JP7439592B2 - 波長変換素子、光源装置およびプロジェクター - Google Patents

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る光源装置として、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には、基板の一面に第１反射層、波長変換層、第２反射層、および光散乱層が基板側からこの順に積層された波長変換素子が開示されている。

特開２０１７－２１５５４９号公報

特許文献１の波長変換素子においては、波長変換層よりも励起光の入射側に、励起光の一部を透過させるとともに、励起光の他の一部を反射させ、蛍光を透過させる特性を有する第２反射層が設けられている。したがって、第２反射層で反射した励起光の他の一部である青色光と、波長変換層で発生した蛍光である黄色光と、が合成された白色光が、波長変換素子から射出される。

上述したように、特許文献１の波長変換素子では、一部の励起光を第２反射層で反射させ、白色光を生成しているため、一部の励起光が第２反射層を透過して波長変換層に到達する。そのため、波長変換層に到達した励起光の波長変換効率を高めるためには、励起光の損失がなるべく生じないように、散乱要素をほとんど含まない波長変換層を用いることが望ましい。しかしながら、散乱要素をほとんど含まない波長変換層を用いた場合、波長変換層内で発生した蛍光を外部に取り出すことが難しく、蛍光の利用効率が低下するおそれがある。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の波長変換素子は、第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、を有し、体積比で５％以下の散乱要素を含有し、第１波長帯の光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光に変換する波長変換層と、前記第１面に対向して設けられ、互いに隣り合う第１凸部と第２凸部とを含む複数の凸部と、を備え、前記複数の凸部の高さは、１μｍ以上であり、前記第１面に沿う方向における前記第１凸部の頂点と前記第２凸部の頂点との間隔は、３μｍ以上である。

本発明の一つの態様の光源装置は、本発明の一つの態様の波長変換素子と、前記第１波長帯の光を射出する光源と、を備える。

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光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の照明装置の概略構成図である。 第１実施形態の波長変換素子の断面図である。 第１実施形態の波長変換素子の製造方法を示す一工程の断面図である。 図４Ａの後の工程の断面図である。 図４Ｂの後の工程の断面図である。 図４Ｃの後の工程の断面図である。 図４Ｄの後の工程の断面図である。 比較例の波長変換素子の作用を示す図である。 第１実施形態の波長変換素子の作用を示す図である。 凸部のピッチと回折角度との関係を示すグラフである。 波長変換層に対する凸部の屈折率比と界面反射率との関係を示すグラフである。 第２実施形態の波長変換素子の断面図である。 第２実施形態の波長変換素子の製造方法を示す一工程の断面図である。 図１０Ａの後の工程の断面図である。 図１０Ｂの後の工程の断面図である。 図１０Ｃの後の工程の断面図である。 図１０Ｄの後の工程の断面図である。 窒化酸化シリコン膜の屈折率と界面反射率との関係を示すグラフである。 第３実施形態の波長変換素子の断面図である。 第４実施形態の波長変換素子の断面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態について、図１～図３を用いて説明する。
なお、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。
図１は、本実施形態のプロジェクター１の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映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１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、を備える。照明装置２の構成については、後で詳しく説明する。

色分離光学系３は、第１ダイクロイックミラー７ａと、第２ダイクロイックミラー７ｂと、反射ミラー８ａと、反射ミラー８ｂと、反射ミラー８ｃと、リレーレンズ９ａと、リレーレンズ９ｂと、を備える。色分離光学系３は、照明装置２から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離し、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに導き、緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに導き、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。

フィールドレンズ１０Ｒは、色分離光学系３と光変調装置４Ｒとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｒに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｇは、色分離光学系３と光変調装置４Ｇとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｇに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｂは、色分離光学系３と光変調装置４Ｂとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｂに向けて射出する。

第１ダイクロイックミラー７ａ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させる。第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光成分を反射させ、青色光成分を透過させる。反射ミラー８ａは、赤色光成分を反射させる。反射ミラー８ｂおよび反射ミラー８ｃは、青色光成分を反射させる。

第１ダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲは、反射ミラー８ａで反射し、フィールドレンズ１０Ｒを透過して赤色光用の光変調装置４Ｒの画像形成領域に入射する。第１ダイクロイックミラー７ａで反射した緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー７ｂでさらに反射し、フィールドレンズ１０Ｇを透過して緑色光用の光変調装置４Ｇの画像形成領域に入射する。第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢは、リレーレンズ９ａ、入射側の反射ミラー８ｂ、リレーレンズ９ｂ、射出側の反射ミラー８ｃ、およびフィールドレンズ１０Ｂを経て青色光用の光変調装置４Ｂの画像形成領域に入射する。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれは、液晶ライトバルブから構成されている。図示を省略したが、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。

合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出された各画像光を合成してフルカラーの画像光を形成する。合成光学系５は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視で略正方形状をなすクロスダイクロイックプリズムで構成されている。直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。

合成光学系５から射出された画像光は、投射光学装置６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。すなわち、投射光学装置６は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出される画像光を投射する。投射光学装置６は、複数の投射レンズで構成されている。

本実施形態の照明装置２の一例について説明する。
図２は、照明装置２の概略構成図である。
図２に示すように、照明装置２は、光源装置２０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａと、を備えている。インテグレーター光学系３１と重畳レンズ３３ａとは、重畳光学系３３を構成している。

光源装置２０は、光源部２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１位相差板２８１と、偏光分離素子２５と、第１集光光学系２６と、波長変換素子４０と、第２位相差板２８２と、第２集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、を備える。

以下、図２において、ＸＹＺ直交座標系を用い、光源部２１から射出される青色光ＢＬの主光線に平行な軸をＸ軸と定義し、波長変換素子４０から射出される蛍光ＹＬの主光線に平行な軸をＹ軸と定義し、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸をＺ軸と定義する。

光源部２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１位相差板２８１と、偏光分離素子２５と、第２位相差板２８２と、第２集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。波長変換素子４０と、第１集光光学系２６と、偏光分離素子２５と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。光軸ａｘ１は青色光ＢＬの主光線に沿う軸であり、光軸ａｘ２は蛍光ＹＬの主光線に沿う軸である。

