JP6056117B2 - 発光装置及び車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に係り、特に、半導体発光素子（例えば、半導体レーザー光源）と透光性部材とを組み合わせた構造の発光装置及び車両用灯具に関する。
従来、半導体発光素子（例えば、半導体レーザー光源）と透光性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１１に示すように、特許文献１に記載の発光装置２００は、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透光性部材２２０（蛍光体）、半導体レーザー光源２１０と透光性部材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と透光性部材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で集光されて貫通穴２４２を通過し、当該貫通穴２４２の上に配置された透光性部材２２０を局所的に照射する。レーザー光が照射された透光性部材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。透光性部材２２０は、これが脱落してレーザー光が直接外部へ出射されるのを防止する観点から、固定部材２５０により強固に固定されている。
特開２０１０−１６５８３４号公報
しかしながら、上記構成の発光装置２００においては、透光性部材２２０（下面）及び／又はホルダ２４０（透光性部材２２０の実装面）に接着剤を塗布し、透光性部材２２０をホルダ２４０に対して押しつけて接着すると、接着剤は流動性を備えているため、両者間の接着剤が押し広げられて貫通穴２４２に到達し、貫通穴２４２内に進入する結果、当該貫通穴２４２内に進入した接着剤が、当該貫通穴２４２を通過する半導体レーザー光源２１０からのレーザー光に起因して、焦げ付く等の問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、透光性部材とヘッド部とを接着する両者間の接着剤が貫通穴（半導体発光素子からの光が通過する貫通穴）内に進入するのを抑制することが可能な発光装置及びこれを用いた車両用灯具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、凸部を含む表面と、その反対側の裏面と、前記凸部の先端面と前記裏面とを貫通する貫通穴と、を含むヘッド部と、表面と、その反対側の、前記凸部が嵌合する第１凹部を含む裏面と、を含む透光性部材と、前記凸部が前記第１凹部に嵌合し、かつ、前記第１凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記ヘッド部の表面のうち前記凸部の周囲と前記透光性部材の裏面とを接着した接着剤と、前記貫通穴を通過し、前記透光性部材を照射する光を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの光を集光して、前記透光性部材を局所的に照射する光学系と、を備えた発光装置であって、前記透光性部材の側面は、前記透光性部材の裏面側から前記透光性部材の表面側に向かうに従って内側に傾斜し、前記透光性部材の側面を取り囲むように配置され、かつ、前記透光性部材の側面に嵌合した状態で前記透光性部材を固定した固定手段をさらに備え、前記固定手段は、前記ヘッド部の一部である。
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、透光性部材（裏面）とヘッド部（表面）とを接着する両者間の接着剤が貫通穴（半導体発光素子からの光が通過する貫通穴）内に進入するのを抑制することが可能となる。これは、ヘッド部が凸部を含み、かつ、透光性部材が、前記凸部が嵌合する第１凹部を含むことによるものである。
すなわち、透光性部材（裏面）及び／又はヘッド部（表面）に接着剤を塗布し、透光性部材をヘッド部に対して押しつけて接着すると、接着剤は流動性を備えているため、両者間の接着剤が貫通穴の方向へ広がろうとするが、ヘッド部が凸部を含み、かつ、透光性部材が、凸部が嵌合する第１凹部を含むため、当該接着剤の這い上りを防止することができる。その結果、接着剤が、貫通穴に到達し、貫通穴（半導体発光素子からの光が通過する貫通穴）内に進入するのを抑制することが可能となる。
第２に、透光性部材の、ヘッド部に対する位置決めを容易に行うことが可能となる。これは、ヘッド部の凸部と透光性部材の第１凹部とが、位置決め手段として機能することによるものである。
第３に、局所的に照射される半導体発光素子（例えば、半導体レーザー光源）からの光に起因して発生する熱の放熱経路を確保することが可能となる。これは、透光性部材（裏面）とヘッド部（表面）とを接着する接着剤によって、透光性部材（裏面）とヘッド部（表面）との密着性が高められ、両者間の隙間に起因する接触熱抵抗が低減することによるものである。
第４に、仮に、接着剤等が劣化したとしても、透光性部材が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。これは、ヘッド部の凸部が透光性部材の第１凹部に嵌合していることによるものである。
透光性部材の側面は、透光性部材の裏面側から透光性部材の表面側に向かうに従って内側に傾斜しているので、仮に、接着剤等が劣化したとしても、透光性部材が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。これは、高反射率部材が、透光性部材の内側に傾斜した側面を覆うことで、当該透光性部材の抜け止め防止手段として機能することによるものである。
透光性部材の側面を取り囲むように配置され、かつ、透光性部材の側面に嵌合した状態で透光性部材を固定した固定手段をさらに備えるので、透光性部材をより強固に固定することが可能となる結果、熱衝撃や振動に対して信頼性の高いヘッド部を構成することができる。また、仮に、接着剤等が劣化したとしても、透光性部材が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。固定手段は、前記ヘッド部の一部である。
