(57)【要約】【課題】  本発明では、投射画像のカラーバランスの悪化を抑制することが可能な光学素子及びこれを用いた光源装置、投射型表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】  蛍光素子３０が、ＬＤ光源１０からの光束の波長を変換して蛍光光Ｌ３１を発する蛍光層３１と、散乱層３２と、反射素子３３とを備える。そして、蛍光層３１は散乱層３２と反射素子３３との間に設けられている。【選択図】  図５
2017003971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束の一部を前記光源からの光束とは波長が異なる変換光に変換する波長変換層と、
第１の粒子と、前記第１の粒子を保持する第１のバインダーとを備え、前記光源からの光束及び前記波長変換層からの光束を散乱する第１の散乱層と、
前記波長変換層からの光束を反射する反射部と、を備え、
前記波長変換層は、前記第１の散乱層と前記反射部との間に設けられている、
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１の散乱層は、前記波長変換層に接している、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の粒子の屈折率は、前記第１のバインダーの屈折率よりも高い、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記波長変換層は、蛍光体粒子と第２のバインダーとを備え、
前記第１のバインダーと前記第２のバインダーは屈折率が互いに同じである、
ことを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記光源からの光束が前記光学素子に入射する方向への散乱を前方散乱とし、前記光学素子から前記光源へ戻る方向への散乱を後方散乱とするとき、
前記第１の散乱層での前方散乱量は、前記第１の散乱層での後方散乱量よりも大きい、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１の散乱層での前記前方散乱の量をＡとし、前記第１の散乱層での前記後方散乱の量をＢとするとき、
２＜Ａ／Ｂ＜１９
を満足する、
ことを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記波長変換層は蛍光体粒子を含む蛍光層であって、
前記蛍光層の厚みをＣとし、前記第１の散乱層の厚みをＤとするとき、
０．５＜Ｃ／Ｄ＜２５
を満足する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記波長変換層と前記反射部との間に設けられた第２の散乱層をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第２の散乱層は前記波長変換層に接している、
ことを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記光源からの光束が前記光学素子に入射する方向への散乱を前方散乱とし、前記光学素子から前記光源へ戻る方向への散乱を後方散乱とするとき、
前記第２の散乱層での後方散乱量は、前記第２の散乱層での前方散乱量よりも大きい、ことを特徴とする請求項８または９に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記第２の散乱層での前方散乱量をＥとし、前記第２の散乱層での後方散乱量をＦとするとき、
０＜Ｅ／Ｆ＜０．２５
を満足する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記反射部は、前記波長変換層からの光を反射する基板部であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記第１の散乱層の重量をＧとし、前記第１の散乱層に含まれる前記第１の粒子の重量をＨとするとき、
０．１０＜Ｈ／Ｇ＜０．３０
を満足することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１４】
