JP6044674B2 - 発光素子、光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、発光素子、光源装置及びプロジェクターに関するものである。

プロジェクター用の光源としてレーザー光源が注目されている。例えば、特許文献１の光源装置は、励起光を射出する光源と、光源から射出された励起光を受けて蛍光を放射する蛍光体層と、を備えている。

特開２０１０−１６５８３４号公報

蛍光体層から発せられる蛍光は、全方位に射出される（錐台形状の透光性部材の上底面及び側面から射出される）。蛍光の射出面積（発光面積）を小さくして、エテンデューを小さくするためには、蛍光体層に励起光を集光して発光面積を小さくする必要がある。しかし、蛍光体層の微小な領域に励起光が集光すると、光飽和現象が生じたり蛍光体が高温になったりすることで発光効率が低下するおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、発光効率の低下を抑制しつつ光利用効率を高めることが可能な発光素子、光源装置を提供することを目的とする。また、このような光源装置を備えた、表示品質に優れたプロジェクターを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の発光素子は、光入射面と光射出面とを含む複数の面を有する媒体と、前記光入射面に入射した励起光を受けて前記光射出面から蛍光を放射する蛍光体と、を備え、前記複数の面のうち前記光入射面及び前記光射出面とは異なる面には、前記蛍光体から放射された前記蛍光を反射して前記光射出面に導く反射面が設けられており、前記光射出面の面積が前記光入射面の面積よりも小さくなっており、前記光入射面には、前記励起光を透過し前記蛍光を反射する波長選択反射膜が配置されており、前記光入射面のうち前記波長選択反射膜が配置されていない領域が前記光射出面としても機能することを特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明の発光素子は、光入射面と光射出面とを含む複数の面を有する媒体と、前記光入射面に入射した励起光を受けて前記光射出面から蛍光を放射する蛍光体と、を備え、前記複数の面のうち前記光入射面及び前記光射出面とは異なる面には、前記蛍光体から放射された前記蛍光を反射して前記光射出面に導く反射面が設けられており、前記光射出面の面積が前記光入射面の面積よりも小さくなっており、前記光入射面には、前記励起光を透過し前記蛍光を反射する波長選択反射膜が配置されている。さらに、前記光入射面のうち前記波長選択反射膜が配置されていない領域が前記光射出面としても機能してもよいし、前記光入射面と前記光射出面とは互いに交差する方向に延在していてもよい。

特許文献１の構成では、蛍光体層に励起光が入射した部分全体から蛍光が射出される。
そのため、蛍光体層に励起光が入射する光入射面と蛍光体層から光が射出される光射出面の面積が等しい。そのため、発光面積（光射出面の面積）を小さくするためには、励起光を集光して光入射面の面積を小さくする必要があった。これに対して、本発明の構成では、蛍光体から放射された光を反射面で反射して光入射面よりも面積の小さい光射出面に導いているので、励起光が入射する光入射面の面積を大きくして、蛍光体に入射する光の密度を小さくすることができる。よって、発光効率の低下を抑制しつつエテンデューを低減して光利用効率を高めることができる。

前記発光素子において、前記光入射面には、前記励起光を透過し前記蛍光を反射する波長選択反射膜が配置されていてもよい。

この発光素子によれば、反射面で反射されて光入射面に向かう蛍光を光射出面側に反射することができる。よって、蛍光として取り出される光の量を多くすることができる。

前記発光素子において、前記蛍光体は、蛍光体粒子として前記媒体の内部に分散されていてもよい。

この発光素子によれば、蛍光体が媒体の内部に偏って配置されている場合に比べて、励起光を各蛍光体粒子に均一に入射させることができる。

前記発光素子において、前記波長選択反射膜の前記媒体と対向する面とは反対側の面に接して、前記励起光を透過する光透過部材を配置してもよい。また、前記光透過部材の熱伝導率は、前記波長選択反射膜の熱伝導率よりも大きくてもよい。

この発光素子によれば、光入射面に入射した励起光を受けて蛍光体が発熱した場合でも、蛍光体が発する熱は、媒体、波長選択反射膜及び光透過部材を介して外部に放熱される。よって、蛍光体が高温になることを抑制し、発光効率の低下を抑制することができる。

前記発光素子において、前記励起光の入射光軸と直交する前記媒体の断面の面積は、前記光入射面から遠ざかるに従って徐々に小さくなっていてもよい。

この発光素子によれば、蛍光体から放射された蛍光が反射面を介して光射出面に導かれやすくなる。

前記発光素子において、前記媒体は、前記光入射面を下底面、前記光射出面を上底面、前記反射面を側面とする錐台の形状を有していてもよい。

この発光素子によれば、蛍光体から放射された蛍光が反射面を介して光射出面に導かれやすくなる。

前記発光素子において、前記反射面には、前記媒体を保持する保持部材が配置されていてもよい。

この発光素子によれば、媒体が軟らかい材料（樹脂など）からなる場合であっても、媒体が変形しないよう媒体を保持することができる。

前記発光素子において、前記保持部材の前記媒体側の面は、前記反射面となっていてもよい。

この発光素子によれば、媒体の側面に反射膜などを蒸着させる必要がない。よって、製造工程の簡略化を図ることができる。

前記発光素子において、前記保持部材の熱伝導率は、前記媒体の熱伝導率よりも大きくてもよい。

この発光素子によれば、光入射面に入射した励起光を受けて蛍光体が発熱した場合でも、蛍光体が発する熱は、媒体、保持部材を介して外部に放熱される。よって、蛍光体が高温になることを抑制し、発光効率の低下を抑制することができる。

