発光装置、照明装置および車両用前照灯
【課題】高輝度光源として機能し、かつアイセーフティの高い発光装置、照明装置および車両用前照灯を提供する。
【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３と、半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光物質およびレーザ光を拡散させる拡散粒子を含む発光部７とを備えている。半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて、発光部に含まれる蛍光物質が発光し、照明光として利用する。レーザ光はコヒーレント性（空間的コヒーレンシ）が高いので、発光部を小さくしても、その発光部に対する励起光の照射効率を高くすることができ、高輝度な照明装置を実現できる。
【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３と、半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光物質およびレーザ光を拡散させる拡散粒子を含む発光部７とを備えている。半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて、発光部に含まれる蛍光物質が発光し、照明光として利用する。レーザ光はコヒーレント性（空間的コヒーレンシ）が高いので、発光部を小さくしても、その発光部に対する励起光の照射効率を高くすることができ、高輝度な照明装置を実現できる。
【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）等の固体発光素子を用い、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】
このように固体発光素子を用いて蛍光体を励起する光源は、国際安全規格ＩＥＣ６０８２５−１や、国内においてはＪＩＳ Ｃ６０８２等で定められるアイセーフティが満足されなければならない。特に照明器具のような民生機器への応用においては、光源から放射される照明光が何らかの光学系を介して直接目に入射する場合にも失明する恐れのないクラス１レベルのアイセーフティが望まれる。
【０００４】
特に、アイセーフティを向上させるためには、ある大きさ以上のアパレント光源サイズにする必要がある。
【０００５】
特許文献１には、半導体レーザからの誘導放出光が多重散乱光学系を介して自由空間に放出される光源装置を用いた光通信モジュールが開示されている。この光通信モジュールでは、半導体レーザに近接する領域に高濃度の散乱体が含まれており、当該半導体レーザから発振されるレーザ光の空間コヒーレンシを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００３／０７７３８９号パンフレット（２００３年９月１８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に記載の発明は、光通信モジュールに含まれる光源装置に関するものであり、高輝度光源として機能する発光装置に関するものではない。そのため、特許文献１に記載の構成を上記発光装置にそのまま適用できない。
【０００８】
本発明の目的は、高輝度光源として機能し、かつアイセーフティの高い発光装置、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】
【０００９】
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、上記半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光物質と、上記レーザ光を拡散させる拡散粒子とを含む発光部とを備えることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて、発光部に含まれる蛍光物質が発光する。この発光を照明光として利用できる。レーザ光はコヒーレント性（空間的コヒーレンシ）が高いので、発光部を小さくしても、その発光部に対する励起光の照射効率を高くすることができる。そのため、高輝度な照明装置を実現できる。
【００１１】
このような利点の一方で、レーザ光は、コヒーレント性が高いゆえに人体に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、発光部にレーザ光を拡散させる拡散粒子を含ませることで、レーザ光を拡散（空間的コヒーレンシを低減）させ、レーザ光を人体への影響がほとんどない発光点サイズの大きな光に変換し、照明光として出射できる。
【００１２】
それゆえ、高輝度光源として機能し、かつアイセーフティの高い発光装置を実現できる。
【００１３】
また、上記蛍光物質および上記拡散粒子は、耐熱性封止材の中に含まれていることが好ましい。
【００１４】
レーザ光を励起光として用いた場合、微小な体積の発光部に照射されて吸収される励起光のうちの、蛍光物質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る。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可能性がある。
【００１５】
上記の構成によれば、蛍光物質および拡散粒子が耐熱性封止材によって封止されることで発光部が形成されている。それゆえ、レーザ光の照射により発光部が発熱しても封止材が劣化する可能性を低減できる。また、耐熱性封止材の材質によっては（例えば、無機ガラスである場合には）、蛍光物質の放熱効率が高められる場合もある。
【００１６】
また、上記拡散粒子の屈折率と上記耐熱性封止材の屈折率との差は、０．２以上であることが好ましい。
【００１７】
隣接する物質間の屈折率の差が大きくなるほど、当該物質間を透過する光の拡散効果は高まる。
【００１８】
上記の構成によれば、拡散粒子の屈折率と耐熱性封止材の屈折率との差は、０．２以上であり、発光部に入射したレーザ光を効果的に拡散させることができる。
【００１９】
また、上記耐熱性封止材は、無機ガラスであることが好ましい。
【００２０】
無機ガラスの熱伝導率は、１Ｗ／ｍＫ程度であり、封止材として無機ガラスを用いることにより、発光部の熱伝導率を高める（または、熱抵抗を低下させる）ことができる。それゆえ、蛍光物質の放熱効率を高めることができ、発光部が熱によって劣化することを防止できる。
【００２１】
また、上記耐熱性封止材は、低融点ガラスであることが好ましい。
【００２２】
上記の構成により、蛍光物質をガラス材の中に分散させる処理を低温で行うことができ、蛍光物質の熱による劣化を防止できるとともに発光部の製造が容易になる。
【００２３】
また、上記拡散粒子は、酸化ジルコニウムまたはダイヤモンドであることが好ましい。
【００２４】
酸化ジルコニウムの屈折率は、２．４であり、ダイヤモンドの屈折率は２．４２である。このように屈折率の高い物質を拡散粒子として用いることにより、当該拡散粒子のレーザ光拡散効果を高めることができる。また、酸化ジルコニウムの融点は２７１５℃であり、ダイヤモンドの融点は３５５０℃であるので、一般的な封止材の溶融温度程度では融けたり変質したりすることはなく、拡散粒子として封止材中に分散させる材料として好適である。
【００２５】
また、上記発光装置を備える照明装置および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】
【００２６】
以上のように、本発明に係る発光装置は、レーザ光を出射する半導体レーザと、上記半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光物質と、上記レーザ光を拡散させる拡散粒子とを含む発光部とを備える構成である。
【００２７】
それゆえ、高輝度光源として機能し、かつアイセーフティの高い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】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドランプが有する発光部および熱伝導部材の詳細を示す図である。
【図２】上記ヘッドランプの構成を示す断面図である。
【図３】発光部においてガラス材の中に高熱伝導フィラーおよび蛍光体粒子が分散している状態を示す概念図である。
【図４】（ａ）は、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、半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。
【図５】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６】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７】上記レーザダウンライトの断面図である。
【図８】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９】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１０】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】
【００２９】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図４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、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。
【００３０】
また、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。
【００３１】
ヘッドランプ１は、高輝度光源として機能し、かつアイセーフティの高いヘッドランプである。
【００３２】
（ヘッドランプ１の構成）
まず、図２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２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、熱伝導部材１３と、冷却部１４とを備えている。
【００３３】
（半導体レーザアレイ２／半導体レーザ３）
半導体レーザアレイ２は、励起光を出射する励起光源として機能し、複数の半導体レーザ（励起光源、固体素子光源）３を基板上に備えるものである。半導体レーザ３のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。なお、励起光源として複数の半導体レーザ３を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザ３を１つのみ用いてもよいが、高出力のレーザ光を得るためには、複数の半導体レーザ３を用いる方が容易である。
【００３４】
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っても、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。より詳細には、半導体レーザ３は、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。
【００３５】
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。例えば、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い。
【００３６】
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。
【００３７】
また、パッケージは直径５．６ｍｍのものに限定されず、例えば、直径３．８ｍｍや直径９ｍｍ、あるいはそれ以外であってもよく、熱抵抗がより小さいパッケージを選択することが好ましい。
【００３８】
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。
【００３９】
（非球面レンズ４）
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。
