JP2021017385A - セラミック複合体、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】所望の蛍光量が得られるセラミック複合体を提供する。【解決手段】本発明のセラミック複合体は、蛍光体と賦活剤とを含む蛍光体相と、透光性セラミックスを含むマトリックス相と、を有し、蛍光体相の含有量は、蛍光体相とマトリックス相とを含む相全体に対する体積比で、５６vol％以上、１００vol％未満である。【選択図】図２

Description

本発明は、セラミック複合体、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。下記の特許文献１に、賦活剤がドープされたＹＡＧ蛍光体を有する多結晶セラミック構造の蛍光体であって、蛍光体が、非発光多結晶アルミナを有するセラミックマトリックスに埋め込まれ、セラミックマトリックスが、８０ないし９９．９９vol％のアルミナと、０．０１ないし２０vol％の蛍光体とを有することが開示されている。すなわち、特許文献１には、蛍光体相の含有量が、マトリックス相と蛍光体相を含む相全体における体積比で、０．０１vol％〜２０vol％であることが記載されている。

また、特許文献２に、透光性セラミックスからなるマトリックス相と、Ｃｅを含有するＹＡＧからなる蛍光体相と、を有する無機材料で構成されたセラミックス複合体であって、蛍光体相の含有量が相全体における体積比で、２２vol％以上、５５vol％以下であることが開示されている。すなわち、特許文献２には、蛍光体相の含有量が、マトリックス相と蛍光体相を含む相全体における体積比で、２２vol％〜５５vol％であることが記載されている。

特表２００８−５３３２７０号公報 特開２０１２−６２４５９号公報

蛍光体に励起光が照射されると、蛍光体が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の一つとして、蛍光体の厚さを薄くすることによって排熱性を高めることが有効である。

しかしながら、蛍光体の厚さを薄くした場合、特許文献１および特許文献２のように、相全体に対する蛍光体相の含有量が少ないと、励起光が蛍光体相に十分に吸収されず、所望の蛍光量を得られないおそれがあった。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様のセラミック複合体は、蛍光体と賦活剤とを含む蛍光体相と、透光性セラミックスを含むマトリックス相と、を有し、前記蛍光体相の含有量は、前記蛍光体相と前記マトリックス相とを含む相全体に対する体積比で、５６vol％以上、１００vol％未満である。

本発明の一つの態様のセラミック複合体において、前記蛍光体相は、酸化物蛍光体を含み、前記マトリックス相は、金属酸化物を含んでいてもよい。

本発明の一つの態様のセラミック複合体において、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、（Ｙ，Ｇｄ）Ａｌ_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セラミック複合体において、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セラミック複合体において、前記蛍光体相は、窒化物蛍光体を含み、前記マトリックス相は、金属窒化物を含んでいてもよい。

本発明の一つの態様のセラミック複合体において、前記賦活剤は、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セラミック複合体において、前記マトリックス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セラミック複合体を含む波長変換層と、前記波長変換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光変調装置と、前記光変調装置により変調された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。 波長変換素子の断面図である。 波長変換層の厚さが０．０５ｍｍの場合における励起光量と蛍光変換効率との関係を示すグラフである。 波長変換層の厚さが０．１０ｍｍの場合における励起光量と蛍光変換効率との関係を示すグラフである。 図３のグラフにおいて、励起光量が３８Ｗの近傍を拡大して示すグラフである。 図４のグラフにおいて、励起光量が２８Ｗの近傍を拡大して示すグラフである。 Ｃｅ／Ｙ原子比と量子効率との関係を示す図である。 第２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］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図７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。なお、第１光源装置１０１から射出される光の中心軸を照明光軸１００ａｘと称する。

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の波長変換層２４波長変換層が用いられた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から構成されている。

以下、波長変換素子２０について説明する。
図２は、本実施形態の波長変換素子２０の断面図である。
図２に示すように、波長変換素子２０は、セラミック複合体２５を含む波長変換層２４と、波長変換層２４が設けられる基材２１と、反射層２３と、接合層２２と、を備えている。

基材２１は、第１面２１ａと第２面２１ｂとを有し、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導率が比較的高い金属から構成されている。反射層２３は、基材２１の第１面２１ａに対向して設けられている。反射層２３は、例えば銀等の反射率が比較的高い金属、または誘電体多層膜から構成されている。接合層２２は、基材２１と反射層２３との間に設けられ、基材２１と反射層２３とを接着する。接合層２２には、熱伝導率が高い材料が用いられることが望ましく、例えば銀ナノ粒子を用いた銀ペースト、金ナノ粒子を用いた金ペースト、金錫はんだ等が用いられる。

