JP6357835B2 - 発光素子、光源装置およびプロジェクタ - Google Patents

Description

本開示は、蛍光を発する発光素子、ならびにこの発光素子を備えた光源装置およびプロジェクタに関する。

従来、パーソナルコンピュータの画面やビデオ映像等をスクリーンに投影する投射型の画像表示装置、すなわちプロジェクタが用いられている。このプロジェクタにおける光源装置としては、以前は高輝度の放電ランプが主流であったが、近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）、または有機ＥＬ等の半導体発光素子を用いたものが提案されている。

このような光源装置として、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザからの光を蛍光体に照射することにより、蛍光としての白色光を取り出す光源装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の光源装置は、蛍光体を励起させる励起光（青色光）を射出する励起光発生させる励起光用光源と、励起光を受けて励起光とは異なる波長光を発する蛍光体層とを有する蛍光体ホイールとを備えている。蛍光体ホイールは、支持基材の上に、結合材によって互いに結合された複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層を設けたものである。

特開２０１２−１８５４０２号明細書

しかしながら、高出力を得るために蛍光体に照射される励起光の出力を高めると、蛍光体の発熱量が増大してしまい、蛍光体自体が高温になる。このため、蛍光体の発熱に伴う熱応力の発生により、蛍光体層が支持基材から剥離してしまうおそれがある。

本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高い出力が得られると共に構造安定性に優れた発光素子、ならびにこの発光素子を備えた光源装置およびプロジェクタを提供することにある。

本開示の一実施形態としての発光素子は、粗面を有する基材と、この基材の粗面上に直接的にまたは間接的に形成され、空隙を含有するバインダにより互いに結合された複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層とを有するものである。ここで、基材の線膨張係数とバインダの線膨張係数との差が７．６ｐｐｍ／Ｋ以下である。

本開示の一実施形態としての光源装置は、光源部と、この光源部からの光により励起されて蛍光を発する発光素子とを備えたものである。ここで発光素子は、粗面を有する基材と、この基材の粗面上に直接的にまたは間接的に形成され、空隙を含有するバインダにより互いに結合された複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層とを有する。また、基材の線膨張係数とバインダの線膨張係数との差が７．６ｐｐｍ／Ｋ以下である。

本開示の一実施形態としてのプロジェクタは、発光素子を有する光源装置と、この光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、この光変調素子からの光を投影する投影光学系とを備えるものである。ここで発光素子は、粗面を有する基材と、この基材の粗面上に形成され、空隙を含有するバインダにより互いに結合された複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層とを有する。また、基材の線膨張係数とバインダの線膨張係数との差が７．６ｐｐｍ／Ｋ以下である。

本開示の一実施形態としての発光素子、光源装置およびプロジェクタでは、蛍光体層が空隙を含有するバインダにより互いに結合された複数の蛍光体粒子を含み、基材の粗面上に形成されているうえ、基材の線膨張係数とバインダの線膨張係数との差が７．６ｐｐｍ／Ｋ以下であるので、基材に対する蛍光体層の密着性に優れ、蛍光体層が剥離しにくい。

本開示の一実施形態としての発光素子、光源装置およびプロジェクタによれば、蛍光体層が基材から剥離しにくい。このため、構造安定性を確保しつつ、蛍光体層に対し、より高いエネルギーの励起光を照射し、より高いエネルギーの蛍光を得ることができる。

本開示の一実施形態としての光源装置によれば、上記の発光素子を備えるようにしたので、より高輝度の発光が得られる。また、本開示の一実施形態としてのプロジェクタによれば、上記の発光素子を備えるようにしたので、優れた表示性能を発揮することができる。

なお、本開示の効果はこれに限定されるものではなく、以下の記載のいずれの効果であってもよい。

本開示における一実施の形態に係る発光素子を表す断面図である。 図１Ａに示した発光素子を表す平面図である。 変形例としての発光素子の構成例を表す断面図である。 本開示の発光素子を有する光源装置の構成例を表す概略図である。 本開示の発光素子を有する光源装置を備えたプロジェクタの構成例を表す概略図である。 実験例２における、線膨張係数差と、基材に用いる材料の熱伝導率との関係を表す特性図である。 実験例３において、基材表面の表面粗さと反射層の反射率との関係を表す特性図である。 実験例３において、基材表面の表面粗さと光変換効率との関係にを表す特性図である。 実験例４において、基材表面の表面粗さと、光変換効率と、蛍光体層の厚さとの関係を表す特性図である。

以下、本開示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、説明は以下の順序で行う。
１．基本構成（反射型の発光素子）
２．変形例（透過型の発光素子）
３．適用例（光源装置およびプロジェクタ）
４．実験例