【００４０】
（光ファイバー５）
（光ファイバー５の配置）
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（励起光照射面）７ａ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。
【００４１】
例えば、複数の光ファイバー５の出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに対して平行な平面において並んで配置されている。このような配置により、出射端部５ａから出射されるレーザ光の光強度分布にお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７ａに形成する照射領域の中央部分（最大光強度部分））が、発光部７のレーザ光照射面７ａの互いに異なる部分に対して出射されるため、発光部７のレーザ光照射面７ａに対してレーザ光を２次元平面的に分散して照射することができる。
【００４２】
高出力のレーザ光を励起光として用いた場合、微小な体積の発光部７において、当該発光部７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７の温度を容易に上昇させる。その結果、発光部７の特性低下や熱による損傷を引き起こしてしまう可能性がある。
【００４３】
上述のように、発光部７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により、発光部７の一部が熱によって著しく劣化することを防止できる。
【００４４】
なお、光ファイバー５は複数の光ファイバーの束（すなわち複数の出射端部５ａを備えた構成）である必要は必ずしもなく、１本の光ファイバーであってもよい。
【００４５】
（光ファイバー５の材質および構造）
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
なお、導光部材は、光ファイバーに限定されず、半導体レーザ３からのレーザ光を発光部７へ導くものであればどのような部材を用いてもよい。例えば、レーザ光の入射端部と出射端部とを有する円錐台形状（または角錐台形状）の導光部材を１つまたは複数用いてもよい。また、半導体レーザ３からのレーザ光を直接または反射ミラー等の光学系を用いて発光部７に照射してもよい。
【００４９】
（フェルール６）
フェルール６は、光ファイバー５の複数の出射端部５ａを発光部７のレーザ光照射面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。
【００５０】
このフェルール６は、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材などによって反射鏡８に対して固定されていてもよいし、熱伝導部材１３に対して固定されていてもよい。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。
【００５１】
なお、光ファイバー５の出射端部５ａが１つの場合には、フェルール６を省略することも可能である。
【００５２】
（発光部７）
（発光部７の組成）
図１は、ヘッドランプ１が有する発光部７および熱伝導部材１３の詳細を示す図である。発光部（波長変換部材）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（蛍光物質）および拡散粒子（拡散材）１５を含んでいる。これら蛍光体および拡散粒子１５は、封止材としてのガラス材の内部に分散されている。発光部７は、反射鏡８のほぼ焦点位置に配置される。
【００５３】
この発光部７は、青色、緑色および赤色に発光する蛍光体のいずれか１種類以上を含んでいる。発光部７に半導体レーザ３からの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。
【００５４】
例えば、半導体レーザ３が、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振する場合には、発光部７に含まれる蛍光体は、緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。また、半導体レーザ３が、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光を発振する場合には、発光部７に含まれる蛍光体は、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。
【００５５】
なお、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。また、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。
【００５６】
（蛍光体の種類）
発光部７の蛍光体は、酸窒化物系蛍光体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体であることが好ましい。これらの材料は、半導体レーザ３から発せられた極めて強いレーザ光（出力および光密度）に対しての耐性が高く、レーザ照明光源に最適である。
【００５７】
代表的な酸窒化物系蛍光体として、サイアロン蛍光体と通称されるものがある。サイアロン蛍光体とは、窒化ケイ素のシリコ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。
【００５８】
一方、半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体（例えばインジュウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径をナノメータオーダーのある範囲内で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）。
【００５９】
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。
【００６０】
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とを素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。
【００６１】
（封止材）
封止材として、例えば、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ程度の無機ガラス（耐熱性封止材）を用いることができる。無機ガラスの中でも、特に低融点ガラスが好ましい。
【００６２】
封止材としてガラス材を用いると、レーザ光が蛍光体に照射され、蛍光体が発熱しても、ガラスは耐熱性が高いので、発光部７の劣化を防ぐことができる。また、封止材としてシリコーン樹脂を用いたときのような、光に長時間照射されることによる樹脂の劣化に起因する封止材の変色が起こりにくい。
【００６３】
また、封止材として低融点ガラスを用いると、蛍光体をガラス材の中に分散させる処理を低温で行うことができ、蛍光物質の熱による劣化を防止できるとともに発光部の製造が容易になる。
【００６４】
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。
【００６５】
ガラス材の組成として、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ−ＢａＯ−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏを挙げることができる。この低融点ガラスの融点は５５０℃である。
【００６６】
また、発光部７における封止材と蛍光体との割合は、１０：１程度である。
【００６７】
なお、封止材は、無機ガラスに限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスやシリコーン樹脂等の樹脂材料であってもよい。ただし、上述のように封止材として無機ガラスを用いた場合には、発光部７の熱耐性が高まるとともに発光部７の熱抵抗を下げる（熱伝導率を高める）という効果が得られるため、無機ガラスが好ましい。
【００６８】
（拡散粒子１５）
拡散粒子１５は、半導体レーザ３から出射され、発光部７に照射されたレーザ光を拡散（散乱）させることにより、コヒーレント性（空間的コヒーレンシ）が高く発光点サイズの極めて小さなレーザ光を、人体への影響がほとんどない発光点サイズの大きな光に変換するフィラー（散乱材）である。すなわち、拡散粒子１５は、ヘッドランプ１の発光点のサイズ（アパレント光源サイズ）を拡大させる粒子である。
【００６９】
＜拡散粒子１５の意義＞
ここで、発光部７に拡散粒子１５を含ませる意義について説明する。
【００７０】
小さなスポットの光源から放射された高いエネルギーの光が人間の眼に入射した場合、網膜上では、その小さなスポットのサイズにまで光源像が絞られるため、結像個所におけるエネルギー密度が極めて高くなってしまうことがある。例えば、半導体レーザ素子から放射されるレーザ光は、スポットサイズが１０μｍ角よりも小さい場合があり、そのような光源から放射される光が、直接に、あるいはレンズやミラーといった光学部材を介したとしても小さな発光点が直接に見える形で目に入射すると、網膜上の結像個所が損傷してしまうことがある。
【００７１】
これを回避するためには、発光点のサイズをある有限のサイズ以上（具体的には例えば１ｍｍ×１ｍｍ以上）に拡大する必要がある。
【００７２】
典型的な高出力の半導体レーザにおける発光点のサイズは、例えば１μｍ×１０μｍである。面積としては１０μｍ２＝１．０×１０−５ｍｍ２となる。すなわち、発光点が１ｍｍ２の光源と比較すると、同じエネルギーの光であったとしても、網膜上に結像される領域のエネルギー密度は、１０５倍も高くなってしまう。
【００７３】
発光点のサイズを拡大させることにより、網膜上の結像サイズを拡大させることができるようになるため、同じエネルギーの光が眼に入射した場合であっても、網膜上のエネルギー密度を低減させることが可能となる。
【００７４】
発光点のサイズを拡大させる際には、光源そのものの発光点を視認できないようにする必要がある。これを行うために、本発明では、発光部７に拡散粒子１５を含め、この拡散粒子１５によってレーザ光を拡散させている。
【００７５】
拡散粒子１５を含まない場合でも、発光部７は、レーザ光を拡散する機能をある程度有している。この拡散機能は、発光部７に含まれる封止材と蛍光体との屈折率との差を利用することで実現できる。そのために、レーザ光を十分に拡散できる体積（特に厚み）を有するように発光部７を設計すれば、ある程度はアイセーフティを実現できる。これに加えて、拡散粒子１５を発光部７に含めることによって、発光部７の拡散機能をさらに高め、より確実にアイセーフティを実現することができる。
【００７６】
なお、発光点サイズの拡大については、レーザ光源に限らず、ＬＥＤ光源においても考慮することができる。ただし、レーザ光は、ＬＥＤ光源から出射される光よりも単色性、すなわち波長が揃っているため、波長の違いによる網膜上での結像のボケ（いわゆる色収差）がなく、ＬＥＤ光源から出射される光よりも危険である。このため、レーザ光源から出射された光を照明光として利用する照明装置においては、発光点サイズの拡大について特に考慮することが好ましい。逆に、網膜での結像の観点から言えば、ＬＥＤ光源から出射される光を照明光として利用する照明装置においては、必ずしも発光点サイズの拡大について考慮する必要はない。
【００７７】
＜拡散粒子１５の具体例＞
拡散粒子１５として、光を拡散させる効果を有する粒子であり、発光部７を製造する時の熱に耐えられるものであれば、どのようなものを用いてもよく、例えば、フュームドシリカ、Ａｌ２Ｏ３、酸化ジルコニウムまたはダイヤモンドを用いることができる。この中でも特に、酸化ジルコニウムまたはダイヤモンドを用いることが好ましい。
【００７８】
隣接する２つの物質間の屈折率の差が大きいほどこれらの物質間を透過する光は拡散しやすい。そのため、拡散粒子１５の屈折率と封止材の屈折率との差が大きい方がレーザ光を効果的に拡散させることができる。具体的には、拡散粒子１５の屈折率と封止材の屈折率との差は、０．２以上であることが好ましい。上記屈折率の差が、０．２以上であれば、実用に耐えることができる。
