(57)【要約】【課題】発光部の発光効率を高くし、その高い発光効率を長期間にわたって維持する。【解決手段】レーザ光Ｌが照射される光照射面ＳＵＦ１を備え、レーザ光Ｌに対して透光性を有する透光性基板１と、光照射面ＳＵＦ１に対向する対向面ＳＵＦ２の側に配置され、透光性基板１を透過したレーザ光Ｌが照射されることにより蛍光を発生する発光部２とを備え、透光性基板１は、熱伝導性を有し、光照射面ＳＵＦ１の側に、複数の突起ＰＪおよび複数の微細孔ＰＨの少なくとも一方が間隔ｄで配列する微細構造ｇが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の励起光が照射される光照射面を備え、上記励起光に対して透光性を有する透光性基板と、
上記透光性基板の上記光照射面に対向する面の側に配置され、上記透光性基板を透過した励起光が照射されることにより蛍光を発生する発光部とを備え、
上記透光性基板は、
上記発光部から発生する熱を受け取って拡散させる熱伝導性を有し、
上記光照射面の側に、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方が、上記所定波長の励起光の上記光照射面における反射を低減させることが可能な間隔で配列する凹凸構造が形成されていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
上記凸部の付け根側から先端側の間に、上記光照射面に平行な断面の径が一定である箇所が存在することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
上記凸部の付け根側から先端側に向かう方向に対して、上記光照射面に平行な断面の径が拡大する箇所が存在することを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
上記複数の凹部の、それぞれの上記光照射面に垂直な方向に対する凹部深さ、および、それぞれの上記光照射面に平行な方向に対する凹部幅、が異なることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
上記凸部の付け根側から先端側に向かう方向に対して、上記光照射面に平行な断面の径が縮小する箇所が存在することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
上記透光性基板と上記発光部との屈折率差が、０．３５以下であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
上記透光性基板の屈折率が、１．６５以上であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項８】
上記透光性基板の熱伝導率が、上記発光部よりも大きいことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
少なくとも上記透光性基板の周囲が乾燥空気で満たされていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１０】
上記光照射面と、上記対向する面との間の距離が、３０μｍ以上であることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１１】
上記透光性基板の熱伝導率が、２０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１２】
上記複数の凸部の、上記光照射面に沿った配列が、少なくとも一方向に対して周期性を持たないことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１３】
上記励起光の上記所定波長は、１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１４】
上記凸部の付け根から先端までの長さである凸部高さが、３０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１５】
上記反射を低減させることが可能な間隔は、５ｎｍ以上、３０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から１４までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載の発光素子を備えた発光装置であって、
上記所定波長の励起光を、上記透光性基板の光照射面に照射する励起光源を備えていることを特徴とする発光装置。
【請求項１７】
上記励起光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１６に記載の発光装置。
【請求項１８】
上記励起光源は、レーザ光源であることを特徴とする請求項１６に記載の発光装置。
【請求項１９】
上記レーザ光源は、半導体レーザであることを特徴とする請求項１８に記載の発光装置。
【請求項２０】
上記発光部から発生した蛍光を反射する光反射凹面を有する反射鏡を備え
上記発光部が、上記反射鏡に形成された挿通孔の内部に挿通され、
上記発光部に照射される励起光の一部が、上記発光部の内部を透過することを特徴とする請求項１６から１９までのいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項２１】
上記発光部を埋め込むための埋設孔が形成され、上記発光部から発生する熱を拡散させる熱伝導性を有する熱伝導部材を備え、
上記発光部の上記透光性基板を透過した励起光が照射される面と反対側が、上記埋設孔に埋め込まれていることを特徴とする請求項１６から１９までのいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項２２】
上記熱伝導部材の上記埋設孔の底部側の面で、上記発光部の内部を透過する励起光が反射することを特徴とする請求項２１に記載の発光装置。
【請求項２３】
上記熱伝導部材の構成材料が金属であることを特徴とする請求項２１または２２に記載の発光装置。
【請求項２４】
上記熱伝導部材の構成材料がセラミックスであることを特徴とする請求項２１または２２に記載の発光装置。
【請求項２５】
所定波長の励起光に対して透光性を有する透光性基板と、上記励起光が照射されることにより蛍光を発生する発光部とを備える発光素子の製造方法であって、
上記透光性基板の一方の表面側に、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方が、上記所定波長の励起光の上記一方の表面における反射を低減させることが可能な間隔で配列する凹凸構造を、形成する凹凸構造形成工程と、
上記透光性基板の上記一方の表面に対向する面の側に、上記発光部を配置する発光部配置工程とを、含んでおり、
上記透光性基板として、上記発光部から発生する熱を受け取って拡散させる熱伝導性を有する部材を用いることを特徴とする発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光の照射により蛍光を発生する蛍光体（発光部）を備えた発光素子、該発光素子を備えた発光装置、および、上記発光素子の製造方法に関する。
【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発生した励起光を、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】
ところで、発光部の表面に励起光を直接照射した場合、発光部と空気との屈折率差による励起光の反射が起き、発光部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がある。
【０００４】
例えば、屈折率が１．７の封止材を用いた発光部の場合、発光部と空気との界面での反射率は、６．７％程度となり、少なくとも６．７％程度の励起光が発光部に照射されないことになる。
【０００５】
ここで、「少なくとも６．７％程度の励起光が発光部に照射されない」としている理由は、図９（ａ）に示すように、励起光の経路に以下のCaseＡおよびＢの２つの場合が考えられるためである。
【０００６】
例えば、CaseＡでは、励起光は、空気から封止材、封止材から蛍光体の順で進む（位置Ｐ１参照）ので、CaseＡでの反射率は、空気および封止材のそれぞれの屈折率で決まる。一方、CaseＢでは、励起光は、空気から蛍光体の順で進む（位置Ｐ２参照）ので、CaseＢでの反射率は、空気および蛍光体のそれぞれの屈折率で決まる。
【０００７】
また、発光部の表面に付着したほこりなどのゴミ・汚れ・油や発光部の表面のわずかな凹凸により実質的に発光部に照射される励起光は少なくなる可能性もある。
【０００８】
このような問題点を解決する技術の一例として特許文献１に開示された半導体発光装置がある。
【０００９】
この半導体発光装置では、発光部の表面に直接、微細な凹凸構造などの反射防止構造を設けて、発光部の表面での励起光の反射を防止することで、発光部に対する励起光の照射効率を向上させている。
【００１０】
一方、発光部を固定または補強するために、発光部の周囲を透光性の樹脂部材で覆うことがしばしば行われるが、空気と樹脂部材との界面で発光部から発生した蛍光の反射が起き、蛍光が発光部の内部に滞留してしまうため、蛍光の取出し効率が低下してしまうという問題もある。
【００１１】
このような問題点を解決する技術の一例として特許文献２に開示されたＬＥＤ照明光源がある。
【００１２】
このＬＥＤ照明光源では、基板上に実装されたＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを覆う発光部と、発光部を覆う透光性の樹脂部材とを備え、該樹脂部材の上面に、凹凸構造を設けて、樹脂部材の上面での蛍光の反射を防止している。
【００１３】
その他、微細な凹凸構造に関する技術を開示した文献として、特許文献３および４に記載の技術があり、特許文献３では、蛍光体微粒子の表面側に凹凸構造を設けており、特許文献４では、色変換部材の光出射面側に凹凸構造を設けている。
【００１４】
また、微細な凹凸構造に関する技術ではないが、反射防止膜に関する技術を開示した文献として、特許文献５および６がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００９−１５８６２０号公報（２００９年７月１６日公開）
【特許文献２】特開２００６−  ２４６１５号公報（２００６年１月２６日公開）
【特許文献３】特開２０１０−１００８２７号公報（２０１０年５月０６日公開）
【特許文献４】特開２００７−１０３９０１号公報（２００７年４月１９日公開）
【特許文献５】特開２０１０−  ８７３２４号公報（２０１０年４月１５日公開）
【特許文献６】特開２００９−１４０８２２号公報（２００９年６月２５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、高いパワー、かつ高いパワー密度の励起光を発光部の表面に照射すると、適切な放熱を行わない場合には発光部の温度は容易に数百℃を超えてしまうことがある。このため、上記特許文献１の半導体発光装置や上記特許文献３の技術ように、発光体（または蛍光体微粒子）の表面に直接、微細な凹凸構造からなる反射防止構造を形成した場合、点灯の度に繰り返される発光体の温度上昇により、凹凸構造の形状がくずれてしまう可能性がある。このように、凹凸構造の形状がくずれてしまうと反射防止機能を発揮できなくなるので、上記特許文献１の半導体発光装置や上記特許文献３の技術では、長期間にわたって発光部に対する励起光の照射効率を維持し続けることができない。
【００１７】
一方、特許文献２のＬＥＤ照明光源では、励起光源であるＬＥＤチップの周囲を直接、蛍光体樹脂部（発光部）で覆っているため、ＬＥＤチップの発熱がダイレクトに発光部に伝わり、そのことにより発光部の発光効率が低下したり、発光部を覆うように形成された上面に凹凸構造を有する透光性樹脂部にまで発熱が伝わって、凹凸構造がくずれてしまったりする可能性がある。もちろん、ＬＥＤチップから発せられた高いパワー、かつ高いパワー密度の励起光が、発光部に直接照射されることにより、発光部自体が発熱し、その温度上昇により透光性樹脂部上面に設けられた凹凸構造がくずれてしまったりするという問題点もある。
