(57)【要約】  プロジェクター装置は、光源部と、光源部からの光を画素毎に制御して光学像を形成する空間光変調素子と、空間光変調素子で形成された前記光学像を対象スクリーンまで投影する投影光学系とを備える。前記光源部は、固体光源と、波長変換素子と、を含む。前記固体光源は、４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する青色光および４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する緑色光を含む第１の光を発する。前記波長変換素子は、少なくとも、Ｃｅを発光中心として含む赤色蛍光体を含む。前記赤色蛍光体は、前記緑色光を受光した場合に第２の光を発する。前記第２の光のスペクトルは、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する。
2018008284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、
前記光源部からの光を画素毎に制御して光学像を形成する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子で形成された前記光学像を対象スクリーンまで投影する投影光学系と、
を備えたプロジェクター装置であって、
前記光源部は、固体光源と、波長変換素子と、を含み、
前記固体光源は、４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する青色光および４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する緑色光を含む第１の光を発し、
前記波長変換素子は、少なくとも、Ｃｅを発光中心として含む赤色蛍光体を含み、
前記赤色蛍光体は、前記緑色光を受光した場合に第２の光を発し、
前記第２の光のスペクトルは、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する、プロジェクター装置。
【請求項２】
前記固体光源が発する前記緑色光の前記ピーク波長が５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内にある、
請求項１に記載のプロジェクター装置。
【請求項３】
前記固体光源は、ＧａＮ系半導体レーザー装置を含む、
請求項１または２に記載のプロジェクター装置。
【請求項４】
前記ＧａＮ系半導体レーザー装置は、前記青色光を発し、
前記固体光源は、さらに、前記緑色光を発する第２高調波発生器を備えたＹＡＧ：Ｎｄ固体レーザー装置を含む、
請求項３に記載のプロジェクター装置。
【請求項５】
前記波長変換素子に含まれるすべての蛍光体の１／ｅ残光値が１００ｎｓ以下である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項６】
前記赤色蛍光体は、Ｃｅ以外のランタノイド元素またはＹを含む母体材料を含む、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項７】
前記赤色蛍光体は、母体材料として、窒化物または酸窒化物を含む、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項８】
前記赤色蛍光体は、正方晶（テトラゴナル）の結晶構造を有する母体材料を含む、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項９】
前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅｘＭ３−ｘ−ｙβ６γ１１−ｚを有する結晶相を含有し、
Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群より選ばれる一種または二種以上の元素であり、
βは、Ｓｉを５０モル％以上含み、
γは、Ｎを８０モル％以上含み、
０＜ｘ≦０．６であり、
０≦ｙ≦１．０であり、
０≦ｚ≦１．０である、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項１０】
前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅｘＭ３−ｘＳｉ６−ｑＡｌｑＮ１１−ｚを有する結晶相を含有し、
０≦ｑ≦２．０である、
請求項９に記載のプロジェクター装置。
【請求項１１】
前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅｘＬａ３−ｘＳｉ６−ｑＡｌｑＮ１１−ｚを有する結晶相を含有し、
０＜ｑ≦２．０である、
請求項１０に記載のプロジェクター装置。
【請求項１２】
前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅｘＹｐＬａ３−ｘ−ｐＳｉ６Ｎ１１を有する結晶相を含有し、
（１．５−ｘ）≦ｐ≦（３−ｘ）である、
請求項１０に記載のプロジェクター装置。
【請求項１３】
前記波長変換素子は、Ｃｅを発光中心として含むガーネット結晶を含む蛍光体をさらに含む、
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項１４】
前記固体光源は、前記青色光を発する青色レーザー装置と、前記緑色光を発する緑色レーザー装置とを含み、
前記プロジェクター装置は、前記青色光と前記緑色光とを同軸で合波して前記波長変換素子に入射するダイクロイックミラーをさらに備える、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項１５】
前記波長変換素子は、前記赤色蛍光体を含む第１の蛍光体層と、黄色蛍光体および黄緑色蛍光体からなる群より選択される少なくとも１つを含む第２の蛍光体層とを備える、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項１６】
前記青色光に対する前記赤色蛍光体の励起効率は、前記緑色光に対する前記赤色蛍光体の励起効率よりも低く、
前記第２の蛍光体は、前記青色光を受光した場合に励起され、
前記波長変換素子において、前記第１の蛍光体層は、前記第２の蛍光体層に対して光入射側に配置されている、
請求項１５に記載のプロジェクター装置。
【請求項１７】
前記光源部を制御する制御回路をさらに備え、
前記光源部は、透過領域と前記波長変換素子を含む赤色蛍光体領域とを含む透過型回転ホイールをさらに含み、
前記固体光源は、前記青色光を発する青色レーザー装置と、前記緑色光を発する緑色レーザー装置とを含み、
前記制御回路は、前記回転ホイールの回転と同期して時分割で前記青色レーザー装置および前記緑色レーザー装置から前記青色光および前記緑色光を出射させ、
前記透過領域は、少なくとも前記緑色光を透過させ、
前記空間光変調素子は、前記光源部から出射された青色光、緑色光および赤色光それぞれを画素毎に制御する、
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項１８】
前記光源部を制御する制御回路をさらに備え、
前記光源部は、前記波長変換素子を含む赤色蛍光体領域を含む反射型回転ホイールをさらに含み、
前記固体光源は、前記青色光を発する青色レーザー装置と、前記緑色光を発する緑色レーザー装置とを含み、
前記赤色蛍光体領域は、前記緑色光が入射する第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有し、
前記反射型回転ホイールは、反射層をさらに備え、
前記反射層は、前記赤色蛍光体領域の前記第２面側に配置された第１領域と、前記第１領域とは異なる第２領域とを含み、
前記第１領域は、前記第２の光が当該第１領域に入射した場合に当該第２の光を反射し、
前記第２領域は、前記緑色光が当該第２領域に入射した場合に当該緑色光を反射し、
前記制御回路は、前記回転ホイールの回転と同期して時分割で前記青色レーザー装置および前記緑色レーザー装置から前記青色光および前記緑色光を出射させ、
前記空間光変調素子は、前記光源部から出射された青色光、緑色光および赤色光それぞれを画素毎に制御する、
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項１９】
前記反射型回転ホイールは、散乱体を含む散乱領域をさらに含み、
前記散乱領域は、前記緑色光および前記青色光が入射する第３面と、前記第３面の反対側の第４面とを有し、
前記反射層の前記第２領域は、前記散乱領域の前記第４面側に配置され、前記青色光が当該第２領域入射した場合に当該青色光を反射し、
前記制御回路は、赤色投影時は前記緑色光が前記回転ホイールの前記赤色蛍光体領域に入射し、青色投影時は前記青色光が前記回転ホイールの散乱領域に入射し、緑色投影時は前記緑色光が前記回転ホイールの散乱領域に入射するように、前記反射型回転ホイールと同期して時分割で前記青色レーザー装置および前記緑色レーザー装置から前記青色光および前記緑色光を出射させる、
請求項１８に記載のプロジェクター装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、プロジェクター装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な映像などをスクリーンに拡大投影するプロジェクター装置が広く普及している。プロジェクター装置は、光源から出射された光をデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）または液晶表示素子といった空間光変調素子に集光させ、映像信号によって変調された空間光変調素子からの出射光をスクリーン上にカラー映像として表示させるものである。【０００３】
プロジェクター装置において明るくて大画面の映像を得るためには、高輝度の光が必要とされる。特に、プロジェクションマッピング等のプロジェクター装置として使用される装置には、より高輝度の光を出射できる光源が必要とされる。【０００４】
そこで、近年、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの高出力な固体光源を利用したプロジェクター装置が提案されている。特に、ＬＥＤ光またはＬＤ光と、ＬＥＤ光またはＬＤ光を励起光とする蛍光体からの発光とを組み合わせた発光装置が、プロジェクター装置の光源として提案されている（例えば、特許文献１）。このような、ＬＤ等の固体光源と蛍光体とが組み合わせられた発光装置は、小型で高出力であるため、プロジェクター装置用の光源として適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５８４２１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、さらなる高出力化が実現されたプロジェクター装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様におけるプロジェクター装置は、光源部と、前記光源部からの光を画素毎に制御して光学像を形成する空間光変調素子と、前記空間光変調素子で形成された前記光学像を対象スクリーンまで投影する投影光学系と、を備える。前記光源部は、固体光源と、波長変換素子と、を含む。前記固体光源は、４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する青色光および４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する緑色光を含む第１の光を発する。前記波長変換素子は、少なくとも、Ｃｅを発光中心として含む赤色蛍光体を含む。前記赤色蛍光体は、前記緑色光を受光した場合に第２の光を発する。前記第２の光のスペクトルは、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する。【０００８】
本開示の包括的または具体的な態様は、蛍光体、素子、装置、システム、車両、方法、または、これらの任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、高出力なプロジェクター装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、希土類イオンの４ｆ軌道および５ｄ軌道の分裂を示す概念図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、Ｃｅ３＋、Ｅｕ２＋およびＹｂ２＋の４ｆ軌道および５ｄ軌道の分裂を示す概念図である。
【図２】図２は、真空中および結晶中におけるＣｅ３＋のエネルギー準位図である。
【図３】図３は、４ｆ軌道と５ｄ軌道間の配位座標モデル図である。
【図４】図４は、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、励起波長と発光波長の関係を表したグラフを示す図である。
【図５】図５は、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、Ｙ３＋の置換量ｘとａ軸の格子定数の関係、およびＹ３＋の置換量ｘとｃ軸の格子定数の関係を表したグラフを示す図である。
【図６】図６は、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、平均配位距離ｒａｖｅと励起波長λｅｘの関係、および平均配位距離ｒａｖｅと発光波長λｅｍの関係を表したグラフを示す図である。
【図７】図７は、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１の結晶構造およびＬａの２種類のサイトを示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、試料番号１の結晶構造を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、試料番号２の結晶構造を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、試料番号３の結晶構造を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、試料番号４の結晶構造を示す図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、試料番号５の結晶構造を示す図である。
【図８Ｆ】図８Ｆは、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、試料番号６の結晶構造を示す図である。
【図８Ｇ】図８Ｇは、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、試料番号７の結晶構造を示す図である。
【図８Ｈ】図８Ｈは、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、試料番号８の結晶構造を示す図である。
【図８Ｉ】図８Ｉは、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、試料番号９の結晶構造を示す図である。
【図８Ｊ】図８Ｊは、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について、試料番号１０の結晶構造を示す図である。
【図９】図９は、図８Ａから８Ｊに示された試料番号１から１０の蛍光体の結晶構造から算出した粉末ＸＲＤ回折パターン結果を示す図である。
【図１０】図１０は、構造最適化を行った後のＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１の１×１×３スーパーセル構造を示す図である。
【図１１】図１１は、ＡサイトのＬａをＣｅで置換し、構造最適化を行った後のＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅの１×１×３スーパーセル構造を示す図である。
【図１２】図１２は、ＢサイトのＬａをＣｅで置換し、構造最適化を行った後のＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅの１×１×３スーパーセル構造を示す図である。
【図１３】図１３は、ＡサイトのＬａをＣｅで置換し、ＳｉサイトをＡｌで、ＮサイトをＯで置換し、構造最適化を行った後のＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅの１×１×３スーパーセル構造を示す図である。
【図１４】図１４は、ＢサイトのＬａをＣｅで置換し、ＳｉサイトをＡｌで、ＮサイトをＯで置換し、構造最適化を行った後のＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅの１×１×３スーパーセル構造を示す図である。
【図１５】図１５は、実施例１および比較例１の発光スペクトル図である。
【図１６】図１６は、実施例１および比較例１の励起スペクトル図である。
【図１７】図１７は、実施例１および比較例２の残光スペクトル図である。
【図１８】図１８は、実施例１〜４および比較例１のＸＲＤ回折パターン図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、実施例５の発光スペクトルおよび励起スペクトルを示す図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、実施例６の発光スペクトルおよび励起スペクトルを示す図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、実施例７の発光スペクトルおよび励起スペクトルを示す図である。
【図１９Ｄ】図１９Ｄは、実施例８の発光スペクトルおよび励起スペクトルを示す図である。
【図１９Ｅ】図１９Ｅは、実施例９の発光スペクトルおよび励起スペクトルを示す図である。
【図１９Ｆ】図１９Ｆは、実施例１０の発光スペクトルおよび励起スペクトルを示す図である。
【図２０】図２０は、実施例５〜１０におけるＣｅ置換濃度と相対発光強度の関係を示す図である。
【図２１】図２１は、実施例５〜１０および比較例１のＸＲＤ回折パターン図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、実施例１１および比較例３のＸＲＤ回折パターン図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、実施例１１および比較例３のＸＲＤ回折パターンの拡大図である。
【図２３】図２３は、実施例１１におけるＣｅ原子近傍の動径分布関数を示す図である。
【図２４】図２４は、比較例３におけるＣｅ原子近傍の動径分布関数を示す図である。
【図２５】図２５は、実施形態２に係るプロジェクター装置の模式図である。
【図２６】図２６は、実施形態３に係るプロジェクター装置の模式図である。
【図２７】図２７は、実施形態３に係るプロジェクター装置に含まれる回転ホイールの一例を示す模式図である。
【図２８】図２８は、実施形態３に係るプロジェクター装置の駆動方法の一例を説明するための駆動パルスのタイミングチャートである。
【図２９】図２９は、実施形態４に係るプロジェクター装置の模式図である。
【図３０】図３０は、実施形態４に係るプロジェクター装置の回転ホイールの一例を示す模式図である。
