JP2014017052A - 光源装置およびそれを備えた投光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度の高い点光源を実現しながら、本質的にギラツキ感のない快適な照明光を得ることが可能な光源装置を提供する。
【解決手段】この光源装置１０は、増幅された自然放出光を発する第１発光ダイオード素子１１と、第１発光ダイオード素子１１から出射した光が照射されるとともに、光を拡散させた状態で出射する蛍光部材１３ａと、を備える。蛍光部材１３ａは、投光部材３０の焦点Ｆ３１ａを含む領域に配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、光源装置およびそれを備えた投光装置に関し、特に、発光ダイオード素子と光を拡散させた状態で出射する光拡散部材とを含む光源装置およびそれを備えた投光装置に関する。

従来、励起光源と励起光源からの光を拡散させた状態で出射する蛍光部材（光拡散部材）とを備えた投光装置が知られている（例えば特許文献１および２参照）。

上記特許文献１には、レーザダイオード（励起光源）と、レーザダイオードから出射したレーザ光が照射され、光を拡散させた状態で出射する蛍光体（光拡散部材）と、蛍光体からの光を所定領域に投光する反射鏡（投光部材）とを備えた車両用灯具（投光装置）が開示されている。この車両用灯具では、励起光源としてレーザダイオードを用いることによって、蛍光体の励起光が照射される照射領域を小さくかつ高い光密度で励起することができるので、輝度の高い点光源を得ることができる。これにより、投光領域のうちの明るく照明する必要があるホットゾーンを、投光領域の他の領域に比べてより明るく照明することができる。

上記特許文献２には、半導体レーザ（励起光源）と、半導体レーザから出射したレーザ光が照射され、光を拡散させた状態で出射する発光部（光拡散部材）と、発光部からの光を所定領域に投光する反射鏡（投光部材）とを備えたヘッドランプ（投光装置）が開示されている。このヘッドランプでは、励起光源として半導体レーザを用いることによって、輝度の高い点光源を得て、ヘッドランプの小型化を実現している。

特開２００５−１５００４１号公報（段落００４１、第３図） 特開２０１１−１２９３７５号公報（段落０１８３−０１８４、第１図）

しかしながら、上記特許文献１および２では上述したメリットがある一方で、レーザ光を用いることにより、照明光が人間の感覚に対して特有のギラツキ感を与える場合がある。特に、例えば波長が４５０ｎｍの青色レーザ素子を用いて青色光の一部を白色光の成分として用いる場合に顕著である。これは、レーザ光は可干渉性が高いので、特有の干渉の効果によりギラついた見え方をするためである、と考えられる。波長が４００ｎｍ付近の青紫色の波長帯においては視感度が低いが、青紫色光を用いて蛍光部材を励起した場合であっても、ギラツキ感を与える場合がある。このギラツキ感は、人間の感覚に対して不快感を与える場合があり、夜間の快適照明という観点からは改善されることが望ましい。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、輝度の高い点光源を実現しながら、可干渉性の低い光を用いていることから本質的にギラツキ感のない快適な照明光を得ることが可能な光源装置およびそれを備えた投光装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の光源装置は、光を投光する投光装置に用いられる光源装置であって、発光ダイオード素子と、発光ダイオード素子から出射した光が照射されるとともに、光を拡散させた状態で出射する光拡散部材と、を備え、発光ダイオード素子は、増幅された自然放出光を発する第１発光ダイオード素子を含み、光拡散部材は、投光装置に含まれる投光部材の焦点を含む領域に配置される。

なお、本明細書および特許請求の範囲において、投光するとは、遠方を照らす為に所定の立体角に光を集めて照射することを言う。また、増幅された自然放出光（Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）を発する発光ダイオード素子とは、例えば、基板の主表面に対して垂直方向に光を出射する面発光型発光ダイオード素子のうち、発光層の上下に多層膜反射鏡を有することにより発光層から発せられる光が増幅する構造を有しているものや、基板の主表面に対して平行な光導波路を有し、発光層から発せられる光が増幅する構造を有する端面発光型発光ダイオード素子を含む概念である。これらの素子においては発光点における光密度が、増幅されていない自然放出光を発する通常の発光ダイオードと比較して非常に高く、高密度の光を発することが出来る。また、ミラー損失が大きくなるように設計されることによりレーザ発振が生じないように構成される。

