WO2012133485A1

WO2012133485A1 - 光源装置

Info

Publication number: WO2012133485A1
Application number: PCT/JP2012/058060
Authority: WO
Inventors: 小林　建; 達弥向山
Original assignee: 株式会社Ｊｖｃケンウッド
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2012-10-04
Also published as: JP2012209036A; TW201241544A

Abstract

光源装置は、一次光を発光する第１の固体発光素子２と、一次光を吸収し二次光を発光する第１の蛍光体膜３と、第１の蛍光体膜３に沿って空気を介して配置された入射面１１と、入射面１１と傾斜して対向する傾斜面１２と、入射面１１及び傾斜面１２に垂直で互いに平行に対向する２つの垂直面と、入射面１１及び傾斜面１２の間隔が広がる側で、入射面１１、傾斜面１２及び２つの垂直面と連続し、第１の蛍光体膜３の面積よりも小さい面積を有する射出面１３と、射出面１３と平行に対向する挟角面１４とを有するプリズム１と、第１の固体発光素子２と第１の蛍光体膜３との間に配置され、一次光を透過し且つ二次光を反射する第１の二次光反射膜４とを備える。

Description

光源装置

　本発明は、投射表示装置（プロジェクタ）等の光源として使用される光源装置に関する。

　従来、プロジェクタ用の光源としては、超高圧水銀灯、キセノンランプ及びハロゲンランプ等の放電ランプが多く使われている。このような放電ランプに替わり、低消費電力、瞬時点灯、長寿命、高色純度及び水銀フリー等のような理由から半導体光源が提案されている。半導体光源のなかでも発光ダイオード（ＬＥＤ）は、近年急速に広がり、家庭用電球を従来の白熱灯からＬＥＤへと住み替えが進められている。一方でプロジェクタ用の光源としては、一部の低輝度プロジェクタ用の光源としての採用に留まっている状況である。その理由として、ＬＥＤは面発光光源であるため、高輝度化には投入電力と面積の双方を大きくすることが必要である。言い換えれば単位面積当たりの光束量では、プロジェクタ用の光源として従来の放電ランプに替わる十分な明るさを得られていないのが実情である。

　そこで、不足しているＬＥＤの光学利用効率の高効率化が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８－２６８５３号公報

　本発明の目的は、発光部の単位面積当たりの光束量を大きくし、光束を高効率で出力することができる光源装置を提供することである。

　本発明の一態様によれば、一次光を発光する第１の固体発光素子（２、２ａ，３１ａ）と、一次光を吸収し二次光を発光する第１の蛍光体膜（３，３ａ）と、第１の蛍光体膜（３，３ａ）と隙間をもって配置された入射面（１１）と、入射面（１１）と傾斜して対向する傾斜面（１２）と、入射面（１１）から入射した光を射出する射出面（１３）とを有するプリズム（１）と、第１の固体発光素子（２，２ａ，３１ａ）と第１の蛍光体膜（３，３ａ）との間に配置され、一次光を透過し且つ二次光を反射する第１の二次光反射膜（４，４ａ）とを備える光源装置が提供される。

　本発明の一態様において、入射面（１１）と第１の蛍光体膜（３）とが対向していない部分に隙間をもって設置された金属膜ミラー（７）を更に備えていても良い。

　本発明の一態様において、射出面（１３）に対向する挟角面（１４）から射出面（１３）へ向かう方向において、入射面（１１）の長さ及び第１の二次光反射膜（４）の長さ（Ｄ１＋Ｄ２）が、第１の蛍光体膜（３）の長さ（Ｄ１）よりも長く、第１の蛍光体膜（３）が入射面（１１）の挟角面（１４）側の一部と対向するように配置されていても良い。

　本発明の一態様において、さらに傾斜面（１２）に隙間をもって配置された、一次光を透過し且つ二次光を反射する第２の二次光反射膜（５）を備えていても良い。又は、傾斜面（１２）に隙間をもって配置され、一次光及び二次光を反射する金属膜ミラーを更に備えていても良い。

　本発明の一態様において、傾斜面（１２）に隙間をもって配置され、一次光を吸収し二次光を発光する第２の蛍光体膜（３ｂ）と、第２の蛍光体膜（３ｂ）を照明するための一次光を発光する第２の固体発光素子（４ｂ）と、第２の蛍光体膜（３ｂ）と第２の固体発光素子（４ｂ）との間に配置され、一次光を透過し且つ二次光を反射する第２の二次光反射膜（４ｂ）とを更に備えていても良い。

