(57)【要約】【課題】蛍光体層における局所的な温度上昇、及び、蛍光体の発光効率の低下を抑制することができる波長変換デバイスを提供する。【解決手段】波長変換デバイス１０は、入射面１１ａ、及び、入射面１１ａと反対側の出射面１１ｂを有し、入射面１１ａに入射したレーザ光を出射面１１ｂから出射する透光性基板１１と、出射面１１ｂから出射されるレーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体層１２と、出射面１１ｂ及び蛍光体層１２の間に位置する光拡散層１４とを備え、出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散層１４は、蛍光体層１２が設けられる領域の一部にのみ設けられる。【選択図】図３
2019090856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面、及び、前記入射面と反対側の出射面を有し、前記入射面に入射したレーザ光を前記出射面から出射する透光性基板と、
前記出射面から出射される前記レーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体層と、
前記出射面及び前記蛍光体層の間に位置する光拡散層とを備え、
前記出射面に垂直な方向から見た場合に、前記光拡散層は、前記蛍光体層が設けられる領域の一部にのみ設けられる
波長変換デバイス。
【請求項２】
前記出射面に垂直な方向から見た場合に、前記光拡散層は、円形状である
請求項１に記載の波長変換デバイス。
【請求項３】
前記出射面に垂直な方向から見た場合に、前記光拡散層は、円環状である
請求項１に記載の波長変換デバイス。
【請求項４】
さらに、前記出射面及び前記蛍光体層の間に位置する光学薄膜であって、前記レーザ光を透過し、かつ、前記蛍光を反射する特性を有する光学薄膜を備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長変換デバイス。
【請求項５】
前記光拡散層は、前記光学薄膜及び前記蛍光体層の間に位置する
請求項４に記載の波長変換デバイス。
【請求項６】
前記光拡散層は、前記光学薄膜及び前記透光性基板の間に位置する
請求項４に記載の波長変換デバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換デバイスと、
前記入射面に向けて前記レーザ光を発するレーザ光源とを備える
光源装置。
【請求項８】
前記出射面に垂直な方向から見た場合に、前記光拡散層は、前記レーザ光の強度が最大となる位置に設けられる
請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
前記出射面に垂直な方向から見た場合に、前記光拡散層は、前記レーザ光の強度がピーク強度の１／ｅ２倍よりも大きい所定強度以上となる領域にのみ設けられる
請求項７または８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記出射面に垂直な方向から見た場合に、前記光拡散層は、前記レーザ光の強度がピーク強度の１／ｅ倍よりも大きい所定強度以上となる領域にのみ設けられる
請求項７〜９のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射される光を集光または拡散させる光学部材とを備える
照明装置。
【請求項１２】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射される光を変調し、変調された光を映像として出力する映像素子と、
前記映像素子によって出力された前記映像を投写する投写レンズとを備える
投写型映像表示装置。
【請求項１３】
入射面、及び、前記入射面と反対側の出射面を有し、前記入射面に入射したレーザ光を前記出射面から出射する透光性基板と、
前記出射面から出射される前記レーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体層とを備え、
前記透光性基板は、前記入射面に入射した前記レーザ光を拡散する光拡散部を含み、
前記出射面に垂直な方向から見た場合に、前記光拡散部は、前記蛍光体層が設けられる領域の一部にのみ設けられる
波長変換デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光が照射されることにより発光する波長変換デバイスに関する。また、本発明は、このような波長変換デバイスを備える光源装置、照明装置、及び、投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ光を放射する固体発光素子と、蛍光体を含む波長変換デバイスとを組み合わせた光源装置が提案されている。特許文献１には、上記波長変換デバイスとして発光ホイールを備える、プロジェクタ用の光源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６８６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、波長変換デバイスにおいて、照射されるレーザ光の強度が比較的強い領域は温度が顕著に上昇し、蛍光体の発光効率の低下が生じる。また、蛍光体の輝度飽和現象によっても蛍光体の発光効率の低下が生じる。また、このような局所的な温度上昇は、熱膨張による波長変換デバイスの破損の原因となる。
【０００５】
