(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光領域の励起光を射出するレーザー光源と、
前記励起光の一部を透過させるとともに、前記励起光によって励起されて可視光領域の蛍光を発する発光素子と、を備え、
前記発光素子は、光透過性を有する基材と、該基材の内部に含まれる複数の蛍光体粒子と、該基材の内部に含まれる光透過性を有する複数のフィラー粒子と、を含む発光層を有し、
前記複数の蛍光体粒子および前記複数のフィラー粒子の総体積が、前記発光層の体積の３５％以上４５％以下であり、
前記複数の蛍光体粒子および前記複数のフィラー粒子の屈折率が、前記基材の材料の屈折率に対して１．２倍以上であり、
前記発光層の膜厚が、前記複数の蛍光体粒子の平均粒子径の１０倍以下の厚さであることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記複数のフィラー粒子の平均粒子径と前記複数の蛍光体粒子の平均粒子径のうち少なくとも一方は、前記励起光を幾何光学散乱させる大きさであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記複数のフィラー粒子の平均粒子径は、５μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記複数の蛍光体粒子の平均粒子径は、５μｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記複数のフィラー粒子は、前記基材の屈折率の１．３倍以下である屈折率を有する材料からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記複数の蛍光体粒子は、前記基材の屈折率の１．３倍以下である屈折率を有する材料からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記発光素子は、前記発光層において前記励起光が入射する側の面に、前記励起光を透過し前記蛍光を反射する波長選択膜を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記基材の形成材料が、樹脂組成物であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記基材の形成材料が、無機材料からなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を、前記発光素子から射出された蛍光と、前記発光素子を透過した前記励起光の一部と、に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系によって分離された前記励起光の一部を含む複数の色光それぞれに対応する複数の光変調素子と、
前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、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、光源装置およびプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターにおいては、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的であった。ところが、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、ランプから放射される紫外線が液晶ライトバルブを劣化させる、等の課題がある。そこで、放電ランプに代わる方式の光源を用いた投射型画像表示装置が提案されている。
【０００３】
このような光源として、蛍光を利用して白色光を形成する方式のものが知られている。例えば、紫外線を射出するＬＥＤを用いて蛍光体を照明することにより、発光光（蛍光）として白色光を取り出す光源装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、特許文献１の装置では、ＬＥＤは単位面積あたりの光エネルギーが小さいため、発光光の光量を増大させるために多くのＬＥＤを並べて配置する必要がある。すると複数のＬＥＤ全体を光源として考えた場合、従来のプロジェクター光源と比べてエテンデュー（光源の発光面積と集光可能な立体角の積で与えられるパラメーター）が大きくなるため、光利用効率が低下してしまう。
【０００５】
そこで、ＬＥＤに代わる高出力の光源としてレーザー光源を用いた光源装置が提案されている（例えば特許文献２，３参照）。特許文献２，３の光源装置では、蛍光体を励起させる励起光（青色光）の光源であるレーザー光源と、光の三原色に対応する複数の色光を発する蛍光体と、を有している。そして、複数種の蛍光体を円板上に周方向に種類毎に領域を分けて蛍光膜として配置し、円板を回転させながら複数の蛍光膜にレーザー光を照射することにより、発せられる蛍光を時間毎に異ならせる構成としている。これにより、複数の色光が時間積分され、混色することで白色光を射出する光源装置としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２７４９５７号公報
【特許文献２】特開２００９−２７７５１６号公報
【特許文献３】米国特許第７５４７１１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２，３の装置では、エテンデューを小さくすることは可能である一方で次のような問題がある。
【０００８】
第１に、光源装置が励起光として青色光を射出するレーザー光源を用い、当該青色光と蛍光体で発せられる色光（蛍光）とを混色して白色光とする構成の場合、蛍光はランバーシアンに散乱するのに対し、レーザー光である青色光は直進性が強くあまり拡散しない（散乱度が小さい）ため、異なる拡散状態の光を発することになる。すると、形成された白色光を拡大しスクリーンに照射したときに色ムラ（輝度ムラ）が生じてしまう。なお、ランバーシアンとは、発光強度の観測角に対する分布が、観測角のｃｏｓ（余弦）に比例する発光分布のことである。
【０００９】
また第２に、蛍光体から発せられる蛍光は全方位に射出されるため、レーザー光照射により発光した蛍光は、蛍光膜内を面内方向に伝播した上で蛍光膜の外に射出される。したがって、蛍光膜に照射されるレーザー光のスポット径が小さくても、発せられる蛍光のスポット径は拡大し、エテンデューを増大させてしまう。
【００１０】
