(57)【要約】【課題】強度が大きい蛍光を得られる波長変換素子を提供する。【解決手段】本発明の波長変換素子は、励起光が入射する第１面と、第１面に対向する第２面と、を有する波長変換層と、第２面に対向して設けられ、複数の粒子を含有するとともに、励起光が波長変換層により波長変換された蛍光を少なくとも散乱させる散乱層と、散乱層に対向して設けられ、励起光もしくは蛍光を反射させる反射層と、を備える。粒子の粒径は、蛍光の波長よりも小さい。【選択図】図３
2019049619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光が入射する第１面と、前記第１面に対向する第２面と、を有する波長変換層と、
前記第２面に対向して設けられ、複数の粒子を含有するとともに、前記励起光が前記波長変換層により波長変換された蛍光を少なくとも散乱させる散乱層と、
前記散乱層に対向して設けられ、前記励起光もしくは前記蛍光を反射させる反射層と、
を備え、
前記粒子の粒径は、前記蛍光の波長よりも小さいことを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
第１面を有する基板と、
接合層と、をさらに備え、
前記反射層は、前記基板の前記第１面に対向して設けられ、
前記接合層は、前記散乱層と前記反射層との間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
第１面を有する基板と、
接合層と、をさらに備え、
前記反射層は、前記散乱層に対向して設けられ、
前記接合層は、前記反射層と前記基板の前記第１面との間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項４】
第１面を有する基板をさらに備え、
前記反射層は、前記基板の前記第１面に対向して設けられ、
前記散乱層は、前記複数の粒子を保持する保持材を含み、
前記波長変換層と前記反射層とは、前記保持材によって接合されていることを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項５】
前記粒子は、酸化チタンもしくは酸化亜鉛から構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記励起光を射出する励起光源と、を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投写する投写光学装置と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子、光源装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターにおいては、投写画像の高輝度化を実現するために、強度が大きい射出光を得られる光源装置が求められている。そこで、近年、励起光源と波長変換素子とを備えた光源装置が提案されている。この光源装置では、半導体レーザー、発光ダイオード等の励起光源から射出された励起光を波長変換素子に照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光を照明光の一部として利用する。
【０００３】
下記の特許文献１には、基板と、接着層と、反射層と、散乱層と、蛍光体層と、を備えた波長変換素子が開示されている。特許文献１には、散乱層が酸化チタンからなる散乱材を含んでいること、散乱材を保持する保持材がシリコーン接着剤から構成されること、等が記載されている。
【０００４】
下記の特許文献２には、金属反射基板と、接合材層と、散乱層と、蛍光体層と、を備えたプロジェクター用蛍光ホイールが開示されている。特許文献２には、散乱層を構成する無機粒子の平均粒子径が小さすぎると、レイリー散乱の波長依存性によって十分な散乱効果が得られにくい、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−６１８５３号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２１５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２に記載の波長変換素子は、励起光を入射させる側とは反対側の面に反射面を形成し、励起光が入射する向きとは逆向きに蛍光を射出させる形態で使用される。本明細書では、この種の波長変換素子を反射型の波長変換素子と称することもある。このような反射型の波長変換素子において、光強度が大きな蛍光を得るためには、蛍光体層を最適化するだけでなく、上記の反射面等で反射して励起光が入射する向きとは逆向きに射出する蛍光を増やすことが重要である。以下、この蛍光を反射蛍光と称する。
【０００７】
特許文献１，２に記載の波長変換素子では、銀、アルミニウム等を用いた反射面が用いられている。これらの金属からなる反射面は高い反射率を得られる点で有効であるが、金属が光を吸収し、例えば３〜５％程度の光損失が発生する。また、入射する光の強度が極めて大きい場合には、光吸収で発生した熱によって金属が劣化し、反射率が低下する。そのため、銀等からなる反射面を用いただけでは、反射蛍光の増大には限界がある。
【０００８】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、反射蛍光を増やすことで強度が大きい蛍光を得られる波長変換素子を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の波長変換素子を備えた光源装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の波長変換素子は、励起光が入射する第１面と、前記第１面に対向する第２面と、を有する波長変換層と、前記第２面に対向して設けられ、複数の粒子を含有するとともに、前記励起光が前記波長変換層により波長変換された蛍光を少なくとも散乱させる散乱層と、前記散乱層に対向して設けられ、前記励起光もしくは前記蛍光を反射させる反射層と、を備え、前記粒子の粒径は、前記蛍光の波長よりも小さい。
