発光装置、照明装置および車両用前照灯
【課題】励起光が照射される発光部における照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域の温度上昇を抑制することで、長寿命な光源を実現する。
【解決手段】ヘッドランプ１は、励起光が照射される照射領域を含む照射面を有し、励起光の照射領域への照射によって発光する発光部７と、発光部７より高い熱伝導率を有する線状の放熱用支持部材１３と、を備え、放熱用支持部材１３は、２つの端を有し、そのうちの一方の発光側端が、発光部７の照射面を励起光が入射する側から見たときに、励起光が照射される発光部７の照射領域の後方に配置されるように、発光部７の内部に埋め込まれている。
【解決手段】ヘッドランプ１は、励起光が照射される照射領域を含む照射面を有し、励起光の照射領域への照射によって発光する発光部７と、発光部７より高い熱伝導率を有する線状の放熱用支持部材１３と、を備え、放熱用支持部材１３は、２つの端を有し、そのうちの一方の発光側端が、発光部７の照射面を励起光が入射する側から見たときに、励起光が照射される発光部７の照射領域の後方に配置されるように、発光部７の内部に埋め込まれている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度光源として機能する発光装置並びに、当該発光装置を備えた照明装置および車両用前照灯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、蛍光体を含む発光部に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いる発光装置の研究が盛んになってきている。
【０００３】
このような発光装置に関する技術の例として、例えば灯具がある。このような発光装置を用いた灯具では、高輝度光源を実現するために、励起光源として半導体レーザを用いている。半導体レーザから発振されるレーザ光は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、当該レーザ光を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。このような半導体レーザを励起光源として用いた発光装置（以下、「ＬＤ発光装置」と記す）を車両用ヘッドランプに好適に適用することができる。
【０００４】
また、このような発光装置に関する他の技術の例として、現行の蛍光灯または白熱灯等を置き換える半導体照明の実現化を目指して、高輝度化および発光効率の改善に向けた研究開発が活発に進められている。特に、大きな市場が予測されているのが照明用の白色発光ダイオードである。照明用途においては、輝度および発光効率の向上に加えて、照明に使用した際の色の見え方、すなわち、演色性を向上させることが重要である。
【０００５】
このような状況を考慮して、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現するために、青色または紫外発光が可能な発光ダイオードを用いた励起光によって白色発光を生じさせる蛍光体が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
この特許文献１に記載された蛍光体は、可視光を透過し得る基板と、この基板上に形成された半導体層とを備えており、発光ダイオードからの青色または紫外光により、半導体層からの高輝度の赤色発光成分を高め、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現している。
【０００７】
なお、特許文献１に記載された蛍光体は、上で述べたとおり、蛍光灯や白熱灯を置き換え可能な半導体照明の実現を目指すものである。したがって、その要求される輝度としては従来と同程度、または、多少明るいという程度のものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１９９８１号公報（平成１７年１月２０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来の蛍光体の構造において、白色発光のより一層の高輝度化を実現しようとした場合、例えば、発光ダイオードによる励起光に代えて半導体レーザによる励起光を用いることが考えられる。レーザ光を励起光として用い、蛍光体を含む微小な発光部を励起するレーザ照明光源を実現すれば、今までになかった高輝度光源を実現できる可能性がある。
【００１０】
しかしながら、本発明者は鋭意研究の結果、レーザ光を励起光として用いた場合、微小な発光部、すなわち微小な体積の発光部において、発光部に照射されて吸収される励起光のうちの、蛍光体により蛍光に変換されること無く熱に変換されてしまう成分が、発光部の温度を容易に上昇させ、その結果、発光部の特性低下や熱による損傷を引き起こしてしまうという課題を見出した。
【００１１】
特に、微小な発光部をハイパワーのレーザ光で励起すると、すなわち高いパワー密度で発光部を励起すると、発光部が激しく劣化するという問題が生ずる。
【００１２】
また、発光部を劣化させる原因の１つとして、励起光が照射される当該発光部における照射領域およびその近傍の領域（以下、「昇温領域」と記す）における温度上昇が挙げられる。半導体レーザから高出力の励起光が発光部に照射され、発光部の照射領域に対して放熱処理が行われない場合、昇温領域の温度が励起光の照射直後から１０００℃を超える場合があり、当該発光部の昇温領域だけが局所的に極めて高温になるため、当該昇温領域が急速に劣化してしまうという問題が生じる。
【００１３】
したがって、蛍光体を含む微小な発光部をハイパワーの励起光で励起する構成において、発光部の劣化を防ぎ、明るく長寿命な光源を実現するためには、上記照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域の温度上昇を抑制することが望まれる。
【００１４】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、励起光が照射される発光部における昇温領域の温度上昇を抑制し、発光部における特性低下や熱による損傷を防止することで、超高輝度かつ長寿命な光源を実現することができる発光装置並びに、当該発光装置を備えた照明装置および車両用前照灯を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る発光装置は、励起光が照射される照射領域を含む照射面を有し、前記励起光の前記照射領域への照射によって発光する発光部と、前記発光部より高い熱伝導率を有する熱伝導部材とを備え、前記熱伝導部材は、２つの端を有し、そのうちの一方の端が、前記発光部の照射面を前記励起光が入射する側から見たときに、前記励起光が照射される前記発光部の照射領域の後方に配置されるように、前記発光部の内部に埋め込まれている。
【００１６】
ここで、「励起光」とは、半導体レーザから出射される励起光と、発光ダイオードから出射される励起光とのいずれも含むものである。
【００１７】
上記の発光装置では、励起光が発光部に照射されると当該発光部が発光する。励起光が発光部に照射されると、励起光の照射領域から熱が発生するが、その照射領域の後方に配置されるように埋め込まれている熱伝導部材から放熱される。
【００１８】
したがって、励起光が照射される発光部における照射領域の温度上昇を抑制することで、長寿命な光源を実現することができる。すなわち、発光装置は、高い信頼性を有する高輝度光源を実現することができる。
【００１９】
前記熱伝導部材の一方の端において、前記発光部の照射面を前記励起光が入射する側から見たときに、前記照射面に含まれる前記照射領域の後方に位置する部分が占める領域が前記照射領域を含んでいることが好ましい。
【００２０】
この場合、発光部の照射領域から発生する熱を効率よく集めることができるので、照射領域の温度上昇をより効果的に抑えることができる。
【００２１】
前記熱伝導部材の一方の端は、前記発光部を貫くように前記発光部の内部に埋め込まれていることが好ましい。
【００２２】
この場合、発光部の照射領域から発生する熱を効率よく集めることができるので、照射領域の温度上昇をより効果的に抑えることができる。
【００２３】
前記熱伝導部材の一方の端は、前記発光部の照射面に対向する反射層を有していることが好ましい。
【００２４】
この場合、発光部に入射された励起光を反射層により反射させて再び発光部の照射面側に向かわせることができるので、励起光が蛍光に変換される経路の長さを２倍にすることができる。
【００２５】
このため、発光部からの蛍光の取り出し効率を向上させることができる。
【００２６】
前記発光部の前記照射面およびその反対の面を除く前記発光部の周囲に配置された少なくとも１つの放熱部材をさらに備え、前記熱伝導部材の一方の端は、前記放熱部材と接触していることが好ましい。
【００２７】
この場合、熱伝導部材からの放熱をより効率的に行なうことができる。
【００２８】
前記熱伝導部材の他方の端に接続され、前記熱伝導部材を放熱させるための冷却装置をさらに備えていることが好ましい。
【００２９】
この場合、熱伝導部材からの放熱をより効率的に行なうことができる。
【００３０】
前記熱伝導部材は、金属材料からなることが好ましい。
【００３１】
この場合、発光部との熱伝導率との差が大きいので、発光部で発生する熱をより効率よく集めることができる。
【００３２】
前記熱伝導部材は、透明材料からなることが好ましい。
【００３３】
この場合、発光部に入射する光を、その入射面の反対の面側に透過させることができるので、発光部の反対の面側から取り出せる蛍光量を増やすことができる。
【００３４】
本発明に係る照明装置は、上記の発光装置を備えていることが好ましい。
【００３５】
この場合、長寿命な発光装置を光源として用いることができるので、高い信頼性を有する高輝度な照明装置を実現することができる。
【００３６】
本発明に係る車両用前照灯は、上記の発光装置を備えていることが好ましい。
【００３７】
この場合、長寿命な発光装置を光源として用いることができるので、高い信頼性を有する高輝度な車両用前照灯を実現することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る発光装置は、本発明に係る発光装置は、励起光が照射される照射領域を含む照射面を有し、前記励起光の前記照射領域への照射によって発光する発光部と、前記発光部より高い熱伝導率を有する熱伝導部材とを備え、前記熱伝導部材は、２つの端を有し、そのうちの一方の端が、前記発光部の照射面を前記励起光が入射する側から見たときに、前記励起光が照射される前記発光部の照射領域の後方に配置されるように、前記発光部の内部に埋め込まれている。
【００３９】
それゆえ、本発明に係る発光装置は、励起光が照射される発光部における昇温領域の温度上昇を抑制し、発光部における特性低下や熱による損傷を防止することで、超高輝度かつ長寿命な光源を実現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】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。
【図２】発光部と放熱用支持部材との第１の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。
【図３】発光部と放熱用支持部材との第２の接続例を示す断面図である。
【図４】発光部と放熱用支持部材との第３の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。
【図５】発光部と放熱用支持部材との第４の接続例を示す断面図である。
【図６】発光部と放熱用支持部材との第５の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。
【図７】冷却装置の具体例を示す図であり、（ａ）がその第１の例を示す図、（ｂ）がその第２の例を示す図、（ｃ）がその第３の例を示す図である。
【図８】発光部と放熱用支持部材との具合例を示す正面図である。
【図９】放熱用支持部材の断面積と発光部の温度上昇との関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は半導体レーザの回路図であり、（ｂ）は半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るレーザダウンライトが備える発光ユニットおよび従来のＬＥＤダウンライトの外観を示す概略図である。
【図１２】上記レーザダウンライトが設置された天井の断面図である。
【図１３】上記レーザダウンライトの断面図である。
【図１４】上記レーザダウンライトの設置方法の変更例を示す断面図である。
【図１５】上記ＬＥＤダウンライトが設置された天井の断面図である。
【図１６】上記レーザダウンライトおよび上記ＬＥＤダウンライトのスペックを比較するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の照明装置の一例として、自動車用のすれ違い用前照灯であるヘッドランプ（発光装置、照明装置、車両用前照灯）１を例に挙げて説明する。ただし、本発明の照明装置は、配光特性基準が示されている照明装置であれば、自動車以外の車両・移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど）のヘッドランプとして実現されてもよいし、その他の照明装置として実現されてもよい。その他の照明装置として、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具を挙げることができる。
【００４２】
ヘッドランプ１は、走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たしていてもよいし、すれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性基準を満たしていてもよい。
【００４３】
また、以下では、図１に示す光ファイバー５が複数の束（すなわち複数の出射端部５ａを備えた構成）であるものとして説明しているが、これに限らず、光ファイバー５が１つのみ（すなわち出射端部５ａが１つのみ）からなっていてもよい。また、図１では、便宜上、出射端部５ａを１つのみ示しているが、出射端部５ａの数は１つに限定されるものではない。
【００４４】
（ヘッドランプ１の構成）
まず、図１を参照しながら、ヘッドランプ１の構成について説明する。図１は、ヘッドランプ１の構成を示す断面図である。同図に示すように、ヘッドランプ１は、半導体レーザアレイ２と、非球面レンズ４と、光ファイバー５と、フェルール６と、発光部７と、反射鏡８と、透明板９と、ハウジング１０と、エクステンション１１と、レンズ１２とを備えている。
【００４５】
半導体レーザアレイ２は、励起光を出射する励起光源として機能し、複数の半導体レーザ３を基板上に備えるものである。半導体レーザ３のそれぞれからレーザ光が発振される。励起光源として複数の半導体レーザ３を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザ３を１つのみ用いてもよい。高出力のレーザ光を得るためには、複数の半導体レーザ３を用いることが好ましい。
【００４６】
半導体レーザ３は、１チップに１つの発光点を有するものであり、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力１．０Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流０．６Ａのものであり、直径５．６ｍｍのパッケージに封入されているものである。半導体レーザ３が発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光であればよい。
【００４７】
なお、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振する良質な短波長用の半導体レーザを作製することが可能であれば、本実施の形態の半導体レーザ３として、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振するように設計された半導体レーザを用いることも可能である。
【００４８】
また、本実施形態では、励起光源として半導体レーザを用いたが、半導体レーザの代わりに、発光ダイオードを用いることも可能である。
