JP2014211982A - 発光装置及び車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度のレーザー光を集光してスポット的に照射した場合に局所的に発生する輝度飽和や温度消光を改善し、当該局所的な輝度飽和や温度消光に起因する効率の低下を抑制することが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】第１の面３０ａを照射する励起光Ｒａｙ１を拡散して、第２の面３０ｂから拡散光として出射する第１拡散層３０と、第３の面３２ａに入射する第１拡散層３０からの励起光を波長変換して、第４の面３２ｂから出射する波長変換層３２と、第５の面３４ａに入射する前記波長変換層３２からの光を拡散して、第６の面３４ｂから拡散光として出射する第２拡散層３４と、を含む波長変換部材１２と、前記波長変換部材１２の側面１２ａを覆う反射手段２８と、前記励起光源からの励起光Ｒａｙ１を集光して、前記第１の面３０ａをスポット的に照射する光学系と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置に係り、特に、励起光源（例えば、半導体レーザー光源）と波長変換部材（例えば、蛍光体）とを組み合わせた構造の発光装置に関する。

従来、励起光源と波長変換部材とを組み合わせた構造の発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０に示すように、特許文献１に記載の発光装置２００は、励起光源としての半導体レーザー光源２１０、半導体レーザー光源２１０から離間した位置に配置された波長変換部材としての蛍光体２２０、半導体レーザー光源２１０と蛍光体２２０との間に配置された集光レンズ２３０、半導体レーザー光源２１０と蛍光体２２０と集光レンズ２３０とを保持するホルダ２４０等を備えている。

特許文献１に記載の発光装置２００においては、半導体レーザー光源２１０からのレーザー光は、集光レンズ２３０で集光されてホルダ２４０の貫通穴を通過し、当該貫通穴の上に配置された蛍光体２２０をスポット的に照射する。レーザー光が照射された蛍光体２２０は、これを透過する半導体レーザー光源２１０からのレーザー光と半導体レーザー光源２１０からのレーザー光で励起されて放出される光（発光）とを放出する。

特開２０１０−１６５８３４号公報 特開２０１２−１１４０４０号公報

しかしながら、半導体レーザー光源からのレーザー光は発光ダイオードと比較して光密度が高く、集光レンズ２３０で集光されたこの高密度のレーザー光が、スポット的に蛍光体２２０を照射すると、局所的に輝度飽和や温度消光（熱消光とも称される）が発生し、効率が低下するという問題がある。

図１１は、このことを説明するためのグラフで、蛍光体の一方の面に対して、集光レンズで集光された半導体レーザー光源からのレーザー光を、励起密度を変えてスポット的に照射した場合のＲＦ効率（励起出力に対する光源の出力の割合）を示している。なお、蛍光体はφ４ｍｍの円盤型でセラミック製のものを用い、集光レンズで集光されたレーザー光のスポットサイズが、長手が約１００μｍ、短手が約２０〜３０μｍの楕円形状となるように調整されている。

図１１を参照すると、励起密度（ＬＤ出力密度）が小さいほどＲＦ効率が高く、励起密度が一定の値（閾値Ｔ）を超えると、急速にＲＦ効率が低下することが分かる。これは、励起密度が高くなると、蛍光体の輝度飽和が起こり、効率が低下することに加えて、発生する熱量が増加する結果、温度消光が起こり、効率が低下することによるものである。すなわち、蛍光体は、励起密度が一定の値（閾値Ｔ）を超えると、蛍光体の発光効率低下による熱エネルギーの増加によって、発光効率の低下が加速し、ＲＦ効率の大幅な低下が発生する。なお、励起密度によるＲＦ効率の低下や急速なＲＦ効率低下の閾値Ｔは、蛍光体の材料や蛍光体の熱引きなどによっても変化する。

なお、輝度飽和とは、半導体レーザー光源からのレーザー光のエネルギー密度が一定の値を超えた場合に、蛍光強度がレーザー光のエネルギー密度の増加に伴って高くならない現象のことをいい、温度消光とは、半導体レーザー光源のように高いエネルギー密度で励起した場合、半導体レーザー光源からのレーザー光に起因する熱で蛍光体自体の効率が低下する現象のことをいう（例えば、特許文献２参照）。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高密度のレーザー光を集光してスポット的に照射した場合に局所的に発生する輝度飽和や温度消光を改善し、当該局所的な輝度飽和や温度消光に起因する効率の低下を抑制することが可能な発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、励起光を放出する励起光源と、第１の面とその反対側の第２の面とを含み、前記第１の面を照射する励起光を拡散して、前記第２の面から拡散光として出射する第１拡散層と、前記第２の面に接合された第３の面とその反対側の第４の面とを含み、前記第３の面に入射する第１拡散層からの励起光を波長変換して、前記第４の面から出射する波長変換層と、前記第４の面に接合された第５の面とその反対側の第６の面とを含み、前記第５の面に入射する前記波長変換層からの光を拡散して、前記第６の面から拡散光として出射する第２拡散層と、を含む波長変換部材と、前記波長変換部材の側面を覆う反射手段と、前記励起光源からの励起光を集光して、前記第１の面をスポット的に照射する光学系と、を備えていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、次の利点を生ずる。

