(57)【要約】  本開示の一実施形態の光源装置は、光源部と、光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを有し、波長変換素子は、回転軸を中心に回転可能な基板と、複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と、複数の量子ドットを含む量子ドット層とを備え、蛍光体層および量子ドット層は、光源部に対してこの順に配置されている。
2019035307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを有し、
前記波長変換素子は、
回転軸を中心に回転可能な基板と、
複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と、
複数の量子ドットを含む量子ドット層とを備え、
前記蛍光体層および前記量子ドット層は、前記光源部に対してこの順に配置されている
を備えた光源装置。
【請求項２】
前記波長変換素子は、前記蛍光体層の前記励起光の入射側に第１の光学膜を有する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１の光学膜は、反射防止膜または前記励起光を一定割合反射するダイクロイック膜である、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記波長変換素子は、前記蛍光体層と前記量子ドット層との間に第２の光学膜を有する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第２の光学膜は、前記励起光を反射するダイクロイック膜である、請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記波長変換素子は、前記基板と前記量子ドット層との間に第３の光学膜を有する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第３の光学膜は、誘電体多層膜または光反射性を有する金属膜である、請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記量子ドット層は、光透過性を有するバインダによって前記蛍光体層上に固定されると共に、前記蛍光体層は前記バインダを介して前記基板に接合されている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項９】
前記量子ドット層は、上面および下面が光透過性を有するバインダにより覆われている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記量子ドット層の周囲にはスペーサが配置されており、
前記基板と前記蛍光体層とは、前記スペーサを介して接合されている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記量子ドット層の端面は、ガスバリア材によって封止されている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記蛍光体層は、セラミックス蛍光体によって構成されている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記蛍光体層は、光透過性を有する基板と、前記量子ドット層との間の空間に前記複数の蛍光体粒子が充填されたものである、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記蛍光体層は、前記複数の蛍光体粒子がバインダにより互いに結合されている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記蛍光体層は、前記基板の回転円周方向に連続して形成されている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記基板は、光反射性または光透過性を有する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記基板は、互いに異なる波長を射出する複数の領域を有する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１８】
光源装置と、
前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの光を投射する投射光学系とを備え、
前記光源装置は、
光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを有し、
前記波長変換素子は、
回転軸を中心に回転可能な基板と、
複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と、
複数の量子ドットを含む量子ドット層とを備え、
前記蛍光体層および前記量子ドット層は、前記光源部に対してこの順に配置されている
投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、蛍光体ホイールを有する光源装置ならびにこれを備えた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタ用の固体光源では、Ｃｅ−ＹＡＧ（セリウム：イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体を励起し、その蛍光発光から不要な波長をフィルタでカットして赤色光および緑色光を得る方式が主流となっている。しかしながら、この方式での色域は、ＢＴ２０２０規格において６０％程度と狭い。また、ｓＲＧＢ規格の白色点であるＤ６５で表示する場合には、蛍光の赤色光成分が律速となる。このため、蛍光発光の緑色光成分を３０％程度捨てることになり、光源効率が低下するという問題があった。【０００３】
これに対して、例えば、特許文献１では、発光波長域を広げた光源装置が開示されている。この光源装置では、Ｃｅ−ＹＡＧ蛍光体側から励起光を入射させ、その背面に赤色蛍光体を配置することで、赤色蛍光体の輝度飽和を抑制して広色域かつ明るい光源を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１１４０４０号公報
【発明の概要】
【０００５】
ところで、プロジェクタ用の光源には、広色域化および高輝度化の両立が求められている。
【０００６】
広色域化および高輝度化を両立することが可能な光源装置および投射型表示装置を提供することが望ましい。
【０００７】
本開示の一実施形態の光源装置は、光源部と、光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを有し、波長変換素子は、回転軸を中心に回転可能な基板と、複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と、複数の量子ドットを含む量子ドット層とを備えたものであり、蛍光体層および量子ドット層は、光源部に対してこの順に配置されている。
【０００８】
本開示の一実施形態の投射型表示装置は、波長変換素子を有する光源装置と、光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、光変調素子からの光を投射する投射光学系とを備えるものである。この投射型表示装置に搭載された光源装置は、上記本開示の一実施形態の光源装置と同一の構成要素を有している。
【０００９】
本開示の一実施形態の光源装置および一実施形態の投射型表示装置では、波長変換素子として、回転軸を中心に回転可能な基板上に、複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と、複数の量子ドットを含む量子ドット層とを光源部に対してこの順に配置するようにした。これにより、励起光がまず蛍光体層に入射するようになる。これにより、量子ドット層が主に蛍光発光によって励起されることになり、ストークスロスが低減されると共に、量子ドット層の温度上昇が抑制される。よって、発光出力の変化および発光波長の変化を低減させることが可能となる。
【００１０】
本開示の一実施形態の光源装置および一実施形態の投射型表示装置によれば、光源部に対して蛍光体層および量子ドット層をこの順に配置するようにしたので、光源部から射出される励起光がまず蛍光体層に入射するようになり、ストークスロスが低減されると共に、量子ドット層の温度上昇が抑制され、量子ドットの発光出力の変化および発光波長の変化が低減される。よって高輝度化と共に、波長変換素子から出射される光の色域を拡大することが可能となる。
【００１１】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る蛍光体ホイールの構成の一例を表す断面模式図である。
【図２】図１に示した蛍光体ホイール全体の平面模式図である。
【図３】図１に示した蛍光体ホイール全体の断面模式図である。
【図４】量子ドットの構成を表す断面図である。
【図５】蛍光体層と量子ドット層との距離と投射画像の明るさとの関係を表す特性図である。
