CN105467734A - 波长转换元件、光源装置、投影仪 - Google Patents

波长转换元件、光源装置、投影仪 Download PDF

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CN105467734A CN201510541002.6A CN201510541002A CN105467734A CN 105467734 A CN105467734 A CN 105467734A CN 201510541002 A CN201510541002 A CN 201510541002A CN 105467734 A CN105467734 A CN 105467734A
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Abstract

本发明提供波长转换元件、光源装置、投影仪，能够提高光的利用效率，取出更多的光。本发明的波长转换元件具备：基板；反射部，其设置于所述基板的一个面侧；波长转换层，其设置于所述反射部的与所述基板相反的一侧，并通过激励光的照射发出荧光；以及反射面，其设置于所述波长转换层的与所述反射部相反的一侧的面和所述反射部之间，使所述荧光中的以临界角以上的角度入射的光全反射。

Description

波长转换元件、光源装置、投影仪
技术领域
本发明涉及波长转换元件、光源装置、投影仪。
背景技术
以往，已知对荧光体层照射从激光等光源射出的激励光，并将从荧光体层发出的光作为照明光的光源装置。另外，为了满足投影仪的高亮度化的需求，提出了一种具备该光源装置的投影仪(例如，参照专利文献1)。
上述专利文献1所述的光源装置具有利用树脂等接合材料料将荧光体陶瓷与光反射性基板相接合的结构。由荧光体生成的荧光透过接合材料而被光反射性基板反射，再从与激励光入射的面相同的面射出至外部。
专利文献1：日本特开2012-64484号公报
可是，每当荧光在光反射性基板反射时，荧光的一部分被转换为热而被吸收。即，会产生荧光的损失。因此，存在无法高效地利用由荧光体生成的荧光这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题而完成的，其目的在于提供一种能够高效地利用由荧光体生成的荧光的波长转换元件、光源装置、投影仪。
本发明的一个方式的波长转换元件具备：基板；反射部，其设置于所述基板的一个面侧；波长转换层，其设置于所述反射部的与所述基板相反的一侧，并通过激励光的照射发出荧光；以及反射面，其设置于所述波长转换层的与所述反射部相反的一侧的面和所述反射部之间，使所述荧光中的以临界角以上的角度入射的光全反射。
根据本发明的一个方式的波长转换元件，在波长转换层中生成的荧光中的、以临界角以上的角度入射到反射面的光在反射面上被全反射。因此，与不具备本发明的反射面的情况相比，入射到反射部的荧光的量较少。即，由反射层造成的光的损失较少。因此，由波长转换层生成的荧光的利用效率较高。
另外，本发明的一个方式的波长转换元件也可以构成为，在所述波长转换层和所述反射部之间还具备中间层，该中间层具有比所述波长转换层的折射率低的折射率，所述波长转换层和所述中间层之间的界面为所述反射面。
根据本发明，通过设置具有比波长转换层的折射率低的折射率的中间层，能够将波长转换层和中间层的界面作为反射面。
另外，在本发明的一个方式的波长转换元件中，所述中间层也可以具有所述荧光的波长以上的厚度。
根据该结构，由于荧光的大部分成分在反射面上反射，因此，入射到反射部的荧光较少。由此，被反射部吸收的光较少，因此，由波长转换层生成的荧光的利用效率较高。
另外，在本发明的一个方式的波长转换元件中，所述中间层的厚度也可以为1μm以上。
根据该结构，由于荧光的大部分成分在反射面上反射，因此，入射到反射部的荧光较少。由此，被反射部吸收的光较少，因此，由波长转换层生成的荧光的利用效率较高。
另外，在本发明的一个方式的波长转换元件中，所述中间层也可以由粘接材料构成。
根据本发明，能够将粘接波长转换层和反射层的粘接层用作为中间层来使用。
另外，在本发明的一个方式的波长转换元件中，所述中间层的热传导率也可以比所述波长转换层的热传导率高。
根据本发明，能够提高中间层的散热性，从而抑制波长转换层的温度上升。
另外，在本发明的一个方式的波长转换元件中，所述反射面也可以具有凹凸。
根据该结构，能够对在反射面上反射的光赋予散射性。由此，能够增大被反射面反射并入射到波长转换元件的光射出面和外部空间(空气)的界面的光中的、能够不被该界面全反射而射出至外部空间的光的比例。
