JP2017138470A - 反射素子、波長変換素子、光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】高い反射率が得られる、反射素子、波長変換素子、光源装置及びプロジェクターを提供する。
【解決手段】無機材料からなる多結晶体と、複数の気孔と、第１の凹部を有する第１面と、を有する焼結体と、第１の凹部に設けられた少なくとも一つの第１の粒子と、を備える反射素子に関する。
【選択図】図４

Description

本発明は、反射素子、波長変換素子、光源装置及びプロジェクターに関するものである。

従来、光源装置から射出された照明光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーン等の被投射面に拡大投射する画像表示装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

この画像表示装置は、照明装置、偏光分離装置、分光装置、液晶パネル、プリズム及び投射光学装置を備える。照明装置は、励起光を射出する励起光源と、蛍光体とを備える。蛍光体は、入射された励起光の一部を励起光とは異なる波長の蛍光に変換する。蛍光体からは、蛍光と、励起光の他の一部とが、当該励起光が入射する側と同じ側に向けて照明光として射出される。そして、照明光は分光装置によって赤色、緑色及び青色の色光に分離される。分離された各色光は、それぞれが対応する液晶パネルにて変調される。液晶パネルにより変調された各色光がプリズムにて合成され、投射光学装置から投射される。

特開２０１２−４００９号公報

ところで、近年、プロジェクターに対し、高輝度化の要望が高まっている。これに対し、照明光として蛍光体から蛍光を効率的に取り出せる構成が要望されている。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決することを目的としたものであり、高い反射率が得られる、反射素子を提供することを目的の１つとする。また、当該反射素子を備えた波長変換素子を提供することを目的の１つとする。また、当該波長変換素子を備えた光源装置を提供することを目的の１つとする。また、当該光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の１つとする。

本発明の第１態様に従えば、無機材料からなる多結晶体と、複数の気孔と、第１の凹部を有する第１面と、を有する焼結体と、前記第１の凹部に設けられた少なくとも一つの第１の粒子と、を備える反射素子が提供される。

第１態様に係る反射素子によれば、第１の凹部に設けられた少なくとも一つの第１の粒子により第１面に入射した光を反射させるので、厚さを薄くしたとしても、高い反射率を実現することができる。

上記第１態様において、前記焼結体は、前記第１面と対向し、第２の凹部を有する第２面を更に備え、前記第２の凹部に少なくとも一つの第２の粒子が設けられているのが好ましい。
この構成によれば、第１面を透過して第２面側に向かった光を第２の凹部に設けられた少なくとも一つの第２の粒子により反射させることができる。これにより、より高い反射率を得ることができる。

上記第１態様において、前記少なくとも一つの第１の粒子は、透光性の材料からなるのが好ましい。
この構成によれば、第１の粒子において光が吸収されないため、吸収による光のロスを低減できる。これにより、反射光として外部に射出される光量が増えるので、結果的に、反射率を向上させることができる。

上記第１態様において、複数の前記第１の粒子が前記第１の凹部に設けられており、前記複数の第1の粒子は互いに部分的に結合しているのが好ましい。
この構成によれば、複数の第１の粒子が設けられるので、反射率を向上することができる。また、結合した粒子間を熱が伝わり易くなるので、放熱性を向上させることができる。

上記第１態様において、前記複数の第１の粒子は互いに焼結しているのがより望ましい。
このようにすれば、第１の粒子同士が焼結結合することで熱による破壊に対して強くなる。よって、耐熱性に優れた反射素子を提供できる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る反射素子と、蛍光体を含み、前記反射素子に接合された蛍光体層と、を含む波長変換素子が提供される。

第２態様に係る波長変換素子によれば、反射素子が薄くても十分高い反射率が得られるようになる。薄い反射素子は熱抵抗が小さいため、蛍光体層の放熱性を高めることができる。よって、蛍光体層の温度上昇が低減される。その結果、蛍光体層の発光効率の低下を低減することができる。

上記第２態様において、前記蛍光体層は、前記第１面と接合されているのが好ましい。
この構成によれば、蛍光体層から第１面に入射した蛍光は第１面で反射され、第１面の反対側から外部に射出される。よって、蛍光を効率良く利用することができる。