第１に、輝度飽和や温度消光を改善し、輝度飽和や温度消光に起因する効率の低下を抑制することが可能となる。これは、従来のように、励起光源からの励起光が、光学系で集光されてスポット的な光として波長変換層へ入射するのではなく、第１拡散層で拡散されて拡散光として波長変換層へ入射することによるものである。

第２に、輝度ムラの改善が可能となる。これは、従来のように、励起光源からの励起光が、光学系で集光されてスポット的な光として波長変換層へ入射するのではなく、第１拡散層で拡散されて拡散光として波長変換層へ入射し、かつ、波長変換層からの光が第２拡散層で拡散されて輝度分布が局所的に高い部分を生じない光として出射することによるものである。

第３に、第１拡散層、波長変換層及び第２拡散層を備える三層構造の波長変換部材を用いることで、第１拡散層及び波長変換層を備える（第２拡散層を備えない）二層構造の波長変換部材を用いる場合と比べ、出力が向上する（但し、両者間において、波長変換層の厚みが同じでかつ波長変換部材全体の厚みが同じであることが前提）。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の面のうち前記光学系で集光された前記励起光源からの励起光が照射される領域以外の領域が反射手段で覆われていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、光取出し効率がさらに向上する。これは、第１拡散層の第１の面のうち、光学系で集光された励起光源からの励起光が照射される領域以外の領域が、反射手段で覆われており、第１拡散層の第１の面から出射する光が、当該反射手段で反射されて第１拡散層に再度入射することによるものである。

なお、励起光源からの励起光を集光して、第１の面をスポット的に照射する光学系は、前記励起光源からの励起光を集光して、前記第１の面の中心をスポット的に照射する集光レンズを含む光学系であってもよいし、あるいは、前記励起光源からの励起光を集光する集光レンズと、前記集光レンズで集光された前記励起光源からの励起光を導光して、前記第１の面の中心をスポット的に照射するライトガイドと、を含む光学系であってもよい。

本発明は、車両用灯具の発明として、次のように特定することもできる。

請求項１から４のいずれかに記載の発光装置と、前記発光装置からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、高密度のレーザー光を集光してスポット的に照射した場合に局所的に発生する輝度飽和や温度消光を改善し、当該局所的な輝度飽和や温度消光に起因する効率の低下を抑制することが可能な発光装置を提供することが可能となる。

発光装置１０の縦断面図である。 ベース部１８ｂ付近の拡大部分断面図である。 （ａ）〜（ｃ）厚みｈが異なる拡散層（例えば、下拡散層３０）それぞれの下面の中心を、集光レンズ１６で集光された同質の励起光でスポット的に照射した場合の、拡散層の上面から出射する拡散光の輝度分布である。 縦軸が相対出力（％）で横軸が上拡散層３４の厚み（mm）である座標系に、シミュレーション結果をプロットしたグラフである。 縦軸が相対温度（％）で横軸が上拡散層３４の厚み（mm）である座標系に、シミュレーション結果をプロットしたグラフである。 縦軸が輝度で横軸が断面位置（mm）である座標系に、シミュレーション結果をプロットしたグラフである。 発光装置１０（変形例）の断面図である。 発光装置１０からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系として、投影レンズ５２を備えたいわゆるダイレクトプロジェクション型（直射型とも称される）の車両用灯具５０の構成例である。 発光装置１０からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系として、反射面６２、シェード６４及び投影レンズ６６を備えたいわゆるプロジェクタ型の車両用灯具６０の構成例である。 従来の発光装置２００の断面図である。 蛍光体の一方の面に対して、集光レンズで集光された半導体レーザー光源からのレーザー光を、励起密度を変えてスポット的に照射した場合のＲＦ効率（励起出力に対する光源の出力の割合）を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態である発光装置１０について図面を参照しながら説明する。

図１は、発光装置１０の縦断面図である。

図１に示すように、発光装置１０は、波長変換部材１２、励起光源１４、集光レンズ１６、これらを保持するホルダ（第１ホルダ１８、第２ホルダ２０、第３ホルダ２２）等を備えている。発光装置１０は、照明装置や車両用灯具の光源として用いることができる。

発光装置１０は、集光レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光がＸＹ方向（Ｙ方向は図１中、紙面に直交する方向）及びＺ方向にずれることなく波長変換部材１２を精度良く照射するため、波長変換部材１２を保持する第１ホルダ１８、励起光源１４と集光レンズ１６とを保持する第３ホルダ２２、及び、第１ホルダ１８と第３ホルダ２２とを連結する第２ホルダ２０を組み合わせた構造となっている。

