(57)【要約】      （修正有）【課題】蛍光体層の熱伝導率の低下を低減できる蛍光発光素子、そのような蛍光発光素子を備える光源装置、およびそのような光源装置を備えるプロジェクターを提供する。【解決手段】蛍光発光素子は、蛍光体３１ａと、無機材料からなるバインダー３１ｂと、を含む蛍光体層３１を備えた蛍光発光素子であって、バインダー３１ｂの熱伝導率Ｂは、蛍光体３１ａの熱伝導率Ａの１．８８倍より大きく、蛍光体層３１に含まれる蛍光体３１ａの体積をＸ、蛍光体層３１に含まれるバインダー３１ｂの体積をＹとしたとき、Ｘ／Ｙ＞１／２である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体と、無機材料からなるバインダーと、を含む蛍光体層を備えた蛍光発光素子であって、
前記バインダーの熱伝導率Ｂは、前記蛍光体の熱伝導率Ａの１．８８倍より大きく、
前記蛍光体層に含まれる前記蛍光体の体積をＸ、前記蛍光体層に含まれる前記バインダーの体積をＹとしたとき、Ｘ／Ｙ＞１／２であることを特徴とする蛍光発光素子。
【請求項２】
前記蛍光体層に含まれる前記蛍光体の体積濃度をα［ｖｏｌ％］としたとき、α≧２．４７３６×（Ｂ／Ａ）−１．４３２×１００である、請求項１に記載の蛍光発光素子。
【請求項３】
前記バインダーは、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、および窒化アルミニウムからなる群から選ばれる、請求項１または２に記載の蛍光発光素子。
【請求項４】
前記バインダーは、酸化アルミニウムからなり、
前記蛍光体の体積濃度は、６６ｖｏｌ％以上である、請求項１から３のいずれか一項に記載の蛍光発光素子。
【請求項５】
前記蛍光体の体積濃度は、７５ｖｏｌ％以上、９５ｖｏｌ％以下である、請求項４に記載の蛍光発光素子。
【請求項６】
前記バインダーは、酸化マグネシウムからなり、
前記蛍光体の体積濃度は、５０ｖｏｌ％以上、８０ｖｏｌ％以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載の蛍光発光素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の蛍光発光素子を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を変調して画像光を形成する光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光を投射する投射光学系と、
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、蛍光発光素子、光源装置、およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光発光素子として、シリコーン樹脂中に蛍光体を分散させた蛍光体層を備えるものが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−７４２７３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、一般的に、シリコーン樹脂（バインダー）の熱伝導率は蛍光体の熱伝導率よりも低いため、上記のようなシリコーン樹脂中に蛍光体を分散させた蛍光体層では、蛍光体層におけるバインダーの体積の割合が大きいほど蛍光体層全体の熱伝導率が著しく低下し、蛍光体層の熱抵抗が高くなる。熱抵抗が高いほど、蛍光体の発熱によって生じた熱が蛍光体層に蓄積されやすい。そのため、蓄積された熱によって、例えば、蛍光体の発光特性の低下や、蛍光体の損傷が生じる場合があった。
【０００５】
特許文献１においては、蛍光体とシリコーン樹脂との配合比を調整することによって、上記問題の解決を試みているが、十分ではない。
【０００６】
本発明の一つの態様は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、蛍光体層の温度上昇を低減できる蛍光発光素子、そのような蛍光発光素子を備える光源装置、およびそのような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】
【０００７】
本発明の蛍光発光素子の一つの態様は、蛍光体と、無機材料からなるバインダーと、を含む蛍光体層を備えた蛍光発光素子であって、前記バインダーの熱伝導率Ｂは、前記蛍光体の熱伝導率Ａの１．８８倍より大きく、前記蛍光体層に含まれる前記蛍光体の体積をＸ、前記蛍光体層に含まれる前記バインダーの体積をＹとしたとき、Ｘ／Ｙ＞１／２であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の蛍光発光素子の一つの態様によれば、バインダーが無機材料からなるため、バインダーとしてシリコーン樹脂を用いた場合に比べて蛍光体層全体としての熱伝導率が高い。さらに、バインダーの熱伝導率が蛍光体の熱伝導率の１．８８倍より大きいため、蛍光体層にバインダーを導入しても、熱伝導率が十分高い蛍光体層を得られる。これにより、蛍光体層の厚み方向の熱抵抗の増加を低減することができる。
【０００９】
一方、蛍光体層に含まれる蛍光体の体積濃度が低いような場合には、蛍光体層に入射した励起光のうち蛍光体に照射されない光が増加し、励起光の利用効率が低下する。結果として、蛍光発光素子の発光強度が低下してしまう場合がある。
【００１０】
これに対して、本発明の蛍光発光素子の一つの態様によれば、バインダーの体積に対する蛍光体の体積の割合が、１／２よりも大きいため、蛍光体層における蛍光体の体積濃度が十分に大きい。そのため、励起光を効率的に蛍光体に照射して、十分高い発光強度を得ることができる。
したがって、本発明の蛍光発光素子の一つの態様によれば、蛍光体層の熱伝導率が高く、かつ強い光を射出できる蛍光発光素子が得られる。
【００１１】
