JP2022039095A - 蛍光体粒子、波長変換素子、光源装置、蛍光体粒子の製造方法、波長変換素子の製造方法、及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光の出射光量を多くできる蛍光体粒子、波長変換素子、光源装置、蛍光体粒子の製造方法、波長変換素子の製造方法、及びプロジェクターを提供する。【解決手段】蛍光体粒子は、入射される励起光の波長よりも長い波長の蛍光を出射する蛍光体粒子であって、蛍光の波長の０．１倍以上、１０倍以下の凹部を表面に有する。【選択図】図５

Description

本発明は、蛍光体粒子、波長変換素子、光源装置、蛍光体粒子の製造方法、波長変換素子の製造方法、及びプロジェクターに関する。

従来、単結晶蛍光体の表面をエッチング処理することによって、吸収率を向上させる方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載のエッチング処理は、４０℃の濃度４０％のフッ化水素酸を用いて、粒子状の単結晶蛍光体の表面をエッチング処理する。このようにフッ化水素酸処理された単結晶蛍光体は、それぞれの粒子の稜が丸められ、フッ化水素酸処理前の単結晶蛍光体に比べて曲面が多くなる。このように、単結晶蛍光体の粒子の表面が曲面的になることによって、表面での光反射が低減し、吸収率が向上すると考えられ、これにより、粒子状の単結晶蛍光体の発光強度を向上させている。
このような単結晶蛍光体を含有する蛍光体含有部材と、蛍光体含有部材に入射される青色光を出射するレーザーダイオードと、液晶パネルとを備え、蛍光体含有部材から発せられる黄色の蛍光と、蛍光体含有部材にて吸収されずに透過する青色光とからなる白色光を用いて画像を投射するプロジェクターが構成される。

特開２０１７－１３７３９４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のエッチング処理後の単結晶蛍光体では、粒子の表面が凸状の曲面になることから、粒子状の単結晶蛍光体内にて生じた蛍光が単結晶蛍光体から外部に出射されにくくなると考えられる。この場合、蛍光体含有部材から出射される蛍光光量が多くなりにくいという問題がある。

本開示の第１態様に係る蛍光体粒子は、入射される励起光の波長よりも長い波長の蛍光を出射する蛍光体粒子であって、前記蛍光の波長の０．１倍以上、１０倍以下の凹部を表面に有する。

本開示の第２態様に係る波長変換素子は、上記蛍光体粒子を複数含み、かつ、複数の前記蛍光体粒子のうち互いに隣り合う一方の前記蛍光体粒子の表面の一部と他方の前記蛍光体粒子の表面の一部とを結合するバインダーを含む蛍光体層と、前記蛍光体層が設けられる基板と、を備え、前記バインダーは、ガラスを含有する。

本開示の第３態様に係る光源装置は、上記波長変換素子と、前記波長変換素子に入射される励起光を出射する光源と、を備える。

本開示の第４態様に係る蛍光体粒子の製造方法は、入射される励起光の波長よりも長い波長の蛍光を出射する蛍光体粒子の製造方法であって、前記蛍光体粒子の表面に、前記蛍光の波長の０．１倍以上、１０倍以下の凹部を形成する凹部形成工程を含む。

本開示の第５態様に係る波長変換素子の製造方法は、蛍光体層を有する波長変換素子の製造方法であって、上記蛍光体粒子の製造方法によって製造された蛍光体粒子とガラスを含有するバインダーとを混合した混合物を調製する混合物調製工程と、前記混合物を基板に塗布する塗布工程と、前記ガラスの軟化点より１００℃以上高い焼成温度にて、前記基板に塗布された前記混合物を焼成する焼成工程と、を含む。

本開示の第６態様に係る波長変換素子の製造方法は、蛍光体層を有する波長変換素子の製造方法であって、上記蛍光体粒子の製造方法によって製造された蛍光体粒子とガラスを含有するバインダーとを混合した混合物を調製する混合物調製工程と、前記混合物を基板に塗布する塗布工程と、前記ガラスの粘度が１０^６ｄＰａ・ｓ以下の値となるように、前記混合物を焼成する焼成工程と、を含む。

本開示の第７態様に係る波長変換素子は、上記第５態様又は上記第６態様に係る波長変換素子の製造方法によって製造されたものである。

本開示の第８態様に係る光源装置は、上記第７態様に係る波長変換素子と、前記波長変換素子に入射される励起光を出射する光源と、を備える。

本開示の第９態様に係るプロジェクターは、上記第３態様又は上記第８態様に係る光源装置と、前記光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。

一実施形態におけるプロジェクターの構成を示す模式図。 一実施形態における光源装置の構成を示す模式図。 一実施形態における波長変換素子を励起光の入射側から見た平面図。 一実施形態における波長変換素子の断面を示す模式図。 一実施形態における波長変換素子の一部を拡大して断面図。 一実施形態におけるバインダーによる蛍光体粒子の結合状態を示す模式図。 一実施形態における結合部の面積に対する光学系での明るさ及び光の広がりを示すグラフ。 一実施形態におけるガラス含有率と光学系効率との関係を示すグラフ。 一実施形態におけるエッチング前の蛍光体粒子を示す画像。 一実施形態におけるエッチング後の蛍光体粒子を示す画像。 一実施形態における波長変換素子の製造方法を示すフローチャート。 一実施形態における焼成温度とガラスの粘度との関係を示すグラフ。 一実施形態におけるエッチング前の蛍光体粒子及びエッチング後の蛍光体粒子における励起光密度と発光量との関係を示すグラフ。 一実施形態におけるエッチング前の蛍光体粒子及びエッチング後の蛍光体粒子における励起光密度と発光量子収率との関係を示すグラフ。 一実施形態における蛍光体層から出射される光の広がりの測定結果を示すグラフ。

以下、本発明の一実施形態について、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。
本実施形態に係るプロジェクター１は、後述する光源装置４から出射された光を変調して画像情報に応じた画像を形成する画像光を、スクリーン等の被投射面上に拡大投射する。プロジェクター１は、図１に示すように、外装を構成する外装筐体２と、外装筐体２内に配置される光源装置４及び光学装置３０と、を備える。なお、光源装置４及び光学装置３０の構成については、後に詳述する。この他、図示を省略するが、プロジェクター１は、プロジェクター１の動作を制御する制御装置、電子部品に電力を供給する電源装置、及び、冷却対象を冷却する冷却装置を備える。

［外装筐体の構成］
外装筐体２は、プロジェクター１の外装を構成する。外装筐体２は、光源装置４、光学装置３０、制御装置、電源装置及び冷却装置を収容する。外装筐体２は、それぞれ図示しない天面部及び底面部と、正面部２１、背面部２２、左側面部２３及び右側面部２４とを有し、略直方体形状に形成されている。
正面部２１は、後述する投射光学装置３６の一部を露出させる開口部２１１を有しており、投射光学装置３６によって投射される画像光は、開口部２１１を通過する。また、正面部２１は、プロジェクター１内の冷却対象を冷却した冷却気体が外装筐体２の外部に排出される排気口２１２を有する。更に、右側面部２４は、外装筐体２外の気体を冷却気体として内部に導入する導入口２４１を有する。

［光学装置の構成］
光学装置３０は、光源装置４とともに、画像情報に応じた画像を形成して投射する画像投射装置を構成する。光学装置３０は、均一化装置３１、色分離装置３２、リレー装置３３、画像形成装置３４、光学部品用筐体３５及び投射光学装置３６を備える。
均一化装置３１は、光源装置４から出射された光を均一化する。均一化装置３１によって均一化された光は、色分離装置３２及びリレー装置３３を経て、画像形成装置３４の後述する光変調装置３４３の変調領域を照明する。均一化装置３１は、２つのレンズアレイ３１１，３１２、偏光変換素子３１３及び重畳レンズ３１４を備える。
色分離装置３２は、均一化装置３１から入射される光を赤、緑及び青の各色光に分離する。色分離装置３２は、２つのダイクロイックミラー３２１，３２２と、ダイクロイックミラー３２１によって分離された青色光を反射させる反射ミラー３２３と、を備える。

リレー装置３３は、青色光の光路及び緑色光の光路より長い赤色光の光路に設けられ、赤色光の損失を抑制する。リレー装置３３は、入射側レンズ３３１、リレーレンズ３３３、反射ミラー３３２，３３４を備える。
なお、本実施形態では、赤色光の光路にリレー装置３３を設けているが、これに限らず、例えば他の色光より光路が長い色光を青色光とし、青色光の光路上にリレー装置３３を設ける構成としてもよい。

画像形成装置３４は、入射される赤、緑及び青の各色光を変調し、変調された各色光を合成して、投射光学装置３６によって投射される画像光を形成する。画像形成装置３４は、入射される各色光に応じて設けられる３つのフィールドレンズ３４１、３つの入射側偏光板３４２、３つの光変調装置３４３及び３つの出射側偏光板３４４と、１つの色合成装置３４５と、を備える。
光変調装置３４３は、光源装置４から出射された光を画像情報に応じて変調する。光変調装置３４３は、赤色光を変調する光変調装置３４３Ｒ、緑色光を変調する光変調装置３４３Ｇ、及び、青色光を変調する光変調装置３４３Ｂを含む。本実施形態では、光変調装置３４３は、透過型の液晶パネルによって構成されており、入射側偏光板３４２、光変調装置３４３及び出射側偏光板３４４によって液晶ライトバルブが構成される。
色合成装置３４５は、光変調装置３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒによって変調された各色光を合成して上記画像光を形成する。本実施形態では、色合成装置３４５は、クロスダイクロイックプリズムによって構成されているが、これに限らず、例えば複数のダイクロイックミラーによって構成することも可能である。

光学部品用筐体３５は、それぞれ上記した均一化装置３１、色分離装置３２、リレー装置３３及び画像形成装置３４を内部に収容する。なお、光学装置３０には、設計上の光軸である照明光軸Ａｘが設定されており、光学部品用筐体３５は、照明光軸Ａｘにおける所定位置に均一化装置３１、色分離装置３２、リレー装置３３及び画像形成装置３４を保持する。光源装置４及び投射光学装置３６は、照明光軸Ａｘにおける所定位置に配置される。

投射光学装置３６は、画像形成装置３４から入射される画像光を被投射面上に拡大投射する。すなわち、投射光学装置３６は、光変調装置３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒによって変調された光を投射する。投射光学装置３６は、例えば筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成される。

［光源装置の構成］
図２は、光源装置４を示す模式図である。
光源装置４は、光変調装置３４３を照明する照明光ＬＴを均一化装置３１に出射する。光源装置４は、図２に示すように、光源用筐体ＣＡと、光源用筐体ＣＡ内に収容される光源部４０、アフォーカル光学素子４１、第１位相差素子４２、ホモジナイザー光学素子４３、光分離素子４４、第１集光素子４５、第２位相差素子４６、第２集光素子４７、拡散反射装置４８、第３位相差素子４９、波長変換素子５１及び回転装置５９と、を備える。
光源用筐体ＣＡは、塵埃等が内部に侵入しづらい密閉筐体である。

光源部４０、アフォーカル光学素子４１、第１位相差素子４２、ホモジナイザー光学素子４３、光分離素子４４と、第２位相差素子４６、第２集光素子４７及び拡散反射装置４８は、光源装置４に設定された照明光軸Ａｘ１上に配置されている。
波長変換素子５１、第１集光素子４５、光分離素子４４及び第３位相差素子４９は、光源装置４に設定され、かつ、照明光軸Ａｘ１に直交する照明光軸Ａｘ２上に配置されている。

