(57)【要約】【課題】導光部の出射端部を波長変換部材に近づけた場合における波長変換部材の劣化の抑制効果を向上させる。【解決手段】透光性を有する材料を母材とする材料で形成された光伝搬部を伝搬した光を出射する導光部（５）と、波長変換部材（６）と、を備え、上記光伝搬部の光出射側の端部である先端部（５ａ）は、光の進行方向に垂直な断面の直径が波長変換部材（６）の側に近づくにつれて単調に増加する構造を有している。【選択図】図１
2015122447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する材料を母材とする材料で形成された光伝搬部を有し、当該光伝搬部を伝搬した光を出射する導光部と、
上記導光部から出射される光の波長を変換する波長変換部材と、を備え、
上記光伝搬部の光出射側の端部である出射端部は、光の進行方向に垂直な断面の直径が上記波長変換部材の側に近づくにつれて単調に増加する構造を有していることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上記出射端部の端面は、上記波長変換部材に接触し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】
上記出射端部は、上記波長変換部材の光が照射される光照射側の面の側から上記波長変換部材の内部に向けて挿入さ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４】
上記波長変換部材の母材と、上記導光部の母材とが同じ材料であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
光反射性を有し、上記導光部を被覆する被覆部を備えることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
上記導光部の上記出射端部の側の端面は、上記波長変換部材の側に突出する凸面で構成されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
上記導光部の上記出射端部の側の端面に透光性を有する熱伝導性部材が設けら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８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の発光装置と、
上記波長変換部材から出射される光を反射する光反射凹面を有する反射鏡と、を備えており、
上記波長変換部材の光が照射される光照射側の面は、上記光反射凹面の焦点付近の底部に接合されていることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換部材に照射することによって発生する波長変換光を照明光として用いる発光装置および該発光装置を備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、励起光源として半導体レーザ（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発生した励起光を、波長変換部材に照射することによって発生する波長変換光を照明光として用いる発光装置の研究が盛んになってきている。
【０００３】
このような発光装置の一例として特許文献１に開示された光源装置がある。この装置は、図７の（ａ）に示すように、ライトガイドで導光した励起光を射出する部分であるライトガイド射出端部および凹レンズ等の励起光発散手段と、波長変換部材と、の距離や、励起光発散手段の有効領域および波長変換部材の波長変換領域の範囲などを最適化することで、励起光の利用効率を高くしている。
【０００４】
また、別の例として特許文献２に開示された半導体発光装置がある。この装置では、図７の（ｂ）に示すように、キャップ本体上面のほぼ中央であって、キャップ本体の内外と貫通した開口が形成され、該開口の壁面が傾斜部を為している。この開口の開口幅は、入光部から光の進行方向にしたがって大きくなるテーパー状を為しており、ＬＤ素子からの出射光を半導体発光装置の外へ効率よく出射させるようになっている。
【０００５】
また、さらに別の例として特許文献３に開示された発光装置がある。この装置では、図７の（ｃ）に示すように、ライトガイドとライトガイド先端部材の少なくとも一部とが、波長変換部材に被覆されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８１９５７号公報（２０１０年４月１５日公開）
【特許文献２】特開２００８−１５３６１７号公報（２００８年７月３日公開）
【特許文献３】特開２００６−２５３０９９号公報（２００６年９月２１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような従来技術には以下のような問題点がある。例えば、特許文献１に記載の装置では、ライトガイド射出端部と波長変換部材との間は、テーパーのついた保持部材に囲まれた、空気や凹レンズなどのライトガイドとは別の光学媒体が存在する空間となっている。よって、波長変換部材とライトガイド射出端部との間に凹レンズや空気などの別の光学媒体が存在していること等に起因して波長変換部材に対する励起光の照射効率が低下してしまうという問題点がある。また、特許文献２に記載の装置では、励起光を出射するＬＤ素子と波長変換部材との間の距離が離れており、空気が存在する領域などが存在するため、励起光の波長変換部材に対する入射効率（または照射効率）が低下してしまうという問題点がある。以上のような問題点を解決するためには、ライトガイド射出端部やＬＤ素子を、波長変換部材にできるだけ近づけることが好ましい。しかしながら、これらの文献の技術では、ライトガイドやＬＤ素子の発光点の断面の直径が、波長変換部材のサイズと比較してかなり小さいため、ライトガイド射出端部やＬＤ素子を、波長変換部材にそのまま近づけると、波長変換部材の一部分に励起光が集中し、波長変換部材の劣化を招く可能性がある。
