照明装置及投影仪的制作方法

1.本发明涉及照明装置及投影仪。


背景技术：

2.以往，存在这样的照明装置：利用设置于波长转换层的表面的光散射面使第1波长的光的一部分散射并反射，将对入射到波长转换层的第1波长的光进行波长转换而得到的第2波长的荧光与进行了散射反射的第1波长的光合成，从而射出白色照明光(例如参照下述专利文献1、2)。
3.专利文献1：日本特开2017-215549号公报
4.专利文献2：特开2017-194523号公报
5.但是，在上述照明装置中，第1波长的光的散射角度不充分，在散射特性的控制方面有改善的余地，所以，不能高效率地将第1波长的光作为照明光而取出，存在光利用效率降低的问题。


技术实现要素：

6.为了解决上述课题，根据本发明的第1方式，提供一种照明装置，其具有：光源，其射出第1波段的光；波长转换元件，其将所述第1波段的光转换为与所述第1波段不同的第2波段的光；光学元件，其将从所述光源射出的所述第1波段的光向所述波长转换元件反射，使所述第2波段的光透过；以及照明光学系统，其相对于所述光学元件配置在所述波长转换元件的相反侧，入射从所述波长转换元件射出的光，所述波长转换元件具有：基板，其具有第1面；反射层，其与所述第1面相对设置；波长转换层，其具有第2面，与所述反射层相对设置，将所述第1波段的光转换为所述第2波段的光；以及结构体，其与所述第2面相对设置，包含使所述第1波段的光的一部分反射的多个凸部，所述多个凸部具有相对于所述第2面倾斜的倾斜面，由所述倾斜面反射的所述第1波段的光的至少一部分不经由所述光学元件而入射到所述照明光学系统。
7.根据本发明的第2方式，提供一种投影仪，其具备本发明的第1方式的照明装置；光调制装置，其根据图像信息对来自上述照明装置的光进行调制；以及投射光学装置，其投射由所述光调制装置调制后的光。
附图说明
8.图1是示出第1实施方式的投影仪的结构的图。
9.图2是示出照明装置的概略结构的图。
10.图3是示出波长转换元件的结构的剖视图。
11.图4a是示出结构体的制造方法的图。
12.图4b是示出结构体的制造方法的图。
13.图4c是示出结构体的制造方法的图。
14.图5a是用于说明由结构体反射的第1光的主要部分放大俯视图。
15.图5b是图5a的沿b-b线从箭头方向观察的剖视图。
16.图6是示出从波长转换元件射出的光的状态的概念图。
17.图7是示出蓝色反射光的照度分布的图。
18.图8a是示出与蓝色反射光的损耗相关的模拟结果的曲线图。
19.图8b是示出与蓝色反射光的损耗相关的模拟结果的曲线图。
20.图9是示出第1变形例的波长转换元件的结构的剖视图。
21.图10是示出结构体的填充率与光学元件的损耗之间的关系的曲线图。
22.图11是示出第2变形例的波长转换元件的结构的剖视图。
23.图12是示出第2实施方式的波长转换元件的结构的剖视图。
24.图13是示出第2实施方式的蓝色反射光的照度分布的图。
25.图14a是示出第3实施方式的波长转换元件的结构的剖视图。
26.图14b是第3实施方式的波长转换元件的主要部分的剖面放大图。
27.图15是示出第3实施方式的蓝色反射光的照度分布的图。
28.图16是示出第4实施方式的波长转换元件的结构的剖视图。
29.图17是示出第4实施方式的蓝色反射光的照度分布的图。
30.图18是示出将结构体和波长转换层一体形成的结构的图。
31.标号说明
32.1投影仪；2照明装置；4b、4g、4r光调制装置；6投射光学装置；11光源；13光学元件；15、15a、15b、115、215、315波长转换元件；16照明光学系统；21基板；21a上表面(第1面)；22反射层；23波长转换层；23a上表面(第2面)；24a凹部；40、40a、40b、140、240、340结构体；41、141、241、341凸部；41a、141a、243、343倾斜面；142微小凹部；143凹凸形状部；243a第1倾斜面；243b第2倾斜面；245、345顶部；345a表面；wl照明光；θ1第1角度；θ2第2角度。
具体实施方式
33.以下，使用附图对本发明的一个实施方式进行说明。
34.本实施方式的投影仪是使用液晶面板作为光调制装置的投影仪的一例。
35.另外，在以下的各图中，为了容易观察各构成要素，有时根据构成要素而使尺寸的比例尺不同来表示。
36.(第1实施方式)
37.图1是示出本实施方式的投影仪的结构的图。
38.图1所示的本实施方式的投影仪1是在屏幕(被投影面)scr上显示彩色图像的投影型图像显示装置。投影仪1使用与红色光lr、绿色光lg、蓝色光lb的各色光对应的3个光调制装置。
39.投影仪1具备照明装置2、色分离光学系统3、光调制装置4r、光调制装置4g、光调制装置4b、合成光学系统5和投射光学装置6。
40.照明装置2向色分离光学系统3射出白色的照明光wl。色分离光学系统3将白色的照明光wl分离为红色光lr、绿色光lg和蓝色光lb。色分离光学系统3具备第1分色镜7a、第2分色镜7b、第1反射镜8a、第2反射镜8b、第3反射镜8c、第1中继透镜9a和第2中继透镜9b。