第１ホルダ１８は、ステンレスやアルミ等の金属製で、図１に示すように、円筒型の筒部１８ａ、その上部開口端を閉塞する円形のベース部１８ｂ、筒部１８ａの外周に設けられたフランジ部１８ｃ等を含んでいる。

図２は、ベース部１８ｂ付近の拡大部分断面図である。

図２に示すように、ベース部１８ｂは、凹部２４ａを含む表面２４と、その反対側の裏面２６と、表面２４（凹部２４ａの底面２４ａ１）と裏面２６とを貫通する貫通穴Ｈ１（Φ0.1〜0.3mm程度）と、を含んでいる。凹部２４ａの底面２４ａ１には、ＡｇやＡｌ等の反射膜２４ａ１Ａが形成されている。すなわち、下拡散層３０の下面３０ａのうち集光レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光が照射される領域以外の領域が反射膜２４ａ１Ａで覆われている。これにより、光取出し効率（光利用効率）がさらに向上する。これは、下拡散層３０の下面３０ａのうち集光レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光が照射される領域以外の領域が反射膜２４ａ１Ａで覆われており、下拡散層３０の下面３０ａから出射する光（波長変換部材１２によって発生した光や、拡散した光）が、当該反射膜２４ａ１Ａで反射されて下拡散層３０に再度入射することによるものである。貫通穴Ｈ１の断面は、円形以外の、例えば、矩形や楕円であってもよい。貫通穴Ｈ１を、波長変換部材１２より小さな貫通穴として構成することにより、波長変換部材１２から第１ホルダ１８への熱引きが可能となる。

凹部２４ａ内には、波長変換部材１２及び反射部材２８が配置されている。

波長変換部材１２は、下拡散層３０（本発明の第１拡散層に相当）と波長変換層３２と上拡散層３４（本発明の第２拡散層）とを含む波長変換部材である。すなわち、波長変換部材１２は、波長変換層３２を上下の拡散層３０、３４で挟み込んだ三層構造となっている。波長変換部材１２の側面１２ａは、テーパー形状とされていてもよい。

下拡散層３０は、貫通穴Ｈ１を覆った状態で表面２４（凹部２４ａの底面２４ａ１）に固定された下面３０ａ（本発明の第１の面に相当）とその反対側の上面３０ｂ（本発明の第２の面に相当）とを含み、下面３０ａを局所的（スポット的）に照射する励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１を拡散して、上面３０ｂ（本発明の第２の面に相当）から拡散光として出射する層である。

下拡散層３０としては、例えば、セリウムＣｅ等の付活剤（発光中心とも称される）が導入されていないＹＡＧ（例えば２５％）とアルミナＡｌ_２Ｏ_３（例えば７５％）との複合体（例えば、焼結体）で、外形が矩形でかつ互いに略平行に配置された下面３０ａ及び上面３０ｂを含む板状又は層状（例えば、短手0.3〜0.6mmで長手0.6mm〜2mmの直方体）のものを用いることができる。下拡散層３０の厚みは、その拡散度に応じて、50〜500μmの厚みとすることができる。

下拡散層３０の下面３０ａ（貫通穴Ｈ１から露出した領域を除く）とベース部１８ｂの表面２４（凹部２４ａの底面２４ａ１）とは、例えば、シリコーンや低融点ガラス等の透明な接着剤により接着されて、固定されている。下拡散層３０の下面３０ａのうち貫通穴Ｈ１から露出した領域には、ＡＲコート等の反射防止処理を施すのが望ましい。このようにすれば、集光レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１を、効率的に拡散層３０（下面３０ａ）へ入射させることが可能となる。

下拡散層３０は、上記に限られず、例えば、ＹＡＧとガラスとの複合体であってもよいし、その他材料を用いたものであってもよい。下拡散層３０の厚みは、その全域にわたって略均一であってもよいし、部分的に異なっていてもよい。下拡散層３０の下面３０ａ及び上面３０ｂは、平面であってもよいし、曲面であってもよいし、凹凸及び／又は曲面を含む面であってもよい。下拡散層３０は、直方体以外の、円柱形状（例えばΦ0.4〜0.8mm）であってもよいし、その他の形状であってもよい。

波長変換層３２は、下拡散層３０の上面３０ｂに接合された下面３２ａ（本発明の第３の面に相当）とその反対側の上面３２ｂ（本発明の第４の面に相当）とを含み、下面３２ａに入射する下拡散層３０からの拡散光を波長変換して、上面３２ｂから出射する層である。

波長変換層３２としては、例えば、セリウムＣｅ等の付活剤が導入されたＹＡＧとアルミナＡｌ_２Ｏ_３との複合体（例えば、焼結体）で、外形が矩形でかつ互いに略平行に配置された下面３２ａ及び上面３２ｂを含む板状又は層状（例えば、短手0.3〜0.6mmで長手0.6mm〜2mmの直方体）のものを用いることができる。波長変換層３２の厚みは、目的の色度に応じて、50〜200μmの厚みとすることができる。波長変換層３２は、これを透過する励起光源１４からの励起光と励起光源１４からの励起光による発光との混色による白色光（疑似白色光）を放出する。

