(57)【要約】【課題】熱による損傷を低減できる、波長変換素子を提供する。また、前記波長変換素子を備える光源装置を提供する。また、前記光源装置を備えるプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の波長変換素子は、励起光が入射される第１面と、第１面に対向する第２面とを有し、励起光を波長変換する波長変換層と、第２面に対向して設けられる基板と、波長変換層と基板とを接合する接合層と、を備え、接合層は、第２面における励起光の入射領域に対向する第１領域に設けられる第１接合材と、第１領域の外周に位置する第２領域に少なくとも設けられ、第１接合材よりもヤング率が小さい第２接合材とを有する。【選択図】図３
2019045620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光が入射される第１面と、前記第１面に対向する第２面とを有し、前記励起光を波長変換する波長変換層と、
前記第２面に対向して設けられる基板と、
前記波長変換層と前記基板とを接合する接合層と、を備え、
前記接合層は、前記第２面における前記励起光の入射領域に対向する第１領域に設けられる第１接合材と、前記第１領域の外周に位置する第２領域に少なくとも設けられ、前記第１接合材よりもヤング率が小さい第２接合材とを有する
ことを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
前記第１接合材の熱伝導率は、前記第２接合材の熱伝導率よりも大きい
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】
前記第１接合材および前記第２接合材はそれぞれ気孔を含む同一の材料から構成されており、
前記第１接合材における気孔率は、前記第２接合材における気孔率よりも小さい
ことを特徴とする請求項２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
前記波長変換層は、セラミック蛍光体である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項５】
請求項１乃至４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発光素子と、を備える
ことを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項５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して画像光を生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、を備える
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、光源装置及びプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザー等の固体光源と、蛍光体層を備えた波長変換素子と、を組み合わせた光源装置がある。このような光源装置においては、蛍光体層の温度が上昇すると蛍光変換効率が低下してしまう。例えば、下記特許文献１に開示の光源装置では、金属接合材によって蛍光体層を放熱基板に接合することで蛍光体の冷却効率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２９３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記光源装置では、蛍光体層と放熱基板とで膨張係数が異なるため、蛍光体層の発熱時に生じる熱応力によって蛍光体層が破損したり、蛍光体層が基板から剥離するおそれがあった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、熱による損傷を低減できる、波長変換素子を提供することを目的の一つとする。また、前記波長変換素子を備える光源装置を提供することを目的の一つとする。また、前記光源装置を備える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】
【０００６】
本発明の第１態様に従えば、励起光が入射される第１面と、前記第１面に対向する第２面とを有し、前記励起光を波長変換する波長変換層と、前記第２面に対向して設けられる基板と、前記波長変換層と前記基板とを接合する接合層と、を備え、前記接合層は、前記第２面における前記励起光の入射領域に対向する第１領域に設けられる第１接合材と、前記第１領域の外周に位置する第２領域に少なくとも設けられ、前記第１接合材よりもヤング率が小さい第２接合材とを有する波長変換素子が提供される。
【０００７】
第１態様に係る波長変換素子によれば、波長変換層において変位量が大きくなる励起光の入射領域の周辺領域（第２領域）にヤング率の小さい第２接合材を配置するので、波長変換層に生じる熱応力を低減できる。
