JP7706071B2 - 波長変換デバイス及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、波長変換デバイス、それを用いたプロジェクタ及び蛍光体セラミックス部材に関する。

従来、プロジェクタに用いられる波長変換デバイスが知られている。

例えば、特許文献１には、平面視円形の基板及び基板の周方向に沿って設けられた蛍光体層（蛍光体セラミックス部材）を備え、基板の中心に接続されたモータによって回転可能である波長変換デバイスが開示されている。特許文献１では、この波長変換デバイスは、プロジェクタにおける反射型の蛍光体ホイールとして機能しており、この波長変換デバイスの蛍光体層が放つ蛍光は、プロジェクタが放つ光（投射光）として利用されている。

特開２０１９－６６８８０号公報

ところで、上記従来の波長変換デバイス、プロジェクタ及び蛍光体セラミックス部材では、光の利用効率が低いという課題がある。そこで、本発明は、光の利用効率が高い波長変換デバイス、プロジェクタ及び蛍光体セラミックス部材を提供する。

本発明の一態様に係る波長変換デバイスは、プロジェクタに用いられ、励起光を受光して蛍光を含む反射光を放つ波長変換デバイスであって、光反射面を有する基板と、前記光反射面の上方に位置し、ガーネット構造を有する第１結晶相を含む蛍光体セラミックス層と、を備え、前記光反射面の可視光反射率は、９５％以上１００％以下であり、前記蛍光体セラミックス層の密度は、理論密度の９７％以上１００％以下であり、前記蛍光体セラミックス層の膜厚は、５０μｍ以上１２０μｍ未満である。

また、本発明の一態様に係るプロジェクタは、励起光を放つ励起光源と、前記励起光を受光して、蛍光を含む反射光を放つ上記の波長変換デバイスと、を備える。

また、本発明の一態様に係る蛍光体セラミックス部材は、プロジェクタに用いられる蛍光体セラミックス部材であって、ガーネット構造を有する第１結晶相と、ガーネット構造以外の構造を有する第２結晶相と、を含み、前記蛍光体セラミックス部材の密度は、理論密度の９７％以上１００％以下であり、前記蛍光体セラミックス部材の膜厚は、５０μｍ以上３００μｍ未満である。

本発明によれば、光の利用効率が高い波長変換デバイス、プロジェクタ及び蛍光体セラミックス部材を提供することができる。

図１は、実施の形態に係る波長変換デバイスの斜視図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線における波長変換デバイスの切断面を示す断面図である。 図３は、実施の形態に係るプロジェクタの外観を示す斜視図である。 図４は、実施の形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。 図５Ａは、実施の形態に係る波長変換デバイスとアパーチャ部材とを示す模式図である。 図５Ｂは、実施の形態の比較例に係る波長変換デバイスとアパーチャ部材とを示す模式図である。 図６は、実施の形態の実施例及び比較例に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。 図７は、実施の形態の実施例に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。 図８は、変形例１に係る波長変換デバイスの斜視図である。 図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線における波長変換デバイスの切断面を示す断面図である。 図１０は、変形例１の実施例に係る蛍光体セラミックス層の断面を示すＳＥＭ画像である。 図１１は、変形例１の実施例に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。 図１２は、変形例２に係る蛍光体セラミックス部材の斜視図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る波長変換デバイスなどについて、図面を用いて詳細に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

本明細書において、平行又は直交などの要素間の関係性を示す用語、及び、円形又は楕円形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。

また、本明細書において「平面視」とは、基板が有する光反射面の垂直方向に沿って波長変換デバイスを見た場合を意味する。

また、本明細書において、波長変換デバイスの構成における「上」及び「下」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構造における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語である。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。

また、本明細書及び図面において、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、基板が有する光反射面に平行な二軸をｘ軸及びｙ軸とし、光反射面に直交する方向をｚ軸方向としている。また、以下で説明する各実施形態において、ｚ軸正方向を上方と記載し、ｚ軸負方向を下方と記載する場合がある。

（実施の形態）
［波長変換デバイスの構成］
まず、本実施の形態に係る波長変換デバイス１の構成について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る波長変換デバイス１の斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線における波長変換デバイス１の切断面を示す断面図である。

図１及び図２が示すように、波長変換デバイス１は、光反射面１３を有する基板１０と、蛍光体セラミックス層２０と、反射防止層３０とを備えるデバイスである。

本実施の形態においては、波長変換デバイス１はプロジェクタに用いられ、励起光Ｌ１を受光して蛍光を含む反射光を放つ蛍光体ホイールである。波長変換デバイス１は円盤形状を有しており、平面視で波長変換デバイス１の中央には回転駆動するモータ４が設けられている。このため、波長変換デバイス１は、モータ４によって、モータ４を軸に図１が示す矢印の方向に回転駆動される。

なお、図１においては、モータ４が設けられている蛍光体ホイールの構成が示されているが、波長変換デバイス１は、モータ４を備えていなくてもよい。すなわち、波長変換デバイス１は、回転駆動されない、固定されたデバイスであってもよい。このような構成であると、波長変換デバイス１が小型になるので、コンパクトなプロジェクタを提供できる。

蛍光体セラミックス層２０は、基板１０が有する光反射面１３の上方に位置する層である。本実施の形態においては、波長変換デバイス１が蛍光体ホイールであるため、蛍光体セラミックス層２０は、蛍光体リングである。蛍光体セラミックス層２０は、波長変換デバイス１の回転中心部（つまりはモータ４が設けられる箇所）からの距離が等しい円周上にリング状に設けられている。つまり、蛍光体セラミックス層２０は、平面視において周方向に沿う帯状に設けられている。

蛍光体セラミックス層２０は、ガーネット構造を有する第１結晶相を含む。より具体的には、本実施の形態においては、蛍光体セラミックス層２０は、ガーネット構造を有する第１結晶相のみによって構成されている。つまり、本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層２０は、ガーネット構造とは異なる構造を有する結晶相を含まない。ガーネット構造とは、Ａ_３Ｂ_２Ｃ_３Ｏ_１２の一般式で表される結晶構造である。元素Ａには、Ｃａ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ及びＬｕなどの希土類元素が適用され、元素Ｂには、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ及びＳｃなどの元素が適用され、元素Ｃには、Ａｌ、Ｓｉ及びＧａなどの元素が適用される。このようなガーネット構造としては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ））、ＬｕＡＧ（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（Ｌｕｔｅｔｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ））、Ｌｕ_２ＣａＭｇ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２（ルテチウム・カルシウム・マグネシウム・シリコン・ガーネット（Ｌｕｔｅｔｉｕｍ Ｃａｌｃｉｕｍ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇａｒｎｅｔ））及びＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット（Ｔｅｒｂｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ））などが挙げられる。本実施の形態においては、蛍光体セラミックス層２０は、（Ｙ_１－ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_２Ａｌ_３Ｏ_１２（つまりは、（Ｙ_１－ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２）（０．００１≦ｘ＜０．１）で表される第１結晶相、つまりはＹＡＧによって構成されている。

なお、蛍光体セラミックス層２０を構成する第１結晶相は、化学組成の異なる複数のガーネット結晶相の固溶体であってもよい。このような固溶体としては、（Ｙ_１－ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_２Ａｌ_３Ｏ_１２（０．００１≦ｘ＜０．１）で表されるガーネット結晶相と（Ｌｕ_１－ｄＣｅ_ｄ）_３Ａｌ_２Ａｌ_３Ｏ_１２（０．００１≦ｄ＜０．１）で表されるガーネット結晶相との固溶体（（１－ａ）（Ｙ_１－ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２・ａ（Ｌｕ_１－ｄＣｅ_ｄ）_３Ａｌ_２Ａｌ_３Ｏ_１２（０＜ａ＜１））が挙げられる。また、このような固溶体としては、（Ｙ_１－ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_２Ａｌ_３Ｏ_１２（０．００１≦ｘ＜０．１）で表されるガーネット結晶相と（Ｌｕ_１－ｚＣｅ_ｚ）_２ＣａＭｇ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２（０．００１５≦ｚ＜０．１５）で表されるガーネット結晶相との固溶体（（１－ｂ）（Ｙ_１－ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_２Ａｌ_３Ｏ_１２・ｂ（Ｌｕ_１－ｚＣｅ_ｚ）_２ＣａＭｇ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２（０＜ｂ＜１））などが挙げられる。蛍光体セラミックス層２０が化学組成の異なる複数のガーネット結晶相の固溶体から構成されることで、蛍光体セラミックス層２０が放つ蛍光の蛍光スペクトルがより広帯域化し、緑色の光成分と赤色の光成分が増える。そのため、色域の広い投射光を放つプロジェクタを提供できる。

また、蛍光体セラミックス層２０を構成する第１結晶相は、前記した一般式Ａ_３Ｂ_２Ｃ_３Ｏ_１２で表される結晶相に対して、化学組成がずれた結晶相が含まれていてもよい。このような結晶相としては、（Ｙ_１－ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_２Ａｌ_３Ｏ_１２（０．００１≦ｘ＜０．１）で表される結晶相に対してＡｌがリッチな（Ｙ_１－ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_２＋δＡｌ_３Ｏ_１２（δは正の数）が挙げられる。また、このような結晶相としては、（Ｙ_１－ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_２Ａｌ_３Ｏ_１２（０．００１≦ｘ＜０．１）で表される結晶相に対してＹがリッチな（Ｙ_１－ｘＣｅ_ｘ）_３＋ζＡｌ_２Ａｌ_３Ｏ_１２（ζは正の数）などが挙げられる。これらの結晶相は、一般式Ａ_３Ｂ_２Ｃ_３Ｏ_１２で表される結晶相に対して、化学組成がずれているが、ガーネット構造は維持している。蛍光体セラミックス層２０が化学組成がずれた結晶相から構成されることで、蛍光体セラミックス層２０の中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光Ｌ１及び蛍光がより散乱され、蛍光体セラミックス層２０の発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い波長変換デバイス１及びプロジェクタを提供できる。

