JP2012099279A - 発光装置、照明装置および車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】コヒーレントな光が外部へ照射されてしまうことを防止することができる発光装置を実現する。
【解決手段】ヘッドランプ１は、コヒーレント性を有するレーザ光を出射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３から出射されたレーザ光が照射され、発光する発光部７と、を備え、発光部７が発光する光を出力する。ヘッドランプ１は、半導体レーザ３から出射されたレーザ光が、コヒーレント性を維持しつつ、ヘッドランプ１から出力されることを防止する励起光出力防止膜１２をさらに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高輝度光源として機能する発光装置および当該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。

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。

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を車両用ヘッドランプに好適に適用することができる。

特に、この特許文献１の灯具では、半導体発光素子が紫外光を発生し、蛍光体はその紫外光に応じて白色光を発生する。蛍光体は、輝度の高い白色光を発生することができる。蛍光体は、照射された紫外光に応じて白色の拡散光を発生する。

そして、この灯具は、白色光を透過し、かつ紫外光を遮断する素材を用いて、蛍光体より前方に形成された、透光性部材を備えている。

この透光性部材は、蛍光体から出射される光を車両の前方に透過する一方、半導体発光素子から発生した、人体に有害な紫外光が車両の外部へ照射されてしまうのを防ぐため、その紫外光を遮断している。

また、透光性部材自体は紫外光を透過する素材により形成され、その透光性部材の前方の面に紫外光を遮断する部材が設けられてもよい。

特開２００５−１５００４１号公報（２００５年６月９日公開）

上記の特許文献１の灯具では、上で述べたように、半導体発光素子から発生する紫外光を遮断し、車両の外部に照射されてしまうことを防止している。紫外光は目に見えないので、そもそも、照明光に含める必要性はなく、単純に紫外光のすべてを遮断すればよい。

また、一般に、紫外光は目や皮膚に対して悪影響を与えることがわかっており、例えば、目に対しては角膜炎（例えば、眼球の最表面にある角膜に炎症を起こすこと）、皮膚に対しては日焼けや、やけど、ＤＮＡを劣化させることによる皮膚がんのリスクなどが知られている。

このように上記の灯具では、紫外光を遮断する必要性がある。

ところで、半導体発光素子から発生するレーザ光は、コヒーレントな光である。コヒーレントな光は、大別して、次の２つに分けることができる。１つ目は、目に見えないコヒーレント光、すなわち、波長が紫外域または赤外域の光である。２つ目は、目に見えるコヒーレント光、すなわち、波長範囲が可視光域の光である。

コヒーレント光は、レンズなどの光学系を用いることによって、非常に小さなスポットにまで簡単に集光させることができ、局所的に非常に高いエネルギーを与えることができる。したがって、例えば目に入った場合、網膜上のピンポイントに集光された光が照射され、その箇所に光のエネルギーが集中すれば、視神経を損傷させてしまうおそれがある。

このようなコヒーレント光の特性を考慮した場合、紫外光を含む、上記の１つ目の波長が紫外域または赤外域のコヒーレントな光と共に、上記の２つ目の波長範囲が可視光域の光であるコヒーレント光に関しても、遮断することが必要である。

コヒーレントな光に関しては、その定義として、一般的には、空間的および時間的に位相がそろっている光とされており、その波長は単一波長である。したがって、コヒーレントな光を遮断する部材としては、その光の波長近傍だけを遮断するものを用いればよい。

ここで、可視光域のコヒーレントな光を遮断する場合であれば、必要以上に広い波長域を遮断してしまうと、コヒーレントな光以外の照明光として必要な成分の光の多くまでも遮断してしまうことになる。したがって、できるだけ遮断する波長域を狭くして、コヒーレントな光が含まれる波長域だけが遮断されるようにすることが重要となる。

しかしながら、このような可視光域のコヒーレントな光を遮断することについては、上記の特許文献１には何ら記載も示唆もない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、コヒーレントな光が外部へ照射されてしまうことを防止することができる発光装置、および当該発光装置を備えた照明装置および車両用前照灯を提供することにある。

本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、コヒーレント性を有する励起光を出射する励起光源と、前記励起光源から出射された励起光が照射され、発光する発光部と、を備え、前記発光部が発光する光を出力する発光装置であって、前記励起光源から出射された励起光が、前記コヒーレント性を維持しつつ、前記発光装置から出力されることを防止する励起光出力防止部材をさらに備える。

上記の発光装置の場合、励起光を受けて発光部が発光するが、その発光の際、発光部に照射される励起光のコヒーレント性は発光部に含まれる蛍光体による吸収や散乱によって消失するのが通常である。

しかし、励起光源から出射された励起光のうち、発光部の発光に利用されることなく、そのままコヒーレント性が維持され、発光装置の出力側に向かってしまうものが存在することがある。

例えば、励起光源から出射された励起光のうち、（ａ）発光部自体に照射されないものや、（ｂ）発光部には照射されるものの、発光部に含まれる蛍光体に吸収も散乱もされることなく、発光部からそのまま出射されるもの、（ｃ）発光部には照射されるものの、発光部表面で反射され、ほぼコヒーレント性を維持したまま出射されるもの等である。

このようなコヒーレント性を維持する励起光が発光装置からそのまま出力されてしまうと、例えば人の目に入った場合、網膜上のピンポイントに集光された光が照射され、その箇所に光のエネルギーが集中すれば、視神経を劣化されてしまうというおそれがある。

そこで、上記の発光装置では、励起光出力防止部材を備えることによって、上で述べたようなコヒーレント性を維持する励起光が発光装置からそのまま出力されてしまうことを防止する。