前記発光素子において、前記媒体は、前記光入射面を側面、前記光射出面を上底面、前記反射面を下底面とする錐台の形状を有しており、前記上底面が、前記励起光と前記蛍光の双方を透過し、前記光入射面としても機能してもよい。

この発光素子によれば、反射型の発光素子を実現することができる。

前記発光素子において、前記媒体は、前記光入射面を第１の側面、前記光射出面を第２の側面、前記反射面を第３の側面とする三角柱の形状を有していてもよい。

この発光素子によれば、三角形の各頂角の角度を自由に調整することで、所望の方向に光を取り出すことができる。よって、光学部材の配置設計の自由度が高まる。

前記発光素子において、前記媒体は、前記光入射面を第１の側面、前記光射出面を第２の側面、前記反射面を第３の側面及び第４の側面とする四角柱の形状を有していてもよい。

この発光素子によれば、四角形の各頂角の角度を自由に調整することで、所望の方向に光を取り出すことができる。よって、光学部材の配置設計の自由度が高まる。

前記発光素子において、前記媒体はガラスであってもよい。

この発光素子によれば、媒体が高い耐熱性を有するので、光入射面に入射した光の熱によって媒体が劣化しにくい。よって、信頼性の向上を図ることができる。

本発明の光源装置は、上述した発光素子と、前記発光素子の前記光入射面に前記励起光を入射させる励起光源と、を備えていることを特徴とする。

この光源装置によれば、上述した発光素子を備えているので、発光効率の低下を抑制しつつ光利用効率を高めることが可能な光源装置を提供することができる。

本発明のプロジェクターは、上述した光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。

このプロジェクターによれば、上述した光源装置を備えているので、表示品質に優れたプロジェクターを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る発光素子を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る発光素子の製造工程を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る発光素子を示す模式図である。 発光素子の第１変形例を示す模式図である。 発光素子の第２変形例を示す模式図である。 発光素子の第３変形例を示す模式図である。 発光素子の第４変形例を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

以下の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクター１０００の光学系を示す模式図である。なお、図１において、符号１００ａｘは照明光軸（光源装置１００から色分離導光光学系２００に向けて射出される光の光軸）である。なお、光軸とは、光学系において、系全体を透過する光束の代表となる仮想的な光線を指すものとする。また、照明光軸と平行な方向をＹ軸とする。

図１に示すように、プロジェクター１０００は、光源装置１００と、色分離導光光学系２００と、光変調装置としての液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ, 液晶光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００と、を具備して構成されている。

光源装置１００は、励起光源３０、集光光学系４０、発光素子１、コリメート光学系６０、インテグレーター光学系１１０、偏光変換素子１２０、重畳レンズ１３０がこの順に配置された構成になっている。

励起光源３０は、後述する発光素子１が備える蛍光物質を励起させる励起光として、青色（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）のレーザー光を射出する。なお、励起光源３０は、複数（図では３つ）備えることとしても良く、１つだけ励起光源を用いることとしても良い。また、後述する蛍光物質を励起させることができる波長の光であれば、４４５ｎｍ以外のピーク波長を有する色光を射出する励起光源であっても構わない。

集光光学系４０は、複数の凸レンズである第１レンズ４２と、複数の第１レンズ４２を介した光が共通して入射する凸レンズである第２レンズ４４と、を備えている。集光光学系４０は、励起光源３０から射出されるレーザー光の光線軸上に配置され、複数の励起光源３０から射出された励起光を集光する。

発光素子１は、励起光源３０から射出される励起光（青色光）Ｌｂの一部を透過させるとともに、残部を吸収し黄色（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ）の蛍光（赤色光及び緑色光を含む光）に変換する機能を有する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る発光素子１を示す断面図である。なお、図２においては、媒体１０において励起光が入射する方向（Ｙ軸方向）と平行な面（ＸＹ平面）で切断した断面を示している。

図２に示すように、発光素子１は、媒体１０と、蛍光体１１と、反射膜１２と、波長選択反射膜１３と、反射防止膜１４，１６と、光透過部材１５と、を備えている。

媒体１０は、光入射面１０ｆ１と光射出面１０ｆ２とを含む複数の面を有する。光入射面１０ｆ１は、集光光学系４０により集光された光が入射する面であり、光射出面１０ｆ２は、光（蛍光）を射出する面である。光入射面１０ｆ１は励起光を透過し、光射出面１０ｆ２は蛍光体１１から放射された蛍光を透過する。側面１０ｆ３（複数の面のうち光入射面１０ｆ１及び光射出面１０ｆ２とは異なる面）には、反射面１２ｆｒが設けられている。光射出面１０ｆ２の面積は、光入射面１０ｆ１の面積よりも小さくなっている。

なお、集光光学系４０により集光された光は、光入射面１０ｆ１の全面に入射する（集光光学系４０により集光された光が光入射面１０ｆ１に入射する部分の面積が光入射面１０ｆ１の面積と等しい）ものとする。

