JP2021018340A - セラミック複合体、光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れたセラミック複合体、光源装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明のセラミック複合体は、賦活剤および蛍光体を含有する蛍光体相２５と、透光性セラミックスとしてＭｇＯを含有するマトリックス相２６とを有し、無機材料で構成されるセラミック複合体であって、蛍光体相の含有量は、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２０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、セラミック複合体、光源装置およびプロジェクターに関する。

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ため、放熱性を向上させる必要がある。

従来、蛍光体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。下記特許文献１、２には、アルミナからなるセラミックマトリックス中に、賦活剤がドープされたＹＡＧ蛍光体粒子を分散した蛍光体が開示されている。下記特許文献１の蛍光体では、蛍光体相の含有量がマトリックス相と蛍光体相とを含む相全体における体積比で、０．０１ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％とされている。また、下記特許文献２の蛍光体では、蛍光体相の含有量がマトリックス相と蛍光体相とを含む相全体における体積比で、２２ｖｏｌ％〜５５ｖｏｌ％とされている。

特表２００８−５３３２７０号公報 特開２０１２−０６２４５９号公報

上記特許文献１、２の蛍光体をプロジェクター用の光源装置として用いる場合、さらなる放熱性の向上が求められる。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様のセラミック複合体は、賦活剤および蛍光体を含有する蛍光体相と、透光性セラミックスとしてＭｇＯを含有するマトリックス相とを有し、無機材料で構成されるセラミック複合体であって、前記蛍光体相の含有量は、前記マトリックス相と前記蛍光体相とを含む相全体における体積比で２０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする。

上記第１態様のセラミック複合体において、前記蛍光体相は、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構成としてもよい。

上記第１態様のセラミック複合体において、前記マトリックス相は、Ａｌ_２Ｏ_３、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さらに含む構成としてもよい。

上記第１態様のセラミック複合体において、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む構成としてもよい。

本発明の第２態様に係る光源装置は、上記のセラミック複合体と、前記セラミック複合体を励起することで蛍光を生成させる励起光を射出する光源と、を備えることを特徴とする。

上記第２態様の光源装置において、前記セラミック複合体は、前記励起光の入射面と異なる射出面から前記蛍光を射出する構成としてもよい。

上記第２態様の光源装置において、前記セラミック複合体は、前記励起光の一部を前記射出面から透過光として射出し、前記透過光の光量に対する前記セラミック複合体から射出される蛍光量の比率は、３０％〜５０％である構成としてもよい。

上記第２態様の光源装置において、前記セラミック複合体の厚さは４０μｍ以上である構成としてもよい。

上記第２態様の光源装置において、前記セラミック複合体は、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構成としてもよい。

上記第２態様の光源装置において、前記セラミック複合体を支持する基板と、前記基板を所定の回転軸の周りに回転させる駆動装置と、を備える構成としてもよい。

本発明の第３態様のプロジェクターは、上記第２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。 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。 第３実施形態の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４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、第１光源４０と、コリメート光学系４１と、ダイクロイックミラー４２と、コリメート集光光学系４３と、波長変換素子２０と、第２光源４４と、集光光学系４５と、拡散板４６と、コリメート光学系４７と、を備えている。

第１光源４０は、レーザー光からなる青色の励起光Ｅを射出する複数の半導体レーザー４０ａで構成されている。励起光Ｅ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４０ａは、第１光源４０の光軸ａｘ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４０ａ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。第１光源４０の光軸ａｘは光源装置２の照明光軸１００ａｘと直交している。

コリメート光学系４１は、第１レンズ４１ａと、第２レンズ４１ｂと、を備えている。コリメート光学系４１は、第１光源４０から射出された光を略平行化する。第１レンズ４１ａおよび第２レンズ４１ｂ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４２は、コリメート光学系４１からコリメート集光光学系４３までの間の光路中に、第１光源４０の光軸ａｘ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４２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４３は、ダイクロイックミラー４２を透過した励起光Ｅを集光させて波長変換素子２０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４３は、第１レンズ４３ａと、第２レンズ４３ｂと、を備える。第１レンズ４３ａおよび第２レンズ４３ｂのそれぞれは凸レンズで構成されている。