【図３１】図３１は、実施形態４に係るプロジェクター装置の駆動方法の一例を説明するための駆動パルスのタイミングチャートである。
【図３２】図３２は、実施形態５に係るプロジェクター装置の模式図である。
【図３３】図３３は、実施形５に係るプロジェクター装置の回転ホイールの一例を示す模式図である。
【図３４】図３４は、実施形態５に係るプロジェクター装置の駆動方法の一例を説明するための駆動パルスのタイミングチャートである。
【図３５】図３５は、光源駆動部の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本開示の基礎となった知見）
プロジェクター装置用の光源として、ＬＤ等の固体光源と蛍光体との組み合わせによる発光装置を用いることが考えられる。本発明者らは、このような発光装置をプロジェクター装置用の光源として用いる場合、赤色光源について、以下のような課題があることを見出した。
【００１２】
ＬＤ等の固体光源と蛍光体との組み合わせによる発光装置をプロジェクター装置用の光源として用いる場合、赤色光を取得する手段として、次の２つが考えられる。
【００１３】
まず一つ目は、公知の赤色蛍光体である、Ｅｕを発光中心とした赤色蛍光体を用い、励起光として青色ＬＥＤ光または青色ＬＤ光を用いる方法である。二つ目は、ＹＡＧ：Ｃｅ等の黄色蛍光体を青色ＬＥＤ光または青色ＬＤ光で励起してまず黄色光を取得し、その黄色光から緑色成分をフィルターでカットして赤色光を得る方法である。
【００１４】
しかし、Ｅｕを発光中心とした赤色蛍光体は、高出力光で励起すると発光の量子効率が低下するという問題がある。これは、Ｅｕを発光中心とした蛍光体は、Ｃｅを発光中心とした蛍光体と比較して発光寿命が長いため、高出力励起時に輝度飽和しやすいためである。そのため、Ｅｕを発光中心とした赤色蛍光体を用いる方法では、高出力の赤色光を得ることができなかった。
【００１５】
一方、黄色蛍光体から得られた黄色光から緑色成分をフィルターでカットする方法の場合、発光エネルギーの６０％以上を捨てることになる。したがって、この方法では、たとえＹＡＧ：Ｃｅ等の高出力可能な蛍光体を使用したとしても、結果的に得られる赤色光は効率が非常に低いものであり、プロジェクター装置用の光源としてはその出力が不十分であった。
【００１６】
そこで、高出力の赤色光を得ることができるプロジェクター装置用の光源を実現して、高出力のプロジェクター装置を得るために、本発明者らは鋭意研究した。
【００１７】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１の態様に係るプロジェクター装置は、光源部と、前記光源部からの光を画素毎に制御して光学像を形成する空間光変調素子と、前記空間光変調素子で形成された前記光学像を対象スクリーンまで投影する投影光学系と、を備える。前記光源部は、固体光源と、波長変換素子と、を含む。前記固体光源は、４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する青色光および４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する緑色光を含む第１の光を発する。前記波長変換素子は、少なくとも、Ｃｅを発光中心として含む赤色蛍光体を含む。前記赤色蛍光体は、前記緑色光を受光した場合に第２の光を発する。前記第２の光のスペクトルは、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する。
【００１８】
第１の態様に係るプロジェクター装置は、Ｃｅを発光中心として用いた赤色蛍光体を用い、吸収効率の高い緑色光で赤色蛍光体を励起するため、高出力を実現できる。したがって、第１の態様によれば、高出力なプロジェクター装置を実現できる。
【００１９】
第２の態様において、例えば、第１の態様に係るプロジェクター装置では、前記固体光源が発する前記緑色光のピーク波長が５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内にあってよい。
【００２０】
前記赤色蛍光体では、励起光の波長（すなわち固体光源から発せられる緑色光の波長）がより長波長であるほど、蛍光体でのエネルギー変換ロス（ストークス・ロス）を小さくできるため、エネルギー変換効率が高くなる。したがって、第２の態様に係るプロジェクター装置によれば、前記緑色光のピーク波長が５１０ｎｍ以上であるので、高出力を実現できる。
【００２１】
第３の態様において、例えば、第１または第２の態様のプロジェクター装置の前記固体光源が、ＧａＮ系半導体レーザー装置を含んでいてよい。
【００２２】
第３の態様に係るプロジェクター装置によれば、ＧａＮ系半導体レーザー装置を使用することによって、高出力を実現できる。
【００２３】
第４の態様において、例えば、第３の態様に係るプロジェクター装置の前記ＧａＮ系半導体レーザー装置は、前記青色光を発してもよい。前記固体光源は、さらに、前記緑色光を発する第２高調波発生器を備えたＹＡＧ：Ｎｄ固体レーザー装置を含んでよい。
【００２４】
第４の態様に係るプロジェクター装置によれば、ＧａＮ系半導体レーザー装置およびＹＡＧ：Ｎｄ固体レーザー装置を使用することによって、高出力を実現できる。
【００２５】
第５の態様において、例えば、第１から第４の態様の少なくともいずれか１つの態様に係るプロジェクター装置の前記波長変換素子に含まれるすべての蛍光体の１／ｅ残光値が１００ｎｓ以下であってよい。
【００２６】
第５の態様に係るプロジェクター装置に用いられるすべての蛍光体は輝度飽和特性に優れているため、高出力時でも高い量子効率を実現できる。したがって、第５の態様に係るプロジェクター装置によれば、高出力時においても、高い量子効率を実現できる。
【００２７】
第６の態様において、例えば、第１から第５の態様の少なくともいずれか１つの態様に係るプロジェクター装置の前記赤色蛍光体は、Ｃｅ以外のランタノイド元素またはＹを含む母体材料を含んでよい。
【００２８】
第６の態様に係るプロジェクター装置における赤色蛍光体は、Ｃｅ以外のランタノイド元素またはＹを含む母体材料を含んでいる。Ｃｅ以外のランタノイド元素およびＹのイオンは、Ｃｅ３＋と同じ価数を有する。また、Ｃｅ以外のランタノイド元素およびＹのイオン半径は、Ｃｅ３＋のイオン半径に比較的近い。よって、この母体材料は、Ｃｅ３＋を結晶構造内に安定的に取り込むことができる。したがって、このような赤色蛍光体を備えた第６の態様に係るプロジェクター装置は、高効率および高出力を実現できる。
【００２９】
第７の態様において、例えば、第１から第６の態様の少なくともいずれか１つの態様に係るプロジェクター装置の前記赤色蛍光体は、母体材料として、窒化物または酸窒化物を含んでよい。
【００３０】
窒化物または酸窒化物は高い熱伝導特性を有するため、高温になりにくい。したがって、第７の態様に係るプロジェクター装置によれば、温度消光による蛍光体の発光効率低下を抑制することができる。
【００３１】
第８の態様において、例えば、第１から第７の態様の少なくともいずれか１つの態様に係るプロジェクター装置の前記赤色蛍光体は、正方晶（テトラゴナル）の結晶構造を有する母体材料を含んでよい。
【００３２】
第９の態様において、例えば、第１から第８の態様の少なくともいずれか１つの態様に係るプロジェクター装置の前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅｘＭ３−ｘ−ｙβ６γ１１−ｚを有する結晶相を含有し、Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群より選ばれる一種または二種以上の元素であり、βは、Ｓｉを５０モル％以上含み、γは、Ｎを８０モル％以上含み、０＜ｘ≦０．６であり、０≦ｙ≦１．０であり、０≦ｚ≦１．０であってよい。
【００３３】
第９の態様に係るプロジェクター装置は、高効率および高出力を実現できる。
【００３４】
第１０の態様において、例えば、第９の態様に係るプロジェクター装置の前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅｘＭ３−ｘＳｉ６−ｑＡｌｑＮ１１−ｚを有する結晶相を含有し、０≦ｑ≦２．０であってよい。すなわち、第９の態様の化学組成において、βがＳｉ、またはＳｉおよびＡｌであってもよい。
【００３５】
第１０の態様に係るプロジェクター装置は、高効率および高出力を実現できる。
【００３６】
第１１の態様において、例えば、第１０の態様に係るプロジェクター装置の前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅｘＬａ３−ｘＳｉ６−ｑＡｌｑＮ１１−ｚを有する結晶相を含有し、０＜ｑ≦２．０であってよい。すなわち、第１０の態様の化学組成において、ＭがＬａであり、０＜ｑであってもよい。
【００３７】
第１１の態様に係るプロジェクター装置は、高効率および高出力を実現できる。
【００３８】
第１２の態様において、例えば、第１０の態様に係るプロジェクター装置の前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅｘＹｐＬａ３−ｘ−ｐＳｉ６Ｎ１１を有する結晶相を含有し、（１．５−ｘ）≦ｐ≦（３−ｘ）であってよい。すなわち、第１０の態様の化学組成において、βがＳｉであり、ＭがＹおよびＬａであってもよい。
【００３９】
第１２の態様に係るプロジェクター装置は、高効率および高出力を実現できる。
【００４０】
第１３の態様において、例えば、第１から第１２の態様の少なくともいずれか１つの態様に係るプロジェクター装置の前記波長変換素子は、Ｃｅを発光中心として含むガーネット結晶を含む蛍光体をさらに含んでよい。この蛍光体は、緑色蛍光体であってもよく、また、黄緑色蛍光体であってもよい。ここで、黄緑色蛍光体の例は、黄色蛍光体および緑色蛍光体を含む。黄色蛍光体とは、例えば、発光ピーク波長が５６０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内である蛍光体をいう。また、緑色蛍光体とは、例えば、発光ピーク波長が５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の範囲内である蛍光体をいう。
【００４１】
第１３の態様に係るプロジェクター装置は、発光波長が異なる少なくとも２種類の蛍光体を備えているので、発光色を制御することができる。さらに、第１３の態様に係るプロジェクター装置に用いられる蛍光体は輝度飽和特性に優れている。したがって、第１３の態様に係るプロジェクター装置の光源部は、高出力時でも高い量子効率を実現できる。
【００４２】
第１４の態様において、例えば、第１から第１３の態様の少なくともいずれか１つの態様に係るプロジェクター装置では、前記固体光源は、前記青色光を発する青色レーザー装置と、前記緑色光を発する緑色レーザー装置とを含んでよく、前記プロジェクター装置は、前記青色光と前記緑色光とを同軸で合波して前記波長変換素子に入射するダイクロイックミラーをさらに備えてよい。
【００４３】
第１４の態様に係るプロジェクター装置によれば、励起光を同軸で合波することで、蛍光体の発光スポットのアライメント調整が容易となり、無駄な迷光を抑制することができる。
【００４４】
第１５の態様において、例えば、第１から第１４の態様の少なくともいずれか１つの態様に係るプロジェクター装置の前記波長変換素子は、前記赤色蛍光体を含む第１の蛍光体層と、黄色蛍光体および黄緑色蛍光体からなる群より選択される少なくとも１つを含む第２の蛍光体層とを備えてよい。
【００４５】
第１５の態様に係るプロジェクター装置によれば、高出力を実現できる。
【００４６】
第１６の態様において、例えば、第１５の態様に係るプロジェクター装置の前記赤色蛍光体は、前記青色光に対する励起効率が、前記緑色光に対する励起効率よりも低いものであってもよい。前記第２の蛍光体は、前記青色光を受光した場合に励起されてもよい。前記第１の蛍光体層は、前記第２の蛍光体層よりも光入射側に配置されていてもよい。
【００４７】
第１６の態様に係るプロジェクター装置では、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体を含む第１の蛍光体層が光入射側に配置されている。この赤色蛍光体は、青色光に対する励起効率が、緑色光に対する励起効率よりも低い。よって、第１６の態様に係るプロジェクター装置は、第２の蛍光体層に含まれる黄色蛍光体および／または黄緑色蛍光体を効率よく励起できる。
【００４８】
第１７の態様において、例えば、第１から第１６の態様の少なくともいずれか１つの態様に係るプロジェクター装置は、前記光源部を制御する制御回路をさらに備えてよい。前記光源部は、透過領域と前記波長変換素子を含む赤色蛍光体領域とを含む透過型回転ホイールをさらに含んでよい。前記固体光源は、前記青色光を発する青色レーザー装置と、前記緑色光を発する緑色レーザー装置とを含んでよい。前記制御回路は、前記回転ホイールの回転と同期して時分割で前記青色レーザー装置および前記緑色レーザー装置から前記青色光および前記緑色光を出射させてよい。前記透過領域は、少なくとも前記緑色光を透過させてよい。前記空間光変調素子は、前記光源部から出射された青色光、緑色光および赤色光それぞれを画素毎に制御してよい。
【００４９】
第１７の態様に係るプロジェクター装置は、青色レーザー装置および緑色レーザー装置を回転ホイールと同期して時分割制御することにより、１個の空間光変調素子で青色、緑色および赤色の画像を表示することができる。
【００５０】
第１８の態様において、例えば、第１から第１６の態様の少なくともいずれか１つの態様に係るプロジェクター装置は、前記光源部を制御する制御回路をさらに備えてよい。前記光源部は、前記波長変換素子を含む赤色蛍光体領域を含む反射型回転ホイールをさらに含んでよい。前記固体光源は、前記青色光を発する青色レーザー装置と、前記緑色光を発する緑色レーザー装置とを含んでよい。前記赤色蛍光体領域は、前記緑色光が入射する第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有してよい。前記反射型回転ホイールは、反射層をさらに備えてよい。前記反射層は、前記赤色蛍光体領域の前記第２面側に配置された第１領域と、前記第１領域とは異なる第２領域とを含んでよい。前記第１領域は、前記第２の光が当該第１領域に入射した場合に当該第２の光を反射してよい。前記第２領域は、前記緑色光が当該第２領域に入射した場合に当該緑色光を反射してよい。前記制御回路は、前記回転ホイールの回転と同期して時分割で前記青色レーザー装置および前記緑色レーザー装置から前記青色光および前記緑色光を出射させてよい。前記空間光変調素子は、前記光源部から出射された青色光、緑色光および赤色光それぞれを画素毎に制御してよい。
【００５１】
第１８の態様に係るプロジェクター装置は、青色レーザー装置および緑色レーザー装置を回転ホイールと同期して時分割制御することにより、１個の空間光変調素子で青色、緑色および赤色の画像を表示することができる。
【００５２】
第１９の態様において、例えば、第１８の態様に係るプロジェクター装置では、前記反射型回転ホイールは、散乱体を含む散乱領域をさらに含んでよい。前記散乱領域は、前記緑色光および前記青色光が入射する第３面と、前記第３面の反対側の第４面とを有してよい。前記反射層の前記第２領域は、前記散乱領域の前記第４面側に配置され、前記青色光が当該第２領域入射した場合に当該青色光を反射してよい。前記制御回路は、赤色投影時は前記緑色光が前記回転ホイールの前記赤色蛍光体領域に入射し、青色投影時は前記青色光が前記回転ホイールの散乱領域に入射し、緑色投影時は前記緑色光が前記回転ホイールの散乱領域に入射するように、前記反射型回転ホイールと同期して時分割で前記青色レーザー装置および前記緑色レーザー装置から前記青色光および前記緑色光を出射させてよい。
【００５３】
第１９の態様に係るプロジェクター装置によれば、散乱体が配置された散乱領域を経由させることによって、青色光および緑色光をインコヒーレントな光として出力することが可能となり、アイセーフで高出力なプロジェクター装置を実現することができる。
【００５４】
（本開示の実施の形態）
以下、本開示の実施の形態について詳細に説明する。当然ながら、本開示はこれらの実施形態に限定されるものでなく、本開示の技術的範囲を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。同一または実質的に同一の構成には同一の符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００５５】
［実施形態１］
実施形態１では、本開示のプロジェクター装置の一実施形態について説明する。
【００５６】
実施形態１のプロジェクター装置は、光源部と、光源部からの光を画素毎に制御して光学像を形成する空間光変調素子と、空間光変調素子で形成された前記光学像を対象スクリーンまで投影する投影光学系と、を備える。光源部は、固体光源と、固体光源からの出射光を波長変換する波長変換素子と、を含む。固体光源は、少なくとも青色光と緑色光とを発する。波長変換素子は、少なくとも、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体を含む。この赤色蛍光体の発光スペクトルのピーク波長は６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にある。青色光のピーク波長は４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にある。緑色光のピーク波長は４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあり、望ましくは５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内にある。赤色蛍光体の発光ピーク波長は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にある。
【００５７】
まず、実施形態１のプロジェクター装置に用いられる、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体（以下、「実施形態１における赤色蛍光体」ということがある）について説明する。
【００５８】
実施形態１における赤色蛍光体は、母体材料と、発光中心としてのＣｅとを含んでいる。母体材料は、Ｃｅ以外のランタノイド元素またはＹを含んでいてもよい。また、母体材料は、窒化物または酸窒化物であってもよい。また、母体材料は、正方晶（テトラゴナル）の結晶構造を有していてもよい。
【００５９】
実施形態１における赤色蛍光体は、例えば、化学組成ＣｅｘＭ３−ｘ−ｙβ６γ１１−ｚを有する結晶相を含有していてよい。以下、化学組成ＣｅｘＭ３−ｘ−ｙβ６γ１１−ｚを有する結晶相を含有する赤色蛍光体を、実施形態１における第１例の赤色蛍光体と記載することがある。ｘは、０＜ｘ≦０．６を満たす。ｘは０より大きいので、Ｃｅによる発光を得ることができる。ｘは、発光強度増大の観点から、望ましくは０．０００３以上、より望ましくは０．０１５以上である。蛍光体が発光し得る限りｘの最大値に特に制限はない。しかし、ｘが大きくなりすぎる場合には、濃度消光により発光強度が低下する。そのため、ｘを０．６以下とすることにより、発光強度の低下を抑制できる。また、ｘは、発光強度増大の観点から、望ましくは０．３以下、より望ましくは０．１５以下である。