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、前記貫通穴は、前記ヘッド部の表面側から前記ヘッド部の裏面側に向かうに従ってサイズが大きくなる。
請求項２に記載の発明によれば、次の利点を生ずる。
第１に、局所的に照射される半導体発光素子からの光の、透光性部材の裏面への入射効率を高めることができる。これは、貫通穴を、ヘッド部の表面側からヘッド部の裏面側に向かうに従ってサイズが大きくなる貫通穴とすることで、当該貫通穴を通過する半導体発光素子からの光の一部が、当該貫通穴の内壁で遮光されるのを抑制することが可能となることによるものである。
第２に、半導体発光素子の光軸が中心からずれた場合であっても、半導体発光素子からの光が遮られることなく貫通穴を通過することができるため、光軸調整工程の歩留まりを向上させることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記透光性部材の側面の少なくとも一部を覆う高反射率部材をさらに備えている。
請求項３に記載の発明によれば、光取出し効率が向上する。これは、透光性部材の側面が高反射率部材で覆われているため、透光性部材の側面から出射する光が、当該高反射率部材で反射されて透光性部材に再度入射することによるものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記高反射率部材は、白樹脂である。
請求項４に記載の発明によれば、光取出し効率が向上する。これは、透光性部材の側面が白樹脂で覆われているため、透光性部材の側面から出射する光が、当該白樹脂で反射されて透光性部材に再度入射することによるものである。
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発明において、前記ヘッド部の表面は、前記凸部を含む底面を含む第２凹部を含み、前記接着剤は、前記凸部が前記第１凹部に嵌合し、かつ、前記第１凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記第２凹部の底面のうち前記凸部の周囲と前記透光性部材の裏面とを接着し、前記高反射率部材は、前記第２凹部の内壁及び底面と、前記透光性部材の側面と、で囲われたスペース内に配置されている。
請求項５に記載の発明によれば、高反射率部材は、上記スペース内に脱落し難い状態で保持される。これは、高反射率部材が、第２凹部の内壁及び底面、並びに、透光性部材の側面に密着していることによるものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の発明において、前記透光性部材の底面は、前記半導体発光素子から入射する光を、当該光の入射方向以外の方向へ反射させる第３凹部を含む。
請求項６に記載の発明によれば、次の利点を生ずる。
第１に、局所的に照射される半導体発光素子からの光の、透光性部材の裏面への入射効率を高めることができる。これは、局所的に照射される半導体発光素子からの光が、第３凹部でより拡散されることによるものである。
第２に、透光性部材の裏面のうち局所的に照射される半導体発光素子からの光が入射する部分に、接着剤が付着するのを抑制することができる。これは、仮に、接着剤が凸部（側面）と拡散部（側面）との間の隙間から凸部の先端面に侵入したとしても、当該進入した接着剤が第３凹部を這い上がることができないことによるものである。
第３に、第３凹部からの反射光（１次励起光の反射光の背面戻り成分）が、貫通穴を通過して半導体発光素子側に戻るのを抑制することができる。これは、第３凹部からの反射光が、第３凹部と凸部の先端面との間で散乱を繰り返すことによるものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の発明において、前記透光性部材は、拡散層と波長変換層とを含む波長変換部材であり、前記拡散層は、前記第１凹部を含む第１の面とその反対側の第２の面とを含み、前記第１の面を照射する前記半導体発光素子からの光を拡散して、前記第２の面から拡散光として出射する層であり、前記波長変換層は、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の面に入射する前記拡散光を波長変換して、前記第４の面から出射する層であり、前記接着剤は、前記凸部が前記第１凹部に嵌合し、かつ、前記第１凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記ヘッド部の表面のうち前記凸部の周囲と前記拡散層の第１の面とを接着する。
請求項７に記載の発明によれば、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、光学系（例えば、集光レンズ）で集光された半導体発光素子からの光が、局所的な光として波長変換層へ入射するのではなく、拡散層で拡散されて輝度分布が略均一の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。
なお、輝度飽和とは、光（例えば、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、蛍光強度が光（例えば、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様に高いエネルギー密度で励起した場合、光（例えば、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。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記拡散層の厚みは、前記第２の面から出射する拡散光の輝度分布が略均一となる厚みに設定されている。
請求項８に記載の発明によれば、輝度むらの改善が可能となる。これは、光学系（例えば、集光レンズ）で集光された半導体発光素子からの光が、局所的な光として波長変換層へ入射するのではなく、拡散層で拡散されて輝度分布が略均一の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。