前記蛍光体層に含まれる前記蛍光体の体積濃度をα［ｖｏｌ％］としたとき、α≧２．４７３６×（Ｂ／Ａ）−１．４３２×１００である構成としてもよい。
この構成によれば、蛍光体層の熱抵抗を、蛍光体層が蛍光体のみで構成されている場合の熱抵抗以下とすることができる。これにより、蛍光体層の温度上昇を低減できる蛍光発光素子が得られる。
【００１２】
前記バインダーは、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、および窒化アルミニウムからなる群から選ばれる構成としてもよい。
この構成によれば、蛍光体層の温度上昇をより確実に低減できる蛍光発光素子が得られる。
【００１３】
前記バインダーは、酸化アルミニウムからなり、前記蛍光体の体積濃度は、６６ｖｏｌ％以上である構成としてもよい。
この構成によれば、蛍光体層の熱抵抗を、蛍光体層が蛍光体のみで構成されている場合の熱抵抗以下とすることができる。
【００１４】
前記蛍光体の体積濃度は、７５ｖｏｌ％以上、９５ｖｏｌ％以下である構成としてもよい。
この構成によれば、蛍光体層の熱抵抗を十分に低くすることができる。
【００１５】
前記バインダーは、酸化マグネシウムからなり、前記蛍光体の体積濃度は、５０ｖｏｌ％以上、８０ｖｏｌ％以下である構成としてもよい。
この構成によれば、蛍光体層の熱抵抗を十分に低くすることができる。
【００１６】
本発明の光源装置の一つの態様は、上記の蛍光発光素子を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の光源装置の一つの態様によれば、上記の蛍光発光素子を備えるため、蛍光体層に熱が蓄積されることによる蛍光強度の低下を低減することができる。したがって、本発明の光源装置の一つの態様によれば、信頼性に優れた光源装置が得られる。
【００１８】
本発明のプロジェクターの一つの態様は、上記の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調して画像光を形成する光変調装置と、前記光変調装置から射出された光を投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明のプロジェクターの一つの態様によれば、上記の光源装置を備えるため、同様に信頼性に優れたプロジェクターが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
【図２】本実施形態の蛍光体層の断面を示す模式図である。
【図３】蛍光体の体積濃度が低い蛍光体層を示す断面図である。
【図４】バインダーとした酸化アルミニウムを用いた場合の蛍光体層の熱抵抗の変化を示すグラフである。
【図５】バインダーとした酸化マグネシウムを用いた場合の蛍光体層の熱抵抗の変化を示すグラフである。
【図６】熱伝導率比に対する蛍光体の濃度下限の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るプロジェクターについて説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
【００２２】
図１は、本実施形態のプロジェクター１０００を示す概略構成図である。
本実施形態のプロジェクター１０００は、照明装置１００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、クロスダイクロイックプリズム５００と、投射光学系６００とを備えている。
【００２３】
照明装置１００は、第１の光源装置１００ａと、第１集光レンズ６０と、回転拡散板７０と、第１ピックアップ光学系８０と、第２の光源装置（光源装置）１００ｂと、フライアイインテグレーター９０と、偏光変換素子９３と、第２平行化レンズ９４とを備えている。
【００２４】
第１の光源装置１００ａは、第１光源５０と、第１コリメーターレンズアレイ５３とを備えている。
第２の光源装置１００ｂは、第２光源１０と、第２コリメーターレンズアレイ１３と、第２集光レンズ２０と、第１平行化レンズ２１と、ダイクロイックミラー２２と、第２ピックアップ光学系４０と、蛍光発光素子３０とを備えている。
【００２５】
第１光源５０は、第１基台５１と、第１基台５１上に平面的に並べて配置された複数の第１固体発光素子５２とを備えた光源アレイである。第１固体発光素子５２は、ダイクロイックミラー２２によって反射される青色光を射出する光源である。本実施形態の場合、第１固体発光素子５２は、青色（発光強度のピーク：４５０ｎｍ付近）のレーザー光を射出する半導体レーザーであるが、第１固体発光素子５２は、ダイクロイックミラー２２で反射される波長の光であれば、４５０ｎｍ以外のピーク波長を有する光を射出するものであっても構わない。また、第１固体発光素子５２は、ＬＥＤ等の非レーザー光を射出する発光素子であってもよい。
【００２６】
第１コリメーターレンズアレイ５３は、各第１固体発光素子５２と１対１に対応した複数の第１マイクロレンズ５３０を備えている。複数の第１マイクロレンズ５３０は、第１基台５１上に並べて配置されている。各第１マイクロレンズ５３０は、対応する第１固体発光素子５２から射出される青色光の光軸上に設置され、当該青色光を平行化して射出する。これにより、第１の光源装置１００ａから、青色のレーザー光が射出される。平行化された光は、凸レンズからなる第１集光レンズ６０で集光され、回転拡散板７０に射出される。
【００２７】
拡散部材としての回転拡散板７０は、入射した青色光を拡散して入射側とは反対側の面から射出する透過型の回転拡散板である。回転拡散板７０は、モーター７３により回転駆動される拡散部材としての基板７１を備えている。基板７１としては、公知の拡散板、たとえば、磨りガラスや、ホログラフィックディフューザー、透明基板の表面にブラスト処理を施したもの、透明基板の内部にビーズのような散乱材を分散させ、散乱材によって光を散乱させるものなどを用いることができる。本実施形態では基板７１として円板を用いているが、基板７１の形状は円板に限られない。回転拡散板７０では、基板７１を回転駆動することによって、青色光が照射された部分（被照射部分）が円を描くように、青色光が照射される領域（光照射領域）Ｓ１に対して相対的に移動する。
