JP7262001B2

JP7262001B2 - 色変換素子

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Publication number: JP7262001B2
Application number: JP2020540150A
Authority: JP
Inventors: 孝典明田; 洋介本多; 貴司岸田; 徹平野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2023-04-21
Anticipated expiration: 2039-07-23
Also published as: TWI721536B; CN112534314B; US20210344883A1; JPWO2020044870A1; EP3845937A1; CN112534314A; TW202024679A; WO2020044870A1; EP3845937A4; US11985452B2

Description

本発明は、基板上に蛍光部が積層された色変換素子に関する。

例えば、プロジェクタなどの投影装置に用いられる蛍光体ホイール（色変換素子）においては、放熱性を高めるべく、蛍光部と基板とを熱伝導性接着剤で接合した技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。また、基板における蛍光部側の主面には、反射層が積層されており、これにより、蛍光部からの光を反射層で反射することで変換効率が高められている。

特開２０１６－９９５６６号公報

近年においては、色変換素子における色変換の変換効率をさらに高めることが望まれている。

そこで本発明は、変換効率を向上可能な色変換素子を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る色変換素子は、基板と、基板上に配置された蛍光部であって、外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を放出する蛍光部と、蛍光部における基板側の主面に積層され、誘電体多層膜からなる反射層と、反射層と基板との間に介在して、反射層と基板とを接合する接合部とを備え、接合部は、蛍光部におけるレーザー光が照射される照射領域の少なくとも一部に平面視で重なる位置に、反射層を露出させる空気層を有する。

本発明に係る色変換素子によれば、変換効率を高めることができる。

図１は、実施の形態に係る色変換素子の概略構成を示す模式図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線を含む切断面を見た断面図である。図３は、変形例１に係る色変換素子の概略構成を示す断面図である。図４は、変形例２に係る色変換素子の概略構成を示す断面図である。図５は、変形例３に係る色変換素子の概略構成を示す平面図である。図６は、変形例３に係る色変換素子の概略構成を示す断面図である。図７は、変形例４に係る色変換素子の概略構成を示す断面図である。図８は、変形例５に係る色変換素子の概略構成を示す断面図である。図９は、変形例６に係る照明装置の概略構成を示す模式図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る色変換素子について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図においては、同じ構成部材に対して同じ符号を付している。

以下、実施の形態について説明する。

図１は、実施の形態に係る色変換素子の概略構成を示す模式図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線を含む切断面を見た断面図である。

色変換素子１は、プロジェクタ等の投影装置に用いられる蛍光体ホイールである。投影装置には、光源部として、青紫～青色（４３０～４９０ｎｍ）の波長のレーザー光Ｌを色変換素子１に対して放射する半導体レーザー素子が設けられている。色変換素子１は、光源部から照射されたレーザー光Ｌを励起光として、白色光を放射する。以下、色変換素子１について具体的に説明する。

図１及び図２に示すように、色変換素子１は、基板２と、蛍光部３と、反射層４と、接合部５とを備えている。なお、図１及び図２においては、レーザー光Ｌをドットハッチングで図示している。色変換素子１において、レーザー光Ｌが照射される領域を照射領域Ｒと称す。照射領域Ｒは固定されているが、色変換素子１が回転するために、照射領域Ｒは相対的に色変換素子１上を周方向に移動することになる。

基板２は、平面視形状が例えば円形状の基板であり、その中央部に貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１に対して、投影装置内にある回転軸が取り付けられることで、基板２が回転駆動するようになっている。

基板２は、蛍光部３よりも熱伝導率の高い基板である。これにより、蛍光部３から伝導した熱を基板２から効率的に放熱できるようになっている。具体的には、基板２は、Ａｌ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｆｅ、Ｔｉなどの金属材料から形成されている。なお、基板２は、蛍光部３よりも熱伝導率が高いのであれば、金属材料以外から形成されていてもよい。金属材料以外の材料としては、Ｓｉ、セラミック、サファイア、グラファイトなどが挙げられる。