なお、半導体発光素子からの光を集光して、透光性部材を局所的に照射する光学系は、半導体発光素子からの光を集光して、透光性部材を局所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、半導体発光素子からの光を集光する集光レンズと、集光レンズで集光された半導体発光素子からの光を導光して、透光性部材を局所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１０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。
本発明によれば、透光性部材とヘッド部とを接着する両者間の接着剤が貫通穴（半導体発光素子からの光が通過する貫通穴）内に進入するのを抑制することが可能な発光装置及びこれを用いた車両用灯具を提供することが可能となる。
本発明の一実施形態である発光装置１０の斜視図である。 発光装置１０の縦断面図である。 （ａ）貫通穴Ｈ付近の拡大部分断面図、（ｂ）〜（ｅ）貫通穴Ｈ付近の拡大部分断面図（変形例）である。 （ａ）発光装置１０の上面図、（ｂ）発光装置１０の上面図（変形例）である。 （ａ）〜（ｃ）は、厚みｈが異なる３つの拡散層３６それぞれの下面３６ａ（中心）を、集光レンズ１６で集光されたレーザー光で局所的（スポット的）に照射した場合の、拡散層３６の上面３６ｂから出射する拡散光の輝度分布である。 （ａ）、（ｂ）貫通穴Ｈ付近の拡大部分断面図（変形例）である。 （ａ）〜（ｅ）図３（ｅ）に示すヘッド部２６の製造工程例である。 発光装置１０（変形例）の縦断面図である。 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。 従来の発光装置の断面図である。
以下、本発明の一実施形態である発光装置について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態である発光装置１０の斜視図、図２は縦断面図、図３（ａ）は貫通穴Ｈ付近の拡大部分断面図、図３（ｂ）〜図３（ｅ）は貫通穴Ｈ付近の拡大部分断面図（変形例）である。
図１〜図３（ａ）に示すように、発光装置１０は、透光性部材１２、半導体発光素子１４、集光レンズ１６、高反射率部材１８、接着剤２０、これらを保持するホルダ（第１ホルダ２２、第２ホルダ４０）等を備えている。
第１ホルダ２２は、ステンレス等の金属製で、図２に示すように、円筒型の筒部２４、その上部開口端を閉塞する円形のヘッド部２６、筒部２４の上部外周に設けられたフランジ部２８等を含んでいる。第１ホルダ２２は、第２ホルダ４０とは物理的に分離した別部材であってもよいし（例えば、図２参照）、第２ホルダ４０と一体的に成形されていてもよい（図示せず）。後者のようにすれば、局所的に照射される半導体発光素子１４（例えば、半導体レーザー光源）からの光に起因して発生する熱の放熱性を、さらに高めることができる。これは、第１ホルダ２２と第２ホルダ４０との間に隙間が発生せず、当該隙間に起因する接触熱抵抗が発生しないことによるものである。
図３（ａ）に示すように、ヘッド部２６は、凸部７０を含む底面３０ａを含むヘッド部側凹部３０（本発明の第２凹部に相当）を含む表面３２と、その反対側の裏面３４と、凸部７０の先端面７０ａと裏面３４とを貫通する貫通穴Ｈと、を含んでいる。
貫通穴Ｈは、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｅ）に示すように、同一径の貫通穴であってもよいし、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように、ヘッド部２６の表面３２側（ヘッド部側凹部３０の底面３０ａ側）からヘッド部２６の裏面３４側に向かうに従ってサイズが大きくなる貫通穴であってもよい。後者のようにすれば、次の利点を生ずる。
第１に、局所的に照射される半導体発光素子１４からの光の、透光性部材１２の裏面（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）への入射効率を高めることができる。これは、貫通穴Ｈを、ヘッド部２６の表面３２側からヘッド部２６の裏面３４側に向かうに従ってサイズが大きくなる貫通穴とすることで、貫通穴Ｈを通過する半導体発光素子１４からの光の一部が、当該貫通穴Ｈの内壁で遮光されるのを抑制することが可能となることによるものである。
第２に、半導体発光素子１４の光軸が中心からずれた場合であっても、半導体発光素子１４からの光が遮られることなく貫通穴Ｈを通過することができるため、光軸調整工程の歩留まりを向上させることができる。
図３（ａ）に示すように、透光性部材１２は、拡散層３６（拡散板とも称される）と波長変換層３８とを含む波長変換部材である。なお、拡散層３６を省略し、透光性部材１２全体を波長変換層３８で構成してもよい。
拡散層３６は、凸部７０が嵌合する拡散層側凹部７２（本発明の第１凹部に相当）を含む下面３６ａ（本発明の第１の面に相当）とその反対側の上面３６ｂ（本発明の第２の面に相当）とを含み、下面３６ａ（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）を局所的に（スポット的に）照射する半導体発光素子１４からの光（本実施形態では、レーザー光）を拡散して、上面３６ｂから拡散光として出射する層である。
凸部７０の高さと拡散層側凹部７２の深さとの関係は、同等又は拡散層側凹部７２深さが凸部７０高さよりも大きいことが好ましい。
拡散層３６は、粒界制御により透過率を制御したアルミナの金型成型品であってもよいし、低融点ガラスに光散乱粒子(例えばシリカ、アルミナ、チタニア)を分散させたものの金型成型品であってもよい。例えば、拡散層３６は、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Ａｌ２Ｏ３（例えば７５％）との複合体（例えば、焼結体）からなる矩形板状の層（例えば、０．４ｍｍ×０．８ｍｍの矩形で、厚みが３００〜４００μｍ）であってもよい。
透光性部材１２（拡散層３６の下面３６ａ）とヘッド部２６の表面３２（ヘッド部側凹部３０の底面３０ａ）とは、接着剤２０で接着されている。
