(57)【要約】【課題】高い放熱性を有し、発光効率が高い波長変換素子を提供する。【解決手段】本発明の波長変換素子は、第１波長帯の励起光が入射する第１面と、第１面と異なる第２面と、を有し、励起光を、第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する蛍光に変換する波長変換層と、第２面に対向して設けられる基材と、を備える。基材は、第１面における励起光の入射領域に対向して設けられる第１放熱部と、第１面に交差する第１方向における熱伝導率が第１放熱部よりも低い第２放熱部と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長帯の励起光が入射する第１面と、前記第１面と異なる第２面と、を有し、前記励起光を、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する蛍光に変換する波長変換層と、
前記第２面に対向して設けられる基材と、
を備え、
前記基材は、前記第１面における前記励起光の入射領域に対向して設けられる第１放熱部と、前記第１面に交差する第１方向における熱伝導率が前記第１放熱部よりも低い第２放熱部と、を有する、波長変換素子。
【請求項２】
前記第１放熱部は、前記第１方向に交差する第２方向において、前記第２放熱部に当接して設けられ、
前記第１放熱部の前記第２方向における熱伝導率は、前記第２放熱部の前記第２方向における熱伝導率よりも低い、請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記波長変換層の前記第２方向の寸法よりも小さく、
前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記入射領域の前記第２方向の大きさよりも小さい、請求項２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記波長変換層の前記第２方向の寸法よりも小さく、
前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記入射領域の前記第２方向の大きさよりも大きい、請求項２に記載の波長変換素子。
【請求項５】
前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記波長変換層の前記第２方向の寸法よりも大きく、
前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記入射領域の前記第２方向の大きさよりも大きい、請求項２に記載の波長変換素子。
【請求項６】
前記第２放熱部は、第１放熱素子と、第２放熱素子と、を有し、
前記第１放熱素子および前記第２放熱素子は、前記第２方向に沿って設けられ、
前記第１放熱部は、前記第１放熱素子と前記第２放熱素子との間に設けられている、請求項２から請求項５までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項７】
前記第１放熱部の前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向における熱伝導率は、前記第２放熱部の前記第３方向における熱伝導率よりも高い、請求項２から請求項６までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項８】
前記第１放熱部の前記第３方向における端部は、前記第２放熱部によって覆われている、請求項７に記載の波長変換素子。
【請求項９】
前記第１放熱部の前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向における端部は、前記第１放熱素子と前記第２放熱素子との間に設けられる保護部材によって覆われている、請求項６に記載の波長変換素子。
【請求項１０】
前記第１放熱部の前記第３方向における熱伝導率は、前記第２放熱部の前記第３方向における熱伝導率よりも高い、請求項９に記載の波長変換素子。
【請求項１１】
前記第２面と前記第１放熱部との間に設けられる金属膜を備える、請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１２】
前記第１放熱部は、グラファイトを含む、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１３】
前記第１放熱部は、金属を含む、請求項１２に記載の波長変換素子。
【請求項１４】
前記第２放熱部は、金属を含む、請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記励起光を前記第１方向に沿って前記波長変換素子に射出する光源と、
を備える、光源装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
を備える、プロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子、光源装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターに用いる光源装置として、光源から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。蛍光体に励起光が照射されると、励起光を吸収することによって蛍光体の温度が上昇する。ところが、蛍光体には、温度上昇に伴って発光効率が低下し、蛍光発光量が低下する温度消光と呼ばれる現象がある。
【０００３】
温度消光を抑制する手段として、蛍光体を支持する基材の熱伝導率を高めることにより放熱性を向上させた波長変換素子が提案されている。下記の特許文献１に、蛍光体層を支持する放熱基板として、金属含浸グラファイトから構成され、一方の面に金属反射層が設けられ、他方の面に放熱を促進するための凹凸構造が設けられた放熱基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−６９５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、グラファイト系の炭素材料は、優れた熱伝導性を有することが知られている。ところが、特許文献１に記載の金属含浸グラファイトから構成された放熱基板を用いたとしても、高い放熱性が得られず、発光効率の低下を抑えることが難しい、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の波長変換素子は、第１波長帯の励起光が入射する第１面と、前記第１面と異なる第２面と、を有し、前記励起光を、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する蛍光に変換する波長変換層と、前記第２面に対向して設けられる基材と、を備え、前記基材は、前記第１面における前記励起光の入射領域に対向して設けられる第１放熱部と、前記第１面に交差する第１方向における熱伝導率が前記第１放熱部よりも低い第２放熱部と、を有する。
【０００７】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１放熱部は、前記第１方向に交差する第２方向において、前記第２放熱部に当接して設けられ、前記第１放熱部の前記第２方向における熱伝導率は、前記第２放熱部の前記第２方向における熱伝導率よりも低くてもよい。
【０００８】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記波長変換層の前記第２方向の寸法よりも小さく、前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記入射領域の前記第２方向の大きさよりも小さくてもよい。