本発明の第３態様に従えば、上記第２態様に係る波長変換素子と、前記蛍光体を励起するための励起光を射出する発光素子と、を備える光源装置が提供される。

第３態様に係る光源装置によれば、上記第２態様に係る波長変換素子を備えるので、明るい光を射出することができる。

本発明の第４態様に従えば、上記第３態様に係る光源装置と、前記光源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写光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。

第４態様に係るプロジェクターは上記第３態様に係る光源装置を備えるので、明るい画像を表示することができる。

プロジェクターの概略を示す模式図である。 プロジェクターの照明装置の概略を示す模式図である。 照明装置における波長変換素子の断面図である。 反射層の要部構成を示す断面図である。 比較例に係る反射層の要部構成を示す断面図である。 反射層の光透過率を示す表である。 比較例に係る反射層の光透過率を示す表である 第１変形例に係る反射層の要部構成を示す断面図である。 第２変形例に係る反射層の要部構成を示す断面図である。

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。

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。本実施形態のプロジェクターは、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１の構成を示す模式図である。
プロジェクター１は、図１に示すように、照明装置１００、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。

本実施形態において、照明装置１００は白色の照明光ＷＬを色分離導光光学系２００に向けて射出する。

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、照明装置１００からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに分離し、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ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ＬＲは、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｂ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ＬＧ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を透過した青色光ＬＢは、リレーレンズ２６０、反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、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。

［照明装置］
図２は、本実施形態のプロジェクター１における照明装置１００の構成を示す概略図である。
照明装置１００は、前述したように照明光ＷＬを色分離導光光学系２００に向けて射出する。照明装置１００は、図２に示すように、光源装置１００Ａ、インテグレーター光学系１７、偏光変換素子１８及び重畳レンズ１９を備える。光源装置１００Ａは、光源部３１、アフォーカル光学系３２、ホモジナイザー光学系３３、偏光分離装置１４、位相差板１５、ピックアップ光学系１６、インテグレーター光学系１７、偏光変換素子１８、重畳レンズ１９及び波長変換素子４を備える。また、光源部３１は、アレイ光源３１Ａ及びコリメータ光学系３１Ｂを備える。

光源部３１のアレイ光源３１Ａは、複数の半導体レーザー１１１により構成される。アレイ光源３１Ａは、特許請求の範囲の「発光素子」に相当する。
具体的に、アレイ光源３１Ａは、当該アレイ光源３１Ａから射出される光束の照明光軸Ａｘ１と直交する一平面内に複数の半導体レーザー１１１がアレイ状に配列されることにより形成される。なお、詳しくは後述するが、波長変換素子４にて反射された光束の照明光軸をＡｘ２としたとき、照明光軸Ａｘ１と照明光軸Ａｘ２とは同一平面内にあり、且つ互いに直交している。照明光軸Ａｘ１上においては、アレイ光源３１Ａと、コリメータ光学系３１Ｂと、アフォーカル光学系３２と、ホモジナイザー光学系３３と、偏光分離装置１４とが、この順に並んで配置されている。
一方、照明光軸Ａｘ２上においては、波長変換素子４と、ピックアップ光学系１６と、位相差板１５と、偏光分離装置１４と、インテグレーター光学系１７と、偏光変換素子１８と、重畳レンズ１９とが、この順に並んで配置されている。

アレイ光源３１Ａを構成する半導体レーザー１１１は、例えば、４４０〜４８０ｎｍの波長域にピーク波長を有する励起光（青色光ＢＬ）を射出する。また、半導体レーザー１１１から射出される青色光ＢＬは、コヒーレントな直線偏光であり、偏光分離装置１４に向けて照明光軸Ａｘ１と平行に射出される。

また、アレイ光源３１Ａは、各半導体レーザー１１１が射出する青色光ＢＬの偏光方向を、偏光分離装置１４の偏光分離層１４３にて反射される偏光成分（Ｓ偏光成分）の偏光方向と一致させている。アレイ光源３１Ａから射出された青色光ＢＬは、コリメータ光学系３１Ｂに入射する。

コリメータ光学系３１Ｂは、アレイ光源３１Ａから射出された青色光ＢＬを平行光に変換するものである。コリメータ光学系３１Ｂは、例えば各半導体レーザー１１１に対応してアレイ状に配置された複数のコリメータレンズ２７を備える。このコリメータ光学系３１Ｂを通過することにより平行光に変換された青色光ＢＬは、アフォーカル光学系３２に入射する。