光源部２１は、励起光を射出する複数の発光素子２１１を備えている。複数の発光素子２１１は、光軸ａｘ１と直交する面内においてアレイ状に並んで配置されている。本実施形態の場合、光源部２１は、４個の発光素子２１１がＹ軸に沿って１列に並んで配置された光源ユニットが、４個の発光素子２１１が配列されたＹ軸と直交するＺ軸に沿って４組並べられた構成を有している。すなわち、光源部２１は、１６個の発光素子２１１が４行４列にアレイ状に配列された構成を有している。なお、発光素子２１１の個数および配置は、上記の構成に限定されない。

発光素子２１１は、青色光ＢＬを射出するレーザー素子で構成されている。レーザー素子は、例えば半導体レーザーで構成され、第１波長帯の青色の光、具体的にはピーク波長が例えば４６０ｎｍの第１波長帯の青色光ＢＬを射出する。したがって、光源部２１は、複数の青色光ＢＬを射出する。本実施形態の青色光ＢＬは、特許請求の範囲の第１波長帯の光に対応する。

光源部２１から射出された青色光ＢＬは、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、光源部２１から射出された青色光ＢＬを平行光に変換する。コリメーター光学系２２は、アレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２１から構成されている。１つのコリメーターレンズ２２１は、１つの発光素子２１１から射出された青色光ＢＬが入射する位置に配置されている。

コリメーター光学系２２を通過した青色光ＢＬは、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、青色光ＢＬの径、すなわち青色光ＢＬの太さを調整する。アフォーカル光学系２３は、凸レンズ２３ａと、凹レンズ２３ｂと、から構成されている。

アフォーカル光学系２３を通過した青色光ＢＬは、第１位相差板２８１に入射する。第１位相差板２８１は、例えば回転可能とされた１／２波長板で構成されている。光源部２１から射出された直後の青色光ＢＬは、所定の偏光方向を有する直線偏光である。第１位相差板２８１の回転角度を適切に設定することにより、第１位相差板２８１を透過する青色光ＢＬを、偏光分離素子２５に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む青色光ＢＬに変換することができる。第１位相差板２８１の回転角度を変えることにより、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。

第１位相差板２８１から射出されたＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む青色光ＢＬは、偏光分離素子２５に入射する。偏光分離素子２５は、例えば波長選択性を有する偏光ビームスプリッターから構成されている。偏光分離素子２５は、光軸ａｘ１および光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。

偏光分離素子２５は、青色光ＢＬを、偏光分離素子２５に対するＳ偏光成分の青色光ＢＬｓとＰ偏光成分の青色光ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有する。具体的に、偏光分離素子２５は、Ｓ偏光成分の青色光ＢＬｓを反射させ、Ｐ偏光成分の青色光ＢＬｐを透過させる。また、偏光分離素子２５は、偏光分離機能に加えて、青色光ＢＬとは波長帯が異なる黄色光成分を、偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。

偏光分離素子２５で反射したＳ偏光の青色光ＢＬｓは、第１集光光学系２６に入射する。第１集光光学系２６は、光源部２１から射出される青色光ＢＬが入射され、青色光ＢＬｓを波長変換素子４０に向けて集光させる。第１集光光学系２６は、第１レンズ２６１と、第２レンズ２６２と、から構成されている。第１レンズ２６１および第２レンズ２６２のそれぞれは、凸レンズから構成されている。第１集光光学系２６から射出された青色光ＢＬｓは、集光した状態で波長変換素子４０に入射する。波長変換素子４０の詳細な構成については後述する。

波長変換素子４０で生成された黄色の蛍光ＹＬは、第１集光光学系２６で平行化された後、偏光分離素子２５に入射する。上述したように、偏光分離素子２５が偏光状態にかかわらず黄色光成分を透過させる特性を有しているため、蛍光ＹＬは、偏光分離素子２５を透過する。

一方、偏光分離素子２５から射出されたＰ偏光の青色光ＢＬｐは、第２位相差板２８２に入射する。第２位相差板２８２は、偏光分離素子２５と拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板から構成されている。偏光分離素子２５から射出されたＰ偏光の青色光ＢＬｐは、第２位相差板２８２によって、例えば右回りの円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、第２集光光学系２９に入射する。

第２集光光学系２９は、第１レンズ２９１と、第２レンズ２９２と、から構成されている。第１レンズ２９１および第２レンズ２９２のそれぞれは、凸レンズから構成されている。第２集光光学系２９は、青色光ＢＬｃ１を集光させた状態で拡散反射素子３０に入射させる。

拡散反射素子３０は、偏光分離素子２５から射出された青色光ＢＬｐの光路上に配置されている。拡散反射素子３０は、第２集光光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１を偏光分離素子２５に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０は、青色光ＢＬｃ１をランバート拡散に近い角度分布で反射させるとともに、青色光ＢＬｃ１の偏光状態を乱さないことが望ましい。

以下、拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光ＢＬｃ２と称する。本実施形態においては、青色光ＢＬｃ１が拡散反射することによって略均一な照度分布を有する青色光ＢＬｃ２が得られる。例えば右回りの円偏光の青色光ＢＬｃ１は、拡散反射素子３０によって拡散反射され、左回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２に変換される。

青色光ＢＬｃ２は、第２集光光学系２９によって平行光線束に変換された後、第２位相差板２８２に再度入射する。左回りの円偏光の青色光ＢＬｃ２は、第２位相差板２８２によってＳ偏光の青色光ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ１は、偏光分離素子２５によってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。

このようにして、青色光ＢＬｓ１は、偏光分離素子２５を透過した蛍光ＹＬと合成され、照明光ＷＬとして利用される。すなわち、青色光ＢＬｓ１と蛍光ＹＬとは、偏光分離素子２５から互いに同じ方向に向けて射出され、青色光ＢＬｓ１と黄色の蛍光ＹＬとが合成された白色の照明光ＷＬが生成される。

照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。インテグレーター光学系３１は、第１レンズアレイ３１ａと、第２レンズアレイ３１ｂと、から構成されている。第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂのそれぞれは、複数のレンズがアレイ状に配列された構成を有している。

インテグレーター光学系３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。
偏光変換素子３２は、図示しない偏光分離膜と位相差板とを有している。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬを含む照明光ＷＬを、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂに入射させる直線偏光に変換する。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａは、インテグレーター光学系３１と協働して、被照明領域における照明光ＷＬの照度分布を均一化する。このようにして、照明装置２は、白色の照明光ＷＬを生成する。

