発光素子、発光装置、車両用前照灯、照明装置及び発光素子の製造方法
【課題】励起光のコヒーレント性を低減させる。
【解決手段】発光部４は、レーザ素子２から出射される励起光を受けて蛍光を発するものである。発光部４は、金属基板４５上に層状に堆積された単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子４０からなり、複数の蛍光体粒子４０における個々の蛍光体粒子４０の表面には、コーティング層４２が設けられている。そして、そのコーティング層４２が、発光部４の表面において凹凸形状４３をなしている。
【解決手段】発光部４は、レーザ素子２から出射される励起光を受けて蛍光を発するものである。発光部４は、金属基板４５上に層状に堆積された単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子４０からなり、複数の蛍光体粒子４０における個々の蛍光体粒子４０の表面には、コーティング層４２が設けられている。そして、そのコーティング層４２が、発光部４の表面において凹凸形状４３をなしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光を蛍光体粒子に照射することで蛍光を発する発光素子及びその製造方法、当該発光素子を備えた発光装置、車両用前照灯及び照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、励起光源として発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）や半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode）等の半導体発光素子を用い、これらの励起光源から生じた励起光を、蛍光体層に照射することによって蛍光を発する技術の研究が盛んになってきている。一般に、発光装置の励起光源としては、陰極線の放射等に広く用いられている電子銃、放電により発生する紫外線を放射する蛍光ランプ、上記の半導体発光素子等が挙げられる。いずれの発光装置においても、蛍光体層から得られる蛍光を効率よく外に取り出すための蛍光体の製膜の工夫がなされている。そのような蛍光体層を有する発光装置及び陰極線管の一例が、特許文献１〜４に開示されている。
【０００３】
特許文献１及び２には、発光素子の表面あるいはガラス管の内面に、蛍光体粒子を含む蛍光体層を備える発光装置が開示されている。また、特許文献３及び４には、フェースガラスの表面あるいはパネル基板上に、蛍光体粒子を含む蛍光体層を備える陰極線管が開示されている。また、非特許文献１の技術においても、ＩＴＯ基板に蛍光体粒子を含む蛍光体層が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１０４９１号公報（２００６年８月１０日公開）
【特許文献２】特開平１０−１８８８９９号公報（１９９８年７月２１日公開）
【特許文献３】特開平７−２１９４９号公報（１９９５年１月２４日公開）
【特許文献４】特開平５−５４８２０号公報（１９９３年３月５日公開）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】T. Kitabatake, T. Uchikoshi, F. Munakata, Y. Sakka, and N. Hiroshaki, "The optical and mechanical properties of Eu doped Ca-α-SiAlON phosphor-SiO2composite films", Transactions of Materials Research Society of Japan 35 [3] 713-716 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、電気泳動法を用いて蛍光体粒子を沈着させた場合、溶液中に水素ガスの気泡が残存し、それにより蛍光体層の表面に凹凸が生じるのを防ぐために、蛍光体粒子を有機金属材料からなる結着材により内包させることで、均一な形状の蛍光体層を形成している。また、特許文献４の技術では、無機コーティング剤を蛍光体層の表面に塗布し、蛍光体粒子間の空隙に屈折率が小さい材料を充填することにより、当該蛍光体層の表面の凹凸をなくしている。
【０００７】
したがって、特許文献１及び４の技術は、蛍光体層の表面に凹凸が生じないようにするものである。特に、特許文献４の技術では、凹凸をなくすことによって、その表面での光の散乱を防止している。
【０００８】
さらに、特許文献２の技術では、各蛍光体粒子の空隙に蛍光体粒子の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する透明材料を充填している。また、特許文献３の技術では、電気泳動法を利用する際の電極としての導電性の高屈折率材料層を備えることにより、高密度でかつ均一な蛍光面の形成を実現している。また、非特許文献１の技術においても、各蛍光体粒子の空隙にＳｉＯ２ゾルゲルが注入されている。
【０００９】
しかし、これらの文献の技術では、励起光源として、電子銃、蛍光ランプ、ＬＥＤが使用されているが、レーザ光源の使用については開示されていない。このため、当該技術において、励起光として、コヒーレント性が高い光、例えばレーザ光を使用し、当該レーザ光を蛍光体粒子を含む蛍光体層に照射した場合、蛍光体層表面にてレーザ光が反射され、そのレーザ光のコヒーレント性が高いまま外部に放出されてしまう可能性がある。この場合、コヒーレント性の高いレーザ光を見てしまい、目に損傷を与えるなど、人体に被害を与える可能性が高く、危険である。なお、コヒーレント性の高い光とは、換言すれば、指向性が強く、干渉性が高い光のことである。
【００１０】
換言すれば、これらの文献の技術においては、励起光のコヒーレント性低減の必要性については一切開示されていない。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、励起光のコヒーレント性を低減させることが可能な発光素子、発光装置、車両用前照灯、照明装置及び発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る発光素子は、上記の課題を解決するために、励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する発光素子であって、上記発光素子は、基板上に層状に堆積された単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子からなり、上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面には、コーティング層が設けられており、上記コーティング層が、上記発光素子の表面において凹凸形状をなすことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る発光素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する発光素子の製造方法であって、基板上に単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子を層状に堆積させる工程と、上記発光素子の表面において凹凸形状をなすよう、上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面に、コーティング層を設ける工程とを含むことを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、基板上に層状に堆積された単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面にはコーティング層を設けている。このため、蛍光体粒子間の空隙が完全に埋められるわけではないので、発光素子の表面に凹凸形状を作り出すことができる。そして、そのコーティング層が発光素子の表面に凹凸形状をなすことによって、発光素子に照射される励起光を散乱させることができる。これにより、励起光がコヒーレント性の高い場合であっても、その励起光のコヒーレント性を低減させることができるので、安全性の高い発光素子を実現することができる。
【００１５】
また、コーティング層を設けることにより、蛍光体粒子間の密着性、あるいは蛍光体粒子と基板との密着性を向上させることができるため、発光素子の耐久性を高めることができる。
【００１６】
また、コーティング層を設けることにより、蛍光体粒子と基板との接触面積が増加するので、蛍光体粒子の発熱を効率よく基板から放熱することができる。そのため、発光素子の熱伝導性を向上させることができるので、発光素子の温度上昇を抑制し、発光素子の長寿命化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る発光素子では、上記凹凸形状は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上であり、最大高さ（Ｒｙ）が１μｍ以上であることが好ましい。また、本発明に係る発光素子では、上記コーティング層の膜厚が、上記蛍光体粒子の粒径に対して、３０％以下の範囲に設定されていることが好ましい。
【００１８】
上記構成によれば、励起光のコヒーレント性を十分低減させることが可能な凹凸形状を形成することができる。
【００１９】
なお、上記蛍光体粒子の粒径は、堆積させる前の粉末状の蛍光体粒子をレーザ回折・散乱法を用いて測定されたメジアン径（ｄ５０）とする。また、蛍光体粒子にバインダーが形成されている場合、上記コーティング層の膜厚は、そのバインダーの膜厚を含めたものとする。
【００２０】
また、本発明に係る発光装置は、上記に記載の発光素子と、励起光を出射する励起光源と、を含む構成である。
【００２１】
上記構成によれば、励起光源から出射される励起光のコヒーレント性が高い場合でも、上述の発光素子を備えているので、当該発光素子と同様、安全性の高い発光装置を実現することができる。
【００２２】
また、本発明に係る車両用前照灯及び照明装置は、上記に記載の発光装置を含む構成である。このため、上記の発光装置と同様、安全性の高い車両用前照灯及び照明装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る発光素子は、以上のように、基板上に層状に堆積された複数の蛍光体粒子からなり、上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面には、コーティング層が設けられており、上記コーティング層が、上記発光素子の表面において凹凸形状をなす構成である。
【００２４】
また、本発明に係る発光素子の製造方法は、以上のように、基板上に複数の蛍光体粒子を層状に堆積させる工程と、上記発光素子の表面において凹凸形状をなすよう、上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面に、コーティング層を設ける工程とを含む方法である。
【００２５】
それゆえ、本発明の発光素子は、長寿命化を図り、耐久性及び安全性を高めることができるという効果を奏する。また、本発明の発光素子の製造方法は、長寿命で、耐久性及び安全性の高い発光素子を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光部の断面図の一例であり、（ａ）は蛍光体粒子が金属基板に堆積している様子を示す図であり、（ｂ）はその蛍光体粒子の表面にコーティング層が設けられた発光部と、その発光部における入射光及び出射光の様子を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るヘッドランプが備えるパラボラミラーの回転放物面を示す概念図である。
【図４】図３に示すパラボラミラーの形状を説明する図であり、（ａ）はパラボラミラー５の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図５】発光部における反射光の配光特性を測定するときの実験系の一例を示す概略図である。
