JP6930543B2

JP6930543B2 - 光源装置および投射型表示装置

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Publication number: JP6930543B2
Application number: JP2018540665A
Authority: JP
Inventors: 佑樹前田; 博紀森田; 出志小林
Original assignee: Sony Corp; Sony Group Corp
Current assignee: Sony Corp; Sony Group Corp
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2037-07-27
Also published as: US20190211263A1; JPWO2018055903A1; DE112017004706T5; WO2018055903A1; US10711189B2

Description

本技術は、例えば蛍光体ホイールなどの蛍光構造体を有する光源装置および、この光源装置を備えた投射型表示装置に関する。

近年、蛍光体ホイールなどの蛍光構造体を含む光源装置が、投射型表示装置（プロジェクタ）に使用されている（例えば特許文献１参照）。蛍光体ホイールでは、例えば基板上に複数の蛍光体が設けられており、この複数の蛍光体がバインダにより基板に固定されている。蛍光構造体に入射した励起光の一部は蛍光体に吸収されて蛍光に変換され、残りの励起光は変換されずに、蛍光構造体を透過する（透過光）。

特開２０１３−２１６８００号公報

このような蛍光構造体では、蛍光と透過光との比率を制御して色の調整を行うことが望まれる。

したがって、蛍光と透過光との比率を調整可能な光源装置および投射型表示装置を提供することが望ましい。

本技術の一実施の形態の光源装置（１）は、光源部と、光源部からの光が入射する蛍光部を含む蛍光構造体と、蛍光部を間にして対向する一対の基板とを備え、蛍光部は、表面が透明被覆層で覆われた蛍光体を複数含み、蛍光体は一対の基板に結合していないものである。

本技術の一実施の形態の投射型表示装置（１）は、上記本技術の一実施の形態の光源装置（１）を備えたものである。

本技術の一実施の形態の光源装置（１）および投射型表示装置（１）では、蛍光体の表面が透明被覆層で覆われているので、透明被覆層の厚みにより、隣り合う蛍光体間の距離が調整される。

本技術の一実施の形態の光源装置（２）は、光源部と、光源部からの光が入射する蛍光部を含む蛍光構造体と、蛍光部を間にして対向する一対の基板とを備え、蛍光部は、複数の蛍光体とともに透明粒体を含み、蛍光体は一対の基板に結合していないものである。

本技術の一実施の形態の投射型表示装置（２）は、上記本技術の一実施の形態の光源装置（２）を備えたものである。

本技術の一実施の形態の光源装置（２）および投射型表示装置（２）では、蛍光部に透明粒体が設けられているので、透明粒体の粒径や数などにより、隣り合う蛍光体間の距離が調整される。

本技術の一実施の形態の光源装置（１），（２）および投射型表示装置（１），（２）によれば、透明被覆層または透明粒体により、単位体積当たりに占める蛍光体の体積と層厚とを調整することができる。よって、蛍光と透過光との比率を自在に調整することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。

本技術の一実施の形態に係る投射型表示装置の全体構成を表すブロック図である。図１に示した投射型表示装置の一具体例を表す模式図である。図１に示した光源装置の構成を表すブロック図である。図３に示した光源装置の一具体例を表す上面図である。図４に示した光源部および集光光学系の拡大図である。図３に蛍光構造体の構成を表す平面図である。図６Ａに示したＢ−Ｂ’線の断面図である。図６Ｂに示した蛍光部の拡大図である。蛍光構造体の動作について説明するための断面図である。比較例に係る蛍光構造体の構成を表す断面図である。図６Ａ等に示した蛍光構造体における蛍光と透過光との比率の変化を表す図である。変形例１に係る透明粒体の構成を表す断面図である。変形例１に係る蛍光体の構成を表す断面図である。第２の実施の形態に係る蛍光構造体の構成を表す断面図である。変形例２に係る蛍光体の構成を表す断面図である。変形例３に係る投射型表示装置の全体構成を表す模式図である。図３に示した光源装置を適用させた照明装置の外観の一例を表す斜視図である。図１６に示した照明装置の他の例（１）を表す斜視図である。図１６に示した照明装置の他の例（２）を表す斜視図である。

以下、本技術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．第１の実施の形態
蛍光部に透明粒体を含む例
２．変形例１
蛍光体または透明粒体が光学機能層で被覆されている例
３．第２の実施の形態
蛍光体が透明被覆層で覆われている例
４．変形例２
透明被覆層が更に光学機能層で被覆されている例
５．変形例３
投射型表示装置の構成の他の例

〔第１の実施の形態〕
（全体構成）
図１は本技術の第１の実施の形態に係る投射型表示装置（投射型表示装置１）の全体構成を表すブロック図であり、図２は投射型表示装置１の構成の一例を表す模式図である。この投射型表示装置１は、例えばスクリーンに画像を投射する表示装置である。投射型表示装置１は、例えばＰＣ等のコンピュータや各種画像プレーヤ等の外部の画像供給装置にＩ／Ｆ（インターフェイス）を介して接続されており、このＩ／Ｆに入力される画像信号に基づいて、スクリーン等への投影を行うものである。なお、以下に説明する投射型表示装置１の構成は一例であり、本技術の投射型表示装置は、このような構成に限定されるものではない。

投射型表示装置１は、光源装置１０、照明光学系２０、画像形成部３０および投影光学系４０を有するものである。

図３は光源装置１０の構成の一例を表すブロック図である。光源装置１０は、例えば、白色光を出射するものであり、光源部１０Ｅ、集光光学系１０Ｆ、蛍光構造体１０Ｌおよびコリメート光学系１０Ｃを含んでいる。

