JP2020187228A - 波長変換複合体、蛍光板、蛍光体ホイール、光源装置、投写型映像表示装置、及び波長変換複合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体ホイールなどのための波長変換複合体であって、高精度かつ低コストに製造可能な波長変換複合体を提供する。【解決手段】波長変換複合体１は、同じ入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じる複数の光入射層１０１、１０２を備える。複数の光入射層１０１、１０２は、同一平面上において層状に形成され、かつ、複数の光入射層１０１、１０２のうちの互いに隣接する光入射層のエッジにおいて互いに連結されるように一体的に構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、所定波長域の入射光に応じて異なる波長域の出射光を生じる波長変換複合体に関する。また、本開示は、そのような波長変換複合体を備えた蛍光板、蛍光体ホイール、光源装置、及び投写型映像表示装置に関する。また、本開示は、そのような波長変換複合体の製造方法に関する。

例えば特許文献１は、蛍光体ホイールを用いて異なる波長域の光を時分割で発生し、これらの光を合成することにより白色光を発生する光源装置を開示している。

特開２０１２−２１２１２９号公報

蛍光体ホイールを用いて、所定波長域の入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じるためには、互いに異なる光学特性を有する複数の光入射層（蛍光体など）を、蛍光体ホイールの基板の上に高精度に配置することが求められる。複数の光入射層を高精度に配置するためには、位置合わせを実施する箇所の個数に応じて、製造コストが増大する。したがって、このような位置合わせの手間を低減し、蛍光体ホイールなど（例えば、蛍光体ホイール自体、蛍光体ホイールのための部品、蛍光体ホイールを備えた光源装置及び投写型映像表示装置）を高精度かつ低コストに製造することが求められる。

本開示の目的は、蛍光体ホイールなどのための波長変換複合体であって、高精度かつ低コストに製造可能な波長変換複合体を提供することにある。

本開示の一態様に係る波長変換複合体によれば、
同じ入射光に対して互いに異なる波長域の出射光を生じる複数の光入射層を備え、
前記複数の光入射層は、同一平面上において層状に形成され、かつ、前記複数の光入射層のうちの互いに隣接する光入射層のエッジにおいて互いに連結されるように一体的に構成される。

本開示の一態様に係る波長変換複合体は、高精度かつ低コストに製造可能であり、これにより、波長変換複合体を備えた蛍光板、蛍光体ホイール、光源装置、及び投写型映像表示装置を高精度かつ低コストに製造可能である。

第１の実施形態に係る波長変換複合体１の構成を示す断面図である。 第１の実施形態の変形例に係る波長変換複合体２の構成を示す断面図である。 各実施形態に係る波長変換複合体３の製造方法を示す図である。 第２の実施形態に係る蛍光板４の構成を示す断面図である。 第３の実施形態に係る蛍光体ホイール５の正面図である。 第３の実施形態に係る蛍光体ホイール５の区間Ａ１−Ａ１’における断面図である。 第３の実施形態の第１の変形例に係る蛍光体ホイール６の正面図である。 第３の実施形態の第１の変形例に係る蛍光体ホイール６の区間Ａ２−Ａ２’における断面図である。 第３の実施形態の第２の変形例に係る蛍光体ホイール７の正面図である。 第３の実施形態の第２の変形例に係る蛍光体ホイール７の区間Ａ３−Ａ３’における断面図である。 第３の実施形態の第３の変形例に係る蛍光体ホイール８の正面図である。 第３の実施形態の第３の変形例に係る蛍光体ホイール８の区間Ａ４−Ａ４’における断面図である。 第４の実施形態に係る光源装置９の構成を示す図である。 第４の実施形態の第１の変形例に係る光源装置１０の構成を示す図である。 第４の実施形態の第２の変形例に係る光源装置１１の構成を示す図である。 第５の実施形態に係る投写型映像表示装置１２の構成を示す図である。 第５の実施形態の第１の変形例に係る投写型映像表示装置１３の構成を示す図である。 第５の実施形態の第２の変形例に係る投写型映像表示装置１４の構成を示す図である。 第５の実施形態の第３の変形例に係る投写型映像表示装置１５の構成を示す図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る波長変換複合体について詳細に説明する。

[１−１．波長変換複合体の構成]
図１は、第１の実施形態に係る波長変換複合体１の構成を示す断面図である。

第１の実施形態に係る波長変換複合体１は、図１に示すように、少なくとも２つ以上の光入射層を備える。図１の例では、波長変換複合体１は、３つの光入射層１０１、１０２、及び１０３を備える。各光入射層１０１、１０２、及び１０３は、それぞれ、波長変換粒子１１０、１２０、１３０の焼結体である。波長変換粒子１１０及び１２０は、同じ入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じる。これにより、光入射層１０１及び１０２もまた、同じ入射光１４０に応じて互いに異なる波長域の出射光１５０及び１６０を生じる。

光入射層１０１及び１０２は、同一平面上において層状に形成され、かつ、互いに隣接する光入射層のエッジにおいて互いに連結されるように一体的に構成される。以下の説明では、光入射層１０１及び１０２のように、複数の層が同一平面上において並置されて形成されることを、「単層」に形成されると称する。また、光入射層１０３は、層状に形成された光入射層１０１及び１０２の一方の面（図１の下面）において、光入射層１０１及び１０２を支持する支持層として構成される。第１の光入射層１０１と第２の光入射層１０２は互いに隣接し、これらのいずれも、同じ側において、第３の光入射層１０３と隣接する。言い換えると、波長変換複合体１は、光入射層１０３の上に光入射層１０１及び１０２が積層された多層基板として構成される。

図１の例では、光入射層１０１及び１０２の上面（光入射層１０３とは逆の側）に入射光１４０が入射し、光入射層１０３の下面から、光入射層１０１、１０２、及び１０３を通過した出射光１５０及び１６０が生じる。

光入射層１０１及び１０２のうちの少なくとも１つは、入射光の波長域とは異なる波長域の出射光を生じる波長変換粒子からなる。ここで、波長変換粒子は、波長変換材料の一例である。波長変換粒子は、例えば、青色又は紫外域の入射光を黄色の波長域の光に変換するＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）蛍光体を含んでもよく、青色又は紫外域の入射光を緑の波長域の光に変換するＬｕＡＧ（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）蛍光体を含んでもよい。また、ＹＡＧ蛍光体には、任意濃度の賦活剤Ｃｅが置換される。ＹＡＧ蛍光体は、賦活剤Ｃｅの濃度を変更することで、波長変換後の波長域を変更することが可能である。賦活剤Ｃｅの濃度が０％であるとき、ＹＡＧ蛍光体は透明材料として機能し、入射光の波長域は変換されず、入射光の波長域と同じ波長域の出射光が生じる。

したがって、例えば、波長変換粒子１１０及び１２０は、非ゼロの互いに異なる濃度の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体からなるものであってもよく、又は、その一方が非ゼロ濃度の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体からなり、その他方がＬｕＡＧ蛍光体からなるものであってもよい。これにより、出射光１５０及び１６０は、入射光１４０の波長域とは異なる波長域を有する。ここで、非ゼロとはゼロ以外の値を意味し、非ゼロ濃度の賦活剤Ｃｅであれば、濃度が０％以外の賦活剤Ｃｅのことを意味する。

また、波長変換粒子１３０は、非ゼロ濃度の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体であってもよく、ＬｕＡＧ蛍光体であってもよく、濃度０％の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体であってもよい。例えば、波長変換粒子１１０にのみ、非ゼロ濃度の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体（又はＬｕＡＧ蛍光体）を使用し、波長変換粒子１２０及び１３０に、濃度０％の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体を使用してもよい。これにより、光入射層１０２及び１０３を通過するときに入射光１４０の波長域は変換されず、したがって、出射光１６０は入射光１４０の波長域と同じ波長域を有する。

上述の例では、波長変換粒子としてＹＡＧ蛍光体又はＬｕＡＧ蛍光体を用いる場合について説明したが、他の蛍光体を波長変換粒子として用いてもよい。

さらに、図１に開示した構成では、光入射層１０１及び１０２にオーバーラップするように光入射層１０３を設けることで、波長変換複合体１の強度を増大させることができる。しかしながら、光入射層１０１及び１０２が十分な強度で一体的に構成されているのであれば、光入射層１０３を設けなくてもよい。

続いて、第１の実施形態の変形例に係る波長変換複合体について詳細に説明する。

図２は、第１の実施形態の変形例に係る波長変換複合体２の構成を示す断面図である。

波長変換複合体２は、図１の光入射層１０３に代えて、光入射層２０３を備える。図２の光入射層１０１及び１０２は、図１の対応する構成要素と同じであるので、その詳細な説明を省略し、以下、図１とは異なる光入射層２０３について詳細に説明する。

光入射層２０３は、図１の光入射層１０３と同様に、層状に形成された光入射層１０１及び１０２の一方の面（図２の下面）において、光入射層１０１及び１０２を支持する支持層として構成される。光入射層２０３は、高い屈折率を有する構成粒子２３０からなる。構成粒子２３０は、焼成及びセラミック化して充填することで、高反射率の反射材料として使用可能である。構成粒子２３０は、例えば酸化チタンであってもよく、他の粒子であってもよい。

