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JP2019109330A - 波長変換デバイス、光源装置、照明装置、及び、投写型映像表示装置 - Google Patents

波長変換デバイス、光源装置、照明装置、及び、投写型映像表示装置 Download PDF

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light source
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健太 渡邉
Kenta Watanabe
健太 渡邉
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Abstract

【課題】蛍光体層において一の蛍光体が他の蛍光体が発する蛍光を吸収してしまうことを抑制することができる波長変換デバイスを提供する。【解決手段】波長変換デバイス１０は、入射面１１ａ、及び、入射面１１ａと反対側の出射面１１ｂを有し、入射面１１ａに入射した励起光を出射面１１ｂから出射する透光性基板１１と、出射面１１ｂから出射される励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体層１２とを備える。蛍光体層１２は、第一蛍光体１３ｂを含む第一蛍光体層１３、及び、第一蛍光体層１３及び出射面１１ｂの間に位置し、第一蛍光体１３ｂよりも蛍光ピーク波長が長い第二蛍光体１４ｂを含む第二蛍光体層１４を有する。第一蛍光体層１３の屈折率は、第二蛍光体層１４の屈折率と異なる。【選択図】図３

Description

本発明は、励起光が照射されることにより発光する波長変換デバイスに関する。また、本発明は、このような波長変換デバイスを備える光源装置、照明装置、及び、投写型映像表示装置に関する。
ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが発する光の少なくとも一部を吸収することにより、吸収した光より長波長の蛍光を発する蛍光体を２種類含む発光デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２７７１２７号公報
上記のような発光デバイスにおいては、２種類の蛍光体のうち第一蛍光体が発する蛍光の一部が、２種類の蛍光体のうち第一蛍光体よりも蛍光ピーク波長が長い第二蛍光体に吸収されてしまう場合がある。第一蛍光体が発する蛍光の利用効率が低下することが課題である。また、このような蛍光の吸収が原因となり、所望の演色性を実現することが難しくなることも課題である。
本発明は、蛍光体層において一の蛍光体が他の蛍光体が発する蛍光を吸収してしまうことを抑制することができる波長変換デバイスを提供する。また、本発明は、このような波長変換デバイスを備える光源装置、照明装置、及び、投写型映像表示装置を提供する。
本発明の一態様に係る波長変換デバイスは、入射面、及び、前記入射面と反対側の出射面を有し、前記入射面に入射した励起光を前記出射面から出射する透光性基板と、前記出射面から出射される前記励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体層とを備え、前記蛍光体層は、第一蛍光体を含む第一蛍光体層、及び、前記第一蛍光体よりも蛍光ピーク波長が長い第二蛍光体を含む第二蛍光体層を有し、前記第一蛍光体層の屈折率は、前記第二蛍光体層の屈折率と異なる。
本発明の一態様に係る光源装置は、前記波長変換デバイスと、前記入射面に向けて前記励起光を発する励起光源とを備える。
本発明の一態様に係る照明装置は、前記光源装置と、前記光源装置から出射される前記光を集光または拡散させる光学部材とを備える。
本発明の一態様に係る投写型映像表示装置は、前記光源装置と、前記光源装置から出射される前記光を変調し、変調された前記光を映像として出力する映像素子と、前記映像素子によって出力された前記映像を投写する投写レンズとを備える。
本発明の波長変換デバイス、光源装置、照明装置、及び、投写型映像表示装置においては、蛍光体層において一の蛍光体が他の蛍光体が発する蛍光を吸収してしまうことが抑制される。
図１は、実施の形態１に係る波長変換デバイスの外観斜視図である。 図２は、実施の形態１に係る波長変換デバイスの平面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における模式断面図である。 図４は、実施の形態１の変形例に係る波長変換デバイスの平面図、及び、模式断面図である。 図５は、実施の形態２に係る照明装置の外観斜視図である。 図６は、実施の形態２に係る照明装置の使用態様を示す模式断面図である。 図７は、実施の形態３に係る投写型映像表示装置の外観斜視図である。 図８は、実施の形態３に係る投写型映像表示装置の光学系を示す図である。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
また、以下の実施の形態で説明に用いられる図面においては座標軸が示される場合がある。座標軸におけるＺ軸方向は、例えば、鉛直方向であり、Ｚ軸＋側は、上側（上方）と表現され、Ｚ軸−側は、下側（下方）と表現される。Ｚ軸方向は、言い換えれば、波長変換デバイスが備える基板の入射面または出射面に垂直な方向である。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、Ｚ軸方向に垂直な平面（水平面）上において、互いに直交する方向である。Ｘ−Ｙ平面は、波長変換デバイスが備える基板の入射面または出射面に平行な平面である。例えば、以下の実施の形態において、「平面視」とは、Ｚ軸方向から見ることを意味する。
