JP2023083306A - 波長変換素子、蛍光体ホイール、光源装置、及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光光への変換効率、熱効率の向上を図った波長変換素子を提供する。【解決手段】第一の波長変換素子１０１は、粒径の異なる蛍光体粒子１１１ａ、１１２ａ、１１３ａからなる第１蛍光体領域１１１、第２蛍光体領域１１２、第３蛍光体領域１１３が積層されてなる３層からなる蛍光体領域で構成されている。中間に配置された第２蛍光体領域を構成する蛍光体粒子１１２ａの粒径は、表面側の第１蛍光体領域１１１の蛍光体粒子１１１ａおよび裏面側の第３蛍光体領域１１３の蛍光体粒子１１３ａの粒径よりも小さい。【選択図】図１

Description

本開示は、例えば投写型映像表示装置の光源装置に使用される波長変換素子および蛍光体ホイールに関する。

特許文献１には、基材と、励起光が入射することにより光を発する第１蛍光体を含有する蛍光体領域と、第２蛍光体（熱伝導性材料）を含有し、基材と蛍光体領域とを接着する接着層とを備える波長変換素子が開示されている。

特開２０１８－３６４５７号公報

本開示は、蛍光光への変換効率、熱効率の向上を図った波長変換素子を提供する。

本開示における波長変換素子は、第１蛍光体領域と、第１蛍光体領域の厚み方向に配置され、第１蛍光体領域に位置する蛍光体粒子の粒径と異なる粒径の蛍光体粒子が位置する第２蛍光体領域と、第１蛍光体領域の厚み方向に配置されるシリコーン層と、第１蛍光体領域及びシリコーン層の厚み方向に配置される反射層と、第２蛍光体領域が中間に配置されるように、第１蛍光体領域の厚み方向に配置される第３蛍光体領域と、を備え、第２蛍光体領域に位置する蛍光体粒子の粒径が、第１蛍光体領域および第３蛍光体領域に位置する蛍光体粒子の粒径よりも大きい。

本開示の波長変換素子は、蛍光光への変換効率、熱効率の向上を図るのに有効である。

実施の形態１の波長変換素子の構成を示す図 実施の形態１のリング形状の第１の波長変換素子を用いた第１の蛍光体ホイールの構成を示す図 実施の形態１のセグメント形状の第１の波長変換素子を用いた第２の蛍光体ホイールの構成を示す図 実施の形態１のリング形状の第１の波長変換素子を用いた第３の蛍光体ホイールの構成を示す図 実施の形態１のリング形状の第２の波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの構成を示す図 比較例にかかる波長変換素子の構成を示す図 比較例にかかるリング形状の波長変換素子を用いた第１の蛍光体ホイールの構成を示す図 実施の形態２の波長変換素子の構成を示す図 実施の形態２のリング形状の第１と第２の波長変換素子をそれぞれ用いた第１と第２の蛍光体ホイールの構成を示す図 実施の形態２のリング形状の第１と第２の波長変換素子をそれぞれ用いた第３と第４の蛍光体ホイールの構成を示す図 実施の形態１の第１の蛍光体ホイールを用いた第１の光源装置の構成を示す図 実施の形態１の第１の光源装置を用いた投写型映像表示装置の構成を示す図 実施の形態１の第２の蛍光体ホイールを用いた第２の光源装置の構成を示す図 実施の形態１の第２の光源装置を用いた投写型映像表示装置の構成を示す図 実施の形態１の第３の蛍光体ホイールを用いた第３の光源装置の構成を示す図 実施の形態１の第３の光源装置を用いた投写型映像表示装置の構成を示す図 実施の形態３の波長変換素子の構成を示す図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、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、添付図面および以下の説明は、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。

（実施の形態１）
[１－１－１－１．波長変換素子の構成]
以下、実施の形態１における波長変換素子の構成について詳細に説明する。図１は、実施の形態１における波長変換素子のであり、図１の（ａ）は第１の波長変換素子の断面図を、図１の（ｂ）は第２の波長変換素子の断面図を、図１の（ｃ）は、第１または第２の波長変換素子を用いて形成される蛍光体リングの平面図を示す。

図１の（ａ）に示す実施の形態１の第一の波長変換素子である波長変換素子１０１は、蛍光体粒子１１１ａからなる第１蛍光体領域１１１、蛍光体粒子１１２ａからなる第２蛍光体領域１１２および蛍光体粒子１１３ａからなる第３蛍光体領域１１３が積層されてなる３層の蛍光体領域で構成されている。図１の（ａ）に示されるように、蛍光体領域の厚み方向に粒径の異なる蛍光体粒子が配置されるが、ここでは、中間に配置された第２蛍光体領域１１２を構成する蛍光体粒子１１２ａの粒径が、表面側（図１の（ａ）の上側）の第１蛍光体領域１１１の蛍光体粒子１１１ａおよび裏面側（図１の（ａ）の下側）の第３蛍光体領域１１３の蛍光体粒子１１３ａの粒径よりも小さい。

ここで、第１蛍光体領域１１１の蛍光体粒子１１１ａと第３蛍光体領域１１３の蛍光体粒子１１３ａは、異なっても良いし同じでも良い。また、蛍光体粒子の粒径は用途、機能に応じて数μｍの範囲から選択され、例えば、大きい粒径の蛍光体粒子１１１ａ、１１３ａと小さい粒径の蛍光体粒子１１２ａとの粒径の差は粒径の１／５～１／１０程度である。なお、以下の実施の形態の説明においても、蛍光体粒子の大きい粒径と小さい粒径との関係も同様である。なお、上記粒径については、一例であり、その値には限定されない。

図１の（ｂ）に示す実施の形態１の第２の波長変換素子である波長変換素子１０２は、蛍光体粒子１２１ａからなる第１蛍光体領域１２１、蛍光体粒子１２２ａからなる第２蛍光体領域１２２および蛍光体粒子１２３ａからなる第３蛍光体領域１２３が、シリコーンなどのバインダ１２４が介在されて積み重なる３層の蛍光体領域で構成されている。図１の（ｂ）に示されるように、蛍光体領域の厚み方向に粒径の異なる蛍光体粒子が配置されるが、ここでは、中間に配置された第２蛍光体領域１２２を構成する蛍光体粒子１２２ａの粒径が、表面側（図１の（ｂ）の上側）の第１蛍光体領域１２１の蛍光体粒子１２１ａおよび裏面側（図１の（ｂ）の下側）の第３蛍光体領域１２３の蛍光体粒子１２３ａの粒径よりも小さい。

ここで、第１蛍光体領域１２１の蛍光体粒子１２１ａと第３蛍光体領域１２３の蛍光体粒子１２３ａは、異なっても良いし同じでも良い。

図１の（ｃ）に示されるように、波長変換素子１０１、１０２はリング形状を有するが、蛍光体リングの形状は、リングの一部が欠落したセグメント形状でも良いし、四角形などの多角形形状でも良い。

[１－１－１－２．波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの構成]
まず、図２に、実施の形態１の第１の波長変換素子を用いた第１の蛍光体ホイールの構成を示し、図２の（ａ）は、第１の蛍光体ホイールの平面図、図２の（ｂ）は第１の蛍光体ホイールの断面図である。

ここでは、図１の（ｃ）に示すように波長変換素子を蛍光体リングとして構成した場合を説明する。

第１の蛍光体ホイールである蛍光体ホイール１は、表面に反射防止膜１０３を設けたリング形状の波長変換素子１０１と、表面に反射層１０６を設けた基板１０５とを有し、反射層１０６とリング形状の波長変換素子１０１との間には、熱伝導性と反射率を向上する含有粒子１４１が充填されたシリコーン層１０４を設けている。

波長変換素子１０１は、前述の通り、粒径の異なる蛍光体粒子１１１ａ、１１２ａ、１１３ａで構成されており、蛍光体領域の厚み方向に蛍光体粒子の粒径が異なる。ここでは、表面の反射防止膜１０３側の蛍光体粒子１１１ａおよび基板１０５側の蛍光体粒子１１３ａの粒径は、厚み方向に見て中央部の蛍光体粒子１１２ａに対して大きくなっている。蛍光体ホイール１の基板１０５にはモータ取付け孔１０７が設けられている。

次に、実施の形態１の第１の波長変換素子を用いた第２の蛍光体ホイールの構成について説明する。ここでは、図２に示す蛍光体ホイール１とは異なり、図１の（ｃ）に示す蛍光体リングの一部を欠落部として欠落させたセグメント形状を用いて蛍光体ホイールを構成した場合について説明する。