したがって、本態様に係る波長変換素子によれば、熱による損傷（波長変換層の破損或いは波長変換層の基板からの剥離）を低減できる。
【０００８】
上記第１態様において、前記第１接合材の熱伝導率は、前記第２接合材の熱伝導率よりも大きいのが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、波長変換層の第２面のうち最も高温となる領域に熱伝導性の高い第１接合材を配置するので、波長変換層の温度上昇を抑制することで、波長変換層の波長変換効率の低下を防止できる。
【００１０】
上記第１態様において、前記第１接合材および前記第２接合材はそれぞれ気孔を含む同一の材料から構成されており、前記第１接合材における気孔率は、前記第２接合材における気孔率よりも小さいのが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、気孔率を調整することで同一の材料を用いて第１接合材及び第２接合材を形成することができる。よって、２種類の材料を用いる場合に比べて、１種類の材料で接合層を構成するのでコスト低減を図ることができる。
【００１２】
上記第１態様において、前記波長変換層は、セラミック蛍光体であるのが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、耐熱性に優れた波長変換素子を提供できる。
【００１４】
本発明の第２態様に従えば、上記第１態様の波長変換素子と、前記励起光を射出する発光素子と、を備える光源装置が提供される。
【００１５】
第２態様に係る光源装置は、熱による損傷を低減するとともに波長変換効率の低下を抑制できるので、光を安定して射出することができる。
【００１６】
本発明の第３態様に従えば、上記第２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して画像光を生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、を備えるプロジェクターが提供される。
【００１７】
第３態様に係るプロジェクターは、熱による損傷が起こりにくく、波長変換効率が低下しにくい光源装置を備えるので、高輝度かつ信頼性が高いプロジェクターが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図。
【図２】照明装置の概略構成を示す図。
【図３】波長変換素子の構成を示す断面図。
【図４】波長変換素子の構成を示す平面図。
【図５】第二実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２０】
（第一実施形態）
まず、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。
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映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１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学装置５と、投射光学装置６とを備えている。
【００２１】
色分離光学系３は、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを備えている。
【００２２】
第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光を反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過させる。
【００２３】
第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００２４】
第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。
【００２５】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。
【００２６】
光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂ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及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。
【００２７】
また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。
【００２８】
合成光学装置５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの各画像光が入射する。合成光学装置５は、各画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学装置６に向けて射出する。合成光学装置５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。
