(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する熱伝導部と、
前記熱伝導部を貫通し、前記凹部側に設けられた光の出射口及び前記凹部と反対側に設けられた光の入射口を有する導光路と、
少なくとも一部が前記凹部に埋められ、前記熱伝導部と接して設けられ、前記導光路を通過して入射した第１の光を異なる波長の第２の光に変換する波長変換部とを備え、  前記波長変換部の前記熱伝導部と接する部分の面積は、前記導光路の出射口の面積よりも大きく、
前記導光路は、前記熱伝導部を貫通する開口部に充填された、空気よりも熱伝導率が大きい透明材料から構成されている、波長変換部材。
【請求項２】
前記熱伝導部は可視光の少なくとも一部を反射する請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記熱伝導部は、可視光の反射率が０．８以上である請求項１又は２に記載の波長変換部材。
【請求項４】
前記熱伝導部の前記波長変換部と反対側の面の面積は、前記波長変換部の前記熱伝導部と反対側の面の面積に対して２８００倍以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項５】
前記熱伝導部は、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項６】
前記熱伝導部は、金属からなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項７】
前記熱伝導部は、アルミニウム又はアルミニウムを含む合金からなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項８】
前記透明材料は、無機透明材料である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項９】
前記無機透明材料は、熱伝導率が、２０ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい、請求項８に記載の波長変換部材。
【請求項１０】
前記無機透明材料は、酸化亜鉛である、請求項８又は９に記載の波長変換部材。
【請求項１１】
前記波長変換部は、前記導光路側の面と比べて、前記導光路と反対側の面の面積が大きく、側面が傾斜を有するテーパ状である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項１２】
前記波長変換部は、パラボラ形状である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項１３】
前記波長変換部の前記導光路と反対側に配置され、前記第２の光を透過し、前記第１の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項１４】
前記波長変換部の前記導光路側に配置され、前記第１の光を透過し、前記第２の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項１５】
前記導光路の入射口側に配置され、前記第１の光を透過し、前記第２の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の波長変換部材と、
前記導光路の前記入射口に入射する光を生成する半導体発光素子とを備えている、光源。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光源と、前記光源からの光を前方に導く出射光学系とを備えている、自動車用ヘッドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子からの光をより長波長の光に波長変換する波長変換部材、その波長変換部材を備えた光源、及びその光源を備えた自動車用ヘッドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から射出されたレーザ光により発光する発光部と、発光部と対向する発光部対向面を有し、発光部対向面を通して発光部の熱を受け取る熱伝導部材と、発光部と発光部対向面との間に設けられ、発光部の熱を発光部対向面に伝導させる間隙層とを備え、間隙層が、少なくとも無機非晶質材料を含んでいるヘッドランプがある（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−４４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術には、発光効率又は信頼性のさらなる向上が求められている。【０００５】
そこで、本開示の一態様は、発光効率及び信頼性の少なくとも一方を向上させる波長変換部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る波長変換部材は、凹部を有する熱伝導部と、熱伝導部を貫通し、凹部側に設けられた光の出射口及び凹部と反対側に設けられた光の入射口を有する導光路と、少なくとも一部が凹部に埋められ、熱伝導部と接して設けられ、導光路を通過して入射した第１の光を異なる波長の第２の光に変換する波長変換部とを備えている。波長変換部の熱伝導部と接する部分の面積は、導光路の出射口の面積よりも大きい。導光路は、熱伝導部を貫通する開口部に充填された、空気よりも熱伝導率が大きい透明材料から構成されている。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、装置、システムまたは方法で実現されてもよく、システム、装置、システムおよび方法の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の波長変換部材によれば、発光効率及び信頼性の少なくとも一方を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る光源を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態に係る波長変換部材の変形例を示す概略図である。
【図３】第１の実施形態に係る波長変換部材の変形例を示す概略図である。
【図４】第１の実施形態に係る波長変換部材の変形例を示す概略図である。
【図５】第１の実施形態に係る波長変換部材の変形例を示す概略図である。
【図６】第１の実施形態に係るランプを示す概略図である。
【図７】第１の実施形態に係る車両を示す概略図である。
【図８】実施例１の波長変換部材を示す概略図である。
【図９】実施例１の解析方法を説明するための図である。
【図１０】実施例１の解析結果を示す図である。
【図１１】実施例１の解析結果を示す図である。
【図１２】実施例２の解析結果を示すグラフである。
【図１３】実施例３の波長変換部材を示す概略図である。
【図１４】実施例３の解析結果を示すグラフである。
【図１５】第２の実施形態に係る光源の概略構成を示す構成図である。
【図１６】第３の実施形態に係る光源の概略構成を示す構成図である。
【図１７】第４の実施形態に係る光源の概略構成を示す構成図である。
【図１８】第５の実施形態に係る光源の概略構成を示す構成図である。
【図１９】第６の実施形態に係る車両用ヘッドランプの概略構成を示す構成図である。
【図２０】第７の実施形態に係る車両用ヘッドランプの概略構成を示す構成図である。
【図２１】第８の実施形態に係る車両の概略構成を示す構成図である。
【図２２】実施例４の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。
【図２３】実施例４の解析方法を説明するための説明図である。
【図２４】実施例４の解析結果を示す図である。
【図２５】実施例４の熱伝導層のサイズと温度との関係を示すグラフである。
【図２６】実施例４の熱伝導層と蛍光体層との面積比と温度との関係を示すグラフである。
【図２７】実施例５の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。
【図２８】実施例５の熱伝導層のサイズと温度との関係を示すグラフである。
【図２９】実施例５の熱伝導層と蛍光体層との面積比と温度との関係を示すグラフである。
【図３０】実施例６の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。
【図３１】実施例６の解析方法を説明するための説明図である。
【図３２】実施例６の解析結果を示す図である。
【図３３】実施例６のサファイア基板のサイズと温度との関係を示すグラフである。
【図３４】実施例６の熱伝導層とサファイア基板との面積比と温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の第１の側面に係る波長変換部材は、凹部を有する熱伝導部と、熱伝導部を貫通し、凹部側に設けられた光の出射口及び凹部と反対側に設けられた光の入射口を有する導光路と、少なくとも一部が凹部に埋められ、熱伝導部と接して設けられ、導光路を通過して入射した第１の光を異なる波長の第２の光に変換する波長変換部とを備えている。波長変換部の熱伝導部と接する部分の面積は、導光路の出射口の面積よりも大きい。導光路は、熱伝導部を貫通する開口部に充填された、空気よりも熱伝導率が大きい透明材料から構成されている。熱伝導部は可視光の少なくとも一部を反射してもよい。熱伝導部は、可視光の反射率が０．８以上であってもよい。
【００１０】
本開示の第２の側面に係る波長変換部材は、第１の側面に係る波長変換部材において、熱伝導部の波長変換部と反対側の面の面積が、波長変換部の熱伝導部と反対側の面の面積に対して２８００倍以上であってもよい。
【００１１】
本開示の第３の側面に係る波長変換部材は、第１又は第２の側面に係る波長変換部材において、熱伝導部の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きくてもよい。
【００１２】
本開示の第４の側面に係る波長変換部材は、第１〜第３のいずれかの側面に係る波長変換部材において、熱伝導部が、金属であってもよい。
【００１３】
本開示の第５の側面に係る波長変換部材は、第１〜第４のいずれかの側面に係る波長変換部材において、熱伝導部が、アルミニウム又はアルミニウムを含む合金であってもよい。
【００１４】
本開示の第６の側面に係る波長変換部材は、第１〜第５のいずれかの側面に係る波長変換部材において、透明材料が無機透明材料であってもよい。