【００１８】
これは、上記ＬＥＤ照明光源では、発光部を直接覆う樹脂部材の上面に、凹凸構造を設けているが、樹脂部材の耐熱温度は、通常、百数十℃程度しかないので、点灯の度に繰り返される発光部の温度上昇により、凹凸構造の形状がくずれていくからである。
【００１９】
ここで、高いパワー、かつ高いパワー密度の励起光を発する典型的な光源としてはＬＥＤチップのほかに半導体レーザ素子などのレーザ光源がある。レーザ光源を用いて、レーザ光を励起光とすることによって、非常に高いパワー、かつ非常に高いパワー密度を実現することが可能になる。そのため、発光部の温度は、レーザ光源を励起光源として用いたときの方がより顕著に上昇しうる。そのような場合、適切に放熱させないと発光部の温度は容易に数百℃を超えてしまい、発光部が損傷してしまう。
【００２０】
次に、特許文献４に記載の技術では、色変換部材の光出射面側に凹凸構造を設けているので、照明光の取出し効率の向上の観点は考慮されているものの、励起光の照射効率の向上の観点については全く考慮されていない。
【００２１】
さらに、特許文献５および６に記載の技術は、そもそも凹凸構造に関する技術ではない。
【００２２】
なお、発光部の全体的な発光効率の向上の観点からは、発光部に対する励起光の照射効率の向上、および、発光部からの蛍光の取出し効率の向上のいずれか一方の観点のみを考慮した技術ではなく、両方の観点を考慮した技術の開発が望まれる。
【００２３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、発光部の発光効率を高くし、その高い発光効率を長期間にわたって維持することができる発光素子などを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の発光素子は、上記課題を解決するために、所定波長の励起光が照射される光照射面を備え、上記励起光に対して透光性を有する透光性基板と、上記透光性基板の上記光照射面に対向する面の側に配置され、上記透光性基板を透過した励起光が照射されることにより蛍光を発生する発光部とを備え、上記透光性基板は、上記発光部から発生する熱を受け取って拡散させる熱伝導性を有し、上記光照射面の側に、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方が、上記所定波長の励起光の上記光照射面における反射を低減させることが可能な間隔で配列する凹凸構造が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、光照射面の側に、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を、所定波長の励起光の光照射面における反射を低減させることが可能な間隔で配列する凹凸構造を形成することで、空気と凹凸構造との屈折率差が緩やかに変化し、空気と透光性基板との界面における励起光の反射率が顕著に低下する。
【００２６】
これにより、通常、大きな屈折率差を有する空気と透光性基板との界面で励起光がほとんど反射されないので、励起光の発光部に対する照射効率が向上する。
【００２７】
また、空気と透光性基板との界面における蛍光の反射率も顕著に低下する。
【００２８】
これにより、空気と透光性基板との界面で蛍光が反射され、透光性基板または発光部の内部に蛍光が滞留することがないので、蛍光の取出し効率が向上する。
【００２９】
さらに、透光性基板の厚さの分だけ、光照射面と該光照射面に対向する面との間が離れている。言い換えれば、励起光が入射する側の凹凸構造が形成された屈折率界面（空気と透光性基板との界面のことを屈折率界面ということにする）と、発光素子の構成要素の中で一番の発熱源である発光部からの熱が透光性基板に伝導する熱的界面とが互いに分離されている。これにより、発光部から発生する熱により、凹凸構造が損傷することを防止することができる。よって、本発明の発光素子の上述した機能を長期間にわたって維持することができる。
【００３０】
よって、発光部の発光効率を高くし、その高い発光効率を長期間にわたって維持することができる。
【００３１】
ここで、「凸部」は、励起光の照射方向に伸びる突起、または、凹部と凹部との間で励起光の照射方向に対して局所的に盛り上がった部分のことである。「凹部」は、励起光の照射方向に対して深さを有する孔、または、凸部と凸部との間で励起光の照射方向に対して局所的に窪んだ部分のことである。
【００３２】
また、本発明の発光素子の製造方法は、上記課題を解決するために、所定波長の励起光に対して透光性を有する透光性基板と、上記励起光が照射されることにより蛍光を発生する発光部とを備える発光素子の製造方法であって、上記透光性基板の一方の表面側に、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方が、上記所定波長の励起光の上記一方の表面における反射を低減させることが可能な間隔で配列する凹凸構造を、形成する凹凸構造形成工程と、上記透光性基板の上記一方の表面に対向する面の側に、上記発光部を配置する発光部配置工程とを、含んでおり、上記透光性基板として、上記発光部から発生する熱を受け取って拡散させる熱伝導性を有する部材を用いることを特徴とする。
【００３３】
上記方法によれば、凹凸構造形成工程で、透光性基板の一方の表面側に、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方が、所定波長の励起光の一方の表面における反射を低減させることが可能な間隔で配列する凹凸構造を形成する。
【００３４】
また、発光部配置工程で、透光性基板の一方の表面に対向する面の側に、上記発光部を配置する。
【００３５】
さらに、上記透光性基板として、上記発光部から発生する熱を受け取って拡散させる熱伝導性を有する部材を用いる。
【００３６】
以上の方法により、発光部の発光効率を高くし、その高い発光効率を長期間にわたって維持することができる発光素子を製造することができる。
【００３７】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、上記凸部の付け根側から先端側の間に、上記光照射面に平行な断面の径が一定である箇所が存在しても良いし、上記凸部の付け根側から先端側に向かう方向に対して、上記光照射面に平行な断面の径が拡大する箇所が存在しても良いし、上記凸部の付け根側から先端側に向かう方向に対して、上記光照射面に平行な断面の径が縮小する箇所が存在しても良い。
【００３８】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、上記複数の凹部の、それぞれの上記光照射面に垂直な方向に対する凹部深さ、および、それぞれの上記光照射面に平行な方向に対する凹部幅、が異なっても良い。
【００３９】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、上記透光性基板と上記発光部との屈折率差が、０．３５以下であることが好ましい。
【００４０】
ここで想定される、発光部および透光性基板の屈折率が、共に１．５〜２．０程度であるとすると、一方の屈折率が１．５であるとき、屈折率差が０．３５（すなわち、他方の屈折率が１．８５）であればその界面での反射率は１％となる。
【００４１】
また、一方の屈折率が２．０の時、屈折率差が０．３５（すなわち、他方の屈折率は１．６５）であれば、その反射率は０．９２％となる。
【００４２】
よって、透光性基板と発光部との屈折率差が、０．３５以下であれば、透光性基板と発光部との間の界面の反射率を１％以下にすることができる。
【００４３】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、上記透光性基板の屈折率が、１．６５以上であることが好ましい。
【００４４】
上述したように、発光部の屈折率の上限が２．０であるとすると、透光性基板の屈折率が１．６５以上であれば、屈折率１．５〜２．０の発光部に対して屈折率差０．３５以下を満たすことができる。
【００４５】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、上記透光性基板の熱伝導率が、上記発光部よりも大きいことが好ましい。
【００４６】
これにより、発光部から透光性基板へ熱が逃げ易くなるので、発光部の冷却効率が向上する。
【００４７】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、少なくとも上記透光性基板の周囲が乾燥空気で満たされていても良い。
【００４８】
例えば、透光性基板の構成材料が潮解性をもつような場合、その潮解性により凹凸構造
が損傷する可能性があるが、このような場合でも、透光性基板の周囲が乾燥空気で満たせば、潮解性により凹凸構造が損傷することを防止することができる。
【００４９】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、上記光照射面と、上記対向する面との間の距離が、３０μｍ以上であることが好ましい。
【００５０】
光照射面と該光照射面に対向する面との間の距離（透光性基板の厚さ）が、３０μｍよりも小さいと、発光部の放熱を十分にできず、発光部が劣化してしまう可能性がある。また、凹凸構造が、発光部から発生した熱による影響を受けて損傷する可能性もある。
【００５１】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、上記透光性基板の熱伝導率が、２０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
【００５２】
これにより、発光部から発生した熱を効率良く逃がすことができる。
【００５３】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、上記複数の凸部の、上記光照射面に沿った配列が、少なくとも一方向に対して周期性を持たないことが好ましい。
【００５４】
これにより、各凸部の配列が周期性を持たない方向に対しては、励起光の回折光の発生が抑制されるので、透光性基板に対する励起光の反射率がより低下する。
【００５５】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、上記励起光の上記所定波長は、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５６】
波長が１０００ｎｍを超える励起光にて効率よく蛍光体を励起し、可視光領域の蛍光を得ることができない。
【００５７】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、上記凸部の付け根から先端までの長さである凸部高さは、３０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５８】
各凸部の高さが、３０００ｎｍを超えると、反射防止・反射低減の効果が小さくなる。
【００５９】
また、本発明の発光素子は、上記構成に加えて、上記反射を低減させることが可能な間隔は、５ｎｍ以上、３０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６０】
反射を低減させることが可能な間隔が５ｎｍ未満であると、凹凸構造の形成が困難になる。ここで、凸部の光照射面に平行な方向に対する幅を凸部幅と呼ぶことにする。このとき、反射を低減させることが可能な間隔≒凸部幅である。
【００６１】
後述するように凸部高さの好ましい上限は、３０００ｎｍであるから、反射を低減させることが可能な間隔が３０００ｎｍを超えると、凸部のアスペクト比（凸部高さ／凸部幅）が１より小さくなるので、十分な反射率の低下効果が得られにくくなる。
【００６２】