【００２８】
回転拡散板７０から射出された光は、第１ピックアップ光学系８０に入射される。
第１ピックアップ光学系８０は、ダイクロイックミラー２２と回転拡散板７０との間の光路上に配置されている。第１ピックアップ光学系８０は、回転拡散板７０からの光が入射するピックアップレンズとしての第１レンズ８１と、第１レンズ８１から射出される光を平行化する第２レンズ８２とを含んで構成されている。第１レンズ８１は、例えば、光が入射する面が平面状であり、光が射出する面が凸の曲面状をなす平凸レンズからなり、第２レンズ８２は、たとえば凸レンズからなる。第１ピックアップ光学系８０は、回転拡散板７０からの光を、略平行化した状態でダイクロイックミラー２２に入射させる。
【００２９】
なお、第１ピックアップ光学系８０は、回転拡散板７０から射出される青色光の広がりに応じて、使用するレンズの屈折率や形状が決められる。また、レンズの数も２つに限らず、１つまたは３つ以上の複数個とすることもできる。
【００３０】
ダイクロイックミラー２２は、第１ピックアップ光学系８０から射出された光の光路上に配置され、その表面は、光路方向に対して約４５°の角度をなしている。ダイクロイックミラー２２の、光が入射する側の面は、フライアイインテグレーター９０の側を向いている。ダイクロイックミラー２２は、第１ピックアップ光学系８０から入射する青色光の光路を９０°折り曲げてフライアイインテグレーター９０側に反射する。
【００３１】
第２光源１０は、第２基台１１と、第２基台１１上に並べて配置された複数の第２固体発光素子１２とを備えている。第２固体発光素子１２は、蛍光発光素子３０に備えられた蛍光体層３１を励起させる励起光を射出する光源である。本実施形態の場合、第２固体発光素子１２は、励起光として青色（発光強度のピーク：４５０ｎｍ付近）の光を射出するＬＥＤであるが、第２固体発光素子１２は、蛍光体層３１を励起させることができる波長の光であれば、４５０ｎｍ以外のピーク波長を有する光を射出するものであっても構わない。また、第２固体発光素子１２は、半導体レーザーであってもよい。
【００３２】
第２コリメーターレンズアレイ１３は、各第２固体発光素子１２と１対１に対応した複数の第２マイクロレンズ１３０を備えている。複数の第２マイクロレンズ１３０は、第２基台１１上に並べて配置されている。各第２マイクロレンズ１３０は、対応する第２固体発光素子１２から射出される励起光の光軸上に設置され、当該励起光を平行化する。第２コリメーターレンズアレイ１３から射出された励起光は、凸レンズからなる第２集光レンズ２０で集光される。
【００３３】
第２集光レンズ２０とダイクロイックミラー２２との間の励起光の光路上には、両凹レンズからなる第１平行化レンズ２１が配置されている。第１平行化レンズ２１は、第２集光レンズ２０と、第２集光レンズ２０における焦点位置との間に配置され、第２集光レンズ２０から入射する励起光を平行化してダイクロイックミラー２２に射出する。
【００３４】
ダイクロイックミラー２２は、第１平行化レンズ２１から射出された光の光路上に配置され、その表面は、第１平行化レンズ２１から射出された光の光路方向に対して約４５°の角度をなしている。ダイクロイックミラー２２の、第１平行化レンズ２１から射出された光が入射する側の面は、第２ピックアップ光学系４０の側を向いている。ダイクロイックミラー２２は、第１平行化レンズ２１から入射する励起光（青色光成分）の光路を９０°折り曲げて第２ピックアップ光学系４０側に反射するとともに、第２ピックアップ光学系４０から入射する蛍光（赤色光成分および緑色光成分）を透過させる。
【００３５】
第２ピックアップ光学系４０は、蛍光発光素子３０からの蛍光を略平行化した状態でダイクロイックミラー２２に入射させる。また、第２ピックアップ光学系４０の第１レンズ４１および第２レンズ４２は、ダイクロイックミラー２２から入射する励起光を集光する機能を兼ねており、励起光を集光させた状態で蛍光発光素子３０に入射させる。すなわち、第２コリメーターレンズアレイ１３と第２集光レンズ２０と第１平行化レンズ２１とダイクロイックミラー２２と第２ピックアップ光学系４０とによって、第２光源１０から射出された複数の励起光を集光する第２集光光学系１５が形成されている。
【００３６】
なお、第２ピックアップ光学系４０は、蛍光発光素子３０から射出される蛍光の広がりに応じて、使用するレンズの屈折率や形状が決められ、レンズの数も２つに限らず、１つまたは３つ以上の複数個とすることもできる。
【００３７】
蛍光発光素子３０は、励起光の入射方向と同じ方向に蛍光を射出させる反射型の蛍光発光素子である。蛍光発光素子３０は、蛍光体層３１と、蛍光体層３１を支持する基板３３と、蛍光体層３１を基板３３に固定する固定部材３２とを備えている。
【００３８】
蛍光体層３１は、蛍光体層３１の側面と基板３３とを繋ぐ固定部材３２によって基板３３上に固定支持されている。蛍光体層３１の励起光が入射する側とは反対側の面は、後述する反射膜３５を介して基板３３に接触している。
【００３９】
図２は、蛍光体層３１の断面を示す模式図である。
図２に示した蛍光体層３１は、バインダー３１ｂと、バインダー３１ｂの中に分散された複数の蛍光体３１ａの粒子とを備えている。
【００４０】
蛍光体層３１の厚みＷ１は、必要とされる蛍光Ｌｆの光量と、蛍光体３１ａの体積濃度とに応じて決定される。すなわち、体積濃度が一定のもと、蛍光Ｌｆの光量を増やすためには、蛍光体層３１の厚みＷ１を大きくする。
【００４１】
体積濃度は互いに同じであるが厚みＷ１が互いに異なる２つの蛍光体層の、厚み方向の熱抵抗を比較すると、２つの蛍光体層の熱伝導率は互いに同じであるが、厚みＷ１が大きい蛍光体層の方が熱抵抗が高い。なお本明細書では、蛍光体層の厚み方向の熱抵抗を、単に熱抵抗と呼ぶ。
