JP2017167309A - 光学素子、光源装置および画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】散乱層と蛍光層とを有する光学素子において、蛍光体の粒子径のばらつきに起因する散乱光と蛍光との光量割合の変動を小さくする。【解決手段】光学素子３０は、第１の波長を有する第１の光の一部を散乱する散乱層３２と、散乱層を透過した第１の光により励起されて該第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を発する蛍光層３１とを有する。さらに、光学素子は、散乱層と蛍光層との間に設けられ、第１および第２の光を透過する材料により形成された透過層３５を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、画像投射装置（プロジェクタ）の光源装置に用いることが可能な蛍光層を有する光学素子に関する。

プロジェクタには、レーザダイオード等の固体光源と該固体光源からの光の一部（励起光）により励起されて励起光とは波長が異なる蛍光を発する（つまりは光の波長変換を行う）蛍光体とを有する光源装置を用いるものがある（特許文献１）。この光源装置では、蛍光（変換光）と光源からの光（非変換光）とを合成することで白色光が生成される。白色光を、赤色光、緑色光および青色光等の複数の色光に分解し、色光ごとに画像変調することで、フルカラー画像を投射することができる。

特開２０１４−１６４２８９号公報

前述の特許文献１に記載の光源装置では、赤色光及び緑色光は蛍光体で変換された変換光を用い、青色光は蛍光体で変換されなかった非変換光を用いているため、青色光が不足してカラーバランスが悪化するおそれがある。

これに対して、蛍光体の層（蛍光層）の光入射側に散乱層を設け、光源からの光の一部を散乱層により散乱（反射）させるとともに散乱層を透過した光により蛍光体を励起して蛍光を発せさせ、散乱光と蛍光とが合成された白色光を生成することが考えられる。以下、この光源装置を散乱タイプの光源装置という。

図１０に、散乱タイプの光源装置に用いられる光学素子９０を模式的に示す。該光学素子９０は、基板９３上に設けられた蛍光層９１と、該蛍光層９１よりも光入射側に設けられた散乱層９２とを有する。蛍光層９１は多数の蛍光体９１ａと該蛍光体９１ａを固める接着剤としてのバインダー９１ｂとにより構成されている。散乱層９２には、不図示の多数の散乱体と該散乱体を固める接着剤としてのバインダーとにより構成されている。前述したように、不図示の光源からの光の一部は散乱層９２内の散乱体により散乱されて散乱層９２から出射し、散乱層９２を透過した光は蛍光層９１内の蛍光体９１ａで蛍光に変換される。

しかしながら、同図に示すように、蛍光層９１に含まれる蛍光体９１ａには様々な大きさ（粒子径）のものが含まれる。このため、小さい粒子径の蛍光体９１ａ上の散乱層９２の厚みは厚く、大きい粒子径の蛍光体９１ａ上の散乱層９２の厚みは薄いというように、散乱層９２の厚みが沿層方向で不均一になる。沿層方向での散乱層９２の厚みが不均一であると、散乱層９２からの散乱光の光量と蛍光層９１からの蛍光の光量との割合も同方向で変動するため、沿層方向で合成光の色や明るさが変動するおそれがある。

本発明は、散乱層と蛍光層とを有する光学素子であって、蛍光体の粒子径のばらつきに起因する散乱光と蛍光との光量割合の変動を小さくすることができるようにした光学素子およびこれを用いた光源装置、画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての光学素子は、第１の波長を有する第１の光の一部を散乱する散乱層と、散乱層を透過した第１の光により励起されて該第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を発する蛍光層とを有する。さらに、光学素子は、散乱層と蛍光層との間に設けられ、第１および第２の光を透過する材料により形成された透過層を有することを特徴とする。

なお、上記光学素子を用いた光源装置や該光源装置を用いた画像投射装置も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、散乱層と蛍光層とを有する光学素子において、蛍光体の粒子径のばらつきに起因する散乱光と蛍光との光量割合の変動を小さくすることができる。したがって、この光学素子を用いた光源装置や画像投射装置において、良好なカラーバランスの光を得ることができる。

