(57)【要約】      （修正有）【課題】射出光を効率的に取り出せる波長変換素子、当該波長変換素子を備えた光源装置、当該光源装置を備えたプロジェクター、及び波長変換素子の製造方法を提供する。【解決手段】波長変換素子４１は、基板４１２と、基板４１２上に設けられ、励起光によって励起されて蛍光光を射出する波長変換層４１１と、を備える。この波長変換層４１１における励起光が入射される励起光スポットＬＳ1の外側には、溝部４１１１が形成されている。溝部４１１１は、波長変換層４１１を厚さ方向に貫通している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、励起光によって励起されて蛍光光を射出する波長変換層と、
前記波長変換層における前記励起光が入射される励起光スポットの外側に設けられ、前記波長変換層を厚さ方向に貫通している溝部と、
を備えた波長変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の波長変換素子において、
前記溝部に設けられた反射面をさらに備えた
ことを特徴とする波長変換素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の波長変換素子において、
前記溝部は、前記励起光スポットを囲むように設けられていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の波長変換素子において、
前記溝部の内周壁は、前記蛍光光の射出される方向に向かうに従って、前記励起光スポットの中心軸から離れる方向に傾斜していることを特徴とする波長変換素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の波長変換素子において、
前記波長変換層と前記基板との間に設けられた反射層をさらに備えたことを特徴とする波長変換素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子に向けて前記励起光を射出する光源と、を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項６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。
【請求項８】
基板上に設けられた波長変換層に、当該波長変換層における励起光が入射される励起光スポットの外側に溝部を形成する工程を含むことを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子、光源装置、プロジェクター及び波長変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体光源から射出された励起光を波長変換し、蛍光光として射出する光源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に記載の光源装置は、固体光源及び蛍光体層（波長変換層）を備える。この蛍光体層は、流動性を有する材料からなる接合部により基板に固定されている。蛍光体層は、固体光源から射出された励起光の一部を励起光とは異なる波長の光に変換して蛍光光を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２６９８６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、蛍光体層に入射された励起光と、蛍光体層で生成された蛍光光は、蛍光体層の内部で散乱されながら伝播するため、励起光の照射領域を小さく絞っても、発光領域を照射領域ほど小さくすることはできない。
そこで、発光領域を小さくするため、蛍光体層の面積を小さくすることが考えられる。しかしながら、機械的な加工により面積の小さい蛍光体層を製造することや、面積の小さい蛍光体層を高い精度で基板に実装することは困難である。このように、上記発光領域を小さくできないため、当該蛍光体層から射出された蛍光光（射出光）の利用効率を高めることができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決することを目的としたものであり、実質的な発光領域の大きさが制御された波長変換素子を提供することを目的の１つとする。また、当該波長変換素子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。また、当該波長変換素子の製造方法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態様に係る波長変換素子は、基板と、前記基板上に設けられ、励起光によって励起されて蛍光光を射出する波長変換層と、前記波長変換層における前記励起光が入射される励起光スポットの外側に設けられ、前記波長変換層を厚さ方向に貫通している溝部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