基板２の１つの主面２２は平坦状に形成されており、当該主面２２側に蛍光部３が配置されている。

蛍光部３は、全体として肉厚が均一である。蛍光部３は、例えば、レーザー光Ｌによって励起されて蛍光を発する蛍光体の粒子（蛍光体粒子３４）を分散状態で備えており、レーザー光Ｌの照射により蛍光体粒子３４が蛍光を発する。このため、蛍光部３における基板２とは反対側の第一主面３１が発光面となる。また、本実施の形態では、蛍光部３における基板２側の第二主面３２の法線方向と、蛍光部３に対するレーザー光Ｌの入射方向とが略一致しているものとする。「略一致」とは、完全に一致しているだけでなく、数％程度の誤差を許容する表現である。また、蛍光部３における第一主面３１は、微小な凹凸形状が全体的に形成されていてもよい。具体的には、第一主面３１の表面粗さを所定値よりも大きくてもよい。これにより、蛍光部３では第一主面３１が低反射率となるので、光の取り出し効率及び取り込み効率を高めることができる。

蛍光部３は、全体として平面視形状が環状に形成されている。この蛍光部３は、肉厚が均一なシート状の個片３３が複数、環状に配列されることにより形成されている。複数の個片３３は、同一形状であり、同一種類である。具体的には、個片３３は平面視台形状に形成されている。なお、個片３３はシート状であればその形状は如何様でもよい。個片３３のその他の平面視形状としては、矩形状、三角形状、その他の多角形状などが挙げられる。

隣り合う個片３３同士は、互いの隣り合う辺がほぼ一致している。個片３３には、少なくとも一種類の蛍光体粒子３４が含まれている。本実施の形態の場合、個片３３は、白色光を放射するものであり、レーザー光Ｌの照射によって赤色を発光する赤色蛍光体、黄色を発光する黄色蛍光体、緑色を発光する緑色蛍光体の３種類の蛍光体粒子３４が適切な割合で含まれている。

蛍光体粒子３４の種類及び特性は特に限定されるものではないが、比較的高い出力のレーザー光Ｌが励起光となるため、熱耐性が高いものが望ましい。また、蛍光体粒子３４を分散状態で保持する基材３５の種類は特に限定されるものではないが、励起光の波長及び蛍光体粒子３４から発光する光の波長に対して透明性の高い基材３５であることが望ましい。具体的には、ガラス又はセラミックなどからなる基材３５が挙げられる。なお、蛍光部３は、１種類の蛍光体による多結晶体又は単結晶体であってもよい。

また、各個片３３における背面（接合部５に対向する主面）の全体には、レーザー光Ｌと、蛍光体粒子３４から放射された光とを反射する反射層４が均一な肉厚で積層されている。

反射層４は、前述した通り、各個片３３における背面に積層されている。つまり、反射層４は、蛍光部３における基板２側の主面に積層されている。反射層４は全体として均一な肉厚である。反射層４は、誘電体多層膜である。誘電体多層膜は、高屈折率（ｎ＝２．０～３．０）の透明誘電体材料と低屈折率（ｎ＝１．０～１．９）の透明誘電体材料とを交互に複数層積層したものである。誘電体多層膜は、材料の屈折率や誘電体多層膜の厚みを調整することで所望の反射特性を実現することができる。具体的には、反射層４をなす誘電体多層膜は、レーザー光Ｌと、蛍光体粒子３４から放射された光とに対して反射率が高くなるように、材料の屈折率や誘電体多層膜の厚みが調整されている。反射層４は、例えばスパッタリングまたは蒸着などによって各個片３３の背面に積層されている。

接合部５は、反射層４と基板２との間に介在して、反射層４と基板２とを接合している。具体的には、接合部５は、例えばシリコン樹脂などの樹脂系の接着剤により形成されている。接合部５が基板２の主面２２に塗布された後に、各個片３３の反射層４が接合部５に貼り付けられることで、各個片３３が基板２上で平面視環状の蛍光部３をなす。この状態では、各個片３３の反射層４も蛍光部３に倣って平面視環状をなしている。

接合部５は、第一接合部５１及び第二接合部５２を備えている。第一接合部５１及び第二接合部５２は、均一な肉厚である。第一接合部５１及び第二接合部５２は、径方向に所定の間隔をあけて配置された同心円環状に形成されている。第一接合部５１は、第二接合部５２よりも小径であり、当該第二接合部５２の内方に配置されている。第一接合部５１は、照射領域Ｒよりも内方に位置する反射層４の内周部と基板２とを接合している。

