JP6680051B2 - 光源装置、光源装置の製造方法およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、光源装置の製造方法およびプロジェクターに関する。

光源装置に用いられる発光ダイオードや半導体レーザーなどの発光素子は、有機物や水分が付着すると発光時に破損することがある。このことから、光源装置には、発光素子と外気とを遮断する構造が備えられている。従来、このような構造としては、基板とガラス製の蓋とを接合して、発光素子を封止する気密封止構造が知られている（例えば特許文献１）。近年では、光源装置の小型化に伴い、基板に複数の発光素子を高密度に搭載した構造をもつ光源装置が検討されている。

一般に、これらの発光素子は発光時に発熱するため、この熱により発光素子が劣化したり、発光特性が低下したりするおそれがある。そのため、光源装置は、発光素子から発生する熱を外部へ放出することにより、発光素子が高温にならないように構成されている。

特開２０１５−４５８４３号公報

特許文献１の気密封止構造では、放熱性を高めるために、熱伝導率が高い金属材料で基板を形成している。しかしながら、金属製の基板とガラス製の蓋とは、線膨張係数が大きく異なることから、光源装置が高温下に曝されると、蓋が破損したり、光源装置から脱落したりするおそれがあった。

そこで本発明の一態様は、信頼性が高い光源装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一態様は、発光素子にダメージを与えにくい、光源装置の製造方法を提供することを目的の一つとする。さらに、本発明の一態様は、この光源装置を備えることによって、信頼性が高いプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様は、金属を形成材料とし、第１の面を有する基板と、基板の第１の面側に設けられた第１の発光素子と第２の発光素子と、第１の発光素子および第２の発光素子を囲むように基板の第１の面側に設けられた接合フレームと、接合フレームの基板とは反対側に接合されるとともに、第１の発光素子に対応する第１の開口部および第２の発光素子に対応する第２の開口部を有する支持部材と、第１の開口部に設けられ、支持部材よりも線膨張係数が小さい第１の透光性部材と、第２の開口部に設けられ、支持部材よりも線膨張係数が小さい第２の透光性部材と、を備えた光源装置を提供する。

本発明の一態様による光源装置は、複数の開口部を備えた支持部材と、複数の透光性部材とを備えている。そのため、全ての発光素子に対して共通した一つの透光性部材を設けた場合と比較して、支持部材の外周によって規定される面積に対する複数の透光性部材の総面積の割合が小さい。また、支持部材の線膨張係数は複数の透光性部材の線膨張係数よりも大きい。よって、支持部材と複数の透光性部材とが組み合わされてなる部材の線膨張係数を、全ての発光素子に対して共通した一つの透光性部材を設けた場合よりも大きくして、基板の線膨張係数に近づけることができる。これにより、光源装置が高温下に曝されたとしても透光性部材が破損したり、光源装置から脱落したりする可能性を低減できる。そのため、本発明の一態様による光源装置は、信頼性が高い。

本発明の光源装置の一態様においては、接合フレームは、基板と比べて熱伝導率が低いことが好ましい。これにより、接合フレームを支持部材に接合する際に発生する熱が基板に伝わりにくいため、熱による発光素子の劣化を低減できる。

本発明の光源装置の一態様においては、支持部材は、基板と比べて線膨張係数が大きいことが好ましい。これにより、支持部材と複数の透光性部材とが組み合わされてなる部材の線膨張係数を、基板の線膨張係数にさらに近づけることができる。よって、光源装置が高温下に曝されたとしても透光性部材が破損したり、光源装置から透光性部材が脱落したりする可能性を低減できる。そのため、本発明の一態様による光源装置は、信頼性が高い。

本発明の光源装置の一態様においては、第１の透光性部材は、集光機能を有することが好ましい。これにより、発光素子から射出された光を効率的に利用することができる。

本発明の光源装置の一態様においては、第１の透光性部材は、支持部材の基板側に設けられていることが好ましい。一般に、発光素子から射出された光は発散光である。また、透光性部材の光射出側には、例えば集光レンズなどの光学素子が設けられることがある。また、透光性部材は集光機能を有する光学素子で構成されることがある。上記構成によれば、発光素子と透光性部材との間隔を小さくすることができる。つまり、発光素子から射出された光が入射する光学素子と発光素子との間隔を小さくすることができる。そのため、発光素子から射出された光を効率的に利用することができる。

本発明の光源装置の一態様においては、支持部材は、接合フレームに溶接されていることが好ましい。これにより、支持部材と接合フレームとの接合部を局所的に加熱することができる。そのため、本発明の光源装置の一態様は、製造時の熱による発光素子の劣化を低減できる。