【００２９】
投射光学装置６としては、例えば、鏡筒と、当該鏡筒内に配置される複数のレンズとにより構成される組レンズを採用できる。投射光学装置６は、合成光学装置５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。
【００３０】
（照明装置）
続いて、本実施形態に係る照明装置２について説明する。図２は照明装置２の概略構成を示す図である。図２に示すように、照明装置２は、本発明の一実施形態に係る光源装置２Ａと、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。
【００３１】
光源装置２Ａは、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板２８ａと、偏光分離素子５０を含む光学素子２５Ａと、第１の集光光学系２６と、波長変換素子２７と、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、を有している。
【００３２】
光源装置２Ａにおいて、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板２８ａと、光学素子２５Ａと、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次配置されている。波長変換素子２７と、第１の集光光学系２６と、光学素子２５Ａと、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、光軸ａｘ２上に順次配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。光軸ａｘ２は照明装置２の照明光軸に相当する。
【００３３】
アレイ光源２１は、複数の半導体レーザー２１ａを備える。複数の半導体レーザー２１ａは光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に配置されている。半導体レーザー２１ａは、例えば青色の光線Ｂ（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する。アレイ光源２１は、複数の光線Ｂからなる光線束ＢＬを射出する。本実施形態において、半導体レーザー２１ａは特許請求の範囲の「発光素子」に相当する。
【００３４】
アレイ光源２１から射出された光線束ＢＬは、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、アレイ光源２１から射出された光線Ｂを平行光に変換する。コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の半導体レーザー２１ａに対応して配置されている。
【００３５】
コリメーター光学系２２を通過した光線束ＢＬは、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、光線束ＢＬの光束径を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば凸レンズ２３ａ，凹レンズ２３ｂから構成されている。
【００３６】
アフォーカル光学系２３を通過した光線束ＢＬは第１の位相差板２８ａに入射する。第１の位相差板２８ａは、例えば光学軸を光軸ａｘ１の周りに回転可能とされた１／２波長板である。光線束ＢＬは直線偏光である。第１の位相差板２８ａの回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差板２８ａを透過した光線束ＢＬを、偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光線とすることができる。
【００３７】
第１の位相差板２８ａを通過することでＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む光線束ＢＬは光学素子２５Ａに入射する。光学素子２５Ａは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ａｘ１に対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有している。傾斜面Ｋは、光軸ａｘ２に対しても４５°の角度をなしている。なお、光学素子２５Ａはプリズム型に限らず、プレート型でもよい。
【００３８】
傾斜面Ｋには、波長選択特性を有する偏光分離素子５０が設けられている。偏光分離素子５０は、光線束ＢＬを、偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分の光線束ＢＬｓとＰ偏光成分の光線束ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離素子５０は、Ｓ偏光成分の光線束ＢＬｓを反射させ、Ｐ偏光成分の光線束ＢＬｐを透過させる。