本発明は、蛍光体層における局所的な温度上昇、及び、蛍光体の発光効率の低下を抑制することができる波長変換デバイスを提供する。また、本発明は、このような波長変換デバイスを備える光源装置、照明装置、及び、投写型映像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る波長変換デバイスは、入射面、及び、前記入射面と反対側の出射面を有し、前記入射面に入射したレーザ光を前記出射面から出射する透光性基板と、前記出射面から出射される前記レーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体層と、前記出射面及び前記蛍光体層の間に位置する光拡散層とを備え、前記出射面に垂直な方向から見た場合に、前記光拡散層は、前記蛍光体層が設けられる領域の一部にのみ設けられる。
【０００７】
本発明の一態様に係る光源装置は、前記波長変換デバイスと、前記入射面に向けて前記レーザ光を発するレーザ光源とを備える。
【０００８】
本発明の一態様に係る照明装置は、前記光源装置と、前記光源装置から出射される前記光を集光または拡散させる光学部材とを備える。
【０００９】
本発明の一態様に係る投写型映像表示装置は、前記光源装置と、前記光源装置から出射される前記光を変調し、変調された前記光を映像として出力する映像素子と、前記映像素子によって出力された前記映像を投写する投写レンズとを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光源装置、照明装置、及び、投写型映像表示装置においては、蛍光体層における局所的な温度上昇、及び、蛍光体の発光効率の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１に係る波長変換デバイスの外観斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る波長変換デバイスの平面図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における模式断面図である。
【図４】図４は、光拡散層の配置の第一の例を示す図である。
【図５】図５は、光拡散層の配置の第二の例を示す図である。
【図６】図６は、光拡散層の配置の第三の例を示す図である。
【図７】図７は、光拡散層の配置の第四の例を示す図である。
【図８】図８は、変形例に係る波長変換デバイスの模式断面図である。
【図９】図９は、実施の形態２に係る照明装置の外観斜視図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る照明装置の使用態様を示す模式断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３に係る投写型映像表示装置の外観斜視図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３に係る投写型映像表示装置の光学系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１３】
なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
【００１４】
また、以下の実施の形態で説明に用いられる図面においては座標軸が示される場合がある。座標軸におけるＺ軸方向は、例えば、鉛直方向であり、Ｚ軸＋側は、上側（上方）と表現され、Ｚ軸−側は、下側（下方）と表現される。Ｚ軸方向は、言い換えれば、波長変換デバイスが備える基板の入射面または出射面に垂直な方向である。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、Ｚ軸方向に垂直な平面（水平面）上において、互いに直交する方向である。Ｘ−Ｙ平面は、波長変換デバイスが備える基板の入射面または出射面に平行な平面である。例えば、以下の実施の形態において、「平面視」とは、Ｚ軸方向から見ることを意味する。
【００１５】
（実施の形態１）
［波長変換デバイスの構成］
まず、実施の形態１に係る波長変換デバイスの構成について図面を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る波長変換デバイスの外観斜視図である。図２は、実施の形態１に係る波長変換デバイスの平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における模式断面図である。なお、図３においては、各構成要素の厚みの大小関係などが正確ではない場合がある。
【００１６】
図１〜図３に示される、実施の形態１に係る波長変換デバイス１０は、励起光によって励起されて蛍光を発するデバイスである。波長変換デバイス１０は、具体的には、透光性基板１１と、蛍光体層１２と、光学薄膜１３と、光拡散層１４とを備える。蛍光体層１２中の蛍光体１２ｂが励起光によって励起されて蛍光を発する。波長変換デバイス１０は、言い換えれば、光透過型の蛍光体プレートであり、レーザ光源によって照射される青色レーザ光（励起光）の一部を黄色蛍光に波長変換して出射する。波長変換デバイス１０は、蛍光体層１２を透過した青色レーザ光と、蛍光体１２ｂが発する黄色蛍光とを含む白色光を出射する。なお、波長変換デバイス１０は、投写型映像表示装置に用いられる蛍光体ホイールであってもよい。
【００１７】
透光性基板１１は、透光性材料によって形成される基板である。透光性基板１１は、入射面１１ａ、及び、入射面１１ａと反対側の出射面１１ｂを有し、入射面１１ａに入射したレーザ光を出射面１１ｂから出射する。入射面１１ａは、言い換えれば、Ｚ軸−側の第一主面であり、出射面１１ｂは、言い換えれば、Ｚ軸＋側の第二主面である。入射面１１ａ及び出射面１１ｂは、背向する。出射面１１ｂには、光学薄膜１３が形成される。
