JP2021018339A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換層の放熱性を維持しつつ光利用効率を向上させることができる光源装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、励起光を射出する発光素子と、励起光が入射される光入射面２２ａと、光入射面とは異なる光射出面２２ｂとを有し、励起光を波長変換して蛍光を生成する波長変換層２２と、波長変換層における励起光が入射する入射領域とは異なる領域に当接して設けられ、波長変換層で生じる熱を放熱する放熱部材２１と、を備え、波長変換層は、光射出面から少なくとも蛍光Ｙを射出し、波長変換層は、賦活剤および蛍光体を含有する蛍光体相２５と、蛍光体相よりも熱伝導率の高い透光性セラミックスを含有するマトリックス相２６と、を有し、放熱部材の少なくとも波長変換層に当接する部分は、非透光性部材で構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

下記の特許文献１には、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、蛍光体で生成された蛍光を利用する光源装置が開示されている。この光源装置では、励起光の入射面と反対の面から蛍光を射出させる透過型の波長変換層を用いている。

特開２０１２−１６９０４９号公報

上記光源装置においては、蛍光体の入射面側にガラス基板を設けることで、蛍光体の温度を低下させるようにしている。しかしながら、蛍光体で生成された蛍光の一部がガラス基板に漏れ出すため、波長変換層の光利用効率が低下してしまう。

上記の課題を解決するために、本発明の第１態様の光源装置は、励起光を射出する発光素子と、前記励起光が入射される光入射面と、前記光入射面とは異なる光射出面とを有し、前記励起光を波長変換して蛍光を生成する波長変換層と、前記波長変換層における前記励起光が入射する入射領域とは異なる領域に当接して設けられ、前記波長変換層で生じる熱を放熱する放熱部材と、を備え、前記波長変換層は、前記光射出面から少なくとも前記蛍光を射出し、前記波長変換層は、賦活剤および蛍光体を含有する蛍光体相と、前記蛍光体相よりも熱伝導率の高い透光性セラミックスを含有するマトリックス相と、を有し、前記放熱部材の少なくとも前記波長変換層に当接する部分は、非透光性部材で構成されていることを特徴とする。

上記第１態様の光源装置において、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もよい。

上記第１態様の光源装置において、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もよい。

上記第１態様の光源装置において、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もよい。

上記第１態様の光源装置において、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もよい。

上記第１態様の光源装置において、前記蛍光体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もよい。

上記第１態様の光源装置において、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。

上記第１態様の光源装置において、前記波長変換層は、前記励起光の入射位置が時間的に変化しない固定型蛍光体であってもよい。

上記第１態様の光源装置において、前記波長変換層を所定の回転軸の周りに回転させる駆動部を備え、前記駆動部は、前記波長変換層を前記所定の回転軸周りに回転させることにより、前記波長変換層に対する前記励起光の入射位置を時間的に変化させていてもよい。

本発明の第２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、前記光源装置から射出される光を画像情報に応じて変調して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、を備えることを特徴とする。

第１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。 光源装置の概略構成を示す図である。 波長変換素子の要部構成を示す断面図である。 ＹＡＧ比とＢＹ比との関係を示した図である。 第２実施形態の波長変換素子の要部構成を示す断面図である。

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の概略構成を示す図である。図２は光源装置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、光源装置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、投射光学装置６とを備えている。

光源装置２は、色分離光学系３に向けて白色の照明光ＷＬを射出する。
色分離光学系３は、光源装置２から射出された照明光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、光源装置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（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、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を透過することによって、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、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の光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光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の全反射ミラー８ｂの光射出側に配置されている。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の光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

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

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。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は、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれを平行化する。

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からの画像光が入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学装置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。

投射光学装置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、拡大された映像が表示される。

（光源装置）
続いて、光源装置２の構成について説明する。
図２に示すように、光源装置２は、励起光源ユニット１０と、アフォーカル光学系１１と、ホモジナイザー光学系１２と、集光光学系１３と、波長変換素子２０と、ピックアップ光学系３０と、均一照明光学系８０と、を備える。