一方、第二接合部５２は、第一接合部５１よりも大径であり、当該第一接合部５１の外方に配置されている。第二接合部５２は、照射領域Ｒよりも外方に位置する反射層４の外周部と基板２とを接合している。

第一接合部５１と第二接合部５２との間には、これら第一接合部５１と第二接合部５２とに対して同心円環状の空気層５３が形成されている。第一接合部５１と第二接合部５２と空気層５３との中心は、色変換素子１の回転中心である。第一接合部５１と第二接合部５２とはそれぞれ周方向に連続した一体物であるので、第一接合部５１と第二接合部５２とによって空気層５３は密閉されている。

空気層５３は、反射層４及び基板２を露出させている。つまり、反射層４及び基板２は、空気層５３によって空気に触れた状態となっている。

空気層５３は、照射領域Ｒの少なくとも一部に平面視で重なる位置に配置されている。本実施の形態では、空気層５３は、平面視で照射領域Ｒの全体が収まる位置及び大きさに形成されている。上述したように空気層５３は、色変換素子１の回転中心を中心とした円環状であるので、色変換素子１が回転した場合には、常に空気層５３が照射領域Ｒに対して平面視で重なることとなる。

［投影装置の動作］
次に、投影装置の動作について説明する。

投影装置の光源からレーザー光Ｌが照射される際には、色変換素子１は回転駆動しながら蛍光部３でレーザー光Ｌを受光する。蛍光部３では、一部のレーザー光Ｌが直接蛍光体粒子３４に当たる。また、蛍光体粒子３４に直接当たらなかった一部のレーザー光Ｌは、反射層４で反射され、蛍光体粒子３４に当たる。蛍光体粒子３４に到達したレーザー光Ｌは、蛍光体粒子３４によって白色光に変換されて、放射される。蛍光体粒子３４から放射された白色光の一部は、蛍光部３から直接外方に放出される。また、蛍光体粒子３４から放射された光のその他の一部は、反射層４で反射されることで、蛍光部３から外方へ放出される。

ここで、誘電体多層膜からなる反射層４では、僅かではあるが当該反射層４を透過する光がある。この対策のために、接合部５には空気層５３が設けられている。詳細に説明すると、上述したように照射領域Ｒでは、反射層４の直下に空気層５３が配置されている。この場合の臨界角θｃは、スネルの法則により以下の式（１）で表される。

θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）・・・（１）
ここで、入射元である蛍光部３の屈折率ｎ１を１．８とし、進行先である空気層５３の屈折率ｎ２を１．０とすると、臨界角θｃは３３．８度となる。なお、接着層及び反射層４の厚さは、蛍光部３の厚さまたは空気層５３の厚さと比べると非常に薄く影響がわずかであるため、臨界角θｃの算出では無視している。

一方、接合部５に空気層５３が設けられていない場合を想定する。つまり、照射領域Ｒでは、反射層４の直下に接合部５が配置されて、反射層４が露出していない場合である。この場合には、入射元である蛍光部３の屈折率ｎ１を１．８とし、進行先である接合部５の屈折率ｎ２を１．４（接合部５がシリコン樹脂であるときの屈折率）とすると、臨界角θｃは５１．１度となる。

このように、本実施の形態では、接合部５に空気層５３が設けられていない場合と比べても、臨界角θｃを小さくすることができる。換言すると全反射する入射角度の範囲（９０度－θｃ）を大きくすることができる。上述したように、反射層４へは、レーザー光Ｌが直接入射するだけでなく、各蛍光体粒子３４から放出された白色光も入射する。この白色光における反射層４への入射角度は多様であるが、全反射する入射角度の範囲が大きくなっていれば、より多くの白色光を全反射することができる。したがって、誘電体多層膜である反射層４での反射率を高めることができる。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る色変換素子１は、基板２と、基板２上に配置された蛍光部３であって、外部からのレーザー光Ｌを受光して、当該レーザー光Ｌとは異なる色の光を放出する蛍光部３と、蛍光部３における基板２側の主面に積層され、誘電体多層膜からなる反射層４と、反射層４と基板２との間に介在して、反射層４と基板２とを接合する接合部５とを備え、接合部５は、蛍光部３におけるレーザー光Ｌが照射される照射領域Ｒの少なくとも一部に平面視で重なる位置に、反射層４を露出させる空気層５３を有する。