さらに、蛍光体セラミックス層２０は、第１結晶相と、ガーネット構造以外の構造を有する異相とを含んでいてもよい。蛍光体セラミックス層２０がこのような第１結晶相及び異相から構成されることで、蛍光体セラミックス層２０の中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光Ｌ１及び蛍光がより散乱され、蛍光体セラミックス層２０の発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い波長変換デバイス１及びプロジェクタを提供できる。

ＹＡＧで構成される蛍光体セラミックス層２０は、波長変換デバイス１の上方から入射する光を励起光Ｌ１として受光して、蛍光を放つ。より具体的には、後述する励起光源から出射した光が励起光Ｌ１として蛍光体セラミックス層２０に照射されることで、蛍光体セラミックス層２０から波長変換光として蛍光が放たれる。つまり、蛍光体セラミックス層２０から放たれる波長変換光は、励起光Ｌ１の波長よりも長い波長の光である。

本実施の形態において、蛍光体セラミックス層２０から放たれる波長変換光には、黄色系光である蛍光が含まれる。蛍光体セラミックス層２０は、例えば、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の光を吸収し、波長が４９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の領域に蛍光ピーク波長を有する黄色系光である蛍光を放つ。蛍光体セラミックス層２０がＹＡＧで構成されることで、容易に波長が４９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の領域に蛍光ピーク波長を有する蛍光を放つ蛍光体セラミックス層２０が実現される。

蛍光体セラミックス層２０から放たれる波長変換光の色度図のｘ座標は、０．４１５以下であればよく、０．４１０以下であればよりよく、０．４０８以下であればさらによい。蛍光体セラミックス層２０から放たれる波長変換光の色度図のｘ座標が上記数値であると、蛍光体セラミックス層２０の温度消光が小さくなるため、発光効率の高い蛍光体セラミックス層２０が実現できる。

蛍光体セラミックス層２０の密度は、理論密度の９５％以上１００％以下であればよく、理論密度の９７％以上１００％以下であればよりよい。ここで、理論密度とは、層中の原子が理想的に配列しているとした場合の密度である。換言すると、理論密度とは、蛍光体セラミックス層２０中に空隙がないと仮定したときの密度であり、結晶構造を用いて計算される値である。例えば、蛍光体セラミックス層２０の密度が９９％である場合、残りの１％は空隙に相当する。つまり、蛍光体セラミックス層２０の密度が高いほど、空隙が少ない。蛍光体セラミックス層２０の密度が上記範囲であると、蛍光体セラミックス層２０が放つ全蛍光量が増えるため、放射される光量がより多い波長変換デバイス１及びプロジェクタを提供できる。

また、蛍光体セラミックス層２０の密度は、４．３２ｇ／ｃｍ^３以上４．５５ｇ／ｃｍ^３以下であればよく、４．４１ｇ／ｃｍ^３以上４．５５ｇ／ｃｍ^３以下であればよりよい。本実施の形態で示すように、蛍光体セラミックス層２０がＹＡＧで構成されている場合、蛍光体セラミックス層２０の密度が上記範囲であると、蛍光体セラミックス層２０の密度がそれぞれ理論密度の９５％以上１００％以下及び９７％以上１００％以下となる。蛍光体セラミックス層２０の密度が上記範囲であることで、蛍光体セラミックス層２０が吸収した励起光Ｌ１を効率よく蛍光に変換することができる。つまり、発光効率の高い蛍光体セラミックス層２０が実現される。

蛍光体セラミックス層２０の膜厚（ｚ軸方向の長さ）は、５０μｍ以上１５０μｍ未満であるとよく、５０μｍ以上１２０μｍ未満であるとよりよい。また、前記蛍光体セラミックス層の膜厚は、７０μｍ以上１２０μｍ未満であればよりよく、８０μｍ以上１１０μｍ未満であるとさらによい。

さらに、蛍光体セラミックス層２０の上方には、反射防止層３０が位置している。

反射防止層３０は、励起光Ｌ１の反射を防止、より具体的には抑制する層である。反射防止層３０は、波長変換デバイス１における励起光Ｌ１の反射率を低下させ、蛍光体セラミックス層２０に到達する励起光Ｌ１の量を増加させる。この結果、蛍光体セラミックス層２０が吸収できる励起光Ｌ１の量も増えるため、蛍光体セラミックス層２０が放つ蛍光の量も増える。つまり、反射防止層３０が設けられることで、蛍光体セラミックス層２０が放つ蛍光の量が増加する。

反射防止層３０は、例えば、誘電体膜、又は、可視光領域の光の波長より小さい周期の微細な凹凸構造（いわゆる、モスアイ構造）などで構成されてもよい。反射防止層３０が誘電体膜で構成されている場合、反射防止層３０は、無機化合物を含むとよい。この場合、反射防止層３０は、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５及びＭｇＦなどから選ばれる１以上の無機化合物を含む。

また、図１及び図２においては、反射防止層３０が設けられている構成が示されているが、波長変換デバイス１は、反射防止層３０を備えていなくてもよい。

基板１０は、円盤形状の板材であり、蛍光体セラミックス層２０及び反射防止層３０を支持する基材である。モータ４は、平面視で基板１０の中央に設けられている。図２が示すように、基板１０は、基板本体１１と、光反射層１２とを有する。

基板本体１１は、熱伝導率が高い材料で構成されているとよい。例えば、基板本体１１は、蛍光体セラミックス層２０よりも熱伝導率が高い材料で構成されているとよいが、これに限られない。基板本体１１は、例えば、ガラス基板、石英基板、ＧａＮ基板、サファイア基板、Ｓｉ基板、金属基板などが例示される。また、基板本体１１は、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルム、または、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどの樹脂で構成されてもよい。さらに、基板本体１１が金属基板である場合は、基板本体１１は、Ａｌ、Ｆｅ及びＴｉなどの金属材料から構成されている。

本実施の形態においては、基板本体１１は、Ａｌから構成される金属基板である。Ａｌは熱伝導率が高く、かつ、軽量であるため、基板本体１１の放熱性を高め、かつ、基板本体１１の重量を軽くすることができる。基板本体１１の厚みは、例えば、１．５ｍｍ以下である。

また、基板１０は光反射面１３を有する。光反射面１３は、蛍光体セラミックス層２０が位置する側の基板１０の一面である。光反射面１３は、本実施の形態においては、光反射面１３は、光反射層１２が含む一面によって構成されている。

光反射面１３は、蛍光体セラミックス層２０が放つ蛍光を反射する面である。また、光反射面１３は、蛍光体セラミックス層２０において蛍光に変換されなかった励起光Ｌ１も反射する。光反射面１３は、蛍光及び蛍光に変換されなかった励起光Ｌ１を上方に反射する。本実施の形態においては、蛍光及び励起光Ｌ１は可視光領域の光であるため、光反射面１３の可視光反射率が高いほど光のロスが少ない。具体的には、光反射面１３の可視光反射率は、９０％以上１００％以下であればよく、９５％以上１００％以下であればよりよい。光反射面１３の可視光反射率が上記範囲であると、蛍光及び励起光Ｌ１がより上方に反射されるようになるため、横方向（つまりは、光反射面１３と平行な方向）への蛍光及び励起光Ｌ１の導波が抑制され、発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い波長変換デバイス１及びプロジェクタを提供できる。また、光反射面１３の４９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長領域の光の反射率は、９０％以上１００％以下であればよく、９５％以上１００％以下であればよりよい。光反射面１３の４９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長領域の光の反射率が上記範囲であると、蛍光がより上方に反射されるようになるため、横方向への蛍光の導波が抑制され、発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い波長変換デバイス１及びプロジェクタを提供できる。なお、本実施の形態においては、可視光領域とは、波長が３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長領域である。

光反射層１２は、蛍光及び蛍光に変換されなかった励起光Ｌ１を上方に反射することができれば、どのような材料で構成されてもよい。本実施の形態においては、光反射層１２は、光散乱性粒子１２１と、光散乱性粒子１２１が分散されているバインダ１２２とで構成されている複合層である。つまり、光反射層１２は、光拡散性（光散乱性）を有し、光拡散により蛍光及び蛍光に変換されなかった励起光Ｌ１を上方に反射する。

光反射層１２は、光散乱性粒子１２１と、バインダ１２２との屈折率差によって光を拡散させる。光散乱性粒子１２１は、例えば、無機化合物又は樹脂材料から構成されるフィラー又は白色粒子である。より具体的には、光散乱性粒子１２１は、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２及びＣａＣＯ_３などの無機化合物でもよく、スチレン系樹脂及びアクリル系樹脂などの樹脂材料でもよい。また、バインダ１２２は、光透過性のあるアクリル系樹脂及びシリコーン系樹脂などの樹脂材料によって構成されているとよい。

光反射層１２が設けられることで、光反射面１３の可視光反射率を高めることができる。さらに、光反射層１２が光散乱性粒子１２１を含む複合層で構成されることで、光反射面１３の可視光反射率をより高めることができる。つまり、波長変換デバイス１における光のロスをより抑制することができる。

なお、光反射層１２は、光反射性を有する金属によって構成されている金属層であってもよい。例えば、当該金属は、Ａｇ、Ａｌ、又は、これらのいずれかを含む合金である。光反射層１２は、当該金属がドライプロセス又はウェットプロセスにより形成されるとよい。このような場合においても、光反射層１２が光散乱性粒子１２１を含む複合層で構成された場合と同様の作用効果が期待される。

