(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射される照射光を波長変換して蛍光光を発生する波長変換素子であって、
複数の蛍光体粒子と、
複数の拡散体粒子と、
前記複数の蛍光体粒子と前記複数の拡散体粒子を含むバインダーと、を有し、
前記拡散体粒子の最小粒径が、前記蛍光光の波長の１／４以上４倍以下であり、
前記バインダーおよび前記複数の拡散体粒子の合計体積に対する前記複数の拡散体粒子の体積の割合が、２５％以上６０％未満であり、
前記蛍光光の波長における前記蛍光体粒子の屈折率が１．７以上２．０以下であり、
前記蛍光光の波長における前記バインダーの屈折率が１．４以上１．８以下であり、
前記蛍光体粒子の屈折率が前記バインダーの屈折率より高く、前記拡散体粒子の屈折率が前記蛍光体粒子の屈折率と前記バインダーの屈折率との間の屈折率であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
照射される照射光を波長変換して蛍光光を発生する波長変換素子であって、
複数の蛍光体粒子と、
複数の拡散体粒子と、
前記複数の蛍光体粒子と前記複数の拡散体粒子を含むバインダーと、を有し、
前記蛍光光の波長における前記蛍光体粒子の屈折率が１．７以上２．０以下であり、
前記蛍光光の波長における前記バインダーの屈折率が１．４以上１．８以下であり、
前記蛍光体粒子の屈折率が前記バインダーの屈折率より高く、前記拡散体粒子の屈折率が前記蛍光体粒子の屈折率と前記バインダーの屈折率との間の屈折率であり、
前記拡散体粒子の最小粒径をＤとし、前記バインダーおよび前記複数の拡散体粒子の合計体積に対する前記複数の拡散体粒子の体積の割合をＸとし、前記蛍光体粒子と前記拡散体粒子との距離ｄを、
【数１】
0006723939.tif 000006
とするとき、距離ｄが６００ｎｍ以下であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項３】
前記距離ｄが３００ｎｍ以下である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】
前記複数の拡散体粒子の体積を１としたときの前記複数の蛍光体粒子の体積が０．５以上１．５以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項５】
粒子の最大粒径と最小粒径との平均値を平均粒径というとき、
前記蛍光体粒子の平均粒径が、前記拡散体粒子の平均粒径よりも大きい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波長変換素子。
【請求項６】
前記拡散体粒子の最小粒径が２μｍ以下であ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波長変換素子。
【請求項７】
粒子の最大粒径と最小粒径との平均値を平均粒径というとき、
前記拡散体粒子の平均粒径が、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項８】
前記蛍光光の波長における前記蛍光体粒子と前記拡散体粒子との屈折率差が０．３以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項９】
前記蛍光光の波長における前記バインダーと前記拡散体粒子との屈折率差が０．１以上であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１０】
前記蛍光体粒子および前記拡散体粒子を含む前記バインダーの合計厚みが、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１１】
前記蛍光体粒子および前記拡散体粒子を含む前記バインダーが円環状または円盤状に配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１２】
前記照射光を発する光源と、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の波長変換素子とを有することを特徴とする光源装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光源装置と、
