JP6192903B2 - 光源装置、照明装置および車両用前照灯 - Google Patents

Description

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

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）やレーザ素子（ＬＤ：Laser Diode）等の半導体発光素子を光源として備え、半導体発光素子から出射された励起光を、蛍光体が封止材に分散された発光部に照射して発生させた蛍光を照明光として利用する照明装置が提案されている。

このような照明装置では、励起光が照射される発光部から多くの熱が発生し、この熱の影響によって蛍光体が劣化して、発光効率が低下することがある。そのため、例えば、特許文献１には、発熱による発光部の劣化を抑制するために、熱伝導部材を発光部に熱的に接合させ、この熱伝導部材によって発光部で発生した熱を受け取ることによって、発光部の熱を効率的に放熱する技術が開示されている。

ところが、励起光の照射による発光部の点灯・消灯が繰り返されると、発光部と熱伝導部材との接合力が低下し、場合によっては発光部と熱伝導部材との接合が外れる惧れがある。これは、発光部と熱伝導部材とで熱膨張率が異なるため、発光部が発熱した場合、この熱膨張率の差分によって発光部と熱伝導部材との接合が切断されるためである。

このような発光部と熱伝導部材との熱膨張率に関して、例えば、特許文献２には、ＬＥＤを封止する封止材の熱膨張率と、当該封止材と熱的に接合される熱伝導部材の熱膨張率とを一致させることが開示されている。

特開２００９−２１２２８１号公報（２００９年０９月１７日公開） 特開２００６−３１０２０４号公報（２００６年１１月０９日公開）

しかしながら、一般的に、熱伝導部材に比べて蛍光体の熱膨張率は低いため、たとえ封止材の熱膨張率と、熱伝導部材の熱膨張率とを一致させたとしても、蛍光体を分散させた発光部の熱膨張率は、熱伝導部材の熱膨張率よりも低くなる。そのため、上述のような熱膨張率の差に起因する、発光部と熱伝導部材との接合力の低下を十分に防止することができないという課題があった。

そこで、本願発明者らは、蛍光体を分散させた発光部の熱膨張率に着目し、鋭意検討の結果、蛍光体を分散させた発光部の熱膨張率と、熱伝導部材の熱膨張率との差分を所定値以下とすることで、熱膨張率の差に起因する発光部と熱伝導部材との接合力の低下が抑制されることを見出した。このような技術思想は、未だに開示されていない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、発熱による発光部の劣化、および発光部と熱伝導部材との接合力の低下を防止して、長期間にわたって高効率な光発が可能な光源装置を提供することにある。

本発明に係る光源装置は、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、前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、前記発光部と熱的に接合され、当該発光部の熱を受け取る熱伝導部材と、を備え、前記蛍光体を含む前記発光部の熱膨張率と前記熱伝導部材の熱膨張率との差分は、０．１×１０−６／℃以下であり、前記発光部は、前記蛍光体が封止材に分散されたものであり、前記熱伝導部材は、前記蛍光体に比べて、熱膨張率が大きく、かつ、前記封止材は、前記熱伝導部材に比べて、熱膨張率が大きいことを特徴とする。

上記の構成では、励起光を受けて発光部が発光する際、励起光の一部が熱となり、発光部が発熱するが、発光部には熱伝導部材が熱的に接合されているため、この熱伝導部材が発光部の熱を受け取ることで、発光部の熱を放熱することができる。

ここで、励起光の照射による発光部の点灯・消灯が繰り返されると、発光部と熱伝導部材との接合力が低下し、場合によっては発光部と熱伝導部材との接合が外れる惧れがある。これは、発光部が発熱した場合、発光部と熱伝導部材とで熱膨張率が異なるため、この熱膨張率の差によって発光部と熱伝導部材との接合が切断されるためである。

そこで、本願発明者らは、鋭意検討の結果、蛍光体を含んだ状態の発光部の熱膨張率と熱伝導部材の熱膨張率との差分が、０．１×１０^−６／℃以下になるように、発光部と熱伝導部材との熱膨張率を近似させることで、熱膨張率の差に起因する発光部と熱伝導部材との接合力の低下を効果的に抑制できることを見出した。

したがって、上記の構成によれば、発熱による発光部の劣化、および発光部と熱伝導部材との接合力の低下を防止して、長期間にわたって高効率な光発が可能な光源装置を提供することができる。

また、本発明に係る光源装置では、前記熱伝導部材は、透光性の材料からなり、前記発光部における前記励起光が照射される面である励起光照射面の側に接合されていることが好ましい。

上記の構成では、熱伝導部材は透光性の材料からなり、発光部における励起光が照射される面である励起光照射面の側に接合されているため、発光部には、透光性の熱伝導部材を介して励起光が照射される。そのため、発光部のうち、特に熱が発生し易い励起光照射面の側から発光部の熱を受け取ることで、発光部の熱を効率的に放熱することができる。

