JP5271349B2

JP5271349B2 - 発光装置、照明装置および車両用前照灯

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Publication number: JP5271349B2
Application number: JP2010294100A
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Inventors: 克彦岸本
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Publication date: 2013-08-21
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Also published as: JP2012142188A

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、ならびに、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）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）の周囲（外表面）を覆うように配置されるなどして、波長変換部材に熱的に接続された透光性で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の発熱を軽減している。更に、例えば凸レンズや凹レンズといった所望の形状のガラスや樹脂等の周囲に高熱伝導物質を被覆させることにより、熱伝導部材を比較的容易に所望の形状とする方法も開示されている。

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）

熱伝導部材を用いずに発光部に高出力、高光密度の励起光を照射すると、照射されている部分の温度が局所的に上昇してしまう。それに対して、発光部と透光性の熱伝導部材とを接触させ、透光性の熱伝導部材を介して励起光を発光部に照射することによって、発光部のうち一番温度が上昇する個所、すなわち、励起光照射面近傍の温度上昇を抑制することができる。

しかし、この熱伝導部材の配置によって、発光部内の放熱効率に大きな差が生じてしまう。そこに更に強い励起光を照射すると、発光部内では透光性の熱伝導部材から遠くなればなるほど温度が上昇し、場合によっては発光部の大幅な発光効率の低下や、寿命の低下が引き起こされてしまうという問題が見つかった。

特に、特許文献２の発明では、膜状や層状といった熱伝導部材に波長変換部材を密着されている。このような熱伝導部材に波長変換部材を固定し、支持させることは困難であった。なぜなら、膜状や層状といった外力に脆い形状であり、波長変換部材を支持するには脆弱すぎるからである。

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、発光部の熱を吸収する熱伝導部材の熱吸収効率を熱伝導部材の配置によって高め、発光部の温度上昇を抑制することができる発光装置、照明装置および車両用前照灯、ならびに、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蛍光体を含む発光部と、上記発光部における上記励起光が照射される面である励起光照射面の側に配置され、上記発光部の熱を受け取る第一の熱伝導部材と、上記発光部における上記励起光照射面と対向する面の側に配置され、上記発光部の熱を受け取る第二の熱伝導部材とを備えることを特徴としている。

上記構成によれば、励起光源から出射された励起光を受けて発光部が発光するが、このときに励起光の一部が熱となり、発光部が発熱する。温度上昇する箇所である発光部の励起光照射面側から第一の熱伝導部材により熱を受け取る。

また、発光部において励起光照射面側から離れれば離れるほど、第一の熱伝導部材による放熱効率が悪くなる。第一の熱伝導部材による放熱効率が一番悪くなる箇所である、発光部の励起光照射面と対向する面側から、第二の熱伝導部材によって熱を受け取る。

それゆえ、発光部において生じた熱を、熱伝導部材を用いて効率良く逃がすこと（すなわち、熱伝導部材の熱吸収効率を高めること）ができるので、発光部の温度上昇を抑制することができる。

ここで、「励起光照射面」および「励起光照射面と対向する面」の各々の「面」は、例えば発光部が直方体や立方体であれば、平面を意味することになる。もちろん、発光部は直方体や立方体といった形状に限られるものではなく、３次元の空間的ひろがりを持つ立体形状であれば、どのような形状であってもよい。例えば、発光部が球であれば、上記の各々の「面」は球面を意味することになる。このように、上記の各々の「面」は発光部の形状に応じ、その意味する面が異なっている。

上記発光部における、上記励起光照射面の側および上記励起光照射面と対向する面の側のいずれとも異なる側に配置され、上記発光部の熱を受け取る第三の熱伝導部材をさらに備えることが好ましい。

上記構成によれば、発光部における、発光部の励起光照射面の側および上記励起光照射面と対向する面の側のいずれとも異なる側からも放熱できるため、更に効果的に発光部の温度上昇を抑制することができる。