　本発明の一態様において、第１の固体発光素子（２）と第１の蛍光体膜（３）の間を囲むように配置され、一次光及び二次光を反射する内壁面を有するライトパイプ（８）を更に備えていても良い。

　本発明の一態様において、ライトパイプ（８）が、第１の固体発光素子（２）側から第１の蛍光体膜（３）側に向かって広がるようにテーパ形状を有していても良い。

　本発明の一態様において、射出面（１３）に配置され、一次光を反射し且つ二次光を透過する一次光反射膜（６）を更に備えていても良い。

　本発明の一態様において、第１の固体発光素子（３１ｂ）が単一波長を有する一次光を発光し、第１の二次光反射膜（４ａ）の分光特性が狭帯域であっても良い。

　本発明によれば、発光部の単位面積当たりの光束量を大きくし、光束を高効率で出力することができる光源装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の一例を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るプリズムの一例を示す斜視図である。本発明の第１の実施の形態に係る照明方法を説明するための概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る照明方法を説明するための他の概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る照明方法を説明するための更に他の概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る照明方法を説明するための更に他の概略図である。本発明の第１の実施の形態及び比較例に係る発光部面積と明るさの関係のシミュレーション結果を表すグラフである。本発明の第１の実施の形態に係る一次光及び二次光の分光分布を表すグラフである。本発明の第１の実施の形態に係る一次光反射膜と二次光反射膜の分光特性を表すグラフである。本発明の第１の実施の形態の変形例に係る光源装置の一例を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態の変形例に係る照明方法を説明するための概略図である。本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の一例を示す断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る光源装置の一例を示す断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る照明方法を説明するための概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る二次光反射膜の角度特性を表すグラフである。本発明の第３の実施の形態に係る照明方法を説明するための他の概略図である。本発明の第３の実施の形態の第１の変形例に係る光源装置の一例を示す断面図である。本発明の第３の実施の形態の第２の変形例に係る光源装置の一例を示す断面図である。本発明の第３の実施の形態の第２の変形例に係る一次光及び二次光の分光分布を表すグラフである。本発明の第３の実施の形態の第２の変形例に係る二次光反射膜の角度特性を表すグラフである。本発明のその他の実施の形態に係る筐体の一例を示す斜視図である。

　次に、図面を参照して、本発明の第１～第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

　また、以下に示す第１～第３の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
　本発明の第１の実施の形態に係る光源装置は、図１に示すように、一次光（一次光源光）を発光する固体発光素子２と、一次光を吸収し二次光（二次光源光）を発光する蛍光体膜３と、蛍光体膜３と空気を介して配置された楔形状のプリズム１と、固体発光素子２と蛍光体膜３との間に配置され、固体発光素子２により発光される一次光を透過し且つ蛍光体膜３により発光される二次光を反射する第１の二次光反射膜４とを備える。

　プリズム１の材料としては、屈折率が１よりも大きい硝子や樹脂が使用可能である。プリズム１の各面は表面粗さの小さい研磨面である。プリズム１は、研磨加工や切削加工のほか金型成型等により作製可能である。

　プリズム１は、図１及び図２に示すように、蛍光体膜３に沿って空気を介して配置された面（以下、「入射面」という。）１１と、入射面１１と傾斜して対向する面（以下、「傾斜面」という。）１２と、入射面１１及び傾斜面１２に垂直で互いに平行に対向する２つの面（以下、「垂直面」という。）１５，１６と、入射面１１及び傾斜面１２の間隔が広がる側で、入射面１１、傾斜面１２及び２つの垂直面１５，１６と連続し、蛍光体膜３の面積よりも小さい面積を有する面（以下、「射出面」という。）１３と、射出面１３と平行に対向する面（以下、「挟角面」という。）１４を有する。

　図１に示した固体発光素子２としては、ＬＥＤや半導体レーザー等の種々の発光素子が使用可能である。固体発光素子２の裏面側には反射膜が形成され、発光層から発光された１次光は直接又は反射膜で反射して表面側へ射出される。固体発光素子２は、例えば上面視２ｍｍ×６ｍｍ程度の矩形を有する。本発明の第１の実施の形態においては、固体発光素子２として青色ＬＥＤを使用する。固体発光素子２は、１次光を反射する反射面を有する支持部材２１により支持されている。