【００１０】
本発明の一つの態様の波長変換素子においては、散乱層に含有された粒子の粒径が蛍光の波長よりも小さいため、蛍光が散乱層で散乱する際の形態をレイリー散乱が支配的とすることができる。レイリー散乱では、例えばミー散乱などと比べて光の後方散乱強度が高いため、光損失を伴う反射層まで達することなく、波長変換層に至る反射蛍光の割合を増やすことができる。これにより、反射層における光損失を低減して、散乱層に含有された粒子の粒径が蛍光の波長よりも大きい場合と比較して、蛍光の強度を高めることができる。
【００１１】
本発明の一つの態様の波長変換素子は、第１面を有する基板と、接合層と、をさらに備えてもよく、前記反射層は、前記基板の前記第１面に対向して設けられ、前記接合層は、前記散乱層と前記反射層との間に設けられていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、基板の第１面の平坦度を高めることにより、高品質の反射層が得られるため、反射層における光損失を低減して、蛍光の強度を高めることができる。
【００１３】
本発明の一つの態様の波長変換素子は、第１面を有する基板と、接合層と、をさらに備えてもよく、前記反射層は、前記散乱層に対向して設けられ、前記接合層は、前記反射層と前記基板の前記第１面との間に設けられていてもよい。
【００１４】
この構成によれば、波長変換層と散乱層と反射層とを備えた積層体と基板とを、接合層を介して接合するため、接合層に透光性の材料を用いる必要がなく、より多くの材料から耐熱性、放熱性等に優れた材料を接合材として選択できる。
【００１５】
本発明の一つの態様の波長変換素子は、第１面を有する基板をさらに備えてもよく、前記反射層は、前記基板の前記第１面に対向して設けられ、前記散乱層は、前記複数の粒子を保持する保持材を含み、前記波長変換層と前記反射層とは、前記保持材によって接合されていてもよい。
【００１６】
この構成によれば、散乱層が接合層を兼ねるため、接合層を別途用いる必要がなく、コスト低減を図ることができる。
【００１７】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記粒子は、酸化チタンもしくは酸化亜鉛から構成されていてもよい。
【００１８】
この構成によれば、高い散乱強度を得られる散乱層を実現できる。
【００１９】
本発明の一つの態様の光源装置は、本発明の一つの態様の波長変換素子と、前記励起光を射出する励起光源と、を備える。
【００２０】
この構成によれば、反射層における光損失を低減して、蛍光の強度を高めることができるため、光強度を向上させた光源装置を実現することができる。
【００２１】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投写する投写光学装置と、を備える。
【００２２】
この構成によれば、蛍光の強度を向上させた光源装置が用いられるため、高輝度の投写画像が得られるプロジェクターを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】波長変換装置の平面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿う波長変換素子の断面図である。
【図４】レイリー散乱における散乱光の強度分布を示す模式図である。
【図５】酸化チタン粒子の粒径分布の一例である。
【図６】第２実施形態の波長変換素子の断面図である。
【図７】第３実施形態の波長変換素子の断面図である。
【図８】第４実施形態の波長変換素子の断面図である。
【図９】第５実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、半導体レーザーと波長変換素子とを含む光源装置を備えた液晶プロジェクターの一例である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００２５】
本実施形態のプロジェクターは、スクリーン（被投写面）上にカラー映像を表示する投写型画像表示装置である。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。プロジェクターは、光源装置の発光素子として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー（レーザーダイオード）を用いている。
【００２６】
図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、第１光源装置１００（光源装置）と、第２光源装置１０２と、色分離導光光学系２００と、光変調装置４００Ｒと、光変調装置４００Ｇと、光変調装置４００Ｂと、合成光学系５００と、投写光学装置６００と、を備えている。
本実施形態の第１光源装置１００は、特許請求の範囲の光源装置に対応する。
【００２７】
第１光源装置１００は、第１発光素子１０と、コリメート光学系７０と、ダイクロイックミラー８０と、コリメート集光光学系９０と、波長変換装置２０と、ホモジナイザー光学系１２５と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備えている。波長変換装置２０については、後で詳しく説明する。
【００２８】
第１発光素子１０は、青色の励起光Ｅを射出する半導体レーザーから構成されている。励起光Ｅの発光強度のピーク波長は、例えば４４５ｎｍである。第１発光素子１０は、１個の半導体レーザーから構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーから構成されていてもよい。なお、第１発光素子１０には、４４５ｎｍ以外の波長（例えば４６０ｎｍ）の青色光を射出する半導体レーザーが用いられてもよい。第１発光素子１０は、第１発光素子１０の光軸１１０ａｘが照明光軸１００ａｘと直交するように配置されている。