上記第一の熱伝導部材、上記第二の熱伝導部材および上記第三の熱伝導部材は、上記発光部よりも高い熱伝導率を有していることが好ましい。

上記構成によれば、発光部よりも高い熱伝導率を有しているため、発光部の温度上昇を抑制することができる。

上記第二の熱伝導部材と上記第三の熱伝導部材とは、互いに結合されて一体化されていることが好ましい。

上記構成によれば、第二の熱伝導部材と第三の熱伝導部材とが互いに結合されて一体化されているので、第二の熱伝導部材と第三の熱伝導部材との相対位置関係が固定される。

それゆえ、第二の熱伝導部材と第三の熱伝導部材の相互位置ずれや、それらの一部の落下といった問題を低減することができる。

上記第一の熱伝導部材と上記第三の熱伝導部材とは、互いに結合されて一体化されていることが好ましい。

上記構成によれば、第一の熱伝導部材と第三の熱伝導部材とが互いに結合されて一体化されているので、第一の熱伝導部材と第三の熱伝導部材との相対位置関係が固定される。

それゆえ、第一の熱伝導部材と第三の熱伝導部材の相互位置ずれや、それらの一部の落下といった問題を低減することができる。

上記第三の熱伝導部材は、上記第一の熱伝導部材と上記第二の熱伝導部材との相対位置関係を固定することが好ましい。

上記構成によれば、第三の熱伝導部材を用いて、第一の熱伝導部材と第二の熱伝導部材との相対位置関係が固定される。

例えば、第二の熱伝導部材と第三の熱伝導部材とが互いに結合されて一体化されている場合において、第三の熱伝導部材をさらに第一の熱伝導部材に接合させればよい。また、第一の熱伝導部材と第三の熱伝導部材とが互いに結合されて一体化されている場合においては、第三の熱伝導部材をさらに第二の熱伝導部材に接合させればよい。

このような接合により、第一の熱伝導部材と第二の熱伝導部材との相対位置関係が固定される。

それゆえ、第一の熱伝導部材と第二の熱伝導部材との相互位置ずれや、それらの一部の落下といった問題を低減することができる。

上記発光部は、蛍光体保持物質と、当該蛍光体保持物質に分散されており、レーザ光が照射されることにより発光する蛍光体と、を混合し焼結させた焼結体であり、上記焼結体は、上記第一の熱伝導部材、上記第二の熱伝導部材および上記第三の熱伝導部材の少なくとも１つに密着していることが好ましい。

上記構成によれば、焼結体である発光部が、第一の熱伝導部材、第二の熱伝導部材および上記第三の熱伝導部材の少なくとも１つに密着している。このため、密着面での放熱効率が上がり、更に効果的に発光部を冷却することができる。

また、発光部の蛍光体は脆いため、発光部単体では取り扱いに気を配る必要があったが、発光部が第一、第二および第三の熱伝導部材の少なくとも１つと密着し、一体となっていれば、製造上での取り扱いが容易になる。また、発光部の位置ずれや落下といった問題を低減することができる。

上記第一の熱伝導部材は、上記励起光を拡散する拡散剤を含んでいることが好ましい。

励起光はコヒーレントな光であり、発光部において蛍光に変換または拡散されずにそのまま外部に放射されると人体に害を及ぼす可能性がある。

上記構成によれば、この拡散剤によって励起光が拡散される。それゆえ、発光部において励起光が全て蛍光に変換または拡散されない場合でも、予め励起光を第一の熱伝導部材で拡散しておくことで、コヒーレントな光が外部に漏れる可能性を低減できる。

上記第二の熱伝導部材は、上記励起光を拡散する拡散剤を含んでいることが好ましい。

上記構成によれば、この拡散剤によって、蛍光に変換または拡散されずに発光部を通過した励起光が拡散されることによって、コヒーレントな光が外部に漏れる可能性を低減できる。