前記励起光出力防止部材は、前記コヒーレント性を維持する励起光を吸収する吸収部材を含み、前記吸収部材は、前記発光部の周囲における前記発光装置の出力側に配置されていることが好ましい。

この場合、吸収部材は、発光部自体に照射されなかったり、発光部には照射されるものの、発光部に含まれる蛍光体に吸収も散乱もされることなく、発光部からそのまま出射されたりして、コヒーレント性を維持する励起光を吸収することができる。

このため、コヒーレント性を維持する励起光を、発光装置の外部に出力されてしまうことを完全に防止することができる。

前記発光部が発光した光を反射することにより、当該光を前記発光装置の出力側に向かわせる、すり鉢形状の反射鏡をさらに備え、前記発光部は、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置され、前記吸収部材は、前記発光部の周囲における前記発光装置の出力側面に近接し、且つ、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置されていることが好ましい。

この場合、吸収部材が発光部の周囲における発光装置の出力側面に近接して配置されているので、発光部の発光に利用されることなく、吸収部材を通過した励起光も、すり鉢形状の反射鏡によって、発光装置の出力側に向かわせることができる。

このため、励起光の利用効率を高め、発光装置が出力される光を増大させることができる。

前記発光部が発光した光を反射することにより、当該光を前記発光装置の出力側に向かわせる、すり鉢形状の反射鏡をさらに備え、前記発光部は、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置され、前記吸収部材は、前記反射鏡の前記すり鉢形状外に配置されていることが好ましい。

この場合、吸収部材は、反射鏡のすり鉢形状外に配置されているので、例えば、吸収部材を、反射鏡を格納する筐体の出射面に配置することができる。

前記反射鏡を格納する筐体をさらに備え、前記筐体は、前記反射鏡から前記発光装置の出力側に向かう光を出射する出射面と、前記反射鏡から前記発光装置の出力側とは異なる方向に向かう光を遮光する遮光面とを含み、前記吸収部材は、前記筐体の出射面上に配置されていることが好ましい。

この場合、吸収部材が反射鏡のすり鉢形状の外に配置されているので、吸収部材を、反射鏡を格納する筐体の出射面に配置することができる。

前記吸収部材は、第１の吸収部材と、第２の吸収部材とを含み、前記発光部が発光した光を反射することにより、当該光を前記発光装置の出力側に向かわせる、すり鉢形状の反射鏡と、前記反射鏡を格納する筐体とをさらに備え、前記発光部は、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置され、前記第１の吸収部材は、前記発光部の周囲における前記発光装置の出力側に配置され、前記筐体は、前記反射鏡から前記発光装置の出力側に向かう光を出射する出射面と、前記反射鏡から前記発光装置の出力側とは異なる方向に向かう光を遮光する遮光面とを含み、前記第２の吸収部材は、前記筐体の出射面上に配置されていることが好ましい。

この場合、吸収部材が二重となっているので、安全性を十二分に担保するができる。

前記第１の吸収部材は、前記発光部の周囲における前記発光装置の出力側面に近接し、且つ、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置されていることが好ましい。

この場合、吸収部材が発光部の周囲における発光装置の出力側面に近接して配置されているので、発光部の発光に利用されることなく、吸収部材を通過した励起光も、すり鉢形状の反射鏡によって、発光装置の出力側に向かわせることができる。

このため、励起光の利用効率を高め、発光装置が出力される光を増大させることができる。

前記励起光出力防止部材は、前記コヒーレント性を維持する励起光を散乱させる散乱部材を含むことが好ましい。

この場合、散乱部材は、（ａ）発光部に照射される前のコヒーレント性を維持する励起光や、（ｂ）発光部自体に照射されなかったり、発光部には照射されるものの、発光部に含まれる蛍光体に吸収も散乱もされることなく、発光部からそのまま出射されたりして、コヒーレント性を維持する励起光を散乱することができるので、その励起光をインコヒーレント性に変換してから発光装置の外部に出力することができる。

このため、コヒーレント性を維持する励起光を、発光装置の外部に出力されてしまうことを防止することができる。

前記発光部が発光した光を反射することにより、当該光を前記発光装置の出力側に向かわせる、すり鉢形状の反射鏡をさらに備え、前記発光部は、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置され、前記散乱部材は、前記発光部の周囲における前記発光装置の出力側面に近接し、且つ、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置されていることが好ましい。

この場合、散乱部材が発光部の周囲における発光装置の出力側面に近接して配置されているので、発光部の発光に利用されることなく、散乱部材によって散乱され、インコヒーレント性となった励起光自体も、すり鉢形状の反射鏡によって、発光装置の出力側に向かわせることができる。

このため、励起光の利用効率を高め、発光装置が出力される光を増大させることができる。

前記散乱部材は、前記発光部の周囲における前記励起光源側に配置されており、且つ、前記励起光源から出射された後、前記発光部側へ向かう励起光を散乱し、前記発光部は、前記散乱部材によって散乱された前記励起光が照射されることが好ましい。

この場合、励起光源から出射された、コヒーレント性を有する励起光を全て、発光部へ照射する前にインコヒーレント性に変換することができる。

このため、発光部にはインコヒーレント性となった励起光のみが照射されることになるので、発光部に含まれる蛍光体に吸収も散乱もされず、発光部からそのまま出射される励起光があったとしても、その励起光がコヒーレント性を有することがない。

したがって、コヒーレント性を維持する励起光が発光装置からそのまま出力されてしまうことを確実に防止することができる。

前記励起光出力防止部材は、前記コヒーレント性を維持する励起光を吸収する吸収部材をさらに含み、前記励起光源から出射された励起光は、前記散乱部材と、前記吸収部材と、にこの順で入射し、前記吸収部材は、前記励起光源から出射された後、前記発光部への照射の有無の如何にかかわらず、前記発光装置の出力側に向かう励起光を吸収することが好ましい。