前記第１の散乱層は、前記第１の粒子の屈折率よりも前記第１のバインダーの屈折率に近い屈折率の第２の粒子をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記第２の粒子の熱伝導率は、前記第１のバインダーの熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１４に記載の光学素子。
【請求項１６】
前記第１のバインダーの重量をＸ、前記第１の粒子と前記第２の粒子の重量の合計をＹとするとき、
０．５０＜Ｙ／Ｘ＜２．０
を満足することを特徴とする請求項１４または１５に記載の光学素子。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光学素子と、
前記光学素子を励起させる光束を発する固体光源と、
前記固体光源からの光束を前記光学素子に導くコンデンサレンズ系と、を備える、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項１８】
光変調素子と、
請求項１７に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光束を用いて前記光変調素子を照明する照明光学系と、
前記照明光学系からの光束を前記光変調素子に導くとともに、前記光変調素子からの光束を投射光学系に導く色分離合成系と、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及びこれを用いた光源装置、投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザーダイオード（以下、ＬＤ）光源やＬＥＤ光源などの固体光源と、固体光源からの光を励起光として、励起光の一部を励起光とは波長の異なる蛍光光に変換する蛍光素子を備える光源装置を用いたプロジェクタが開発されている。
【０００３】
このような光源装置として、特許文献１に記載の構成が知られている。
【０００４】
特許文献１には、複数の青色ＬＤを有する光源ユニットと、複数の赤色ＬＤを有する光源ユニットと、透明基板の上に青色光を励起光として緑色光を発する蛍光層を持つ蛍光素子を備えた光源装置を開示している。青色ＬＤからの光の一部を励起光として用い、それ以外が非変換光として蛍光素子を透過することで、蛍光素子から青色、緑色、赤色光が発せられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８９９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１に記載の光源装置のように、青色光を励起光として蛍光光を発する蛍光層を備える蛍光素子を光源として使用する場合、青色光が励起光として使用されるために、緑色光及び赤色光と比較して青色光が不足する傾向がある。その結果、投射画像のカラーバランスが悪化するおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明では、投射画像のカラーバランスの悪化を抑制することが可能な光学素子及びこれを用いた光源装置、投射型表示装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の光学素子は、
光源からの光束の一部を前記光源からの光束とは波長が異なる変換光に変換するとともに、前記光源からの光束と波長が同じ非変換光と前記変換光とを射出する波長変換層と、前記光源からの光束及び前記波長変換層からの光束を散乱する第１の散乱層と、
前記波長変換層からの光束を反射する基板部と、を備え、
前記波長変換層は、前記第１の散乱層と前記基板部との間に設けられている、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、投射画像のカラーバランスの悪化を抑制することが可能な光学素子及びこれを用いた光源装置、投射型表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例における光源装置の構成を示す図である
【図２】本発明の第１の実施例における励起光と蛍光の波長分布の一例を説明する図である
【図３】本発明の第１実施例におけるダイクロイック偏光ビームスプリッタの波長特性を説明する図である
【図４】本発明の第１実施例における反射型蛍光複合素子の構成を説明する図である
【図５】本発明の第１実施例における前方散乱と後方散乱の様子を示す概略図である