励起光源ユニット１０は、レーザー光からなる青色の励起光Ｂを射出する複数の半導体レーザー（発光素子）１０ａと、複数のコリメーターレンズ１０ｂとから構成される。励起光Ｂの発光強度のピークは、例えば４４５ｎｍである。複数の半導体レーザー１０ａは、照明光軸１００ａｘと直交する一つの平面内においてアレイ状に配置されている。なお、半導体レーザー１０ａとしては、４４５ｎｍ以外の波長、例えば４５５ｎｍや４６０ｎｍの青色光を射出するものを用いることもできる。

コリメーターレンズ１０ｂは、各半導体レーザー１０ａに対応するように、照明光軸１００ａｘと直交する一つの平面内においてアレイ状に配置されている。コリメーターレンズ１０ｂは、対応する半導体レーザー１０ａから射出された励起光Ｂを平行光に変換する。

アフォーカル光学系１１は、例えば凸レンズ１１ａと、凹レンズ１１ｂと、を備えている。アフォーカル光学系１１は、励起光源ユニット１０から射出された平行光束からなる励起光Ｂの光束径を縮小する。

ホモジナイザー光学系１２は、例えば第１マルチレンズアレイ１２ａと、第２マルチレンズアレイ１２ｂと、を備えている。ホモジナイザー光学系１２は、励起光の光強度分布を後述する波長変換層上で均一な状態、いわゆるトップハット分布にする。ホモジナイザー光学系１２は、第１マルチレンズアレイ１２ａおよび第２マルチレンズアレイ１２ｂの複数のレンズから射出された複数の小光束を、集光光学系１３とともに、波長変換素子２０上で互いに重畳させる。これにより、波長変換素子２０上に照射する励起光Ｂの光強度分布を均一な状態とする。

集光光学系１３は、例えば第１レンズ１３ａと、第２レンズ１３ｂと、を備えている。本実施形態において、第１レンズ１３ａおよび第２レンズ１３ｂは、それぞれ凸レンズから構成されている。集光光学系１３は、ホモジナイザー光学系１２から波長変換素子２０までの光路中に配置され、励起光Ｂを集光させて波長変換素子２０に入射させる。波長変換素子２０の構成については後述する。

ピックアップ光学系３０は、例えば第１コリメートレンズ３１と、第２コリメートレンズ３２と、を備えている。ピックアップ光学系３０は、波長変換素子２０から射出された光を略平行化する平行化光学系である。第１コリメートレンズ３１および第２コリメートレンズ３２は、それぞれ凸レンズから構成されている。

ピックアップ光学系３０で平行化された光は均一照明光学系８０に入射する。均一照明光学系８０は、第１レンズアレイ８１と、第２レンズアレイ８２と、偏光変換素子８３と、重畳レンズ８４とを含む。

第１レンズアレイ８１は、光源装置２からの照明光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８１ａを有する。複数の第１レンズ８１ａ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８２は、第１レンズアレイ８１の複数の第１レンズ８１ａに対応する複数の第２レンズ８２ａを有する。複数の第２レンズ８２ａ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。

第２レンズアレイ８２は、重畳レンズ８４とともに、第１レンズアレイ８１の各第１レンズ８１ａの像を光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍にそれぞれ結像する。

偏光変換素子８３は、第２レンズアレイ８２から射出された光を直線偏光に変換する。偏光変換素子８３は、例えば、偏光分離膜及び位相差板（図示略）を備えている。

重畳レンズ８４は、偏光変換素子８３から射出された各部分光束を集光して光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍にそれぞれ重畳する。

（波長変換素子）
次に、波長変換素子の構成について説明する。
図３は、波長変換素子２０の要部構成を示す断面図である。なお、図３は、図２の照明光軸１００ａｘを含む平面で波長変換素子２０を切断した断面に相当する。