【０００８】
次に、特許文献３には、ライトガイド先端部材と波長変換部材との接触面積を増加させるためにライトガイド先端部材の端面の面積を大きくする点が記載されている。しかしながら、同文献に記載の装置では、ライトガイドの光が出射される出射端部は、光の進行方向に垂直なライトガイドの断面の直径が、波長変換部材のサイズと比較してかなり小さいまま波長変換部材に接続されているため、波長変換部材の一部分に励起光が集中し、波長変換部材の劣化を招く可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたものであって、その目的は、導光部の出射端部を波長変換部材に近づけた場合における波長変換部材の劣化の抑制効果を向上させることができる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置は、透光性を有する材料を母材とする材料で形成された光伝搬部を有し、当該光伝搬部を伝搬した光を出射する導光部と、上記導光部から出射される光の波長を変換する波長変換部材と、を備え、上記光伝搬部の光出射側の端部である出射端部は、光の進行方向に垂直な断面の直径が上記波長変換部材の側に近づくにつれて単調に増加する構造を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、導光部の出射端部を波長変換部材に近づけた場合における波長変換部材の劣化の抑制効果を向上させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る発光装置の構造を示す断面図である。
【図２】比較例に係る発光装置の構造を示す図であり、（ａ）は、比較例１に係る発光装置の構造を示す断面図であり、（ｂ）は、比較例２に係る発光装置の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る発光装置の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る発光装置の構造、および上記発光装置の光学的特性を示す図であり、（ａ）は、上記発光装置の構造を示す断面図であり、（ｂ）は、上記発光装置に関し、励起光源の光出力と、上記発光装置から出力される光の全光束との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態４に係る発光装置の構造、および本発明の実施形態１、３および４に係る発光装置の光学的特性を示す図であり、（ａ）は、上記実施形態４に係る発光装置の構造を示す断面図であり、（ｂ）は、上記実施形態１、３および４に係る発光装置に関し、励起光源の光出力と、これらの発光装置から出力される全光束との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態５およびその変形例に係る照明装置の構造を示す図であり、（ａ）は、上記実施形態５に係る照明装置の構造を示す断面図であり、（ｂ）は、上記変形例に係る照明装置の構造を示す断面図である。
【図７】従来の発光装置の構造を示す図であり、（ａ）は、従来の発光装置の一例の構造を示す断面図であり、（ｂ）は、別の例の構造を示す断面図であり、（ｃ）および（ｄ）は、さらに別の例の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を具現化する実施の形態について図１〜図６に基づいて説明すれば以下の通りである。以下、特定の実施形態で説明する構成以外の構成については、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の実施形態で説明されている場合は、その構成と同じである。また、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００１４】
〔実施形態１：発光装置１０〕
まず、図１に基づき、本発明の実施形態１に係る発光装置（照明装置）１０の構造について説明する。図１は、発光装置１０の構造を示す断面図である。本実施形態の発光装置１０は、励起光源として半導体レーザ（ＬＤ）を用い、この励起光源から発生した励起光（レーザ光）を、波長変換部材に照射することによって発生する波長変換光（蛍光）を照明光として用いる発光装置である。図１に示すように、発光装置１０は、励起光源１、光ファイバ２、被覆部４、導光部５、波長変換部材６、およびリフレクター（反射鏡）７を備える。
【００１５】
（励起光源１）
励起光源１は、励起光を発生させる装置であり、ＬＤを少なくとも１つ備えている。ＬＤ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ＬＤを用いる方が容易である。本実施形態のＬＤの発振波長は、４４０ｎｍ以上〜４６０ｎｍ以下（青色領域）の波長範囲の波長であるが、これに限定されない。例えば、ＬＤの発振波長は、３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下（近紫外領域から青紫色領域）の波長範囲の波長でも良く、近紫外領域から青色領域（３５０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下）の波長範囲に発光ピーク波長を有するものであれば良い。また、本実施形態のＬＤの光出力は１．２Ｗであり、動作電圧は４．７Ｖ、動作電流は０．８Ａである。
【００１６】
なお、本実施形態の励起光源１は、ＬＤから構成されているが、励起光源１は、ＬＤ以外の光源から構成されていても良い。ＬＤの代わりに、高出力のＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップを用いても良い。