また、光反射層１２と蛍光体セラミックス層２０との間には、接合層が設けられていてもよい。このような構成とすることで、光反射層１２と蛍光体セラミックス層２０とがより密着するため、蛍光体セラミックス層２０で発生した熱を、光反射層１２を介して、基板本体１１により効率的に伝導させることができる。このため、蛍光体セラミックス層２０の温度消光が少ない、高効率の波長変換デバイス１を提供できる。接合層は、シリコーン系樹脂又はエポキシ系樹脂などの透明材料からなるとよい。また、接合層の厚みは、１μｍ以上１００μｍ未満であればよく、１μｍ以上２０μｍ未満であればよりよい。

なお、図１及び図２においては、光反射層１２が設けられている構成が示されているが、波長変換デバイス１は、光反射層１２を備えていなくてもよい。この場合、基板本体１１の表面が、光反射面１３となる。

［プロジェクタの構成］
以上のように構成されている波長変換デバイス１は、図３及び図４が示すプロジェクタ１００に用いられる。図３は、本実施の形態に係るプロジェクタ１００の外観を示す斜視図である。図４は、本実施の形態に係るプロジェクタ１００の光学系を示す模式図である。以下では、本実施の形態に係るプロジェクタ１００の構成について、図３及び図４を用いて説明する。

図３及び図４が示すように、本実施の形態に係るプロジェクタ１００は、光源３と、ダイクロイックミラー５と、波長変換デバイス１と、表示素子６と、投射光学部材７と、反射ミラー８とを備える。

光源３は、例えば半導体レーザ光源又はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源であり、駆動電流によって駆動されて所定の色（波長）の光を放つ。

本実施の形態においては、光源３は半導体レーザ光源である。なお、光源３が備える半導体レーザ素子は、例えば窒化物半導体材料によって構成されたＧａＮ系半導体レーザ素子（レーザチップ）である。本実施の形態において、半導体レーザ光源である光源３は、マルチチップタイプの発光装置である。

一例として、光源３は波長３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下にピーク波長を有する近紫外から青色の範囲内のレーザ光を放つ。より具体的には、光源３は、ピーク波長が４４５ｎｍの青色光を放つ。本実施の形態に係る光源３は励起光源の一例である。光源３が放つレーザ光は、ダイクロイックミラー５に到達する。

ダイクロイックミラー５は、光源３の光軸に対して４５度の角度で配置されている。本実施の形態に係るダイクロイックミラー５は、青色光の一部を透過し他部を反射し、黄色系蛍光を透過するダイクロイックミラーである。

つまり、ダイクロイックミラー５は、光源３から放たれたレーザ光の波長領域の光を反射及び透過する特性を有している。従って、光源３から放たれたレーザ光の一部は、進行方向が変更されることなく、ダイクロイックミラー５を透過し、当該レーザ光の他部は、ダイクロイックミラー５によって反射され、進行方向が９０°変更され、波長変換デバイス１へ向かう。

ここで、光源３から放たれたレーザ光の他部は、励起光Ｌ１として、波長変換デバイス１に到達する。波長変換デバイス１は、励起光Ｌ１を受光して蛍光を含む反射光Ｌ２を放つ。より具体的には、反射光Ｌ２は、波長変換デバイス１が備える蛍光体セラミックス層２０及び光反射面１３によってそれぞれ波長変換及び反射された光を含む。さらに具体的には、反射光Ｌ２は、蛍光体セラミックス層２０で生じた黄色系蛍光と、蛍光体セラミックス層２０で蛍光に変換されなった青色光である励起光Ｌ１とを含む光である。ただし反射光Ｌ２においては蛍光が占める割合が高いため、反射光Ｌ２は黄色系光である。

進行方向が変更されることなく、ダイクロイックミラー５を透過したレーザ光は、透過光Ｌ１２として、反射ミラー８に到達し、反射ミラー８によって正反射され、ダイクロイックミラー５のもう一方の面へ向かう。そして、当該透過光Ｌ１２は、ダイクロイックミラー５のもう一方の面によって反射され、進行方向が９０°変更され、表示素子６へと向かう。

また、反射光Ｌ２は、ダイクロイックミラー５に到達する。このとき、ダイクロイックミラー５は、反射光Ｌ２の光軸に対して４５度の角度で配置されており、また、黄色系蛍光を透過する。そのため、ダイクロイックミラー５に到達した反射光Ｌ２の進行方向は変化しない。

これにより、図４が示すように、反射光Ｌ２の光軸と、透過光Ｌ１２の光軸とが一致して、表示素子６に向かう。このとき、反射光Ｌ２は黄色系光、透過光Ｌ１２は青色光であるため、これらの光が複合された光は白色光である。つまり、ダイクロイックミラー５から表示素子６に向かう光は、白色光である。

反射光Ｌ２と透過光Ｌ１２との混合光である白色光は、表示素子６へと向かう。ここで、反射光Ｌ２がエタンデュの大きい光であると、表示素子６のサイズよりも、表示素子６に向けて照射される反射光Ｌ２のサイズが大きくなる。そのため、表示素子６に照射されない、無効な（つまりは、利用できない）光成分が多くなる。

表示素子６は、開口部２ａを通過した光（白色光）を制御して映像として出力する略平面状の素子である。換言すると、表示素子６は、映像用の光を生成する。表示素子６は、具体的には、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を有するＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）である。また、例えば、表示素子６は、反射型液晶パネルなどであってもよい。なお、表示素子６とダイクロイックミラー５との間には、フライアイレンズ、偏光変換素子及びミラーロッドなどが備えられていてもよい。

表示素子６によって生成された映像用の光は、投射光学部材７によって、スクリーンに拡大投射される投射光となる。

プロジェクタ１００では、表示素子６に照射された光のみが投射光として利用される。すなわち、反射光Ｌ２のエタンデュが小さいほど、プロジェクタ１００の投射光として利用できる光が多くなる。

［波長変換デバイスでの光挙動］
ここで、波長変換デバイス１における光挙動について、本実施の形態と、比較例とを用いて説明する。

図５Ａは、本実施の形態に係る波長変換デバイス１とアパーチャ部材２とを示す模式図である。図５Ｂは、本実施の形態の比較例に係る波長変換デバイス１ｘとアパーチャ部材２とを示す模式図である。なおここでは、簡単のため、アパーチャ部材２と、波長変換デバイス１及び１ｘと、励起光Ｌ１と、反射光Ｌ２とを用いて説明する。

ここで、アパーチャ部材２は、反射光Ｌ２のエタンデュの大小を評価するための部材である。アパーチャ部材２は光吸収する部材であって、アパーチャ部材２の中央部には、開口部２ａが設けられた部材である。アパーチャ部材２の開口部２ａを通過する光成分の割合が相対的に多いと反射光Ｌ２のエタンデュは小さいといえる。

比較例に係る波長変換デバイス１ｘは、蛍光体セラミックス層２０ｘの厚みが本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層２０よりも厚い（例えば、２００μｍ）点を除けば、本実施の形態に係る波長変換デバイス１と同じ構成である。

蛍光体セラミックス層２０及び２０ｘの密度は、４．４１ｇ／ｃｍ^３以上４．５５ｇ／ｃｍ^３以下であり、密度が高い。つまり、蛍光体セラミックス層２０及び２０ｘにおいては、空隙が少なく光散乱が起きにくいため、光が層の平面方向（つまり、ｘ軸方向又はｙ軸方向）に進みやすく、いわゆる導光が起こりやすい。

まず、図５Ａを用いて本実施の形態に係る波長変換デバイス１について説明する。

本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層２０のように厚みが十分に薄い（５０μｍ以上１２０μｍ以下である）と、励起光Ｌ１が入射してから反射光Ｌ２が出射するまでの層の平面方向（ここではｘ軸方向）の距離Ｄをより短くすることができる。換言すると、本実施の形態においては、蛍光体セラミックス層２０の蛍光の発光面積（発光スポット径）が十分に小さい。よって、図５Ａが示すように、光反射面１３によって反射されて蛍光体セラミックス層２０から出射する反射光Ｌ２は、アパーチャ部材２の開口部２ａを通過しやすい。開口部２ａを通過した光は、上述の通り、表示素子６及び投射光学部材７を介して、スクリーンに拡大投射される光として利用することができる。

すなわち、本実施の形態においては、波長変換デバイス１が備える蛍光体セラミックス層２０の厚みが十分に薄いため、蛍光の発光面積を十分に小さくすることができる。よって、アパーチャ部材２の開口部２ａを通過する光が多いため、プロジェクタ１００の投射光として利用できる光が多い。つまり、上記構成によって、光の利用効率が高い波長変換デバイス１が実現される。さらに、このような波長変換デバイス１を備えることで、光の利用効率が高いプロジェクタ１００が実現される。

続いて、図５Ｂを用いて比較例に係る波長変換デバイス１ｘについて説明する。

比較例に係る蛍光体セラミックス層２０ｘのように厚みが十分に厚い（２００μｍである）と、励起光Ｌ１が入射してから反射光Ｌ２ｘが出射するまでの層の平面方向の距離Ｄｘがより長くなってしまう。換言すると、比較例においては、蛍光体セラミックス層２０ｘの蛍光の発光面積（発光スポット径）が大きくなってしまう。よって、図５Ｂが示すように、光反射面１３によって反射されて蛍光体セラミックス層２０ｘから出射する反射光Ｌ２ｘは、アパーチャ部材２によって遮蔽されやすい。よって、比較例に係る波長変換デバイス１ｘでは、光の利用効率が低い。

また、上述のように、本実施の形態においては、光反射層１２が設けられ、さらに、光反射層１２が光散乱性粒子１２１を含む複合層で構成されることで、光反射面１３の可視光反射率をより高めることができる。これにより、波長変換デバイス１における光のロスをより抑制することができるため、光の利用効率が高い波長変換デバイス１が実現される。