この発明の光源装置では、上記のように、発光ダイオード素子は、増幅された自然放出光を発する第１発光ダイオード素子を含む。これにより、増幅されていない自然放出光を発する通常の発光ダイオード素子を用いて光を光拡散部材に照射する場合に比べて、光拡散部材の光が照射される領域（照射領域）を小さくかつ高い光密度で照射することができるので、より輝度の高い点光源を得ることができる。このため、投光領域のうちの明るく照明する必要がある領域を、投光領域の他の領域に比べてより明るく照明することができる。また、輝度の高い点光源を得ることができるので、投光装置の小型化を実現することができる。

また、上記のように、発光ダイオード素子を用いることによって、レーザ素子を用いる場合と異なり、本質的に可干渉性を有さない為に照明光が人間の感覚に対して特有のギラツキ感を与えるのを防止することができる。これにより、夜間の快適照明を実現することができる。

また、上記のように、光拡散部材は、投光装置に含まれる投光部材の焦点を含む領域に配置されるので、光拡散部材からの光を投光部材により所定の立体角（所定方向）に効率良く投光することができる。また、所定の立体角（所定方向）の例えば中心部を、容易に、他の領域に比べてより明るく照明することができる。

上記光源装置において、好ましくは、第１発光ダイオード素子の発光スペクトルの半値全幅は１０ｎｍ以上である。このように構成すれば、ギラツキ防止効果が特に得られる。

上記光源装置において、好ましくは、発光ダイオード素子は、増幅されていない自然放出光を発する第２発光ダイオード素子を含み、光拡散部材のうちの投光部材の焦点が配置される第１部分には、第１発光ダイオード素子から出射した光が照射され、光拡散部材のうちの第１部分に隣接する第２部分には、第２発光ダイオード素子から出射した光が照射される。このように構成すれば、光拡散部材のうちの投光部材の焦点が配置される第１部分を他の部分（第２部分）に比べて高輝度で光らせることができる。これにより、明るく照明する必要がある領域を効率良く、他の領域に比べてより明るく照明することができる。また、第２発光ダイオード素子を第１発光ダイオード素子に隣接して配置すれば、光拡散部材のうちの第１部分に隣接する第２部分に、第２発光ダイオード素子から出射した光を容易に照射することができる。

上記発光ダイオード素子が第２発光ダイオード素子を含む光源装置において、好ましくは、第１発光ダイオード素子は、発光層の上下に多層膜反射鏡を有するとともに、基板の主表面に対して垂直方向に光を出射する面発光型発光ダイオード素子である。このように構成すれば、第１発光ダイオード素子の自然放出光を容易に増幅させることができる。また、第１発光ダイオード素子を、面発光型である一般的な発光ダイオード素子（第２発光ダイオード素子）に隣接して配置する場合に、実装構造や電気配線等を簡単にすることができる。

この場合、好ましくは、第１発光ダイオード素子および第２発光ダイオード素子は、同時に発光する。このように構成すれば、電気配線や電気制御を簡単にすることができる。

上記発光ダイオード素子が第２発光ダイオード素子を含む光源装置において、好ましくは、第１発光ダイオード素子は、基板の主表面に対して平行な光導波路を有するとともに、基板の主表面に対して平行方向に光を出射する端面発光型発光ダイオード素子である。このように構成すれば、第１発光ダイオード素子の自然放出光を容易に増幅させることができる。

上記光源装置において、好ましくは、第１発光ダイオード素子および光拡散部材は、互いに所定の距離を隔てて配置されており、第１発光ダイオード素子と光拡散部材との間には、集光部材が設けられている。このように構成すれば、第１発光ダイオード素子から出射した光を集光して光拡散部材に照射することができるので、光拡散部材をより高輝度で光らせることができる。

この場合、好ましくは、光拡散部材の、集光部材により集光された光が照射される照射領域の面積は、第１発光ダイオード素子の光出射領域の面積と略等しい。このように構成すれば、光拡散部材を特に高輝度で光らせることができる。なお、素子から出射する光の指向性が高くない場合であっても、集光レンズ（集光部材）を用いれば、光出射領域のサイズまで光を集光することが可能である。