この場合、散乱部材がコヒーレント性を維持する励起光を完全に散乱させることができなかったときでも、その励起光を吸収部材によって吸収することができる。

このため、コヒーレント性を維持する励起光を発光装置の外部に出力されてしまうことを防止することができる。

前記発光部は、緑色の光を発光する緑色発光部と、赤色の光を発光する赤色発光部と、青色の光を発光する青色発光部と、を含むことが好ましい。

この場合、発光部から発光される光は、励起光を吸収する吸収部材を通過する際、その吸収部材が吸収すべき波長を有する一部の光も吸収されてしまう。その結果、発光部から発光される光の色を変動させてしまう。

そこで、発光部を、緑色の光を発光する緑色発光部と、赤色の光を発光する赤色発光部と、青色の光を発光する青色発光部とし、緑色発光部から発光された緑色の光と、赤色発光部から発光された赤色の光と、青色発光部から発光された青色の光とを混合する。

３つの発光部から発光され、混合された光は、励起光を吸収する吸収部材を通過する際、上で述べたように、その一部の光が吸収されても、３つの発光部から発光される各光の光量を予め調整しておくことで、その一部の光の吸収による光の色の変動を抑えることが可能となる。

本発明に係る照明装置は、上記の発光装置を備えていることが好ましい。

この場合、上記の発光装置を光源として用いることができるので、コヒーレント性を維持する励起光を外部に出力されてしまうことを防止することができる。

本発明に係る車両用前照灯は、上記の発光装置を備えていることが好ましい。

この場合、上記の発光装置を光源として用いることができるので、コヒーレント性を維持する励起光を外部に出力されてしまうことを防止することができる。

本発明に係る発光装置は、以上のように、コヒーレント性を有する励起光を出射する励起光源と、前記励起光源から出射された励起光が照射され、発光する発光部と、を備え、前記発光部が発光する光を出力する発光装置であって、前記励起光源から出射された励起光が、前記コヒーレント性を維持しつつ、前記発光装置から出力されることを防止する励起光出力防止部材をさらに備える。

それゆえ、コヒーレントな光が外部へ照射されてしまうことを防止することができるという効果を奏する。

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。 上記ヘッドランプが備える励起光出力防止膜の効果を説明するための図である（その１）。 上記ヘッドランプが備える励起光出力防止膜の効果を説明するための図である（その２）。 上記ヘッドランプが備える励起光出力防止膜の概略構成を示す断面図である。 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。 （ａ）は半導体レーザの回路図であり、（ｂ）は半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。 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。 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。 上記レーザダウンライトの断面図である。 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。 上記ＬＥＤダウンライトが設置された天井の断面図である。 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。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図４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１を例に挙げて説明する。

（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（発光装置）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。図１に示すように、ヘッドランプ１は、半導体レーザ（励起光源）３と、非球面レンズ４と、導光部２と、発光部７と、反射鏡８と、透明板９と、筐体１１と、励起光出力防止膜（励起光出力防止部材、吸収部材、散乱部材）１２とを備えている。

（半導体レーザ３）
半導体レーザ３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。半導体レーザ３からレーザ光（励起光）が発振される。もちろん、半導体レーザ３は複数設けられていてもよい。その場合、複数の半導体レーザ３のそれぞれからレーザ光が発振される。

半導体レーザ３から出射される励起光は、コヒーレント性を有するコヒーレント光である。コヒーレント光は、上述したように、一般的には、空間的および時間的に位相がそろっている光とされており、その波長は単一波長である。

半導体レーザ３は、１チップに１０個の発光点（１０ストライプ）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１１．２Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流６．４Ａのものであり、直径１５ｍｍのステムに実装されているものである。半導体レーザ３を上で述べた１１．２Ｗでレーザ光を出力させれば、その消費電力は３２Ｗ（５Ｖ×６．４Ａ）となる。もちろん、半導体レーザ３が発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、４００ｎｍ以上４２０ｎｍ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。

また、例えば、３つの半導体レーザ３が実装されている場合であれば、半導体レーザ３全体としての光出力（放射束）が３３．６Ｗ、消費電力が９６Ｗ（＝５Ｖ×６．４Ａ×３個）となる。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を用いることが好ましい。

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を、導光部２の一方の端部である光入射面２１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。

（導光部２）
導光部２は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を集光して発光部７のレーザ光照射面７ａへと導くためのものであり、底面が矩形で先細りの台形形状の導光部材である。導光部２は、非球面レンズ４を介して半導体レーザ３と光学的に結合している。導光部２は、半導体レーザ３が出射したレーザ光を受光する光入射面２１と、当該光入射面２１において受光したレーザ光を発光部７へ出射する光出射面２２とを有している。すなわち、導光部２は、その底部に光入射面２１を、その頂部に光出射面２２を、それぞれ有している。

光出射面２２の面積は、光入射面２１の面積よりも小さい。そのため、光入射面２１から入射したレーザ光は、側面２３に反射しつつ前進することにより収束されて光出射面２２から出射される。

例えば、光入射面２１の面積は１５ｍｍ×３ｍｍ、光出射面２２の面積は３ｍｍ×１ｍｍである。また、例えば、導光部２の高さ、言い換えれば、光入射面２１と光出射面２２との距離は５０ｍｍである。さらに、導光部２の側面２３には、屈折率が１．３５のフッ素系樹脂（ポリテトラフロオロエチレン）がコーティングされている。このフッ素系樹脂のコーティングによって、側面２３におけるレーザ光の反射が効率よく行なわれる。これは、このフッ素系樹脂と導光部２を構成する透明素材と間において、屈折率差を設けているからである。

