JP2019105783A - 波長変換装置、光源装置、及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率を向上させた波長変換装置を提供する。また、当該波長変換装置を備えた光源装置を提供する。また、当該光源装置を備えたプロジェクターを提供する。【解決手段】波長変換装置は、複数の気孔２１を有するとともに、第１の波長帯の光により励起されることによって第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光を生成する波長変換装置４であって、ガーネット相１１αを主相とし、ペロブスカイト相１１βを１８〜４３体積％含有する。【選択図】図４

Description

本発明は、波長変換装置、光源装置、及びプロジェクターに関するものである。

近年、照明装置の照明光として、蛍光体を用い、蛍光体が発光する蛍光を利用するものがある。例えば、特許文献１には、蛍光体層の内部に、ガーネット相と、ペロブスカイト相、モノクリニック相、及びシリケート相から選ばれる１種類以上の相とを含有する多晶結の結晶セラミックスである波長変換部材が開示されている。特許文献１に開示する波長変換部材（セラミックス蛍光体）を用いた照明装置では、上記複数の相を設けることで、蛍光体層が発光した蛍光を相界面にて散乱させることにより、光損失の抑制、色むらを改善している。

特開２０１１−２５６３７１号公報

ところで、特許文献１を含め、従来のセラミックス蛍光体には、照明装置の照明光として、均一な発光分布を得るために、励起光と蛍光の発光分布を均一にすることを目的として、蛍光を射出する主相の他に、一定量の気孔、または散乱相が存在している。しかしながら、セラミックス蛍光体には、前記主相と、気孔、散乱相との界面に欠陥が存在し、発光効率及び取り出し効率が低下する可能性があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためを目的としたものであり、発光効率や取り出し効率を向上させる波長変換装置を提供することを目的の１つとする。また、当該波長変換装置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。

［適用例１］本適用例に係る波長変換装置は、第１の波長帯の光により励起されることによって前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光を生成する波長変換装置であって、複数の気孔を有するとともに、ガーネット相を主相とし、ペロブスカイト相を１８〜４３体積％含有する蛍光体層を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、波長変換装置は、複数の気孔を有するとともに、ガーネット相を主相とし、ペロブスカイト相を１８〜４３体積％含有する蛍光体層を備えている。これにより、ペロブスカイト構造によるピンニング効果によって、ガーネット相との界面欠陥での蛍光の変換効率の低下の抑制をすると同時に、界面で蛍光が適度に散乱することにより、取り出し効率の低下を抑制できるため、波長変換装置の発光効率を向上させることができる。

［適用例２］上記適用例に係る波長変換装置において、前記ガーネット相は、多結晶セラミックスであり、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｅｕ，Ｃｒから選ばれる少なくとも１種類以上の元素と、Ｙ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｌｕから選ばれる１種類以上の元素と、Ａｌ，Ｇａから選ばれる１種類以上の元素と、酸素元素と、を含有することが好ましい。

本適用例によれば、波長変換装置は、ガーネット相の含有する元素によって、選択した波長帯の光を生成することができる。また、波長変換装置の発光効率を向上させることができる。

［適用例３］上記適用例に係る波長変換装置において、前記ペロブスカイト相は、多結晶セラミックスであり、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｅｕ，Ｃｒから選ばれる少なくとも１種類以上の元素と、Ｙ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｌｕから選ばれる１種類以上の元素と、Ａｌ，Ｇａから選ばれる１種類以上の元素と、酸素元素と、を含有することが好ましい。

本適用例によれば、波長変換装置は、ペロブスカイト相の含有する元素によって、選択した波長帯の光を生成することができる。また、波長変換装置の発光効率を向上させることができる。

［適用例４］本適用例に係る光源装置は、上述したいずれかの波長変換装置と、前記波長変換装置に向けて前記第１の波長帯の光を射出する光源と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、光源装置は、上述した波長変換装置を備えることで、高輝度の光源を実現できる。また、発光効率が向上することで、蛍光体が蛍光を発光する際に発生する熱が抑制できるため、波長変換装置を冷却するための、例えば放熱部材を小型化することができる。
また、従来の構成と同輝度の光を射出する場合、波長変換装置を励起する光源の数を減らすことができるため、励起する光源の発光面積（エテンデュ）が小さくなり、例えばレンズが励起光を取り込める効率を向上させることができる。従って、光源装置自体の高輝度化を図ることができる。