【００３９】
また、偏光分離素子５０は光線束ＢＬとは波長帯が異なる蛍光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。すなわち、偏光分離素子５０は、青色光領域の波長の光についてはＳ偏光成分とＰ偏光成分とを分離するが、緑色光領域及び赤色光領域の波長の光についてはＳ偏光及びＰ偏光のそれぞれを透過させる、波長選択性の偏光分離特性を有している。
【００４０】
偏光分離素子５０から射出されたＳ偏光の光線束ＢＬｓは、第１の集光光学系２６に入射する。第１の集光光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ及び第２レンズ２６ｂから構成されている。第１の集光光学系２６は、光線束ＢＬｓを波長変換素子２７に向けて集光させる。
【００４１】
波長変換素子２７は、第１の集光光学系２６から入射される青色光である光線束ＢＬｓ（励起光）を緑色光及び赤色光を含む蛍光ＹＬに変換して出射する、反射型の波長変換素子である。なお、波長変換素子２７の構成については後述する。
【００４２】
波長変換素子２７から射出された蛍光ＹＬは第１の集光光学系２６により平行化されて、偏光分離素子５０に入射する。蛍光ＹＬは非偏光光であり、偏光分離素子５０が上記波長選択性の偏光分離特性を有することから、第１の集光光学系２６を通過した後、光軸ａｘ２に沿って偏光分離素子５０を通過して、インテグレーター光学系３１に向けて進む。
【００４３】
一方、偏光分離素子５０から射出されたＰ偏光の光線束ＢＬｐは、第２の位相差板２８ｂによって右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換され、第２の集光光学系２９に入射する。第２の位相差板２８ｂは、１／４波長板から構成されている。
第２の集光光学系２９は、例えばレンズ２９ａから構成され、青色光ＢＬｃ１を集光させた状態で拡散反射素子３０に入射させる。
【００４４】
拡散反射素子３０は、第２の集光光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１を偏光分離素子５０に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０としては、青色光ＢＬｃ１をランバート反射させつつ、且つ、偏光状態を乱さないものを用いることが好ましい。
【００４５】
以下、拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光ＢＬｃ２と称する。本実施形態によれば、青色光ＢＬｃ１を拡散反射させることで略均一な照度分布の青色光ＢＬｃ２が得られる。右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１は左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２として反射される。
【００４６】
青色光ＢＬｃ２は第２の集光光学系２９によって平行光に変換された後に再び第２の位相差板２８ｂを透過してＳ偏光の青色光ＢＬｓ１に変換される。青色光ＢＬｓ１は、偏光分離素子５０によってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。
【００４７】
青色光ＢＬｓ１及び蛍光ＹＬは、偏光分離素子５０から互いに同一方向に向けて射出され、青色光ＢＬｓ１と蛍光（黄色光）ＹＬとが混ざった白色の照明光ＷＬを生成する。
【００４８】
照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。インテグレーター光学系３１は、例えば、レンズアレイ３１ａ，レンズアレイ３１ｂから構成されている。レンズアレイ３１ａ，３１ｂは、複数の小レンズがアレイ状に配列されたものからなる。
【００４９】
インテグレーター光学系３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬを含む照明光ＷＬを直線偏光に変換する。
【００５０】
偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３はインテグレーター光学系３１と協同して、被照明領域における照明光ＷＬによる照度の分布を均一化する。このようにして、照明装置２は照明光ＷＬを射出する。
【００５１】
（波長変換素子）
図３は波長変換素子２７の構成を示す断面図である。図４は波長変換素子２７の構成を示す平面図である。なお、図３は図４のＡ−Ａ線矢視による断面に相当する。図３では、蛍光体層３４の入射面３４Ａに入射する光線束ＢＬｓを図示している。
【００５２】