【図６】本開示の第１の実施の形態に係る蛍光体ホイールの構成の他の例を表す断面模式図である。
【図７】図１に示した蛍光体ホイールの製造工程を説明する流れ図である。
【図８】図１に示した蛍光体ホイールを有する光源装置の構成例を表す概略図である。
【図９】図８に示した光源装置を備えたプロジェクタの構成例を表す概略図である。
【図１０】基板上に蛍光体層のみを設けた蛍光体ホイールから射出される光のスペクトル図である。
【図１１】図１に示した構成を有する蛍光体ホイールから射出される光のスペクトル図である。
【図１２】一般的な光源装置から射出される光のスペクトルおよび図８に示した光源装置から射出される光のスペクトルを表す特性図である。
【図１３】本開示の変形例１に係る蛍光体ホイールの構成を表す断面模式図である。
【図１４】本開示の変形例２に係る蛍光体ホイールの構成を表す断面模式図である。
【図１５】本開示の変形例３に係る蛍光体ホイールの構成を表す断面模式図である。
【図１６】本開示の変形例４に係る蛍光体ホイールの構成を表す断面模式図である。
【図１７】本開示の変形例５に係る蛍光体ホイールの構成を表す断面模式図である。
【図１８Ａ】本開示の変形例６に係る蛍光体ホイールの構成を表す断面模式図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａに示した蛍光体ホイールを構成する基板の平面構造を表す模式図である。
【図１９】本開示の変形例７に係る蛍光体ホイールの構成を表す断面模式図である。
【図２０】本開示の変形例８に係る蛍光体ホイールの構成を表す断面模式図である。
【図２１】本開示の第２の実施の形態に係る蛍光体ホイールの構成の一例を表す断面模式図である。
【図２２】本開示の第２の実施の形態に係る蛍光体ホイールの構成の他の例を表す断面模式図である。
【図２３】本開示の変形例９に係る蛍光体ホイールの全体構成の一例を表す平面模式図である。
【図２４】図２３に示した蛍光体ホイールの構成の一例を表す断面模式図である。
【図２５】本開示の変形例９に係る蛍光体ホイールの全体構成の他の例を表す平面模式図である。
【図２６】本開示の変形例１０に係る固定型波長変換部の構成を表す断面模式図である。
【図２７】本開示の変形例１１に係る固定型波長変換部を有する光源装置の構成を表す概略図である。
【図２８】本開示の変形例１２に係る光源装置の構成例を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．第１の実施の形態（基板上に蛍光体層および量子ドット層を有する蛍光体ホイールを備えた光源装置）
１−１．蛍光体ホイールの構成
１−２．光源装置の構成
１−３．プロジェクタの構成
１−４．作用・効果
２．変形例
２−１．変形例１（量子ドット層を基板と蛍光体層とで挟持すると共に、量子ドット層の周囲にバインダ層を設けた例）
２−２．変形例２（バインダ層内に量子ドット層を封止した例）
２−３．変形例３（量子ドット層の周囲にスペーサを設けた例）
２−４．変形例４（量子ドット層の周囲にスペーサを設けると共に、バインダ層で封止した例）
２−５．変形例５（量子ドット層を、基板、蛍光体層およびガスバリア材によって形成される空間内に形成した例）
２−６．変形例６（量子ドット層をマイクロリフレクタ構造とした例）
２−７．変形例７（量子ドット層と対向基板との間に粒子状の蛍光体層を設けた例）
２−８．変形例８（量子ドット層上に粒子状の蛍光体層を固定した例）
３．第２の実施の形態（透過型の蛍光体ホイールの例）
４．変形例
４−１．変形例９（時分割型の蛍光体ホイールの例）
４−２．変形例１０（固定型の波長変換素子の例）
４−３．変形例１１（固定型の波長変換素子を有する光源装置の例）
４−４．変形例１２（光源装置の他の構成の例）
【００１４】
＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る波長変換素子（蛍光体ホイール１）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図２は、図１に示した蛍光体ホイール１の全体の平面構成を模式的に表したものであり、図１は、図２に示したＩ−Ｉ線における断面構成を表したものである。図３は、図２に示したＩＩ−ＩＩ線における蛍光体ホイール１の全体の断面構成を模式的に表したものである。この蛍光体ホイール１は、例えば、後述する投射型表示装置（プロジェクタ１０）の光源装置（光源装置１００）を構成するもの（図８，９参照）である。本実施の形態の蛍光体ホイール１は、基板１１の面Ｓ１側に設けられた蛍光体層１２と基板１１との間に量子ドット層１３が配設されたものである。
【００１５】
（１−１．蛍光体ホイールの構成）
本実施の形態の蛍光体ホイール１は、回転軸（例えば、軸１６Ｊ）を中心に回転可能な基板１１上に設けられた蛍光体層１２と基板１１との間に量子ドット層１３が設けられた構成を有する。量子ドット層１３は、例えば、基板１１と蛍光体層１２との間においてバインダ層１４によって封止されている。これら蛍光体層１２、量子ドット層１３およびバインダ層１４は、基板１１の光入射面（面Ｓ１）側に設けられており、後述する光源部１１０に対してこの順に配置されている。また、蛍光体層１２、量子ドット層１３およびバインダ層１４の側面には、ガスバリア材１５が設けられている。
【００１６】
基板１１は、蛍光体層１２および量子ドット層１３を支持するためのものであり、例えば、円板形状を有する。また、基板１１は、放熱部材としての機能を有することが好ましく、熱伝導率が高く、鏡面加工が可能な金属材料やセラミックス材料等の無機材料からなる。基板１１の構成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ），コバルト（Ｃｏ），クロム（Ｃｒ），白金（Ｐｔ），タンタル（Ｔａ），リチウム（Ｌｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ）またはパラジウム（Ｐｄ）等の単体金属、またはこれらを１種以上含む合金が挙げられる。あるいは、Ｗの含有率が８０原子％以上のＣｕＷや、Ｍｏの含有率が４０原子％以上のＣｕＭｏ等の合金を、基板１１を構成する金属材料として用いることもできる。セラミックス材料としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），酸化ベリリウム（ＢｅＯ），ＳｉとＳｉＣとの複合材料、またはＳｉＣとＡｌとの複合材料（但しＳｉＣの含有率が５０％以上のもの）を含むものが挙げられる。基板１１は、例えば、モータ１６によって、基板１１の中心を通る方線を回転軸Ｏとして、矢印Ｃ方向に回転可能となっている。
【００１７】
蛍光体層１２は、複数の蛍光体粒子を含むものであり、例えば、プレート状に形成されていることが好ましく、例えば、所謂セラミックス蛍光体によって構成されている。蛍光体層１２は、基板１１上に、例えば、円環状に形成されている。蛍光体粒子は、光源部１１０から照射される励起光ＥＬ１を吸収して蛍光ＦＬ１を発する粒子状の蛍光体である。蛍光体粒子としては、例えば、青色波長域（例えば４００ｎｍ〜４７０ｎｍ）の波長を有する青色レーザ光により励起されて黄色の蛍光（赤色波長域から緑色波長域の間の波長域の光）を発する蛍光物質が用いられている。このような蛍光物質として、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系材料が挙げられる。蛍光体粒子の平均粒径は、例えば、５μｍ以上４０μｍ以下であり、蛍光体層１２の厚さは、例えば、４０μｍ以上２００μｍ以下の厚みに形成されていることが好ましい。
【００１８】
量子ドット層１３は、複数の量子ドット１３Ａを含んで構成されたものである。図４は、量子ドット１３Ａの断面構成を表したものである。量子ドット１３Ａは、一般に数ｎｍの粒径を有する粒子であり、例えば、ＣｄＳｅ／ＺｎＳのように、ナノサイズの化合物半導体によって構成されるコア部１３ａと、このコア部１３ａの周囲に設けられたシェル層１３ｂと、シェル層１３ｂを覆うコート層１３ｃとから構成されている。シェル層１３ｂは、例えば、コア部１３ａを構成する化合物半導体よりもバンドギャップの大きな半導体によって構成されている。コート層１３ｃは、量子ドット１３Ａ（具体的には、コア部１３ａ）の凝集や酸化による発光強度の低下を防ぐためのものであり、例えば、炭化水素からなるリガンドやシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）や酸化アルミニウム膜（Ａｌ2Ｏ3膜）によって構成されている。コート層１３ｃは、例えば、１ｎｍ以上の厚みを有する。
【００１９】
バインダ層１４は、量子ドット層１３を封止すると共に、基板１１と蛍光体層１２とを接合するためのものである。バインダ層１４は、例えば、光透過性（特に可視光透過性）と共に、耐光性を有することが好ましい。更に、バインダ層１４は、ガスバリア性を有することが好ましい。バインダ層１４の構成材料としては、例えば、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、水ガラス等の低融点ガラス、シリコン酸化物（ＳｉＯ2）あるいは酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）が挙げられる。