アフォーカル光学系３２は、コリメータ光学系３１Ｂから入射された青色光ＢＬの光束径を調整する。このアフォーカル光学系３２は、レンズ１２１とレンズ１２２を備える。このアフォーカル光学系３２を通過することによりサイズが調整された青色光ＢＬは、ホモジナイザー光学系３３に入射する。

ホモジナイザー光学系３３は、後述するピックアップ光学系１６と協同して、被照明領域における青色光ＢＬによる照度分布を均一化する。このホモジナイザー光学系３３は、一対のマルチレンズアレイ１３１，１３２を備える。このホモジナイザー光学系３３から射出された青色光ＢＬは、偏光分離装置１４に入射する。

偏光分離装置１４は、いわゆるプリズム型の偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）であり、Ｐ偏光及びＳ偏光のうち、一方の偏光光を通過させ、他方の偏光光を反射させる。この偏光分離装置１４は、プリズム１４１，１４２及び偏光分離層１４３を備える。これらプリズム１４１，１４２は、略三角柱形状に形成され、それぞれ照明光軸Ａｘ１に対して４５°の角度をなす傾斜面を有し、かつ、照明光軸Ａｘ２に対して４５°の角度をなしている。

偏光分離層１４３は、上記傾斜面に設けられ、当該偏光分離層１４３に入射した第１の波長帯の青色光ＢＬを、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有する。この偏光分離層１４３は、青色光ＢＬのＳ偏光成分を反射させ、青色光ＢＬのＰ偏光成分を透過させる。

また、偏光分離層１４３は、当該偏光分離層１４３に入射した光のうち、第１の波長帯（青色光ＢＬの波長帯）とは異なる第２の波長帯（緑色光ＧＬ及び赤色光ＬＲ）の光を、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有する。なお、偏光分離装置１４は、プリズム型のものに限らず、プレート型の偏光分離装置を用いてもよい。

そして、偏光分離層１４３に入射した青色光ＢＬは、その偏光方向がＳ偏光成分と一致していることから、Ｓ偏光の励起光（以下、青色光ＢＬｓと称す）として、波長変換素子４に向けて反射される。

位相差板１５は、偏光分離層１４３と波長変換素子４との間の光路中に配置された１／４波長板である。この位相差板１５に入射するＳ偏光である青色光ＢＬｓは、円偏光の青色光ＢＬｃに変換された後、ピックアップ光学系１６に入射する。

ピックアップ光学系１６は、青色光ＢＬｃを波長変換素子４に向けて集光させる。このピックアップ光学系１６は、レンズ１６１，レンズ１６２を備える。具体的に、ピックアップ光学系１６は、入射された複数の光束（青色光ＢＬｃ）を後述する波長変換素子４に向けて集光させるとともに、当該波長変換素子４上で互いに重畳させる。

ピックアップ光学系１６からの青色光ＢＬｃは、波長変換素子４に入射する。波長変換素子４は、青色光ＢＬｃの一部を赤色光及び緑色光を含む蛍光ＹＬに変換する。蛍光ＹＬは、５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する。なお、波長変換素子４の構成については、後述する。青色光ＢＬｃは後述のように波長変換素子４で反射される。

そして、波長変換素子４から射出された蛍光ＹＬおよび波長変換素子４で反射された青色光ＢＬｃは、ピックアップ光学系１６、位相差板１５を通過し、偏光分離装置１４に入射する。ここで、青色光ＢＬｃは位相差板１５を再び通過して、Ｐ偏光の青色光ＢＬｐとなる。偏光分離装置１４によって、蛍光ＹＬと偏光分離層１４３を通過する青色光ＢＬｐ（Ｐ偏光の青色光）とが合成され、白色の照明光ＷＬが生成される。照明光ＷＬは、偏光分離装置１４から射出され、インテグレーター光学系１７に入射する。

インテグレーター光学系１７は、後述する重畳レンズ１９と協同して、被照明領域における照度分布を均一化する。インテグレーター光学系１７は、一対のレンズアレイ１７１，１７２を備える。これら一対のレンズアレイ１７１，１７２は、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。このインテグレーター光学系１７から射出された照明光ＷＬは、偏光変換素子１８に入射する。