【００４２】
蛍光体３１ａは、本実施形態においては、例えば、青色（発光強度のピーク：４５０ｎｍ付近）光を吸収して励起される蛍光体である。蛍光体３１ａが発する蛍光Ｌｆは、例えば、５００ｎｍ〜７００ｎｍの黄色光である。
蛍光体３１ａとしては、例えば、通常知られたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。蛍光体３１ａとしては、例えば、平均粒径が１０μｍの（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅで示される組成のＹＡＧ系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体３１ａの形成材料は、１種であってもよく、２種以上の形成材料を用いて形成されている粒子を混合したものを用いてもよい。
【００４３】
バインダー３１ｂは、無機材料からなるバインダーである。バインダー３１ｂの熱伝導率は、蛍光体３１ａの熱伝導率の１．８８倍より大きい。バインダー３１ｂの熱伝導率をこのように設定することによって、蛍光体層３１の熱伝導率が高くなり、蛍光体層３１の熱抵抗を小さくする、あるいは熱抵抗の増加を低減することができる。これは、本発明者らによって実験的に得られた新たな知見であり、原理は以下の通りである。
【００４４】
蛍光体層における単位面積あたりの発光強度を変えないように蛍光体層における蛍光体の体積濃度を低くする場合においては、単位面積あたりの蛍光体層に含まれる蛍光体の量は同一のままで、バインダーの量を増加させることとなる。ここで、蛍光体の熱伝導率と同じ熱伝導率を持つバインダーを用いると仮定する。この場合、バインダーの量に関わらず蛍光体層の熱伝導率は一定である。しかし、バインダーの量を増加させるに従って、言い換えると、蛍光体層における蛍光体濃度が小さくなるに従って、蛍光体層の厚みが大きくなるため、蛍光体層の熱抵抗が単調増加する。
【００４５】
バインダーの熱伝導率が蛍光体の熱伝導率の１倍より大きく、１．８８倍以下である場合には、蛍光体層の厚みが大きくなることによる蛍光体層の熱抵抗の増加する度合いが、蛍光体よりも熱伝導率が大きいバインダーを蛍光体層に加えることによる蛍光体層の熱伝導率の上昇する度合いを上回る。その結果、熱伝導率が蛍光体よりも大きいバインダーを蛍光体層に加えても、蛍光体層の熱抵抗が単調増加する。一方、バインダー３１ｂの熱伝導率を、蛍光体３１ａの熱伝導率の１．８８倍より大きく設定することで、蛍光体層が蛍光体３１ａのみで構成されている場合と比較して、蛍光体層３１の熱抵抗を小さくする、あるいは熱抵抗の増加を低減することができる。
【００４６】
上記のような熱伝導率を有するバインダー３１ｂとしては、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、および窒化アルミニウム等からなる群から選択される１つ、または２つ以上の材料から構成されるものを用いることができる。
【００４７】
蛍光体層３１における蛍光体３１ａとバインダー３１ｂとの割合は、蛍光体層３１に含まれる蛍光体３１ａの体積をＸ、蛍光体層３１に含まれるバインダー３１ｂの体積をＹとしたとき、Ｘ／Ｙ＞１／２となっている。すなわち、蛍光体層３１全体の体積に対する蛍光体３１ａの体積比は、１／３より大きく設定されている。言い換えると、蛍光体層３１に対する蛍光体３１ａの体積濃度は、約３３．３ｖｏｌ％よりも大きく設定されている。
蛍光体３１ａの体積濃度をこのように設定することで、蛍光体層３１に入射される励起光の利用効率が低下することを低減でき、十分高い発光強度を得ることができる。
【００４８】
加えて、蛍光体３１ａの体積濃度をα［ｖｏｌ％］、蛍光体３１ａの熱伝導率をＡ、バインダー３１ｂの熱伝導率をＢとしたとき、α≧２．４７３６×（Ｂ／Ａ）−１．４３２×１００（式１）を満たすように蛍光体３１ａの体積濃度を設定することもできる。蛍光体３１ａの体積濃度をこのように設定することによって、蛍光体３１ａとバインダー３１ｂとで構成される蛍光体層３１の熱抵抗を、蛍光体層が蛍光体３１ａのみで構成されている場合の熱抵抗以下とすることができる。ここで、上述したように、Ｂ／Ａは、１．８８よりも大きい。上記（式１）は、本発明者らによって実験的に得られた新たな知見であり、原理は以下の通りである。
【００４９】
上述したように、蛍光体層における単位面積あたりの発光強度を変えないように蛍光体の体積濃度を低くする場合、蛍光体濃度が低くなるのに伴って、蛍光体層の厚みが増加する。そのため、蛍光体層に蛍光体よりも熱伝導率が大きいバインダーを加えることによる熱伝導率の上昇と、蛍光体層の厚みが大きくなることによる熱抵抗の増加と、が相殺されるような蛍光体の体積濃度の臨界値が存在する。すなわち、蛍光体の体積濃度がその値を下回ると、蛍光体層の熱抵抗が、蛍光体層が蛍光体３１ａのみで構成されている場合の熱抵抗よりも大きくなる。
【００５０】
なお、以下の説明においては、上記臨界値を蛍光体の濃度下限と称する場合がある。
【００５１】
（式１）の右辺は、蛍光体の熱伝導率Ａとバインダーの熱伝導率Ｂとの比をパラメーターとして蛍光体の濃度下限を示している。すなわち、蛍光体の体積濃度を（式１）のように設定することにより、蛍光体３１ａとバインダー３１ｂとで構成される蛍光体層３１の熱抵抗を、蛍光体層が蛍光体３１ａのみで構成されている場合の熱抵抗以下とすることができる。
【００５２】
例えば、バインダー３１ｂとして、酸化アルミニウムを選択した場合に、（式１）によれば、蛍光体３１ａの好ましい体積濃度は６６ｖｏｌ％以上である。
【００５３】
なお、本実施形態においては、蛍光体層３１は、蛍光体３１ａとバインダー３１ｂとを含んでいるため、蛍光体層３１における蛍光体３１ａの体積濃度は１００ｖｏｌ％よりも小さいことは言うまでもない。
【００５４】
