JP2020132847A - 蛍光体、波長変換素子、光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率の高い蛍光体を提供する。【解決手段】本発明の蛍光体は、賦活剤が添加された第１結晶相と、第１結晶相よりも高い熱伝導率を有する第２結晶相と、第１結晶相と第２結晶相との間に設けられ、第１結晶相と同じ結晶構造を有するとともに、第１結晶相よりも賦活剤の添加量が少ない第３結晶相と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、蛍光体、波長変換素子、光源装置およびプロジェクターに関する。

プロジェクターに用いる光源装置として、光源から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。蛍光体に励起光が照射されると、励起光を吸収することによって蛍光体の温度が上昇する。ところが、蛍光体には、温度上昇に伴って発光効率が低下し、蛍光発光量が低下する温度消光と呼ばれる現象がある。

温度消光を抑制する手段として、蛍光体自身の熱伝導率を高めることにより放熱性を向上させた蛍光体が提案されている。下記の特許文献１に、アルミナからなるセラミックスマトリクスと、セラミックスマトリクス中に分散され、賦活剤としてＣｅがドープされたＹＡＧ蛍光体粒子と、を備えた蛍光体が開示されている。アルミナの熱伝導率がＹＡＧの熱伝導率よりも高いため、上記の蛍光体は、ＹＡＧ単体からなる蛍光体よりも高い放熱性を有する。

特開２０１６−２０４５６１号公報

ところが、本発明者の検討によれば、特許文献１の蛍光体では、高い発光効率が得られないことが判った。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の蛍光体は、賦活剤が添加された第１結晶相と、前記第１結晶相よりも高い熱伝導率を有する第２結晶相と、前記第１結晶相と前記第２結晶相との間に設けられ、前記第１結晶相と同じ結晶構造を有するとともに、前記第１結晶相よりも賦活剤の添加量が少ない第３結晶相と、を備える。

本発明の一つの態様の蛍光体において、前記第２結晶相は、前記第１結晶相および前記第３結晶相の結晶構造と異なる結晶構造を有していてもよい。

本発明の一つの態様の蛍光体において、前記第３結晶相は、賦活剤が添加されていなくてもよい。

本発明の一つの態様の蛍光体において、前記第１結晶相は、酸化物蛍光体を含み、前記第２結晶相は、金属酸化物を含んでいてもよい。

本発明の一つの態様の蛍光体において、前記酸化物蛍光体は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２，Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２，Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２，ＴｂＡｌ_５Ｏ_１２の少なくともいずれか一つを含んでいてもよい。

本発明の一つの態様の蛍光体において、前記金属酸化物は、Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＴｉＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３，ＹＡｌＯ_３，ＢｅＯ，ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の少なくともいずれか一つを含んでいてもよい。

本発明の一つの態様の蛍光体において、前記第１結晶相は、窒化物蛍光体を含み、前記第２結晶相は、金属窒化物を含んでいてもよい。

本発明の一つの態様の蛍光体において、前記第１結晶相に添加される賦活剤は、Ｃｅ，Ｅｕの少なくともいずれか一つを含んでいてもよい。

本発明の一つの態様の蛍光体において、前記第２結晶相の構成材料の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子は、本発明の一つの態様の蛍光体を含む蛍光体層と、前記蛍光体層が設けられる基材と、を備える。

本発明の一つの態様の光源装置は、本発明の一つの態様の波長変換素子と、前記波長変換素子に励起光を射出する光源と、を備える。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、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射光学装置と、を備える。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の蛍光体の断面構造を示す模式図である。 第２実施形態の蛍光体の断面構造を示す模式図である。 第３実施形態の蛍光体の断面構造を示す模式図である。 第４実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 比較例の蛍光体の断面の電子顕微鏡写真である。 励起光量に対する蛍光量のシミュレーション結果を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

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（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つの光変調装置を備える。プロジェクターは、励起光を射出する光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを備える。

図１は、本実施形態に係るプロジェクター１１の光学系を示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１１は、第１光源装置１０１と、第２光源装置１０２と、色分離導光光学系２００と、光変調装置４００Ｒと、光変調装置４００Ｇと、光変調装置４００Ｂと、光合成素子５００と、投射光学装置６００と、を備えている。本実施形態の第１光源装置１０１は、特許請求の範囲の光源装置に対応する。

