WO2014073136A1 - 光源および画像投写装置 - Google Patents

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light source
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秀紀 春日井
山中　一彦
森本　廉
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パナソニック株式会社
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    • H04N9/3114—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying the colours sequentially, e.g. by using sequentially activated light sources by using a sequential colour filter producing one colour at a time
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Definitions

  • the present invention relates to a light source and an image projection device used for a projector such as a commercial projector, a home projector, and a pico projector, a rear projection television, a head-up display, and the like.
  • the present invention relates to a light source having a small beam size and high directivity of emitted light.
  • Special illumination light sources include store downlights, projector light sources, automobile headlights (headlights, etc.), and halogen light, high-pressure mercury lamps, metal halide lamps, etc. are used as these light sources. .
  • high-intensity discharge lamps High Intensity Discharge lamps
  • high-pressure mercury lamps and metal halide lamps use arc discharge, so they can emit highly directional light with high efficiency and high power.
  • problems such as a long time until lighting and stabilization, a large environmental load due to containing mercury, and a short time until the luminance defined as the lifetime is halved.
  • LEDs Light Emitting Diodes
  • semiconductor light-emitting elements such as semiconductor lasers as light source components or excitation light sources
  • As a configuration of a light source using a semiconductor light emitting element a structure using a semiconductor light emitting element in which the emission wavelength is changed in the range of visible light (430 to 670 nm) by changing the semiconductor material or composition, or the semiconductor light emitting element And phosphors are used to change the emission wavelength or emission spectrum to a desired wavelength, and various configurations have been proposed depending on the application.
  • Patent Documents 1 and 2 propose light sources that combine LEDs and semiconductor lasers that emit blue, green, and red light, respectively. Unlike the conventional high-intensity discharge lamp, these light sources can emit light of the three primary colors at arbitrary timings, and are particularly useful for display applications.
  • the LED has a problem in that the light output efficiency in the optical system constituting the light source is low and the light output intensity of the light source cannot be increased because the divergence angle of the emitted light is large and the area of the light emitting portion is large.
  • a semiconductor laser has a small divergence angle of emitted light and a light emitting area, but has high coherence of the emitted light. Therefore, when a light source composed of a semiconductor laser is used for a display, speckle particularly in a green region and a red region. Deterioration in image quality caused by noise becomes a problem.
  • Patent Document 3 proposes a light source that combines a semiconductor laser (blue laser) that emits blue light, a Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 phosphor (green phosphor), and a red light emitting diode.
  • a blue laser, a Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 phosphor (green phosphor), and a (Sr, Ca, Al, Si, N) phosphor (red phosphor) are combined.
  • a light source has been proposed.
  • Patent Document 5 proposes a light source configuration in which all three primary colors are made of fluorescence by combining a semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light and a disk in which red, green, and blue phosphor layers are arranged in parallel. .
  • a conventional light emitting device includes a light emitting diode 1003 that emits ultraviolet light, and a color wheel 1004 in which phosphor layers including red, green, and blue phosphors are arranged for each partitioned region.
  • the color wheel rotates, the light emitted from the light emitting diode 1003 is sequentially converted into red, green, and blue, and is driven so that white light is emitted when observed on a time average.
  • ZnS Cu
  • Al and (Ba, Mg) Al 10 O 17 : (Eu, Mn) are used
  • Y 2 O 2 S Eu is used for the red phosphor.
  • reference numeral 1005 denotes an auxiliary optical element
  • 1006 denotes a relay lens
  • 1007 denotes a reflecting mirror
  • 1008 denotes a prism
  • 1009 denotes a spatial light modulator
  • 1010 denotes a projection lens.
  • JP 2009-252651 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-064789 JP 2012-8409 A JP 2012-068465 A JP 2004-341105 A
  • the red phosphor using divalent Eu ions as the activator of the (Sr, Ca, Al, Si, N) phosphor described in Patent Document 4 has a wide spectrum half-value width and is red.
  • the red phosphor activator disclosed in Patent Document 5 is a trivalent Eu ion: For (Y 2 O 2 S Eu), although the spectral half width is narrow, the fluorescence lifetime in the order of milliseconds, Since the rotation time is approximately the same as the rotation time of the rotating wheel (for example, 16.7 milliseconds for one revolution at 60 Hz), problems such as deterioration in light capturing efficiency due to optical axis shift of fluorescent light and color mixing at the time of color switching occur.
  • an object of the present invention is to provide a light source and an image projection device that can efficiently emit red light with high color purity while reducing the types of light emitting elements.
  • a light source includes one or more semiconductor light emitting elements, a first wavelength converter disposed at a position away from the semiconductor light emitting elements, the semiconductor light emitting elements, A second wavelength conversion unit that is disposed between and rotates, and the second wavelength conversion unit absorbs the emitted light emitted from the semiconductor light emitting element, and the main wavelength is the emitted light. And a second wavelength conversion region that radiates second light different from the light and a transmission region that transmits outgoing light, and the first wavelength conversion unit absorbs outgoing light and has a main wavelength of second light. The first light having a wavelength longer than the principal wavelength of the first light is emitted, and the first light is transmitted through the transmission region.
  • the light density emitted from the semiconductor light emitting element irradiated on the first wavelength conversion unit can be made lower than the light density irradiated on the second wavelength conversion unit. For this reason, it becomes possible to suppress the conversion efficiency fall by light saturation and to emit light of a long wavelength efficiently.
  • the first wavelength conversion unit may include a first phosphor
  • the second wavelength conversion unit may include a second phosphor different from the first phosphor
  • the second phosphor may have an emission peak wavelength between 500 nm and 600 nm.
  • the first phosphor may have an emission peak wavelength between 580 nm and 670 nm.
  • This configuration can realize a light source that efficiently emits light whose emission wavelength is in the red region.
  • the second wavelength conversion unit may be formed with a third wavelength conversion region that absorbs outgoing light and emits third light having a main wavelength different from the second light.
  • the third wavelength conversion region and the second wavelength conversion region may be formed on the same surface of the second wavelength conversion unit.
  • the third wavelength conversion region may include a third phosphor different from the first phosphor and the second phosphor.
  • the third light may have an emission peak wavelength between 430 nm and 500 nm.
  • the emitted light may have an emission peak wavelength between 360 nm and 430 nm.
  • the second wavelength conversion unit may be formed with a light polarization conversion region in which the emitted light of the semiconductor light emitting element is radiated and reflected as third light different from the polarization direction of the emitted light.
  • the emitted light may have an emission peak wavelength between 430 nm and 500 nm.
  • the emitted light from the semiconductor light emitting element can be emitted as the emitted light of the light source. Furthermore, it can be made to radiate
  • a dichroic mirror is provided between the semiconductor light emitting element and the first condenser lens, and the dichroic mirror transmits the emitted light and reflects the first light, the second light, and the third light. Also good.
  • the first light, the second light, and the third light can be efficiently emitted from the light source.
  • the first phosphor may have a longer fluorescence lifetime than the second phosphor.
  • the second wavelength conversion unit may rotate at any rotation speed between 2.7 milliseconds per revolution and 20 milliseconds per revolution.
  • the activator of the first phosphor may include at least one kind of Eu 3+ , Mn 2+ , Mn 4+ , and Sm 3+ .
  • the first lens is disposed between the semiconductor light emitting element and the second wavelength conversion unit
  • the second lens is disposed between the second wavelength conversion unit and the first wavelength conversion unit.
  • the incident light may be condensed on the second wavelength conversion unit by the first lens.
  • the light generated on the second wavelength conversion unit can be efficiently emitted from the light source.
  • the irradiation area that the emitted light irradiates the second wavelength conversion unit may be smaller than the area that the emitted light irradiates the first wavelength conversion unit.
  • a plurality of lens arrays may be arranged between the first wavelength conversion unit and the second lens, and the emitted light may be condensed on the plurality of irradiation units of the first wavelength conversion unit.
  • the first wavelength conversion unit may include a plurality of phosphor members including the first phosphor, and the plurality of phosphor members may be arranged in the plurality of irradiation units.
  • the first wavelength conversion unit can increase the irradiation area and reduce the excitation light density. Thereby, the light saturation in a 1st wavelength conversion part can be reduced, and long wavelength light can be radiated
  • a wavelength cut filter may be provided between the first wavelength conversion unit and the second lens, and the wavelength cut filter may reflect a part or all of light having a wavelength of 500 nm to 590 nm.
  • the first phosphor may have an emission peak wavelength between 590 nm and 630 nm.
  • an image projection apparatus includes the light source and the image display element described above. With this configuration, red light with high color purity can be efficiently emitted.
  • the image projection apparatus may be configured such that at least the first light, the second light, and the third light are continuously irradiated in time on the image display element.
  • This configuration can realize an image projection apparatus capable of displaying an image with high color reproducibility.
  • the configuration of the present invention makes it possible to reduce the number of types of light emitting elements and efficiently emit red light with high color purity in a light source and an image projection apparatus using semiconductor light emitting elements and phosphors.
  • FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a light source according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a diagram illustrating a configuration of a second wavelength conversion unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1C is a diagram showing a cross-sectional view taken along line Ic-Ic of FIG. 1B of the second wavelength conversion unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1D is a cross-sectional view showing the configuration of the first wavelength conversion unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the light source and the image projection apparatus using the light source according to the first embodiment of the present invention, and the operation of emitting blue light and green light.
  • FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a light source according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a diagram illustrating a configuration of a second wavelength conversion unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1C
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the light source according to the first embodiment of the present invention, the image projection apparatus using the light source, and the operation of emitting red light.
  • FIG. 4 is a timing chart of the light intensity of the excitation light emitted from the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention and the wavelength converted light emitted from the first, second, and third wavelength conversion units.
  • FIG. 5A is a diagram showing a spectrum of wavelength-converted light emitted from the light source according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating chromaticity coordinates of blue light, green light, and red light emitted from the projection lens according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the effect of the light source according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a first modification of the light source according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a second modification of the light source according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a third modification of the light source according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a fourth modification of the light source according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a fifth modification of the light source according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a light source according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a light source and a projection apparatus in operation for emitting red light according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14A is a diagram showing a spectrum shape before and after the wavelength cut in the wavelength cut filter of the light source according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14B is a diagram showing chromaticity coordinates of the red phosphor of the light source according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14C is a diagram showing the peak wavelength dependence of the wavelength cut filter energy transmittance and the luminance conversion efficiency of the light source according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15A is a diagram showing the direction of light incident on the wavelength cut filter according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15B is a diagram illustrating the angle dependency of the transmittance in the wavelength cut filter according to the second embodiment.
  • FIG. 15C is a diagram illustrating a spectrum shape before and after the wavelength cut in the wavelength cut filter.
  • FIG. 16A is a diagram showing a spectrum of light emitted from the phosphor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 16B is a diagram illustrating chromaticity coordinates of blue light, green light, red light, and white light emitted from the projection lens according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17A is a diagram showing a spectrum of light emitted from the phosphor according to the first modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17B is a diagram illustrating chromaticity coordinates of a peak spectrum emitted from the projection lens according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17C is a diagram illustrating chromaticity coordinates of a peak spectrum emitted from the projection lens according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18A is a diagram illustrating a configuration of a second wavelength conversion unit according to Modification 2 of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18B is a diagram showing a spectrum of light emitted from the phosphor according to the second modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18C is a diagram illustrating chromaticity coordinates of blue light, green light, red light, and white light emitted from the projection lens according to Modification 2 of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram showing a light source and a projection device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 20A is a diagram showing a light source and a projection device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20B is a diagram showing a spectrum of light emitted from the phosphor according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20C is a diagram illustrating chromaticity coordinates of blue light, green light, red light, and white light emitted from the projection lens according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21A is a diagram illustrating a configuration of a second wavelength conversion unit according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21B is a diagram showing the transmission characteristics of the dichroic mirror according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21C is a diagram showing a spectrum of wavelength-converted light emitted from the light source according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21D is a diagram illustrating chromaticity coordinates of blue light, green light, and red light emitted from the projection lens according to the fifth embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram showing a configuration of a conventional light emitting device.
  • FIG. 1A (First embodiment)
  • FIG. 1A (First embodiment)
  • FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a light source according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a view of the second wavelength converter 16 used in the light source 101 according to the present embodiment as viewed from the semiconductor light emitting element 11 side
  • FIG. 1C is a second view taken along the line Ic-Ic in FIG. 1B. It is sectional drawing of the wavelength conversion part 16 of.
  • FIG. 1D is a diagram illustrating a configuration of the first wavelength conversion unit 19.
  • 2 and 3 are diagrams showing the configuration and operation of the image projection apparatus of the present embodiment.
  • 4 to 6 are diagrams for explaining the effect of the light source of the present embodiment.
  • FIG. 1A to FIG. 6 the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • a light source 101 mainly includes a semiconductor light emitting element 11 that is, for example, a nitride semiconductor laser that emits near ultraviolet light, and a near ultraviolet light emitted from the semiconductor light emitting element 11.
  • a first wavelength conversion unit 19 that converts light into red light and a second wavelength conversion unit 16 that converts blue light and green light are configured.
  • the second wavelength conversion unit 16 has a configuration in which a phosphor or a transmission region is provided for each region on a disk-shaped base, and rotates at a predetermined rotational speed during operation.
  • the specific configuration of the second wavelength conversion unit 16 includes, for example, a second fluorescent light emitting member 17G, a third fluorescent light emitting member 17B, and a light in the vicinity of a predetermined outer periphery of the substrate 40 which is a disk-shaped aluminum alloy plate.
  • a transmissive region 17TR is formed for each region.
  • a green phosphor whose main component is Ce activated Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 is an organic transparent material such as dimethyl silicone, or an inorganic material such as low melting point glass.
  • a phosphor film formed in an arc shape with a thickness of 100 to 500 ⁇ m and a width of 5 mm is mixed with a binder which is a transparent material.
  • the third fluorescent light emitting member 17B is obtained by mixing, for example, a blue phosphor whose main component is Eu-activated Sr 3 MgSi 2 O 8 with an organic or inorganic transparent material.
  • the light transmission region 17TR is formed, for example, by forming an opening in the substrate 40 as shown in FIG. 1C.
  • the 2nd wavelength conversion part 16 is connected to the rotating shaft 21 of the rotation mechanism 22 which is a motor, for example as shown to FIG. 1A, and is comprised so that it may rotate with a predetermined
  • the first wavelength conversion unit 19 including the first fluorescent light emitting member 17 ⁇ / b> R is arranged at a position different from the second wavelength conversion unit 16.
  • the first wavelength conversion unit 19 includes, for example, a reflective film 202 such as Ag that reflects phosphor light on a substrate 201 such as Cu, on which, for example, the main components activate Eu and Sm.
  • the first fluorescent light emitting member 17R obtained by mixing the red phosphor of LaW 3 O 12 with a binder of, for example, a low melting point glass is formed into a film having a thickness of 100 to 1000 ⁇ m, for example.
  • a heat radiating substrate 208 made of, for example, a copper plate, and a heat radiating member 207 including a heat radiating mechanism 209 such as a Peltier element and the heat radiating fins 210 are attached.
  • a constant current is applied to the heat dissipation mechanism 209 and the first fluorescent light emitting member 17R is set to a constant temperature, for example, 100 ° C. or less.
  • the light source 101 including the first wavelength conversion unit 19 and the second wavelength conversion unit 16 is configured in more detail as follows (see FIG. 1A).
  • the light source 101 includes, for example, a semiconductor light emitting element 11 which is a semiconductor laser having a light output of 2 watts and a central wavelength of emission wavelength in the range of 360 to 430 nm, more specifically a semiconductor laser having a central wavelength of, for example, 395 nm.
  • a semiconductor light emitting element 11 which is a semiconductor laser having a light output of 2 watts and a central wavelength of emission wavelength in the range of 360 to 430 nm, more specifically a semiconductor laser having a central wavelength of, for example, 395 nm.
  • 25 pieces are arranged, and the emitted light emitted from the semiconductor light emitting element 11 enters the concave lens 13.
  • the collimating lens 12 is disposed in front of the semiconductor light emitting element 11 so as to be collected.
  • a dichroic mirror 14 is provided between the semiconductor light emitting element 11 and the second wavelength converter 16.
  • the dichroic mirror 14 is set so as to transmit light having a wavelength of 360 nm to 430 nm and reflect light having a wavelength of 430 to 670 nm. Further, the dichroic mirror 14, the first condenser lens 15, the second wavelength converter 16, the second condenser lens 18, and the first wavelength converter 19 are arranged in this order on the main optical axis of the light source 101. Placed in. At this time, the second fluorescent light emitting member 17G, the third fluorescent light emitting member 17B, and the light transmission region 17TR formed in the second wavelength converting unit 16 are rotated by the second wavelength converting unit 16 so that the main optical axis Installed to be placed on top.