41.第1分色镜7a将来自照明装置2的照明光wl分离为红色光lr和其他光(绿色光lg及蓝色光lb)。第1分色镜7a使所分离的红色光lr透射，使其他的光(绿色光lg及蓝色光lb)反射。另一方面，第2分色镜7b将其他的光分离为绿色光lg和蓝色光lb。第2分色镜7b使所分离的绿色光lg进行反射，使蓝色光lb透射。
42.第1反射镜8a配置于红色光lr的光路中，使透过第1分色镜7a的红色光lr朝向光调制装置4r反射。另一方面，第2反射镜8b及第3反射镜8c配置于蓝色光lb的光路中，使透过第2分色镜7b的蓝色光lb朝向光调制装置4b反射。并且，绿色光lg被第2分色镜7b朝向光调制装置4g反射。
43.第1中继透镜9a及第2中继透镜9b配置于蓝色光lb的光路中的第2分色镜7b的光射出侧。第1中继透镜9a及第2中继透镜9b对蓝色光lb的光路长度比红色光lr、绿色光lg的光路长度长导致的蓝色光lb的照明分布差异进行修正。
44.光调制装置4r根据图像信息调制红色光lr，形成与红色光lr对应的图像光。光调制装置4g根据图像信息调制绿色光lg，形成与绿色光lg对应的图像光。光调制装置4b根据图像信息对蓝色光lb进行调制，形成与蓝色光lb对应的图像光。
45.光调制装置4r、光调制装置4g及光调制装置4b例如使用透射型液晶面板。另外，在液晶面板的入射侧及射出侧分别配置偏振板(未图示)，成为仅使特定方向的直线偏振光通过的结构。
46.在光调制装置4r、光调制装置4g及光调制装置4b的入射侧分别配置有场透镜10r、场透镜10g以及场透镜10b。场透镜10r、场透镜10g及场透镜10b使入射到各个光调制装置4r、光调制装置4g、光调制装置4b的红色光lr、绿色光lg、蓝色光lb的主光线平行化。
47.合成光学系统5通过入射从光调制装置4r、光调制装置4g以及光调制装置4b所射出的图像光，对对应于红色光lr、绿色光lg、蓝色光lb的图像光进行合成，将合成的图像光朝向投射光学装置6射出。合成光学系统5例如使用十字分色棱镜。
48.投射光学装置6由多个投影透镜构成。投射光学装置6将由合成光学系统5合成的图像光朝向屏幕scr放大投射。由此，在屏幕scr上显示图像。
49.对本实施方式的照明装置2的一例进行说明。
50.图2是示出照明装置2的概略结构的图。
51.如图2所示，照明装置2具备光源11、第1光学系统12、光学元件13、第2光学系统14、波长转换元件15和照明光学系统16。光源11、第1光学系统12及光学元件13沿光源光轴ax1配置。波长转换元件15、第2光学系统14、光学元件13及照明光学系统16沿照明装置2的照明光轴ax配置。光源光轴ax1及照明光轴ax相互正交。
52.光源11射出第1光b。第1光b是具有第1波段的光。第1光b的第1波段例如是450～460nm，发光强度的峰值波长例如是455nm。即，第1光b是蓝色光。光源11由至少1个半导体激光器构成。半导体激光器也可以射出具有455nm以外的峰值波长的第1光b。光源11包括与半导体激光器对应地设置的准直透镜(省略图示)。由此，光源11将从半导体激光器射出的第1光b转换为平行光而射出。
53.从光源11射出的第1光b入射到第1光学系统12。第1光学系统12包括至少1个凸透镜，使第1光b以会聚的状态入射到光学元件13。
54.光学元件13配置在第1光学系统12的焦点附近。由此，第1光b被会聚而以光束直径
大致最小化的状态入射到光学元件13。这样使第1光b以会聚的状态入射到光学元件13，能够使光学元件13的尺寸小型化。
55.光学元件13是具有反射具有第1波段的第1光b、使从后述的波长转换元件15射出的第2波段的第2光y透过的光学特性的分色镜。光学元件13由电介质多层膜构成。
56.在本实施方式的情况下，第2光学系统14包括至少1个凸透镜，使第1光b一边会聚一边入射到波长转换元件15。
57.照明光学系统16相对于光学元件13配置在波长转换元件15的相反侧，入射作为从波长转换元件15射出的光的照明光wl。另外，关于照明光wl，在后面叙述。
58.图3是示出波长转换元件15的结构的剖视图。
59.如图3所示，波长转换元件15包括基板21、反射层22、波长转换层23和结构体40。基板21具有上表面(第1面)21a。基板21是支承反射层22、波长转换层23和结构体40的支承基板，并且是辐射从波长转换层23传导的热的散热基板。基板21可以由具有高导热率的材料例如金属或陶瓷等构成。
60.反射层22设置于基板21的上表面21a。即，反射层22位于基板21和波长转换层23之间，将从该波长转换层23入射的光向该波长转换层23侧反射。反射层22由包含电介质多层膜、金属镜及增强反射膜等的层叠膜构成。
61.波长转换层23与反射层22相对设置。在本实施方式的情况下，波长转换层23设置在反射层22上。波长转换层23具有入射第1光b的上表面(第2面)23a和与上表面23a不同的下表面23b。波长转换层23将第1波段的第1光b转换为具有与第1波段不同的第2波段的第2光y。
62.波长转换层23可以包含陶瓷荧光体，也可以包含单晶荧光体。第2波段例如是500～680nm。即，第2光y是包含绿色光成分和红色光成分的黄色光。