【０００９】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記波長変換層の前記第２方向の寸法よりも小さく、前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記入射領域の前記第２方向の大きさよりも大きくてもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記波長変換層の前記第２方向の寸法よりも大きく、前記第１方向から見たとき、前記第１放熱部の前記第２方向の寸法は、前記入射領域の前記第２方向の大きさよりも大きくてもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第２放熱部は、第１放熱素子と、第２放熱素子と、を有し、前記第１放熱素子および前記第２放熱素子は、前記第２方向に沿って設けられ、前記第１放熱部は、前記第１放熱素子と前記第２放熱素子との間に設けられていてもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１放熱部の前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向における熱伝導率は、前記第２放熱部の前記第３方向における熱伝導率よりも高くてもよい。
【００１３】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１放熱部の前記第３方向における端部は、前記第２放熱部によって覆われていてもよい。
【００１４】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１放熱部の前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向における端部は、前記第１放熱素子と前記第２放熱素子との間に設けられる保護部材によって覆われていてもよい。
【００１５】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１放熱部の前記第３方向における熱伝導率は、前記第２放熱部の前記第３方向における熱伝導率よりも高くてもよい。
【００１６】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第２面と前記第１放熱部との間に設けられる金属膜を備えていてもよい。
【００１７】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１放熱部は、グラファイトを含んでいてもよい。
【００１８】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１放熱部は、金属を含んでいてもよい。
【００１９】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第２放熱部は、金属を含んでいてもよい。
【００２０】
本発明の一つの態様の光源装置は、本発明の一つの態様の波長変換素子と、前記励起光を前記第１方向に沿って前記波長変換素子に射出する光源と、を備える。
【００２１】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】照明装置の概略構成図である。
【図３】波長変換素子の斜視図である。
【図４】波長変換素子の断面図である。
【図５】波長変換素子の平面図である。
【図６】第２実施形態の波長変換素子の平面図である。
【図７】第３実施形態の波長変換素子の平面図である。
【図８】第１変形例の波長変換素子の断面図である。
【図９】第１変形例の他の波長変換素子の断面図である。
【図１０】第１放熱部の寸法と蛍光体表面の最高温度との関係を示すグラフである。
【図１１】第２変形例の波長変換素子の平面図である。
【図１２Ａ】第２変形例の波長変換素子の製造プロセスの一工程を示す斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの後の工程を示す斜視図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｂの後の工程を示す斜視図である。
【図１３】第３変形例の波長変換素子の平面図である。
【図１４】比較例の波長変換素子の斜視図である。
【図１５】比較例の波長変換素子におけるグラファイト層の厚さと蛍光体表面の最高温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００２４】
本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、を備えている。照明装置２の構成については、後で説明する。
【００２５】
色分離光学系３は、第１ダイクロイックミラー７ａと、第２ダイクロイックミラー７ｂと、反射ミラー８ａと、反射ミラー８ｂと、反射ミラー８ｃと、リレーレンズ９ａと、リレーレンズ９ｂと、を備えている。色分離光学系３は、照明装置２から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離し、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに導き、緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに導き、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。
【００２６】
フィールドレンズ１０Ｒは、色分離光学系３と光変調装置４Ｒとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｒに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｇは、色分離光学系３と光変調装置４Ｇとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｇに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｂは、色分離光学系３と光変調装置４Ｂとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｂに向けて射出する。
【００２７】
第１ダイクロイックミラー７ａは、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射させる。第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光成分を反射させ、青色光成分を透過させる。反射ミラー８ａは、赤色光成分を反射させる。反射ミラー８ｂおよび反射ミラー８ｃは、青色光成分を反射させる。
【００２８】
第１ダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲは、反射ミラー８ａで反射し、フィールドレンズ１０Ｒを透過して赤色光用の光変調装置４Ｒの画像形成領域に入射する。第１ダイクロイックミラー７ａで反射した緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー７ｂでさらに反射し、フィールドレンズ１０Ｇを透過して緑色光用の光変調装置４Ｇの画像形成領域に入射する。第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢは、リレーレンズ９ａ、入射側の反射ミラー８ｂ、リレーレンズ９ｂ、射出側の反射ミラー８ｃ、およびフィールドレンズ１０Ｂを経て青色光用の光変調装置４Ｂの画像形成領域に入射する。
【００２９】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれは、液晶ライトバルブから構成されている。図示を省略したが、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。
【００３０】
合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出された各画像光を合成してフルカラーの画像光を形成する。合成光学系５は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視で略正方形状をなすクロスダイクロイックプリズムで構成されている。直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。
