JP2019020476A - 蛍光発光素子、照明装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】高い光利用効率が得られる、蛍光発光素子を提供する。また、前記波長変換素子を備える照明装置を提供する。また、前記照明装置を備えるプロジェクターを提供する。【解決手段】蛍光発光素子は、蛍光部材と第１の反射部材と支持部材とを備えている。蛍光部材は、第１の側面と底面とを有し、蛍光を射出する。第１の反射部材は、第１の端部と、該第１の端部に設けられた第１の端面を有する。支持部材は、蛍光部材の底面と第１の反射部材とを支持する支持面を有する。第１の端面は光反射性を有する。第１の反射部材は、第１の端面が第１の側面と隣り合うように設けられているとともに、第１の端部よりも厚い肉厚部を有している。【選択図】図４

Description

本発明は、蛍光発光素子、照明装置及びプロジェクターに関するものである。

近年、半導体レーザー等の固体光源と、固体光源からの励起光を蛍光に変換する蛍光体とを用いた光源装置がある。例えば、下記特許文献１に開示の光源装置では、放熱基板上に固定した蛍光体に対して励起光を照射する。この光源装置では、蛍光体の側面に設けた反射膜によって蛍光を蛍光体内部に戻し、蛍光を蛍光体の上面から外部に効率良く取り出すことで光利用効率を高めている。また、この光源装置では、厚さ１３０μｍの板状の蛍光体を用いることで該蛍光体の冷却効率を高めている。

特開２０１４−０８２４０１号公報

通常、蛍光体はダイシングにより切断することで形成されるため、蛍光体の側面は微小な凹凸を有している。特に、上述のように薄い蛍光体の側面に反射膜を形成することは非常に困難である。そのため、上記光源装置では、蛍光が蛍光体の側面から外部に漏れてしまい、光利用効率が低下してしまう。

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、高い光利用効率が得られる蛍光発光素子を提供することを目的の一つとする。また、前記蛍光発光素子を備える照明装置を提供することを目的の一つとする。また、前記照明装置を備えるプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

本発明の第１態様に従えば、第１の側面と底面とを有し、蛍光を射出する蛍光部材と、第１の端部と、該第１の端部に設けられた第１の端面とを有する第１の反射部材と、前記蛍光部材の前記底面と前記第１の反射部材とを支持する支持面を有する支持部材と、を備え、前記第１の端面は光反射性を有し、前記第１の反射部材は、前記第１の端面が前記第１の側面と隣り合うように設けられているとともに、前記第１の端部よりも厚い肉厚部を有している蛍光発光素子が提供される。

第１態様に係る蛍光発光素子では、蛍光体の第１の側面から射出された蛍光を第１の反射部材の第１の端面で反射させて蛍光体の内部に戻すことができる。つまり、蛍光部材の第１の側面から射出されて損失となる蛍光成分を低減することができる。よって、高い光利用効率を得ることができる。また、厚肉部を把持することで第１の反射部材を支持面上に配置する作業がし易いため、第１の端面と第１の側面とが精度良く位置合わせされる。

上記第１態様において、前記第１の側面及び前記第１の端面は平面からなるのが好ましい。

この構成によれば、第１の側面と第１の端面との間隔を制御し易い。

上記第１態様において、前記支持面と前記第１の端面とに垂直な前記第１の反射部材の断面は、前記第１の端部において、前記第１の端面に向かって厚さが減少している楔形領域を有しているのが好ましい。

この構成によれば、第１の端面の高さを調整し易い。よって、第１の側面と第１の端面との高さを揃えることで蛍光を効率良く反射させることができる。

上記第１態様において、前記支持面は、前記蛍光部材から射出された前記蛍光を反射する特性を有し、前記第１の反射部材の前記断面は楔状であり、前記支持面とは反対側の前記第１の反射部材の面と、前記支持面と、のなす角は１０°以下であるのが好ましい。

この構成によれば、楔形のテーパー角が１０°以上の場合と比較して、蛍光部材から支持部材とは反対側に射出された蛍光のうち、第１の反射部材によって所望の方向から外れた方向へ反射される成分が少ない。よって、蛍光Ｙの光利用効率が高くなる。

上記第１態様において、前記蛍光部材と前記支持面との間に設けられた、前記蛍光部材から射出された前記蛍光を反射する反射層をさらに備え、前記第１の反射部材の前記断面は楔状であり、前記支持面とは反対側の前記第１の反射部材の面と、前記支持面と、のなす角は１０°以下であるのが好ましい。

この構成によれば、楔形のテーパー角が１０°以上の場合と比較して、蛍光部材から支持部材とは反対側に射出された蛍光のうち、第１の反射部材によって所望の方向から外れた方向へ反射される成分が少ない。また、蛍光部材と支持面との間に反射層を設けるため、支持部材として光反射性を有しない材料を用いることができる。すなわち、支持部材の選択肢が広い。