図４は、光源装置１０の上面の構成の一例を表し、図５は、図４に示した光源部１０Ｅおよび集光光学系１０Ｆを拡大して表したものである。光源部１０Ｅは、レーザ光源１３１、実装基板１４１およびコリメータレンズ１４３を含んでいる。レーザ光源１３１は、例えば青色波長域（例えば波長４００ｎｍ〜４７０ｎｍ）の励起光Ｌｅを出射する半導体レーザ素子である。光源部１０Ｅには、例えば複数のレーザ光源１３１が設けられている。光源部１０Ｅに、１つのレーザ光源１３１を設けるようにしてもよい。光源部１０Ｅには、レーザ光源１３１に代えて、ＬＥＤ（Light emitting diode）、レーザ励起蛍光体等の他の固体光源が設けられていてもよく、ランプ光源が設けられていてもよい。実装基板１４１は、複数のレーザ光源１３１を実装するためのものである。コリメータレンズ１４３は、回転対称非球面レンズであり、各レーザ光源１３１に対応する位置に設けられている。このコリメータレンズ１４３は、レーザ光源１３１から出射される励起光Ｌｅを略平行光束にするためのものである。

集光光学系１０Ｆは、複数のレーザ光源１３１から出射された各励起光Ｌｅを所定の集光エリア１０８に集光するためのものである。集光光学系１０Ｆは、例えば、非球面ミラー１３５および平面ミラー１３６を有している。非球面ミラー１３５は、複数のレーザ光源１３１から出射された励起光Ｌｅを反射して平面ミラー１３６上に集光するためのものである。平面ミラー１３６は、非球面ミラー１３５により反射された励起光Ｌｅを反射して集光エリア１０８へと導くようになっている。集光エリア１０８は、蛍光構造体１０Ｌの蛍光部（後述の図６Ａ，６Ｂの蛍光部１３Ｌ）に配置されている。

蛍光構造体１０Ｌは、蛍光体ホイールであり、蛍光構造体１０Ｌに入射した青色波長域の励起光Ｌｅの一部を吸収して、例えば黄色波長域（赤色波長域から緑色波長域の間）の蛍光Ｌｆを発生させる。この蛍光Ｌｆと、蛍光構造体１０Ｌに吸収されずにそのまま透過する光（透過光Ｌｔ）とが合成されて白色光となる。この合成光（白色光）がコリメート光学系１０Ｃを介して照明光学系２０に入射するようになっている。蛍光構造体１０Ｌの具体的な構成については後述する。コリメート光学系１０Ｃは、例えばコリメータレンズにより構成されている。コリメート光学系１０Ｃにより、蛍光構造体１０Ｌから出射された光（蛍光Ｌｆおよび透過光Ｌｔ）が実質的に平行光化されるようになっている。

図２に示したように、照明光学系２０は、例えば、インテグレータ素子２１０、偏光変換素子２１５、集光レンズ２１６、色分離素子２２０，２２２、光路変換素子２２６，２２７，２２８、リレーレンズ２５０，２６０およびフィールドレンズ２３０（２３０Ｒ，２３０Ｇ，２３０Ｂ）を含んでいる。

インテグレータ素子２１０は、光源装置１０から出射された光を均一な輝度分布に整える機能を有しており、均一な輝度分布の光が照明光学系２０から画像形成部３０に照射されるようになっている。インテグレータ素子２１０は、例えば第１のフライアイレンズ２１１および第２のフライアイレンズ２１２を有している。第１のフライアイレンズ２１１および第２のフライアイレンズ２１２は、二次元に配置された複数のマイクロレンズを含んで構成されており、第１のフライアイレンズ２１１の各マイクロレンズに、第２のフライアイレンズ２１２のマイクロレンズが１つずつ対応して配置されている。光源装置１０から出射された平行光は、第１のフライアイレンズ２１１に入射し、マイクロレンズによって、複数の光束に分割されるようになっている。この複数の光束は、それぞれ対応する第２のフライアイレンズ２１２のマイクロレンズに結像される。第２のフライアイレンズ２１２のマイクロレンズ各々が、二次光源として機能し、複数の平行光を偏光変換素子２１５に導くようになっている。

偏光変換素子２１５は、インテグレータ素子２１０から入射した光の偏光状態を揃える機能を有している。偏光変換素子２１５および集光レンズ２１６をこの順に通過した光は、例えば、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂを含んでいる。

色分離素子２２０，２２２は、所定の波長域の色光を選択的に反射するとともに、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有するものである。例えば、色分離素子２２０は、赤色光Ｌｒを選択的に反射する。色分離素子２２２は、色分離素子２２０を透過した緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂのうち、緑色光Ｌｇを選択的に反射する。青色光Ｌｂは、色分離素子２２２を透過する。このような色分離素子２２０，２２２により、光源装置１０から出射された光が、互いに異なる色を有する複数の色光に分離されるようになっている。

色分離素子２２０で反射された赤色光Ｌｒは、光路変換素子２２６およびフィールドレンズ２３０Ｒを介して画像形成部３０（後述の光変調素子３１０Ｒ）に入射するようになっている。色分離素子２２２で反射された緑色光Ｌｇは、フィールドレンズ２３０Ｇを介して画像形成部３０（後述の光変調素子３１０Ｇ）に入射するようになっている。色分離素子２２２を透過した青色光Ｌｂは、リレーレンズ２５０、光路変換素子２２７、リレーレンズ２６０、光路変換素子２２８およびフィールドレンズ２３０Ｂをこの順に通過して画像形成部３０（後述の光変調素子３１０Ｂ）に入射するようになっている。光路変換素子２２６，２２７，２２８は、入射した光を反射して、光の進行方向を変更するためのものであり、例えば、ミラーにより構成されている。フィールドレンズ２３０Ｒ，２３０Ｇ，２３０Ｂは、入射した光を平行光化するためのものである。