波長変換素子２７は、図２に示したように、第１の集光光学系２６から入射される光線束ＢＬｓを波長変換して生成される蛍光ＹＬを第１の集光光学系２６側に出射する。本実施形態において、蛍光ＹＬは、例えば波長５００〜７００ｎｍの黄色光である。
図３に示すように、波長変換素子２７は、蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する基板３５と、蛍光体層３４と基板３５とを接合する接合層３６と、反射部３７とを有している。
【００５３】
本実施形態において、蛍光体層３４は、複数のＹＡＧ蛍光体粒子を焼結したＹＡＧセラミック系のセラミック蛍光体からなる。このようなセラミック蛍光体からなる蛍光体層３４は耐熱性に優れたものとなる。よって、この蛍光体層３４を備えた波長変換素子２７においても耐熱性に優れたものとなる。
【００５４】
蛍光体層３４は、光線束ＢＬｓが入射される入射面３４Ａと、入射面３４Ａに対向する下面３４Ｂとを有する。本実施形態において、光線束ＢＬｓは特許請求の範囲の「励起光」に相当し、蛍光体層３４は特許請求の範囲の「波長変換層」に相当し、入射面３４Ａは特許請求の範囲の「第１面」に相当し、下面３４Ｂは特許請求の範囲の「第２面」に相当する。
【００５５】
蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち一部の蛍光ＹＬは入射面３４Ａから外部へと射出され、残りの蛍光ＹＬは反射部３７によって反射され、蛍光体層３４の外部へと射出される。反射部３７としては反射率が高いものが好ましく、本実施形態では誘電体多層膜を用いた。なお、反射部３７としては、蛍光ＹＬに対して高い反射率が得られる銀膜等を用いてもよい。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体層３４の入射面３４Ａから第１の集光光学系２６に向けて射出される。
【００５６】
図４に示すように、入射面３４Ａの面法線方向から波長変換素子２７を平面視した場合において、蛍光体層３４は略矩形板状に形成される。本実施形態において、光線束ＢＬｓは入射面３４Ａの中央を含む一部の領域に入射する。以下、入射面３４Ａのうちの光線束ＢＬｓが入射する領域を励起光照射領域ＲＡと呼ぶ。励起光照射領域ＲＡは略矩形状である。
【００５７】
基板３５としては熱伝導性の高い金属であるＡｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）やセラミックＡｌＮやダイヤモンド、Ａｌ２Ｏ３等を用いるのが好ましく、熱伝導性が高い点で本実施形態では基板３５として銅板を用いた。なお、基板３５の表面は接合層３６との接合力を高めるためのめっき等の表面処理が施されていてもよい。
【００５８】
（接合層）
本実施形態において、接合層３６は第１接合材３６Ａと第２接合材３６Ｂとを有する。図３に示したように、第１接合材３６Ａは、蛍光体層３４の下面３４Ｂにおける第１領域Ａ１に設けられる。第２接合材３６Ｂは、蛍光体層３４の下面３４Ｂにおける第２領域Ａ２に設けられる。
【００５９】
第１領域Ａ１は下面３４Ｂのうちの励起光照射領域ＲＡに対向する領域である。本実施形態において、第１領域Ａ１は励起光照射領域ＲＡと同様、略矩形状である。第１領域Ａ１の面積は励起光照射領域ＲＡの面積より大きい。
【００６０】
図４に示すように、第２領域Ａ２は、第１領域Ａ１の周囲に位置する領域である。第２接合材３６Ｂは、矩形状の第１接合材３６Ａの外周に設けられている。
ここで、第２接合材３６Ｂが第１接合材３６Ａの外周に設けられるとは、第１接合材３６Ａの側面３６Ａ１、本実施形態では第１接合材３６Ａの４つの側面３６Ａ１に接するように第２接合材３６Ｂが当該第１接合材３６Ａを囲んで配置された状態をいう。本実施形態では、第２接合材３６Ｂが蛍光体層３４の下面３４Ｂ（第２領域Ａ２）からはみ出した状態で基板３５上に設けられている。
【００６１】
本実施形態において、第２接合材３６Ｂのヤング率は第１接合材３６Ａのヤング率が小さい。第１接合材３６Ａ及び第２接合材３６Ｂは、上記ヤング率の関係を満たす有機材料の中から選択される。例えば、第１接合材３６Ａの材料としてエポキシ樹脂（ヤング率：２．０ＧＰａ、熱伝導率：０．３Ｗ／（ｍｋ））を用い、第２接合材３６Ｂの材料としてシリコーン（ヤング率：１．１×１０−３ＧＰａ、熱伝導率：０．２Ｗ／（ｍｋ））を用いた。本実施形態において、第１接合材３６Ａの熱伝導率は、第２接合材３６Ｂの熱伝導率よりも大きい。
【００６２】
このような構成に基づいて、本実施形態の接合層３６は、蛍光体層３４における中心部（第１領域Ａ１）のヤング率に対して蛍光体層３４における周辺部（第２領域Ａ２）のヤング率を相対的に小さくしている。
【００６３】
ところで、蛍光体層３４の入射面３４Ａ上の励起光照射領域ＲＡに励起光（光線束ＢＬｓ）が照射されると、蛍光体層３４の温度が上昇する。蛍光体層３４の熱は接合層３６を介して基板３５へと伝達される。
【００６４】