上記第１態様において、第２の端部と、該第２の端部に第２の端面を有する第２の反射部材と、第３の端部と、該第３の端部に第３の端面を有する第３の反射部材と、第４の端部と、該第４の端部に第４の端面を有する第４の反射部材と、をさらに備え、前記第２の端面、前記第３の端面及び前記第４の端面各々は光反射性を有し、前記蛍光部材の前記底面は矩形の形状を有し、前記蛍光部材は、前記第２の端面と隣り合っている第２の側面と、前記第３の端面と隣り合っている第３の側面と、前記第４の端面と隣り合っている第４の側面と、をさらに有し、前記第１の側面は前記第２の側面と対向しており、前記第１の端面の長さは前記第１の側面の長さよりも短く、前記第２の端面の長さは前記第２の側面の長さよりも短く、前記第３の端面の長さは前記第３の側面の長さよりも長く、前記第４の端面の長さは前記第４の側面の長さよりも長いのが好ましい。

この構成によれば、４つの側面から外部に射出された蛍光が蛍光部材の内部に戻されるので、光利用効率をより向上できる。また、蛍光部材の第１、第２の側面とそれぞれ隣り合っている第１、第２の反射部材は、蛍光部材の第３、第４の側面とそれぞれ隣り合っている第３、第４の反射部材のいずれとも接触しない。そのため、各反射部材を蛍光部材の周囲に配置し易い。

上記第１態様において、前記第１の端面と前記第１の側面との間には空気層が設けられているのが好ましい。

この構成によれば、第１の側面と空気層との界面で蛍光の全反射が起こるので、蛍光体の第１の側面から射出される蛍光の量を低減できる。よって、蛍光の利用効率が高くなる。

上記第１態様において、前記第１の端面は光拡散反射性を有するのが好ましい。

この構成によれば、第１の端面によって蛍光が拡散反射されるので、蛍光は蛍光部材内を種々な方向に進行する。これにより、第１の端面が光拡散反射性を持たない構成に比べて、蛍光を蛍光部材の外部に射出し易くすることができる。よって、蛍光の利用効率が高くなる。

上記第１態様において、前記第１の端面の形成材料は、硫酸バリウム又は酸化マグネシウムであるのが好ましい。

この構成によれば、硫酸バリウム又は酸化マグネシウムを用いることで第１の端面に高い反射率を付与できる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様の蛍光発光素子と、前記蛍光部材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２態様に係る光源装置は、蛍光の利用効率が高いので、明るい光を射出することができる。

本発明の第３態様に従えば、上記第２態様の照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調して画像光を生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、明るい光を射出する照明装置を備えるので、明るい画像を表示できる。

プロジェクターの概略構成を示す図。 照明装置の概略構成を示す図。 図４のＡ−Ａ線矢視による蛍光発光素子の構成を示す断面図。 蛍光発光素子の構成を示す斜視図。 蛍光発光素子の構成を示す分解図。 蛍光発光素子の構成を示す平面図。 蛍光発光素子の各部材の寸法関係を示す図。 第１の反射部材の製造工程を示す図。 蛍光発光素子の組み立て作業の説明図。 蛍光発光素子の組み立て作業の説明図。

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。

（第一実施形態）
まず、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、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
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、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６とを備えている。

色分離光学系３は、白色の照明光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のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを備えている。

第１の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、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光を反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過させる。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２の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。

第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂ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及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。

また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの各画像光が入射する。合成光学系５は、各画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系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。

投射光学系６は、投射レンズ群からなり、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。

（照明装置）
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置２について説明する。図２は照明装置２の概略構成を示す図である。図２に示すように、照明装置２は、第１照明装置１０１と、第２照明装置１０２とを含む。

第１照明装置１０１は、第１光源１０と、コリメート光学系７０と、ダイクロイックミラー８０と、ピックアップ光学系９０と、蛍光発光素子５０と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備える。

第１光源１０は、励起光として第１の波長帯の青色のレーザー光（発光強度のピーク波長が約４４５ｎｍ）Ｅを射出する半導体レーザーから構成されている。第１光源１０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。第１光源１０は特許請求の範囲に記載の「光源」に相当する。
なお、第１光源１０は、４４５ｎｍ以外の波長、例えば４６０ｎｍの青色レーザー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１０は、第１光源１０から射出されるレーザー光の光軸２００ａｘ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、を備える。コリメート光学系７０は、第１光源１０から射出された光を略平行化する。第１レンズ７２及び第２レンズ７４はそれぞれ、凸レンズで構成されている。

ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０からピックアップ光学系９０に至る光路中に、第１光源１０の光軸２００ａｘと照明光軸１００ａｘとの各々に対して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、励起光Ｅを反射させ、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光Ｙを透過させる。