なお、上記励起光スポットとは、波長変換層における上記励起光が入射される領域を意味する。上記波長変換素子としては、励起光が入射された側に蛍光光を射出する反射型の波長変換素子及び励起光が入射された側とは反対側に蛍光光を射出する透過型の波長変換素子を例示できる。便宜上、波長変換層の励起光が入射する面を上面と呼び、上面の反対側の面を下面と呼ぶ。
波長変換層にて生成された蛍光光は、波長変換層の内部を散乱されながら伝播する。そのため、蛍光光の一部の成分は励起光スポットの外側へ進行し、励起光スポットの外側において波長変換層の上面又は下面から射出する。
上記第１態様では、励起光スポットの外側に、波長変換層を厚さ方向に貫通する溝部が形成されている。励起光スポットの外側へ進行した蛍光光は溝部に到達する。溝部の内周壁に対して臨界角以上の入射角で入射した蛍光光は内周壁で全反射するため、内周壁を通過することができない。また、内周壁に対して臨界角未満の入射角で入射した蛍光光の一部は内周壁で反射し、内周壁を通過することができない。蛍光光のうちわずかな成分しか溝部を通過しない。従って、第１態様による波長変換素子では、実質的な発光領域が溝部によって制御されている。これにより、波長変換層から射出された蛍光光を効率的に利用することが可能である。
【０００８】
上記第１態様では、前記溝部に設けられた反射面をさらに備えたことが好ましい。
このような構成によれば、溝部の内周壁に到達した蛍光光が反射面により反射されるので、実質的な発光領域が良好に制御される。
【０００９】
上記第１態様では、前記溝部は、前記励起光スポットを囲むように設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、実質的な発光領域が良好に制御される。
【００１０】
上記第１態様では、前記溝部の内周壁は、前記蛍光光の射出される方向に向かうに従って、前記励起光スポットの中心軸から離れる方向に傾斜していることが好ましい。
このような構成によれば、内周壁に到達した蛍光光の多くの成分が波長変換層の上面から射出できる。
【００１１】
上記第１態様では、前記波長変換層と前記基板との間に設けられた反射層をさらに備えたことが好ましい。
このような構成によれば、蛍光光を波長変換層の上面から効率的に取り出すことができる。
【００１２】
本発明の第２態様に係る光源装置は、上述の波長変換素子と、前記波長変換素子に向けて前記励起光を射出する光源と、を備えることを特徴とする。
上記第２態様によれば、波長変換層から射出された蛍光光が効率的に利用される光源装置が提供される。
【００１３】
本発明の第３態様に係るプロジェクターは、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、波長変換層から射出された蛍光光が効率的に利用されるので、輝度が高い画像を投射することができる。
【００１４】
本発明の第４態様に係る波長変換素子の製造方法は、基板上に設けられた波長変換層に、当該波長変換層における励起光が入射される励起光スポットの外側に溝部を形成する工程を含むことを特徴とする。
所望の小さな発光領域を得るために小さな波長変換層を製造することは容易ではない。これに対し、第４態様によれば、容易に実質的な発光領域を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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における照明装置の概略を示す模式図。
【図３】上記第１実施形態に係るプロジェクターにおける波長変換素子の平面図。
【図４】上記第１実施形態に係るプロジェクターにおける波長変換素子の断面図。
【図５】上記第１実施形態に係る励起光スポットの外側へ進行する蛍光光の光路を模式的に示す断面図。
【図６】上記第１実施形態の第１変形例に係るプロジェクターの波長変換素子の平面図。
【図７】上記第１実施形態の第３変形例に係るプロジェクターの波長変換素子の断面図。
【図８】上記第１実施形態の第４変形例に係るプロジェクターの波長変換素子の断面図。
【図９】上記第１実施形態の第５変形例に係るプロジェクターの波長変換素子の平面図。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るプロジェクターにおける照明装置の概略を示す模式図。
【図１１】上記第２実施形態に係るプロジェクターにおける波長変換素子の平面図。
【図１２】上記第２実施形態に係るプロジェクターにおける波長変換素子の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１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。
【００１７】