［光源部の構成］
光源部４０は、光を出射する光源４０１及びコリメーターレンズ４０４を備える。
光源４０１は、複数の固体光源４０２と、支持部材４０３と、を備える。
固体光源４０２は、励起光であるｓ偏光の青色光を出射する発光素子である。詳述すると、固体光源４０２は、半導体レーザーであり、固体光源４０２が出射する青色光は、例えばピーク波長が４４０ｎｍのレーザー光である。
支持部材４０３は、照明光軸Ａｘ１に直交する平面にそれぞれアレイ状に配置された複数の固体光源４０２を支持する。支持部材４０３は、熱伝導性を有する金属製部材である。

複数の固体光源４０２から出射された青色光は、コリメーターレンズ４０４によって平行光束に変換され、アフォーカル光学素子４１に入射される。
なお、本実施形態では、光源４０１は、偏光方向が同じ直線偏光光である青色光を出射する。しかしながら、これに限らず、光源４０１は、ｓ偏光の青色光と、ｐ偏光の青色光とを出射する構成としてもよい。この場合、第１位相差素子４２を省略可能である。

［アフォーカル光学素子の構成］
アフォーカル光学素子４１は、光源部４０から入射する青色光の光束径を調整する。アフォーカル光学素子４１は、入射する光を集光するレンズ４１１と、レンズ４１１によって集光された光束を平行化するレンズ４１２とにより構成されている。なお、アフォーカル光学素子４１は無くてもよい。

［第１位相差素子の構成］
第１位相差素子４２は、アフォーカル光学素子４１とホモジナイザー光学素子４３との間に設けられている。第１位相差素子４２は、入射された１種類の直線偏光を、ｓ偏光の青色光Ｌｓ及びｐ偏光の青色光Ｌｐが含まれる光に変換する。第１位相差素子４２は、回動装置によって、照明光軸Ａｘ１に沿う回動軸を中心として回動されてもよい。この場合、第１位相差素子４２の回動角に応じて、第１位相差素子４２から出射される光束における青色光Ｌｓと青色光Ｌｐとの割合を調整できる。

［ホモジナイザー光学素子の構成］
ホモジナイザー光学素子４３は、アフォーカル光学素子４１から第１位相差素子４２を介して入射する青色光Ｌｓ，Ｌｐの照度分布を均一化する。ホモジナイザー光学素子４３は、一対のマルチレンズアレイ４３１，４３２により構成されている。
なお、ホモジナイザー光学素子４３に代えて、入射される光を通過させる過程にて拡散させて、出射される光の照度分布を均一化する拡散透過素子を採用してもよい。拡散透過素子は、ホログラムを有する構成、複数の小レンズが光軸直交面に配列された構成、及び、光が通過する面が粗面である構成を例示できる。

［光分離素子の構成］
ホモジナイザー光学素子４３を通過した青色光Ｌｓ，Ｌｐは、光分離素子４４に入射する。
光分離素子４４は、プリズム型の偏光ビームスプリッターであり、入射する光に含まれるｓ偏光成分とｐ偏光成分とを分離する。具体的に、光分離素子４４は、ｓ偏光成分を反射させ、ｐ偏光成分を透過させる。また、光分離素子４４は、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分のいずれの偏光成分であっても、所定波長以上の光を透過させる色分離特性を有する。従って、ｓ偏光の青色光Ｌｓは、光分離素子４４にて反射されて、第１集光素子４５に入射する。一方、ｐ偏光の青色光Ｌｐは、光分離素子４４を透過して、第２位相差素子４６に入射する。
なお、光分離素子４４は、光源部４０からホモジナイザー光学素子４３を介して入射される光のうち、一部の光を通過させ、残りの光を反射させるハーフミラーの機能と、拡散反射装置４８から入射される青色光を反射させ、波長変換素子５１から入射され、青色光の波長よりも長い波長を有する光を透過させるダイクロイックミラーの機能と、を有するものであってもよい。この場合、第１位相差素子４２を省略できる。

［第１集光素子の構成］
第１集光素子４５は、光分離素子４４にて反射された青色光Ｌｓを波長変換素子５１に集光する。また、第１集光素子４５は、波長変換素子５１から入射する蛍光ＹＬを平行化する。図２の例では、第１集光素子４５は、２つのレンズ４５１，４５２によって構成されているが、第１集光素子４５を構成するレンズの数は問わない。

［波長変換素子の構成］
波長変換素子５１は、入射した光の波長を変換する。詳述すると、波長変換素子５１は、励起光である青色光Ｌｓが入射することによって励起され、入射した青色光Ｌｓの波長よりも長い波長を有する蛍光ＹＬを出射する。蛍光ＹＬは、例えばピーク波長が５００～７００ｎｍの光である。すなわち、蛍光ＹＬは、緑色光及び赤色光を含む。
回転装置５９は、制御装置による制御の下、照明光軸Ａｘ２と平行な回転軸を中心として、蛍光体ホイールである波長変換素子５１を一定の速度で一定の方向に回転させる。回転装置５９は、例えばモーターによって構成できる。

波長変換素子５１から出射された蛍光ＹＬは、照明光軸Ａｘ２に沿って第１集光素子４５を通過した後、光分離素子４４に入射する。そして、蛍光ＹＬは、光分離素子４４を照明光軸Ａｘ２に沿って通過し、第３位相差素子４９に入射する。
なお、波長変換素子５１の構成については、後に詳述する。

［第２位相差素子及び第２集光素子の構成］
第２位相差素子４６は、光分離素子４４と第２集光素子４７との間に配置されている。第２位相差素子４６は、光分離素子４４を通過した青色光Ｌｐを円偏光の青色光Ｌｃに変換する。青色光Ｌｃは、第２集光素子４７に入射する。
第２集光素子４７は、第２位相差素子４６から入射する青色光Ｌｃを拡散反射装置４８に集光する。また、第２集光素子４７は、拡散反射装置４８から入射する青色光Ｌｃを平行化する。なお、第２集光素子４７を構成するレンズの数は、適宜変更可能である。

［拡散反射装置の構成］
拡散反射装置４８は、波長変換素子５１から出射される蛍光ＹＬと同様の拡散角で、入射する青色光Ｌｃを反射させて拡散させる。拡散反射装置４８は、入射する青色光Ｌｃをランバート反射させる反射部材を有する。なお、拡散反射装置４８は、反射部材を照明光軸Ａｘ１と平行な回転軸を中心として回転させる回転装置を備えていてもよい。
拡散反射装置４８にて拡散反射された青色光Ｌｃは、第２集光素子４７を通過した後、第２位相差素子４６に入射する。青色光Ｌｃは、拡散反射装置４８にて反射される際に、回転方向が反対方向の円偏光に変換される。このため、第２集光素子４７を介して第２位相差素子４６に入射する青色光Ｌｃは、第２位相差素子４６によって、ｓ偏光の青色光Ｌｓに変換される。そして、青色光Ｌｓは、光分離素子４４にて反射されて、第３位相差素子４９に入射する。すなわち、光分離素子４４から第３位相差素子４９に入射する光は、青色光Ｌｓ及び蛍光ＹＬが混在した白色光である。

［第３位相差素子の構成］
第３位相差素子４９は、光分離素子４４から入射する白色光をｓ偏光及びｐ偏光が混在する光に変換する。このように変換された白色の照明光ＬＴは、上記した均一化装置３１に入射される。

［波長変換素子の構成］
図３は、波長変換素子５１を励起光の入射側から見た平面図である。図４は、波長変換素子５１の断面を模式的に示す図である。
波長変換素子５１は、励起光の波長とは異なる波長を有する光である蛍光を、励起光の入射側に出射する反射型の波長変換素子である。波長変換素子５１は、図３及び図４に示すように、基板５２、放熱シート５３及び蛍光体層５４を有する。なお、波長変換素子５１は、後述する製造方法によって製造される。
なお、以降の説明及び図においては、蛍光体層５４に入射される青色光Ｌｓを、蛍光体層５４に含まれる蛍光体粒子を励起させる励起光と記載する。また、蛍光体層５４に対する励起光の入射方向を＋Ｚ方向とし、＋Ｚ方向とは反対方向を－Ｚ方向とする。

［基板の構成］
基板５２は、放熱シート５３及び蛍光体層５４を保持する保持部材である他、蛍光体層５４から伝達される熱を放熱する放熱部材でもある。基板５２は、図３に示すように、例えばアルミナや酸化亜鉛の少なくともいずれかを含む金属材料によって、－Ｚ方向から見て円板状に形成されている。基板５２は、回転装置５９によって照明光軸Ａｘ２に沿う回転軸Ｒｘを中心として、放熱シート５３及び蛍光体層５４とともに回転される。
基板５２は、図４に示すように、－Ｚ方向の面である第１面５２１と、＋Ｚ方向の面である第２面５２２と、を有する。
第１面５２１は、蛍光体層５４と対向する対向面であり、入射される光を反射する反射面である。
第２面５２２は、第１面５２１とは反対側の面である。第２面５２２には、放熱シート５３が接着されており、蛍光体層５４で発生した熱は基板５２を介して、放熱シート５３に伝えられ、伝えられた熱は放熱シート５３全体に伝えられる。放熱シート５３は、周囲の気体との接触面積を拡大することによって、基板５２に伝達された熱の放熱効率を高めている。放熱シート５３は、例えばアルミニウムやグラファイト等により構成される。なお、放熱シート５３に代えて、基板５２に伝達された熱を放出する放熱フィンが設けられていてもよい。
基板５２は、サブミクロンオーダーのアルミナ紛体を低温で焼成して内部に微小な気孔を体積比で２０％程度含んだ焼結体であり、第１面５２１にて蛍光体層５４から入射される光を、蛍光体層５４側に反射する。しかしながら、これに限らず、基板５２は、第１面５２１に反射層が設けられた金属製基板であってもよい。

［蛍光体層の構成］
蛍光体層５４は、基板５２に対して励起光の入射側である－Ｚ方向に設けられている。蛍光体層５４は、入射される励起光を蛍光に変換して出射する。換言すると、蛍光体層５４は、入射される励起光を波長変換して、励起光の波長より長い波長を有する光である蛍光を生成して出射する。蛍光体層５４は、図３に示すように、－Ｚ方向から見て、波長変換素子５１の回転軸Ｒｘを中心とする略リング状に形成されている。

蛍光体層５４は、図４に示すように、－Ｚ方向の面である第１面５４１と、＋Ｚ方向の面であり、第１面５４１とは反対側の面である第２面５４２と、を有する。
第１面５４１は、励起光が入射される入射面であり、蛍光が出射される出射面である。
第２面５４２は、基板５２と対向する対向面である。

図５は、波長変換素子５１の一部を拡大して示す断面図である。なお、図５には、励起光ＥＬを点線の矢印で示し、蛍光ＹＬを実線の矢印で示している。
蛍光体層５４は、複数の蛍光体粒子ＰＲと、複数の蛍光体粒子ＰＲのうち互いに隣り合う一方の蛍光体粒子ＰＲと他方の蛍光体粒子ＰＲとを結合するバインダーＢＮとを含有する。また、蛍光体層５４内には、空隙ＳＰが設けられている。換言すると、蛍光体層５４は、バインダーＢＮによって複数の蛍光体粒子ＰＲが互いに結合され、内部に空隙ＳＰが設けられた構成を有する。バインダーＢＮは、蛍光体粒子ＰＲ同士を結合する。