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記いずれかの発光素子を備えた発光装置であって、上記所定波長の励起光を、上記透光性基板の光照射面に照射する励起光源を備えていても良い。
【００６３】
これにより、発光部の発光効率を高くし、その高い発光効率を長期間にわたって維持することができる発光装置を構成することができる。
【００６４】
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記励起光源は、発光ダイオードであっても良い。
【００６５】
上記構成によれば、発光ダイオードは小型であるので、発光ダイオードを励起光源として用いることによって、励起光源と発光部からなる発光装置自体を小型にすることができ、発光装置の応用製品の範囲の自由度が高くなり、加えて、この発光装置を用いた製品のデザインの設計の自由度が高くなる。また、励起光が入射する側の凹凸構造が形成された屈折率界面と、発光素子の構成要素の中で一番の発熱源である発光部からの熱が透光性基板に伝導する熱的界面とが互いに分離されており、励起された蛍光体から発生した熱は透光性基板に逃げるために蛍光体の環境温度を下げることができるので、蛍光体の環境温度の上昇による発光部の効率の低下を抑制することができるため、発光装置の小型化と低消費電力化を実現できる。
【００６６】
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記励起光源は、レーザ光源であっても良い。
【００６７】
上記構成によれば、レーザ光源を用いるようにすることで、非常に高いパワー、かつ、非常に高いパワー密度の励起光を得ることができるため、発光部から高輝度かつ高光束の照明光を取出すことができるようになる。また、励起光が入射する側の凹凸構造が形成された屈折率界面と、発光素子の構成要素の中で一番の発熱源である発光部からの熱が透光性基板に伝導する熱的界面とが互いに分離されているため凹凸構造も損傷することもない。
【００６８】
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記レーザ光源は、半導体レーザ素子であっても良い。
【００６９】
上記構成によれば、半導体レーザは小型であるので、励起光源を半導体レーザとすることによって、励起光源と発光部からなる発光装置自体もより小型にすることができ、発光装置の応用製品の範囲の自由度が高くなり、また、この発光装置を用いた製品のデザインの設計の自由度が高くなる。
【００７０】
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記発光部から発生した蛍光を反射する光反射凹面を有する反射鏡を備え上記発光部が、上記反射鏡に形成された挿通孔の内部に挿通され、上記発光部に照射される励起光の一部が、上記発光部の内部を透過しても良い。
【００７１】
これにより、励起光が、発光部の内部を透過し、その透過光が発光体に含まれる蛍光体粒子によって散乱されるので、透過光が反射鏡内で拡散される。
【００７２】
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記発光部を埋め込むための埋設孔が形成され、上記発光部から発生する熱を拡散させる熱伝導性を有する熱伝導部材を備え、上記発光部の上記透光性基板を透過した励起光が照射される面と反対側が、上記埋設孔に埋め込まれていても良い。
【００７３】
これにより、発光部を熱伝導部材の埋設孔に埋め込み、上記透光性基板と熱伝導部材とで発光部の周囲を取り囲むことで、発光部の冷却効果が向上する。
【００７４】
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記熱伝導部材の上記埋設孔の底部側の面で、上記発光部の内部を透過する励起光が反射することが好ましい。
【００７５】
これにより、発光部の内部を透過する励起光が、熱伝導部材の埋設孔の底部側の面で反射するので、透発光部の内部を透過する励起光の光路長が２倍となる。これにより、蛍光体の濃度を固定して、励起光の照射方向に対する発光部の厚さを１／２にしても、十分な発光効率を得ることができる。
【００７６】
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記熱伝導部材の構成材料が金属であっても良い。
【００７７】
金属は、熱伝導率が高いのでより熱伝導部材の放熱効果が期待できる。
【００７８】
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記熱伝導部材の構成材料がセラミックスであっても良い。
【００７９】
例えば、透光性基板の構成材料としてガラスまたはサファイアを選択した場合、セラミックスの熱膨張率は、ガラスまたはサファイアと近いので、繰り返し熱収縮が起こることにより、透光性基板が埋設孔からはがれてしまう（熱的にはがれて熱絶縁されてしまう）のを抑制することができる。また、例えば、発光部の構成材料として無機ガラスを選択した場合や、酸窒化物蛍光体を選択した場合、窒化物蛍光体を選択した場合も、これらの材料はセラミックスと熱膨張率が近い値であるため、繰り返し熱収縮が起こることにより、透光性基板が埋設孔からはがれてしまう（熱的にはがれて熱絶縁されてしまう）のを抑制することができる。
【発明の効果】
【００８０】
本発明の発光素子は、以上のように、所定波長の励起光が照射される光照射面を備え、上記励起光に対して透光性を有する透光性基板と、上記透光性基板の上記光照射面に対向する面の側に配置され、上記透光性基板を透過した励起光が照射されることにより蛍光を発生する発光部とを備え、上記透光性基板は、上記発光部から発生する熱を受け取って拡散させる熱伝導性を有し、上記光照射面の側に、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方が、上記所定波長の励起光の上記光照射面における反射を低減させることが可能な間隔で配列する凹凸構造が形成されているものである。
【００８１】
本発明の発光素子の製造方法は、以上のように、上記透光性基板の一方の表面側に、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方が、上記所定波長の励起光の上記一方の表面における反射を低減させることが可能な間隔で配列する凹凸構造を、形成する凹凸構造形成工程と、上記透光性基板の上記一方の表面に対向する面の側に、上記発光部を配置する発光部配置工程とを、含んでおり、上記透光性基板として、上記発光部から発生する熱を受け取って拡散させる熱伝導性を有する部材を用いるである。
【００８２】
それゆえ、発光部の発光効率を高くし、その高い発光効率を長期間にわたって維持できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態である発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態である発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態である発光装置（透過型）の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態である発光装置（反射型）の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】上記発光素子に関し、透光性基板の光照射面の側に形成する微細構造の構成例を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、上記微細構造の一構成例を示し、（ｂ）は、上記微細構造の他の構成例を示し、（ｃ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示し、（ｄ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示し、（ｅ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示し、（ｆ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示す。
【図６】上記発光素子に関し、透光性基板の光照射面の側に形成する微細構造の他の構成例を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、上記微細構造の一構成例を示し、（ｂ）は、上記微細構造の他の構成例を示し、（ｃ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示し、（ｄ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示し、（ｅ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示す。
【図７】（ａ）は、上記透光性基板の一実施例であるサファイア基板を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、サファイア基板の一方の表面上にレジスト層を形成したときの様子（レジスト層形成工程）を模式的に示す断面図であり、（ｃ）は、上記レジスト層を露光したときの様子（露光工程）を模式的に示す断面図であり、（ｄ）は、レジスト層の一部を除去し、露光部のみを残したときの様子（除去工程）を模式的に示す断面図である。
【図８】（ａ）は、上記露光部のみを残したサファイア基板にエッチングを施すときの様子（エッチング工程）を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、上記エッチング工程が終了したときのサファイア基板の様子を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）は、蛍光体の微粒子が封止材中に分散しているときの反射率について説明するための図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、レーザ光のスポットの面積、発光部の励起光の入射面全体の面積、および発光部の励起面の面積のそれぞれの関係を説明するための図である。
【図１０】発光部の熱伝導率と、埋設孔の周囲を取り囲む側面の構成材料の熱伝導率とが互いに近い値であることが好ましい理由について説明するための図であり、（ａ）は、発熱がないときの様子を示し、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、過度に発熱したときの様子を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８４】
本発明の一実施形態について図１〜図１０に基づいて説明すれば、次の通りである。以下の特定の項目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、他の項目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、各項目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。
【００８５】
〔１．発光素子１０ａの構成〕
まず、図１に基づき、本発明の一実施形態である発光素子１０ａの構成について説明する。なお、図１は、発光素子１０ａの構成を模式的に示す断面図であり、各構成要素の実際の寸法を反映したものではない。
【００８６】
図１に示すように、発光素子１０ａは、透光性基板１および発光部２を備える。
【００８７】
＜透光性基板１＞
本実施形態の透光性基板１は、折れ曲がりのない平板状の部材であり、少なくとも所定波長のレーザ光Ｌ（励起光）に対して透光性を有している。
【００８８】
また、透光性基板１の一方（レーザ光Ｌが照射される側）の表面である光照射面ＳＵＦ１上（または光照射面ＳＵＦ１の側）には、複数の微細な突起（凸部）ＰＪで構成されるいわゆる、微細構造ｇ（凹凸構造）が形成されている。なお、本実施形態では、微細構造ｇが複数の微細な突起ＰＪからなる構成について説明するが、微細構造ｇは、これに限られず、例えば、後述するように、複数の微細孔（凹部）ＰＨからなる構成であっても良い。
