発光装置、照明装置および車両用前照灯
【課題】小型で高輝度かつ高光束の光源であって、長期間使用可能な光源として機能することができる発光装置および照明装置を提供する。
【解決手段】ヘッドランプ１は、レーザ光を出射する半導体レーザ２と、半導体レーザ２が出射したレーザ光を受けて発光する発光部５とを備えている。発光部５は、耐熱性蛍光体が耐熱性透明封止材の中に分散されているものである。
【解決手段】ヘッドランプ１は、レーザ光を出射する半導体レーザ２と、半導体レーザ２が出射したレーザ光を受けて発光する発光部５とを備えている。発光部５は、耐熱性蛍光体が耐熱性透明封止材の中に分散されているものである。
【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および当該発光装置を備えた照明装置、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。このような発光部に関する技術の例が特許文献１〜５に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、ケース用部材をセラミックで形成し、蛍光体を低融点ガラスに分散し、充填部材を低融点ガラスにした窒化ガリウム系ＬＥＤが開示されている。この発光装置では、上述のように各部材を無機素材化することにより、短波長の光による当該部材の劣化を抑制し、長寿命化を図っている。
【０００４】
特許文献２には、蛍光材料としての蛍光ガラスを低融点ガラスに分散させることで、水分による蛍光材料の劣化を防止する発光デバイスが開示されている。低融点ガラスとしてＮｂ２Ｏ５系、Ｂ２Ｏ３系、Ｐ２Ｏ５−Ｆ系、Ｐ２Ｏ５−ＺｎＯ系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系が例示されている。
【０００５】
特許文献３には、蛍光体が分散された低融点ガラスからなる蛍光体分散部材を、透明な樹脂と発光ダイオードとの間に備える発光ダイオードランプが開示されている。発光ダイオードから出射される紫外線が蛍光体分散部材によって低減されるため、紫外線による樹脂の劣化が抑制され、発光ダイオードランプの長寿命化を図ることができる。低融点ガラスとしてＰｂＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＰｂＯ−Ｐ２Ｏ５−ＳｎＦ２系が挙げられている。
【０００６】
特許文献４には、ケイ酸塩ガラス中に蛍光体を分散させた波長変換部材を備える発光装置が開示されている。ケイ酸塩ガラスとして、特にアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、硼酸、燐酸、亜鉛酸化物のいずれか一種以上を含有するものが好ましいことが記載されている。蛍光体とガラス粉末とを混合し、加熱プレス成形により波長変換部材を得ることができると記載されている。
【０００７】
特許文献５には、蛍光体を封止する母材に適したガラスとして、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２、ＺｎＯ，ＺｎＳｅ、ＡｌＮ，ＧａＮが開示されている。また、蛍光体としては、Ｃｕで賦活された硫化カドミ亜鉛やセリウムで賦活されたＹＡＧ系蛍光体、ＬＡＧ系蛍光体が挙げられている。その他、ＹＡＧ、ＬＡＧ、ＢＡＭ、ＢＡＭ：Ｍｎ、ＣＣＡ、ＳＣＡ、ＳＣＥＳＮ、ＳＥＳＮ、ＣＥＳＮ、ＣＡＳＢＮ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを使用できると記載されている。また、半導体レーザ素子を覆うキャップと蛍光体とを接合するために、低融点ガラス（ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系、ＣｕＯ−Ｐ２Ｏ５系、Ｂｉ２Ｏ３系）が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２００５３１号公報（２００４年７月１５日公開）
【特許文献２】特開２００４−２７３７９８号公報（２００４年９月３０日公開）
【特許文献３】特開２００６−３２５００号公報（２００６年２月２日公開）
【特許文献４】特開２００７−３２４２３９号公報（２００７年１２月１３日公開）
【特許文献５】特開２００９−１０５１２５号公報（２００９年５月１４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発光部に含まれる蛍光体を励起するための光源として、一般的な発光ダイオードではなく半導体レーザを用いることで、励起光を効率良く狭い領域に集光することができるため、より輝度の高い光源を実現することができる。しかしながら、上記特許文献の発明では、ハイパワーのレーザ光で発光部を励起することを想定しておらず、そのようなレーザ光を発光部に照射すれば、発光部が劣化してしまうという問題が生じることを本発明の発明者が見出した。
【００１０】
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、小型で高輝度かつ高光束の光源であって、耐熱性の高い発光部を備える発光装置、および当該発光装置を備える照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、レーザ光を出射する半導体レーザと、上記半導体レーザが出射したレーザ光を受けて発光する発光部とを備え、上記発光部は、耐熱性蛍光体が耐熱性透明封止材の中に分散されているものであることを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、半導体レーザが出射したレーザ光が発光部に照射されると当該発光部が発光する。
【００１３】
発光部をハイパワーのレーザ光で励起すると、発光部が激しく劣化することを本発明の発明者は見出した。発光部の劣化は、発光部に含まれる蛍光体そのものの劣化とともに、蛍光体を取り囲む封止材の劣化によって主に引き起こされる。例えば、酸窒化物蛍光体の一例である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および封止材が劣化すると考えられる。
【００１４】
上記の構成によれば、発光部は、耐熱性蛍光体を耐熱性透明封止材の中に分散させることによって形成されている。それゆえ、熱による発光部の劣化を防止することができ、その結果、小型で高輝度かつ高光束の光源であって、長期間使用可能な光源として機能する発光装置を実現できる。
【００１５】
また、上記耐熱性蛍光体は、少なくとも０℃から５６０℃までの温度範囲内での熱処理を行っても、当該熱処理後にある温度で測定された上記耐熱性蛍光体の量子効率が、当該熱処理前に上記ある温度で測定された上記量子効率よりも、誤差範囲を超えて低下しないものであることが好ましい。
【００１６】
一般的に蛍光体の量子効率は、その周囲の温度（環境温度）が上がると低下し、その後、環境温度が低下すれば回復する。通常、この温度に依存した量子効率の変化（量子効率の温度依存性）は可逆的に起こる。しかし、蛍光体をある温度以上に加熱する（高熱処理と称する）と、量子効率の温度依存性が変化し、高熱処理後の所定温度（例えば室温）での量子効率が、高熱処理前の上記所定温度での量子効率よりも低下することがある。この量子効率の低下は不可逆的なものである。
【００１７】
上記の構成によれば、５６０℃近くまで加熱されても耐熱性蛍光体の量子効率の温度依存性は、ほとんど変化しない。つまり、熱処理後にある温度（例えば、室温）で測定された量子効率は、熱処理前に上記ある温度で測定された量子効率と比較してほとんど低下しない。
【００１８】
そのため、耐熱性蛍光体を耐熱性透明封止材の中に封止するなどの目的のために当該耐熱性蛍光体を一時的に高温で加熱した場合でも、耐熱性蛍光体の発光効率がほとんど低下しない。
【００１９】
従って、発光部の製造に伴う温度上昇など、周囲の温度上昇により耐熱性蛍光体が劣化することを防止できる。
【００２０】
なお、温度変化に対する量子効率の変化が、熱処理前後において、量子効率を測定する温度範囲の全てにわたって全く変化しないことが必要であるわけではなく、特定の温度範囲において測定される量子効率が、熱処理の前後で所定の範囲内の差に収まればよい。または、特定の温度範囲における耐熱性蛍光体の量子効率の温度依存性が、熱処理の前後でほとんど変化しなければよい。上記特定の温度範囲は、当業者によって適宜設定されればよい。
【００２１】
また、上記耐熱性蛍光体は、酸窒化物系蛍光体、またはIII−Ｖ族化合物半導体からなるナノ粒子蛍光体であることが好ましい。
【００２２】
これらの蛍光体は耐熱性に優れているため、耐熱性に優れた発光部を実現できる。
【００２３】
また、上記耐熱性透明封止材は、低融点ガラスであり、上記発光部における、上記耐熱性蛍光体と上記耐熱性透明封止材との質量比は、０．５：１００以上、２０：１００以下であることが好ましい。
【００２４】
また、上記耐熱性透明封止材は、有機無機ハイブリッドガラスであり、上記発光部における、上記耐熱性蛍光体と上記有機無機ハイブリッドガラスとの質量比は、５．１３：２００以上、５０：２００以下であることが好ましい。
【００２５】
封止材の材質および蛍光体との混合比を調整することにより、蛍光体の熱による劣化を抑制できることを本発明の発明者が見出した。具体的には、耐熱性透明封止材を低融点ガラスまたは有機無機ハイブリッドガラスとし、上記混合比とすることにより、レーザ光照射に伴う発光部の発熱を抑制し、熱による蛍光体の劣化を抑制することができる。
【００２６】
また、上記酸窒化物蛍光体は、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ（silicon aluminum oxynitride）：Ｃｅ蛍光体、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体またはＣＡＳＮ：ＥＵ蛍光体またはＳＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体を含むことが好ましい。
【００２７】
これらの酸窒化物系蛍光体は耐熱性に優れているため、耐熱性に優れた発光部を実現できる。
【００２８】
また、上記発光部に照射される上記レーザ光の照射密度は、０．１Ｗ／ｍｍ２以上５０Ｗ／ｍｍ２以下であることが好ましい。
【００２９】
上記の構成により、高輝度を有する照明光を生成でき、特にヘッドランプに好適に適応できる発光装置を実現できる。
【００３０】
また、上記発光装置を備える照明装置および上記発光装置を備える車両用前照灯も本発明の技術的範囲に含まれる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る発光装置は、以上のように、レーザ光を出射する半導体レーザと、上記半導体レーザが出射したレーザ光を受けて発光する発光部とを備え、上記発光部は、耐熱性蛍光体が耐熱性透明封止材の中に分散されている構成である。
【００３２】
それゆえ、発光部の劣化を防止することができ、小型で高輝度かつ高光束の光源であって、長期間使用可能な光源として機能する発光装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】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図である。
【図２】（ａ）は、上記ヘッドランプが備える半導体レーザの回路図を模式的に示したものであり、（ｂ）は、上記半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の別の本実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図４】ＳＣＡＳＮ蛍光体の内部および外部量子効率と熱処理温度との関係を示すグラフである。
【図５】熱処理を施した後の蛍光体の、異なる波長の光の吸収率を示すグラフである。
【図６】本実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図７】蛍光体としてＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅおよびＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕを使用した場合の発光スペクトルを示す図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図９】蛍光体としてβ−ＳｉＡｌＯＮ：ＥｕおよびＣＡＳＮ：Ｅｕを使用した場合の発光スペクトルを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るレーザダウンライトが設置された天井の断面図である。
【図１１】上記レーザダウンライトの断面図である。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の照明装置として、自動車用の走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たすヘッドランプ（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、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。
【００３５】
＜ヘッドランプ１の構成＞