【００１５】
本開示の第７の側面に係る波長変換部材は、第６の側面に係る波長変換部材において、無機透明材料の熱伝導率が、２０ｗ／ｍ・Ｋよりも大きくてもよい。
【００１６】
本開示の第８の側面に係る波長変換部材は、第６又は第７の側面に係る波長変換部材において、無機透明材料が、酸化亜鉛であってもよい。
【００１７】
本開示の第９の側面に係る波長変換部材は、第１〜第８のいずれかの側面に係る波長変換部材において、波長変換部が、導光路側の面と比べて、導光路と反対側の面の面積が大きく、側面が傾斜を有するテーパ状であってもよい。
【００１８】
本開示の第１０の側面に係る波長変換部材は、第１〜第８のいずれかの側面に係る波長変換部材において、波長変換部がパラボラ形状であってもよい。
【００１９】
本開示の第１１の側面に係る波長変換部材は、第１〜第１０のいずれかの側面に係る波長変換部材において、波長変換部の導光路と反対側に配置され、第２の光を透過し、第１の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えていてもよい。
【００２０】
本開示の第１２の側面に係る波長変換部材は、第１〜第１１のいずれかの側面に係る波長変換部材において、波長変換部の導光路側に配置され、第１の光を透過し、第２の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えていてもよい。
【００２１】
本開示の第１３の側面に係る波長変換部材は、第１〜第１１のいずれかの側面に係る波長変換部材において、導光路の入射口側に配置され、第１の光を透過し、第２の光を反射するダイクロイックミラーをさらに備えていてもよい。
【００２２】
本開示の第１４の側面に係る光源は、第１〜第１３のいずれかの側面に係る波長変換部材と、導光路の入射口に入射する光を生成する半導体発光素子とを備えている。
【００２３】
本開示の第１５の側面に係る自動車用ヘッドランプは、第１４の側面に係る光源と、光源からの光を前方に導く出射光学系とを備えている。
【００２４】
本開示の第１６の側面に係る波長変換部材は、半導体発光素子からの光をより長波長の光に波長変換する蛍光体を有する波長変換部材であって、前記波長変換部材は、１又は複数の波長変換層と熱伝導層とを備え、前記熱伝導層の表面の面積又は裏面の面積が、波長変換層の受光面積に対して２８００倍以上である。
【００２５】
本開示の第１７の側面に係る波長変換部材は、第１６の側面に係る波長変換部材において、前記熱伝導層の表面の面積又は裏面の面積が、波長変換層の受光面積に対して８０００倍以上である。
【００２６】
本開示の第１８の側面に係る波長変換部材は、第１６又は１７の側面に係る波長変換部材において、前記波長変換層が、複数種類の層を有し、前記波長変換層の複数種類の層のうちの少なくとも１種類の層が、樹脂バインダーを含んでいない。
【００２７】
本開示の第１９の側面に係る波長変換部材は、第１６から１８のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記熱伝導層が、可視領域において透明であり、且つ熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
【００２８】
本開示の第２０の側面に係る波長変換部材は、第１６から１９のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記熱伝導層の熱伝導率が４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
【００２９】
本開示の第２１の側面に係る波長変換部材は、第１６から２０のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記熱伝導層の熱伝導率が２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
【００３０】
本開示の第２２の側面に係る波長変換部材は、第１６から２１のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記波長変換層は、複数種類の層を備え、前記波長変換層の複数種類の層のうちの少なくとも１種類の層が熱伝導層に接して設けられたサファイア基板である。
【００３１】
本開示の第２３の側面に係る波長変換部材は、第１６から２１のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記波長変換層は、ガラス又は透明結晶に蛍光体を分散させた蛍光体層とサファイア基板とを備える。
【００３２】
本開示の第２４の側面に係る波長変換部材は、第２２又は２３の側面に係る波長変換部材において、前記サファイア基板と前記サファイア基板に対向する前記波長変換層の他の層との接触面の面積、又は、前記サファイア基板と前記サファイア基板に対向する前記熱伝導層との接触面の面積が、前記波長変換層が半導体発光素子からの光を受光する受光面積と等しい。
【００３３】
本開示の第２５の側面に係る波長変換部材は、第２２又は２３の側面に係る波長変換部材において、前記サファイア基板と前記サファイア基板に対向する前記波長変換層の他の層との接触面の面積、又は、前記サファイア基板と前記サファイア基板に対向する前記熱伝導層との接触面の面積と、前記波長変換層が半導体発光素子からの光を受光する受光面積との比が３．１以上である。
【００３４】
本開示の第２６の側面に係る波長変換部材は、第２２から２５のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記サファイア基板の面積が、前記受光面積の２倍以上である。
【００３５】
本開示の第２７の側面に係る波長変換部材は、第２２から２６のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記サファイア基板はサファイア単結晶基板である。
【００３６】
本開示の第２８の側面に係る波長変換部材は、第１６から２７のいずれかの側面に係る波長変換部材において、前記熱伝導層は、可視に対して反射体であり、且つ熱伝導率が２３７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
【００３７】
本開示の第２９の側面に係る光源は、第１６から２８のいずれかの側面に係る波長変換部材を具備する。
【００３８】
本開示の第３０の側面に係る車両用ヘッドランプは、第２９の側面に係る光源を具備する。
【００３９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光源２０の概略構成を示している。本実施形態の光源２０は、波長変換部材１０Ａと、半導体発光素子１１とを備えている。半導体発光素子１１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はレーザダイオード（ＬＤ）とすることができる。半導体発光素子１１は、一つのＬＥＤ、ＳＬＤ又はＬＤであってもよく、複数のＬＥＤ、ＳＬＤ又はＬＤを光学的に結合させたものでもよい。半導体発光素子１１が射出する光は、青紫光であっても、青色光であっても、他の波長の光であってもよい。また、半導体発光素子１１は、複数波長の光を射出してもよい。本実施形態では、一例として半導体発光素子１１がＬＤである場合を説明する。
【００４０】
本開示において、青紫光とは、ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の光をいう。青色光とは、ピーク波長が４２０ｎｍを超え４８０ｎｍ以下の光をいう。黄色光とは、ピーク波長が５４０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の光をいう。
【００４１】
波長変換部材１０Ａと半導体発光素子１１との間には、半導体発光素子１１の光を波長変換部材１０Ａに導く入射光学系１２が設けられていてもよい。入射光学系１２は、例えば、レンズ、ミラー及びは光ファイバの少なくとも１つを備えていてもよい。
【００４２】
本実施形態の波長変換部材１０Ａは、波長変換部１４と、熱伝導部１７と、熱伝導部１７を貫通する導光路１８とを備えている。以下において、波長変換部材１０Ａの、半導体発光素子１１側を「後方」、半導体発光素子１１と反対側を「前方」という。波長変換部１４及び熱伝導部１７の前方側の面を「前方面」といい、後方側の面を「後方面」という場合がある。
【００４３】
波長変換部１４は、半導体発光素子１１からの第１の光を異なる波長の第２の光に波長変換する。波長変換部１４は、例えば、入射した光により励起され、入射光よりも長波長の蛍光光を発光する蛍光体を含む層である。この場合、半導体発光素子１１からの光はより長波長の光に変換される。第１の光及び第２の光はそれぞれ１つの波長の光でもよく、複数の波長の光の混合光であってもよい。例えば、白色光を生成する場合において、第１の光が青紫光である場合には、第２の光は黄色光及び青色光とすることができる。また、第１の光が青色光である場合には、第２の光は黄色光とすることができる。波長変換部１４は、例えば多数の蛍光体の粒子を含む蛍光体粉体１５とバインダ１６とを含んでいてもよい。
【００４４】
蛍光体の種類は、入射光の波長及び必要とする出射光の波長に応じて適宜選択することができる。例えば、半導体発光素子１１が青紫光を射出する場合、波長変換部１４は、白色光を生成するために、例えば、黄色蛍光体及び青色蛍光体を備えていてもよい。本開示において、黄色蛍光体とは、発光スペクトルのピーク波長が５４０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下である蛍光体をいう。また、本開示において、青色蛍光体とは、発光スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍを超え４８０ｎｍ以下である蛍光体をいう。また、半導体発光素子１１が青色光を射出する場合、波長変換部１４は、例えば、黄色蛍光体を含む構成とすることができる。
【００４５】
バインダ１６は、蛍光体粉体１５間に配置され、蛍光体粉体１５を結合する。バインダ１６は、例えば、無機材料とすることができる。バインダ１６は、ガラス又は透明結晶などの媒体であってもよい。但し、波長変換部１４はバインダ１６を含んでいる必要はなく、例えば蛍光体セラミックス等の蛍光体焼結体であってもよい。
【００４６】