図３に、実施の形態１の第１の波長変換素子を用いた第２の蛍光体ホイールの構成を示す。図３の（ａ）は、第２の蛍光体ホイールの平面図、図３の（ｂ）は第２の蛍光体ホイール３の断面図である。

第２の蛍光体ホイールである蛍光体ホイール３は、表面に反射防止膜３０３が設けられ、欠落部を有するセグメント形状の波長変換素子１０１と、表面に反射層３０６が設けられ、欠落部に対応する部分に開口部３０８が設けられた基板３０５とを有する。セグメント形状の波長変換素子１０１と開口部３０８は、蛍光体ホイール３の回転中心Ｏから径方向で同一距離に配置されている。基板３０５にはモータ取付け孔３０７が設けられている。また、反射層３０６とセグメント形状の波長変換素子１０１との間には、熱伝導性と反射率を向上する含有粒子３４１が充填されたシリコーン層３０４を設けている。

波長変換素子１０１は、前述の通り、粒径の異なる蛍光体粒子１１１ａ、１１２ａ、１１３ａで構成されており、蛍光体領域の厚み方向に蛍光体粒子の粒径が異なる。ここでは、表面の反射防止膜３０３側の蛍光体粒子１１１ａおよび基板３０５側の蛍光体粒子１１３ａの粒径は、厚み方向に見て中央部の蛍光体粒子１１２ａに対して大きくなっている。言い換えれば、波長変換素子の、中間に配置された蛍光体領域を構成する蛍光体粒子１１２ａの粒径が、他の２つの蛍光体領域を構成する蛍光体粒子１１１ａ、１１３ａの粒径よりも小さい。

次に、実施の形態１の第１の波長変換素子を用いた第３の蛍光体ホイールについて説明する。―図４に、実施の形態１の第１の波長変換素子を用いた第３の蛍光体ホイールの構成を示す。図４の（ａ）は第３の蛍光体ホイールの平面図、図４の（ｂ）は図４の（ａ）に示す４ｂ―４ｂ線による断面図である。

第３の蛍光体ホイールである蛍光体ホイール４は、表面に反射防止膜４０３が設けられた蛍光体リングの一部の表面に反射膜４０８が設けられた波長変換素子１０１と、表面に反射層４０６が設けられた基板４０５とを有する。基板４０５にはモータ取付け孔４０７が設けられている。反射層４０６と波長変換素子１０１との間には、熱伝導性と反射率を向上する含有粒子４４１が充填されたシリコーン層４０４を設けている。

波長変換素子１０１は、前述の通り、粒径の異なる蛍光体粒子１１１ａ、１１２ａ、１１３ａで構成されており、蛍光体領域の厚み方向に蛍光体粒子の粒径が異なる。ここでは、表面の反射防止膜３０３側の蛍光体粒子１１１ａ、および基板３０５側の蛍光体粒子１１３ａの粒径は、厚み方向に見て中央部の蛍光体粒子１１２ａに対して大きくなっている。言い換えれば、波長変換素子１０１の、中間に配置された蛍光体領域を構成する蛍光体粒子１１２ａの粒径が、他の２つの蛍光体領域を構成する蛍光体粒子１１１ａ、１１３ａの粒径よりも小さい。

また、図３、図４の蛍光体ホイールでは、一つの波長変換素子１０１を用いたが、波長変換される蛍光の波長領域の異なる複数の波長変換素子を用いて構成しても良い。その場合の複数の波長変換素子のうち、少なくとも一つに、波長変換素子１０１を用いれば良い。

また、図３、図４に示す蛍光体ホイール３、４は、一つの開口部３０８、一つの反射膜４０８をそれぞれ有するが、複数の開口部、複数の反射膜を用いて構成されてもよい。

次に、実施の形態１の第二の波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの構成について説明する。図５に、実施の形態１の第二の波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの構成を示す。図５の（ａ）は蛍光体ホイールの平面図、図５の（ｂ）は蛍光体ホイールの断面図である。図５の蛍光体ホイール５は、図１の（ａ）に示す波長変換素子１０１の代わりに、図１の（ｂ）に示す波長変換素子１０２を使用している。

蛍光体ホイール５は、表面に反射防止膜５０３を設けた波長変換素子１０２と、表面に反射層５０６を設けた基板５０５との間に、熱伝導性と反射率を向上する含有粒子５４１が充填されたシリコーン層５０４を設けている。基板５０５にはモータ取付け孔５０７が設けられている。

波長変換素子１０２は、前述の通り、粒径の異なる蛍光体粒子１２１ａ、１２２ａ、１２３ａと、例えばシリコーンであるバインダ１２４で構成されており、蛍光体領域の厚み方向に蛍光体粒子の粒径が異なる。ここでは、表面の反射防止膜５０３側の蛍光体粒子１２１ａ、および基板５０５側の蛍光体粒子１２３ａは、厚み方向に見て中央部の蛍光体粒子１２２ａに対して大きくなっている。言い換えれば、波長変換素子１０２の、中間に配置された第２蛍光体領域１２２を構成する蛍光体粒子１２２ａの粒径が、他の２つの蛍光体領域を構成する蛍光体粒子１２１ａ、１２３ａの粒径よりも小さい。

なお、波長変換素子１０２を用いた場合も、波長変換素子１０１を用いた場合と同様に、図３に示す蛍光体ホイール３のようなセグメント形状を採用することもできるし、図４に示す蛍光体ホイール４のように蛍光体リングの一部の表面に反射膜を設けても良い。

[１－１－２．効果など]
図６は本開示の比較例にかかる波長変換素子の構成図であり、図６の（ａ）および図６の（ｂ）は波長変換素子の断面図であり、図６の（ｃ）は波長変換素子の平面図である。

図６の（ａ）に示すように、大きな粒径の蛍光体粒子２１１ａで構成される蛍光体領域２１１のみで波長変換素子２０１を形成した場合には、（１）表面反射が低減する、（２）散乱性が増加する、（３）熱伝導率が増加するという特性を有する。逆に、図６の（ｂ）に示すように、小さな粒径の蛍光体粒子２２１ａで構成される蛍光体領域２２１のみで波長変換素子２０２を形成した場合には、（１）表面反射が増加する、（２）散乱性が低減する、（３）熱伝導率が低下するという特性を有する。

まず、表面反射に関しては、表面反射が少ない方が、蛍光体に吸収される励起光が増加するため、同じ量子効率の蛍光体であれば、波長変換されて発光される蛍光は増加する。すなわち、粒子径の大きい方が、粒子径の小さい方に対して、変換される効率（蛍光効率）は増加することとなる。

次に、散乱性に関しては、励起光は蛍光体粒子の中を導光し、波長変換され蛍光を発光する。このため、同じスポットサイズの光が入射しても、発光するスポットサイズは、粒子径の大きい方が、小さい方に対し大きくなる。発光するスポットサイズが大きくなれば、後段の導光系や、ロッド光学系での取り込み効率が低下する。すなわち、粒子径の大きい方が、粒子径の小さい方に対して、後段の光学系の取り込み効率は低下する。

最後に、隣接する粒子間では、粒子内部よりも大きい界面熱抵抗が存在する。このため、同じ蛍光体厚みの場合には、蛍光体粒子の粒径が大きい方が、小さい方に対し、存在する界面の数が減少することで、熱抵抗値が小さく、換言すると、熱伝導率が増加する。蛍光体は、温度が上がるにつれて蛍光特性が低下するという特性を有しているので、粒子径の大きい方が、粒子径の小さい方に関して、変換効率が増加することになる。

以上を整理すると、粒子径が大きい方が、表面反射に基づく吸収効率は増加し、スポットサイズに基づく取り込み効率（結合効率）は低下し、温度によって変化する変換効率は増加する、ということになる。

光源装置、投写型映像装置の効率は、上記の、（１）表面反射に基づく吸収効率、（２）スポットサイズに基づく取り込み効率（結合効率）、（３）温度によって変化する変換効率の３つの積で求めることができる。

前述の通り、粒子径が大きい場合には、（２）スポットサイズに基づく取り込み効率（結合効率）が低下し、逆に粒子径が小さい場合には、（１）表面反射に基づく吸収効率（３）温度によって変化する変換効率の２つが低下することになる。

このように粒径が大きい蛍光体粒子のみ、或いは粒径が小さい蛍光体粒子のみで蛍光体領域を形成した場合、上記の（１）～（３）のいずれかが低下した状態で、波長変換素子、及びそれを使用した蛍光体ホイール、光源装置、投写型映像表示装置を構成することとなる。