【００６０】
Ｍは、Ｃｅ以外の一種または二種以上の希土類元素である。具体的には、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群より選ばれる一種または二種以上の元素である。また、Ｍは、Ｌａを９０モル％以上含んでもよい。Ｌａ以外の上記の元素群は、Ｌａとイオン半径が近いため、Ｍサイトに入ることができる。
【００６１】
ｙは、０≦ｙ≦１．０を満たす。ｙを１．０以下とすることにより、結晶相の構造を安定化させることができる。
【００６２】
βは、Ｓｉを５０モル％以上含む。すなわち、βは、Ｓｉのみであるか、または、Ｓｉを５０モル％以上含み、他の元素を５０モル％以下含む。また、βは、例えば、ＡｌおよびＧａからなる群より選ばれる一種または二種の元素を含んでもよい。また、βの（１００ｘ／６）モル％以上が、この一種または二種の元素であってもよい。すなわち、ＣｅｘＭ３−ｘ−ｙβ６γ１１−ｚにおいて、この一種または二種の元素の物質量がＣｅの物質量以上であってもよい。また、βの（３００ｘ／６）モル％以上が、この一種または二種の元素であってもよい。すなわち、ＣｅｘＭ３−ｘ−ｙβ６γ１１−ｚにおいて、この一種または二種の元素の物質量がＣｅの物質量の３倍以上であってもよい。また、βは、蛍光体が発光しうる限り、他の元素をさらに含んでもよい。
【００６３】
γは、Ｎを８０モル％以上含む。すなわち、γは、Ｎのみであるか、または、Ｎを８０モル％以上含み、他の元素を２０モル％以下含む。また、γは、例えば、Ｏ（酸素）を含んでもよい。このように、例えば、Ｃｅ近傍のＳｉサイトの一部をＡｌ（もしくはＧａ）で置換、または、Ｎサイトの一部をＯで置換すると、Ｃｅの配位子の対称性が低くなり、より長波長の発光が実現できる。
【００６４】
ｚは、０≦ｚ≦１．０を満たす。Ｎが欠損すると（すなわち、ｚが０よりも大きい場合）、Ｃｅの配位子の対称性が低くなり、より長波長の発光を実現できる。また、ｚを１．０以下とすることにより、結晶相の構造を安定化させることができる。
【００６５】
実施形態１における第１例の赤色蛍光体は、波長６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲内に発光スペクトルの最大ピークを有する。ここで、最大ピークとは、スペクトル全体における最大値を有するピークである。上述の発光スペクトルのピークは、例えば、波長５３５ｎｍで励起した場合に表れる。
【００６６】
また、実施形態１における第１例の赤色蛍光体は、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内に励起スペクトルの第一のピークを有する。また、実施形態１における第１例の赤色蛍光体は、波長３５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の範囲内に、励起スペクトルの第二のピークをさらに有してもよい。第一または第二のピークは励起スペクトルの最大ピークであってもよい。
【００６７】
また、実施形態１における第１例の赤色蛍光体の１／ｅ発光寿命は、１００ｎｓ以下の値を示してもよい。発光寿命は、輝度飽和特性に影響する。従来の赤色蛍光体であるＣＡＳＮ：Ｅｕなど、Ｅｕを含む蛍光体は、Ｃｅを含む蛍光体と比較して発光寿命が長い。そのため、Ｅｕを含む蛍光体は、高出力励起時に量子効率が低下することで輝度飽和しやすい。したがって、Ｃｅを発光中心とした実施形態１の蛍光体は、従来の赤色蛍光体と比較して、高出力時でも量子効率が高い赤色蛍光体として有望である。
【００６８】
また、実施形態１における第１例の赤色蛍光体における、化学組成ＣｅｘＭ３−ｘ−ｙβ６γ１１−ｚを有する結晶相は、正方晶であってもよい。また、結晶相は、空間群がＰ４ｂｍ（＃１００）である領域を含んでもよい。また、実施形態１における第１例の赤色蛍光体の上述の結晶相は、一般式Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１で表される結晶と、ほとんど同じ結晶構造を有してもよい。
【００６９】
また、実施形態１における第１例の赤色蛍光体は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折パターンにおいて、（１）２θ＝１７．８°以上１８．８°以下、（２）２θ＝２６．２°以上２７．２°以下、（３）２θ＝２７．２°以上２８．２°以下、（４）２θ＝３０．５°以上３１．５°以下、（５）２θ＝３２．８°以上３３．８°以下、および、（６）２θ＝３５．８°以上３６．８°以下、の範囲内に回折ピークを有してもよい。また、上記の回折ピークが示す面指数は、それぞれ、（００１）、（２１１）、（３１０）、（２２１）、（３１１）、および、（４１０）であってもよい。
【００７０】
また、実施形態１における第１例の赤色蛍光体の上述の結晶相は、ＸＡＦＳ測定において、以下の特徴を有していてもよい。ＣｅのＫ吸収端のＥＸＡＦＳ動径分布関数スペクトルにおいて、Ｃｅの第一近接殻（ｆｉｒｓｔ  ｎｅｉｇｈｂｏｒ  ｓｈｅｌｌ）のピークの高さが、Ｃｅの第二近接殻（ｓｅｃｏｎｄ  ｎｅｉｇｈｂｏｒ  ｓｈｅｌｌ）のピークの高さよりも低くてもよい。また、第一近接殻のピークの高さが、第二近接殻のピークの高さの０．８倍以上０．９倍以下であってもよい。
【００７１】
また、ＣｅのＫ吸収端のＥＸＡＦＳ動径分布関数スペクトルから得られる、Ｃｅの第一近接殻の配位数が７配位（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ）であってもよい。この場合、Ｃｅ近傍の配位構造は、例えば、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１におけるＬａのＡサイト近傍に窒素の欠陥が導入された構造となり、対称性が低い７配位の配位構造であってもよい。従来の一般式Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１で表される結晶は、対称性が高い８配位の配位構造を有する。そのため、対称性が低い７配位の配位構造であれば、５ｄ軌道の分裂が大きくなり、４ｆ軌道とのエネルギー差が減少することで、従来よりも長波長の発光が実現できる。
【００７２】
また、上述の結晶相は、例えば、化学組成ＣｅｘＭ３−ｘ−ｙＳｉ６−ｑＡｑＮ１１−ｚで表される結晶相であってもよい。このとき、Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群より選ばれる一種または二種以上の元素であってもよい。Ａは、ＡｌおよびＧａからなる群より選ばれる一種または二種の元素であってもよい。０＜ｘ≦０．６であってもよい。０≦ｙ≦１．０であってもよい。０≦ｚ≦１．０であってもよい。ｘ≦ｑ≦３．０であってもよい。ＡがＡｌのみである場合、ｑは、０≦ｑ≦２．０を満たしてもよい。
【００７３】
実施形態１における赤色蛍光体は、例えば上記化学組成ＣｅｘＭ３−ｘＳｉ６−ｑＡｌｑＮ１１−ｚにおいて、ＭがＬａのみであってもよい。すなわち、実施形態１における赤色蛍光体は、化学組成ＣｅｘＬａ３−ｘＳｉ６−ｑＡｌｑＮ１１−ｚを有する結晶相を含有してもよい。この化学組成において、ｑは、０＜ｑ≦２．０を満たしてよい。
【００７４】
実施形態１における赤色蛍光体は、例えば上記化学組成ＣｅｘＭ３−ｘＳｉ６−ｑＡｌｑＮ１１−ｚにおいて、ＭがＹのみ、又は、Ｙ及びＬａであり、ｑが０であり、ｚが０であってもよい。すなわち、実施形態１における赤色蛍光体は、化学組成ＣｅｘＹｐＬａ１−ｐＳｉ６Ｎ１１を有する結晶相を含有してもよい。この化学組成において、ｐは、（１．５−ｘ）≦ｐ≦（３−ｘ）を満たしてよい。
【００７５】
＜実施形態１における第１例の赤色蛍光体の製造方法＞
以下、実施形態１における第１例の赤色蛍光体において、例えば上記の化学組成ＣｅｘＭ３−ｘ−ｙＳｉ６−ｑＡｑＮ１１−ｚで表される結晶相を有する赤色蛍光体の製造方法について説明する。なお、ここではＭがＬａの場合について説明する。原料としては、例えば、Ｃｅ、Ｌａ、Ｓｉ、およびＡｌを含有する化合物を用いてもよい。ここで、Ａｌに代えてＧａを用いてもよい。または、原料として、Ｃｅ単体、Ｌａ単体、Ｓｉ単体、およびＡｌ単体を用いてもよい。ここで、Ａｌ単体に代えてＧａ単体を用いてもよい。化合物としては、窒素雰囲気下での焼成により窒化物になる化合物、高純度（純度９９％以上）の窒化物、金属合金、などを用いることができる。また、反応を促進するために、フッ化物（フッ化アンモニウム等）を少量添加してもよい。
【００７６】
例えば、ＣｅｘＬａ３−ｘ−ｙＳｉ６Ｎ１１−ｚ（０＜ｘ≦０．６、０≦ｙ≦１．０、０≦ｚ≦１．０）で表される化学組成比となるように、Ｃｅ化合物、Ｌａ化合物、およびＳｉ化合物を用意し、さらに、Ａｌ化合物（またはＡｌ単体）を用意してもよい。ここで、Ｓｉ化合物に代えてＳｉ単体を用意してもよい。具体的な原料としては、例えば、ＣｅＦ３粉末、ＬａＮ粉末、Ｓｉ３Ｎ４粉末、および、ＡｌＮ粉末を用いてもよい。ここで、ＣｅＦ３粉末に代えてＣｅＮ粉末を用いてもよい。また、Ｓｉ３Ｎ４粉末に代えてＳｉ単体の粉末を用いてもよい。また、ＡｌＮ粉末に代えてＡｌ単体の粉末を用いてもよい。また、ＬａＮ粉末は、理論値よりも２４％程度過剰に用意してもよい。ＬａＮは焼成時に分解しやすいため、原料配合時に過剰に仕込むことで、副生成物であるＬａＳｉ３Ｎ５結晶の生成を抑制できる。
【００７７】
蛍光体の製造は、上記の原料を混合し、焼成して行う。原料の混合方法は、溶液中での湿式混合でも、乾燥粉体の乾式混合でもよい。工業的に通常用いられるボールミル、媒体撹拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ジェットミル、Ｖ型混合機、攪拌機等を用いることができる。焼成は、窒素により加圧した雰囲気中において１５００〜２０００℃の温度範囲で１〜５０時間程度行う。このときの圧力は、通常３気圧以上、望ましくは４気圧以上、より望ましくは８気圧以上である。焼成後の蛍光体は、例えば、濃度１０％の硝酸溶液中で１時間洗浄してもよい。得られた蛍光体粉末を、ボールミルやジェットミルなどを用いて再度粉砕し、さらに必要に応じて洗浄または分級することにより、蛍光体粉末の粒度分布や流動性を調整してもよい。
【００７８】
以下に、実施形態１における赤色蛍光体について、より詳しく説明する。なお、以下では、本発明者らがその赤色蛍光体に到達した経緯についても説明する。
【００７９】
＜希土類蛍光体の発光原理＞
以下に、本発明者らが、希土類蛍光体の発光原理について考察を行い、Ｃｅ３＋蛍光体に着目した経緯について説明する。
【００８０】
希土類元素のうちＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、ＴｍおよびＹｂは、２価または３価のイオンの状態で、４ｆ軌道に価電子を有する。このうち、ほとんどの希土類イオンは４ｆに複数の電子を有するので、図１Ａに概念的に示したように４ｆ軌道の縮退が解けて大きく分裂する。これにより、ある４ｆ準位から別の４ｆ準位への遷移（ｆ−ｆ遷移）を利用して発光を得ることができる。ｆ−ｆ遷移は禁制遷移であるため、励起状態の電子の寿命が長いという特徴を有している。そのため、希土類イオンを含む蛍光体は、レーザー媒質としてよく利用されている。しかしながら、このような蛍光体を一般の照明などのインコヒーレントな光源として利用すると、すぐに発光強度が飽和してしまう。
【００８１】
一方、Ｃｅ３＋は、価電子として４ｆ軌道に１つしか電子を有さない。これにより、図１Ｂに概念的に示したように、Ｃｅ３＋の４ｆ軌道の分裂は他の希土類イオンに比べて極めて小さい。また、例外として、Ｅｕ２＋およびＹｂ２＋の４ｆ軌道のエネルギー分裂も小さい。これは、Ｅｕ２＋が４ｆ軌道に７つの電子を有する半閉殻であり、および、Ｙｂ２＋が４ｆ軌道に１４の電子を有する閉殻であるためである。
【００８２】
Ｃｅ３＋、Ｅｕ２＋およびＹｂ２＋は４ｆ軌道の分裂が小さいため、４ｆ基底準位と５ｄ軌道との間のエネルギー差が大きい。また、４ｆ基底準位と５ｄ軌道との間に大きなエネルギーを持つ４ｆ軌道が存在しない。よって、４ｆと５ｄとの間の遷移（４ｆ−５ｄ遷移）を利用しやすい。
【００８３】
４ｆ−５ｄ遷移は許容遷移であるため、励起状態の電子の寿命が短い。従って、励起すればすぐに発光するため、強い励起光で励起しても飽和（輝度飽和）しにくい。
【００８４】
本発明者らは、さらに、Ｃｅ３＋、Ｅｕ２＋およびＹｂ２＋のうちＣｅ３＋に着目した。Ｃｅ３＋は４ｆ−５ｄ遷移に関わる電子は１つであるため、５ｄの励起状態から４ｆの基底状態に落ちる際に、４ｆの軌道が全て空いている、すなわち遷移に関わる４ｆ軌道の状態密度が大きい。このため、本発明者らは、Ｃｅ３＋は発光寿命が最も短いと考えた。一方、Ｅｕ２＋は、５ｄに電子を励起しても４ｆに６つの電子が残っており、Ｙｂ２＋は、５ｄに電子を励起しても４ｆに１３つの電子が残っている。このため、Ｅｕ２＋およびＹｂ２＋は、４ｆ軌道の状態密度が小さく、Ｃｅ３＋よりも長い発光寿命を有すると予測できる。従って、Ｃｅ３＋蛍光体は希土類の中で最も発光寿命が短く、輝度飽和しにくいと考えられる。実際に、ＹＡＧ：Ｃｅでは１／ｅ発光寿命が７０ｎｓ程度であるのに対して、ＣＡＳＮ：Ｅｕでは１／ｅ発光寿命が６００から８００ｎｓ程度である。
【００８５】
この考えに基づけば、Ｃｅ３＋蛍光体の方がＥｕ２＋蛍光体よりも優れていると言える。実際に、市販されている白色ＬＥＤでは、ほぼ全てにＹＡＧ：Ｃｅが利用されている。しかしながら、赤色蛍光体としてはＣＡＳＮ：Ｅｕがよく使われている。本発明者らは、この理由として、赤色発光するＣｅ３＋蛍光体の実現は難しく、未だ有望な材料が見つかっていないからであると考えている。以下に、発光波長が決まる原理とともに、その理由を説明する。
【００８６】
＜蛍光体の発光波長＞
Ｃｅ３＋を発光中心とする蛍光体およびＥｕ２＋発光中心とする蛍光体においては、基底状態である４ｆ軌道から励起状態である５ｄ軌道への遷移（４ｆ−５ｄ遷移）を利用する。Ｃｅ３＋およびＥｕ２＋が蛍光体の母体となる結晶に導入されると、主に結合している最近接のアニオン原子（配位子）の影響を受け、４ｆおよび５ｄ軌道のエネルギーが変化し、発光波長が変わる。すなわち、蛍光体の発光波長は、母体結晶によって決まる。
【００８７】
配位子の影響としては、４ｆまたは５ｄ軌道のエネルギーがシフトすること、および５ｄ軌道の５つの準位の縮退が解けること（すなわち、５ｄ軌道の分裂）がある。前者のエネルギーシフトについては、４ｆまたは５ｄ軌道の波動関数の広がり方と配位子の位置関係とが大きく影響する。また、後者の５ｄ軌道の分裂に関しては、図２に示すように５ｄ軌道の５つの準位のトータルエネルギーを保ったまま５ｄ軌道が分裂する。よって、ある準位のエネルギーが大きくなれば、他の準位のエネルギーは小さくなる。従って、５ｄ軌道の分裂を大きくすることで、５ｄ軌道の最低エネルギーを小さくすることができる。
【００８８】
４ｆ−５ｄ遷移の発光は、図２に示すように５ｄ軌道の最低エネルギーの準位から４ｆに落ちる際に起きる。このため、Ｃｅ３＋またはＥｕ２＋を結晶に導入することで、４ｆ−５ｄ間のエネルギー差を小さくし、発光波長を長波長化することができる。
【００８９】
Ｃｅ３＋は真空中（すなわち、結晶に未導入の状態）においては４ｆ−５ｄ間のエネルギー差が大きく深紫外域の発光を示すが、Ｅｕ２＋は青色発光を示す。即ち、Ｅｕ２＋の方が少ない長波長シフト量で赤色発光が実現でき、実際にＣＡＳＮ：Ｅｕが実用化されている。一方、Ｃｅ３＋蛍光体で実用化されている最も長波長なものは黄色蛍光体のＹＡＧ：Ｃｅであり、赤色蛍光体は実現されていない。
【００９０】
＜発明者らの検討＞
本発明者らは、Ｃｅの赤色蛍光体を実現するためには、図３に示すように、５ｄ軌道または４ｆ軌道をシフトさせる必要があると考え、検討を進めた。
【００９１】
より５ｄ軌道または４ｆ軌道をシフトさせるためには、Ｃｅ３＋の配位子として、（１）配位子距離が小さいこと、および（２）配位子の対称性が低いこと、が重要であると考えた。
【００９２】
まず（１）に関して、Ｃｅ３＋から最近接のアニオンまでの配位子距離が小さいと、４ｆ軌道または５ｄ軌道のいずれか、あるいは両方がアニオンの軌道からより大きく影響を受け、大きくエネルギーシフトする。このとき４ｆ軌道のエネルギーが増加する、あるいは５ｄ軌道の分裂が大きくなり５ｄ軌道の最低エネルギー準位が下がる。この効果により４ｆ−５ｄ間のエネルギー差が小さくなる。（２）に関しては、配位子の対称性が低いことで、配位子が存在しない方向への広がりが大きい波動関数を持つ５ｄ軌道がより安定化される。これにより、４ｆ−５ｄ間のエネルギー差が小さくなる。
【００９３】
本発明者らは、これらの方針のもとに新しい材料の探索を行った。具体的には、結晶構造シミュレーションにより発光波長を計算する検討を行った。これらの取り組みで、赤色を示す複数の新規赤色蛍光体に到達した。以下でこれらの取り組みについて説明する。
【００９４】
＜Ｃｅ蛍光体の発光波長の計算について＞
本発明者らは、Ｃｅを発光中心として用いた蛍光体の発光波長と励起波長との関係を明らかにするため、シミュレーションにより各種の結晶にＣｅをドープした場合の発光波長と励起波長とについて検討を行った。以下に、結晶構造シミュレーションの結果および考察を示す。
【００９５】
本発明者らは、文献「Ｙ  Ｊｉａ  ｅｔ  ａｌ．，  ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＲＥＶＩＥＷ  Ｂ  ９３，  １５５１１１  （２０１６）」に開示されている手法で発光波長の計算を行った。この手法は、基底状態の平衡点における全エネルギーとその原子座標での励起状態の全エネルギーとの差から励起波長を計算する。また、この手法は、励起状態が緩和した平衡点における全エネルギーとその原子座標での基底状態の全エネルギーとの差から発光波長を計算する。これにより、上記文献によると、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＬａＳｉ３Ｎ５：Ｃｅ、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅの３種類の蛍光体の発光波長と励起波長との計算値が実験値とほぼ一致することが確認されている。今回、本発明者らが、ＬａＳｉ３Ｎ５：Ｃｅ、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅに加えてＹＡｌＯ３：Ｃｅについて発光波長と励起波長との計算を行ったところ、上記文献と同様に高精度に実験結果を再現することを確認した。表１にシミュレーションにより求めた各蛍光体の励起波長と発光波長とを示す。
【００９６】
【表１】
2018008284.tif 000003
【００９７】
＜新規組成系（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体＞
まず、本発明者らは、配位子距離を短くするために、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：ＣｅのＬａ３＋サイトにＹ３＋を置換することを考えた。
【００９８】
Ｙ３＋はＬａ３＋に比べてイオン半径が小さいために、Ｌａ３＋サイトを置換すれば格子定数を小さくする可能性がある。格子定数の低下に伴い、配位子距離も短くすることができる期待がある。
【００９９】