＜１．反射型の発光素子＞
［発光素子１の構成］
図１Ａは本開示の一実施の形態としての発光素子１の断面構成を表したものである。また、図１Ｂは、発光素子１の平面構成を表したものである。発光素子１は、蛍光体ホイールとも呼ばれ、円形の平面形状を有する薄板からなる基材２の表面２Ｓの上に、反射層３と蛍光体層４とが順に積層されたものである。なお、基材２の中央には開口２Ｋが設けられている。

基材２は反射層３および蛍光体層４を支持する基板として機能すると共に、放熱部材としても機能するものである。基材２は、例えば金属材料やセラミックス材料などの無機材料からなる。基材２の構成材料としては、熱伝導率が高く、反射層３や蛍光体層４との親和性に優れるものが好ましい。基材２の線膨張係数と、蛍光体層４のバインダ６（後出）の線膨張係数との差が７．６ｐｐｍ／Ｋ以下であることが特に望ましい。具体的には、基材２を構成する金属材料としては、例えばＭｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン），Ｃｏ（コバルト），Ｃｒ（クロム），Ｐｔ（白金），Ｔａ（タンタル），Ｌｉ（リチウム），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｒｕ（ルテニウム），Ｒｈ（ロジウム）またはＰｄ（パラジウム）の単体金属、ならびにこれらを１種以上含む合金が挙げられる。あるいは、Ｗ（タングステン）の含有率が８０原子％以上のＣｕＷや、Ｍｏ（モリブデン）の含有率が４０原子％以上のＣｕＭｏなどの合金を、基材２を構成する金属材料として用いることもできる。また、セラミックス材料としては、例えばＳｉＣ（炭化ケイ素），ＡｌＮ（窒化アルミニウム），ＢｅＯ（酸化ベリリウム），ＳｉとＳｉＣとの複合材料、またはＳｉＣとＡｌとの複合材料（但しＳｉＣの含有率が５０％以上のもの）を含むものが挙げられる。さらには、単体ＳｉやＳｉＣ、ダイアモンド、サファイアなどの結晶材料のほか、石英を用いることもできる。なかでも、基材２は、構成元素としてＭｏ，Ｓｉ（ケイ素）およびＷ（タングステン）の単体が好ましい。そのような材料は高い熱伝導率を有するうえ、そのような材料からなる基材２の線膨張係数が蛍光体層４のバインダ６の線膨張係数と比較的近いからである。

基材２の表面２Ｓは粗面化された粗面であり、例えば１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の表面粗さＲａ値を有することが望ましい。

反射層３は、粗面化された表面２Ｓの上に形成されている。反射層３の厚さは、例えば１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。このため、反射層３の表面１２Ｓも粗面となっている。反射層３は、例えば誘電体多層膜のほか、Ａｌ（アルミニウム），Ａｇ（銀）もしくはＴｉ（チタン）などの金属元素を含む金属膜などにより形成されている。反射層３は、外部から照射される励起光ＥＬ（例えばレーザ光）や蛍光体層４からの蛍光ＦＬを反射し、発光素子１における発光効率を高めるように機能する。

蛍光体層４は、粗面化された表面２Ｓの上に反射層３を介して形成されている。蛍光体層４は、バインダ６により互いに結合された複数の蛍光体粒子５を含むものである。バインダ６は互いに隣り合う一の蛍光体粒子５と他の一の蛍光体粒子５とを結合するものであると共に、蛍光体粒子５と反射層３の表面３Ｓとを結合するものでもある。バインダ６は、例えば水ガラスなどの無機材料の架橋体を含むものである。水ガラスとは、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムまたは珪酸ソーダとも呼ばれる珪酸化合物であり、ＳｉＯ₂（無水
珪酸）とＮａ₂Ｏ（酸化ソーダ）またはＫ₂Ｏ（酸化カリ）とが所定の比率で混合した液体である。分子式はＮａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂で表される。蛍光体粒子５は、外部から照射される励起光ＥＬ（例えばレーザ光）を吸収して蛍光ＦＬを発する粒子状の蛍光体である。例えば蛍光体粒子５には、青色波長域（例えば４００ｎｍ〜４７０ｎｍ）の波長を有する青色レーザ光により励起されて黄色の蛍光（赤色波長域から緑色波長域の間の波長域の光）を発する蛍光物質が含まれている。このような蛍光物質として、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系材料が用いられる。

蛍光体層４の厚さは、例えば２００μｍ以下であるとよい。表面粗さＲａ値が１０ｎｍ程度であれば８０％以上の光変換効率が得られるからである。蛍光体層４の厚さは、特に３０μｍ以上１２０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。表面粗さＲａ値が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲であれば８０％以上の光変換効率が得られるからである。ここでいう光変換効率とは、発光素子１へ照射される励起光ＥＬのエネルギーに対する、その励起光ＥＬの照射により蛍光体層４から発せされる蛍光ＦＬのエネルギーの比率をいう。