図７は比較例にかかる波長変換素子を用いた蛍光体リングを使用した蛍光体ホイール２の構成を示す図であって、図７の（ａ）は蛍光体ホイール２の平面図、図７の（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ蛍光体ホイール２の断面図を示す。

図２の（ｂ）に示す蛍光体ホイール１と図７の（ｂ）に示す蛍光体ホイール２によって、本開示の効果を説明する。なお、図７に示す蛍光体ホイール２の反射防止膜２０３、シリコーン層２０４、基板２０５、反射層２０６およびモータ取付け孔２０７の機能は、図２に示す蛍光体ホイール１と同様であるので、説明を省略する。

図２の（ｂ）に示す蛍光体ホイール１では、蛍光体ホイール１の表面に設けられた反射防止膜１０３側から青色レーザーである励起光Ｌが照射される。この励起光Ｌは、反射防止膜１０３を通過し、波長変換素子１０１に入射する際に、波長変換素子１０１の表面から蛍光体粒子１１１ａ、１１２ａ、１１３ａの順に入射し、それぞれの蛍光体粒子を励起し蛍光を発光させる。蛍光体粒子１１１ａ、１１２ａ、１１３ａで吸収されなかった励起光は、波長変換素子１０１の基板１０５側に設けた、シリコーン層１０４からなる接着層に到達し、接着層の中に設けた反射率の高い含有粒子１４１もしくは、その下の反射層１０６で反射し、再び、波長変換素子１０１側へ光の進行方向が変更される。反射層１０６で反射して波長変換素子１０１に入射した励起光は、蛍光体粒子１１３ａ、１１２ａ、１１１ａの順に入射し蛍光に変換される。

励起光が波長変換素子に吸収される効率（以下、「吸収効率」と称す）に関しては、蛍光体粒子の充填率と蛍光体粒子の粒径に依存することが分かっている。蛍光体粒子の充填率に関しては、粒径に依らず最大となるように最適化することが可能なため、吸収効率は、蛍光体粒子の粒径に依存する。例えば、図６の（ａ）、図６の（ｂ）のように粒径の異なる蛍光体粒子で構成された波長変換素子の場合、粒径の大きい蛍光体粒子で構成された図６の（ａ）の波長変換素子２０１の方が、粒径の小さい蛍光体粒子で構成された図６の（ｂ）の波長変換素子２０２の方に対して吸収効率が高くなる。図２の（ｂ）に断面を示す波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール１の場合には、励起光の入射側の蛍光体粒子１１１ａを大きくすることにより、高い吸収率を実現することができる。

励起光から蛍光に変換された光は、蛍光体粒子１１１ａ、１１２ａ、１１３ａから全方位に出射される。基板１０５側とは反対側に出射された蛍光は、その一部が蛍光体粒子１１１ａ、１１２ａ、１１３ａに吸収され熱へと変換されるが、それ以外の光は、反射防止膜１０３を通過し、出射される。

一方、基板１０５側に出射された蛍光は、反射率の高い含有粒子１４１を含んだシリコーン層１０４の接着層、もしくは、基板１０５の波長変換素子１０１側に設けられた反射層１０６で反射し、その進行方向を変更し、基板１０５とは反対側へ出射される。基板１０５とは反対側に出射された蛍光は、その一部は蛍光体粒子１１１ａ、１１２ａ、１１３ａに吸収され熱に変換されるとともに、残りの光は反射防止膜１０３を通過し、出射される。

この際、蛍光体粒子１１１ａ、１１２ａ、１１３ａで波長変換された蛍光は、蛍光体粒子１１１ａ、１１２ａ、１１３ａの粒子外面から蛍光を発光する。その際に、図６の（ａ）、（ｂ）に示すような粒径の異なる蛍光体粒子の場合には、粒径の大きい蛍光体粒子で構成された図６の（ａ）の波長変換素子２０１の方が、粒径の小さい蛍光体粒子で構成された図６の（ｂ）の波長変換素子２０２に比べ、蛍光の発光スポットが大きくなる。後段の光学系で取り込める効率（以降、「結合効率」と称す）は、蛍光スポットの大小によって変化し、後段の光学系で取り込める最大の蛍光スポットを越えると、蛍光スポットが大きいほど、結合効率は悪くなる。このため、結合効率を最適化するには、蛍光体粒子の粒径を小さくする必要がある。図２の（ｂ）に断面を示す第一の波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール１の場合には、スポットサイズに影響の大きい厚み方向の中間部分に粒径の小さい蛍光体粒子１１２ａを配置することにより、高い結合効率を実現することができる。

蛍光体粒子で蛍光に変換されずに発生した熱は、蛍光体粒子を介して周辺に伝搬する。なお、蛍光体には、温度が上昇すれば蛍光に変換される励起光が減少するという温度消光という特性を有しているため、温度が低い方が、変換効率が高くなるという特性を有する。図２の（ａ）に示すように蛍光体ホイール１の中で最も大きな表面積を有する基板１０５へ熱を移動させることにより、波長変換素子１０１の温度低下を図ることができるが、そのためには波長変換素子１０１の厚み方向への熱伝導性を高くする、換言すれば熱抵抗を小さくする必要がある。ここで、波長変換素子の中で最も熱抵抗値の高いのは、蛍光体粒子同士の界面に発生する界面抵抗であるため、粒子同士の界面を少なくした方が、波長変換素子としての熱抵抗値が下がる。すなわち、比較例で説明すると粒径の大きい蛍光体粒子で構成された図６の（ａ）の波長変換素子２０１の方が、粒径の小さい蛍光体粒子で構成された図６の（ｂ）波長変換素子２０２よりも熱抵抗値が小さくなる。図２の（ｂ）に断面を示す波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール１の場合には、熱抵抗値に影響の大きい厚み方向に基板側の蛍光体粒子１１３ａを大きくすることにより、熱抵抗値を小さくし、波長変換素子１０１の温度を低下させ、温度消光の影響を低減させ、蛍光効率を向上させることができる。

以上のように、図２の（ｂ）に断面を示す波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール１は、波長変換素子１０１の厚み方向に表面側の蛍光体粒子１１１ａの粒径を大きく、中間部分の蛍光体粒子１１２ａの粒径を小さく、基板側の蛍光体粒子１１３ａの粒径を大きくすることによって、吸収効率、結合効率、蛍光効率のそれぞれを向上させ、吸収効率×結合効率×蛍光効率で求められる蛍光体ホイールの効率を最大化することができる。

図３、図４にそれぞれ示す波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール３、４では、図２に示す蛍光体ホイール１と同様に、波長変換素子１０１の表面から粒径の大きい蛍光体粒子１１１ａで吸収効率を向上させ、中間部分の粒径の小さい蛍光体粒子１１２ａで結合効率を向上させ、基板側の粒径の大きい蛍光体粒子１１３ａで温度上昇を抑制し蛍光効率を向上させている。このため、吸収効率×結合効率×蛍光効率で求められる蛍光体ホイールの効率を最大化することができる。図５に示す波長変換素子１０２を用いた蛍光体ホイール５においても、波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイールと同様に、波長変換素子１０２の表面から粒径の大きい蛍光体粒子１２１ａで吸収効率を向上させ、中間部分の蛍光体粒子１２２ａで結合効率を向上させ、基板側の蛍光体粒子１２３ａで温度上昇を抑制し蛍光効率を向上させている。このため、吸収効率×結合効率×蛍光効率で求められる蛍光体ホイールの効率を最大化することができる。

以上のように、波長変換素子を本実施の形態の構成とすることにより、波長変換素子の特性を決定する（１）表面反射に基づく吸収効率、（２）スポットサイズに基づく取り込み効率（結合効率）、（３）温度によって変化する変換効率を、それぞれ改善することが可能となり、効率が向上した波長変換素子が得られる。

[１－２．蛍光体ホイールを備える光源装置]
実施の形態１の波長変換素子を用いた蛍光体ホイールを使用した光源装置の構成を説明する。

図１１にリング形状の波長変換素子を用いた第１の蛍光体ホイールを使用した第１の光源装置を光源装置９として示す。以下において、図２で示す波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール１を用いて光源装置９の説明を行う。

複数のレーザー光源９０１から出射した青色の波長域のレーザー光は、レーザー光源９０１のそれぞれに対応して設けられる複数のコリメータレンズ９０２でコリメートされる。コリメートされた青色光は、後段の凸レンズ９０３に入射し、その光束幅を小さくし、続く拡散板９０４に入射し拡散され光の均一度が改善される。光の均一度が改善された青色光は、後段の凹レンズ９０５に入射し平行光束化される。