【図６】（ａ）は図５の実験系で測定した反射光の配光特性を示す図であり、（ｂ）は（ａ）を拡大した図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る発光部の製造工程を示すフローチャートの一例である。
【図８】発光部の表面をＳＥＭ（scanning electron microscope）を用いて観測したときの画像（ＳＥＭ画像）の一例を示す図であり、（ａ）はコーティング層を設ける前の発光部の表面のＳＥＭ画像であり、（ｂ）はその表面の一部を拡大したＳＥＭ画像であり、（ｃ）はコーティング層を設けた後の発光部の表面のＳＥＭ画像であり、（ｄ）はその発光部の表面の一部を拡大したＳＥＭ画像である。
【図９】本発明の一実施形態に係るヘッドランプを自動車（車両）の前照灯に適用した場合の、ヘッドランプの配設方向を示す概念図である。
【図１０】本発明の一実施例のヘッドランプを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の一形態について図１〜図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００２８】
＜ヘッドランプ１の構成＞
図２は、本発明の一実施形態に係るヘッドランプ１の概略構成を示す断面図である。図２に示すように、ヘッドランプ１は、レーザ素子（励起光源、半導体レーザ）２、レンズ３、発光部４（発光素子）、パラボラミラー（反射鏡）５、金属ベース７、フィン８を備えている。
【００２９】
（レーザ素子２）
レーザ素子２は、励起光を出射する励起光源として機能する発光素子である。このレーザ素子２は、複数設けられていてもよい。この場合、複数のレーザ素子２のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。レーザ素子２を１つのみ用いてもよいが、高出力のレーザ光を得るためには、複数のレーザ素子２を用いる方が容易である。
【００３０】
レーザ素子２は、１チップに１つの発光点を有するものであってもよく、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。レーザ素子２のレーザ光の波長は、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）または４５０ｎｍ（青色）であるが、これらに限定されず、発光部４に含める蛍光体の種類に応じて適宜選択されればよい。
【００３１】
（レンズ３）
レンズ３は、レーザ素子２から出射したレーザ光が発光部４に適切に照射されるように、当該レーザ光の照射範囲を調節（例えば、拡大）するためのレンズであり、レーザ素子２のそれぞれに配設されている。
【００３２】
（発光部４）
発光部４は、レーザ素子２から出射されたレーザ光を受けて蛍光を発するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体（蛍光物質）を含んでいる。発光部４は、レーザ光を蛍光に変換するため、波長変換素子であると言える。
【００３３】
具体的には、発光部４は、図１（ｂ）又は図５に示すように、基板（金属基板４５）上に複数の蛍光体粒子４０を層状に堆積させたものである。また、個々の蛍光体粒子４０の表面には、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン、珪酸エチル）等を含むバインダー４１を介して、ＴｉＯ２等の無機物からなるコーティング層４２が設けられており、当該コーティング層４２が、発光部４の表面において凹凸形状４３をなしている。なお、発光部４の具体的構成及び製造方法については後述する。
【００３４】
この発光部４は、金属ベース７の上かつパラボラミラー５のほぼ焦点位置に配置されている。そのため、発光部４から出射した蛍光及び発光部４の表面で散乱した散乱光は、パラボラミラー５の反射曲面に反射することで、その光路が制御される。
【００３５】
発光部４の蛍光体粒子４０として、例えば、酸窒化物系蛍光体（例えば、サイアロン蛍光体）またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体（例えば、インジュウムリン：ＩｎＰ）を用いることができる。これらの蛍光体は、レーザ素子２から発せられた高い出力（および／または光密度）のレーザ光に対しての熱耐性が高く、レーザ照明光源に最適である。ただし、発光部４の蛍光体は、上述のものに限定されず、窒化物蛍光体など、その他の蛍光体であってもよい。
【００３６】
また、ヘッドランプの照明光は、所定の範囲の色度を有する白色にしなければならないことが、法律により規定されている。そのため、発光部４には、照明光が白色となるように選択された蛍光体が含まれている。
【００３７】
例えば、青色、緑色および赤色の蛍光体を発光部４に含め、４０５ｎｍのレーザ光を照射すると白色光が発生する。または、黄色の蛍光体（または緑色および赤色の蛍光体）を発光部４に含め、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる青色近傍のレーザ光）を照射することでも白色光が得られる。このように、発光部４は、数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子４０を含むものである。
【００３８】
なお、上記白色光を実現可能であれば、あるいは白色光を照射しなくてもよい発光装置であれば、発光部４に含まれる蛍光体粒子４０は、単一種類の蛍光体からなるものであってもよい。
【００３９】
（パラボラミラー５）
パラボラミラー５は、発光部４が発生させた蛍光及び散乱光を反射し、所定の立体角内を進む光線束（照明光）を形成する。このパラボラミラー５は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であってもよいし、金属製の部材であってもよい。
【００４０】
図３は、パラボラミラー５の回転放物面を示す概念図であり、図４（ａ）はパラボラミラー５の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、図面をわかりやすく例示するよう直方体の部材の内部をくり抜くことでパラボラミラー５を形成した例を示している。
【００４１】
図３に示すように、パラボラミラー５は、放物線の対称軸を回転軸として当該放物線を回転させることによって形成される曲面（放物曲面）を、上記回転軸を含む平面で切断することによって得られる部分曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいる。図４（ａ）および（ｃ）において、符号５ａで示す曲線が放物曲面を示している。また、図４（ｂ）に示すように、パラボラミラー５を正面から見た場合、その開口部５ｂ（照明光の出口）は半円である。
【００４２】
このような形状のパラボラミラー５が、発光部４の、側面よりも面積の広い上面の上方にその一部が配置されている。すなわち、パラボラミラー５は、発光部４の上面を覆う位置に配置されている。別の観点から説明すれば、発光部４の側面の一部は、パラボラミラー５の開口部５ｂの方向を向いている。
【００４３】
発光部４とパラボラミラー５との位置関係を上述のものにすることで、発光部４が発生させた蛍光および散乱光を狭い立体角内に効率的に投光することができ、その結果、蛍光及び散乱光の利用効率を高めることができる。
【００４４】
また、レーザ素子２は、パラボラミラー５の外部に配置されており、パラボラミラー５には、レーザ光を透過または通過させる窓部６が形成されている。この窓部６は、開口部であってもよいし、レーザ光を透過可能な透明部材を含むものであってもよい。例えば、レーザ光を透過し、白色光（発光部４が発生させた蛍光及び散乱光を含む光）を反射するフィルターを設けた透明板を窓部６として設けてもよい。この構成では、発光部４が発生させた蛍光及び散乱光が窓部６から漏れることを防止できる。
【００４５】
窓部６は、複数のレーザ素子２に共通のものが１つ設けられていてもよいし、各レーザ素子２に対応した複数の窓部６が設けられていてもよい。
【００４６】
なお、パラボラミラー５の一部にパラボラではない部分を含めてもよい。また、本発明の発光装置が有する反射鏡は、閉じた円形の開口部を有するパラボラミラーまたはその一部を含むものであってもよい。また、上記反射鏡は、パラボラミラーに限定されず、楕円面ミラーや半球面ミラーであってもよい。すなわち、上記反射鏡は、回転軸を中心として図形（楕円、円、放物線）を回転させることによって形成される曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいるものであればよい。
【００４７】
（金属ベース７）
金属ベース７は、発光部４を支持する板状の支持部材であり、金属（例えば、銅や鉄）からなっている。それゆえ、金属ベース７は熱伝導性が高く、発光部４の発熱を効率的に放熱することができる。なお、発光部４を支持する部材は、金属からなるものに限定されず、金属以外の熱伝導性が高い物質（ガラス、サファイアなど）を含む部材でもよい。
【００４８】
金属ベース７は、パラボラミラー５によって覆われているため、金属ベース７は、パラボラミラー５の反射曲面（放物曲面）と対向する面を有していると言える。金属ベース７の発光部４が設けられている側の表面は、パラボラミラー５の回転放物面の回転軸と概ね平行であり、当該回転軸を概ね含んでいることが好ましい。
【００４９】
（フィン８）
フィン８は、金属ベース７を冷却する冷却部（放熱機構）として機能する。このフィン８は、複数の放熱板を有するものであり、大気との接触面積を増加させることにより放熱効率を高めている。金属ベース７を冷却する冷却部は、冷却（放熱）機能を有するものであればく、後述するように、ヒートパイプ、水冷方式や、空冷方式のものであってもよい。
【００５０】
＜発光部４の具体的構成及び製造方法＞
（発光部４の具体的構造）
次に、図１及び図５〜８に基づいて、発光部４の具体的構成及び製造方法について説明する。まず、図１を用いて、発光部４の具体的構成を説明する。図１は、発光部４の断面図の一例であり、（ａ）は蛍光体粒子４０が金属基板４５に堆積している様子を示す図であり、（ｂ）はその蛍光体粒子４０の表面にコーティング層が設けられた発光部４と、発光部４における入射光及び出射光の様子を示す図である。
【００５１】
図１（ｂ）に示すように、発光部４は、バインダー４１及びコーティング層４２が設けられた蛍光体粒子４０と金属基板４５とを備える。なお、発光部４の機能及び蛍光体粒子４０については上述したので、ここではその説明を省略する。
【００５２】
バインダー４１は、電気泳動法を用いて金属基板４５に蛍光体粒子４０を層状に堆積させるときに、蛍光体粒子４０どうしを付着するために使用するものである。バインダー４１は、例えば、エタノールに、ＴＥＯＳ又はＴＥＭＯＳ（テトラメトキシシラン）、水及び酸（例えば濃塩酸）を添加し、加水分解することにより得られ、乾燥、焼成を経ることで最終的にはシリカとなる。図１（ａ）は、バインダー４１が蛍光体粒子４０の表面に設けられている様子を示している。このバインダー４１を個々の蛍光体粒子４０の表面に付着させることにより、例えば電気泳動法を用いて、蛍光体粒子４０を金属基板４５上に層状に堆積させることができる。
【００５３】
コーティング層４２は、蛍光体粒子４０どうしを、及び蛍光体粒子４０と金属基板４５とをより強固に付着させるものであり、複数の蛍光体粒子４０における個々の蛍光体粒子４０の表面に設けられるものである。コーティング層４２は、例えばＴｉＯ２、ＳｉＯ２等の無機材料（無機コーティング材料）からなる。
【００５４】
バインダー４１は、電気泳動法を用いて金属基板４５上に堆積させるときに必要となるものであるが、その密着性はそれほど高くない。なぜなら、例えば図１（ａ）に示すように、蛍光体粒子４０間には空隙４４ａが形成されてしまうためである。本実施形態では、蛍光体粒子４０の表面上に設けられたバインダー４１の層上に、さらにコーティング層４２が設けられる。すなわち、バインダー４１を介して、蛍光体粒子４０の表面にコーティング層４２が設けられる。これにより、図１（ｂ）に示すように、空隙４４ａの大きさが空隙４４ｂまで小さくなるので、蛍光体粒子４０どうしの密着性、及び蛍光体粒子４０と金属基板４５との密着性を高めることができる。なお、バインダー４１は、電気泳動法を用いずに、例えば沈降法により蛍光体粒子４０を堆積させる場合には必ずしも必要ではなく、この場合、蛍光体粒子４０の表面に直接コーティング層４２が設けられることになる。