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の放熱効率を向上させることができる。

また、本発明に係る光源装置では、前記励起光源と前記発光部とは、熱的に断絶されていることが好ましい。

上記の構成では、励起光源と発光部とは、熱的に断絶されているため、励起光を出射する際に励起光源において発生した熱が発光部に伝導することを防止することができる。

したがって、上記の構成によれば、励起光源において発生した熱の影響によって蛍光体が劣化して、発光効率が低下することを抑制することができる。

また、本発明に係る光源装置では、前記発光部は、前記蛍光体が封止材に分散されたものであり、前記封止材は、前記熱伝導部材に比べて、熱膨張率が大きいことが好ましい。

上記の構成では、発光部は蛍光体が封止材に分散されたものであるため、この封止材の熱膨張率を変更することで、発光部の熱膨張率を容易に調整することができる。

ここで、一般的に、蛍光体は、熱伝導部材に比べて熱膨張率が低いことが知られている。そのため、熱伝導部材よりも熱膨張率が大きい封止剤によって蛍光体を封止することにより、蛍光体を分散させた発光部の熱膨張率を、熱伝導部材の熱膨張率に近づけることが可能となる。

したがって、上記の構成によれば、発光部と熱伝導部材との熱膨張率の差分を、０．１×１０^−６／℃以下に調整することができる。

また、本発明に係る光源装置では、前記封止材は、無機ガラス材料からなることが好ましい。

上記の構成によれば、封止材は無機ガラス材料からなるため、耐熱性および透明性に優れた発光部を構成することができる。

また、本発明に係る光源装置では、前記発光部と上記熱伝導部材とを熱的に接合する接合層をさらに備え、前記接合層は、柔軟性を有していることが好ましい。

上記の構成によれば、発光部と熱伝導部材とを熱的に接合する接合層をさらに備えるため、この接合層によって発光部と熱伝導部材とを容易に接合して、それぞれを固定することができる。

また、上記の構成よれば、接合層は柔軟性を有しているため、発光部と熱伝導部材との熱膨張率の差を接合層が変形することで吸収することができるので、発光部が熱伝導部材から剥離することをより効果的に防止することができる。

また、本発明に係る光源装置では、前記励起光は、レーザ光であることが好ましい。

上記の構成によれば、励起光はレーザ光であるため、蛍光体を効果的に励起することができるので、高輝度な光源装置を実現することができる。

一方、エネルギー密度の高いレーザ光を発光部に照射した場合、発光部からは局所的により多くの熱が発生し、発光部の劣化、および発光部と熱伝導部材との接合力の低下が発生しやすくなるが、この場合であっても、熱膨張率と熱伝導部材の熱膨張率との差分を、０．１×１０^−６／℃以下にすることで、発光部と熱伝導部材との接合力の低下を防止するができる。

本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、前記光源装置を備えていることを特徴とする照明装置。

上記の構成によれば、照明装置は、上記光源装置を備えているため、発熱による発光部の劣化、および発光部と熱伝導部材との接合力の低下を防止して、長期間にわたって高効率な光発が可能な照明装置を実現することができる。

本発明に係る車両用前照灯は、上記の課題を解決するために、前記光源装置を備えていることを特徴とする。

上記の構成によれば、車両用前照灯は、上記光源装置を備えているため、発熱による発光部の劣化、および発光部と熱伝導部材との接合力の低下を防止して、長期間にわたって高効率な光発が可能な車両用前照灯を実現することができる。

以上のように、本発明に係る光源装置は、励起光を出射する励起光源と、前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、前記発光部と熱的に接合され、当該発光部の熱を受け取る熱伝導部材と、を備え、前記蛍光体を含む前記発光部の熱膨張率と前記熱伝導部材との熱膨張率の差分は、０．１×１０^−６／℃以下である。

それゆえ、本発明によれば、発熱による発光部の劣化、および発光部と熱伝導部材との接合力の低下を防止して、長期間にわたって高効率な光発が可能な光源装置を提供することができるという効果を奏する。

図１は、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２は、図１に示される発光部と熱伝導部材とが接合層によって接着されている構造を示す断面図である。 図３は、図１に示される半導体レーザの回路構造を示す模式図である。 図４は、図３に示される半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。 図５は、図２に示される発光部の変更例を示す断面図である。 図６は、図２に示される発光部と熱伝導部材との接合構造の変更例を示す断面図である。 図７は、図２に示される発光部と熱伝導部材との接合状態の具体例を示す斜視図である。 図８は、本発明の別の実施形態に係るヘッドランプの構成を示す概略図である。 図９は、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斜視図である。 図１０は、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。 図１１は、上記レーザダウンライトの断面図である。 図１２は、図１１に示される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。 図１３は、図９に示される従来のＬＥＤダウンライトが設置された天井の断面図である。 図１４は、図９に示されるレーザダウンライトおよび従来のＬＥＤダウンライトのスペックを比較するための表である。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明に係る照明装置の一例として、自動車用のヘッドランプ（光源装置、照明装置、車両用前照灯）１を例に挙げて説明する。

ただし、本発明に係る照明装置は、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良いし、その他の照明装置として実現されても良い。その他の照明装置としては、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具などを挙げることができる。

