(57)【要約】【課題】波長変換部材の内部において蛍光体の粒子を均一に分散させる。【解決手段】発光部５における蛍光体はＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体であり、上記蛍光体の平均粒径が１μｍ以上、５０μｍ以下であり、上記蛍光体を封止する封止材の密度は、２．０ｇ／ｃｍ３以上、７．０ｇ／ｃｍ３以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が封止材によって封止されている波長変換部材であって、
上記蛍光体の平均粒径が１μｍ以上、５０μｍであり、
上記封止材は少なくとも一部が非晶質からなり、その密度は、２．０ｇ／ｃｍ３以上、７．０ｇ／ｃｍ３以下であること特徴とする波長変換部材。
【請求項２】
上記封止材は、低融点ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の波長変換部材と、
上記波長変換部材に対して励起光を出射する励起光源とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
上記励起光源は、発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
上記励起光源は、レーザ光を発するものであることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
上記励起光源は、半導体レーザを含むことを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項３〜６のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項９】
ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を含む波長変換部材の製造方法であって、
平均粒径が１μｍ以上、５０μｍ以下の上記蛍光体と、少なくとも一部が非晶質からなる２．０ｇ／ｃｍ３以上、７．０ｇ／ｃｍ３以下の密度の封止材とを混合する混合工程と、
上記混合工程にて生成された蛍光体と封止材との混合物を焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
上記封止材の粉末の平均粒径は、１μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の波長変換部材の製造方法。
【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発光装置の波長変換部材、上記発光装置を備えた照明装置および車両用前照灯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、励起光源として発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）や半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode）等の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、蛍光体を含む波長変換部材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。このような波長変換部材に関する技術の例が特許文献１〜２に開示されている。
【０００３】
特許文献１の発明では、半導体発光素子から出射された紫外光を集光レンズによって集光し、直径０．５ｍｍ以下の小さな点状の蛍光体に照射している。この構成により、小さな領域からの発光に基づく光学設計を行うことにより、光源ユニットの光学設計を簡易に行うことができる。
【０００４】
また、特許文献２の発明では、無機蛍光体粉末とガラス粉末とを含む混合物を焼成することにより波長変換部材を形成している。この特許文献２には、ガラス粉末と無機蛍光体粉末との混合割合が、質量比で９９．９９：０．０１〜７０：３０の範囲にあることが好ましいと記載されている。
【０００５】
蛍光体複合部材の発光効率は、ガラス中に分散した蛍光体粒子の種類や含有量、および蛍光体複合部材の厚みによって変化する。蛍光体が多くなりすぎると、焼結しにくくなり、気孔率が大きくなって、励起光が効率良く蛍光体に照射されにくくなったり、蛍光体複合部材の機械的強度が低下しやすくなったりするなどの問題が生じる。一方、少なすぎると、十分に発光させることが難しくなる。従って、酸化物ガラス粉末と無機蛍光体粉末との混合割合は上述の範囲内のものが好ましいと記載されている。
【０００６】
また、高輝度光源を実現する場合、その発光部としての波長変換部材は小さくすることが好ましい。そのため、レーザ光を励起光に用いれば、高い光密度で励起できるので、高輝度光源を実現しやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２４１１４２号公報（２００４年８月２６日公開）
【特許文献２】特開２００８−２１８６８号公報（２００８年１月３１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、波長変換部材を小さくすると、そこに含有される蛍光体の全体量が減少してしまうため、高光密度のレーザ光のように非常に強い光（ハイパワーの光）で励起すると、励起光の量に対して蛍光体の量が足りなくなって（励起光を吸収し切れず）、励起光の量に対して十分な蛍光が得られなくなることを本発明の発明者は見出した。
【０００９】