凹レンズ９０５で平行化された青色光は、光軸に対して略４５度傾けて配置された分光特性付きミラー９０６に入射し、光の進行方向を変えずにそのまま、後段の凸レンズ９０７へと入射する。分光特性付きミラー９０６は、レーザー光源９０１とレーザー光源９２１から出射する青色光の波長域の光は通過し、蛍光体ホイール１でレーザー光源９０１からの青色光を励起光として波長変換される蛍光の波長域の光を反射する分光特性を有する。

ここでは、分光特性付きミラー９０６は、レーザー光源からの青色光と波長変換された蛍光の波長特性に注目した分光特性を有するとしたが、レーザー光源の偏光方向に着目し、レーザー光源からの青色光の偏光方向を同一方向に調整することで、レーザー光源からの青色光の波長域と偏光方向の光を通過し、波長変換された蛍光の波長特性に注目した分光特性を有するようにしても良い。

凸レンズ９０７に入射した青色光は、後段の凸レンズ９０８との組み合わせで、後段の蛍光体ホイール１に設けられたリング状の波長変換素子１０１へと入射する。蛍光体ホイール１には、モータ１０９が設けられており、その回転軸を中心に、凸レンズ９０７、９０８で集光された青色の励起光が、リング状の波長変換素子１０１へと入射するように配置されている。

凸レンズ９０７、９０８で、蛍光体ホイール１の波長変換素子１０１上に集光された青色光は、蛍光に波長変換されるとともに、光の進行方向を１８０度変えて、再び、凸レンズ９０８、９０７にこの順で入射し、平行光化される。ここでの波長変換される蛍光は、後述するレーザー光源９２１から出射される青色光と組み合わせて、例えば、白色光を構成するように波長領域を最適化されている。

凸レンズ９０７を出射し平行光化された蛍光は、分光特性付きミラー９０６へと逆方向から入射する。分光特性付きミラー９０６は、前述の通り、蛍光の波長領域の光を反射する特性を有しているので、光の方向を９０度変更する。

分光特性付きミラー９０６で光の進行方向を９０度変えた蛍光は、後段の凸レンズ９０９へと入射する。

また、複数のレーザー光源９２１から出射した青色の波長域のレーザー光は、レーザー光源９２１のそれぞれに対応して設けられる複数のコリメータレンズ９２２でコリメートされる。コリメートされた青色光は、後段の凸レンズ９２３に入射し、その光束幅を小さくし、続く拡散板９２４に入射し拡散され光の均一度が改善される。光の均一度が改善された青色光は、後段の凹レンズ９２５に入射し平行光束化される。

凹レンズ９２５で平行化された青色光は、レーザー光源９２１から出射する青色光の波長域の光は通過する特性を有し、光軸に対して略４５度傾けて配置された分光特性付きミラー９０６に入射し、光の進行方向を変えずにそのまま、後段の凸レンズ９０９へと入射する。

凸レンズ９０９に入射した蛍光体ホイール１からの蛍光とレーザー光源９２１からの青色光は集光し、凸レンズ９０９の略集光位置に入射端を配置したロッドインテグレータ９１０に入射する。ロッドインテグレータで光束の均一化された光は、ロッドインテグレータの出射端から出射する。

図１１で示す実施の形態では、分光特性付きミラー９０６は光軸に略４５度の角度で配置を行ったが、その分光特性を最大化するために、分光特性付きミラー９０６の光軸に対する角度は、略４５度とは異なる角度を有しても良く、その場合には、その角度に合わせて、その他の部品を配置しても良い。

また、図１１では、分光特性付きミラー９０６は、青色光の波長域の光を透過、蛍光の波長域の光を反射する特性を有するものとして説明を行ったが、青色光の波長域の光を反射、蛍光の波長域の光を透過する特性を有するものとして、適宜その他の部品の配置を最適化しても良い。

また、レーザー光源９０１からのレーザー光は、青色光の波長域の光ではなく、紫外領域の光でも良い。その場合は、分光特性付きミラー９０６の特性や、その他部品の配置などは、レーザー光源９０１のレーザー光の波長領域に合わせて最適化すればよい。

次に、図１３にセグメント形状の波長変換素子を用いた第２の蛍光体ホイールを使用した第２の光源装置を光源装置１１として示す。以下において、図３で示す波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール３を用いて光源装置１１の説明を行う。

複数のレーザー光源１１０１から出射した青色の波長域のレーザー光は、レーザー光源１１０１のそれぞれに対応して設けられる複数のコリメータレンズ１１０２でコリメートされる。コリメートされた青色光は、後段の凸レンズ１１０３に入射し、その光束幅が小さくされ、続く拡散板１１０４に入射し拡散され光の均一度を改善するに光の均一度を改善された青色光は、後段の凹レンズ１１０５に入射し平行光束化される。

凹レンズ１１０５で平行化された青色光は、光軸に対して略４５度傾けて配置された分光特性付きミラー１１０６に入射し、光の進行方向が９０度変更されて、後段の凸レンズ１１０７へと入射する。分光特性付きミラー１１０６は、レーザー光源１１０１から出射する青色光の波長域の光は反射し、蛍光体ホイール３でレーザー光源１１０１からの青色光を励起光として波長変換される蛍光の波長域の光を通過する分光特性を有する。

なお、ここでは、分光特性付きミラー１１０６は、レーザー光源からの青色光と波長変換された蛍光の波長特性に注目した分光特性を有するとしたが、レーザー光源の偏光方向に着目し、レーザー光源からの青色光の偏光方向を同一方向に調整することで、レーザー光源からの青色光の波長域と偏光方向の光を通過し、波長変換された蛍光の波長特性に注目した分光特性を有するようにしても良い。

凸レンズ１１０７に入射した青色光は、後段の凸レンズ１１０８との組み合わせで、後段の蛍光体ホイール３に設けられたリングの一部が欠落した波長変換素子１０１へと入射する。蛍光体ホイール３には、モータ３０９が設けられており、その回転軸を中心に、凸レンズ１１０７、１１０８で集光された青色の励起光が、リング状の波長変換素子１０１と開口部３０８が配置された半径領域へと入射するように配置されている。

凸レンズ１１０７、１１０８で、蛍光体ホイール３の波長変換素子１０１上に集光された青色光は、蛍光に波長変換されるとともに、光の進行方向を１８０度変えて、再び、凸レンズ１１０８、１１０７にこの順で入射し、平行光化される。ここでの波長変換される蛍光は、レーザー光源１１０１から出射される青色光と組み合わせて、例えば、白色光を構成するように波長領域を最適化されている。

凸レンズ１１０７を出射し平行光化された蛍光は、分光特性付きミラー１１０６へと再び入射する。分光特性付きミラー１１０６は、前述の通り、蛍光の波長領域の光を透過する特性を有しているので、光の方向をそのまま変更せずに通過する。

次に、蛍光体ホイール３の開口部３０８に集光されたレーザー光源１１０１からの青色光は、蛍光体ホイール３を通過し、その後段の凸レンズ１１２１、１１２２で平行光化される。その後、後段に設けられた、３枚の反射ミラー１１２３、１１２５、１１２７と３枚の凸レンズ１１２４、１１２６、１１２８で構成されるリレーレンズ系によって、分光特性付きミラー１１０６に、レーザー光源１１０１からの光が入射する方向とは１８０度逆の方向から平行光化されて入射するように導光される。なお、ここでは、３枚のミラーと３枚の凸レンズにてリレー光学系を構成したが、同様の性能を有するのであれば、他の構成でも良い。

凸レンズ１１２８から、分光特性付きミラー１１０６に入射した青色光は、光の進行方向を９０度変えて、反射する。

上記構成によって、分光特性付きミラー１１０６で合成された蛍光と青色光が、時分割されて凸レンズ１１０９に入射することになる。

分光特性付きミラー１１０６から凸レンズ１１０９に入射した時分割された蛍光と青色光は、後段の凸レンズ１１０９で集光され後段のカラーフィルター付きホイール１１１０に入射する。カラーフィルター付きホイール１１１０は、蛍光体ホイール３と図示されていない同期回路を用いて同期されており、光学系の特性に合わせて、青色光および蛍光の一部もしくは全波長域を透過するような特性を有する複数のフィルターで構成されている。

蛍光体ホイール３から、例えば黄色の蛍光が発光されている時間帯に対して、蛍光の波長域をそのまま透過する領域、蛍光の中で赤色の部分の光を反射し緑色の光を透過する領域、蛍光の中で緑色の部分の光を反射し赤色の光を透過する領域などのうち、少なくとも一つの領域を有するカラーフィルター付きホイール１１１０が同期して回転している。また、蛍光体ホイール３の開口部３０８を通過してきた青色光には、蛍光の波長域をそのまま透過する領域が対応することで、ロッドインテグレータ１１１１の入射端近傍に、時系列に光の波長域の異なる色光が集光する。