蛍光体層３１の熱抵抗を、蛍光体層が蛍光体３１ａのみで構成されている場合の熱抵抗以下とすることができるようなバインダーの熱伝導率Ｂは、（式１）から求められる。すなわち、蛍光体の濃度下限の値が、１００ｖｏｌ％となるような蛍光体とバインダーとの熱伝導率の比（Ｂ／Ａ）よりも、熱伝導率の比が大きくなるように、バインダーの熱伝導率を設定すればよい。（式１）において、右辺が１００となるのは、Ｂ／Ａが約１．８８のときである。これにより、Ｂ／Ａ、すなわち、蛍光体の熱伝導率に対するバインダーの熱伝導率の比を１．８８より大きく設定すればよい。
【００５５】
図１に示すように、蛍光体層３１の励起光が入射する上面３１ｃとは逆側の面、すなわち、基板３３側の面には、反射膜３５が設けられている。反射膜３５は、蛍光体層３１で生成された蛍光を反射させる性質を有する。
【００５６】
固定部材３２には、光反射特性を有する無機接着剤を用いることが好ましい。この場合においては、光反射特性を有する無機接着剤によって蛍光体層３１の側面から漏れ出す光を蛍光体層３１内へと反射させることができる。これにより、蛍光体層３１で生成された蛍光の光取り出し効率を更に高めることができる。
【００５７】
基板３３の蛍光体層３１を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３４が配置されている。ヒートシンク３４としては、特に限定されず、いかなる公知のヒートシンクを用いてもよい。
【００５８】
蛍光発光素子３０には、第１レンズ４１および第２レンズ４２によって集光された励起光（青色光）が、蛍光体層３１の上面３１ｃから入射する。蛍光発光素子３０は、励起光が入射する側と同じ側、すなわち、第１レンズ４１側に向けて、蛍光体３１ａが発した黄色光を射出する。
【００５９】
蛍光発光素子３０から射出された光は、第２ピックアップ光学系４０で平行化され、ダイクロイックミラー２２に入射する。ダイクロイックミラー２２は、第２ピックアップ光学系４０から入射する光のうち、励起光（青色光）を反射して除去し、緑色光および赤色光、すなわち、黄色光を透過させる。これにより、第２の光源装置１００ｂから、黄色光が射出される。
【００６０】
また、ダイクロイックミラー２２には、第２ピックアップ光学系４０からの光が入射する面と反対側の表面に、第１光源５０から射出された青色光が入射し、第１光源５０から射出された青色光は第２ピックアップ光学系４０から射出された光の光軸と平行な方向に反射される。これにより、第２ピックアップ光学系４０から射出された黄色光（緑色光および赤色光）と、第１ピックアップ光学系８０から射出された青色光とが合成されて白色光となる。
【００６１】
ダイクロイックミラー２２で合成された緑色光、赤色光および青色光は、第１フライアイレンズアレイ９１および第２フライアイレンズアレイ９２からなるフライアイインテグレーター９０に入射し、光量分布が均一化される。フライアイインテグレーター９０から射出された緑色光、赤色光および青色光は、偏光変換素子９３によって偏光方向が一方向に揃えられた直線偏光に変換され、第２平行化レンズ９４により平行化され、照明装置１００から射出される。なお、フライアイインテグレーター９０は、たとえば特開平８−３０４７３９号公報にその詳細が開示されている公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００６２】
色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０およびリレーレンズ２６０を備えている。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光、緑色光および青色光に分離し、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂに導光する機能を有する。
【００６３】
ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を透過させる誘電体多層膜からなる波長選択透過膜が形成されたミラーである。具体的には、ダイクロイックミラー２１０は、青色光成分を透過させ、赤色光成分および緑色光成分を反射する。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、赤色光成分を透過させる。
【００６４】
反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、入射した光を反射するミラーである。具体的には、反射ミラー２３０は、ダイクロイックミラー２１０を透過した青色光成分を反射する。反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光成分を反射する。
【００６５】
ダイクロイックミラー２１０を透過した青色光は、反射ミラー２３０で反射され、青色光用の光変調装置４００Ｂ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は、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、緑色光用の光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光は、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２６０、射出側の反射ミラー２５０を経て赤色光用の光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。
【００６６】
光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂは、通常知られたものを用いることができ、例えば、液晶素子４１０と液晶素子４１０を挟持する入射側偏光素子４２０および射出側偏光素子４３０とを有した、透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。入射側偏光素子４２０および射出側偏光素子４３０は、例えば、透過軸が互いに直交する構成（クロスニコル配置）となっている。