第１光源装置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、コリメート集光光学系９０と、波長変換素子２０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、を備えている。

第１光源１０は、第１の波長帯の青色の励起光Ｅを射出する半導体レーザーから構成されている。励起光Ｅは、波長範囲が例えば４４０〜４５０ｎｍであり、発光強度のピーク波長が例えば４４５ｎｍである。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、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。なお、第１光源１０は、４４５ｎｍ以外のピーク波長、例えば４６０ｎｍのピーク波長を有する励起光を射出する半導体レーザーが用いられてもよい。第１光源１０は、波長変換素子３２に向けて励起光Ｅを射出する。本実施形態の第１光源１０は、特許請求の範囲の光源に対応する。

コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４と、を備えている。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および第２レンズ７４のそれぞれは、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からコリメート集光光学系９０までの間の光路中に、第１光源１０の光軸２００ａｘと照明光軸１００ａｘとの各々に対して４５°の角度で交差する向きに配置されている。ダイクロイックミラー８０は、青色光成分からなる励起光Ｅを反射させ、赤色光成分および緑色光成分を含む黄色の蛍光Ｙを透過させる。

コリメート集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０を透過した励起光Ｅを集光させて波長変換素子２０の蛍光体層２３に入射させるとともに、波長変換素子２０から射出された蛍光Ｙを略平行化する。コリメート集光光学系９０は、第１レンズ９２と、第２レンズ９４と、を備える。第１レンズ９２および第２レンズ９４のそれぞれは、凸レンズで構成されている。

第２光源装置１０２は、第２光源７１０と、集光光学系７６０と、拡散板７３２と、コリメート光学系７７０と、を備えている。

第２光源７１０は、第１光源装置１０１の第１光源１０と同一の波長帯を有する半導体レーザーから構成されている。第２光源７１０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。また、第２光源７１０は、第１光源１０の半導体レーザーとは波長帯が異なる半導体レーザーから構成されていてもよい。

集光光学系７６０は、第１レンズ７６２と、第２レンズ７６４と、を備えている。集光光学系７６０は、第２光源７１０から射出された青色光Ｂを拡散板７３２の拡散面または拡散板７３２の近傍に集光させる。第１レンズ７６２および第２レンズ７６４のそれぞれは、凸レンズで構成されている。

拡散板７３２は、第２光源７１０から射出された青色光Ｂを拡散させ、波長変換素子２０から射出された蛍光Ｙの配光分布に近い配光分布を有する青色光Ｂを生成する。拡散板７３２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７７０は、第１レンズ７７２と、第２レンズ７７４と、を備えている。コリメート光学系７７０は、拡散板７３２から射出された光を略平行化する。第１レンズ７７２および第２レンズ７７４のそれぞれは、凸レンズで構成されている。

第２光源装置１０２から射出された青色光Ｂは、ダイクロイックミラー８０で反射され、波長変換素子２０から射出されてダイクロイックミラー８０を透過した蛍光Ｙと、合成されて白色光Ｗとなる。白色光Ｗは、第１レンズアレイ１２０に入射する。波長変換素子２０の詳細な構成については、後で説明する。

第１レンズアレイ１２０は、複数の第１レンズ１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、ダイクロイックミラー８０から射出された光を複数の部分光束に分割する。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、後段の重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０を構成する各第１レンズ１２２の像を光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれの画像形成領域近傍に結像させる。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１レンズアレイ１２０によって分割された複数の部分光束の各々を、偏光方向が揃った直線偏光光に変換する。

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、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれ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、および重畳レンズ１５０は、波長変換素子２０から射出された光の被照射面内での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、第１ダイクロイックミラー２１０と、第２ダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２３０と、反射ミラー２４０と、反射ミラー２５０と、リレーレンズ２６０と、リレーレンズ２７０と、を備えている。色分離導光光学系２００は、第１光源装置１０１と第２光源装置１０２とから得られた白色光Ｗを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離し、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを、対応する光変調装置４００Ｒ，光変調装置４００Ｇ，および光変調装置４００Ｂに導く。