第２光源４４は、第１光源４０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４４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４４は、第１光源４０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４５は、第１レンズ４５ａと第２レンズ４５ｂとを備えている。集光光学系４５は、第２光源４４から射出された青色光Ｂを拡散板４６の拡散面または拡散板４６の近傍に集光させる。第１レンズ４５ａと第２レンズ４５ｂのそれぞれは、凸レンズで構成されている。

拡散板４６は、第２光源４４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４６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４７は、第１レンズ４７ａと第２レンズ４７ｂとを備えている。コリメート光学系４７は、拡散板４６から射出された光を略平行化する。第１レンズ４７ａおよび第２レンズ４７ｂのそれぞれは凸レンズで構成されている。

第２光源４４から射出された青色光Ｂは、ダイクロイックミラー４２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４２を透過した蛍光Ｙと、合成されて白色の照明光ＷＬを生成する。照明光ＷＬ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２０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、基板５１と、セラミック蛍光体５２と、反射層５３とを備えている。基板５１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。反射層５３は、基板５１の第１面５１ａ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。本実施形態の波長変換素子２０は、セラミック蛍光体５２に対する励起光Ｅの入射位置を時間的に変化させない固定型波長変換素子である。

セラミック蛍光体５２は、第１光源４０から射出された励起光Ｅが入射する光入射面５２ａと、光入射面５２ａとは異なる光射出面５２ｂと、を有する。
セラミック蛍光体５２は、光入射面５２ａから入射した励起光Ｅにより生成された蛍光Ｙを光入射面５２ａから射出させる、反射型の波長変換層である。

セラミック蛍光体５２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、透光性セラミックスとしてＭｇＯ（酸化マグネシウム）を含む材料で構成されている。マトリックス相２６を構成する酸化マグネシウムの熱伝導率は約５０Ｗ／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を構成する金属酸化物は、上記のＭｇＯに加えて、Ａｌ_２Ｏ_３，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。

なお、Ａｌ_２Ｏ_３の熱伝導率は約３０Ｗ／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。

本実施形態のセラミック蛍光体２２において、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２０ｖｏｌ％以下である。以下、本明細書において、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をＹＡＧ比と呼ぶ。

上記構成のセラミック蛍光体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、ＭｇＯ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ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とのコンポジット焼結体からなる本実施形態のセラミック蛍光体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を加えてもよい。

以下、本実施形態の波長変換素子２０の作用および効果について説明する。
本実施形態のセラミック蛍光体２２は、Ａｌ_２Ｏ_３（熱伝導率：約３０Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率の高いＭｇＯ（熱伝導率：約５０Ｗ／ｍ・Ｋ）を透光性セラミックとして用いるとともにＹＡＧ比を２０ｖｏｌ％以下とされている。これにより、セラミック蛍光体２２は熱伝導率が向上するため、セラミック蛍光体２２から放熱基板２１側に効率良く放熱することができる。これにより、波長変換素子２０においては、セラミック蛍光体２２の放熱性を向上させることで蛍光Ｙを生成する波長変換効率の低下を抑制できる。

したがって、本実施形態の光源装置２によれば、セラミック蛍光体２２における放熱性を向上させることで、セラミック蛍光体２２の波長変換効率の低下による蛍光量の減少を抑制できる。
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。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２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４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４に示すように、本実施形態の波長変換素子１２０は、基板１５１と、セラミック蛍光体１２２と、反射層１５３と、モーター１５５とを備えている。本実施形態の波長変換素子１２０は、セラミック蛍光体１２２に対する励起光Ｅ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。

基板１５１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。基板１５１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は基板１５１の中心を通る。モーター１５５は、円板状の基板１５１を回転軸Ｏの周りに回転させる。