上記光源装置において、好ましくは、光拡散部材は、発光ダイオード素子からの光により励起される蛍光部材を含む。

上記光源装置において、好ましくは、第１発光ダイオード素子は可視光を出射する。

この発明の投光装置は、上記の構成の光源装置と、光源装置から出射した光を投光する投光部材と、を備える。このように構成すれば、輝度の高い点光源を実現しながら、本質的にギラツキ感のない快適な照明光を得ることが可能な投光装置を得ることができる。

以上のように、本発明によれば、輝度の高い点光源を実現しながら、本質的にギラツキ感のない快適な照明光を得ることが可能な光源装置およびそれを備えた投光装置を容易に得ることができる。

本発明の第１実施形態の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第１実施形態の発光ダイオード素子周辺の構造を示した断面図である。 本発明の第１実施形態の発光ダイオード素子および蛍光部材の構造を示した平面図である。 本発明の第１実施形態の第１発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 本発明の第１実施形態の第１発光ダイオード素子の発光素子部の構造を示した断面図である。 本発明の第１実施形態の蛍光部材上の輝度分布を示した図である。 本発明の第２実施形態の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第２実施形態の第１発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 本発明の第２実施形態の第１発光ダイオード素子の光出力−電流特性を示した図である。 本発明の第２実施形態の第１発光ダイオード素子の構造を示した拡大斜視図である。 本発明の第３実施形態の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第３実施形態の第１発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 本発明の第４実施形態の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第４実施形態の第１発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 本発明の第５実施形態の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第５実施形態の第１発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、理解を容易にするために、断面図であってもハッチングを施さない場合がある。また、図面簡略化のため発光ダイオード素子等の数を省略して描いている場合がある。

（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態による投光装置１の構造について説明する。

本発明の第１実施形態による投光装置１は、例えば自動車（車両）の前方を照明する前照灯（灯具）として用いられるものである。投光装置１は図１に示すように、光源装置１０と、光源装置１０が取り付けられる取付部材２０と、光源装置１０から出射した光を利用して所定領域（所定方向）に光を投光する投光部材３０とを備える。

光源装置１０は図１〜図３に示すように、２種類の発光ダイオード素子（１個の第１発光ダイオード素子１１および２個の第２発光ダイオード素子１２）と、第１発光ダイオード素子１１および第２発光ダイオード素子１２の光出射面（図２の上面）にそれぞれ密着して設けられた蛍光部材（光拡散部材）１３ａおよび１３ｂとを含んでいる。ここで、蛍光部材１３ａおよび１３ｂは、蛍光体を励起する光および蛍光体から出射される蛍光の一部を拡散させて放射するものであり、光拡散部材とも称することにする。なお、蛍光部材１３ａは本発明の「第１部分」の一例であり、蛍光部材１３ｂは本発明の「第２部分」の一例である。

第１発光ダイオード素子１１および第２発光ダイオード素子１２は、基板（後述する基板１１ｂおよび１２ａ（図２参照））の主表面に対して垂直方向に光を出射する面発光型発光ダイオード素子である。また、後述するように、第１発光ダイオード素子１１は、発光層（後述する多重量子井戸活性層１１ｅ）の上下に多層膜反射鏡（後述するＤＢＲ層１１ｇおよびＤＢＲ層１１ｃ）を有し、増幅された自然放出光を発する発光ダイオード素子であり、第２発光ダイオード素子１２は、発光層の上下に多層膜反射鏡を有さず、増幅されていない自然放出光を発する発光ダイオード素子である。第１発光ダイオード素子１１では、高密度な光を出射することが可能であるので、高輝度で蛍光部材１３ａを発光させることが可能である。その一方、第２発光ダイオード素子１２では、輝度は低いもののエネルギー変換効率が高く、高光束を得ることが可能である。

第１発光ダイオード素子１１および第２発光ダイオード素子１２は互いに隣接して配置されているとともに、裏面（光出射面とは反対側の面）が取付部材２０に固定されている。なお、第１発光ダイオード素子１１および第２発光ダイオード素子１２を放熱性の高い放熱部材等の上に配置し、その放熱部材等を取付部材２０に固定してもよい。

第１発光ダイオード素子１１は図４に示すように、約１００μｍの長さ（Ｌ１１）と、約１００μｍの幅（Ｗ１１）とを有する。第１発光ダイオード素子１１には、複数（例えば２５（５×５）個）の発光素子部１１ａが２次元状に形成されている。発光素子部１１ａは約２０μｍのピッチで配置されている。第１発光ダイオード素子１１は、ウェハプロセスによって、後述する基板１１ｂ上に複数の発光素子部１１ａが一括して形成されたものである。