【００４９】
非球面レンズ４は、半導体レーザ３から発振されたレーザ光（励起光）を、光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂに入射させるためのレンズである。例えば、非球面レンズ４として、アルプス電気製のＦＬＫＮ１ ４０５を用いることができる。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ４の形状および材質は特に限定されないが、４０５ｎｍ近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材料であることが好ましい。
【００５０】
光ファイバー５は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を発光部７へと導く導光部材であり、複数の光ファイバーの束である。この光ファイバー５は、上記レーザ光を受け取る複数の入射端部５ｂと、入射端部５ｂから入射したレーザ光を出射する複数の出射端部５ａとを有している。複数の出射端部５ａは、発光部７のレーザ光照射面（受光面）における互いに異なる領域に対してレーザ光を出射する。より詳細には、複数の出射端部５ａから出射されるレーザ光がそれぞれ有する光強度分布における最も光強度の大きい部分が、発光部７の互いに異なる部分に対して照射される。
【００５１】
ここで、１つの出射端部５ａから出射されたレーザ光は、所定の角度で広がりつつ、発光部７のレーザ光照射面に到達する。また、複数の出射端部５ａからレーザ光が出射されると、レーザ光照射面には複数の照射領域が形成される。そのため、複数の光ファイバー５の出射端部５ａが、レーザ光照射面に対して平行な平面において並んで配置されていたとしても、これら出射端部５ａからのレーザ光によって形成される照射領域が、互いに重なることがある。
【００５２】
このような場合でも、出射端部５ａから出射されるレーザ光の光強度分布における最も光強度が大きいところ（各レーザ光がレーザ光照射面に形成する照射領域の中央部分（最大光強度部分））が、発光部７のレーザ光照射面の互いに異なる部分に対して出射されれば、レーザ光照射面に対してレーザ光を２次元平面的に分散して照射することができる。
【００５３】
すなわち、複数の出射端部５ａのうちの１つから出射されたレーザ光が発光部７に照射されることによって形成される投影像において最も光強度が大きい部分である最大光強度部分の位置が、他の出射端部５ａに由来する投影像の最大光強度部分の位置と異なっていればよい。それゆえ、照射領域を互いに完全に分離する必要は必ずしもない。
【００５４】
なお、出射端部５ａは、レーザ光照射面に接触していてもよいし、僅かに間隔をおいて配置されてもよい。特に、出射端部５ａがレーザ光照射面と間隔をおいて配置される場合、その間隔は、出射端部５ａから出射され円錐状に拡がるレーザ光が、レーザ光照射面に全て照射されるように定められることが好ましい。例えばレーザ光照射面が楕円である筒状の場合には、円錐状に拡がるレーザ光が、その短軸を超えない距離となるように、出射端部５ａと発光部７との位置関係を定めることが好ましい。
【００５５】
光ファイバー５は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造をしている。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス（酸化ケイ素）を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。例えば、光ファイバー５は、コアの径が２００μｍ、クラッドの径が２４０μｍ、開口数ＮＡが０．２２の石英製のものであるが、光ファイバー５の構造、太さおよび材質は上述のものに限定されず、光ファイバー５の長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。
【００５６】
また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、出射端部５ａの、発光部７ａのレーザ光照射面に対する配置を容易に変えることができる。それゆえ、発光部７ａのレーザ光照射面の形状に沿って出射端部５ａを配置することができ、レーザ光を発光部７ａのレーザ光照射面の全面にわたってマイルドに照射することができる。
【００５７】
また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、半導体レーザ３と発光部７との相対位置関係を容易に変更できる。また、光ファイバー５の長さを調整することにより、半導体レーザ３を発光部７から離れた位置に設置することができる。
【００５８】
それゆえ、半導体レーザ３を、冷却しやすい位置または交換しやすい位置に設置できるなど、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。すなわち、入射端部５ｂと出射端部５ａとの位置関係を容易に変更することができ、半導体レーザ３と発光部７との位置関係を容易に変更することができるので、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。
【００５９】
なお、導光部材として光ファイバー以外の部材、または光ファイバーと他の部材とを組み合わせたものを用いてもよい。この導光部材は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を受け取る少なくとも１つの入射端部と当該入射端部から入射したレーザ光を出射する複数の出射端部とを有するものであればよい。例えば、少なくとも１つの入射端部を有する入射部、および複数の出射端部を有する出射部を光ファイバーとは別の部材として形成し、これら入射部および出射部を光ファイバーの両端部に接続してもよい。
【００６０】
フェルール６は、光ファイバー５の複数の出射端部５ａを発光部７のレーザ光照射面に対して所定のパターンで保持する。このフェルール６は、出射端部５ａを挿入するための孔が所定のパターンで形成されているものでもよいし、上部と下部とに分離できるものであり、上部および下部の接合面にそれぞれ形成された溝によって出射端部５ａを挟み込むものでもよい。
【００６１】
このフェルール６は、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材などによって反射鏡８に対して固定されていればよい。フェルール６の材質は、特に限定されず、例えばステンレススチールである。また、１つの発光部７に対して、複数のフェルール６を配置してもよい。
【００６２】
発光部７は、出射端部５ａから出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。具体的には、発光部７は、蛍光体保持物質としてのシリコーン樹脂の内部に蛍光体が分散されているものである。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、１０：１程度である。また、発光部７は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。蛍光体保持物質は、シリコーン樹脂等の樹脂材料に限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスや無機ガラスであってもよい。
【００６３】
上記蛍光体は、酸窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色に発光する蛍光体のいずれか１つ以上がシリコーン樹脂に分散されている。半導体レーザ３は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部７に当該レーザ光が照射されると複数の色が混合され白色光が発生する。それゆえ、発光部７は、波長変換材料であるといえる。
【００６４】
なお、半導体レーザ３は、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる「青色」近傍のレーザ光）を発振するものでもよく、この場合には、上記蛍光体は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。赤色の蛍光体とは、６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。
【００６５】
上記蛍光体は、サイアロンと通称されるものが好ましい。サイアロンとは、窒化ケイ素のシリコン原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）および希土類元素などを固溶させて作ることができる。
【００６６】
蛍光体の別の好適な例としては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のナノメータサイズの粒子を用いた半導体ナノ粒子蛍光体を例示することができる。
【００６７】
半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体（例えばインジュウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径をナノメータサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる点である。例えば、ＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する（ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて評価した）。
【００６８】
また、この半導体ナノ粒子蛍光体は、半導体ベースであるので蛍光寿命が短く、励起光のパワーを素早く蛍光として放射できるのでハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、この半導体ナノ粒子蛍光体の発光寿命が１０ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて５桁も小さいためである。
【００６９】
さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光の吸収と蛍光体の発光を素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。
【００７０】
よって、発光部７が熱により劣化（変色や変形）するのを、より抑制することができる。これにより、光の出力が高い発光素子を光源として用いる場合に、発光装置の寿命が短くなるのをより抑制することができる。なお、発光装置の基本構造については後述する。
【００７１】
発光部７の形状および大きさは、例えば、直径３．２ｍｍおよび厚さ１ｍｍの円柱形状となっており、出射端部５ａから出射されたレーザ光を、当該円柱の側面のうち、フェルール６と対向する発光部７におけるレーザ光の受光面において受ける。この受光面が、発光部７のレーザ光照射面である。
【００７２】
また、発光部７は、円柱形状でなく、直方体であってもよい。例えば、３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体である。この場合、半導体レーザ３からのレーザ光を受けるレーザ光照射面の面積は、３ｍｍ２である。日本国内で法的に規定されている車両用ヘッドランプの配光パターン（配光分布）は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いため、発光部７の形状を、水平方向に対して横長（断面略長方形形状）にすることにより、上記配光パターンを実現しやすくなる。
【００７３】
さらに、発光部のレーザ光照射面は、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。ただし、レーザ光の反射を抑えるためには、レーザ光照射面はレーザ光の光軸に対して垂直な平面であることが好ましい。
【００７４】
また、発光部７は、図１に示すように、透明板９の内側（出射端部５ａが位置する側）の面において、出射端部５ａと対向する位置（以下、「発光部固定位置」と記す場合もある）に配置されている。この発光部固定位置への発光部７の固定は、放熱用支持部材（熱伝導部材）１３によって行われている。この放熱用支持部材１３は、反射鏡８から延出する棒状、筒状を含む線状の部材である。なお、筒状とした場合であれば、その筒の中を液体、あるいは気体等を流す、あるいは、循環させることで、より放熱効果を高めることが可能である。
【００７５】
放熱用支持部材１３は、上述したように、線状の部材であり、その一方の端（以下、「発光側端」と記す場合もある）が発光部７に接続され、その他方の端（以下、「冷却側端」と記す場合もある）が冷却装置１４に接続されている。放熱用支持部材１３は、このような形状および接続形態を有することで、微小な発光部７を発光部固定位置で保持しつつ、発光部７から発生する熱をヘッドランプ１の外部に放熱する。
【００７６】
具体的には、放熱用支持部材１３の発光側端は、その所定の長さの分だけ、発光部７の内部に埋め込まれており、その埋め込みにより、発光部７と放熱用支持部材１３とが接続されている。そして、ハウジング１０に収納された、レーザ光が照射される発光部７における照射領域（レーザ光照射面における領域）とその近傍の領域とを含む昇温領域が冷却されるように、放熱用支持部材１３の発光部７への埋め込み位置、つまり、発光部７と放熱用支持部材１３との接続位置が設定される。
【００７７】
また、冷却装置１４は、放熱用支持部材１３の発光側端から冷却側端に向かって伝導して来る、発光部７から発生した熱を、放熱用支持部材１３から放熱するためのものである。もちろん、この冷却装置１４はヘッドランプ１にとって必須なものではない。例えば、ヘッドランプ１では、放熱用支持部材１３を伝導して来る熱を冷却端付近で放熱用支持部材１３から単に放熱させても、もちろん構わない。要は、冷却装置１４を設けることで、放熱用支持部材１３からの放熱を効率よく行なうことができるのであり、特に、発光部７からの発熱量が３Ｗ以上の場合に、冷却装置１４の設置が有効となる。
【００７８】
図１では、放熱用支持部材１３は線状となっているが、これに限らず、光ファイバー５と同様、その形状を変形することが可能な（湾曲可能な）可撓性を有する部材を用いてもよい。
【００７９】
また、その可撓性を有する部材は、例えば、金属材料を用いることができる。通常、金属材料であれば塑性があり、少なくとも線状にすることで湾曲可能な部材とすることができる。特に、熱伝導がよい銀、金、銅、アルミ等は、直径１ｍｍよりも細い線状に加工すれば、人手によっても簡単に曲げることができ、放熱用支持部材１３に用いる部材として好適なものである。なお、発光部７のサイズが１ｍｍのオーダーであれば、放熱用支持部材１３の直径は、少なくとも１ｍｍよりも小さくなる。
【００８０】
また、上で述べた金属材料以外にも、例えば、グラファイトを用いもよい。厚さ０．１ｍｍ以下のシート状とすれば、可撓性を持たせることができるからである。
【００８１】
さらに、光ファイバーの材料として一般的な石英を用いてもよい。石英であれば、そのコア径を１ｍｍ程度とすることで可撓性を持たせることが可能である。
【００８２】
放熱用支持部材１３が可撓性を有している場合、発光部７と冷却装置１４との相対位置関係を容易に変更できる。また、放熱用支持部材１３の長さを調整することにより、冷却装置１４を発光部７から離れた位置に設置することができる。この場合、図１に示すような、冷却装置１４がハウジング１０に収納される構成に限らず、光ファイバー５と同様、放熱用支持部材１３がハウジング１０を貫くことにより、冷却装置１４がハウジング１０の外部に設置することも可能となる。
【００８３】
それゆえ、冷却装置１４が故障した場合に修理または交換しやすい位置に設置することができ、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。
【００８４】
なお、放熱用支持部材１３および冷却装置１４の具体的構成については、後で詳しく説明する。
【００８５】
反射鏡８は、発光部７から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡８は、発光部７からの光を反射することにより、ヘッドランプ１の前方へ進む光線束を形成する。この反射鏡８は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状（カップ形状）の部材である。