これを改善するためには、できるだけ多くの蛍光体が波長変換部材に含まれる様にすればよいが、蛍光体量が増えてくると（換言すると蛍光体の濃度が濃くなると）、レーザ光励起による蛍光体の発熱が激しくなり、逆に十分な蛍光が得られなくなったり、波長変換部材の特性（色度・色温度や寿命など）に影響を与え、波長変換部材が劣化したりするという別の問題が発生することも分かってきた。
【００１０】
これらの問題を解決するためには、波長変換部材の材質の選定、並びに、小さい波長変換部材の中に蛍光体を均質に分散させる技術が非常に重要となることを本発明の発明者は見出した。なぜなら、同じ分量の蛍光体であっても、その濃度に局所的な偏りがあると、高濃度の領域での発熱が相対的に大きくなり、その部分から十分な蛍光が得られなくなったり、特性（色度・色温度や寿命など）に影響を与え、劣化したりするからである。すなわち、蛍光体を均一に分散できるほど、小さい波長変換部材の中に分散できる蛍光体の全体量を増やすことができる。
【００１１】
このように、適切な封止材を用い、かつ、封止材の中に蛍光体が均一に分散しており、波長変換部材のサイズが小さいということが、レーザ光を用いて高輝度光源を実現するために重要なポイントである。
【００１２】
しかし、小さな波長変換部材の内部において蛍光体の粒子を均一に分散させる技術は、これまで実現されていない。
【００１３】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、波長変換部材の内部において蛍光体の粒子を均一に分散させる製造方法、および内部において蛍光体の粒子が均一に分散した波長変換部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る波長変換部材は、上記の課題を解決するために、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が封止材によって封止されている波長変換部材であって、上記蛍光体の平均粒径が１μｍ以上、５０μｍであり、上記封止材は少なくとも一部が非晶質からなり、その密度は、２．０ｇ／ｃｍ３以上、７．０ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴としている。
【００１５】
本発明に係る製造方法は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を含む波長変換部材の製造方法であって、平均粒径が１μｍ以上、５０μｍ以下の上記蛍光体と、少なくとも一部が非晶質からなる２．０ｇ／ｃｍ３以上、７．０ｇ／ｃｍ３以下の密度の封止材とを混合する混合工程と、上記混合工程にて生成された蛍光体と封止材との混合物を焼成する焼成工程とを含むことを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を含む波長変換部材に励起光が照射されると、励起光が黄色の蛍光に変換される。
【００１７】
封止材に蛍光体を分散させるときには、少なくとも一部が非晶質からなる封止材を用い、その封止材に蛍光体を均一に分散させることが好ましい。蛍光体の分布に偏りがあると、蛍光体が密集している部分が発熱することで波長変換部材が劣化する可能性があるからである。
【００１８】
本発明の発明者は、鋭意研究の結果、封止材にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を均一に分散させるためには、平均粒径および密度を適切なものにすることが重要であることを見出した。
【００１９】
具体的には、平均粒径が１μｍ以上、５０μｍ以下のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を用い、
非晶質を含む封止材の密度を、２．０ｇ／ｃｍ３以上、７．０ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは２．０ｇ／ｃｍ３以上、６．０ｇ／ｃｍ３以下とすることにより、封止材に蛍光体を均一に分散させることができる。
【００２０】
このように封止材および蛍光体の平均粒径および密度を設定することにより、封止材に蛍光体を均一に分散させることができ、その結果、波長変換部材の劣化を抑制し、寿命を延ばすことができる。
【００２１】
また、上記封止材は、低融点ガラスであることが好ましい。
【００２２】
上記の構成により、蛍光体を封止材の中に分散させる処理を低温で行うことができ、波長変換部材の製造が容易になる。
【００２３】
また、上記波長変換部材と、当該波長変換部材に対して励起光を出射する励起光源とを備える発光装置、および当該発光装置を備える照明装置、車両用前照灯も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２４】
本発明の波長変換部材を発光装置、照明装置または車両用前照灯に適用することにより、これらの装置の寿命を長くすることができ、その信頼性を高めることができる。
【００２５】
また、上記励起光源は、発光ダイオードを含むことが好ましい。
【００２６】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を励起光源として用いることによって、ＬＥＤは小型であるので励起光源と発光部とを含む発光装置自体も小型にすることができ、発光装置の応用製品範囲の自由度が高くなる。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を高めることができる。また、ＬＥＤチップは低コストであるため、発光装置の低コスト化もはかることができる。
【００２７】
また、上記励起光源は、レーザ光を発するものであることが好ましい。
【００２８】
レーザ光を発する光源を用いることで、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、波長変換部材から高輝度かつ高光束の照明光を取り出すことができるようになる。