本発明の光源装置の一態様においては、基板と、接合フレームと、支持部材と、第１の透光性部材と、第２の透光性部材と、によって囲まれた収納空間を有し、収納空間は、真空であることが好ましい。これにより、収納空間が真空でない光源装置と比べて、発光素子の表面に対する有機物や水分の付着を低減できる。そのため、本発明の光源装置の一態様は、使用時における発光素子の破損を低減でき、信頼性が高い。

本発明の光源装置の一態様においては、収納空間は、不活性ガスによって満たされることが好ましい。これにより、収納空間が不活性ガスによって満たされていない光源装置と比べて、発光素子の表面に対する有機物や水分の付着を低減できる。そのため、本発明の光源装置の一態様は、使用時における発光素子の破損を低減でき、信頼性が高い。

本発明の光源装置の一態様においては、支持部材は、第１の透光性部材の位置を規定する位置決め部を備えることが好ましい。これにより、開口部と第１の透光性部材との位置関係を容易に規定することができる。

本発明の一態様は、金属を形成材料とし、第１の面を有する基板と、基板の第１の面側に設けられた複数の発光素子と、複数の発光素子を囲むように基板の前記第１の面側に設けられた接合フレームと、接合フレームの基板とは反対側に接合されるとともに、複数の発光素子に対応する複数の開口部を有する支持部材と、複数の開口部それぞれに対応して設けられた複数の透光性部材と、を備えた光源装置の製造方法であって、接合フレームと、支持部材と、を溶接する溶接工程を備え、接合フレームは、基板と比べて熱伝導率が低い光源装置の製造方法を提供する。

この構成によれば、接合フレームと支持部材との接合部を局所的に加熱し、溶接することができる。そのため、本発明の一態様における光源装置の製造方法は、発光素子にダメージを与えにくい。

本発明の光源装置の製造方法の一態様においては、支持部材は、複数の透光性部材のうち少なくとも一つの透光性部材の位置を規定する位置決め部を備えることが好ましい。これにより、開口部と透光性部材との位置関係を容易に規定することができる。

本発明の一態様は、上記の光源装置と、光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、光変調装置によって変調された光を投射する投写光学系と、を備えるプロジェクターを提供する。本発明の一態様のプロジェクターは、上述の光源装置を備えるため、所望の明るさの画像を表示でき、かつ信頼性が高い。

本発明の一態様のプロジェクターにおいては、上記の光によって励起され、蛍光光を射出する波長変換素子をさらに備えることが好ましい。これにより、プロジェクターの用途に応じて任意の波長の蛍光光を射出する波長変換素子を選択することができる。そのため、本発明の一態様のプロジェクターは、所望の色の画像を表示できる。

第１実施形態に係る光源装置１を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 第１実施形態に係る光源装置の製造方法を示す断面図である。 第１実施形態に係る光源装置１の開口部４５を示す拡大図である。 第１実施形態に係るプロジェクター１０００の光学系を示す概略図である。 第２実施形態に係る光源装置２を示す平面図である。 第３実施形態に係る光源装置３を示す平面図である。

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。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。

＜第１実施形態＞
［光源装置］
以下に、本実施形態に係る光源装置の一例について説明するが、本実施形態はこれらに限定されない。

図１は、本実施形態に係る光源装置１を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１、図２に示すように、本実施形態に係る光源装置１は、基板１１と、複数の発光素子２１と、接合フレーム３１と、複数の電極３３と、支持部材４１と、複数の透光性部材４３と、を備える。

基板１１は、第１の面１１ａと、その反対側に、例えば放熱器が取り付けられる第２の面１１ｂと、を有する。発光素子２１は接合材６１によって基板１１の第１の面１１ａ側に設けられている。発光素子２１は基板１１とは反対側に向けて光を射出する。接合材６１としては、例えば金−スズなどのはんだ材料が用いられる。

複数の発光素子２１は、第１の発光素子２１Ａと、第２の発光素子２１Ｂと、を含む。ここで、第１の発光素子２１Ａは、特許請求の範囲における第１の発光素子に相当する。また、第２の発光素子２１Ｂは、特許請求の範囲における第２の発光素子に相当する。

接合フレーム３１は、複数の発光素子２１を囲むように基板１１の第１の面１１ａ側に設けられている。接合フレーム３１は、接合材６３によって基板１１に接合されている。接合材６３は、基板１１と接合フレーム３１とを接合することができれば特に限定されないが、金属ろうが好ましく、銀ろうがより好ましく用いられる。