励起光の入射光軸（Ｙ軸）と直交する媒体１０の断面の面積は、光入射面１０ｆ１から遠ざかるに従って徐々に小さくなっている。具体的には、媒体１０は、光入射面１０ｆ１を下底面、光射出面１０ｆ２を上底面、反射面１２ｆｒ（反射膜１２が媒体１０と接する面）を側面とする錐台の形状を有する。媒体１０は四角錐台の形状を有しており、例えば光入射面１０ｆ１（下底面）の大きさは縦２ｍｍ×横２ｍｍ、光射出面１０ｆ２（上底面）の大きさは縦１ｍｍ×横１ｍｍとなっている。

媒体１０としては、光透過性を有する物質であれば、樹脂材料や無機材料など広範な種類の材料を用いることができる。なかでも、高い耐熱性を有する無機材料を好適に用いることができる。本実施形態では、媒体１０として無機物であるガラスを用いる。

蛍光体１１は、蛍光体粒子として媒体１０の内部に分散されている。蛍光体１１は、光入射面１０ｆ１に入射した励起光を受けて蛍光を放射する。蛍光体１１は、光入射面１０ｆ１に入射した青色光によって励起され、青色光を黄色光に変換して放射する。

具体的には、蛍光体１１は、励起光源３０からの青色光を黄色光に変換して射出する。
蛍光体１１は、波長が約４４５ｎｍの青色光によって効率的に励起され、黄色光（蛍光）に変換して射出する。蛍光体粒子としては、例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。例えば、平均粒径が１０μｍの（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅで示される組成のＹＡＧ系蛍光体（屈折率：約１．８）を用いることができる。

なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であっても良く、２種以上の形成材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いることとしてもよい。例えば、赤色の蛍光を発する（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕで示される組成の蛍光体等の材料と、緑色の蛍光を発する（ＹＧｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅで示される組成の蛍光体等の材料と、を混合して、用いることで、黄色光の蛍光が得られる蛍光体粒子を調整することとしてもかまわない。

ここで、蛍光体粒子の平均粒径は、レーザー回折散乱方式を測定原理とした粒度分布測定装置（例えば、ＳＡＬＤ２２００（島津製作所社製））を用いて測定することができる。本実施形態では、平均粒径としてメジアン粒径（Median Size：粒径分布の中央値）を採用した。

反射膜１２は、媒体１０の側面１０ｆ３（複数の面のうち光入射面１０ｆ１及び光入射面１０ｆ１とは異なる面）に設けられている。反射膜１２は、蛍光体１１から放射された蛍光を反射して光射出面１０ｆ２に導く反射面１２ｆｒを有する。反射膜１２の形成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。

波長選択反射膜１３は、媒体１０の光入射面１０ｆ１に設けられている。波長選択反射膜１３は、集光光学系４０により集光された光（励起光）を透過するとともに、蛍光体１１から放射された蛍光を反射する。

反射防止膜１４は、媒体１０の光射出面１０ｆ２に設けられている。これにより、媒体１０から射出される蛍光の反射を抑制することができる。なお、蛍光のみを取り出す場合には、反射防止膜１４に替えて、蛍光を透過するとともに励起光を反射する波長選択反射膜を設けてもよい。

光透過部材１５は、波長選択反射膜１３の外側（媒体１０と対向する面とは反対側）の面に接して配置されている。光透過部材１５は、励起光を透過する。また、光透過部材１５の熱伝導率は、波長選択反射膜１３の熱伝導率よりも大きくなっている。光透過部材１５の形成材料としては、例えばサファイアを用いることができる。

反射防止膜１６は、光透過部材１５の外側（波長選択反射膜１３と対向する面とは反対側）の面に設けられている。これにより、光透過部材１５に入射する励起光の反射を抑制することができる。

（発光素子の製造方法）
図３は、本発明の第１実施形態に係る発光素子の製造工程を示す図である。
先ず、図３（ａ）に示すように、光透過性の媒体１０の内部に蛍光体１１（複数の蛍光体粒子）が分散された、錐台（四角錐台など）の形状を有する部材を用意する。

次に、図３（ｂ）に示すように、媒体１０の側面１０ｆ３に、例えば蒸着により反射膜１２を形成する。

次に、図３（ｃ）に示すように、波長選択反射膜１３が形成された光透過部材１５を用意し、媒体１０を、光入射面１０ｆ１が波長選択反射膜１３の上面に接するように光透過部材１５に取り付ける。なお、本実施形態のように光透過部材１５としてサファイアを使用する場合、光透過部材１５の上面（光射出面）に、波長選択反射膜１３を周知の薄膜形成法によって形成してもよい。

次に、図３（ｄ）に示すように、媒体１０の光射出面１０ｆ２に反射防止膜１４を形成する。同様に、光透過部材１５の下面（光入射面）に反射防止膜１６を形成する。なお、媒体１０を光透過部材１５に取り付ける前に、媒体１０の光射出面１０ｆ２に反射防止膜１４を形成したり光透過部材１５の下面（光入射面）に反射防止膜１６を形成したりしてもよい。