図２の例では、光入射層１０１及び１０２の上面に入射光１４０が入射したとき、光入射層１０１及び１０２を通過した光の進行方向は光入射層２０３によって反転（反射）され、反射光は再び光入射層１０１及び１０２を通過し、光入射層１０１及び１０２の上面（入射光１４０が入射した側）から出射光２５０及び２６０が生じる。

図２の波長変換複合体２では、図１の場合と同様に、波長変換粒子１１０及び１２０の材料を適宜に選択することにより、出射光２５０及び２６０の波長域を設定することができる。

また、波長変換粒子１１０及び１２０いずれか一方に、濃度０％の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体を使用することにより、出射光２５０及び２６０のいずれか一方は入射光１４０の波長域と同じ波長域を有する。

[１−２．波長変換複合体の製造方法]
次に、第１の実施形態に係る波長変換複合体の製造方法について、詳細に説明する。

図３は、各実施形態に係る波長変換複合体３の製造方法を示す図である。図３（ａ）は、積層及び接合する前の各波長変換粒子をそれぞれ含む材料シート３０１、３０２、及び３０３を示す。また、図３（ｂ）は、材料シート３０１、３０２、及び３０３を積層及び接合することによって得られた材料複合体３１０を示す。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の材料複合体３１０から切り出された波長変換複合体３を示す。

まず、図３（ａ）に示すように、波長変換粒子の材料を所定の溶剤に混合したスラリーを成型することにより、焼成前の材料シート３０１、３０２、及び３０３が得られる。

続いて、図３（ｂ）に示すように、材料シート３０３の上に材料シート３０１及び３０２が配列される。ここで、材料シート３０１及び３０２は、それらのエッジ３０１ａ及び３０２ａにおいて互いに隣接するように配列される。このように、材料シート３０１、３０２、及び３０３を積層して一体化することで、材料複合体３１０が形成される。次いで、材料複合体３１０が焼成される。

材料複合体３１０の焼成前又は焼成後、図３（ｃ）に示すように、材料複合体３１０から波長変換複合体３が切り出される。

これにより、複数の光入射層が、同一平面上において層状に形成され、かつ、複数の光入射層のうちの互いに隣接する光入射層のエッジにおいて互いに連結されるように一体的に構成される。

図３の例では、３つの材料シート３０１、３０２、及び３０３を用いているが、４つ以上の材料シートを用いて波長変換複合体を構成してもよい。例えば、下層の材料シート３０３の上に、３つ以上の材料シートが配列されてもよい。また、下層の材料シート３０３を除去してもよい。

また、図３の例では、材料複合体３１０から矩形の波長変換複合体３を切り出す場合を示したが、矩形に代えて、例えば、リング又はリングの一部が欠落したセグメントなど、他の形状を有する波長変換複合体を切り出してもよい。

[１−１−３．波長変換複合体の効果など]
第１の実施形態に係る波長変換複合体（１、２、３）は、以下の構成を有する。

第１の実施形態に係る波長変換複合体（１、２、３）は、同じ入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じる複数の光入射層（１０１、１０２）を備える。複数の光入射層（１０１、１０２）は、同一平面上において層状に形成され、かつ、複数の光入射層（１０１、１０２）のうちの互いに隣接する光入射層のエッジにおいて互いに連結されるように一体的に構成される。

また、第１の実施形態に係る波長変換複合体（１、２、３）において、複数の光入射層（１０１、１０２）のうちの少なくとも１つは、入射光の波長域とは異なる波長域の出射光を生じる波長変換材料からなるものであってもよい。

また、第１の実施形態に係る波長変換複合体（１、２、３）において、波長変換複合体（１、２、３）は、層状に形成された複数の光入射層（１０１、１０２）の一方の面において、複数の光入射層（１０１、１０２）を支持するように構成された支持層（１０３、２０３）をさらに備えてもよい。

第１の実施形態に係る波長変換複合体（１、２、３）では、支持層（１０３、２０３）は透明材料からなるものであってもよい。

第１の実施形態に係る波長変換複合体（１、２、３）では、支持層（１０３、２０３）は反射材料からなるものであってもよい。

第１の実施形態に係る波長変換複合体（１、２、３）では、反射材料は、焼成された酸化チタンからなるものであってもよい。

第１の実施形態に係る波長変換複合体（１、２、３）では、支持層（１０３、２０３）は、入射光の波長域とは異なる波長域の出射光を生じる波長変換材料からなるものであってもよい。

また、第１の実施形態に係る波長変換複合体（１、２、３）の製造方法は、複数の光入射層（１０１、１０２）の焼成前の材料を成型するステップと、成型された複数の光入射層（１０１、１０２）の材料を一体化して焼成するステップとを含む。

したがって、図１及び図２の構成を有する波長変換複合体を、図３に示す製造方法を用いて作成することにより、所定波長域の入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じる波長変換複合体を、十分な強度で、高精度かつ低コストに製造することができる。また、後述するように、このような波長変換複合体を用いることにより、波長変換複合体を備えた蛍光板、蛍光体ホイール、光源装置、及び投写型映像表示装置の製造時における位置の精度を向上させることができ、歩留まりが向上するのでコストを低減することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る蛍光板について詳細に説明する。

［２−１．蛍光板の構成］
図４は、第２の実施形態に係る蛍光板４の構成を示す断面図である。

第２の実施形態に係る蛍光板４は、図４に示すように、波長変換複合体１、接着層４０１、反射層４０２、及び基板４０３を備える。基板４０３の一方の面の上に反射層４０２が形成され、反射層４０２の上に、接着層４０１を介して波長変換複合体１が固定される。

図４の波長変換複合体１は、図１を参照して説明した第１の実施形態に係る波長変換複合体１と同様に構成され、再度の説明は省略する。

接着層４０１は、充填粒子４１０及びバインダー４１１の混合物を含む。充填粒子４１０は、反射率及び熱伝導率の少なくとも一方を向上させる特性を有する。充填粒子４１０は、例えば酸化チタンであってもよく、他の粒子であってもよい。バインダー４１１は、例えばシリコーンなどである。

基板４０３は、例えば金属（例えば銅やアルミニウム）からなる。

図４の例では、図１の場合と同様に、光入射層１０１及び１０２の上面に入射光が入射したとき、光入射１０１、１０２、及び１０３を通過した光入射層１０３の下面から出射する。光入射層１０１、１０２、及び１０３を通過した光の進行方向は、反射層４０２によって、又は、接着層４０１及び反射層４０２の組み合わせによって、光の進行方向を１８０度変化し、反射する。反射光は再び光入射層１０１、１０２、及び１０３を通過し、光入射層１０１及び１０２の上面（入射光が入射した側）から出射光が生じる。

蛍光板４は、１つの基板４０３の一方の面の上における２つ以上の領域にそれぞれ固定された、２つ以上の波長変換複合体１を備えてもよい（後述する第３の実施形態の第３の変形例参照）。

また、図４の例では、波長変換複合体１と基板４０３との間に反射層４０２を設けているが、反射層４０２を省略してもよい。

また、蛍光板４は、第１の実施形態に係る波長変換複合体１に代えて、第１の実施形態の変形例に係る波長変換複合体２を備えてもよい。この場合、接着層４０１の充填粒子４１０の反射率を考慮する必要性が低くなり、熱伝導率の向上のみを考慮して充填粒子４１０を選定してもよい。波長変換複合体２の光入射層２０３によって、又は、光入射層２０３及び接着層４０１の組み合わせによって十分な反射率が達成されるのであれば、反射層４０２を省略してもよい。

［２−２．蛍光板の効果など］
第２の実施形態に係る蛍光板（４）は、以下の構成を有する。

第２の実施形態に係る蛍光板（４）は、少なくとも１つの波長変換複合体（１、２、３）と、基板（４０３）とを備える。波長変換複合体（１、２、３）と基板（４０３）とは互いに接着して固定される。

第２の実施形態に係る蛍光板（４）は、波長変換複合体（１、２、３）と基板（４０３）との間に形成された反射層（４０２）をさらに備えてもよい。

したがって、図４に示す構成によれば、基板４０３の上に波長変換複合体１を固定することにより、互いに異なる光学特性を有する複数の光入射層の位置合わせを行うことなく、所定波長域の入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じる蛍光板を、容易に、高精度かつ低コストに製造することができる。また、このような蛍光板を用いることにより、蛍光板を備えた蛍光体ホイール、光源装置、及び投写型映像表示装置の製造時における位置の精度を向上させることができ、歩留まりが向上するのでコストを低減することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る蛍光体ホイールについて詳細に説明する。

［３−１．蛍光体ホイールの構成］
図５Ａ及び図５Ｂは、第３の実施形態に係る蛍光体ホイール５の構成を示す。図５Ａは、第３の実施形態に係る蛍光体ホイール５の正面図である。図５Ｂは、図５Ａの区間Ａ１−Ａ１’における断面図である。