図６は、バインダーＢＮによって結合された蛍光体粒子ＰＲ（ＰＲＡ，ＰＲＢ）を示す模式図である。
例えば図６に示すように、隣り合う２つの蛍光体粒子ＰＲ（ＰＲＡ，ＰＲＢ）は、それぞれの表面の一部がバインダーＢＮによって結合されることによって、互いに結合されている。
蛍光体粒子ＰＲは、蛍光体材料と、発光中心となる賦活剤とを含有する粒子である。賦活剤としては、例えばＣｅ、Ｅｕ、Ｐｒ、Ｃｒ、Ｇｄ及びＧａが挙げられる。蛍光体材料としては、ＹＡＧ蛍光体材料、ＹＡＧ蛍光体におけるＹがＬｕ又はＧｄで置換され、ＡｌがＧａで置換された蛍光体材料、Ｙ（ＡｌＧａ）Ｇ蛍光体材料、ＧｄＹＡＧ蛍光体材料、ＫＳＦ蛍光体材料、ランタンシリコンナイトライド蛍光体材料、ＳＣＡＳＮ蛍光体材料、及び、ＣＡＳＮ蛍光体材料等を採用できる。蛍光体材料は、複数の蛍光体材料の混合物であってもよい。
バインダーＢＮとしては、本実施形態では、ホウケイ酸ガラスが用いられているが、リン酸塩系ガラスであってもよい。また、ＳｉＯ_２を主成分とするポリシラザンが用いられてもよい。なお、バインダーＢＮは、蛍光体粒子ＰＲ及びバインダーＢＮを含有する混合物を焼成して蛍光体層５４を形成するときに、蛍光体層５４と基板５２とを結合する。
上記のように、蛍光体層５４の内部には、微小な空隙ＳＰが設けられている。このような空隙ＳＰが含まれていることにより、蛍光体層５４内部での蛍光の広がりを抑え、蛍光体層５４からの蛍光を小さい範囲で取り出すことによって、光学系の集光効率が高められる。

以下、蛍光体粒子ＰＲにおいてバインダーＢＮとの結合部を、結合部ＢＰとする。例えば、蛍光体粒子ＰＲＡにおけるバインダーＢＮとの結合部を、結合部ＢＰ（ＢＰＡ）とし、蛍光体粒子ＰＲＢにおけるバインダーＢＮとの結合部を結合部ＢＰ（ＢＰＢ）とする。

［蛍光体粒子における結合部の面積と光学系での明るさとの関係］
プロジェクター１に採用される光源装置４は、光源装置４から出射された照明光が入射される光学系である光学装置３０を透過する光の明るさが高くなる光源装置であることが要望される。
このため、本実施形態では、蛍光体層５４において蛍光ＹＬの出射側に位置する蛍光体層５４に含有される蛍光体粒子ＰＲの表面におけるバインダーＢＮとの結合部ＢＰの面積を調整している。すなわち、光学装置３０を透過する光の明るさを高めるために、結合部ＢＰの面積は、蛍光体粒子ＰＲの表面積の１０％以下の値に設定されている。詳述すると、結合部ＢＰの面積は、蛍光体粒子ＰＲの表面積の３％以上、５％以下の範囲内の値に設定されている。これは、以下の実験結果によるものである。

図７は、蛍光体粒子ＰＲの表面積に占める結合部ＢＰの面積の割合に対する光学装置３０における光学系での明るさ及び光の広がりを示すグラフである。
本件発明者は、蛍光体粒子ＰＲの表面積に対する結合部ＢＰの面積の割合を変化させ、蛍光体層５４から出射される光の広がり、及び、光学装置３０における光学系での明るさを測定する実験を行った。なお、ここでいう光学系での明るさは、光変調装置３４３に集光可能な光量を示している。また、光の広がりは、蛍光体層５４において、励起光の入射領域の面積に対する蛍光の出射領域の面積の割合である。以下の説明では、蛍光体粒子ＰＲの表面積に対する結合部ＢＰの面積の割合を、面積割合と略す。
蛍光体層５４から出射される光の広がりは、図７に一点鎖線によって示されるように、面積割合が大きいほど大きくなった。すなわち、蛍光体層５４から出射される光の広がりは、結合部ＢＰの面積が大きいほど大きくなった。

光学系での明るさは、図７に実線によって示されるように、面積割合が小さいほど高くなるわけではなく、光学系での明るさには、最大値（最高値）があることが分かった。
詳述すると、面積割合が１０％以下の範囲では、光学系での明るさは、面積割合が大きくなるに従って高くなった後に低くなった。そして、光学系での明るさの最大値は、面積割合が３％以上、５％以下の範囲内にあるときに示されることが分かった。
一方、面積割合が１０％を超える範囲では、光学系での明るさは、面積割合が０％であるときより低くなり、面積割合が大きいほど低くなった。
すなわち、光学系での明るさは、面積割合が１０％以下であるときに０％であるときよりも高くなり、面積割合が３％以上、５％以下の範囲内にあるときに最大となることが分かった。

このように、光学系での明るさが高くなるときの面積割合の範囲が存在することは、以下の理由によると考えられる。
ＹＡＧ蛍光体材料によって形成された蛍光体粒子ＰＲの屈折率は、約１．８である。これに対し、バインダーＢＮを構成するホウケイ酸ガラスの屈折率は、約１．５である。
このことから、蛍光体粒子ＰＲの内部にて生成されて結合部ＢＰに入射された蛍光は、結合部ＢＰからバインダーＢＮを伝わって、隣り合う蛍光体粒子ＰＲ内に進行する。
一方、蛍光体層５４の内部には空隙ＳＰが設けられていることから、蛍光体層５４に含まれる蛍光体粒子ＰＲの外面において結合部ＢＰ以外の領域は、空気と接している。このため、フレネルの式に従い、蛍光体粒子ＰＲの内部にて生成されて、蛍光体粒子ＰＲの外面において結合部ＢＰ以外の領域に入射された蛍光は、大部分が屈折して蛍光体粒子ＰＲの外部に出射されて一部が内部に反射するか、或いは、蛍光体粒子ＰＲ内部に全反射される。

面積割合が大きい場合、結合部ＢＰに入射される蛍光の光量が多くなる。すなわち、面積割合が大きい場合、結合部ＢＰを介してバインダーＢＮを伝わる蛍光の光量が多くなる。この場合、蛍光体粒子ＰＲの屈折率とバインダーＢＮの屈折率との差が小さく、蛍光体粒子ＰＲとバインダーＢＮとの界面での屈折が小さいため、蛍光が周辺の蛍光体粒子ＰＲに広がりやすくなる。このため、蛍光体層５４から外部に、大きな広がりの光源として蛍光が出ていく。これにより、光学系である光学装置３０の光変調装置３４３に、蛍光体層５４から出射された蛍光を集光しにくくなる。すなわち、この場合には、光学系での明るさが低くなる。

面積割合が小さい場合、蛍光体粒子ＰＲの内部にて生成された蛍光は、蛍光体粒子ＰＲの外面において結合部ＢＰ以外の領域、すなわち、空気との界面に入射されやすくなる。このため、蛍光体粒子ＰＲと空気との界面にて屈折されて蛍光体粒子ＰＲから出射される蛍光の光量、及び、全反射される蛍光の光量が多くなることから、周辺の広範囲の蛍光体粒子ＰＲに蛍光が広がることが抑制され、蛍光体層５４から外部に、小さな広がりの光源として蛍光が出ていく。このような蛍光は、光変調装置３４３に集光しやすい。すなわち、この場合には、光学系での明るさが高くなる。

一方、面積割合が、例えば１％以下の値のような非常に小さい値である場合、蛍光が蛍光体粒子ＰＲの内部に閉じ込められやすくなる。この場合には、空気との界面での蛍光の反射が繰り返されやすくなって、蛍光の光路長が大きくなる。このように、蛍光体粒子ＰＲ内を蛍光が何度も通ることで、自己吸収が生じやすくなる。自己吸収とは、蛍光体の発光波長が蛍光体の吸収波長と部分的に重なっているために、蛍光体が蛍光を吸収して発熱する現象である。このような自己吸収が生じると、蛍光体層５４から出射される蛍光の光量が減少し、ひいては、光学系での明るさが低くなる。

他方、蛍光体粒子ＰＲにおける空気との界面での反射及び屈折の頻度が高くなると、蛍光体層５４の外部から照射される励起光が、蛍光体粒子ＰＲの表面、或いは、蛍光体粒子ＰＲの内部にて反射されやすくなる。蛍光に変換されることなく、蛍光体層５４の外部に放射される励起光の光量が大きくなる。すなわち、励起光の後方散乱（バックスキャッタ）が生じやすくなる。この場合には、蛍光に変換される励起光の光量が減少することによって、蛍光体層５４から出射される蛍光の光量が減少し、ひいては、光学系での明るさが低くなり得る。

このような考察から、光学系での明るさを高くするためには、面積割合は、１０％以下の値であることが好ましく、３％以上、５％以下の値であることがより好ましいことが分かった。

［蛍光体粒子におけるバインダーとの結合部の大きさ］
本実施形態では、蛍光体粒子ＰＲの表面積に対する結合部ＢＰの面積の割合を１０％以下にするために、結合部ＢＰの大きさが以下の大きさになるように、蛍光体層５４を作製している。なお、以下の説明では、図６に示すように、バインダーＢＮによって結合される蛍光体粒子ＰＲＡ，ＰＲＢの各中心Ｃ１，Ｃ２を結ぶ仮想線ＶＬに直交し、かつ、互いに直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とする。

本実施形態では、結合部ＢＰＡのＹ軸における寸法は、蛍光体粒子ＰＲＡの直径ＤＡの１／４以下とされ、図示を省略するが、結合部ＢＰＡのＸ軸における寸法は、蛍光体粒子ＰＲＡの直径ＤＡの１／４以下とされている。換言すると、結合部ＢＰＡのＹ軸における寸法は、蛍光体粒子ＰＲＡのＹ軸における大きさの１／４以下とされ、図示を省略するが、結合部ＢＰＡのＸ軸における寸法は、蛍光体粒子ＰＲＡのＸ軸における大きさの１／４以下とされている。
同様に、結合部ＢＰＢのＹ軸における寸法は、蛍光体粒子ＰＲＢの直径ＤＢの１／４以下とされ、図示を省略するが、結合部ＢＰＢのＸ軸における寸法は、蛍光体粒子ＰＲＢの直径ＤＢの１／４以下とされている。換言すると、結合部ＢＰＢのＹ軸における寸法は、蛍光体粒子ＰＲＢのＹ軸における大きさの１／４以下とされ、図示を省略するが、結合部ＢＰＢのＸ軸における寸法は、蛍光体粒子ＰＲＢのＸ軸における大きさの１／４以下とされている。
更に、バインダーＢＮの厚み寸法を仮想線ＶＬに沿うバインダーＢＮの寸法とすると、バインダーＢＮの厚み寸法は、蛍光体粒子ＰＲの直径の１／１０以下とされている。
このように、結合部ＢＰの寸法が上記の大きさであることにより、上記割合が１０％以下の値となり、光学系での明るさを高くすることができる。