以上の工程を経ることにより、本発明の第１実施形態に係る発光素子１が得られる。

図１に戻り、コリメート光学系６０は、発光素子１とインテグレーター光学系１１０との間の光（励起光及び蛍光）の光路上に配置されている。コリメート光学系６０は、発光素子１からの光の広がりを抑える第１レンズ６２と、第１レンズ６２から入射される光を略平行化する第２レンズ６４とを備えている。第１レンズ６２と第２レンズ６４とは凸レンズで構成されている。コリメート光学系６０は、発光素子１から射出される光を略平行化した状態でインテグレーター光学系１１０に入射させる。

インテグレーター光学系１１０は、第１フライアイレンズ１１１及び第２フライアイレンズ１１２を備えている。第１フライアイレンズ１１１及び第２フライアイレンズ１１２は、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズからなる。第１フライアイレンズ１１１は、第１フライアイレンズ１１１を構成する複数の要素レンズによってコリメート光学系６０からの光を分割して個別に集光する機能を有する。第２フライアイレンズ１１２は、第２フライアイレンズ１１２を構成する複数の要素レンズによって第１フライアイレンズ１１１からの分割光束を適当な発散角にして射出する機能を有する。インテグレーター光学系１１０は、コリメート光学系６０により合成された光の光強度分布を均一化する。

偏光変換素子１２０は、ＰＢＳ、ミラー、位相差板等を一組の要素とするアレイで形成されている。偏光変換素子１２０は、第１フライアイレンズ１１１により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える機能を有する。

重畳レンズ１３０は、偏光変換素子１２０を経た照明光を全体として適宜収束させて、液晶光変調装置４００Ｒ、 液晶光変調装置４００Ｇ、 液晶光変調装置４００Ｂの被照明領域に対する重畳照明を可能にする。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、反射ミラー２３０、 反射ミラー２４０、 反射ミラー２５０及びリレーレンズ２６０、 リレーレンズ２７０を備えている。色分離導光光学系２００は、光源装置１００からの光（第１の光、第２の光及び第３の光）を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ、 液晶光変調装置４００Ｇ、 液晶光変調装置４００Ｂに導光する機能を有する。色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂとの間には、集光レンズ３００Ｒ、集光レンズ３００Ｇ、集光レンズ３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を透過させる波長選択透過膜が形成されたミラーである。具体的には、ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を透過させ、緑色光成分及び青色光成分を反射する。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を透過させる。

反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、入射した光を反射するミラーである。具体的には、反射ミラー２３０は、ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光成分を反射する。反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光成分を反射する。

ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光は、反射ミラー２３０で反射され、集光レンズ３００Ｒを透過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、集光レンズ３００Ｇを透過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光は、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、集光レンズ３００Ｂを経て青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

リレーレンズ２６０、リレーレンズ２７０及び反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光成分を液晶光変調装置４００Ｂまで導く機能を有する。これにより、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長い場合であっても、青色光の発散等による青色光の利用効率の低下を抑制することができる。なお、他の色光（例えば赤色光）の光路の長さが青色光の光路の長さよりも長い場合は、リレーレンズ２６０、リレーレンズ２７０及び反射ミラー２４０、反射ミラー２５０を赤色光の光路に配置する構成も考えられる。

液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、光源装置１００の照明対象となる。なお、図示を省略したが、集光レンズ３００Ｒ、集光レンズ３００Ｇ、集光レンズ３００Ｂと各液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置されている。また、各液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が配置されている。これら入射側偏光板、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂ及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。

例えば、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、一対の透明基板に液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板（図示略）から射出された１種類の直線偏光の偏向方向を変調する。

クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板（図示略）から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなしている。直角プリズムを貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

本実施形態の発光素子１によれば、蛍光体１１から放射された光を反射面１２ｆｒで反射して光入射面１０ｆ１よりも面積の小さい光射出面１０ｆ２に導いているので、励起光が入射する光入射面１０ｆ１の面積を大きくして、蛍光体１１に入射する光の密度を小さくすることができる。よって、発光効率の低下を抑制しつつエテンデューを低減して光利用効率を高めることができる。

また、この構成によれば、光入射面１０ｆ１に波長選択反射膜１３が配置されているので、反射面１２ｆｒで反射されて光入射面１０ｆ１に向かう蛍光を光射出面１０ｆ２側に反射することができる。よって、蛍光として取り出される光の量を多くすることができる。

また、この構成によれば、蛍光体１１が蛍光体粒子として媒体１０の内部に分散されているので、蛍光体が媒体の内部に偏って配置されている場合に比べて、励起光を各蛍光体粒子に均一に入射させることができる。

また、この構成によれば、光入射面１０ｆ１に入射した励起光を受けて蛍光体１１が発熱した場合でも、蛍光体１１が発する熱は、媒体１０、波長選択反射膜１３及び光透過部材１５を介して外部に放熱される。よって、蛍光体１１が高温になることを抑制し、発光効率の低下を抑制することができる。

また、この構成によれば、励起光の入射光軸と直交する媒体１０の断面の面積が光入射面１０ｆ１から遠ざかるに従って徐々に小さくなっている。よって、蛍光体１１から放射された蛍光が反射面１２ｆｒを介して光射出面１０ｆ２に導かれやすくなる。