【００７９】
封止材とて無機ガラスを用いた場合、無機ガラスの屈折率は、１．５〜１．８程度であるため、拡散粒子１５の屈折率は、１．７〜２．０程度以上であることが好ましく、より確実に拡散効果を得るためには、２．０以上であることが好ましい。
【００８０】
酸化ジルコニウムの屈折率は、２．４であり、ダイヤモンドの屈折率は２．４２である。このように屈折率の高い物質を拡散粒子１５として用いることによりレーザ光の拡散効果を高めることができる。
【００８１】
また、酸化ジルコニウムの融点は２７１５℃であり、ダイヤモンドの融点は３５５０℃であるので、一般的な封止材の溶融温度程度では融けたり変質したりすることはない。この点からも、酸化ジルコニウムおよびダイヤモンドは、拡散粒子１５として封止材中に分散させる材料として好適である。
【００８２】
また、拡散粒子１５は、透光性の高いものが好ましい。透光性が低い場合には、拡散粒子１５が、半導体レーザ３からのレーザ光および蛍光体が発する蛍光を遮るか、または吸収する可能性がある。そのため、レーザ光の利用効率の観点から拡散粒子１５の透光性は高いことが好ましい。
【００８３】
酸化ジルコニウムおよびダイヤモンドは、透光性が高いため、透光性の観点からも拡散粒子１５として好適である。
【００８４】
ちなみに、従来、拡散微粒子として多用されているシリカは、屈折率：１．４６であり、無機ガラス中（屈折率：１．５〜１．８）での散乱効果は低い。また、同じ目的で使用されるＹ２Ｏ３（イットリア）（屈折率：１．９１）は、屈折率が２未満であり、低融点ガラスの屈折率とあまり変わらず、拡散効果が低い。
【００８５】
（発光部７の形状・サイズ）
発光部７の形状および大きさは、例えば、直径３．２ｍｍおよび厚さ１ｍｍの円柱形状であり、出射端部５ａから出射されたレーザ光を、当該円柱の底面であるレーザ光照射面７ａにおいて受光する。
【００８６】
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。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。
【００８７】
ここで必要とされる発光部７の厚みは、発光部７における封止材と蛍光体との割合に従って変化する。発光部７における蛍光体の含有量が多くなれば、レーザ光が白色光に変換される効率が高まるため発光部７の厚みを薄くできる。発光部７を薄くすれば熱抵抗が低下するという効果があるが、あまり薄くするとレーザ光が蛍光に変換されず外部に放射される恐れがある。
【００８８】
この可能性を低減するために、発光部７に含まれる拡散粒子１５の量（混合比）を多くするか、または、拡散効果の高い拡散粒子１５を用いることが有効である。これにより、発光部７が薄い場合でも、コヒーレントなレーザ光が外部に漏れる可能性を低減できる。発光部７を薄くできる結果として、発光部７の熱抵抗を低下させることができ、発光部７の放熱性を向上させることができる。
【００８９】
また、蛍光体での励起光の吸収効率の観点からすると発光部の厚みは蛍光体の粒径の少なくとも１０倍以上あることが好ましい。
【００９０】
このため酸窒化物蛍光体を用いた発光部７の厚みとしては、０．２ｍｍ以上、２ｍｍ以下が好ましい。ただし、蛍光体の含有量を極端に多くした場合（典型的には蛍光体が１００％）、厚みの下限はこの限りではない。
【００９１】
この観点からするとナノ粒子蛍光体を用いた場合の発光部の厚みは０．０１μｍ以上であればよいことになるが、封止材中への分散等、製造プロセスの容易性を考慮すると１０μｍ以上、すなわち０．０１ｍｍ以上が好ましい。逆に厚くしすぎると反射鏡８の焦点からのずれが大きくなり配光パターンがぼけてしまう。
【００９２】
また、発光部７のレーザ光照射面７ａは、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。ただし、反射したレーザ光を制御するためには、レーザ光照射面７ａは平面を有していることが好ましい。レーザ光照射面７ａが曲面の場合、少なくとも曲面への入射角度が大きく変わるため、レーザ光が照射される場所によって、反射光の進む方向が大きく変わってしまう。そのため、レーザ光の反射方向を制御することが困難な場合がある。これに対してレーザ光照射面７ａが平面であれば、レーザ光の照射位置が若干ずれたとしても反射光の進む方向はほとんど変わらないため、レーザ光が反射する方向を制御しやすい。場合によっては反射光が当たる場所にレーザ光の吸収材を置くなどの対応がとり易くなる。
【００９３】
なお、レーザ光照射面７ａがレーザ光の光軸に対して垂直である必要は必ずしもない。レーザ光照射面７ａがレーザ光の光軸に対して垂直な場合、反射したレーザ光はレーザ光源の方向に戻るため、場合によってはレーザ光源にダメージを与える可能性もある。
【００９４】
（反射鏡８）
反射鏡８は、発光部７から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡８は、発光部７から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。
【００９５】
また、反射鏡８は、半球面ミラーに限定されず、楕円面ミラーやパラボラミラーまたはそれらの部分曲面を有するミラーあってもよい。すなわち、反射鏡８は、回転軸を中心として図形（楕円、円または放物線）を回転させることによって形成される曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいるものであればよい。
【００９６】
（透明板９）
透明板９は、反射鏡８の開口部を覆う透明な樹脂板である。
【００９７】
また、透明板９は、熱伝導部材１３と共に、発光部７を固定するために用いられてもよい。すなわち、発光部７を熱伝導部材１３と透明板９とで挟持してもよい。
【００９８】
このとき、透明板９が、熱伝導率の高いものであれば、透明板９も熱伝導部材として機能し、発光部７の放熱効果を得ることができる。
【００９９】
なお、発光部７を熱伝導部材１３のみで固定する場合には、透明板９を省略することも可能である。
【０１００】
（ハウジング１０）
ハウジング１０は、ヘッドランプ１の本体を形成しており、反射鏡８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る。
【０１０１】
また、半導体レーザ３は、万一故障した時のことを考慮して、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。
【０１０２】
（エクステンション１１）
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。
【０１０３】
（レンズ１２）
レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられており、ヘッドランプ１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。
【０１０４】
（熱伝導部材１３）
熱伝導部材１３は、発光部７における励起光が照射される面であるレーザ光照射面（励起光照射面）７ａの側に配置され、発光部７の熱を受け取る透光性の部材であり、発光部７と熱的に（すなわち、熱エネルギーの授受が可能なように）接続されている。発光部７と熱伝導部材１３とは、例えば、接着剤によって接続されていてもよい。
【０１０５】
熱伝導部材１３は、板状の部材であり、その一方の端部が発光部７のレーザ光照射面７ａに熱的に接触しており、他方の端部が冷却部１４に熱的に接続されている。
【０１０６】
熱伝導部材１３は、このような形状および接続形態を有することで、微小な発光部７を特定の位置で保持しつつ、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。なお、図１において熱伝導部材１３に付記された矢印は、熱の流れを示している。
【０１０７】
発光部７の熱を効率良く逃がすために、熱伝導部材１３の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。また、半導体レーザ３から出射されたレーザ光は、熱伝導部材１３を透過して発光部７に到達する。そのため、熱伝導部材１３は、透光性の優れた材質からなるものであることが好ましい。
【０１０８】
これらの点を考慮して、熱伝導部材１３の材質としては、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）やマグネシア（ＭｇＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）が好ましい。これらの材料を用いることにより、熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ以上を実現できる。
【０１０９】
また、図１において符号１３ｃで示す熱伝導部材１３の厚みは、０．３ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下が好ましい。０．３ｍｍよりも薄いと発光部７の放熱を十分にできず、発光部７が劣化してしまう可能性がある。また、３．０ｍｍを超えるような厚みにすると、照射されたレーザ光の熱伝導部材１３における吸収が大きくなり、励起光の利用効率が顕著に下がる。
【０１１０】
熱伝導部材１３を適切な厚みで発光部７に当接させることにより、特に発光部７での発熱が１Ｗを超えるような極めて強いレーザ光を照射しても、その発熱が迅速且つ効率的に放熱され、発光部７が損傷（劣化）してしまうことを防止できる。
【０１１１】
なお、熱伝導部材１３は、折れ曲がりのない板状のものであってもよいし、折れ曲がった部分や湾曲した部分を有していてもよい。ただし、発光部７が接着される部分は、接着の安定性の観点から平面（板状）である方が好ましい。
【０１１２】
（冷却部１４）
冷却部１４は、熱伝導部材１３を冷却する部材であり、例えば、アルミや銅などの金属からなる熱伝導性の高い放熱ブロックである。なお、反射鏡８が金属で形成されるのであれば、反射鏡８が冷却部１４を兼ねていてもよい。または、冷却部１４は、冷却液をその内部に循環させることによって熱伝導部材１３を冷却する冷却装置であってもよいし、風冷によって熱伝導部材１３を冷却する冷却装置（ファン）であってもよい。
【０１１３】
冷却部１４を金属塊として実現する場合には、当該金属塊の上面に複数の放熱用のフィンを設けてもよい。この構成により、金属塊の表面積を増加させ、金属塊からの放熱をより効率良く行うことができる。
【０１１４】
なお、この冷却部１４はヘッドランプ１にとって必須なものではなく、熱伝導部材１３が発光部７から受け取った熱を熱伝導部材１３から自然に放熱させてもよい。冷却部１４を設けることで、熱伝導部材１３からの放熱を効率良く行うことができ、特に、発光部７からの発熱量が３Ｗ以上の場合に、冷却部１４の設置が有効となる。
【０１１５】
また、熱伝導部材１３の長さを調整することにより、冷却部１４を発光部７から離れた位置に設置することができる。この場合、図２に示すような、冷却部１４がハウジング１０に収納される構成に限らず、熱伝導部材１３がハウジング１０を貫くことにより、冷却部１４をハウジング１０の外部に設置することも可能となる。
【０１１６】
それゆえ、冷却部１４が万が一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。
【０１１７】
（発光部７の具体例および製造方法）
次に発光部７の具体例および製造方法について説明する。図３は、発光部７において無機ガラス１７の中に拡散粒子１５および蛍光体粒子１６が分散している状態を示す概念図である。なお、図３は各粒子の配置を概念的に示したものであり、拡散粒子１５と蛍光体粒子１６との相対的な大きさを正確に表現したものではない。
【０１１８】
＜第１の例＞
第１の例として、拡散粒子１５として合成ダイヤモンド粒子を用い、蛍光体として緑色蛍光体（Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ３＋）と赤色蛍光体（ＣＡＳＮ：Ｅｕ２＋）とを用いた例について説明する。これらの蛍光体を含む発光部７に組み合わせる励起光源は、４０５ｎｍで発振する半導体レーザである。
【０１１９】