上記の計算手法により、新規組成系である（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体について検討を行った。この組成系の蛍光体は、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：ＣｅのＬａ３＋サイトをＹ３＋で置換した組成を有している。Ｌａ３＋に比べてＹ３＋のイオン半径が小さいので、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１におけるＣｅ３＋の配位子距離は、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１に比べて小さくなる。これにより、発光波長が長波長化することが期待できる。Ｙ３＋の置換量を変えて、Ｃｅ−Ｎ間の平均配位距離ｒａｖｅ、励起波長λｅｘおよび発光波長λｅｍを計算した結果を表２に示す。また、図４に、励起波長と発光波長との関係を表したグラフを示す。図５に、Ｙ３＋の置換量ｘとａ軸の格子定数との関係、およびＹ３＋の置換量ｘとｃ軸の格子定数との関係を示す。図６に、平均配位距離ｒａｖｅと励起波長λｅｘとの関係、および平均配位距離ｒａｖｅと発光波長λｅｍとの関係を示す。図７に、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１の結晶構造およびＬａの２種類のサイトを示す。なお、図７中、Ｌａ（２ａ）サイトを破線で、Ｌａ（４ｃ）サイトを一点鎖線で示している。図８Ａから８Ｊに、試料番号１から１０の結晶構造を示す。図９に、試料番号１から１０の結晶構造から算出した粉末ＸＲＤ回折パターン結果を示す。なお、表２中の※印は、その試料が比較例であることを示している。また、表２の「Ｙ置換サイトと置換量」欄においては、Ｙ置換サイトとＹ置換量とが「Ｙ置換サイト←Ｙ置換量」と表記されている。
【０１００】
【表２】
2018008284.tif 000004
【０１０１】
表２および図４から、Ｙ３＋の置換量が増加すると発光波長が大きくなる傾向が読みとれる。また、励起ピーク波長も、発光波長の長波長化に伴い大きくなっていることがわかる。発光波長が６００ｎｍ以上を示す赤色発光となる試料７から試料１０の組成系においては、励起波長のピークが４９０ｎｍ以上の緑色領域となることがわかる。また、図５から明らかなように、Ｙ３＋の置換量が増加するほどａ軸の格子定数が減少し、ｃ軸の格子定数が増加するのがわかる。また表２および図６から明らかなように、Ｙ３＋の置換量が増加するほどＣｅ−Ｎ間の平均配位距離ｒａｖｅが減少し、ｒａｖｅの減少と共に、発光波長および励起波長ともに増化することがわかる。
【０１０２】
Ｅｕ２＋の発光寿命は、Ｃｅ３＋の発光寿命と比較して、とても長い。発光寿命は、Ｅｕ２＋Ｃｅ３＋それぞれの４ｆ−５ｄ遷移の遷移確率と相関があり、発光寿命が長いほど遷移確率が低いといえる。つまり、Ｅｕ２＋の４ｆ−５ｄ遷移の励起確率は、Ｃｅ３＋の４ｆ−５ｄ遷移の励起確率と比較して、とても低いといえる。しかしながら、Ｅｕ２＋は５ｄ励起準位が母体材料（（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１）のコンダクションバンドと重なりやすい。よって、Ｅｕ２＋の４ｆ基底準位と母体材料のコンダクションバンドとの間で効率的にエネルギーを吸収することが可能となる。この吸収エネルギーは、青色光領域のエネルギーに相当する。またＥｕ２＋は４ｆ軌道に７つの電子があり、それぞれの電子のエネルギー準位が幅を有するため、励起波長はブロードとなる。つまりＥｕ２＋を発光中心として用いた赤色蛍光体の励起波長は、青色領域をピークとしたブロードな励起波長となる。そのため、Ｅｕ２＋を発光中心として用いた赤色蛍光体を使用した光源では、励起光源には最も吸収効率の高くなる青色光が用いられている。
【０１０３】
一方、Ｃｅ３＋を発光中心として用いた蛍光体の場合では、５ｄ励起準位が母体材料のコンダクションバンドと重なりにくい。よって、４ｆ基底準位と母体材料のコンダクションバンドとの間でのエネルギー吸収は期待できない。そのため、４ｆ−５ｄ遷移がエネルギー吸収の主体となる。
【０１０４】
本発明者らは、上述の検討の結果により、Ｃｅ３＋を用いた赤色蛍光体の場合には、４ｆ−５ｄ遷移間のエネルギー差が緑色光領域のエネルギー差になることを明らかにした。したがって、Ｃｅ３＋を用いた赤色蛍光体の場合には、励起光源に青色光を用いるよりも緑色光を用いた方が、蛍光体の吸収効率が高くなる。よって緑色光を用いることにより、光出力を高めることができる。さらに、青色光から赤色光へ変換する従来の方式と比較して、緑色光から赤色光へ変換する本願の方式の方が、エネルギー変換ロス（ストークス・ロス）を小さくできるため、より高出力の光を放射することが可能となる。
【０１０５】
以上の結果から、本発明者らは、化学組成ＣｅｘＹｐＬａ３−ｘ−ｐＳｉ６Ｎ１１を有する結晶相を含有し、０＜ｘ≦０．６であり、（１．５−ｘ）≦ｐ≦（３−ｘ）である、新規赤色蛍光体に到達した。この新規赤色蛍光体を実施形態１における第２例の赤色蛍光体といい、以下により詳しく説明する。
【０１０６】
実施形態１における第２例の赤色蛍光体の化学組成において、ｘは、０＜ｘ≦０．６を満たす。ｘは０より大きいので、Ｃｅによる発光を得ることができる。ｘは、発光強度増大の観点から、望ましくは０．０００３以上、より望ましくは０．０１５以上である。蛍光体が発光し得る限りｘの最大値に特に制限はない。しかし、ｘが大きくなりすぎる場合には、濃度消光により発光強度が低下する。そのため、ｘを０．６以下とすることにより、発光強度の低下を抑制できる。また、ｘは、発光強度増大の観点から、望ましくは０．３以下、より望ましくは０．１５以下である。
【０１０７】
実施形態１における第２例の赤色蛍光体では、発光波長および励起波長の長波長化の観点から、ＹによるＬａの置換量が大きいことが望ましい。したがって、実施形態１における第２例の赤色蛍光体の化学組成において、ｘおよびｐは、（１．５−０．５ｘ）≦ｐ≦（３−ｘ）を満たすことが望ましく、１．５≦ｐ≦（３−ｘ）を満たすことがより望ましい。
【０１０８】
実施形態１における第２例の赤色蛍光体は、波長６００ｎｍ以上６６０ｎｍ以下の範囲内に発光スペクトルのピークを有する。実施形態１における第２例の赤色蛍光体は、例えば、波長６０５ｎｍ以上の発光スペクトルのピークを有してもよい。実施形態１における第２例の赤色蛍光体は、例えば、波長６４０ｎｍ以下の発光スペクトルのピークを有してもよく、波長６３６ｎｍ下の発光スペクトルピークを有してもよい。
【０１０９】
実施形態１における第２例の赤色蛍光体は、波長４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内に励起スペクトルのピークを有する。実施形態１における第２例の赤色蛍光体は、例えば、波長４９０ｎｍ以上の励起スペクトルのピークを有してもよく、波長４９５ｎｍ以上の励起スペクトルピークを有してもよい。実施形態１における第２例の赤色蛍光体は、例えば、波長５３０ｎｍ以下の励起スペクトルのピークを有してもよく、波長５０８ｎｍ下の励起スペクトルピークを有してもよい。
【０１１０】
実施形態１における第２例の赤色蛍光体は、波長４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の励起スペクトルのピークを第一の励起スペクトルのピークとした場合に、波長３５０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の範囲内に、第二の励起スペクトルのピークをさらに有してもよい。第一または第二の励起スペクトルのピークは、励起スペクトルの最大ピークであってもよい。
【０１１１】
また、実施形態１における第２例の赤色蛍光体の結晶相の１／ｅ発光寿命は、１００ｎｓ以下の値を示してもよい。発光寿命は、輝度飽和特性に影響する。従来の赤色蛍光体であるＣＡＳＮ：ＥｕなどのＥｕを含む蛍光体は、Ｃｅを含む蛍光体と比較して発光寿命が長い。そのため、Ｅｕを含む蛍光体は、高出力励起時に量子効率が低下することで輝度飽和しやすい。したがって、Ｃｅを発光中心とした実施形態１の赤色蛍光体は、従来の赤色蛍光体と比較して、高出力時でも量子効率が高い赤色蛍光体として有望である。
【０１１２】
また、実施形態１における第２例の赤色蛍光体における母体材料の結晶が正方晶（テトラゴナル）であってよい。換言すると、実施形態１における第２例の赤色蛍光体における化学組成ＣｅｘＹｐＬａ３−ｘ−ｐＳｉ６Ｎ１１を有する結晶相が、正方晶（テトラゴナル）の結晶構造を有してもよい。また、当該結晶相は、一般式Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１で表される結晶と、ほとんど同じ結晶構造を有してもよい。
【０１１３】
実施形態１における第２例の赤色蛍光体の結晶相は、ＣｅがＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１の結晶構造におけるＬａ（２ａ）サイトの少なくとも一部を置換している結晶構造を有してもよい。また実施形態１における第２例の赤色蛍光体の結晶相は、ＹがＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１の結晶構造におけるＬａ（４ｃ）サイトの少なくとも一部を置換している結晶構造を有してもよく、ＹがＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１の結晶構造におけるＬａ（４ｃ）サイトの過半数を置換している結晶構造を有してもよい。
【０１１４】
Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１の結晶構造におけるＬａの配位状態には、図７に示すように、Ｌａ（２ａ）サイトと、Ｌａ（４ｃ）サイトとの２種類が存在する。Ｌａ（２ａ）サイトは対称性が高く、Ｌａ（４ｃ）サイトは対称性が低い。例えば、対称性が高いＬａ（２ａ）サイトのＬａがイオン半径の大きいＣｅで置換された場合、第一原理計算から求めた生成エンタルピーが約４８ｍｅＶ程度低く、熱力学的に安定である。この観点から、実施形態１の蛍光体の結晶相は、ＣｅがＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１の結晶構造におけるＬａ（２ａ）サイトの少なくとも一部を置換している結晶構造を有することが望ましい。また、例えば、対称性が低いＬａ（４ｃ）サイトのＬａがＹで置換された場合、格子ひずみが大きいためＣｅの５ｄ軌道の分裂が大きくなる。よって、４ｆ−５ｄ軌道間のエネルギー差が減少するため、励起波長および発光波長を長波長側へシフトさせることができる。この観点から、実施形態１の蛍光体の結晶相は、ＹがＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１の結晶構造におけるＬａ（４ｃ）サイトの少なくとも一部を置換している結晶構造を有することが望ましい。さらに、ＹがＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１の結晶構造におけるＬａ（４ｃ）サイトの過半数を置換している結晶構造を有することがより望ましい。
【０１１５】
＜実施形態１における第２例の赤色蛍光体の製造方法＞
以下、実施形態１における第２例の赤色蛍光体の製造方法について説明する。
【０１１６】
原料としては、例えば、Ｃｅ、Ｌａ、ＳｉおよびＹをそれぞれ含有する化合物を用いてもよいし、Ｃｅ、Ｌａ、ＳｉおよびＹそれぞれの単体を用いてもよい。化合物としては、窒素雰囲気下での焼成により窒化物になる化合物、高純度（純度９９％以上）の窒化物、金属合金、などを用いることができる。また、反応を促進するために、フッ化物（フッ化アンモニウム等）を少量添加してもよい。
【０１１７】
例えば、ＣｅｘＹｙＬａ３−ｘ−ｙＳｉ６Ｎ１１（０＜ｘ≦０．６、（１．５−ｘ）≦ｙ≦（３−ｘ）で表される化学組成比となるように、Ｃｅ化合物、Ｌａ化合物、Ｓｉ化合物およびＹ化合物を用意してもよい。ここで、Ｓｉ化合物に代えてＳｉ単体を用意してもよい。具体的な原料としては、例えば、ＣｅＦ３粉末、ＬａＮ粉末、Ｓｉ３Ｎ４粉末および、ＹＮ粉末を用いてもよい。ここで、ＣｅＦ３粉末に代えてＣｅＮ粉末を用いてもよい。また、Ｓｉ３Ｎ４粉末に代えてＳｉ単体の粉末を用いてもよい。また、ＬａＮ粉末は、理論値よりも２４％程度過剰に用意してもよい。ＬａＮは焼成時に分解しやすいため、原料配合時に過剰に仕込むことで、副生成物であるＬａＳｉ３Ｎ５結晶の生成を抑制できる。
【０１１８】
実施形態１における第２例の赤色蛍光体の製造は、上記の原料を混合し、焼成して行う。原料の混合方法は、溶液中での湿式混合でも、乾燥粉体の乾式混合でもよい。工業的に通常用いられるボールミル、媒体撹拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ジェットミル、Ｖ型混合機、攪拌機等を用いることができる。焼成は、窒素により加圧した雰囲気中において１５００〜２０００℃の温度範囲で１〜５０時間程度行う。このときの圧力は、通常３気圧以上、望ましくは４気圧以上、より望ましくは８気圧以上である。焼成後の蛍光体は、例えば、濃度１０％の硝酸溶液中で１時間洗浄してもよい。得られた蛍光体粉末を、ボールミルやジェットミルなどを用いて再度粉砕し、さらに必要に応じて洗浄または分級することにより、蛍光体粉末の粒度分布や流動性を調整してもよい。
【０１１９】
＜新規組成系Ｌａ３（Ｓｉ，Ａｌ）６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体＞
また、本発明者らは、蛍光体の発光波長を長くしてＣｅの赤色蛍光体を実現するために、Ｃｅの配位子の対称性を低くすることを検討した。具体的には、本発明者らは、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：ＣｅにＡｌ３＋を導入することを考えた。
【０１２０】
Ａｌ３＋は、Ｌａ３＋に比べてかなり小さいイオン半径を有する。したがって、もしＡｌ３＋がＬａ３＋サイトを置換すれば、結晶が大きく歪んで、その結果配位子が低対称化することが期待できる。あるいは、Ａｌ３＋はＳｉ４＋にイオン半径が近いので、Ｓｉ４＋サイトにＡｌ３＋が入る可能性もある。この場合、価数を合わせるために、Ｎ３−がＯ２−に同時に置換されてもよい。また、３つのＳｉ４＋サイトがＡｌ３＋に置換すると同時にＮ３−が欠損してもよい。いずれの場合でも、配位子の対称性が低くなる。
【０１２１】
以上の知見に基づき、本発明者らは、後述するように、従来のＬＳＮ：Ｃｅ黄色蛍光体におけるＣｅの配位子よりも、さらに対称性が低い配位子を有すると考えられる結晶構造を見出した。なお、従来のＬＳＮ：Ｃｅ黄色蛍光体の例である、例えば特許第４４５９９４１号公報で開示されているＬＳＮ：Ｃｅの化学組成を有する蛍光体は、発光のピーク波長が５７４ｎｍ〜５９４ｎｍの範囲内にあり、励起のピーク波長が４５５ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲内にある。
【０１２２】
以下に、結晶構造シミュレーションの結果および考察を示す。Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１の結晶構造においてＣｅが置換し得るサイトを検討するため、第一原理計算を用いて、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１のＬａサイトをＣｅで置換し、構造最適化を行った。第一原理計算には、ダッソー・システムズ・バイオビア社のＣＡＳＴＥＰを使用した。汎関数はＧＧＡ、交換相関相互作用はＰＢＥを使用した。
【０１２３】
図１０に、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１の１×１×３スーパーセルの構造最適化を行った結果を示す。Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１のユニットセルの空間群は、Ｐ４ｂｍ（＃１００）であり、Ｌａの配位状態は対称性の高いＡサイトと対称性の低いＢサイトが存在する。ＡサイトのＬａをＣｅで置換し、構造最適化を行った結晶構造１を図１１に示す。また、ＢサイトのＬａをＣｅで置換し、構造最適化を行った結晶構造２を図１２に示す。
【０１２４】
図１１からわかるように、ＡサイトのＣｅの周りには、８個のＮがほぼ等距離に配置している。つまり、Ｃｅを頂点とする二つの四角錐が共に頂点を共有し、底面の正方形が４５°ねじれた構造をしており、Ｃｅの配位子の対称性が高い８配位構造をしている。一方、図１２からわかるように、ＢサイトのＣｅの周りには、距離も角度も異なる８個のＮが配置されており、Ｃｅの配位子の対称性がＡサイトに比べて低い。
【０１２５】
対称性を定量化するために、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１結晶構造のＡサイトのＬａをＣｅで置換した結晶構造１と、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１結晶構造のＢサイトのＬａをＣｅで置換した結晶構造２の、Ｃｅ−Ｎ間距離およびその標準偏差を、表３に示す。
【０１２６】
【表３】
2018008284.tif 000005
【０１２７】
この結果からも、ＢサイトのＬａをＣｅで置換した結晶構造２の方が、ＡサイトのＬａをＣｅで置換した結晶構造１よりも、Ｃｅ配位子の対称性が低いことが分かる。
【０１２８】
さらに、ＬａのＡサイトおよびＢサイトのどちらがＣｅと置換されやすいかを調べるために、それぞれの結晶の生成エンタルピーを第一原理計算により計算した。その結果、ＢサイトのＬａをＣｅで置換した結晶構造２に比べて、ＡサイトのＬａをＣｅで置換した結晶構造１の方が、生成エンタルピーが４８ｍｅＶ低く、構造として安定であることが判明した。
【０１２９】
以上のことから、従来のＬＳＮ：Ｃｅ黄色蛍光体では、例えば、結晶構造１のように、配位子の対称性が高く、エネルギー的に安定なＡサイトにＣｅが存在している。これにより、黄色発光が得られている可能性が考えられる。
【０１３０】
以上の分析結果から、結晶構造２のような、ＢサイトのＬａをＣｅで置換したＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅでは、Ｃｅの配位子の対称性が低いことで、４ｆ軌道と５ｄ軌道の平衡点がずれる。よって、従来のＬＳＮ：Ｃｅ黄色蛍光体よりも長波長の発光が実現できる可能性が考えられる。
【０１３１】
ここで、実施形態１の赤色蛍光体は、出発原料にＡｌを含んでもよいため、蛍光体の結晶相にＡｌが取り込まれる可能性がある。また、原料中の含有Ｏにより、蛍光体結晶相にＯが取り込まれる可能性がある。また、ＳｉとＡｌ、ＮとＯは、それぞれイオン半径が近い値であるため、置換することが可能である。また、イオン半径に着目すると、Ａｌ＞Ｓｉ、Ｎ＞Ｏである。よって、ＳｉをＡｌで置換すると格子定数が大きくなり、ＮをＯで置換すると格子定数が小さくなる。つまり、ＳｉをＡｌに、ＮをＯに同時に置換することで、結晶がより安定に存在できると考えられる。また、ＳｉをＡｌに、ＮをＯに同時に置換することで、結晶の価数を維持することができる。したがって、結晶相におけるＡｌとＯの含有モル数は、同一であってもよい。
【０１３２】