【図６】本発明の第１実施例における励起光と蛍光の分配比率の変化を説明する図である
【図７】本発明の第１実施例における前方散乱と後方散乱の分配状態を説明する図である
【図８】本発明の第２実施例における反射型蛍光複合素子の構成を説明する図である
【図９】本発明の第３実施例としての投射型表示装置の構成を示す図である
【図１０】本発明の第４実施例における反射型蛍光複合素子の構成を説明する図である
【図１１】本発明の第４実施例における散乱層の構成を説明する図である
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、本発明は後述の実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。
【００１２】
〔第１実施例〕
図１から図７を参照して、本発明の第１実施例で示す光学素子としての反射型蛍光複合素子（以後、蛍光素子）３０の構成と、蛍光素子３０を搭載可能な光源装置１の構成について説明する。
【００１３】
図１は、光源装置１の構成を示す図である。図１において、１０はＬＤ光源、１１はＬＤ光源１０からの光束を受光し、正のパワーを有するコリメータレンズ系１１、１２はダイクロイック偏光ビームスプリッタである。また、図１において、２０はコンデンサレンズ２１及び２２を備えるコンデンサレンズ系であり、３０は蛍光素子である。
【００１４】
なお、図１において、コリメータレンズ系１１あるいはコンデンサレンズ系２０の光軸方向をｚ軸方向とし、ｚ軸方向と直交し、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２の偏光分離面の法線及びｚ軸方向と平行な断面に平行な方向をｙ軸方向としている。そして、ｚ軸方向及びｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向としている。
【００１５】
まず、光源装置１がＲＧＢの光束を出射する原理について説明する。
【００１６】
ＬＤ光源１０からの励起光は発散光としてコリメータレンズ系１１に入射し、正のパワーを有するコリメータレンズ系１１によって平行光としてダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２に入射する。
【００１７】
なお、図２に示すように、ＬＤ光源１０からの励起光は、中心波長が４４５ｎｍの青帯域の光であり、蛍光素子３０からの蛍光光は緑色及び赤色帯域の光である。
【００１８】
図３に示すように、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２は、ＬＤ光源１０からの励起光の波長帯域の光についてはＰ偏光光を透過させてＳ偏光光を反射する偏光ビームスプリッタとして作用する。また、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２は、それ以外の波長帯域の光については偏光方向に依らずに反射するダイクロイックミラーとして作用する。
【００１９】
ＬＤ光源１０からの光はＰ偏光光（ｙｚ断面に平行な方向に振動している偏光光）であるため、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２を透過してコンデンサレンズ系２０を介して蛍光素子３０へ入射する。
【００２０】
蛍光素子３０の具体的な構成については後述の通りであるが、蛍光素子３０はＬＤ光源１０からの光の一部を、ＬＤ光源１０からの光と波長が異なる変換光に変換し、ＬＤ光源１０からの光と波長が同じ非変換光と変換光とを射出する光学素子である。
【００２１】
本実施例において、非変換光とは青色帯域の光であり、変換光とは緑色及び赤色帯域の光である。蛍光素子３０から出射する光は偏光方向が乱れた状態であるため、蛍光素子３０からの非変換光のうちのＳ偏光光と変換光はダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２で反射されて、後段の系に向かう。
【００２２】
このよう原理によって、光源装置１は後段の系にＲＧＢの光を導くことが可能となる。
【００２３】
次に、蛍光素子３０の構成について説明する。
【００２４】
図４は蛍光素子３０の構成を示す図である。図４に示すように、入射側（紙面左側）から、散乱層（第１の散乱層）３２、蛍光層（波長変換層）３１、反射素子（反射部）３３の順に並んでおり、これらが一体に構成されているのが蛍光素子３０である。