（実施の形態１）
［波長変換デバイスの構成］
まず、実施の形態１に係る波長変換デバイスの構成について図面を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る波長変換デバイスの外観斜視図である。図２は、実施の形態１に係る波長変換デバイスの平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における模式断面図である。なお、図３においては、各構成要素の厚みの大小関係などが正確ではない場合がある。
図１〜図３に示される、実施の形態１に係る波長変換デバイス１０は、励起光によって励起されて蛍光を発するデバイスである。波長変換デバイス１０は、具体的には、透光性基板１１と、蛍光体層１２と、光学薄膜１５とを備える。蛍光体層１２は、第一蛍光体１３ｂを含む第一蛍光体層１３及び第二蛍光体１４ｂを含む第二蛍光体層１４が積層された構造を有する。
波長変換デバイス１０は、言い換えれば、光透過型の蛍光体プレートであり、レーザ光源によって照射される青色レーザ光の一部を波長変換して出射する。青色レーザ光は、励起光の一例である。波長変換デバイス１０は、蛍光体層１２を透過した青色レーザ光と、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光と、第二蛍光体１４ｂが発する赤色蛍光とを含む白色光を出射する。なお、波長変換デバイス１０は、投写型映像表示装置に用いられる蛍光体ホイールであってもよい。
透光性基板１１は、透光性材料によって形成される基板である。透光性基板１１は、入射面１１ａ、及び、入射面１１ａと反対側の出射面１１ｂを有し、入射面１１ａに入射したレーザ光を出射面１１ｂから出射する。入射面１１ａは、言い換えれば、Ｚ軸−側の第一主面であり、出射面１１ｂは、言い換えれば、Ｚ軸＋側の第二主面である。入射面１１ａ及び出射面１１ｂは、背向する。出射面１１ｂには、光学薄膜１５が形成される。
透光性基板１１は、具体的には、サファイア基板である。透光性基板１１は、多結晶のアルミナもしくは窒化アルミニウムによって形成される透光性セラミック基板、透明ガラス基板、水晶基板、または透明樹脂基板などのその他の透光性を有する基板であってもよい。また、透光性基板１１の平面視形状は、円形等その他の形状であってもよい。
光学薄膜１５は、青色の波長域の光を透過し、黄色の波長域の光を反射する特性を有する薄膜である。つまり、光学薄膜１５は、レーザ光源が発するレーザ光を透過し、蛍光体層１２が発する蛍光を反射する特性を有する。光学薄膜１５によれば、波長変換デバイス１０の発光効率を高めることができる。光学薄膜１５は、言い換えれば、ダイクロイックミラー層である。
光学薄膜１５は、出射面１１ｂ及び蛍光体層１２の間に位置する。光学薄膜１５は、具体的には、出射面１１ｂ上に形成され、出射面１１ｂの全部を覆う。なお、光学薄膜１５は、出射面１１ｂの少なくとも一部を覆っていればよい。
蛍光体層１２は、出射面１１ｂから出射され、かつ、光学薄膜１５を透過したレーザ光によって励起されて蛍光を発する。蛍光体層１２は、光学薄膜１５上に部分的に形成される。蛍光体層１２の平面視形状は円形であるが、矩形または円環状などその他の形状であってもよい。
蛍光体層１２は、具体的には、第一蛍光体層１３、及び、第一蛍光体層１３及び出射面１１ｂの間に位置する第二蛍光体層１４を有する。
第一蛍光体層１３は、第二蛍光体層１４上に形成される。第一蛍光体層１３は、具体的には、母材１３ａと、第一蛍光体１３ｂとを含む。第一蛍光体層１３は、例えば、第一蛍光体１３ｂを含む母材１３ａによって形成されたペーストが、第二蛍光体層１４上に印刷されることによって形成される。
母材１３ａは、ガラスなどの無機材料、または、有機無機ハイブリッド材料によって形成される。このように、母材１３ａが無機材料を含むことにより、波長変換デバイス１０の放熱性を高めることができる。なお、第一蛍光体層１３は、第一蛍光体１３ｂの焼結によって形成されてもよい。つまり、第一蛍光体層１３は、母材１３ａに相当する部材を含まない場合がある。
第一蛍光体１３ｂは、第一蛍光体層１３（母材１３ａ）中に分散配置され、レーザ光源が発する青色レーザ光によって励起されて光を発する。つまり、第一蛍光体１３ｂは、励起光によって励起されて蛍光を発する。第一蛍光体１３ｂは、具体的には、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体などのイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系の黄色蛍光体であり、黄色蛍光を発する。なお、第一蛍光体１３ｂは、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体などの、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）系の黄色蛍光体であってもよい。黄色蛍光体とは、例えば、蛍光ピーク波長が５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の蛍光体である。第一蛍光体１３ｂは、ＬｕＡＧ系の緑色蛍光体であってもよいし、ＹＡＧ系の緑色蛍光体であってもよい。緑色蛍光体は、例えば、蛍光ピーク波長が４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の蛍光体である。