これによれば、空気層５３が照射領域Ｒの少なくとも一部に平面視で重なっているので、空気層５３が設けられていない場合と比べても、全反射する入射角度の範囲（９０度－θｃ）を大きくすることができる。したがって、誘電体多層膜である反射層４での反射率を高めることができ、変換効率を高めることができる。

特に、本実施の形態では、空気層５３が、平面視で照射領域Ｒの全体が収まる位置及び大きさに形成されているので、照射領域Ｒの全体に対して反射率を高めることができる。つまり、変換効率をより高めることができる。

また、蛍光部３は、少なくとも一種類の蛍光体（蛍光体粒子３４）を含むシート状の複数の個片３３が面状に配列されることにより形成されている。

これによれば、蛍光部３が、面状に配列された複数の個片３３によって形成されているので、加熱時に作用する応力を分散させることができる。これにより、レーザー光Ｌの受光時における蛍光部３の変形を抑制することができる。したがって、蛍光部３と空気層５３との位置関係を安定化することができ、安定した反射特性を維持することができる。

ここで、全体として一体的に形成された蛍光部の場合、その平面視形状が環状であると、応力集中に弱く、上記した不具合が生じやすい。しかしながら、本実施の形態のように、複数の個片３３が環状に配置されることで形成された蛍光部３であれば、応力を分散させることができるので、高い応力緩和効果を得ることができる。

なお、上記実施の形態では、蛍光部３が複数の個片３３から形成されている場合を例示した。しかし、蛍光部は全体として一体成型された一体物であってもよい。

［変形例１］
次に、変形例１について説明する。図３は、変形例１に係る色変換素子１Ａの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。なお、以降の説明においては、実施の形態に係る色変換素子１と同等の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

上記実施の形態では、基板２における主面２２が平坦状である場合を例示した。この変形例１では、基板２ａにおける主面２２ａに凹部２５ａが形成されている場合を例示する。

具体的には、凹部２５ａは、基板２ａにおける主面２２ａであって、照射領域Ｒの少なくとも一部に平面視で重なる位置に配置されている。本実施の形態では、凹部２５ａは、平面視で照射領域Ｒの全体が収まる位置及び大きさに形成されている。凹部２５ａは、平面視において、色変換素子１の回転中心を中心とした円環状に形成されている。つまり凹部２５ａは、平面視において円環状の連続した溝部とも言える。また、凹部２５ａは断面視では矩形状に形成されている。この凹部２５ａを介して空気層５３ａが設けられている。なお、凹部２５ａの断面形状は如何様でもよい。

この凹部２５ａには、製造時に接合部５ａの一部が流れ込む。凹部２５ａに接合部５ａの一部が流れ込むことにより、平面視で照射領域Ｒに重なる位置に空気層５３ａを確実に形成することができる。なお、図３では、凹部２５ａの全体に接合部５ａの一部が流れ込んだ状態を図示しているが、凹部２５ａ内において接合部５ａが分割されていてもよい。いずれの場合においても、凹部２５ａがあることにより、反射層４を露出させる空気層５３ａを確実に形成することができる。

［変形例２］
次に、変形例２について説明する。図４は、変形例２に係る色変換素子１Ｂの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。なお、以降の説明においては、実施の形態に係る色変換素子１と同等の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

上記実施の形態では、基板２における主面２２が平坦状である場合を例示した。この変形例１では、基板２ｂにおける主面２２ｂに複数の凹部２５ｂからなる凹部群２５１ｂが形成されている場合を例示する。

具体的には、凹部群２５１ｂは、基板２ａにおける主面２２ｂであって、照射領域Ｒの少なくとも一部に平面視で重なる位置に配置されている。本実施の形態では、凹部群２５１ｂは、平面視で蛍光部３の全体が収まる位置及び大きさに形成されている。このため、照射領域Ｒの全体は、平面視で凹部群２５１ｂに重なっている。この凹部群２５１ｂを介して空気層５３ｂが設けられている。

また、凹部群２５１ｂは、平面視において、色変換素子１の回転中心を中心とした円環状に形成されている。ここで、凹部群２５１ｂをなす各凹部２５ｂは、平面視において、色変換素子１の回転中心を中心とした同心円環状に形成されている。各凹部２５ｂの断面形状は、三角形状に形成されている。なお、各凹部２５ｂの断面形状は如何様でもよい。また、各凹部２５ｂの断面形状は異なっていてもよい。