［実施例］
ここで、本実施の形態の実施例１～３と、比較例とに係る波長変換デバイスにおいて、製造方法と光の利用効率とについて説明する。

まずは、蛍光体セラミックス層の製造方法について記載する。

実施例１～３及び比較例に係る蛍光体セラミックス層は、いずれも、（Ｙ_{０．９９５３}Ｃｅ_{０．００４７}）_３Ａｌ_５Ｏ_１２で表される第１結晶相によって構成される。また、実施例１～３及び比較例に係る蛍光体セラミックス層は、いずれも、Ｃｅ^３＋賦活蛍光体で構成される。

実施例１～３及び比較例に係る蛍光体セラミックス層は、化合物粉末として以下の３種類を原料として使用した。具体的には、Ｙ_２Ｏ_３（酸化イットリウム、純度３Ｎ、日本イットリウム株式会社）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム、純度３Ｎ、住友化学株式会社）及びＣｅＯ_２（酸化セリウム、純度３Ｎ、日本イットリウム株式会社）が使用された。

まず、化学量論的組成の化合物（Ｙ_{０．９９５３}Ｃｅ_{０．００４７}）_３Ａｌ_５Ｏ_１２となるように、上記原料が秤量された。次に、秤量された原料とアルミナ製ボール（直径１０ｍｍ）とが、プラスチック製ポットに投入された。アルミナ製ボールの量は、プラスチック製ポットの容積の１／３程度を充填する程度の量であった。その後、純水がプラスチック製ポットに投入され、ポット回転装置（日東化学株式会社製、ＢＡＬＬ ＭＩＬＬ ＡＮＺ－５１Ｓ）を利用して、原料と純水とが混合された。この混合は、１２時間実施された。このようにして、スラリー状の混合原料を得た。

スラリー状の混合原料が、乾燥機を用いて乾燥された。具体的には、金属製バットの内壁を覆うようにナフロン（登録商標）シートが敷かれ、ナフロン（登録商標）シートの上方に混合原料が流し込まれた。金属製バットとナフロン（登録商標）シートと混合原料とは、１５０℃に設定した乾燥機で８時間処理され、乾燥された。その後、乾燥後の混合原料が回収され、スプレードライヤ装置を利用して混合原料が造粒された。なお、造粒時には、粘着剤（バインダ）として、ポリビニルアルコールが使用された。

造粒された混合原料は、電動油圧プレス機（理研精機株式会社製、ＥＭＰ－５）と円筒型の金型（外径５８ｍｍ、内径３８ｍｍ、高さ１３０ｍｍ）とを利用して、円筒型に仮成型された。成型時の圧力は、５ＭＰａ／ｃｍ^２とした。次に、冷間等方圧加圧装置を利用して、仮成型後の成型体が本成型された。本成型時の圧力は、３００ＭＰａとした。なお、本成型後の成型体は、造粒時に使用された粘着剤（バインダ）を除去する目的で、加熱処理（脱バインダー処理）が行われた。加熱処理の温度は、５００℃とした。また、加熱処理の時間は、１０時間とした。

加熱処理後の成型体は、管状雰囲気炉を用いて、焼成された。焼成温度は、１６７５℃とした。また、焼成時間は、４時間とした。焼成雰囲気は、窒素と水素との混合ガス雰囲気とした。なお、焼成後の焼成物の外径及び内径は、それぞれ４３ｍｍ及び２９ｍｍであった。

焼成後の円筒型の焼成物は、マルチワイヤーソーを用いて、スライスされた。スライスされた円筒型の焼成物の厚みは、約７００μｍとした。

研磨装置を用いて、スライス後の焼成物が研磨され、焼成物の厚みの調整が行われた。この調整が行われることで、焼成物が、蛍光体セラミックス層となる。蛍光体セラミックス層の厚みは、実施例１では５３μｍ、実施例２では７５μｍ、実施例３では１０６μｍ、比較例では２０６μｍであった。

なお、実施例１～３及び比較例に係る蛍光体セラミックス層の外径及び内径は、それぞれ４３ｍｍ及び２９ｍｍであった。また、実施例１～３及び比較例に係る蛍光体セラミックス層は、濃い黄色であった。

続いて、蛍光体セラミックス層の評価について説明する。

まず、アルキメデス法を用いて、実施例１～３及び比較例に係る蛍光体セラミックス層の密度が評価された。実施例１～３及び比較例に係る蛍光体セラミックス層の密度は、いずれも、４．４９ｇ／ｃｍ^３であった。また、実施例１～３及び比較例に係る蛍光体セラミックス層の密度はいずれも、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２の理論密度（４．５５ｇ／ｃｍ^３）の９８．７％であった。すなわち、実施例１～３及び比較例に係る蛍光体セラミックス層の密度はいずれも、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２の理論密度の９７％以上１００％以下であった。

続いて、波長変換デバイスの製造方法について記載する。

まず、Ａｌの円盤形状の基板本体（直径５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ）が準備される。続いて、ディスペンサ装置を用いて、基板本体に、ＴｉＯ_２粒子が分散されたシリコーン系樹脂を含む光反射層が円形（外径４６ｍｍ、内径３０ｍｍ）となるように塗布された。ここで、光反射層が含むシリコーン系樹脂は、蛍光体セラミックス層と基板本体とを貼り合わせる接着剤としての機能も発揮する。

その後、蛍光体セラミックス層は、円形に塗布された光反射層と重なり合うように配置される。ここで、光反射層の厚みが約５０μｍとなるように、金属製の治具によって、蛍光体セラミックス層が固定された。その後、乾燥機を用いて加熱処理が行われることで、光反射層を硬化させた。このときの加熱処理の温度は、１５０℃とした。なお、光反射層が含む一面である光反射面の可視光反射率は、９５％以上であった。

このようにして、上記の実施例１～３及び比較例に係る蛍光体セラミックス層のそれぞれと、基板とを備える実施例１～３及び比較例に係る波長変換デバイスが得られた。

さらに、波長変換デバイスの評価について説明する。

反射型レーザ励起方式波長変換デバイスに関する評価装置を用いて、実施例１～３及び比較例に係る波長変換デバイスを評価した。具体的には、当該評価装置においては、回転させた波長変換デバイスに励起光（レーザ光）が照射され、波長変換デバイスから放たれる蛍光の蛍光エネルギーがパワーメータによって評価される。レーザ光の波長、出力及び照射スポット径（１／ｅ^２）はそれぞれ、４５５ｎｍ、７０Ｗ及び１．２ｍｍとした。なおこのレーザ光はガウシアンビームである。また、波長変換デバイスの回転速度は、７２００ｒｐｍとした。当該評価装置には、波長変換デバイスから放たれる蛍光の一部を遮蔽する、アパーチャ部材が設けられている。このとき、例えば、波長変換デバイスとアパーチャ部材との距離は、３ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、アパーチャ部材の開口部は、開口径が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の円形の穴である。

図６は、本実施の形態の実施例１～３及び比較例に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。具体的には、図６には、実施例１～３及び比較例に係る波長変換デバイスの、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）、蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）及び結合効率が示されている。

ここで、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）とは、アパーチャ部材の開口部を通過した後の、それぞれの波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の比較例に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを１００％とした。

また、蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）とは、アパーチャ部材の開口部を通過する前の、それぞれの波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の比較例に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを１００％とした。

また、結合効率とは、蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）に対する蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）の割合である。つまり、結合効率は、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）を蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）で割った値である。

プロジェクタでは、開口部を通過した後の蛍光を、投射光の一部として利用する。すなわち、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）が大きいほど、プロジェクタの投射光として利用できる蛍光が多いといえる。

図６が示すように、実施例１、実施例２、実施例３及び比較例に係る波長変換デバイスの結合効率は、それぞれ８５％、８６％、８４％及び８１％であった。すなわち、実施例における結合効率はいずれも、比較例における結合効率よりも高かった。結合効率が高いほど、発生した蛍光のうち開口部を通過した光が多いことを示し、つまり図５Ａ及び図５Ｂで示したように、波長変換デバイスが放つ蛍光の発光面積が小さいことを示す。すなわち、実施例１～３に係る波長変換デバイスが放つ蛍光の発光面積は、比較例に係る波長変換デバイスが放つ蛍光の発光面積よりも小さく、実施例に係る波長変換デバイスは光の利用効率が高いことを示している。

また、図６が示すように、実施例１～３に係る蛍光体セラミックス層の厚みが５０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲にあることで、比較例と比べて、充分に高い結合効率となることが明らかである。つまり、上述の本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層２０の厚みが５０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲であることで、光の利用効率が高い波長変換デバイス１が実現される。

また、実施例１、実施例２、実施例３及び比較例に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）は、それぞれ１０３％、１０６％、１０５％及び１００％であった。すなわち、実施例１～３のいずれにおいても、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）は、比較例における蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）よりも高かった。そして、実施例１～３においては、蛍光体セラミックス層の厚みが７６μｍである実施例２、及び、蛍光体セラミックス層の厚みが１０６μｍである実施例３に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）が、より高かった。

また、図６が示すように、実施例２及び３に係る蛍光体セラミックス層の厚みが７０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲にあることで、比較例と比べて、充分に高い蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）となることが明らかである。つまり、上述の本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層２０の厚みが７０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲であることで、より光の利用効率が高い波長変換デバイス１が実現される。

さらに、実施例１、実施例２、実施例３及び比較例に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）は、それぞれ１２１％、１２４％、１２５％及び１２４％であった。蛍光体セラミックス層の厚みが最も薄い５３μｍである実施例１に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）は、実施例２及び３並びに比較例に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）よりも低かった。この理由は、実施例１に係る波長変換デバイスでは、蛍光体セラミックス層の厚みが薄いため蛍光体セラミックス層がレーザ光を十分吸収できなかったためと考えられる。

