JP2019164240A - 波長変換素子、光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換効率の低下を抑制できる波長変換素子を提供する。【解決手段】本発明の波長変換素子は、賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）を含むイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体材料からなる複数の蛍光体粒子と、複数の蛍光体粒子を保持するガラスからなるバインダーと、を含む波長変換層を備え、バインダーの屈折率は、蛍光体粒子の屈折率よりも高い。【選択図】図３

Description

本発明は、波長変換素子、光源装置およびプロジェクターに関する。

プロジェクターに用いられる光源装置として、半導体レーザー等の発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射した際に、蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。

下記の特許文献１に、無機蛍光体粉末とガラスマトリクスとを含む波長変換部材本体と、低屈折率層と、を備えた波長変換部材が開示されている。特許文献１に、高強度な蛍光を射出できる波長変換部材を得るためには、ガラスマトリクスの屈折率が１．４５〜２．００であることが好ましいこと、および、無機蛍光体粉末の屈折率がガラスマトリクスやガラス層を構成しているガラスの屈折率よりも０．０５以上、さらには０．１以上高いことが記載されている。

下記の特許文献２に、複数の蛍光体粒子と、酸化亜鉛マトリクスと、を備えた波長変換素子が開示されている。特許文献２には、高い屈折率を有し、耐熱性や耐紫外線性の高い無機マトリクスである酸化亜鉛を用いることにより、蛍光体層における光散乱が減少し、光出力が高いＬＥＤ素子、半導体レーザー発光装置および蛍光体層を実現できることが記載されている。また、ＬＥＤ用に一般的に用いられる蛍光体の屈折率が１．８〜２．０であることも記載されている。

特開２０１６−１９１９５９号公報 国際公開第２０１３／１７２０２５号

特許文献１、２に記載の波長変換素子においては、マトリクスの屈折率が低いため、蛍光体粒子で発生した光の一部は、蛍光体粒子の内部から出ることができず、蛍光体粒子の内部に閉じ込められる現象が起こる。閉じ込められた光のエネルギーは、蛍光体粒子の発光部に再び吸収されて熱となる。そのため、蛍光体粒子が励起光によって励起され、エネルギーを放出する過程で電子準位を一部変化させ、発光効率を下げる、という問題があった。すなわち、マトリクスの屈折率が低い場合、上記の理由により、蛍光が蛍光体粒子に再吸収され、波長変換効率が低下する、という問題があった。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、波長変換効率の低下を抑制できる波長変換素子を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の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一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の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一つとする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の波長変換素子は、賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）を含むイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体材料からなる複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子を保持するガラスからなるバインダーと、を含む波長変換層を備え、前記バインダーの屈折率は、前記蛍光体粒子の屈折率よりも高いことを特徴とする。

本発明の一つの態様の光源装置は、励起光を射出する励起光源と、本発明の一つの態様の波長変換素子と、を備えたことを特徴とする。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明の一実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 本実施形態の波長変換素子の斜視図である。 波長変換素子の断面図である。 従来の波長変換素子の断面図である。 従来の波長変換素子における励起光密度と発光効率との関係を示すグラフである。 本実施形態の波長変換素子における励起光密度と発光効率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
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。

本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
本実施形態のプロジェクターは、スクリーン（被投射面）上にカラー画像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した３つの液晶光変調装置を備えている。プロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを備えている。

図１は、本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略構成図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、第１光源装置１００と、第２光源装置１０２と、色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒと、液晶光変調装置４００Ｇと、液晶光変調装置４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投射光学装置６００と、を備えている。
本実施形態の第１光源装置１００は、特許請求の範囲の光源装置に対応する。

第１光源装置１００は、第１光源１０と、コリメート光学系７０と、ダイクロイックミラー８０と、コリメート集光光学系９０と、波長変換装置３０と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備える。
本実施形態の第１光源１０は、特許請求の範囲の励起光源に対応する。

