４２とを含む透光性セラミック部１４１を形成する。

続いて、透光性セラミック部１４１のレンズ形状側の面を除いて、スパッタにより１２０ｎｍのＡｇ膜および３０ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３膜の順に積層することでミラー膜１４４を形成する。

続いて、透光性セラミック部４１の蛍光体層４２を接着剤４５により凹部４０ａに貼り付ける。これにより、支持基板４０は蛍光体層４２および透光性セラミック層１４３と熱的に接触する。以上のようにして蛍光板３０Ａが製造される。

本実施形態の蛍光板３０Ａにおいても、最も温度が高くなる蛍光体層４２の光入射面、すなわち上面４２ｃ側に熱伝導率が高いアルミナから構成された透光性セラミック層１４３が配置されている。これにより、蛍光体層４２は透光性セラミック層１４３を介して上面４２ｃから熱を効率良く放出することができる。

また、本実施形態では、蛍光体層４２からの熱の排出先となる透光性セラミック層１４３のサイズが第１実施形態の構成に比べて大型化しているため、蛍光体層４２の熱を効率良く放出することができる。
したがって、本実施形態の蛍光板３０Ａは、蛍光光Ｙを効率良く生成することができる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係る蛍光板について説明する。図５は第３実施形態に係る蛍光板３０Ｂの要部構成を示す図である。なお、上記実施形態と同じ部材については同符号を用い、その詳細な説明については省略する。

蛍光板３０Ｂは、図５に示すように、支持部材５１と、透光性セラミック部４１と、ミラー膜４４と、を有する。本実施形態において、支持部材５１は、支持基板５２と補助部材５３とを含む。支持基板５２は、例えば、アルミや銅等といった放熱性に優れた金属板から構成されている。補助部材５３は、例えば、Ａｇペースト等の熱伝導部材から構成される。

ミラー膜４４で覆われた透光性セラミック部４１は、補助部材５３により支持基板５２上に形成される空間に設置されている。なお、ミラー膜４４と支持基板５２との間には不図示の接着剤が配置されている。

本実施形態において、支持基板５２は、透光性セラミック部４１の底面４１ｂ、すなわち蛍光体層４２の底面４２ｂと熱的に接触している。
また、補助部材５３は、透光性セラミック部４１の側面４１ａ、すなわち蛍光体層４２の側面４２ａと熱的に接触している。補助部材５３は、透光性セラミック部４１（蛍光体層４２）の熱を、ミラー膜４４を介して支持基板５２に効率良く伝達する。

すなわち、本実施形態において、透光性セラミック部４１の側面４１ａが特許請求の範囲に記載の「第３の面」に対応し、支持基板５２が特許請求の範囲に記載の「第２の面と熱的に接触している基板」に対応する。

本実施形態の蛍光板３０Ｂにおいても、最も温度が高くなる蛍光体層４２の光入射面、すなわち上面４２ｃ側に透光性セラミック層４３が配置されている。これにより、蛍光体層４２は透光性セラミック層４３を介して上面４２ｃから熱を効率良く放出することができる。透光性セラミック層４３の側面４３ａは補助部材５３に熱的に接触しているため、透光性セラミック層４３の熱を補助部材５３を介して放出することもできる。

また、蛍光体層４２は、側面４２ａ側に熱伝導部材からなる補助部材５３が配置されているので、側面４２ａの熱が補助部材５３を介して効率良く放出されるようになる。
また、蛍光体層４２は、底面４２ｂ側に支持基板５２が配置されるため、底面４２ｂの熱が支持基板５２を介して効率良く放出されるようになる。
したがって、本実施形態の蛍光板３０Ｂは、蛍光体層４２の温度上昇が抑制されるので、蛍光光Ｙを効率良く生成することができる。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態に係る蛍光板について説明する。
上記実施形態では、固定された配置された蛍光体層に対して青色光Ｅが入射する蛍光板を例示したが、本実施形態の蛍光体は回転可能な点で相違する。

図６は本実施形態の回転蛍光板３１の概略構成を示す図である。図６（ａ）は回転蛍光板３１の正面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ１−Ａ１矢視による断面図である。なお、図６において上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付して説明する。

回転蛍光板３１は、図６に示すように、モーター５０と、モーター５０により回転可能な円板（支持部材）３２と、透光性セラミック部３３と、を有する。透光性セラミック部３３は、円板３２の周に沿って設けられたリング形状からなる。透光性セラミック部３３は、リング状の蛍光体層４２と、リング状の透光性セラミック層４３とを含む。