ここで、さらに、本実施の形態の実施例４に係る波長変換デバイスにおいて、製造方法と光の利用効率とについて説明する。

まずは、本実施の形態の実施例４に係る波長変換デバイスが備える蛍光体セラミックス層の製造方法について記載する。

実施例４に係る蛍光体セラミックス層は、いずれも、（Ｙ_{０．９９７}Ｃｅ_{０．００３}）_３Ａｌ_５Ｏ_１２で表される第１結晶相によって構成される。また、実施例４に係る蛍光体セラミックス層は、いずれも、Ｃｅ^３＋賦活蛍光体で構成される。

実施例４では、化学量論的組成の化合物（Ｙ_{０．９９７}Ｃｅ_{０．００３}）_３Ａｌ_５Ｏ_１２となるように原料を秤量したこと以外は、実施例１～３と同じ手順で焼成物を得た。つまり、実施例１～３に係る蛍光体セラミックス層と、実施例４に係る蛍光体セラミックス層との主な相違点は、ＹとＣｅとの組成比が異なる点である。

実施例４に係る蛍光体セラミックス層の厚みは、１０３μｍであった。

なお、実施例４に係る蛍光体セラミックス層の外径及び内径は、４１ｍｍ及び２７ｍｍであった。また、実施例４に係る蛍光体セラミックス層は、濃い黄色であった。

続いて、蛍光体セラミックス層の評価について説明する。

まず、アルキメデス法を用いて、実施例４に係る蛍光体セラミックス層の密度が評価された。実施例４に係る蛍光体セラミックス層の密度は、４．４８ｇ／ｃｍ^３であった。また、実施例４に係る蛍光体セラミックス層の密度はいずれも、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２の理論密度（４．５５ｇ／ｃｍ^３）の９８．４％であった。すなわち、実施例４に係る蛍光体セラミックス層の密度は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２の理論密度の９７％ 以上１００％以下であった。

なお、上記の通り、本実施の形態に係る蛍光体セラミックス層２０は、Ｃｅ^３＋及びＣｅ^４＋を有するＹＡＧによって構成されており、つまり、蛍光体セラミックス層２０は、Ｃｅ^３＋及びＣｅ^４＋を含む。そこで、次に硬Ｘ線ＸＡＦＳ装置を利用して、実施例４に係る蛍光体セラミックス層のＣｅ^３＋存在比及びＣｅ^４＋存在比が評価された。具体的には、硬Ｘ線ＸＡＦＳ装置を利用して、５６８７ｅＶ～５７７７ｅＶの範囲で実施例４に係る蛍光体セラミックス層のＸＡＦＳスペクトルが取得される。この取得されたＸＡＦＳスペクトルに対し、Ｃｅ^３＋のリファレンススペクトル及びＣｅ^４＋のリファレンススペクトルのフィッティング解析が行われることで、Ｃｅ^３＋存在比及びＣｅ^４＋存在比が評価された。なお、Ｃｅ^３＋のリファレンススペクトル及びＣｅ^４＋のリファレンススペクトルを得るために、ＣｅＯ_２及びＣｅＦ_３が同様の条件で評価された。

表１は、実施例４に係る蛍光体セラミックス層のＣｅ^３＋存在比及びＣｅ^４＋存在比を示す表である。表１が示すように、実施例４に係る蛍光体セラミックス層のＣｅ^３＋存在比及びＣｅ^４＋存在比は、それぞれ７８．３％及び２１．７％であった。実施例４に係る蛍光体セラミックス層においては、Ｃｅ^３＋×１００％／（Ｃｅ^３＋＋Ｃｅ^４＋）≧６０％を満たし、つまりは、Ｃｅ^３＋存在比は、６０％以上であった。

続いて、実施例４に係る波長変換デバイスの製造方法について記載する。

まず、光反射層としてＡｇがコートされたＡｌの円盤形状の基板本体（直径５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ）が準備される。なお、この基板本体の中心部には、ネジ穴が開けられている。続いて、この基板本体に、蛍光体セラミックス層が設置される。

蛍光体セラミックス層の内側に、中心部にネジ穴が開けられたＡｌの円盤形状の第１板部材（外径２６．５ｍｍ、厚み１００μｍ）が設置される。なお、蛍光体セラミックス層は蛍光体リングであり、第１板部材は、リング状の内側に設置される。そして、さらに、蛍光体セラミックス層及び第１板部材に重なるように、中心部にネジ穴が開けられたＡｌの円盤形状の第２板部材（外径２９ｍｍ、厚み２００μｍ）が設置される。そして、基板本体、第１板部材及び第２板部材がネジ止めされる。このようにして、蛍光体セラミックス層が固定され、波長変換デバイスが得られた。つまり、実施例４に係る波長変換デバイスにおいては、蛍光体セラミックス層は、基板本体と、第２板部材とによって挟まれて固定されている。

このようにして、実施例４に係る蛍光体セラミックス層及び波長変換デバイスが得られた。

さらに、波長変換デバイスの評価について説明する。

実施例４に係る波長変換デバイスは、実施例１～３と同じ方法で評価された。

図７は、本実施の形態の実施例４に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。具体的には、図７には、実施例４に係る波長変換デバイスの、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）、蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）及び結合効率が示されている。なお、図７には、比較のため、実施例１～３及び比較例に係る波長変換デバイスの、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）、蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）及び結合効率も示されている。

ここで、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）とは、アパーチャ部材の開口部を通過した後の波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の比較例に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを１００％とした。

また、蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）とは、アパーチャ部材の開口部を通過する前の波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の比較例に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを１００％とした。

また、結合効率とは、蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）に対する蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）の割合である。つまり、結合効率は、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）を蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）で割った値である。

図７が示すように、実施例４に係る波長変換デバイスの結合効率は、８５％であった。また、上記の通り比較例に係る波長変換デバイスの結合効率は８１％である。より結合効率が高い実施例４に係る波長変換デバイスは、発生した蛍光のうち開口部を通過した光がより多く、蛍光の発光面積がより小さい。例えば、図５Ａ及び図５Ｂで示したように、実施例４に係る波長変換デバイスにおいては、アパーチャ部材２の開口部２ａを通過する光が多いため、プロジェクタ１００の投射光として利用できる光が多い。つまりは、実施例４に係る波長変換デバイスは光の利用効率が高いことを示している。

さらに、実施例４に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）及び蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）は、それぞれ１０８％及び１２８％であった。この値は、実施例１～３に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）及び蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）に比べて高い値である。

上記の通り、実施例４に係る蛍光体セラミックス層においては、Ｃｅ^３＋存在比が６０％以上であり、Ｃｅ^４＋の存在比が４０％未満であり少ない。このため、Ｃｅ^４＋による非発光緩和ロスが低減するため、Ｃｅ^３＋存在比が６０％以上である実施例４に係る蛍光体セラミックス層は、発光効率が高くなる。よって、このような蛍光体セラミックス層を備えることで、実施例４に係る波長変換デバイスは、光の利用効率を高めることができる。さらに、プロジェクタがこのような波長変換デバイス１を備える場合には、プロジェクタの光の利用効率を高めることができる。例えば、低消費電力のプロジェクタを実現できる。

また、Ｃｅ^４＋による非発光緩和ロスが低減するため、実施例４に係る蛍光体セラミックス層の発熱が低減する。このため、このような蛍光体セラミックス層を備えるプロジェクタにおいては、励起光Ｌ１の最大入力エネルギーを高めることができ、つまりは、高出力のプロジェクタを実現できる。

（変形例１）
実施の形態に係る蛍光体セラミックス層２０は、第１結晶相のみによって構成されるがこれに限られない。ここでは、第１結晶相と第２結晶相とを含む蛍光体セラミックス層２０ａを備える波長変換デバイス１ａについて説明する。

［波長変換デバイスの構成］
まず、本変形例に係る波長変換デバイス１ａの構成について図面を用いて説明する。図８は、本変形例に係る波長変換デバイス１ａの斜視図である。図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線における波長変換デバイス１ａの切断面を示す断面図である。

本変形例に係る波長変換デバイス１ａは、蛍光体セラミックス層２０ａを備える点を除いては、実施の形態に係る波長変換デバイス１と同じ構成を有する。つまり、図８及び図９が示すように、波長変換デバイス１ａは、光反射面１３を有する基板１０と、蛍光体セラミックス層２０ａと、反射防止層３０とを備える。

なお、本変形例においても、波長変換デバイス１ａは、プロジェクタに用いられ、励起光Ｌ１を受光して蛍光を含む反射光を放つ蛍光体ホイールである。

蛍光体セラミックス層２０ａは、第１結晶相と第２結晶相とを含む。より具体的には、本変形例においては、蛍光体セラミックス層２０ａは、第１結晶相と第２結晶相とによって構成されている。

第１結晶相は、実施の形態に記載の通りの構成を有する。

また、第２結晶相は、ガーネット構造とは異なる構造を有する結晶相である。つまり、第２結晶相は、第１結晶相が有する構造とは異なる構造を有する。このため、第１結晶相の屈折率と、第２結晶相の屈折率とは、互いに異なる。

蛍光体セラミックス層２０ａが断面観察された場合に、蛍光体セラミックス層２０ａを示す画像の面積全体を１００％としたとき、第１結晶相を示す面積は、例えば、１０％以上９９％以下である。なお、第１結晶相を示す面積は、これに限られず、例えば、７５％以上９８％以下であってもよく、８５％以上９５％以下であってもよい。つまり、本変形例に係る蛍光体セラミックス層２０ａは、主には、第１結晶相を含む。

一例として、本変形例に係る第２結晶相は、ペロブスカイト構造を有する結晶相であるが、これに限られず、ガーネット構造及びペロブスカイト構造とは異なる構造を有する結晶相であってもよい。