另外，在本发明的一个方式中，所述反射面也可以构成为孔隙和该孔隙的周围的材料之间的界面。
根据本发明，能够有效利用在制造过程中混入或生成的孔隙。
另外，在本发明的一个方式中，所述波长转换层也可以构成为包含多个晶体缺陷或多个晶界，所述反射面由所述晶体缺陷或所述晶界构成。
根据本发明，能够将在制造过程中生成的晶体缺陷或晶界作为反射面有效利用。
另外，在本发明的一个方式的波长转换元件中，所述反射部也可以是透过激励光并反射荧光的二向色镜。
根据该结构，能够提供透过型的波长转换元件。例如，在构成为从与设有二向色镜和波长转换层的基板的一个面侧相反的一侧的另一个面侧照射激励光的情况下，激励光透过二向色镜入射到波长转换层。由于激励光的照射而发光的荧光中的、向二向色镜侧行进并透过反射面的光在二向色镜处被反射。
另外，在本发明的一个方式的波长转换元件中，所述波长转换层也可以包含折射率互不相同的多种材料。
根据本发明，在利用折射率不同的多种材料来构成波长转换层的情况下，通过设置具有比上述各材料的折射率低的折射率的中间层，也能够高效地使来自波长转换层的发光中的以临界角以上的角度入射的光全反射。
另外，在本发明的一个方式的波长转换元件中，所述基板也可以以与所述基板的所述一个面交叉的旋转轴为中心旋转。
根据本发明，能够使对波长转换层照射激励光的区域时间性地移动，因此，能够避免温度局部地上升。由此，能够防止波长转换层的劣化。
本发明的一个方式的光源装置的特征在于，具备：发光元件，其射出激励光；和上述的波长转换元件。
根据本发明，由于具备荧光的利用效率优秀的波长转换元件，因此，可提供能够进行高亮度发光的光源装置。
在本发明的一个方式的光源装置中，也可以构成为，从与所述基板的所述一个面的法线平行的方向观察时，所述反射面设置于与所述波长转换层上被照射所述激励光的区域重合的区域。
根据本发明，能够使被激励光激励而在波长转换层中生成的荧光在全反射面上高效地全反射。
本发明的一个方式的投影仪具备：上述的光源装置；光调制装置，其根据图像信息对来自所述光源装置的光进行调制；以及投影光学***，其将来自所述光调制装置的调制光作为投影图像进行投影。
根据本发明，能够投影出更高品质的投影图像。
附图说明
图1是示出第1实施方式的投影仪的光学***的俯视图。
图2是用于说明第1实施方式的旋转荧光板而示出的图，其中，(a)是旋转荧光板的主视图，(b)是(a)的A1-A1线的剖视图。
图3是示出第1实施方式的旋转荧光板的概要结构的俯视图和剖视图。
图4的(a)是示出荧光在荧光体层上发光的情况的图，(b)是示出荧光在粘接层或反射层被反射的情况的图。
图5是示出第2实施方式的投影仪的光学***的俯视图。
图6是用于说明第2实施方式的旋转荧光板而示出的图，其中，(a)是旋转荧光板的主视图，(b)是图(a)的B2-B2线的剖视图。
图7的(a)是示出荧光在荧光体层上发光的情况的图，(b)是示出荧光在粘接层或反射层被反射的情况的图。
图8是局部放大地示出第2实施方式的旋转荧光板的结构的剖视图。
图9是局部放大地示出第3实施方式的旋转荧光板的结构的剖视图。
图10是局部放大地示出第4实施方式的旋转荧光板的结构的剖视图。
图11是局部放大地示出第5实施方式的旋转荧光板的结构的剖视图。
标号说明
10：固体光源装置、第1固体光源装置(发光元件)；11、14：粘接层(中间层)；11A、14A、15A、16A、34c、36A、43c：全反射面；13：凹凸；14a：粘接材料；15：孔隙；30、31、32、34：旋转荧光板(波长转换元件)；40：圆板(基板)；40a：一个面；41：旋转轴；42：荧光体层(波长转换层)；42A、43A：光射出面；45：反射层；45a、46a：表面；46：二向色镜(反射层)；Le：激励光；Lf：荧光；100：第1照明装置(光源装置)；400R：液晶光调制装置(光调制装置)；600：投影光学***；702：第2照明装置(光源装置)；710：第2固体光源装置(发光元件)；1000、1002：投影仪。
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式对本发明的照明装置和投影仪进行说明。并且，在下述说明中使用的各附图中，为了使各部件为能够识别的大小，适当变更了各部件的比例尺。
[第1实施方式的投影仪]
首先，对第1实施方式的投影仪的结构进行叙述。
图1是示出第1实施方式的投影仪1000的光学***的俯视图。
图2是用于说明第1实施方式的旋转荧光板30而示出的图。图2的(a)是旋转荧光板30的主视图，图2的(b)是图2的(a)的A1-A1线的剖视图。图3是示出第1实施方式的旋转荧光板30的图。图4的(a)是示出在荧光体层内生成荧光的情况的图，图4的(b)是示出荧光在粘接层11或反射层(反射部)45被反射的情况的图。