  • the first wavelength conversion unit 19 is fixed via the second condenser lens 18 on the main optical axis behind the second wavelength conversion unit 16 (position opposite to the semiconductor light emitting element).
  • the rotation mechanism 22 has a sufficiently smaller outer diameter than the second wavelength conversion unit 16 so that the second condenser lens 18 and the first wavelength conversion unit 19 can be easily disposed on the main optical axis.
  • the image projection apparatus 199 is mainly configured such that an image display element 50, a projection lens 65, and the like are disposed in the emission portion of the light source 101 so that an image can be projected.
  • the light source 101 of the present embodiment includes so-called red light having a main emission wavelength in the range of 580 to 670 nm, so-called green light having a main emission wavelength in the range of 500 to 600 nm, and a main emission wavelength of 430 to 500 nm.
  • the so-called blue light in the range emits wavelength-converted light 79 that is continuous in time. That is, the wavelength-converted light 79 is white light formed by periodically emitting red light, green light, and blue light, which are light of the three primary colors, in the order of red ⁇ green ⁇ blue ⁇ red. For example, the light is about 8.3 milliseconds (120 Hz).
  • the emitted light 70 having a central wavelength of 395 nm and a total light amount of 50 watts emitted from the plurality of semiconductor light emitting elements 11 becomes a single light beam by the collimating lens 12 and the concave lens 13 and passes through the dichroic mirror 14.
  • the light is condensed on one of the fluorescent light emitting members 17B and 17G or the light transmission region 17TR of the wavelength conversion unit 16.
  • the second wavelength conversion unit 16 is rotated at a predetermined rotation speed by the rotation mechanism 22 and the rotation shaft 21.
  • the second wavelength conversion unit 16 rotates to prevent the emitted light 70 from continuing to irradiate a specific position of the fluorescent light emitting members 17B and 17G, and the wavelength conversion converted by the second wavelength conversion unit 16
  • the emission spectrum of the diffused light 76 is set to change with time.
  • the excitation light 71 that has passed through the dichroic mirror 14 is condensed by the first condenser lens 15 onto the second fluorescent light emitting member 17G of the second wavelength conversion unit 16 to an area of, for example, 1 mm 2 or less.
  • the condensed excitation light is converted from light having a central wavelength of 395 nm into wavelength converted light 77G having a main emission wavelength of 500 nm to 600 nm by the green phosphor contained in the second fluorescent light emitting member 17G. Radiated to the side.
  • the radiation angle of the wavelength converted light 72 is so-called Lambertian light in all directions, but since the light emitting area is a point light source of 1 mm 2 or less, the wavelength conversion light that is substantially parallel light by the first condenser lens 15. It becomes 78G and goes to the dichroic mirror 14. The wavelength converted light 78G is reflected by the dichroic mirror 14, passes through the condenser lens 41, and is emitted from the light source 101 as wavelength converted light 79.
  • the above operation is the same when the second wavelength conversion unit 16 rotates and the third fluorescent light emitting member 17B is disposed on the main optical axis, and the main emission wavelength of the wavelength converted light is 430 nm to 500 nm. Light is emitted as wavelength converted light 79.
  • the wavelength-converted light 79 emitted from the first condenser lens 41 of the light source 101 by the above operation is collected and incident on the end of the rod lens 42.
  • the wavelength-converted light 79 that has been multiple-reflected in the rod lens 42 is radiated by converting the light intensity distribution of the wavefront into a rectangular shape, and is converted into straight light by the convex lens 43, and is reflected by the reflective mirror 45, for example, a reflective image display such as DMD.
  • Guided to element 50 Guided to element 50.
  • the light emitted to the image display element 50 is reflected as signal light 80 on which a two-dimensional video signal is superimposed, and becomes image light 89 that can be projected onto a predetermined screen (not shown) by the projection lens 65. It is emitted from.
  • the operation of the first wavelength conversion unit 19 when the transmission region 17TR of the second wavelength conversion unit 16 is arranged on the main optical axis will be described with reference to FIG.
  • the excitation light 71 passes through the transmission region 17TR.
  • the excitation light 72 that has passed through the transmission region 17TR is once condensed at the focal position, then becomes the excitation light 73 that is spread light, enters the second condenser lens 18, and becomes the excitation light 74 that is substantially parallel light. 1 is incident on the wavelength converter 19.
  • a red phosphor whose main component is LaW 3 O 12 in which Eu and Sm are activated is disposed in the phosphor of the first fluorescent light emitting member 17R of the first wavelength conversion unit 19.
  • These red phosphors convert excitation light having a central wavelength of 360 nm to 430 nm into wavelength converted light 75R which is red light having a main emission wavelength of 580 to 670 nm.
  • the irradiation area of the excitation light in the first fluorescent light emitting member 17R is, for example, 1 cm 2
  • the excitation light irradiation density is the second fluorescent light emitting member 17G and the third fluorescent light emitting member of the second wavelength conversion unit 16.
  • the excitation light irradiation density in 17B is set as low as about 1/100.
  • the heat generated from the first fluorescent light emitting member 17R is efficiently exhausted by the heat radiating member 207. That is, the heat generated in the first fluorescent light emitting member 17R is transferred from the substrate 201 to the heat dissipation substrate 208, the heat dissipation mechanism 209, which is a Peltier element, and the heat dissipation fin 210, and is radiated to the outside.
  • FIG. 4 is an example of a timing chart of the light intensity of the excitation light and the wavelength converted light.
  • A is the time dependence of the light intensity of the excitation light 71 emitted from the semiconductor light emitting element 11 and directed to the second wavelength conversion unit 16, and
  • (b) and (c) are the second fluorescent light emitting member 17G and the third light emitting member 17G.
  • D) and (e) are the wavelength-converted light 75R radiated from the first fluorescent light emitter member 17R and the transmitted light. The time dependence of the light intensity of the wavelength-converted light 77R passing through the region 17TR is shown.
  • the excitation light 71 is radiated at a constant light output.
  • the wavelength-converted light 77G green light
  • the second fluorescent member 17 is disposed on the main optical axis.
  • wavelength converted light blue light
  • the excitation light that has passed through the transmission region 17TR of the second wavelength converter 16 emits wavelength converted light 77R (red light) from the time t b msec to Tmsec in the first fluorescent light emitting member 17R.
  • the red phosphor contained in the first fluorescent light emitting member 17R is a phosphor using a transition of trivalent europium such as Eu, Sm activated LaW 3 O 12 and the like.
  • the half width of the spectrum is as narrow as 10 nm or less and the color purity is high.
  • these phosphors have a fluorescence lifetime (a time when the fluorescence intensity becomes 10%) of several hundred microseconds to several tens of milliseconds, and thus continue to radiate after Tmsec when the excitation light irradiation stops (afterglow). . Since this afterglow overlaps the light emission time of the next second fluorescent light emitting member 17G on the timing chart, color mixing occurs.
  • the wavelength converted light 75R after Tmsec can be blocked by the second wavelength conversion unit 16. For this reason, it becomes possible to suppress the unnecessary wavelength converted light 75R from being mixed with other wavelength converted light (here, wavelength converted light 77G) and the color purity of the other wavelength converted light to be lowered.
  • FIGS. 5A and 5B Examples of designing the emission spectrum of the light source 101 based on the above effects are shown in FIGS. 5A and 5B.
  • FIG. 5A shows the spectrum of the wavelength-converted light 79 emitted from the light source 101.
  • the wavelength-converted light 77R which is red light emitted from the first fluorescent light-emitting member 17R every predetermined time, and the second fluorescent light-emitting member.
  • the wavelength-converted light 77G which is green light emitted from 17G
  • the wavelength-converted light 77B which is blue light emitted from the third fluorescent light-emitting member 17B, emit light, and a white color having a color temperature of 6000K as a time-averaged spectrum. Light is emitted.
  • the efficiency of capturing the optical system of the wavelength-converted light emitted from the phosphor is reduced. Or it can suppress that the color reproducibility of the emitted light of the light source 101 mixes with light of another color and falls.
  • FIG. 6 shows the excitation light density dependence of the fluorescence emission intensity in the LaW 3 O 12 phosphor activated with Eu and Sm used in the first fluorescent light emitting member 17R.
  • the excitation light density applied to the first fluorescent light emitting member 17R is 100 than 5 KW / cm 2 or higher applied to the second fluorescent light emitting member 17G or the third fluorescent light emitting member 17B. It can be as small as about 0.05 KW / cm 2, which is about 1 / min. For this reason, the fall of the energy conversion efficiency of red fluorescent substance accompanying the increase in excitation light density can be suppressed, red light can be radiated
  • the above-described phosphor is used as the phosphor.
  • a 6 C 12 phosphor may be used.
  • a phosphor in which Ce or Eu is activated such as 2- phosphor and Ce-activated CaSc 2 O 4 phosphor, can be used.
  • the red phosphor is not limited to Eu or Sm activated LaW 3 O 12 .
  • one or more of silicon oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, indium oxide, yttrium oxide, zinc oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxynitride, and organic polymer are included in the constituent elements of the base material Any phosphor may be used as long as the base material contains a lanthanoid ion element or a metal ion element as an activator.
  • Eu activated La 2 O 2 S phosphor Eu activated LiW 2 O 8 phosphor, Eu and Sm activated LiW 2 O 8 phosphor, Eu and Mn activated (Sr, Ba) 3 MgSi 2 O 8 fluorescence Fluorescence lifetime of phosphors such as phosphors, Mn activated 3.5MgO.0.5MgF 2 .GeO 2 phosphors, Eu activated YVO 4 phosphors, Eu activated Y 2 O 3 phosphors, Eu activated Y 2 O 2 S phosphors This embodiment is effective for a red phosphor that is long but has a narrow half-width of the fluorescence spectrum.
  • it may be a rare earth complex phosphor using a lanthanoid ion element or a metal ion element as an activator.
  • a rare earth complex phosphor having a molecular structure in which two types of phosphine oxides are coordinated to trivalent europium.
  • a semiconductor laser having a central wavelength of 395 nm is given as an example of the semiconductor light emitting device, but this is not restrictive.
  • the center wavelength is adjusted in the range of 360 nm to 430 nm in accordance with the absorption spectrum of the phosphor, such as the center wavelengths of 400 nm, 405 nm, and 410 nm, or a combination of multiple semiconductor lasers having different center wavelengths in the range of 2 nm to 10 nm. It is also possible to use a wider width.
  • the number of rotations of the second wavelength conversion unit 16 is set to about 8.3 milliseconds corresponding to 120 Hz, but is not limited thereto.
  • the rotational speed can be set between about 20 milliseconds per revolution corresponding to 50 Hz (3,000 rpm) and about 2.7 milliseconds per revolution corresponding to ⁇ 360 Hz (21,600 rpm).
  • the first wavelength conversion unit 19 of the present modification is characterized in that an on-chip lens 205 is formed on the first fluorescent light emitting member 17R of the first wavelength conversion unit 19 of the first embodiment. is there.
  • a first fluorescent light emitting member 17R in which a reflective film 202 such as Ag is formed on a substrate 201 made of copper, for example, and a red phosphor is mixed with a binder such as low melting point glass is formed thereon.
  • the excitation light 73 that has passed through the light transmission region of the second wavelength conversion unit (not shown) is collimated by the second condenser lens 18 and collected so as to have a predetermined light density by the on-chip lens 205. It becomes the excited excitation light 74 and is irradiated to the first fluorescent light emitting member 17R. Further, the wavelength-converted light 75R emitted from the first fluorescent light emitting member in all directions is collimated by the on-chip lens 205 and travels to a light transmission region (not shown) by the second condenser lens 18.
  • the light density of the excitation light applied to the first fluorescent light-emitting member 17R is reduced, thereby suppressing the reduction in the energy conversion efficiency of the red phosphor, and further the first The utilization efficiency of the wavelength-converted light emitted from the fluorescent light emitting member 17R can be increased.
  • the first wavelength conversion unit 19 of this modification is characterized in that it has a conical recess on the substrate 201, and the first phosphor member is disposed therein.
  • a conical recess is formed in a substrate 201 made of, for example, copper, a reflective film 202 such as Ag is formed on the side surface of the recess, and a red phosphor, for example, has a low melting point inside the conical recess.
  • the first fluorescent light emitting member 17R is mixed by being mixed with a binder such as glass. At this time, the surface shape of the first fluorescent light emitting member 17R on the side irradiated with the excitation light 74 is formed to be a concave shape.
  • the excitation light 73 that has passed through the light transmission region of the second wavelength conversion unit becomes the excitation light 74 that is condensed by the second condenser lens 18a and the third condenser lens 18b, and the first The fluorescent light emitting member 17R is irradiated.
  • the excitation light 74 irradiated to the first fluorescent light emitting member 17R becomes wavelength converted light 75R that is red light and is emitted to the third condenser lens 18b side.
  • the red light generated in the first fluorescent light emitting member 17R becomes the wavelength converted light 75R having directivity by the reflective film 202 formed in the conical recess, the third condenser lens 18b, the first The light is taken in by the second condenser lens 18a and travels toward the light transmission region of the second wavelength converter.
  • the conical recess provided in the substrate 201 may be a triangular pyramid recess or a rectangular hole.
  • an internal reflection type paraboloid lens 211 is formed on the first fluorescent light emitting member 17R of the first wavelength conversion unit 19 of the first embodiment.
  • the point is a feature.
  • the reflective film 202 is formed on the substrate 201, the first fluorescent light emitting member 17R is formed thereon, and the internal reflective parabolic lens 211 is formed on the first fluorescent light emitting member 17R. Be placed.
  • the internal reflection type parabolic lens 211 has a first end surface 211a, a second end surface 211b, and a parabolic side surface 211c, and totally reflects light from the phosphor inside due to a refractive index difference with the air layer. Can be changed. That is, the excitation light 72 emitted from the first condenser lens 15 is transmitted through the transmission region 17TR of the second wavelength conversion unit 16 while being condensed, and from the first end face 211a of the internal reflection type parabolic lens 211.
  • Incident light is propagated as excitation light 74 through the internal reflection paraboloid lens 211 to expand the light distribution and irradiate the first fluorescent light emitting member 17R.
  • the wavelength-converted light 75R radiated from the first fluorescent light emitting member 17R reduces the light distribution while propagating through the internal reflection parabolic lens 211, is radiated from the first end surface 211a, and passes through the light transmission region 17TR.
  • the light is transmitted, coupled to the optical system by the first condenser lens 15, and emitted as light emitted from the light source 101.
  • the coupling efficiency between the internal reflection type paraboloid lens 211 and the first condenser lens 15 can be increased by bringing the first end face 211a and the second wavelength converter 16 close to each other.
  • the first wavelength conversion unit 19 of this modification is characterized in that a microlens array 205a is formed on the first fluorescent light emitting member 17R of the first wavelength conversion unit 19 of the first embodiment. is there.
  • the reflective film 202 is formed on the substrate 201, and the first fluorescent light emitting member 17R in which the red phosphor is mixed with a binder such as low melting point glass is formed thereon, and the first fluorescent light emission is performed.
  • a microlens array 205a is disposed on the member 17R.
  • the excitation light 74 is divided according to the number of microlenses of the microlens array 205a, becomes incident light 231 that is refracted and condensed by the lens effect, and is irradiated locally on the first fluorescent light emitting member 17R. .
  • the microlens array 205a is a 10 ⁇ 10 100 array
  • the excitation light collected by each microlens is reduced to 1/100 of that of the first embodiment. It is possible to perform wavelength conversion while suppressing a decrease in conversion efficiency due to light saturation.
  • the wavelength converted light 232 emitted from the first fluorescent light emitting member 17R emits the collimated wavelength converted light 75R by the microlens. This makes it possible to couple light to the second condenser lens while reducing light diffusion loss.
  • the light density of the excitation light applied to the first fluorescent light-emitting member 17R is reduced, thereby suppressing the reduction in the energy conversion efficiency of the red phosphor, and further the first The utilization efficiency of the wavelength-converted light emitted from the fluorescent light emitting member 17R can be increased.
  • Modification 5 (Modification 5) Then, the 5th modification of the light source which concerns on 1st Embodiment is demonstrated using FIG. This modification is different from Modification 4 in the configuration of the first wavelength conversion unit. For this reason, it demonstrates centering on the different part of both.
  • the first wavelength conversion unit 19 of this modification is characterized in that the first fluorescent light emitting member 17R of the first wavelength conversion unit 19 is formed in a plurality of recesses formed according to the microlens array 205a. It is.
  • a reflective film 202 such as Ag is formed on the entire surface of a substrate 201 made of, for example, copper, having a plurality of cylindrical recesses formed on the surface, and a red phosphor is low in the cylindrical recesses.
  • a first fluorescent light emitting member 17R mixed with melting point glass or the like is formed.