以下、波長変換素子４０の構成について説明する。
図３は、本実施形態の波長変換素子４０の断面図である。
図３に示すように、本実施形態の波長変換素子４０は、波長変換層４２と、基材部４３と、複数の凸部４４と、反射層４５と、放熱部材４６と、接合層４７と、を備えている。

波長変換層４２は、第１面４２ａと、第１面４２ａとは異なる第２面４２ｂと、を有する。波長変換層４２は、第１波長帯の青色光ＢＬｓを第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光ＹＬに変換するセラミック蛍光体を含んでいる。第２波長帯は、例えば４９０～７５０ｎｍであり、蛍光ＹＬは、緑色光成分および赤色光成分を含む黄色光である。なお、波長変換層４２は、単結晶蛍光体を含んでいてもよい。波長変換層４２は、第１面４２ａから青色光ＢＬｓが入射されるとともに、第１面４２ａから蛍光ＹＬを射出する。本実施形態の蛍光ＹＬは、特許請求の範囲の第２波長帯の光に対応する。

具体的には、波長変換層４２は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例にとると、波長変換層４２として、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法やソルゲル法等の湿式法により得られるＹ－Ａｌ－Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法や火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。

波長変換層４２は、体積比で５％以下の散乱要素を含有している。具体的には、波長変換層４２には、光の散乱要素として機能する複数の気孔が含まれており、気孔の含有率が波長変換層４２を構成する蛍光体に対する体積比で５％以下に設定されている。波長変換層４２における散乱要素の含有率が体積比５％よりも大きくなると、蛍光体と散乱要素との屈折率界面が多くなるため、波長変換層４２に入射した光が散乱されやすくなる。これに対して、波長変換層４２における散乱要素の含有率を体積比５％以下とすると、波長変換層４２に入射した光の散乱を十分に抑えることができる。波長変換層４２における散乱要素の含有率は、１％以下に設定することがより好ましく、０．１％以下に設定することがさらに好ましい。なお、散乱要素は、気孔に限定されず、蛍光体の屈折率とは異なる屈折率を有する材料からなる粒子等であってもよい。

基材部４３は、波長変換層４２の第１面４２ａに接して設けられている。基材部４３は、所定の厚さを有する板材から構成されている。基材部４３は、波長変換層４２の第１面４２ａに接する第３面４３ｃと、第３面とは異なる第４面４３ｄと、を有する。なお、後述するように、基材部４３と凸部４４とは一体に形成されているため、第４面４３ｄは、複数の平坦部４３ｆを通る仮想的な面である。

複数の凸部４４は、基材部４３を介して波長変換層４２の第１面４２ａに対向して設けられている。複数の凸部４４は、互いに隣り合う第１凸部４４１と第２凸部４４２とを含んでいる。複数の凸部４４のそれぞれは、蛍光ＹＬの射出方向に向けて突出する凸曲面４４ｓを有する。複数の凸部４４のそれぞれは、いわゆる凸レンズ形状を有する。

複数の凸部４４は、基材部４３の第４面４３ｄにおいて基材部４３と一体に設けられている。すなわち、複数の凸部４４と基材部４３とは、一体の部材で構成されている。複数の凸部４４と基材部４３とは、例えば結晶構造が４Ｈ型の炭化ケイ素（４Ｈ－ＳｉＣ）、サファイア等の透光性材料から構成される。複数の凸部４４と基材部４３の構成材料の屈折率は、波長変換層４２の屈折率と等しいか、または波長変換層４２の屈折率に近いことが望ましい。

本実施形態において、基材部４３の第４面４３ｄから各凸部４４の凸曲面４４ｓの頂点Ｃまでの距離を、凸部４４の高さＴと定義する。また、波長変換層４２の第１面４２ａに沿う方向における第１凸部４４１の頂点Ｃと第２凸部４４２の頂点Ｃとの間隔を、凸部４４のピッチＰと定義する。本実施形態では、第１面４２ａに沿う方向における複数の凸部４４の頂点Ｃ同士の間隔、すなわちピッチＰは、一定である。

本実施形態の波長変換素子４０において、凸部４４の高さＴは、１μｍ以上である。凸部４４のピッチＰは、３μｍ以上である。また、複数の凸部４４のうち、隣り合う２つの凸部４４のピッチＰは、場所に依らずに一定である。すなわち、複数の凸部４４は、波長変換層４２の第１面４２ａの全域にわたって等しいピッチＰで形成されている。第１凸部４４１と第２凸部４４２とは、基材部４３の第４面４３ｄに沿う方向に互いに離間して設けられている。これにより、第４面４３ｄは、第１凸部４４１と第２凸部４４２との間に平坦部４３ｆを有する。

反射層４５は、波長変換層４２の第２面４２ｂと接合層４７との間に設けられている。反射層４５は、波長変換層４２に入射した青色光ＢＬｓおよび波長変換層４２内で発生した蛍光ＹＬを反射させる。反射層４５は、例えば銀（Ａｇ）等の反射率が比較的高い金属、または誘電体多層膜から構成されている。なお、光の反射に実質的に寄与する反射層４５の他、保護層、接合補助層、密着層などが設けられていてもよい。

放熱部材４６は、熱伝導率が高く、放熱性に優れた材料から構成されている。具体的には、放熱部材４６は、銅、アルミニウム等の金属材料、または窒化アルミニウム、アルミナ、サファイア、ダイヤモンド等のセラミクス材料から構成されている。放熱部材４６は、青色光ＢＬｓが照射された際に波長変換層４２で生じた熱を受け、外部に放出する。なお、放熱部材４６の波長変換層４２が設けられた面と反対側の面には、放熱を促進するためのフィン等が設けられていてもよい。

接合層４７は、反射層４５と放熱部材４６との間に設けられ、反射層４５と放熱部材４６とを接合する。接合層４７には、熱伝導率が高い材料が用いられることが望ましく、例えば銀ナノ粒子を用いた銀ペースト、金ナノ粒子を用いた金ペースト、金錫はんだ等が用いられる。