本発明の実施例１である光学素子の構成を示す図。 実施例１の光学素子を用いた光源装置の構成を示す図。 実施例１における励起光と蛍光の波長分布の例を示す図。 実施例１におけるダイクロイック偏光ビームスプリッタの波長特性を示す図。 実施例１における前方散乱と後方散乱を説明する図。 実施例１における励起光と蛍光の分配比率の変化を示す図。 実施例１における前方散乱と後方散乱の分配状態を示す図。 本発明の実施例２である光学素子の構成を示す図。 本発明の実施例３であるプロジェクタの構成を示す図。 従来の課題を説明する図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である光学素子（以下、蛍光素子という）の構成を示す。また、図２には、該蛍光素子３０を用いた光源装置１の構成を示す。

まず、図２に示す光源装置１の構成について説明する。１０はレーザダイオード（ＬＤ）を用いた光源（以下、ＬＤ光源という）であり、１１はＬＤ光源１０からの光を集光する正のパワーを有するコリメータレンズ系１１である。１２はダイクロイック偏光ビームスプリッタである。２０はコンデンサレンズ２１，２２により構成されるコンデンサレンズ系である。図２では、コリメータレンズ系１１またはコンデンサレンズ系２０の光軸方向をｚ方向とし、ｚ方向に直交し、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２の偏光分離面１２ａの法線およびｚ方向を含む面に平行な方向をｙ方向とする。ｚ方向およびｙ方向に直交する方向をｘ方向とする。

ＬＤ光源１０からの光は発散光としてコリメータレンズ系１１に入射し、コリメータレンズ系１１によって平行光に変換されてダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２に入射する。本実施例では、ＬＤ光源１０からの光は、図３に実線グラフで示すように中心波長が４４５ｎｍの青帯域（第１の波長）の光（第１の光：以下、青色光という）である。図３において、横軸は波長を、縦軸は強度を示す。

ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２は、図４にその特性（横軸：波長、縦軸：反射率）を示すように、ＬＤ光源１０からの青色光についてはＰ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射する偏光ビームスプリッタとして作用する。また、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２は、青色光以外の波長帯域の光についてはその偏光方向にかかわらず反射するダイクロイックミラーとして作用する。

ＬＤ光源１０からの光は、Ｐ偏光光（ｙｚ面に平行な方向に振動する偏光光）であるため、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２（偏光分離面１２ａ）を透過してコンデンサレンズ系２０を通過して蛍光素子３０に入射する。蛍光素子３０は、ＬＤ光源１０からの青色光の一部を青色光とは異なる波長（第２の波長）を有する光（第２の光：以下、蛍光という）に波長変換し、ＬＤ光源１０からの光と波長が同じ青色光である非変換光と蛍光とを出射させる。本実施例において、蛍光は、図３に破線グラフで示すように緑色帯域の光（以下、緑色光という）と赤色帯域の光（以下、赤色光という）とを含む黄色光である。蛍光素子３０の構成については後述する。

蛍光素子３０から出射した光は偏光方向が乱れた光であるため、蛍光素子３０からの非変換光のうちのＳ偏光光と蛍光とがダイクロイック偏光ビームスプリッタ１２（偏光分離面１２ａ）で反射されて光源装置１から出射する。このような光学作用によって、光源装置１は青色光および黄色光（緑色光および赤色光）の合成光である白色光を出射させる。

次に、蛍光素子３０の構成を、図１を用いて説明する。蛍光素子３０は、反射素子により構成された基板（反射部）３３と、該基板３３上に設けられた蛍光層（波長変換層）３１と、蛍光層３１を挟んで基板３３とは反対側、すなわち光入射側（図の上側）に設けられた散乱層３２とを有する。そして、散乱層３２と蛍光層３１との間には、透過層３５が設けられている。すなわち、蛍光素子３０は、基板３３上に、光入射側から順に配置された散乱層３２、透過層３５および蛍光層３１が互いに密着して積層されることで構成されている。

散乱層３２は、不図示の多数の散乱体と該散乱体を固める接着剤としてのバインダー（第１のバインダー）とにより構成されている。ＬＤ光源１０からの青色光の一部は散乱層３２内の散乱体により散乱（反射）されて散乱層３２、つまりは蛍光素子３０から出射する。散乱層９２を透過した青色光は、透過層３５を透過して蛍光層３１に入射する。透過層３５は、詳しくは後述するが、青色光および黄色光を透過する材料により形成されている。