本実施形態のセラミック蛍光体１２２は、回転軸Ｏの周りに環状に形成されている。セラミック蛍光体１２２は、第１実施形態のセラミック蛍光体２２を環状に整形することで構成される。反射層１５３は、基板１５１とセラミック蛍光体１２２との間に設けられている。基板１５１はセラミック蛍光体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Ｅが回転した状態のセラミック蛍光体１２２に入射する。セラミック蛍光体１２２に励起光Ｅが入射した際には、セラミック蛍光体１２２において熱が発生する。本実施形態では、モーター１５５によってセラミック蛍光体１２２を回転させることにより、セラミック蛍光体１２２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、セラミック蛍光体１２２の同じ位置に励起光Ｅが常時照射されることにより、セラミック蛍光体１２２の一部のみが局所的に加熱され、セラミック蛍光体１２２が劣化することが抑制される。

本実施形態の場合、セラミック蛍光体１２２を回転させることに加えて、セラミック蛍光体１２２が熱伝導率の高いＭｇＯからなマトリックス相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、セラミック蛍光体１２２に当接する放熱基板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、セラミック蛍光体１２２で生成された蛍光Ｙが放熱基板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、セラミック蛍光体１２２の放熱性を向上させることで蛍光Ｙを生成する波長変換効率の低下を抑制できる。したがって、本実施形態の光源装置によれば、セラミック蛍光体１２２における放熱性をより向上させることで、セラミック蛍光体１２２の波長変換効率の低下による蛍光量の減少を抑制できる。

（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
第３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、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、以下では光源装置の構成を説明し、他の構成については説明を省略する。

図５は本実施形態の光源装置２Ａの概略構成を示す図である。
図５に示すように、光源装置２Ａ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２２０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Ｅを射出する複数の半導体レーザー１０ａと、複数のコリメーターレンズ１０ｂとから構成される。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。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Ｅ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Ｅ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素子２２０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２２０上で互いに重畳させる。これにより、波長変換素子２２０上に照射する励起光Ｅ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２２０までの光路中に配置され、励起光Ｅを集光させて波長変換素子２２０に入射させる。波長変換素子２２０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２２０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。

（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６は、波長変換素子２２０の要部構成を示す断面図である。なお、図６は、図５の照明光軸１００ａｘを含む平面で波長変換素子２２０を切断した断面に相当する。

図６に示すように、波長変換素子２２０は、放熱基板２１と、セラミック蛍光体２２２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２２０は、セラミック蛍光体２２２に対する励起光Ｅ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。

放熱基板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。放熱基板２１は、セラミック蛍光体２２２を支持する支持部材である。セラミック蛍光体２２２は、接合部材２４を介して放熱基板２１に固定されている。

本実施形態の放熱基板２１は非透光性部材で構成されている。放熱基板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Ｅは、放熱基板２１に形成された貫通孔２１ｂを介してセラミック蛍光体２２２に入射する。すなわち、放熱基板２１は、セラミック蛍光体２２２の励起光Ｅ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、セラミック蛍光体２２２で生じる熱を放熱する部材である。放熱基板２１は、貫通孔２１ｂの除いた部分でセラミック蛍光体２２２に当接している。本実施形態において、放熱基板２１のセラミック蛍光体２２２に当接する部分は非透光性部材で構成されている。

セラミック蛍光体２２２は、励起光源ユニット１０から射出された励起光Ｅが入射する光入射面２２２ａと、光入射面２２２ａとは異なる光射出面２２２ｂと、を有する。
セラミック蛍光体２２２は、光入射面２２２ａから入射した励起光Ｅにより生成された蛍光Ｙを光射出面２２２ｂ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、セラミック蛍光体２２２の光入射面２２２ａに設けられている。ダイクロイック膜２３は、励起光Ｅを透過し、セラミック蛍光体２２２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、セラミック蛍光体２２２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、セラミック蛍光体２２２で生成した蛍光Ｙをセラミック蛍光体２２２から効率良く取り出すことができる。

セラミック蛍光体２２２は、上記セラミック蛍光体２２，１２２と同様の構成を有する。すなわち、セラミック蛍光体２２２は、蛍光体相２５とマトリックス相２６とを有する。

本実施形態のセラミック蛍光体２２２は、励起光源ユニット１０から射出された青色の励起光Ｅのうち、波長変換されずに光射出面２２２ｂから射出される励起光Ｅの一部である青色光（透過光）Ｅ１と、セラミック蛍光体２２２による励起光Ｅ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ＷＬ１を射出する。