【００３１】
合成光学系５から射出された画像光は、投射光学装置６によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。すなわち、投射光学装置６は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂにより変調された光を投射する。投射光学装置６は、複数の投射レンズで構成されている。
【００３２】
本実施形態の照明装置２の一例について説明する。
図２は、照明装置２の概略構成を示す図である。
図２に示すように、照明装置２は、光源装置２Ａと、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａと、を備えている。インテグレーター光学系３１と重畳レンズ３３ａとは、重畳光学系３３を構成している。
【００３３】
光源装置２Ａは、アレイ光源２１Ａと、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１位相差板２８ａと、偏光分離素子２５と、第１集光光学系２６と、波長変換素子４０と、第２位相差板２８ｂと、第２集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、を備えている。
【００３４】
アレイ光源２１Ａと、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１位相差板２８ａと、偏光分離素子２５と、第２位相差板２８ｂと、第２集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。波長変換素子４０と、第１集光光学系２６と、偏光分離素子２５と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。
【００３５】
アレイ光源２１Ａは、固体光源としての複数の半導体レーザー２１１を備えている。複数の半導体レーザー２１１は、光軸ａｘ１と直交する面内においてアレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー２１１は、第１波長帯の青色の光線ＢＬ、具体的にはピーク波長が例えば４６０ｎｍの第１波長帯のレーザー光を射出する。アレイ光源２１Ａは、複数の光線ＢＬからなる光線束を射出する。本実施形態のアレイ光源２１Ａは、特許請求の範囲の「光源」に相当する。
【００３６】
アレイ光源２１Ａから射出された光線ＢＬは、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、アレイ光源２１Ａから射出された光線ＢＬを平行光に変換する。コリメーター光学系２２は、アレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａの各々は、複数の半導体レーザー２１１の各々に対応して配置されている。
【００３７】
コリメーター光学系２２を通過した光線ＢＬは、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、光線ＢＬからなる光線束の太さ（径）を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば凸レンズ２３ａと凹レンズ２３ｂとから構成されている。
【００３８】
アフォーカル光学系２３を通過した光線ＢＬは、第１位相差板２８ａに入射する。第１位相差板２８ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板である。半導体レーザー２１１から射出された光線ＢＬは、直線偏光である。第１位相差板２８ａの回転角度を適切に設定することにより、第１位相差板２８ａを透過する光線ＢＬを、偏光分離素子２５に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光線とすることができる。第１位相差板２８ａを回転させることにより、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。
【００３９】
第１位相差板２８ａを通過することで生成されたＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む光線ＢＬは、偏光分離素子２５に入射する。偏光分離素子２５は、例えば波長選択性を有する偏光ビームスプリッターから構成されている。偏光分離素子２５は、光軸ａｘ１および照明光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなしている。
【００４０】
偏光分離素子２５は、光線ＢＬを、偏光分離素子２５に対するＳ偏光成分の光線ＢＬｓとＰ偏光成分の光線ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有する。具体的に、偏光分離素子２５は、Ｓ偏光成分の光線ＢＬｓを反射させ、Ｐ偏光成分の光線ＢＬｐを透過させる。さらに、偏光分離素子２５は、偏光分離機能に加えて、青色の光線ＢＬとは波長帯が異なる黄色光成分を、偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。
【００４１】
偏光分離素子２５から射出されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１集光光学系２６に入射する。第１集光光学系２６は、光線ＢＬｓを波長変換素子４０に向けて集光させる。第１集光光学系２６は、第１レンズ２６ａと第２レンズ２６ｂとから構成されている。第１レンズ２６ａおよび第２レンズ２６ｂは、凸レンズから構成されている。第１集光光学系２６から射出された光線ＢＬｓは、波長変換素子４０に集光した状態で入射する。
【００４２】
波長変換素子４０は、基材４１と、波長変換層４２と、反射層４３と、ヒートシンク４４と、を備えている。本実施形態において、波長変換層４２は、蛍光体から構成されている。本実施形態においては、波長変換素子４０として、例えばモーター等によって回転可能とされていない固定型の波長変換素子が用いられる。
【００４３】
波長変換層４２は、基材４１に接合材（図示略）を介して保持されている。接合材として、例えばナノ銀焼結金属材料が用いられる。波長変換層４２は、入射された励起光の一部を、励起光の第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光ＹＬに変換する。また、反射層４３は、波長変換層４２から入射した光を第１集光光学系２６に向けて反射させる。
【００４４】
ヒートシンク４４は、複数のフィンを有している。ヒートシンク４４は、基材４１を挟んで波長変換層４２と対向して設けられている。ヒートシンク４４は、例えば金属接合によって基材４１に固定される。波長変換素子４０においては、ヒートシンク４４を介して放熱できるため、波長変換層４２の熱劣化を防ぐことができる。波長変換素子４０の構成については、後で詳しく説明する。
【００４５】
波長変換素子４０で生成された黄色の蛍光ＹＬは、第１集光光学系２６で平行化された後、偏光分離素子２５に入射する。上述したように、偏光分離素子２５が偏光状態にかかわらず黄色光成分を透過させる特性を有しているため、蛍光ＹＬは、偏光分離素子２５を透過する。
【００４６】
一方、偏光分離素子２５から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、第２位相差板２８ｂに入射する。第２位相差板２８ｂは、偏光分離素子２５と拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板から構成されている。したがって、偏光分離素子２５から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、第２位相差板２８ｂによって、例えば右回りの円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、第２集光光学系２９に入射する。