【００２０】
本実施の形態の量子ドット層１３は、例えば、バインダ層１４に形成された空間に、図４に示した量子ドット１３Ａが密に充填された構成をとしてもよいし、あるいは、バインダ層１４に分散させた構成としてもよい。また、蛍光体層１２と量子ドット層１３との距離は、できるだけ近いことが好ましい。図５は、蛍光体層１２と量子ドット層１３との距離と投射画像の明るさとの関係を表したものである。蛍光体層１２と量子ドット層１３との距離が近いほど、蛍光体層１２および量子ドット層１３における発光を後述するＬＣＤや、ＬＣＯＳ、ＤＭＤ等の空間変調素子に照明するまでの光学系の効率を向上させることが可能となる。また、量子ドット層１３は、酸化チタン（ＴｉＯ2）等の光を散乱させる粒子を含む構成としてもよい。光を散乱させる粒子を含有させることで、量子ドット１３Ａにおける発光を量子ドット層１３から効率良く取り出すことができる。
【００２１】
ガスバリア材１５は、量子ドット層１３への酸素や水分の侵入を抑制するためのものであり、例えば、基板１１上から蛍光体層１２の端面にかけて設けられている。ガスバリア材１５の構成材料としては、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＡＬ2Ｏ3およびＡＬＯの単層膜あるいは上記材料を２種以上組み合わせた複合膜等が挙げられる。なお、ガスバリア材１５は、バインダ層１４がガスバリア性を十分に有する場合には、省略しても構わない。
【００２２】
モータ１６は、蛍光体ホイール１を所定の回転数で回転駆動するためのものである。モータ１６は、後述する光源部１１０から射出される励起光ＥＬの照射方向に直交する面内で蛍光体層１２および量子ドット層１３が回転するように蛍光体ホイール１を駆動する。これにより、蛍光体ホイール１の励起光ＥＬの照射位置が、励起光の照射方向に直交する面内において回転数に対応した速度で時間的に変化（移動）する。
【００２３】
また、本実施の形態の蛍光体ホイール１は、上記以外の部材が設けられていてもよい。図６は、本実施の形態の蛍光体ホイール１の断面構成の他の例を模式的に表したものである。
【００２４】
蛍光体ホイール１は、例えば、図６に示したように、基板１１の面Ｓ１側には、反射層１７を形成することが好ましい。反射層１７は、例えば、誘電体多層膜のほか、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）あるいはチタン（Ｔｉ）等の金属元素を含む金属膜等により形成されている。反射層１７は、光源部１１０から照射される励起光ＥＬ１や蛍光体層１２および量子ドット層１３において変換された蛍光ＦＬ１，ＦＬ２（図８参照）を反射し、蛍光体ホイール１における発光効率を高めるように機能する。なお、反射層１７を形成する場合には、基板１１は、光反射性を有していなくてもよい。その場合には、基板１１は、Ｓｉ単体やＳｉＣ、ダイアモンド、サファイア等の結晶材料のほか、石英やガラスを用いることができる。
【００２５】
また、蛍光体ホイール１は、例えば、図６に示したように、蛍光体層１２と量子ドット層１３との間に、光学薄膜１８を設けるようにしてもよい。この光学薄膜１８は、例えば、蛍光体層１２と量子ドット層１３との界面における量子ドット層で波長変換された光の反射ロスを低減させる機能を有することが好ましい。あるいは、短波長（例えば、３５０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長、例えば青色光）を反射する機能を有することが好ましく、これにより、量子ドット１３Ａの劣化を低減することが可能となる。
【００２６】
更に、蛍光体ホイール１は、例えば、図６に示したように、蛍光体層１２の表面に光学薄膜１９を設けるようにしてもよい。この光学薄膜１９は、周囲の空気と蛍光体層１２との界面における可視光（具体的には、光源部１１０から射出される励起光ＥＬ）の反射ロスを低減させる機能を有することが好ましく、具体的には、反射防止膜を設けることが好ましい。あるいは、励起光ＥＬを一定割合反射する機能を有することが好ましく、例えば、蛍光体層１２の表面にダイクロイックコートを施すことが好ましい。
【００２７】
本実施の形態の蛍光体ホイール１は、例えば、次のようにして製造することができる。図７は、蛍光体ホイール１の製造工程の流れを表したものである。
【００２８】
まず、蛍光体層１２を形成する（ステップＳ１０１）。蛍光体層１２をセラミックス蛍光体で構成する場合には、例えば、以下の方法を用いて形成する。まず、共沈法、固相反応法および各種ガスと固体との気相反応法等により蛍光体粉末を得たのち、適温にて焼成して粒径、組成、均一性および内部欠陥等を調製する。得られた蛍光体粉末を、例えばラバープレスで適当な形に成形したのち、ＨＩＰ処理する。これにより、セラミックス蛍光体（蛍光体層１２）が得られる。続いて、蛍光体層１２上に量子ドット層１３を塗布形成する（ステップＳ１０２）。次に、基板１１の面Ｓ１上に、バインダ層１４となるシリコン層を塗布する（ステップＳ１０３）。この後、量子ドット層１３とバインダ層１４とを貼り合わせる（ステップＳ１０４）。最後に、基板１１の面Ｓ１上に、バインダ層１４から蛍光体層１２にかけてガスバリア材１５を形成する（ステップＳ１０５）。以上により、蛍光体ホイール１が完成する。なお、酸化による量子ドットの劣化を防ぐために、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。
【００２９】
（１−２．光源装置の構成）
図８は、光源装置１００の全体構成を表す概略図である。光源装置１００は、蛍光体ホイール１と、光源部１１０と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１２と、１／４波長板１１３と、集光光学系１１４とを有する。蛍光体ホイール１は、例えば、反射型の波長変換素子であり、軸Ｊ１６により回転可能に支持されている。上記光源装置１００を構成する各部材は、蛍光体ホイール１側から、集光光学系１１４、１／４波長板１１３およびＰＢＳ１１２の順に、蛍光体ホイール１から射出される光（合波光Ｌｗ）の光路上に配置されている。光源部１１０は、合波光Ｌｗの光路と直交する方向で、且つ、ＰＢＳ１１２の１つの光入射面に対向する位置に配置されている。
【００３０】
光源部１１０は、所定の波長の光を射出する固体発光素子を有する。本実施の形態では、固体発光素子として、励起光ＥＬ（例えば、波長４４５ｎｍまたは４５５ｎｍの青色レーザ光）を発振する半導体レーザ素子が用いられており、光源部１１０〜は、直線偏光（Ｓ偏光）の励起光ＥＬが射出される。
【００３１】
なお、半導体レーザ素子で光源部１１０を構成する場合には、１つの半導体レーザ素子で所定の出力の励起光ＥＬを得る構成としてもよいが、複数の半導体レーザ素子からの出射光を合波して所定の出力の励起光ＥＬを得る構成としてもよい。更に、励起光ＥＬの波長は、上記数値に限定されず、青色光と呼ばれる光の波長帯域内の波長であれば任意の波長を用いることができる。
【００３２】
ＰＢＳ１１２は、光源部１１０から入射される励起光ＥＬと、蛍光体ホイール１から入射される合波光Ｌｗとを分離するものである。具体的には、ＰＢＳ１１２は、光源部１１０から入射した励起光ＥＬを１／４波長板１１３に向かって反射するものである。また、ＰＢＳ１１２は、蛍光体ホイール１から集光光学系１１４および１／４波長板１１３を透過して入射した合波光Ｌｗを透過し、透過された合波光Ｌｗは照明光学系２００（後出）に入射される。
【００３３】
１／４波長板１１３は、入射光に対してπ／２の位相差を生じさせる位相差素子であり、入射光が直線偏光の場合には直線偏光を円偏光に変換し、入射光が円偏光の場合には円偏光を直線偏光に変換するものである。本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１１２から射出される直線偏光の励起光ＥＬは、１／４波長板１１３によって円偏光の励起光ＥＬに変換される。また、蛍光体ホイール１から射出される合波光Ｌｗに含まれる円偏光の励起光成分は、１／４波長板１１３によって直線偏光に変換される。
【００３４】
集光光学系１１４は、１／４波長板１１３から射出された励起光ＥＬを所定のスポット径に集光し、集光された励起光ＥＬを蛍光体ホイール１に向けて射出するものである。また、集光光学系１１４は、蛍光体ホイール１から射出される合波光Ｌｗを平行光に変換し、その平行光を１／４波長板１１３に向けて射出するものである。なお、集光光学系１１４は、例えば、１枚のコリメートレンズで構成してもよいし、複数のレンズを用いて入射光を平行光に変換する構成としてもよい。
【００３５】
なお、光源部１１０から入射される励起光ＥＬと、蛍光体ホイール１から出射される合波光Ｌｗとを分離する光学部材の構成としては、ＰＢＳ１１２に限定されず、上述した光の分離動作を可能にする構成で張れば、任意の光学部材を用いることができる。また、光源装置１００内には、励起光ＥＬの照射に伴う蛍光体層１２および量子ドット層１３の発熱を冷却するため、冷却ファンを設けるようにしてもよい。
【００３６】