【００５５】
ここで、コーティング層４２の膜厚が大きくすると、それだけ空隙４４ｂを小さくすることができるが、あまりに大きくすると空隙４４ｂが消失してしまう。また、空隙４４ｂが消失する程度に膜厚を大きくすると、層状となっている蛍光体粒子４０の表面（金属基板４５側ではない発光部４の表面）の凹凸も消失し、その表面は平坦化される可能性が高い。この場合、上記の密着性や熱伝導性等を高くすることはできるが、例えば図１（ｂ）の場合には、その平坦化された表面にレーザ光Ｌ０が照射され、そのレーザ光Ｌ０がそのまま反射してしまうことになる。つまり、蛍光体粒子の表面を無機材料等でコーティングし、蛍光体粒子どうしの空隙を完全に埋めてしまうと、発光部の表面を完全に覆ってしまうことにもなり、その結果、その表面に照射されたレーザ光Ｌ０が高いコヒーレント性を含んだまま反射されてしまう可能性がある。
【００５６】
レーザ光Ｌ０はコヒーレント性が高いため、そのコヒーレント性が失われないままレーザ光Ｌ０が照明光としてヘッドランプ１の外部に出射されると、その照明光を見た人間の目に損傷を与える可能性が非常に高い。このため、レーザ光Ｌ０を励起光として用いる発光装置においては、レーザ光Ｌ０を発光部４に照射することにより、レーザ光Ｌ０を蛍光に変換、あるいは散乱させることにより、人間の目に損傷を与える可能性が低いインコヒーレントな照明光として出射する必要がある。
【００５７】
本実施形態では、空隙４４ｂが存在する程度（空隙４４ｂが消失しない程度）に、蛍光体粒子４０の表面にコーティング層４２を設けることにより、蛍光体粒子４０どうし、及び蛍光体粒子４０と金属基板４５との密着性を高めることができる。それとともに、空隙４４ｂが存在する程度のコーティング層４２の膜厚により、発光部４の表面において蛍光体粒子４０及びコーティング層４２が凹凸形状４３を形成しているので、レーザ光Ｌ０を散乱させることができ、レーザ光Ｌ０のコヒーレント性を低減させることができる。
【００５８】
つまり、発光部の表面が十分に平坦である場合には、レーザ光が鏡面反射となるため、その発光パターンは強い角度依存性を有することとなる。これに対し、本実施形態のように、発光部４の表面に凹凸形状４３が形成されている場合には、入射されるレーザ光は様々な方向に反射されるため、その発散角が大きくなり、発光パターンの角度依存性が低くなる。その結果、本実施形態では、発光部４の表面において、コヒーレント性の高い入射光（レーザ光）からコヒーレント性の低い散乱光（インコヒーレントな照明光）を得ることができる。
【００５９】
また、レーザ光が蛍光体に照射し、蛍光に変換されずに反射する光の分布は、レーザ光の発光部４への入射角度に依存する。その入射角度と反射光の配光特性との関係について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、発光部４における反射光の配光特性を測定するときの実験系の一例を示す概略図である。図５では、電気泳動法を用いて蛍光体粒子４０を金属基板４５上に堆積させ、その蛍光体粒子４０（バインダー４１を含む）をＴｉＯ２でコートすることにより蛍光体粒子４０にコーティング層４２を設けた蛍光体層に、レーザ光Ｌ０を照射している。同図では、蛍光体として、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体が用いられており、その粒径は１〜１０μｍである。また、バインダー４１とコーティング層４２とを含む蛍光体層全体の膜厚は１３０μｍであり、レーザ素子２の出力は５０ｍＷである。
【００６０】
また、同図では、入射角度θを変更可能なようにレーザ素子２が配置できる構成となっている。この例では、入射角度θが４°、１４°、３２°、４６°及び５８°となるようにレーザ素子２の配置位置を変更可能である。この入射角度θはこの５段階に限られたものではなく、その測定条件に応じて変更可能なものである。
【００６１】
また、図６は、発光部４における反射光の配光特性を説明するための図であり、（ａ）は図５に示す実験系におけるレーザ光の入射角度θと反射光の配光特性とを示す図であり、（ｂ）は（ａ）を拡大した図である。図６では、入射角度θが４°、１４°、３２°、４６°及び５８°のときの反射光の配光特性が、それぞれ示されている。
【００６２】
図６（ａ）及び（ｂ）は、上記の出力等の条件下における上記の入射角度θごとの反射光の配光特性を示している。
【００６３】
これらの図に示すように、入射角度θが４°及び１４°の場合（低角度の場合）には反射光に入射角度への依存性が見られることがわかる。この場合、入射角度に依存した分布内の反射光は、均一で一様な平面における鏡面反射に近い反射となるので、当該分布内の反射光については凹凸形状４３においてもコヒーレント性の低い散乱光に変換されにくい。
【００６４】
一方、入射角度θが３２°以上（３２°、４６°及び５８°）の場合、それぞれの配光特性はほぼ同じで、反射光に入射角度への依存性が見られないことがわかる。この場合、低角度の場合のような鏡面反射に近い反射をする反射光がほとんど存在しない。これは、凹凸形状４３においてコヒーレン性の高い入射光から、より安全なコヒーレント性の低い散乱光を得ることができるといえる。
【００６５】
したがって、上記の条件下において、コヒーレント性の高い入射光からよりコヒーレント性の低い散乱光を得るためには、レーザ光Ｌ０は、入射角度θ＝３２°以上で入射されることが好ましい。ただし、これは一例であり、コヒーレント性の低い散乱光を得るための適当な入射角度θは、作製される発光部４の蛍光体粒子４０の粒径やコーティング層４２の膜厚に応じて適宜変更できる値である。
【００６６】
以上のように、本実施形態では、コーティング層４２が、発光部４の表面において凹凸形状４３をなすことにより、上記の密着性を高めて耐久性を向上させるとともに、レーザ光のコヒーレント性を低減させて安全性を向上させることが可能な発光部４を実現することができる。
【００６７】
また、発光部４の表面において凹凸形状４３の算術平均粗さが０．５μｍ以上であり、最大高さが１μｍ以上であれば、発光部４の表面に入射するコヒーレント性の高い励起光から、十分にインコヒーレントな散乱光を得ることができ、上記のような安全性の高い発光部４を実現することができる。
【００６８】
一般に、蛍光体粒子の粒径（メジアン径）は５〜４０μｍであり、その粒径分布には幅がある。このため、蛍光体粒子４０の粒径に対してコーティング層４２の膜厚が３０％以下に設定されていれば、発光部４の表面の凹凸形状４３は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上、最大高さ（Ｒｙ）が１μｍであることを満たすことになり、発光部４においてコヒーレント性の高い入射光から十分にインコヒーレントな散乱光を得ることができる。
【００６９】
金属基板４５は、蛍光体粒子４０を層状に堆積させるための基板であり、その厚さは例えば１ｍｍである。また、金属基板４５は、反射面としての機能を有することが好ましい。この場合、発光部４の上面から入射したレーザ光が蛍光に変換された後に、当該反射面で反射させることができる。または、発光部４の上面から入射したレーザ光を上記反射面で反射させて、再度発光部４の内部に向かわせて蛍光に変換することができる。さらに、金属基板４５は、発光部４にレーザ光Ｌ０が照射されることによって発生する熱を、金属ベース７からフィン８へと逃がすヒートスプレッダの機能を有する。また、金属基板４５は、導電性を有するので、電気泳動法を用いて金属基板４５に蛍光体粒子４０を堆積させる場合には、電極としての機能を有することもできる。
【００７０】
このように、発光部４は、金属基板４５上に複数の蛍光体粒子４０が堆積され、堆積された個々の蛍光体粒子４０の表面にコーティング層４２が設けられている。そして、発光部４は、そのコーティング層４２の膜厚を調整することにより、発光部４の表面において凹凸形状４３をなしている。
【００７１】
図１（ｂ）に示すように、発光部４にレーザ光Ｌ０が照射されると、その一部は蛍光体粒子４０内で蛍光Ｌ２に変換され、それ以外の成分は発光部４の表面に形成された凹凸形状４３により散乱光Ｌ１として出射される。つまり、凹凸形状４３が存在することにより、発光部４の表面上でレーザ光Ｌ０が反射されることを防ぎ（すなわち、反射光として出射されることを防ぎ）、散乱光Ｌ１として出射させることができる。本実施形態のように、発光部４の表面における凹凸の程度が十分であれば、散乱光Ｌ１及び蛍光Ｌ２からなる照明光は、インコヒーレントな光となり、人体に被害を与えることがなく、安全性の高い発光部４を実現することができる。
【００７２】
つまり、本実施形態では、レーザ光Ｌ０のコヒーレント性が高い場合であっても、そのレーザ光Ｌ０のコヒーレント性を低減させることができるので、安全性の高い発光部４を実現することができる。また、上記のように、コーティング層４２を設けることにより、蛍光体粒子４０間の密着性、あるいは蛍光体粒子４０と金属基板４５との密着性、及び発光部４の熱伝導性を向上させることができる。その密着性の向上により発光部４の耐久性を高めることができる。また、熱伝導性の向上により発光部４の温度上昇を防ぐことができ、発光部４の長寿命化を図ることができる。
【００７３】
このため、ヘッドランプ１は、本実施形態に係る発光部４を備えることにより、発光部４と同様の効果、すなわち長寿命化を図ることができるとともに、耐久性及び安全性を高めることができる。
【００７４】
（発光部４の製造方法）
次に、図７及び図８を用いて、発光部４の製造方法（製造工程）について説明する。図７は、発光部４の製造工程を示すフローチャートの一例である。また、図８は、発光部の表面をＳＥＭ（scanning electron microscope）を用いて観測したときの画像（ＳＥＭ画像）の一例を示す図であり、（ａ）はコーティング層４２を設ける前の発光部の表面のＳＥＭ画像であり、（ｂ）はその表面の一部を拡大したＳＥＭ画像であり、（ｃ）はコーティング層４２を設けた後の発光部の表面のＳＥＭ画像であり、（ｄ）はその発光部の表面の一部を拡大したＳＥＭ画像である。
【００７５】
図７に示すように、まず、蛍光体粒子４０にバインダー４１を付着させるために、蛍光体粒子４０をエタノール（分散媒）に加え、分散した溶液を準備する（Ｓ１）。この分散には、例えば超音波ホモジナイザーが用いられる。一方で、エタノールに、ＴＥＯＳ、水及び酸を添加し、加水分解することによりシリカの前駆体を含む溶液を生成する（Ｓ２）。Ｓ１及びＳ２の処理は、Ｓ３の処理の前に完了していればよく、その順序は問わない（Ｓ１及びＳ２の処理が並行して行われていてもよい）。
【００７６】
次に、Ｓ１及びＳ２の処理でそれぞれ得られた溶液を混合し、例えばスターラーで攪拌する（Ｓ３）。これにより、個々の蛍光体粒子４０の表面にバインダー４１を均一に付着させることができる。
【００７７】
次に、Ｓ３で得られた溶液を材料に電気泳動法を用いて蛍光体粒子４０を金属基板４５上に堆積させる（Ｓ４）。なお、金属基板４５上に蛍光体粒子４０が堆積した状態が、図１（ａ）に示されている。電気泳動法を用いることにより、金属基板４５の表面全体に、一様に、かつほぼ一定の厚さに薄く複数の蛍光体粒子４０を堆積させることができる。例えば、封止材を用いて、ガラスや透明基板等に蛍光体粒子を封止させることにより発光部を形成する場合、励起時に封止材が発熱することにより発光効率が低下することがあるが、電気泳動法では封止材を用いないため、その低下を防ぐことができる。
【００７８】
なお、上記Ｓ４の処理では、電気泳動法を用いて、金属基板４５に蛍光体粒子４０を堆積させる場合について説明したが、これに限らず、沈降法を用いて堆積させることもできる。沈降法の場合、蛍光体粒子４０が重力により金属基板４５上に堆積されるので、その堆積のために、電気泳動法のように電圧を印加する必要がない。また、バインダー４１を準備する工程（Ｓ２）が必ずしも必要とならない。