該光源装置からの前記蛍光光と光変調素子とを用いて画像を投射する光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光を波長変換して蛍光光を生成する波長変換素子に関し、特に画像投射装置（プロジェクタ）の光源装置への使用に適するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような波長変換素子または光源装置として、レーザ光等の励起光の一部を該励起光とは波長（色）が異なる蛍光光に変換し、該蛍光光と蛍光体による波長変換がなされなかった、つまりは励起光と同波長を有する非変換光との合成光を生成するものがある。非変換光は、励起光のうち拡散体の粒子によって蛍光体に到達することなく拡散（反射）された光である。
【０００３】
特許文献１には、蛍光体とこれを保持するための樹脂に対して、拡散体として熱伝導率の高いフィラー（微粒子）を加えることにより、蛍光体の放熱をも促進して波長変換効率を向上させるようにした波長変換素子が開示されている。また、特許文献２には、蛍光体粒子に無機酸化物粒子を付着させることにより、蛍光体粒子内からの蛍光光の取り出し効率を向上させるようにした波長変換素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８０３５３号公報
【特許文献２】特開２０１５−０８９８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の波長変換素子では、樹脂が高熱伝導率の粒子を包むように配置されており、該素子を単に用いるだけでは熱伝導率を高くして蛍光体を冷却するまでの効果を得ることは難しい。このため、この波長変換素子を用いた光源装置において明るさ向上の効果を期待し難い。
【０００６】
一方、特許文献２の波長変換素子では、原理的には蛍光体粒子からの光取り出し効率の向上は期待できるが、実際には無機酸化物粒子が付着した蛍光体粒子を樹脂（バインダー）に均一に混ぜ込む撹拌工程において無機酸化物粒子が蛍光体粒子から離れてしまう。また、無機酸化物粒子が蛍光体粒子から離れずとも、それら粒子の間に小さな気泡が嵌まり込む場合がある。これらの場合には明るさ向上の効果は低くなる。
【０００７】
本発明は、簡易な構成によって従来よりも蛍光光の取り出し効率、つまりは蛍光光の発光効率を向上させることができるようにした波長変換素子およびこれを用いた光源装置、さらに該光源装置を用いた画像投射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての波長変換素子は、照射される照射光を波長変換して蛍光光を発生する。該波長変換素子は、複数の蛍光体粒子と、複数の拡散体粒子と、複数の蛍光体粒子と複数の拡散体粒子を含むバインダーとを有する。そして、拡散体粒子の最小粒径が、蛍光光の波長の１／４以上４倍以下であり、バインダーおよび上記複数の拡散体粒子の合計体積に対する該複数の拡散体粒子の体積の割合が２５％以上６０％未満であり、上記蛍光光の波長における上記蛍光体粒子の屈折率が１．７以上２．０以下であり、該蛍光光の波長における上記バインダーの屈折率が１．４以上１．８以下であり、該蛍光体粒子の屈折率が該バインダーの屈折率より高く、上記拡散体粒子の屈折率が該蛍光体粒子の屈折率と該バインダーの屈折率との間の屈折率であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の他の一側面としての波長変換素子は、照射される照射光を波長変換して蛍光光を発生する。該波長変換素子は、複数の蛍光体粒子と、複数の拡散体粒子と、複数の蛍光体粒子と複数の拡散体粒子を含むバインダーとを有する。そして、上記蛍光光の波長における上記蛍光体粒子の屈折率が１．７以上２．０以下であり、該蛍光光の波長における上記バインダーの屈折率が１．４以上１．８以下であり、上記蛍光体粒子の屈折率が該バインダーの屈折率より高く、上記拡散体粒子の屈折率が該蛍光体粒子の屈折率と該バインダーの屈折率との間の屈折率である。拡散体粒子の最小粒径をＤとし、バインダーおよび上記複数の拡散体粒子の合計体積に対する該複数の拡散体粒子の体積の割合をＸとし、蛍光体粒子と拡散体粒子との距離ｄを、
【００１０】
【数１】
0006723939.tif 000002
【００１１】