また、接合フレーム３１には、複数の貫通孔３５が設けられている。各貫通孔３５には、発光素子２１へ電力を供給するための電極３３が設けられている。電極３３には、発光素子２１と電気的に接続するためのボンディングワイヤーが設けられている（図示略）。接合フレーム３１と電極３３との間は封止材７１によって封止されている。封止材７１としては、例えば低融点ガラスなどが好ましく用いられる。

支持部材４１は、接合フレーム３１の基板１１とは反対側に、第１の面１１ａと対向するように接合されている。支持部材４１は、各々が複数の発光素子２１と対応するように設けられた複数の開口部４５を有している。つまり、発光素子２１から射出された光は、該発光素子２１に対応した開口部４５を通って光源装置１の外部に射出する。

複数の開口部４５は、第１の発光素子２１Ａに対応する第１の開口部４５Ａと、第２の発光素子２１Ｂに対応する第２の開口部４５Ｂと、を含む。ここで、第１の開口部４５Ａは、特許請求の範囲における第１の開口部に相当する。また、第２の開口部４５Ｂは、特許請求の範囲における第２の開口部に相当する。

さらに、支持部材４１は、開口部４５に設けられる透光性部材４３の位置を規定する位置決め部４７を備えている。位置決め部４７については、図４を用いて後で説明する。

複数の透光性部材４３が支持部材４１に設けられている。複数の開口部４５は、それぞれ対応する透光性部材４３によって覆われている。すなわち、透光性部材４３の数は、発光素子２１の数と同じである。

複数の透光性部材４３は、第１の開口部４５Ａに設けられた第１の透光性部材４３Ａと、第２の開口部４５Ｂに設けられた第２の透光性部材４３Ｂと、を含む。ここで、第１の透光性部材４３Ａは、特許請求の範囲における第１の透光性部材に相当する。また、第２の透光性部材４３Ｂは、特許請求の範囲における第２の透光性部材に相当する。

このとき、複数の透光性部材４３は、支持部材４１の基板１１側に、第１の面１１ａと対向するように設けられている。また、複数の透光性部材４３は、接着材５１によって支持部材４１に固定されている。接着材５１としては、例えば低融点ガラスなどが好ましく用いられる。本実施形態では、複数の透光性部材４３は、支持部材４１および接着材５１とともに蓋体４０を構成している。

光源装置１は、基板１１と、接合フレーム３１と、支持部材４１と、複数の透光性部材４３と、によって囲まれた収納空間Ｓを有する。複数の発光素子２１は収納空間Ｓ内に設けられている。

（基板）
以下、図１を基に、各部の構成について詳細に説明する。
基板１１は、平面視において、例えば略正方形または略長方形などの四角形状である。発光素子２１を搭載する第１の面１１ａは、例えば平坦面である。

基板１１の形成材料として、放熱性が高い材料、例えば金属材料が用いられる。このような金属材料として、銅またはアルミニウムが好ましく、銅がより好ましく用いられる。

（発光素子）
発光素子２１としては、例えば発光ダイオードまたは半導体レーザーなどが用いられる。発光素子２１は、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。例えば、波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色光の発光素子としては、窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）を含むことができる。また、これに加えて、ＩＩＩ族元素としてホウ素原子が一部に置換されたものや、Ｖ族元素として窒素原子の一部をリン原子、ヒ素原子で置換されたものを含むこともできる。

（接合フレーム、電極）
接合フレーム３１の形成材料としては、基板１１と比べて熱伝導率が低い材料が用いられている。このような材料としては、例えば、コバールが用いられる。接合フレーム３１の表面にはめっき層が形成されており、例えばニッケル−金からなるめっき層が形成されている。

電極３３の形成材料としては、例えばコバールが用いられる。また、電極３３の表面にはめっき層が形成されており、例えばニッケル−金からなるめっき層が形成されている。

収納空間Ｓ内において、電極３３の端部にはボンディングワイヤーが設けられており、電極３３は発光素子２１と電気的に接続している（図示略）。このボンディングワイヤーの形成材料としては、金が好ましく用いられる。電極３３の他方の端部は、外部電気回路と接続している（図示略）。

（透光性部材）
本実施例においては、透光性部材４３は集光機能を持つ平凸レンズで構成されている。平面視において、透光性部材４３の形状は、円形である。しかし、透光性部材４３は必ずしも集光機能を持っていなくてもよい。透光性部材４３が集光機能を持っていない場合は、透光性部材４３の光入射側または光射出側に、集光レンズを設けてもよい。さらに、集光機能を有する透光性部材４３と、集光レンズを有する透光性部材４３と、が混在していてもよい。