まず、ガラス粉末と蛍光体粉末とが所定の割合となるようにそれぞれの粉末を秤量し、これらの粉末が均一に混ざり合うように混合する（混合工程）。例えば、ガラス粉末と緑色蛍光体（Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ３＋）と赤色蛍光体（ＣＡＳＮ：Ｅｕ２＋）とをガラス粉末：緑色蛍光体：赤色蛍光体＝１００：６：２の重量比で混合する。さらに、合成ダイヤモンド粒子（粒径１μｍ）を発光部重量（封止材と蛍光体との合算重量）比で５％程度加え、各粒子を均一に混合する。
【０１２０】
この混合処理は、秤量した各粉末を容器に入れ、手動で揺動させることによって行ってもよいし、混合装置によって行ってもよい。
【０１２１】
発光部７における蛍光体の濃度が高い場合には、図３に示すように蛍光体粒子１６が封止材の中に均一に分散していることが好ましい。蛍光体粒子１６が一箇所にかたまって存在すると、その箇所での発熱量が多くなり、発光効率の低下および発光部７の劣化が生じる可能性があるからである。それゆえ混合処理によって各粒子が均一に分散するよう配慮することが重要である。
【０１２２】
また、拡散粒子１５についても、レーザ光を拡散させるという効果が発光部７の全体に及ぶために封止材の中にほぼ均一に分散していることが好ましい。
【０１２３】
混合工程の後、混合粉末を金属金型（モールド）中に充填し、例えば、５５０℃で１時間加熱して発光部の成型を行う（焼成工程）。
【０１２４】
＜第２の例＞
また、無機ガラスを封止材として用いた発光部７に分散させる蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体に代表される黄色蛍光体であってもよい。無機ガラスと蛍光体との配合は重量比で１０：１となるようにする。この無機ガラス粉末と蛍光体粉末との混合物に、重量比で３％の酸化ジルコニウムをさらに混合し、焼結させて発光部を形成する。
【０１２５】
ＹＡＧ蛍光体を用いる場合は、低融点ガラスの中でも特に融点が低い（５００℃）以下の封止材を用いることが好ましい。例えば、酸化鉛を含む低融点ガラスやリン酸塩系ガラスは、低融点ガラスの中でも特に低融点であり、ＹＡＧ蛍光体の封止材に好適である。
【０１２６】
ＹＡＧ蛍光体を用いる際の励起光源は、４４０ｎｍ〜４７０ｎｍで発振する青色半導体レーザが好適である。特に青色領域で発光する半導体レーザを励起光源として使用する場合、励起光が照明光の主要な一部となるため、アイセーフティの観点が特に重要になる。すなわち、上記の構成では、レーザ光の青色と蛍光体の黄色とを組み合わせて擬似白色とするため、レーザ光の一部が照明光としてヘッドランプ１の外部に出射される。この場合には、レーザ光を遮断する遮断フィルター（透明板９）を設けることはできない。それゆえ、発光部７においてレーザ光を十分に拡散させることが重要である。
【０１２７】
発光部７に拡散粒子１５を含ませることにより、発光部７を通って外部に放射される青色レーザ光が十分に拡散され、発光点サイズが拡大される。それゆえ、青色レーザ光を利用して擬似白色の照明光を生成する場合にも、安全な固体照明光源を実現できる。
【０１２８】
（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４（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４（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２３、基板２２、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極２１がこの順に積層された構成である。
【０１２９】
基板２２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。
【０１３０】
アノード電極２１は、クラッド層１１２を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。
【０１３１】
カソード電極２３は、基板２２の下部から、クラッド層１１３を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極２１・カソード電極２３に順方向バイアスをかけて行う。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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２１及びカソード電極２３に印加することで活性層１１１に電流を注入できるようになっている。
【０１３９】
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。
【０１４０】
（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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
（ヘッドランプ１の効果）
以上のように、ヘッドランプ１は、拡散粒子１５を含む発光部７を備えている。拡散粒子１５によって、発光部７に入射したレーザ光が拡散されることにより、発光点のサイズが拡大され、アイセーフティが高められる。その結果、クラス１レベルのアイセーフティを有する安全なヘッドランプを実現することができる。
【０１４６】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図５〜図１０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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
図５は、レーザダウンライト２００が備える発光ユニット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６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７は、レーザダウンライト２００の断面図である。図５〜図７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。
【０１５０】
（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図７に示すように、筐体２１１、光ファイバー５、発光部７、熱伝導部材１３および透光板２１３を備えている。図７では示されていないが、発光部７には拡散粒子１５が分散されている。上述の実施形態と同様に、発光部７に照射されたレーザ光が拡散粒子１５によって拡散されることによって、コヒーレント性が高く発光点サイズの極めて小さなレーザ光を、人体への影響がほとんどない発光点サイズの大きな光に変換することができる。それゆえ、レーザダウンライト２００のアイセーフティを向上させることができる。
【０１５１】
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。
【０１５２】
また、筐体２１１には、光ファイバー５を通すための通路２１４が形成されており、この通路２１４を通って光ファイバー５が熱伝導部材１３まで延びている。光ファイバー５の出射端部５ａから出射されたレーザ光は、熱伝導部材１３を透過して発光部７に到達する。
【０１５３】
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。
【０１５４】
図５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。
【０１５５】
なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、発光部７の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。
【０１５６】
（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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
図７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。
【０１５９】
（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図８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。
【０１６０】
この構成では、熱伝導部材１３は、筐体２１１の底部に、レーザ光入射側の面を全面的に当接させて配置されている。それゆえ、筐体２１１を熱伝導率の高い物質からなるものにすることによって熱伝導部材１３の冷却部として機能させることができる。
【０１６１】
（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５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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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の組合せにより実現可能である。
【０１６４】
図９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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
図１０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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。発光部７には、拡散粒子１５が含まれており、この拡散粒子１５によってレーザ光が拡散されることによりアイセーフティが高められる。
【０１７５】
（その他の変更例）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１７６】
例えば、上述の実施形態においては、半導体レーザを励起用の固体発光素子として用いたが、上述したように発光ダイオードを励起光源として用いる場合も同様に発光点サイズに留意する必要がある。本発明の構成を用いれば、発光ダイオードを励起光源として使用した際にも、安全な固体照明光源とすることができる。
【０１７７】
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】
【０１７８】
本発明は、高輝度で安全性の高い発光装置や照明装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。
【符号の説明】
【０１７９】
１ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
２ 半導体レーザアレイ（励起光源）
３ 半導体レーザ（励起光源）
７ 発光部
１５ 拡散粒子
１６ 蛍光体粒子（蛍光物質）
１７ 無機ガラス（耐熱性封止材）
２００ レーザダウンライト（発光装置、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）等の固体発光素子を用い、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】
このように固体発光素子を用いて蛍光体を励起する光源は、国際安全規格ＩＥＣ６０８２５−１や、国内においてはＪＩＳ Ｃ６０８２等で定められるアイセーフティが満足されなければならない。特に照明器具のような民生機器への応用においては、光源から放射される照明光が何らかの光学系を介して直接目に入射する場合にも失明する恐れのないクラス１レベルのアイセーフティが望まれる。
【０００４】
特に、アイセーフティを向上させるためには、ある大きさ以上のアパレント光源サイズにする必要がある。
【０００５】
