WO2014203484A1 - 波長変換部材、光源、及び自動車用ヘッドランプ - Google Patents

波長変換部材、光源、及び自動車用ヘッドランプ Download PDF

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heat
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長尾　宣明
白石　誠吾
純久 長崎
鈴木　信靖
山中　一彦
森本　廉
濱田　貴裕
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a wavelength conversion member that converts light from a semiconductor light emitting element into light having a longer wavelength, a light source including the wavelength conversion member, and an automotive headlamp including the light source.
  • a semiconductor laser element a light emitting part that emits light by laser light emitted from the semiconductor laser element, and a light emitting part facing surface that faces the light emitting part, and a heat conducting member that receives heat of the light emitting part through the light emitting part facing surface
  • a gap layer that is provided between the light emitting portion and the light emitting portion facing surface and conducts heat of the light emitting portion to the light emitting portion facing surface, and the gap layer includes at least an inorganic amorphous material.
  • one embodiment of the present disclosure provides a wavelength conversion member that improves at least one of light emission efficiency and reliability.
  • a wavelength conversion member includes a heat conduction unit having a recess, a light exit port that penetrates the heat conduction unit and is provided on the recess side, and a light entrance port that is provided on the opposite side of the recess.
  • a wavelength conversion unit that converts first light incident through the light guide into second light having a different wavelength, and is provided in contact with the heat conducting unit, at least part of which is buried in the recess. And.
  • the area of the wavelength converter that is in contact with the heat conducting portion is larger than the area of the light exit exit.
  • the light guide path is made of a transparent material having a thermal conductivity higher than that of air, which is filled in an opening that penetrates the heat conduction unit. Note that these comprehensive or specific aspects may be realized by an apparatus, a system, or a method, or may be realized by any combination of the system, the apparatus, the system, and the method.
  • wavelength conversion member of the present disclosure at least one of light emission efficiency and reliability can be improved.
  • Example 1 It is a figure which shows the analysis result of Example 1. It is a figure which shows the analysis result of Example 1.
  • 6 is a graph showing an analysis result of Example 2.
  • 6 is a schematic view showing a wavelength conversion member of Example 3.
  • FIG. 10 is a graph showing an analysis result of Example 3.
  • It is a block diagram which shows schematic structure of the light source which concerns on 2nd Embodiment. It is a block diagram which shows schematic structure of the light source which concerns on 3rd Embodiment. It is a block diagram which shows schematic structure of the light source which concerns on 4th Embodiment. It is a block diagram which shows schematic structure of the light source which concerns on 5th Embodiment. It is a block diagram which shows schematic structure of the vehicle headlamp which concerns on 6th Embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining an analysis method according to a fourth embodiment. It is a figure which shows the analysis result of Example 4. It is a graph which shows the relationship between the size of the heat conductive layer of Example 4, and temperature. It is a graph which shows the relationship between the area ratio of the heat conductive layer of Example 4, and a fluorescent substance layer, and temperature.
  • FIG. 10 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a wavelength conversion member of Example 5.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining an analysis method according to a sixth embodiment. It is a figure which shows the analysis result of Example 6. It is a graph which shows the relationship between the size of the sapphire substrate of Example 6, and temperature. It is a graph which shows the relationship between the area ratio of the heat conductive layer of Example 6, and a sapphire substrate, and temperature.
  • the wavelength conversion member includes a heat conduction portion having a recess, and a light emission port provided on the opposite side of the recess and the light emission port provided on the recess side through the heat conduction portion.
  • a light guide path having an entrance, and a wavelength that is provided at least partially in the recess and is in contact with the heat conducting section, and converts the first light incident through the light guide path into second light having a different wavelength.
  • a conversion unit The area of the wavelength converter that is in contact with the heat conducting portion is larger than the area of the light exit exit.
  • the light guide path is made of a transparent material having a thermal conductivity higher than that of air, which is filled in an opening that penetrates the heat conduction unit.
  • the heat conducting unit may reflect at least part of visible light.
  • the heat conducting part may have a visible light reflectance of 0.8 or more.
  • the area of the surface opposite to the wavelength conversion unit of the heat conduction unit is opposite to the heat conduction unit of the wavelength conversion unit. It may be 2800 times or more with respect to the area of the side surface.
  • the wavelength conversion member according to the first or second aspect may be such that the thermal conductivity of the heat conduction unit is greater than 20 W / m ⁇ K.
  • the heat conducting unit may be a metal.
  • the wavelength conversion member according to the fifth aspect of the present disclosure may be the wavelength conversion member according to any one of the first to fourth aspects, in which the heat conducting portion is aluminum or an alloy containing aluminum.
  • the transparent material in the wavelength conversion member according to any one of the first to fifth aspects, may be an inorganic transparent material.
  • the thermal conductivity of the inorganic transparent material may be greater than 20 w / m ⁇ K.
  • the wavelength conversion member according to the eighth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to the sixth or seventh aspect, wherein the inorganic transparent material may be zinc oxide.
  • the wavelength conversion member according to the ninth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the first to eighth aspects, wherein the wavelength conversion unit is on the side opposite to the light guide path compared to the surface on the light guide path side.
  • the area of the surface may be large and the side surface may be tapered.
  • the wavelength conversion member according to the tenth aspect of the present disclosure may have a parabolic shape.
  • a wavelength conversion member according to an eleventh aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the first to tenth aspects, disposed on the side opposite to the light guide path of the wavelength conversion unit, and transmits the second light.
  • a dichroic mirror that reflects the first light may be further provided.
  • a wavelength conversion member according to a twelfth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the first to eleventh aspects, is disposed on the light guide path side of the wavelength conversion unit, and transmits the first light.
  • a dichroic mirror that reflects the second light may be further provided.
  • a wavelength conversion member according to a thirteenth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the first to eleventh aspects, is disposed on the incident port side of the light guide, transmits the first light, and You may further provide the dichroic mirror which reflects 2 light.
  • the light source according to the fourteenth aspect of the present disclosure includes the wavelength conversion member according to any one of the first to thirteenth aspects, and a semiconductor light emitting element that generates light incident on an incident port of the light guide.
  • the automotive headlamp according to the fifteenth aspect of the present disclosure includes the light source according to the fourteenth aspect and an emission optical system that guides light from the light source forward.
  • a wavelength conversion member is a wavelength conversion member including a phosphor that converts light from a semiconductor light emitting element into light having a longer wavelength, and the wavelength conversion member includes one or more wavelength conversion members.
  • the wavelength conversion layer and the heat conductive layer are provided, and the surface area or the back surface area of the heat conductive layer is 2800 times or more the light receiving area of the wavelength conversion layer.
  • the wavelength conversion member according to the seventeenth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to the sixteenth aspect, wherein the surface area or the back surface area of the heat conducting layer is 8000 times the light receiving area of the wavelength conversion layer. That's it.
  • the wavelength conversion member according to the eighteenth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to the sixteenth or seventeenth aspect, wherein the wavelength conversion layer includes a plurality of types of layers, and the plurality of types of layers of the wavelength conversion layer. At least one of the layers does not contain a resin binder.
  • a wavelength conversion member according to a nineteenth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the sixteenth to eighteenth aspects, wherein the thermal conductive layer is transparent in the visible region and has a thermal conductivity of 30 W / (M ⁇ K) or more.
  • the wavelength conversion member according to the twentieth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the sixteenth to nineteenth aspects, wherein the thermal conductivity of the thermal conductive layer is 42 W / (m ⁇ K) or more.
  • the wavelength conversion member according to the twenty-first aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the sixteenth to twentieth aspects, wherein the thermal conductivity of the thermal conductive layer is 230 W / (m ⁇ K) or more.
  • the wavelength conversion member according to a twenty-second aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the sixteenth to twenty-first aspects, wherein the wavelength conversion layer includes a plurality of types of layers, and a plurality of types of the wavelength conversion layers.
  • This is a sapphire substrate in which at least one of the layers is provided in contact with the heat conductive layer.
  • a wavelength conversion member according to a twenty-third aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the sixteenth to twenty-first aspects, wherein the wavelength conversion layer is a phosphor layer in which a phosphor is dispersed in glass or transparent crystal. And a sapphire substrate.
  • the wavelength conversion member according to the twenty-fourth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to the twenty-second or twenty-third aspect, wherein the contact surface between the sapphire substrate and another layer of the wavelength conversion layer facing the sapphire substrate is provided.
  • the area or the area of the contact surface between the sapphire substrate and the thermally conductive layer facing the sapphire substrate is equal to the light receiving area where the wavelength conversion layer receives light from the semiconductor light emitting element.
  • the wavelength conversion member according to the twenty-fifth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to the twenty-second or twenty-third aspect, wherein the contact surface between the sapphire substrate and the other layer of the wavelength conversion layer facing the sapphire substrate.
  • the ratio of the area or the area of the contact surface between the sapphire substrate and the thermally conductive layer facing the sapphire substrate and the light receiving area where the wavelength conversion layer receives light from the semiconductor light emitting element is 3.1 or more It is.
  • the wavelength conversion member according to the twenty-sixth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the twenty-second to twenty-fifth aspects, wherein the area of the sapphire substrate is at least twice the light receiving area.
  • the wavelength conversion member according to a twenty-seventh aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the twenty-second to twenty-sixth aspects, wherein the sapphire substrate is a sapphire single crystal substrate.
  • the wavelength conversion member according to a twenty-eighth aspect of the present disclosure is the wavelength conversion member according to any one of the sixteenth to twenty-seventh aspects, wherein the thermal conductive layer is a reflector with respect to visible light and has a thermal conductivity. It is 237.5 W / (m ⁇ K) or more.
  • the light source according to the 29th aspect of the present disclosure includes the wavelength conversion member according to any one of the 16th to 28th aspects.
  • the vehicle headlamp according to the thirtieth aspect of the present disclosure includes the light source according to the twenty-ninth aspect.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a light source 20 according to the first embodiment.
  • the light source 20 of this embodiment includes a wavelength conversion member 10 ⁇ / b> A and a semiconductor light emitting element 11.
  • the semiconductor light emitting element 11 can be, for example, a light emitting diode (LED), a super luminescent diode (SLD), or a laser diode (LD).
  • the semiconductor light emitting element 11 may be one LED, SLD, or LD, or may be one in which a plurality of LEDs, SLD, or LD are optically coupled.
  • the light emitted from the semiconductor light emitting element 11 may be blue-violet light, blue light, or light of other wavelengths.
  • the semiconductor light emitting element 11 may emit light having a plurality of wavelengths. In the present embodiment, a case where the semiconductor light emitting element 11 is an LD will be described as an example.
  • blue-violet light refers to light having a peak wavelength of 380 nm to 420 nm.
  • Blue light means light having a peak wavelength exceeding 420 nm and not more than 480 nm.
  • Yellow light refers to light having a peak wavelength of 540 nm or more and 590 nm or less.
  • an incident optical system 12 that guides the light of the semiconductor light emitting element 11 to the wavelength converting member 10A may be provided.
  • the incident optical system 12 may include, for example, at least one of a lens, a mirror, and an optical fiber.
  • the semiconductor light emitting element 11 side of the wavelength conversion member 10 ⁇ / b> A is referred to as “rear”, and the opposite side of the semiconductor light emitting element 11 is referred to as “front”.
  • the front surface of the wavelength conversion unit 14 and the heat conducting unit 17 may be referred to as a “front surface”, and the rear surface may be referred to as a “rear surface”.
  • the wavelength conversion unit 14 converts the wavelength of the first light from the semiconductor light emitting element 11 into second light having a different wavelength.
  • the wavelength conversion unit 14 is a layer that includes, for example, a phosphor that is excited by incident light and emits fluorescent light having a longer wavelength than the incident light. In this case, the light from the semiconductor light emitting element 11 is converted into light having a longer wavelength.
  • Each of the first light and the second light may be light of one wavelength, or may be mixed light of light of a plurality of wavelengths. For example, in the case of generating white light, when the first light is blue-violet light, the second light can be yellow light and blue light. In addition, when the first light is blue light, the second light can be yellow light.
  • the wavelength conversion unit 14 may include, for example, a phosphor powder 15 including a large number of phosphor particles and a binder 16.
  • the type of phosphor can be appropriately selected according to the wavelength of incident light and the wavelength of required outgoing light.
  • the wavelength conversion unit 14 may include, for example, a yellow phosphor and a blue phosphor in order to generate white light.
  • the yellow phosphor refers to a phosphor having an emission spectrum peak wavelength of 540 nm or more and 590 nm or less.
  • a blue phosphor refers to a phosphor having an emission spectrum peak wavelength of more than 420 nm and not more than 480 nm.
  • the wavelength conversion unit 14 can be configured to include, for example, a yellow phosphor.
  • the binder 16 is disposed between the phosphor powders 15 and binds the phosphor powders 15.
  • the binder 16 can be an inorganic material, for example.
  • the binder 16 may be a medium such as glass or transparent crystal.
  • the wavelength conversion unit 14 does not need to include the binder 16, and may be a phosphor sintered body such as a phosphor ceramic.
  • the wavelength converter 14 does not need to be composed of a single layer.
  • the wavelength conversion unit 14 may be configured by stacking a plurality of layers.
  • each layer may include different types of phosphors.
  • the binder 16 constituting the layer closest to the heat conducting unit 17 may be an inorganic material.
  • the binder 16 of the other layer may be an organic material such as a resin.
  • the heat conducting unit 17 is provided between the wavelength converting unit 14 and the semiconductor light emitting element 11.
  • the heat conducting unit 17 is in contact with at least the rear surface of the wavelength converting unit 14.
  • the heat conduction unit 17 and the wavelength conversion unit 14 are in contact with each other not only when the two members are in direct contact so as to conduct heat but also with a solid layer in which the two members conduct heat. Including the case of indirect contact with the intervening.
  • the solid layer that conducts heat includes a metal layer, a silicon layer, a silicon carbide layer, a diamond layer, or the like. Also included are thermally conductive pastes and the like.
  • the wavelength conversion unit 14 is embedded in a recess provided in the heat conducting unit 17.
  • the wavelength converter 14 functions as a heat bath for heat dissipation.
  • the heat generated in the wavelength conversion unit 14 is transmitted to the heat conduction unit 17 and radiated.
  • the heat conduction part 17 may enlarge thermal conductivity.
  • the heat conducting unit 17 also has a function as a reflecting plate that reflects the light generated in the wavelength converting unit 14 and emitted backward to the front. For this reason, the heat conduction part 17 may make the reflectance of light high.
  • the thermal conductivity of the heat conducting unit 17 can be set to be greater than 20 W / m ⁇ K, for example. Specifically, the thermal conductivity can be made higher than that of sapphire. Further, the heat conducting portion 17 may be a metal. Specifically, aluminum (thermal conductivity 237 W / m ⁇ K), copper (thermal conductivity 398 W / m ⁇ K), silver (thermal conductivity 420 W / m ⁇ K), or the like may be used. Moreover, the alloy containing these may be sufficient. Aluminum or aluminum alloy can be used from the viewpoint of heat dissipation, workability, and cost. In addition to metal, silicon or the like can also be used. By increasing the thermal conductivity of the heat conducting unit 17, the temperature rise of the wavelength converting unit 14 can be suppressed and at least one of the light emission efficiency and the reliability can be improved.
  • the heat conduction part 17 does not need to be composed of a single material.
  • a laminated material having a surface coated with a material having high thermal conductivity can be used.
  • a transparent material and a material having high light reflectance can be used in combination.
  • the surface of sapphire can be used by coating a metal such as aluminum.
  • it can replace with coating and can also use the laminated material by bonding etc.
  • the whole heat conduction part 17 may be a laminated material, and only a part may be laminated.
  • a layer having high thermal conductivity may be provided in a portion of the heat conducting unit 17 that is in contact with the wavelength conversion unit 14.
  • a metal such as aluminum, silicon carbide, diamond, or the like can be used.
  • a layer that improves adhesiveness can also be provided in a portion of the heat conducting portion 17 that contacts the wavelength converting portion 14.
  • the heat conducting portion 17 has a visible light reflectance of 0.8 or more. By increasing the reflectance of the heat conducting unit 17, the light generated in the wavelength conversion unit 14 and traveling backward can be efficiently reflected and directed forward. Thereby, the utilization efficiency of light can be improved.
  • visible light refers to light having a wavelength of 380 nm to 780 nm.
  • the light guide 18 is, for example, a through hole that penetrates the wavelength conversion unit 14 and guides light from the semiconductor light emitting element 11 to the wavelength conversion unit 14.
  • the light guide 18 is filled with a material that is transparent to the light from the semiconductor light emitting element 11.
  • a transparent material having a higher thermal conductivity than air can be used as a material for filling the through holes.
  • the transparent material for example, an inorganic material such as glass or transparent crystal can be used.
  • the transparent material can also be an organic material such as a transparent resin.