【００８６】
透明板９は、反射鏡８の開口部を覆う透明な樹脂板である。この透明板９を、半導体レーザ３からのレーザ光を遮断するとともに、発光部７においてレーザ光を変換することにより生成された白色光（インコヒーレントな光）を透過する材質で形成することが好ましい。発光部７によってコヒーレントなレーザ光は、そのほとんどがインコヒーレントな白色光に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、透明板９によってレーザ光を遮断することにより、レーザ光が外部に漏れることを防止できる。
【００８７】
また、透明板９は、放熱用支持部材１３と共に、発光部７を発光部固定位置に確実に固定させている。もちろん、発光部固定位置への発光部７の固定は、透明板９を用いること無く、放熱用支持部材１３のみを用いて行なっても構わない。また、透明板９の上記の効果を期待する必要が無ければ、透明板９を省略することも可能である。
【００８８】
ハウジング１０は、ヘッドランプ１の本体を形成しており、反射鏡８等を収納している。光ファイバー５は、このハウジング１０を貫いており、半導体レーザアレイ２は、ハウジング１０の外部に設置される。半導体レーザアレイ２は、レーザ光の発振時に発熱するが、ハウジング１０の外部に設置することにより半導体レーザアレイ２を効率良く冷却することが可能となる。したがって、半導体レーザアレイ２から発生する熱による、発光部７の特性劣化や熱的損傷等が防止されている。
【００８９】
また、半導体レーザ３は、故障する可能性があるため、交換しやすい位置に設置することが好ましい。これらの点を考慮しなければ、半導体レーザアレイ２をハウジング１０の内部に収納してもよい。
【００９０】
エクステンション１１は、反射鏡８の前方の側部に設けられており、ヘッドランプ１の内部構造を隠して、ヘッドランプ１の見栄えを良くするとともに、反射鏡８と車体との一体感を高めている。このエクステンション１１も反射鏡８と同様に金属薄膜がその表面に形成された部材である。
【００９１】
レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられており、ヘッドランプ１を密封している。発光部７が発生し、反射鏡８によって反射された光は、レンズ１２を通ってヘッドランプ１の前方へ出射される。
【００９２】
以上のように、本実施形態に係るヘッドランプ１は、レーザ光を出射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３が出射したレーザ光を受け取る入射端部５ｂと入射端部５ｂから入射したレーザ光を出射する出射端部５ａとを有する光ファイバー５と、出射端部５ａから出射されたレーザ光を受けて発光する発光部７と、レーザ光が照射される発光部７における照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域からの発熱を冷却しつつ、発光部７を発光部固定位置に固定する放熱用支持部材１３と、を備えている構成である。
【００９３】
また、本実施形態に係るヘッドランプ１は、放熱用支持部材１３を伝導して来た熱を効率よく放熱させるための冷却装置１４をさらに備えていても良い。
【００９４】
ここで、発光部７をハイパワーのレーザ光で励起すると、発光部７が激しく劣化することを本発明の発明者は見出した。発光部７の劣化は、発光部７に含まれる蛍光体そのものの劣化とともに、蛍光体を取り囲む物質（例えば、シリコーン樹脂）の劣化によって主に引き起こされる。上述のサイアロン蛍光体は、レーザ光が照射されると６０〜８０％の効率で光を発生させるが、残りは熱となって放出される。この熱によって蛍光体を取り囲む物質が劣化すると考えられる。
【００９５】
上記問題を考慮して、ヘッドランプ１は、上記構成を備えることにより、昇温領域の温度上昇を抑制することで、長寿命な光源を実現することができる。すなわち、ヘッドランプ１は、高い信頼性を有する高輝度光源を実現することができる。
【００９６】
（放熱用支持部材１３）
次に、放熱用支持部材１３の具体的な構成および、発光部７と放熱用支持部材１３との接続形態の具体的な構成について、図２〜図６に基づいて説明する。なお、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部分の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みやサイズは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることももちろんである。
【００９７】
なお、以下の図面において、上述した各構成部材に対応する変形例を図示することがある。これら変形例については、上述した対応する構成部材に付記した符号（数字）にａ、ｂ、ｃ・・・のアルファベットを付記することにより、対応関係を明らかにしつつ変形例であることを示すこととする。
【００９８】
（第１の接続例）
図２は、発光部７と放熱用支持部材１３との第１の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。この第１の接続例においては、放熱用支持部材１３は、例えばアルミニウム、銀、金、銅といった金属材料を用いることができる。また、このような金属材料に代えて、金属材料よりも高い熱伝導率を持つグラファイト（黒鉛）を用いることも可能である。これら金属材料や、グラファイトは、発光部７よりも高い熱伝導率を有するものである。
【００９９】
この放熱用支持部材１３の発光側端は、図２（ｂ）に示すように、フェルール６側から見て、発光部７の内部に埋め込まれた部分のうち、発光部７のレーザ光照射面におけるレーザ光の照射領域の後方に位置する部分が、その他の部分と比べて、大きな面積を持つように形成されている。この面積はレーザ光の照射領域の面積に応じて決められるものであり、そうすることにより、レーザ光の照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域から発生する熱を効率よく集めることができる。
【０１００】
また、放熱用支持部材１３の発光側端は、図２（ａ）に示すように、フェルール６側から見て、発光部７のレーザ光照射面の全面に渡って埋め込まれることはない。すなわち、レーザ光照射面側から入射されるレーザ光が、発光部７のレーザ光照射面と反対の面側に向かって進行できるよう、放熱用支持部材１３の無い領域が用意されている。そうすることにより、放熱用支持部材１３に金属材料やグラファイトといった遮光性を持つ材料が用いられた場合でも、レーザ光を発光部７のレーザ光照射面と反対の面側まで進行させることができるので、その反対の面側からも、発光部７の蛍光体による蛍光を取り出すことができる。
【０１０１】
なお、上記では、放熱用支持部材１３は、金属材料やグラファイト等を用いているが、例えば、透光性を有する透明材料を用いてもよい。具体的には、これら金属材料等よりは熱伝導率が低いものの、発光部７よりも熱伝導率の高い、石英やアルミナの表面に透明導電膜（例えば、ＩＴＯ膜）を成膜したものを用いることも可能である。
【０１０２】
（第２の接続例）
図３は、発光部７ａと放熱用支持部材１３ａとの第２の接続例を示す図である。この第２の接続例においては、図２に示した上記の第１の接続例とは異なり、放熱用支持部材１３ａが発光部７ａのレーザ光照射面に、より近接するように発光部７ａに埋め込まれている。
【０１０３】
すなわち、第２の接続例では、放熱用支持部材１３ａの発光側端と、発光部７ａのレーザ光の照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域との距離が、上記の第１の接続例と比較し、短くなっている。
【０１０４】
このため、発光部７ａの昇温領域で発生した熱がすみやかに放熱されるので、その昇温領域に蓄積する熱を減らすことができ、温度上昇が抑制できる。
【０１０５】
なお、本第２の接続例においても、放熱用支持部材１３ａは、上述した透光性を有する材料を用いることはもちろん可能である。
【０１０６】
（第３の接続例）
図４は、発光部７ｂと放熱用支持部材１３ｂとの第３の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。この第３の接続例においては、放熱用支持部材１３ｂは、上述したような、透光性を有する材料を用いている。
【０１０７】
本第３の接続例が上記の第１および第２の接続例と異なる点は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、放熱用支持部材１３ｂが発光部７を貫くように、その発光側端が発光部７に埋め込まれている点である。
【０１０８】
このため、発光部７のレーザ光の照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域で発生する熱を集めることができる放熱用支持部材１３ｂの発光側端の部分が大きくなり、その結果、昇温領域から発生する熱を、より効率よく集めることができる。
【０１０９】
なお、放熱用支持部材１３ｂは、上述した透光性を有する材料を用いれば良い。
【０１１０】
また、放熱用支持部材１３ｂは、上述した金属材料やグラファイトを用いることも可能である。この場合、放熱用支持部材１３ｂに、より高い熱伝導率を有する金属材料等を用いることで、発光部７の昇温領域で発生する熱をより効率よく集めることができる。
【０１１１】
（第４の接続例）
図５は、発光部７ｃと放熱用支持部材１３ｃとの第２の接続例を示す図である。この第４の接続例においては、図４に示した上記の第３の接続例とは異なり、放熱用支持部材１３ｃが、上述した金属材料やグラファイトからなる第１の部材１５ａと、第１の部材１５ａのレーザ光入射側に配置され、レーザ光を反射する第２の部材（反射層）１５ｂと、を積層した構造を有している。
【０１１２】
本第４の接続例は、発光部７ｃからの蛍光の取り出し効率を向上させることができるとともに、レーザ光が蛍光に変換される経路の長さを２倍にすることができる。なぜなら、レーザ光が発光部７ｃに入射された後、第２の部材１５ｂに到達するまでの経路と、第２の部材１５ｂから再び発光部７ｃから出るまでの経路との両方の経路において、レーザ光を蛍光に変換させることができるからである。
【０１１３】
したがって、本第４の接続例は、発光部７のレーザ光照射面側から蛍光を取り出す必要がある場合に有効な例である。
【０１１４】
なお、上記では、放熱用支持部材１３ｃを第１の部材および第２の部材の積層構造としているが、例えば、第２の部材の代わりに、第１の部材の表面を鏡面状にすることでも、同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
（第５の接続例）
図６は、発光部７ｄと放熱用支持部材１３ｄとの第５の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。この第５の接続例は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した上記の第３の接続例において、発光部７の周囲に配置された放熱部材１６をさらに設け、この放熱部材１６と放熱用支持部材１３ｄの発光側端とを接触させた接続例である。
【０１１６】
本第５の接続例では、放熱用支持部材１３ｄの発光側端に集められた熱を、放熱用支持部材１３ｄの冷却側端からの放熱に加えて、放熱部材１６からの放熱も同時に行なうことができる。したがって、放熱用支持部材１３ｄからの放熱を、より効率的に行なうことができる。
【０１１７】
放熱部材１６は、例えば、上述した金属材料やグラファイトを用いれば良い。
【０１１８】
（冷却装置１４）
次に、冷却装置１４の具体的な構成について、図７を用いて説明する。
【０１１９】
図７（ａ）の第１の例は、放熱用支持部材１３の冷却側端に金属塊１４ａを接触した例である。金属塊１４ａの材質としては、アルミや銅が好適である。
【０１２０】
この第１の例の場合、放熱用支持部材１３の発光側端で集められた熱が、この金属塊から効率的に放熱させられる。
【０１２１】
図７（ｂ）の第２の例は、図７（ａ）の示した金属塊１４ａの上面に複数の放熱用のフィン１４ｂを設けた例である。
【０１２２】
この第２の例の場合、金属塊１４ａからの放熱を、より効率よく行なうことができる。
【０１２３】
図７（ｃ）の第３の例は、図７（ａ）の示した金属塊１４ａに送風するための風を発生させることにより、金属塊１４ａからの放熱を、より効率よく行なうための例である。
【０１２４】
この第３の例では、例えば、一般的な扇風機の構造を有する送風器１４ｂを用いることができる。
【０１２５】
その他、金属塊１４ａの中に配管を通し、配管内に冷却水等を循環させる液冷（水冷）機構を付加してもよい。
【０１２６】
（本発明の効果）
次に、図８に示す発光部７および放熱用支持部材１３を用いて、温度上昇の抑制に関する実験データ例について説明する。
【０１２７】
図８において、放熱用支持部材１３に銅（室温での熱伝導率４００Ｗ／ｍＫ）を用いて、長さ２４ｍｍ、断面積を以下の表に示すよう変化させた。
【０１２８】
【表１】
【０１２９】
発光部７は、直径３．２ｍｍ、厚さ１ｍｍの円筒形で、その内部に放熱用支持部材１３が埋め込まれている。発光部７に分散された蛍光体は、その発光効率が８０％である。
【０１３０】
このような発光部７および放熱用支持部材１３に対し、５Ｗのレーザ光を照射したところ、４Ｗが蛍光に変換され、残りの１Ｗが発熱分となった。
【０１３１】
発光部７に対する温度上昇抑制効果を図９に示す。図９から分かるように、断面積が０．７５ｍｍ２の放熱用支持部材１３（直径１ｍｍのシャフトにほぼ相当する）を用いると、放熱用支持部材１３が無い場合である５６０℃に対して、１２０℃まで冷却することができる。
【０１３２】
（半導体レーザ３の構造）
次に、半導体レーザ３の基本構造について説明する。図１０（ａ）は、半導体レーザ３の回路図を模式的に示したものであり、図１０（ｂ）は、半導体レーザ３の基本構造を示す斜視図である。同図に示すように、半導体レーザ３は、カソード電極１９、基板１８、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極１７がこの順に積層された構成である。
【０１３３】
基板１８は、半導体基板であり、本願のように蛍光体を励起する為の青色〜紫外の励起光を得る為にはＧａＮ、サファイア、ＳｉＣを用いることが好ましい。一般的には、半導体レーザ用の基板の他の例として、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＣ等のＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂおよびＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣｒＯ２およびＣｅＯ２等の酸化物絶縁体、並びに、ＳｉＮなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。
【０１３４】
アノード電極１７は、クラッド層１１２を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。
【０１３５】
カソード電極１９は、基板１８の下部から、クラッド層１１３を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極１７・カソード電極１９に順方向バイアスをかけて行う。
【０１３６】
活性層１１１は、クラッド層１１３及びクラッド層１１２で挟まれた構造になっている。
【０１３７】
また、活性層１１１およびクラッド層の材料としては、青色〜紫外の励起光を得る為にはＡｌＩｎＧａＮから成る混晶半導体が用いられる。一般に半導体レーザの活性層・クラッド層としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂを主たる組成とする混晶半導体が用いられ、そのような構成としても良い。また、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体によって構成されていてもよい。
【０１３８】
また、活性層１１１は、注入された電流により発光が生じる領域であり、クラッド層１１２及びクラッド層１１３との屈折率差により、発光した光が活性層１１１内に閉じ込められる。