偏光変換素子１８は、偏光分離膜と位相差板とから構成され、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。偏光変換素子１８から射出された照明光ＷＬは、重畳レンズ１９に入射する。
重畳レンズ１９は、照明光ＷＬを被照明領域において重畳させることにより、被照明領域の照度分布を均一化する。

［波長変換素子］
波長変換素子４は、図２に示すように、蛍光体層１１、反射層１２及び支持基板１３を含む。

蛍光体層１１は、入射された光の一部を蛍光ＹＬに変換して射出するとともに、他の一部を蛍光ＹＬに変換せずに射出する。また、反射層１２は、蛍光体層１１から入射した光をピックアップ光学系１６に向けて反射させる。

蛍光体層１１及び反射層１２は、当該蛍光体層１１及び反射層１２の側面と支持基板１３との間に設けられた固定部材４２により、金属製の支持基板１３に固定されている。また、支持基板１３の蛍光体層１１を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク４３が配置されている。これにより、蛍光ＹＬの生成に伴って発熱する波長変換素子４がヒートシンク４３により冷却される。

図３は、波長変換素子４の要部構成を示す断面図である。
図３に示すように、蛍光体層１１は、蛍光ＹＬが射出される第１面１１Ａと、当該第１面１１Ａに対向する面、すなわち、反射層１２に対向する第２面１１Ｂを備える。第２面１１Ｂは、第１面１１Ａに対向する底面領域１１Ｂ１を備える。なお、本実施形態では、第２面１１Ｂの全領域が底面領域１１Ｂ１に相当する。

蛍光体層１１は、無機材料であるガラスバインダーと蛍光体とを含む混合物を焼成することで形成された無機蛍光体層である。蛍光体層１１を構成する蛍光体は、Ｃｅイオンを含んだＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）蛍光体である。

反射層１２は、金属酸化物を含む焼結体からなり、蛍光体層１１から入射した光（蛍光ＹＬ及び青色光ＢＬｃ）を反射させる。反射層１２は、特許請求の範囲の「反射素子」に相当する。

反射層１２は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の焼結体（以下、アルミナと称す）であり、非金属の無機反射部材である。この反射層１２は、天面部１２Ａ及び底面部１２Ｂを備える。天面部１２Ａは、上記蛍光体層１１の底面領域１１Ｂ１に直接固定されている。また、底面部１２Ｂは、支持基板１３に不図示の接着剤を介して固定されている。このように、支持基板１３上に反射層１２が固定され、当該反射層１２上に蛍光体層１１が固定されている。

図４は、反射層１２の要部構成を示す断面図である。
反射層１２は、アルミナからなる基材部２０と複数の気孔２１とを有し、相対密度が略５０％に設定されている。本実施形態において、基材部２０の上面が上述の天面部１２Ａに相当し、基材部２０の下面が上述の底面部１２Ｂに相当する。基材部２０の上面（天面部１２Ａ）及び下面（底面部１２Ｂ）には、それぞれ凹部２３、２４が形成されている。

本実施形態において、基材部２０は特許請求の範囲の「多結晶体」に相当し、天面部１２Ａは特許請求の範囲の「第１面」に相当し、凹部２３は特許請求の範囲の「第１の凹部」に相当し、底面部１２Ｂは特許請求の範囲の「第２面」に相当し、凹部２４は特許請求の範囲の「第２の凹部」に相当する。

複数の気孔２１は、少なくとも第１の気孔２１Ａと第２の気孔２１Ｂとを含む。第１の気孔２１Ａは、例えば、平均粒径が６０μｍ程度の気孔からなる。第２の気孔２１Ｂは、例えば、平均粒径が５μｍ程度の気孔からなる。

本実施形態において、凹部２３及び凹部２４は、後述のように第１の気孔２１Ａの一部を開口させることで形成される。

凹部２３及び凹部２４内には、複数の粒子２５、２６がそれぞれ配置されている。粒子２５、２６は透光性を有する無機材料、例えば、アルミナ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＹＡｌＯ_３、二酸化ジルコニア、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ガラス等から構成される。本実施形態では、粒子２５、２６として、例えば、平均粒径が３μｍのアルミナ紛体を用いた。