［適用例５］本適用例に係るプロジェクターは、上述した光源装置と、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、前記画像光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、プロジェクターは、上述した光源装置を備えることで、高輝度の画像光を形成することができる。また、光源装置を小型化することができるため、プロジェクターの小型化を実現することができる。また、従来の構成と同じ明るさの画像光を射出する場合、光源装置が高い発光効率を有することで、波長変換装置を励起する光源の数を減らすことができるため、低消費電力化を実現することができる。従って、プロジェクターの高輝度化、小型化、低消費電力化を図ることができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの構成を示す模式図。 第１実施形態に係る照明装置の概略を示す図。 波長変換装置の要部構成を示す断面図。 蛍光体層におけるペロブスカイト相の体積比と発光効率を示す図。 第２実施形態に係る照明装置の概略を示す図。

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〕
図１は、第１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。図２は、第１実施形態に係る照明装置１００の概略を示す図である。図３は、波長変換装置４の要部構成を示す断面図である。本実施形態に係るプロジェクター１の一例について説明する。

＜プロジェクターの光学系＞
本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー画像を表示する投写型画像表示装置である。プロジェクター１は、光変調装置として、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４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを備えている。プロジェクター１は、照明装置１００の光源として、半導体レーザーダイオードを備えている。

なお、本実施形態では、光変調装置として透過型液晶ライトバルブを用いているが、光変調装置として、反射型液晶ライトバルブを用いることもできる。また、光変調装置として、マイクロミラーを用いたデバイス、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を利用したものなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。さらに、照明装置の光源として、半導体レーザーダイオードに限らずＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることもできる。

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＞
本実施形態の照明装置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、及び波長変換装置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。固体光源素子または発光素子としての半導体レーザー１１１は、特許請求の範囲の「光源」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、波長変換装置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、波長変換装置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、後述する蛍光ＹＬの進行方向に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。本実施形態において、青色光ＢＬは特許請求の範囲に記載の「第１の波長帯の光」に相当する。

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（例えば、Ｓ偏光成分）の偏光方向と一致させるようにしている。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と協働して、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ＬＧ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。

本実施形態において、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、波長変換装置４に向けて反射される。

位相差板１５は、偏光分離層１４３と波長変換装置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。なお、位相差板１５は、１／２波長板でもよい。

ピックアップ光学系１６は、青色光ＢＬｃを波長変換装置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装置４に向けて集光させるとともに、当該波長変換装置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、波長変換装置４に入射する。波長変換装置４は、青色光ＢＬｃの一部により励起されることによって赤色光及び緑色光を含む蛍光ＹＬを生成する。蛍光ＹＬは、例えば、５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する。なお、波長変換装置４の構成については、後述する。青色光ＢＬｃの一部は後述のように波長変換装置４で反射される。本実施形態において、蛍光ＹＬは特許請求の範囲に記載の「第２の波長帯の光」に相当する。なお、蛍光ＹＬの一部も波長変換装置４で反射される。

そして、波長変換装置４から射出された蛍光ＹＬおよび波長変換装置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。青色光ＢＬｐは、偏光分離層１４３を透過する。また、蛍光ＹＬは、偏光分離層１４３を透過する。蛍光ＹＬと青色光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、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と協働して、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。

＜波長変換装置＞
本実施形態の波長変換装置４は、図２、図３に示すように、基材１０及び蛍光体層１１を備え、回転しないように構成されている。また、蛍光体層１１はガーネット相１１α、ペロブスカイト相１１β、複数の気孔２１を有する。基材１０は、ピックアップ光学系１６側となる第１面１０ａと、第１面１０ａとは反対側となる第２面１０ｂとを有している。波長変換装置４は、第１面１０ａと蛍光体層１１との間に設けられた反射層１２と、第２面１０ｂに設けられた放熱部材２６とをさらに備える。

本実施形態において、基材１０の材料としては、熱伝導性が高く放熱性に優れた材料を用いることが好ましく、例えば、アルミニウム、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ックスが挙げられる。

本実施形態において、蛍光体層１１は、基材１０の第１面１０ａ上に後述する固定部材１３を介して保持される。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。