下拡散層３０と波長変換層３２とは、下拡散層３０の上面３０ｂと波長変換層３２の下面３２ａとが面接触した状態で固定（接合）されている。例えば、下拡散層３０、波長変換層３２がいずれもセラミック製である場合には、下拡散層３０（上面３０ｂ）と波長変換層３２（下面３２ａ）とは、下拡散層３０の上面３０ｂと波長変換層３２の下面３２ａとが面接触した状態で高温硬化させることで、固定（接合）される。一方、波長変換層３２がガラス蛍光体層である場合には、下拡散層３０（上面３０ｂ）と波長変換層３２（下面３２ａ）とは、下拡散層３０の上面３０ｂと波長変換層３２の下面３２ａとが面接触した状態で硬化させることで、固定（接合）される。

波長変換層３２は、上記に限られず、例えば、セリウムＣｅ等の付活剤が導入されたＹＡＧとガラスバインダーとの複合体であってもよいし、その他の材料を用いたものであってもよい。波長変換層３２の厚みは、その全域にわたって略均一であってもよいし、部分的に異なっていてもよい。波長変換層３２の下面３２ａ及び上面３２ｂは、平面であってもよいし、曲面であってもよいし、凹凸及び／又は曲面を含む面であってもよい。波長変換層３２は、直方体以外の、円柱形状（例えばΦ0.4〜0.8mm）であってもよいし、その他の形状であってもよい。

上拡散層３４は、波長変換層３２の上面３２ｂに接合された下面３４ａ（本発明の第５の面に相当）とその反対側の上面３４ｂ（本発明の第６の面に相当）とを含み、下面３４ａに入射する波長変換層３２からの光を拡散して、上面３４ｂから拡散光として出射する層である。

上拡散層３４としては、下拡散層３０と同様、例えば、セリウムＣｅ等の付活剤（発光中心とも称される）が導入されていないＹＡＧ（例えば２５％）とアルミナＡｌ_２Ｏ_３（例えば７５％）との複合体（例えば、焼結体）で、外形が矩形でかつ互いに略平行に配置された下面３４ａ及び上面３４ｂを含む板状又は層状（例えば、短手0.3〜0.6mmで長手0.6mm〜2mmの直方体）のものを用いることができる。上拡散層３４の厚みは、その拡散度に応じて、50〜500μmの厚みとすることができる。

上拡散層３４は、上記に限られず、例えば、ＹＡＧとガラスとの複合体であってもよいし、その他材料を用いたものであってもよい。上拡散層３４の厚みは、その全域にわたって略均一であってもよいし、部分的に異なっていてもよい。上拡散層３４の下面３４ａ及び上面３４ｂは、平面であってもよいし、曲面であってもよいし、凹凸及び／又は曲面を含む面であってもよい。上拡散層３４は、直方体以外の、円柱形状（例えばΦ0.4〜0.8mm）であってもよいし、その他の形状であってもよい。

反射部材２８は、凹部２４ａの底面２４ａ１、側面２４ａ２及び波長変換部材１２の側面１２ａで囲まれたスペース内に充填されて、波長変換部材１２の側面１２ａを覆っている。これにより、光取出し効率が向上する。これは、波長変換部材１２の側面１２ａが、反射部材２８で覆われるため、波長変換部材１２の側面１２ａから出射する光が、当該反射部材２８で反射されて波長変換部材１２に再度入射することによるものである。その結果、反射部材２８を充填しない場合と比べ、光取出し効率が向上する。

反射部材２８としては、例えば、弾性（及び／又は接着性）及び反射性を備えた白樹脂、具体的には、酸化チタン等の光反射性フィラーを含む透明のシリコーン樹脂等のバインダー（白樹脂）を用いることができる。光反射性フィラーの濃度は、１０重量％よりも多く５０％未満が好ましく、３０〜４０％がより好ましい。このようにすれば、所望の波長（４００〜８００ｎｍ）に対して、９５〜９９％の反射効果が見込まれる。

上記構成の波長変換部材１２及び反射部材２８を保持した第１ホルダ１８は、図１に示すように、その筒部１８ａの下端部が第２ホルダ２０の上端側に挿入されている。そして、第１ホルダ１８は、集光レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光がＺ方向にずれることなく第１ホルダ１８に保持された波長変換部材１２（下拡散層３０の下面３０ａ）を精度良く照射する位置まで、第２ホルダ２０に対してＺ方向に移動されて、その移動後の位置において、第２ホルダ２０にＹＡＧ溶接、接着等の手段で固定されている。