【００４７】
第２集光光学系２９は、第１レンズ２９ａと第２レンズ２９ｂとから構成されている。第１レンズ２９ａおよび第２レンズ２９ｂは、凸レンズから構成されている。  第２集光光学系２９は、青色光ＢＬｃ１を集光させた状態で拡散反射素子３０に入射させる。
【００４８】
拡散反射素子３０は、偏光分離素子２５から射出された光線ＢＬｐの光路上に配置され、第２集光光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１を偏光分離素子２５に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０としては、青色光ＢＬｃ１をランバート反射させるとともに、青色光ＢＬｃ１の偏光状態を乱さないことが望ましい。
【００４９】
以下、拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光ＢＬｃ２と称する。本実施形態においては、青色光ＢＬｃ１が拡散反射することによって略均一な照度分布の青色光ＢＬｃ２が得られる。例えば右回りの円偏光の青色光ＢＬｃ１は、拡散反射素子３０によって拡散反射され、左回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２となる。
【００５０】
青色光ＢＬｃ２は、第２集光光学系２９によって平行光に変換された後、第２位相差板２８ｂに再度入射する。左回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２は、第２位相差板２８ｂによってＳ偏光の青色光ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ１は、偏光分離素子２５によってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。
【００５１】
これにより、青色光ＢＬｓ１は、偏光分離素子２５を透過した蛍光ＹＬと合成され、照明光ＷＬとして利用される。すなわち、青色光ＢＬｓ１と蛍光ＹＬとは、偏光分離素子２５から互いに同じ方向に向けて射出され、青色光ＢＬｓ１と蛍光（黄色光）ＹＬとが合成された白色の照明光ＷＬが生成される。
【００５２】
照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。インテグレーター光学系３１は、第１レンズアレイ３１ａと第２レンズアレイ３１ｂとから構成されている。第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂのそれぞれは、複数のレンズがアレイ状に配列された構成を有している。
【００５３】
インテグレーター光学系３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板とを有している。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬを含む照明光ＷＬを、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂに入射させる直線偏光に変換する。
【００５４】
偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａは、インテグレーター光学系３１と協働して、被照明領域における照明光ＷＬの照度分布を均一化する。このようにして、照明装置２は、照明光ＷＬを生成する。
【００５５】
以下、波長変換素子４０の構成について説明する。
図３は、波長変換素子４０の斜視図である。図４は、図３および図５のIV−IV線に沿った波長変換素子４０の断面図である。図５は、波長変換素子４０の平面図である。なお、図３〜図５において、ヒートシンク４４の図示を省略する。
【００５６】
図４に示すように、波長変換層４２は、励起光Ｅが入射する第１面４２ａと、第１面４２ａと異なる第２面４２ｂと、を有している。また、図５に示すように、第１面４２ａに直交する方向から見て、波長変換層４２は、矩形状の形状を有している。本実施形態において、波長変換層４２の第１面４２ａのうち、励起光Ｅが入射する領域４２ｒは、波長変換層４２の外形よりも小さい矩形状の形状を有している。
【００５７】
以下、波長変換素子４０を第１面４２ａに直交する方向から見る場合を平面視と称する。また、波長変換層４２の第１面４２ａにおいて励起光Ｅが入射する領域４２ｒを入射領域４２ｒと定義する。また、波長変換層４２の第１面４２ａに直交する方向をＸ方向（第１方向）と定義し、Ｘ方向に直交し、かつ、後述する第１放熱素子、第１放熱部、および第２放熱素子が並んだ方向をＹ方向（第２方向）と定義し、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向（第３方向）と定義する。
【００５８】
波長変換層４２は、励起光Ｅを励起光Ｅの第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光Ｙに変換するセラミック蛍光体を含んでいる。第２波長帯は、例えば４９０〜７５０ｎｍであり、蛍光Ｙは、緑色光成分および赤色光成分を含む黄色光である。なお、波長変換層４２は、単結晶蛍光体を含んでいてもよい。
【００５９】
波長変換層４２は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例にとると、波長変換層４２として、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法やソルゲル法等の湿式法により得られるＹ−Ａｌ−Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法や火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。
【００６０】
基材４１は、波長変換層４２の第２面４２ｂに対向して設けられている。波長変換層４２の第２面４２ｂと基材４１との間には、反射層４３が設けられている。基材４１の波長変換層４２の第２面４２ｂに対向する面は、反射層４３と当接している。基材４１は、第１放熱部５１と、第２放熱部５２と、を有している。本実施形態の場合、第２放熱部５２は、第１放熱素子５２Ａと、第２放熱素子５２Ｂと、を有し、第１放熱部５１は、Ｙ方向に沿って第１放熱素子５２Ａと第２放熱素子５２Ｂとの間に挟み込まれている。第１放熱部５１は、Ｙ方向において第１放熱素子５２Ａと当接して設けられている。第１放熱部５１は、Ｙ方向において第２放熱素子５２Ｂと当接して設けられている。また、第１放熱部５１は、波長変換層４２の第１面４２ａにおける励起光Ｅの入射領域４２ｒの一部に対向して設けられている。
【００６１】
第１放熱部５１と波長変換層４２の第２面４２ｂとの間には、反射層４３が設けられている。波長変換層４２の第２面４２ｂは、反射層４３に当接している。第１放熱部５１の波長変換層４２の第２面４２ｂに対向する面は、反射層４３と当接している。同様に、第１放熱素子５２Ａと波長変換層４２の第２面４２ｂとの間には、反射層４３が設けられている。第１放熱素子５２Ａの波長変換層４２の第２面４２ｂに対向する面は、反射層４３と当接している。さらに同様に、第２放熱素子５２Ｂと波長変換層４２の第２面４２ｂとの間には、反射層４３が設けられている。第２放熱素子５２Ｂの波長変換層４２の第２面４２ｂに対向する面は、反射層４３と当接している。
【００６２】
第１放熱部５１と第２放熱部５２とは、互いに異なる材料から構成されている。第１放熱部５１は、グラファイトを含む材料から構成されている。また、グラファイトを含む材料は、例えばグラファイト中に銅が含浸された銅グラファイトのように、金属をさらに含んでいてもよい。グラファイトを含む材料は、熱伝導率に異方性を有している。一方、第２放熱部５２は、例えば銅、アルミニウム等の金属を含む材料から構成されている。これらの金属を含む材料は、熱伝導率に異方性を有していない。第１放熱素子５２Ａと第２放熱素子５２Ｂとは、寸法、材料、熱伝導率等が全て同じ金属材料からなる。なお、第１放熱素子５２Ａと第２放熱素子５２Ｂとは、寸法、材料、熱伝導率等が異なる材料から構成されていてもよい。