光出射面２２は、光入射面２１と光出射面２２とを結ぶ軸に対して垂直な方向に軸を持つ平凸シリンドリカルレンズとなっていてもよい。すなわち、光出射面２２が曲面形状になっていてもよい。この場合、レーザ光は、所定の角度で広がりながら光出射面２２から出射される。これにより、光出射面２２から出射されたレーザ光をレーザ光照射面７ａの一点に集中して照射させずに分散して照射させるため、レーザ光が一点に集中して照射されることによって発光部７が劣化することを防止できる。したがって、高光束・高輝度かつ長寿命なヘッドランプ１を実現できる。

なお、本実施形態では、光出射面２２がシリンドリカルレンズとして機能するが、光出射面２２に、シリンドリカルレンズが別体として備えられていてもよい。この場合、シリンドリカルレンズは、光出射面２２と発光部７との間に設けられる。

具体的には、導光部２は、石英ガラス（ＳｉＯ_２、屈折率：１．４５）やアクリル樹脂、その他の透明素材で構成する。また、光入射面２１は、平面形状であっても曲面形状であってもよい。

非球面レンズ４および導光部２の結合効率（半導体レーザ３から出射されるレーザ光の強度に対する、導光部２の光出射面２２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３から出射された１１．２Ｗのレーザ光は、非球面レンズ４および導光部２を通過すると、光出射面２２から１０Ｗ程度のレーザ光として出射される。

（発光部７）
発光部７は、光出射面２２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を含んでいる。この発光部７は、透明板９の内側（光出射面２２が位置する側）の面において、反射鏡８の焦点位置またはその近傍に固定されている。発光部７の位置の固定方法は、この方法に限定されず、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材によって発光部７の位置を固定してもよい。

発光部７は、上で述べたように、レーザ光を受けて発光するが、そのレーザ光は、半導体レーザ３から出射されたコヒーレント光である。発光部７は、コヒーレント光を受け、コヒーレント性を失ったインコヒーレントな光（白色光）を発光する。

発光部７の詳細については後述する。

（反射鏡８）
反射鏡８は、発光部７が出射したインコヒーレント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）の部材であり、反射した光の進行方向に開口している。

反射鏡８を正面から見たときの反射鏡８の面積を反射鏡８の開口面積と呼ぶ。この開口面積は、反射鏡８の光軸に対して垂直な平面に反射鏡８を投影したときの投影像の面積である。さらに換言すれば、反射鏡８の開口部によって囲まれる面（図１において符号８ａで示す面）の面積である。開口面積が小さいことは反射鏡８が小さいことを意味し、ひいては、ヘッドランプ１が小さいことを意味する。ヘッドランプ１を小さくするために、反射鏡８の開口面積は、２０００ｍｍ^２以下であることが好ましい。

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。透明板９は、発光部７を保持するためのものであり、上で述べたような、コヒーレント光およびインコヒーレント光のいずれであっても透過する材質で形成されている。このため、透明板９は透明であればどのような材質であってもよく、それによって、透明板９を低コストで容易に製造することができる。

もちろん、上で述べたように、反射鏡８から延出する棒状や、筒状の部材など、透明板９以外の部材によって発光部７を保持する場合には、透明板９を省略することが可能である。

（発光部７の組成）
発光部７は、蛍光体保持物質としてのシリコン樹脂の内部に蛍光体が分散されているものである。シリコン樹脂と蛍光体との割合は、１０：１程度である。また、発光部７は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。蛍光体保持物質は、シリコン樹脂に限定されず、有機無機ハイブリッドガラスや無機ガラスであってもよい。

上記蛍光体は、例えば、酸窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色の蛍光体がシリコン樹脂に分散されている。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。

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。

上記蛍光体は、サイアロンと通称されるものが好ましい。サイアロンとは、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（Ｓｉ_３Ｎ_４）にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）および希土類元素などを固溶させて作ることができる。

蛍光体の別の好適な例としては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のナノメータサイズの粒子を用いた半導体ナノ粒子蛍光体を例示することができる。

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。

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。

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い変換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。

よって、発光部７が熱により劣化（変色や変形）するのをより抑制することができる。これにより、ヘッドランプ１の寿命を延ばすことができる。

（発光部７の形状および大きさ）
発光部７は、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７ａおよびレーザ光が変換された白色光が出射される発光面７ｂの面積は、３ｍｍ^２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。

なお、発光部７は、直方体でなくてもよく、レーザ光照射面７ａおよび発光面７ｂが円または楕円である筒状であってもよい。また、発光面７ｂは、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。

また、レーザ光照射面７ａと発光面７ｂとの間の、発光部７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７において全て白色光に変換されるか、またはレーザ光が発光部７において十分に散乱される厚みであればよい。つまり、人体に有害なコヒーレント光の全てが、無害なインコヒーレント光に変換されるだけの厚みを発光部７が有していればよい。

ここで必要とされる発光部７の厚みは、発光部７における蛍光体保持物質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。

（筐体１１）
筐体１１は、その内部に、半導体レーザ３、非球面レンズ４、導光部２、発光部７、反射鏡８および透明板９を格納し、封止している。筐体１１の内部には、例えば、ドライエア（乾燥空気）が封入されている。そして、このドライエアの露点温度は、例えば−３５℃であり、半導体レーザ３および発光部７の温度上昇を抑制している。

筐体１１からその外部に向けて、半導体レーザ３に設けられた２つの電極リード線が出ており、それら２つの電極リード線はレーザ駆動回路（図示省略）に接続されている。そのレーザ駆動回路は、２つの電極リード線の間に連続的に、あるいは、間欠的に、所定の電位差を印加することによって、半導体レーザ３を駆動するための駆動電流を半導体レーザ３に注入する。

