(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光の照射によって蛍光を発する波長変換層と、
前記波長変換層を支持する支持基板と、
前記波長変換層と前記支持基板との間に位置する中間層と、を有し、
前記波長変換層の熱抵抗値に対する前記中間層の熱抵抗値の比率に、前記波長変換層に入射される前記励起光のエネルギーの二乗を乗じて得た値は、２．３×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）以下であり、
前記比率は、１より大きいことを特徴とする蛍光部材。
【請求項２】
請求項１に記載の蛍光部材において、
前記中間層は、前記波長変換層から前記支持基板へ向かって進む光を反射する反射層を含み、
前記励起光は、前記支持基板側とは反対側から前記波長変換層に入射されることを特徴とする蛍光部材。
【請求項３】
請求項２に記載の蛍光部材において、
前記中間層は、前記波長変換層を前記支持基板に固定している接着層を含むことを特徴とする蛍光部材。
【請求項４】
請求項３に記載の蛍光部材において、
前記中間層は、前記波長変換層が設けられている固定基板を含み、
前記固定基板は、前記接着層により前記支持基板に固定されており、
前記反射層は、前記固定基板と前記接着層との間、及び、前記接着層と前記支持基板との間のいずれかに位置することを特徴とする蛍光部材。
【請求項５】
請求項４に記載の蛍光部材において、
前記反射層は、前記固定基板と前記接着層との間に位置することを特徴とする蛍光部材。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の蛍光部材において、
前記固定基板は、無機材料により構成されていることを特徴とする蛍光部材。
【請求項７】
請求項６に記載の蛍光部材において、
前記無機材料は、アルミニウム及びグラファイトの少なくともいずれかを含むことを特徴とする蛍光部材。
【請求項８】
請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の蛍光部材において、
前記接着層は、熱伝導粒子を含むことを特徴とする蛍光部材。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の蛍光部材と、
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１０】
請求項９に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された照明光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置からの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、蛍光部材、光源装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源装置から射出された光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーン等の被投射面に拡大投射する画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の画像表示装置は、照明装置、偏光分離装置、分光装置、液晶パネル、プリズム及び投射光学装置を備える。これらのうち、照明装置は、励起光を射出する励起光源と、蛍光部材とを備える。蛍光部材は、蛍光体と反射膜を有し、入射された励起光の一部を異なる波長の光に変換した蛍光と、他の一部とを、当該励起光の入射方向とは反対方向に向けて射出する。そして、これら蛍光と励起光の他の一部とが、偏光分離装置及び分光装置を介して赤、緑及び青の色光に分離される。これら色光は、液晶パネルにて変調された後、プリズムにて合成され、投射光学装置によって投射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−４００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、蛍光体層は、励起光が照射されることによって発熱する。上記特許文献１に記載の光源装置では、蛍光体層は、熱伝導性を有するグリース等の接合部を介して基板に接合されている。しかしながら、このような接合部は熱抵抗値が比較的大きいため、蛍光体層にて生じた熱が基板に伝達されにくく、蛍光体層の熱が放熱されにくい。そのため、蛍光体層の温度が上昇して、その結果、蛍光体の発光効率が低下する、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決するものであり、波長変換層を効率よく冷却できる蛍光部材を提供することを目的の１つとする。また、当該蛍光部材を備えた光源装置を提供することを目的の１つとする。また、当該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１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に係る蛍光部材は、励起光の照射によって蛍光を発する波長変換層と、前記波長変換層を支持する支持基板と、前記波長変換層と前記支持基板との間に位置する中間層と、を有し、前記波長変換層の熱抵抗値に対する前記中間層の熱抵抗値の比率に、前記波長変換層に入射される前記励起光のエネルギーの二乗を乗じて得た値は、２．３×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）以下であり、前記比率は、１より大きいことを特徴とする。
