(57)【要約】【課題】蛍光体層からの放熱性を高めることで光利用効率の改善が図れる発光素子を備えた光源装置を提供する。【解決手段】本発明の発光素子１０Ｒは、第１の部材２３と、第２の部材２１と、第１の部材と第２の部材との間に設けられた複数の蛍光体粒子からなる蛍光体層１１Ｒと、を備えている。蛍光体層の第１の面が第１の部材に当接するとともに、第１の面に対向する蛍光体層の第２の面が第２の部材に当接している。第１の部材と第２の部材のうち少なくとも一方は、蛍光体層から発せられた蛍光が入射する光学素子である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と、
第２の部材と、
励起光の照射により蛍光を発する複数の蛍光体粒子を含み、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた蛍光体層と、を備え、
前記第２の部材は前記蛍光体層を挟んで前記第１の部材と対向し、
前記蛍光体層の第１の面が前記第１の部材に当接するとともに、前記第１の面に対向する前記蛍光体層の第２の面が前記第２の部材に当接し、
前記第１の部材と前記第２の部材のうち少なくとも一方は、前記蛍光体層から発せられた前記蛍光が入射する光入射端面を備えた光学素子であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記複数の蛍光体粒子の間の領域が、前記複数の蛍光体粒子間を結合する結合材と空気とで占められ、
前記蛍光体層のうち、前記第１の面側の領域においては前記結合材の比率が前記空気の比率よりも相対的に高く、前記第２の面側の領域においては前記空気の比率が前記結合材の比率よりも相対的に高いことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第１の部材が前記蛍光体層を支持する支持基材であり、前記第２の部材が前記光学素子であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１の部材が前記光学素子であり、前記第２の部材が前記蛍光体層を支持する支持基材であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項５】
前記蛍光体層の厚さが、前記複数の蛍光体粒子の平均粒径と略等しいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記光学素子は、前記光入射端面が平面とされた平凸レンズであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記蛍光体層の発光領域が、前記平凸レンズの平面側の焦点上に位置していることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の発光素子と、
前記励起光を射出する励起光用光源と、を備え、
前記蛍光体層の前記励起光が照射される照射領域において、前記第１の面が前記第１の部材に当接するとともに、前記第２の面が前記第２の部材に当接していることを特徴とする光源装置。
【請求項９】
請求項１に記載の発光素子の製造方法であって、
前記第１の部材の上に前記複数の蛍光体粒子と架橋剤とを含む液状物を配置する工程と、
前記複数の蛍光体粒子間および前記複数の蛍光体粒子と前記第１の部材との間で、前記架橋剤を介して架橋反応を生じさせる工程と、
前記液状物を乾燥させることにより、前記第１の部材の上に前記蛍光体層を形成する乾燥工程と、
前記第２の部材を前記第２の面に当接させて固定する工程と、
を備えたことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記乾燥工程によって、前記複数の蛍光体粒子の間の領域が前記結合材と空気とで占められ、かつ、前記蛍光体層のうち前記第１の面側において前記結合材の比率が前記空気の比率よりも相対的に高く、前記第２の面側においては前記空気の比率が前記結合材の比率よりも相対的に高い前記蛍光体層を形成することを特徴とする請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記架橋剤が珪酸化合物からなることを特徴とする請求項９または１０に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記架橋剤がポリビニルアルコールと重クロム酸塩とからなり、前記架橋剤に紫外線を照射することにより前記架橋反応を生じさせることを特徴とする請求項９または１０に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記架橋剤がジアゾニウム塩と塩化亜鉛との複塩からなり、前記架橋剤に紫外線を照射することにより前記架橋反応を生じさせることを特徴とする請求項９または１０に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の光源装置と、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、を備えた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、発光素子とその製造方法、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、等の課題を有している。そこで、放電ランプに代わる方式の光源を用いた投射型の画像表示装置が提案されている。
【０００３】
この種の光源として、蛍光発光を利用して白色光を生成する方式のものが知られている。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーからの光を蛍光体に照射することにより、蛍光としての白色光を取り出す光源装置が提案されている（下記の特許文献１参照）。特許文献１には、ＬＥＤから放射される青色光を吸収して黄色光を放射する粉末蛍光体を含む発光セラミック層が基板上に形成された構成を有する光放出デバイスが開示されている。この光放出デバイスは、青色光と黄色光とが合成された白色光を放出するものであり、青色光を放射するＬＥＤと組み合わせて光源装置を構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５１４１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１の光放出デバイスにおいては、粉末蛍光体とセラミック等の無機バインダーを混合し、更にこれを有機バインダーに分散させた複合体を基板上に膜状に形成し、これを発光セラミック層（蛍光体層）としている。この発光セラミック層に青色光を照射することで蛍光体を励起させ、黄色光を得ている。このとき、青色光は、例えばレーザー光源等の光源を利用することでビーム径を絞ることができる。一方、黄色光は、発光セラミック層の内部で生成されるため、黄色光の発光部の面積が青色光のビームの面積よりも大きくなり、いわゆる光が滲んだ領域ができる。この滲みの領域は、黄色光が発光セラミック層の横方向（基板面と平行な方向）に伝播するために生じるものである。
【０００６】
上記の発光部の滲みの領域は、以下の問題を引き起こす。
発光部に滲みの領域が生じると、蛍光体層において黄色光の発光面積が大きくなるために、プロジェクターの光利用効率の指標となる発光部のエテンデュー（Etendue）が大きくなり、光利用効率が低下する。そのため、白色光の生成に必要とされる黄色光の光量を得るためには、青色光の強度をさらに高める必要が生じる。
【０００７】
ところが、蛍光体層は、青色光（励起光）の強度が高まると、黄色光への波長変換効率が低下する、という性質を持っている。それとともに、入射する青色光の一部が蛍光材料の光損失などによって熱に変換され、蛍光体層が発熱する。この熱によって蛍光体層の波長変換効率がさらに劣化し、いわゆる温度消光という現象が起こって黄色光の輝度が低下する。これを防止するためには蛍光体層の放熱を促進する必要があり、従来は特許文献１に記載のように、放熱性の良いセラミック材料がバインダーとして用いられていた。