【００７９】
蛍光体粒子４０が堆積された金属基板４５を自然乾燥させた後（Ｓ５）、スピンコート法によって個々の蛍光体粒子４０の表面にコーティング層４２を設ける（Ｓ６）。この方法は、ＴｉＯ２等の無機材料を蛍光体粒子４０の表面に塗布して行われる。なお、電気泳動法を用いる場合には、上述のように蛍光体粒子４０の表面にバインダー４１を付着させているので、そのバインダー４１上にコーティング層４２が設けられる。また、電気泳動法を用いた場合であっても、蛍光体粒子４０の堆積後にバインダー４１を除去した場合には、蛍光体粒子４０に直接コーティング層４２が設けられる。その後、例えばオーブンを用いて、コーティング層４２が設けられた蛍光体粒子４０を焼成することにより、発光部４が完成する（Ｓ７）。なお、金属基板４５上に堆積した蛍光体粒子４０にコーティング層４２が設けられた状態が、図１（ｂ）に示されている。
【００８０】
ここで、Ｓ４及びＳ７の処理後に得られた複数の蛍光体粒子４０からなる蛍光体膜の表面をそれぞれ、ＳＥＭを用いて観測したときの画像を図８に示す。
【００８１】
Ｓ４の処理後に得られた蛍光体膜の場合、蛍光体粒子４０の表面にはバインダー４１が付着している。そのときの蛍光体膜の表面を撮像したものが図８（ａ）及び（ｂ）のＳＥＭ画像である。一方、Ｓ４の処理後に得られた蛍光体膜の場合、蛍光体粒子４０の表面にバインダー４１を介してコーティング層４２が付着している。そのときの蛍光体膜の表面を撮像したものが図８（ｃ）及び（ｄ）のＳＥＭ画像である。なお、図８（ａ）及び（ｃ）のＳＥＭ画像はそれぞれ同じレンズ倍率で撮像され、図８（ｂ）及び（ｄ）のＳＥＭ画像はそれぞれ、図８（ａ）及び（ｃ）のＳＥＭ画像撮像時のレンズ倍率より大きいレンズ倍率で、かつ、同じレンズ倍率で撮像されている。
【００８２】
なお、図８では、蛍光体として、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体が用いられており、図８（ａ）及び（ｂ）のバインダー４１を含む蛍光体膜全体の膜厚は９０μｍ程度、図８（ｃ）及び（ｄ）のバインダー４１とコーティング層４２とを含む蛍光体膜全体の膜厚は８０μｍ程度である。また、焼成温度は２００℃であり、焼成時間は５分である。
【００８３】
図８（ｃ）及び（ｄ）のＳＥＭ画像では、図８（ａ）及び（ｂ）のＳＥＭ画像と比べ、蛍光体膜の表面が均一であるが、空隙が残っているため、その蛍光体膜の表面に凹凸形状が残ったままとなっていることがわかる。つまり、蛍光体粒子４０の表面にコーティング層４２を設けることにより、コーティング層４２を設けていない場合に比べ、上記の密着性及び熱伝導性を高めると同時に、図８（ｃ）及び（ｄ）に示すように、コーティング層４２が設けられても凹凸形状はそのまま残っているため、照射されるレーザ光のコヒーレント性を失わせることができるということがわかる。
【００８４】
このように、発光部４は、金属基板４５上に単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子４０を層状に堆積させる工程（Ｓ４）と、複数の蛍光体粒子４０における個々の蛍光体粒子４０の表面に、コーティング層４２を設ける工程（Ｓ６）とを含むものである。そして、Ｓ６の処理では、図８（ｃ）及び（ｄ）からわかるように、発光部４の表面において凹凸形状４３をなすようにコーティング層４２が設けられる。これらの工程を踏まえることによって、長寿命で、耐久性及び安全性の高い発光部４を製造することができる。
【００８５】
＜ヘッドランプ１の配設方法＞
図９は、ヘッドランプ１を自動車（車両）１０の前照灯（車両用前照灯）に適用した場合の、ヘッドランプ１の配設方向を示す概念図である。図９に示すように、ヘッドランプ１は、パラボラミラー５が鉛直下側に位置するように自動車１０のヘッドに配設されてもよい。この配設方法では、上述のパラボラミラー５の投光特性により、自動車１０の正面が十分に明るく照らされるとともに、自動車１０の前方下側も明るくなる。
【００８６】
また、この自動車１０は、本実施形態に係るヘッドランプ１を備えるので、ヘッドランプ１と同様の効果、すなわち長寿命化を図ることができるとともに、耐久性及び安全性を高めることができる。
【００８７】
なお、ヘッドランプ１を自動車用の走行用前照灯（ハイビーム）に適用してもよいし、すれ違い用前照灯（ロービーム）に適用してもよい。
【００８８】
＜本発明の適用例＞
本発明の発光素子（発光部４）は、車両用前照灯のみならず、その他の照明装置に適用されてもよい。本発明の照明装置の一例として、ダウンライトを挙げることができる。ダウンライトは、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置である。その他にも、本発明の照明装置は、車両以外の移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど）のヘッドランプとして実現されてもよいし、サーチライト、プロジェクタ、ダウンライト以外の室内照明器具（スタンドランプなど）として実現されてもよい。
【００８９】
＜実施例１＞
次に本発明のより具体的な実施例について図１０に基づいて説明する。なお、上述の実施形態における部材と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。また、ここに記載された材質、形状、および各種の数値は、あくまで一例であり、本発明を限定するものではない。
【００９０】
図１０は、本発明の一実施例のヘッドランプ２０を示す概略図である。図１０に示すように、ヘッドランプ２０は、複数のレーザ素子２と集光レンズ１１とのセット、複数の光ファイバー（導光部材）１２、レンズ１３、反射ミラー１４、発光部４、パラボラミラー５、金属ベース７およびフィン８を備えている。
【００９１】
集光レンズ１１は、レーザ素子２から発振されたレーザ光を、光ファイバー１２の一方の端部である入射端部に入射させるためのレンズである。レーザ素子２と集光レンズ１１とのセットは、複数の光ファイバー１２のそれぞれと一対一で対応付けられている。すなわち、レーザ素子２は、集光レンズ１１を介して光ファイバー１２と光学的に結合されている。
【００９２】
光ファイバー１２は、レーザ素子２が発振したレーザ光を発光部４へと導く導光部材である。この光ファイバー１２は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造を有しており、入射端部から入射したレーザ光は、光ファイバー１２の内部を通り、他方の端部である出射端部から出射する。光ファイバー１２の出射端部はフェルール等により束ねられている。
【００９３】
光ファイバー１２の出射端部から出射から出射したレーザ光は、レンズ１３によって、直径２ｍｍの上面を有する発光部４の全体に照射されるように拡大される。拡大されたレーザ光は、反射ミラー１４によって反射されることで光路を変更し、パラボラミラー５の窓部６を通って発光部４へ導かれる。
【００９４】
（レーザ素子２の詳細）
レーザ素子２は、４０５ｎｍのレーザ光を出射する１Ｗ出力のものであり、合計８個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は８Ｗとなる。
【００９５】
（発光部４の詳細）
発光部４は、白色で発光するように、３種類のＲＧＢ蛍光体が混合されている。赤色蛍光体は、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕであり、緑色蛍光体は、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕであり、青色蛍光体は（ＢａＳｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕである。これら蛍光体の粉末が例えば電気泳動法により製膜されている。また、発光部４の形状は、例えば、２ｍｍ四方で、厚さ１００μｍの薄膜である。
【００９６】
なお、この実施例では、レーザ光が窓部６を透過して発光部４の上面側から入射されるので、発光部４は、図１（ｂ）に示すように蛍光及び散乱光を発生させている。
【００９７】
（パラボラミラー５の詳細）
パラボラミラー５の開口部５ｂは、半径３０ｍｍの半円であり、パラボラミラー５の奥行きは３０ｍｍである。発光部４は、パラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
【００９８】
(金属ベース７の詳細)
金属ベース７は、銅からなるものであり、発光部４が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。その裏側には、長さ３０ｍｍ、幅１ｍｍのフィン８が、５ｍｍ間隔で設けられている。なお、金属ベース７とフィン８とは、一体として形成されていてもよい。
【００９９】
（ヘッドランプ２０の効果）
ヘッドランプ２０では図１（ｂ）に示す発光部４が用いられる。このため、ヘッドランプ２０においても、発光部４と同様の効果、すなわち長寿命化を図ることができるとともに、耐久性及び安全性を高めることができる。
【０１００】
＜本発明の別の表現＞
本発明は、以下のようにも表現できる。
【０１０１】
すなわち、本発明に係る灯具（発光素子）は、電気泳動又は沈降によって金属基板上に蛍光体粒子を堆積させた後、蛍光体粒子の凹凸を残した状態で透明な無機コーティング材料でコーティングして作製した蛍光体膜に、ＬＤ光（レーザ光）を照射して蛍光体からの発光を得る構成である。
【０１０２】
また、本発明に係る灯具は、上記の灯具において、蛍光体からの発光と、蛍光体を励起せずに、表面で散乱されたＬＤ光を同時に利用するものであってもよい。
【０１０３】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、発光装置や照明装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができ、長寿命化を図り、耐久性及び安全性を高めることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯、照明装置）
２ レーザ素子（励起光源）
４ 発光部（発光素子）
４０ 蛍光体粒子
４２ コーティング層
４３ 凹凸形状
４５ 金属基板（基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光を蛍光体粒子に照射することで蛍光を発する発光素子及びその製造方法、当該発光素子を備えた発光装置、車両用前照灯及び照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、励起光源として発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）や半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode）等の半導体発光素子を用い、これらの励起光源から生じた励起光を、蛍光体層に照射することによって蛍光を発する技術の研究が盛んになってきている。一般に、発光装置の励起光源としては、陰極線の放射等に広く用いられている電子銃、放電により発生する紫外線を放射する蛍光ランプ、上記の半導体発光素子等が挙げられる。いずれの発光装置においても、蛍光体層から得られる蛍光を効率よく外に取り出すための蛍光体の製膜の工夫がなされている。そのような蛍光体層を有する発光装置及び陰極線管の一例が、特許文献１〜４に開示されている。
【０００３】
特許文献１及び２には、発光素子の表面あるいはガラス管の内面に、蛍光体粒子を含む蛍光体層を備える発光装置が開示されている。また、特許文献３及び４には、フェースガラスの表面あるいはパネル基板上に、蛍光体粒子を含む蛍光体層を備える陰極線管が開示されている。また、非特許文献１の技術においても、ＩＴＯ基板に蛍光体粒子を含む蛍光体層が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１０４９１号公報（２００６年８月１０日公開）