【００１７】
（光ファイバ２）
光ファイバ２は、励起光源１から出力される励起光を導光部５へと導く導光部材である。励起光源１は、光ファイバ２を介して導光部５に光学的に接続されている。光ファイバ２の母材は石英ガラス（酸化ケイ素酸；屈折率１．４５〜１．４８）であり、必要に応じてドーパントが添加される。光ファイバ２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。コアの屈折率は、１．４６３〜１．４６７であり、クラッドの屈折率は、１．４５〜１．４６である。また、本実施形態の光ファイバ２は、コアの径が１１４μｍ、クラッドの径が１２５μｍ、開口数ＮＡ（Numerical Aperture）が０．２０の構造を有しているが、光ファイバ２の構造は上述のものに限定されない。
【００１８】
また、本実施形態の光ファイバ２の光の進行方向に対して垂直な断面の形状は円形であるが断面の形状はこれに限定されない。例えば、断面の形状は矩形などであっても良い。なお、本実施形態の発光装置１０では、光ファイバ２により、波長変換部材６と励起光源１（半導体レーザ）との間の距離が離れている。これにより波長変換部材６と励起光源１での発熱を分離できるので、波長変換部材６は、励起光源１の発熱の影響を受けなくて済む。これにより、励起光源１を除く発光装置１０全体の大きさを小さくすることができる。
【００１９】
（被覆部４，導光部５）
導光部５は、中芯にコア（光伝搬部）５ｂを有し、光ファイバ２から受け取った励起光を導光部５の先端部（出射端部，光伝搬部）５ａに導光する導光部材である。先端部５ａは、コア５ｂと光学的に接続されている。導光部５は、透光性を有する材料を母材（例えば、石英ガラス）とする材料で構成されており、母材には必要に応じてドーパントが添加される。なお、導光部５の母材は、石英などの無機ガラス以外の樹脂材料などであっても良いが、該樹脂材料などと波長変換部材６との屈折率差はできるだけ小さくすることが好ましい。また、導光部５は、中芯のコア５ｂを、当該コア５ｂよりも屈折率の低いクラッド５ｃで覆った２層構造をしている。上述した光ファイバ２と同様に、コア５ｂの屈折率は、１．４６３〜１．４６７であり、クラッド５ｃの屈折率は、１．４５〜１．４６である。先端部５ａは、導光部５のコア５ｂで導光した励起光が出射される部分であり、その屈折率は、１．４６３〜１．４６７である。
【００２０】
図１に示すように、この先端部５ａは、光の進行方向に垂直な断面の直径が波長変換部材６の側に近づくにつれて単調に増加する構造（リフレクター構造）を有している。このため、先端部５ａに導光される光のスポット径を拡大することができる。これにより、先端部５ａを波長変換部材６に近づけても、波長変換部材６の一部の狭い範囲に部分的に励起光の強度が集中することを抑制できるので、波長変換部材６の劣化を抑制することができる。以上により、先端部５ａを波長変換部材６に近づけた場合における波長変換部材６の劣化の抑制効果を向上させることができる。
【００２１】
次に、例えば、図２の（ａ）に示す比較例１のような構造の発光装置では、励起光を波長変換部材に照射しても、励起光の一部は波長変換部材に反射されて照明光の進行方向の後方に戻ってしまい、発光装置としての発光効率が低下してしまうという問題点がある。また、比較例１の発光装置では、波長変換部材中の蛍光体からの蛍光も、照明光の進行方向の前方だけでなく後方へも進むため、発光装置としての光の取り出し効率が低下してしまうという問題点もある。
【００２２】
一方、本実施形態の発光装置１０では、上述した先端部５ａのリフレクター構造と、被覆部４および導光部５間の界面が鏡面となること、とを組合せることによって、導光部５側に戻ってきた波長変換光（蛍光）および励起光を反射し、発光装置１０の照明光の進行方向の前方へ出射させ易くしている。このため、発光装置としての発光効率および光の取り出し効率を向上させることができる。
【００２３】
次に、図１に示すように本実施形態の先端部５ａの側の端面（導光部端面ＳＵＦ３）は、波長変換部材６の励起光が照射される光照射側の面（発光部表面ＳＵＦ２）に近接させている。このため、波長変換部材６と先端部５ａとの間の距離が離れていること、もしくは波長変換部材と出射端部との間に別の光学系などが存在することに起因する励起光の照射効率（または入射効率）の低下を抑制することができる。より具体的には、本実施形態の先端部５ａの導光部端面ＳＵＦ３は、波長変換部材６の発光部表面ＳＵＦ２に接触させている。または、先端部５ａは、波長変換部材６の発光部表面ＳＵＦ２の側から波長変換部材６の内部に向けて挿入されている。これにより、波長変換部材６（発光部表面ＳＵＦ２）と先端部５ａ（導光部端面ＳＵＦ３）との界面での光のロスを低減させている。
【００２４】
次に、被覆部４は、導光部５の光軸方向に沿う側面の周囲を被覆するものである。被覆部４の材質は、熱伝導性が高く、光反射性の良い材料が好ましく、例えば、Ａｌ等の金属材料を例示することができる。これにより導光部５の光軸方向に沿う側面の周囲を後述するヒートシンク９に熱的に接続して放熱性を高めることができる。また、被覆部４で導光部６を被覆することにより、被覆部４と導光部５との界面（被覆部表面ＳＵＦ１）が鏡の役割を果たし、波長変換部材６からの戻り光（励起光または波長変換光）を再度波長変換部材６へ入射させ易くなる。
【００２５】
（波長変換部材６）
波長変換部材６は、入射光（励起光）の波長を変換し、入射光とは異なる波長を有する光を出射する部材である。本実施形態の波長変換部材６は、蛍光体を封止剤（または保持部材）で封止したものである。本実施形態では、黄色〜橙色に発光するＣａ−α‐ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体（サイアロン蛍光体）を用いている。
【００２６】