透光性部材４３は、発光素子２１から射出された光を透過することができる限り、特に限定されない。透光性部材４３の形成材料としては、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、合成石英ガラスなどのガラス、水晶、またはサファイアなどが挙げられる。

（支持部材）
支持部材４１の形成材料としては、透光性部材４３と比べて線膨張係数が大きい材料を用いることが好ましい。このような形成材料としては、例えば金属が挙げられ、銅またはアルミニウムが好ましい。また、支持部材４１の形成材料として、基板１１と比べて線膨張係数が大きい材料を用いることが好ましい。例えば、基板１１の形成材料が銅である場合、支持部材４１の形成材料としては、アルミニウムがより好ましい。本明細書において、「支持部材４１の線膨張係数」というときには、「支持部材４１の形成材料の線膨張係数」を意味しており、他の部材についても同様である。支持部材４１の表面にはめっき層が形成されており、例えばニッケルからなるめっき層が形成されている。

支持部材４１は、接合フレーム３１に、例えばニッケル−金を用いて溶接されている。つまり、支持部材４１と接合フレーム３１との接合部を局所的に加熱することで支持部材４１を接合フレーム３１に接合することができる。よって、製造時の熱による発光素子２１の劣化が低減される。

図４は、本実施形態に係る光源装置１の開口部４５を、基板１１側から斜めに見た拡大図である。位置決め部４７は、支持部材４１の透光性部材４３が設けられる側の面に設けられている。開口部４５の形状と寸法は、透光性部材４３によって覆われるように設定されている。図４に示すように、開口部４５は円形であるが、円形に限られない。本実施形態において開口部４５は円形であるため、位置決め部４７の平面視の形状は円環状である。開口部４５が矩形状であれば、位置決め部４７を矩形の環状とすればよい。位置決め部４７の直径は開口部４５と比べて大きくなっている。すなわち、位置決め部４７は開口部４５の周りに設けられている。具体的には、透光性部材４３の外形寸法は開口部４５の寸法よりも大きく、位置決め部４７の外周の寸法よりも小さい。つまり、透光性部材４３は位置決め部４７にはめ込まれている。

（収納空間）
収納空間Ｓは密閉空間である。収納空間Ｓは、真空であることが好ましい。また、収納空間Ｓが真空でない場合には、窒素ガスなどの不活性ガスで満たされていることが好ましい。この不活性ガスは、工業用の高純度のものを使用するとよい。これにより、収納空間Ｓが上記以外の状態である光源装置と比べて、発光素子２１の表面に対する有機物や水分の付着を低減できる。よって光源装置１は、使用時に発光素子が破損する可能性が低いため、信頼性が高い。なお、本明細書において、真空とはＪＩＳ Ｚ ８１２６に規定されているように、通常の大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間の状態をいう。この定義において、その気体は不活性ガスであってもよい。

発光素子２１は発光時に発熱するため、この熱により発光素子２１が劣化したり、発光特性が低下したりするおそれがある。本実施形態に係る光源装置１は、金属材料を形成材料とする基板１１を備えている。これにより、従来のセラミックスを形成材料とする基板と比べて、基板自体の放熱性が高い。

支持部材４１は複数の発光素子２１に対応した複数の開口部４５と、各開口部４５を覆う透光性部材４３とを備えている。そのため、全ての発光素子２１に対して共通した一つの透光性部材を設けた場合と比較して、支持部材４１の外周によって規定される面積に対する複数の透光性部材４３の総面積の割合が小さい。また、支持部材４１の線膨張係数は複数の透光性部材４３の線膨張係数よりも大きいことが好ましい。さらに、支持部材４１の線膨張係数は基板１１の線膨張係数よりも大きいことが好ましい。よって、支持部材４１と複数の透光性部材４３とが組み合わされてなる蓋体４０の線膨張係数を、全ての発光素子２１に対して共通した一つの透光性部材を設けた場合よりも大きくして、基板１１の線膨張係数に近づけることができる。これにより、光源装置１が高温下に曝されたとしても透光性部材４３が破損したり、光源装置１から脱落したりする可能性を低減できる。この作用によって、本実施形態に係る光源装置１は、信頼性が高い。

接合フレーム３１は、基板１１と比べて熱伝導率が低い。これにより、支持部材４１を接合フレーム３１に接合する際に発生する熱が基板１１に伝わりにくく、基板１１から発光素子２１へ伝わる熱を少なくすることができる。この作用によって、本実施形態に係る光源装置１は、熱による発光素子２１の劣化を低減できる。

