(57)【要約】【課題】高い強度の蛍光が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面とは反対側の第２面と、励起光を波長変換して蛍光を生成する複数の蛍光体粒子と、複数の蛍光体粒子を保持するバインダーと、を有する波長変換層を備える。複数の蛍光体粒子は、粒径分布を有しており、第１面の側に位置する第１領域に含まれる複数の蛍光体粒子の粒径分布の最小粒径は、第２面の側に位置する第２領域に含まれる複数の蛍光体粒子の粒径分布の最小粒径よりも大きい。【選択図】図３
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【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面とは反対側の第２面と、前記励起光を波長変換して蛍光を生成する複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子を保持するバインダーと、を有する波長変換層を備え、
前記複数の蛍光体粒子は、粒径分布を有しており、
前記第１面の側に位置する第１領域に含まれる複数の前記蛍光体粒子の前記粒径分布の最小粒径は、前記第２面の側に位置する第２領域に含まれる複数の前記蛍光体粒子の前記粒径分布の最小粒径よりも大きいことを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
前記蛍光を反射する反射部が前記第２面に対向して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】
請求項１または請求項２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４】
請求項３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、
前記画像光を投射する投射光学装置と、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】
プロジェクターに用いられる光源装置として、半導体レーザー等の発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射した際に、蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。
【０００３】
例えば下記の特許文献１に、バルク状結晶からなる蛍光体を備え、蛍光体の内部に蛍光を散乱させるための複数の散乱体が分散された構成を有する発光デバイスが開示されている。特許文献１には、励起光入射面側の散乱体の密度が反射層形成面側の散乱体の密度よりも低い構成の発光デバイスが例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６０７５７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の蛍光体においては、励起光入射面の近傍に複数の散乱体が存在するため、励起光の後方散乱が生じる。蛍光体に入射した励起光のうち、後方散乱した光は、蛍光の発生にほとんど寄与できず、波長変換効率を低下させる要因となる。また、励起光入射面の近傍に複数の散乱体が存在すると、一旦発生した蛍光が蛍光体に再吸収される割合が増えるため、蛍光の取り出し効率が低下する。このように、従来の発光デバイスでは、励起光の変換効率と蛍光の取り出し効率との双方を向上させ、高い強度の蛍光を得ることが困難であった。
【０００６】
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り、高い強度の蛍光が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】
【０００７】
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面とは反対側の第２面と、前記励起光を波長変換して蛍光を生成する複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子を保持するバインダーと、を有する波長変換層を備え、前記複数の蛍光体粒子は、粒径分布を有しており、前記第１面の側に位置する第１領域に含まれる複数の前記蛍光体粒子の前記粒径分布の最小粒径は、前記第２面の側に位置する第２領域に含まれる複数の前記蛍光体粒子の前記粒径分布の最小粒径よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
本明細書では、互いに異なる屈折率を有する２つの物質の界面を屈折率界面と称する。一般に、蛍光体粒子とバインダーとは屈折率が異なるため、バインダーに囲まれた蛍光体粒子の表面、すなわち、蛍光体粒子とバインダーとが接触する面は屈折率界面である。
本発明の一つの態様の波長変換素子において、励起光が入射する第１面の側に位置する第１領域に含まれる複数の蛍光体粒子の最小粒径は、第２面の側に位置する第２領域に含まれる複数の蛍光体粒子の最小粒径よりも大きいため、第１領域における複数の蛍光体粒子の全表面積は、第１領域における複数の蛍光体粒子の全表面積よりも小さくなる。すなわち、第１領域における単位体積当たりの屈折率界面の面積は、第２領域における単位体積当たりの屈折率界面の面積よりも少なくなる。そのため、励起光が入射する第１面の近傍における励起光の後方散乱、蛍光の再吸収がともに少なくなる。これにより、本発明の一つの態様の波長変換素子によれば、高い強度の蛍光を得ることができる。
