(57)【要約】【課題】発光部の熱抵抗を低下させ、その結果、発光部を効率良く放熱させることができる焼結発光体を実現する。【解決手段】発光部７は、セラミックス材料と半導体レーザ３から出射されたレーザ光により発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結させたものであり、セラミックス材料は、アルミナまたは窒化アルミニウムを含み、発光部７は、セラミックス材料、蛍光体、及びバインダの混合物を射出成型し、焼結したものであり、蛍光体粒子１６は、酸窒化物蛍光体またはナノ粒子蛍光体である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結させたことを特徴とする焼結発光体。
【請求項２】
上記セラミックス材料は、高い熱伝導性を有することを特徴とする請求項１に記載の焼結発光体。
【請求項３】
上記セラミックス材料は、アルミナまたは窒化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の焼結発光体。
【請求項４】
上記焼結発光体は、上記セラミックス材料、上記蛍光体、及び上記バインダの混合物を射出成型し、焼結したものであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の焼結発光体。
【請求項５】
上記セラミックス材料は、透光性を有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の焼結発光体。
【請求項６】
上記蛍光体は、酸窒化物蛍光体であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の焼結発光体。
【請求項７】
上記蛍光体は、ナノ粒子蛍光体であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の焼結発光体。
【請求項８】
上記励起光を出射する励起光源と、
請求項１から７の何れか１項に記載の焼結発光体と、
を備えること特徴とする発光装置。
【請求項９】
上記励起光は、レーザ光であることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
上記焼結発光体と当接し、当該焼結発光体の熱を外部に放熱する熱伝導部材をさらに備えることを特徴とする請求項８または９に記載の発光装置。
【請求項１１】
請求項８から１０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１２】
請求項８から１０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１３】
請求項１から７の何れか１項に記載の焼結発光体の作製方法であって、
セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とバインダとを混合する混合工程と、
上記混合工程によって混合された混合物を焼結する焼結工程と、
を含むことを特徴とする焼結発光体の作製方法。
【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焼結発光体、その焼結発光体を備えた発光装置並びに、当該発光装置を備えた照明装置、車両用前照灯、及び焼結発光体の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、励起光源として発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）や半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode）等の半導体発光素子を用い、これらの励起光源から生じた励起光を、蛍光体を含む発光部に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いる発光装置の研究が盛んになってきている。
【０００３】
このような発光装置に関する技術の例として特許文献１に開示された灯具がある。この灯具では、高輝度光源を実現するために、励起光源として半導体レーザを用いている。半導体レーザから発振されるレーザ光は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、当該レーザ光を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。このような半導体レーザを励起光源として用いた発光装置（ＬＤ発光装置と称する）を車両用ヘッドランプに好適に適用することができる。励起光源として半導体レーザを用いることにより、ＬＥＤでは実現し得なかった高輝度の光源を実現できる。
【０００４】
このようなレーザ光を励起光として用いた場合、微小な発光部、すなわち微小な体積の発光部において、発光部に照射されて吸収される励起光のうちの、蛍光体により蛍光に変換されること無く熱に変換されてしまう成分が、発光部の温度を容易に上昇させ、その結果、発光部の特性低下や熱による損傷を引き起こしてしまう。
【０００５】
この問題を解決するために特許文献２の発明では、波長変換部材（発光部に相当）に熱的に接続された透光性で板状の熱伝導部材を設け、この熱伝導部材により波長変換部材の発熱を軽減している。
【０００６】
また、特許文献３の発明では、波長変換部材を円筒形状のフェルールで保持し、このフェルールにワイヤ状の熱伝導部材を熱的に接続することにより波長変換部材の発熱を軽減している。
【０００７】
また、特許文献４の発明では、光変換部材（発光部に相当）の、半導体発光素子が位置する側に、冷媒が流れる流路を有する放熱部材を設け、光変換部材を冷却している。
【０００８】
なお、光源としての高出力ＬＥＤチップの表面に透光性のヒートシンクを熱的に接続し、高出力ＬＥＤチップを冷却する構成が特許文献５に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１５００４１号公報（２００５年６月９日公開）