励起光源１４は、貫通穴Ｈ１を通過し、波長変換部材１２（下拡散層３０の下面３０ａ）を照射する励起光を放出する半導体発光素子である。

励起光源１４としては、例えば、発光波長が青系（４５０ｎｍ程度）のレーザー光を放出するレーザーダイオード等の半導体レーザー素子を用いることができる。本実施形態では、図１に示すように、励起光源１４は、パッケージ化されて、キャンタイプの半導体レーザー光源１４Ａを構成している。

励起光源１４の発光波長は、青系（４５０ｎｍ程度）に限定されず、例えば、近紫外域（４０５ｎｍ程度）であってもよいし、それ以外の波長であってもよい。励起光源１４の発光波長が近紫外域（４０５ｎｍ程度）の場合、波長変換層３２として、青、緑、赤の３色の蛍光体、もしくは、青、黄色の２色の蛍光体が用いられる。

図１に示すように、半導体レーザー光源１４Ａは、第３ホルダ２２の筒部２２ａの下端開口から当該筒部２２ａ内に挿入されて、半導体レーザー光源１４Ａのフランジ部１４Ａ１と筒部２２ａの底部とが当接した状態で、第３ホルダ２２に固定されている。

集光レンズ１６は、励起光源１４からの励起光を集光して、波長変換部材１２（下拡散層３０の下面３０ａ）を局所的（スポット的）に照射する光学系で、第３ホルダ２２に保持されて、波長変換部材１２と励起光源１４との間に配置されている。

励起光源１４及び集光レンズ１６を保持した第３ホルダ２２は、そのベース部２２ｃの上面と第２ホルダ２０の下端部とを当接させた状態で、集光レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光がＸＹ方向にずれることなく第１ホルダ１８に保持された波長変換部材１２を精度良く照射する位置まで、第２ホルダ２０に対してＸＹ方向に移動されて、その移動後の位置において、第２ホルダ２０にＹＡＧ溶接、接着等の手段で固定されている。

上記構成の発光装置１０によれば、集光レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光がＸＹ方向及びＺ方向にずれることなく波長変換部材１２（下拡散層３０の下面３０ａの中心）をスポット的に精度良く照射することが可能な（その結果、波長変換部材１２から放出される光の出力が最大となる）発光装置を構成することが可能となる。

励起光源１４からの励起光は、集光レンズ１６で集光されて貫通穴Ｈ１を通過し、励起光源１４から離間した位置に配置された波長変換部材１２（下拡散層３０の下面３０ａの中心）をスポット的に照射する。スポットサイズは、例えば、長手が約１００μｍ、短手が約２０〜３０μｍの楕円形状に調整されている。下拡散層３０の下面３０ａの中心をスポット的に照射する励起光は、下拡散層３０内部で拡散されて、下拡散層３０の上面３０ｂから拡散光として出射し、波長変換層３２の下面３２ａに入射する。

下拡散層３０からの励起光（拡散光）が入射した波長変換層３２は、これを透過する励起光（拡散光）と励起光（拡散光）による発光との混色による白色光（疑似白色光）をその上面３２ｂから放出する。

波長変換層３２の上面３２ｂから放出される白色光は、上拡散層３４の下面３４ａに入射し、上拡散層３４内部で拡散されて、上拡散層３４の上面３４ｂから輝度分布が局所的に高い部分を生じない拡散光として出射する。

上拡散層３４の上面３４ｂから輝度分布が局所的に高い部分を生じない拡散光として出射するのは、下拡散層３０及び／又は上拡散層３４の厚みが、上拡散層３４の上面３４ｂから出射する拡散光の輝度分布が局所的に高い部分を生じない厚みに設定されていることによるものである。下拡散層３０及び／又は上拡散層３４の厚みを厚くするに従って、上拡散層３４の上面３４ｂから出射する拡散光の輝度分布が局所的に高い部分を生じなくなること（すなわち、輝度分布が均一又は略均一となること）が判明している。

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、このことを説明するための図で、厚みｈが異なる拡散層（例えば、下拡散層３０）それぞれの下面の中心を、集光レンズ１６で集光された同質の励起光でスポット的に照射した場合の、拡散層の上面から出射する拡散光の輝度分布を表している。なお、拡散層はセリウムＣｅ等の付活剤が導入されていないＹＡＧ（２５％）とアルミナＡｌ_２Ｏ_３（７５％）との複合体（０．４ｍｍ×０．８ｍｍの矩形板状）を用い、集光レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光のスポットサイズが、長手が約１００μｍ、短手が約２０〜３０μｍの楕円形状となるように調整されている。拡散層の側面は、反射部材２８で覆われている。