蛍光層３１は、様々な大きさ（粒子径）の多数の蛍光体３１ａと、これら蛍光体３１ａを固める接着剤としてのバインダー（第１のバインダー）３１ｂとにより構成されている。蛍光層３１に入射した青色光は、蛍光体３１ａを励起する。これにより、青色光に対する上述した波長変換が行われ、蛍光を発せさせる。蛍光はそのまま又は反射素子としての基板３３で反射して透過層３５および散乱層３２を透過して、蛍光素子３０から出射する。これにより、蛍光と散乱光である非変換光との合成光が蛍光素子３０から出射する。

次に、図５を用いて、散乱層３２に入射したＬＤ光源１０からの青色光の振る舞いについて説明する。図５は、図１に示した蛍光素子３０の構成をさらに簡略化し、散乱層３２の厚みを強調した図である。ここで、本実施例では、散乱層３２から透過層３５および蛍光層３１に向かう方向への散乱を前方散乱とし、前方散乱とは逆方向に向かう散乱を後方散乱とする。言い換えれば、ＬＤ光源１０からの光が蛍光素子３０に入射する方向への散乱を前方散乱とし、蛍光素子３１から前方散乱とは逆方向に戻る散乱を後方散乱とする。

ＬＤ光源１０からの青色光Ｌ_１０は、散乱層３２内において後方散乱光Ｌ_１０ｂと前方散乱光Ｌ_１０ｆとに分かれる。後方散乱光Ｌ_１０ｂは散乱層３２から透過層３５および蛍光層３１に向かわずに非変換光として散乱層３２から出射する。一方、前方散乱光_Ｌ１０ｆは透過層３５に向かってこれを透過し、さらに蛍光層３１に入射して励起光として作用する。そして、前方散乱光_Ｌ１０ｆは、蛍光層３１にて蛍光Ｌ_３１に変換され、透過層３５を透過して散乱層３２から出射する。

このように、本実施例によれば、蛍光層３１よりも光入射側に散乱層３２を設けることで、蛍光層３１に入射する前にＬＤ光源１０からの青色光と同じ波長の青色光の一部を取り出すことが可能となる。これにより、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光層を用いた蛍光素子において、黄色光（緑色光および赤色光）と比べて青色光が不足することによるカラーバランスの悪化を抑制することができる。

さらに、本実施例によれば、ＬＤ光源１０からの光のうち蛍光層３１に入射したが蛍光体に吸収されて熱となり、光源装置１からの出射光の光量に寄与しない光の量を減らすことができる。すなわち、光の損失を減らし、光変換効率の高い蛍光素子を実現することが可能となる。

次に、図１に示した本実施例の蛍光素子３０における各層（３１，３２，３５）の具体的な構成例および各層が満足すべき条件について説明する。以下の説明において、「透過率」とは特に説明がない限り、ＬＤ光源１０からの青色光に対する透過率を意味する。

まず、各層の構成例について説明する。散乱層３２は、硫酸バリウム等の白色微粒子と、シリコーン樹脂等の透明保持材料（第２のバインダー）とで構成されている。ここで、白色微粒子の屈折率は、透明保持材料の屈折率よりも高い、すなわち白色微粒子の屈折率と透明保持材料の屈折率との差が大きいと、散乱層３２における後方散乱光の量を増やすことができる。これにより、蛍光層３１に入射する前にＬＤ光源１０からの光の一部をより多く取り出すことが可能となる。例えば、白色微粒子の屈折率が透明保持材料の屈折率よりも大きく、白色微粒子の屈折率と透明保持材料の屈折率との差が０．２以上であることが好ましい。

例えば、屈折率が１．６４の硫酸バリウムと屈折率が１．４０〜１．５６（より好ましくは１．４０〜１．４４）程度のシリコーン樹脂とを用いて散乱層３２を構成してもよい。白色微粒子の屈折率を高くするほど後方散乱を増加させることができる。硫酸バリウムに代わる微粒子として、屈折率が２．０の酸化亜鉛や屈折率が２．７の酸化チタン等を用いてもよい。