【００２５】
蛍光層３１は、ＬＤ光源１０からの光束の一部をＬＤ光源１０からの光束とは波長が異なる蛍光光（変換光）に変換するとともに、ＬＤ光源１０からの光束と波長が同じ非変換光と蛍光光とを射出する。散乱層３２は、ＬＤ光源１０からの光束及び蛍光層３１からの光束を散乱する。反射素子３３は蛍光層３１からの光束を反射する。
【００２６】
そして、蛍光層３１は、散乱層３２に接するとともに、散乱層３２と反射素子３３との間に設けられている。
【００２７】
図５に示すように、ＬＤ光源１０からの光Ｌ１０は散乱層３２によって後方散乱光Ｌ１０ｂと前方散乱光Ｌ１０ｆとに分かれる。なお、図５はあくまでも散乱層３２による効果を示す概略図であって、図５以外の図と一部整合がとれない部分もある。
【００２８】
後方散乱光Ｌ１０ｂは散乱層３２から蛍光層３１へ向かわずに、コンデンサレンズ系２０へ戻る。一方、前方散乱光Ｌ１０ｆは散乱層３２から蛍光層３１へ向かって励起光として作用し、蛍光層３１によって蛍光光Ｌ３１へ変換される。
【００２９】
なお、本発明の各実施例において、散乱層３２から蛍光層３１へ向かう方向への散乱を前方散乱とし、散乱層３２から光源１０へ向かう方向への散乱を後方散乱とする。言い換えれば、光源１０からの光束が蛍光素子３０に入射する方向への散乱を前方散乱とし、蛍光素子３０から光源１０へ戻る方向への散乱を後方散乱とする。
【００３０】
このように、蛍光層３１よりも入射側に散乱層３２を設けることで、蛍光層３１に入射する前に励起光の一部を取り出すことが可能となる。これにより、青帯域の励起光の一部を緑色及び赤色帯域の光に変換するタイプの蛍光層を用いた蛍光素子であっても、緑色及び赤色帯域の光と比べて、青帯域の光が不足することによる投射画像のカラーバランスの悪化を抑制することが可能となる。
【００３１】
さらに、本実施例によれば、蛍光層３１に入射したものの蛍光体粒子に吸収されて熱となり、投射画像の明るさに寄与しない励起光の量を減らすことが可能、すなわち、励起光の損失を減らすことが可能な光学素子を実現することが可能となる。
【００３２】
以下に、前述の効果を高める、あるいは前述の効果とは別の効果を得るための構成について説明する。
【００３３】
散乱層３２は、硫酸バリウムなどの白色微粒子（第１の粒子）と、シリコーン樹脂などの透明保持材料（第１のバインダー）とで構成されている。
【００３４】
白色微粒子の屈折率が、透明保持材料の屈折率よりも高い、すなわち、白色微粒子の屈折率と透明保持材料の屈折率との差が大きいと、散乱層３２による後方散乱光Ｌ１０ｂの量を増やすことができる。これにより、蛍光層３１に入射する前に励起光の一部をより取り出すことが可能となる。例えば、白色微粒子の屈折率が透明保持材料の屈折率よりも大きく、白色微粒子の屈折率と透明保持材料の屈折率との差が０．２以上あると好ましい。
【００３５】
本実施例では、屈折率が１．６４の硫酸バリウム及び屈折率が１．４から１．５程度のシリコーン樹脂を用いている。このため、白色微粒子の屈折率を高くするほど後方散乱を増加させることが出来る。もちろん微粒子として、屈折率が２．０の酸化亜鉛、屈折率が２．７の酸化チタンなどを用いても良い。
【００３６】
また、微粒子のサイズによっても散乱量は制御可能であるが、粒子サイズとしては１００ｎｍから１０μｍ程度の微粒子が望ましい。さらに、透明保持材料としてシリコーン樹脂を挙げたが、その他の材料であっても可視光域での透過率が高く、蛍光体粒子や白色微粒子を固定出来る材料であればよい。
【００３７】
蛍光層３１は、蛍光体粒子とシリコーン樹脂などの透明保持材料（第２のバインダー）とで構成されている。散乱層３２の透明保持材料の屈折率と、蛍光層３１の透明保持材料の屈折率が互いに同じであると、散乱層３２と蛍光層３１との間での界面の発生を抑制し、光量損失をより抑制することが可能となる。本実施例においては、散乱層３２の透明保持材料と蛍光層３１の透明保持材料は互いに同じ材料であるため、互いの屈折率は同じである。
【００３８】
以下に、適切なカラーバランスを得るための条件について説明する。なお、本実施例において適切なカラーバランスとは、日本工業規格（規格番号：ＪＩＳＺ８７０１）で定められているｘｙｚ表色系において、０．３００＜ｙ＜０．４００となる範囲を意味する。
【００３９】