【特許文献２】特開２００７−２７６８８号公報（２００７年２月１日公開）
【特許文献３】特開２００７−３３５５１４号公報（２００７年１２月２７日公開）
【特許文献４】特開２００５−２９４１８５号公報（２００５年１０月２０日公開）
【特許文献５】特表２００９−５１３００３号公報（２００９年３月２６日公表）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、発光部自体の熱伝導率が低い場合には、熱伝導率の高い熱伝導部材を発光部に接触させても、発光部の放熱効果はあまり高まらないという問題が生じることを本発明の発明者は鋭意研究の結果見出した。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、発光部の熱抵抗を低下させ、その結果、発光部を効率良く放熱させることができる焼結発光体、発光装置、照明装置、車両用前照灯、及び焼結発光体の作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る焼結発光体は、上記の課題を解決するために、セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結させた焼結発光体を備えることを特徴としている。
【００１３】
本発明では、発光体が、セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結されている（以下、このような発光体を焼結発光体と称する場合もある）。
【００１４】
したがって、セラミックス材料の熱伝導性に起因して熱伝導率が向上することから、発光体の熱抵抗は低下し、発光部からの放熱が効率良く行われる。また、発光部からの放熱が効率良く行われることから、発光部が熱によって劣化・損傷し、発光部の寿命が短くなる事態が避けられる。
【００１５】
さらに、本発明に係る焼結発光体では、次のような効果も得られる。つまり、本発明に係る焼結発光体は、セラミックス材料と蛍光体とがバインダを用いて焼結されてなるため、焼結発光体の内部に粒界が発生する。そのため、人間の目に損傷を与える可能性の高い、コヒーレントな成分を有するレーザ光が励起光として使用される場合には、粒界によってレーザ光が散乱される。そして、発光点の大きさが拡大することによって、焼結発光体、及びその焼結発光体を備える発光装置の安全性を高めることもできる。
【００１６】
さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記セラミックス材料は、高い熱伝導性を有する構成であってよい。
【００１７】
本発明に焼結発光体は、セラミックス材料が高い熱伝導性を有することで、さらに放熱効果を高めることができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記セラミックス材料は、アルミナまたは窒化アルミニウムを含む構成であってよい。
【００１９】
本発明に焼結発光体は、セラミックス材料がアルミナまたは窒化アルミニウムを含むことにより、透明性を有し、かつ、熱伝導率の高い焼結発光体を備えることができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記焼結発光体は、上記セラミックス材料、上記蛍光体、及び上記バインダの混合物を射出成型し、焼結したものであってよい。
【００２１】
溶融処理によって発光体を作製する従来の技術では、蛍光体が均一に分散せずに発光体の発光効率が低下するという問題があった。
【００２２】
これに対して、発光体が、セラミックス材料、蛍光体、及びバインダの混合物を射出成型し、焼結したものであることにより、蛍光体の分散化を図ることができ、これにより発光体の発光効率が低下するという上記従来の問題を解消することができる。
【００２３】
さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記セラミックス材料は、透光性を有する構成であってよい。
【００２４】
本発明に焼結発光体は、セラミックス材料が透光性を有することにより、蛍光体の発光効率、すなわち、発光体の発光効率を高めることができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記蛍光体は、酸窒化物蛍光体であってよい。
【００２６】
酸窒化物蛍光体は、耐熱性に優れ、高い発光効率で安定した材料である。したがって、蛍光体が酸窒化物蛍光体であることにより、耐熱性に優れ、かつ高い発光効率の発光体を実現することができる。
【００２７】
さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記蛍光体は、ナノ粒子蛍光体であってよい。
【００２８】
上記構成により、発光部は、可視光の波長領域およびその近傍の光に対して透光性を有する。したがって、蛍光体から発光体の外部への放射効率を高くすることができる。
【００２９】
さらに、本発明に係る発光装置は、上記励起光を出射する励起光源と、上記何れかに記載の焼結発光体と、を備える構成であってよい。
【００３０】
上記構成により、本発明に係る発光装置は、上述した焼結発光体の種々の効果を実現することができる。
【００３１】
さらに、本発明に係る発光装置では、上記励起光は、レーザ光であってよい。
【００３２】
本発明に係る発光装置の発光体は、セラミックス材料と蛍光体とがバインダを用いて焼結されてなるものであるため、焼結発光体の内部に粒界が発生する。そのため、人間の目に損傷を与える可能性の高い、コヒーレントな成分を有するレーザ光は粒界によって散乱される。そして、発光点の大きさが拡大することによって、発光装置の安全性を高めることができる。
【００３３】
さらに、本発明に係る発光装置では、上記焼結発光体と当接し、当該焼結発光体の熱を外部に放熱する熱伝導部材をさらに備える構成であってよい。
【００３４】