首先，对第1实施方式的投影仪1000的结构进行说明。
如图1所示，投影仪1000具备：第1照明装置100、分色导光光学***200、液晶光调制装置400R、400G、400B、十字分色棱镜500、投影光学***600以及第2照明装置702。第1照明装置100与本发明的光源装置对应。
第1照明装置100具备：第1固体光源装置10、准直聚光光学***20、旋转荧光板30、马达50、准直聚光光学***60、第1透镜阵列120、第2透镜阵列130、偏振光转换元件140以及复合透镜150。第1固体光源装置10与本发明的发光元件对应。旋转荧光板30与本发明的波长转换元件对应。
第1固体光源装置10配置成其光轴与照明光轴100ax垂直。第1固体光源装置10由激光光源构成，该激光光源射出由激光形成的蓝色光作为激励光Le。在此，射出发光强度的峰值为大约445nm的蓝色光作为激励光Le。
并且，第1固体光源装置10可以由1个激光光源构成，也可以由许多激光光源构成。另外，也可以采用射出445nm以外的波长(例如，460nm)的蓝色光的光源装置。
准直聚光光学***20具备第1透镜22和第2透镜24，将来自第1固体光源装置10的光大致平行化。第1透镜22和第2透镜24由凸透镜构成。
二向色镜80被配置成，在从准直聚光光学***20至准直聚光光学***60的光路中，分别与第1固体光源装置10的光轴和照明光轴100ax以45°的角度交叉。二向色镜80反射蓝色光，并使红色光和绿色光通过。
准直聚光光学***60具有使来自二向色镜80的激励光Le在进行了大致聚光的状态下入射到荧光体层42的功能、和将从旋转荧光板射出的荧光大致平行化的功能。准直聚光光学***60具备第1透镜62和第2透镜64。第1透镜62和第2透镜64由凸透镜构成。
旋转荧光板30朝向与蓝色光(激励光)入射的一侧相同的一侧射出包含红色光和绿色光的黄色光(荧光)。如图1、图2所示，旋转荧光板30具有能够借助马达50旋转的圆板(基板)40。圆板40由透过蓝色光的材料构成。作为圆板40的材料，例如可以使用石英玻璃、水晶、蓝宝石、光学玻璃、透明树脂等。
并且，在本实施方式中，也可以采用由金属那样不透明的材料构成的圆板。
在圆板40的一个面40a上依次层叠有反射层45、与本发明的中间层相对应的粘接层11、以及与本发明的波长转换层相对应的荧光体层42。
反射层45是反射可见光的层，并以覆盖圆板40的一个面40a的大致整体的方式形成。反射层45例如由银(AG)、铝(AL)等反射率较高的金属形成。
荧光体层42经由粘接层11粘贴在反射层45的表面45a上，并沿圆板40的周向设置。荧光体层42是从圆板40的法线方向观察的平面形状与圆板40同心的圆环状。即，荧光体层42绕圆板40的旋转轴41设置成带状。
在本实施方式中，荧光体层42被波长为大约445nm的蓝色光激励。荧光体层42将来自第1固体光源装置10的激励光Le即蓝色光B转换为包含红色光R和绿色光G的黄色光Y。
荧光体层42包含折射率互不相同的材料，虽然省略大致图示，但例如包含母材和多个荧光体粒子。作为荧光体层42的母材，例如可以例举出氧化铝、玻璃。作为荧光体粒子，可以使用作为YAG系荧光体的(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12：Ce。
作为荧光体层42，可以采用将作为母材的氧化铝和YAG系荧光体粒子混合后的烧结体等，也可以采用在作为母材的玻璃或树脂中内包有YAG系荧光体粒子的材料等。在此，氧化铝的折射率为1.76，玻璃的折射率为1.5。另外，YAG系荧光体粒子的折射率为1.83。
并且，作为荧光体层42，也可以采用仅由荧光体粒子构成的烧结体等。
粘接层11配置于反射层45与荧光体层42之间，用于使整个荧光体层42粘接于反射层45。粘接层11由具有比荧光体层42(荧光体粒子和母材)更小的折射率的材料构成。作为粘接层11的材料，可以例举出折射率为1.41的硅树脂。
优选粘接层11具有荧光的波长以上的厚度，例如优选为750nm以上的厚度。在本实施方式中，具有1μm以上的膜厚。
本实施方式中的旋转荧光板30构成为，来自第1固体光源装置10的激励光Le从与圆板40相反的一侧入射到荧光体层42。设置有荧光体层42的区域包括激励光Le入射的区域。以下，将激励光Le入射的区域称作激励光入射区域S(图3)。
如图3所示，在本实施方式中，通过使旋转荧光板30以马达50的旋转轴41为中心旋转，从而使激励光入射区域S在旋转荧光板30上移动。由此，能够防止由激励光Le产生的热集中于一处。