適切なカラーバランスを得るための条件として、励起光と蛍光光のピーク比率を適切に設定する方法がある。
【００４０】
図６に非変換光の中心波長が４５５ｎｍであり、蛍光光の発光中心波長が５３０ｎｍの場合のピーク比率を示す。図６（ａ）が非変換光と蛍光光のピーク比率が４．３５の場合であり、図６（ｂ）が非変換光と蛍光光のピーク比率が９．５３の場合である。
【００４１】
なお、ピーク比率とは、非変換光の波長帯域のうち強度が最大となる波長における強度と、蛍光光の波長帯域のうち強度が最大となる波長における強度との比である。ピーク比率を上記の範囲内とすることで０．３００＜ｙ＜０．４００とすることが出来る。
【００４２】
すなわち、励起光の中心波長の強度をＧとし、蛍光光の中心波長の強度をＨとするとき、蛍光素子３０は以下の条件を満たすことで、前述の適切なカラーバランスを得やすくなる。
４．３５≦Ｇ／Ｈ≦９．５３        （１）
【００４３】
なお、散乱層３２での前方散乱量と後方散乱量との比を適切に設定することでも、適切なカラーバランスを実現しやすくなる。
【００４４】
具体的には、散乱層３２での前方散乱量をＡとし、後方散乱量をＢとする、蛍光素子３０は以下の条件を満たすと好ましい。
２＜Ａ／Ｂ＜１９        （２）
【００４５】
蛍光素子３０が（２）式を満たすことで、前述の適切なカラーバランスからは外れるものの、実用上許容可能なカラーバランスを実現することが可能となる。
【００４６】
また、数値実施例及び比較例を以下の表１に示す。表１では、散乱層３２が無い場合に蛍光層３１から発せられる光、より具体的には変換光である蛍光光と、励起光と波長が同じ非変換光との混合光のｙ値をｙ０としている。なお、ｙ０が異なるということは蛍光層３１の蛍光体としての性質（蛍光体の発光効率）が異なり、それに伴い蛍光光と非変換光とのバランスが異なることを意味する。
【００４７】
【表１】
2017003971.tif 000003
【００４８】
表１から蛍光素子３０が以下の条件を満たせば、ｙ０が異なる蛍光層３１であっても、０．３００＜ｙ＜０．４００という適切なカラーバランスを得ることが可能となるため、上記の（２）式よりも好ましい。
４．０≦Ａ／Ｂ≦９．６        （２ａ）
【００４９】
なお、前述の適切なカラーバランスを実現するために、散乱層３２での前方散乱量は後方散乱量よりも多いことが好ましい。散乱層３２による後方散乱量が前方散乱量よりも多いと、蛍光光の光量が低下し、それに伴いｙ値が低下してカラーバランスが悪化するため好ましくない。
【００５０】
また、発光層である蛍光層３１の発光効率を確保するためには、蛍光層３１の厚みは、概ね５０μｍ以上であることが必要であり、２００μｍ以上であるとより好ましい。
【００５１】
蛍光層３１の厚みが５００μｍ程度を超えてくると効率向上が飽和傾向にある。一方で散乱層３２としては２０μｍ程度の厚みがあれば最低限の後方散乱を確保出来る。散乱層３２の厚みが１００μｍを超える厚みとなると濃度調整しても前方散乱が不足する。
【００５２】
ここで、蛍光層３１の厚みをＣとし、散乱層３２の厚みをＤとするとき、蛍光素子３０は以下の条件を満足すると好ましい。
０．５＜Ｃ／Ｄ＜２５        （３）
【００５３】
言い換えれば、蛍光層３１の厚みＣが５０μｍ以上５００μｍ以下であり、散乱層３２の厚みＤが２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。蛍光素子３０が（３）式に示す条件を満たすことで、蛍光層３１の発光効率の低下を抑制しつつ、適切な前方散乱量及び後方散乱量を確保することができる。
【００５４】
また、以下の条件を満足するとより好ましい。
４．０＜Ｃ／Ｄ＜２０        （３ａ）
【００５５】
また、以下の条件を満足するとさらに好ましい。
５．０＜Ｃ／Ｄ＜１５        （３ｂ）
【００５６】
また、散乱層３２の厚みを調整することで、適切なカラーバランスを得ることもできる。図７は同一の濃度と粒子サイズで作成した散乱層３２の厚みによる前方散乱率と後方散乱率の変化を示す図である。前方散乱率とは入射光の光量と前方散乱光の光量との比であり、後方散乱率とは入射光の光量と後方散乱光の光量との比である。したがって、図７において前方散乱率と後方散乱率との合計は約１００％となっている。
【００５７】