特許文献１には、半導体レーザからの誘導放出光が多重散乱光学系を介して自由空間に放出される光源装置を用いた光通信モジュールが開示されている。この光通信モジュールでは、半導体レーザに近接する領域に高濃度の散乱体が含まれており、当該半導体レーザから発振されるレーザ光の空間コヒーレンシを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００３／０７７３８９号パンフレット（２００３年９月１８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に記載の発明は、光通信モジュールに含まれる光源装置に関するものであり、高輝度光源として機能する発光装置に関するものではない。そのため、特許文献１に記載の構成を上記発光装置にそのまま適用できない。
【０００８】
本発明の目的は、高輝度光源として機能し、かつアイセーフティの高い発光装置、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】
【０００９】
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、上記半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光物質と、上記レーザ光を拡散させる拡散粒子とを含む発光部とを備えることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて、発光部に含まれる蛍光物質が発光する。この発光を照明光として利用できる。レーザ光はコヒーレント性（空間的コヒーレンシ）が高いので、発光部を小さくしても、その発光部に対する励起光の照射効率を高くすることができる。そのため、高輝度な照明装置を実現できる。
【００１１】
このような利点の一方で、レーザ光は、コヒーレント性が高いゆえに人体に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、発光部にレーザ光を拡散させる拡散粒子を含ませることで、レーザ光を拡散（空間的コヒーレンシを低減）させ、レーザ光を人体への影響がほとんどない発光点サイズの大きな光に変換し、照明光として出射できる。
【００１２】
それゆえ、高輝度光源として機能し、かつアイセーフティの高い発光装置を実現できる。
【００１３】
また、上記蛍光物質および上記拡散粒子は、耐熱性封止材の中に含まれていることが好ましい。
【００１４】
レーザ光を励起光として用いた場合、微小な体積の発光部に照射されて吸収される励起光のうちの、蛍光物質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る。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可能性がある。
【００１５】
上記の構成によれば、蛍光物質および拡散粒子が耐熱性封止材によって封止されることで発光部が形成されている。それゆえ、レーザ光の照射により発光部が発熱しても封止材が劣化する可能性を低減できる。また、耐熱性封止材の材質によっては（例えば、無機ガラスである場合には）、蛍光物質の放熱効率が高められる場合もある。
【００１６】
また、上記拡散粒子の屈折率と上記耐熱性封止材の屈折率との差は、０．２以上であることが好ましい。
【００１７】
隣接する物質間の屈折率の差が大きくなるほど、当該物質間を透過する光の拡散効果は高まる。
【００１８】
上記の構成によれば、拡散粒子の屈折率と耐熱性封止材の屈折率との差は、０．２以上であり、発光部に入射したレーザ光を効果的に拡散させることができる。
【００１９】
また、上記耐熱性封止材は、無機ガラスであることが好ましい。
【００２０】
無機ガラスの熱伝導率は、１Ｗ／ｍＫ程度であり、封止材として無機ガラスを用いることにより、発光部の熱伝導率を高める（または、熱抵抗を低下させる）ことができる。それゆえ、蛍光物質の放熱効率を高めることができ、発光部が熱によって劣化することを防止できる。
【００２１】
また、上記耐熱性封止材は、低融点ガラスであることが好ましい。
【００２２】
上記の構成により、蛍光物質をガラス材の中に分散させる処理を低温で行うことができ、蛍光物質の熱による劣化を防止できるとともに発光部の製造が容易になる。
【００２３】
また、上記拡散粒子は、酸化ジルコニウムまたはダイヤモンドであることが好ましい。
【００２４】
酸化ジルコニウムの屈折率は、２．４であり、ダイヤモンドの屈折率は２．４２である。このように屈折率の高い物質を拡散粒子として用いることにより、当該拡散粒子のレーザ光拡散効果を高めることができる。また、酸化ジルコニウムの融点は２７１５℃であり、ダイヤモンドの融点は３５５０℃であるので、一般的な封止材の溶融温度程度では融けたり変質したりすることはなく、拡散粒子として封止材中に分散させる材料として好適である。
【００２５】
また、上記発光装置を備える照明装置および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】
【００２６】
以上のように、本発明に係る発光装置は、レーザ光を出射する半導体レーザと、上記半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光物質と、上記レーザ光を拡散させる拡散粒子とを含む発光部とを備える構成である。
【００２７】
それゆえ、高輝度光源として機能し、かつアイセーフティの高い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】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドランプが有する発光部および熱伝導部材の詳細を示す図である。
【図２】上記ヘッドランプの構成を示す断面図である。
【図３】発光部においてガラス材の中に高熱伝導フィラーおよび蛍光体粒子が分散している状態を示す概念図である。
【図４】（ａ）は、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、半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。
【図５】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６】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７】上記レーザダウンライトの断面図である。
【図８】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９】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１０】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】
【００２９】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図４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、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。
【００３０】
また、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。
【００３１】
ヘッドランプ１は、高輝度光源として機能し、かつアイセーフティの高いヘッドランプである。
【００３２】
（ヘッドランプ１の構成）
まず、図２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２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、熱伝導部材１３と、冷却部１４とを備えている。
【００３３】
（半導体レーザアレイ２／半導体レーザ３）
半導体レーザアレイ２は、励起光を出射する励起光源として機能し、複数の半導体レーザ（励起光源、固体素子光源）３を基板上に備えるものである。半導体レーザ３のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。なお、励起光源として複数の半導体レーザ３を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザ３を１つのみ用いてもよいが、高出力のレーザ光を得るためには、複数の半導体レーザ３を用いる方が容易である。
【００３４】
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っても、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。より詳細には、半導体レーザ３は、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。
【００３５】
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。例えば、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い。
【００３６】
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。
【００３７】
また、パッケージは直径５．６ｍｍのものに限定されず、例えば、直径３．８ｍｍや直径９ｍｍ、あるいはそれ以外であってもよく、熱抵抗がより小さいパッケージを選択することが好ましい。
【００３８】
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。
【００３９】
（非球面レンズ４）
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。
【００４０】
（光ファイバー５）
（光ファイバー５の配置）
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（励起光照射面）７ａ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。
【００４１】
例えば、複数の光ファイバー５の出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに対して平行な平面において並んで配置されている。このような配置により、出射端部５ａから出射されるレーザ光の光強度分布にお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７ａに形成する照射領域の中央部分（最大光強度部分））が、発光部７のレーザ光照射面７ａの互いに異なる部分に対して出射されるため、発光部７のレーザ光照射面７ａに対してレーザ光を２次元平面的に分散して照射することができる。
【００４２】
高出力のレーザ光を励起光として用いた場合、微小な体積の発光部７において、当該発光部７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７の温度を容易に上昇させる。その結果、発光部７の特性低下や熱による損傷を引き起こしてしまう可能性がある。
【００４３】
上述のように、発光部７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により、発光部７の一部が熱によって著しく劣化することを防止できる。
【００４４】
なお、光ファイバー５は複数の光ファイバーの束（すなわち複数の出射端部５ａを備えた構成）である必要は必ずしもなく、１本の光ファイバーであってもよい。
【００４５】
（光ファイバー５の材質および構造）
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
なお、導光部材は、光ファイバーに限定されず、半導体レーザ３からのレーザ光を発光部７へ導くものであればどのような部材を用いてもよい。例えば、レーザ光の入射端部と出射端部とを有する円錐台形状（または角錐台形状）の導光部材を１つまたは複数用いてもよい。また、半導体レーザ３からのレーザ光を直接または反射ミラー等の光学系を用いて発光部７に照射してもよい。
【００４９】
（フェルール６）
フェルール６は、光ファイバー５の複数の出射端部５ａを発光部７のレーザ光照射面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。
【００５０】