以下、本実施形態の波長変換素子４０の製造方法について説明する。
図４Ａ～図４Ｅは、本実施形態の波長変換素子４０の製造方法を、工程順を追って示す断面図である。

最初に、図４Ａに示すように、４Ｈ－ＳｉＣ、サファイア等の透光性基板５１の一面５１ａに、レジストを塗布した後、フォトリソグラフィー技術を用いて複数の凸部４４を形成するためのレジストパターン５２を形成する。このとき、レジストパターン５２は、透光性基板５１の一面５１ａの法線方向から見て、一辺が１０μｍの正方形状に形成し、隣り合うパターン間の間隔は２μｍとし、レジストの厚さは２．７μｍとする。

次に、レジストパターン５２を形成した透光性基板５１を、レジストパターン５２が炭化しない程度の高温、例えば１８０℃から２２０℃程度の温度で焼成する。このとき、図４Ｂに示すように、レジストパターン５２が軟化してリフローし、表面張力によって半球状の凸レンズ形状を有するレジストパターン５３に変化する。

次に、レジストパターン５３の凸レンズ形状を型にして、ＢＣｌ_３、塩素、アルゴンおよび酸素等を用いて、透光性基板５１のドライエッチングを行う。このとき、図４Ｃに示すように、レジストパターン５３の凸レンズ形状は、透光性基板５１の凸レンズ形状として転写される。これにより、平坦部４３ｆを有する基材部４３と複数の凸部４４とを有する透光性基板５１が作製される。４Ｈ－ＳｉＣ、サファイア等の材料は、エッチングが比較的容易に行える点で、透光性基板５１の材料として好適である。

次に、図４Ｄに示すように、複数の凸部４４が形成された透光性基板５１の他の一面５１ｂに、別途作製したＹＡＧからなる蛍光体基板５５を接合する。透光性基板５１と蛍光体基板５５との接合には、例えば活性化接合を用いることができる。活性化接合は、高真空下でアルゴン等の不活性ガスをスパッタリングすることで各基板５１，５５の表面を削り、各基板５１，５５の表面に共有結合手を形成することで活性化させ、共有結合によって接合する技術である。この技術によれば、接着剤、接合材等を用いることなく、透光性基板５１と蛍光体基板５５とを接合することができる。

次に、図４Ｅに示すように、蒸着法、スパッタ法等を用いて、蛍光体基板５５の一面５５ｂに、銀等の金属からなる反射層４５を形成する。

最後に、図示を省略するが、透光性基板５１と蛍光体基板５５とを接合した接合体を所定の大きさにダイシングした後、接合材を用いて放熱部材４６と接合することによって、本実施形態の波長変換素子４０が完成する。

［第１実施形態の波長変換素子の作用］
ここで、複数の凸部を備えていない比較例の波長変換素子を想定する。
図５は、比較例の波長変換素子１４０の作用を示す図である。
図５に示すように、比較例の波長変換素子１４０は、ＹＡＧからなる波長変換層１４２と、波長変換層１４２の第２面１４２ｂに設けられた反射層１４５と、を備える。なお、波長変換層１４２は、体積比で５％以下の散乱要素を含有している。

比較例の波長変換素子１４０において、波長変換層１４２の第１面１４２ａに青色光ＢＬｓが入射した場合、波長変換層１４２を構成するＹＡＧの屈折率を１．８３とすると、臨界角は３３．１°となる。したがって、３３．１°よりも大きい入射角度θ１で波長変換層１４２と空気との界面に入射した光は、全反射する。

ここで、波長変換層１４２の第１面１４２ａと第２面１４２ｂとが互いに平行である場合、波長変換部１４２ｒで生成された蛍光ＹＬは、第１面１４２ａと第２面１４２ｂとで反射を繰り返す際に入射角度θ１が変化することなく、波長変換層１４２の端面１４２ｃに到達する。このとき、蛍光ＹＬは、端面１４２ｃから外部に射出されるか、または端面１４２ｃで反射し、逆方向に向かって全反射を繰り返しつつ進行する間に減衰するか、のいずれかである。いずれにしても、このような蛍光ＹＬは、第１面１４２ａから外部に射出されることがない。したがって、散乱要素の含有体積が少ない比較例の波長変換素子１４０を用いた光源装置は、蛍光ＹＬの利用効率が低いという問題を有する。

図６は、本実施形態の波長変換素子４０の作用を示す図である。
これに対して、本実施形態の波長変換素子４０の場合、図６に示すように、波長変換層４２の第１面４２ａに、基材部４３および複数の凸部４４が設けられている。ここでは、基材部４３および複数の凸部４４の構成材料の屈折率が波長変換層４２の屈折率と等しいと仮定し、基材部４３と波長変換層４２との界面では光の屈折が生じないものとする。

本実施形態の波長変換素子４０においては、波長変換部４２ｒから射出され、大きい入射角度θ１で波長変換層４２の第１面４２ａに入射した蛍光ＹＬであっても、凸曲面４４ｓ、すなわち凸部４４と空気との界面に入射する際には、凸曲面４４ｓが第１面４２ａに対して傾いているため、凸曲面４４ｓへの入射角度θ２が臨界角よりも小さくなり、全反射することなく外部に射出される。また、凸曲面４４ｓのうち、蛍光ＹＬが入射する場所によっては、入射角度θ２が臨界角以上となり、蛍光ＹＬが全反射する場合がある。その場合であっても、第１面１４２ａと第２面１４２ｂとが平行な比較例の波長変換素子１４０とは異なり、凸曲面４４ｓでの反射によって蛍光ＹＬの角度が変化するため、第２面４２ｂで反射した後、他の凸部４４に再度入射したときには全反射することなく外部に射出される確率が高くなる。このように、波長変換層４２の第１面４２ａの側に複数の凸部４４が設けられることによって、蛍光ＹＬを効率良く外部に射出することができる。

［凸部の高さとピッチについて］
以下、本発明者らが凸部４４の高さＴとピッチＰについて検討した結果について説明する。

例えば透光性基板の表面に、入射光の波長よりも小さく、断面形状が三角形状の複数の構造体が設けられていたとする。この場合、構造体の上部では、構造体の体積が相対的に小さく、空気の体積が相対的に大きいため、屈折率が相対的に小さく、構造体の下部では、構造体の体積が相対的に大きく、空気の体積が相対的に小さいため、相対的に屈折率が大きい。そのため、外部から複数の構造体に入射する光から見ると、複数の構造体は屈折率分布として認識される。したがって、空気から透光性基板に向かって屈折率が連続的に増加するため、界面での屈折率差によるフレネル反射がほとんど生じない。このような構造体は、反射防止構造として知られており、フォトニック構造と呼ばれる。