　蛍光体膜３は、入射面１１の挟角面１４側の一部と対向するように、硝子等の基板２３上に塗布により形成されている。蛍光体膜３の上面視における形状は固体発光素子２と略同じであり、蛍光体膜３の面積は固体発光素子２の面積と同等である。蛍光体膜３の材料としては、硫化物系、酸化物系又は窒化物系等の種々の蛍光体が採用可能である。蛍光体膜３は、二次光源として振る舞い、固体発光素子２により発光された一次光を励起光として吸収し、一次光とは異なる波長の二次光を発光する。蛍光体膜３は、例えば一次光が青色光の場合、緑色又は赤色等の紫外～可視光を発光する。挟角面１４から射出面１３へ向かい入射面１１に平行な方向において、基板２３の長さ（Ｄ１＋Ｄ２）は、蛍光体膜３の長さＤ１よりも長く、更に入射面１１の長さは基板２３の長さ（Ｄ１＋Ｄ２）よりも長い。　第１の二次光反射膜４は、基板２３の蛍光体膜３が配置されている面と対向する面に、蛍光体膜３と略同じ面積を有するように配置されている。第１の二次光反射膜４としては、例えば屈折率の異なる酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる薄膜を交互に積層させたダイクロイック膜等が使用可能である。第１の二次光反射膜４は、基板２３上に蒸着法等により形成可能である。

　更に、基板２３上の第１の二次光反射膜４が配置されていない部分には、可視光を全て高反射率（例えば９８％以上）で反射する銀ミラー等の金属膜ミラー７が配置されている。金属膜ミラー７は、入射面１１の射出面１３側の蛍光体膜３と対向していない部分と空気を介して対向するように配置されている。

　更に、傾斜面１２に沿って空気を介して第２の二次光反射膜５が配置されている。第２の二次光反射膜５は、硝子等の基板２４上に配置されている。挟角面１４から射出面１３へ向かう傾斜面１２に平行な方向において、第２の二次光反射膜５及び基板２４の長さＤ３は、基板２３の長さ（Ｄ１＋Ｄ２）と略同じである。第２の二次光反射膜５は、一次光を透過し且つ二次光を反射する。第２の二次光反射膜５としては、例えば屈折率の異なる酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）と酸化チタン（ＴｉＯ_２）からなる薄膜を交互に積層させたダイクロイック膜等が使用可能である。第２の二次光反射膜５は、基板２４上に蒸着法等により形成可能である。

　更に、射出面１３上に一次光反射膜６が配置されている。一次光反射膜６は、一次光を反射し且つ二次光を透過する。一次光反射膜６としては、例えば屈折率の異なる酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）と酸化チタン（ＴｉＯ_２）からなる薄膜を交互に積層させたダイクロイック膜等が使用可能である。一次光反射膜６は、射出面１３上に蒸着法等により形成可能である。

　更に、固体発光素子２と蛍光体膜３の間を囲むように四角柱の筒（ライトパイプ）８が配置されている。ライトパイプ８は、一次光及び二次光を反射するミラーで形成された内壁面を有する。ライトパイプ８の外側には、ライトパイプ８を取り囲むようにカバー部材２２が配置されている。

　次に、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置を用いた照明方法（光線出力の原理）を、図３～図６を用いて説明する。なお、図３～図６において一次光を点線矢印で示し、二次光を実線矢印で示す。

　図３に示すように、固体発光素子２より発光した一次光（青色光）は、ライトパイプ８を通って第１の二次光反射膜４及び基板２３を透過し、蛍光体膜３を照明する。図３及び図４に示すように、蛍光体膜３は、一次光を励起光として吸収し、二次光（緑色光）を発光する。その際、蛍光体膜３中の各蛍光体粒子のそれぞれが個々に一次光を吸収し、二次光を全方位（３６０度）に発光する。そのため一次光のうち約半分の光はプリズム１側に発光する。一方、残りの光はその逆側に発光するが、第１の二次光反射膜４で反射し、全ての二次光がプリズム１側に向かう。また、一次光のうちの一部が蛍光体膜３で吸収されずに蛍光体膜３を透過する。