本実施形態の第１発光素子１０は、特許請求の範囲の励起光源に対応する。
【００２９】
コリメート光学系７０は、凸レンズから構成されている。コリメート光学系７０は、第１発光素子１０から射出された光を略平行化する。
【００３０】
ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０からコリメート集光光学系９０までの光路中に設けられている。ダイクロイックミラー８０は、第１発光素子１０の光軸１１０ａｘおよび照明光軸１００ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交差するように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、青色波長域の光を反射し、赤色光および緑色光を含む黄色波長域の光を透過させる。
【００３１】
コリメート集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０から射出された励起光Ｅを略集光した状態で波長変換素子２１に入射させる機能と、波長変換素子２１から射出された蛍光Ｙを略平行化する機能と、を有する。コリメート集光光学系９０は、凸レンズから構成されている。
【００３２】
第２光源装置１０２は、第２発光素子７１０と、集光光学系７６０と、拡散板７３２と、コリメート光学系７７０と、を備えている。
【００３３】
第２発光素子７１０は、青色光Ｂを射出する半導体レーザーから構成されている。青色光Ｂの発光強度のピーク波長は、第１発光素子１０からの励起光Ｅの発光強度のピーク波長と異なり、例えば４６０ｎｍである。ただし、第２発光素子７１０として、第１発光素子１０からの励起光Ｅの発光強度のピーク波長と同一のピーク波長を有する光を射出する半導体レーザーが用いられてもよい。
【００３４】
集光光学系７６０は、凸レンズから構成されている。集光光学系７６０は、第２発光素子７１０から射出された青色光Ｂを拡散板７３２の近傍に集光する。
【００３５】
拡散板７３２は、第２発光素子７１０から射出された青色光Ｂを拡散し、波長変換装置２０から射出される蛍光Ｙの配光分布に類似した配光分布を有する青色光Ｂとする。拡散板７３２として、例えば光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。
【００３６】
コリメート光学系７７０は、凸レンズから構成されている。コリメート光学系７７０は、拡散板７３２から射出された光を略平行化する。
【００３７】
第２光源装置１０２から射出された青色光Ｂは、ダイクロイックミラー８０で反射された後、ダイクロイックミラー８０を透過した蛍光Ｙと合成されて、白色の照明光Ｗとなる。照明光Ｗは、ホモジナイザー光学系１２５に入射する。
【００３８】
ホモジナイザー光学系１２５は、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、を備えている。第１レンズアレイ１２０は、ダイクロイックミラー８０から射出された光を複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ１２２を有する。複数の第１レンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。
【００３９】
第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１レンズ１２２に対応する複数の第２レンズ１３２を備えている。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１レンズ１２２の像を光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの各々の画像形成領域の近傍に重畳させる。複数の第２レンズ１３２は、照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。
【００４０】
偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束を、直線偏光光に変換する。偏光変換素子１４０は、詳細な図示を省略するが、偏光分離層と、反射層と、位相差層と、を備えている。偏光分離層は、波長変換装置２０からの光に含まれる偏光成分のうち、一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する。反射層は、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する。位相差層は、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する。
【００４１】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの各々の画像形成領域の近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、および重畳レンズ１５０は、白色の照明光Ｗの面内光強度分布を均一化する。
【００４２】
色分離導光光学系２００は、白色の照明光Ｗを赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとに分離する。色分離導光光学系２００は、第１ダイクロイックミラー２１０と、第２ダイクロイックミラー２２０と、第１反射ミラー２３０と、第２反射ミラー２４０と、第３反射ミラー２５０と、第１リレーレンズ２６０と、第２リレーレンズ２７０と、を備えている。
【００４３】
第１ダイクロイックミラー２１０は、第１光源装置１００から射出された照明光Ｗを、赤色光Ｒとその他の光（緑色光Ｇおよび青色光Ｂ）とに分離する機能を有する。第１ダイクロイックミラー２１０は、赤色光Ｒを透過するとともに、その他の光（緑色光Ｇおよび青色光Ｂ）を反射する。一方、第２ダイクロイックミラー２２０は、その他の光を緑色光Ｇと青色光Ｂとに分離する機能を有する。第２ダイクロイックミラー２２０は、緑色光Ｇを反射し、青色光Ｂを透過する。