発光素子部１１ａは、例えば約４５０ｎｍの中心波長を有する青色光（励起光）を出射するように構成されている。発光素子部１１ａ（第１発光ダイオード素子１１）の発光スペクトルの半値全幅は約１０ｎｍ以上であり、第２発光ダイオード素子１２の発光スペクトルの半値全幅（約２３ｎｍ〜約２４ｎｍ）よりも小さく、通常のレーザ光の半値全幅（約３ｎｍ〜約４ｎｍ）よりも大きい。なお、各発光素子部１１ａの最大出力は例えば０．１Ｗである。

発光素子部１１ａは図５に示すように、サファイアからなる基板１１ｂと、基板１１ｂ上に順に形成される２９ペアのＡｌＮ層／ＧａＮ層からなるＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層１１ｃ、および、ｎ型ＧａＮからなる下クラッド層１１ｄとを含んでいる。また、下クラッド層１１ｄの所定の位置には、凸部が設けられている。この凸部上には、１０ペアのＩｎＧａＮ層／ＧａＮ層からなる多重量子井戸活性層１１ｅと、ｐ⁺型ＧａＮからなる上クラッド層１１ｆとが形成されている。また、上クラッド層１１ｆ上の中央部には、１０ペアのＡｌＮ層／ＧａＮ層からなるＤＢＲ層１１ｇが形成されている。また、上クラッド層１１ｆ上には、ＤＢＲ層１１ｇの周囲に、窒化珪素からなる絶縁膜１１ｈと、ｐ電極１１ｉ（電極層）とが形成されている。絶縁膜１１ｈは、凸部の側面を覆うように形成されている。また、下クラッド層１１ｄ上には、凸部から所定の距離を隔てて、ｎ電極１１ｊが形成されている。

ｐ電極１１ｉおよびｎ電極１１ｊには、図示しない配線層やＡｕワイヤなどが電気的に接続されており、全ての発光素子部１１ａが電気的に並列に接続されている。この発光素子部１１ａでは、ＤＢＲ層１１ｇはＤＢＲ層１１ｃに比べて積層数が少なく、ＤＢＲ層１１ｇの反射率（例えば約９０％）はＤＢＲ層１１ｃの反射率（例えば約９９％）よりも低い。このため、光はＤＢＲ層１１ｇから図５の上方に出射する。すなわち、発光素子部１１ａを上側から見ると、ＤＢＲ層１１ｇが発光点（光出射領域）となっており、発光点（光出射領域）の周囲がｐ電極１１ｉに囲われている。ＤＢＲ層１１ｇからＤＢＲ層１１ｃまでの間で共振器構造が形成され、光の増幅が生じるが、共振器長が非常に短い為に上下のＤＢＲ層の反射率が両方共十分に高い状態でなければレーザ発振には至らない。このため、第１発光ダイオード素子１１は、高光密度の微小発光点を有するＬＥＤとして機能する。

第２発光ダイオード素子１２は図３に示すように、約１３０μｍの長さ（Ｌ１２）と、約８０μｍの幅（Ｗ１２）とを有する。第２発光ダイオード素子１２は一般的な発光ダイオード素子であり、基板１２ａ（図１参照）上に形成された半導体層１２ｂの上面（光出射面）の略全面が光出射領域となっている。すなわち、第２発光ダイオード素子１２の光出射領域は制限されていない。第２発光ダイオード素子１２は第１発光ダイオード素子１１と同様、例えば約４５０ｎｍの中心波長を有する青色光を出射するように構成されている。

そして、第１発光ダイオード素子１１の両側に第２発光ダイオード素子１２が配置されており、これら３個の発光ダイオード素子の長手方向が投光方向（Ａ方向）に対して垂直になるように、第１発光ダイオード素子１１および第２発光ダイオード素子１２が配置されている。