接着剤２０は、熱伝導性接着剤で、凸部７０が拡散層側凹部７２に嵌合し、かつ、拡散層側凹部７２の底面７２ａが貫通穴Ｈを覆った状態で、ヘッド部２６の表面３２（ヘッド部側凹部３０の底面３０ａ）のうち凸部７０の周囲と拡散層３６の下面３６ａとを接着している。拡散層３６の下面３６ａ（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）の一部は、貫通穴Ｈから露出している。
接着剤２０は、有機接着剤であってもよいし、無機接着剤であってもよい。例えば、接着剤２０は、銀、銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属や、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、グラファイト等の熱伝導率の高いセラミックスをフィラーとして添加した樹脂系（エポキシ系、アクリル系、シリコン系、ウレタン系等）の接着剤であってもよい。
拡散層３６は、その下面３６ａ（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）を局所的に（スポット的に）照射する半導体発光素子１４からの光（本実施形態では、レーザー光）を拡散して、上面３６ｂ（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ればよく、その形状は上記に限定されない。
例えば、拡散層３６は、図４（ａ）に示すように、円柱状の層（例えば、Φ０．４〜０．８ｍｍ）であってもよいし、図４（ｂ）に示すように、直方体状の層（例えば、短手０．３〜０．６ｍｍ、長手０．６〜２．０ｍｍ）であってもよいし、それ以外の形状の層であってもよい。図４（ａ）は発光装置１０の上面図、図４（ｂ）は発光装置１０の上面図（変形例）である。
また、拡散層３６は、その下面３６ａ（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）を局所的に（スポット的に）照射する半導体発光素子１４からの光（本実施形態では、レーザー光）を拡散して、上面３６ｂ（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ればよく、その材料は上記に限定されない。
例えば、拡散層３６は、ＹＡＧとガラスとの複合体からなる層であってもよいし、気泡を分散させたアルミナＡｌ２Ｏ３（又はガラス）からなる層であってもよいし、その他の材料からなる層であってもよい。
拡散層３６の厚みは、次の観点から、３００〜４００μｍとされている。
本出願の発明者は、拡散層３６の厚みｈ（図３（ａ）参照）を厚くすることで、拡散層３６の上面３６ｂから出射する拡散光の輝度むらが改善されて、輝度分布が均一（又は略均一）になることを確認した。
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、厚みｈが異なる３つの拡散層３６それぞれの下面３６ａ（中心）を、集光レンズ１６で集光されたレーザー光で局所的（スポット的）に照射した場合の、拡散層３６の上面３６ｂから出射する拡散光の輝度分布を表している。拡散層３６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Ａｌ２Ｏ３（７５％）との複合体（サイズが０．４ｍｍ×０．８ｍｍの矩形板状）を用い、集光レンズ１６で集光された半導体発光素子１４からの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した。拡散層３６の側面は、高反射率部材（白樹脂）で覆われている。
図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照すると、拡散層３６の厚みｈが、１００μｍ（図５（ａ）参照）→２００μｍ（図５（ｂ）参照）→４００μｍ（図５（ｃ）参照）のように、厚くなるに従って輝度むらが次第に改善され、厚みｈ＝４００μｍで輝度分布が均一（又は略均一）となることが分かる。これは、拡散層３６の厚みｈが厚くなると、集光レンズ１６で集光されたレーザー光（及びレーザー光による発光）の拡散層３６内での散乱回数（ＹＡＧとアルミナＡｌ２Ｏ３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、この均一化されたレーザー光（及びレーザー光による発光）が拡散層３６の上面３６ｂ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３６の厚みｈを厚くすることで、拡散層３６の上面３６ｂから出射する拡散光の輝度むらが改善されて輝度分布が均一（又は略均一）になることが分かる。
上記知見に基づき、拡散層３６の厚みｈは、拡散層３６の上面３６ｂから出射する拡散光の輝度分布が均一（又は略均一）となる厚み（本実施形態では、厚みｈ＝３００〜４００μｍ）に設定されている。なお、拡散層３６の厚みｈは、拡散効果が得られるのであれば、３００〜４００μｍに限定されず、これ以外の範囲であってもよい。
上記構成の拡散層３６によれば、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、集光レンズ１６で集光された半導体発光素子１４からの光（本実施形態ではレーザー光）が、局所的な光として波長変換層３８（下面３８ａ）へ入射するのではなく、拡散層３６で拡散されて輝度分布が略均一の拡散光として波長変換層３８（下面３８ａ）へ入射することによるものである。
図３（ａ）に示すように、波長変換層３８は、拡散層３６の上面３６ｂに接合された下面３８ａ（本発明の第３の面に相当）とその反対側の上面３８ｂ（本発明の第４の面に相当）とを含み、下面３８ａに入射する拡散層３６からの拡散光を波長変換して、上面３８ｂから出射する層である。
波長変換層３８は、無機バインダーに蛍光体を分散させたものであってもよいし、蛍光体セラミックプレートであってもよい。例えば、波長変換層３８は、セリウムＣｅ等の付活剤が導入されたＹＡＧとアルミナＡｌ２Ｏ３との複合体（例えば、焼結体）からなる矩形板状の層（例えば、０．４ｍｍ×０．８ｍｍの矩形で、厚みが８０μｍ）であってもよい。
拡散層３６と波長変換層３８とは、拡散層３６の上面３６ｂと波長変換層３８の下面３８ａとが面接触した状態で固定（接合）されている。