フィールドレンズ３００Ｒは、色分離導光光学系２００と光変調装置４００Ｒとの間に配置されている。フィールドレンズ３００Ｇは、色分離導光光学系２００と光変調装置４００Ｇとの間に配置されている。フィールドレンズ３００Ｂは、色分離導光光学系２００と光変調装置４００Ｂとの間に配置されている。

第１ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射させる。第２ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射させ、青色光成分を透過させる。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射させる。反射ミラー２４０および反射ミラー２５０は、青色光成分を反射させる。

第１ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光ＬＲは、反射ミラー２３０で反射し、フィールドレンズ３００Ｒを透過して赤色光用の光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。第１ダイクロイックミラー２１０で反射した緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー２２０でさらに反射し、フィールドレンズ３００Ｇを透過して緑色光用の光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。第２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、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、およびフィールドレンズ３００Ｂを経て青色光用の光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する。光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれは、液晶ライトバルブから構成されている。図示を省略したが、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。

光合成素子５００は、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂから射出された各画像光を合成してフルカラーの画像光を形成する。光合成素子５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視で略正方形状をなすクロスダイクロイックプリズムで構成されている。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。

光合成素子５００から射出された画像光は、投射光学装置６００によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。すなわち、投射光学装置６００は、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂにより変調された光を投射する。投射光学装置６００は、複数の投射レンズ６で構成されている。

以下、波長変換素子２０について説明する。
図１に示すように、波長変換素子２０は、基材２１と、反射層２２と、蛍光体層２３と、を備えている。基材２１は、例えばアルミニウム等の金属から構成されている。反射層２２は、基材２１の第１面２１ａに設けられており、例えば銀等の金属膜から構成されている。

図２は、蛍光体層２３を構成する蛍光体２５の断面構造を示す模式図である。
図２に示すように、本実施形態の蛍光体２５は、第１結晶相２５１と、第２結晶相２５２と、第３結晶相２５３と、を含む３つの結晶相から構成されている。

第１結晶相２５１は、賦活剤が添加された酸化物蛍光体を含んでいる。第１結晶相２５１は、複数の蛍光体粒子２５５で構成されている。第１結晶相２５１は、例えば、賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）が添加されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）：Ｃｅ）を含んでいる。すなわち、第１結晶相２５１は、結晶構造としてガーネット構造を有している。

ＹＡＧ：Ｃｅを例にとると、蛍光体粒子２５５として、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法、ソルゲル法等の湿式法により得られるＹ−Ａｌ−Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法、火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。

第１結晶相２５１を構成する酸化物蛍光体は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２の他、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２，Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２，ＴｂＡｌ_５Ｏ_１２の少なくともいずれか一つを含んでいてもよい。また、第１結晶相２５１は、賦活剤として、セリウム（Ｃｅ）に代えて、ユーロピウム（Ｅｕ）を含んでいてもよい。

第２結晶相２５２は、第１結晶相２５１の周囲に設けられ、複数の蛍光体粒子２５５同士を結合するバインダーとして機能する。第２結晶相２５２は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の金属酸化物を含む材料で構成されている。第２結晶相２５２は、結晶構造としてコランダム構造を有している。

第２結晶相２５２は、第１結晶相２５１よりも高い熱伝導率を有している。例えば、第２結晶相２５２を構成するアルミナの熱伝導率は約３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、第１結晶相２５１を構成するＹＡＧの熱伝導率は約１２Ｗ／ｍ・Ｋである。すなわち、第２結晶相２５２は、第１結晶相２５１とは異なる結晶構造を有するとともに、第１結晶相２５１よりも高い熱伝導率を有する。第２結晶相２５２の構成材料の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。

第２結晶相２５２を構成する金属酸化物は、上記のＡｌ_２Ｏ_３の他、ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＴｉＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３，ＹＡｌＯ_３，ＢｅＯ，ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の少なくともいずれか一つを含んでいてもよい。

ＭｇＯの熱伝導率は約４５Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＺｎＯの熱伝導率は約２５Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＴｉＯ_２の熱伝導率は約４３Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｙ_２Ｏ_３の熱伝導率は約２７Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＹＡｌＯ_３の熱伝導率は約１２Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＢｅＯの熱伝導率は約２５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の熱伝導率は約１４Ｗ／ｍ・Ｋである。ＹＡＧの熱伝導率は約１２Ｗ／ｍ・Ｋであるため、上記の金属酸化物のうち、ＹＡｌＯ_３とＹＡＧとを組み合わせて用いることはできないが、熱伝導率がＹＡＧよりも低い酸化物蛍光体と組み合わせる場合には、ＹＡｌＯ_３を用いることも可能である。