［ヘッドランプ１の構成］
まず、図１および図２を参照して、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り、図２は、図１に示される発光部７と熱伝導部材１３とが接合層１５によって熱的に接合されている構造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、光ファイバー５と、フェルール６と、発光部７と、反射鏡８と、透明板９と、ハウジング１０と、エクステンション１１と、レンズ１２と、熱伝導部材１３と、冷却部１４と、接合層１５とを備えている。

このヘッドランプ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良いし、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良い。

以下、図３および図４をさらに参照して、ヘッドランプ１が備える各部の構成について説明する。

（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（励起光）が出射される。

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つのみ用いても良いが、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）のレーザ光を出射し、出力１．０Ｗ、動作電圧４Ｖ、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。ただし、半導体レーザ３が出射するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、発光部７に含まれる蛍光体の種類などに応じて適宜変更可能であるが、例えば、半導体レーザ３は、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光を出射する。

なお、３８０ｎｍより短い波長のレーザ光を出射する良質な短波長用の半導体レーザを製造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より短い波長のレーザ光を出射するように設計された半導体レーザ３を用いることも可能である。

図３は、図１に示される半導体レーザ３の回路構造を示す模式図であり、図４は、図３に示される半導体レーザ３の基本構造を示す斜視図である。

図３および図４に示されるように、半導体レーザ３は、カソード電極２３と、基板２２と、クラッド層１１３と、活性層１１１と、クラッド層１１２と、アノード電極２１とが、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、例えば、青色〜紫外のレーザ光を得るためにはＧａＮ、サファイア、ＳｉＣを用いることが好ましい。なお、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半導体基板として用いられる。

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われる。

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１１３の材料としては、紫外〜青色のレーザ光を得るためにはＡｌＩｎＧａＮからなる混晶半導体が用いられる。一般的には、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などのＩＩ−ＶＩ属化合物半導体によって構成されていても良い。

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、レーザ光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良い。

なお、表側へき開面１１４と対向する裏側へき開面１１５には、レーザ出射のための反射膜（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よりレーザ光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。

なお、本実施形態では、励起光源として半導体レーザ３を用いているが、半導体レーザ３に代えて、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いることも可能である。ただし、半導体レーザ３を用いることにより、出射される励起光を効率よく発光部７に照射し、発光部７に含まれる蛍光体を効果的に励起できるようになるので、高輝度なヘッドランプ１を実現することができるため好ましい。

（非球面レンズ４）
非球面レンズ４は、半導体レーザ３から出射されたレーザ光を、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ＦＬＫＮ１ ４０５を用いることができる。

なお、上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ４の形状および材料は特に限定されないが、半導体レーザ３から４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を出射する場合、４０５ｎｍ近傍の透過率が高く、且つ、耐熱性の良い材料からなる非球面レンズ４を用いることが好ましい。

（光ファイバー５）
光ファイバー５は、半導体レーザ３が出射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、レーザ光が照射される発光部７の面であるレーザ光照射面（励起光照射面）７ａにおける互いに異なる領域に向けて、レーザ光を出射する。

例えば、複数の光ファイバー５の出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに対して平行な平面において並んで配置されている。このような配置により、出射端部５ａから出射されるレーザ光の光強度分布において最も光強度が大きい部分（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）である必要はなく、出射端部５ａは１つであっても良い。

この光ファイバー５は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造をしている。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス（酸化ケイ素）を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。例えば、光ファイバー５は、コアの径が２００μｍ、クラッドの径が２４０μｍ、開口数ＮＡが０．２２の石英製のものであるが、光ファイバー５の構造、太さおよび材料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良い。

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。そのため、発光部７のレーザ光照射面７ａの形状に合わせて出射端部５ａを配置することができるので、発光部７のレーザ光照射面７ａの全面にわたってレーザ光を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することができる。さらに、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。

そのため、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することができるなど、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５以外の部材、または光ファイバー５と他の部材とを組み合わせたものを用いても良い。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良い。

（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７ａに対して所定のパターンで保持するものである。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良いし、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良い。

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良いし、熱伝導部材１３に対して固定されていても良い。フェルール６の材料は、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を配置しても良い。

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。例えば、発光部７は、封止材としての無機ガラス材料に蛍光体を分散させたものである。無機ガラス材料と蛍光体との割合は、例えば、１０：２程度である。なお、封止材は、透光性および耐熱性を有する材料からなることが好ましく、無機ガラス材料に限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラス材料、その他、樹脂などであっても良いが、さらに熱伝導率が高い材料であることが好ましい。

封止材に分散される蛍光体は、例えば、酸窒化物系や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つ以上が無機ガラス材料に分散されている。半導体レーザ３は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を出射するため、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５００ｎｍ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）を出射するものでもよく、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。

この発光部７は、酸窒化物系蛍光体または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ー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、レーザ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レーザ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、上述のように、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、光の出力が高い半導体レーザ３を励起光源として用いる場合に、発光部７の寿命が短くなるのをより効果的に抑制することができる。

この発光部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、直方体であっても良い。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。なお、日本国内で法的に規定されている車両用ヘッドランプの配光パターン（配光分布）は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いため、発光部７の形状を、水平方向に対して横長（断面略長方形形状）にすることにより、上記配光パターンを実現しやすくなる。

