JP5021089B1 - 発光装置、照明装置、車両用前照灯、プロジェクタ、および、発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光部において発生した熱を効率よく放熱する。
【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発光部７と、発光部７と対向する発光部対向面１３ａを有し、発光部対向面１３ａを通して発光部７の熱を受け取る熱伝導部材１３と、発光部７と上記発光部対向面１３ａとの間に設けられ、発光部７の熱を上記発光部対向面１３ａに伝導させる間隙層１５とを備え、間隙層１５は、少なくとも無機非晶質材料を含んでいる。
【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、当該発光装置を備えた照明装置、車両用前照灯、プロジェクタ、および当該発光装置の製造方法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）など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り、指向性が強いので、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。

しかし、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、熱による発光部の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を有する膜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における熱を、熱伝導部材により逃がしており、波長変換部材やその周辺部材の熱による劣化、変色を軽減している。

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） 特願２００８−７６７９８号公報（２００８年４月３日公開）

しかしながら、発光部と熱伝導部材とを別々に形成し、発光部の表面に熱伝導部材を当接させる構成では、発光部において発生した熱を、熱伝導部材へ効率よく伝導させることができない。

すなわち、発光部表面および熱伝導部材表面には微視的凹凸があり、発光部と熱伝導部材を当接させたときには、この凹凸に起因した比較的大きな隙間が生じる。このため、発光部から熱伝導部材への熱伝導効率が低下してしまい、発光部において発生した熱を効率よく放熱することができない。

そこで、例えば、特許文献６に開示されているような有機樹脂の接着剤を用いて、発光部と熱伝導部材とを接着することが考えられる。これにより、発光部と熱伝導部材との間の隙間を有機樹脂で埋め、発光部と熱伝導部材との接触面積を実質的に増加させることができるので、発光部において発生した熱を熱伝導部材へ効率よく伝導させることが期待される。

ところが、発光部と熱伝導部材とを有機樹脂で接着した場合、下記のような新たな問題が生じる。

すなわち、有機樹脂は熱伝導率が低いため、たとえ発光部と熱伝導部材との間の隙間を埋めたとしても、発光部において発生した熱を熱伝導部材へ効率よく伝導させることができず、充分な放熱効果を得ることができない。

特に、有機樹脂は熱により劣化し易いため、高温環境下では、透光性を維持することが困難となり、有機樹脂が着色や変色などしてしまうために発光部から放出された光を吸収し、結果としてエネルギー利用効率が低くなってしまう。

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、発光部において発生した熱を効率よく放熱することができる発光装置、照明装置、車両用前照灯、プロジェクタ、および発光装置の製造方法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発光部と、上記発光部と対向する発光部対向面を有し、当該発光部対向面を通して上記発光部の熱を受け取る熱伝導部材と、上記発光部と上記発光部対向面との間に設けられ、上記発光部の熱を上記発光部対向面に伝導させる間隙層と、を備え、上記間隙層は、少なくとも無機非晶質材料を含むことを特徴としている。

上記の構成では、励起光を受けて発光する際に発光部から生じる熱を、間隙層を介して、発光部対向面から熱伝導部材に伝導することで、発光部において発生した熱を放熱する。

このように、発光部と発光部対向面との間に生じる上述の隙間を間隙層で埋めることで、発光部と熱伝導部材との熱的接触面積を実質的に増加させることができる。したがって、発光部において発生した熱を、熱伝導部材へ効率よく伝導させることが可能となる。

ここで、無機非晶質材料は、熱伝導率が高く、例えば、樹脂などの有機材料で間隙層を形成した場合に比べて、間隙層の熱抵抗を１０分の１程度にすることが可能となる。このため、間隙層に無機非晶質材料を含めることにより、発光部において発生した熱を律速させることなく、熱伝導部材へ伝導させることができる。

したがって、上記の構成によれば、発光部において発生した熱を効率よく放熱することができると共に、発光部の発光効率の低下を防止して、発光部の劣化を抑制することができる。

また、無機非晶質材料は、有機材料に比べて耐熱温度が高いため、発光部がより高温になった場合でも、発光部において発生した熱を熱伝導部材へ伝導させる機能を維持することが可能である。このため、上記の構成によれば、高温環境下における発光装置の信頼性を向上させることができる。

さらに、無機非晶質材料を用いることにより、例えば、無機結晶材料で間隙層を形成した場合に比べて、可視光の波長領域における透光性を確保した間隙層の材料の選択肢の幅が広がると共に、結晶粒子同士の粒界による励起光、或いは発光部が発した光の拡散が生じ難くなる。このため、上記の構成によれば、最適な材料を適宜選択して、用途に応じた特性および高い光の利用効率を有する間隙層を形成することができる。

それゆえ、本発明によれば、発光部において発生した熱を効率よく放熱することができる発光装置を実現することができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記間隙層は、有機バインダをさらに含むことが好ましい。

上記の構成によれば、間隙層が有機バインダをさらに含むことにより、発光部の表面や発光部対向面の微細な凹凸にまで、無機非晶質材料、或いは、有機バインダを埋め込むことが可能となる。

これにより、間隙層と発光部との界面、および間隙層と熱伝導部材との界面における熱伝導率を向上させることができるので、発光部において発生した熱を、より効率的に熱伝導部材へ伝導させることができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記無機非晶質材料と上記有機バインダとの体積比率は、６０：４０から９９．９９：０．０１の範囲にあることが好ましい。

上記の構成によれば、無機非晶質材料と有機バインダとの体積比率を、６０：４０から９９．９９：０．０１の範囲にすることで、熱伝導率の高い間隙層を形成することが可能となる。