上記の構成によれば、発光部の熱が当該発光部に当接する熱伝導部材へ移動することにより、発光部の放熱効率をさらに高めることができる。
【００３５】
さらに、本発明に係る照明装置では、上記何れかの発光装置を備えている構成であってよい。
【００３６】
さらに、本発明に係る車両用前照灯では、上記何れかの発光装置を備えている構成であってよい。
【００３７】
本発明に係る発光装置は、照明装置や車両用前照灯などに好適に適用することができる。これにより、例えば本発明に係る発光装置を車両用前照灯に適用した場合、発光部の熱抵抗を低下させ、その結果、発光部を効率良く放熱させることができる車両用前照灯を実現することができる。
【００３８】
さらに、本発明に係る焼結発光体の作製方法では、上記何れかに記載の焼結発光体の作製方法であって、セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とバインダとを混合する混合工程と、上記混合工程によって混合された混合物を焼結する焼結工程と、を含む構成であってよい。
【００３９】
発光体を溶融処理によって作製する従来の技術では、蛍光体が均一に分散せずに発光体の発光効率が低下するという問題があった。
【００４０】
これに対して、発光体が、上記の混合工程および焼結工程によって作製されることにより、蛍光体の分散化を図ることができ、それにより発光体の発光効率が低下するという上記従来の問題を解消することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る焼結発光体は、以上のように、セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結させた焼結発光体を備える構成である。
【００４２】
それゆえ、発光部の熱抵抗を低下させ、その結果、発光部を効率良く放熱させることができる焼結発光体を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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】上記発光部の変更例を示す断面図である。
【図４】発光部において蛍光体粒子が分散している状態を示す概念図である。
【図５】（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６】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７】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８】上記レーザダウンライトの断面図である。
【図９】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１０】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１１】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】
【００４４】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図５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。
【００４５】
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。
【００４６】
（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（焼結発光体）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。
【００４７】
（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）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。
【００４８】
半導体レーザ３は、１チップに１つの発光点を有するものであり、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力１．０Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流０．６Ａのものであり、直径５．６ｍｍのパッケージに封入されているものである。半導体レーザ３が発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、その他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。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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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。
【００５１】
（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。
【００５２】
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。
【００５３】
それゆえ、発光部７にレーザ光が局所的に照射されることにより、発光部７の一部が著しく劣化することを防止できる。
【００５４】
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。
【００５５】
（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
なお、導光部材として光ファイバー以外の部材、または光ファイバーと他の部材とを組み合わせたものを用いてもよい。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。
【００５９】