第３結晶相２５３は、第１結晶相２５１と第２結晶相２５２との間に設けられている。具体的には、第３結晶相２５３は、第１結晶相２５１を構成する１個の蛍光体粒子２５５の表面を覆うように設けられている。第３結晶相２５３は、例えば第１結晶相２５１よりも賦活剤の添加量が少ないイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２））を含んでいる。本実施形態の場合、賦活剤の添加量はゼロである。すなわち、第３結晶相２５３は、賦活剤が添加されていないイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２））を含んでいる。このように、第３結晶相２５３は、結晶構造として第１結晶相２５１と同じガーネット構造を有している。

なお、図２では、第１結晶相２５１を構成する全ての蛍光体粒子２５５の表面が一つずつ第３結晶相２５３によって覆われているが、例えば、一部の蛍光体粒子２５５の表面の一部には第３結晶相２５３が設けられておらず、第１結晶相２５１と第２結晶相２５２とが直接接している個所があってもよい。

上記構成の蛍光体２５は、例えば、以下の工程によって製造することができる。
（第１工程）
ＹＡＧ：Ｃｅの原料粉体である所定量のＡｌ_２Ｏ_３粉体、Ｙ_２Ｏ_３粉体、およびＣｅＯ_２粉体と所定量のエタノールとを混ぜ、ポット内でボールミーリングを行ってスラリーを生成する。スラリーを乾燥させ、造粒後に脱脂、焼結させてＹＡＧ：Ｃｅ粉体を得る。

（第２工程）
第１工程で得られた所定量のＹＡＧ：Ｃｅ粉体と、ＹＡＧの原料粉体である所定量のＡｌ_２Ｏ_３粉体、およびＹ_２Ｏ_３粉体と所定量のエタノールとを混ぜ、ポット内でボールミーリングを行ってスラリーを生成する。その後、スラリーを乾燥させ、造粒後に脱脂、焼結させてＹＡＧ：Ｃｅの周囲がＹＡＧで被覆された粉体を得る。

（第３工程）
第２工程で得られた所定量の粉体と、Ａｌ_２Ｏ_３粉体と所定量のエタノールとを混ぜ、ポット内でボールミーリングを行ってスラリーを生成する。その後、スラリーを乾燥させて造粒し、成形、脱脂、焼結を順次行うことによって、ＹＡＧ：Ｃｅ，ＹＡＧとアルミナとのコンポジット焼結体からなる本実施形態の蛍光体２５を得ることができる。

本実施形態では、第１結晶相２５１を酸化物蛍光体で構成し、第２結晶相２５２を金属酸化物で構成しているため、各結晶相において無用な還元反応等が生じることなく、蛍光体を安定して製造することができる。

以下、本実施形態の蛍光体２５の作用および効果について説明する。

最初に、比較例の蛍光体について説明する。
本発明者は、以下の工程によって比較例１および比較例２の蛍光体を試作した。
比較例１の蛍光体は、ＹＡＧ：Ｃｅ単体からなる蛍光体である。比較例２の蛍光体は、体積比で３０vol％のＹＡＧ：Ｃｅと７０vol％のＡｌ_２Ｏ_３とを含む蛍光体である。

〈比較例１〉
（第１工程）
ＹＡＧ：Ｃｅの原料粉体である所定量のＡｌ_２Ｏ_３粉体、Ｙ_２Ｏ_３粉体、およびＣｅＯ_２粉体と所定量のエタノールとを混ぜ、ポット内でボールミーリングを行ってスラリーを生成する。その後、スラリーを乾燥させ、造粒後に造粒粉体を得た。

（第２工程）
第１工程で得られた造粒粉体を成形、脱脂、焼結させることによって、ＹＡＧ：Ｃｅ焼結体からなる比較例１の蛍光体を得た。なお、焼結温度は、１６７０℃とした。