また、微粒子のサイズによっても散乱量は制御可能であるが、平均粒子径として１００ｎｍから１０μｍ程度の微粒子を用いることが望ましい。さらに、透明保持材料として、シリコーン樹脂以外の材料であっても可視光域での透過率が高く、蛍光体粒子や白色微粒子を固定できる材料であればそれを用いてもよい。

蛍光層３１は、蛍光体粒子とシリコーン樹脂等の透明保持材料（第１のバインダー）とで構成されている。本実施例においては、散乱層３２の透明保持材料と蛍光層３１の透明保持材料は互いに同じ材料であるため、屈折率も互いに同じである。

透過層３５は、散乱層３２および蛍光層３１に透明保持部材として使用されているシリコーン樹脂と同じ材料を光透過材料として用いている。これにより、散乱層３２および蛍光層３１の透明保持材料の屈折率と透過層３５の光透過材料の屈折率とを互いに同じとしている。このように散乱層３２および蛍光層３１の透明保持材料の屈折率と透過層３５の光透過材料の屈折率とが同じであると、散乱層３２および蛍光層３１と透過層３５との間の界面で反射を抑制し、光量損失をより抑制することが可能となる。

また、蛍光層３１、散乱層３２および透過層３５に使用する透明保持部材は同一でなくてもよいが、屈折率が略等しいことが好ましい。具体的には各層の透明保持材料の屈折率の差が０．２以下であることがより好ましい。

なお、透過層３５は、上述した光透過材料のみで構成される必要はなく、微粒子等を添加して屈折率を変化させることで、散乱層３２および蛍光層３１の屈折率と近づけたり、熱伝導率を高めたりしてもよい。透過層３５の熱伝導率を高めることで、ＬＤ光源１０からの光により生じた熱を散乱層３２および蛍光層３１に拡散して、蛍光素子３０の特性を調整することが可能となる。

なお、基板３３の材料は、アルミニウム等の可視光帯域での反射率の高い金属で構成することが望ましい。また、基板３３は、主として蛍光層３１での蛍光への変換に際して発生した熱を放熱する部材であるために、その材料は金属材料が好ましい。ただし、セラミックやガラス等に誘電体多層膜を付加し、反射率を高めたものを用いてもよい。あるいは、基板３３の代わりに蛍光層３１の透過層３５とは反対側の面に反射膜を設けた構成であってもよい。また、基板３３としては、反射素子でない石英やサファイアガラス等の透明基板を用いてもよい。

次に、各層において、適切なカラーバランスを得るために満足すべき条件について説明する。なお、ここにいう適切なカラーバランスとは、日本工業規格（規格番号：ＪＩＳＺ８７０１）で定められているｘｙｚ表色系において、０．３００＜ｙ＜０．４００となる範囲を意味する。

適切なカラーバランスを得るための条件として、非変換光と蛍光のピーク比率を適切に設定する方法がある。図６（ａ），（ｂ）には、非変換光の中心波長が４５５ｎｍであり、蛍光の発光中心波長が５３０ｎｍである場合のピーク比率を示す。図６（ａ）は非変換光と蛍光光のピーク比率が４．３５の場合を示し、図６（ｂ）は非変換光と蛍光光のピーク比率が９．５３の場合を示す。図６（ａ），（ｂ）において、横軸は波長を、縦軸は強度を示す。なお、ピーク比率とは、非変換光の波長帯域のうち強度が最大となる波長における強度と、蛍光光の波長帯域のうち強度が最大となる波長における強度との比である。ピーク比率を上記の範囲内とすることで０．３００＜ｙ＜０．４００とすることができる。

すなわち、励起光の中心波長の強度をＧとし、蛍光光の中心波長の強度をＨとするとき、蛍光素子３０は以下の条件を満足することで、前述した適切なカラーバランスを得やすくなる。
４．３５≦Ｇ／Ｈ≦９．５３ （１）
なお、散乱層３２での前方散乱量と後方散乱量との比を適切に設定することでも、適切なカラーバランスを実現しやすくなる。

具体的には、散乱層３２での前方散乱量をＡとし、後方散乱量をＢとする、蛍光素子３０は以下の条件を満足することが好ましい。
２＜Ａ／Ｂ＜１９ （２）
蛍光素子３０が（２）式の条件を満足することで、前述した適切なカラーバランスからは外れるものの、実用上許容可能なカラーバランスを実現することが可能となる。