  • a material having a higher thermal conductivity than sapphire is desirable. Specifically, a material having a thermal conductivity higher than 20 W / m ⁇ K is desirable.
  • Zinc oxide (ZnO) can be used as a material for filling the through holes.
  • the area of the entrance where the light from the semiconductor light emitting element 11 enters is equal to the area of the exit where the light is emitted to the wavelength conversion unit 14 side.
  • the shape of the light guide 18 is not limited to this.
  • the area of the entrance may be larger than the area of the exit, or the area of the entrance may be smaller than the area of the exit.
  • the light guide 18 may be provided in contact with the wavelength conversion unit 14 at the exit. That is, the transparent material of the light guide 18 may be in contact with the wavelength conversion unit 14. Thereby, the wavelength conversion part 14 can be thermally radiated more efficiently.
  • the area of the portion in contact with the heat conducting portion 17 of the wavelength conversion portion 14 is large. Also, from the viewpoint of efficiently conducting heat from the wavelength conversion unit 14 to the heat conduction unit 17, it is desirable that the area of the portion of the wavelength conversion unit 14 that contacts the heat conduction unit 17 is large. For this reason, you may make the area of the output port of the light guide 18 smaller than the area of the part which contacts the heat conduction part 17 of the wavelength conversion part 14.
  • the area of the exit of the light guide 18 can be 50% or less of the area of the wavelength converter 14 in contact with the heat conducting part 17. It may be 30% or less, or 15% or less.
  • the area of the entrance or exit of the light guide 18 is 3% of the area of the wavelength conversion unit 14 in contact with the heat conducting unit 17 This can be done. It may be 5% or more.
  • the area A S1 of the surface (rear surface) S1 opposite to the wavelength conversion unit 14 of the heat conducting unit 17 is larger than the area A S2 of the surface (front surface) S2 opposite to the heat conducting unit 17 of the wavelength converting unit 14. large.
  • the area ratio A S1 / A S2 between the area A S1 of the rear surface S1 of the heat conducting unit 17 and the area A S2 of the front surface S2 of the wavelength conversion unit 14 is 2800 or more.
  • the area ratio A S1 / A S2 may be 8000 or more.
  • the area A S1 of the rear surface S1 of the heat conducting unit 17 is an area of a portion excluding the light guide path 18.
  • the area including the light guide 18 may be the area A S1 of the rear surface S 1 of the heat conducting unit 17. it can.
  • the outer shape of the rear surface of the heat conducting unit 17 and the outer shape of the front surface of the heat conducting unit 17 can be the same size. But it doesn't have to be the same.
  • the rear surface of the heat conducting unit 17 may be made smaller than the front surface, and the side surface of the heat conducting unit 17 may be tapered. If it does in this way, it will become easy to engage
  • the planar shape of the wavelength conversion unit 14 is not particularly limited.
  • a quadrangular shape, a polygonal shape, a circular shape, an elliptical shape, or the like can be used.
  • the planar shape of the heat conducting portion 17 is not particularly limited.
  • a quadrangular shape, a polygonal shape, a circular shape, an elliptical shape, or the like can be used.
  • the planar shape of the wavelength conversion unit 14 and the planar shape of the heat conducting unit 17 may be similar. Further, the wavelength converting unit 14 and the heat conducting unit 17 may have different planar shapes.
  • the part (light receiving spot) that receives light from the semiconductor light emitting element 11 of the wavelength conversion unit 14 may be circular or elliptical.
  • the area of the light receiving spot can be made smaller than the area of the front surface of the wavelength converter 14.
  • FIG. 1 shows a configuration in which the front surface and the rear surface of the wavelength converter 14 have the same size, and the side surfaces are perpendicular to the front surface and the rear surface.
  • the side surface of the wavelength conversion unit 14 may have a taper.
  • the recess provided in the heat conducting portion 17 has a tapered shape in which the opening width decreases toward the bottom surface. Therefore, the maximum width d1 of the front surface of the wavelength conversion unit 14 embedded in the recess is larger than the maximum width d2 of the rear surface, and the wavelength conversion unit 14 has a tapered shape with inclined side surfaces.
  • the taper ratio is a value d2 / d1 obtained by dividing the maximum width d1 of the front surface by the maximum width d1 of the front surface of the wavelength converter 14, it is desirable that the taper ratio is small.
  • the taper ratio can be 1 or less, may be 0.8 or less, may be 0.6 or less, and may be 0.4 or less.
  • the lower limit of the taper ratio depends on the size of the light receiving spot and the practical size of the wavelength conversion member 10B. For example, it may be 0.05 or more, 0.1 or more, or 0.2 or more.
  • the maximum width d2 of the rear surface of the wavelength converter 14 may be equal to or greater than the width of the light receiving spot.
  • a so-called parabolic shape in which the opening width of the concave portion provided in the heat conducting portion 17 changes in a curved manner may be used.
  • the wavelength converter 14 embedded in the concave portion also has a parabolic shape.
  • the parabola shape here includes not only a shape having a perfect paraboloid but also a shape having a curved surface other than a paraboloid such as a spherical surface.
  • the shape which has a flat bottom face and the side surface is a curved surface is also included.
  • 1 and 2 show a configuration in which the wavelength converting unit 14 is embedded in a recess provided in the heat conducting unit 17.
  • only a part of the wavelength conversion unit 14 may be buried in the recess provided in the heat conducting unit 17 and protrude from the front surface of the heat conducting unit 17.
  • the wavelength conversion unit 14 is embedded in a recess provided in the heat conducting unit 17, the bottom surface and the side surface of the wavelength converting unit 14 are in contact with the heat conducting unit 17.
  • the contact area of the wavelength conversion part 14 and the heat conduction part 17 becomes large. Therefore, there is an advantage that heat can be radiated more efficiently.
  • a dichroic mirror 19A that transmits the wavelength-converted second light and reflects the first light from the semiconductor light emitting element is provided on the front surface of the wavelength conversion unit 14 as in the wavelength conversion member 10D illustrated in FIG. May be. Thereby, it can suppress that the light from the semiconductor light emitting element which is not wavelength-converted is radiate
  • a reflective film other than the dichroic mirror can be used as long as the second light after wavelength conversion is transmitted and the first light from the semiconductor light emitting element is not transmitted.
  • the first light from the semiconductor light emitting element 11 is transmitted to a region including the light receiving spot on the rear surface side of the wavelength conversion unit 14, and the wavelength conversion unit 14 converts the wavelength.
  • a dichroic mirror 19B that reflects the second light may be provided.
  • the dichroic mirror 19B may be provided in contact with the wavelength conversion member 10E and the light guide path 18.
  • the dichroic mirror 19B can be provided on the incident port side of the light guide 18.
  • a dichroic mirror 19 ⁇ / b> B may be provided on the rear surface side of the wavelength conversion unit 14 or the incident port side of the light guide path 18, and the dichroic mirror 19 ⁇ / b> A may be provided on the front surface side of the wavelength conversion unit 14.
  • the dichroic mirror 19B may be an antireflection film that suppresses the reflection of the first light from the semiconductor light emitting element 11.
  • the wavelength conversion member 10A may be rotated in a disk shape. Thereby, the irradiation position on a wavelength conversion member can be changed, and the part which temperature rises by irradiation can be disperse
  • a heat pipe may be used as a rotating shaft for rotating the disk-shaped wavelength conversion member. Thereby, the heat dissipation of the wavelength conversion member can be further promoted.
  • a cooling fan may be provided on the rotating shaft so as to blow air toward the wavelength conversion member. Thereby, the heat dissipation of the wavelength conversion member can be further promoted.
  • the wavelength conversion member may be provided with a fan, and the wavelength conversion member may be rotated by receiving an airflow caused by irradiation heat.
  • a latch mechanism that allows rotation in one direction and prevents rotation in the opposite direction may be provided, and the wavelength conversion member may be rotated in one direction by vibration.
  • the wavelength conversion member can be rotated without providing a drive motor.
  • a phosphor having a short afterglow may be used as the phosphor of the wavelength conversion unit 14.
  • the short afterglow phosphor is, for example, a phosphor in which the luminance of the phosphor is attenuated to 1/10, that is, the afterglow time is 3 ms or less.
  • the product of the phosphor afterglow time and the moving speed of the irradiation position should be 1.1 mm to 7.5 mm. Also good.
  • the light emission source can be brought close to a point light source. Therefore, the emission optical system can be reduced in size. Moreover, light distribution control can be facilitated.
  • the light source of this embodiment can be used for a lamp 30 as shown in FIG.
  • the lamp 30 can be, for example, a vehicle headlamp, a special illumination, or a head-up display or a projector lamp.
  • the lamp 30 has a mirror 31 provided between the semiconductor light emitting element 11 and the wavelength conversion member 10A.
  • the mirror 31 reflects light traveling in a direction different from the light exit direction from the wavelength conversion member 10 ⁇ / b> A so as to travel in the light exit direction.
  • the mirror 31 can be a concave mirror, for example.
  • the mirror 31 has a light transmission part 31a through which light traveling from the semiconductor light emitting element 11 toward the wavelength conversion member 10A is transmitted.
  • a portion of the mirror 31 excluding the light transmitting portion 31a is provided with a metal film made of aluminum (Al), silver (Ag), or the like, or a reflective film having a protective film formed on the surface.
  • the light emitted from the semiconductor light emitting element 11 passes through the incident optical system 12 and the light transmission part 31a of the mirror 31, and enters the wavelength conversion part of the wavelength conversion member 10A.
  • the incident light excites the phosphor of the wavelength conversion unit to emit yellow light and blue light. These yellow light and blue light are mixed to become white light.
  • Part of the white light generated by the wavelength conversion member 10A goes directly forward (on the side opposite to the mirror 31), and the remaining part is reflected by the mirror 31 and goes forward.
  • the wavelength conversion member 10A may be used. It is also possible to rotate the wavelength conversion member 10A or 10B as a disk.
  • the lamp 30 may be a so-called reflector type or a projector type.
  • a wavelength cut filter may be provided in any part of the emission optical system including the mirror 31 to absorb or reflect the blue-violet light from the semiconductor light emitting element 11 so as not to be emitted outside.
  • the lamp of this embodiment promotes heat dissipation of the phosphor even when used in harsh conditions such as driving from minus 40 ° C. or driving in hot weather, and at least one of luminous efficiency and reliability is achieved. Can be improved.
  • the lamp of this embodiment can be used for a vehicle 80 as shown in FIG.
  • the vehicle 80 includes a lamp 81 and a power supply source 82.
  • the vehicle 80 may include a generator 83 that is rotationally driven by a drive source such as an engine.
  • the electric power generated by the generator 83 is stored in the electric power supply source 82.
  • the power supply source 82 can be a secondary battery.
  • the lamp 81 can be, for example, a lamp having the semiconductor light emitting element 11, the wavelength conversion member 10 ⁇ / b> A, and the mirror 31. Further, other lamps shown in this embodiment can be used. For example, a lamp having a wavelength conversion member 10B can be used instead of the wavelength conversion member 10A.
  • the vehicle 80 is, for example, an automobile, a motorcycle, or a special vehicle. Furthermore, the vehicle 80 may be an engine vehicle, an electric vehicle, or a hybrid vehicle.
  • FIG. 15 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of the light source 110 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the light source 110 includes a wavelength conversion member 113 and a semiconductor light emitting element 111.
  • the semiconductor light emitting element 111 is, for example, a light emitting diode (LED), a super luminescent diode (SLD), a laser diode (LD), or the like. In the present embodiment, a case where the semiconductor light emitting element 111 is an LD will be described.
  • the semiconductor light emitting element 111 may be a single LD, or a plurality of optically coupled LDs.
  • the semiconductor light emitting element 111 emits blue light, for example.
  • the semiconductor light emitting device 111 may emit blue-violet light. Further, the semiconductor light emitting element 111 may emit other light or may emit a plurality of types of light.
  • an incident optical system 112 that guides the light of the semiconductor light emitting element 111 to the wavelength conversion member 113 may be provided.
  • the incident optical system 112 includes, for example, a lens, a mirror, and / or an optical fiber.
  • the wavelength conversion member 113 includes a wavelength conversion layer 114 and a heat conductive layer 117.
  • the wavelength conversion layer may have a plurality of types of layers as shown in FIG. This will be further described in the third embodiment.
  • a sapphire single crystal substrate that is transparent in the visible light region may be provided between the wavelength conversion layer 114 and the heat conductive layer 117. This will be further described in the fourth embodiment.
  • the sapphire single crystal substrate may be larger in size than the wavelength conversion layer 114. This will be further described in the fifth embodiment.
  • the wavelength conversion layer 114 converts the light from the semiconductor light emitting element 111 into light having a longer wavelength.
  • the wavelength conversion layer 114 is, for example, a phosphor layer.
  • the wavelength conversion layer 114 may include a phosphor powder 115 and a binder 116.
  • the phosphor powder 115 includes a large number of phosphor particles.
  • the binder 116 is disposed between the phosphor particles in the phosphor powder 115 and binds the phosphor powder 15.
  • the binder 116 is an inorganic material, for example.
  • the binder 116 may be a medium such as resin, glass, or transparent crystal.
  • the wavelength conversion layer 114 may be a phosphor sintered body that does not include the binder 116, that is, a phosphor ceramic. When the phosphor layer does not contain a binder, an effect of reducing cracks due to a rapid temperature change can be obtained.
  • the wavelength conversion layer 114 includes, for example, a yellow phosphor.
  • the wavelength conversion layer 114 includes, for example, a yellow phosphor and a blue phosphor.
  • the heat conductive layer 117 is provided so as to overlap with the wavelength conversion layer 114, for example.
  • the heat conductive layer 117 may be in contact with the wavelength conversion layer 114. Further, another layer may be provided between the heat conductive layer 117 and the wavelength conversion layer 114.
  • the heat conductive layer 117 may be provided on the front surface side of the wavelength conversion layer 114 or may be provided on the back surface side of the wavelength conversion layer 114.
  • the surface area or the back surface area of the heat conductive layer 117 is, for example, 2800 times or more the light receiving area of the wavelength conversion layer 114.
  • the surface area or the back surface area of the heat conductive layer 117 may be 8000 times or more the light receiving area of the wavelength conversion layer 114.
  • the front surface refers to the surface on which light from the semiconductor light emitting element 111 is incident
  • the back surface refers to the opposite surface.
  • the light receiving area of the wavelength conversion layer 114 refers to the area of the surface of the semiconductor light emitting element 11 that receives light from the semiconductor light emitting element 11.
  • the light receiving spot is circular or elliptical.
  • the light receiving area in FIG. 15 is S rev .
  • the heat conductive layer 117 is, for example, a heat bath.
  • the heat conductivity of the heat conductive layer 117 may be 30 W / (m ⁇ K) or more. Further, the heat conductivity of the heat conductive layer 117 may be 42 W / (m ⁇ K) or more. Furthermore, the heat conductivity of the heat conductive layer 117 may be 230 W / (m ⁇ K) or more. Thereby, the temperature rise of the wavelength conversion layer 114 can be further suppressed, and the light emission efficiency and / or reliability can be improved.
  • the heat conductive layer 117 is made of an inorganic material, for example.
  • the heat conductive layer 117 may be made of Al, resin, glass, transparent crystal, or the like.
  • the heat conductive layer 117 may be transparent in the visible region.
  • Light emitted from the semiconductor light emitting device 111 passes through the incident optical system 112 and the heat conductive layer 117 and enters the wavelength conversion layer 114.
  • This incident light excites the phosphor of the wavelength conversion layer 114 to emit yellow light and blue light. These yellow light and blue light are mixed to become white light.
  • heat When emitting light, heat is generated from the phosphor.
  • the heat from the phosphor is conducted from the wavelength conversion layer 114 to the heat conduction layer 117 side.
  • the heat dissipation of the phosphor is remarkably promoted.
  • heat dissipation of the phosphor is further promoted. This will be further described in Examples 1 to 3.
  • either the front surface or the back surface of the heat conductive layer 117 is made 2800 times or more larger than the light receiving area of the wavelength conversion layer 114, so that the phosphor The heat dissipation is significantly promoted, and the luminous efficiency or reliability is improved.
  • FIG. 16 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a light source 120 according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the same parts as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the differences will be mainly described below.
  • the light source 120 includes a wavelength conversion member 123 and a semiconductor light emitting element 121.
  • An incident optical system 122 that guides the light of the semiconductor light emitting element 121 to the wavelength converting member 123 may be provided between the wavelength converting member 123 and the semiconductor light emitting element 121.
  • the incident optical system 122 includes, for example, a lens, a mirror, and / or an optical fiber.
  • the semiconductor light emitting element 121 is, for example, a light emitting diode (LED), a super luminescent diode (SLD), a laser diode (LD), or the like. In the present embodiment, a case where the semiconductor light emitting element 111 is an LD will be described.
  • the semiconductor light emitting element 111 may be a single LD, or a plurality of optically coupled LDs.