まず、本実施形態に係るヘッドランプ１の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るヘッドランプ１の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ１は、半導体レーザ２、非球面レンズ３、導光部４、発光部５、反射鏡６および透明板７を備えている。半導体レーザ２、導光部４および発光部５によって発光装置の基本構造が形成されている。
【００３６】
（半導体レーザ２）
半導体レーザ２は、励起光を出射する励起光源として機能するものである。この半導体レーザ２は１つでもよいし、複数設けられてもよい。また、半導体レーザ２として、１つのチップに１つの発光点を有するものを用いてもよいし、複数の発光点を有するものを用いてもよい。本実施形態では、１チップに１つの発光点を有する１つの半導体レーザ２を用いている。
【００３７】
半導体レーザ２は、例えば、１チップに１つの発光点（１ストライプ）を有し、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、光出力が１．０Ｗ、動作電圧が５Ｖ、電流が０．７Ａのものであり、直径５．６ｍｍのパッケージ（ステム）に封入されているものである。半導体レーザ２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。
【００３８】
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２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。
【００３９】
半導体レーザ２の光出力は、１Ｗ以上２０Ｗ以下であり、発光部５に照射されるレーザ光の光密度（照射密度）は、０．１Ｗ／ｍｍ２以上５０Ｗ／ｍｍ２以下であることが好ましい。この範囲の光出力であれば、車両用のヘッドランプに要求される光束および輝度を実現できるとともに、高出力過ぎるレーザ光によって発光部５が極度に劣化することを防止できる。すなわち、高光束かつ高輝度でありながら、長寿命の光源を実現できる。
【００４０】
非球面レンズ３は、各半導体レーザ２から発振されたレーザ光を、導光部４の一方の端部である光入射面４ａに入射させるためのレンズである。例えば、非球面レンズ３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３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。
【００４１】
（導光部４）
導光部４は、半導体レーザ２が発振したレーザ光を集光して発光部５（発光部５のレーザ光照射面）へと導く円錐台状の導光部材であり、非球面レンズ３を介して半導体レーザ２と光学的に結合している。導光部４は、半導体レーザ２が出射したレーザ光を受光する光入射面４ａ（入射端部）と当該光入射面４ａにおいて受光したレーザ光を発光部５へ出射する光出射面４ｂ（出射端部）とを有している。
【００４２】
光出射面４ｂの面積は、光入射面４ａの面積よりも小さい。そのため、光入射面４ａから入射した各レーザ光は、導光部４の側面に反射しつつ前進することにより収束されて光出射面４ｂから出射される。
【００４３】
導光部４は、石英ガラス、アクリル樹脂その他の透明素材で構成する。また、光入射面４ａおよび光出射面４ｂは、平面形状であっても曲面形状であってもよい。
【００４４】
非球面レンズ３および導光部４の結合効率（半導体レーザ２から出射されるレーザ光の強度に対する、導光部４の光出射面４ｂから出射されるレーザ光の強度の割合）は９０％である。このため、半導体レーザ２から出射された１２Ｗのレーザ光は、非球面レンズ３および導光部４を通過すると、光出射面４ｂから１０．８Ｗのレーザ光として出射される。
【００４５】
なお、導光部４は、後述するように角錐台状であってもよく、光ファイバーであってもよく、半導体レーザ２からのレーザ光を発光部５に導くものであればよい。また、導光部４を設けずに、半導体レーザ２からのレーザ光を非球面レンズ３を介して、または直接に発光部５に照射してもよい。半導体レーザ２と発光部５との間の距離が短い場合には、このような構成が可能になる。
【００４６】
（発光部５）
発光部５は、導光部４の光出射面４ｂ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耐熱性蛍光体（以下、単に蛍光体と称する）が耐熱性透明封止材（以下、単に封止材と称する）の中に分散されたものである。
【００４７】
上記蛍光体は、例えば、酸窒化物系の蛍光体または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であり、青色、緑色および赤色の蛍光体が低融点ガラスに分散されている。半導体レーザ２は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部５に当該レーザ光が照射されると白色光が発生する。それゆえ、発光部５は、波長変換部材であるといえる。発光部５の組成の詳細については後述する。
【００４８】
なお、半導体レーザ２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。
【００４９】
発光部５は、透明板７の内側（光出射面４ｂが位置する側）の面において、反射鏡６の焦点位置またはその近傍に固定されている。発光部５の位置の固定方法は、この方法に限定されず、反射鏡６から延出する棒状または筒状の部材によって発光部５の位置を固定してもよい。
【００５０】
発光部５の形状は、特に限定されず、直方体であっても、円筒状であってもよい。本実施形態では、発光部５は、直径３．５ｍｍ、厚さ２ｍｍの円柱状である。この場合、半導体レーザ２からのレーザ光を受けるレーザ光照射面およびレーザ光照射面に対向する面の面積は、約９．６ｍｍ２である。
【００５１】
また、発光部５のレーザ光照射面と発光面との間の厚みは２ｍｍでなくともよい。上記厚みは、レーザ光が発光部５において全て白色光に変換されるか、またはレーザ光が発光部５において十分に散乱される厚みであればよい。つまり、人体に有害なコヒーレント光の全てが、無害なインコヒーレント光に変換されるだけの厚みを発光部５が有していればよい。
【００５２】
ここで必要とされる発光部５の厚みは、発光部５における封止材と蛍光体との割合に従って変化する。発光部５における蛍光体の含有量が多くなれば、レーザ光が白色光に変換される効率が高まるため発光部５の厚みを薄くできる。
【００５３】
（反射鏡６）
反射鏡６は、発光部５が出射したインコヒーレント光（以下、単に「光」と称する）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６は、発光部５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６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）の部材であり、反射した光の進行方向に開口している。
【００５４】
（透明板７）
透明板７は、反射鏡６の開口部を覆う透明な樹脂板であり、発光部５を保持している。この透明板７を、半導体レーザ２からのレーザ光を遮断するとともに、発光部５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（インコヒーレント光）を透過する材質で形成することが好ましい。なお、透明板７として、樹脂板以外に無機ガラス板等も使用できる。
【００５５】
発光部５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７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。なお、このような効果を期待せず、かつ透明板７以外の部材によって発光部５を保持する場合には、透明板７を省略することが可能である。
【００５６】
＜発光部５の組成＞
発光部をハイパワーのレーザ光で励起すると、発光部が激しく劣化することを本発明の発明者は見出した。発光部の劣化は、発光部に含まれる蛍光体そのものの劣化とともに、蛍光体を取り囲む封止材の劣化によって主に引き起こされる。例えば、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。この熱によって封止材が劣化すると考えられる。
【００５７】
それゆえ、封止材および蛍光体の材質を適切に選択することは、発光部の寿命を延ばす上で非常に重要である。このような観点から、発光部５を、封止材としてのガラス材の内部に蛍光体が分散されているものにしている。封止材をガラス材にすることにより、蛍光体を励起させるとき発生する熱によって封止材が著しく劣化することを防止できる。
【００５８】
（封止材の材質および混合比）
封止材として、無機ガラスやいわゆる有機無機ハイブリッドガラスを用いることができ、特に低融点ガラスが好ましい。低融点ガラスとしては、ガラス転移点が６００℃以下のものが好ましく、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯのいずれか１つを少なくとも含むことが好ましい。ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、またはＺｎＯを加えることにより、低融点ガラスを安定化させながら、ガラス転移点と焼成温度とを低下させることができ、かつ透明性を保つことができる。
【００５９】
封止材として低融点ガラスを用いた場合、蛍光体と低融点ガラスとの混合比を体積比として表すと、この体積比は、１：１０００以上、１：１以下であることが好ましい。ここで、上記蛍光体は、白色にするために混合済みの蛍光体総量を指す。また、低融点ガラスについては、密度がおよそ３ｇ／ｃｍ３〜７ｇ／ｃｍ３である。蛍光体と低融点ガラスとの混合比を質量比として表すと、その質量比（蛍光体：低融点ガラス）の範囲は、０．５：１００以上、２０：１００以下であることが好ましい。
【００６０】
上記低融点ガラスとして、硼珪酸ガラス（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３）にＣａＯ−ＢａＯ−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏを加えて低融点化したガラス材を用いている。このガラス材は、蛍光体材料に対して反応性が高くない。同様に蛍光体材料との反応が低い低融点ガラスであれば、ほぼ同様の結果が得られると考えられる。逆に、蛍光体と反応するガラス材の場合、焼成して発光部を作るだけで蛍光体の発光効率が低下してしまう可能性がある。
【００６１】
また、封止材として有機無機ハイブリッドガラスを用いた場合、蛍光体と有機無機ハイブリッドガラスとの好ましい質量比（蛍光体：ハイブリッドガラス）の範囲は、５．１３：２００以上５０：２００以下であることが好ましい。
【００６２】
上述の数値範囲は、発明者が実験により算出したものである。この実験では、複数の異なる混合比を有するサンプル（焼成後）についてそれぞれ発光効率を算出し、実用性に耐える発光効率を実現できる混合比の範囲を特定した。ハイブリッドガラスとガラス材とでは、その比重が異なるため、好ましい混合比の範囲を別々に算出している。
【００６３】
封止材として低融点ガラスを用いる場合、蛍光体と低融点ガラスとの質量比が０．５：１００以上であれば、作製した発光部５の中にムラなく蛍光体を分散させることができる。また、０．５：１００よりも蛍光体濃度が薄い場合、大半の励起光がそのまま発光部５を透過してしまい、十分な照明光を得ることができない。それゆえ、上記質量比は０．５：１００以上であることが好ましい。
【００６４】
なお、本発明の照明装置を透過型のレーザ照明器具として実現する場合は、上記質量比は、１．０：１００以上であることがさらに好ましい。１．０：１００以上であれば、励起光として使用されるレーザ光を蛍光体粒子によって散乱させてコヒーレント性を低下させることができるようになる。
【００６５】
一方、もし２０：１００よりも蛍光体濃度を濃くした場合、発光部５の表面が荒れて非常にもろい状態になるため、物理的接触等で発光部５の一部が欠けやすくなったりする。それゆえ、上記質量比は、２０：１００以下であることが好ましい。
【００６６】
なお、上記質量比が２０：１００の近傍（ただし、２０：１００を超えない）であれば、作製した発光部５の表面はかなり蛍光体がむき出しになるため平坦性が低下するが、発光部として使用するには問題ない。もし、発光部表面の平坦性を必要とするのであれば、上記質量比を１５：１００以下とすることが好ましい。
【００６７】
また、１．０：１００以上１５：１００以下の範囲、例えば３：１００や５：１００、７：１００などで作製した場合、分散性、ムラ、表面状態等問題ない発光部５を作製することができる。従って、所望の色温度、色度に合わせて、この範囲（１：１００〜１５：１００）で作製すれば、高効率で、形状再現性等に優れた発光部が高歩留まりで実現可能である。
【００６８】
蛍光体と封止材との分散比は、発光部の発熱効率（逆の観点から言えば、放熱効率）に影響を与える。１００％蛍光体であれば、発光部の発熱は大きくなり、発光部の劣化が早くなる。発光部を適量の封止材で封止することにより、蛍光体の発熱を抑制することができる。
【００６９】
このように、蛍光体と封止材との混合比を適切に設定することにより、発光部５の発光効率および耐熱性を高めることができる。
【００７０】