（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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
（発光部７）
（発光部７の組成）
図１は、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る。その発光部７は、セラミックス材料、バインダ、及び蛍光体粒子１６が混合され、射出成型され、その成型物が焼結されてなる。そして、蛍光体粒子１６は、発光部７の内部に均一に分散されている。
【００６３】
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。半導体レーザ３は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部７に当該レーザ光が照射されると複数の色が混合され白色光が発生する。それゆえ、発光部７は、波長変換材料であるといえる。
【００６４】
なお、半導体レーザ３は、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる「青色」近傍のレーザ光）を発振するものでもよく、この場合には、上記蛍光体は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。赤色の蛍光体とは、６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。
【００６５】
（バインダ）
バインダは、セラミックス材料および蛍光体粒子１６に混合されて、その混合物が焼結されることにより、セラミックス材料と蛍光体粒子１６とを接着させる。材料は特に限定されないが、比較的低温で分解し、分解後に残留灰分その他が残らないものを選ぶことが重要であり、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコン樹脂などを用いることができる。そして、セラミックス材料と蛍光体粒子１６とをバインダを用いて焼結させることにより、発光部７中に粒界を発生させることができる。その詳細は後述する。
【００６６】
（蛍光体）
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。また、ナノ粒子蛍光体は、その粒径が可視光の波長領域の光の波長よりも２桁程度小さい。
【００６７】
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。
【００６８】
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）。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
なお、蛍光体の材料は上述した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に限定されず、その他の材料も適宜使用することができる。
【００７２】
（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。
【００７３】
また、発光部７は、円柱形状でなく、直方体であってもよい。例えば、３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体である。この場合、半導体レーザ３からのレーザ光を受けるレーザ光照射面の面積は、３ｍｍ２である。日本国内で法的に規定されている車両用ヘッドランプの配光パターン（配光分布）は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いため、発光部７の形状を、水平方向に対して横長（断面略長方形形状）にすることにより、上記配光パターンを実現しやすくなる。
【００７４】
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。蛍光体での励起光の吸収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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
（セラミックス材料）
発光部７を構成するセラミックス材料は、高い熱伝導性を有するとともに、透光性を有する材料であることが好ましい。
【００８０】
そのような条件を満たすセラミックス材料の一つとして、アルミナが挙げられる。アルミナは、密度が３．８ｇ／ｃｍ３〜３．９ｇ／ｃｍ３、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ〜４０Ｗ／ｍＫであり、安価で入手でき、かつ、酸・アルカリに強く信頼性が高く、発光部７を作製するうえで好適である。
【００８１】
その他のセラミックス材料として、窒化アルミニウム、マグネシア、窒化ケイ素、炭化ケイ素などが挙げられる。窒化アルミニウムは、密度が３．２ｇ／ｃｍ３〜３．３ｇ／ｃｍ３、熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ〜２５０Ｗ／ｍＫである。マグネシアは、密度が３．５ｇ／ｃｍ３、熱伝導率が４８Ｗ／ｍＫである。窒化ケイ素は、密度が３．０ｇ／ｃｍ３〜３．２ｇ／ｃｍ３、熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ〜９０Ｗ／ｍＫである。炭化ケイ素は、密度が３．０ｇ／ｃｍ３〜３．２ｇ／ｃｍ３、熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ〜１８０Ｗ／ｍＫである。このように、セラミックス材料は、上述したアルミナ等に限定されず、種々の種類を用いることができる。
【００８２】
（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。
【００８３】