例えば、波長変換層３８が無機バインダーに蛍光体を分散させたものである場合には、拡散層３６（上面３６ｂ）と波長変換層３８（下面３８ａ）とは、当該無機バインダーに蛍光体を分散させたものを拡散層３６の上面３６ｂに印刷及び／又は焼成することで、固定（接合）される。
波長変換層３８が蛍光体セラミックプレートである場合には、拡散層３６（上面３６ｂ）と波長変換層３８（下面３８ａ）とは、熱圧着等で、固定（接合）される。
拡散層３６、波長変換層３８がいずれもセラミック製である場合には、拡散層３６（上面３６ｂ）と波長変換層３８（下面３８ａ）とは、拡散層３６の上面３６ｂと波長変換層３８の下面３８ａ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。
波長変換層３８がガラス蛍光体層である場合には、拡散層３６（上面３６ｂ）と波長変換層３８（下面３８ａ）とは、拡散層３６の上面３６ｂと波長変換層３８の下面３８ａ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３８は、その下面３８ａに入射する拡散層３６からの拡散光を波長変換して、上面３８ｂから出射する層であればよく、その形状は上記に限定されない。
例えば、波長変換層３８は、図４（ａ）に示すように、円柱状の層（例えば、Φ０．４〜０．８ｍｍ）であってもよいし、図４（ｂ）に示すように、直方体状の層（例えば、短手０．３〜０．６ｍｍ、長手０．６〜２．０ｍｍ）であってもよいし、それ以外の形状の層であってもよい。
波長変換層３８の上面形状は、円形、楕円形、四角形等の各種形状から光学系に合わせて適宜選択することができる。特に車両前照灯の用途には、波長変換層３８の上面形状は、長方形が好適である。なお、貫通穴Ｈの位置や径は求められる配光輝度分布に応じて適宜調整することができる。
また、波長変換層３８は、その下面３８ａに入射する拡散層３６からの拡散光を波長変換して、上面３８ｂから出射する層であればよく、その材料は上記に限定されない。
例えば、波長変換層３８は、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からなる層であってもよいし、その他の材料からなる層であってもよい。
高反射率部材１８は、例えば、白樹脂（例えば、アルミナやチタニアを高濃度に分散した樹脂）等の高反射率部材で、図３（ａ）に示すように、ヘッド部側凹部３０（内壁３０ｂ及び底面３０ａ）と、透光性部材１２（側面１２ａ）と、で囲われたスペース内に配置されている。高反射率部材１８は、例えば、ディスペンサにより、当該スペース内に、透光性部材１２の上面（波長変換層３８の上面３８ｂ）と面一となるまで充填されて、透光性部材１２の側面１２ａの少なくとも一部を覆っている。これにより、光取出し効率が向上する。これは、透光性部材１２の側面１２ａが高反射率部材１８で覆われているため、透光性部材１２の側面１２ａから出射する光が、当該高反射率部材１８で反射されて透光性部材１２に再度入射することによるものである。その結果、透光性部材１２の側面１２ａが高反射率部材１８で覆われていない場合と比べ、光取出し効率が向上する。なお、光取出し効率の向上が求められない場合等には、高反射率部材１８を省略してもよい。
高反射率部材１８は、上記スペース内に脱落し難い状態で保持される。これは、高反射率部材１８が、ヘッド部側凹部３０の内壁３０ｂ及び底面３０ａ、並びに、透光性部材１２の側面１２ａに密着していることによるものである。
図６（ａ）、図６（ｂ）は、貫通穴Ｈ付近の拡大部分断面図（変形例）である。
透光性部材１２の側面１２ａ（少なくとも拡散層３６の側面）は、図３（ａ）〜図３（ｅ）に示すように、拡散層３６の下面３６ａ側から拡散層３６の上面３６ｂ側に向かうに従って内側に傾斜した傾斜面であってもよいし、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、傾斜していない垂直面であってもよい。前者のようにすれば、仮に、接着剤２０等が劣化したとしても、透光性部材１２が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。これは、高反射率部材１８が、透光性部材１２の内側に傾斜した側面１２ａ（少なくとも拡散層３６の側面）を覆うことで、当該透光性部材１２の抜け止め防止手段として機能することによるものである。
後者の拡散層３６は、その側面が垂直面であるため、拡散層３６の元となる部材（例えば、板状の拡散板）を、ダイシング等で所定サイズに切断加工することで安価に製造することができる。後者の拡散層３６によれば、拡散光を同一断面積にてそのまま効率よく波長変換層３８に導くことができる。
図３（ｂ）、図３（ｄ）、図６（ｂ）に示すように、透光性部材１２の底面（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）は、半導体発光素子１４から入射する光を、当該光の入射方向以外の方向へ反射（散乱等）させる凹部７４（本発明の第３凹部に相当）を含んでいてもよい。
例えば、凹部７４は、貫通穴Ｈの外径よりも直径が大きい半球状の凹部である。
このようにすれば、透光性部材１２の底面（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）が平坦である場合（例えば、図３（ａ）参照）と比べ、次の効果を奏する。
第１に、局所的に照射される半導体発光素子１４からの光（本実施形態では、レーザー光）の、拡散層３６の下面３６ａ（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）への入射効率を高めることができる。これは、局所的に照射される半導体発光素子１４からの光（本実施形態では、レーザー光）が、凹部７４でより拡散されることによるものである。
第２に、拡散層側凹部７２の底面７２ａのうち局所的に照射される半導体発光素子１４からの光が入射する部分に、接着剤２０が付着するのを抑制することができる。これは、仮に、接着剤２０が凸部７０（側面）と拡散層３６（側面）との間の隙間Ｓ（図３（ａ）参照）から凸部７０の先端面７０ａに侵入したとしても、当該進入した接着剤２０が拡散層側凹部７２を這い上がることができないことによるものである。