ロッドインテグレータ１１１１に入射した光は、ロッドインテグレータで均一化され、その出射端からは均一化された光が出射される。

なお、本実施の形態では、カラーフィルター付きホイール１１１０は、ロッドインテグレータ１１１１の前に配置されているが、ロッドインテグレータ１１１１の後に配置されていても良い。

図１５にリング形状の波長変換素子を用いた第３の蛍光体ホイールを使用した第３の光源装置を光源装置１３として示す。以下において、図４で示す波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール４を用いて光源装置１３の説明を行う。

複数のレーザー光源１３０１から出射した青色の波長域のレーザー光は、レーザー光源１３０１のそれぞれに対応して設けられる複数のコリメータレンズ１３０２でコリメートされる。コリメートされた青色光は、後段の凸レンズ１３０３に入射し、その光束幅が小さくされ、続く拡散板１３０４に入射し拡散され光の均一度が改善される。光の均一度を改善された青色光は、後段の凹レンズ１３０５に入射し平行光束化される。

なお、凹レンズ１３０５を出射した状態で、レーザー光の偏光方向が後段の分光特性付きミラー１３０６に対してＳ偏光になるように、凹レンズ１３０５までの光学系で調整されている。なお、分光特性付きミラー１３０６は偏光特性および分光特性を有する。

凹レンズ１３０５で平行化された青色光は、光軸に対して略４５度傾けて配置された分光特性付きミラー１３０６に入射し、光の進行方向が９０度変更され、後段のλ／４波長板１３０７へと入射する。分光特性付きミラー１３０６は、レーザー光源１３０１から出射する青色光の波長域でＳ偏光の光は反射し、後述する蛍光体ホイール４で、レーザー光源１３０１からの青色光を励起光として波長変換される蛍光の波長域の光を通過する分光特性を有する。λ／４波長板１３０７は、入射したレーザー光源１３０１から青色光の偏光方向を回旋し、円偏光に変化させる。

λ／４波長板１３０７を出射した光は、凸レンズ１３０８へと入射し、後段の凸レンズ１３０９との組み合わせで、蛍光体ホイール４に設けられたリングの一部の表面に反射膜４０８を設けた波長変換素子１０１へと入射する。蛍光体ホイール４には、モータ４０９が設けられており、その回転軸を中心に、凸レンズ１３０８、１３０９で集光された青色の励起光が、リング状の波長変換素子１０１と反射膜４０８が配置された半径領域へと入射するように配置されている。

まず、凸レンズ１３０８、１３０９で、蛍光体ホイール４の波長変換素子１０１上に集光された青色光は、蛍光に波長変換されるとともに、光の進行方向が１８０度変更されて、再び、凸レンズ１３０９、１３０８にこの順で入射し、平行光化される。ここでの波長変換される蛍光は、レーザー光源１３０１から出射される青色光と組み合わせて、例えば、白色光を構成するように波長領域が最適化されている。

凸レンズ１３０８を出射し平行光化された蛍光は、λ／４波長板１３０７を通過し、光軸に対して４５度の角度に配置された分光特性付きミラー１３０６へと再び入射する。分光特性付きミラー１３０６は、前述の通り、蛍光の波長領域の光を透過する特性を有しているので、λ／４波長板１３０７を通過した蛍光は光の方向をそのまま変更せずに通過する。

次に、蛍光体ホイール４の反射膜４０８に集光されたレーザー光源１３０１からの青色光は、蛍光体ホイール４を反射し、その進行方向を１８０度変更され、凸レンズ１３０９、１３０８に入射し平行化される。

凸レンズ１３０９、１３０８で平行光化した青色光はλ／４波長板１３０７に入射し、その偏光方向を回旋し、Ｐ偏光に変換される。

λ／４波長板１３０７を出射したＰ偏光の青色光が、光軸に対して４５度の角度に配置された分光特性付きミラー１３０６に入射する。分光特性付きミラー１３０６は、レーザー光源１３０１から出射された青色光の波長領域のＳ偏光の光は反射し、青色光の波長領域のＰ偏光の光と蛍光体ホイール４で波長変換された蛍光の波長領域の光を透過する特性を有している。そのため、λ／４波長板１３０７を出射したＰ偏光の青色光は凸レンズ１３１０に入射する。

凸レンズ１３１０には、蛍光体ホイール４の回転に応じて、蛍光と青色光が時系列に入射し、集光され、後段のカラーフィルター付きホイール１３１１に入射する。カラーフィルター付きホイール１３１１は蛍光体ホイール４と図示されていない同期回路を用いて同期されており、光学系の特性に合わせて、青色光および蛍光の一部もしくは全波長域を透過するような特性を有する複数のフィルターで構成されている。

蛍光体ホイール４から、例えば黄色の蛍光が発光されている時間帯に対して、蛍光の波長域をそのまま透過する領域、蛍光の中で赤色の部分の光を反射し緑色の光を透過する領域、蛍光の中で緑色の部分の光を反射し赤色の光を透過する領域などのうち、少なくとも一つの領域を有するカラーフィルター付きホイール１３１１が同期して回転している。また、蛍光体ホイール４の反射膜４０８で反射された青色光には、蛍光の波長域をそのまま透過するカラーフィルター付きホイール１３１１の領域が対応することで、ロッドインテグレータ１３１２の入射端近傍に、時系列に光の波長域の異なる色光が集光する。ロッドインテグレータ１３１２に入射した光は、ロッドインテグレータで均一化され、均一化された光が出射端から出射される。

なお、本実施の形態では、カラーフィルター付きホイール１３１１は、ロッドインテグレータ１３１２の前に配置されているが、ロッドインテグレータ１３１２の後に配置されていても良い。

[１－２－２．効果など]
光源装置９では、蛍光体ホイール１に波長変換素子１０１を用いている。そのため、レーザー光源９０１からの青色光の入射する側に設けられた大粒径の蛍光体粒子１１１ａで、蛍光体への吸収効率が最大化し、続いて、蛍光体領域の厚み方向で中間に位置する小粒径の蛍光体粒子１１２ａで結合効率を最大化し、最後に蛍光体領域の厚み方向で最も基板側にある大粒径の蛍光体粒子１１３ａで熱伝導性を向上し温度消光を低減し、蛍光効率を最大化する。そのことにより、吸収効率×結合効率×蛍光効率で表される効率を最大化することが可能となる。

光源装置１１、１３でも、それぞれの蛍光体ホイール３、４に波長変換素子１０１を用いているため、光源装置９と同じく効率を最大化することができる。

波長変換素子１０２を用いた第１～３の蛍光体ホイールを用いて第１～３の光源装置を構成した場合においても、波長変換素子１０１を用いた第１～３の光源装置である上記光源装置９、１１、１３と同様に、吸収効率×結合効率×蛍光効率で表される効率を最大化することが可能となる。

[１－３－１．光源装置を備える投写型映像表示装置]
リング形状の波長変換素子１０１を用いた第１の蛍光体ホイールを用いた第１の光源装置を用いた投写型映像表示装置１０の構成について説明する。

まず、図１２に第１の光源装置としての光源装置９を用いた投写型映像表示装置１０の構成を示す。

なお、リング形状の波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール１を用いた光源装置９については、前述しているため、その説明は省略する。

ロッドインテグレータ９１０を出射した光は、凸レンズ１０３１、１０３２、１０３３で構成されるリレーレンズ系で、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１０４１、１０４２、１０４３へと写像する。

凸レンズ１０３１、１０３２、１０３３で構成されたリレーレンズ系を出射した光は、微小ギャップ１０３５を設けた全反射プリズム１０３４に入射する。リレーレンズ系を出射し、全反射プリズム１０３４に全反射角以上の角度で入射した光は、微小ギャップ１０３５で反射し光の進行方向を変えて、微小ギャップ１０３７を設けた３つのガラスブロックで構成されたカラープリズム１０３６に入射する。

カラープリズム１０３６の第１のガラスブロックに全反射プリズム１０３４から入射した青色光と蛍光光のうち青色光は、まず微小ギャップの１０３７の前段に設けられた青色反射の特性を有する分光特性付き反射膜で反射し、その進行方向を変え、全反射プリズムへと進行し、全反射プリズム１０３４とカラープリズム１０３６との間に設けられた微小ギャップに全反射角以上の角度で入射し、青色の映像を表示するＤＭＤ１０４３に入射する。