ここで、蛍光体層３４および基板３５は熱膨張係数が異なるため、励起光が照射された際、熱膨張係数の差に応じた熱応力が発生する。なお、熱膨張係数とは、線膨張係数と体積膨張係数とを含む概念であるが、本実施形態において、蛍光体層３４、基板３５および接合層３６の厚みは薄いため、以下では熱膨張係数を線膨張係数として説明する。
【００６５】
図３は、蛍光体層３４の温度が上昇している場合の波長変換素子２７の状態を説明している。図３に示すように、基板３５の膨張量（変位量）は、蛍光体層３４の膨張量（変位量）よりも大きくなる。
このとき、蛍光体層３４に発生した熱応力によって、蛍光体層３４が破断或いは蛍光体層３４が基板３５から剥離するおそれがある。なお、蛍光体層３４、基板３５、接合層３６の熱による膨張（変位）は、光線束ＢＬｓ（励起光）が蛍光ＹＬに波長変換される際に生じる熱に起因する。よって、蛍光体層３４、基板３５、接合層３６の熱による膨張（変位）は、励起光照射領域ＲＡを中心として生じる。従って、熱による膨張量（変位量）は、膨張（変位）の起点からの距離に応じて増加するので、蛍光体層３４の膨張量（変位量）は、当該蛍光体層３４の中心部（第１領域Ａ１）よりも周辺部（第２領域Ａ２）の方が大きい。
【００６６】
以上説明した本実施形態に係る波長変換素子２７によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態の波長変換素子２７は、蛍光体層３４の周辺部（第２領域Ａ２）に配置される第２接合材３６Ｂのヤング率を相対的に小さくしている。すなわち、蛍光体層３４における膨張量（変位量）が大きい領域、すなわち蛍光体層３４において相対的に大きな熱応力が生じる領域に対応する第２接合材３６Ｂのヤング率を第１接合材３６Ａのヤング率よりも小さくした。これにより、蛍光体層３４に生じる熱応力が低減される。よって、熱応力による波長変換素子２７の損傷（蛍光体層３４の破損や蛍光体層３４の基板３５からの剥離）を起こり難くすることができる。
【００６７】
励起光の照射時において、入射面３４Ａのうち励起光照射領域ＲＡにおける温度が最も高くなる。蛍光体層３４の下面３４Ｂにおいて、励起光照射領域ＲＡに対向する領域（第１領域Ａ１）の温度が最も高くなる。
【００６８】
本実施形態の接合層３６は、励起光照射領域ＲＡに対向する第１領域Ａ１、すなわち、蛍光体層３４の下面３４Ｂのうち最も高温となる領域に、第２接合材３６Ｂよりも熱伝導性の高い第１接合材３６Ａを配置している。そのため、第１接合材３６Ａは励起光照射領域ＲＡの熱を効率良く基板３５側に伝導する。よって、蛍光体層３４から基板３５側に効率良く放熱されるので、蛍光体層３４の温度上昇が抑制されて、蛍光体層３４の波長変換効率の低下を防止できる。
【００６９】
以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１によれば、以下の効果を奏する。
蛍光体層３４において変位量が相対的に大きい領域をヤング率の小さい第２接合材３６Ｂを用いて基板３５に接合するので、蛍光体層３４に生じる熱応力を低減することができる。これにより、熱による蛍光体層３４の破損或いは基板３５からの剥離を起こりにくくすることができる。
【００７０】
また、蛍光体層３４の下面３４Ｂのうち最も高温となる領域に熱伝導性の高い第１接合材３６Ａを配置するので、蛍光体層３４の温度上昇を抑制することで、蛍光体層３４の波長変換効率の低下を防止できる。
【００７１】
また、波長変換素子２７はセラミック蛍光体からなる蛍光体層３４を備えるので、耐熱性に優れた波長変換素子を提供できる。
【００７２】
光源装置２Ａは、熱による損傷を低減するとともに波長変換効率の低下を抑制できるので、照明光ＷＬを安定して射出することができる。また、光源装置２Ａを含む照明装置２は照明光ＷＬを安定して射出するので、この照明装置２を備えた本実施形態のプロジェクター１の信頼性を高めるとともに、高輝度化することができる。
【００７３】
（第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態と第一実施形態とは、波長変換素子の構成において異なり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下の説明では波長変換素子の構成を主体に説明し、第一実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については省略若しくは簡略化する。
【００７４】
図５は本実施形態の波長変換素子１２７の構成を示す断面図である。図５に示すように、波長変換素子１２７は、蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する基板３５と、蛍光体層３４と基板３５とを接合する接合層１３６と、反射部３７とを有している。
【００７５】
接合層１３６は第１接合材１３６Ａと第２接合材１３６Ｂとを有する。本実施形態において、第１接合材１３６Ａ及び第２接合材１３６Ｂは気孔１３７を含む同一の材料から構成されている。第１接合材１３６Ａ及び第２接合材１３６Ｂを構成する材料として焼結型金属を用いた。