［発光素子１の作用効果］
発光素子１は、いわゆる反射型の発光素子である。発光素子１では、例えばレーザ光などの励起光ＥＬが蛍光体層４へ照射されると、各蛍光体粒子５が励起され、その励起光ＥＬと異なる波長の蛍光ＦＬが各蛍光体粒子５から発せられる。すなわち、蛍光体層４により、照射される励起光ＥＬと異なる波長の蛍光ＦＬへ変換される。その際、反射層３は、外部から照射される励起光ＥＬや蛍光体層４からの蛍光ＦＬを反射し、発光素子１の発光効率を高める。

発光素子１では、蛍光体層４が、水ガラスを原料とするバインダ６により互いに結合された複数の蛍光体粒子５を含むものであるので、より高輝度の蛍光ＦＬを得ることができる。また、蛍光体層４は、基材２の表面２Ｓの上に薄膜の反射層３を介して形成されるようにしたので、基材２と反射層３との間、または反射層３と蛍光体層４との間において剥離が生じにくい。よって、蛍光体層４が基材２から脱落するのを抑制でき、高い構造安定性が得られる。

発光素子１では、基材２の線膨張係数とバインダ６の線膨張係数との差を７．６ｐｐｍ／Ｋ以下とすれば、基材２と反射層３との間における剥離、または反射層３と蛍光体層４との間における剥離を確実に防止することができる。励起光ＥＬの照射により蛍光体層４が発熱しても、その発熱に伴う蛍光体層４内部の応力が十分に緩和されるからである。また、蛍光体粒子５が過度に高温になると、励起光ＥＬから蛍光ＦＬへの変換効率が低下し、明るさが低下してしまう。例えば蛍光体粒子５がＹＡＧからなる場合、おおよそ２００℃以上の高温となると、光変換効率が大幅に低下するおそれがある。そこで、基材２の構成材料として放熱性の高いもの（高熱伝導率の材料）を用いることで蛍光体粒子５の加熱を抑制し（例えば１９０℃以下に保ち）、蛍光体層４の光変換効率をより高めることができる。

＜２．変形例（透過型の発光素子）＞
［発光素子１Ａの構成］
図２は、上記実施の形態の変形例としての発光素子１Ａの断面構成を表したものであり、図１に対応するものである。発光素子１Ａは、基材２の表面２Ｓ１の上に蛍光体層４が形成されたものである。表面２Ｓ１は粗面であり、例えば１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の表面粗さＲａ値を有することが望ましい。

上記実施の形態の発光素子１とは異なり、発光素子１Ａは、いわゆる透過型の発光素子である。また、基材２は透明材料により構成され、表面２Ｓ１と反対側の裏面２Ｓ２に照射される励起光ＥＬを透過する性質を有している。基材２の構成材料としては、具体的には例えば石英、ガラス、サファイア、水晶あるいはＹＡＧなどが挙げられる。また、表面２Ｓ１に、励起光ＥＬを透過し、かつ蛍光ＦＬを反射するダイクロイックミラーを設け、発光素子１Ａの発光効率を高めるようにしてもよい。発光素子１Ａはこれらの点を除き、他は発光素子１と同様の構成を有する。

［発光素子１Ａの作用効果］
発光素子１Ａでは、例えばレーザ光などの励起光ＥＬが基材２を透過して蛍光体層４へ照射されると、各蛍光体粒子５が励起され、その励起光ＥＬと異なる波長の蛍光ＦＬが各蛍光体粒子５から発せられる。このような発光素子１Ａにおいても、上記実施の形態の発光素子１と同様の効果が得られる。

＜３.適用例（光源装置およびプロジェクタ）＞
[光源装置およびプロジェクタの構成]
次に、図３および図４を参照して、発光素子１，１Ａを有する光源装置１０、および光源装置１０を備えたプロジェクタ１００について説明する。図３は、光源装置１０の全体構成を表す概略図であり、図４は、光源装置１０を備えたプロジェクタ１００の全体構成を表す概略図である。なお、以下では、反射型の液晶パネル（ＬＣＤ）により光変調を行う反射型３ＬＣＤ方式のプロジェクタを例示して説明する。しかしながら、発光素子１，１Ａは、反射型液晶パネルの代わりに、透過型液晶パネルやデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ：Digital Micro-mirror Device）などを用いたプロジェクタにも適用され得る。