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、上記の課題のうち少なくとも一つを解決し、色ムラが小さく光の利用効率が高い光源装置を提供することを目的とする。また、このような光源装置を有し、高品質な画像表示が可能なプロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明の光源装置は、可視光領域の励起光を射出するレーザー光源と、前記励起光の一部を透過させるとともに、前記励起光によって励起されて可視光領域の蛍光を発する発光素子と、を備え、前記発光素子は、光透過性を有する基材と、該基材の内部に含まれる複数の蛍光体粒子と、該基材の内部に含まれる光透過性を有する複数のフィラー粒子と、を含む発光層を有し、前記複数の蛍光体粒子および前記複数のフィラー粒子の総体積が、前記発光層の体積の３５％以上４５％以下であり、前記複数の蛍光体粒子および前記複数のフィラー粒子の屈折率が、前記基材の材料の屈折率に対して１．２倍以上であり、前記発光層の膜厚が、前記複数の蛍光体粒子の平均粒子径の１０倍以下の厚さであることを特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明の光源装置は、可視光領域の励起光を射出するレーザー光源と、前記励起光の一部を透過させるとともに、前記励起光によって励起されて可視光領域の蛍光を発する発光素子と、を備え、前記発光素子は、光透過性を有する基材と、該基材の内部に含まれる複数の蛍光体粒子と、該基材の内部に含まれる光透過性を有する複数のフィラー粒子と、を含む発光層を有することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、光源装置から射出される光は、励起光と蛍光とが混色した色の光となる。その際、励起光は、発光層内において蛍光体粒子やフィラー粒子の表面で一部が反射・屈折することで散乱し拡散する。そのため、直進性が高い励起光は、フィラー粒子を含まない場合よりも大きく拡散して広がるため、蛍光の広がりに近づく。また、蛍光体粒子から等方的に発せられる蛍光も、発光層内の蛍光体粒子やフィラー粒子の表面で一部が反射・屈折することで散乱され、光源装置の射出面の方向へ進行する蛍光の成分が増加する。そのため、フィラー粒子を含まない場合と比較して、蛍光が光源装置の射出面と平行な方向に発光層内を進行する平面視における距離を抑制することができ、発せられる蛍光のスポット径の拡大を抑制することができる。結果として、色ムラが抑制され光の利用効率が高い光源装置とすることが可能となる。
【００１３】
本発明においては、前記複数のフィラー粒子の平均粒子径は、前記励起光を幾何光学散乱させる大きさであることが望ましい。
この構成によれば、フィラー粒子においては、励起光、および励起光よりも長波長の蛍光は、後方散乱が生じにくくなる。そのため、光の利用効率が高い光源装置とすることが可能となる。
【００１４】
本発明においては、前記複数のフィラー粒子の平均粒子径は、５μｍ以上であることが望ましい。
この構成によれば、効果的に幾何光学散乱を生じさせ、後方散乱を抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明においては、前記複数の蛍光体粒子の平均粒子径は、前記励起光を幾何光学散乱させる大きさであることが望ましい。
この構成によれば、フィラー粒子と同様に蛍光体粒子においても、励起光、および励起光よりも長波長の蛍光は、後方散乱が生じにくくなる。そのため、光の利用効率が高い光源装置とすることが可能となる。
【００１６】
本発明においては、前記複数の蛍光体粒子の平均粒子径は、５μｍ以上であることが望ましい。
この構成によれば、効果的に幾何光学散乱を生じさせ、後方散乱を抑制することが可能となる。
【００１７】
本発明においては、前記発光層の膜厚が、前記複数の蛍光体粒子の平均粒子径の１０倍以下の厚さであることが望ましい。
この構成によれば、発せられる蛍光のスポット径拡大を抑制することができる。
【００１８】
本発明においては、前記複数のフィラー粒子は、前記基材の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料からなることが望ましい。
この構成によれば、フィラー粒子表面での全反射が抑制されるため、後方散乱光を低減し、光の利用効率を高めることができる。
【００１９】
本発明においては、前記複数のフィラー粒子は、前記基材の屈折率の１．２倍以上１．３倍以下である屈折率を有する材料からなることが望ましい。
この構成によれば、励起光の後方散乱を抑制しつつ効果的に前方散乱を促進して、色ムラを抑制することができる。また、蛍光の散乱を効果的に促進して、エテンデューの増加を抑制し、光の利用効率を高めることができる。
【００２０】
本発明においては、前記複数の蛍光体粒子は、前記基材の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料からなることが望ましい。
この構成によれば、蛍光体粒子表面での全反射が抑制されるため、後方散乱光を低減し、光の利用効率を高めることができる。
【００２１】
本発明においては、前記複数の蛍光体粒子は、前記基材の屈折率の１．２倍以上１．３倍以下である屈折率を有する材料からなることが望ましい。
この構成によれば、励起光の後方散乱を抑制しつつ効果的に前方散乱を促進して、色ムラを抑制することができる。また、蛍光の散乱を効果的に促進して、エテンデューの増加を抑制し、光の利用効率を高めることができる。
【００２２】
本発明においては、前記複数の蛍光体粒子および前記複数のフィラー粒子の総体積が、前記発光層の体積の３５％以上４５％以下であることが望ましい。
この構成によれば、励起光の前方散乱光に係る配光特性が十分な特性となり、また、後方散乱光も少なくなるため、色ムラがなく光の利用効率が高い光源装置を提供することが可能となる。また、発せられる蛍光のスポット径拡大を抑制することができる。
【００２３】
本発明においては、前記発光素子は、前記発光層において前記励起光が入射する側の面に、前記励起光を透過し前記蛍光を反射する波長選択膜を有することが望ましい。
この構成によれば、蛍光の後方散乱光を前方に反射することができるため、光の利用効率が高い光源装置を提供することが可能となる。
【００２４】
本発明においては、前記基材の形成材料が、樹脂組成物であることが望ましい。
この構成によれば、発光層の形成や加工が容易となる。
【００２５】
本発明においては、前記基材の形成材料が、無機材料からなることが望ましい。
この構成によれば、発光層の形成後に真空プロセスにおいて修飾することが可能となるため、発光層の表面に、反射防止膜や波長選択膜など種々の機能構造を形成しやすくなり、設計自由度が高くなる。
【００２６】
また、本発明のプロジェクターは、上述の光源装置と、前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上述の光源装置を有するため、被投射面における色ムラが抑制されて高品質な画像表示が可能なプロジェクターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態の光源装置およびプロジェクターを示す模式図である。