画像形成部３０は、例えば、光変調素子３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂおよび色合成素子３２０を有している。光変調素子３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給する図示しない信号線（例えばＰＣ等）に電気的に接続されている。光変調素子３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂは、供給される各色の画像信号に基づき、入射した光を画素毎に変調するものである。これにより、光変調素子３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂでは、赤色画像，緑色画像，青色画像が生成されるようになっている。光変調素子３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂは、例えば透過型液晶パネルにより構成されている。光変調素子３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂは、反射型液晶パネルまたはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーパネルにより構成されていてもよい。色合成素子３２０は、光変調素子３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂで変調された赤色光，緑色光および青色光（赤色画像，緑色画像および青色画像）を合成し、投影光学系４０へ導くためのものである。色合成素子３２０は、例えばダイクロイックプリズムにより構成されている。

投影光学系４０は、例えば複数のレンズ４１０を含んで構成されており、画像形成部３０（色合成素子３２０）から導かれた光を拡大して、例えばスクリーンなどの面、物体または空間（図示せず）などに投射するためのものである。

（蛍光構造体１０Ｌの構成）
ここから、光源装置１０の蛍光構造体１０Ｌの構成について説明する。

図６Ａは、蛍光構造体１０Ｌの平面構成を表したものである。図６Ｂは、図６Ａに示したＢ-Ｂ'線に沿った断面構成を表している。蛍光構造体１０Ｌは円形の回転体であり、中心には回転軸Ｒが設けられている。

図６Ｂに示したように、蛍光構造体１０Ｌは、互いに対向する第１基板１１および第２基板１２を有するものであり、第１基板１１と第２基板１２との間には接着部１３Ａおよび蛍光部１３Ｌが設けられている。接着部１３Ａは接着剤１４を有する部分であり、これにより第１基板１１と第２基板１２とが互いに接着されて固定されている。蛍光部１３Ｌは集光エリア１０８が配置される部分であり、蛍光部１３Ｌに集光光学系１０Ｆからの光が入射するようになっている。蛍光構造体１０Ｌは、円の中心にモータ１５および固定部材１６を有している。蛍光構造体１０Ｌに入射した光は、第１基板１１、蛍光部１３Ｌおよび第２基板１２をこの順に通過するようになっている。

第１基板１１および第２基板１２は、ともに平面形状が円形の基板であり、中心部に貫通孔が設けられている。この第１基板１１および第２基板１２の貫通孔に、モータ１５が設けられている。第１基板１１は、例えば、サファイア基板により構成されている。第１基板１１には、ガラス，ＩｎＧａＺｎＯ等の酸化物半導体またはＡｌＮ等の窒化物半導体を用いるようにしてもよい。第１基板１１の光透過領域（蛍光部１３Ｌ）の部分のみを、サファイア，ガラス，酸化物半導体または窒化物半導体により構成し、これ以外の部分を他の材料で構成するようにしてもよい。第１基板１１の光入射面（第２基板１２との対向面と反対の面）には、例えば反射防止膜が設けられており、第１基板１１の光出射面（第２基板１２との対向面）には、ダイクロイックミラーが設けられている。反射防止膜は、光源部１０Ｅからの光が第１基板１１を透過して蛍光部１３Ｌに入射しやすくするためのものである。ダイクロイックミラーは、同様に、光源部１０Ｅからの光が第１基板１１を透過し易くし、かつ、蛍光部１３Ｌで生じた蛍光Ｌｆを第２基板１２側に反射するためのものである。

第２基板１２は、例えばＢＫ７などのガラスにより構成されている。第２基板１２には、サファイア，ＩｎＧａＺｎＯ等の酸化物半導体またはＡｌＮ等の窒化物半導体を用いるようにしてもよい。第１基板１１と同様に、第２基板１２の光透過領域（蛍光部１３Ｌ）の部分のみを、サファイア，ガラス，酸化物半導体または窒化物半導体により構成し、これ以外の部分を他の材料で構成するようにしてもよい。第２基板１２の両面（第１基板１１との対向面および光出射面）には、反射防止膜が設けられている。この反射防止膜は、蛍光部１３Ｌで生じた蛍光Ｌｆが第２基板１２を透過しやすくするためのものである。第２基板１２のどちらか一方の面または両面に、例えば、微細構造または光学機能膜を設けるようにしてもよい。微細構造とは、例えばフォトニック結晶またはマイクロレンズ等である。フォトニック結晶は、ナノオーダーの周期構造で構成される光機能デバイスの１つであり、周期構造の形状および周期等によって、配光状態を制御することができるものである。マイクロレンズは、マイクロオーダー以下の微小レンズが並んで配置された光機能デバイスの１つである。光学機能膜は、例えば反射膜である。これにより、第２基板１２に配光制御機能を設けることが可能となる。

図６Ａに示したように、接着部１３Ａは、例えば、第１基板１１および第２基板１２の円周近傍と中心部近傍とに設けられている。円周近傍の接着部１３Ａは、第１基板１１および第２基板１２の円周に沿うように連続して設けられている。中心近傍の接着部１３Ａは、貫通孔の周囲にリング状に設けられている。接着剤１４は、第１基板１１と第２基板１２とを互いに接着して固定するためのものであり、例えばシリコーン系接着剤およびエポキシ系接着剤などの樹脂材料により構成されている。接着剤１４にガラスまたはアルミナ等の無機接着剤を用いるようにしてもよい。

図７は、蛍光部１３Ｌを拡大して表している。本実施の形態では、この蛍光部１３Ｌに、蛍光体１７とともに、透明粒体１８が設けられている。詳細は後述するが、これにより、蛍光構造体１０Ｌから出射される蛍光Ｌｆと透過光Ｌｔとの比率を自在に調整することが可能となる。