波長変換部１４は、単一の層により構成されている必要はない。波長変換部１４は複数の層が積層されて構成されていてもよい。波長変換部１４が複数の層を含む場合には、各層は異なる種類の蛍光体を含んでいてもよい。波長変換部１４が複数の層を含む場合には、最も熱伝導部１７側の層を構成するバインダ１６は無機材料としてもよい。この場合、他の層のバインダ１６は樹脂等の有機材料としてもよい。
【００４７】
熱伝導部１７は、波長変換部１４と半導体発光素子１１との間に設けられている。熱伝導部１７は、波長変換部１４の少なくとも後方面と接している。本開示において、熱伝導部１７と波長変換部１４とが接しているとは、２つの部材が熱伝導するように直接接している場合だけでなく、２つの部材が熱を伝導する固体の層を介在させて間接的に接している場合を含む。熱を伝導する固体の層には、金属層、シリコン層、炭化珪素層又はダイヤモンド層等が含まれる。また、熱伝導性のペースト等も含まれる。
【００４８】
図１においては、波長変換部１４は、熱伝導部１７に設けられた凹部に埋め込まれている。波長変換部１４は、放熱のための熱浴としての機能を有する。波長変換部１４において発生した熱は、熱伝導部１７に伝わり、放熱される。このため、熱伝導部１７は、熱伝導率を大きくしてもよい。熱伝導部１７は、波長変換部１４において生成し、後方に放射された光を、前方に反射する反射板としての機能も有する。このため、熱伝導部１７は、光の反射率を高くしてもよい。
【００４９】
熱伝導部１７の熱伝導率は、例えば、２０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きくすることができる。具体的には、サファイアよりも熱伝導率を高くすることができる。また、熱伝導部１７は金属としてもよい。具体的にはアルミニウム（熱伝導率２３７Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（熱伝導率３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）又は銀（熱伝導率４２０Ｗ／ｍ・Ｋ）等であってもよい。また、これらを含む合金であってもよい。放熱性、加工性及びコストの観点からアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることができる。金属以外にシリコン等を用いることもできる。熱伝導部１７の熱伝導率を高くすることにより、波長変換部１４の温度上昇を抑制し、発光効率及び信頼性の少なくとも一方を向上させることができる。
【００５０】
熱伝導部１７は、単一の材料により構成されている必要はない。例えば、表面に熱伝導率が高い材料をコーティングした積層材料を用いることができる。また、透明な材料と光の反射率が高い材料とを組み合わせて用いることもできる。具体例として、サファイアの表面にアルミニウム等の金属をコーティングして用いることができる。また、コーティングに代えて貼り合わせ等による積層材料を用いることもできる。熱伝導部１７の全体が積層材料であってもよく、一部分だけが積層であってもよい。例えば、熱伝導部１７の波長変換部１４と接する部分に熱伝導率が高い層を設けてもよい。熱伝導率が高い層として、アルミニウム等の金属、炭化珪素又はダイヤモンド等を用いることができる。熱伝導部１７の波長変換部１４と接する部分に接着性を向上させる層を設けることもできる。
【００５１】
熱伝導部１７は、可視光の反射率が０．８以上である。熱伝導部１７の反射率を高くすることにより、波長変換部１４において生成され、後方に向かう光を、効率良く反射させ前方に向かわせることができる。これにより、光の利用効率を向上させることができる。本開示において可視光とは、波長が３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の光をいう。
【００５２】
導光路１８は、例えば波長変換部１４を貫通する貫通孔であり、半導体発光素子１１からの光を波長変換部１４に導く。導光路１８は、半導体発光素子１１からの光に対して透明な材料が充填されていている。貫通孔に充填する材料として、空気よりも熱伝導率が高い透明材料を用いることができる。透明材料として、例えばガラス又は透明結晶等の無機材料を用いることができる。また、透明材料は透明樹脂等の有機材料とすることもできる。貫通孔に空気よりも熱伝導率が高い材料を充填することにより、波長変換部１４の放熱をより効果的に行うことが可能となる。貫通孔に充填する材料は、熱伝導率が１．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることができる。放熱の観点からは、熱伝導度がサファイアよりも大きい材料が望ましい。具体的には、熱伝導度が２０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい材料が望ましい。貫通孔に充填する材料として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いることができる。
【００５３】
図１において導光路１８は、半導体発光素子１１からの光が入射する入射口の面積と、波長変換部１４側へ光を出射する出射口の面積とが等しい。しかし、導光路１８の形状は、これに限定されない。例えば、入射口の面積が出射口の面積よりも大きい、又は入射口の面積が出射口の面積よりも小さいテーパ状となっていてもよい。導光路１８は、出射口において、波長変換部１４と接触するように設けてもよい。すなわち、導光路１８の透明材料が波長変換部１４と接触していてもよい。これにより、波長変換部１４をさらに効率良く放熱することができる。
【００５４】
光が反射する面積を大きくし、光を効率良く前方側に反射させる観点から、波長変換部１４の熱伝導部１７と接する部分の面積が大きい方が望ましい。また、波長変換部１４から熱伝導部１７へ効率良く熱を伝導させる観点からも、波長変換部１４の熱伝導部１７と接する部分の面積が大きい方が望ましい。このため、波長変換部１４の熱伝導部１７と接する部分の面積よりも導光路１８の出射口の面積を小さくしてもよい。例えば、導光路１８の出射口の面積は波長変換部１４の熱伝導部１７と接する部分の面積の５０％以下とすることができる。３０％以下としてもよく、１５％以下としてもよい。特に限定されないが波長変換部１４の全体に入射光を拡散させるという観点からは、導光路１８の入射口又は出射口の面積は波長変換部１４の熱伝導部１７と接する部分の面積の３％以上とすることができる。５％以上としてもよい。
【００５５】
熱伝導部１７の波長変換部１４と反対側の面（後方面）Ｓ１の面積ＡＳ１は、波長変換部１４の熱伝導部１７と反対側の面（前方面）Ｓ２の面積ＡＳ２よりも大きい。例えば、熱伝導部１７の後方面Ｓ１の面積ＡＳ１と、波長変換部１４の前方面Ｓ２の面積ＡＳ２との面積比ＡＳ１／ＡＳ２は２８００以上である。また、面積比ＡＳ１／ＡＳ２は８０００以上としてもよい。面積比ＡＳ１／ＡＳ２を大きくすることにより、波長変換部１４の温度上昇を抑制し、発光効率及び信頼性の少なくとも一方を向上させることができる。
【００５６】
熱伝導部１７の後方面Ｓ１の面積ＡＳ１は、厳密には導光路１８を除く部分の面積である。しかし、導光路１８の面積は、熱伝導部１７の後方面の面積と比べて小さいため、導光路１８の部分を含めた面積を熱伝導部１７の後方面Ｓ１の面積ＡＳ１とすることができる。
【００５７】
熱伝導部１７の後方面の外形と、熱伝導部１７の前方面の外形とは、同じ大きさとすることができる。しかし、同じである必要はない。例えば、熱伝導部１７の後方面を前方面よりも小さくして、熱伝導部１７の側面が傾斜したテーパ状としてもよい。このようにすれば、テーパ状の凹部に波長変換部材１０Ａをはめ込んで固定することが容易となる。また、熱伝導部１７の側面に段差部を設けてもよい。このようにすれば、波長変換部材１０Ａの固定が容易となる。
【００５８】
波長変換部１４の平面形状は特に限定されない。例えば、四角形状、多角形状、円形状、又は楕円形状等とすることができる。熱伝導部１７の平面形状も特に限定されない。例えば、四角形状、多角形状、円形状、又は楕円形状等とすることができる。波長変換部１４の平面形状と熱伝導部１７の平面形状とは、相似していてもよい。また、波長変換部１４と熱伝導部１７とは互いに異なる平面形状であってもよい。
【００５９】
波長変換部１４の半導体発光素子１１からの光を受ける部分（受光スポット）は、円形又は楕円形とすることができる。受光スポットの面積は、波長変換部１４の前方面の面積よりも小さくすることができる。
【００６０】
図１においては、波長変換部１４の前方面と、後方面とが同じ大きさであり、側面が前方面及び後方面に対して垂直である構成を示した。しかし、波長変換部１４の側面がテーパを有する構成としてもよい。図２に示す波長変換部材１０Ｂにおいて熱伝導部１７に設けられた凹部は、底面に向かうに従い開口幅が小さくなるテーパ状である。従って、凹部に埋め込まれている波長変換部１４の前方面の最大幅ｄ１が、後方面の最大幅ｄ２よりも大きく、波長変換部１４は側面が傾斜したテーパ状である。波長変換部１４が埋め込まれた凹部をテーパ状とすることにより、波長変換部１４において生成され後方又は側方に向かう光を、より効率良く反射して前方に向かわせることが可能となる。
【００６１】
波長変換部１４の前方面の最大幅ｄ１で後方面の最大幅ｄ２を割った値ｄ２／ｄ１をテーパ比とすると、テーパ比の値は小さい方が望ましい。具体的にはテーパ比は１以下とすることができ、０．８以下としてもよく、０．６以下としてもよく、０．４以下としてもよい。テーパ比の下限は、受光スポットの大きさ及び波長変換部材１０Ｂの実用的なサイズによる。例えば、０．０５以上としてもよく、０．１以上としてもよく、０．２以上としてもよい。波長変換部１４の後方面の最大幅ｄ２は、受光スポットの幅以上であればよい。
【００６２】
図３に示す波長変換部材１０Ｃのように、熱伝導部１７に設けられた凹部の開口幅が曲線的に変化するいわゆるパラボラ状としてもよい。凹部をパラボラ形状とすることにより凹部に埋め込まれた波長変換部１４もパラボラ形状となる。波長変換部１４をパラボラ形状とすることにより出射光の配光特性をより適切に制御することが可能となる。なお、ここでいうパラボラ形状とは、完全な放物面となっている形状だけでなく、球面等の放物面以外の曲面となっている形状も含む。また、平坦な底面を有し、側面が曲面となっている形状も含む。
【００６３】