第３に、拡散層側凹部７２からの反射光（１次励起光の反射光の背面戻り成分）が、貫通穴Ｈを通過して半導体発光素子１４側に戻るのを抑制することができる。これは、拡散層側凹部７２からの反射光が、拡散層側凹部７２と凸部７０の先端面７０ａとの間で散乱を繰り返すことによるものである。
なお、凹部７４は、半導体発光素子１４から入射する光を、当該光の入射方向以外の方向へ反射（散乱等）させる面形状（光散乱面等）を含んでいればよく、その形状は上記に限定されない。
例えば、凹部７４は、円柱、三角柱、四角柱などの多角柱形状の凹部であってもよいし、円錐や三角錐、四角錐など多角錐形状の凹部であってもよいし、それ以外の形状の凹部であってもよい。
図３（ｅ）は、アルミニウムや銅等の加工性の高い金属製ヘッド部２６の表面３２（ヘッド部側凹部３０の底面３０ａ）のうち拡散層３６の周囲を、超硬バイト等の工具を用いて削りながら（少なくとも二カ所）肉盛り加工し、当該肉盛りされたヘッド部２６の一部７６を、透光性部材１２の側面１２ａ（少なくとも拡散層３６の側面）下部に密着させることで、透光性部材１２全体を固定した例である。
上記肉盛り加工されたヘッド部２６の一部７６（本発明の固定手段に相当）は、透光性部材１２の側面１２ａを取り囲むように配置され（少なくとも二カ所）、かつ、透光性部材１２の側面１２ａ（少なくとも拡散層３６の側面）に嵌合した状態で透光性部材１２を固定している。このようにすれば、透光性部材１２をより強固に固定することが可能となる結果、熱衝撃や振動に対して信頼性の高いヘッド部２６を構成することができる。また、仮に、接着剤２０等が劣化したとしても、透光性部材１２が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。
なお、ヘッド部２６の表面３２（ヘッド部側凹部３０の底面３０ａ）のうち拡散層３６の周囲をYAGレーザー加工等でスポット溶接することにより肉盛り加工されるヘッド部２６の一部（本発明の固定手段に相当）を、透光性部材１２の側面１２ａ（少なくとも拡散層３６の側面）下部に密着させることで、透光性部材１２全体を固定してもよい。
又は、透光性部材１２を、ヘッド部２６とは物理的に分離した別部材（図示せず）で固定してもよい。
図３（ｅ）に示すヘッド部２６は、例えば、次のようにして製造される。
図７（ａ）〜図７（ｅ）は、図３（ｅ）に示すヘッド部２６の製造工程例である。
まず、図７（ａ）に示すように、予め金型や切削にて加工した、凸部７０を含む底面３０ａを含むヘッド部側凹部３０を含む表面３２と、その反対側の裏面３４と、凸部７０の先端面７０ａと裏面３４とを貫通する貫通穴Ｈと、を含むヘッド部２６を用意する。
次に、図７（ｂ）に示すように、拡散層３６の下面３６ａ及び／又はヘッド部２６の表面３２（ヘッド部側凹部３０の底面３０ａ）のうち凸部７０の周囲に、所定量の接着剤２０を塗布し、拡散層側凹部７２に凸部７０を嵌合させて透光性部材１２をヘッド部２６に対して押しつけ、熱硬化接着する。
次に、図７（ｃ）、図７（ｄ）に示すように、ヘッド部２６の表面３２（ヘッド部側凹部３０の底面３０ａ）のうち拡散層３６の周囲を、超硬バイトＢ等の工具を用いて削りながら肉盛り加工し、当該肉盛りされたヘッド部２６の一部７６（少なくとも二カ所）を、透光性部材１２の側面１２ａ（少なくとも拡散層３６の側面）下部に密着させることで、透光性部材１２全体を固定する。
最後に、図７（ｅ）に示すように、ヘッド部側凹部３０（内壁３０ｂ及び底面３０ａ）と、透光性部材１２（側面１２ａ）と、で囲われたスペース内に、高反射率部材１８を、表面張力にて透光性部材１２の上面（波長変換層３８の上面３８ｂ）と面一となるまで充填する。
以上のようにして、図３（ｅ）に示すヘッド部２６が製造される。
第２ホルダ４０は、ステンレス等の金属製で、図２に示すように、円筒型の筒部４２、筒部４２の上部外周に設けられた上フランジ部４４、筒部４２の下部外周に設けられた下フランジ部４６等を含んでいる。
第１ホルダ２２は、その筒部２４が第２ホルダ４０の筒部４２の上端開口から当該筒部４２内に挿入されて、第１ホルダ２２のフランジ部２８と第２ホルダ４０の筒部４２の上端面とが当接した状態で、第２ホルダ４０に固定されている。
半導体発光素子１４は、貫通穴Ｈを通過し、透光性部材１２（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）を照射する光を放出する半導体発光素子で、例えば、発光波長が青系（４５０ｎｍ程度）のレーザーダイオード（ＬＤ）等の半導体レーザー光源である。本実施形態では、半導体発光素子１４は、図２に示すように、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。
半導体発光素子１４は、レーザーダイオードに限られず、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。半導体発光素子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。半導体発光素子１４の発光波長が近紫外域（４０５ｎｍ程度）の場合、波長変換層３８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。
半導体レーザー光源１４Ａは、第２ホルダ４０の筒部４２の下端開口から当該筒部４２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４２の段差部４２ａとが当接した状態で、第２ホルダ４０に固定されている。
集光レンズ１６は、半導体発光素子１４からの光を集光して、透光性部材１２（拡散層３６の下面３６ａ）を局所的に照射する光学系で、第２ホルダ４０に保持されて、透光性部材１２と半導体発光素子１４との間に配置されている。
上記構成の発光装置１０においては、半導体発光素子１４からの光は、集光レンズ１６で集光されて貫通穴Ｈを通過し、半導体発光素子１４から離間した位置に配置された透光性部材１２（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）を局所的（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。透光性部材１２（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）を局所的（スポット的）に照射する光は、拡散層３６内部で拡散されて、拡散層３６の上面３６ｂから輝度分布が均一（又は略均一）の拡散光として出射し、波長変換層３８の下面３８ａに入射する。