散乱層３２の厚みは２０μｍ以上９５μｍ以下であることが好ましく、この範囲において後方散乱率は５％以上２０％以下となっている。言い換えれば、前方散乱率は８０％以上９５％以下である。
【００５８】
このような条件を満たすように前方散乱量と後方散乱量を分配可能なように散乱層３２の厚みを調整することで、前述の適切なカラーバランスを得ることが可能となる。
【００５９】
なお、上記では、前方散乱と後方散乱の分配比率の調整を散乱層３２の厚みで行う例を示したが、濃度で調整することはもちろん、粒子の屈折率で調整することも可能である。
【００６０】
例えば、散乱層３２の白色微粒子濃度が高い、あるいは散乱層厚が厚いと後方散乱が多く、ＬＤ光源１０からの励起光の多くがＬＤ光源１０側へと導かれる。一方で白色微粒子濃度を低い場合や、散乱層厚を薄くすると前方散乱が多く、励起光の多くが蛍光層３１へと導かれる。
【００６１】
なお、本実施例において、反射素子３３はアルミニウム等の可視光帯域での反射率の高い金属で構成されている。反射素子３３は蛍光層３１での発生した熱を放熱するために金属材料が好ましいが、セラミックやガラス等に誘電体多層膜を付加し、反射率を高めたものでも構わない。
【００６２】
また、ＬＤ光源１０からの励起光の光量から後方散乱量を引いた値を前方散乱量としても良い。
【００６３】
〔第２実施例〕
図８を参照して、本発明の第２実施例で示す蛍光素子１３０の構造について説明する。
【００６４】
前述の第１実施例で示した蛍光素子３０と、本実施例で示す蛍光素子１３０との違いは、蛍光層３１と反射素子３３との間に新たに散乱層３４（第２の散乱層）を備える点である。
【００６５】
図８に示すように、ｚ軸プラス方向へ、散乱層３２（第１の散乱層）、蛍光層３１、散乱層３４（第２の散乱層）、反射素子３３の順番に並べられており、これらが一体に構成されているものが蛍光素子１３０である。
【００６６】
前述の第１実施例の場合と同様に、ＬＤ光源１０からの光は、コリメータレンズ１１によって平行光となり、コンデンサレンズ系２０によって蛍光素子１３０へ導かれる。
【００６７】
コンデンサレンズ系２０からの光は最初に散乱層３２に入射することによって、その一部が蛍光層３１に導かれずに、散乱層３２からコンデンサレンズ系２０に向かい、その他の光は蛍光層３１に導かれる。前述の第１実施例においては、このような原理によって、蛍光素子３０からの光の色味を改善していた。
【００６８】
ここで、前述の第１実施例及び本施例において、反射素子３３はアルミ板金である。アルミ板金のような金属製の基板では、金属製の基板で光が反射するときに光の一部が金属製の基板に吸収されてしまう。図７に示すような蛍光素子１３０では反射素子３３に入射した光の一部が反射素子３３に吸収されてしまうと、光量損失が増加してしまう。
【００６９】
そこで、本実施例では、蛍光層３１と反射素子３３との間に散乱層３４を設けている。これにより、蛍光層３１から進行方向を定めずに出射する光のうち、反射素子３３の方向へ向かう光の一部を、散乱層３４の後方散乱効果によって反射素子３３へ入射させずにコンデンサレンズ系２０側に戻すことが可能となる。
【００７０】
すなわち、蛍光層３１と反射素子３３との間に散乱層３４を設けることで、前述の金属製の基板が入射光を吸収することによって生じる光量損失を抑制することが可能となる。
【００７１】
また、前述のように散乱層３４は蛍光層３１からの光の多くを反射素子３３に導かない方が好ましい。すなわち、散乱層３４での後方散乱量は、散乱層３４での前方散乱量よりも多いことが好ましい。つまり、散乱層３４は同様の白色微粒子を使用する場合においては白色微粒子の粒子数濃度が高い、あるいは散乱層厚が厚いことが必要である。
【００７２】
なお、散乱層３２については、入射光を蛍光層３１に導く必要があるために、散乱層３４とは逆に、白色微粒子の粒子数濃度が低い、あるいは散乱層厚が薄い必要がある。
【００７３】
具体的には、散乱層３４による前方散乱量をＥ、後方散乱量をＦとする。このとき、蛍光素子１３０は以下の条件を満たすと好ましい。
０＜Ｅ／Ｆ＜０．２５        （４）
【００７４】
（４）式は、前方散乱量Ｅに比べて後方散乱量Ｆがより多いことを意味している。このような関係によって、前述の光量損失を抑制することが可能となる。
【００７５】
なお、蛍光素子１３０が、
０＜Ｅ／Ｆ＜０．１          （４ａ）
を満たすとより好ましく、前述の光量損失をより抑制することが可能となる。