また、この構成によれば、媒体１０が四角錐台の形状を有する。よって、蛍光体１１から放射された蛍光が反射面１２ｆｒを介して光射出面１０ｆ２に導かれやすくなる。

また、この構成によれば、媒体１０がガラスであり、高い耐熱性を有するので、光入射面１０ｆ１に入射した光の熱によって媒体１０が劣化しにくい。よって、信頼性の向上を図ることができる。

本実施形態の光源装置１００によれば、上述した発光素子１を備えているので、発光効率の低下を抑制しつつ光利用効率を高めることが可能な光源装置１００を提供することができる。

本実施形態のプロジェクター１０００によれば、上述した光源装置１００を備えているので、表示品質に優れたプロジェクター１０００を提供することができる。

なお、本実施形態の光源装置１００では、コリメート光学系における第１レンズ及び第２レンズとして凸レンズを用いたが、これに限らない。要するに、コリメート光学系が、発光素子により射出された光を略平行化した状態でインテグレーター光学系に入射させるようになっていればよい。また、コリメート光学系を構成するレンズの枚数は、１枚であってもよく、３枚以上であってもよい。

また、本実施形態のプロジェクター１０００では、液晶光変調装置として３つの液晶光変調装置を用いたが、これに限らない。１つ、２つ又は４つ以上の液晶光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。

また、本実施形態のプロジェクター１０００では、透過型のプロジェクターを用いたが、これに限らない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味している。「反射型」とは、反射型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターに本発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態のプロジェクター１０００では、光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、これに限らない。例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device ：ＴＩ 社の登録商標）を用いても良い。

（第２実施形態）
図４は、図１に対応した、本発明の第２実施形態に係るプロジェクター２０００の光学系を示す模式図である。なお、図４において、符号１０１ａｘは照明光軸（光源装置１０１から色分離導光光学系２０１に向けて射出される光の光軸）、符号７００ａｘは照明光軸（光源装置７００から色分離導光光学系２０１に向けて射出される光の光軸）である。

図４に示すように、本実施形態に係るプロジェクター２０００は、上述の光源装置１００に替えて光源装置１０１を備えている点、光源装置７００をさらに備えている点、上述の色分離導光光学系２００に替えて色分離導光光学系２０１を備えている点、で上述の第１実施形態に係るプロジェクター２０００と異なっている。すなわち、本実施形態に係るプロジェクター２０００は、光源装置１０１が照明光として赤色光及び緑色光を含む光（黄色光）を射出し、光源装置７００が青色光を射出する構成となっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、プロジェクター１０００は、光源装置１０１と、光源装置７００と、色分離導光光学系２０１と、光変調装置としての３つの液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００と、を具備して構成されている。

光源装置１０１は、励起光源３０と、コリメート光学系７０と、ダイクロイックミラー５０と、コリメート集光光学系８０と、発光素子２と、コリメート光学系６０と、インテグレーター光学系１１０と、偏光変換素子１２０と、重畳レンズ１３０と、を具備して構成されている。

励起光源３０は、光軸が照明光軸１０１ａｘと直交するように配置されている。後述する発光素子２が備える蛍光物質を励起させる励起光として、青色（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）のレーザー光を射出する。

コリメート光学系７０は、励起光源３０とダイクロイックミラー５０との間の励起光の光路上に配置されている。コリメート光学系７０は、第１レンズ７２及び第２レンズ７４を備えている。第１レンズ７２及び第２レンズ７４は凸レンズからなっている。コリメート光学系７０は、励起光を略平行化した状態でダイクロイックミラー５０に入射させる。

ダイクロイックミラー５０は、コリメート光学系７０と発光素子２（コリメート集光光学系８０）との間の光路上に、励起光源３０の光軸及び照明光軸１０１ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー５０は、青色光を透過し、赤色光及び緑色光を反射させる。

コリメート集光光学系８０は、第１レンズ８２及び第２レンズ８４を備えている。第１レンズ８２及び第２レンズ８４は凸レンズからなっている。コリメート集光光学系８０は、ダイクロイックミラー５０からの青色光を略集光した状態で発光素子２に入射させるとともに、発光素子２から射出される蛍光を略平行化した状態でダイクロイックミラー５０に入射させる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る発光素子２を示す断面図である。なお、図５においては、媒体２０において励起光が入射する方向（Ｘ軸方向）と平行な面（ＸＹ平面）で切断した断面を示している。

図５に示すように、発光素子２は、光透過性の媒体２０と、蛍光体２１と、反射膜２２と、波長選択反射膜２３と、反射防止膜２４と、保持部材２７と、を備えている。

媒体２０は、光入射面を側面２０ｆ１、光射出面を上底面２０ｆ２、反射面２２ｆｒを下底面２０ｆ３とする錐台の形状を有しており、上底面２０ｆ２が、励起光と蛍光の双方を透過し、光入射面としても機能する。光入射面２０ｆ１，２０ｆ２は、コリメート集光光学系８０により集光された光が入射する面であり、光射出面２０ｆ２は、光（蛍光）を射出する面である。光入射面２０ｆ１は励起光を透過し、光射出面２０ｆ２は蛍光体２１から放射された蛍光を透過する。下底面２０ｆ３には、反射面２２ｆｒが設けられている。光射出面２０ｆ２の面積は、光入射面２０ｆ１，２０ｆ２の面積（光入射面２０ｆ１，２０ｆ２をＹＺ平面に投影した部分の面積）よりも小さくなっている。