【００６７】
光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、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てカラー画像を形成するものであり、照明装置１００の照明対象となる。光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇおよび光変調装置４００Ｂによって、入射された各色光の光変調が行われる。
【００６８】
例えば、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂは、一対の透明基板に液晶を密閉封入した透過型の光変調装置であり、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側偏光素子４２０から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
【００６９】
クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光素子４３０から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。クロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合せた平面視略正方形状をなしている。直角プリズムを貼り合せた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光および青色光は曲折され、赤色光の進行方向および青色光の進行方向が緑色光の進行方向に揃えられることにより、３つの色光が合成される。
【００７０】
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、投射光学系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。
【００７１】
本実施形態によれば、蛍光体層３１のバインダー３１ｂが無機材料からなるため、バインダー３１ｂの熱伝導率がシリコーン樹脂に比べて高く、蛍光体層３１全体としての熱伝導率が低下してしまうことを低減できる。
また、本実施形態によれば、バインダー３１ｂの熱伝導率を、蛍光体３１ａの熱伝導率の１．８８倍より大きく設定しているため、蛍光体層が蛍光体３１ａのみで構成されている場合と比較して、蛍光体層３１の熱抵抗を小さくする、あるいは熱抵抗の増加を低減することができる。
【００７２】
また、本実施形態によれば、バインダー３１ｂの体積に対する蛍光体３１ａの体積の割合が、１／２よりも大きいため、蛍光体層３１に入射される励起光の利用効率が低下することを低減しつつ、蛍光体層３１の熱抵抗を小さくする、あるいは熱抵抗の増加を低減することができる。以下、詳細に説明する。
【００７３】
図３は、蛍光体３１０ａの体積濃度が低い蛍光体層３１０を示す図である。
図３に示すように、バインダー３１０ｂに対して蛍光体３１０ａの体積濃度が非常に小さい場合には、蛍光体層３１０に入射した励起光Ｌｅにおける、蛍光体３１０ａに照射されない光の割合が大きくなる。このような場合においては、蛍光体層３１０に入射された励起光Ｌｅが、蛍光に変換される割合が小さくなり、励起光Ｌｅの利用効率が低下する。すなわち、蛍光体層の熱伝導率が十分に高い場合であっても、蛍光体の体積濃度が低いと、蛍光体層の発光強度が低下してしまう場合がある。
【００７４】
また、蛍光体層中に蛍光体が均一に分散していれば発光強度の低下をある程度は低減できるような蛍光体の体積濃度であっても、その体積濃度が所定値より低いと、蛍光体層中に蛍光体が偏って分散して、蛍光体粒子が非常に少なくなる部分（例えば、図３に示すような部分）が生じやすい。すなわち、蛍光体の体積濃度が十分でない場合には、蛍光体層中の蛍光体の偏りによって発光特性が影響を受けやすい。
【００７５】
これらの問題に対して、本実施形態によれば、バインダー３１ｂの体積に対する蛍光体３１ａの体積の割合が、１／２よりも大きいため、蛍光体層３１における蛍光体３１ａの体積濃度を十分に大きくできる。これにより、蛍光体層中に蛍光体が均一に分散している場合はもちろんのこと、蛍光体層中に蛍光体が偏って分散しているような場合であっても、蛍光体の発光特性が低下することを低減することができる。
【００７６】
以上より、本実施形態によれば、蛍光体層の発光特性が低下することを低減しつつ、蛍光体層の熱伝導率の低下を低減できる。その結果として、本実施形態によれば、温度上昇を抑え、蛍光強度の低下を低減できる蛍光発光素子が得られる。
【００７７】
また、例えば、蛍光体層の製造方法として、蛍光体とバインダーとの混合物を焼結することによって形成した厚く大きな平板（母材）を、薄く切り出し、それを個片化することによって蛍光体層を製造するという方法が考えられる。このような場合において、蛍光体の体積濃度が低い蛍光体層を製造しようとすると、母材を形成する際に、蛍光体を均一に母材内に分散させることが困難となる。そのため、製造される蛍光体層中に含まれる蛍光体の割合のバラツキが大きくなり、その結果、製造される蛍光体層の発光特性のバラツキが大きくなってしまう。
【００７８】
これに対して、本実施形態によれば、上述したように、バインダー３１ｂの体積に対する蛍光体３１ａの体積の割合が、１／２よりも大きいため、蛍光体層３１における蛍光体３１ａの体積濃度を十分に大きくできる。これにより、蛍光体が均一に分散された母材を製造することが容易となり、製造される蛍光体層の発光特性のバラツキを低減することができる。
【００７９】