  • the micro lens array 205a according to the 1st fluorescence light emission member 17R is arrange
  • a heat radiating substrate 208 made of, for example, a copper plate, and a heat radiating member 207 composed of a heat radiating mechanism 209 such as a Peltier element and the heat radiating fins 210 are attached.
  • a constant current is applied to the heat dissipation mechanism 209 and the first fluorescent light emitting member 17R is set to a constant temperature, for example, 100 ° C. or less.
  • the excitation light 74 is refracted and condensed by the microlens with the incident light 231 and irradiates the phosphor.
  • the wavelength converted light 232 from the phosphor emits the wavelength converted light 75R collimated by the microlens. This makes it possible to couple light to the second condenser lens while reducing light diffusion loss.
  • the first fluorescent light emitting member 17R is covered with a high heat dissipation substrate, the heat dissipation effect is high.
  • the light density of the excitation light applied to the first fluorescent light-emitting member 17R is reduced, thereby suppressing the reduction in the energy conversion efficiency of the red phosphor, and further the first The utilization efficiency of the wavelength-converted light emitted from the fluorescent light emitting member 17R can be increased.
  • the groove provided in the substrate 201 may be a cylinder, a conical groove, or a concave portion formed of a polygon.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a light source according to the second embodiment of the present invention.
  • the basic configuration of the light source in the present embodiment is the same as that of the light source 101 in the first embodiment, and only the configuration for emitting red light is different.
  • a red phosphor having a wide full width at half maximum of the fluorescence spectrum can be used to efficiently radiate red light with high color purity. In this description, the difference between the two will be mainly described.
  • the light source 401 of the present embodiment mainly includes a semiconductor light emitting device 11 that is, for example, a nitride semiconductor laser that emits near ultraviolet light, and a first light source that converts the emitted near ultraviolet light from the semiconductor light emitting device 11 into red light.
  • a semiconductor light emitting device 11 that is, for example, a nitride semiconductor laser that emits near ultraviolet light
  • a first light source that converts the emitted near ultraviolet light from the semiconductor light emitting device 11 into red light.
  • the second wavelength conversion unit 16 converts the light into green light.
  • the second wavelength conversion unit 16 includes, for example, a second fluorescent light emitting member 17G and a third fluorescent light emitting member 17B in the vicinity of a predetermined outer periphery of the substrate 40 that is a disk-shaped aluminum alloy plate.
  • the light transmission region 17TR is formed for each region.
  • the second fluorescent light-emitting member 17G has a green phosphor such as Ce-activated Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 and the third fluorescent light-emitting member 17B has a blue phosphor such as Eu-activated Sr 3 MgSi 2 O 8.
  • the binder is, for example, a phosphor film formed in an arc shape with a thickness of 100 to 500 ⁇ m and a width of 5 mm.
  • the light transmission region 17TR is formed by forming an opening in the substrate 40.
  • the first wavelength conversion unit 419 is arranged at a position separated from the second wavelength conversion unit 16 by using, for example, the same configuration as that shown in the fifth modification of the first embodiment.
  • the feature of the present embodiment is that Eu-activated (Sr, Ca) AlSiN 3 , Eu-activated ⁇ -type SiAlON, Eu-activated SrSiO 3 is used as the phosphor of the first fluorescent light-emitting member 17R used in the first wavelength conversion unit 419.
  • a bivalent europium level is used for the fluorescence process such as, and a long wavelength phosphor having a relatively wide emission wavelength of yellow to red and a half width of the fluorescence spectrum of, for example, 40 to 120 nm is used.
  • a wavelength cut filter 423 is disposed between the first wavelength conversion unit 419 and the second wavelength conversion unit 16.
  • the wavelength cut filter 423 reflects, for example, a so-called green to yellow light having a wavelength of 500 nm to 590 nm on a glass substrate, a light in the near ultraviolet region from a wavelength of 350 nm to a wavelength of 430 nm, and a wavelength of 590 nm to a wavelength of 700 nm.
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the configuration of the light source 401 of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment except for the first wavelength conversion unit 419 and the wavelength cut filter 423.
  • the blue phosphor 17B and the green phosphor 17G provided in the second wavelength conversion unit 16 are irradiated with excitation light, and fluorescent light is emitted.
  • the operation for emitting the light is omitted.
  • the operation for emitting red light will be described with reference to FIG.
  • the emitted light 70 having a central wavelength of 405 nm, for example, emitted from the semiconductor light emitting element 11 is transmitted through the collimator lens 12, the concave lens 13, and the dichroic mirror 14, and is collected by the first condenser lens 15, and the second wavelength conversion unit. It becomes the outgoing light 72 which is condensed to 16.
  • wavelength converted light 475R which is light having an emission spectrum peak wavelength of 590 nm to 630 nm and a full width at half maximum of 40 nm to 120 nm becomes a wavelength cut filter 423.
  • the wavelength-converted light 475R passes through the wavelength cut filter 423, a part of the spectrum, specifically, the wavelength-converted light 476R in which the wavelength of the green to yellow region having a wavelength of 590 nm or less is cut is converted into the second converted lens 476R. Head to 18. And it propagates with the 2nd condensing lens 18, the transmission area
  • the emission spectrum of the long-wavelength phosphor has a full width at half maximum of 90 nm and a Gaussian intensity distribution.
  • the wavelength cut filter 423 is configured to cut off wavelengths of 590 nm or less.
  • a dotted line is a spectrum calculated with a peak wavelength of 610 nm and a full width at half maximum of 90 nm.
  • a wavelength of 590 nm or less is cut by the wavelength cut filter 423 as shown by a solid line.
  • FIG. 14B shows chromaticity coordinates when a spectrum having a peak wavelength of 590 nm to 630 nm and a full width at half maximum of 90 nm is cut by the wavelength cut filter 423.
  • the red coordinates in sRGB are (0.64, 0.33), and the red coordinates of the light source are preferably x ⁇ 0.64 or more.
  • the red light of this embodiment can satisfy the above specifications.
  • FIG. 14C shows the energy transmittance (the energy of the wavelength converted light 476R) that allows the wavelength converted light 475R from the first wavelength conversion unit 419 to pass through the wavelength cut filter 423 when the cut wavelength of the wavelength cut filter 423 is fixed at 590 nm.
  • the peak wavelength dependency of the wavelength converted light 475R (the energy of / wavelength converted light 475R) and the peak wavelength dependency of the luminance conversion efficiency (the luminance of the wavelength converted light 476R / the energy of the wavelength converted light 475R) are shown.
  • the luminance conversion efficiency has a maximum value and is 150 lm / W when the peak wavelength is from 590 nm to 630 nm. Therefore, it is preferable to use a long wavelength phosphor in this range as the phosphor of the first wavelength conversion unit 419. Further, it is more preferable to use a phosphor having a peak wavelength between 600 nm and 620 nm.
  • the superior effects related to the present invention according to the present embodiment will be described in comparison with a structure in which a red phosphor is formed in the first wavelength conversion section 16 (hereinafter referred to as a comparative example).
  • the same wavelength cut filter 423 is provided on the surface of the red phosphor of the first wavelength conversion unit 16 in order to improve the color purity of the red phosphor. A thing is formed (because the wavelength cut filter 423 is disposed at other locations, the light of the green phosphor is cut).
  • FIG. 15A is a sectional view for explaining the incident direction of the wavelength cut filter 423.
  • FIG. 15B is a diagram showing the angle dependency of the dichroic mirror 14.
  • FIG. 15C is a spectrum diagram in the comparative example.
  • the wavelength cut filter has an incident angle dependency of the cut wavelength.
  • the cut wavelength greatly deviates from the target value as the incident angle increases.
  • the cut wavelength for the incident light 475R00 incident perpendicularly to the incident surface of the wavelength cut filter 423 is designed to be 590 nm, the cut for the incident light 475R50 having an incident angle ⁇ of 50 degrees (deg), for example.
  • the wavelength is 510 nm, and the effect is reduced.
  • the wavelength-converted light 72 emitted from the actual first wavelength converter 16 and taken into the first condenser lens 15 has an emission angle in the range of at least ⁇ 60 degrees to +60 degrees. The effect is reduced.
  • FIG. 15C shows the result of calculation under the same conditions as in FIG.
  • FIG. 14B shows chromaticity coordinates in the conventional structure. From FIG. 14B and FIG. 15C, the effect of wavelength cut is insufficient, and the chromaticity coordinates x ⁇ 0.64 are not satisfied. On the other hand, as shown in FIG.
  • the wavelength-converted light 475R is incident on the wavelength cut filter 423 substantially perpendicularly, so that light of 590 nm or less can be sufficiently cut, and red light with high color purity is emitted.
  • a light source that emits light can be realized.
  • FIG. 16A and FIG. 16B show an example in which the emission spectrum of the light source 401 is designed based on the above effect.
  • FIG. 16A shows the spectrum of the wavelength-converted light 79 emitted from the light source 401.
  • the wavelength-converted light 477R that is red light emitted from the first fluorescent light-emitting member 417R and the second fluorescent light-emitting member at regular intervals.
  • Ce activated Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 is used as a phosphor emitting green light
  • Eu activated Sr 3 MgSi 2 O 8 is used as a phosphor emitting blue light
  • red light has a peak wavelength of 610 nm. It was assumed that the fluorescence spectrum from the long wavelength phosphor having a half width of 90 nm passed through the wavelength cut filter (cut wavelength 590 nm).
  • FIG. 16B shows the spectrum of each color in FIG. 16A in color space. It can be seen that sRGB, which is the standard standard for displays, can be almost covered.
  • the long-wavelength phosphor having the above configuration can be easily configured using, for example, an Eu-activated (Sr, Ca) AlSiN 3 phosphor, an Eu-activated ⁇ -type SiAlON phosphor, or an Eu-activated SrSiO 3 phosphor.
  • the excitation light 70 can be divided and made incident on the first fluorescent light emitting member 417R in the first wavelength conversion unit 419, and a decrease in conversion efficiency in the phosphor can be suppressed due to an increase in the light excitation density.
  • the first fluorescent light emitting member 417R can dissipate heat generated in the phosphor by the heat dissipation mechanism. As a result, it is possible to suppress a decrease in conversion efficiency due to a temperature increase of the first fluorescent light emitting member 417R.
  • the light from the first fluorescent light emitting member 417R can be incident on the wavelength cut filter as substantially parallel light.
  • the wavelength-converted light 477R that is red light with high color purity can be emitted with high efficiency by the wavelength cut filter. Therefore, a light source with high color reproducibility of emitted light and high conversion efficiency can be provided.
  • FIG. 17A shows the peak wavelength dependence of the luminance conversion efficiency when the half-value width is 50 nm and 110 nm, in addition to the calculation result of the half-value width 90 nm shown in the second embodiment.
  • the luminance conversion efficiency has a maximum value near the peak wavelength of 610 nm, and the efficiency is higher when the half-value width is narrower.
  • FIG. 17B shows the peak wavelength dependence of the chromaticity coordinates when the full width at half maximum is 110 nm
  • FIG. 17C shows the dependence of the chromaticity coordinates on the peak wavelength when the full width at half maximum is 50 nm. Indicates.
  • the peak wavelength is designed from 605 nm to 620 nm, and when the full width at half maximum is 110 nm, the peak wavelength is designed from 590 nm to 630 nm to increase the luminance conversion efficiency while increasing the color purity. I can do it.
  • the above phosphor include, for example, an InP / ZnS core-shell quantum dot phosphor having a full width at half maximum of 40 nm to 60 nm, an Eu-activated CaAlSiN 3 phosphor having a full width at half maximum of 100 nm to 120 nm, and Eu.
  • An activated CaAlSiN 3 —Si 2 N 2 O phosphor can be used.
  • the second wavelength conversion unit 16 of the present modification includes, for example, a second fluorescent light emitting member 17G and a third fluorescent light emission in the vicinity of a predetermined outer periphery of a substrate 40 that is a disk-shaped aluminum alloy plate.
  • the member 17B, the fourth fluorescent light emitting member 517DG, and the light transmission region 17TR are formed for each region.
  • a blue phosphor whose main component is Eu-activated Sr 3 MgSi 2 O 8 is an organic transparent material such as dimethyl silicone or an inorganic transparent material such as low-melting glass.
  • the second fluorescent light-emitting member 17G is, for example, a green phosphor whose main component is Ce-activated Y 3 (Al, Ga) 5 O 12
  • the fourth fluorescent light-emitting member 517DG is, for example, a main component Eu-activated SiAlON.
  • the deep green phosphor is similarly mixed with an organic or inorganic transparent material.
  • the light transmission region 17TR is formed by forming an opening in the substrate 40 as shown in FIG. 1C, for example.
  • FIG. 18B shows the spectrum of the wavelength-converted light 79 emitted from the light source 401.
  • the wavelength-converted light 477R that is red light emitted from the first fluorescent light-emitting member 417R and the second fluorescent light-emitting member at regular intervals.
  • Wavelength converted light 77G which is green light emitted from 17G
  • wavelength converted light 77B which is blue light emitted from the third fluorescent light emitting member 17B
  • dark green light emitted from the fourth fluorescent light emitting member 417DG As a time-averaged spectrum, white light having a color temperature of 6000K is emitted.
  • Eu is activated as a phosphor emitting red light (Sa, Ca) AlSiN, Eu-activated Sr 3 MgSi 2 O 8 as a phosphor emitting blue light,
  • Examples of the phosphor that emits green light include Ce-activated Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 , and examples of the phosphor that emits deep green light include Eu-activated SiAlON.
  • the green color purity can be increased by using the dark green phosphor as compared with the case where only the green phosphor is used. Thereby, a light source with good color reproducibility and high conversion efficiency can be provided.
  • FIG. 19 is a diagram showing the configuration and operation of a light source and an image projection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the basic configuration of the light source in this modification is the same as that of the light source 401 and the image projection device 199 in the second embodiment, and only the configuration for emitting red light is different. Therefore, the difference between the two will be mainly described.
  • This example also has a configuration in which red light with high color purity can be efficiently emitted using a red phosphor having a wide full width at half maximum of the fluorescence spectrum as in the case of the first embodiment.
  • the light source 601 of the present embodiment mainly includes a semiconductor light emitting device 11 that is, for example, a nitride semiconductor laser that emits near ultraviolet light, and a first light that converts the emitted near ultraviolet light from the semiconductor light emitting device 11 into red light.
  • the first wavelength conversion unit 619 is provided with a first fluorescent light emitting member 617R on a disk-shaped base.
  • Eu-activated (Sr, Ca) AlSiN is an organic transparent material such as dimethyl silicone or an inorganic transparent material such as low-melting glass.
  • What is mixed with the binder is, for example, a phosphor film formed in an arc shape with a thickness of 100 to 500 ⁇ m and a width of 5 mm.
  • the first wavelength conversion unit 619 and the second wavelength conversion unit 16 are simultaneously rotated at a predetermined rotational speed by, for example, a biaxial motor.
  • the rotation mechanism 622 includes a rotation shaft 621a that fixes and rotates the second wavelength conversion unit 16, and a rotation shaft 621b that is coaxial with the rotation shaft 621a and opposite to the side where the rotation shaft 621a is provided.
  • the first wavelength converter 619 is fixed to the rotation shaft 621b and rotates. With the above configuration, the first wavelength conversion unit 619 and the second wavelength conversion unit 16 can be rotated by one drive component.
  • the optical system that emits red light in the light source 601 including the first wavelength conversion unit 619, the second wavelength conversion unit 16, and the wavelength cut filter 423 is configured in more detail as follows. .
  • the first wavelength conversion unit 619 and the first fluorescent light emitting member 617R are arranged at the focal position of the second condenser lens 618b.
  • the light source according to the present embodiment operates as follows. First, the same operation as that of the second embodiment, in particular, the blue phosphor 17B and the green phosphor 17G provided in the second wavelength conversion unit 16 are not irradiated with the excitation light and the light emitting operation is omitted. On the other hand, the operation for emitting red light is as follows.
  • the outgoing light 70 that is the excitation light emitted from the semiconductor light emitting element 11 passes through the collimating lens 12, the concave lens 13 and the dichroic mirror 14, and the light condensed by the first condenser lens 15 is subjected to the second wavelength conversion.
  • the first wavelength converter 619 is transmitted through the transmission region 17TR provided in the part 16 and is provided in the first wavelength converter 619 via the second condenser lens 618a, the wavelength cut filter 423, and the second condenser lens 618b.
  • the light is condensed on the fluorescent light emitting member 617R. Then, it is converted into fluorescence having an emission peak wavelength of 580 nm to 670 nm by the long wavelength phosphor of the first fluorescent light emitting member 617R.
  • the first wavelength conversion unit 619 is rotated at, for example, 120 Hz by the rotation mechanism 622 similarly to the second wavelength conversion unit 16.