【図２】光源装置および発光層の発光特性を示すグラフである。
【図３】発光素子の概略説明図である。
【図４】偏光変換素子の概略説明図である。
【図５】発光層の内部での光の挙動を示す模式図である。
【図６】第２実施形態の光源装置を示す模式図である。
【図７】実施例で使用する測定装置の説明図である。
【図８】実施例で使用する測定装置の説明図である。
【図９】実施例で使用する測定装置の説明図である。
【図１０】実施例の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１実施形態］
以下、図１〜図５を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る光源装置およびプロジェクターについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００２９】
図１は、本実施形態の光源装置１００およびプロジェクターＰＪを示す模式図である。図に示すようにプロジェクターＰＪは、光源装置１００、色分離光学系２００、液晶ライトバルブ（光変調素子）４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ、色合成素子５００、投写光学系６００を含んでいる。
【００３０】
プロジェクターＰＪは、概略すると以下のように動作する。光源装置１００から射出された光は、色分離光学系２００により複数の色光に分離される。色分離光学系２００により分離された複数の色光は、それぞれ対応する液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに入射して変調される。液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにより変調された複数の色光は、色合成素子５００に入射して合成される。色合成素子５００により合成された光は、投写光学系６００により壁やスクリーン等のスクリーンＳＣＲに拡大投写され、フルカラーの投写画像が表示される。以下、プロジェクターＰＪの各構成要素について説明する。
【００３１】
光源装置１００は、レーザー光源１０、集光光学系２０、発光素子３０、コリメート光学系６０、レンズアレイ１２０，１３０、偏光変換素子１４０、重畳レンズ１５０がこの順に配置された構成になっている。
【００３２】
レーザー光源１０は、後述する発光素子３０が備える蛍光物質を励起させる励起光として、青色（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ、図２（ａ）参照）のレーザー光を射出する。図２（ａ）において、符号Ｂで示すのは、レーザー光源１０が励起光として射出する色光成分である。なお、レーザー光源１０は、複数（図では３つ）備えることとしても良く、１つだけレーザー光源を用いることとしても良い。また、後述する蛍光物質を励起させることができる波長の光であれば、４４５ｎｍ以外のピーク波長を有する色光を射出するレーザー光源であっても構わない。
【００３３】
集光光学系２０は、複数の凸レンズである第１レンズ２２と、複数の第１レンズ２２を介した光が共通して入射する凸レンズである第２レンズ２４と、を備えている。集光光学系２０は、レーザー光源１０から射出されるレーザー光の光線軸上に配置され、複数のレーザー光源１０から射出された励起光を集光する。
【００３４】
発光素子３０は、レーザー光源１０から射出される励起光（青色光）の一部を透過させるとともに、残部を吸収し黄色（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ、図２（ｂ）参照）の蛍光に変換する機能を有する。
【００３５】
図３は、発光素子３０の概略説明図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の線分Ａ−Ａにおける矢視断面図、図３（ｃ）は発光素子３０が有する発光層４２の模式図である。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、発光素子３０は、円板４０と、円板４０上において周方向に連続して形成された単一の発光層４２とを有し、さらに図３（ｂ）に示すように円板４０と発光層４２との間に設けられた波長選択膜４４を有している。発光素子３０は、円板４０の発光層４２が形成されていない側が集光光学系２０側に面するように配置され、また、集光光学系２０により集光される励起光の焦点位置が発光層４２と重なるように配置されている。例えば、円形の発光素子３０の直径は５０ｍｍであり、平面視で発光素子３０の中心から約２２．５ｍｍ離れた位置に励起光が入射するように発光素子３０が設けられている。
【００３７】
円板４０は、励起光である青色光を透過する物質を形成材料としており、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア（単結晶コランダム）、透明樹脂などを用いることができる。これらの中では、励起光による加熱で変形しないように無機物である石英ガラス、水晶、サファイアが好適に用いられる。
【００３８】
発光層４２は、レーザー光源１０から射出される励起光（青色光）の一部を透過させるとともに、残部を吸収し黄色（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ、図２（ｂ）参照）の蛍光に変換する。発光層４２から射出される光は、青色の励起光と黄色の蛍光とが混色することで白色光を形成している。なお、図２（ｂ）において符号Ｒで示した成分は、発光層４２が射出する黄色光のうち赤色光として利用可能な色光成分であり、符号Ｇで示した成分は、同様に緑色光として利用可能な色光成分である。発光層４２の構成については後に詳述する。
【００３９】
波長選択膜４４は、青色光を透過し、青色光よりも長波長の光（例えば、４８０ｎｍよりも長波長の光）を反射する波長選択性を有している。このような波長選択膜４４は、例えば誘電体多層膜によって形成されている。青色光である励起光は波長選択膜４４を透過し、発光層４２を照射する。
【００４０】
さらに図３（ｃ）に示すように、発光層４２は、光透過性を有する基材４２１と、蛍光を発する複数の蛍光体粒子４２２と、光透過性を有する粒子状の物質である複数のフィラー粒子４２３と、を有している。
【００４１】
基材４２１の内部には、複数の蛍光体粒子４２２および複数のフィラー粒子４２３が含まれている。基材４２１の形成材料としては、光透過性を有する樹脂材料（樹脂組成物）を用いることができ、中でも高い耐熱性を有するシリコーン樹脂（屈折率：約１．４）を好適に用いることができる。