第３の実施形態に係る蛍光体ホイール５は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、光入射層５０１、５０２ａ、５０２ｂ、５０３、及び５０４を備える波長変換複合体と、接着層５０５と、反射層５０６と、基板５０７と、モータ５０８とを備える。図５Ａの光入射層５０２ａ及び５０２ｂ（総称して、符号５０２を付す。）は同一の材料からなる。円盤形状を有する基板５０７の一方の面の上に反射層５０６が形成され、反射層５０６の上に、接着層５０５を介して、光入射層５０１、５０２、５０３、及び５０４を備える波長変換複合体が固定される。モータ５０８は、基板５０７をその中心の周りに回転させる。

接着層５０５は、充填粒子５５０及びバインダー５５１の混合物を含む。接着層５０５は、図４の接着層４０１と同様に構成される。

反射層５０６は、図４の反射層４０２と同様に構成される。

基板５０７は、例えばアルミニウムなどの金属、又は他の材料からなる。アルミニウムからなる基板５０７は、軽量でありかつ高い熱伝導性を有するので、蛍光体ホイールの部品として好適である。

光入射層５０１、５０２、及び５０３は、同じ入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じる。光入射層５０１、５０２、及び５０３は、同一平面上において層状に形成され、かつ、互いに隣接する光入射層のエッジにおいて互いに連結されるように一体的に構成される。また、光入射層５０４は、層状に形成された光入射層５０１、５０２、及び５０３の一方の面（図５Ｂの下面）において、光入射層５０１、５０２、及び５０３を支持する支持層として構成される。したがって、光入射層５０１、５０２、５０３、及び５０４は、第１の実施形態において説明した波長変換複合体を構成する。

また、図５Ａに示すように、光入射層５０１、５０２、及び５０３は、所定半径のリングのうち、互いに異なる角度範囲にわたるセグメントの形状を有する。光入射層５０４は、同じ半径のリングの形状を有する。これにより、図５Ａ及び図５Ｂの波長変換複合体は、所定半径のリングの形状を有する。蛍光体ホイール５は、図３の材料複合体３１０からリング形状の波長変換複合体を切り出し、次いで、この波長変換複合体を基板５０７に接着して固定する（すなわち、光入射層５０４を、接着層５０５を介して反射層５０６に固定する）ことによって構成される。

光入射層５０１、５０２、５０３、及び５０４は、それぞれ、波長変換粒子５１０、５２０、５３０、及び５４０の焼結体である。光入射層５０１、５０２、及び５０３のうちの少なくとも１つは、入射光の波長域とは異なる波長域の出射光を生じる波長変換粒子からなる。ここで、波長変換粒子は波長変換材料の一例である。波長変換粒子５１０は、例えば、青色の波長域の入射光を緑色の波長域の光に変換するＬｕＡＧ蛍光体を含んでもよい。波長変換粒子５３０は、例えば、青色の波長域の入射光を黄色の波長域の光に変換する、非ゼロ濃度の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体を含んでもよい。波長変換粒子５２０及び５４０は、例えば、青色の波長域の入射光を、その波長域を変換することなく透過して青色の波長域の出射光を生じる、濃度０％の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体を含んでもよい。

図５Ａの蛍光体ホイール５において、基板５０７が反時計回りに回転して、入射光のスポットが光入射層５０１→５０２ａ→５０３→５０２ｂ→５０１→…の順に時計回りに移動するとき、緑色→青色→黄色→青色→緑色→…の出射光が順に生じる。

波長変換粒子５３０は、青色の波長域の入射光を黄色の波長域の光に変換する蛍光体に代えて、例えば、青色の波長域の入射光を赤色の波長域の光に変換する蛍光体を含んでもよい。また、波長変換粒子５２０は、濃度０％の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体（透明材料）に代えて、青色の波長域の入射光を、わずかに異なる青色の波長域の光に変換する蛍光体を含んでもよい。また、波長変換粒子５４０は、濃度０％の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体（透明材料）に代えて、青色の波長域の入射光を緑色及び黄色の波長域の光に変換する蛍光体を含んでもよい。

また、各光入射層は、青色の波長域の入射光に代えて、紫外域の入射光に応じて、それぞれ、緑色、青色、黄色、もしくは赤色の波長域の光に変換された出射光を生じるように構成されてもよい。

図５Ａの例では、１つの光入射層５０１の領域において緑色の出射光を生じ、２つの光入射層５０２ａ及び５０２ｂの領域において青色の出射光を生じ、１つの光入射層５０３の領域において黄色の出射光を生じる場合について説明した。それに代わって、図５Ａの例とは異なる個数の光入射層を用いて、緑色、青色、及び黄色の出射光をそれぞれ発生してもよい。

また、図５Ａの例では、波長変換複合体がリング形状を有する場合について説明した。それに代わって、リングの一部であるセグメントの形状をそれぞれ有する、少なくとも１つの波長変換複合体及び少なくとも１つの他の光入射層の組み合わせを、リング状に配列し、基板５０７に接着して固定してもよい。

また、蛍光体ホイール５は、第１の実施形態に係る波長変換複合体に代えて、第１の実施形態の変形例に係る波長変換複合体を備えてもよい。この場合、蛍光体ホイール５は、図５Ｂの光入射層５０４に代えて、反射材料からなる光入射層を備える。

次に、第３の実施形態の第１の変形例に係る蛍光体ホイールについて詳細に説明する。

図６Ａ及び図６Ｂは、第３の実施形態の第１の変形例に係る蛍光体ホイール６の構成を示す。図６Ａは、第３の実施形態の第１の変形例に係る蛍光体ホイール６の正面図である。図６Ｂは、図６Ａの区間Ａ２−Ａ２’における断面図である。

第３の実施形態の第１の変形例に係る蛍光体ホイール６は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、光入射層６０１ａ、６０２ａ、及び６０３ａを備える第１の波長変換複合体と、光入射層６０１ｂ、６０２ｂ、及び６０３ｂを備える第２の波長変換複合体と、接着層５０５と、反射層５０６と、基板５０７と、モータ５０８とを備える。図６Ａの光入射層６０１ａ及び６０１ｂは同一の材料からなり、これらをまとめて光入射層６０１という。また、図６Ａの光入射層６０２ａ及び６０２ｂは同一の材料からなり、これらをまとめて光入射層６０２という。また、図６Ａの光入射層６０３ａ及び６０３ｂは同一の材料からなり、これらをまとめて光入射層６０３という。また、図６Ａの接着層５０５ａ及び５０５ｂは、接着層５０５の一部を示す。円盤形状を有する基板５０７の一方の面の上に反射層５０６が形成され、反射層５０６の上に、接着層５０５を介して、２組の波長変換複合体が固定される。

図６Ａ及び図６Ｂの接着層５０５、反射層５０６、基板５０７、及びモータ５０８は、図５Ａ及び図５Ｂの対応する構成要素と同様に構成される。

光入射層６０１ａ及び６０２ａは、同じ入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じる。光入射層６０１ａ及び６０２ａは、同一平面上において層状に形成され、かつ、互いに隣接する光入射層のエッジにおいて互いに連結されるように一体的に構成される。また、光入射層６０３ａは、層状に形成された光入射層６０１ａ及び６０２ａの一方の面（図６Ｂの下面）において、光入射層６０１ａ及び６０２ａを支持する支持層として構成される。したがって、光入射層６０１ａ、６０２ａ、及び６０３ａは、第１の実施形態において説明した波長変換複合体を構成する。同様に、光入射層６０１ｂ、６０２ｂ、及び６０３ｂもまた、第１の実施形態において説明した波長変換複合体を構成する。

また、図６Ａに示すように、光入射層６０１ａ及び６０２ａは、所定半径のリングのうち、互いに異なる角度範囲にわたるセグメントの形状を有する。光入射層６０３ａは、各光入射層６０１ａ及び６０２ａの角度範囲の和にわたるセグメントの形状を有する。これにより、光入射層６０１ａ、６０２ａ、及び６０３ａを備える波長変換複合体は、リングの一部であるセグメントの形状を有する。同様に、光入射層６０１ｂ、６０２ｂ、及び６０３ｂを備える波長変換複合体もまた、同じリングの一部であるセグメントの形状を有する。蛍光体ホイール６は、図３の材料複合体３１０からセグメントの形状を有する２つの波長変換複合体を切り出し、次いで、これらの波長変換複合体を実質的にリング状に配列し、基板５０７に接着して固定する（すなわち、光入射層６０３ａ及び６０３ｂを、接着層５０５を介して反射層５０６に固定する）ことによって構成される。図６Ａの例では、接着層５０５は、リング形状の領域に形成され、また、接着層５０５ａ及び５０５ｂの領域において、波長変換複合体の固定に寄与することなく露出している。

光入射層６０１、６０２、及び６０３は、それぞれ、波長変換粒子６１０、６２０、及び６３０の焼結体である。光入射層６０１、６０２、及び６０３のうちの少なくとも１つは、入射光の波長域とは異なる波長域の出射光を生じる波長変換粒子からなる。ここで、波長変換粒子は、波長変換材料の一例である。波長変換粒子６１０は、例えば、青色の波長域の入射光を緑色の波長域の光に変換するＬｕＡＧ蛍光体を含んでもよい。波長変換粒子６２０は、例えば、青色の波長域の入射光を黄色の波長域の光に変換する、非ゼロ濃度の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体を含んでもよい。波長変換粒子６３０は、例えば、青色の波長域の入射光を、その波長域を変換することなく透過して青色の波長域の出射光を生じる、濃度０％の賦活剤Ｃｅを含むＹＡＧ蛍光体を含んでもよい。