とするとき、距離ｄが６００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
なお、照射光を発する光源と上記波長変換素子とを有する光源装置、さらに該光源装置からの合成光と光変調素子とを用いて画像を投射する光学系を有する画像投射装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、拡散体粒子の最小粒径、バインダーと拡散体粒子の合計体積に対する拡散体粒子の体積の割合、さらには蛍光体と拡散体粒子間の距離等が所定の条件を満たすことで、簡単な構成で蛍光光の発光効率が高い波長変換素子を実現することができる。そして、この波長変換素子を用いることで、従来よりも明るさが向上した光源装置、さらにはより明るい画像を投射可能な画像投射装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例である波長変換素子を用いたプロジェクタの構成を示す図。
【図２】実施例の波長変換素子における蛍光体層を示す図。
【図３】（ａ）は透過型蛍光体層を示す図であり、（ｂ）は反射型蛍光体層を示す図。
【図４】実施例１における発光効率の向上効果の有無を示す図。
【図５】実施例１における光トンネル効果の発生を示す図。
【図６】実施例２における発光効率の向上効果の有無を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
前述した特許文献２にて開示された波長変換素子のように、蛍光体内に吸収されていた光を取り出すために蛍光体の表面に無機酸化物等の微小粒子を付着させることは有効である。ただし、このように蛍光体に微小粒子を付着させなくても、つまりは微小粒子（本実施例では拡散体粒子）が蛍光体に対して離間していても、以下のように蛍光光を蛍光体内から取り出すことができる。
【００１７】
蛍光体内に存在する蛍光光は、該蛍光体の表面で内部全反射する際にその表面の近傍で一旦、エバネッセント光として蛍光体の外部に漏れ出る（染み出す）。このエバネッセント光を、これが蛍光体内に戻る前に取り出せばよい。すなわち、蛍光体の表面の近傍に微小粒子を配置することで、蛍光体内に戻る前のエバネッセント光を捉えてその進行方向を変えることにより、蛍光体の表面での内部全反射によって蛍光体外に出射してこない光を減少させる。これにより、蛍光光の取り出し効率を向上させることができる。
【００１８】
図１には、後述する本発明の具体的な実施例において説明する波長変換素子を用いた画像投射装置（プロジェクタ）２００の構成を示している。１０１は光源としての青色レーザダイオード（ＬＤ）であり、１０２は波長変換素子である。１０３はダイクロイックミラーであり、１０４は色分解合成光学系および光変調素子としての液晶パネルを含むパネル部である。なお、光変調素子として、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いてもよい。１０５は投射レンズである。
【００１９】
青色ＬＤ１０１から発せられた青色レーザは、ダイクロイックミラー１０３で反射されて励起光として波長変換素子１０２に照射される。波長変換素子１０２は、不図示の基板と該基板上に設けられた蛍光体層とを有する。蛍光体層は、励起光の一部を波長変換して蛍光光としての黄色光を発生させ、該黄色光と励起光と同波長の非変換光である青色光との合成光である白色光を生成し放出する。青色ＬＤ１０１および波長変換素子１０２（ダイクロイックミラー１０３を含めてもよい）により光源装置が構成される。
【００２０】
白色光は、ダイクロイックミラー１０３を透過またはダイクロイックミラー１０３の周辺を通過してパネル部１０４に入射する。パネル部１０４の色分解合成光学系は白色光をＲＧＢの３つの色光に分離して色光ごとに設けられた液晶パネルに導く。液晶パネルで画像変調された３つの色光は色分解合成光学系で合成され、投射レンズ１０５によって外部に設けられた不図示のスクリーン等の投射面に投射される。これにより、投射画像としてのカラー画像が表示される。
【００２１】
図２（ａ）には、本実施例の波長変換素子１０２に設けられた蛍光体層の構成を示している。図２（ｂ）には本実施例に対する比較例としての蛍光体層の構成を示している。１は複数の蛍光体粒子であり、２は複数の拡散体粒子である。図では拡散体粒子２を蛍光体粒子１に比べて小さい粒子として示している。３はこれら複数の蛍光体粒子１および拡散体粒子２を含有するバインダーである。４，５，６は蛍光光の光路を示している。