一方、透光性基板の内部を導光する光に着目すると、フォトニック構造に入射した光は、透光性基板から外部に向かって屈折率が低下するのに従って、表面への入射角度がより大きく傾く。そのため、フォトニック構造がない場合に透光性基板と空気との界面で全反射角度より大きい角度で入射した光は、フォトニック構造と空気との界面でも全反射角度より大きい角度で入射する。そのため、フォトニック構造では、光の内部全反射を抑制することができない。したがって、上述した比較例の波長変換素子１４０にフォトニック構造を付加したとしても、蛍光の利用効率が低いという問題を解決できない。

したがって、凸部４４の高さＴは、フォトニック効果が生じないように、蛍光ＹＬの波長よりも大きい高さとする必要がある。すなわち、蛍光ＹＬの波長帯を１０００ｎｍ未満と想定すると、凸部４４の高さＴは、１μｍ以上である必要がある。

図７は、凸部４４のピッチＰと回折角度との関係を示すグラフである。
図７において、横軸は凸部４４のピッチ（μｍ）を示し、縦軸は回折角度（°）を示す。図７のグラフは、ピッチをｄとし、回折角度（ｒａｄ）をβとし、回折次数をｎとし、入射光の波長をλ（ただし、λ＝１０００ｎｍ）とした場合の入射角度０度における回折式ｄ×sinβ= ｎ×λから計算した。実線のグラフは１次の回折を示し、破線のグラフは２次の回折を示す。

本実施形態の波長変換素子４０において、複数の凸部４４は特定の周期構造を構成している。そのため、凸部４４の周期によっては、光の回折の影響を考慮する必要がある。図７に示すように、凸部４４のピッチＰがある程度小さくなると、光の回折が大きくなる傾向を示す。具体的には、凸部４４のピッチＰが２μｍよりも小さくなると、１次の回折角度が急激に大きくなり、凸部４４のピッチＰが３μｍよりも小さくなると、２次の回折角度が急激に大きくなる傾向を示す。回折角度が大きくなると、波長変換層４２からの蛍光ＹＬの取り出し量の低下、ひいては蛍光ＹＬの利用効率の低下につながるため、２次の回折まで考慮すると、凸部４４のピッチＰは、３μm以上とする必要がある。

［波長変換層に対する凸部の屈折率比について］
以下、本発明者らが波長変換層４２に対する凸部４４の屈折率比について検討した結果について説明する。以下、波長変換層４２に対する凸部４４の屈折率比を、単に屈折率比と称する。

図８は、屈折率比と界面反射率との関係を示すグラフである。図８において、横軸は屈折率比（無単位）であり、縦軸は界面反射率（％）である。
屈折率比をＡとしたとき、界面反射率Ｒａは、フレネル反射の公式から導かれる下記の（１）式から計算した。
Ｒａ＝（１－Ａ）^２／（１＋Ａ）^２ …（１）

屈折率比は、凸部４４の屈折率を波長変換層４２の屈折率で除した値と定義する。すなわち、凸部４４の屈折率をＮｔとし、波長変換層４２の屈折率をＮｐｈとしたとき、屈折率比Ａは、以下の（２）式で表される。
Ａ＝Ｎｔ／Ｎｐｈ …（２）

波長変換層４２の屈折率と基材部４３および凸部４４の屈折率とは等しい方が望ましいが、波長変換層４２の屈折率と基材部４３および凸部４４の屈折率とが互いに異なる場合には、波長変換層４２と基材部４３との界面において、屈折率差による界面反射が発生する。界面反射が発生すると、青色光ＢＬｓは、波長変換層４２に入射する前に反射して損失となり、蛍光体の励起に寄与できない。この点を考慮すると、界面反射率が小さくなる屈折率比の範囲を選択することが望ましい。図８に示すように、屈折率比が０．７５よりも小さい領域、および屈折率比が１．３０よりも大きい領域では、界面反射率が２％を超えるとともに、急激に増加する傾向を示す。したがって、屈折率比は、０．７５以上、かつ、１．３０以下であることが望ましい。

［第１実施形態の効果］
本実施形態の波長変換素子４０は、第１面４２ａと、第１面４２ａとは異なる第２面４２ｂと、を有し、体積比で５％以下の散乱要素を含有し、青色光ＢＬｓを蛍光ＹＬに変換する波長変換層４２と、第１面４２ａに対向して設けられ、互いに隣り合う第１凸部４４１と第２凸部４４２とを含む複数の凸部４４と、を備え、凸部４４の高さＴは、１μｍ以上であり、凸部４４のピッチＰは、３μｍ以上である。

この構成によれば、波長変換層４２の第１面４２ａに対向して複数の凸部４４が設けられることによって、蛍光ＹＬを効率良く外部に射出することができる。これにより、蛍光ＹＬの利用効率に優れる波長変換素子４０を実現することができる。また、波長変換層４２が気孔等の散乱要素をほとんど有していないため、気孔等の散乱要素を多く有する場合に比べて、青色光ＢＬｓの損失を抑制できるとともに、波長変換層４２の熱伝導率を高めることができ、波長変換効率を高めることができる。また、放熱部材４６が設けられたことにより、波長変換層４２の温度上昇に起因する変換効率の低下が小さいため、高効率かつ高出力な波長変換素子４０を低コストで実現することができる。

本実施形態の波長変換素子４０において、凸部４４の屈折率を波長変換層４２の屈折率で除した値、すなわち屈折率比は、０．７５以上、かつ、１．３０以下である。
この構成によれば、青色光ＢＬｓの利用効率を高めることができる。

本実施形態の波長変換素子４０において、第１面４２ａに沿う方向における複数の凸部４４間のピッチＰは、一定である。
この構成によれば、射出される蛍光ＹＬの強度分布が略均一な波長変換素子４０を実現することができる。