【０００７】
なお、熱抵抗値の単位は（℃／Ｗ）であり、光エネルギーの単位は（Ｗ）である。
上記第１態様によれば、上記値が単位面積当たり２．３×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）以下である蛍光部材では、当該値が２．３×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）を超える蛍光部材に比べて、励起光の照射により発生する波長変換層の熱を、中間層を介して支持基板に効率よく伝導できる。これにより、上記波長変換層を効率よく冷却できる。従って、波長変換層の発光効率の低下を抑制できる。
【０００８】
上記第１態様では、前記中間層は、前記波長変換層から前記支持基板へ向かって進む光を反射する反射層を含み、前記励起光は、前記支持基板側とは反対側から前記波長変換層に入射されることが好ましい。
この構成によれば、波長変換層で生成された蛍光は、反射層で反射されて、波長変換層の励起光が入射する側から射出される。この場合、蛍光が支持基板を透過し、励起光が入射する側とは反対側から射出される場合に比べて、蛍光部材から蛍光が射出される領域の面積が小さい。従って、蛍光を集光しやすい。
【０００９】
上記第１態様では、前記中間層は、前記波長変換層を前記支持基板に固定している接着層を含むことが好ましい。
この構成によれば、上記中間層が接着層を含むので、波長変換層を確実に支持基板に固定できる。また、上記中間層が接着層を含んだ場合であっても、上記値が単位面積当たり２．３×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）以下であるため、波長変換層の熱を効率よく支持基板に伝導でき、当該熱を効果的に放熱できる。
【００１０】
上記第１態様では、前記中間層は、前記波長変換層が設けられている固定基板を含み、前記固定基板は、前記接着層により前記支持基板に固定されており、前記反射層は、前記固定基板と前記接着層との間、及び、前記接着層と前記支持基板との間のいずれかに位置することが好ましい。
この構成によれば、支持基板より小さい固定基板を採用することができるため、波長変換層の面積を小さくすることができる。換言すると、固定基板の面積を調整することにより、波長変換層の面積を調整できる。このように、波長変換層から蛍光が射出される領域を支持基板よりも小さくすることができるため、蛍光を集光しやすくすることができる。この他、波長変換層に接着層が直接接触することを抑制できる。
この他、反射層は、固定基板と接着層との間、及び、接着層と支持基板との間のいずれかに位置するので、固定基板から支持基板に向かって進む光を、波長変換層への励起光の入射方向とは反対方向に確実に反射させることができる。
更に、中間層が固定基板及び接着層を含む場合であっても、上記値が単位面積当たり２．３×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）以下であるため、波長変換層の熱を効率よく支持基板に伝導できる。
【００１１】
上記第１態様では、前記反射層は、前記固定基板と前記接着層との間に位置することが好ましい。
この構成によれば、波長変換層から支持基板に向かって進む光は、固定基板と接着層との間に位置する反射層で反射されるため、反射層が接着層と支持基板との間に配置される場合に比べて、当該接着層に上記光が入射することを抑制できる。従って、接着層による光の損失を抑制できる他、当該接着層の光吸収による温度上昇を抑制できるので、波長変換層の熱を更に効率よく支持基板に伝導できる。
【００１２】
上記第１態様では、前記固定基板は、無機材料により構成されていることが好ましい。
なお、上記無機材料としては、シリカ系の板ガラス、水晶やサファイア等の結晶体、及び、酸化アルミニウム等の半透明のセラミック基板を例示できる。
この構成によれば、固定基板が有機材料により構成されている場合に比べて、当該固定基板の熱抵抗値が小さい。従って、接着層の熱抵抗値がある程度高い場合であっても、中間層を介して波長変換層の熱を効率よく支持基板に伝導できる。
【００１３】
上記第１態様では、前記無機材料は、アルミニウム及びグラファイトの少なくともいずれかを含むことが好ましい。
この構成によれば、固定基板の熱伝導率が比較的高いので、波長変換層の熱をより効率よく中間層を介して支持基板に伝導できる。
【００１４】
上記第１態様では、前記接着層は、熱伝導粒子を含むことが好ましい。
例えば、熱伝導粒子は、酸化アルミニウムの粒子などであり、熱伝導率が比較的高いことから、接着層が熱伝導粒子を含まない場合に比べて、接着層の熱抵抗値が小さい。従って、上記値が更に小さい蛍光部材を構成できるので、中間層を介して波長変換層の熱を更に効率よく支持基板に伝導できる。
【００１５】
本発明の第２態様に係る光源装置は、上述の蛍光部材と、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。
上記第２態様による光源装置は、上記第１態様に係る蛍光部材を備えているため、波長変換素子の冷却効率が高い。そのため、効率的に蛍光を生成することができる。
【００１６】
本発明の第３態様に係るプロジェクターは、前述の光源装置と、前記光源装置から射出された照明光を変調する光変調装置と、前記光変調装置からの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。