ここで必要とされる発光部７の厚みは、発光部７における封止材と蛍光体との割合に従って変化する。発光部７における蛍光体の含有量が多くなれば、レーザ光が白色光に変換される効率が高まるため発光部７の厚みを薄くできる。発光部７を薄くすれば熱伝導部材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、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以上であれば良いことになるが、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、曲面であっても良い。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はレーザ光の光軸に対して垂直な平面であることが好ましい。

また、発光部７は、図１および図２に示されるように、熱伝導部材１３の面のうち、レーザ光が照射される側とは反対側の面に接合層１５によって固定されている。

この発光部７は、半導体レーザ３に対して、熱的に断絶された状態で配置されていることが好ましい。励起光源として使用される、紫外〜青色のレーザ光を出射する半導体レーザ３の一般的なエネルギー変換効率（光出力／投入電力×１００）は２０％〜３０％程度である。つまり、半導体レーザ３への投入電力のうち、半導体レーザ３において７０％〜８０％が熱に変換される。そのため、発光部７と半導体レーザ３とが熱的に結合している場合、半導体レーザ３において発生した熱が発光部７に伝導する可能性がある。

例えば、半導体レーザ３を封入したパッケージのガラス面上に発光部７を配置した構成を例にして説明すると、半導体レーザ３において発生した上述の熱は、パッケージのキャップ部からガラス面へと伝わり、発光部７に容易に伝導する。一方、発光部７において発生する熱は、発光部７に含まれる蛍光体の変換効率を７０％と仮定すると、照射されたレーザ光のエネルギーのうち３０％程度である。つまり、発光部７において発生する熱は、半導体レーザ３への投入電力に対して、半導体レーザ３のエネルギー変換効率である２０％〜３０％を乗じ、さらに、蛍光体での発熱分である３０％を乗じた６％〜９％程度である。そのため、半導体レーザ３への投入電力を１００とすれば、発光部７は、半導体レーザ３からの熱が７０〜８０、蛍光体からの熱が６〜９という比率で加熱されることになる。

このように、発光部７と半導体レーザ３とが熱的に結合している場合、発光部７は、蛍光体の発熱以上に、半導体レーザ３において発生した熱によって加熱される可能性がある。

したがって、発光部７と半導体レーザ３とを、熱的に断絶された状態で配置することによって、半導体レーザ３において発生した熱が発光部７に伝導することを防止することが好ましい。これにより、半導体レーザ３において発生した熱の影響によって発光部７が劣化して、発光効率が低下することを抑制することができる。

ここで、レーザ光の照射による発光部７の点灯・消灯が繰り返されると、発光部７と熱伝導部材１３との接合力が低下し、場合によっては発光部７と熱伝導部材１３との接合が外れる惧れがある。そこで、ヘッドランプ１では、蛍光体を分散させた発光部７の熱膨張率と、熱伝導部材１３の熱膨張率との差分が所定値以下となるように、発光部７の熱膨張率が調整されている。なお、発光部７および熱伝導部材１３の熱膨張率の詳細については後述する。

（反射鏡８）
反射鏡８は、発光部７から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡８は、発光部７から発せられた蛍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、金属薄膜がその反射曲面に形成された部材であっても良く、金属製の部材であっても良い。

反射鏡８は、閉じた円形の開口部を有するフルパラボラミラーの他、半円形の開口部を有するハーフパラボラミラーなどであっても良い。また、パラボラミラー以外にも、楕円形状や自由曲面形状、或いは、マルチファセット化されたもの（マルチリフレクタ）を用いても良い。さらに、反射鏡８の一部に曲面ではない部分を含めても良い。

（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共に、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）を透過する材料で構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が、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。このような場合であっても、透明板９によってレーザ光を遮断することにより、レーザ光が外部に漏れることを防止できる。

また、透明板９は、熱伝導部材１３と共に、発光部７を固定するために用いられていても良い。すなわち、発光部７を熱伝導部材１３と透明板９とで挟持しても良い。この場合、透明板９は、発光部７と熱伝導部材１３との相対位置関係を固定する固定部として機能する。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、接合層１５の接合力が弱い場合でも発光部７の位置をより確実に固定できる。この場合、発光部７よりも高い熱伝導率を有する材料で透明板９を構成することにより、透明板９による発光部７の放熱効果を得ることができる。

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

（ハウジング１０）
ハウジング１０は、ヘッドランプ１の本体を形成しており、反射鏡８などを収納している。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、レーザ光の出射時に発熱するが、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などを防止することができる。

（エクステンション１１）
エクステンション１１は、反射鏡８の開口部側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のデザイン性を向上させると共に、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は、反射鏡８と同様に、金属薄膜がその反射曲面に形成された部材であっても良く、金属製の部材であっても良い。

（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の内部を密封している。発光部７が発生させて、反射鏡８によって反射された蛍光は、レンズ１２を通ってヘッドランプ１の前方へ投光される。

（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７ａの側に配置され、発光部７の熱を受け取る透光性の板状部材である。熱伝導部材１３と発光部７とは、熱的に（すなわち、熱エネルギーの授受が可能なように）接合されている。具体的には、発光部７と熱伝導部材１３とは、図２に示されるように、接合層１５によって接合されている。