本実施形態の波長変換素子４０において、複数の凸部４４のそれぞれは、蛍光ＹＬの射出方向に突出する凸曲面４４ｓを有する。
この構成によれば、波長変換素子４０は、全方位にわたって略均一な強度分布を有する蛍光ＹＬを射出することができる。また、凸曲面４４ｓが設けられている場合、例えば反射防止コート等の表面処理膜を形成する場合に対応しやすく、変換効率をより向上させることができる。

本実施形態の波長変換素子４０において、波長変換層４２の第１面４２ａに接する第３面４３ｃと、第３面４３ｃとは異なる第４面４３ｄとを有する基材部４３が設けられ、複数の凸部４４は、基材部４３の第４面４３ｄにおいて基材部４３と一体に設けられ、第１凸部４４１と第２凸部４４２とは、第４面４３ｄに沿う方向に互いに離間して設けられ、第４面４３ｄは、第１凸部４４１と第２凸部４４２との間に平坦部４３ｆを有する。
この構成によれば、波長変換層４２と基材部４３との線膨張係数差によって基材部４３に発生する熱応力を平坦部４３ｆによって緩和することができる。これにより、複数の凸部４４が波長変換層４２から剥離することを抑えることができる。

本実施形態の光源装置２０は、上記の波長変換素子４０と、青色光ＢＬを射出する光源部２１と、を備える。
この構成によれば、蛍光ＹＬの利用効率が高い光源装置２０を実現することができる。

本実施形態のプロジェクター１は、上記の光源装置２０と、光源装置２０からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒと、光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒにより変調された光を投射する投射光学装置６と、を備える。
この構成によれば、高効率のプロジェクター１を実現することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図９～図１１を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターおよび光源装置の構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の全体の説明は省略する。
図９は、第２実施形態の波長変換素子６０の断面図である。
図９において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態の波長変換素子６０は、波長変換層４２と、基材部６３と、複数の凸部６４と、反射層４５と、放熱部材４６と、接合層４７と、を備えている。

基材部６３は、波長変換層４２の第１面４２ａに接して設けられている。基材部６３は、第１実施形態の板材とは異なり、所定の厚さを有する薄膜から構成されている。基材部６３は、波長変換層４２の第１面４２ａに接する第３面６３ｃと、第３面６３ｃとは異なる第４面６３ｄと、を有する。なお、基材部６３と凸部６４とは一体に形成されているため、第４面６３ｄは、複数の平坦部６３ｆを通る仮想的な面である。

複数の凸部６４は、基材部６３を介して波長変換層４２の第１面４２ａに対向して設けられている。複数の凸部６４は、互いに隣り合う第１凸部６４１と第２凸部６４２とを含んでいる。複数の凸部６４のそれぞれは、蛍光ＹＬの射出方向に向けて突出する凸曲面６４ｓを有する。また、第１凸部６４１と第２凸部６４２とは、基材部６３の第４面６３ｄに沿う方向に互いに離間して設けられている。これにより、第４面６３ｄは、第１凸部６４１と第２凸部６４２との間に平坦部６３ｆを有する。

複数の凸部６４は、基材部６３の第４面６３ｄにおいて基材部６３と一体に設けられている。すなわち、複数の凸部６４と基材部６３とは、一体の部材で構成されている。複数の凸部６４と基材部６３とは、例えば窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）膜、酸化アルミニウム膜、酸化ジルコニウム膜等の透光性を有する材料から構成される。微細加工が容易であるという観点では、窒化酸化シリコン膜を用いることが望ましい。複数の凸部６４と基材部６３の構成材料の屈折率は、波長変換層４２の屈折率と等しいか、または波長変換層４２の屈折率に近いことが好ましい。
波長変換素子６０のその他の構成は、第１実施形態の波長変換素子４０と同様である。

以下、本実施形態の波長変換素子６０の製造方法について説明する。
図１０Ａ～図１０Ｅは、本実施形態の波長変換素子６０の製造方法を、工程順を追って示す断面図である。

最初に、図１０Ａに示すように、ＹＡＧ等からなる蛍光体基板５５の第１面５５ａに、窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）膜６６を形成する。この場合、ＳｉＯＮ膜６６は、ＣＶＤ法で成膜される。ＳｉＨ_４を主原料ガスとして、ＳｉＯＮ膜６６中の酸素濃度を調整するための酸素や酸素化合物ガスの流量と、ＳｉＯＮ膜６６中の窒素濃度を調整するための窒素やアンモニア、Ｎ_２Ｏ等の窒素化合物ガスの流量と、の比率によってＳｉＯＮ膜６６中の酸素と窒素との濃度比を変化させることができる。酸素と窒素との濃度比を調整することによって、屈折率を１．４６程度から２．０程度まで変化させることができる。これにより、ＳｉＯＮ膜６６の屈折率を最適値に調整することができる。ＳｉＯＮ膜６６は、半導体製造で一般的に使用される装置や原料を用いて容易に製造や加工が可能である。

次に、図１０Ｂに示すように、ＳｉＯＮ膜６６の第１面６６ａにレジストを塗布した後、フォトリソグラフィー技術を用いて複数の凸部６４を形成するためのレジストパターン５２を形成する。このとき、レジストパターン５２は、第１面６６ａの法線方向から見て一辺が１２μｍの正方形状に形成し、隣り合うパターン間の間隔は３μｍとし、レジストの厚さは２．７μｍとする。

次に、レジストパターン５２を形成した蛍光体基板５５を、レジストパターン５２が炭化しない程度の高温、例えば１８０℃から２２０℃程度の温度で焼成する。このとき、図１０Ｃに示すように、レジストパターン５２が軟化してリフローし、表面張力によって半球状の凸レンズ形状を有するレジストパターン５３に変化する。

次に、レジストパターン５３からなる凸レンズ形状を型にして、ＣＦ_４、アルゴンおよび酸素等を用いてＳｉＯＮ膜６６をドライエッチングする。このとき、図１０Ｄに示すように、レジストパターン５３の凸レンズ形状は、ＳｉＯＮ膜６６の凸レンズ形状として転写される。これにより、基材部６３と複数の凸部６４とを有するＳｉＯＮ膜６６が作製される。