本実施形態において、凹部２３内において互いに隣り合う粒子２５は部分的に結合している。同様に、凹部２４内において互いに隣り合う粒子２６は部分的に結合している。このように複数の粒子同士が結合することで各粒子間にて熱を伝わり易くなるので、放熱性を向上させることができる。

本実施形態において、複数の粒子２５は互いに焼結している。同様に、複数の粒子２６は互いに焼結している。このように粒子同士が焼結結合することで熱による破壊に対して強い、耐熱性に優れたものとなる。

反射層１２において、気孔２１は屈折率が１であり、基材部２０は屈折率が１．７８である。そのため、反射層１２において、基材部２０では光が散乱せずに透過し、気孔２１との界面において光が散乱される。したがって、基材部２０内に多数の気孔２１が存在することで散乱特性（光反射特性）が高くなる。

このように、複数の気孔２１が基材部２０内に存在することで、光の反射及び散乱が大きくなり、蛍光体層１１から入射した光は、図３に示したように、反射層１２によって第１面１１Ａに向けて反射される。

ここで、反射層１２の反射率を高めるべく、気孔２１の数を増やすことも考えられる。しかしながら、気孔２１の数を増やすと、基材部２０の熱伝導率（放熱性）が下がってしまう。すると、反射層１２を介して支持基板１３側に蛍光体層１１の熱が伝わり難くなることで、蛍光体層１１の温度が上昇する。その結果、蛍光ＹＬの発光効率が低下してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態の反射層１２の気孔２１は、平均粒径が大きい第１の気孔２１Ａよりも平均粒径が小さい第２の気孔２１Ｂの割合を多くしている。これにより、基材部２０内に存在する気孔２１の数を増やしつつ、基材部２０の熱伝導率の低下を低減することができる。よって、本実施形態の反射層１２は、高い散乱特性及び放熱性を備えたものとなる。

図５は比較例に係る反射層２の要部構成を示す断面図である。図５に示すように、比較例に係る反射層２は、凹部２３及び凹部２４内に粒子が配置されていない点において本実施形態の反射層１２と構成が相違している。

本実施形態の反射層１２においては、凹部２３及び凹部２４内に入射した光が該凹部２３及び凹部２４内に配置された粒子２５、２６の表面で散乱される。本実施形態においては、粒子２５、２６として透光性部材を用いるため、吸収による光のロスが低減される。これにより、反射光として外部に射出される光量が増えるので、結果的に、反射層１２の反射率を向上させることができる。

また、凹部２３、２４内には複数の粒子２５、２６が配置されているため、凹部２３、２４に入射した光の反射率を向上させることができる。

一方、図５に示す反射層２は凹部２３及び凹部２４内に粒子が配置されていないため、基材部２０内に存在する気孔２１のみで光が散乱される。

図６は、本実施形態の反射層１２の光透過率を示す表である。具体的に、図６に示す表は、厚さ０．２７ｍｍ、０．４７ｍｍ、０．６５ｍｍの反射層１２について、波長４００ｎｍ、５５０ｎｍ、７００ｎｍの光を入射させた際の透過率のシミュレーション結果である。
また、シミュレーション条件として、反射層１２の各凹部２３、２４内に配置される粒子２５、２６の割合（粒子２５、２６の総質量／基材部２０の質量）を、厚さ０．６５ｍｍで１．７％、厚さ０．４７ｍｍで１．９％、厚さ０．２７ｍｍで２．０％とした。

図７は比較例に係る反射層２の光透過率を示す表である。図７に示す表は、図６と同様、厚さ０．２７ｍｍ、０．４７ｍｍ、０．６５ｍｍの反射層１２について、波長４００ｎｍ、５５０ｎｍ、７００ｎｍの光を入射させた際の透過率のシミュレーション結果に関するものである。

図６、７において、透過率が１００％とは反射率が０％であることを意味し、透過率が０％とは反射率が１００％であることを意味する。つまり、図６、７において透過率が低いとは、反射率が高いことと等価である。

なお、反射層１２及び反射層２は光吸収性を有しないアルミナから構成されるため、仮に反射層２において気孔２１が存在しないとすると（アルミナのみから構成されるとすると）、その透過率は１００％（反射率０％）となる。