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

熱伝導部材１３は、このような形状および接続形態を有することで、微小な発光部７を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に照射される。そのため、熱伝導部材１３は、透光性の優れた材料からなることが好ましい。

熱伝導部材１３の材料としては、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）やマグネシア（ＭｇＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、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以上を実現することができる。

また、図２において符号１３ｃで示される熱伝導部材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。

熱伝導部材１３の厚みが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、熱伝導部材１３の材料コストの増大に比べて放熱効果の向上の度合いが小さくなる。また、極端に厚くすると、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ってくる。

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、効率的に放熱されるので、発光部７の損傷（劣化）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良いし、折れ曲がった部分や湾曲した部分を有していても良い。ただし、発光部７が接合される部分は、接合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）とを有していても良い。この構成の場合、透光部は発光部７のレーザ光照射面７ａを覆うように配置され、遮光部はその外側に配置される。

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

（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、アルミニウム、ステンレス、銅または鉄などの金属からなる熱伝導性の高い放熱ブロックである。なお、反射鏡８が金属で形成されるのであれば、反射鏡８が冷却部１４を兼ねていても良い。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良いし、風冷によって熱伝導部材１３を冷却する冷却装置（ファン）であっても良い。

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良い。この構成により、金属塊の表面積を増加させ、金属塊からの放熱をより効率良く行うことができる。

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

また、熱伝導部材１３の長さを調整することにより、冷却部１４を発光部７から離れた位置に設置することができる。この場合、図１に示されるような、冷却部１４がハウジング１０の内部に収納される構成に限らず、熱伝導部材１３がハウジング１０を貫くことにより、冷却部１４をハウジング１０の外部に設置することも可能となる。

それゆえ、冷却部１４が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。

（接合層１５）
接合層１５は、熱伝導部材１３とレーザ光照射面７ａとの間の隙間を埋める接着剤の層である。接合層１５は、発光部７と同等か、それよりも高い熱伝導率を有していることが好ましい。これにより、発光部７で発生した熱を熱伝導部材１３へ効率的に伝播して、放熱効果を向上させることができる。例えば、発光部７の封止材として無機ガラス材料を用いるときは、接合層１５としては、低融点ガラスなどを用いたガラスペースト、もしくはガラスペーストに高熱伝導フィラーＢを混ぜたものを用いることができる。

また、接合層１５は、発光部７と熱伝導部材１３との熱膨張率の差を吸収する柔軟性（または粘性）を有していることが好ましい。発光部７が発熱した場合、発光部７と熱伝導部材１３との熱膨張率の差に起因して、発光部７と熱伝導部材１３との接合力が低下するが、接合層１５が、発光部７と熱伝導部材１３との熱膨張率の差を吸収する柔軟性（または粘性）を有することで、発光部７の発熱により、熱膨張率の差に起因する発光部７と熱伝導部材１３との接合力の低下をより効果的に抑制することができる。

また、接合層１５の厚み（熱伝導部材１３とレーザ光照射面７ａとの間の厚み）は、１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。接合層１５の厚みを１μｍ以上３０μｍ以下にすることにより、接合層１５の熱伝導率が発光部７の熱伝導率よりも低い場合でも、接合層１５の熱抵抗を小さくでき、発光部７において生じた熱を、接合層１５を介して熱伝導部材１３に効率良く伝えることができる。

例えば、接合層１５の熱伝導率が１Ｗ／ｍＫであり、且つ、接合層１５の厚みが０．１ｍｍの場合と、接合層１５の熱伝導率が０．２Ｗ／ｍＫであり、且つ、接合層１５の厚みが２０μｍ（＝０．０２ｍｍ）の場合とでは、熱抵抗は、結果的に同じになる。

この接合層１５には、拡散材１６が含まれていても良い。レーザ光はコヒーレントな光であり、このようなコヒーレントな光が、発光部７において蛍光に変換されずにそのまま外部に放射されることを防止するために、拡散材１６を接合層１５に含めることによって、光ファイバー５から出射されたレーザ光を拡散することができる。

それゆえ、発光部７においてレーザ光が全て蛍光に変換されない事態が生じても、予めレーザ光を拡散材１６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。拡散材１６の材料として、ＳｉＯ_２ビーズ（真球形状、粒径：数ｎｍ〜数μｍ、０．１％〜数％接合層１５に混合させる）、Ａｌ_２Ｏ_３ビーズ、ダイヤモンドビーズなどを挙げることができる。拡散材１６が多すぎると発光部７に含まれる蛍光体に到達するレーザ光が低減してしまうため、拡散材１６の量は、接合層１５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、接合層１５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８００Ｗ〜２０００Ｗ／ｍＫと非常に高いため、結果的に接合層１５の熱伝導率を大幅に向上させることができる。

［ヘッドランプ１の効果］
次に、ヘッドランプ１の効果について説明する。ヘッドランプ１では、レーザ光を受けて発光部７が発光する際、励起光の一部が熱となり、発光部７が発熱するが、発光部７には熱伝導部材１３が熱的に接合されているため、この熱伝導部材１３が発光部７の熱を受け取ることで、発光部７の熱を放熱することができる。そのため、ヘッドランプ１によれば、発熱による発光部７の劣化を防止することができる。