63.波长转换层23例如包含钇铝石榴石(yag)类荧光体。以含有铈(ce)作为活化剂的yag：ce为例，作为波长转换层23可以使用将含有y2o3、al2o3、ceo3等构成元素的原料粉末混合并进行固相反应而得到的材料、通过共沉淀法或溶胶凝胶法等湿式法得到的y-al-o无定形粒子、通过喷雾干燥法或火焰热分解法、热等离子体法等气相法得到的yag粒子等。在使用多孔质烧结体作为波长转换层23的情况下，光在荧光体内部散射，光难以向横向传播，因此，从光利用效率的观点来看也是优选的。
64.在本实施方式中，波长转换层23包括设置于内部的多个气孔24。由此，波长转换层23通过多个气孔24而具有光散射特性。多个气孔24的一部分在波长转换层23的上表面23a露出。通过在上表面23a露出的气孔24，在上表面23a形成有凹部24a。
65.结构体40与波长转换层23的上表面23a相对设置。结构体40使第1光b的一部分反射。结构40包括多个凸部41。在本实施方式的情况下，多个凸部41具有四棱锥形状。
66.结构体40的至少一部分进入凹部24a内而形成。由此，结构体40与波长转换层23的接触面积变大，因此，通过锚定效应而提高了结构体40相对于波长转换层23的紧贴性。因此，能够抑制结构体40从波长转换层23剥离。
67.在本实施方式中，结构体40与波长转换层23分开形成。
68.图4a至图4c是示出结构体40的制造方法的图。
69.在制造结构体40的情况下，首先，如图4a所示，例如通过蒸镀法、溅射法、cvd法、涂
布法等对结构体40的形成材料进行成膜，从而在波长转换层23的上表面23a形成结构体形成层39。然后，通过压印工艺将与结构体40的形状对应的模具构件50按压在形成于结构体形成层39上的树脂层51上，如图4b所示，将结构体40的凹凸形状转印至树脂层51。之后，通过进行将转印了凹凸形状的树脂层51用作掩模的蚀刻工艺，在波长转换层23上形成结构体40。
70.结构体40优选由光吸收小且化学性稳定的材料构成。在本实施方式的情况下，结构体40由折射率为1.3～1.7的范围的材料构成，例如可以使用sio2、sion等。例如，如果使用sio2构成结构体40，则能够通过湿式或干式蚀刻工艺高精度地进行加工。
71.在本实施方式中，第1光b以会聚的状态入射到波长转换元件15。第1光b的一部分透过设置在波长转换层23的上表面23a上的结构体40，第1光b的另一部分被结构体40反射。透过结构体40的第1光b的一部分在波长转换层23内被转换为第2光y。以下，将由结构体40反射而射出的第1光b的另一部分称为蓝色反射光b1。
72.在本实施方式的情况下，结构体40由光吸收小的材料构成，所以，抑制了由波长转换层23生成的第2光y在结构体40中的吸收。因此，在本实施方式的波长转换元件15中，由波长转换层23生成的第2光y透过结构体40，高效地向外部射出。
73.在本实施方式的照明装置2中，从波长转换元件15向第2光学系统14射出包含蓝色反射光b1和第2光y的白色的照明光wl。照明光wl被第2光学系统14大致平行化。透过第2光学系统14的照明光wl通过配置在照明光轴ax上的光学元件13。
74.在此，光学元件13具有反射第1光b并且使第2光y透过的光学特性。因此，照明光wl包含的第2光y透过光学元件13而朝向照明光学系统16。由于第2光y透过光学元件13，所以，能够降低由光学元件13引起的第2光y的光损耗。
75.另一方面，照明光wl包含的蓝色反射光b1是与第1光b相同的第1波段的光，因此，被光学元件13反射。被光学元件13反射的蓝色反射光b1返回光源11侧，所以，不能作为照明光wl取出到外部，造成损耗。在本实施方式的照明装置2中，如后所述，通过对设置在波长转换层23的上表面23a上的结构体40的形状进行研究，降低蓝色反射光b1的光损耗。
76.图5a示出结构体40的平面结构，图5b示出结构体40的剖面结构。在图5a和图5b中，将通过由四棱锥形状构成的凸部41的中心的轴设为中心轴o。
77.如图5a和图5b所示，在本实施方式的情况下，构成结构体40的多个凸部41无间隙地配置在波长转换层23的上表面23a。多个凸部41具有相对于波长转换层23的上表面23a倾斜的倾斜面41a。即，在本实施方式中，凸部41的表面是相对于波长转换层23的上表面23a倾斜的倾斜面41a。
78.在此，考虑在波长转换层23的上表面23a不设置结构体的情况。此时，第1光b的一部分作为在波长转换层23的上表面23a各向同性地散射的散射反射光入射到第2光学系统14。被第2光学系统14平行化的散射反射光的一部分再次入射到配置在第2光学系统14上的光学元件13。如上所述，光学元件13具有反射具有第1波段的第1光b的光学特性，所以，入射到光学元件13的散射反射光被反射到光源11侧而成为损耗。
79.根据本实施方式的波长转换元件15，如上所述，将凸部41的表面作为倾斜面41a。由此，入射到结构体40的第1光b向相对于上表面23a的法线倾斜的方向反射。即，被结构体40的凸部41反射的第1光b相对于入射到凸部41时的光路，以朝向远离凸部41的中心轴o的