波長変換層２４は、反射層２３および接合層２２を挟んで基材２１の第１面２１ａに対向して設けられている。波長変換層２４は、後述するセラミック複合体２５を含んでいる。波長変換層２４の厚さは、例えば０．０３ｍｍ〜０．３０ｍｍである。波長変換層２４の厚さが０．０３ｍｍ以上であれば、波長変換素子２０の製造工程において波長変換層２４が破損するおそれが少なくなる。また、波長変換層２４の厚さが０．３０ｍｍ以下であれば、蛍光の二次吸収による蛍光変換効率の低下を抑制することができる。

セラミック複合体２５は、蛍光体と賦活剤とを含む蛍光体相２５１と、透光性セラミックスを含むマトリックス相２５２と、を有し、無機材料で構成されている。蛍光体相２５１の含有量は、蛍光体相２５１とマトリックス相２５２とを含む相全体に対する体積比で、５６vol％以上、１００vol％未満である。

蛍光体相２５１は、蛍光体として酸化物蛍光体を含んでいる。酸化物蛍光体は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（ＹＡＧ）、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＴｂＡｌ_５Ｏ_１２、（Ｙ，Ｇｄ）Ａｌ_５Ｏ_１２の少なくともいずれか一つを含んでいる。上記の酸化物蛍光体のうち、例えばＹＡＧの熱伝導率は、約９Ｗ／ｍ・Ｋである。賦活剤は、セリウム（Ｃｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）の少なくともいずれか一つを含んでいる。

ＹＡＧ：Ｃｅを例にとると、蛍光体相２５１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。

マトリックス相２５２は、透光性セラミックスとして金属酸化物を含んでいる。金属酸化物は、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、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る。

各金属酸化物の熱伝導率は、Ａｌ_２Ｏ_３が約３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＭｇＯが約４５Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＺｎＯが約２５Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＴｉＯ_２が約４３Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｙ_２Ｏ_３が約２７Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＹＡｌＯ_３が約１２Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＢｅＯが約２５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４が約１４Ｗ／ｍ・Ｋである。マトリックス相２５２は、蛍光体相２５１よりも高い熱伝導率を有する。マトリックス相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。

または、蛍光体相２５１は、蛍光体として窒化物蛍光体を含み、マトリックス相２５２は、透光性セラミックスとして金属窒化物を含んでいてもよい。窒化物蛍光体としては、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、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、蛍光体相２５１が窒化物蛍光体を含み、マトリックス相２５２が金属窒化物を含む場合、各結晶相において無用な酸化反応等が生じることなく、セラミック複合体を安定して製造することができる。

または、蛍光体相２５１は、酸窒化物蛍光体を含み、マトリックス相２５２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。

例えばＹＡＧ：Ｃｅとアルミナとを含むセラミック複合体は、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。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粉体を生成する。

（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、を乾燥状態で混合させる。その後、混合物を成形、脱脂、焼結させることによって、ＹＡＧ：Ｃｅとアルミナとのコンポジット焼結体からなるセラミック複合体が作製される。

本発明者は、蛍光体相とマトリックス相とを含む相全体に対する蛍光体相の体積比を異ならせたセラミック複合体を用いた波長変換素子について、熱伝導率および蛍光変換効率を算出するシミュレーションを行った。なお、蛍光変換効率は、以下の（１）式で表される。
蛍光変換効率＝蛍光発光量（Ｗ）／励起光投入量（Ｗ） …（１）

シミュレーション条件を以下に示す。
各構成材料については、波長変換層における蛍光体相をＹＡＧ：Ｃｅとし、マトリックス相をアルミナとした。蛍光体相中の賦活剤濃度は、イットリウムの原子数に対するセリウムの原子数の比で表し、０．０１とした。以下、イットリウムの原子数に対するセリウムの原子数の比をＣｅ／Ｙ原子比と称する。また、反射層を銀とし、接合層を銀ペーストとし、基材を銅とした。

ＹＡＧの熱伝導率を９Ｗ／ｍ・Ｋとし、アルミナの熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋとした。波長変換層を構成するセラミック複合体の大きさを３ｍｍ×３ｍｍとし、励起光の照射領域の大きさを０．８ｍｍ×０．８ｍｍとした。また、セラミック複合体の厚さを、０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍの２通りに異ならせた。また、相全体に対する蛍光体相の体積比を、５５vol％、５６vol％、５７vol％、１００vol％の４通りに異ならせた。なお、蛍光体相の体積比が１００vol％の波長変換層は、換言すると、ＹＡＧ単体からなる波長変換層である。