【０００８】
しかしながら、樹脂バインダーは、形成が容易、膜厚の設定が容易、下地材料の選択の自由度が高い、等の利点を有しているのに対し、セラミック材料は樹脂バインダーのように使い勝手が良くない。基板の表面に、基板表面の光学特性を維持し、かつ、セラミック材料からなる１００μｍ以下の膜厚を有する薄膜を形成することは極めて困難である。よって、蛍光体層の膜厚が厚くならざるを得ず、放熱性が低下してしまう。その上、セラミック材料はバインダーとしてよく使用されるシリコーン樹脂等と比べて屈折率が大きいため、蛍光体層内での光の伝播を助長する。これらの要因により、上記の滲みの領域が拡大し、結果的に光利用効率が低下することになる。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、蛍光体層からの放熱性を高めることで光利用効率の改善が図れる発光素子とその製造方法、この発光素子を備えた光源装置、およびプロジェクターの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の発光素子は、第１の部材と、第２の部材と、励起光の照射により蛍光を発する複数の蛍光体粒子を含み、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた蛍光体層と、を備え、前記第２の部材は前記蛍光体層を挟んで前記第１の部材と対向し、前記蛍光体層の第１の面が前記第１の部材に当接するとともに、前記第１の面に対向する前記蛍光体層の第２の面が前記第２の部材に当接し、前記第１の部材と前記第２の部材のうち少なくとも一方は、前記蛍光体層から発せられた前記蛍光が入射する光入射端面を備えた光学素子であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の発光素子によれば、第２の部材は蛍光体層を挟んで第１の部材と対向するように設けられ、蛍光体層の第１の面が第１の部材に当接するとともに、蛍光体層の第１の面に対向する蛍光体層の第２の面が第２の部材に当接している。この構成により、蛍光体層で発生する熱が第１の部材および第２の部材に効率的に伝達される。第１の部材および第２の部材が放熱部材として機能し、第１の部材および第２の部材を通して熱が効率良く放出される。したがって、蛍光体層の第１の面と第２の面のうち、一方の面が外気に晒されている従来の発光素子と比べて、蛍光体層の放熱性を高めることができる。これにより、蛍光体層の波長変換効率の低下が抑えられ、光利用効率の高い発光素子を備えた光源装置を実現することができる。また、一方の放熱部材が光学素子であるから、蛍光体層と光学素子とが互いに離間している従来の発光素子と比較して、蛍光体層から射出された光を効率的に集光し、さらに平行化する、もしくは集束する等の光学的作用が得られる。
【００１２】
本発明の発光素子においては、前記複数の蛍光体粒子の間の領域が、前記複数の蛍光体粒子間を結合する結合材と空気とで占められ、前記蛍光体層のうち、前記第１の面側の領域においては前記結合材の比率が前記空気の比率よりも相対的に高く、前記第２の面側の領域においては前記空気の比率が前記結合材の比率よりも相対的に高いことが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、蛍光体粒子で発生した熱が蛍光体粒子から第１の部材へ直接伝達されるだけでなく、結合材を介して第１の部材に伝達されるため、蛍光体粒子で発生した熱が、第１の部材を介して効率的に放出される。
【００１４】
さらに、蛍光体粒子の周囲の全てがバインダーで覆われた従来の蛍光体層と異なり、蛍光体層に母材となるバインダーが含まれないため、蛍光体粒子から発せられた光が蛍光体層内を蛍光体層の第１の面または第２の面と平行な方向に伝播しにくくなる。これにより、蛍光発光部の滲み（面積の増大）が抑えられる。これにより、蛍光発光部のエテンデューの増大が抑えられ、従来に比べてプロジェクターの光源装置として光利用効率を向上させることができる。
【００１５】
本発明の発光素子においては、前記第１の部材が前記蛍光体層を支持する支持基材であり、前記第２の部材が前記光学素子であることが望ましい。
支持基材と光学素子とを比較すると、例えばレンズ等の光学素子よりも支持基材の方が一般的に体積を大きくでき、熱伝導率の高い材料を用いることができる点で、支持基材は光学素子よりも放熱性に優れる。したがって、結合材の比率が空気の比率よりも相対的に高い第１の面を支持基材に当接させた場合、蛍光体粒子で発生した熱が蛍光体粒子から支持基材へ直接伝達されるだけでなく、結合材を介して熱が支持基材に伝達されるため、放熱性をより高めることができる。
【００１６】
本発明の発光素子においては、前記第１の部材が前記光学素子であり、前記第２の部材が前記蛍光体層を支持する支持基材であることが望ましい。
結合材の屈折率と空気の屈折率とを比較すると、空気の屈折率よりも結合材の屈折率の方が光学素子の屈折率に近い値を取る。したがって、結合材の比率が空気の比率よりも相対的に高い第１の面を光学素子に当接させた場合、蛍光体層内で発した光が光学素子に入射する際に不要な反射等が生じにくく、光取り出し効率を向上させることができる。
【００１７】
本発明の発光素子においては、前記蛍光体層の厚さが、前記複数の蛍光体粒子の平均粒径と略等しいことが望ましい。
この構成によれば、バインダーが介在しない分、第１の部材の上に並ぶ蛍光体粒子の数密度を増大させることができる。また、蛍光体層は厚さ方向に略１個分の蛍光体粒子で構成される。言い換えれば、蛍光体層は蛍光体粒子の単層膜に近い構造を持つ。これにより、複数の蛍光体粒子のうち多くの蛍光体粒子が第１の部材もしくは第２の部材と接触した状態となる。また、蛍光体粒子から第１の部材もしくは第２の部材への熱の移動距離が短くて済む。これにより、蛍光体粒子で発生する熱を第１の部材もしくは第２の部材を通して効率良く放出することができる。これにより、蛍光体粒子の温度消光をより効果的に抑制できる。さらに、ある蛍光体粒子から光が発せられた後、その光が他の蛍光体粒子に再入射する機会が減るため、光の損失を低減することができる。
【００１８】
本発明の発光素子において、前記光学素子は、前記光入射端面が平面とされた平凸レンズであることが望ましい。
この構成によれば、蛍光体層と光学素子との接触面積が十分に確保できるため、光学素子から効率良く放熱することができる。
【００１９】
本発明の発光素子においては、前記蛍光体層の発光領域が、前記平凸レンズの平面側の焦点上に位置していることが望ましい。
この構成によれば、蛍光体層から射出された光を確実に平行化する、もしくは集束することができる。また、蛍光体層と平凸レンズとが当接しており、空気層を介さないため、平凸レンズの焦点距離を小さく設計でき、平凸レンズの開口角を大きくできる。その結果、生成された蛍光の取り込み角度を大きく取ることができる。
【００２０】
本発明の光源装置は、上記の本発明の発光素子と、前記励起光を射出する励起光用光源と、を備え、前記蛍光体層の前記励起光が照射される照射領域において、前記第１の面が前記第１の部材に当接するとともに、前記第２の面が前記第２の部材に当接していることを特徴とする。
【００２１】
本発明の光源装置によれば、上述したように、本発明の光源装置が備える発光素子においては、第１の部材および第２の部材が放熱部材として機能し、第１の部材および第２の部材を通して熱が効率良く放出される。したがって、蛍光体層の第１の面と第２の面のうち、一方の面が外気に晒されている従来の発光素子と比べて、蛍光体層の放熱性を高めることができる。これにより、蛍光体層の波長変換効率の低下が抑えられ、光利用効率の高い光源装置を実現することができる。また、一方の放熱部材が光学素子であるから、蛍光体層と光学素子とが互いに離間している従来の光源装置と比較して、蛍光体層から射出された光を効率的に集光し、さらに平行化する、もしくは集束する等の光学的作用が得られる。