【００１８】
透光性基板１１は、具体的には、サファイア基板である。透光性基板１１は、多結晶のアルミナもしくは窒化アルミニウムによって形成される透光性セラミック基板、透明ガラス基板、水晶基板、または透明樹脂基板などのその他の透光性を有する基板であってもよい。また、透光性基板１１の平面視形状は、円形等その他の形状であってもよい。
【００１９】
光学薄膜１３は、青色の波長域の光を透過し、黄色の波長域の光を反射する特性を有する薄膜である。つまり、光学薄膜１３は、レーザ光源が発するレーザ光を透過し、蛍光体層１２が発する蛍光を反射する特性を有する。光学薄膜１３によれば、波長変換デバイス１０の発光効率を高めることができる。光学薄膜１３は、言い換えれば、ダイクロイックミラー層である。
【００２０】
光学薄膜１３は、出射面１１ｂ及び蛍光体層１２の間に位置する。光学薄膜１３は、具体的には、出射面１１ｂ上に形成され、出射面１１ｂの全部を覆う。なお、光学薄膜１３は、出射面１１ｂの少なくとも一部を覆っていればよい。
【００２１】
蛍光体層１２は、出射面１１ｂから出射され、かつ、光学薄膜１３を透過したレーザ光によって励起されて蛍光を発する。蛍光体層１２は、光学薄膜１３上に部分的に形成される。蛍光体層１２の平面視形状は円形であるが、矩形または円環状などその他の形状であってもよい。
【００２２】
蛍光体層１２は、母材１２ａと、蛍光体１２ｂとを含む。蛍光体層１２は、例えば、蛍光体１２ｂを含む母材１２ａによって形成されたペーストが、透光性基板１１上に印刷されることによって形成される。
【００２３】
母材１２ａは、ガラスなどの無機材料、または、有機無機ハイブリッド材料によって形成される。このように、母材１２ａが無機材料を含むことにより、波長変換デバイス１０の放熱性を高めることができる。
【００２４】
蛍光体１２ｂは、蛍光体層１２（母材１２ａ）中に分散配置され、レーザ光源が発する青色レーザ光によって励起されて光を発する。つまり、蛍光体１２ｂは、励起光によって励起されて蛍光を発する。蛍光体１２ｂは、具体的には、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体などのイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系の黄色蛍光体であり、黄色蛍光を発する。なお、蛍光体１２ｂは、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体などの、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）系の黄色蛍光体であってもよい。なお、黄色蛍光体とは、例えば、蛍光ピーク波長が５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の蛍光体である。蛍光体１２ｂは、ＬｕＡＧ系の緑色蛍光体であってもよいし、ＹＡＧ系の緑色蛍光体であってもよい。
【００２５】
また、蛍光体層１２に含まれるほとんどの蛍光体１２ｂは、他の蛍光体１２ｂと直接接触している。このように、波長変換デバイス１０においては、蛍光体１２ｂの密集状態が維持されているため、一の蛍光体１２ｂで生じた熱が他の蛍光体１２ｂに伝わりやすい。したがって、放熱性が向上されている。
【００２６】
光拡散層１４は、出射面１１ｂから出射され、かつ、光学薄膜１３を透過したレーザ光を拡散する。光拡散層１４は、出射面１１ｂ及び蛍光体層１２の間に位置し、蛍光体層１２の透光性基板１１側の面の一部の領域のみと対向する。光拡散層１４は、具体的には、光学薄膜１３上に部分的に形成される。言い換えれば、出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散層１４は、蛍光体層１２が設けられる領域の一部にのみ設けられる。出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散層１４は、円形状であるが、矩形またはその他の多角形などであってもよい。なお、以下の実施の形態では、「出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に」は、「平面視において」とも表現される。
【００２７】
光拡散層１４は、蛍光体層１２へ向かうレーザ光を部分的に拡散する。これにより、平面視において、レーザ光の照射範囲のうち最も強度の高い位置が光拡散層１４と重なれば、強度の高いレーザ光が拡散されて蛍光体層１２に入射する。したがって、強度の高いレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。
【００２８】
光拡散層１４は、例えば、蛍光体層１２の母材１２ａと同じ材料を母材として、アルミナまたはシリカなどの光拡散粒子が分散配置されることによって形成される。これにより、蛍光体層１２及び光拡散層１４の間に界面が形成されることが抑制され、光の利用効率を高めることができる。
【００２９】
また、光拡散層１４は、蛍光体層１２の母材１２ａと異なる材料を母材としてもよい。例えば、光拡散層１４は、高屈折率の酸化亜鉛を母材としてもよい。この場合、レーザ光は、例えば、酸化亜鉛中に含まれる気泡により拡散される。
【００３０】