このフェルール６は、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材などによって反射鏡８に対して固定されていてもよいし、熱伝導部材１３に対して固定されていてもよい。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。
【００５１】
なお、光ファイバー５の出射端部５ａが１つの場合には、フェルール６を省略することも可能である。
【００５２】
（発光部７）
（発光部７の組成）
図１は、ヘッドランプ１が有する発光部７および熱伝導部材１３の詳細を示す図である。発光部（波長変換部材）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（蛍光物質）および拡散粒子（拡散材）１５を含んでいる。これら蛍光体および拡散粒子１５は、封止材としてのガラス材の内部に分散されている。発光部７は、反射鏡８のほぼ焦点位置に配置される。
【００５３】
この発光部７は、青色、緑色および赤色に発光する蛍光体のいずれか１種類以上を含んでいる。発光部７に半導体レーザ３からの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。
【００５４】
例えば、半導体レーザ３が、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振する場合には、発光部７に含まれる蛍光体は、緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。また、半導体レーザ３が、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光を発振する場合には、発光部７に含まれる蛍光体は、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。
【００５５】
なお、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。また、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。
【００５６】
（蛍光体の種類）
発光部７の蛍光体は、酸窒化物系蛍光体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体であることが好ましい。これらの材料は、半導体レーザ３から発せられた極めて強いレーザ光（出力および光密度）に対しての耐性が高く、レーザ照明光源に最適である。
【００５７】
代表的な酸窒化物系蛍光体として、サイアロン蛍光体と通称されるものがある。サイアロン蛍光体とは、窒化ケイ素のシリコ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。
【００５８】
一方、半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体（例えばインジュウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径をナノメータオーダーのある範囲内で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）。
【００５９】
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。
【００６０】
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とを素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。
【００６１】
（封止材）
封止材として、例えば、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ程度の無機ガラス（耐熱性封止材）を用いることができる。無機ガラスの中でも、特に低融点ガラスが好ましい。
【００６２】
封止材としてガラス材を用いると、レーザ光が蛍光体に照射され、蛍光体が発熱しても、ガラスは耐熱性が高いので、発光部７の劣化を防ぐことができる。また、封止材としてシリコーン樹脂を用いたときのような、光に長時間照射されることによる樹脂の劣化に起因する封止材の変色が起こりにくい。
【００６３】
また、封止材として低融点ガラスを用いると、蛍光体をガラス材の中に分散させる処理を低温で行うことができ、蛍光物質の熱による劣化を防止できるとともに発光部の製造が容易になる。
【００６４】
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。
【００６５】
ガラス材の組成として、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ−ＢａＯ−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏを挙げることができる。この低融点ガラスの融点は５５０℃である。
【００６６】
また、発光部７における封止材と蛍光体との割合は、１０：１程度である。
【００６７】
なお、封止材は、無機ガラスに限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスやシリコーン樹脂等の樹脂材料であってもよい。ただし、上述のように封止材として無機ガラスを用いた場合には、発光部７の熱耐性が高まるとともに発光部７の熱抵抗を下げる（熱伝導率を高める）という効果が得られるため、無機ガラスが好ましい。
【００６８】
（拡散粒子１５）
拡散粒子１５は、半導体レーザ３から出射され、発光部７に照射されたレーザ光を拡散（散乱）させることにより、コヒーレント性（空間的コヒーレンシ）が高く発光点サイズの極めて小さなレーザ光を、人体への影響がほとんどない発光点サイズの大きな光に変換するフィラー（散乱材）である。すなわち、拡散粒子１５は、ヘッドランプ１の発光点のサイズ（アパレント光源サイズ）を拡大させる粒子である。
【００６９】
＜拡散粒子１５の意義＞
ここで、発光部７に拡散粒子１５を含ませる意義について説明する。
【００７０】
小さなスポットの光源から放射された高いエネルギーの光が人間の眼に入射した場合、網膜上では、その小さなスポットのサイズにまで光源像が絞られるため、結像個所におけるエネルギー密度が極めて高くなってしまうことがある。例えば、半導体レーザ素子から放射されるレーザ光は、スポットサイズが１０μｍ角よりも小さい場合があり、そのような光源から放射される光が、直接に、あるいはレンズやミラーといった光学部材を介したとしても小さな発光点が直接に見える形で目に入射すると、網膜上の結像個所が損傷してしまうことがある。
【００７１】
これを回避するためには、発光点のサイズをある有限のサイズ以上（具体的には例えば１ｍｍ×１ｍｍ以上）に拡大する必要がある。
【００７２】
典型的な高出力の半導体レーザにおける発光点のサイズは、例えば１μｍ×１０μｍである。面積としては１０μｍ２＝１．０×１０−５ｍｍ２となる。すなわち、発光点が１ｍｍ２の光源と比較すると、同じエネルギーの光であったとしても、網膜上に結像される領域のエネルギー密度は、１０５倍も高くなってしまう。
【００７３】
発光点のサイズを拡大させることにより、網膜上の結像サイズを拡大させることができるようになるため、同じエネルギーの光が眼に入射した場合であっても、網膜上のエネルギー密度を低減させることが可能となる。
【００７４】
発光点のサイズを拡大させる際には、光源そのものの発光点を視認できないようにする必要がある。これを行うために、本発明では、発光部７に拡散粒子１５を含め、この拡散粒子１５によってレーザ光を拡散させている。
【００７５】
拡散粒子１５を含まない場合でも、発光部７は、レーザ光を拡散する機能をある程度有している。この拡散機能は、発光部７に含まれる封止材と蛍光体との屈折率との差を利用することで実現できる。そのために、レーザ光を十分に拡散できる体積（特に厚み）を有するように発光部７を設計すれば、ある程度はアイセーフティを実現できる。これに加えて、拡散粒子１５を発光部７に含めることによって、発光部７の拡散機能をさらに高め、より確実にアイセーフティを実現することができる。
【００７６】
なお、発光点サイズの拡大については、レーザ光源に限らず、ＬＥＤ光源においても考慮することができる。ただし、レーザ光は、ＬＥＤ光源から出射される光よりも単色性、すなわち波長が揃っているため、波長の違いによる網膜上での結像のボケ（いわゆる色収差）がなく、ＬＥＤ光源から出射される光よりも危険である。このため、レーザ光源から出射された光を照明光として利用する照明装置においては、発光点サイズの拡大について特に考慮することが好ましい。逆に、網膜での結像の観点から言えば、ＬＥＤ光源から出射される光を照明光として利用する照明装置においては、必ずしも発光点サイズの拡大について考慮する必要はない。
【００７７】
＜拡散粒子１５の具体例＞
拡散粒子１５として、光を拡散させる効果を有する粒子であり、発光部７を製造する時の熱に耐えられるものであれば、どのようなものを用いてもよく、例えば、フュームドシリカ、Ａｌ２Ｏ３、酸化ジルコニウムまたはダイヤモンドを用いることができる。この中でも特に、酸化ジルコニウムまたはダイヤモンドを用いることが好ましい。
【００７８】
隣接する２つの物質間の屈折率の差が大きいほどこれらの物質間を透過する光は拡散しやすい。そのため、拡散粒子１５の屈折率と封止材の屈折率との差が大きい方がレーザ光を効果的に拡散させることができる。具体的には、拡散粒子１５の屈折率と封止材の屈折率との差は、０．２以上であることが好ましい。上記屈折率の差が、０．２以上であれば、実用に耐えることができる。
【００７９】
封止材とて無機ガラスを用いた場合、無機ガラスの屈折率は、１．５〜１．８程度であるため、拡散粒子１５の屈折率は、１．７〜２．０程度以上であることが好ましく、より確実に拡散効果を得るためには、２．０以上であることが好ましい。
【００８０】
酸化ジルコニウムの屈折率は、２．４であり、ダイヤモンドの屈折率は２．４２である。このように屈折率の高い物質を拡散粒子１５として用いることによりレーザ光の拡散効果を高めることができる。
【００８１】
また、酸化ジルコニウムの融点は２７１５℃であり、ダイヤモンドの融点は３５５０℃であるので、一般的な封止材の溶融温度程度では融けたり変質したりすることはない。この点からも、酸化ジルコニウムおよびダイヤモンドは、拡散粒子１５として封止材中に分散させる材料として好適である。
【００８２】
また、拡散粒子１５は、透光性の高いものが好ましい。透光性が低い場合には、拡散粒子１５が、半導体レーザ３からのレーザ光および蛍光体が発する蛍光を遮るか、または吸収する可能性がある。そのため、レーザ光の利用効率の観点から拡散粒子１５の透光性は高いことが好ましい。
【００８３】
酸化ジルコニウムおよびダイヤモンドは、透光性が高いため、透光性の観点からも拡散粒子１５として好適である。
【００８４】
ちなみに、従来、拡散微粒子として多用されているシリカは、屈折率：１．４６であり、無機ガラス中（屈折率：１．５〜１．８）での散乱効果は低い。また、同じ目的で使用されるＹ２Ｏ３（イットリア）（屈折率：１．９１）は、屈折率が２未満であり、低融点ガラスの屈折率とあまり変わらず、拡散効果が低い。
【００８５】
（発光部７の形状・サイズ）
発光部７の形状および大きさは、例えば、直径３．２ｍｍおよび厚さ１ｍｍの円柱形状であり、出射端部５ａから出射されたレーザ光を、当該円柱の底面であるレーザ光照射面７ａにおいて受光する。
【００８６】
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。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。
【００８７】
ここで必要とされる発光部７の厚みは、発光部７における封止材と蛍光体との割合に従って変化する。発光部７における蛍光体の含有量が多くなれば、レーザ光が白色光に変換される効率が高まるため発光部７の厚みを薄くできる。発光部７を薄くすれば熱抵抗が低下するという効果があるが、あまり薄くするとレーザ光が蛍光に変換されず外部に放射される恐れがある。
【００８８】