如图1所示，准直聚光光学***60具备第1透镜62和第2透镜64，将来自旋转荧光板30的光大致平行化。第1透镜62和第2透镜64由凸透镜构成。
第1透镜阵列120具有多个第1小透镜122，该多个第1小透镜122用于将来自准直聚光光学***60的光分割为多个部分光束。多个第1小透镜122在与照明光轴100ax垂直的面内呈矩阵状排列。
第2透镜阵列130具有与第1透镜阵列120的多个第1小透镜122相对应的多个第2小透镜132。第2透镜阵列130与复合透镜150一起使第1透镜阵列120的各第1小透镜122的像在液晶光调制装置400R、400G、400B的图像形成区域附近成像。多个第2小透镜132在与照明光轴100ax垂直的面内呈矩阵状排列。
偏振光转换元件140将被第1透镜阵列120分割而成的各部分光束转换为直线偏振光。
偏振光转换元件140具有：偏振光分离层，其使包含在来自旋转荧光板30的光中的偏振光成分中的一方的直线偏振光成分直接透过，并使另一方的直线偏振光成分向与照明光轴100ax垂直的方向反射；反射层45，其将被偏振光分离层反射的另一方的直线偏振光成分向与照明光轴100ax平行的方向反射；以及相位差板，其将被反射层45反射的另一方的直线偏振光成分转换为一方的直线偏振光成分。
复合透镜150使来自偏振光转换元件140的各部分光束聚光后在液晶光调制装置400R、400G、400B的图像形成区域附近复合。第1透镜阵列120、第2透镜阵列130以及复合透镜150构成集成照明光学***，该集成照明光学***使来自旋转荧光板30的光的面内光强度分布均匀。
第2照明装置702具备：第2固体光源装置710、聚光光学***760、散射板732以及准直光学***770。
第2固体光源装置710隔着照明光轴100ax与第1固体光源装置10对置配置，并配置成其光轴700ax与照明光轴100ax垂直。第2固体光源装置710为激光光源，其射出蓝色光B作为色光，该蓝色光B由发光强度的峰值为大约445nm的激光构成。
聚光光学***760具备第1透镜762和第2透镜764。聚光光学***760使来自第2固体光源装置710的蓝色光B聚光于散射板732附近。第1透镜762和第2透镜764由凸透镜构成。
散射板732使来自第2固体光源装置710的蓝色光散射，形成具有与从旋转荧光板30射出的荧光相似的配光分布的蓝色光。作为散射板732，例如可以使用由光学玻璃构成的磨砂玻璃。
准直光学***770具备第1透镜772和第2透镜774，将来自散射板732的光大致平行化。第1透镜772和第2透镜774由凸透镜构成。
本实施方式的投影仪1000具备二向色镜80，该二向色镜80将来自第2照明装置702的蓝色光B与来自旋转荧光板30的黄色光Y合成而成为白色光W。
分色导光光学***200具备：二向色镜210、220、反射镜230、240、250以及中继透镜260、270。分色导光光学***200将来自第1照明装置100的光分离为红色光、绿色光和蓝色光，并将红色光、绿色光和蓝色光引导到红色光、绿色光和蓝色光各自所对应的液晶光调制装置400R、400G、400B。液晶光调制装置400R、400G、400B与本发明的光调制装置对应。
在分色导光光学***200与液晶光调制装置400R、400G、400B之间配置有聚光透镜300R、300G、300B。
二向色镜210是这样的二向色镜：使红色光成分通过，并使绿色光成分和蓝色光成分反射。
二向色镜220是这样的二向色镜：使绿色光成分反射，并使蓝色光成分通过。
反射镜230是使红色光成分反射的反射镜。
反射镜240、250是使蓝色光成分反射的反射镜。
通过二向色镜210的红色光被反射镜230反射，并通过聚光透镜300R入射到红色光用的液晶光调制装置400R的图像形成区域。
被二向色镜210反射后的绿色光进一步被反射镜220反射，并通过聚光透镜300G入射到绿色光用的液晶光调制装置400G的图像形成区域。
通过二向色镜220后的蓝色光经过中继透镜260、入射侧的反射镜240、中继透镜270、射出侧的反射镜250、聚光透镜300B，入射到蓝色光用的液晶光调制装置400B的图像形成区域。
液晶光调制装置400R、400G、400B根据图像信息对入射的色光进行调制，形成彩色图像。并且，虽然省略图示，在各聚光透镜300R、300G、300B与各液晶光调制装置400R、400G、400B之间分别配置有入射侧偏振光板，并且，在各液晶光调制装置400R、400G、400B与十字分色棱镜500之间分别配置有射出侧偏振光板。