図６Ａの蛍光体ホイール６において、基板５０７が反時計回りに回転して、入射光のスポットが光入射層６０１ａ→６０２ａ→接着層５０５ａ→光入射層６０１ｂ→６０２ｂ→接着層５０５ｂ→光入射層６０１ａ→…の順に時計回りに移動するとき、緑色→黄色→青色→緑色→黄色→青色→…の出射光が順に生じる。

光入射層６０１、６０２、及び６０３は、第３の実施形態に係る蛍光体ホイール５と同様に、上述したものとは異なる光学特性（波長特性など）を有する材料からなるものであってもよい。

図６Ａの例では、接着層５０５がリング形状の領域に形成される場合について説明した。それに代わって、波長変換複合体の固定に寄与しない接着層５０５の領域（すなわち、図６Ａの接着層５０５ａ及び５０５ｂの領域）を除去し、これにより、反射層５０６を露出させてもよい。

また、蛍光体ホイール６は、第１の実施形態に係る波長変換複合体に代えて、第１の実施形態の変形例に係る波長変換複合体を備えてもよい。この場合、蛍光体ホイール６は、図６Ｂの光入射層６０３に代えて、反射材料からなる光入射層を備える。

続いて、第３の実施形態の第２の変形例に係る蛍光体ホイールについて詳細に説明する。

図７Ａ及び図７Ｂは、第３の実施形態の第２の変形例に係る蛍光体ホイール７の構成を示す。図７Ａは、第３の実施形態の第２の変形例に係る蛍光体ホイール７の正面図である。図７Ｂは、図７Ａの区間Ａ３−Ａ３’における断面図である。

第３の実施形態の第２の変形例に係る蛍光体ホイール７は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、図５Ａ及び図５Ｂの蛍光体ホイール５の基板５０７に代えて、基板５０７Ａを備える。基板５０７Ａは、図５Ａの基板５０７と同様に円盤形状を有し、さらに、開口７０１ａ及び７０１ｂを備える。蛍光体ホイール７の他の構成要素は、図５Ａ及び図５Ｂの蛍光体ホイール５の対応する構成要素と同様に構成される。

光入射層５０２ａ及び５０２ｂは、前述したように、透明材料からなる透過素子である。開口７０１ａ及び７０１ｂは、基板５０７Ａの中心から、リング形状の波長変換複合体（すなわち、光入射層５０１、５０２、５０３、及び５０４）の半径に等しい距離の位置に設けられる。波長変換複合体を基板５０７Ａに接着して固定するとき、光入射層５０２ａ及び５０２ｂは、開口７０１ａ及び７０１ｂと重なりあう位置に配置される。

図７Ａの蛍光体ホイール７において、基板５０７Ａが反時計回りに回転して、入射光のスポットが光入射層５０１→５０２ａ→５０３→５０２ｂ→５０１→…の順に時計回りに移動するとき、緑色→青色→黄色→青色→緑色→…の出射光が順に生じる。このとき、緑色及び黄色の出射光は、反射層５０６によって反射されることにより、入射光の進行方向に対して反転した方向に進む。一方、青色の出射光は、開口７０１ａ及び７０１ｂを通過して、入射光の進行方向と同じ方向に進む。

基板５０７Ａは、図７Ａに示すような開口７０１ａ及び７０１ｂに限らず、他の形状を有する開口、又は切り欠きを有してもよい。

また、基板５０７Ａは、図５Ａ及び図５Ｂの基板５０７のように、例えばアルミニウムなどの金属からなるものであってもよく、それに代わって、他の材料、例えばガラス又はサファイヤなどの透明材料からなるものであってもよい。透明材料からなる基板を用いる場合、開口又は切り欠きを設けなくてもよい。

最後に、第３の実施形態の第３の変形例に係る蛍光体ホイール８について詳細に説明する。

図８Ａ及び図８Ｂは、第３の実施形態の第３の変形例に係る蛍光体ホイール８の構成を示す。図８Ａは、第３の実施形態の第３の変形例に係る蛍光体ホイール８の正面図である。図８Ｂは、図８Ａの区間Ａ４−Ａ４’における断面図である。

第３の実施形態の第３の変形例に係る蛍光体ホイール８は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、図６Ａ及び図６Ｂの蛍光体ホイール６の基板５０７に代えて、基板５０７Ｂを備える。基板５０７Ｂは、図７Ａの基板５０７Ａと同様に円盤形状を有し、さらに、開口８０１ａ及び８０１ｂを備える。蛍光体ホイール８の他の構成要素は、図６Ａ及び図６Ｂの蛍光体ホイール６の対応する構成要素と同様に構成される。

開口８０１ａ及び８０１ｂは、所定半径のリングのうち、所定の角度範囲にわたるセグメントの形状を有する領域に設けられる。また、接着層５０５は、同じ半径のリングのうち、他の角度範囲にわたるセグメントの形状を有する領域に形成される。接着層５０５の領域に、２組の波長変換複合体（すなわち、光入射層６０１ａ、６０２ａ、及び６０３ａを備える第１の波長変換複合体、及び、光入射層６０１ｂ、６０２ｂ、及び６０３ｂを備える第２の波長変換複合体）が固定される。

図８Ａの蛍光体ホイール８において、基板５０７Ｂが反時計回りに回転して、入射光のスポットが光入射層６０１ａ→６０２ａ→開口８０１ａ→光入射層６０１ｂ→６０２ｂ→開口８０１ｂ→光入射層６０１ａ→…の順に時計回りに移動するとき、緑色→黄色→青色→緑色→黄色→青色→…の出射光が順に生じる。このとき、緑色及び黄色の出射光は、反射層５０６によって反射されることにより、入射光の進行方向に対して反転した方向に進む。一方、青色の出射光は、開口８０１ａ及び８０１ｂを通過して、入射光の進行方向と同じ方向に進む。

［３−２．効果など］
第３の実施形態に係る蛍光体ホイール（５、６、７、８）は、以下の構成を有する。

第３の実施形態に係る蛍光体ホイール（５、６、７、８）は、蛍光板と、蛍光板を回転させるモータ（５０８）とを備える。蛍光板の基板（５０７、５０７Ａ、５０７Ｂ）は円盤形状を有する。蛍光板の少なくとも１つの波長変換複合体は、リング又はセグメントの形状を有する。

第３の実施形態に係る蛍光体ホイール（５、６、７、８）において、基板（５０７Ａ）は開口又は切り欠き（７０１）を有してもよい。波長変換複合体の複数の光入射層のうちの少なくとも１つは、開口又は切り欠き（７０１）と重なりあう位置に配置された、透明材料からなる透過素子であってもよい。

したがって、図５Ａ〜図８Ｂに示す構成によれば、第２の実施形態に係る蛍光板を回転させることにより、互いに異なる光学特性を有する複数の光入射層の位置合わせを行うことなく、所定波長域の入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じる蛍光体ホイールを、容易に、高精度かつ低コストに製造することができる。また、このような蛍光体ホイールを用いることにより、蛍光体ホイールを備えた光源装置及び投写型映像表示装置の製造時における位置の精度を向上させることができ、歩留まりが向上するのでコストを低減することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る光源装置について詳細に説明する。

［４−１．光源装置の構成］
図９は、第４の実施形態に係る光源装置９の構成を示す図である。

第４の実施形態に係る光源装置９は、第２の実施形態に係る蛍光板４を備える。

また、光源装置９は、複数の第一の半導体レーザー素子９０１を備える。光源装置９はさらに、複数のコリメータレンズ９０２、凸レンズ９０３、拡散板９０４、凹レンズ９０５、波長選択性ミラー９０６、及び凸レンズ９０７，９０８を備える。これらの光学部品は、第一の半導体レーザー素子９０１の出射光を蛍光板４に導く光学系の一例である。

加えて、光源装置９は、複数の第二の半導体レーザー素子９１１、複数のコリメータレンズ９１２、凸レンズ９１３、拡散板９１４、及び凹レンズ９１５を備える。これらの光学部品は、第二の半導体レーザー素子９１１の出射光を、後述する凸レンズ９２０に導く光学系の一例である。光源装置９は、更に、凸レンズ９２０、カラーホイール９２１、及びロッドインテグレータ９２２を備える。

複数の第一の半導体レーザー素子９０１から出射された青色の波長域の光は、第一の半導体レーザー素子９０１の出射側に配置されたコリメータレンズ９０２により平行化される。複数のコリメータレンズ９０２の出射側には、コリメータレンズ９０２から出射される第一の半導体レーザー素子９０１の光をまとめて光束幅を小さくする凸レンズ９０３が配置される。凸レンズ９０３で光束幅が小さくなった光は、凸レンズ９０３の出射側に配置された拡散板９０４に入射する。拡散板９０４では、凸レンズ９０３によって解消しきれなかった光束の不均一性を低減する。拡散板９０４から出射した光は、凹レンズ９０５に入射する。凹レンズ９０５は、拡散板９０４から出射した光を平行化する。