なお、実施の形態１では、第一蛍光体層１３に含まれる蛍光体は、第一蛍光体１３ｂのみであるが、第一蛍光体層１３は、第一蛍光体１３ｂ以外の他の蛍光体を含んでもよい。第一蛍光体層１３は、主として第一蛍光体１３ｂを含み、例えば、第一蛍光体層１３に含まれる蛍光体のうちの半数以上が第一蛍光体１３ｂであればよい。
第二蛍光体層１４は、光学薄膜１５上に形成される。波長変換デバイス１０が光学薄膜１５を備えていない場合、第二蛍光体層１４は、透光性基板１１の出射面１１ｂ上に形成される。第二蛍光体層１４は、具体的には、母材１４ａと、第二蛍光体１４ｂとを含む。第二蛍光体層１４は、例えば、第二蛍光体１４ｂを含む母材１４ａによって形成されたペーストが、出射面１１ｂ上に印刷されることによって形成される。第二蛍光体層１４の厚みは、例えば、第一蛍光体層１３の厚みよりも薄い。
母材１４ａは、ガラスなどの無機材料、または、有機無機ハイブリッド材料によって形成される。このように、母材１４ａが無機材料を含むことにより、波長変換デバイス１０の放熱性を高めることができる。なお、第二蛍光体層１４は、第二蛍光体１４ｂの焼結によって形成されてもよい。つまり、第二蛍光体層１４は、母材１４ａに相当する部材を含まない場合がある。
第二蛍光体１４ｂは、第二蛍光体層１４（母材１４ａ）中に分散配置され、レーザ光源が発する青色レーザ光によって励起されて光を発する。つまり、第二蛍光体１４ｂは、励起光によって励起されて蛍光を発する。
第二蛍光体１４ｂは、第一蛍光体１３ｂよりも蛍光ピーク波長が長い。第二蛍光体１４ｂは、具体的には、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体、または、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体などの赤色蛍光体であり、赤色蛍光を発する。赤色蛍光体とは、例えば、蛍光ピーク波長が６００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の蛍光体である。このように赤色蛍光体によれば、波長変換デバイス１０の演色性（具体的には、平均演色評価数Ｒａなど）が高められる。
なお、実施の形態１では、第二蛍光体層１４に含まれる蛍光体は、第二蛍光体１４ｂのみであるが、第二蛍光体層１４は、第二蛍光体１４ｂ以外の他の蛍光体を含んでもよい。第二蛍光体層１４は、主として第二蛍光体１４ｂを含み、例えば、第二蛍光体層１４に含まれる蛍光体のうちの半数以上が第二蛍光体１４ｂであればよい。
ところで、蛍光体層１２に含まれるほとんどの第一蛍光体１３ｂは、他の第一蛍光体１３ｂまたは第二蛍光体１４ｂと直接接触している。第二蛍光体１４ｂについても同様である。このように、波長変換デバイス１０においては、蛍光体の密集状態が維持されているため、一の蛍光体で生じた熱が他の蛍光体に伝わりやすい。したがって、放熱性が向上されている。
発明者の鋭意検討の結果によれば、蛍光体層１２は、第一蛍光体１３ｂ及び第二蛍光体１４ｂを、母材１３ａ及び母材１４ａに対して合計４０ｖｏｌ％以上含むとよい。言い換えれば、母材１３ａ及び母材１４ａの体積を１００％としたときに、蛍光体層１２に含まれる全ての蛍光体の体積の合計は、４０％以上であるとよい。これにより、蛍光体層１２において蛍光体を密集させることが容易となる。
［蛍光の吸収の抑制］
一般に、蛍光体は、当該蛍光体の蛍光ピーク波長よりも短い波長の光を吸収して蛍光を発する。波長変換デバイス１０においては、第一蛍光体１３ｂは、第二蛍光体１４ｂが発する蛍光を吸収しないが、第二蛍光体１４ｂは、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光を吸収する。人間の視感度は、赤色の波長域よりも黄色の波長域において高い。このため、波長変換デバイス１０が発する白色光の明るさを確保するためには、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光の利用効率を高める必要がある。つまり、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことを抑制する必要がある。また、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうと所望の演色性を実現することが難しくなる。このような演色性の観点からも、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことを抑制する必要がある。
そこで、波長変換デバイス１０においては、第二蛍光体層１４が第一蛍光体層１３よりも透光性基板１１の近くに配置されている。つまり、レーザ光は、第一蛍光体層１３よりも先に第二蛍光体層１４に照射される。これにより、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体層１４に入射しにくくなるため、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。
また、波長変換デバイス１０においては、さらに、第一蛍光体層１３の屈折率が第二蛍光体層１４の屈折率と異なる。これにより、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の間に界面１６が形成され、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が界面１６において反射されるため、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体層１４に入射しにくくなる。したがって、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。