【００７６】
〔第３実施例〕
図９を参照して、本発明の第３実施例として、前述の第１及び第２実施例で示した光源装置１を搭載可能なプロジェクタ（投射型表示装置）２の構成を説明する。
【００７７】
プロジェクタ２は光源装置１に加えて、光源装置１からの光を受光する照明光学系α、光変調素子５０、照明光学系αからの光を光変調素子５０に導き、光変調素子５０からの光を投射光学系６０に導く色分離合成系１４、投射光学系６０を備えている。
【００７８】
照明光学系αは、偏光変換素子１３、コンデンサレンズ２３、不図示の第１フライアイレンズ及び第２フライアイレンズを備えている。
【００７９】
光源装置１からの光はｐ偏光とｓ偏光が混在した光となっており、偏光変換素子１３を通過することでｐ偏光に揃えられて、コンデンサレンズ２３へと導かれる。
【００８０】
コンデンサレンズ２３によって集光された光は色分離合成系１４が備える偏光ビームスプリッタを透過して光変調素子５０へと導入される。そして、画像信号に従って光変調素子５０で変調され、色分離合成系１４が備える偏光ビームスプリッタを反射して、投射レンズ（投射光学系）６０へと導かれ、不図示のスクリーンなどへと拡大されて投影される。
【００８１】
なお、図９は色分離合成系１４周囲を簡略化して図示しており、図示されていないが色分離合成系１４の周囲にはＲＧＢの各色用の合計３つの光変調素子が設けられている。色分離合成系１４は不図示のダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッタ、合成プリズムを用いて照明光学系αからの光束を波長毎に分離して各色用の光変調素子に導く。そして、各色用の光変調素子で変調された光を合成して投射レンズ６０へ導く。すなわち、色分離合成系１４は、照明光学系αからの光束を光変調素子に導くとともに、光変調素子からの光束を投射レンズ６０に導く。
【００８２】
〔第４実施例〕
図１０及び図１１を参照して、本発明の第４実施例で示す蛍光素子２３０の構造について説明する。なお、本実施例で示す光学素子は前述の第１及び第２実施例と同様に、図９に示すプロジェクタに搭載可能である。
【００８３】
本実施例においては前述の第１実施例における散乱層３２とは異なる構成の散乱層２３２を蛍光層３１の上に積層している。図１１に示すように散乱層２３２は、白色微粒子（第１の粒子）３６と、非散乱粒子（第２の粒子）３７と、白色微粒子３６及び非散乱粒子３７を保持する透明保持材料３５とを備えている。透明保持材料３５の屈折率が１．４〜１．５であるのに対して、非散乱粒子３７の屈折率も１．４〜１．５となっており、両者の屈折率が同じであることが好ましい。なお、本発明の各実施例において屈折率が同じとは、もちろん厳密に同じである必要はなく、例えば屈折率の差が０．１以下、より好ましくは０．０５以下であればよい。
【００８４】
このように、本実施例においては散乱層２３２に散乱を行う白色微粒子３６に加えて、白色微粒子３６よりも屈折率が透明保持材料３５に近い非散乱粒子３７を加えている。これによって、散乱量の増加を抑制しつつ散乱層２３２全体に占める透明保持材料３５の割合を減らすことが可能となる。これは、屈折率差の大きい白色微粒子３６と透明保持材料３５との境界では散乱する一方、屈折率差の小さい非散乱粒子３７と透明保持材料３５との境界では散乱が抑制されるためである。
【００８５】
本実施例においては透明保持材料３５が樹脂バインダーであるため、透明保持材料３５の割合を減らすことは光学素子全体の樹脂の割合を低下させることにつながる。樹脂バインダーは熱によって変色するおそれがあるため、樹脂の割合を低下させることで、このような変色を抑制することが可能となる。
【００８６】
本実施例のより好ましい形態として、非散乱粒子３７の熱伝導率が透明保持材料３５の熱伝導率よりも高い形態が好ましい。このような形態をとることによって前述の樹脂の割合を低下させることに加えて光学素子全体の放熱性を高めることが可能となるため、前述の熱による変色をより抑制することが可能となる。さらに、光学素子の放熱性を高めることによって蛍光層の温度が高くなって蛍光体粒子による波長変換の効率が低下することを抑制して発光効率を高めるも可能となる。
【００８７】
また、透明保持材料３５の重量をＸとし、透明保持材料３５に保持されている白色微粒子３６及び非散乱粒子３７の重量の合計をＹとするとき、