図１及び図２においては、波長変換部１４が熱伝導部１７に設けられた凹部に埋め込まれた構成を示した。しかし、波長変換部１４の一部のみが熱伝導部１７に設けられた凹部に埋められ、熱伝導部１７の前方面から突出している構成としてもよい。波長変換部１４が熱伝導部１７に設けられた凹部に埋め込まれている場合には、波長変換部１４の底面及び側面が熱伝導部１７と接する。このため、波長変換部１４が熱伝導部１７の前方面の上に設けられている場合と比べて、波長変換部１４と熱伝導部１７との接触面積が大きくなる。従って、さらに効率良く放熱を行うことができるという利点がある。
【００６４】
図４に示す波長変換部材１０Ｄのように、波長変換部１４の前方面に、波長変換された第２の光を透過し、半導体発光素子からの第１の光を反射するダイクロイックミラー１９Ａを設けてもよい。これにより、波長変換されていない半導体発光素子からの光が出射されることを抑えることができる。波長変換された第２の光が透過し、半導体発光素子からの第１の光が透過しないようにできれば、ダイクロイックミラー以外の反射膜等を用いることもできる。
【００６５】
図５に示す波長変換部材１０Ｅのように、波長変換部１４の後方面側の受光スポットを含む領域に、半導体発光素子１１からの第１の光を透過し、波長変換部１４において波長変換された第２の光を反射するダイクロイックミラー１９Ｂを設けてもよい。ダイクロイックミラー１９Ｂは、波長変換部材１０Ｅ及び導光路１８に接するように設けてもよい。これにより、半導体発光素子１１から射出された光が反射して半導体発光素子１１に戻ることを防ぐことができる。また、導光路１８の部分においても波長変換された第２の光が反射されるため、光の出射効率がさらに向上する。また、ダイクロイックミラー１９Ｂを導光路１８の入射口側に設けることもできる。波長変換部１４の後方面側又は導光路１８の入射口側にダイクロイックミラー１９Ｂを設け、波長変換部１４の前方面側にダイクロイックミラー１９Ａを設けてもよい。ダイクロイックミラー１９Ｂは、半導体発光素子１１からの第１の光の反射を抑える反射防止膜としてもよい。
【００６６】
波長変換部材１０Ａは、円盤状にして回転させてもよい。これにより、波長変換部材上の照射位置を変化させることができ、照射により温度上昇する部分を分散させることができる。波長変換部材１０Ｂについても同様である。
【００６７】
円盤状の波長変換部材を回転させるための回転軸としてヒートパイプを用いてもよい。これにより、さらに、波長変換部材の放熱を促進することができる。回転軸に冷却ファンを設け、波長変換部材側に送風するようにしてもよい。これにより、波長変換部材の放熱をさらに促進することができる。
【００６８】
波長変換部材にファンを設け、このファンが照射熱による気流を受けて波長変換部材が回転するようにしてもよい。また、波長変換部材の一方向への回転を許し、逆方向への回転を阻止するラッチ機構を設け、波長変換部材が振動により一方向に回転するようにしてもよい。これらにより、駆動モータを設けることなく波長変換部材を回転させることができる。
【００６９】
波長変換部１４の蛍光体として、短残光の蛍光体を用いてもよい。短残光の蛍光体とは、例えば、蛍光体の輝度が１／１０まで減衰する時間、即ち残光時間が３ｍｓ以下の蛍光体をいう。波長変換部を回転させる場合に、蛍光体の残光時間と照射位置の移動速度（角速度×回転中心から照射位置までの距離）との積が１．１ｍｍ以上７．５ｍｍ以下になるようにしてもよい。これらにより、発光源を点光源に近づけることができる。従って、出射光学系を小型化することができる。また、配光制御を容易化することができる。
【００７０】
本実施形態の光源は、図６に示すようなランプ３０に用いることができる。ランプ３０は、例えば車両用ヘッドランプとすることができ、特殊照明とすることもでき、ヘッドアップディスプレイ又はプロジェクタ用のランプとすることもできる。
【００７１】
ランプ３０は、半導体発光素子１１と波長変換部材１０Ａとの間に設けられたミラー３１を有している。ミラー３１は、波長変換部材１０Ａから光出射方向とは異なる方向に向かう光を反射して光出射方向に向かうようにする。ミラー３１は、例えば凹面鏡とすることができる。ミラー３１は、半導体発光素子１１から波長変換部材１０Ａへ向かう光が透過する光透過部３１ａを有する。ミラー３１の光透過部３１ａを除く部分には、アルミニウム（Ａｌ）又は銀（Ａｇ）等からなる金属膜若しくは表面に保護膜が形成された反射膜が設けられている。半導体発光素子１１から射出された光は、入射光学系１２、ミラー３１の光透過部３１ａを通り、波長変換部材１０Ａの波長変換部に入射する。この入射光により、波長変換部の蛍光体が励起されて黄色光及び青色光が射出される。これらの黄色光及び青色光が混合されて白色光となる。波長変換部材１０Ａにより生成された白色光の一部は、直接前方（ミラー３１と反対側）に向かい、残部はミラー３１において反射されて前方に向かう。
【００７２】
図６においては、波長変換部材１０Ａを用いる場合について説明したが、波長変換部材１０Ｂを用いてもよい。また、波長変換部材１０Ａ又は１０Ｂを円盤状として回転させることも可能である。
【００７３】
ランプ３０は、いわゆるリフレクタータイプであってもよく、プロジェクタータイプであってもよい。ミラー３１を含む出射光学系のいずれかの部分に波長カットフィルターを設け、半導体発光素子１１からの青紫光が外部に出射しないように吸収又は反射してもよい。
【００７４】
本実施形態のランプは、例えば、マイナス４０℃からの駆動や炎天下での駆動など、過酷な状況で使用される場合においても、蛍光体の放熱を促進し、発光効率及び信頼性の少なくとも一方を向上させることができる。
【００７５】
本実施形態のランプは、図７に示すように車両８０に用いることができる。車両８０は、ランプ８１と電力供給源８２とを有している。車両８０は、例えばエンジン等の駆動源によって回転駆動される発電機８３を備えていてもよい。発電機８３により生成した電力は、電力供給源８２に蓄えられる。電力供給源８２は、２次電池とすることができる。ランプ８１は、例えば半導体発光素子１１と、波長変換部材１０Ａと、ミラー３１とを有するランプとすることができる。また、本実施形態において示した他のランプを用いることができる。例えば、波長変換部材１０Ａに代えて波長変換部材１０Ｂを有するランプを用いることもできる。また、波長変換部材１０Ａ又は１０Ｂを円盤状として回転させるランプを用いることも可能である。車両８０は、例えば、自動車、２輪車又は特殊車両である。さらに、車両８０は、エンジン車、電気車、又はハイブリッド車であってもよい。
【００７６】
（第２の実施形態）
図１５は、本開示の第２の実施形態に係る光源１１０の概略構成を示す構成図である。光源１１０は、波長変換部材１１３と、半導体発光素子１１１とを備える。半導体発光素子１１１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はレーザーダイオード（ＬＤ）等である。本実施形態では、半導体発光素子１１１がＬＤである場合を説明する。半導体発光素子１１１は、一つのＬＤであってもよく、複数のＬＤを光学的に結合させたものでもよい。半導体発光素子１１１は、例えば、青色光を射出する。半導体発光素子１１１は、青紫光を射出してもよい。また、半導体発光素子１１１は、他の光を射出するものであってもよく、複数種類の光を射出してもよい。
【００７７】
波長変換部材１１３と半導体発光素子１１１との間には、半導体発光素子１１１の光を波長変換部材１１３に導く入射光学系１１２が設けられていてもよい。入射光学系１１２は、例えば、レンズ、ミラー及び／又は光ファイバ等を備えている。
【００７８】
波長変換部材１１３は、波長変換層１１４と熱伝導層１１７とを具備する。ここで、波長変換層は、図１６に示すように、複数種類の層を有していてもよい。これについては第３の実施形態において更に説明する。また、図１７に示す例のように、波長変換層１１４と熱伝導層１１７との間に可視光領域において透明なサファイア単結晶基板を有していてもよい。これについては第４の実施形態において更に説明する。更に、図１８に示す例のように、サファイア単結晶基板は、波長変換層１１４よりも大きいサイズであってもよい。これについては第５の実施形態において更に説明する。
【００７９】
波長変換層１１４は、半導体発光素子１１１からの光をより長波長の光に波長変換する。波長変換層１１４は、例えば、蛍光体層である。波長変換層１１４は、蛍光体粉体１１５とバインダ１１６とを含んでいてもよい。蛍光体粉体１１５は、多数の蛍光体粒子を含む。バインダ１１６は、蛍光体粉体１１５における蛍光体粒子間に配置され、蛍光体粉体１５を結合する。バインダ１１６は、例えば、無機材料である。
【００８０】
バインダ１１６は、樹脂、ガラス又は透明結晶等の媒体であってもよい。また、波長変換層１１４はバインダ１１６を含まない蛍光体焼結体、つまり、蛍光体セラミクスであってもよい。蛍光体層がバインダを含まない場合、急激な温度変化による割れを低減するという効果を得ることができる。
【００８１】
半導体発光素子１１１が青色光を射出する場合、波長変換層１１４は、例えば、黄色蛍光体を含む。また、半導体発光素子１１１が青紫光を射出する場合、波長変換層１１４は、例えば、黄色蛍光体及び青色蛍光体を含む。
【００８２】
熱伝導層１１７は、例えば、波長変換層１１４と重なるように設けられる。熱伝導層１１７は、波長変換層１１４と接触してもよい。また、熱伝導層１１７と波長変換層１１４との間に他の層が設けられていてもよい。更に、熱伝導層１１７は、波長変換層１１４の表面側に設けられていてもよく、波長変換層１１４の裏面側に設けられていてもよい。熱伝導層１１７の表面の面積又は裏面の面積は、例えば、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上である。また、熱伝導層１１７の表面の面積又は裏面の面積は、波長変換層１１４の受光面積に対して８０００倍以上であってもよい。これにより、波長変換層１１４の温度上昇を抑制し、発光効率又は信頼性を向上させることができる。
【００８３】
ここで、表面とは、半導体発光素子１１１からの光が入射する側の面をいい、裏面とは、その反対側の面をいう。また、波長変換層１１４の受光面積とは、半導体発光素子１１の表面のうち、半導体発光素子１１からの光を受ける部分の面積をいう。例えば、受光スポットは円形又は楕円形である。図１５における受光面積はＳｒｅｖである。また、例えば、熱伝導層１１７は円盤状である。図１５における熱伝導層１１７の表面又は裏面の何れかは、直径Ｌの円であって、その面積は、Ｓｈｂ＝π・（Ｌ／２）２である。