（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。この透明板９を、半導体レーザ３からのレーザ光を遮断するとともに、発光部７においてレーザ光を変換することにより生成された白色光（インコヒーレントな光）を透過する材質で形成することが好ましい。発光部７によってコヒーレントなレーザ光は、そのほとんどがインコヒーレントな白色光に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、透明板９によってレーザ光を遮断することにより、レーザ光が外部に漏れることを防止できる。
【００８４】
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。この場合、透明板９は、発光部７と熱伝導部材１３との相対位置関係を固定する固定部として機能する。
【００８５】
このとき、透明板９が、熱伝導率の高いもの（例えば、無機ガラス）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。
【００８６】
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。
【００８７】
（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。
【００８８】
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。
【００８９】
（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。
【００９０】
（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。
【００９１】
（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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
また、図１において符号１３ｃで示す熱伝導部材１３の厚み（熱伝導部材１３における、レーザ光照射面７ａの側に位置する第１面１３ａと、当該第１面１３ａに対向する第２面１３ｂとの間の厚み）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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
ここで、熱伝導部材１３の熱吸収効果および放熱効果を高めるために、次の変更が有効である。
・放熱面積（発光部７との接触面積）を増加させる。
・熱伝導部材１３の厚みを増加させる。
・熱伝導部材１３の熱伝導率を高める。例えば、熱伝導率の高い材質を用いる。または、熱伝導部材１３の表面に熱伝導率の高い部材（薄膜または板状部材など）を配設する。
【０１００】
なお、熱伝導部材１３の表面に金属薄膜などを形成する場合には、光束が低下する可能性がある。また、熱伝導部材１３の表面を被覆したり、別の部材を配設したりする場合には、製造コストが増加する。
【０１０１】
（熱伝導部材１３の変更例）
熱伝導部材１３は、透光性を有する部分（透光部）と透光性を有さない部分（遮光部）とを有していてもよい。この構成の場合、透光部は発光部７のレーザ光照射面７ａを覆うように配置され、遮光部はその外側に配置される。
【０１０２】
遮光部は、金属（例えば銅やアルミ）の放熱パーツであってもよいし、アルミや銀その他、照明光を反射させる効果のある膜が透光性部材の表面に形成されているものであってもよい。
【０１０３】
（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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
（発光部７の変更例）
図３は、発光部７の変更例を示す断面図である。図３に示すように、発光部７の側面と当接する熱伝導壁（熱伝導部材）１８を形成してもよい。この熱伝導壁１８は、例えば、金属（例えば、アルミニウム）、またはサファイア、無機ガラスなどの透光性および高熱伝導性を有する材質からなる壁面である。
【０１０９】
熱伝導壁１８を第２の熱伝導部材として熱伝導部材１３とともに設けることにより、発光部７の放熱効果をより高めることができる。
【０１１０】
（発光部７の作製方法）
次に発光部７の作製方法について説明する。
【０１１１】
まず、セラミックス材料と蛍光体粉末とバインダ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）。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。
【０１１２】
ここで、セラミックス材料と蛍光体粉末とバインダとを混合する混合割合は、セラミックス材料＋蛍光体とバインダとの比率が５０：５０〜７０：３０であることが好ましい。また、セラミックス中の蛍光体濃度は、目的の色温度、色度、使用する蛍光体の効率、粒子径によって異なるが、およそ１：１０〜１：２とすることが好ましい。ただし、これらの混合割合に限定されるものではなく、適宜決めてよい。
【０１１３】
ここで、図４は、発光部７の内部に蛍光体粒子１６が分散している状態を示す概念図であるが、発光部７における蛍光体の濃度が高い場合には、図４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が一箇所に偏って存在すると、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。
【０１１４】
なお、セラミックス材料を蛍光体と共に焼結するときには、セラミックス材料はできる限り高純度で、かつ、０．５μｍ〜２μｍの粉末粒子を用いることが好ましい。
【０１１５】
混合工程の後、混合粉末を射出成型に供し、所望の形状に成型する（成型工程）。射出成型法は、射出されたままの状態で次の焼結工程に成型物を供することができるため、成型物に含まれる蛍光体の分散性が優れ、特に有効である。