〈比較例２〉
（第１工程）
ＹＡＧ：Ｃｅの原料粉体である所定量のＡｌ_２Ｏ_３粉体、Ｙ_２Ｏ_３粉体、およびＣｅＯ_２粉体と所定量のエタノールとを混ぜ、ポット内でボールミーリングを行ってスラリーを生成する。その後、スラリーを乾燥させ、造粒後に脱脂、焼結させてＹＡＧ：Ｃｅ粉体を得た。

（第２工程）
第１工程で得られた所定量のＹＡＧ：Ｃｅ粉体と、Ａｌ_２Ｏ_３粉体と、所定量のエタノールと、を混ぜ、ポット内でボールミーリングを行ってスラリーを生成する。その後、スラリーを乾燥させて造粒し、成形、脱脂、焼結を順次行うことによって、ＹＡＧ：Ｃｅとアルミナとのコンポジット焼結体からなる比較例２の蛍光体を得た。なお、焼結温度は、１６７０℃とした。

図６は、比較例２の蛍光体３７の断面の電子顕微鏡写真である。
図６に示すように、比較例２の蛍光体３７において、ＹＡＧ：Ｃｅからなる複数の蛍光体粒子３７１がアルミナからなるバインダー３７２の内部に含有されていることが判った。

本発明者は、比較例１および比較例２の蛍光体について、測定器を用いて発光効率を示す指標である量子効率を測定した。
量子効率（％）は、以下の（１）式で表される。
量子効率（％）＝（蛍光の光子数／蛍光体が吸収した励起光の光子数）×１００ …（１）

量子効率を測定した結果、比較例１の蛍光体の量子効率は、９７．４％であった。比較例２の蛍光体の量子効率は、９４．０％であった。

また、本発明者は、比較例１および比較例２の蛍光体について、熱伝導率を測定した。その結果、比較例１の蛍光体の熱伝導率は、９．０Ｗ／ｍ・Ｋであった。比較例２の蛍光体の熱伝導率は、２１．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。

上述したように、アルミナの熱伝導率はＹＡＧの熱伝導率よりも高いため、アルミナとＹＡＧ：Ｃｅとを含む比較例２の蛍光体の熱伝導率は、ＹＡＧ：Ｃｅ単体からなる比較例１の蛍光体の熱伝導率よりも高くなる。その結果、比較例２の蛍光体では、比較例１の蛍光体に比べて温度上昇が抑えられ、温度消光が抑制される結果、発光効率が向上することが予測された。しかしながら、実際には比較例２の蛍光体の量子効率は、比較例１の蛍光体の量子効率に比べて低下し、所望の量子効率が得られなかった。

本発明者は、比較例２の蛍光体で所望の量子効率が得られなかった原因を、ＹＡＧとアルミナとの結晶構造の違いにあると推察している。すなわち、ＹＡＧの結晶構造がガーネット構造であるのに対し、アルミナの結晶構造がコランダム構造であるため、ＹＡＧとアルミナとが接する界面では結晶構造の不整合が生じる。その結果、本来、発光に十分寄与するはずのＹＡＧ粒子の表面で結晶欠陥が多く発生し、励起光の一部が結晶欠陥に吸収される結果、賦活剤に吸収される励起光が減少し、量子効率が低下すると推察される。

本発明者は、実施例１の蛍光体を試作し、比較例１および比較例２の蛍光体と同様、量子効率および熱伝導率の測定を行った。実施例１の蛍光体は、ＹＡＧ：Ｃｅ粒子の周囲が賦活剤を含まないＹＡＧで被覆され、複数のＹＡＧ：Ｃｅ粒子の間にアルミナが設けられた蛍光体であって、体積比で３０vol％のＹＡＧ：Ｃｅ、３０vol％のＹＡＧ、および４０vol％のアルミナを含んでいる。また、実施例１の蛍光体の製造方法は、本実施形態の蛍光体の製造方法として上述した。