【００８４】
熱伝導層１１７は、例えば、熱浴である。熱伝導層１１７の熱伝導率は、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよい。また、熱伝導層１１７の熱伝導率は、４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよい。さらに、熱伝導層１１７の熱伝導率は、２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよい。これにより、波長変換層１１４の温度上昇を更に抑制し、発光効率及び／又は信頼性を向上させることができる。熱伝導層１１７は、例えば、無機材料から構成される。熱伝導層１１７は、Ａｌ、樹脂、ガラス又は透明結晶等から構成されるものであってもよい。熱伝導層１１７は、可視領域において透明であってもよい。
【００８５】
次に、本実施形態の光源１１０の動作について説明する。半導体発光素子１１１から射出された光は、入射光学系１１２及び熱伝導層１１７を通り、波長変換層１１４に入射する。この入射光により、波長変換層１１４の蛍光体が励起されて黄色光及び青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して、白色光となる。
【００８６】
発光の際、蛍光体から熱が発生する。蛍光体からの熱は、波長変換層１１４から熱伝導層１１７側に伝導する。熱伝導層１１７の表面又は裏面の何れかを、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上とすることにより、蛍光体の放熱が著しく促進される。また、熱伝導層１１７の表面又は裏面の何れかを、波長変換層１１４の受光面積に対して８０００倍以上とすることにより、蛍光体の放熱が更に促進される。これに関しては、実施例１〜３にて更に説明する。
【００８７】
上述したように、本開示の第２の実施形態によれば、熱伝導層１１７の表面又は裏面の何れかを、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上とすることにより、蛍光体の放熱が著しく促進され、発光効率又は信頼性が向上する。
【００８８】
（第３の実施形態）
図１６は、本開示の第３の実施形態に係る光源１２０の概略構成を示す構成図である。第２の実施形態と同一の部分については同一の符号を付し、以下には主に相違点を説明する。
【００８９】
光源１２０は、波長変換部材１２３と、半導体発光素子１２１とを備える。波長変換部材１２３と半導体発光素子１２１との間には、半導体発光素子１２１の光を波長変換部材１２３に導く入射光学系１２２が設けられていてもよい。入射光学系１２２は、例えば、レンズ、ミラー及び／又は光ファイバ等を備えている。
【００９０】
半導体発光素子１２１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はレーザーダイオード（ＬＤ）等である。本実施形態では、半導体発光素子１１１がＬＤである場合を説明する。半導体発光素子１１１は、一つのＬＤであってもよく、複数のＬＤを光学的に結合させたものでもよい。半導体発光素子１２１は、例えば、青紫光を射出する。
【００９１】
波長変換部材１２３は、２つの波長変換層１１４及び１２４と熱伝導層１１７とを具備する。波長変換層１１４と熱伝導層１１７との間に、図１７及び図１８のようにサファイア基板を有していてもよい。これについては、第４及び第５の実施形態にて更に説明する。波長変換層１２４は、半導体発光素子１２１からの光をより長波長の光に波長変換する。
【００９２】
波長変換層１２４は、例えば、蛍光体層である。波長変換層１２４は、蛍光体粉体とバインダとを含んでいてもよい。蛍光体粉体は、多数の蛍光体粒子を含む。バインダは、蛍光体粉末に配置され、蛍光体粉末を結合する。バインダは、例えば、無機材料である。バインダは、樹脂、ガラス又は透明結晶などの媒体であってもよい。また、波長変換層１２４はバインダを含まない蛍光体焼結体即ち蛍光体セラミクスであってもよい。波長変換層１２４がバインダを含まない場合、急激な温度変化による割れを低減するという効果を得ることができる。また、複数種類の蛍光体層のうち少なくとも１種類の層がバインダを含んでいなくてもよい。
【００９３】
例えば、半導体発光素子１２１が青紫光を射出する場合、波長変換層１１４は、黄色蛍光体を含み、波長変換層１２４は、青色蛍光体を含む。波長変換層１２４及び１１４並びに熱伝導層１１７は、例えば、重なるように設けられる。熱伝導層１１７は、波長変換層１１４と接触してもよく、熱伝導層１１７と波長変換層１１４との間に他の層が設けられていてもよい。熱伝導層１１７は、波長変換層１１４の表面側に設けられていてもよく、波長変換層１２４の裏面側に設けられていてもよい。熱伝導層１１７の表面又は裏面の何れかは、例えば、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上又は８０００倍以上である。これにより、波長変換層１１４及び１２４の温度上昇を抑制し、発光効率又は信頼性を向上させることができる。
【００９４】
次に、本実施形態の光源１２０動作について説明する。半導体発光素子１２１から射出された光は、入射光学系１２２及び熱伝導層１１７を通り、波長変換層１１４に入射する。この入射光により、波長変換層１１４の蛍光体が励起されて黄色光を射出する。半導体発光素子１２１からの光の一部は、波長変換層１１４を通過して、さらに、波長変換層１２４に入射する。この入射光により、波長変換層１２４の蛍光体が励起されて青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。
【００９５】
本開示の第３の実施形態でも、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
（第４の実施形態）
図１７は、本開示の第４の実施形態に係る光源１３０の概略構成を示す構成図である。第２の実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、以下には主に相違点を説明する。
【００９７】
光源１３０は、波長変換部材１３３と、半導体発光素子１１１とを備える。波長変換部材１３３は、波長変換層１１４と熱伝導層１３１とを具備する。また、波長変換層１１４は複数種類の層を有していてもよい。例えば、波長変換層１１４は、蛍光体層１１４ａと、蛍光体層１１４ａと熱伝導層１３１との間に配置されたサファイア単結晶基板１３２と、から構成される。この構成に代えて、蛍光体層１１４ａがサファイア単結晶基板１３２と熱伝導層１３１との間に配置されていてもよい。
【００９８】
サファイア単結晶基板１３２は、可視光領域において透明である。サファイア単結晶基板１３２の表面又は裏面は、蛍光体層１１４ａの表面又は裏面と同じ大きさである。サファイア単結晶基板１３２と当該サファイア単結晶基板１３２に対向する蛍光体層１１４ａとの接触面の面積、及び、サファイア単結晶基板１３２と当該サファイア単結晶基板１３２に対向する熱伝導層１３１との接触面の面積は、それぞれ、波長変換層１１４が半導体発光素子１１からの光を受光する受光面積と等しくてもよく、受光面積の３．１倍以上であってもよい。これについては、実施例６にて更に説明する。
【００９９】
更に、サファイア単結晶基板１３２の表面又は裏面の面積が受光面積の２倍以上であってもよい。
【０１００】
熱伝導層１３１は、例えば、波長変換層１１４及びサファイア単結晶基板１３２と重なるように設けられる。熱伝導層１３１の表面の面積又は裏面の面積は、例えば、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上であり、より望ましくは８０００倍以上である。これにより、波長変換層１１４の温度上昇を抑制し、発光効率又は信頼性を向上させることができる。図１７における受光面積はＳｒｅｃである。また、例えば、熱伝導層１３１は円盤状である。図１７における熱伝導層１３１の表面又は裏面の何れかは、直径Ｌの円であって、その面積は、Ｓｈｂ＝π・（Ｌ／２）２である。
【０１０１】
熱伝導層１３１は、例えば、熱浴である。熱伝導層１３１の熱伝導率は、３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、又は２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であってもよい。これにより、波長変換層１１４の温度上昇を更に抑制し、発光効率及び／又は信頼性を向上させることができる。熱伝導層１３１は、金属製であってもよく、Ａｌ製であってもよい。熱伝導層１３１は、例えば、可視に対して反射体であって、熱伝導率が２３７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。熱伝導層１３１は、半導体発光素子１１１及び波長変換層１１４の発光波長の光を反射してもよい。
【０１０２】
波長変換部材１１３と半導体発光素子１１１との間には、半導体発光素子１１１の光を波長変換部材１１３に導く入射光学系１３４が設けられていてもよい。入射光学系１３４は、例えば、レンズ、ミラー及び／又は光ファイバ等を備えている。
【０１０３】
次に、本実施形態の光源１３０の動作について説明する。半導体発光素子１１１から射出された光は、入射光学系１３４を通り、波長変換層１１４の蛍光体層１１４ａに入射する。この入射光により、蛍光体層１１４ａの蛍光体が励起されて黄色光及び青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。これらの黄色光及び青色光は、サファイア単結晶基板１３２を通過するか、又は直接、熱伝導層１３１に到達して反射される。また、半導体発光素子１１１からの光の一部は、波長変換層１１４及び／又はサファイア単結晶基板１３２を通過し、熱伝導層１３１に到達して反射される。
【０１０４】
また、蛍光体が発光する際に熱が発生する。蛍光体からの熱は、蛍光体層１１４ａからサファイア単結晶基板１３２を介して熱伝導層１３１側に伝導する。熱伝導層１３１の表面又は裏面の何れかを、波長変換層１１４の受光面積に対して２８００倍以上又は８０００倍以上とすることにより、蛍光体の放熱が促進される。
【０１０５】