光源装置１０は、発光素子１，１Ａと、回転軸Ｊ１１を含むモータ１１と、回転軸Ｊ１１Ａを含むモータ１１Ａと、励起光ＥＬを発する光源部１２と、レンズ１３〜１６と、ダイクロイックミラー１７と、反射ミラー１８とを有する。発光素子１は回転軸Ｊ１１により回転可能に支持されており、発光素子１Ａは回転軸Ｊ１１Ａにより回転可能に支持されている。光源部１２は、第１のレーザ群１２Ａと第２のレーザ群１２Ｂとを有する。第１および第２のレーザ群１２Ａ，１２Ｂは、いずれも、励起光として青色レーザ光を発振する半導体レーザ素子１２１が複数配列されたものである。ここでは便宜上、第１のレーザ群１２Ａから発振される励起光をＥＬ１とし、第２のレーザ群１２Ｂから発振される励起光をＥＬ２とする。

発光素子１は、第１のレーザ群１２Ａからレンズ１３と、ダイクロイックミラー１７と、レンズ１４とを順に透過した励起光ＥＬ１が蛍光体層４（図３および図４では図示せず。）に入射されるように配置されている。発光素子１からの蛍光ＦＬ１はダイクロイックミラー１７で反射されたのち、レンズ１５を透過して外部、すなわち照明光学系２０（後出）へ向かうようになっている。一方、発光素子１Ａは、第２のレーザ群１２Ｂから反射ミラー１８を経由した励起光ＥＬ２が基材２を透過して蛍光体層４（図３および図４では図示せず。）に入射されるように配置されている。発光素子１Ａからの蛍光ＦＬ２はダイクロイックミラー１７を透過したのち、レンズ１５を透過して外部、すなわち照明光学系２０（後出）へ向かうようになっている。なお、光源装置１０の動作時において、発光素子１，１Ａは、それぞれ回転軸Ｊ１１，Ｊ１１Ａを回転中心として回転するようになっている。発光素子１，１Ａの直径は例えば５０ｍｍ〜７０ｍｍ程度であり、モータ１１，１１Ａにより例えば４８００ｒｐｍ〜１０８００ｒｐｍの回転数で回転する。このように発光素子１，１Ａを回転させるのは、励起光ＥＬ１，ＥＬ２の照射に伴う局所的な温度上昇を抑制し、構造安定性を維持すると共に変換効率の低下を防ぐためである。また、励起光ＥＬ１，ＥＬ２の照射に伴う蛍光体層４の発熱を冷却するため、冷却ファンを設けることが望ましい。

図４に示したように、プロジェクタ１００は、光源装置１０と、照明光学系２０と、画像形成部３０と、投影光学系４０とを順に備えている。

照明光学系２０は、例えば光源装置１０に近い位置からフライアイレンズ２１（２１Ａ，２１Ｂ）と、偏光変換素子２２と、レンズ２３と、ダイクロイックミラー２４Ａ，２４Ｂと、反射ミラー２５Ａ，２５Ｂと、レンズ２６Ａ，２６Ｂと、ダイクロイックミラー２７と、偏光板２８Ａ〜２８Ｃとを有している。

フライアイレンズ２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、光源装置１０のレンズ１５からの白色光の照度分布の均質化を図るものである。偏光変換素子２２は、入射光の偏光軸を所定方向に揃えるように機能するものである。例えば、Ｐ偏光以外の光をＰ偏光に変換する。レンズ２３は、偏光変換素子２２からの光をダイクロイックミラー２４Ａ，２４Ｂへ向けて集光する。ダイクロイックミラー２４Ａ，２４Ｂは、所定の波長域の光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を選択的に透過させるものである。例えばダイクロイックミラー２４Ａは、主に赤色光を反射ミラー２５Ａの方向へ反射させる。また、ダイクロイックミラー２４Ｂは、主に青色光を反射ミラー２５Ｂの方向へ反射させる。したがって、主に緑色光がダイクロイックミラー２４Ａ，２４Ｂの双方を透過し、画像形成部３０の反射型偏光板３１Ｃ（後出）へ向かうこととなる。反射ミラー２５Ａは、ダイクロイックミラー２４Ａからの光（主に赤色光）をレンズ２６Ａに向けて反射し、反射ミラー２５Ｂは、ダイクロイックミラー２４Ｂからの光（主に青色光）をレンズ２６Ｂに向けて反射する。レンズ２６Ａは、反射ミラー２５Ａからの光（主に赤色光）を透過し、ダイクロイックミラー２７へ集光させる。レンズ２６Ｂは、反射ミラー２５Ｂからの光（主に青色光）を透過し、ダイクロイックミラー２７へ集光させる。ダイクロイックミラー２７は、緑色光を選択的に反射すると共にそれ以外の波長域の光を選択的に透過するものである。ここでは、レンズ２６Ａからの光のうち赤色光成分を透過する。レンズ２６Ａからの光に緑色光成分が含まれる場合、その緑色光成分を偏光板２８Ｃへ向けて反射する。偏光板２８Ａ〜２８Ｃは、所定方向の偏光軸を有する偏光子を含んでいる。例えば、偏光変換素子２２においてＰ偏光に変換されている場合、偏光板２８Ａ〜２８ＣはＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。