【００７６】
本実施形態において、第１接合材１３６Ａ及び第２接合材１３６Ｂは複数の気孔１３７を含んでいる。ここで、接合材におけるヤング率は、当該接合材における気孔率によって変化する。具体的に気孔率が高くなると気孔によって接合材中の隙間が増えるため、外力によって変形しやすくなる。すなわち、接合材は気孔率が高くなると、ヤング率が小さくなる。
【００７７】
本実施形態では、第１接合材１３６Ａを構成する焼結型金属として、例えば、Ａｇナノ粒子接合材（ヤング率：１４．８ＧＰａ、熱伝導率：２１３Ｗ／（ｍｋ））を用いた。
【００７８】
本実施形態では、第１接合材１３６Ａと同一材料（Ａｇナノ粒子接合材）を用いるとともに、該材料の気孔率を調整することで第２接合材１３６Ｂを形成した。具体的に、第１接合材１３６Ａよりも気孔率を高くしたＡｇナノ粒子接合材を用いて第２接合材１３６Ｂを形成した。
【００７９】
なお、焼結型金属の気孔率は、例えば、焼結する金属粒子の粒径の大きさの調整、或いは、温度分布を持たせて焼結の進行具合を調整することで制御可能である。
【００８０】
このようにして形成された第２接合材１３６Ｂの気孔率（気孔量）は第１接合材１３６Ａの気孔量よりも多くなる。したがって、第２接合材１３６Ｂのヤング率は、上述した第１接合材１３６Ａのヤング率（１４．８ＧＰａ）よりも小さくなる。
【００８１】
本実施形態の接合層１３６によれば、蛍光体層３４の中心部（第１接合材１３６Ａ）のヤング率に対して、蛍光体層３４の周辺部（第２接合材１３６Ｂ）のヤング率が相対的に小さくなっている。
【００８２】
焼結型金属（Ａｇナノ粒子接合材）は熱伝導性に優れた材料である。しかしながら、焼結型金属は気孔率が高くなると、その熱伝導性が低下する。これは、気孔率が高くなることで焼結型金属中に生じる隙間が増えるため、熱が伝わり難くなるためである。
【００８３】
本実施形態において、第２接合材１３６Ｂの気孔率は第１接合材１３６Ａの気孔率よりも高い。そのため、第１接合材１３６Ａの熱伝導率は、第２接合材１３６Ｂの熱伝導率よりも大きい。
【００８４】
以上説明した本実施形態に係る波長変換素子１２７によれば、以下の効果を奏する。
【００８５】
蛍光体層３４において変位量の大きい領域（大きな熱応力が生じる領域）にヤング率の小さい第２接合材１３６Ｂを配置するので、第一実施形態と同様、蛍光体層３４に生じる熱応力を低減できる。よって、熱応力による蛍光体層３４の破損或いは基板３５からの剥離を起こりにくい。
【００８６】
本実施形態において、気孔率を調整することで同一の材料を用いて第１接合材１３６Ａ及び第２接合材１３６Ｂを形成することができる。よって、２種類の材料を用いる場合に比べて、１種類の材料で接合層を構成するのでコスト低減を図ることができる。
【００８７】
また、蛍光体層３４の下面３４Ｂのうち高温となる領域に熱伝導性の高い第１接合材１３６Ａを配置するので、蛍光体層３４の温度上昇を抑制することで、蛍光体層３４の波長変換効率の低下を防止できる。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００８９】
第１接合材および第２接合材を構成する材料は、上記実施形態の構成に限定されることはない。上述したヤング率の関係を満たす第１接合材および第２接合材を構成する材料の組み合わせであれば適宜採用可能である。例えば、第１接合材および第２接合材を構成する材料は、有機材料、フィラーを含有した有機材料、半田及び焼結型金属のいずれか一つから選択される。以下、変形例として、第１接合材および第２接合材を構成する材料の組み合わせについて説明する。
【００９０】
（第一変形例）
第一変形例に係る接合材は、第１接合材として有機材料にフィラーを含有させた材料を用い、第２接合材として有機材料を用いた。有機材料にフィラーを含有させた材料としては、例えば、Ａｇフィラーを含有したエポキシ樹脂（ヤング率：１．３ＧＰａ、熱伝導率：２０Ｗ／（ｍｋ））を用いることができる。また、有機材料としては、例えば、上述のシリコーンを用いることができる。
【００９１】
（第二変形例）
第二変形例に係る接合材は、第１接合材として有機材料にフィラーを含有させた材料を用い、第２接合材として有機材料にフィラーを含有させた材料を用いた。なお、上述したヤング率の関係を満たせば、第２接合材に含まれる有機材料及びフィラーのいずれか一方と第１接合材に含まれる有機材料及びフィラーのいずれか一方とが同じ材料であってもよい。
【００９２】
（第三変形例）
第三変形例に係る接合材は、第１接合材として焼結型金属を用い、第２接合材として有機材料を用いた。焼結型金属としては、例えば、上述のＡｇナノ粒子接合材を用いることができる。また、有機材料としては、例えば、上述のエポキシ樹脂又はシリコーンを用いることができる。
【００９３】
（第四変形例）