なお、光拡散層１４によって拡散された一部のレーザ光は、入射側に戻り、出射側から取り出せなくなる。したがって、平面視における光拡散層１４の面積が大きすぎると、波長変換デバイス１０の光取出し効率が低下する。したがって、平面視における光拡散層１４の最適な面積は、波長変換デバイス１０の使用環境温度、蛍光体の輝度飽和現象、及び、温度消光現象などの各種要因に基づいて適宜決定されるとよい。
【００３１】
［光拡散層の配置の第一の例］
次に、光拡散層１４の配置について説明する。図４は、光拡散層１４の配置の第一の例を示す図である。図４の（ａ）は、波長変換デバイス１０に照射されるレーザ光の強度分布を示し、図４の（ｂ）は、平面視における光拡散層１４の配置を示す。なお、図４の（ｂ）では、蛍光体層１２は、破線で図示されている。当該破線は、蛍光体層１２が設けられる領域を示す。
【００３２】
図４の例では、波長変換デバイス１０に照射されるレーザ光の強度分布（図４の（ａ））は、ガウシアン分布であり、レーザ光は、平面視における蛍光体層１２の中心位置Ｃにおいてピーク強度Ｉｐｅａｋとなる。なお、この場合の強度分布は、例えば、蛍光体層１２に入射する直前の位置における強度分布であって、波長変換デバイス１０において光拡散層１４が設けられない場合の強度分布である。強度分布は、透光性基板１１の入射面１１ａの位置または出射面１１ｂの位置など、他の位置における強度分布であってもよい。
【００３３】
この場合、光拡散層１４は、少なくとも、レーザ光の強度が最大となる位置、つまり、中心位置Ｃに設けられればよい。これにより、強度の高いレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。
【００３４】
また、図４の例では、平面視において、光拡散層１４は、レーザ光の強度がピーク強度Ｉｐｅａｋの１／ｅ２倍よりも大きい所定強度Ｉ１以上となる領域にのみ設けられる。図４の例では、このような領域は、例えば、中心位置Ｃを中心とする円形状であり、光拡散層１４も円形状となる。
【００３５】
図４のような光拡散層１４の配置によれば、強度が所定強度Ｉ１以上のレーザ光が光拡散層１４によって拡散されて蛍光体層１２に入射する。このため、強度が所定強度Ｉ１以上のレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制されることにより、蛍光体１２ｂの発光効率の低下、及び、熱膨張による波長変換デバイス１０の破損が抑制される。
【００３６】
［光拡散層の配置の第二の例］
図５は、光拡散層の配置の第二の例を示す図である。図５の（ａ）は、波長変換デバイス１０ａに照射されるレーザ光の強度分布を示し、図５の（ｂ）は、平面視における光拡散層１４ａの配置を示す。なお、図５の（ｂ）では、蛍光体層１２は、破線で図示されている。
【００３７】
図５の例では、波長変換デバイス１０ａに照射されるレーザ光の強度分布は、ガウシアン分布であり、レーザ光は、平面視における蛍光体層１２の中心位置Ｃにおいてピーク強度Ｉｐｅａｋとなる。図５の例では、平面視において、光拡散層１４ａは、レーザ光の強度がピーク強度Ｉｐｅａｋの１／ｅ倍よりも大きい所定強度Ｉ２以上となる領域にのみ設けられる。所定強度Ｉ２は、所定強度Ｉ１よりも大きい。このような領域は、例えば、中心位置Ｃを中心とする円形状であり、光拡散層１４ａも円形状となる。
【００３８】
図５のような光拡散層１４ａの配置によれば、強度が所定強度Ｉ２以上のレーザ光が光拡散層１４によって拡散されて蛍光体層１２に入射する。このため、強度が所定強度Ｉ２以上のレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。
【００３９】
また、所定強度Ｉ２が所定強度Ｉ１よりも大きい場合には、平面視における光拡散層１４ａの面積は、光拡散層１４の面積よりも小さくなる。そうすると、光拡散層１４ａでは、光拡散層１４よりも入射側に戻ってしまうレーザ光が減少する。つまり、光拡散層１４ａによれば、光取出し効率の高い波長変換デバイス１０ａが実現される。
【００４０】
［光拡散層の配置の第三の例］
波長変換デバイス１０に照射されるレーザ光の強度分布は、ガウシアン分布でない場合も考えられる。例えば、レーザ光源が複数の半導体レーザチップを組み合わせた構成である場合、波長変換デバイス１０に照射されるレーザ光の強度分布は、ガウシアン分布とならない場合がある。図６は、ガウシアン分布以外の強度分布に対応する、光拡散層の配置の第三の例を示す図である。図６の（ａ）は、波長変換デバイス１０ｂに照射されるレーザ光の強度分布を示し、図６の（ｂ）は、平面視における光拡散層１４ｂの配置を示す。なお、図６の（ｂ）では、蛍光体層１２は、破線で図示されている。
【００４１】
図６の例では、波長変換デバイス１０ｂに照射されるレーザ光の強度分布におけるピーク強度Ｉｐｅａｋの位置の軌跡は、円環状となる。波長変換デバイス１０ｂに照射されるレーザ光は、蛍光体層１２の中心位置Ｃにおいてピーク強度Ｉｐｅａｋとならない。このような場合、レーザ光の強度が所定強度Ｉ３以上となる領域は、円環状となる。そうすると、所定強度Ｉ３以上となる領域にのみ設けられる光拡散層１４ｂも円環状となる。
【００４２】
このように、平面視における光拡散層１４ｂの形状は、円環状であってもよい。また、光拡散層１４ｂの形状は、多角形状、矩形環状、またはレーストラック形状などであってもよい。
【００４３】
［光拡散層の配置の第四の例］
上記実施の形態において、光拡散層１４は、光学薄膜１３及び蛍光体層１２の間に位置したが、光拡散層１４の積層方向における位置は、このような位置に限定されない。図７は、光拡散層の配置の第四の例を示す図である。図７は、模式断面図である。