蛍光部材１３ａおよび１３ｂは例えばガラス部材に蛍光体が封止されたものである。蛍光部材１３ａには、第１発光ダイオード素子１１から出射した光（励起光）が照射され、蛍光部材１３ａは、第１発光ダイオード素子１１から出射した光の一部を蛍光に変換して出射する。蛍光部材１３ｂには、第２発光ダイオード素子１２から出射した光（励起光）が照射され、蛍光部材１３ｂは、第２発光ダイオード素子１２から出射した光の一部を蛍光に変換して出射する。蛍光部材１３ａおよび１３ｂは、例えば青色光（励起光）を黄色光に変換して出射する蛍光体粒子を用いて形成されている。青色光を黄色光に変換する蛍光体としては、例えばＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が挙げられる。この光源装置１０では、波長変換されなかった青色光と、波長変換された黄色光とが混色されることによって、白色光が得られる。なお、本実施形態のように蛍光部材１３ａと蛍光部材１３ｂとが同じ材質である場合は、蛍光部材１３ａと蛍光部材１３ｂとを１つの蛍光部材として形成してもよい。例えば、第１発光ダイオード素子１１および第２発光ダイオード素子１２を１つの部材（取付部材２０等）に実装し、その後、蛍光体を含有するガラスを塗布することにより蛍光部材１３ａおよび１３ｂを形成してもよい。

ここで、蛍光部材１３ａおよび１３ｂ上の輝度分布は図６に示すようになる。すなわち、第１発光ダイオード素子１１から出射した光が照射される蛍光部材１３ａ上の輝度は、第２発光ダイオード素子１２から出射した光が照射される蛍光部材１３ｂ上の輝度よりも高くなる。これは、第１発光ダイオード素子１１では、増幅された自然放出光を発するために、高密度で光が出射するためである。

また、蛍光部材１３ａは図１に示すように、投光部材３０の後述する反射部材３１の反射面３１ａの第１焦点Ｆ３１ａを含む領域に配置されている。

図１に示すように、取付部材２０は例えば金属ブロックにより形成されており、第１発光ダイオード素子１１、第２発光ダイオード素子１２、蛍光部材１３ａおよび１３ｂで発生した熱を放熱する機能を有する。取付部材２０の表面は、反射面で形成されていてもよい。

投光部材３０は図１に示すように、反射部材３１と投光レンズ３２とを含んでいる。反射部材３１の反射面３１ａは、光源装置１０の蛍光部材１３ａおよび１３ｂの光出射面（上面）に対向するように配置されているとともに、蛍光部材１３ａおよび１３ｂからの光を投光レンズ３２に向かって反射する機能を有する。また、反射面３１ａは、楕円面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面３１ａは楕円面を、その第１焦点Ｆ３１ａと第２焦点Ｆ３１ｂとを結ぶ軸に直交（交差）する面で分割し、かつ、前記軸に平行な面で分割したような形状に形成されている。なお、本明細書中において、第１焦点とは、反射面３１ａの頂点Ｖ３１に近い方の焦点のことを言い、第２焦点とは、反射面３１ａの頂点Ｖ３１から遠い方の焦点のことを言う。

また、反射面３１ａは、投光方向（Ａ方向）から見て約１５ｍｍの半径を有する略半円形状に形成されている。なお、反射部材３１は金属により形成されていてもよいし、樹脂の表面に反射膜を設けることにより形成されていてもよい。

投光レンズ３２は反射部材３１の前方に配置されている。投光レンズ３２は約１５ｍｍの半径を有する。投光レンズ３２の焦点Ｆ３２と反射部材３１の反射面３１ａの第２焦点Ｆ３１ｂとは略一致している。このため、投光レンズ３２は反射部材３１により反射された光を透過し平行光にして投光装置１の外部に出射する。なお、投光レンズ３２は、図に示したように平凸レンズであってもよいし、両凸レンズやその他のレンズであってもよい。

本実施形態では、第１発光ダイオード素子１１および第２発光ダイオード素子１２は同時に発光し、第１発光ダイオード素子１１および第２発光ダイオード素子１２から出射した光は蛍光部材１３ａおよび１３ｂに照射される。そして、その光（励起光）の一部は黄色光（蛍光）に変換され、残りの光（励起光）は拡散され、それらの光（黄色光、青色光）は蛍光部材１３ａおよび１３ｂから出射する。蛍光部材１３ａおよび１３ｂから出射した光は、反射部材３１の反射面３１ａで反射され、反射面３１ａの第２焦点Ｆ３１ｂ（またはその近傍）を通過して投光レンズ３２により投光される。このとき、蛍光部材１３ａは反射部材３１の反射面３１ａの焦点（第１焦点Ｆ３１ａ）を含む領域に配置されているので、蛍光部材１３ａから出射した光は投光領域の中心部（例えば自動車の正面中央）に到達し、投光領域の中心部の照度が高くなる。その一方、蛍光部材１３ｂから出射した光は投光領域のうちの周縁部に到達し、周縁部の照度は低くなる。