凹レンズ９０５から出射した平行化された光は、凹レンズ９０５の出射側に配置された波長選択性ミラー９０６に入射する。波長選択性ミラー９０６は、凹レンズ９０５から入射する光の光軸に対して４５度の角度で配置されている。波長選択性ミラー９０６は、第一の半導体レーザー素子９０１と後述する第二の半導体レーザー素子９１１の波長域（青色）の光を透過し、また、他の波長域の光（緑色及び黄色など）を反射する特性を有する。したがって、凹レンズ９０５から出射された光は、波長選択性ミラー９０６を通過する。波長選択性ミラー９０６を通過した光は、凸レンズ９０７及び９０８の順に入射することで、光束が収束した状態で蛍光板４に入射する。蛍光板４は、光入射層１０１、１０２及び１０３が凸レンズ９０８に対向するように配置される。

第一の半導体レーザー素子９０１からの光が、凸レンズ９０７及び９０８によって収束し、光入射層１０１、１０２及び１０３に入射することによって、それぞれ異なる波長域の光、例えば、緑色及び黄色の波長域の光（蛍光）が発生し、発生した緑色及び黄色の波長域の光は、蛍光板４側から凸レンズ９０８に入射する。凸レンズ９０８を出射した緑色及び黄色の波長域の光は、凸レンズ９０７に入射して平行化される。平行化した緑色及び黄色の波長域の光は、波長選択性ミラー９０６に入射する。

波長選択性ミラー９０６は、凸レンズ９０７から入射する光の光軸に対して４５度の角度で配置される。また、波長選択性ミラー９０６は、緑色及び黄色の波長域の光を反射する特性を有する。したがって、凸レンズ９０７から入射した緑色及び黄色の波長域の光は、波長選択性ミラー９０６で反射し、その方向を９０度変えて、凸レンズ９２０に入射する。

続いて、第二の半導体レーザー素子９１１から出射された青色の波長域の光は、第二の半導体レーザー素子９１１の出射側に配置されたコリメータレンズ９１２により平行化される。複数のコリメータレンズ９１２の出射側には、コリメータレンズ９１２から出射される第二の半導体レーザー素子９１１からの光をまとめて光束幅を小さくする凸レンズ９１３が配置される。凸レンズ９１３で光束幅が小さくなった光は、凸レンズ９１３の出射側に配置された拡散板９１４に入射する。拡散板９１４では、凸レンズ９０３によって解消しきれなかった光束の不均一を低減する。拡散板９１４から出射した光は、凹レンズ９１５は、拡散板９１４から出射した光を平行化する。

凹レンズ９１５から出射した平行化された光は、凹レンズ９１５の出射側に配置された波長選択性ミラー９０６に入射する。波長選択性ミラー９０６は、凹レンズ９１５から入射する光の光軸に対しても４５度の角度で配置されている。波長選択性ミラー９０６は、第一の半導体レーザー素子９０１と第二の半導体レーザー素子９１１の波長域（青色）の光を透過し、また、他の波長域の光（緑色及び黄色など）を反射する特性を有する。したがって、凹レンズ９１５から出射された光は、波長選択性ミラー９０６を通過する。波長選択性ミラー９０６を通過した第二の半導体レーザー素子９１１の光は、そのまま進んで、凸レンズ９２０に入射する。

凸レンズ９２０に入射した緑色、黄色及び青色の波長の光は、凸レンズ９２０によって収束し、次いで、カラーホイール９２１を通過し、ロッドインテグレータ９２２に入射する。

カラーホイール９２１は、凸レンズ９２０から出射した緑色、黄色及び青色の混合された光から、緑色、黄色、青色及び赤色のみを通過する波長選択膜を有する。これにより、カラーホイール９２１が１回転する間に、ロッドインテグレータ９２２から出射される光は、緑色、黄色、青色、赤色が順次に時系列に出射する。

なお、ここでは、蛍光板４から出射される蛍光は緑色と黄色としたが、緑色と赤色でもよく、また、波長領域の異なる黄色であっても良い。また、カラーホイール９２１を、ロッドインテグレータ９２２の入射側に配置したが、出射側に配置しても良い。また、カラーホイール９２１を緑色、黄色、青色、赤色のみを通過する波長選択膜を有することとしたが、緑色、青色及び赤色のみを通過する波長選択膜を有することとしても良い。さらに、カラーホイール９２１を有さない構成で合っても良い。ただし、この場合は、青色、緑色、黄色の波長域の光が混合された状態で出射する。

次に、第４の実施形態の第一の変形例に係る光源装置の構成について詳細に説明する。

図１０は、第４の実施形態の第一の変形例に係る光源装置の構成を示す図である。

第４の実施形態の第一の変形例に係る光源装置は、第３の実施形態に係る蛍光体ホイール５を備える。

また、光源装置１０は、複数の半導体レーザー素子１００１を備える。光源装置１０はさらに、複数のコリメータレンズ１００２、凸レンズ１００３、拡散板１００４、凹レンズ１００５、偏光及び波長選択性ミラー１００６、λ／４位相差板１００７、及び凸レンズ１００８，１００９を備える。これらの光学部品は、半導体レーザー素子１００１の出射光を蛍光体ホイール５に導く光学系の一例である。光源装置１０はさらに、凸レンズ１０１０、カラーホイール１０１１、及びロッドインテグレータ１０１２を備える。

複数の半導体レーザー素子１００１は、出射光の偏光方向が、後述する偏光及び波長選択性ミラー１００６に対して、Ｓ偏光となるように配置される。それぞれの半導体レーザー素子１００１から出射された青色の波長域の光は、半導体レーザー素子１００１の出射側に配置されたコリメータレンズ１００２により平行化される。複数のコリメータレンズ１００２の出射側には、コリメータレンズ１００２から出射される半導体レーザー素子１００１の光をまとめて光束幅を小さくする凸レンズ１００３が配置される。凸レンズ１００３によって光束幅が小さくなった光は、凸レンズ１００３の出射側に配置された拡散板１００４に入射する。拡散板１００４では、凸レンズ１００３によって解消しきれなかった光束の不均一性を低減する。

拡散板１００４から出射した光は、凹レンズ１００５に入射する。凹レンズ１００５は、拡散板１００４から出射した光を平行化する。

凹レンズ１００５から出射する平行化された光は、凹レンズ１００５の出射側に配置された偏光及び波長選択性ミラー１００６に入射する。偏光及び波長選択性ミラー１００６は、凹レンズ１００５から入射する光の光軸に対して４５度の角度で配置される。偏光及び波長選択性ミラー１００６は、青色の波長域においてＳ偏光の光を反射し、一方、青色の波長域においてＰ偏光の光を透過し、また、他の波長域の光（緑色及び黄色など）を透過する特性を有する。言い換えると、偏光及び波長選択性ミラー１００６は、半導体レーザー素子１００１から出射された青色の波長域においてＳ偏光の光を反射し、半導体レーザー素子１００１から出射された青色の波長域においてＰ偏光である光を透過する。また、偏光及び波長選択性ミラー１００６は、後述するように、青色の波長域の光で蛍光体ホイール５の光入射層５０１及び５０３を励起して生じた波長域の光を透過する。したがって、凹レンズ１００５から出射された光は偏光及び波長選択性ミラー１００６で反射する。偏光及び波長選択性ミラー１００６で反射された青色の波長域の光は、λ／４位相差板１００７でその偏光方向をλ／４だけ回旋した後に、凸レンズ１００８及び１００９の順に入射することで、光束が収束した状態で蛍光体ホイール５に入射する。

蛍光体ホイール５は、光入射層５０１、５０２ａ、５０２ｂ、及び５０３が凸レンズ１００９に対向するように配置される。前述のように、基板５０７がモータ５０８によって回転されて、入射光のスポットが光入射層５０１→５０２ａ→５０３→５０２ｂ→５０１→…の順に移動するとき、緑色→青色→黄色→青色→緑色→…の出射光が順に生じる。

まず、青色の波長域の光が、凸レンズ１００８及び１００９によって収束し、光入射層５０１及び５０３に入射する場合、光入射層５０１及び５０３によって、それぞれ、緑色及び黄色の波長域の光（蛍光）が発生し、発生した緑色及び黄色の波長域の光は、光入射層５０１及び５０３から凸レンズ１００９に入射する。凸レンズ１００９を出射した緑色及び黄色の波長域の光は、凸レンズ１００８に入射して平行化される。平行化した緑色及び黄色の波長域の光は、λ／４位相差板１００７に入射し、次いで、偏光及び波長選択性ミラー１００６に入射する。

偏光及び波長選択性ミラー１００６は、λ／４位相差板１００７から入射する光の光軸に対して４５度の角度で配置される。また、偏光及び波長選択性ミラー１００６は、緑色及び黄色の波長域の光を透過する特性を有する。したがって、λ／４位相差板１００７から入射する緑色及び黄色の波長域の光は、偏光及び波長選択性ミラー１００６をそのまま透過し、凸レンズ１０１０に入射する。