【００４４】
図７に示される波長変換デバイス１０ｃは、光学薄膜１３及び透光性基板１１の間に位置する光拡散層１４ｃを備える。平面視において、光拡散層１４ｃは、蛍光体層１２が設けられる領域の一部にのみ設けられる。平面視における光拡散層１４ｃの形状は、例えば、円形状であるが、円環状などその他の形状であってもよい。また、光拡散層１４ｃの具体的構成は、光拡散層１４等と同様である。
【００４５】
［変形例］
上記実施の形態では、透光性基板１１とは別に光拡散層１４が設けられたが、透光性基板１１の一部が光拡散層１４として機能してもよい。図８は、このような変形例に係る波長変換デバイスの模式断面図である。
【００４６】
図８に示される波長変換デバイス１０ｄが備える透光性基板１１は、入射面１１ａに入射したレーザ光を拡散する光拡散部１１ｄを含む。光拡散部１１ｄは、例えば、透光性基板１１のうち、表面（入射面１１ａまたは出射面１１ｂ）に凹凸構造などの光拡散構造が設けられた領域である。また、光拡散部１１ｄは、透光性基板１１のうち内部にアルミナまたはシリカなどの光拡散材が埋め込まれた領域であってもよい。
【００４７】
上記実施の形態の光拡散層１４等と同様に、平面視において、光拡散部１１ｄは、蛍光体層１２が設けられる領域の一部にのみ設けられる。光拡散部１１ｄは、蛍光体層１２へ向かうレーザ光を部分的に拡散する。これにより、平面視において、レーザ光の照射範囲のうち最も強度の高い位置が光拡散部１１ｄと重なれば、強度の高いレーザ光が拡散されて蛍光体層１２に入射する。したがって、強度の高いレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。
【００４８】
また、透光性基板１１の一部が光拡散部１１ｄとされる構成によれば、光拡散層１４等を別途設ける必要が無い利点がある。
【００４９】
なお、光拡散部１１ｄに、上記図４〜図６等で例示された配置（言い換えれば、形状）が適用されてもよい。つまり、出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散部１１ｄは、レーザ光の強度が最大となる位置に設けられてもよい。出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散部１１ｄは、レーザ光の強度が所定強度Ｉ１以上となる領域にのみ設けられてもよい。出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散部１１ｄは、所定強度Ｉ２以上となる領域にのみ設けられてもよい。
【００５０】
［効果等］
以上説明したように、波長変換デバイス１０は、入射面１１ａ、及び、入射面１１ａと反対側の出射面１１ｂを有し、入射面１１ａに入射したレーザ光を出射面１１ｂから出射する透光性基板１１と、出射面１１ｂから出射されるレーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体層１２と、出射面１１ｂ及び蛍光体層１２の間に位置する光拡散層１４とを備え、出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散層１４は、蛍光体層１２が設けられる領域の一部にのみ設けられる。
【００５１】
波長変換デバイス１０では、平面視において、レーザ光の照射範囲のうち最も強度の高い位置が光拡散層１４と重なれば、強度の高いレーザ光が拡散されて蛍光体層１２に入射する。したがって、強度の高いレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇、及び、蛍光体の発光効率の低下が抑制される。
【００５２】
また、例えば、出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散層１４は、円形状である。
【００５３】
このような円形状の光拡散層１４は、レーザ光の強度分布がガウシアン分布である場合に、レーザ光の強度の高い部分を選択的に拡散することができる。
【００５４】
また、例えば、出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散層１４ｂは、円環状である。
【００５５】
このような円形状の光拡散層１４は、レーザ光の強度分布が図６に示されるような分布である場合に、レーザ光の強度の高い部分を選択的に拡散することができる。
【００５６】
また、例えば、波長変換デバイス１０は、さらに、出射面１１ｂ及び蛍光体層１２の間に位置する光学薄膜１３であって、レーザ光を透過し、かつ、蛍光を反射する特性を有する光学薄膜１３を備える。
【００５７】
このような光学薄膜１３によれば、波長変換デバイス１０の発光効率を高めることができる。
【００５８】
また、波長変換デバイス１０において、光拡散層１４は、光学薄膜１３及び蛍光体層１２の間に位置する。
【００５９】
これにより、光拡散層１４ｃは、光学薄膜１３から出射され、かつ、蛍光体層１２に入射する前のレーザ光を拡散することができる。
【００６０】
また、波長変換デバイス１０ｃにおいて、例えば、光拡散層１４ｃは、光学薄膜１３及び透光性基板１１の間に位置する。
【００６１】
これにより、光拡散層１４ｃは、光学薄膜１３に入射する前のレーザ光を拡散することができる。
【００６２】