画像形成部３０は、反射型偏光板３１Ａ〜３１Ｃと、反射型液晶パネル３２Ａ〜３２Ｃと、ダイクロイックプリズム３３とを有する。

反射型偏光板３１Ａ〜３１Ｃは、それぞれ、偏光板２８Ａ〜２８Ｃからの偏光光の偏光軸と同じ偏光軸の光（例えばＰ偏光）を透過し、それ以外の偏光軸の光（Ｓ偏光）を反射するものである。具体的には、反射型偏光板３１Ａは、偏光板２８ＡからのＰ偏光の赤色光を反射型液晶パネル３２Ａの方向へ透過させる。反射型偏光板３１Ｂは、偏光板２８ＢからのＰ偏光の青色光を反射型液晶パネル３２Ｂの方向へ透過させる。反射型偏光板３１Ｃは、偏光板２８ＣからのＰ偏光の緑色光を反射型液晶パネル３２Ｃの方向へ透過させる。また、ダイクロイックミラー２４Ａ，２４Ｂの双方を透過して反射型偏光板３１Ｃに入射したＰ偏光の緑色光は、そのまま反射型偏光板３１Ｃを透過してダイクロイックプリズム３３に入射する。さらに、反射型偏光板３１Ａは、反射型液晶パネル３２ＡからのＳ偏光の赤色光を反射してダイクロイックプリズム３３に入射させる。反射型偏光板３１Ｂは、反射型液晶パネル３２ＢからのＳ偏光の青色光を反射してダイクロイックプリズム３３に入射させる。反射型偏光板３１Ｃは、反射型液晶パネル３２ＣからのＳ偏光の緑色光を反射してダイクロイックプリズム３３に入射させる。

反射型液晶パネル３２Ａ〜３２Ｃは、それぞれ、赤色光、青色光または緑色光の空間変調を行うものである。

ダイクロイックプリズム３３は、入射される赤色光、青色光および緑色光を合成し、投影光学系４０へ向けて射出するものである。

投影光学系４０は、レンズＬ４１〜Ｌ４５と、ミラーＭ４０とを有する。投射光学系４０は、画像形成部３０からの出射光を拡大してスクリーン（図示せず）などへ投射する。

[光源装置およびプロジェクタの動作]
続いて、図３および図４を参照して、光源装置１０を含めたプロジェクタ１００の動作について説明する。

まず光源装置１０において、モータ１１，１１Ａが駆動し、発光素子１，１Ａが回転する。そののち、光源部１２における第１および第２のレーザ群１２Ａ，１２Ｂから青色光である励起光ＥＬ１，ＥＬ２がそれぞれ発振される。

励起光ＥＬ１は、第１のレーザ群１２Ａから発振され、レンズ１３とダイクロイックミラー１７とレンズ１４とを順に透過したのち、発光素子１の蛍光体層４を照射する。発光素子１の蛍光体層４は励起光ＥＬ１の一部を吸収し、黄色光である蛍光ＦＬ１に変換し、これをレンズ１４へ向けて発する。蛍光ＦＬ１はダイクロイックミラー１７により反射されたのち、レンズ１５を透過して照明光学系２０へ向かう。この際、発光素子１の反射層３は、蛍光体層４に吸収されなかった残りの励起光ＥＬ１をレンズ１４へ向けて反射させる。発光素子１の反射層３により反射された励起光ＥＬ１もまたダイクロイックミラー１７により反射されたのち、レンズ１５を透過して照明光学系２０へ向かう。

励起光ＥＬ２は、第２のレーザ群１２Ｂから発振され、反射ミラー１８を経由したのち、発光素子１Ａの蛍光体層４を照射する。発光素子１Ａの蛍光体層４は励起光ＥＬ２の一部を吸収し、黄色光である蛍光ＦＬ２に変換し、これをレンズ１６へ向けて発する。蛍光ＦＬ２はダイクロイックミラー１７を透過したのち、レンズ１５を透過して照明光学系２０へ向かう。この際、発光素子１Ａは、蛍光体層４に吸収されなかった残りの励起光ＥＬ２をレンズ１６へ向けて透過させる。発光素子１Ａを透過した励起光ＥＬ２もまた、ダイクロイックミラー１７とレンズ１５とを順次透過して照明光学系２０へ向かう。

このようにして、光源装置１０は、黄色光である蛍光ＦＬ（ＦＬ１，ＦＬ２）と、青色光である励起光ＥＬ（ＥＬ１，ＥＬ２）とを合成して白色光を照明光学系２０へ入射させる。