α−サイアロンは、高硬度、高強度、耐熱性に優れるため、高温構造材料として研究されてきた材料である。この結晶はα−窒化ケイ素と同じ結晶構造をもつ固溶体であり、一般式Ｓｉ１２−（ｍ＋ｎ）Ａｌ（ｍ＋ｎ）ＯｎＮ１６−ｎ（ｍ＋ｎ＜１２，０＜ｍ ，ｎ＜１１；ｍ ，ｎは整数）で表される２８原子からなる単位構造の中に２箇所の空隙があり、ここに各種金属を侵入固溶させることが可能である。希土類元素を固溶させることで蛍光体になる。カルシウム（Ｃａ）とユーロピウム（Ｅｕ）とを固溶させると、最も一般的に用いられている黄色発光蛍光体（以下、単に「黄色蛍光体」という）であるＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体よりも長波長の黄色から橙色の範囲で発光する特性の良いＣａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体が得られる。この橙色発光と励起光源１から出射されるレーザ光の青色との混色で白色光（疑似白色）が出力され、良質な電球色の発光が得られる。
【００２７】
波長変換部材６の形状は特に限定されないが、例えば円盤状のものを用いることができる。本実施例では、厚み０．５〜３ｍｍの円盤状のものを用いた。封止剤（波長変換部材６の母材）に対する蛍光体の混合量は、発光装置としての色温度が概３０００Ｋとなるように混合量を調整した。
【００２８】
封止剤（波長変換部材６の母材）は、有機成分を含まない石英ガラス（酸化ケイ素；屈折率１．４５〜１．４８）などの無機ガラスであることが好ましいが、極端に高出力・高光密度での励起光を用いないのであれば、シリコーン樹脂などの樹脂や、有機ハイブリッドガラスであっても良い。
【００２９】
なお、波長変換部材６の劣化は、波長変換部材６に含まれる蛍光体の封止剤（例えば、シリコーン樹脂）の劣化が主たる原因であると考えられる。すなわち、上記のサイアロン蛍光体は、レーザ光が照射されると６０〜８０％の効率で蛍光を発生させるが、残りは熱となって放出される。この熱によって封止剤が劣化すると考えられる。従って、封止剤としては、熱耐性の高い封止剤が好ましい。また、導光部５と波長変換部材６との屈折率差を小さくするためには、導光部５の母材と、封止剤とを同じ材料とすることが好ましい。そこで、本実施形態の波長変換部材６では、熱耐性が高く、かつ導光部５の母材と同じ材料である石英ガラスを封止剤として用いている。これにより、波長変換部材６の耐熱性を高くするとともに、導光部５と波長変換部材６との屈折率差を小さくでき、波長変換部材６と導光部５との界面での光のロスを低減させることができる。以上により、波長変換部材６の劣化および波長変換部材６に対する励起光の照射効率の低下を抑制することができる。
【００３０】
次に、一般に、照明光として用いられる白色（または擬似白色）光は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）の３種類の色の混色、または補色の関係を満たす２種類の色の混色などで実現できる。例えば、波長変換部材６に含まれる蛍光体が発する蛍光の色と、励起光源１から出射されるレーザ光の色との混色で、白色（または擬似白色）光を実現できる。より具体的には、本実施形態の発光装置１０は、上述した波長変換部材６に含まれる黄色蛍光体から出射される蛍光の黄色、および励起光源１から出射されるレーザ光の青色との混色で、白色光（疑似白色）が出力されるようにしている。上述したように、本実施形態では、黄色蛍光体として、α‐ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体を用いているが蛍光体の種類はこれに限定されない。
【００３１】
例えば、波長変換部材６は、青色発光蛍光体（以下、単に「青色蛍光体」という）、緑色発光蛍光体（以下、単に「緑色蛍光体」という）、および赤色発光蛍光体（以下、単に「赤色蛍光体」という）が、封止剤の中に分散されたものであっても良い。波長変換部材６に含まれる蛍光体として、緑色蛍光体、および赤色蛍光体を使用した場合は、励起光源１から出射されるレーザ光の青色との混色で、白色光が出力される。この場合の方が演色性の高い白色光が得られる。
【００３２】
また、励起光源１に近紫外領域から青紫色領域（３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下）のレーザ光を用いてもよく、この場合の波長変換部材６に含まれる蛍光体として、青色蛍光体、緑色蛍光体、および赤色蛍光体を使用することにより、励起光源１から出射されるレーザ光の青紫色との混色で、白色光が出力される。この場合の方がさらに演色性の高い良質な白色光が得られる。
【００３３】
また、本実施形態の波長変換部材６の光が照射される光照射側の面（発光部表面ＳＵＦ２）は、後述するリフレクター７の光反射凹面の焦点付近の底部に接合されている。このため、波長変換部材６は、リフレクター７の光反射凹面の底部付近において光反射凹面の形状に沿って円盤状の形状（または底部を封止する形状）を為している。以上により波長変換部材６とリフレクター７とが一体化されるため、波長変換部材６からの光の取り出し効率を高めることができる。
【００３４】
（リフレクター７）
リフレクター７は、波長変換部材６が出射した波長変換光（蛍光）の一部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、リフレクター７は、波長変換部材６からの蛍光を反射することにより、発光装置１０の前方（光軸方向）へ進む光線束を形成する。このリフレクター７は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状（カップ状曲面）の部材であり、光を反射する光反射凹面を有し、反射した蛍光（照明光）の進行方向に開口している。
【００３５】
〈発光装置１０の効果〉