複数の透光性部材４３は、支持部材４１の基板１１側に設けられている。これにより、発光素子２１と集光機能を有する透光性部材４３との間を小さくすることができる。一般に、発光素子２１から射出された光は発散光である。そのため、発光素子２１と透光性部材４３との間が小さいほど、集光機能を有する透光性部材４３は、発光素子２１から射出された光を効率的に取り込むことができる。また、透光性部材４３が集光機能を持たず、光源装置１の外部に集光レンズを配置する場合でも、発光素子２１と当該集光レンズとの間を小さくすることができる。したがって、発光素子から射出された光を効率的に利用することができる。

本実施形態によれば、信頼性が高い光源装置が提供される。

［光源装置の製造方法］
以下に、本実施形態に係る光源装置の製造方法の一例について説明するが、本実施形態はこれらに限定されない。

図３は、本実施形態に係る光源装置の製造方法を示す断面図である。図３に示すように、まず、基板１１の第１の面１１ａに、貫通孔３５が形成された接合フレーム３１および発光素子２１を接合しておく。このとき、第１の面１１ａに対して、発光素子２１または接合フレーム３１のどちらか一方を先に接合しておいてもよい。なお、接合フレーム３１の接合の後で発光素子２１の接合を行なえば、接合フレーム３１の接合時に発生する熱を発光素子２１が受けることがないため、接合フレーム３１の接合を先に行なう方が好ましい。

次に、蓋体４０を形成する方法について説明する。
まず、基板１１に設けられた複数の発光素子２１に対応するように、支持部材４１に複数の開口部４５を形成する。次いで、透光性部材４３の位置を規定するための位置決め部４７を、各開口部４５に形成する。なお、位置決め部４７の寸法および形状が透光性部材４３の寸法および形状に合うように、位置決め部４７を形成する。そして、透光性部材４３が開口部４５を覆うように、透光性部材４３を接着材５１によって位置決め部４７に固定する。なお、開口部４５の形成と位置決め部４７の形成の順序は問わない。

次いで、接合フレーム３１に封止材７１を用いて電極３３を固定する。なお、この工程は、接合フレーム３１を第１の面１１ａに接合する前に行ってもよい。

次いで、発光素子２１と、電極３３とをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続する。具体的には、超音波接合または熱圧着接合もしくは両方を用いて、ボンディングワイヤーの一方の端部を電極３３に接合するとともに、ボンディングワイヤーの他方の端部を発光素子２１に接合する。

次いで、基板１１に設けられた接合フレーム３１と、複数の透光性部材４３が設けられた支持部材４１と、を溶接する。本実施形態において、この工程は特許請求の範囲の溶接工程に相当する。この溶接工程において、複数の透光性部材４３は第１の面１１ａと対向するように配置される。

具体的には、接合フレーム３１と支持部材４１との接合部を局所的に加熱し、接合フレーム３１の表面に形成されたニッケル−金からなるめっき層を溶かすことにより溶接することができる。溶接方法としては、例えば抵抗溶接またはレーザー溶接などの局所加熱による溶接が用いられる。

溶接工程は、真空で行うとよい。また、溶接工程は、窒素ガスなどの不活性ガスで満たされた空間で行うとよい。これにより、光源装置１の製造時に発光素子２１の表面に対する有機物や水分の付着を低減できる。また、収納空間Ｓを真空または窒素ガスで満たすことができるため、光源装置１の使用時においても発光素子２１の表面に対する有機物や水分の付着を低減できる。したがって、使用時における発光素子の破損が低減された信頼性が高い光源装置を容易に製造できる。

本実施形態に係る光源装置の製造方法において、接合フレーム３１は、基板１１と比べて熱伝導率が低いため、支持部材４１を接合フレーム３１に接合する際に発生する熱が基板１１に伝わりにくい。そのため、発光素子２１の周辺温度を、光源装置１における使用温度以下に抑えることができる。なお、本実施形態に係る光源装置１の使用温度は５０〜７０℃である。
また、接合フレーム３１と支持部材４１との接合部を局所的に加熱し、溶接することができる。さらに、ニッケル−金を用いた溶接は、溶接温度が低いため、少ない加熱で溶接を行うことができる。これらの作用によって、本実施形態に係る光源装置の製造方法は、製造時の熱による発光素子２１の劣化を低減できる。