　図５に示すように、蛍光体膜３で発光した二次光と、蛍光体膜３を透過した一部の一次光は、空気を介してプリズム１の入射面１１に入射し、プリズム１内で多重反射する。プリズム１の各面は鏡面研磨されているため、屈折率の高いプリズム１から低い系外へは、スネルの法則を満たす角度以上の光線は、全て臨界角を超えてプリズム１内で内部反射を起こす。したがって、２つの垂直面１５，１６及び挟角面１４では、蛍光体膜３から入射する全ての一次光及び二次光が内部反射する。

　一方、入射面１１及び傾斜面１２では、プリズム１内に入射した際一部の光線が臨界角を越えないため、プリズム１系外に射出する。射出した光線は、第１の二次光反射膜４、第２の二次光反射膜５及び金属膜ミラー７で反射して再びプリズム１に戻される。プリズム１は、射出面１３側に広がるように楔形状を有するため、臨界角を超えていない光線も、多重反射を繰り返すことで臨界角を超え、内部反射するようになる。蛍光体膜３から出力した光線が臨界角を超えて多重反射を繰り返すように、図１に示した蛍光体膜３の長さＤ１に対し、プリズム１の入射面１１、射出面１２及び２つの垂直面１５，１６を長くし、且つ金属膜ミラー７の長さＤ２及び第２の二次光反射膜５の長さＤ３を適宜長くしている。このようにして、プリズム１内で多重反射を繰り返すことで射出面１３から高効率で光線を系外に射出する。

　また、図６に示すように、二次光が入射面１１からプリズム外に射出され、第１の二次光反射膜４に入射する際、硝子と空気の屈折率差の方が硝子と蛍光体膜３の屈折率差に比べ大きいため、第１の二次光反射膜４に入射する二次光の入射角は小さくなる。そのため、二次光反射膜４は二次光を高い確率で反射することができる。

　以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置によれば、二次光を発光する蛍光体膜３の面積が、二次光を射出する射出面１３の面積より大きいため、エテンデューを改善し、高輝度で照明することができる。そして、固体発光素子２からの一次光で蛍光体膜３が二次光を発光し、二次光を第１の二次光反射膜４で反射させることにより、入射面１１及び傾斜面１２同士で二次光がそれぞれ多重反射を繰り返し、射出面１３から効率的に二次光を出力させることができる。よって、単位面積当たりの光束量を大きくすることができ、光束を高効率で出力することができることが可能となる。

　図７に蛍光体膜３の面積と明るさの関係についてのシミュレーション結果を示す。蛍光体膜３の面積、並びにプリズム１の入射面１１及び傾斜面１２のなす楔の角度によって詳細は異なるが、比較例としてのＬＥＤから発光した光をそのままプリズムへ入射し、多重反射を繰り返して射出させる構成に対して、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置では２倍近く明るくなる可能性がある。特に、蛍光体膜３の面積を大きくすることでその効果があり、従来ＬＥＤを大きくしても効果はないとされていた限界を超えることから、高輝度化が期待できる。

　更に、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置によれば、第２の二次光反射膜５を配置することにより、傾斜面１２から射出した二次光をプリズム１内に戻すことができる。

　ところで、一次光及び二次光は、図８に示すような分光特性を持っている。蛍光体膜３からプリズム１に入射する光線には、上述したように二次光のほかに一部一次光が混入している。これは、蛍光体膜３の発光効率に関わるもので、蛍光体膜３で吸収されずにそのまま透過してくる成分である。この成分が射出光に混ざっていると、所望のスペクトルが得られず純色を悪くする。図９に示すように、第１の二次光反射膜４、第２の二次光反射膜５及び一次光反射膜６は、それぞれの帯域で９８％以上の高反射である。したがって、第２の二次光反射膜５を配置することにより、臨界角を超えない光線の青色光成分を、第２の二次光反射膜５を透過して系外に排出することができる。

　更に、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置によれば、射出面１３に一次光反射膜６を配置することで、蛍光体膜３で吸収されることなく透過した一次光を射出面１３から出力させることなくプリズム１内に戻すことができる。この一次光が蛍光体膜３を再び励起させ発光させることで、二次光を更に増幅し、単位面積当たりの光束量を大きくすることができる。