（蛍光体の材質）
発光部５に用いる蛍光体としては、酸窒化物蛍光体と通称されるものが好ましい。例えば、代表的な酸窒化物蛍光体であるＳｉＡｌＯＮ蛍光体は、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。
【００７１】
酸窒化物系蛍光体のその他の例として、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ３）蛍光体およびＳＣＡＳＮ（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３）蛍光体を挙げることができる。後述するように、ＳＣＡＳＮ蛍光体は、耐熱性ではＣＡＳＮ蛍光体よりも劣るが、発光ピーク波長がより短波長化しているという特徴がある。
【００７２】
発光部５は、例えば、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３とＺｎＯとを２：２：１の割合で含む低融点ガラスとＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅとＣＡＳＮ：Ｅｕとを重量比で１０：２：１で混合したものである。
【００７３】
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。
【００７４】
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）。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
よって、発光部５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。
【００７８】
＜半導体レーザ２の構造＞
次に半導体レーザ２の基本構造について説明する。図２（ａ）は、半導体レーザ２の回路図を模式的に示したものであり、図２（ｂ）は、半導体レーザ２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２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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
また、活性層１１１およびクラッド層１１３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、活性層１１１およびクラッド層１１３は、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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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の大部分が発光点１０３から照射されるようにすることができる。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
＜発光部５の発光原理＞
次に、半導体レーザ２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。
【００９１】
まず、半導体レーザ２から発振されたレーザ光が発光部５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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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・関係に基づき、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。
【００９５】
＜実験例１＞
発光部５から出射される光のスペクトルに関する実験結果について説明する。
【００９６】
（発光スペクトル）
図３は、蛍光体としてＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅおよびＣＡＳＮ：Ｅｕを使用した場合の発光スペクトルを示す図である。グラフの横軸は、蛍光体が発する光の波長を示し、縦軸は当該光の強度を示している。
【００９７】
発光部５の封止材として、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３とＺｎＯとを２：２：１の割合で含む低融点ガラスを使用した。この低融点ガラスとＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅとＣＡＳＮ：Ｅｕとを重量比で３０：３：１で混合し、加熱溶解させて、円柱形状（直径３．５ｍｍ、厚さ２ｍｍ）の発光部５を形成した。
【００９８】
半導体レーザ２から放射された出力１Ｗのレーザ光を、非球面レンズ３を用いて直径３．５ｍｍの円錐状ビームとし、発光部５に照射した。照射光密度は０．１Ｗ／ｍｍ２である。この実験では導光部４は使用していない。
【００９９】
発光スペクトルを測定したところ、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅについて、約５０７ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。また、ＣＡＳＮ：Ｅｕについて、約６５０ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。
【０１００】
本実施形態の低融点ガラスでは、ホウ珪酸ガラスにＺｎＯを添加することによってガラスを安定化させながら、ガラス転移点と焼成温度を低下でき、かつ透明性を保つ効果を得ることができた。
【０１０１】
上述の封止材に酸窒化物蛍光体であるＳｉＡｌＯＮ蛍光体とＣＡＳＮ蛍光体とを分散させることにより、レーザ光励起でも劣化しにくい蛍光体発光部を実現することができた。
【０１０２】
＜実験例２＞
次に、ＳＣＡＳＮ蛍光体をガラス材の中に分散させることによって形成した発光部５の耐熱性に関する実験について説明する。
【０１０３】
ＳＣＡＳＮ蛍光体はＣＡＳＮ蛍光体にさらにＳｒ（ストロンチウム）が入った蛍光体であり、（酸）窒化物蛍光体の一種である。このＳＣＡＳＮ蛍光体は、Ｓｒの影響により耐熱性の面ではＣＡＳＮ蛍光体よりも劣ると考えられる。ちなみに、ＳｉＡｌＯＮ蛍光体は、結晶的にＣＡＳＮ蛍光体よりも強固であり、ＣＡＳＮ蛍光体よりも耐熱性が高いと考えられる。
【０１０４】
それゆえ、耐熱性に関して、ＳｉＡｌＯＮ蛍光体＞ＣＡＳＮ蛍光体＞ＳＣＡＳＮ蛍光体という関係が成立する。そのため、ＳＣＡＳＮ蛍光体が耐えられる温度であれば、ＳｉＡｌＯＮ蛍光体およびＣＡＳＮ蛍光体も耐えられると考えられる。
【０１０５】
（実験方法）
大気中、所定の温度まで３０分でＳＣＡＳＮ蛍光体を昇温し、その温度で３０分間加熱を行った後、内部および外部量子効率および吸収率を室温で測定した。このような実験を、熱処理温度を変えて複数回行った。その結果を図４および図５に示した。
【０１０６】
図４は、ＳＣＡＳＮ蛍光体の内部および外部量子効率と熱処理温度との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は、量子効率を示し、グラフの横軸は、ＳＣＡＳＮ蛍光体を熱処理したときの処理温度を示している。また、実線のグラフが内部量子効率の変化を示し、破線のグラフが外部量子効率の変化を示している。
【０１０７】
図４に示すように、０℃での実験結果は、熱処理をしない場合のＳＣＡＳＮ蛍光体の内部および外部量子効率を示しており、内部および外部量子効率は、熱処理温度が５６０℃程度までは、熱処理による影響は見られなかった。しかし、熱処理温度がさらに上昇すると内部および外部量子効率は、顕著に低下した。
【０１０８】
この事実から、本発明で使用される耐熱性蛍光体は、少なくとも０℃から５６０℃までの温度範囲内での熱処理を行っても、当該熱処理後にある温度で測定された量子効率が、当該熱処理前に上記ある温度で測定された量子効率よりも、誤差範囲を超えて低下しないものであるといえる。
【０１０９】
図５は、熱処理を施した後の蛍光体の、異なる波長の光の吸収率を示すグラフである。図５に示すように、ＳＣＡＳＮ蛍光体の、異なる波長の光についての光吸収率は、熱処理温度が６００℃までは室温（熱処理なし）の光吸収率と比較して大差は見られないが、少なくとも熱処理温度が７００℃以上では顕著な変化が見られた。具体的には、熱処理温度が７００℃、８００℃になると、それらより低い温度の熱処理を施した場合と比較して明らかに光吸収率が異なっており、蛍光体が変質していることが分かる。
【０１１０】
これらの実験結果から、大気中でのＳＣＡＳＮ蛍光体の耐熱温度は、６００℃未満であることが分かった。このＳＣＡＳＮ蛍光体の劣化の原因は、ＳＣＡＳＮ蛍光体中に含まれる窒素が抜けてしまうためであると考えられる。そのため、窒素中で熱処理を行えばＳＣＡＳＮ蛍光体の窒素抜けを抑制することができ、発光効率の低下を抑えることができる可能性がある。
【０１１１】
例えば、ヘッドランプ１において、反射鏡６および透明板７によって形成される空間に窒素ガスを充填し、窒素ガス中で発光部５にレーザ光を照射することにより発光部５の熱耐性を高めることができる可能性がある。
【０１１２】
＜ヘッドランプ１の効果＞
以上のように、ヘッドランプ１では、発光部５から出射される光の光束を低下させずに発光部５の劣化を防止でき、ヘッドランプに要求される輝度を実現しつつ、長寿命のヘッドランプ１を実現できる。さらに、発光部５が長寿命になることにより、発光部５を取り替えるための手間および費用を削減することができる。
【０１１３】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図６〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１１４】
図６は、本実施形態に係るヘッドランプ２０の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ２０は、ヘッドランプ１とは異なり、ロッドレンズである非球面レンズ３１、導光部４１、発光部５１を備えている。
【０１１５】
導光部４１は、半導体レーザ２が発振したレーザ光を光入射面４１ａにおいて受光し、光出射面４１ｂから出射することにより当該レーザ光を発光部５１へと導く角錐台状の導光部材であり、非球面レンズ３１を介して半導体レーザ２と光学的に結合している。導光部４１は、導光部４と形状が異なっているだけで、材質については導光部４と同じである。なお、導光部４と同様に導光部４１を省略してもよい。
【０１１６】
発光部５１は、縦１．２ｍｍ×横０．４ｍｍ×奥行き０．５ｍｍの直方体であり、発光部５とは、その形状が異なっている。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５１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。
【０１１７】
本実施形態では、発光部５１は、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅとＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕとを蛍光体として用い、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３とＺｎＯをベースにＢａＯを添加した低融点ガラスに前記蛍光体を分散させたものである。低融点ガラスにＢａＯを添加することでガラスの化学的耐久性、非結晶化など安定化を向上させることができる。
【０１１８】
また、本実施形態では、半導体レーザ２は、１チップ１０ストライプ（１チップに１０個の発光点）のものであり、発振波長が４０５ｎｍ、光出力が１０Ｗ、動作電圧が５Ｖ、電流が６Ａ、消費電力が３０Ｗであり、直径９ｍｍステムに実装されたものである。このような半導体レーザ２を１個使用している。
【０１１９】
＜実験例３＞
発光部５１から出射される光のスペクトルに関する実験結果について説明する。
【０１２０】
図７は、蛍光体としてＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅおよびＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕを使用した場合の発光スペクトルを示す図である。グラフの横軸は、蛍光体が発する光の波長を示し、縦軸は当該光の強度を示している。
【０１２１】
蛍光体保持物質として、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３とＢａＯとを２：２：１の割合で含む低融点ガラスを使用した。この低融点ガラスとＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅとＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕとを重量比で２０：１：１で混合し、加熱プレス成形で、直方体形状（縦１．２ｍｍ×横０．４ｍｍ×奥行き０．５ｍｍ）の発光部５１を形成した。
【０１２２】