光源装置１０からの白色光は、フライアイレンズ２１（２１Ａ，２１Ｂ）と、偏光変換素子２２と、レンズ２３とを順次透過したのち、ダイクロイックミラー２４Ａ，２４Ｂに到達する。

ダイクロイックミラー２４Ａにより主に赤色光が反射され、その赤色光は反射ミラー２５Ａ、レンズ２６Ａ、ダイクロイックミラー２７、偏光板２８Ａおよび反射型偏光板３１Ａを順次透過し、反射型液晶パネル３２Ａへ到達する。さらに、その赤色光は反射型液晶パネル３２Ａにおいて空間変調されたのち、反射型偏光板３１Ａにおいて反射されてダイクロイックプリズム３３に入射する。なお、ダイクロイックミラー２４Ａにより反射ミラー２５Ａへ反射された光に緑色光成分が含まれる場合には、その緑色光成分はダイクロイックミラー２７により反射されて偏光板２８Ｃおよび反射型偏光板３１Ｃを順次透過し、反射型液晶パネル３２Ｃへ到達する。ダイクロイックミラー２４Ｂでは主に青色光が反射され、同様の過程を経てダイクロイックプリズム３３に入射する。ダイクロイックミラー２４Ａ，２４Ｂを透過した緑色光もまたダイクロイックプリズム３３に入射する。

ダイクロイックプリズム３３に入射した赤色光、青色光および緑色光は、合成されたのち映像光として投影光学系４０へ向けて射出される。投射光学系４０は、画像形成部３０からの映像光を拡大してスクリーン（図示せず）などへ投射する。

このように、本開示の光源装置１０によれば、上記の発光素子１，１Ａを有するようにしたので、より高輝度の発光が得られる。また、本開示のプロジェクタ１００によれば、上記の発光素子１，１Ａを有する光源装置１０を備えるようにしたので、優れた表示性能を発揮することができる。

＜実験例＞
（実験例１−１〜１−８）
所定の材料からなる基材２の上に、水ガラスの架橋体からなるバインダ６のみからなる膜を形成したサンプル基板について、−６０℃から＋２００℃までの範囲で温度変化（ｄ
２６０℃）を加えたときの膜の破壊の有無を調べた。その結果を表１に示す。ここでは、膜の破壊の有無を確認すると共に、基材２の線膨張係数ＩＥｓとバインダからなる膜の線膨張係数ＩＥｂとの差である線膨張係数差ＩＥｓ−ＩＥｂ（ｐｐｍ／Ｋ）について測定した。なお、基材２の表面２Ｓにおける表面粗さＲａ値は３ｎｍとした。

表１に示したように、線膨張係数差ＩＥｓ−ＩＥｂが７．６ｐｐｍ／Ｋ以下であればバインダからなる膜の破壊が生じないことが確認できた。

（実験例２）
次に、線膨張係数差ＩＥｓ−ＩＥｂと、基材に用いる材料における熱伝導率との関係について調査した。その結果を図５に示す。

図５に示したように、基材２の材料としてＭｏ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｌｉ，Ｚｒ，Ｒｕ，ＲｈまたはＰｄの単体金属、Ｗの含有率が８０原子％以上のＣｕＷ，Ｍｏの含有率が４０原子％以上のＣｕＭｏ，ＳｉＣ（セラミックス），ＡｌＮ，ＢｅＯ，ＳｉとＳｉＣとの複合材料（Ｓｉ−ＳｉＣ）、ＳｉＣとＡｌとの複合材料（ＳｉＣ−Ａｌ）、Ｓｉ、ＳｉＣ（結晶）、ダイアモンド、サファイア、石英を用いた場合には線膨張係数差ＩＥｓ−ＩＥｂが７．６ｐｐｍ／Ｋ以下となり、基材２の材料として好適であることが確認できた。なかでも、Ｍｏ，ＳｉおよびＷは、線膨張係数差ＩＥｓ−ＩＥｂが小さく、かつ高い熱伝導率を有することがわかった。

（実験例３）
次に、発光素子１について、基材２の表面２Ｓの表面粗さＲａ値（ｎｍ）と反射層３の反射率（％）との関係、および基材２の表面２Ｓの表面粗さＲａ値（ｎｍ）と光変換効率（％）との関係について調査した。その結果を図６Ａ，６Ｂにそれぞれ示す。図６Ａでは、横軸が表面２Ｓの表面粗さＲａ値（ｎｍ）を表し、縦軸が反射層３の反射率（％）を表す。但し、反射層３の反射率（％）は、表面２Ｓを鏡面化した場合を１００％として規格化した数値を表している。一方、図６Ｂでは、横軸が表面２Ｓの表面粗さＲａ値（ｎｍ）を表し、縦軸が発光素子１の光変換効率（％）を表す。但し、発光素子１の光変換効率（％）は、表面２Ｓを鏡面化した場合を１００％として規格化した数値を表している。ここで発光素子１の光変換効率とは、発光素子１に照射される励起光の輝度に対する、発光素子１からの蛍光の輝度の割合をいう。