【００４４】
第１反射ミラー２３０は、赤色光Ｒの光路中に配置され、第１ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光Ｒを光変調装置４００Ｒに向けて反射する。第２反射ミラー２４０および第３反射ミラー２５０は、青色光Ｂの光路中に配置され、第２ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光Ｂを光変調装置４００Ｂに向けて反射する。緑色光Ｇは、第２ダイクロイックミラー２２０により光変調装置４００Ｇに向けて反射される。
【００４５】
第１リレーレンズ２６０および第２リレーレンズ２７０は、青色光Ｂの光路中における第２ダイクロイックミラー２２０の光射出側に配置されている。第１リレーレンズ２６０および第２リレーレンズ２７０は、青色光Ｂの光路長が赤色光Ｒや緑色光Ｇの光路長よりも長いことに起因した青色光Ｂの損失を補償する。
【００４６】
光変調装置４００Ｒは、赤色光Ｒを画像情報に応じて変調し、赤色光Ｒに対応した画像光を形成する。光変調装置４００Ｇは、緑色光Ｇを画像情報に応じて変調し、緑色光Ｇに対応した画像光を形成する。光変調装置４００Ｂは、青色光Ｂを画像情報に応じて変調し、青色光Ｂに対応した画像光を形成する。
【００４７】
光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側には、一対の偏光板（図示せず）が配置され、特定の方向の直線偏光光のみを透過させる構成となっている。
【００４８】
光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、フィールドレンズ３００Ｂが配置されている。フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、およびフィールドレンズ３００Ｂは、それぞれ光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂに入射する赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂを平行化する。
【００４９】
合成光学系５００は、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂからの赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂに対応した画像光を合成して一つの画像光を形成し、投写光学装置６００に向けて射出する。合成光学系５００には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。
【００５０】
投写光学装置６００は、投写レンズ群から構成されている。投写光学装置６００は、合成光学系５００により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投写する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像（画像）が表示される。
【００５１】
以下、波長変換装置２０の構成について説明する。
図２は、図１のＹ方向から見た波長変換装置２０の平面図である。
図１および図２に示すように、波長変換装置２０は、波長変換素子２１と、波長変換素子２１を回転させるモーター２２と、を備えている。
【００５２】
波長変換素子２１は、モーター２２の駆動により回転軸２３を中心として回転する。回転軸２３の延在方向から見たとき、基板２４の形状は円形である。蛍光層２５は、基板２４の第１面２４ａに、基板２４の周方向に沿って円環状に設けられている。励起光Ｅは、円環状の蛍光層２５の１箇所に照射される。図２において、励起光Ｅの照射領域を符号Ｃで示す。
【００５３】
図３は、図２のIII−III線に沿う波長変換素子２１の断面図である。
図３に示すように、波長変換素子２１は、基板２４と、反射層２６と、接合層２７と、散乱層２８と、蛍光層２５（波長変換層）と、を備えている。基板２４の第１面２４ａ（上面）には、励起光Ｅが入射する側から順に蛍光層２５、散乱層２８、接合層２７および反射層２６が設けられている。
【００５４】
蛍光層２５は、励起光Ｅが入射するとともに蛍光Ｙを射出させる第１面２５ａ（上面）と、第１面２５ａに対向する（第１面２５ａと反対側であって、後述する散乱層２８の側に位置する）第２面２５ｂ（下面）と、を有する。すなわち、波長変換素子２１は、励起光Ｅが入射する面と同じ面（第１面２５ａ）から蛍光Ｙを射出させる反射型の波長変換素子である。
なお、第１面２５ａは、蛍光層の第１面２５ａと言い換えられる。また、第２面２５ｂは、蛍光層の第２面２５ｂと言い換えられる。
【００５５】
蛍光層２５は、第１発光素子１０から射出された励起光Ｅにより励起され、波長域が４５０〜６５０ｎｍの黄色の蛍光Ｙを射出する蛍光体から構成されている。蛍光層２５は、無機材料である（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２（ＹＡＧ）からなるＹＡＧ系蛍光体と、当該ＹＡＧ系蛍光体に分散された発光中心となる賦活剤（Ｃｅ）と、を備えている。すなわち、蛍光層２５は、賦活剤としてＣｅが分散された（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２（ＹＡＧ：Ｃｅ）からなるＹＡＧ系蛍光体から構成されている。
【００５６】
蛍光層２５は、必ずしもＹＡＧ系蛍光体で構成されていなくてもよいが、ガーネット系蛍光体を用いることが望ましい。ガーネット系蛍光体は、他の蛍光体に比べて熱伝導率が高く、高熱環境下での信頼性が高い。そのため、回転ホイール型ではなく、固定型の蛍光体を用いた光源装置に用いた場合であっても、高出力の蛍光が得られる。
【００５７】