　更に、固体発光素子２の表面に配置される電極、及び電極に電力供給するためのワイヤボンディングのループといった物理的な要因から、固体発光素子２とプリズム１とは離間して配置されている。本発明の第１の実施の形態に係る光源装置によれば、ライトパイプ８を有することで、固体発光素子２とプリズム１との隙間からの光束の漏れを防止することができる。

（変形例）
　本発明の第１の実施の形態の変形例として、図１０に示すように、第１の二次光反射膜４が基板２３と蛍光体膜３の間に配置されていても良い。更に、第１の二次光反射膜４は、基板２３全面を覆っていても良い。第１の二次光反射膜４の長さ（Ｄ１＋Ｄ２）は、蛍光体膜３の長さＤ１よりも長い。

　本発明の第１の実施の形態の変形例では、図１１に示すように、蛍光体膜３が基板２３側に発光した二次光は直下の第１の二次光反射膜４で反射され、全ての二次光がプリズム１側へ向かう。また、プリズム１内から入射面１１を介して射出した二次光は第１の二次光反射膜４により反射されてプリズム１内に戻される。

（第２の実施の形態）
　本発明の第１の実施の形態では、固体発光素子２及び蛍光体膜３の１組の光源を有する場合を説明したが、本発明の第２の実施の形態では、２組の光源を有する場合を説明する。

　本発明の第２の実施の形態に係る光源装置は、図１２に示すように、プリズム１の入射面１１側に、入射面１１に沿って空気を介して配置され、一次光を吸収し二次光を発光する第１の蛍光体膜３ａと、第１の蛍光体膜３ａを照明するための一次光を発光する第１の固体発光素子２ａと、第１の蛍光体膜３ａと第１の固体発光素子２ａとの間に配置され、一次光を透過し且つ二次光を反射する第１の二次光反射膜４ａを備える。

　第１の固体発光素子２ａは支持部材２１ａにより支持されている。第１の固体発光素子２ａ及び第１の蛍光体膜３ａの間には、ライトパイプ８ａ及びカバー部材２２ａが配置されている。

　第１の蛍光体膜３ａ及び第１の二次光反射膜４ａは基板２３ａに配置されている。基板２３ａの第１の蛍光体膜３ａが配置されていない部分には、可視光を全て高反射率（例えば９８％以上）で反射する銀ミラー等の金属膜ミラー７ａが配置されている。

　更に、本発明の第２の実施の形態に係る光源装置は、プリズム１の傾斜面１２側に、傾斜面１２に沿って空気を介して配置され、一次光を吸収し二次光を発光する第２の蛍光体膜３ｂと、第２の蛍光体膜３ｂを照明するための一次光を発光する第２の固体発光素子２ｂと、第２の蛍光体膜３ｂと第２の固体発光素子２ｂとの間に配置され、一次光を透過し且つ二次光を反射する第２の二次光反射膜４ｂを備える。

　第２の固体発光素子２ｂは支持部材２１ｂにより支持されている。第２の固体発光素子２ｂ及び第２の蛍光体膜３ｂの間には、ライトパイプ８ｂ及びカバー部材２２ｂが配置されている。

　第２の蛍光体膜３ｂ及び第２の二次光反射膜４ｂは基板２３ｂに配置されている。基板２３ｂの第２の蛍光体膜３ｂが配置されていない部分には、可視光を全て高反射率（例えば９８％以上）で反射する銀ミラー等の金属膜ミラー７ｂが配置されている。

　他の構成は、本発明の第１の実施の形態と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

　次に、本発明の第２の実施の形態に係る光源装置を用いた照明方法の一例を、図１２を用いて説明する。

　第１の固体発光素子２ａが発光した一次光は、ライトパイプ８ａを介して第１の二次光反射膜４ａ、基板２３ａを透過し、第１の蛍光体膜３ａを照明する。第１の蛍光体膜３ａが一次光を吸収して二次光を発光する。一方、第２の固体発光素子２ｂが発光した一次光は、ライトパイプ８ｂを介して第２の二次光反射膜４ｂ、基板２３ｂを透過し、第２の蛍光体膜３ｂを照明する。第２の蛍光体膜３ｂが、一次光を吸収して二次光を発光する。