図３に示すように、波長変換素子２０は、放熱基板（放熱部材）２１と、波長変換層２２と、ダイクロイック膜２３と、接合部材２４とを備えている。本実施形態の波長変換素子２０は、波長変換層２２に対する励起光Ｂの入射位置を時間的に変化させない固定型蛍光体である。

放熱基材２１は、例えばアルミニウムや銅等の放熱性に優れた金属材料で構成されている。放熱基材２１は、波長変換層２２を支持する支持部材である。波長変換層２２は、接合部材２４を介して放熱基材２１に固定されている。

本実施形態の放熱基材２１は非透光性部材で構成されている。放熱基材２１は、アルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属材料で構成されている。
励起光Ｂは、放熱基材２１に形成された貫通孔２１ｂを介して波長変換層２２に入射する。すなわち、放熱基材２１は、波長変換層２２の励起光Ｂが入射される入射領域とは異なる領域に当接して設けられ、波長変換層２２で生じる熱を放熱する部材である。放熱基材２１は、貫通孔２１ｂの除いた部分で波長変換層２２に当接している。本実施形態において、放熱基材２１の波長変換層２２に当接する部分は非透光性部材で構成されている。

波長変換層２２は、励起光源ユニット１０から射出された励起光Ｂが入射する光入射面２２ａと、光入射面２２ａとは異なる光射出面２２ｂと、を有する。
波長変換層２２は、光入射面２２ａから入射した励起光Ｂにより生成された蛍光Ｙを光射出面２２ｂから射出させる、透過型の波長変換層である。

ダイクロイック膜２３は、波長変換層２２の光入射面２２ａに設けられている。ダイクロイック膜２３は、励起光Ｂを透過し、波長変換層２２から射出される蛍光Ｙを反射する特性を有する。このようなダイクロイック膜２３を設けることで、波長変換層２２内で生成された蛍光Ｙが外部に射出されるのを防止できる。これにより、波長変換層２２で生成した蛍光Ｙを波長変換層２２から効率良く取り出すことができる。

波長変換層２２は、蛍光体相２５とマトリックス相２６とを有する。蛍光体相２５は、賦活剤が添加された酸化物蛍光体を含有している。蛍光体相２５は、複数の蛍光体粒子で構成されている。蛍光体相２５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。

ＹＡＧ：Ｃｅを例にとると、蛍光体粒子として、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。

蛍光体相２５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、蛍光体相２５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。

マトリックス相２６は、蛍光体相２５を構成する複数の蛍光体粒子同士を結合するバインダーとして機能する。マトリックス相２６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。例えば、マトリックス相２６を構成するアルミナの熱伝導率は約３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、蛍光体相２５を構成するＹＡＧの熱伝導率は約１２Ｗ／ｍ・Ｋである。本実施形態において、マトリックス相２６は、蛍光体相２５よりも熱伝導率の高い透光性セラミックスを含有する。マトリックス相２６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。

マトリックス相２６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。

上記構成の波長変換層２２は、例えば、以下の工程によって製造することができる。
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。

上記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，ＹＡＧとアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とのコンポジット焼結体からなる本実施形態の波長変換層２２を得ることができる。なお、焼結体の密度を上げるために、圧力を加えた状態で焼結する熱間等方圧加圧加工工程を加えてもよい。

本実施形態の波長変換層２２は、励起光源ユニット１０から射出された青色の励起光Ｂのうち、波長変換されずに光射出面２２ｂから射出される励起光Ｂの一部である青色光Ｂ１と、波長変換層２２による励起光Ｂの波長変換によって生成される黄色の蛍光Ｙと、を合成した白色の照明光ＷＬを射出する。