【００４２】
なお、用いる樹脂材料は、前述のように励起光である青色光を透過する物質であれば、２種以上の樹脂材料を混合した組成物（樹脂組成物）であってもよい。さらに、蛍光体粒子４２２、フィラー粒子４２３の他に、例えば、機械的強度向上を目的とした添加材が含まれた組成物であってもかまわない。
【００４３】
蛍光体粒子４２２は、図１に示すレーザー光源１０から射出される励起光を吸収し蛍光を発する粒子状の蛍光物質である。例えば、蛍光体粒子４２２には、波長が約４４５ｎｍの青色光によって励起されて蛍光を発する物質が含まれており、レーザー光源１０が射出する励起光の一部を、図２（ｂ）に示すように、赤色の波長帯域から緑色の波長帯域までを含む光に変換して射出する。このような蛍光体粒子４２２として、平均粒径が１μｍから数十μｍ程度のものが高い発光効率を示すことが知られている。蛍光体粒子４２２としては、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。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（屈折率：約１．８）を用いることができる。
【００４４】
なお、蛍光体粒子４２２の形成材料は、１種であっても良く、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蛍光体粒子４２２として用いることとしても良い。
【００４５】
フィラー粒子４２３は、発光層４２に入射する励起光および蛍光体粒子４２２から発せられる蛍光を拡散させる機能を有している。フィラー粒子４２３の形成材料としては、光透過性を有する粒子状物質であれば、樹脂材料や無機材料など広範な種類の材料を用いることができる。なかでも、高い耐熱性を有する無機材料を好適に用いることができ、例えば平均粒径が１０μｍのＡｌ２Ｏ３（屈折率：約１．８）を用いることができる。
【００４６】
複数の蛍光体粒子４２２および複数のフィラー粒子４２３の総体積は、発光層４２の体積の３５％〜４５％になるように調製されている。蛍光体粒子４２２の体積は、必要とする蛍光の強度や蛍光の波長により設定され、フィラー粒子４２３の量は、総体積が発光層４２の体積の３５％〜４５％になるように調製されている。ここで、発光層４２の体積とは、複数の蛍光体粒子４２２の総体積と複数のフィラー粒子４２３の総体積と基材４２１の体積との和である。
【００４７】
図１に戻って、発光素子３０は円板４０の中心にモーター５０が接続され、円板４０の中心を通る法線を回転軸として回転可能に設けられている。モーター５０は、発光素子３０を使用時において例えば７５００ｒｐｍで回転させる。この場合、発光素子３０上の励起光が照射される領域（ビームスポット）は、約１８ｍ／秒で移動する。すなわち、モーター５０は、発光素子３０上におけるビームスポットの位置を変位させる位置変位手段として機能する。これにより、励起光が発光素子３０上の同一の位置を照射し続けないため、照射位置の熱劣化を防止し、装置を長寿命化することができる。
【００４８】
コリメート光学系６０は、発光素子３０からの光の広がりを抑える第１レンズ６２と、第１レンズ６２から入射される光を略平行化する第２レンズ６４とを備え、全体として発光素子３０から射出された光を平行化するものである。第１レンズ６２と第２レンズ６４とは凸レンズで構成されている。
【００４９】
レンズアレイ１２０，１３０は、コリメート光学系６０から射出された光の輝度分布を均一化するものである。レンズアレイ１２０は、複数の第１小レンズ１２２を含んでおり、レンズアレイ１３０は複数の第２小レンズ１３２を含んでいる。第１小レンズ１２２は、第２小レンズ１３２と１対１で対応している。コリメート光学系６０から射出された光は、複数の第１小レンズ１２２に空間的に分かれて入射する。第１小レンズ１２２は、入射した光を対応する第２小レンズ１３２に結像させる。これにより、複数の第２小レンズ１３２の各々に、二次光源像が形成される。なお、第１小レンズ１２２，第２小レンズ１３２の外形形状は、液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の外形形状と略相似形となっている。
【００５０】
偏光変換素子１４０は、レンズアレイ１２０，１３０から射出された光Ｌの偏光状態を揃えるものである。図４に示すように、偏光変換素子１４０は、複数の偏光変換セル１４１を含んでいる。偏光変換セル１４１は、第２小レンズ１３２と１対１で対応している。第２小レンズ１３２に形成された二次光源像からの光Ｌは、この第２小レンズ１３２に対応する偏光変換セル１４１の入射領域１４２に入射する。
【００５１】
偏光変換セル１４１の各々には、入射領域１４２に対応させて、偏光ビームスプリッタ膜１４３（以下、ＰＢＳ膜１４３と称する）及び位相差板１４５が設けられている。入射領域１４２に入射した光Ｌは、ＰＢＳ膜１４３によりＰＢＳ膜１４３に対するＰ偏光Ｌ１とＳ偏光Ｌ２とに分離される。Ｐ偏光Ｌ１、Ｓ偏光Ｌ２の一方の偏光（ここではＳ偏光Ｌ２）は、反射部材１４４で反射した後、位相差板１４５に入射する。位相差板１４５に入射したＳ偏光Ｌ２は、位相差板１４５により偏光状態が他方の偏光（ここではＰ偏光Ｌ１）の偏光状態に変換されてＰ偏光Ｌ３になり、Ｐ偏光Ｌ１とともに射出される。
【００５２】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された光を被照明領域にて重畳させるものである。光源装置１００から射出された光は、空間的に分割された後、重畳されることにより輝度分布が均一化されて光線軸１００ａｘ周りの軸対称性が高められる。
【００５３】
色分離光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、ミラー２３０、ミラー２４０、ミラー２５０、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、リレーレンズ２６０、リレーレンズ２７０を含んでいる。ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ここでは、ダイクロイックミラー２１０が緑色光と青色光とを反射させ、ダイクロイックミラー２２０が緑色光を反射させる。
【００５４】
光源装置１００から射出された光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０に入射する。光Ｌのうちの赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー２１０を通ってミラー２３０に入射し、ミラー２３０で反射してフィールドレンズ３００Ｒに入射する。赤色光Ｒは、フィールドレンズ３００Ｒにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｒに入射する。