　第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂのそれぞれからの二次光は、第１の二次光反射膜４ａ及び第２の二次光反射膜４ｂで反射した二次光及び一次光の残光成分と共に空気を介してプリズム１に入射し、プリズム１内及びプリズム１近傍の第１の二次光反射膜４ａ、第２の二次光反射膜４ｂ、金属膜ミラー７ａ，７ｂで多重反射を繰り返し、射出面１３から出力する。

　このとき、第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂで発光した一部の二次光は、相対する面の第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂにそれぞれ入射する。第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂは、一次光に対しては吸収特性を示すが、二次光に対しては吸収特性を持たないため、二次光は第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂをそれぞれ透過又は一部散乱し、第１の二次光反射膜４ａ及び第２の二次光反射膜４ｂにより反射し、再び第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂを透過してプリズム１に再入射する。一方、一次光の残留成分の一部も同様に相対する面の第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂに入射するが、第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂが吸収して二次光の発光に寄与する。

　また、一部の一次光は、射出面１３において一次光反射膜６で反射し再び系内に戻される。一次光に関しては完全に閉ざされた系を呈しているので、再び多重反射を繰り返し、第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂに再度入射し吸収され発光に寄与する。第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂを再度透過した一次光は、第１の二次光反射膜４ａ及び第２の二次光反射膜４ｂと基板２３ａ，２３ｂを透過して、ライトパイプ８ａ，８ｂを介して第１の固体発光素子２ａ及び第２の固体発光素子２ｂに戻る。この光線は、第１の固体発光素子２ａ及び第２の固体発光素子２ｂ自身で反射し、再度第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂを照明する。このように残留成分も含めて、全ての一次光が第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂで吸収され二次光の発光に寄与する。

　以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る光源装置によれば、複数の光源を合成するような系においても、単位面積当たりの光束量が大きく、且つ高効率で照明可能となる。

（第３の実施の形態）
　本発明の第３の実施の形態に係る光源装置は、図１３に示すように、ライトパイプ８が固体発光素子２側から蛍光体膜３側へ向かって広がるようにテーパ形状を有する点が、本発明の第１の実施の形態と異なる。蛍光体膜３及び第１の二次光反射膜４の面積は、固体発光素子２の面積よりも大きい。他の構成は、本発明の第１の実施の形態と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

　次に、本発明の実施の形態に係る光源装置を用いた照明方法の一例を、図１４及び図１５を用いて説明する。

　図１４に示すように、固体発光素子２より発光した一次光は、固体発光素子２の表面の法線方向に対し角度θ０を有しており、ライトパイプ８内で多重反射しながら射出面１３へ向かう。この時、ライトパイプ８内の反射面が傾斜しているため、一次光が反射するたびに、蛍光体膜３へ向かう角度θ０，θ１，θ２が小さくなる。したがって、ライトパイプ８から射出する一次光はいずれも略平行光となる。ライトパイプ８を射出した１次光は基板２３を透過し、第１の二次光反射膜４を透過し蛍光体膜３を照明する。

　ここで、図１５に示すように、第１の二次光反射膜４を構成するダイクロイックミラーの角度特性において、入射する光線の角度が大きくなると、分光反射特性が短波長側にシフトする。そのため一次光であっても光線角度が大きい成分を透過できず、一次光で十分に蛍光体膜３を照明できない現象が発生し、所望の高輝度化が得られない場合がある。これに対して、本発明の第３の実施の形態によれば、ライトパイプ８がテーパ形状を有することにより、一次光を略平行光とすることができるので、第１の二次光反射膜４の角度特性で反射されることなく高効率で蛍光体膜３を照明することができる。

　そして、照明された蛍光体膜３は、１次光を吸収し二次光（緑色光）を発光する。その際、蛍光体膜３内部の各蛍光体粒子それぞれが個々に青色光を吸収し、緑色光を全方位（３６０度）に発光する。そのため一次光の約半分の光はプリズム１側に発光するが、残りの光はその逆の基板２３側に発光する。今度はかなり角度のついた光線が第１の二次光反射膜４に入射するが、第１の二次光反射膜４の角度特性により、二次光の反射帯域は広がるため、略全ての光を反射し、プリズム１側に向けることができる。そして、図１６に示すように、蛍光体膜３により発光された二次光がプリズム１、第１の二次光反射膜４、第２のニ次反射膜５及び金属膜ミラー７により多重反射を繰り返し、射出面１３から射出される。このとき、ライトパイプ８がテーパ形状を有することにより、ライトパイプ８の径が一定の場合と比して、ライトパイプ８に再入射した光線をプリズム１に戻しやすくなる。