続いて、微小ギャップを通過した蛍光光のうち赤色光は、カラープリズム１０３６の第２と第３のガラスブロックの間に設けられた、赤色の波長領域の光を反射し、緑色の光を通過する分光特性を有する分光特性付き反射膜で反射され、第１のガラスブロック側へとその進行方向を変える。

光の進行方向を変えた赤色光は、カラープリズム１０３６の第１と第２のガラスブロックの間に設けた微小ギャップ１０３７で再び反射し、その光の進行方向を変えて赤色用のＤＭＤ１０４２に入射する。

また、微小ギャップを通過した蛍光光のうち緑色光は、カラープリズムの第２と第３のガラスブロックの間に設けられた赤色の波長領域の光を反射し、緑色の光を通過する分光特性を有する分光特性付き反射膜を通過し、第３のガラスブロックへとそのまま進行し、そのまま緑色用ＤＭＤ１０４１へ入射する。

ＤＭＤ１０４１、１０４２、１０４３は、図示しない映像回路から、各色の映像信号に応じて画素ごとにミラーの方向を変えることで、光の進行方向を変更する。

まず、緑色用のＤＭＤ１０４１で映像信号に応じて光の進行方向を変更した緑色光は、カラープリズム１０３６の第３のガラスブロックに入射し、カラープリズム１０３６の第３と第２のガラスブロックの間に設けられた分光特性付き反射膜を通過する。

続いて、赤色用のＤＭＤ１０４２で映像信号に応じて光の進行方向を変更した赤色光は、カラープリズム１０３６の第２のガラスブロックに入射し、カラープリズム１０３６の第２と第１のガラスブロックの間に設けられた微小ギャップ１０３７に全反射角以上の角度で入射することで反射する。その後、赤色光は、カラープリズムの第３のガラスブロックへ光の進行方向を変えて、カラープリズム１０３６の第２と第３のガラスブロック間に設けられた、分光特性付き反射膜で反射し、その光の進行方向を変え、緑色の光と合成される。

分光特性付き反射膜で合成された光は、カラープリズム１０３６の第１のガラスブロック側に進行し、カラープリズム１０３６の第２と第１のガラスブロックの間に設けられた微小ギャップ１０３７に全反射角以下の角度で入射することで透過する。

さらに、青色用のＤＭＤ１０４３で映像信号に応じて光の進行方向を変更した青色光は、カラープリズム１０３６の第１のガラスブロックを入射し、全反射プリズム１０３４側に進行し、全反射プリズム１０３４とカラープリズム１０３６と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、カラープリズム１０３６の第２のガラスブロック側に進行する。その後、青色光は、カラープリズム１０３６の第１と第２のガラスブロックの間に設けられた微小ギャップ１０３７の前の第１のガラスブロック側に設けられた分光特性付きミラーで反射し、全反射プリズム１０３４側に光の進行方向を変え、緑色ＤＭＤ１０４１と赤色ＤＭＤ１０４２からの光と合成され、全反射プリズム１０３４へ入射する。

全反射プリズム１０３４に入射したＤＭＤ１０４１、１０４２、１０４３からの光は、全反射プリズム１０３４の微小ギャップ１０３５に全反射角以下の角度で入射することで透過し、投写レンズ１０５１へと入射し、図示しないスクリーンへと照射される。

次に、図１４に第２の光源装置としての光源装置１１を用いた投写型映像表示装置１２の構成を示す。

なお、セグメント形状の波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール２を用いた光源装置１１については、前述しているため、説明を省略する。

ロッドインテグレータ１１１１を出射した光は、凸レンズ１２３１、１２３２、１２３３で構成されるリレーレンズ系で、後述するＤＭＤ１２４１へと写像する。

凸レンズ１２３１、１２３２、１２３３を通過して全反射プリズム１２３４に入射した光は、全反射プリズム１２３４の微小ギャップ１２３５に全反射角以上の角度で入射し、反射することで光の進行方向を変えてＤＭＤ１２４１に入射する。

ＤＭＤ１２４１は、蛍光体ホイール３とカラーフィルター付きホイール１１１０の組み合わせで出射される色光に同期した図示しない映像回路からの信号に応じて、微小ミラーの方向を変えて光の進行方向を変えて出射する。

ＤＭＤ１２４１で映像信号に応じて光の進行方向が変わった光は、全反射プリズム１２３４に入射し、全反射プリズム１２３４の微小ギャップ１２３５に全反射角度以下の角度で入射することで、そのまま透過して、投写レンズ１２５１に入射し、図示しないスクリーンに投写される。

最後に、図１６に第３の光源装置としての光源装置１３を用いた投写型映像表示装置１４の構成を示す。

なお、リング形状の波長変換素子１０１を用い表面に反射膜４０８を設けた蛍光体ホイール３を用いた光源装置１３については、前述しているため、説明を省略する。

ロッドインテグレータ１３１２を出射した光は、凸レンズ１４３１、１４３２、１４３３で構成されるリレーレンズ系で、後述するＤＭＤ１４４１へと写像する。

凸レンズ１４３１、１４３２、１４３３を通過して全反射プリズム１４３４に入射した光は、全反射プリズム１４３４の微小ギャップ１４３５に全反射角以上の角度で入射し、反射することで光の進行方向を変えてＤＭＤ１４４１に入射する。

ＤＭＤ１４４１は、蛍光体ホイール４とカラーフィルター付きホイール１３１１の組み合わせで出射される色光に同期した図示しない映像回路からの信号に応じて、微小ミラーの方向を変えて光の進行方向を変えて出射する。

ＤＭＤ１４４１で映像信号に応じて光の進行方向が変わった光は、全反射プリズム１４３４に入射し、全反射プリズム１４３４の微小ギャップ１４３５に全反射角度以下の角度で入射することで、そのまま透過して、投写レンズ１４５１に入射し、図示しないスクリーンに投写される。

[１－３－２．効果など]
光源装置９を用いた投写型映像表示装置１０では、蛍光体ホイール１に波長変換素子１０１を用いている。そのため、レーザー光源９０１からの青色光の入射する側に設けられた大粒径の蛍光体粒子１１１ａで吸収効率が最大化し、続いて、蛍光体領域の厚み方向で中間に位置する小粒径の蛍光体粒子１１２ａで結合効率を最大化し、最後に蛍光体領域の厚み方向で最も基板側にある大粒径の蛍光体粒子１１３ａで熱伝導性を向上し温度消光を低減し、蛍光効率を最大化する。そのことにより、吸収効率×結合効率×蛍光効率で表される効率を最大化することが可能となる。

光源装置１１、１３を用いた投写型映像表示装置１２、１４でも、それぞれの蛍光体ホイール２、３に波長変換素子１０１を用いているため、投写型映像表示装置１０と同じく効率を最大化することができる。

（実施の形態２）
[２－１－１－１．波長変換素子の構成]
以下、実施の形態２にかかる波長変換素子の構成について詳細に説明する。図８は、実施の形態２における波長変換素子の構成図であり、図８の（ａ）は実施の形態２の第１の波長変換素子の断面図、図８の（ｂ）は実施の形態２の第２の波長変換素子の断面図、図８の（c）は波長変換素子の平面図を示す。

図８の（ａ）に示す通り、実施の形態２の第１の波長変換素子である波長変換素子６０１は、蛍光体粒子６１１ａからなる第１蛍光体領域６１１、および蛍光体粒子６１２ａからなる第２蛍光体領域６１２が積層されてなる２層からなる蛍光体領域で構成されている。図８に示されるように、蛍光体領域の厚み方向に粒径の異なる蛍光体粒子が配置されるが、ここでは、表面側（図８の（ａ）の上側）の蛍光体粒子６１１ａの粒径が、裏面側（図８の（ａ）の下側）の蛍光体粒子６１２ａの粒径よりも大きくなっている。

図８の（ｂ）に示す通り、実施の形態２の第２の波長変換素子である波長変換素子６０２は、粒径の異なる蛍光体粒子６２１ａ、６２２ａを、例えばシリコーンなどのバインダ６２４に充填して、第１蛍光体領域６２１、第２蛍光体領域６２２として構成されている。図８に示されるように、波長変換素子６０１と同じく、蛍光体領域の厚み方向に粒径の異なる蛍光体粒子が配置されるが、ここでは、表面側（図８の（ｂ）の上側）の蛍光体粒子６２１ａの粒径が、裏面側（図８の（ｂ）の下側）の蛍光体粒子６２２ａの粒径よりも大きくなっている。