発光スペクトルを測定したところ、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅについて、約５０７ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。また、ＣＡＳＮ：Ｅｕについて、約６５０ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。
【０１２３】
半導体レーザ２から放射されるレーザ光（出力１０Ｗ）は、非球面レンズ３１によって、例えば、縦１ｍｍ×横０．２ｍｍに成形され、光密度５０Ｗ／ｍｍ２で発光部５１を励起する。なお、この実験では導光部４１は使用していない。
【０１２４】
発光スペクトルを測定したところ、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅについて、実験例と同様に約５０７ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。また、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕについて、約５８５ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。
【０１２５】
本実施形態では、非常に安定な酸窒化物蛍光体を使用していることにより、特に高出力・高光密度のレーザ光励起であっても発光部が劣化することのないレーザ照明光源を実現することができた。
【０１２６】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施形態について図８〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１２７】
図８は、本実施形態に係るヘッドランプ３０の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ３０は、ヘッドランプ１とは異なり、２０個の半導体レーザ２、２０個の非球面レンズ３、導光部４２、発光部５２、光ファイバー固定具８を備えている。
【０１２８】
半導体レーザ２は、実施の形態１の半導体レーザ２と同様のものであり、１チップに１つの発光点を有し、光出力が１．０Ｗのものである。それゆえ、合計２０Ｗの放射束の光が複数の半導体レーザ２から出射される。
【０１２９】
導光部４２は、２０本の光ファイバー４２ａの束であり、２０個の半導体レーザ２が発振したレーザ光を、各光ファイバー４２ａによって発光部５２へと導く導光部材である。なお半導体レーザ２、非球面レンズ３、光ファイバー４２ａの数は一致していればよく、２０個に限定されない。
【０１３０】
光ファイバー４２ａ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。
【０１３１】
例えば、光ファイバー４２ａ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４２ａ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４２ａの長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。
【０１３２】
非球面レンズ３は、半導体レーザ２から発振されたレーザ光を、光ファイバー４２ａの一方の端部である入射端部に入射させる。
【０１３３】
光ファイバー４２ａの他方の端部である出射端部は、光ファイバー固定具８によって束ねられており、直径５ｍｍのビームが発光部５２に照射される。このときの光密度は、２０Ｗ／ｍｍ２である。光ファイバー４２ａの出射端部は、当該出射端部から出射されるレーザ光が発光部５２に照射されるように当該発光部５２に対して位置決めされている。
【０１３４】
発光部５２は、直径５．２ｍｍ、厚さ１ｍｍの円柱形を有している。この発光部５２は、ＰｂＯを含むＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の低融点ガラスに、蛍光体としてβ−ＳｉＡｌＯＮ：ＥｕおよびＣＡＳＮ：Ｅｕを分散させたものである。
【０１３５】
＜実験例４＞
発光部５２から出射される光のスペクトルに関する実験結果について説明する。
【０１３６】
図９は、蛍光体としてβ−ＳｉＡｌＯＮ：ＥｕおよびＣＡＳＮ：Ｅｕを使用した場合の発光スペクトルを示す図である。グラフの横軸は、蛍光体が発する光の波長を示し、縦軸は当該光の強度を示している。
【０１３７】
封止材として、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３とＰｂＯとを２：２：１の割合で含む低融点ガラスを使用した。この低融点ガラスとβ−ＳｉＡｌＯＮ：ＥｕとＣＡＳＮ：Ｅｕとを質量比で５０：３：１で混合し、加熱プレス成形で、加熱溶解させて、円柱形状（直径５．２ｍｍ、厚さ１ｍｍ）の発光部５を形成した。
【０１３８】
この発光部５にレーザ光を照射したところ、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕについて、約５４０ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。また、ＣＡＳＮ：Ｅｕについて、約６５０ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。
【０１３９】
この実施例においても、出力２０Ｗとし、光密度２０Ｗ／ｍｍ２もの高出力、高光密度のレーザ光励起に耐える蛍光体発光部を実現することができた。
【０１４０】
〔実施の形態４〕
本発明の他の実施形態について図１０〜図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１〜３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。
【０１４１】
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２から出射したレーザ光を発光部５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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
図１０は、レーザダウンライト２００が設置された天井の断面図である。図１１は、レーザダウンライト２００の断面図である。図１０〜図１１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４２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４２によって接続されているからである。この光ファイバー４２は、天板４００と断熱材４０１との間の隙間に配置されている。
【０１４４】
（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図１１に示すように、筐体２１１、光ファイバー４２、発光部５および透光板２１３を備えている。
【０１４５】
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５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。
【０１４６】
また、筐体２１１には、光ファイバー４２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４２が発光部５まで延びている。光ファイバー４２の出射端部５ａと発光部５との位置関係は上述したものと同様である。
【０１４７】
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５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。
【０１４８】
なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、発光部５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。
【０１４９】
（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２、非球面レンズ３および光ファイバー４２を備えている。
【０１５０】
光ファイバー４２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２から発振されたレーザ光は、非球面レンズ３を介して光ファイバー４２の入射端部５ｂに入射される。
【０１５１】
図１１に示すＬＤ光源ユニット２２０の内部には、半導体レーザ２および非球面レンズ３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４２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２と非球面レンズ３との対（または、複数の半導体レーザ２と１つのロッド状レンズ３２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。
【０１５２】
（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図１２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４２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）を強力な粘着テープ等を使って天板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。
【０１５３】
（変更例）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１５４】
また、励起光源として、半導体レーザ以外の固体レーザを用いてもよい。ただし、半導体レーザを用いる方が、励起光源を小型化できるため好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
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】
【０１５６】
１ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
２ 半導体レーザ
５ 発光部
２０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
３０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
５１ 発光部
５２ 発光部
２００ レーザダウンライト（照明装置）
【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および当該発光装置を備えた照明装置、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。このような発光部に関する技術の例が特許文献１〜５に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、ケース用部材をセラミックで形成し、蛍光体を低融点ガラスに分散し、充填部材を低融点ガラスにした窒化ガリウム系ＬＥＤが開示されている。この発光装置では、上述のように各部材を無機素材化することにより、短波長の光による当該部材の劣化を抑制し、長寿命化を図っている。
【０００４】
特許文献２には、蛍光材料としての蛍光ガラスを低融点ガラスに分散させることで、水分による蛍光材料の劣化を防止する発光デバイスが開示されている。低融点ガラスとしてＮｂ２Ｏ５系、Ｂ２Ｏ３系、Ｐ２Ｏ５−Ｆ系、Ｐ２Ｏ５−ＺｎＯ系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系が例示されている。
【０００５】
特許文献３には、蛍光体が分散された低融点ガラスからなる蛍光体分散部材を、透明な樹脂と発光ダイオードとの間に備える発光ダイオードランプが開示されている。発光ダイオードから出射される紫外線が蛍光体分散部材によって低減されるため、紫外線による樹脂の劣化が抑制され、発光ダイオードランプの長寿命化を図ることができる。低融点ガラスとしてＰｂＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＰｂＯ−Ｐ２Ｏ５−ＳｎＦ２系が挙げられている。
【０００６】
特許文献４には、ケイ酸塩ガラス中に蛍光体を分散させた波長変換部材を備える発光装置が開示されている。ケイ酸塩ガラスとして、特にアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、硼酸、燐酸、亜鉛酸化物のいずれか一種以上を含有するものが好ましいことが記載されている。蛍光体とガラス粉末とを混合し、加熱プレス成形により波長変換部材を得ることができると記載されている。
【０００７】