【００２２】
本発明の発光素子の製造方法は、前記第１の部材の上に前記複数の蛍光体粒子と架橋剤とを含む液状物を配置する工程と、前記複数の蛍光体粒子間および前記複数の蛍光体粒子と前記第１の部材との間で、前記架橋剤を介して架橋反応を生じさせる工程と、前記液状物を乾燥させることにより、前記第１の部材の上に前記蛍光体層を形成する乾燥工程と、前記第２の部材を前記第２の面に当接させて固定する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、複数の蛍光体粒子の間、および蛍光体粒子と第１の部材との間が結合材によって強固に結合される。また、蛍光体粒子の周囲の全てがバインダーで覆われた従来の蛍光体層と異なり、蛍光体層に母材となるバインダーが含まれないため、蛍光体層の第１の面が第１の部材に当接するとともに、第１の面に対向する蛍光体層の第２の面が第２の部材に当接した発光素子を容易に製造することができる。
【００２４】
本発明の発光素子の製造方法は、前記乾燥工程によって、前記複数の蛍光体粒子の間の領域が前記結合材と空気とで占められ、かつ、前記蛍光体層のうち前記第１の面側において前記結合材の比率が前記空気の比率よりも相対的に高く、前記第２の面側においては前記空気の比率が前記結合材の比率よりも相対的に高い前記蛍光体層を形成することが望ましい。
【００２５】
この構成によれば、複数の蛍光体粒子の間の領域が結合材と空気とで占められ、第１の面側において前記結合材の比率が前記空気の比率よりも相対的に高く、第２の面側においては前記空気の比率が前記結合材の比率よりも相対的に高い蛍光体層を比較的容易に形成することができる。
【００２６】
本発明の発光素子の製造方法においては、前記架橋剤が珪酸化合物からなることが望ましい。
この構成によれば、上記の蛍光体層を例えば沈降法などの一般的な手法で形成することができる。
【００２７】
本発明の発光素子の製造方法においては、前記架橋剤がポリビニルアルコールと重クロム酸塩とからなり、前記架橋剤に紫外線を照射することにより前記架橋反応を生じさせることが望ましい。
この構成によれば、上記の蛍光体層を例えばスラリー法などの一般的な手法で形成することができる。紫外線を局所的に照射することにより、蛍光体層をパターニングすることもできる。
【００２８】
本発明の発光素子の製造方法においては、前記架橋剤がジアゾニウム塩と塩化亜鉛との複塩からなり、前記架橋剤に紫外線を照射することにより前記架橋反応を生じさせることが望ましい。
この構成によれば、上記の蛍光体層を例えば光粘着法などの一般的な手法で形成することができる。紫外線を局所的に照射することにより、蛍光体層をパターニングすることもできる。
【００２９】
本発明のプロジェクターは、前記本発明の光源装置と、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、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、エネルギー効率に優れたプロジェクターを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１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】第１実施形態のプロジェクターにおける光源装置の要部を示す側面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は蛍光体基板の発光層から光が射出される様子を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は蛍光体基板の製造方法を工程順を追って示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態の光源装置およびプロジェクターを示す図である。
【図６】第２実施形態のプロジェクターにおける光源装置の要部を示す側面図である。
【図７】従来の発光層を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、白色光を出力する光源装置と、光源装置から得られる白色光を色分離する色分離光学系と、色分離光学系によって得られた３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブとを備えたプロジェクター、いわゆる３板式の液晶プロジェクターの例である。
【００３２】
図１は、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は、本実施形態のプロジェクターに備えられた光源装置の要部を示す側面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の発光層から光が射出される様子を示す図である。図４（Ａ）〜（Ｄ）は、蛍光体ホイールの製造方法を工程順を追って示す図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００３３】
本実施形態のプロジェクター１は、図１に示すように、光源装置２と、色分離光学系３と、液晶ライトバルブ４Ｒ（光変調素子）、液晶ライトバルブ４Ｇ（光変調素子）、液晶ライトバルブ４Ｂ（光変調素子）と、色合成素子５と、投写光学系６と、を備えている。本実施形態のプロジェクター１において、光源装置２から射出された光は、色分離光学系３により複数の色光に分離される。色分離光学系３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４Ｒ，液晶ライトバルブ４Ｇ，液晶ライトバルブ４Ｂに入射して変調される。液晶ライトバルブ４Ｒ，液晶ライトバルブ４Ｇ，液晶ライトバルブ４Ｂにより変調された複数の色光は、色合成素子５に入射して合成される。色合成素子５により合成された光は、投写光学系６によりスクリーン７に拡大投写され、フルカラーの投写画像が表示される。
【００３４】
以下、プロジェクター１の各構成要素について説明する。
光源装置２は、レーザー光源９（励起光用光源）、赤色発光素子１０Ｒ（発光素子）、緑色発光素子１０Ｇ（発光素子）、第１のハーフミラー４１、第２のハーフミラー４２、第１のミラー４３、第２のミラー４４、緑色光反射ダイクロイックミラー４５、緑色光・赤色光反射ダイクロイックミラー４６、コリメータレンズ４７、凹レンズ４８、を備えている。緑色光反射ダイクロイックミラー４５は、緑色光を反射し、赤色光を透過させる分光特性を有している。緑色光・赤色光反射ダイクロイックミラー４６は、緑色光および赤色光を反射し、青色光を透過させる分光特性を有している。
【００３５】
レーザー光源９は、後述する赤色発光素子１０Ｒ、緑色発光素子１０Ｇが備える蛍光体を励起させる励起光として、例えば発光強度の中心波長が４５０ｎｍの青色レーザー光を射出する。本実施形態において、波長４５０ｎｍは第１の波長領域に相当する。なお、レーザー光源９は、図１では１個のレーザー光源を用いる例として示したが、例えば複数個のレーザー光源を並置しても良い。また、後述する蛍光体を励起させることができる波長の光であれば、４５０ｎｍ以外の中心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。本実施形態では、レーザー光源９を用いるが、固体光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いても良い。
【００３６】