【００８９】
ここで、「凸部」は、図１に示す微細構造ｇのようなレーザ光Ｌの照射方向に伸びる突起ＰＪ、または、凹部と凹部との間で励起光の照射方向に対して局所的に盛り上がった部分のことである（最近接の微細孔ＰＨ間の盛り上がった部分のような形態も含む）。また、「凹部」は、レーザ光Ｌの照射方向に対して深さを有する微細孔ＰＨ、または、凸部と凸部との間で励起光の照射方向に対して局所的に窪んだ部分のことである（最近接の突起ＰＪ間の窪んだ部分のような形態も含む）。
【００９０】
各突起ＰＪ（または各微細孔ＰＨ）同士の間隔ｄ（反射を低減させることが可能な間隔）は、５ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であることがこのましい。
【００９１】
間隔ｄが５ｎｍ未満であると、微細構造ｇの形成が困難になる。ここで、突起ＰＪ（凸部）の光照射面ＳＵＦ１に平行な方向に対する幅を凸部幅と呼ぶことにする。このとき、反射を低減させることが可能な間隔≒凸部幅である。
【００９２】
後述するように突起ＰＪの高さｈの好ましい上限は、３０００ｎｍであるから、間隔ｄが３０００ｎｍを超えると、突起ＰＪのアスペクト比（凸部高さ／凸部幅）が１より小さくなるので、十分な反射率の低下効果が得られにくくなる。また、レーザ光Ｌの波長は、３５０ｎｍ（ナノメートル）以上、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００９３】
なぜなら、発光部２に利用できる蛍光体は３５０ｎｍ以上で一般的に効率よく励起できるためである。
【００９４】
但し、励起光源として半導体レーザ（励起光源）を用いる場合、波長が３５０ｎｍ未満のレーザ光Ｌを発生する半導体レーザを作製することは現状では難しい。一方、波長が１０００ｎｍを超えるレーザ光Ｌにて効率よく蛍光体を励起し、可視光領域の蛍光を得ることができない。
【００９５】
ここでは励起光源として半導体レーザを用いたが、これに加えてＬＥＤチップも好適な励起光源として使用できる。ＬＥＤを励起光源として用いた場合、ＬＥＤチップのピーク波長は４５０ｎｍ近傍が好ましい。また、ピーク波長としては３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ程度であってもよい。なぜなら、この波長範囲は蛍光体を効率よく励起でき、また小型で低コストのＬＥＤチップを利用できるため発光装置の効率向上と小型化・低コスト化が実現できるからである。
【００９６】
また、各突起ＰＪの高さｈ（光照射面ＳＵＦ１の垂直方向に対する凸部高さ）は、３０００ｎｍ以下であることが好ましい。各突起ＰＪの高さが、３０００ｎｍを超えると、十分な反射率の低減効果が得られにくくなるとともに、突起ＰＪの形成が困難になる。なお、微細構造ｇのその他の特徴については、後述する。
【００９７】
次に、透光性基板１の光照射面ＳＵＦ１に対向する対向面ＳＵＦ２（対向する面）の側には、発光部２が配置され、発光部２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。なお、本実施形態では、透光性基板１と発光部２とは、接着剤を用いて接合（接着）されているものとして説明するが、透光性基板１と発光部２との接合方法は、接着に限られず、例えば、融着などであっても良い。
【００９８】
また、接着剤としては、いわゆる有機系の接着剤や、ガラスペースト接着剤が好適であるが、これに限られない。
【００９９】
透光性基板１は、以上のような形状および、発光部２との接続形態を有することで、発光部２の発光効率が向上し、発光部２から透光性基板１を透過する蛍光の取出し効率が向上する。また、透光性基板１によれば、発光部２を対向面ＳＵＦ２で固定（保持）しつつ、発光部２から発生する熱を発光素子１０ａの外部に放熱することができるので、発光部２の冷却効率が向上する。
【０１００】
透光性基板１の熱伝導率は、発光部２の熱を効率良く逃がすために、２０Ｗ／ｍＫ（ワット／メートル・ケルビン）以上であることが好ましい。この場合、透光性基板１は、発光部２（１Ｗ／ｍＫ）よりも２０倍も高い熱伝導率を有しており、発光部２において生じた熱を効率良く吸収することにより発光部２を冷却できる。
【０１０１】
また、光照射面ＳＵＦ１に入射したレーザ光Ｌは、透光性基板１を透過させて発光部２に照射させる。そのため、透光性基板１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。
【０１０２】
以上の点を考慮すると、透光性基板１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。
【０１０３】
しかしながら、透光性基板１の材質は、以上の材質に限られず、例えば、ガラス（石英）などであっても良い。
【０１０４】
但し、マグネシアは、潮解性をもつため、その潮解性により微細構造ｇが損傷する可能性がある。よって、透光性基板１の構成材料としてマグネシアを選択する場合は、透光性基板１の周囲を乾燥空気で満たす。例えば、図示しない筐体に発光素子１０ａを格納して乾燥空気で満たして密封するか、後述するパラボラ型反射鏡（反射鏡）４と光学部材８、または、ハーフパラボラ型反射鏡（反射鏡）４ｈと光学部材８の内部に格納して乾燥空気を満たして密封する。これにより、潮解性により微細構造ｇが損傷することを防止することができる。
【０１０５】
また、図１に示す透光性基板１の厚さＨ（光照射面ＳＵＦ１と対向面ＳＵＦ２との間の距離）は、３０μｍ以上、１．０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは、０．２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。
【０１０６】
後述する反射型発光装置（発光装置）３０の場合、後述する透過型発光装置（発光装置）２０と比較すると、透光性基板１に対する放熱効果は高いが、透光性基板１の厚さＨが、３０μｍよりも小さいと発光部２の放熱を十分にできず、発光部２が劣化してしまう可能性がある。また、微細構造ｇが、発光部２から発生した熱による影響を受けて損傷する可能性もある。
【０１０７】
但し、透過型発光装置（発光装置）２０でも、０．２ｍｍ以上であれば、発光部２の放熱を十分にでき、発光部２の劣化を防止できる。また、微細構造ｇが、発光部２から発生した熱による影響を受けて損傷することを防止できる。
【０１０８】
一方、透光性基板１の厚さＨが、１．０ｍｍを超えると、発光部２に向けて照射されたレーザ光Ｌが、透光性基板１において吸収される率が大きくなり、レーザ光Ｌの利用効率が顕著に下がる。
【０１０９】
また、透光性基板１を適切な厚さＨで発光部２に接合させることにより、特に発光部２での発熱が１Ｗ（ワット）を超えるような極めて強いレーザ光Ｌを照射しても、その発熱が迅速、かつ、効率的に放熱され、発光部２が損傷（劣化）してしまうことを防止できる。
【０１１０】
なお、上述したように、透光性基板１は、折れ曲がりのない平板状のものであって良いが、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、透光性基板１と発光部２とを接着する場合、発光部２が接着される部分は、接着の安定性の観点から平面（板状）であることが好ましい。
【０１１１】
（微細構造ｇについて）
次に、上述した微細構造ｇについて説明する。微細構造ｇについて端的に表現すれば、光照射面ＳＵＦ１に対するレーザ光Ｌの反射を低減させることが可能な間隔ｄで、複数の微細な突起ＰＪまたは複数の微細孔ＰＨを密に配列した凹凸構造のことである。このよううな微細構造ｇの一例としては、モスアイ構造が良く知られている。しかしながら、ここで言う微細構造ｇは、モスアイ構造に限られない。
【０１１２】
図１に示すように、本実施形態の透光性基板１では、微細構造ｇを構成する複数の突起ＰＪは、レーザ光Ｌの波長よりも小さい間隔ｄで光照射面ＳＵＦ１に沿って密に配列されているものとして説明するが、ナノメートルオーダの間隔であれば、レーザ光Ｌの波長よりも大きい間隔で光照射面ＳＵＦ１に沿って密に配列されていても良い。例えば、波長が４００ｎｍ程度の光に対しては、５００ｎｍ程度の間隔でも反射率は低下する。以上の構成によれば、光照射面ＳＵＦ１に対するレーザ光Ｌの反射率が低下する。
【０１１３】
なお、図１では、紙面に沿う方向の間隔ｄのみを示しているが、紙面に対して垂直な方向の間隔を定義することもできる。
【０１１４】
本実施形態では、煩雑さを避けるため、紙面に沿う方向の間隔ｄは、紙面に対して垂直な方向の間隔と同一であり、複数の突起ＰＪ（または複数の微細孔ＰＨ）が、光照射面ＳＵＦ１上で一定の周期性をもってドットマトリクス状に配列しているものとして説明する。しかしながら、各突起ＰＪの配列はこれに限られず、例えば、紙面に沿う方向の間隔ｄが、紙面に対して垂直な方向の間隔と異なっていても良い。
【０１１５】
また、微細構造ｇの配列は、上述の例のように周期性をもった配列に限られず、各突起ＰＪの、光照射面ＳＵＦ１に沿った配列が、少なくとも一方向に対して周期性を持たないものであっても良い。これにより、各突起ＰＪの配列が周期性を持たない方向に対しては、レーザ光Ｌの回折光の発生が抑制されるので、透光性基板１に対するレーザ光Ｌの反射率Ｒがより低下する。
【０１１６】
また、微細構造ｇの配列は、周期性をほとんど持たないランダムな配列であっても良い。ここで、ランダムとは、少なくとも異なる２つの方向に対して周期性を持たないことを言い、周期性を持たない方向の数が多いほどランダム性は高い。
【０１１７】
ランダム性が高い程、レーザ光Ｌの回折光の発生が抑制されるので、透光性基板１に対するレーザ光Ｌの反射率Ｒがより低下する。
【０１１８】
次に、各突起ＰＪの形状について説明する。図１に示す例では、突起ＰＪは、円錐、もしくは、角錐状の錐形状となっている。しかしながら、各突起ＰＪの形状はこれに限られず、様々な形状が考えられる。例えば、このような形状として、釣鐘状（またはトロイデ（鐘状火山）状）、コニーデ（成層火山）状などを例示することができる。
【０１１９】
（微細構造ｇの好ましい形状）
次に、図５および６に基づき、微細構造ｇの具体例について説明する。
【０１２０】
まず、図５の（ａ）に示す例では、微細構造ｇは、突起ＰＪの付け根側から先端側まで、常に突起ＰＪの光照射面ＳＵＦ１に垂直な方向に対する径が一定となっている。
【０１２１】
次に、図５の（ｂ）に示す例では、突起ＰＪの付け根側から先端付近まで常に突起ＰＪの光照射面ＳＵＦ１に垂直な方向に対する径が一定となっているが、それから先は、連続的に断面の径が縮小している。ここで、「連続的」とは、突起ＰＪが伸びる方向に対する、光照射面ＳＵＦ１に平行な突起ＰＪの断面の径の変化が「滑らか」であり、該断面の径の変化に顕著な「とび」がないことを意味する。
【０１２２】
次に、図５の（ｃ）に示す例では、凸部高さｈ１〜ｈ４（突起ＰＪの付け根から先端までの長さ）がそれぞれ異なる突起ＰＪが林立している。
【０１２３】
次に、図５の（ｄ）に示す例では、微細構造ｇは、複数の凸部の集まりではなく、複数の微細孔ＰＨの集まりとなっている。この例のように、微細構造ｇは、複数の微細孔ＰＨの集まりであっても良い。
【０１２４】
なお、図５の（ｄ）に示す例では、光照射面ＳＵＦ１に垂直な方向に対する凹部深さｄｅｐ１〜ｄｅｐ４のそれぞれが異なっており、光照射面ＳＵＦ１に平行な方向に対する凹部幅ｗ１〜ｗ４のそれぞれも異なっている。
【０１２５】
次に、図５の（ｅ）に示す例では、突起ＰＪの付け根側から先端側に向けて突起ＰＪの径（凸部幅）が連続的に拡大している。
【０１２６】
次に、図５の（ｆ）に示す例では、突起ＰＪの付け根側から先端近傍に向けて突起ＰＪの径（凸部幅）が連続的に拡大し、途中から突起ＰＪの径が連続的に縮小している。
【０１２７】
以上説明したように、微細構造ｇは、様々な形態が考えられるが、図５の（ａ）〜（ｆ）に示した形態に限られない。
【０１２８】