【００２９】
また、上記励起光源は、半導体レーザを含むことが好ましい。
【００３０】
励起光源を半導体レーザとすることによって、半導体レーザは小型であるので励起光源と波長変換部材と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範囲の自由度をより高めることができる。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をより高めることができる。
【００３１】
また、上記製造方法においては、封止材の粉末の平均粒径が、１μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。このようにすることにより、波長変換部材製造時に発生する波長変換部材中の泡残りが抑制され、発光装置使用時の波長変換部材中の泡に起因するクラックの発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る波長変換部材は、以上のように、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が封止材によって封止されている波長変換部材であって、上記蛍光体の平均粒径が１μｍ以上、５０μｍであり、上記封止材は少なくとも一部が非晶質からなり、その密度は、２．０ｇ／ｃｍ３以上、７．０ｇ／ｃｍ３以下である構成である。
【００３３】
また、本発明に係る製造方法は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を含む波長変換部材の製造方法であって、平均粒径が１μｍ以上、５０μｍ以下の上記蛍光体と、少なくとも一部が非晶質からなる２．０ｇ／ｃｍ３以上、７．０ｇ／ｃｍ３以下の密度の封止材とを混合する混合工程と、上記混合工程にて生成された蛍光体と封止材との混合物を焼成する焼成工程とを含む構成である。
【００３４】
それゆえ、封止材に蛍光体を均一に分散させることができ、その結果、波長変換部材の劣化を抑制し、寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、上記ヘッドランプが備える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、上記半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る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５】上記レーザダウンライトの断面図である。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の照明装置として、自動車用の走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たすヘッドランプ（車両用前照灯）１を例に挙げて説明する。
【００３７】
＜ヘッドランプ１の構成＞
まず、本実施形態に係るヘッドランプ１の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るヘッドランプ１の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ１は、半導体レーザ（励起光源）２、非球面レンズ３、導光部４、発光部（波長変換部材）５および反射鏡６を備えている。半導体レーザ２、導光部４および発光部５によって発光装置の基本構造が形成されている。
【００３８】
（半導体レーザ２）
半導体レーザ２は、励起光を出射する励起光源として機能するものである。この半導体レーザ２は１つでもよいし、複数設けられてもよい。また、半導体レーザ２として、１つのチップに１つの発光点を有するものを用いてもよいし、複数の発光点を有するものを用いてもよい。本実施形態では、１チップに１つの発光点を有する１つの半導体レーザ２を用いている。
【００３９】
半導体レーザ２は、例えば、１チップに１つの発光点（１ストライプ）を有し、４４５ｎｍ（青色）のレーザ光を発振し、光出力が１．０Ｗ、動作電圧が４Ｖ、電流が０．７Ａのものであり、直径９ｍｍのパッケージ（ステム）に封入されているものである。半導体レーザ２が発振するレーザ光は、４４５ｎｍに限定されず、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ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。
【００４０】
半導体レーザ２の光出力は、１Ｗ以上２０Ｗ以下であり、発光部５に照射されるレーザ光の光密度は、０．１Ｗ／ｍｍ２以上５０Ｗ／ｍｍ２以下であることが好ましい。この範囲の光出力であれば、高出力過ぎるレーザ光によって発光部５が極度に劣化することを防止できる。すなわち、高光束かつ高輝度でありながら、長寿命の光源を実現できる。
【００４１】
なお、レーザ光を出射する励起光源として半導体レーザ以外のレーザ光源（固体レーザ）を用いてもよい。また、励起光源として発光ダイオードを用いてもよい。
【００４２】
（非球面レンズ３）
非球面レンズ３は、半導体レーザ２から発振されたレーザ光を、導光部４の一方の端部である光入射面４ａに入射させるためのレンズである。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ３の形状および材質は特に限定されないが、半導体レーザ２から発振されたレーザ光の波長である４４５ｎｍ近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材質であることが好ましい。
【００４３】