次に、図１０Ｅに示すように、蒸着法、スパッタ法等を用いて、蛍光体基板５５の第２面５５ｂに、銀等の金属からなる反射層４５を形成する。

最後に、蛍光体基板５５を所定の大きさにダイシングした後、接合材を用いて放熱部材４６と接合することによって、本実施形態の波長変換素子６０が完成する。

図１１は、波長変換層４２としてＹＡＧを用いた場合におけるＳｉＯＮ膜６６の屈折率と界面反射率との関係を示すグラフである。図１１において、横軸はＳｉＯＮ膜６６の屈折率（－）を示し、縦軸は界面反射率（％）を示す。
図１１に示すように、波長変換層４２としてＹＡＧを用いた場合、ＹＡＧの屈折率が１．８３であるため、ＳｉＯＮ膜６６の屈折率が１．８３のときに界面反射率が０％となり、ＳｉＯＮ膜６６の屈折率が１．８３から離れるにつれて界面反射率が増加する傾向を示す。したがって、上述したように、ＳｉＯＮ膜６６中の酸素と窒素の濃度比を調整することにより、ＳｉＯＮ膜６６の屈折率を１．８３に近い値とすることが望ましい。

［第２実施形態の効果］
本実施形態においても、蛍光の利用効率に優れる波長変換素子６０を実現できる、励起光の損失を抑制できるとともに、波長変換層４２の熱伝導率を高めることで波長変換効率を向上することができる、高効率の光源装置２０およびプロジェクター１を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態の波長変換素子６０においては、基材部６３および複数の凸部６４が薄膜６６で形成されている。そのため、製造工程において、第１実施形態のような透光性基板と蛍光体基板とを接合する工程を省くことができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１２を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターおよび光源装置の構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の全体の説明は省略する。
図１２は、第３実施形態の波長変換素子の断面図である。
図１２において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１２に示すように、本実施形態の波長変換素子７０は、波長変換層４２と、基材部７３と、複数の凸部７４と、反射層４５と、放熱部材４６と、接合層４７と、を備えている。

基材部７３は、波長変換層４２の第１面４２ａに接して設けられている。基材部７３は、第１実施形態のように、板材から構成されていてもよいし、第２実施形態のように、薄膜から構成されていてもよい。基材部７３は、波長変換層４２の第１面４２ａに接する第３面７３ｃと、第３面７３ｃとは異なる第４面７３ｄと、を有する。なお、基材部７３と凸部７４とは一体に形成されているため、第４面７３ｄは、複数の凹曲面７４ｓの底部を通る仮想的な面である。

複数の凸部７４は、基材部７３を介して波長変換層４２の第１面４２ａに対向して設けられている。複数の凸部７４は、互いに隣り合う第１凸部７４１と第２凸部７４２とを含んでいる。第１凸部７４１の表面のうちの第２凸部７４２に近い側の一部と、第２凸部７４２の表面のうちの第１凸部７４１に近い側の一部とは、蛍光ＹＬの射出方向とは反対方向に窪む凹曲面７４ｓを構成する。すなわち、第１凸部７４１と第２凸部７４２とは、蛍光ＹＬの射出方向とは反対方向に窪む凹曲面７４ｓを有する。言い換えると、波長変換層４２の第１面４２ａには、複数の凹レンズ構造体が設けられている。

本実施形態の場合、互いに隣り合う第１凸部７４１と第２凸部７４２との間に、平坦部は設けられていない。基材部７３の第４面７３ｄから隣り合う凹曲面７４ｓ同士が接する各凸部７４の頂点までの距離を、凸部７４の高さＴと定義する。また、波長変換層４２の第１面４２ａに沿う方向における第１凸部７４１の頂点と第２凸部７４２の頂点との間隔を、凸部７４のピッチＰと定義する。第１面４２ａに沿う方向における複数の凸部７４の頂点同士の間隔、すなわちピッチＰは、一定である。また、凸部７４の高さＴは、１μｍ以上である。凸部７４のピッチＰは、３μｍ以上である。
波長変換素子７０のその他の構成は、第１実施形態の波長変換素子４０と同様である。

本実施形態の波長変換素子７０を製造する際、例えば基材部７３および複数の凸部７４を薄膜で形成する場合、第２実施形態と同様な工程順で波長変換素子７０を製造すればよい。ただし、第２実施形態では、レジストパターン５３をマスクとしてエッチバックを行い、半球状のレジストパターン形状を転写した。本実施形態では、上記のエッチバックとは異なり、断面が矩形状のレジストパターン５２をマスクとしてレジストパターン以外の薄膜部分を等方性エッチングして凹曲面７４ｓを形成し、複数の凸部７４を形成すればよい。

［第３実施形態の効果］
本実施形態においても、蛍光の利用効率に優れる波長変換素子７０を実現できる、励起光の損失を抑制できるとともに、波長変換層４２の熱伝導率を高めることで波長変換効率を向上することができる、高効率の光源装置２０およびプロジェクター１を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

波長変換層４２の第１面４２ａに、凸レンズ状の構造体が設けられている場合、青色光ＢＬｓが凸レンズの集光効果によって波長変換層４２の内部で結像し、青色光ＢＬｓの密度の増大によって波長変換効率が低下するおそれがある。この問題に対して、本実施形態の波長変換素子７０においては、第１凸部７４１と第２凸部７４２とは、蛍光ＹＬの射出方向とは反対方向に窪む凹曲面７４ｓを有しており、波長変換層４２の第１面４２ａに、凹レンズ状の構造体が設けられる。このため、青色光ＢＬｓが波長変換層４２の内部で結像することがなく、青色光ＢＬｓの密度の増大による波長変換効率の低下を抑えることができる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１３を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターおよび光源装置の構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の全体の説明は省略する。
図１３は、第４実施形態の波長変換素子の断面図である。
図１３において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１３に示すように、本実施形態の波長変換素子８０は、波長変換層４２と、複数の凸部８４と、反射層４５と、放熱部材４６と、接合層４７と、を備えている。すなわち、本実施形態の波長変換素子８０は、第１～第３実施形態の波長変換素子とは異なり、基材部を備えていない。

複数の凸部８４は、波長変換層４２の第１面４２ａに接して設けられている。複数の凸部８４は、互いに隣り合う第１凸部８４１と第２凸部８４２とを含んでいる。複数の凸部８４のそれぞれは、蛍光ＹＬの射出方向に向けて突出する凸曲面８４ｓを有する。複数の凸部８４は、例えば窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ジルコニウム膜等の透光性を有する材料から構成される。複数の凸部８４の構成材料の屈折率は、波長変換層４２の屈折率と等しいか、または波長変換層４２の屈折率に近いことが好ましい。