蛍光部１３Ｌは、円周近傍の接着部１３Ａと中心近傍の接着部１３Ａとの間を埋めるように設けられている。換言すれば、第１基板１１と第２基板１２との間の、接着部１３Ａ以外の領域が、蛍光部１３Ｌである。蛍光部１３Ｌの厚み（図７のＺ方向）は、例えば３０〜８０μｍである。蛍光部１３Ｌの厚みは、第１基板１１と第２基板１２との間の距離、より詳細には第１基板１１および第２基板１２の互いの対向面間の距離をいう。

蛍光部１３Ｌに設けられた蛍光体１７は、光源部１０Ｅから出射された光を吸収して蛍光を発生する粒子である。蛍光体１７は、例えば青色波長域の光により励起されて、黄色の蛍光を発する粒子であり、例えば無機蛍光体または半導体ナノ粒子等により構成されている。無機蛍光体としては、例えば、Ｃｅ賦活材を添加したＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系材料（Ｃｅ：ＹＡＧ）またはＣｅ賦活材を添加したＬＳＮ（Ｌａ₃Ｓｉ₆Ｎ₁₁）材料（Ｃｅ：ＬＳＮ）等を用いることができる。蛍光体１７の粒径は、例えば１０μｍ〜３０μｍである。蛍光体１７は、第１基板１１および第２基板１２に結合されておらず、また複数の蛍光体１７も互いに結合していない。

透明粒体１８は、蛍光部１３Ｌに分散されて複数設けられている。透明粒体１８は、蛍光部１３Ｌ内で単位体積当たりに占める蛍光体１７の体積を調整するためのものである。例えば、透明粒体１８の数が多いほど、あるいは、透明粒体１８の粒径が大きいほど、蛍光部１３Ｌ内で単位体積当たりに占める蛍光体１７の体積は小さくなる。ここで、透明とは、光源部１０Ｅから出射された励起光Ｌｅ（可視域の光および非可視域の光を含む）および蛍光Ｌｆを透過する特性をいう。透明粒体１８は、例えば球状である。透明粒体１８の形状は、ラグビーボール状、直方体状、立方体状、円柱状、あるいは角柱状などのどのような形状であってもよい。透明粒体１８の粒径は、例えば１０μｍ〜３０μｍである。耐熱性の点で、透明粒体１８には無機材料を用いることが好ましい。透明粒体１８は、例えばガラス類、サファイア、ＩｎＧａＺｎＯ等の酸化物半導体または窒化物半導体類等により構成されている。

モータ１５は、回転軸Ｒに沿って設けられており、蛍光構造体１０Ｌを所定の回転数で回転駆動させるようになっている。このモータ１５による回転駆動により、第１基板１１および第２基板１２とともに接着部１３Ａおよび蛍光部１３ＬがＸＹ平面内で回転する。モータ１５は、第１基板１１および第２基板１２の貫通孔を通り、第２基板１２から一部が突出するように設けられている。固定部材１６は、第２基板１２とともに、第２基板１２から突出したモータ１５を覆うように設けられている。この固定部材１６は押さえ治具であり、モータ１５を第２基板１２に力学的に押さえて固定している。これにより、モータ１５が回転軸Ｒの位置に固定される。

このような蛍光構造体１０Ｌは、例えば以下のような方法で製造することができる。

まず、蛍光体１７に所定の比率で透明粒体１８を混合しておく。次いで、第１基板１１上の接着部１３Ａに接着剤１４を塗布した後、第１基板１１に、第２基板１２を重ねて、外側の接着部１３Ａに塗布した接着剤１４を硬化させる。その後、例えば第１基板１１および第２基板１２の中心部の貫通孔から、第１基板１１と第２基板１２との間に予め混合しておいた蛍光体１７および透明粒体１８を注入して、蛍光部１３Ｌを形成する。蛍光部１３Ｌは、液晶注入の方法と同様にして行うことが可能であり、例えば、真空差圧または遠心力により注入することが可能である。この遠心力は、第１基板１１および第２基板１２を回転させることにより生じるものである。蛍光部１３Ｌを形成した後、内側に塗布した接着剤１４を硬化させる。

続いて、第１基板１１および第２基板１２の貫通孔に、第１基板１１側からモータ１５を挿入する。最後に、第２基板１２から突出したモータ１５を固定部材１６で押さえて力学的に固定する。これにより蛍光構造体１０Ｌが形成される。

（動作）
投射型表示装置１では、光源装置１０から出射された光が、照明光学系２０により、画像形成部３０に照射される。画像形成部３０では、赤色光，緑色光，青色光それぞれの空間変調がなされた後、これらが合成されて、投影光学系４０に入射する。投影光学系４０では、画像形成部３０から入射した光が拡大されて、例えばスクリーンなどに投射される。

このうち、光源装置１０の動作について、図３および図８を用いてより具体的に説明する。光源装置１０では、まず、モータ１５を駆動し、蛍光構造体１０Ｌを回転駆動させる。蛍光構造体１０Ｌは、例えば３６００ｒｐｍ以上で回転する。

次いで、図２に示したように、光源部１０Ｅより、例えば青色波長域の励起光Ｌｅを出射する。この励起光Ｌｅは、集光光学系１０Ｆを介して蛍光構造体１０Ｌに入射する。蛍光構造体１０Ｌに入射した励起光Ｌｅは、図８に示したように、第１基板１１を通過した後、蛍光部１３Ｌに入射する。