【００５５】
光Ｌのうちの緑色光Ｇと青色光Ｂとは、ダイクロイックミラー２１０で反射して、ダイクロイックミラー２２０に入射する。緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー２２０で反射してフィールドレンズ３００Ｇに入射する。緑色光Ｇは、フィールドレンズ３００Ｇにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｇに入射する。
【００５６】
ダイクロイックミラー２２０を通った青色光Ｂは、リレーレンズ２６０を通りミラー２４０で反射した後、リレーレンズ２７０を通りミラー２５０で反射してフィールドレンズ３００Ｂに入射する。青色光Ｂは、フィールドレンズ３００Ｂにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｂに入射する。
【００５７】
液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂは、例えば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。液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給するＰＣ等の信号源（図示略）と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂは、供給された画像信号に基づいて、入射光を画素ごとに変調して画像を形成する。液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂは、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂにより変調された光（形成された画像）は、色合成素子５００に入射する。
【００５８】
色合成素子５００は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光が反射し緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射し緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光、青色光は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして３つの色光（画像）が重ね合わされて合成され、合成された色光が投写光学系６００によってスクリーンＳＣＲに拡大投写される。
【００５９】
次に、図５を用いて発光層４２の内部での光の挙動について説明する。図５は、発光層４２の内部での光の挙動を示す模式図であり、図５（ａ）は、ある蛍光体粒子４２２ａに照射された励起光である青色レーザー光（青色光Ｌｂ）について、図５（ｂ）は、蛍光体粒子４２２ａで発せられる蛍光Ｌｙについて、それぞれ挙動を例示した図である。また、図中で青色光Ｌｂまたは蛍光Ｌｙを示す矢印の長さは、各光の光量を表している。
【００６０】
（青色光）
図５（ａ）に示すように、蛍光体粒子４２２ａに照射されたにも関わらず吸収されなかった青色光Ｌｂのうち、一部は蛍光体粒子４２２ａの表面で反射され、残りは蛍光体粒子４２２ａの内部を透過する。蛍光体粒子４２２の屈折率は、周りの基材４２１の屈折率と異なるため、蛍光体粒子４２２ａを透過する光は、蛍光体粒子４２２ａの表面で屈折し、該反射した成分と合わせて青色光Ｌｂの散乱に寄与する。
【００６１】
このとき、蛍光体粒子４２２やフィラー粒子４２３の平均粒径（１０μｍ）は、青色光Ｌｂの波長（約４４５ｎｍ）に比べて１０倍以上大きいため、蛍光体粒子４２２やフィラー粒子４２３で生じる散乱は幾何光学散乱となる。幾何光学散乱は、後方散乱が前方散乱と比較して非常に小さくなる特徴を有するため、発光層４２に入射した青色光Ｌｂが後方に向けて反射または屈折することによって損失する確率は小さい。
【００６２】
青色光Ｌｂのうち前方に散乱した成分は、他の蛍光体粒子４２２やフィラー粒子４２３に当たる度に屈折・反射を繰り返す。その際、青色光Ｌｂは、蛍光体粒子４２２に当たる度にその一部は蛍光体粒子４２２に吸収され、蛍光Ｌｙに変換されるか熱に変わる。
【００６３】
ここで、発光層４２内にフィラー粒子４２３が無かった場合、発光層４２の内部で散乱する青色光Ｌｂは、蛍光体粒子４２２に照射される際の蛍光Ｌｙや熱への変換により減少する。対して、発光層４２に入射する青色光Ｌｂの光線軸方向に透過する成分は、蛍光体粒子４２２に照射されない成分、すなわち蛍光Ｌｙや熱への変換により減少しない成分を含む。そのため、発光層４２を透過した後の青色光Ｌｂの配光特性は、入射光の光線軸方向に強度が大きく、放射角が非常に小さい、という特徴を持つ。
【００６４】
これに対し本実施形態では、発光層４２に青色光Ｌｂを吸収せず反射・屈折のみを生じさせるフィラー粒子４２３を添加している。フィラー粒子４２３で散乱する青色光Ｌｂ（図中、符号αで示す）は減少しないことから、入射光の光線軸方向に射出される青色光Ｌｂの強度を低下させ、拡散する青色光Ｌｂの増大に寄与することができる。
また、フィラー粒子４２３の平均粒径を青色光Ｌｂの波長（約４４５ｎｍ）の１０倍以上にすることにより、フィラー粒子４２３による散乱は幾何光学散乱となる。そのため、光の利用効率をさらに高めることができる。
蛍光体粒子４２２の平均粒径が後方散乱の前方散乱に対する割合に及ぼす影響が、フィラー粒子４２３の平均粒径が後方散乱の前方散乱に対する割合に及ぼす影響と同様であることは言うまでもない。
【００６５】
さらに、レーザー光である青色光Ｌｂは、可干渉性を有するために、変調された画像がスクリーン投影される際に、スクリーン上にスペックルノイズといわれる干渉縞を生じ、映像の品質を著しく劣化させるおそれがある。しかし、本実施形態では、青色光Ｌｂがフィラー粒子４２３で散乱し、さらに、フィラー粒子４２３が包埋されている発光層４２は、円板４０の法線周りに回転している。そのため、発光層４２を透過する青色光Ｌｂは動的な光散乱が加えられ、映像のスペックルノイズが低減する効果も得られる。
【００６６】
（黄色光）
発光層４２に入射した青色光Ｌｂのうち、発光層４２内部の蛍光体粒子４２２に照射された成分の一部は蛍光体粒子４２２に吸収され、一部が熱に変わる。残りの成分は蛍光体粒子４２２を構成する蛍光体の電子を励起する。そして、励起された電子が基底状態に戻る際に、蛍光Ｌｙが放出される。蛍光Ｌｙは青色光Ｌｂよりも長波長の光である。発光した蛍光Ｌｙは、蛍光体粒子４２２から全方位に等方的に放射される。
【００６７】