散乱層２８は、複数の粒子３１と、複数の粒子３１を保持する保持材３２と、を有している。複数の粒子３１は、保持材３２の内部に分散した状態で存在する。また、散乱層２８は、蛍光層２５の第２面２５ｂに対向して設けられ、励起光Ｅが蛍光層２５により波長変換された蛍光Ｙの一部を少なくとも反射させる。散乱層２８は、第２面２５ｂに対向する第１面２８ａ（上面）と、第１面２８ａに対向する（第１面２８ａと反対側で、後述する接合層２７の側に位置する）第２面２８ｂ（下面）と、を有する。なお、第１面２８ａは、散乱層の第１面２８ａと言い換えられる。また、第２面２８ｂは、散乱層の第２面２８ｂと言い換えられる。
【００５８】
粒子３１に求められる条件としては、所定の粒径を有すること、屈折率が高いこと、蛍光層２５で発生する蛍光Ｙの波長域に対して光吸収性を持たないこと、等が挙げられる。この種の条件を満たす粒子３１として、酸化チタンから構成される粒子を好適に用いることができる。また、他の例として、酸化亜鉛から構成される粒子を用いることもできる。
【００５９】
粒子３１の粒径は、蛍光層２５で発生する蛍光Ｙの波長よりも小さい。一例として、粒子３１の粒径は、蛍光Ｙの波長の１／２程度以下であることが望ましい。なお、複数の粒子３１は粒径分布を有する場合が多いため、本明細書における粒子３１の粒径は平均粒径を意味する。
【００６０】
保持材３２には、粒子３１の屈折率よりも低い屈折率を有し、高い透光性を有する材料が用いられる。具体的には、例えばガラス等の無機材料、樹脂等の有機材料が用いられる。
【００６１】
基板２４は、熱伝導率が相対的に高い銅、アルミニウム等の金属板で構成されている。基板２４は、後述する反射層２６、後述する接合層２７、散乱層２８および蛍光層２５を支持するとともに、蛍光層２５で発生した熱を放出する機能を有する。放熱機能をより高めるため、基板２４の第２面２４ｂ（下面）にヒートシンク等の放熱用部材が設けられてもよい。なお、基板２４の第２面２４ｂは、基板２４の第１面２４ａに対向している。
【００６２】
反射層２６は、誘電体多層膜、もしくは銀、アルミニウム等の金属薄膜、もしくはこれらを組み合わせた積層膜で構成されている。反射層２６は、基板２４の第１面２４ａに設けられている。反射層２６は、蛍光層２５から射出された蛍光Ｙのうち、基板２４側に向かって進む蛍光Ｙを反射させ、再び蛍光層２５に向かって進行させる。また、反射層２６は、発光に寄与することなく蛍光層２５から射出された励起光Ｅを反射させ、再び蛍光層２５に向かって進行させる。すなわち、反射層２６は、散乱層２８に対向して設けられ、励起光Ｅもしくは蛍光Ｙを反射させる。反射層２６は、基板２４の第１面２４ａに対向する第２面２６ｂ（下面）と、後述する接合層２７に対向する第１面２６ａ（上面）と、を有する。なお、第１面２６ａは、反射層の第１面２６ａと言い換えられる。また、第２面２６ｂは、反射層の第２面２６ｂと言い換えられる。
【００６３】
接合層２７は、屈折率が低く、透光性が高い接着剤で構成され、一例としてシリコーン系やアクリル系の有機接着剤、あるいは低融点ガラス等の無機接着剤等で構成されている。接合層２７は、反射層２６が設けられた基板２４と、別途作製された散乱層２８および蛍光層２５からなる積層体と、を接合する。すなわち、接合層２７は、散乱層２８と反射層２６との間に設けられ、散乱層２８と反射層２６とを接合する。接合層２７は、第２面２８ｂに対向する第１面２７ａ（上面）と、第１面２６ａに対向する第２面２７ｂと、を有する。第１面２７ａと第２面２７ｂとは互いに対向している。なお、第１面２７ａは、接合層の第１面２７ａと言い換えられる。また、第２面２７ｂは、接合層の第２面２７ｂと言い換えられる。
【００６４】
上記構成の波長変換素子２１を製造する際には、銅等からなる基板２４の第１面２４ａに、誘電体多層膜、もしくは銀、アルミニウム等の金属薄膜からなる反射層２６を形成する。なお、反射層２６の形成に際しては、予め研磨等の手法により、基板２４の第１面２４ａを平滑な表面状態としておくことが望ましい。これにより、反射率の高い高品質の反射層２６を形成できる。
【００６５】
一方、蛍光層２５の第２面２５ｂに、酸化チタン等の粒子３１と保持材３２とを含む散乱層２８を形成する。この際には、例えば酸化チタン粒子を例えばアルキド樹脂等の樹脂中に分散させた分散液を調整し、この分散液を蛍光層２５の第２面２５ｂに塗布する。
その後、分散液を塗布した蛍光層２５を例えば温度：１５０℃、時間：３０分の条件で乾燥、加熱することによって蛍光層２５の第２面２５ｂに散乱層２８を形成し、蛍光層２５と散乱層２８との積層体を作製する。
【００６６】
その後、反射層２６を形成した基板２４と積層体とを、シリコーン系接着剤等の接着剤を用いて接合し、接合層２７とする。
以上の工程により、波長変換素子２１が完成する。
【００６７】
以下、本実施形態の波長変換素子２１の作用について説明する。
蛍光層２５において、励起光Ｅの照射によって発生した蛍光Ｙは、指向性を持たず、広い角度範囲に等方的に広がって進む。蛍光層２５から散乱層２８に入射した蛍光Ｙは、保持材３２の屈折率とは異なる屈折率を有する複数の粒子３１を含む散乱層２８により散乱される。
【００６８】
ここで、エネルギーが保存される（光損失を伴わない）弾性散乱においては、散乱体の大きさ（粒径）によって、異なるモードの散乱現象を示すことが知られている。粒径が光の波長よりも十分大きい場合には幾何光学近似散乱を生じ、粒径が光の波長と同程度の場合にはミー散乱を生じ、粒径が光の波長よりも十分小さい場合にはレイリー散乱を生じる。
【００６９】
すなわち、光の波長λと粒径ｄとに係わるパラメーターである粒径パラメーターαは、円周率πを係数として、以下の（１）式のように表される。
α＝π・ｄ／λ  …（１）
散乱のモードを知る目安として、α≫１のときは幾何学近似散乱が生じ、α≒１のときはミー散乱が生じ、α≪１のときはレイリー散乱が生じると考えることができる。
【００７０】