第一蛍光体層１３の屈折率が第二蛍光体層１４の屈折率と異なる、とは、第一蛍光体層１３の屈折率が第二蛍光体層１４の屈折率と実質的に異なることを意味する。例えば、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の屈折率差Δｎが０．０５以上異なることを意味する。屈折率差Δｎは、例えば、第一蛍光体層１３の母材１３ａと、第二蛍光体層１４の母材１４ａとに異なる材料が用いられることによって実現される。屈折率差Δｎは、第一蛍光体層１３の母材１３ａ、及び、第二蛍光体層１４の母材１４ａに、同一種類の材料であって組成などがマイナーチェンジされた材料が用いられることによって実現されてもよい。
なお、第一蛍光体層１３の屈折率とは、母材１３ａ及び第一蛍光体１３ｂの全体の屈折率を意味する。第一蛍光体層１３が母材１３ａを含まない場合には、第一蛍光体１３ｂの屈折率が第一蛍光体層１３の屈折率となる。第二蛍光体層１４についても同様である。
第一蛍光体層１３の屈折率は、例えば、第二蛍光体層１４の屈折率よりも低い。これにより、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の間に界面１６が形成され、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が界面１６において反射されるため、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体層１４に入射しにくくなる。したがって、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。
また、第一蛍光体層１３の屈折率は、第二蛍光体層１４の屈折率よりも高くてもよい。これにより、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が界面１６において全反射しやすくなる。また、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光は全方向に向かうが、第一蛍光体層１３の屈折率が第二蛍光体層１４の屈折率よりも高ければ、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光のうち界面１６への入射角が大きい成分に対する反射率を高めることができる。このため、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。
［変形例］
波長変換デバイス１０においては、第二蛍光体層１４は、第一蛍光体層１３及び出射面１１ｂの間に位置するが、第一蛍光体層１３、及び、第二蛍光体層１４は、出射面１１ｂに沿って並んで位置してもよい。図４は、このような実施の形態１の変形例に係る波長変換デバイスの平面図（図４の（ａ））、及び、模式断面図（図４の（ｂ））である。
図４に示されるように、波長変換デバイス１０ａは、具体的には、透光性基板１１と、蛍光体層１２ａと、光学薄膜１５とを備える。蛍光体層１２ａは、複数の第一蛍光体層１３及び複数の第二蛍光体層１４を含む。複数の第一蛍光体層１３、及び、複数の第二蛍光体層１４が出射面に沿って並んで配置された構造を有する。複数の第一蛍光体層１３及び複数の第二蛍光体層１４は、具体的には、光学薄膜１５上に配置される。なお、蛍光体層１２ａは、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４を少なくとも１つずつ含めばよい。
平面視において、複数の第一蛍光体層１３、及び、複数の第二蛍光体層１４は、出射面１１ｂに沿ってマトリクス状に配置されている。マトリクス状の配置における列方向（例えば、Ｙ方向）及び行方向（例えば、Ｘ方向）のそれぞれにおいて、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４は、交互に配置される。また、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の平面視形状は矩形であり、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４は、敷き詰められて互いに接触している。
このような波長変換デバイス１０ａにおいても、第一蛍光体層１３の屈折率が第二蛍光体層１４の屈折率と異なることで、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の間に界面が形成され、第一蛍光体層１３に含まれる第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が界面１６において反射される。したがって、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体層１４に入射しにくくなり、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。なお、波長変換デバイス１０と同様に、第一蛍光体層１３の屈折率は、第二蛍光体層１４の屈折率よりも低くてもよいし、第二蛍光体層１４の屈折率よりも高くてもよい。
また、波長変換デバイス１０ａにおいては、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の間に形成された界面が出射面１１ｂと交差する。したがって、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光、及び、第二蛍光体１４ｂが発する赤色蛍光が界面における反射により透光性基板１１側に戻ってしまうことが抑制される。つまり、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光の利用効率、及び、第二蛍光体１４ｂが発する赤色蛍光の利用効率が向上される。