放熱部材２６は、例えば、ヒートシンクから構成され、複数のフィン２６ａを有した構造からなる。放熱部材２６は、基材１０における蛍光体層１１と反対側の第２面１０ｂに設けられている。なお、放熱部材２６は、例えば金属ろうによる接合（金属接合）によって基材１０に固定される。

図２、図３に示すように、蛍光体層１１は、青色光ＢＬｃが入射されるとともに、蛍光ＹＬが射出される光射出面１１Ａと、当該光射出面１１Ａに対向する面、すなわち、反射層１２が設けられる底面１１Ｂとを備える。

本実施形態において、蛍光体層１１は、ガーネット相１１αを主相とし、ペロブスカイト相１１β（１８〜４３体積％）、複数の気孔２１で構成される。ガーネット相１１αは、多結晶セラミックスであり、セラミックス粉末を焼成することで生成される。ガーネット相１１αを構成する蛍光体粒子として、例えば、Ｃｅイオンを含んだＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）蛍光体が用いられる。

前述したガーネット相１１αは、他にも、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｅｕ，Ｃｒから選ばれる少なくとも１種類以上の元素と、Ｙ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｌｕから選ばれる１種類以上の元素と、Ａｌ，Ｇａから選ばれる１種類以上の元素と、酸素元素と、を含有したものが用いられても良い。なお、蛍光体粒子材料は、１種であってもよいし、２種以上の材料で形成した粒子が混合されたものが用いられてもよい。

蛍光体層１１として、他に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、無機材料であるガラスバインダーと蛍光体粒子とを焼成することで形成された蛍光体層などが好適に用いられる。

また、蛍光体層１１は、内部にペロブスカイト相１１βを有する。ペロブスカイト相１１βは、多結晶セラミックスであり、セラミックス粉末を焼成することで生成される。蛍光体層１１を構成するペロブスカイト粒子として、例えば、Ｃｅイオンを含んだＹＡＰ（Yttrium Aluminum Perovskite）が用いられる。

前述したペロブスカイト相１１βは、他にも、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｅｕ，Ｃｒから選ばれる少なくとも１種類以上の元素と、Ｙ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｌｕから選ばれる１種類以上の元素と、Ａｌ，Ｇａから選ばれる１種類以上の元素と、酸素元素と、を含有したものが用いられても良い。なお、ペロブスカイト粒子材料は、１種であってもよいし、２種以上の材料で形成した粒子が混合されたものが用いられてもよい。

また、蛍光体層１１は、内部に設けられた複数の気孔２１を有している。これにより、蛍光体層１１は、複数の気孔２１により光散乱特性を有したものとなっている。複数の気孔２１は、例えば、平均粒径が１０μｍ程度の気孔からなり、気孔率は４〜６体積％程度からなる。

本実施形態の蛍光体層１１により、ペロブスカイト相１１βのピンニング効果での蛍光の発光効率の低下抑制や、蛍光の適度な界面散乱により、取り出し効率の低下抑制を行うことができる。

＜実験結果＞
図４は、上述した蛍光体層におけるペロブスカイト相の体積比と発光効率を示す図である。
発明者は、上述した蛍光体層に占めるペロブスカイト相の体積比と発光効率との関係を調べ、発光効率を向上することができる最適範囲を求める実験を行ない、図４に示す結果を得た。図４において、Ｘ軸は蛍光体層に占めるペロブスカイト相の体積比（ＹＡＰ体積比）であり、Ｙ軸は発光効率である。曲線５０が体積比に対する発光効率を表している。なお、ペロブスカイト相を含まない場合の発光効率を１としている。

発光効率の測定は、最初に、蛍光体を励起するための青色光の出力を検出器で測定する。次に、蛍光体の底面に反射層を設け、底面の対向側から励起するための青色光を入射させ、青色光が蛍光に変換し、再び蛍光体の底面の対向側から射出される位置に検出器を配置し、蛍光の出力を測定した。なお、発光効率は前述した励起するための青色光の出力に占める蛍光の出力の比を持って定義する。