ミー散乱においては、後方散乱に対して前方散乱が優位であるのに対し、レイリー散乱においては、図４に示すように、光Ｌが入射した際の後方散乱光Ｓｂの強度は、前方散乱光Ｓｆの強度と同程度である。また、レイリー散乱では、散乱方向は粒径に依存しない、散乱強度が波長依存性を有しており、波長が短いほど散乱強度が強い、等の特徴がある。従来、蛍光体で一般的に使用されてきた散乱体の多くは、粒径が１〜数十μｍ程度であり、この範囲の粒径ではミー散乱が生じる。
【００７１】
図５は、本実施形態で用いられる酸化チタン粒子の粒径分布の一例を示すグラフである。図５の横軸は粒径（μｍ）を示し、縦軸は各粒径における粒子の割合（相対値）を示している。
図５に示すように、本実施形態における酸化チタン粒子は例えば０．０４〜０．０８μｍ程度の粒径分布を有しており、平均粒径は０．０６μｍ程度である。
【００７２】
本実施形態の場合、散乱層２８によって散乱される蛍光Ｙの波長域が４５０〜６５０ｎｍ（０．４５〜０．６５μｍ）であるから、粒径ｄ＝０．０６（μｍ）、波長λ＝０．４５（μｍ）とすると、（１）式より、α≒０．４となる。
このことから、蛍光Ｙが散乱層２８に入射した際にレイリー散乱が生じる。
【００７３】
従来の散乱層を備えた波長変換素子においては、蛍光Ｙが散乱層に入射した際にミー散乱が生じていたため、散乱光全体に占める前方散乱光の割合が多く、反射層での蛍光の損失が多いという問題があった。これに対して、本実施形態の波長変換素子２１においては、蛍光Ｙが散乱層２８に入射した際にレイリー散乱が生じるため、全ての蛍光Ｙのうち、後方散乱によって、反射層２６に達することなく散乱層２８から蛍光層２５に戻る蛍光Ｙの占める割合が従来に比べて多くなる。
【００７４】
本実施形態においても、レイリー散乱が生じた際に前方散乱した蛍光Ｙの一部は、反射層２６で反射し、進行方向を変えて蛍光層２５に戻る。このとき、反射層２６において、蛍光Ｙの損失が生じる。さらに、反射層２６で反射した後に散乱層２８に入射した蛍光Ｙの一部は、後方散乱によって再度反射層２６に進む。この蛍光Ｙは、光損失を生じつつ反射層２６で反射して散乱層２８に入射した後、再び、一部は蛍光層２５に戻り、一部は後方散乱によって反射層２６に進む。このように、反射層２６で反射した蛍光Ｙの一部は、散乱層２８と反射層２６との間で複数回の反射（多重反射）を繰り返すことになり、反射回数に応じて光損失を生じる。
【００７５】
しかし、そのような蛍光Ｙは、散乱層２８に最初に入射した際に後方散乱によって蛍光層２５に戻る蛍光に比べて少ない。したがって、総合的には、後方散乱を発現する散乱層２８を用いることによって、蛍光層２５において励起光Ｅが入射する側に向かって射出する蛍光Ｙの量を増大できる。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態の波長変換素子２１によれば、蛍光層２５から反射層２６に向かう蛍光Ｙの一部を散乱層２８で後方散乱させて、光損失を伴う反射層２６を経ることなく、蛍光層２５に戻すことができる。蛍光層２５から散乱層２８に入射した蛍光Ｙの全てを後方散乱によって蛍光層２５に戻すことはできないが、反射層２６を経て蛍光層２５に戻る蛍光の割合が少なくなるため、波長変換素子２１から射出する蛍光Ｙの量を増大させることができる。これにより、強度が大きい蛍光Ｙを得られる波長変換素子２１を実現することができる。
【００７７】
また本実施形態の場合、反射層２６が基板２４の第１面２４ａに設けられているため、高品質の反射層２６を形成しやすい。また、散乱層２８の粒子３１が酸化チタンや酸化亜鉛から構成されているため、高い散乱強度を得られる散乱層２８を実現できる。
【００７８】
本実施形態においては、上記の波長変換素子２１と第１発光素子１０とが用いられているため、光強度を向上させた第１光源装置１００を実現することができる。また、光強度を向上させた蛍光が得られる第１光源装置１００が用いられているため、高輝度の投写画像が得られるプロジェクター１を実現することができる。
【００７９】
なお、本実施形態において、蛍光層２５の第２面２５ｂは、散乱層２８の第１面２８ａと当接していてもよいし、対向していてもよい。蛍光層２５の第２面２５ｂと散乱層２８の第１面２８ａとが対向している場合に、蛍光層２５の第２面２５ｂと散乱層２８の第１面２８ａとの間に異なる層が設けられていてもよい。
【００８０】
同様に、散乱層２８の第２面２８ｂは、接合層２７の第１面２７ａと当接していてもよいし、対向していてもよい。散乱層２８の第２面２８ｂと接合層２７の第１面２７ａとが対向している場合に、散乱層２８の第２面２８ｂと接合層２７の第１面２７ａとの間に異なる層が設けられていてもよい。
【００８１】
同様に、接合層２７の第２面２７ｂは、反射層２６の第１面２６ａと当接していてもよいし、対向していてもよい。接合層２７の第２面２７ｂと反射層２６の第１面２６ａとが対向している場合に、接合層２７の第２面２７ｂと反射層２６の第１面２６ａとの間に異なる層が設けられていてもよい。
【００８２】
同様に、反射層２６の第２面２６ｂは、基板２４の第１面２４ａと当接していてもよいし、対向していてもよい。反射層２６の第２面２６ｂと基板２４の第１面２４ａとが対向している場合に、反射層２６の第２面２６ｂと基板２４の第１面２４ａとの間に異なる層が設けられていてもよい。
【００８３】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の全体の説明は省略し、波長変換素子についてのみ説明する。
図６は、第２実施形態の波長変換素子４１の断面図である。
図６において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８４】
図６に示すように、波長変換素子４１は、基板２４と、反射層２６と、散乱層４２と、蛍光層２５（波長変換層）と、を備えている。基板２４の第１面２４ａ（上面）には、励起光Ｅが入射する側から順に蛍光層２５、散乱層４２および反射層２６が設けられている。
【００８５】