図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照すると、拡散層の厚みｈが、１００μｍ（図３（ａ）参照）→２００μｍ（図３（ｂ）参照）→４００μｍ（図３（ｃ）参照）のように、厚くなるに従って輝度ムラが次第に改善され、厚みｈ＝４００μｍで輝度分布が局所的に高い部分を生じなくなること（すなわち、輝度分布が均一又は略均一となること）が分かる。これは、拡散層の厚みｈが厚くなると、集光レンズ１６で集光された励起光（及び励起光による発光）の拡散層内での散乱回数（ＹＡＧとアルミナＡｌ_２Ｏ_３との屈折率との違いによる散乱回数）が増えて均一化され、この均一化された励起光（及び励起光による発光）が拡散層の上面から出射することによるものである。

以上のように、拡散層（下拡散層３０及び／又は上拡散層３４）の厚みｈを厚くすることで、上拡散層３４の上面３４ｂから出射する拡散光の輝度分布が局所的に高い部分を生じなくなること（すなわち、輝度分布が均一又は略均一となること）が分かる。

次に、波長変換部材１２の効果を確認するために行った実施例について説明する。

第１実施例では、上記構成の発光装置１０において、波長変換部材１２として、外形が0.4mm×0.8mmの矩形かつ厚みが0〜0.3mm（可変）の下拡散層３０、外形が0.4mm×0.8mmの矩形かつ厚みが0.05mm（一定）の波長変換層３２、外形が0.4mm×0.8mmの矩形かつ厚みが0〜0.3mm（可変）の上拡散層３４を含む厚みが0.35mm（一定）の波長変換部材１２Ａを用いた。

第１比較例では、上記構成の発光装置１０において、波長変換部材１２として、外形が0.4mm×0.8mmの矩形かつ厚み0.3mm（一定）の下拡散層３０、外形が0.4mm×0.8mmの矩形かつ厚みが0.05mm（一定）の波長変換層３２を含む厚みが0.35mm（一定）の波長変換部材１２Ｂ（上拡散層３４無し）を用いた。

なお、第１実施例、第１比較例とも、波長変換層３２として、セリウムＣｅ等の付活剤が導入されたＹＡＧ（２５％）とアルミナＡｌ_２Ｏ_３との複合体を用い、拡散層３０、３４として、セリウムＣｅ等の付活剤が導入されていないＹＡＧ（２５％）とアルミナＡｌ_２Ｏ_３（７５％）との複合体を用いた。

本願の発明者は、波長変換部材１２Ａの厚みを一定（0.35mm）に保ったまま、上拡散層３４の厚みを0（すなわち、上拡散層３４無しの状態）から0.3mm（すなわち、下拡散層３０無しの状態）まで変化させた場合の相対出力（第１実施例の波長変換部材１２Ａの出力／第１比較例の波長変換部材１２Ｂの出力）の変化を調べた。

図４は、縦軸が相対出力（％）で横軸が上拡散層３４の厚み（mm）である座標系に、シミュレーション結果をプロットしたグラフである。

図４を参照すると、第１実施例のような三層構造の波長変換部材１２Ａを用いた発光装置１０においては、第１比較例のような二層構造の波長変換部材１２Ｂを用いた発光装置１０と比べ、上拡散層３４の厚みが増加するに従って、出力が増加することが分かる。これは、第１比較例のような二層構造の波長変換部材１２Ｂを用いた発光装置１０においては、下拡散層３０が波長変換層３２の下面３２ａと凹部２４ａの底面２４ａ１と反射部材２８とで囲われた状態であるため、下拡散層３０中の光の逃げ場が少なく、下拡散層３０中の光が反射部材２８で吸収される確率が高い（その結果、出力が減少する）のに対して、上記第１実施例のような三層構造の波長変換部材１２Ａを用いた発光装置１０においては、上拡散層３４の上面３４ｂが開放された状態であるため、上拡散層３４中の光が反射部材２８で吸収される確率が低い（その結果、出力が増加する）ためと推察される。

なお、図４を参照すると、上拡散層３４の厚みが特定の厚み（例えば、0.25mm）より厚くなると出力は増加しない。これは、上拡散層３４の厚みが特定の厚み（例えば、0.25mm）より厚くなると、下拡散層３０の下面３０ａで反射し、貫通穴Ｈ１を通過して励起光源１４側へ戻る励起光が増加することによるものである。

また、本願の発明者は、波長変換部材１２Ａの厚みを一定（0.35mm）に保ったまま、上拡散層３４の厚みを0（すなわち、上拡散層３４無しの状態）から0.3mm（すなわち、下拡散層３０無しの状態）まで変化させた場合の波長変換層３２の相対温度（第１実施例の波長変換部材１２Ａ／第１比較例の波長変換部材１２Ｂの温度）の変化を調べた。

図５は、縦軸が相対温度（％）で横軸が上拡散層３４の厚み（mm）である座標系に、シミュレーション結果をプロットしたグラフである。

図５を参照すると、第１実施例のような三層構造の波長変換部材１２Ａを用いた発光装置１０においては、第１比較例のような二層構造の波長変換部材１２Ｂを用いた発光装置１０と比べ、上拡散層３４の厚みが増加するに従って、波長変換層３２の温度が減少することが分かる。これは、上拡散層３４の厚みが増加すると（すなわち、下拡散層３０の厚みが減少すると）、波長変換層３２と第１ホルダ１８との間の放熱経路が短くなること、及び、上拡散層３４の厚みが増加すると熱が横方向に広がり易くなること、によるものである。