［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、本発明の光源装置に相当し、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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光を形成する。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。
【００２１】
色合成装置３５には、各光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂからの色画像光が入射される。この色合成装置３５は、各色画像光を合成し、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。
【００２２】
［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。
【００２３】
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から射出された光の主光線の光軸を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。
【００２４】
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。青色光ＢＬは直線偏光であり、偏光分離層３１４３にＳ偏光として入射する。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。
【００２５】
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を通過した青色光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を通過した青色光ＢＬは、ホモジナイザー光学系３１３に入射する。
【００２６】
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。
【００２７】
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である。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。
【００２８】
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に対して偏光分離機能を有する。また、偏光分離層３１４３は、第１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Ｓ偏光として入射した青色光ＢＬは、Ｓ偏光の励起光ＢＬｓとして、偏光分離層３１４３で蛍光部材４に向けて反射される。
【００２９】
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に入射した励起光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。
【００３０】
蛍光部材４は、波長変換素子４１及びヒートシンク４２を備える。波長変換素子４１は、入射された励起光ＢＬｃの波長を変換する波長変換層４１１と、当該波長変換層４１１が形成された基板４１２を備える。波長変換層４１１は上面４１１Ａと下面４１１Ｂとを有する。励起光ＢＬｃは波長変換層４１１の上面４１１Ａに入射する。波長変換層４１１の下面４１１Ｂには、反射層４１３が形成されている。また、基板４１２の波長変換層４１１が形成された側とは反対側の面には、ヒートシンク４２が接続されている。
この波長変換素子４１は、入射された励起光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。波長変換素子４１で生成された蛍光光ＹＬは、反射層４１３で反射して上面４１１Ａからピックアップ光学系３１６に向けて射出する。励起光ＢＬｃのうち蛍光光ＹＬに変換されなかった成分は、反射層４１３で反射して、青色光ＢＬｃ１として上面４１１Ａからピックアップ光学系３１６に向けて射出する。
なお、波長変換素子４１の構成については、後述する。
【００３１】
蛍光光ＹＬは、ピックアップ光学系３１６、位相差板３１５、偏光分離装置３１４を透過する。青色光ＢＬｃ１は、ピックアップ光学系３１６を透過し、位相差板３１５に入射する。青色光ＢＬｃ１は、位相差板３１５によってＰ偏光の青色光ＢＬｐに変換される。青色光ＢＬｐは偏光分離層３１４３を透過する。このようにして、蛍光光ＹＬと青色光ＢＬｐとが合成された白色の照明光ＷＬが生成される。照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１７に入射する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