【０１３９】
さらに、活性層１１１には、誘導放出によって増幅される光を閉じ込めるために互いに対向して設けられる表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が形成されており、この表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が鏡の役割を果す。
【０１４０】
ただし、完全に光を反射する鏡とは異なり、誘導放出によって増幅される光の一部は、活性層１１１の表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５（本実施の形態では、便宜上表側へき開面１１４とする）から出射され、励起光Ｌ０となる。なお、活性層１１１は、多層量子井戸構造を形成していてもよい。
【０１４１】
なお、表側へき開面１１４と対向する裏側へき開面１１５には、レーザ発振のための反射膜（図示せず）が形成されており、表側へき開面１１４と裏側へき開面１１５との反射率に差を設けることで、低反射率端面である、例えば、表側へき開面１１４より励起光Ｌ０の大部分を発光点１０３から照射されるようにすることができる。
【０１４２】
クラッド層１１３・クラッド層１１２は、ｎ型およびｐ型それぞれのＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、及びＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、並びに、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体のいずれの半導体によって構成されていてもよく、順方向バイアスをアノード電極１７及びカソード電極１９に印加することで活性層１１１に電流を注入できるようになっている。
【０１４３】
クラッド層１１３・クラッド層１１２および活性層１１１などの各半導体層との膜形成については、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。各金属層の膜形成については、真空蒸着法やメッキ法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。
【０１４４】
（発光部７の発光原理）
次に、半導体レーザ３から発振されたレーザ光による蛍光体の発光原理について説明する。
【０１４５】
まず、半導体レーザ３から発振されたレーザ光が発光部７に含まれる蛍光体に照射されることにより、蛍光体内に存在する電子が低エネルギー状態から高エネルギー状態（励起状態）に励起される。
【０１４６】
その後、この励起状態は不安定であるため、蛍光体内の電子のエネルギー状態は、一定時間後にもとの低エネルギー状態（基底準位のエネルギー状態または励起準位と基底準位との間の準安定準位のエネルギー状態）に遷移する。
【０１４７】
このように、高エネルギー状態に励起された電子が、低エネルギー状態に遷移することによって蛍光体が発光する。
【０１４８】
白色光は、等色の原理を満たす３つの色の混色、または補色の関係を満たす２つの色の混色で構成でき、この原理に基づき、半導体レーザから発振されたレーザ光の色と蛍光体が発する光の色とを、上述のように組み合わせることにより白色光を発生させることができる。
【０１４９】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図１１〜図１６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施の形態は、上記の実施の形態１の発光装置を用いた照明装置の具体例であるレーザダウンライトに係る実施の形態である。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１５０】
ここでは、本発明の照明装置の一例としてのレーザダウンライト２００について説明する。レーザダウンライト２００は、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置であり、半導体レーザ３から出射したレーザ光を発光部７に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いるものである。
【０１５１】
なお、レーザダウンライト２００と同様の構成を有する照明装置を、構造物の側壁または床に設置してもよく、上記照明装置の設置場所は特に限定されない。
【０１５２】
図１１は、発光ユニット２１０および従来のＬＥＤダウンライト３００の外観を示す概略図である。図１２は、レーザダウンライト２００が設置された天井の断面図である。図１３は、レーザダウンライト２００の断面図である。図１１〜図１３に示すように、レーザダウンライト２００は、天板４００に埋設され、照明光を出射する発光ユニット２１０と、光ファイバー５を介して発光ユニット２１０へレーザ光を供給するＬＤ光源ユニット２２０とを含んでいる。ＬＤ光源ユニット２２０は、天井には設置されておらず、ユーザが容易に触れることができる位置（例えば、家屋の側壁）に設置されている。このようにＬＤ光源ユニット２２０の位置を自由に決定できるのは、ＬＤ光源ユニット２２０と発光ユニット２１０とが光ファイバー５によって接続されているからである。この光ファイバー５は、天板４００と断熱材４０１との間の隙間に配置されている。
【０１５３】
（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図１３に示すように、筐体２１１、光ファイバー５、発光部７および透光板２１３を備えている。
【０１５４】
筐体２１１には、凹部２１２が形成されており、この凹部２１２の底面に発光部７が配置されている。凹部２１２の表面には、金属薄膜が形成されており、凹部２１２は反射鏡として機能する。
【０１５５】
また、筐体２１１には、光ファイバー５を通すための通路２１４が形成されており、この通路２１４を通って光ファイバー５が発光部７まで延びている。光ファイバー５の出射端部５ａと発光部７との位置関係は上述したものと同様である。
【０１５６】
透光板２１３は、凹部２１２の開口部をふさぐように配置された透明または半透明の板である。この透光板２１３は、透明板９と同様の機能を有するものであり、発光部７の蛍光は、透光板２１３を透して照明光として出射される。透光板２１３は、筐体２１１に対して取外し可能であってもよく、省略されてもよい。
【０１５７】
図１１では、発光ユニット２１０は、円形の外縁を有しているが、発光ユニット２１０の形状（より厳密には、筐体２１１の形状）は特に限定されない。
【０１５８】
なお、発光部７の固定は、上記の実施の形態１と同様、図示しない放熱用支持部材１３によって行われており、放熱用支持部材１３の一方の端（発光側端）に発光部７が接続され、その他方の端（冷却側端）に図示しない冷却装置１４が接続されている。
【０１５９】
また、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、発光部７の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。
【０１６０】
（ＬＤ光源ユニット２２０の構成）
ＬＤ光源ユニット２２０は、半導体レーザ３、非球面レンズ４および光ファイバー５を備えている。
【０１６１】
光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂは、ＬＤ光源ユニット２２０に接続されており、半導体レーザ３から発振されたレーザ光は、非球面レンズ４を介して光ファイバー５の入射端部５ｂに入射される。
【０１６２】
図１３に示すＬＤ光源ユニット２２０の内部には、半導体レーザ３および非球面レンズ４が一対のみ示されているが、発光ユニット２１０が複数存在する場合には、発光ユニット２１０からそれぞれ延びる光ファイバー５の束を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導いてもよい。この場合、１つのＬＤ光源ユニット２２０に複数の半導体レーザ３と非球面レンズ４との対が収納されることになり、ＬＤ光源ユニット２２０は集中電源ボックスとして機能する。
【０１６３】
（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図１４は、レーザダウンライト２００の設置方法の変更例を示す断面図である。同図に示すように、レーザダウンライト２００の設置方法の変形例として、天板４００には光ファイバー５を通す小さな穴４０２だけを開け、薄型・軽量の特長を活かしてレーザダウンライト本体（発光ユニット２１０）を天板４００に貼り付けるということもできる。この場合、レーザダウンライト２００の設置に係る制約が小さくなり、また工事費用が大幅に削減できるというメリットがある。
【０１６４】
（レーザダウンライト２００と従来のＬＥＤダウンライト３００との比較）
従来のＬＥＤダウンライト３００は、図１１に示すように、複数の透光板３０１を備えており、各透光板３０１からそれぞれ照明光が出射される。すなわち、ＬＥＤダウンライト３００において発光点は複数存在している。ＬＥＤダウンライト３００において発光点が複数存在しているのは、個々の発光点から出射される光の光束が比較的小さいため、複数の発光点を設けなければ照明光として十分な光束の光が得られないためである。
【０１６５】
これに対して、レーザダウンライト２００は、高光束の照明装置であるため、発光点は１つでもよい。それゆえ、照明光による陰影がきれいに出るという効果が得られる。また、発光部７の蛍光体を高演色蛍光体（例えば、数種類の酸窒化物蛍光体の組み合わせ）にすることにより、照明光の演色性を高めることができる。
【０１６６】
これにより、白熱電球ダウンライトに迫る高演色を実現することができる。例えば、平均演色評価数Ｒａが９０以上のみならず、特殊演色評価数Ｒ９も９５以上というＬＥＤダウンライトや蛍光灯ダウンライトでは実現が難しい高演色光も高演色蛍光体と半導体レーザ３の組み合わせにより実現可能である。
【０１６７】
図１５は、ＬＥＤダウンライト３００が設置された天井の断面図である。同図に示すように、ＬＥＤダウンライト３００では、ＬＥＤチップ、電源および冷却ユニットを収納した筐体３０２が天板４００に埋設されている。筐体３０２は比較的大きなものであり、筐体３０２が配置されている部分の断熱材４０１には、筐体３０２の形状に沿った凹部が形成される。筐体３０２から電源ライン３０３が延びており、この電源ライン３０３はコンセント（不図示）につながっている。
【０１６８】
このような構成では、次のような問題が生じる。まず、天板４００と断熱材４０１との間に発熱源である光源（ＬＥＤチップ）および電源が存在しているため、ＬＥＤダウンライト３００を使用することにより天井の温度が上がり、部屋の冷房効率が低下するという問題が生じる。
【０１６９】
また、ＬＥＤダウンライト３００では、光源ごとに電源および冷却ユニットが必要であり、トータルのコストが増大するという問題が生じる。
【０１７０】
また、筐体３０２は比較的大きなものであるため、天板４００と断熱材４０１との間の隙間にＬＥＤダウンライト３００を配置することが困難な場合が多いという問題が生じる。
【０１７１】
これに対して、レーザダウンライト２００では、発光ユニット２１０には、大きな発熱源は含まれていないため、部屋の冷房効率を低下させることはない。その結果、部屋の冷房コストの増大を避けることができる。
【０１７２】
また、発光ユニット２１０ごとに電源および冷却ユニットを設ける必要がないため、レーザダウンライト２００を小型および薄型にすることができる。その結果、レーザダウンライト２００を設置するためのスペースの制約が小さくなり、既存の住宅への設置が容易になる。
【０１７３】
また、レーザダウンライト２００は、小型および薄型であるため、上述したように、発光ユニット２１０を天板４００の表面に設置することができ、ＬＥＤダウンライト３００よりも設置に係る制約を小さくすることができるとともに工事費用を大幅に削減できる。
【０１７４】
図１６は、レーザダウンライト２００およびＬＥＤダウンライト３００のスペックを比較するための図である。同図に示すように、レーザダウンライト２００は、その一例では、ＬＥＤダウンライト３００に比べて体積は９４％減少し、質量は８６％減少する。
【０１７５】
また、ＬＤ光源ユニット２２０をユーザの手が容易に届く所に設置できるため、半導体レーザ３が故障した場合でも、手軽に半導体レーザ３を交換できる。また、複数の発光ユニット２１０から延びる光ファイバー５を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導くことにより、複数の半導体レーザ３を一括管理できる。そのため、複数の半導体レーザ３を交換する場合でも、その交換が容易にできる。
【０１７６】
なお、ＬＥＤダウンライト３００において、高演色蛍光体を用いたタイプの場合、消費電力１０Ｗで約５００ｌｍの光束が出射できるが、同じ明るさの光をレーザダウンライト２００で実現するためには、３．３Ｗの光出力が必要である。この光出力は、ＬＤ効率が３５％であれば、消費電力１０Ｗに相当し、ＬＥＤダウンライト３００の消費電力も１０Ｗであるため、消費電力では、両者の間に顕著な差は見られない。それゆえ、レーザダウンライト２００では、ＬＥＤダウンライト３００と同じ消費電力で、上述の種々のメリットが得られることになる。
【０１７７】
以上のように、レーザダウンライト２００は、レーザ光を出射する半導体レーザ３を少なくとも１つ備えるＬＤ光源ユニット２２０と、発光部７および反射鏡としての凹部２１２を備える少なくとも１つの発光ユニット２１０と、発光ユニット２１０のそれぞれへ上記レーザ光を導く光ファイバー５とを含んでいる。
【０１７８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
本発明は、高輝度で長寿命な発光装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。
【符号の説明】
【０１８０】
１ ヘッドランプ（発光装置、照明装置、車両用前照灯）
２ 半導体レーザアレイ
３ 半導体レーザ
５ 光ファイバー
５ａ 出射端部
５ｂ 入射端部
７ 発光部
８ 反射鏡
９ 透明板
１３ 放熱用支持部材（熱伝導部材）
１４ 冷却装置
１５ａ 第１の部材
１５ｂ 第２の部材（反射層）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度光源として機能する発光装置並びに、当該発光装置を備えた照明装置および車両用前照灯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、蛍光体を含む発光部に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いる発光装置の研究が盛んになってきている。
【０００３】
このような発光装置に関する技術の例として、例えば灯具がある。このような発光装置を用いた灯具では、高輝度光源を実現するために、励起光源として半導体レーザを用いている。半導体レーザから発振されるレーザ光は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、当該レーザ光を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。このような半導体レーザを励起光源として用いた発光装置（以下、「ＬＤ発光装置」と記す）を車両用ヘッドランプに好適に適用することができる。
【０００４】
また、このような発光装置に関する他の技術の例として、現行の蛍光灯または白熱灯等を置き換える半導体照明の実現化を目指して、高輝度化および発光効率の改善に向けた研究開発が活発に進められている。特に、大きな市場が予測されているのが照明用の白色発光ダイオードである。照明用途においては、輝度および発光効率の向上に加えて、照明に使用した際の色の見え方、すなわち、演色性を向上させることが重要である。
【０００５】
このような状況を考慮して、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現するために、青色または紫外発光が可能な発光ダイオードを用いた励起光によって白色発光を生じさせる蛍光体が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