【００６３】
グラファイトは、六角板状の結晶構造を有し、多数の層を有している。各層内では複数の炭素が共有結合によって強く結合している一方、隣り合う２つの層同士はファンデルワールス力によって弱く結合している。したがって、グラファイトは、層状に剥離しやすいという性質を有している。また、熱伝導率については、各層内での熱伝導率は方向に依らずに均一であるが、各層内での熱伝導率と隣り合う２つの層間での熱伝導率とが互いに異なる。すなわち、グラファイトは、各層内で互いに直交する２つの方向で相対的に大きい熱伝導率を有し、複数の層が積層された方向で相対的に小さい熱伝導率を有している。このように、グラファイトを含む材料は、熱伝導率に異方性を有している。
【００６４】
本実施形態の第１放熱部５１は、各層内で互いに直交する２つの方向がＸ方向およびＺ方向に対応し、複数の層が積層された方向がＹ方向に対応するように配置されたグラファイトを含む材料から構成されている。一例として、グラファイトのＸ方向およびＺ方向の熱伝導率は約１７００Ｗ／ｍ・Ｋであり、グラファイトのＹ方向の熱伝導率は約７Ｗ／ｍ・Ｋである。また、銅グラファイトのＸ方向およびＺ方向の熱伝導率は約６５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、銅グラファイトのＹ方向の熱伝導率は約３０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００６５】
これに対し、第２放熱部５２を構成する金属材料は熱伝導率に異方性を有していないため、第２放熱部５２は、全ての方向で同一の熱伝導率を有している。一例として、銅のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の熱伝導率は、ともに約３８０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００６６】
このように、第２放熱部５２は、波長変換層４２の第１面４２ａに直交するＸ方向における熱伝導率が第１放熱部５１よりも低い。逆に言えば、第１放熱部５１は、波長変換層４２の第１面４２ａに直交するＸ方向における熱伝導率が第２放熱部５２よりも高い。また、第１放熱部５１のＹ方向における熱伝導率は、第２放熱部５２のＹ方向における熱伝導率よりも低い。また、第１放熱部５１のＺ方向における熱伝導率は、第２放熱部５２のＺ方向における熱伝導率よりも高い。
【００６７】
本実施形態の場合、図５に示すように、Ｘ方向から見た平面視において、第１放熱部５１のＹ方向の寸法Ｗ１は、波長変換層４２のＹ方向の寸法Ｗ２よりも小さく、入射領域４２ｒのＹ方向の大きさＷ３よりも小さい。したがって、Ｘ方向から見た平面視において、波長変換層４２の一部が第１放熱部５１と重なり、かつ、入射領域４２ｒの一部が第１放熱部５１と重なっている。
【００６８】
本発明者は、波長変換層を支持する基材の材料として熱伝導率の高いグラファイトを検討するにあたり、以下に示す比較例の波長変換素子を想定した。
図１４は、比較例の波長変換素子１４０の斜視図である。
図１４に示すように、比較例の波長変換素子１４０は、波長変換層１４２と、反射層１４３と、基材１４１と、を備えている。また、基材１４１は、グラファイト層１４４と、銅層１４５と、を備えている。グラファイト層１４４は、銅層１４５の第１面１４５ａ上に積層されている。すなわち、比較例の波長変換素子１４０は、本実施形態の波長変換素子４０と異なり、グラファイト層１４４と銅層１４５とがＸ方向に沿って並べて配置されている。なお、グラファイト層１４４のＸ方向の熱伝導率は７Ｗ／ｍ・Ｋであり、グラファイト層１４４のＹ方向およびＺ方向の熱伝導率は１７００Ｗ／ｍ・Ｋである。また、銅層１４５のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の熱伝導率は、ともに約３８０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００６９】
本発明者は、比較例の波長変換素子１４０において、グラファイト層１４４の厚さを変えたときの波長変換層１４２の第１面１４２ａの温度を算出するシミュレーションを行った。第１面１４２ａは、励起光が入射する面である。また、波長変換層４２の第１面１４２ａにおいて励起光が入射する領域１４２ｒを入射領域１４２ｒと定義する。
【００７０】
シミュレーションの条件として、波長変換層１４２の寸法を１ｍｍ×１ｍｍとし、波長変換層１４２の厚さを５０μｍとし、波長変換層１４２の材料はＣｅを賦活剤としたＹＡＧセラミックとし、ＹＡＧセラミックの熱伝導率を９Ｗ／ｍ・Ｋとした。また、励起光の入射領域１４２ｒの大きさを０．８ｍｍ×０．８ｍｍとした。また、励起光量を４０Ｗとし、銅層１４５の第２面１４５ｂの温度が６０℃で一定になるように銅層１４５の第２面１４５ｂから放熱が行われることとした。
すなわち、シミュレーションの条件として、波長変換層４２のＹ方向の寸法は１ｍｍであり、波長変換層４２のＺ方向の寸法は１ｍｍであり、波長変換層４２のＸ方向の寸法は５０μｍである。また、励起光Ｅの入射領域４２ｒのＹ方向およびＺ方向の大きさは０．８ｍｍである。
【００７１】
グラファイト層１４４の厚さは、０ｍｍ、０．０１０ｍｍ、０．０２５ｍｍ、０．０５０ｍｍ、０．０７５ｍｍの５通りに異ならせた。なお、グラファイト層１４４の厚さ０ｍｍとは、基材１４１の全てが銅層１４５からなり、グラファイト層１４４が存在しない場合である。
【００７２】
グラファイト層１４４の厚さと波長変換層１４２の第１面１４２ａの温度との関係を［表１］に示す。
【００７３】
【表１】
2020201379.tif 000003
【００７４】
図１５は、［表１］をグラフ化した図であり、比較例の波長変換素子１４０におけるグラファイト層１４４の厚さと波長変換層１４２の第１面１４２ａの温度との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、グラファイト層１４４の厚さ（ｍｍ）であり、グラフの縦軸は、波長変換層１４２の第１面１４２ａの最高温度（℃）である。波長変換層１４２の第１面１４２ａの温度は、所定の分布を有するため、面内における最高温度を採用した。
【００７５】
図１５に示すように、グラファイト層１４４が存在せず、基材１４１の全てが銅層１４５の場合、すなわち、グラファイト層１４４の厚さが０ｍｍの場合、波長変換層１４２の第１面１４２ａの最高温度は、約２２３℃であった。これに対し、グラファイト層１４４を追加すると、波長変換層１４２の第１面１４２ａの最高温度は上昇する傾向を示し、例えばグラファイト層１４４の厚さが０．０７５ｍｍになると、波長変換層１４２の第１面１４２ａの最高温度は、５８０℃を超えることが判った。すなわち、比較例の波長変換素子１４０の場合、グラファイト層１４４の厚さが厚くなる程、放熱性が低下することが判った。
【００７６】
本発明者の推察によれば、上記の放熱性低下の理由として、第１に、比較例の波長変換素子１４０の場合、波長変換層１４２の第１面１４２ａに沿うグラファイト層１４４の面方向（図１４のＹ方向およびＺ方向）で熱伝導率が高く、当該面方向では熱が伝導されやすいことが原因と考えられる。上記の放熱性低下の理由として、第２に、波長変換層１４２の第１面１４２ａに直交する方向（図１４のＸ方向）におけるグラファイト層１４４の熱伝導率は、銅層１４５のＸ方向における熱伝導率よりも低く、熱が伝導されにくいことが原因と考えられる。これらの理由から、グラファイト層１４４から銅層１４５に熱が伝導されにくい、と考えられる。
【００７７】
そこで、本発明者は、グラファイトの熱伝導率異方性を利用して、熱伝導率が高い方向が基材の厚さ方向に一致する向きにグラファイトを配置して基材の厚さ方向に熱を伝導しやすくし、さらに、グラファイトに熱伝導率異方性を持たない銅等の金属材料を当接して配置することにより、基材の面方向にも熱を伝導しやすくすることにより、放熱性が向上することを想到し、本実施形態の波長変換素子４０の構成に至った。