本実施形態では、上記のように、増幅された自然放出光を発する第１発光ダイオード素子１１を用いて光を蛍光部材１３ａに照射することによって、第２発光ダイオード素子１２を用いて光を蛍光部材１３ｂに照射する場合に比べて、蛍光部材１３ａの光が照射される領域（照射領域）における発光ダイオードからの自然放出光の密度を高めることができる。これにより、より輝度の高い点光源を得ることができるので、投光領域のうちの明るく照明する必要がある領域（例えば中心部）を、投光領域の他の領域（例えば周縁部）に比べてより明るく照明することができる。また、輝度の高い点光源を得ることができるので、投光装置１の小型化を実現することができる。

また、上記のように、発光ダイオード素子（第１発光ダイオード素子１１および第２発光ダイオード素子１２）を用いることによって、レーザ素子を用いる場合と異なり、本質的に可干渉性を有さない為に照明光が人間の感覚に対して特有のギラツキ感を与えるのを防止することができる。これにより、夜間の快適照明を実現することができる。なお、本発明者の実験によれば、第１発光ダイオード素子１１の発光スペクトルの半値全幅が約１０ｎｍ以上の場合に、ギラツキ防止効果が特に得られた。

また、上記のように、蛍光部材１３ａは、投光部材３０の焦点Ｆ３１ａを含む領域に配置されるので、蛍光部材１３ａからの光を投光部材３０により所定領域（所定方向）に効率良く投光することができる。また、所定領域（所定方向）の例えば中心部を、容易に、他の領域に比べてより明るく照明することができる。

また、発光ダイオード素子を用いることによって、レーザ素子を用いる場合と異なり、投光装置が破損や故障したとしてもレーザ光が意図せず外部に漏れることがなく、特別の安全管理を行う必要がない。

また、上記のように、蛍光部材１３ａには、第１発光ダイオード素子１１から出射した光が照射され、蛍光部材１３ｂには、第２発光ダイオード素子１２から出射した光が照射される。これにより、投光部材３０の焦点Ｆ３１ａが配置される蛍光部材１３ａを、他の部分（蛍光部材１３ｂ）に比べて高輝度で光らせることができる。このため、明るく照明する必要がある領域（例えば自動車の正面中央）を効率良く、他の領域に比べてより明るく照明することができる。また、光出射領域が制限されていない第２発光ダイオード素子１２では、エネルギー変換効率が高く、高光束が得られるので、他の領域（投光領域の例えば周縁部）を効率良く照明することができる。また、第２発光ダイオード素子１２を第１発光ダイオード素子１１に隣接して配置することによって、蛍光部材１３ａに隣接する部分（蛍光部材１３ｂ）に、第２発光ダイオード素子１２から出射した光を容易に照射することができる。

また、上記のように、第１発光ダイオード素子１１の発光層（多重量子井戸活性層１１ｅ）の上下に多層膜反射鏡（ＤＢＲ層１１ｇおよび１１ｃ）を有することから、自然放出光は増幅される。また、第１発光ダイオード素子１１は、基板１１ｂの主表面に対して垂直方向に光を出射する面発光型発光ダイオード素子である。これにより、第１発光ダイオード素子１１を、面発光型である一般的な発光ダイオード素子（第２発光ダイオード素子１２）に隣接して配置する場合に、実装構造や電気配線等を簡単にすることができる。

また、上記のように、第１発光ダイオード素子１１および第２発光ダイオード素子１２を同時に発光させるので、電気配線や電気制御を簡単にすることができる。

（第２実施形態）
この第２実施形態では、図７〜図１０を参照して、上記第１実施形態と異なり、増幅された自然放出光を発する第１発光ダイオード素子として、基板の主表面に対して平行方向に光を出射する端面発光型発光ダイオード素子を用いる場合について説明する。