十字分色棱镜500将从各液晶光调制装置400R、400G、400B射出的各图像光进行合成而形成彩色图像。该十字分色棱镜500将4个直角棱镜贴合在一起，俯视观察呈大致正方形状，在将直角棱镜彼此贴合起来形成的大致X字状的界面上形成有电介质多层膜。
利用投影光学***600对从十字分色棱镜500射出的彩色图像进行放大投影，在屏幕SCR上形成图像。
本实施方式中的第1照明装置100具备反射型的旋转荧光板30。关于旋转荧光板30，荧光体层42经由作为本发明的中间层的粘接层11层叠在反射层45上，反射层45设置于圆板40的一个面40a。以下，将荧光体层42与粘接层11的界面称作全反射面11A。全反射面11A与本发明的反射面对应。如图4的(a)所示，在荧光体层42的内部生成的荧光Lf在荧光体层42的内部朝全部方向射出。如上述那样，粘接层11由折射率比荧光体层42的折射率低的材料构成。
因此，如图4的(b)所示，在荧光体层42的内部生成的荧光Lf中的荧光Lf(1)以临界角以上的角度入射到荧光体层42与粘接层11的界面，并在该界面上被全反射。
另外，在荧光体层42的内部生成的荧光Lf中的、以不足临界角的角度入射到全反射面11A的荧光的一部分Lf(2)透过全反射面11A，另一部分被全反射面11A反射。透过全反射面11A的成分(Lf(2))在反射层45被反射。
在反射层45为金属反射膜的情况下，反射时一部分光被吸收。对此，在本实施方式中，由于在反射层45与荧光体层42之间设有折射率比荧光体层42更低的粘接层11，因此，从荧光体层42入射到全反射面11A的光的一部分在全反射面11A上被全反射。因此，仅在荧光体层42的内部朝向反射层45射出的荧光中的一部分的成分入射到反射层45。另外，在全反射面11A上，不会产生光的损失。因此，与未设置本发明的粘接层11的情况相比，反射层45对光的吸收较少，旋转荧光板30的荧光的利用效率较高。
由此，成为具备更高亮度的第1照明装置100的投影仪1000。
虽然在本实施方式中，从圆板40的法线方向观察，粘接层11设置于与荧光体层42重合的整个区域，但粘接层11也可以至少设置于与相对于荧光体层42照射激励光的入射区域S重合的区域。只要是能够使利用向荧光体层42照射的激励光生成的光中的大部分成分在全反射面11A上全反射的结构即可。
另外，在本实施方式中，由于粘接层11具有大于荧光的波长的厚度，因此，能够得到全反射面11A上的良好的全反射状态。
[第2实施方式的投影仪]
接下来，对本发明的第2实施方式的投影仪的结构进行叙述。
图5是示出第2实施方式的投影仪1002的光学***的俯视图。
图6是用于说明第2实施方式的旋转荧光板而示出的图，其中，(a)是旋转荧光板30的主视图，(b)是(a)的B2-B2线的剖视图。图7的(a)是示出在荧光体层内生成荧光的情况的图，图7的(b)是示出荧光在粘接层11或二向色镜46中被反射的情况的图。
对第2实施方式的投影仪1002的结构进行说明。
投影仪1002在具备透过型的旋转荧光板31这方面上，与先前的实施方式不同。因此，在下述说明中，在与先前的实施方式不同的部分详细地说明，对相同的结构省略说明。旋转荧光板31与本发明的波长转换元件对应。
如图5所示，投影仪1002具备：与本发明的光源装置相对应的照明装置102、分色导光光学***200、液晶光调制置400R、400G、400B、十字分色棱镜500以及投影光学***600。
照明装置102具备：与本发明的发光元件相对应的固体光源装置10、准直聚光光学***20、旋转荧光板31、马达50、准直聚光光学***60、第1透镜阵列120、第2透镜阵列130、偏振光转换元件140以及复合透镜150。这些准直聚光光学***20、准直聚光光学***60、第1透镜阵列120、第2透镜阵列130、偏振光转换元件140以及复合透镜150配置成各自的光轴与固体光源装置10的光轴大致一致。
如图6的(b)所示，关于旋转荧光板31，在能够借助马达50旋转的圆板40的一个面40a上依次层叠有与本发明的反射部相对应的二向色镜46、粘接层11以及荧光体层42。来自固体光源装置10的激励光构成为从圆板40侧入射到荧光体层42。
粘接层11具有比荧光体层42的折射率低的折射率。
二向色镜46使激励光透过，使荧光反射。二向色镜46由电介质多层膜构成，并以覆盖圆板40的一个面40a的大致整体的方式形成。透过二向色镜46后的激励光透过粘接层11入射到荧光体层42。
如图6的(a)、(b)所示，荧光体层42由与先前的实施方式相同的材料构成，经由粘接层11粘接于二向色镜46的表面46a上。
荧光体层42将来自图5所示的固体光源装置10的激励光Le即蓝色光B转换为包含红色光R和绿色光G的黄色光Y，并且，使激励光Le的剩余的一部分不转换地通过。从荧光体层42射出由黄色光Y和蓝色光B合成的白色光W。