蛍光部１３Ｌでは、蛍光体１７が入射した励起光Ｌｅの一部を吸収して、例えば黄色波長域の蛍光Ｌｆに変換する。この蛍光Ｌｆは、第２基板１２を通過して、コリメート光学系１０Ｃに入射する。なお、蛍光体１７に吸収された励起光Ｌｅは、そのほとんどが蛍光Ｌｆに変換されるが、熱に変換されるものも存在する。つまり、励起光Ｌｅの入射した蛍光部１３Ｌ近傍では発熱する。蛍光構造体１０Ｌは回転駆動されているので、励起光Ｌｅの入射する領域が分散され、局所的な熱の発生を防ぐことができる。よって、温度消光を防ぐことができる。

蛍光体１７に吸収されずに、蛍光部１３Ｌを通過した励起光Ｌｅは、透過光Ｌｔとして、蛍光Ｌｆとともに、第２基板１２を通過して、コリメート光学系１０Ｃに入射する。例えば、透明粒体１８に入射した励起光Ｌｅの一部は、透過光Ｌｔとなる。このように、光源装置１０から、蛍光Ｌｆおよび透過光Ｌｔが、照明光学系２０に入射する。

（作用・効果）
本実施の形態の投射型表示装置１では、蛍光構造体１０Ｌの蛍光部１３Ｌに透明粒体１８が設けられているので、蛍光部１３Ｌ内で単位体積当たりに占める蛍光体１７の体積率および層厚を調整することが可能となる。よって、蛍光構造体１０Ｌから出射される蛍光Ｌｆと透過光Ｌｔとの比率を自在に制御して、光源装置１０から所望の白色点（色温度）の光を得ることができる。以下、これについて説明する。

図９は、比較例に係る蛍光構造体５００Ｌの断面構成を表したものである。この蛍光構造体５００Ｌでは、バインダ５１４を用いて蛍光体１７を第１基板１１に固定している。複数の蛍光体１７は、互いにバインダ５１４によって結合されている。バインダ５１４は、樹脂材料または無機材料により構成されている。モータ１５は、第１基板１１に接着剤５００により固定されている。このようなバインダ５１４を用いた蛍光構造体５００Ｌでは、蛍光部５１３Ｌの厚みはバインダ５１４の厚みによって規定される。この蛍光部５１３Ｌの厚みと、蛍光部５１３Ｌの蛍光体１７の濃度とによって、蛍光構造体５００Ｌから出射される蛍光と透過光との比率が決定されるようになっている。規格に応じて所望の白色点が異なるため、蛍光と透過光との比率の調整が必要となる。

しかしながら、バインダ５１４の使用は例えば以下のような問題が生じる虞がある。まず、第１基板１１の構成材料の選択肢が狭められることが挙げられる。バインダ５１４と第１基板１１とは互いに接している。このため、バインダ５１４と第１基板１１との熱膨張差に起因する熱応力破損を防ぐためには、第１基板１１の構成材料は、バインダ５１４の構成材料の線膨張係数に近い値を有するものに限定される。このような問題は、バインダ５１４を樹脂材料、無機材料のいずれにより構成した場合にも生じ得る。

また、樹脂材料により構成されたバインダ５１４は耐光性が低く、光源装置の信頼性が低下しやすい。特に、光源装置の高輝度化を行うために、光源部（例えば図３の光源部１０Ｅ）から出射される励起光Ｌｅの光量を増やすと、この問題が顕著となる。加えて、樹脂材料により構成されたバインダ５１４では、バインダ５１４が蛍光または透過光を吸収することに起因して、光の利用効率が低下する。

バインダ５１４の使用に起因して、このように様々な問題が生じ得ることから、バインダ５１４を使用しない蛍光構造体、即ち、バインダレス蛍光体ホイールの使用が望まれるが、バインダレス蛍光体ホイールでは、バインダ（例えば図９のバインダ５１４）による蛍光部（例えば図９の蛍光部５１３Ｌ）の厚みの調整ができなくなるので、蛍光と透過光との比率を制御することが困難となる。

これに対し、本実施の形態の蛍光構造体１０Ｌは、バインダレス蛍光体ホイールであるが、蛍光部１３Ｌに透明粒体１８を設けるようにしたので、蛍光体１７と透明粒体１８との混合比を変化させることにより、隣り合う蛍光体１７間の距離が調整される。即ち、蛍光部１３Ｌ内で単位体積当たりに占める蛍光体１７の体積率と層厚とを調整することが可能となる。透明粒体１８の粒径を変化させることにより、蛍光部１３Ｌ内で単位体積当たりに占める蛍光体１７の体積率と層厚とを調整することも可能である。このように、透明粒体１８の量および粒径などによって、蛍光構造体１０Ｌから出射される蛍光Ｌｆと透過光Ｌｔとの比率を自在に制御し、光源装置１０から所望の白色点を得ることができる。

図１０は、蛍光部１３Ｌの厚みおよび蛍光部１３Ｌ内の蛍光体１７の充填率を変化させたときの、蛍光Ｌｆ量に対する透過光Ｌｔ量の比率（透過光Ｌｔ/蛍光Ｌｆ）の変化を表したものである。ここで、蛍光部１３Ｌ内の蛍光体１７の充填率は、単位空間当たりに蛍光体１７が占有する体積率を表す。蛍光部１３Ｌ内での蛍光体１７に対する透明粒体１８の混合比が減少すれば、蛍光部１３Ｌ内の蛍光体１７の充填率は大きくなり、蛍光体１７に対する透明粒体１８の混合比が増加すれば、蛍光部１３Ｌ内の蛍光体１７の充填率は小さくなる。