第四変形例に係る接合材は、第１接合材として焼結型金属を用い、第２接合材として有機材料にフィラーを含有させた材料を用いた。焼結型金属としては、例えば、上述のＡｇナノ粒子接合材を用いることができる。また、有機材料にフィラーを含有させた材料としては、例えば、上述のＡｇフィラーを含有したエポキシ樹脂を用いることができる。
【００９４】
（第五変形例）
第五変形例に係る接合材は、第１接合材として焼結型金属を用い、第２接合材として半田を用いた。焼結型金属としては、例えば、上述のＡｇナノ粒子接合材を用いることができる。また、半田としては、例えば、インジウム（ヤング率：１１ＧＰａ、熱伝導率：８１Ｗ／（ｍｋ））を用いることができる。
【００９５】
（第六変形例）
第六変形例に係る接合材は、第１接合材として半田を用い、第２接合材として有機材料を用いた。半田としては、例えば、上述のインジウムを用いることができる。また、有機材料としては、例えば、上述のエポキシ樹脂又はシリコーンを用いることができる。
【００９６】
（第七変形例）
第七変形例に係る接合材は、第１接合材として半田を用い、第２接合材として有機材料にフィラーを含有させた材料を用いた。半田としては、例えば、上述のインジウムを用いることができる。また、有機材料にフィラーを含有させた材料としては、例えば、上述のＡｇフィラーを含有したエポキシ樹脂を用いることができる。
【００９７】
（第八変形例）
第八変形例に係る接合材は、第１接合材及び第２接合材として半田をそれぞれ用いた。なお、上述のヤング率の関係を満たすように、第１接合材及び第２接合材を構成する半田を組み合わせればよい。また、第１接合材及び第２接合材を構成する半田として同一材料を用い、第２接合材の気孔率を第１接合材の気孔率よりも高くすることで上述したヤング率の関係を満たすようにしてもよい。
なお、第２接合材として、上述のインジウムを用いる場合には、第１接合材として、Ｓｎ−０．７５Ｃｕ、Ｓｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃｕ、Ｓｎ−１Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−９Ｚｎ、Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉ、Ｓｎ−５８Ｂｉ、Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇ、Ｓｎ−３７Ｐｂ、Ｓｎ−９５Ｐｂ等を用いることができる。
【００９８】
（第九変形例）
第九変形例に係る接合材は、第１接合材として半田を用い、第２接合材として焼結型金属を用いた。半田としては、例えば、上述のインジウムを用いることができる。また、焼結型金属としては、例えば、半田（インジウム）よりもヤング率を小さくする気孔率に設定したＡｇナノ粒子接合材を用いることができる。
【００９９】
また、上記実施形態では、接合層３６を構成する第１接合材３６Ａ及び第２接合材３６Ｂがそれぞれ一つの部位から構成される場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、第２接合材３６Ｂが分離した２つの部位から構成されており、各部位が１つの部位からなる第１接合材３６Ａの外周（側面３６Ａ１）にそれぞれ接するように設けられていてもよい。
また、上記実施形態では、励起光照射領域ＲＡを略矩形状にする場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。略円形状や多角形でも良い。
【０１００】
また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１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適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。
【０１０１】
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】
【０１０２】
１…プロジェクター、２Ａ…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、２１ａ…半導体レーザー、２７，１２７…波長変換素子、３４…蛍光体層（波長変換層）、３４Ａ…入射面（第１面）、３４Ｂ…下面（第２面）、３５…基板、３６，１３６…接合層、３６Ａ，１３６Ａ…第１接合材、３６Ｂ，１３６Ｂ…第２接合材、３６Ａ１…側面、１３７…気孔、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域、ＹＬ…蛍光、ＢＬｓ…光線束（励起光）。
【図１】
2019045620.tif 000003
【図２】
2019045620.tif 000004
【図３】
2019045620.tif 000005
【図４】
2019045620.tif 000006
【図５】
2019045620.tif 000007