図８の（ｃ）は、波長変換素子６０１、６０２を用いて、蛍光体リングを作成したときの平面図である。ここでは、以下の説明のためにリング形状としたが、リングの一部が欠落したセグメント形状でも良いし、四角形などの多角形形状でも良い。

[２－１－１－２．波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの構成]
以下、図８の（ｃ）に示す波長変換素子６０１、６０２で形成した蛍光体リングを用いて、蛍光体ホイールの構成を説明する。

図９に、実施の形態２の波長変換素子６０１、６０２を用いた第１と第２の蛍光体ホイールを示す。図９の（ａ）は波長変換素子６０１、６０２を用いた第１と第２の蛍光体ホイールの平面図、図９の（ｂ）は波長変換素子６０１を用いた第１の蛍光体ホイールの断面図、図９の（ｃ）は波長変換素子６０２を用いた第２の蛍光体ホイールの断面図である。

図９に示される波長変換素子６０１を用いた第１の蛍光体ホイールとしての蛍光体ホイール７は、粒径が大きい方の蛍光体粒子６１１ａからなる第１蛍光体領域６１１側が、励起光Ｌの入射側に配置される。同様に、波長変換素子６０２を用いた第２の蛍光体ホイールとしての蛍光体ホイール７は、粒径が大きい方の蛍光体粒子６２１ａからなる第１蛍光体領域６２１側が、励起光Ｌの入射側に配置される。

まず、図９の（ａ）、（ｂ）を参照し、波長変換素子６０１を用いた蛍光体ホイール７について説明する。図９の（ｂ）に示すように、蛍光体ホイール７は、表面に反射防止膜７０３を設けた波長変換素子６０１を用いた蛍光体リングと、表面に反射層７０６を設けた基板７０５とを有し、反射層７０６と蛍光体リングとの間には、熱伝導性と反射率を向上する含有粒子７４１が充填されたシリコーン層７０４を設けている。基板７０５にはモータ取付け孔７０７が設けられている。

蛍光体リングとして構成された波長変換素子６０１は、粒径の異なる蛍光体粒子６１１ａ、６１２ａで構成されており、蛍光体領域の厚み方向に蛍光体粒子の粒径が異なる。ここでは、表面側の蛍光体粒子６１１ａは、基板７０５側の蛍光体粒子６１２ａに対して粒径が大きくなっている。

次に、図９の（ａ）、（ｃ）を参照し、波長変換素子６０２を用いた蛍光体ホイール７の構成について説明する。

図９の（ｃ）に示すように、蛍光体ホイール７は、表面に反射防止膜７０３を設けた波長変換素子６０２を用いた蛍光体リングと、表面に反射層７０６を設けた基板７０５とを有し、反射層７０６と蛍光体リングとの間には、熱伝導性と反射率を向上する含有粒子７４１が充填されたシリコーン層７０４を設けている。

蛍光体リングとして構成された波長変換素子６０２は、粒径の異なる蛍光体粒子６２１ａ、６２２ａと、例えばシリコーンで構成されるバインダ６２４で構成されており、蛍光体領域の厚み方向に蛍光体粒子の粒径が異なる。ここでは、表面側の蛍光体粒子６２１ａは、基板７０５側の蛍光体粒子６２２ａに対して粒径が大きくなっている。

図１０に、実施の形態２の波長変換素子６０１、６０２を用いた第３と第４の蛍光体ホイールを示す。図１０の（ａ）は波長変換素子６０１、６０２を用いた第３と第４の蛍光体ホイールの平面図、図１０の（ｂ）は波長変換素子６０１を用いた第３の蛍光体ホイールの断面図、図１０の（ｃ）は波長変換素子６０２を用いた第４の蛍光体ホイールの断面図である。

図１０に示される波長変換素子６０１を用いた第３の蛍光体ホイールとしての蛍光体ホイール８は、粒径が小さい方の蛍光体粒子６１２ａからなる第２蛍光体領域６１２側が、励起光Ｌの入射側に配置される。同様に、波長変換素子６０２を用いた第４の蛍光体ホイールとしての蛍光体ホイール８は、粒径が小さい方の蛍光体粒子６２２ａからなる第２蛍光体領域６２２が、励起光Ｌの入射側に配置される。

まず、図１０の（ａ）、（ｂ）を参照し、波長変換素子６０１を用いた蛍光体ホイール８の構成について説明する。図１０の（ｂ）に示すように、蛍光体ホイール８は、表面に反射防止膜８０３を設けた波長変換素子６０１を用いた蛍光体リングと、表面に反射層８０６を設けた基板８０５とを有し、反射層８０６と蛍光体リングとの間には、熱伝導性と反射率を向上する含有粒子８４１が充填されたシリコーン層８０４を設けている。基板８０５にはモータ取付け孔８０７が設けられている。

蛍光体リングとして構成された波長変換素子６０１は、粒径の異なる蛍光体粒子６１１ａ、６１２ａで構成されており、蛍光体領域の厚み方向に蛍光体粒子の粒径が異なる。ここでは、表面側の蛍光体粒子６１２ａは、基板８０５側の蛍光体粒子６１１ａに対して粒径が小さくなっている。

次に、図１０の（ａ）、（ｃ）を参照し、波長変換素子６０２を用いた蛍光体ホイール８の構成について説明する。

図１０の（ｃ）に示すように、蛍光体ホイール８は、表面に反射防止膜８０３を設けた波長変換素子６０２を用いた蛍光体リングと、表面に反射層８０６を設けた基板８０５とを有し、反射層８０６と蛍光体リングとの間には、熱伝導性と反射率を向上する含有粒子８４１が充填されたシリコーン層８０４を設けている。

蛍光体リングとして構成された波長変換素子６０２は、粒径の異なる蛍光体粒子６２１ａ、６２２ａと、例えばシリコーンで構成されるバインダ６２４で構成されており、蛍光体領域の厚み方向に蛍光体粒子の粒径が異なる。ここでは、表面側の蛍光体粒子６２２ａは、基板８０５側の蛍光体粒子６２１ａに対して粒径が小さくなっている。

[２－１－２．効果など]
波長変換素子６０１、６０２を用いた蛍光体ホイール７のように、粒径の異なる２種の蛍光体粒子を蛍光体領域の厚み方向に、表面側に粒径の大きな蛍光体粒子を基板側に粒径の小さい蛍光体粒子を配置すると、これによって、粒径の大きな蛍光体粒子のみで構成された蛍光体ホイールに対し結合効率が改善し、粒径の小さな蛍光体粒子のみで構成された蛍光体ホイールに対し吸収効率が改善されて、効率が改善される。

また、波長変換素子６０１、６０２を用いた蛍光体ホイール８のように、表面側に粒径の小さい蛍光体粒子を基板側に粒径の大きい蛍光体粒子を配置すると、これによって、粒径の大きな蛍光体粒子のみで構成された蛍光体ホイールに対し結合効率が改善し、粒径の小さな蛍光体粒子のみで構成された蛍光体ホイールに対し熱伝導特性が改善されて蛍光効率が改善される。

併せて、実施の形態１の蛍光体ホイールが粒径の異なる３種の蛍光体粒子で構成されるのに対し、実施の形態２の蛍光体ホイールは粒径の異なる２種の蛍光体粒子で構成されることで、その製造が容易になるという利点も有している。

[２－２－１．蛍光体ホイールを備える光源装置の構成]
実施の形態２の波長変換素子を、実施の形態１の第１～第３の蛍光体ホイールに用いた波長変換素子と置き換えることで、図１１、図１３、図１５に示した第１～第３の光源装置を構成することができる。この場合の光源装置の挙動は実施の形態１の光源装置と同一であるため、説明を省略する。

[２－２－２．効果など]
実施の形態２の波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの効果の項目で説明したとおり、粒径の異なる２種の蛍光体粒子を蛍光体領域の厚み方向に配置することによって、粒径の大きな蛍光体粒子のみで構成された蛍光体ホイールを用いた光源装置に対し、結合効率が改善する。また、粒径の小さな蛍光体粒子のみで構成された蛍光体ホイールを用いた光源装置に対し、大きい蛍光体粒子を表面側に配置したものは吸収効率が改善され、小さい蛍光体粒子を表面側に配置されたものは熱伝導性が改善されて、蛍光効率が改善される。

[２－３－１．光源装置を備える投写型映像表示装置の構成]
実施の形態２の波長変換素子を、実施の形態１の第１～第３の蛍光体ホイールに用いた波長変換素子と置き換えることで、図１２、図１４、図１６の第１～第３の光源装置を用いた投写型映像表示装置を構成することができる。