【００２２】
まず、本実施例において蛍光体粒子１内から蛍光光を取り出す原理について説明する。図２（ｂ）の比較例は、図２（ｂ）に示す本実施例に比べてバインダー３内における拡散体粒子２の濃度が低い場合を示す。この場合、蛍光体粒子１内で発生した蛍光光は、光路４に示すように蛍光体粒子１の表面（粒子界面）に直角近くの角度で入射して蛍光体粒子１外に出射する光と、光路６に示すように粒子界面で内部全反射して蛍光体粒子１内に留まる（吸収される）光とに分かれる。蛍光体粒子１内で光路４での角度と光路６での角度との間の角度で粒子界面に到達した蛍光光は、その角度に応じた透過率と反射率で一部が外部に出射し、残りが蛍光体粒子１に吸収される。蛍光体粒子１により吸収された蛍光光がそのまま熱に変換されることで、蛍光光のロスが発生する。つまり、蛍光光の取り出し効率が低下する。
【００２３】
図２（ａ）に示す本実施例では、拡散体粒子２の濃度を後述する条件を満足するように高めることで、蛍光体粒子１の近傍に平均的に拡散体粒子２を配置する。これにより、光路５に示すように蛍光体粒子１内において内部全反射する角度で粒子界面に到達した蛍光光も、光トンネル効果によって該蛍光体粒子１の近傍に存在する拡散体粒子２に伝搬する。こうして蛍光体粒子１からその近傍に存在する拡散体粒子２を介して蛍光光を取り出すことにより、蛍光光の取り出し効率、つまりは波長変換素子１０２における蛍光光の発光効率を向上させることができる。
【００２４】
以下、本実施例の波長変換素子１０２における蛍光体粒子（以下、蛍光体という）、拡散体粒子（以下、拡散体という）、バインダーおよび基板（図３（ａ），（ｂ）参照）について説明する。
＜蛍光体＞
蛍光体としては、励起光の波長を変換して蛍光光を発生させる特性を有する材料であれば、特に制限はない。一般には、波長が約４４０ｎｍから約４７０ｎｍの青色光により励起される無機材料が多く用いられ、本実施例でもこれを用いることができる。例えば、図１に示した波長変換素子１０２のように黄色蛍光光を発生させる蛍光体としては、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋およびＣａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋等が用いられる。なお、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋は、一般に、αサイアロン蛍光体と称され、発光色は黄色〜橙色である。
【００２５】
また、赤色蛍光光を発生させる蛍光体としては、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋およびＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等が用いられる。      
【００２６】
さらに、緑色蛍光光を発生する蛍光体として、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｌｕ，Ｙ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｙ３（Ｇａ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋およびＳｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋等を用いることができる。
【００２７】
粒子としての蛍光体は、その粒径が１μｍ以上１００μｍ以下のものよく用いられており、本実施例でもこのようなサイズの蛍光体粒子を用いることが可能である。また、粒径が１μｍ以下のナノ蛍光体粒子を用いてもよく、このようなナノ蛍光体粒子を用いた場合でも蛍光光の発光効率向上の効果が得られる。ただし、蛍光体の平均粒径は、次に説明する拡散体の平均粒径よりも大きいことが望ましい。
【００２８】
なお、実施例では、粒子のサイズを説明する上で「粒径」、「平均粒径」および「最小粒径」を用いる。「粒径」とは、同一体積で球に換算したときの直径である。平均粒径は、全粒子の最小粒径と最大粒径の平均値である。なお、最小粒径を全粒子の粒径のばらつき（標準偏差）がσであるときの「平均粒径−３σ」とし、最大粒径を「平均粒径＋３σ」としてもよい。「最小粒径」、「最大粒径」および「平均粒径」は、全粒子の粒径を測定しなくても、統計的に推定することができる。