（１−３．プロジェクタの構成）
次に、本開示の投射型表示装置（プロジェクタ１０）について説明する。図９は、図８に示した光源装置１００を光源光学系として備えたプロジェクタ１０の全体構成を表した概略図である。なお、以下では、反射型の液晶パネル（ＬＣＤ）により光変調を行う反射型３ＬＣＤ方式のプロジェクタを例示して説明する。なお、蛍光体ホイール１は、反射型液晶パネルの代わりに、透過型液晶パネルやデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ：Digital Micro-mirror Device）等を用いたプロジェクタにも適用され得る。
【００３７】
プロジェクタ１０は、図９に示したように、上述した光源装置１００と、照明光学系２００と、画像形成部３００と、投影光学系４００（投射光学系）とを順に備えている。
【００３８】
照明光学系２００は、例えば、光源装置１００に近い位置からフライアイレンズ２１０（２１０Ａ，２１０Ｂ）と、偏光変換素子２２０と、レンズ２３０と、ダイクロイックミラー２４０Ａ，２４０Ｂと、反射ミラー２５０Ａ，２５０Ｂと、レンズ２６０Ａ，２６０Ｂと、ダイクロイックミラー２７０と、偏光板２８０Ａ〜２８０Ｃとを有している。
【００３９】
フライアイレンズ２１０（２１０Ａ，２１０Ｂ）は、光源装置１００からの白色光の照度分布の均質化を図るものである。偏光変換素子２２０は、入射光の偏光軸を所定方向に揃えるように機能するものである。例えば、Ｐ偏光以外の光をＰ偏光に変換する。レンズ２３０は、偏光変換素子２２０からの光をダイクロイックミラー２４０Ａ，２４０Ｂへ向けて集光する。ダイクロイックミラー２４０Ａ，２４０Ｂは、所定の波長域の光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を選択的に透過させるものである。例えば、ダイクロイックミラー２４０Ａは、主に赤色光を反射ミラー２５０Ａの方向へ反射させる。また、ダイクロイックミラー２４０Ｂは、主に青色光を反射ミラー２５０Ｂの方向へ反射させる。したがって、主に緑色光がダイクロイックミラー２４０Ａ，２４０Ｂの双方を透過し、画像形成部３００の反射型偏光板３１０Ｃ（後出）へ向かうこととなる。反射ミラー２５０Ａは、ダイクロイックミラー２４０Ａからの光（主に赤色光）をレンズ２６０Ａに向けて反射し、反射ミラー２５０Ｂは、ダイクロイックミラー２４０Ｂからの光（主に青色光）をレンズ２６０Ｂに向けて反射する。レンズ２６０Ａは、反射ミラー２５０Ａからの光（主に赤色光）を透過し、ダイクロイックミラー２７０へ集光させる。レンズ２６０Ｂは、反射ミラー２５０Ｂからの光（主に青色光）を透過し、ダイクロイックミラー２７０へ集光させる。ダイクロイックミラー２７０は、緑色光を選択的に反射すると共にそれ以外の波長域の光を選択的に透過するものである。ここでは、レンズ２６０Ａからの光のうち赤色光成分を透過する。レンズ２６０Ａからの光に緑色光成分が含まれる場合、その緑色光成分を偏光板２８０Ｃへ向けて反射する。偏光板２８０Ａ〜２８０Ｃは、所定方向の偏光軸を有する偏光子を含んでいる。例えば、偏光変換素子２２０においてＰ偏光に変換されている場合、偏光板２８０Ａ〜２８０ＣはＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。
【００４０】
画像形成部３００は、反射型偏光板３１０Ａ〜３１０Ｃと、反射型液晶パネル３２０Ａ〜３２０Ｃ（光変調素子）と、ダイクロイックプリズム３３０とを有する。
【００４１】
反射型偏光板３１０Ａ〜３１０Ｃは、それぞれ、偏光板２８０Ａ〜２８０Ｃからの偏光光の偏光軸と同じ偏光軸の光（例えばＰ偏光）を透過し、それ以外の偏光軸の光（Ｓ偏光）を反射するものである。具体的には、反射型偏光板３１０Ａは、偏光板２８０ＡからのＰ偏光の赤色光を反射型液晶パネル３２０Ａの方向へ透過させる。反射型偏光板３１０Ｂは、偏光板２８０ＢからのＰ偏光の青色光を反射型液晶パネル３２０Ｂの方向へ透過させる。反射型偏光板３１０Ｃは、偏光板２８０ＣからのＰ偏光の緑色光を反射型液晶パネル３２０Ｃの方向へ透過させる。また、ダイクロイックミラー２４０Ａ，２４０Ｂの双方を透過して反射型偏光板３１０Ｃに入射したＰ偏光の緑色光は、そのまま反射型偏光板３１０Ｃを透過してダイクロイックプリズム３３０に入射する。更に、反射型偏光板３１０Ａは、反射型液晶パネル３２０ＡからのＳ偏光の赤色光を反射してダイクロイックプリズム３３０に入射させる。反射型偏光板３１０Ｂは、反射型液晶パネル３２０ＢからのＳ偏光の青色光を反射してダイクロイックプリズム３３０に入射させる。反射型偏光板３１０Ｃは、反射型液晶パネル３２０ＣからのＳ偏光の緑色光を反射してダイクロイックプリズム３３０に入射させる。
【００４２】
反射型液晶パネル３２０Ａ〜３２０Ｃは、それぞれ、赤色光、青色光または緑色光の空間変調を行うものである。
【００４３】
ダイクロイックプリズム３３０は、入射される赤色光、青色光および緑色光を合成し、投影光学系４００へ向けて射出するものである。
【００４４】
投影光学系４００は、レンズＬ４１０〜Ｌ４５０と、ミラーＭ４００とを有する。投影光学系４００は、画像形成部３００からの出射光を拡大してスクリーン４６０等へ投射する。
【００４５】
（光源装置およびプロジェクタの動作）
続いて、図８および図９を参照して、光源装置１００を含めたプロジェクタ１０の動作について説明する。
【００４６】
まず、光源装置１００においてモータ１６が駆動し、蛍光体ホイール１が回転する。そののち、光源部１１０からＰＢＳに向けて励起光ＥＬが発振される。励起光ＥＬは、ＰＢＳ１１２によって反射されたのち、１／４波長板１１３および集光光学系１１４をこの順に透過して蛍光体ホイール１に照射される。
【００４７】
蛍光体ホイール１では、蛍光体層１２において励起光ＥＬ（青色光）の一部が吸収され、所定の波長帯域の光（蛍光ＦＬ１；黄色光）に変換される。蛍光体層１２において発光した蛍光ＦＬ１の一部は、蛍光体層１２において吸収されない励起光ＥＬの一部と共に拡散されて集光光学系１１４側に反射される。蛍光体層１２において集光光学系１１４側に反射されない蛍光ＦＬ２および励起光ＥＬは、量子ドット層１３において吸収され、所定の波長帯域の光（蛍光ＦＬ２；赤色光）に変換される。即ち、本実施の形態の蛍光体ホイール１は、黄色光および赤色光を含む波長帯域（例えば、４８０ｎｍ〜６８０ｎｍ）の光を発光する。量子ドット層１３において発光した蛍光ＦＬ２の一部は、量子ドット層１３において吸収されない蛍光ＦＬ２および励起光ＥＬと共に拡散されて集光光学系１１４側に反射される。量子ドット層１３において集光光学系１１４側に反射されない蛍光ＦＬ２，ＦＬ２および励起光ＥＬは、基板１１や反射層１７を設けている場合には、反射層１７によって集光光学系１１４側に反射される。
【００４８】
なお、上記のように蛍光体層１２の表面に、例えば、励起光ＥＬを一定割合反射する機能を有する光学薄膜１９（例えば、ダイクロイックコート）を設ける場合には、励起光ＥＬの一部は、この光学薄膜１９によって集光光学系１１４側に反射される。
【００４９】
その結果、蛍光体ホイール１内において、蛍光ＦＬ１，ＦＬ２および一部の励起光ＥＬが合波されて白色光が生成され、この白色光（合波光Ｌｗ）が集光光学系１１４に向かって出射される。
【００５０】
この後、合波光Ｌｗは、集光光学系１１４、１／４波長板１１３およびＰＢＳ１１２を透過して照明光学系２００に入射される。
【００５１】
光源装置１００から入射される合波光Ｌｗ（白色光）は、フライアイレンズ２１０（２１０Ａ，２１０Ｂ）と、偏光変換素子２２０と、レンズ２３０とを順次透過したのち、ダイクロイックミラー２４０Ａ，２４０Ｂに到達する。
【００５２】
ダイクロイックミラー２４０Ａにより主に赤色光が反射され、この赤色光は反射ミラー２５０Ａ、レンズ２６０Ａ、ダイクロイックミラー２７０、偏光板２８０Ａおよび反射型偏光板３１０Ａを順次透過し、反射型液晶パネル３２０Ａへ到達する。この赤色光は反射型液晶パネル３２０Ａにおいて空間変調されたのち、反射型偏光板３１０Ａにおいて反射されてダイクロイックプリズム３３０に入射する。なお、ダイクロイックミラー２４０Ａにより反射ミラー２５０Ａへ反射された光に緑色光成分が含まれる場合には、その緑色光成分はダイクロイックミラー２７０により反射されて偏光板２８０Ｃおよび反射型偏光板３１０Ｃを順次透過し、反射型液晶パネル３２０Ｃへ到達する。ダイクロイックミラー２４０Ｂでは主に青色光が反射され、同様の過程を経てダイクロイックプリズム３３０に入射する。ダイクロイックミラー２４０Ａ，２４０Ｂを透過した緑色光もまたダイクロイックプリズム３３０に入射する。
【００５３】
ダイクロイックプリズム３３０に入射した赤色光、青色光および緑色光は、合成されたのち映像光として投影光学系４００へ向けて射出される。投影光学系４００は、画像形成部３００からの映像光を拡大してスクリーン４６０等へ投射する。
【００５４】
（１−４．作用・効果）
前述したように、近年、プロジェクタ用の固体光源では、Ｃｅ−ＹＡＧ蛍光体を励起し、その蛍光発光から不要な波長をフィルタでカットして赤色光および緑色光を得る方式が主流となっている。しかしながら、この方式での色域は、ＢＴ２０２０規格において６０％程度と狭い。また、ｓＲＧＢ規格の白色点であるＤ６５で表示する場合には、蛍光の赤色光成分が律速となる。このため、蛍光発光の緑色光成分を３０％程度捨てることになり、光源効率が低下するという問題がある。