図６Ａに示したように、反射層３の反射率（％）は、表面２Ｓを鏡面化した場合（Ｒａ値が１０ｎｍ未満の場合）が最も高く、表面２Ｓの表面粗さＲａ値が大きくなるほど低下する傾向にあり、表面粗さＲａ値が３００ｎｍにおいて１０％にまで低下することがわかった。一方、発光素子１の光変換効率は、図６Ｂに示したように表面２Ｓを鏡面化した場合が最も高く、表面２Ｓの表面粗さＲａ値が大きくなるほど低下する傾向にあるものの、反射層３の反射率（％）の変化と比べてその傾向は緩やかであることが確認できた。少なくとも表面粗さＲａ値が３００ｎｍ以下であれば８０％以上の光変換効率が得られることがわかった。

（実験例４）
次に、発光素子１について、基材２の表面２Ｓの表面粗さＲａ値（ｎｍ）、光変換効率（％）および蛍光体層４の厚さ（μｍ）の関係について調査した。その結果を図７に示す。図７では、横軸が蛍光体層の厚さ（μｍ）を表し、縦軸が発光素子１の光変換効率（％）を表す。但し、発光素子１の光変換効率（％）は、表面２Ｓを鏡面化した場合を１００％として規格化した数値を表している。ここでは、表面粗さＲａ値が１０ｎｍの場合（実験例４−１）と３００ｎｍの場合（実験例４−２）とについて調査した。

図７に示したように、表面粗さＲａ値が１０ｎｍの場合（実験例４−１）、蛍光体層の厚さが２００μｍ以下であれば８０％以上の光変換効率が得られることが確認できた。一方、表面粗さＲａ値が３００ｎｍの場合（実験例４−２）、蛍光体層の厚さが３０μｍ以上１２０μｍ以下であれば８０％以上の光変換効率が得られることが確認できた。

以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚みなどは一例であってこれに限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよい。

また、上記実施の形態では基材２の表面２Ｓが粗面化された粗面である場合について説明したが、本技術はこれに限定されるものではない。例えば基材２の表面２Ｓが１０ｎｍ未満（例えば５ｎｍ以下の）表面粗さＲａ値を有するものであってもよい。その場合であっても、基材２の線膨張係数とバインダ６の線膨張係数との差を７．６ｐｐｍ／Ｋ以下とすれば、基材２と反射層３との間における剥離、または反射層３と蛍光体層４との間における剥離を防止することができる。

また、上記実施の形態では、光源装置１０において励起光ＥＬとして青色レーザを照射し、発光素子１，１Ａから黄色の蛍光を取り出し、青色光と合成して白色光を得るようにしたが、本技術はこれに限定されるものではない。

さらに、例えば、上記実施の形態において光源装置１０やプロジェクタ１００の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を備えていてもよい。

なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であってその記載に限定されるものではなく、他の効果があってもよい。また、本技術は以下のような構成を取り得るものである。
（１）
粗面を有する基材と、
前記基材の粗面上に直接的にまたは間接的に形成され、バインダにより互いに結合された複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と
を有する発光素子。
（２）
前記基材の粗面は、３００ｎｍ以下の表面粗さＲａ値を有する
上記（１）記載の発光素子。
（３）
前記基材の粗面は、１０ｎｍ以上の表面粗さＲａ値を有する
上記（２）記載の発光素子。
（４）
前記蛍光体層は、３０μｍ以上１２０μｍ以下の厚さを有する
上記（３）記載の発光素子。
（５）
前記基材の線膨張係数と前記バインダの線膨張係数との差が７．６ｐｐｍ／Ｋ以下である
上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の発光素子。
（６）
前記基材は、構成元素としてＭｏ（モリブデン），Ｓｉ（ケイ素）およびＷ（タングステン）のうちの少なくとも１種を有する
上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の発光素子。
（７）
前記バインダは、無機材料の架橋体を含む
上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の発光素子。
（８）
前記無機材料の架橋体は、珪酸化合物からなる
上記（７）記載の発光素子。
（９）
前記基材の粗面と前記蛍光体層との間に形成された反射層をさらに有する
上記（１）から（８）のいずれか１つに記載の発光素子。
（１０）
表面を有する基材と、
前記基材の表面上に直接的にまたは間接的に形成され、バインダにより互いに結合された複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と
を有し、
前記基材の線膨張係数と前記バインダの線膨張係数との差が７．６ｐｐｍ／Ｋ以下である
発光素子。
（１１）
光源部と、
前記光源部からの光により励起されて蛍光を発する発光素子と
を備え、
前記発光素子は、
粗面を有する基材と、
前記基材の粗面上に形成され、バインダにより互いに結合された複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と
を有する
光源装置。
（１２）
前記基材の粗面は、３００ｎｍ以下の表面粗さＲａ値を有する
上記（１１）記載の光源装置。
（１３）
前記基材の粗面は、１０ｎｍ以上の表面粗さＲａ値を有する
上記（１２）記載の光源装置。
（１４）
前記蛍光体層は、３０μｍ以上１２０μｍ以下の厚さを有する
上記（１３）記載の光源装置。
（１５）
前記基材の線膨張係数と前記バインダの線膨張係数との差が７．６ｐｐｍ／Ｋ以下である
上記（１１）から（１４）のいずれか１つに記載の光源装置。
（１６）
前記基材は、構成元素としてＭｏ（モリブデン），Ｓｉ（ケイ素）およびＷ（タングステン）のうちの少なくとも１種を有する
上記（１１）から（１５）のいずれか１つに記載の光源装置。
（１７）
前記バインダは、無機材料の架橋体を含む
上記（１１）から（１６）のいずれか１つに記載の光源装置。
（１８）
前記無機材料の架橋体は、珪酸化合物からなる
上記（１７）記載の光源装置。
（１９）
前記基材の粗面と前記蛍光体層との間に形成された反射層をさらに有する
上記（１１）から（１８）のいずれか１つに記載の光源装置。
（２０）
発光素子を有する光源装置と、
前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの光を投影する投影光学系と
を備え、
前記発光素子は、
粗面を有する基材と、
前記基材の粗面上に形成され、バインダにより互いに結合された複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と
を有する
プロジェクタ。