図７に示すように、気孔２１を有する反射層２において、厚さ及び入射する光の波長によらず、透過率が数％〜十数％程度となっている。これは、基材部２０に形成された複数の気孔２１（凹部２３、２４を含む）によって上述した光の散乱が生じ、反射率が向上したためと考えられる。

図６、７に示すように、本実施形態の反射層１２の透過率は、全ての条件において、比較例の反射層１２の透過率よりも低くなっている。つまり、本実施形態の反射層１２は、全ての条件において、比較例の反射層２よりも反射率が高い。

これは、凹部２３、２４内に配置される粒子２５、２６の表面で光が反射されることで、散乱特性が向上したためと考えられる。

以上述べたように、本実施形態の反射層１２によれば、気孔２１に加えて、凹部２３、２４内に配置された粒子２５、２６によって光を反射させることができるので、基材部２０の厚さを０．２７ｎｍ〜０．６５ｎｍ程度まで薄くしたとしても高い反射率を実現できる。

一方、従来の一般的な反射層では、本実施形態の反射層１２と同様の反射率を得るためには、膜厚として１μｍ程度必要である。膜厚を１μｍ程度とすると、熱抵抗が大きくなることで蛍光体層１１の放熱性が低下してしまい、蛍光体層１１の発光効率が低下するおそれがある。

上述のように本実施形態の反射層１２によれば、厚みを小さくすることで熱抵抗を小さくできるので、蛍光体層１１の放熱性を高めることができる。これにより、蛍光体層１１の温度上昇が低減され、蛍光体層１１の発光効率の低下を低減することができる。よって、明るい蛍光ＹＬを生じさせることができる。

本実施形態の波長変換素子４は、例えば以下に示す製造方法により製造される。
反射層１２を製造するには、例えば、エタノールにアルミナ紛体を混ぜたスラリーをアルミナボールによりミーリングし、スラリーを９０℃で乾燥し、乾燥紛体を造粒後に金型を使い成型し、約７００℃で脱脂後、１５００℃以上の大気環境で焼結する。これにより、複数の気孔２１を含むアルミナ焼結体が得られる。金型成型に代えて、ドクターブレード成型或いは射出成型を用いても良い。

なお、基材部２０に対する気孔２１の割合は、焼結温度及びアルミナ紛体の粒子サイズでコントロール可能である。具体的に、気孔サイズより大きな樹脂材料粒子をアルミナ材料に混ぜて成型し、脱脂、焼結を行うことで気孔２１の量や径をコントロールすることができる。

続いて、アルミナ焼結体（基材部２０の前駆体）の両面を研削する。研削により気孔２１の一部を外部に露出させ、凹部２３，２４を有した基材部２０を形成する。
その後、アルミナ紛体が分散されたアルコール中に基材部２０を浸漬し、基材部２０を取り出して乾燥させることで基材部２０の表面に形成された凹部２３、２４にアルミナ紛体からなる粒子２５、２６が配置される。
最後に、１５００℃以下で加熱することで、凹部２３、２４に配置される粒子２５、２６を部分的に焼結し固着させる。以上により、上述の反射層１２が製造される。

蛍光体層１１は、反射層１２上に形成される。まず、蛍光体層１１を構成するガラスバインダー、蛍光体及び有機物からなる混合物を調整する。そして、反射層１２上に当該混合物を塗布する。その後、混合物をガラスの融点を超える温度にて焼成する。

なお、この温度は、上記焼結体である反射層１２を焼結させる温度より低い温度であり、例えば１０００℃である。これにより、ガラスバインダーは溶融し、かつ、上記有機物が蒸発するので、反射層１２上にガラス及び蛍光体からなる無機蛍光体（蛍光体層１１）が形成される。また、反射層１２は、１５００℃以上の温度で焼結されているため、当該混合物とともに１０００℃に加熱されたとしても、反射層１２が熱により破壊される可能性は極めて低い。