ここで、セラミック蛍光体２２２から射出される照明光ＷＬ１のホワイトバランスは、青色光Ｅ１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。

プロジェクターに用いる照明光ＷＬ１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、少なくともセラミック蛍光体２２２における蛍光体相２５の含有量に応じて決まる。なお、蛍光体相２５の含有量はＹＡＧ比で規定される。

ＢＹ比はセラミック蛍光体２２２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比を有するセラミック蛍光体２２２の厚さを相対的に薄くするとセラミック蛍光体２２２を透過する青色光Ｅ１の光量を増やすことができる。しかしながら、セラミック蛍光体２２２の厚さが４０μｍよりも薄くなると、セラミック蛍光体２２２を製造することが難しくなる。そのため、製造の観点から、セラミック蛍光体２２２の厚さの下限値は４０μｍとするのが望ましい。

また、一定のＹＡＧ比を有するセラミック蛍光体２２２の厚さを相対的に厚くするとセラミック蛍光体２２２を透過する青色光Ｅ１の光量が減少してしまう。さらに、セラミック蛍光体２２２の厚さが３００μｍを超えると、セラミック蛍光体２２２内において蛍光Ｙの再吸収が発生するため、光射出面２２２ｂ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、セラミック蛍光体２２２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、本実施形態のセラミック蛍光体２２２の厚さは４０μｍ以上３００μｍ以下に設定される。

図７はＹＡＧ比とＢＹ比との関係を示した図である。図７において、横軸はＹＡＧ比（単位は％）に相当し、縦軸はＹＡＧ比（単位はｖｏｌ％）に相当する。図７において実線のグラフはセラミック蛍光体２２２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７において破線のグラフはセラミック蛍光体２２２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７からは、セラミック蛍光体２２２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、セラミック蛍光体２２２の厚さを下限値（４０μｍ）とした場合について考える。
セラミック蛍光体２２２の厚さを４０μｍとする場合において、セラミック蛍光体２２２から射出される照明光ＷＬ１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２２０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ＷＬ１を生成して射出できる。

続いて、セラミック蛍光体２２２の厚さを上限値（３００μｍ）とした場合について考える。
セラミック蛍光体２２２の厚さを３００μｍとする場合において、セラミック蛍光体２２２から射出される照明光ＷＬ１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２２０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ＷＬ１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２２０によれば、セラミック蛍光体２２２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比を設定したセラミック蛍光体２２２を備えている。そのため、波長変換素子２２０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ＷＬ１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２２０においては、セラミック蛍光体２２２に当接する放熱基板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２２０においては、セラミック蛍光体２２２で生成された蛍光Ｙが放熱基板２１に漏れ出さすことなく、外部に効率良く取り出される。

放熱基板２１は貫通孔２１ｂの除いた部分でセラミック蛍光体２２２に当接するため、放熱基板２１とセラミック蛍光体２２２との接触面積は小さくなる。そのため、セラミック蛍光体２２２の熱が放熱基板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２２０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としてＭｇＯを含有するマトリックス相２６を備えることでセラミック蛍光体２２２の熱伝導率が向上するので、セラミック蛍光体２２２から放熱基板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２Ａによれば、セラミック蛍光体２２２における放熱性を維持しつつ、セラミック蛍光体２２２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、本実施形態の光源装置２Ａを備えたプロジェクターにおいても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２２０は、セラミック蛍光体２２２の光入射面２２２ａに透光性部材が設けられていない。そのため、光入射面２２２ａ上に形成される励起光Ｅの照射スポットが小さくなるので、セラミック蛍光体２２２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２２０から射出される照明光ＷＬ１を効率良く利用できる。

なお、本実施形態においては、放熱基板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、放熱基板２１は少なくともセラミック蛍光体２２２に当接する部分が非透光性部材で構成されていれば蛍光Ｙの光漏れを防止できる。そのため、放熱基板２１はセラミック蛍光体２２２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。

（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態について、図８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３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３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８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８に示すように、本実施形態の波長変換素子３２０は、放熱基板１２１と、セラミック蛍光体３２２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）１５５とを備えている。本実施形態の波長変換素子３２０は、セラミック蛍光体２２２に対する励起光Ｅ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板１２１は非透光性部材で構成された円板である。放熱基板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。放熱基板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は放熱基板１２１の中心を通る。モーター１５５は、円板状の放熱基板１２１を回転軸Ｏの周りに回転させる。