また、本実施形態によれば、蛍光体３１ａの体積濃度をα［ｖｏｌ％］、蛍光体３１ａの熱伝導率をＡ、バインダー３１ｂの熱伝導率をＢとしたとき、α≧２．４７３６×（Ｂ／Ａ）−１．４３２×１００を満たすように蛍光体３１ａの体積濃度を設定することで、蛍光体層３１の熱抵抗を、蛍光体層が蛍光体３１ａのみで構成される場合の熱抵抗以下とすることができる。
【００８０】
また、本実施形態によれば、蛍光発光素子３０を備えるため、信頼性に優れた光源装置が得られる。
また、本実施形態によれば、第２の光源装置１００ｂを備えるため、信頼性に優れたプロジェクターが得られる。
【００８１】
なお、本実施形態においては、下記の構成を採用することもできる。
【００８２】
上記説明した実施形態においては、蛍光体３１ａが複数の粒子として蛍光体層３１中に含まれる場合について示したが、これに限られない。本実施形態においては、例えば、蛍光体が蛍光体層中にマーブル状に含まれるような構成であってもよい。
【００８３】
また、上記説明した実施形態においては、蛍光発光素子３０は、反射型の蛍光発光素子であるが、これに限られない。本実施形態においては、蛍光発光素子として、透過型の蛍光発光素子を用いてもよい。
【００８４】
また、上記説明した実施形態においては、ヒートシンク３４に固定された基板３３に蛍光体層３１が支持されているが、これに限られない。回転軸の周りに回転可能な基板に蛍光体層３１を設けてもよい。
【００８５】
また、上記説明した実施形態においては、本発明による光源装置をプロジェクターに適用する例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、自動車用ヘッドライトなどにも適用できる。
【実施例】
【００８６】
次に実施例について説明する。以下の実施例においては、蛍光体として、平均粒径が１０μｍの（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅで示される組成のＹＡＧ系蛍光体を用いた。蛍光体の熱伝導率は、１２Ｗ／（ｍＫ）である。
【００８７】
（実施例１）
蛍光体層における蛍光体濃度Ｃｆ（ｖｏｌ％）が、それぞれ２５ｖｏｌ％、３０ｖｏｌ％、３３．３ｖｏｌ％、３５ｖｏｌ％、４０ｖｏｌ％、５０ｖｏｌ％となるような蛍光体層を製造し、それぞれの発光特性について評価を行った。蛍光体層の発光特性の評価は、励起光の利用効率における平均値と分散値とを考慮して総合的に行った。バインダーとしては、酸化アルミニウムを用いた。用いた酸化アルミニウムの熱伝導率は、３０Ｗ／（ｍＫ）であった。結果を表１に示す。
【００８８】
【表１】
2015088636.tif 000003
【００８９】
表１に示すように、蛍光体濃度Ｃｆ毎に蛍光体層の発光特性を○，△，×の３段階で評価した。評価が×となっている蛍光体濃度Ｃｆが２５ｖｏｌ％および３０ｖｏｌ％の場合では、励起光の利用効率の平均値が低く、かつ、励起光の利用効率の分散値が大きくなることが分かった。言い換えると、蛍光体濃度Ｃｆが２５ｖｏｌ％および３０ｖｏｌ％の場合では、所望する励起光の利用効率が得られず、かつ、製造された各蛍光体層における励起光の利用効率のバラツキが大きくなることが分かった。
【００９０】
評価が△となっている蛍光体濃度Ｃｆが３３．３ｖｏｌ％の場合、すなわち、蛍光体濃度Ｃｆがバインダーの体積濃度の２分の１の場合では、励起光の利用効率の平均値としては蛍光体濃度Ｃｆが２５ｖｏｌ％および３０ｖｏｌ％のときに比べると所望の値に近いものの、分散値については同様に大きく、蛍光体層の発光特性のバラツキが大きくなることが分かった。
【００９１】
評価が○となっている蛍光体濃度Ｃｆが３５ｖｏｌ％、４０ｖｏｌ％および５０ｖｏｌ％の場合では、励起光の利用効率の平均値が高く、かつ、励起光の利用効率の分散値が小さくなることが分かった。言い換えると、蛍光体濃度Ｃｆが３５ｖｏｌ％、４０ｖｏｌ％および５０ｖｏｌ％の場合では、励起光の利用効率を所望の値とすることができ、かつ、蛍光体層における励起光の利用効率のバラツキを小さくできることが分かった。
【００９２】
以上のことから、バインダーの体積濃度に対する蛍光体の体積濃度が、１／２よりも大きい、すなわち、蛍光体濃度Ｃｆが３３．３ｖｏｌ％よりも大きいことによって、励起光の利用効率が低下することを低減でき、蛍光体層の発光特性のバラツキも低減できることが確かめられた。
【００９３】
（実施例２）
次に、蛍光体層における蛍光体濃度Ｃｆを変化させた場合の熱抵抗（℃／Ｗ）の変化について、バインダーを酸化アルミニウムとした場合と、バインダーを酸化マグネシウムとした場合とでそれぞれ計測した。用いた酸化マグネシウムの熱伝導率は、５７Ｗ／（ｍＫ）であった。熱抵抗は、蛍光体層全体としての熱伝導率の逆数に蛍光体層の厚みを乗じたものである。
【００９４】
所定量の蛍光体にバインダーを加えることにより、蛍光体濃度Ｃｆが異なる試料を作成した。蛍光体層における光が射出される面の面積は一定とし、加えられたバインダーの量に応じて、蛍光体層の厚みが大きくなるように試料を作成した。すなわち、光が射出される面の単位面積あたりの蛍光強度を変化させないようにして、蛍光体濃度Ｃｆを変化させた。これにより、例えば、蛍光体濃度Ｃｆが５０ｖｏｌ％であるような場合、蛍光体層の厚みは、蛍光体層にバインダーが含まれない場合、すなわち、蛍光体のみの場合の厚みの２倍の厚みを有することとなる。
【００９５】
また、各バインダーに対して、２種類の蛍光体の量に対して蛍光体濃度Ｃｆが異なる試料を作成した。
【００９６】
図４は、バインダーを酸化アルミニウムとした場合の計測結果を示すグラフである。図５は、バインダーを酸化マグネシウムとした場合の計測結果を示すグラフである。図４および図５において、ＥとＦとは蛍光体層に含まれる蛍光体の量に対応しており、Ｅで示された試料の蛍光体の量は、Ｆで示された試料の蛍光体の量よりも少ない。また、縦軸は規格化した熱抵抗Ｒｈを示しており、横軸は蛍光体濃度Ｃｆを示している。規格化した熱抵抗Ｒｈは、熱抵抗の測定値を、蛍光体濃度Ｃｆが１００ｖｏｌ％における蛍光体の量が多い方の試料Ｆの熱抵抗で規格化して得た。以下の説明では、規格化した熱抵抗Ｒｈのことを単に熱抵抗Ｒｈと呼ぶ。