【００５５】
そこで、Ｃｅ−ＹＡＧ蛍光体側から励起光を入射し、その背面に赤色蛍光体を配置することで、赤色光成分を高め、広色域での明るさを向上させる技術が開発されている。しかしながら、その効果は十分とは言えず、励起光密度が比較的低い条件下においてわずかな輝度の向上に留まっている。このため、光密度が高い条件下では、赤色蛍光体の輝度飽和によって輝度の向上はさらに低下することが推察される。
【００５６】
ところで、プロジェクタ用の光源では色域の拡大が求められている。固体光源の波長変換材料としては、蛍光体の他に量子ドットが挙げられる。量子ドットは、ピーク波長をスペクトル効率が高い波長とすることができることに加え、発光波長幅もスペックルを生じない程度に狭くできる。また、量子ドットの蛍光寿命は短いため輝度飽和を起こしにくく、さらに優れた量子効率を有するため、量子ドットを固体光源の波長変換材料として用いた場合には、広色域で明るい光源を実現することができる。しかしながら、励起光密度の高い条件下で量子ドットを使用した場合、劣化により光源寿命が短くなるという問題があった。また、量子ドットは、ＹＡＧ蛍光体やＳＣＡＳＮ蛍光体等の一般的な蛍光体と比較して、励起光の強度や温度によって発光波長が大きく変化するという問題があった。
【００５７】
これに対して本実施の形態では、基板１１の、光源部１１０から射出される励起光ＥＬ１の入射面となる面Ｓ１上に複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層１２を設け、この蛍光体層１２と基板１１との間に、複数の量子ドットを含む量子ドット層１３を設けるようにした。これにより、励起光ＥＬ１は、まず蛍光体層１２に入射するようになり、量子ドット層１３では、蛍光体層１２で変換された蛍光ＦＬ１が励起光として用いられるようになる。これにより、ストークスロスを低減できるため、量子ドット層１３の温度上昇が抑制され、発光波長の変化を低減することが可能となる。
【００５８】
図１０は、基板１１上に蛍光体層１２のみを形成した場合のスペクトル図であり、図１１は、蛍光体ホイール１から射出される光のスペクトル図である。図１１に示したように、本実施の形態の蛍光体ホイール１では、蛍光体層１２から射出される蛍光ＦＬ１（黄色光）に、量子ドット層１３から射出される蛍光ＦＬ２（赤色光）が加わるため、図１０と比較して、色域を拡大することが可能となる。
【００５９】
以上により、本実施の形態の光源装置１００では、蛍光体ホイール１の基板１１上に設けられた蛍光体層１２と基板１１との間に、量子ドット層１３を配置するようにしたので、光源部１１０から射出された励起光ＥＬ１は、まず蛍光体層１２において蛍光ＦＬ１に変換され、その一部が量子ドット層１３に吸収されて蛍光ＦＬ２に変換されるようになる。これにより、量子ドット層１３の温度上昇が抑制され、発光出力および発光波長の変化が低減される。よって、蛍光体ホイール１からは、図１１に示したように、広色域且つ色変化の少ない発光を得ることが可能となる。
【００６０】
図１２は、一般的な光源装置から射出される光のスペクトルと、本実施の形態の光源装置１００から射出される光のスペクトルとを表したものである。本実施の形態の光源装置１００から射出される光のスペクトルは実線で表しており、一般的な光源装置から射出される光のスペクトルは点線で表している。また、一般的な光源装置とは、基板上に蛍光体層が形成された蛍光体ホイールを備えたものである。本実施の形態の光源装置１００では、図１２に示したように、一般的な光源装置と比較して赤色成分は増加するものの、緑色成分が減少する。しかしながら、緑色成分は、一般的な蛍光体ホイールを用いた光源装置では、色バランスをとるために捨ててしまう。よって、本実施の形態の光源装置では、広色域条件下における輝度を向上させることが可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態のプロジェクタ１０を含めて、波長変換材料として量子ドットを用いるプロジェクタでは、吸収率の高い、例えば波長４４５ｎｍ〜４６５ｎｍの青色光やさらに短波長の光が励起光として用いられる。しかしながら、上記のような波長の短い光では、量子ドットのリガンド部を形成する有機分子が劣化しやすい。また、量子ドット内のコア部とシェル層との界面での結合状態が変化して波長変換効率が低下する虞がある。これに対して、本実施の形態の蛍光体ホイール１では、蛍光体層１２において変換された蛍光ＦＬ１を量子ドット層１３における励起光として用いるようにした。これにより、量子ドット１３Ａおよびこれを有する蛍光体ホイール１の寿命を向上させることが可能となる。
【００６２】
更に、本実施の形態では、量子ドット層１３をバインダ層１４やガスバリア材１５で封止するようにしたので、酸素や水分による量子ドット１３Ａの劣化を低減することが可能となる。
【００６３】
次に、第２の実施の形態および変形例１〜１１について説明する。以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００６４】
＜２．変形例＞
（２−１．変形例１）
図１３は、本開示の変形例１に係る蛍光体ホイール２Ａの断面構成を模式的に表したものである。図１３は、図２に示したＩ−Ｉ線における断面に相当するものである。本変形例の蛍光体ホイール２Ａは、量子ドット層１３の上面および下面を基板１１と蛍光体層１２とによって封止し、量子ドット層１３の側面をバインダ層１４およびガスバリア材１５によって封止したものである。
【００６５】
（２−２．変形例２）
図１４は、本開示の変形例２に係る蛍光体ホイール２Ｂの断面構成を模式的に表したものである。図１４は、図２に示したＩ−Ｉ線における断面に相当するものである。本変形例の蛍光体ホイール２Ｂは、量子ドット層１３をバインダ層１４内に設けたものである。
【００６６】
上記第１の実施の形態に示した蛍光体ホイール１は、バインダ層１４によって量子ドット層１３を蛍光体層１２側に封止する以外に、上記のような構成としてもよい。変形例１，２における蛍光体ホイール２Ａ，２Ｂは、上記第１の実施の形態と同様の効果を有する。
【００６７】
（２−３．変形例３）
図１５は、本開示の変形例３に係る蛍光体ホイール２Ｃの断面構成を模式的に表したものである。図１５は、図２に示したＩ−Ｉ線における断面に相当するものである。本変形例の蛍光体ホイール２Ｃは、量子ドット層１３の周囲にスペーサ２１を配置したものである、この蛍光体ホイール２Ｃでは、基板１１と蛍光体層１２とは、スペーサ２１を介して接合されている。
【００６８】
このように、本変形例では、基板１１と蛍光体層１２との間にスペーサ２１を配置するようにしたので、量子ドット層１３の膜厚が均一化される。これにより、蛍光体ホイール２Ｃに励起光が照射される軌跡下での量子ドット層１３の発光量が均一化され、回転周期に応じた光源の出力変化や色変化を低減することが可能となる。なお、スペーサ２１は、ガスバリア性を有することが好ましく、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＡＬ2Ｏ3およびＡＬＯの単層膜あるいは上記材料を２種以上組み合わせた複合膜等によって構成されている。
【００６９】
（２−４．変形例４）
図１６は、本開示の変形例４に係る蛍光体ホイール２Ｄの断面構成を模式的に表したものである。図１６は、図２に示したＩ−Ｉ線における断面に相当するものである。本変形例の蛍光体ホイール２Ｄは、第１の実施の形態と変形例３とを組み合わせたものであり、量子ドット層１３の周囲にはスペーサ２１が配置されると共に、その側面および下面がバインダ層１４によって封止されたものである。更に、バインダ層１４の側面には、適宜、基板１１じょうから蛍光体層１２の側面まで延在するガスバリア材１５を設けるようにしてもよい。
【００７０】
このように、本変形例では、スペーサ２１を用いて量子ドット層１３の膜厚を均一化しつつ、その周囲をバインダ層１４およびガスバリア材１５によって封止するようにしたので、均一な色度の光源発光と長時間の色変化安定性を得ることが可能となる。
【００７１】
（２−５．変形例５）
図１７は、本開示の変形例５に係る蛍光体ホイール２Ｅの断面構成を模式的に表したものである。図１７は、図２に示したＩ−Ｉ線における断面に相当するものである。本変形例の蛍光体ホイール２Ｅは、基板１１、蛍光体層１２およびガスバリア材１５によって形成される空間内に量子ドット１３Ａを充填させて量子ドット層１３を形成したものである。このように、量子ドット層１３は、必ずしも周囲にバインダ層１４やスペーサ２１を設ける必要はない。
【００７２】
（２−６．変形例６）
図１８Ａは、本開示の変形例６に係る蛍光体ホイール２Ｆの断面構成を模式的に表したものである。この図１８Ａは、図２に示したＩ−Ｉ線における断面に相当するものである。図１８Ｂは、蛍光体ホイール２Ｆを構成する基板１１の平面構造の一部を模式的に表したものである。本変形例の蛍光体ホイール２Ｆは、基板１１の表面（面Ｓ１）に反射構造Ｘ（マイクロリフレクタ構造）が形成された構成を有する。