［波長変換素子の構成］
図３は、波長変換素子４１を励起光ＢＬｃの入射側から見た正面図であり、図４は、図３の波長変換素子４１のＡ１−Ａ１断面を示す断面図である。
波長変換素子４１は、反射型の波長変換素子である。波長変換素子４１は、図３及び図４に示すように、波長変換層４１１、基板４１２、反射層４１３及び接着層４１４を備える。この基板４１２上には、接着層４１４により波長変換層４１１が固定され、当該波長変換層４１１の下面４１１Ｂには、反射層４１３が形成されている。また、波長変換層４１１の上面４１１Ａにおいて励起光ＢＬｃが照射される範囲を、励起光スポットＬＳ１と称する。励起光スポットＬＳ１の外側には、溝部４１１１が設けられている。
【００３５】
［波長変換層の構成］
波長変換層４１１は、波長４４０ｎｍの励起光ＢＬｃを吸収して励起される蛍光体を含む。励起光ＢＬｃにより励起された蛍光体は、例えば、５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する蛍光光（黄色光）ＹＬを生成する。
なお、波長変換層４１１には、耐熱性及び表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような波長変換層４１１としては、例えば、酸化アルミニウム等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層や、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。
【００３６】
基板４１２は、波長変換層４１１を支持する基板であり、接着層４１４が塗布されている。この接着層４１４上には、波長変換層４１１が配置され、当該接着層４１４により波長変換層４１１が基板４１２に固定される。また、基板４１２の波長変換層４１１を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク４２が接続される。
【００３７】
波長変換層４１１の溝部４１１１は、基板４１２に固定された波長変換層４１１に設けられている。本実施形態においては、この溝部４１１１は、図３に示すように、励起光スポットＬＳ１を囲む矩形状に設けられている。具体的に、励起光スポットＬＳ１が矩形状であるため、当該溝部４１１１は、当該励起光スポットＬＳ１よりも若干大きい同形状に形成される。また、溝部４１１１は、図４に示すように、当該波長変換層４１１を、その厚さ方向に貫通している。
【００３８】
反射層４１３は、蛍光光ＹＬの一部を波長変換層４１１の上面４１１Ａに向けて反射する。これにより、蛍光光ＹＬは波長変換層４１１の上面４１１Ａから射出する。
【００３９】
波長変換層４１１で生成された蛍光光ＹＬは、当該波長変換層４１１の内部で散乱されながら伝播する。このため、蛍光光ＹＬの一部の成分は励起光スポットＬＳ１の外側へ進行し、励起光スポットＬＳ１の外側において波長変換層４１１の上面４１１Ａから射出する。
【００４０】
図５は、励起光スポットＬＳ１の外側へ進行する蛍光光ＹＬの光路を模式的に示す断面図である。なお、図５においては、溝部４１１１が形成されていない場合の光路を点線で示し、溝部４１１１が形成されている場合の光路を実線で示している。以下の説明では、励起光スポットＬＳ１の外側へ進行する蛍光光ＹＬのことを、便宜上内部伝播光と称する。
【００４１】
溝部４１１１が形成されていない場合、点線で示したように、内部伝播光は、波長変換層４１１の内部を波長変換層４１１の端面４１１Ｅに向かって進行する。内部伝播光は波長変換層４１１の内部で散乱されるため、内部伝播光の一部の成分は、波長変換層４１１の端面４１１Ｅに到達する前に、上面４１１Ａから射出される。従って、実質的な発光領域は励起光スポットＬＳ１の外側へ大きく拡がる。実質的な発光領域が必要以上に拡がると、ピックアップ光学系３１６に取り込まれない成分が多くなり、波長変換層４１１から射出した蛍光光ＹＬの利用効率が低下する。
【００４２】
本実施形態では、励起光スポットＬＳ１の外側に溝部４１１１が設けられている。溝部４１１１の内周壁４１１１Ｗに対して臨界角以上の入射角で入射した内部伝播光ＹＬ１は内周壁４１１１Ｗで全反射するため、内周壁４１１１Ｗを通過することができない。また、内周壁４１１１Ｗに対して臨界角未満の入射角で入射した内部伝播光ＹＬ２の一部は内周壁４１１１Ｗで反射し、内周壁４１１１Ｗを通過することができない。このように、内部伝播光のうちわずかな成分しか溝部４１１１よりも外側へ進行することができない。従って、実質的な発光領域が溝部４１１１によって制御される。実質的な発光領域が必要以上に拡がることがないため、波長変換層４１１から射出した蛍光光ＹＬは効率的に利用される。
【００４３】