また、数値実施例および比較例を以下の表１に示す。表１では、散乱層３２がない場合に蛍光素子３０から出射する光、より具体的には蛍光と非変換光との合成光における蛍光のｙ値をｙ０としている。なお、ｙ０が異なるということは、蛍光層３１の蛍光体としての特性（蛍光体の発光効率）が異なることを意味し、これに伴い非変換光とのバランスが変化していることを意味する。

表１から蛍光素子３０が以下の（２ａ）式の条件を満足すれば、ｙ０が異なる蛍光層３１であっても、０．３００＜ｙ＜０．４００という適切なカラーバランスを得ることが可能となるため、（２）式の条件よりも好ましい。
４．０≦Ａ／Ｂ≦９．６ （２ａ）
なお、適切なカラーバランスを実現するために、散乱層３２での前方散乱量は後方散乱量よりも多いことが好ましい。散乱層３２による後方散乱量が前方散乱量よりも多いと、蛍光光の光量が低下し、それに伴いｙ値が低下してカラーバランスが悪化してしまう。

また、発光層である蛍光層３１の発光効率を確保するためには、蛍光層３１の厚みは、概ね５０μｍ以上であることが必要であり、２００μｍ以上であるとより好ましい。

一般に蛍光層３１の厚みが５００μｍ程度を超えてくると効率向上が飽和する傾向にある。一方、散乱層３２としては２０μｍ程度の厚みがあれば最低限の後方散乱を確保することができる。散乱層３２の厚みが１００μｍを超えると、濃度調整をしても前方散乱が不足する。

ここで、蛍光層３１の厚みをＣとし、散乱層３２の厚みをＤとするとき、蛍光素子３０は以下の条件を満足することが望ましい。
０．５＜Ｃ／Ｄ＜２５ （３）
言い換えれば、蛍光層３１の厚みＣが５０μｍ以上５００μｍ以下であり、散乱層３２の厚みＤが２０μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。蛍光素子３０が（３）式の条件を満足することで、蛍光層３１の発光効率の低下を抑制しつつ、適切な前方散乱量および後方散乱量を確保することができる。

以下の（３ａ）式の条件を満足するとより好ましい。
４．０＜Ｃ／Ｄ＜２０ （３ａ）
以下の（３ｂ）式の条件を満足するとさらに好ましい。
５．０＜Ｃ／Ｄ＜１５ （３ｂ）
また、散乱層３２の厚みを調整することで、適切なカラーバランスを得ることもできる。図７には、同一の微粒子の濃度と粒子径で形成した散乱層３２の厚みによる前方散乱率と後方散乱率の変化を示す。前方散乱率とは、入射光の光量と前方散乱光の光量との比であり、後方散乱率とは入射光の光量と後方散乱光の光量との比である。したがって、図７において、前方散乱率と後方散乱率との合計は約１００％となっている。

散乱層３２の厚みは２０μｍ以上９５μｍ以下であることが好ましく、この範囲において後方散乱率は５％以上２０％以下となっている。言い換えれば、前方散乱率は８０％以上９５％以下である。

このような条件を満たすように前方散乱量と後方散乱量を分配可能なように散乱層３２の厚みを調整することで、前述した適切なカラーバランスを得ることが可能となる。

なお、前方散乱と後方散乱の分配比率の調整を散乱層３２の厚みで行う例について説明したが、微粒子の濃度で調整してもよいし、粒子の屈折率や粒子径で調整することも可能である。 例えば、散乱層３２の白色微粒子の濃度が高かったり散乱層厚が厚かったりすると後方散乱が多くなり、ＬＤ光源１０からの光の多くが非変換光となる。一方、白色微粒子の濃度を低かったり散乱層厚が薄かったりすると前方散乱が多くなり、ＬＤ光源１０からの光の多くが励起光として透過層３５、さらには蛍光層３１にと導かれる。

また、蛍光層３１を製造する際には、蛍光体の平均粒子径が数十μｍと蛍光層３１の厚みと比較しても大きく、また蛍光層に占める蛍光体の濃度も５０％以上と高いため、蛍光層３１の平坦性が低くなってしまう。その上に散乱層３２を設けると、散乱層３２の平坦性（厚みの均一性）も低くなる。つまり、散乱層３２の厚みが沿層方向にて不均一となり、厚みが異なる部分間で前方散乱率と後方散乱率が変化するために、蛍光素子３０から出射する合成光のカラーバランスが崩れる。