【０１１６】
成型工程の後、まず脱バインダ処理を行う。ここでは４００℃〜６００℃程度の温度を加えることによりバインダを解重合反応などにより分解し蒸発させる。その後、成型された成型物を焼結させる（焼結工程）。ここで、成型物を焼結処理することにより、焼結物に粒界（結晶粒間の界面または粒子の境界面）を生成することができる。その粒界の存在は、次の効果を生じさせる。具体的には、人間の目に損傷を与える可能性の高い、コヒーレントな成分を有するレーザ光が励起光として使用される場合には、粒界によってレーザ光が散乱される。そして、発光点の大きさが拡大することによって、発光装置の安全性を高めることができる。
【０１１７】
なお、焼結工程における焼結温度は、セラミックス材料の融点の約０．６倍〜０．８倍とすることが好ましく、一般的には、８００℃〜１５００℃程度である。ただし、焼結助剤を用いることにより、焼結温度を低温化させることもできる。また、焼成時間は、例えば脱バインダ工程を５００℃で３時間行った後に、１２００℃を２時間保持するといった構成で実現されてよい。ただし、焼結時間は、ここで挙げた時間に限られず、適宜変更可能である。
【０１１８】
また、粒界のサイズは、光の散乱を発生させる領域である必要がある。例えば、そのサイズは、波長によって散乱の度合いが異なるレイリー散乱の領域（粒界サイズが１ｎｍ〜数１０ｎｍ位）から、波長によらず散乱されるミー散乱の領域もしくは回折散乱の領域（可視光の波長とほぼ同程度の粒界サイズ数１００ｎｍ〜５０μｍ程度）までが考えられる。
【０１１９】
さらに、発光部を、射出成型工程および焼結工程ではなく、溶融処理によって作製する方法も考えられる。しかしながら、その場合、発光部の内部の蛍光体が均一に分散されないという問題が生じうる。さらに、焼結工程であれば発生する粒界が溶融処理では発生せず、そのため、レーザ光を分散させてヘッドランプ１の安全性を高めるという効果を奏することができなくなる。
【０１２０】
このような理由から、ヘッドランプ１は、上述した、混合工程、成型工程、及び焼結工程によって作製することが好ましい。なお、発光部に分散される蛍光体が均一性を有する作製方法、および、発光部に粒界が発生する作製方法であれば、混合工程、成型工程、及び焼結工程に限定されず他の方法を用いることも可能である。
【０１２１】
（発光部７の作製方法の一実施例）
ここで、発光部７の作製方法の一実施例を説明する。
【０１２２】
上述したように、セラミックス材料を蛍光体と共に焼結するときには、セラミックス材料はできる限り高純度、かつ、０．５μｍ〜２μｍの粉末粒子を用いることが好ましい。そこで、例えばセラミックス材料としてアルミナを用いる場合には、粒子径が０．１μｍ〜０．５μｍとすることが好ましく、そのアルミナの微粒子と、ＹＡＧ：Ｃｅ３＋蛍光体と、バインダと、焼結助剤とを混合工程で均一に混合しペレット化する。このとき、アルミナ微粒子とＹＡＧ:Ｃｅ３＋とバインダとは４：１：５の割合で混合する。このとき、焼結助剤を微量添加してよい。
【０１２３】
その混合工程によって得られた混合粉末を成型工程、及び成型工程に供し、所望の発光部７を得る。なお、本実施例では、焼結工程は、成型工程で得られた成型物を減圧加熱下で脱脂し、Ｎ２ガス中で焼結させる。
【０１２４】
ただし、減圧加熱下での脱脂、Ｎ２ガス中で焼結は必ずしも必要ではない。しかしながら、蛍光体材料としてＹＡＧ：Ｃｅ３＋を用いる場合には、酸素を含む雰囲気下で成型物を加熱すると、Ｃｅ３＋がＣｅ２＋となって着色を示すとともに発光効率が低下するという問題が生じる。このため、蛍光体材料等の条件に応じて減圧加熱下での脱脂、Ｎ２ガス中で焼結、及び場合に応じて他の操作を加えることにより、より好適な焼結発光体を作製することができる。
【０１２５】
さらに、蛍光体材料としては、ＹＡＧ:Ｃｅ３＋のほか、酸窒化物蛍光体を好適に使用することができる。励起光源として４０５ｎｍの半導体レーザを用いるのであれば、青色蛍光体としてのＪＥＭと緑色蛍光体としてのβ−ＳｉＡｌＯＮ:Ｅｕ２＋と赤色蛍光体としてのＣＡＳＮ：Ｅｕ２＋を用いることができる。ここで赤色蛍光体としてＣＡＳＮ：Ｅｕ２＋の代わりにＳｒ（ストロンチウム）が添加されたＳＣＡＳＮ:Ｅｕ２＋を用いれば、演色性は若干犠牲となるものの、発光効率を向上させることができる。励起光源として４５０ｎｍ近辺で発振する半導体レーザを用いるのであれば、β−ＳｉＡｌＯＮ:Ｅｕ２＋と赤色蛍光体としてのＣＡＳＮ：Ｅｕ２＋または、ＳＣＡＳＮ:Ｅｕ２＋を使うとよい。
【０１２６】
（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５（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５（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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
（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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
（ヘッドランプ１の効果）
発光部をハイパワーのレーザ光で励起すると、発光部が激しく劣化することを本発明の発明者は見出した。発光部の劣化は、発光部に含まれる蛍光体そのものの劣化とともに、蛍光体を取り囲む封止材の劣化によって主に引き起こされる。例えば、上述のサイアロン蛍光体は、レーザ光が照射されると６０〜８０％の効率で光を発生させるが、残りは熱となって放出される。
【０１４４】
この点、ヘッドランプ１では、発光部７は、アルミナなどのセラミックス材料と半導体レーザ３から出射されたレーザ光を受けて発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結させたものである。そのため、発光部７は高い熱伝導性を有し、発光部７の熱が効率良く熱伝導部材１３に伝わり、発光部７が効果的に放熱される。これにより、発熱による発光部７の劣化および発光効率の低下を防止することができる。