第１実施形態と同様、反射層２６は、基板２４の第１面２４ａに設けられている。散乱層４２は、複数の粒子３１と、複数の粒子３１を保持する保持材４３と、を含んでいる。本実施形態の場合、保持材４３として、樹脂材料が用いられている。樹脂材料の持つ接着性により、蛍光層２５と反射層２６とは、保持材４３によって接合されている。すなわち、本実施形態では、散乱層４２を構成する保持材４３が接着剤として機能するため、第１実施形態で用いた接合層が不要である。
波長変換素子４１のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００８６】
散乱層４２は、第２面２５ｂに対向する第１面４２ａ（上面）と、第１面２６ａに対向する第２面４２ｂと、を有する。第１面４２ａと第２面４２ｂとは互いに対向している。なお、第１面４２ａは、散乱層４２の第１面４２ａと言い換えられる。また、第２面４２ｂは、散乱層４２の第２面４２ｂと言い換えられる。
【００８７】
本実施形態においても、反射層における光損失を低減して、蛍光の強度を高めることができる波長変換素子４１を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８８】
また、本実施形態においては、波長変換素子４１の構成が簡素になるため、波長変換素子４１の低コスト化が図れる。また、蛍光層２５と基板２４との間に接合層が存在しないため、蛍光層２５と基板２４との間における熱伝導性が向上し、蛍光層２５で発生した熱を速やかに基板２４に伝えて放熱できる。これにより、蛍光体の帯熱によって発生する温度消光を低減でき、蛍光層２５の発光効率の向上を期待できる。
【００８９】
なお、本実施形態において、蛍光層２５の第２面２５ｂは、散乱層４２の第１面４２ａと当接していてもよいし、対向していてもよい。蛍光層２５の第２面２５ｂと散乱層４２の第１面４２ａとが対向している場合に、蛍光層２５の第２面２５ｂと散乱層４２の第１面４２ａとの間に異なる層が設けられていてもよい。
【００９０】
同様に、散乱層４２の第２面４２ｂは、反射層２６の第１面２６ａと当接していてもよいし、対向していてもよい。散乱層４２の第２面４２ｂと反射層２６の第１面２６ａとが対向している場合に、散乱層４２の第２面４２ｂと反射層２６の第１面２６ａとの間に異なる層が設けられていてもよい。
【００９１】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の全体の説明は省略し、波長変換素子についてのみ説明する。
図７は、第３実施形態の波長変換素子５１の断面図である。
図７において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００９２】
図７に示すように、波長変換素子５１は、基板２４と、反射層２６と、散乱層５２と、蛍光層２５（波長変換層）と、を備えている。基板２４の第１面２４ａ（上面）には、励起光Ｅが入射する側から順に蛍光層２５、散乱層５２および反射層２６が設けられている。
【００９３】
第１実施形態と同様、反射層２６は、基板２４の第１面２４ａに設けられている。散乱層５２は、複数の粒子３１と、複数の粒子３１を保持する保持材５３と、を含んでいる。本実施形態の場合、保持材５３として、樹脂材料からなる接着剤が用いられている。これにより、蛍光層２５と反射層２６とは、保持材５３によって接合されている。すなわち、本実施形態では、複数の粒子３１を樹脂接着剤中に分散させて硬化させることにより、散乱層５２が形成されている。
波長変換素子５１のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００９４】
散乱層５２は、第２面２５ｂに対向する第１面５２ａ（上面）と、第１面２６ａに対向する第２面５２ｂと、を有する。第１面５２ａと第２面５２ｂとは互いに対向している。なお、第１面５２ａは、散乱層５２の第１面５２ａと言い換えられる。また、第２面５２ｂは、散乱層５２の第２面５２ｂと言い換えられる。
【００９５】
本実施形態においても、反射層における光損失を低減して、蛍光の強度を高めることができる波長変換素子５１を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９６】
また、本実施形態においても、波長変換素子５１の低コスト化が図れる、熱伝導性の向上による放熱性の向上、温度消光の低減による蛍光層２５の発光効率の向上を期待できる、といった第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００９７】
なお、本実施形態において、蛍光層２５の第２面２５ｂは、散乱層５２の第１面５２ａと当接していてもよいし、対向していてもよい。蛍光層２５の第２面２５ｂと散乱層５２の第１面５２ａとが対向している場合に、蛍光層２５の第２面２５ｂと散乱層５２の第１面５２ａとの間に異なる層が設けられていてもよい。
【００９８】
同様に、散乱層５２の第２面５２ｂは、反射層２６の第１面２６ａと当接していてもよいし、対向していてもよい。散乱層５２の第２面５２ｂと反射層２６の第１面２６ａとが対向している場合に、散乱層５２の第２面５２ｂと反射層２６の第１面２６ａとの間に異なる層が設けられていてもよい。
【００９９】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図８を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の全体の説明は省略し、波長変換素子についてのみ説明する。
図８は、第４実施形態の波長変換素子６１の断面図である。
図８において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１００】
図８に示すように、波長変換素子６１は、基板２４と、接合層２７と、反射層２６と、散乱層２８と、蛍光層２５（波長変換層）と、を備えている。基板２４の第１面２４ａ（上面）には、励起光Ｅが入射する側から順に蛍光層２５、散乱層２８、反射層２６および接合層２７が設けられている。