一方、青色の波長域の光が、凸レンズ１００８及び１００９によって収束し、光入射層５０２ａ及び５０２ｂに入射する場合、青色の波長域の光は、その波長域が変換されることなく、反射層５０６（及び／又は接着層５０５、及び／又は光入射層５０４）によって反射され、反射された青色の波長域の光は、光入射層５０２ａ及び５０２ｂから凸レンズ１００９に入射する。凸レンズ１００９に入射した青色の波長域の光は、凸レンズ１００８に入射して平行化される。平行化した青色の波長域の光は、λ／４位相差板１００７に入射し、その偏光方向をλ／４だけ回旋する。青色の波長域の光は、λ／４位相差板１００７を合計で２回通過することにより、その位相はλ／２だけ変化し、偏光方向が９０°回旋する。したがって、青色の波長域の光は、当初のＳ偏光からＰ偏光に変化する。λ／４位相差板１００７を通過した青色の波長域の光は、次いで、偏光及び波長選択性ミラー１００６に入射する。

前述の通り、偏光及び波長選択性ミラー１００６は、λ／４位相差板１００７から入射する光の光軸に対して４５度の角度で配置される。また、偏光及び波長選択性ミラー１００６は、青色の波長域においてＳ偏光の光を反射する一方、青色の波長域においてＰ偏光の光を透過する特性を有する。したがって、蛍光体ホイール５の光入射層５０２ａ及び５０２ｂからの青色の波長域におけるＰ偏光の光は、偏光及び波長選択性ミラー１００６を通過し、凸レンズ１０１０に入射する。

凸レンズ１０１０に入射した緑色、黄色、及び青色の波長域の光は、凸レンズ１０１０によって収束し、次いで、カラーホイール１０１１を通過し、ロッドインテグレータ１０１２に入射する。

カラーホイール１０１１は、図示しない同期回路により、蛍光体ホイール５と同期される。また、カラーホイール１０１１は、蛍光体ホイール５からの黄色の波長域の光が入射する角度範囲にわたる領域の一部において、黄色の波長域の光から赤色の波長域の光のみを透過する特性を持つ波長選択性膜を有する。これにより、カラーホイール１０１１が１回転するとき、ロッドインテグレータ１０１２から出射する光は、緑色→青色→黄色→赤色→青色の順に変化し、これらの光が時間的に合成されることで白色光が出射される。

以上では、第３の実施形態に係る蛍光体ホイール５を備える光源装置９について説明したが、第３の実施形態の第１の変形例に係る蛍光体ホイール６を備えた光源装置も同様に提供可能である。蛍光体ホイール６は、前述のように、緑色及び黄色の波長域の光を生じる２組の波長変換複合体と、青色の波長域の光を生じる接着層５０５ａ及び５０５ｂの領域とを備える。したがって、蛍光体ホイール６が１回転するとき、緑色→黄色→青色→緑色→黄色→青色の波長域の光が順に生じる。カラーホイール１０１１は、蛍光体ホイール６と同期される。また、カラーホイール１０１１は、蛍光体ホイール６からの黄色の波長域の光が入射する角度範囲にわたる領域の一部において、黄色の波長域の光から赤色の波長域の光のみを透過する特性を持つ波長選択性膜を有する。これにより、カラーホイール１０１１が１回転するとき、ロッドインテグレータ１０１２から出射する光は、緑色→黄色→赤色→青色→緑色→黄色→赤色→青色の順に変化し、これらの光が時間的に合成されることで白色光が出射される。

なお、偏光及び波長選択性ミラー１００６を光軸に対して４５度の位置に配置するとしたが、半導体レーザー素子１００１からのレーザー素子光のＳ偏光を反射し、半導体レーザー素子１００１からのレーザー素子光のＰ偏光と蛍光体ホイール５もしくは６からの蛍光を通過する特性を確保するために、４５度以外の角度に配置されても良い。また、カラーホイール１０１１を、ロッドインテグレータ１０１２の入射側に配置したが出射側に配置しても良い。

次に、第４の実施形態の第２の変形例に係る光源装置の構成について詳細に説明する。

図１１は、第４の実施形態の第２の変形例に係る光源装置１１の構成を示す図である。

第４の実施形態の第２の変形例に係る光源装置は、第３の実施形態の第２の変形例に係る蛍光体ホイール７を備える。

また、光源装置１１は、複数の半導体レーザー素子１１０１を備える。光源装置１１はさらに、複数のコリメータレンズ１１０２、凸レンズ１１０３、拡散板１１０４、凹レンズ１１０５、波長選択性ミラー１１０６、及び凸レンズ１１０７，１１０８を備える。これらの光学部品は、半導体レーザー素子１１０１の出射光を蛍光体ホイール７に導く光学系の一例である。光源装置１１はさらに、凸レンズ１１２１，１１２２，１１２４，１１２６，１１２８、及び反射ミラー１１２３，１１２５，１１２７を備える。光源装置１１はさらに、凸レンズ１１０９、カラーホイール１１１０、及びロッドインテグレータ１１１１を備える。

光源装置１１において、半導体レーザー素子１１０１の出射光の偏光方向は揃えなくてもよい。また、光源装置１１は、図１０の偏光及び波長選択性ミラー１００６に代えて、図９の波長選択性ミラー９０６と同じく、偏光方向に非依存である波長選択性ミラー１１０６を備える。波長選択性ミラー１１０６は、青色の波長域の光を反射し、他の波長域の光（緑色及び黄色など）を透過する特性を有する。また、光源装置１１は、図１０のλ／４位相差板１００７に対応する構成要素を備えていない。その他の点では、半導体レーザー素子１１０１の出射光を蛍光体ホイール７に導く光学系は、図１０の対応する光学系と同様に構成され、その詳細な説明を省略する。

蛍光体ホイール７は、光入射層５０１、５０２ａ、５０２ｂ、及び５０３が凸レンズ１１０８に対向するように配置される。前述のように、基板５０７Ａがモータ５０８によって回転されて、入射光のスポットが光入射層５０１→５０２ａ→５０３→５０２ｂ→５０１→…の順に移動するとき、緑色→青色→黄色→青色→緑色→…の出射光が順に生じる。緑色→青色→黄色→青色→緑色→…の出射光が順に生じる。このとき、緑色及び黄色の出射光は、反射層５０６（及び／又は接着層５０５、及び／又は光入射層５０４）によって反射されることにより、入射光の進行方向に対して反転した方向に進む。一方、青色の出射光は、開口７０１ａ及び７０１ｂを通過して、入射光の進行方向と同じ方向に進む。

まず、青色の波長域の光が、凸レンズ１１０７及び１１０８によって収束し、光入射層５０１及び５０３に入射する場合、光入射層５０１及び５０３によって、それぞれ、緑色及び黄色の波長域の光（蛍光）が発生し、発生した緑色及び黄色の波長域の光は、光入射層５０１及び５０３から凸レンズ１１０８に入射する。凸レンズ１１０８を出射した緑色及び黄色の波長域の光は、凸レンズ１１０７に入射して平行化される。平行化した緑色及び黄色の波長域の光は、波長選択性ミラー１１０６に入射する。

波長選択性ミラー１１０６は、凸レンズ１１０７から入射する光の光軸に対しても４５度の角度で配置される。また、波長選択性ミラー１１０６は、緑色及び黄色の波長域の光を透過する特性を有する。したがって、凸レンズ１１０７から入射する緑色及び黄色の波長域の光は、波長選択性ミラー１１０６をそのまま透過し、凸レンズ１１０９に入射する。

一方、青色の波長域の光が、凸レンズ１１０７及び１１０８によって収束し、光入射層５０２ａ及び５０２ｂ（及び光入射層５０４）に入射する場合、青色の波長域の光は、その波長域が変換されることなく、開口７０１ａ及び７０１ｂを通過する。

開口７０１ａ及び７０１ｂを通過した青色の波長域の光は、凸レンズ１１２１及び１１２２を通過して平行化されたのち、反射ミラー１１２３、１１２５、及び１１２７と凸レンズ１１２４、１１２６、及び１１２８とによってその進行方向を変え、半導体レーザー素子１１０１からの光が入射する面とは逆の面から、波長選択性ミラー１１０６に入射する。

波長選択性ミラー１１０６は、凸レンズ１１２８から入射する光の光軸に対しても４５度の角度で配置される。また、波長選択性ミラー１１０６は、青色の波長域の光を反射する特性を有する。したがって、凸レンズ１１２８から波長選択性ミラー１１０６に入射する光の進行方向は直角に変更され、凸レンズ１１０９に入射する。

凸レンズ１１０９に入射した緑色、黄色、及び青色の波長域の光は、凸レンズ１１０９によって収束し、次いで、カラーホイール１１１０を通過し、ロッドインテグレータ１１１１に入射する。

カラーホイール１１１０は、図示しない同期回路により、蛍光体ホイール７と同期される。また、カラーホイール１１１０は、蛍光体ホイール７からの黄色の波長域の光が入射する角度範囲にわたる領域の一部において、黄色の波長域の光から赤色の波長域の光のみを透過する特性を持つ波長選択性膜を有する。これにより、カラーホイール１１１０が１回転するとき、ロッドインテグレータ１１１１から出射する光は、緑色→青色→黄色→赤色→青色の順に変化し、これらの光が時間的に合成されることで白色光が出射される。