如图7的(a)所示，在荧光体层42生成的荧光Lf在荧光体层42的内部朝全部方向射出。
如上述那样，粘接层11的折射率比荧光体层42的折射率低。因此，作为粘接层11和荧光体层42的界面的全反射面11A使来自荧光体层42的光的一部分反射，并且，使剩余的光透过至二向色镜46侧。
因此，如图7的(b)所示，在荧光体层42的内部生成的荧光Lf中的荧光Lf(1)以临界角以上的角度入射到全反射面11A，并在全反射面11A上被全反射。另外，在荧光体层42的内部生成的荧光Lf中的、以不足临界角的角度入射到全反射面11A的荧光Lf(2)的一部分透过全反射面11A入射到粘接层11，在二向色镜46上被反射。荧光Lf(2)的另一部分被全反射面11A反射。
通常，二向色镜的反射特性取决于入射的光的入射角和波长。因此，基于二向色镜的反射伴随着损失。可是，在本实施方式中，由于仅在荧光体层42的内部朝向二向色镜46射出的荧光中的一部分成分入射到二向色镜46，因此，与未设置本发明的粘接层11的情况相比，由二向色镜46造成的光的损失较少，旋转荧光板31的荧光的利用效率较高。
这样，对于透过型的旋转荧光板31，荧光的利用效率也较高，从而成为更高亮度的投影仪1002。
[旋转荧光板的第2实施方式]
接下来，对旋转荧光板的第2实施方式的结构进行叙述。
图8是局部放大地示出第2实施方式的旋转荧光板的结构的剖视图。
第2实施方式的旋转荧光板32与本发明的波长转换元件对应，如图8所示，在圆板40的一个面40a上依次层叠有反射层45、粘接层12以及荧光体层42。在本实施方式中，在荧光体层42与粘接层12的界面上设有凹凸13，所述粘接层12具有比荧光体层42的折射率低的折射率。
具体而言，在形成荧光体层42时，通过使与光射出面42A相反一侧的面42B粗糙化，能够在与粘接层12的界面上形成微细的凹凸13。利用这样的凹凸13，能够对使来自荧光体层42的光反射的全反射面12A赋予散射性。
作为在全反射面12A上形成凹凸13的方法，可以通过以较低的平坦度对面42B进行平坦化来形成，也可以实施对面42B粗糙化的处理。凹凸13可以是随机形状，也可以是周期的形状。但是，全反射面12A的平均表面粗糙度要控制在能够在粘接层12上良好地形成荧光体层42的程度。
作为粘接层12的材料，与先前的实施方式中的粘接层11相同，可以例举出折射率(第2折射率)为1.41的硅树脂。
根据本实施方式，在荧光Lf在全反射面12A上被全反射时，利用微细的凹凸13向各个不同的方向全反射。即，通过利用全反射面12A所具备的微细的凹凸13(散射结构)使来自全反射面12A的反射光散射，能够使光相对于荧光体层42的光射出面42A的入射角发生变化。这样，在荧光体层42的内部的光散射较小的情况下、或者几乎不会引起光散射的情况下，通过在荧光体层42和粘接层12的界面上设置散射结构，也能够增加从荧光体层42的光射出面42A侧射出的成分。
与此相对，在全反射面12A不具有散射结构的情况下，粘接层12的折射率比1大，因此，在全反射面12A上全反射后的光在光射出面42A和空气的界面上被全反射。即，在全反射面12A上全反射后的光相对于全反射面12A和光射出面42A分别以临界角以上的角度入射，因此，不会从荧光体层42射出至外部。
因此，在本实施方式中，在全反射面12A上设置微小的凹凸13，并使在全反射面12A上被反射后的反射光散射。由此，由于在全反射面12A上被全反射后的反射光中的大部分成分以不足临界角的角度入射到光射出面42A，因此，能够使更多的光从光射出面42A射出。
由此，能够进一步提高荧光的利用效率。
[旋转荧光板的第3实施方式]
接下来，对旋转荧光板的第3实施方式的结构进行叙述。
图9是局部放大地示出第3实施方式的旋转荧光板的结构的剖视图。
如图9所示，关于第3实施方式的旋转荧光板32，在圆板40的一个面40a上依次层叠有反射层45、粘接层14以及荧光体层42。本实施方式的粘接层(中间层)14具有粘接材料14a和包含在粘接材料14a内的多个孔隙15。孔隙15不一定需要整周被粘接材料14a包围。
作为粘接层14的材料，例如使用具有与荧光体层42的折射率相同的折射率的材料。作为气泡的孔隙15的折射率为1.0，比作为构成荧光体层42的材料的母材和荧光体粒子的折射率低。因此，孔隙15与其周围的材料的界面作为全反射面15A起作用。
因此，根据本实施方式，在荧光体层42内生成的荧光中的、以临界角以上的角度入射到全反射面15A的荧光Lf在全反射面15A上被全反射。全反射面15A呈曲面。因此，根据入射到全反射面15A的位置，光被全反射的方向也不同。因此，在全反射面15A上被反射后的光成为散射光。