ペロブスカイト構造とは、ＥＦＯ_３の一般式で表される結晶構造である。元素Ｅには、Ｃａ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ及びＬｕなどの希土類元素が適用され、元素Ｆには、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ及びＳｃなどの元素が適用される。このようなガーネット構造としては、ＹＡＰ（イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ））などが挙げられる。本変形例においては、第２結晶相は、（Ｙ_１－ｙＣｅ_ｙ）ＡｌＯ_３（０≦ｙ＜０．１）、つまりはＹＡＰで表される。

なお、第２結晶相は、化学組成の異なる複数のペロブスカイト結晶相の固溶体であってもよい。

また、第２結晶相は、前記した一般式ＥＦＯ_３で表される結晶相に対して、化学組成がずれた結晶相が含まれていてもよい。

なお、本変形例に係る蛍光体セラミックス層２０ａは、第１結晶相及び第２結晶相のみによって構成されており、つまり、ガーネット構造及びペロブスカイト構造とは異なる構造を有する結晶相を含まない。

本変形例においては、第２結晶相を表す材料は、一例として、ＹＡＰであるが、これに限られない。また、第２結晶相を表す材料の屈折率と、ガーネット構造を有する第１結晶相を表す材料（ここではＹＡＧ）の屈折率との差が、０．０５以上０．５以下であるように、第２結晶相を示す材料が選択されるとよい。これにより、上記の通り、第１結晶相の屈折率と、第２結晶相の屈折率とは、互いに異なるようになる。なお、第２結晶相を表す材料の屈折率と第１結晶相を表す材料の屈折率との差は、０．０６以上０．３以下であるとよりよく、０．０７以上０．１５以下であるとさらによい。

また、例えば、本変形例に係る第２結晶相がガーネット構造及びペロブスカイト構造とは異なる構造を有する結晶相である場合には、第２結晶相を示す材料として、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９、Ｌｕ_２Ｏ_３及びＬｕ_４Ａｌ_２Ｏ_９などであるとよい。

蛍光体セラミックス層２０ａは、波長変換デバイス１ａの上方から入射する光を励起光Ｌ１として受光して、蛍光を放つ。より具体的には、後述する励起光源から出射した光が励起光Ｌ１として蛍光体セラミックス層２０ａに照射されることで、蛍光体セラミックス層２０ａから波長変換光として蛍光が放たれる。つまり、蛍光体セラミックス層２０ａから放たれる波長変換光は、励起光Ｌ１の波長よりも長い波長の光である。

本変形例において、蛍光体セラミックス層２０ａから放たれる波長変換光には、黄色系光である蛍光が含まれる。蛍光体セラミックス層２０ａは、例えば、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の光を吸収し、波長が４９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の領域に蛍光ピーク波長を有する黄色系光である蛍光を放つ。蛍光体セラミックス層２０ａがＹＡＧ及びＹＡＰで構成されることで、容易に波長が４９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の領域に蛍光ピーク波長を有する蛍光を放つ蛍光体セラミックス層２０ａが実現される。

蛍光体セラミックス層２０ａから放たれる波長変換光の色度図のｘ座標は、０．４１５以下であればよく、０．４１０以下であればよりよく、０．４０８以下であればさらによい。蛍光体セラミックス層２０ａから放たれる波長変換光の色度図のｘ座標が上記数値であると、蛍光体セラミックス層２０ａの温度消光が小さくなるため、発光効率の高い蛍光体セラミックス層２０ａが実現できる。

蛍光体セラミックス層２０ａの密度は、理論密度の９５％以上１００％以下であればよく、理論密度の９７％以上１００％以下であればよりよい。ここで、理論密度とは、層中の原子が理想的に配列しているとした場合の密度である。換言すると、理論密度とは、蛍光体セラミックス層２０ａ中に空隙がないと仮定したときの密度であり、結晶構造を用いて計算される値である。例えば、蛍光体セラミックス層２０ａの密度が９９％である場合、残りの１％は空隙に相当する。つまり、蛍光体セラミックス層２０ａの密度が高いほど、空隙が少ない。蛍光体セラミックス層２０ａの密度が上記範囲であると、蛍光体セラミックス層２０ａが放つ全蛍光量が増えるため、放射される光量がより多い波長変換デバイス１ａ及びプロジェクタを提供できる。なお、理論密度とは、ガーネット構造を有する第１結晶相の理論密度である。

蛍光体セラミックス層２０ａの密度は、４．３２ｇ／ｃｍ^３以上４．５５ｇ／ｃｍ^３以下であればよく、４．４１ｇ／ｃｍ^３以上４．５５ｇ／ｃｍ^３以下であればよりよい。本変形例で示すように、蛍光体セラミックス層２０ａがＹＡＧ及びＹＡＰで構成されている場合、蛍光体セラミックス層２０ａの密度が上記範囲であると、蛍光体セラミックス層２０ａの密度がそれぞれの９５％以上１００％以下及び９７％以上１００％以下となる。蛍光体セラミックス層２０ａの密度が上記範囲であることで、蛍光体セラミックス層２０ａが吸収した励起光Ｌ１を効率よく蛍光に変換することができる。つまり、発光効率の高い蛍光体セラミックス層２０ａが実現される。

蛍光体セラミックス層２０ａの膜厚（ｚ軸方向の長さ）は、５０μｍ以上１５０μｍ未満であるとよく、５０μｍ以上１２０μｍ未満であるとよりよい。また、前記蛍光体セラミックス層の膜厚は、７０μｍ以上１２０μｍ未満であればよりよく、８０μｍ以上１１０μｍ未満であるとさらによい。

［プロジェクタの構成］
以上のように構成されている波長変換デバイス１ａは、実施の形態に係る波長変換デバイス１と同様に、プロジェクタに用いられる。つまり、実施の形態に係る波長変換デバイス１の代わりに、本変形例に係る波長変換デバイス１ａが用いられてもよい。

［実施例］
ここで、実施例５及び６に係る波長変換デバイスにおいて、製造方法と光の利用効率とについて説明する。なお、実施例５に係る波長変換デバイスは本変形例に係る波長変換デバイス１ａと同じ構成を、実施例６に係る波長変換デバイスは実施の形態に係る波長変換デバイス１と同じ構成を備える。

まずは、実施例５及び６に係る波長変換デバイスが備える蛍光体セラミックス層の製造方法について記載する。

実施例５に係る蛍光体セラミックス層は、主に、（Ｙ_{０．９９７}Ｃｅ_{０．００３}）_３Ａｌ_５Ｏ_１２で表される結晶相（つまりは第１結晶相）によって構成される。なお上述の通り、実施例５に係る蛍光体セラミックス層は、第２結晶相も含む。実施例６に係る蛍光体セラミックス層は、（Ｙ_{０．９９７}Ｃｅ_{０．００３}）_３Ａｌ_５Ｏ_１２で表される結晶相（つまりは第１結晶相）によって構成される。また、実施例５及び６に係る蛍光体セラミックス層は、いずれも、Ｃｅ^３＋賦活蛍光体で構成される。

実施例５及び６に係る蛍光体セラミックス層は、実施例１～３で使用した原料と同じ原料を使用した。

まず、化学量論的組成の化合物（Ｙ_{０．９９７}Ｃｅ_{０．００３}）_３Ａｌ_５Ｏ_１２となるように、上記原料が秤量された。次に、実施例１～３と同じ手順で上記原料を混合し、スラリー状の混合原料を得た。

次に、実施例５では、スプレードライヤ装置を利用しない方法で、造粒された混合原料が得られた。具体的には、乾燥機を用いて乾燥された混合原料１００ｇがアルミナ製乳鉢に投入された。そして、０．５ｗｔ％の比率でポリビニルアルコールが水溶された溶液をポリビニルアルコール溶液とし、このポリビニルアルコール溶液１８ｍＬがアルミナ製乳鉢にさらに投入された。その後、乳棒を用いて、混合原料とポリビニルアルコール溶液とが混合された。次に、混合原料とポリビニルアルコール溶液との混合物が、目開き５１２μｍのメッシュを用いて、篩われた。この結果、粒子サイズが５１２μｍ程度以下となる混合原料とポリビニルアルコール溶液との混合物が得られた。その後、当該混合物が、１０５℃に設定した乾燥機で３０分処理され、水分が取り除かれた。このようにして、実施例５で使用する、造粒された混合原料が得られた。また、実施例６では、実施例１～３と同じ手順で混合原料を造粒し、造粒された混合原料が得られた。

実施例５及び６に係る蛍光体セラミックス層は、同じ方法で仮成型された。具体的には、造粒された混合原料は、電動油圧プレス機（理研精機株式会社製、ＥＭＰ－５）と円筒型の金型（外径６６ｍｍ、内径４６ｍｍ、高さ１３０ｍｍ）とを利用して、円筒型に仮成型された。成型時の圧力は、５ＭＰａとした。次に、冷間等方圧加圧装置を利用して、仮成型後の成型体が本成型された。本成型時の圧力は、３００ＭＰａとした。なお、本成型後の成型体は、造粒時に使用された粘着剤（バインダ）を除去する目的で、加熱処理（脱バインダー処理）が行われた。加熱処理の温度は、５００℃とした。また、加熱処理の時間は、１０時間とした。

加熱処理後の成型体は、管状雰囲気炉を用いて、焼成された。焼成温度は、１６７５℃とした。また、焼成時間は、４時間とした。焼成雰囲気は、窒素と水素との混合ガス雰囲気とした。なお、焼成後の焼成物の外径及び内径は、それぞれ４９ｍｍ及び３５ｍｍであった。

焼成後の円筒型の焼成物は、マルチワイヤーソーを用いて、スライスされた。スライスされた円筒型の焼成物の厚みは、約７００μｍとした。

なお、実施例５及び６では、焼成後の焼成物は、１０００℃以上の温度で加熱処理された。

研磨装置を用いて、スライス後の焼成物が研磨され、焼成物の厚みの調整が行われた。蛍光体セラミックス層の厚みは、実施例５では１１８μｍ、実施例６では１１７μｍであった。