また、筐体１１は、上で述べた透明板９と同様、コヒーレント光およびインコヒーレント光のいずれであっても透過する材質で形成された前面部１１ａを有している。この前面部１１ａは、反射鏡８の開口部によって囲まれた面８ａと対向しており、この面８ａから出射される、反射鏡８によって形成された光線束を透過する。この光線束を透過するという観点からいえば、前面部１１ａは、反射鏡８の面８ａから出射される光線束が通過する領域だけが上記の透過材質で形成されていてもよい。

筐体１１の前面部１１ａは透明であればどのような材質であってもよく、それによって、その前面部１１ａを低コストで、且つ、容易に製造することが可能となる。

また、筐体１１は、前面部１１ａを除き、コヒーレント光およびインコヒーレント光のいずれであっても遮光する遮光部材で構成すればよい。

（励起光出力防止膜１２）
励起光出力防止膜１２は、筐体１１の前面部１１ａに貼り付けられている。

上述したように、ヘッドランプ１は、反射鏡８の開口部を覆う透明板９、および筐体１１の前面部１１ａを通して、反射鏡８によって形成される光線束を、ヘッドランプ１の外部へ出射する。

反射鏡８によって形成される光線束は、発光部７から発光されるコヒーレント性を失った光、つまり、インコヒーレント光である。このため、透明板９と筐体１１の前面部１１ａとが共に、コヒーレント光およびインコヒーレント光のいずれも透過する透明素材を用いて形成されていても、コヒーレント光がヘッドランプ１の外部に漏れ出すことがないのが通常である。なぜなら、半導体レーザ３から出射されるレーザ光、つまり、コヒーレント光は、発光部７に照射され、その発光部７によってインコヒーレント光に変換される筈だからである。

しかし、実際には、反射鏡８によって形成される光線束にコヒーレント光が含まれてしまう場合が起こり得る。励起光出力防止膜１２は、このような場合に備え、反射鏡８による光線束にコヒーレント光が含まれている場合、そのコヒーレント光を減衰、遮断し、ヘッドランプ１の外部にコヒーレント光が漏れ出すことを防止する役目を担っている。

例えば、図２に示すヘッドランプ１ａのように、導光部２の光出射面２２から出射されるレーザ光は、通常であれば、符号３１で示すレーザ光のように、発光部７に照射される。そして、そのレーザ光３１は、発光部７に含まれている蛍光体に吸収され、波長変換される。その際、レーザ光３１のコヒーレント性は同時に消失する。

この場合であれば、反射鏡８によって形成される光線束は、このようにしてコヒーレント性を消失した蛍光３２によって構成され、その結果、その光線束は、コヒーレント光を含むことはない。

これに対し、導光部２の光出射面２２から出射されるレーザ光のうち、符号３３で示すレーザ光は、光出射面２２からの出射方向に発光部７が存在しない。このようなことは、導光部２の光出射面２２の形状や、その光出射面２２からレーザ光が入射される、反射鏡８の光入射穴の形状、発光部７の位置、大きさおよび形状などの如何によっては十分起こり得ることである。

このような場合、コヒーレント性を維持するレーザ光３３は、発光部７に照射されることなく、透明板９を透過し、筐体１１の前面部１１ａを透過することになる。透明板９と前面部１１ａとは共に、コヒーレント光であっても透過させてしまう透明素材を用いて形成されているからである。

また、例えば、図３に示すヘッドランプ１ｂのように、導光部２の光出射面２２から出射されるレー光は、通常であれば、符号３４のレーザ光のように、発光部７に照射されると、その発光部７に含まれている蛍光体に吸収される。レーザ光３４は、その吸収によって、波長変換される。そして、その波長変換の際、レーザ光３４のコヒーレント性は同時に消失する。

この場合であれば、反射鏡８によって形成される光線束は、このようにしてコヒーレント性を消失した蛍光３５によって構成され、その結果、その光線束はコヒーレント光を含むことはない。

これに対し、導光部２の光出射面２２から出射されるレーザ光のうち、符号３６で示すレーザ光は、発光部７に照射されるものの、発光部７に含まれる蛍光体に吸収されることなく、発光部７から出射されている。

ここで、光出射面２２から出射されるレーザ光は、仮に、発光部７に含まれるいずれの蛍光体に吸収されることがなかったとしても、いずれかの蛍光体によって散乱されるのが通常である。

しかし、発光部７の内部におけるレーザ光の光路や発光部７の内部における蛍光体の分散分布などの如何によっては、発光部７に照射されるレーザ光のうち、発光部７に含まれるいずれの蛍光体によっても吸収も散乱もされない場合が起こり得る。

このような場合、レーザ光３６は、発光部７には照射されるものの、発光部７に含まれる蛍光体に吸収も散乱もされることなく、発光部７から出射される。すなわち、コヒーレント性を維持するレーザ光３６が発光部７から出射されることになる。

そして、このコヒーレント性を維持するレーザ光３３は、透明板９を透過し、筐体１１の前面部１１ａを透過することになる。

このようにして、反射鏡８によって形成される光線束にコヒーレント光が含まれてしまう場合がある。

励起光出力防止膜１２は、上で述べたように、筐体１１の前面部１１ａに貼り付けられている。この励起光出力防止膜１２は、自身を通過する光線束のコヒーレント性を消失させる、後述の励起光出力防止機能を有している。

そして、励起光出力防止膜１２は、この励起光出力防止機能によって、上述したようにして透明板９および筐体１１の前面部１１ａを透過して来る光線束に含まれるコヒーレント光を減衰、遮断する。それによって、反射鏡８によって形成された光線束にコヒーレント光が含まれた場合でも、そのコヒーレント光がヘッドランプ１の外部に漏れ出すことを防止することができる。