【特許文献２】特開平１０−１８８８９９号公報（１９９８年７月２１日公開）
【特許文献３】特開平７−２１９４９号公報（１９９５年１月２４日公開）
【特許文献４】特開平５−５４８２０号公報（１９９３年３月５日公開）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】T. Kitabatake, T. Uchikoshi, F. Munakata, Y. Sakka, and N. Hiroshaki, "The optical and mechanical properties of Eu doped Ca-α-SiAlON phosphor-SiO2composite films", Transactions of Materials Research Society of Japan 35 [3] 713-716 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、電気泳動法を用いて蛍光体粒子を沈着させた場合、溶液中に水素ガスの気泡が残存し、それにより蛍光体層の表面に凹凸が生じるのを防ぐために、蛍光体粒子を有機金属材料からなる結着材により内包させることで、均一な形状の蛍光体層を形成している。また、特許文献４の技術では、無機コーティング剤を蛍光体層の表面に塗布し、蛍光体粒子間の空隙に屈折率が小さい材料を充填することにより、当該蛍光体層の表面の凹凸をなくしている。
【０００７】
したがって、特許文献１及び４の技術は、蛍光体層の表面に凹凸が生じないようにするものである。特に、特許文献４の技術では、凹凸をなくすことによって、その表面での光の散乱を防止している。
【０００８】
さらに、特許文献２の技術では、各蛍光体粒子の空隙に蛍光体粒子の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する透明材料を充填している。また、特許文献３の技術では、電気泳動法を利用する際の電極としての導電性の高屈折率材料層を備えることにより、高密度でかつ均一な蛍光面の形成を実現している。また、非特許文献１の技術においても、各蛍光体粒子の空隙にＳｉＯ２ゾルゲルが注入されている。
【０００９】
しかし、これらの文献の技術では、励起光源として、電子銃、蛍光ランプ、ＬＥＤが使用されているが、レーザ光源の使用については開示されていない。このため、当該技術において、励起光として、コヒーレント性が高い光、例えばレーザ光を使用し、当該レーザ光を蛍光体粒子を含む蛍光体層に照射した場合、蛍光体層表面にてレーザ光が反射され、そのレーザ光のコヒーレント性が高いまま外部に放出されてしまう可能性がある。この場合、コヒーレント性の高いレーザ光を見てしまい、目に損傷を与えるなど、人体に被害を与える可能性が高く、危険である。なお、コヒーレント性の高い光とは、換言すれば、指向性が強く、干渉性が高い光のことである。
【００１０】
換言すれば、これらの文献の技術においては、励起光のコヒーレント性低減の必要性については一切開示されていない。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、励起光のコヒーレント性を低減させることが可能な発光素子、発光装置、車両用前照灯、照明装置及び発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る発光素子は、上記の課題を解決するために、励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する発光素子であって、上記発光素子は、基板上に層状に堆積された単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子からなり、上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面には、コーティング層が設けられており、上記コーティング層が、上記発光素子の表面において凹凸形状をなすことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る発光素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する発光素子の製造方法であって、基板上に単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子を層状に堆積させる工程と、上記発光素子の表面において凹凸形状をなすよう、上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面に、コーティング層を設ける工程とを含むことを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、基板上に層状に堆積された単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面にはコーティング層を設けている。このため、蛍光体粒子間の空隙が完全に埋められるわけではないので、発光素子の表面に凹凸形状を作り出すことができる。そして、そのコーティング層が発光素子の表面に凹凸形状をなすことによって、発光素子に照射される励起光を散乱させることができる。これにより、励起光がコヒーレント性の高い場合であっても、その励起光のコヒーレント性を低減させることができるので、安全性の高い発光素子を実現することができる。
【００１５】
また、コーティング層を設けることにより、蛍光体粒子間の密着性、あるいは蛍光体粒子と基板との密着性を向上させることができるため、発光素子の耐久性を高めることができる。
【００１６】
また、コーティング層を設けることにより、蛍光体粒子と基板との接触面積が増加するので、蛍光体粒子の発熱を効率よく基板から放熱することができる。そのため、発光素子の熱伝導性を向上させることができるので、発光素子の温度上昇を抑制し、発光素子の長寿命化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る発光素子では、上記凹凸形状は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上であり、最大高さ（Ｒｙ）が１μｍ以上であることが好ましい。また、本発明に係る発光素子では、上記コーティング層の膜厚が、上記蛍光体粒子の粒径に対して、３０％以下の範囲に設定されていることが好ましい。
【００１８】
上記構成によれば、励起光のコヒーレント性を十分低減させることが可能な凹凸形状を形成することができる。
【００１９】
なお、上記蛍光体粒子の粒径は、堆積させる前の粉末状の蛍光体粒子をレーザ回折・散乱法を用いて測定されたメジアン径（ｄ５０）とする。また、蛍光体粒子にバインダーが形成されている場合、上記コーティング層の膜厚は、そのバインダーの膜厚を含めたものとする。
【００２０】
また、本発明に係る発光装置は、上記に記載の発光素子と、励起光を出射する励起光源と、を含む構成である。
【００２１】
上記構成によれば、励起光源から出射される励起光のコヒーレント性が高い場合でも、上述の発光素子を備えているので、当該発光素子と同様、安全性の高い発光装置を実現することができる。
【００２２】
また、本発明に係る車両用前照灯及び照明装置は、上記に記載の発光装置を含む構成である。このため、上記の発光装置と同様、安全性の高い車両用前照灯及び照明装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る発光素子は、以上のように、基板上に層状に堆積された複数の蛍光体粒子からなり、上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面には、コーティング層が設けられており、上記コーティング層が、上記発光素子の表面において凹凸形状をなす構成である。
【００２４】
また、本発明に係る発光素子の製造方法は、以上のように、基板上に複数の蛍光体粒子を層状に堆積させる工程と、上記発光素子の表面において凹凸形状をなすよう、上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面に、コーティング層を設ける工程とを含む方法である。
【００２５】
それゆえ、本発明の発光素子は、長寿命化を図り、耐久性及び安全性を高めることができるという効果を奏する。また、本発明の発光素子の製造方法は、長寿命で、耐久性及び安全性の高い発光素子を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光部の断面図の一例であり、（ａ）は蛍光体粒子が金属基板に堆積している様子を示す図であり、（ｂ）はその蛍光体粒子の表面にコーティング層が設けられた発光部と、その発光部における入射光及び出射光の様子を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るヘッドランプが備えるパラボラミラーの回転放物面を示す概念図である。
【図４】図３に示すパラボラミラーの形状を説明する図であり、（ａ）はパラボラミラー５の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図５】発光部における反射光の配光特性を測定するときの実験系の一例を示す概略図である。
【図６】（ａ）は図５の実験系で測定した反射光の配光特性を示す図であり、（ｂ）は（ａ）を拡大した図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る発光部の製造工程を示すフローチャートの一例である。
【図８】発光部の表面をＳＥＭ（scanning electron microscope）を用いて観測したときの画像（ＳＥＭ画像）の一例を示す図であり、（ａ）はコーティング層を設ける前の発光部の表面のＳＥＭ画像であり、（ｂ）はその表面の一部を拡大したＳＥＭ画像であり、（ｃ）はコーティング層を設けた後の発光部の表面のＳＥＭ画像であり、（ｄ）はその発光部の表面の一部を拡大したＳＥＭ画像である。
【図９】本発明の一実施形態に係るヘッドランプを自動車（車両）の前照灯に適用した場合の、ヘッドランプの配設方向を示す概念図である。
【図１０】本発明の一実施例のヘッドランプを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の一形態について図１〜図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００２８】
＜ヘッドランプ１の構成＞
図２は、本発明の一実施形態に係るヘッドランプ１の概略構成を示す断面図である。図２に示すように、ヘッドランプ１は、レーザ素子（励起光源、半導体レーザ）２、レンズ３、発光部４（発光素子）、パラボラミラー（反射鏡）５、金属ベース７、フィン８を備えている。
【００２９】
（レーザ素子２）
レーザ素子２は、励起光を出射する励起光源として機能する発光素子である。このレーザ素子２は、複数設けられていてもよい。この場合、複数のレーザ素子２のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。レーザ素子２を１つのみ用いてもよいが、高出力のレーザ光を得るためには、複数のレーザ素子２を用いる方が容易である。
【００３０】
レーザ素子２は、１チップに１つの発光点を有するものであってもよく、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。レーザ素子２のレーザ光の波長は、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）または４５０ｎｍ（青色）であるが、これらに限定されず、発光部４に含める蛍光体の種類に応じて適宜選択されればよい。
【００３１】
（レンズ３）
レンズ３は、レーザ素子２から出射したレーザ光が発光部４に適切に照射されるように、当該レーザ光の照射範囲を調節（例えば、拡大）するためのレンズであり、レーザ素子２のそれぞれに配設されている。
【００３２】
（発光部４）