例えば、図６に示すように突起ＰＪの径が連続的に縮小する形態も考えられる。そこで、図６の（ａ）〜（ｅ）に、その代表的な微細構造ｇの例を示す。図６は、透光性基板１の光照射面ＳＵＦ１の側に形成する微細構造ｇの構成例を模式的に示す断面図である。
【０１２９】
図６の（ａ）は、微細構造ｇの一構成例（錐形状、平面部分あり）を示し、図６の（ｂ）は、微細構造ｇの他の構成例（錐形状、平面部分なし）を示す。
【０１３０】
また、図６の（ｃ）は、微細構造ｇのさらに他の構成例（コニーデ形状、平面部分あり）を示し、図６の（ｄ）は、微細構造ｇのさらに他の構成例（氷柱状、平面部分なし）を示し、図６の（ｅ）は、微細構造ｇのさらに他の構成例（釣鐘状、平面部分なし）を示す。
【０１３１】
図６に示すように、微細構造ｇの形成条件により突起同士の間に平面部分があるものと、無いものが形成される。また、突起の形状が円錐形状か角錐形状か、または、釣鐘状かというような、突起自体の形状にも多数の種類がある。
【０１３２】
なお、突起ＰＪの形状としては、図６の（ｂ）、（ｄ）および（ｅ）に示すような平面部分がないように突起ＰＪが形成されているもの方がより好ましい。平面部分があると、この部分については空気からある物質（ガラスやサファイアなど）への屈折率の変化は、「滑らか」にならず、「とび」ができるため、反射防止・反射低減効果が小さくなることがある。
【０１３３】
以上のような形状の複数の突起ＰＪを、光照射面ＳＵＦ１上に、間隔ｄで密に配列することにより、図１の右側に示すグラフのように、空気と微細構造ｇの組合せによる屈折率ｎが、空気の屈折率ｎ１（座標ｘ３の位置）から透光性基板１の屈折率ｎ２（座標ｘ２の位置）まで滑らか（緩やか）に変化し、透光性基板１に対するレーザ光Ｌの反射率Ｒが顕著に低下する。なお、ｘ２≦ｘ≦ｘ１の範囲では、屈折率ｎは、当然ながら、透光性基板１の屈折率ｎ２に等しく一定値となる。一方、ｘ≧ｘ３の範囲では、屈折率ｎは、当然ながら、空気の屈折率ｎ１に等しく一定値となる。
【０１３４】
なお、空気の屈折率ｎ１は、ほぼ真空の屈折率とみなすことができ、１である。一方、透光性基板１の構成材料としてサファイアを採用した場合の屈折率ｎ２は、１．７８５である。
【０１３５】
一般に、異なる屈折率ｎを持つ物体間の界面での光の反射率Ｒ（％）は、界面を構成する２つの物質の屈折率ｎを（ｎ１、ｎ２）と定義すると、
Ｒ＝〔（ｎ１−ｎ２）＾２／（ｎ１＋ｎ２）＾２〕×１００・・・（１）
となる。
【０１３６】
上式（１）は、屈折率差Δｎ（＝ｎ１−ｎ２）の小さい物質同士の界面では反射率Ｒは小さくなり、逆に、屈折率差Δｎの大きい物質同士の界面では反射率Ｒは大きくなるということを示している。言い換えれば、光は物質同士の界面での屈折率差Δｎを感じ取って、その差の大小によって反射率を変えているとも言える。
【０１３７】
ここで、例えば、上述した微細構造ｇを有する透光性基板１に入射させるときを考えると、レーザ光Ｌの感じる屈折率ｎは、滑らかに（徐々に）変わっていくことになり、レーザ光Ｌはそこには屈折率差Δｎがないと感じて進んでいく。言い換えれば、屈折率差Δｎがない、すなわち反射が生じないということになる。このため、透光性基板１の光照射面ＳＵＦ１によってレーザ光Ｌがほとんど反射されないので、レーザ光Ｌの発光部２に対する照射効率が向上する。
【０１３８】
また、透光性基板１内を透過または通過する蛍光が光照射面ＳＵＦ１から空気へ出るときについても同様に、透光性基板１から空気への屈折率差Δｎがその界面にあたかも存在しないようになるので透光性基板１から空気への光の取出し効率は良くなる。すなわち、透光性基板１から空気への蛍光の取出し効率が向上する。
【０１３９】
例えば、サファイアと空気との、通常の平面的な界面では、７．９％の表面反射が発生する。この表面反射を、サファイアで構成された透光性基板１の光照射面ＳＵＦ１上に微細構造ｇを形成することによりほぼ０％にすることができる。
【０１４０】
さらに、透光性基板１の厚さＨの分だけ光照射面ＳＵＦ１とその反対側の対向面ＳＵＦ２との間が離れている。言い換えれば、空気と透光性基板１との界面、すなわち、レーザ光Ｌが入射する側の微細構造ｇが形成された通常であれば大きな屈折率差を有するはずである屈折率界面と、発光素子の構成要素の中で一番の発熱源である発光部２からの熱が透光性基板１に伝導する熱的界面とが互いに分離されている。これにより、発光部２から発生する熱により、微細構造ｇが損傷することを防止することができる。よって、本実施形態の発光素子１０ａの上述した機能を長期間にわたって維持することができる。
【０１４１】
なお、本実施形態の透光性基板１を構成するサファイア（融点：２０５０℃）、マグネシア（融点：２８５０℃）、窒化ガリウム（融点：少なくとも１０００℃以上）、スピネル（融点：２１３０℃）などは、いずれも融点が高いため、レーザ光Ｌが照射されることにより発光部２が高温になったとしても、初期の形状を保ち続けることができる。
【０１４２】
＜発光部２＞
（発光部２の組成）
次に、発光部２は、レーザ光Ｌが照射されることにより蛍光を発生するものであり、レーザ光Ｌを受けて蛍光を発生する蛍光体を含んでいる。より、具体的には、発光部２は、封止材としての低融点の無機ガラス（ｎ＝１．７６０）の内部に蛍光体が分散されている。
【０１４３】
無機ガラスと蛍光体との割合は、例えば、１０：１程度であるがこのような割合に限られるものではない。また、発光部２は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。
【０１４４】
封止材は、本実施形態の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。
【０１４５】
次に、透光性基板１と発光部２との屈折率差Δｎは、０．３５以下であることが好ましい。
【０１４６】
封止材としてシリコーン樹脂等の樹脂材料を選択した場合、発光部２の屈折率ｎは１．５程度（下限）であり、１００％酸窒化物蛍光体を用いて発光部２を作製した場合、発光部２の屈折率ｎは２．０程度である。
【０１４７】
一方、透光性基板１として、サファイアやマグネシア、窒化ガリウム、スピネルを採用した場合の屈折率ｎは、凡そ１．５〜２程度の範囲内にある。そこで、想定される、発光部２および透光性基板１の屈折率ｎが、共に１．５〜２．０程度であるとすると、一方の屈折率ｎが１．５であるとき、屈折率差Δｎが０．３５（すなわち、他方の屈折率ｎが１．８５）であればその界面での反射率Ｒは１％となる。
【０１４８】
また、一方の屈折率ｎが２．０の時、屈折率差Δｎが０．３５（すなわち、他方の屈折率ｎは１．６５）であれば、その反射率Ｒは０．９２％となる。
【０１４９】
よって、透光性基板１と発光部２との屈折率差Δｎが、０．３５以下であれば、透光性基板１と発光部２との間の界面の反射率Ｒを１％以下にすることができる。
【０１５０】
次に、透光性基板１の屈折率ｎは、１．６５以上であることが好ましい。上述したように、発光部２の屈折率ｎの上限が２．０であるとすると、透光性基板１の屈折率ｎが１．６５以上であれば、屈折率ｎ＝１．５〜２．０の発光部２に対して屈折率差Δｎ≦０．３５を満たすことができる。
【０１５１】
なお、本実施形態で、発光部２の封止材として無機ガラスを用いたのは、その屈折率ｎ（＝１．７６０）が、サファイアからなる透光性基板１の屈折率ｎ２（＝１．７８５）に非常に近いため、両者の界面では反射がほとんど発生しないからである。なお、サファイアと無機ガラスとの界面の反射率は０．００５％とほぼゼロである。
【０１５２】
このため、発光素子１０ａでは、上述した微細構造ｇを有する透光性基板１（サファイア）と発光部２（無機ガラス：蛍光体＝１０：１）とを組合せることにより、空気から透光性基板１を経由して発光部２に至るまでの間、ほぼ反射率０％のまま、レーザ光Ｌが発光部２に到達する。よって、発光部２に対するレーザ光Ｌの照射効率がさらに向上する。また、発光部２と透光性基板１との対向面ＳＵＦ２から微細構造ｇの頂部（各突起ＰＪの先端を含む平面）に至るまでの間、ほぼ反射率０％のまま、蛍光が微細構造ｇの頂部に到達する。よって、発光部２から透光性基板１を透過する蛍光の取出し効率もさらに向上する。
【０１５３】
なお、本実施形態の透光性基板１に用いられるサファイアと発光部２に用いられる無機ガラスとの、それぞれの物理的特性について纏めると、以下の表のようになる。
【０１５４】
【表１】
2012109400.tif 000003
【０１５５】
（蛍光体）
次に、発光部２に含まれる蛍光体は、例えば、酸窒化物蛍光体のものであり、青色、緑色および赤色に発光する蛍光体のいずれか１つ以上が無機ガラスに分散されている。
【０１５６】
また、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蛍光を発生する蛍光体である。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蛍光を発生する蛍光体である。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蛍光を発生する蛍光体である。
【０１５７】
例えば、後述するレーザ光源（励起光源、半導体レーザ）３として、発振波長が、４０５ｎｍ（青紫色）の半導体レーザを用いると、発光部２から発生する蛍光は、複数の色が混合され白色光となる。
【０１５８】
（蛍光体の種類）
次に、発光部２は、酸窒化物蛍光体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体を含んでいることが好ましい。これらの材料は、極めて強いレーザ光（高出力および高光密度）に対しての耐性が高い。
【０１５９】
代表的な酸窒化物蛍光体として、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）、石英（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。
【０１６０】
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トルサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる点である。例えば、ＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する（ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて評価した）。
【０１６１】
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高いパワー、高いパワー密度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１０ｎｓ（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。
【０１６２】
さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光Ｌ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Ｌ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。
【０１６３】
よって、発光部２が熱により劣化（変色や変形、変質等）するのを、より抑制することができる。これにより、励起光の出力が高い発光素子を励起光源として用いる場合に、発光素子１０ａの寿命が短くなるのをより抑制することができる。
【０１６４】
（発光部２の形状・サイズ）
次に、発光部２の形状および大きさは、例えば、直径２．０ｍｍおよび厚さ１ｍｍの円柱形状である。また、発光部２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。
【０１６５】