この特許文献１に記載された蛍光体は、可視光を透過し得る基板と、この基板上に形成された半導体層とを備えており、発光ダイオードからの青色または紫外光により、半導体層からの高輝度の赤色発光成分を高め、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現している。
【０００７】
なお、特許文献１に記載された蛍光体は、上で述べたとおり、蛍光灯や白熱灯を置き換え可能な半導体照明の実現を目指すものである。したがって、その要求される輝度としては従来と同程度、または、多少明るいという程度のものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１９９８１号公報（平成１７年１月２０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来の蛍光体の構造において、白色発光のより一層の高輝度化を実現しようとした場合、例えば、発光ダイオードによる励起光に代えて半導体レーザによる励起光を用いることが考えられる。レーザ光を励起光として用い、蛍光体を含む微小な発光部を励起するレーザ照明光源を実現すれば、今までになかった高輝度光源を実現できる可能性がある。
【００１０】
しかしながら、本発明者は鋭意研究の結果、レーザ光を励起光として用いた場合、微小な発光部、すなわち微小な体積の発光部において、発光部に照射されて吸収される励起光のうちの、蛍光体により蛍光に変換されること無く熱に変換されてしまう成分が、発光部の温度を容易に上昇させ、その結果、発光部の特性低下や熱による損傷を引き起こしてしまうという課題を見出した。
【００１１】
特に、微小な発光部をハイパワーのレーザ光で励起すると、すなわち高いパワー密度で発光部を励起すると、発光部が激しく劣化するという問題が生ずる。
【００１２】
また、発光部を劣化させる原因の１つとして、励起光が照射される当該発光部における照射領域およびその近傍の領域（以下、「昇温領域」と記す）における温度上昇が挙げられる。半導体レーザから高出力の励起光が発光部に照射され、発光部の照射領域に対して放熱処理が行われない場合、昇温領域の温度が励起光の照射直後から１０００℃を超える場合があり、当該発光部の昇温領域だけが局所的に極めて高温になるため、当該昇温領域が急速に劣化してしまうという問題が生じる。
【００１３】
したがって、蛍光体を含む微小な発光部をハイパワーの励起光で励起する構成において、発光部の劣化を防ぎ、明るく長寿命な光源を実現するためには、上記照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域の温度上昇を抑制することが望まれる。
【００１４】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、励起光が照射される発光部における昇温領域の温度上昇を抑制し、発光部における特性低下や熱による損傷を防止することで、超高輝度かつ長寿命な光源を実現することができる発光装置並びに、当該発光装置を備えた照明装置および車両用前照灯を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る発光装置は、励起光が照射される照射領域を含む照射面を有し、前記励起光の前記照射領域への照射によって発光する発光部と、前記発光部より高い熱伝導率を有する熱伝導部材とを備え、前記熱伝導部材は、２つの端を有し、そのうちの一方の端が、前記発光部の照射面を前記励起光が入射する側から見たときに、前記励起光が照射される前記発光部の照射領域の後方に配置されるように、前記発光部の内部に埋め込まれている。
【００１６】
ここで、「励起光」とは、半導体レーザから出射される励起光と、発光ダイオードから出射される励起光とのいずれも含むものである。
【００１７】
上記の発光装置では、励起光が発光部に照射されると当該発光部が発光する。励起光が発光部に照射されると、励起光の照射領域から熱が発生するが、その照射領域の後方に配置されるように埋め込まれている熱伝導部材から放熱される。
【００１８】
したがって、励起光が照射される発光部における照射領域の温度上昇を抑制することで、長寿命な光源を実現することができる。すなわち、発光装置は、高い信頼性を有する高輝度光源を実現することができる。
【００１９】
前記熱伝導部材の一方の端において、前記発光部の照射面を前記励起光が入射する側から見たときに、前記照射面に含まれる前記照射領域の後方に位置する部分が占める領域が前記照射領域を含んでいることが好ましい。
【００２０】
この場合、発光部の照射領域から発生する熱を効率よく集めることができるので、照射領域の温度上昇をより効果的に抑えることができる。
【００２１】
前記熱伝導部材の一方の端は、前記発光部を貫くように前記発光部の内部に埋め込まれていることが好ましい。
【００２２】
この場合、発光部の照射領域から発生する熱を効率よく集めることができるので、照射領域の温度上昇をより効果的に抑えることができる。
【００２３】
前記熱伝導部材の一方の端は、前記発光部の照射面に対向する反射層を有していることが好ましい。
【００２４】
この場合、発光部に入射された励起光を反射層により反射させて再び発光部の照射面側に向かわせることができるので、励起光が蛍光に変換される経路の長さを２倍にすることができる。
【００２５】
このため、発光部からの蛍光の取り出し効率を向上させることができる。
【００２６】
前記発光部の前記照射面およびその反対の面を除く前記発光部の周囲に配置された少なくとも１つの放熱部材をさらに備え、前記熱伝導部材の一方の端は、前記放熱部材と接触していることが好ましい。
【００２７】
この場合、熱伝導部材からの放熱をより効率的に行なうことができる。
【００２８】
前記熱伝導部材の他方の端に接続され、前記熱伝導部材を放熱させるための冷却装置をさらに備えていることが好ましい。
【００２９】
この場合、熱伝導部材からの放熱をより効率的に行なうことができる。
【００３０】
前記熱伝導部材は、金属材料からなることが好ましい。
【００３１】
この場合、発光部との熱伝導率との差が大きいので、発光部で発生する熱をより効率よく集めることができる。
【００３２】
前記熱伝導部材は、透明材料からなることが好ましい。
【００３３】
この場合、発光部に入射する光を、その入射面の反対の面側に透過させることができるので、発光部の反対の面側から取り出せる蛍光量を増やすことができる。
【００３４】
本発明に係る照明装置は、上記の発光装置を備えていることが好ましい。
【００３５】
この場合、長寿命な発光装置を光源として用いることができるので、高い信頼性を有する高輝度な照明装置を実現することができる。
【００３６】
本発明に係る車両用前照灯は、上記の発光装置を備えていることが好ましい。
【００３７】
この場合、長寿命な発光装置を光源として用いることができるので、高い信頼性を有する高輝度な車両用前照灯を実現することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る発光装置は、本発明に係る発光装置は、励起光が照射される照射領域を含む照射面を有し、前記励起光の前記照射領域への照射によって発光する発光部と、前記発光部より高い熱伝導率を有する熱伝導部材とを備え、前記熱伝導部材は、２つの端を有し、そのうちの一方の端が、前記発光部の照射面を前記励起光が入射する側から見たときに、前記励起光が照射される前記発光部の照射領域の後方に配置されるように、前記発光部の内部に埋め込まれている。
【００３９】
それゆえ、本発明に係る発光装置は、励起光が照射される発光部における昇温領域の温度上昇を抑制し、発光部における特性低下や熱による損傷を防止することで、超高輝度かつ長寿命な光源を実現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】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。
【図２】発光部と放熱用支持部材との第１の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。
【図３】発光部と放熱用支持部材との第２の接続例を示す断面図である。
【図４】発光部と放熱用支持部材との第３の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。
【図５】発光部と放熱用支持部材との第４の接続例を示す断面図である。
【図６】発光部と放熱用支持部材との第５の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。
【図７】冷却装置の具体例を示す図であり、（ａ）がその第１の例を示す図、（ｂ）がその第２の例を示す図、（ｃ）がその第３の例を示す図である。
【図８】発光部と放熱用支持部材との具合例を示す正面図である。
【図９】放熱用支持部材の断面積と発光部の温度上昇との関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は半導体レーザの回路図であり、（ｂ）は半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るレーザダウンライトが備える発光ユニットおよび従来のＬＥＤダウンライトの外観を示す概略図である。
【図１２】上記レーザダウンライトが設置された天井の断面図である。
【図１３】上記レーザダウンライトの断面図である。
【図１４】上記レーザダウンライトの設置方法の変更例を示す断面図である。
【図１５】上記ＬＥＤダウンライトが設置された天井の断面図である。
【図１６】上記レーザダウンライトおよび上記ＬＥＤダウンライトのスペックを比較するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の照明装置の一例として、自動車用のすれ違い用前照灯であるヘッドランプ（発光装置、照明装置、車両用前照灯）１を例に挙げて説明する。ただし、本発明の照明装置は、配光特性基準が示されている照明装置であれば、自動車以外の車両・移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど）のヘッドランプとして実現されてもよいし、その他の照明装置として実現されてもよい。その他の照明装置として、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具を挙げることができる。
【００４２】
ヘッドランプ１は、走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たしていてもよいし、すれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性基準を満たしていてもよい。
【００４３】
また、以下では、図１に示す光ファイバー５が複数の束（すなわち複数の出射端部５ａを備えた構成）であるものとして説明しているが、これに限らず、光ファイバー５が１つのみ（すなわち出射端部５ａが１つのみ）からなっていてもよい。また、図１では、便宜上、出射端部５ａを１つのみ示しているが、出射端部５ａの数は１つに限定されるものではない。
【００４４】
（ヘッドランプ１の構成）
まず、図１を参照しながら、ヘッドランプ１の構成について説明する。図１は、ヘッドランプ１の構成を示す断面図である。同図に示すように、ヘッドランプ１は、半導体レーザアレイ２と、非球面レンズ４と、光ファイバー５と、フェルール６と、発光部７と、反射鏡８と、透明板９と、ハウジング１０と、エクステンション１１と、レンズ１２とを備えている。
【００４５】
半導体レーザアレイ２は、励起光を出射する励起光源として機能し、複数の半導体レーザ３を基板上に備えるものである。半導体レーザ３のそれぞれからレーザ光が発振される。励起光源として複数の半導体レーザ３を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザ３を１つのみ用いてもよい。高出力のレーザ光を得るためには、複数の半導体レーザ３を用いることが好ましい。
【００４６】
半導体レーザ３は、１チップに１つの発光点を有するものであり、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力１．０Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流０．６Ａのものであり、直径５．６ｍｍのパッケージに封入されているものである。半導体レーザ３が発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光であればよい。
【００４７】
なお、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振する良質な短波長用の半導体レーザを作製することが可能であれば、本実施の形態の半導体レーザ３として、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振するように設計された半導体レーザを用いることも可能である。
【００４８】
また、本実施形態では、励起光源として半導体レーザを用いたが、半導体レーザの代わりに、発光ダイオードを用いることも可能である。
【００４９】
非球面レンズ４は、半導体レーザ３から発振されたレーザ光（励起光）を、光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂに入射させるためのレンズである。例えば、非球面レンズ４として、アルプス電気製のＦＬＫＮ１ ４０５を用いることができる。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ４の形状および材質は特に限定されないが、４０５ｎｍ近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材料であることが好ましい。
【００５０】
光ファイバー５は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を発光部７へと導く導光部材であり、複数の光ファイバーの束である。この光ファイバー５は、上記レーザ光を受け取る複数の入射端部５ｂと、入射端部５ｂから入射したレーザ光を出射する複数の出射端部５ａとを有している。複数の出射端部５ａは、発光部７のレーザ光照射面（受光面）における互いに異なる領域に対してレーザ光を出射する。より詳細には、複数の出射端部５ａから出射されるレーザ光がそれぞれ有する光強度分布における最も光強度の大きい部分が、発光部７の互いに異なる部分に対して照射される。
【００５１】
ここで、１つの出射端部５ａから出射されたレーザ光は、所定の角度で広がりつつ、発光部７のレーザ光照射面に到達する。また、複数の出射端部５ａからレーザ光が出射されると、レーザ光照射面には複数の照射領域が形成される。そのため、複数の光ファイバー５の出射端部５ａが、レーザ光照射面に対して平行な平面において並んで配置されていたとしても、これら出射端部５ａからのレーザ光によって形成される照射領域が、互いに重なることがある。
【００５２】
このような場合でも、出射端部５ａから出射されるレーザ光の光強度分布における最も光強度が大きいところ（各レーザ光がレーザ光照射面に形成する照射領域の中央部分（最大光強度部分））が、発光部７のレーザ光照射面の互いに異なる部分に対して出射されれば、レーザ光照射面に対してレーザ光を２次元平面的に分散して照射することができる。
【００５３】
すなわち、複数の出射端部５ａのうちの１つから出射されたレーザ光が発光部７に照射されることによって形成される投影像において最も光強度が大きい部分である最大光強度部分の位置が、他の出射端部５ａに由来する投影像の最大光強度部分の位置と異なっていればよい。それゆえ、照射領域を互いに完全に分離する必要は必ずしもない。
【００５４】
なお、出射端部５ａは、レーザ光照射面に接触していてもよいし、僅かに間隔をおいて配置されてもよい。特に、出射端部５ａがレーザ光照射面と間隔をおいて配置される場合、その間隔は、出射端部５ａから出射され円錐状に拡がるレーザ光が、レーザ光照射面に全て照射されるように定められることが好ましい。例えばレーザ光照射面が楕円である筒状の場合には、円錐状に拡がるレーザ光が、その短軸を超えない距離となるように、出射端部５ａと発光部７との位置関係を定めることが好ましい。
【００５５】