上述の観点を踏まえ、さらに対称性を低くする目的で、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：ＣｅのＣｅに近接するＳｉサイトの一部をＡｌで置換し、Ｎサイトの一部をＯで置換した結晶構造を検討した。この結晶構造において、ＡサイトのＬａをＣｅで置換し、構造最適化を行った結晶構造３を図１３に、ＢサイトのＬａをＣｅで置換し、構造最適化を行った結晶構造４を図１４に示す。また、結晶構造３および結晶構造４のＣｅ−Ｎ間距離およびその標準偏差を、表３に示す。結晶構造１の標準偏差と比べ、結晶構造３および結晶構造４の標準偏差が大きいため、Ｃｅの配位子の対称性が低下していることが分かる。
【０１３３】
以上の分析結果から、結晶構造３または結晶構造４のような、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：ＣｅのＣｅ近傍のＳｉサイトの一部をＡｌで置換し、Ｎサイトの一部をＯで置換した結晶構造では、Ｃｅの配位子の対称性が低いことで、４ｆ軌道と５ｄ軌道の平衡点がずれることになり、従来のＬＳＮ：Ｃｅ黄色蛍光体よりも長波長の発光が実現できる可能性が考えられる。この場合、従来のＬＳＮ：Ｃｅ黄色蛍光体よりも長波長の発光を実現するためには、結晶相において、少なくともＡｌまたはＯのいずれかがＣｅよりも多く含まれることが望ましいと考えられる。
【０１３４】
さらに、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：ＣｅのＣｅに近接するＳｉサイトの一部をＡｌで置換し、Ｎサイトが欠陥している結晶構造を検討した。Ｓｉ４＋をＡｌ３＋で置換するときに価数を合わせるためには、３つのＳｉ４＋を３つのＡｌ３＋に置換すると同時に、Ｎ３−が１つ欠損することが望ましい。Ｃｅに近い位置に配位しているＳｉのＡｌ置換と、Ｎ欠損が同時に起きることで、Ｃｅの配位子の対称性が低くなる。よって、従来のＬＳＮ：Ｃｅ黄色蛍光体よりも長波長の発光が実現できる可能性が考えられる。
【０１３５】
この場合、従来のＬＳＮ：Ｃｅ黄色蛍光体よりも長波長の発光を実現するためには、少なくともＡｌの物質量がＣｅの物質量以上であることが望ましいと考えられる。さらに、３つのＳｉサイトをＡｌで置換することで、Ｎの欠陥に対する電荷補償が可能であるので、Ａｌの物質量はＣｅの物質量の３倍以上であることが望ましいと考えられる。
【０１３６】
以上の結晶構造シミュレーションの結果から、（１）Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１結晶のＢサイトのＬａをＣｅで置換した結晶構造、および、（２）Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１結晶のＬａのＡサイトとＢサイトの少なくとも一方をＣｅで置換し、Ｃｅ近傍のＳｉ−Ｎの一部をＡｌ−Ｏで置換した結晶構造、および、（３）Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１結晶のＬａのＡサイトとＢサイトの少なくとも一方をＣｅで置換し、Ｃｅ近傍のＳｉをＡｌで置換し、Ｎが欠損した結晶構造、のいずれかを有する蛍光体は従来のＬＳＮ：Ｃｅ黄色蛍光体よりも長波長側で発光する可能性が示された。
【０１３７】
以上のシミュレーション結果は、実施形態１の蛍光体が従来のＬＳＮ：Ｃｅ黄色蛍光体よりも長波長側の赤色発光を示す要因の一例として考えられる。つまり、上述のシミュレーション結果は、あくまで一例であり、実施形態１の蛍光体の結晶構造について、何ら限定するものではない。
【０１３８】
以上の結果から、本発明者らは、化学組成ＣｅｘＬａ３−ｘＳｉ６−ｑＡｌｑＮ１１−ｚを有する結晶相を含有する、新規赤色蛍光体に到達した。この新規赤色蛍光体においては、ｘ、ｑ及びｚは、０＜ｘ≦０．６、０＜ｑ≦３．０、０≦ｚ≦１．０を満たす。この新規赤色蛍光体を実施形態１における第３例の赤色蛍光体といい、以下に、実施例を用いてより詳しく説明する。
【０１３９】
（実施例１〜４および比較例１）
蛍光体の作製方法を以下に示す。出発原料として、ＬａＮ粉末、Ｓｉ３Ｎ４粉末、ＡｌＮ粉末、ＣｅＦ３粉末を用意した。まず、ＬａＮ粉末とＳｉ３Ｎ４粉末とＣｅＦ３粉末を、一般式Ｌａ２．９１Ｃｅ０．０９Ｓｉ６Ｎ１１で表される組成となるように秤量し、それらを混合した。ただし、ＬａＮ粉末は、理論値よりも２４％過剰に秤量した。この混合粉末にＡｌＮ粉末を表４に示す量を加え、更に混合した。なお、比較例１では、ＡｌＮ粉末は加えなかった。混合の方法としては、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、乳鉢を用いた乾式混合を行った。混合した原料粉末を窒化ホウ素製の坩堝に入れた。この原料粉末を、０．５ＭＰａの窒素雰囲気中で１９００℃にて２時間焼成した。焼成後の試料を濃度１０％の硝酸溶液中で１時間洗浄した。以上の方法により、表４に示したような出発原料で、実施例１〜４および比較例１を作製した。
【０１４０】
【表４】
2018008284.tif 000006
【０１４１】
（比較例２）
出発原料として、Ｃａ３Ｎ２粉末、Ｓｉ３Ｎ４粉末、ＡｌＮ粉末、ＥｕＮ粉末を用意した。Ｃａ３Ｎ２粉末とＳｉ３Ｎ４粉末とＡｌＮ粉末とＥｕＮ粉末を一般式Ｃａ０．９７Ｅｕ０．０３ＡｌＳｉＮ３で表される組成となるように秤量し、それらを混合した。混合の方法としては、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、乳鉢を用いた乾式混合を行った。混合した原料粉末を窒化ホウ素製の坩堝に入れた。この原料粉末を０．５ＭＰａの窒素雰囲気中で１６００℃にて２時間焼成した。焼成後の試料を濃度１０％の硝酸溶液中で１時間洗浄した。以上の方法により、ＣＡＳＮ：Ｅｕで表される、比較例２を作製した。
【０１４２】
＜発光／励起スペクトルの評価＞
実施例１〜４および比較例１の発光スペクトルと励起スペクトルを、分光蛍光光度計（日本分光製ＦＰ−６５００）を用いて測定した。実施例１および比較例１の発光スペクトルを図１５に、励起スペクトルを図１６に示す。また、波長４５０ｎｍから波長８００ｎｍの範囲の発光ピーク波長と、波長４００ｎｍから波長６００ｎｍの範囲の励起ピーク波長を表４に示す。なお、励起光源にはＸｅランプを用いた。表４に示す各試料の励起ピーク波長を励起光源の波長として、発光スペクトルを測定した。表４に示す各試料の発光ピーク波長をモニター波長として、励起スペクトルを測定した。
【０１４３】
出発原料にＡｌＮを含まない比較例１は、発光ピーク波長が５３６ｎｍの黄色発光を示した。また、励起ピーク波長は４５０ｎｍであった。一般に、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１で表される結晶にＣｅを賦活した蛍光体では、短波長側の発光ピーク（５３５ｎｍ程度）と、長波長側の発光ピーク（５８０ｎｍ程度）を有することが知られている。これは、特許文献１の蛍光体における、短波長側の発光ピークと長波長側の発光ピークとも、ほぼ一致している。また、励起ピーク波長の位置も、特許文献１とほぼ一致していた。
【０１４４】
一方、実施例１〜４では、発光ピーク波長が６４０ｎｍ程度の赤色発光を示した。また、実施例１〜４では、波長５４０ｎｍ程度に励起ピークを有することがわかった。以上のことから、実施例１〜４は、比較例１と異なる発光特性を有することは明らかである。また、実施例１〜４では、波長３５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の範囲内に、励起スペクトルのピークをさらに有していた。
【０１４５】
＜発光寿命の評価＞
実施例１〜４および比較例１および比較例２の発光寿命を、蛍光寿命測定装置（浜松ホトニクス製Ｑｕａｎｔａｕｒｕｓ−Ｔａｕ小型蛍光寿命測定装置）により測定した。図１７に、励起光を遮断した後の時間に対する発光強度の変化をプロットした残光スペクトルを、実施例１および比較例２について示す。また、表５に、実施例１〜４および比較例１および比較例２の１／ｅ発光寿命を示す。
【０１４６】
【表５】
2018008284.tif 000007
【０１４７】
実施例１の１／ｅ発光寿命は、５４ｎｓであった。また、実施例１〜４および比較例１において、１／ｅ発光寿命はおよそ５０ｎｓ程度であり、１００ｎｓ以下の値を示すことを確認した。Ｃｅの発光寿命は一般的に１０ｎｓ〜１００ｎｓ程度であることが知られている。よって、実施例１〜４および比較例１より得られた発光は、Ｃｅ由来であると考えられる。
【０１４８】
一方、比較例２であるＣＡＳＮ：Ｅｕの発光寿命は、８２０ｎｓであった。発光寿命は、輝度飽和特性に影響する。Ｃｅを含む蛍光体に比べ、Ｅｕを含む蛍光体は、高出力励起時に量子効率が低下することで輝度飽和しやすいことが知られている。実施例１〜４および比較例１の蛍光体は、ＣＡＳＮ：Ｅｕに比べて大幅に発光寿命の値が小さいため、輝度飽和しにくいと考えられる。よって、実施例１〜４および比較例１の蛍光体は、高出力の励起光源と組み合わせることで、高出力の発光デバイスを実現できる。
【０１４９】
＜結晶構造の評価＞
実施例１〜４および比較例１の粉末Ｘ線回折パターンを、Ｘ線回折測定装置（Ｒｉｇａｋｕ製ＲＩＮＴ２１００）を用いて測定した。測定には、Ｃｕ−Ｋα線を用い、表６に示す条件で行った。
【０１５０】
【表６】
2018008284.tif 000008
【０１５１】
得られたＸ線回折パターンを図１８に示す。図１８より、実施例１〜４のＸ線回折パターンは、比較例１で得られたＸ線回折パターンに対し、僅かに低角度側にシフトしているが、ほとんど一致していることがわかった。
【０１５２】
また、得られた回折ピークのうち、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１結晶型に対応する６つの回折ピークを、低角側からそれぞれピーク１〜６と定義し、それぞれの回折ピークの２θの値を表７に示す。
【０１５３】
【表７】
2018008284.tif 000009
【０１５４】
表７から、得られた蛍光体のＸ線回折パターンは、それぞれピーク１〜６に対応して、（１）２θ＝１７．８°以上１８．８°以下、（２）２θ＝２６．２°以上２７．２°以下、（３）２θ＝２７．２°以上２８．２°以下、（４）２θ＝３０．５°以上３１．５°以下、（５）２θ＝３２．８°以上３３．８°以下、および、（６）２θ＝３５．８°以上３６．８°以下、の範囲内に回折ピークを有することがわかった。また、ピーク１〜６が示す面指数は、それぞれ、（００１）、（２１１）、（３１０）、（２２１）、（３１１）、および、（４１０）であった。また、図１８に示したように、ＡｌＮの仕込み配合量が多くなるほど、ＡｌＮやＬａＳｉ３Ｎ５に相当する回折ピークの回折強度が強くなっている。ＡｌＮについては、配合時のＡｌＮが未反応のまま残ったためだと考えられる。ＬａＳｉ３Ｎ５については、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１結晶のストイキオメトリー組成からずれていくことにより、ＬａＳｉ３Ｎ５相が生成されやすくなったためだと考えられる。
【０１５５】
また、実施例１の蛍光体の空間群を、単結晶Ｘ線構造解析装置（Ｒｉｇａｋｕ製ＶａｒｉＭａｘ）を用いて解析した。その結果、正方晶であることがわかった。このことから、実施例１〜４および比較例１は、一般式Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１で表される結晶とほとんど同じ結晶構造を有すると考えられる。
【０１５６】
（実施例５〜１０）
蛍光体の作製方法を以下に示す。出発原料として、ＬａＮ粉末、Ｓｉ３Ｎ４粉末、ＡｌＮ粉末、ＣｅＮ粉末を用意した。まず、ＬａＮ粉末とＳｉ３Ｎ４粉末とＣｅＮ粉末を、一般式Ｌａ３−ｘＣｅｘＳｉ６Ｎ１１で表される組成となるように秤量し、それらを混合した。ただし、ＬａＮ粉末は、理論値よりも２４％過剰に秤量した。この混合粉末にＡｌＮ粉末を加えて更に混合した。混合の方法としては、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、乳鉢を用いた乾式混合を行った。混合した原料粉末を窒化ホウ素製の坩堝に入れた。この原料粉末を、０．５ＭＰａの窒素雰囲気中で１９００℃にて２時間焼成した。焼成後の試料を濃度１０％の硝酸溶液中で１時間洗浄した。以上の方法により、表８に示したような出発原料で、実施例５〜１０を作製した。
【０１５７】
【表８】
2018008284.tif 000010
【０１５８】
＜発光／励起スペクトルの評価＞
実施例５〜１０の発光スペクトルと励起スペクトルを、分光蛍光光度計（日本分光製ＦＰ−６５００）を用いて測定した。実施例５〜１０の発光スペクトルおよび励起スペクトルを図１９Ａ〜図１９Ｆにそれぞれ示す。なお、励起光源にはＸｅランプを用いた。表８に示す各試料の励起ピーク波長を励起光源の波長として、発光スペクトルを測定した。表８に示す各試料の発光ピーク波長をモニター波長として、励起スペクトルを測定した。実施例５〜１０の全ての試料において、波長６００ｎｍ以上に発光ピーク波長を有する赤色発光が確認された。なお、得られた発光ピーク波長は、６２４ｎｍ〜６５３ｎｍの範囲内であった。
【０１５９】
また、実施例５〜１０の全ての試料において、波長５００ｎｍ以上に励起ピーク波長を有することが確認された。なお、得られた励起ピーク波長は、５３４ｎｍ〜５４２ｎｍの範囲内であった。蛍光体中のＣｅ濃度（ｘの値）が増大すると、Ｃｅ同士の励起準位の波動関数の重なりが大きくなる。そして、励起準位エネルギー幅が増大し、一種のバンドを形成するため、基底準位とのエネルギー差が減少する。このため、Ｃｅ濃度の増大に伴い、発光ピーク波長が長波長側にシフトしたと考えられる。
【０１６０】
また、実施例５〜１０においても、波長３５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の範囲内に、励起スペクトルのピークをさらに有していた。
【０１６１】
＜内部量子効率の評価＞
実施例５〜１０の内部量子効率（ＩＱＥ）を、絶対ＰＬ量子収率測定装置（浜松ホトニクス製Ｃ９９２０−０２）を用いて測定した。実施例５〜１０の相対発光強度を図２０に示す。ここで、本実施例における相対発光強度とは、実施例５のＩＱＥを１００％とした場合の、各試料の相対値である。
【０１６２】
図２０より、相対発光強度は蛍光体中のＣｅ濃度ｘによって変化することがわかる。例えば、Ｃｅ置換濃度ｘが０．０３より高い範囲では、Ｃｅ置換濃度ｘが高くなるにつれ、相対発光強度が低下している。これは、濃度消光によるものだと考えられる。ｘは０より大きいので、Ｃｅによる発光を得ることができる。また、図２０より、ｘは、例えば、望ましくは０．０１５以上である。また、蛍光体が発光し得る限りｘの最大値に特に制限はない。しかし、ｘの値が大きくなりすぎる場合には、濃度消光により発光強度が低下する。そのため、ｘは０．６以下が望ましい。また、図２０より、ｘは、例えば、望ましくは０．３以下、より望ましくは０．１５以下である。例えば、Ｃｅ置換濃度ｘを上記の範囲内にすることで、より高い発光強度を有する蛍光体を実現できることが示された。
【０１６３】
＜発光寿命の評価＞
実施例５〜１０の発光寿命を、蛍光寿命測定装置（浜松ホトニクス製Ｑｕａｎｔａｕｒｕｓ−Ｔａｕ小型蛍光寿命測定装置）により測定した。表９に、実施例５〜１０の１／ｅ発光寿命を示す。
【０１６４】
【表９】
2018008284.tif 000011
【０１６５】
実施例５〜１０において、１／ｅ発光寿命は全て１００ｎｓ以下の値を示すことを確認した。よって、実施例５〜１０の蛍光体は、高出力の励起光源と組み合わせることで、高出力の発光デバイスを実現できる。Ｃｅ濃度が増加すると、近接するＣｅ同士でのエネルギー伝達が起こりやすくなり、エネルギーの回遊が生じる。エネルギーの回遊が生じている間に、結晶中の欠陥に電子が捕捉されると、非輻射遷移として緩和される。つまり、Ｃｅ濃度が増加するにつれて、遷移確率の比較的低い電子が、非発光（非輻射遷移）となる確率が上がったため、発光寿命が短くなったと考えられる。
【０１６６】
＜結晶構造の評価＞
実施例５〜１０および比較例１の粉末Ｘ線回折パターンを、Ｘ線回折測定装置（Ｒｉｇａｋｕ製ＲＩＮＴ２１００）を用いて測定した。測定には、Ｃｕ−Ｋα線を用い、表１０に示す条件で行った。
【０１６７】
【表１０】
2018008284.tif 000012
【０１６８】
得られたＸ線回折パターンを、図２１に示す。実施例５〜１０のＸ線回折パターンは、比較例１で得られたＸ線回折パターンに対し、僅かに低角度側にシフトしているが、ほとんど一致していることがわかった。
【０１６９】
また、得られた回折ピークのうち、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１結晶型に対応する６つの回折ピークを、低角側からそれぞれピーク１〜６と定義し、それぞれの回折ピークの２θの値を表１１に示す。
【０１７０】
【表１１】
2018008284.tif 000013
【０１７１】
表１１から、得られた蛍光体のＸ線回折パターンは、それぞれピーク１〜６に対応して、（１）２θ＝１７．８°以上１８．８°以下、（２）２θ＝２６．２°以上２７．２°以下、（３）２θ＝２７．２°以上２８．２°以下、（４）２θ＝３０．５°以上３１．５°以下、（５）２θ＝３２．８°以上３３．８°以下、および、（６）２θ＝３５．８°以上３６．８°以下、の範囲内に回折ピークを有することがわかった。また、ピーク１〜６が示す面指数は、それぞれ、（００１）、（２１１）、（３１０）、（２２１）、（３１１）、および、（４１０）であった。これらの結果から、実施例５〜１０の蛍光体の空間群は、実施例１〜４および比較例１と同様に、正方晶であり、一般式Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１で表される結晶とほとんど同じ結晶構造を有すると考えられる。
【０１７２】
（実施例１１および比較例３）
蛍光体の作製方法を以下に示す。出発原料として、ＬａＮ粉末、Ｓｉ３Ｎ４粉末、ＡｌＮ粉末、ＣｅＮ粉末を用意した。まず、ＬａＮ粉末とＳｉ３Ｎ４粉末とＣｅＮ粉末を、一般式Ｌａ３−ｘＣｅｘＳｉ６Ｎ１１で表される組成となるように秤量し、それらを混合した。ただし、ＬａＮ粉末は、理論値よりも２４％過剰に秤量した。この混合粉末にＡｌＮ粉末を加え、更に混合した。混合の方法としては、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、乳鉢を用いた乾式混合を行った。混合した原料粉末を窒化ホウ素製の坩堝に入れた。この原料粉末を、０．５ＭＰａの窒素雰囲気中で１９００℃にて２時間焼成した。焼成後の試料を濃度３％の塩酸溶液中で２４時間洗浄した。以上の方法により、表１２に示したような出発原料で、実施例１１および比較例３を作製した。
【０１７３】
また、実施例１〜１０と同様に、実施例１１では、波長６００ｎｍ以上に発光ピーク波長を有する赤色発光が確認された。また、波長５００ｎｍ以上に励起ピーク波長を有することが確認された。
【０１７４】
【表１２】
2018008284.tif 000014
【０１７５】
＜発光寿命の評価＞
実施例１１および比較例３の発光寿命を、蛍光寿命測定装置（浜松ホトニクス製Ｑｕａｎｔａｕｒｕｓ−Ｔａｕ小型蛍光寿命測定装置）により測定した。表１３に、実施例１１および比較例３の１／ｅ発光寿命を示す。
【０１７６】
【表１３】
2018008284.tif 000015
【０１７７】
実施例１１において、１／ｅ発光寿命は１００ｎｓ以下の値を示すことを確認した。