これにより、発光部において発生した熱を、より効率的に熱伝導部材へ伝導させることができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記間隙層の熱膨張率は、上記発光部の熱膨張率と上記熱伝導部材の熱膨張率との間の範囲に含まれることが好ましい。

上記の構成によれば、間隙層と発光部との熱膨張率差、および、間隙層と熱伝導部材との熱膨張率差を、いずれも発光部と熱伝導部材との熱膨張率差よりも小さくすることができる。

このため、発光部において発生した熱によって、間隙層、発光部、および熱伝導部材が各々の熱膨張率に応じて熱膨張をした場合でも、間隙層と発光部との界面、および、間隙層と熱伝導部材との界面における熱膨張量の差を小さくすることができる。

したがって、各界面における熱膨張量の差に起因する機械的ストレスが低減されるので、発光装置の実装信頼性を高めることができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記励起光源は、レーザ光源であり、上記間隙層の屈折率は、上記発光部の屈折率と上記熱伝導部材の屈折率との間の範囲に含まれることが好ましい。

上記の構成によれば、間隙層と発光部との屈折率差、および、間隙層と熱伝導部材との屈折率差のいずれも発光部と熱伝導部材との屈折率差よりも小さくすることができる。

これにより、発光部の励起に利用されない励起光の割合を減らして、励起光の利用効率を高めることができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記励起光源は、発光ダイオードであり、上記間隙層と上記発光部との屈折率の差は、０．３以上であることが好ましい。

上記の構成によれば、発光部から熱伝導部材へ向かう向きで、発光ダイオードから出射された励起光を発光部に照射する場合、発光部を透過して、発光部と間隙層の界面まで到達した励起光の当該界面における反射率を高くすることができる。このため、発光部の励起に使用されず、当該界面にまで到達した励起光が、発光部と間隙層との界面で反射して再度発光部の内部に戻るため、発光部を励起する光の割合が高くなる。

したがって、同じ励起光の出力でも励起光の利用効率を高くすることが可能となるので、発光部からより多くの発光を得ることができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記発光部は、上記間隙層と対向する面の全領域で、当該間隙層と接触していることが好ましい。

上記の構成によれば、発光部と間隙層との界面における接触面積を最大限の大きさとすることができる。

それゆえ、間隙層は、発光部において発生した熱を、効率よく熱伝導部材へ伝導させることができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記発光部は、酸窒化物蛍光体および窒化物蛍光体の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。

上記の構成によれば、発光部は耐熱性の高い酸窒化物蛍光体および窒化物蛍光体の少なくとも一方を含んでいるため、発光装置の高温環境下における信頼性を向上させることができる。

また、酸窒化物蛍光体および窒化物蛍光体は、温度上昇に伴う発光効率の低下割合が低いため、発光装置は、高温環境下においても高効率の照明光の出射が可能となる。

また、本発明に係る発光装置では、上記励起光源から出射された励起光と、上記発光部が発した光とを混合した照明光を出射することが好ましい。

上記の構成によれば、発光装置は、発光部が発した光に、励起光源から出射された励起光を混合した照明光を出射する。

これにより、例えば、様々な蛍光と励起光との組み合わせを適宜選択することにより、発光装置は、所望の色彩の照明光を出射することができる。

本発明に係る発光装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記発光装置を製造する発光装置の製造方法であって、上記間隙層を形成する間隙層形成ステップを含み、上記間隙層形成ステップにおいて、上記発光部および上記発光部対向面の少なくとも一方に、上記無機非晶質材料をスクリーン印刷によって塗布することを特徴としている。

上記の構成によれば、無機非晶質材料をスクリーン印刷によって塗布することで、間隙層の厚みを精度よく制御することが可能となる。これにより、厚みの均一な薄い間隙層を、高精度に形成することが可能となる。

これにより、形成される間隙層の熱抵抗を低下させることができるので、発光部において発生した熱を熱伝導部材へ効率よく伝導する間隙層を形成することができる。

なお、上記発光装置を備えている照明装置、車両用前照灯、およびプロジェクタも本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る発光装置は、以上のように、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発光部と、上記発光部と対向する発光部対向面を有し、当該発光部対向面を通して上記発光部の熱を受け取る熱伝導部材と、上記発光部と上記発光部対向面との間に設けられ、上記発光部の熱を上記発光部対向面に伝導させる間隙層と、を備え、上記間隙層は、無機非晶質材料を含む構成である。

それゆえ、本発明によれば、発光部において発生した熱を効率よく放熱することができる発光装置を実現す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の構成を示す断面図である。 図１に示されるヘッドランプが備える発光部と熱伝導部材とが間隙層によって接着されている構造を示す拡大図である。 （ａ）は、半導体レーザの回路を示す模式図であり、（ｂ）は、半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。 図２に示される間隙層を形成する間隙層形成工程の流れを示すフローチャートである。 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断面図である。 本発明の他の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斜視図である。 図６に示されるレーザダウンライトが設置された天井の断面図である。 本発明の他の実施形態に係るレーザダウンライトの断面図である。 本発明の他の実施形態に係るレーザダウンライトの設置方法の変形例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るＬＥＤダウンライトが設置された天井の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る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表である。

〔実施形態１〕
本発明の実施の一形態について、図１〜図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明に係る発光装置を備える照明装置の一例として、自動車用のヘッドランプ（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、家庭用照明器具など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１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１は、ヘッドランプ１の構成を示す断面図である。図１に示されるように、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、間隙層１５とを備えている。