【００２９】
蛍光体の屈折率は、蛍光光の波長において、１．７以上２．０以下であることが望ましい。
＜拡散体＞
拡散体は、光学ガラス、硫酸バリウム、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ダイヤモンド等の可視光の吸収率が低い透光性を有する粒子（粉体）が用いられ、本実施例でも、これらを用いることができる。屈折率を考慮して光学ガラスの粒子を用いてもよい。例えば、ＦＳ５（屈折率＝１．６７５）やＦＳ１５（屈折率＝１．６９８）等、蛍光体の屈折率とバインダーの屈折率との間の屈折率を有する光学ガラスの粒子を用いたり、同様な屈折率を有する硫酸バリウムを用いたりするとよい。
【００３０】
拡散体の粒径については、その最小粒径が蛍光光の波長の１／４以上４倍以下であることが望ましい。この範囲から外れる最小粒径の拡散体を用いても、蛍光体から蛍光光をうまく取り出すことができず、蛍光光の発光効率を向上させることができない。例えば、蛍光光が黄色光である場合には、拡散体の最小粒径は２μｍ以下であることが望ましく、拡散体の平均粒径は０．１μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。
＜バインダー＞
バインダーは、蛍光体と拡散体を固定するために用いられ、有機系バインダーと無機系バインダーに大別される。いずれも蛍光体を塊として扱うための繋ぎ材として用い、基板を用いる場合には基板上への固定材となる。基板を用いない場合は、蛍光体層を固化するための繋ぎ材となる。有機系バインダーとしては、耐熱性の観点から、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂が多く用いられる。また、無機系バインダーとしては、低融点硝子フリットや東亜合成株式会社製のアロンセラミック（登録商標）等の耐熱性セラミック接着材等がある。気泡が入り難く体積収縮も少ない低融点硝子フリットが多く用いられる。本実施例でも、これらのバインダーを用いることができる。
【００３１】
バインダーの屈折率は、蛍光光の波長において、１．４以上１．６以下であることが望ましい。また、拡散体粒子の屈折率は、蛍光体の屈折率とバインダーの屈折率との間の屈折率であることが望ましい。この際、蛍光光の波長における蛍光体と拡散体との屈折率差は０．３以下であることが望ましく、またバインダーと拡散体との屈折率差は０．１以上であることが望ましい。さらに、蛍光体および拡散体を含むバインダーの合計厚みは、５０μｍ以上２００μｍ以下であることが望ましい。
＜基板＞
本実施例では、蛍光体層を固定保持する基板を用いてもよい。図３（ａ），（ｂ）には、蛍光体層１０と基板８との関係を示す。１２は励起光であり、１４は蛍光光である。図３（ａ）には、励起光１２を、透光性を有する基板８の裏面側から入射させて該基板８を透過させ、表面側に設けられた蛍光体層１０に照射することで蛍光光１４を取り出す透過タイプを示している。この透過タイプでは、蛍光体で発生した熱を放熱する観点から、熱伝導率が高い透光性材料であるダイヤモンドやサファイアで作られた基板を用いるとよい。
【００３２】
図３（ｂ）には、励起光１２を基板８とは反対側から蛍光体層１０に照射して、励起光照射側に直接放出される蛍光光１４と基板８での反射を経て励起光照射側に放出される蛍光光１４とを取り出す反射タイプを示している。この反射タイプでは、基板８は可視光を透過せずに反射する金属等により作ることが好ましく、特にＡｌ、Ｃｕ、グラファイト等の熱伝導率が高い基板を用いるとよい。
＜拡散体の濃度と粒径＞
前述した蛍光光の取り出し効率（発光効率）向上の効果を得るためには、拡散体を蛍光体に対して特定の距離まで近づける必要がある。立方体において蛍光体が配置された空間を差し引いた残りの空間をバインダーと拡散体で満たすとする。拡散体（粒子）の最小粒径をＤとし、拡散体間の距離をｄとする。ここで、蛍光体と拡散体との間の距離は、この拡散体間の距離ｄに等しいとみなすことができる。すなわち、蛍光体と拡散体との間の距離ｄは以下のように表すことができる。
【００３３】
上記残りの空間の体積（単位体積）は、