なお、非球面レンズ３がなくとも半導体レーザ２から発振されたレーザ光が導光部４にきちんと入射させることができる場合は、非球面レンズ３を備えなくてもよい。
【００４４】
（導光部４）
導光部４は、半導体レーザ２が発振したレーザ光を集光して発光部５（発光部５のレーザ光照射面）へと導く円錐台状の導光部材であり、非球面レンズ３を介して半導体レーザ２と光学的に結合している。導光部４は、半導体レーザ２が出射したレーザ光を受光する光入射面４ａ（入射端部）と当該光入射面４ａにおいて受光したレーザ光を発光部５へ出射する光出射面４ｂ（出射端部）とを有している。
【００４５】
光出射面４ｂの面積は、光入射面４ａの面積よりも小さい。そのため、光入射面４ａから入射した各レーザ光は、導光部４の側面に反射しつつ前進することにより収束されて光出射面４ｂから出射される。
【００４６】
導光部４は、石英ガラス、アクリル樹脂その他の透明素材で構成する。また、光入射面４ａおよび光出射面４ｂは、平面形状であっても曲面形状であってもよい。
【００４７】
非球面レンズ３および導光部４の結合効率（半導体レーザ２から出射されるレーザ光の強度に対する、導光部４の光出射面４ｂから出射されるレーザ光の強度の割合）は９０％である。このため、半導体レーザ２から出射された１Ｗのレーザ光は、非球面レンズ３および導光部４を通過すると、光出射面４ｂから０．９Ｗのレーザ光として出射される。
【００４８】
なお、導光部４は上述した円錐台状に限られず、後述するように光ファイバーであってもよく、半導体レーザ２からのレーザ光を発光部５に導くものであればよい。また、導光部４を設けずに、半導体レーザ２からのレーザ光を非球面レンズ３を介して、または直接に発光部５に照射してもよい。半導体レーザ２と発光部５との間の距離が短い場合には、このような構成が可能になる。
【００４９】
（発光部５）
発光部５は、導光部４の光出射面４ｂから出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体が封止材としてのガラス材（例えば、無機の低融点ガラス）の中に分散されたものである。発光部５の組成および製造方法については後述する。
【００５０】
この発光部５は、反射鏡６から延出する棒状または筒状の部材によって、反射鏡６の焦点位置またはその近傍に固定されているが、発光部５の位置の固定方法は、この方法に限定されず、反射鏡６の機能や発光部５の機能をできるだけ阻害しない方法であればよい。
【００５１】
発光部５の形状は、特に限定されず、直方体であっても、円筒状であってもよい。本実施形態では、発光部５は、直径２ｍｍ、厚さ１ｍｍの円柱状である。
【００５２】
また、発光部５の厚みは１ｍｍでなくともよい。上記厚みは、レーザ光が発光部５においてその一部が黄色の蛍光に変換され、変換されなかった青色のレーザ光と混合されて白色の照明光として出射できる厚みであればよい。
【００５３】
ここで必要とされる発光部５の厚みは、発光部５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５における蛍光体の含有量が多くなれば、レーザ光が黄色の蛍光に変換される割合が高まるため発光部５の厚みを薄くできる。
【００５４】
（反射鏡６）
反射鏡６は、発光部５が出射した照明光（以下、単に「光」と称する）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６は、発光部５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６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）の部材であり、反射した光の進行方向に開口している。
【００５５】
＜発光部５の組成＞
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、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は、励起光が照射されると９０％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。この熱によって封止材が劣化すると考えられる。
【００５６】
それゆえ、封止材および蛍光体の材質を適切に選択することは、発光部の寿命を延ばす上で非常に重要である。本発明では、このような観点から、発光部５を、封止材として少なくともその一部が非晶質であるものであって、さらに、低融点ガラス材の内部にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が分散されているものにしている。封止材の少なくとも一部が非晶質であるようにすることにより、蛍光体を励起させるとき発生する熱を波長変換部材から外部に速やかに排熱できるようにするとともに、封止材が著しく劣化することを防止できる。
【００５７】
（封止材の組成）
封止材として、無機ガラスや酸化アルミニウムなどの非晶質を少なくともその一部に含むものを使用することができ、特に封止材は低融点ガラスであることが好ましい。低融点ガラスとしては、ガラス転移点が６００℃以下のものが好ましく、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯのいずれか１つを少なくとも含むことが好ましい。ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、またはＺｎＯを加えることにより、低融点ガラスを安定化させながら、ガラス転移点と焼成温度とを低下させることができ、かつ透明性を保つことができる。
【００５８】