斜上方的方式从凸部41射出。根据本实施方式的波长转换元件15，能够使第1光b在倾斜方向上比垂直方向上反射得多。
80.此外，在本实施方式的结构体40中，各凸部41具有四棱锥形状。从沿着中心轴o的方向观察，各凸部41的四个倾斜面41a相对于中心轴o朝向不同的方向。由此，各凸部41将入射的光向与各倾斜面41a对应的4个方向散射并反射。以下，将由结构体40反射而射出的第1光b称为蓝色反射光b1。
81.图6是示出从波长转换元件15射出的光的状态的概念图。
82.如图6所示，在波长转换元件15中，通过结构体40，使蓝色反射光b1在倾斜方向上比垂直方向上反射得多。即，在本实施方式中，从波长转换元件15射出的蓝色反射光b1具有这样的配光分布：包含的朝向倾斜方向的成分比朝向垂直方向的成分多。
83.由此，被结构体40反射的蓝色反射光b1相对于入射到波长转换元件15时的第1光b的光路，经由第2光学系统14的光轴14c的外侧的光路入射到第2光学系统14。由此，蓝色反射光b1通过构成第2光学系统14的透镜的径向外侧的区域。另外，光轴14c与照明光轴ax一致。
84.根据本实施方式的波长转换元件15，以通过比第1光b的去路中的光路更靠第2光学系统14的光轴14c的外侧的方式使蓝色反射光b1进行散射反射，所以，能够以避开配置在第2光学系统14的光轴14c上的光学元件13的方式射出蓝色反射光b1。
85.图7是示出蓝色反射光b1中的照度分布的图。另外，在图7中，示出在沿着第2光学系统14的光轴14c的方向上观察的、照明光学系统16的入射面上的蓝色反射光b1的照明分布。
86.如图7所示，从本实施方式的波长转换元件15射出的蓝色反射光b1的大部分避开位于第2光学系统14的光轴14c上的光学元件13，由此，在不经由光学元件13的情况下入射于照明光学系统16。在本实施方式的情况下，结构体40的各凸部41通过倾斜面41a将第1光b向四个方向散射反射，所以，蓝色反射光b1由配置在光学元件13的周围的四个光束构成。
87.根据本实施方式的波长转换元件15，入射到光学元件13的蓝色反射光b1的光量被抑制，所以，能够降低由光学元件13引起的蓝色反射光b1的光损耗。
88.本发明人注意到由光学元件13引起的蓝色反射光b1的损耗根据凸部41的倾斜面41a的倾斜角度而变化。然后，对改变倾斜面41a的倾斜角度时的蓝色反射光b1的损耗进行了模拟。另外，倾斜角度是倾斜面41a与波长转换层23的上表面23a所成的角度。
89.图8a及图8b是示出与蓝色反射光的损耗相关的模拟结果的曲线图。图8a是示出倾斜面41a的倾斜角度与由光学元件13引起的光损耗的关系，倾斜面41a的倾斜角度与由第2光学系统14引起的光损耗的关系的曲线图。图8b是针对图8a所示的结果，对光学元件13和第2光学系统14的光损耗进行合计的曲线图。在图8a和图8b中，横轴表示倾斜面41a的倾斜角度，纵轴表示光损耗。图8a和图8b还示出了改变光学元件13的尺寸时的模拟结果。在本模拟的条件下，例如，将第1光相对于结构体的入射角度范围设为
±
15度，将波长转换层23中的第1光b的入射面积设为20mm。
90.这里，由光学元件13引起的光损耗是由结构体40反射的蓝色反射光b1的总光量中的入射到光学元件13的光量的比例。另外，由第2光学系统14引起的光损耗是由结构体40反射的蓝色反射光b1的总光量中的未取入到第2光学系统14的光量的比例。
91.如图8a和图8b所示，可确认：光学元件13的尺寸越大、光学元件13引起的蓝色反射光b1的损耗越大。这是因为，当光学元件13的尺寸变大时，蓝色反射光b1容易入射到光学元件13。
92.此外，确认了这样的情况：在倾斜面41a的倾斜角度小于15
°
的情况下，光学元件13引起的蓝色反射光b1的损耗变大。这是因为，如果倾斜面41a的倾斜角度小于15
°
，则蓝色反射光b1的散射程度变得不充分，从而蓝色反射光b1入射到光学元件13的入射量增加。
93.与此相对，如果将倾斜面41a的倾斜角度设为15
°
以上，则能够确认由光学元件13引起的蓝色反射光b1的损耗降低。这是因为，如果将倾斜面41a的倾斜角度设为15
°
以上，则蓝色反射光b1的散射程度增加，从而蓝色反射光b1入射到光学元件13的入射量减少。
94.另一方面，确认了这样的情况：如果倾斜面41a的倾斜角度大于30
°
，则第2光学系统14引起的蓝色反射光b1的损耗变大。这是因为，如果使倾斜面41a的倾斜角度大于30
°
，则第2光学系统14不能取入蓝色反射光b1的一部分。另外，如果使倾斜面41a的倾斜角度大于30
°
，则被凸部41反射的蓝色反射光b1被相邻的凸部41再次反射的双重反射增加。被双重反射的蓝色反射光b1的一部分经由第2光学系统14再次入射到光学元件13，返回到光源11侧而成为损耗。
95.本发明人等根据上述模拟结果，在本实施方式的照明装置2中，将结构体40的多个凸部41中的倾斜面41a的倾斜角度即波长转换层23的上表面23a与倾斜面41a所成的角度设为15
°
以上30
°
以下。