発光層４２内で発光した蛍光Ｌｙは、励起光の青色光Ｌｂと異なり、発光点である蛍光体粒子４２２ａから全方位に等方的な配光特性で発光する。発光層４２と不図示の円板４０との間には、黄色を反射する波長選択膜４４が存在するため、後方に向けて射出される蛍光Ｌｙは前方に向けて反射される。しかし一方で、蛍光Ｌｙは、外部から指向性を持って入射される青色光Ｌｂとは異なり、蛍光体粒子４２２ａから全方位に射出されるため、発光層４２の内部を面内方向に伝播しやすく、発光層４２の外側に出て行きにくい。
【００６８】
本実施形態の発光素子３０では、蛍光体粒子４２２やフィラー粒子４２３は、基材４２１よりも屈折率が高いため、蛍光Ｌｙは蛍光体粒子４２２やフィラー粒子４２３の表面で全反射し難く、各粒子の内部を通過して屈折によって散乱され、光路が変化する機会を持つ。蛍光Ｌｙが発光層４２の内部を面内方向に伝播すると、蛍光体粒子４２２の表面やフィラー粒子４２３の表面で反射および屈折して光路が変化する確率が高くなる。そのため、発光層４２の面内方向に蛍光Ｌｙが伝播するにつれて、発光層４２の外に向かう成分（図中、符号αで示す）が増加する。言い換えれば、発光層４２の面内方向に蛍光Ｌｙが伝播するにつれて、発光層４２の内部を面内方向に伝播する成分が減少する。
【００６９】
すなわち、発光層４２内にフィラー粒子４２３を加えることで、蛍光Ｌｙの散乱源を増やし、発光層４２の外に向かう成分を増加させることにより、蛍光Ｌｙが発光層４２の内部を面内方向に伝播する平面視における距離を短くすることができる。その結果、蛍光Ｌｙが射出されるスポット径を小さくすることができる。
【００７０】
なお、発光層４２の内部を面内方向に伝播する蛍光Ｌｙを完全に除去することはできないため、発光層４２上の蛍光Ｌｙのスポット径は、青色光のビームスポット径よりも大きくなってしまう。発光層４２における蛍光Ｌｙのスポット径の拡大は、発光層４２の膜厚を薄くすること、および蛍光体粒子４２２およびフィラー粒子４２３の濃度を高くすることで抑えることができる。例えば、発光層４２の厚さを１００μｍとし、複数の蛍光体粒子４２２の総体積を発光層４２の体積の３０％とし、複数のフィラー粒子４２３の総体積を発光層４２の体積の１０％としたとき、蛍光Ｌｙのスポット径は７０μｍ程度となる。
【００７１】
（粒子の添加量）
ここで、発光層４２中の蛍光体粒子４２２やフィラー粒子４２３の濃度を上げていくと、青色光Ｌｂが蛍光体粒子４２２またはフィラー粒子４２３に当たる確率がさらに増える。すると、波長選択膜４４側に反射・屈折する青色光Ｌｂが増加し、前方に射出されない光を増やす結果につながってしまう。
【００７２】
実験の結果、複数の蛍光体粒子４２２および複数のフィラー粒子４２３の総体積が、発光層４２の体積の３５％以上であるときに、発光層４２を透過する青色光Ｌｂの配光特性が（cosθ）５に比例する特性を有することが分かった。発光層４２を透過する青色光Ｌｂこのような特性を有する場合、図１に示すコリメート光学系６０によって効率的に青色光Ｌｂを受光できるようになり、スクリーン上での青色光Ｌｂの均一化に寄与することができる。
【００７３】
逆に複数の蛍光体粒子４２２および複数のフィラー粒子４２３の総体積が過多である場合、後方散乱が増え、発光層４２から前方に射出される青色光Ｌｂや蛍光Ｌｙの量が減ってしまう。実験では、複数の蛍光体粒子４２２および複数のフィラー粒子４２３の総体積が、発光層４２全体の体積の４５％を超えるときに、発光層４２に入射する青色光の全量に対する、後方散乱する青色光の光量の割合が５％を超えることが分かった。したがって、複数の蛍光体粒子４２２および複数のフィラー粒子４２３の総体積が、発光層４２全体の体積の３５％以上４５％以下となるように、フィラー粒子４２３の添加量を決定することが好ましい。
【００７４】
（粒子の屈折率）
また、発光層４２による青色光Ｌｂの後方散乱量は、発光層４２の内部に含まれる粒子の屈折率に影響されることが分かった。例えば、フィラー粒子４２３にＺｒＯやＴｉＯ２のような屈折率が２を超える高屈折率材料を用いた場合、後方散乱量は１０％を超える。また、発光層４２の内部に含まれる粒子の屈折率が基材４２１の材料の屈折率に対して１．３倍よりも大きくなると、後方散乱量は大きく増大することがわかった。また、発光層４２の内部に含まれる粒子の屈折率が基材４２１の材料の屈折率に対して１．２倍よりも小さくなると、後方散乱量は小さくなるが、屈折率差が十分ではなく、目的とする光の散乱を生じさせることが難しくなることがわかった。
【００７５】
したがって、蛍光体粒子４２２の屈折率やフィラー粒子４２３の屈折率が、基材４２１の材料の屈折率に対して１．２倍以上かつ１．３倍以下であれば、青色光Ｌｂの後方散乱を小さく抑えつつ効果的に前方散乱を促進して、色ムラを抑制することができる。また、蛍光Ｌｙの光の散乱を効果的に促進して、エテンデューの増加を抑制し、光の利用効率を高めることができる。
【００７６】
（発光層の膜厚）
発光層４２の膜厚が薄いほど、発光層４２の膜厚方向に足し合わせた蛍光体粒子４２２の量は、発光層４２の位置によるばらつきが大きい。このことは、発光層４２の膜厚が薄いほど、青色光Ｌｂが発光層４２を膜厚方向に通過する際に青色光Ｌｂが照射される蛍光体粒子４２２の量は、発光層４２の位置によるばらつきが大きいということを意味する。その結果、射出光に含まれる青色光Ｌｂと蛍光Ｌｙとの割合の発光層４２の面内でのばらつきが大きくなる。したがって、発光層４２が薄いほど、蛍光Ｌｙのスポット径の拡大を抑えることができるものの、一方で発光層４２から射出される光の色度を制御し難くなる。
【００７７】
また、蛍光体粒子４２２の平均粒径の略５倍程度まで発光層４２を薄くすると、膜厚制御を行うことが極端に困難になり、同様に射出光の色度を制御しにくくなる。
【００７８】
これに対し本実施形態では、発光層４２の厚さを１００μｍにすることによって、ｘｙ色度図における色度バラツキをΔｘ、Δｙともに０．０２以内に抑えている。
【００７９】
以上のような構成の光源装置１００によれば、直進性が高い青色光Ｌｂ（励起光）は発光層４２の内部において蛍光体粒子４２２やフィラー粒子４２３の表面で一部が反射・屈折することで散乱し拡散する。そのため、直進性が高い励起光は、フィラー粒子４２３を含まない場合よりも大きく拡散して広がり、蛍光Ｌｙの広がりに近づく。
【００８０】
また、蛍光体粒子４２２から等方的に発せられる蛍光も、発光層４２の内部において蛍光体粒子４２２やフィラー粒子４２３の表面で一部が反射・屈折することで散乱され、光源装置１００の射出面の方向へ進行する蛍光の成分が増加する。そのため、フィラー粒子４２３を含まない場合と比較して、蛍光Ｌｙが光源装置１００の射出面と平行な方向に発光層４２の内部を伝播する平面視における距離を抑制することができ、発せられる蛍光Ｌｙのスポット径の拡大を抑制することができる。
【００８１】
その結果、発光層４２を透過した青色光Ｌｂの配光特性と発光層４２から射出される蛍光Ｌｙの配光特性との相違に起因する色ムラが抑制され、光の利用効率が高い光源装置１００とすることが可能となる。