ここで、本実施形態の発光装置１０の効果を検証するため、比較例の発光装置を試作し、発光装置１０が奏する効果と、比較例の発光装置が奏する効果と、を比較したので、以下、その比較結果について説明する。
【００３６】
図２の（ａ）に示す比較例１の発光装置は、発光装置１０と比較して、ＬＤ素子と波長変換部材との間に導光部材が存在していない点で異なっている。このため、比較例１の発光装置では、発光装置１０における、先端部５ａがリフレクター構造となっている点、導光部５と波長変換部材６との屈折率差が小さい点、および先端部５ａが、波長変換部材６に接触している、または波長変換部材６に挿入されている点、から得られるメリットは享受できない。
【００３７】
一方、図２の（ｂ）に示す比較例２の発光装置は、発光装置１０と比較して、先端部５ａがリフレクター構造となっていない点が異なっている。すなわち、比較例２の発光装置では、発光装置１０における、先端部５ａがリフレクター構造となっている点から得られるメリットは享受できない。
【００３８】
以下の表１に、比較例１の発光装置から出射される照明光の全光束を基準として、実施形態１の発光装置１０から出射される照明光の全光束を比較した結果、および比較例２の発光装置から出射される照明光の全光束を基準として、実施形態１の発光装置１０から出射される照明光の全光束を比較した結果を示す。なお、励起光源であるＬＤの光出力は同出力とした。実施形態１は、比較例１に比べて、全光束は１．５倍に向上した。また、実施形態１は、比較例２に比べて、全光束は１．３倍に向上した。この比較結果より、先端部５ａをリフレクター構造とすることで照明光の全光束を顕著に向上させることができることが分かる。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
〈従来技術の問題点と発光装置１０の効果との関係〉
上述した特許文献１に記載の光源装置〔図７の（ａ）参照〕では、波長変換部材の蛍光体を封止する封止剤は、シリコーン樹脂（屈折率は１．４）である。このため、ライトガイド射出端部と波長変換部材との間に、励起光発散手段としての凹レンズを備えていても、励起光の光出力（パワー）を上げれば、封止剤がすぐに劣化してしまうという問題点がある。しかしながら、本実施形態の発光装置１０では、上述したように、波長変換部材６における蛍光体の封止剤は、石英ガラスである。また、蛍光体は酸窒化物系蛍光体である。このため、レーザ光の光出力を上げても劣化しにくい。
【００４１】
次に、特許文献１に記載の光源装置では、ライトガイド出射端部と波長変換部材との間は、テーパーのついた保持部材に囲まれた空間となっている。このため、波長変換部材とライトガイド出射端部との間に凹レンズや空気が存在すること、ライトガイド射出端部、空気および波長変換部材（シリコーン樹脂；屈折率１．４）のそれぞれの屈折率差が有意な大きさをもつこと、ライトガイド射出端部と波長変換部材との間の距離が離れていること等に起因して波長変換部材に対する励起光の照射効率が低下してしまうという問題点がある。また、上述した特許文献２に記載の半導体光源装置〔図７の（ｂ）参照〕では、励起光を出射するＬＤ素子と、波長変換部材との間の距離が離れており、空気や波長変換部材が存在している領域などの屈折率が大きく異なる領域（≧１．４）が存在するため、励起光の波長変換部材への入射効率が低いという問題点がある。さらに上述した特許文献３に記載の発光装置〔図７の（ｃ）参照〕では、波長変換部材の蛍光体を封止する封止剤は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、およびガラス等の無機材料が例示されているものの、導光部５と波長変換部６との屈折率差については何も言及されていない。
【００４２】
一方、本実施形態の発光装置１０では、導光部５の母材と、波長変換部材６の蛍光体の封止剤の材料を同じ石英（酸化ケイ素）とすることで、波長変換部材６と導光部５の屈折率差を小さくしているので、該屈折率差が有意な大きさであることに起因する照射効率の低下を抑制することができる。また、本実施形態の発光装置１０では、先端部５ａの導光部端面ＳＵＦ３を、波長変換部材６の発光部表面ＳＵＦ２に接触させるか、または、先端部５ａを波長変換部材６の発光部表面ＳＵＦ２から波長変換部材６の内部へ挿入させている。このため、波長変換部材６と先端部５ａとの界面での光のロスを低減させることができる。
【００４３】
次に、上述した特許文献２に記載の半導体発光装置〔図７（ｂ）参照〕では、開口の傾斜部の入光部とＬＤ素子との間の距離が離れているため、入光部を超えてＬＤ素子側へ戻ってきた励起光および蛍光が、再び波長変換部側へ戻る確率が低下してしまうという問題点がある。しかしながら、本実施形態の発光装置１０では、上述したように、波長変換部材６と先端部５ａとを近接させるとともに、先端部５ａをリフレクター構造としているので、導光部５側に戻ってきた戻り光（蛍光および励起光）を反射し、光軸方向の前方へ出射させることができる。また、特許文献３では、波長変換部材との接触面積を増加させるためにライトガイド先端部材の端面の面積を大きくすることが記載されているものの、ライトガイドの出射端部がリフレクター構造にはなっていないため、本実施形態の発光装置１０の上述した戻り光を反射させる効果は得られない。また、同文献に記載の発光装置では、本実施形態の発光装置１０のように、波長変換部材をリフレクターと一体化する観点については何も記載されていない。このため、同文献に記載の発光装置では、本実施形態の発光装置１０と比較して、波長変換部材からの光の取り出し効率が低下してしまう可能性がある。
【００４４】
〔実施形態２：発光装置２０〕