ガラス材の組成として、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ−ＢａＯ−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏを挙げることができる。
【００５９】
封止材として低融点ガラス材を用いると、レーザ光が蛍光体に照射され、蛍光体が発熱しても、ガラスは耐熱性が高いので、発光部５の劣化を防ぐことができる。また、封止材としてシリコーン樹脂を用いたときのような、光に長時間照射されることによる樹脂の劣化に起因する封止材の変色が起こりにくい。
【００６０】
（蛍光体の組成）
発光部５に含まれる蛍光体は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体であり、低融点ガラスに分散されている。
【００６１】
半導体レーザ２は、４４５ｎｍ（青色）のレーザ光を発振するため、発光部５に当該レーザ光が照射されると励起光の青色光と蛍光の黄色光とが混合されて白色光が発生する。それゆえ、発光部５は、波長変換部材であるといえる。
【００６２】
（蛍光体および封止材の密度）
発光部５に含まれるＹＡＧ:Ｃｅ蛍光体は、平均粒径が１μｍ以上、５０μｍ以下とすることが好ましい。このとき封止材の密度は、２．０ｇ／ｃｍ３以上、７．０ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは２．０ｇ／ｃｍ３以上、６．０ｇ／ｃｍ３以下とする。
【００６３】
発光部５における蛍光体の分布に偏りがあると、蛍光体が密集している部分が発熱することで発光部５が劣化する可能性があるが、本発明の発明者は、鋭意研究の結果、前述のような蛍光体の平均粒径の範囲、並びに封止材の密度とすることにより、封止材の中に蛍光体を均一に分散させることができるようになることを見出した。
【００６４】
ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の密度は４．８ｇ／ｃｍ３前後である。平均粒径が１μｍ以上、５０μｍ以下のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体と密度が２．０ｇ／ｃｍ３以上、７．０ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは２．０ｇ／ｃｍ３以上、６．０ｇ／ｃｍ３以下の封止材を組み合わせることで、蛍光体が均一に分散する。
【００６５】
つまり、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を用いた場合には、封止材の密度範囲を上述のものにすることで蛍光体と封止材とを均一に混ぜ合わせることができる。この事実を裏付ける実験例については後述する。
【００６６】
（蛍光体および封止材の粒径）
蛍光体粉末と少なくともその一部が非晶質からなる封止材粉末とを混合した後に焼成し、発光部５を形成する場合、蛍光体粉末および封止材粉末の平均粒径は次に述べるような範囲を選択することが、両者がより均一に混合され易いため好ましい。
【００６７】
具体的には、平均粒径が１μｍ〜５０μｍのＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粉末を用いるときは、封止材粉末の粒径が蛍光体の粒径である１μｍ〜５０μｍよりも小さいと焼成した後に泡残りしやすく、この泡は波長変換部材の使用中にクラックが入る原因となるなど波長変換部材の特性に悪影響を及ぼすため、封止材粉末の粒径は蛍光体の粒径以上であることが好ましい。この観点から封止材粉末の平均粒径は、１μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。
【００６８】
一方、蛍光体の発光効率を考慮すると、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の粉末の平均粒径のより好ましい範囲は、１０μｍ以上４０μｍ以下である。さらに、封止材粉末の平均粒径が大き過ぎると蛍光体の分散性が低下することがある。このことを勘案すると、波長変換部材が高い発光効率を保ちつつ、封止材と蛍光体とを均一に分散させるためには、封止材粉末の粒径のより好ましい範囲は、１０μｍ以上３５０μｍ以下である。
【００６９】
このように蛍光体および封止材の密度に加え、両者の粉末の平均粒径の差を所定の範囲内のものにすることにより、両者をより均一に混合することができる。
【００７０】
なお、大型で特殊な混合装置を用いて混合すれば、蛍光体および封止材の密度または平均粒径が上述の条件を満たしていない場合でも、両者を均一に混合することは不可能ではない。本発明は、そのような特殊な混合装置または特殊な混合方法を用いなくても容易に両者を均一に混合できる方法およびその製造物としての波長変換部材を提供するものである。
【００７１】
（蛍光体および封止材の混合割合）
蛍光体粉末と封止材粉末との混合割合は、質量比で３０：７０〜５０：５０の範囲にあることが好ましい。
【００７２】
一般に、蛍光体をシリコーン樹脂やガラスなど透明材料で封止した波長変換部材において、透明材料中の蛍光体濃度が低すぎると、十分に発光させることが難しくなる。また、蛍光体濃度が高すぎると、蛍光体に励起光が照射されにくくなる。蛍光体粉末と封止材粉末との混合割合を、質量比で３０：７０〜５０：５０の範囲にすることで、十分に蛍光体を発光させることができる。
【００７３】
＜半導体レーザ２の構造＞
次に半導体レーザ２の基本構造について説明する。図２（ａ）は、半導体レーザ２の回路図を模式的に示したものであり、図２（ｂ）は、半導体レーザ２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２は、カソード電極１９、基板１８、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極１７がこの順に積層された構成である。