ピックアップ光学系９０は、ダイクロイックミラー８０を通過した励起光Ｅを集光して蛍光発光素子５０に入射させる機能と、蛍光発光素子５０から射出された蛍光Ｙを略平行化する機能と、を有する。ピックアップ光学系９０は、第１レンズ９２と、第２レンズ９４と、を備えている。本実施形態において、第１レンズ９２はメニスカスレンズで構成され、第２レンズ９４は凸レンズで構成されている。

第２照明装置１０２は、第２光源２１０と、集光光学系２６０と、散乱板２３２と、コリメート光学系２７０と、を備えている。

第２光源２１０は、第１照明装置１０１の第１光源１０と同一の半導体レーザーから構成されている。第２光源２１０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。
集光光学系２６０は、第１レンズ２６２と、第２レンズ２６４と、を備えている。集光光学系２６０は、第２光源２１０から射出された青色の青色光Ｂを散乱板２３２上もしくは散乱板２３２の近傍に集光させる。第１レンズ２６２及び第２レンズ２６４はそれぞれ、凸レンズで構成されている。

散乱板２３２は、第２光源２１０からの青色光Ｂを散乱させることで、蛍光発光素子５０から射出された蛍光Ｙの配光分布に近い配光分布を青色光Ｂに与える。散乱板２３２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。

コリメート光学系２７０は、第１レンズ２７２と、第２レンズ２７４と、を備える。コリメート光学系２７０は、散乱板２３２から射出された光を略平行化する。第１レンズ２７２及び第２レンズ２７４はそれぞれ、凸レンズで構成されている。

第２照明装置１０２から射出された青色光Ｂは、ダイクロイックミラー８０により反射され、蛍光発光素子５０から射出されダイクロイックミラー８０を透過した蛍光Ｙと合成されて照明光ＷＬとなる。照明光ＷＬは、第１レンズアレイ１２０に入射する。

第１レンズアレイ１２０は、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１２２を有する。複数の第１レンズ１２２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。

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レンズ１２２に対応する複数の第２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レンズ１２２の像を光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２レンズ１３２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。

偏光変換素子１４０は、第２レンズアレイ１３０から射出された光を直線偏光に変換する。偏光変換素子１４０は、例えば、偏光分離膜と位相差板と（ともに図示略）を備えている。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された各部分光束を集光して、図１に示した光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，及び光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に互いに重畳させる。

以上により、本実施形態の照明装置２は、照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて射出する。

続いて、蛍光発光素子５０の構成について説明する。
図３は第１レンズ９２と組み合わされた蛍光発光素子５０の構成を示す断面図である。図４は、蛍光発光素子５０の構成を示す斜視図である。なお、図３に示す蛍光発光素子５０の断面は、図４のＡ−Ａ線矢視による断面に相当する。図５は、蛍光発光素子５０の構成を示す分解図である。図６Ａは、蛍光発光素子５０の構成を示す平面図であり、図６Ｂは蛍光発光素子５０の各部材の寸法関係を示す図である。

図３、図４、図５、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、蛍光発光素子５０は、蛍光体層４２と、反射部材４８と、支持部材４３とを備える。蛍光発光素子５０は、青色光からなる励起光Ｅが入射する側と同じ側に向けて蛍光Ｙを射出する反射型の蛍光発光素子である。

蛍光体層４２は、支持部材４３の支持面４３ａの略中央に配置されている。蛍光体層４２は励起光Ｅが入射するとともに蛍光Ｙを射出する入射出面４２ａと、支持部材４３の支持面４３ａに支持される下面（底面）４２ｂと、第１の側面４４と、第２の側面４５と、第３の側面４６と、第４の側面４７と、を有する。下面４２ｂの形状は矩形である。つまり、支持面４３ａの面法線方向から見た蛍光体層４２の形状は矩形である。第１〜第４の側面４４，４５，４６，４７はそれぞれ入射出面４２ａと下面４２ｂとを接続する面である。第１の側面４４は第２の側面４５と対向しており、第３の側面４６は第４の側面４７と対向している。

本実施形態において、蛍光体層４２は、大判の蛍光体をダイシングによって個片化することで形成される。そのため、第１〜第４の側面４４，４５，４６，４７は略平面となっている。略平面は、ダイシング処理により生じる程度の凹凸を有した面も含む。

蛍光体層４２は、励起光Ｅを任意の蛍光に変換する蛍光体粒子（不図示）を含む。蛍光体粒子として、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が用いられる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよいし、２種以上の材料を用いて形成された粒子が混合された材料が用いられてもよい。このような蛍光体層４２として、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などが好適に用いられる。本実施形態において、蛍光体層４２は特許請求の範囲に記載の「蛍光部材」に相当する。

本実施形態において、蛍光体層４２の厚さは、例えば１００μｍ以下に設定されている。蛍光体層４２はこのように薄いので、蛍光Ｙの生成によって生じた熱が効率良く支持部材４３を通して放出される。