  • the wavelength-converted light emitted from the first fluorescent light-emitting member 617R becomes wavelength-converted light 675R that is substantially collimated light by the second condenser lens 618b. Then, the light vertically enters the wavelength cut filter 423 and passes therethrough. At this time, light with a wavelength of 590 nm or less is cut to become wavelength-converted light 676R that is red light with high color purity, and is transmitted to the transmission region 17TR provided in the second wavelength conversion unit 16 by the second condenser lens 618a. Focused.
  • the wavelength-converted light 677R that has passed through the transmission region 17TR becomes wavelength-converted light 678R that is collimated light by the first condenser lens 15, and is emitted from the light source 601 through the dichroic mirror 14.
  • the wavelength cut filter 423 transmits the fluorescent light through the collimator so that red having high color purity is obtained. Light can be emitted. Therefore, it is possible to provide a light source with high efficiency of emitted light and high color reproducibility.
  • binder of the first fluorescent light emitting member 617R may be either an organic or inorganic material.
  • a light source 701 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 20A to 20C.
  • the basic configuration of the light source in the present embodiment is the same as that of the light source 101 in the first embodiment, for example, and only the point that the wavelength cut filter 723 is disposed between the dichroic mirror 14 and the condenser lens 41 is different. Hereinafter, the difference between the two will be mainly described.
  • the wavelength cut filter 723 is configured to cut light in the wavelength range of 590 nm to 600 nm, for example.
  • the wavelength cut filter 723 is configured to cut light in the wavelength range of 590 nm to 600 nm, for example.
  • FIG. 20B light in the wavelength range of 590 nm to 600 nm, which reduces the color purity, of the emission spectrum of LaW 3 O 12 activated with Eu and Sm used in the red phosphor, and the green phosphor
  • Ce-activated Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 used in the above light in the wavelength range of 590 nm to 600 nm that reduces the color purity can be cut.
  • the color reproducibility of the light source 701 can be expanded as compared with the first embodiment.
  • the light source of the present embodiment can realize a light source having a simple configuration and high efficiency and good color reproducibility.
  • the configuration of the light source of the present embodiment is almost the same as that of the second embodiment shown in FIG. 12, and the semiconductor light emitting element 11, the second wavelength conversion unit 16, and the dichroic mirror 14 are different.
  • the semiconductor light emitting element 11 is a semiconductor.
  • the light emitting element 811 (not shown), the second wavelength converter 16 is replaced with the second wavelength converter 816, and the dichroic mirror 14 is replaced with a polarization beam splitter 814 (not shown).
  • the semiconductor light emitting element 811 a semiconductor laser that emits so-called blue light having a center wavelength of emitted light in the range of 430 nm to 500 nm is used as the semiconductor light emitting element 811.
  • the second wavelength conversion unit 816 has a third fluorescent light emitting member 17G, a light transmission region 17TR, a light beam, and the like in the vicinity of a predetermined outer periphery of the substrate 40 which is, for example, a disk-shaped aluminum alloy plate.
  • a polarization conversion reflection region 817RB is formed for each region.
  • the light polarization conversion reflection region 817RB is formed by forming fine irregularities on the surface of the substrate 40, forming, for example, an Ag film on the surface, and forming a SiO2 film thereon.
  • the polarization beam splitter 814 is formed by forming a dielectric multilayer film on a glass substrate. As shown in FIG. 21B, the transmission characteristic of the polarizing beam splitter 814 transmits light having a wavelength of 470 nm or less in a certain direction (TE direction). Is designed to transmit light of 430 nm or less in the direction perpendicular to (TM direction).
  • the operation of the wavelength conversion member 17G and the first wavelength conversion unit 19 provided in the second wavelength conversion unit 816 is the same as that of the second embodiment in the light source of the phosphor of the present embodiment. Only the operation of 817RB will be described.
  • Blue light having a central wavelength of 445 nm and composed of TE-polarized light emitted from the plurality of semiconductor light emitting elements 811 passes through the polarization beam splitter 814, and the third fluorescent light of the second wavelength conversion unit 816 by the first condenser lens 16.
  • the light is condensed on the light emitting member 17G, the light transmission region 17TR, or the light polarization conversion reflection region 817RB every time.
  • the excitation light which is TE-polarized light irradiated to the light polarization conversion reflection region 817RB, is scattered by the fine uneven structure provided on the substrate 40, and reflected as low-polarity or non-polarized reflected light. Is done.
  • the reflected light is converted into collimated light by the first condenser lens 15 and irradiated to the dichroic mirror 814.
  • the dichroic mirror 814 transmits the TE polarization component as shown in the transmission characteristics of FIG.
  • the TM polarized component is reflected and can be emitted from the light source 101 as blue light of the wavelength converted light 79 through the condenser lens 41.
  • FIGS. 21C and 21D An example of designing the emission spectrum of the light source in this configuration is shown in FIGS. 21C and 21D.
  • FIG. 21C shows the spectrum of the wavelength-converted light emitted from the light source.
  • White light having a color temperature of 6000K is emitted as a spectrum obtained by averaging the red light with improved purity and the green light emitted from the third fluorescent light emitting member 17G.
  • a light source with high color reproducibility can be provided with a small space and a small optical component configuration.
  • a semiconductor laser that emits so-called blue light having a center wavelength of emitted light in the range of 430 nm to 500 nm is used as the semiconductor light emitting element.
  • a superluminescent diode having a small speckle may be used. Good.
  • the light polarization conversion reflection region 817RB is formed by forming fine irregularities on the surface of the substrate 40.
  • particles that randomly reflect light emitted from the semiconductor light emitting element For example, a TiO2 particle having a particle size of 10 nm to 20 ⁇ m may be formed by forming a film in which transparent resin or glass is mixed.
  • the light polarization conversion reflection region 817RB is formed by forming a birefringent material such as quartz on the surface of the substrate 40 with a predetermined film thickness, and the polarization direction of a part or all of incident light is rotated by 90 ° C. May be.
  • Al 2 O 3 , AlN, Ga 2 O 3 , In 2 O 3 are used as materials including the first to third fluorescent light emitting members 17R, 17G, and 17B.
  • ZrO, ZnO, MgO, SiO 2 , SiON, ITO, GaZnO, or GaInZnO may be used.
  • a light source and an image projection device with high conversion efficiency and high color reproducibility can be obtained. Since it can be provided without increasing, it is widely used not only for display lighting such as projectors, rear projection televisions, and head-up displays, but also for in-vehicle lighting such as headlights or medical lighting such as endoscopes. be able to.

Abstract

　半導体発光素子と蛍光体を組み合わせた光源において、色純度の高い赤色光を効率良く放射する。半導体発光素子と、固定されたあるいは回転する第１の波長変換部と回転する第２の波長変換部とを有する光源であり第２の波長変換部は、半導体発光素子から出射した出射光を吸収し、出射光と異なる第２の波長の光を放射する第２の波長変換領域と、出射光を透過する透過領域を備え、第１の波長変換部は、出射光を吸収し、第２の波長の光よりも長波長の第１の波長の光を放射し、第１の波長の光は、透過領域を透過することである。

Description

光源および画像投写装置
　本発明は、業務用プロジェクタ、ホームプロジェクタ、ピコプロジェクタなどの投写機や、リアプロジェクションテレビ、ヘッドアップディスプレイなどに用いられる光源および画像投写装置に関するものであり、特に出射光の光出力が大きく、スペックルが小さく、出射光の指向性が高い光源に関する。
　特殊な照明光源として、店舗のダウンライトやプロジェクタ光源、自動車等の前照灯（ヘッドライトなど）などがあり、これらの光源には、ハロゲンランプや高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどが用いられている。この中で、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度放電ランプ（Ｈｉｇｈ　Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｌａｍｐ）はアーク放電を用いるため、指向性が高い光を高効率、高出力で放射することができるが、一方で、点灯して安定するまでの時間が長いことや、水銀を含むため環境負荷が大きいこと、そして寿命として定義されている輝度が半減するまでの時間が短いことなどの課題がある。