上記発光部における、上記励起光照射面と当該励起光照射面と対向する面との間の厚みは、上記蛍光体の粒径の１０倍以上、２ｍｍ以下であることが好ましい。

発光部を薄くすれば、厚い場合に比べて発光部の熱を第一の熱伝導部材や第二の熱伝導部材へ効率良く伝えることができるが、発光部を薄くし過ぎると励起光が蛍光に変換されず外部に放射される恐れがある。逆に、発光部を厚くし過ぎると、第一の熱伝導部材や第二の熱伝導部材による発光部の放熱効率が低下するとともに、発光装置の配光パターンがぼけてしまう可能性がある。

それゆえ、発光部の厚みは、蛍光体の粒径の１０倍以上、２ｍｍ以下であることが好ましい。発光部の厚みが蛍光体の粒径の１０倍あれば、ほぼ全ての励起光が蛍光に変換されることがシミュレーションにより明らかになっている。

上記第一の熱伝導部材、上記第二の熱伝導部材および上記第三の熱伝導部材の各々における、上記発光部との接触面からの厚みは、０．３ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であることが好ましい。

第一、第二および第三の熱伝導部材の厚みが０．３ｍｍよりも薄いと発光部の放熱を十分にできず、発光部が劣化してしまう可能性がある。また、３．０ｍｍを超える厚みにすると、発光部に向けて照射された励起光や発光部で生じた蛍光が、第一、第二および第三の熱伝導部材において吸収される率が大きくなり、励起光の利用効率が顕著に下がる。

それゆえ、熱伝導部材の厚みは、０．３ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であることが好ましい。

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、熱伝導部材をカップ形状に成型する成型ステップと、発光部を形成するため、蛍光体と共に、上記熱伝導部材より融点の低い蛍光体保持物質を、上記カップ形状の熱伝導部材の中で焼結させる焼結ステップと、上記カップ形状の熱伝導部材の開口面側が平坦面となるように、当該開口面側から上記発光部および上記熱伝導部材を研磨する研磨ステップと、上記カップ形状の熱伝導部材と、少なくとも一部に平坦面を有する別の熱伝導部材とを、それらの平坦面同士が対向するように、接合させる接合ステップとを含むことを特徴としている。

上記方法によれば、成型ステップにより熱伝導部材のカップ形状を所望のものとしておけば、焼結ステップにより自動的にカップ内に密着する発光部を形成できる。そのため、カップ形状の熱伝導部材への熱的結合をよくしつつ、製造プロセスの簡略化を図ることができる。その結果、製造歩留まりが大幅に向上するという効果を奏することができる。

また、研磨ステップと接合ステップとを経て、カップ形状の熱伝導部材の開口面側での発光部と別の熱伝導部材との接合が強固となり、発光部と別の熱伝導部材との放熱効率も上がる。

さらに、熱伝導部材同士の接合も強固となり、熱伝導部材の位置ずれや、それらの一部の落下といった問題を低減することができる。

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蛍光体を含む発光部と、上記発光部における上記励起光が照射される面である励起光照射面の側に配置され、上記発光部の熱を受け取る第一の熱伝導部材と、上記発光部における上記励起光照射面と対向する面の側に配置され、上記発光部の熱を受け取る第二の熱伝導部材とを備える構成である。

それゆえ、発光部の熱を吸収する熱伝導部材の熱吸収効率を熱伝導部材の配置によって高め、発光部の温度上昇を抑制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。上記ヘッドランプが備える発光部と熱伝導部材とが中空部材によって接着されている構造を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその斜視図である。上記中空部材の変形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。上記中空部材の変形例を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、上記中空部材の変形例を示す斜視図である。上記ヘッドランプの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。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７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。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（第一の熱伝導部材）１３と、中空部材（第二の熱伝導部材）１４と、冷却部１５と、を備えている。図２は、熱伝導部材１３と中空部材１４とが接続（接着または溶接）されている構造を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその斜視図である。