［計算による結合部の大きさ］
光学系での明るさを高める上記面積割合は、蛍光体粒子ＰＲの直径に基づく計算結果からも裏付けられる。
蛍光体層５４に含まれる蛍光体粒子ＰＲを球状と仮定した場合、半径Ｒの蛍光体粒子ＰＲの表面積は、４π・Ｒ^２である。
一方、粒径が略揃った球形の蛍光体粒子ＰＲが密に配列されている場合、単位体積当たりの蛍光体粒子ＰＲの充填率は、一般的に６０～７５％である。この場合、１つの蛍光体粒子ＰＲが接する他の蛍光体粒子ＰＲの数は、８～１２である。

１つの蛍光体粒子ＰＲが接する他の蛍光体粒子ＰＲの数を８と仮定し、バインダーＢＮを、厚みｔで半径ｒの円柱と仮定した場合、結合部ＢＰの総面積は、８π・ｒ^２である。なお、バインダーＢＮの厚みは、図６に示した仮想線ＶＬに沿う寸法である。また、バインダーＢＮの厚みは、蛍光体粒子ＰＲの１／１０以下が好適である。
これらのことから、上記面積割合は、８π・ｒ^２／（４π・Ｒ^２）となる。すなわち、上記面積割合は、２ｒ^２／Ｒ^２となる。

蛍光体粒子ＰＲの半径Ｒを１２μｍと仮定し、蛍光体粒子ＰＲの表面積に占める結合部ＢＰの割合を、上記した実験結果から５％（＝０．０５）と仮定した場合、結合部ＢＰの半径ｒは、略１．８９μｍとなる。すなわち、蛍光体粒子ＰＲにおける結合部ＢＰの形状を円とした場合の結合部ＢＰの半径ｒは、略２μｍとなり、結合部ＢＰの直径は、略４μｍとなる。また、１つの蛍光体粒子ＰＲが接する他の蛍光体粒子ＰＲの数を１２と仮定すれば、結合部ＢＰの半径ｒは、略３μｍとなり、結合部ＢＰの直径は、略６μｍとなる。よって、結合部ＢＰの半径ｒは、略２～３μｍであり、結合部ＢＰの直径は、略４～６μｍである。
このような計算によって求められる結合部ＢＰの直径は、上記仮定に基づく蛍光体粒子ＰＲの直径２４μｍの１／４以下の値である。換言すると、結合部ＢＰのＸ軸及びＹ軸における寸法は、蛍光体粒子ＰＲの直径の１／４以下の値である。
以上のように、蛍光体粒子ＰＲの直径に対して結合部ＢＰの寸法を上記した大きさにすることによって、上記面積割合を１０％以下にすることができ、ひいては、光学系での明るさを高くできる。
このような結合部ＢＰの大きさは、詳しくは後述するが、蛍光体層５４を製造する際の温度を調整することによって実現できる。これについては、波長変換素子５１の製造方法にて説明する。

［蛍光体層におけるガラス含有率］
図８は、蛍光体層５４のガラス含有率と光学系効率との関係を示すグラフである。
なお、ガラス含有率は、蛍光体層５４においてバインダーＢＮの体積割合（ｖｏｌ％）により表される。具体的に、ガラス含有率は「１００＊ガラスの体積／（ガラスの体積＋蛍光体粒子の体積）」であり、空隙の体積は含まれていない。
すなわち、ここでいうガラス含有率は、作製後の波長変換素子５１の実測値ではなく、後述する波長変換素子５１の製造工程における混合物調製工程Ｓ３でのバインダーＢＮ及び蛍光体粒子ＰＲの投入量の体積割合に基づく値である。

一方、光学系効率は、「蛍光体層５４から出射されて光学系である光学装置３０を透過した後、投射光学装置３６から出射した光の光量／蛍光体層５４に照射された励起光の光量」である。このため、光学系効率は、「蛍光体層５４から出射されて光学装置３０に入射した光の光量／蛍光体層５４に照射された励起光の光量」ではなく、「蛍光体層５４から出射された光の光量／蛍光体層５４に照射された励起光の光量」により示される波長変換効率でもない。
すなわち、光学系効率は、エテンデューを含んだ効率であり、プロジェクター１の光学装置３０における光利用効率と言い換えることができる。

図８に示されるように、本実施形態に係る蛍光体層５４において、ガラス含有率が０ｖｏｌ％よりも大きく、１０ｖｏｌ％以下の範囲内では、ガラス含有率が０ｖｏｌ％であるときに比べて、光学系効率が高くなっている。そして、ガラス含有率が１０ｖｏｌ％であると、光学系効率は、ガラス含有率が０ｖｏｌ％であるときと略同じ値となる。
蛍光体層５４のガラス含有率が１０ｖｏｌ％を超えると、ガラス含有率が０ｖｏｌ％であるときに比べて、光学系効率が低下する。これは、上記のように、蛍光体粒子ＰＲとバインダーＢＮとの界面にて、蛍光が反射及び屈折をすることによる損失は低下する一方で、蛍光が蛍光体層５４中を広がり、蛍光が蛍光体層５４から出射される際の光の広がりが大きくなり、光学系である光学装置３０にて利用できる光量が低下して、測定値の差として表れたものと考えられる。また、０％以上１０％以下の間でピークを示すのは、バインダーＢＮが極端に少ないと、蛍光体粒子ＰＲと空隙ＳＰ（空気）との界面にて、励起光が何回も反射及び屈折を繰り返すことによって、当該励起光が蛍光体を励起する前に、蛍光体層５４から放出されてしまうことによるものと考えられる。

図示を省略するが、ガラス含有率が３０ｖｏｌ％及び２０ｖｏｌ％である蛍光体層では、全ての蛍光体粒子ＰＲの表面がバインダーＢＮによって略完全に覆われる。特に、ガラス含有率が３０ｖｏｌ％である蛍光体層では、各蛍光体粒子ＰＲはバインダーＢＮの中に埋没される。このように蛍光体粒子ＰＲが、ホウケイ酸ガラスであるバインダーＢＮによって覆われると、上記のように、蛍光体粒子ＰＲにて生成された蛍光がバインダーＢＮを伝播しやすくなり、蛍光体層から出射される光の広がりが大きくなって、光学系効率が低下する。

これに対し、ガラス含有率が１０ｖｏｌ％、５ｖｏｌ％及び３ｖｏｌ％である蛍光体層では、バインダーＢＮは、隣り合う蛍光体粒子ＰＲの間に設けられ、蛍光体粒子ＰＲは、バインダーＢＮによって完全には覆われない。特に、ガラス含有率が５ｖｏｌ％及び３ｖｏｌ％である蛍光体層では、バインダーＢＮは、隣り合う蛍光体粒子ＰＲの間にのみ設けられ、蛍光体粒子ＰＲの表面は、ほぼ露出される。
このように、バインダーＢＮによって、隣り合う蛍光体粒子ＰＲが表面の一部にて結合され、他の部分が露出されていることにより、蛍光体層から出射される光の広がりが小さくなり、光学系効率が高められる。
従って、蛍光体層５４のガラス含有率は、０ｖｏｌ％より大きく、１０ｖｏｌ％以下の範囲内の値であることにより、ガラス含有率が０ｖｏｌ％のとき、及び、ガラス含有率が１０ｖｏｌ％より大きい場合に比べて、光学系効率を高められる蛍光体層を構成できる。

［蛍光体粒子の表面積］
図９は、エッチング処理前の蛍光体粒子ＰＲのＳＥＭ画像である。図１０は、エッチング処理後の蛍光体粒子ＰＲのＳＥＭ画像である。なお、ＳＥＭは、Scanning Electron Microscope（走査型電子顕微鏡）であり、ＳＥＭ画像は、ＳＥＭにより観察した際の画像である。
本実施形態に係る波長変換素子５１の蛍光体層５４は、後述する凹部形成工程Ｓ２でのエッチング処理によって複数の凹部ＰＲ１が表面に設けられた蛍光体粒子ＰＲを含有している。
ここで、エッチング処理前の蛍光体粒子ＰＲは、図９に示すように、比較的平滑な表面を有する多面体である。このような蛍光体粒子ＰＲに対してエッチング処理を施すことによって、蛍光体粒子ＰＲの表面には、図１０に示すように、複数の凹部ＰＲ１が形成される。凹部ＰＲ１は、蛍光体粒子ＰＲの内部に向かって凹む凹曲面である。凹部ＰＲ１の大きさは、エッチング処理の時間に比例して大きくなる。
凹部ＰＲ１を有する蛍光体粒子ＰＲの表面積は、エッチング処理前の蛍光体粒子ＰＲの表面積、すなわち、凹部ＰＲ１を有しない蛍光体粒子ＰＲの表面積よりも大きくなる。

例えば、エッチング前に半径ａの円形の平面が蛍光体粒子ＰＲにあったとすると、当該平面の面積はａ^２πである。
エッチング処理によって蛍光体粒子ＰＲの表面に凹部が形成されるとし、エッチング処理によって凹部の表面が０．５μｍ削れた場合、凹曲面の表面積は、１＋（ｄ／ａ）^２倍大きくなる。半径ａが５μｍ、深さｄが２μｍとすると、エッチング処理後の凹曲面の表面積は、エッチング処理前の平面の表面積に比べて約１．１６倍大きくなる。
表面積が大きくなるため、反射率は大きくなるが、内部の光が出る面積が増えることから、出射される光は大きくなる。さらに、内部の凹面で反射された光は、集光せず発散されるので、他の面からの光の放出が大きくなる。
また、エッチング処理によって蛍光体粒子ＰＲの表面は、凹面になるが、その現象は、エッチングが表面の起点を中心になされることから理解ができる。また、蛍光体粒子ＰＲの表面に形成された稜線を含む平面部が曲面部になることによって、稜線付近で起こっていた内部光の多重反射がなくなり、蛍光が蛍光体粒子ＰＲの内部から外部に出やすくなる。
本実施形態では、蛍光体層５４に含有される蛍光体粒子ＰＲには、粒径が平均３０μｍで、かつ、凹部ＰＲ１の大きさが０．１λ以上、１０λ以下である蛍光体粒子が用いられている。λは、蛍光体粒子に励起光が入射されたときに蛍光体粒子にて生じる蛍光の波長を示す。
なお、本件発明者は、エッチング処理前の蛍光体粒子ＰＲの特性とエッチング処理後の蛍光体粒子ＰＲの特性との違いを測定した。これについては、後に詳述する。

［波長変換素子の製造方法］
図１１は、波長変換素子５１の製造方法を示すフローチャートである。
以下、蛍光体層５４を含む波長変換素子５１の製造方法について説明する。
波長変換素子５１の製造方法は、図１１に示すように、順に実施される粒子調製工程Ｓ１、凹部形成工程Ｓ２、混合物調製工程Ｓ３、塗布工程Ｓ４、乾燥工程Ｓ５、焼成工程Ｓ６及び冷却工程Ｓ７を含む。すなわち、以下に示す波長変換素子５１の製造方法は、蛍光体粒子の製造方法を含む。

粒子調製工程Ｓ１は、焼成された蛍光体材料の多結晶板から蛍光体粒子を調製する工程である。具体的に、まず、粒子調製工程Ｓ１では、蛍光体材料の多結晶板をジルコニアの球で砕き、数μｍ以上、１００μｍ以下の粒径分布を有する蛍光体粒子を作成する。作成された蛍光体粒子から、５０μｍ以上の粒径を有する蛍光体粒子を抽出する。