ここで必要とされる発光部２の厚さは、発光部２における蛍光体と封止材との割合に従って変化する。発光部２における蛍光体の含有量が多くなれば、ある含有量まではレーザ光Ｌが白色光に変換される効率が高まるため発光部２の厚さを薄くできる。発光部２を薄くすれば透光性基板１への放熱効果も高まる効果があるが、あまり薄くするとレーザ光Ｌが蛍光に変換されず外部に放射される恐れがあり、蛍光体でのレーザ光Ｌの吸収の観点からすると発光部２の厚さ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。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２の厚さは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。
【０１６６】
このため、酸窒化物蛍光体を用いた発光部２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％）、厚さの下限はこの限りではない。
【０１６７】
また、上述した発光部２のサイズおよび形状の他に、例えば、一辺が１０ｍｍの正方形の底面を有し、厚さが０．３ｍｍの発光部２を用い、励起光として例えば直径１ｍｍや２ｍｍのビーム径をもつレーザ光Ｌを発光部２に照射することでも高輝度かつ高光束の発光部２を実現することができる。
【０１６８】
ここで、図９（ｂ）〜（ｄ）に基づき、上記サイズおよび形状の発光部２で高輝度かつ光束の発光部２が実現できる理由について説明する。なお、ここでは、透光性基板１は図示していない。
【０１６９】
図９（ｂ）および（ｃ）は、発光部２のレーザ光Ｌの入射面ＨＡの全体の面積が、レーザ光Ｌを入射面ＨＡに対して平行な面で切断したときのビームの断面であるスポットＧＡ１（入射角＝０°）の面積およびスポットＧＡ２（０°＜入射角＜９０°）の面積のそれぞれよりも広い場合を示す。
【０１７０】
なお、図９（ｂ）および（ｃ）では、励起面ＥＡ１およびの励起面ＥＡ２のそれぞれの面積は、入射面ＨＡの全体の面積よりも小さい。
【０１７１】
例えば、発光部２のレーザ光Ｌの入射面ＨＡの全体の面積が、１０ｍｍ×１０ｍｍで、スポットＧＡ１およびＧＡ２のそれぞれの面積が、直径１ｍｍの円の面積や直径２ｍｍの円の面積（楕円を円とみなす）に等しい場合、図９（ｂ）および（ｃ）に示す状態となる。
【０１７２】
このときは、実際に照射される発光部２の励起面ＥＡ１およびＥＡ２の面積は、それぞれ、凡そ直径１ｍｍおよび直径２ｍｍの円の面積に等しくなるが、その程度の面積を励起すれば十分な光束を取出すことができる。
【０１７３】
したがって、発光部２の入射面ＨＡの全体の面積は大きくても、励起面ＥＡ１およびＥＡ２のそれぞれの面積、すなわち実際に光る面積が微小であれば、発光部２は高輝度となる。
【０１７４】
一方、図９（ｄ）および（ｅ）は、発光部２のレーザ光Ｌの入射面ＨＡ１およびＨＡ２のそれぞれの全体の面積が、スポットＧＡ３およびスポットＧＡ４のそれぞれの面積に等しい場合を示す。
【０１７５】
なお、図９（ｄ）および（ｅ）では、入射面ＨＡ１およびＨＡ２の面積は、それぞれ、励起面ＥＡ３およびＥＡ４の面積に等しい。
【０１７６】
例えば、発光部２のレーザ光Ｌの入射面ＨＡの全体の面積が、直径１ｍｍの円や直径２ｍｍの円の面積に等しく、スポットＧＡ３およびＧＡ４のそれぞれの面積が、直径１ｍｍの円の面積や直径２ｍｍの円の面積（楕円を円とみなす）に等しい場合、図９（ｃ）および（ｄ）に示す状態となる。
【０１７７】
この場合でも、実際に照射される発光部２の励起面ＥＡ３およびＥＡ４の面積は、それぞれ、凡そ直径１ｍｍおよび直径２ｍｍの円の面積に等しくなるが、その程度の面積を励起すれば十分な光束を取出すことができる。すなわち、励起面ＥＡ３およびＥＡ４の面積が微小であれば発光部２は高輝度となる。
【０１７８】
以上より、励起光の入射角や、入射面ＨＡ、ＨＡ１およびＨＡ２のそれぞれの全体の面積の大きさに関わらず、励起面ＥＡ１〜ＥＡ４のそれぞれの面積が微小であれば発光部２は高輝度となる。以上より上記サイズおよび形状の発光部２で高輝度および高光束の発光部２を実現できる。
【０１７９】
〔２．発光素子１０ｂの構成〕
次に、図２に基づき、本発明の他の実施形態である発光素子１０ｂの構成について説明する。図２は、発光素子１０ｂの構成を模式的に示す断面図である。
【０１８０】
上述した発光素子１０ａでは、発光部２が透光性基板１に接着（接合）されていた。しかしながら、本実施形態の発光素子１０ｂでは、図２に示すように、透光性基板１と発光部２との間に光透過層Ｍが存在している点で発光素子１０ａと異なっている。よって、光透過層Ｍ以外の構成については、発光素子１０ａで説明したとおりであるので、ここでは、説明を省略する。
【０１８１】
なお、上述した発光素子１０ａにおいても、透光性基板１と発光部２とが特定の接着剤で接合されているので、厳密には、この接着剤からなる接着剤層が光透過層Ｍであると考えることもできる。この場合は、発光素子１０ａと発光素子１０ｂとの間に構成上の相違はない。
【０１８２】
光透過層Ｍは、レーザ光Ｌおよび発光部２から発生する蛍光に対して透光性を有していれば、どのような層であっても良い。
【０１８３】
例えば、上述した発光素子１０ａのように、光透過層Ｍは、接着剤層であっても良い。
【０１８４】
また、接着剤層以外の例としては、蒸着層であっても良いし、透光性の樹脂部材などから構成される透明材料層であっても良い。
【０１８５】
〔３．透過型発光装置２０の構成〕
次に、図３に基づき、本発明のさらに他の実施形態である透過型発光装置（発光装置）２０について説明する。図３は、透過型発光装置２０の構成を模式的に示す断面図である。
【０１８６】
図３に示すように、透過型発光装置２０は、上述した透光性基板１、上述した発光部２、レーザ光源（励起光源）３、パラボラ型反射鏡（反射鏡）４、基板５、金属リング６、ネジ７Ｌ，７Ｒ、光学部材８を備える。なお、透光性基板１、および、発光部２については、上述したとおりなので、ここでは説明を省略する。
【０１８７】
（レーザ光源３）
レーザ光源３は、励起光を発生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）を基板上に備えるものである。半導体レーザ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を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザを１つのみ用いてもよいが、高出力のレーザ光Ｌを得るためには、複数の半導体レーザを用いる方が容易である。
【０１８８】
また、半導体レーザは小型であるので、レーザ光源３を半導体レーザで構成することによって、レーザ光源３と発光部２からなる発光装置自体もより小型にすることができ、発光装置の応用製品の範囲の自由度が高くなり、また、この発光装置を用いた製品のデザインの設計の自由度が高くなる。
【０１８９】
半導体レーザは、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。半導体レーザが発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、３５０ｎｍ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。
【０１９０】
なお、３５０ｎｍ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、本実施の形態のレーザ光源３に使用する半導体レーザとして、３５０ｎｍ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。
【０１９１】
また、本実施形態のレーザ光源３は、半導体レーザから構成されているが、レーザ光源３は、半導体レーザ以外のレーザ光源から構成されていても良い。例えば、気体の原子、イオン、分子などのエネルギー準位を利用するガスレーザ、有機色素分子である染料などの分子をアルコールなどの液体に溶かして用いる液体レーザ、誘導放出を起こすイオンを固体結晶に含む固体レーザなどであっても良い。
【０１９２】
また、このように、半導体レーザや半導体レーザ以外のレーザ光源を用いるようにすることで、非常に高いパワー、かつ、非常に高いパワー密度のレーザ光Ｌを得ることができるため、発光部２から高輝度かつ高光束の照明光を取出すことができるようになる。また、レーザ光Ｌが入射する側の微細構造ｇが形成された屈折率界面と、発光素子１０ａまたは１０ｂの構成要素の中で一番の発熱源である発光部２からの熱が透光性基板１に伝導する熱的界面とが互いに分離されているため微細構造ｇも損傷することもない。
【０１９３】
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、ＬＥＤチップ（発光ダイオード）を用いることも可能である。ＬＥＤチップは小型であるので、ＬＥＤチップを励起光源として用いることによって、ＬＥＤチップと発光部２からなる発光装置自体を小型にすることができ、発光装置の応用製品の範囲の自由度が高くなり、加えて、この発光装置を用いた製品のデザインの設計の自由度が高くなる。また、励起光が入射する側の微細構造ｇが形成された屈折率界面と、発光素子１０ａまたは１０ｂの構成要素の中で一番の発熱源である発光部２からの熱が透光性基板１に伝導する熱的界面とが互いに分離されており、励起された蛍光体から発生した熱は透光性基板１に逃げるために蛍光体の環境温度を下げることができるので、蛍光体の環境温度の上昇による発光部２の効率の低下を抑制することができるため、発光装置の小型化と低消費電力化を実現できる。
【０１９４】
（パラボラ型反射鏡４）
次に、パラボラ型反射鏡４は、発光部２から発生した蛍光を反射する光反射凹面ＳＵＦ３を有し、発光部２から発生した蛍光を、光反射凹面ＳＵＦ３で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。
【０１９５】
本実施形態の光反射凹面ＳＵＦ３の形状は、いわゆる回転放物面を採用しているため、図３に示すように、光軸（回転軸）を含む平面によって切断された断面形状は、放物線（パラボラ）となる。
【０１９６】
また、光反射凹面ＳＵＦ３における回転放物面の底には、挿通孔（不図示）が形成されており、発光部２は、上記挿通孔の内部に挿通されている。
【０１９７】
パラボラ型反射鏡４の材質については特に問われないが、反射率を考えると銅やＳＵＳ（ステンレス鋼）を用いて反射鏡を作製した後、銀メッキおよびクロメートコートなどを施すことが好ましい。その他、パラボラ型反射鏡４を、アルミニウムを用いて作製し、酸化防止膜を表面に付与してもよいし、樹脂性のパラボラ型反射鏡４本体の表面に金属薄膜を形成してもよい。
【０１９８】
（基板５）
次に、基板５は、レーザ光源３から出射されたレーザ光Ｌを通す開口部を有する板状の部材であり、この基板５に対してパラボラ型反射鏡４がネジ７Ｌ，７Ｒによって固定されている。パラボラ型反射鏡４と基板５との間には透光性基板１、金属リング６が配置されており、開口部の中心と金属リング６の底部の開口部（不図示）の中心とはほぼ一致している。そのため、レーザ光源３から発生したレーザ光Ｌは、基板５の開口部を通って、透光性基板１の微細構造ｇが形成された光照射面ＳＵＦ１に入射し、透光性基板１の内部を透過して、金属リング６の開口部を通って発光部２に到達する。
【０１９９】
これにより、レーザ光Ｌが、発光部２の内部を透過し、その透過光が発光部２に含まれる蛍光体粒子によって散乱されるので、透過光がパラボラ型反射鏡４内で拡散される。
【０２００】
基板５の材質は特に問われないが、熱伝導率の高い金属を用いることで、基板５を、透光性基板１を冷却する冷却部として機能させることができる。図３に示すように、透光性基板１は、基板５に全面的に接しているため、基板５を鉄、銅などの金属にすることで透光性基板１の冷却効果、しいては発光部２の冷却効果を高めることができる。
【０２０１】
（金属リング６）
次に、金属リング６は、パラボラ型反射鏡４が完全な反射鏡であった場合の、焦点近傍の形状を有するすり鉢形状のリングであり、すり鉢の底部が開口した形状を有している。この底部の開口部に発光部２が配置されている。
【０２０２】