  • the semiconductor light emitting element 121 emits blue-violet light, for example.
  • the wavelength conversion member 123 includes two wavelength conversion layers 114 and 124 and a heat conductive layer 117.
  • a sapphire substrate may be provided between the wavelength conversion layer 114 and the heat conductive layer 117 as shown in FIGS. This will be further described in the fourth and fifth embodiments.
  • the wavelength conversion layer 124 converts the light from the semiconductor light emitting element 121 into light having a longer wavelength.
  • the wavelength conversion layer 124 is, for example, a phosphor layer.
  • the wavelength conversion layer 124 may contain phosphor powder and a binder.
  • the phosphor powder includes a large number of phosphor particles.
  • the binder is disposed on the phosphor powder and binds the phosphor powder.
  • the binder is, for example, an inorganic material.
  • the binder may be a medium such as resin, glass, or transparent crystal.
  • the wavelength conversion layer 124 may be a phosphor sintered body that does not contain a binder, that is, a phosphor ceramic. When the wavelength conversion layer 124 does not contain a binder, it is possible to obtain an effect of reducing cracks due to a rapid temperature change.
  • at least one of the plurality of types of phosphor layers may not include a binder.
  • the wavelength conversion layer 114 when the semiconductor light emitting device 121 emits blue-violet light, the wavelength conversion layer 114 includes a yellow phosphor, and the wavelength conversion layer 124 includes a blue phosphor.
  • the wavelength conversion layers 124 and 114 and the heat conductive layer 117 are provided so as to overlap, for example.
  • the heat conductive layer 117 may be in contact with the wavelength conversion layer 114, and another layer may be provided between the heat conductive layer 117 and the wavelength conversion layer 114.
  • the heat conductive layer 117 may be provided on the front surface side of the wavelength conversion layer 114 or may be provided on the back surface side of the wavelength conversion layer 124.
  • Either the front surface or the back surface of the heat conductive layer 117 is, for example, 2800 times or more or 8000 times or more the light receiving area of the wavelength conversion layer 114. Thereby, the temperature rise of the wavelength conversion layers 114 and 124 can be suppressed, and the light emission efficiency or reliability can be improved.
  • Light emitted from the semiconductor light emitting device 121 passes through the incident optical system 122 and the heat conductive layer 117 and enters the wavelength conversion layer 114.
  • This incident light excites the phosphor of the wavelength conversion layer 114 to emit yellow light.
  • a part of the light from the semiconductor light emitting element 121 passes through the wavelength conversion layer 114 and further enters the wavelength conversion layer 124.
  • This incident light excites the phosphor of the wavelength conversion layer 124 to emit blue light. These yellow light and blue light are mixed to become white light.
  • FIG. 17 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a light source 130 according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the same parts as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the differences will be mainly described below.
  • the light source 130 includes a wavelength conversion member 133 and a semiconductor light emitting element 111.
  • the wavelength conversion member 133 includes a wavelength conversion layer 114 and a heat conductive layer 131.
  • the wavelength conversion layer 114 may have a plurality of types of layers.
  • the wavelength conversion layer 114 includes a phosphor layer 114 a and a sapphire single crystal substrate 132 disposed between the phosphor layer 114 a and the heat conductive layer 131.
  • the phosphor layer 114 a may be disposed between the sapphire single crystal substrate 132 and the heat conductive layer 131.
  • the sapphire single crystal substrate 132 is transparent in the visible light region.
  • the front or back surface of the sapphire single crystal substrate 132 has the same size as the front or back surface of the phosphor layer 114a.
  • the area of the surface may be equal to the light receiving area where the wavelength conversion layer 114 receives light from the semiconductor light emitting element 11, or may be 3.1 times or more of the light receiving area. This will be further described in Example 6.
  • the area of the front or back surface of the sapphire single crystal substrate 132 may be twice or more the light receiving area.
  • the heat conductive layer 131 is provided so as to overlap the wavelength conversion layer 114 and the sapphire single crystal substrate 132.
  • the surface area or the back surface area of the heat conductive layer 131 is, for example, 2800 times or more, more preferably 8000 times or more, with respect to the light receiving area of the wavelength conversion layer 114. Thereby, the temperature rise of the wavelength conversion layer 114 can be suppressed, and luminous efficiency or reliability can be improved.
  • the light receiving area in FIG. 17 is S rec .
  • the heat conductive layer 131 is, for example, a heat bath.
  • the thermal conductivity of the heat conductive layer 131 may be 30 W / (m ⁇ K) or more, 42 W / (m ⁇ K) or more, or 230 W / (m ⁇ K) or more. Thereby, the temperature rise of the wavelength conversion layer 114 can be further suppressed, and the light emission efficiency and / or reliability can be improved.
  • the heat conductive layer 131 may be made of metal or Al.
  • the heat conductive layer 131 is, for example, a visible reflector and has a heat conductivity of 237.5 W / (m ⁇ K) or more.
  • the heat conductive layer 131 may reflect light having the emission wavelength of the semiconductor light emitting element 111 and the wavelength conversion layer 114.
  • an incident optical system 134 that guides the light of the semiconductor light emitting element 111 to the wavelength conversion member 113 may be provided.
  • the incident optical system 134 includes, for example, a lens, a mirror, and / or an optical fiber.
  • the light emitted from the semiconductor light emitting element 111 passes through the incident optical system 134 and enters the phosphor layer 114 a of the wavelength conversion layer 114.
  • This incident light excites the phosphor of the phosphor layer 114a to emit yellow light and blue light. These yellow light and blue light are mixed to become white light.
  • These yellow light and blue light pass through the sapphire single crystal substrate 132 or directly reach the heat conduction layer 131 and are reflected. Further, part of the light from the semiconductor light emitting device 111 passes through the wavelength conversion layer 114 and / or the sapphire single crystal substrate 132, reaches the heat conduction layer 131, and is reflected.
  • heat is generated when the phosphor emits light. Heat from the phosphor is conducted from the phosphor layer 114a to the heat conducting layer 131 side through the sapphire single crystal substrate 132. By making either the front surface or the back surface of the heat conductive layer 131 2800 times or more or 8000 times or more the light receiving area of the wavelength conversion layer 114, heat dissipation of the phosphor is promoted.
  • the heat conductive layer 131 having a high thermal conductivity heat dissipation of the phosphor is further promoted, Luminous efficiency or reliability is further improved.
  • FIG. 18 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a light source 140 according to the fifth embodiment of the present disclosure.
  • the same parts as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the differences will be mainly described below.
  • the light source 140 includes a wavelength conversion member 143 and a semiconductor light emitting element 111.
  • the wavelength conversion member 143 includes a wavelength conversion layer 114 and a heat conductive layer 131.
  • the wavelength conversion layer 114 may have a plurality of types of layers.
  • the wavelength conversion layer 114 includes a phosphor layer 114a and a sapphire single crystal substrate 142 disposed between the phosphor layer 114a and the heat conductive layer 131.
  • the phosphor layer 114 a may be disposed between the sapphire single crystal substrate 142 and the heat conductive layer 131.
  • the sapphire single crystal substrate 142 is transparent in the visible light region.
  • the front or back surface of the sapphire single crystal substrate 142 is larger than the front or back surface of the phosphor layer 114a.
  • the area of the surface may be equal to the light receiving area where the wavelength conversion layer 114 receives light from the semiconductor light emitting element 111 or may be 3.1 times or more of the light receiving area.
  • the surface area of the sapphire single crystal substrate 142 may be twice or more the light receiving area.
  • the light emitted from the semiconductor light emitting device 111 passes through the incident optical system 134 and enters the wavelength conversion layer 114.
  • This incident light excites the phosphor in the phosphor layer 114a of the wavelength conversion layer 114, and emits yellow light and blue light. These yellow light and blue light are mixed to become white light.
  • These yellow light and blue light pass through the sapphire single crystal substrate 142 or directly reach the heat conduction layer 131 and are reflected. Further, part of the light from the semiconductor light emitting device 111 passes through the wavelength conversion layer 114 and / or the sapphire single crystal substrate 142, reaches the heat conduction layer 131, and is reflected.
  • heat is generated when the phosphor emits light.
  • Heat from the phosphor is conducted from the phosphor layer 114a to the heat conducting layer 131 side through the sapphire single crystal substrate 142.
  • the front surface or the back surface of the heat conductive layer 131 is set to 2800 times or more, more preferably 8000 times or more with respect to the light receiving area of the phosphor layer 114a.
  • the surface or back surface of the sapphire single crystal substrate 142 is made larger than the wavelength conversion layer 114, whereby the heat radiation of the phosphor can be improved. Furthermore, the luminous efficiency or reliability is further improved.
  • FIG. 19 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle headlamp 150 according to the sixth embodiment of the present disclosure.
  • the same parts as those in the second or third embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the vehicle headlamp 150 includes the light source 110 or 120 of the second or third embodiment and, for example, a concave reflecting mirror 152.
  • the reflection mirror 152 guides light from the light source 110 or 120 in a specific direction, for example, when the vehicle headlamp 150 is mounted on an automobile, in front of it.
  • the reflection mirror 152 is disposed between the semiconductor light emitting element 111 or 121 and the wavelength conversion member 113 or 123, and has a transmission part that transmits light from the semiconductor light emitting element 111 or 121 toward the wavelength conversion member 113 or 123.
  • the reflection mirror 152 includes, for example, a metal film such as Al or Ag, or an Al film having a protective film formed on the surface.
  • the vehicle headlamp 150 may be a so-called projector type or a reflector type.
  • a wavelength cut filter is provided in any part of the emission optical system including the reflection mirror 152 so that the blue-violet light from the semiconductor light emitting device 111 or 132 does not go outside, so that the semiconductor blue-violet light does not go outside. Or you may reflect.
  • a wavelength cut filter 153 may be provided so as to block the concave reflecting mirror 152.
  • Light emitted from the semiconductor light emitting device 111 or 121 passes through the incident optical system 112 or 122 and enters the wavelength conversion layer 114 and / or 124 of the wavelength conversion member 113 or 123.
  • the semiconductor light emitting device 111 or 121 emits blue-violet light and the wavelength conversion layer 114 and / or 124 includes a yellow phosphor and a blue phosphor, these phosphors are excited to produce yellow light and / or blue light. Inject. These yellow light and blue light are mixed to become white light. These yellow light and blue light are reflected directly or by the reflection mirror 152 and travel forward.
  • the heat dissipation of the phosphor is promoted, and the luminous efficiency and / or reliability is enhanced. Can be improved.
  • FIG. 20 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle headlamp 160 according to the seventh embodiment of the present disclosure.
  • the same parts as those in the fourth, fifth or sixth embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the vehicle headlamp 160 includes the light source 130 or 140 according to the fourth or fifth embodiment and the reflection mirror 152.
  • the reflection mirror 152 guides light from the light source 130 or 140 forward.
  • the reflection mirror 152 is disposed between the semiconductor light emitting element 111 and the wavelength conversion member 133 or 143, for example, and has a transmission part that transmits light from the semiconductor light emitting element 111 toward the wavelength conversion member 133 or 143.
  • the vehicle headlamp 160 may be a so-called projector type or a reflector type.
  • the light emitted from the semiconductor light emitting device 111 passes through the incident optical system 134 and enters the wavelength conversion layer 114.
  • the semiconductor light emitting element 111 emits blue-violet light and the phosphor layer 114a of the wavelength conversion layer 114 has a yellow phosphor and a blue phosphor, these phosphors are excited to emit yellow light and blue light. .
  • These yellow light and blue light are mixed to become white light.
  • These yellow light and blue light are reflected directly or by the heat conductive layer 131 and go to the reflection mirror 152, and are reflected by the reflection mirror 152 and go forward.
  • FIG. 21 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle 170 according to the eighth embodiment of the present disclosure.
  • the vehicle 170 includes a vehicle headlamp 150 or 160 according to the sixth or seventh embodiment, and a power supply source 172.
  • the vehicle 170 may have a generator 173 that is driven to rotate by a drive source such as an engine and generates electric power.
  • the electric power generated by the generator 173 is stored in the electric power supply source 172.
  • the power supply source 172 is a secondary battery that can be charged and discharged.
  • the vehicle headlamp 150 or 160 is lit by the power from the power supply source 172.
  • the vehicle 170 is, for example, an automobile, a motorcycle, or a special vehicle. Further, the vehicle 170 may be an engine vehicle, an electric vehicle, or a hybrid vehicle.
  • the effects of the second to seventh embodiments can be obtained in the vehicle.
  • the wavelength conversion member may be formed into a disk shape and rotated with respect to a rotation axis that is perpendicular to the disk and located at the center. If it does in this way, the irradiation position of the light from light emitting elements, such as LD, can be changed on a wavelength conversion member, and the part which temperature rises by irradiation can be disperse
  • the second to fifth embodiments can also be applied when the disk-shaped wavelength conversion member rotates, and the same effects as those of the second to fifth embodiments can be obtained.
  • a phosphor having a short afterglow may be used as the phosphor of the wavelength conversion layer.
  • the short afterglow phosphor is, for example, a phosphor in which the luminance of the phosphor is attenuated to 1/10, that is, the afterglow time is 3 ms or less.
  • the product of the phosphor afterglow time and the moving speed of the irradiation position may be 1.1 mm or more and 7.5 mm or less.
  • a heat pipe may be used as a rotating shaft for rotating the disk-shaped wavelength conversion member. Thereby, the heat dissipation of the wavelength conversion member can be further promoted.
  • a cooling fan may be provided on the rotating shaft so as to blow air toward the wavelength conversion member. Thereby, the heat dissipation of the wavelength conversion member can be further promoted.
  • a fan may be provided on the wavelength conversion member, and the wavelength conversion member may be rotated by receiving an air flow caused by irradiation heat.
  • a latch mechanism that allows rotation in one direction and prevents rotation in the opposite direction may be provided, and the wavelength conversion member may be rotated in one direction by vibration.
  • the wavelength conversion member can be rotated without providing a drive motor.
  • FIG. 8 shows a schematic configuration of the wavelength conversion member of Example 1.
  • the wavelength conversion member of the present embodiment includes a heat conduction portion 57 that is an Al heat bath, a wavelength conversion portion 54 that is a phosphor layer embedded in a recess provided in the heat conduction portion 57, and a heat conduction portion 57. , And a light guide path 58 optically coupled to the wavelength conversion section 54.
  • the wavelength conversion unit 54 uses Y 3 Al 5 O 12 : Ce (hereinafter, YAG) as a phosphor, and glass or ZnO as a binder.
  • the wavelength converter 54 is a rectangular parallelepiped having a length of 0.4 mm ⁇ width of 0.8 mm ⁇ height of 0.1 mm and a volume of 0.032 mm 3 .
  • the front surface and the rear surface of the wavelength converter 54 are rectangles having a length of 0.4 mm ⁇ width of 0.8 mm and an area of 0.32 mm 2 .
  • the thermal conductivity of the wavelength converter 54 is 7.75 W / m ° C. when glass is used as the binder, and 34 W / m ° C. when ZnO is used as the binder.
  • the emissivity of the wavelength converter 54 is 0.9, and the heat transfer coefficient is 1 ⁇ 10 ⁇ 5 W / mm 2 ° C.
  • the heat conduction part 57 is a rectangular parallelepiped of 20 mm long ⁇ 20 mm wide ⁇ 3 mm high.
  • the outer shape of the front surface and the rear surface of the heat conducting portion 57 is a square of 20 mm long ⁇ 20 mm wide.
  • the heat conductivity of the heat conducting portion 57 is 237.5 W / m ⁇ K, the emissivity is 0.7, and the heat transfer coefficient is 1 ⁇ 10 ⁇ 5 W / mm 2 ° C.
  • the light guide path 58 has a diameter of 0.3 mm and a height of 2.9 mm, and is a hollow through hole not filled with a transparent material or a through hole filled with a transparent material.
  • the thermal characteristics when the wavelength conversion unit 54 is irradiated with laser light having an incident power of 5 W from the light guide 58 were analyzed by thermal simulation by changing the material filled in the light guide 58. In this simulation, all the hexagonal meshes shared the nodes of the interface (see FIG. 9).
  • FIG. 10 shows a simulation result when the light guide 58 is hollow. As shown in FIG. 10, heat spreads from the portion irradiated by the semiconductor light emitting element to the surroundings. However, since the light guide 18 is hollow, it can be seen that heat transfer is hindered.
  • FIG. 11 shows a simulation result when the light guide 58 is filled with ZnO. As shown in FIG. 11, it can be seen that heat transfer is improved as compared with the case where the light guide path 58 is hollow.
  • the temperature of the wavelength converter 54 using glass as a binder is 143 ° C. when the light guide path 58 is hollow, 137 ° C. when ZnO is filled, 138 ° C. when filled with sapphire, and quartz glass. When it was, it was 141 degreeC.
  • the temperature of the heat conducting portion 57 was 105 ° C. in any case.