この凹部群２５１ｂには、製造時に接合部５ｂの第一接合部５１ｂと第二接合部５２ｂとが塗布される。このとき、空気層５３ｂの境界部分においては、隣り合う凹部２５ｂ間の山部が壁となって、第一接合部５１ｂと第二接合部５２ｂとがそれよりも内方に侵入することを遮ることになる。したがって、空気層５３ｂを確実に確保することができる。また、第一接合部５１ｂと第二接合部５２ｂとは、それぞれ複数の凹部２５ｂに対して連続して形成されている。つまり、第一接合部５１ｂと基板２ｂとの接触面積及び第二接合部５２ｂと基板２ｂとの接触面積を大きくすることができる。これにより、放熱性及び密着性を高めることができ、色変換素子１Ｂの信頼性を高めることができる。

［変形例３］
次に、変形例３について説明する。図５は、変形例３に係る色変換素子１Ｃの概略構成を示す平面図であり、具体的には図１に対応した図である。図６は、変形例３に係る色変換素子１Ｃの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。なお、以降の説明においては、実施の形態に係る色変換素子１と同等の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

上記実施の形態では、接合部５の第一接合部５１及び第二接合部５２によって空気層５３が密閉されている場合を例示した。この変形例３では、空気層５３ｃが密閉されていない場合について説明する。

具体的には、変形例３に係る接合部５ｃでは、第一接合部５１ｃには、中心を挟んで対向する位置に一対の連通孔５１１ｃが形成されている。一対の連通孔５１１ｃは径方向に沿って延設されており、第一接合部５１ｃを貫通している。一方、第二接合部５２ｃには、中心を挟んで対向する位置に一対の連通孔５２１ｃが形成されている。一対の連通孔５２１ｃは径方向に沿って延設されており、第二接合部５２ｃを貫通している。第一接合部５１ｃの一対の連通孔５１１ｃと、第二接合部５２ｃの一対の連通孔５２１ｃは同一直線上に配置されている。この各連通孔５１１ｃ、５２１ｃによって、空気層５３ｃが外部と連通される。

このように、接合部５ｃが、空気層５３ｃと外部とを連通する連通孔５１１ｃ、５２１ｃを有しているので、連通孔５１１ｃ、５２１ｃを空気の流路とすることができる。例えば、レーザー光Ｌの照射時あるいは製造時に空気層５３ｃ内の空気が加熱されて膨張したとしても、各連通孔５１１ｃ、５２１ｃから外部へと放出される。つまり、空気層５３ｃの形状を一定に保つことができる。したがって、空気層５３ｃの形状変化を起因とした接合部５ｃの剥離を抑制することができ、色変換素子１Ｃの信頼性を高めることができる。なお、貫通孔の設置個数及び設置箇所は如何様でもよい。

［変形例４］
次に、変形例４について説明する。図７は、変形例４に係る色変換素子１Ｄの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。なお、以降の説明においては、実施の形態に係る色変換素子１と同等の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

上記実施の形態では、接合部５が、照射領域Ｒよりも外方に位置する反射層４の外周部と基板２とを接合するとともに、照射領域Ｒよりも内方に位置する反射層４の内周部と基板２とを接合している場合を例示した。この変形例４では、接合部５ｄが、照射領域Ｒよりも外方に位置する反射層４の外周部と基板２とのみを接合する場合について説明する。

具体的には、接合部５ｄは、照射領域Ｒよりも外方に位置する反射層４の外周部と基板２とを接合するように、平面視円環状に形成されている。このため、接合部５ｄよりも内方部分は、全体として空気層５３ｄとなる。この場合、照射領域Ｒよりも内方に位置する反射層４の内周部と基板２との間を連通孔とみなすことができる。つまり、上述した連通孔５１１ｃ、５２１ｃを設けた場合と同様の効果を奏することができる。

また、色変換素子１Ｄが蛍光体ホイールである場合には、当該色変換素子１Ｄが回転することになるが、色変換素子１Ｄの外周部にのみ接合部５ｄが設けられているので、回転による遠心力が作用したとしても、少ない接合部５ｄで安定した状態を維持することができる。つまり、接着剤の使用量を抑制することができる。