凹部形成工程Ｓ２は、粒子調製工程Ｓ１にて調製された蛍光体粒子の表面に凹部を形成する工程である。具体的に、凹部形成工程Ｓ２では、所定温度及び所定濃度の強酸によって蛍光体粒子の表面を所定時間エッチングすることによって、蛍光体粒子の表面に凹部を形成する。このような凹部のサイズ（直径）は、上記のように、０．１λ以上１０λ以下が好ましく、０．５λ以上２λ以下であることがより好ましい。

混合物調製工程Ｓ３、焼成後に蛍光体層５４となる混合物を調製する工程である。混合物調製工程Ｓ３では、焼成後にバインダーＢＮとなるバインダー構成物と、エチルセルロース等の有機物の分散剤と、バインダー構成物及び分散剤を溶かす溶剤と、上記凹部形成工程Ｓ２にて凹部が形成された蛍光体粒子の粉末と、を混合した混合物を調製する。なお、バインダー構成物としては、例えばシリカが６０％以上含まれるホウケイ酸ガラスを直径１μｍ以下に砕いたものが挙げられる。
また、蛍光体粒子の粉末とバインダー構成物であるホウケイ酸ガラスとの割合は、体積比で９８：２～９２：８の範囲内の割合とする。なお、当該範囲は、９８：２及び９２：８を含む範囲である。より好ましくは、蛍光体粒子の粉末とホウケイ酸ガラスとの割合は、体積比で９７：３～９５：５の範囲内の割合とする。当該範囲は、９７：３及び９５：５を含む範囲である。このように蛍光体粒子の粉末とホウケイ酸ガラスとの割合を調整することによって、ガラス含有率を上記範囲内の値に設定できる。

塗布工程Ｓ４は、混合物調製工程Ｓ３にて調製された混合物を、基板５２の第１面５２１上に塗布する工程である。
乾燥工程Ｓ５では、塗布工程Ｓ４にて塗布された混合物を乾燥させる。

焼成工程Ｓ６では、乾燥された混合物及び基板５２を焼成する。
例えば、まず、混合物が塗布された基板５２を低温で焼成する。具体的に、混合物に含まれる分散剤の有機物が分解する３００℃以上、５００℃以下の温度で混合物及び基板５２を焼成する。これにより、混合物から分散剤及び溶剤の略全てが蒸発する。
次に、焼成炉にて１０００℃まで１０℃／分の割合で昇温しつつ、混合物及び基板５２を短時間焼成する。焼成工程Ｓ６にて高温で焼成すると、混合物に含まれるバインダー構成物のホウケイ酸ガラスが溶けて、混合物に含まれる蛍光体粒子同士を結合する。また、混合物を高温で焼成するときに、混合物から分散剤及び溶剤の略全てが蒸発するので、混合物の低温での焼成は省略してもよい。なお、焼成工程Ｓ６での焼成温度については、後に詳述する。
冷却工程Ｓ７では、焼成された混合物及び基板を冷却する。この時点で、混合物は、凹部ＰＲ１を有する複数の蛍光体粒子ＰＲがバインダーＢＮによって結合された蛍光体層５４となる。
以上の各工程Ｓ１～Ｓ７を含む製造方法によって、上記面積割合及びガラス含有率が０％より大きく、１０％以下である蛍光体層５４を有する波長変換素子５１が製造される。

［焼成工程での焼成温度とガラスの粘度との関係］
図１２は、焼成温度とガラスの粘度との関係を示すグラフである。
ガラスの粘度は、図１２に示すように、温度が高くなるに従って低下し、ガラスの粘性による力は、粘度が小さくなるに従って弱くなる。そして、ガラスが自重で顕著に軟化変形し始める温度であって、粘度が約１０^７．６ｄＰａ・ｓとなる温度である軟化点を７００℃とすると、上記焼成工程Ｓ６の高温での焼成温度を軟化点＋１００℃である８００℃以上にすることにより、ガラスの粘度は、１０^６ｄＰａ・ｓ（＝１０^６Ｐ）以下となる。

ガラスの軟化点に近い７５０℃にて焼成された蛍光体層では、蛍光体粒子ＰＲの直径に対する結合部ＢＰの大きさは、蛍光体粒子ＰＲの直径の１／４以下であった。しかしながら、この場合、バインダーＢＮが粒状となっていた他、バインダーＢＮの表面が滑らかでないことから、バインダーＢＮに入射した蛍光及び励起光が散乱しやすいと考えられた。蛍光及び励起光の散乱が多くなると、蛍光の光路長が大きくなり、蛍光の光路長が増えると、上記のように、蛍光体粒子ＰＲによる自己吸収の発生頻度が増加すること、及び、励起光が蛍光体粒子ＰＲを励起せずに蛍光体層から外部に反射してしまうことにより、蛍光の光量が減少する。
このため、７５０℃で焼成された蛍光体層では、蛍光体層から出射される蛍光の光量が減少し、上記した光学系効率が低下しやすい。

これに対し、８００℃にて焼成された蛍光体層では、蛍光体粒子ＰＲに対する結合部ＢＰの大きさは、蛍光体粒子ＰＲの直径の１／４以下であった。一方、８００℃にて焼成された蛍光体層での結合部ＢＰの大きさは、７５０℃にて焼成された蛍光体層での結合部ＢＰの大きさよりも小さくなった。この他、焼成温度が軟化点より１００℃高く、粘度が十分に低いことから、バインダーＢＮの表面が滑らかになっており、バインダーＢＮに入射した蛍光が散乱しにくいと考えられた。また、焼成温度が８００℃である場合には、ガラスの粘度は１０^６ｄＰａ・ｓ（＝１０^６Ｐ）以下となり、粘度が十分に低いため、バインダーＢＮの表面が滑らかになっており、バインダーＢＮに入射した蛍光が散乱しにくいと考えられた。このため、７５０℃で焼成された蛍光体層に対し、蛍光体粒子ＰＲによる自己吸収の発生が抑制され、蛍光の光量の低下が抑制されると考えられる。

このようなことは、８５０℃、９００℃、９５０℃及び１０００℃にて焼成された蛍光体層でも、同様のことが言える。すなわち、焼成温度が高くなるに従ってガラスの粘度は低くなることから、結合部ＢＰの大きさが小さくなる他、結合される蛍光体粒子ＰＲ間を結ぶ方向の寸法であるバインダーＢＮの厚みも小さくなる。更に、蛍光体層におけるバインダーＢＮの表面が、より平滑になり、蛍光の散乱が一層抑制されると考えられる。１０００℃を超える温度で焼成された蛍光体層でも同様と考えられる。
特に、焼成温度が９００℃以下となると、粘度は１０^５ｄＰａ・ｓ以下となり、ガラスの流動性が高まり、バインダーＢＮは流線型となって隣り合う蛍光体粒子ＰＲとで接着されている光学的にも熱伝導的にも望ましい状態となった。更に、焼成温度が１０００℃となると、粘度は１０^４ｄＰａ・ｓとなり、ほぼ完全な流動性での接着状態となっていた。

一方で、上記焼成工程Ｓ６での焼成温度を１１００℃以上にすると、蛍光体の賦活剤であるＣｅイオンが酸化されて失活する。このため、製造工程の点で言えば、焼成工程Ｓ６での焼成温度は、８００℃以上、１１００℃以下（軟化点よりも１００℃以上、４００℃以下）が、より好ましい。このうち、焼成工程Ｓ６での焼成温度が９００℃以上、１１００℃以下（軟化点よりも２００℃以上、４００℃以下）であれば、粘度１０^５ｄＰａ・ｓ以下を好適に実現できる。更に、焼成工程Ｓ６での焼成温度が９５０℃以上、１０５０℃以下（軟化点よりも２５０℃以上、３５０℃以下）であることが、より望ましい。これは、粘度１０^４ｄＰａ・ｓを実現する温度であり、蛍光体層がより高発光効率であり、光学装置３０を含めての上記光学系効率が高い。

［実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係る構成によれば、以下の効果を奏し得る。
蛍光体粒子ＰＲは、入射される励起光の波長よりも長い波長の蛍光を出射する。蛍光体粒子ＰＲは、蛍光の波長の０．１倍以上、１０倍以下の凹部ＰＲ１を表面に有する。
このような構成によれば、粒径が同じで、かつ、凹部ＰＲ１を有しない蛍光体粒子と比べて、蛍光体粒子ＰＲの表面積を拡大できる。これによれば、蛍光体粒子ＰＲの内部にて生じた蛍光を蛍光体粒子ＰＲの外部に出射させやすくすることができる。また、サイズが上記範囲内である凹部ＰＲ１が蛍光体粒子ＰＲの表面に設けられているので、蛍光体粒子ＰＲの内部にて生じた蛍光が蛍光体粒子ＰＲの内表面にて反射される場合でも、凹部ＰＲ１の内表面にて蛍光の進行方向（内表面との角度）が変化されることによって、蛍光が臨界角以下の角度で内表面に入射されやすくなり、蛍光が蛍光体粒子ＰＲの外部に出射されやすくなる。これにより、蛍光体粒子ＰＲの内部にて光が吸収されることを低減できる他、内部量子収率を高めることができる。従って、励起光が入射されたときに蛍光体粒子ＰＲから出射される蛍光の光量を大きくできる。また、蛍光体粒子ＰＲでの光の吸収が抑制されることから、蛍光体粒子における発熱を抑制でき、発光効率の低下を抑制できる。

波長変換素子５１は、蛍光体層５４と、蛍光体層５４が設けられる基板５２と、を備える。蛍光体層５４は、蛍光体粒子ＰＲを複数含む他、複数の蛍光体粒子ＰＲのうち互いに隣り合う一方の蛍光体粒子ＰＲ（例えば蛍光体粒子ＰＲＡ）の表面の一部と他方の蛍光体粒子ＰＲ（例えば蛍光体粒子ＰＲＢ）の表面の一部とを結合するバインダーＢＮを含む。バインダーＢＮは、ガラスを含有する。
このような構成によれば、バインダーＢＮは、蛍光体粒子ＰＲの表面の全てに接合するのではなく、蛍光体粒子ＰＲにおける表面の一部にのみ接合する。このことから、蛍光体粒子ＰＲの表面においてバインダーと接合される結合部ＢＰの面積を小さくすることができる。換言すると、蛍光体粒子ＰＲの表面において空隙ＳＰ（空気）と接する領域の面積を大きくできる。これにより、バインダーＢＮを伝播する蛍光の光量を低下させることができるので、蛍光体層５４、ひいては、波長変換素子５１から出射される光の広がりを小さくすることができる。従って、波長変換素子５１から出射された光を利用する光学系である光学装置３０での明るさを高めることができ、光学装置３０での光利用効率を高めることができる。

光源装置４は、波長変換素子５１と、波長変換素子５１に入射される励起光を出射する光源４０１と、を備える。
このような構成によれば、上記波長変換素子５１と同様の効果を奏する光源装置４を構成できる。

入射される励起光の波長よりも長い波長の蛍光を出射する蛍光体粒子ＰＲの製造方法は、蛍光体粒子ＰＲの表面に、蛍光の波長の０．１倍以上、１０倍以下の凹部を形成する凹部形成工程Ｓ２を含む。
このような構成によれば、上記した効果を奏する蛍光体粒子ＰＲを製造できる。