図２は、図１に示される発光部７と熱伝導部材１３とが間隙層１５によって接着されている構造を示す拡大図である。図２に示されるように、間隙層１５は、熱伝導部材１３と発光部７との隙間に充填され、発光部７において発生した熱を熱伝導部材１３へ効率よく伝導する機能を有する。

（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つの発光点を有し、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であり、直径５．６ｍｍのパッケージに封入されている。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。

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３を作製することが可能であれば、本実施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３を用いたが、半導体レーザ３の代わりに、ＬＥＤ（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を、光ファイバ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ＦＬＫＮ１ ４０５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、励起光である４０５ｎｍ近傍の波長領域の透過率が高く、且つ、耐熱性のよい材料であることが好ましい。

（光ファイバ５）
（光ファイバ５の配置）
光ファイバ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、複数の光ファイバの束である。この光ファイバ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。このため、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。

このように、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５は、複数の光ファイバの束（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、出射端部５ａは１つであってもよい。

（光ファイバ５の材質および構造）
光ファイバ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５の構造、太さ、および材質は上述のものに限定されない。例えば、光ファイバ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５は、可撓性を有しているため、出射端部５ａの、発光部７のレーザ光照射面７ａに対する配置を容易に変えることができる。それゆえ、発光部７のレーザ光照射面７ａの形状に沿って出射端部５ａを配置することができ、レーザ光を発光部７のレーザ光照射面７ａの全面にわたってマイルドに照射することができる。

また、光ファイバ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。したがって、光ファイバ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、冷却し易い位置または交換し易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。すなわち、入射端部５ｂと出射端部５ａとの位置関係を容易に変更することができ、半導体レーザ３と発光部７との位置関係を容易に変更することができるので、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。さらには、本実施形態によるヘッドランプ１を搭載する自動車の設計の自由度も高めることが可能となる。

なお、導光部材として光ファイバ以外の部材、または光ファイバ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５の複数の出射端部５ａを発光部７のレーザ光照射面７ａに対して所定のパターンで保持する。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あってもよい。或いは、フェルール６は、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を挟み込むものであってもよい。

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く、或いは、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。ただし、出射端部５ａのレーザ光照射面７ａに対する相対位置を正確に固定するために、フェルール６を設けることが好ましい。

（発光部７）
（発光部７の組成）
発光部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を含んでいる。図２に示されるように、発光部７は、熱伝導部材１３のレーザ光が照射される側とは反対側の面のうち、発光部７と対向する発光部対向面１３ａに間隙層１５によって固定されている。

発光部７は、蛍光体保持物質（封止材）としての無機ガラスの内部に蛍光体が分散されているものである。無機ガラスと蛍光体との割合は、１０：１程度である。

蛍光体保持物質は、無機ガラスなどの材料に限定されない。レーザ光により蛍光体が励起されることにより発生する熱に耐えることのできる耐熱性および熱伝導率を有するのであれば、樹脂、有機無機ハイブリッドガラスであってもよい。また、発光部７は、蛍光体を押し固めたものであってもよく、或いは、蛍光体の粒子を焼結させたものであってもよい。

上記蛍光体は、例えば、酸窒化物系、或いは、窒化物系のものが好ましい。酸窒化物蛍光体および窒化物蛍光体は耐熱性が高いため、ヘッドランプ１の高温環境下における信頼性を向上させることができる。

また、酸窒化物蛍光体および窒化物蛍光体は、温度上昇に伴う発光効率の低下割合が低いため、ヘッドランプ１は、高温環境下においても高効率の照明光の出射が可能となる。

発光部７は、例えば、青色、緑色、および赤色に発光する蛍光体のいずれか１つ以上が無機ガラスに分散されている。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。

（蛍光体の種類）
発光部７は、酸窒化物蛍光体、窒化物蛍光体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体を含んでいることが好ましい。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サイズに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３ｎｍ以上、４ｎｍ以下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、半導体ナノ粒子蛍光体は、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。

よって、発光部７が熱により劣化（変色や変形）するのを、より抑制することができる。これにより、光の出力が高い発光素子を光源として用いる場合に、発光装置の寿命が短くなるのをより抑制することができる。

（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および厚み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、２ｍｍ×２ｍｍおよび厚み１ｍｍの直方体であってもよい。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７ａの面積は、４ｍｍ^２である。

或いは、発光部７は、例えば、３ｍｍ×１ｍｍおよび厚み１ｍｍの直方体であってもよい。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易くなる。

ここで必要とされる発光部７の厚みは、発光部７における蛍光体保持物質と蛍光体との割合にしたがって変化する。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の厚みを薄くすることができる。発光部７を薄くすれば熱伝導部材１３への放熱効果も高まるが、あまり薄くするとレーザ光が蛍光に変換される割合が低下する。

このため、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。この観点からすると半導体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、封止材中への分散など、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。

このため酸窒化物蛍光体や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。

さらに、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、レーザ光の反射を抑えるためには、レーザ光照射面７ａは平面であることが好ましい。レーザ光照射面７ａが曲面の場合、レーザが照射される場所によって、曲面への入射角度が大きく変わるため、結果として、反射光の進む方向が大きく変わってしまう。このため、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易い。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取り易くなる。

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半導体レーザ３の方向に戻るため、場合によっては半導体レーザ３にダメージを与える可能性もある。

また、ヘッドランプ１は、蛍光体が発した蛍光のみを含む照明光を出射する構成であってもよい。これにより、安全性の高い照明光を得ることができる。

或いは、ヘッドランプ１は、半導体レーザ３から発振されたレーザ光と、蛍光体が発した蛍光とを混合した照明光を出射する構成であってもよい。すなわち、半導体レーザ３から発振されたレーザ光の一部を発光部７において波長変換せずに照明光として用いてもよい。これにより、レーザ光と蛍光との組み合わせを適宜選択することにより、所望の色彩の照明光を出射することができる。