上記第３態様によるプロジェクターは、第２態様に係る光源装置を備えているため、波長変換素子の冷却効率が高い。そのため、効率的に照明光を生成することができる。従って、当該プロジェクターは、輝度の高い画像を投射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの概略を示す模式図。
【図２】上記第１実施形態に係るプロジェクターの照明装置の概略を示す模式図。
【図３】上記第１実施形態に係る照明装置における蛍光部材の平面図。
【図４】上記第１実施形態に係る照明装置における蛍光部材の断面図。
【図５】上記実施形態に係る蛍光部材の特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
［プロジェクターの概略構成］
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の構成を示す模式図である。
プロジェクター１は、内部に設けられた光源から射出された光束を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーンＳＣ１等の被投射面上に拡大投射する表示装置である。
このプロジェクター１は、図１に示すように、外装筐体２と、当該外装筐体２内に収納される光学ユニット３の他、図示を省略するが、当該プロジェクター１を制御する制御装置、冷却対象を冷却する冷却装置、及び当該プロジェクター１を構成する電子部品に電力を供給する電源装置を備える。
【００１９】
［光学ユニットの構成］
光学ユニット３は、照明装置３１、色分離装置３２、平行化レンズ３３、光変調装置３４、色合成装置３５及び投射光学装置３６を備える。
照明装置３１は、照明光ＷＬを射出する。なお、照明装置３１の構成については、後述する。
色分離装置３２は、照明装置３１から入射された照明光ＷＬを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３つの色光に分離する。この色分離装置３２は、ダイクロイックミラー３２１，３２２、全反射ミラー３２３，３２４，３２５及びリレーレンズ３２６，３２７を備える。
ダイクロイックミラー３２１は、照明装置３１からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲとその他の色光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。ダイクロイックミラー３２１は、赤色光ＬＲを透過させるとともに、その他の色光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射させる。ダイクロイックミラー３２２は、その他の色光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。ダイクロイックミラー３２２は、緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過させる。
【００２０】
全反射ミラー３２３は、赤色光ＬＲの光路中に配置され、ダイクロイックミラー３２１を透過した赤色光ＬＲを光変調装置３４（３４Ｒ）に向けて反射させる。一方、全反射ミラー３２４，３２５は、青色光ＬＢの光路中に配置され、ダイクロイックミラー３２２を透過した青色光ＬＢを光変調装置３４（３４Ｂ）に導く。また、緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー３２２にて、光変調装置３４（３４Ｇ）に向けて反射される。
リレーレンズ３２６，３２７は、青色光ＬＢの光路の、ダイクロイックミラー３２２の下流に配置されている。これらリレーレンズ３２６，３２７は、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることによる青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有する。
【００２１】
平行化レンズ３３は、後述する光変調装置３４に入射する光を平行化する。なお、赤、緑及び青の各色光用の平行化レンズを、それぞれ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂとする。また、赤、緑及び青の各色光用の光変調装置を、それぞれ３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂとする。
【００２２】
光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）は、それぞれ入射される赤、緑及び青の色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを変調して、画像情報に応じた色画像を形成する。これら光変調装置３４は、入射される光を変調する液晶パネルにより構成される。なお、図示は省略するが、光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂの入射側及び射出側にはそれぞれ、偏光板が配置されている。
【００２３】
色合成装置３５には、各光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂからの画像光が入射される。この色合成装置３５は、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学装置３６に向けて射出する。本実施形態では、色合成装置３５は、クロスダイクロイックプリズムにより構成される。