本実施形態の赤色発光素子１０Ｒは、レーザー光源９から射出される青色レーザー光が透過する際に赤色の蛍光を発光する透過型の発光素子である。緑色発光素子１０Ｇは、レーザー光源９から射出される青色レーザー光が透過する際に青色の蛍光を発光する透過型の発光素子である。赤色発光素子１０Ｒは、図２に示すように、支持基板１９（支持基材）と、支持基板１９の第１の面１９ａ（支持面）の上に設けられた赤色光反射ダイクロイック膜２０と、赤色光反射ダイクロイック膜２０上に設けられた赤色発光層１１Ｒ（蛍光体層）と、平凸レンズ（光学素子）２１と、を有している。本実施形態では、支持基板１９と赤色光反射ダイクロイック膜２０とが第１の部材２３を構成している。また、平凸レンズ２１は赤色発光層１１Ｒから射出される蛍光が入射する光入射端面２１ａを備えており、第２の部材を構成している。
【００３７】
赤色発光層１１Ｒの詳細な構成は後述するが、複数の蛍光体粒子が第１の部材２３に当接している。つまり、複数の蛍光体粒子が結合材を介して赤色光反射ダイクロイック膜２０上に固定されている。なお、支持基板１９の第２の面１９ｂには青色光の反射を防止するための反射防止膜が設けられていても良い。以下の説明では、支持基板１９の第１の面１９ａを支持面と称し、第２の面１９ｂを裏面と称する。図２においては、図１の第１のハーフミラー４１、第２のハーフミラー４２等の図示を省略する。
【００３８】
緑色発光素子１０Ｇの構成も赤色発光素子１０Ｒの構成と同様であって、緑色発光層１１Ｇを構成する蛍光体粒子の種類が赤色発光層１１Ｒと異なり、赤色光反射ダイクロイック膜２０に代えて、緑色光反射ダイクロイック膜２２が設けられている。よって、緑色発光素子１０Ｇは、支持基板１９（支持基材）と緑色光反射ダイクロイック膜２２とを含む第１の部材２４、緑色発光層１１Ｇ（蛍光体層）、および平凸レンズ（光学素子）２１、を有している。
【００３９】
図１に示すように、第２のハーフミラー４２は、その反射面が緑色発光素子１０Ｇの支持基板１９の第２の面１９ｂと４５度の角度をなすように配置されている。第１のミラー４３は、その反射面が赤色発光素子１０Ｒの支持基板１９の第２の面１９ｂと４５度の角度をなすように配置されている。第１のハーフミラー４１は、緑色発光素子１０Ｇおよび赤色発光素子１０Ｒと対向しない位置に配置されている。レーザー光源９は、射出した青色光ＬＢが第１のハーフミラー４１に入射する位置に配置されている。したがって、レーザー光源９から射出された青色光ＬＢは、一部が第１のハーフミラー４１で反射し、残りが第１のハーフミラー４１を透過する。第１のハーフミラー４１で反射した青色光ＬＢは第２のハーフミラー４２に入射し、一部が第２のハーフミラー４２で反射し、残りが第２のハーフミラー４２を透過する。
【００４０】
このようにして、レーザー光源９から射出された青色光ＬＢは、波長変換されずに使用される青色光ＬＢ１、緑色発光層励起用の青色光ＬＢ２、赤色発光層励起用の青色光ＬＢ３、の３つの光束に分配される。これらの青色光ＬＢ１，青色光ＬＢ２，青色光ＬＢ３の分配の比率は、緑色発光層１１Ｇおよび赤色発光層１１Ｒの波長変換効率や赤色光、緑色光、青色光の合成光である白色光の色度に応じて決定される。第１のハーフミラー４１、第２のハーフミラー４２での分配の比率は、光の透過量と反射量とがそれぞれ所望の値となるように、各ハーフミラーを構成する誘電体多層膜の構成（膜厚、層数等）を設定することで調整が可能である。
【００４１】
第２のハーフミラー４２で反射した青色光ＬＢ２は緑色発光素子１０Ｇに向かって進み、裏面側から緑色光反射ダイクロイック膜２２を介して緑色発光層１１Ｇに入射する。緑色発光層１１Ｇに入射した青色光ＬＢ２は、緑色発光層１１Ｇの蛍光体粒子を励起して、例えば発光強度の中心波長が５３０ｎｍの光に波長変換され、緑色光ＬＧが射出される。緑色発光層１１Ｇから射出された緑色光ＬＧは、平凸レンズ２１によってビーム径が拡げられた後、コリメータレンズ４７によって平行化される。本実施形態において、波長５３０ｎｍは第２の波長領域に相当する。
【００４２】
一方、第２のハーフミラー４２を透過した青色光ＬＢ３は第１のミラー４３で反射した後、赤色発光素子１０Ｒに向かって進み、裏面側から赤色光反射ダイクロイック膜２０を介して赤色発光層１１Ｒに入射する。赤色発光層１１Ｒに入射した青色光ＬＢ３は、赤色発光層１１Ｒの蛍光体粒子を励起して、例えば発光強度の中心波長が６８０ｎｍの光に波長変換され、赤色光ＬＲが射出される。赤色発光層１１Ｒから射出された赤色光ＬＲは、平凸レンズ２１によってビーム径が拡径された後、コリメータレンズ４７によって平行化される。本実施形態において、波長６８０ｎｍは第２の波長領域に相当する。
【００４３】
赤色発光層１１Ｒから射出された赤色光ＬＲは、第２のミラー４４で反射した後、緑色光反射ダイクロイックミラー４５に向かって進み、緑色光反射ダイクロイックミラー４５を透過する。また、緑色発光層１１Ｇから射出された緑色光ＬＧは、緑色光反射ダイクロイックミラー４５で反射する。このようにして、赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとは、緑色光反射ダイクロイックミラー４５によって合成される。
【００４４】
なお、赤色発光層１１Ｒから射出されて第２のミラー４４に向かう赤色光ＬＲの光路上に、青色光反射ダイクロイックミラーを設けても良い。青色光反射ダイクロイックミラーは、青色光を反射し、赤色光を透過させる分光特性を有するものである。赤色発光層１１Ｒに入射された青色光ＬＢ３は全てが赤色光ＬＲに波長変換されるわけではなく、波長変換されずに赤色発光層１１Ｒを透過する青色光成分も存在する。そのような青色光成分を青色光反射ダイクロイックミラーで反射させて赤色発光層１１Ｒに再入射させれば、励起光として蛍光発光に寄与させることができる。このように、青色光反射ダイクロイックミラーによって波長変換効率を高めることができる。同様に、緑色発光層１１Ｇから射出されて緑色光反射ダイクロイックミラー４５に向かう緑色光ＬＧの光路上に、青色光反射ダイクロイックミラーを設けても良い。
【００４５】
第１のハーフミラー４１を透過して緑色光・赤色光反射ダイクロイックミラー４６に向かう青色光ＬＢ１の光路上に、凹レンズ４８とコリメータレンズ４７とが設けられている。第１のハーフミラー４１を透過した青色光ＬＢ１は、凹レンズ４８とコリメータレンズ４７とを透過することによりビーム径が拡大されるとともに平行化され、所定のビーム径を有する青色光となる。この青色光が緑色光・赤色光反射ダイクロイックミラー４６を透過する一方、緑色光反射ダイクロイックミラー４５によって合成された赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとが緑色光・赤色光反射ダイクロイックミラー４６で反射することにより、これらの光が合成され、白色光ＬＷとなって光源装置２から射出される。
【００４６】
以下、赤色発光素子１０Ｒおよび緑色発光素子１０Ｇの構成について詳細に説明する。ここでは、赤色発光素子１０Ｒの例で代表して説明するが、緑色発光素子１０Ｇの構成も同様である。
本実施形態の支持基板１９は、透光性を有する基板であって、例えばガラス、水晶、サファイア等の結晶性基板、スピネル等の焼結体基板などを用いることができる。これらの材料のうち、特に水晶、サファイア等の材料は熱伝導性が高く、放熱性に優れる点で好ましい。図２に示すように、支持基板１９の支持面１９ａ上に設けられた赤色光反射ダイクロイック膜２０は、例えば酸化シリコンと酸化チタンとを複数層交互に積層した誘電体多層膜等により構成され、赤色発光層１１Ｒから支持基板１９の裏面１９ｂ側に向けて射出された赤色光を平凸レンズ２１側に向けて射出させる機能を有する。支持基板１９の裏面１９ｂ上に反射防止膜が形成される場合には、例えばフッ化マグネシウム薄膜等からなる従来一般の反射防止膜が用いられる。
【００４７】
赤色発光層１１Ｒは、図３（Ａ）に示すように、複数の蛍光体粒子５５と、結合材５６と、空気５７と、を含んでいる。蛍光体粒子５５は、レーザー光源９から射出される青色光（励起光）を吸収して赤色光（蛍光）を発する粒子状の蛍光体である。例えば、蛍光体粒子５５には、中心波長が４５０ｎｍの青色光によって励起されて中心波長が６８０ｎｍの赤色光を発する蛍光物質が含まれている。すなわち、蛍光体粒子５５は、レーザー光源９が射出する励起光の一部を中心波長が６８０ｎｍの赤色の波長域を含む波長分布を有する光に変換して射出する。