  • the temperature of the wavelength conversion unit 54 was lowered by about 2 ° C. to 6 ° C. compared to the hollow case by filling the light guide path 58 with a transparent material. It was possible to keep the temperature of the wavelength conversion unit 54 lower when the light guide 58 was filled with a material having high thermal conductivity.
  • the temperature of the wavelength conversion unit 54 using ZnO as a binder is 118 ° C. when the light guide 58 is hollow, 116 ° C. when ZnO is filled, 117 ° C. when filled with sapphire, and quartz glass. In this case, the temperature was 117 ° C.
  • the temperature of the heat conducting portion 57 was 105 ° C. in any case.
  • ZnO having a thermal conductivity higher than that of glass is used for the binder, the temperature of the wavelength conversion unit 54 is lowered by about 25 ° C. even when the light guide path 58 is hollow, compared to the case where the binder is glass. I was able to.
  • the temperature of the wavelength converter 54 can be further lowered by 1 ° C. to 2 ° C. compared to the case where the light guide path is hollow.
  • Example 2 In the same wavelength conversion member as in FIG. 8, the size of the wavelength conversion unit 54 was made constant, the size of the heat conduction unit 57 was changed, and the temperatures of the wavelength conversion unit 54 and the heat conduction unit 57 were obtained by simulation.
  • FIG. 12 shows the result of the simulation.
  • the wavelength conversion part 54 made the binder ZnO, and was made into length 0.4mm x width 0.8mm x height 0.1mm.
  • the heat conducting portion 57 was made of aluminum and the thickness was 3 mm.
  • the light guide path 58 had a diameter of 0.3 mm and a height of 2.9 mm, and was filled with ZnO.
  • the value of the area ratio A S1 / A S2 divided by the area A S2 of the front face S2 of the wavelength converter 54 and the area A S1 of surface S1 after the heat-conducting portion 57 is 78,313,1250,2813 and 5000
  • the temperatures of the wavelength conversion unit 54 were 383 ° C., 224 ° C., 116 ° C., 80 ° C., and 64 ° C., respectively.
  • the temperature of the heat conductive part 57 was 373 degreeC, 214 degreeC, 105 degreeC, 70 degreeC, and 54 degreeC, respectively.
  • the temperature of the wavelength conversion unit 54 and the heat conduction unit 57 can be further suppressed.
  • the value of the area ratio A S1 / A S2 can be 5000 or more, the temperatures of the wavelength conversion unit 54 and the heat conduction unit 57 can be further reduced.
  • FIG. 13 shows a schematic configuration of the wavelength conversion member of Example 3.
  • the wavelength conversion member of the present embodiment has a heat conduction portion 67 layer which is an Al heat bath, a wavelength conversion portion 64 embedded in a recess provided in the heat conduction portion 67, and a wavelength penetrating the heat conduction portion 67.
  • a light guide path 68 optically coupled to the conversion section 64 is provided.
  • the heat conduction part 67 is a rectangular parallelepiped of 20 mm long ⁇ 20 mm wide ⁇ 3 mm high.
  • the outer shape of the front surface and the rear surface of the heat conducting portion 67 is a square of 20 mm long ⁇ 20 mm wide.
  • the wavelength converter 64 has a tapered shape in which the maximum width d1 of the front surface is larger than the maximum width d2 of the rear surface.
  • a ratio d2 / d1 between the maximum width d1 of the front surface of the wavelength converter 64 and the maximum width d2 of the rear surface is defined as a taper ratio.
  • the light output when the wavelength conversion unit 64 is irradiated with laser light from the light guide path 68 was analyzed by optical simulation while changing the taper ratio d2 / d1 of the wavelength conversion unit 64.
  • the value of the taper ratio d2 / d1 was changed by changing the maximum width d2 of the rear surface while keeping the maximum width d1 of the front surface constant.
  • the optical simulation was performed by Optical Research Associates, Inc., ray tracing software LightTools Ver. 8.0.0 was used. In the simulation, a light source having a wavelength of 445 nm was disposed at the outer end of the light guide 68 for calculation, and a far field light receiver was disposed so as to cover the entire wavelength conversion member.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the taper ratio and the relative light output.
  • the light output increased as the taper ratio value was decreased and the angle of the side surface of the wavelength converter 64 was tilted forward. A part of the light scattered by the phosphor particles inside the wavelength conversion unit 64 goes to the side surface of the wavelength conversion unit 64.
  • the greater the inclination of the side surface of the wavelength converter 64 the greater the effect of reflecting the incident light in the forward direction. For this reason, it is thought that the light extraction from the inside of the wavelength conversion part 64 increased.
  • FIG. 22 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of the wavelength conversion member according to the fourth embodiment.
  • the wavelength conversion member of this example includes a heat conduction layer 194 that is a transparent heat bath in the visible light region, and a wavelength conversion layer provided on the heat conduction layer 194.
  • the wavelength conversion layer is a sapphire single crystal substrate 191.
  • a phosphor layer 192 provided on the sapphire single crystal substrate 191.
  • Y 3 Al 5 O 12 : Ce hereinafter, YAG
  • YAG Y 3 Al 5 O 12
  • glass is used as the binder.
  • the phosphor layer 192 has a thermal conductivity of 7.75 W / (m ⁇ K), an emissivity of 0.9, and a heat transfer coefficient of 1 ⁇ 10 ⁇ 5 W / (mm 2 ⁇ ° C.).
  • the sapphire single crystal substrate 191 is a rectangular parallelepiped of length 0.4 mm ⁇ width 0.8 mm ⁇ height 0.33 mm ⁇ 0.11 mm 3 .
  • the sapphire single crystal substrate 191 has a thermal conductivity at 20 ° C. of 42 W / (m ⁇ K), a thermal conductivity at 100 ° C. of 25 W / (m ⁇ K), an emissivity of 0.02, and a heat transfer coefficient of 1 ⁇ 10 ⁇ . 5 W / (mm 2 ° C.).
  • the heat conductive layer 194 is a rectangular parallelepiped having a length Lmm ⁇ width Lmm ⁇ height 5 mm.
  • the front and back surfaces of the heat conductive layer 194 are squares of length Lmm ⁇ width Lmm.
  • the thermal conductive layer 194 has a thermal conductivity of 42 W / (m ⁇ K), an emissivity of 0.02, and a heat transfer coefficient of 1 ⁇ 10 ⁇ 5 W / (mm 2 ⁇ ° C.).
  • FIG. 25 is a graph showing the relationship between the size of the heat conductive layer 194 and the temperature.
  • the temperature of the phosphor layer 192 is 881, 433, 208, 145, 115, and 93 ° C., respectively.
  • the temperature of the heat conductive layer 194 is 815, 367, 140, 81, 57, and 38 ° C., respectively.
  • FIG. 26 is a graph showing the relationship between the area ratio between the heat conductive layer 194 and the phosphor layer 192 and the temperature.
  • S hb / S p obtained by dividing the surface size of the heat conductive layer 194 by the surface size of the phosphor layer 192
  • the temperature of the phosphor layer 192 is 881 respectively. 433, 208, 145, 115 and 93 ° C.
  • S hb / S p is 78, 313, 1250, 2813, 5000, and 11250
  • the temperature of the heat conductive layer 194 is 815, 367, 140, 81, 57, and 38 ° C., respectively.
  • S hb / S p By setting S hb / S p to 2800 or more, the temperatures of the phosphor layer 192 and the heat conductive layer 194 can be significantly reduced.
  • FIG. 27 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of the wavelength conversion member according to the fifth embodiment.
  • the same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the wavelength conversion member of this example includes a heat conductive layer 204 that is an Al heat bath, and a wavelength conversion layer provided on the heat conductive layer 204.
  • the wavelength conversion layer includes a sapphire single crystal substrate 191 and sapphire.
  • a phosphor layer 192 which is a phosphor layer provided on the single crystal substrate 191.
  • the heat conductive layer 204 is a rectangular parallelepiped having a length Lmm ⁇ width Lmm ⁇ height 5 mm.
  • the front and back surfaces of the heat conductive layer 204 are squares of length Lmm ⁇ width Lmm.
  • the thermal conductive layer 204 has a thermal conductivity of 237.5 W / (m ⁇ K), an emissivity of 0.7, and a heat transfer coefficient of 1 ⁇ 10 ⁇ 5 W / (mm 2 ⁇ ° C.).
  • FIG. 28 is a graph showing the relationship between the size of the heat conductive layer 204 and the temperature.
  • the temperature of the phosphor layer 192 is 488, 260, 181, 160, and 149 ° C., respectively.
  • the surface size Shb of the heat conductive layer 194 is 25, 225, 900 , 1600, and 2500 mm 2
  • the temperature of the heat conductive layer 204 is 365, 137, 62, 47, and 39 ° C., respectively.
  • FIG. 29 is a graph showing the relationship between the area ratio between the heat conductive layer 204 and the phosphor layer 192 and the temperature.
  • S hb / S p obtained by dividing the surface size of the heat conductive layer 204 by the surface size of the phosphor layer 192
  • the temperature of the phosphor layer 192 is 488, 260, respectively. 181, 160 and 149 ° C.
  • S hb / S p is 78, 703, 2813, 5000, and 7813
  • the temperature of the heat conductive layer 204 is 365, 137, 62, 47, and 39 ° C., respectively.
