JP2013004480A

JP2013004480A - 発光装置、照明装置、車両用前照灯

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Publication number: JP2013004480A
Application number: JP2011137844A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Kishimoto; 克彦岸本
Original assignee: Sharp Corp
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Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2013-01-07
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Also published as: JP5181045B2

Abstract

【課題】発光部の熱抵抗を低下させ、その結果、発光部を効率良く放熱させる。
【解決手段】ヘッドランプ１は、レーザ光を出射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３から出射されたレーザ光により発光する蛍光体を含む発光部７とを備えている。発光部７は、高熱伝導フィラー１５を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高輝度光源として機能する発光装置並びに、当該発光装置を備えた照明装置および車両用前照灯に関するものである。

近年、励起光源として発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）や半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode）等の半導体発光素子を用い、これらの励起光源から生じた励起光を、蛍光体を含む発光部に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いる発光装置の研究が盛んになってきている。

このような発光装置に関する技術の例として特許文献１に開示された灯具がある。この灯具では、高輝度光源を実現するために、励起光源として半導体レーザを用いている。半導体レーザから発振されるレーザ光は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、当該レーザ光を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。このような半導体レーザを励起光源として用いた発光装置（ＬＤ発光装置と称する）を車両用ヘッドランプに好適に適用することができる。励起光源として半導体レーザを用いることにより、ＬＥＤでは実現し得なかった高輝度の光源を実現できる。

このようなレーザ光を励起光として用いた場合、微小な発光部、すなわち微小な体積の発光部において、発光部に照射されて吸収される励起光のうちの、蛍光体により蛍光に変換されること無く熱に変換されてしまう成分が、発光部の温度を容易に上昇させ、その結果、発光部の特性低下や熱による損傷を引き起こしてしまう。

この問題を解決するために特許文献２の発明では、波長変換部材（発光部に相当）に熱的に接続された透光性で板状の熱伝導部材を設け、この熱伝導部材により波長変換部材の発熱を軽減している。

また、特許文献３の発明では、波長変換部材を円筒形状のフェルールで保持し、このフェルールにワイヤ状の熱伝導部材を熱的に接続することにより波長変換部材の発熱を軽減している。

また、特許文献４の発明では、光変換部材（発光部に相当）の、半導体発光素子が位置する側に、冷媒が流れる流路を有する放熱部材を設け、光変換部材を冷却している。

なお、光源としての高出力ＬＥＤチップの表面に透光性のヒートシンクを熱的に接続し、高出力ＬＥＤチップを冷却する構成が特許文献５に開示されている。

特開２００５−１５００４１号公報（２００５年６月９日公開）特開２００７−２７６８８号公報（２００７年２月１日公開）特開２００７−３３５５１４号公報（２００７年１２月２７日公開）特開２００５−２９４１８５号公報（２００５年１０月２０日公開）特表２００９−５１３００３号公報（２００９年３月２６日公表）

ところが、発光部自体の熱伝導率が低い場合には、熱伝導率の高い熱伝導部材を発光部に接触させても、発光部の放熱効果はあまり高まらないという問題が生じることを本発明の発明者は鋭意研究の結果見出した。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、発光部の熱抵抗を低下させ、その結果、発光部を効率良く放熱させることができる発光装置、照明装置および車両用前照灯を提供することにある。

本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体を含む発光部とを備え、上記発光部は、熱伝導粒子を含んでいることを特徴としている。

上記の構成によれば、励起光を受けて発光部が発光するが、このとき、蛍光に変換されなかった励起光が熱となり、発光部が発熱する。発光部は、熱伝導粒子を含んでいるため、その熱抵抗が低下している。それゆえ、発光部の熱を効率良く放熱させることができる。

また、上記発光部は、上記蛍光体を封止材により封止したものであり、上記熱伝導粒子の熱伝導率は、上記封止材の熱伝導率よりも高いことが好ましい。

上記の構成によれば、熱伝導粒子の熱伝導率は、封止材のそれよりも高い。それゆえ、発光部の熱抵抗をより効果的に低下させることができる。

また、上記熱伝導粒子は、透光性を有していることが好ましい。

上記の構成によれば、熱伝導粒子が、透光性を有しているため、励起光源からの励起光および蛍光体が発する蛍光を遮る可能性が低下する。それゆえ、励起光の利用効率（発光効率）を高めることができる。

また、上記熱伝導粒子と上記蛍光体とが互いに接した状態で上記発光部の中に分散されていることが好ましい。

上記の構成によれば、熱伝導粒子と蛍光体とを予め付着させておくことにより、蛍光体から熱伝導粒子へ熱が伝わる効率を高めることができる。その結果、発光部の熱抵抗をより効果的に低下させることができる。

なお、１つの熱伝導粒子の表面に複数の蛍光体粒子を付着させてもよいし、１つの蛍光体粒子の表面に複数の熱伝導粒子を付着させてもよい。

また、上記発光部と当接し、当該発光部の熱を受け取る熱伝導部材をさらに備えることが好ましい。

上記の構成によれば、発光部の熱が当該発光部に当接する熱伝導部材へ移動することにより、発光部の放熱効率を高めることができる。

また、上記発光装置を備えている照明装置および車両用前照灯も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る製造方法は、上記の課題を解決するために、励起光を受けて発光する発光部の製造方法であって、熱伝導粒子、蛍光体および封止材を混合する混合工程と、上記混合工程において混合した混合物を焼成する焼成工程とを含むことを特徴としている。

励起光を受けて発光部が発光するが、このとき、蛍光に変換されなかった励起光が熱となり、発光部が発熱する。

上記の構成によれば、熱伝導粒子、蛍光体および封止材を混合し、焼成することで発光部が形成される。この発光部は、熱伝導粒子を含んでいるため、その熱抵抗が低下している。それゆえ、発光部の熱を効率良く放熱させることができる。

また、熱伝導粒子と蛍光体とを互いに付着させる付着工程をさらに含み、上記付着工程において形成した熱伝導粒子と蛍光体との複合体を上記混合工程において上記封止材と混合することが好ましい。

上記の構成によれば、熱伝導粒子と蛍光体とが互いに付着された状態で封止されることにより発光部が形成される。そのため、励起光が照射されたときに発生する蛍光体の熱は、効率良く熱伝導粒子に伝わる。従って、熱伝導粒子による発光部の熱抵抗低下効果をより高めることができる。

以上のように、本発明に係る発光装置は、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体を含む発光部とを備え、上記発光部は、熱伝導粒子を含んでいる構成である。

発明に係る製造方法は、熱伝導粒子、蛍光体および封止材を混合する混合工程と、上記混合工程において混合した混合物を焼成する焼成工程とを含む構成である。

それゆえ、発光部の熱抵抗を低下させ、発光部を効率良く放熱させることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るヘッドランプが有する発光部および熱伝導部材の詳細を示す図である。上記ヘッドランプの構成を示す断面図である。発光部においてガラス材の中に高熱伝導フィラーおよび蛍光体粒子が分散している状態を示す概念図である。（ａ）は、高熱伝導フィラーの表面に複数の蛍光体粒子が配されている状態を示す図であり、（ｂ）は、蛍光体粒子の表面に複数の高熱伝導フィラーが配されている状態を示す図である。上記発光部の変更例を示す断面図である。（ａ）は、半導体レーザの回路図を模式的に示したものであり、（ｂ）は、半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。上記ヘッドランプが備える発光部および熱伝導部材の具体例を示す図である。本発明の別の実施形態に係るヘッドランプの構成を示す概略図である。（ａ）〜（ｃ）は、固定部の変形例を示す図であり、（ｄ）は、発光部を接着層によって熱伝導部材に接続する構成を示す図である。本発明の一実施形態に係るレーザダウンライトが備える発光ユニットおよび従来のＬＥＤダウンライトの外観を示す概略図である。上記レーザダウンライトが設置された天井の断面図である。上記レーザダウンライトの断面図である。上記レーザダウンライトの設置方法の変更例を示す断面図である。上記ＬＥＤダウンライトが設置された天井の断面図である。上記レーザダウンライトおよび上記ＬＥＤダウンライトのスペックを比較するための図である。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の照明装置の一例として、自動車用のヘッドランプ（発光装置、照明装置、車両用前照灯）１を例に挙げて説明する。ただし、本発明の照明装置は、自動車以外の車両・移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど）のヘッドランプとして実現されてもよいし、その他の照明装置として実現されてもよい。その他の照明装置として、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具を挙げることができる。