以上では、第３の実施形態の第２の変形例に係る蛍光体ホイール７を備える光源装置１１について説明したが、第３の実施形態の第３の変形例に係る蛍光体ホイール８を備えた光源装置も同様に提供可能である。蛍光体ホイール８は、前述のように、緑色及び黄色の波長域の光を生じる２組の波長変換複合体と、青色の波長域の光が通過する開口８０１ａ及び８０１ｂとを備える。したがって、蛍光体ホイール８が１回転するとき、緑色→黄色→青色→緑色→黄色→青色の波長域の光が順に生じる。カラーホイール１１１０は、蛍光体ホイール８と同期される。また、カラーホイール１１１０は、蛍光体ホイール８からの黄色の波長域の光が入射する角度範囲にわたる領域の一部において、黄色の波長域の光から赤色の波長域の光のみを透過する特性を持つ波長選択性膜を有する。これにより、カラーホイール１１１０が１回転するとき、ロッドインテグレータ１１１１から出射する光は、緑色→黄色→赤色→青色→緑色→黄色→赤色→青色の順に変化し、これらの光が時間的に合成されることで白色光が出射される。

なお、ここではカラーホイールと蛍光体ホイールの同期により、出射光の順序として赤色の両側に黄色があっても良い。また、ここで記載した色の順序は一例であり、蛍光体ホイールとカラーホイールの形態によっては、別の構成も有り得る。

［４−２．効果など］
第４の実施形態に係る光源装置（９、１０、１１）は、以下の構成を有する。

第４の実施形態に係る光源装置（９、１０、１１）は、蛍光板４もしくは蛍光体ホイール（５、６、７、８）と、光源素子の一例である半導体レーザー素子（９０１、１００１、１１０１）とを備える。

したがって、図９、図１０及び図１１に示す構成によれば、第２の実施形態の係る蛍光板もしくは第３の実施形態に係る蛍光板ホイール装置を回転させることにより、互いに異なる光学特性を有する複数の光入射層の位置合わせを行うことなく、所定波長域の入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じる光源装置を、容易に、高精度かつ低コストに製造することができる。また、このような光源装置を用いることにより、光源装置を備えた投写型映像表示装置の製造時における位置の精度を向上させることができ、歩留まりが向上するのでコストを低減することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態の投写型映像表示装置について詳細に説明する。

［５−１．投射型映像表示装置の構成］
図１２は、第５の実施形態に係る投写型映像表示装置１２の構成を示す図である。

投写型映像表示装置１２は、第４の実施形態に係る光源装置９を備える。

図１２の光源装置９は図９の光源装置９と同様に構成され、再度の説明は省略する。

投写型映像表示装置１２はさらに、リレーレンズ１２０１，１２０２，１２０３、全反射プリズム１２１１、微小ギャップ１２１２、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１２２１、及び投写レンズ１２３１を備える。

まず、前述のように、光源装置９のロッドインテグレータ９２２から出射する光は、緑色、黄色、青色、赤色の順に変化するものとして、以降の説明を行う。

リレーレンズ１２０１、１２０２、及び１２０３は、ロッドインテグレータ９２２を出射した光を全反射プリズム１２１１に導くリレー光学系を構成する。全反射プリズム１２１１は２つのプリズムからなり、それらの間に微小ギャップ１２１２が設けられる。ロッドインテグレータ９２２を出射した、緑色、黄色、青色、及び赤色の波長域の光は、リレーレンズ１２０１、１２０２、及び１２０３を通過し、全反射プリズム１２１１に入射する。リレーレンズ１２０３から全反射プリズム１２１１に入射した光は、全反射角以上の角度で微小ギャップ１２１２に入射することで全反射され、その進行方向を変えて、ＤＭＤ１２２１に入射する。リレーレンズ１２０１、１２０２、及び１２０３は、ロッドインテグレータ９２２の出射端における像を、ＤＭＤ１２２１の上に結像するように構成される。

ＤＭＤ１２２１は、図示しない映像回路から、緑色、黄色、青色及び赤色の波長域の光に応じた映像信号が供給される光変調素子である。また、ＤＭＤ１２２１は、図示しない同期回路により、カラーホイール９２１、及び映像回路と同期される。これにより、ＤＭＤ１２２１の各画素は、ロッドインテグレータ９２２から出射された緑色、黄色、青色又は赤色の波長域の光が入射したとき、映像信号に応じてオン／オフし、光の進行方向を変化させる。

ＤＭＤ１２２１のオンした画素からの光は、再び、全反射プリズム１２１１に入射する。ＤＭＤ１２２１から全反射プリズム１２１１に入射した光は、全反射角より小さい角度で微小ギャップ１２１２に入射することで微小ギャップ１２１２を通過し、全反射プリズム１２１１から出射する。全反射プリズム１２１１から出射した光は、投写レンズ１２３１に入射し、図示しないスクリーンへと拡大して投写される。

続いて、第５の実施形態の第２の変形例の投写型映像表示装置１３について詳細に説明する。

図１３は、第５の実施形態の第２の変形例に係る投写型映像表示装置１３の構成を示す図である。

投写型映像表示装置１３は、第４の実施形態に係る光源装置９Ａを備える。

図１３の光源装置９Ａは、図９の光源装置９に対し、カラーホイール９２１を用いないこと以外は同一の構成であり、ロッドインテグレータ９２２からの出射光は、緑色、黄色及び青色の波長域の光を、時系列ではなく同時に出射すること以外は同一であり、再度の説明は省略する。

リレーレンズ１３０１、１３０２、及び１３０３は、ロッドインテグレータ９２２を出射した光を全反射プリズム１３１１導くリレー光学系を構成する。全反射プリズム１３１１は、２つのプリズムからなり、それらの間に微小ギャップ１３１２が設けられる。ロッドインテグレータ９２２を出射した、緑色、黄色及び青色の波長域の光は、リレーレンズ１３０１、１３０２、及び１３０３を通過し、全反射プリズム１３１１に入射する。リレーレンズ１３０３から全反射プリズム１３１１に入射した光は、全反射角以上の角度で、微小ギャップ１３１２に入射することで、その進行方向を変えて、色分離合成プリズム１３２１に入射する。

色分離合成プリズム１３２１と全反射プリズム１３１１との間は、微小のギャップを有するように配置されている。また、色分離合成プリズム１３２１は、３つのガラスブロックで構成されており、全反射プリズム１３１１からの入射側から順に１番目と２番目のガラスブロックの間には、１番目のガラスブロック側に青色の波長域の光を反射するとともに、それ以外の波長域の光を透過する波長選択性膜を設けるとともに、２番目のガラスブロックの間に微小ギャップ１３２２を有している。さらに、第２番目と第３番目のガラスブロックの間には、赤色の波長域の光を反射するとともに、緑色の波長域の光を透過する波長選択性膜が設けられている。

全反射プリズム１３１１から、色分離合成プリズム１３２１に入射した光は、色分離合成プリズム１３２１の１番目と２番目のガラスブロックの間に設けられた波長選択性膜で、ロッドインテグレータ９２２からの光のうち、青色の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する。色分離合成プリズム１３２１の１番目と２番目のガラスブロックの間に設けられた波長選択性膜で反射した青色光は、その進行方向を、色分離合成プリズムの入射側に変化する。進行方向を変えた青色光は、色分離合成プリズムの入射面に、全反射角度以上の角度で入射することで反射し、その進行方向を変え、ＤＭＤ１３３３に入射する。

続いて、色分離合成プリズム１３２１の１番目と２番目のガラスブロックの間の波長選択性膜を通過した青色波長域以外の光はそのまま進行し、色分離合成プリズム１３２１の２番目と３番目のガラスブロックの間に設けられた波長選択性膜で、緑色の波長域の光はそのまま通過し、赤色の波長域の光は反射し、１番目のガラスブロックへの進行方向を変更する。

色分離合成プリズム１３２１の２番目と３番目のガラスブロックの間に設けられた波長選択性膜で反射した赤色の波長域の光は、１番目のガラスブロックへの進行方向を変え、１番目と２番目のガラスブロックの間に設けられた微小ギャップ１３２２に全反射角以上の角度で入射することで反射し、再び進行方向を変えてＤＭＤ１３３２に入射する。

また、色分離合成プリズム１３２１の２番目と３番目のガラスブロックの間に設けられた波長選択性膜を通過した緑色の波長域の光は、そのまま、第３のブロックを通過し、ＤＭＤ１３３１に入射する。

ＤＭＤ１３３１、１３３２及び１３３３は、図示しない映像回路から、それぞれ、緑色、赤色及び青色の波長域の光に応じた映像信号が供給される光変調素子である。ＤＭＤ１３３１、１３３２及び１３３３の各画素は、映像信号に応じてオン／オフし、光の進行方向を変化させる。

ＤＭＤ１３３１のオンした画素からの緑色の波長域の光は、再び、色分離合成プリズム１３２１の３番目のガラスブロックに入射し、３番目と２番目のガラスブロックの間に設けられた波長選択性ミラー、２番目と１番目のガラスブロックの間の波長選択性膜を順に通過し、全反射プリズム１３１１に向かって出射する。