（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。

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。

ここで、レーザ光照射面７ａは、図１および図２に示すように、発光部７が直方体あるいは立方体である場合、平面となる。もちろん、発光部７は直方体や立方体といった形状に限られるものではなく、３次元の空間的ひろがりを持つ立体形状であれば、どのような形状であってもよい。したがって、例えば、発光部７が球であれば、レーザ光照射面７ａは当然のことながら球面となる。

また、図２（ａ）中に示したレーザ光照射面７ａは、レーザ光が発光部７の中心部にのみ照射される場合を図示したものである。レーザ光が発光部７の光ファイバー５側の全面に照射される場合は、当然ながら、レーザ光照射面７ａは発光部７の光ファイバー５側の全面となる。

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、出射端部５ａは１つであってもよい。

また、出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに接触していてもよいし、僅かに間隔をおいて配置されてもよい。特に、出射端部５ａがレーザ光照射面７ａと間隔をおいて配置される場合、その間隔は、出射端部５ａから出射され円錐状に拡がるレーザ光が、レーザ光照射面７ａに全て照射されるように定められることが好ましい。

（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層構造を有している。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、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。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。

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。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。具体的には、発光部７は、蛍光体保持物質（封止材）としてのシリコーン樹脂の内部に蛍光体が分散されているものである。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、１０：１程度である。また、発光部７は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。蛍光体保持物質は、シリコーン樹脂等の樹脂材料に限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスや無機ガラスであってもよい。

例えば、蛍光体保持物質に無機ガラスを用いた場合であれば、その無機ガラスと蛍光体とを混合させ、その混合物を所定の温度で焼結させることにより、その焼結体である発光部７を得ることができる。焼結温度は、蛍光体保持物質となる無機ガラスの融点以上であれば、無機ガラスを一旦融解させ、蛍光体を無機ガラス中に均一性良く分散させることができる。

なお、このような無機ガラスの材料としては、例えば、一般的には低融点ガラスと称され、その融点が６００℃以下のものを用いることができる。但し、無機ガラスと蛍光体との混合物の焼結は、焼結体である発光部７の形状を成型するための金型を用いて行われるのが通常である。金型の内部に無機ガラスと蛍光体との混合物が充填され、その充填された状態で混合物の焼結が行われる。発光部７となる焼結体は、金型の内部形状に沿った形状に成型される。当然のことながら、無機ガラスの融点は、金型の融点よりも低いことが好ましい。

上記蛍光体は、例えば、酸窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色に発光する蛍光体のいずれか１つ以上がシリコーン樹脂に分散されている。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、酸窒化物系蛍光体または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。

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における蛍光体保持物質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を薄くすれば熱伝導部材１３への放熱効果も高まる効果があるが、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り、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。

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。

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、レーザ光照射面７ａで反射したレーザ光を制御しやすくするためには、レーザ光照射面７ａは平面であることが好ましい。

もちろん、上述したように、発光部７は直方体や立方体といった形状に限られるものではなく、３次元の空間的ひろがりを持つ立体形状であれば、どのような形状であってもよい。

（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。

（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。具体的には、発光部７と熱伝導部材１３とは、図２（ａ）に示すように、中空部材１４によって接着されている。発光部７は、中空部材１４の内部に嵌め込まれており、上述したとおり、熱伝導部材１３と中空部材１４とが接続（接着または溶接）することにより、発光部７が熱伝導部材１３に接着されている。

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に熱的に接触しており、他方の端部が冷却部１５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２（ａ）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。

また、熱伝導部材１３は、透光性の部材であることが好ましいが、レーザ光が通過する開口部があれば、透光性のない物質（例えば、金属）で熱伝導部材１３を形成してもよい。

（中空部材１４）
中空部材１４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７ａと対向する対向面７ｂ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。具体的には、図２（ａ）に示すように、中空部材１４の内部に発光部７が嵌め込まれている。上述したとおり、中空部材１４は熱伝導部材１３に接続（接着または溶接）されており、これにより、中空部材１４の内部の発光部７が熱伝導部材１３に接着されている。