特許文献５には、蛍光体を封止する母材に適したガラスとして、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２、ＺｎＯ，ＺｎＳｅ、ＡｌＮ，ＧａＮが開示されている。また、蛍光体としては、Ｃｕで賦活された硫化カドミ亜鉛やセリウムで賦活されたＹＡＧ系蛍光体、ＬＡＧ系蛍光体が挙げられている。その他、ＹＡＧ、ＬＡＧ、ＢＡＭ、ＢＡＭ：Ｍｎ、ＣＣＡ、ＳＣＡ、ＳＣＥＳＮ、ＳＥＳＮ、ＣＥＳＮ、ＣＡＳＢＮ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを使用できると記載されている。また、半導体レーザ素子を覆うキャップと蛍光体とを接合するために、低融点ガラス（ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系、ＣｕＯ−Ｐ２Ｏ５系、Ｂｉ２Ｏ３系）が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２００５３１号公報（２００４年７月１５日公開）
【特許文献２】特開２００４−２７３７９８号公報（２００４年９月３０日公開）
【特許文献３】特開２００６−３２５００号公報（２００６年２月２日公開）
【特許文献４】特開２００７−３２４２３９号公報（２００７年１２月１３日公開）
【特許文献５】特開２００９−１０５１２５号公報（２００９年５月１４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発光部に含まれる蛍光体を励起するための光源として、一般的な発光ダイオードではなく半導体レーザを用いることで、励起光を効率良く狭い領域に集光することができるため、より輝度の高い光源を実現することができる。しかしながら、上記特許文献の発明では、ハイパワーのレーザ光で発光部を励起することを想定しておらず、そのようなレーザ光を発光部に照射すれば、発光部が劣化してしまうという問題が生じることを本発明の発明者が見出した。
【００１０】
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、小型で高輝度かつ高光束の光源であって、耐熱性の高い発光部を備える発光装置、および当該発光装置を備える照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、レーザ光を出射する半導体レーザと、上記半導体レーザが出射したレーザ光を受けて発光する発光部とを備え、上記発光部は、耐熱性蛍光体が耐熱性透明封止材の中に分散されているものであることを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、半導体レーザが出射したレーザ光が発光部に照射されると当該発光部が発光する。
【００１３】
発光部をハイパワーのレーザ光で励起すると、発光部が激しく劣化することを本発明の発明者は見出した。発光部の劣化は、発光部に含まれる蛍光体そのものの劣化とともに、蛍光体を取り囲む封止材の劣化によって主に引き起こされる。例えば、酸窒化物蛍光体の一例である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および封止材が劣化すると考えられる。
【００１４】
上記の構成によれば、発光部は、耐熱性蛍光体を耐熱性透明封止材の中に分散させることによって形成されている。それゆえ、熱による発光部の劣化を防止することができ、その結果、小型で高輝度かつ高光束の光源であって、長期間使用可能な光源として機能する発光装置を実現できる。
【００１５】
また、上記耐熱性蛍光体は、少なくとも０℃から５６０℃までの温度範囲内での熱処理を行っても、当該熱処理後にある温度で測定された上記耐熱性蛍光体の量子効率が、当該熱処理前に上記ある温度で測定された上記量子効率よりも、誤差範囲を超えて低下しないものであることが好ましい。
【００１６】
一般的に蛍光体の量子効率は、その周囲の温度（環境温度）が上がると低下し、その後、環境温度が低下すれば回復する。通常、この温度に依存した量子効率の変化（量子効率の温度依存性）は可逆的に起こる。しかし、蛍光体をある温度以上に加熱する（高熱処理と称する）と、量子効率の温度依存性が変化し、高熱処理後の所定温度（例えば室温）での量子効率が、高熱処理前の上記所定温度での量子効率よりも低下することがある。この量子効率の低下は不可逆的なものである。
【００１７】
上記の構成によれば、５６０℃近くまで加熱されても耐熱性蛍光体の量子効率の温度依存性は、ほとんど変化しない。つまり、熱処理後にある温度（例えば、室温）で測定された量子効率は、熱処理前に上記ある温度で測定された量子効率と比較してほとんど低下しない。
【００１８】
そのため、耐熱性蛍光体を耐熱性透明封止材の中に封止するなどの目的のために当該耐熱性蛍光体を一時的に高温で加熱した場合でも、耐熱性蛍光体の発光効率がほとんど低下しない。
【００１９】
従って、発光部の製造に伴う温度上昇など、周囲の温度上昇により耐熱性蛍光体が劣化することを防止できる。
【００２０】
なお、温度変化に対する量子効率の変化が、熱処理前後において、量子効率を測定する温度範囲の全てにわたって全く変化しないことが必要であるわけではなく、特定の温度範囲において測定される量子効率が、熱処理の前後で所定の範囲内の差に収まればよい。または、特定の温度範囲における耐熱性蛍光体の量子効率の温度依存性が、熱処理の前後でほとんど変化しなければよい。上記特定の温度範囲は、当業者によって適宜設定されればよい。
【００２１】
また、上記耐熱性蛍光体は、酸窒化物系蛍光体、またはIII−Ｖ族化合物半導体からなるナノ粒子蛍光体であることが好ましい。
【００２２】
これらの蛍光体は耐熱性に優れているため、耐熱性に優れた発光部を実現できる。
【００２３】
また、上記耐熱性透明封止材は、低融点ガラスであり、上記発光部における、上記耐熱性蛍光体と上記耐熱性透明封止材との質量比は、０．５：１００以上、２０：１００以下であることが好ましい。
【００２４】
また、上記耐熱性透明封止材は、有機無機ハイブリッドガラスであり、上記発光部における、上記耐熱性蛍光体と上記有機無機ハイブリッドガラスとの質量比は、５．１３：２００以上、５０：２００以下であることが好ましい。
【００２５】
封止材の材質および蛍光体との混合比を調整することにより、蛍光体の熱による劣化を抑制できることを本発明の発明者が見出した。具体的には、耐熱性透明封止材を低融点ガラスまたは有機無機ハイブリッドガラスとし、上記混合比とすることにより、レーザ光照射に伴う発光部の発熱を抑制し、熱による蛍光体の劣化を抑制することができる。
【００２６】
また、上記酸窒化物蛍光体は、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ（silicon aluminum oxynitride）：Ｃｅ蛍光体、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体またはＣＡＳＮ：ＥＵ蛍光体またはＳＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体を含むことが好ましい。
【００２７】
これらの酸窒化物系蛍光体は耐熱性に優れているため、耐熱性に優れた発光部を実現できる。
【００２８】
また、上記発光部に照射される上記レーザ光の照射密度は、０．１Ｗ／ｍｍ２以上５０Ｗ／ｍｍ２以下であることが好ましい。
【００２９】
上記の構成により、高輝度を有する照明光を生成でき、特にヘッドランプに好適に適応できる発光装置を実現できる。
【００３０】
また、上記発光装置を備える照明装置および上記発光装置を備える車両用前照灯も本発明の技術的範囲に含まれる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る発光装置は、以上のように、レーザ光を出射する半導体レーザと、上記半導体レーザが出射したレーザ光を受けて発光する発光部とを備え、上記発光部は、耐熱性蛍光体が耐熱性透明封止材の中に分散されている構成である。
【００３２】
それゆえ、発光部の劣化を防止することができ、小型で高輝度かつ高光束の光源であって、長期間使用可能な光源として機能する発光装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】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図である。
【図２】（ａ）は、上記ヘッドランプが備える半導体レーザの回路図を模式的に示したものであり、（ｂ）は、上記半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の別の本実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図４】ＳＣＡＳＮ蛍光体の内部および外部量子効率と熱処理温度との関係を示すグラフである。
【図５】熱処理を施した後の蛍光体の、異なる波長の光の吸収率を示すグラフである。
【図６】本実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図７】蛍光体としてＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅおよびＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕを使用した場合の発光スペクトルを示す図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図９】蛍光体としてβ−ＳｉＡｌＯＮ：ＥｕおよびＣＡＳＮ：Ｅｕを使用した場合の発光スペクトルを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るレーザダウンライトが設置された天井の断面図である。
【図１１】上記レーザダウンライトの断面図である。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の照明装置として、自動車用の走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たすヘッドランプ（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、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。
【００３５】
＜ヘッドランプ１の構成＞
まず、本実施形態に係るヘッドランプ１の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るヘッドランプ１の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ１は、半導体レーザ２、非球面レンズ３、導光部４、発光部５、反射鏡６および透明板７を備えている。半導体レーザ２、導光部４および発光部５によって発光装置の基本構造が形成されている。
【００３６】
（半導体レーザ２）
半導体レーザ２は、励起光を出射する励起光源として機能するものである。この半導体レーザ２は１つでもよいし、複数設けられてもよい。また、半導体レーザ２として、１つのチップに１つの発光点を有するものを用いてもよいし、複数の発光点を有するものを用いてもよい。本実施形態では、１チップに１つの発光点を有する１つの半導体レーザ２を用いている。
【００３７】
半導体レーザ２は、例えば、１チップに１つの発光点（１ストライプ）を有し、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、光出力が１．０Ｗ、動作電圧が５Ｖ、電流が０．７Ａのものであり、直径５．６ｍｍのパッケージ（ステム）に封入されているものである。半導体レーザ２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。
【００３８】
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２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。
【００３９】
半導体レーザ２の光出力は、１Ｗ以上２０Ｗ以下であり、発光部５に照射されるレーザ光の光密度（照射密度）は、０．１Ｗ／ｍｍ２以上５０Ｗ／ｍｍ２以下であることが好ましい。この範囲の光出力であれば、車両用のヘッドランプに要求される光束および輝度を実現できるとともに、高出力過ぎるレーザ光によって発光部５が極度に劣化することを防止できる。すなわち、高光束かつ高輝度でありながら、長寿命の光源を実現できる。
【００４０】
非球面レンズ３は、各半導体レーザ２から発振されたレーザ光を、導光部４の一方の端部である光入射面４ａに入射させるためのレンズである。例えば、非球面レンズ３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３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。
【００４１】
（導光部４）
導光部４は、半導体レーザ２が発振したレーザ光を集光して発光部５（発光部５のレーザ光照射面）へと導く円錐台状の導光部材であり、非球面レンズ３を介して半導体レーザ２と光学的に結合している。導光部４は、半導体レーザ２が出射したレーザ光を受光する光入射面４ａ（入射端部）と当該光入射面４ａにおいて受光したレーザ光を発光部５へ出射する光出射面４ｂ（出射端部）とを有している。
【００４２】
光出射面４ｂの面積は、光入射面４ａの面積よりも小さい。そのため、光入射面４ａから入射した各レーザ光は、導光部４の側面に反射しつつ前進することにより収束されて光出射面４ｂから出射される。
【００４３】
導光部４は、石英ガラス、アクリル樹脂その他の透明素材で構成する。また、光入射面４ａおよび光出射面４ｂは、平面形状であっても曲面形状であってもよい。
【００４４】