そこで、本実施例では、蛍光層３１と散乱層３２との間に透過層３５を設け、蛍光層３１の凹凸を透過層３５で吸収することにより沿層方向における散乱層３２の厚みの均一性を高めることが可能となる。その結果、前方散乱率と後方散乱率を沿層方向にて一定に保つことができ、適切なカラーバランスを実現することが可能となる、
透過層３５の厚みは、蛍光層３１の凹凸による散乱層３２の厚みの不均一化を緩和するために、蛍光体３１ａの平均粒子径以上であることが望ましい。ただし、透過層３５の厚みが蛍光体３１ａの平均粒子径より小さくても、ある程度の散乱層３２の厚みの不均一化の緩和効果が得られる。

例えば、蛍光体３１ｂの平均粒子径が３０μｍである本実施例では、透過層３５の厚みが１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以上８０μｍ以下であることがより好ましい。また、２０μｍ以上４０μｍ以下であることがさらに好ましい。

言い換えれば、蛍光体３１ｂの平均粒子径をＧとし、透過層３５の厚みをＨとするとき、以下の条件を満足すると好ましい。
０．３３≦Ｈ／Ｇ≦３．３ （４）
なお、以下の条件を満足するとより好ましく、
０．６６≦Ｈ／Ｇ≦２．７ （４ａ）
以下の条件を満足するとさらに好ましい。
０．６６≦Ｈ／Ｇ≦１．３ （４ｂ）
なお、平均粒子径は、例えばHORIBA社製レーザ回折散乱式粒子径分布測定装置LA-950を用いて求めればよい。

透過層３５が厚すぎると、散乱層３２で発生する非変換光としての青色光と蛍光層３１で発生する蛍光としての黄色光の発生位置が離れ、両色光を効率良く取り込むためには光源装置１の光学系を大型化する必要があるため、好ましくない。また、透過層３５が薄すぎると、散乱層３２の厚みの不均一化の緩和効果が十分に得られないので、好ましくない。

なお、蛍光層３１の厚みＣと透過層３５の厚みＨとの好ましい関係は、以下の通りである。
０．０２≦Ｈ／Ｃ≦２．０ （５）
０．０４≦Ｈ／Ｃ≦１．６ （５ａ）
０．０４≦Ｈ／Ｃ≦０．８ （５ｂ）
この条件式の下限および上限を逸脱した場合に生じる問題は、前述の条件式（４）に関するものと同様である。

図８には、本発明の実施例２である蛍光素子１３０の構成を示している。本実施例の蛍光素子１３０は、蛍光層３１と基板３３との間に、光入射側の散乱層３２とは別の散乱層３４を設けている点で実施例１の蛍光素子３０と異なる。すなわち、本実施例の蛍光素子１３０は、基板３３上に、光入射側から順に配置された散乱層３２、透過層３５、蛍光層３１および散乱層３４が互いに密着して積層されることで構成されている。

本実施例でも、ＬＤ光源１０からの青光は、まず光入射側の散乱層３２に入射し、その一部が透過層３５および蛍光層３１に向かうことなく散乱層３２（蛍光素子１３０）から出射し、残りの青光は透過層３５を透過して蛍光層３１に入射する。ここで、基板３３として反射素子であるアルミ板金等の金属を用いると、該基板３３で光が反射するときに光の一部が基板３３に吸収され、光量損失が増加する。

そこで、本実施例では、蛍光層３１と基板（反射素子）３３との間に散乱層３４を設けている。これにより、蛍光層３１で発生した蛍光のうち基板３３に向かう光の一部を散乱層３４の後方散乱効果によって基板３３に向かわせることなく蛍光素子１３０から出射させることができる。すなわち、蛍光層３１と基板子３３との間に散乱層３４を設けることで、基板３３の光吸収による光量損失を抑制することができる。