ここで、レーザ光照射面７ａと対向する対向面７ｂは、図１および図２に示すように、発光部７が直方体あるいは立方体である場合、レーザ光照射面７ａと同様、平面となる。もちろん、発光部７は直方体や立方体といった形状に限られるものではなく、３次元の空間的ひろがりを持つ立体形状であれば、どのような形状であってもよい。したがって、例えば、発光部７が球であれば、対向面７ｂは当然のことながら球面となる。

なお、対向面７ｂでは、図２（ａ）に示すように、その中心付近が最も発熱量が多く、中心付近から離れるにしたがって少なくなっている。これは、発光部７の出射端部５ａ側面の中心付近（レーザ光照射面７ａ）に照射され、励起光の多くは対向面７ｂの中心付近に向かうことになるからである。

中空部材１４は、発光部７が直方体または立方体である場合であれば、図２（ｂ）に示すように、直方体または立方体の中空部材を用いることができる。この中空部材１４は、熱伝導部材１３に接続される側の面は開口しており、中空部材１４の内部に嵌め込まれた発光部７のレーザ光照射面７ａが熱伝導部材１３に接着されている。

言い換えると、中空部材１４は、発光部７を覆いつつ、発光部７のレーザ光照射面７ａと熱伝導部材１３とを接着させている。同時に、中空部材１４は、その内壁と、発光部７のレーザ光照射面７ａと対向する対向面７ｂおよび、レーザ光照射面７ａに垂直な４つの垂直面７ｃの各々とを接着させている。

中空部材１４は、このような形状および接続形態を有することで、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。具体的には、発光部７から中空部材１４に逃げる熱は、中空部材１４の内部を伝導し、熱伝導部材１３と中空部材１４との接続箇所に到達する。その接続箇所において、中空部材１４から熱伝導部材１３への熱の受け渡しが行われる。

発光部７の熱を効率良く逃がすために、中空部材１４の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。また、発光部７から出射された蛍光は、中空部材１４を透過してレンズ１２側に進行する。そのため、中空部材１４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、中空部材１４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２（ａ）において符号１４ｃで示す中空部材１４の厚み（中空部材１４における、発光部７の側に位置する第１面１４ａと、当該第１面１４ａに対向する第２面１４ｂ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、発光部７から出射された蛍光の中空部材１４における吸収が大きくなり、その結果、励起光の利用効率が顕著に下がる。

中空部材１４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。

特に、レーザ光が強くなると、発光部７での発熱量が熱伝導部材１３からの放熱量を大きく上回り、その結果、熱伝導部材１３と接着するレーザ光照射面７ａから離れれば離れるほど、熱伝導部材１３による放熱効率は低下する。その放熱効率が最も低い箇所が、熱伝導部材１３側のレーザ光照射面７ａから最も離れた箇所にある、対向面７ｂの近傍の箇所である。中空部材１４は、その内壁をこの対向面７ｂに密着させている。これにより、中空部材１４は、対向面７ｂから熱を受け取ることができる。

もちろん、中空部材１４は、その内壁をレーザ光照射面７ａに垂直な４つの面７ｃの各々とも接着させている。中空部材１４は、発光部７からの発熱を、これら４つの面７ｃからも受け取ることができる。

なお、中空部材１４は、例えば、以下のような場合に、その効果を発揮する。例えば、発光部７に含まれる蛍光体の変換効率のうち、最も高いものが９０％、発光部７のレーザ光照射面７ａの大きさが２ｍｍ^２のとき、レーザ光強度が１Ｗ以上であれば、中空部材１４の効果が表れる。すなわち、発光部７での発熱量が０．１Ｗ以上の場合であれば、熱伝導部材１３に加え、中空部材１４を配置することにより、発光部７の温度上昇を効果的に抑制することができる。