ここで、波長変換層２２から射出される照明光ＷＬのホワイトバランスは、青色光Ｂ１の光量と蛍光Ｙの光量との光量比で決まる。以下、本明細書において、この光量比をＢＹ比と呼ぶ。

プロジェクター１において、照明光ＷＬとして実用的なホワイトバランスを得るための条件はＢＹ比３０％〜５０％である。ＢＹ比は、少なくとも波長変換層２２における蛍光体相２５の含有量に応じて決まる。

ここで、蛍光体相２５の含有量は、マトリックス相２６と蛍光体相２５とを含む相全体における体積比で規定される。以下、本明細書において、この体積比をＹＡＧ比と呼ぶ。

ＢＹ比は波長変換層２２の厚さの影響を受けることが分かっている。例えば、一定のＹＡＧ比を有する波長変換層２２の厚さを相対的に薄くすると波長変換層２２を透過する青色光Ｂ１の光量を増やすことができる。しかしながら、波長変換層２２の厚さが４０μｍよりも薄くなると、波長変換層２２を製造することが難しくなる。そのため、製造の観点から、波長変換層２２の厚さの下限値は４０μｍとするのが望ましい。

また、一定のＹＡＧ比を有する波長変換層２２の厚さを相対的に厚くすると波長変換層２２を透過する青色光Ｂ１の光量が減少してしまう。さらに、波長変換層２２の厚さが３００μｍを超えると、波長変換層２２内において蛍光Ｙの再吸収が発生するため、光射出面２２ｂから取り出せる蛍光Ｙの光量が減少してしまう。そのため、蛍光Ｙの光利用効率の観点から、波長変換層２２の厚さの上限値は３００μｍとするのが望ましい。

以上の観点に基づいて、本実施形態の波長変換層２２の厚さは４０μｍ以上３００μｍ以下に設定される。

図４はＹＡＧ比とＢＹ比との関係を示した図である。図４において、横軸はＹＡＧ比（単位はｖｏｌ％）に相当し、縦軸はＹＡＧ比（単位は％）に相当する。図４において実線のグラフは波長変換層２２の厚さが下限値（４０μｍ）である場合のＹＡＧ比とＢＹ比との関係を示している。また、図４において破線のグラフは波長変換層２２の厚さが上限値（３００μｍ）である場合のＹＡＧ比とＢＹ比との関係を示している。

図４からは、波長変換層２２の厚さによらず、ＹＡＧ比が低くなるにつれてＢＹ比が高くなることが確認できる。

まず、波長変換層２２の厚さを下限値（４０μｍ）とした場合について考える。
波長変換層２２の厚さを４０μｍとする場合において、波長変換層２２から射出される照明光ＷＬとして所望のホワイトバランスを得るＢＹ比３０％を実現するためには、ＹＡＧ比を２０ｖｏｌ％以下とすることが好適であることが分かる。また、ＢＹ比５０％を実現するためには、ＹＡＧ比を７ｖｏｌ％以上とすることが好適であることが分かる。

すなわち、本実施形態の波長変換素子２０によれば、厚さ４０μｍの場合にＹＡＧ比を７ｖｏｌ％以上２０ｖｏｌ％以下に設定することで、所望のホワイトバランスを持つ照明光ＷＬを生成して射出できる。

続いて、波長変換層２２の厚さを上限値（３００μｍ）とした場合について考える。
波長変換層２２の厚さを３００μｍとする場合において、波長変換層２２から射出される照明光ＷＬとして所望のホワイトバランスを得るＢＹ比５０％を実現するためには、ＹＡＧ比を０．７５ｖｏｌ％以上とすることが好適であることが分かる。すなわち、本実施形態の波長変換素子２０によれば、厚さ３００μｍの場合にＹＡＧ比を０．７５ｖｏｌ％以上に設定することで、所望のホワイトバランスを持つ照明光ＷＬを生成して射出できる。