光ファイバー５は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造をしている。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス（酸化ケイ素）を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。例えば、光ファイバー５は、コアの径が２００μｍ、クラッドの径が２４０μｍ、開口数ＮＡが０．２２の石英製のものであるが、光ファイバー５の構造、太さおよび材質は上述のものに限定されず、光ファイバー５の長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。
【００５６】
また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、出射端部５ａの、発光部７ａのレーザ光照射面に対する配置を容易に変えることができる。それゆえ、発光部７ａのレーザ光照射面の形状に沿って出射端部５ａを配置することができ、レーザ光を発光部７ａのレーザ光照射面の全面にわたってマイルドに照射することができる。
【００５７】
また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、半導体レーザ３と発光部７との相対位置関係を容易に変更できる。また、光ファイバー５の長さを調整することにより、半導体レーザ３を発光部７から離れた位置に設置することができる。
【００５８】
それゆえ、半導体レーザ３を、冷却しやすい位置または交換しやすい位置に設置できるなど、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。すなわち、入射端部５ｂと出射端部５ａとの位置関係を容易に変更することができ、半導体レーザ３と発光部７との位置関係を容易に変更することができるので、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。
【００５９】
なお、導光部材として光ファイバー以外の部材、または光ファイバーと他の部材とを組み合わせたものを用いてもよい。この導光部材は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を受け取る少なくとも１つの入射端部と当該入射端部から入射したレーザ光を出射する複数の出射端部とを有するものであればよい。例えば、少なくとも１つの入射端部を有する入射部、および複数の出射端部を有する出射部を光ファイバーとは別の部材として形成し、これら入射部および出射部を光ファイバーの両端部に接続してもよい。
【００６０】
フェルール６は、光ファイバー５の複数の出射端部５ａを発光部７のレーザ光照射面に対して所定のパターンで保持する。このフェルール６は、出射端部５ａを挿入するための孔が所定のパターンで形成されているものでもよいし、上部と下部とに分離できるものであり、上部および下部の接合面にそれぞれ形成された溝によって出射端部５ａを挟み込むものでもよい。
【００６１】
このフェルール６は、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材などによって反射鏡８に対して固定されていればよい。フェルール６の材質は、特に限定されず、例えばステンレススチールである。また、１つの発光部７に対して、複数のフェルール６を配置してもよい。
【００６２】
発光部７は、出射端部５ａから出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。具体的には、発光部７は、蛍光体保持物質としてのシリコーン樹脂の内部に蛍光体が分散されているものである。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、１０：１程度である。また、発光部７は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。蛍光体保持物質は、シリコーン樹脂等の樹脂材料に限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスや無機ガラスであってもよい。
【００６３】
上記蛍光体は、酸窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色に発光する蛍光体のいずれか１つ以上がシリコーン樹脂に分散されている。半導体レーザ３は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部７に当該レーザ光が照射されると複数の色が混合され白色光が発生する。それゆえ、発光部７は、波長変換材料であるといえる。
【００６４】
なお、半導体レーザ３は、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる「青色」近傍のレーザ光）を発振するものでもよく、この場合には、上記蛍光体は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。赤色の蛍光体とは、６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。
【００６５】
上記蛍光体は、サイアロンと通称されるものが好ましい。サイアロンとは、窒化ケイ素のシリコン原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）および希土類元素などを固溶させて作ることができる。
【００６６】
蛍光体の別の好適な例としては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のナノメータサイズの粒子を用いた半導体ナノ粒子蛍光体を例示することができる。
【００６７】
半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体（例えばインジュウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径をナノメータサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる点である。例えば、ＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する（ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて評価した）。
【００６８】
また、この半導体ナノ粒子蛍光体は、半導体ベースであるので蛍光寿命が短く、励起光のパワーを素早く蛍光として放射できるのでハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、この半導体ナノ粒子蛍光体の発光寿命が１０ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて５桁も小さいためである。
【００６９】
さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光の吸収と蛍光体の発光を素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。
【００７０】
よって、発光部７が熱により劣化（変色や変形）するのを、より抑制することができる。これにより、光の出力が高い発光素子を光源として用いる場合に、発光装置の寿命が短くなるのをより抑制することができる。なお、発光装置の基本構造については後述する。
【００７１】
発光部７の形状および大きさは、例えば、直径３．２ｍｍおよび厚さ１ｍｍの円柱形状となっており、出射端部５ａから出射されたレーザ光を、当該円柱の側面のうち、フェルール６と対向する発光部７におけるレーザ光の受光面において受ける。この受光面が、発光部７のレーザ光照射面である。
【００７２】
また、発光部７は、円柱形状でなく、直方体であってもよい。例えば、３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体である。この場合、半導体レーザ３からのレーザ光を受けるレーザ光照射面の面積は、３ｍｍ２である。日本国内で法的に規定されている車両用ヘッドランプの配光パターン（配光分布）は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いため、発光部７の形状を、水平方向に対して横長（断面略長方形形状）にすることにより、上記配光パターンを実現しやすくなる。
【００７３】
さらに、発光部のレーザ光照射面は、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。ただし、レーザ光の反射を抑えるためには、レーザ光照射面はレーザ光の光軸に対して垂直な平面であることが好ましい。
【００７４】
また、発光部７は、図１に示すように、透明板９の内側（出射端部５ａが位置する側）の面において、出射端部５ａと対向する位置（以下、「発光部固定位置」と記す場合もある）に配置されている。この発光部固定位置への発光部７の固定は、放熱用支持部材（熱伝導部材）１３によって行われている。この放熱用支持部材１３は、反射鏡８から延出する棒状、筒状を含む線状の部材である。なお、筒状とした場合であれば、その筒の中を液体、あるいは気体等を流す、あるいは、循環させることで、より放熱効果を高めることが可能である。
【００７５】
放熱用支持部材１３は、上述したように、線状の部材であり、その一方の端（以下、「発光側端」と記す場合もある）が発光部７に接続され、その他方の端（以下、「冷却側端」と記す場合もある）が冷却装置１４に接続されている。放熱用支持部材１３は、このような形状および接続形態を有することで、微小な発光部７を発光部固定位置で保持しつつ、発光部７から発生する熱をヘッドランプ１の外部に放熱する。
【００７６】
具体的には、放熱用支持部材１３の発光側端は、その所定の長さの分だけ、発光部７の内部に埋め込まれており、その埋め込みにより、発光部７と放熱用支持部材１３とが接続されている。そして、ハウジング１０に収納された、レーザ光が照射される発光部７における照射領域（レーザ光照射面における領域）とその近傍の領域とを含む昇温領域が冷却されるように、放熱用支持部材１３の発光部７への埋め込み位置、つまり、発光部７と放熱用支持部材１３との接続位置が設定される。
【００７７】
また、冷却装置１４は、放熱用支持部材１３の発光側端から冷却側端に向かって伝導して来る、発光部７から発生した熱を、放熱用支持部材１３から放熱するためのものである。もちろん、この冷却装置１４はヘッドランプ１にとって必須なものではない。例えば、ヘッドランプ１では、放熱用支持部材１３を伝導して来る熱を冷却端付近で放熱用支持部材１３から単に放熱させても、もちろん構わない。要は、冷却装置１４を設けることで、放熱用支持部材１３からの放熱を効率よく行なうことができるのであり、特に、発光部７からの発熱量が３Ｗ以上の場合に、冷却装置１４の設置が有効となる。
【００７８】
図１では、放熱用支持部材１３は線状となっているが、これに限らず、光ファイバー５と同様、その形状を変形することが可能な（湾曲可能な）可撓性を有する部材を用いてもよい。
【００７９】
また、その可撓性を有する部材は、例えば、金属材料を用いることができる。通常、金属材料であれば塑性があり、少なくとも線状にすることで湾曲可能な部材とすることができる。特に、熱伝導がよい銀、金、銅、アルミ等は、直径１ｍｍよりも細い線状に加工すれば、人手によっても簡単に曲げることができ、放熱用支持部材１３に用いる部材として好適なものである。なお、発光部７のサイズが１ｍｍのオーダーであれば、放熱用支持部材１３の直径は、少なくとも１ｍｍよりも小さくなる。
【００８０】
また、上で述べた金属材料以外にも、例えば、グラファイトを用いもよい。厚さ０．１ｍｍ以下のシート状とすれば、可撓性を持たせることができるからである。
【００８１】
さらに、光ファイバーの材料として一般的な石英を用いてもよい。石英であれば、そのコア径を１ｍｍ程度とすることで可撓性を持たせることが可能である。
【００８２】
放熱用支持部材１３が可撓性を有している場合、発光部７と冷却装置１４との相対位置関係を容易に変更できる。また、放熱用支持部材１３の長さを調整することにより、冷却装置１４を発光部７から離れた位置に設置することができる。この場合、図１に示すような、冷却装置１４がハウジング１０に収納される構成に限らず、光ファイバー５と同様、放熱用支持部材１３がハウジング１０を貫くことにより、冷却装置１４がハウジング１０の外部に設置することも可能となる。
【００８３】
それゆえ、冷却装置１４が故障した場合に修理または交換しやすい位置に設置することができ、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。
【００８４】
なお、放熱用支持部材１３および冷却装置１４の具体的構成については、後で詳しく説明する。
【００８５】
反射鏡８は、発光部７から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡８は、発光部７からの光を反射することにより、ヘッドランプ１の前方へ進む光線束を形成する。この反射鏡８は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状（カップ形状）の部材である。
【００８６】
透明板９は、反射鏡８の開口部を覆う透明な樹脂板である。この透明板９を、半導体レーザ３からのレーザ光を遮断するとともに、発光部７においてレーザ光を変換することにより生成された白色光（インコヒーレントな光）を透過する材質で形成することが好ましい。発光部７によってコヒーレントなレーザ光は、そのほとんどがインコヒーレントな白色光に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、透明板９によってレーザ光を遮断することにより、レーザ光が外部に漏れることを防止できる。
【００８７】
また、透明板９は、放熱用支持部材１３と共に、発光部７を発光部固定位置に確実に固定させている。もちろん、発光部固定位置への発光部７の固定は、透明板９を用いること無く、放熱用支持部材１３のみを用いて行なっても構わない。また、透明板９の上記の効果を期待する必要が無ければ、透明板９を省略することも可能である。
【００８８】
ハウジング１０は、ヘッドランプ１の本体を形成しており、反射鏡８等を収納している。光ファイバー５は、このハウジング１０を貫いており、半導体レーザアレイ２は、ハウジング１０の外部に設置される。半導体レーザアレイ２は、レーザ光の発振時に発熱するが、ハウジング１０の外部に設置することにより半導体レーザアレイ２を効率良く冷却することが可能となる。したがって、半導体レーザアレイ２から発生する熱による、発光部７の特性劣化や熱的損傷等が防止されている。
【００８９】
また、半導体レーザ３は、故障する可能性があるため、交換しやすい位置に設置することが好ましい。これらの点を考慮しなければ、半導体レーザアレイ２をハウジング１０の内部に収納してもよい。
【００９０】
エクステンション１１は、反射鏡８の前方の側部に設けられており、ヘッドランプ１の内部構造を隠して、ヘッドランプ１の見栄えを良くするとともに、反射鏡８と車体との一体感を高めている。このエクステンション１１も反射鏡８と同様に金属薄膜がその表面に形成された部材である。
【００９１】
レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられており、ヘッドランプ１を密封している。発光部７が発生し、反射鏡８によって反射された光は、レンズ１２を通ってヘッドランプ１の前方へ出射される。
【００９２】
以上のように、本実施形態に係るヘッドランプ１は、レーザ光を出射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３が出射したレーザ光を受け取る入射端部５ｂと入射端部５ｂから入射したレーザ光を出射する出射端部５ａとを有する光ファイバー５と、出射端部５ａから出射されたレーザ光を受けて発光する発光部７と、レーザ光が照射される発光部７における照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域からの発熱を冷却しつつ、発光部７を発光部固定位置に固定する放熱用支持部材１３と、を備えている構成である。
【００９３】