  • S hb / S p By setting S hb / S p to 700 or more, the temperatures of the phosphor layer 192 and the heat conductive layer 204 can be significantly reduced.
  • FIG. 30 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of the wavelength conversion member according to the sixth embodiment.
  • the same components as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the wavelength conversion member of the present example includes a heat conductive layer 214 that is an Al heat bath, and a wavelength conversion layer provided on the heat conductive layer 214.
  • the wavelength conversion layer includes a sapphire substrate 211 and a sapphire substrate 211. And a phosphor layer 192 which is a phosphor layer provided on the top.
  • the sapphire substrate 211 is a rectangular parallelepiped having a length Lmm ⁇ width Lmm ⁇ height 0.33 mm.
  • the sapphire substrate 211 has a thermal conductivity at 20 ° C. of 42 W / (m ⁇ K), a thermal conductivity at 100 ° C. of 25 W / m ° C., an emissivity of 0.02, and a heat transfer coefficient of 1 ⁇ 10 ⁇ 5 W / (mm). 2 ° C).
  • the heat conductive layer 214 is a rectangular parallelepiped of 30 mm long ⁇ 30 mm wide ⁇ 5 mm high.
  • the front and back surfaces of the heat conductive layer 214 are squares of 30 mm length ⁇ 30 mm width.
  • the heat conductive layer 214 has a heat conductivity of 237.5 W / m ° C., an emissivity of 0.7, and a heat transfer coefficient of 1 ⁇ 10 ⁇ 5 W / (mm 2 ⁇ ° C.).
  • FIG. 33 is a graph showing the relationship between the size of the sapphire substrate 211 and the temperature.
  • the temperature of the phosphor layer 192 is 181, 166, 156, 153, and 152 ° C., respectively.
  • the temperature of the heat conductive layer 214 is all 62 ° C.
  • FIG. 34 is a graph showing the relationship between the area ratio S sap / S phos between the heat conductive layer 214 and the sapphire substrate 211 and the temperature.
  • S sap / S phos is 1.0, 1.6, 3.1, 28.1 and 78.1
  • the temperature of the phosphor layer 192 is 181, 166, 156, 153 and 152 ° C., respectively.
  • the temperature of the heat conductive layer 214 is all 62 ° C.
  • the wavelength conversion member of the present disclosure can be used for a light source such as special illumination, a head-up display, a projector, and a vehicle headlamp.

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Abstract

波長変換部材（１０Ａ）は、凹部を有する熱伝導部（１７）と、熱伝導部（１７）を貫通し、凹部側に設けられた光の出射口及び凹部と反対側に設けられた光の入射口を有する導光路（１８）と、少なくとも一部が凹部に埋められ、熱伝導部（１７）と接して設けられ、導光路（１８）を通過して入射した第１の光を異なる波長の第２の光に変換する波長変換部（１４）とを備えている。波長変換部（１４）の熱伝導部（１７）と接する部分の面積は、導光路（１８）の出射口面積よりも大きい。導光路（１８）は熱伝導部（１７）を貫通する開口部に充填された、空気よりも熱伝導率が大きい透明材料により構成されている。

Description

波長変換部材、光源、及び自動車用ヘッドランプ
　本発明は、半導体発光素子からの光をより長波長の光に波長変換する波長変換部材、その波長変換部材を備えた光源、及びその光源を備えた自動車用ヘッドランプに関する。
　従来、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から射出されたレーザ光により発光する発光部と、発光部と対向する発光部対向面を有し、発光部対向面を通して発光部の熱を受け取る熱伝導部材と、発光部と発光部対向面との間に設けられ、発光部の熱を発光部対向面に伝導させる間隙層とを備え、間隙層が、少なくとも無機非晶質材料を含んでいるヘッドランプがある（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２０１３－４４７９号公報
　しかしながら、従来の技術には、発光効率又は信頼性のさらなる向上が求められている。
　そこで、本開示の一態様は、発光効率及び信頼性の少なくとも一方を向上させる波長変換部材を提供する。
　本開示の一態様に係る波長変換部材は、凹部を有する熱伝導部と、熱伝導部を貫通し、凹部側に設けられた光の出射口及び凹部と反対側に設けられた光の入射口を有する導光路と、少なくとも一部が凹部に埋められ、熱伝導部と接して設けられ、導光路を通過して入射した第１の光を異なる波長の第２の光に変換する波長変換部とを備えている。波長変換部の熱伝導部と接する部分の面積は、導光路の出射口の面積よりも大きい。導光路は、熱伝導部を貫通する開口部に充填された、空気よりも熱伝導率が大きい透明材料から構成されている。
　なお、これらの包括的または具体的な態様は、装置、システムまたは方法で実現されてもよく、システム、装置、システムおよび方法の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　本開示の波長変換部材によれば、発光効率及び信頼性の少なくとも一方を向上させることができる。
第１の実施形態に係る光源を示す概略図である。 第１の実施形態に係る波長変換部材の変形例を示す概略図である。 第１の実施形態に係る波長変換部材の変形例を示す概略図である。 第１の実施形態に係る波長変換部材の変形例を示す概略図である。 第１の実施形態に係る波長変換部材の変形例を示す概略図である。 第１の実施形態に係るランプを示す概略図である。 第１の実施形態に係る車両を示す概略図である。 実施例１の波長変換部材を示す概略図である。 実施例１の解析方法を説明するための図である。 実施例１の解析結果を示す図である。 実施例１の解析結果を示す図である。 実施例２の解析結果を示すグラフである。 実施例３の波長変換部材を示す概略図である。 実施例３の解析結果を示すグラフである。 第２の実施形態に係る光源の概略構成を示す構成図である。 第３の実施形態に係る光源の概略構成を示す構成図である。 第４の実施形態に係る光源の概略構成を示す構成図である。 第５の実施形態に係る光源の概略構成を示す構成図である。 第６の実施形態に係る車両用ヘッドランプの概略構成を示す構成図である。 第７の実施形態に係る車両用ヘッドランプの概略構成を示す構成図である。 第８の実施形態に係る車両の概略構成を示す構成図である。 実施例４の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。 実施例４の解析方法を説明するための説明図である。 実施例４の解析結果を示す図である。 実施例４の熱伝導層のサイズと温度との関係を示すグラフである。 実施例４の熱伝導層と蛍光体層との面積比と温度との関係を示すグラフである。 実施例５の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。 実施例５の熱伝導層のサイズと温度との関係を示すグラフである。 実施例５の熱伝導層と蛍光体層との面積比と温度との関係を示すグラフである。 実施例６の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。 実施例６の解析方法を説明するための説明図である。 実施例６の解析結果を示す図である。 実施例６のサファイア基板のサイズと温度との関係を示すグラフである。 実施例６の熱伝導層とサファイア基板との面積比と温度との関係を示すグラフである。
　本開示の第１の側面に係る波長変換部材は、凹部を有する熱伝導部と、熱伝導部を貫通し、凹部側に設けられた光の出射口及び凹部と反対側に設けられた光の入射口を有する導光路と、少なくとも一部が凹部に埋められ、熱伝導部と接して設けられ、導光路を通過して入射した第１の光を異なる波長の第２の光に変換する波長変換部とを備えている。波長変換部の熱伝導部と接する部分の面積は、導光路の出射口の面積よりも大きい。導光路は、熱伝導部を貫通する開口部に充填された、空気よりも熱伝導率が大きい透明材料から構成されている。熱伝導部は可視光の少なくとも一部を反射してもよい。熱伝導部は、可視光の反射率が０．８以上であってもよい。
　本開示の第２の側面に係る波長変換部材は、第１の側面に係る波長変換部材において、熱伝導部の波長変換部と反対側の面の面積が、波長変換部の熱伝導部と反対側の面の面積に対して２８００倍以上であってもよい。
　本開示の第３の側面に係る波長変換部材は、第１又は第２の側面に係る波長変換部材において、熱伝導部の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きくてもよい。
　本開示の第４の側面に係る波長変換部材は、第１～第３のいずれかの側面に係る波長変換部材において、熱伝導部が、金属であってもよい。
　本開示の第５の側面に係る波長変換部材は、第１～第４のいずれかの側面に係る波長変換部材において、熱伝導部が、アルミニウム又はアルミニウムを含む合金であってもよい。
　本開示の第６の側面に係る波長変換部材は、第１～第５のいずれかの側面に係る波長変換部材において、透明材料が無機透明材料であってもよい。
　本開示の第７の側面に係る波長変換部材は、第６の側面に係る波長変換部材において、無機透明材料の熱伝導率が、２０ｗ／ｍ・Ｋよりも大きくてもよい。
　本開示の第８の側面に係る波長変換部材は、第６又は第７の側面に係る波長変換部材において、無機透明材料が、酸化亜鉛であってもよい。
　本開示の第９の側面に係る波長変換部材は、第１～第８のいずれかの側面に係る波長変換部材において、波長変換部が、導光路側の面と比べて、導光路と反対側の面の面積が大きく、側面が傾斜を有するテーパ状であってもよい。
　本開示の第１０の側面に係る波長変換部材は、第１～第８のいずれかの側面に係る波長変換部材において、波長変換部がパラボラ形状であってもよい。
　本開示の第１１の側面に係る波長変換部材は、第１～第１０のいずれかの側面に係る波長変換部材において、波長変換部の導光路と反対側に配置され、第２の光を透過し、第１の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えていてもよい。
　本開示の第１２の側面に係る波長変換部材は、第１～第１１のいずれかの側面に係る波長変換部材において、波長変換部の導光路側に配置され、第１の光を透過し、第２の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えていてもよい。
　本開示の第１３の側面に係る波長変換部材は、第１～第１１のいずれかの側面に係る波長変換部材において、導光路の入射口側に配置され、第１の光を透過し、第２の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えていてもよい。
　本開示の第１４の側面に係る光源は、第１～第１３のいずれかの側面に係る波長変換部材と、導光路の入射口に入射する光を生成する半導体発光素子とを備えている。
　本開示の第１５の側面に係る自動車用ヘッドランプは、第１４の側面に係る光源と、光源からの光を前方に導く出射光学系とを備えている。
　本開示の第１６の側面に係る波長変換部材は、半導体発光素子からの光をより長波長の光に波長変換する蛍光体を有する波長変換部材であって、前記波長変換部材は、１又は複数の波長変換層と熱伝導層とを備え、前記熱伝導層の表面の面積又は裏面の面積が、波長変換層の受光面積に対して２８００倍以上である。
　本開示の第１７の側面に係る波長変換部材は、第１６の側面に係る波長変換部材において、前記熱伝導層の表面の面積又は裏面の面積が、波長変換層の受光面積に対して８０００倍以上である。
　本開示の第１８の側面に係る波長変換部材は、第１６又は１７の側面に係る波長変換部材において、前記波長変換層が、複数種類の層を有し、前記波長変換層の複数種類の層のうちの少なくとも１種類の層が、樹脂バインダーを含んでいない。
　本開示の第１９の側面に係る波長変換部材は、第１６から１８のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記熱伝導層が、可視領域において透明であり、且つ熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
　本開示の第２０の側面に係る波長変換部材は、第１６から１９のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記熱伝導層の熱伝導率が４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
　本開示の第２１の側面に係る波長変換部材は、第１６から２０のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記熱伝導層の熱伝導率が２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
　本開示の第２２の側面に係る波長変換部材は、第１６から２１のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記波長変換層は、複数種類の層を備え、前記波長変換層の複数種類の層のうちの少なくとも１種類の層が熱伝導層に接して設けられたサファイア基板である。
　本開示の第２３の側面に係る波長変換部材は、第１６から２１のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記波長変換層は、ガラス又は透明結晶に蛍光体を分散させた蛍光体層とサファイア基板とを備える。
　本開示の第２４の側面に係る波長変換部材は、第２２又は２３の側面に係る波長変換部材において、前記サファイア基板と前記サファイア基板に対向する前記波長変換層の他の層との接触面の面積、又は、前記サファイア基板と前記サファイア基板に対向する前記熱伝導層との接触面の面積が、前記波長変換層が半導体発光素子からの光を受光する受光面積と等しい。
　本開示の第２５の側面に係る波長変換部材は、第２２又は２３の側面に係る波長変換部材において、前記サファイア基板と前記サファイア基板に対向する前記波長変換層の他の層との接触面の面積、又は、前記サファイア基板と前記サファイア基板に対向する前記熱伝導層との接触面の面積と、前記波長変換層が半導体発光素子からの光を受光する受光面積との比が３．１以上である。
　本開示の第２６の側面に係る波長変換部材は、第２２から２５のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記サファイア基板の面積が、前記受光面積の２倍以上である。
　本開示の第２７の側面に係る波長変換部材は、第２２から２６のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記サファイア基板はサファイア単結晶基板である。
　本開示の第２８の側面に係る波長変換部材は、第１６から２７のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記熱伝導層は、可視に対して反射体であり、且つ熱伝導率が２３７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
　本開示の第２９の側面に係る光源は、第１６から２８のいずれかの側面に係る波長変換部材を具備する。
　本開示の第３０の側面に係る車両用ヘッドランプは、第２９の側面に係る光源を具備する。
　（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る光源２０の概略構成を示している。本実施形態の光源２０は、波長変換部材１０Ａと、半導体発光素子１１とを備えている。半導体発光素子１１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はレーザダイオード（ＬＤ）とすることができる。半導体発光素子１１は、一つのＬＥＤ、ＳＬＤ又はＬＤであってもよく、複数のＬＥＤ、ＳＬＤ又はＬＤを光学的に結合させたものでもよい。半導体発光素子１１が射出する光は、青紫光であっても、青色光であっても、他の波長の光であってもよい。また、半導体発光素子１１は、複数波長の光を射出してもよい。本実施形態では、一例として半導体発光素子１１がＬＤである場合を説明する。
　本開示において、青紫光とは、ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の光をいう。青色光とは、ピーク波長が４２０ｎｍを超え４８０ｎｍ以下の光をいう。黄色光とは、ピーク波長が５４０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の光をいう。
　波長変換部材１０Ａと半導体発光素子１１との間には、半導体発光素子１１の光を波長変換部材１０Ａに導く入射光学系１２が設けられていてもよい。入射光学系１２は、例えば、レンズ、ミラー及びは光ファイバの少なくとも１つを備えていてもよい。
　本実施形態の波長変換部材１０Ａは、波長変換部１４と、熱伝導部１７と、熱伝導部１７を貫通する導光路１８とを備えている。以下において、波長変換部材１０Ａの、半導体発光素子１１側を「後方」、半導体発光素子１１と反対側を「前方」という。波長変換部１４及び熱伝導部１７の前方側の面を「前方面」といい、後方側の面を「後方面」という場合がある。
　波長変換部１４は、半導体発光素子１１からの第１の光を異なる波長の第２の光に波長変換する。波長変換部１４は、例えば、入射した光により励起され、入射光よりも長波長の蛍光光を発光する蛍光体を含む層である。この場合、半導体発光素子１１からの光はより長波長の光に変換される。第１の光及び第２の光はそれぞれ１つの波長の光でもよく、複数の波長の光の混合光であってもよい。例えば、白色光を生成する場合において、第１の光が青紫光である場合には、第２の光は黄色光及び青色光とすることができる。また、第１の光が青色光である場合には、第２の光は黄色光とすることができる。波長変換部１４は、例えば多数の蛍光体の粒子を含む蛍光体粉体１５とバインダ１６とを含んでいてもよい。
　蛍光体の種類は、入射光の波長及び必要とする出射光の波長に応じて適宜選択することができる。例えば、半導体発光素子１１が青紫光を射出する場合、波長変換部１４は、白色光を生成するために、例えば、黄色蛍光体及び青色蛍光体を備えていてもよい。本開示において、黄色蛍光体とは、発光スペクトルのピーク波長が５４０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下である蛍光体をいう。また、本開示において、青色蛍光体とは、発光スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍを超え４８０ｎｍ以下である蛍光体をいう。また、半導体発光素子１１が青色光を射出する場合、波長変換部１４は、例えば、黄色蛍光体を含む構成とすることができる。