【００９７】
蛍光体濃度Ｃｆを小さくしていくと、蛍光体層全体としての熱伝導率は単調増加する。しかし、図４および図５に示すように、蛍光体濃度Ｃｆを小さくしていくと、すなわちバインダーの割合を増加させていくと、はじめのうちは熱抵抗Ｒｈが下降していくが、あるところから上昇に転じ、蛍光体濃度Ｃｆが１００ｖｏｌ％の場合の熱抵抗Ｒｈの値よりも大きくなっていくことが分かる。
【００９８】
熱抵抗Ｒｈの値が、蛍光体濃度Ｃｆが１００ｖｏｌ％のときの熱抵抗Ｒｈの値と再び等しくなる蛍光体濃度Ｃｆの値が、蛍光体層に蛍光体よりも熱伝導率が大きいバインダーを加えることによる熱伝導率の上昇と、蛍光体層の厚みが大きくなることによる熱抵抗の増加とが相殺される値、すなわち、濃度下限ＣＵである。図４に示すように、バインダーが酸化アルミニウムの場合における蛍光体の濃度下限ＣＵは、約６６ｖｏｌ％である。また、図５に示すように、バインダーが酸化マグネシウムである場合における蛍光体の濃度下限ＣＵは、約３０ｖｏｌ％である。
【００９９】
すなわち、バインダーとして酸化アルミニウムを選択する場合には、蛍光体濃度Ｃｆを６６ｖｏｌ％以上とし、バインダーとして酸化マグネシウムを選択する場合には、蛍光体濃度Ｃｆを３０ｖｏｌ％以上に設定することによって、蛍光体層の熱抵抗を、蛍光体層が蛍光体のみで構成されている場合の熱抵抗以下とすることができることが分かった。ただし、酸化マグネシウムの場合には、実施例１で述べたように、蛍光体濃度Ｃｆが３３．３ｖｏｌ％以下では、蛍光体層の発光特性が低下してしまうため、蛍光体濃度Ｃｆを３３．３ｖｏｌ％よりも大きく設定する。
【０１００】
このようにして得られた濃度下限ＣＵをプロットし、蛍光体の熱伝導率Ａに対するバインダーの熱伝導率Ｂの比である熱伝導率比Ｔｒ（＝Ｂ／Ａ）の値ごとにプロットした。結果を図６に示す。図６において、縦軸は、濃度下限ＣＵを示しており、横軸は、熱伝導率比Ｔｒを示している。また、図６において示す曲線は、ＣＵ＝２．４７３６×Ｔｒ−１．４３２×１００の式で示される曲線である。
【０１０１】
図６に示すように、濃度下限ＣＵのプロットは、ＣＵ＝２．４７３６×Ｔｒ−１．４３２×１００の式で示される曲線に沿っていることが分かる。これにより、蛍光体の体積濃度をα［ｖｏｌ％］としたとき、α≧２．４７３６×Ｔｒ−１．４３２×１００を満たすように蛍光体の体積濃度を設定することで、蛍光体層の熱抵抗を、蛍光体層が蛍光体のみで構成されている場合の熱抵抗以下とすることができることが確かめられた。
【０１０２】
また、上記式によれば、熱伝導率比Ｔｒが約１．８８のとき濃度下限ＣＵは約１００ｖｏｌ％となるため、熱伝導率比Ｔｒを１．８８より大きく設定することで、蛍光体層の熱抵抗を、蛍光体層が蛍光体のみで構成されている場合の熱抵抗以下とすることができることが確かめられた。言い換えると、バインダーの熱伝導率を、蛍光体の熱伝導率の１．８８倍より大きく設定することで、蛍光体層にバインダーを混合した際に、蛍光体層の熱抵抗を、蛍光体層が蛍光体のみで構成されている場合の熱抵抗以下とすることができることが確かめられた。
【０１０３】
図４より、酸化アルミニウムをバインダーとして使用した場合、蛍光体層に含まれる蛍光体の量によらず、蛍光体濃度Ｃｆが約８３ｖｏｌ％の時、熱抵抗がほぼ最小値を示す。また、蛍光体濃度Ｃｆが約７５ｖｏｌ％以上９５ｖｏｌ％以下の場合、十分低い熱抵抗が得られる。したがって、酸化アルミニウムをバインダーとして使用した場合、蛍光体濃度Ｃｆを７５ｖｏｌ％以上、９５ｖｏｌ％以下に設定することが、より好ましい。
【０１０４】
また、図５より、酸化マグネシウムをバインダーとして使用した場合、蛍光体層に含まれる蛍光体の量によらず、蛍光体濃度Ｃｆが約６６ｖｏｌ％の時、熱抵抗がほぼ最小値を示す。酸化マグネシウムをバインダーとして使用した場合、蛍光体濃度Ｃｆを３５ｖｏｌ％以上に設定することが、より好ましい。また、蛍光体濃度Ｃｆが約５０ｖｏｌ％以上、８０ｖｏｌ％以下の場合、十分低い熱抵抗が得られる。したがって、蛍光体濃度Ｃｆを５０ｖｏｌ％以上、８０ｖｏｌ％以下に設定することが、より好ましい。
【０１０５】
上記実施例では、バインダーとして酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムを用いたが、これに限られない。熱伝導率比Ｔｒを１．８８より大きくすることができる材料であれば、本発明によるバインダーとして使用できる。例えば、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍＫ）である炭化ケイ素、あるいは熱伝導率が２８５Ｗ／（ｍＫ）である窒化アルミニウムを用いてもよい。また、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、および窒化アルミニウムからなる群から選ばれる材料を含む混合物をバインダーとして用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
Ａ…蛍光体の熱伝導率、Ｂ…バインダーの熱伝導率、３０…蛍光発光素子、３１…蛍光体層、３１ａ…蛍光体、３１ｂ…バインダー、１００ｂ…第２の光源装置（光源装置）、４００Ｂ，４００Ｇ，４００Ｒ…光変調装置、６００…投射光学系、１０００…プロジェクター
【図１】
2015088636.tif 000004
【図２】
2015088636.tif 000005
【図３】
2015088636.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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