また、本実施形態において、透光性部材４３を取り付ける際には、支持部材４１に備えられた位置決め部４７が用いられる。これにより、透光性部材４３が開口部４５を確実に覆うように、透光性部材４３を支持部材４１に配置することができる。そのため、収納空間Ｓの気密性を確保することができる。また、平凸レンズからなる透光性部材４３の光軸と発光素子２１から射出された光の光軸とを合わせることが容易である。そのため、複数の発光素子２１から射出された光を効率的に利用することができる。

本実施形態によれば、発光素子にダメージを与えにくい、光源装置の製造方法が提供される。

［プロジェクター］
以下に、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明するが、本実施形態に係るプロジェクターはこれに限定されない。

図５は、本実施形態に係るプロジェクター１０００の光学系を示す概略図である。図５に示すように、本実施形態に係るプロジェクター１０００は、照明装置１００、色分離導光光学系２００、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、クロスダイクロイックプリズム５００および投写光学系６００を備える。

照明装置１００は、光源装置１、集光光学系８０、波長変換素子９０、コリメート光学系１１０、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を備える。

光源装置１は、上述の光源装置１を用いることができる。光源装置１は、例えば青色光Ｂを集光光学系８０に向けて射出する。

集光光学系８０は、第１レンズ８２及び第２レンズ８４を備える。集光光学系８０は、光源装置１から波長変換素子９０までの光路中に配置され、全体として青色光Ｂを略集光した状態で後述する波長変換層９２に入射させる。第１レンズ８２及び第２レンズ８４は、凸レンズからなる。

波長変換素子９０はいわゆる透過型の波長変換素子であり、モーター９８により回転可能な円板９６の一部に、単一の波長変換層９２が円板９６の周方向に沿って連続して形成されてなる。波長変換素子９０は、青色光Ｂを赤色光Ｒ及び緑色光Ｇを含む蛍光光に変換し、この光を青色光Ｂが入射する側とは反対の側に向けて射出するように構成されている。

円板９６は、青色光Ｂを透過する材料からなる。円板９６の材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。

光源装置１からの青色光Ｂは、円板９６側から波長変換素子９０に入射する。
波長変換層９２は、青色光Ｂを透過し赤色光Ｒ及び緑色光Ｇを反射するダイクロイック膜９４を介して円板９６上に形成されている。ダイクロイック膜９４は、例えば、誘電体多層膜からなる。

波長変換層９２は、光源装置１からの波長が約４４５ｎｍの青色光Ｂの一部を蛍光光に変換して射出し、かつ、青色光Ｂの残りの一部を変換せずに通過させる。このように、励起光を射出する光源装置１と波長変換層９２とを用いて所望の色光を得ることができる。波長変換層９２は、例えばＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ、Ｇｄ）_３（Ａｌ、Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅと有機バインダーを含有する層からなる。

コリメート光学系１１０は、各々が凸レンズからなる第１レンズ１１２と第２レンズ１１４を備え、波長変換素子９０からの光を略平行化する。

第１レンズアレイ１２０は、コリメート光学系１１０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列された複数の第１小レンズ１２２を有する。

第２レンズアレイ１３０は、照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列された複数の第２小レンズ１３２を有する。複数の第２小レンズ１３２は第１レンズアレイ１２０の複数の第１小レンズ１２２に対応して設けられている。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２の像を液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子である。
偏光変換素子１４０は、波長変換素子９０からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域近傍に重畳させる。

第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０及び重畳レンズ１５０は、波長変換素子９０からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

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およびリレーレンズ２６０、リレーレンズ２７０を備える。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂに分離し、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂ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、フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、フィールドレンズ３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光Ｒ成分を通過させ、ダイクロイックミラー２２０に向けて、緑色光Ｇ成分及び青色光Ｂ成分を反射する。
ダイクロイックミラー２２０は、フィールドレンズ３００Ｇに向けて緑色光Ｇ成分を反射して、青色光Ｂ成分を通過させる。

ダイクロイックミラー２１０を通過した赤色光Ｒは、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｒを通過して赤色光Ｒ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Ｇは、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、フィールドレンズ３００Ｇを通過して緑色光Ｇ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を通過した青色光Ｂ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、出射側の反射ミラー２５０、フィールドレンズ３００Ｂを経て青色光Ｂ用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

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、光源装置１から射出された光を変調する。これらは、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、照明装置１００の照明対象となる。

なお、図示は省略したが、液晶光変調装置４００Ｒの光入射側と光射出側にはそれぞれ、入射側偏光板と射出側偏光板が設けられている。液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂに関しても同様である。

クロスダイクロイックプリズム５００は、液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ，液晶光変調装置４００Ｂ各々から射出された画像光を合成してカラー画像を形成する。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直方体の形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。