（反射鏡８）
反射鏡８は、発光部７から放射され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から放射された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８ａを覆う透明または半透明の板である。本実施形態では、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いる。すなわち、発光部７を熱伝導部材１３と透明板９とで挟持することで、発光部７を固定している。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。発光部７を熱伝導部材１３と透明板９とで挟持することにより、間隙層１５の接着力が弱い場合でも発光部７の位置をより確実に固定することができる。

透明板９としては、樹脂、ガラスなどの材料を用いることができる。なお、透明板９として熱伝導率の高い無機ガラス材料を用いれば高い放熱効果を得ることができるため、より好ましい。

また、ヘッドランプ１を蛍光体が発した蛍光のみを含む照明光を出射する構成とする場合、この透明板９は、半導体レーザ３から発振されたレーザ光を遮断し、且つ、発光部７においてレーザ光を波長変換することにより生成された蛍光を透過する材質からなることが好ましい。このような構成では、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蛍光に変換されるか、発光部７に含まれる蛍光体によって散乱、拡散される。しかし、何らかの原因でレーザ光の一部が変換、散乱、拡散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することができる。

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などを収納している。光ファイバ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を効率よ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などが防止される。

また、半導体レーザ３は、万一故障したときのことを考慮して、交換し易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の見栄えをよくすると共に、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が放射し、反射鏡８によって反射された照明光は、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１３は、発光部７において発生した熱を受け取る高い熱伝導率を有する部材であり、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。

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と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。

図２に示されるように、本実施形態では、熱伝導部材１３は、発光部７と対向する発光部対向面１３ａを有しており、発光部対向面１３ａに発光部７のレーザ光照射面７ａが間隙層１５によって接着されている。

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を発光部対向面１３ａの発光部固定位置で保持しつつ、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において発生した熱を効率よく伝導させるために、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から発振されたレーザ光は、熱伝導部材１３を透過して発光部７のレーザ光照射面７ａ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以上の熱伝導部材１３を実現することができる。

また、熱伝導部材１３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、間隙層１５を介して発光部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することができる。

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が接着される発光部対向面１３ａ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の変形例）
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、透光部は熱伝導部材１３と間隙層１５との界面となる部分に配置され、遮光部はその外側に配置される。

遮光部は、金属（例えば、銅やアルミなど）の放熱パーツであってもよく、或いは、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た構成であってもよい。

（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率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く、或いは、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よ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は、発光部７から受け取った熱を熱伝導部材１３の表面から自然に放熱させてもよい。しかしながら、冷却部１４を設けることで、熱伝導部材１３からの放熱を効率よく行うことができ、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１に示されるような冷却部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。

これにより、冷却部１４が故障した場合に修理または交換し易い位置に設置することができると共に、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。

（間隙層１５）
間隙層１５は、熱伝導部材１３と発光部７との間の隙間を埋める接着剤の層である。発光部７の表面には微視的凹凸がある。この凹凸の原因の一つは発光部７に含まれる蛍光体粒子である。発光部７には、通常、平均粒径が１μｍ以上３０μｍ以下の蛍光体が含まれる。例えば、サファイアからなる研磨された熱伝導部材１３の表面に発光部７を当接させれば、この発光部７の表面の凹凸に起因した比較的大きな隙間が生じる。そこで、熱伝導部材１３と発光部７との間に間隙層１５を設けることにより、この隙間を埋めることができる。

これにより、熱伝導部材１３と発光部７との接触面積が実質的に増加するため、熱伝導部材１３の熱吸収効率を高めることができる。このとき、間隙層１５が、発光部７と同等か、それよりも高い熱伝導率を有していれば、熱伝導部材１３の熱吸収効率をさらに高めることができる。

ここで、本実施形態に係るヘッドランプ１では、発光部７において発生した熱を律速させることなく、熱伝導部材１３へ伝導させるために、間隙層１５は無機非晶質材料を主成分として含んでいる。

無機非晶質材料は、非晶質（アモルファス）構造の無機材料であり、例えば、無機ガラスなどが挙げられる。無機ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＧｅＯ_２、ＡＳ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３と、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物などの酸化物とからなるものを用いることができる。

このように、間隙層１５を無機非晶質材料で形成することにより、例えば、樹脂などの有機材料で間隙層１５を構成した場合に比べて、間隙層１５の熱抵抗を１０分の１程度にすることができる。このため、発光部７において発生した熱を律速させることなく、熱伝導部材１３へ伝導することが可能となる。

したがって、発光部７において発生した熱を効率よく放熱することができると共に、発光部７に含まれる蛍光体の発光効率の低下を防止して、発光部７の劣化を抑制することができる。

また、無機非晶質材料は、有機材料に比べて耐熱温度が高いため、発光部７がより高温になった場合でも、発光部７において発生した熱を、熱伝導部材１３へ伝導させる機能を維持することが可能である。このため、ヘッドランプ１の高温環境下における信頼性を向上させることができる。

さらに、無機非晶質材料を用いることにより、例えば、無機結晶材料で間隙層１５を形成した場合に比べて、可視光の波長領域における透光性を確保した間隙層１５の材料の選択肢の幅が広がると共に、結晶間の粒界による励起光、或いは蛍光の拡散が生じ難くなる。このため、最適な材料を適宜選択して、用途に応じた特性および高い光の利用効率を有する間隙層１５を形成することができる。