波長変換層４１１において、溝部４１１１により囲まれた領域（以下、有効領域という）の面積を励起光スポットＬＳ１の面積よりもわずかに大きく設定することが好ましい。有効領域の面積が励起光スポットＬＳ１の面積よりも大きすぎる場合、実質的な発光領域が大きくなりすぎて、波長変換層４１１から射出した蛍光光ＹＬの利用効率が低下する虞がある。励起光スポットＬＳ１の面積が有効領域の面積よりも大きい場合、有効領域の外側にも励起光ＢＬｃが照射されるため、実質的な発光領域を制御することができない。
【００４４】
［波長変換素子の製造工程］
波長変換素子４１は、例えば、以下の手順により形成される。まず、該基板４１２上に接着層４１４が塗布される。そして、当該接着層４１４上に、波長変換層４１１が配置される。これにより、当該波長変換層４１１が接着層４１４により基板４１２上に固定される。その後、波長変換層４１１上の励起光ＢＬｃが照射される励起光スポットＬＳ１の外側に、レーザー等により、当該波長変換層４１１を厚さ方向に貫通する溝部４１１１を形成する。この製造方法によれば、所望の小さな有効領域を持つ波長変換層４１１を容易に製造することができる。また、レーザー加工を用いれば、波長変換層４１１における有効領域の位置や形状を高い精度で制御できる。
【００４５】
また、本製造工程では、加工される前の、取り扱いやすい大きさの波長変換層４１１を基板４１２に設けた後、波長変換層４１１に溝部４１１１を形成する。従って、波長変換層を励起光スポットＬＳ１の面積と同程度の面積の小片に切り出して、接着層４１４を介して基板４１２に固定する場合に比べて、容易に、かつ、確実に波長変換層４１１を基板４１２に固定できる。例えば、基板４１２の面に対する波長変換層の傾きを容易に制御できる。
【００４６】
本実施形態において上記有効領域は正方形状である。この有効領域は、光変調装置３４の画像形成領域と相似であることが好ましい。有効領域が画像形成領域と相似である場合、波長変換素子４１から射出された蛍光光ＹＬを極めて効率的に利用できる。具体的には、光変調装置３４を構成する液晶パネルの画像形成領域は長方形状であるため、有効領域も長方形状であることが好ましい。
【００４７】
以上説明した本実施形態のプロジェクター１によれば、以下の効果がある。
励起光スポットＬＳ１の外側に設けられた溝部４１１１によって、実質的な発光領域の大きさ及び形状が制御されている。従って、波長変換素子４１から射出された蛍光光ＹＬがピックアップ光学系３１６に効率的に取り込まれるように、実質的な発光領域を容易に設定することができる。これにより、波長変換素子４１から射出された蛍光光ＹＬが効率的に利用される。また、プロジェクター１は蛍光光ＹＬの利用効率が高い照明装置３１を備えているため、高輝度な画像を形成できる。
【００４８】
溝部４１１１が励起光スポットＬＳ１を囲むように設けられているので、実質的な発光領域は有効領域の内側に制限されている。従って、波長変換層４１１を本実施形態における有効領域と同じ大きさの小片に加工する必要がない。
【００４９】
反射層４１３は、波長変換層４１１と基板４１２との間に配置されているので、波長変換層４１１の下面４１１Ｂに入射した蛍光光ＹＬは、上面４１１Ａに向かって反射層４１３で反射する。これにより、蛍光光ＹＬを波長変換層４１１の上面４１１Ａから効率的に取り出すことができる。
【００５０】
本実施形態の製造方法によれば、所望の小さな有効領域を持つ波長変換層４１１を容易に製造することができる。また、レーザー加工によって、波長変換層４１１における有効領域の位置や形状を高い精度で制御できる。
【００５１】
第１実施形態の構成は上記の構成に限られない。以下に変形例を示す。
［第１実施形態の第１変形例］
図６は、本実施形態の第１変形例における波長変換素子４１Ｂを励起光ＢＬｃの入射側から見た正面図である。
上記第１実施形態では、励起光スポットＬＳ１が矩形状であったため、矩形状の溝部４１１１を備えていた。本変形例では、励起光スポットＬＳ３は、図６に示すように角丸矩形状であるため、角丸矩形状の溝部４１１１Ｂを備えている。本変形例においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５２】
［第１実施形態の第２変形例］
本変形例では、励起光スポットは楕円形状であるため、楕円形状の溝部を備えている。本変形例においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、楕円形状は円形状も含む。
【００５３】
［第１実施形態の第３変形例］
図７は、本実施形態の第３変形例における波長変換素子４１Ｅの断面を示す断面図である。図７は、第１実施形態における図４に対応している。
上記第１実施形態では、溝部４１１１は、波長変換層４１１の上面４１１Ａに対して垂直であったが、上記溝部４１１１に代えて、上面４１１Ａに対して傾斜した溝部４１１１Ｅを波長変換層４１１に設けてもよい。溝部４１１１Ｅの内周壁４１１１ＥＷは、上面４１１Ａから下面４１１Ｂに向かうに従って、励起光スポットＬＳ１の中心軸Ｏから離れるように傾斜している。ただし、励起光スポットＬＳ１の中心軸Ｏとは、上面４１１Ａと垂直で、かつ上面４１１Ａ上の励起光スポットＬＳ１の中心を通る軸のことである。