本開示の第４の実施形態によれば、第２及び３の実施形態と同様の効果に加え、熱伝導率の高い熱伝導層１３１を使用することにより、蛍光体の放熱が更に促進され、発光効率又は信頼性が更に向上する。
【０１０６】
（第５の実施形態）
図１８は、本開示の第５の実施形態に係る光源１４０の概略構成を示す構成図である。第４の実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、以下には主に相違点を説明する。
【０１０７】
光源１４０は、波長変換部材１４３と、半導体発光素子１１１とを備える。波長変換部材１４３は、波長変換層１１４と熱伝導層１３１とを具備する。また、波長変換層１１４は複数種類の層を有していてもよい。例えば、波長変換層１１４は、蛍光体層１１４ａと、当該蛍光体層１１４ａと熱伝導層１３１との間に配置されたサファイア単結晶基板１４２と、から構成される。この構成に代えて、蛍光体層１１４ａがサファイア単結晶基板１４２と熱伝導層１３１との間に配置されていてもよい。
【０１０８】
サファイア単結晶基板１４２は、可視光領域において透明である。サファイア単結晶基板１４２の表面又は裏面は、蛍光体層１１４ａの表面又は裏面よりも大きい。サファイア単結晶基板１４２と当該サファイア単結晶基板１４２に対向する波長変換層１１４との接触面の面積、又は、サファイア単結晶基板１４２と当該サファイア単結晶基板１４２に対向する熱伝導層１３１との接触面の面積は、波長変換層１１４が半導体発光素子１１１からの光を受光する受光面積と等しくてもよく、受光面積の３．１倍以上であってもよい。
【０１０９】
更に、サファイア単結晶基板１４２の表面の面積が受光面積の２倍以上であってもよい。
【０１１０】
次に、本実施形態の光源１４０の動作について説明する。半導体発光素子１１１から射出された光は、入射光学系１３４を通り、波長変換層１１４に入射する。この入射光により、波長変換層１１４の蛍光体層１１４ａにおいて蛍光体が励起されて、黄色光及び青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。これらの黄色光及び青色光は、サファイア単結晶基板１４２を通過し、又は直接、熱伝導層１３１に到達して反射される。また、半導体発光素子１１１からの光の一部は、波長変換層１１４及び／又はサファイア単結晶基板１４２を通過し、熱伝導層１３１に到達して反射される。
【０１１１】
また、蛍光体が発光する際に熱が発生する。蛍光体からの熱は、蛍光体層１１４ａからサファイア単結晶基板１４２を介して熱伝導層１３１側に伝導する。熱伝導層１３１の表面又は裏面の何れかを、蛍光体層１１４ａの受光面積に対して２８００倍以上、より望ましくは８０００倍以上とすることにより、蛍光体の放熱が促進される。
【０１１２】
本開示の第４の実施形態によれば、第４の実施形態と同様の効果に加え、サファイア単結晶基板１４２の表面又は裏面を波長変換層１１４よりも大きくすることにより、蛍光体の放熱が更に促進され、発光効率又は信頼性が更に向上する。
【０１１３】
（第６の実施形態）
図１９は、本開示の第６の実施形態に係る車両用ヘッドランプ１５０の概略構成を示す断面構成図である。第２又は３の実施形態と同じ部分については同じ符号を付している。
【０１１４】
車両用ヘッドランプ１５０は、第２又は３の実施形態の光源１１０又は１２０と、例えば凹面状の反射ミラー１５２と、を備えている。反射ミラー１５２は、光源１１０又は１２０からの光を特定の方向、例えば自動車に車両用ヘッドランプ１５０が搭載された場合においてその前方に導く。反射ミラー１５２は、例えば、半導体発光素子１１１又は１２１と波長変換部材１１３又は１２３との間に配置され、半導体発光素子１１１又は１２１から波長変換部材１１３又は１２３に向かう光が透過する透過部を有する。反射ミラー１５２は、例えばＡｌ又はＡｇ等の金属膜もしくは表面に保護膜が形成されたＡｌ膜を有する。
【０１１５】
車両用ヘッドランプ１５０は、いわゆるプロジェクタータイプであってもよく、リフレクタータイプであってもよい。半導体発光素子１１１又は１３２からの青紫光が外部に出ないように、反射ミラー１５２を含む射出光学系の何れかの部分に波長カットフィルターを設け、半導青紫光が外部に出ないように吸収又は反射してもよい。例えば、図示したように、凹面状の反射ミラー１５２をふさぐように波長カットフィルター１５３を設けてもよい。
【０１１６】
次に、車両用ヘッドランプ１５０の動作について説明する。半導体発光素子１１１又は１２１から射出された光は、入射光学系１１２又は１２２を通り、波長変換部材１１３又は１２３の波長変換層１１４及び／又は１２４に入射する。例えば、半導体発光素子１１１又は１２１が青紫光を射出し、波長変換層１１４及び／又は１２４が黄色蛍光体及び青色蛍光体を有する場合、これらの蛍光体が励起されて黄色光及び／又は青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。これらの黄色光及び青色光は、直接又は反射ミラー１５２で反射されて前方に向かう。
【０１１７】
第６の実施形態によれば、例えば、マイナス４０℃からの駆動や炎天下での駆動等、過酷な状況で使用されるヘッドライトにおいても、蛍光体の放熱を促進し、発光効率及び／又は信頼性を向上させることができる。
【０１１８】
（第７の実施形態）
図２０は、本開示の第７の実施形態に係る車両用ヘッドランプ１６０の概略構成を示す断面構成図である。第４、５又は６の実施形態と同じ部分については同じ符号を付している。
【０１１９】
車両用ヘッドランプ１６０は、第４又は５の実施形態の光源１３０又は１４０と、反射ミラー１５２と、を備えている。反射ミラー１５２は、光源１３０又は１４０からの光を前方に導く。反射ミラー１５２は、例えば、半導体発光素子１１１と波長変換部材１３３又は１４３との間に配置され、半導体発光素子１１１から波長変換部材１３３又は１４３に向かう光が透過する透過部を有する。車両用ヘッドランプ１６０は、いわゆるプロジェクタータイプであってもよく、リフレクタータイプであってもよい。
【０１２０】
次に、車両用ヘッドランプ１６０の動作について説明する。半導体発光素子１１１から射出された光は、入射光学系１３４を通り、波長変換層１１４に入射する。例えば、半導体発光素子１１１が青紫光を射出し、波長変換層１１４の蛍光体層１１４ａが黄色蛍光体及び青色蛍光体を有する場合、これらの蛍光体が励起されて黄色光及び青色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。これらの黄色光及び青色光は、直接又は熱伝導層１３１で反射されて反射ミラー１５２に向かい、反射ミラー１５２で反射されて前方に向かう。
【０１２１】
第７の実施形態によれば、第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２２】
（第８の実施形態）
図２１は本開示の第８の実施形態に係る車両１７０の概略構成を示す構成図である。車両１７０は、第６又は７の実施形態に係る車両用ヘッドランプ１５０又は１６０と、電力供給源１７２と、を備える。車両１７０は、エンジン等の駆動源によって回転駆動され、電力を発生する発電機１７３を有していてもよい。発電機１７３が生成した電力は、電力供給源１７２に蓄えられる。電力供給源１７２は、充放電が可能な２次電池である。車両用ヘッドランプ１５０又は１６０は、電力供給源１７２からの電力によって点灯する。車両１７０は、例えば、自動車、２輪車又は特殊車両である。更に、車両１７０は、エンジン車、電気車又はハイブリッド車であってもよい。
【０１２３】
第８の実施形態によれば、車両において、第２〜第７の実施形態の効果を得ることができる。
【０１２４】
また、第２〜８の実施形態は適宜組み合わせることができる。
【０１２５】
（他の実施形態）
波長変換部材を円盤状にして、当該円盤に垂直で且つ中心に位置する回転軸に対して回転させてもよい。このようにすると、ＬＤ等の発光素子からの光の照射位置を波長変換部材上において変化させることができ、照射により温度上昇する部分を分散させることができる。第２〜５の実施形態は、円盤状の波長変換部材が回転する場合にも適用することができ、第２〜５の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
波長変換層の蛍光体として、短残光の蛍光体を用いてもよい。短残光の蛍光体とは、例えば、蛍光体の輝度が１／１０まで減衰する時間、即ち残光時間が３ｍｓ以下の蛍光体をいう。また、蛍光体の残光時間と照射位置の移動速度（角速度×回転中心から照射位置までの距離）との積が１．１ｍｍ以上で且つ７．５ｍｍ以下になるようにしてもよい。これらにより、発光源を点光源に近づけることができるので、射出光学系を小型化することができ、また、配光制御を容易化することができる。
【０１２７】
円盤状の波長変換部材を回転させるための回転軸として、ヒートパイプを用いてもよい。これにより、波長変換部材の放熱を更に促進することができる。回転軸に冷却ファンを設け、波長変換部材側に送風するようにしてもよい。これにより、波長変換部材の放熱を更に促進することができる。
【０１２８】
また、波長変換部材にファンを設け、このファンが照射熱による気流を受けて波長変換部材が回転するようにしてもよい。また、波長変換部材の一方向への回転を許し、逆方向への回転を阻止するラッチ機構を設け、波長変換部材が振動により一方向に回転するようにしてもよい。これらにより、駆動モータを設けることなく波長変換部材を回転させることができる。
【０１２９】
以下、実施例を用いて本実施形態の波長変換部材の特性についてさらに詳細に説明する。
【０１３０】
（実施例１）
図８は、実施例１の波長変換部材の概略構成を示す。本実施例の波長変換部材は、Ａｌ製の熱浴である熱伝導部５７と、熱伝導部５７に設けられた凹部に埋め込められた蛍光体層である波長変換部５４と、熱伝導部５７を貫通し波長変換部５４と光学的に結合する導光路５８とを備えている。
【０１３１】
波長変換部５４は、蛍光体としてＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（以下、ＹＡＧ）を用い、バインダとしてガラス又はＺｎＯを用いた。波長変換部５４は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ×高さ０．１ｍｍで体積が０．０３２ｍｍ３の直方体である。波長変換部５４の前方面及び後方面は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍで面積が０．３２ｍｍ２の長方形である。波長変換部５４の熱伝導率は、バインダとしてガラスを用いた場合には７．７５Ｗ／ｍ℃であり、バインダとしてＺｎＯを用いた場合には３４Ｗ／ｍ℃である。波長変換部５４の輻射率は０．９であり、熱伝達係数は１×１０−５Ｗ／ｍｍ２℃である。