投写光学系６００は、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂによって形成されたカラー画像をスクリーンＳＣＲ上に投射する。

本実施形態に係るプロジェクター１０００は、光源装置１備えるため、信頼性が高い。また、本実施形態に係るプロジェクター１０００は、波長変換素子９０をさらに備えるため、所望の色の画像を表示することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態の光源装置について説明する。
以下に示す本実施形態の光源装置の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、支持部材４１と透光性部材４３において異なっている。よって、以下の説明では、先の実施形態と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる図面において、図１〜図４と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。

図６は第２実施形態の光源装置２の平面図である。ただし、第１実施形態における電極３３は図示していない。光源装置２は、第１実施形態における支持部材４１の代わりに支持部材１４１を備えている。支持部材１４１は、複数の開口部１４５を備えている。ここで、支持部材１４１は、特許請求の範囲における支持部材に相当する。

複数の開口部１４５は、第１の発光素子２１Ａに対応する第１の開口部１４５Ａと、第２の発光素子２１Ｂに対応する第２の開口部１４５Ｂと、を含む。ここで、第１の開口部１４５Ａは、特許請求の範囲における第１の開口部に相当する。また、第２の開口部１４５Ｂは、特許請求の範囲における第２の開口部に相当する。

各開口部１４５は矩形状であり、透光性部材１４３で覆われている。ひとつの開口部１４５は、例えば４つの発光素子２１と対応している。つまり、４つの発光素子２１から射出された光は、対応する開口部１４５を通って光源装置２の外部へ射出する。

複数の透光性部材１４３は、第１の開口部１４５Ａに設けられた第１の透光性部材１４３Ａと、第２の開口部１４５Ｂに設けられた第２の透光性部材１４３Ｂと、を含む。ここで、第１の透光性部材１４３Ａは、特許請求の範囲における第１の透光性部材に相当する。また、第２の透光性部材１４３Ｂは、特許請求の範囲における第２の透光性部材に相当する。

透光性部材１４３はガラスからなる平板である。透光性部材１４３は集光機能を持っていない。そのため、透光性部材１４３の光射出側に、各発光素子２１に対応した複数の集光レンズ１４６が設けられている。

本実施形態に係る光源装置２は、第１実施形態に係る光源装置１と同様に、信頼性が高い。また、光源装置２を備えたプロジェクターも信頼性が高い。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態の光源装置について説明する。
以下に示す本実施形態の光源装置の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、支持部材４１と透光性部材４３において異なっている。よって、以下の説明では、先の実施形態と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる図面において、図１〜図４と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。

図７は第３実施形態の光源装置３の平面図である。ただし、第１実施形態における電極３３は図示していない。光源装置３は、第１実施形態における支持部材４１の代わりに支持部材２４１を備えている。支持部材２４１は、複数の開口部２４５を備えている。ここで、支持部材２４１は、特許請求の範囲における支持部材に相当する。

複数の開口部２４５は、第１の発光素子２１Ａに対応する第１の開口部２４５Ａと、第２の発光素子２１Ｂに対応する第２の開口部２４５Ｂと、を含む。ここで、第１の開口部２４５Ａは、特許請求の範囲における第１の開口部に相当する。また、第２の開口部２４５Ｂは、特許請求の範囲における第２の開口部に相当する。

各開口部２４５はストライプ状の開口部であり、透光性部材２４３で覆われている。ひとつの開口部２４５は、例えば１列に並んだ４つの発光素子２１と対応している。つまり、４つの発光素子２１から射出された光は、対応する開口部２４５を通って光源装置３の外部へ射出する。

複数の透光性部材２４３は、第１の開口部２４５Ａに設けられた第１の透光性部材２４３Ａと、第２の開口部２４５Ｂに設けられた第２の透光性部材２４３Ｂと、を含む。ここで、第１の透光性部材２４３Ａは、特許請求の範囲における第１の透光性部材に相当する。また、第２の透光性部材２４３Ｂは、特許請求の範囲における第２の透光性部材に相当する。

本実施形態に係る光源装置３は、第１実施形態に係る光源装置１と同様に、信頼性が高い。また、光源装置３を備えたプロジェクターも信頼性が高い。

［変形例］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

例えば、透光性部材が支持部材の基板側に設けられた例を示したが、支持部材の基板とは反対側に設けられてもよい。これによれば、例えば収納空間が真空であるときに、透光性部材が支持部材から脱落しにくい。そのため、光源装置の信頼性が高くなる。また、この構成の場合には、蓋体の形成は、溶接工程前または溶接工程後のどちらで行ってもよい。さらに、第１の透光性部材と、第２の透光性部材と、は支持部材に対して同じ側に設けられていなくてもよい。