本発明の第２実施形態による投光装置１０１は図７に示すように、光源装置１１０と、光源装置１１０の蛍光部材１３ａが取り付けられる取付部材２０と、光源装置１１０から出射した光を利用して所定領域（所定方向）に光を投光する投光部材３０とを備える。なお、本実施形態では、投光部材３０は反射部材３１を含んでいる一方、投光レンズ３２を含んでいない。

光源装置１１０は、複数の第１発光ダイオード素子１１１と、複数の第１発光ダイオード素子１１１から出射した光が照射される蛍光部材１３ａと、後述する複数の集光レンズ（集光部材）１１２とを含んでいる。第１発光ダイオード素子１１１の詳細構造については後述する。

蛍光部材１３ａは放熱性の高い放熱部材１０２上に設けられており、放熱部材１０２は取付部材２０に固定されている。蛍光部材１３ａは、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を含有するガラスを塗布することにより形成されている。なお、放熱部材１０２が取付部材２０の一部であってもよい。

蛍光部材１３ａは反射部材３１の反射面３１ａの焦点Ｆ３１を含む領域に配置されている。蛍光部材１３ａは、励起光が照射される照射面を有する。この照射面は、光が出射する光出射面としても機能する。なお、照射面は、例えば約１ｍｍの直径を有する円形状に形成されている。

また、照射面は、反射面３１ａの頂点Ｖ３１側（投光方向とは反対側、Ｂ方向側）を向くように、投光方向および取付部材２０の上面に対して約２０度傾斜している。これにより、蛍光部材１３ａから出射した光の大部分を、反射部材３１により制御することが可能となるので、所定領域（所定方向）に光を効率良く投光することが可能となる。なお、このような構成は、上記第１実施形態にも適用可能である。

反射部材３１の反射面３１ａは、放物面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面３１ａは放物面を、その頂点Ｖ３１と焦点Ｆ３１とを結ぶ軸に直交（交差）する面で分割し、かつ、前記軸に平行な面で分割したような形状に形成されている。そして、反射面３１ａは、蛍光部材１３ａからの光を反射して略平行光にするとともに所定の立体角内へ照射する機能を有する。

また、反射面３１ａは、約３０ｍｍの深さ（Ｂ方向の長さ）を有するとともに、投光方向（Ａ方向）から見て約１５ｍｍの半径を有する略半円形状に形成されている。また、反射部材３１の所定の位置には、第１発光ダイオード素子１１１から出射した光を通過させる複数の貫通穴３１ｂが形成されている。

第１発光ダイオード素子１１１は、蛍光部材１３ａから所定の距離を隔てて、反射部材３１の外側に配置されている。複数の第１発光ダイオード素子１１１と蛍光部材１３ａとの間には、凸レンズからなる複数の集光レンズ１１２が配置されている。この集光レンズ１１２は、第１発光ダイオード素子１１１からの光を集光し、貫通穴３１ｂを通過させて蛍光部材１３ａに照射する機能を有する。そして、蛍光部材１３ａの、集光レンズ１１２により集光された光が照射される照射領域の面積は、第１発光ダイオード素子１１１の後述する光出射領域の面積と略等しくなっている。

第１発光ダイオード素子１１１は、後述する基板１１１ｅの主表面に対して平行方向に光を出射する端面発光型発光ダイオード素子である。第１発光ダイオード素子１１１は図８に示すように、光出射端面１１１ａおよび後端面１１１ｂを有する。また、第１発光ダイオード素子１１１には、光出射端面１１１ａから後端面１１１ｂまで延びる光導波路１１１ｃが設けられている。光導波路１１１ｃの幅は、後述するリッジ幅により制限されている。また、光導波路１１１ｃの光出射側の端部が発光点（光出射領域）となっている。すなわち、光出射端面１１１ａの一部（光導波路１１１ｃの端部）のみが発光点（光出射領域）となっており、第１発光ダイオード素子１１１の発光点（光出射領域）は制限されている。ここで発光層（後述する活性層１１１ｈ）から発せられる自然放出光は後述する光導波路１１１ｃ内に閉じ込められると共に前端面（光出射端面１１１ａ）と後端面１１１ｂとによって弱く閉じ込められることによって自然放出光は増幅される。このため、第１発光ダイオード素子１１１は、高い光密度で自然放出光を発する微小発光点を有するＬＥＤとして機能する。なお、第１発光ダイオード素子１１１の発光点（光出射領域）のサイズは、例えば縦５μｍ×横２００μｍである。