【０１４５】
従って、レーザ光を励起光源とした超高輝度な光源としてのヘッドランプの寿命を延ばし、その信頼性を高めることができる。
〔従来の発光装置とヘッドランプ１との比較〕
次に、ヘッドランプ１によって得られる効果を表１、表２を用いて説明する。
〔表１：発光部の材質〕
【０１４６】
【表１】
2012190555.tif 000003
【０１４７】
表１に示すように、発光部の封止材として無機ガラスを用いる従来の発光装置と、セラミックス材料としてアルミナを用いるヘッドランプ１とを比較して、ヘッドランプ１による効果を考察する。
【０１４８】
表１に示すように、無機ガラスの熱伝導率は１Ｗ／ｍＫであり、アルミナの熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫである。なお、発光部中は、酸窒化物系蛍光体（Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ:ＣｅおよびＣＡＳＮ:Ｅｕ）が内部に分散されており、直径３ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円盤状であるものとする。
【０１４９】
ここで、蛍光体を封止する一般的な封止材の熱伝導率は、シリコン樹脂や有機無機ハイブリッドガラスで０．１Ｗ／ｍＫ〜０．２Ｗ／ｍＫ程度、無機ガラスで１Ｗ／ｍＫ〜２Ｗ／ｍＫ程度である。例えば、熱伝導率０．２Ｗ／ｍＫの３ｍｍ×３ｍｍ×厚さ１ｍｍの発熱体の３ｍｍ×３ｍｍ平面で１Ｗの発熱があり、上記発熱体が外部と熱的に絶縁されている場合を熱シミュレーションにより計算すると、発熱体の温度は５００℃以上（５５５．６℃）になる。
【０１５０】
ちなみに、熱伝導率２Ｗ／ｍＫの封止材を用いると同じ大きさ・同じ発熱量の発熱体であっても温度上昇は５５．６℃となる。すなわち、封止材の熱伝導率は非常に重要である。また、封止材の熱伝導率は２Ｗ／ｍＫのまま、発熱体のサイズを３ｍｍ×１ｍｍ×厚さ１ｍｍとすると、温度上昇は１６６．７℃となる。それゆえ、輝度を高くするために発光部７のサイズを小さくすればするほど、同じ発熱量でも温度上昇が激しくなり、発光部７に負担がかかるようになる。
【０１５１】
このような背景のもと、従来の発光部で使用される無機ガラスと、熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫというアルミナとを対比しつつ、ヘッドランプ１の効果を考察する。
【０１５２】
まず、上表において、無機ガラスおよびアルミナの熱抵抗を算出する。各部材の熱抵抗は、次の（１）式によって算出できる。
【０１５３】
熱抵抗＝（１／熱伝導率）×（放熱経路の長さ／放熱断面積）・・・（１）
放熱経路の長さは、各部材の厚み（レーザ光の透過方向における厚み）に相当し、放熱断面積は、部材間の接合面積に相当する。具体的な熱抵抗の計算例を表２に示す。
〔表２：熱抵抗の計算例〕
【０１５４】
【表２】
2012190555.tif 000004
【０１５５】
表２に示すように、無機ガラスとアルミナとを対比すると、発光部の熱抵抗は、無機ガラスが８３．３Ｋ／Ｗ、アルミナが４．２Ｋ／Ｗとなる。すなわち、発光部で１Ｗの発熱があった場合、無機ガラスでは８３．３℃の温度上昇が想定されるのに対して、アルミナでは４．２℃に抑えられる。したがって、熱伝導率２０Ｗ／ｍＫのアルミナを用いることで、発光部の熱抵抗を劇的に低減することができる。つまり、発光部を構成する材料の熱伝導率を向上させることは、発光部の温度上昇を低減するという目的に対して、非常に大きな効果があることが分かる。
【０１５６】
このような理由から、ヘッドランプ１に係る発光部７は高い熱伝導性を有することができ、発光部７の熱が効率良く熱伝導部材１３に伝わり、発光部７が効果的に放熱される。これにより、発熱による発光部７の劣化および発光効率の低下を防止することができる。
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図６〜図１１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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
図６は、発光ユニット２１０および従来のＬＥＤダウンライト３００の外観を示す概略図である。図７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８は、レーザダウンライト２００の断面図である。図６〜図８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。
【０１６０】
（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図８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８では示されていないが、発光部７には高熱伝導フィラー１５が分散されている。上述の実施形態と同様に、発光部７の熱が熱伝導部材１３に伝わることで発光部７の放熱が促進される。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
図６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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
（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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