また、本実施形態に係るヘッドランプ１は、放熱用支持部材１３を伝導して来た熱を効率よく放熱させるための冷却装置１４をさらに備えていても良い。
【００９４】
ここで、発光部７をハイパワーのレーザ光で励起すると、発光部７が激しく劣化することを本発明の発明者は見出した。発光部７の劣化は、発光部７に含まれる蛍光体そのものの劣化とともに、蛍光体を取り囲む物質（例えば、シリコーン樹脂）の劣化によって主に引き起こされる。上述のサイアロン蛍光体は、レーザ光が照射されると６０〜８０％の効率で光を発生させるが、残りは熱となって放出される。この熱によって蛍光体を取り囲む物質が劣化すると考えられる。
【００９５】
上記問題を考慮して、ヘッドランプ１は、上記構成を備えることにより、昇温領域の温度上昇を抑制することで、長寿命な光源を実現することができる。すなわち、ヘッドランプ１は、高い信頼性を有する高輝度光源を実現することができる。
【００９６】
（放熱用支持部材１３）
次に、放熱用支持部材１３の具体的な構成および、発光部７と放熱用支持部材１３との接続形態の具体的な構成について、図２〜図６に基づいて説明する。なお、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部分の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みやサイズは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることももちろんである。
【００９７】
なお、以下の図面において、上述した各構成部材に対応する変形例を図示することがある。これら変形例については、上述した対応する構成部材に付記した符号（数字）にａ、ｂ、ｃ・・・のアルファベットを付記することにより、対応関係を明らかにしつつ変形例であることを示すこととする。
【００９８】
（第１の接続例）
図２は、発光部７と放熱用支持部材１３との第１の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。この第１の接続例においては、放熱用支持部材１３は、例えばアルミニウム、銀、金、銅といった金属材料を用いることができる。また、このような金属材料に代えて、金属材料よりも高い熱伝導率を持つグラファイト（黒鉛）を用いることも可能である。これら金属材料や、グラファイトは、発光部７よりも高い熱伝導率を有するものである。
【００９９】
この放熱用支持部材１３の発光側端は、図２（ｂ）に示すように、フェルール６側から見て、発光部７の内部に埋め込まれた部分のうち、発光部７のレーザ光照射面におけるレーザ光の照射領域の後方に位置する部分が、その他の部分と比べて、大きな面積を持つように形成されている。この面積はレーザ光の照射領域の面積に応じて決められるものであり、そうすることにより、レーザ光の照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域から発生する熱を効率よく集めることができる。
【０１００】
また、放熱用支持部材１３の発光側端は、図２（ａ）に示すように、フェルール６側から見て、発光部７のレーザ光照射面の全面に渡って埋め込まれることはない。すなわち、レーザ光照射面側から入射されるレーザ光が、発光部７のレーザ光照射面と反対の面側に向かって進行できるよう、放熱用支持部材１３の無い領域が用意されている。そうすることにより、放熱用支持部材１３に金属材料やグラファイトといった遮光性を持つ材料が用いられた場合でも、レーザ光を発光部７のレーザ光照射面と反対の面側まで進行させることができるので、その反対の面側からも、発光部７の蛍光体による蛍光を取り出すことができる。
【０１０１】
なお、上記では、放熱用支持部材１３は、金属材料やグラファイト等を用いているが、例えば、透光性を有する透明材料を用いてもよい。具体的には、これら金属材料等よりは熱伝導率が低いものの、発光部７よりも熱伝導率の高い、石英やアルミナの表面に透明導電膜（例えば、ＩＴＯ膜）を成膜したものを用いることも可能である。
【０１０２】
（第２の接続例）
図３は、発光部７ａと放熱用支持部材１３ａとの第２の接続例を示す図である。この第２の接続例においては、図２に示した上記の第１の接続例とは異なり、放熱用支持部材１３ａが発光部７ａのレーザ光照射面に、より近接するように発光部７ａに埋め込まれている。
【０１０３】
すなわち、第２の接続例では、放熱用支持部材１３ａの発光側端と、発光部７ａのレーザ光の照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域との距離が、上記の第１の接続例と比較し、短くなっている。
【０１０４】
このため、発光部７ａの昇温領域で発生した熱がすみやかに放熱されるので、その昇温領域に蓄積する熱を減らすことができ、温度上昇が抑制できる。
【０１０５】
なお、本第２の接続例においても、放熱用支持部材１３ａは、上述した透光性を有する材料を用いることはもちろん可能である。
【０１０６】
（第３の接続例）
図４は、発光部７ｂと放熱用支持部材１３ｂとの第３の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。この第３の接続例においては、放熱用支持部材１３ｂは、上述したような、透光性を有する材料を用いている。
【０１０７】
本第３の接続例が上記の第１および第２の接続例と異なる点は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、放熱用支持部材１３ｂが発光部７を貫くように、その発光側端が発光部７に埋め込まれている点である。
【０１０８】
このため、発光部７のレーザ光の照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域で発生する熱を集めることができる放熱用支持部材１３ｂの発光側端の部分が大きくなり、その結果、昇温領域から発生する熱を、より効率よく集めることができる。
【０１０９】
なお、放熱用支持部材１３ｂは、上述した透光性を有する材料を用いれば良い。
【０１１０】
また、放熱用支持部材１３ｂは、上述した金属材料やグラファイトを用いることも可能である。この場合、放熱用支持部材１３ｂに、より高い熱伝導率を有する金属材料等を用いることで、発光部７の昇温領域で発生する熱をより効率よく集めることができる。
【０１１１】
（第４の接続例）
図５は、発光部７ｃと放熱用支持部材１３ｃとの第２の接続例を示す図である。この第４の接続例においては、図４に示した上記の第３の接続例とは異なり、放熱用支持部材１３ｃが、上述した金属材料やグラファイトからなる第１の部材１５ａと、第１の部材１５ａのレーザ光入射側に配置され、レーザ光を反射する第２の部材（反射層）１５ｂと、を積層した構造を有している。
【０１１２】
本第４の接続例は、発光部７ｃからの蛍光の取り出し効率を向上させることができるとともに、レーザ光が蛍光に変換される経路の長さを２倍にすることができる。なぜなら、レーザ光が発光部７ｃに入射された後、第２の部材１５ｂに到達するまでの経路と、第２の部材１５ｂから再び発光部７ｃから出るまでの経路との両方の経路において、レーザ光を蛍光に変換させることができるからである。
【０１１３】
したがって、本第４の接続例は、発光部７のレーザ光照射面側から蛍光を取り出す必要がある場合に有効な例である。
【０１１４】
なお、上記では、放熱用支持部材１３ｃを第１の部材および第２の部材の積層構造としているが、例えば、第２の部材の代わりに、第１の部材の表面を鏡面状にすることでも、同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
（第５の接続例）
図６は、発光部７ｄと放熱用支持部材１３ｄとの第５の接続例を示す図であり、（ａ）がその断面図、（ｂ）がその正面図である。この第５の接続例は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した上記の第３の接続例において、発光部７の周囲に配置された放熱部材１６をさらに設け、この放熱部材１６と放熱用支持部材１３ｄの発光側端とを接触させた接続例である。
【０１１６】
本第５の接続例では、放熱用支持部材１３ｄの発光側端に集められた熱を、放熱用支持部材１３ｄの冷却側端からの放熱に加えて、放熱部材１６からの放熱も同時に行なうことができる。したがって、放熱用支持部材１３ｄからの放熱を、より効率的に行なうことができる。
【０１１７】
放熱部材１６は、例えば、上述した金属材料やグラファイトを用いれば良い。
【０１１８】
（冷却装置１４）
次に、冷却装置１４の具体的な構成について、図７を用いて説明する。
【０１１９】
図７（ａ）の第１の例は、放熱用支持部材１３の冷却側端に金属塊１４ａを接触した例である。金属塊１４ａの材質としては、アルミや銅が好適である。
【０１２０】
この第１の例の場合、放熱用支持部材１３の発光側端で集められた熱が、この金属塊から効率的に放熱させられる。
【０１２１】
図７（ｂ）の第２の例は、図７（ａ）の示した金属塊１４ａの上面に複数の放熱用のフィン１４ｂを設けた例である。
【０１２２】
この第２の例の場合、金属塊１４ａからの放熱を、より効率よく行なうことができる。
【０１２３】
図７（ｃ）の第３の例は、図７（ａ）の示した金属塊１４ａに送風するための風を発生させることにより、金属塊１４ａからの放熱を、より効率よく行なうための例である。
【０１２４】
この第３の例では、例えば、一般的な扇風機の構造を有する送風器１４ｂを用いることができる。
【０１２５】
その他、金属塊１４ａの中に配管を通し、配管内に冷却水等を循環させる液冷（水冷）機構を付加してもよい。
【０１２６】
（本発明の効果）
次に、図８に示す発光部７および放熱用支持部材１３を用いて、温度上昇の抑制に関する実験データ例について説明する。
【０１２７】
図８において、放熱用支持部材１３に銅（室温での熱伝導率４００Ｗ／ｍＫ）を用いて、長さ２４ｍｍ、断面積を以下の表に示すよう変化させた。
【０１２８】
【表１】
【０１２９】
発光部７は、直径３．２ｍｍ、厚さ１ｍｍの円筒形で、その内部に放熱用支持部材１３が埋め込まれている。発光部７に分散された蛍光体は、その発光効率が８０％である。
【０１３０】
このような発光部７および放熱用支持部材１３に対し、５Ｗのレーザ光を照射したところ、４Ｗが蛍光に変換され、残りの１Ｗが発熱分となった。
【０１３１】
発光部７に対する温度上昇抑制効果を図９に示す。図９から分かるように、断面積が０．７５ｍｍ２の放熱用支持部材１３（直径１ｍｍのシャフトにほぼ相当する）を用いると、放熱用支持部材１３が無い場合である５６０℃に対して、１２０℃まで冷却することができる。
【０１３２】
（半導体レーザ３の構造）
次に、半導体レーザ３の基本構造について説明する。図１０（ａ）は、半導体レーザ３の回路図を模式的に示したものであり、図１０（ｂ）は、半導体レーザ３の基本構造を示す斜視図である。同図に示すように、半導体レーザ３は、カソード電極１９、基板１８、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極１７がこの順に積層された構成である。
【０１３３】
基板１８は、半導体基板であり、本願のように蛍光体を励起する為の青色〜紫外の励起光を得る為にはＧａＮ、サファイア、ＳｉＣを用いることが好ましい。一般的には、半導体レーザ用の基板の他の例として、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＣ等のＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂおよびＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣｒＯ２およびＣｅＯ２等の酸化物絶縁体、並びに、ＳｉＮなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。
【０１３４】
アノード電極１７は、クラッド層１１２を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。
【０１３５】
カソード電極１９は、基板１８の下部から、クラッド層１１３を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極１７・カソード電極１９に順方向バイアスをかけて行う。
【０１３６】
活性層１１１は、クラッド層１１３及びクラッド層１１２で挟まれた構造になっている。
【０１３７】
また、活性層１１１およびクラッド層の材料としては、青色〜紫外の励起光を得る為にはＡｌＩｎＧａＮから成る混晶半導体が用いられる。一般に半導体レーザの活性層・クラッド層としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂを主たる組成とする混晶半導体が用いられ、そのような構成としても良い。また、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体によって構成されていてもよい。
【０１３８】
また、活性層１１１は、注入された電流により発光が生じる領域であり、クラッド層１１２及びクラッド層１１３との屈折率差により、発光した光が活性層１１１内に閉じ込められる。
【０１３９】
さらに、活性層１１１には、誘導放出によって増幅される光を閉じ込めるために互いに対向して設けられる表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が形成されており、この表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が鏡の役割を果す。
【０１４０】
ただし、完全に光を反射する鏡とは異なり、誘導放出によって増幅される光の一部は、活性層１１１の表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５（本実施の形態では、便宜上表側へき開面１１４とする）から出射され、励起光Ｌ０となる。なお、活性層１１１は、多層量子井戸構造を形成していてもよい。
【０１４１】
なお、表側へき開面１１４と対向する裏側へき開面１１５には、レーザ発振のための反射膜（図示せず）が形成されており、表側へき開面１１４と裏側へき開面１１５との反射率に差を設けることで、低反射率端面である、例えば、表側へき開面１１４より励起光Ｌ０の大部分を発光点１０３から照射されるようにすることができる。
【０１４２】
クラッド層１１３・クラッド層１１２は、ｎ型およびｐ型それぞれのＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、及びＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、並びに、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体のいずれの半導体によって構成されていてもよく、順方向バイアスをアノード電極１７及びカソード電極１９に印加することで活性層１１１に電流を注入できるようになっている。
【０１４３】
クラッド層１１３・クラッド層１１２および活性層１１１などの各半導体層との膜形成については、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。各金属層の膜形成については、真空蒸着法やメッキ法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。
【０１４４】
（発光部７の発光原理）
次に、半導体レーザ３から発振されたレーザ光による蛍光体の発光原理について説明する。
【０１４５】
まず、半導体レーザ３から発振されたレーザ光が発光部７に含まれる蛍光体に照射されることにより、蛍光体内に存在する電子が低エネルギー状態から高エネルギー状態（励起状態）に励起される。
【０１４６】
その後、この励起状態は不安定であるため、蛍光体内の電子のエネルギー状態は、一定時間後にもとの低エネルギー状態（基底準位のエネルギー状態または励起準位と基底準位との間の準安定準位のエネルギー状態）に遷移する。
【０１４７】
このように、高エネルギー状態に励起された電子が、低エネルギー状態に遷移することによって蛍光体が発光する。
【０１４８】
白色光は、等色の原理を満たす３つの色の混色、または補色の関係を満たす２つの色の混色で構成でき、この原理に基づき、半導体レーザから発振されたレーザ光の色と蛍光体が発する光の色とを、上述のように組み合わせることにより白色光を発生させることができる。