96.根据本实施方式的照明装置2，照明光wl包含的蓝色反射光b1的大部分成分不经由光学元件13而入射到照明光学系统16。由此，能够降低因被光学元件13反射而不能作为照明光wl有效利用的蓝色反射光b1的比例。即，本实施方式的照明装置2能够抑制从波长转换元件15射出的蓝色反射光b1的损耗，提高蓝色反射光b1的光利用效率。并且，在本实施方式的情况下，通过使第1光b以会聚的状态入射到光学元件13而使光学元件13小型化，所以，能够进一步减少入射到光学元件13的蓝色反射光b1的光量。
97.如图2、图6所示，照明光wl入射的照明光学系统16包括积分器光学系统31、偏振转换元件32和重叠光学系统33。积分器光学系统31具备第1多透镜阵列31a和第2多透镜阵列31b。
98.偏振转换元件32通过将偏振分离膜和相位差板排列成阵列状而构成。偏振转换元件32使照明光wl的偏振方向与规定方向一致。具体而言，偏振转换元件32使照明光wl的偏振方向与光调制装置4r、4g、4b的入射侧偏振板的透射轴的方向一致。
99.由此，将透过了偏振转换元件32的照明光wl分离而得到的红色光lr、绿色光lg以及蓝色光lb的偏振方向与各光调制装置4r、4g、4b的入射侧偏振板的透过轴方向一致。因此，红色光lr、绿色光lg及蓝色光lb分别入射到光调制装置4r、4g、4b的图像形成区域，而不被入射侧偏振板分别遮挡。
100.重叠光学系统33与第2多透镜阵列31b一起，使第1多透镜阵列31a的各小透镜的像成像于各光调制装置4r、4g、4b各自的图像形成区域的附近。
101.本实施方式的照明装置2能够提高照明光wl的光利用效率，能够提高照明光wl的亮度以及降低功耗或者能够抑制伴随光损耗的装置内的发热。
102.(第1实施方式的效果)
103.本实施方式的照明装置2具备：光源11，其射出第1光b；波长转换元件15，其将第1光b转换为第2光y；光学元件13，其将从光源11射出的第1光b向波长转换元件15反射并使第2光y透过；以及照明光学系统16，其相对于光学元件13配置在波长转换元件15的相反侧，入射从波长转换元件15射出的照明光wl。波长转换元件15具有：基板21；反射层22，其与基板21的上表面21a相对地设置；波长转换层23，其与反射层22相对地设置，将第1波段的第1光b转换为与第1波段不同的第2波段的第2光y；以及结构体40，其与波长转换层23的上表面23a相对地设置，包括使第1光b的一部分反射的多个凸部41，多个凸部41具有相对于上表面23a倾斜的倾斜面41a，由倾斜面41a反射的蓝色反射光b1的至少一部分不经由光学元件13而入射到照明光学系统16。
104.根据本实施方式的照明装置2，由凸部41的倾斜面41a反射的蓝色反射光b1的至少一部分不经由光学元件13而入射到照明光学系统16。因此，根据本实施方式的照明装置2，抑制了入射到光学元件13的蓝色反射光b1的光量，所以，能够提高照明光wl的光利用效率。
105.在本实施方式的照明装置2中，波长转换层23的上表面23a与倾斜面41a所成的角度为15
°
以上30
°
以下。
106.通过由设定在上述角度范围内的倾斜面41a反射蓝色反射光b1，能够高效地降低光学元件13的光损耗。
107.在本实施方式的照明装置2中，结构体40的多个凸部41具有四棱锥形状。
108.根据具有由这样的四棱锥形状构成的多个凸部41的结构体40，通过使第1光b在4个方向上各向同性地散射，可以在避开光学元件13的同时入射到照明光学系统16，生成具有均匀的照度分布的蓝色反射光b1。
109.在本实施方式的照明装置2中，在波长转换层23的上表面23a设置有凹部24a，结构体40的至少一部分进入凹部24a而形成。
110.根据该结构，结构体40与波长转换层23的接触面积变大，因此，能够通过锚定效应而提高结构体40与波长转换层23的紧贴性。
111.在本实施方式的照明装置2中，结构体的多个凸部由折射率为1.3～1.7的范围的材料构成。
112.根据该结构，能够由光吸收小且化学性稳定的材料构成结构体40的多个凸部41。
113.本实施方式的投影仪1具备：照明装置2；光调制装置4r、4g、4b，其根据图像信息对来自照明装置2的光进行调制；以及投射光学装置6，其投射由光调制装置4r、4g、4b调制后的光。
114.根据本实施方式的投影仪1，具备提高了照明光wl的光利用效率的照明装置2，所以，能够提供光效率高、显示明亮图像的投影仪。
115.(第1变形例)
116.接着，对第1实施方式的第1变形例进行说明。本变形例与第1实施方式不同之处仅在于结构体的结构。因此，以下主要对结构体的结构进行说明，对与第1实施方式相同的结构以及部件标注相同的标号，省略详细说明。
117.图9是示出本变形例的波长转换元件15a的结构的剖视图。
118.如图9所示，本变形例的波长转换元件15a具备未图示的基板、反射层22、波长转换层23和结构体40a。
119.本变形例的结构体40a包括多个凸部41和设置在相邻的凸部41之间的平坦部42。在本变形例中，多个凸部41具有四棱锥形状。平坦部42具有与波长转换层23的上表面23a平行的平坦面。