蛍光部１３Ｌの厚みが一定の場合には、蛍光部１３Ｌ内の蛍光体１７の充填率が大きくなるほど、蛍光Ｌｆ量に対する透過光Ｌｔ量の比率は小さくなる。また、蛍光部１３Ｌ内の蛍光体１７の充填率が一定の場合には、蛍光部１３Ｌの厚みが大きくなるほど、蛍光Ｌｆ量に対する透過光Ｌｔ量の比率は小さくなる。例えば、所定の蛍光Ｌｆ量に対する透過光Ｌｔ量の比率を得るためには、蛍光部１３Ｌの厚みを小さくして、蛍光部１３Ｌ内の蛍光体１７の充填率を大きくしてもよく、あるいは、蛍光部１３Ｌの厚みを大きくして、蛍光部１３Ｌ内の蛍光体１７の充填率を小さくしてもよい。

このように、例えば、蛍光部１３Ｌの厚みを３０μｍ〜８０μｍ、蛍光部１３Ｌ内の蛍光体１７の充填率２０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％の範囲で調整して、所望の白色点を得ることができる。

また、蛍光構造体１０Ｌは、バインダレス蛍光体ホイールであるので、第１基板１１および第２基板１２の構成材料の選択肢が増える。例えば、放熱性の点から、高い熱伝導率を有する第１基板１１および第２基板１２を選択してもよく、あるいは、コストの点で、低コストの第１基板１１および第２基板１２を選択してもよい。更に、樹脂材料が不要であるので、信頼性および光の利用効率を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態では、蛍光構造体１０Ｌの蛍光部１３Ｌに蛍光体１７とともに、透明粒体１８を設けるようにしたので、蛍光構造体１０Ｌから出射される蛍光Ｌｆと透過光Ｌｔとの比率を自在に制御することができる。

また、蛍光構造体１０Ｌはバインダレス蛍光体ホイールであり、第１基板１１および第２基板１２の構成材料の選択肢を増やすことができる。更に、信頼性および光の利用効率を向上させることができる。

このような蛍光構造体１０Ｌを有する光源装置１０を備えた投射型表示装置１では、優れた表示性能を発揮することができる。

次に、上記実施の形態の変形例および他の実施の形態について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

〔変形例１〕
図１１および図１２に示したように、透明粒体１８または蛍光体１７の表面を光学機能層１９で覆うようにしてもよい（変形例１）。光学機能層１９は、例えば厚み１μｍ以下の反射防止層または厚み５μｍ以下のダイクロイックミラー層である。ダイクロイックミラー層は、特定波長の光の透過および反射機能を有するものである。透明粒体１８および蛍光体１７の両方の表面を光学機能層１９で覆うようにしてもよい。このような光学機能層１９を設けることにより、光の利用効率を向上させることができる。

〔第２の実施の形態〕
図１３は、第２の実施の形態に係る蛍光構造体（蛍光構造体６０Ｌ）の蛍光部６３Ｌの断面構成を表したものである。この蛍光構造体６０Ｌの蛍光部６３Ｌには、透明粒体（図７の透明粒体１８）は設けられておらず、蛍光体１７の表面が透明被覆層６８で覆われている。即ち、蛍光部６３Ｌには、透明粒体に代えて、透明被覆層６８が設けられている。この点において、蛍光構造体６０Ｌは蛍光構造体１０Ｌと異なっている。

蛍光部６３Ｌは、蛍光部１３Ｌと同様に、第１基板１１と第２基板１２との間に設けられている。例えば、この蛍光部６３Ｌに設けられた複数の蛍光体１７の全ての表面は、透明被覆層６８で覆われている。蛍光部６３Ｌには、表面が透明被覆層６８で覆われた蛍光体１７と、表面が露出された蛍光体１７とが混在していてもよい。透明被覆層６８は各々の蛍光体１７の表面全体を覆っている。製造ばらつき等に起因して、一部表面が透明被覆層６８から露出された蛍光体１７が存在していてもよい。透明被覆層６８は、無機材料により構成されていることが好ましい。透明被覆層６８は、例えばガラス類、サファイア、ＩｎＧａＺｎＯ等の酸化物半導体または窒化物半導体等により構成されている。透明被覆層６８の厚みは例えば１０ｎｍ〜１００００ｎｍである。

本実施の形態では、このような透明被覆層６８で蛍光体１７の表面を覆うことにより、隣り合う蛍光体１７間の距離が調整される。即ち、蛍光部６３Ｌ内で単位体積当たりに占める蛍光体１７の体積率を調整することが可能となる。例えば、透明被覆層６８の厚みを大きくすることにより、蛍光部６３Ｌ内で単位体積当たりに占める蛍光体１７の体積率は小さくなり、透明被覆層６８の厚みを小さくすることにより、蛍光部６３Ｌ内で単位体積当たりに占める蛍光体１７の体積率は大きくなる。

このように蛍光構造体６０Ｌは、上記蛍光構造体１０Ｌと同様に、蛍光構造体６０Ｌから出射される蛍光Ｌｆと透過光Ｌｔとの比率を自在に制御することができる。

〔変形例２〕
図１４に示したように、透明被覆層６８を更に、光学機能層１９で覆うようにしてもよい（変形例２）。光学機能層１９は、例えば厚み１μｍ以下の反射防止層または厚み５μｍ以下のダイクロイックミラー層である。このような光学機能層１９を設けることにより、光の利用効率を向上させることができる。

〔変形例３〕
図１５は、変形例３に係る投射型表示装置（投射型表示装置１Ａ）の全体構成を表す模式図である。上記第１の実施の形態の蛍光構造体１０Ｌまたは第２の実施の形態の蛍光構造体６０Ｌを有する光源装置１０を投射型表示装置１Ａに適用させるようにしてもよい。