なお、コリメート集光光学系８０により集光された光は、光入射面２０ｆ１，２０ｆ２の全面に入射する（コリメート集光光学系８０により集光された光が光入射面２０ｆ１，２０ｆ２に入射する部分の面積が光入射面２０ｆ１，２０ｆ２の面積と等しい）ものとする。

媒体２０としては、光透過性を有する物質であれば、樹脂材料や無機材料など広範な種類の材料を用いることができる。なかでも、高い耐熱性を有する無機材料を好適に用いることができる。本実施形態では、媒体２０として無機物であるガラスを用いる。

蛍光体２１は、蛍光体粒子として媒体２０の内部に分散されている。蛍光体２１は、光入射面２０ｆ１，２０ｆ２に入射した励起光を受けて蛍光を放射する。蛍光体２１は、光入射面２０ｆ１，２０ｆ２に入射した青色光によって励起され、青色光を黄色光に変換して放射する。

反射膜２２は、媒体２０の底面２０ｆ３に設けられている。反射膜２２は、蛍光体２１から放射された蛍光を反射して光射出面２０ｆ２に導く反射面２２ｆｒを有する。反射膜２２の形成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。

波長選択反射膜２３は、媒体２０の側面２０ｆ１（光入射面２０ｆ１及び光入射面２０ｆ２のうち光入射面２０ｆ１のみ）に設けられている。波長選択反射膜２３は、コリメート集光光学系８０により集光された光（励起光）を透過するとともに、蛍光体２１から放射された蛍光を反射する。

反射防止膜２４は、媒体２０の上底面２０ｆ２に設けられている。媒体２０の上底面２０ｆ２には、上底面２０ｆ２の媒体２０とは反対側から励起光が入射し、かつ、上底面２０ｆ２の媒体２０側から蛍光が入射する。そこで、励起光の波長と蛍光の波長に対応した反射防止膜２４を設けることが好ましい。これによれば、励起光を上底面２０ｆ２から効率的に媒体２０に導入することができ、蛍光を上底面２０ｆ２から効率的に取り出すことができるため、光源装置の効率を高めることができる。

保持部材２７は、反射膜２２の外側（媒体２０と対向する面とは反対側）の面に接して配置されている。保持部材２７の熱伝導率は、媒体２０の熱伝導率よりも大きくなっている。保持部材２７の形成材料としては、例えばＡｌを用いることができる。

図４に戻り、発光素子２から射出された蛍光はダイクロイックミラー５０により反射されてコリメート光学系６０に入射する。コリメート光学系６０は、ダイクロイックミラー５０により反射された光を略平行化した状態でインテグレーター光学系１１０に入射させる。

インテグレーター光学系１１０は、第１フライアイレンズ１１１及び第２フライアイレンズ１１２を備えている。第１フライアイレンズ１１１及び第２フライアイレンズ１１２は、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズからなる。第１フライアイレンズ１１１は、第１フライアイレンズ１１１を構成する複数の要素レンズによってコリメート光学系６０からの光を分割して個別に集光する機能を有する。第２フライアイレンズ１１２は、第２フライアイレンズ１１２を構成する複数の要素レンズによって第１フライアイレンズ１１１からの分割光束を適当な発散角にして射出する機能を有する。インテグレーター光学系１１０は、コリメート光学系６０により合成された光の光強度分布を均一化する。

偏光変換素子１２０は、ＰＢＳ、ミラー、位相差板等を一組の要素とするアレイで形成されている。偏光変換素子１２０は、第１フライアイレンズ１１１により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える機能を有する。

重畳レンズ１３０は、偏光変換素子１２０を経た照明光を全体として適宜収束させて、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂの被照明領域に対する重畳照明を可能にする。

光源装置７００は、光源ユニット７１０と、集光光学系７２０と、散乱板７３０と、偏光変換インテグレーターロッド７４０と、集光レンズ７５０と、を具備して構成されている。

光源ユニット７１０は、色光としてレーザー光からなる青色光（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）を射出するレーザー光源である。

集光光学系７２０は、第１レンズ７２１及び第２レンズ７２２を備えている。第１レンズ７２１及び第２レンズ７２２は凸レンズからなっている。集光光学系７２０は、青色光Ｂを略集光した状態で散乱板７３０に入射させる。

散乱板７３０は、光源ユニット７１０からの青色光を所定の散乱度で散乱し、蛍光に似た配光分布を有する青色光とする。散乱板７３０としては、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。

偏光変換インテグレーターロッド７４０は、光源ユニット７１０からの青色光の面内強度分布を均一にし、かつ、当該青色光の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光とする。偏光変換インテグレーターロッド７４０は、例えば、インテグレーターロッドと、当該インテグレーターロッドの入射面側に配置され、青色光が入射する小孔を有する反射板と、射出面側に配置される反射型偏光板と、を具備して構成されている。

集光レンズ７５０は、偏光変換インテグレーターロッド７４０からの光を集光して液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域近傍に入射させる。

色分離導光光学系２０１は、ダイクロイックミラー２１０及び反射ミラー２２２,２３０,２５０を備えている。色分離導光光学系２０１は、光源装置１０１からの光を赤色光及び緑色光に分離し、光源装置１０１からの赤色光及び緑色光並びに光源装置７００からの青色光のそれぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂに導光する機能を有する。

ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光は、反射ミラー２３０で反射され、集光レンズ３００Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。

ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光は、反射ミラー２２２でさらに反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。

光源装置７００からの青色光は、反射ミラー２５０で反射され、集光レンズ３００Ｂを通過して青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

本実施形態の発光素子２によれば、反射型の発光素子２を実現することができる。

（変形例１）
図６は、本発明に係る発光素子の第１変形例を示す断面図である。
図６に示すように、本変形例に係る発光素子２Ａは、光透過性の媒体２０Ａと、蛍光体２１Ａと、反射膜２２Ａと、波長選択反射膜２３Ａと、反射防止膜２４Ａと、保持部材２７Ａと、を備えている。

媒体２０Ａは、光入射面を第１の側面２０Ａｆ１、光射出面を第２の側面２０Ａｆ２、反射面２２Ａｆｒを第３の側面２０Ａｆ３とする三角柱の形状を有している。光入射面２０Ａｆ１は、励起光が入射する面であり、光射出面２０Ａｆ２は、光（蛍光）を射出する面である。光入射面２０Ａｆ１は励起光を透過し、光射出面２０Ａｆ２は蛍光体２１Ａから放射された蛍光を透過する。第３の側面２０Ａｆ３には、反射面２２Ａｆｒが設けられている。光射出面２０Ａｆ２の面積は、光入射面２０Ａｆ１の面積よりも小さくなっている。

媒体２０Ａは、直角三角柱の形状を有している。例えば、第１の側面２０Ａｆ１と第２の側面２０Ａｆ２とのなす角度θＡ１は９０度、第１の側面２０Ａｆ１と第３の側面２０Ａｆ３とのなす角度θＡ２は３０度、第２の側面２０Ａｆ２と第３の側面２０Ａｆ３とのなす角度θＡ３は６０度になっている。

本変形例の発光素子２Ａによれば、三角形の各頂角の角度を自由に調整することで、所望の方向に光を取り出すことができる。よって、光学部材の配置設計の自由度が高まる。

（変形例２）
図７は、図２に対応した、本発明に係る発光素子の第２変形例を示す断面図である。図７に示すように、本変形例に係る発光素子１Ａは、媒体１０を保持する保持部材１７が配置されている点で、上述の発光素子１と異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図２と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図７に示すように、発光素子１Ａは、媒体１０と、蛍光体１１と、波長選択反射膜１３と、反射防止膜１４，１６と、光透過部材１５と、保持部材１７と、を備えている。なお、本変形例では、媒体１０としてシリコン樹脂を用いる。

保持部材１７は、媒体１０の側面１０ｆ３に接して配置されている。保持部材１７は金属材料からなる。保持部材１７の形成材料としては、例えばＡｌを用いることができる。
保持部材１７の媒体１０側の面は、反射面１７ｆｒとなっている。保持部材１７の熱伝導率は、媒体１０の熱伝導率よりも大きくなっている。

本変形例の発光素子１Ａによれば、媒体１０が軟らかい材料（樹脂など）からなる場合であっても、媒体１０が変形しないよう媒体１０を保持することができる。

また、この構成によれば、媒体１０の側面１０ｆ３に反射膜などを蒸着させる必要がない。よって、製造工程の簡略化を図ることができる。

また、この構成によれば、光入射面１０ｆ１に入射した励起光を受けて蛍光体１１が発熱した場合でも、蛍光体１１が発する熱は、媒体１０、保持部材１７を介して外部に放熱される。よって、蛍光体１１が高温になることを抑制し、発光効率の低下を抑制することができる。

（変形例３）
図８は、図７に対応した、本発明に係る発光素子の第３変形例を示す断面図である。図８に示すように、本変形例に係る発光素子１Ｂは、蛍光体１１Ｂが層構造である点、光拡散板１８が設けられている点、上述の発光素子１Ａと異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図７と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図８に示すように、発光素子１Ｂは、媒体１０Ｂと、蛍光体１１Ｂと、波長選択反射膜１３と、反射防止膜１４，１６と、光透過部材１５と、保持部材１７と、光拡散板１８と、を備えている。なお、本変形例では、媒体１０Ｂとしてシリコン樹脂を用い、媒体１０Ｂの内部に蛍光体粒子が分散された構成とはなっていない。

蛍光体１１Ｂは、媒体１０Ｂの側面１０Ｂｆ３に設けられている。蛍光体１１Ｂは、光拡散板１８によって拡散されて蛍光体１１Ｂに入射した青色光によって励起され、青色光を黄色光に変換して放射する。蛍光体１１Ｂは、例えば、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを含有する層からなる。なお、蛍光体１１として、黄色光を射出する他の蛍光体を用いてもよい。

光拡散板１８は、波長選択反射膜１３の外側（媒体１０Ｂと対向する面とは反対側）の面に設けられている。光拡散板１８は、光入射面１０Ｂｆ１に向けて入射した光を拡散して蛍光体１１Ｂに入射させる機能を有する。