　バインダ１６は、蛍光体粉体１５間に配置され、蛍光体粉体１５を結合する。バインダ１６は、例えば、無機材料とすることができる。バインダ１６は、ガラス又は透明結晶などの媒体であってもよい。但し、波長変換部１４はバインダ１６を含んでいる必要はなく、例えば蛍光体セラミックス等の蛍光体焼結体であってもよい。
　波長変換部１４は、単一の層により構成されている必要はない。波長変換部１４は複数の層が積層されて構成されていてもよい。波長変換部１４が複数の層を含む場合には、各層は異なる種類の蛍光体を含んでいてもよい。波長変換部１４が複数の層を含む場合には、最も熱伝導部１７側の層を構成するバインダ１６は無機材料としてもよい。この場合、他の層のバインダ１６は樹脂等の有機材料としてもよい。
　熱伝導部１７は、波長変換部１４と半導体発光素子１１との間に設けられている。熱伝導部１７は、波長変換部１４の少なくとも後方面と接している。本開示において、熱伝導部１７と波長変換部１４とが接しているとは、２つの部材が熱伝導するように直接接している場合だけでなく、２つの部材が熱を伝導する固体の層を介在させて間接的に接している場合を含む。熱を伝導する固体の層には、金属層、シリコン層、炭化珪素層又はダイヤモンド層等が含まれる。また、熱伝導性のペースト等も含まれる。
　図１においては、波長変換部１４は、熱伝導部１７に設けられた凹部に埋め込まれている。波長変換部１４は、放熱のための熱浴としての機能を有する。波長変換部１４において発生した熱は、熱伝導部１７に伝わり、放熱される。このため、熱伝導部１７は、熱伝導率を大きくしてもよい。熱伝導部１７は、波長変換部１４において生成し、後方に放射された光を、前方に反射する反射板としての機能も有する。このため、熱伝導部１７は、光の反射率を高くしてもよい。
　熱伝導部１７の熱伝導率は、例えば、２０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きくすることができる。具体的には、サファイアよりも熱伝導率を高くすることができる。また、熱伝導部１７は金属としてもよい。具体的にはアルミニウム（熱伝導率２３７Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（熱伝導率３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）又は銀（熱伝導率４２０Ｗ／ｍ・Ｋ）等であってもよい。また、これらを含む合金であってもよい。放熱性、加工性及びコストの観点からアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることができる。金属以外にシリコン等を用いることもできる。熱伝導部１７の熱伝導率を高くすることにより、波長変換部１４の温度上昇を抑制し、発光効率及び信頼性の少なくとも一方を向上させることができる。
　熱伝導部１７は、単一の材料により構成されている必要はない。例えば、表面に熱伝導率が高い材料をコーティングした積層材料を用いることができる。また、透明な材料と光の反射率が高い材料とを組み合わせて用いることもできる。具体例として、サファイアの表面にアルミニウム等の金属をコーティングして用いることができる。また、コーティングに代えて貼り合わせ等による積層材料を用いることもできる。熱伝導部１７の全体が積層材料であってもよく、一部分だけが積層であってもよい。例えば、熱伝導部１７の波長変換部１４と接する部分に熱伝導率が高い層を設けてもよい。熱伝導率が高い層として、アルミニウム等の金属、炭化珪素又はダイヤモンド等を用いることができる。熱伝導部１７の波長変換部１４と接する部分に接着性を向上させる層を設けることもできる。
　熱伝導部１７は、可視光の反射率が０．８以上である。熱伝導部１７の反射率を高くすることにより、波長変換部１４において生成され、後方に向かう光を、効率良く反射させ前方に向かわせることができる。これにより、光の利用効率を向上させることができる。本開示において可視光とは、波長が３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の光をいう。
　導光路１８は、例えば波長変換部１４を貫通する貫通孔であり、半導体発光素子１１からの光を波長変換部１４に導く。導光路１８は、半導体発光素子１１からの光に対して透明な材料が充填されていている。貫通孔に充填する材料として、空気よりも熱伝導率が高い透明材料を用いることができる。透明材料として、例えばガラス又は透明結晶等の無機材料を用いることができる。また、透明材料は透明樹脂等の有機材料とすることもできる。貫通孔に空気よりも熱伝導率が高い材料を充填することにより、波長変換部１４の放熱をより効果的に行うことが可能となる。貫通孔に充填する材料は、熱伝導率が１．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることができる。放熱の観点からは、熱伝導度がサファイアよりも大きい材料が望ましい。具体的には、熱伝導度が２０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい材料が望ましい。貫通孔に充填する材料として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いることができる。
　図１において導光路１８は、半導体発光素子１１からの光が入射する入射口の面積と、波長変換部１４側へ光を出射する出射口の面積とが等しい。しかし、導光路１８の形状は、これに限定されない。例えば、入射口の面積が出射口の面積よりも大きい、又は入射口の面積が出射口の面積よりも小さいテーパ状となっていてもよい。導光路１８は、出射口において、波長変換部１４と接触するように設けてもよい。すなわち、導光路１８の透明材料が波長変換部１４と接触していてもよい。これにより、波長変換部１４をさらに効率良く放熱することができる。
　光が反射する面積を大きくし、光を効率良く前方側に反射させる観点から、波長変換部１４の熱伝導部１７と接する部分の面積が大きい方が望ましい。また、波長変換部１４から熱伝導部１７へ効率良く熱を伝導させる観点からも、波長変換部１４の熱伝導部１７と接する部分の面積が大きい方が望ましい。このため、波長変換部１４の熱伝導部１７と接する部分の面積よりも導光路１８の出射口の面積を小さくしてもよい。例えば、導光路１８の出射口の面積は波長変換部１４の熱伝導部１７と接する部分の面積の５０％以下とすることができる。３０％以下としてもよく、１５％以下としてもよい。特に限定されないが波長変換部１４の全体に入射光を拡散させるという観点からは、導光路１８の入射口又は出射口の面積は波長変換部１４の熱伝導部１７と接する部分の面積の３％以上とすることができる。５％以上としてもよい。
　熱伝導部１７の波長変換部１４と反対側の面（後方面）Ｓ１の面積ＡＳ１は、波長変換部１４の熱伝導部１７と反対側の面（前方面）Ｓ２の面積ＡＳ２よりも大きい。例えば、熱伝導部１７の後方面Ｓ１の面積ＡＳ１と、波長変換部１４の前方面Ｓ２の面積ＡＳ２との面積比ＡＳ１／ＡＳ２は２８００以上である。また、面積比ＡＳ１／ＡＳ２は８０００以上としてもよい。面積比ＡＳ１／ＡＳ２を大きくすることにより、波長変換部１４の温度上昇を抑制し、発光効率及び信頼性の少なくとも一方を向上させることができる。
　熱伝導部１７の後方面Ｓ１の面積ＡＳ１は、厳密には導光路１８を除く部分の面積である。しかし、導光路１８の面積は、熱伝導部１７の後方面の面積と比べて小さいため、導光路１８の部分を含めた面積を熱伝導部１７の後方面Ｓ１の面積ＡＳ１とすることができる。
　熱伝導部１７の後方面の外形と、熱伝導部１７の前方面の外形とは、同じ大きさとすることができる。しかし、同じである必要はない。例えば、熱伝導部１７の後方面を前方面よりも小さくして、熱伝導部１７の側面が傾斜したテーパ状としてもよい。このようにすれば、テーパ状の凹部に波長変換部材１０Ａをはめ込んで固定することが容易となる。また、熱伝導部１７の側面に段差部を設けてもよい。このようにすれば、波長変換部材１０Ａの固定が容易となる。
　波長変換部１４の平面形状は特に限定されない。例えば、四角形状、多角形状、円形状、又は楕円形状等とすることができる。熱伝導部１７の平面形状も特に限定されない。例えば、四角形状、多角形状、円形状、又は楕円形状等とすることができる。波長変換部１４の平面形状と熱伝導部１７の平面形状とは、相似していてもよい。また、波長変換部１４と熱伝導部１７とは互いに異なる平面形状であってもよい。
　波長変換部１４の半導体発光素子１１からの光を受ける部分（受光スポット）は、円形又は楕円形とすることができる。受光スポットの面積は、波長変換部１４の前方面の面積よりも小さくすることができる。
　図１においては、波長変換部１４の前方面と、後方面とが同じ大きさであり、側面が前方面及び後方面に対して垂直である構成を示した。しかし、波長変換部１４の側面がテーパを有する構成としてもよい。図２に示す波長変換部材１０Ｂにおいて熱伝導部１７に設けられた凹部は、底面に向かうに従い開口幅が小さくなるテーパ状である。従って、凹部に埋め込まれている波長変換部１４の前方面の最大幅ｄ１が、後方面の最大幅ｄ２よりも大きく、波長変換部１４は側面が傾斜したテーパ状である。波長変換部１４が埋め込まれた凹部をテーパ状とすることにより、波長変換部１４において生成され後方又は側方に向かう光を、より効率良く反射して前方に向かわせることが可能となる。
　波長変換部１４の前方面の最大幅ｄ１で後方面の最大幅ｄ２を割った値ｄ２／ｄ１をテーパ比とすると、テーパ比の値は小さい方が望ましい。具体的にはテーパ比は１以下とすることができ、０．８以下としてもよく、０．６以下としてもよく、０．４以下としてもよい。テーパ比の下限は、受光スポットの大きさ及び波長変換部材１０Ｂの実用的なサイズによる。例えば、０．０５以上としてもよく、０．１以上としてもよく、０．２以上としてもよい。波長変換部１４の後方面の最大幅ｄ２は、受光スポットの幅以上であればよい。
　図３に示す波長変換部材１０Ｃのように、熱伝導部１７に設けられた凹部の開口幅が曲線的に変化するいわゆるパラボラ状としてもよい。凹部をパラボラ形状とすることにより凹部に埋め込まれた波長変換部１４もパラボラ形状となる。波長変換部１４をパラボラ形状とすることにより出射光の配光特性をより適切に制御することが可能となる。なお、ここでいうパラボラ形状とは、完全な放物面となっている形状だけでなく、球面等の放物面以外の曲面となっている形状も含む。また、平坦な底面を有し、側面が曲面となっている形状も含む。
　図１及び図２においては、波長変換部１４が熱伝導部１７に設けられた凹部に埋め込まれた構成を示した。しかし、波長変換部１４の一部のみが熱伝導部１７に設けられた凹部に埋められ、熱伝導部１７の前方面から突出している構成としてもよい。波長変換部１４が熱伝導部１７に設けられた凹部に埋め込まれている場合には、波長変換部１４の底面及び側面が熱伝導部１７と接する。このため、波長変換部１４が熱伝導部１７の前方面の上に設けられている場合と比べて、波長変換部１４と熱伝導部１７との接触面積が大きくなる。従って、さらに効率良く放熱を行うことができるという利点がある。
　図４に示す波長変換部材１０Ｄのように、波長変換部１４の前方面に、波長変換された第２の光を透過し、半導体発光素子からの第１の光を反射するダイクロイックミラー１９Ａを設けてもよい。これにより、波長変換されていない半導体発光素子からの光が出射されることを抑えることができる。波長変換された第２の光が透過し、半導体発光素子からの第１の光が透過しないようにできれば、ダイクロイックミラー以外の反射膜等を用いることもできる。
　図５に示す波長変換部材１０Ｅのように、波長変換部１４の後方面側の受光スポットを含む領域に、半導体発光素子１１からの第１の光を透過し、波長変換部１４において波長変換された第２の光を反射するダイクロイックミラー１９Ｂを設けてもよい。ダイクロイックミラー１９Ｂは、波長変換部材１０Ｅ及び導光路１８に接するように設けてもよい。これにより、半導体発光素子１１から射出された光が反射して半導体発光素子１１に戻ることを防ぐことができる。また、導光路１８の部分においても波長変換された第２の光が反射されるため、光の出射効率がさらに向上する。また、ダイクロイックミラー１９Ｂを導光路１８の入射口側に設けることもできる。波長変換部１４の後方面側又は導光路１８の入射口側にダイクロイックミラー１９Ｂを設け、波長変換部１４の前方面側にダイクロイックミラー１９Ａを設けてもよい。ダイクロイックミラー１９Ｂは、半導体発光素子１１からの第１の光の反射を抑える反射防止膜としてもよい。
　波長変換部材１０Ａは、円盤状にして回転させてもよい。これにより、波長変換部材上の照射位置を変化させることができ、照射により温度上昇する部分を分散させることができる。波長変換部材１０Ｂについても同様である。
　円盤状の波長変換部材を回転させるための回転軸としてヒートパイプを用いてもよい。これにより、さらに、波長変換部材の放熱を促進することができる。回転軸に冷却ファンを設け、波長変換部材側に送風するようにしてもよい。これにより、波長変換部材の放熱をさらに促進することができる。
　波長変換部材にファンを設け、このファンが照射熱による気流を受けて波長変換部材が回転するようにしてもよい。また、波長変換部材の一方向への回転を許し、逆方向への回転を阻止するラッチ機構を設け、波長変換部材が振動により一方向に回転するようにしてもよい。これらにより、駆動モータを設けることなく波長変換部材を回転させることができる。
　波長変換部１４の蛍光体として、短残光の蛍光体を用いてもよい。短残光の蛍光体とは、例えば、蛍光体の輝度が１／１０まで減衰する時間、即ち残光時間が３ｍｓ以下の蛍光体をいう。波長変換部を回転させる場合に、蛍光体の残光時間と照射位置の移動速度（角速度×回転中心から照射位置までの距離）との積が１．１ｍｍ以上７．５ｍｍ以下になるようにしてもよい。これらにより、発光源を点光源に近づけることができる。従って、出射光学系を小型化することができる。また、配光制御を容易化することができる。
　本実施形態の光源は、図６に示すようなランプ３０に用いることができる。ランプ３０は、例えば車両用ヘッドランプとすることができ、特殊照明とすることもでき、ヘッドアップディスプレイ又はプロジェクタ用のランプとすることもできる。
　ランプ３０は、半導体発光素子１１と波長変換部材１０Ａとの間に設けられたミラー３１を有している。ミラー３１は、波長変換部材１０Ａから光出射方向とは異なる方向に向かう光を反射して光出射方向に向かうようにする。ミラー３１は、例えば凹面鏡とすることができる。ミラー３１は、半導体発光素子１１から波長変換部材１０Ａへ向かう光が透過する光透過部３１ａを有する。ミラー３１の光透過部３１ａを除く部分には、アルミニウム（Ａｌ）又は銀（Ａｇ）等からなる金属膜若しくは表面に保護膜が形成された反射膜が設けられている。半導体発光素子１１から射出された光は、入射光学系１２、ミラー３１の光透過部３１ａを通り、波長変換部材１０Ａの波長変換部に入射する。この入射光により、波長変換部の蛍光体が励起されて黄色光及び青色光が射出される。これらの黄色光及び青色光が混合されて白色光となる。波長変換部材１０Ａにより生成された白色光の一部は、直接前方（ミラー３１と反対側）に向かい、残部はミラー３１において反射されて前方に向かう。
　図６においては、波長変換部材１０Ａを用いる場合について説明したが、波長変換部材１０Ｂを用いてもよい。また、波長変換部材１０Ａ又は１０Ｂを円盤状として回転させることも可能である。
　ランプ３０は、いわゆるリフレクタータイプであってもよく、プロジェクタータイプであってもよい。ミラー３１を含む出射光学系のいずれかの部分に波長カットフィルターを設け、半導体発光素子１１からの青紫光が外部に出射しないように吸収又は反射してもよい。
　本実施形態のランプは、例えば、マイナス４０℃からの駆動や炎天下での駆動など、過酷な状況で使用される場合においても、蛍光体の放熱を促進し、発光効率及び信頼性の少なくとも一方を向上させることができる。
　本実施形態のランプは、図７に示すように車両８０に用いることができる。車両８０は、ランプ８１と電力供給源８２とを有している。車両８０は、例えばエンジン等の駆動源によって回転駆動される発電機８３を備えていてもよい。発電機８３により生成した電力は、電力供給源８２に蓄えられる。電力供給源８２は、２次電池とすることができる。ランプ８１は、例えば半導体発光素子１１と、波長変換部材１０Ａと、ミラー３１とを有するランプとすることができる。また、本実施形態において示した他のランプを用いることができる。例えば、波長変換部材１０Ａに代えて波長変換部材１０Ｂを有するランプを用いることもできる。また、波長変換部材１０Ａ又は１０Ｂを円盤状として回転させるランプを用いることも可能である。車両８０は、例えば、自動車、２輪車又は特殊車両である。さらに、車両８０は、エンジン車、電気車、又はハイブリッド車であってもよい。
　（第２の実施形態）
　図１５は、本開示の第２の実施形態に係る光源１１０の概略構成を示す構成図である。光源１１０は、波長変換部材１１３と、半導体発光素子１１１とを備える。半導体発光素子１１１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はレーザーダイオード（ＬＤ）等である。本実施形態では、半導体発光素子１１１がＬＤである場合を説明する。半導体発光素子１１１は、一つのＬＤであってもよく、複数のＬＤを光学的に結合させたものでもよい。半導体発光素子１１１は、例えば、青色光を射出する。半導体発光素子１１１は、青紫光を射出してもよい。また、半導体発光素子１１１は、他の光を射出するものであってもよく、複数種類の光を射出してもよい。
　波長変換部材１１３と半導体発光素子１１１との間には、半導体発光素子１１１の光を波長変換部材１１３に導く入射光学系１１２が設けられていてもよい。入射光学系１１２は、例えば、レンズ、ミラー及び／又は光ファイバ等を備えている。
　波長変換部材１１３は、波長変換層１１４と熱伝導層１１７とを具備する。ここで、波長変換層は、図１６に示すように、複数種類の層を有していてもよい。これについては第３の実施形態において更に説明する。また、図１７に示す例のように、波長変換層１１４と熱伝導層１１７との間に可視光領域において透明なサファイア単結晶基板を有していてもよい。これについては第４の実施形態において更に説明する。更に、図１８に示す例のように、サファイア単結晶基板は、波長変換層１１４よりも大きいサイズであってもよい。これについては第５の実施形態において更に説明する。
　波長変換層１１４は、半導体発光素子１１１からの光をより長波長の光に波長変換する。波長変換層１１４は、例えば、蛍光体層である。波長変換層１１４は、蛍光体粉体１１５とバインダ１１６とを含んでいてもよい。蛍光体粉体１１５は、多数の蛍光体粒子を含む。バインダ１１６は、蛍光体粉体１１５における蛍光体粒子間に配置され、蛍光体粉体１５を結合する。バインダ１１６は、例えば、無機材料である。
　バインダ１１６は、樹脂、ガラス又は透明結晶等の媒体であってもよい。また、波長変換層１１４はバインダ１１６を含まない蛍光体焼結体、つまり、蛍光体セラミクスであってもよい。蛍光体層がバインダを含まない場合、急激な温度変化による割れを低減するという効果を得ることができる。
　半導体発光素子１１１が青色光を射出する場合、波長変換層１１４は、例えば、黄色蛍光体を含む。また、半導体発光素子１１１が青紫光を射出する場合、波長変換層１１４は、例えば、黄色蛍光体及び青色蛍光体を含む。
　熱伝導層１１７は、例えば、波長変換層１１４と重なるように設けられる。熱伝導層１１７は、波長変換層１１４と接触してもよい。また、熱伝導層１１７と波長変換層１１４との間に他の層が設けられていてもよい。更に、熱伝導層１１７は、波長変換層１１４の表面側に設けられていてもよく、波長変換層１１４の裏面側に設けられていてもよい。熱伝導層１１７の表面の面積又は裏面の面積は、例えば、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上である。また、熱伝導層１１７の表面の面積又は裏面の面積は、波長変換層１１４の受光面積に対して８０００倍以上であってもよい。これにより、波長変換層１１４の温度上昇を抑制し、発光効率又は信頼性を向上させることができる。
　ここで、表面とは、半導体発光素子１１１からの光が入射する側の面をいい、裏面とは、その反対側の面をいう。また、波長変換層１１４の受光面積とは、半導体発光素子１１の表面のうち、半導体発光素子１１からの光を受ける部分の面積をいう。例えば、受光スポットは円形又は楕円形である。図１５における受光面積はＳｒｅｖである。また、例えば、熱伝導層１１７は円盤状である。図１５における熱伝導層１１７の表面又は裏面の何れかは、直径Ｌの円であって、その面積は、Ｓｈｂ＝π・（Ｌ／２）２である。
　熱伝導層１１７は、例えば、熱浴である。熱伝導層１１７の熱伝導率は、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよい。また、熱伝導層１１７の熱伝導率は、４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよい。さらに、熱伝導層１１７の熱伝導率は、２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよい。これにより、波長変換層１１４の温度上昇を更に抑制し、発光効率及び／又は信頼性を向上させることができる。熱伝導層１１７は、例えば、無機材料から構成される。熱伝導層１１７は、Ａｌ、樹脂、ガラス又は透明結晶等から構成されるものであってもよい。熱伝導層１１７は、可視領域において透明であってもよい。