【００７３】
反射構造Ｘは、基板１１の面Ｓ１に設けられたダム部１１Ｘによって構成されている。ダム部１１Ｘは、例えばテーパ形状を有すると共に、例えば基板１１と蛍光体層１２との間に設けられた量子ドット層１３を複数の空間に区画するように形成されている。ダム部１１Ｘを含む基板１１の表面には、例えば、反射層１７が形成されていることが好ましい。反射層１７は、上記第１の実施の形態と同様に、例えば、誘電体多層膜のほか、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）あるいはチタン（Ｔｉ）等の金属元素を含む金属膜等により形成されている。また、基板１１のダム部１１Ｘを含む表面には、反射層１７の代わりに、光散乱層を設けるようにしてもよい。光散乱層は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）膜や硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）膜により形成されている。また、ダム部１１Ｘ自体を上記ＴｉＯ2やＢａＳＯ4等の光散乱材を用いて形成するようにしてもよい。
【００７４】
ダム部１１Ｘは、ダム部１１Ｘよって区画される複数の空間が、例えば、図１８Ｂに示したように、ハニカム形状となるように形成することが好ましい。これにより、量子ドット層１３の平面内におけるダム部１１Ｘの割合が最も小さくなり、量子ドット層１３において変換された蛍光ＦＬ２を高効率で取り出すことが可能となる。隣り合うダム部１１Ｘの間隔（ｗ）は、例えば、４００μｍ以下であることが好ましく、ダム部１１Ｘの高さ（ｆ）は、例えば、２００μｍ以下であることが好ましい。
【００７５】
このように本変形例では、基板１１の表面（面Ｓ１）に、基板１１と蛍光体層１２との間に設けられた量子ドット層１３を複数の空間に区画する反射構造Ｘを設けるようにした。
これにより、例えば、反射構造Ｘによって区画された一の空間（セル）内の量子ドット１３Ａの発光（蛍光ＦＬ２）が、隣接する他の空間に拡がることを抑制することができる。即ち、量子ドット１３Ａの発光（蛍光ＦＬ２）が量子ドット層１３内に拡散することを抑制することが可能となる。これにより、量子ドット層１３における発光を、光源として低エテンデューな発光にすることができ、例えば、蛍光ＦＬ２の入射側への光取り出し効率を向上させることが可能となる。なお、この光取り出し効率は、蛍光ＦＬ２だけでなく、蛍光ＦＬ１および励起光ＥＬについても向上する。よって、プロジェクタ１０の投射画像の明るさを向上させることが可能となる。
【００７６】
（２−７．変形例７）
図１９は、本開示の変形例７に係る蛍光体ホイール２Ｇの断面構成を模式的に表したものである。図１９は、図２に示したＩ−Ｉ線における断面に相当するものである。本変形例の蛍光体ホイール２Ｇは、蛍光体層２２を粒子状の蛍光体を用いて形成したものである。本変形例における蛍光体層２２は、例えば、内部に量子ドット層１３が設けられたバインダ層１４を設け、このバインダ層１４と対向基板２３との間に、蛍光体粒子を充填することで形成されている。
【００７７】
対向基板２３は、光透過性を有する材料によって構成され、励起光ＥＬ１および蛍光体粒子および量子ドット１３Ａによって変換された蛍光ＦＬ１，ＦＬ２を透過する性質を有するものである。対向基板２３の構成材料としては、例えば、石英、ガラス、サファイア、水晶等が挙げられる。この中でも、熱伝導率の高いサファイアを用いることが好ましい。この他、後述する光源装置１００において出力の低い光源を用いる場合には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やシリコーン樹脂等の樹脂材料を用いることができる。
【００７８】
なお、図１９には示していないが、例えば、基板１１上から基板３１の端面にかけて、例えばガスバリア材１５を設けて蛍光体層１２の周囲を封止することが好ましい。
【００７９】
（２−８．変形例８）
図２０は、本開示の変形例８に係る蛍光体ホイール２Ｈの断面構成を模式的に表したものである。図２０は、図２に示したＩ−Ｉ線における断面に相当するものである。本変形例の蛍光体ホイール２Ｈは、変形例７と同様に、蛍光体層２２を粒子状の蛍光体を用いて形成したものである。本変形例における蛍光体層２２は、例えば、蛍光体粒子を焼結することで形成された粒子集積層によって構成されたものである。
【００８０】
このように、蛍光体層２２は、上記第１の実施の形態のようにセラミックス蛍光体以外の構成としても、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また、蛍光体層２２は、上記以外に、例えば、複数の蛍光体粒子と共に樹脂やバインダを用いた構成するようにしてもよい。バインダは隣り合う位置の蛍光体粒子と他の蛍光体粒子とを結合するものであると共に、蛍光体粒子と、例えばバインダ層１４の表面とを結合するものでもある。バインダは、無機バインダが望ましく、例えば、水ガラス等の無機材料の架橋値を含むものである。水ガラスとは、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムまたはケイ酸ソーダと呼ばれるケイ酸化合物であり、ＳｉＯ2（無水珪酸）とＮａ2Ｏ（酸化ソーダ）またはＫ2Ｏ（酸化カリ）とが所定の比率で混合した液体である。分子式はＮａ2Ｏ・ｎＳｉＯ2で表される。この他にも、ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）やシリコン樹脂、エポキシ樹脂等のバインダを用いてもよい。
【００８１】
＜３．第２の実施の形態＞
図２１は、本開示の第２の実施の形態に係る波長変換素子（蛍光体ホイール３Ａ）の断面構成を模式的に表したものである。図２１は、図２に示したＩ−Ｉ線における断面に相当するものである。本実施の形態の蛍光体ホイール３は、透過型の蛍光体ホイールであり、基板１１が光透過性を有する材料によって構成されたものである。
【００８２】
本実施の形態の蛍光体ホイール３では、上記第１の実施の形態と同様に、基板３１と蛍光体層１２との間に量子ドット層１３が配置されており、光源部１１０から射出された励起光ＥＬ１は、まず、蛍光体層１２に入射するようになっている。また、本実施の形態では、蛍光体層１２上および蛍光体層１２と量子ドット層１３との間およびに、それぞれ光学薄膜３２，３３が設けられた構成を有する。
【００８３】
基板３１は、例えば、上記対向基板２３と同様に、光透過性を有する材料によって構成され、励起光ＥＬ１および蛍光体層１２および量子ドット層１３において変換された蛍光ＦＬ１，ＦＬ２を面Ｓ２側に透過する性質を有するものである。基板３１の構成材料としては、例えば、石英、ガラス、サファイア、水晶等が挙げられる。この中でも、熱伝導率の高いサファイアを用いることが好ましい。この他、後述する光源装置１００において出力の低い光源を用いる場合には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やシリコーン樹脂等の樹脂材料を用いることができる。
【００８４】
光学薄膜３２は、励起光ＥＬ１を透過すると共に、蛍光体層１２で変換された蛍光ＦＬ１を反射するものである。この光学薄膜３２を蛍光体層１２上に設けることにより、蛍光体層１２で変換された蛍光ＦＬ１を出射側（基板３１側）により効率よく取り出すことが可能となる。
【００８５】
光学薄膜３３は、量子ドット層１３において変換された蛍光ＦＬ２を反射すると共に、この蛍光ＦＬ２よりも短波長な光（具体的には、励起光ＥＬ１および蛍光体層１２で変換された蛍光ＦＬ１）を透過するものである。この光学薄膜３３を蛍光体層１２と量子ドット層１３との間に設けることにより、量子ドット層１３で変換された蛍光ＦＬ２を出射側（基板３１側）により効率よく取り出すことが可能となる。
【００８６】
また、本実施の形態の蛍光体ホイール３Ａは、上記以外の部材が設けられていてもよい。図２２は、本実施の形態の蛍光体ホイール３Ａの他の例としての蛍光体ホイール３Ｂの断面構成を模式的に表したものである。
【００８７】
蛍光体ホイール３Ｂは、基板３１の面Ｓ１上に、蛍光体層１２および量子ドット層１３がこの順に設けられたものである。蛍光体ホイール３Ｂでは、光源部１１０から射出された励起光ＥＬ１は、基板３１を透過して、まず蛍光体層１２に入射する。この蛍光体ホイール１３Ｂでは、基板３１と蛍光体層１２との間に光学薄膜３２が、蛍光体層１２と量子ドット層１３との間に光学薄膜３３が設けられている。蛍光体ホイール３Ｂは、さらに、量子ドット層１３上（具体的には、量子ドット層１３を封止するバインダ層１４上）に光学薄膜３４が、基板３１の面Ｓ２側に光学薄膜３５が設けられている。
【００８８】
光学薄膜３４は、バインダ層１４と周囲の空気との界面における蛍光ＦＬ１，ＦＬ２の反射ロスを低減するためのものである。なお、光学薄膜３４の代わりに、バインダ層１４の表面に微小な凹凸構造を設けることでも同様の効果が得られる。
【００８９】
光学薄膜３５は、周囲の空気と基板３１との界面での励起光ＥＬ１の反射ロスを低減させる機ものであり、具体的には、反射防止膜を設けることが好ましい。