ここで、間隙層１５は、有機バインダを含んでいることが好ましい。間隙層１５が有機バインダを含むことにより、発光部７の表面や発光部対向面１３ａの微細な凹凸にまで、無機非晶質材料、或いは、有機バインダを埋め込むことが可能となる。

これにより、間隙層１５と発光部７との界面、および間隙層１５と熱伝導部材１３との界面における熱伝導率を向上させることができるので、間隙層１５によって、発光部７において発生した熱を、より効率的に熱伝導部材１３へ伝導させることができる。

この場合、間隙層１５における、無機非晶質材料と有機バインダとの体積比率は、６０：４０から９９．９９：０．０１の範囲にあることが好ましい。

無機非晶質材料と有機バインダとの体積比率を、６０：４０から９９．９９：０．０１の範囲にすることで、間隙層１５の熱伝導率を向上させることができるため、発光部７において発生した熱を、より効率的に熱伝導部材１３へ伝導させることができる。

なお、有機バインダの種類は特に限定されないが、本実施形態のように、熱伝導部材１３から発光部７へ向かう向きで、半導体レーザ３から出射されたレーザ光を発光部７に照射する構成である場合には、透過率の高い有機バインダを使用することが好ましい。

具体的には、有機バインダとして、低分子量のアクリル樹脂をα−タービネオールに５％溶解させたもの、またはブチルメタクリレート、トルエン、ジブチルフタレートを混合したものなどを用いることができる。

また、間隙層１５の熱膨張率は、発光部７の熱膨張率と熱伝導部材１３の熱膨張率との間の範囲に含まれることが好ましい。間隙層１５の熱膨張率を、発光部７の熱膨張率と熱伝導部材１３の熱膨張率との間の範囲に含まれる値とすることにより、間隙層１５と発光部７との熱膨張率差、および、間隙層１５と熱伝導部材１３との熱膨張率差を、いずれをも発光部７と熱伝導部材１３との熱膨張率差よりも小さくすることができる。

このため、発光部７において発生した熱により、間隙層１５、発光部７および熱伝導部材１３が各々の熱膨張率に応じて熱膨張をした場合でも、間隙層１５と発光部７との界面、および、間隙層１５と熱伝導部材１３との界面における熱膨張量の差を小さくすることができる。したがって、各界面における熱膨張量の差に起因する機械的ストレスが低減されるので、ヘッドランプ１の実装信頼性を高めることができる。

また、間隙層１５の屈折率は、発光部７の屈折率と熱伝導部材１３の屈折率との間の範囲に含まれることが好ましい。間隙層１５の屈折率を、発光部７の屈折率と熱伝導部材１３の屈折率との間の範囲に含まれる値とすることにより、間隙層１５と発光部７との屈折率差、および、間隙層１５と熱伝導部材１３との屈折率差のいずれも発光部７と熱伝導部材１３との屈折率差よりも小さくすることができる。

これにより、発光部７に含まれる蛍光体の励起に利用されないレーザ光の割合を減らして、レーザ光の利用効率を高めることができる。

また、間隙層１５は、発光部７と対向する面の少なくとも一部の領域で、発光部７と接触していることが好ましい。

これにより、発光部７と間隙層１５との界面における接触面積を最大限の大きさとすることができるので、発光部７において発生した熱を、効率よく熱伝導部材１３へ伝導させることができる。

また、間隙層１５の厚みは、１μｍ以上、１ｍｍ以下であることが好ましい。間隙層１５を薄くすれば、厚い場合に比べて、発光部７において発生した熱を、効率よく熱伝導部材１３へ伝導することができるが、間隙層１５を薄くし過ぎると、間隙層１５の膜厚にムラが生じるので、結果として、間隙層１５の特性（例えば、熱伝導性など）が低下してしまう。

例えば、無機ガラスを用いて厚みが１μｍ未満の間隙層１５を形成する場合、粒径が１μｍよりも小さい無機ガラスの微粒子を用いる必要があるが、粒径が１μｍよりも小さいサイズのものを高精度に制御して製造することは困難である。このため、間隙層１５の厚みを１μｍよりも小さくした場合、間隙層１５の膜厚にムラができ、間隙層１５の特性が低下してしまう。

また、粒径が１μｍより小さい無機ガラスの微粒子は、製造プロセスにおいて不純物が混入し易く、このような不純物を含む無機ガラスの微粒子を用いて間隙層１５を形成した場合、間隙層１５の透光性が低下してしまう。

一方、間隙層１５の厚みが１ｍｍを超える場合、間隙層１５の熱抵抗が大きくなるため、発光部７において発生した熱を、間隙層１５を介して効率的に熱伝導部材１３へ伝導することができなくなる。その結果、発光部７の発光効率の低下や、発光部７の過度の温度上昇に伴う発光部７および間隙層１５の劣化を招く。

具体的には、一般的な蛍光体の発光効率は最大でも９０％程度であるため、発光部７に１０Ｗのレーザ光が照射されたと仮定すると、少なくとも１０Ｗ×１０％＝１Ｗのレーザ光は蛍光体によって蛍光に変換されずに熱に変換される。したがって、発光部７から１Ｗの熱が発生する。

このとき、発光部７から発生した熱は、間隙層１５から熱伝導部材１３へほぼすべてが伝わるため、間隙層１５に約１Ｗの熱量が伝導する。

一般的に、無機（低融点）ガラスの許容温度は３００℃程度であるため、室温を３０℃とした場合、間隙層１５に許容される温度上昇は３００℃−３０℃＝２７０℃となる。したがって、間隙層１５の熱抵抗は、２７０℃÷１Ｗ＝２７０Ｋ／Ｗ以下である必要がある。