図８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。
【０１６９】
（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図９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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
（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６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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
図１０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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
図１１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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
（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。
【０１８６】
例えば、励起光源として高出力のＬＥＤを用いてもよい。この場合には、４５０ｎｍの波長の光（青色）を出射するＬＥＤと、黄色の蛍光体、または緑色および赤色の蛍光体とを組み合わせることにより白色光を出射する発光装置を実現できる。
【０１８７】
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】
【０１８８】
本発明は、発光部の熱抵抗を低下させ、その結果、発光部を効率良く放熱させることができる焼結発光体に適用でき、とくに、その焼結発光体を備える発光装置、当該発光装置を用いる照明装置、及び車両用前照灯に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０１８９】
１  ヘッドランプ（発光装置）
２  半導体レーザアレイ
３  半導体レーザ（励起光源）
４  非球面レンズ
５  光ファイバー
６  フェルール
７  発光部（焼結発光体）
８  反射鏡
９  透明板
１０  ハウジング
１１  エクステンション
１２  レンズ
１３  熱伝導部材
１４  冷却部
１６  蛍光体粒子（蛍光体）
１８  熱伝導壁（熱伝導部材）
２００  レーザダウンライト（発光装置、照明装置）
【図１】
2012190555.tif 000005
【図２】
2012190555.tif 000006
【図３】
2012190555.tif 000007
【図４】
2012190555.tif 000008
【図５】
2012190555.tif 000009
【図６】
2012190555.tif 000010
【図７】
2012190555.tif 000011
【図８】
2012190555.tif 000012
【図９】
2012190555.tif 000013
【図１０】
2012190555.tif 000014
【図１１】
2012190555.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月6日(2012.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結させ、内部に粒界を有することを特徴とする焼結発光体。
【請求項２】
上記セラミックス材料は、高い熱伝導性を有することを特徴とする請求項１に記載の焼結発光体。
【請求項３】
上記セラミックス材料は、アルミナまたは窒化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の焼結発光体。
【請求項４】
上記焼結発光体は、上記セラミックス材料、上記蛍光体、及び上記バインダの混合物を射出成型し、焼結したものであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の焼結発光体。
【請求項５】
上記セラミックス材料は、透光性を有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の焼結発光体。
【請求項６】
上記蛍光体は、酸窒化物蛍光体であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の焼結発光体。
【請求項７】
上記蛍光体は、ナノ粒子蛍光体であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の焼結発光体。
【請求項８】
上記励起光を出射する励起光源と、
請求項１から７の何れか１項に記載の焼結発光体と、
を備えること特徴とする発光装置。
【請求項９】
上記励起光は、レーザ光であることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
上記焼結発光体と当接し、当該焼結発光体の熱を外部に放熱する熱伝導部材をさらに備えることを特徴とする請求項８または９に記載の発光装置。
【請求項１１】
請求項８から１０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１２】
請求項８から１０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１３】
請求項１から７の何れか１項に記載の焼結発光体の作製方法であって、
セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とバインダとを混合する混合工程と、
上記混合工程によって混合された混合物を焼結する焼結工程と、
を含むことを特徴とする焼結発光体の作製方法。