（中空部材１４が透明板９に接続する変形例）
図３に示すように、透明板９は、中空部材１４を冷却するために用いられてもよい。すなわち、中空部材１４を透明板９に熱的に（すなわち、熱エネルギーの授受が可能なように）接続してもよい。発光部７から中空部材１４に逃げる熱を透明板９から放熱させることができる。中空部材１４と比較し、透明板９の体積は大きいことから、その熱容量も中空部材１４より大きなものとなる。このため、中空部材１４が透明板９に接続されると、その接続箇所において、熱勾配が生じ、その勾配により、中空部材１４から透明板９に熱が流れ込む。なお、透明板９は、図示しないが、ハウジング１０等に固定されるのが通常である。したがって、中空部材１４から透明板９に流れ込む熱は、ハウジング１０等を介し、ヘッドランプ１から放熱される。

（拡散剤）
熱伝導部材１３および中空部材１４には拡散剤（図示省略）が含まれていてもよい。レーザ光はコヒーレントな光であり、発光部７において蛍光に変換または拡散されずにそのまま外部に放射されると人体に害を及ぼす可能性がある。熱伝導部材１３および中空部材１４に拡散剤を含めることにより、光ファイバー５から出射されたレーザ光が拡散される。

それゆえ、発光部７においてレーザ光が全て蛍光に変換または拡散されない事態が生じても、予めレーザ光を拡散剤によって拡散しておくことで、コヒーレントな光が外部にもれる可能性を低減できる。

拡散剤の好ましい材質として、ＳｉＯ_２ビーズ（真球形状、粒径：数ｎｍ〜数μｍ、０．１％〜数％熱伝導部材１３および中空部材１４に混合させる）、Ａｌ_２Ｏ_３ビーズ、ダイヤモンドビーズ等を挙げることができる。拡散剤が多すぎると発光部７に到達するレーザ光が低減してしまうため、拡散剤の量は、熱伝導部材１３および中空部材１４の１ｇあたり１ｍｇ〜３０ｍｇ程度が好ましい。

なお、このような無機物の透明体を混合させることにより、熱伝導部材１３および中空部材１４の熱伝導率を向上させる効果も得られる。ＳｉＯ_２は、アクリル系樹脂よりも高い１．３８Ｗ／ｍＫであり、ダイヤモンド粒子を用いれば熱伝導率は８００〜２０００Ｗ／ｍＫと非常に高いため、結果的に熱伝導部材１３および中空部材１４の熱伝導率を大幅に向上させることができる。

（冷却部１５）
冷却部１５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１５を兼ねていてもよい。または、冷却部１５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１５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１５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１５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１５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１５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に示すような、冷却部１５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１５がハウジング１０の外部に設置することも可能となる。

それゆえ、冷却部１５が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。

（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４（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４（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。

（中空部材１４の変更例）
図５は、中空部材１４の変更例を示す断面図である。図５に示すように、中空部材１４は、大別して、発光部７のレーザ光照射面７ａに対向する対向面７ｂと密着する対向面密着部（第二の熱伝導部材）１４１と、レーザ光照射面７ａに垂直な垂直面７ｃの一部と密着する垂直面密着部（第三の熱伝導部材）１４２と、分けることができる。

図１および図２に示した中空部材１４においては、図５に示す垂直面密着部１４２に対応する部分が、レーザ光照射面７ａに垂直な垂直面７ｃの全てと密着すると共に、熱伝導部材１３と接続する例であった。この接続により、発光部７は熱伝導部材１３に密着させられていた。

これに対し、図５に示す変形例では、垂直面密着部１４２は、レーザ光照射面７ａに垂直な垂直面７ｃの一部と密着する、言い換えれば、レーザ光照射面７ａに垂直な垂直面７ｃの一部は、中空部材１４に覆われることなく、露出している。