ここで、物体における熱抵抗は、熱抵抗＝（１／熱伝導率）×（熱伝導距離/熱源と接している面積）の計算式で表される。一般的なヘッドランプとして適切な発光部７のレーザ光照射面７ａの面積は例えば４ｍｍ^２程度であり、また、ガラスの熱伝導率は１Ｗ／ｍＫ程度であるため、これらの数値を計算式に代入して「熱伝導距離」を算出すると、
（熱伝導距離）＝（熱抵抗）×（熱伝導率）×（熱源と接している面積）
＝２７０Ｋ／Ｗ×１Ｗ／ｍＫ×４ｍｍ^２
≒１ｍｍ
となる。

したがって、間隙層１５の厚みが１ｍｍを超えると、間隙層１５の熱抵抗が大きくなると共に、間隙層１５が劣化（溶融、結晶化）し、接着機能が低下する。このため、熱伝導部材１３から発光部７が剥がれ落ち、或いは、間隙層１５の結晶化による失透が生じて励起光を透過させることができなくなり、所望の照明光が得られなくなる。

以上の理由から、間隙層１５の厚みは、１μｍ以上、１ｍｍ以下とすることが好ましい。

なお、間隙層１５を有機材料であるアクリル樹脂で形成した場合、熱抵抗の低い間隙層１５を実現するためには、間隙層１５の厚みを０．１ｍｍ未満にする必要がある。これに対して、間隙層１５を無機ガラスで形成すれば、同じ熱抵抗を有する間隙層１５の厚みを１ｍｍとすることが可能である。したがって、間隙層１５を容易に形成することができ、また、構造設計が容易になるので開発コストを低減することができる、
（半導体レーザ３の構成）
次に、半導体レーザ３の基本構造について説明する。図３（ａ）は、半導体レーザ３の回路を示す模式図であり、図３（ｂ）は、半導体レーザ３の基本構造を示す斜視図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、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、蛍光体を励起するための青色〜紫外の励起光を得る場合、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などの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などのＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｒＯ_２およびＣｅＯ_２などの酸化物絶縁体、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およびクラッド層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場合、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よい。また、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＺｎＯなどの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およびクラッド層１１３との屈折率差により、発した光が活性層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（図示省略）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、および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などの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およびカソード電極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つの色の混色などで構成でき、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の製造方法）
次に、ヘッドランプ１の製造方法について、図４を参照して説明する。なお、ヘッドランプ１の製造方法に含まれる工程のうち、間隙層１５を形成する工程以外の工程については、公知の技術を適用することが可能である。このため、以下では、間隙層１５を形成する間隙層形成工程（間隙層形成ステップ）について説明し、その他の工程についての説明は省略する。

図４は、間隙層１５を形成する間隙層形成工程の流れを示すフローチャートである。図４に示されるように、間隙層形成工程は、調製ステップＳ１と、塗布ステップＳ２と、加熱ステップＳ３とを含んでいる。

（調製ステップＳ１）
調製ステップＳ１は、無機非晶質材料からなる微粒子（粉末）を含むペースト状の接着剤を調製するステップである。本実施形態では、無機非晶質材料として無機ガラスの微粒子を含むガラスペースト接着剤の調製方法について説明する。

ガラスペースト接着剤は、例えば、無機ガラスの微粒子（例えば、粒径が約１μｍ、屈折率が１．７６）を有機バインダに分散させることで調製することができる。

このように、ガラスペースト接着剤を有機バインダに分散させることにより、ガラスペースト接着剤を塗布する際、発光部７の表面や発光部対向面１３ａの微細な凹凸にまで無機ガラスの微粒子、或いは、有機バインダを埋め込むことが可能となる。これにより、発光部７と間隙層１５との界面における熱伝導性を高めることができるので、より効率的に発光部７において発生した熱を熱伝導部材へ伝導させる間隙層１５を形成することができる。

（塗布ステップＳ２）
塗布ステップＳ２は、調製ステップＳ１において調製したガラスペースト接着剤を、熱伝導部材１３の発光部対向面１３ａに塗布するステップである。

ガラスペースト接着剤を塗布する方法には各種の方法を用いることができるが、特に、スクリーン印刷でガラスペースト接着剤を塗布することが好ましい。

スクリーン印刷でガラスペースト接着剤を塗布することにより、ガラスペースト接着剤の厚みを精度よく制御することが可能となる。これにより、厚みの均一な薄い間隙層１５を高精度に形成することが可能となる。

このように、ガラスペースト接着剤を薄く塗布することで、形成される間隙層１５の熱抵抗を低下させることが可能となる。これにより、発光部７において発生した熱を、効率よく熱伝導部材１３へ伝導することができる間隙層１５を形成することが可能となる。

なお、ガラスペースト接着剤は、発光部７および発光部対向面１３ａの少なくとも一方に塗布すればよい。

（加熱ステップＳ３）
加熱ステップＳ３は、塗布ステップＳ２において塗布したガラスペースト接着剤に発光部７を張り合わせ、加熱することによって間隙層１５を形成するステップである。これにより、熱伝導部材１３と発光部７とを間隙層１５によって接着させることができる。

なお、この加熱ステップＳ３では、加熱（２００℃以上、７００℃以下程度）時に有機バインダが蒸発、若しくは分解する。このため、加熱時間または加熱温度を制御することにより、形成される間隙層１５に残存する有機系のバインダの割合を制御することができる。