本実施形態において、反射部材４８は、第１の反射部材５１と、第２の反射部材５２と、第３の反射部材５３と、第４の反射部材５４とを含む。支持面４３ａの面法線方向から見た時、第１〜第４の反射部材５１，５２，５３，５４は、例えば、矩形状の板材からそれぞれ構成されている。

第１の反射部材５１は第１の端部５６を有する。第１の端部５６は、一端側に設けられた第１の端面５６ａを有する。第１の端面５６ａは、第１の端部５６の一端側を研削することで形成される。そのため、第１の端面５６ａは平面から構成される。なお、第１の端面５６ａは必要に応じて研磨してもよい。

第１の端部５６は、第１の端面５６ａに設けられた反射膜５６ｂを有する。反射膜５６ｂは、例えば、光反射性を有するＡｇ或いはＡｌ等の金属材料を蒸着することで形成される。すなわち、第１の端面５６ａは、反射膜５６ｂによって光反射性（正反射性）を有している。

第１の反射部材５１は、第１の端面５６ａ（反射膜５６ｂ）が蛍光体層４２の第１の側面４４と隣り合うように支持部材４３の支持面４３ａに設けられている。言い換えれば、第１の端面５６ａは第１の側面４４と当接あるいは所定距離（例えば、１０μｍ以下）だけ離間している。なお、第１の反射部材５１は支持面４３ａに不図示の接合部材を介して支持（固定）される。

第２の反射部材５２は第２の端部５７を有する。第２の端部５７は、一端側に設けられた第２の端面５７ａを有する。第２の端面５７ａは、第２の端部５７の一端側を研削して形成された平面からなる。なお、第２の端面５７ａは必要に応じて研磨してもよい。

第２の端部５７は、第２の端面５７ａに設けられた反射膜５７ｂを有する。反射膜５７ｂは、反射膜５６ｂと同様、金属蒸着膜で形成される。すなわち、第２の端面５７ａは、反射膜５７ｂによって光反射性を有している。

第２の反射部材５２は、第２の端面５７ａ（反射膜５７ｂ）が蛍光体層４２の第２の側面４５と隣り合うように支持部材４３の支持面４３ａ上に固定されている。言い換えれば、第２の端面５７ａは第２の側面４５と当接あるいは所定距離（例えば、１０μｍ以下）だけ離間している。

第３の反射部材５３は第３の端部５８を有する。第３の端部５８は、一端側に設けられた第３の端面５８ａを有する。第３の端面５８ａは、第３の端部５８の一端側を研削して形成された平面からなる。なお、第３の端面５８ａは必要に応じて研磨してもよい。

第３の端部５８は、第３の端面５８ａに設けられた反射膜５８ｂを有する。反射膜５８ｂは、反射膜５６ｂと同様、金属蒸着膜で形成される。すなわち、第３の端面５８ａは、反射膜５８ｂによって光反射性を有している。

第３の反射部材５３は、第３の端面５８ａ（反射膜５８ｂ）が蛍光体層４２の第３の側面４６と隣り合うように支持部材４３の支持面４３ａ上に固定される。言い換えれば、第３の端面５８ａは第３の側面４６と当接あるいは所定距離（例えば、１０μｍ以下）だけ離間している。

第４の反射部材５４は第４の端部５９を有する。第４の端部５９は、一端側に設けられた第４の端面５９ａを有する。第４の端面５９ａは、第４の端部５９の一端側を研削して形成された平面からなる。なお、第４の端面５９ａは必要に応じて研磨してもよい。

第４の端部５９は、第４の端面５９ａに設けられた反射膜５９ｂを有する。反射膜５９ｂは、反射膜５６ｂと同様、金属蒸着膜で形成される。すなわち、第４の端面５９ａは、反射膜５９ｂによって光反射性を有している。

第４の反射部材５４は、第４の端面５９ａ（反射膜５９ｂ）が蛍光体層４２の第４の側面４７と隣り合うように支持部材４３の支持面４３ａ上に固定される。言い換えれば、第４の端面５９ａは第４の側面４７と当接、あるいは所定距離（例えば、１０μｍ以下）だけ離間している。

支持部材４３は、例えば、アルミ等の光反射性及び放熱性を有する金属製の基板から構成される。すなわち、本実施形態において、支持部材４３の支持面４３ａは蛍光体層４２から射出された蛍光Ｙを反射する特性を有している。

なお、支持部材４３は放熱性を有していれば良く、例えば、銅等の金属、窒化アルミ、アルミナ、サファイア、ダイヤモンド等のセラミクス等の材料で構成していても良い。支持部材４３を形成する材料によっては、支持面４３ａが光反射性を有しないこともある。この場合、蛍光体層４２と支持面４３ａとの間に反射層を形成することで、該反射層により蛍光Ｙを蛍光体層４２の入射出面４２ａ側に向けて反射することができる。