最後に、反射層１２及び蛍光体層１１の積層体と支持基板１３とを不図示の接着剤を介して貼り合せることで波長変換素子４が製造される。

以上説明したように、本実施形態の反射層１２によれば、厚さを抑えつつ、蛍光体層１１から入射した光を所望の方向に効率よく反射することができる。
また、この反射層１２を備えた波長変換素子４は、厚さが薄いことで熱抵抗が小さい反射層１２を備えるので、蛍光体層１１の放熱性を高めることができる。よって、蛍光体層１１の発光効率の低下を低減できる。
また、この波長変換素子４を備えた光源装置１００Ａは、明るい光を射出することができる。また、この光源装置１００Ａはプロジェクター１に採用されているので、当該プロジェクター１は高輝度な画像を形成できる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、気孔２１を利用して凹部２３、２４を形成したが、凹部２３、２４の構成はこれに限定されない。
図８は第１変形例に係る反射層１１２の要部構成を示す断面図である。図９は第２変形例に係る反射層２１２の要部構成を示す断面図である。

図８に示すように、反射層１１２の基材部２０の上面には、凹部１２３が形成されている。この凹部１２３は、例えば、基材部２０の上面を切削することで形成された溝から構成されている。凹部１２３を構成する溝は、例えば、０．１〜０．２ｍｍの深さと、０．２ｍｍの幅とを有する。凹部１２３の一部は、基材部２０の上面に形成された凹部２３及び気孔２１の一部と一体化している。基材部２０の下面には、複数の粒子２５が配置された凹部２４が形成されている。凹部１２３内には、複数の粒子２５が配置されている。
なお、図８において、粒径の大きい気孔２１と粒径の小さい気孔２１とが連通した状態で形成しているが、連通していなくても良い。

また、図９に示す反射層２１２のように、基材部２０の下面に凹部１２４をさらに形成してもよい。この凹部１２４は、凹部１２３と同様、切削により形成された溝から構成されている。凹部１２４は、凹部１２３と同じ寸法を有する。凹部１２４の一部は、基材部２０の下面に形成された凹部２４及び気孔２１の一部と一体化している。凹部１２４内には、複数の粒子２６が配置されている。
なお、図９において、粒径の大きい気孔２１と粒径の小さい気孔２１とが連通した状態で形成しているが、連通していなくても良い。

また、上記実施形態では粒子２５、２６として透光性を有する無機材料を用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、粒子２５、２６として光反射性を有するＡｇ等の金属を用いても良い。

また、上記実施形態では波長変換素子４として、励起光の蛍光体層への入射位置が固定された場合を例に挙げたが、蛍光体層を例えば回転板に設けて、入射位置が移動する構成を採用してもよい。

また、上記実施形態では、粒子２５、２６と基材部２０とが同一材料（アルミナ）から構成される場合を例に挙げたが、互いに異なる材料を用いても良い。このようにすれば、両者の屈折率差によって光の散乱性を向上させることができる。

また、上記実施形態では本発明による光源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。

１…プロジェクター、４…波長変換素子、１１…蛍光体層、１２，１１２…反射層、１２Ａ…天面部、２０…基材部、２１…気孔、２３，２４…凹部、２５，２６…粒子、１００Ａ…光源装置、１１１…半導体レーザー、１２３，１２４…凹部、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶光変調装置、６００…投写光学系。

Claims (9)

1. 無機材料からなる多結晶体と、複数の気孔と、第１の凹部を有する第１面と、を有する焼結体と、
   前記第１の凹部に設けられた少なくとも一つの第１の粒子と、を備える反射素子。
2. 前記焼結体は、前記第１面と対向し、第２の凹部を有する第２面を更に備え、
   前記第２の凹部に少なくとも一つの第２の粒子が設けられている
   請求項１に記載の反射素子。
3. 前記少なくとも一つの第１の粒子は、透光性の材料からなる
   請求項１又は２に記載の反射素子。
4. 複数の前記第１の粒子が前記第１の凹部に設けられており、
   前記複数の第1の粒子は互いに部分的に結合している
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の反射素子。
5. 前記複数の第１の粒子は互いに焼結している
   請求項４に記載の反射素子。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の反射素子と、
   蛍光体を含み、前記反射素子に接合された蛍光体層と、を含む
   波長変換素子。
7. 前記蛍光体層は、前記第１面と接合されている
   請求項６に記載の波長変換素子。
8. 請求項６又は７に記載の波長変換素子と、
   前記蛍光体を励起するための励起光を射出する発光素子と、を備える
   光源装置。
9. 請求項８に記載の光源装置と、
   前記光源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写光学系と、を備える
   プロジェクター。

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