Ｖ＝（Ｄ＋ｄ）３
と表せる。また、全拡散体（複数の拡散体粒子）の体積は、
【００３４】
【数２】
0006723939.tif 000003
【００３５】
と表せる。
【００３６】
このため、全拡散体とバインダーの合計体積に対する全拡散体の体積の割合、すなわち拡散体の濃度Ｘは、
【００３７】
【数３】
0006723939.tif 000004
【００３８】
と表せる。
これより、距離ｄは、
【００３９】
【数４】
0006723939.tif 000005
【００４０】
というように、濃度Ｘと拡散体の最小粒径Ｄを用いて表せる。
【００４１】
蛍光光の取り出し効率向上の効果が得られる距離ｄは拡散体の濃度と密接に関連し、励起光が青色光で蛍光光が黄色である場合には該距離ｄが６００ｎｍ以下となることで上記効果が得られる。例えば、後述する実施例１，２で説明する拡散体Ａ，Ｃを用いる場合には、濃度Ｘがパーセント表記で２５％以上であると距離ｄが６００ｎｍ以下になる。
【００４２】
なお、距離ｄが５００ｎｍ以下であればより蛍光光の取り出し効率が向上し、距離ｄが３００ｎｍ以下であればさらに蛍光光の取り出し効率が高まる。
【００４３】
以下、具体的な実施例（実験例）について説明する。なお、以下の説明では濃度Ｘを×１００によりパーセント表記する。
【実施例１】
【００４４】
図４には、実施例１における拡散体の濃度Ｘ（％）と蛍光光の発光効率との関係を示す。実施例１では、蛍光体としてＹＡＧ：Ｅｕ蛍光体を用いた。蛍光体の平均粒径は１０μｍであり、最小粒径５μｍであった。基板として１ｍｍ厚のＡｌ基板を用いた。また、拡散体の材料として硫酸バリウムを用いた。拡散体として、平均粒径が２μｍで最小粒径が１μｍの拡散体Ａと、平均粒径が６μｍで最小粒径が３μｍの拡散体Ｂの２種類を用いた。拡散体の濃度は、２０％、３０％、４０％および６０％とした。
【００４５】
バインダーの材料としては、信越化学工業株式会社製のエポキシ樹脂を用いた。拡散体とバインダーに、これらの合計体積１に対して０．５の体積比の蛍光体を混合したペーストを作成し、撹拌、脱泡した後、Ａｌ基板上に印刷して、２００℃のオーブンで硬化させた。こうして作成した蛍光体層のサンプルの評価を、４５５ｎｍの青色レーザを励起光として用いて行った。
【００４６】
光源としては、日亜化学工業株式会社製の青色ＬＤを用い、３０Ｗ／ｍｍ２の照射強度で蛍光体層に照射した際の黄色蛍光光の発光効率を確認したところ、図４に示す結果が得られた。
【００４７】
拡散体Ａを用いた場合には、その濃度が３０％と４０％の場合で発光効率向上の効果が得られ、２０％および６０％では効果は得られなかった。また、濃度６０％の場合は、固体の比率が高いため、製造プロセスの段階で単層塗布をするのが困難であり、表面の凹凸性をレベリング等で平坦化することができず、表面反射が増加したことで効率低下につながった。
【００４８】
拡散体Ａの最小粒径１μｍは、黄色蛍光光の波長の１／４以上４倍以下である。一方、最小粒径が蛍光光の波長の４倍より大きい３μｍである拡散体Ｂを用いた場合には、その濃度にかかわらず発光効率向上の効果は得られなかった。これらのことから、拡散体の最小粒径が蛍光光の波長の１／４以上４倍以下であり、かつバインダーおよび全拡散体の合計体積に対する全拡散体の体積の割合（濃度）が２５％以上６０％未満であるときに、発光効率向上の効果が得られると考えられる。
【００４９】
なお、拡散体の最小粒径が蛍光光の波長の１／４以上４倍以下であり、かつバインダーおよび全拡散体の合計体積に対する全拡散体の体積の割合が２５％以上６０％未満であるという条件は、励起光が青色光で蛍光光が黄色光である場合以外の場合にも適用され得る。
【００５０】
拡散体Ａの最小粒径１μｍで平均粒径が２μｍと濃度３０％とから上記式１を用いて距離ｄ（＝ｄ０）を求めると、ｄ０＝４０７ｎｍとなる。本実施例における、代表的な光トンネル効果による光の透過率の変化を図５に示す。この図から、光トンネル効果が有意に現れるのがｄ／λ＝０．５のときである。蛍光光の波長（あるいは主波長）は５５０ｎｍ程度であるので、ｄ／λ＝０．５ではｄ＝２７５ｎｍ程度となる。
【００５１】
実際に蛍光体層サンプルの断面ＳＥＭ像を観察すると、隣接する拡散体粒子がすべて同じ間隔で並んでいるわけではなく、ｄ０／２から２・ｄ０までの間の距離でばらついて配置されている。このことから、ｄ０／２≒ｄとみなすことができ、ｄ０／２≒ｄ＝２０４ｎｍであるため、式１で与えられる距離ｄによって発光効率向上の効果が得られることが分かる。