　このような課題に対し、近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）や半導体レーザなどの半導体発光素子を光源の部品もしくは励起光源として用いた光源の開発が盛んに行われている。半導体発光素子を用いた光源の構成としては、半導体材料や組成を変えることで発光波長を可視光（４３０～６７０ｎｍ）の範囲で変化させた半導体発光素子を用いた構成のものや、半導体発光素子と蛍光体と組み合わせて発光波長や発光スペクトルを所望の波長に変化させた構成のものがあり、用途に応じてさまざまな構成が提案されている。
　例えば、特許文献１や特許文献２では、青色、緑色、赤色それぞれの光を放射するＬＥＤや半導体レーザを組み合わせた光源が提案されている。これらの光源は、従来の高輝度放電ランプと異なり、三原色の光をそれぞれ自由なタイミングで出射させることができるため、特にディプレイ用途向けに有用である。しかしながらＬＥＤは、出射光の拡がり角が大きく、かつ、発光部の面積も大きいため、光源を構成する光学系における光の利用効率が低く、光源の光出力強度を大きくできないという課題がある。一方で半導体レーザは、出射光の拡がり角も発光部面積も小さいが、出射光の干渉性が高いため、半導体レーザで構成した光源をディスプレイに用いた場合、特に緑色領域と赤色領域においてスペックルノイズがもたらす画質の低下が課題になる。
　このような課題に対して、半導体レーザと発光ダイオードと蛍光体とを組み合わせたり、半導体レーザと蛍光体を組み合わせたりすることで、光利用効率を高くしつつスペックルノイズを抑制する方法が提案されている。
　例えば、特許文献３では、青色光を放射する半導体レーザ（青色レーザ）とＹ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２蛍光体（緑色蛍光体）と、赤色発光ダイオードを組み合わせた光源が提案されている。また、特許文献４では、青色レーザとＹ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２蛍光体（緑色蛍光体）と、（Ｓｒ，Ｃａ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｎ）蛍光体（赤色蛍光体）を組み合わせた光源が提案されている。さらに、特許文献５では、紫外光を放射する半導体発光素子と赤色、緑色、青色蛍光体層を並設した円板を組み合わせることで、三原色すべてを蛍光で構成した光源の構成が提案されている。
　以下、図２２を用い、特許文献５に示す従来の発光装置について説明する。
　図２２に示すように、従来の発光装置は、紫外光を発光する発光ダイオード１００３と、区画された領域ごとに赤色、緑色、青色の蛍光体を含む蛍光体層が配置されたカラーホイール１００４とを備え、カラーホイールが回転することによって、発光ダイオード１００３から放射される光が赤色、緑色、青色と順次変換され、時間平均で観察した場合に白色光が放射されるように駆動される。この構成において、青色蛍光体として、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃ１２：Ｅｕもしくは（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ１０Ｏ１７：Ｅｕを用いることが、緑色の蛍光体として、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌや（Ｂａ、Ｍｇ）Ａｌ１０Ｏ１７：（Ｅｕ、Ｍｎ）を用いることが、赤色蛍光体に関してはＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕを用いることが記載されている。
　なお、図２２において１００５は補助光学素子、１００６はリレーレンズ、１００７は反射ミラー、１００８はプリズム、１００９は空間光変調器、１０１０は投写レンズである。
特開２００９－２５２６５１号公報 特開平１１－０６４７８９号公報 特開２０１２－８４０９号公報 特開２０１２－０６８４６５号公報 特開２００４－３４１１０５号公報
　しかしながら、従来の構成において、次のような課題が挙げられる。まず、青色レーザと緑色蛍光体と赤色ＬＥＤを組み合わせた構成については、半導体発光素子の種類が複数であり、互いの電気－光変換特性、温度特性が異なるため、合成光の色調整などに対して複雑な制御が必要となるなどの課題があった。一方、異なる種類の蛍光体を同一のホイール上に塗り分けて回転させる構成である（ｉ）青色レーザと、回転ホイールに緑色蛍光体、赤色蛍光体のほか透過領域を設けた方法（特許文献４など）、（ｉｉ）紫外光源と、領域ごとに青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体が形成された回転ホイールとで構成する方法（特許文献５）、については半導体発光素子の種類を１種類とすることができる。しかしながら、特許文献４に記載されている（Ｓｒ，Ｃａ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｎ）蛍光体の、賦活剤に２価のＥｕイオンを用いた赤色蛍光体については、スペクトル半値幅が広く、赤色の色純度が悪いほか、励起光密度が高くなると変換効率が急激に低下するという課題がある。また、特許文献５に記載されている賦活剤が３価のＥｕイオンである赤色蛍光体（Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ）については、スペクトル半値幅が狭いものの、蛍光寿命がミリ秒オーダーで、回転ホイールの回転時間（例えば６０Ｈｚでは１周１６．７ミリ秒）と同程度であるため、蛍光光の光軸ズレによる光取り込み効率の悪化や、色切り替え時の混色という課題が発生する。
　上記課題を鑑みて、本発明の目的は、発光素子の種類を少なくするとともに、色純度の高い赤色光を効率よく出射させることが可能な光源ならびに画像投写装置を提供することである。
　上記目的を達成するために、本発明に係る光源は、１つまたは複数の半導体発光素子と、半導体発光素子と離れた位置に配置される第１の波長変換部と、半導体発光素子と第１の波長変換部との間に配置され、回転する第２の波長変換部と、を有し、第２の波長変換部は、半導体発光素子から出射した出射光を吸収し、主波長が出射光と異なる第２の光を放射する第２の波長変換領域と、出射光を透過する透過領域とを少なくとも備え、第１の波長変換部は、出射光を吸収し、主波長が第２の光の主波長よりも長波長である第１の光を放射し、第１の光が、透過領域を透過する。
　この構成により、第１の波長変換部に照射される半導体発光素子から出射した光密度は、第２の波長変換部に照射される光密度よりも低くすることが可能となる。このため、光飽和による変換効率低下を抑制し、長波長の光を効率良く発光させることが可能となる。
　また、第１の波長変換部は、第１の蛍光体を含み、第２の波長変換部は、第１の蛍光体と異なる第２の蛍光体を含むこと、としても良い。
　この構成により、半導体発光素子から出射される出射光の発光波長と異なる波長の光を放射させることができるため、発光素子の種類を増やさずに複数の異なる波長の光を放射する光源を実現できる。
　また、第２の蛍光体は、発光ピーク波長が５００ｎｍ～６００ｎｍの間にあること、としても良い。
　この構成により、発光波長が緑色領域である光と、発光波長が緑色領域よりも長波長である光を効率良く放射する光源を実現できる。
　また、第１の蛍光体は、発光ピーク波長が５８０ｎｍ～６７０ｎｍの間にあること、としても良い。
　この構成により、発光波長が赤色領域である光を効率良く放射する光源を実現できる。
　また、第２の波長変換部には、出射光を吸収し、主波長が第２の光と異なる第３の光を放射する第３の波長変換領域が形成されること、として良い。
　また、第３の波長変換領域と第２の波長変換領域が、第２の波長変換部の同一面に形成されること、としても良い。
　また、第３の波長変換領域が、第１の蛍光体および第２の蛍光体と異なる第３の蛍光体を含む、としても良い。
　また、第３の光は、発光ピーク波長が４３０ｎｍ～５００ｎｍの間にあること、としても良い。
　また、出射光は、発光ピーク波長が３６０ｎｍ～４３０ｎｍの間にあること、としても良い。
　この構成により、発光波長が第１の波長変換部および第２の波長変換部と異なる波長の光を放射させることができ、少なくとも３色の光を光源から効率良く放射させることができるため、色再現性の良い画像投写装置を実現できる。さらに、第３の光を青色領域とすることで、青色、緑色、赤色の光を効率良く放射する光源を実現できる。
　また、第２の波長変換部には、半導体発光素子の出射光が放射され、出射光の偏光方向と異なる第３の光として反射される光偏光変換領域が形成されること、としても良い。
　また、出射光は、発光ピーク波長が４３０ｎｍ～５００ｎｍの間にあること、としても良い。
　これにより、半導体発光素子からの出射光を光源の出射光として放射させることが出来る。さらに半導体発光素子からの出射光の発光波長を青色領域とすることで、青色光として放射させることができる。
　また、半導体発光素子と第１の集光レンズとの間にダイクロイックミラーを備え、ダイクロイックミラーが、出射光を透過し、第１の光、第２の光および第３の光を反射する、としてもよい。
　この構成により光源より第１の光、第２の光および第３の光を効率良く放射させることができる。
　また、第１の蛍光体は、第２の蛍光体に対して、蛍光寿命が同等以上に長いこと、としても良い。
　この構成により蛍光寿命が長く、発光波長が長波長である蛍光体を用いても色純度の高い光を放射する光源を実現できる。
　また、第２波長変換部は、１周２．７ミリ秒から１周２０ミリ秒の間のいずれかの回転数で回転すること、としても良い。
　また、第１の蛍光体の賦活剤は、Ｅｕ３＋、Ｍｎ２＋、Ｍｎ４＋、Ｓｍ３＋からなる少なくとも１種が含まれていること、としても良い。
　この構成により、発光スペクトルの半値幅が狭く、蛍光寿命が長い賦活剤を含んだ蛍光体を用いても色再現性の高い光源を実現できる。
　また、半導体発光素子と第２の波長変換部との間に第１のレンズが配置され、第２の波長変換部と第１の波長変換部との間に第２のレンズが配置され、出射光が第１のレンズにより第２の波長変換部上で集光されること、としても良い。
　この構成により、第２の波長変換部上で発生した光を効率良く光源から放射させることができる。
　また、出射光が第２の波長変換部に照射させる照射面積が、出射光が第１の波長変換部に照射される面積よりも小さいこと、としても良い。
　また、第１の波長変換部と第２のレンズの間に、複数のレンズアレイを配置し、出射光が第１の波長変換部の複数の照射部に集光しても良い。
　また、第１の波長変換部は、第１の蛍光体を含んだ複数の蛍光体部材を備え、複数の蛍光体部材を複数の照射部に配置しても良い。
　このような構成にすることで、第１の波長変換部は照射面積を大きくし励起光密度を低減させることが可能となる。これにより、第１の波長変換部における光飽和を低減し、長波長の光を効率よく放射させることができる。
　また、第１の波長変換部と第２のレンズとの間に波長カットフィルタを備え、波長カットフィルタが波長５００ｎｍ～５９０ｎｍの間の光の一部もしくは全部を反射するとしても良い。
　また、第１の蛍光体は、発光ピーク波長が５９０ｎｍ～６３０ｎｍの間にあること、としても良い。
　この構成により、色純度の高い赤色光を効率良く放射させることができる。
　また本発明に係る画像投写装置は、上記に記載した光源と画像表示素子を備える。この構成により色純度の高い赤色光を効率良く放射することができる。
　また本発明に係る画像投写装置は、画像表示素子に、少なくとも第１の光と第２の光と第３の光が時間的に連続して照射される、としても良い。
　この構成により、色再現性の高い画像を表示可能な画像投写装置を実現できる。
　本発明の構成により、半導体発光素子と蛍光体を用いた光源および画像投写装置において、発光素子の種類を少なくするとともに、色純度の高い赤色光を効率よく出射させることが可能となる。
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光源の構成を示す図である。 図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る第２の波長変換部の構成を示す図である。 図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る第２の波長変換部の図１ＢのＩｃ－Ｉｃの断面図を示す図である。 図１Ｄは、本発明の第１の実施の形態に係る第１の波長変換部の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光源及び当該光源を用いた画像投写装置の構成及び青色光、緑色光を放射する動作時について示す図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光源及び当該光源を用いた画像投写装置の構成及び赤色光を放射する動作時について示す図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子から放射される励起光、第１、第２、第３の波長変換部から放射される波長変換光の光強度のタイミングチャートを示す図である。 図５Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光源から放射される波長変換光のスペクトルを示す図である。 図５Ｂは、本発明の第１の実施の形態における投写レンズから出射された、青色光、緑色光、赤色光の色度座標を示す図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の効果を示す図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の第１の変形例を示す図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の第２の変形例を示す図である。 図９は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の第３の変形例を示す図である。 図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の第４の変形例を示す図である。 図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の第５の変形例を示す図である。 図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る光源の構成を示す図である。 図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る光源及び赤色光を出射する動作時の投写装置を示す図である。 図１４Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る光源の波長カットフィルタにおける波長カット前後のスペクトル形状を示す図である。 図１４Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る光源の赤色蛍光体の色度座標を示す図である。 図１４Ｃは、本発明の第２の実施の形態に係る光源の波長カットフィルターエネルギー透過率及び、輝度変換効率のピーク波長依存性を示す図である。 図１５Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る波長カットフィルタへ入射する光の方向を示した図である。 図１５Ｂは、第２の実施の形態に係る波長カットフィルタにおける透過率の角度依存性を示した図である。 図１５Ｃは、波長カットフィルタにおける波長カット前後のスペクトル形状を示す図である。 図１６Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る蛍光体から照射された光のスペクトルを示す図である。 図１６Ｂは、本発明の第２の実施の形態の投写レンズから出射された青色光、緑色光、赤色光、白色光の色度座標を示す図である。 図１７Ａは、本発明の第２の実施の形態の変形例１に係る蛍光体から照射された光のスペクトルを示す図である。 図１７Ｂは、本発明の第２の実施の形態の投写レンズから出射されたピークスペクトルの色度座標を示す図である。 図１７Ｃは、本発明の第２の実施の形態の投写レンズから出射されたピークスペクトルの色度座標を示す図である。 図１８Ａは、本発明の第２の実施の形態の変形例２に係る第２の波長変換部の構成を示す図である。 図１８Ｂは、本発明の第２の実施の形態の変形例２に係る蛍光体から照射された光のスペクトルを示す図である。 図１８Ｃは、本発明の第２の実施の形態の変形例２の投写レンズから出射された青色光、緑色光、赤色光、白色光の色度座標を示す図である。 図１９は、本発明の第３の実施の形態に係る光源および投写装置を示す図である。 図２０Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る光源および投写装置を示す図である。 図２０Ｂは、本発明の第４の実施の形態に係る蛍光体から照射された光のスペクトルを示す図である。 図２０Ｃは、本発明の第４の実施の形態の投写レンズから出射された青色光、緑色光、赤色光、白色光の色度座標を示す図である。 図２１Ａは、本発明の第５の実施の形態に係る第２の波長変換部の構成を示す図である。 図２１Ｂは、本発明の第５の実施の形態に係るダイクロイックミラーの透過特性を示す図である。 図２１Ｃは、本発明の第５の実施の形態に係る光源から放射される波長変換光のスペクトルを示す図である。 図２１Ｄは、第５の実施の形態における投写レンズから出射された青色光、緑色光、赤色光の色度座標を示す図である。 図２２は、従来の発光装置の構成を示す図である。
　以下、本発明の光源および画像投写装置について、実施の形態に基づいて説明する。なお、以下で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。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、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。
　なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。また、各図において、同じ構成要素には同じ符号を付している。
　（第１の実施の形態）
　以下、本発明の第１の実施の形態およびその変形例に係る光源および画像投写装置の構成と効果について、図１Ａ～図１１を用いて説明する。
　図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光源の構成を示す図である。図１Ｂは、本実施の形態に係る光源１０１に用いられる第２の波長変換部１６を、半導体発光素子１１側から見た図であり、図１Ｃは、図１ＢのＩｃ－Ｉｃ線における第２の波長変換部１６の断面図である。また、図１Ｄは、第１の波長変換部１９の構成を示す図である。図２および図３はいずれも、本実施の形態の画像投写装置の構成と動作を示す図である。図４から図６は本実施の形態の光源の効果を説明するための図である。
　なお、図１Ａ～図６において、第１の実施の形態と共通の構成要素については、同じ番号を付すことにより説明を省略する。
　（構成）
　図１Ａに示すように、本実施の形態に係る光源１０１は、主に、近紫外光を放射する例えば窒化物半導体レーザである半導体発光素子１１と、半導体発光素子１１からの放射された近紫外光を赤色光に変換する第１の波長変換部１９と、青色光および緑色光に変換する第２の波長変換部１６とで構成される。
　第２の波長変換部１６は、図１Ｂに示すように円盤形状の基台に領域ごとに蛍光体もしくは透過領域が設けられた構成であり、動作時には所定の回転数で回転する。第２の波長変換部１６の具体的な構成は、例えば円盤状のアルミニウム合金板である基板４０の所定の外周付近に第２の蛍光発光部材１７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂと、光透過領域１７ＴＲとが領域ごとに形成された構成となっている。第２の蛍光発光部材１７Ｇは、例えば主成分がＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２である緑色蛍光体が、例えばジメチルシリコーンなどの有機透明材料、もしくは、例えば低融点ガラスなどの無機透明材料であるバインダに混合されたものが例えば厚み１００～５００μｍ、幅５ｍｍで円弧状に形成された蛍光体膜である。また第３の蛍光発光部材１７Ｂは、例えば主成分がＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８である青色蛍光体が、同様に有機もしくは無機の透明材料に混合されたものである。