金属リング６のすり鉢形状の部分の表面は、反射鏡として機能し、金属リング６とパラボラ型反射鏡４とを組合せることで完全なパラボラ型の反射鏡が形成される。それゆえ、金属リング６は、反射鏡の一部として機能する部分反射鏡であり、パラボラ型反射鏡４を第１部分反射鏡と称する場合、焦点近傍の部分を有する第２部分反射鏡と称することができる。発光部２から発生した蛍光の一部は、金属リング６の表面で反射し、透過型発光装置２０の前方（図３の紙面に対して右側）へ出射される。
【０２０３】
金属リング６の材質は特に問われないが、放熱性を考えると銀、銅、アルミニウムなどが好ましい。金属リング６が銀やアルミニウムの場合は、すり鉢部を鏡面に仕上げた後、黒ずみや酸化防止のための保護層（クロメートコートや樹脂層など）を設けることが好ましい。また、金属リング６が銅の場合は、銀メッキ、あるいはアルミニウム蒸着後、前述の保護層を設けることが好ましい。
【０２０４】
なお、金属リング６は、透光性基板１に対して確実に固定することが好ましい。基板５とパラボラ型反射鏡４とをネジ７Ｌ，７Ｒによって固定することによって生じる圧力によって金属リング６を透光性基板１に対してある程度固定できる。しかし、金属リング６を接着剤で透光性基板１に接着する、透光性基板１を挟んで金属リング６を基板５にネジ止めするなどの方法により、確実に金属リング６を固定することで、金属リング６が動くことによって発光部２が剥離するという危険性を回避できる。
【０２０５】
また、金属リング６は、上述の部分反射鏡としての機能を有し、かつ、パラボラ型反射鏡４と基板５とをネジ７Ｌ，７Ｒネジで固定するときの圧力に耐えられるものであればよく、必ずしも金属である必要はない。例えば、金属リング６の代用となる部材は、上記圧力に耐えられる樹脂性リングの表面に金属薄膜が形成されているものであってもよい。
【０２０６】
（光学部材８）
次に、光学部材８は、パラボラ型反射鏡４の光反射凹面ＳＵＦ３の開口部に設けられており、透過型発光装置２０を密封している。発光部２から発生した蛍光、もしくは、パラボラ型反射鏡４によって反射された蛍光は、光学部材８を通って透過型発光装置２０の前方へ出射される。
【０２０７】
光学部材８は、本実施形態では、凸レンズ形状を有し、レンズ機能を有する構造としているが、凸レンズ形状のみならず、凹レンズ形状を有しても良い。また、光学部材８は、必ずしもレンズ機能を有する構造とする必要はなく、発光部２から発生した蛍光、もしくは、光反射凹面ＳＵＦ３で反射した蛍光を透過する透光性を少なくとも有していれば良い。
【０２０８】
なお、光学部材８は、少なくとも透光性を有するものであればどのような材質のものでもよいが、透光性基板１と同様に熱伝導率が高いもの（２０Ｗ／ｍＫ以上）が好ましい。例えば、光学部材８は、サファイア、窒化ガリウム、マグネシアまたはダイヤモンドを含んでいることが好ましい。この場合、光学部材８は、発光部２よりも高い熱伝導率を有しており、発光部２において生じた熱を効率良く吸収することにより発光部２を冷却できる。
【０２０９】
光学部材８の厚さは、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下程度が好ましい。上記厚さが０．３ｍｍ以下になると発光部２と金属リング６とを挟みこんで固定する強度が得られず、３．０ｍｍ以上になるとレーザ光Ｌの吸収を無視できなくなるとともに、部材コストが上昇してしまう。
【０２１０】
また、光学部材８を、レーザ光源３からのレーザ光Ｌを遮断するとともに、発光部２から発生した蛍光、もしくは、光反射凹面ＳＵＦ３で反射した蛍光を透過する材質で形成することが好ましい。
【０２１１】
発光部２を透過するコヒーレントなレーザ光Ｌは、そのほとんどがインコヒーレントな蛍光に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光Ｌ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、光学部材８によってレーザ光Ｌを遮断することにより、レーザ光Ｌが外部に漏れることを防止できる。
【０２１２】
〔４．反射型発光装置３０の構成〕
次に、図４に基づき、本発明のさらに他の実施形態である反射型発光装置３０について説明する。図４は、反射型発光装置３０の構成を模式的に示す断面図である。
【０２１３】
図４に示すように、反射型発光装置３０は、上述した透光性基板１、上述した発光部２、上述したレーザ光源３、ハーフパラボラ型反射鏡４ｈ、熱伝導部材４ｐ、および上述した光学部材８を備える。
【０２１４】
なお、本実施形態で説明する構成以外の構成については、上述したとおりであるので、ここでは、ハーフパラボラ型反射鏡４ｈ、および熱伝導部材４ｐについてのみ説明する。
【０２１５】
＜ハーフパラボラ型反射鏡４ｈ＞
ハーフパラボラ型反射鏡４ｈは、上述したパラボラ型反射鏡４を、光軸（回転軸）を含む平面によって半分に切断した形状を有している以外は、上述したパラボラ型反射鏡４と同じである。
【０２１６】
＜熱伝導部材４ｐ＞
図４に示すように、熱伝導部材４ｐには、発光部２を埋め込むための埋設孔（不図示）が形成されており、発光部２の透光性基板１が接合されている面と反対側が、上記埋設孔に埋め込まれている。これにより、発光部２を熱伝導部材４ｐの埋設孔に埋め込み、透光性基板１と熱伝導部材４ｐとで発光部２の周囲を取り囲むことで、発光部２の冷却効果が向上する。
【０２１７】
なお、発光部２は、熱伝導部材４ｐとは、熱的に接合している。接合するための材料・方法としては、例えば、熱伝導性のグリスを用いて接合してもよいし、分散媒の無機ガラスに蛍光体を分散させた発光部２を作製する際に、無機ガラスが金属に融着することを利用して接合してもすれば良い。
【０２１８】
次に、熱伝導部材４ｐの構成材料は、発光部２から発生する熱を拡散させる熱伝導性を有するものであれば、どのような材料であっても良いが、金属またはセラミックスが好ましい。
【０２１９】
金属は、熱伝導率が高いのでより熱伝導部材４ｐの放熱効果が期待できる。
【０２２０】
また、例えば、透光性基板１の構成材料としてガラスまたはサファイアを選択した場合、セラミックスの熱膨張率は、ガラスまたはサファイアと近いので、発光部２への照射が繰り返し行われることに伴って発光部２が繰り返し熱されることによる膨張・収縮により、透光性基板１が埋設孔からはがれてしまう（熱的にはがれて熱絶縁されてしまう）のを抑制することができる。また、例えば、発光部２の構成材料として無機ガラスを選択した場合や、酸窒化物蛍光体を選択した場合、窒化物蛍光体を選択した場合も、これらの材料はセラミックスと熱膨張率が近い値であるため、繰り返し熱膨張・収縮が起こることにより、透光性基板１が埋設孔からはがれてしまう（熱的にはがれて熱絶縁されてしまう）のを抑制することができる。
【０２２１】
次に、発光部２の内部を透過するレーザ光Ｌは、熱伝導部材４ｐの上記埋設孔の底部側の面で反射する。これにより、発光部２の内部を透過するレーザ光Ｌが、熱伝導部材４ｐの埋設孔の底部側の面で反射するので、発光部２の内部を透過するレーザ光Ｌの光路長が２倍となる。これにより、発光部２に含まれる蛍光体の濃度を固定して、レーザ光Ｌの照射方向に対する発光部２の厚さを１／２にしても、十分な発光効率を得ることができる。
【０２２２】
また、埋設孔の周囲を取り囲む側面を形成する構造材料の熱膨張率と発光部の熱膨張率とはできるだけ近い方が好ましい。
【０２２３】
この理由ついて図１０の（ａ）〜（ｅ）に基づいて説明する。図１０の（ａ）は、発熱がないときの様子を示し、図１０の（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、過度に発熱したときの様子を示す。
【０２２４】
図１０の（ｂ）に示す状態は、発光部２の熱膨張率の方が埋設孔の周囲の材料の熱膨張率より大きいときに生じる可能性があり、一方、図１０の（ｃ）または（ｄ）に示す状態は、発光部２の熱膨張率が埋設孔の周囲の材料の熱膨張率よりも小さいときに生じる可能性がある。
【０２２５】
図１０の（ｂ）に示す状態では、紙面に対して左右水平方向および手前から奥行き方向には埋設孔を取り囲む側面があるため、外側に広げる方向の力がかかるだけかもしれないが、紙面に対して上下方向にも膨張するので透光性基板１と埋設孔の周縁部分を接着剤などで固定していたとしても、透光性基板１が浮き上がってしまい、発光部２から透光性基板１が受け取った熱を埋設孔の周囲の材料に伝導させにくくなってしまうので、発光部２からの熱を十分に放熱できない可能性がある。
【０２２６】
また、図１０の（ｃ）または（ｄ）に示す状態では、発光部２と埋設孔の周囲を取り囲む側面および発光部２と透光性基板１とがはがれる、もしくは発光部２と埋設孔の周囲を取り囲む側面とがはがれ、熱的な接合がなくなってしまい、十分な放熱ができない可能性がある。
【０２２７】
図１０の（ｂ）〜（ｄ）に示すような熱絶縁の状態にならないようにするためには、弾性を有する接着層で発光部と埋設孔を接合し（図１０（ｅ)参照）、特に埋設孔の底部と発光部２を接合する接着層の厚さ、および、発光部２の側面と埋設孔を接合する接着層の厚さは、埋設孔を取り囲む側面の構成材料を介した発光部２の放熱を阻害しない程度に厚めにしておくことが好ましい。こうすることにより、発光部２および埋設孔の周囲の材料の熱収縮によって生じる応力を緩和することができる。
【０２２８】
〔５．発光素子１０ａ，１０ｂの製造方法〕
次に、図７および図８に基づき、発光素子１０ａ，１０ｂの製造方法について説明する。透光性基板１の光照射面ＳＵＦ１上に微細構造ｇを形成する方法としては、一般的な微細加工技術を用いることができる。
【０２２９】
ここで、ガラス上に微細構造ｇを形成する方法の一例として、微細構造ｇをエンボス加工で形成する方法があるが、このような方法には、下記のような問題がある。
【０２３０】
蛍光体が混ざったガラスにエンボス加工で微細構造ｇを形成する場合、まずガラスの軟化点まで加熱した後、ナノメートルオーダの凹凸構造が設けられたモールドを押しつける方法が用いられる。しかしながら、蛍光体を分散させたガラス材料にこの方法を用いた場合、微細構造ｇをガラスに施すためのモールドの隙間に蛍光体がつまってしまい、均一な構造が形成できない。（なお、モールドの凹凸の周期は数百ｎｍ、高さも数百ｎｍ。一方、酸窒化物蛍光体の粒子径は小さいものでも５から１０μｍ程度のものを使用する。）
また、蛍光体の硬度が高いため、モールドの寿命を縮めてしまう、もしくは蛍光体より硬い材質のモールドを使用しなければならないためモールドのコストがかかるという問題がある。さらに、発光部を形成した後、改めてガラスの軟化点まで加熱する必要があるため、蛍光体の劣化（特性低下）の懸念もある。
【０２３１】
次に、反射を防止したい部分に有機薄膜を製膜し、そこに微細構造ｇを形成する方法も考えられるが、このような方法には、下記のような問題がある。
【０２３２】
上述した本実施形態の発光部２は表面にマイクロメートルオーダの凹凸があるため、ナノメートルオーダの膜厚を均一に製膜するのは不可能である。そのため、狙い通りのナノメートルオーダの微細構造ｇを形成することができず、所望の反射防止機能を得ることができないという問題がある。
【０２３３】
また、微細構造ｇを作り込んだ樹脂フィルムを透光性基板１に貼り付ける方法も考えられるが、発光部２の発熱により樹脂フィルムが融ける可能性が高く、少なくとも長期的に微細構造ｇの形状を維持できない可能性が高いという問題がある。
【０２３４】
以上より、透光性基板１の光照射面ＳＵＦ１上に微細構造ｇを形成する方法としては、光、Ｘ線、電子線を用いたリソグラフィーと、ドライエッチング、ウェットエッチングなどのエッチングとを組合せる方法を用いることが好ましい。
【０２３５】
なお、以下、エッチングの一例として、ドライエッチングを用いる方法について説明する。なお、ドライエッチングは、以下で説明する方法に限定されない、例えば、プラズマエッチング、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）、ＥＣＲプラズマ（Electron Cyclotron Resonance plasma）、ヘリコン波励起プラズマ（helicon-wave excited plasma）などを例示することができる。
【０２３６】