続いて、反射部材４８の断面形状について説明する。なお、第１〜第４の反射部材５１，５２，５３，５４の断面は同じ形状を有する。そのため、以下では第１の反射部材５１の断面を例に挙げて説明し、他の断面については説明を省略する。

ここで、支持面４３ａと第１の端面５６ａとに垂直な第１の反射部材５１の断面について説明する。以下、特に断りがなければ、「断面」は支持面４３ａと第１の端面５６ａとに垂直な断面を意味する。図３に示すように、第１の反射部材５１は、第１の端部５６と反対側の端部５６Ｂにおける厚さが第１の端部５６の厚さより厚い。

そのため、後述のように蛍光体層４２に対して第１の反射部材５１を位置合わせする際、第１の反射部材５１を把持するための把持部として端部５６Ｂを利用できるので、蛍光体層４２に対する第１の反射部材５１の位置合わせが容易となる。よって、第１の端面５６ａが第１の側面４４に対して精度良く位置合わせされる。また、第１の端面５６ａと第１の側面４４とがそれぞれ平面からなるので、第１の端面５６ａと第１の側面４４との間隔を制御し易い。なお、端部５６Ｂは特許請求の範囲に記載の「肉厚部」に相当する。

本実施形態において、第１の端部５６の断面は、第１の端面５６ａに向かって厚さが減少する楔形領域（図３の符号ＡＲで示す領域）を有している。よって、後述のように第１の反射部材５１の製造が容易である。

第１の反射部材５１の断面は、端部５６Ｂ側から第１の端部５６側に向かって厚さが次第に減少する楔状である。

具体的に、第１の反射部材５１の断面は、第１の反射部材５１の支持面４３ａと反対側の上面５１ａと、支持面４３ａ（支持面４３ａと平行な面）とのなす角度（以下、テーパー角と称す）θが１０°以下の楔形である。

また、第１の端面５６ａの高さ（厚さ）は、蛍光体層４２の第１の側面４４の高さ（厚さ）と略等しい。つまり、第１の側面４４の面法線方向から見たとき、第１の端面５６ａは第１の側面４４と略重なっている。この構成によれば、第１の側面４４から射出された蛍光Ｙのほとんどが反射膜５６ｂで反射される。

次に、第１の反射部材５１の製造方法について説明する。
図７は第１の反射部材５１の製造工程を示す図である。
図７に示すように、まず、直角三角形の断面を有する板材５１Ａを用意する。そして、板材５１Ａの直角ではない一方の角を研削及び研磨することで第１の端面５６ａを形成する。なお、第１の端面５６ａの高さは角の研削量に応じて任意に調整できる。そして、第１の端面５６ａに蒸着により反射膜５６ｂを形成することで第１の反射部材５１を容易に製造できる。

本実施形態において、第１の反射部材５１の前記断面に対応する第２の反射部材５２の断面は、第１の反射部材５１と同様の楔状である。第２の端面５７ａの高さ（厚さ）は第２の側面４５の高さ（厚さ）と略等しい。そのため、第２の側面４５から射出された蛍光Ｙのほとんどが反射膜５７ｂで反射される。第２の反射部材５２においても、楔形のテーパー角θを１０°以下とした（図３参照）。なお、第２の反射部材５２は、第２の端部５７の厚さより厚い端部５７Ｂを有する。

本実施形態において、第１の反射部材５１の前記断面に対応する第３の反射部材５３の断面は、第１の反射部材５１と同様の楔状である。第３の端面５８ａの高さ（厚さ）は第３の側面４６の高さ（厚さ）と略等しい。そのため、第３の側面４６から射出された蛍光Ｙのほとんどが反射膜５８ｂで反射される。第３の反射部材５３においても、楔形のテーパー角θを１０°以下とした（図３参照）。なお、第３の反射部材５３は、第３の端部５８の厚さより厚い端部５８Ｂを有する。

本実施形態において、第１の反射部材５１の前記断面に対応する第４の反射部材５４の断面は、第１の反射部材５１と同様の楔状である。第４の端面５９ａの高さ（厚さ）は第４の側面４７の高さ（厚さ）と略等しい。そのため、第４の側面４７から射出された蛍光Ｙのほとんどが反射膜５９ｂで反射される。第４の反射部材５４においても、楔形のテーパー角θを１０°以下とした（図３参照）。なお、第４の反射部材５４は、第４の端部５９の厚さより厚い端部５９Ｂを有する。