また、ヘッドランプ１は、走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たしていてもよいし、すれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性基準を満たしていてもよい。

（ヘッドランプ１の構成）
まず、図２を参照しながら、ヘッドランプ１の構成について説明する。図２は、ヘッドランプ１の構成を示す断面図である。同図に示すように、ヘッドランプ１は、半導体レーザアレイ２と、非球面レンズ４と、光ファイバー５と、フェルール６と、発光部７と、反射鏡８と、透明板９と、ハウジング１０と、エクステンション１１と、レンズ１２と、熱伝導部材１３と、冷却部１４とを備えている。

（半導体レーザアレイ２／半導体レーザ３）
半導体レーザアレイ２は、励起光を出射する励起光源として機能し、複数の半導体レーザ（励起光源）３を基板上に備えるものである。半導体レーザ３のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。なお、励起光源として複数の半導体レーザ３を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザ３を１つのみ用いてもよいが、高出力のレーザ光を得るためには、複数の半導体レーザ３を用いる方が容易である。

半導体レーザ３は、１チップに１つの発光点を有するものであり、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力１．０Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流０．６Ａのものであり、直径５．６ｍｍのパッケージに封入されているものである。半導体レーザ３が発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光であればよい。また、パッケージは直径５．６ｍｍのものに限定されず、例えば、直径３．８ｍｍや直径９ｍｍ、あるいはそれ以外であってもよく、熱抵抗がより小さいパッケージを選択することが好ましい。

なお、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振する良質な短波長用の半導体レーザを作製することが可能であれば、本実施の形態の半導体レーザ３として、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振するように設計された半導体レーザを用いることも可能である。

また、本実施形態では、励起光源として半導体レーザを用いたが、半導体レーザの代わりに、発光ダイオードを用いることも可能である。

（非球面レンズ４）
非球面レンズ４は、半導体レーザ３から発振されたレーザ光（励起光）を、光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂに入射させるためのレンズである。例えば、非球面レンズ４として、アルプス電気製のＦＬＫＮ１４０５を用いることができる。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ４の形状および材質は特に限定されないが、４０５ｎｍ近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材料であることが好ましい。

（光ファイバー５）
（光ファイバー５の配置）
光ファイバー５は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を発光部７へと導く導光部材であり、複数の光ファイバーの束である。この光ファイバー５は、上記レーザ光を受け取る複数の入射端部５ｂと、入射端部５ｂから入射したレーザ光を出射する複数の出射端部５ａとを有している。複数の出射端部５ａは、発光部７のレーザ光照射面（励起光照射面）７ａにおける互いに異なる領域に対してレーザ光を出射する。

例えば、複数の光ファイバー５の出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに対して平行な平面において並んで配置されている。このような配置により、出射端部５ａから出射されるレーザ光の光強度分布における最も光強度が大きいところ（各レーザ光がレーザ光照射面７ａに形成する照射領域の中央部分（最大光強度部分））が、発光部７のレーザ光照射面７ａの互いに異なる部分に対して出射されるため、発光部７のレーザ光照射面７ａに対してレーザ光を２次元平面的に分散して照射することができる。

それゆえ、発光部７にレーザ光が局所的に照射されることにより、発光部７の一部が著しく劣化することを防止できる。

なお、光ファイバー５は複数の光ファイバーの束（すなわち複数の出射端部５ａを備えた構成）である必要は必ずしもなく、１本の光ファイバーであってもよい。

（光ファイバー５の材質および構造）
光ファイバー５は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造をしている。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス（酸化ケイ素）を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。例えば、光ファイバー５は、コアの径が２００μｍ、クラッドの径が２４０μｍ、開口数ＮＡが０．２２の石英製のものであるが、光ファイバー５の構造、太さおよび材質は上述のものに限定されず、光ファイバー５の長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。

また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、半導体レーザ３と発光部７との相対位置関係を容易に変更できる。また、光ファイバー５の長さを調整することにより、半導体レーザ３を発光部７から離れた位置に設置することができる。

それゆえ、半導体レーザ３を、冷却しやすい位置または交換しやすい位置に設置できるなど、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。

なお、導光部材として光ファイバー以外の部材、または光ファイバーと他の部材とを組み合わせたものを用いてもよい。例えば、レーザ光の入射端部と出射端部とを有する円錐台形状（または角錐台形状）の導光部材を１つまたは複数用いてもよい。

（フェルール６）
フェルール６は、光ファイバー５の複数の出射端部５ａを発光部７のレーザ光照射面に対して所定のパターンで保持する。このフェルール６は、出射端部５ａを挿入するための孔が所定のパターンで形成されているものでもよいし、上部と下部とに分離できるものであり、上部および下部の接合面にそれぞれ形成された溝によって出射端部５ａを挟み込むものでもよい。

このフェルール６は、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材などによって反射鏡８に対して固定されていてもよいし、熱伝導部材１３に対して固定されていてもよい。フェルール６の材質は、特に限定されず、例えばステンレススチールである。また、１つの発光部７に対して、複数のフェルール６を配置してもよい。

なお、光ファイバー５の出射端部５ａが１つの場合には、フェルール６を省略することも可能である。

（発光部７）
（発光部７の組成）
図１は、ヘッドランプ１が有する発光部７および熱伝導部材１３の詳細を示す図である。発光部（波長変換部材）７は、出射端部５ａから出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体、および高熱伝導フィラー（熱伝導粒子）１５を含んでいる。これら蛍光体および高熱伝導フィラー１５は、封止材としてのガラス材の内部に分散されている。

この発光部７は、青色、緑色および赤色に発光する蛍光体のいずれか１種類以上を含んでいる。半導体レーザ３は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部７に当該レーザ光が照射されると複数の色が混合され白色光が発生する。それゆえ、発光部７は、波長変換材料であるといえる。

なお、半導体レーザ３は、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる「青色」近傍のレーザ光）を発振するものでもよく、この場合には、上記蛍光体は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。赤色の蛍光体とは、６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。

（封止材）
封止材として、例えば、１Ｗ／ｍＫ程度の無機ガラスを用いることができる。ガラス材と蛍光体との割合は、１０：１程度である。

なお、封止材は、無機ガラスに限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスやシリコーン樹脂等の樹脂材料であってもよい。ただし、封止材として無機ガラスを用いた場合には、熱耐性が高まるとともに発光部７の熱抵抗を下げるという効果が得られるため、無機ガラスが好ましい。

（高熱伝導フィラー１５）
高熱伝導フィラー１５は、例えば、熱伝導率が２０〜４０Ｗ／ｍＫ程度のＡｌ_２Ｏ_３（サファイア）ビーズ、熱伝導率が１０００〜２０００Ｗ／ｍＫ程度のダイヤモンドビーズである。Ａｌ_２Ｏ_３ビーズの融点は２０３０℃、ダイヤモンドの融点は３５５０℃であるため、通常の無機ガラスの溶融温度程度では融けたり変質したりすることはない。

発光部７の熱伝導率を高めるために、高熱伝導フィラー１５の熱伝導率は、封止材の熱伝導率よりも高いことが好ましく、より好ましくは、高熱伝導フィラー１５の熱伝導率は、蛍光体の熱伝導率よりも高い。

また、高熱伝導フィラー１５は、透光性の高いものが好ましい。透光性が低い場合には、高熱伝導フィラー１５が、半導体レーザ３からのレーザ光および蛍光体が発する蛍光を遮るか、または吸収する可能性がある。そのため、レーザ光の利用効率の観点から高熱伝導フィラー１５の透光性は高いことが好ましい。