また、波長変換デバイス１０ｄは、入射面１１ａ、及び、入射面１１ａと反対側の出射面１１ｂを有し、入射面１１ａに入射したレーザ光を出射面１１ｂから出射する透光性基板１１と、出射面１１ｂから出射されるレーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体層１２とを備え、透光性基板１１は、入射面１１ａに入射したレーザ光を拡散する光拡散部１１ｄを含み、出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散部１１ｄは、蛍光体層１２が設けられる領域の一部にのみ設けられる。
【００６３】
波長変換デバイス１０ｄでは、平面視において、レーザ光の照射範囲のうち最も強度の高い位置が光拡散部１１ｄと重なれば、強度の高いレーザ光が拡散されて蛍光体層１２に入射する。したがって、強度の高いレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。
【００６４】
（実施の形態２）
［全体構成］
実施の形態２では、波長変換デバイス１０を備える光源装置、及び、光源装置を備える照明装置について説明する。図９は、実施の形態２に係る照明装置の外観斜視図である。図１０は、実施の形態２に係る照明装置の使用態様を示す模式断面図である。なお、図１０では、電源装置４０のみ断面ではなく側面が図示されている。
【００６５】
図９及び図１０に示されるように、照明装置１００は、建物の天井５０に取り付けられるダウンライトである。照明装置１００は、光源装置２０と、灯具３０と、電源装置４０とを備える。光源装置２０と灯具３０とは、光ファイバ２３によって光学的に接続される。光源装置２０と電源装置４０とは電源ケーブル２４によって電気的に接続される。
【００６６】
照明装置１００は、灯具３０が天井５０の開口部５１に対して挿入された状態で、天井５０に載置される。つまり、照明装置１００は、灯具３０の一部を除いて天井裏に配置される。
【００６７】
［光源装置］
次に、光源装置２０について詳細に説明する。光源装置２０は、青色レーザ光を発するレーザ光源２１と波長変換デバイス１０との組み合わせによって白色光を発する。つまり、光源装置２０は、励起光（青色レーザ光）と蛍光体１２ｂが発する蛍光とを含む白色光を出射する。光源装置２０は、レーザ光源２１と、ヒートシンク２２と、光ファイバ２３と、電源ケーブル２４と、波長変換デバイス１０とを備える。なお、光源装置２０は、波長変換デバイス１０に代えて、波長変換デバイス１０ａ、波長変換デバイス１０ｂ、波長変換デバイス１０ｃ、または、波長変換デバイス１０ｄを備えてもよい。
【００６８】
レーザ光源２１は、励起光を出射する励起光源の一例である。レーザ光源２１は、例えば、青色のレーザ光を発する半導体レーザである。レーザ光源２１の発光ピーク波長（発光中心波長）は、例えば、４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下である。レーザ光源２１は、青紫光または紫外光を発してもよい。レーザ光源２１は、具体的には、ＣＡＮパッケージ型の素子であるが、チップ型の素子であってもよい。
【００６９】
ヒートシンク２２は、発光中のレーザ光源２１の放熱に用いられる構造体である。ヒートシンク２２は、内部にレーザ光源２１を収容し、光源装置２０の外郭筐体としても機能する。ヒートシンク２２は、レーザ光源２１で発生した熱をヒートシンク２２に逃がすことができる。ヒートシンク２２は、例えば、アルミニウムまたは銅などの熱伝導性が比較的高い金属により形成される。
【００７０】
光ファイバ２３は、レーザ光源２１が発するレーザ光をヒートシンク２２の外部に導光する。光ファイバ２３の入射口は、ヒートシンク２２の内部に配置される。光ファイバ２３の入射口には、レーザ光源２１が発するレーザ光が入射される。光ファイバ２３の出射口は、灯具３０の内部に配置される。出射口から出射されるレーザ光は、灯具３０の内部に配置された波長変換デバイス１０に出射される。
【００７１】
電源ケーブル２４は、電源装置４０から供給される電力を光源装置２０に供給するためのケーブルである。電源ケーブル２４の一方の端部は、電源装置４０内の電源回路に接続され、電源ケーブル２４の他方の端部は、ヒートシンク２２に設けられた開口を通じてレーザ光源２１に接続される。
【００７２】
［灯具］
次に、灯具３０について説明する。灯具３０は、開口部５１に嵌められ、光ファイバ２３によって導光されたレーザ光を波長変換して所定の色の光を発する。灯具３０は、筐体３１と、保持部３２と、レンズ３３とを備える。
【００７３】
筐体３１は、保持部３２、波長変換デバイス１０、及び、レンズ３３を収容する、Ｚ軸＋側が開口した有底円筒状の部材である。筐体３１の外径は、開口部５１の直径よりもわずかに小さく、筐体３１は、開口部５１に嵌めこまれる。筐体３１は、より詳細には、取り付けばね（図示せず）によって開口部５１に固定される。筐体３１は、例えば、アルミニウムまたは銅などの熱伝導性が比較的高い金属により形成される。
【００７４】
保持部３２は、光ファイバ２３を保持する円柱状の部材であり、一部が筐体３１内に収容されている。保持部３２は、筐体３１の上部に配置される。光ファイバ２３は、保持部３２の中心軸に沿って形成された貫通孔に通された状態で保持される。保持部３２は、光ファイバ２３の出射口がＺ軸＋側（波長変換デバイス１０側）を向くように光ファイバ２３を保持する。保持部３２は、例えば、アルミニウムまたは銅などによって形成されるが、樹脂によって形成されてもよい。
【００７５】
レンズ３３は、筐体３１の出射口に配置され、波長変換デバイス１０から発せられた光の配光を制御する光学部材である。レンズ３３は、光源装置２０（波長変換デバイス１０）から出射される白色光を集光または拡散させる光学部材の一例である。レンズ３３の波長変換デバイス１０と対向する面は、波長変換デバイス１０から発せられた光を極力漏らすことなくレンズ３３内に取り込むことができる形状となっている。