【０１３２】
熱伝導部５７は、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ３ｍｍの直方体である。熱伝導部５７の前方面及び後方面の外形はそれぞれ、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの正方形である。熱伝導部５７の熱伝導率は２３７．５Ｗ／ｍ・Ｋであり、輻射率は０．７であり、熱伝達係数は１×１０−５Ｗ／ｍｍ２℃である。
【０１３３】
導光路５８は、直径０．３ｍｍ×高さ２．９ｍｍであり、透明材料が充填されていない中空の貫通孔又は透明材料が充填された貫通孔である。
【０１３４】
入射パワー５Ｗのレーザ光を導光路５８から波長変換部５４に照射した場合の熱特性を、導光路５８に充填する材料を変えて熱シミュレーション解析した。本シミュレーションでは、全てヘキサゴナルメッシュで界面の節点を共有した（図９を参照）。
【０１３５】
図１０は、導光路５８が中空である場合のシミュレーション結果を示している。図１０に示すように、熱は、半導体発光素子により照射される部分から周囲に広がる。しかし、導光路１８が中空であるため、熱の伝達が阻害されていることがわかる。図１１は、導光路５８にＺｎＯが充填されている場合のシミュレーション結果を示している。図１１に示すように、導光路５８が中空である場合と比べて、熱の伝達が向上していることがわかる。
【０１３６】
バインダとしてガラスを用いた波長変換部５４の温度は、導光路５８が中空の場合には１４３℃、ＺｎＯを充填した場合には１３７℃、サファイアを充填した場合には１３８℃、石英ガラスを充填した場合は１４１℃であった。熱伝導部５７の温度は、いずれの場合においても１０５℃であった。バインダにガラスを用いた場合には、波長変換部５４の温度は、導光路５８に透明材料を充填することにより中空の場合と比べて２℃〜６℃程度低くなった。導光路５８に熱伝導率が大きい材料を充填した方が、波長変換部５４の温度をより低く抑えることができた。
【０１３７】
バインダとしてＺｎＯを用いた波長変換部５４の温度は、導光路５８が中空の場合には１１８℃、ＺｎＯを充填した場合には１１６℃、サファイアを充填した場合には１１７℃、石英ガラスを充填した場合は１１７℃であった。熱伝導部５７の温度は、いずれの場合においても１０５℃であった。バインダにガラスよりも熱伝導率が大きいＺｎＯを用いた場合には、導光路５８が中空の場合においても、バインダがガラスである場合と比べて、波長変換部５４の温度を２５℃程度低くすることができた。導光路５８に透明材料を充填することにより、導光路が中空の場合と比べて波長変換部５４の温度をさらに１℃〜２℃低くすることができた。
【０１３８】
表１にシミュレーションの結果をまとめて示す。
【０１３９】
【表１】
0005970661.tif 000002
【０１４０】
（実施例２）
図８と同様の波長変換部材において、波長変換部５４の大きさを一定とし、熱伝導部５７の大きさを変化させ、波長変換部５４及び熱伝導部５７の温度をシミュレーションにより求めた。図１２にシミュレーションの結果を示す。図１２において横軸は、熱伝導部５７の後方面Ｓ１の面積ＡＳ１を波長変換部５４の前方面Ｓ２の面積ＡＳ２で割った面積比ＡＳ１／ＡＳ２であり、縦軸は波長変換部５４又は熱伝導部５７の温度である。なお、波長変換部５４はバインダをＺｎＯとし、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ×高さ０．１ｍｍとした。熱伝導部５７はアルミニウムとし、厚さは３ｍｍとした。導光路５８は直径０．３ｍｍ×高さ２．９ｍｍとし、ＺｎＯを充填した。
【０１４１】
熱伝導部５７の後方面Ｓ１の面積ＡＳ１を波長変換部５４の前方面Ｓ２の面積ＡＳ２で割った面積比ＡＳ１／ＡＳ２の値が７８、３１３、１２５０、２８１３及び５０００である場合において、波長変換部５４の温度は、それぞれ３８３℃、２２４℃、１１６℃、８０℃及び６４℃であった。また、熱伝導部５７の温度は、それぞれ３７３℃、２１４℃、１０５℃、７０℃及び５４℃であった。面積比ＡＳ１／ＡＳ２の値を大きくすることにより波長変換部５４及び熱伝導部５７の温度を低く抑えることができる。面積比ＡＳ１／ＡＳ２の値を２８００以上とすることにより波長変換部５４及び熱伝導部５７の温度をより低く抑えることができる。面積比ＡＳ１／ＡＳ２の値を５０００以上とすることにより、波長変換部５４及び熱伝導部５７の温度をさらに低く抑えることができる。
【０１４２】
（実施例３）
図１３は、実施例３の波長変換部材の概略構成を示す。本実施例の波長変換部材は、Ａｌ製の熱浴である熱伝導部６７層と、熱伝導部６７に設けられた凹部に埋め込まれた波長変換部６４と、熱伝導部６７を貫通し波長変換部６４と光学的に結合する導光路６８とを備えている。熱伝導部６７は、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ３ｍｍの直方体である。熱伝導部６７の前方面及び後方面の外形は、それぞれ縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの正方形である。波長変換部６４は、前方面の最大幅ｄ１が後方面の最大幅ｄ２よりも大きいテーパ形状を有する。波長変換部６４の前方面の最大幅ｄ１と後方面の最大幅ｄ２との比ｄ２／ｄ１をテーパ比とする。
【０１４３】
レーザ光を導光路６８から波長変換部６４に照射した場合の光出力を、波長変換部６４のテーパ比ｄ２／ｄ１の値を変えて光学シミュレーションにより解析した。前方面の最大幅ｄ１を一定とし、後方面の最大幅ｄ２を変化させることによりテーパ比ｄ２／ｄ１の値を変化させた。光学シミュレーションは、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社製光線追跡ソフトＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ  Ｖｅｒ．８．０．０を使用した。シミュレーションに際しては、計算のため導光路６８の外端部に波長４４５ｎｍの光源を配置し、波長変換部材全体を覆うようにファーフィールド受光器を配置した。モンテカルロ法によって５０万本の光線を出射して、光源からの光の一部が波長変換部５４で長波長に変換され受光器に入射するまでを追跡した。ファーフィールド受光器に入射した４２０ｎｍ〜８００ｎｍまでのスペクトルの全エネルギーの積分値を各テーパ比毎に計算し、相対比較を行った。
【０１４４】
図１４は、テーパ比と相対光出力との関係を示すグラフである。ｄ１とｄ２とが同じ幅の場合、即ちテーパ比ｄ２／ｄ１＝１のときの光出力を１００％とし、それぞれのテーパ比における光出力をプロットした。図１４から明らかなように、テーパ比の値を小さくして、波長変換部６４の側面の角度を前方側に傾けるほど光出力が増加した。波長変換部６４内部で蛍光体粒子によって散乱された光の一部は、波長変換部６４の側面に向かう。波長変換部６４の側面の傾きが大きいほど、入射した光を前方方向に反射させる効果が大きくなる。このため、波長変換部６４内部からの光取出しが増加したと考えられる。このように、波長変換部５４の側面にテーパを設けることにより光出力を向上させることが可能である。
【０１４５】
（実施例４）
以下、実施例について説明する。図２２は、実施例４の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。本実施例の波長変換部材は、可視光領域において透明な熱浴である熱伝導層１９４と、熱伝導層１９４上に設けられた波長変換層を備え、波長変換層は、サファイア単結晶基板１９１と、サファイア単結晶基板１９１上に設けられた蛍光体層１９２とを備える。蛍光体層１９２では、蛍光体としてＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（以下、ＹＡＧ）を用い、バインダとしてガラスを用いる。蛍光体層１９２は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ×高さ０．１ｍｍ＝０．０３２ｍｍ３の直方体である。蛍光体層１９２の表面は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ＝０．３２ｍｍ２の長方形である。蛍光体層１９２は、熱伝導率７．７５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、輻射率０．９、熱伝達係数１×１０−５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。
【０１４６】
サファイア単結晶基板１９１は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ×高さ０．３３ｍｍ≒０．１１ｍｍ３の直方体である。サファイア単結晶基板１９１の表面は、縦０．４ｍｍ×横０．８ｍｍ＝０．３２ｍｍ２の長方形である。サファイア単結晶基板１９１は、２０℃における熱伝導率が４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１００℃における熱伝導率が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、輻射率０．０２、熱伝達係数１×１０−５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。熱伝導層１９４は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍ×高さ５ｍｍの直方体である。熱伝導層１９４の表面及び裏面は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍの正方形である。熱伝導層１９４は、熱伝導率４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、輻射率０．０２、熱伝達係数１×１０−５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。
【０１４７】