なお、複数の第一蛍光体層１３、及び、複数の第二蛍光体層１４がマトリクス状に配置されることは必須ではない。例えば、平面視において、複数の第一蛍光体層１３及び複数の第二蛍光体層１４は、ストライプ状に配置されてもよい。
［効果等］
以上説明したように、波長変換デバイス１０は、入射面１１ａ、及び、入射面１１ａと反対側の出射面１１ｂを有し、入射面１１ａに入射したレーザ光を出射面１１ｂから出射する透光性基板１１と、出射面１１ｂから出射されるレーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体層１２とを備える。蛍光体層１２は、第一蛍光体１３ｂを含む第一蛍光体層１３、及び、第一蛍光体１３ｂよりも蛍光ピーク波長が長い第二蛍光体１４ｂを含む第二蛍光体層１４を有する。第一蛍光体層１３の屈折率は、第二蛍光体層１４の屈折率と異なる。レーザ光は、励起光の一例である。
これにより、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の間に形成された界面１６において反射されるため、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第二蛍光体層１４に入射しにくくなる。したがって、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。
また、例えば、第二蛍光体層１４は、第一蛍光体層１３及び出射面１１ｂの間に位置する。
これにより、レーザ光は、第一蛍光体層１３よりも先に第二蛍光体層１４に照射される。第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体層１４に入射しにくくなるため、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。また、レーザ光が第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の両方を透過しやすいため、出射光の色むらが低減される。
また、例えば、波長変換デバイス１０ａにおいては、第一蛍光体層１３、及び、第二蛍光体層１４は、出射面１１ｂに沿って並んで位置する。
これにより、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の間に形成された界面が出射面１１ｂと交差する。したがって、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光、及び、第二蛍光体１４ｂが発する赤色蛍光が界面における反射により透光性基板１１側に戻ってしまうことが抑制される。つまり、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光の利用効率、及び、第二蛍光体１４ｂが発する赤色蛍光の利用効率が向上される。
また、波長変換デバイス１０ａにおいて、蛍光体層１２ａは、複数の第一蛍光体層１３、及び、複数の第二蛍光体層１４を含み、複数の第一蛍光体層１３、及び、複数の第二蛍光体層１４は、出射面１１ｂに沿ってマトリクス状に配置され、マトリクス状の配置における列方向及び行方向のそれぞれにおいて、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４は、交互に配置される。
これにより、波長変換デバイス１０ａの出射光の色むらが低減される。マトリクスのパターンが細かいほど、第一蛍光体層１３と第二蛍光体層１４の接触面積が増え、第一蛍光体層１３が発する黄色蛍光を第二蛍光体層１４が吸収しやすくなるが、一方で色むらはより低減される。
また、例えば、第一蛍光体層１３の屈折率は、第二蛍光体層１４の屈折率よりも低い。
これにより、第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の間に界面１６が形成され、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が界面１６において反射されるため、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体層１４に入射しにくくなる。したがって、第一蛍光体１３ｂが発する黄色蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。
また、例えば、第一蛍光体層１３の屈折率は、第二蛍光体層１４の屈折率よりも高い。
これにより、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が界面１６において全反射しやすくなるため、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第二蛍光体層１４に入射しにくくなる。また、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光は全方向に向かうが、第一蛍光体層１３の屈折率が第二蛍光体層１４の屈折率よりも高ければ、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光のうち界面１６への入射角が大きい成分に対する反射率を高めることができる。したがって、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。