蛍光体層５４を有する波長変換素子５１の製造方法は、混合物調製工程Ｓ３、塗布工程Ｓ４及び焼成工程Ｓ６を含む。混合物調製工程Ｓ３は、上記した蛍光体粒子の製造方法に含まれる凹部形成工程Ｓ２にて凹部が形成された蛍光体粒子とガラスを含有するバインダーとを混合した混合物を調製する工程である。塗布工程Ｓ４は、混合物を基板に塗布する工程である。焼成工程Ｓ６は、バインダーに含有されるガラスの軟化点より１００℃以上高い焼成温度にて、基板に塗布された混合物を焼成する工程である。
このような波長変換素子５１の製造方法によれば、上記混合物の焼成温度を、バインダーに含有されるガラスの軟化点より１００℃以上高くすることにより、蛍光体粒子の表面におけるバインダーとの結合部の面積の割合が、蛍光体粒子の表面積の１０％以下であり、結合部の寸法が蛍光体粒子の直径の１／４以下である蛍光体層を有する波長変換素子を製造できる。このため、バインダーに入射した蛍光の散乱を抑制できる他、蛍光体粒子による自己吸収の発生を抑制でき、蛍光の光量低下が抑制された波長変換素子を製造できる。

蛍光体層５４を有する波長変換素子５１の製造方法は、混合物調製工程Ｓ３、塗布工程Ｓ４及び焼成工程Ｓ６を含む。混合物調製工程Ｓ３は、上記した蛍光体粒子の製造方法に含まれる凹部形成工程Ｓ２にて凹部が形成された蛍光体粒子とガラスを含有するバインダーとを混合した混合物を調製する工程である。塗布工程Ｓ４は、混合物を基板に塗布する工程である。焼成工程Ｓ６は、バインダーに含有されるガラスの粘度が１０^６ｄＰａ・ｓ以下の値となるように、混合物を焼成する工程である。
このような波長変換素子５１の製造方法によれば、上記混合物の焼成温度をバインダーに含まれるガラスの軟化点より１００℃以上高い温度とした場合と同様に、ガラスの粘度を１０^６ｄＰａ・ｓ以下の値とすることにより、蛍光体粒子の表面におけるバインダーとの結合部の面積の割合が、蛍光体粒子の表面積の１０％以下であり、結合部の寸法が蛍光体粒子の直径の１／４以下である蛍光体層を有する波長変換素子を製造できる。このため、バインダーに入射した蛍光の散乱を抑制できる他、蛍光体粒子による自己吸収の発生を抑制でき、また、励起光の反射を防ぐことができるので、蛍光の光量の低下が抑制された波長変換素子を製造できる。

波長変換素子５１は、上記波長変換素子の製造方法によって製造されたものである。
このような構成によれば、バインダーに入射した蛍光の散乱を抑制できる他、蛍光体粒子による自己吸収の発生を抑制でき、また、励起光の反射を防ぐことができ、蛍光の光量の低下が抑制された波長変換素子を構成できる。

光源装置４は、上記波長変換素子の製造方法によって製造された波長変換素子５１と、波長変換素子５１に入射される励起光を出射する光源４０１と、を備える。
このような構成によれば、光学装置３０での光利用効率を高めることができる光源装置４を構成できる。

プロジェクター１は、光源装置４と、光源装置４から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置３４３と、光変調装置３４３によって変調された光を投射する投射光学装置３６と、を備える。
このような構成によれば、上記した光源装置４と同様の効果を奏することができる。そして、これにより、プロジェクター１から投射される画像の明るさを高めることができる。

［実施形態の変形］
本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形及び改良等は、本開示に含まれるものである。
上記実施形態では、エッチング処理を蛍光体粒子ＰＲに施すことによって、蛍光体粒子ＰＲの表面に凹部ＰＲ１を形成するとした。しかしながら、これに限らず、他の方法によって、凹部ＰＲ１を蛍光体粒子ＰＲの表面に形成してもよい。また、凹部ＰＲ１のサイズは、例えば蛍光体粒子の粒径によっては、必ずしも蛍光の波長の０．１倍以上、１０倍以下の範囲内に無くてもよい。
また、凹部ＰＲ１を有する蛍光体粒子ＰＲの製造方法は、上記凹部形成工程Ｓ２を含んでいればよく、他の工程を含んでいてもよい。

上記実施形態では、波長変換素子５１は、凹部ＰＲ１を有する複数の蛍光体粒子ＰＲ、及び、複数の蛍光体粒子ＰＲのうち互いに隣り合う一方の蛍光体粒子の表面の一部と他方の蛍光体粒子の表面の一部とを結合するバインダーＢＮを含む蛍光体層５４と、蛍光体層５４が設けられる基板５２と、を有するとした。そして、バインダーＢＮは、ガラスを含有するとした。しかしながら、これに限らず、バインダーＢＮは、例えばシリコーン等、ガラス以外のバインダーを含有していてもよい。

上記実施形態では、蛍光体粒子ＰＲの表面においてバインダーＢＮと結合する結合部ＢＰのＸ軸における寸法は、蛍光体粒子ＰＲの直径の１／４以下であり、結合部ＢＰのＹ軸における寸法は、蛍光体粒子ＰＲの直径の１／４以下であるとした。しかしながら、これに限らず、蛍光体粒子ＰＲの表面積に対する結合部ＢＰの面積の割合が１０％以下の値、好ましくは、３％以上、５％以下の値となれば、結合部ＢＰの大きさは上記に限定されない。
また、結合部ＢＰのＸ軸における寸法とＹ軸における寸法とが、それぞれ蛍光体粒子ＰＲの直径の１／４以下になれば、蛍光体粒子ＰＲの表面積に対する結合部ＢＰの面積の割合が１０％以下の値、好ましくは、３％以上、５％以下の値とならなくてもよい。
更に、Ｘ軸及びＹ軸のうち、一方の軸における結合部ＢＰの寸法は、蛍光体粒子ＰＲの直径の１／４を超えていてもよい。

上記実施形態では、蛍光体層５４のガラス含有率は、０ｖｏｌ％より大きく、１０ｖｏｌ％以下であるとした。すなわち、蛍光体粒子ＰＲの体積の合計とバインダーＢＮの体積の合計とを合計した体積に対するバインダーＢＮの体積の割合は、０ｖｏｌ％より大きく、１０ｖｏｌ％以下であるとした。しかしながら、これに限らず、当該体積の割合は、光学系効率が十分高いと判断される範囲で、１０ｖｏｌ％を超えていてもよい。なお、当該体積の割合は、上記のように、蛍光体層５４の作製時の値である。
また、蛍光体層５４は、バインダーＢＮが蛍光体粒子ＰＲの表面の一部のみと結合する構成に限らず、蛍光体粒子ＰＲの表面の略全てがバインダーＢＮによって覆われる構成としてもよい。

上記実施形態では、波長変換素子５１の製造方法は、粒子調製工程Ｓ１、凹部形成工程Ｓ２、混合物調製工程Ｓ３、塗布工程Ｓ４、乾燥工程Ｓ５及び焼成工程Ｓ６及び冷却工程Ｓ７を含むとした。しかしながら、これに限らず、これら工程Ｓ１～Ｓ７のうち、いずれかの工程は無くてもよい。例えば、乾燥工程Ｓ５は無くてもよく、冷却工程Ｓ７は無くてもよい。また、凹部ＰＲ１を有する蛍光体粒子ＰＲを用意できれば、波長変換素子５１の製造方法は、混合物調製工程Ｓ３、塗布工程Ｓ４及び焼成工程Ｓ６を含んでいればよい。

上記実施形態では、焼成工程Ｓ６におけるガラスの粘度は、１０^６ｄＰａ・ｓ以下の値であるとした。換言すると、ガラスの粘度が１０^６ｄＰａ・ｓ以下の値となるように、焼成温度を、ガラスの軟化点より１００℃以上高くするとした。しかしながら、これに限らず、焼成工程Ｓ６での焼成温度は、ガラスの軟化点より１００℃以上高くなくてもよい。一方、ガラスの粘度が１０^６ｄＰａ・ｓ以下の値となれば、焼成温度は、バインダーＢＮとなるガラスの軟化点より１００℃以上でなくてもよい。また、焼成温度が、ガラスの軟化点より１００℃以上であれば、バインダーＢＮとなるガラスの粘度が、焼成工程Ｓ６において１０^６ｄＰａ・ｓ以下とならなくてもよい。なお、焼成工程Ｓ６にて、焼成温度がガラスの軟化点より１００℃以上であることと、ガラスの粘度が１０^６ｄＰａ・ｓ以下であることとの少なくともいずれかが満たされることが好ましい。

上記実施形態では、基板５２に対して励起光の入射側に蛍光体層５４が位置し、励起光の入射側に蛍光を出射する反射型の波長変換素子５１に、凹部ＰＲ１を有する蛍光体粒子ＰＲを適用した。しかしながら、これに限らず、励起光の入射方向に沿って蛍光を出射する透過型の波長変換素子に、凹部ＰＲ１を有する蛍光体粒子ＰＲを適用してもよい。透過型の波長変換素子の場合、基板として、サファイアが好適に用いられる。
また、蛍光体粒子ＰＲを含有する蛍光体層５４を有する波長変換素子５１を透過型の波長変換素子として構成する場合、蛍光体層５４と基板５２との間に、蛍光体層５４から出射された光を反射させる誘電体多層膜が設けられていてもよい。

上記実施形態では、波長変換素子５１は、回転装置５９によって回転される構成であるとした。しかしながら、これに限らず、波長変換素子は、回転されない構成としてもよい。すなわち、波長変換素子を回転させる回転装置は無くてもよい。この場合、蛍光体層５４は、励起光の入射側から見て円環状に形成されていなくてもよく、例えば、円形状、或いは、多角形状に形成されていてもよい。また、蛍光体層５４の形状は、回転される場合でも回転されない場合でも、励起光の入射側から見て円形状又は多角形状であってもよい。基板５２の形状も同様である。

上記実施形態では、プロジェクター１は、３つの光変調装置３４３（３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒ）を備えるとした。しかしながら、これに限らず、２つ以下、あるいは、４つ以上の光変調装置を備えるプロジェクターにも、本開示を適用可能である。

上記実施形態では、プロジェクター１は、光入射面と光出射面とが異なる透過型の液晶パネルを有する光変調装置３４３を備えるとした。しかしながら、これに限らず、光変調装置は、光入射面と光出射面とが同一となる反射型の液晶パネルを有する構成としてもよい。また、入射光束を変調して画像情報に応じた画像を形成可能な光変調装置であれば、マイクロミラーを用いたデバイス、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を利用したものなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。

上記実施形態では、蛍光体粒子ＰＲを波長変換素子５１の蛍光体層５４に適用し、波長変換素子５１を光源装置４に適用し、光源装置４をプロジェクター１に適用した例を挙げた。しかしながら、これに限らず、蛍光体粒子ＰＲは、波長変換素子５１以外の構成に適用されてもよく、波長変換素子５１は、光源装置４以外の構成に適用されてもよい。光源装置は、例えば照明器具及び自動車等のヘッドライト等に採用してもよい。また、光源装置の構成は、上記した構成に限らず、波長変換素子と、波長変換素子に入射される光を出射する光源とを備える構成であれば、光源装置を構成する他の部品は、適宜変更可能である。プロジェクターも同様である。