【００７４】
基板１８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。
【００７５】
アノード電極１７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。
【００７６】
カソード電極１９は、基板１８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１７・カソード電極１９に順方向バイアスをかけて行う。
【００７７】
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。
【００７８】
また、活性層１１１およびクラッド層１１３の材料としては、青色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、活性層１１１およびクラッド層１１３は、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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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の大部分が発光点１０３から照射されるようにすることができる。
【００８３】
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１７及びカソード電極１９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。
【００８４】
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。
【００８５】
（発光部５の発光原理）
次に、半導体レーザ２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。
【００８６】
まず、半導体レーザ２から発振されたレーザ光が発光部５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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
白色光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。
【００９０】
＜実施例＞
次に、蛍光体と封止材とを混合し、発光部５を製造する具体的な方法の一例について説明する。
【００９１】
蛍光体粉末には、平均粒径が１３μｍのＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を用いた。ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の密度は、上述したように４．８ｇ／ｃｍ３前後である。
【００９２】
封止材を形成するための粉末には、ガラス転移点が５８０℃、軟化点が６５０℃であり、非晶質の組成としてホウ酸を含み、密度が３．２ｇ／ｃｍ３であり、平均粒径が２００μｍの非晶質である低融点ガラス粉末（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ−ＢａＯ−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ）を用いた。
【００９３】
これを、封止材粉末と蛍光体粉末との混合割合が質量比で（封止材粉末）：（ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粉末）＝７：３となるように秤量した。さらにこれらの粉末が均一に混ざり合うように混合した（混合工程）。混合は、秤量した封止材粉末と蛍光体粉末とを容器に入れ、揺動させることにより行った。
【００９４】
比重の小さいものと大きいものとを混ぜようとした場合には、両者が上下方向に分離してしまい、均一混合が困難となり、また粒径の小さいものと大きいものとを混ぜようとした場合にも、両者が上下方向に分離してしまい、均一混合は困難になることがある。
【００９５】
これらの点を鑑み、封止材粉末の平均粒径は、１μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。さらにより好ましい範囲は、１０μｍ以上、３５０μｍ以下である。また、封止材粉末の密度は、２．０ｇ／ｃｍ３〜７．０ｇ／ｃｍ３の範囲が好ましい。さらにより好ましい範囲は、２．０ｇ／ｃｍ３〜６．０ｇ／ｃｍ３である。そのため、本実施例では平均粒径が２００μｍ、密度が３．２ｇ／ｃｍ３の封止材粉末を用いた。
【００９６】
最後に得られた混合粉末を金属金型中に入れ、５６０℃で０．５時間、焼成を行い（焼成工程）、波長変換部材（発光部５）を作製した。
【００９７】
焼成する前に、封止材粉末と蛍光体粉末とをあらかじめ均一に混合しておくことで、焼成後に得られる波長変換部材中の蛍光体が封止材中に均一に分散したものを作製することができる。
【００９８】
また、封止材粉末と蛍光体粉末との焼成時に有機系バインダーを使用しないので、有機系バインダーの除去不十分に起因する波長変換部材の品質低下を防止することができる。
【００９９】
ここで、蛍光体粉末と混合する封止材粉末の平均粒径の選定は、以下のことも鑑み選定することがさらに好ましい。
【０１００】