図６Ａに示すように、第１〜第４の反射部材５１，５２，５３，５４は、蛍光体層４２の周囲を囲むように支持部材４３上に配置されている。

図６Ｂに示すように、蛍光体層４２の入射出面４２ａの面法線方向から平面視した場合において、第１の反射部材５１における第１の端面５６ａの長さＬ_１は、蛍光体層４２の第１の側面４４の長さｌ_１よりも短い。第２の反射部材５２における第２の端面５７ａの長さＬ_２は、蛍光体層４２の第２の側面４５の長さｌ_２よりも短い。第３の反射部材５３における第３の端面５８ａの長さＬ_３は、蛍光体層４２の第３の側面４６の長さｌ_３よりも長い。第４の反射部材５４における第４の端面５９ａの長さＬ_４は、蛍光体層４２の第４の側面４７の長さｌ_４よりも長い。

また、本実施形態において、第１レンズ９２はメニスカスレンズで構成されている。図３に示したように、第１レンズ９２は、凹部（凹レンズ面）９２ａを蛍光発光素子５０側に向けて配置されている。これにより、第１レンズ９２は、入射出面４２ａの近傍に配置された場合でも、凹部９２ａ内に蛍光体層４２及び反射部材４８を収容できるので、蛍光体層４２及び反射部材４８と接触しない。
よって、第１レンズ９２は支持面４３ａに近接或いは当接した位置に配置されることができる。したがって、第１レンズ９２の径が小さくても入射出面４２ａから射出された蛍光Ｙが拡がる前に確実に飲み込むことができる。よって、第１レンズ９２を小型化できる。

続いて、本実施形態の蛍光発光素子５０による作用について説明する。
蛍光発光素子５０において、ピックアップ光学系９０により集光された励起光Ｅは蛍光体層４２の入射出面４２ａに入射する。蛍光体層４２内で生成された蛍光Ｙの一部は、入射出面４２ａから直接射出される。また、蛍光Ｙの一部は下面４２ｂに向かい、光反射性を有する支持面４３ａで反射されることで入射出面４２ａから射出される。また、蛍光の残りは、第１〜第４の側面４４，４５，４６，４７にそれぞれ向かう。

ここで、例えば、第１の側面４４に入射する蛍光Ｙを例に挙げて説明する。
本実施形態において、第１の側面４４と反射膜５６ｂとの間には空気層Ｋ（図３参照）が介在している。そのため、蛍光体層４２の内部から第１の側面４４に入射した蛍光Ｙの一部は、第１の側面４４と空気層Ｋとの界面で全反射されて蛍光体層４２内を伝播して入射出面４２ａから射出される。このように全反射を用いることで、第１の側面４４から射出される蛍光Ｙの量を低減して、光利用効率を向上させることができる。なお、ダイシング処理によって第１の側面４４に形成された凹凸を利用して、第１の側面４４と反射膜５６ｂとの間に部分的に空気層Ｋを設けることもできる。

また、全反射されずに空気層Ｋを透過した蛍光Ｙは第１の端面５６ａ（反射膜５６ｂ）で反射され、空気層Ｋを透過して蛍光体層４２の内部へと戻り、蛍光体層４２内を伝播して入射出面４２ａから射出される。

また、第１の側面４４と第１の端面５６ａとが当接している場合、蛍光体層４２の内部から第１の側面４４に入射した蛍光Ｙは直接第１の端面５６ａ（反射膜５６ｂ）に入射して反射され、蛍光体層４２内部へと戻り、蛍光体層４２内を伝播して入射出面４２ａから射出される。

入射出面４２ａから射出された蛍光Ｙのうち、第１の反射部材５１の上面５１ａによって反射される成分は、テーパー角θが大きいほど多くなる。上面５１ａによって反射された成分は第１レンズ９２に入射するものの入射角が適切でないため、所定の方向とは異なる方向、つまり照明光軸１００ａｘから傾いた方向に進行する。その成分は照明光ＷＬとしては有効に利用されない。

しかし、本実施形態ではテーパー角θが１０°以下なので、上面５１ａによって反射される成分が比較的少なく、蛍光Ｙの光利用効率が高い。

なお、他の側面（第２〜第４の側面４５，４６，４７）に入射する蛍光Ｙについても同様の作用が生じる。

本実施形態の蛍光発光素子５０においては、蛍光体層４２の各側面（第１〜第４の側面４４，４５，４６，４７）に隣り合うように反射部材（第１〜第４の反射部材５１，５２，５３，５４）をそれぞれ設けているので、各側面から射出された蛍光Ｙを蛍光体層４２の内部に戻して入射出面４２ａから射出させることができる。また、入射出面４２ａから射出された蛍光Ｙはピックアップ光学系９０に効率良く入射するため、光利用効率を向上できる。

続いて、蛍光発光素子５０の組み立て作業について図面を参照しながら説明する。図８Ａ及び図８Ｂは蛍光発光素子５０の組み立て作業の説明図である。

まず、第１〜第４の反射部材５１，５２，５３，５４と、蛍光体層４２と、支持部材４３とを用意する。例えば、第１の反射部材５１と第２の反射部材５２とを選択し、図８Ａに示すように、第１の反射部材５１の第１の端面５６ａを蛍光体層４２の第１の側面４４に当接させ、第２の反射部材５２の第２の端面５７ａを蛍光体層４２の第２の側面４５に当接させる。