図４に示すように、発光効率を向上させるには、本実施形態のペロブスカイト相１１βは、体積比で０．１〜４３体積％であることが好ましいという結果を得ることができた。ただし、ペロブスカイト相１１βが少ない場合、ペロブスカイト相１１βによるピンニング効果による界面欠陥抑制、及び、蛍光の適度な界面散乱がされず、蛍光体層１１の発光効率が低下する可能性があるため、特にペロブスカイト相１１βは体積比で１８〜４３体積％であることが望ましい。また、ペロブスカイト相１１βが体積比で４３体積％より多い場合、蛍光体層１１に占めるガーネット相１１αの体積％の減少により、励起光としての青色光ＢＬが吸収しきれずに、発光効率が低下する可能性がある。なお、ペロブスカイト相１１βはランダムに配置されていても良い。

本実施形態の波長変換装置４は、例えば以下に示す製造方法により製造される。

まず、蛍光体層１１を構成するセラミックス粉末及び有機物からなる混合物を所定のペロブスカイト相含有率となるように調整し、混合物を所定の温度にて焼成する。

続いて、焼成によって、有機物が蒸発し、複数の気孔２１を含み、ガーネット相１１αとペロブスカイト相１１βからなる蛍光体層１１が形成される。なお、気孔２１の大きさ或いは気孔２１の数量は、焼成温度や有機物の材質等で調整可能である。

続いて、蛍光体層１１の両面を研削し、光射出面１１Ａと底面１１Ｂとを有した蛍光体層１１を形成する。

続いて、反射層１２及び蛍光体層１１の積層体と基材１０とを固定部材１３を介して固定する。最後に、基材１０における蛍光体層１１と反対側の面に放熱部材２６を固定することで波長変換装置４が製造される。

以上説明したように、本実施形態の波長変換装置４によれば、蛍光体層１１にペロブスカイト相１１βが体積比で１８〜４３体積％含有されている。そのため、ピンニング効果により、蛍光体層１１で励起光としての青色光ＢＬから高い変換効率で蛍光ＹＬが生成され、生成された蛍光ＹＬがペロブスカイト相界面によって、良好に散乱され、光射出面１１Ａから射出される。よって、蛍光ＹＬの取り出し効率を高くすることができる。

また、励起光としての青色光ＢＬが蛍光ＹＬに変換される際、励起光としての青色光は蛍光ＹＬと熱に変換される。しかし、蛍光体層１１の発光効率が向上することで、前述した蛍光ＹＬの割合が増え、熱の割合が減るため、蛍光体層１１を冷却するための放熱部材２６を小型化することができ、波長変換装置４を小型化することができる。

また、蛍光体層１１を励起するための光源部３１のアレイ光源３１Ａの数量を減らすことができるため、アレイ光源３１Ａの発光面積（エテンデュ）が小さくなり、例えばコリメータ光学系３１Ｂがアレイ光源３１Ａから射出された光を取り込む効率を向上させることができる。よって、例えば、コリメータ光学系３１Ｂがアレイ光源３１Ａから射出された光の中で取り込めない光を低減できる光源装置１００Ａを提供することができる。

また、蛍光体層１１を励起するための光源部３１のアレイ光源３１Ａの数量を減らすことができるため、消費電力を低下させることができる。

従って、上記波長変換装置４と、波長変換装置４に向けて第１の波長帯の光（青色光ＢＬ）を射出する光源（半導体レーザー１１１）とを備えて構成される本実施形態の光源装置１００Ａによれば、入射される励起光としての青色光ＢＬに対する蛍光ＹＬの損失を低減した小型の光源装置を提供することができる。

また、本実施形態のプロジェクター１によれば、上記光源装置１００Ａと、光変調装置（液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ）と、投写光学系６００とを備えて構成され、高輝度で、小型、低消費電力のプロジェクターを提供することができる。

〔第２実施形態〕
図５は、第２実施形態に係る照明装置１０１の構成を示す図である。本発明の第２実施形態に係る照明装置１０１について説明する。本実施形態の照明装置１０１と第１実施形態の照明装置１００との違いは、光源装置における波長変換装置として、回転ホイール型のものを用いる点である。以下の説明において、第１実施形態と同一の構成及び部材については、その詳細な説明を省略若しくは簡略化する。

＜照明装置＞
本実施形態の照明装置１０１は、図５に示すように、光源装置１０１Ａ、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１０１Ａ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、及び波長変換装置４０を備える。