次に、図３に基づき、本発明の実施形態２に係る発光装置（照明装置）２０の構造について説明する。図３は、発光装置２０の構造を示す断面図である。本実施形態の発光装置２０は、先端部５ａの光出射側の端面（導光部端面ＳＵＦ３）が、中央付近が突出する凸曲面（凸面）を為し、凸部５ｂを形成している点で、上述した実施形態１の発光装置１０と異なっている。なお、発光装置２０のその他の構成は、発光装置１０と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００４５】
（先端部５ａ）
本実施形態では、先端部５ａは、波長変換部材６の発光部表面ＳＵＦ２の側から内部に向けて挿入されている。これにより、波長変換部材６と先端部５ａとの界面での光のロスを低減させている。また、本実施形態では、先端部５ａの導光部端面ＳＵＦ３が、中央付近が突出する凸曲面（凸面）を為し、凸部５ｂを形成している。これにより、発光装置１０よりも先端部５ａと、波長変換部材６との接触面積を増加させている。よって、波長変換部材６に照射される励起光の密度が低減され、波長変換部材の放熱性が少し改善され、波長変換部材６に対する励起光の照射効率の低下をより抑制することができる。なお、本実施形態では、凸部５ｂの形状を凸曲面形状としているが、これに限定されない。例えば、凸部５ｂの形状は円錐台状、角錐台状、円錐状、角錐状などであっても良い。
【００４６】
〈発光装置２０の効果〉
ここで、本実施形態の発光装置２０の効果を検証するため、実施形態１および２の発光装置１０，２０のそれぞれを試作し、発光装置１０が奏する効果と、発光装置２０が奏する効果と、を比較したので、以下、その比較結果について説明する。
【００４７】
以下の表２に、実施形態１の発光装置から出射される照明光の最大光束を基準として、実施形態２の発光装置２０から出射される照明光の最大光束を比較した結果を示す。なお、励起光源であるＬＤの光出力は同出力とした。実施形態２は、実施形態１に比べて、最大光束は１．０５倍に向上した。この比較結果より、先端部５ａの導光部端面ＳＵＦ３を凸面とするだけで発光装置１０と比較して照明光の最大光束を約５％向上させることができることが分かる。
【００４８】
【表２】
2015122447.tif 000004
【００４９】
〔実施形態３：発光装置３０〕
次に、図４の（ａ）に基づき、本発明の実施形態３に係る発光装置（照明装置）３０の構造について説明する。図４の（ａ）は、発光装置３０の構造を示す断面図である。本実施形態の発光装置３０は、先端部５ａの側の端面（導光部端面ＳＵＦ３）に透光性を有する熱伝導性部材８が設けられている点で、上述した実施形態１の発光装置１０と異なっている。
【００５０】
さらに、実施形態３で使用する励起光源１は、ＬＤの光出力を高くするために、励起光源を５個備え、発光装置３０または図４の（ｂ）に係る発光装置１０とバンドルファイバ２で光学的に接続されている点で、上述した実施形態１の発光装置１０と異なっている。なお、発光装置３０のその他の構成は、発光装置１０と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００５１】
（熱伝導性部材８）
図４の（ａ）に示すように、本実施形態の熱伝導性部材８は、導光部端面ＳＵＦ３と発光部表面ＳＵＦ２との間に配置され、これらの各面の間に挟みこまれている。熱伝導性部材８は、高い熱伝導率を有する部材であり、本実施形態では、サファイア（Ａｌ２Ｏ３；熱伝導率４２Ｗ／ｍ・Ｋ）板を用いている。しかしながら、熱伝導性部材８の材質はこれに限定されず、マグネシア（ＭｇＯ）などであって良い。以上の材料を用いることにより、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を実現できる。
【００５２】
熱伝導性部材８の熱伝導率は、波長変換部材６の封止剤および導光部５の母材である石英ガラスの熱伝導率１．４〜１．５Ｗ／ｍ・Ｋよりも高くすることが好ましい。これにより、波長変換部材６の放熱性を高めることができる。その結果、ＬＤの光出力を高くしても、波長変換部材６の劣化が起こらない。
【００５３】
また、熱伝導性部材８は、透光性を有する材料で構成し、先端部５ａから出射される励起光を透過させて波長変換部材６に照射させるようにする。波長変換部材６に対する励起光の照射効率の低下を抑制するためには、熱伝導性部材８、波長変換部材６および導光部５のそれぞれの屈折率差は小さい方が好ましい。本実施形態では、熱伝導性部材８は、サファイア板であり、その屈折率は、１．７５である。波長変換部材６および導光部５のそれぞれの屈折率は、母材とほぼ等しいものとすると、１．４５〜１．４８程度である。サファイア板の屈折率（１．７５）は、波長変換部材６および導光部５のそれぞれの屈折率、ならびに、石英ガラスの屈折率（１．４５〜１．４８）および光ファイバ２（コア；１．４６３〜１．４６７，クラッド；１．４５〜１．４６）の屈折率よりも約０．３高い。しかしながら、図２の（ａ）に示す比較例１の発光装置のように波長変換部材とＬＤ素子との間に空気（屈折率＝１．０）が介在する場合と比べると、屈折率差は半分以下であり、その影響は軽減される。
【００５４】
また、高い熱伝導性を有する熱伝導性部材８によれば、先端部５ａと波長変換部材６とを熱的に接続し、波長変換部材６で生じた熱を逃がすことができるので波長変換部材６の放熱性を高めることができる。このため、励起光の光出力を大きくしても波長変換部材６の劣化を抑制することができる。熱伝導性部材８の厚さ（発光部表面ＳＵＦ２と導光部端面ＳＵＦ３との間の距離にほぼ等しい）は、０．２ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。０．２ｍｍ以上であれば、波長変換部材６の放熱を十分にでき、波長変換部材６の劣化を防止できる。一方、熱伝導性部材８が、１．５ｍｍを超えると、熱伝導性部材８に向けて照射された励起光が、熱伝導性部材８において吸収される率が大きくなり、励起光の利用効率が顕著に下がる。また、熱伝導性部材８を以上のように適切な厚さで波長変換部材６に接合させることにより、特に波長変換部材６での発熱が１Ｗ（ワット）を大きく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、かつ、効率的に放熱され、熱伝導性部材８および波長変換部材６が損傷（劣化）してしまうことを防止できる。