この波長変換部材を入射パワー５Ｗのレーザ光で熱伝導層１９４側から照射した場合の熱特性を、熱伝導層１９４の縦及び横の長さＬを変えてシミュレーション解析した。本シミュレーションでは、全てヘキサゴナルメッシュで界面の節点を共有した（図２３参照）。図２４に示すように、熱は、半導体発光素子により照射される部分から周囲に広がる。
【０１４８】
図２５は、熱伝導層１９４のサイズと、温度との関係を示すグラフである。熱伝導層１９４の表面サイズが２５、１００、４００、９００、１６００及び３６００ｍｍ２の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、８８１、４３３、２０８、１４５、１１５及び９３℃である。また、熱伝導層１９４の表面サイズが２５、１００、４００、９００、１６００及び３６００ｍｍ２の場合、熱伝導層１９４の温度は、それぞれ、８１５、３６７、１４０、８１、５７及び３８℃である。熱伝導層１９４の表面サイズを９００ｍｍ２以上とすることにより、蛍光体層１９２及び熱伝導層１９４の温度を著しく低減することができる。
【０１４９】
図２６は、熱伝導層１９４と蛍光体層１９２との面積比と、温度との関係を示すグラフである。熱伝導層１９４の表面サイズを蛍光体層１９２の表面サイズで割った値Ｓｈｂ／Ｓｐが７８、３１３、１２５０、２８１３、５０００及び１１２５０の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、８８１、４３３、２０８、１４５、１１５及び９３℃である。また、Ｓｈｂ／Ｓｐが７８、３１３、１２５０、２８１３、５０００及び１１２５０の場合、熱伝導層１９４の温度は、それぞれ、８１５、３６７、１４０、８１、５７及び３８℃である。Ｓｈｂ／Ｓｐを２８００以上とすることにより、蛍光体層１９２及び熱伝導層１９４の温度を著しく低減することができる。
【０１５０】
（実施例５）
図２７は、実施例５の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。実施例４と同一の構成については同一の符号を付している。本実施例の波長変換部材は、Ａｌ製の熱浴である熱伝導層２０４と、熱伝導層２０４上に設けられた波長変換層を備え、波長変換層は、サファイア単結晶基板１９１と、サファイア単結晶基板１９１上に設けられた蛍光体層である蛍光体層１９２とを備える。熱伝導層２０４は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍ×高さ５ｍｍの直方体である。熱伝導層２０４の表面及び裏面は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍの正方形である。熱伝導層２０４は、熱伝導率２３７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、輻射率０．７、熱伝達係数１×１０−５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。
【０１５１】
この波長変換部材を入射パワー５Ｗのレーザ光で蛍光体層１９２側から照射した場合の熱特性を、熱伝導層２０４の縦及び横の長さＬを変えてシミュレーション解析した。
【０１５２】
図２８は、熱伝導層２０４のサイズと温度との関係を示すグラフである。熱伝導層２０４の表面サイズＳｈｂが２５、２２５、９００、１６００及び２５００ｍｍ２の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、４８８、２６０、１８１、１６０及び１４９℃である。また、熱伝導層１９４の表面サイズＳｈｂが２５、２２５、９００、１６００及び２５００ｍｍ２の場合、熱伝導層２０４の温度は、それぞれ、３６５、１３７、６２、４７及び３９℃である。熱伝導層２０４の表面サイズを２２５ｍｍ２以上とすることにより、蛍光体層１９２及び熱伝導層２０４の温度を著しく低減することができる。
【０１５３】
図２９は、熱伝導層２０４と蛍光体層１９２との面積比と温度との関係を示すグラフである。熱伝導層２０４の表面サイズを蛍光体層１９２の表面サイズで割った値Ｓｈｂ／Ｓｐが７８、７０３、２８１３、５０００及び７８１３の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、４８８、２６０、１８１、１６０及び１４９℃である。また、Ｓｈｂ／Ｓｐが７８、７０３、２８１３、５０００及び７８１３の場合、熱伝導層２０４の温度は、それぞれ、３６５、１３７、６２、４７及び３９℃である。Ｓｈｂ／Ｓｐを７００以上とすることにより、蛍光体層１９２及び熱伝導層２０４の温度を著しく低減することができる。
【０１５４】
（実施例６）
図３０は、実施例６の波長変換部材の概略構成を示す構成図である。実施例５と同一の構成については同一の符号を付している。本実施例の波長変換部材は、Ａｌ製の熱浴である熱伝導層２１４と、熱伝導層２１４上に設けられた波長変換層を備え、波長変換層は、サファイア基板２１１と、サファイア基板２１１上に設けられた蛍光体層である蛍光体層１９２とを備える。
【０１５５】
サファイア基板２１１は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍ×高さ０．３３ｍｍの直方体である。サファイア基板２１１の表面は、縦Ｌｍｍ×横Ｌｍｍ＝Ｌ２ｍｍ２の正方形である。サファイア基板２１１は、２０℃における熱伝導率が４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１００℃における熱伝導率が２５Ｗ／ｍ℃、輻射率０．０２、熱伝達係数１×１０−５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。熱伝導層２１４は、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×高さ５ｍｍの直方体である。熱伝導層２１４の表面及び裏面は、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの正方形である。熱伝導層２１４は、熱伝導率２３７．５Ｗ／ｍ℃、輻射率０．７、熱伝達係数１×１０−５Ｗ／（ｍｍ２・℃）である。
【０１５６】
この波長変換部材を入射パワー５Ｗのレーザ光で蛍光体層１９２側から照射した場合の熱特性を、サファイア基板２１１の縦及び横の長さＬを変えてシミュレーション解析した。本シミュレーションでは、全てヘキサゴナルメッシュで界面の節点を共有した（図３１参照）。図３２に示すように、熱は、半導体発光素子により照射される部分から周囲に広がる。
【０１５７】
図３３は、サファイア基板２１１のサイズと温度との関係を示すグラフである。サファイア基板２１１の表面サイズが０．３２、０．５、１、９及び２５ｍｍ２の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、１８１、１６６、１５６、１５３及び１５２℃である。また、サファイア基板２１１の表面サイズが０．３２、０．５、１、９及び２５ｍｍ２の場合、熱伝導層２１４の温度は、いずれも全て６２℃である。サファイア基板２１１の表面サイズを１ｍｍ２以上とすることにより、蛍光体層１９２の温度を著しく低減することができる。
【０１５８】
図３４は、熱伝導層２１４とサファイア基板２１１との面積比Ｓｓａｐ／Ｓｐｈｏｓと温度との関係を示すグラフである。Ｓｓａｐ／Ｓｐｈｏｓが１．０、１．６、３．１、２８．１及び７８．１の場合、蛍光体層１９２の温度は、それぞれ、１８１、１６６、１５６、１５３及び１５２℃である。また、Ｓｓａｐ／Ｓｐｈｏｓが１．０、１．６、３．１、２８．１及び７８．１の場合、熱伝導層２１４の温度は、いずれも全て６２℃である。Ｓｓａｐ／Ｓｐｈｏｓを３．１以上とすることにより、蛍光体層１９２の温度を著しく低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本開示の波長変換部材は、例えば、特殊照明、ヘッドアップディスプレイ、プロジェクタ及び車両用ヘッドランプなどの光源に用いることができる。
【符号の説明】
【０１６０】
１０Ａ    波長変換部材
１０Ｂ    波長変換部材
１０Ｃ    波長変換部材
１０Ｄ    波長変換部材
１０Ｅ    波長変換部材
１１      半導体発光素子
１２      入射光学系
１４      波長変換部
１５      蛍光体粉体
１６      バインダ
１７      熱伝導部
１８      導光路
１９Ａ    ダイクロイックミラー
１９Ｂ    ダイクロイックミラー
２０    光源
３０      ランプ
３１      ミラー
３１ａ    光透過部
４０Ａ    ランプ
５４      波長変換部
５７      熱伝導部
５８      導光路
６４      波長変換部
６７      熱伝導部
６８      導光路
８０      車両
８１      ランプ
８２      電力供給源
８３      発電機
１１０      光源
１１１      半導体発光素子
１１２      入射光学系
１１３      波長変換部材
１１４      波長変換層
１１４ａ    蛍光体層
１１５      蛍光体粉体
１１６      バインダー
１１７      熱伝導層
１２０      光源
１２１      半導体発光素子
１２２      入射光学系
１２３      波長変換部材
１２４      波長変換層
１３０      光源
１３１      熱伝導層
１３２      サファイア単結晶基板
１３３      波長変換部材
１３４      入射光学系
１４０      光源
１４２      サファイア単結晶基板
１４３      波長変換部材
１５０      車両用ヘッドランプ
１５２      反射ミラー
１５３      波長カットフィルター
１６０      車両用ヘッドランプ
１７０      車両
１７２      電力供給源
１７３      発電機
１９１      サファイア単結晶基板
１９２      蛍光体層
１９４      熱伝導層
２０４      熱伝導層
２１１      サファイア基板
２１４      熱伝導層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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