このとき、端部５６Ｂを把持することで蛍光体層４２に対する第１の反射部材５１の位置合わせを行い、端部５７Ｂを把持することで蛍光体層４２に対する第２の反射部材５２の位置合わせを行う。なお、端部５６Ｂ及び端部５７Ｂは、第１の端部５６及び第２の端部５７それぞれより厚いため、第１の反射部材５１及び第２の反射部材５２を把持し易い。そのため、蛍光体層４２に対する第１の反射部材５１及び第２の反射部材５２の位置合わせを容易に行うことができる。但し、図８Ａでは、後で位置修正に関する説明に用いるために、第１の反射部材５１が所定の位置からずれている状態を示している。

続いて、第１の反射部材５１及び第２の反射部材５２は支持部材４３に接合しない状態のまま、第３の反射部材５３及び第４の反射部材５４の位置合わせを行う。
具体的に、図８Ｂに示すように、第３の端面５８ａを第３の側面４６に当接させるように第３の反射部材５３を蛍光体層４２に近づけ、次に第４の端面５９ａを第４の側面４７に当接させるように第４の反射部材５４を蛍光体層４２に近づける。

このとき、端部５８Ｂを把持することで蛍光体層４２に対する第３の反射部材５３の位置合わせを行い、端部５９Ｂを把持することで蛍光体層４２に対する第４の反射部材５４の位置合わせを行う。これにより、蛍光体層４２に対する第３の反射部材５３及び第４の反射部材５４の位置合わせが容易となる。

なお、本実施形態において、図６Ｂに示したように、第３の端面５８ａの長さＬ_３は第３の側面４６の長さｌ_３よりも長く、第４の端面５９ａの長さＬ_４は第４の側面４７の長さｌ_４よりも長い。そのため、第３の反射部材５３及び第４の反射部材５４の位置合わせを行う際、第３の端面５８ａ及び第４の端面５９ａの少なくとも一方が、第１の反射部材５１及び第２の反射部材５２の一方或いは両方に接触する場合もある。
例えば、図８Ａに示したように第１の反射部材５１が所定の位置からずれており、第３の端面５８ａが第１の反射部材５１に接触した場合、支持部材４３に固定（接合）されていない第１の反射部材５１は第３の端面５８ａに押されることで移動し、第３の端面５８ａが第３の側面４６に当接する。

また、例えば、第２の反射部材５２が所定の位置から図８Ａの右側にずれていた場合、第２の反射部材５２は第４の端面５９ａに押されることで移動し、第４の端面５９ａが第４の側面４７に当接するようになる。

このように、第１の反射部材５１及び第２の反射部材５２は、第３の反射部材５３と第４の反射部材５４との間に第１の端面５６ａ及び第２の端面５７ａがそれぞれ挟まれるようにして位置決めされる。
以上のように、本実施形態によれば、蛍光体層４２に対する反射部材４８の位置合わせ作業を容易に行うことができる。

そして、蛍光体層４２の周囲に反射部材４８を配置した後、第１〜第４の反射部材５１〜５４を支持面４３ａに接合することで本実施形態の蛍光発光素子５０の組立が完了する。

従来、蛍光体層の側面からの漏れ光を防止する方法として、蛍光体層の側面に直接反射膜を形成することが行われていた。しかしながら、蛍光体層の側面は、ダイシング加工による凹凸を有するとともに厚さも薄いため、反射膜を形成することは非常に困難であり、結果的に側面からの漏れ光を防止することは難しかった。

これに対し、本実施形態の蛍光発光素子５０によれば、４つの部材（第１〜第４の反射部材５１，５２，５３，５４）からなる反射部材４８を用いることで、蛍光体層４２の側面（第１〜第４の側面４４，４５，４６，４７）に隣り合い、光反射性を有する面（第１〜第４の端面５６ａ，５７ａ，５８ａ，５９ａ）を配置した構造を容易に実現することができる。

また、本実施形態の蛍光発光素子５０によれば、上述のように、蛍光体層４２の側面から射出されて損失となる蛍光成分を低減することができる。よって、高い光利用効率を実現できる。また、本実施形態の照明装置２によれば、蛍光Ｙの利用効率が高いので、明るい光を射出することができる。また、本実施形態のプロジェクター１によれば、明るい光を射出する照明装置２を備えるので、明るい画像を表示できる。

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、励起光Ｅの入射方向と反対方向に蛍光Ｙを射出する反射型の蛍光発光素子５０を例に挙げたが、本発明はこれに限定されることはない。すなわち、励起光Ｅの入射方向と同一方向に蛍光Ｙを射出する透過型の蛍光発光素子にも適用できる。透過型の蛍光発光素子では、例えばガラス、石英などの光透過性を有する支持部材を用いる。蛍光体層４２と支持面との間には、蛍光Ｙを反射させるとともに励起光Ｅを透過させるダイクロイック膜を設ければよい。