ここで、上述のように、レーザ光の照射による発光部７の点灯・消灯が繰り返されると、発光部７と熱伝導部材１３とを接合する接合層１５の接合力が低下し、場合によっては発光部７と熱伝導部材１３との接合が外れる惧れがある。これは、発光部７が発熱した場合、発光部７と熱伝導部材１３とで熱膨張率が異なるため、この熱膨張率の差によって、接合層１５による接合が切断されるためである。

そこで、ヘッドランプ１では、蛍光体を封止材に分散させた状態の発光部７の熱膨張率と熱伝導部材の熱膨張率との差分が、０．１×１０^−６／℃以下になるように、発光部７と熱伝導部材１３との熱膨張率を調整されている。

このように、蛍光体を分散させた発光部７の熱膨張率と熱伝導部材の熱膨張率との差分を、０．１×１０^−６／℃以下になるように、発光部７と熱伝導部材１３との熱膨張率を近似させることにより、熱膨張率の差に起因する発光部７と熱伝導部材１３との接合力の低下を効果的に抑制できることが、本願の発明者らによる実験結果から得られた。このことは、ヘッドランプ１のように、発光部７と熱伝導部材１３と接合層１５によって接合した場合であっても同様である。

したがって、ヘッドランプ１では、蛍光体を分散させた発光部７の熱膨張率と熱伝導部材の熱膨張率との差分を、０．１×１０^−６／℃以下にすることで、熱膨張率の差に起因する発光部７と熱伝導部材１３との接合力の低下を効果的に抑制できることができる。

そのため、ヘッドランプ１によれば、発熱による発光部７の劣化、および発光部７と熱伝導部材１３との接合力の低下を防止して、長期間にわたって高効率な光発が可能となる。

［発光部７および熱伝導部材１３の熱膨張率］
次に、発光部７および熱伝導部材１３の熱膨張率について説明する。一般的に、サファイア（熱膨張率：７．０×１０^−６／℃）などの熱伝導部材１３に比べて蛍光体の熱膨張率（例えば、ＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体ナノ粒子蛍光体のリン化物（ＩｎＰ）の熱膨張率：４．５×１０^−６／℃、窒化物（ＧａＮ）の熱膨張率：６．０×１０^−６／℃）は低いためたとえ封止材の熱膨張率と熱伝導部材の熱膨張率とを一致させたとしても、蛍光体を分散させた発光部７の熱膨張率は、熱伝導部材１３の熱膨張率よりも低くなる。そのため、上述のような熱膨張率の差に起因する発光部７と熱伝導部材１３との接合力の低下を十分に防止することができない。

そこで、ヘッドランプ１では、蛍光体を封止材に分散させた状態の発光部７の熱膨張率と熱伝導部材１３の熱膨張率との差分が、０．１×１０^−６／℃以下になるように、発光部７および熱伝導部材１３の熱膨張率を調整している。発光部７は、蛍光体が封止材に分散されたものであるため、例えば、この封止材の熱膨張率を変更することで発光部７の熱膨張率を調整することが可能である。

ヘッドランプ１において、熱伝導部材１３の材料として好適に用いられるサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）の熱膨張率は７．０×１０^−６／℃（Ｃ軸に垂直な方向）であり、マグネシア（ＭｇＯ）の熱膨張率は１３．３×１０^−６／℃であり、窒化ガリウム（ＧａＮ）の熱膨張率は５．６×１０^−６／℃であり、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱膨張率は４．６×１０^−６／℃である。

例えば、熱膨張率が７．０×１０^−６／℃であるサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる熱伝導部材１３と、熱膨張率が２．６×１０^−６／℃のである酸窒化物蛍光体（例えば、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅやβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕのようなサイアロン蛍光体）とを用い、封止材に対して体積比率２０％でこの酸窒化物蛍光体を分散させる場合について説明する。

この場合、蛍光体を分散させた発光部７の熱膨張率と熱伝導部材１３の熱膨張率との差分を、０．１×１０^−６／℃以下とするために必要な封止材の熱膨張率ｘは、（ｘ×０．８）＋（２．６×１０^−６×０．２）＝７．０×１０^−６から、８．１×１０^−６／℃と求めることができる。

したがって、熱膨張率が８．１×１０^−６／℃程度である封止材を選定し、この封止材に対して体積比率２０％で酸窒化物蛍光体を分散させた発光部７を形成することによって、熱伝導部材１３との熱膨張率の差分が０．１×１０^−６／℃以下になるように、熱膨張率が調整された発光部７を形成することができる。

このように、熱伝導部材１３の材料、蛍光体の種類および蛍光体の含有率などに応じて、必要な熱膨張率を有する封止材を適宜選定することで、発光部７の熱膨張率と熱伝導部材１３の熱膨張率との差分を、０．１×１０^−６／℃以下になるように調整することができる。