【００５４】
上述したように内周壁４１１１ＥＷが傾斜しているため、内周壁４１１１ＥＷに入射した内部伝播光の多くは、上面４１１Ａに向かって反射される。従って、内周壁が傾斜していない場合よりも効率的に、波長変換層４１１で生成された蛍光光ＹＬを上面４１１Ａから取り出すことができる。
【００５５】
［第１実施形態の第４変形例］
図８は、本実施形態の第４変形例における波長変換素子４１Ｆの断面を示す断面図である。図８は、本実施形態の第３変形例における図７に対応している。
【００５６】
本変形例は、内周壁４１１１ＥＷに反射面４１１１ＥＲが設けられている、という点で本実施形態の第３変形例とは異なる。反射面４１１１ＥＲは、溝部４１１１Ｅに、たとえば銀からなる反射膜４１１２を設けることによって形成される。反射膜４１１２は、内周壁４１１１ＥＷに銀を蒸着することにより形成することができる。あるいは、銀を含むペーストを溝部４１１１Ｅに流し込むことにより形成することができる。
【００５７】
内周壁４１１１ＥＷに反射面４１１１ＥＲが設けられているため、溝部４１１１Ｅに到達した内部伝播光は、内周壁４１１１ＥＷへの入射角によらず反射面４１１１ＥＲで反射する。従って、実質的な発光領域が有効領域の外側に拡がることを抑制することができる
【００５８】
［第１実施形態の第５変形例］
図９は、本実施形態の第５変形例における波長変換素子４１Ｇを励起光ＢＬｃの入射側から見た正面図である。
本変形例では、励起光スポットＬＳ４は、図９に示すように、円形状である。また、半リング状の溝部４１１１Ｇを備えている。溝部４１１１Ｇは、励起光スポットＬＳ４の周囲の略半分を囲むように設けられている。
【００５９】
溝部４１１１Ｇが設けられた側においては、実質的な発光領域が溝部４１１１Ｇによって制御され、実質的な発光領域が溝部４１１１Ｇを超えて拡がることが抑制される。このように、溝部が励起光スポットを囲んでいなくても、実質的な発光領域が必要以上に拡がることをある程度抑制することができる。実質的な発光領域を確実に制御するためには、溝部が励起光スポットを囲んでいるほうが好ましい。
【００６０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の構成を備えるが、照明装置３１の構成が異なる。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同様の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
図１０は、本実施形態のプロジェクターにおける照明装置３１Ａの概略を示す模式図である。
照明装置３１Ａは、上記照明装置３１と同様に、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３１Ａは、図１０に示すように、アレイ光源３１１Ａ、ピックアップ光学系３１６、波長変換素子４１Ｈ、コリメートレンズ３２０、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を備え、照明光軸Ａｘ上にこの順に並んで配置されている。
【００６２】
［波長変換素子の構成］
図１１は、波長変換素子４１Ｈを励起光の入射側から見た正面図であり、図１２は、図１１の波長変換素子４１ＨのＢ１−Ｂ１断面を示す断面図である。
波長変換素子４１Ｈは、透過型の波長変換素子である。波長変換素子４１Ｈは、図１１及び図１２に示すように、波長変換層４１１Ｈ、基板４１２Ｈ、および、波長変換層４１１Ｈと基板４１２Ｈとの間に設けられたダイクロイックミラー４１５を備える。第１実施形態と同様、波長変換層４１１Ｈの励起光スポットＬＳ６の外側には、溝部４１１１Ｈが設けられている。
【００６３】
波長変換層４１１Ｈは、複数の蛍光体粒子を含む樹脂蛍光体によって構成されている点が第１実施形態における波長変換層４１１とは異なる。
基板４１２Ｈは、透光性を有する部材により構成される。樹脂蛍光体が流動性を有する状態で基板４１２に配置され、固化することにより上記波長変換層４１１Ｈが形成される。
【００６４】
波長変換層４１１Ｈの溝部４１１１Ｈは、固化した波長変換層４１１Ｈに対して第１実施形態と同じ処理を施すことによって形成できる。溝部４１１１Ｈと第１実施形態における溝部４１１１との違いは平面形状だけであるので、溝部４１１１Ｈに関する詳細な説明は省略する。図１１に示すように、励起光スポットＬＳ６が長方形状を持っているため、溝部４１１１Ｈも長方形状を持っている。
【００６５】
本実施形態では、図１２に示すように、励起光ＢＬｃは、基板４１２Ｈおよびダイクロイックミラー４１５を透過して波長変換層４１１Ｈに入射されるので、励起光スポットＬＳ６は、当該波長変換層４１１Ｈの基板４１２Ｈ側の面における励起光ＢＬｃが入射する領域に相当する。ダイクロイックミラー４１５は、励起光ＢＬｃを透過させ、蛍光光ＹＬを反射する。従って、蛍光光ＹＬと、励起光ＢＬｃのうち蛍光光ＹＬに変換されなかった成分とは、波長変換層４１１Ｈから基板４１２Ｈとは反対側に向かって射出される。