以上のように、第１実施例のような三層構造の波長変換部材１２Ａを用いた発光装置１０においては、波長変換層３２の温度が減少することで、波長変換層３２の効率が上がる。結果として、取り出される光が増加する。

第２実施例では、上記構成の発光装置１０において、波長変換部材１２として、外形が0.4mm×0.8mmの矩形かつ厚みが0.1mm（一定）の下拡散層３０、外形が0.4mm×0.8mmの矩形かつ厚みが0.05mm（一定）の波長変換層３２、外形が0.4mm×0.8mmの矩形かつ厚みが0.2mm（一定）の上拡散層３４を含む厚みが0.35mm（一定）の波長変換部材１２Ｃを用いた。

第２比較例では、第１比較例と同様、上記構成の発光装置１０において、波長変換部材１２として、外形が0.4mm×0.8mmの矩形かつ厚み0.3mm（一定）の下拡散層３０、外形が0.4mm×0.8mmの矩形かつ厚みが0.05mm（一定）の波長変換層３２を含む厚みが0.35mm（一定）の波長変換部材１２Ｂを用いた。

なお、第２実施例、第２比較例とも、波長変換層３２として、セリウムＣｅ等の付活剤が導入されたＹＡＧ（２５％）とアルミナＡｌ_２Ｏ_３との複合体を用い、拡散層３０、３４として、セリウムＣｅ等の付活剤が導入されていないＹＡＧ（２５％）とアルミナＡｌ_２Ｏ_３（７５％）との複合体を用いた。

本願の発明者は、第２実施例の波長変換部材１２Ｃ、第２比較例の波長変換部材１２Ｂの断面における輝度分布を調べた。

図６は、縦軸が輝度で横軸が断面位置（mm）である座標系に、シミュレーション結果をプロットしたグラフである。

図６を参照すると、第２実施例のような三層構造の波長変換部材１２Ｃを用いた発光装置１０においては、第２比較例のような二層構造の波長変換部材１２Ｂを用いた発光装置１０と同等の輝度分布となることが分かる。また、第２実施例のような三層構造の波長変換部材１２Ｃを用いた発光装置１０においては、出力が向上する結果、第２比較例よりも輝度が向上していることが分かる。

以上のことから、第２実施例のような三層構造の波長変換部材１２Ｃを用いた発光装置１０においては、第２比較例のような二層構造の波長変換部材１２Ｂを用いた発光装置１０と同等の輝度分布を保ちながら、第２比較例のような二層構造の波長変換部材１２Ｂを用いた発光装置１０より出力を向上させることができることが分かる。

以上説明したように、本実施形態の発光装置１０によれば、次の利点を生ずる。

第１に、輝度飽和や温度消光を改善し、輝度飽和や温度消光に起因する効率の低下を抑制することが可能となる。これは、従来のように、励起光源からの励起光が、光学系で集光されてスポット的な光として波長変換層へ入射するのではなく、下拡散層３０で拡散されて拡散光として波長変換層３２へ入射することによるものである。

第２に、輝度ムラの改善が可能となる。これは、従来のように、励起光源からの励起光が、光学系で集光されてスポット的な光として波長変換層へ入射するのではなく、下拡散層３０で拡散されて拡散光として波長変換層３２へ入射し、かつ、波長変換層３２からの光が上拡散層３４で拡散されて輝度分布が局所的に高い部分を生じない光として出射することによるものである。

第３に、下拡散層３０、波長変換層３２及上拡散層３４を備える三層構造の波長変換部材１２を用いることで、下拡散層３０及び波長変換層３２を備える（上拡散層３４を備えない）二層構造の波長変換部材１２Ｂを用いる場合と比べ、出力が向上する（但し、両者間において、波長変換層３２の厚みが同じでかつ波長変換部材１２（１２Ａ〜１２Ｃ）全体の厚みが同じであることが前提）。

次に、励起光源１４からの励起光を集光して、下拡散層３０（下面３０ａ）をスポット的に照射する光学系の変形例について説明する。

図７は、発光装置１０（変形例）の断面図である。

上記実施形態では、励起光源１４からの励起光を集光して、下拡散層３０（下面３０ａ）をスポット的に照射する光学系として、集光レンズ１６を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、励起光源１４からの励起光を集光して、下拡散層３０（下面３０ａ）をスポット的に照射する光学系として、図７に示すように、励起光源１４からの励起光を集光する集光レンズ１６、集光レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光を導光して、下拡散層３０（下面３０ａ）をスポット的に照射するライトガイド４４を含む光学系を用いてもよい。ライトガイド４４は、例えば、中心部のコア（例えば、コア径：０．２ｍｍ）とその周囲を覆うクラッド（いずれも図示せず）とを含む光ファイバである。コアは、クラッドと比較して屈折率が高い。従って、ライトガイド４４の一端面４４ａからライトガイド４４内に導入された励起光（集光レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光）は、コアとクラッドとの境界の全反射を利用してコア内部に閉じこめられた状態でライトガイド４４の他端面４４ｂまで導光されて、当該他端面４４ｂから出射して、励起光源１４から離間した位置に配置された波長変換部材１２（下拡散層３０の下面３０ａの中心）をスポット的に照射する。