ただし、発光部７の熱膨張率に応じて、熱伝導部材１３の熱膨張率を変更することによって、発光部７の熱膨張率と熱伝導部材１３の熱膨張率との差分が０．１×１０^−６／℃以下になるように調整しても良い。

［変更例］
次に、図５および図６を参照して、ヘッドランプ１の変更例について説明する。

図５は、図２に示される発光部７の変更例を示す断面図である。図５に示されるように、発光部７および接合層１５の側面に反射膜１７を形成しても良い。この反射膜１７は、接合層１５の外側表面（発光部７および熱伝導部材１３と接していない表面）の少なくとも一部を覆う光反射性の膜であり、例えば、金属薄膜（例えば、アルミニウム薄膜）である。

接合層１５に拡散材１６が含まれているため、レーザ光が拡散材１６によって拡散されることで、発光部７に向かわずに、接合層１５の側面から漏れるレーザ光（迷光と称する）が生じ得る。そこで、反射膜１７を接合層１５の側面に設けることによって、上記迷光が反射膜１７に反射して接合層１５の内部に戻るので、レーザ光の利用効率を高めることができる。

なお、反射膜１７は、少なくとも接合層１５の側面を覆えばよく、発光部７の側面を覆う必要はない。しかし、発光部７の側面を反射膜１７で覆うことにより、反射膜１７による発光部７の冷却効果を得ることが可能となる。この場合、反射膜１７を発光部７よりも熱伝導性の高い材料で構成することにより、この効果を高めることができる。

図６は、図２に示される発光部７と熱伝導部材１３との接合構造の変更例を示す断面図である。図６に示されるように、接合層１５を設けずに、発光部７と熱伝導部材１３とを直接接合しても良い。例えば、熱伝導部材１３の第１面１３ａに形成された微小な凹部に、発光部７のレーザ光照射面７ａを係合させた状態で、発光部７と熱伝導部材１３とを接合しても良い。

この場合であっても、蛍光体を分散させた発光部７の熱膨張率と熱伝導部材の熱膨張率との差分を、０．１×１０^−６／℃以下になるように、発光部７と熱伝導部材１３との熱膨張率を調整することによって、熱膨張率の差に起因する発光部７と熱伝導部材１３との接合力の低下を効果的に抑制することができる。

［実施例］
次に、図７を参照して、本発明の一実施例について説明する。図７は、図２に示される発光部７と熱伝導部材１３との接合状態の具体例を示す斜視図である。

図７に示される熱伝導部材１３として、熱膨張率が７．０×１０^−６／℃、厚さ０．５ｍｍのサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いた。この熱伝導部材１３に、アーデル社製の可視光重合型光学用接着剤エピカコール（Ｅｐｉｘａｃｏｌｌｅ）ＥＰ４３３を接合層１５として用いて発光部７を接着した。

発光部７は、封止材として、オハラ株式会社のＬ−ＬＡＭ７２（熱膨張率：８．２×１０^−６／℃、転移点（Ｔｇ）：５６５℃）を用いており、この無機ガラスに対して体積比率２０％で、熱膨張率が２．６×１０^−６／℃のであるＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅを分散させたものである。この発光部７は、直径３ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円盤状に形成した。

この発光部７の熱膨張率は、（８．２×１０^−６×０．８）＋（２．６×１０^−６×０．２）＝７.０８×１０^−６であり、発光部７の熱膨張率（７.０８×１０^−６）と熱伝導部材１３の熱膨張率（７．０×１０^−６／℃）との差分は、０．０８×１０^−６／℃である。

このように、蛍光体を分散させた発光部７の熱膨張率と熱伝導部材の熱膨張率との差分を、０．１×１０^−６／℃以下になるように、発光部７の熱膨張率を調整することによって、熱膨張率の差に起因する発光部７と熱伝導部材１３との接合力の低下を効果的に抑制することができる。

なお、本実施例の場合、Ｌ−ＬＡＭ７２に代えて、ＨＯＹＡ社のＢＡＣＤ１８（熱膨張率：８．１×１０^−６／℃）や、Ｅ−ＬＡＦ７（熱膨張率：８．２×１０^−６／℃）などを封止材として用いても良い。

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

図８は、本実施形態に係るヘッドランプ３０の構成を示す概略図である。図８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の材料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８１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をアルミニウムで作製し、酸化防止膜を表面に付与しても良く、樹脂性の反射鏡本体の表面に金属薄膜を形成しても良い。

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のすり鉢形状の部分の表面は、反射鏡として機能し、金属リング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の材料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、あるいはアルミニウム蒸着後、前述の保護層を設けることが好ましい。

発光部７は、接合層１５（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のすり鉢形状の部分の深さは、発光部７の高さとほぼ一致しているため、透明板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料のものでも良いが、熱伝導部材１３と同様に熱伝導率が高いもの（２０Ｗ／ｍＫ以上）が好ましい。例えば、透明板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において生じた熱に効率良く吸収することにより発光部７を冷却できる。