120.以下，将上表面23a的面积中的配置凸部41的面积的比例称为结构体的填充率。在第1实施方式中，对多个凸部41无间隙地配置在波长转换层23的上表面23a的情况进行了说明。即，在第1实施方式中，对结构体的填充率为100％的情况进行了说明。
121.本发明人通过模拟发现结构体的填充率影响光学元件13的光损耗。
122.图10是示出结构体的填充率与光学元件13的损耗之间的关系的曲线图。在图10中，横轴表示结构体的填充率，纵轴表示光学元件13引起的光损耗。另外，在图10中，还示出了结构体的填充率与第2光学系统14引起的光损耗之间的关系、以及光学元件13和第2光学系统14的光损耗合计而得的合计损耗。
123.如图10所示，可以确认光学元件13引起的损耗与结构体的填充率成反比。即，可以说填充率最高的第1实施方式的结构最能够降低光学元件13引起的损耗。
124.在此，例如，在波长转换层23的上表面23a未设置结构体的现有结构的情况下，光学元件13引起的损耗高于30％，蓝色反射光b1的光利用效率降低。本发明人发现：通过将结构体的填充率设定为70％以上，与不设置结构体的现有结构相比，能够提高蓝色反射光b1的光利用效率。
125.基于上述见解，在本变形例的结构体40a中，将结构体40的填充率设为70％以上。在使用包括本变形例的结构体40a的波长转换元件15a的情况下，也与第1实施方式同样，能够降低光学元件13引起的光损耗。
126.(第2变形例)
127.接着，对第1实施方式的第2变形例进行说明。本变形例与第1实施方式不同之处仅在于结构体的结构。因此，以下，主要对结构体的结构进行说明，对与第1实施方式相同的结构和部件标注相同的标号，省略详细说明。
128.图11是示出本变形例的波长转换元件15b的结构的剖视图。
129.如图11所示，本变形例的波长转换元件15b具备基板21、反射层22、波长转换层23和结构体40b。
130.本变形例的结构体40b包括多个凸部41。本变形例的结构体40b不具有相当于第1变形例的结构体40a的平坦部42的部分。即，在本变形例的结构体40b中，在波长转换层23的上表面23a离散地设置有凸部41，上表面23a的一部分在相邻的凸部41之间露出。在本变形例的波长转换元件15b中，在与第1变形例同样地定义了填充率的情况下，使结构体40b的填充率为70％以上。
131.在包括本变形例的结构体40b的波长转换元件15b中，也能够利用在波长转换层23的上表面23a离散地设置有凸部41的结构体40b的多个凸部41来控制蓝色反射光b1的配光分布。因此，本变形例的波长转换元件15b与第1实施方式同样，能够降低光学元件13引起的光损耗。
132.(第2实施方式)
133.接着，对波长转换元件的第2实施方式进行说明。本实施方式与第1实施方式不同之处仅在于结构体的结构。因此，以下，主要对结构体的结构进行说明，对与第1实施方式相
同的结构以及部件标注相同的标号，省略详细说明。
134.图12是示出本实施方式的波长转换元件115的结构的剖视图。
135.如图12所示，本实施方式的波长转换元件115具备基板21、反射层22、波长转换层23和结构体140。
136.本实施方式的结构体140具有多个凸部141。多个凸部141无间隙地配置在波长转换层23的上表面23a。多个凸部141具有相对于波长转换层23的上表面23a倾斜的倾斜面141a。
137.本实施方式的凸部141在其倾斜面141a具有包含比该凸部141小的多个微小凹部142的凹凸形状部143。凹凸形状部143例如通过实施喷砂处理而形成于凸部141的表面。凹凸形状部143作为使光散射的散射体发挥功能。
138.图13是示出蓝色反射光b1的照度分布的图。在图13中，示出了在沿着第2光学系统14的光轴14c的方向上观察的、照明光学系统16的入射面上的蓝色反射光b1的照明分布。示出朝向图13中的箭头的前进方向依次提高凸部的倾斜面的散射度时的照度分布。在图13中作为“无散射”的情况，将第1实施方式的结构体40中的照度分布示于图7。
139.在本实施方式的情况下，凹凸形状部143作为散射体发挥功能，由此，蓝色反射光b1被设于各凸部141的倾斜面141a的凹凸形状部143以进一步散射的状态反射。因此，通过在倾斜面141a设置凹凸形状部143，与第1实施方式的结构体40相比，图13的“散射度：中”的照度分布所示，能够使构成蓝色反射光b1的四条光束bs的扩展变大。另外，通过改变凹凸形状部143的形状，图13的“散射度：高”的照度分布所示，能够使散射程度更大，构成蓝色反射光b1的四条光束的扩展进一步变大，各光束bs的端部的一部分彼此重叠，由此，蓝色反射光b1的照度分布的均匀性进一步提高。
140.根据本实施方式的波长转换元件115，能够降低光学元件13引起的蓝色反射光b1的光损耗，并且能够使蓝色反射光b1的照度分布更均匀化。由此，能够使蓝色反射光b1的照度分布接近于第2光y的照度分布，所以，能够降低包含蓝色反射光b1和第2光y的照明光wl的色不均匀。
141.(第3实施方式)
142.接着，对波长转换元件的第3实施方式进行说明。本实施方式与第1实施方式不同之处仅在于结构体的结构。因此，以下，主要对结构体的结构进行说明，对与第1实施方式相同的结构以及部件标注相同的标号，省略详细说明。