【００７６】
［電源装置］
次に、電源装置４０について説明する。電源装置４０は、光源装置２０（レーザ光源２１）に電力を供給する装置である。電源装置４０の内部には、電源回路が収容される。電源回路は、光源装置２０を発光させるための電力を生成し、生成した電力を、電源ケーブル２４を通じて灯具３０に供給する。電源回路は、具体的には、電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣ−ＤＣ変換回路であり、レーザ光源２１には直流電流が供給される。
【００７７】
［実施の形態２の効果等］
以上説明したように、光源装置２０は、波長変換デバイス１０と、入射面１１ａに向けてレーザ光を発するレーザ光源２１とを備える。
【００７８】
このような光源装置２０では、平面視において、レーザ光の照射範囲のうち最も強度の高い位置が光拡散層１４と重なれば、強度の高いレーザ光が拡散されて蛍光体層１２に入射する。したがって、強度の高いレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。
【００７９】
また、実施の形態１で説明したように、光源装置２０においては、例えば、出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散層１４は、レーザ光の強度が最大となる位置に設けられる。
【００８０】
これにより、強度の高いレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。
【００８１】
また、実施の形態１の図４で説明したように、光源装置２０においては、例えば、出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散層１４は、レーザ光の強度がピーク強度Ｉｐｅａｋの１／ｅ２倍よりも大きい所定強度Ｉ１以上となる領域にのみ設けられる。
【００８２】
これにより、強度が所定強度Ｉ１以上のレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。
【００８３】
また、光源装置２０は、波長変換デバイス１０に代えて波長変換デバイス１０ａを備えてもよい。この場合、実施の形態１の図５で説明したように、例えば、出射面１１ｂに垂直な方向から見た場合に、光拡散層１４は、レーザ光の強度がピーク強度Ｉｐｅａｋの１／ｅ倍よりも大きい所定強度Ｉ２以上となる領域にのみ設けられる。
【００８４】
これにより、強度が所定強度Ｉ２以上のレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。
【００８５】
また、照明装置１００は、光源装置２０と、光源装置２０から出射される白色光を集光または拡散させるレンズ３３を備える。レンズ３３は、光学部材の一例である。
【００８６】
このような照明装置１００では、平面視において、レーザ光の照射範囲のうち最も強度の高い位置が光拡散層１４と重なれば、強度の高いレーザ光が拡散されて蛍光体層１２に入射する。したがって、強度の高いレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。
【００８７】
（実施の形態３）
実施の形態３では、波長変換デバイス１０を備える光源装置、及び、光源装置を備える投写型映像表示装置について説明する。図１１は、実施の形態３に係る投写型映像表示装置の外観斜視図である。図１２は、実施の形態３に係る投写型映像表示装置の光学系を示す図である。
【００８８】
図１１及び図１２に示されるように、投写型映像表示装置２００は、単板式のプロジェクタである。投写型映像表示装置２００は、光源装置６０と、コリメートレンズ７１と、インテグレータレンズ７２と、偏光ビームスプリッタ７３と、集光レンズ７４と、コリメートレンズ７５とを備える。また、投写型映像表示装置２００は、入射側偏光素子７６と、映像素子８０と、出射側偏光素子７７と、投写レンズ９０とを備える。
【００８９】
光源装置６０は、励起光（青色レーザ光）と蛍光体１２ｂが発する蛍光とを含む白色光を出射する。光源装置６０は、具体的には、レーザ光源２１と、波長変換デバイス１０とを備える。なお、光源装置６０は、波長変換デバイス１０に代えて、波長変換デバイス１０ａ、波長変換デバイス１０ｂ、波長変換デバイス１０ｃ、または、波長変換デバイス１０ｄを備えてもよい。
【００９０】
光源装置６０によって出射された白色光は、コリメートレンズ７１において平行化され、インテグレータレンズ７２によって、強度分布が均一化される。そして、強度分布が均一化された光は、偏光ビームスプリッタ７３によって直線偏光の光に変換される。ここでは、強度分布が均一化された光は、一例として、Ｐ偏光の光に変換される。
【００９１】
Ｐ偏光に変換された光は、集光レンズ７４に入射し、さらにコリメートレンズ７５によって平行化されて入射側偏光素子７６に入射する。
【００９２】
入射側偏光素子７６は、映像素子８０に向かって入射する光を偏光させる偏光板（偏光制御素子）である。また、出射側偏光素子７７は、映像素子８０から出射する光を偏光させる偏光板である。入射側偏光素子７６と出射側偏光素子７７の間には、映像素子８０が配置される。
【００９３】
映像素子８０は、光源装置６０から出射される白色光を空間変調し、空間変調された白色光を映像として出力する略平面状の素子である。映像素子８０は、言い換えれば、映像用の光を生成する。映像素子８０は、具体的には、透過型液晶パネルである。