次に、励起光出力防止膜１２の具体例について説明する。

励起光出力防止膜１２は、例えば、少なくとも４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長を持つ光成分を減衰、遮断する光学膜を用いることができる。その光学膜としては、例えば、内外テクノス社製ＵＶ Ｇｕａｒｄを用いることができる。図４に、この光学膜を用いた励起光出力防止膜１２の概略構成を示す。

図４に示すように、この励起光出力防止膜１２は、離型フィルム１３上に直接接触して配置された粘着層１２ａと、４２０ｎｍ以下カット層１２ｂと、ＰＥＴベース１２ｃと、ハードコート層１２ｄと、がこの順に配置された構成を有している。

粘着層１２ａは、励起光出力防止膜１２を筐体１１の前面部１１ａに接着するためのものであり、筐体１１の前面部１１ａとの接着前には、その接着性の維持のため、上で述べた離型フィルム１３を用いてその接着面が保護されている。

粘着層１２ａは、筐体１１の前面部１１ａと接着する接着面には、その接着性を図るため、公知の接着剤が塗布されている。

４２０ｎｍ以下カット層１２ｂは、厚さ１００μｍの熱可塑性ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート）樹脂中に波長４２０ｎｍ以下の光の吸収剤を分散させたものである。波長４２０ｎｍ以下の光の吸収剤としては、ベンゾフェノン系やベンゾエート系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系といったベンゼン環をもつ有機分子を用いることができる。これら有機分子の濃度や組み合わせによって、所望の波長以下をカットすることができるようになる。

ＰＥＴベース１２ｃは、熱可塑性ポリエステル樹脂からなる厚さ５０μｍの高分子フィルムであり、ハードコート層１２ｄは厚さ１０μｍであり、光や熱などによる反応硬化型樹脂組成物からなる。

例えば、励起光出力防止膜１２は、筐体１１の前面部１１ａの内側から離型フィルム１３を剥がして貼り付けられる。もちろん、筐体１１の前面部１１ａの外側から貼り付けてももちろん構わない。ただし、その場合、粘着層１２ａ中にも紫外線吸収剤を分散させ、ＰＥＴベース１２ｃに強い波長４２０ｎｍ以下の光が直接照射されないようにしたほうが良い。

また、励起光出力防止膜１２は、例えば、少なくとも４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長を持つ光成分を散乱する光学膜を用いてもよい。例えば、その光学膜として、表面に細かい凹凸を設けたいわゆる「すりガラス」や、内部に屈折率の異なる微粒子を分散させたフィルムなどを用いることができる。

このように、励起光出力防止膜１２は、コヒーレント性を維持するコヒーレント光を吸収する吸収膜（吸収部材）や、散乱する散乱膜（散乱部材）を用いることによって、上記の励起光出力防止機能を実現している。もちろん、励起光出力防止膜１２は、吸収膜または散乱膜のいずれか一方、あるいは、それら両方を用いても構わない。

なお、本実施形態に係るヘッドランプ１の半導体レーザ３として、上述したように、４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長で発振する半導体レーザを用いることができる。

例えば、４００ｎｍ未満、特に、３８０ｎｍ未満の波長で発振する半導体レーザを用いた場合、上で述べたようにしてその半導体レーザから出射されたレーザ光がヘッドランプ１の外部に漏れ出しても、４００ｎｍ未満の波長であると視感度が低く、人がその漏れ出しに気がつかないおそれがある。

さらに、３８０ｎｍ未満の（近）紫外光の領域になると目には見えないため、さらに危険性が増してしまう。その点、４００ｎｍ以上で発振する半導体レーザを用いることによって、その半導体レーザから出射されるレーザ光を容易に目視することができる。このため、万一のレーザ光漏洩の際にも対処しやすい。

一方、レーザ光と同じ波長であっても、コヒーレント性を失った光であれば目に対する危険性は、通常光（コヒーレント光に対するインコヒーレント光）と同じである。そのため、４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長のレーザ光を目視したとしても、必ずしも目に対して危険となるわけではない。

本実施形態では、半導体レーザ３から出射されるコヒーレントなレーザ光は、通常であれば、発光部７に照射され、その発光部７に含まれる蛍光体に吸収される。そして、そのレーザ光は、蛍光体による波長変換によって、レーザ光よりも長波長の蛍光として放射される。その際、レーザ光は、そのコヒーレント性が消失され、インコヒーレントな蛍光となる。

また、半導体レーザ３から出射されるコヒーレントなレーザ光の一部は、蛍光体による波長変換が行なわれなくても、蛍光体の粒子による散乱を受け、コヒーレント性を消失し、インコヒーレントなレーザ光となる。

さらに、半導体レーザ３から出射されるコヒーレントなレーザ光のうち、万一にもコヒーレント性が消失されず、コヒーレント性を維持するレーザ光が残っていたとしても、そのコヒーレント性を維持するレーザ光は、励起光出力防止膜１２によって、ヘッドランプ１の外部に放射される前に遮断、吸収されるため安全である。

（励起光出力防止膜１２のその他の効果）
ヘッドランプ１は、上で述べたように、筐体１１の前面部１１ａを通して、反射鏡８によって形成された光線束をヘッドランプ１の外部に出射する。このことは、筐体１１の前面部１１ａを通して、ヘッドランプ１の外部から外光がヘッドランプ１の内部に入射されてしまうことを意味する。