【００９０】
以上、本実施の形態の蛍光体ホイール３Ａ，３Ｂでは、光透過性を有する基板３１を用い、所謂透過型の蛍光体ホイールを構成した。上記のような構成をすることにより、第１の実施の形態において説明した反射型の蛍光体ホイール１と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
＜４．変形例＞
（４−１．変形例９）
図２３は、本開示の変形例９に係る蛍光体ホイール４Ａの平面構成の模式的に表したものである。本変形例の蛍光体ホイール４Ａは、時分割型の蛍光体ホイールであり、光透過性を有する基板３１上に、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する３つの領域（赤色変換領域１４０Ｒ，緑色変換領域１４０Ｇ，青色拡散領域１４０Ｂ）が設けられた構成を有する。
【００９２】
赤色変換領域１４０Ｒは、例えば、図２４に示したように、基板３１の面Ｓ１上に、青色ダイクロイックフィルタ４２Ｂ、蛍光体層１２、赤色量子ドット層１３Ｒ、バインダ層１４および赤色フィルタ４３Ｒがこの順に積層された構成を有する。青色ダイクロイックフィルタ４２Ｂは、青色光（励起光ＥＬ１）のみを透過し、その他の波長の光は反射するものである。赤色量子ドット層１３Ｒは、蛍光体層１２によって変換された蛍光ＦＬ１によって励起されて赤色の蛍光（ＦＬ２Ｒ）を発するものである。赤色フィルタ４３Ｒは、赤色光（ＦＬ２Ｒ）のみを透過し、その他の波長の光を反射するものである。これにより、赤色変換領域１４０Ｒからは、蛍光ＦＬ１と共に、赤色光ＦＬ２Ｒが取り出される。
【００９３】
緑色変換領域１４０Ｇは、赤色変換領域１４０Ｒと同様に、基板３１の面Ｓ１上に、青色ダイクロイックフィルタ４２Ｂ、蛍光体層１２、緑色量子ドット層１３Ｇ、バインダ層１４および緑色フィルタ４３Ｇがこの順に積層された構成を有する。緑色量子ドット層１３Ｇは、蛍光体層１２によって変換された蛍光ＦＬ１によって励起されて緑色の蛍光（ＦＬ２Ｇ）を発するものである。緑色フィルタ４３Ｇは、緑色光（ＦＬ２Ｇ）のみを透過し、その他の波長の光を反射するものである。これにより、緑色変換領域１４０Ｇからは、緑色光ＦＬ２Ｇが取り出される。なお、緑色変換領域１４０Ｇでは緑色量子ドット層１３Ｇは省略しても構わない。緑色量子ドット層１３Ｇを設けることにより、緑色変換領域１４０Ｇから取り出される緑色成分が向上する。
【００９４】
青色拡散領域１４０Ｂには、例えば、拡散層４１が形成されている。拡散層４１は、励起光ＥＬ１を拡散して青色拡散領域１４０Ｂから取り出される青色光の拡散を他の領域から取り出される赤色光および緑色光と均一にするためのものである。青色拡散領域１４０Ｂには、この他、青色量子ドット層およびこれを封止するバインダ層１４を設けるようにしてもよい。青色量子ドット層を設けることにより、青色光である励起光ＥＬ１の波長を変えて、スペックルの発生を低減することが可能となる。
【００９５】
また、本変形例の蛍光体ホイール４Ａは、例えば、図２５に示したような構成としてもよい。図２５に示した蛍光体ホイール４Ｂは、Ｒ，Ｇ，Ｂに加えて白色（Ｗ；白色変換領域１４０Ｗ）に対応する領域を設けたものである。白色変換領域１４０Ｗには、例えば、基板３１の面Ｓ１上に、青色ダイクロイックフィルタ４２Ｂ、蛍光体層１２および拡散層４１がこの順に積層されたている。赤色変換領域１４０Ｒ，緑色変換領域１４０Ｇ，青色拡散領域１４０Ｂに加えて白色変換領域１４０Ｗを設けることにより、輝度を向上させることが可能となる。
【００９６】
なお、図２３、図２４および図２５では、光学機能を有する層のみを示したが、蛍光体ホイール４Ａ，４Ｂは、この他の部材を備えていても構わない。例えば、基板３１の平面度および放熱性を高めるために、例えば、サファイア層やガラス層を設けるようにしてもよい。
【００９７】
また、上記第２の実施の形態の蛍光体ホイール３Ａ，３Ｂおよび変形例９の蛍光体ホイール４Ａ，４Ｂは、蛍光体ホイール１と同様に、上記変形例１〜６の構成をとることができる。
【００９８】
（４−２．変形例１０）
図２６は、本開示の変形例１０に係る波長変換素子（固定型波長変換部５）の断面構成を模式的に表したものである。この固定型波長変換部５は、集光レンズ５１Ａ，５１Ｂと、波長変換層５２と、ヒートシンク５３と、ヒートスプレッダ５４と、レンズホルダ５５とを有するものである。
【００９９】
固定型波長変換部５では、励起光が入射する順に、集光レンズ５１Ｂと、集光レンズ５１Ａとが配置されている。集光レンズ５１Ａは、波長変換層５２が接合された所定のレンズ面を有している。集光レンズ５１Ａは、集光レンズ５１Ｂを介して入射した励起光を波長変換層５２に集光するようになっている。また、集光レンズ５１Ａは、波長変換層５２からの蛍光成分を集光レンズ５１Ｂに向けて出射するようになっている。
【０１００】
集光レンズ５１Ｂは、光源部２０からの励起光を集光レンズ５１Ａに向けて集光するようになっている。また、集光レンズ５１Ｂは、集光レンズ５１Ａを介して入射した波長変換層５２からの蛍光成分を光源部２０に向けて集光するようになっている。集光レンズ５１Ｂは、例えば、集光レンズ５１Ａよりも外径が大きく、レンズホルダ５５によって外周部分が保持されている。
【０１０１】
波長変換層５２は、例えば、蛍光体層と量子ドット層とが積層されたものであり、上記第１の実施の形態等と同様に、励起光の入射側に蛍光体層が設けられている。波長変換層５２と、集光レンズ５１Ａの所定のレンズ面における波長変換層５２が接合された領域以外の領域とがすべて、熱伝導性層を介して放熱部材に接着されていることが好ましい。
【０１０２】
ヒートシンク５３およびヒートスプレッダ５４は、波長変換層５２の発熱を拡散し、温度を下げる放熱部材としての機能を有している。また、ヒートスプレッダ５４は、集光レンズ５１Ａの温度を下げる機能を有している。ヒートシンク５３は、ヒートスプレッダ５４の裏面に設けられている。ヒートシンク５３は、ヒートスプレッダ５４により拡散された熱を空気に伝えて放熱する機能を有している。ヒートシンク５３およびヒートスプレッダ５４は、金属やセラミックスによる熱伝導率が比較的高い材料によって構成されている。例えば、銅、アルミニウム、サファイア、またはモリブデンなどによって構成されている。
【０１０３】
レンズホルダ５５は、集光レンズ５１Ｂを位置決めして保持するためのものである。レンズホルダ５５は、ヒートスプレッダ５４と一体化させてもよい。
【０１０４】
（４−３．変形例１１）
図２７は、本開示の変形例１１に係る波長変換素子（固定型波長変換部６）を備えた光源装置５００の概略構成を表したものである。固定型波長変換部６は、凹面鏡６１と、波長変換部６４と、拡散板６５とを有するものであり、凹面鏡６１を用いて光源部１１０のレーザ群１１１から射出される励起光ＥＬを波長変換部６４に集光させる構造となっている。波長変換部６４は、例えばロッド状に形成された量子ドット層６３と、量子ドット層６３の表面に設けられた蛍光体層６２とから構成されている。固定型波長変換部６では、光源部１１０から射出された励起光ＥＬが拡散板６５によって凹面鏡６１の内部に拡散される。拡散された励起光ＥＬは、凹面鏡６１によって反射されて波長変換部６４に集光される。波長変換部６４では、励起光ＥＬの大部分が蛍光ＦＬ１に変換される。変換された蛍光ＦＬ１は量子ドット層１３に照射され、その一部が例えば赤色の蛍光ＦＬ２に変換され、蛍光ＦＬ１と共にレンズ１１８に向かって出射される。
【０１０５】
以上のように、本開示の光源装置を構成する波長変換素子は、上記第１，第２の実施の形態および変形例１〜８に示した回転型の波長変換素子（蛍光体ホイール１，２Ａ〜２Ｈ，３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ）だけでなく、上記変形例１０，１１において説明したような固定型の波長変換素子にも適用することができる。
【０１０６】
（４−４．変形例１２）
図２８は、本開示の変形例１２に係る光源装置６００の全体構成を表す概略図である。この光源装置６００は、例えば、図９に示したプロジェクタ１０の光源装置として用いられるものである。
【０１０７】
光源装置６００は、上述した蛍光体ホイール１と、拡散板６２１と、励起光またはレーザ光を発する光源部６１０と、レンズ６１２〜６１５と、ダイクロイックミラー６１６と、反射ミラー６１７とを有する。蛍光体ホイール１は、例えば、反射型の波長変換素子であり、軸Ｊ１６により回転可能に支持されている。拡散板６２１は、軸Ｊ６２１により回転可能に支持されている。光源部６１０は、第１のレーザ群６１０Ａと第２のレーザ群６１０Ｂとを有する。第１のレーザ群６１０Ａは励起光（例えば、波長４４５ｎｍまたは４５５ｎｍ）を発振する半導体レーザ素子６１１Ａが、第２のレーザ群６１０Ｂは青色レーザ光（例えば、波長４６５ｎｍ）を発振する半導体レーザ素子６１１Ｂが複数配列されたものである。ここでは便宜上、第１のレーザ群６１０Ａから発振される励起光をＥＬ１とし、第２のレーザ群６１０Ｂから発振される青色レーザ光（以下、単に青色光とする）をＥＬ２とする。
【０１０８】