【０００９】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記蛍光を反射する反射部が前記第２面に対向して設けられていてもよい。
【００１０】
この構成によれば、反射型の波長変換素子であって、高い強度の蛍光が得られる波長変換素子を提供することができる。
【００１１】
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、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一つの態様は、本発明の一つの態様の波長変換素子を備えているため、高い強度の出力光を得られる光源装置を提供することができる。
【００１３】
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、前記画像光を投射する投射光学装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の一つの態様は、本発明の一つの態様の光源装置を備えているため、高光束のプロジェクターを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】本実施形態の波長変換素子の斜視図である。
【図３】波長変換素子の断面図である。
【図４】従来の波長変換素子の断面図である。
【図５】本実施形態の波長変換素子における蛍光体粒子の粒径分布を示す図である。
【図６】励起光強度と発光量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００１７】
本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
本実施形態のプロジェクターは、スクリーン（被投射面）上にカラー画像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した３つの液晶光変調装置を備えている。プロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを備えている。
【００１８】
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略構成図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、第１光源装置１００と、第２光源装置１０２と、色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒと、液晶光変調装置４００Ｇと、液晶光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投射光学装置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。
【００１９】
第１光源装置１００は、第１光源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３０と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備える。
本実施形態の第１光源１０は、特許請求の範囲の励起光源に対応する。
【００２０】
第１光源１０は、発光強度のピーク波長が例えば４４５ｎｍの青色の励起光Ｅを射出する半導体レーザーから構成されている。第１光源１０は、一つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。第１光源１０は、４４５ｎｍ以外のピーク波長、例えば発光強度のピーク波長が４６０ｎｍの青色の励起光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。第１光源１０は、第１光源１０から射出される励起光Ｅの光軸２００ａｘが照明光軸１００ａｘと直交するように配置されている。
【００２１】
コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４と、を備えている。コリメート光学系７０は、第１光源１０から射出された光を略平行化する。第１レンズ７２および第２レンズ７４は、ともに凸レンズで構成されている。
【００２２】
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に至る光路中に、光軸２００ａｘと照明光軸１００ａｘとのそれぞれに対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、第１光源１０から射出された青色の励起光Ｅを反射させ、後述する波長変換装置３０から射出された黄色の蛍光Ｙを透過させる。
【００２３】
コリメート集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０で反射した励起光Ｅを集束させ、後述する波長変換素子４０に入射させる機能と、波長変換素子４０から射出された蛍光Ｙを略平行化し、ダイクロイックミラー８０に入射させる機能と、を有している。コリメート集光光学系９０は、第１レンズ９２と、第２レンズ９４と、を備えている。第１レンズ９２および第２レンズ９４は、ともに凸レンズで構成されている。
【００２４】