另一方面，入射到粘接层14中的除孔隙15外的区域的荧光透过粘接层14在反射层45被反射。为了抑制反射层45处的光的吸收，需要利用粘接层14的孔隙15即全反射面15A使尽可能多的荧光全反射，从而减少入射到反射层45的光的量。
在本实施方式中，通过调整孔隙15的大小和数目，能够增加被全反射面15A全反射的成分，从而能够减少被反射层45反射的光。
另外，作为粘接层14的材料，也可以采用具有比荧光体层42的折射率低的折射率的材料。例如，与先前的实施方式相同，在使用折射率为1.41的硅树脂形成粘接层14的情况下，粘接层14和荧光体层42的界面也作为全反射面14A起作用。
以临界角以上的角度入射到荧光体层42和粘接层14之间的界面上的荧光被该界面全反射。以不足临界角的角度入射到该界面上荧光的一部分透过该界面。透过光中的、以临界角以上的角度入射到粘接层14和孔隙15之间的界面上的光被该界面全反射。
因此，能够减少入射到反射层45的光，从而能够更进一步抑制反射层45处的光的吸收。
关于孔隙15，可以在旋转荧光板32的制造工序中，通过在粘接层14内生成/混入孔隙来形成。
另外，在本实施方式中，虽然例举了在粘接层14内包含有多个孔隙的结构，但并不限于此，例如也可以形成为在荧光体层42内包含有多个孔隙的结构。
[旋转荧光板的第4实施方式]
接下来，对旋转荧光板的第4实施方式的结构进行叙述。
图10是局部放大地示出第4实施方式的旋转荧光板的结构的剖视图。
第4实施方式的旋转荧光板34与本发明的波长转换元件对应。如图10所示，在圆板40的一个面40a上依次层叠有反射层45、粘接层11以及荧光体层43。在本实施方式的波长转换元件中，荧光体层43所具有的晶体缺陷或晶界相当于多个全反射面43c。利用形成荧光体层43时的制造条件等，能够控制晶体缺陷或晶界的比例。
粘接层11与先前的实施方式相同，荧光体层43和粘接层11之间的界面成为全反射面11A。
根据本实施方式，以临界角以上的角度入射到全反射面43c上的荧光被全反射面43c全反射。以不足临界角的角度入射到全反射面43c上的荧光的一部分透过全反射面43c，入射到全反射面11A。
以临界角以上的入射角度入射到全反射面11A上的光被全反射面11A全反射，而以不足临界角的入射角度入射的光的一部分透过全反射面11A被反射层45反射。
在本实施方式中，不只是粘接层11和荧光体层43的界面，荧光体层43自身也具有使荧光全反射的功能。如上所述，荧光体层43具有多个全反射面43c，该多个全反射面43c由晶体缺陷或晶界构成。各全反射面43c随机地存在于荧光体层43内，并朝向各种各样的方向。因此，利用这些全反射面43c，能够使不朝向荧光体层43的光射出面43A侧和粘接层11侧中的任一方向的光向光射出面43A侧或粘接层11侧全反射。由此，能够提高荧光体层43的出光效率。
另外，通过利用全反射面43c使荧光Lf全反射，入射到全反射面11A的荧光变少。因此，与先前的实施方式相比，透过全反射面11A入射到反射层45的光也减少，从而在反射层45被吸收的光很少。
这样，不只是在粘接层11的全反射面11A上全反射，还能够利用荧光体层43内的全反射面43c来预先全反射一定程度的荧光，由此，入射到反射层45的光量减少，从而抑制反射层45处的光的吸收。
由此，荧光的利用效率更进一步提高，能够得到高亮度的照明光。
另外，在本实施方式中，由于荧光体层43具备全反射面43c，因此，粘接层11的折射率也可以不比荧光体层43的折射率小。可是，为了提高荧光的利用效率，优选粘接层11的折射率比荧光体层43的折射率小。
[旋转荧光板的第5实施方式]
接下来，对旋转荧光板的第5实施方式的结构进行叙述。
图11是局部放大地示出第5实施方式的旋转荧光板的结构的剖视图。
第5实施方式的旋转荧光板35与本发明的波长转换元件对应，如图11所示，在圆板40的一个面40a上依次层叠有反射层45、粘接层16、低折射率层36以及荧光体层43。
低折射率层36具有比荧光体层43的折射率低的折射率。由此，低折射率层36和荧光体层43的界面作为全反射面36A起作用。
作为粘接层16的材料，使用具有比荧光体层43高的热传导性的材料，由此，能够提高粘接层16的散热性，从而抑制荧光体层43的温度上升。作为粘接层16的材料，例如可以例举出银糊(銀ペースト)。
在粘接层16的折射率为低折射率层36的折射率以上的情况下，不被全反射面36A全反射而透过的光还透过低折射率层36和粘接层16的界面，被反射层45反射。