発光部４は、レーザ素子２から出射されたレーザ光を受けて蛍光を発するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体（蛍光物質）を含んでいる。発光部４は、レーザ光を蛍光に変換するため、波長変換素子であると言える。
【００３３】
具体的には、発光部４は、図１（ｂ）又は図５に示すように、基板（金属基板４５）上に複数の蛍光体粒子４０を層状に堆積させたものである。また、個々の蛍光体粒子４０の表面には、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン、珪酸エチル）等を含むバインダー４１を介して、ＴｉＯ２等の無機物からなるコーティング層４２が設けられており、当該コーティング層４２が、発光部４の表面において凹凸形状４３をなしている。なお、発光部４の具体的構成及び製造方法については後述する。
【００３４】
この発光部４は、金属ベース７の上かつパラボラミラー５のほぼ焦点位置に配置されている。そのため、発光部４から出射した蛍光及び発光部４の表面で散乱した散乱光は、パラボラミラー５の反射曲面に反射することで、その光路が制御される。
【００３５】
発光部４の蛍光体粒子４０として、例えば、酸窒化物系蛍光体（例えば、サイアロン蛍光体）またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体（例えば、インジュウムリン：ＩｎＰ）を用いることができる。これらの蛍光体は、レーザ素子２から発せられた高い出力（および／または光密度）のレーザ光に対しての熱耐性が高く、レーザ照明光源に最適である。ただし、発光部４の蛍光体は、上述のものに限定されず、窒化物蛍光体など、その他の蛍光体であってもよい。
【００３６】
また、ヘッドランプの照明光は、所定の範囲の色度を有する白色にしなければならないことが、法律により規定されている。そのため、発光部４には、照明光が白色となるように選択された蛍光体が含まれている。
【００３７】
例えば、青色、緑色および赤色の蛍光体を発光部４に含め、４０５ｎｍのレーザ光を照射すると白色光が発生する。または、黄色の蛍光体（または緑色および赤色の蛍光体）を発光部４に含め、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる青色近傍のレーザ光）を照射することでも白色光が得られる。このように、発光部４は、数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子４０を含むものである。
【００３８】
なお、上記白色光を実現可能であれば、あるいは白色光を照射しなくてもよい発光装置であれば、発光部４に含まれる蛍光体粒子４０は、単一種類の蛍光体からなるものであってもよい。
【００３９】
（パラボラミラー５）
パラボラミラー５は、発光部４が発生させた蛍光及び散乱光を反射し、所定の立体角内を進む光線束（照明光）を形成する。このパラボラミラー５は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であってもよいし、金属製の部材であってもよい。
【００４０】
図３は、パラボラミラー５の回転放物面を示す概念図であり、図４（ａ）はパラボラミラー５の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、図面をわかりやすく例示するよう直方体の部材の内部をくり抜くことでパラボラミラー５を形成した例を示している。
【００４１】
図３に示すように、パラボラミラー５は、放物線の対称軸を回転軸として当該放物線を回転させることによって形成される曲面（放物曲面）を、上記回転軸を含む平面で切断することによって得られる部分曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいる。図４（ａ）および（ｃ）において、符号５ａで示す曲線が放物曲面を示している。また、図４（ｂ）に示すように、パラボラミラー５を正面から見た場合、その開口部５ｂ（照明光の出口）は半円である。
【００４２】
このような形状のパラボラミラー５が、発光部４の、側面よりも面積の広い上面の上方にその一部が配置されている。すなわち、パラボラミラー５は、発光部４の上面を覆う位置に配置されている。別の観点から説明すれば、発光部４の側面の一部は、パラボラミラー５の開口部５ｂの方向を向いている。
【００４３】
発光部４とパラボラミラー５との位置関係を上述のものにすることで、発光部４が発生させた蛍光および散乱光を狭い立体角内に効率的に投光することができ、その結果、蛍光及び散乱光の利用効率を高めることができる。
【００４４】
また、レーザ素子２は、パラボラミラー５の外部に配置されており、パラボラミラー５には、レーザ光を透過または通過させる窓部６が形成されている。この窓部６は、開口部であってもよいし、レーザ光を透過可能な透明部材を含むものであってもよい。例えば、レーザ光を透過し、白色光（発光部４が発生させた蛍光及び散乱光を含む光）を反射するフィルターを設けた透明板を窓部６として設けてもよい。この構成では、発光部４が発生させた蛍光及び散乱光が窓部６から漏れることを防止できる。
【００４５】
窓部６は、複数のレーザ素子２に共通のものが１つ設けられていてもよいし、各レーザ素子２に対応した複数の窓部６が設けられていてもよい。
【００４６】
なお、パラボラミラー５の一部にパラボラではない部分を含めてもよい。また、本発明の発光装置が有する反射鏡は、閉じた円形の開口部を有するパラボラミラーまたはその一部を含むものであってもよい。また、上記反射鏡は、パラボラミラーに限定されず、楕円面ミラーや半球面ミラーであってもよい。すなわち、上記反射鏡は、回転軸を中心として図形（楕円、円、放物線）を回転させることによって形成される曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいるものであればよい。
【００４７】
（金属ベース７）
金属ベース７は、発光部４を支持する板状の支持部材であり、金属（例えば、銅や鉄）からなっている。それゆえ、金属ベース７は熱伝導性が高く、発光部４の発熱を効率的に放熱することができる。なお、発光部４を支持する部材は、金属からなるものに限定されず、金属以外の熱伝導性が高い物質（ガラス、サファイアなど）を含む部材でもよい。
【００４８】
金属ベース７は、パラボラミラー５によって覆われているため、金属ベース７は、パラボラミラー５の反射曲面（放物曲面）と対向する面を有していると言える。金属ベース７の発光部４が設けられている側の表面は、パラボラミラー５の回転放物面の回転軸と概ね平行であり、当該回転軸を概ね含んでいることが好ましい。
【００４９】
（フィン８）
フィン８は、金属ベース７を冷却する冷却部（放熱機構）として機能する。このフィン８は、複数の放熱板を有するものであり、大気との接触面積を増加させることにより放熱効率を高めている。金属ベース７を冷却する冷却部は、冷却（放熱）機能を有するものであればく、後述するように、ヒートパイプ、水冷方式や、空冷方式のものであってもよい。
【００５０】
＜発光部４の具体的構成及び製造方法＞
（発光部４の具体的構造）
次に、図１及び図５〜８に基づいて、発光部４の具体的構成及び製造方法について説明する。まず、図１を用いて、発光部４の具体的構成を説明する。図１は、発光部４の断面図の一例であり、（ａ）は蛍光体粒子４０が金属基板４５に堆積している様子を示す図であり、（ｂ）はその蛍光体粒子４０の表面にコーティング層が設けられた発光部４と、発光部４における入射光及び出射光の様子を示す図である。
【００５１】
図１（ｂ）に示すように、発光部４は、バインダー４１及びコーティング層４２が設けられた蛍光体粒子４０と金属基板４５とを備える。なお、発光部４の機能及び蛍光体粒子４０については上述したので、ここではその説明を省略する。
【００５２】
バインダー４１は、電気泳動法を用いて金属基板４５に蛍光体粒子４０を層状に堆積させるときに、蛍光体粒子４０どうしを付着するために使用するものである。バインダー４１は、例えば、エタノールに、ＴＥＯＳ又はＴＥＭＯＳ（テトラメトキシシラン）、水及び酸（例えば濃塩酸）を添加し、加水分解することにより得られ、乾燥、焼成を経ることで最終的にはシリカとなる。図１（ａ）は、バインダー４１が蛍光体粒子４０の表面に設けられている様子を示している。このバインダー４１を個々の蛍光体粒子４０の表面に付着させることにより、例えば電気泳動法を用いて、蛍光体粒子４０を金属基板４５上に層状に堆積させることができる。
【００５３】
コーティング層４２は、蛍光体粒子４０どうしを、及び蛍光体粒子４０と金属基板４５とをより強固に付着させるものであり、複数の蛍光体粒子４０における個々の蛍光体粒子４０の表面に設けられるものである。コーティング層４２は、例えばＴｉＯ２、ＳｉＯ２等の無機材料（無機コーティング材料）からなる。
【００５４】
バインダー４１は、電気泳動法を用いて金属基板４５上に堆積させるときに必要となるものであるが、その密着性はそれほど高くない。なぜなら、例えば図１（ａ）に示すように、蛍光体粒子４０間には空隙４４ａが形成されてしまうためである。本実施形態では、蛍光体粒子４０の表面上に設けられたバインダー４１の層上に、さらにコーティング層４２が設けられる。すなわち、バインダー４１を介して、蛍光体粒子４０の表面にコーティング層４２が設けられる。これにより、図１（ｂ）に示すように、空隙４４ａの大きさが空隙４４ｂまで小さくなるので、蛍光体粒子４０どうしの密着性、及び蛍光体粒子４０と金属基板４５との密着性を高めることができる。なお、バインダー４１は、電気泳動法を用いずに、例えば沈降法により蛍光体粒子４０を堆積させる場合には必ずしも必要ではなく、この場合、蛍光体粒子４０の表面に直接コーティング層４２が設けられることになる。
【００５５】
ここで、コーティング層４２の膜厚が大きくすると、それだけ空隙４４ｂを小さくすることができるが、あまりに大きくすると空隙４４ｂが消失してしまう。また、空隙４４ｂが消失する程度に膜厚を大きくすると、層状となっている蛍光体粒子４０の表面（金属基板４５側ではない発光部４の表面）の凹凸も消失し、その表面は平坦化される可能性が高い。この場合、上記の密着性や熱伝導性等を高くすることはできるが、例えば図１（ｂ）の場合には、その平坦化された表面にレーザ光Ｌ０が照射され、そのレーザ光Ｌ０がそのまま反射してしまうことになる。つまり、蛍光体粒子の表面を無機材料等でコーティングし、蛍光体粒子どうしの空隙を完全に埋めてしまうと、発光部の表面を完全に覆ってしまうことにもなり、その結果、その表面に照射されたレーザ光Ｌ０が高いコヒーレント性を含んだまま反射されてしまう可能性がある。
【００５６】
レーザ光Ｌ０はコヒーレント性が高いため、そのコヒーレント性が失われないままレーザ光Ｌ０が照明光としてヘッドランプ１の外部に出射されると、その照明光を見た人間の目に損傷を与える可能性が非常に高い。このため、レーザ光Ｌ０を励起光として用いる発光装置においては、レーザ光Ｌ０を発光部４に照射することにより、レーザ光Ｌ０を蛍光に変換、あるいは散乱させることにより、人間の目に損傷を与える可能性が低いインコヒーレントな照明光として出射する必要がある。
【００５７】
本実施形態では、空隙４４ｂが存在する程度（空隙４４ｂが消失しない程度）に、蛍光体粒子４０の表面にコーティング層４２を設けることにより、蛍光体粒子４０どうし、及び蛍光体粒子４０と金属基板４５との密着性を高めることができる。それとともに、空隙４４ｂが存在する程度のコーティング層４２の膜厚により、発光部４の表面において蛍光体粒子４０及びコーティング層４２が凹凸形状４３を形成しているので、レーザ光Ｌ０を散乱させることができ、レーザ光Ｌ０のコヒーレント性を低減させることができる。
【００５８】
つまり、発光部の表面が十分に平坦である場合には、レーザ光が鏡面反射となるため、その発光パターンは強い角度依存性を有することとなる。これに対し、本実施形態のように、発光部４の表面に凹凸形状４３が形成されている場合には、入射されるレーザ光は様々な方向に反射されるため、その発散角が大きくなり、発光パターンの角度依存性が低くなる。その結果、本実施形態では、発光部４の表面において、コヒーレント性の高い入射光（レーザ光）からコヒーレント性の低い散乱光（インコヒーレントな照明光）を得ることができる。