143.图14a是示出本实施方式的波长转换元件215的结构的剖视图。
144.如图14a所示，本实施方式的波长转换元件215包括基板21、反射层22、波长转换层23和结构体240。
145.本实施方式的结构体240具有多个凸部241。多个凸部241无间隙地配置在波长转换层23的上表面23a。多个凸部241具有相对于波长转换层23的上表面23a倾斜的倾斜面243。本实施方式的凸部241具有向光学元件13侧最突出的顶部245。在本实施方式的情况下，顶部245位于凸部241的中心轴o上。
146.图14b是凸部241的主要部分的放大剖视图。
147.如图14b所示，本实施方式的凸部241具有将位于波长转换层23的上表面23a侧的缓坡部分244扩展的大致四棱锥形状。具体而言，凸部241的倾斜面243包括位于顶部245侧
的第1倾斜面243a和位于顶部245的相反侧的第2倾斜面243b。在此，在将波长转换层23的上表面23a与第1倾斜面243a所成的角度设为第1角度θ1、将波长转换层23的上表面23a与第2倾斜面243b所成的角度设为第2角度θ2时，第2角度θ2比第1角度θ1小。第2倾斜面243b设置在波长转换层23的上表面23a侧。
148.在本实施方式中，优选第1角度θ1以及第2角度θ2都设定为15
°
以上30
°
以下。另外，关于第2角度θ2，也可以根据蓝色反射光b1的照度分布而设定为小于15
°
的角度范围。
149.在此，在减小第1倾斜面243a的倾斜角度(第1角度θ1)的情况下，入射到光学元件13的蓝色反射光b1的比例增加。
150.与此相对，在本实施方式的波长转换元件215中，通过减小结构体240的缓坡部分244中的第2倾斜面243b的倾斜角度(第2角度θ2)，可抑制蓝色反射光b1入射到光学元件13，同时增强蓝色反射光b1的散射程度，由此，能够使蓝色反射光b1的照度分布均匀化。
151.图15是示出蓝色反射光b1中的照度分布的图。在图15中，示出了在沿着第2光学系统14的光轴14c的方向上观察的、照明光学系统16的入射面上的蓝色反射光b1的照明分布。示出朝向图15中的箭头的前进方向依次增大凸部241中的缓坡部分244的比例时的照度分布。在图15中作为“无缓坡”的情况，将第1实施方式的结构体40中的照度分布示于图7。即，在图15中，作为“θ1＝θ2”的情况，在图7中示出第1实施方式的结构体40中的照度分布。
152.在此，凸部241中的缓坡部分244的比例是在沿着凸部241的中心轴o的方向观察的情况下，由具有第1倾斜面243a的部分与具有第2倾斜面243b的部分的面积比规定的。
153.在本实施方式的情况下，蓝色反射光b1以被凸部241的第1倾斜面243a以及第2倾斜面243b向不同的方向散射的状态反射。因此，与第1实施方式的结构体40相比，图15的“缓坡比例：中”的照度分布所示，通过使用结构体240，能够增大构成蓝色反射光b1的四条光束bs的扩展。另外，图15的“缓坡比例：中”是凸部241中的缓坡部分244的比例为29％。
154.图15的“缓坡比例：高”的照度分布所示，如果进一步增大缓坡部分244的比例，则构成蓝色反射光b1的四条光束bs的扩展进一步变大，各光束bs的端部的一部分彼此重叠，由此，蓝色反射光b1的照度分布的均匀性进一步提高。另外，图15的“缓坡比例：高”是凸部241中的缓坡部分244的比例为55％。
155.根据本实施方式的波长转换元件215，通过相对地减小结构体240的缓坡部分244中的第2倾斜面243b的倾斜角度，可降低光学元件13引起的蓝色反射光b1的光损耗，并且，通过使蓝色反射光b1的照度分布更均匀化，可降低照明光wl的色不均匀。
156.(第4实施方式)
157.接着，对波长转换元件的第4实施方式进行说明。本实施方式与第1实施方式不同之处仅在于结构体的结构。因此，以下，主要对结构体的结构进行说明，对与第1实施方式相同的结构以及部件标注相同的标号，省略详细说明。
158.图16是示出本实施方式的波长转换元件315的结构的剖视图。
159.如图16所示，本实施方式的波长转换元件315具备基板21、反射层22、波长转换层23和结构体340。
160.本实施方式的结构体340具有多个凸部341。多个凸部341无间隙地配置在波长转换层23的上表面23a。多个凸部341具有相对于波长转换层23的上表面23a倾斜的倾斜面343。本实施方式的凸部341具有向光学元件13侧最突出的顶部345。在本实施方式的情况
下，顶部345位于凸部341的中心轴o上。
161.在本实施方式的凸部341中，顶部345的表面345a为具有曲率的r面。在本实施方式的波长转换元件315中，通过将顶部345的表面345a设为r面，增强蓝色反射光b1的散射程度，由此，能够使蓝色反射光b1的照度分布更均匀化。
162.图17是示出蓝色反射光b1的照度分布的图。在图17中，示出了在沿着第2光学系统14的光轴14c的方向上观察的、照明光学系统16的入射面上的蓝色反射光b1的照明分布。示出朝向图17中的箭头的前进方向依次增大顶部345的r面的曲率时的照度分布。还有，在图17中作为“无曲率”的情况，将第1实施方式的结构体40中的照度分布示于图7。