另一方面，在粘接层16的折射率小于低折射率层36的折射率的情况下，粘接层16和低折射率层36的界面作为全反射面16A起作用。在全反射面16A上，使透过全反射面36A的光中的、以临界角以上的入射角度入射的光全反射。这样，不只是全反射面36A，在全反射面16A上也使光全反射。因此，入射到反射层45的光比粘接层16的折射率为低折射率层36的折射率以上的情况少，由此，荧光的利用效率更进一步提高，能够得到高亮度的照明光。
另外，在从图8～图11所示的旋转荧光板的第2实施方式至第5实施方式中，虽然对反射型的旋转荧光板的结构进行了叙述，但也可以通过使用二向色镜46来代替反射层45，来提供透过型的旋转荧光板。
以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但当然本发明并不限定于所述的示例。本领域技术人员能够在权利要求的范围所记述的技术思想的范畴内想到各种变形例或修正例，这些当然属于本发明的技术范围。也可以将各实施方式的结构适当地组合。
例如，也可以将从旋转荧光板的第1实施方式至第5实施方式的结构中的任何一项组合，也可以将所有的结构组合。
在上述各实施方式中，虽然将反射层设置于荧光体层和圆板之间，但本发明并不限于此。例如，在圆板由反射可见光的材料构成的情况下，也可以省略反射层。该情况下，光反射性圆板相当于本发明的反射层。
另外，在上述各实施方式中，虽然采用了由激光光源构成的光源装置和第2光源装置，但本发明并不限于此。例如，也可以采用由发光二极管构成的光源装置和第2光源装置。
另外，作为光调制装置，也可以采用数字微镜器件。
另外，在上述各实施方式中，对将本发明的照明装置应用于投影仪的示例进行了说明，但本发明并不限于此。例如，也可以将本发明的照明装置应用于其他光学设备(例如，汽车的头灯、照明设备等。)

Claims (15)

1.一种波长转换元件，其特征在于，
所述波长转换元件具备：
基板；
反射部，其设置于所述基板的一个面侧；
波长转换层，其设置于所述反射部的与所述基板相反的一侧，并通过激励光的照射发出荧光；以及
反射面，其设置于所述波长转换层的与所述反射部相反的一侧的面和所述反射部之间，使所述荧光中的以临界角以上的角度入射的光全反射。
2.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中，
在所述波长转换层和所述反射部之间还具备中间层，该中间层具有比所述波长转换层的折射率低的折射率，
所述波长转换层和所述中间层之间的界面为所述反射面。
3.根据权利要求2所述的波长转换元件，其中，
所述中间层具有所述荧光的波长以上的厚度。
4.根据权利要求3所述的波长转换元件，其中，
所述中间层的厚度为1μm以上。
5.根据权利要求2～4中的任意一项所述的波长转换元件，其中，
所述中间层由粘接材料构成。
6.根据权利要求2～5中的任意一项所述的波长转换元件，其中，
所述中间层的热传导率比所述波长转换层的热传导率高。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的波长转换元件，其中，
所述反射面具有凹凸。
8.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中，
所述反射面为孔隙和该孔隙的周围的材料之间的界面。
9.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中，
所述波长转换层包含多个晶体缺陷或多个晶界，
所述反射面由所述晶体缺陷或所述晶界构成。
10.根据权利要求1～9中的任意一项所述的波长转换元件，其中，
所述反射部为透过所述激励光并反射所述荧光的二向色镜。
11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的波长转换元件，其中，
所述波长转换层包含折射率互不相同的多种材料。
12.根据权利要求1～11中的任意一项所述的波长转换元件，其中，
所述基板能够以与所述基板的所述一个面交叉的旋转轴为中心旋转。
13.一种光源装置，其特征在于，
所述光源装置具备：
发光元件，其射出激励光；和
权利要求1至权利要求12中的任意一项所述的波长转换元件。
14.根据权利要求13所述的光源装置，其中，
从与所述基板的所述一个面的法线平行的方向观察时，所述波长转换元件的所述反射面设置于与所述波长转换层上被照射所述激励光的区域重合的区域。
15.一种投影仪，其特征在于，
所述投影仪具备：
权利要求14所述的光源装置；
光调制装置，其根据图像信息对来自所述光源装置的光进行调制；以及
投影光学***，其将来自所述光调制装置的调制光作为投影图像进行投影。
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