【００７８】
以上述べたように、本実施形態の波長変換素子４０においては、Ｘ方向における熱伝導率が第２放熱部５２よりも高い第１放熱部５１が波長変換層４２の入射領域４２ｒに対向して設けられているため、波長変換層４２で発生した熱は、第１放熱部５１によってＸ方向に十分に拡散される。さらに、第１放熱部５１のＺ方向における熱伝導率が第２放熱部５２よりも高いため、第１放熱部５１に伝達された熱は、Ｚ方向にも十分に拡散される。また、Ｙ方向における熱伝導率が第１放熱部５１よりも高い第１放熱素子５２Ａと第２放熱素子５２Ｂとが第１放熱部５１をＹ方向に挟み込んでいるため、第１放熱部５１に伝達された熱は、第２放熱部５２に伝達された後、第２放熱部５２によってＹ方向に十分に拡散される。
【００７９】
このように、本実施形態の波長変換素子４０によれば、波長変換層４２で発生した熱が基材４１の全ての方向に十分に拡散されるため、高い放熱性が得られ、波長変換層４２の温度上昇が抑制される。これにより、発光効率の高い波長変換素子４０を実現することができる。すなわち、本実施形態の波長変換素子４０によれば、高い放熱性が得られ、波長変換効率の高い波長変換素子４０を実現することができる。
【００８０】
また、本実施形態の光源装置２Ａは、上記の波長変換素子４０を備えているため、発光効率を向上させることができる。また、本実施形態のプロジェクター１は、上記の光源装置２Ａを備えているため、明るい画像が得られる。
【００８１】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターおよび照明装置の構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の全体の説明は省略する。
図６は、第２実施形態の波長変換素子５５の平面図である。
図６において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８２】
図６に示すように、第２実施形態の波長変換素子５５は、波長変換層４２と、基材５６と、を備えている。基材５６は、第１放熱部５７と、第２放熱部５８と、を有している。第２放熱部５８は、第１放熱素子５８Ａと、第２放熱素子５８Ｂと、を有し、第１放熱部５７は、Ｙ方向に沿って第１放熱素子５８Ａと第２放熱素子５８Ｂとの間に挟み込まれている。また、第１放熱部５７は、波長変換層４２の第１面４２ａにおける励起光Ｅの入射領域４２ｒに対向して設けられている。
【００８３】
第２実施形態の場合、Ｘ方向から見た平面視において、第１放熱部５７のＹ方向の寸法Ｗ１は、波長変換層４２のＹ方向の寸法Ｗ２よりも小さく、入射領域４２ｒのＹ方向の大きさＷ３よりも大きい。したがって、Ｘ方向から見た平面視において、波長変換層４２の一部が第１放熱部５７と重なり、かつ、入射領域４２ｒの全てが第１放熱部５７と重なっている。
波長変換素子５５のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００８４】
第２実施形態においても、高い放熱性が得られ、波長変換層４２の温度上昇が抑制されることにより、発光効率の高い波長変換素子５５を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８５】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターおよび照明装置の構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の全体の説明は省略する。
図７は、第３実施形態の波長変換素子６０の平面図である。
図７において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８６】
図７に示すように、第３実施形態の波長変換素子６０は、波長変換層４２と、基材６１と、を備えている。基材６１は、第１放熱部６２と、第２放熱部６３と、を有している。第２放熱部６３は、第１放熱素子６３Ａと、第２放熱素子６３Ｂと、を有し、第１放熱部６２は、Ｙ方向に沿って第１放熱素子６３Ａと第２放熱素子６３Ｂとの間に挟み込まれている。また、第１放熱部６２は、波長変換層４２の第１面４２ａにおける励起光Ｅの入射領域４２ｒに対向して設けられている。
【００８７】
第３実施形態の場合、Ｘ方向から見た平面視において、第１放熱部６２のＹ方向の寸法Ｗ１は、波長変換層４２のＹ方向の寸法Ｗ２よりも大きく、入射領域４２ｒのＹ方向の大きさＷ３よりも大きい。したがって、Ｘ方向から見た平面視において、波長変換層４２の全てが第１放熱部６２と重なり、かつ、入射領域４２ｒの全てが第１放熱部６２と重なっている。
波長変換素子６０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００８８】
第３実施形態においても、高い放熱性が得られ、波長変換層４２の温度上昇が抑制されることにより、発光効率の高い波長変換素子５０を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８９】
上記の第１〜第３実施形態のいずれの波長変換素子４０，５５，６０においても、以下の第１〜第３変形例の構成を採用できる。
【００９０】
［第１変形例］
以下、第１変形例について、図８および図９を用いて説明する。
図８は、第１変形例の波長変換素子６５の断面図である。
図８において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９１】
図８に示すように、第１変形例の波長変換素子６５は、波長変換層４２と、基材６７と、を備えている。基材６７は、第１放熱部５１と、第２放熱部５２と、保護層６６と、を有している。第２放熱部５２は、第１放熱素子５２Ａと、第２放熱素子５２Ｂと、を有している。第１放熱部５１は、Ｙ方向に沿って第１放熱素子５２Ａと第２放熱素子５２Ｂとの間に挟み込まれている。
【００９２】
基材６７は、波長変換層４２の第２面４２ｂに対向して設けられている。波長変換層４２の第２面４２ｂと基材６７との間には、反射層４３が設けられている。基材６７の波長変換層４２の第２面４２ｂに対向する面は、反射層４３と当接している。基材６７は、第１放熱部５１と、第２放熱部５２と、を有している。本変形例の場合、第２放熱部５２は、第１放熱素子５２Ａと、第２放熱素子５２Ｂと、を有し、第１放熱部５１は、Ｙ方向に沿って第１放熱素子５２Ａと第２放熱素子５２Ｂとの間に挟み込まれている。第１放熱部５１は、Ｙ方向において第１放熱素子５２Ａと当接して設けられている。第１放熱部５１は、Ｙ方向において第２放熱素子５２Ｂと当接して設けられている。また、第１放熱部５１は、波長変換層４２の第１面４２ａにおける励起光Ｅの入射領域４２ｒの一部に対向して設けられている。
【００９３】
第１放熱部５１と波長変換層４２の第２面４２ｂとの間には、反射層４３が設けられている。波長変換層４２の第２面４２ｂは、反射層４３に当接している。第１放熱素子５２Ａと波長変換層４２の第２面４２ｂとの間には、反射層４３が設けられている。第１放熱素子５２Ａの波長変換層４２の第２面４２ｂに対向する面は、反射層４３と当接している。さらに同様に、第２放熱素子５２Ｂと波長変換層４２の第２面４２ｂとの間には、反射層４３が設けられている。第２放熱素子５２Ｂの波長変換層４２の第２面４２ｂに対向する面は、反射層４３と当接している。
【００９４】
保護層６６は、波長変換層４２の第２面４２ｂと対向する第１放熱部５１のＸ方向における第１端面５１ｔに設けられている。すなわち、保護層６６は、波長変換層４２と第１放熱部５１との間に介在している。よって、反射層４３において波長変換層４２の第２面４２ｂに対向する面は、波長変換層４２の第２面４２ｂと当接し、反射層４３において保護層６６に対向する面は、保護層６６と当接している。なお、保護層６６は、第１端面５１ｔと異なる第２端面５１ｓに設けられていてもよい。
【００９５】