また、例えば、波長変換デバイス１０は、さらに、出射面１１ｂ及び第二蛍光体層１４の間に位置する光学薄膜１５であって、レーザ光を透過し、かつ、蛍光体層１２が発する蛍光を反射する特性を有する光学薄膜１５を備える。
このような光学薄膜１５によれば、波長変換デバイス１０の発光効率を高めることができる。
また、例えば、蛍光体層１２は、母材１３ａ及び母材１４ａを含み、第一蛍光体１３ｂ及び第二蛍光体１４ｂを母材１３ａ及び母材１４ａに対して４０ｖｏｌ％以上含む。
これにより、蛍光体層１２において蛍光体を密集させ、放熱性を向上させることが容易となる。
（実施の形態２）
［全体構成］
実施の形態２では、波長変換デバイス１０を備える光源装置、及び、光源装置を備える照明装置について説明する。図５は、実施の形態２に係る照明装置の外観斜視図である。図６は、実施の形態２に係る照明装置の使用態様を示す模式断面図である。なお、図６では、電源装置４０のみ断面ではなく側面が図示されている。
図５及び図６に示されるように、照明装置１００は、建物の天井５０に取り付けられるダウンライトである。照明装置１００は、光源装置２０と、灯具３０と、電源装置４０とを備える。光源装置２０と灯具３０とは、光ファイバ２３によって光学的に接続される。光源装置２０と電源装置４０とは電源ケーブル２４によって電気的に接続される。
照明装置１００は、灯具３０が天井５０の開口部５１に対して挿入された状態で、天井５０に載置される。つまり、照明装置１００は、灯具３０の一部を除いて天井裏に配置される。
［光源装置］
次に、光源装置２０について詳細に説明する。光源装置２０は、青色レーザ光を発するレーザ光源２１と波長変換デバイス１０との組み合わせによって白色光を発する。つまり、光源装置２０は、励起光（青色レーザ光）と蛍光体層１２が発する蛍光とを含む白色光を出射する。光源装置２０は、レーザ光源２１と、ヒートシンク２２と、光ファイバ２３と、電源ケーブル２４と、波長変換デバイス１０とを備える。光源装置２０は、波長変換デバイス１０に代えて波長変換デバイス１０ａを備えてもよい。
レーザ光源２１は、励起光を出射する励起光源の一例である。レーザ光源２１は、例えば、青色のレーザ光を発する半導体レーザである。レーザ光源２１の発光ピーク波長（発光中心波長）は、例えば、４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下である。レーザ光源２１は、青紫光または紫外光を発してもよい。レーザ光源２１は、具体的には、ＣＡＮパッケージ型の素子であるが、チップ型の素子であってもよい。
ヒートシンク２２は、発光中のレーザ光源２１の放熱に用いられる構造体である。ヒートシンク２２は、内部にレーザ光源２１を収容し、光源装置２０の外郭筐体としても機能する。ヒートシンク２２は、レーザ光源２１で発生した熱をヒートシンク２２に逃がすことができる。ヒートシンク２２は、例えば、アルミニウムまたは銅などの熱伝導性が比較的高い金属により形成される。
光ファイバ２３は、レーザ光源２１が発するレーザ光をヒートシンク２２の外部に導光する。光ファイバ２３の入射口は、ヒートシンク２２の内部に配置される。光ファイバ２３の入射口には、レーザ光源２１が発するレーザ光が入射される。光ファイバ２３の出射口は、灯具３０の内部に配置される。出射口から出射されるレーザ光は、灯具３０の内部に配置された波長変換デバイス１０に出射される。
電源ケーブル２４は、電源装置４０から供給される電力を光源装置２０に供給するためのケーブルである。電源ケーブル２４の一方の端部は、電源装置４０内の電源回路に接続され、電源ケーブル２４の他方の端部は、ヒートシンク２２に設けられた開口を通じてレーザ光源２１に接続される。
［灯具］
次に、灯具３０について説明する。灯具３０は、開口部５１に嵌められ、光ファイバ２３によって導光されたレーザ光を波長変換して所定の色の光を発する。灯具３０は、筐体３１と、保持部３２と、レンズ３３とを備える。
筐体３１は、保持部３２、波長変換デバイス１０、及び、レンズ３３を収容する、Ｚ軸＋側が開口した有底円筒状の部材である。筐体３１の外径は、開口部５１の直径よりもわずかに小さく、筐体３１は、開口部５１に嵌めこまれる。筐体３１は、より詳細には、取り付けばね（図示せず）によって開口部５１に固定される。筐体３１は、例えば、アルミニウムまたは銅などの熱伝導性が比較的高い金属により形成される。
保持部３２は、光ファイバ２３を保持する円柱状の部材であり、一部が筐体３１内に収容されている。保持部３２は、筐体３１の上部に配置される。光ファイバ２３は、保持部３２の中心軸に沿って形成された貫通孔に通された状態で保持される。保持部３２は、光ファイバ２３の出射口がＺ軸＋側（波長変換デバイス１０側）を向くように光ファイバ２３を保持する。保持部３２は、例えば、アルミニウムまたは銅などによって形成されるが、樹脂によって形成されてもよい。
レンズ３３は、筐体３１の出射口に配置され、波長変換デバイス１０から発せられた光の配光を制御する光学部材である。レンズ３３は、光源装置２０（波長変換デバイス１０）から出射される白色光を集光または拡散させる光学部材の一例である。レンズ３３の波長変換デバイス１０と対向する面は、波長変換デバイス１０から発せられた光を極力漏らすことなくレンズ３３内に取り込むことができる形状となっている。
［電源装置］
次に、電源装置４０について説明する。電源装置４０は、光源装置２０（レーザ光源２１）に電力を供給する装置である。電源装置４０の内部には、電源回路が収容される。電源回路は、光源装置２０を発光させるための電力を生成し、生成した電力を、電源ケーブル２４を通じて灯具３０に供給する。電源回路は、具体的には、電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣ−ＤＣ変換回路であり、レーザ光源２１には直流電流が供給される。