　光透過領域１７ＴＲは図１Ｃに示すように例えば、基板４０に開口部を形成することでなる。そして、第２の波長変換部１６は、図１Ａに示すように例えばモータである回転機構２２の回転軸２１に接続され、所定の回転数で回転するように構成されている。
　一方、第１の蛍光発光部材１７Ｒを具備する第１の波長変換部１９は、第２の波長変換部１６と異なる位置に配置される。以下、図１Ｄを用いて第１の波長変換部１９の構成について説明する。第１の波長変換部１９は、例えばＣｕなどの基板２０１上に蛍光体の光を反射する例えばＡｇなどの反射膜２０２が形成され、その上に、例えば、主成分がＥｕとＳｍを賦活させたＬａＷ３Ｏ１２である赤色蛍光体を、例えば低融点ガラスであるバインダに混合されてなる第１の蛍光発光部材１７Ｒが例えば厚み１００～１０００μｍの膜状に形成される。さらに、基板２０１の反対側には、例えば銅板である放熱基板２０８と、例えばペルチェ素子などの放熱機構２０９と放熱フィン２１０とで構成される放熱部材２０７が取り付けられる。このとき、放熱機構２０９には一定の電流が印加され第１の蛍光発光部材１７Ｒが一定の温度、例えば１００℃以下になるように設定される。
　上記の第１の波長変換部１９と第２の波長変換部１６を具備した光源１０１は、より詳しくは以下のように構成される（図１Ａ参照）。
　まず光源１０１には、例えば光出力が２ワットで発光波長の中心波長が３６０～４３０ｎｍの範囲にある半導体レーザ、より具体的には中心波長が例えば３９５ｎｍである半導体レーザである半導体発光素子１１がヒートシンク２５上に、例えば２５個（なお、煩雑さを避けるため図１Ａ～３では便宜上３個の記載にとどめている）配置されており、半導体発光素子１１から出射した出射光が、凹レンズ１３に集められるようにコリメートレンズ１２が半導体発光素子１１前方に配置される。半導体発光素子１１と第２の波長変換部１６の間には、ダイクロイックミラー１４が備えられる。ここで、ダイクロイックミラー１４は例えば、波長３６０ｎｍ～４３０ｎｍの光を透過し、波長４３０～６７０ｎｍの光を反射するように設定される。さらに、光源１０１の主光軸には、ダイクロイックミラー１４、第１の集光レンズ１５、第２の波長変換部１６、第２の集光レンズ１８、第１の波長変換部１９が順に並ぶように配置される。このとき第２の波長変換部１６に形成された第２の蛍光発光部材１７Ｇ、第３の蛍光発光部材１７Ｂ、光透過領域１７ＴＲは、第２の波長変換部１６が回転することで主光軸上に配置されるように設置される。
　一方、第１の波長変換部１９は、第２の波長変換部１６の後方（半導体発光素子と反対の位置）の主光軸上に、第２の集光レンズ１８を介して固定される。ここで、回転機構２２は、第２の波長変換部１６よりも外径を十分小さくし、主光軸上に第２の集光レンズ１８と第1の波長変換部１９を容易に配置できるようにする。
　（動作）
　次に、本実施の形態に係る光源１０１の動作について、図２および図３に示す、光源１０１を具備する画像投写装置１９９を用いて説明する。本実施の形態における画像投写装置１９９は、主に、光源１０１の出射部に、画像表示素子５０と、投影レンズ６５などを配置し、画像を投写できる構成にしたものである。
　本実施の形態の光源１０１は、主な発光波長が５８０～６７０ｎｍの範囲のいわゆる赤色光と、主な発光波長が５００～６００ｎｍの範囲のいわゆる緑色光と、主な発光波長が４３０～５００ｎｍの範囲のいわゆる青色光とが、時間に連続してなる波長変換光７９を放射する。つまり、波長変換光７９は、三原色の光である赤色光、緑色光、青色光が、赤色→緑色→青色→赤色の順番で周期的に放射されることによってなる白色光であり、一周期は例えば約８．３ミリ秒（１２０Ｈｚ）の光である。
　続いて、光源１０１の動作について説明する。複数の半導体発光素子１１から出射された例えば中心波長３９５ｎｍ、全光量５０ワットの出射光７０はコリメートレンズ１２および凹レンズ１３により一つの光束となりダイクロイックミラー１４を通過し、集光レンズ１５で第２の波長変換部１６の蛍光発光部材１７Ｂ、１７Ｇ、もしくは光透過領域１７ＴＲのいずれかに集光される。
　このとき第２の波長変換部１６は、回転機構２２と回転軸２１により所定の回転数で回転される。第２の波長変換部１６は回転することで、蛍光発光部材１７Ｂ、１７Ｇの特定の位置に出射光７０が照射し続けることを防止するとともに、第２の波長変換部１６で変換される波長変換拡散光７６の発光スペクトルが時間で変化するように設定される。
　まず図２を用いて、主光軸に、第２の波長変換部１６の第２の蛍光発光部材１７Ｇが配置された場合について説明する。ダイクロイックミラー１４を通過した励起光７１は、第１の集光レンズ１５により第２の波長変換部１６の第２の蛍光発光部材１７Ｇに例えば１ｍｍ2以下の面積に集光される。集光された励起光は第２の蛍光発光部材１７Ｇに含まれる緑色蛍光体により中心波長３９５ｎｍの光から、主な発光波長が５００ｎｍ～６００ｎｍの波長変換光７７Ｇへと変換され、集光レンズ１５側へ放射される。このとき波長変換光７２の放射角は全方位のいわゆるランバーシアン光であるが、発光領域が１ｍｍ２以下の点光源であるため第１の集光レンズ１５で、ほぼ平行光である波長変換光７８Ｇとなり、ダイクロイックミラー１４に向かう。そして、波長変換光７８Ｇはダイクロイックミラー１４で反射され、集光レンズ４１を通って、光源１０１から波長変換光７９として出射される。
　上記の動作は、第２の波長変換部１６が回転し、主光軸に第３の蛍光発光部材１７Ｂが配置された場合も同様であり、波長変換光の主な発光波長が４３０ｎｍ～５００ｎｍの光が波長変換光７９として出射される。
　上記の動作により光源１０１の第１の集光レンズ４１から出射された波長変換光７９は、ロッドレンズ４２の端部に集光され入射される。そしてロッドレンズ４２内で多重反射された波長変換光７９は、波面の光強度分布が矩形に変換され放射され、凸レンズ４３で直進光となり、反射ミラー４５により、例えばＤＭＤなどの反射型の画像表示素子５０に導かれる。画像表示素子５０に照射された光は２次元の映像信号が重畳された信号光８０となり反射され、投影レンズ６５により所定のスクリーン（図示なし）に投影可能な映像光８９となって投写装置１９９から出射される。
　続いて図３を用いて、主光軸に、第２の波長変換部１６の透過領域１７ＴＲが配置された場合の第１の波長変換部１９の動作について説明する。第２の波長変換部１６が回転し、主光軸に透過領域１７ＴＲが配置された場合、励起光７１は、透過領域１７ＴＲを通過する。透過領域１７ＴＲを透過した励起光７２は焦点位置で一旦集光された後、拡がり光である励起光７３となり第２の集光レンズ１８に入射し、ほぼ平行光である励起光７４となり、第１の波長変換部１９へ入射する。
　第１の波長変換部１９の第１の蛍光発光部材１７Ｒの蛍光体には、前述のように例えば主成分がＥｕとＳｍを賦活させたＬａＷ３Ｏ１２である赤色蛍光体が配置される。これらの赤色蛍光体は、中心波長３６０ｎｍ～４３０ｎｍの励起光を、主な発光波長が５８０～６７０ｎｍにある赤色光である波長変換光７５Ｒに変換する。このときの第１の蛍光発光部材１７Ｒにおける励起光の照射面積は例えば１ｃｍ２であり、励起光照射密度が第２の波長変換部１６の第２の蛍光発光部材１７Ｇ、第３の蛍光発光部材１７Ｂにおける励起光照射密度よりも１／１００程度と低く設定される。
　また、第１の蛍光発光部材１７Ｒから発生した熱は、放熱部材２０７により効率的に排熱される。つまり、第１の蛍光発光部材１７Ｒで発生した熱は、基板２０１から放熱基板２０８、ペルチェ素子である放熱機構２０９、放熱フィン２１０と伝熱し、外部へ放熱される。
　なお、所定のスクリーン（図示なし）に投影可能な映像光８９となって投写装置１９９から出射されることについては、上記図２で説明したのと同様である。
　（効果）
　続いて本実施の形態の光源および画像表示装置の機能および効果について説明する。
　図４は、励起光および波長変換光の光強度のタイミングチャートの一例である。（ａ）は、半導体発光素子１１から出射され第２の波長変換部１６へ向かう励起光７１の光強度の時間依存性、（ｂ）および（ｃ）は第２の蛍光発光部材１７Ｇおよび第３の蛍光発光部材１７Ｂから放射される波長変換光７７Ｇおよび７７Ｂの光強度の時間依存性、（ｄ）および(ｅ)は第１の蛍光発光体部材１７Ｒから放射される波長変換光７５Ｒと、透過領域１７ＴＲを通過する波長変換光７７Ｒの光強度の時間依存性を示す。
　まず（ａ）に示すように、励起光７１は一定の光出力で放射される。続いて（ｂ）に示すように波長変換光７７Ｇ（緑色光）は０ｍｓｅｃからｔaｍｓｅｃの間だけ放射される。つまりこの間、主光軸に第２の蛍光部材１７が配置される。続いて（ｃ）に示すように波長変換光（青色光）はｔａｍｓｅｃからｔｂｍｓｅｃまで放射される。
　最後に（ｄ）および（ｅ）を用いて、第２の波長変換部１６の効果を説明する。まず第２の波長変換部１６の透過領域１７ＴＲを通過した励起光は第１の蛍光発光部材１７Ｒにおいては波長変換光７７Ｒ（赤色光）を、ｔｂｍｓｅｃからＴｍｓｅｃの間放射する。このとき本実施の形態においては、第１の蛍光発光部材１７Ｒに含有する赤色蛍光体は、例えばＥｕ、Ｓｍ賦活ＬａＷ３Ｏ１２などの、３価のユーロピウムの遷移を利用した蛍光体で、蛍光スペクトルの半値幅が１０ｎｍ以下と狭く色純度の高いものを用いる。これらの蛍光体は一方で、蛍光寿命（蛍光強度が１０％になる時間）が数１００マイクロ秒～数１０ミリ秒あるため、励起光の照射が停止するＴｍｓｅｃ以降でも放射し続ける（残光）。この残光は、タイミングチャート上では、次の第２の蛍光発光部材１７Ｇの発光時間と重なるため、混色が発生する。しかし、本実施の形態の構成においてはＴｍｓｅｃ以降の波長変換光７５Ｒは、第２の波長変換部１６で遮断させることができる。このため、不要な波長変換光７５Ｒが他の波長変換光（ここでは波長変換光７７Ｇ）と混ざり、他の波長変換光の色純度が低下することを抑制することが可能となる。
　上記効果を元に、光源１０１の発光スペクトルを設計した例を図５Ａおよび図５Ｂに示す。
　図５Ａは、光源１０１から出射される波長変換光７９のスペクトルを示し、一定時間ごとに第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される赤色光である波長変換光７７Ｒと、第２の蛍光発光部材１７Ｇから放射される緑色光である波長変換光７７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂから放射される青色光である波長変換光７７Ｂとが発光し、時間平均したスペクトルとして色温度が６０００Ｋの白色光が放射される。このとき、蛍光体の好ましい例として、赤色光を放射する蛍光体としてＥｕとＳｍを賦活させたＬａＷ３Ｏ１２を、緑色光を放射する蛍光体としてＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２を、青色光を放射する蛍光体としてＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８を用いた。このように、赤色蛍光体として蛍光寿命が数ミリ秒である３価のユーロピウムが賦活された蛍光体を用いても、蛍光体から放射される波長変換光の光学系の取り込み効率が低下することや、他色光と混合して光源１０１の放射光の色再現性を低下することを抑制することができる。
　さらに図６に第１の蛍光発光部材１７Ｒに用いたＥｕとＳｍを賦活させたＬａＷ３Ｏ１２蛍光体における蛍光放射強度の励起光密度依存性を示す。本実施の形態においては、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射される励起光密度は、第２の蛍光発光部材１７Ｇもしくは第３の蛍光発光部材１７Ｂに照射される５ＫＷ／ｃｍ２以上よりも１００分の１程度の０．０５ＫＷ／ｃｍ２程度と小さくすることができる。このため、励起光密度の増加に伴う、赤色蛍光体のエネルギー変換効率の低下を抑制し、高い効率で赤色光を放射することができ、光源１０１における変換効率を高くすることができる。
　上記の構成により、発光素子の種類が少なく、赤色光の変換効率、色純度が高い光源および投写装置を提供することができる。
　なお、上記の構成において、蛍光体として上述のものを挙げたがこれに限らない。例えば、青色蛍光体としてＥｕ賦活Ｂａ３Ａｌ１０Ｏ１７などに代表されるＥｕ賦活（Ｂａ、Ｓｒ）３Ａｌ１０Ｏ１７蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃ１２蛍光体、を用いても良い。また緑色蛍光体としてＥｕ賦活β型ＳｉＡｌＯＮ蛍光体や、Ｅｕ賦活ＳｒＳｉＯ３蛍光体、Ｅｕ賦活Ｓｒ３ＳｉＯ５蛍光体、Ｅｕ賦活ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２蛍光体、Ｅｕ賦活Ｂａ３Ｓｉ８Ｏ１２Ｎ２蛍光体、Ｃｅ賦活ＣａＳｃ２Ｏ４蛍光体などＣｅもしくはＥｕを賦活させた蛍光体を用いることができる。
　また赤色蛍光体としてもＥｕ、Ｓｍ賦活ＬａＷ３Ｏ１２に限らない。例えば、シリコンオキサイド、タングステンオキサイド、モリブデンオキサイド、インジウムオキサイド、イットリウムオキサイド、ジンクオキサイド、シリコンナイトライド、シリコンオキシナイトライド、アルミニウムオキシナイトライド、有機高分子の一つもしくは複数が母材の構成元素に含まれ、その母材に賦活剤としてランタノイドイオン元素あるいは金属イオン元素が含有されている蛍光体であれば良い。具体的には、Ｅｕ賦活Ｌａ２Ｏ２Ｓ蛍光体、Ｅｕ賦活ＬｉＷ２Ｏ８蛍光体、ＥｕおよびＳｍ賦活ＬｉＷ２Ｏ８蛍光体、ＥｕおよびＭｎ賦活（Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８蛍光体、Ｍｎ賦活３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２蛍光体、Ｅｕ賦活ＹＶＯ４蛍光体、Ｅｕ賦活Ｙ２Ｏ３蛍光体、Ｅｕ賦活Ｙ２Ｏ２Ｓ蛍光体などの蛍光の蛍光寿命が長いが蛍光スペクトルの半値幅が狭い赤色蛍光体に対して本実施の形態は有効である。
　また、ランタノイドイオン元素、金属イオン元素を賦活剤とした希土類錯体蛍光体であってもよい。具体的には２種類のホスフィンオキシドが三価のユーロピウムに配位した分子構造を持つ希土類錯体蛍光体が挙げられる。
　なお、本実施の形態において、半導体発光素子の例として中心波長３９５ｎｍの半導体レーザを挙げたがこの限りではない。例えば中心波長４００ｎｍ、４０５ｎｍ、４１０ｎｍなど、蛍光体の吸収スペクトルに合わせて中心波長を３６０ｎｍ～４３０ｎｍの範囲で調整することや、中心波長が２ｎｍ～１０ｎｍの範囲で異なる半導体レーザを複数組み合わせ、波長スペクトル幅を広くして用いることも可能である。
　なお、本実施の形態の光源において、第２の波長変換部１６の回転数を１２０Ｈｚに相当する一周約８．３ミリ秒としたがこれに限らない。例えば、回転数を５０Ｈｚ（３，０００ｒｐｍ）に相当する１周約２０ミリ秒から～３６０Ｈｚ（２１，６００ｒｐｍ）に相当する１周約２．７ミリ秒の間で設定することができる。
　（変形例１）
　続いて図７を用いて、第１の実施の形態に係る光源の第１の変形例を説明する。本変形例は、第１の実施の形態と比較し、第１の波長変換部１９の構成が異なる。このため第１の波長変換部１９付近の拡大図を用いて、両者の異なる部分を中心に説明する。
　本変形例の第１の波長変換部１９は、第１の実施の形態の第１の波長変換部１９の第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部にオンチップレンズ２０５が形成される点が特徴である。
　具体的には、例えば銅からなる基板２０１上に、例えばＡｇなどの反射膜２０２が形成され、その上に赤色蛍光体が低融点ガラスなどのバインダに混合された第１の蛍光発光部材１７Ｒが形成され、第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部に、例えば無機ガラスに反射防止膜が形成された凸レンズからなるオンチップレンズ２０５を形成する。
　この構成により、図示しない第２の波長変換部の光透過領域を通過した励起光７３は、第２の集光レンズ１８により平行光となり、オンチップレンズ２０５により所定の光密度になるように集光された励起光７４となり、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射される。さらに、第１の蛍光発光部材から全方位に放射された波長変換光７５Ｒは、オンチップレンズ２０５によりコリメートされ、第２の集光レンズ１８により図示しない光透過領域に向かう。
　上記のように本変形例の構成を用いることで、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する励起光の光密度を低くすることで赤色蛍光体のエネルギー変換効率の低下を抑制し、さらに第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光の利用効率を高くすることができる。
　なお、放熱部材２０７の構成は、上記図１Ｄで説明したのと同様である。
　（変形例２）
　続いて図８を用いて、第１の実施の形態に係る光源の第２の変形例を説明する。本変形例は、第１の実施の形態と比較し、主に第１の波長変換部１９の構成が異なる。このため第１の波長変換部１９付近の拡大図を用いて、両者の異なる部分を中心に説明する。
　本変形例の第１の波長変換部１９は、基板２０１上に円錐凹部を有し、その内部に第１の蛍光体部材が配置される点が特徴である。
　具体的には、例えば銅からなる基板２０１に円錐凹部が形成され、その凹部の側表面に例えばＡｇなどの反射膜２０２が形成され、その円錐状の凹部内部に、例えば赤色蛍光体が低融点ガラス等のバインダに混合されることによりなる第１の蛍光発光部材１７Ｒが埋め込まれる。このとき、第１の蛍光発光部材１７Ｒの励起光７４が照射される側の表面形状が凹形状になるように形成される。
　なお、放熱部材２０７の構成は、上記図１Ｄで説明したのと同様である。
　この構成において、図示しない第２の波長変換部の光透過領域を通過した励起光７３は、第２の集光レンズ１８ａ、第３の集光レンズ１８ｂにより集光する励起光７４となり、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射される。第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射された励起光７４は、赤色光である波長変換光７５Ｒとなり第３の集光レンズ１８ｂ側に放射される。このとき、第１の蛍光発光部材１７Ｒで発生した赤色光は、円錐凹部に形成された反射膜２０２により指向性を有する波長変換光７５Ｒとなるため、効率よく第３の集光レンズ１８ｂ、第２の集光レンズ１８ａで取り込まれ、第２の波長変換部の光透過領域に向かう。
　上記のように本変形例の構成を用いることで、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する励起光の光密度を低くしつつ、第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光の利用効率を高くすることができる。
　なお、基板２０１に設けた円錐凹部は、三角錐凹部や矩形の穴であってもよい。
　（変形例３）
　続いて図９を用いて、第１の実施の形態に係る光源の第３の変形例を説明する。本変形例は、第１の実施の形態と比較し、主に第１の波長変換部１９の構成が異なる。このため第１の波長変換部１９付近の拡大図を用いて、両者の異なる部分を中心に説明する。
　本変形例の第１の波長変換部１９は、第１の実施の形態の第１の波長変換部１９の第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部に内部反射型放物面レンズ２１１が形成される点が特徴である。