本実施形態においては、波長変換層４２の第１面４２ａから各凸部８４の凸曲面８４ｓの頂点までの距離を、凸部８４の高さＴと定義する。また、波長変換層４２の第１面４２ａに沿う方向における第１凸部８４１の頂点と第２凸部８４２の頂点との間隔を、凸部８４のピッチＰと定義する。本実施形態では、第１面４２ａに沿う方向における複数の凸部８４の頂点同士の間隔、すなわちピッチＰは、一定である。また、凸部８４の高さＴは、１μｍ以上である。凸部８４のピッチＰは、３μｍ以上である。第１凸部８４１と第２凸部８４２とは、波長変換層４２の第１面４２ａに沿う方向に互いに離間して設けられている。
波長変換素子８０のその他の構成は、第１実施形態の波長変換素子４０と同様である。

本実施形態の波長変換素子８０を製造する場合、第２実施形態と同様な工程順で波長変換素子８０を製造すればよい。ただし、第２実施形態では、基材部６３を残すようにＳｉＯＮ膜６６のエッチングを行ったのに対し、本実施形態では、基材部が残らず、波長変換層４２の第１面４２ａの一部が露出するまでＳｉＯＮ膜６６のエッチングを行えばよい。

［第４実施形態の効果］
本実施形態においても、蛍光ＹＬの利用効率に優れる波長変換素子８０を実現できる、励起光の損失を抑制できるとともに、波長変換層４２の熱伝導率を高めることで波長変換効率を向上することができる、高効率の光源装置２０およびプロジェクター１を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

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、凸曲面または凹曲面を有する複数の凸部の例を挙げたが、このような凸レンズ形状、凹レンズ形状に代えて、複数の凸部が四角錐、三角錐状等の多角錘状の形状を有していてもよい。

また、上記実施形態では、回転可能とされていない固定型の波長変換素子の例を挙げたが、本発明は、モーターによって回転可能とされた波長変換素子を有する光源装置にも適用が可能である。

その他、波長変換素子、光源装置およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明による光源装置を、液晶ライトバルブを用いた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を、光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに適用してもよい。また、プロジェクターは、複数の光変調装置を有していなくてもよく、１つの光変調装置のみを有していてもよい。

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適用した例を示したが、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。

本発明の一つの態様の波長変換素子は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の波長変換素子は、第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、を有し、体積比で５％以下の散乱要素を含有し、第１波長帯の光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光に変換する波長変換層と、前記第１面に対向して設けられ、互いに隣り合う第１凸部と第２凸部とを含む複数の凸部と、を備え、前記複数の凸部の高さは、１μｍ以上であり、前記第１面に沿う方向における前記第１凸部の頂点と前記第２凸部の頂点との間隔は、３μｍ以上であってもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記複数の凸部の屈折率を前記波長変換層の屈折率で除した値は、０．７５以上、かつ、１．３０以下であってもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１面に沿う方向における前記複数の凸部の頂点同士の間隔は、一定であってもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記複数の凸部のそれぞれは、前記第２波長帯の光の射出方向に突出する凸曲面を有していてもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記波長変換層の前記第１面に接する第３面と、前記第３面とは異なる第４面とを有する基材部が設けられ、前記複数の凸部は、前記基材部の前記第４面において前記基材部と一体に設けられ、前記第１凸部と前記第２凸部とは、前記第４面に沿う方向に互いに離間して設けられ、前記第４面は、前記第１凸部と前記第２凸部との間に平坦部を有していてもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１凸部と前記第２凸部とは、前記第２波長帯の光の射出方向とは反対方向に窪む凹曲面を有していてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置は、本発明の一つの態様の波長変換素子と、前記第１波長帯の光を射出する光源と、を備える。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
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光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。

１…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、２０…光源装置、４０，６０，７０，８０…波長変換素子、４２…波長変換層、４２ａ…第１面、４２ｂ…第２面、４３，６３，７３…基材部、４３ｃ，６３ｃ，７３ｃ…第３面、４３ｄ，６３ｄ，７３ｄ…第４面、４３ｆ，６３ｆ…平坦部、４４，６４，７４，８４…凸部、４４ｓ，６４ｓ，８４ｓ…凸曲面、７４ｓ…凹曲面、４４１，６４１，７４１，８４１…第１凸部、４４２，６４２，７４２，８４２…第２凸部、ＢＬ…青色光（第１波長帯の光）、ＹＬ…蛍光（第２波長帯の光）、Ｐ…凸部のピッチ、Ｔ…凸部の高さ。

Claims (6)

1. 第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、を有し、体積比で５％以下の散乱要素を含有し、第１波長帯の光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光に変換する波長変換層と、
   前記第１面に対向して設けられ、互いに隣り合う第１凸部と第２凸部とを含む複数の凸部と、
   を備え、
   フォトニック効果が生じないように、前記複数の凸部の高さは、１μｍ以上であり、
   前記複数の凸部のそれぞれは、前記第２波長帯の光の射出方向に突出する凸曲面を有し、
   前記第１面に沿う方向における前記複数の凸部の頂点同士の間隔は、いずれも一定であり、かつ、各々の間隔が３μｍ以上であり、
   前記第２波長帯は１μｍより小さい、波長変換素子。
2. 前記複数の凸部の屈折率を前記波長変換層の屈折率で除した値は、０．７５以上、かつ、１．３０以下である、請求項１に記載の波長変換素子。
3. 前記波長変換層の前記第１面に接する第３面と、前記第３面とは異なる第４面とを有する基材部が設けられ、
   前記複数の凸部は、前記基材部の前記第４面において前記基材部と一体に設けられ、
   前記第１凸部と前記第２凸部とは、前記第４面に沿う方向に互いに離間して設けられ、
   前記第４面は、前記第１凸部と前記第２凸部との間に平坦部を有する、請求項１に記載の波長変換素子。
4. 前記第１凸部と前記第２凸部とは、前記第２波長帯の光の射出方向とは反対方向に窪む凹曲面を有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の波長変換素子。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
   前記第１波長帯の光を射出する光源と、
   を備える、光源装置。
6. 請求項５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光変調装置と、
   前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
   を備える、プロジェクター。

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