測定を行った結果、実施例１の蛍光体の量子効率は、９７．８％であった。実施例１の蛍光体の熱伝導率は、１５．０Ｗ／ｍ・Ｋであった。

下記の表１は、比較例１、比較例２、および実施例１の測定結果をまとめたものである。

表１に示すように、実施例１の蛍光体の量子効率は、比較例２の蛍光体の量子効率よりも高く、比較例１の蛍光体の量子効率と同等であった。この結果から、実施例１の蛍光体によれば、ＹＡＧ：Ｃｅ単体からなる比較例１の蛍光体と同等の発光効率が得られると推察される。また、実施例１の蛍光体の熱伝導率は、比較例２の蛍光体の熱伝導率と比べると低いが、比較例１の蛍光体の熱伝導率よりも高い。この結果から、実施例１の蛍光体によれば、ＹＡＧ：Ｃｅ単体からなる比較例１の蛍光体に比べて励起光照射時の温度上昇が抑えられ、温度消光が抑制されると推察される。

本発明者は、温度消光の抑制効果を確認するため、上記の実施例１および比較例１の蛍光体に励起光を入射させた際に得られる蛍光量のシミュレーションを行った。シミュレーションには、励起光の入射による蛍光体の温度上昇の要因が加味されている。シミュレーション条件として、蛍光体の面積を９ｍｍ^２とし、蛍光体の厚さを０．０５ｍｍとし、励起光の照射領域の面積を０．６４ｍｍ^２とした。

図７は、励起光量に対する蛍光量のシミュレーション結果を示すグラフである。図７において、横軸は励起光量（Ｗ）であり、縦軸は蛍光量（Ｗ）である。図中の数値は蛍光量（Ｗ）である。
図７に示すように、励起光量が０Ｗ〜３０Ｗの範囲では、励起光量の増加に伴って蛍光量が増加し、各励起光量に対する蛍光量は、実施例１と比較例１とで大きく変わらない。ところが、比較例１では、励起光量が３０Ｗのときに蛍光量は１５．１Ｗと最大となるが、励起光量が３０Ｗを超えると、蛍光体の温度消光が生じて蛍光量は急激に低下し、励起光量が約３３Ｗのときに蛍光量は０Ｗとなる。

これに対して、実施例１では、励起光量が３０Ｗを超えても蛍光量が増加し、励起光量が５０Ｗのときに蛍光量は１９．８Ｗと最大となる。励起光量が５０Ｗを超えると、蛍光体の温度消光が生じ、蛍光量は急激に低下する。このように、実施例１の蛍光体においては、比較例１の蛍光体に比べて、温度消光が生じ始める励起光量を大きくすることができ、多くの励起光を入射させることができる。その結果、実施例１の蛍光体によれば、比較例１の蛍光体に比べて、蛍光量を増加させることができる。

以上説明したように、本実施形態の蛍光体２５においては、ＹＡＧ：Ｃｅからなる第１結晶相２５１の表面が、同じ結晶構造を有する第３結晶相２５３で覆われているため、結晶構造の不整合が生じにくく、第１結晶相２５１と第３結晶相２５３との界面での結晶欠陥を少なくすることができる。一方、第２結晶相２５２と第３結晶相２５３とでは結晶構造が互いに異なるため、第２結晶相２５２の表面では多くの結晶欠陥が生じることが考えられる。ところが、第２結晶相２５２にはもともと賦活剤が添加されておらず、発光には寄与しないため、第２結晶相２５２に結晶欠陥が生じたとしても、結晶欠陥が発光に与える悪影響を大きく低減することができる。これにより、本実施形態の蛍光体２５によれば、比較例２の蛍光体に比べて量子効率が向上し、発光効率を高められるとともに、比較例１の蛍光体に比べて温度消光が発生しない範囲で励起光量を大きくすることができ、蛍光量を増加させることができる。

また、本実施形態においては、上記の蛍光体２５が用いられたことにより、発光効率が高く、大きい蛍光発光量が得られる波長変換素子２０を提供することができる。

また、本実施形態においては、上記の波長変換素子２０が用いられたことによって、発光効率が高く、大きい蛍光発光量が得られる第１光源装置１０１を提供することができる。

また、本実施形態においては、上記の第１光源装置１０１が用いられたことによって、表示品質に優れたプロジェクター１１を提供することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、蛍光体の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび波長変換素子の全体の説明は省略する。
図３は、第２実施形態の蛍光体２６の断面を示す模式図である。
図３において、第１実施形態の図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図３に示すように、蛍光体２６は、第１結晶相２５１と、第２結晶相２５２と、第３結晶相２６３と、を含む３つの結晶相から構成されている。第３結晶相２６３は、第１結晶相２５１と第２結晶相２５２との間に設けられている。本実施形態では、第１実施形態と異なり、第３結晶相２６３は、第１結晶相２５１を構成する複数の蛍光体粒子２５５を一括して覆うように設けられている。