このように、間隙層形成工程によれば、厚みの均一な薄い間隙層１５を、高精度に形成することができる。

（ヘッドランプ１の効果）
以上のように、本実施形態に係るヘッドランプ１は、レーザ光を発振する半導体レーザ３と、半導体レーザ３から発振されたレーザ光により発光する発光部７と、発光部７と対向する発光部対向面１３ａを有し、発光部対向面１３ａを通して発光部７において発生した熱を受け取る熱伝導部材１３と、発光部７と発光部対向面１３ａとの間に設けられ、且つ、発光部７において発生した熱を発光部対向面１３ａに伝導させる間隙層１５とを備え、間隙層１５は、無機非晶質材料を含んでいる。

間隙層１５を無機非晶質材料で形成することにより、例えば、樹脂などの有機材料で間隙層１５を形成した場合に比べて、間隙層１５の熱抵抗を１０分の１程度にすることができる。このため、発光部７において発生した熱を律速させることなく、熱伝導部材１３へ伝導することが可能となる。

したがって、発光部７において発生した熱を効率よく放熱することができると共に、発光部７に含まれる蛍光体の発光効率の低下を防止して、発光部７の劣化を抑制することができる。

それゆえ、本実施形態によれば、発光部７において発生した熱を効率よく放熱することができるヘッドランプ１を提供することができる。

〔実施形態２〕
本発明の別の実施形態について図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施形態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と共に発光部７を挟持する部材の別の例について説明する。

（ヘッドランプ３０の構成）
図５は、本実施形態のヘッドランプ３０の構成を示す断面図である。図５に示されるように、ヘッドランプ３０は、透明板１８と、金属リング１９と、反射鏡８１と、基板８２と、ネジ８３とを備えている。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１８とによって挟持されている。

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限定されないが、反射率を考慮すると、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く、或いは、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１９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。この底部の開口部に発光部７が配置されている。

金属リング１９における、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１９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１９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１９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１９の材質は特に限定されないが、放熱性を考慮すると銀、銅、アルミニウムなどが好ましい。金属リング１９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１９が銅の場合は、銀メッキ、或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。

発光部７は、間隙層１５（図５では図示省略）によって熱伝導部材１３に接着されており、金属リング１９も熱伝導部材１３に当接している。金属リング１９が熱伝導部材１３に当接することにより、熱伝導部材１３を冷却する効果が得られる。すなわち、金属リング１９は、熱伝導部材１３の冷却部としても機能する。

金属リング１９と反射鏡８１との間には透明板１８が挟持されている。この透明板１８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１９における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１８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１８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１８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１８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、発光部７が透明板１８に接している、若しくは熱伝導部材１３が透明板１８に接している場合は、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１８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１８は、発光部７よりも高い熱伝導率を有しており、発光部７において発生した熱を効率よく吸収することによって、発光部７の熱を放熱することができる。

熱伝導部材１３および透明板１８の厚みは、０．３ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下程度であることが好ましい。上記厚みが０．３ｍｍ以下になると発光部７と金属リング１９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共に、部材コストが上昇してしまう。

基板８２は、半導体レーザ３から発振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１９および透明板１８が配置されており、開口部８２ａの中心と金属リング１９における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から発振されたレーザ光は、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１９の開口部を通って発光部７に到達する。

基板８２の材質は特に限定されないが、熱伝導率の高い金属を用いることで、基板８２を、熱伝導部材１３に伝わった熱を放熱する放熱部として機能させることができる。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。

また、基板８２はこのような形態に限定されない。例えば、基板８２による放熱効果をより高めるために、基板８２は冷却システムを有していてもよい。この冷却システムの一例としては、水を循環させることによる水冷システムを挙げることができる。この場合、基板８２に冷却用の水を流すための流路を設けて水を循環させてもよく、基板８２が水冷システムユニットに熱的に接続されていてもよい。さらに、冷却システムは水を用いた水冷システムに限られず、水に代替する溶媒として水以外の液体を用いてもよく、ガスなどを用いてもよい。

なお、金属リング１９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によって固定することによって生じる圧力によって金属リング１９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１９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１９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１９を固定することで、金属リング１９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１９は、上述の部分反射鏡としての機能を有し、且つ、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１９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１８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、間隙層１５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。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について図６〜図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施形態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、本発明に係る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から発振され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６は、発光ユニット２１０および従来のＬＥＤダウンライト３００の外観を示す斜視図である。また、図７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り、図８は、レーザダウンライト２００の断面図である。

図６〜図８に示されるように、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５によって接続されているからである。この光ファイバ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８に示されるように、筐体２１１、光ファイバ５、発光部７、熱伝導部材１３および透光板２１３を備えている。発光部７は、間隙層１５によって熱伝導部材１３に接着されている。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において発生した熱が効率よく放熱される。

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５が熱伝導部材１３まで延びている。光ファイバ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および間隙層１５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６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５を備えている。

光ファイバ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５の入射端部５ｂに入射される。

図８に示される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の設置方法の変形例）
図９は、レーザダウンライト２００の設置方法の変形例を示す断面図である。図９に示されるように、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に伝わった熱を放熱する放熱部として筐体２１１を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６に示されるように、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の組み合わせにより実現可能である。

図１０は、ＬＥＤダウンライト３００が設置された天井の断面図である。図１０に示されるように、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（図示省略）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共に、工事費用を大幅に削減できる。

図１１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表である。図１１に示されるように、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５とを含んでいる。

（変形例）
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、励起光源として高出力のＬＥＤを用いた場合、間隙層１５と発光部７との屈折率の差は、０．３以上であることが好ましい。