非球面レンズ３および導光部４の結合効率（半導体レーザ２から出射されるレーザ光の強度に対する、導光部４の光出射面４ｂから出射されるレーザ光の強度の割合）は９０％である。このため、半導体レーザ２から出射された１２Ｗのレーザ光は、非球面レンズ３および導光部４を通過すると、光出射面４ｂから１０．８Ｗのレーザ光として出射される。
【００４５】
なお、導光部４は、後述するように角錐台状であってもよく、光ファイバーであってもよく、半導体レーザ２からのレーザ光を発光部５に導くものであればよい。また、導光部４を設けずに、半導体レーザ２からのレーザ光を非球面レンズ３を介して、または直接に発光部５に照射してもよい。半導体レーザ２と発光部５との間の距離が短い場合には、このような構成が可能になる。
【００４６】
（発光部５）
発光部５は、導光部４の光出射面４ｂ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耐熱性蛍光体（以下、単に蛍光体と称する）が耐熱性透明封止材（以下、単に封止材と称する）の中に分散されたものである。
【００４７】
上記蛍光体は、例えば、酸窒化物系の蛍光体または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であり、青色、緑色および赤色の蛍光体が低融点ガラスに分散されている。半導体レーザ２は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部５に当該レーザ光が照射されると白色光が発生する。それゆえ、発光部５は、波長変換部材であるといえる。発光部５の組成の詳細については後述する。
【００４８】
なお、半導体レーザ２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。
【００４９】
発光部５は、透明板７の内側（光出射面４ｂが位置する側）の面において、反射鏡６の焦点位置またはその近傍に固定されている。発光部５の位置の固定方法は、この方法に限定されず、反射鏡６から延出する棒状または筒状の部材によって発光部５の位置を固定してもよい。
【００５０】
発光部５の形状は、特に限定されず、直方体であっても、円筒状であってもよい。本実施形態では、発光部５は、直径３．５ｍｍ、厚さ２ｍｍの円柱状である。この場合、半導体レーザ２からのレーザ光を受けるレーザ光照射面およびレーザ光照射面に対向する面の面積は、約９．６ｍｍ２である。
【００５１】
また、発光部５のレーザ光照射面と発光面との間の厚みは２ｍｍでなくともよい。上記厚みは、レーザ光が発光部５において全て白色光に変換されるか、またはレーザ光が発光部５において十分に散乱される厚みであればよい。つまり、人体に有害なコヒーレント光の全てが、無害なインコヒーレント光に変換されるだけの厚みを発光部５が有していればよい。
【００５２】
ここで必要とされる発光部５の厚みは、発光部５における封止材と蛍光体との割合に従って変化する。発光部５における蛍光体の含有量が多くなれば、レーザ光が白色光に変換される効率が高まるため発光部５の厚みを薄くできる。
【００５３】
（反射鏡６）
反射鏡６は、発光部５が出射したインコヒーレント光（以下、単に「光」と称する）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６は、発光部５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６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）の部材であり、反射した光の進行方向に開口している。
【００５４】
（透明板７）
透明板７は、反射鏡６の開口部を覆う透明な樹脂板であり、発光部５を保持している。この透明板７を、半導体レーザ２からのレーザ光を遮断するとともに、発光部５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（インコヒーレント光）を透過する材質で形成することが好ましい。なお、透明板７として、樹脂板以外に無機ガラス板等も使用できる。
【００５５】
発光部５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７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。なお、このような効果を期待せず、かつ透明板７以外の部材によって発光部５を保持する場合には、透明板７を省略することが可能である。
【００５６】
＜発光部５の組成＞
発光部をハイパワーのレーザ光で励起すると、発光部が激しく劣化することを本発明の発明者は見出した。発光部の劣化は、発光部に含まれる蛍光体そのものの劣化とともに、蛍光体を取り囲む封止材の劣化によって主に引き起こされる。例えば、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。この熱によって封止材が劣化すると考えられる。
【００５７】
それゆえ、封止材および蛍光体の材質を適切に選択することは、発光部の寿命を延ばす上で非常に重要である。このような観点から、発光部５を、封止材としてのガラス材の内部に蛍光体が分散されているものにしている。封止材をガラス材にすることにより、蛍光体を励起させるとき発生する熱によって封止材が著しく劣化することを防止できる。
【００５８】
（封止材の材質および混合比）
封止材として、無機ガラスやいわゆる有機無機ハイブリッドガラスを用いることができ、特に低融点ガラスが好ましい。低融点ガラスとしては、ガラス転移点が６００℃以下のものが好ましく、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯのいずれか１つを少なくとも含むことが好ましい。ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、またはＺｎＯを加えることにより、低融点ガラスを安定化させながら、ガラス転移点と焼成温度とを低下させることができ、かつ透明性を保つことができる。
【００５９】
封止材として低融点ガラスを用いた場合、蛍光体と低融点ガラスとの混合比を体積比として表すと、この体積比は、１：１０００以上、１：１以下であることが好ましい。ここで、上記蛍光体は、白色にするために混合済みの蛍光体総量を指す。また、低融点ガラスについては、密度がおよそ３ｇ／ｃｍ３〜７ｇ／ｃｍ３である。蛍光体と低融点ガラスとの混合比を質量比として表すと、その質量比（蛍光体：低融点ガラス）の範囲は、０．５：１００以上、２０：１００以下であることが好ましい。
【００６０】
上記低融点ガラスとして、硼珪酸ガラス（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３）にＣａＯ−ＢａＯ−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏを加えて低融点化したガラス材を用いている。このガラス材は、蛍光体材料に対して反応性が高くない。同様に蛍光体材料との反応が低い低融点ガラスであれば、ほぼ同様の結果が得られると考えられる。逆に、蛍光体と反応するガラス材の場合、焼成して発光部を作るだけで蛍光体の発光効率が低下してしまう可能性がある。
【００６１】
また、封止材として有機無機ハイブリッドガラスを用いた場合、蛍光体と有機無機ハイブリッドガラスとの好ましい質量比（蛍光体：ハイブリッドガラス）の範囲は、５．１３：２００以上５０：２００以下であることが好ましい。
【００６２】
上述の数値範囲は、発明者が実験により算出したものである。この実験では、複数の異なる混合比を有するサンプル（焼成後）についてそれぞれ発光効率を算出し、実用性に耐える発光効率を実現できる混合比の範囲を特定した。ハイブリッドガラスとガラス材とでは、その比重が異なるため、好ましい混合比の範囲を別々に算出している。
【００６３】
封止材として低融点ガラスを用いる場合、蛍光体と低融点ガラスとの質量比が０．５：１００以上であれば、作製した発光部５の中にムラなく蛍光体を分散させることができる。また、０．５：１００よりも蛍光体濃度が薄い場合、大半の励起光がそのまま発光部５を透過してしまい、十分な照明光を得ることができない。それゆえ、上記質量比は０．５：１００以上であることが好ましい。
【００６４】
なお、本発明の照明装置を透過型のレーザ照明器具として実現する場合は、上記質量比は、１．０：１００以上であることがさらに好ましい。１．０：１００以上であれば、励起光として使用されるレーザ光を蛍光体粒子によって散乱させてコヒーレント性を低下させることができるようになる。
【００６５】
一方、もし２０：１００よりも蛍光体濃度を濃くした場合、発光部５の表面が荒れて非常にもろい状態になるため、物理的接触等で発光部５の一部が欠けやすくなったりする。それゆえ、上記質量比は、２０：１００以下であることが好ましい。
【００６６】
なお、上記質量比が２０：１００の近傍（ただし、２０：１００を超えない）であれば、作製した発光部５の表面はかなり蛍光体がむき出しになるため平坦性が低下するが、発光部として使用するには問題ない。もし、発光部表面の平坦性を必要とするのであれば、上記質量比を１５：１００以下とすることが好ましい。
【００６７】
また、１．０：１００以上１５：１００以下の範囲、例えば３：１００や５：１００、７：１００などで作製した場合、分散性、ムラ、表面状態等問題ない発光部５を作製することができる。従って、所望の色温度、色度に合わせて、この範囲（１：１００〜１５：１００）で作製すれば、高効率で、形状再現性等に優れた発光部が高歩留まりで実現可能である。
【００６８】
蛍光体と封止材との分散比は、発光部の発熱効率（逆の観点から言えば、放熱効率）に影響を与える。１００％蛍光体であれば、発光部の発熱は大きくなり、発光部の劣化が早くなる。発光部を適量の封止材で封止することにより、蛍光体の発熱を抑制することができる。
【００６９】
このように、蛍光体と封止材との混合比を適切に設定することにより、発光部５の発光効率および耐熱性を高めることができる。
【００７０】
（蛍光体の材質）
発光部５に用いる蛍光体としては、酸窒化物蛍光体と通称されるものが好ましい。例えば、代表的な酸窒化物蛍光体であるＳｉＡｌＯＮ蛍光体は、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。
【００７１】
酸窒化物系蛍光体のその他の例として、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ３）蛍光体およびＳＣＡＳＮ（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３）蛍光体を挙げることができる。後述するように、ＳＣＡＳＮ蛍光体は、耐熱性ではＣＡＳＮ蛍光体よりも劣るが、発光ピーク波長がより短波長化しているという特徴がある。
【００７２】
発光部５は、例えば、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３とＺｎＯとを２：２：１の割合で含む低融点ガラスとＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅとＣＡＳＮ：Ｅｕとを重量比で１０：２：１で混合したものである。
【００７３】
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。
【００７４】
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）。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
よって、発光部５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。
【００７８】
＜半導体レーザ２の構造＞
次に半導体レーザ２の基本構造について説明する。図２（ａ）は、半導体レーザ２の回路図を模式的に示したものであり、図２（ｂ）は、半導体レーザ２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２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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
また、活性層１１１およびクラッド層１１３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、活性層１１１およびクラッド層１１３は、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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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の大部分が発光点１０３から照射されるようにすることができる。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
＜発光部５の発光原理＞
次に、半導体レーザ２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。
【００９１】