上記の実施形態では、支持部材は、第１の透光性部材および第２の透光性部材の位置を規定する位置決め部を備えているが、第２の透光性部材の位置を規定する位置決め部を備えていなくてもよい。

プロジェクターは波長変換素子を備えているが、波長変換素子を備えなくてもよい。このような場合には、プロジェクターの光源装置として、赤色光を射出する光源装置と、緑色光を射出する光源装置と、青色光を射出する光源装置とのうち少なくとも一つに光源装置１が用いられる。

本実施形態に係るプロジェクター１０００では、光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、これに限られない。光変調装置として、たとえばデジタルミラーデバイスを用いてもよい。

さらに例えば、本実施形態では、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、これに限定されない。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、２、３…光源装置、１１…基板、１１ａ…第１の面、２１…発光素子、２１Ａ…第１の発光素子、２１Ｂ…第２の発光素子、３１…接合フレーム、３３…電極、３５…貫通孔、４１、１４１、２４１…支持部材、４３、１４３、２４３…透光性部材、４３Ａ、１４３Ａ、２４３Ａ…第１の透光性部材、４３Ｂ、１４３Ｂ、２４３Ｂ…第２の透光性部材、４５、１４５、２４５…開口部、４５Ａ、１４５Ａ、２４５Ａ…第１の開口部、４５Ｂ、１４５Ｂ、２４５Ｂ…第２の開口部、４７…位置決め部、５１…接着材、６１、６３…接合材、７１…封止材、９０…波長変換素子、４００Ｂ、４００Ｇ、４００Ｒ…液晶光変調装置、６００…投写光学系、１０００…プロジェクター、Ｓ…収納空間

Claims (13)

1. 金属を形成材料とし、第１の面を有する基板と、
   前記基板の前記第１の面側に設けられた第１の発光素子と第２の発光素子と、
   前記第１の発光素子および前記第２の発光素子を囲むように前記基板の前記第１の面側に設けられた接合フレームと、
   前記接合フレームの前記基板とは反対側に接合されるとともに、前記第１の発光素子に対応する第１の開口部および前記第２の発光素子に対応する第２の開口部を有する支持部材と、
   前記第１の開口部に設けられ、前記支持部材よりも線膨張係数が小さい第１の透光性部材と、
   前記第２の開口部に設けられ、前記支持部材よりも線膨張係数が小さい第２の透光性部材と、を備えた光源装置。
2. 前記接合フレームは、前記基板と比べて熱伝導率が低い請求項１に記載の光源装置。
3. 前記支持部材は、前記基板と比べて線膨張係数が大きい請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記第１の透光性部材は、集光機能を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記第１の透光性部材は、前記支持部材の前記基板側に設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記支持部材は、前記接合フレームに溶接されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記基板と、前記接合フレームと、前記支持部材と、前記第１の透光性部材と、前記第２の透光性部材と、によって囲まれた収納空間を有し、
   前記収納空間は、真空である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記基板と、前記接合フレームと、前記支持部材と、前記第１の透光性部材と、前記第２の透光性部材と、によって囲まれた収納空間を有し、
   前記収納空間は、不活性ガスによって満たされている請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 前記支持部材は、前記第１の透光性部材の位置を規定する位置決め部を備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
10. 金属を形成材料とし、第１の面を有する基板と、
    前記基板の前記第１の面側に設けられた複数の発光素子と、
    前記複数の発光素子を囲むように前記基板の前記第１の面側に設けられた接合フレームと、
    前記接合フレームの前記基板とは反対側に接合されるとともに、前記複数の発光素子に対応する複数の開口部を有する支持部材と、
    前記複数の開口部それぞれに対応して設けられた複数の透光性部材と、を備えた光源装置の製造方法であって、
    前記接合フレームと、前記支持部材と、を溶接する溶接工程を備え、
    前記接合フレームは、前記基板と比べて熱伝導率が低い光源装置の製造方法。
11. 前記支持部材は、前記複数の透光性部材のうち少なくとも一つの透光性部材の位置を規定する位置決め部を備える請求項１０に記載の光源装置の製造方法。
12. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、
    前記光変調装置によって変調された光を投射する投写光学系と、を備えるプロジェクター。
13. 前記光によって励起され、蛍光光を射出する波長変換素子をさらに備える請求項１２に記載のプロジェクター。

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