次に、ＤＭＤ１３３２のオンした画素からの赤色の波長域の光は、再び、色分離合成プリズム１３２１の２番目のガラスブロックに入射し、１番目と２番目のガラスブロックの間に設けられた微小ギャップ１３２２に全反射角度以上の角度で入射することで反射し、次に、２番目と３番目のガラスブロックの間に設けられた波長選択性ミラーで反射することで、前述の緑色の波長域の光と合成され１番目と２番目のガラスブロックの間に設けられた波長選択性膜を通過し、全反射プリズム１３１１に向かって出射する。

最後に、ＤＭＤ１３３３のオンした画素からの青色の波長域の光は、再び、色分離合成プリズム１３２１の１番目のガラスブロックに入射して、まず、全反射プリズム１３１１と色分離合成プリズム１３２１の間に設けられたギャップに全反射角以上の角度で入射することで反射し、続いて、色分離合成プリズム１３２１の１番目と２番目の間に設けられた波長選択性膜で反射することで、前述の緑色及び赤色の波長域の光と合成され、全反射プリズム１３１１に向かって出射する。

このようにして、色分離合成プリズム１３２１で合成されたＤＭＤ１３３１、１３３２及び１３３３でオンした画素からの緑色、赤色及び青色の光は、色分離合成プリズム１３２１を出射し、全反射プリズム１３１１に入射する。全反射プリズム１３１１に入射したＤＭＤ１３３１、１３３２及び１３３３でオンした画素からの緑色、赤色及び青色の光は、微小ギャップ１３１２に全反射角度以下の角度で入射することで、全反射プリズム１３１１を出射する。全反射プリズム１３１１を出射した光は、投写レンズ１３４１に入射し、図示しないスクリーンへと拡大投写される。

続いて、第５の実施形態の第２の変形例の投写型映像表示装置１４について詳細に説明する。

図１４は、第５の実施形態の第２の変形例に係る投写型映像表示装置１４の構成を示す図である。

投写型映像表示装置１４は、図１２の光源装置９に代えて、第４の実施形態の第１の変形例に係る光源装置１０を備える。図１４の光源装置１０は図１０の光源装置１０と同様に構成されるので、再度の説明は省略する。また、リレーレンズ１２０１よりも後段の構成要素の構成及び動作もまた、図１２の対応する構成要素のものと同様であるので、再度の説明は省略する。

さらに、第５の実施形態の第３の変形例の投写型映像表示装置１５について詳細に説明する。

図１５は、第５の実施形態の第３の変形例に係る投写型映像表示装置１５の構成を示す図である。

投写型映像表示装置１５は、図１４の光源装置１０に代えて、第４の実施形態の第２の変形例に係る光源装置１１を備える。図１５の光源装置１１は図１１の光源装置１１と同様に構成されるので、再度の説明は省略する。また、リレーレンズ１２０１よりも後段の構成要素の構成及び動作もまた、図１４の対応する構成要素のものと同様であるので、再度の説明は省略する。

［５−１．効果など］
第５の実施形態に係る投写型映像表示装置（１１、１２、１３、１４）は、以下の構成を有する。

第５の実施形態に係る投写型映像表示装置（１１、１２、１３、１４）は、光源装置（９、１０、１１）と、光変調素子の一例であるＤＭＤ（１２２１、１３３１、１３３２、１３３３）と、光源装置（９、９Ａ、１０、１１）によって発生された光を光変調素子の一例であるＤＭＤ（１２２１、１３３１、１３３２、１３３３）に入射させる第１の光学系と、光変調素子の一例であるＤＭＤ（１２２１、１３３１、１３３２、１３３３）によって空間的に変調された光を投写する第２の光学系とを備える。

したがって、図１２、図１３、図１４及び図１５に示す構成によれば、第４の実施形態に係る光源装置を用いることにより、互いに異なる光学特性を有する複数の光入射層の位置合わせを行うことなく、所定波長域の入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じる光源装置を備えた投写型映像表示装置を、容易に、高精度かつ低コストに製造することができる。また、光源装置を備えた投写型映像表示装置の製造時における位置の精度を向上させることができ、歩留まりが向上するのでコストを低減することができる。

本開示の一態様に係る波長変換複合体は、蛍光板、蛍光体ホイール、光源装置、及び投写型映像表示装置に適用可能である。

１，２，３…波長変換複合体、
４…蛍光板、
５，６，７，８…蛍光体ホイール、
９，１０，１１…光源装置、
１２，１３，１４…投写型映像表示装置、
１０１，１０２，１０３，２０３，５０１，５０２，５０３，５０４，６０１，６０２，６０３…光入射層、
１１０，１２０，１３０，５１０，５２０，５３０，５４０，６１０，６２０，６３０…波長変換粒子、
１４０…入射光、
１５０，１６０…出射光、
２３０…構成粒子、
２５０，２６０…出射光、
３０１，３０２，３０３…材料シート、
３１０…材料複合体、
４０１，５０５…接着層、
４１０，５５０…充填粒子、
４１１，５５１…バインダー、
４０２，５０６…反射層、
４０３，５０７，５０７Ａ，５０７Ｂ…基板、
５０８…モータ、
７０１，８０１…開口、
９０１，９１１，１００１，１１０１…半導体レーザー素子、
９０２，９１２，１００２，１１０２…コリメータレンズ、
９０３，９０７，９０８，９１３，９２０，１００３，１００８，１００９，１０１０，１１０３，１１０７，１１０８，１１０９，１１２１，１１２２，１１２４，１１２６，１１２８…凸レンズ、
９０４，９１４，１００４，１１０４…拡散板、
９０５，９１５，１００５，１１０５…凹レンズ、
９０６，１１０６…波長選択性ミラー
９０７…λ／４位相差板、
９２１，１０１１，１１１０…カラーホイール、
９２２，１０１２，１１１１…ロッドインテグレータ、
１００６…波長及び偏光選択性ミラー、
１１２３，１１２５，１１２７…反射ミラー、
１２０１，１２０２，１２０３，１３０１，１３０２，１３０３…リレーレンズ、
１２１１，１３１１…全反射プリズム、
１２１２，１３１２，１３２２…微小ギャップ、
１２２１，１３３１，１３３２，１３３３…ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、
１２３１，１３４１…投写レンズ、
１３２１…色分離合成プリズム。

Claims (15)

1. 同じ入射光に応じて互いに異なる波長域の出射光を生じる複数の光入射層を備え、
   前記複数の光入射層は、同一平面上において層状に形成され、かつ、前記複数の光入射層のうちの互いに隣接する光入射層のエッジにおいて互いに連結されるように一体的に構成された、
   波長変換複合体。
2. 前記複数の光入射層のうちの少なくとも１つは、前記入射光の波長域とは異なる波長域の出射光を生じる波長変換材料からなる、
   請求項１に記載の波長変換複合体。
3. 前記波長変換複合体は、層状に形成された前記複数の光入射層の一方の面において、前記複数の光入射層を支持するように構成された支持層をさらに備える、
   請求項１又は２に記載の波長変換複合体。
4. 前記支持層は透明材料からなる、
   請求項３に記載の波長変換複合体。
5. 前記支持層は反射材料からなる、
   請求項３に記載の波長変換複合体。
6. 前記反射材料は、焼成された酸化チタンからなる、
   請求項５に記載の波長変換複合体。
7. 前記支持層は、前記入射光の波長域とは異なる波長域の出射光を生じる波長変換材料からなる、
   請求項３に記載の波長変換複合体。
8. 請求項１〜７のうちの１つに記載の少なくとも１つの波長変換複合体と、
   基板とを備え、
   前記波長変換複合体と前記基板とは互いに接着して固定された、
   蛍光板。
9. 前記波長変換複合体と前記基板との間に形成された反射層をさらに備える、
   請求項８に記載の蛍光板。
10. 請求項８又は９に記載の蛍光板と、
    前記蛍光板を回転させるモータとを備え、
    前記蛍光板の前記基板は円盤形状を有し、
    前記蛍光板の前記少なくとも１つの波長変換複合体は、リング又はセグメントの形状を有する、
    蛍光体ホイール。
11. 前記基板は開口又は切り欠きを有し、
    前記波長変換複合体の前記複数の光入射層のうちの少なくとも１つは、前記開口又は切り欠きと重なりあう位置に配置された、透明材料からなる透過素子である、
    請求項１０に記載の蛍光体ホイール。
12. 請求項８又は９に記載の蛍光板と、
    光源素子とを備えた、
    光源装置。
13. 請求項１０又は１１に記載の蛍光体ホイールと、
    光源素子とを備えた、
    光源装置。
14. 請求項１２又は１３に記載の光源装置と、
    光変調素子と、
    前記光源装置によって発生された光を前記光変調素子に入射させる第１の光学系と、
    前記光変調素子によって空間的に変調された光を投写する第２の光学系とを備えた、
    投写型映像表示装置。
15. 請求項１〜７のうちの１つに記載の波長変換複合体のための製造方法であって、
    前記複数の光入射層の焼成前の材料を成型するステップと、
    成型された前記複数の光入射層の材料を一体化して焼成するステップとを含む、
    波長変換複合体の製造方法。

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