【０１４９】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図１１〜図１６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施の形態は、上記の実施の形態１の発光装置を用いた照明装置の具体例であるレーザダウンライトに係る実施の形態である。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１５０】
ここでは、本発明の照明装置の一例としてのレーザダウンライト２００について説明する。レーザダウンライト２００は、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置であり、半導体レーザ３から出射したレーザ光を発光部７に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いるものである。
【０１５１】
なお、レーザダウンライト２００と同様の構成を有する照明装置を、構造物の側壁または床に設置してもよく、上記照明装置の設置場所は特に限定されない。
【０１５２】
図１１は、発光ユニット２１０および従来のＬＥＤダウンライト３００の外観を示す概略図である。図１２は、レーザダウンライト２００が設置された天井の断面図である。図１３は、レーザダウンライト２００の断面図である。図１１〜図１３に示すように、レーザダウンライト２００は、天板４００に埋設され、照明光を出射する発光ユニット２１０と、光ファイバー５を介して発光ユニット２１０へレーザ光を供給するＬＤ光源ユニット２２０とを含んでいる。ＬＤ光源ユニット２２０は、天井には設置されておらず、ユーザが容易に触れることができる位置（例えば、家屋の側壁）に設置されている。このようにＬＤ光源ユニット２２０の位置を自由に決定できるのは、ＬＤ光源ユニット２２０と発光ユニット２１０とが光ファイバー５によって接続されているからである。この光ファイバー５は、天板４００と断熱材４０１との間の隙間に配置されている。
【０１５３】
（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図１３に示すように、筐体２１１、光ファイバー５、発光部７および透光板２１３を備えている。
【０１５４】
筐体２１１には、凹部２１２が形成されており、この凹部２１２の底面に発光部７が配置されている。凹部２１２の表面には、金属薄膜が形成されており、凹部２１２は反射鏡として機能する。
【０１５５】
また、筐体２１１には、光ファイバー５を通すための通路２１４が形成されており、この通路２１４を通って光ファイバー５が発光部７まで延びている。光ファイバー５の出射端部５ａと発光部７との位置関係は上述したものと同様である。
【０１５６】
透光板２１３は、凹部２１２の開口部をふさぐように配置された透明または半透明の板である。この透光板２１３は、透明板９と同様の機能を有するものであり、発光部７の蛍光は、透光板２１３を透して照明光として出射される。透光板２１３は、筐体２１１に対して取外し可能であってもよく、省略されてもよい。
【０１５７】
図１１では、発光ユニット２１０は、円形の外縁を有しているが、発光ユニット２１０の形状（より厳密には、筐体２１１の形状）は特に限定されない。
【０１５８】
なお、発光部７の固定は、上記の実施の形態１と同様、図示しない放熱用支持部材１３によって行われており、放熱用支持部材１３の一方の端（発光側端）に発光部７が接続され、その他方の端（冷却側端）に図示しない冷却装置１４が接続されている。
【０１５９】
また、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、発光部７の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。
【０１６０】
（ＬＤ光源ユニット２２０の構成）
ＬＤ光源ユニット２２０は、半導体レーザ３、非球面レンズ４および光ファイバー５を備えている。
【０１６１】
光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂは、ＬＤ光源ユニット２２０に接続されており、半導体レーザ３から発振されたレーザ光は、非球面レンズ４を介して光ファイバー５の入射端部５ｂに入射される。
【０１６２】
図１３に示すＬＤ光源ユニット２２０の内部には、半導体レーザ３および非球面レンズ４が一対のみ示されているが、発光ユニット２１０が複数存在する場合には、発光ユニット２１０からそれぞれ延びる光ファイバー５の束を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導いてもよい。この場合、１つのＬＤ光源ユニット２２０に複数の半導体レーザ３と非球面レンズ４との対が収納されることになり、ＬＤ光源ユニット２２０は集中電源ボックスとして機能する。
【０１６３】
（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図１４は、レーザダウンライト２００の設置方法の変更例を示す断面図である。同図に示すように、レーザダウンライト２００の設置方法の変形例として、天板４００には光ファイバー５を通す小さな穴４０２だけを開け、薄型・軽量の特長を活かしてレーザダウンライト本体（発光ユニット２１０）を天板４００に貼り付けるということもできる。この場合、レーザダウンライト２００の設置に係る制約が小さくなり、また工事費用が大幅に削減できるというメリットがある。
【０１６４】
（レーザダウンライト２００と従来のＬＥＤダウンライト３００との比較）
従来のＬＥＤダウンライト３００は、図１１に示すように、複数の透光板３０１を備えており、各透光板３０１からそれぞれ照明光が出射される。すなわち、ＬＥＤダウンライト３００において発光点は複数存在している。ＬＥＤダウンライト３００において発光点が複数存在しているのは、個々の発光点から出射される光の光束が比較的小さいため、複数の発光点を設けなければ照明光として十分な光束の光が得られないためである。
【０１６５】
これに対して、レーザダウンライト２００は、高光束の照明装置であるため、発光点は１つでもよい。それゆえ、照明光による陰影がきれいに出るという効果が得られる。また、発光部７の蛍光体を高演色蛍光体（例えば、数種類の酸窒化物蛍光体の組み合わせ）にすることにより、照明光の演色性を高めることができる。
【０１６６】
これにより、白熱電球ダウンライトに迫る高演色を実現することができる。例えば、平均演色評価数Ｒａが９０以上のみならず、特殊演色評価数Ｒ９も９５以上というＬＥＤダウンライトや蛍光灯ダウンライトでは実現が難しい高演色光も高演色蛍光体と半導体レーザ３の組み合わせにより実現可能である。
【０１６７】
図１５は、ＬＥＤダウンライト３００が設置された天井の断面図である。同図に示すように、ＬＥＤダウンライト３００では、ＬＥＤチップ、電源および冷却ユニットを収納した筐体３０２が天板４００に埋設されている。筐体３０２は比較的大きなものであり、筐体３０２が配置されている部分の断熱材４０１には、筐体３０２の形状に沿った凹部が形成される。筐体３０２から電源ライン３０３が延びており、この電源ライン３０３はコンセント（不図示）につながっている。
【０１６８】
このような構成では、次のような問題が生じる。まず、天板４００と断熱材４０１との間に発熱源である光源（ＬＥＤチップ）および電源が存在しているため、ＬＥＤダウンライト３００を使用することにより天井の温度が上がり、部屋の冷房効率が低下するという問題が生じる。
【０１６９】
また、ＬＥＤダウンライト３００では、光源ごとに電源および冷却ユニットが必要であり、トータルのコストが増大するという問題が生じる。
【０１７０】
また、筐体３０２は比較的大きなものであるため、天板４００と断熱材４０１との間の隙間にＬＥＤダウンライト３００を配置することが困難な場合が多いという問題が生じる。
【０１７１】
これに対して、レーザダウンライト２００では、発光ユニット２１０には、大きな発熱源は含まれていないため、部屋の冷房効率を低下させることはない。その結果、部屋の冷房コストの増大を避けることができる。
【０１７２】
また、発光ユニット２１０ごとに電源および冷却ユニットを設ける必要がないため、レーザダウンライト２００を小型および薄型にすることができる。その結果、レーザダウンライト２００を設置するためのスペースの制約が小さくなり、既存の住宅への設置が容易になる。
【０１７３】
また、レーザダウンライト２００は、小型および薄型であるため、上述したように、発光ユニット２１０を天板４００の表面に設置することができ、ＬＥＤダウンライト３００よりも設置に係る制約を小さくすることができるとともに工事費用を大幅に削減できる。
【０１７４】
図１６は、レーザダウンライト２００およびＬＥＤダウンライト３００のスペックを比較するための図である。同図に示すように、レーザダウンライト２００は、その一例では、ＬＥＤダウンライト３００に比べて体積は９４％減少し、質量は８６％減少する。
【０１７５】
また、ＬＤ光源ユニット２２０をユーザの手が容易に届く所に設置できるため、半導体レーザ３が故障した場合でも、手軽に半導体レーザ３を交換できる。また、複数の発光ユニット２１０から延びる光ファイバー５を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導くことにより、複数の半導体レーザ３を一括管理できる。そのため、複数の半導体レーザ３を交換する場合でも、その交換が容易にできる。
【０１７６】
なお、ＬＥＤダウンライト３００において、高演色蛍光体を用いたタイプの場合、消費電力１０Ｗで約５００ｌｍの光束が出射できるが、同じ明るさの光をレーザダウンライト２００で実現するためには、３．３Ｗの光出力が必要である。この光出力は、ＬＤ効率が３５％であれば、消費電力１０Ｗに相当し、ＬＥＤダウンライト３００の消費電力も１０Ｗであるため、消費電力では、両者の間に顕著な差は見られない。それゆえ、レーザダウンライト２００では、ＬＥＤダウンライト３００と同じ消費電力で、上述の種々のメリットが得られることになる。
【０１７７】
以上のように、レーザダウンライト２００は、レーザ光を出射する半導体レーザ３を少なくとも１つ備えるＬＤ光源ユニット２２０と、発光部７および反射鏡としての凹部２１２を備える少なくとも１つの発光ユニット２１０と、発光ユニット２１０のそれぞれへ上記レーザ光を導く光ファイバー５とを含んでいる。
【０１７８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
本発明は、高輝度で長寿命な発光装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。
【符号の説明】
【０１８０】
１ ヘッドランプ（発光装置、照明装置、車両用前照灯）
２ 半導体レーザアレイ
３ 半導体レーザ
５ 光ファイバー
５ａ 出射端部
５ｂ 入射端部
７ 発光部
８ 反射鏡
９ 透明板
１３ 放熱用支持部材（熱伝導部材）
１４ 冷却装置
１５ａ 第１の部材
１５ｂ 第２の部材（反射層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光が照射される照射領域を含む照射面を有し、前記励起光の前記照射領域への照射によって発光する発光部と、
前記発光部より高い熱伝導率を有する熱伝導部材と
を備え、
前記熱伝導部材は、２つの端を有し、そのうちの一方の端が、前記発光部の照射面を前記励起光が入射する側から見たときに、前記励起光が照射される前記発光部の照射領域の後方に配置されるように、前記発光部の内部に埋め込まれていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記熱伝導部材の一方の端において、前記発光部の照射面を前記励起光が入射する側から見たときに、前記照射面に含まれる前記照射領域の後方に位置する部分が占める領域が前記照射領域を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記熱伝導部材の一方の端は、前記発光部を貫くように前記発光部の内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記熱伝導部材の一方の端は、前記発光部の照射面に対向する反射層を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光部の前記照射面およびその反対の面を除く前記発光部の周囲に配置された少なくとも１つの放熱部材をさらに備え、
前記熱伝導部材の一方の端は、前記放熱部材と接触していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記熱伝導部材の他方の端に接続され、前記熱伝導部材を放熱させるための冷却装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記熱伝導部材は、金属材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記熱伝導部材は、透明材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の発光装置を備えている照明装置。
【請求項１０】
請求項７または８に記載の発光装置を備えている車両用前照灯。
【請求項１】
励起光が照射される照射領域を含む照射面を有し、前記励起光の前記照射領域への照射によって発光する発光部と、
前記発光部より高い熱伝導率を有する熱伝導部材と
を備え、
前記熱伝導部材は、２つの端を有し、そのうちの一方の端が、前記発光部の照射面を前記励起光が入射する側から見たときに、前記励起光が照射される前記発光部の照射領域の後方に配置されるように、前記発光部の内部に埋め込まれていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記熱伝導部材の一方の端において、前記発光部の照射面を前記励起光が入射する側から見たときに、前記照射面に含まれる前記照射領域の後方に位置する部分が占める領域が前記照射領域を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記熱伝導部材の一方の端は、前記発光部を貫くように前記発光部の内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記熱伝導部材の一方の端は、前記発光部の照射面に対向する反射層を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光部の前記照射面およびその反対の面を除く前記発光部の周囲に配置された少なくとも１つの放熱部材をさらに備え、
前記熱伝導部材の一方の端は、前記放熱部材と接触していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記熱伝導部材の他方の端に接続され、前記熱伝導部材を放熱させるための冷却装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記熱伝導部材は、金属材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記熱伝導部材は、透明材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の発光装置を備えている照明装置。
【請求項１０】
請求項７または８に記載の発光装置を備えている車両用前照灯。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２４３７００（Ｐ２０１１−２４３７００Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３４７３（Ｐ２０１０−１１３４７３）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【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２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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