【０１０１】
反射層２６は、散乱層２８と接合層２７との間に設けられている。すなわち、反射層２６は、散乱層２８に接して設けられている。接合層２７は、反射層２６と基板２４の第１面２４ａとの間に設けられている。
波長変換素子６１のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１０２】
本実施形態においても、反射層における光損失を低減して、蛍光の強度を高めることができる波長変換素子６１を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１０３】
本実施形態においては、蛍光層２５と散乱層２８と反射層２６との積層体を作製した後、接合層２７を介して積層体と基板２４とを接合することにより、波長変換素子６１を作製することができる。また、接合層２７を介して蛍光層２５と散乱層２８と反射層２６との積層体と基板２４とを接合するため、接合層２７に透光性の材料を用いる必要がなく、より多くの材料から耐熱性、放熱性等に優れた材料を接合材として選択できる。
【０１０４】
なお、本実施形態において、散乱層２８の第２面２８ｂは、反射層２６の第１面２６ａと当接していてもよいし、対向していてもよい。散乱層２８の第２面２８ｂと反射層２６の第１面２６ａとが対向している場合に、散乱層２８の第２面２８ｂと反射層２６の第１面２６ａとの間に異なる層が設けられていてもよい。
【０１０５】
同様に、反射層２６の第２面２６ｂは、接合層２７の第１面２７ａと当接していてもよいし、対向していてもよい。反射層２６の第２面２６ｂと接合層２７の第１面２７ａとが対向している場合に、反射層２６の第２面２６ｂと接合層２７の第１面２７ａとの間に異なる層が設けられていてもよい。
【０１０６】
同様に、接合層２７の第２面２７ｂは、基板２４の第１面２４ａと当接していてもよいし、対向していてもよい。接合層２７の第２面２７ｂと基板２４の第１面２４ａとが対向している場合に、接合層２７の第２面２７ｂと基板２４の第１面２４ａとの間に異なる層が設けられていてもよい。
【０１０７】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図９を用いて説明する。
第５実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、波長変換装置の構成が第１実施形態の波長変換装置２０の構成と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の全体の説明は省略し、波長変換装置についてのみ説明する。
図９は、第５実施形態のプロジェクター３の概略構成図である。
図９において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１０８】
第１実施形態の第１光源装置１００の波長変換装置２０は、モーター２２によって回転可能とされた円板状の波長変換素子２１を備えていた。これに対して、第５実施形態のプロジェクター３は、図９に示すように、第１光源装置１０５が、固定型の波長変換素子８１（波長変換装置８１）を備えている。波長変換素子８１は、基板８２の法線方向から見て、例えば矩形状の形状を有する。波長変換素子８１には、第１〜第４実施形態で例示した波長変換素子２１、４１、５１、６１と同様の断面構造を有する波長変換素子を用いることができる。ただし、放熱作用を高めるために、基板８２にヒートシンク８３が設けられていてもよい。
【０１０９】
第５実施形態においても、反射層における光損失を低減して、蛍光の強度を高めることができる波長変換素子８１を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、粒子の粒径が蛍光の波長域の下限（短波長側の波長）よりも小さいため、蛍光の波長域の全域でレイリー散乱が生じるが、粒子の粒径は少なくとも蛍光の波長域の上限（長波長側の波長）よりも小さければよい。この場合、蛍光の波長域の少なくとも一部ではレイリー散乱が生じるため、従来の波長変換素子に比べて強度が大きい蛍光が得られる。
【０１１１】
また、本発明の波長変換素子には、上記実施形態で例示した各層以外の層が付加されていてもよい。例えば、蛍光層の第１面の励起光入射側に、反射防止層が設けられていてもよい。
【０１１２】
その他、波長変換素子および光源装置を構成する各構成要素の数、形状、材料、配置等については、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、３つの光変調装置を備えるプロジェクターを例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに本発明を適用することも可能である。さらに、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。
【０１１３】
その他、プロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
また、上記実施形態では本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１，３…プロジェクター、２１，４１，５１，６１，８１…波長変換素子、２４，８２…基板、２４ａ…（基板の）第１面、２５…蛍光層（波長変換層）、２５ａ…（蛍光層の）第１面、２５ｂ…（蛍光層の）第２面、２６…反射層、２７…接合層、２８，４２，５２…散乱層、３１…粒子、３２，４３，５３…保持材、１００，１０５…第１光源装置（光源装置）、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…光変調装置、６００…投写光学装置、Ｅ…励起光、Ｙ…蛍光。
【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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