【００６６】
［波長変換素子の製造工程］
波長変換素子４１Ｈは、例えば、以下の手順により形成される。まず、複数の蛍光体粒子を含む樹脂ペーストを基板４１２Ｈ上に配置する。次に、樹脂ペーストを加熱して硬化させることにより、波長変換層４１１Ｈとする。その後、第１実施形態と同様に、たとえばレーザーを用いて溝部４１１１Ｈを形成する。
【００６７】
以上説明した本実施形態の波長変換素子およびプロジェクターによれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
ところで、本実施形態では波長変換層４１１Ｈとして樹脂蛍光体を用いている。樹脂蛍光体は、前述したように、流動性がある状態で支持体に塗布される工程を経て製造される。この製造方法によれば、波長変換層４１１Ｈを所望の大きさ、形状に形成することは非常に困難である。これに対し、本実施形態によれば、実質的な発光領域を所望の大きさ、形状に容易に設定することができる。
【００６８】
［第２実施形態の変形］
上記第２実施形態では、溝部４１１１Ｈは、励起光スポットＬＳ６と同形状の長方形状に形成されることとした。しかしながら、これに限らない。第１実施形態の第１変形例及び第２変形例で説明したように、溝部４１１１Ｈの平面形状は任意である。
また、溝部４１１１Ｈは、上記第１実施形態の第３変形例と同様に、蛍光光ＹＬが射出される方向に向かうに従って、励起光スポットＬＳ６の中心軸Ｏから離れる方向に傾斜するようにしてもよい。さらに、第４変形例と同様に、内周壁に反射面を設けてもよい。第５変形例と同様に、溝部４１１１Ｈは、励起光スポットＬＳ６を囲んでいる必要は無い。
【００６９】
このように、上記第１実施形態の第１〜第５変形例のいずれの変形例も第２実施形態に適用でき、これらを適用した場合、上記第１〜第５変形例と同様の効果を奏することができる。
【００７０】
［実施形態の変形］
本発明は、上記各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。
溝部の平面形状は励起光スポットの形状に対応している必要は無い。例えば、励起光スポットが円形状であっても、溝部の平面形状が円形状である必要は無い。実質的な発光領域の形状が所望の形状になるように、溝部の平面形状を設定すればよい。
【００７１】
上記第１実施形態では、波長変換層４１１は、接着層により基板４１２に固定されることとした。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４１１は固定部材により基板４１２に固定されるようにしてもよい。
【００７２】
上記各実施形態では、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、透過型の光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）に代えて、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。
【００７３】
上記各実施形態では、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を用いてもよい。
【００７４】
本発明による波長変換素子は、照明器具及び自動車のヘッドライト等に使用してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１…プロジェクター、３１，３１Ａ…照明装置（光源装置）、３１１１…半導体レーザー（光源）、３１Ａ…照明装置、３２…色分離装置、３２０…コリメートレンズ、３４…光変調装置、３６…投射光学装置、４１，４１Ｂ，４１Ｅ，４１Ｇ，４１Ｈ…波長変換素子、４１１，４１１Ｈ…波長変換層、４１１１，４１１１Ｂ，４１１１Ｅ，４１１１Ｇ，４１１１Ｈ…溝部、４１１１ＥＲ…反射面、４１２，４１２Ｈ…基板、４１３…反射層、ＢＬｃ，ＢＬｃ１…励起光、ＬＳ１，ＬＳ３，ＬＳ４，ＬＳ６…励起光スポット、ＷＬ…照明光、ＹＬ…蛍光光。
【図１】
2016186523.tif 000003
【図２】
2016186523.tif 000004
【図３】
2016186523.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016186523.tif 000009
【図８】
2016186523.tif 000010
【図９】
2016186523.tif 000011
【図１０】
2016186523.tif 000012
【図１１】
2016186523.tif 000013
【図１２】
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