＜波長変換装置＞
本実施形態の波長変換装置４０は、図５に示すように、基材２０と、蛍光体層１１と、蛍光体層１１と基材２０との間に設けられた反射層１２と、基材２０を回転させる回転装置２５と、放熱部材２６とを備えている。

本実施形態において、基材２０は例えば円板状の部材からなり、蛍光体層１１は基材２０の第１面２０ａ上にリング状に設けられる。放熱部材２６は、基材２０における蛍光体層１１と反対側の第２面２０ｂにリング状に設けられている。回転装置２５は、基材２０を回転軸Ｏ周りに回転させる。回転装置２５としては、例えばモーター等を用いることができる。

本実施形態の波長変換装置４０においても、蛍光体層１１の内部に、ペロブスカイト相１１βを体積比で１８〜４３％含有するため、励起光としての青色光ＢＬから高い変換効率で蛍光ＹＬが生成され、生成された蛍光ＹＬの取り出し効率を高くすることができる。

また、基材２０を回転させることで、蛍光体層１１に対する励起光の入射位置を時間的に変化させることができる。これにより、蛍光体層１１の所定領域に励起光が集中して入射する構成に比べて、励起光の入射によって蛍光体層１１に生じる熱を効率よく放熱できる。従って、熱による蛍光体層１１の損傷を低減することができる。

従って、本実施形態の光源装置１０１Ａによれば、この波長変換装置４０を備えることにより、入射される励起光としての青色光ＢＬに対する蛍光ＹＬの損失を低減した小型の光源装置を提供することができる。

また、本実施形態のプロジェクター１によれば、上記光源装置１０１Ａを備えることにより、高輝度で、小型、低消費電力のプロジェクターを提供することができる。

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。変形例を以下に述べる。

上記、第１、第２実施形態において、波長変換装置４，４０を構成する蛍光体層１１は、励起光として入射された青色光ＢＬを蛍光ＹＬに変換して、反射層１２で反射させて励起光の入射面（本実施形態では光射出面１１Ａに対応）から射出する、いわゆる反射型の波長変換装置である。しかし、反射層１２を用いずに、蛍光体層の一方の面から励起光を入射させ、他方の面から蛍光を射出させる、いわゆる透過型の波長変換装置としても適用することができる。

上記、第１、第２実施形態において、本発明による光源装置１００Ａ，１０１Ａをプロジェクターに搭載した例を示したが、これには限られない。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、４，４０…波長変換装置、１１…蛍光体層、１１α…ガーネット相、１１β…ペロブスカイト相、１００Ａ，１０１Ａ…光源装置、１１１…光源としての半導体レーザー、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…光変調装置としての液晶光変調装置、６００…投写光学系、ＢＬ…第１の波長帯の光としての青色光、ＹＬ…第２の波長帯の光としての蛍光。

Claims (5)

1. 第１の波長帯の光により励起されることによって前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光を生成する波長変換装置であって、
   複数の気孔を有するとともに、ガーネット相を主相とし、ペロブスカイト相を１８〜４３体積％含有する蛍光体層を備えていることを特徴とする波長変換装置。
2. 請求項１に記載の波長変換装置であって、
   前記ガーネット相は、多結晶セラミックスであり、
   Ｃｅ，Ｐｒ，Ｅｕ，Ｃｒから選ばれる少なくとも１種類以上の元素と、
   Ｙ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｌｕから選ばれる１種類以上の元素と、
   Ａｌ，Ｇａから選ばれる１種類以上の元素と、
   酸素元素と、
   を含有することを特徴とする波長変換装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の波長変換装置であって、
   前記ペロブスカイト相は、多結晶セラミックスであり、
   Ｃｅ，Ｐｒ，Ｅｕ，Ｃｒから選ばれる少なくとも１種類以上の元素と、
   Ｙ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｌｕから選ばれる１種類以上の元素と、
   Ａｌ，Ｇａから選ばれる１種類以上の元素と、
   酸素元素と、
   を含有することを特徴とする波長変換装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の波長変換装置と、
   前記波長変換装置に向けて前記第１の波長帯の光を射出する光源と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
5. 請求項４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、
   前記画像光を投写する投写光学系と、
   を備えることを特徴とするプロジェクター。

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