保護層６６は、銅と金との積層膜、またはニッケルと銅と金との積層膜から構成されていてもよい。すなわち、波長変換層４２から第１放熱部５１に向けて、波長変換層４２、反射層４３、保護層６６の第１層（金を含む層）、保護層６６の第２層（銅を含む層）および第１放熱部５１が順に積層するように構成されていてもよい。また、波長変換層４２から第１放熱部５１に向けて、波長変換層４２、反射層４３、保護層６６の第１層（金を含む層）、保護層６６の第２層（銅を含む層）、保護層６６の第３層（ニッケルを含む層）および第１放熱部５１が順に積層するように構成されていてもよい。なお、波長変換層４２に最も近い側に配置される保護層６６の第１層の材料は、波長変換層４２を基材６７に接合する接合材料に応じて適宜選択すればよい。すなわち、接合材料として例えばナノ銀焼結金属材料を用いる場合、保護層６６の第１層の材料として金を用いることが望ましい。保護層６６は、波長変換層４２の第２面４２ｂと対向する第１放熱部５１のＸ方向における第１端面５１ｔに金属メッキを施すことによって形成される。
【００９６】
なお、保護層６６は、以下の図９に示す形態であってもよい。
図９は、第１変形例の他の波長変換素子６８の断面図である。
図９において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９７】
図９に示すように、波長変換素子６８において、保護層６６は、波長変換層４２の第２面４２ｂと対向する第１放熱部５１のＸ方向における第１端面５１ｔだけでなく、第２放熱部５２の波長変換層４２の第２面４２ｂと対向する面にも設けられている。すなわち、第１放熱素子５２Ａと波長変換層４２の第２面４２ｂとの間には、反射層４３と保護層６６とが設けられている。第１放熱素子５２Ａの波長変換層４２の第２面４２ｂに対向する面は、保護層６６と当接している。さらに同様に、第２放熱素子５２Ｂと波長変換層４２の第２面４２ｂとの間には、反射層４３と保護層６６とが設けられている。第２放熱素子５２Ｂの波長変換層４２の第２面４２ｂに対向する面は、保護層６６と当接している。
【００９８】
本発明者は、第１変形例の波長変換素子６５において、第１放熱部５１のＹ方向の寸法を変えたときの波長変換層４２の第１面４２ａの温度を算出するシミュレーションを行った。第１面４２ａは、励起光Ｅが入射する面である。また、波長変換層４２の第１面４２ａにおいて励起光Ｅが入射する領域４２ｒを入射領域４２ｒと定義する。
【００９９】
シミュレーションの条件として、波長変換層４２の寸法を１ｍｍ×１ｍｍとし、波長変換層４２の厚さを５０μｍとし、波長変換層４２の材料はＣｅを賦活剤としたＹＡＧセラミックとし、ＹＡＧセラミックの熱伝導率を９Ｗ／ｍ・Ｋとした。また、励起光Ｅの入射領域４２ｒの大きさを０．８ｍｍ×０．８ｍｍとした。また、第１放熱部５１のＸ方向およびＺ方向の熱伝導率を１７００Ｗ／ｍ・Ｋとし、第１放熱部５１のＹ方向の熱伝導率を７Ｗ／ｍ・Ｋとした。なお、第２放熱部のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の熱伝導率は、ともに３８０Ｗ／ｍ・Ｋとした。また、励起光量を４０Ｗとし、基材６７の第２面６７ｂの温度が６０℃で一定になるように基材６７の第２面６７ｂから放熱が行われることとした。
すなわち、シミュレーションの条件として、波長変換層４２のＹ方向の寸法は１ｍｍであり、波長変換層４２のＺ方向の寸法は１ｍｍであり、波長変換層４２のＸ方向の寸法は５０μｍである。また、励起光Ｅの入射領域４２ｒのＹ方向およびＺ方向の大きさは０．８ｍｍである。
【０１００】
保護層６６の材質は銅メッキとし、保護層６６の厚さｔｘ（Ｘ方向の寸法）は、０．０２ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．５０ｍｍ、１．００ｍｍの６通りに異ならせた。また、第１放熱部５１のＹ方向の寸法０ｍｍとは、基材６７の全てが銅からなり、グラファイトからなる第１放熱部５１が存在しない場合に相当する。
【０１０１】
図１０は、第１変形例の波長変換素子６５における第１放熱部５１のＹ方向の寸法と波長変換層４２の第１面４２ａの温度との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、第１放熱部５１のＹ方向の寸法（ｍｍ）であり、グラフの縦軸は、波長変換層４２の第１面４２ａの最高温度（℃）である。なお、波長変換層４２の第１面４２ａの温度は所定の分布を有するため、面内での最高温度を採用した。
【０１０２】
第１放熱部５１のＹ方向の寸法をＷ１とすると、図１０に示すように、Ｗ１＝０ｍｍの場合、すなわち、グラファイトからなる第１放熱部５１が存在せず、基材６７の全てが銅で構成されている場合には、波長変換層４２の第１面４２ａの最高温度は、約２２３℃であった。これに対して、Ｗ１＞０ｍｍの場合、すなわち、グラファイトからなる第１放熱部５１が存在する場合には、波長変換層４２の第１面４２ａの最高温度は、全ての条件においてＷ１＝０ｍｍにおける最高温度から低下する傾向を示す。したがって、上記全ての実施形態の構成によって、波長変換層４２の温度を低下させる効果があることが判った。
【０１０３】
特に本変形例の保護層６６に着目すると、保護層６６の厚さをｔｘとすると、０．０２ｍｍ≦ｔｘ≦０．１ｍｍとした場合、０．３ｍｍ≦Ｗ１≦０．８ｍｍの範囲において、０．８ｍｍ＜Ｗ１の場合と比較して、最高温度が低下することが判った。この結果から、入射領域４２ｒのＹ方向の大きさをＷ３＝０．８ｍｍとすると、第１放熱部５１のＹ方向の寸法Ｗ１は、以下の（１）式を満たすことが望ましく、保護層６６の厚さｔｘは、以下の（２）式を満たすことが望ましい。
Ｗ３×３／８≦Ｗ１≦Ｗ３  …（１）
０．０２ｍｍ≦ｔｘ≦０．１ｍｍ  …（２）
【０１０４】
第１変形例においても、高い放熱性が得られ、波長変換層４２の温度上昇が抑制されることにより、発光効率の高い波長変換素子６５を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、本実施形態の波長変換素子６５によれば、高い放熱性が得られ、波長変換効率の高い波長変換素子６５を実現することができる。
【０１０５】
上述したように、グラファイトは層状に剥離しやすいという特性を有しているが、第１変形例の波長変換素子６５によれば、第１放熱部５１の第１端面５１ｔに保護層６６が設けられているため、グラファイトが層状に剥離することが抑制され、基材６７の機械的強度を高めることができる。また、波長変換層４２と対向する保護層６６の最上層に接合材との密着性の高い金属を用いることにより、基材６７および第１放熱部５１に対する波長変換層４２の接合強度を高めることができる。また、基材６７および第１放熱部５１に対する反射層４３の接合強度を高めることができる。
【０１０６】
［第２変形例］
以下、第２変形例について、図１１、および図１２Ａ〜図１２Ｃを用いて説明する。
図１１は、第２変形例の波長変換素子７０の平面図である。
図１１において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０７】
図１１に示すように、第２変形例の波長変換素子７０は、波長変換層４２と、基材７１と、を備えている。基材７１は、第１放熱部７２と、第２放熱部７３と、を有している。第２放熱部７３は、第１放熱素子７３Ａと、第２放熱素子７３Ｂと、を有している。第１放熱部７２は、Ｙ方向に沿って第１放熱素子７３Ａと第２放熱素子７３Ｂとの間に挟み込まれている。
【０１０８】
さらに第２変形例の場合、第１放熱部７２のＺ方向における端部７２ｃは、第２放熱部７３によって覆われている。より具体的には、第２放熱部７３を構成する第１放熱素子７３Ａの第２放熱素子７３Ｂとの対向面に第１放熱部７２の厚さに相当する深さを有する凹部７３ｖが設けられ、第１放熱部７２が凹部７３ｖの内部に収容されている。この構成により、第１放熱部７２のＺ方向における端部７２ｃは、第１放熱素子７３Ａの凹部７３ｖの内壁面によって覆われている。上記の凹部７３ｖは、第２放熱素子７３Ｂに設けられていてもよいし、凹部７３ｖが第１放熱素子７３Ａと第２放熱素子７３Ｂとの双方に設けられていてもよい。