以下、セラミック複合体の厚さを０．０５ｍｍとした上で、相全体に対する蛍光体相の体積比を５６vol％とした波長変換素子を実施例１とし、相全体に対する蛍光体相の体積比を５７vol％とした波長変換素子を実施例２とし、相全体に対する蛍光体相の体積比を５５vol％とした波長変換素子を比較例１とし、相全体に対する蛍光体相の体積比を１００vol％（ＹＡＧ単体）とした波長変換素子を比較例２とする。

また、セラミック複合体の厚さを０．１０ｍｍとした上で、相全体に対する蛍光体相の体積比を５６vol％とした波長変換素子を実施例３とし、相全体に対する蛍光体相の体積比を５７vol％とした波長変換素子を実施例４とし、相全体に対する蛍光体相の体積比を５５vol％とした波長変換素子を比較例３とし、相全体に対する蛍光体相の体積比を１００vol％（ＹＡＧ単体）とした波長変換素子を比較例４とする。

各セラミック複合体の熱伝導率のシミュレーション結果を表１に示す。なお、熱伝導率は、セラミック複合体の厚さに依らないため、実施例１と実施例３、実施例２と実施例４、比較例１と比較例３、および比較例２と比較例４とで共通の値を取る。

表１に示すように、実施例１〜４および比較例１，３の熱伝導率は、ＹＡＧとアルミナとを含むセラミック複合体からなる波長変換層が用いられたことにより、ＹＡＧ：Ｃｅ単体からなる波長変換層が用いられた比較例２，４の熱伝導率に比べて高くなっており、排熱性が向上していることが確認された。

図３は、波長変換層の厚さが０．０５ｍｍの場合（実施例１、実施例２、比較例１、および比較例２）において、励起光量と蛍光変換効率との関係を示すグラフである。図４は、波長変換層の厚さが０．１０ｍｍの場合（実施例３、実施例４、比較例３、および比較例４）において、励起光量と蛍光変換効率との関係を示すグラフである。図３および図４において、横軸は励起光量（Ｗ）を示し、縦軸は蛍光変換効率（無単位）を示す。

図３に示すように、波長変換層の厚さを０．０５ｍｍとした場合、実施例１，２および比較例１の波長変換素子においては、蛍光体相の体積比に依らずに略同様の傾向を示しており、励起光量が１０Ｗから増えるにつれて蛍光変換効率が約０．５から約０．４まで徐々に低下した。

これに対し、比較例２の波長変換素子においては、励起光量が１０Ｗから増えるにつれて蛍光変換効率が徐々に低下するが、励起光量が３８Ｗを超えると、蛍光変換効率は急激に低下した。この原因は、比較例２の波長変換素子は、波長変換層にアルミナを含んでおらず、熱伝導率が低いことによって、励起光量が３８Ｗを超える範囲で温度消光が生じているため、と推定される。

また、図４に示すように、波長変換層の厚さを０．１０ｍｍとした場合、実施例３，４および比較例２の波長変換素子においては、蛍光体相の体積比に依らずに略同様の傾向を示しており、励起光量が１０Ｗから増えるにつれて蛍光変換効率が約０．５から約０．４まで徐々に低下した。

これに対し、比較例４の波長変換素子においては、励起光量が１０Ｗから増えるにつれて蛍光変換効率が徐々に低下するが、励起光量が２８Ｗを超えると、蛍光変換効率は急激に低下した。この原因は、比較例４の波長変換素子においても、比較例２の波長変換素子と同様、波長変換層にアルミナが含まれておらず、熱伝導率が低いことによって、励起光量が２８Ｗを超える範囲で温度消光が生じているため、と推定される。特に比較例４の場合、比較例２よりも波長変換層の厚さが厚いために排熱性が低くなっており、温度消光が生じる励起光量が比較例２よりも低下している、と推定される。

図５は、図３における励起光量が３８Ｗの近傍、すなわち図３の符号Ａの部分を拡大して示すグラフである。図６は、図４における励起光量が２８Ｗの近傍、すなわち図４の符号Ｂの部分を拡大して示すグラフである。

図５に示すように、実施例１、実施例２および比較例１の３本のグラフに対して比較例２のグラフが交差する個所に着目すると、比較例２の蛍光変換効率に比べて、実施例１および実施例２の蛍光変換効率は高く、比較例１の蛍光変換効率は低い。

同様に、図６に示すように、実施例３、実施例４および比較例３の３本のグラフに対して比較例４のグラフが交差する個所に着目すると、比較例４の蛍光変換効率に比べて、実施例３および実施例４の蛍光変換効率は高く、比較例３の蛍光変換効率は低い。