【００４８】
結合材５６は全ての蛍光体粒子５５の周囲を覆っているわけではない。赤色発光層１１Ｒの主に下面側（第１の部材２３側）において、結合材５６は、互いに隣り合う複数の蛍光体粒子５５の間の領域、および蛍光体粒子５５と支持基板１９との間の領域に存在している。
【００４９】
よって、赤色発光層１１Ｒを構成する複数の蛍光体粒子５５の間の領域は、結合材５６と空気５７とで占められている。なお、後述するように、結合材５６は、複数の蛍光体粒子５５同士の間（粒子間）、および蛍光体粒子５５と赤色光反射ダイクロイック膜２０（第１の部材２３）との間を結合する部材である。また、赤色発光層１１Ｒのうち、下面側の領域においては結合材５６の比率が空気５７の比率よりも相対的に高く、上面側（平凸レンズ２１側）の領域においては空気５７の比率が結合材５６の比率よりも相対的に高い。本実施形態においては、赤色発光層１１Ｒの下面１１ａ（第１の面）が第１の部材２３に当接し、赤色発光層１１Ｒの下面１１ａと対向する上面１１ｂ（第２の面）が平凸レンズ２１の光入射端面２１ａに当接している。赤色発光層１１Ｒの下面１１ａ側と比較して、赤色発光層１１Ｒの上面１１ｂ側に存在する結合材５６の量が少ないため、赤色発光層１１Ｒと平凸レンズ２１との間に他の接着剤等を介在させても良い。
【００５０】
なお、図３（Ａ）では、第１の部材２３の上に蛍光体粒子５５が、赤色発光層１１Ｒの厚さ方向に２個程度積層された形態の赤色発光層１１Ｒを例示したが、図３（Ｂ）に示すように、赤色発光層１１Ｒの厚さが複数の蛍光体粒子５５の平均粒径と略等しいことが好ましい。換言すると、赤色発光層１１Ｒが蛍光体粒子５５の単層膜に近い構造を持つことが好ましい。図３（Ｂ）に示したように赤色発光層１１Ｒの厚さが複数の蛍光体粒子５５の平均粒径と略等しい場合でも、赤色発光層１１Ｒのうち、下面側の領域においては結合材５６の比率が空気５７の比率よりも相対的に高く、上面側の領域においては空気５７の比率が結合材５６の比率よりも相対的に高い。また、互いに隣り合う蛍光体粒子５５の間の領域は、結合材５６と空気５７とで占められている。
【００５１】
この場合、多くの蛍光体粒子５５が第１の部材２３あるいは平凸レンズ２１と接触した状態となる。あるいは、多くの蛍光体粒子５５が第１の部材２３あるいは平凸レンズ２１と極めて接近した状態となる。これにより、蛍光体粒子５５において発生した熱が蛍光体粒子５５から第１の部材２３あるいは平凸レンズ２１へ移動するときの移動距離が短くなる。これにより、蛍光体粒子５５に励起光が照射された際の熱を支持基板１９あるいは平凸レンズ２１に効率良く伝達し、放出することができる。
【００５２】
また、図２では、第１の部材２３の支持面１９ａと平凸レンズ２１の光入射端面２１ａとの間に挟まれた領域の全面に赤色発光層１１Ｒが設けられているが、必ずしもこの領域の全面に赤色発光層１１Ｒが設けられていなくても良く、少なくとも青色光（励起光）の照射領域に赤色発光層１１Ｒが設けられていれば良い。同様に、赤色光反射ダイクロイック膜２０についても、少なくとも青色光（励起光）の照射領域に設けられていれば良い。
【００５３】
平均粒径が１μｍから数十μｍ程度の蛍光体粒子は高い発光効率を示すことが知られている。具体的には、青色光を励起光として赤色光を発光する蛍光体粒子５５として、例えば平均粒径が１０μｍ程度の（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで示される組成の蛍光体を用いることができる。青色光を励起光として緑色光を発光する蛍光体粒子５５として、例えば平均粒径が１０μｍ程度の（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：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、蛍光体粒子５５の材料は、１種であっても良いし、２種以上の材料からなる粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いても良い。
【００５４】
結合材５６は、上述したように、複数の蛍光体粒子５５同士の間、および蛍光体粒子５５と第１の部材２３との間を結合するものである。具体的に、結合材５６は、例えば珪酸化合物等の無機材料の架橋体から構成されている。結合材５６は、架橋剤が重合する際に、複数の蛍光体粒子５５同士の間および蛍光体粒子５５と第１の部材２３との間に、下記の［化１］で表される架橋体が形成されたものである。結合材５６の材料としては、珪酸化合物のみならず、ポリビニルアルコールと重クロム酸塩を架橋剤として形成された架橋体、ジアゾニウム塩と塩化亜鉛との複塩を架橋剤として形成された架橋体が用いられても良い。
【００５５】
【化１】
2012185403.tif 000003
【００５６】
平凸レンズ２１は、光入射端面２１ａが平面とされた凸レンズであり、一般的な光学ガラスにより構成されている。ただし、放熱性を重視する場合には、平凸レンズ２１を水晶やサファイアにより構成することが望ましい。赤色発光層１１Ｒのうち、青色光の照射領域はコリメータレンズ４７と平凸レンズ２１とを組み合わせた系における焦点上となる平凸レンズ２１の平面側に位置するように、平凸レンズ２１の形状および配置が設計されている。
【００５７】
ここで、本実施形態の赤色蛍光体基板１０Ｒの製造方法、特に赤色発光層１１Ｒの形成方法について説明する。緑色蛍光体基板１０Ｇの製造方法も赤色蛍光体基板１０Ｒの製造方法と同様である。緑色発光層１１Ｇとを形成する場合には、蛍光体粒子５５の種類を変えれば良い。
赤色発光層１１Ｒの形成方法には例えば以下の３つの手法を採用することができるが、第１の方法である沈降法について、図４（Ａ）〜（Ｄ）を用いて説明する。
【００５８】
最初に、図４（Ａ）に示すように、容器６０中に赤色光反射ダイクロイック膜２０が上になるように支持基板１９を固定し、支持基板１９を硫酸カリウムまたは酢酸バリウム等の電解質溶液６１中に浸漬させる。このとき、赤色光反射ダイクロイック膜２０の発光層形成領域以外の領域にはテープ等によるマスキングを施しておき、発光層形成領域のみを露出させておく。
【００５９】
次に、図示は省略するが、他の容器内で珪酸カリウムの水溶液中に蛍光体粒子を分散させた混合液を作製しておく。このとき、粗い蛍光体粒子はメッシュなどを用いて除去し、蛍光体粒子の粒径をある程度揃えておく方が好ましい。
次に、図４（Ｂ）に示すように、ノズル６２を介して蛍光体粒子を含む混合液６３を赤色光反射ダイクロイック膜２０上に一気に、かつ均一に注入する。その後、静置しておくと、蛍光体粒子５５が赤色光反射ダイクロイック膜２０上に沈降し、図４（Ｃ）に示すように、赤色光反射ダイクロイック膜２０上に蛍光体粒子５５からなる層６４が形成される。
【００６０】
その後、図４（Ｄ）に示すように、容器６０を静かに傾斜させて上澄み液を排出させた後、支持基板１９を加熱、乾燥させると、赤色光反射ダイクロイック膜２０上の所定の領域に複数の蛍光体粒子５５が結合材５６で固定されてなる赤色発光層１１Ｒが形成される。
【００６１】
複数の蛍光体粒子５５間の結合（接着）、および蛍光体粒子５５と支持基板１９との間の結合（接着）のメカニズムについては、蛍光体粒子５５に吸着した珪酸カリウムが電解質の作用によりゲル化（珪酸重合）する際、架橋反応が生じ、蛍光体粒子５５相互間および蛍光体粒子５５と赤色光反射ダイクロイック膜２０との間に、上記の［化１］で表される架橋体が形成されると考えられる。そして、乾燥工程において、ゲル化した架橋体の体積収縮が生じるため、完成した結合材５６は蛍光体粒子５５の周囲を全て覆う形態ではなく、下層側の蛍光体粒子５５間の空間に入り込む形となる。なお、赤色発光層１１Ｒの膜厚は蛍光体粒子５５の使用量で調整することができる。また、蛍光体粒子略１個の厚みで赤色発光層１１Ｒを形成する場合には、上述したように、赤色発光層１１Ｒの膜厚は、使用する蛍光体粒子５５の平均粒径を目標に設計することが望ましい。