熱伝導部材１３および透明板１８の厚さは、厚さは０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下程度が好ましい。上記厚さが０．３ｍｍ以下になると発光部７と金属リング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から出射されたレーザ光を通す開口部８２ａを有する板状の部材であり、この基板８２に対して反射鏡８１がネジ８３によって固定されている。反射鏡８１と基板８２との間には熱伝導部材１３、金属リング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の底部の開口部の中心とはほぼ一致している。そのため、半導体レーザ３から出射されたレーザ光は、基板８２の開口部８２ａを通って、熱伝導部材１３を透過し、金属リング１９の開口部を通って発光部７に到達する。

基板８２の材料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を冷却する冷却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の冷却効果、しいては発光部７の冷却効果を高めることができる。

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良い。

（ヘッドランプ３０の効果）
このような構成のヘッドランプ３０においても、蛍光体を分散させた発光部７の熱膨張率と熱伝導部材１３の熱膨張率との差分を、０．１×１０^−６／℃以下にすることで、熱膨張率の差に起因する発光部７と熱伝導部材１３との接合力の低下を効果的に抑制できることができる。

さらに、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、接合層１５の粘着性が低い場合でも、発光部７が熱伝導部材１３から剥離することをより効果的に防止することができる。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施形態について図９〜図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、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の外観を示す斜視図であり、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り、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に示されるように、筐体２１１と、光ファイバー５と、発光部７と、熱伝導部材１３と、透光板２１３とを備えている。

発光部７は、接合層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および接合層１５を透過して発光部７に到達する。

透光板２１３は、凹部２１２の開口部を塞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、省略されても良い。

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と、非球面レンズ４と、光ファイバー５とを備えている。

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から出射されたレーザ光は、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ー５の束を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導いても良い。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、図１１に示される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。図１２に示されるように、レーザダウンライト２００の設置方法の変更例として、天板４００には光ファイバー５を通す小さな穴４０２だけを設け、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つでも良い。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、図９に示される従来のＬＥＤダウンライト３００が設置された天井の断面図である。図１３に示されるように、ＬＥＤダウンライト３００では、ＬＥＤチップと、電源と、冷却ユニットとを収納した筐体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共に工事費用を大幅に削減できる。

図１４は、図９に示されるレーザダウンライト２００および従来の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１４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。

（レーザダウンライト２００の効果）
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。

このような構成のレーザダウンライト２００においても、蛍光体を分散させた発光部７の熱膨張率と熱伝導部材１３の熱膨張率との差分を、０．１×１０^−６／℃以下にすることで、熱膨張率の差に起因する発光部７と熱伝導部材１３との接合力の低下を効果的に抑制できることができる。

（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を用いても良い。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光源装置を実現できる。

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良い。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、本発明に係る光源装置は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明は、蛍光体を含む発光部と、上記発光部から発生した熱を排熱するための透明放熱部材と、レーザ光を発生する励起光源と、からなるレーザ照明光源に関し、上記発光部と上記透明放熱部材は熱的に接合され、且つ、上記発光部と上記透明放熱部材の熱膨張率の差が０．１×１０−６／℃以下であり、上記励起光源から放射された励起光が上記透明放熱部材越しに上記発光部に照射されて照明光を発することを特徴とする。

また、本発明に係る光源装置は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明は、蛍光体を含む発光部と、上記発光部から発生した熱を排熱するための透明放熱部材と、レーザ光を発生する励起光源と、からなるレーザ照明光源に関し、上記発光部は、無機ガラス材料中に蛍光体が分散されており、上記発光部と上記透明放熱部材は熱的に接合され、且つ、上記無機ガラス材料の熱膨張率が上記透明放熱部材の熱膨張率よりも大きく、上記励起光源から放射された励起光が上記透明放熱部材越しに上記発光部に照射されて照明光を発することを特徴とする。

本発明は、高輝度で長寿命な光源装置や照明装置、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（光源装置、車両用前照灯）
２ 半導体レーザアレイ
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（固定部）
１３ 熱伝導部材
１５ 接合層
１６ 拡散材（熱伝導性粒子）
１７ 反射膜
１８ 透明板（固定部）
３０ ヘッドランプ
２００ レーザダウンライト（光源装置、照明装置）
Ｌ０ レーザ光（励起光）

Claims (8)

1. 励起光を出射する励起光源と、
   前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、
   前記発光部と熱的に接合され、当該発光部の熱を受け取る熱伝導部材と、
   を備え、
   前記蛍光体を含む前記発光部の熱膨張率と前記熱伝導部材の熱膨張率との差分は、０．１×１０^−６／℃以下であり、
   前記発光部は、前記蛍光体が封止材に分散されたものであり、
   前記熱伝導部材は、前記蛍光体に比べて、熱膨張率が大きく、かつ、前記封止材は、前記熱伝導部材に比べて、熱膨張率が大きいことを特徴とする光源装置。
2. 前記熱伝導部材は、透光性の材料からなり、前記発光部における前記励起光が照射される面である励起光照射面の側に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記励起光源と前記発光部とは、熱的に断絶されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記封止材は、無機ガラス材料からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記発光部と上記熱伝導部材とを熱的に接合する接合層をさらに備え、
   前記接合層は、柔軟性を有していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記励起光は、レーザ光であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置を備えていることを特徴とする照明装置。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置を備えていることを特徴とする車両用前照灯。