投射光学装置３６は、色合成装置３５にて合成された画像光をスクリーンＳＣ１等の被投射面に投射する。このような構成により、スクリーンＳＣ１に拡大された画像が投射される。
【００２４】
［照明装置の構成］
図２は、本実施形態のプロジェクター１における照明装置３１の構成を示す概略図である。
照明装置３１は、前述したように照明光ＷＬを色分離装置３２に向けて射出する。この照明装置３１は、図２に示すように、光源装置３１１、アフォーカル光学系３１２、ホモジナイザー光学系３１３、偏光分離装置３１４、位相差板３１５、ピックアップ光学系３１６、インテグレーター光学系３１７、偏光変換素子３１８、重畳レンズ３１９及び蛍光部材４を備える。また、光源装置３１１は、アレイ光源３１１Ａ及びコリメーター光学系３１１Ｂを備える。
【００２５】
光源装置３１１のアレイ光源３１１Ａは、本発明の光源に相当し、複数の半導体レーザー３１１１により構成される。具体的に、アレイ光源３１１Ａは、当該アレイ光源３１１Ａから射出される光束の照明光軸Ａｘ１と直交する一平面内に複数の半導体レーザー３１１１がアレイ状に配列されることにより形成される。なお、詳しくは後述するが、蛍光部材４にて反射された光束の照明光軸をＡｘ２としたとき、照明光軸Ａｘ１と照明光軸Ａｘ２とは同一平面内にあり、且つ互いに直交している。照明光軸Ａｘ１上においては、アレイ光源３１１Ａと、コリメーター光学系３１１Ｂと、アフォーカル光学系３１２と、ホモジナイザー光学系３１３と、偏光分離装置３１４とが、この順に並んで配置されている。
一方、照明光軸Ａｘ２上においては、波長変換素子４１を備えた蛍光部材４と、ピックアップ光学系３１６と、位相差板３１５と、偏光分離装置３１４と、インテグレーター光学系３１７と、偏光変換素子３１８と、重畳レンズ３１９とが、この順に並んで配置されている。
【００２６】
アレイ光源３１１Ａを構成する半導体レーザー３１１１は、例えば、４４０〜４８０ｎｍの波長域にピーク波長を有する励起光（青色光ＢＬ）を射出する。また、半導体レーザー３１１１から射出される青色光ＢＬは、コヒーレントな直線偏光であり、偏光分離装置３１４に向けて照明光軸Ａｘ１と平行に射出される。
また、アレイ光源３１１Ａは、各半導体レーザー３１１１が射出する青色光ＢＬの偏光方向を、偏光分離装置３１４の偏光分離層３１４３にて反射される偏光成分（Ｓ偏光成分）の偏光方向と一致させている。そして、このアレイ光源３１１Ａから射出された青色光ＢＬは、コリメーター光学系３１１Ｂに入射する。
【００２７】
コリメーター光学系３１１Ｂは、アレイ光源３１１Ａから射出された青色光ＢＬを平行光に変換するものである。コリメーター光学系３１１Ｂは、例えば各半導体レーザー３１１１に対応してアレイ状に配置された複数のコリメーターレンズ３１１２を備える。このコリメーター光学系３１１Ｂを通過することにより平行光に変換された青色光ＢＬは、アフォーカル光学系３１２に入射する。
アフォーカル光学系３１２は、コリメーター光学系３１１Ｂから入射された青色光ＢＬの光束径を調整する。このアフォーカル光学系３１２は、レンズ３１２１とレンズ３１２２を備える。このアフォーカル光学系３１２を通過することによりサイズが調整された青色光ＢＬは、ホモジナイザー光学系３１３に入射する。
【００２８】
ホモジナイザー光学系３１３は、後述するピックアップ光学系３１６と協同して、被照明領域における青色光ＢＬによる照度分布を均一化する。このホモジナイザー光学系３１３は、一対のマルチレンズアレイ３１３１，３１３２を備える。このホモジナイザー光学系３１３から射出された青色光ＢＬは、偏光分離装置３１４に入射する。
【００２９】
偏光分離装置３１４は、いわゆるプリズム型の偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）であり、Ｐ偏光及びＳ偏光のうち、一方の偏光光を通過させ、他方の偏光光を反射させる。この偏光分離装置３１４は、プリズム３１４１，３１４２及び偏光分離層３１４３を備える。これらプリズム３１４１，３１４２は、略三角柱形状に形成され、それぞれ照明光軸Ａｘ１に対して４５°の角度をなす傾斜面を有し、かつ、照明光軸Ａｘ２に対して４５°の角度をなしている。
【００３０】
偏光分離層３１４３は、上記傾斜面に設けられ、当該偏光分離層３１４３に入射した第１の波長帯の青色光ＢＬを、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有する。この偏光分離層３１４３は、青色光ＢＬのＳ偏光成分を反射させ、青色光ＢＬのＰ偏光成分を透過させる。また、偏光分離層３１４３は、当該偏光分離層３１４３に入射した光のうち、第１の波長帯（青色光ＢＬの波長帯）とは異なる第２の波長帯（緑色光ＧＬ及び赤色光ＲＬ）の光を、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有する。なお、偏光分離装置３１４は、プリズム型のものに限らず、プレート型の偏光分離装置を用いてもよい。
そして、偏光分離層３１４３に入射した青色光ＢＬは、その偏光方向がＳ偏光成分と一致していることから、Ｓ偏光の励起光ＢＬｓとして、蛍光部材４に向けて反射される。
【００３１】
位相差板３１５は、偏光分離層３１４３と波長変換素子４１との間の光路中に配置された１／４波長板である。この位相差板３１５に入射するＳ偏光である励起光ＢＬｓは、円偏光の励起光ＢＬｃに変換された後、ピックアップ光学系３１６に入射する。