円板３２は、モーター５０により中心軸３２ａの周りに回転する。円板３２には凹部３５が形成されている。凹部３５は円板３２の中心軸３２ａの周りにリング状に形成されている。

本実施形態の回転蛍光板３１によれば、円板３２が回転することで蛍光体層４２中における青色光Ｅの入射位置が経時的に変化するので、青色光Ｅによる発熱が分散されることで蛍光体層４２の温度上昇が抑制される。
これに加え、上記実施形態と同様、蛍光体層４２の光入射面、すなわち上面４２ｃ側に配置された透光性セラミック層４３を介して上面４２ｃから熱が効率良く排出される。
したがって、本実施形態の回転蛍光板３１においても、蛍光体層４２の温度上昇が抑制されるので、蛍光光Ｙを効率良く生成することができる。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも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。
例えば、上記実施形態では、蛍光体層４２のバインダー材としては低融点ガラスを例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、バインダー材としては少なくとも青色光Ｅおよび蛍光光Ｙを透過させる光透過性を有していればよく、例えば、シリコーン樹脂から構成されていてもよい。
本発明によれば、バインダー材として熱伝導率が低い樹脂材料を用いた蛍光体層を採用した場合であっても、透光性セラミック層４３或いは１４３、支持基板４０或いは２４０および補助部材４６を介して蛍光体層４２から放熱させることができるので、蛍光体層４２の発光効率の低下を抑制することができるからである。

また、上記実施形態では、３つの液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの液晶光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。

また、上記実施形態では本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置は、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。

１…プロジェクター、１０…第１光源、３０，３０Ａ，３０Ｂ…蛍光板、３１…回転蛍光板、３２…円板（支持部材）、３３，４１…透光性セラミック部、４０，５２…支持基板、４０ａ，１４０ａ…凹部、４２…蛍光体層、４２ａ…側面（第３の面）、４２ｂ…底面（第２の面）、４２ｃ…上面（第１の面）、４３…透光性セラミック層、４６…補助部材、５１…支持部材、５２…支持基板（基板）、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…光変調装置、Ｅ…青色光（励起光）。

Claims (10)

1. 励起光が入射する第１の面および該第１の面と対向する第２の面を有する蛍光体層と、前記第１の面に設けられた透光性セラミック層と、からなる透光性セラミック部材と、
   前記蛍光体層の前記第２の面側に設けられ、前記蛍光体層および前記透光性セラミック層と熱的に接触している支持部材と、を備える
   波長変換素子。
2. 前記支持部材は凹部を有し、
   前記透光性セラミック部材は、前記凹部に設けられている
   請求項１に記載の波長変換素子。
3. 前記透光性セラミック部材は、前記第２の面と交差する第３の面をさらに有し、
   前記支持部材は、前記第２の面と熱的に接触している基板と、前記第３の面と熱的に接触している補助部材と、を有する
   請求項１に記載の波長変換素子。
4. 前記支持部材は回転軸の周りに回転可能な円板状からなり、
   前記透光性セラミック部材は、前記回転軸の周りにリング状に配置されている
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換素子。
5. 前記透光性セラミック層はアルミナの焼結体である
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換素子。
6. 前記透光性セラミック層はマグネシアの焼結体である
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換素子。
7. 第１の面および該第１の面と対向する第２の面を有する蛍光体層と、前記第１の面に設けられた透光性セラミック層と、前記蛍光体層の前記第２の面側に設けられた支持部材と、を備えた波長変換素子の製造方法であって、
   前記透光性セラミック層の上に、接合剤及び蛍光体を含む混合物を塗布する工程と、
   前記透光性セラミック層の上に塗布された前記混合物を焼成して前記蛍光体層を形成する工程と、
   前記支持部材を、前記蛍光体層および前記透光性セラミック層と熱的に接触させる工程と、を備える
   波長変換素子の製造方法。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
   前記蛍光体層を励起する励起光を射出する光源と、を備える
   照明装置。
9. 前記蛍光体層は、前記励起光のスポットサイズに対応した幅を有する
   請求項８に記載の照明装置。
10. 請求項８又は９に記載の照明装置と、
    前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
    前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
    プロジェクター。

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