次に、図７および図８に基づき、ドライエッチングを用いて透光性基板１の光照射面ＳＵＦ１上に微細構造ｇを形成する方法（凹凸構造形成工程）について説明する。
【０２３７】
発光素子１０ａの製造方法は、下記（１）〜（６）の工程を含む。
（１）厚み０．５ｍｍのサファイア基板（透光性基板）１０１（図７（ａ））を用意し、その表面上にレジスト層１０２を形成する（図７（ｂ））。
（２）レジスト層１０２には有機系材料を使用し、またレジスト層１０２は、スピンコート法により形成する。
（３）所望の形状のパターンが施されたマスク１０３を用いてレジスト層を紫外線により感光させ、レジスト層１０２に所望のパターンを形成する（図７（ｂ）〜図７（ｃ））。なお、マスク開口ＯＰの部分は、紫外線の透過率が他の部分よりも高い部分である。
（４）このレジスト層１０２を所定の現像液を用いて現像する。これにより、紫外線に露光されていないレジスト層１０２は、サファイア基板１０１上に、残留部１０４として残留する（図７（ｄ））。
（５）次に、ドライエッチングを施す。ドライエッチングに用いるガスはＳｉＣｌ４等の塩素系ガスを用いる（図７（ｄ）〜図８（ａ））。
（６）最後にレジスト層１０２を剥離液により除去し、複数の突起ＰＪを備えた反射防止構造を得る（図８（ｂ））。
【０２３８】
なお、複雑な形状の反射防止構造を形成するため、レジスト層１０２に加えて無機材料からなる層および金属材料からなる層を組合せても良い。これにより、サファイア基板１０１の断面形状を制御することができる。
【０２３９】
次に、発光素子１０ａの製造方法は、さらに、サファイア基板１０１の光照射面ＳＵＦ１（一方の表面）に対向する対向面ＳＵＦ２の側に、発光部２を配置する発光部配置工程を含む。
【０２４０】
例えば、発光素子１０ａの場合は、サファイア基板１０１の光照射面ＳＵＦ１（一方の表面）に対向する対向面ＳＵＦ２に、発光部２を上述した接着剤にて接合させれば良い。
【０２４１】
一方、発光素子１０ｂの場合は、サファイア基板１０１の対向面ＳＵＦ２上に光透過層Ｍを蒸着し、光透過層Ｍの対向面ＳＵＦ２への蒸着側とは反対側の面に発光部２を接合させれば良い。
【０２４２】
以上の方法により、発光部２の発光効率を高くし、その高い発光効率を長期間にわたって維持することができる発光素子１０ａを製造することができる。
【０２４３】
また、本発明は、以下のように表現することもできる。
【０２４４】
すなわち、本発明の発光装置は、励起光源からの励起光（レーザ光を含む）を用いて、蛍光体に代表される波長変換部材（発光部）を発光させる発光装置であっても良い。励起光源である半導体レーザと、励起光を受けて照明光を発する波長変換部材と、波長変換部材に接合されており、励起光（および照明光）を透過する熱伝導部材とを備え、波長変換部材と接合されている面とは相対する面にナノメートルオーダの微細構造（例えば、モスアイ構造）が施されていても良い。
【０２４５】
これにより、波長変換部材の表面で反射されてしまって蛍光体まで届かなかった励起光が、届くようにできるので、励起光の蛍光体に対する照射効率が向上する。
【０２４６】
また、波長変換部材の表面で反射して発光部の内部に滞留していた照明光が外部に放射されやすくなるので、波長変換部材から外部への照明光の取出し効率が向上する。これにより、結果として、励起光のパワーに対する発光部の発光効率が向上する。
【０２４７】
また、本発明の発光装置は、透明高熱伝導体（透光性部材、熱伝導部材）の表面にナノメートルオーダの構造物を作り込んでも良い。
【０２４８】
また、本発明の発光装置は、組合せる発光部の封止材は、屈折率が透明高熱伝導体に近い無機ガラスを用いても良い。例えば、透明高熱伝導体は、サファイア基板（屈折率ｎ＝１．７８５）を用い、発光部の封止材は、低融点ガラス（屈折率ｎ＝１．７６）を用いても良い。
【０２４９】
また、本発明の発光装置は、このような組合せにしたときのサファイア基板の発光部と接合されている面とは反対側にナノメートルオーダの構造物を形成しても良い。
【０２５０】
これにより、高出力・高光密度のレーザ光が照射されたために発熱する発光部の表面は、透明高熱伝導体により速やかに冷却される。また、屈折率的に発光部と透明高熱伝導体との間の差が極めて小さいため、両者の界面では反射がほとんど発生しない。そのため、透明熱伝導体の表面に形成された反射防止構造が有効に作用する。
【０２５１】
例えば、サファイア基板（屈折率ｎ＝１．７８５）と空気（屈折率ｎ＝１）との界面では７．９％の表面反射が発生する。この表面反射を、サファイア表面にナノメートルオーダの構造物を形成することによりほぼ０％にすることができる。一方、サファイア基板と無機ガラス（屈折率ｎ＝１．７６）との界面の反射率は０．００５％とほぼゼロである。このため、空気から発光部を構成する無機ガラスまで（間にサファイア基板が存在する）ほぼ反射率０％のまま、励起光が到達する。
【０２５２】
なお、（透明）高熱伝導体は、融点が高いものが多く、レーザ光が照射されることにより発光部が高熱になったとしても、初期の形状を保ち続けることができる。
【０２５３】
〔付記事項〕
なお、本発明は、上述した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合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。
【産業上の利用可能性】
【０２５４】
本発明は、発光素子、該発光素子を備えた発光装置および照明装置などに適用することができる。例えば、自動車用のヘッドランプ、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）のヘッドランプや、その他の照明装置に適用することができる。また、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、家庭用照明器具などにも適用することができる。
【符号の説明】
【０２５５】
１    透光性基板
２    発光部
３    レーザ光源（励起光源、半導体レーザ）
４    パラボラ型反射鏡（反射鏡）
４ｈ  ハーフパラボラ型反射鏡（反射鏡）
４ｐ  熱伝導部材
１０ａ，１０ｂ  発光素子
２０  透過型発光装置（発光装置）
３０  反射型発光装置（発光装置）
１０１  サファイア基板（透光性基板）
ｄ    間隔（反射を低減させることが可能な間隔）
ｄｅｐ１〜ｄｅｐ４  凹部深さ
ｗ１〜ｗ４  凹部幅
ｇ    微細構造（凹凸構造）
ｈ，ｈ１〜ｈ４  高さ（凸部高さ）
Ｈ    厚さ（光照射面と対向する面との間の距離）
Ｌ    レーザ光（励起光）
ＰＪ  突起（凸部）
ＰＨ  微細孔（凹部）
ＳＵＦ１  光照射面（一方の表面）
ＳＵＦ２  対向面（対向する面）
ＳＵＦ３  光反射凹面
【図１】
2012109400.tif 000004
【図２】
2012109400.tif 000005
【図３】
2012109400.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2012109400.tif 000009
【図７】
2012109400.tif 000010
【図８】
2012109400.tif 000011
【図９】
2012109400.tif 000012
【図１０】
2012109400.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月11日(2011.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
その他、微細な凹凸構造に関する技術を開示した文献として、特許文献３、４および６に記載の技術があり、特許文献３では、蛍光体微粒子の表面側に凹凸構造を設けており、特許文献４では、色変換部材の光出射面側に凹凸構造を設けている。また、特許文献６では、シート状色変換素子に対して、三角錘や四角錘形状の構造体をアレイ状に形成している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、微細な凹凸構造に関する技術ではないが、反射防止膜に関する技術を開示した文献として、特許文献５がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
さらに、特許文献５に記載の技術は、そもそも凹凸構造に関する技術ではない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態である発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態である発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態である発光装置（透過型）の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態である発光装置（反射型）の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】上記発光素子に関し、透光性基板の光照射面の側に形成する微細構造の構成例を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、上記微細構造の一構成例を示し、（ｂ）は、上記微細構造の他の構成例を示し、（ｃ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示し、（ｄ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示し、（ｅ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示し、（ｆ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示す。
【図６】上記発光素子に関し、透光性基板の光照射面の側に形成する微細構造の他の構成例を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、上記微細構造の一構成例を示し、（ｂ）は、上記微細構造の他の構成例を示し、（ｃ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示し、（ｄ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示し、（ｅ）は、上記微細構造のさらに他の構成例を示す。
【図７】（ａ）は、上記透光性基板の一実施例であるサファイア基板を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、サファイア基板の一方の表面上にレジスト層を形成したときの様子（レジスト層形成工程）を模式的に示す断面図であり、（ｃ）は、上記レジスト層を露光したときの様子（露光工程）を模式的に示す断面図であり、（ｄ）は、レジスト層の一部を除去し、露光部のみを残したときの様子（除去工程）を模式的に示す断面図である。
【図８】（ａ）は、上記露光部のみを残したサファイア基板にエッチングを施すときの様子（エッチング工程）を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、上記エッチング工程が終了したときのサファイア基板の様子を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）は、蛍光体の微粒子が封止材中に分散しているときの反射率について説明するための図であり、（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、レーザ光のスポットの面積、発光部の励起光の入射面全体の面積、および発光部の励起面の面積のそれぞれの関係を説明するための図である。
【図１０】発光部の熱伝導率と、埋設孔の周囲を取り囲む側面の構成材料の熱伝導率とが互いに近い値であることが好ましい理由について説明するための図であり、（ａ）は、発熱がないときの様子を示し、（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、過度に発熱したときの様子を示す。