（蛍光体）
発光部７の蛍光体は、酸窒化物系蛍光体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体であることが好ましい。これらの材料は、半導体レーザ３から発せられた極めて強いレーザ光（出力および光密度）に対しての耐性が高く、レーザ照明光源に最適である。

代表的な酸窒化物系蛍光体として、サイアロン蛍光体と通称されるものがある。サイアロン蛍光体とは、窒化ケイ素のシリコン原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）および希土類元素などを固溶させて作ることができる。

一方、半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体（例えばインジュウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径をナノメータオーダーのある範囲内で変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる点である。例えば、ＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する（ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて評価した）。

また、この半導体ナノ粒子蛍光体は、半導体ベースであるので蛍光寿命が短く、励起光のパワーを素早く蛍光として放射できるのでハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、この半導体ナノ粒子蛍光体の発光寿命が１０ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて５桁も小さいためである。

さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光の吸収と蛍光体の発光とを素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。

（発光部７の形状・サイズ）
発光部７の形状および大きさは、例えば、直径３．２ｍｍおよび厚さ１ｍｍの円柱形状であり、出射端部５ａから出射されたレーザ光を、当該円柱の底面であるレーザ光照射面７ａにおいて受光する。

また、発光部７は、円柱形状でなく、直方体であってもよい。例えば、３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体である。この場合、半導体レーザ３からのレーザ光を受けるレーザ光照射面の面積は、３ｍｍ^２である。日本国内で法的に規定されている車両用ヘッドランプの配光パターン（配光分布）は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いため、発光部７の形状を、水平方向に対して横長（断面略長方形形状）にすることにより、上記配光パターンを実現しやすくなる。

ここで必要とされる発光部７の厚みは、発光部７における封止材と蛍光体との割合に従って変化する。発光部７における蛍光体の含有量が多くなれば、レーザ光が白色光に変換される効率が高まるため発光部７の厚みを薄くできる。発光部７を薄くすれば熱抵抗が低下するという効果があるが、あまり薄くするとレーザ光が蛍光に変換されず外部に放射される恐れがある。蛍光体での励起光の吸収の観点からすると発光部の厚みは蛍光体の粒径の少なくとも１０倍以上あることが好ましい。

このため酸窒化物蛍光体を用いた発光部７の厚みとしては、０．２ｍｍ以上、２ｍｍ以下が好ましい。ただし、蛍光体の含有量を極端に多くした場合（典型的には蛍光体が１００％）、厚みの下限はこの限りではない。

この観点からするとナノ粒子蛍光体を用いた場合の発光部の厚みは０．０１μｍ以上であればよいことになるが、封止材中への分散等、製造プロセスの容易性を考慮すると１０μｍ以上、すなわち０．０１ｍｍ以上が好ましい。逆に厚くしすぎると反射鏡８の焦点からのずれが大きくなり配光パターンがぼけてしまう。

また、発光部７のレーザ光照射面７ａは、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。ただし、反射したレーザ光を制御するためには、レーザ光照射面７ａは平面を有していることが好ましい。レーザ光照射面７ａが曲面の場合、少なくとも曲面への入射角度が大きく変わるため、レーザ光が照射される場所によって、反射光の進む方向が大きく変わってしまう。そのため、レーザ光の反射方向を制御することが困難な場合がある。これに対してレーザ光照射面７ａが平面であれば、レーザ光の照射位置が若干ずれたとしても反射光の進む方向はほとんど変わらないため、レーザ光が反射する方向を制御しやすい。場合によっては反射光が当たる場所にレーザ光の吸収材を置くなどの対応がとり易くなる。

なお、レーザ光照射面７ａがレーザ光の光軸に対して垂直である必要は必ずしもない。レーザ光照射面７ａがレーザ光の光軸に対して垂直な場合、反射したレーザ光はレーザ光源の方向に戻るため、場合によってはレーザ光源にダメージを与える可能性もある。

（反射鏡８）
反射鏡８は、発光部７から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡８は、発光部７からの光を反射することにより、ヘッドランプ１の前方へ進む光線束を形成する。この反射鏡８は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状（カップ形状）の部材である。

（透明板９）
透明板９は、反射鏡８の開口部を覆う透明な樹脂板である。この透明板９を、半導体レーザ３からのレーザ光を遮断するとともに、発光部７においてレーザ光を変換することにより生成された白色光（インコヒーレントな光）を透過する材質で形成することが好ましい。発光部７によってコヒーレントなレーザ光は、そのほとんどがインコヒーレントな白色光に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、透明板９によってレーザ光を遮断することにより、レーザ光が外部に漏れることを防止できる。

また、透明板９は、熱伝導部材１３と共に、発光部７を固定するために用いられてもよい。すなわち、発光部７を熱伝導部材１３と透明板９とで挟持してもよい。この場合、透明板９は、発光部７と熱伝導部材１３との相対位置関係を固定する固定部として機能する。

このとき、透明板９が、熱伝導率の高いもの（例えば、無機ガラス）であれば、透明板９も熱伝導部材として機能し、発光部７の放熱効果を得ることができる。

なお、発光部７を熱伝導部材１３のみで固定する場合には、透明板９を省略することも可能である。

（ハウジング１０）
ハウジング１０は、ヘッドランプ１の本体を形成しており、反射鏡８等を収納している。光ファイバー５は、このハウジング１０を貫いており、半導体レーザアレイ２は、ハウジング１０の外部に設置される。半導体レーザアレイ２は、レーザ光の発振時に発熱するが、ハウジング１０の外部に設置することにより半導体レーザアレイ２を効率良く冷却することが可能となる。したがって、半導体レーザアレイ２から発生する熱による、発光部７の特性劣化や熱的損傷等が防止される。

また、半導体レーザ３は、万一故障した時のことを考慮して、交換しやすい位置に設置することが好ましい。これらの点を考慮しなければ、半導体レーザアレイ２をハウジング１０の内部に収納してもよい。

（エクステンション１１）
エクステンション１１は、反射鏡８の前方の側部に設けられており、ヘッドランプ１の内部構造を隠して、ヘッドランプ１の見栄えを良くするとともに、反射鏡８と車体との一体感を高めている。このエクステンション１１も反射鏡８と同様に金属薄膜がその表面に形成された部材である。

（レンズ１２）
レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられており、ヘッドランプ１を密封している。発光部７が発生し、反射鏡８によって反射された光は、レンズ１２を通ってヘッドランプ１の前方へ出射される。

（熱伝導部材１３）
熱伝導部材（高熱伝導部材）１３は、発光部７における励起光が照射される面であるレーザ光照射面（励起光照射面）７ａの側に配置され、発光部７の熱を受け取る透光性の部材であり、発光部７と熱的に（すなわち、熱エネルギーの授受が可能なように）接続されている。発光部７と熱伝導部材１３とは、例えば、接着剤によって接続されていてもよい。

熱伝導部材１３は、板状の部材であり、その一方の端部が発光部７のレーザ光照射面７ａに熱的に接触しており、他方の端部が冷却部１４に熱的に接続されている。

熱伝導部材１３は、このような形状および接続形態を有することで、微小な発光部７を特定の位置で保持しつつ、発光部７から発生する熱をヘッドランプ１の外部に放熱する。

発光部７の熱を効率良く逃がすために、熱伝導部材１３の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。また、半導体レーザ３から出射されたレーザ光は、熱伝導部材１３を透過して発光部７に到達する。そのため、熱伝導部材１３は、透光性の優れた材質からなるものであることが好ましい。

これらの点を考慮して、熱伝導部材１３の材質としては、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）やマグネシア（ＭｇＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）が好ましい。これらの材料を用いることにより、熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ以上を実現できる。

また、図１において符号１３ｃで示す熱伝導部材１３の厚み（熱伝導部材１３における、レーザ光照射面７ａの側に位置する第１面１３ａと、当該第１面１３ａに対向する第２面１３ｂとの間の厚み）は、０．３ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下が好ましい。０．３ｍｍよりも薄いと発光部７の放熱を十分にできず、発光部７が劣化してしまう可能性がある。また、３．０ｍｍを超えるような厚みにすると、照射されたレーザ光の熱伝導部材１３における吸収が大きくなり、励起光の利用効率が顕著に下がる。