　具体的には、基板２０１上に反射膜２０２が形成され、その上に第１の蛍光発光部材１７Ｒを形成し、第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部に、内部反射型放物面レンズ２１１が配置される。内部反射型放物面レンズ２１１は、第一端面２１１ａと第二端面２１１ｂと放物線状の側面２１１ｃを有し、空気層と屈折率差により内部で蛍光体からの光を全反射させ、発光面積を変化させることができる。つまり第１の集光レンズ１５から出射された励起光７２は、集光されながら第２の波長変換部１６の透過領域１７ＴＲを透過し、内部反射型放物面レンズ２１１の第１端面２１１ａから入射し、励起光７４として内部反射型放物面レンズ２１１の内部を伝搬しつつ光分布を拡大し、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する。第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光７５Ｒは、内部反射型放物面レンズ２１１の内部を伝搬しつつ光分布を縮小し、第１端面２１１ａから放射され、光透過領域１７ＴＲを透過し、第１の集光レンズ１５で光学系に結合され、光源１０１の出射光として出射される。このとき、第１端面２１１ａと第２の波長変換部１６は近接させることで、内部反射型放物面レンズ２１１と第１の集光レンズ１５との結合効率を高くすることができる。
　なお、放熱部材２０７の構成は、上記図１Ｄで説明したのと同様である。
　上記のように本変形例の構成を用いることで、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する励起光の光密度を低くしつつ、第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光の利用効率を高くすることができる。
　（変形例４）
　続いて、図１０を用いて、第１の実施の形態に係る光源の第４の変形例を説明する。本変形例は、第１の実施の形態と比較し、主に第１の波長変換部１９の構成が異なる。このため第１の波長変換部１９付近の拡大図を用いて、両者の異なる部分を中心に説明する。
　本変形例の第１の波長変換部１９は、第１の実施の形態の第１の波長変換部１９の第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部にマイクロレンズアレイ２０５ａが形成される点が特徴である。
　具体的には、基板２０１上に反射膜２０２が形成され、その上に赤色蛍光体が例えば低融点ガラスなどのバインダに混合された第１の蛍光発光部材１７Ｒを形成し、第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部にマイクロレンズアレイ２０５ａが配置される。
　この構成において、励起光７４は、マイクロレンズアレイ２０５ａのマイクロレンズ数に応じて分割され、レンズ効果により屈折、集光された入射光２３１となり、第１の蛍光発光部材１７Ｒの局所に照射される。このとき、例えば、マイクロレンズアレイ２０５ａを１０×１０の１００アレイとすると、１個あたりのマイクロレンズが集光する励起光は第１の実施の形態の１／１００と低減されるため、蛍光体の光飽和による変換効率の低下を抑制しつつ波長変換することができる。さらに、第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光２３２は、マイクロレンズにより、コリメートされた波長変換光７５Ｒを出射する。これにより、光拡散ロスを低減しつつ第２の集光レンズへ光を結合させることが可能となる。
　なお、放熱部材２０７の構成は、上記図１Ｄで説明したのと同様である。
　上記のように本変形例の構成を用いることで、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する励起光の光密度を低くすることで赤色蛍光体のエネルギー変換効率の低下を抑制し、さらに第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光の利用効率を高くすることができる。
　（変形例５）
　続いて図１１を用いて、第１の実施の形態に係る光源の第５の変形例を説明する。本変形例は、変形例４と比較し、第１の波長変換部の構成が異なる。このため両者の異なる部分を中心に説明する。
　本変形例の第１の波長変換部１９は、第１の波長変換部１９の第１の蛍光発光部材１７Ｒが、マイクロレンズアレイ２０５ａに応じて形成された複数の凹部に形成される点が特徴である。
　具体的には、表面に例えば円筒状の凹部を複数形成した、例えば銅からなる基板２０１上に、例えばＡｇなどの反射膜２０２が全面に形成され、円筒状の凹部には赤色蛍光体が低融点ガラス等に混合された第１の蛍光発光部材１７Ｒが形成される。そして、第１の蛍光発光部材１７Ｒに応じたマイクロレンズアレイ２０５ａが配置される。さらに、基板２０１の反対側には、例えば銅板である放熱基板２０８と、例えばペルチェ素子などの放熱機構２０９と放熱フィン２１０とで構成される放熱部材２０７が取り付けられた構成である。このとき、放熱機構２０９には一定の電流が印加され第１の蛍光発光部材１７Ｒが一定の温度、例えば１００℃以下になるように設定される。
　この構成により、励起光７４は、マイクロレンズによって入射光２３１が屈折、集光され、蛍光体へ照射する。蛍光体からの波長変換光２３２は、マイクロレンズにより、コリメートされた波長変換光７５Ｒを出射する。これにより、光拡散ロスを低減しつつ、第２の集光レンズへ光を結合させることが可能となる。また、第１の蛍光発光部材１７Ｒは、高放熱な基板で覆われているため、放熱効果が高い。
　上記のように本変形例の構成を用いることで、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する励起光の光密度を低くすることで赤色蛍光体のエネルギー変換効率の低下を抑制し、さらに第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光の利用効率を高くすることができる。
　なお、基板２０１に設ける溝は、円柱や円錐溝、多角形からなる凹部であってもよい。
　（第２の実施の形態）
　続いて、図１２～図１８Ｃを用いて、本発明の第２の実施の形態およびその変形例に係る光源および画像投写装置について説明する。
　図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る光源の構成を示す図である。なお、本実施の形態における光源の基本構成は、第１の実施の形態における光源１０１と同じで、赤色光を放射させる構成のみ異なる。特に、蛍光スペクトルの半値全幅が広い赤色蛍光体を用いて色純度の高い赤色光を効率よく放射させることが可能な構成である。本説明では、両者の異なる点を中心に説明する。
　本実施の形態の光源４０１は、主に、近紫外光を放射する例えば窒化物半導体レーザである半導体発光素子１１と、半導体発光素子１１からの放射された近紫外光を赤色光に変換する第１の波長変換部４１９と、第１の波長変換部からの波長変換光のスペクトルの一部をカットする波長カットフィルタ４２３と、励起光をコリメートする第２の集光レンズ１８と、青色光および緑色光に変換する第２の波長変換部１６とで構成される。
　第２の波長変換部１６は、実施の形態１と同様に、例えば円盤状のアルミニウム合金板である基板４０の所定の外周付近に第２の蛍光発光部材１７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂと、光透過領域１７ＴＲとが領域ごとに形成された構成となっている。第２の蛍光発光部材１７Ｇは、Ｃｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２などの緑色蛍光体が、第３の蛍光発光部材１７ＢにはＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８などの青色蛍光体が、バインダに混合されたものが、例えば厚み１００～５００μｍ、幅５ｍｍで円弧状に形成された蛍光体膜である。光透過領域１７ＴＲは基板４０に開口部を形成することでなる。第１の波長変換部４１９は、例えば第１の実施形態の変形例５に示したものと同様の構成のものを用いて、第２の波長変換部１６と分離した位置に配置する。そして本実施の形態の特徴は、第１の波長変換部４１９に用いる第１の蛍光発光部材１７Ｒの蛍光体として、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３、Ｅｕ賦活α型ＳｉＡｌＯＮ、Ｅｕ賦活ＳｒＳｉＯ３などの蛍光過程に二価のユーロピウムの準位を用い、発光波長が黄色～赤色で、蛍光スペクトルの半値幅が例えば４０～１２０ｎｍなどの比較的広い長波長蛍光体を用いる。そして、第１の波長変換部４１９と第２の波長変換部１６の間に波長カットフィルタ４２３を配置する。波長カットフィルタ４２３は、例えば、ガラス基板上に、例えば波長５００ｎｍから波長５９０ｎｍのいわゆる緑色から黄色の光を反射し、波長３５０ｎｍから波長４３０ｎｍまで近紫外領域の光と、波長５９０ｎｍから波長７００ｎｍまでの赤色領域の光を透過する分布ブラッグ反射（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）膜を形成した構成であり、第１の波長変換部４１９からの蛍光スペクトルの一部をカットする。
　上記のように、本実施形態の光源４０１の構成は、第１の波長変換部４１９と波長カットフィルタ４２３とを除き実施の形態１とほぼ同様の構成である。
　本実施の形態の光源４０１の動作は第１の実施形態とほぼ同じ動作であるため、第２の波長変換部１６に設けた青色蛍光体１７Ｂ、緑色蛍光体１７Ｇへ励起光を照射し、蛍光を出射させる動作については省略する。以下、図１３を用いて、赤色を出射させるときの動作について説明する。
　半導体発光素子１１から出射された例えば中心波長４０５ｎｍの出射光７０は、コリメートレンズ１２、凹レンズ１３、ダイクロイックミラー１４を透過し、第１の集光レンズ１５で集光され、第２の波長変換部１６に集光する出射光７２となる。
　ここで、第２の波長変換部１６が回転し、透過領域１７ＴＲが主光軸上に配置されているとき、出射光７２は透過領域１７ＴＲを透過し、第２の集光レンズ１８、波長カットフィルタ４２３を通過して第１の波長変換部４１９の第１の蛍光発光部材４１７Ｒに照射される。そして、第１の蛍光発光部材４１７Ｒに含有される長波長蛍光体において発光スペクトルのピーク波長が５９０ｎｍから６３０ｎｍで半値全幅が４０ｎｍから１２０ｎｍの光である波長変換光４７５Ｒとなり波長カットフィルタ４２３に向かう。波長変換光４７５Ｒは、波長カットフィルタ４２３を通過する際、スペクトルの一部、具体的には波長５９０ｎｍ以下の緑色から黄色領域の波長をカットされた波長変換光４７６Ｒとなり、第２の集光レンズ１８へ向かう。そして、第２の集光レンズ１８、透過領域１７ＴＲ、第１の集光レンズ１５と伝搬し、波長変換拡散光７８Ｒとなり、ダイクロイックミラー１４、集光レンズ４１により、光源４０１から波長変換光７９として出射される。
　なお、所定のスクリーン（図示なし）に投影可能な映像光８９となって投写装置１９９から出射されることについては、上記図２で説明したのと同様である。
　上記の構成において本実施の形態に係る本発明の効果について図１４Ａから図１６Ｂを用いて説明する。
　まず図１４Ａ～１４Ｄにおいては、長波長蛍光体の発光スペクトルが、半値全幅が９０ｎｍで、ガウス分布の強度分布を有すると仮定する。また、波長カットフィルタ４２３は、５９０ｎｍ以下の波長をカットオフする構成とする。
　図１４Ａにおいて点線は、ピーク波長６１０ｎｍで半値全幅が９０ｎｍで計算したスペクトルである。波長カットフィルタ４２３により実線のように波長５９０ｎｍ以下がカットされる。また図１４Ｂにピーク波長５９０ｎｍ～６３０ｎｍ、半値全幅９０ｎｍのスペクトルを波長カットフィルタ４２３でカットした場合の色度座標を示す。ｓＲＧＢにおける赤色座標は（０．６４、０．３３）であり、光源の赤色座標としてはｘ≧０．６４以上が好ましい。これに対して本実施例の赤色光は上記仕様を満たすことができる。さらに図１４Ｃを用いて効率の点から本実施の形態の好ましい形態について説明する。図１４Ｃは、波長カットフィルタ４２３のカット波長を５９０ｎｍで固定したときに、第１の波長変換部４１９からの波長変換光４７５Ｒが波長カットフィルタ４２３を透過するエネルギー透過率（波長変換光４７６Ｒのエネルギー／波長変換光４７５Ｒのエネルギー）の波長変換光４７５Ｒのピーク波長依存性と、輝度変換効率（波長変換光４７６Ｒの輝度／波長変換光４７５Ｒのエネルギー）のピーク波長依存性を示す。波長変換光４７５Ｒのピーク波長が長波長になれば波長カットフィルタ４２３でカットされる量が少なくなるためエネルギー透過率は増加するが、スペクトルの視感度が低下するため輝度が低下する。このため、輝度変換効率は極大値を持ちピーク波長が５９０ｎｍ～６３０ｎｍのとき１５０ｌｍ／Ｗとなるためこの範囲にある長波長蛍光体を第１の波長変換部４１９の蛍光体として用いることが好ましい。さらには、ピーク波長６００ｎｍ～６２０ｎｍの間にある蛍光体を用いることがより好ましい。
　本実施の形態に係る本発明に関する優れた効果について、第１の波長変換部１６に赤色蛍光体を形成したもの（以下、比較例という）と比較しながら説明する。第１の波長変換部１６に赤色蛍光体を形成したものについては、赤色蛍光体の色純度を向上させるため、第１の波長変換部１６の赤色蛍光体表面上に波長カットフィルタ４２３と同様のものを形成する（それ以外の場所に波長カットフィルタ４２３を配置した場合、緑色蛍光体の光をカットしてしまうため）。
　図１５Ａは波長カットフィルタ４２３の入射方向を説明する断面図である。図１５Ｂはダイクロイックミラー１４の角度依存性を示す図である。また、図１５Ｃは比較例におけるスペクトル図である。
　波長カットフィルタは、カット波長の入射角度依存性を持ち、例えば図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、入射角度が大きくなるとカット波長が目標値に対して大きくずれる。具体的には、波長カットフィルタ４２３の入射面に対して垂直に入射する入射光４７５Ｒ００に対するカット波長を５９０ｎｍに設計しても、例えば入射角度θが５０度（ｄｅｇ）である入射光４７５Ｒ５０に対するカット波長は５１０ｎｍとなり、効果が低減する。実際の第１の波長変換部１６で出射し、第１の集光レンズ１５へ取り込まれる波長変換光７２は、出射角度は少なくとも－６０度～＋６０度の範囲であるため、波長カットフィルタ４２３の効果は低減する。具体的に、比較例の構造（第１の波長変換部１６の蛍光体表面上に波長カットフィルタ４２３を形成する構造）において、波長カットフィルタ４２３の特性の角度依存性を含めてスペクトルを図１４Ａと同様の条件で計算した結果を図１５Ｃに示す。また図１４Ｂに従来の構造における色度座標を示す。図１４Ｂおよび図１５Ｃより、波長カットの効果は不十分であり、色度座標ｘ≧０．６４を満足していない。一方、図１３に示すように本実施の形態においては、波長変換光４７５Ｒは波長カットフィルタ４２３に対してほぼ垂直で入射するため、５９０ｎｍ以下の光を十分カットでき、色純度の高い赤色光を出射する光源を実現することができる。
　図１６Ａ及び図１６Ｂに上記効果を元に、光源４０１の発光スペクトルを設計した例を示す。図１６Ａは、光源４０１から出射される波長変換光７９のスペクトルを示し、一定時間ごとに第１の蛍光発光部材４１７Ｒから放射される赤色光である波長変換光４７７Ｒと、第２の蛍光発光部材１７Ｇから放射される緑色光である波長変換光７７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂから放射される青色光である波長変換光７７Ｂとが発光し、時間平均したスペクトルとして色温度が６０００Ｋの白色光が放射される。このとき緑色光を放射する蛍光体としてＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２を、青色光を放射する蛍光体としてＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８を用い、赤色光は、ピーク波長６１０ｎｍ、半値幅９０ｎｍの長波長蛍光体からの蛍光スペクトルが波長カットフィルタ（カット波長５９０ｎｍ）を通過したと仮定した。図１６Ｂは図１６Ａの各色のスペクトルを色空間で示したものである。ディスプレイの標準的な規格であるｓＲＧＢをほぼカバーすることができることがわかる。
　なお上記構成の長波長蛍光体として具体的には、例えばＥｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３蛍光体、Ｅｕ賦活α型ＳｉＡｌＯＮ蛍光体、Ｅｕ賦活ＳｒＳｉＯ３蛍光体を用いて容易に構成できる。
　また、このとき、第１の波長変換部４１９において励起光７０は分割され第１の蛍光発光部材４１７Ｒに入射させることができ、光励起密度の上昇により蛍光体における変換効率の低下を抑制できる。さらに第１の蛍光発光部材４１７Ｒは放熱機構により蛍光体で発生した熱を放熱できる。この結果、第１の蛍光発光部材４１７Ｒの温度上昇による変換効率の低下を抑制できる。さらに、第１の蛍光発光部材４１７Ｒからの光をほぼ平行光で波長カットフィルタに入射させることが出来る。このため長波長蛍光体としてスペクトル線幅が広い蛍光体を用いても、波長カットフィルタにより色純度の高い赤色光である波長変換光４７７Ｒを高効率で放射させることができる。そのため、出射光の色再現性の高く、変換効率の高い光源を提供することができる。
　（変形例１）
　続いて、図１７Ａ～１７Ｃを用いて、本発明の第２の実施の形態に係る光源の第１の変形例について説明する。本変形例において、長波長蛍光体の半値幅が５０ｎｍおよび１１０ｎｍの計算結果を示して好ましい形態について説明する。
　まず図１７Ａに実施の形態２に示した半値幅９０ｎｍの計算結果の他に半値幅が５０ｎｍ、１１０ｎｍのときの輝度変換効率のピーク波長依存性を示す。いずれもピーク波長６１０ｎｍ付近で輝度変換効率が極大値を持ち、半値幅が狭い方が、効率が高い。一方、色純度を示す色度座標については、図１７Ｂに半値全幅が１１０ｎｍのときの色度座標のピーク波長依存性を、図１７Ｃに半値全幅が５０ｎｍのときの色度座標のピーク波長依存性を示す。この結果から、半値全幅が５０ｎｍのときはピーク波長が６０５ｎｍから６２０ｎｍ、半値全幅が１１０ｎｍのときはピーク波長が５９０ｎｍから６３０ｎｍで設計することで、色純度を高くしつつ、輝度変換効率を高くすることが出来る。
　上記の蛍光体の具体的な実施例としては、例えば、半値全幅が４０ｎｍ～６０ｎｍであるＩｎＰ／ＺｎＳコアシェル型量子ドット蛍光体や、半値全幅が１００ｎｍ～１２０ｎｍであるＥｕ賦活ＣａＡｌＳｉＮ３蛍光体、Ｅｕ賦活ＣａＡｌＳｉＮ３－Ｓｉ２Ｎ２Ｏ蛍光体を用いることができる。
　（変形例２）
　続いて、図１８Ａ～１８Ｃを用いて、本発明の第２の実施の形態に係る光源の第２の変形例について説明する。本実施例では、第２の実施の形態と比較して第２の波長変換部１６が異なる。このため両者の異なる部分を中心に説明する。
　本変形例の第２の波長変換部１６は、図１８Ａに示すように例えば円盤状のアルミニウム合金板である基板４０の所定の外周付近に第２の蛍光発光部材１７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂと、第４の蛍光発光部材５１７ＤＧと、光透過領域１７ＴＲとが領域ごとに形成された構成となっている。第３の蛍光発光部材１７Ｂは、例えば主成分がＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８である青色蛍光体が、例えばジメチルシリコーンなどの有機透明材料、もしくは、例えば低融点ガラスなどの無機透明材料であるバインダに混合されたものが例えば厚み１００～５００μｍ、幅５ｍｍで円弧状に形成された蛍光体膜である。また第２の蛍光発光部材１７Ｇは、例えば主成分がＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２である緑色蛍光体が、また第４の蛍光発光部材５１７ＤＧは、例えば主成分がＥｕ賦活ＳｉＡｌＯＮである深緑色蛍光体が、同様に有機もしくは無機の透明材料に混合されたものである。光透過領域１７ＴＲは図１Ｃに示すように例えば、基板４０に開口部を形成することでなる。