［変形例５］
次に、変形例５について説明する。図８は、変形例５に係る色変換素子１Ｅの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。なお、以降の説明においては、実施の形態に係る色変換素子１と同等の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

上記実施の形態では、蛍光部３の第一主面３１及び第二主面３２が基板２の主面２２に対して傾いていない場合を例示した。変形例５では、蛍光部３の第一主面３１及び第二主面３２が基板２ｅの主面２２ｅに対して傾いている場合について説明する。変形例５の蛍光部３、反射層４及び接合部５は、上記実施の形態と比較して基板２ｅに対する姿勢が異なる以外は同様であるので、同じ符号を付して説明する。

具体的には、変形例５に係る基板２ｅの主面２２ｅには、蛍光部３、反射層４及び接合部５を収容するための凹部２９ｅが形成されている。凹部２９ｅは、平面視において、回転中心を中心とした円環状に形成されている。凹部２９ｅは、断面視において、その底面が基板２ｅの主面２２ｅに対して外方を向くように傾き、内周面及び外周面が底面に対して直交する凹形状となっている。この凹部２９ｅに蛍光部３、反射層４及び接合部５を収容することで、蛍光部３、反射層４及び接合部５が基板２ｅの主面２２ｅに対して傾くことになる。具体的には、接合部５の第一接合部５１は凹部２９ｅの底面の内周部に積層されており、第二接合部５２は凹部２９ｅの底面の外周部に積層されている。この第一接合部５１と第二接合部５２との間が空気層５３である。第一接合部５１及び第二接合部５２上に、反射層４及び接合部５が積層されることで、蛍光部３の第一主面３１及び第二主面３２が凹部２９ｅの底面と平行となる。つまり、蛍光部３が基板２ｅの主面２２ｅに対して外方を向くように傾いた姿勢で、凹部２９ｅ内に埋め込まれている。蛍光部３は、一部は凹部２９ｅから突出しているが、その他の部分は凹部２９ｅに埋め込まれている。蛍光部３の内側面及び外側面は、凹部２９ｅ内で基板２ｅに接触している。これにより、蛍光部３の内側面及び外側面から基板２ｅに熱を伝えることができる。

蛍光部３は、当該蛍光部３における基板２ｅ側の第二主面３２の法線方向Ｎが、蛍光部３に対するレーザー光Ｌの入射方向Ｉに対して傾く姿勢で、基板２ｅ上に配置されている。このとき、法線方向Ｎと入射方向Ｉとがなす角度αは、空気と蛍光部３との臨界角θｃ以上の角度である。このため、レーザー光Ｌは、蛍光部３に対して全反射する入射角度で入射するので、反射層４での反射率を高めることができる。

このように、蛍光部３は、当該蛍光部３における基板２ｅ側の主面（第二主面３２）の法線方向Ｎが、蛍光部３に対するレーザー光Ｌの入射方向Ｉに対して傾く姿勢で、基板２ｅ上に配置されている。

これによれば、蛍光部３における第二主面３２の法線方向Ｎが、レーザー光Ｌの入射方向Ｉに対して傾いているので、レーザー光Ｌを反射層４で全反射させやすくすることができる。これにより、反射層４での反射率が高められるので、変換効率を高めることができる。

また、法線方向Ｎと入射方向Ｉとがなす角度αは、空気と蛍光部３との臨界角θｃ以上の角度である。

これによれば、レーザー光Ｌは、蛍光部３に対して全反射する入射角度で入射するので、反射層４での反射率を確実に高めることができる。したがって、変換効率をより高めることができる。

また、蛍光部３は、側面の少なくとも一部が基板２ｅに接触するように、基板２ｅに埋め込まれている。

これによれば、蛍光部３の側面である内側面及び外側面から基板２ｅに熱を伝えることができるので、放熱性をより高めることができる。

なお、変形例５では、蛍光部３、反射層４及び接合部５が、基板２ｅの主面２２ｅに対して外方を向くように傾いている場合を例示したが、これらは内方を向くように傾いていてもよい。

また、変形例５では、基板２ｅの主面２２ｅに対して蛍光部３を傾斜させることで、蛍光部３における基板２ｅ側の第二主面３２の法線方向Ｎを、蛍光部３に対するレーザー光Ｌの入射方向Ｉに対して傾かせている場合を例示した。しかし、レーザー光Ｌの入射方向を蛍光部３の第二主面３２に対して傾かせて、法線方向Ｎを入射方向Ｉに対して傾かせてもよい。