［実施例］
以下、本件発明者が実施した実施例について説明する。

［ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体材料を用いた場合］
本件発明者は、蛍光体材料としてＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体材料を用いて蛍光体層ひいては波長変換素子５１を構成することを検討した。
平均粒径３０μｍのＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体材料の蛍光体粒子を強酸に所定時間入れると、蛍光体粒子の表面がエッチングされる。蛍光体粒子は多結晶から形成されており、その粒界を強酸液がエッチングするので、表面に可視光の波長オーダーの凹部が連続して形成される。これを、ガラスバインダーにより、個々の蛍光体粒子の表面積の５％から５０％、望ましくは１０％から３０％を接合することで、空気界面やガラス界面での全反射の回数を減らすことができ、蛍光を蛍光体粒子の外部に出しやすくなる。同様に、シリコーンバインダーをバインダーとして用いた場合でも、蛍光体との屈折率差による全反射によって、蛍光体粒子の内部に蛍光が閉じこもってしまうことを防ぐことができる。

蛍光体粒子の表面に形成される凹部のサイズとしては、蛍光が反射又は透過する波長程度のオーダーであることが重要である。蛍光体粒子が出射する蛍光の波長をλとすると、凹部のサイズは、０．２λ以上１０λ以下であることが好ましく、０．５λ以上２λ以下であることがより好ましい。蛍光が５００ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光であるとすると、λは、０．５μｍ以上、０．８μｍ以下の値となる。
なお、蛍光体粒子の表面に形成される凹部のサイズが、上記範囲よりも小さいと、バインダーが凹部に入り込まず、凹部の表面とバインダーとの間に気孔（隙間）が生じることがある。バインダーの屈折率が蛍光体粒子の屈折率に近い場合、凹部の表面とバインダーとの間に形成された気孔が、光を散乱させる働きもする。しかし、バインダーの屈折率と蛍光体粒子の屈折率との差である屈折率差が大きい場合、例えば屈折率差が０．３以上ある場合には、バインダーの粘度を下げることによって気孔を減らして凹部の表面にバインダーを密着させ、熱伝導率を上げた方が、蛍光体粒子の冷却においては好ましい。

［ランタンシリコンナイトライド蛍光体材料を用いた場合］
本件発明者は、蛍光体材料として窒化物蛍光体であるランタンシリコンナイトライド蛍光体材料を用いて蛍光体層ひいては波長変換素子５１を構成することを検討した。
本件発明者は、平均粒径が約３０μｍであるランタンシリコンナイトライド蛍光体粒子の表面を上記と同様にエッチングして、深さ１μｍ程度の凹部を蛍光体粒子の表面に形成する。
ここで、ランタンシリコンナイトライド蛍光体材料の屈折率は２．２以上であるので、ランタンシリコンナイトライド蛍光体材料を含有する蛍光体粒子の内部で発光した蛍光は、蛍光体粒子の内表面で全反射を起こし、蛍光体粒子の外部に出ないまま、蛍光体粒子の内部で吸収されてしまうという問題がこれまであった。
これに対し、蛍光体粒子の表面に微細な凹部を連続して形成することによって、蛍光体粒子の内部から外部への出射方向（角度）が、凹部の内表面にて変化されて、蛍光が蛍光体粒子の外部に放出されやすくなる。
ランタンシリコンナイトライド蛍光体の内部収率は８０～８９％程度であるが、蛍光体粒子の表面に凹部を形成することにより、蛍光体内部での光の閉じ込めが生じにくくなるので、内部収率が９０～９５％程度、または９５％以上となる。

［他の蛍光体材料について］
上記実施例では、蛍光体材料としてＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体材料及びランタンシリコンナイトライド蛍光体材料を使用した。しかしながら、これに限らず、上記のように、ＬｕＡＧ蛍光体材料、及び、ＧｄＹＡＧ蛍光体材料も同様に、蛍光体粒子を形成する蛍光体材料として用いることができる。また、ＳＣＡＳＮ蛍光体、又は、ＣＡＳＮ蛍光体によって形成された蛍光体粒子の屈折率は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体材料によって形成された蛍光体粒子の屈折率よりも高くなるので、バインダーとの屈折率差及び空気との屈折率差により光の取り出しが容易となり、光の利用効率の低下を抑制できる。さらに、光の利用効率の低下を抑制することにより、蛍光体粒子における発光効率が高められる。
なお、詳しくは後述するが、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の多結晶板をエッチングし、多結晶板の表面に凹部を形成した蛍光体層を採用して、蛍光体層からの光の取り出し効率を高めた光源を構成することも可能である。

［蛍光体層の構成］
本件発明者は、上記波長変換素子の製造方法に基づいて、エッチング処理したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粒子、又は、エッチング処理したランタンシリコンナイトライド蛍光体材料等が例示されるエッチング後の蛍光体粒子をバインダーとともに、反射層を有する熱伝導性の基板に塗布し、当該基板を焼成することによって、エッチング後の蛍光体粒子とバインダーとを含む蛍光体層を、基板上に形成した。蛍光体層と基板とによって、波長変換素子が構成されている。なお、バインダーの材質として、ガラス又はシリコーンが採用されている。

エッチング後の蛍光体粒子の粒径は、２０μｍ以上３０μｍ以下程度とする。エッチング後の蛍光体粒子とバインダーとを混合した後、厚さが１００μｍ程度となるように基板に固着する。すなわち、蛍光体粒子とバインダーとで構成される蛍光体層の厚さは、１００μｍ程度である。このような蛍光体層を基板上で焼成すると、図５にて示したように、蛍光体粒子の表面積の約１／１０程度にバインダーが付着し、蛍光体粒子の表面の残りの部分は、空気との界面となる。エッチングによって蛍光体粒子の表面には、深さ１μｍ程度の凹部が形成されているので、蛍光体粒子の内部で生成した蛍光のうち、一部の蛍光は、蛍光体粒子の内部から外部に出射され、他の蛍光は、蛍光体粒子の内表面にて全反射される。このとき、蛍光は、表面に形成された凹部の内表面にて全反射されることによって、反射方向の角度がさまざまな角度に変換されて、蛍光体内部を進行する。このような蛍光は、蛍光体粒子の内表面にて複数回反射された後、蛍光体粒子の外部である空気中へ出る。

［蛍光体粒子の形状による吸収率及び内部量子収率の違い］
本件発明者は、エッチング前の蛍光体粒子、及び、エッチング後の蛍光体粒子について、蛍光分光計を用いて励起光の吸収率及び内部量子収率を測定した。測定結果を、以下の表１に示す。

エッチング後の蛍光体粒子の吸収率は、エッチング前の蛍光体粒子の吸収率に比べて、０．４５％低下した。一方、エッチング後の蛍光体粒子の内部量子収率は、エッチング前の蛍光体粒子の内部量子収率に比べて、０．３５％増加した。従って、エッチング後の蛍光体粒子では、エッチング前の蛍光体粒子に比べて、光が吸収されにくくなっていることが分かった。
エッチング前の蛍光体粒子では、吸収率が高く、内部量子収率が低いのは、蛍光体材料の多結晶板がジルコニアの球で砕かれることによって生成された蛍光体粒子、すなわち、エッチング前の蛍光体粒子は、複数の平面を有する多面体であり、多面体の各平面間の角度が一定であることから、蛍光体粒子の内部にて生じた蛍光が蛍光体粒子の内部に閉じ込められ、蛍光体粒子の内部で吸収されてしまうことが原因であると推察される。
一方、エッチング後の蛍光体粒子では、吸収率が低く、内部量子収率が高いのは、上記のように、エッチングによって形成された蛍光体粒子の凹部の内表面にて、蛍光の角度（進行方向）が変化され、このような変化が複数回生じることによって、蛍光が蛍光体粒子の外部に放出されやすくなったと推察される。
このように、蛍光体粒子をエッチングすることによって、蛍光体粒子からの光の取り出しを促進でき、蛍光体粒子ひいては蛍光体層からの出射光量を高めることができる。

なお、エッチング後の蛍光体粒子を用いるのではなく、蛍光体材料を含有し、かつ、エッチングした多結晶板を用いた場合について説明する。
本件発明者は、エッチング後の蛍光体粒子ではなく、エッチング後の多結晶板について、上記と同様の測定条件によって、蛍光分光計を用いて励起光の吸収率及び内部量子収率を測定した。測定結果を以下の表２に示す。

エッチング後の多結晶板の吸収率は、エッチング前の多結晶板の吸収率に比べて、１．３％増加した。一方、エッチング後の多結晶板の内部量子収率は、エッチング前の多結晶板の内部量子収率に比べて、４．５％増加した。従って、エッチング後の多結晶板では、エッチング前の多結晶板に比べて、僅かに光の吸収率が高くなってしまうものの、内部量子収率が高くなることが分かった。
これは、エッチング後の多結晶板では、エッチングによって表面積が増えて平面部分が減ることから、エッチング前の多結晶板に比べて吸収率が僅かに上がったことが原因と推察される。
一方、エッチング後の多結晶板では、表面積が増えることによって、蛍光体内部での光の閉じ込めが抑制されて、蛍光体内部にて生じた蛍光が外部に出射されやすくなることから、内部量子収率は上がったものと推察される。
このように、蛍光体材料を含有する多結晶板をエッチングすることによって、エッチング後の蛍光体粒子と同様の理由によって、多結晶板ひいては蛍光体層からの出射光量を高めることができる。

［シリコーンバインダーで固めた場合の明るさ］
図１３は、エッチング前の蛍光体粒子及びエッチング後の蛍光体粒子における励起光密度と発光量との関係を示すグラフである。図１４は、エッチング前の蛍光体粒子及びエッチング後の蛍光体粒子における励起光密度と発光量子収率との関係を示すグラフである。
次に、エッチング前の蛍光体粉体とエッチング後の蛍光体粉体とを用いて、励起光密度と発光量との関係を測定した。具体的に、透明シリコーン接着剤によってアルミ基板上に固めた蛍光体粉体に４５５ｎｍの励起光を照射し、蛍光体粉体から出射される光を測定した。測定は、蛍光体上に０．６ｍｍ^２の均一な励起スポットを作り、そこから放出される蛍光量を分光計で測定した。励起光密度は０～７０Ｗ／ｍｍ^２であり、発光量は約５０％前後である。
図１３における点線は、エッチング前の蛍光体粒子での励起光密度と発光量との関係を示し、図１３における実線は、エッチング後の蛍光体粒子での励起光密度と発光量との関係を示している。
なお、発光量×波長を量子収率として、測定された発光量に基づいて算出された量子収率と励起光密度との関係が、図１４に示されている。図１４における点線は、エッチング前の蛍光体粒子での励起光密度と量子収率との関係を示し、図１４における実線は、エッチング後の蛍光体粒子での励起光密度と量子収率との関係を示している。