【００６２】
赤色発光層１１Ｒを形成する第２の方法として、スラリー法を採用することができる。
スラリー法の場合、ポリビニルアルコールと重クロム酸塩との混合水溶液（架橋剤）に蛍光体粒子５５を分散させ、スラリーを作製する。支持基板１９を傾斜させた状態で低速で回転させ、その上にスラリーを注入して全面に塗り広げる。
その後、支持基板１９を高速で回転させて余分なスラリーを飛散させた後、塗膜を乾燥させる。
【００６３】
次に、塗膜に紫外線を照射する。ポリビニルアルコールと重クロム酸塩との混合膜は、紫外線照射により水不溶性となる。そのため、フォトマスク等を用いて塗膜に選択的に紫外線を照射すれば、露光された領域のみが水不溶性となる。これにより、架橋剤からなる結合材５６により蛍光体粒子５５が赤色光反射ダイクロイック膜２０上の所定の領域に固定され、赤色発光層１１Ｒが形成される。
【００６４】
赤色発光層１１Ｒを形成する第３の方法として、光粘着法を採用することができる。
光粘着法の場合、ジアゾニウム塩と塩化亜鉛との複塩（架橋剤）を例えばアルギン酸ポリプロピレングリコールエステル等の高分子水溶液に溶解させたものを赤色光反射ダイクロイック膜２０上に塗布する。塗膜を乾燥させた後、スラリー法と同様に、フォトマスク等を用いて塗膜に選択的に紫外線を照射する。この塗膜は紫外線が照射された箇所のみが粘着性を生じる。そのため、紫外線を照射した後、全面に蛍光体粒子５５を散布し、余分な蛍光体粒子５５を除去すれば、蛍光体粒子５５が赤色光反射ダイクロイック膜２０上の露光領域にのみ固定され、赤色発光層１１Ｒが形成される。
【００６５】
以上の３種類の手法のいずれかを用いることにより、本実施形態の赤色発光層１１Ｒを形成することができる。その後、赤色発光層１１Ｒの上面に平凸レンズ２１の光入射端面２１ａを当接させ、例えば接着剤等を用いて赤色発光層１１Ｒの上面に平凸レンズ２１を固定する。以上の工程により、本実施形態の赤色発光素子１０Ｒが作製される。
【００６６】
再びプロジェクター１の全体構成の説明に戻ると、図１に示すように、コリメート光学系１３は、各蛍光体基板１０Ｒ，１０Ｇから射出される光の広がりを抑える第１レンズ２５と、第１レンズ２５から入射される光を略平行化する第２レンズ２６とを備え、全体として各蛍光体基板１０Ｒ，１０Ｇから射出された光を平行化する。第１レンズ２５と第２レンズ２６とは凸レンズで構成されている。
【００６７】
レンズアレイ１４，１５は、コリメート光学系１３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１４は、複数の第１マイクロレンズ２７がマトリクス状に配列されたものである。同様に、レンズアレイ１５は、複数の第２マイクロレンズ２８がマトリクス状に配列されたものである。第１マイクロレンズ２７と第２マイクロレンズ２８とは１対１で対応している。コリメート光学系１３から射出された光は、複数の第１マイクロレンズ２７に空間的に分割されて入射する。第１マイクロレンズ２７は、入射した光を対応する第２マイクロレンズ２８に結像させる。これにより、複数の第２マイクロレンズ２８の各々に２次光源像が形成される。なお、第１マイクロレンズ２７、第２マイクロレンズ２８の外形形状は、液晶ライトバルブ４Ｒ，液晶ライトバルブ４Ｇ，液晶ライトバルブ４Ｂの画像形成領域の外形形状と略相似形となっている。
【００６８】
偏光変換素子１６は、レンズアレイ１４，１５から射出された光の偏光状態を揃えるものである。偏光変換素子１６は、複数の偏光変換セルを含んでいる。各偏光変換セルは、第２マイクロレンズ２８と１対１で対応している。第２マイクロレンズ２８に形成された２次光源像からの光は、この第２マイクロレンズ２８に対応する偏光変換セルの入射領域に入射する。
【００６９】
偏光変換セルの各々には、入射領域に対応させて偏光ビームスプリッタ膜（以下、ＰＢＳ膜と称する）及び位相差板が設けられている。入射領域に入射した光は、ＰＢＳ膜によりＰＢＳ膜に対するＰ偏光とＳ偏光とに分離される。Ｐ偏光、Ｓ偏光の一方の偏光（ここではＳ偏光）は、反射部材で反射した後、位相差板に入射する。位相差板に入射したＳ偏光は、位相差板により偏光状態が他方の偏光（ここではＰ偏光）の偏光状態に変換されてＰ偏光になり、Ｐ偏光とともに射出される。
【００７０】
重畳レンズ１７は、偏光変換素子１６から射出された光を被照明領域である液晶ライトバルブ４Ｒ，液晶ライトバルブ４Ｇ，液晶ライトバルブ４Ｂにて重畳させるものである。光源装置２から射出する光は、上記のように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周りの軸対称性が高められる。
【００７１】
色分離光学系３は、ダイクロイックミラー３０、ダイクロイックミラー３１、ミラー３２、ミラー３３、ミラー３４、フィールドレンズ３５Ｒ、フィールドレンズ３５Ｇ，フィールドレンズ３５Ｂ、リレーレンズ３６、リレーレンズ３７を含んでいる。ダイクロイックミラー３０、ダイクロイックミラー３１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３０、ダイクロイックミラー３１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３０が緑色光と青色光とを反射させ、ダイクロイックミラー３１が緑色光を反射させる。
【００７２】
光源装置２から射出された光Ｌは、ダイクロイックミラー３０に入射する。光Ｌのうちの赤色光ＬＲは、ダイクロイックミラー３０を透過してミラー３２に入射し、ミラー３２で反射してフィールドレンズ３５Ｒに入射する。赤色光ＬＲは、フィールドレンズ３５Ｒにより略平行化された後に、赤色光変調用の液晶ライトバルブ４Ｒに入射する。
【００７３】
光Ｌのうち、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとは、ダイクロイックミラー３０で反射して、ダイクロイックミラー３１に入射する。緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー３１で反射してフィールドレンズ３５Ｇに入射する。緑色光ＬＧは、フィールドレンズ３５Ｇにより略平行化された後に、緑色光変調用の液晶ライトバルブ４Ｇに入射する。
【００７４】
ダイクロイックミラー３１を透過した青色光ＬＢは、リレーレンズ３６を透過し、ミラー３３で反射した後、リレーレンズ３７を透過し、ミラー３４で反射してフィールドレンズ３５Ｂに入射する。青色光ＬＢは、フィールドレンズ３５Ｂにより略平行化された後に、青色光変調用の液晶ライトバルブ４Ｂに入射する。青色光ＬＢの光路は他の赤色光ＬＲの光路、緑色光ＬＧの光路と比べて光路長が長いため、光路長が長いことによる光の損失分を補償する目的で青色光ＬＢの光路にはこの種のリレー光学系を適用する。
【００７５】
液晶ライトバルブ４Ｒ，液晶ライトバルブ４Ｇ，液晶ライトバルブ４Ｂは、透過型の液晶ライトバルブにより構成されている。液晶ライトバルブ４Ｒ，液晶ライトバルブ４Ｇ，液晶ライトバルブ４Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給するパーソナルコンピューター等の信号源（図示略）と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ４Ｒ，液晶ライトバルブ４Ｇ，液晶ライトバルブ４Ｂは、供給された画像信号に基づいて、入射光を画素毎に変調して画像を形成する。液晶ライトバルブ４Ｒ，液晶ライトバルブ４Ｇ，液晶ライトバルブ４Ｂ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４Ｒ，液晶ライトバルブ４Ｇ，液晶ライトバルブ４Ｂにより変調された光（形成された画像）は、色合成素子５に入射する。