投射型表示装置１Ａは、投射型表示装置１と同様に、光源装置１０、照明光学系２０、画像形成部３０および投影光学系４０を有している。

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、色分離素子２４Ａ，２４Ｂと、光路変換素子２５Ａ，２５Ｂと、レンズ２６Ａ，２６Ｂと、色分離素子２７と、偏光板２８Ａ〜２８Ｃとを有している。色分離素子２４Ａ，２４Ｂ，２７は、例えばダイクロイックミラーにより構成されており、光路変換素子２５Ａ，２５Ｂは、例えばミラーにより構成されている。

フライアイレンズ２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、光源装置１０のコリメート光学系１０Ｃ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からの光を色分離素子２４Ａ，２４Ｂへ向けて集光する。色分離素子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。例えば色分離素子２４Ａは、主に赤色光Ｌｒを光路変換素子２５Ａの方向へ反射させる。また、色分離素子２４Ｂは、主に青色光Ｌｂを光路変換素子２５Ｂの方向へ反射させる。したがって、主に緑色光Ｌｇが色分離素子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。光路変換素子２５Ａは、色分離素子２４Ａからの光（主に赤色光Ｌｒ）をレンズ２６Ａに向けて反射し、光路変換素子２５Ｂは、色分離素子２４Ｂからの光（主に青色光Ｌｂ）をレンズ２６Ｂに向けて反射する。レンズ２６Ａは、光路変換素子２５Ａからの光（主に赤色光Ｌｒ）を透過し、色分離素子２７へ集光させる。レンズ２６Ｂは、光路変換素子２５Ｂからの光（主に青色光Ｌｂ）を透過し、色分離素子２７へ集光させる。色分離素子２７は、緑色光Ｌｇ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、透過レンズ２６Ａからの光のうち赤色光Ｌｒ成分を透過する。透過レンズ２６Ａからの光に緑色光Ｌｇ成分が含まれる場合、その緑色光Ｌｇ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、光変調素子３２Ａ〜３２Ｃと、色合成素子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Ｌｒを光変調素子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Ｌｂを光変調素子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Ｌｇを光変調素子３２Ｃの方向へ透過させる。また、色分離素子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Ｌｇは、そのまま反射型偏光板３１Ｃを透過して色合成素子３３に入射する。さらに、反射型偏光板３１Ａは、光変調素子３２ＡからのＳ偏光の赤色光Ｌｒを反射して色合成素子３３に入射させる。反射型偏光板３１Ｂは、光変調素子３２ＢからのＳ偏光の青色光Ｌｂを反射して色合成素子３３に入射させる。反射型偏光板３１Ｃは、光変調素子３２ＣからのＳ偏光の緑色光Ｌｇを反射して色合成素子３３に入射させる。

光変調素子３２Ａ〜３２Ｃは、それぞれ、赤色光Ｌｒ、青色光Ｌｂまたは緑色光Ｌｇの空間変調を行うものである。光変調素子３２Ａ〜３２Ｃは、例えば反射型液晶パネルにより構成されている。光変調素子３２Ａ〜３２Ｃは、透過型液晶パネルまたはＭＥＭＳミラーパネルにより構成されていてもよい。

色合成素子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。色合成素子３３は、例えばダイクロイックプリズムにより構成されている。

投影光学系４０は、レンズＬ４１〜Ｌ４５と、光路変換素子Ｍ４０とを有する。投影光学系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。光路変換素子Ｍ４０は、例えばミラーにより構成されている。

蛍光構造体１０Ｌ，６０Ｌでは、蛍光Ｌｆと透過光Ｌｔとの比率を調整して、所望の白色点を得ることができる。よって、蛍光構造体１０Ｌ，６０Ｌを含む光源装置１０を備えた投射型表示装置１Ａは、投射型表示装置１と同様に優れた表示性能を発揮する。

〔適用例〕
上記実施の形態および変形例では、本技術の一実施の形態に係る光源装置が適用される投射型表示装置を例に挙げて説明したが、本技術の一実施の形態に係る光源装置は、例えば自動車用のヘッドランプ（ヘッドライト）や照明等に適用することができる。

図１６は、上記光源装置１０を適用した照明装置の外観を表したものである。この照明装置は、上記実施の形態等の光源装置１０を備えた卓上用の照明装置であり、例えば、基台８４１に設けられた支柱８４２に、照明部８４３が取り付けられている。この照明部８４３が、上記実施の形態に係る光源装置１０により構成されている。照明部８４３は、図１６に示した筒状、または図１７に示した曲面状など、任意の形状とすることが可能である。

光源装置１０は、図１８に示したような室内用の照明装置に適用させるようにしてもよい。この照明装置では、照明部８４４が上記光源装置１０により構成されている。照明部８４４は、建造物の天井８５０Ａに適宜の個数および間隔で配置されている。なお、照明部８４４は、用途に応じて、天井８５０Ａに限らず、壁８５０Ｂまたは床（図示せず）など任意の場所に設置することが可能である。

これらの照明装置では、光源装置１０からの光により、照明が行われる。ここでは、上記実施の形態で説明したように、蛍光Ｌｆと透過光Ｌｔとの比率を制御可能な光源装置１０を備えているので、所望の発光色の光を得ることができる。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態において例示した光学系（光源装置、照明光学系、画像形成部、投影光学系）の各構成要素、配置および数等は、あくまで一例であり、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。例えば、上記実施の形態等では、３板式の光変調素子を有する投射型表示装置について説明したが、本技術は、単板式の光変調素子（時間的な光変調を行う光変調素子）を有する投射型表示装置にも適用可能である。

また、上記実施の形態等では、光源部１０Ｅから青色波長域の励起光を出射し、蛍光構造体１０Ｌ，６０Ｌからは、黄色波長域の蛍光と青色波長域の透過光とが合成されて出射され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。