拡散層３６からの拡散光が入射した波長変換層３８は、これを透過する拡散層３６からの拡散光と拡散層３６からの拡散光で励起されて放出される光（発光）との混色による白色光を放出する。
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、透光性部材１２（拡散層３６の下面３６ａ）とヘッド部２６（表面３２）とを接着する両者間の接着剤２０が貫通穴Ｈ（半導体発光素子１４からの光が通過する貫通穴）内に進入するのを抑制することが可能となる。これは、ヘッド部２６が凸部７０を含み、かつ、透光性部材１２が、凸部７０が嵌合する拡散層側凹部７２を含むことによるものである。
すなわち、透光性部材１２（拡散層３６の下面３６ａ）及び／又はヘッド部２６（表面３２）に接着剤２０を塗布し、透光性部材１２をヘッド部２６に対して押しつけて接着すると、接着剤２０は流動性を備えているため、両者間の接着剤２０が貫通穴Ｈの方向へ広がろうとするが、ヘッド部２６が凸部７０を含み、かつ、透光性部材１２が、凸部７０が嵌合する拡散層側凹部７２を含むため、当該接着剤２０の這い上りを防止することができる。その結果、接着剤２０が、貫通穴Ｈに到達し、貫通穴Ｈ（半導体発光素子１４からの光が通過する貫通穴）内に進入するのを抑制することが可能となる。
第２に、透光性部材１２の、ヘッド部２６に対する位置決めを容易に行うことが可能となる。これは、ヘッド部２６の凸部７０と透光性部材１２の拡散層側凹部７２とが、位置決め手段として機能することによるものである。
第３に、局所的に照射される半導体発光素子１４（例えば、半導体レーザー光源）からの光に起因して発生する熱の放熱経路を確保することが可能となる。これは、透光性部材１２（拡散層３６の下面３６ａ）とヘッド部２６（表面３２）とを接着する接着剤２０によって、透光性部材１２（拡散層３６の下面３６ａ）とヘッド部２６（表面３２）との密着性が高められ、両者間の隙間に起因する接触熱抵抗が低減することによるものである。
第４に、仮に、接着剤２０等が劣化したとしても、透光性部材１２が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。これは、ヘッド部２６の凸部７０が透光性部材１２の拡散層側凹部７２に嵌合していることによるものである。
なお、ヘッド部２６の表面３２と拡散層３６の下面３６ａとの平坦度を均一にすることで、接着剤２０を用いることなく、高反射率部材１８、肉盛り加工されたヘッド部２６の一部７６（本発明の固定手段に相当）のみで、求められる放熱性を確保することが可能である。
次に、変形例について説明する。
図８は、発光装置１０（変形例）の縦断面図である。
上記実施形態では、半導体発光素子１４からの光を集光して、透光性部材１２（拡散層３６の下面３６ａ）を局所的に照射する光学系として、集光レンズ１６（図２参照）を説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、半導体発光素子１４からの光を集光して、透光性部材１２（拡散層３６の下面３６ａ）を局所的に照射する光学系として、集光レンズ１６に代えて、図８に示すように、半導体発光素子１４からの光を集光する集光レンズ１６と、集光レンズ１６で集光された半導体発光素子１４からの光を導光して、透光性部材１２（拡散層３６の下面３６ａ）を局所的に照射するライトガイド４８と、を含む光学系を用いてもよい。
ライトガイド４８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。したがって、ライトガイド４８の一端面４８ａからライトガイド４８内に導入されたレーザー光（集光レンズ１６で集光された半導体発光素子１４からのレーザー光）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４８の他端面４８ｂまで導光されて、当該他端面４８ｂから出射して、半導体発光素子１４から離間した位置に配置された透光性部材１２（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）を局所的に照射する。
透光性部材１２（拡散層側凹部７２の底面７２ａ）を局所的（スポット的）に照射する光は、拡散層３６内部で拡散されて、拡散層３６の上面３６ｂから輝度分布が均一（又は略均一）の拡散光として出射し、波長変換層３８の下面３８ａに入射する。
拡散層３６からの拡散光が入射した波長変換層３８は、これを透過する拡散層３６からの拡散光と拡散層３６からの拡散光で励起されて放出される光（発光）との混色による白色光を放出する。
本変形例の発光装置１０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（例えば、車両用前照灯）の例について説明する。
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、その後方に配置された発光装置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１０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、投影レンズ６６及び発光装置１０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。
なお、発光装置１０は、自動車前照灯等の車両用灯具以外、例えば、投光機、屋内照明（室内）、屋外照明、プロジェクター用光源、その他各種ＬＤ照明製品用の光源としても用いることができる。