[２－３－２．効果など]
実施の形態２の波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの効果の項目で前述したとおり、粒径の異なる２種の蛍光体粒子を蛍光体領域の厚み方向に配置することによって、粒径の大きな蛍光体粒子のみで構成された蛍光体ホイールを用いた光源装置を用いた投写型映像表示装置に対し、結合効率が改善する。また、粒径の小さな蛍光体粒子のみで構成された蛍光体ホイールを用いた光源装置を用いた投写型映像表示装置に対し、吸収効率が改善されて、効率が改善される。

（実施の形態３）
[３－１．波長変換素子の構成]
以下、実施の形態３における波長変換素子の構成を説明する。図１７は、実施の形態３における波長変換素子の構成を示す図であり、図１７の（ａ）は波長変換素子３０１の断面図を、図１７の（ｂ）は波長変換素子３０２の断面図を、図１７の（ｃ）は、波長変換素子３０１、３０２を用いて形成された蛍光体リングの平面図を示している。

図１７の（ａ）に示す波長変換素子３０１は、蛍光体粒子３１１ａからなる第１蛍光体領域３１１、蛍光体粒子３１２ａからなる第２蛍光体領域３１２および蛍光体粒子３１３ａからなる第３蛍光体領域３１３が積層されてなる３層の蛍光体領域で構成されている。図１７の（ａ）に示されるように、蛍光体領域の厚み方向に粒径の異なる蛍光体粒子が配置されるが、ここでは、中間に配置された第２蛍光体領域３１２を構成する蛍光体粒子３１２ａの粒径が、表面側（図１７の（ａ）の上側）の第１蛍光体領域３１１の蛍光体粒子３１１ａおよび裏面側（図１７の（ｂ）の下側）の第３蛍光体領域３１３の蛍光体粒子３１３ａの粒径よりも大きい。

ここで、第１蛍光体領域３１１の蛍光体粒子３１１ａと第３蛍光体領域３１３の蛍光体粒子３１３ａは、異なっても良いし同じでも良い。

図１７の（ｂ）に示す波長変換素子３０２は、蛍光体粒子３２１ａからなる第１蛍光体領域３２１、蛍光体粒子３２２ａからなる第２蛍光体領域３２２および蛍光体粒子３２３ａからなる第３蛍光体領域３２３が、シリコーンなどのバインダ３２４が介在されて積み重なる３層の蛍光体領域で構成されている。図１７の（ｂ）に示されるように、蛍光体領域の厚み方向に粒径の異なる蛍光体粒子が配置されるが、ここでは、中間に配置された第２蛍光体領域３２２を構成する蛍光体粒子３２２ａの粒径が、表面側（図１７の（ｂ）の上側）の第１蛍光体領域３２１の蛍光体粒子３２１ａおよび裏面側（図１７の（ｂ）の下側）の第３蛍光体領域３２３の蛍光体粒子３２３ａの粒径よりも大きい。

ここで、第１蛍光体領域３２１の蛍光体粒子３２１ａと第３蛍光体領域３２３の蛍光体粒子３２３ａは、異なっても良いし同じでも良い。

以上のとおり、波長変換素子３０１、３０２は、中間に配置される第２蛍光体領域の蛍光体粒子の粒径が他の領域の蛍光体粒子の粒径より大きい点で、中間に配置される第２蛍光体領域の蛍光体粒子の粒径が他の領域の蛍光体粒子の粒径より小さい実施の形態１の波長変換素子１０１、１０２と異なる。

図１７の（ｃ）に示されるように、波長変換素子３０１、３０２はリング形状を有するが、蛍光体リングの形状は、リングの一部が欠落したセグメント形状でも良いし、四角形などの多角形形状でも良い。

[３－２．波長変換素子を用いた蛍光体ホイール、光源装置および投写型映像表示装置]
波長変換素子３０１、３０２を実施の形態１の波長変換素子１０１と置き換えることにより、実施の形態１と同様に、波長変換素子３０１、３０２を用いた第１～３の蛍光体ホイールを構成することができる。

また、実施の形態１で説明した投写型映像表示装置の第１～３の光源装置に用いる第１～３の蛍光体ホイールとして、波長変換素子３０１、３０２を用いた第１～３の蛍光体ホイールを用いることができる。

[３－３．効果など]
上記のように、実施の形態３の波長変換素子３０１、３０２は、粒径の小さい蛍光体粒子を励起光のLの入射側に配置しているので、実施の形態１の波長変換素子に対して結合効率が改善する傾向を示す。そのため、投写型映像表示装置の後段の光学系を小型化する場合などに適している。

本開示は、投写型映像表示装置の光源装置に適用可能である。

１、２、３、４、５、７、８ 蛍光体ホイール
９、１１、１３ 光源装置
１０、１２、１４ 投写型映像表示装置
１０１、１０２、２０１、２０２、３０１、３０２、６０１、６０２ 波長変換素子
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、７０３、８０３ 反射防止膜
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、７０４、８０４ シリコーン層
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、７０５、８０５ 基板
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、７０６、８０６ 反射層
１０７、２０７、３０７、４０７、５０７、７０７、８０７ モータ取付け孔
１０９、３０９、４０９ モータ
１１１、１２１、３１１、３２１、６１１、６２１ 第１蛍光体領域
１１２、１２２、３１２、３２２、６１２、６２２ 第２蛍光体領域
１１３、１２３、３１３、３２３ 第３蛍光体領域
１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、２１１ａ、２２１ａ、３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、６１１ａ、６１２ａ、６２１ａ、６２２ａ 蛍光体粒子
１２４、３２４、６２４ バインダ
１４１、３４１、４４１、５４１、７４１、８４１ 含有粒子
２１１、２２１ 蛍光体領域
３０８ 開口部
４０８ 反射膜
９０１、９２１、１１０１、１３０１ レーザー光源
９０２、９２２、１１０２、１３０２ コリメータレンズ
９０３、９０７、９０８、９０９、９２３、１１０３、１１０７、１１０８、１１０９、１１２１、１１２２、１１２４、１１２６、１１２８、１３０３、１３０８、１３０９、１３１０、１０３１、１０３２、１０３３、１２３１、１２３２、１２３３、１４３１、１４３２、１４３３ 凸レンズ
９０４、９２４、１１０４、１３０４ 拡散板
９０５、９２５、１１０５、１３０５ 凹レンズ
９０６、１１０６、１３０６ 分光特性付きミラー
９１０、１１１１、１３１２ ロッドインテグレータ
１０４１、１０４２、１０４３、１２４１、１４４１ ＤＭＤ
１０３４、１２３４、１４３４ 全反射プリズム
１０３５、１０３７、１２３５、１４３５ 微小ギャップ
１０３６ カラープリズム
１１１０、１３１１ カラーフィルター付きホイール
１１２３、１１２５、１１２７ 反射ミラー
１０５１、１２５１、１４５１ 投写レンズ
１３０７ λ／４波長板

Claims (8)

1. 第１蛍光体領域と、
   前記第１蛍光体領域の厚み方向に配置され、前記第１蛍光体領域に位置する蛍光体粒子の粒径と異なる粒径の蛍光体粒子が位置する第２蛍光体領域と、
   前記第１蛍光体領域の厚み方向に配置されるシリコーン層と、
   前記第１蛍光体領域及び前記シリコーン層の厚み方向に配置される反射層と、
   前記第２蛍光体領域が中間に配置されるように、前記第１蛍光体領域の厚み方向に配置される第３蛍光体領域と、を備え、
   前記第２蛍光体領域に位置する蛍光体粒子の粒径が、前記第１蛍光体領域および前記第３蛍光体領域に位置する蛍光体粒子の粒径よりも大きい、波長変換素子。
2. 前記第１蛍光体領域および前記第３蛍光体領域は実質的に同じ粒径の蛍光体粒子が位置する、
   請求項１に記載の波長変換素子。
3. 請求項１または２に記載の波長変換素子と、
   前記波長変換素子が設けられる基板と、
   前記基板を回転駆動するモータと、
   を備えた蛍光体ホイール。
4. 前記波長変換素子は、リング形状を有する、
   請求項３に記載の蛍光体ホイール。
5. 前記波長変換素子はリング形状の一部が欠落した欠落部を有するセグメント形状である、
   請求項３に記載の蛍光体ホイール。
6. 前記基板は前記欠落部に対応する開口部を有し、
   前記波長変換素子と前記開口部は前記蛍光体ホイールの回転中心から実質的に同一距離に配置されている、
   請求項５に記載の蛍光体ホイール。
7. 請求項３から６のいずれかに記載の蛍光体ホイールを備えた、光源装置。
8. 請求項７に記載の光源装置を備えた、投写型映像表示装置。

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