本実施形態のセラミック蛍光体３２２は、回転軸Ｏの周りに環状に形成されている。セラミック蛍光体３２２は、第３実施形態のセラミック蛍光体２２２を環状に整形することで構成される。

セラミック蛍光体３２２の光入射面３２２ａにダイクロイック膜１２３が設けられている。環状のセラミック蛍光体３２２は、光入射面３２２ａの径方向内側端部３２２ａ１が接合部材１２４を介して放熱基板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、セラミック蛍光体３２２は放熱基板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Ｅは、セラミック蛍光体３２２における放熱基板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、放熱基板１２１は、セラミック蛍光体３２２における励起光Ｅの入射領域とは異なる領域に当接し、セラミック蛍光体３２２で生じる熱を放熱する。

本実施形態の波長変換素子３２０では、励起光Ｅが回転した状態のセラミック蛍光体３２２に入射する。セラミック蛍光体３２２に励起光Ｅが入射した際には、セラミック蛍光体３２２において熱が発生する。本実施形態では、モーター１５５によってセラミック蛍光体３２２を回転させることにより、セラミック蛍光体３２２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、セラミック蛍光体３２２の同じ位置に励起光Ｅが常時照射されることにより、セラミック蛍光体３２２の一部のみが局所的に加熱され、セラミック蛍光体３２２が劣化することが抑制される。

本実施形態の場合、セラミック蛍光体３２２が熱伝導率の高いＭｇＯからなるマトリックス相２６を含むのに加え、セラミック蛍光体３２２を回転させることで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３２０においても、セラミック蛍光体３２２に当接する放熱基板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３２０においては、セラミック蛍光体３２２で生成された蛍光Ｙが放熱基板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３２０によれば、熱伝導率の高いセラミック蛍光体３２２を備えるため、セラミック蛍光体３２２から放熱基板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３２０を用いた光源装置においても、セラミック蛍光体３２２における放熱性を維持しつつ、セラミック蛍光体３２２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３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、上記実施形態のセラミック蛍光体２２，１２２，２２２，３２２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、セラミック蛍光体を安定して製造することができる。

その他、セラミック蛍光体、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、２，２Ａ…光源装置、３…ＹＡｌＯ、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、２Ｏ４…ＭｇＡｌ、２５…蛍光体相、２６…マトリックス相、３Ａｌ５…Ｌｕ、５１，１５１…基板、１５５…モーター（駆動装置）、５Ｏ１２…ＴｂＡｌ、Ｅ…励起光、Ｅ１…青色光（透過光）、Ｏ…回転軸、Ｙ…蛍光。

Claims (11)

1. 賦活剤および蛍光体を含有する蛍光体相と、透光性セラミックスとしてＭｇＯを含有するマトリックス相とを有し、無機材料で構成されるセラミック複合体であって、
   前記蛍光体相の含有量は、前記マトリックス相と前記蛍光体相とを含む相全体における体積比で２０ｖｏｌ％以下である
   ことを特徴とするセラミック複合体。
2. 前記蛍光体相は、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１に記載のセラミック複合体。
3. 前記マトリックス相は、Ａｌ_２Ｏ_３、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さらに含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミック複合体。
4. 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３のいずれか一項に記載のセラミック複合体。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセラミック複合体と、
   前記セラミック複合体を励起することで蛍光を生成させる励起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。
6. 前記セラミック複合体は、前記励起光の入射面と異なる射出面から前記蛍光を射出する
   ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記セラミック複合体は、前記励起光の一部を前記射出面から透過光として射出し、
   前記透過光の光量に対する前記セラミック複合体から射出される蛍光量の比率は、３０％〜５０％である
   ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記セラミック複合体の厚さは４０μｍ以上である
   ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記セラミック複合体は、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５から請求項８のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 前記セラミック複合体を支持する基板と、
    前記基板を所定の回転軸の周りに回転させる駆動装置と、を備える
    ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の光源装置。
11. 請求項５から請求項１０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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