熱伝導部材１３を適切な厚みで発光部７に当接させることにより、特に発光部７での発熱が１Ｗを超えるような極めて強いレーザ光を照射しても、その発熱が迅速且つ効率的に放熱され、発光部７が損傷（劣化）してしまうことを防止できる。

なお、熱伝導部材１３は、折れ曲がりのない板状のものであってもよいし、折れ曲がった部分や湾曲した部分を有していてもよい。ただし、発光部７が接着される部分は、接着の安定性の観点から平面（板状）である方が好ましい。

（熱伝導部材１３の変更例）
熱伝導部材１３は、透光性を有する部分（透光部）と透光性を有さない部分（遮光部）とを有していてもよい。この構成の場合、透光部は発光部７のレーザ光照射面７ａを覆うように配置され、遮光部はその外側に配置される。

遮光部は、金属（例えば銅やアルミ）の放熱パーツであってもよいし、アルミや銀その他、照明光を反射させる効果のある膜が透光性部材の表面に形成されているものであってもよい。

（冷却部１４）
冷却部１４は、熱伝導部材１３を冷却する部材であり、例えば、アルミや銅などの金属からなる熱伝導性の高い放熱ブロックである。なお、反射鏡８が金属で形成されるのであれば、反射鏡８が冷却部１４を兼ねていてもよい。または、冷却部１４は、冷却液をその内部に循環させることによって熱伝導部材１３を冷却する冷却装置であってもよいし、風冷によって熱伝導部材１３を冷却する冷却装置（ファン）であってもよい。

冷却部１４を金属塊として実現する場合には、当該金属塊の上面に複数の放熱用のフィンを設けてもよい。この構成により、金属塊の表面積を増加させ、金属塊からの放熱をより効率良く行うことができる。

なお、この冷却部１４はヘッドランプ１にとって必須なものではなく、熱伝導部材１３が発光部７から受け取った熱を熱伝導部材１３から自然に放熱させてもよい。冷却部１４を設けることで、熱伝導部材１３からの放熱を効率良く行うことができ、特に、発光部７からの発熱量が３Ｗ以上の場合に、冷却部１４の設置が有効となる。

また、熱伝導部材１３の長さを調整することにより、冷却部１４を発光部７から離れた位置に設置することができる。この場合、図２に示すような、冷却部１４がハウジング１０に収納される構成に限らず、熱伝導部材１３がハウジング１０を貫くことにより、冷却部１４をハウジング１０の外部に設置することも可能となる。

それゆえ、冷却部１４が万が一故障した場合に修理または交換しやすい位置に設置することができ、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。

（各部の材質の組み合わせ例）
次に、発光部７、熱伝導部材１３、および両者を接着する場合に用いる接着剤の材質の組み合わせの一例について表１および表２を用いて説明する。

表１に示すように発光部７の封止材として無機ガラスを用い、高熱伝導フィラー１５としてダイヤモンドまたはサファイアの粒子を発光部７に含ませた場合には、発光部７の熱伝導率が高くなる。その結果、発光部７の熱抵抗が低下する。

表２に示すように熱伝導部材１３についても熱伝導率の高いサファイア等の材質を用いることにより、熱伝導部材１３の熱抵抗が低下し、熱伝導部材１３の熱吸収効率および放熱効率が高まる。

各部材の熱抵抗は、次の（１）式によって算出できる。

熱抵抗＝（１／熱伝導率）・（放熱経路の長さ／放熱断面積）・・・（１）
放熱経路の長さは、各部材の厚み（レーザ光の透過方向における厚み）に相当し、放熱断面積は、部材間の接合面積に相当する。具体的な熱抵抗の計算例を表３に示す。

表３に示すように、発光部７が封止材のみで形成されていると仮定した場合には、発光部７の熱抵抗は、接着剤および熱伝導部材１３の熱抵抗よりも大きい。実際には、発光部７には、封止材よりも熱伝導率の高い蛍光体が含まれるため、発光部７の熱抵抗は表３に示すものよりも低下する。しかし、それでも、発光部７の熱抵抗は、熱伝導部材１３の熱抵抗よりも１桁以上高い。

そこで、高熱伝導フィラー１５を発光部７に混合することにより、発光部７の熱抵抗を下げることができる。

例えば、熱伝導率が２５Ｗ／ｍＫのサファイア微粒子（直径１０μｍ）を発光部７に８％混合した場合、発光部７中での分散状況にも影響されるが、およそ１．４倍程度放熱効果が高まるというシミュレーション結果が得られている。また、サーモグラフィを用いた発光部の温度上昇状況の実測結果からも、ほぼ同程度の発熱抑制効果（高熱伝導フィラー無しの場合、１００℃上昇するところ、サファイア微粒子を８％混合した場合には７０℃強の温度上昇にとどまる）があることが分かった。

（熱抵抗の改善方法）
次に、各部材の熱抵抗を低下させ、放熱効果を高める方法について部材ごとに説明する。

＜発光部７＞
発光部７の熱抵抗を低下させるために、次の変更が有効である。
・高熱伝導フィラー１５の混合量を増加させる。
・放熱面積（他の部材との接触面積）を増加させる。例えば、レーザ光照射面７ａと対向する発光部７の面にも熱伝導率の高い部材を接触させる。
・発光部７の厚みを低下させる。

ただし、発光部７により多くの部材を接触させることにより放熱面積を増やせば、発光部７の輝度が低下する可能性がある。また、発光部７の体積を減少させて発光部７の厚みを低下させることによって光束が低下する、または輝度の均一性が低下する可能性がある。また、放熱面積を増やすために発光部７の構造が複雑になれば、製造コストが高くなる可能性がある。

そのため、これらのデメリットを考慮した上で、発光部７の熱抵抗を低下させる適切な方法を選択することが好ましい。

なお、発光部７の熱伝導率は、混ぜる高熱伝導フィラーの材質だけではなく、その濃度（混合割合）にも依存する。例えば、きわめて微量のダイヤモンドペーストを混合させたときよりも、サファイアビーズを比較的多量に混合させたときの方が、熱伝導率が高くなる。それゆえ、発光部７に混合させる高熱伝導フィラーの材質および量を調整することで、発光部７の熱伝導率を調整すればよい。

また、複数種類の高熱伝導フィラーを発光部７に混合してもよい。

また、封止材を用いずに、蛍光体と高熱伝導フィラー１５とから発光部７を形成してもよい。

＜接着剤＞
接着剤の熱抵抗を低下させるために、次の変更が有効である。
・放熱面積（発光部７等との接触面積）を増加させる。
・接着剤の厚みを低下させる。
・接着剤の熱伝導率を高める。例えば、接着剤として熱伝導率の高い材質のもの（例えば、加熱することにより焼結させる低融点の無機ガラス系ペースト）を用いる。

なお、接着剤に高熱伝導フィラーを混ぜることによっても接着剤の熱抵抗を下げることができるが、無機ガラス系ペーストに高熱伝導フィラーを混合した場合には、透明かつ低融点のペーストを実現することは困難である。

また、後述する実施の形態２に示すように、接着剤を用いずに固定部材によって発光部７を熱伝導部材１３に当接させることで接着剤の影響を排除してもよい。

＜熱伝導部材１３＞
熱伝導部材１３の熱吸収効果および放熱効果を高めるために、次の変更が有効である。
・放熱面積（発光部７との接触面積）を増加させる。
・熱伝導部材１３の厚みを増加させる。
・熱伝導部材１３の熱伝導率を高める。例えば、熱伝導率の高い材質を用いる。または、熱伝導部材１３の表面に熱伝導率の高い部材（薄膜または板状部材など）を配設する。

ただし、熱伝導部材１３の表面に金属薄膜などを形成する場合には、光束が低下する可能性がある。また、熱伝導部材１３の表面を被覆したり、別の部材を配設したりする場合には、製造コストが増加する。