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。本発明はその精神また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…透光性部材、１２ａ…側面、１４…半導体発光素子、１４Ａ…半導体レーザー光源、１６…集光レンズ、１８…高反射率部材、２０…接着剤、２２…第１ホルダ、２４…筒部、２６…ヘッド部、２８…フランジ部、３０…ヘッド部側凹部、３０ａ…底面、３０ｂ…内壁、３２…表面、３４…裏面、３６…拡散層、３６ａ…下面、３６ｂ…上面、３８…波長変換層、３８ａ…下面、３８ｂ…上面、４０…第２ホルダ、４２…筒部、４８…ライトガイド、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、７０…凸部、７０ａ…先端面、７２…拡散層側凹部、７２ａ…底面、７４…凹部、７６…ヘッド部２６の一部（固定手段）

Claims (14)

  1. 凸部を含む表面と、その反対側の裏面と、前記凸部の先端面と前記裏面とを貫通する貫通穴と、を含むヘッド部と、
    表面と、その反対側の、前記凸部が嵌合する第１凹部を含む裏面と、を含む透光性部材と、
    前記凸部が前記第１凹部に嵌合し、かつ、前記第１凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記ヘッド部の表面のうち前記凸部の周囲と前記透光性部材の裏面とを接着した接着剤と、
    前記貫通穴を通過し、前記透光性部材を照射する光を放出する半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子からの光を集光して、前記透光性部材を局所的に照射する光学系と、
    を備えた発光装置であって、
    前記透光性部材の側面は、前記透光性部材の裏面側から前記透光性部材の表面側に向かうに従って内側に傾斜し、
    前記透光性部材の側面を取り囲むように配置され、かつ、前記透光性部材の側面に嵌合した状態で前記透光性部材を固定した固定手段をさらに備え、
    前記固定手段は、前記ヘッド部の一部である発光装置。
  2. 前記貫通穴は、前記ヘッド部の表面側から前記ヘッド部の裏面側に向かうに従ってサイズが大きくなる請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記透光性部材の側面の少なくとも一部を覆う高反射率部材をさらに備えた請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記高反射率部材は、白樹脂である請求項３に記載の発光装置。
  5. 前記ヘッド部の表面は、前記凸部を含む底面を含む第２凹部を含み、
    前記接着剤は、前記凸部が前記第１凹部に嵌合し、かつ、前記第１凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記第２凹部の底面のうち前記凸部の周囲と前記透光性部材の裏面とを接着し、
    前記高反射率部材は、前記第２凹部の内壁及び底面と、前記透光性部材の側面と、で囲われたスペース内に配置されている請求項３又は４に記載の発光装置。
  6. 前記透光性部材の底面は、前記半導体発光素子から入射する光を、当該光の入射方向以外の方向へ反射させる第３凹部を含む請求項１から５のいずれかに記載の発光装置。
  7. 前記透光性部材は、拡散層と波長変換層とを含む波長変換部材であり、
    前記拡散層は、前記第１凹部を含む第１の面とその反対側の第２の面とを含み、前記第１の面を照射する前記半導体発光素子からの光を拡散して、前記第２の面から拡散光として出射する層であり、
    前記波長変換層は、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の面に入射する前記拡散光を波長変換して、前記第４の面から出射する層であり、
    前記接着剤は、前記凸部が前記第１凹部に嵌合し、かつ、前記第１凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記ヘッド部の表面のうち前記凸部の周囲と前記拡散層の第１の面とを接着する請求項１から６のいずれかに記載の発光装置。
  8. 前記拡散層の厚みは、前記第２の面から出射する拡散光の輝度分布が略均一となる厚みに設定されている請求項７に記載の発光装置。
  9. 前記光学系は、前記半導体発光素子からの光を集光して、前記貫通穴を通過させて、前記透光性部材を局所的に照射する集光レンズを含む請求項１から８のいずれかに記載の発光装置。
  10. 前記光学系は、前記半導体発光素子からの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半導体発光素子からの光を導光して、前記透光性部材を局所的に照射するライトガイドと、を含む請求項１から９のいずれかに記載の発光装置。
  11. 請求項１から１０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。
  12. 凸部を含む表面と、その反対側の裏面と、前記凸部の先端面と前記裏面とを貫通する貫通穴と、を含むヘッド部と、
    表面と、その反対側の、前記凸部が嵌合する第１凹部を含む裏面と、を含む透光性部材と、
    前記凸部が前記第１凹部に嵌合し、かつ、前記第１凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記ヘッド部の表面のうち前記凸部の周囲と前記透光性部材の裏面とを接着した接着剤と、
    前記貫通穴を通過し、前記透光性部材を照射する光を放出する半導体発光素子と、
    を備えた発光装置であって、
    前記透光性部材の側面は、前記透光性部材の裏面側から前記透光性部材の表面側に向かうに従って内側に傾斜し、
    前記透光性部材の側面を取り囲むように配置され、かつ、前記透光性部材の側面に嵌合した状態で前記透光性部材を固定した固定手段をさらに備え、
    前記固定手段は、前記ヘッド部の一部である発光装置。
  13. 前記透光性部材の側面の少なくとも一部を覆う高反射率部材をさらに備えた請求項１２に記載の発光装置。
  14. 請求項１２又は１３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。
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