【００７６】
色合成素子５は、ダイクロイックプリズムにより構成されている。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、赤色光が反射して緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射して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、ミラー面をそのまま直進して射出される。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６によってスクリーン７に拡大投写される。
【００７７】
従来の蛍光体基板においては、図７に示すように、蛍光体層１０１に含まれる蛍光体粒子１０２の周囲の全てがバインダー１０３で囲まれ、かつ、バインダー１０３が蛍光体層１０１の母材となっていた。このとき、蛍光体粒子１０２から種々の方向に射出された光のうち、母材と空気との界面に対して臨界角未満の入射角で入射した光Ｌ１は蛍光体層１０１の外部に射出される。これに対して、母材と空気との界面に対して臨界角以上の入射角で入射した光Ｌ２，Ｌ３は、母材と空気との界面で反射して母材中を基板１９と平行な方向に伝播する。その結果、蛍光体層１０１の外部への蛍光の取り出し効率が低下するのに加え、蛍光体層１０１での発光面積が広がることになる。この発光面積の広がり、いわゆる発光部の滲みによってエテンデューが増大し、プロジェクターにおける光利用効率が低下するという問題があった。
【００７８】
これに対して、本実施形態の赤色発光素子１０Ｒにおいては、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、赤色発光層１１Ｒを構成する複数の蛍光体粒子５５の間の領域が結合材５６と空気５７とで占められており、従来のバインダーに比べて結合材５６の存在比率がはるかに小さい。そのため、蛍光体粒子５５から発せられた光Ｌのうち赤色発光層１１Ｒ内を赤色発光層１１Ｒの下面１１ａまたは上面１１ｂと平行な方向に伝播する成分を従来に比べて十分少なくでき、蛍光発光部での滲みの領域を抑えることができる。緑色発光素子１０Ｇにおいても同様である。
【００７９】
さらに、赤色発光層１１Ｒは第１の部材２３と第２の部材（平凸レンズ２１）との間に挟持されている。そして、赤色発光層１１Ｒの上面は第２の部材に当接し、赤色発光層１１Ｒの下面が第１の部材２３に当接している。これにより、赤色発光層１１Ｒで発生する熱が第１の部材２３および第２の部材に伝達される。同様に、青色発光層１１Ｂで発生する熱が第１の部材２３および第２の部材に伝達される。ここで、第１の部材２３および第２の部材が放熱部材として機能し、これらの部材を通して外部に熱が放出される。このようにして、本実施形態の赤色発光素子１０Ｒ，緑色発光素子１０Ｇにおいては、従来の発光素子の構成と比べて赤色発光層１１Ｒおよび緑色発光層１１Ｇの放熱性を高めることができる。これにより、赤色発光層１１Ｒおよび緑色発光層１１Ｇの波長変換効率の低下が抑えられる。さらに、第２の部材が光学素子（平凸レンズ２１）であるから、蛍光体層と光学素子とが互いに離間している従来の発光素子と比較して、平凸レンズ２１の焦点距離を小さく設計でき、平凸レンズ２１の開口角を大きくできる。その結果、蛍光体層から射出された蛍光の取り込み角度を大きく取ることができる。
【００８０】
以上説明したように、射出光の滲みが抑えられるとともに、赤色発光層１１Ｒ，緑色発光層１１Ｇにおける高い波長変換効率を確保できるため、光利用効率に優れた光源装置２を実現できる。また、放熱部材の一方が平凸レンズ２１であるから、コリメータレンズ４７と合わせて用いることで、発光した光を平行化する作用が得られる。本実施形態によれば、上記の光源装置２を備えたことにより、エネルギー効率に優れたプロジェクター１を実現できる。
【００８１】
また、本実施形態の赤色発光素子１０Ｒ，緑色発光素子１０Ｇにおいては、従来よりも多数の蛍光体粒子５５が第１の部材２３と第２の部材（平凸レンズ２１）のうち少なくとも一方に直接もしくは結合材５６を介して当接した状態となっているため、赤色発光層１１Ｒ，緑色発光層１１Ｇが発熱した際の放熱性に優れている。特に図３（Ｂ）に示したように、赤色発光層１１Ｒの厚さが蛍光体粒子５５の平均粒径と略等しい場合、より多くの蛍光体粒子５５が第１の部材２３と第２の部材（平凸レンズ２１）に直接もしくは結合材５６を介して当接した状態となり、蛍光体粒子５５から支持基板１９および平凸レンズ２１への熱の移動距離が最短となる。これにより、蛍光体粒子５５に励起光が照射された際の熱を、放熱部材としても機能する支持基材１９や平凸レンズ２１から効率良く放出することができる。このように、本実施形態の発光素子では蛍光体層で発生した熱を十分に放出できるため、蛍光体粒子５５の温度消光を抑制できる。さらに、ある蛍光体粒子５５から光が発せられた後、その光が他の蛍光体粒子５５に再入射する機会が減るため、光の損失を低減することができる。
【００８２】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図５、図６を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が異なるのみである。そのため、本実施形態では光源装置のみについて説明する。
図５は、本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。図２は、本実施形態のプロジェクターに備えられた光源装置の要部を示す側面図である。図５、図６において第１実施形態の図１、図２と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００８３】
本実施形態のプロジェクター７１において、光源装置７０は、図５に示すように、レーザー光源９（固体光源）、第１のハーフミラー４１、第２のハーフミラー４２、赤色発光素子７２Ｒ（発光素子）、緑色発光素子７２Ｇ（発光素子）、第１のダイクロイックミラー７３、第２のダイクロイックミラー７４、第３のダイクロイックミラー７５、第４のダイクロイックミラー７６、ミラー４３、凹レンズ４８、コリメータレンズ４７、を備えている。第１のダイクロイックミラー７３は、赤色光を透過させ、青色光を反射させる分光特性を有している。第２のダイクロイックミラー７４は、緑色光を透過させ、青色光を反射させる分光特性を有している。第３のダイクロイックミラー７５は、青色光を反射させ、緑色光を透過させる分光特性を有している。第４のダイクロイックミラー７６は、緑色光および青色光を反射させ、赤色光を透過させる分光特性を有している。
【００８４】
レーザー光源９は、例えば発光強度の中心波長が４５０ｎｍの青色レーザー光を射出するものであり、第１実施形態と同様である。本実施形態においても、固体光源としてＬＥＤを用いても良い。
【００８５】
第１実施形態の赤色発光素子１０Ｒ、緑色発光素子１０Ｇは、蛍光を励起する光を透過させる際に蛍光発光（波長変換）を生じさせる透過型の発光素子であった。これに対し、本実施形態の赤色発光素子７２Ｒ、緑色発光素子７２Ｇは、蛍光を励起する光を反射させる際に蛍光発光（波長変換）を生じさせる反射型の発光素子である。したがって、本実施形態では、図６に示すように、支持基板７７（支持基材）として光反射性を有する基板が用いられる。具体的には、光反射率が高く、放熱性に優れるという観点から、例えばアルミニウム、銀等の金属基板が好ましい。さらに光反射率を高めるためには、金属基板の表面が鏡面研磨されていることが好ましい。あるいは、金属単体の基板に代えて、アルミニウム基板上に銀を成膜したもの等を用いても良い。さらに、水晶やサファイア等の基板の表面に誘電体多層膜の反射膜が形成された支持基板を用いても良い。
【００８６】