第１光源１０は、発光強度のピーク波長が例えば４４５ｎｍの青色の励起光Ｅを射出する半導体レーザーから構成されている。第１光源１０は、一つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。第１光源１０は、４４５ｎｍ以外のピーク波長、例えば発光強度のピーク波長が４６０ｎｍの青色の励起光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。第１光源１０は、第１光源１０から射出される励起光Ｅの光軸２００ａｘが照明光軸１００ａｘと直交するように配置されている。

コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４と、を備えている。コリメート光学系７０は、第１光源１０から射出された光を略平行化する。第１レンズ７２および第２レンズ７４は、ともに凸レンズで構成されている。

ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０からコリメート集光光学系９０に至る光路中に、光軸２００ａｘと照明光軸１００ａｘとのそれぞれに対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、第１光源１０から射出された青色の励起光Ｅを反射させ、後述する波長変換装置３０から射出された黄色の蛍光Ｙを透過させる。

コリメート集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０で反射した励起光Ｅを集束させ、後述する波長変換素子４０に入射させる機能と、波長変換素子４０から射出された蛍光Ｙを略平行化し、ダイクロイックミラー８０に入射させる機能と、を有している。コリメート集光光学系９０は、第１レンズ９２と、第２レンズ９４と、を備えている。第１レンズ９２および第２レンズ９４は、ともに凸レンズで構成されている。

第２光源装置１０２は、第２光源７１０と、集光光学系７６０と、拡散板７３２と、コリメート光学系７７０と、を備える。

第２光源７１０は、第１光源１０と同一の半導体レーザーから構成されている。もしくは、第１光源１０が発光ピーク波長４４５ｎｍの光を射出する半導体レーザーで構成されている場合、第２光源７１０は、発光ピーク波長４６０ｎｍの光を射出する半導体レーザーで構成されていてもよい。第２光源７１０は、一つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。

集光光学系７６０は、第１レンズ７６２と、第２レンズ７６４と、を備える。集光光学系７６０は、第２光源７１０から射出された青色光Ｂを拡散板７３２上もしくは拡散板７３２の近傍に集光させる。第１レンズ７６２および第２レンズ７６４は、ともに凸レンズで構成されている。

拡散板７３２は、第２光源７１０からの青色光Ｂを拡散させ、波長変換装置３０から射出された蛍光Ｙの配光分布に近い配光分布を有する青色光Ｂを生成する。拡散板７３２として、例えば光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。

コリメート光学系７７０は、第１レンズ７７２と、第２レンズ７７４と、を備える。コリメート光学系７７０は、拡散板７３２から射出された拡散光を略平行化する。第１レンズ７７２および第２レンズ７７４は、ともに凸レンズで構成されている。

第２光源装置１０２から射出された青色光Ｂは、ダイクロイックミラー８０で反射され、ダイクロイックミラー８０を透過した蛍光Ｙと合成されて白色光Ｗとなる。白色光Ｗは、第１レンズアレイ１２０に入射する。

第１レンズアレイ１２０は、ダイクロイックミラー８０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ１２２を有する。複数の第１レンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１レンズ１２２に対応する複数の第２レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、後段の重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１レンズ１２２の像を液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂのそれぞれの画像形成領域近傍に結像させる。複数の第２レンズ１３２は、照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束を、偏光方向が揃った直線偏光光に変換する。図示を省略するが、偏光変換素子１４０は、偏光分離層と反射層と位相差層とを備える。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された各部分光束を集光し、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂのそれぞれの画像形成領域の近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、および重畳レンズ１５０は、波長変換装置３０からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０と、ダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２３０と、反射ミラー２４０と、反射ミラー２５０と、リレーレンズ２６０と、リレーレンズ２７０と、を備える。色分離導光光学系２００は、第１光源装置１００と第２光源装置１０２とから得られた白色光Ｗを赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとに分離し、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、および青色光Ｂを、対応する液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂに導く。

フィールドレンズ３００Ｒは、色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｒとの間に配置されている。フィールドレンズ３００Ｇは、色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｇとの間に配置されている。フィールドレンズ３００Ｂは、色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｂとの間に配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射するダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を透過させるダイクロイックミラーである。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。反射ミラー２４０および反射ミラー２５０は、青色光成分を反射する反射ミラーである。

ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光Ｒは、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｒを透過して、液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー２２０で反射され、フィールドレンズ３００Ｇを透過して、液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光Ｂは、リレーレンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０、およびフィールドレンズ３００Ｂを経て、液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、各色光に対応するカラー画像を形成する。図示を省略するが、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂの光入射側に、入射側偏光板が配置されている。液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂの光射出側に、射出側偏光板が配置されている。

クロスダイクロイックプリズム５００は、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、および液晶光変調装置４００Ｂから射出された各画像光を合成してカラー画像を形成する。クロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムが貼り合わされた構成を有し、直角プリズム同士が貼り合わされた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が設けられている。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投射光学装置６００によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。投射光学装置６００は、複数の投射レンズ６で構成されている。

以下、波長変換装置３０について詳細に説明する。
図２は、波長変換素子４０の斜視図である。
図１および図２に示すように、波長変換装置３０は、波長変換素子４０と、モーター６０と、を備えている。波長変換素子４０は、波長変換層４３と、基板４４と、を備えている。波長変換素子４０は、励起光Ｅが入射する側と同じ側に蛍光Ｙを射出する。基板４４は、波長変換層４３から基板４４側に向けて射出された蛍光Ｙを反射させる反射板として機能する。すなわち、本実施形態の波長変換素子４０は、反射型の波長変換素子である。なお、波長変換素子４０は、波長変換層４３と基板４４とを接合する接合層（図示せず）を備えていてもよい。接合層は、透光性を有していてもよい。図２に示すように、波長変換層４３は、円環状に形成されている。波長変換層４３の厚さは、例えば４０〜２００μｍである。

図３は、図２の符号Ａの部分を拡大視した波長変換素子４０の断面図である。
図３に示すように、波長変換層４３は、第１光源１０から射出された励起光Ｅにより励起され、黄色の蛍光Ｙを射出する蛍光体層から構成されている。波長変換層４３は、複数の蛍光体粒子４３１と、複数の蛍光体粒子４３１を保持するバインダー４３２と、を備えている。

蛍光体粒子４３１は、賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）を含む（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２（ＹＡＧ：Ｃｅ）からなるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体材料で構成されている。バインダー４３２は、ガラスから構成されている。以下、波長変換層４３の面のうち、励起光Ｅが入射する面を第１面４３ａと称し、第１面４３ａと反対側の面を第２面４３ｂと称する。

一例として、蛍光体粒子４３１は、ＹＡＧの中に０．２mol％以上、１．２mol％以下の濃度のＣｅイオンが賦活剤として添加された構成を有する。波長変換層４３は、蛍光体粒子４３１が５０％以上の体積パーセント濃度でバインダー４３２中に含有された構成を有する。一例として、バインダー４３２は、酸化ランタンを主成分とするＬＡＨ系ガラスから構成されている。

バインダー４３２の屈折率は、蛍光体粒子４３１の屈折率よりも高い。蛍光体粒子４３１の屈折率は、例えば約１．８３である。バインダー４３２の屈折率は、例えば約１．９３〜２．００である。したがって、バインダー４３２の屈折率は、蛍光体粒子４３１の屈折率よりも０．１以上高い。

基板４４は、波長変換層４３の第２面４３ｂに設けられている。基板４４には、例えばアルミニウム、銅等の熱伝導率が高い材料からなる円板状部材が用いられる。これにより、基板４４は、高い放熱性を確保することができる。上述したように、基板４４は、波長変換層４３から基板４４側に向けて進行した蛍光Ｙを反射させる反射板として機能する。なお、波長変換層４３の第２面４３ｂもしくは基板４４の第１面４４ａに、反射率が高いアルミニウム等からなる反射層が設けられていてもよい。

接合層が用いられる場合、接合層は、基板４４の第１面４４ａと波長変換層４３の第２面４３ｂとの間に介在し、基板４４と波長変換層４３とを接合する。接合層には、例えば熱伝導率が高い微粒子が樹脂中に混入された高熱伝導性接着剤が用いられる。これにより、接合層は、波長変換層４３の熱を基板４４に効率良く伝達することができる。