この可能性を低減するために、発光部７に含まれる拡散粒子１５の量（混合比）を多くするか、または、拡散効果の高い拡散粒子１５を用いることが有効である。これにより、発光部７が薄い場合でも、コヒーレントなレーザ光が外部に漏れる可能性を低減できる。発光部７を薄くできる結果として、発光部７の熱抵抗を低下させることができ、発光部７の放熱性を向上させることができる。
【００８９】
また、蛍光体での励起光の吸収効率の観点からすると発光部の厚みは蛍光体の粒径の少なくとも１０倍以上あることが好ましい。
【００９０】
このため酸窒化物蛍光体を用いた発光部７の厚みとしては、０．２ｍｍ以上、２ｍｍ以下が好ましい。ただし、蛍光体の含有量を極端に多くした場合（典型的には蛍光体が１００％）、厚みの下限はこの限りではない。
【００９１】
この観点からするとナノ粒子蛍光体を用いた場合の発光部の厚みは０．０１μｍ以上であればよいことになるが、封止材中への分散等、製造プロセスの容易性を考慮すると１０μｍ以上、すなわち０．０１ｍｍ以上が好ましい。逆に厚くしすぎると反射鏡８の焦点からのずれが大きくなり配光パターンがぼけてしまう。
【００９２】
また、発光部７のレーザ光照射面７ａは、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。ただし、反射したレーザ光を制御するためには、レーザ光照射面７ａは平面を有していることが好ましい。レーザ光照射面７ａが曲面の場合、少なくとも曲面への入射角度が大きく変わるため、レーザ光が照射される場所によって、反射光の進む方向が大きく変わってしまう。そのため、レーザ光の反射方向を制御することが困難な場合がある。これに対してレーザ光照射面７ａが平面であれば、レーザ光の照射位置が若干ずれたとしても反射光の進む方向はほとんど変わらないため、レーザ光が反射する方向を制御しやすい。場合によっては反射光が当たる場所にレーザ光の吸収材を置くなどの対応がとり易くなる。
【００９３】
なお、レーザ光照射面７ａがレーザ光の光軸に対して垂直である必要は必ずしもない。レーザ光照射面７ａがレーザ光の光軸に対して垂直な場合、反射したレーザ光はレーザ光源の方向に戻るため、場合によってはレーザ光源にダメージを与える可能性もある。
【００９４】
（反射鏡８）
反射鏡８は、発光部７から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡８は、発光部７から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。
【００９５】
また、反射鏡８は、半球面ミラーに限定されず、楕円面ミラーやパラボラミラーまたはそれらの部分曲面を有するミラーあってもよい。すなわち、反射鏡８は、回転軸を中心として図形（楕円、円または放物線）を回転させることによって形成される曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいるものであればよい。
【００９６】
（透明板９）
透明板９は、反射鏡８の開口部を覆う透明な樹脂板である。
【００９７】
また、透明板９は、熱伝導部材１３と共に、発光部７を固定するために用いられてもよい。すなわち、発光部７を熱伝導部材１３と透明板９とで挟持してもよい。
【００９８】
このとき、透明板９が、熱伝導率の高いものであれば、透明板９も熱伝導部材として機能し、発光部７の放熱効果を得ることができる。
【００９９】
なお、発光部７を熱伝導部材１３のみで固定する場合には、透明板９を省略することも可能である。
【０１００】
（ハウジング１０）
ハウジング１０は、ヘッドランプ１の本体を形成しており、反射鏡８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る。
【０１０１】
また、半導体レーザ３は、万一故障した時のことを考慮して、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。
【０１０２】
（エクステンション１１）
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。
【０１０３】
（レンズ１２）
レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられており、ヘッドランプ１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。
【０１０４】
（熱伝導部材１３）
熱伝導部材１３は、発光部７における励起光が照射される面であるレーザ光照射面（励起光照射面）７ａの側に配置され、発光部７の熱を受け取る透光性の部材であり、発光部７と熱的に（すなわち、熱エネルギーの授受が可能なように）接続されている。発光部７と熱伝導部材１３とは、例えば、接着剤によって接続されていてもよい。
【０１０５】
熱伝導部材１３は、板状の部材であり、その一方の端部が発光部７のレーザ光照射面７ａに熱的に接触しており、他方の端部が冷却部１４に熱的に接続されている。
【０１０６】
熱伝導部材１３は、このような形状および接続形態を有することで、微小な発光部７を特定の位置で保持しつつ、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。なお、図１において熱伝導部材１３に付記された矢印は、熱の流れを示している。
【０１０７】
発光部７の熱を効率良く逃がすために、熱伝導部材１３の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。また、半導体レーザ３から出射されたレーザ光は、熱伝導部材１３を透過して発光部７に到達する。そのため、熱伝導部材１３は、透光性の優れた材質からなるものであることが好ましい。
【０１０８】
これらの点を考慮して、熱伝導部材１３の材質としては、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）やマグネシア（ＭｇＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）が好ましい。これらの材料を用いることにより、熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ以上を実現できる。
【０１０９】
また、図１において符号１３ｃで示す熱伝導部材１３の厚みは、０．３ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下が好ましい。０．３ｍｍよりも薄いと発光部７の放熱を十分にできず、発光部７が劣化してしまう可能性がある。また、３．０ｍｍを超えるような厚みにすると、照射されたレーザ光の熱伝導部材１３における吸収が大きくなり、励起光の利用効率が顕著に下がる。
【０１１０】
熱伝導部材１３を適切な厚みで発光部７に当接させることにより、特に発光部７での発熱が１Ｗを超えるような極めて強いレーザ光を照射しても、その発熱が迅速且つ効率的に放熱され、発光部７が損傷（劣化）してしまうことを防止できる。
【０１１１】
なお、熱伝導部材１３は、折れ曲がりのない板状のものであってもよいし、折れ曲がった部分や湾曲した部分を有していてもよい。ただし、発光部７が接着される部分は、接着の安定性の観点から平面（板状）である方が好ましい。
【０１１２】
（冷却部１４）
冷却部１４は、熱伝導部材１３を冷却する部材であり、例えば、アルミや銅などの金属からなる熱伝導性の高い放熱ブロックである。なお、反射鏡８が金属で形成されるのであれば、反射鏡８が冷却部１４を兼ねていてもよい。または、冷却部１４は、冷却液をその内部に循環させることによって熱伝導部材１３を冷却する冷却装置であってもよいし、風冷によって熱伝導部材１３を冷却する冷却装置（ファン）であってもよい。
【０１１３】
冷却部１４を金属塊として実現する場合には、当該金属塊の上面に複数の放熱用のフィンを設けてもよい。この構成により、金属塊の表面積を増加させ、金属塊からの放熱をより効率良く行うことができる。
【０１１４】
なお、この冷却部１４はヘッドランプ１にとって必須なものではなく、熱伝導部材１３が発光部７から受け取った熱を熱伝導部材１３から自然に放熱させてもよい。冷却部１４を設けることで、熱伝導部材１３からの放熱を効率良く行うことができ、特に、発光部７からの発熱量が３Ｗ以上の場合に、冷却部１４の設置が有効となる。
【０１１５】
また、熱伝導部材１３の長さを調整することにより、冷却部１４を発光部７から離れた位置に設置することができる。この場合、図２に示すような、冷却部１４がハウジング１０に収納される構成に限らず、熱伝導部材１３がハウジング１０を貫くことにより、冷却部１４をハウジング１０の外部に設置することも可能となる。
【０１１６】
それゆえ、冷却部１４が万が一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。
【０１１７】
（発光部７の具体例および製造方法）
次に発光部７の具体例および製造方法について説明する。図３は、発光部７において無機ガラス１７の中に拡散粒子１５および蛍光体粒子１６が分散している状態を示す概念図である。なお、図３は各粒子の配置を概念的に示したものであり、拡散粒子１５と蛍光体粒子１６との相対的な大きさを正確に表現したものではない。
【０１１８】
＜第１の例＞
第１の例として、拡散粒子１５として合成ダイヤモンド粒子を用い、蛍光体として緑色蛍光体（Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ３＋）と赤色蛍光体（ＣＡＳＮ：Ｅｕ２＋）とを用いた例について説明する。これらの蛍光体を含む発光部７に組み合わせる励起光源は、４０５ｎｍで発振する半導体レーザである。
【０１１９】
まず、ガラス粉末と蛍光体粉末とが所定の割合となるようにそれぞれの粉末を秤量し、これらの粉末が均一に混ざり合うように混合する（混合工程）。例えば、ガラス粉末と緑色蛍光体（Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ３＋）と赤色蛍光体（ＣＡＳＮ：Ｅｕ２＋）とをガラス粉末：緑色蛍光体：赤色蛍光体＝１００：６：２の重量比で混合する。さらに、合成ダイヤモンド粒子（粒径１μｍ）を発光部重量（封止材と蛍光体との合算重量）比で５％程度加え、各粒子を均一に混合する。
【０１２０】
この混合処理は、秤量した各粉末を容器に入れ、手動で揺動させることによって行ってもよいし、混合装置によって行ってもよい。
【０１２１】
発光部７における蛍光体の濃度が高い場合には、図３に示すように蛍光体粒子１６が封止材の中に均一に分散していることが好ましい。蛍光体粒子１６が一箇所にかたまって存在すると、その箇所での発熱量が多くなり、発光効率の低下および発光部７の劣化が生じる可能性があるからである。それゆえ混合処理によって各粒子が均一に分散するよう配慮することが重要である。
【０１２２】
また、拡散粒子１５についても、レーザ光を拡散させるという効果が発光部７の全体に及ぶために封止材の中にほぼ均一に分散していることが好ましい。
【０１２３】
混合工程の後、混合粉末を金属金型（モールド）中に充填し、例えば、５５０℃で１時間加熱して発光部の成型を行う（焼成工程）。
【０１２４】
＜第２の例＞
また、無機ガラスを封止材として用いた発光部７に分散させる蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体に代表される黄色蛍光体であってもよい。無機ガラスと蛍光体との配合は重量比で１０：１となるようにする。この無機ガラス粉末と蛍光体粉末との混合物に、重量比で３％の酸化ジルコニウムをさらに混合し、焼結させて発光部を形成する。
【０１２５】
ＹＡＧ蛍光体を用いる場合は、低融点ガラスの中でも特に融点が低い（５００℃）以下の封止材を用いることが好ましい。例えば、酸化鉛を含む低融点ガラスやリン酸塩系ガラスは、低融点ガラスの中でも特に低融点であり、ＹＡＧ蛍光体の封止材に好適である。
【０１２６】
ＹＡＧ蛍光体を用いる際の励起光源は、４４０ｎｍ〜４７０ｎｍで発振する青色半導体レーザが好適である。特に青色領域で発光する半導体レーザを励起光源として使用する場合、励起光が照明光の主要な一部となるため、アイセーフティの観点が特に重要になる。すなわち、上記の構成では、レーザ光の青色と蛍光体の黄色とを組み合わせて擬似白色とするため、レーザ光の一部が照明光としてヘッドランプ１の外部に出射される。この場合には、レーザ光を遮断する遮断フィルター（透明板９）を設けることはできない。それゆえ、発光部７においてレーザ光を十分に拡散させることが重要である。