　この構成における発光スペクトルを設計した例を図１８Ｂ、１８Ｃに示す。図１８Ｂは、光源４０１から出射される波長変換光７９のスペクトルを示し、一定時間ごとに第１の蛍光発光部材４１７Ｒから放射される赤色光である波長変換光４７７Ｒと、第２の蛍光発光部材１７Ｇから放射される緑色光である波長変換光７７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂから放射される青色光である波長変換光７７Ｂと、第４の蛍光発光部材４１７ＤＧから放射される深緑色光である波長変換光５７７ＤＧを発光し、時間平均したスペクトルとして色温度が６０００Ｋの白色光が放射される。本変形例に用いる蛍光体の好ましい実施例として、赤色光を放射する蛍光体としてＥｕを賦活させた（Ｓａ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ、青色光を放射する蛍光体としてＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８、緑色光を放射する蛍光体としてＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２、深緑色光を放射する蛍光体としてＥｕ賦活ＳｉＡｌＯＮが挙げられる。
　本変形例のように、深緑色蛍光体を用いる事で緑蛍光体のみを用いた場合よりも緑色の色純度を高めることが可能となる。これにより、色再現性が良く変換効率の高い光源を提供することができる。
　（第３の実施の形態）
　続いて、図１９を用いて、本発明の第３の実施の形態に係る光源および投写装置について説明する。図１９は、本発明の第３の実施の形態に係る光源と画像投写装置の構成と動作を示す図である。なお、本変形例における光源の基本構成は、第２の実施の形態における光源４０１および画像投写装置１９９と同じであり、赤色光を放射させる構成のみ異なる。そのため、両者の異なる点を中心に説明する。本実施例も第の実施の形態と同じく蛍光スペクトルの半値全幅が広い赤色蛍光体を用いて色純度の高い赤色光を効率よく放射させることが可能な構成である。
　本実施例の光源６０１は、主に、近紫外光を放射する例えば窒化物半導体レーザである半導体発光素子１１と、半導体発光素子１１からの放射された近紫外光を赤色光に変換する第１の波長変換部６１９と、第１の集光レンズ１５から透過した近紫外光をコリメートする第２の集光レンズ６１８ａと第１の波長変換部からの光の波長を一部カットする波長カットフィルタ４２３と、第１の波長変換部６１９へ集光する第２の集光レンズ６１８ｂと、青色光および緑色光に変換する第２の波長変換部１６とで構成される。
　第１の波長変換部６１９は、円盤形状の基台に第１の蛍光発光部材６１７Ｒが設けられている。具体的には、例えば、第１の蛍光発光部材６１７Ｒは、Ｅｕを賦活した（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮが、例えばジメチルシリコーンなどの有機透明材料、もしくは、例えば低融点ガラスなどの無機透明材料であるバインダに混合されたものが例えば厚み１００～５００μｍ、幅５ｍｍで円弧状に形成された蛍光体膜である。
　第１の波長変換部６１９と第２の波長変換部１６は例えば両軸モータにより同時に所定の回転数で回転される。具体的には、回転機構６２２には、第２の波長変換部１６を固定し回転させる回転軸６２１ａと、回転軸６２１ａと同軸かつ回転軸６２１ａが設けられている側と反対側に回転軸６２１ｂが設けられており、回転軸６２１ｂには第１の波長変換部６１９が固定され、回転する。上記構成により第１の波長変換部６１９と第２の波長変換部１６は一つの駆動部品により回転させることができる。
　さらに、上記の第１の波長変換部６１９と第２の波長変換部１６と波長カットフィルタ４２３とを具備した光源６０１において赤色光を放射する光学系は、より詳しくは以下のように構成される。光源６０１の主光軸には、ダイクロイックミラー１４、第１の集光レンズ１５、第２の波長変換部１６、第２の集光レンズ６１８ａ、波長カットフィルタ４２３、第２の集光レンズ６１８ｂが順に並ぶように配置され、第１の波長変換部６１９は第１の蛍光発光部材６１７Ｒは第２の集光レンズ６１８ｂの焦点位置に配置される。
　上記構成において本実施の形態に係る光源は次のように動作する。まず、第２の実施形態と同じ動作、特に第２の波長変換部１６に設けた青色蛍光体１７Ｂ、緑色蛍光体１７Ｇへ励起光照射、発光動作については省略する。一方、赤色光を出射する動作に関しては以下のように動作する。半導体発光素子１１から出射された励起光である出射光７０はコリメートレンズ１２、凹レンズ１３、ダイクロイックミラー１４を透過し、第１の集光レンズ１５で集光された光は、第２の波長変換部１６に設けられた透過領域１７ＴＲを透過し、第２の集光レンズ６１８ａ、波長カットフィルタ４２３、第２の集光レンズ６１８ｂを介して、第１の波長変換部６１９に設けた第１の蛍光発光部材６１７Ｒへ集光される。そして第１の蛍光発光部材６１７Ｒの長波長蛍光体により発光ピーク波長５８０ｎｍ～６７０ｎｍの蛍光へと変換される。このとき、第１の波長変換部６１９は、回転機構６２２によって第２の波長変換部１６と同様に例えば１２０Ｈｚで回転している。
　これにより、蛍光発光部材６１７Ｒの特定の位置に出射光７０が照射し続け、蛍光発光部材６１７Ｒの温度が上昇することを防止することができる。
　第１の蛍光発光部材６１７Ｒから発光した波長変換光は、第２の集光レンズ６１８ｂによりほぼコリメートな光である波長変換光６７５Ｒとなる。そして、波長カットフィルタ４２３へ垂直入射し、透過する。この時、波長５９０ｎｍ以下の光はカットされ色純度の高い赤色光である波長変換光６７６Ｒとなり、第２の集光レンズ６１８ａにて第２の波長変換部１６に設けられている透過領域１７ＴＲへ集光される。透過領域１７ＴＲを通過した波長変換光６７７Ｒは、第１の集光レンズ１５によりコリメートな光である波長変換光６７８Ｒとなり、ダイクロイックミラー１４を介して光源６０１から出射される。
　この構成では、本発明の第２の実施形態と同様に、赤色蛍光体としてスペクトル線幅が広い蛍光体を用いても、波長カットフィルタ４２３に蛍光をコリメートに透過させることで色純度の高い赤色光を出射させることができる。そのため、出射光の効率が高く、色再現性の高い光源を提供することができる。
　なお、第１の蛍光発光部材６１７Ｒのバインダは、有機、無機材料のどちらを用いても構わない。
　（第４の実施の形態）
　続いて、図２０Ａ～２０Ｃを用いて、本発明の第４の実施の形態に係る光源７０１について説明する。本実施の形態における光源の基本構成は、例えば第１の実施の形態における光源１０１と同じであり、ダイクロイックミラー１４と集光レンズ４１の間に波長カットフィルタ７２３が配置される点のみが異なる。以下、両者の異なる点を中心に説明する。
　本実施の形態においては、第１の蛍光発光部材１７Ｒの蛍光体の発光スペクトルの半値幅が狭いことを利用する。波長カットフィルタ７２３は例えば波長５９０ｎｍから６００ｎｍの範囲の光をカットする構成とする。この構成により図２０Ｂに示すように、赤色蛍光体に用いたＥｕとＳｍを賦活させたＬａＷ３Ｏ１２の発光スペクトルのうち色純度を低下させる波長５９０ｎｍから６００ｎｍの範囲の光と、緑色蛍光体に用いたＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２の発光スペクトルのうち色純度を低下させる波長５９０ｎｍから６００ｎｍの範囲の光をカットさせることが出来る。この効果により図２０Ｃの色空間に示すように、光源７０１の色再現性を実施の形態１と比較し拡大させることができる。
　以上、本実施の形態の光源により簡単な構成で効率が高く、色再現性の良い光源を実現することが出来る。
　（第５の実施の形態）
　続いて、図２１Ａ～２１Ｄを用いて、本発明の第５の実施の形態に係る光源および画像投写装置について説明する。本実施の形態における光源の基本構成は、例えば第２の実施の形態における光源と同じであるので、両者の異なる点を中心に説明する。
　本実施の形態の光源の構成は図１２に示す実施の形態２とほぼ同じ構成であり、半導体発光素子１１と、第２の波長変換部１６とダイクロイックミラー１４が異なり、半導体発光素子１１は半導体発光素子８１１（図示なし）、第２の波長変換部１６は第２の波長変換部８１６、ダイクロイックミラー１４は偏光ビームスプリッタ８１４（図示なし）に置き換えた構成である。
　本実施の形態の光源において半導体発光素子８１１として、出射光の中心波長が４３０ｎｍ～５００ｎｍの範囲にあるいわゆる青色光を放射する半導体レーザを用いる。また、第２の波長変換部８１６は、図２１Ａに示すように例えば円盤状のアルミニウム合金板である基板４０の所定の外周付近に第３の蛍光発光部材１７Ｇと、光透過領域１７ＴＲと、光偏光変換反射領域８１７ＲＢが領域ごとに形成された構成となっている。光偏光変換反射領域８１７ＲＢは、例えば、基板４０表面に微細な凹凸を形成し、その表面に、例えば、Ａｇ膜を形成し、その上にＳｉＯ2膜を形成することでなる。偏光ビームスプリッタ８１４は、ガラス基板上に誘電体多層膜を形成さることによりなり、その透過特性は図２１Ｂに示すように、ある方向（ＴＥ方向）では波長４７０ｎｍ以下の光を透過し、ＴＥ方向から垂直な方向（ＴＭ方向）では４３０ｎｍ以下の光を透過するように設計される。
　本実施の蛍光体の光源は、第２の波長変換部８１６に設けた波長変換部材１７Ｇおよび第１の波長変換部１９の動作についは実施の形態２と同じであるため、光偏光変換反射領域８１７ＲＢの動作についてのみ説明する。複数の半導体発光素子８１１から出射されたＴＥ偏光からなる中心波長４４５ｎｍの青色光は、偏光ビームスプリッタ８１４を通過し、第１の集光レンズ１６で第２の波長変換部８１６の第３の蛍光発光部材１７Ｇ、光透過領域１７ＴＲ、もしくは光偏光変換反射領域８１７ＲＢのいずれかに時間ごとに集光される。ここで、光偏光変換反射領域８１７ＲＢへ照射されたＴＥ偏光である励起光は、基板４０に設けられた微細な凹凸構造により光が散乱し、偏光性が低い、もしくは無偏光の反射光となり反射される。反射光は第１の集光レンズ１５にてコリメートな光に変換され、ダイクロイックミラー８１４へ照射されるが、ダイクロイックミラー８１４は、図２１Ｂの透過特性に示すようにＴＥ偏成分は透過するが、ＴＭ偏光成分は反射され、集光レンズ４１を通って、光源１０１から波長変換光７９の青色光として出射させることができる。
　この構成において、光源の発光スペクトルを設計した例を図２１Ｃ、２１Ｄに示す。図２１Ｃは、光源から出射される波長変換光のスペクトルを示し、一定時間ごとに半導体発光素子８１１からの出射光である青色光と、第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射され波長カットフィルタで色純度が向上した赤色光と、第３の蛍光発光部材１７Ｇから放射される緑色光とを時間平均したスペクトルとして色温度が６０００Ｋの白色光が放射される。
　上記構成にすることで、色再現性の高い光源を省スペースかつ少ない光学部品構成で提供することができる。
　なお、本実施の形態において半導体発光素子として出射光の中心波長が４３０ｎｍ～５００ｎｍの範囲にあるいわゆる青色光を放射する半導体レーザを用いたが、スペックルの小さいスーパールミネッセントダイオードを用いてもよい。
　なお、本実施の形態において光偏光変換反射領域８１７ＲＢとして、基板４０表面に微細な凹凸を形成したものを用いたが、基板４０上に、半導体発光素子からの出射光をランダムに反射する粒子、例えば粒径１０ｎｍ～２０μｍのＴｉＯ2粒子を、透明樹脂またはガラスに混合した膜を形成することで構成しても良い。
　さらに、光偏光変換反射領域８１７ＲＢを、基板４０表面に、例えば水晶などの複屈折材料を所定の膜厚形成することで構成して、入射光の一部もしくは全部の偏光方向を９０℃回転させても良い。
　なお、上記第１～第５の実施の形態において、第１～第３の蛍光発光部材１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを包含する材料として、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｇａ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｒＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＩＴＯ、ＧａＺｎＯ、ＧａＩｎＺｎＯいずれを用いてもよい。
　本発明によれば、半導体レーザから出射される出射光を複数の蛍光体で蛍光に変換して放射する光源において、変換効率が高く、色再現性の高い光源および画像投写装置を、部品点数を増やさずに提供する事ができるので、プロジェクタ、リアプロジェクションテレビ、ヘッドアップディスプレイなどのディスプレイ用照明だけでなく、ヘッドライトなどの車載用照明または内視鏡などの医療用照明などにおいても広く利用することができる。
　１，１０１，４０１，６０１　光源
　１１　半導体発光素子
　１２　コリメートレンズ
　１３　凹レンズ
　１４　ダイクロイックミラー
　１５　第１の集光レンズ
　１６，８１６　第２の波長変換部
　１７Ｒ，４１７Ｒ，６１７Ｒ　第１の蛍光発光部材
　１７Ｇ　第２の蛍光発光部材
　１７Ｂ　第３の蛍光発光部材
　１７ＴＲ　透過領域
　１８，６１８a，６１８ｂ　第２の集光レンズ
　１９　第１の波長変換部
　２１，６２１a，６２１ｂ　回転軸
　２２，６２２　　回転機構
　２３，４２３　波長カットフィルタ
　２５　ヒートシンク
　４０　基板
　４１　集光レンズ
　４２　ロッドレンズ
　４３　凸レンズ
　４５　反射ミラー
　５０　画像表示素子
　６５　投影レンズ
　７０　出射光
　７４，７５　励起光
　７６，７６Ｒ　波長変換拡散光
　７５Ｒ，７７Ｒ，７７Ｇ，７７Ｂ，７８Ｒ，７９　波長変換光
　８０　信号光
　８９　映像光
　１９９　投写装置
　２０１　基板
　２０２　反射膜
　２０５　オンチップレンズ
　２０５ａ　マイクロレンズアレイ
　２０７　放熱部材
　２０８　放熱基板
　２０９　放熱機構
　２１０　放熱フィン
　８１７ＲＢ　光偏光変換反射領域

Claims (24)

  1. 　１つまたは複数の半導体発光素子と、
    　前記半導体発光素子と離れた位置に配置される第１の波長変換部と、前記半導体発光素子と前記第１の波長変換部との間に配置され、回転する第２の波長変換部と、を有し、
    　前記第２の波長変換部は、前記半導体発光素子から出射した出射光を吸収し、主波長が前記出射光と異なる第２の光を放射する第２の波長変換領域と、前記出射光を透過する透過領域とを少なくとも備え、
    　前記第１の波長変換部は、前記出射光を吸収し、主波長が前記第２の光の主波長よりも長波長である第１の光を放射し、前記第１の光が、前記透過領域を透過することを特徴とする光源。
  2. 　前記第１の波長変換部は、第１の蛍光体を含み、前記第２の波長変換部は、第１の蛍光体と異なる第２の蛍光体を含むことを特徴とする請求項１に記載の光源。
  3. 　前記第２の蛍光体は、発光ピーク波長が５００ｎｍ～６００ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１または２に記載の光源。
  4. 　前記第１の蛍光体は、発光ピーク波長が５８０ｎｍ～６７０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の光源。
  5. 　前記第２の波長変換部には、前記出射光を吸収し、主波長が前記第２の光と異なる第３の光を放射する第３の波長変換領域が形成されることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の光源。
  6. 　前記第３の波長変換領域と前記第２の波長変換領域が、前記第２の波長変換部の同一面に形成されることを特徴とする請求項５に記載の光源。
  7. 　前記第３の波長変換領域が、前記第１の蛍光体および前記第２の蛍光体と異なる第３の蛍光体を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の光源。
  8. 　前記第３の蛍光体は、発光ピーク波長が４３０ｎｍ～５００ｎｍの間にあることを特徴とする請求項５～７のいずれか１つに記載の光源。
  9. 　前記出射光は、発光ピーク波長が３６０ｎｍ～４３０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１～８のいずれか１つに記載の光源。
  10. 　前記第２の波長変換部には、前記半導体発光素子の出射光が照射され、前記出射光の偏光方向と異なる第３の光として反射される光偏光変換領域が形成されることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の光源。
  11. 　前記出射光は、発光ピーク波長が４３０ｎｍ～５００ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１０に記載の光源。
  12. 　前記半導体発光素子と第１の集光レンズとの間にダイクロイックミラーを備え、前記ダイクロイックミラーは、前記出射光を透過し、前記第１の光、前記第２の光および第３の光を反射することを特徴とする請求項５～１１のいずれか１つに記載の光源。
  13. 　前記第１の蛍光体は、前記第２の蛍光体に対して、蛍光寿命が同等以上に長いことを特徴とする請求項１～１２のいずれか１つに記載の光源。
  14. 　前記第２波長変換部は、１周２．７ミリ秒から１周２０ミリ秒の間のいずれかの回転数で回転することを特徴とする請求項１～１３のいずれか１つに記載の光源。
  15. 　前記第１の蛍光体の賦活財は、Ｅｕ３+、Ｍｎ２+、Ｍｎ４+、Ｓｍ３+からなる少なくとも１種が含まれていることを特徴とする請求項１～１４のいずれか１つに記載の光源。
  16. 　前記半導体発光素子と前記第２の波長変換部との間にレンズが配置され、前記出射光が前記レンズにより、前記第２の波長変換部上で集光されることを特徴とする請求項１～１５のいずれか１つに記載の光源。
  17. 　前記出射光が前記第１の波長変換部に照射させる照射面積が、前記出射光が前記第２の波長変換部に照射される面積よりも大きいことを特徴とする請求項１６に記載の光源。
  18. 　前記第２の波長変換部と前記第１の波長変換部との間にレンズまたは内部反射型放物面レンズが配置されことを特徴とする請求項１～１７のいずれか１つに記載の光源。
  19. 　前記第１の波長変換部と前記第２のレンズの間に、複数のレンズアレイが配置され、
    　前記出射光が前記第１の波長変換部の複数の照射部に集光されることを特徴とする請求項１～１８のいずれか１つに記載の光源。
  20. 　前記第１の波長変換部は、前記第１の蛍光体を含んだ複数の蛍光体部材を備え、前記複数の蛍光体部材を前記複数の照射部に配置されることを特徴とする請求項１９に記載の光源。
  21. 　前記第１の波長変換部と前記第２のレンズとの間に波長カットフィルタを備え、前記波長カットフィルタが波長５００ｎｍ～５９０ｎｍの間の光の一部もしくは全部を反射することを特徴とする請求項１６～２０のいずれか１つに記載の光源。
  22. 　前記第１の蛍光体は、発光ピーク波長が５９０ｎｍ～６３０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１～２１のいずれか１つに記載の光源。
  23. 　請求項１～２２のいずれか１つに記載の光源と画像表示素子を備えた画像投写装置。
  24. 　前記画像表示素子に、少なくとも前記第１の光と前記第２の光と前記第３の光が時間的に連続して照射されることを特徴とする請求項２３に記載の画像投写装置。
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