モーター６０（図１参照）は、波長変換素子４０を、基板４４の第１面４４ａおよび第１面４４ａの反対側の第２面４４ｂに垂直な回転軸を中心として回転させる。本実施形態では、波長変換素子４０を回転させることにより、波長変換層４３上での励起光Ｅの入射位置を時間的に変化させている。これにより、波長変換層４３の同じ箇所に励起光Ｅが常に照射され、波長変換層４３が局所的に加熱されることによる波長変換層４３の劣化が抑制される。

以下、従来の波長変換素子の問題点と本実施形態の波長変換素子４０の作用、効果について説明する。
図４は、従来の波長変換素子９４０の断面図である。
図４に示すように、従来の波長変換素子９４０は、複数の蛍光体粒子９３１とバインダー９３２とを備えた波長変換層９３と、基板９５と、を備えている。従来の波長変換層９３においては、ＹＡＧ：Ｃｅからなる蛍光体粒子９３１の屈折率が１．８３であり、ガラスからなるバインダー９３２の屈折率が１．５である。このように、バインダー９３２の屈折率は、蛍光体粒子９３１の屈折率よりも低い。

励起光Ｅが蛍光体粒子９３１の内部のＣｅ賦活剤からなる発光部Ｐに当たると、発光部Ｐの電子が励起され、全方位に蛍光Ｙを発する。ただし、図４では、発光部Ｐから射出される蛍光Ｙの１本の光線のみを図示する。例えば蛍光体粒子９３１の屈折率を１．８３とし、バインダー９３２の屈折率を１．５とした場合、蛍光体粒子９３１とバインダー９３２との界面に対して入射角が５５°以上で入射する蛍光Ｙは、界面で全反射するため、蛍光体粒子９３１の外部に射出されず、蛍光体粒子９３１の内部に閉じ込められる。蛍光体粒子９３１の内部に閉じ込められる蛍光Ｙの量は、蛍光体粒子９３１の内部に発光部Ｐが均等に分布すると仮定した場合、全発光量の３０％に相当する。

蛍光体粒子９３１の内部に閉じ込められた蛍光Ｙの多くは、発光部Ｐに再吸収され、熱に変換される。このとき、蛍光体粒子９３１がエネルギーを放出する過程で電子準位を一部変化させることにより、発光効率が低下する。特に励起光Ｅの量を増加させた場合、発熱量が大きくなり、発光効率が低下する。なお、発光効率は、励起光の量に対する蛍光体粒子から取り出された光の量の割合である。

また、蛍光体粒子９３１に入射した励起光Ｅが発光部Ｐに当たらなかった場合、励起光Ｅは、蛍光体粒子９３１とバインダー９３２との界面で反射し、蛍光体粒子９３１の内部で他の発光部Ｐに当たることもある。

このように、蛍光体粒子９３１の内部における蛍光Ｙの光密度および励起光Ｅの光密度が高くなることによって、蛍光体粒子９３１での発熱量が大きくなり、発光効率が低下する。その結果、波長変換素子９４０の波長変換効率が低下する。

特にプロジェクター用の光源装置に用いる波長変換素子の場合、より大きな出力（射出光量）を得るために、小さい励起光の照射領域から強い光出力を得る必要がある。そのため、励起光の照射領域の大きさを小さくし、蛍光体粒子の濃度を５０体積％以上に高め、大きなエネルギーで励起光を照射し、大きな光量を得ることが行われている。したがって、バインダーの屈折率が低いと、前記の理由により、蛍光が蛍光体粒子に再吸収されて発光効率が低下し、波長変換効率が低下するという問題が顕著になっていた。

そこで、本発明者は、従来の波長変換素子において、賦活剤濃度（Ｃｅ濃度）と蛍光体粒子の濃度（波長変換層全体に対する体積濃度）を変化させたときの励起光密度と発光効率との関係を、実験により調べた。