すなわち、封止材粉末の平均粒径と、封止材粉末を焼結させたときの焼結体の全光線透過率、および、封止材粉末の平均粒径と、封止材粉末を焼結させたときの焼結体内部での光の散乱の度合いには相関があるので、これらの相関を考慮して封止材粉末の平均粒径を選定することが好ましい。基本的には、封止材粉末の平均粒径が小さいものほど封止材粉末焼結体の全光線透過率は低くなり焼結体内部で散乱される光の割合が多くなる傾向にあり、逆に、封止材粉末の平均粒径が大きいものほど封止材粉末焼結体の全光線透過率は高くなり焼結体内部で散乱される光の割合は少なくなる傾向にあることが分かった。
【０１０１】
蛍光体を封止材に封止して波長変換部材として利用する場合、封止材がある程度励起光を散乱するほうが、波長変換部材中の蛍光体に励起光がまんべんなく照射されやすくなるので、波長変換部材の発光効率が高くなる。よって、本実施形態において封止材粉末の平均粒径を適切に選択することにより、波長変換部材に照射される励起光を波長変換部材内で適度に散乱させることができ波長変換部材の発光効率を高くすることができる。
【０１０２】
また、蛍光体の平均粒径に応じて封止材粉末の平均粒径を適切に選択することで蛍光体と封止材とを均一に混合させることができ、励起光の利用効率を高くすることができ、波長変換部材の局所的な劣化が起こる可能性が少なく、長期信頼性の高い波長変換部材を実現することができる。
【０１０３】
＜ヘッドランプ１の効果＞
以上のように、ヘッドランプ１の発光部５では、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の密度は、４．８ｇ／ｃｍ３であり、封止材の密度は、２．０ｇ／ｃｍ３以上、７．０ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは２．０ｇ／ｃｍ３以上、６．０ｇ／ｃｍ３以下である。それゆえ、封止材である低融点ガラス中に蛍光体を均一に分散させることができ、励起光の利用効率を高くすることができた。
【０１０４】
また、蛍光体が低融点ガラス中に均一に分散しているため、波長変換部材の局所的な劣化が起こる可能性が少なく、長期信頼性の高い波長変換部材を実現することができる。
【０１０５】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図３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。
【０１０６】
図３は、本実施形態に係るヘッドランプ３０の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ３０は、ヘッドランプ１とは異なり、２０個の半導体レーザ２、２０個の非球面レンズ３、導光部４２、発光部５２、光ファイバー固定具８を備えている。
【０１０７】
半導体レーザ２は、実施の形態１の半導体レーザ２と同様のものであり、１チップに１つの発光点を有し、光出力が１．０Ｗのものである。それゆえ、合計２０Ｗの放射束の光が複数の半導体レーザ２から出射される。
【０１０８】
導光部４２は、２０本の光ファイバー４２ａの束であり、２０個の半導体レーザ２が発振したレーザ光を、各光ファイバー４２ａによって発光部５２へと導く導光部材である。なお半導体レーザ２、非球面レンズ３、光ファイバー４２ａの数は一致していればよく、２０個に限定されない。
【０１０９】
光ファイバー４２ａ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。
【０１１０】
例えば、光ファイバー４２ａ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４２ａ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４２ａの長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。
【０１１１】
非球面レンズ３は、半導体レーザ２から発振されたレーザ光を、光ファイバー４２ａの一方の端部である入射端部に入射させる。
【０１１２】
光ファイバー４２ａの他方の端部である出射端部は、光ファイバー固定具８によって束ねられており、直径５ｍｍのビームが発光部５２に照射される。このときの光密度は、およそ１．０Ｗ／ｍｍ２である。光ファイバー４２ａの出射端部は、当該出射端部から出射されるレーザ光が発光部５２に照射されるように当該発光部５２に対して位置決めされている。
【０１１３】
発光部５２は、直径５．２ｍｍ、厚さ１ｍｍの円柱形を有している。この発光部５２は、ＰｂＯを含むＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の低融点ガラスに、蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を分散させたものである。
【０１１４】
ヘッドランプ３０では、光ファイバー４２ａは、可撓性を有しているため、半導体レーザ２と発光部５２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４２ａの長さを調整することにより、半導体レーザ２を発光部５２から離れた位置に設置することができる。
【０１１５】
それゆえ、半導体レーザ２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３０の設計自由度を高めることができる。
【０１１６】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施形態について図４〜図６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１〜２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。
【０１１７】