まず、半導体レーザ２から発振されたレーザ光が発光部５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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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・関係に基づき、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。
【００９５】
＜実験例１＞
発光部５から出射される光のスペクトルに関する実験結果について説明する。
【００９６】
（発光スペクトル）
図３は、蛍光体としてＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅおよびＣＡＳＮ：Ｅｕを使用した場合の発光スペクトルを示す図である。グラフの横軸は、蛍光体が発する光の波長を示し、縦軸は当該光の強度を示している。
【００９７】
発光部５の封止材として、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３とＺｎＯとを２：２：１の割合で含む低融点ガラスを使用した。この低融点ガラスとＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅとＣＡＳＮ：Ｅｕとを重量比で３０：３：１で混合し、加熱溶解させて、円柱形状（直径３．５ｍｍ、厚さ２ｍｍ）の発光部５を形成した。
【００９８】
半導体レーザ２から放射された出力１Ｗのレーザ光を、非球面レンズ３を用いて直径３．５ｍｍの円錐状ビームとし、発光部５に照射した。照射光密度は０．１Ｗ／ｍｍ２である。この実験では導光部４は使用していない。
【００９９】
発光スペクトルを測定したところ、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅについて、約５０７ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。また、ＣＡＳＮ：Ｅｕについて、約６５０ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。
【０１００】
本実施形態の低融点ガラスでは、ホウ珪酸ガラスにＺｎＯを添加することによってガラスを安定化させながら、ガラス転移点と焼成温度を低下でき、かつ透明性を保つ効果を得ることができた。
【０１０１】
上述の封止材に酸窒化物蛍光体であるＳｉＡｌＯＮ蛍光体とＣＡＳＮ蛍光体とを分散させることにより、レーザ光励起でも劣化しにくい蛍光体発光部を実現することができた。
【０１０２】
＜実験例２＞
次に、ＳＣＡＳＮ蛍光体をガラス材の中に分散させることによって形成した発光部５の耐熱性に関する実験について説明する。
【０１０３】
ＳＣＡＳＮ蛍光体はＣＡＳＮ蛍光体にさらにＳｒ（ストロンチウム）が入った蛍光体であり、（酸）窒化物蛍光体の一種である。このＳＣＡＳＮ蛍光体は、Ｓｒの影響により耐熱性の面ではＣＡＳＮ蛍光体よりも劣ると考えられる。ちなみに、ＳｉＡｌＯＮ蛍光体は、結晶的にＣＡＳＮ蛍光体よりも強固であり、ＣＡＳＮ蛍光体よりも耐熱性が高いと考えられる。
【０１０４】
それゆえ、耐熱性に関して、ＳｉＡｌＯＮ蛍光体＞ＣＡＳＮ蛍光体＞ＳＣＡＳＮ蛍光体という関係が成立する。そのため、ＳＣＡＳＮ蛍光体が耐えられる温度であれば、ＳｉＡｌＯＮ蛍光体およびＣＡＳＮ蛍光体も耐えられると考えられる。
【０１０５】
（実験方法）
大気中、所定の温度まで３０分でＳＣＡＳＮ蛍光体を昇温し、その温度で３０分間加熱を行った後、内部および外部量子効率および吸収率を室温で測定した。このような実験を、熱処理温度を変えて複数回行った。その結果を図４および図５に示した。
【０１０６】
図４は、ＳＣＡＳＮ蛍光体の内部および外部量子効率と熱処理温度との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は、量子効率を示し、グラフの横軸は、ＳＣＡＳＮ蛍光体を熱処理したときの処理温度を示している。また、実線のグラフが内部量子効率の変化を示し、破線のグラフが外部量子効率の変化を示している。
【０１０７】
図４に示すように、０℃での実験結果は、熱処理をしない場合のＳＣＡＳＮ蛍光体の内部および外部量子効率を示しており、内部および外部量子効率は、熱処理温度が５６０℃程度までは、熱処理による影響は見られなかった。しかし、熱処理温度がさらに上昇すると内部および外部量子効率は、顕著に低下した。
【０１０８】
この事実から、本発明で使用される耐熱性蛍光体は、少なくとも０℃から５６０℃までの温度範囲内での熱処理を行っても、当該熱処理後にある温度で測定された量子効率が、当該熱処理前に上記ある温度で測定された量子効率よりも、誤差範囲を超えて低下しないものであるといえる。
【０１０９】
図５は、熱処理を施した後の蛍光体の、異なる波長の光の吸収率を示すグラフである。図５に示すように、ＳＣＡＳＮ蛍光体の、異なる波長の光についての光吸収率は、熱処理温度が６００℃までは室温（熱処理なし）の光吸収率と比較して大差は見られないが、少なくとも熱処理温度が７００℃以上では顕著な変化が見られた。具体的には、熱処理温度が７００℃、８００℃になると、それらより低い温度の熱処理を施した場合と比較して明らかに光吸収率が異なっており、蛍光体が変質していることが分かる。
【０１１０】
これらの実験結果から、大気中でのＳＣＡＳＮ蛍光体の耐熱温度は、６００℃未満であることが分かった。このＳＣＡＳＮ蛍光体の劣化の原因は、ＳＣＡＳＮ蛍光体中に含まれる窒素が抜けてしまうためであると考えられる。そのため、窒素中で熱処理を行えばＳＣＡＳＮ蛍光体の窒素抜けを抑制することができ、発光効率の低下を抑えることができる可能性がある。
【０１１１】
例えば、ヘッドランプ１において、反射鏡６および透明板７によって形成される空間に窒素ガスを充填し、窒素ガス中で発光部５にレーザ光を照射することにより発光部５の熱耐性を高めることができる可能性がある。
【０１１２】
＜ヘッドランプ１の効果＞
以上のように、ヘッドランプ１では、発光部５から出射される光の光束を低下させずに発光部５の劣化を防止でき、ヘッドランプに要求される輝度を実現しつつ、長寿命のヘッドランプ１を実現できる。さらに、発光部５が長寿命になることにより、発光部５を取り替えるための手間および費用を削減することができる。
【０１１３】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図６〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１１４】
図６は、本実施形態に係るヘッドランプ２０の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ２０は、ヘッドランプ１とは異なり、ロッドレンズである非球面レンズ３１、導光部４１、発光部５１を備えている。
【０１１５】
導光部４１は、半導体レーザ２が発振したレーザ光を光入射面４１ａにおいて受光し、光出射面４１ｂから出射することにより当該レーザ光を発光部５１へと導く角錐台状の導光部材であり、非球面レンズ３１を介して半導体レーザ２と光学的に結合している。導光部４１は、導光部４と形状が異なっているだけで、材質については導光部４と同じである。なお、導光部４と同様に導光部４１を省略してもよい。
【０１１６】
発光部５１は、縦１．２ｍｍ×横０．４ｍｍ×奥行き０．５ｍｍの直方体であり、発光部５とは、その形状が異なっている。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５１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。
【０１１７】
本実施形態では、発光部５１は、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅとＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕとを蛍光体として用い、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３とＺｎＯをベースにＢａＯを添加した低融点ガラスに前記蛍光体を分散させたものである。低融点ガラスにＢａＯを添加することでガラスの化学的耐久性、非結晶化など安定化を向上させることができる。
【０１１８】
また、本実施形態では、半導体レーザ２は、１チップ１０ストライプ（１チップに１０個の発光点）のものであり、発振波長が４０５ｎｍ、光出力が１０Ｗ、動作電圧が５Ｖ、電流が６Ａ、消費電力が３０Ｗであり、直径９ｍｍステムに実装されたものである。このような半導体レーザ２を１個使用している。
【０１１９】
＜実験例３＞
発光部５１から出射される光のスペクトルに関する実験結果について説明する。
【０１２０】
図７は、蛍光体としてＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅおよびＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕを使用した場合の発光スペクトルを示す図である。グラフの横軸は、蛍光体が発する光の波長を示し、縦軸は当該光の強度を示している。
【０１２１】
蛍光体保持物質として、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３とＢａＯとを２：２：１の割合で含む低融点ガラスを使用した。この低融点ガラスとＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：ＣｅとＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕとを重量比で２０：１：１で混合し、加熱プレス成形で、直方体形状（縦１．２ｍｍ×横０．４ｍｍ×奥行き０．５ｍｍ）の発光部５１を形成した。
【０１２２】
発光スペクトルを測定したところ、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅについて、約５０７ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。また、ＣＡＳＮ：Ｅｕについて、約６５０ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。
【０１２３】
半導体レーザ２から放射されるレーザ光（出力１０Ｗ）は、非球面レンズ３１によって、例えば、縦１ｍｍ×横０．２ｍｍに成形され、光密度５０Ｗ／ｍｍ２で発光部５１を励起する。なお、この実験では導光部４１は使用していない。
【０１２４】
発光スペクトルを測定したところ、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅについて、実験例と同様に約５０７ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。また、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕについて、約５８５ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。
【０１２５】
本実施形態では、非常に安定な酸窒化物蛍光体を使用していることにより、特に高出力・高光密度のレーザ光励起であっても発光部が劣化することのないレーザ照明光源を実現することができた。
【０１２６】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施形態について図８〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１２７】
図８は、本実施形態に係るヘッドランプ３０の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ３０は、ヘッドランプ１とは異なり、２０個の半導体レーザ２、２０個の非球面レンズ３、導光部４２、発光部５２、光ファイバー固定具８を備えている。
【０１２８】
半導体レーザ２は、実施の形態１の半導体レーザ２と同様のものであり、１チップに１つの発光点を有し、光出力が１．０Ｗのものである。それゆえ、合計２０Ｗの放射束の光が複数の半導体レーザ２から出射される。
【０１２９】
導光部４２は、２０本の光ファイバー４２ａの束であり、２０個の半導体レーザ２が発振したレーザ光を、各光ファイバー４２ａによって発光部５２へと導く導光部材である。なお半導体レーザ２、非球面レンズ３、光ファイバー４２ａの数は一致していればよく、２０個に限定されない。
【０１３０】
光ファイバー４２ａ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。
【０１３１】
例えば、光ファイバー４２ａ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４２ａ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４２ａの長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。
【０１３２】
非球面レンズ３は、半導体レーザ２から発振されたレーザ光を、光ファイバー４２ａの一方の端部である入射端部に入射させる。
【０１３３】