【０１０９】
本変形例の波長変換素子７０は、例えば、以下の図１２Ａ〜図１２Ｃに示す工程によって作製される。
最初に、図１２Ａに示すように、２つの銅製のブロック７５Ａ，７５Ｂと１枚のグラファイト板７６とを準備する。このとき、一方のブロック７５Ａには、グラファイト板７６を収容可能な幅と深さとを有する凹部７５ｖを形成しておく。
【０１１０】
次に、図１２Ｂに示すように、一方のブロック７５Ａの凹部７５ｖにグラファイト板７６を収容した後、２つのブロック７５Ａ，７５Ｂでグラファイト板７６を挟み込む。この状態で、圧力と温度を加えて各ブロック７５Ａ，７５Ｂとグラファイト板７６とを拡散接合し、２つのブロック７５Ａ，７５Ｂとグラファイト板７６とが一体化された積層体７７を作製する。このとき、グラファイト板７６のブロック７５Ａ，７５Ｂと接触する面に、界面接合力を高めるための金属メッキが施されていてもよい。
【０１１１】
次に、図１２Ｃに示すように、積層体７７を所望の厚さで切断し、基材７１を作製する。この後、第１変形例の波長変換素子７０を作製する場合には、切り出した基材７１の波長変換層４２を接合する面に保護層６６を形成すればよい。すなわち、第１放熱部７２の波長変換層４２に対向する面に保護層６６を形成すればよい。または、第１放熱素子７３Ａおよび第２放熱素子７３Ｂの波長変換層４２に対向する面に保護層６６を形成すればよい。保護層６６の構成として、第１変形例の図８に示す形態を採用してもよい。または、保護層６６の構成として、第１変形例の図９に示す形態を採用してもよい。
次に、基材７１の一方の面に接合材を介して波長変換層４２を接合する。
以上の工程により、本変形例の波長変換素子７０が完成する。
【０１１２】
第２変形例においても、高い放熱性が得られ、波長変換層４２の温度上昇が抑制されることにより、発光効率の高い波長変換素子７０を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１３】
また、上述したように、グラファイトは層状に剥離しやすいという特性を有しているが、第２変形例の波長変換素子７０によれば、第１放熱部７２のＺ方向における端部７２ｃが第２放熱部７３によって覆われているため、グラファイトが層状に剥離することが抑制され、基材７１の機械的強度を高めることができる。
【０１１４】
また、第１放熱素子７３Ａにおける第２放熱素子７３Ｂと対向する面のうち、凹部７３ｖが設けられた領域以外の領域において、第１放熱素子７３Ａと第２放熱素子７３Ｂとは、第１放熱部７２を介することなく、直接接合されている。これにより、第１放熱素子７３Ａと第２放熱素子７３Ｂとの接合強度を高めることができ、基材７１の機械的強度を高めることができる。
【０１１５】
また、第２変形例の波長変換素子７０によれば、図１２Ｃに示した積層体７７を切断することによって複数の基材７１を一括して作製することができる。そのため、波長変換素子７０を生産性良く、低コストで製造することができる。
【０１１６】
［第３変形例］
以下、第３変形例について、図１３を用いて説明する。
図１３は、第３変形例の波長変換素子８０の平面図である。
図１３において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１７】
図１３に示すように、第３変形例の波長変換素子８０は、波長変換層４２と、基材８１と、を備えている。基材８１は、第１放熱部７２と、第２放熱部８２と、保護部材８３と、を有している。第２放熱部８２は、第１放熱素子８２Ａと、第２放熱素子８２Ｂと、を有している。第１放熱部７２は、Ｙ方向に沿って第１放熱素子８２Ａと第２放熱素子８２Ｂとの間に挟み込まれている。
【０１１８】
さらに第３変形例の場合、第１放熱部７２のＺ方向における端部７２ｃは、第１放熱素子８２Ａと第２放熱素子８２Ｂとの間に挟み込まれた保護部材８３によって覆われている。保護部材８３は、第１、第２変形例で述べたように、第１放熱部７２を構成するグラファイトの端部を保護するとともに、線膨張係数が波長変換層４２を構成する蛍光体の線膨張係数に近いことが望ましい。
【０１１９】
波長変換層４２の材料としてＣｅ：ＹＡＧを用いる場合、Ｃｅ：ＹＡＧの線膨張係数は、約８．０×１０−６／℃である。したがって、保護部材８３の材料として、線膨張係数が５．４×１０−６／℃のコバール、線膨張係数が７．５〜９．８×１０−６／℃の銅モリブデン合金、線膨張係数が６．４〜９．８×１０−６／℃の銅タングステン合金、線膨張係数が７．２×１０−６／℃のアルミナ等を用いることができる。なお、第２放熱部８２を構成する銅の線膨張係数は、約１７×１０−６／℃である。
【０１２０】
第３変形例においても、高い放熱性が得られ、波長変換層４２の温度上昇が抑制されることにより、発光効率の高い波長変換素子８０を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２１】
また、第３変形例の場合、基材８１の一部が波長変換層４２の線膨張係数に近い線膨張係数を有する保護部材８３で構成されているため、保護部材８３を有していない場合に比べて、基材８１の線膨張係数と波長変換層４２の線膨張係数との差が小さくなる。そのため、波長変換層４２の温度が上昇した際に基材８１と波長変換層４２との界面に生じる応力を緩和することができる。これにより、基材８１と波長変換層４２との接合面が応力によって剥離することが抑えられ、波長変換素子８０の信頼性を高めることができる。
【０１２２】
なお、上記の第１変形例と第２変形例、または第１変形例と第３変形例が組み合わされて、各実施形態に適用されてもよい。すなわち、波長変換素子は、第１放熱部の全ての端面が基材の外部に露出していない構成であってもよい。
【０１２３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、第２放熱部が互いに別体の第１放熱素子と第２放熱素子とから構成されている例を挙げたが、第１放熱素子と第２放熱素子とが一体化され、一つの部材からなる第２放熱部であってもよい。
【０１２４】
上記実施形態では、第１放熱部の材料として、グラファイトを含む材料の例を挙げたが、その他、任意の高熱伝導性フィラーを特定の方向に配向させた材料などを用いることができる。
【０１２５】
上記実施形態では、回転可能とされていない固定型の波長変換素子の例を挙げたが、本発明は、モーターによって回転可能とされた波長変換素子にも適用が可能である。
【０１２６】
その他、波長変換素子、光源装置、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明による光源装置を、液晶ライトバルブを用いたプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置を、光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。
【０１２７】
上記実施形態では、本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１…プロジェクター、２Ａ…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、２１Ａ…アレイ光源（光源）、４０，５０，５５，６０，６５，６８，７０，８０…波長変換素子、４１，５６，６１，６７，７１，８１…基材、４２…波長変換層、４２ａ…（波長変換層の）第１面、４２ｂ…（波長変換層の）第２面、４２ｒ…入射領域、５１，５７，６２，７２…第１放熱部、５２，５８，６３，７３，８２…第２放熱部、５２Ａ，５８Ａ，６３Ａ，７３Ａ，８２Ａ…第１放熱素子、５２Ｂ，５８Ｂ，６３Ｂ，７３Ｂ，８２Ｂ…第２放熱素子、８３…保護部材、Ｅ…励起光、Ｙ…蛍光、Ｗ１…第１放熱部の寸法、Ｗ２…波長変換層の寸法、Ｗ３…入射領域の大きさ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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