また、散乱層３４は蛍光層３１からの蛍光の多くを基板３３に導かない方が好ましい。すなわち、散乱層３４での後方散乱量は、散乱層３４での前方散乱量よりも多いことが好ましい。このためには、散乱層３４は、散乱層３２と同様の白色微粒子を用いて構成する場合には、白色微粒子の濃度が高い又は散乱層３２の厚さが厚いことが必要である。

なお、散乱層３２については、入射した光を蛍光層３１に導く必要があるために、散乱層３４とは逆に、白色微粒子の粒子数濃度が低い又は散乱層３２の厚さが薄い必要がある。 具体的には、散乱層３４による前方散乱量をＥとし、後方散乱量をＦとする。このとき、蛍光素子１３０は以下の（６）式の条件を満足することが望ましい。

０＜Ｅ／Ｆ＜０．２５ （６）
（４）式の条件は、前方散乱量Ｅに比べて後方散乱量Ｆがより多いことを意味している。このような関係によって、前述した光量損失を抑制することが可能となる。

なお、蛍光素子１３０が、
０＜Ｅ／Ｆ＜０．１ （６ａ）
の条件を満足することがより望ましい。これにより、前述した光量損失をより抑制することが可能となる。

図９には、上述した実施例１または実施例２で説明した蛍光素子を用いた光源装置１を搭載したプロジェクタ（画像投射装置）２の構成を示している。

プロジェクタ２は、光源装置１と、光変調素子（光変調手段）５０と、光源装置１からの光の強度分布を均一化して光変調素子５０を照明する照明光学系αとを有する。また、プロジェクタ２は、色分解合成光学系βを有する。色分解合成光学系βは、照明光学系αからの光を複数の色光（赤、緑および青色光）に分離して色光ごとに設けられた光変調素子５０（図では１つのみを示す）に導き、さらに光変調素子５０にて変調された複数の色光を合成して投射光学系６０に導く。

投射光学系６０は、色分解合成光学系βからの合成光（フルカラー画像）を不図示のスクリーン等の被投射面に投射する。

本実施例において、光源装置１として実施例１の蛍光素子３０または実施例２の蛍光素子１３０を用いることで、良好なカラーバランスを有する高画質の画像を投射することができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１ 光源装置
１０ ＬＤ光源
３０ 蛍光素子（光学素子）
３１ 蛍光層
３２ 散乱層
３３ 基板
３５ 透過層

Claims (10)

1. 第１の波長を有する第１の光の一部を散乱する散乱層と、
   前記散乱層を透過した前記第１の光により励起されて該第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を発する蛍光層と、
   前記散乱層と前記蛍光層との間に設けられ、前記第１および第２の光を透過する材料により形成された透過層とを有することを特徴とする光学素子。
2. 前記透過層の厚みが、前記蛍光層に含まれる蛍光体の平均粒子径以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記蛍光層に含まれる蛍光体の平均粒子径をＧとし、前記透過層の厚みをＨとするとき、
   ０．３３≦Ｈ／Ｇ≦３．３
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
4. 前記蛍光層が蛍光体と第１のバインダーとにより構成されており、
   該第１のバインダーの前記第１の光に対する屈折率と前記透過層の前記第１の光に対する屈折率の差が、０．２以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学素子。
5. 前記蛍光層が蛍光体と第１のバインダーとにより構成されており、
   前記透過層の前記材料が前記第１のバインダーの材料と同じであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 前記散乱層が散乱体と第２のバインダーとにより構成されており、
   該第２のバインダーの前記第１の光に対する屈折率と前記透過層の前記第１の光に対する屈折率の差が、０．２以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学素子。
7. 前記散乱層が散乱体と第２のバインダーとにより構成されており、
   前記透過層の前記材料が前記第２のバインダーの材料と同じであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 前記蛍光層からの前記第２の光を反射する反射部をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光学素子。
9. 第１の波長を有する第１の光を発する光源と、
   前記第１の光が入射する請求項１から８のいずれか一項に記載の光学素子とを有し、
   前記光学素子の前記散乱層からの前記第１の光と前記蛍光層からの前記第２の光との合成光を出射させることを特徴とする光源装置。
10. 請求項９に記載の光源装置と、
    前記合成光から得られる複数の色光を変調する光変調手段とを有し、
    前記光変調手段により変調された前記複数の色光により形成される画像を投射することを特徴とする画像投射装置。