【００８２】
また、以上のような構成のプロジェクターＰＪによれば、被投射面における色ムラが抑制されて高品質な画像表示が可能なプロジェクターＰＪとすることができる。
【００８３】
なお、本実施形態においては、発光素子３０に青色の励起光を照射し、黄色の蛍光が発せられることとして説明したが、これに限らず、種々の色の励起光と蛍光との組み合わせを適宜選択することができる。
【００８４】
また、本実施形態においては、モーター５０を用いて発光素子３０を回転運動させ、青色光の集光位置が同一箇所にならないようにすることとしたが、これに限らない。例えば電歪素子のような振動素子を発光素子３０に取り付け、発光層４２に面方向に平行な方向に振動させることにより、集光位置を変位させる構成とすることもできる。
【００８５】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係る光源装置の説明図であり、第２実施形態の光源装置が有する発光素子の説明図である。図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は発光素子７０の概略断面図である。本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８６】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、発光素子７０は、内部に蛍光体粒子とフィラー粒子とが分散した円板７１と、円板７１における青色光Ｌｂの入射面に設けられた波長選択膜７２と、円板７１における光Ｌ（青色光Ｌｂと蛍光Ｌｙとが混色した光）の射出面に設けられた反射防止膜７３と、を有している。なお、本実施形態では、円板７１が、第１実施形態の発光素子３０における円板４０と発光層４２との機能を兼ねている。
【００８７】
円板７１は、図６（ｂ）に示すように、光透過性を有する基材７１１と、蛍光を発する複数の蛍光体粒子４２２と、光透過性を有する粒子状の物質である複数のフィラー粒子４２３と、を有している。
【００８８】
基材７１１は、光透過性を有する無機材料を用いることができ、例えば、ホウ珪酸ガラス（屈折率：約１．５）のような光学ガラスを好適に用いることができる。
【００８９】
波長選択膜７２は、第１実施形態の発光素子３０が有する波長選択膜４４と同様の構成のものを用いることができる。波長選択膜７２は、青色光を透過し、青色光よりも長波長の光（例えば、４８０ｎｍよりも長波長の光）を反射する波長選択性を有している。
【００９０】
反射防止膜７３は、円板７１から射出される光を効率的に外部に射出可能とするために、円板７１と空気層との界面における反射を抑制する機能を有している。反射防止膜７３としては、通常知られた構成のものを採用することができ、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ニオブ酸などの誘電体を原料として、真空プロセスにおいて誘電体多層膜を形成することにより形成することができる。
【００９１】
このように、発光素子７０では、円板７１の表面に波長選択膜７２や反射防止膜７３が設けられている。第１実施形態の発光素子３０が有する発光層４２は、蛍光体粒子やフィラー粒子を包埋する基材４２１として樹脂材料（樹脂組成物）を採用していたため、形成が容易であるという利点を有する反面、基材４２１が真空プロセスで損傷するおそれがあるため、発光層４２の形成後に誘電体多層膜を形成することは困難であった。
【００９２】
しかし、発光素子７０では、円板７１において蛍光体粒子やフィラー粒子を包埋する基材７１１が無機材料であるため、真空プロセスで損傷することなく、円板７１の形成後に誘電体多層膜を設けることができ、円板７１の両面に波長選択膜７２と反射防止膜７３とを設けることができる。
【００９３】
このような発光素子７０は、例えば、次のようにして製造する。
まず、基材７１１となるガラス材料をフリット（粉体状）材として、蛍光体粒子４２２およびフィラー粒子４２３と混合する。これらの混合は、乾式或いは湿式のいずれの方法も採用することができる。
【００９４】
次いで、混合した粉体を、例えば、室温から５０℃までの温度条件でプレスを行って押し固め、板状に加工した後、フリット材のガラスが熔ける温度で焼成を行い、フリット材、蛍光体粒子４２２、フィラー粒子４２３の混合物を焼結させる。これにより、蛍光体粒子４２２およびフィラー粒子４２３が内部に均一に分散した板材が得られる。この板材を円形に加工して、円板７１を製造する。
【００９５】
次いで、得られる焼結体について、両面を研磨して表面を平坦化するとともに、全体を目的の厚みに近づける。発光素子７０においては、円板７１が薄いほど全体が軽量化され、駆動のための動力も少なくて済むことから好ましい。しかし一方で、薄すぎると発光素子７０全体の強度を確保することが困難となる。そのため、円板７１の材料である焼結体の厚みは、１００μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以上３００μｍ以下程度にする。
【００９６】
次いで、目的の円板形状となるように、例えば砥粒ホーン加工等を行う。その後、加工された円板の両表面に鏡面化加工を行い、一方の面には波長選択膜７２を形成し、他方の面には反射防止膜７３を形成することにより、目的とする発光素子７０を得ることができる。
【００９７】
以上のような発光素子７０を有する光源装置においても、上述の光源装置１００と同様に、円板７１を透過した青色光Ｌｂの配光特性と円板７１から射出される蛍光Ｌｙの配光特性との相違に起因する色ムラが抑制され、光の利用効率が高い光源装置とすることが可能となる。
【００９８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【実施例】
【００９９】
以下、モデルサンプルを用いて測定した実施例を示し、本発明を具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【０１００】
実施例では、シリコーン樹脂と発光体粒子（ＹＡＧ：Ｃｅ）とフィラー粒子とを混合した混合物を、ガラス板上に設けられた波長選択膜４４の上に塗布し、シリコーン樹脂を硬化させることにより、上記実施形態における発光素子のモデルサンプルを作製した。
【０１０１】
（配光特性の評価方法）
図７に示すような配光測定システム１０００（光源配光測定システムＩＳ−ＬＩ、CYBERNET SYSTEMS社製）を用いた。
モデルサンプルＳを、内部が反射材質でコーティングされたドーム１１００の壁面に配置し、レーザー光源１２００から射出され平行化レンズ１３００で平行化された励起光ＭＢを、スリット１４００を介してモデルサンプルＳに照射した。モデルサンプルＳにおいては、ガラス板ＳＡ側から発光層ＳＢに励起光ＭＢを照射し、ドーム１１００内に設けられた不図示の測定プローブで透過光の配光分布を測定した。