図５は、従来の波長変換素子における励起光密度と発光効率との関係を示すグラフである。図５において、横軸は励起光密度（相対値）であり、縦軸は発光効率（相対値）である。符号Ａのグラフは、Ｃｅ濃度が０．５％以下、蛍光体粒子濃度が７０％のデータを示す。符号Ｂのグラフは、Ｃｅ濃度が０．５％以下、蛍光体粒子濃度が５０％以下のデータを示す。符号Ｃのグラフは、Ｃｅ濃度が１％よりも大きく、蛍光体粒子濃度が５０％以上のデータを示す。蛍光体粒子はＹＡＧ：Ｃｅで構成され、ガラスバインダーの屈折率はいずれのデータも１．５である。

図５に示すように、従来の構成によれば、励起光密度が低い領域において励起光密度の増加に伴う発光効率の低下が大きく、励起光密度が高い領域において発光効率の低下の勾配は若干小さくなるものの、やはり発光効率は低下する。なお、蛍光体粒子の形状が球形であると仮定すると、蛍光体粒子濃度の最大値は、理論的には約７４体積％である。グラフＡとグラフＢから明らかなように、蛍光体粒子濃度が低下すると、発光効率も大きく低下するため、蛍光体粒子濃度は少なくとも５０体積％以上であることが必要である。また、グラフＣから明らかなように、Ｃｅ濃度が高くなると、励起光密度の増加に伴う発光効率の低下の勾配が大きくなる。この理由は、蛍光体粒子内部での蛍光の再吸収が多くなるためと考えられる。

これに対し、図３に示すように、本実施形態の波長変換素子４０においては、バインダー４３２の屈折率が蛍光体粒子４３１の屈折率よりも高い。そのため、例えば蛍光体粒子４３１Ａの発光点Ｐ１で発生した蛍光Ｙの多くは、蛍光体粒子４３１Ａとバインダー４３２との界面を透過し、バインダー４３２に入射する。その後、蛍光Ｙは、蛍光体粒子４３１Ｂ、蛍光体粒子４３１Ｃ、蛍光体粒子４３１Ｄの表面で順次反射され、バインダー４３２の内部に閉じ込められて進んだ後、蛍光体粒子４３１Ｅに入射する。そして、蛍光Ｙは、蛍光体粒子４３１Ｅの内部を進んだ後、波長変換層４３の第１面４３ａから射出される。

このように、蛍光体粒子４３１の濃度は５０体積％以上と高いが、バインダー４３２の屈折率が高いため、蛍光Ｙは、主にバインダー４３２の内部に閉じ込められつつ進み、蛍光体粒子４３１の内部に閉じ込められることはほとんどない。このため、蛍光体粒子４３１の内部での蛍光Ｙの吸収量が従来に比べて減少し、それによる発熱も減少する。また、励起光Ｅも、蛍光体粒子４３１の内部で反射を繰り返すことはほとんどない。したがって、本実施形態の波長変換素子４０によれば、発光効率の低下が抑えられ、強い励起光Ｅを入れた場合でも蛍光Ｙの発光量を大きくすることができる。

なお、バインダー４３２と蛍光体粒子４３１との屈折率差は、０．１以上あることが望ましく、０．１５以上あればさらに望ましい。バインダー４３２と蛍光体粒子４３１との屈折率差が０．１以下の場合は、両者の界面での全反射量が少なく、界面での屈折角が小さい。そのため、蛍光体粒子４３１からの光の取り出し効果が少なく、発光領域が大きくなるため、プロジェクターへの適用にとって好ましくない。

ここで、本発明者は、本実施形態の波長変換素子４０において、励起光密度と発光効率との関係を、実験により調べた。
図６は、本実施形態の波長変換素子および従来の波長変換素子における励起光密度と発光効率との関係を示すグラフである。図６において、横軸は励起光密度（相対値）であり、縦軸は発光効率（相対値）である。符号Ｄのグラフは、バインダーの屈折率を１．９９とした本実施形態の波長変換素子のデータを示す。符号Ｆのグラフは、バインダーの屈折率を１．５とした従来の波長変換素子のデータを示す。本実施形態の波長変換素子、従来の波長変換素子ともに、Ｃｅ濃度を１％とし、蛍光体粒子濃度を６０体積％とした。