なお、変形例５においても、蛍光部は全体として一体成型された一体物であってもよい。

[変形例６]
上記実施の形態では、色変換素子１が投影装置に適用される場合を例示して説明したが、色変換素子は照明装置に用いることも可能である。その場合、色変換素子は回転しないために、ホイール状でなくともよい。以下、照明装置に用いられる色変換素子の一例について説明する。

図９は、変形例６に係る照明装置１００の概略構成を示す模式図である。図９に示すように、照明装置１００は、光源部１０１と、導光部材１０２と、色変換素子１Ｆとを備える。

光源部１０１は、レーザー光Ｌ１を発生させ、導光部材１０２を介して色変換素子１Ｆにレーザー光Ｌ１を供給する装置である。例えば、光源部１０１は、青紫～青色（４３０～４９０ｎｍ）の波長のレーザー光Ｌ１を放射する半導体レーザー素子である。導光部材１０２は、光源部１０１が放射したレーザー光Ｌ１を色変換素子１Ｆまで導く導光部材であり、例えば光ファイバーなどである。

色変換素子１Ｆの基板２ｆは、平面視矩形状であり、その一つの主面２２ｆには、接合部５ｆを介して、反射層４ｆ及び蛍光部３ｆが積層されている。蛍光部３ｆは平面視矩形状に形成されており、その基板２ｆ側の主面の全体に、誘電体多層膜からなる反射層４ｆが積層されている。接合部５ｆは、蛍光部３ｆの外周縁に対して連続した枠状に形成されている。これにより、接合部５ｆの内方には、反射層４ｆを露出させる空気層５３ｆが形成されている。空気層５３ｆは、レーザー光Ｌ１の照射領域Ｒ１に対して平面視で重なる位置に配置されている。

このように変形例６に係る照明装置１００においても、空気層５３ｆが、蛍光部３ｆにおける照射領域Ｒ１の少なくとも一部に平面視で重なる位置に、反射層４ｆを露出させている。このため、空気層５３ｆが設けられていない場合と比べても、全反射する入射角度の範囲（９０度－θｃ）を大きくすることができる。したがって、誘電体多層膜である反射層４ｆでの反射率を高めることができ、変換効率を高めることができる。

なお、照明装置に用いられる色変換素子においても、蛍光部が複数の個片から形成されていてもよい。

［その他の実施の形態］
以上、本発明に係る照明装置について、上記実施の形態及び各変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び各変形例に限定されるものではない。

例えば、蛍光部３における光出射側の第一主面３１に対して、例えばＡＲコート層などの反射抑制層を積層してもよい。これにより、光取り出し効率を高めることが可能である。

また、上記実施の形態では、蛍光部３が全体として白色光を放射する個片３３から形成されている場合を例示した。しかしながら、蛍光部が複数色の光を発する場合においては、蛍光部３における各色を放射する部位が、同一種類の個片によって形成されていればよい。例えば、赤色蛍光部、緑色蛍光部及び青色蛍光部の３層が面状に配列された蛍光部の場合を想定する。赤色蛍光部は、赤色蛍光体を含む同一種類の複数の個片によって形成される。青色蛍光部は、青色蛍光体を含む同一種類の複数の個片によって形成される。緑色蛍光部は、緑色蛍光体を含む同一種類の複数の個片によって形成される。

その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態及び変形例１～３における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ色変換素子
２、２ａ、２ｂ、２ｅ、２ｆ基板
３、３ｆ蛍光部
４、４ｆ反射層
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｆ接合部
２１貫通孔
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｅ、２２ｆ主面
２５ａ、２５ｂ、２９ｅ凹部
３２第二主面（主面）
５３、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｆ空気層
２５１ｂ凹部群
５１１ｃ、５２１ｃ連通孔
Ｉ入射方向
Ｌ、Ｌ１レーザー光
Ｎ法線方向
Ｒ、Ｒ１照射領域