（発光部７の製造方法）
次に発光部７の製造方法について説明する。図３は、発光部７において無機ガラス１７の中に高熱伝導フィラー１５および蛍光体粒子１６が分散している状態を示す概念図である。

まず、ガラス粉末と蛍光体粉末と高熱伝導フィラー１５とが所定の割合となるようにそれぞれの粉末を秤量し、これらの粉末が均一に混ざり合うように混合する（混合工程）。この混合処理は、秤量した各粉末を容器に入れ、手動で揺動させることによって行ってもよいし、混合装置によって行ってもよい。

発光部７における蛍光体の濃度が高い場合には、図３に示すように蛍光体粒子１６が封止材の中に均一に分散していることが好ましい。蛍光体粒子１６が一箇所にかたまって存在すると、その箇所での発熱量が多くなり、発光効率の低下および発光部７の劣化が生じる可能性があるからである。

高熱伝導フィラー１５についても、熱抵抗を下げるという効果が発光部７の全体に及ぶために封止材の中に均一に分散していることが好ましい。

混合工程の後、混合粉末を金属金型中に入れ、例えば、５６０℃で０．５時間、焼成を行う（焼成工程）。

図３に示すように、高熱伝導フィラー１５と蛍光体粒子１６とが接触していない場合には、蛍光体粒子１６の熱が、無機ガラス１７を介して高熱伝導フィラー１５に伝導されることになり、高熱伝導フィラー１５の熱抵抗低下の効果が十分に得られない可能性がある。

この問題を解決するために、蛍光体粒子１６と高熱伝導フィラー１５とを予め互いに付着させておき（付着工程）、蛍光体粒子１６と高熱伝導フィラー１５との複合体をガラス粉末と一緒に混合し、焼結することが好ましい。すなわち、高熱伝導フィラー１５と蛍光体粒子１６とが互いに接した状態で発光部７の中に分散されていることが好ましい。

蛍光体粒子１６と高熱伝導フィラー１５との付着力は、それらの複合体を封止材と混合し、焼結させる過程において蛍光体粒子１６と高熱伝導フィラー１５とが乖離しない程度のものであればよい。

図４（ａ）は、高熱伝導フィラー１５の表面に複数の蛍光体粒子１６が配されている状態を示す図であり、図４（ｂ）は、蛍光体粒子１６の表面に複数の高熱伝導フィラー１５が配されている状態を示す図である。図４（ａ）に示すように、高熱伝導フィラー１５の粒径が蛍光体粒子１６の粒径よりも大きい場合には、高熱伝導フィラー１５の表面に複数の蛍光体粒子１６を設ければよい。逆に、図４（ｂ）に示すように、高熱伝導フィラー１５の粒径が蛍光体粒子１６の粒径よりも小さい場合には、蛍光体粒子１６の表面に複数の高熱伝導フィラー１５を設ければよい。

蛍光体粒子１６と高熱伝導フィラー１５とを互いに付着させる方法として、例えば、乾式または湿式コーティング法もしくはスプレードライ法を用いた造粒操作により、付着粒子（または付着粒子を含む液体）を付着対象の粒子に対して噴霧する方法が挙げられる。なお、付着粒子とは、高熱伝導フィラー１５および蛍光体粒子１６のうち、粒径が小さい方の粒子であり、付着対象の粒子とは、高熱伝導フィラー１５および蛍光体粒子１６のうち、粒径が大きい方の粒子である。

また、接着剤によって蛍光体粒子１６と高熱伝導フィラー１５とを接着させてもよいし、静電気を利用して両者を付着させてもよい。

（発光部７の変更例）
図５は、発光部７の変更例を示す断面図である。図５に示すように、発光部７の側面と当接する熱伝導壁１８を形成してもよい。この熱伝導壁１８は、例えば、金属（例えば、アルミニウム）、またはサファイア、無機ガラスなどの透光性および高熱伝導性を有する材質からなる壁面である。

熱伝導壁１８を第２の熱伝導部材として熱伝導部材１３とともに設けることにより、発光部７の放熱効果をより高めることができる。

（半導体レーザ３の構造）
次に、半導体レーザ３の基本構造について説明する。図６（ａ）は、半導体レーザ３の回路図を模式的に示したものであり、図６（ｂ）は、半導体レーザ３の基本構造を示す斜視図である。同図に示すように、半導体レーザ３は、カソード電極２３、基板２２、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極２１がこの順に積層された構成である。

基板２２は、半導体基板であり、本願のように蛍光体を励起する為の青色〜紫外の励起光を得る為にはＧａＮ、サファイア、ＳｉＣを用いることが好ましい。一般的には、半導体レーザ用の基板の他の例として、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＣ等のＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂおよびＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｒＯ_２およびＣｅＯ_２等の酸化物絶縁体、並びに、ＳｉＮなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。

アノード電極２１は、クラッド層１１２を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。

カソード電極２３は、基板２２の下部から、クラッド層１１３を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極２１・カソード電極２３に順方向バイアスをかけて行う。

活性層１１１は、クラッド層１１３及びクラッド層１１２で挟まれた構造になっている。

また、活性層１１１およびクラッド層の材料としては、青色〜紫外の励起光を得る為にはＡｌＩｎＧａＮから成る混晶半導体が用いられる。一般に半導体レーザの活性層・クラッド層としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂを主たる組成とする混晶半導体が用いられ、そのような構成としても良い。また、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体によって構成されていてもよい。

また、活性層１１１は、注入された電流により発光が生じる領域であり、クラッド層１１２及びクラッド層１１３との屈折率差により、発光した光が活性層１１１内に閉じ込められる。

さらに、活性層１１１には、誘導放出によって増幅される光を閉じ込めるために互いに対向して設けられる表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が形成されており、この表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が鏡の役割を果す。

ただし、完全に光を反射する鏡とは異なり、誘導放出によって増幅される光の一部は、活性層１１１の表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５（本実施の形態では、便宜上表側へき開面１１４とする）から出射され、励起光Ｌ０となる。なお、活性層１１１は、多層量子井戸構造を形成していてもよい。

なお、表側へき開面１１４と対向する裏側へき開面１１５には、レーザ発振のための反射膜（図示せず）が形成されており、表側へき開面１１４と裏側へき開面１１５との反射率に差を設けることで、低反射率端面である、例えば、表側へき開面１１４より励起光Ｌ０の大部分を発光点１０３から照射されるようにすることができる。

クラッド層１１３・クラッド層１１２は、ｎ型およびｐ型それぞれのＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、及びＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、並びに、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体のいずれの半導体によって構成されていてもよく、順方向バイアスをアノード電極２１及びカソード電極２３に印加することで活性層１１１に電流を注入できるようになっている。

クラッド層１１３・クラッド層１１２および活性層１１１などの各半導体層との膜形成については、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。各金属層の膜形成については、真空蒸着法やメッキ法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。

（発光部７の発光原理）
次に、半導体レーザ３から発振されたレーザ光による蛍光体の発光原理について説明する。

まず、半導体レーザ３から発振されたレーザ光が発光部７に含まれる蛍光体に照射されることにより、蛍光体内に存在する電子が低エネルギー状態から高エネルギー状態（励起状態）に励起される。

その後、この励起状態は不安定であるため、蛍光体内の電子のエネルギー状態は、一定時間後にもとの低エネルギー状態（基底準位のエネルギー状態または励起準位と基底準位との間の準安定準位のエネルギー状態）に遷移する。

このように、高エネルギー状態に励起された電子が、低エネルギー状態に遷移することによって蛍光体が発光する。

白色光は、等色の原理を満たす３つの色の混色、または補色の関係を満たす２つの色の混色で構成でき、この原理・関係に基づき、半導体レーザから発振されたレーザ光の色と蛍光体が発する光の色とを、上述のように組み合わせることにより白色光を発生させることができる。

（ヘッドランプ１の効果）
発光部７をハイパワーのレーザ光で励起すると、発光部７が激しく劣化することを本発明の発明者は見出した。発光部７の劣化は、発光部７に含まれる蛍光体そのものの劣化とともに、蛍光体を取り囲む封止材の劣化によって主に引き起こされる。例えば、上述のサイアロン蛍光体は、レーザ光が照射されると６０〜８０％の効率で光を発生させるが、残りは熱となって放出される。