【０１７８】
＜結晶構造の評価＞
実施例１１および比較例３の粉末Ｘ線回折パターンを、Ｘ線回折測定装置（Ｒｉｇａｋｕ製ＲＩＮＴ２１００）を用いて測定した。測定には、Ｃｕ−Ｋα線を用い、上述の表１２に示す条件で行った。得られたＸ線回折パターンを、図２２Ａおよび図２２Ｂに示す。
【０１７９】
実施例１１のＸ線回折パターンは、比較例３で得られたＸ線回折パターンとほとんど一致していることがわかった。また、実施例１１におけるそれぞれのＸ線回折ピークは、比較例３におけるそれぞれのＸ線回折ピークと比べ、僅かながら低角度側へシフトしていることがわかった。
【０１８０】
また、得られた回折ピークのうち、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１結晶型に対応する６つの回折ピークを、低角側からそれぞれピーク１〜６と定義し、それぞれの回折ピークの２θの値を表１４に示す。
【０１８１】
【表１４】
2018008284.tif 000016
【０１８２】
表１４から、得られた蛍光体のＸ線回折パターンは、それぞれピーク１〜６に対応して、（１）２θ＝１７．８°以上１８．８°以下、（２）２θ＝２６．２°以上２７．２°以下、（３）２θ＝２７．２°以上２８．２°以下、（４）２θ＝３０．５°以上３１．５°以下、（５）２θ＝３２．８°以上３３．８°以下、および、（６）２θ＝３５．８°以上３６．８°以下、の範囲内に回折ピークを有することがわかった。また、ピーク１〜６が示す面指数は、それぞれ、（００１）、（２１１）、（３１０）、（２２１）、（３１１）、および、（４１０）であった。これらの結果から、実施例１１の蛍光体の空間群は、実施例１〜１０および比較例１および比較例３と同様に、正方晶であり、一般式Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１で表される結晶とほとんど同じ結晶構造を有すると考えられる。
【０１８３】
＜組成の評価＞
誘導結合プラズマ分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）を用いた測定により、実施例１１および比較例３の組成分析を行った。測定の前処理を以下に示す。過酸化ナトリウムを用いてアルカリ融解を行い、融成物を塩酸で溶解した後、純水で希釈し、Ｓｉの含有量を分析した。また、四ホウ酸リチウムと炭酸ナトリウムを用いてアルカリ融解を行い、融成物を塩酸で溶解した後、純水で希釈し、ＬａとＡｌとＣｅの含有量を分析した。その結果を表１５に示す。
【０１８４】
【表１５】
2018008284.tif 000017
【０１８５】
表１５より、実施例１１はＡｌを含有していることがわかった。
【０１８６】
また、ＡｌとＳｉの含有量の総量を６ｍｏｌに換算した場合の、各元素のモル比率を表１６に示す。
【０１８７】
【表１６】
2018008284.tif 000018
【０１８８】
表１６より、実施例１１および比較例３の試料は、ＬａとＣｅの含有量の総量は化学量論組成（３ｍｏｌ）よりも少ないことがわかる。これは、出発材料であるＬａＮとＣｅＮが、焼成時に分解したためだと考えられる。このように、発光しうる限りは、ＬａとＣｅは化学量論組成よりも少なくてもよい。例えば、ＬａとＣｅの含有量の総量は２ｍｏｌ以上３ｍｏｌ以下であってもよい。
【０１８９】
次に、窒素と酸素の含有量を分析した。実施例１１および比較例３の試料を２３００℃の不活性ガス中で融解し、非分散型赤外線吸収法（ＮＤＩＲ）により酸素量を測定し、熱伝導度法（ＴＣＤ）により窒素量を測定した。その結果を表１７に示す。
【０１９０】
【表１７】
2018008284.tif 000019
【０１９１】
表１７より、実施例１１の試料はＯを含有していることがわかった。このように、発光しうる限りは、Ｏを含有してもよい。なお、アニオンとカチオンを同時に絶対的に定量化することは困難であるため、表１５〜１７が示す各元素の含有量の絶対値は、誤差を含む。そのため、本開示の蛍光体の組成は、表１５〜１７が示す各元素の含有量の絶対値によって、限定的に解釈されない。
【０１９２】
＜Ｃｅ配位子の局所構造の評価＞
実施例１１および比較例３のＣｅ配位子の局所構造をＸ線吸収微細構造分析（ＸＡＦＳ）により測定した。ＸＡＦＳ測定は、国立研究開発法人理化学研究所、ＳＰｒｉｎｇ８のビームライン１６Ｂ２を用いて行った。
【０１９３】
測定の前処理を以下に示す。実施例１１の試料０．１６ｇをＢＮ粉末０．０１ｇと乳鉢により混合し、金型成型により直径８ｍｍのペレットを作製した。また、同様にして、比較例３の試料０．１６ｇをＢＮ粉末０．０１ｇと乳鉢により混合し、金型成型により直径８ｍｍのペレットを作製した。Ｃｅとその近傍の配位子の局所構造を明らかにするため、ＣｅのＫ吸収端付近の吸収スペクトルを測定した。ＥＸＡＦＳ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｘ−ｒａｙ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｆｉｎｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）振動を、オープンソースであるＥＸＡＦＳ解析ソフトＡｔｈｅｎａにて解析することで、Ｃｅ原子近傍の動径分布関数を得た。
【０１９４】
解析に用いたパラメータを表１８に示す。
【０１９５】
【表１８】
2018008284.tif 000020
【０１９６】
図２３に実施例１１の動径分布関数のグラフを示す。また、図２４に比較例３の動径分布関数のグラフを示す。一般に、動径分布関数の横軸（Ｒａｄｉａｌ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）は、近傍原子までの距離に相当する。また、縦軸（ピークの高さ）は、配位数ｎを示す。図２３および図２４において、１．１Å付近のピークは、測定信号のノイズによるゴーストピークである。１．９Å付近のピーク（Ｐ１）はＣｅの第一近接殻のピークである。２．６Å付近のピーク（Ｐ２）はＣｅの第二近接殻のピークである。３．３Å付近のピークはＣｅの第三近接殻のピークである。
【０１９７】
図２４から明らかなように、比較例３では、第一近接殻のピーク（Ｐ１）の高さは、第二近接殻のピーク（Ｐ２）の高さよりも高い。また、図２３から明らかなように、実施例１１では、第一近接殻のピーク（Ｐ１）の高さは、第二近接殻のピーク（Ｐ２）の高さよりも低い（約０．８４倍）。また、実施例１１のＰ２の高さは、比較例３のＰ２の高さとほぼ等しい。一方、実施例１１のＰ１の高さは、比較例３のＰ１の高さよりも、明らかに低い。
【０１９８】
以上の結果から、実施例１１のＣｅの第一近接殻の配位数は、比較例３のＣｅの第一近接殻の配位数よりも、少ないことがわかる。
【０１９９】
図２３および図２４の動径分布関数を、オープンソースのＥＸＡＦＳ解析ソフトＡｒｔｅｍｉｓを用いて、配位原子の解析を行った。その結果、実施例１１のＣｅ原子も比較例３のＣｅ原子も、結晶構造のＬａのＡサイトを置換していることが判明した。また、比較例３ではＣｅの第一近接殻には窒素が８個配位しているのに対し、実施例１１ではＣｅの第一近接殻には窒素が７個のみ配位していることが判明した。
【０２００】
以上の結果から、比較例３におけるＣｅの近傍の配位構造は、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１におけるＬａのＡサイトと同じく、窒素を８個配位した構造であり、比較的対称性が高い構造であることが判明した。また、実施例１１におけるＣｅの近傍の配位構造は、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１におけるＬａのＡサイト近傍に窒素の欠陥が導入された構造となり、対称性が低い７配位の配位構造であることが判明した。
【０２０１】
このように、実施例１１では、フレンケル欠陥等によってＣｅ近傍の配位構造の対称性が低くなったため、５ｄ軌道の分裂が大きくなり、４ｆ軌道とのエネルギー差が減少したと考えられる。そのため、発光波長が長波長化し、赤色に発光するＣｅ系蛍光体が実現できたと考えられる。
【０２０２】
実施例１〜１１の蛍光体は、一般式Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１で表される結晶とほとんど同じ結晶構造でありながら、従来のＬＳＮ：Ｃｅ黄色蛍光体よりも長波長側の赤色発光を示した。この理由は必ずしも明らかではないが、例えば、以下のような可能性が考えられる。実施例１〜１１の蛍光体は、原料にＡｌ（例えば、ＡｌＮ粉末）を含んだことで、従来とは異なり、赤色発光を実現した可能性が考えられる。また、実施例１〜１１の蛍光体は、例えば、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１結晶において、ＬａのＡサイトの一部をＣｅで置換し、Ｃｅ近傍のＳｉの一部をＡｌで置換（もしくは、Ｓｉ−Ｎの一部をＡｌ−Ｏで置換）し、Ｎの一部が欠損している結晶構造を有することで、赤色発光を実現した可能性が考えられる。
【０２０３】
＜プロジェクター装置＞
次に、実施形態１のプロジェクター装置について説明する。上述のとおり、実施形態１のプロジェクター装置は、光源部と、光源部からの光を画素毎に制御して光学像を形成する空間光変調素子と、空間光変調素子で形成された前記光学像を対象スクリーンまで投影する投影光学系と、を備える。光源部は、固体光源と、固体光源からの出射光を波長変換する波長変換素子とを含む。
【０２０４】
前記固体光源は、少なくとも青色光と緑色光とを発する。青色光のピーク波長は４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にある。緑色光のピーク波長は４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあり、望ましくは５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内にある。
【０２０５】
なお、上記の固体光源としては、例えば、ＬＥＤまたはＬＤが挙げられる。固体光源は、ＧａＮ系のＬＥＤまたはＬＤであってもよく、ＧａＮ系のＬＤが望ましい。また、固体光源は、青色光を発するＧａＮ系半導体レーザー装置と、緑色光を発する第２高調波発生器を備えたＹＡＧ：Ｎｄ固体レーザー装置と、を含んでいてもよい。
【０２０６】
固体光源は、青色光を発する青色レーザー装置と、緑色光を発する緑色レーザー装置とを含んでいてもよい。この場合、本実施形態のプロジェクター装置は、青色光と緑色光とを同軸で合波して前記波長変換素子に入射するダイクロイックミラーをさらに備えてもよい。ここで、本開示において「同軸で合波」とは、中心軸が同じになるように複数の光線を混合することをいう。
【０２０７】
波長変換素子は、少なくとも、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体を含む。Ｃｅを発光中心とする赤色蛍光体については、上記で詳細に説明したとおりである。
【０２０８】
波長変換素子は、少なくともＣｅを発光中心とした赤色蛍光体を含む第１の蛍光体層と、黄色蛍光体および黄緑色蛍光体から選択される少なくともいずれか１つを含む第２の蛍光体層とからなっていてもよい。ここで、第１の蛍光体層は、第２の蛍光体層に対して光入射側に配置されてもよい。第２の蛍光体層に含まれる蛍光体としては、例えば、化学組成Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）の結晶相を含有する蛍光体および化学組成Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ（ＬＳＮ：Ｃｅ）を有する結晶相を含有する蛍光体などを例示できる。
【０２０９】
波長変換素子は、回転制御可能に構成された、少なくともＣｅを発光中心とした赤色蛍光体が配置されている領域を含む回転ホイールであってもよい。この回転ホイールは、例えば、モータによって回転させることができる。このモータは、後述する制御信号発生部４０３によって制御されてもよい。
【０２１０】
上述のように、本実施形態のプロジェクター装置は、青色光および緑色光を発する固体光源と、Ｃｅを発光中心とする赤色蛍光体とを備えており、従来のプロジェクター装置にはない構成を有する。Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体は、強い励起光で励起しても輝度飽和しにくい。したがって、本実施形態において用いられている赤色蛍光体は、エネルギー密度の高いレーザー光でも励起することが可能である。したがって、本実施形態のプロジェクター装置は、固体光源として、ＬＤ素子等の高い光パワー密度の光を出射する光源を用いることができる。その結果、本実施形態によれば、小型で高出力のプロジェクター装置を実現できる。本実施形態のプロジェクター装置は、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体を用いることによって赤色光を得ている。このようにして得られた赤色光は、Ｅｕを発光中心とした赤色蛍光体を用いることによって得られた赤色光、または、例えば黄色光から緑色成分をフィルターでカットすることによって得られた赤色光と比較して、十分高い出力を実現できる。このように、本実施形態のプロジェクター装置によれば、青色光および緑色光だけでなく、赤色光についても十分な高出力を実現できる。
【０２１１】
本実施形態における波長変換素子に含まれる、Ｃｅを発光中心とする赤色蛍光体の１／ｅ発光寿命は、１００ｎｓ以下の値を示してもよい。発光寿命は、輝度飽和特性に影響する。従来の赤色蛍光体であるＣＡＳＮ：Ｅｕなど、Ｅｕを含む蛍光体は、Ｃｅを含む蛍光体と比較して発光寿命が長い。そのため、Ｅｕを含む蛍光体は、高出力励起時に量子効率が低下することで輝度飽和しやすい。したがって、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体は、従来の赤色蛍光体と比較して、高出力時でも量子効率が高い赤色蛍光体として有望である。また、本実施形態における波長変換素子に含まれる全ての蛍光体の１／ｅ発光寿命が１００ｎｓ以下の値を示してもよい。この場合、波長変換素子には、高出力光で励起すると発光の量子効率が低下する蛍光体が含まれないので、本実施形態のプロジェクター装置はさらなる高出力化を実現できる。
【０２１２】
以上の構成により、本実施形態のプロジェクター装置は、従来の装置に対してより高出力を実現できる。
【０２１３】
［実施形態２］
実施形態２では、本開示のプロジェクター装置の一例として、青色光を発するＬＤと緑色光を発するＬＤとが備えられているプロジェクター装置について説明する。
【０２１４】
図２５は、実施形態２に係るプロジェクター装置７０の概略構成を示している。
【０２１５】
本実施形態のプロジェクター装置７０は、光源部の一例であるプロジェクター用光源６０と、空間変調素子８０と、投影光学系である投影レンズ８１と、を備える。
【０２１６】
プロジェクター用光源６０は、固体光源の一例であるＬＤ素子５８−１およびＬＤ素子５８−２と、ダイクロイックミラー７１と、波長変換素子の一例である波長変換部材６１と、入射光学系であるレンズ５９と、を備える。
【０２１７】
ＬＤ素子５８−１は、青色光を発するＬＤである。ＬＤ素子５８−２は、緑色光を発するＬＤである。ＬＤ素子５８−１には、青色領域で発光するものが用いられ、波長４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内に発光スペクトルのピークを有するものが用いられる。ＬＤ素子５８−１として、具体的には、青色光を出射するＬＤ素子が用いられる。ＬＤ素子５８−１として、ＧａＮ系半導体レーザー装置、すなわちＧａＮ系のＬＤを用いてもよい。ＬＤ素子５８−２には、緑色領域で発光するものが用いられ、波長４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内に発光スペクトルのピークを有するもの、望ましくは波長５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内に発光スペクトルのピークを有するもの、が用いられる。ＬＤ素子５８−２として、具体的には、緑色光を出射するＬＤ素子が用いられる。ＬＤ素子５８−２として、ＧａＮ系半導体レーザー装置、すなわちＧａＮ系のＬＤを用いてもよい。ＬＤ素子５８−２として、第２高調波発生器を備えたＹＡＧ：Ｎｄ固体レーザー装置を用いてもよい。
【０２１８】
ダイクロイックミラー７１は、ＬＤ素子５８−１から出射された青色光と、ＬＤ素子５８−２から出射された緑色光とを同軸で合波して、波長変換部材６１に入射する。すなわち、ダイクロイックミラー７１は、ＬＤ素子５８−１およびＬＤ素子５８−２と、波長変換部材６１との間の光路上（青色光および緑色光の共通の光路上）に配置されている。
【０２１９】
波長変換部材６１は、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体を含む第１の蛍光体層６１−１と、黄緑色蛍光体を含む第２の蛍光体層６１−２とを積層した構成を有する。本実施形態における波長変換部材６１では、第１の蛍光体層６１−１が光入射側に配置されている。Ｃｅを発光中心とする赤色蛍光体については、実施形態１で説明したとおりであるため、ここでは詳細な説明を省略する。黄緑色蛍光体としては、例えばＹＡＧ：Ｃｅ等のＣｅを発光中心とした蛍光体を用いることができる。第１の蛍光体層６１−１の赤色蛍光体は、緑色光により励起されて赤色発光する。第２の蛍光体層６１−２の黄緑色蛍光体は、青色光で励起されて黄緑色発光する。すなわち、これらの蛍光体は、ＬＤ素子５８−１およびＬＤ素子５８−２からの出射光を、より長波長の光に波長変換する。
【０２２０】
次に、本実施形態のプロジェクター装置７０におけるプロジェクター用光源６０の動作について説明する。ＬＤ素子５８−１から射出された青色光と、ＬＤ素子５８−２から射出された緑色光とは、ダイクロイックミラー７１によって同軸で合波されて、波長変換部材６１の第１の蛍光体層６１−１に入射する。入射した光に含まれる緑色光により第１の蛍光体層６１−１の赤色蛍光体が励起されて、第１の蛍光体層６１−１が赤色光を射出する。第１の蛍光体層６１−１で吸収されずに透過した光と、第１の蛍光体層６１−１から射出された赤色光とが、第２の蛍光体層６１−２に入射する。入射した光に含まれる青色光により第２の蛍光体層６１−２の黄緑色蛍光体が励起されて、第２の蛍光体層６１−２が黄緑色光を射出する。第１の蛍光体層６１−１から射出された赤色光、第２の蛍光体層６１−２から射出された黄緑色光、第１の蛍光体層６１−１および第２の蛍光体層６１−２で吸収されなかった青色光および緑色光が、プロジェクター用光源６０からの出射光として、レンズ５９を介して外部へと放射される。外部へ放射されたこれらの光は、混合されて白色光となる。すなわち、プロジェクター用光源６０から放射された白色光が、空間光変調素子８０に入射する。
【０２２１】
本実施形態におけるプロジェクター用光源６０では、固体光源としてＬＤ素子を用いることができる。プロジェクター用光源６０において、波長変換部材６１で用いられている赤色蛍光体は、Ｃｅを発光中心とした蛍光体であり、強い励起光で励起しても輝度飽和しにくい。したがって、本実施形態において用いられている赤色蛍光体は、従来のＥｕを発光中心とした赤色蛍光体とは異なり、エネルギー密度の高いレーザー光で励起することが可能である。したがって、本実施形態のプロジェクター装置７０では、固体光源として、ＬＥＤよりも高い光パワー密度の光を出射するＬＤ素子の使用が可能となる。その結果、本実施形態のプロジェクター用光源６０は、小型で高出力を実現できる。