【００９４】
入射側偏光素子７６に入射した光は、当該入射側偏光素子７６の偏光制御領域がＰ偏光の光を透過する構成となっているため映像素子８０に入射し、映像素子８０によって変調されて出射される。さらに、出射側偏光素子７７は、入射側偏光素子７６とは異なり、Ｓ偏光の光のみを透過する構成となっている。したがって、光変調された光のうちのＳ偏光の成分のみが出射側偏光素子７７の偏光制御領域を通過し、投写レンズ９０に入射する。
【００９５】
投写レンズ９０は、映像素子８０によって出力された映像を投写する。この結果、映像がスクリーン等に投写される。
【００９６】
［実施の形態３の効果等］
以上説明したように、投写型映像表示装置２００は、光源装置６０と、光源装置６０から出射される白色光を変調し、変調された白色光を映像として出力する映像素子８０と、映像素子８０によって出力された映像を投写する投写レンズ９０とを備える。
【００９７】
このような投写型映像表示装置２００では、平面視において、レーザ光の照射範囲のうち最も強度の高い位置が光拡散層１４と重なれば、強度の高いレーザ光が拡散されて蛍光体層１２に入射する。したがって、強度の高いレーザ光がそのまま蛍光体層１２に入射することが抑制され、蛍光体層１２における局所的な温度上昇が抑制される。
【００９８】
なお、実施の形態３で説明された投写型映像表示装置２００の光学系は、一例である。例えば、映像素子８０は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）または反射型液晶パネルなどの反射型の映像素子であってもよい。また、投写型映像表示装置２００には、３板式の光学系が用いられてもよい。
【００９９】
（その他の実施の形態）
以上、実施の形態１〜３について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【０１００】
例えば、上記実施の形態において、レーザ光源は、半導体レーザであると説明されたが、レーザ光源は、半導体レーザ以外のレーザであってもよい。レーザ光源は、例えば、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ、色素レーザ等の液体レーザ、または、Ａｒイオンレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、窒素レーザ、もしくはエキシマレーザ等の気体レーザであってもよい。また、光源装置は、レーザ光源を複数備えていてもよい。
【０１０１】
また、上記実施の形態において、波長変換デバイスは、当該波長変換デバイスに照射される青色レーザ光と黄色蛍光体または緑色蛍光体との組み合わせによって白色光を出射したが、白色光を出射するための構成はこれに限らない。蛍光体層には、赤色蛍光体が含まれ、波長変換デバイスは、青色レーザ光、赤色蛍光体、黄色蛍光体（または緑色蛍光体）の組み合わせによって白色光を出射してもよい。赤色蛍光体は、具体的には、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋蛍光体、または、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋蛍光体などである。
【０１０２】
また、蛍光体層に含まれる蛍光体は、ＹＡＧ系の蛍光体またはＬｕＡＧ系の蛍光体等の無機蛍光体に限定されず、量子ドット蛍光体などであってもよい。
【０１０３】
また、上記実施の形態の波長変換デバイスの模式断面図に示される積層構造は一例である。本発明の特徴的な機能を実現できる他の積層構造を有する波長変換デバイスも本発明に含まれる。波長変換デバイスにおいては、例えば、上記実施の形態で説明された積層構造と同様の機能を実現できる範囲で、上記実施の形態の積層構造の層間に別の層が設けられていてもよい。
【０１０４】
また、上記実施の形態では、固定子が有する積層構造の各層を構成する主たる材料について例示しているが、波長変換デバイスが有する積層構造の各層には、上記実施の形態の積層構造と同様の機能を実現できる範囲で他の材料が含まれてもよい。
【０１０５】
その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  波長変換デバイス
１１  透光性基板
１１ａ  入射面
１１ｂ  出射面
１１ｄ  光拡散部
１２  蛍光体層
１３  光学薄膜
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  光拡散層
２０、６０  光源装置
２１  レーザ光源
３３  レンズ（光学部材）
８０  映像素子
９０  投写レンズ
１００  照明装置
２００  投写型映像表示装置
【図１】
2019090856.tif 000003
【図２】
2019090856.tif 000004
【図３】
2019090856.tif 000005
【図４】
2019090856.tif 000006
【図５】
2019090856.tif 000007
【図６】
2019090856.tif 000008
【図７】
2019090856.tif 000009
【図８】
2019090856.tif 000010
【図９】
2019090856.tif 000011
【図１０】
2019090856.tif 000012
【図１１】
2019090856.tif 000013
【図１２】
2019090856.tif 000014