ヘッドランプ１では、発光部７に高熱伝導フィラー１５が含まれているため、発光部７の熱抵抗が従来よりも低下している。そのため、発光部７の熱は、効率良く熱伝導部材１３に伝わり、発光部７が効果的に放熱される。これにより、発熱による発光部７の劣化および発光効率の低下を防止することができる。

従って、レーザ光を励起光源とした超高輝度な光源としてのヘッドランプの寿命を延ばし、その信頼性を高めることができる。

次に本発明の一実施例について図７を用いて説明する。図７は、発光部７および熱伝導部材１３の具体例を示す図である。

発光部７として、封止材中に酸窒化物系蛍光体（Caα−SiAlON:CeおよびCASN:Eu）を分散させた波長変換部材を用いた。この発光部７は、直径３ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円盤状のものである。発光部７には、高熱伝導フィラー１５としてサファイアビーズが分散されている。

高熱伝導フィラー１５の発光部７における好ましい密度範囲（混合割合の範囲）の下限値として、
（熱伝導フィラーの熱伝導率）×（混合割合）＞（封止材の熱伝導率）
という式が示す条件を満たすものが考えられる。例えば高熱伝導フィラー１５の熱伝導率が２５Ｗ／ｍＫであれば、発光部７に４％（体積％）混合すると、２５×０．０４＝１Ｗ／ｍＫという値が得られる。この値は、封止材として用いているガラス材料の熱伝導率と同じであり、この状態では、発光部７の熱伝導率（または熱抵抗）を改善する効果は実際には顕著には得られないと考えられる。

上述したように、サファイアビーズを発光部７に８％混合した場合には、およそ１．４倍程度放熱効果が高まる。

一方、高熱伝導フィラー１５の発光部７における好ましい密度範囲（混合割合の範囲）の上限値は、封止材を全て高熱伝導フィラー１５に置換した場合の混合割合である。

熱伝導部材１３として、厚さ０．５ｍｍのサファイア板（熱伝導率：４２Ｗ／ｍＫ）を用い、この熱伝導部材１３にアーデル社製の可視光重合型光学用接着剤エピカコール（Epixacolle）ＥＰ４３３を用いて発光部７を接着した。この状態が図７に示されている。

Caα−SiAlON:CeとCASN:Euとで作製した発光部の場合、励起光を照明光（蛍光）に変換する効率は、約７０％である。１０Ｗの励起光を照射するとそのうち３Ｗは照明光に変換されず熱に変わる。

蛍光体を封止する封止材の熱伝導率は、シリコーン樹脂や有機無機ハイブリッドガラスで０．１〜０．２Ｗ／ｍＫ程度、無機ガラスで１〜２Ｗ／ｍＫ程度である。例えば、熱伝導率０．２Ｗ／ｍＫの３ｍｍ×３ｍｍ×厚さ１ｍｍの発熱体の３ｍｍ×３ｍｍ平面で１Ｗの発熱があり、上記発熱体が外部と熱的に絶縁されている場合を熱シミュレーションにより計算すると、発熱体の温度は５００℃以上（５５５．６℃）になる。

ちなみに、熱伝導率２Ｗ／ｍＫの封止材を用いると同じ大きさ・同じ発熱量の発熱体であっても温度上昇は５５．６℃となる。すなわち、封止材の熱伝導率は非常に重要である。また、封止材の熱伝導率は２Ｗ／ｍＫのまま、発熱体のサイズを３ｍｍ×１ｍｍ×厚さ１ｍｍとすると、温度上昇は１６６．７℃となる。それゆえ、輝度を高くするために発光部７のサイズを小さくすればするほど、同じ発熱量でも温度上昇が激しくなり、発光部７に負担がかかるようになる。

これに対して、上述の発熱体（３ｍｍ×３ｍｍ×厚さ１ｍｍ、熱伝導率０．２Ｗ／ｍＫ）に熱伝導率４０Ｗ／ｍＫの熱伝導板（３ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）を熱的に接着した場合には、発熱体の温度上昇は１７０℃程度に抑えられる。熱伝導板の厚みを０．５ｍｍから１．０ｍｍとすることによって温度上昇は半分の８５℃程度に抑制できる。また、発熱体の厚みを１ｍｍから０．５ｍｍとすることによって、熱伝導板への放熱性が向上するため、さらに発熱体の温度上昇を低下させることができる。

蛍光体発光部の温度を凡そ２００℃程度以下にし、さらに、蛍光体として、酸窒化物系蛍光体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体を用いることによって、特に発光部７での発熱が１Ｗを超えるような極めて強い励起光を照射しても、その発熱が迅速且つ効率的に放熱され、発光部７が損傷（劣化）してしまうことを防止できるようになる。

また、この発光部７を構成する封止材としては、無機ガラスが好ましく、シリコーン樹脂を使用する場合は、熱シミュレーションを厳密に行い温度上昇を１５０℃程度以下に抑えることが好ましい。有機無機ハイブリッドガラスであれば温度は２５０℃から３００℃程度まで許容される。また、無機ガラスの場合、その材料の融点以下であれば５００℃以上でも問題ない。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図８〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、熱伝導部材１３ととともに発光部７を挟持する部材の他の例について説明する。

（ヘッドランプ３０の構成）
図８は、本実施形態のヘッドランプ３０の構成を示す概略図である。同図に示すように、ヘッドランプ３０は、透明板（固定部）１９、金属リング２０、反射鏡８１、基板８２およびネジ８３を備えている。このヘッドランプ３０では、発光部７は、熱伝導部材１３と透明板１９とによって挟持されている。

（発光部７）
発光部７は、接着剤によって熱伝導部材１３に接着されているとともに、金属リング２０の底部に形成された開口部に配置されている。発光部７の内部には、高熱伝導フィラー１５が分散されている（図７では不図示）。

（反射鏡８１）
反射鏡８１は、反射鏡８と同様の機能を有するものであるが、その焦点位置近傍で、光軸に対して垂直な平面によって切断された形状を有している。反射鏡８１の材質については特に問われないが、反射率を考えると銅やＳＵＳ（ステンレス鋼）を用いて反射鏡を作製した後、銀メッキおよびクロメートコートなどを施すことが好ましい。その他、反射鏡８１をアルミニウムを用いて作製し、酸化防止膜を表面に付与してもよいし、樹脂性の反射鏡本体の表面に金属薄膜を形成してもよい。

（金属リング２０）
金属リング２０は、反射鏡８１が完全な反射鏡であった場合の、焦点位置近傍の形状を有するすり鉢形状のリングであり、すり鉢の底部が開口した形状を有している。

金属リング２０のすり鉢形状の部分の表面は、反射鏡として機能し、金属リング２０と反射鏡８１とを組み合わせることで完全な形状の反射鏡が形成される。それゆえ、金属リング２０は、反射鏡の一部として機能する部分反射鏡であり、反射鏡８１を第１部分反射鏡と称する場合、焦点位置近傍の部分を有する第２部分反射鏡と称することができる。発光部７から出射された蛍光の一部は、金属リング２０の表面で反射し、照明光としてヘッドランプ３０の前方へ出射される。

金属リング２０の材質は特に問われないが、放熱性を考えると銀、銅、アルミニウムなどが好ましい。金属リング２０が銀やアルミニウムの場合は、すり鉢部を鏡面に仕上げた後、黒ずみや酸化防止のための保護層（クロメートコートや樹脂層など）を設けることが好ましい。また、金属リング２０が銅の場合は、銀メッキ、あるいはアルミニウム蒸着後、前述の保護層を設けることが好ましい。

金属リング２０が熱伝導部材１３に当接していることにより、熱伝導部材１３を放熱させる効果が得られる。すなわち、金属リング２０は、熱伝導部材１３の冷却部としても機能する。