このような外光が筐体１１の内部に配置されている発光部７に照射されてしまうと、発光部７の発光を不要に招くこととなり、発光部７の劣化を促進してしまう。

これに対し、本実施形態に係るヘッドランプ１では、筐体１１の前面部１１ａに励起光出力防止膜１２が貼り付けられているので、このような外光の侵入を遮断することができる。

例えば、本実施形態に係るヘッドランプ１の半導体レーザ３として、上述したように、４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長で発振する半導体レーザ３を用いた場合、励起光出力防止膜１２を構成する光学膜は、４２０ｎｍ以下の波長の光を遮断する特性を持つ上記の４２０ｎｍ以下カット層１２ｂを持つことになる。

この場合、逆にいえば、この４２０ｎｍの波長を持つ外光は、この励起光出力防止膜１２によって遮断されることになり、その結果、筐体１１の前面部１１ａを通して、ヘッドランプ１の外部から内部に入射されることがない。

このため、発光部７が外光によって発光することがなく、発光部７の不要な発光が防止され、それによって、発光部７の劣化が抑制されることになる。

（ヘッドランプ１の効果）
以上の構成を備えるヘッドランプ１では、導光部２の光出射面２２から１０Ｗのレーザ光が出射されたとき、発光部７の正面面積が３ｍｍ^２であれば、反射鏡８の開口面積が２０００ｍｍ^２であり、放射される光束が約９００ｌｍであり、発光部７の輝度が７５ｃｄ／ｍｍ^２となる。

（励起光出力防止膜１２のその他の配置）
励起光出力防止膜１２は、上述したように、吸収膜または散乱膜、あるいは、それら両方を用いることができる。

以下、図１を参照し、励起光出力防止膜１２のその他の配置について説明する。

先ず、励起光出力防止膜１２に吸収膜を用いた場合、図１においては、励起光出力防止膜１２は筐体１１の前面部１１ａに貼り付けられている。

その代わりに、例えば、反射鏡８の開口部を覆う透明板９に貼り付けてもよい。

また、発光部７の発光面７ｂに近接して貼り付けてもよい。この場合、例えば、発光部７の発光面７ｂに近接する吸収膜貼り付け部材を用意し、その吸収膜貼り付け部材に吸収膜を貼り付ければよい。

さらに、励起光出力防止膜１２は、筐体１１の前面部１１ａと透明板９の両方に貼り付けてもよいし、筐体１１の前面部１１ａと発光部７の発光面７ｂの両方に貼り付けてもよい。

一方、励起光出力防止膜１２に散乱膜を用いた場合でも、例えば、反射鏡８の開口部を覆う透明板９に貼り付けてもよい。

また、発光部７の発光面７ｂに近接して配置されてもよいし、発光部７のレーザ光照射面７ａに近接して配置されてもよい。これらの場合、発光部７の発光面７ｂ、レーザ光照射面７ａの各々に近接する散乱膜貼り付け部材を用意し、その散乱膜貼り付け部材に散乱膜を貼り付ければよい。

さらに、励起光出力防止膜１２は、筐体１１の前面部１１ａと透明板９の両方に貼り付けてもよいし、筐体１１の前面部１１ａと発光部７の発光面７ｂの両方に貼り付けてもよい。さらに、筐体１１の前面部１１ａと発光部７のレーザ光照射面７ａの両方に貼り付けてもよい。

また、励起光出力防止膜１２に吸収膜、散乱膜の両方を用いた場合、半導体レーザ３から出射されたレーザ光が、散乱膜と、吸収膜と、にこの順で入射されるよう、それら２つの膜を配置すればよい。そうすることにより、散乱膜がコヒーレント性を維持する励起光を完全に散乱させることができなかったときでも、その励起光を吸収膜によって吸収することができる。

〔実施の形態２〕
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。以下、本発明の実施の形態１と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態に係るヘッドランプ１ｃと上記の実施の形態１に係るヘッドランプ１とで異なる点は、発光部７を３つの発光部７１、７２および７３に置き換えた点である。

上記の実施の形態１のヘッドランプ１では、４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長で発振する半導体レーザ３を用いることが可能であるが、この場合、４０５ｎｍ近傍の波長を持つ光は、励起光出力防止膜１２によって、遮断されてしまう。

このため、上記の実施の形態１のように、発光部７に含まれる蛍光体として、緑色の蛍光体（例えば、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ）と、赤色の蛍光体（例えば、ＣＡＳＮ：ＥｕやＳＣＡＳＮ：Ｅｕ）とを単純に混合したものを用いた場合、それぞれの蛍光体から発生する蛍光によって形成される白色光は、上で述べた４０５ｎｍ近傍の波長の光が遮断されてしまうため、その色度の調整範囲が小さいものとなってしまう。

そこで、本実施形態に係るヘッドランプ１では、緑色の蛍光体（例えば、上記のＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ）を含む発光部７１と、赤色の蛍光体（例えば、上記のＣＡＳＮ：ＥｕやＳＣＡＳＮ：Ｅｕ）を含む発光部７２とに加えて、青色の蛍光体を含む発光部７３をさらに設けている。

この発光部７２に含まれる青色の蛍光体としては、例えば、ＪＥＭを用いることができる。ＪＥＭとは、ＬａＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅのことである。

なお、本実施形態に係るヘッドランプ１ｃでは、３つの発光部７１、７２および７３を設けているが、上で述べた３つの蛍光体（緑色の蛍光体、赤色の蛍光体および青色の蛍光体）を混合し、１つの発光部に分散させてももちろん構わない。

（半導体レーザ３の構造）
ここで、上記の実施の形態１および２に係るヘッドランプ１〜１ｃに用いられる半導体レーザ３の基本構造について説明する。図６（ａ）は、半導体レーザ３の回路図であり、図６（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。