そして、垂直面密着部１４２は、発光部７と熱伝導部材１３とが密着するレーザ光照射面７ａの周囲の一部において、熱伝導部材１３と接続している。この場合、発光部７が鉛直方向に向かって落下することがないよう、発光部７の鉛直下側において垂直面密着部１４２と熱伝導部材１３とが接続するようにすればよい。これにより、熱伝導部材１３と中空部材１４との相対位置関係が固定されることになる、
図５に示す変形例では、中空部材１４を構成する材料を、図１および図２に示した中空部材１４と比較し、少なくすることができるので、中空部材１４の材料費が抑えられ、延いては、ヘッドランプ１の製造コストを低減することができる。

図６（ａ）〜（ｃ）は、中空部材１４の他の変更例を示す斜視図である。

例えば、図６（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３０ａを用いてもよい。中空部材３０ａ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６（ｂ）に示すように、中空部材３０ｂ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中空部材３０ｂ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。中空部材３０ｂ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）で中空部材３０ｂを形成してもよい。

さらに、図６（ｃ）に示すように、図２（ｂ）の熱伝導部材１３に相当する第１の部分３２と、図２（ｂ）の中空部材１４に相当する第２の部分３３と、を有する発光部固定部材３１を用いてもよい。すなわち、この発光部固定部材３１は、図２（ｂ）の熱伝導部材１３と図２（ｂ）の中空部材１４とが一体化されたものであり、例えば、金型等を用いて一体成型されたものである。

この場合、図６（ｃ）に示すように、第２の部分３３の内部に発光部７が嵌め込まれるようになっており、その嵌め込みは、第２の部分３３の開口３３ａを通して行われる。もちろん、図６（ｃ）の変形例であっても、発光部７の材料である蛍光体と蛍光体保持物質とを第２の部分３３に充填し、焼結させることにより、第２の部分３３の内部に発光部７を配置するようにしても構わない。

図６（ｃ）に示した変形例では、発光部固定部材３１を構成する第１の部分３２および第２の部分３３は一体化されているので、それらの間の接続は当然のことながら非常に強固なものとなる。

それゆえ、第１の部分３２と第２の部分３３との相互位置ずれや、それらの一部の落下といった問題を低減することができる。

（ヘッドランプ１の製造方法）
ヘッドランプ１の製造方法の一例について説明する。図７は、ヘッドランプ１の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。

図７において、セラミック射出成型（ＣＩＭ）の技術を使用して、サファイア（アルミナ）もしくは石英を用い、透明カップ形状の中空部材１４を作製する（ステップＳ１０１）。

中空部材１４の大きさは、外径３ｍｍ、高さ１ｍｍ、内側に直径２ｍｍ、深さ０．５ｍｍのくり貫きが片側底面から設けられている。もちろん、上記透明カップ形状は、射出成型に代えて、削りだしにより作製してもよい。その場合、サファイア、石英に加え、マグネシアも好適に使用できる。

また、中空部材１４に用いられる材料の材質としては、融点が高いことが必要とされる。少なくとも１０００℃、より好ましくは、１５００℃以上であればよい。なお、サファイア、石英、マグネシアの融点はそれぞれ、２０５０℃、１５５０℃、２８５０℃である。ただし、石英に関しては他の材料とは異なり、明確な融点・軟化点は無く、１５５０℃を超えると、温度の上昇とともに徐々に粘度が低下していく。

次に、ＣＩＭや削りだし等の方法を用いて作製した透明カップ形状の中空部材１４中に、フリット状にした無機ガラス、つまり、封止材と、蛍光体を分散させた混合物を充填する（ステップＳ１０２）。

次に、無機ガラスの融点よりも少し高い温度にすることにより、中空部材１４の中に、無機ガラス中に蛍光体が分散され、焼結された焼結体である発光部７を作製する（ステップＳ１０３）。

無機ガラス材料としては、一般的に低融点ガラスと称される融点が６００℃以下のものが適当であるが、蛍光体が変質・劣化等しない限り、透明カップの融点よりも低い材料であればよい。