これにより、発光部７から熱伝導部材１３へ向かう向きで、ＬＥＤから出射された励起光を発光部７に照射する場合、発光部７を透過し発光部７と間隙層１５の界面まで到達した励起光の、当該界面における反射率を高くすることができる。よって、発光部７に含まれる蛍光体の励起に使用されず、当該界面にまで到達した励起光が、発光部７と間隙層１５との界面で反射して再度発光部７の内部に戻るため、発光部７に含まれる蛍光体を励起する光の割合が高くなる。

したがって、同じ励起光の出力でも励起光の利用効率を高くすることが可能となるので、発光部７からより多くの発光を得ることができる。

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。

（補足）
なお、本発明は、以下のように表現することができる。すなわち、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発光部と、上記発光部と対向する発光部対向面を有し、当該発光部対向面を通して上記発光部の熱を受け取る熱伝導部材と、上記発光部と上記発光部対向面との間の隙間を埋め、且つ、上記発光部の熱を上記発光部対向面に伝導させる間隙層と、を備え、上記間隙層は、無機非晶質を主たる構成要素とする無機非晶質層であることを特徴としている。

無機非晶質材料は、樹脂などの有機材料に比べて、熱伝導率および耐熱温度が高いため、間隙層に無機非晶質材料を含めることにより、発光部において発生した熱を効率よく放熱することができると共に、発光部に含まれる蛍光体の発光効率の低下を防止して、発光部の劣化を抑制することができる。また、高温環境下における発光装置の信頼性を向上させることができる。

さらに、無機非晶質材料を用いることにより、無機結晶材料で間隙層を形成した場合に比べて、可視光の波長領域における透光性を確保した間隙層の材料の選択肢の幅が広がると共に、結晶粒子同士の粒界による励起光、或いは蛍光の拡散が生じ難くなるため、最適な材料を適宜選択して、用途に応じた特性および高い光の利用効率を有する間隙層を形成することができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記間隙層は有機バインダを含むことが好ましい。

また、本発明に係る発光装置では、上記励起光源はレーザであり、上記励起光源から放射された励起光の一部が発光部を透過した光と、上記発光部の発光とから上記発光装置の照明光が得られる構成の場合、上記間隙層の屈折率は、上記発光部の屈折率と上記熱伝導部材の屈折率との間の範囲に含まれることが好ましい。

また、本発明に係る発光装置では、上記励起光源はＬＥＤであり、上記励起光源から放射された励起光の一部が上記発光部で反射または散乱した光と、上記発光部の発光とから上記発光装置の照明光が得られる構成であって、上記間隙層と上記発光部との屈折率差が０．３以上であることが好ましい。

また、本発明に係る発光装置では、上記発光部と上記間隙層との界面の上記間隙層側の面積は、上記発光部と上記間隙層との界面の上記発光部側の面積以上であることが好ましい。

また、本発明に係る発光装置では、上記発光部は酸窒化物蛍光体、若しくは窒化物蛍光体の少なくとも１つを構成要素として有していることが好ましい。

また、本発明に係る発光装置の製造方法は、上記励起光を出射する励起光源と、上記励起光により発光する上記発光部と、上記発光部の熱を受け取る上記熱伝導部材と、上記発光部と上記発光部対向面との間の隙間を埋め、且つ、上記発光部の熱を上記発光部対応面に律速させることなく伝導させる間隙層とを備える発光装置の製造方法であって、無機非晶質の材料をスクリーン印刷によって塗布する工程を有することを特徴としている。

本発明は、高輝度で長寿命な発光装置や照明装置、特に車両用など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（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
７ａ レーザ光照射面
９ 透明板
１３ 熱伝導部材
１３ａ 発光部対向面
１５ 間隙層
３０ ヘッドランプ（車両用前照灯）
２００ レーザダウンライト（照明装置）

Claims (13)

1. 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発光部と、
   上記発光部と対向する発光部対向面を有し、当該発光部対向面を通して上記発光部の熱を受け取る熱伝導部材と、
   上記発光部と上記発光部対向面との間に設けられ、上記発光部の熱を上記発光部対向面に伝導させる間隙層と、
   を備え、
   上記間隙層は、少なくとも無機非晶質材料を含むことを特徴とする発光装置。
2. 上記間隙層は、有機バインダをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 上記無機非晶質材料と上記有機バインダとの体積比率は、６０：４０から９９．９９：０．０１の範囲にあることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 上記間隙層の熱膨張率は、上記発光部の熱膨張率と上記熱伝導部材の熱膨張率との間の範囲に含まれることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 上記励起光源は、レーザ光源であり、
   上記間隙層の屈折率は、上記発光部の屈折率と上記熱伝導部材の屈折率との間の範囲に含まれることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 上記励起光源は、発光ダイオードであり、
   上記間隙層と上記発光部との屈折率の差は、０．３以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 上記発光部は、上記間隙層と対向する面の全領域で、当該間隙層と接触していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 上記発光部は、酸窒化物蛍光体および窒化物蛍光体の少なくとも一方を含んでいることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の発光装置。
9. 上記励起光源から出射された励起光と、上記発光部が発した光とを混合した照明光を出射することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の発光装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の発光装置を製造する発光装置の製造方法であって、
    上記間隙層を形成する間隙層形成ステップを含み、
    上記間隙層形成ステップにおいて、上記発光部および上記発光部対向面の少なくとも一方に、上記無機非晶質材料をスクリーン印刷によって塗布することを特徴とする発光装置の製造方法。
11. 請求項１から９のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
12. 請求項１から９のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする車両用前照灯。
13. 請求項１から９のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。

Images