【実施例２】
【００５２】
図６の左図には、実施例２における拡散体の濃度Ｘ（％）と蛍光光の発光効率との関係を示す。ここでは、実施例１にて説明した拡散体Ａ，Ｂに加えて、平均粒径が１μｍで最小粒径が０．５μｍの拡散体Ｃも用いた。発光効率が１％（０．０１）以上向上した範囲を太字で示す。この範囲は、右図に示すように、式１で計算した距離ｄが３００ｎｍ以下となる範囲である。
【実施例３】
【００５３】
実施例３では、全蛍光体と全拡散体の合計体積１に対して、全蛍光体の体積比を０．５以上１．５以下の間で、０．５、０．７５、１、１．２５、１．５と変えることにより、蛍光体層から発せられる励起光と蛍光光の発光量比を調整することができる。これにより、良好な白色の色度を得ることができた。
【実施例４】
【００５４】
実施例４では、バインダーの材料として、低融点硝子を用いた。この場合、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂と異なり、低粘度状態を経ることがないため、蛍光体および拡散体の粒子の均一な分散性を容易に得ることができ、高い発光効率の蛍光体層を作成することができた。
【実施例５】
【００５５】
実施例５では、拡散体として、平均粒径が０．１μｍ以上５μｍのものを用いた。この場合、良好な光拡散性と発光効率の向上効果がともに得られた。
【実施例６】
【００５６】
実施例６では、蛍光体の材料として屈折率が１．８２のＹＡＧ−Ｃｅを用い、バインダーの材料として屈折率１．４３のシリコーン樹脂を用いた。また、拡散体の材料として屈折率１．６４の硫酸バリウムを用いた。このような材料を選定することで、実施例１に比べて、明るさの絶対値において２０％明るい光を放出する蛍光体層を作成することができた。
【実施例７】
【００５７】
実施例７では、蛍光体、拡散体およびバインダーが同一体積比で混合された蛍光体層をホイール状（円環状または円盤状）に配置した。この蛍光体層を周方向に回転させ、その周方向の一部に励起光を照射した。これにより、熱による明るさや色の変化を抑えて蛍光体層から光を放出させることができた。具体的には、厚み１００μｍで直径１０ｃｍの蛍光体ホイールにおいて、明るさの変動を３％程度に抑えることができた。これに対して、拡散材体を含まない蛍光体層を用いた場合や、バインダーに蛍光体粒子を混合したと層とバインダーに拡散体粒子を混合した層とを２層に分けた場合は、明るさの変動が１２％程度となった。
【実施例８】
【００５８】
実施例８では、バインダーに蛍光体粒子と拡散体粒子を混合したものを印刷により基板上に配置（塗布）することで蛍光体層を形成した。これにより、バインダーに蛍光体粒子を混合したものとバインダーに拡散体粒子を混合したものとを２回に分けて塗布する場合に比べて印刷プロセスが１回で済み、ローコスト化ができる。
【実施例９】
【００５９】
実施例９では、透光性を有する多結晶蛍光体（プレート状の蛍光体）上に、実施例１，２で説明した拡散体の濃度を有する拡散体層（シリコーン樹脂バインダーに拡散体粒子を混合したもの）を形成した。この場合、多結晶蛍光体の上に拡散体を含まないシリコーン樹脂バインダーを塗布した場合に比べて、蛍光光の取り出し効率が４％向上した。同様の結果が、多結晶蛍光体だけでなく、単結晶蛍光体を用いた場合にも得られた。
【００６０】
以上説明したように、上記実施例によれば、簡単な構成で蛍光光の発光効率が高い波長変換素子を実現することができる。そして、この波長変換素子を用いることで、従来よりも明るさが向上した光源装置、さらにはより明るい画像を投射可能なプロジェクタを実現することができる。
【００６１】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１    蛍光体（粒子）
２    拡散体（粒子）
３    バインダー
８    基板
１０  蛍光体層
【図１】
0006723939.tif 000007
【図２】
0006723939.tif 000008
【図３】
0006723939.tif 000009
【図４】
0006723939.tif 000010
【図５】
0006723939.tif 000011
【図６】
0006723939.tif 000012