163.在本实施方式的情况下，蓝色反射光b1以根据顶部345的r面的曲率而向不同的方向散射的状态反射。因此，与第1实施方式的结构体40相比，图17的“曲率：中”的照度分布所示，能够通过顶部345的表面345a的r面增大构成蓝色反射光b1的四条光束bs的扩展，并且使各光束bs接近光学元件13。另外，图17的“曲率：中”是r面的曲率半径为3μm。
164.图17的“曲率：大”的照度分布所示，当进一步增大顶部345的表面345a的r面的曲率时，构成蓝色反射光b1的四条光束bs进一步扩展，从而各光束bs彼此的间隙变少。由此，能够进一步提高蓝色反射光b1的照度分布的均匀性。另外，图17的“曲率：大”是r面的曲率半径为5μm。
165.根据本实施方式的波长转换元件315，通过将凸部341的顶部345设为r面，能够降低光学元件13引起的蓝色反射光b1的光损耗，并且通过使蓝色反射光b1的照度分布更均匀化，能够降低照明光wl的色不均匀。
166.另外，本发明的技术范围并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够施加各种变更。
167.例如，在上述实施方式和变形例中，结构体和波长转换层分开形成，但结构体和波长转换层也可以一体形成。图18是示出将结构体和波长转换层一体形成的结构的图。图18示出在第1实施方式中一体地形成结构体和波长转换层的情况，但是也可以在其它实施方式和变形例中一体地形成结构体和波长转换层。
168.如图18所示，根据结构体40直接形成在波长转换层23的上表面23a的结构，可以削减形成结构体40的工序，可降低波长转换元件15的成本。并且，结构体40及波长转换层23的折射率相同，所以，结构体40及波长转换层23的界面反射消失，所以，光难以向横向逃逸，结果能够减小光学扩展量。
169.另外，凸部的形状不限于四棱锥形状，也可以是六角锥形状、圆锥形状。也可以根据光学元件13的形状来选择凸部的形状，例如，在光学元件13为圆形状的情况下，若将凸部的形状设为圆锥形，则能够以包围光学元件13的周围的方式形成蓝色反射光的照度分布。
170.另外，在上述实施方式中，波长转换元件15采用了波长转换层23相对于第1光b不移动的固定方式的结构，但也可以采用波长转换层23相对于第1光b旋转的轮方式的结构。
171.此外，关于照明装置以及投影仪的各构成要素的形状、数量、配置、材料等的具体记载，并不限于上述实施方式，可进行适当变更。在上述实施方式中，示出将本发明的照明装置搭载于使用了液晶光阀的投影仪的例子，但不限于此。也可以将本发明的照明装置应用于使用数字微镜器件作为光调制装置的投影仪。此外，投影仪可以不具有多个光调制装置，也可以仅具有1个光调制装置。
172.在上述实施方式中，示出了将本发明的照明装置应用于投影仪的例子，但不限于此。本发明的照明装置也可以适用于照明器具或汽车的前照灯等。
173.本发明的一个方式的照明装置也可以具有以下的结构。
174.本发明的一个方式的照明装置具备：光源，其射出第1波段的光；波长转换元件，其将第1波段的光转换为与第1波段不同的第2波段的光；光学元件，其将从光源射出的第1波段的光向波长转换元件反射，使第2波段的光透过；以及照明光学系统，其相对于光学元件配置在波长转换元件的相反侧，入射从波长转换元件射出的光，波长转换元件具有：基板，其具有第1面；反射层，其与第1面相对设置；波长转换层，其具有第2面，与反射层相对设置，将第1波段的光转换为第2波段的光；以及结构体，其与第2面相对设置，包含使第1波段的光的一部分反射的多个凸部，多个凸部具有相对于第2面倾斜的倾斜面，由倾斜面反射的第1波段的光的至少一部分不经由光学元件而入射到照明光学系统。
175.在本发明的一个方式的照明装置中，也可以构成为，第2面与倾斜面所成的角度为15
°
以上30
°
以下。
176.在本发明的一个方式的照明装置中，也可以构成为，倾斜面具有凹凸形状部。
177.在本发明的一个方式的照明装置中，也可以构成为，多个凸部分别具有顶部，倾斜面包括位于顶部侧的第1倾斜面和位于顶部的相反侧的第2倾斜面，在设第2面与第1倾斜面所成的角度为第1角度、第2面与第2倾斜面所成的角度为第2角度时，第2角度小于第1角度。
178.在本发明的一个方式的照明装置中，也可以构成为，多个凸部具有顶部，顶部的表面具有曲率。
179.在本发明的一个方式的照明装置中，也可以构成为，结构体的多个凸部具有四棱锥形状。
180.在本发明的一个方式的照明装置中，也可以在波长转换层的第2面设置凹部，结构体的至少一部分进入凹部而形成。
181.在本发明的一个方式的照明装置中，结构体的多个凸部可以由折射率在1.3～1.7的范围的材料构成。
182.在本发明的一个方式的照明装置中，结构体可以与波长转换层一体形成。
183.本发明的一个方式的投影仪也可以具有以下的结构。
184.本发明的一个方式的投影仪具备本发明的一个方式的照明装置；光调制装置，其根据图像信息对来自照明装置的光进行调制；以及投射光学装置，其投射由光调制装置调制的光。