さらに、支持基板７７に、例えば酸化シリコン膜と酸化チタン膜との多層膜等、無機材料の酸化物からなる増反射膜が設けられていても良い。これにより、支持基板７７の光反射率を高めることができる。また、シリコン酸化物等の無機材料の酸化物には結合材５６の架橋体が比較的吸着し易いため、支持基板７７と結合材５６の密着性を高めることができる。なお、支持基板７７の支持面７７ａ上に増反射膜が設けられたとしても、増反射膜の膜厚は１μｍ以下と極めて薄いため、増反射膜が介在することにより支持基板７７の放熱性が妨げられることはない。
【００８７】
本実施形態の発光素子においては、上述したように支持基板７７の支持面７７ａ上に、増反射膜等の層が設けられる場合がある。支持面７７ａ上に例えば増反射膜７８が設けられる場合、支持基板７７と増反射膜７８とが第１の部材７９を構成する。
【００８８】
赤色発光層１１Ｒ，緑色発光層１１Ｇの構成は第１実施形態と同様であり、図６に示したように、赤色発光層１１Ｒ，緑色発光層１１Ｇは支持基板７７と平凸レンズ２１との間に挟持されている。また、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、複数の蛍光体粒子５５の間の領域が結合材５６と空気５７とで占められている。すなわち、赤色発光層１１Ｒを構成する複数の蛍光体粒子５５の間の領域は、複数の蛍光体粒子５５同士の間（粒子間）、および蛍光体粒子５５と支持基板７７との間を結合する結合材５６と、空気５７と、で占められている。
【００８９】
また、赤色発光層１１Ｒのうち、下面側（第１の部材７９側）の領域においては結合材５６の比率が空気５７の比率よりも相対的に高く、上面側（平凸レンズ２１側）の領域においては空気５７の比率が結合材５６の比率よりも相対的に高い。本実施形態においては、赤色発光層１１Ｒの下面が第１の部材７９に当接し、赤色発光層１１Ｒの上面が平凸レンズ２１の光入射端面２１ａに当接している。また、赤色発光層１１Ｒは、少なくとも青色光（励起光）の照射領域に設けられていれば良い。緑色発光層１１Ｇにおいても同様であるため、説明を省略する。
【００９０】
レーザー光源９から射出される青色光の光路上に、第１のハーフミラー４１と第２のハーフミラー４２とが交差するように配置されている。これにより、レーザー光源９から射出された青色光ＬＢは、波長変換されずに使用される青色光ＬＢ１、緑色発光層励起用の青色光ＬＢ２、赤色発光層励起用の青色光ＬＢ３、の３つの光束に分配される。赤色発光層励起用の青色光ＬＢ３は、第１のダイクロイックミラー７３で反射して赤色蛍光体基板７２の赤色発光層１１Ｇに入射し、緑色発光層励起用の青色光ＬＢ２は、第２のダイクロイックミラー７４で反射して緑色蛍光体基板７２の緑色発光層１１Ｇに入射する。
【００９１】
緑色発光層１１Ｇに入射した青色光ＬＢ２は、緑色発光層１１Ｇの蛍光体粒子を励起して、例えば発光強度の中心波長が５３０ｎｍの光に波長変換され、緑色光が射出される。緑色発光層１１Ｇから射出された緑色光は、第２のダイクロイックミラー７４を透過し、ミラー４３で反射して進行方向を変え、第３のダイクロイックミラー７５に向かって進む。一方、第１のハーフミラー４１および第２のハーフミラー４２を透過した青色光ＬＢ１は、凹レンズ４８とコリメータレンズ４７とを透過することによりビーム径が拡大され、所定のビーム径を有する青色光となった後、第３のダイクロイックミラー７５に向かって進む。第３のダイクロイックミラー７５では、緑色光が透過し、青色光が反射することにより緑色光と青色光とが合成される。緑色光と青色光との合成光は第４のダイクロイックミラー７６に向かって進む。
【００９２】
赤色発光層１１Ｒに入射した青色光ＬＢ３は、赤色発光層１１Ｒの蛍光体粒子を励起して、例えば発光強度の中心波長が６８０ｎｍの光に波長変換され、赤色光が射出される。赤色発光層１１Ｒから射出された赤色光は、第１のダイクロイックミラー７３を透過し、第４のダイクロイックミラー７６に向かって進む。第４のダイクロイックミラー７６では、第１のダイクロイックミラー７３を透過した赤色光が透過し、第３のダイクロイックミラー７５によって合成された緑色光と青色光とが反射することにより、これらの光が合成され、白色光となって光源装置７０から射出される。
【００９３】
本実施形態の赤色発光素子７２Ｒにおいても、赤色発光層１１Ｒが第１の部材７９と第２の部材（平凸レンズ２１）との間に挟持されたことで発光層からの熱が効率良く放出されて温度消光が防止できるとともに、エテンデューの増大が抑えられ、光利用効率に優れた光源装置が実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態の場合、各蛍光体基板の支持基板７７が金属等の熱伝導性の高い材料で構成されているため、第１実施形態に比べて蛍光体粒子の発熱に対する放熱性を更に高めることができ、発光層の温度消光をより確実に低減することができる。
【００９４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。上記実施形態では、発光層のうち、結合材の比率が空気の比率よりも相対的に高い側の面を第１の部材である支持基板に当接させ、空気の比率が結合材の比率よりも相対的に高い側の面を第２の部材である平凸レンズに当接させた構成とした。この構成とは逆に、結合材の比率が空気の比率よりも相対的に高い側の面を第２の部材である平凸レンズに当接させ、空気の比率が結合材の比率よりも相対的に高い側の面を第１の部材である支持基板に当接させた構成としても良い。この構成を実現するには、上記実施形態で述べた発光層の形成工程において、支持基板ではなく、平凸レンズ側に発光層を形成すれば良い。空気と平凸レンズとの屈折率差よりも結合材と平凸レンズとの屈折率差の方が小さいため、この構成によれば、発光層内から発せられた光が平凸レンズに入射する際に不要な反射等が生じにくく、光取り出し効率を向上させることができる。
【００９５】
また、発光層を支持基板との間で挟持する光学素子として平凸レンズの例を挙げたが、平凸レンズに限らず、例えば平凹レンズを用いても良い。また、レンズの光入射端面は平面であることが好ましいが、光入射端面が曲面である通常の凸レンズや凹レンズを用いても良い。その場合であっても、発光層の上面を曲面状に形成すれば、発光層と光学素子との接触面積を確保することができる。さらに、光学素子としては、レンズに限らず、プリズムや回折素子等を用いても良い。
【００９６】
また、前記支持基板を第１の部材として用いたが、例えば平凸レンズを第１の部材として用いてもよい。平凸レンズの平坦面を蛍光体層の支持面として用いれば、第１の部材によって励起光を蛍光体層の上に集光させることができるという効果も得られる。
【００９７】
また、上記実施形態では、第１の波長領域を青色光領域、第２の波長領域を赤色光領域および緑色光領域とし、青色光を励起光として赤色光および緑色光を蛍光発光させる構成とした。この構成に代えて、例えば紫外光を励起光として赤色光、緑色光、青色光を蛍光発光させる構成としても良い。その他、上記実施形態で例示したプロジェクターおよび光源装置の各種構成要素の形状、数、配置、材料、製造方法等に関しては、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１，７１…プロジェクター、２，７０…光源装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、６…投写光学系、９…レーザー光源（励起光用光源）、１０Ｒ，７２Ｒ…赤色発光素子（発光素子）、１０Ｇ，７２Ｇ…緑色発光素子（発光素子）、１１Ｒ…赤色発光層（蛍光体層）、１１Ｇ…緑色発光層（蛍光体層）、１９，７７…支持基板（支持基材）、２１…平凸レンズ（第２の部材、光学素子）、２３，７９…第１の部材、５５…蛍光体粒子、５６…結合材、５７…空気。
【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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