【００５９】
また、レーザ光が蛍光体に照射し、蛍光に変換されずに反射する光の分布は、レーザ光の発光部４への入射角度に依存する。その入射角度と反射光の配光特性との関係について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、発光部４における反射光の配光特性を測定するときの実験系の一例を示す概略図である。図５では、電気泳動法を用いて蛍光体粒子４０を金属基板４５上に堆積させ、その蛍光体粒子４０（バインダー４１を含む）をＴｉＯ２でコートすることにより蛍光体粒子４０にコーティング層４２を設けた蛍光体層に、レーザ光Ｌ０を照射している。同図では、蛍光体として、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体が用いられており、その粒径は１〜１０μｍである。また、バインダー４１とコーティング層４２とを含む蛍光体層全体の膜厚は１３０μｍであり、レーザ素子２の出力は５０ｍＷである。
【００６０】
また、同図では、入射角度θを変更可能なようにレーザ素子２が配置できる構成となっている。この例では、入射角度θが４°、１４°、３２°、４６°及び５８°となるようにレーザ素子２の配置位置を変更可能である。この入射角度θはこの５段階に限られたものではなく、その測定条件に応じて変更可能なものである。
【００６１】
また、図６は、発光部４における反射光の配光特性を説明するための図であり、（ａ）は図５に示す実験系におけるレーザ光の入射角度θと反射光の配光特性とを示す図であり、（ｂ）は（ａ）を拡大した図である。図６では、入射角度θが４°、１４°、３２°、４６°及び５８°のときの反射光の配光特性が、それぞれ示されている。
【００６２】
図６（ａ）及び（ｂ）は、上記の出力等の条件下における上記の入射角度θごとの反射光の配光特性を示している。
【００６３】
これらの図に示すように、入射角度θが４°及び１４°の場合（低角度の場合）には反射光に入射角度への依存性が見られることがわかる。この場合、入射角度に依存した分布内の反射光は、均一で一様な平面における鏡面反射に近い反射となるので、当該分布内の反射光については凹凸形状４３においてもコヒーレント性の低い散乱光に変換されにくい。
【００６４】
一方、入射角度θが３２°以上（３２°、４６°及び５８°）の場合、それぞれの配光特性はほぼ同じで、反射光に入射角度への依存性が見られないことがわかる。この場合、低角度の場合のような鏡面反射に近い反射をする反射光がほとんど存在しない。これは、凹凸形状４３においてコヒーレン性の高い入射光から、より安全なコヒーレント性の低い散乱光を得ることができるといえる。
【００６５】
したがって、上記の条件下において、コヒーレント性の高い入射光からよりコヒーレント性の低い散乱光を得るためには、レーザ光Ｌ０は、入射角度θ＝３２°以上で入射されることが好ましい。ただし、これは一例であり、コヒーレント性の低い散乱光を得るための適当な入射角度θは、作製される発光部４の蛍光体粒子４０の粒径やコーティング層４２の膜厚に応じて適宜変更できる値である。
【００６６】
以上のように、本実施形態では、コーティング層４２が、発光部４の表面において凹凸形状４３をなすことにより、上記の密着性を高めて耐久性を向上させるとともに、レーザ光のコヒーレント性を低減させて安全性を向上させることが可能な発光部４を実現することができる。
【００６７】
また、発光部４の表面において凹凸形状４３の算術平均粗さが０．５μｍ以上であり、最大高さが１μｍ以上であれば、発光部４の表面に入射するコヒーレント性の高い励起光から、十分にインコヒーレントな散乱光を得ることができ、上記のような安全性の高い発光部４を実現することができる。
【００６８】
一般に、蛍光体粒子の粒径（メジアン径）は５〜４０μｍであり、その粒径分布には幅がある。このため、蛍光体粒子４０の粒径に対してコーティング層４２の膜厚が３０％以下に設定されていれば、発光部４の表面の凹凸形状４３は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上、最大高さ（Ｒｙ）が１μｍであることを満たすことになり、発光部４においてコヒーレント性の高い入射光から十分にインコヒーレントな散乱光を得ることができる。
【００６９】
金属基板４５は、蛍光体粒子４０を層状に堆積させるための基板であり、その厚さは例えば１ｍｍである。また、金属基板４５は、反射面としての機能を有することが好ましい。この場合、発光部４の上面から入射したレーザ光が蛍光に変換された後に、当該反射面で反射させることができる。または、発光部４の上面から入射したレーザ光を上記反射面で反射させて、再度発光部４の内部に向かわせて蛍光に変換することができる。さらに、金属基板４５は、発光部４にレーザ光Ｌ０が照射されることによって発生する熱を、金属ベース７からフィン８へと逃がすヒートスプレッダの機能を有する。また、金属基板４５は、導電性を有するので、電気泳動法を用いて金属基板４５に蛍光体粒子４０を堆積させる場合には、電極としての機能を有することもできる。
【００７０】
このように、発光部４は、金属基板４５上に複数の蛍光体粒子４０が堆積され、堆積された個々の蛍光体粒子４０の表面にコーティング層４２が設けられている。そして、発光部４は、そのコーティング層４２の膜厚を調整することにより、発光部４の表面において凹凸形状４３をなしている。
【００７１】
図１（ｂ）に示すように、発光部４にレーザ光Ｌ０が照射されると、その一部は蛍光体粒子４０内で蛍光Ｌ２に変換され、それ以外の成分は発光部４の表面に形成された凹凸形状４３により散乱光Ｌ１として出射される。つまり、凹凸形状４３が存在することにより、発光部４の表面上でレーザ光Ｌ０が反射されることを防ぎ（すなわち、反射光として出射されることを防ぎ）、散乱光Ｌ１として出射させることができる。本実施形態のように、発光部４の表面における凹凸の程度が十分であれば、散乱光Ｌ１及び蛍光Ｌ２からなる照明光は、インコヒーレントな光となり、人体に被害を与えることがなく、安全性の高い発光部４を実現することができる。
【００７２】
つまり、本実施形態では、レーザ光Ｌ０のコヒーレント性が高い場合であっても、そのレーザ光Ｌ０のコヒーレント性を低減させることができるので、安全性の高い発光部４を実現することができる。また、上記のように、コーティング層４２を設けることにより、蛍光体粒子４０間の密着性、あるいは蛍光体粒子４０と金属基板４５との密着性、及び発光部４の熱伝導性を向上させることができる。その密着性の向上により発光部４の耐久性を高めることができる。また、熱伝導性の向上により発光部４の温度上昇を防ぐことができ、発光部４の長寿命化を図ることができる。
【００７３】
このため、ヘッドランプ１は、本実施形態に係る発光部４を備えることにより、発光部４と同様の効果、すなわち長寿命化を図ることができるとともに、耐久性及び安全性を高めることができる。
【００７４】
（発光部４の製造方法）
次に、図７及び図８を用いて、発光部４の製造方法（製造工程）について説明する。図７は、発光部４の製造工程を示すフローチャートの一例である。また、図８は、発光部の表面をＳＥＭ（scanning electron microscope）を用いて観測したときの画像（ＳＥＭ画像）の一例を示す図であり、（ａ）はコーティング層４２を設ける前の発光部の表面のＳＥＭ画像であり、（ｂ）はその表面の一部を拡大したＳＥＭ画像であり、（ｃ）はコーティング層４２を設けた後の発光部の表面のＳＥＭ画像であり、（ｄ）はその発光部の表面の一部を拡大したＳＥＭ画像である。
【００７５】
図７に示すように、まず、蛍光体粒子４０にバインダー４１を付着させるために、蛍光体粒子４０をエタノール（分散媒）に加え、分散した溶液を準備する（Ｓ１）。この分散には、例えば超音波ホモジナイザーが用いられる。一方で、エタノールに、ＴＥＯＳ、水及び酸を添加し、加水分解することによりシリカの前駆体を含む溶液を生成する（Ｓ２）。Ｓ１及びＳ２の処理は、Ｓ３の処理の前に完了していればよく、その順序は問わない（Ｓ１及びＳ２の処理が並行して行われていてもよい）。
【００７６】
次に、Ｓ１及びＳ２の処理でそれぞれ得られた溶液を混合し、例えばスターラーで攪拌する（Ｓ３）。これにより、個々の蛍光体粒子４０の表面にバインダー４１を均一に付着させることができる。
【００７７】
次に、Ｓ３で得られた溶液を材料に電気泳動法を用いて蛍光体粒子４０を金属基板４５上に堆積させる（Ｓ４）。なお、金属基板４５上に蛍光体粒子４０が堆積した状態が、図１（ａ）に示されている。電気泳動法を用いることにより、金属基板４５の表面全体に、一様に、かつほぼ一定の厚さに薄く複数の蛍光体粒子４０を堆積させることができる。例えば、封止材を用いて、ガラスや透明基板等に蛍光体粒子を封止させることにより発光部を形成する場合、励起時に封止材が発熱することにより発光効率が低下することがあるが、電気泳動法では封止材を用いないため、その低下を防ぐことができる。
【００７８】
なお、上記Ｓ４の処理では、電気泳動法を用いて、金属基板４５に蛍光体粒子４０を堆積させる場合について説明したが、これに限らず、沈降法を用いて堆積させることもできる。沈降法の場合、蛍光体粒子４０が重力により金属基板４５上に堆積されるので、その堆積のために、電気泳動法のように電圧を印加する必要がない。また、バインダー４１を準備する工程（Ｓ２）が必ずしも必要とならない。
【００７９】
蛍光体粒子４０が堆積された金属基板４５を自然乾燥させた後（Ｓ５）、スピンコート法によって個々の蛍光体粒子４０の表面にコーティング層４２を設ける（Ｓ６）。この方法は、ＴｉＯ２等の無機材料を蛍光体粒子４０の表面に塗布して行われる。なお、電気泳動法を用いる場合には、上述のように蛍光体粒子４０の表面にバインダー４１を付着させているので、そのバインダー４１上にコーティング層４２が設けられる。また、電気泳動法を用いた場合であっても、蛍光体粒子４０の堆積後にバインダー４１を除去した場合には、蛍光体粒子４０に直接コーティング層４２が設けられる。その後、例えばオーブンを用いて、コーティング層４２が設けられた蛍光体粒子４０を焼成することにより、発光部４が完成する（Ｓ７）。なお、金属基板４５上に堆積した蛍光体粒子４０にコーティング層４２が設けられた状態が、図１（ｂ）に示されている。
【００８０】
ここで、Ｓ４及びＳ７の処理後に得られた複数の蛍光体粒子４０からなる蛍光体膜の表面をそれぞれ、ＳＥＭを用いて観測したときの画像を図８に示す。
【００８１】
Ｓ４の処理後に得られた蛍光体膜の場合、蛍光体粒子４０の表面にはバインダー４１が付着している。そのときの蛍光体膜の表面を撮像したものが図８（ａ）及び（ｂ）のＳＥＭ画像である。一方、Ｓ４の処理後に得られた蛍光体膜の場合、蛍光体粒子４０の表面にバインダー４１を介してコーティング層４２が付着している。そのときの蛍光体膜の表面を撮像したものが図８（ｃ）及び（ｄ）のＳＥＭ画像である。なお、図８（ａ）及び（ｃ）のＳＥＭ画像はそれぞれ同じレンズ倍率で撮像され、図８（ｂ）及び（ｄ）のＳＥＭ画像はそれぞれ、図８（ａ）及び（ｃ）のＳＥＭ画像撮像時のレンズ倍率より大きいレンズ倍率で、かつ、同じレンズ倍率で撮像されている。
【００８２】
なお、図８では、蛍光体として、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体が用いられており、図８（ａ）及び（ｂ）のバインダー４１を含む蛍光体膜全体の膜厚は９０μｍ程度、図８（ｃ）及び（ｄ）のバインダー４１とコーティング層４２とを含む蛍光体膜全体の膜厚は８０μｍ程度である。また、焼成温度は２００℃であり、焼成時間は５分である。
【００８３】
図８（ｃ）及び（ｄ）のＳＥＭ画像では、図８（ａ）及び（ｂ）のＳＥＭ画像と比べ、蛍光体膜の表面が均一であるが、空隙が残っているため、その蛍光体膜の表面に凹凸形状が残ったままとなっていることがわかる。つまり、蛍光体粒子４０の表面にコーティング層４２を設けることにより、コーティング層４２を設けていない場合に比べ、上記の密着性及び熱伝導性を高めると同時に、図８（ｃ）及び（ｄ）に示すように、コーティング層４２が設けられても凹凸形状はそのまま残っているため、照射されるレーザ光のコヒーレント性を失わせることができるということがわかる。