０．５０＜Ｙ／Ｘ＜２．０        （５）
を満足すると好ましい。
【００８８】
（５）式の上限値を上回ることは透明保持材料３５に対して微粒子が多すぎることを意味する。この場合、シリコーン樹脂である透明保持材料３５が延びるための充分なスペースが無いために散乱層２３２の粘度が高くなりすぎて蛍光層３１上に均一に散乱層２３２を形成する（塗布あるいは印刷する）ことが困難になるため好ましくない。（５）式の下限値を下回ることは透明保持材料３５に対して微粒子が少なすぎることを意味する。この場合、前述の光学素子全体の放熱性を高めることや、蛍光層３１に入射する前に青色光を取り出することによる色味の改善が困難になるため好ましくない。
０．７５＜Ｙ／Ｘ＜１．５        （５ａ）
を満足するとさらに好ましい。
【００８９】
なお、散乱層２３２中に含まれるものの具体的な例として、白色微粒子３６は硫酸バリウムであり、非散乱粒子３７はシリカ粒子（ＳｉＯ２）であり、透明保持材料３５はシリコーン樹脂である。もちろん前述の各実施例においても同様の材料を用いてもよい。
【００９０】
また、硫酸バリウムの屈折率は１，６４で熱伝導率は１．３１Ｗ／ｍＫであり、シリカ粒子の屈折率は１．４６で熱伝導率は１．３８Ｗ／ｍＫであり、シリコーン樹脂の屈折率は１．４１〜１．５０程度で熱伝導率は０．２Ｗ／ｍＫ程度である。このように、シリコーン樹脂の放熱性は高くないため、本実施例のように熱伝導率が高く、透明保持材料３５との屈折率差の小さい非散乱粒子３７を添加することが好ましい。（より好ましい形態）
【００９１】
前述の第１及び第２実施例におけるより好ましい形態として、次の条件を満足する形態が好ましい。すなわち、散乱層３２の重量をＧとし、散乱層３２に含まれる白色微粒子の重量をＨとするとき、
０．１０＜Ｈ／Ｇ＜０．３０          （６）
を満足すると好ましい。この条件を満足することで、散乱層３２から蛍光層３１へ向かう青色光の量と、散乱層３２から蛍光層３１へ向かわずに反射型蛍光複合素子３０から出射する青色光の量とのバランスを適切なものにすることができる。（６）式の下限値を下回ると白色微粒子の量が少なすぎて蛍光層３１へ入射する前に青色光を充分に取り出すことができず、青色光が不足してしまうため、好ましくない。（６）式の上限値を上回ると白色微粒子の量が多すぎて蛍光層３１へ入射する青色光が少なすぎて緑色光及び赤色光が不足してしまうため、好ましくない。
０．１２＜Ｈ／Ｇ＜０．２２          （６ａ）
を満足するとより好ましく、前述の第１及び第２実施例においてはＨ／Ｇ＝０．１７となっている。
【００９２】
なお、前述の（５）及び（６）式に記載しているような散乱層、微粒子、バインダーなどの重量の比については、例えば散乱層の一部を切り出して計測してもよい。
【００９３】
（変形例）
前述の各実施例においては、反射素子３３を基板としてその上に蛍光層３１あるいは第２の散乱層３４を積層した構成を例示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。蛍光層３１からの光を反射する反射部が設けられていればよく、この反射部は基板部として機能している反射素子３３であっても、蛍光層３１の第１の散乱層３２の反対側の面に塗布された反射膜などであってもよい。
【００９４】
また、前述の第２実施例においては、第１の散乱層３２が備える第１の粒子及び第１のバインダーと、第２の散乱層３４が備える粒子及びバインダーは必ずしも同じものである必要はない。
【符号の説明】
【００９５】
３０  反射型蛍光複合素子（光学素子）
３１  蛍光層（波長変換層）
３２  散乱層（第１の散乱層）
３３  反射素子（基板）
【図１】
2017003971.tif 000004
【図２】
2017003971.tif 000005
【図３】
2017003971.tif 000006
【図４】
2017003971.tif 000007
【図５】
2017003971.tif 000008
【図６】
2017003971.tif 000009
【図７】
2017003971.tif 000010
【図８】
2017003971.tif 000011
【図９】
2017003971.tif 000012
【図１０】
2017003971.tif 000013
【図１１】
2017003971.tif 000014