基板１８は、半導体基板であり、一般的には、化合物半導体であるＧａＡｓやＧａＮが用いられているが、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、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｒＯ_２およびＣｅＯ_２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の半導体で構成されていてもよい。特に基板１８は、窒化物半導体が好ましい。

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。

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。

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。

また、活性層１１１の材料としては、アンドープの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、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い。

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。

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。

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は、ある程度増幅されると、活性層１１１の表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５のうちのどちらか一方（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。

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が発光点１０３から照射される。

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。

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。

（発光部７の発光原理）
次に、上記の実施の形態１および２に係るヘッドランプ１〜１ｃに用いられる半導体レーザ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。

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。

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。

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。

白色光は、等色の原理を満たす３つの色の混色や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３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。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施形態について図７〜図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、上記の実施の形態１および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。

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。

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。

図７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８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９は、レーザダウンライト２００の断面図である。図７〜図９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。

（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図９に示すように、筐体２１１、光ファイバー５、発光部７および透光板２１３を備えている。

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。

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が発光部７まで延びている。光ファイバー５の出射端部５ａと発光部７との位置関係は上述したものと同様である。

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。

また、透光板２１３の内側の表面または外側の表面には、上述した励起光出力防止膜１２と同様の機能を有する光学膜（図示省略）が貼り付けられている。

図７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。

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。

（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。

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。

図９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。

（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図１０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。

（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７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。

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。

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の組み合わせにより実現可能である。

図１１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（図示省略）につながっている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図１２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。

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。

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。

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。

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。

本発明は、高輝度かつ高光束でありながら、従来の発光装置よりも小さな発光装置であり、車両用のヘッドランプ、プロジェクタなどに適用することができる。

１ ヘッドランプ（発光装置）
２ 導光部
３ 半導体レーザ（励起光源）
７ 発光部
８ 反射鏡
１１ 筐体
１１ａ 前面部
１２ 励起光出力防止膜（励起光出力防止部材、吸収部材、散乱部材）

Claims (14)

1. コヒーレント性を有する励起光を出射する励起光源と、前記励起光源から出射された励起光が照射され、発光する発光部と、を備え、前記発光部が発光する光を出力する発光装置であって、
   前記励起光源から出射された励起光が、前記コヒーレント性を維持しつつ、前記発光装置から出力されることを防止する励起光出力防止部材をさらに備えることを特徴とする発光装置。
2. 前記励起光出力防止部材は、前記コヒーレント性を維持する励起光を吸収する吸収部材を含み、
   前記吸収部材は、前記発光部の周囲における前記発光装置の出力側に配置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。
3. 前記発光部が発光した光を反射することにより、当該光を前記発光装置の出力側に向かわせる、すり鉢形状の反射鏡をさらに備え、
   前記発光部は、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置され、
   前記吸収部材は、前記発光部の周囲における前記発光装置の出力側面に近接し、且つ、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 前記発光部が発光した光を反射することにより、当該光を前記発光装置の出力側に向かわせる、すり鉢形状の反射鏡をさらに備え、
   前記発光部は、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置され、
   前記吸収部材は、前記反射鏡の前記すり鉢形状外に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
5. 前記反射鏡を格納する筐体をさらに備え、
   前記筐体は、前記反射鏡から前記発光装置の出力側に向かう光を出射する出射面と、前記反射鏡から前記発光装置の出力側とは異なる方向に向かう光を遮光する遮光面とを含み、
   前記吸収部材は、前記筐体の出射面上に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 前記吸収部材は、第１の吸収部材と、第２の吸収部材とを含み、
   前記発光部が発光した光を反射することにより、当該光を前記発光装置の出力側に向かわせる、すり鉢形状の反射鏡と、前記反射鏡を格納する筐体とをさらに備え、
   前記発光部は、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置され、
   前記第１の吸収部材は、前記発光部の周囲における前記発光装置の出力側に配置され、
   前記筐体は、前記反射鏡から前記発光装置の出力側に向かう光を出射する出射面と、前記反射鏡から前記発光装置の出力側とは異なる方向に向かう光を遮光する遮光面とを含み、
   前記第２の吸収部材は、前記筐体の出射面上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
7. 前記第１の吸収部材は、前記発光部の周囲における前記発光装置の出力側面に近接し、且つ、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記励起光出力防止部材は、前記コヒーレント性を維持する励起光を散乱させる散乱部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
9. 前記発光部が発光した光を反射することにより、当該光を前記発光装置の出力側に向かわせる、すり鉢形状の反射鏡をさらに備え、
   前記発光部は、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置され、
   前記散乱部材は、前記発光部の周囲における前記発光装置の出力側面に近接し、且つ、前記反射鏡の前記すり鉢形状内に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
10. 前記散乱部材は、前記発光部の周囲における前記励起光源側に配置されており、且つ、前記励起光源から出射された後、前記発光部側へ向かう励起光を散乱し、
    前記発光部は、前記散乱部材によって散乱された前記励起光が照射されることを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
11. 前記励起光出力防止部材は、前記コヒーレント性を維持する励起光を吸収する吸収部材をさらに含み、
    前記励起光源から出射された励起光は、前記散乱部材と、前記吸収部材と、にこの順で入射し、
    前記吸収部材は、前記励起光源から出射された後、前記発光部への照射の有無の如何にかかわらず、前記発光装置の出力側に向かう励起光を吸収することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の発光装置。
12. 前記発光部は、緑色の光を発光する緑色発光部と、赤色の光を発光する赤色発光部と、青色の光を発光する青色発光部と、を含むことを特徴とする請求項２〜７、１１のいずれか１項に記載の発光装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の発光装置を備えている照明装置。
14. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の発光装置を備えている車両用前照灯。

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