【００８４】
このように、発光部４は、金属基板４５上に単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子４０を層状に堆積させる工程（Ｓ４）と、複数の蛍光体粒子４０における個々の蛍光体粒子４０の表面に、コーティング層４２を設ける工程（Ｓ６）とを含むものである。そして、Ｓ６の処理では、図８（ｃ）及び（ｄ）からわかるように、発光部４の表面において凹凸形状４３をなすようにコーティング層４２が設けられる。これらの工程を踏まえることによって、長寿命で、耐久性及び安全性の高い発光部４を製造することができる。
【００８５】
＜ヘッドランプ１の配設方法＞
図９は、ヘッドランプ１を自動車（車両）１０の前照灯（車両用前照灯）に適用した場合の、ヘッドランプ１の配設方向を示す概念図である。図９に示すように、ヘッドランプ１は、パラボラミラー５が鉛直下側に位置するように自動車１０のヘッドに配設されてもよい。この配設方法では、上述のパラボラミラー５の投光特性により、自動車１０の正面が十分に明るく照らされるとともに、自動車１０の前方下側も明るくなる。
【００８６】
また、この自動車１０は、本実施形態に係るヘッドランプ１を備えるので、ヘッドランプ１と同様の効果、すなわち長寿命化を図ることができるとともに、耐久性及び安全性を高めることができる。
【００８７】
なお、ヘッドランプ１を自動車用の走行用前照灯（ハイビーム）に適用してもよいし、すれ違い用前照灯（ロービーム）に適用してもよい。
【００８８】
＜本発明の適用例＞
本発明の発光素子（発光部４）は、車両用前照灯のみならず、その他の照明装置に適用されてもよい。本発明の照明装置の一例として、ダウンライトを挙げることができる。ダウンライトは、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置である。その他にも、本発明の照明装置は、車両以外の移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど）のヘッドランプとして実現されてもよいし、サーチライト、プロジェクタ、ダウンライト以外の室内照明器具（スタンドランプなど）として実現されてもよい。
【００８９】
＜実施例１＞
次に本発明のより具体的な実施例について図１０に基づいて説明する。なお、上述の実施形態における部材と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。また、ここに記載された材質、形状、および各種の数値は、あくまで一例であり、本発明を限定するものではない。
【００９０】
図１０は、本発明の一実施例のヘッドランプ２０を示す概略図である。図１０に示すように、ヘッドランプ２０は、複数のレーザ素子２と集光レンズ１１とのセット、複数の光ファイバー（導光部材）１２、レンズ１３、反射ミラー１４、発光部４、パラボラミラー５、金属ベース７およびフィン８を備えている。
【００９１】
集光レンズ１１は、レーザ素子２から発振されたレーザ光を、光ファイバー１２の一方の端部である入射端部に入射させるためのレンズである。レーザ素子２と集光レンズ１１とのセットは、複数の光ファイバー１２のそれぞれと一対一で対応付けられている。すなわち、レーザ素子２は、集光レンズ１１を介して光ファイバー１２と光学的に結合されている。
【００９２】
光ファイバー１２は、レーザ素子２が発振したレーザ光を発光部４へと導く導光部材である。この光ファイバー１２は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造を有しており、入射端部から入射したレーザ光は、光ファイバー１２の内部を通り、他方の端部である出射端部から出射する。光ファイバー１２の出射端部はフェルール等により束ねられている。
【００９３】
光ファイバー１２の出射端部から出射から出射したレーザ光は、レンズ１３によって、直径２ｍｍの上面を有する発光部４の全体に照射されるように拡大される。拡大されたレーザ光は、反射ミラー１４によって反射されることで光路を変更し、パラボラミラー５の窓部６を通って発光部４へ導かれる。
【００９４】
（レーザ素子２の詳細）
レーザ素子２は、４０５ｎｍのレーザ光を出射する１Ｗ出力のものであり、合計８個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は８Ｗとなる。
【００９５】
（発光部４の詳細）
発光部４は、白色で発光するように、３種類のＲＧＢ蛍光体が混合されている。赤色蛍光体は、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕであり、緑色蛍光体は、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕであり、青色蛍光体は（ＢａＳｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕである。これら蛍光体の粉末が例えば電気泳動法により製膜されている。また、発光部４の形状は、例えば、２ｍｍ四方で、厚さ１００μｍの薄膜である。
【００９６】
なお、この実施例では、レーザ光が窓部６を透過して発光部４の上面側から入射されるので、発光部４は、図１（ｂ）に示すように蛍光及び散乱光を発生させている。
【００９７】
（パラボラミラー５の詳細）
パラボラミラー５の開口部５ｂは、半径３０ｍｍの半円であり、パラボラミラー５の奥行きは３０ｍｍである。発光部４は、パラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
【００９８】
(金属ベース７の詳細)
金属ベース７は、銅からなるものであり、発光部４が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。その裏側には、長さ３０ｍｍ、幅１ｍｍのフィン８が、５ｍｍ間隔で設けられている。なお、金属ベース７とフィン８とは、一体として形成されていてもよい。
【００９９】
（ヘッドランプ２０の効果）
ヘッドランプ２０では図１（ｂ）に示す発光部４が用いられる。このため、ヘッドランプ２０においても、発光部４と同様の効果、すなわち長寿命化を図ることができるとともに、耐久性及び安全性を高めることができる。
【０１００】
＜本発明の別の表現＞
本発明は、以下のようにも表現できる。
【０１０１】
すなわち、本発明に係る灯具（発光素子）は、電気泳動又は沈降によって金属基板上に蛍光体粒子を堆積させた後、蛍光体粒子の凹凸を残した状態で透明な無機コーティング材料でコーティングして作製した蛍光体膜に、ＬＤ光（レーザ光）を照射して蛍光体からの発光を得る構成である。
【０１０２】
また、本発明に係る灯具は、上記の灯具において、蛍光体からの発光と、蛍光体を励起せずに、表面で散乱されたＬＤ光を同時に利用するものであってもよい。
【０１０３】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、発光装置や照明装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができ、長寿命化を図り、耐久性及び安全性を高めることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯、照明装置）
２ レーザ素子（励起光源）
４ 発光部（発光素子）
４０ 蛍光体粒子
４２ コーティング層
４３ 凹凸形状
４５ 金属基板（基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する発光素子であって、
上記発光素子は、基板上に層状に堆積された単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子からなり、
上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面には、コーティング層が設けられており、
上記コーティング層が、上記発光素子の表面において凹凸形状をなすことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
上記凹凸形状は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上であり、最大高さ（Ｒｙ）が１μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
上記コーティング層の膜厚が、上記蛍光体粒子の粒径に対して、３０％以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の発光素子と、
励起光を出射する励起光源と、を含むことを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の発光装置を含むことを特徴とする車両用前照灯。
【請求項６】
請求項４に記載の発光装置を含むことを特徴とする照明装置。
【請求項７】
励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する発光素子の製造方法であって、
基板上に単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子を層状に堆積させる工程と、
上記発光素子の表面において凹凸形状をなすよう、上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面に、コーティング層を設ける工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１】
励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する発光素子であって、
上記発光素子は、基板上に層状に堆積された単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子からなり、
上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面には、コーティング層が設けられており、
上記コーティング層が、上記発光素子の表面において凹凸形状をなすことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
上記凹凸形状は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上であり、最大高さ（Ｒｙ）が１μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
上記コーティング層の膜厚が、上記蛍光体粒子の粒径に対して、３０％以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の発光素子と、
励起光を出射する励起光源と、を含むことを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の発光装置を含むことを特徴とする車両用前照灯。
【請求項６】
請求項４に記載の発光装置を含むことを特徴とする照明装置。
【請求項７】
励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する発光素子の製造方法であって、
基板上に単一または数種類の蛍光体からなる複数の蛍光体粒子を層状に堆積させる工程と、
上記発光素子の表面において凹凸形状をなすよう、上記複数の蛍光体粒子における個々の蛍光体粒子の表面に、コーティング層を設ける工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１６２６００（Ｐ２０１２−１６２６００Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０２１（Ｐ２０１１−２２０２１）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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