［実施の形態２の効果等］
以上説明したように、光源装置２０は、波長変換デバイス１０と、入射面１１ａに向けてレーザ光を発するレーザ光源２１とを備える。レーザ光源２１は、励起光源の一例であり、レーザ光は、励起光の一例である。
このような光源装置２０では、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の間に形成された界面１６において反射されるため、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第二蛍光体層１４に入射しにくくなる。したがって、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。
また、照明装置１００は、光源装置２０と、光源装置２０から出射される白色光を集光または拡散させるレンズ３３を備える。レンズ３３は、光学部材の一例である。
このような照明装置１００では、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の間に形成された界面１６において反射されるため、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第二蛍光体層１４に入射しにくくなる。したがって、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。
（実施の形態３）
実施の形態３では、波長変換デバイス１０を備える光源装置、及び、光源装置を備える投写型映像表示装置について説明する。図７は、実施の形態３に係る投写型映像表示装置の外観斜視図である。図８は、実施の形態３に係る投写型映像表示装置の光学系を示す図である。
図７及び図８に示されるように、投写型映像表示装置２００は、単板式のプロジェクタである。投写型映像表示装置２００は、光源装置６０と、コリメートレンズ７１と、インテグレータレンズ７２と、偏光ビームスプリッタ７３と、集光レンズ７４と、コリメートレンズ７５とを備える。また、投写型映像表示装置２００は、入射側偏光素子７６と、映像素子８０と、出射側偏光素子７７と、投写レンズ９０とを備える。
光源装置６０は、励起光（青色レーザ光）と蛍光体層１２が発する蛍光とを含む白色光を出射する。光源装置６０は、具体的には、レーザ光源２１と、波長変換デバイス１０とを備える。
光源装置６０によって出射された白色光は、コリメートレンズ７１において平行化され、インテグレータレンズ７２によって、強度分布が均一化される。そして、強度分布が均一化された光は、偏光ビームスプリッタ７３によって直線偏光の光に変換される。ここでは、強度分布が均一化された光は、一例として、Ｐ偏光の光に変換される。
Ｐ偏光に変換された光は、集光レンズ７４に入射し、さらにコリメートレンズ７５によって平行化されて入射側偏光素子７６に入射する。
入射側偏光素子７６は、映像素子８０に向かって入射する光を偏光させる偏光板（偏光制御素子）である。また、出射側偏光素子７７は、映像素子８０から出射する光を偏光させる偏光板である。入射側偏光素子７６と出射側偏光素子７７の間には、映像素子８０が配置される。
映像素子８０は、光源装置６０から出射される白色光を空間変調し、空間変調された白色光を映像として出力する略平面状の素子である。映像素子８０は、言い換えれば、映像用の光を生成する。映像素子８０は、具体的には、透過型液晶パネルである。
入射側偏光素子７６に入射した光は、当該入射側偏光素子７６の偏光制御領域がＰ偏光の光を透過する構成となっているため映像素子８０に入射し、映像素子８０によって変調されて出射される。さらに、出射側偏光素子７７は、入射側偏光素子７６とは異なり、Ｓ偏光の光のみを透過する構成となっている。したがって、光変調された光のうちのＳ偏光の成分のみが出射側偏光素子７７の偏光制御領域を通過し、投写レンズ９０に入射する。
投写レンズ９０は、映像素子８０によって出力された映像を投写する。この結果、映像がスクリーン等に投写される。
［実施の形態３の効果等］
以上説明したように、投写型映像表示装置２００は、光源装置６０と、光源装置６０から出射される白色光を変調し、変調された白色光を映像として出力する映像素子８０と、映像素子８０によって出力された映像を投写する投写レンズ９０とを備える。
このような投写型映像表示装置２００では、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第一蛍光体層１３及び第二蛍光体層１４の間に形成された界面１６において反射されるため、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第二蛍光体層１４に入射しにくくなる。したがって、第一蛍光体１３ｂが発する蛍光が第二蛍光体１４ｂに吸収されてしまうことが抑制される。
なお、実施の形態３で説明された投写型映像表示装置２００の光学系は、一例である。例えば、映像素子８０は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）または反射型液晶パネルなどの反射型の映像素子であってもよい。また、投写型映像表示装置２００には、３板式の光学系が用いられてもよい。
（その他の実施の形態）