【０１０２】
測定においては、まず透過光の全光について配光分布を測定し、次いで等色関数の青色光のフィルターを介して透過光の配光分布を測定して、これらの差分から透過光に含まれる青色光の配光分布を求めた。
【０１０３】
（後方散乱率の測定方法）
図８に示す測定装置２０００を用いた。
モデルサンプルＳを、内部が反射材質でコーティングされた積分球２１００の壁面に配置し、レーザー光源２２００から射出され導波路２３００により導かれる励起光をモデルサンプルＳに照射した。モデルサンプルＳにおいては、ガラス板ＳＡ側から発光層ＳＢに励起光を照射し、積分球２１００内に設けられた測定プローブ２４００で後方散乱光の量を測定した。バッフル２５００は、モデルサンプルＳの後方散乱光が直接測定プローブに入射しないように遮光するためのものである。
【０１０４】
測定においては、後方散乱光の光量を測定し、照射する励起光の光量で除算することで、後方散乱率を求めた。
【０１０５】
（発光層における蛍光の広がりの測定方法）
図９に示す測定装置３０００を用いた。
レーザー光源３１００から射出され平行化レンズ３２００で平行化された励起光ＭＢを、スリット３３００の手前に配置したモデルサンプルＳに照射した。モデルサンプルＳにおいては、ガラス板ＳＡ側から発光層ＳＢに励起光ＭＢを照射した。透過光は、青色光を反射するダイクロイックミラー３４００を透過させた後に、減光フィルターを備えた撮像装置３５００で撮像し、モデルサンプルＳ上の蛍光のスポット径を測定した。
【０１０６】
同様に、モデルサンプルＳとダイクロイックミラー３４００とを用いず、励起光を直接撮像装置３５００で撮像し、励起光のスポット径を測定した。
【０１０７】
（フィラーの粒子径）
フィラーの粒子径が互いに異なる複数のモデルサンプルを作製し、後方散乱との関係について測定した。測定条件を表１に示し、測定結果を表２に示す。表中、蛍光体粒子の体積比は、作製した発光層全体の体積に対する複数の蛍光体粒子の総体積の比であり、フィラー粒子の体積比は、作製した発光層全体の体積に対する複数のフィラー粒子の総体積の比である。
【０１０８】
【表１】
0005803137.tif 000002
【０１０９】
【表２】
0005803137.tif 000003
【０１１０】
測定の結果、フィラー径が５μｍよりも小さいと、後方散乱率が増加する傾向にあることが分かった。そのため、フィラー径が５μｍ以上であれば、光の利用効率が高い光源装置１００とすることが可能となる。
ここでは、フィラー粒子４２３の径と後方散乱率との関係について説明したが、蛍光体粒子４２２の径と後方散乱率との関係についても、同様な結果が得られる。
【０１１１】
（フィラーの添加率）
フィラーの添加率が互いに異なる複数のモデルサンプルを作製し、各物性値との関係について測定した。測定条件を表３に示す。
【０１１２】
【表３】
0005803137.tif 000004
【０１１３】
図１０は、フィラーの添加率を変更した場合の青色光の配光分布について示すグラフである。図に示すように、フィラー濃度が高いほど青色光は拡散する傾向があることが分かる。また、フィラーの濃度が５％より少ないと配光特性が（cosθ）５のカーブより若干小さくなることが分かった。なお、フィラーの濃度が５％の場合、複数の蛍光体粒子４２２および複数のフィラー粒子４２３の総体積は、発光層４２全体の体積の３５％である。
【０１１４】
また下表４には、フィラーの添加率を変更した場合の後方散乱率の測定結果を示す。表に示す結果からは、フィラーの濃度が１５％を超えると、後方散乱率が５％を超えて増加する傾向にあることが分かった。なお、フィラーの濃度が１５％の場合、複数の蛍光体粒子４２２および複数のフィラー粒子４２３の総体積は、発光層４２全体の体積の４５％である。従って、複数の蛍光体粒子４２２および複数のフィラー粒子４２３の総体積は、発光層４２全体の体積の３５％以上４５％以下であることが好ましい。
【０１１５】
【表４】
0005803137.tif 000005
【０１１６】
（フィラーの屈折率）
フィラーの屈折率が互いに異なる複数のモデルサンプルを作製し、後方散乱率との関係について測定した。測定条件を表５に、測定結果を表６に、幾何光学散乱のレイトレーシングシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を表７にそれぞれ示す。
【０１１７】
【表５】
0005803137.tif 000006
【０１１８】
【表６】
0005803137.tif 000007
【０１１９】
【表７】
0005803137.tif 000008
【０１２０】
測定の結果、フィラー粒子の屈折率がおよそ２を超えると、後方散乱率が増加する傾向にあることが分かった。シミュレーション結果からもフィラー粒子の屈折率が基材の屈折率の１．３倍よりも高くなると、後方散乱率が５％を超えて増加する傾向が見て取れる。
ここでは、フィラー粒子４２３の屈折率と後方散乱率との関係について説明したが、蛍光体粒子４２２の屈折率と後方散乱率との関係についても、同様な結果が得られる。
【０１２１】
（発光層の膜厚）
発光層の膜厚が互いに異なる複数のモデルサンプルを作製し、スポット径との関係について測定した。測定条件は表５と同様である。表８に、蛍光のスポット径の拡大量と発光層４２の膜厚との関係を示す。
【０１２２】
【表８】
0005803137.tif 000009
【０１２３】
表８に示すように、膜厚が増加すると、励起光のスポット径と比べて蛍光のスポット径が大きくなる傾向にあることが分かった。したがって、発光層４２の膜厚が、蛍光体粒子４２２の平均粒子径の１０倍以下の厚さであれば、発せられる蛍光のスポット径の拡大を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１０…レーザー光源、３０，７０…発光素子（発光手段）、４２…発光層、４４，７２…波長選択膜、７１…円板（発光層）、１００…光源装置、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、４２１，７１１…基材、４２２…蛍光体粒子、４２３…フィラー粒子、６００…投写光学系、Ｌｙ…蛍光（蛍光）、Ｌｂ…青色光（励起光）、ＰＪ…プロジェクター、
【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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【図１０】
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