Claims

基板と、
前記基板上に配置された蛍光部であって、外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を放出する蛍光部と、
前記蛍光部における前記基板側の主面に積層され、誘電体多層膜からなる反射層と、
前記反射層と前記基板との間に介在して、前記反射層と前記基板とを接合する接合部とを備え、
前記接合部は、前記蛍光部における前記レーザー光が照射される照射領域の少なくとも一部に平面視で重なる位置に、前記反射層及び前記基板を露出させる空気層を有し、
前記基板における前記蛍光部側の主面には、前記照射領域の少なくとも一部に平面視で重なる位置に凹部が設けられており、当該凹部を介して前記空気層が設けられている
色変換素子。
基板と、
前記基板上に配置された蛍光部であって、外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を放出する蛍光部と、
前記蛍光部における前記基板側の主面に積層され、誘電体多層膜からなる反射層と、
前記反射層と前記基板との間に介在して、前記反射層と前記基板とを接合する接合部とを備え、
前記接合部は、前記蛍光部における前記レーザー光が照射される照射領域の少なくとも一部に平面視で重なる位置に、前記反射層及び前記基板を露出させる空気層を有し、
前記基板における前記蛍光部側の主面には、前記照射領域の少なくとも一部に平面視で重なる位置に、複数の凹部からなる凹部群が設けられており、当該凹部群を介して前記空気層が設けられている
色変換素子。
基板と、
前記基板上に配置された蛍光部であって、外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を放出する蛍光部と、
前記蛍光部における前記基板側の主面に積層され、誘電体多層膜からなる反射層と、
前記反射層と前記基板との間に介在して、前記反射層と前記基板とを接合する接合部とを備え、
前記接合部は、前記蛍光部における前記レーザー光が照射される照射領域の少なくとも一部に平面視で重なる位置に、前記反射層及び前記基板を露出させる空気層を有し、
前記接合部は、前記空気層と外部とを連通する連通孔を有する
色変換素子。
基板と、
前記基板上に配置された蛍光部であって、外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を放出する蛍光部と、
前記蛍光部における前記基板側の主面に積層され、誘電体多層膜からなる反射層と、
前記反射層と前記基板との間に介在して、前記反射層と前記基板とを接合する接合部とを備え、
前記接合部は、前記蛍光部における前記レーザー光が照射される照射領域の少なくとも一部に平面視で重なる位置に、前記反射層及び前記基板を露出させる空気層を有し、
前記蛍光部及び前記反射層は平面視で環状に設けられており、
前記接合部は、前記照射領域よりも外方に位置する前記反射層の外周部と前記基板とのみを接合している
色変換素子。
基板と、
前記基板上に配置された蛍光部であって、外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を放出する蛍光部と、
前記蛍光部における前記基板側の主面に積層され、誘電体多層膜からなる反射層と、
前記反射層と前記基板との間に介在して、前記反射層と前記基板とを接合する接合部とを備え、
前記接合部は、前記蛍光部における前記レーザー光が照射される照射領域の少なくとも一部に平面視で重なる位置に、前記反射層及び前記基板を露出させる空気層を有し、
前記蛍光部は、当該蛍光部における前記基板側の主面の法線方向が、前記蛍光部に対する前記レーザー光の入射方向に対して傾く姿勢で、前記基板上に配置されている
色変換素子。
基板と、
前記基板上に配置された蛍光部であって、外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を放出する蛍光部と、
前記蛍光部における前記基板側の主面に積層され、誘電体多層膜からなる反射層と、
前記反射層と前記基板との間に介在して、前記反射層と前記基板とを接合する接合部とを備え、
前記接合部は、前記蛍光部における前記レーザー光が照射される照射領域の少なくとも一部に平面視で重なる位置に、前記反射層及び前記基板を露出させる空気層を有し、
前記蛍光部は、少なくとも一種類の蛍光体を含むシート状の複数の個片が面状に配列されることにより形成されている
色変換素子。
基板と、
前記基板上に配置された蛍光部であって、外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を放出する蛍光部と、
前記蛍光部における前記基板側の主面に積層され、誘電体多層膜からなる反射層と、
前記反射層と前記基板との間に介在して、前記反射層と前記基板とを接合する接合部とを備え、
前記接合部は、前記蛍光部における前記レーザー光が照射される照射領域の少なくとも一部に平面視で重なる位置に、前記反射層及び前記基板を露出させる空気層を有し、
前記蛍光部は、側面の少なくとも一部が前記基板に接触するように、前記基板に埋め込まれている
色変換素子。