以上のように本実施形態の波長変換素子２０によれば、波長変換層２２の厚さを４０μｍ以上３００μｍ以下に設定するとともに、所望のホワイトバランスを得るようにＹＡＧ比を設定した波長変換層２２を備えている。そのため、波長変換素子２０は、所望のホワイトバランスを有し、光利用効率の高い照明光ＷＬを生成して射出することができる。

また、本実施形態の波長変換素子２０においては、波長変換層２２に当接する放熱基材２１が非透光性部材で構成されている。これにより、波長変換素子２０においては、波長変換層２２で生成された蛍光Ｙが放熱基材２１に漏れ出さすことなく、外部に効率良く取り出される。

放熱基材２１は貫通孔２１ｂの除いた部分で波長変換層２２に当接するため、放熱基材２１と波長変換層２２との接触面積は小さくなる。そのため、波長変換層２２の熱が放熱基材２１側に伝わり難くなるおそれがある。これに対し、本実施形態の波長変換素子２０によれば、蛍光体相２５よりも熱伝導率の高い透光性セラミックスを含有するマトリックス相２６を備えることで、波長変換層２２の熱伝導率が高いため、波長変換層２２から放熱基材２１側に効率良く放熱することができる。

したがって、本実施形態の光源装置２によれば、波長変換層２２における放熱性を維持しつつ、波長変換層２２で生成した蛍光Ｙの利用効率を向上させることができる。

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２を備えることによって品質の高い画像を表示することができる。また、本実施形態の波長変換素子２０は、波長変換層２２の光入射面２２ａに透光性部材が設けられていない。そのため、光入射面２２ａ上に形成される励起光Ｂの照射スポットが小さくなるので、波長変換層２２から射出される蛍光Ｙの拡がりを抑制することができる。よって、本実施形態のプロジェクター１によれば、エテンデューを小さくすることで波長変換素子２０から射出される照明光ＷＬを効率良く利用できる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、図５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、光源装置における波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、以下では波長変換素子の構成を説明し、他の構成については説明を省略する。

図５は本実施形態の波長変換素子の要部構成を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態の波長変換素子１２０は、放熱基板（放熱部材）１２１と、波長変換層１２２と、ダイクロイック膜１２３と、接合部材１２４と、モーター（駆動装置）１２５とを備えている。本実施形態の波長変換素子１２０は、波長変換層１２２に対する励起光Ｂの入射位置を時間的に変化させる回転ホイール型波長変換素子である。

本実施形態の放熱基材１２１は非透光性部材で構成された円板である。放熱基材１２１は、アルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属材料で構成されている。放熱基材１２１は所定の回転軸Ｏの周りに回転可能とされている。回転軸Ｏは放熱基材１２１の中心を通る。モーター１２５は、円板状の放熱基材１２１を回転軸Ｏの周りに回転させる。

本実施形態の波長変換層１２２は、回転軸Ｏの周りに環状に形成されている。波長変換層１２２は、第１実施形態の波長変換層２２を環状に整形することで構成される。

波長変換層１２２の光入射面１２２ａにダイクロイック膜１２３が設けられている。環状の波長変換層１２２は、光入射面１２２ａの径方向内側端部１２２ａ１が接合部材１２４を介して放熱基材１２１に固定されている。すなわち、回転軸Ｏに沿う方向から平面視した際、波長変換層１２２は放熱基材１２１よりも径方向外側に張り出した状態に設けられている。励起光Ｂは、波長変換層１２２における放熱基材１２１の径方向外側に張り出した部分に入射する。本実施形態において、放熱基材１２１は、波長変換層１２２における励起光Ｂの入射領域とは異なる領域に当接し、波長変換層１２２で生じる熱を放熱する。

本実施形態の波長変換素子１２０では、励起光Ｂが回転した状態の波長変換層１２２に入射する。波長変換層１２２に励起光Ｂが入射した際には、波長変換層１２２において熱が発生する。本実施形態では、モーター１２５によって波長変換層１２２を回転させることにより、波長変換層１２２における励起光Ｂ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１２２の同じ位置に励起光Ｂが常時照射されることにより、波長変換層１２２の一部のみが局所的に加熱され、波長変換層１２２が劣化することが抑制される。