【０２２２】
本実施形態における空間変調素子８０は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の画素毎にカラーフィルターを備えた液晶パネルからなる。空間変調素子８０は、映像信号のＲＧＢ各色の画素情報に従ってプロジェクター用光源６０からの白色光を変調することで、投影レンズ８１を介してスクリーン８２に映像を投影することができる。投影レンズ８１には、例えば対物レンズが用いられる。
【０２２３】
上記のとおり、プロジェクター用光源６０は高出力で白色光を放射できる。したがって、このような光源６０を備えている本実施形態のプロジェクター装置７０は、高出力化を実現できる。
【０２２４】
［実施形態３］
実施形態３では、本開示のプロジェクター装置の一例として、青色光を発するＬＤと緑色光を発するＬＤとが用いられ、さらに波長変換素子が透過型回転ホイールに設けられているプロジェクター装置について説明する。
【０２２５】
図２６は、実施形態３に係るプロジェクター装置７０の概略構成を示している。
【０２２６】
本実施形態のプロジェクター装置７０は、プロジェクター用光源６０と、空間変調素子８０と、投影光学系である投影レンズ８１と、を備える。
【０２２７】
プロジェクター用光源６０は、ＬＤ素子５８−１およびＬＤ素子５８−２と、ダイクロイックミラー７１と、波長変換部材６１が設けられた透過型回転ホイール９０と、を備える。プロジェクター用光源６０は、波長変換部材６１と空間変調素子８０との間に配置されたレンズ５９をさらに備えてもよい。
【０２２８】
ＬＤ素子５８−１は、青色光を発するＬＤである。ＬＤ素子５８−２は、緑色光を発するＬＤである。ＬＤ素子５８−１の発光スペクトルは、波長４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にピークを有する。ＬＤ素子５８−１として、ＧａＮ系半導体レーザー装置（ＧａＮ系ＬＤ）を用いてもよい。ＬＤ素子５８−２の発光スペクトルは、波長４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピークを有し、望ましくは波長５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内にピークを有する。ＬＤ素子５８−２として、ＧａＮ系半導体レーザー装置（ＧａＮ系ＬＤ）を用いてもよい。ＬＤ素子５８−２として、第２高調波発生器を備えたＹＡＧ：Ｎｄ固体レーザー装置を用いてもよい。
【０２２９】
ダイクロイックミラー７１は、ＬＤ素子５８−１から出射された青色光と、ＬＤ素子５８−２から出射された緑色光とを同軸で合波して、波長変換部材６１が設けられた透過型回転ホイール９０に入射する。すなわち、ダイクロイックミラー７１は、ＬＤ素子５８−１およびＬＤ素子５８−２と、透過型回転ホイール９０との間の光路上（青色光および緑色光の共通の光路上）に配置されている。
【０２３０】
波長変換部材６１は、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体を含む。Ｃｅを発光中心とする赤色蛍光体については、実施形態１で説明したとおりであるため、ここでは詳細な説明を省略する。図２７に透過型回転ホイール９０の概略図を示す。透過型回転ホイール９０は、透過領域と波長変換部材６１を含む赤色蛍光体領域とを含む。波長変換部材６１は、透過型回転ホイール９０の円周のおおむね１／３に対応する領域のみに設けられている。すなわち、波長変換部材６１は、回転ホイール９０の円周３６０度の約１／３（１２０度）の弧を有する扇方の領域のうち、円の中心付近を除く領域に設けられている。回転ホイール９０における波長変換部材６１の領域以外の領域は、蛍光体を含まない。透過領域は、ＬＤ素子５８−１およびＬＤ素子５８−２からの光（すなわち、青色光および緑色光）をそのまま透過させる。透過領域は、開口であってもよく、またガラス又は樹脂であってもよい。
【０２３１】
図２８に、プロジェクター用光源６０の出力光の色調を制御する制御方法の一例を示す。この制御は、後述するパルス制御部４０１、４０２および制御信号発生部４０３によって行われる。青色光を発するＬＤ素子５８−１および緑色光を発するＬＤ素子５８−２の駆動パルスを、透過型回転ホイール９０の回転周期Ｔに同期させる。具体的には、例えば、最初の１／３Ｔ期間では、青色光を発するＬＤ素子（Ｂ−ＬＤ）５８−１のみを駆動し、青色光のみを透過型回転ホイール９０に透過させることで、Ｂ画素の画像情報を表示する。次の１／３Ｔ期間では、緑色光を発するＬＤ素子（Ｇ−ＬＤ）５８−２のみを駆動し、緑色光のみを透過型回転ホイール９０に透過させることで、Ｇ画素の画像情報を表示する。最後の１／３Ｔ期間においては、緑色光を発するＬＤ素子（Ｇ−ＬＤ）５８−２のみを駆動し、緑色光を波長変換部材６１に入射させる。この緑色光によって波長変換部材６１に含まれる赤色蛍光体が励起されて赤色発光し、波長変換部材６１が赤色光を射出する。この赤色光により、Ｒ画素の画像情報を表示する。
【０２３２】
以上の構成により、プロジェクター用光源６０は、青色光、緑色光および赤色光を時分割で出射する。なお、青反射／緑赤透過ダイクロイックミラーとＬＤ素子５８−１を透過型回転ホイール９０の後段に配置してもよい。また、２枚のレンズ５９をＬＤ素子５８−１、５８−２の直後に配置してもよい。この場合、ＬＤ素子５８−２は、レンズ５９を通った緑色光が透過型回転ホイール９０に入射するように配置される。透過型回転ホイール９０を透過した緑色光および波長変換部材６１からの赤色光は、青反射／緑赤透過ダイクロイックミラーを透過し、空間光変調素子８０に入射する。ＬＤ素子５８−１は、透過型回転ホイール９０の後段に配置されているので、青色光は、透過型回転ホイール９０を透過しない。ＬＤ素子５８−１から出射された青色光は、レンズ５９を通過し、青反射／緑赤透過ダイクロイックミラーで反射され、空間光変調素子８０に入射する。
【０２３３】
本実施形態における空間光変調素子８０は、画素毎に透過光の光量を調整する液晶パネルまたはデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）からなる。この空間光変調素子８０は、映像信号のＲＧＢ各色の画素情報に従って、プロジェクター用光源６０からのＲＧＢ光を変調することで光学像を形成し、その光学像をスクリーン８２に投影することができる。
【０２３４】
以上の構成によって、固体光源としてＬＤ素子を利用した高出力のプロジェクター装置７０が実現され得る。また、本実施形態のプロジェクター装置７０は、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体を用いることで、ＬＤ素子からの強い励起光に対して赤色蛍光体を輝度飽和させることなく赤色光を投影することができる。このため、本実施形態のプロジェクター装置７０は、プロジェクションマッピング等に使用され得る、発熱が少なく小型で効率の良い高出力プロジェクター装置として利用できる。
【０２３５】
なお、本実施形態においては、波長変換部材６１を含む赤色蛍光体領域は、透過型回転ホイール９０の円周のおおむね１／３に対応する領域であるが、これに限定されない。表示画像の色調にあわせて、赤色蛍光体領域は、透過型回転ホイール９０の円周の１／３以上に対応する領域であってもよいし、または、１／３未満に対応する領域であってもよい。
【０２３６】
また、本実施形態の駆動方法においては、ＲＧＢの３色を表示する期間を１／３Ｔに均等に分割したが、これに限定されない。透過型回転ホイール９０の波長変換部材６１の形成領域にあわせて１／３Ｔ以上あるいは１／３Ｔ未満としてもよい。
【０２３７】
また、本実施形態の駆動方法においては、ＲＧＢの３色を表示する期間１／３Ｔ内において一定の駆動電流を用いて駆動を行っているが、これに限定されない。表示画像の色調にあわせて、青色光を発するＬＤ素子５８−１、および、緑色光を発するＬＤ素子５８−２の駆動電流値を変化させてもよい。
【０２３８】
また、本実施形態の駆動方法においては、ＲＧＢの３色を表示する期間１／３Ｔ内において一定の電圧パルスを用いて駆動を行っているが、これに限定されない。ＲＧＢそれぞれの表示期間を複数のパルス電圧で駆動し、表示画像の色調にあわせてＲＧＢそれぞれの駆動パルスをＰＷＭ変調によって制御してもよい。
【０２３９】
［実施形態４］
実施形態４では、本開示のプロジェクター装置の一例として、青色光を発するＬＤと緑色光を発するＬＤとが用いられ、さらに波長変換素子が反射型回転ホイールに設けられているプロジェクター装置について説明する。なお、本実施形態のプロジェクター装置は、プロジェクター用光源６０以外の構成は実施形態３のプロジェクター装置７０と同じである。したがって、ここでは、プロジェクター用光源６０についてのみ詳細に説明する。
【０２４０】
図２９は、本実施形態におけるプロジェクター用光源６０の概略構成を示している。なお、図中、青色光をＢ、緑色光をＧ、赤色光をＲ、と示している。
【０２４１】
プロジェクター用光源６０は、ＬＤ素子５８−１およびＬＤ素子５８−２と、入射光学系であるレンズ５９と、波長変換部材６１が設けられた反射型回転ホイール９０と、青反射／緑赤透過ダイクロイックミラー９２と、ハーフミラー９３と、ミラー９５と、を備える。
【０２４２】
ＬＤ素子５８−１は、青色光を発するＬＤである。ＬＤ素子５８−２は、緑色光を発するＬＤである。ＬＤ素子５８−１には、青色領域で発光するものが用いられ、波長４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内に発光スペクトルのピークを有するものが用いられる。ＬＤ素子５８−１として、具体的には、青色光を出射するＬＤ素子が用いられる。ＬＤ素子５８−１として、ＧａＮ系半導体レーザー装置、すなわちＧａＮ系のＬＤを用いてもよい。ＬＤ素子５８−２には、緑色領域で発光するものが用いられ、波長４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内に発光スペクトルのピークを有するもの、望ましくは波長５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内に発光スペクトルのピークを有するもの、が用いられる。ＬＤ素子５８−２として、具体的には、緑色光を出射するＬＤ素子が用いられる。ＬＤ素子５８−２として、ＧａＮ系半導体レーザー装置、すなわちＧａＮ系のＬＤを用いてもよい。ＬＤ素子５８−２として、第２高調波発生器を備えたＹＡＧ：Ｎｄ固体レーザー装置を用いてもよい。
【０２４３】
波長変換部材６１は、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体１２を含む。Ｃｅを発光中心とする赤色蛍光体については、実施形態１で説明したとおりであるため、ここでは詳細な説明を省略する。上述のとおり、波長変換部材６１は反射型回転ホイール９０に設けられている。波長変換部材６１は、励起光である緑色光が入射する第１面と、第１面の反対側の第２面とを有する。反射型回転ホイール９０は、反射層９１を備えている。反射層９１は、波長変換部材６１の第２面側に配置された第１領域と、第１領域とは異なる第２領域とを含む。図３０に反射型回転ホイール９０の概略図を示す。波長変換部材６１は、反射型回転ホイール９０の円周のおおむね１／３に対応する領域のみに設けられている。すなわち、波長変換部材６１は、回転ホイール９０の円周３６０度の約１／３（１２０度）の弧を有する扇方の領域のうち、円の中心付近を除く領域に設けられている。回転ホイール９０における波長変換部材６１の領域以外の領域は蛍光体を含まない。反射層９１の第１領域は、波長変換部材６１からの赤色光が当該第１領域に入射した場合に当該赤色光を反射する。第１領域で反射され、波長変換部材６１を通過した赤色光は、第１面から出射する。また、反射層９１の第２領域は、緑色光が入射した場合に当該緑色光を反射する。第２領域の反射面上に、ガラスまたは樹脂などの透明層が設けられていてもよい。
【０２４４】
図３１に、プロジェクター用光源６０の出力光の色調を制御する制御方法の一例を示す。この制御は、後述するパルス制御部４０１、４０２および制御信号発生部４０３によって行われる。青色光を発するＬＤ素子５８−１、および、緑色光を発するＬＤ素子５８−２の駆動パルスを、反射型回転ホイール９０の回転周期Ｔに同期させる。具体的には、例えば、最初の１／３Ｔ期間では、青色光を発するＬＤ素子（Ｂ−ＬＤ）５８−１のみを駆動し、ＬＤ素子５８−２から出射された青色光を、青反射／緑赤透過ダイクロイックミラー９２によって反射させてプロジェクター用光源６０から出射することで、Ｂ画素の画像情報を表示する。次の１／３Ｔ期間では、緑色光を発するＬＤ素子（Ｇ−ＬＤ）５８−２のみを駆動し、ＬＤ素子５８−２から出射された緑色光を、反射型回転ホイール９０の波長変換部材６１が形成されていない第２領域に入射させて反射させることで、Ｇ画素の画像情報を表示する。最後の１／３Ｔ期間においては、緑色光を発するＬＤ素子（Ｇ−ＬＤ）５８−２のみを駆動し、緑色光を波長変換部材６１に入射させる。この緑色光によって波長変換部材６１に含まれる赤色蛍光体１２が励起されて赤色発光し、波長変換部材６１が赤色光を射出する。この赤色光により、Ｒ画素の画像情報を表示する。
【０２４５】
以上の構成によって、固体光源としてＬＤ素子を利用した高出力のプロジェクター装置７０が実現され得る。また、本実施形態のプロジェクター装置は、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体を用いることで、ＬＤ素子からの強い励起光に対して赤色蛍光体を輝度飽和させることなく赤色光を投影することができる。このため、本実施形態のプロジェクター装置は、プロジェクションマッピング等に使用され得る、発熱が少なく小型で効率の良い高出力プロジェクター装置として利用できる。
【０２４６】
なお、本実施形態においては、波長変換部材６１を含む赤色蛍光体領域は、反射型回転ホイール９０の円周のおおむね１／３に対応する領域であるが、これに限定されない。表示画像の色調にあわせて、赤色蛍光体領域は、透過型回転ホイール９０の円周の１／３以上に対応する領域であってもよいし、または、１／３未満に対応する領域であってもよい。
【０２４７】
また、本実施形態の駆動方法においては、ＲＧＢの３色を表示する期間を１／３Ｔに均等に分割したが、これに限定されない。反射型回転ホイール９０の波長変換部材６１の形成領域にあわせて１／３Ｔ以上あるいは１／３Ｔ未満としてもよい。
【０２４８】
また、本実施形態の駆動方法においては、ＲＧＢの３色を表示する期間１／３Ｔ内において一定の駆動電流を用いて駆動を行っているが、これに限定されない。表示画像の色調にあわせて、青色光を発するＬＤ素子５８−１、および、緑色光を発するＬＤ素子５８−２の駆動電流値を変化させてもよい。
【０２４９】
また、本実施形態の駆動方法においては、ＲＧＢの３色を表示する期間１／３Ｔ内において一定の電圧パルスを用いて駆動を行っているが、これに限定されない。ＲＧＢそれぞれの表示期間を複数のパルス電圧で駆動し、表示画像の色調にあわせてＲＧＢそれぞれの駆動パルスをＰＷＭ変調によって制御してもよい。
【０２５０】
［実施形態５］
実施形態５では、本開示のプロジェクター装置の一例として、青色光を発するＬＤと緑色光を発するＬＤとが用いられ、さらに波長変換素子が反射型回転ホイールに設けられているプロジェクター装置について説明する。なお、本実施形態のプロジェクター装置は、プロジェクター用光源６０以外の構成は実施形態３のプロジェクター装置７０と同じである。したがって、ここでは、プロジェクター用光源６０についてのみ詳細に説明する。
【０２５１】
図３２は、本実施形態におけるプロジェクター用光源６０の概略構成を示している。なお、図中、青色光をＢ、緑色光をＧ、赤色光をＲ、と示している。
【０２５２】
プロジェクター用光源６０は、ＬＤ素子５８−１およびＬＤ素子５８−２と、入射光学系であるレンズ５９と、波長変換部材６１が設けられた反射型回転ホイール９０と、緑反射／青透過ダイクロイックミラー９７と、ハーフミラー９３と、ミラー９５と、を備える。
【０２５３】
ＬＤ素子５８−１は、青色光を発するＬＤである。ＬＤ素子５８−２は、緑色光を発するＬＤである。ＬＤ素子５８−１には、青色領域で発光するものが用いられ、波長４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内に発光スペクトルのピークを有するものが用いられる。ＬＤ素子５８−１として、具体的には、青色光を出射するＬＤ素子が用いられる。ＬＤ素子５８−１として、ＧａＮ系半導体レーザー装置、すなわちＧａＮ系のＬＤを用いてもよい。ＬＤ素子５８−２には、緑色領域で発光するものが用いられ、波長４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内に発光スペクトルのピークを有するものが用いられる。ＬＤ素子５８−２として、具体的には、緑色光を出射するＬＤ素子が用いられる。ＬＤ素子５８−２として、ＧａＮ系半導体レーザー装置、すなわちＧａＮ系のＬＤを用いてもよい。ＬＤ素子５８−２として、第２高調波発生器を備えたＹＡＧ：Ｎｄ固体レーザー装置を用いてもよい。
【０２５４】
波長変換部材６１は、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体１２を含む。Ｃｅを発光中心とする赤色蛍光体については、実施形態１で説明したとおりであるため、ここでは詳細な説明を省略する。上述のとおり、波長変換部材６１は反射型回転ホイール９０に設けられている。波長変換部材６１は、励起光である緑色光が入射する第１面と、第１面の反対側の第２面とを有する。反射型回転ホイール９０は、反射層９１を備えている。反射層９１は、波長変換部材６１の第２面側に配置された第１領域と、第１領域とは異なる第２領域とを含む。図３３に反射型回転ホイール９０の概略図を示す。波長変換部材６１は、透過型回転ホイール９０の円周のおおむね１／３に対応する領域のみに設けられている。すなわち、波長変換部材６１は、回転ホイール９０の円周３６０度の約１／３（１２０度）の弧を有する扇方の領域のうち、円の中心付近を除く領域に設けられている。回転ホイール９０は、散乱体９９を含む散乱領域をさらに含む。散乱領域には蛍光体は含まれていない。散乱領域は、緑色光および青色光が入射する第３面と、第３面の反対側の第４面とを有する。反射層９１の第２領域は、散乱領域の第４面側に配置される。反射層９１の第２領域は、散乱領域を通過した青色光が当該第２領域入射した場合に当該青色光を反射する。また、反射層９１の第２領域は、散乱領域を通過した緑色光が当該第２領域入射した場合に当該緑色光を反射する。第２領域で反射され、散乱領域を通過した青色光および緑色光は、散乱領域の第３面から出射する。
【０２５５】