ピックアップ光学系３１６は、励起光ＢＬｃを波長変換素子４１に向けて集光させる。このピックアップ光学系３１６は、レンズ３１６１，レンズ３１６２を備える。具体的に、ピックアップ光学系３１６は、入射された複数の光束（励起光ＢＬｃ）を後述する波長変換素子４１に向けて集光させるとともに、当該波長変換素子４１上で互いに重畳させる。
【００３２】
蛍光部材４は、モーター４３により回転可能な円板４２上に、入射された光の波長を変換する波長変換素子４１が円板４２の周方向に沿って形成されたものである。この波長変換素子４１は、青色光（励起光ＢＬｃ）が入射する側に向けて赤色光及び緑色光を射出する。
ピックアップ光学系３１６からの励起光ＢＬｃは、波長変換素子４１に入射する。波長変換素子４１は、励起光ＢＬｃの一部を赤色光及び緑色光を含む蛍光光ＹＬに変換する。蛍光光ＹＬは、５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する。なお、波長変換素子４１の構成については、後述する。
そして、波長変換素子４１から射出された蛍光光ＹＬは、ピックアップ光学系３１６、位相差板３１５を通過し、偏光分離装置３１４に入射する。偏光分離装置３１４によって、蛍光光ＹＬと偏光分離層３１４３を通過する青色光（Ｐ偏光の青色光）とが合成され、白色の照明光ＷＬが生成される。照明光ＷＬは、偏光分離装置３１４から射出され、インテグレーター光学系３１７に入射する。
【００３３】
インテグレーター光学系３１７は、後述する重畳レンズ３１９と協同して、被照明領域における照度分布を均一化する。インテグレーター光学系３１７は、一対のレンズアレイ３１７１，３１７２を備える。これら一対のレンズアレイ３１７１，３１７２は、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。このインテグレーター光学系３１７から射出された照明光ＷＬは、偏光変換素子３１８に入射する。
【００３４】
偏光変換素子３１８は、偏光分離膜と位相差板とから構成され、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。偏光変換素子３１８から射出された照明光ＷＬは、重畳レンズ３１９に入射する。
重畳レンズ３１９は、照明光ＷＬを被照明領域において重畳させることにより、被照明領域の照度分布を均一化する。
【００３５】
［蛍光部材の構成］
図３は、照明装置３１の蛍光部材４を励起光ＢＬｃの入射側から見た平面図であり、図４は、図３に示す蛍光部材４のＡ１−Ａ１断面を示す断面図である。なお、図３及び図４では、モーター４３の図示を省略している。
蛍光部材４の波長変換素子４１は、上記のように、入射された励起光の一部を蛍光に変換して射出するとともに、他の一部を蛍光に変換せずに射出する。この波長変換素子４１は、図３に示すように、リング状に形成され、円板４２の円周に沿って設けられている。
この波長変換素子４１は、波長変換層４１Ａ及び中間層４１Ｂを有する。中間層４１Ｂは、固定基板４１１、反射層４１２及び接着層４１３を有する。
なお、円板４２は、上記モーター４３によって回転される。これにより、励起光が入射することで発熱する波長変換素子４１が冷却される。円板４２は、本発明の支持基板に相当する。
【００３６】
［波長変換層の構成］
波長変換層４１Ａは、固定基板４１１上に形成されている。なお、固定基板４１１については、後に詳述する。
波長変換層４１Ａを構成する蛍光体として、本実施形態では、Ｃｅイオンを含んだＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）蛍光体が採用されている。すなわち、本実施形態における波長変換層４１Ａは、無機蛍光体層であり、当該波長変換層４１Ａを構成するガラスバインダーと蛍光体との成分比率は、本実施形態では略５０％に設定されている。
【００３７】
この波長変換層４１Ａは、ガラスバインダー、蛍光体及び有機物を含んだ混合物を固定基板４１１に塗布し、焼結することで形成される。すなわち、波長変換層４１Ａは塗布及び焼成により形成されるので、当該波長変換層４１Ａの上記励起光ＢＬｃが入射する方向に沿う方向の厚さは、５０μｍ以上１００μｍに設定される。当該波長変換層４１Ａの厚さは、ガラスバインダーを含まない蛍光体を焼結して生成する多結晶蛍光体では実現できない厚さである。
また、上述したように、ＹＡＧ蛍光体をガラスバインダーで焼成した場合、当該波長変換層４１Ａの熱伝導率は、ＹＡＧ結晶の熱伝導率１１Ｗ／ｍＫとガラスの熱伝導率１Ｗ／ｍＫとの中間となる。当該波長変換層４１Ａの熱伝導率は、ガラスバインダー及び蛍光体の配合比率が５０％であるため、略５Ｗ／ｍＫとなる。
【００３８】
［固定基板の構成］
固定基板４１１は、波長変換層４１Ａを支持するだけでなく、当該波長変換層が形成される形成基板としての機能を有する。
このような固定基板４１１は、本実施形態では、光透過性を有するシリカ系の板ガラスにより構成され、上記励起光ＢＬｃの入射方向に沿う方向の寸法（厚さ）は、略５０μｍに設定される。なお、上記励起光ＢＬｃの入射方向に沿う方向は、本発明の波長変換層４１Ａから円板４２に向かう方向に沿う方向に相当する。また、当該固定基板４１１の熱伝導率は、常温（例えば、１５℃以上２５℃未満）において１Ｗ／ｍＫである。
【００３９】
［反射層の構成］
反射層４１２は、上述した固定基板４１１において波長変換層４１Ａが形成される面とは反対側の面に形成されている。この反射層４１２は、波長変換層４１Ａから円板４２に向かって進む光を反射させる。反射層４１２は例えば、銀により構成される。反射層４１２が形成された固定基板４１１は、接着層４１３により上記円板４２に固定されている。