また、上記実施形態では、第１〜第４の端面５６ａ，５７ａ，５８ａ，５９ａが正反射特性を有する場合を例に挙げたが、拡散反射特性を持っていてもよい。第１〜第４の端面５６ａ，５７ａ，５８ａ，５９ａの形成材料として硫酸バリウム又は酸化マグネシウムを用いることで、第１〜第４の端面５６ａ，５７ａ，５８ａ，５９ａ（第１〜第４の反射部材５１，５２，５３，５４）に拡散反射特性を付与することができる。

この構成によれば、第１〜第４の端面５６ａ，５７ａ，５８ａ，５９ａにおいて蛍光Ｙを種々の方向に拡散反射させることができるので、蛍光Ｙを入射出面４２ａから射出させ易くすることができる。よって、光利用効率を向上させることができる。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの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、２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、１０…第１光源、４２…蛍光体層（蛍光部材）、４２ｂ…下面（底面）、４３…支持部材、４３ａ…支持面、４４…第１の側面、４５…第２の側面、４６…第３の側面、４７…第４の側面、４８…反射部材、５０…蛍光発光素子、５１…第１の反射部材、５２…第２の反射部材、５３…第３の反射部材、５４…第４の反射部材、５６…第１の端部、５６ａ…第１の端面、５７…第２の端部、５７ａ…第２の端面、５８…第３の端部、５８ａ…第３の端面、５９…第４の端部、５９ａ…第４の端面、１０１…第１照明装置、Ｅ…励起光、Ｋ…空気層、θ…テーパー角。

Claims (11)

1. 第１の側面と底面とを有し、蛍光を射出する蛍光部材と、
   第１の端部と、該第１の端部に設けられた第１の端面とを有する第１の反射部材と、
   前記蛍光部材の前記底面と前記第１の反射部材とを支持する支持面を有する支持部材と、
   を備え、
   前記第１の端面は光反射性を有し、
   前記第１の反射部材は、前記第１の端面が前記第１の側面と隣り合うように設けられているとともに、前記第１の端部よりも厚い肉厚部を有している
   蛍光発光素子。
2. 前記第１の側面及び前記第１の端面は平面からなる
   請求項１に記載の蛍光発光素子。
3. 前記支持面と前記第１の端面とに垂直な前記第１の反射部材の断面は、前記第１の端部において、前記第１の端面に向かって厚さが減少している楔形領域を有している
   請求項１又は２に記載の蛍光発光素子。
4. 前記支持面は、前記蛍光部材から射出された前記蛍光を反射する特性を有し、
   前記第１の反射部材の前記断面は楔状であり、
   前記支持面とは反対側の前記第１の反射部材の面と、前記支持面と、のなす角は１０°以下である
   請求項３に記載の蛍光発光素子。
5. 前記蛍光部材と前記支持面との間に設けられた、前記蛍光部材から射出された前記蛍光を反射する反射層をさらに備え、
   前記第１の反射部材の前記断面は楔状であり、
   前記支持面とは反対側の前記第１の反射部材の面と、前記支持面と、のなす角は１０°以下である
   請求項３に記載の蛍光発光素子。
6. 第２の端部と、該第２の端部に第２の端面を有する第２の反射部材と、
   第３の端部と、該第３の端部に第３の端面を有する第３の反射部材と、
   第４の端部と、該第４の端部に第４の端面を有する第４の反射部材と、をさらに備え、
   前記第２の端面、前記第３の端面及び前記第４の端面各々は光反射性を有し、
   前記蛍光部材の前記底面は矩形の形状を有し、
   前記蛍光部材は、前記第２の端面と隣り合っている第２の側面と、前記第３の端面と隣り合っている第３の側面と、前記第４の端面と隣り合っている第４の側面と、をさらに有し、
   前記第１の側面は前記第２の側面と対向しており、
   前記第１の端面の長さは前記第１の側面の長さよりも短く、
   前記第２の端面の長さは前記第２の側面の長さよりも短く、
   前記第３の端面の長さは前記第３の側面の長さよりも長く、
   前記第４の端面の長さは前記第４の側面の長さよりも長い
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蛍光発光素子。
7. 前記第１の端面と前記第１の側面との間には空気層が設けられている
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の蛍光発光素子。
8. 前記第１の端面は光拡散反射性を有する
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の蛍光発光素子。
9. 前記第１の端面の形成材料は、硫酸バリウム又は酸化マグネシウムである
   請求項８に記載の蛍光発光素子。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の蛍光発光素子と、
    前記蛍光部材を励起する励起光を射出する光源と、を備える
    照明装置。
11. 請求項１０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して画像光を生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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