　以上説明したように、本発明の第３の実施の形態に係る光源装置によれば、テーパ形状のライトパイプ８を備えることにより、高効率で蛍光体膜３を照明でき、蛍光体膜３発光の高輝度化により、射出される光束の単位面積当たりの光束量を大きくすることができる。　更に、プリズム１内で多重反射し、再び蛍光体膜３に戻ってくる一次光が所定の入射角以上で入射する場合には、第１の二次光反射膜４を透過することなく、再び蛍光体膜３へ戻すことができる。よって、一次光を高効率で蛍光体膜３を照明することができる。

（第１の変形例）
　本発明の第３の実施の形態の第１の変形例として、図１７に示すように、２組の光源を有し、ライトパイプ８ａ，８ｂのそれぞれが、第１の固体発光素子２ａ及び第２の固体発光素子２ｂから第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂに向かってテーパ形状を有していても良い。他の構成は、図１２に示した本発明の第２の実施の形態に係る光源装置と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

（第２の変形例）
　本発明の第３の実施の形態の第２の変形例として、図１８に示すように、ＬＥＤの代わりに、単一波長を出力するレーザー３１ａ，３１ｂを使用しても良い。レーザー３１ａ，３１ｂは、系外に配置されている。図１８にはレーザー３１ａ，３１ｂのそれぞれが複数個使いのレーザーアレイを示すが、レーザー３１ａ，３１ｂのそれぞれは１個でも良く、個数は特に限定されない。レーザー３１ａ，３１ｂは、図１９に示すような単一波長の青色レーザーを発光する。レーザー３１ａ，３１ｂから出力される光線は放射状に発光し、コリメートレンズ３２ａ，３２ｂで平行光にされる。その後、複数の平行光は共通の集光レンズ３３ａ，３３ｂによりライトパイプ８ａ，８ｂの端面に入射する。ライトパイプ８ａ，８ｂ内を多重反射した光線は、略平行光として第１の蛍光体膜３ａ及び第２の蛍光体膜３ｂをそれぞれ照明する。他の構成は、図１７に示した構成と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

　図１９に示す青色レーザーのように単一波長を出力する場合、第１の二次光反射膜４ａ及び第２の二次光反射膜４ｂとして、図２０に示すように、蛍光体膜３を照明する略平行光は透過し、プリズム１内多重反射で戻ってくるような戻り光を反射するような帯域の狭い反射膜を使用することで、一次光を系内に閉じ込めて、全ての一次光を蛍光体膜３での発光に寄与させることが可能となる。

（その他の実施の形態）
　上記のように、本発明は第１～第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

　例えば、図１に示した第２の二次光反射膜５の代わりに、可視光を全て高反射率（例えば９８％以上）で反射する銀ミラー等の金属膜ミラーを備えていても良い。金属膜ミラーを配置することにより、蛍光体膜３で吸収されることなく透過した一次光をプリズム１内に戻し、蛍光体膜３を再び励起させ発光させることで、二次光を更に増幅し、単位面積当たりの光束量を大きくすることができる。

　また、本発明の第１～第３の実施の形態において、楔形状のプリズム１について説明したが、プリズム１の代わりに、図２１に示すような空気が充填された楔形状の筺体１ｘを使用しても良い。この場合、筐体１ｘの内壁面には一次光及び二次光を反射する金属膜ミラー又は二次光を反射する二次光反射膜を形成する。更に、蛍光体膜３からの二次光を入射するための開口部１７と、二次光を射出させるための開口部１７の面積より大きい開口部１８を設ければ良い。

　また、本発明の第１～第３の実施の形態に係るプリズム１は、射出面１３に比較して、入射面１１及び傾斜面１２が著しく大きな構成でも良い。また、プリズム１の射出面１３に比較して、蛍光体膜３の面積が著しく大きな構成でも良い。また、プリズム１の挟角面１４がなく、入射面１１及び傾斜面１２が連続している楔形状の場合にも適用可能である。また、垂直面１５，１６は、入射面１１及び傾斜面１２に垂直で且つ互いに平行であることが好ましいが、厳密に垂直及び平行でなくても良い。更に、射出面１３及び挟角面１４は、互いに平行であることが好ましいが、厳密に平行でなくても良い。