なお、反射層４１２を構成する銀の熱伝導率は、４２９Ｗ／ｍＫと非常に高い。このため、詳しくは後述するが、中間層４１Ｂの熱抵抗値を算出する際に、当該反射層４１２の熱抵抗値を無視してもよい。
【００４０】
［接着層の構成］
接着層４１３は、波長変換層４１Ａ及び反射層４１２が形成された固定基板４１１を円板４２に固定する。この接着層４１３は、シリコーンを含むシリコーン接着剤により構成され、熱に強い特性を有する。また、接着層４１３の上記厚さは、略２０μｍに設定される。この接着層４１３の熱伝導率は、略０．２Ｗ／ｍＫである。
【００４１】
［円板（支持基板）の構成］
円板４２は、本発明の支持基板に相当し、上記モーターにより回転される。円板４２は波長変換素子４１を支持する。具体的に、円板４２は、接着層４１３によって固定基板４１１が円板４２に固定されることにより、当該波長変換層４１Ａを支持している。
このような円板４２は、熱伝導率の高い金属（例えば、アルミニウム若しくはグラファイト）により形成されている。本実施形態では、当該円板４２は、アルミニウムにより形成されており、当該円板４２の熱伝導率は略２３７Ｗ／ｍＫである。また、当該円板４２の直径は、略１００ｍｍである。
以上のように、当該円板４２上には、励起光の入射側から順に、波長変換層４１Ａ、固定基板４１１、反射層４１２、接着層４１３が配置されている。固定基板４１１、反射層４１２及び接着層４１３により、本実施形態における中間層４１Ｂが構成される。
【００４２】
［蛍光部材の特性］
ここで、波長変換層４１Ａの温度が例えば３００℃を超えた場合、当該波長変換層４１Ａが変性する可能性が高い。すなわち、波長変換層４１Ａの温度が３００℃以上になると、温度消光により、波長変換層４１Ａの発光効率が大きく低下する。
このため、発明者は、鋭意研究の結果、以下の式（１）を満たす場合に、波長変換層４１Ａの温度が３００℃以上にまで上昇しないことを発見した。
なお、式（１）において、αは、波長変換層４１Ａの熱抵抗値に対する中間層４１Ｂの熱抵抗値の比率である。βは、波長変換層４１Ａに入射される励起光のパワー（エネルギー）であり、単位は「ワット（Ｗ）」である。ただし、波長変換層４１Ａの熱抵抗値とは、正確には波長変換層４１Ａから円板４２に向かう方向、すなわち厚さ方向に沿う熱抵抗値を意味する。また、中間層４１Ｂの熱抵抗値とは、当該厚さ方向に沿う熱抵抗値を意味する。
【００４３】
［数１］
α×β２≦２．３×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）    …（１）
【００４４】
本実施例の構成においては、β＝１５０（Ｗ）である。また、固定基板４１１及び接着層４１３の熱抵抗値は、波長変換層４１Ａの熱抵抗値の略７倍である。円板４２は、直径略１００ｍｍのアルミニウムにより形成された基板であるから、当該円板４２の熱抵抗値は、略０．５℃／Ｗである。更に、波長変換層４１Ａへの光の照射位置を円板４２の半径の中間点である略５０ｍｍとし、その照射の光の幅を略２ｍｍとする。この場合、円板４２に対する蛍光光ＹＬの照射面積は、略３×１０−４ｍ２となるため、波長変換層４１Ａから接着層４１３までの熱抵抗値は、円板４２の熱抵抗値とほぼ同じ略０．６℃／Ｗとなる。すなわち、波長変換層４１Ａの温度上昇ペースは、円板４２の温度上昇ペースと略同じである。
【００４５】
図５は、波長変換層４１Ａの温度とα×β２の値との関係を示すグラフである。この図５に示すグラフでは、縦軸に波長変換層４１Ａの温度を示し、横軸に上記α×β２の値が示されている。
図５からわかるように、α×β２の値が略２．３×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）よりも大きくなると、波長変換層４１Ａの温度が急激に上昇する。波長変換層４１Ａの熱抵抗値が固定されているならば、中間層４１Ｂの熱抵抗値が大きくなるに従って、波長変換層４１Ａの温度が急激に上昇する。従って、中間層４１Ｂの熱抵抗値は小さい方がよい。
本実施形態においては、α＝７、β＝１５０（Ｗ）であるから、α×β２＝１．５７５×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）であり、上記式（１）を満たす。
このように、本実施形態の蛍光部材４では、波長変換層４１Ａにて生じた熱を、中間層４１Ｂを介して効果的に支持基板である円板４２に伝導させることができるため、波長変換層４１Ａを効果的に冷却することができる。従って、温度消光に起因する発光効率の低下を抑制することができる。
【００４６】
本発明の効果を確かめるために、シミュレーションを行なった。その結果を以下の表１及び表２に示す。シミュレーションでは、波長変換層４１Ａ上での励起光のスポットの面積を１ｍｍ２とした。
表１は、αとβとの各組に対する波長変換層４１Ａの温度（℃）を示す。
【００４７】
【表１】
0006550812.tif 000002
【００４８】
表２は、αとβとの各組におけるα×β２の値を示す。
【００４９】
【表２】
0006550812.tif 000003
【００５０】
表１及び表２からわかるように、式（１）を満たす場合、波長変換層４１Ａの温度が３００℃以上には上昇しないことが確かめられた。
【００５１】
［実施形態の効果］
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、以下の効果が得られる。