図６のグラフＦに示すように、従来の波長変換素子においては、励起光密度の増加に伴う発光効率の低下の勾配が大きい。これに対して、図６のグラフＤに示すように、本実施形態の波長変換素子においては、励起光密度の増加に伴う発光効率の低下の勾配が、従来の波長変換素子に比べて小さくなっている。これにより、励起光密度を所定値以上とした場合、本実施形態の波長変換素子の発光効率は、従来の波長変換素子の発光効率よりも高くなることが判った。

なお、特許文献１には、ガラスバインダーの屈折率は１．４〜１．９が望ましいと記載されている。ところが、ガラスバインダーの屈折率が１．８３〜１．９の領域では、蛍光体粒子の屈折率よりも高いが、蛍光体粒子の屈折率１．８３との差が小さい。そのため、蛍光体粒子の濃度を高めても、光を小さな面積から取り出すために蛍光体粒子とガラスバインダーとの界面での全反射や屈折角が十分に確保できないため、波長変換層の大きな面積から光を取り出すこととなる。その結果、光の射出領域が大きく広がり、プロジェクターの光学系の効率が低くなる、という問題がある。

以上説明したように、本実施形態の波長変換素子４０によれば、波長変換効率の低下を抑制することができる。
すなわち、本実施形態の波長変換素子４０によれば、バインダー４３２の屈折率が蛍光体粒子４３１の屈折率よりも高いため、蛍光体粒子４３１の内部で発生した蛍光Ｙの多くは、蛍光体粒子４３１とバインダー４３２との界面を透過し、バインダー４３２に入射する。その後、蛍光Ｙは、主にバインダー４３２の内部に閉じ込められながら進むため、従来に比べて、蛍光体粒子４３１内部に閉じ込められる蛍光Ｙの量が大きく減少する。そのため、蛍光体粒子４３１の内部での蛍光Ｙの吸収量が減少し、発熱が減少する。これにより、波長変換素子４０は、波長変換効率の低下を抑制することができる。

本実施形態の第１光源装置１００は、上記の波長変換素子４０を備えているため、高い強度の出力光を得ることができる。

本実施形態のプロジェクター１は、上記の第１光源装置１００を備えているため、高光束のプロジェクターとすることができる。

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。
例えば上記実施形態では、光源装置（第１光源装置１００）が、波長変換素子とモーターとを有する波長変換装置を備えている例を挙げたが、この構成に代えて、光源装置が、モーターを備えていない構成であってもよい。すなわち、光源装置は、固定型の波長変換素子を備えている構成であってもよい。また、励起光源として、青色の励起光を発する半導体レーザーに代えて、青色の励起光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてもよい。

その他、波長変換素子および光源装置を構成する各構成要素の数、形状、材料、配置等については、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、３つの光変調装置を備えるプロジェクターを例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに本発明を適用することも可能である。さらに、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。

その他、プロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
また、上記実施形態では本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

１…プロジェクター、１０…第１光源（励起光源）、４０…波長変換素子、４３…波長変換層、１００…第１光源装置（光源装置）、４００Ｂ，４００Ｇ，４００Ｒ…液晶光変調装置（光変調装置）、４３１，４３１Ａ，４３１Ｂ，４３１Ｃ，４３１Ｄ，４３１Ｅ…蛍光体粒子、４３２…バインダー、６００…投射光学装置、Ｅ…励起光。

Claims (3)

1. 賦活剤としてセリウムを含むイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体材料からなる複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子を保持するガラスからなるバインダーと、を含む波長変換層を備え、
   前記バインダーの屈折率は、前記蛍光体粒子の屈折率よりも高いことを特徴とする波長変換素子。
2. 励起光を射出する励起光源と、
   請求項１に記載の波長変換素子と、
   を備えたことを特徴とする光源装置。
3. 請求項２に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
   前記画像光を投射する投射光学装置と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。

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