なお、実施例５及び６に係る蛍光体セラミックス層の外径及び内径は、いずれも、４９ｍｍ及び３５ｍｍであった。また、実施例５及び６に係る蛍光体セラミックス層は、濃い黄色であった。

続いて、蛍光体セラミックス層の評価について説明する。

まず、アルキメデス法を用いて、実施例５及び６に係る蛍光体セラミックス層の密度が評価された。実施例５及び６に係る蛍光体セラミックス層の密度は、それぞれ４．４８ｇ／ｃｍ^３及び４．４２ｇ／ｃｍ^３であった。また、実施例５及び６に係る蛍光体セラミックス層の密度は、それぞれＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２の理論密度（４．５５ｇ／ｃｍ３）の９８．４％及び９７．１％であった。すなわち、実施例５及び６に係る蛍光体セラミックス層の密度は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２の理論密度の９７％ 以上１００％以下であった。

次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、実施例５に係る蛍光体セラミックス層の断面ＳＥＭ画像が評価された。

図１０は、本変形例の実施例５に係る蛍光体セラミックス層の断面を示すＳＥＭ画像である。図１０の（ａ）は、実施例５に係る蛍光体セラミックス層の広範囲の断面を示すＳＥＭ画像である。なお、図１０の（ａ）が示すＳＥＭ画像は、図９が示す断面図での破線矩形で囲まれた領域の画像に相当する。図１０の（ｂ）は、図１０の（ａ）の一点鎖線の矩形で囲まれた領域が拡大されたＳＥＭ画像である。図１０の（ｃ）は、図１０の（ａ）の二点鎖線の矩形で囲まれた領域が拡大されたＳＥＭ画像である。

ここで、実施例５における蛍光体セラミックス層、つまりは、本変形例に係る蛍光体セラミックス層２０ａは、単相部と、この単相部と区分された混合相部とを含む。図１０の（ｂ）には単相部が、図１０の（ｃ）には、混合相部が示されている。

本変形例においては、図１０におけるＳＥＭ画像において、より色の濃い領域がガーネット構造を有する第１結晶相に相当し、より色の薄い領域がペロブスカイト構造を有する第２結晶相に相当する。また、図１０におけるＳＥＭ画像において、最も色の濃い領域が空隙に相当する。

単相部には、ガーネット構造を有する第１結晶相、及び、ガーネット構造とは異なる構造（ここではペロブスカイト構造）を有する第２結晶相のうち第１結晶相のみが設けられている。なお、より具体的には、ここでは、単相部には、第１結晶相のみが設けられており、ガーネット構造及びペロブスカイト構造とは異なる構造を有するその他の結晶相などは設けられていない。

また、混合相部には、第１結晶相及び第２結晶相の両方が混合されて設けられている。より具体的には、混合相部には、第１結晶相及び第２結晶相の両方のみが混合されて設けられている。なお、混合相部には、第１結晶相及び第２結晶相の両方と、さらにガーネット構造及びペロブスカイト構造とは異なる構造を有するその他の結晶相とが混合されて設けられていてもよい。

実施例５に係る混合相部は、第１結晶相及び第２結晶相の両方がランダムに入り組んだ構造で混合されて設けられているが、これに限られず、第１結晶相及び第２結晶相の両方が周期的に配列した構造で混合されて設けられていてもよい。

なお、実施例５における蛍光体セラミックス層は、複数の混合相部を含む。図１０の（ａ）で点線で囲まれる領域は、それぞれ混合相部に相当する。

複数の混合相部のそれぞれの周囲は、単相部によって囲まれている。単相部及び複数の混合相部の形状は、海島形状であるとも言える。この場合、単相部が海に、複数の混合相部が島に相当する。

また、混合相部には、第１結晶相と比べて、より多くの第２結晶相が設けられているとよい。例えば、混合相部における第１結晶相と第２結晶相との比率は、以下の通りである。実施例５に係る蛍光体セラミックス層が断面観察された場合（例えば、図１０）に、混合相部を示す画像の面積全体を１００％としたとき、第２結晶相を示す面積は、例えば、１０％以上９９％以下である。なお、第２結晶相を示す面積は、これに限られず、例えば、７０％以上９５％以下であってもよく、８０％以上９０％以下であってもよい。つまり、本変形例に係る混合相部には、主に、第２結晶相が設けられている。

このように、混合相部には、ガーネット構造を有する第１結晶相及びペロブスカイト構造を有する第２結晶相の両方が混合されて設けられている。上記の通り、第１結晶相の屈折率と、第２結晶相の屈折率とは、互いに異なる。このため、第１結晶相のみが設けられている単相部の屈折率と、混合相部の屈折率とは、互いに異なる。本変形例においては、ＹＡＧの屈折率が１．８３でありＹＡＰの屈折率が１．９１であるため、単相部の屈折率は混合相部の屈折率よりも低い。

さらに、混合相部のサイズについて説明する。なお、混合相部のサイズとは、図１０が示すＳＥＭ画像における混合相部の長尺方向の長さを示す。混合相部のサイズとは、例えば、図１０の両矢印で示される長さである。混合相部のサイズは、０．５μｍ以上５００μｍ未満であるとよく、１μｍ以上３００μｍ未満であるとよりよく、２μｍ以上１００μｍ未満であるとさらによい。

このように、実施例５に係る蛍光体セラミックス層（蛍光体セラミックス層２０ａ）は第１結晶相及び第２結晶相を含み、図１０では単相部及び混合相部が設けられていることが示された。一方で、実施例６に係る蛍光体セラミックス層は第１結晶相のみによって構成されている。そのため、実施例６に係る蛍光体セラミックス層では、混合相部が設けられていないことが確認されている。

続いて、実施例５及び６に係る波長変換デバイスの製造方法について記載する。

まず、光反射層としてＡｇがコートされたＡｌの円盤形状の基板本体（直径５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ）が準備される。なお、この基板本体の中心部には、ネジ穴が開けられている。続いて、この基板本体に、蛍光体セラミックス層が設置される。

蛍光体セラミックス層の内側に、中心部にネジ穴が開けられたＡｌの円盤形状の第３板部材（外径３４．５ｍｍ、厚み１００μｍ）が設置される。なお、蛍光体セラミックス層は蛍光体リングであり、第３板部材は、リング状の内側に設置される。そして、さらに、蛍光体セラミックス層及び第３板部材に重なるように、中心部にネジ穴が開けられたＡｌの円盤形状の第４板部材（外径３９ｍｍ、厚み２００μｍ）が設置される。そして、基板本体、第３板部材及び第４板部材がネジ止めされる。このようにして、蛍光体セラミックス層が固定され、波長変換デバイスが得られた。つまり、実施例５及び６に係る波長変換デバイスにおいては、蛍光体セラミックス層は、基板本体と、第４板部材とによって挟まれて固定されている。

さらに、波長変換デバイスの評価について説明する。

実施例５及び６に係る波長変換デバイスは、実施例１～３と同じ方法で評価した。

図１１は、本変形例の実施例５及び６に係る波長変換デバイスの評価結果を示す図である。具体的には、図１１には、実施例５及び６に係る波長変換デバイスの、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）、蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）及び結合効率が示されている。

ここで、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）とは、アパーチャ部材の開口部を通過した後の、それぞれの波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の実施例６に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを１００％とした。

また、蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）とは、アパーチャ部材の開口部を通過する前の、それぞれの波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーの相対値である。なお、開口部を通過した後の実施例６に係る波長変換デバイスが放った蛍光の蛍光エネルギーを１００％とした。

また、結合効率とは、蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）に対する蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）の割合である。つまり、結合効率は、蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）を蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）で割った値である。

図１１が示すように、実施例５及び６に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値（開口部通過後）は、それぞれ１０１％及び１００％であった。さらに、実施例５及び６に係る波長変換デバイスの蛍光エネルギー相対値（開口部通過前）は、それぞれ１１７％及び１２２％であった。

また、本変形例に係る波長変換デバイス１ａに相当する実施例５に係る波長変換デバイスの結合効率は、８７％であった。実施の形態に係る波長変換デバイス１に相当する実施例６に係る波長変換デバイスの結合効率は８２％であった。

上記の通り、実施例５に係る波長変換デバイスが備える蛍光体セラミックス層（蛍光体セラミックス層２０ａ）は、互いに屈折率が異なる第１結晶相と第２結晶相とによって構成される。

これにより、蛍光体セラミックス層２０ａの中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光Ｌ１及び蛍光が散乱され易くなる。この結果、実施の形態の図５Ａ及び図５Ｂで示された層の平面方向（つまり、ｘ軸方向又はｙ軸方向）への導光が抑制され、蛍光体セラミックス層２０ａの発光面積がより小さくなる。このため、実施例５に係る波長変換デバイスの結合効率は、実施例６に係る波長変換デバイスの結合効率に比べて高くなる。つまり、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い実施例５に係る波長変換デバイス（波長変換デバイス１ａ）が実現される。プロジェクタがこのような波長変換デバイス１ａを備える場合には、プロジェクタの光の利用効率をより高めることができる。

また、蛍光体セラミックス層２０ａは、単相部と、この単相部とは区分された混合相部とを含む。単相部には、第１結晶相及び第２結晶相のうち第１結晶相のみが設けられ、混合相部には、第１結晶相及び第２結晶相の両方が混合されて設けられている。このような、単相部の屈折率及び混合相部の屈折率は、互いに異なる。

これにより、蛍光体セラミックス層２０ａの中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光Ｌ１及び蛍光がさらに散乱され易くなる。この結果、蛍光体セラミックス層２０ａの発光面積がさらに小さくなる。このため、さらにエタンデュが小さく、さらに光の利用効率が高い波長変換デバイス１ａが実現される。