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２から出射したレーザ光を発光部５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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
図４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５は、レーザダウンライト２００の断面図である。図４〜図５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４２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４２によって接続されているからである。この光ファイバー４２は、天板４００と断熱材４０１との間の隙間に配置されている。
【０１２０】
（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図５に示すように、筐体２１１、光ファイバー４２、発光部５および透光板２１３を備えている。
【０１２１】
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５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。
【０１２２】
また、筐体２１１には、光ファイバー４２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４２が発光部５まで延びている。光ファイバー４２の出射端部５ａと発光部５との位置関係は上述したものと同様である。
【０１２３】
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５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。
【０１２４】
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５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。
【０１２５】
（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２、非球面レンズ３および光ファイバー４２を備えている。
【０１２６】
光ファイバー４２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２から発振されたレーザ光は、非球面レンズ３を介して光ファイバー４２の入射端部５ｂに入射される。
【０１２７】
図５に示すＬＤ光源ユニット２２０の内部には、半導体レーザ２および非球面レンズ３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４２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２と非球面レンズ３との対（または、複数の半導体レーザ２と１つのロッド状レンズ３２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。
【０１２８】
（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図６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４２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）を強力な粘着テープ等を使って天板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。
【０１２９】
（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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
なお、本発明は、以下のようにも表現できる。
【０１３２】
すなわち、本発明の波長変換部材は、励起光を受けて発光する波長変換部材であって、前記波長変換部材は、蛍光体粉末とガラス粉末の少なくとも２種類の原料から作製され、前記蛍光体は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体からなり、前記蛍光体の平均粒径は１μｍ〜５０μｍであり、前記ガラス粉末の平均粒径は１μｍ以上、５００μｍ以下である。
【０１３３】
本発明の一実施形態によれば、蛍光体粉末とガラス粉末の混合割合が、質量比で３０：７０〜５０：５０の範囲にあってもよい。
【０１３４】
本発明の一実施形態によれば励起光は半導体レーザにより発せられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、高輝度で長寿命な発光装置、照明装置、車両用等のヘッドランプなどに適用することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１  ヘッドランプ（車両用前照灯）
２  半導体レーザ（励起光源）
５  発光部（波長変換部材）
３０  ヘッドランプ（車両用前照灯）
５２  発光部（波長変換部材）
２００  レーザダウンライト（照明装置）
【図１】
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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２】
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