図３では、第１結晶相２５１を構成する全ての蛍光体粒子２５５の表面が第３結晶相２６３で覆われているが、例えば、一部の蛍光体粒子２５５の表面の一部に第３結晶相２６３で覆われていない領域があってもよく、その領域において第１結晶相２５１と第２結晶相２５２とが直接接していてもよい。また、一つの第３結晶相２６３に含まれる蛍光体粒子２５５の個数は、特に限定されない。また、複数の蛍光体粒子２５５を一括して覆う第２実施形態の第３結晶相２６３と、一つの蛍光体粒子２５５を覆う第１実施形態の第３結晶相２５３とが、蛍光体の中に混在していてもよい。
波長変換素子２０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態においても、発光効率が高く、大きい蛍光発光量が得られる蛍光体２６、波長変換素子２０および第１光源装置１０１を提供することができる、表示品質に優れたプロジェクター１１を提供することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図４を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、蛍光体の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび波長変換素子の全体の説明は省略する。
図４は、第３実施形態の蛍光体２７の断面を示す模式図である。
図４において、第１実施形態の図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図４に示すように、蛍光体２７は、第１結晶相２５１と、第２結晶相２５２と、第３結晶相２７３と、を含む３つの結晶相から構成されている。第３結晶相２７３は、第１結晶相２５１と第２結晶相２５２との間に設けられている。本実施形態では、第１実施形態と異なり、第３結晶相２７３は、賦活剤を含むイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を含んでいる。ただし、第３結晶相２７３の賦活剤の添加量は、第１結晶相２５１の賦活剤の添加量よりも少ない。

図３では、第１結晶相２５１を構成する全ての蛍光体粒子２５５の表面が第３結晶相２７３で覆われているが、例えば、一部の蛍光体粒子２５５の表面の一部に第３結晶相２７３で覆われていない領域があってもよく、その領域において第１結晶相２５１と第２結晶相２５２とが直接接していてもよい。
波長変換素子２０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態の場合、第３結晶相２７３が賦活剤を含んでいるが、第３結晶相２７３の賦活剤の添加量が第１結晶相２５１の賦活剤の添加量よりも少ないため、第３結晶相を有していない比較例の蛍光体に比べて、結晶欠陥による発光への悪影響を低減することができる。これにより、本実施形態の蛍光体２７によれば、比較例の蛍光体に比べて発光効率を高めることができる。

このように、本実施形態においても、発光効率が高く、大きい蛍光発光量が得られる蛍光体２７、波長変換素子２０および第１光源装置１０１を提供することができる、表示品質に優れたプロジェクター１１を提供することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図５を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターの概略構成は第１実施形態と同様であり、波長変換装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの全体の説明は省略する。
図５は、第４実施形態のプロジェクター１の概略構成図である。
図５において、図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の第１光源装置１００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、コリメート集光光学系９０と、波長変換装置３０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、を備えている。

波長変換装置３０は、波長変換素子３２と、モーター５０（回転装置）と、を備えている。波長変換素子３２は、基材４０と、反射層４１と、蛍光体層４７と、を備えている。蛍光体層４７は、第１〜第３実施形態の蛍光体２５，２６，２７から構成されている。

波長変換素子３２は、回転軸３５の周りに回転可能とされている。モーター５０は、波長変換素子３２を回転軸３５の周りに回転させる。したがって、第１光源１０から射出された励起光Ｅは、回転した状態の波長変換素子３２に入射する。

蛍光体層４７に励起光Ｅが入射した際には、蛍光体層４７において熱が発生する。本実施形態では、モーター５０によって波長変換素子３２を回転させることにより、蛍光体層４７における励起光Ｅの入射位置を時間的に移動させている。これにより、蛍光体層４７の同じ位置に励起光Ｅが常時照射されることにより、蛍光体層４７の一部のみが局所的に加熱され、蛍光体層４７が劣化することが防止される。