下拡散層３０の下面３０ａの中心をスポット的に照射する励起光は、下拡散層３０内部で拡散されて、下拡散層３０の上面３０ｂから拡散光として出射し、波長変換層３２の下面３２ａに入射する。

下拡散層３０からの励起光（拡散光）が入射した波長変換層３２は、これを透過する励起光（拡散光）と励起光（拡散光）による発光との混色による白色光（疑似白色光）をその上面３２ｂから放出する。

波長変換層３２の上面３２ｂから放出される白色光は、上拡散層３４の下面３４ａに入射し、上拡散層３４内部で拡散されて、上拡散層３４の上面３４ｂから輝度分布が局所的に高い部分を生じない拡散光として出射する。

本変形例の光学系によっても、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。

次に、上記構成の発光装置１０を用いた車両用灯具の例について説明する。

図８は、発光装置１０からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系として投影レンズ５２を用いた、いわゆるダイレクトプロジェクション型（直射型とも称される）の車両用灯具５０の例である。投影レンズ５２、発光装置１０はホルダ５４によって、所定の位置関係となるように保持されている。

図９は、発光装置１０からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系として反射面６２、シェード６４及び投影レンズ６６を用いた、いわゆるプロジェクタ型の車両用灯具６０の例である。反射面６２、シェード６４及び投影レンズ６６は、ホルダ６８によって、所定の位置関係となるように保持されている。

上記のように、車両用灯具５０、６０の光源として高輝度な発光装置１０を用いることにより、車両用灯具５０、６０の小型化、遠方視認性の向上が可能となる。また、複数の光学ユニットと車両用灯具５０、６０とを組み合わせて車両用前照灯を構成する場合、車両用灯具５０、６０を、スポット配光を形成するように構成することで、遠方視認性の向上が可能となる。

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

１０…発光装置、１２…波長変換部材、１２ａ…側面、１４…励起光源、１４Ａ…半導体レーザー光源、１４Ａ１…フランジ部、１６…集光レンズ、１８…第１ホルダ、１８ａ…筒部、１８ｂ…ベース部、１８ｃ…フランジ部、２０…第２ホルダ、２２…第３ホルダ、２２ａ…筒部、２２ｃ…ベース部、２４…表面、２４ａ…凹部、２４ａ１…底面、２４ａ２…側面、２６…裏面、２８…反射部材、３０…下拡散層、３０ａ…下面、３０ｂ…上面、３２…波長変換層、３２ａ…下面、３２ｂ…上面、３４…上拡散層、３４ａ…下面、３４ｂ…上面、４４…ライトガイド、４４ａ…一端面、４４ｂ…他端面、５０…車両用灯具、５２…投影レンズ、５４…ホルダ、６０…車両用灯具、６２…反射面、６４…シェード、６６…投影レンズ、６８…ホルダ

Claims (5)

1. 励起光を放出する励起光源と、
   第１の面とその反対側の第２の面とを含み、前記第１の面を照射する励起光を拡散して、前記第２の面から拡散光として出射する第１拡散層と、前記第２の面に接合された第３の面とその反対側の第４の面とを含み、前記第３の面に入射する第１拡散層からの励起光を波長変換して、前記第４の面から出射する波長変換層と、前記第４の面に接合された第５の面とその反対側の第６の面とを含み、前記第５の面に入射する前記波長変換層からの光を拡散して、前記第６の面から拡散光として出射する第２拡散層と、を含む波長変換部材と、
   前記波長変換部材の側面を覆う反射手段と、
   前記励起光源からの励起光を集光して、前記第１の面をスポット的に照射する光学系と、
   を備えており、
   前記第１拡散層及び／又は前記第２拡散層の厚みは、前記第６の面から出射する拡散光の輝度分布が局所的に高い部分を生じない厚みに設定されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記第１の面のうち前記光学系で集光された前記励起光源からの励起光が照射される領域以外の領域が反射手段で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記光学系は、前記励起光源からの励起光を集光して、前記第１の面の中心をスポット的に照射する集光レンズを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記光学系は、前記励起光源からの励起光を集光する集光レンズと、前記集光レンズで集光された前記励起光源からの励起光を導光して、前記第１の面の中心をスポット的に照射するライトガイドと、を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の発光装置と、
   前記発光装置からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系と、を備えることを特徴とする車両用灯具。