【００５５】
〈発光装置３０の効果〉
ここで、本実施形態の発光装置３０の効果を検証するため、実施形態１および３の発光装置１０，３０のそれぞれを試作し、発光装置１０が奏する効果と、発光装置３０が奏する効果と、を比較したので、以下、その比較結果について説明する。図４の（ｂ）は、発光装置１０，３０に関し、励起光源（ＬＤ）の光出力（Ｗ）と、発光装置１０，３０から出力される光の全光束比のとの関係を示すグラフである（ＬＤの光出力が３Ｗのときの発光装置１０の全光束を１．０とする。）。同図に示すように、本実施形態の発光装置３０は、ＬＤの光出力が大きくなっても、ＬＤの光出力と全光束との関係を示すグラフの線形性の崩れはあるものの、その程度は小さい。これに対して、発光装置１０では、ＬＤの光出力が、３Ｗを超える付近から、グラフの線形性が顕著に崩れている。以上により、本実施形態の発光装置３０によれば、実施形態１の発光装置１０と比較して、ＬＤの光出力を高くしても、それに応じた高光束の照明光を出射させることができることが分かる。例えば、ＬＤの光出力が、５Ｗのとき、発光装置３０の全光束は、発光装置１０の全光束の約１．３倍と顕著に高い。
【００５６】
〔実施形態４：発光装置４０〕
次に、図５の（ａ）に基づき、本発明の実施形態４に係る発光装置（照明装置）４０の構造について説明する。図５の（ａ）は、発光装置４０の構造を示す断面図である。本実施形態の発光装置４０は、波長変換部材６ａに含まれる蛍光体の濃度が発光装置３０の波長変換部材６に含まれる蛍光体の濃度よりも高い点、および波長変換部材６ａの照明光の進行方向に対する厚みｄ２が、発光装置３０の波長変換部材６の照明光の進行方向に対する厚みｄ１よりも薄い点で、上述した実施形態３の発光装置３０と異なっている。また、励起光源１は、実施形態３と同様に、ＬＤを５個使用している。なお、発光装置４０のその他の構成は、実施形態３における発光装置３０（または発光装置１０）と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００５７】
（波長変換部材６ａ）
本実施形態の発光装置４０では、波長変換部材６の厚みｄ２が、０．０２〜０．２ｍｍ程度と、波長変換部材６の厚みｄ１よりも薄くしている。封止剤（波長変換部材６の母材）に対する蛍光体の混合量は、発光装置としての色温度が概３０００Ｋとなるように混合量を調整した。波長変換部材の厚みが薄い分だけ、波長変換部材の単位体積あたりの蛍光体の混合量は多くなっている。
【００５８】
蛍光体を封止する封止剤である石英ガラス（熱伝導率＝約１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも酸窒化物蛍光体の熱伝導率（＝約２０Ｗ／ｍ・Ｋ）の方が高いので、蛍光体の濃度が濃く、波長変換部材の厚みが薄くなると、熱伝導性部材８への熱伝導性が高まり、波長変換部材からの発熱を抑制でき、より高出力での励起光の照射が可能となる。
【００５９】
〈発光装置４０の効果〉
ここで、本実施形態の発光装置４０の効果を検証するため、実施形態１、３および４の発光装置１０，３０，４０のそれぞれを試作し、各発光装置が奏する効果を比較したので、以下、その比較結果について説明する。図５の（ｂ）は、発光装置１０，３０，４０に関し、励起光源（ＬＤ）の光出力（Ｗ）と、発光装置１０，３０，４０から出力される光の全光束比との関係を示すグラフである（ＬＤの光出力が３Ｗのときの発光装置１０の全光束を１．０とする。）。同図に示すように、本実施形態の発光装置４０は、ＬＤの光出力が大きくなっても、ＬＤの光出力と全光束との関係を示すグラフの線形性はほとんど崩れていない。これに対して、発光装置１０では、ＬＤの光出力が、３Ｗ付近から、顕著にグラフの線形性が崩れている。一方、発光装置３０では、グラフの線形性の崩れは、発光装置１０よりも緩やかであるが、４Ｗ付近から、グラフの線形性が若干崩れている。以上により、本実施形態の発光装置４０によれば、実施形態１および３の発光装置１０,３０と比較して、ＬＤの光出力を高くしても、それに応じた高光束の照明光を出射させることができることが分かる。例えば、ＬＤの光出力が、５Ｗのときの発光装置４０の全光束は、発光装置１０に対して約１．６倍、発光装置３０に対して約１．２５倍程度、全光束が向上する。
【００６０】
〔実施形態５：照明装置５０ａ〕
次に、図６の（ａ）に基づき、本発明の実施形態５に係る発光装置（照明装置）５０ａの構造について説明する。
【００６１】
本実施形態の照明装置５０ａは、上述した実施形態１０〜４０のいずれかの発光装置と、ヒートシンク９を備える構成とし、スポットライト等の照明装置に応用したものである。本実施形態の照明装置５０ａでは、光ファイバ２により、波長変換部材６，６ａと励起光源１（半導体レーザ）との間の距離が離れている。これにより波長変換部材６，６ａと励起光源１での発熱を分離できるので、波長変換部材６，６ａは、励起光源１の発熱の影響を受けなくて済む。これにより、励起光源１を除く、ヒートシンク９を含めた発光装置部（発光装置１０〜４０）全体（灯具）の大きさを小さくすることができる。また、本実施形態の照明装置５０ａでは、さらに導光部５の断面方向の周囲をヒートシンク９に熱的に接続して放熱性を高めている。
【００６２】
〔変形例：照明装置５０ｂ〕
図６の（ｂ）に示す変形例の照明装置５０ｂのように励起光源１を複数備え、発光装置１０〜４０のいずれか一つとバンドルファイバ２ａで光学的に接続する構成を採用しても良い。なお、本変形例では、励起光源１の数は３つであるが、励起光源１の数は、２つ以上であれば良い。これにより、ヒートシンク９を含めた発光装置部（発光装置１０〜４０）全体（灯具）の大きさを変えることなく、簡単に照明装置５０ｂの照明光の光出力を高めることができる。