第２光源装置１０２は、第２光源７１０と、集光光学系７６０と、拡散板７３２と、コリメート光学系７７０と、を備える。
【００２５】
第２光源７１０は、第１光源１０と同一の半導体レーザーから構成されている。もしくは、第１光源１０が発光ピーク波長４４５ｎｍの光を射出する半導体レーザーで構成されている場合、第２光源７１０は、発光ピーク波長４６０ｎｍの光を射出する半導体レーザーで構成されていてもよい。第２光源７１０は、一つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。
【００２６】
集光光学系７６０は、第１レンズ７６２と、第２レンズ７６４と、を備えている。集光光学系７６０は、第２光源７１０から射出された青色光Ｂを拡散板７３２上もしくは拡散板７３２の近傍に集光させる。第１レンズ７６２および第２レンズ７６４は、ともに凸レンズで構成されている。
【００２７】
拡散板７３２は、第２光源７１０からの青色光Ｂを拡散させ、波長変換装置３０から射出された蛍光Ｙの配光分布に近い配光分布を有する青色光Ｂを生成する。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。
【００２８】
コリメート光学系７７０は、第１レンズ７７２と、第２レンズ７７４と、を備えている。コリメート光学系７７０は、拡散板７３２から射出された拡散光を略平行化する。第１レンズ７７２および第２レンズ７７４は、ともに凸レンズで構成されている。
【００２９】
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、ダイクロイックミラー８０を透過した蛍光Ｙと合成されて白色光Ｗとなる。白色光Ｗは、第１レンズアレイ１２０に入射する。
【００３０】
第１レンズアレイ１２０は、ダイクロイックミラー８０からの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。
【００３１】
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を有する。第２レンズアレイ１３０は、後段の重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１レンズ１２２の像を液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂのそれぞれの画像形成領域近傍に結像させる。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。
【００３２】
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、偏光方向が揃った直線偏光光に変換する。図示を省略するが、偏光変換素子１４０は、偏光分離層と反射層と位相差層とを備えている。
【００３３】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された各部分光束を集光し、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂのそれぞれ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、波長変換装置３０からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。
【００３４】
色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０と、ダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２３０と、反射ミラー２４０と、反射ミラー２５０と、リレーレンズ２６０と、リレーレンズ２７０と、を備えている。色分離導光光学系２００は、第１光源装置１００と第２光源装置１０２とから得られた白色光Ｗを赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとに分離し、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、および青色光Ｂを、対応する液晶光変調装置４００Ｒ，液晶光変調装置４００Ｇ，液晶光変調装置４００Ｂに導く。
【００３５】
フィールドレンズ３００Ｒは、色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｒとの間に配置されている。フィールドレンズ３００Ｇは、色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｇとの間に配置されている。フィールドレンズ３００Ｂは、色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｂとの間に配置されている。
【００３６】
ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射するダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を透過させるダイクロイックミラーである。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。反射ミラー２４０および反射ミラー２５０は、青色光成分を反射する反射ミラーである。
【００３７】
ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光Ｒは、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｒを透過して、液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー２２０で反射され、フィールドレンズ３００Ｇを透過して、液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光Ｂは、リレーレンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０、およびフィールドレンズ３００Ｂを経て、液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。
【００３８】
液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、各色光に対応するカラー画像を形成する。図示を省略するが、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂの光入射側に、入射側偏光板が配置されている。液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂの光射出側に、射出側偏光板が配置されている。
【００３９】
クロスダイクロイックプリズム５００は、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂから射出された各画像光を合成してカラー画像を形成する。クロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムが貼り合わされた構成を有し、直角プリズム同士が貼り合わされた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が設けられている。
【００４０】
クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投射光学装置６００によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。投射光学装置６００は、複数の投射レンズ６で構成されている。
【００４１】
以下、波長変換装置３０について詳細に説明する。
図２は、波長変換素子４０の斜視図である。
図１および図２に示すように、波長変換装置３０は、波長変換素子４０と、モーター６０と、を備えている。波長変換素子４０は、波長変換層４３と、基板４４と、を備えている。波長変換素子４０は、励起光Ｅが入射する側と同じ側に蛍光Ｙを射出する。基板４４は、波長変換層４３から基板４４側に向けて射出された蛍光Ｙを反射させる反射板として機能する。すなわち、本実施形態の波長変換素子４０は、反射型の波長変換素子である。なお、波長変換素子４０は、波長変換層４３と基板４４とを接合する接合層（図示せず）を備えていてもよい。
【００４２】
波長変換層４３は、第１光源１０から射出された励起光Ｅによって励起され、黄色の蛍光Ｙを射出する蛍光体層から構成されている。波長変換層４３は、複数の蛍光体粒子４３１と、複数の蛍光体粒子４３１を保持するバインダー４３２と、を備えている。バインダー４３２には、例えばガラスから構成されている。蛍光体粒子４３１は、賦活剤として例えば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。波長変換層４３の面のうち、励起光Ｅが入射する面を第１面４３ａと称し、第１面４３ａと反対側の面を第２面４３ｂと称する。
【００４３】
すなわち、波長変換層４３は、励起光Ｅが入射する第１面４３ａと、第１面４３ａとは反対側の第２面４３ｂと、励起光Ｅを波長変換して蛍光Ｙを生成する複数の蛍光体粒子４３１と、複数の蛍光体粒子４３１を保持するバインダー４３２と、を有する。
【００４４】
一例として、蛍光体粒子４３１は、ＹＡＧの中に０．３〜２％のモル濃度のＣｅイオンが賦活剤として添加された構成を有する。波長変換層４３は、上記の蛍光体粒子４３１が５０〜７５％の体積パーセント濃度でバインダー４３２中に含有された構成を有する。バインダー４３２は、例えばホウケイ酸ガラスを主成分としている。また、バインダー４３２の屈折率は、蛍光体粒子４３１（ＹＡＧ：Ｃｅ）の屈折率よりも低い。図２に示すように、波長変換層４３は、円環状に形成されている。波長変換層４３の厚さは、例えば４０〜２００μｍである。
【００４５】
波長変換層４３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、固定型の波長変換素子を備え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。
【００４６】
図３は、図２の符号Ａの部分を拡大視した波長変換素子４０の断面図である。
図３に示すように、波長変換層４３は、第１面４３ａの側に位置する第１領域４３Ｓと、第２面４３ｂの側に位置する第２領域４３Ｔと、を有する。図３においては、説明の便宜上、第１領域４３Ｓと第２領域４３Ｔとの境界線を破線Ｆで示したが、実際の波長変換層４３において、第１領域４３Ｓと第２領域４３Ｔとの間には明確な境界線Ｆがあってもよいし、なくてもよい。また、第１領域４３Ｓと第２領域４３Ｔのそれぞれの厚さは特に限定されない。いずれにしても、第１領域４３Ｓと第２領域４３Ｔとで同一のバインダー４３２が用いられており、第１領域４３Ｓと第２領域４３Ｔとは一体化した一つの層を構成する。