【０１２７】
発光部７に拡散粒子１５を含ませることにより、発光部７を通って外部に放射される青色レーザ光が十分に拡散され、発光点サイズが拡大される。それゆえ、青色レーザ光を利用して擬似白色の照明光を生成する場合にも、安全な固体照明光源を実現できる。
【０１２８】
（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４（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４（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２３、基板２２、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極２１がこの順に積層された構成である。
【０１２９】
基板２２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。
【０１３０】
アノード電極２１は、クラッド層１１２を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。
【０１３１】
カソード電極２３は、基板２２の下部から、クラッド層１１３を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極２１・カソード電極２３に順方向バイアスをかけて行う。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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２１及びカソード電極２３に印加することで活性層１１１に電流を注入できるようになっている。
【０１３９】
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。
【０１４０】
（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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
（ヘッドランプ１の効果）
以上のように、ヘッドランプ１は、拡散粒子１５を含む発光部７を備えている。拡散粒子１５によって、発光部７に入射したレーザ光が拡散されることにより、発光点のサイズが拡大され、アイセーフティが高められる。その結果、クラス１レベルのアイセーフティを有する安全なヘッドランプを実現することができる。
【０１４６】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図５〜図１０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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
図５は、レーザダウンライト２００が備える発光ユニット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６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７は、レーザダウンライト２００の断面図である。図５〜図７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。
【０１５０】
（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図７に示すように、筐体２１１、光ファイバー５、発光部７、熱伝導部材１３および透光板２１３を備えている。図７では示されていないが、発光部７には拡散粒子１５が分散されている。上述の実施形態と同様に、発光部７に照射されたレーザ光が拡散粒子１５によって拡散されることによって、コヒーレント性が高く発光点サイズの極めて小さなレーザ光を、人体への影響がほとんどない発光点サイズの大きな光に変換することができる。それゆえ、レーザダウンライト２００のアイセーフティを向上させることができる。
【０１５１】
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。
【０１５２】
また、筐体２１１には、光ファイバー５を通すための通路２１４が形成されており、この通路２１４を通って光ファイバー５が熱伝導部材１３まで延びている。光ファイバー５の出射端部５ａから出射されたレーザ光は、熱伝導部材１３を透過して発光部７に到達する。
【０１５３】
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。
【０１５４】
図５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。
【０１５５】
なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、発光部７の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。
【０１５６】
（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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
図７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。
【０１５９】
（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図８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。
【０１６０】
この構成では、熱伝導部材１３は、筐体２１１の底部に、レーザ光入射側の面を全面的に当接させて配置されている。それゆえ、筐体２１１を熱伝導率の高い物質からなるものにすることによって熱伝導部材１３の冷却部として機能させることができる。
【０１６１】
（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５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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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の組合せにより実現可能である。
【０１６４】
図９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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
図１０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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。発光部７には、拡散粒子１５が含まれており、この拡散粒子１５によってレーザ光が拡散されることによりアイセーフティが高められる。
【０１７５】
（その他の変更例）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１７６】
例えば、上述の実施形態においては、半導体レーザを励起用の固体発光素子として用いたが、上述したように発光ダイオードを励起光源として用いる場合も同様に発光点サイズに留意する必要がある。本発明の構成を用いれば、発光ダイオードを励起光源として使用した際にも、安全な固体照明光源とすることができる。
【０１７７】
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】
【０１７８】
本発明は、高輝度で安全性の高い発光装置や照明装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。
【符号の説明】
【０１７９】
１ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
２ 半導体レーザアレイ（励起光源）
３ 半導体レーザ（励起光源）
７ 発光部
１５ 拡散粒子
１６ 蛍光体粒子（蛍光物質）
１７ 無機ガラス（耐熱性封止材）
２００ レーザダウンライト（発光装置、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、
上記半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光物質と、上記レーザ光を拡散させる拡散粒子とを含む発光部とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上記蛍光物質および上記拡散粒子は、耐熱性封止材の中に含まれて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】
上記拡散粒子の屈折率と上記耐熱性封止材の屈折率との差は、０．２以上であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
上記耐熱性封止材は、無機ガラスであることを特徴とする請求項２または３に記載の発光装置。
【請求項５】
上記耐熱性封止材は、低融点ガラスであることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
上記拡散粒子は、酸化ジルコニウムまたはダイヤモンドであ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】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置を備えてい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、
上記半導体レーザから出射されたレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光物質と、上記レーザ光を拡散させる拡散粒子とを含む発光部とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上記蛍光物質および上記拡散粒子は、耐熱性封止材の中に含まれて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】
上記拡散粒子の屈折率と上記耐熱性封止材の屈折率との差は、０．２以上であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
上記耐熱性封止材は、無機ガラスであることを特徴とする請求項２または３に記載の発光装置。
【請求項５】
上記耐熱性封止材は、低融点ガラスであることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
上記拡散粒子は、酸化ジルコニウムまたはダイヤモンドであ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】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置を備えてい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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２０４０７２（Ｐ２０１２−２０４０７２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６１３２（Ｐ２０１１−６６１３２）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【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１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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