　また、本発明の第１～第３の実施の形態において、一次光として青色、二次光として緑色を発光させる場合を説明したが、一次光の青色光で励起して二次光として図８に示すような波長帯域の赤色光を発光することも可能である。さらに、波長の短い（エネルギーの大きい）紫外線光を励起光として、可視光域の所望のスペクトルを発光しても良い。その場合、二次光反射膜４，５，４ａ，４ｂとして、それぞれの帯域のスペクトルを反射及び透過する膜を適宜選択可能である。

　また、本発明の第１～第３の実施の形態に係る光源装置は、光源装置から射出された二次光を変調する空間光変調素子と、変調された二次光の像を結像させ、スクリーン等に表示させる結像光学系を有する画像表示装置にも適用可能である。

　このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

　本光源装置は、プロジェクタの光源として利用することが可能である。

　１…プリズム
　１ｘ…筐体
　２，２ａ，２ｂ…固体発光素子
　３，３ａ，３ｂ…蛍光体膜
　４，４ａ，４ｂ，５…二次光反射膜
　６…一次光反射膜
　７，７ａ，７ｂ…金属膜ミラー
　８，８ａ，８ｂ…ライトパイプ
　１１…入射面
　１２…傾斜面
　１３…射出面
　１４…挟角面
　１５，１６…垂直面
　１７，１８…開口部
　２１，２１ａ，２１ｂ…支持部材
　２２，２２ａ，２２ｂ…カバー部材
　２３，２３ａ，２３ｂ，２４…基板
　３１ａ，３１ｂ…レーザー
　３２ａ，３２ｂ…コリメートレンズ
　３３ａ，３３ｂ…集光レンズ

Claims

　一次光を発光する第１の固体発光素子と、
　前記一次光を吸収し二次光を発光する第１の蛍光体膜と、
　前記第１の蛍光体膜と隙間をもって配置された入射面と、前記入射面と傾斜して対向する傾斜面と、前記入射面から入射した光を射出する射出面とを有するプリズムと、
　前記第１の固体発光素子と前記第１の蛍光体膜との間に配置され、前記一次光を透過し且つ前記二次光を反射する第１の二次光反射膜と、
を備えることを特徴とする光源装置。
　前記入射面と前記第１の蛍光体膜とが対向していない部分に隙間をもって設置された金属膜ミラーを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
　前記射出面に対向する挟角面から前記射出面へ向かう方向において、前記入射面及び前記第１の二次光反射膜のそれぞれの長さが、前記第１の蛍光体膜の長さよりも長く、
　前記第１の蛍光体膜が前記入射面の前記挟角面側の一部と対向するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
　さらに前記傾斜面に隙間をもって配置された、前記一次光を透過し且つ前記二次光を反射する第２の二次光反射膜を備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光源装置。
　前記傾斜面に隙間をもって配置され、前記一次光及び前記二次光を反射する金属膜ミラーを更に備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光源装置。
　前記傾斜面に隙間をもって配置され、前記一次光を吸収し二次光を発光する第２の蛍光体膜と、
　前記第２の蛍光体膜を照明するための前記一次光を発光する第２の固体発光素子と、
　前記第２の蛍光体膜と前記第２の固体発光素子との間に配置され、前記一次光を透過し且つ前記二次光を反射する第２の二次光反射膜と、を更に備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光源装置。
　前記第１の固体発光素子と前記第１の蛍光体膜の間を囲むように配置され、前記一次光及び前記二次光を反射する内壁面を有するライトパイプを更に備えることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の光源装置。
　前記ライトパイプが、前記第１の固体発光素子側から前記第１の蛍光体膜側に向かって広がるようにテーパ形状を有することを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
　前記射出面に配置され、前記一次光を反射し且つ前記二次光を透過する一次光反射膜を更に備えることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の光源装置。
　前記第１の固体発光素子が単一波長を有する前記一次光を発光し、
　前記第１の二次光反射膜の分光特性が狭帯域であることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の光源装置。