図３４に、プロジェクター用光源６０の出力光の色調を制御する制御方法の一例を示す。この制御は、後述するパルス制御部４０１、４０２および制御信号発生部４０３によって行われる。青色光を発するＬＤ素子５８−１、および、緑色光を発するＬＤ素子５８−２の駆動パルスを反射型回転ホイールの回転周期Ｔに同期させる。具体的には、最初の１／３Ｔ期間では、青色光を発するＬＤ素子（Ｇ−ＬＤ）５８−１のみを駆動する。ＬＤ素子５８−１から出射された青色光は、ミラー９５で反射され、次に緑反射／青透過ダイクロイックミラー９７を透過し、ハーフミラー９３を介して反射型回転ホイール９０の散乱領域に入射される。反射型回転ホイール９０の散乱領域に入射した青色光は、この散乱領域で散乱し、反射層９１で反射されて反射型回転ホイール９０を出射し、その後、ハーフミラー９３およびミラー９５を経由してプロジェクター用光源６０から出射する。プロジェクター用光源６０から出射された青色光で、Ｂ画素の画像情報を表示する。次の１／３Ｔ期間では、緑色光を発するＬＤ素子（Ｇ−ＬＤ）５８−２のみを駆動する。ＬＤ素子５８−２から出射された緑色光は、緑反射／青透過ダイクロイックミラー９７で反射され、ハーフミラー９３を介して反射型回転ホイール９０の散乱領域に入射される。反射型回転ホイール９０の散乱領域に入射した緑色光は、この散乱領域で散乱し、反射層９１で反射されて反射型回転ホイール９０を出射し、その後、ハーフミラー９３およびミラー９５を経由してプロジェクター用光源６０から出射する。プロジェクター用光源６０から出射された緑色光で、Ｇ画素の画像情報を表示する。最後の１／３Ｔ期間においては、緑色光を発するＬＤ素子（Ｇ−ＬＤ）５８−２のみを駆動し、ＬＤ素子５８−２から出射された緑色光は、ハーフミラー９３を経由して波長変換部材６１に入射される。この緑色光によって波長変換部材６１に含まれる赤色蛍光体が励起されて赤色発光し、波長変換部材６１が赤色光を射出する。射出された赤色光は、ハーフミラー９３およびミラー９５を経由してプロジェクター用光源６０から出射する。この赤色光により、Ｒ画素の画像情報を表示する。
【０２５６】
以上の構成によって、固体光源としてＬＤ素子を利用した高出力のプロジェクター装置が実現され得る。また、本実施形態のプロジェクター装置は、Ｃｅを発光中心とした赤色蛍光体を用いることで、ＬＤ素子からの強い励起光に対して赤色蛍光体を輝度飽和させることなく赤色光を投影することができる。このため、本実施形態のプロジェクター装置は、プロジェクションマッピング等に使用され得る、発熱が少なく小型で効率の良い高出力プロジェクター装置として利用できる。さらにまた、本実施形態のプロジェクター装置では、散乱体９９が配置された散乱領域を経由させることによって、青色光および緑色光をインコヒーレントな光として出力することが可能となり、アイセーフで高出力なプロジェクター装置を実現することができる。
【０２５７】
なお、本実施形態においては、波長変換部材６１を含む赤色蛍光体領域は、反射型回転ホイール９０の円周のおおむね１／３に対応する領域であるが、これに限定されない。表示画像の色調にあわせて、赤色蛍光体領域が透過型回転ホイール９０の円周の１／３以上に対応する領域であってもよいし、または、１／３未満に対応する領域であってもよい。
【０２５８】
また、本実施形態の駆動方法においては、ＲＧＢの３色を表示する期間を１／３Ｔに均等に分割したが、これに限定されない。反射型回転ホイール９０の波長変換部材６１の形成領域にあわせて１／３Ｔ以上あるいは１／３Ｔ未満としてもよい。
【０２５９】
また、本実施形態の駆動方法においては、ＲＧＢの３色を表示する期間１／３Ｔ内において一定の駆動電流を用いて駆動を行っているが、これに限定されない。表示画像の色調にあわせて、青色光を発するＬＤ素子５８−１、および、緑色光を発するＬＤ素子５８−２の駆動電流値を変化させてもよい。
【０２６０】
また、本実施形態の駆動方法においては、ＲＧＢの３色を表示する期間１／３Ｔ内において一定の電圧パルスを用いて駆動を行っているが、これに限定されない。ＲＧＢそれぞれの表示期間を複数のパルス電圧で駆動し、表示画像の色調にあわせてＲＧＢそれぞれの駆動パルスをＰＷＭ変調によって制御してもよい。
【０２６１】
図３５は、本実施形態の光源駆動部の一例を示すブロック図である。光源駆動部４０４は、上述した何れの実施形態にも適用することができ、上述した何れかの光源駆動を行う。光源駆動部４０４は、青色光源であるＬＤ素子５８−１と、緑色光源であるＬＤ素子５８−２と、パルス制御部４０１、４０２と、制御信号発生部４０３とを備えている。パルス制御部４０１、４０２および制御信号発生部４０３は、制御回路の一例である。パルス制御部４０１は、ＬＤ素子５８−１に駆動パルスを出力し、ＬＤ素子５８−１を駆動する。パルス制御部４０２は、ＬＤ素子５８−２に駆動パルスを出力し、ＬＤ素子５８−２を駆動する。電流制御部４０２は、制御信号をパルス制御部４０１、４０２に出力し、パルス制御部４０１、４０２が出力する駆動パルスのパルス幅を独立に制御する。これにより、ＬＤ素子５８−１、５８−２の光出力をおのおの独立に制御できる。
【０２６２】
本開示において、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部、又は図に示される機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、又はＬＳＩ（large scale integration）を含む一つ又は複数の電子回路によって実行されてもよい。ＬＳＩ又はＩＣは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩやＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ(very large scale integration)、若しくはＵＬＳＩ(ultra large scale integration)と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Field Programmable Gate Array (FPGA)、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるreconfigurable logic deviceも同じ目的で使うことができる。
【０２６３】
さらに、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウエア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウエアは一つ又は複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウエアが処理装置（processor）によって実行されたときに、そのソフトウエアで特定された機能が処理装置（processor）および周辺装置によって実行される。システム又は装置は、ソフトウエアが記録されている一つ又は複数の非一時的記録媒体、処理装置（processor）、及び必要とされるハードウエアデバイス、例えばインターフェース、を備えていても良い。
【０２６４】
本開示の実施形態、変形例および実施例からなる群より選択した少なくとも２つを適宜組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２６５】
本開示のプロジェクター装置は、様々なプロジェクター装置に利用でき、特に、高効率で高出力であることが求められるプロジェクションマッピング等のプロジェクター装置としても用いることができる。
【符号の説明】
【０２６６】
１２  赤色蛍光体
５８−１  ＬＤ素子
５８−２  ＬＤ素子
５９  入射光学系、レンズ
６０  プロジェクター用光源
６１  波長変換部材
６１−１  第１の蛍光体層
６２−１  第２の蛍光体層
７０  プロジェクター装置
８０  空間光変調素子
８１  投影レンズ
８２  スクリーン
９０  透過型回転ホイール、反射型回転ホイール
９１  反射層
９２  青反射／緑赤透過ダイクロイックミラー
９３  ハーフミラー
９５  ミラー
９７  緑反射／青透過ダイクロイックミラー
９９  散乱体
【図１Ａ】
2018008284.tif 000021
【図１Ｂ】
2018008284.tif 000022
【図２】
2018008284.tif 000023
【図３】
2018008284.tif 000024
【図４】
2018008284.tif 000025
【図５】
2018008284.tif 000026
【図６】
2018008284.tif 000027
【図７】
2018008284.tif 000028
【図８Ａ】
2018008284.tif 000029
【図８Ｂ】
2018008284.tif 000030
【図８Ｃ】
2018008284.tif 000031
【図８Ｄ】
2018008284.tif 000032
【図８Ｅ】
2018008284.tif 000033
【図８Ｆ】
2018008284.tif 000034
【図８Ｇ】
2018008284.tif 000035
【図８Ｈ】
2018008284.tif 000036
【図８Ｉ】
2018008284.tif 000037
【図８Ｊ】
2018008284.tif 000038
【図９】
2018008284.tif 000039
【図１０】
2018008284.tif 000040
【図１１】
2018008284.tif 000041
【図１２】
2018008284.tif 000042
【図１３】
2018008284.tif 000043
【図１４】
2018008284.tif 000044
【図１５】
2018008284.tif 000045
【図１６】
2018008284.tif 000046
【図１７】
2018008284.tif 000047
【図１８】
2018008284.tif 000048
【図１９Ａ】
2018008284.tif 000049
【図１９Ｂ】
2018008284.tif 000050
【図１９Ｃ】
2018008284.tif 000051
【図１９Ｄ】
2018008284.tif 000052
【図１９Ｅ】
2018008284.tif 000053
【図１９Ｆ】
2018008284.tif 000054
【図２０】
2018008284.tif 000055
【図２１】
2018008284.tif 000056
【図２２Ａ】
2018008284.tif 000057
【図２２Ｂ】
2018008284.tif 000058
【図２３】
2018008284.tif 000059
【図２４】
2018008284.tif 000060
【図２５】
2018008284.tif 000061
【図２６】
2018008284.tif 000062
【図２７】
2018008284.tif 000063
【図２８】
2018008284.tif 000064
【図２９】
2018008284.tif 000065
【図３０】
2018008284.tif 000066
【図３１】
2018008284.tif 000067
【図３２】
2018008284.tif 000068
【図３３】
2018008284.tif 000069
【図３４】
2018008284.tif 000070
【図３５】
2018008284.tif 000071
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月16日(2017.10.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、
前記光源部からの光を画素毎に制御して光学像を形成する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子で形成された前記光学像を対象スクリーンまで投影する投影光学系と、
を備えたプロジェクター装置であって、
前記光源部は、固体光源と、波長変換素子と、を含み、
前記固体光源は、４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する青色光および４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する緑色光を含む第１の光を発し、
前記波長変換素子は、少なくとも、Ｃｅを発光中心として含む赤色蛍光体を含み、
前記赤色蛍光体は、前記緑色光を受光した場合に第２の光を発し、
前記第２の光のスペクトルは、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有し、
前記赤色蛍光体は、母体材料として、窒化物または酸窒化物を含む、プロジェクター装置。
【請求項２】
前記固体光源が発する前記緑色光の前記ピーク波長が５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内にある、
請求項１に記載のプロジェクター装置。
【請求項３】
前記固体光源は、ＧａＮ系半導体レーザー装置を含む、
請求項１または２に記載のプロジェクター装置。
【請求項４】
前記ＧａＮ系半導体レーザー装置は、前記青色光を発し、
前記固体光源は、さらに、前記緑色光を発する第２高調波発生器を備えたＹＡＧ：Ｎｄ固体レーザー装置を含む、
請求項３に記載のプロジェクター装置。
【請求項５】
前記波長変換素子に含まれるすべての蛍光体の１／ｅ残光値が１００ｎｓ以下である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項６】
前記赤色蛍光体は、Ｃｅ以外のランタノイド元素またはＹを含む母体材料を含む、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項７】
前記赤色蛍光体は、正方晶（テトラゴナル）の結晶構造を有する母体材料を含む、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項８】
前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅxＭ3-x-yβ6γ11-zを有する結晶相を含有し、
Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群より選ばれる一種または二種以上の元素であり、
βは、Ｓｉを５０モル％以上含み、
γは、Ｎを８０モル％以上含み、
０＜ｘ≦０．６であり、
０≦ｙ≦１．０であり、
０≦ｚ≦１．０である、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項９】
前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅxＭ3-xＳｉ6-qＡｌqＮ11-zを有する結晶相を含有し、
０≦ｑ≦２．０である、
請求項８に記載のプロジェクター装置。
【請求項１０】
前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅxＬａ3-xＳｉ6-qＡｌqＮ11-zを有する結晶相を含有し、
０＜ｑ≦２．０である、
請求項９に記載のプロジェクター装置。
【請求項１１】
前記赤色蛍光体は、化学組成ＣｅxＹpＬａ3-x-pＳｉ6Ｎ11を有する結晶相を含有し、
（１．５−ｘ）≦ｐ≦（３−ｘ）である、
請求項９に記載のプロジェクター装置。
【請求項１２】
前記波長変換素子は、Ｃｅを発光中心として含むガーネット結晶を含む蛍光体をさらに含む、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項１３】
前記固体光源は、前記青色光を発する青色レーザー装置と、前記緑色光を発する緑色レーザー装置とを含み、
前記プロジェクター装置は、前記青色光と前記緑色光とを同軸で合波して前記波長変換素子に入射するダイクロイックミラーをさらに備える、
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項１４】
前記波長変換素子は、前記赤色蛍光体を含む第１の蛍光体層と、黄色蛍光体および黄緑色蛍光体からなる群より選択される少なくとも１つを含む第２の蛍光体層とを備える、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項１５】
前記青色光に対する前記赤色蛍光体の励起効率は、前記緑色光に対する前記赤色蛍光体の励起効率よりも低く、
前記第２の蛍光体は、前記青色光を受光した場合に励起され、
前記波長変換素子において、前記第１の蛍光体層は、前記第２の蛍光体層に対して光入射側に配置されている、
請求項１４に記載のプロジェクター装置。
【請求項１６】
前記光源部を制御する制御回路をさらに備え、
前記光源部は、透過領域と前記波長変換素子を含む赤色蛍光体領域とを含む透過型回転ホイールをさらに含み、
前記固体光源は、前記青色光を発する青色レーザー装置と、前記緑色光を発する緑色レーザー装置とを含み、
前記制御回路は、前記回転ホイールの回転と同期して時分割で前記青色レーザー装置および前記緑色レーザー装置から前記青色光および前記緑色光を出射させ、
前記透過領域は、少なくとも前記緑色光を透過させ、
前記空間光変調素子は、前記光源部から出射された青色光、緑色光および赤色光それぞれを画素毎に制御する、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項１７】
前記光源部を制御する制御回路をさらに備え、
前記光源部は、前記波長変換素子を含む赤色蛍光体領域を含む反射型回転ホイールをさらに含み、
前記固体光源は、前記青色光を発する青色レーザー装置と、前記緑色光を発する緑色レーザー装置とを含み、
前記赤色蛍光体領域は、前記緑色光が入射する第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有し、
前記反射型回転ホイールは、反射層をさらに備え、
前記反射層は、前記赤色蛍光体領域の前記第２面側に配置された第１領域と、前記第１領域とは異なる第２領域とを含み、
前記第１領域は、前記第２の光が当該第１領域に入射した場合に当該第２の光を反射し、
前記第２領域は、前記緑色光が当該第２領域に入射した場合に当該緑色光を反射し、
前記制御回路は、前記回転ホイールの回転と同期して時分割で前記青色レーザー装置および前記緑色レーザー装置から前記青色光および前記緑色光を出射させ、
前記空間光変調素子は、前記光源部から出射された青色光、緑色光および赤色光それぞれを画素毎に制御する、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のプロジェクター装置。
【請求項１８】
前記反射型回転ホイールは、散乱体を含む散乱領域をさらに含み、
前記散乱領域は、前記緑色光および前記青色光が入射する第３面と、前記第３面の反対側の第４面とを有し、
前記反射層の前記第２領域は、前記散乱領域の前記第４面側に配置され、前記青色光が当該第２領域入射した場合に当該青色光を反射し、
前記制御回路は、赤色投影時は前記緑色光が前記回転ホイールの前記赤色蛍光体領域に入射し、青色投影時は前記青色光が前記回転ホイールの散乱領域に入射し、緑色投影時は前記緑色光が前記回転ホイールの散乱領域に入射するように、前記反射型回転ホイールと同期して時分割で前記青色レーザー装置および前記緑色レーザー装置から前記青色光および前記緑色光を出射させる、
請求項１７に記載のプロジェクター装置。
【国際調査報告】
2018008284.tif 000072
2018008284.tif 000073
2018008284.tif 000074
2018008284.tif 000075