（透明板１９）
金属リング２０と反射鏡８１との間には透明板１９が挟持されている。この透明板１９は、発光部７のレーザ光照射面７ａとは反対側の面と接しており、発光部７が熱伝導部材１３から剥がれないように抑えつける役割を有している。金属リング２０のすり鉢形状の部分の深さは、発光部７の高さとほぼ一致しているため、透明板１９と熱伝導部材１３との間の距離が一定に保たれた状態で、透明板１９が発光部７に接している。そのため、熱伝導部材１３と透明板１９とによって挟持されることにより発光部７が押しつぶされることはない。

透明板１９は、少なくとも透光性を有するものであればどのような材質のものでもよいが、熱伝導部材１３と同様に熱伝導率が高いもの（２０Ｗ／ｍＫ以上）が好ましい。例えば、透明板１９はサファイア、窒化ガリウム、マグネシアまたはダイヤモンドを含んでいることが好ましい。この場合、透明板１９は、高い熱伝導率を有しており、発光部７において生じた熱に効率良く吸収できる。

熱伝導部材１３および透明板１９の厚さは、厚さは０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下程度が好ましい。上記厚さが０．３ｍｍ以下になると発光部７と金属リング２０とを挟みこんで固定する強度が得られず、３．０ｍｍ以上になるとレーザ光の吸収を無視できなくなるとともに、部材コストが上昇してしまう。

（基板８２）
基板８２は、半導体レーザ３から出射されたレーザ光を通す開口部８２ａを有する板状の部材であり、この基板８２に対して反射鏡８１がネジ８３によって固定されている。反射鏡８１と基板８２との間には熱伝導部材１３、金属リング２０および透明板１９が配置されており、開口部８２ａの中心と金属リング２０の底部の開口部の中心とはほぼ一致している。そのため、半導体レーザ３から出射されたレーザ光は、基板８２の開口部８２ａを通って、熱伝導部材１３を透過し、金属リング２０の開口部を通って発光部７に到達する。

基板８２の材質は特に問われないが、熱伝導部材１３は、基板８２に全面的に接しているため、基板８２を鉄、銅などの金属にすることで熱伝導部材１３の放熱効果、しいては発光部７の放熱効果を高めることができる。

なお、金属リング２０を、熱伝導部材１３に対して確実に固定することが好ましい。基板８２と反射鏡８１とをネジ８３で固定することによって生じる圧力によって金属リング２０を熱伝導部材１３に対してある程度固定できる。しかし、金属リング２０を接着剤で熱伝導部材１３に接着する、熱伝導部材１３を挟んで金属リング２０を基板８２にネジ止めするなどの方法により、確実に金属リング２０を固定することで、金属リング２０が動くことによって発光部７が剥離するという危険性を回避できる。

また、金属リング２０は、上述の部分反射鏡としての機能を有し、かつ、反射鏡８１と基板８２とをネジ８３で固定するときの圧力に耐えられるものであればよく、必ずしも金属である必要はない。例えば、金属リング２０の代用となる部材は、上記圧力に耐えられる樹脂性リングの表面に金属薄膜が形成されているものであってもよい。

（ヘッドランプ３０の効果）
ヘッドランプ３０では、発光部７は、熱伝導部材１３と透明板１９とによって挟持されることにより、発光部７と熱伝導部材１３との相対位置関係が固定される。それゆえ、発光部７と熱伝導部材１３との間の接着剤の粘着性が低い場合や、発光部７と熱伝導部材１３との間に熱膨張率の差が生じた場合でも、発光部７が熱伝導部材１３から剥離することを防止できる。

（固定部のその他の例）
発光部７の熱伝導部材１３に対する相対位置を固定する固定部は、板状の部材である必要はなく、発光部７のレーザ光照射面７ａと対向する面（蛍光出射面と称する）の少なくとも一部に圧接する圧接面と、当該圧接面と熱伝導部材１３との相対位置関係を固定する当接面固定部とを備えるものであればよい。

圧接面と熱伝導部材１３との相対位置が固定されており、その圧接面が発光部７の蛍光出射面に圧接する（多少の圧力をかけて蛍光出射面に接する）ことにより、発光部７を熱伝導部材１３に対して固定できる。

図９（ａ）〜（ｃ）は、固定部の変形例を示す図である。固定部として、例えば、図９（ａ）に示すように、発光部７が円柱形状の場合には、発光部７の蛍光出射面と接する面を有し、熱伝導部材１３に接続（接着または溶接）されている円筒形状の中空部材２１ａや、図９（ｂ）に示すように、発光部７が直方体または立方体である場合には、直方体または立方体の中空部材２１ｂを用いてもよい。ただし、中空部材２１ａ・２１ｂにおいて、熱伝導部材１３に接続される側の面は開口している。

また、図９（ｃ）に示すように、固定部２１ｃの、蛍光出射面と接する面の一部（特に中央部）が開口していてもよい。この構成により、発光部７から出射される蛍光が固定部に吸収されることで当該蛍光をロスすることを防止できる。固定部は、透光性の部材であることが好ましいが、上記中央部が開口していれば、透光性のない物質（例えば、金属）で固定部を形成してもよい。

また、固定部として複数のワイヤを用い、これらワイヤの一方の端部を発光部７に接続し、他方の端部を熱伝導部材１３に接続してもよい。

また、図９（ｄ）に示すように、固定部２１を設けずに、発光部７を接着層２２によって熱伝導部材１３に接続してもよい。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施形態について図１０〜図１５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。

ここでは、本発明の照明装置の一例としてのレーザダウンライト２００について説明する。レーザダウンライト２００は、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置であり、半導体レーザ３から出射したレーザ光を発光部７に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いるものである。

なお、レーザダウンライト２００と同様の構成を有する照明装置を、構造物の側壁または床に設置してもよく、上記照明装置の設置場所は特に限定されない。

図１０は、発光ユニット２１０および従来のＬＥＤダウンライト３００の外観を示す概略図である。図１１は、レーザダウンライト２００が設置された天井の断面図である。図１２は、レーザダウンライト２００の断面図である。図１０〜図１２に示すように、レーザダウンライト２００は、天板４００に埋設され、照明光を出射する発光ユニット２１０と、光ファイバー５を介して発光ユニット２１０へレーザ光を供給するＬＤ光源ユニット２２０とを含んでいる。ＬＤ光源ユニット２２０は、天井には設置されておらず、ユーザが容易に触れることができる位置（例えば、家屋の側壁）に設置されている。このようにＬＤ光源ユニット２２０の位置を自由に決定できるのは、ＬＤ光源ユニット２２０と発光ユニット２１０とが光ファイバー５によって接続されているからである。この光ファイバー５は、天板４００と断熱材４０１との間の隙間に配置されている。

（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図１２に示すように、筐体２１１、光ファイバー５、発光部７、熱伝導部材１３および透光板２１３を備えている。図１２では示されていないが、発光部７には高熱伝導フィラー１５が分散されている。上述の実施形態と同様に、発光部７の熱が熱伝導部材１３に伝わることで発光部７の放熱が促進される。

筐体２１１には、凹部２１２が形成されており、この凹部２１２の底面に発光部７が配置されている。凹部２１２の表面には、金属薄膜が形成されており、凹部２１２は反射鏡として機能する。

また、筐体２１１には、光ファイバー５を通すための通路２１４が形成されており、この通路２１４を通って光ファイバー５が熱伝導部材１３まで延びている。光ファイバー５の出射端部５ａから出射されたレーザ光は、熱伝導部材１３を透過して発光部７に到達する。

透光板２１３は、凹部２１２の開口部をふさぐように配置された透明または半透明の板である。この透光板２１３は、透明板９と同様の機能を有するものであり、発光部７の蛍光は、透光板２１３を透して照明光として出射される。透光板２１３は、筐体２１１に対して取外し可能であってもよく、省略されてもよい。

図１０では、発光ユニット２１０は、円形の外縁を有しているが、発光ユニット２１０の形状（より厳密には、筐体２１１の形状）は特に限定されない。

なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、発光部７の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。