１…発光素子、２…基材、３…反射層、４…蛍光体層、５…蛍光体粒子、６…バインダ、１０…光源装置、２０…照明光学系、３０…画像形成部、４０…投影光学系、１００…プロジェクタ。

Claims (17)

1. 粗面を有する基材と、
   前記基材の粗面上に直接的にまたは間接的に形成され、空隙を含有するバインダにより互いに結合された複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と
   を有し、
   前記基材の線膨張係数と前記バインダの線膨張係数との差が７．６ｐｐｍ／Ｋ以下である
   発光素子。
2. 前記基材の粗面は、３００ｎｍ以下の表面粗さＲａ値を有する
   請求項１記載の発光素子。
3. 前記基材の粗面は、１０ｎｍ以上の表面粗さＲａ値を有する
   請求項２記載の発光素子。
4. 前記蛍光体層は、３０μｍ以上１２０μｍ以下の厚さを有する
   請求項３記載の発光素子。
5. 前記基材は、構成元素としてＭｏ（モリブデン），Ｓｉ（ケイ素）およびＷ（タングステン）のうちの少なくとも１種を有する
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
6. 前記バインダは、無機材料の架橋体を含む
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 前記無機材料の架橋体は、珪酸化合物からなる
   請求項６記載の発光素子。
8. 前記基材の粗面と前記蛍光体層との間に形成された反射層をさらに有する
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の発光素子。
9. 光源部と、
   前記光源部からの光により励起されて蛍光を発する発光素子と
   を備え、
   前記発光素子は、
   粗面を有する基材と、
   前記基材の粗面上に形成され、空隙を含有するバインダにより互いに結合された複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と
   を有し、
   前記基材の線膨張係数と前記バインダの線膨張係数との差が７．６ｐｐｍ／Ｋ以下である
   光源装置。
10. 前記基材の粗面は、３００ｎｍ以下の表面粗さＲａ値を有する
    請求項９記載の光源装置。
11. 前記基材の粗面は、１０ｎｍ以上の表面粗さＲａ値を有する
    請求項１０記載の光源装置。
12. 前記蛍光体層は、３０μｍ以上１２０μｍ以下の厚さを有する
    請求項１１記載の光源装置。
13. 前記基材は、構成元素としてＭｏ（モリブデン），Ｓｉ（ケイ素）およびＷ（タングステン）のうちの少なくとも１種を有する
    請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の光源装置。
14. 前記バインダは、無機材料の架橋体を含む
    請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の光源装置。
15. 前記無機材料の架橋体は、珪酸化合物からなる
    請求項１４記載の光源装置。
16. 前記基材の粗面と前記蛍光体層との間に形成された反射層をさらに有する
    請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載の光源装置。
17. 発光素子を有する光源装置と、
    前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、
    前記光変調素子からの光を投影する投影光学系と
    を備え、
    前記発光素子は、
    粗面を有する基材と、
    前記基材の粗面上に形成され、空隙を含有するバインダにより互いに結合された複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と
    を有し、
    前記基材の線膨張係数と前記バインダの線膨張係数との差が７．６ｐｐｍ／Ｋ以下である
    プロジェクタ。

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