上記値（α×β２）が２．３×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）以下である蛍光部材では、当該値が２．３×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）を超える蛍光部材に比べて、励起光の照射により発生する波長変換層４１Ａの熱を、中間層４１Ｂを介して円板４２に効率よく伝導できる。これにより、波長変換層４１Ａを効率よく冷却できる。従って、波長変換層４１Ａの発光効率の低下を抑制できる。また、波長変換素子４１を支持している支持基板の面積を波長変換素子４１の面積よりも容易に大きくすることができるため、波長変換層４１Ａの冷却効率を容易に高くすることができる。
【００５２】
ここで、反射層がなく、励起光が円板４２を介して波長変換層４１Ａに入射される場合、円板４２を励起光が通過する過程にて当該励起光が円板４２により吸収される可能性がある。この場合、波長変換層４１Ａに入射される励起光の光量が低下するため、蛍光部材４に入射される励起光の光量に対する当該蛍光部材４から射出される蛍光光ＹＬの光量との比率が低下する。また、円板４２によって励起光が吸収される場合、当該円板４２の温度が上昇するため、波長変換層４１Ａの熱を円板４２によって効果的に放熱することができなくなるおそれがある。
これに対し、本実施形態によれば、励起光は円板４２とは反対側から波長変換層４１Ａに入射され、当該波長変換層４１Ａによって蛍光に変換されずに波長変換層４１Ａを透過した励起光は、反射層４１２により反射される。これによれば、励起光が円板４２を介して波長変換層４１Ａに入射される場合に比べて、円板４２の温度が上昇することを抑制できるため、波長変換層４１Ａを効率よく冷却できる。
【００５３】
中間層４１Ｂが接着層４１３を含むので、波長変換層４１Ａを確実に円板４２に固定できる。
【００５４】
波長変換層４１Ａは、接着層４１３によって円板４２に固定される固定基板４１１に形成されている。固定基板４１１は円板４２より小さいため、波長変換層４１Ａの面積は円板４２より小さい。換言すると、固定基板４１１の面積を調整することにより、波長変換層４１Ａの面積を調整できる。このように、波長変換層４１Ａから蛍光光ＹＬが射出される領域を充分小さくすることができるため、蛍光光ＹＬを集光しやすくすることができる。この他、波長変換層４１Ａに接着層４１３が直接接触することを抑制できる。
また、反射層４１２は、固定基板４１１と接着層４１３との間に位置するので、固定基板４１１から円板４２に向かって進む光を、波長変換層４１Ａへの励起光の入射方向とは反対方向に確実に反射させることができる。
【００５５】
加えて、波長変換層４１Ａから円板４２に向かって進む光は、固定基板４１１と接着層４１３との間に位置する反射層４１２で反射されるため、反射層４１２が接着層４１３と円板４２との間に配置される場合に比べて、当該接着層４１３に上記光が入射することを抑制できる。従って、接着層４１３による光の損失を抑制できる他、当該接着層４１３の光吸収による温度上昇を抑制できるので、波長変換層４１Ａの熱を更に効率よく円板４２に伝導できる。
【００５６】
固定基板４１１は、無機材料（シリカ系ガラス板）により構成されているので、固定基板４１１が有機材料により構成されている場合に比べて、当該固定基板４１１の熱抵抗値が小さい。従って、接着層４１３の熱抵抗値がある程度高い場合であっても、中間層４１Ｂを介して波長変換層４１Ａの熱を効率よく円板４２に伝導できる。
また、固定基板４１１として熱伝導率が比較的高い金属（例えば、アルミニウム若しくはグラファイト）を用いているので、波長変換層４１Ａの熱をより効率よく中間層４１Ｂを介して円板４２に伝導できる。
【００５７】
シリコーンは、熱伝導率が比較的高いことから、接着層４１３がシリコーンを含まない場合に比べて、接着層４１３の熱抵抗値が小さい。従って、α×β２の値が更に小さい蛍光部材４を構成できるので、中間層４１Ｂを介して波長変換層４１Ａの熱を更に効率よく円板４２に伝導できる。
【００５８】
また、波長変換素子４１の冷却効率が高いので、波長変換層４１Ａは蛍光光ＹＬを高い効率で発生させることができる。従って、蛍光部材４を備えた投射光学装置３６は、高い輝度の画像を投射することができる。
【００５９】
［実施形態の変形］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記実施形態では、反射層４１２は、固定基板４１１と接着層４１３との間に配置されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、反射層４１２は、円板４２上、すなわち、接着層４１３と円板４２との間に配置されることとしてもよい。この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６０】
蛍光部材４は、反射層４１２を備えなくてもよい。この場合、円板４２として、熱伝導率が高い水晶などを用いる。励起光ＢＬｃは、円板４２側から当該円板４２及び中間層４１Ｂを通過して波長変換層４１Ａに入射されるようにすればよい。この場合、励起光ＢＬｃを透過させるが蛍光光ＹＬを反射させるダイクロイックミラーを、円板４２の励起光入射側に設ければよい。
【００６１】
上記実施形態では、中間層４１Ｂは、接着層４１３を含むこととした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、中間層４１Ｂは、接着層４１３を含まなくてもよい。この場合、波長変換素子４１を円板４２に固定する固定部材を別途設ければよい。