本変形例の発光素子１Ｂにおいても、発光効率の低下を抑制しつつ光利用効率を高めることができる。

なお、本変形例の発光素子１Ｂでは、媒体１０Ｂがシリコン樹脂である構成を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、媒体が空気層であってもよい。これにより、発光素子の構成の簡略化を図ることができる。媒体が空気層の場合、保持部材１７の開口部の側壁面に蛍光体１１Ｂを形成し、その後、保持部材１７の上側の開口部と重なる部分に反射防止膜１４を設け、保持部材１７の下側の開口部と重なる部分に波長選択反射膜１３、光拡散板１８及び反射防止膜１６が形成された光透過部材１５を取り付けることによって、媒体が空気層からなる発光素子を製造することができる。

（変形例４）
図９は、本発明に係る発光素子の第４変形例を示す断面図である。
図９に示すように、本変形例に係る発光素子２Ｂは、光透過性の媒体２０Ｂと、蛍光体２１Ｂと、反射膜２２Ｂと、波長選択反射膜２３Ｂと、反射防止膜２４Ｂと、保持部材２７Ｂと、を備えている。

媒体２０Ｂは、光入射面を第１の側面２０Ｂｆ１、光射出面を第２の側面２０Ｂｆ２、反射面２２Ｂｆｒを第３の側面２０Ｂｆ３及び第４の側面２０Ｂｆ４とする四角柱の形状を有している。光入射面２０Ｂｆ１は、励起光が入射する面であり、光射出面２０Ｂｆ２は、光（蛍光）を射出する面である。光入射面２０Ｂｆ１は励起光を透過し、光射出面２０Ｂｆ２は蛍光体２１Ｂから放射された蛍光を透過する。第３の側面２０Ｂｆ３及び第４の側面２０Ｂｆ４には、反射面２２Ｂｆｒが設けられている。光射出面２０Ｂｆ２の面積は、光入射面２０Ｂｆ１の面積よりも小さくなっている。

媒体２０Ｂは、四角柱の形状を有している。例えば、第１の側面２０Ｂｆ１と第２の側面２０Ｂｆ２とのなす角度θＢ１は１４５度、第１の側面２０Ｂｆ１と第３の側面２０Ｂｆ３とのなす角度θＢ２は９０度、第３の側面２０Ｂｆ３と第４の側面２０Ｂｆ４とのなす角度θＢ３は９０度、第４の側面２０Ｂｆ４と第２の側面２０Ｂｆ２とのなす角度θＢ４は４５度になっている。

本変形例の発光素子２Ｂによれば、四角形の各頂角の角度を自由に調整することで、所望の方向に光を取り出すことができる。よって、光学部材の配置設計の自由度が高まる。

本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも、適用することができる。

上記各実施形態においては、本発明の照明装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、本発明の照明装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ、照明機器等）に適用することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，２，２Ａ，２Ｂ…発光素子、１０，１０Ｂ，２０，２０Ａ，２０Ｂ…媒
体、１０ｆ１，２０ｆ１，２０ｆ２…光入射面、１０ｆ２，２０ｆ２…光射出面、１０ｆ
３…側面（複数の面のうち光入射面及び光射出面とは異なる面）、１１，２１，２１Ａ…
蛍光体、１２，２２，２２Ａ…反射膜、１２ｆｒ，１７ｆｒ，２２ｆｒ，２２Ａｆｒ…反
射面、１３，２３，２３Ａ…波長選択反射膜、１５…光透過部材、１７，２７，２７Ａ，
２７Ｂ…保持部材、２０Ａｆ１…第１の側面、２０Ａｆ２…第２の側面、２０Ａｆ３…第
３の側面、２０Ｂｆ１…第１の側面、２０Ｂｆ２…第２の側面、２０Ｂｆ３…第３の側面
、２０Ｂｆ４…第４の側面、３０…励起光源、４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂ…液晶光変調
装置（光変調装置）、６００…投写光学系、１０００…プロジェクター

Claims (9)

1. 光入射面と光射出面とを含む複数の面を有する媒体と、
   前記光入射面に入射した励起光を受けて前記光射出面から蛍光を放射する蛍光体と、を備え、
   前記複数の面のうち前記光入射面及び前記光射出面とは異なる面には、前記蛍光体から放射された前記蛍光を反射して前記光射出面に導く反射面が設けられており、
   前記光射出面の面積が前記光入射面の面積よりも小さくなっており、
   前記光入射面には、前記励起光を透過し前記蛍光を反射する波長選択反射膜が配置されており、
   前記光入射面のうち前記波長選択反射膜が配置されていない領域が前記光射出面としても機能することを特徴とする発光素子。
2. 前記波長選択反射膜の前記媒体と対向する面とは反対側の面に接して、前記励起光を透過する光透過部材が配置されている請求項１に記載の発光素子。
3. 前記光透過部材の熱伝導率は、前記波長選択反射膜の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
4. 前記反射面には、前記媒体を保持する保持部材が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子。
5. 前記保持部材の前記媒体側の面は、前記反射面となっていることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
6. 前記保持部材の熱伝導率は、前記媒体の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項４または５に記載の発光素子。
7. 前記媒体はガラスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光素子。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光素子と、
   前記発光素子の前記光入射面に前記励起光を入射させる励起光源と、
   を備えていることを特徴とする光源装置。
9. 請求項８に記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、
   を備えることを特徴とするプロジェクター。

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