【００４７】
図５は、波長変換層４３における蛍光体粒子４３１の粒径分布の一例を示す図である。
図５の横軸は個々の蛍光体粒子４３１の粒径［μｍ］を示し、縦軸は各粒径の頻度を示す。曲線ＢＳ（実線）は第１領域４３Ｓにおける蛍光体粒子４３１の粒径分布を示し、曲線ＢＴ（破線）は第２領域４３Ｔにおける蛍光体粒子４３１の粒径分布を示す。
【００４８】
図５に示すように、波長変換層４３の全体にわたって、複数の蛍光体粒子４３１は、粒径分布を有している。粒径分布は、ピークが例えば２０〜３０μｍであり、数μｍ〜１００μｍの範囲にわたっている。また、第１領域４３Ｓ、第２領域４３Ｔのそれぞれにおいて、複数の蛍光体粒子４３１は、粒径分布を有している。第１領域４３Ｓにおける蛍光体粒子４３１の粒径分布ＢＳは、第２領域４３Ｔにおける蛍光体粒子４３１の粒径分布ＢＴよりも、粒径が大きい側に存在する。
【００４９】
粒径分布ＢＳの一部と粒径分布ＢＴの一部とは重なっているが、第１領域４３Ｓに含まれる複数の蛍光体粒子４３１の最小粒径ｒ１は、第２領域４３Ｔに含まれる複数の蛍光体粒子４３１の最小粒径ｒ２よりも大きい。すなわち、図３に示すように、第１領域４３Ｓの中で粒径が最も小さい蛍光体粒子４３１ｓの粒径をｒ１とし、第２領域４３Ｔの中で粒径が最も小さい蛍光体粒子４３１ｔの粒径をｒ２としたとき、粒径ｒ１と粒径ｒ２との関係は、ｒ１＞ｒ２を満たしている。
【００５０】
基板４４は、波長変換層４３の第２面４３ｂに設けられている。基板４４には、例えばアルミニウム、銅等の熱伝導率が高い材料からなる円板状部材が用いられる。これにより、基板４４は、高い放熱性を確保することができる。上述したように、基板４４は、波長変換層４３から基板４４側に向けて射出された蛍光Ｙを反射させる反射板として機能する。言い換えると、蛍光Ｙを反射する反射部として機能する基板４４は、波長変換層４３の第２面４３ｂに設けられている。なお、波長変換層４３の第２面４３ｂもしくは基板４４の第１面４４ａに、反射率が高い金属等からなる反射層が別途設けられていてもよい。
【００５１】
接合層を用いる場合、接合層は、基板４４（基板４４の第１面４４ａ）と波長変換層４３（波長変換層４３の第２面４３ｂ）との間に介在し、基板４４と波長変換層４３とを接合する。接合層には、例えば熱伝導率が高い微粒子が樹脂中に混入された高熱伝導性接着剤が用いられる。これにより、接合層は、波長変換層４３の熱を基板４４に効率良く伝達することができる。
【００５２】
モーター６０（図１参照）は、波長変換素子４０を、基板４４の第１面４４ａまたは第１面４４ａの反対側の第２面４４ｂに垂直な回転軸を中心として回転させる。本実施形態では、波長変換素子４０を回転させることによって、波長変換層４３上での励起光Ｅの入射位置を時間的に変化させている。これにより、波長変換層４３の同じ箇所に励起光Ｅが常に照射され、波長変換層４３が局所的に加熱されて劣化することを防止している。
【００５３】
以下、波長変換素子４０の製造方法の一例について説明する。
最初に、数μｍ〜１００μｍの粒径分布を有する複数の蛍光体粒子を準備する。
次に、所定のメッシュを有する篩を用いて、複数の蛍光体粒子を分級し、粒径が相対的に大きい蛍光体粒子を主に含む群（篩上に残存した蛍光体粒子）と、粒径が相対的に小さい蛍光体粒子を主に含む群（篩下に落下した蛍光体粒子）と、に分離する（分級工程）。
【００５４】
なお、篩で分級を行った場合、篩のメッシュに対応する粒径を基準粒径としたとき、基準粒径よりも大きい粒径の蛍光体粒子と、基準粒径よりも小さい粒径の蛍光体粒子と、を完全に分離できるわけではない。篩上に残存した蛍光体粒子の粒径分布と篩下に落下した蛍光体粒子の粒径分布とは、図５に示したように、互いに重なり合う。それでも、粒径が大きい側の複数の蛍光体粒子の最小粒径が、粒径が小さい側の複数の蛍光体粒子の最小粒径よりも大きくなるように、分級を行うことは十分に可能である。
【００５５】
次に、分離後の各群の複数の蛍光体粒子とホウケイ酸ガラス等のバインダー材料とを混合し、粒径分布が互いに異なる蛍光体粒子を含む２種類の波長変換層材料をそれぞれ作製する（波長変換層材料作製工程）。
次に、アルミニウム等の基板上に粒径が相対的に小さい蛍光体粒子を含む波長変換層材料を円環状に塗布した後、その上層に粒径が相対的に大きい蛍光体粒子を含む波長変換層材料を塗布する（塗布工程）。
次に、前工程で作製した２層構成の波長変換層材料を焼成して２層を一体化し、波長変換層を形成する（焼成工程）。
以上の工程により、本実施形態の波長変換素子４０が完成する。
【００５６】
以下、従来の問題点と本実施形態の波長変換素子４０の作用、効果について説明する。
図４は、従来の波長変換素子の断面図である。
図４に示すように、従来の波長変換素子９４０においては、波長変換層９４２のバインダー９４３の内部に粒径分布を有する複数の蛍光体粒子９４４が一様に分散している。そのため、特定の粒径分布を有する蛍光体粒子９４４が波長変換層９４２の特定の領域に存在することはなく、粒径が小さい蛍光体粒子９４４ｓが波長変換層９４２の第１面９４２ａに近い領域にも存在する。
【００５７】
ここで、励起光Ｅが第１面９４２ａに入射すると、蛍光体粒子９４４とバインダー９４３との界面からなる屈折率界面が第１面９４２ａに近い領域に多く存在するため、当該屈折率界面における励起光Ｅの反射回数が多くなり、励起光Ｅのうち、後方散乱によって蛍光体粒子９４４に吸収されない励起光Ｅｒの割合が多くなる。そのため、後方散乱した励起光Ｅｒは、蛍光の発生にほとんど寄与できず、波長変換効率を低下させる要因となる。