図１３に示すように、エッチング後の蛍光体粒子では、１０Ｗ／ｍｍ^２以上６０Ｗ／ｍｍ^２以下の励起光密度の範囲内で、エッチング前の蛍光体粒子に比べて、同じ励起光密度で発光量が高くなった。詳述すると、エッチング後の蛍光体粒子の発光量は、エッチング前の蛍光体粒子の発光量に比べて略２％上昇した。
換言すると、図１４に示すように、エッチング後の蛍光体粒子では、１０Ｗ／ｍｍ^２以上６０Ｗ／ｍｍ^２以下の励起光密度の範囲内で、エッチング前の蛍光体粒子に比べて、同じ励起光密度で量子収率が高くなった。
このように、エッチング後の蛍光体粒子を含有する蛍光体層を構成することによって、エッチング前の蛍光体粒子を含有する蛍光体層に比べて、発光量及び内部収率が上昇することが分かった。

［光の広がり］
図１５は、エッチング前の蛍光体粒子を用いた蛍光体層から出射される光の広がり、及び、エッチング後の蛍光体粒子を用いた蛍光体層から出射される光の広がりの測定結果を示すグラフである。
また、本件発明者は、エッチング前の蛍光体粒子を含有する蛍光体層、及び、エッチング後の蛍光体粒子を含有する蛍光体層に励起光を照射して、それぞれの蛍光体層から出射される光の広がりを測定した。この測定は、ＬＥＤから出射される青色光を均一な強度で蛍光体上に約０．６ｍｍ^２の正方形で照射したときの、黄色蛍光体の発光量を撮像素子で撮影したものである。
図１５に実線で示すように、エッチング後の蛍光体粒子を含有する蛍光体層から出射される光束は、図１５に点線で示すエッチング前の蛍光体粒子を含有する蛍光体層から出射される光束に比べて、直径方向の広がりが僅かに抑えられた。換言すると、エッチング後の蛍光体粒子を含有する蛍光体層から出射される光束の直径は、エッチング前の蛍光体粒子を含有する蛍光体層から出射される光束の直径よりも僅かに小さくなった。なお、エッチング後の蛍光体粒子を含有する蛍光体層において、出射される光束の直径が小さくても、発光量が大きいのは、蛍光体粒子から出射される光量が多くなる。つまり、より小さな光源部から多くの蛍光が放出されるので、液晶パネル上に集光した場合、光の広がりを抑えることができ、より明るい光学システムとなる。
このように、エッチング後の蛍光体粒子を含有する蛍光体層を用いることによって、蛍光体層ひいては波長変換素子から出射される光束の直径を小さくできるので、波長変換素子から出射される光が入射される光学部品、例えば、光学装置３０での光利用効率を高めることができる。

［本開示のまとめ］
以下、本開示のまとめを付記する。
本開示の第１態様に係る蛍光体粒子は、入射される励起光の波長よりも長い波長の蛍光を出射する蛍光体粒子であって、前記蛍光の波長の０．１倍以上、１０倍以下の凹部を表面に有する。
このような構成によれば、粒径が同じで、かつ、凹部を有しない蛍光体粒子と比べて、蛍光体粒子の表面積を拡大できる。これによれば、蛍光体粒子の内部にて生じた蛍光を蛍光体粒子の外部に出射させやすくすることができる。また、サイズが上記範囲内である凹部が蛍光体粒子の表面に設けられているので、蛍光体粒子の内部にて生じた蛍光が蛍光体粒子の内表面にて反射される場合でも、凹部の内表面にて蛍光の進行方向（内表面との角度）が変化されることによって、蛍光が臨界角以下の角度で内表面に入射されやすくなり、蛍光が蛍光体粒子の外部に出射されやすくなる。これにより、蛍光体粒子の内部にて光が吸収されることを低減できる他、内部量子収率を高めることができる。従って、励起光が入射されたときに蛍光体粒子から出射される蛍光の光量を大きくできる。また、蛍光体粒子での光の吸収が抑制されることから、蛍光体粒子における発熱を抑制でき、発光効率の低下を抑制できる。

本開示の第２態様に係る波長変換素子は、上記蛍光体粒子を複数含み、かつ、複数の前記蛍光体粒子のうち互いに隣り合う一方の前記蛍光体粒子の表面の一部と他方の前記蛍光体粒子の表面の一部とを結合するバインダーを含む蛍光体層と、前記蛍光体層が設けられる基板と、を備え、前記バインダーは、ガラスを含有する。
このような構成によれば、バインダーは、蛍光体粒子の表面の全てに接合するのではなく、蛍光体粒子における表面の一部にのみ接合する。このことから、蛍光体粒子の表面においてバインダーと接合される結合部の面積を小さくすることができる。換言すると、蛍光体粒子の表面において空隙（空気）と接する領域の面積を大きくできる。これにより、バインダーを伝播する蛍光の光量を低下させることができるので、蛍光体層、ひいては、波長変換素子から出射される光の広がりを小さくすることができる。従って、波長変換素子から出射された光を利用する光学系での明るさを高めることができ、光学系での光利用効率を高めることができる。

本開示の第３態様に係る光源装置は、上記波長変換素子と、前記波長変換素子に入射される励起光を出射する光源と、を備える。
このような構成によれば、上記波長変換素子と同様の効果を奏することができる。

本開示の第４態様に係る蛍光体粒子の製造方法は、入射される励起光の波長よりも長い波長の蛍光を出射する蛍光体粒子の製造方法であって、前記蛍光体粒子の表面に、前記蛍光の波長の０．１倍以上、１０倍以下の凹部を形成する凹部形成工程を含む。
このような構成によれば、上記効果を奏する蛍光体粒子を製造できる。

本開示の第５態様に係る波長変換素子の製造方法は、蛍光体層を有する波長変換素子の製造方法であって、上記蛍光体粒子の製造方法によって製造された蛍光体粒子とガラスを含有するバインダーとを混合した混合物を調製する混合物調製工程と、前記混合物を基板に塗布する塗布工程と、前記ガラスの軟化点より１００℃以上高い焼成温度にて、前記基板に塗布された前記混合物を焼成する焼成工程と、を含む。
このような波長変換素子の製造方法によれば、上記蛍光体粒子とバインダーとの混合物の焼成温度をガラスの軟化点より１００℃以上高くすることにより、蛍光体粒子の表面におけるバインダーとの結合部の面積の割合が、蛍光体粒子の表面積の１０％以下であり、結合部の寸法が蛍光体粒子の直径の１／４以下である蛍光体層を有する波長変換素子を製造できる。このため、バインダーに入射した蛍光の散乱を抑制できる他、蛍光体粒子による自己吸収の発生を抑制でき、蛍光の光量低下が抑制された波長変換素子を製造できる。

本開示の第６態様に係る波長変換素子の製造方法は、蛍光体層を有する波長変換素子の製造方法であって、上記蛍光体粒子の製造方法によって製造された蛍光体粒子とガラスを含有するバインダーとを混合した混合物を調製する混合物調製工程と、前記混合物を基板に塗布する塗布工程と、前記ガラスの粘度が１０^６ｄＰａ・ｓ以下の値となるように、前記混合物を焼成する焼成工程と、を含む。
このような波長変換素子の製造方法によれば、上記蛍光体粒子とバインダーとの混合物の焼成温度をガラスの軟化点より１００℃以上高い温度とした場合と同様に、ガラスの粘度を１０^６ｄＰａ・ｓ以下にすることにより、蛍光体粒子の表面におけるバインダーとの結合部の面積の割合が、蛍光体粒子の表面積の１０％以下であり、結合部の寸法が蛍光体粒子の直径の１／４以下である蛍光体層を有する波長変換素子を製造できる。このため、バインダーに入射した蛍光の散乱を抑制できる他、蛍光体粒子による自己吸収の発生を抑制でき、また、励起光の反射を防ぐことができるので、蛍光の光量の低下が抑制された波長変換素子を製造できる。

本開示の第７態様に係る波長変換素子は、上記第５態様又は上記第６態様に係る波長変換素子の製造方法によって製造されたものである。
このような構成によれば、バインダーに入射した蛍光の散乱を抑制できる他、蛍光体粒子による自己吸収の発生を抑制でき、また、励起光の反射を防ぐことができ、蛍光の光量の低下が抑制された波長変換素子を構成できる。

本開示の第８態様に係る光源装置は、上記第７態様に係る波長変換素子と、前記波長変換素子に入射される励起光を出射する光源と、を備える。
このような構成によれば、光源装置から出射された光が入射される光学系での光利用効率を高めることができる。

本開示の第９態様に係るプロジェクターは、上記第３態様又は上記第８態様に係る光源装置と、前記光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。
このような構成によれば、上記光源装置と同様の効果を奏することができる。そして、これにより、プロジェクターから投射される画像の明るさを高めることができる。

１…プロジェクター、３４３（３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒ）…光変調装置、３６…投射光学装置、４…光源装置、４０１…光源、５１…波長変換素子、５２…基板、５４…蛍光体層、ＢＮ…バインダー、ＢＰ（ＢＰ１，ＢＰ２）…結合部、Ｃ１，Ｃ２…中心、ＰＲ（ＰＲＡ，ＰＲＢ）…蛍光体粒子、ＰＲ１…凹部、Ｓ２…凹部形成工程、Ｓ３…混合物調製工程、Ｓ４…塗布工程、Ｓ６…焼成工程。

Claims (9)

1. 入射される励起光の波長よりも長い波長の蛍光を出射する蛍光体粒子であって、
   前記蛍光の波長の０．１倍以上、１０倍以下の凹部を表面に有することを特徴とする蛍光体粒子。
2. 請求項１に記載の蛍光体粒子を複数含み、かつ、複数の前記蛍光体粒子のうち互いに隣り合う一方の前記蛍光体粒子の表面の一部と他方の前記蛍光体粒子の表面の一部とを結合するバインダーを含む蛍光体層と、
   前記蛍光体層が設けられる基板と、を備え、
   前記バインダーは、ガラスを含有することを特徴とする波長変換素子。
3. 請求項２に記載の波長変換素子と、
   前記波長変換素子に入射される励起光を出射する光源と、を備えることを特徴とする光源装置。
4. 入射される励起光の波長よりも長い波長の蛍光を出射する蛍光体粒子の製造方法であって、
   前記蛍光体粒子の表面に、前記蛍光の波長の０．１倍以上、１０倍以下の凹部を形成する凹部形成工程を含むことを特徴とする蛍光体粒子の製造方法。
5. 蛍光体層を有する波長変換素子の製造方法であって、
   請求項４に記載の蛍光体粒子の製造方法によって製造された蛍光体粒子とガラスを含有するバインダーとを混合した混合物を調製する混合物調製工程と、
   前記混合物を基板に塗布する塗布工程と、
   前記ガラスの軟化点より１００℃以上高い焼成温度にて、前記基板に塗布された前記混合物を焼成する焼成工程と、を含むことを特徴とする波長変換素子の製造方法。
6. 蛍光体層を有する波長変換素子の製造方法であって、
   請求項４に記載の蛍光体粒子の製造方法によって製造された蛍光体粒子とガラスを含有するバインダーとを混合した混合物を調製する混合物調製工程と、
   前記混合物を基板に塗布する塗布工程と、
   前記ガラスの粘度が１０^６ｄＰａ・ｓ以下の値となるように、前記混合物を焼成する焼成工程と、を含むことを特徴とする波長変換素子の製造方法。
7. 請求項５又は請求項６に記載の波長変換素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする波長変換素子。
8. 請求項７に記載の波長変換素子と、
   前記波長変換素子に入射される励起光を出射する光源と、を備えることを特徴とする光源装置。
9. 請求項３又は請求項８に記載の光源装置と、
   前記光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置によって変調された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。
   

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