本実施形態の場合、波長変換層１２２を回転させることに加えて、波長変換層１２２が熱伝導率の高いアルミナ等の材料からなるマトリックス相２６を含んでいるため、放熱性をさらに高めることができる。

本実施形態の波長変換素子１２０においても、波長変換層１２２に当接する放熱基材１２１が非透光性部材で構成されている。これにより、波長変換素子１２０においては、波長変換層１２２で生成された蛍光Ｙが放熱基材１２１に漏れ出さすことなく、外部に効率良く取り出される。

本実施形態の波長変換素子１２０によれば、熱伝導率の高い波長変換層１２２を備えるため、波長変換層１２２から放熱基材１２１側に効率良く放熱することができる。

したがって、本実施形態の波長変換素子１２０を用いた光源装置においても、波長変換層１２２における放熱性を維持しつつ、波長変換層１２２で生成した蛍光Ｙの利用効率を向上させることができる。よって、この光源装置を用いることで、エテンデューを小さくするとともに、品質の高い画像を表示可能なプロジェクターを提供できる、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、上記実施形態においては、放熱基材２１の全体を非透光性部材（金属）で構成する場合を例に挙げたが、放熱基材２１は少なくとも波長変換層２２に当接する部分が非透光性部材で構成されていればよい。そのため、放熱基材２１は波長変換層２２に当接する部分以外は透光性部材で構成されていてもよい。

例えば上記実施形態の蛍光体においては、蛍光体相２５は酸化物蛍光体を含み、マトリックス相２６は金属酸化物を含んでいた。この構成に代えて、蛍光体相２５は窒化物蛍光体を含み、マトリックス相２６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、蛍光体相２５が窒化物蛍光体を含み、マトリックス相２６が金属酸化物を含む場合、各相において無用な酸化反応等が生じることなく、波長変換層２２を安定して製造することができる。

その他、蛍光体、波長変換層、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…プロジェクター、２…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、１０ａ…半導体レーザー（発光素子）、２１，１２１…放熱基板（放熱部材）、２２，１２２…波長変換層、２２ａ，１２２ａ…光入射面、２２ｂ…光射出面、２５…蛍光体相、２６…マトリックス相、Ｂ…励起光、Ｏ…回転軸、Ｙ…蛍光。

Claims (10)

1. 励起光を射出する発光素子と、
   前記励起光が入射される光入射面と、前記光入射面とは異なる光射出面とを有し、前記励起光を波長変換して蛍光を生成する波長変換層と、
   前記波長変換層における前記励起光が入射する入射領域とは異なる領域に当接して設けられ、前記波長変換層で生じる熱を放熱する放熱部材と、を備え、
   前記波長変換層は、前記光射出面から少なくとも前記蛍光を射出し、
   前記波長変換層は、賦活剤および蛍光体を含有する蛍光体相と、前記蛍光体相よりも熱伝導率の高い透光性セラミックスを含有するマトリックス相と、を有し、
   前記放熱部材の少なくとも前記波長変換層に当接する部分は、非透光性部材で構成されている
   ことを特徴とする光源装置。
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
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
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
   ことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
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
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の光源装置。
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
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
6. 前記蛍光体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
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光源装置。
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
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記波長変換層は、前記励起光の入射位置が時間的に変化しない固定型蛍光体である
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記波長変換層を所定の回転軸の周りに回転させる駆動部を備え、
   前記駆動部は、前記波長変換層を前記所定の回転軸周りに回転させることにより、前記波長変換層に対する前記励起光の入射位置を時間的に変化させる
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出される光を画像情報に応じて変調して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
    ことを特徴とするプロジェクター。

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