【００５８】
また、蛍光体粒子中のＣｅイオン等の賦活剤で発生した蛍光は、蛍光体粒子の粒径が小さい程、波長変換層内部での反射回数が多くなる。そのため、蛍光が波長変換層の内部で反射を繰り返している間に賦活剤で再吸収される、という現象が発生する。この現象は、蛍光体の吸収スペクトルと蛍光スペクトルとが重なっていることが原因である。すなわち、蛍光体粒子の粒径が小さいと、屈折率界面が多く存在することになるため、蛍光の反射が繰り返されて、蛍光が賦活剤に入射する確率が増えること、さらに、蛍光の吸収は蛍光体粒子の表面でより多く起こることが、蛍光の再吸収の原因であると考えられる。従来の波長変換素子９４０では、このような蛍光の再吸収のため、蛍光の取り出し効率が低下していた。
【００５９】
このように、従来の波長変換素子９４０においては、励起光の変換効率と蛍光の取り出し効率との双方を向上させ、高い強度の蛍光を得ることが困難であった。
【００６０】
これに対し、本実施形態の波長変換素子４０においては、波長変換層４３の内部の蛍光体粒子４３１の粒径分布が、励起光Ｅが入射する側の第１領域４３Ｓとその反対側の第２領域４３Ｔとで異なっている。具体的には、第１領域４３Ｓの蛍光体粒子４３１の最小粒径ｒ１は、第２領域４３Ｔの蛍光体粒子４３１の最小粒径ｒ２よりも大きい。言い換えると、本実施形態の波長変換素子４０では、励起光Ｅの入射面に近い領域において、相対的に小さい粒径の蛍光体粒子４３１が存在する割合が従来よりも少なくなっている。
【００６１】
これにより、励起光Ｅの入射面に近い領域における屈折率界面の面積が従来よりも少なくなるため、励起光Ｅに対する後方散乱する励起光Ｅｒの割合が従来よりも少なくなる。その結果、従来よりも多くの励起光Ｅが蛍光体粒子４３１に吸収され、蛍光体粒子４３１の波長変換効率を高めることができる。また、波長変換層４３の内部での蛍光Ｙの反射回数が従来よりも少なくなり、賦活剤で再吸収される蛍光Ｙの量を減少することができる。その結果、本実施形態の波長変換素子４０によれば、蛍光の取り出し効率を高めることができる。これにより、高い強度の蛍光Ｙを得ることができる。
【００６２】
本実施形態においては、蛍光Ｙを反射する基板４４が波長変換層４３の第２面４３ｂに設けられているため、高い強度の蛍光Ｙが得られる反射型の波長変換素子を提供することができる。また、基板４４が反射部を兼ねており、反射層を別途設ける必要がないため、波長変換素子４０の製造プロセスを簡略化することができる。
【００６３】
本発明者は、本実施形態の波長変換素子と比較例の波長変換素子とを実際に試作し、２つの波長変換素子の発光特性を比較した。
比較例の波長変換素子は、本実施形態の波長変換層における第１領域と第２領域の位置関係を逆にしたものである。すなわち、比較例の波長変換素子では、最小粒径が小さい粒径分布を有する複数の蛍光体粒子が励起光の入射面に近い側に配置され、最小粒径が大きい粒径分布を有する複数の蛍光体粒子が入射面から遠い側に配置されている。
【００６４】
図６は、励起光強度と発光量との関係を示すグラフである。
図６の横軸は励起光の強度［Ｗ／ｍｍ２］であり、縦軸は発光量（相対値）である。実線のグラフＨ１は本実施形態の波長変換素子のデータを示し、破線のグラフＨ２は比較例の波長変換素子のデータを示している。
図６に示すように、同じ強度の励起光を波長変換層に照射した場合、本実施形態の波長変換素子では、比較例の波長変換素子よりも多くの蛍光が得られることが実証された。
【００６５】
本実施形態の第１光源装置１００は、上記の波長変換素子４０を備えているため、高い強度の出力光を得ることができる。
【００６６】
本実施形態のプロジェクター１は、上記の第１光源装置１００を備えているため、高光束のプロジェクターとすることができる。
【００６７】
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、光源装置（第１光源装置１００）が、波長変換素子とモーターとを有する波長変換装置を備えている例を挙げたが、この構成に代えて、光源装置が、モーターを備えておらず、波長変換素子を備えている構成であってもよい。すなわち、光源装置は、固定型の波長変換素子を備えている構成であってもよい。また、励起光源として、青色の励起光を発する半導体レーザーに代えて、青色の励起光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてもよい。
【００６８】
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。
【００６９】
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】
【００７０】
１…プロジェクター、１０…第１光源（励起光源）、４０…波長変換素子、４３…波長変換層、４３Ｓ…第１領域、４３Ｔ…第２領域、４３ａ…第１面、４３ｂ…第２面、４４…基板（反射部）、１００…第１光源装置（光源装置）、４００Ｂ，４００Ｇ，４００Ｒ…液晶光変調装置（光変調装置）、４３１…蛍光体粒子、４３２…バインダー、６００…投射光学装置、ｒ１，ｒ２…最小粒径。
【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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