以上のシミュレーション結果から、実施例１〜４の波長変換素子においては、比較例２および比較例４の波長変換素子に比べて熱伝導率が高く、比較例１〜４の波長変換素子に比べて蛍光変換効率が高くなっていることが判った。したがって、蛍光体相とマトリックス相とを含む相全体に対する蛍光体相の体積比を５６vol％以上、１００vol％未満とすることによって、蛍光体単体を用いた場合よりも蛍光変換効率が高く、蛍光体相の温度消光を抑制することで所望の蛍光量が得られるセラミック複合体を含む波長変換層２４を実現することができる。

また、本実施形態においては、上記の波長変換層２４が用いられたことにより、蛍光変換効率が高く、所望の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、蛍光変換効率が高く、所望の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。

本発明者は、蛍光体相中に占める賦活剤（セリウム）の比率と量子効率との関係についてシミュレーションを行った。
種々のＣｅ／Ｙ原子比（無単位）に対する量子効率の値（％）を、下記の表２に示す。
なお、量子効率（％）は、蛍光変換効率の指標であって、以下の（２）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 …（２）

図７は、Ｃｅ／Ｙ原子比と量子効率との関係を示すグラフである。図７において、横軸はＣｅ／Ｙ原子比（無単位）であり、縦軸は量子効率（％）である。

表２および図７に示すように、量子効率は、Ｃｅ／Ｙ原子比が０．００１〜０．０１４の範囲では９５％以上の略一定の値を示すが、Ｃｅ／Ｙ原子比が０．０１４を超えると急激に低下する。この結果から、蛍光体相のＣｅ／Ｙ原子比は、０．０１４以下とすることが望ましい。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図８を用いて説明する。
第２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８は、第２実施形態のプロジェクター１の概略構成図である。
図８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８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と、を備えている。波長変換素子３２は、基材４０と、反射層４１と、波長変換層４７と、接合層（図示略）と、を備えている。波長変換層４７は、第１実施形態と同様のセラミック複合体から構成されている。

波長変換素子３２は、回転軸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。

波長変換層４７に励起光Ｅが入射した際には、波長変換層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、波長変換層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、波長変換層４７の同じ位置に励起光Ｅが常時照射されることにより、波長変換層４７の一部のみが局所的に加熱され、波長変換層４７が劣化することが防止される。また、波長変換層４７の温度上昇を抑制することによって温度消光を抑制することができる。

本実施形態においても、蛍光変換効率が高く、所望の蛍光発光量が得られるセラミック複合体、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では、第１光源装置１００，１０１から射出される黄色の蛍光Ｙと第２光源装置１０２から射出される青色光Ｂとをダイクロイックミラー８０で合成し、白色光Ｗを得ているが、この構成に代えて、波長変換素子から黄色の蛍光Ｙと蛍光体の励起に使われなかった青色の励起光とを射出させることによって、波長変換素子から白色光を射出させる構成としてもよい。

セラミック複合体、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。

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。

１，１１…プロジェクター、１０…第１光源（光源）、２０…波長変換素子、２１…基材、２４…波長変換層、２５…セラミック複合体、１００，１０１…第１光源装置（光源装置）、２５１…蛍光体相、２５２…マトリックス相、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…光変調装置、６００…投射光学装置。

Claims (10)

1. 蛍光体と賦活剤とを含む蛍光体相と、透光性セラミックスを含むマトリックス相と、を有し、
   前記蛍光体相の含有量は、前記蛍光体相と前記マトリックス相とを含む相全体に対する体積比で、５６vol％以上、１００vol％未満である、セラミック複合体。
2. 前記蛍光体相は、酸化物蛍光体を含み、
   前記マトリックス相は、金属酸化物を含む、請求項１に記載のセラミック複合体。
3. 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、（Ｙ，Ｇｄ）Ａｌ_５Ｏ_１２の少なくともいずれか一つを含む、請求項２に記載のセラミック複合体。
4. 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２または請求項３に記載のセラミック複合体。
5. 前記蛍光体相は、窒化物蛍光体を含み、
   前記マトリックス相は、金属窒化物を含む、請求項１に記載のセラミック複合体。
6. 前記賦活剤は、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５までのいずれか一項に記載のセラミック複合体。
7. 前記マトリックス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６までのいずれか一項に記載のセラミック複合体。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のセラミック複合体を含む波長変換層と、
   前記波長変換層が設けられる基材と、
   を備えた、波長変換素子。
9. 請求項８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。
10. 請求項９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光変調装置と、
    前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
    を備えた、プロジェクター。

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