光ファイバー４２ａの他方の端部である出射端部は、光ファイバー固定具８によって束ねられており、直径５ｍｍのビームが発光部５２に照射される。このときの光密度は、２０Ｗ／ｍｍ２である。光ファイバー４２ａの出射端部は、当該出射端部から出射されるレーザ光が発光部５２に照射されるように当該発光部５２に対して位置決めされている。
【０１３４】
発光部５２は、直径５．２ｍｍ、厚さ１ｍｍの円柱形を有している。この発光部５２は、ＰｂＯを含むＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の低融点ガラスに、蛍光体としてβ−ＳｉＡｌＯＮ：ＥｕおよびＣＡＳＮ：Ｅｕを分散させたものである。
【０１３５】
＜実験例４＞
発光部５２から出射される光のスペクトルに関する実験結果について説明する。
【０１３６】
図９は、蛍光体としてβ−ＳｉＡｌＯＮ：ＥｕおよびＣＡＳＮ：Ｅｕを使用した場合の発光スペクトルを示す図である。グラフの横軸は、蛍光体が発する光の波長を示し、縦軸は当該光の強度を示している。
【０１３７】
封止材として、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３とＰｂＯとを２：２：１の割合で含む低融点ガラスを使用した。この低融点ガラスとβ−ＳｉＡｌＯＮ：ＥｕとＣＡＳＮ：Ｅｕとを質量比で５０：３：１で混合し、加熱プレス成形で、加熱溶解させて、円柱形状（直径５．２ｍｍ、厚さ１ｍｍ）の発光部５を形成した。
【０１３８】
この発光部５にレーザ光を照射したところ、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕについて、約５４０ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。また、ＣＡＳＮ：Ｅｕについて、約６５０ｎｍをピークとするスペクトルが得られた。
【０１３９】
この実施例においても、出力２０Ｗとし、光密度２０Ｗ／ｍｍ２もの高出力、高光密度のレーザ光励起に耐える蛍光体発光部を実現することができた。
【０１４０】
〔実施の形態４〕
本発明の他の実施形態について図１０〜図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１〜３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。
【０１４１】
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２から出射したレーザ光を発光部５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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
図１０は、レーザダウンライト２００が設置された天井の断面図である。図１１は、レーザダウンライト２００の断面図である。図１０〜図１１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４２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４２によって接続されているからである。この光ファイバー４２は、天板４００と断熱材４０１との間の隙間に配置されている。
【０１４４】
（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図１１に示すように、筐体２１１、光ファイバー４２、発光部５および透光板２１３を備えている。
【０１４５】
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５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。
【０１４６】
また、筐体２１１には、光ファイバー４２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４２が発光部５まで延びている。光ファイバー４２の出射端部５ａと発光部５との位置関係は上述したものと同様である。
【０１４７】
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５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。
【０１４８】
なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、発光部５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。
【０１４９】
（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２、非球面レンズ３および光ファイバー４２を備えている。
【０１５０】
光ファイバー４２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２から発振されたレーザ光は、非球面レンズ３を介して光ファイバー４２の入射端部５ｂに入射される。
【０１５１】
図１１に示すＬＤ光源ユニット２２０の内部には、半導体レーザ２および非球面レンズ３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４２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２と非球面レンズ３との対（または、複数の半導体レーザ２と１つのロッド状レンズ３２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。
【０１５２】
（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図１２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４２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）を強力な粘着テープ等を使って天板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。
【０１５３】
（変更例）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１５４】
また、励起光源として、半導体レーザ以外の固体レーザを用いてもよい。ただし、半導体レーザを用いる方が、励起光源を小型化できるため好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
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】
【０１５６】
１ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
２ 半導体レーザ
５ 発光部
２０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
３０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
５１ 発光部
５２ 発光部
２００ レーザダウンライト（照明装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する半導体レーザと、
上記半導体レーザが出射したレーザ光を受けて発光する発光部とを備え、
上記発光部は、耐熱性蛍光体が耐熱性透明封止材の中に分散されているものであることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上記耐熱性蛍光体は、少なくとも０℃から５６０℃までの温度範囲内での熱処理を行っても、当該熱処理後にある温度で測定された上記耐熱性蛍光体の量子効率が、当該熱処理前に上記ある温度で測定された上記量子効率よりも、誤差範囲を超えて低下しないものであ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】
上記耐熱性蛍光体は、酸窒化物系蛍光体、またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるナノ粒子蛍光体であ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】
上記耐熱性透明封止材は、低融点ガラスであり、
上記発光部における、上記耐熱性蛍光体と上記耐熱性透明封止材との質量比は、０．５：１００以上、２０：１００以下であ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】
上記耐熱性透明封止材は、有機無機ハイブリッドガラスであり、
上記発光部における、上記耐熱性蛍光体と上記有機無機ハイブリッドガラスとの質量比は、５．１３：２００以上、５０：２００以下であ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６】
上記酸窒化物蛍光体は、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ（silicon aluminum oxynitride）：Ｃｅ蛍光体、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体またはＣＡＳＮ：ＥＵ蛍光体またはＳＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体を含む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】
上記発光部に照射される上記レーザ光の照射密度は、０．１Ｗ／ｍｍ２以上５０Ｗ／ｍｍ２以下であ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】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項１】
レーザ光を出射する半導体レーザと、
上記半導体レーザが出射したレーザ光を受けて発光する発光部とを備え、
上記発光部は、耐熱性蛍光体が耐熱性透明封止材の中に分散されているものであることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上記耐熱性蛍光体は、少なくとも０℃から５６０℃までの温度範囲内での熱処理を行っても、当該熱処理後にある温度で測定された上記耐熱性蛍光体の量子効率が、当該熱処理前に上記ある温度で測定された上記量子効率よりも、誤差範囲を超えて低下しないものであ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】
上記耐熱性蛍光体は、酸窒化物系蛍光体、またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるナノ粒子蛍光体であ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】
上記耐熱性透明封止材は、低融点ガラスであり、
上記発光部における、上記耐熱性蛍光体と上記耐熱性透明封止材との質量比は、０．５：１００以上、２０：１００以下であ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】
上記耐熱性透明封止材は、有機無機ハイブリッドガラスであり、
上記発光部における、上記耐熱性蛍光体と上記有機無機ハイブリッドガラスとの質量比は、５．１３：２００以上、５０：２００以下であ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６】
上記酸窒化物蛍光体は、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ（silicon aluminum oxynitride）：Ｃｅ蛍光体、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体またはＣＡＳＮ：ＥＵ蛍光体またはＳＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体を含む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】
上記発光部に照射される上記レーザ光の照射密度は、０．１Ｗ／ｍｍ２以上５０Ｗ／ｍｍ２以下であ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】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする車両用前照灯。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１２１９６８（Ｐ２０１２−１２１９６８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７２７７７（Ｐ２０１０−２７２７７７）
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【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６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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