次に、中空部材１４の中で焼結された発光部７を中空部材１４と共に研磨し、平坦面を作製する（ステップＳ１０４）。中空部材１４にサファイアを用いた場合には、研磨の際、ダイヤモンドスラリーを用いる。

最後に、平坦面を出した中空部材１４と熱伝導部材１３とを、それらの平坦面同士が対向するように、接合させる（ステップＳ１０５）。

以上のステップを経ることにより、ヘッドランプ１、特に、発光部７、熱伝導部材１３および中空部材１４を製造することができる。

（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（例えば、シリコーン樹脂）の劣化によって主に引き起こされる。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。この熱によって蛍光体を取り囲む物質が劣化すると考えられる。

ヘッドランプ１では、発光部７が発熱する際、最も温度上昇する箇所である発光部７のレーザ光照射面７ａから熱伝導部材１３により熱を受け取る。

また、ヘッドランプ１では、発光部７において熱伝導部材１３側から離れれば離れるほど、熱伝導部材１３による放熱効率が悪くなる。熱伝導部材１３による放熱効率が一番悪くなる箇所である、発光部７のレーザ光照射面７ａと対向する対向面７ｂから、中空部材１４によって熱を受け取る。

それゆえ、発光部７において生じた熱を、熱伝導部材１３および中空部材１４を用いて効率良く逃がすこと（すなわち、熱伝導部材の熱吸収効率を高めること）ができるので、より効果的に発光部を冷却することができる。これにより、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。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図８〜図１３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９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１０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１１は、レーザダウンライト２００の断面図である。図９〜図１１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１１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。発光部７は、中空部材１４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および中空部材１４に伝わることで発光部７が冷却される。

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９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１１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１２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９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の組み合わせにより実現可能である。

図１３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１４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
７ａレーザ光照射面（励起光照射面）
９透明板
１３熱伝導部材（第一の熱伝導部材）
１４中空部材（第二の熱伝導部材）
１４１対向面密着部（第二の熱伝導部材）
１４２垂直面密着部（第三の熱伝導部材）

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、
上記発光部における上記励起光が照射される面である励起光照射面の側に配置され、上記発光部の熱を受け取る第一の熱伝導部材と、
上記発光部における上記励起光照射面と対向する面の側に配置され、上記発光部の熱を受け取る第二の熱伝導部材と、
上記発光部における、上記励起光照射面の側および上記励起光照射面と対向する面の側のいずれとも異なる側に配置され、上記発光部の熱を受け取る第三の熱伝導部材とを備え、
上記第一の熱伝導部材は、上記励起光源から出射された励起光を透過させ、上記第二の熱伝導部材は上記発光部から発光された蛍光を透過させるものであり、
上記第一の熱伝導部材、上記第二の熱伝導部材および上記第三の熱伝導部材は、上記発光部よりも高い熱伝導率を有しており、
上記第二の熱伝導部材と上記第三の熱伝導部材とは、互いに結合されて一体化されており、
上記第三の熱伝導部材は、上記第一の熱伝導部材と上記第二の熱伝導部材との相対位置関係を固定するものであり、
上記発光部は、蛍光体保持物質と、当該蛍光体保持物質に分散されており、レーザ光が照射されることにより発光する蛍光体と、を混合し焼結させた焼結体であり、
上記焼結体は、上記第一の熱伝導部材、上記第二の熱伝導部材および上記第三の熱伝導部材の少なくとも１つに密着していることを特徴とする発光装置。
上記第一の熱伝導部材は、上記励起光を拡散する拡散剤を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
上記第二の熱伝導部材は、上記励起光を拡散する拡散剤を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
上記発光部における、上記励起光照射面と当該励起光照射面と対向する面との間の厚みは、上記蛍光体の粒径の１０倍以上、２ｍｍ以下であ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。
上記第一の熱伝導部材、上記第二の熱伝導部材および上記第三の熱伝導部材の各々における、上記発光部との接触面からの厚みは、０．３ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１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。