　次に、本実施形態の光源１１０の動作について説明する。半導体発光素子１１１から射出された光は、入射光学系１１２及び熱伝導層１１７を通り、波長変換層１１４に入射する。この入射光により、波長変換層１１４の蛍光体が励起されて黄色光及び青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して、白色光となる。
　発光の際、蛍光体から熱が発生する。蛍光体からの熱は、波長変換層１１４から熱伝導層１１７側に伝導する。熱伝導層１１７の表面又は裏面の何れかを、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上とすることにより、蛍光体の放熱が著しく促進される。また、熱伝導層１１７の表面又は裏面の何れかを、波長変換層１１４の受光面積に対して８０００倍以上とすることにより、蛍光体の放熱が更に促進される。これに関しては、実施例１～３にて更に説明する。
　上述したように、本開示の第２の実施形態によれば、熱伝導層１１７の表面又は裏面の何れかを、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上とすることにより、蛍光体の放熱が著しく促進され、発光効率又は信頼性が向上する。
　（第３の実施形態）
　図１６は、本開示の第３の実施形態に係る光源１２０の概略構成を示す構成図である。第２の実施形態と同一の部分については同一の符号を付し、以下には主に相違点を説明する。
　光源１２０は、波長変換部材１２３と、半導体発光素子１２１とを備える。波長変換部材１２３と半導体発光素子１２１との間には、半導体発光素子１２１の光を波長変換部材１２３に導く入射光学系１２２が設けられていてもよい。入射光学系１２２は、例えば、レンズ、ミラー及び／又は光ファイバ等を備えている。
　半導体発光素子１２１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はレーザーダイオード（ＬＤ）等である。本実施形態では、半導体発光素子１１１がＬＤである場合を説明する。半導体発光素子１１１は、一つのＬＤであってもよく、複数のＬＤを光学的に結合させたものでもよい。半導体発光素子１２１は、例えば、青紫光を射出する。
　波長変換部材１２３は、２つの波長変換層１１４及び１２４と熱伝導層１１７とを具備する。波長変換層１１４と熱伝導層１１７との間に、図１７及び図１８のようにサファイア基板を有していてもよい。これについては、第４及び第５の実施形態にて更に説明する。波長変換層１２４は、半導体発光素子１２１からの光をより長波長の光に波長変換する。
　波長変換層１２４は、例えば、蛍光体層である。波長変換層１２４は、蛍光体粉体とバインダとを含んでいてもよい。蛍光体粉体は、多数の蛍光体粒子を含む。バインダは、蛍光体粉末に配置され、蛍光体粉末を結合する。バインダは、例えば、無機材料である。バインダは、樹脂、ガラス又は透明結晶などの媒体であってもよい。また、波長変換層１２４はバインダを含まない蛍光体焼結体即ち蛍光体セラミクスであってもよい。波長変換層１２４がバインダを含まない場合、急激な温度変化による割れを低減するという効果を得ることができる。また、複数種類の蛍光体層のうち少なくとも１種類の層がバインダを含んでいなくてもよい。
　例えば、半導体発光素子１２１が青紫光を射出する場合、波長変換層１１４は、黄色蛍光体を含み、波長変換層１２４は、青色蛍光体を含む。波長変換層１２４及び１１４並びに熱伝導層１１７は、例えば、重なるように設けられる。熱伝導層１１７は、波長変換層１１４と接触してもよく、熱伝導層１１７と波長変換層１１４との間に他の層が設けられていてもよい。熱伝導層１１７は、波長変換層１１４の表面側に設けられていてもよく、波長変換層１２４の裏面側に設けられていてもよい。熱伝導層１１７の表面又は裏面の何れかは、例えば、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上又は８０００倍以上である。これにより、波長変換層１１４及び１２４の温度上昇を抑制し、発光効率又は信頼性を向上させることができる。
　次に、本実施形態の光源１２０動作について説明する。半導体発光素子１２１から射出された光は、入射光学系１２２及び熱伝導層１１７を通り、波長変換層１１４に入射する。この入射光により、波長変換層１１４の蛍光体が励起されて黄色光を射出する。半導体発光素子１２１からの光の一部は、波長変換層１１４を通過して、さらに、波長変換層１２４に入射する。この入射光により、波長変換層１２４の蛍光体が励起されて青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。
　本開示の第３の実施形態でも、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（第４の実施形態）
　図１７は、本開示の第４の実施形態に係る光源１３０の概略構成を示す構成図である。第２の実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、以下には主に相違点を説明する。
　光源１３０は、波長変換部材１３３と、半導体発光素子１１１とを備える。波長変換部材１３３は、波長変換層１１４と熱伝導層１３１とを具備する。また、波長変換層１１４は複数種類の層を有していてもよい。例えば、波長変換層１１４は、蛍光体層１１４ａと、蛍光体層１１４ａと熱伝導層１３１との間に配置されたサファイア単結晶基板１３２と、から構成される。この構成に代えて、蛍光体層１１４ａがサファイア単結晶基板１３２と熱伝導層１３１との間に配置されていてもよい。
　サファイア単結晶基板１３２は、可視光領域において透明である。サファイア単結晶基板１３２の表面又は裏面は、蛍光体層１１４ａの表面又は裏面と同じ大きさである。サファイア単結晶基板１３２と当該サファイア単結晶基板１３２に対向する蛍光体層１１４ａとの接触面の面積、及び、サファイア単結晶基板１３２と当該サファイア単結晶基板１３２に対向する熱伝導層１３１との接触面の面積は、それぞれ、波長変換層１１４が半導体発光素子１１からの光を受光する受光面積と等しくてもよく、受光面積の３．１倍以上であってもよい。これについては、実施例６にて更に説明する。
　更に、サファイア単結晶基板１３２の表面又は裏面の面積が受光面積の２倍以上であってもよい。
　熱伝導層１３１は、例えば、波長変換層１１４及びサファイア単結晶基板１３２と重なるように設けられる。熱伝導層１３１の表面の面積又は裏面の面積は、例えば、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上であり、より望ましくは８０００倍以上である。これにより、波長変換層１１４の温度上昇を抑制し、発光効率又は信頼性を向上させることができる。図１７における受光面積はＳｒｅｃである。また、例えば、熱伝導層１３１は円盤状である。図１７における熱伝導層１３１の表面又は裏面の何れかは、直径Ｌの円であって、その面積は、Ｓｈｂ＝π・（Ｌ／２）２である。
　熱伝導層１３１は、例えば、熱浴である。熱伝導層１３１の熱伝導率は、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、又は２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよい。これにより、波長変換層１１４の温度上昇を更に抑制し、発光効率及び／又は信頼性を向上させることができる。熱伝導層１３１は、金属製であってもよく、Ａｌ製であってもよい。熱伝導層１３１は、例えば、可視に対して反射体であって、熱伝導率が２３７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。熱伝導層１３１は、半導体発光素子１１１及び波長変換層１１４の発光波長の光を反射してもよい。
　波長変換部材１１３と半導体発光素子１１１との間には、半導体発光素子１１１の光を波長変換部材１１３に導く入射光学系１３４が設けられていてもよい。入射光学系１３４は、例えば、レンズ、ミラー及び／又は光ファイバ等を備えている。
　次に、本実施形態の光源１３０の動作について説明する。半導体発光素子１１１から射出された光は、入射光学系１３４を通り、波長変換層１１４の蛍光体層１１４ａに入射する。この入射光により、蛍光体層１１４ａの蛍光体が励起されて黄色光及び青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。これらの黄色光及び青色光は、サファイア単結晶基板１３２を通過するか、又は直接、熱伝導層１３１に到達して反射される。また、半導体発光素子１１１からの光の一部は、波長変換層１１４及び／又はサファイア単結晶基板１３２を通過し、熱伝導層１３１に到達して反射される。
　また、蛍光体が発光する際に熱が発生する。蛍光体からの熱は、蛍光体層１１４ａからサファイア単結晶基板１３２を介して熱伝導層１３１側に伝導する。熱伝導層１３１の表面又は裏面の何れかを、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上又は８０００倍以上とすることにより、蛍光体の放熱が促進される。
　本開示の第４の実施形態によれば、第２及び３の実施形態と同様の効果に加え、熱伝導率の高い熱伝導層１３１を使用することにより、蛍光体の放熱が更に促進され、発光効率又は信頼性が更に向上する。
　（第５の実施形態）
　図１８は、本開示の第５の実施形態に係る光源１４０の概略構成を示す構成図である。第４の実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、以下には主に相違点を説明する。
　光源１４０は、波長変換部材１４３と、半導体発光素子１１１とを備える。波長変換部材１４３は、波長変換層１１４と熱伝導層１３１とを具備する。また、波長変換層１１４は複数種類の層を有していてもよい。例えば、波長変換層１１４は、蛍光体層１１４ａと、当該蛍光体層１１４ａと熱伝導層１３１との間に配置されたサファイア単結晶基板１４２と、から構成される。この構成に代えて、蛍光体層１１４ａがサファイア単結晶基板１４２と熱伝導層１３１との間に配置されていてもよい。
　サファイア単結晶基板１４２は、可視光領域において透明である。サファイア単結晶基板１４２の表面又は裏面は、蛍光体層１１４ａの表面又は裏面よりも大きい。サファイア単結晶基板１４２と当該サファイア単結晶基板１４２に対向する波長変換層１１４との接触面の面積、又は、サファイア単結晶基板１４２と当該サファイア単結晶基板１４２に対向する熱伝導層１３１との接触面の面積は、波長変換層１１４が半導体発光素子１１１からの光を受光する受光面積と等しくてもよく、受光面積の３．１倍以上であってもよい。
　更に、サファイア単結晶基板１４２の表面の面積が受光面積の２倍以上であってもよい。
　次に、本実施形態の光源１４０の動作について説明する。半導体発光素子１１１から射出された光は、入射光学系１３４を通り、波長変換層１１４に入射する。この入射光により、波長変換層１１４の蛍光体層１１４ａにおいて蛍光体が励起されて、黄色光及び青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。これらの黄色光及び青色光は、サファイア単結晶基板１４２を通過し、又は直接、熱伝導層１３１に到達して反射される。また、半導体発光素子１１１からの光の一部は、波長変換層１１４及び／又はサファイア単結晶基板１４２を通過し、熱伝導層１３１に到達して反射される。
　また、蛍光体が発光する際に熱が発生する。蛍光体からの熱は、蛍光体層１１４ａからサファイア単結晶基板１４２を介して熱伝導層１３１側に伝導する。熱伝導層１３１の表面又は裏面の何れかを、蛍光体層１１４ａの受光面積に対して２８００倍以上、より望ましくは８０００倍以上とすることにより、蛍光体の放熱が促進される。
　本開示の第４の実施形態によれば、第４の実施形態と同様の効果に加え、サファイア単結晶基板１４２の表面又は裏面を波長変換層１１４よりも大きくすることにより、蛍光体の放熱が更に促進され、発光効率又は信頼性が更に向上する。
　（第６の実施形態）
　図１９は、本開示の第６の実施形態に係る車両用ヘッドランプ１５０の概略構成を示す断面構成図である。第２又は３の実施形態と同じ部分については同じ符号を付している。
　車両用ヘッドランプ１５０は、第２又は３の実施形態の光源１１０又は１２０と、例えば凹面状の反射ミラー１５２と、を備えている。反射ミラー１５２は、光源１１０又は１２０からの光を特定の方向、例えば自動車に車両用ヘッドランプ１５０が搭載された場合においてその前方に導く。反射ミラー１５２は、例えば、半導体発光素子１１１又は１２１と波長変換部材１１３又は１２３との間に配置され、半導体発光素子１１１又は１２１から波長変換部材１１３又は１２３に向かう光が透過する透過部を有する。反射ミラー１５２は、例えばＡｌ又はＡｇ等の金属膜もしくは表面に保護膜が形成されたＡｌ膜を有する。
　車両用ヘッドランプ１５０は、いわゆるプロジェクタータイプであってもよく、リフレクタータイプであってもよい。半導体発光素子１１１又は１３２からの青紫光が外部に出ないように、反射ミラー１５２を含む射出光学系の何れかの部分に波長カットフィルターを設け、半導青紫光が外部に出ないように吸収又は反射してもよい。例えば、図示したように、凹面状の反射ミラー１５２をふさぐように波長カットフィルター１５３を設けてもよい。
　次に、車両用ヘッドランプ１５０の動作について説明する。半導体発光素子１１１又は１２１から射出された光は、入射光学系１１２又は１２２を通り、波長変換部材１１３又は１２３の波長変換層１１４及び／又は１２４に入射する。例えば、半導体発光素子１１１又は１２１が青紫光を射出し、波長変換層１１４及び／又は１２４が黄色蛍光体及び青色蛍光体を有する場合、これらの蛍光体が励起されて黄色光及び／又は青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。これらの黄色光及び青色光は、直接又は反射ミラー１５２で反射されて前方に向かう。
　第６の実施形態によれば、例えば、マイナス４０℃からの駆動や炎天下での駆動等、過酷な状況で使用されるヘッドライトにおいても、蛍光体の放熱を促進し、発光効率及び／又は信頼性を向上させることができる。
　（第７の実施形態）
　図２０は、本開示の第７の実施形態に係る車両用ヘッドランプ１６０の概略構成を示す断面構成図である。第４、５又は６の実施形態と同じ部分については同じ符号を付している。
　車両用ヘッドランプ１６０は、第４又は５の実施形態の光源１３０又は１４０と、反射ミラー１５２と、を備えている。反射ミラー１５２は、光源１３０又は１４０からの光を前方に導く。反射ミラー１５２は、例えば、半導体発光素子１１１と波長変換部材１３３又は１４３との間に配置され、半導体発光素子１１１から波長変換部材１３３又は１４３に向かう光が透過する透過部を有する。車両用ヘッドランプ１６０は、いわゆるプロジェクタータイプであってもよく、リフレクタータイプであってもよい。
　次に、車両用ヘッドランプ１６０の動作について説明する。半導体発光素子１１１から射出された光は、入射光学系１３４を通り、波長変換層１１４に入射する。例えば、半導体発光素子１１１が青紫光を射出し、波長変換層１１４の蛍光体層１１４ａが黄色蛍光体及び青色蛍光体を有する場合、これらの蛍光体が励起されて黄色光及び青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。これらの黄色光及び青色光は、直接又は熱伝導層１３１で反射されて反射ミラー１５２に向かい、反射ミラー１５２で反射されて前方に向かう。
　第７の実施形態によれば、第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（第８の実施形態）
　図２１は本開示の第８の実施形態に係る車両１７０の概略構成を示す構成図である。車両１７０は、第６又は７の実施形態に係る車両用ヘッドランプ１５０又は１６０と、電力供給源１７２と、を備える。車両１７０は、エンジン等の駆動源によって回転駆動され、電力を発生する発電機１７３を有していてもよい。発電機１７３が生成した電力は、電力供給源１７２に蓄えられる。電力供給源１７２は、充放電が可能な２次電池である。車両用ヘッドランプ１５０又は１６０は、電力供給源１７２からの電力によって点灯する。車両１７０は、例えば、自動車、２輪車又は特殊車両である。更に、車両１７０は、エンジン車、電気車又はハイブリッド車であってもよい。
　第８の実施形態によれば、車両において、第２～第７の実施形態の効果を得ることができる。
　また、第２～８の実施形態は適宜組み合わせることができる。
　（他の実施形態）
　波長変換部材を円盤状にして、当該円盤に垂直で且つ中心に位置する回転軸に対して回転させてもよい。このようにすると、ＬＤ等の発光素子からの光の照射位置を波長変換部材上において変化させることができ、照射により温度上昇する部分を分散させることができる。第２～５の実施形態は、円盤状の波長変換部材が回転する場合にも適用することができ、第２～５の実施形態と同様の効果を得ることができる。
　波長変換層の蛍光体として、短残光の蛍光体を用いてもよい。短残光の蛍光体とは、例えば、蛍光体の輝度が１／１０まで減衰する時間、即ち残光時間が３ｍｓ以下の蛍光体をいう。また、蛍光体の残光時間と照射位置の移動速度（角速度×回転中心から照射位置までの距離）との積が１．１ｍｍ以上で且つ７．５ｍｍ以下になるようにしてもよい。これらにより、発光源を点光源に近づけることができるので、射出光学系を小型化することができ、また、配光制御を容易化することができる。
　円盤状の波長変換部材を回転させるための回転軸として、ヒートパイプを用いてもよい。これにより、波長変換部材の放熱を更に促進することができる。回転軸に冷却ファンを設け、波長変換部材側に送風するようにしてもよい。これにより、波長変換部材の放熱を更に促進することができる。
　また、波長変換部材にファンを設け、このファンが照射熱による気流を受けて波長変換部材が回転するようにしてもよい。また、波長変換部材の一方向への回転を許し、逆方向への回転を阻止するラッチ機構を設け、波長変換部材が振動により一方向に回転するようにしてもよい。これらにより、駆動モータを設けることなく波長変換部材を回転させることができる。
　以下、実施例を用いて本実施形態の波長変換部材の特性についてさらに詳細に説明する。
　（実施例１）
　図８は、実施例１の波長変換部材の概略構成を示す。本実施例の波長変換部材は、Ａｌ製の熱浴である熱伝導部５７と、熱伝導部５７に設けられた凹部に埋め込められた蛍光体層である波長変換部５４と、熱伝導部５７を貫通し波長変換部５４と光学的に結合する導光路５８とを備えている。
　波長変換部５４は、蛍光体としてＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（以下、ＹＡＧ）を用い、バインダとしてガラス又はＺｎＯを用いた。波長変換部５４は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ×高さ０．１ｍｍで体積が０．０３２ｍｍ３の直方体である。波長変換部５４の前方面及び後方面は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍで面積が０．３２ｍｍ２の長方形である。波長変換部５４の熱伝導率は、バインダとしてガラスを用いた場合には７．７５Ｗ／ｍ℃であり、バインダとしてＺｎＯを用いた場合には３４Ｗ／ｍ℃である。波長変換部５４の輻射率は０．９であり、熱伝達係数は１×１０－５Ｗ／ｍｍ２℃である。
　熱伝導部５７は、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ３ｍｍの直方体である。熱伝導部５７の前方面及び後方面の外形はそれぞれ、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの正方形である。熱伝導部５７の熱伝導率は２３７．５Ｗ／ｍ・Ｋであり、輻射率は０．７であり、熱伝達係数は１×１０－５Ｗ／ｍｍ２℃である。
　導光路５８は、直径０．３ｍｍ×高さ２．９ｍｍであり、透明材料が充填されていない中空の貫通孔又は透明材料が充填された貫通孔である。
　入射パワー５Ｗのレーザ光を導光路５８から波長変換部５４に照射した場合の熱特性を、導光路５８に充填する材料を変えて熱シミュレーション解析した。本シミュレーションでは、全てヘキサゴナルメッシュで界面の節点を共有した（図９を参照）。
　図１０は、導光路５８が中空である場合のシミュレーション結果を示している。図１０に示すように、熱は、半導体発光素子により照射される部分から周囲に広がる。しかし、導光路１８が中空であるため、熱の伝達が阻害されていることがわかる。図１１は、導光路５８にＺｎＯが充填されている場合のシミュレーション結果を示している。図１１に示すように、導光路５８が中空である場合と比べて、熱の伝達が向上していることがわかる。
　バインダとしてガラスを用いた波長変換部５４の温度は、導光路５８が中空の場合には１４３℃、ＺｎＯを充填した場合には１３７℃、サファイアを充填した場合には１３８℃、石英ガラスを充填した場合は１４１℃であった。熱伝導部５７の温度は、いずれの場合においても１０５℃であった。バインダにガラスを用いた場合には、波長変換部５４の温度は、導光路５８に透明材料を充填することにより中空の場合と比べて２℃～６℃程度低くなった。導光路５８に熱伝導率が大きい材料を充填した方が、波長変換部５４の温度をより低く抑えることができた。