また、混合相部のサイズが上記範囲である場合には、励起光Ｌ１及び蛍光がさらに散乱され易くなる。

また、蛍光体セラミックス層２０ａは複数の混合相部を含む。複数の混合相部のそれぞれの周囲は、単相部に囲まれている。

これにより、励起光Ｌ１及び蛍光がさらに散乱され易くなる。この結果、蛍光体セラミックス層２０ａの発光面積がさらに小さくなる。このため、さらにエタンデュが小さく、さらに光の利用効率が高い波長変換デバイス１ａが実現される。

以上の結果は、蛍光体セラミックス層２０ａの膜厚が薄いことによる導光抑制効果だけでなく、蛍光体セラミックス層２０ａ自体の導光抑制効果によって、波長変換デバイス１ａの結合効率が高まったことを示唆するものである。つまり、蛍光体セラミックス層２０ａの膜厚を制御せずとも、波長変換デバイス１ａの結合効率を高められることを示唆するものである。

また、第２結晶相を表す材料の屈折率と、第１結晶相を表す材料の屈折率との差は、０．０５以上０．５以下である。

これにより、励起光Ｌ１及び蛍光がさらに散乱され易くなる。この結果、蛍光体セラミックス層２０ａの発光面積がさらに小さくなる。このため、さらにエタンデュが小さく、さらに光の利用効率が高い波長変換デバイス１ａが実現される。

また、第２結晶相は、（Ｙ_１－ｙＣｅ_ｙ）ＡｌＯ_３（０≦ｙ＜０．１）で表される結晶相である。

これにより、第２結晶相を表す材料の屈折率と、第１結晶相を表す材料の屈折率との差を上記範囲にすることが容易になる。

（変形例２）
さらに、蛍光体セラミックス層２０及び２０ａとは、構成が異なる蛍光体セラミックス層２０ｂについて説明する。

図１２は、本変形例に係る蛍光体セラミックス部材の斜視図である。

本変形例に係る蛍光体セラミックス部材は、一例として、層状の形状を有する蛍光体セラミックス層２０ｂである。

蛍光体セラミックス層２０ｂは、実施の形態及び変形例１で示した蛍光体セラミックス層２０及び２０ａと同様に、プロジェクタに用いられる部材である。

蛍光体セラミックス層２０ｂは、以下の１点を除いて、変形例１に係る蛍光体セラミックス層２０ａと同様の構成を備える。具体的に１点とは、Ｃｅ^３＋存在比が６０％以上である点である。

つまり、蛍光体セラミックス層２０ｂは、ガーネット構造を有する第１結晶相と、ガーネット構造以外の構造を有する第２結晶相とを含む。第１結晶相と第２結晶相とは、互いに屈折率が異なる。なお、本変形例においては、第１結晶相及び第２結晶相はそれぞれＹＡＧ及びＹＡＰで表される結晶相であり、蛍光体セラミックス層２０ｂも、主には第１結晶相を含む。また、蛍光体セラミックス部材（蛍光体セラミックス層２０ｂ）の密度は、理論密度の９５％以上１００％以下であればよく、理論密度の９７％以上１００％以下であればよりよい。また、蛍光体セラミックス部材（蛍光体セラミックス層２０ｂ）の膜厚は、とくに制限を設けなくともよいが、制限を設ける場合は、５０μｍ以上５００μｍ未満であるとよく、５０μｍ以上３００μｍ未満であるとよりよい。また、当該膜厚は、５０μｍ以上１２０μｍ未満であるとさらによい。

蛍光体セラミックス部材（蛍光体セラミックス層２０ｂ）が上記構成を備える。このため、蛍光体セラミックス層２０ｂがプロジェクタに用いられ、励起光が照射された場合に、蛍光体セラミックス層２０ｂの中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光及び蛍光がより散乱される。この結果、実施の形態の図５Ａ及び図５Ｂで示された層の平面方向（つまり、ｘ軸方向又はｙ軸方向）への導光が抑制され、蛍光体セラミックス層２０ｂの発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い蛍光体セラミックス部材となる。プロジェクタがこのような蛍光体セラミックス部材（蛍光体セラミックス層２０ｂ）を備える場合には、プロジェクタの光の利用効率をより高めることができる。

さらに、蛍光体セラミックス層２０ｂは、Ｃｅ^３＋及びＣｅ^４＋を有するＹＡＧ及びＹＡＰによって構成されており、つまり、蛍光体セラミックス層２０ｂは、Ｃｅ^３＋及びＣｅ^４＋を含む。ここで、蛍光体セラミックス層２０ｂにおいては、Ｃｅ^３＋×１００％／（Ｃｅ^３＋＋Ｃｅ^４＋）≧６０％を満たし、つまりは、Ｃｅ^３＋存在比は、６０％以上である。

Ｃｅ^３＋存在比が６０％以上である蛍光体セラミックス層２０ｂは、Ｃｅ^４＋による非発光緩和ロスが低減するため、発光効率が高くなる。さらに、このような蛍光体セラミックス層２０ｂを備えるプロジェクタにおいては、光の利用効率を高めることができる。例えば、低消費電力のプロジェクタを実現できる。

また、Ｃｅ^４＋による非発光緩和ロスが低減するため、蛍光体セラミックス層２０ｂの発熱が低減する。このため、このような蛍光体セラミックス層２０ｂを備えるプロジェクタにおいては、励起光の最大入力エネルギーを高めることができ、つまりは、高出力のプロジェクタを実現できる。

（その他の実施の形態）
以上、本発明に係る波長変換デバイス等について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び変形例に施したものや、実施の形態及び変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲に含まれる。

なお、実施の形態においては、光源は半導体レーザ光源であったが、これに限られず、ＬＥＤ光源であってもよい。

また、上記の実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

１ 波長変換デバイス
１０ 基板
１１ 基板本体
１２ 光反射層
１３ 光反射面
２０ 蛍光体セラミックス層
３０ 反射防止層
１００ プロジェクタ
１２１ 光散乱性粒子
Ｌ１ 励起光
Ｌ２ 反射光

Claims (13)

1. プロジェクタに用いられ、励起光を受光して蛍光を含む反射光を放つ波長変換デバイスであって、
   基板本体と、前記基板本体の上方に位置し光反射面を含む光反射層とを有する基板と、
   前記光反射面の上方に位置し、ガーネット構造を有する第１結晶相を含む蛍光体セラミックス層と、
   前記光反射層と前記蛍光体セラミックス層との間に設けられた、透明材料からなる接合層と、を備え、
   前記光反射面の可視光反射率は、９５％以上１００％以下であり、
   前記蛍光体セラミックス層の密度は、理論密度の９７％以上１００％以下であり、
   前記蛍光体セラミックス層の膜厚は、５０μｍ以上１２０μｍ未満であり、
   前記光反射層の平面視で、前記光反射層は、前記蛍光体セラミックス層の外形の外側へ広がって設けられ、
   前記蛍光体セラミックス層は、ガーネット構造とは異なる構造を有する第２結晶相を、さらに含み、
   前記第２結晶相は、ランダムに入り組んだ構造を有する
   波長変換デバイス。
2. 前記蛍光体セラミックス層の膜厚は、７０μｍ以上１２０μｍ未満である
   請求項１に記載の波長変換デバイス。
3. さらに、前記蛍光体セラミックス層の上方に位置し、前記励起光の反射を防止する反射防止層を備える
   請求項１又は２に記載の波長変換デバイス。
4. 前記光反射層は、光散乱性粒子を含む
   請求項１に記載の波長変換デバイス。
5. 前記光反射層は、Ａｇを含む
   請求項１に記載の波長変換デバイス。
6. 前記蛍光体セラミックス層は、（Ｙ_１－ｘＣｅ_ｘ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２（０．００１≦ｘ＜０．１）で表される前記第１結晶相によって構成される
   請求項１～５のいずれか１項に記載の波長変換デバイス。
7. 前記蛍光体セラミックス層の密度は、４．４１ｇ／ｃｍ^３以上４．５５ｇ／ｃｍ^３以下である
   請求項１～６のいずれか１項に記載の波長変換デバイス。
8. 前記蛍光体セラミックス層は、単相部と、前記単相部とは区分された混合相部とを、含み、
   前記単相部には、前記第１結晶相及び前記第２結晶相のうち前記第１結晶相のみが設けられ、
   前記混合相部には、前記第１結晶相及び前記第２結晶相の両方が混合されて設けられている
   請求項１に記載の波長変換デバイス。
9. 前記蛍光体セラミックス層は、複数の前記混合相部を含み、
   前記複数の混合相部のそれぞれの周囲は、前記単相部に囲まれている
   請求項８に記載の波長変換デバイス。
10. 前記第２結晶相を表す材料の屈折率と、前記第１結晶相を表す材料の屈折率との差は、０．０５以上０．５以下である
    請求項８又は９に記載の波長変換デバイス。
11. 前記第２結晶相は、（Ｙ_１－ｙＣｅ_ｙ）ＡｌＯ_３（０≦ｙ＜０．１）で表される結晶相である
    請求項８～１０のいずれか１項に記載の波長変換デバイス。
12. 前記蛍光体セラミックス層はＣｅ^３＋及びＣｅ^４＋を含み、
    Ｃｅ^３＋×１００％／（Ｃｅ^３＋＋Ｃｅ^４＋）≧６０％を満たす
    請求項１～１１のいずれか１ 項に記載の波長変換デバイス。
13. 励起光を放つ励起光源と、
    前記励起光源から放たれた前記励起光を受光して、蛍光を含む反射光を放つ請求項１～１２のいずれか１項に記載の波長変換デバイスと、を備える
    プロジェクタ。

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