本変形例では、蛍光体ホイール１は、第１のレーザ群６１０Ａからレンズ６１２と、ダイクロイックミラー６１６と、レンズ６１３とを順に透過した励起光ＥＬ１が蛍光体層１２および量子ドット層１３の順に入射されるように配置されている。蛍光体ホイール１からの蛍光ＦＬ１はダイクロイックミラー６１６で反射されたのち、レンズ６１４を透過して外部、即ち、照明光学系２００へ向かうようになっている。拡散板６２１は、第２のレーザ群６１０Ｂから反射ミラー６１７を経由した青色光ＥＬ２を拡散させるものである。拡散板６２１で拡散された青色光ＥＬ２は、レンズ６１５およびダイクロイックミラー６１６を透過したのち、レンズ６１４を透過して外部、即ち照明光学系２００へ向かうようになっている。なお、光源装置６００内には、励起光ＥＬ１の照射に伴う蛍光体層１２および量子ドット層１３の発熱を冷却するため、冷却ファンを設けるようにしてもよい。
【０１０９】
続いて、図９および図２８を参照して、光源装置６００を含めたプロジェクタ１０の動作について説明する。
【０１１０】
まず光源装置６００において、モータ１６，６２２が駆動し、蛍光体ホイール１および拡散板６２１が回転する。そののち、光源部６１０における第１のレーザ群６１０Ａおよび第２のレーザ群６１０Ｂから励起光ＥＬ１および青色光ＥＬ２がそれぞれ発振される。
【０１１１】
励起光ＥＬ１は、第１のレーザ群６１０Ａから発振され、レンズ６１２とダイクロイックミラー６１６とレンズ６１３とを順に透過したのち、蛍光体ホイール１の蛍光体層１２に照射される。蛍光体層１２は励起光ＥＬ１の一部を吸収し、黄色光である蛍光ＦＬ１に変換し、これをレンズ６１３へ向けて発する。量子ドット層１３は、蛍光体層１２で変換された蛍光ＦＬ１の一部を吸収して、例えば、赤色光である蛍光ＦＬ２に変換し、これをレンズ６１３に向けて発する。蛍光ＦＬ１，ＦＬ２はダイクロイックミラー６１６により反射されたのち、レンズ６１４を透過して照明光学系２００へ向かう。
【０１１２】
青色光ＥＬ２は、第２のレーザ群６１０Ｂから発振され、反射ミラー６１７を経由したのち、拡散板６２１に照射される。拡散板６２１は、青色光ＥＬ２を拡散して、レンズ６１５へ向けて発する。青色光ＥＬ２はダイクロイックミラー６１６を透過したのち、レンズ６１４を透過して照明光学系２００へ向かう。
【０１１３】
このようにして、光源装置６００は、黄色光および赤色光である蛍光ＦＬ（ＦＬ１，ＦＬ２）と、青色光（ＥＬ２）とを合成した白色光を照明光学系２００へ入射させる。
【０１１４】
以上、第１，第２の実施の形態および変形例１〜１２を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み等は一例であってこれに限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよい。
【０１１５】
また、本技術に係る投射型表示装置として、上記プロジェクタ以外の装置が構成されてもよい。例えば、上記第１の実施の形態では、光変調素子として反射型液晶パネルを用いた反射型３ＬＣＤ方式のプロジェクタを挙げて説明したが、これに限らず、本技術は、透過型液晶パネルと用いた、所謂透過型３ＬＣＤ方式のプロジェクタにも適用することができる。
【０１１６】
更に、本技術は投射型表示装置ではない装置に本技術に係る光源装置が用いられてもよい。例えば、本開示の光源装置１００は、照明用途として用いてもよく、例えば、自動車のヘッドランプやライトアップ用の光源に適用可能である。
【０１１７】
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを有し、
前記波長変換素子は、
回転軸を中心に回転可能な基板と、
複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と、
複数の量子ドットを含む量子ドット層とを備え、
前記蛍光体層および前記量子ドット層は、前記光源部に対してこの順に配置されている
を備えた光源装置。
（２）
前記波長変換素子は、前記蛍光体層の前記励起光の入射側に第１の光学膜を有する、前記（１）に記載の光源装置。
（３）
前記第１の光学膜は、反射防止膜または前記励起光を一定割合反射するダイクロイック膜である、前記（２）に記載の光源装置。
（４）
前記波長変換素子は、前記蛍光体層と前記量子ドット層との間に第２の光学膜を有する、前記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（５）
前記第２の光学膜は、前記励起光を反射するダイクロイック膜である、前記（４）に記載の光源装置。
（６）
前記波長変換素子は、前記基板と前記量子ドット層との間に第３の光学膜を有する、前記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（７）
前記第３の光学膜は、誘電体多層膜または光反射性を有する金属膜である、前記（６）に記載の光源装置。
（８）
前記量子ドット層は、光透過性を有するバインダによって前記蛍光体層上に固定されると共に、前記蛍光体層は前記バインダを介して前記基板に接合されている、前記（１）乃至（７）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（９）
前記量子ドット層は、上面および下面が光透過性を有するバインダにより覆われている、前記（１）乃至（８）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（１０）
前記量子ドット層の周囲にはスペーサが配置されており、
前記基板と前記蛍光体層とは、前記スペーサを介して接合されている、前記（１）乃至（９）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（１１）
前記量子ドット層の端面は、ガスバリア材によって封止されている、前記（１）乃至（１０）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（１２）
前記蛍光体層は、セラミックス蛍光体によって構成されている、前記（１）乃至（１１）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（１３）
前記蛍光体層は、光透過性を有する基板と、前記量子ドット層との間の空間に前記複数の蛍光体粒子が充填されたものである、前記（１）乃至（１１）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（１４）
前記蛍光体層は、前記複数の蛍光体粒子がバインダにより互いに結合されている、前記（１）乃至（１１）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（１５）
前記蛍光体層は、前記基板の回転円周方向に連続して形成されている、前記（１）乃至（１４）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（１６）
前記基板は、光反射性または光透過性を有する、前記（１）乃至（１５）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（１７）
前記基板は、互いに異なる波長を射出する複数の領域を有する、前記（１）乃至（１６）のうちのいずれかに記載の光源装置。
（１８）
光源装置と、
前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの光を投射する投射光学系とを備え、
前記光源装置は、
光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する波長変換素子とを有し、
前記波長変換素子は、
回転軸を中心に回転可能な基板と、
複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と、
複数の量子ドットを含む量子ドット層とを備え、
前記蛍光体層および前記量子ドット層は、前記光源部に対してこの順に配置されている
投射型表示装置。
【０１１８】
本出願は、日本国特許庁において２０１７年８月１７日に出願された日本特許出願番号２０１７−１５７５７０号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
【０１１９】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2019035307.tif 000017
【図１６】
2019035307.tif 000018
【図１７】
2019035307.tif 000019
【図１８Ａ】
2019035307.tif 000020
【図１８Ｂ】
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【図１９】
2019035307.tif 000022
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
2019035307.tif 000032
2019035307.tif 000033
2019035307.tif 000034
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