【００６３】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る発光装置（１０〜４０）は、透光性を有する材料を母材とする材料で形成された光伝搬部を有し、当該光伝搬部を伝搬した光を出射する導光部（５）と、上記導光部から出射される光の波長を変換する波長変換部材（６）と、を備え、上記光伝搬部の光出射側の端部である出射端部（先端部５ａ）は、光の進行方向に垂直な断面の直径が上記波長変換部材の側に近づくにつれて単調に増加する構造を有している。
【００６４】
上記構成によれば、導光部は、透光性を有する材料を母材とする材料で形成された光伝搬部を有している。また、光伝搬部の光出射側の端部である出射端部は、光の進行方向に垂直な断面の直径が波長変換部材の側に近づくにつれて単調に増加する構造を有している。このため、出射端部に導光される光のスポット径を拡大することができる。これにより、出射端部を波長変換部材に近づけても、波長変換部材の一部の狭い範囲に部分的に励起光の強度が集中することを抑制できるので、波長変換部材の劣化を抑制することができる。以上により、導光部の出射端部を波長変換部材に近づけた場合における波長変換部材の劣化の抑制効果を向上させることができる。
【００６５】
本発明の態様２に係る発光装置は、上記態様１において、上記出射端部の端面は、上記波長変換部材に接触していても良い。
【００６６】
上記構成によれば、波長変換部材と出射端部との界面での光のロスを低減させることができ、波長変換部材に対する励起光の照射効率の低下を抑制することができる。
【００６７】
本発明の態様３に係る発光装置は、上記態様１において、上記出射端部は、上記波長変換部材の光が照射される光照射側の面の側から上記波長変換部材の内部に向けて挿入されていても良い。
【００６８】
上記構成によれば、波長変換部材と出射端部との界面での光のロスを低減させることができ、波長変換部材に対する励起光の照射効率の低下を抑制することができる。
【００６９】
本発明の態様４に係る発光装置は、上記態様１〜３のいずれかにおいて、上記波長変換部材の母材と、上記導光部の母材とが同じ材料であっても良い。
【００７０】
上記構成によれば、波長変換部材と出射端部との界面での光のロスを低減させることができ、波長変換部材に対する励起光の照射効率の低下を抑制することができる。
【００７１】
本発明の態様５に係る発光装置は、上記態様１〜４のいずれかにおいて、光反射性を有し、上記導光部を被覆する被覆部を備えていても良い。
【００７２】
上記構成によれば、被覆部と導光部との界面が鏡の役割を果たし、上記のように、出射端部は、光の進行方向に垂直な断面の直径が波長変換部材の側に近づくにつれて単調に増加する構造を有しているため、波長変換部材からの戻り光（励起光または波長変換光）を再度波長変換部材へ入射させ易くなる。このため、発光装置としての発光効率および光の取り出し効率を向上させることができる。
【００７３】
本発明の態様６に係る発光装置は、上記態様１〜５のいずれかにおいて、上記導光部の上記出射端部の側の端面は、上記波長変換部材の側に突出する凸面で構成されていても良い。
【００７４】
上記構成によれば、導光部の出射端部の側の端面が平面であるときよりも波長変換部材との接触面積を増加させることができる。このため、波長変換部材に照射される励起光の密度が低減され、波長変換部材の放熱性が改善され、波長変換部材に対する励起光の照射効率より向上させることができる。
【００７５】
本発明の態様７に係る発光装置は、上記態様１において、上記導光部の出射端部の側の端面に透光性を有する熱伝導性部材が設けられていても良い。
【００７６】
上記構成によれば、導光部の出射端部の側の端面と波長変換部材とを熱的に接続し、波長変換部材で生じた熱を逃がすことができるので波長変換部材の放熱性を高めることができる。このため、励起光の光出力を大きくしても波長変換部材の劣化を抑制することができる。
【００７７】
本発明の態様８に係る照明装置は、上記態様１〜７のいずれかの発光装置と、波長変換部材から出射される光を反射する光反射凹面を有する反射鏡と、を備えており、上記波長変換部材の光が照射される光照射側の面は、上記光反射凹面の焦点付近の底部に接合されていても良い。
【００７８】
上記構成によれば、波長変換部材と、光反射凹面の焦点付近の底部と、が一体化されているため、波長変換部材からの光の取り出し効率を高めることができる。
【００７９】
〔付記事項〕
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。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、発光装置や照明装置、特にスポットライト等の照明装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１      励起光源
４      被覆部
５      導光部
５ａ    先端部（出射端部，光伝搬部）
５ｂ    コア（光伝搬部）
６，６ａ    波長変換部材
７      リフレクター（反射鏡）
８      熱伝導性部材
１０〜４０  発光装置（照明装置）
５０ａ    照明装置
５０ｂ    照明装置
ＳＵＦ１  被覆部表面
ＳＵＦ２  発光部表面
ＳＵＦ３  導光部端面（凸面）
【図１】
2015122447.tif 000005
【図２】
2015122447.tif 000006
【図３】
2015122447.tif 000007
【図４】
2015122447.tif 000008
【図５】
2015122447.tif 000009
【図６】
2015122447.tif 000010
【図７】
2015122447.tif 000011