【００６２】
上記実施形態では、中間層４１Ｂは、波長変換層４１Ａが形成される固定基板４１１を含むこととした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、中間層４１Ｂは、固定基板４１１を含まなくてもよい。この場合、波長変換層４１Ａを接着層４１３にて円板４２に固定すればよい。
【００６３】
上記実施形態では、固定基板４１１がシリカ系の板ガラスにより構成されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、アルミニウム及びグラファイトの少なくともいずれかを含む無機材料により構成されてもよい。これによれば、波長変換層４１Ａの熱をより効率よく中間層４１Ｂを介して円板４２に伝導できる。
【００６４】
また、例えば、固定基板４１１は、透明なシリカ系の板ガラスにより構成されていたが、水晶やサファイア等の結晶体、若しくは、酸化アルミニウム等の半透明のセラミック基板等により構成されてもよい。すなわち、固定基板４１１は、上記波長変換層４１Ａの焼結に耐え得る素材であればよい。特に、固定基板４１１として、上記励起光ＢＬｃの入射方向に沿う方向の厚さが略０．３ｍｍの水晶板ガラスを使用した場合、当該水晶板ガラスの熱伝導率が８Ｗ／ｍＫと上記板ガラスに比べて高いので、更に波長変換素子４１の冷却効率を高めることができる。
更に、固定基板４１１が酸化アルミニウム及び二酸化ジルコニアを含む焼結体により構成されてもよい。このような構成であれば、波長変換層４１Ａから円板４２に向かって進む光を当該焼結体により反射させることができる。この場合、反射層４１２を設けなくてもよい。
【００６５】
上記実施形態では、接着層４１３は、シリコーンを含むこととした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、接着層４１３は、シリコーンを含まなくてもよいし、当該シリコーンに代えて、酸化アルミニウムの粒子を含むようにしてもよい。例えば、接着層４１３に酸化アルミニウムの粒子が含まれている場合には、当該接着層４１３がシリコーンを含む場合及びシリコーンを含まない場合のいずれの場合よりも当該接着層４１３の熱伝導率を高めることができる。これによれば、上記値（α×β２）を確実に２．３×１０５（Ｗ２／ｍｍ４）より小さくできるので、波長変換素子４１の冷却効率を更に高めることができる。
【００６６】
上記実施形態では、波長変換層４１Ａは、蛍光体とガラスバインダーとから構成されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、波長変換層４１Ａは、蛍光体と上記ガラスバインダーとは異なる無機材料とにより構成されてもよい。更に、波長変換層４１Ａは、蛍光体と有機材料とにより構成されてもよい。すなわち、波長変換層４１Ａの材料は、適宜変更可能である。
【００６７】
上記実施形態では、支持基板として円板４２を用いることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。すなわち、支持基板は、円板でなくてもよく、回転されない構成であってもよい。例えば、当該波長変換素子４１が固定される側とは反対側の面に放熱板等を設けた矩形状の基板に固定されていてもよい。この場合、モーター４３を設けなくてもよい。
【００６８】
上記実施形態では、光変調装置として透過型の光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）を用いることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、光変調装置として反射型の光変調装置を用いてもよい。この場合、色分離装置３２を設けることなく、当該色合成装置３５により、色分離及び色合成を実行するようにしてもよい。
【００６９】
上記実施形態では、プロジェクター１は、３つの光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）を備えるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、２つ以下、あるいは、４つ以上の光変調装置を用いたプロジェクターにも、本発明を適用可能である。
また、光変調装置として、デジタルマイクロミラーデバイス等、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。
【００７０】
上記実施形態において、上記蛍光部材４を備える照明装置３１がプロジェクター１に適用される例を示した。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、上記照明装置３１は、照明器具及び自動車等のヘッドライト等に使用してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１…プロジェクター、３１…照明装置（光源装置）、３１１Ａ…アレイ光源（発光素子）、３４…光変調装置、３６…投射光学装置、４…蛍光部材、４１…波長変換素子、４１Ａ…波長変換層、４１Ｂ…中間層、４１１…固定基板、４１２…反射層、４１３…接着層、４２…円板（支持基板）。
【図１】
0006550812.tif 000004
【図２】
0006550812.tif 000005
【図３】
0006550812.tif 000006
【図４】
0006550812.tif 000007
【図５】
0006550812.tif 000008