（ＬＤ光源ユニット２２０の構成）
ＬＤ光源ユニット２２０は、半導体レーザ３、非球面レンズ４および光ファイバー５を備えている。

光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂは、ＬＤ光源ユニット２２０に接続されており、半導体レーザ３から発振されたレーザ光は、非球面レンズ４を介して光ファイバー５の入射端部５ｂに入射される。

図１２に示すＬＤ光源ユニット２２０の内部には、半導体レーザ３および非球面レンズ４が一対のみ示されているが、発光ユニット２１０が複数存在する場合には、発光ユニット２１０からそれぞれ延びる光ファイバー５の束を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導いてもよい。この場合、１つのＬＤ光源ユニット２２０に複数の半導体レーザ３と非球面レンズ４との対が収納されることになり、ＬＤ光源ユニット２２０は集中電源ボックスとして機能する。

（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図１３は、レーザダウンライト２００の設置方法の変更例を示す断面図である。同図に示すように、レーザダウンライト２００の設置方法の変形例として、天板４００には光ファイバー５を通す小さな穴４０２だけを開け、薄型・軽量の特長を活かしてレーザダウンライト本体（発光ユニット２１０）を天板４００に貼り付けるということもできる。この場合、レーザダウンライト２００の設置に係る制約が小さくなり、また工事費用が大幅に削減できるというメリットがある。

この構成では、熱伝導部材１３は、筐体２１１の底部に、レーザ光入射側の面を全面的に当接させて配置されている。それゆえ、筐体２１１を熱伝導率の高い物質からなるものにすることによって熱伝導部材１３の冷却部として機能させることができる。

（レーザダウンライト２００と従来のＬＥＤダウンライト３００との比較）
従来のＬＥＤダウンライト３００は、図１０に示すように、複数の透光板３０１を備えており、各透光板３０１からそれぞれ照明光が出射される。すなわち、ＬＥＤダウンライト３００において発光点は複数存在している。ＬＥＤダウンライト３００において発光点が複数存在しているのは、個々の発光点から出射される光の光束が比較的小さいため、複数の発光点を設けなければ照明光として十分な光束の光が得られないためである。

これに対して、レーザダウンライト２００は、高光束の照明装置であるため、発光点は１つでもよい。それゆえ、照明光による陰影がきれいに出るという効果が得られる。また、発光部７の蛍光体を高演色蛍光体（例えば、数種類の酸窒化物蛍光体の組み合わせ）にすることにより、照明光の演色性を高めることができる。

これにより、白熱電球ダウンライトに迫る高演色を実現することができる。例えば、平均演色評価数Ｒａが９０以上のみならず、特殊演色評価数Ｒ９も９５以上というＬＥＤダウンライトや蛍光灯ダウンライトでは実現が難しい高演色光も高演色蛍光体と半導体レーザ３の組合せにより実現可能である。

図１４は、ＬＥＤダウンライト３００が設置された天井の断面図である。同図に示すように、ＬＥＤダウンライト３００では、ＬＥＤチップ、電源および冷却ユニットを収納した筐体３０２が天板４００に埋設されている。筐体３０２は比較的大きなものであり、筐体３０２が配置されている部分の断熱材４０１には、筐体３０２の形状に沿った凹部が形成される。筐体３０２から電源ライン３０３が延びており、この電源ライン３０３はコンセント（不図示）につながっている。

このような構成では、次のような問題が生じる。まず、天板４００と断熱材４０１との間に発熱源である光源（ＬＥＤチップ）および電源が存在しているため、ＬＥＤダウンライト３００を使用することにより天井の温度が上がり、部屋の冷房効率が低下するという問題が生じる。

また、ＬＥＤダウンライト３００では、光源ごとに電源および冷却ユニットが必要であり、トータルのコストが増大するという問題が生じる。

また、筐体３０２は比較的大きなものであるため、天板４００と断熱材４０１との間の隙間にＬＥＤダウンライト３００を配置することが困難な場合が多いという問題が生じる。

これに対して、レーザダウンライト２００では、発光ユニット２１０には、大きな発熱源は含まれていないため、部屋の冷房効率を低下させることはない。その結果、部屋の冷房コストの増大を避けることができる。

また、発光ユニット２１０ごとに電源および冷却ユニットを設ける必要がないため、レーザダウンライト２００を小型および薄型にすることができる。その結果、レーザダウンライト２００を設置するためのスペースの制約が小さくなり、既存の住宅への設置が容易になる。

また、レーザダウンライト２００は、小型および薄型であるため、上述したように、発光ユニット２１０を天板４００の表面に設置することができ、ＬＥＤダウンライト３００よりも設置に係る制約を小さくすることができるとともに工事費用を大幅に削減できる。

図１５は、レーザダウンライト２００およびＬＥＤダウンライト３００のスペックを比較するための図である。同図に示すように、レーザダウンライト２００は、その一例では、ＬＥＤダウンライト３００に比べて体積は９４％減少し、質量は８６％減少する。

また、ＬＤ光源ユニット２２０をユーザの手が容易に届く所に設置できるため、半導体レーザ３が故障した場合でも、手軽に半導体レーザ３を交換できる。また、複数の発光ユニット２１０から延びる光ファイバー５を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導くことにより、複数の半導体レーザ３を一括管理できる。そのため、複数の半導体レーザ３を交換する場合でも、その交換が容易にできる。

なお、ＬＥＤダウンライト３００において、高演色蛍光体を用いたタイプの場合、消費電力１０Ｗで約５００ｌｍの光束が出射できるが、同じ明るさの光をレーザダウンライト２００で実現するためには、３．３Ｗの光出力が必要である。この光出力は、ＬＤ効率が３５％であれば、消費電力１０Ｗに相当し、ＬＥＤダウンライト３００の消費電力も１０Ｗであるため、消費電力では、両者の間に顕著な差は見られない。それゆえ、レーザダウンライト２００では、ＬＥＤダウンライト３００と同じ消費電力で、上述の種々のメリットが得られることになる。

以上のように、レーザダウンライト２００は、レーザ光を出射する半導体レーザ３を少なくとも１つ備えるＬＤ光源ユニット２２０と、発光部７および反射鏡としての凹部２１２を備える少なくとも１つの発光ユニット２１０と、発光ユニット２１０のそれぞれへ上記レーザ光を導く光ファイバー５とを含んでいる。

（その他の変更例）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、励起光源として高出力のＬＥＤを用いてもよい。この場合には、４５０ｎｍの波長の光（青色）を出射するＬＥＤと、黄色の蛍光体、または緑色および赤色の蛍光体とを組み合わせることにより白色光を出射する発光装置を実現できる。

また、励起光源として、半導体レーザ以外の固体レーザを用いてもよい。ただし、半導体レーザを用いる方が、励起光源を小型化できるため好ましい。

本発明は、高輝度で長寿命な発光装置や照明装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。

１ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
２半導体レーザアレイ（励起光源）
３半導体レーザ（励起光源）
７発光部
１３熱伝導部材
１５高熱伝導フィラー（熱伝導粒子）
１６蛍光体粒子
１７無機ガラス（封止材）
３０ヘッドランプ
２００レーザダウンライト（発光装置、照明装置）

Claims

励起光を出射する励起光源と、
上記励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体を含む発光部とを備え、
上記発光部は、熱伝導粒子を含んでいることを特徴とする発光装置。
上記発光部は、上記蛍光体を封止材により封止したものであり、
上記熱伝導粒子の熱伝導率は、上記封止材の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
上記熱伝導粒子は、透光性を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
上記熱伝導粒子と上記蛍光体とが互いに接した状態で上記発光部の中に分散されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
上記発光部と当接し、当該発光部の熱を受け取る熱伝導部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする照明装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする車両用前照灯。
励起光を受けて発光する発光部の製造方法であって、
熱伝導粒子、蛍光体および封止材を混合する混合工程と、
上記混合工程において混合した混合物を焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする製造方法。
熱伝導粒子と蛍光体とを互いに付着させる付着工程をさらに含み、
上記付着工程において形成した熱伝導粒子と蛍光体との複合体を上記混合工程において上記封止材と混合することを特徴とする請求項８に記載の製造方法。