　バインダとしてＺｎＯを用いた波長変換部５４の温度は、導光路５８が中空の場合には１１８℃、ＺｎＯを充填した場合には１１６℃、サファイアを充填した場合には１１７℃、石英ガラスを充填した場合は１１７℃であった。熱伝導部５７の温度は、いずれの場合においても１０５℃であった。バインダにガラスよりも熱伝導率が大きいＺｎＯを用いた場合には、導光路５８が中空の場合においても、バインダがガラスである場合と比べて、波長変換部５４の温度を２５℃程度低くすることができた。導光路５８に透明材料を充填することにより、導光路が中空の場合と比べて波長変換部５４の温度をさらに１℃～２℃低くすることができた。
　表１にシミュレーションの結果をまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（実施例２）
　図８と同様の波長変換部材において、波長変換部５４の大きさを一定とし、熱伝導部５７の大きさを変化させ、波長変換部５４及び熱伝導部５７の温度をシミュレーションにより求めた。図１２にシミュレーションの結果を示す。図１２において横軸は、熱伝導部５７の後方面Ｓ１の面積ＡＳ１を波長変換部５４の前方面Ｓ２の面積ＡＳ２で割った面積比ＡＳ１／ＡＳ２であり、縦軸は波長変換部５４又は熱伝導部５７の温度である。なお、波長変換部５４はバインダをＺｎＯとし、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ×高さ０．１ｍｍとした。熱伝導部５７はアルミニウムとし、厚さは３ｍｍとした。導光路５８は直径０．３ｍｍ×高さ２．９ｍｍとし、ＺｎＯを充填した。
　熱伝導部５７の後方面Ｓ１の面積ＡＳ１を波長変換部５４の前方面Ｓ２の面積ＡＳ２で割った面積比ＡＳ１／ＡＳ２の値が７８、３１３、１２５０、２８１３及び５０００である場合において、波長変換部５４の温度は、それぞれ３８３℃、２２４℃、１１６℃、８０℃及び６４℃であった。また、熱伝導部５７の温度は、それぞれ３７３℃、２１４℃、１０５℃、７０℃及び５４℃であった。面積比ＡＳ１／ＡＳ２の値を大きくすることにより波長変換部５４及び熱伝導部５７の温度を低く抑えることができる。面積比ＡＳ１／ＡＳ２の値を２８００以上とすることにより波長変換部５４及び熱伝導部５７の温度をより低く抑えることができる。面積比ＡＳ１／ＡＳ２の値を５０００以上とすることにより、波長変換部５４及び熱伝導部５７の温度をさらに低く抑えることができる。
　（実施例３）
　図１３は、実施例３の波長変換部材の概略構成を示す。本実施例の波長変換部材は、Ａｌ製の熱浴である熱伝導部６７層と、熱伝導部６７に設けられた凹部に埋め込まれた波長変換部６４と、熱伝導部６７を貫通し波長変換部６４と光学的に結合する導光路６８とを備えている。熱伝導部６７は、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ３ｍｍの直方体である。熱伝導部６７の前方面及び後方面の外形は、それぞれ縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの正方形である。波長変換部６４は、前方面の最大幅ｄ１が後方面の最大幅ｄ２よりも大きいテーパ形状を有する。波長変換部６４の前方面の最大幅ｄ１と後方面の最大幅ｄ２との比ｄ２／ｄ１をテーパ比とする。
　レーザ光を導光路６８から波長変換部６４に照射した場合の光出力を、波長変換部６４のテーパ比ｄ２／ｄ１の値を変えて光学シミュレーションにより解析した。前方面の最大幅ｄ１を一定とし、後方面の最大幅ｄ２を変化させることによりテーパ比ｄ２／ｄ１の値を変化させた。光学シミュレーションは、Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社製光線追跡ソフトＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ　Ｖｅｒ．８．０．０を使用した。シミュレーションに際しては、計算のため導光路６８の外端部に波長４４５ｎｍの光源を配置し、波長変換部材全体を覆うようにファーフィールド受光器を配置した。モンテカルロ法によって５０万本の光線を出射して、光源からの光の一部が波長変換部５４で長波長に変換され受光器に入射するまでを追跡した。ファーフィールド受光器に入射した４２０ｎｍ～８００ｎｍまでのスペクトルの全エネルギーの積分値を各テーパ比毎に計算し、相対比較を行った。
　図１４は、テーパ比と相対光出力との関係を示すグラフである。ｄ１とｄ２とが同じ幅の場合、即ちテーパ比ｄ２／ｄ１＝１のときの光出力を１００％とし、それぞれのテーパ比における光出力をプロットした。図１４から明らかなように、テーパ比の値を小さくして、波長変換部６４の側面の角度を前方側に傾けるほど光出力が増加した。波長変換部６４内部で蛍光体粒子によって散乱された光の一部は、波長変換部６４の側面に向かう。波長変換部６４の側面の傾きが大きいほど、入射した光を前方方向に反射させる効果が大きくなる。このため、波長変換部６４内部からの光取出しが増加したと考えられる。このように、波長変換部５４の側面にテーパを設けることにより光出力を向上させることが可能である。
　（実施例４）
　以下、実施例について説明する。図２２は、実施例４の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。本実施例の波長変換部材は、可視光領域において透明な熱浴である熱伝導層１９４と、熱伝導層１９４上に設けられた波長変換層を備え、波長変換層は、サファイア単結晶基板１９１と、サファイア単結晶基板１９１上に設けられた蛍光体層１９２とを備える。蛍光体層１９２では、蛍光体としてＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（以下、ＹＡＧ）を用い、バインダとしてガラスを用いる。蛍光体層１９２は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ×高さ０．１ｍｍ＝０．０３２ｍｍ３の直方体である。蛍光体層１９２の表面は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ＝０．３２ｍｍ２の長方形である。蛍光体層１９２は、熱伝導率７．７５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、輻射率０．９、熱伝達係数１×１０－５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。
　サファイア単結晶基板１９１は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ×高さ０．３３ｍｍ≒０．１１ｍｍ３の直方体である。サファイア単結晶基板１９１の表面は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ＝０．３２ｍｍ２の長方形である。サファイア単結晶基板１９１は、２０℃における熱伝導率が４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１００℃における熱伝導率が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、輻射率０．０２、熱伝達係数１×１０－５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。熱伝導層１９４は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍ×高さ５ｍｍの直方体である。熱伝導層１９４の表面及び裏面は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍの正方形である。熱伝導層１９４は、熱伝導率４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、輻射率０．０２、熱伝達係数１×１０－５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。
　この波長変換部材を入射パワー５Ｗのレーザ光で熱伝導層１９４側から照射した場合の熱特性を、熱伝導層１９４の縦及び横の長さＬを変えてシミュレーション解析した。本シミュレーションでは、全てヘキサゴナルメッシュで界面の節点を共有した（図２３参照）。図２４に示すように、熱は、半導体発光素子により照射される部分から周囲に広がる。
　図２５は、熱伝導層１９４のサイズと、温度との関係を示すグラフである。熱伝導層１９４の表面サイズが２５、１００、４００、９００、１６００及び３６００ｍｍ２の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、８８１、４３３、２０８、１４５、１１５及び９３℃である。また、熱伝導層１９４の表面サイズが２５、１００、４００、９００、１６００及び３６００ｍｍ２の場合、熱伝導層１９４の温度は、それぞれ、８１５、３６７、１４０、８１、５７及び３８℃である。熱伝導層１９４の表面サイズを９００ｍｍ２以上とすることにより、蛍光体層１９２及び熱伝導層１９４の温度を著しく低減することができる。
　図２６は、熱伝導層１９４と蛍光体層１９２との面積比と、温度との関係を示すグラフである。熱伝導層１９４の表面サイズを蛍光体層１９２の表面サイズで割った値Ｓｈｂ／Ｓｐが７８、３１３、１２５０、２８１３、５０００及び１１２５０の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、８８１、４３３、２０８、１４５、１１５及び９３℃である。また、Ｓｈｂ／Ｓｐが７８、３１３、１２５０、２８１３、５０００及び１１２５０の場合、熱伝導層１９４の温度は、それぞれ、８１５、３６７、１４０、８１、５７及び３８℃である。Ｓｈｂ／Ｓｐを２８００以上とすることにより、蛍光体層１９２及び熱伝導層１９４の温度を著しく低減することができる。
　（実施例５）
　図２７は、実施例５の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。実施例４と同一の構成については同一の符号を付している。本実施例の波長変換部材は、Ａｌ製の熱浴である熱伝導層２０４と、熱伝導層２０４上に設けられた波長変換層を備え、波長変換層は、サファイア単結晶基板１９１と、サファイア単結晶基板１９１上に設けられた蛍光体層である蛍光体層１９２とを備える。熱伝導層２０４は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍ×高さ５ｍｍの直方体である。熱伝導層２０４の表面及び裏面は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍの正方形である。熱伝導層２０４は、熱伝導率２３７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、輻射率０．７、熱伝達係数１×１０－５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。
　この波長変換部材を入射パワー５Ｗのレーザ光で蛍光体層１９２側から照射した場合の熱特性を、熱伝導層２０４の縦及び横の長さＬを変えてシミュレーション解析した。
　図２８は、熱伝導層２０４のサイズと温度との関係を示すグラフである。熱伝導層２０４の表面サイズＳｈｂが２５、２２５、９００、１６００及び２５００ｍｍ２の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、４８８、２６０、１８１、１６０及び１４９℃である。また、熱伝導層１９４の表面サイズＳｈｂが２５、２２５、９００、１６００及び２５００ｍｍ２の場合、熱伝導層２０４の温度は、それぞれ、３６５、１３７、６２、４７及び３９℃である。熱伝導層２０４の表面サイズを２２５ｍｍ２以上とすることにより、蛍光体層１９２及び熱伝導層２０４の温度を著しく低減することができる。
　図２９は、熱伝導層２０４と蛍光体層１９２との面積比と温度との関係を示すグラフである。熱伝導層２０４の表面サイズを蛍光体層１９２の表面サイズで割った値Ｓｈｂ／Ｓｐが７８、７０３、２８１３、５０００及び７８１３の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、４８８、２６０、１８１、１６０及び１４９℃である。また、Ｓｈｂ／Ｓｐが７８、７０３、２８１３、５０００及び７８１３の場合、熱伝導層２０４の温度は、それぞれ、３６５、１３７、６２、４７及び３９℃である。Ｓｈｂ／Ｓｐを７００以上とすることにより、蛍光体層１９２及び熱伝導層２０４の温度を著しく低減することができる。
　（実施例６）
　図３０は、実施例６の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。実施例５と同一の構成については同一の符号を付している。本実施例の波長変換部材は、Ａｌ製の熱浴である熱伝導層２１４と、熱伝導層２１４上に設けられた波長変換層を備え、波長変換層は、サファイア基板２１１と、サファイア基板２１１上に設けられた蛍光体層である蛍光体層１９２とを備える。
　サファイア基板２１１は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍ×高さ０．３３ｍｍの直方体である。サファイア基板２１１の表面は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍ＝Ｌ２ｍｍ２の正方形である。サファイア基板２１１は、２０℃における熱伝導率が４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１００℃における熱伝導率が２５Ｗ／ｍ℃、輻射率０．０２、熱伝達係数１×１０－５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。熱伝導層２１４は、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×高さ５ｍｍの直方体である。熱伝導層２１４の表面及び裏面は、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの正方形である。熱伝導層２１４は、熱伝導率２３７．５Ｗ／ｍ℃、輻射率０．７、熱伝達係数１×１０－５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。
　この波長変換部材を入射パワー５Ｗのレーザ光で蛍光体層１９２側から照射した場合の熱特性を、サファイア基板２１１の縦及び横の長さＬを変えてシミュレーション解析した。本シミュレーションでは、全てヘキサゴナルメッシュで界面の節点を共有した（図３１参照）。図３２に示すように、熱は、半導体発光素子により照射される部分から周囲に広がる。
　図３３は、サファイア基板２１１のサイズと温度との関係を示すグラフである。サファイア基板２１１の表面サイズが０．３２、０．５、１、９及び２５ｍｍ２の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、１８１、１６６、１５６、１５３及び１５２℃である。また、サファイア基板２１１の表面サイズが０．３２、０．５、１、９及び２５ｍｍ２の場合、熱伝導層２１４の温度は、いずれも全て６２℃である。サファイア基板２１１の表面サイズを１ｍｍ２以上とすることにより、蛍光体層１９２の温度を著しく低減することができる。
　図３４は、熱伝導層２１４とサファイア基板２１１との面積比Ｓｓａｐ／Ｓｐｈｏｓと温度との関係を示すグラフである。Ｓｓａｐ／Ｓｐｈｏｓが１．０、１．６、３．１、２８．１及び７８．１の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、１８１、１６６、１５６、１５３及び１５２℃である。また、Ｓｓａｐ／Ｓｐｈｏｓが１．０、１．６、３．１、２８．１及び７８．１の場合、熱伝導層２１４の温度は、いずれも全て６２℃である。Ｓｓａｐ／Ｓｐｈｏｓを３．１以上とすることにより、蛍光体層１９２の温度を著しく低減することができる。
　本開示の波長変換部材は、例えば、特殊照明、ヘッドアップディスプレイ、プロジェクタ及び車両用ヘッドランプなどの光源に用いることができる。
１０Ａ　　波長変換部材
１０Ｂ　　波長変換部材
１０Ｃ　　波長変換部材
１０Ｄ　　波長変換部材
１０Ｅ　　波長変換部材
１１　　　半導体発光素子
１２　　　入射光学系
１４　　　波長変換部
１５　　　蛍光体粉体
１６　　　バインダ
１７　　　熱伝導部
１８　　　導光路
１９Ａ　　ダイクロイックミラー
１９Ｂ　　ダイクロイックミラー
２０　　光源
３０　　　ランプ
３１　　　ミラー
３１ａ　　光透過部
４０Ａ　　ランプ
５４　　　波長変換部
５７　　　熱伝導部
５８　　　導光路
６４　　　波長変換部
６７　　　熱伝導部
６８　　　導光路
８０　　　車両
８１　　　ランプ
８２　　　電力供給源
８３　　　発電機
１１０　　　光源
１１１　　　半導体発光素子
１１２　　　入射光学系
１１３　　　波長変換部材
１１４　　　波長変換層
１１４ａ　　蛍光体層
１１５　　　蛍光体粉体
１１６　　　バインダー
１１７　　　熱伝導層
１２０　　　光源
１２１　　　半導体発光素子
１２２　　　入射光学系
１２３　　　波長変換部材
１２４　　　波長変換層
１３０　　　光源
１３１　　　熱伝導層
１３２　　　サファイア単結晶基板
１３３　　　波長変換部材
１３４　　　入射光学系
１４０　　　光源
１４２　　　サファイア単結晶基板
１４３　　　波長変換部材
１５０　　　車両用ヘッドランプ
１５２　　　反射ミラー
１５３　　　波長カットフィルター
１６０　　　車両用ヘッドランプ
１７０　　　車両
１７２　　　電力供給源
１７３　　　発電機
１９１　　　サファイア単結晶基板
１９２　　　蛍光体層
１９４　　　熱伝導層
２０４　　　熱伝導層
２１１　　　サファイア基板
２１４　　　熱伝導層

Claims (17)

  1. 　凹部を有する熱伝導部と、
    　前記熱伝導部を貫通し、前記凹部側に設けられた光の出射口及び前記凹部と反対側に設けられた光の入射口を有する導光路と、
    　少なくとも一部が前記凹部に埋められ、前記熱伝導部と接して設けられ、前記導光路を通過して入射した第１の光を異なる波長の第２の光に変換する波長変換部とを備え、　前記波長変換部の前記熱伝導部と接する部分の面積は、前記導光路の出射口の面積よりも大きく、
    　前記導光路は、前記熱伝導部を貫通する開口部に充填された、空気よりも熱伝導率が大きい透明材料から構成されている、波長変換部材。
  2. 　前記熱伝導部は可視光の少なくとも一部を反射する請求項１に記載の波長変換部材。
  3. 　前記熱伝導部は、可視光の反射率が０．８以上である請求項１又は２に記載の波長変換部材。
  4. 　前記熱伝導部の前記波長変換部と反対側の面の面積は、前記波長変換部の前記熱伝導部と反対側の面の面積に対して２８００倍以上である、請求項１～３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
  5. 　前記熱伝導部は、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい、請求項１～４のいずれか１項に記載の波長変換部材。
  6. 　前記熱伝導部は、金属からなる、請求項１～５のいずれか１項に記載の波長変換部材。
  7. 　前記熱伝導部は、アルミニウム又はアルミニウムを含む合金からなる、請求項１～６のいずれか１項に記載の波長変換部材。
  8. 　前記透明材料は、無機透明材料である、請求項１～７のいずれか１項に記載の波長変換部材。
  9. 　前記無機透明材料は、熱伝導率が、２０ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい、請求項８に記載の波長変換部材。
  10. 　前記無機透明材料は、酸化亜鉛である、請求項８又は９に記載の波長変換部材。
  11. 　前記波長変換部は、前記導光路側の面と比べて、前記導光路と反対側の面の面積が大きく、側面が傾斜を有するテーパ状である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の波長変換部材。
  12. 　前記波長変換部は、パラボラ形状である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の波長変換部材。
  13. 　前記波長変換部の前記導光路と反対側に配置され、前記第２の光を透過し、前記第１の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えている、請求項１～１２のいずれか１項に記載の波長変換部材。
  14. 　前記波長変換部の前記導光路側に配置され、前記第１の光を透過し、前記第２の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えている、請求項１～１３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
  15. 　前記導光路の入射口側に配置され、前記第１の光を透過し、前記第２の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えている、請求項１～１３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
  16. 　請求項１～１５のいずれか１項に記載の波長変換部材と、
    　前記導光路の前記入射口に入射する光を生成する半導体発光素子とを備えている、光源。
  17. 　請求項１６に記載の光源と、前記光源からの光を前方に導く出射光学系とを備えている、自動車用ヘッドランプ。
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