本実施形態の場合、波長変換素子３２が回転することに加えて、蛍光体２５，２６，２７が熱伝導率の高いアルミナ等の材料からなる第２結晶相２５２を含んでいるため、第２結晶相を含まない比較例の波長変換素子に比べて、放熱性をさらに高めることができる。

本実施形態においても、発光効率が高く、大きい蛍光発光量が得られる蛍光体２５，２６，２７、波長変換素子３２および第１光源装置１００を提供することができる、表示品質に優れたプロジェクター１を提供することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に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の蛍光体においては、第１結晶相は酸化物蛍光体を含み、第２結晶相は金属酸化物を含んでいた。この構成に代えて、第１結晶相は窒化物蛍光体を含み、第２結晶相は金属窒化物を含んでいてもよい。窒化物蛍光体として、例えばα−ＳｉＡｌＯＮ，β−ＳｉＡｌＯＮ等のサイアロン蛍光体を用いることができる。金属窒化物としては、例えばＡｌＮ等を用いることができる。ＡｌＮの熱伝導率は約２５５Ｗ／ｍ・Ｋである。このように、第１結晶相が窒化物蛍光体を含み、第２結晶相が金属酸化物を含む場合、各結晶相において無用な酸化反応等が生じることなく、蛍光体を安定して製造することができる。

または、第１結晶相は酸窒化物蛍光体を含み、第２結晶相は金属酸窒化物を含んでいてもよい。酸窒化物蛍光体として、例えば、ＬＳＮ蛍光体、ＬＹＳＮ蛍光体、ＣＡＳＮ蛍光体、ＳＣＡＳＮ蛍光体等を用いることができる。

その他、蛍光体、波長変換素子、光源装置、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料、製造方法等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明に係る光源装置を、液晶ライトバルブを用いたプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限定されない。例えば本発明に係る光源装置を、光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。

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。

１，１１…プロジェクター、１０…第１光源（光源）、２０，３２…波長変換素子、２１，４０…基材、２３，４７…蛍光体層、２５，２６，２７…蛍光体、１００，１０１…第１光源装置（光源装置）、２５１…第１結晶相、２５２…第２結晶相、２５３，２６３，２７３…第３結晶相、２５５…蛍光体粒子、４００Ｂ，４００Ｇ，４００Ｒ…光変調装置、６００…投射光学装置。

Claims (12)

1. 賦活剤が添加された第１結晶相と、
   前記第１結晶相よりも高い熱伝導率を有する第２結晶相と、
   前記第１結晶相と前記第２結晶相との間に設けられ、前記第１結晶相と同じ結晶構造を有するとともに、前記第１結晶相よりも賦活剤の添加量が少ない第３結晶相と、
   を備えた、蛍光体。
2. 前記第２結晶相は、前記第１結晶相および前記第３結晶相の結晶構造と異なる結晶構造を有する、請求項１に記載の蛍光体。
3. 前記第３結晶相は、賦活剤が添加されていない、請求項１または請求項２に記載の蛍光体。
4. 前記第１結晶相は、酸化物蛍光体を含み、
   前記第２結晶相は、金属酸化物を含む、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の蛍光体。
5. 前記酸化物蛍光体は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２，Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２，Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２，ＴｂＡｌ_５Ｏ_１２の少なくともいずれか一つを含む、請求項４に記載の蛍光体。
6. 前記金属酸化物は、Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＴｉＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３，ＹＡｌＯ_３，ＢｅＯ，ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の少なくともいずれか一つを含む、請求項４または請求項５に記載の蛍光体。
7. 前記第１結晶相は、窒化物蛍光体を含み、
   前記第２結晶相は、金属窒化物を含む、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の蛍光体。
8. 前記第１結晶相に添加される賦活剤は、Ｃｅ，Ｅｕの少なくともいずれか一つを含む、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の蛍光体。
9. 前記第２結晶相の構成材料の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の蛍光体。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の蛍光体を含む蛍光体層と、
    前記蛍光体層が設けられる基材と、
    を備えた、波長変換素子。
11. 請求項１０に記載の波長変換素子と、
    前記波長変換素子に励起光を射出する光源と、
    を備えた、光源装置。
12. 請求項１１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射光学装置と、
    を備えた、プロジェクター。