以上、実施の形態１〜３について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態において、レーザ光源は、半導体レーザであると説明されたが、レーザ光源は、半導体レーザ以外のレーザであってもよい。レーザ光源は、例えば、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ、色素レーザ等の液体レーザ、または、Ａｒイオンレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、窒素レーザ、もしくはエキシマレーザ等の気体レーザであってもよい。また、光源装置は、レーザ光源を複数備えていてもよい。
また、光源装置は、ＬＥＤ光源、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｓｅｎｃｅ）素子、または無機ＥＬ素子など、半導体レーザ以外の固体発光素子を励起光源として備えてもよい。つまり、励起光は、レーザ光に限定されない。
また、上記実施の形態において、波長変換デバイスは、当該波長変換デバイスに照射される青色レーザ光と黄色蛍光体または緑色蛍光体との組み合わせによって白色光を出射したが、白色光を出射するための構成はこれに限らない。例えば、青色レーザ光に代えて紫外レーザ光が用いられてもよい。
また、蛍光体層に含まれる蛍光体は、ＹＡＧ系の蛍光体またはＬｕＡＧ系の蛍光体等の無機蛍光体に限定されず、量子ドット蛍光体などであってもよい。
また、上記実施の形態の波長変換デバイスの模式断面図に示される積層構造は一例である。本発明の特徴的な機能を実現できる他の積層構造を有する波長変換デバイスも本発明に含まれる。波長変換デバイスにおいては、例えば、上記実施の形態で説明された積層構造と同様の機能を実現できる範囲で、上記実施の形態の積層構造の層間に別の層が設けられていてもよい。
また、上記実施の形態では、波長変換デバイスが有する積層構造の各層を構成する主たる材料について例示しているが、波長変換デバイスが有する積層構造の各層には、上記実施の形態の積層構造と同様の機能を実現できる範囲で他の材料が含まれてもよい。
その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
１０、１０ａ 波長変換デバイス
１１ 透光性基板
１１ａ 入射面
１１ｂ 出射面
１２、１２ａ 蛍光体層
１３ 第一蛍光体層
１３ｂ 第一蛍光体
１４ 第二蛍光体層
１４ｂ 第二蛍光体
１５ 光学薄膜
２０、６０ 光源装置
２１ レーザ光源（励起光源）
３３ レンズ（光学部材）
８０ 映像素子
９０ 投写レンズ
１００ 照明装置
２００ 投写型映像表示装置

Claims (11)

  1. 入射面、及び、前記入射面と反対側の出射面を有し、前記入射面に入射した励起光を前記出射面から出射する透光性基板と、
    前記出射面から出射される前記励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体層とを備え、
    前記蛍光体層は、第一蛍光体を含む第一蛍光体層、及び、前記第一蛍光体よりも蛍光ピーク波長が長い第二蛍光体を含む第二蛍光体層を有し、
    前記第一蛍光体層の屈折率は、前記第二蛍光体層の屈折率と異なる
    波長変換デバイス。
  2. 前記第二蛍光体層は、前記第一蛍光体層及び前記出射面の間に位置する
    請求項１に記載の波長変換デバイス。
  3. 前記第一蛍光体層、及び、前記第二蛍光体層は、前記出射面に沿って並んで位置する
    請求項１に記載の波長変換デバイス。
  4. 前記蛍光体層は、複数の前記第一蛍光体層、及び、複数の前記第二蛍光体層を含み、
    複数の前記第一蛍光体層、及び、複数の前記第二蛍光体層は、前記出射面に沿ってマトリクス状に配置され、
    前記マトリクス状の配置における列方向及び行方向のそれぞれにおいて、前記第一蛍光体層及び前記第二蛍光体層は、交互に配置される
    請求項３に記載の波長変換デバイス。
  5. 前記第一蛍光体層の屈折率は、前記第二蛍光体層の屈折率よりも低い
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長変換デバイス。
  6. 前記第一蛍光体層の屈折率は、前記第二蛍光体層の屈折率よりも高い
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長変換デバイス。
  7. さらに、前記出射面及び前記蛍光体層の間に位置する光学薄膜であって、前記励起光を透過し、かつ、前記蛍光を反射する特性を有する光学薄膜を備える
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換デバイス。
  8. 前記蛍光体層は、母材を含み、前記第一蛍光体及び前記第二蛍光体を前記母材に対して４０ｖｏｌ％以上含む
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長変換デバイス。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長変換デバイスと、
    前記入射面に向けて前記励起光を発する励起光源とを備える
    光源装置。
  10. 請求項９に記載の光源装置と、
    前記光源装置から出射される光を集光または拡散させる光学部材とを備える
    照明装置。
  11. 請求項９に記載の光源装置と、
    前記光源装置から出射される光を変調し、変調された光を映像として出力する映像素子と、
    前記映像素子によって出力された前記映像を投写する投写レンズとを備える
    投写型映像表示装置。
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