更に、上記実施の形態等では、蛍光構造体が円状の回転体である場合を例に挙げて説明したが、本技術は、例えばチップ状の非回転体である蛍光構造体に適用することも可能である。

加えて、上記実施の形態等では、透明粒体１８を設ける場合と、透明被覆層６８を設ける場合についてそれぞれ説明したが、蛍光部に、透明粒体１８と透明被覆層６８とをともに設けるようにしてもよい。

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であってこれに限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

なお、本技術は、以下のような構成も可能である。
（１）
光源部と、
前記光源部からの光が入射する蛍光部を含む蛍光構造体と、
前記蛍光部を間にして対向する一対の基板とを備え、
前記蛍光部は、表面が透明被覆層で覆われた蛍光体を複数含み、
前記蛍光体は前記一対の基板に結合していない
光源装置。
（２）
更に、前記透明被覆層を覆う光学機能層を有する
前記（１）に記載の光源装置。
（３）
前記透明被覆層は無機材料により構成されている
前記（１）または（２）に記載の光源装置。
（４）
前記透明被覆層はサファイア、酸化物半導体または窒化物半導体により構成されている
前記（１）乃至（３）のうちいずれか１つに記載の光源装置。
（５）
光源部と、
前記光源部からの光が入射する蛍光部を含む蛍光構造体と、
前記蛍光部を間にして対向する一対の基板とを備え、
前記蛍光部は、複数の蛍光体とともに透明粒体を含み、
前記蛍光体は前記一対の基板に結合していない
光源装置。
（６）
前記蛍光体または前記透明粒体を覆う光学機能層を有する
前記（５）に記載の光源装置。（７）
前記透明粒体は無機材料により構成されている
前記（５）または（６）に記載の光源装置。
（８）
前記透明粒体はサファイア、酸化物半導体または窒化物半導体により構成されている
前記（５）乃至（７）のうちいずれか１つに記載の光源装置。
（９）
前記一対の基板の間に、前記蛍光部とともに接着部を有する
前記（１）乃至（８）のうちいずれか１つに記載の光源装置。
（１０）
複数の前記蛍光体は互いに結合していない
前記（１）乃至（９）のうちいずれか１つに記載の光源装置。
（１１）
前記蛍光構造体は回転体である
前記（１）乃至（１０）のうちいずれか１つに記載の光源装置。
（１２）
光源装置と、
前記光源装置からの光により画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部からの光を投射する投影光学系とを備え、
前記光源装置は、
光源部と、
前記光源部からの光が入射する蛍光部を含む蛍光構造体と、
前記蛍光部を間にして対向する一対の基板とを備え、
前記蛍光部は、表面が透明被覆層で覆われた蛍光体を複数含み、
前記蛍光体は前記一対の基板に結合していない
投射型表示装置。
（１３）
光源装置と、
前記光源装置からの光により画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部からの光を投射する投影光学系とを備え、
前記光源装置は、
光源部と、
前記光源部からの光が入射する蛍光部を含む蛍光構造体と、
前記蛍光部を間にして対向する一対の基板とを備え、
前記蛍光部は、複数の蛍光体とともに透明粒体を含み、
前記蛍光体は前記一対の基板に結合していない
投射型表示装置。

本出願は、日本国特許庁において２０１６年９月２０日に出願された日本特許出願番号第２０１６−１８２７４０号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims

光源部と、
前記光源部からの光が入射する蛍光部を含む蛍光構造体と、
前記蛍光部を間にして対向する一対の基板とを備え、
前記蛍光部は、表面が透明被覆層で覆われた蛍光体を複数含み、
前記蛍光体は前記一対の基板に結合していない
光源装置。
更に、前記透明被覆層を覆う光学機能層を有する
請求項１に記載の光源装置。
前記透明被覆層は無機材料により構成されている
請求項１に記載の光源装置。
前記透明被覆層はサファイア、酸化物半導体または窒化物半導体により構成されている
請求項１に記載の光源装置。
光源部と、
前記光源部からの光が入射する蛍光部を含む蛍光構造体と、
前記蛍光部を間にして対向する一対の基板とを備え、
前記蛍光部は、複数の蛍光体とともに透明粒体を含み、
前記蛍光体は前記一対の基板に結合していない
光源装置。
前記蛍光体または前記透明粒体を覆う光学機能層を有する
請求項５に記載の光源装置。
前記透明粒体は無機材料により構成されている
請求項５に記載の光源装置。
前記透明粒体はサファイア、酸化物半導体または窒化物半導体により構成されている
請求項５に記載の光源装置。
前記一対の基板の間に、前記蛍光部とともに接着部を有する
請求項１に記載の光源装置。
複数の前記蛍光体は互いに結合していない
請求項１に記載の光源装置。
前記蛍光構造体は回転体である
請求項１に記載の光源装置。
光源装置と、
前記光源装置からの光により画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部からの光を投射する投影光学系とを備え、
前記光源装置は、
光源部と、
前記光源部からの光が入射する蛍光部を含む蛍光構造体と、
前記蛍光部を間にして対向する一対の基板とを備え、
前記蛍光部は、表面が透明被覆層で覆われた蛍光体を複数含み、
前記蛍光体は前記一対の基板に結合していない
投射型表示装置。
光源装置と、
前記光源装置からの光により画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部からの光を投射する投影光学系とを備え、
前記光源装置は、
光源部と、
前記光源部からの光が入射する蛍光部を含む蛍光構造体と、
前記蛍光部を間にして対向する一対の基板とを備え、
前記蛍光部は、複数の蛍光体とともに透明粒体を含み、
前記蛍光体は前記一対の基板に結合していない
投射型表示装置。