本実施形態では、光出射端面１１１ａの垂線は、光導波路１１１ｃに対して所定角度（例えば約１０度）傾斜している。すなわち、光出射端面１１１ａは後端面１１１ｂに対して所定角度（例えば約１０度）傾斜している。後端面１１１ｂは劈開により形成された面であり、後端面１１１ｂには高い反射率（例えば約９９％）を有する例えば誘電体多層膜からなる高反射膜１１１ｄが設けられている。

第１発光ダイオード素子１１１では、光出射端面１１１ａが後端面１１１ｂに対して傾斜しているので、強くフィードバックがかかる共振器構造が形成されず、レーザ発振は生じない。そして、第１発光ダイオード素子１１１では図９に示すように、増幅された自然放出光による緩やかに立ち上がる光出力−電流特性が得られる。

第１発光ダイオード素子１１１は、例えば約４５０ｎｍの中心波長を有する青色光（励起光）を出射するように構成されている。第１発光ダイオード素子１１１の発光スペクトルの半値全幅は約１０ｎｍ以上である。また、１つの第１発光ダイオード素子１１１の最大出力は例えば０．３Ｗであり、本実施形態では第１発光ダイオード素子１１１は５個設けられている。

第１発光ダイオード素子１１１は図１０に示すように、約６００μｍの幅（Ｗ１１１）と、約１００μｍの厚み（Ｔ１１１）と、約６００μｍの長さ（Ｌ１１１）とを有する。

また、第１発光ダイオード素子１１１は、一例としては、ｎ型ＧａＮから成る厚さ約１００μｍの基板１１１ｅと、基板１１１ｅ上に順に形成されるｎ型ＧａＮから成るバッファ層１１１ｆ、ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎから成る下クラッド層１１１ｇ、ＩｎＧａＮの多重量子井戸から成る活性層１１１ｈ、および、ｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎから成る上クラッド層１１１ｉとを含んでいる。

なお、第１発光ダイオード素子１１１ではレーザ発振させる必要がないので、基板１１１ｅとして、結晶欠陥が比較的少ないＧａＮではなく、サファイアやＳｉＣを用いることが可能である。同様に、下クラッド層１１１ｇおよび上クラッド層１１１ｉとして、屈折率が比較的低く光閉じ込め効果が比較的大きいＡｌＧａＮではなく、ＧａＮを用いることが可能である。このように、第１発光ダイオード素子１１１は、構造上の自由度が高い。

また、上クラッド層１１１ｉの所定の位置には、Ｚ方向（第１発光ダイオード素子１１１の長さ方向）に延びるリッジが設けられている。このリッジ上には、ｐ型ＧａＮから成るコンタクト層１１１ｊと、Ｐｄから成る電極１１１ｋとが形成されている。また、上クラッド層１１１ｉの上面と、コンタクト層１１１ｊおよび電極１１１ｋの側面とを覆うようにＳｉＯ₂から成る絶縁膜１１１ｍが形成されている。また、絶縁膜１１１ｍ上の所定領域には、リッジを覆うとともに、電極１１１ｋにオーミック接触するパッド電極１１１ｎが形成されている。また、基板１１１ｅの下面には、Ｈｆ／Ａｌから成る裏面電極１１１ｏが形成されている。また、パッド電極１１１ｎおよび裏面電極１１１ｏはそれぞれＡｕワイヤ１０４および配線基板（図示せず）に電気的に接続されている。

そして、第１発光ダイオード素子１１１では、リッジの下方に、Ｚ方向（第１発光ダイオード素子１１１の長さ方向）に延びる光導波路１１１ｃが形成されている。なお、第１発光ダイオード素子１１１の光導波路１１１ｃおよび光出射領域の幅を規定するのは上クラッド層１１１ｉのリッジ幅（図１０のＷ１１１ａ）であり、このリッジ幅は例えば１５μｍに設定される。このため、光導波路１１１ｃおよび光出射領域の幅は例えば約２００μｍとなっている。

また、第１発光ダイオード素子１１１の全てが電気的に並列に接続されている。全ての第１発光ダイオード素子１１１が駆動（発光）すると、投光装置１０１から約４００ルーメンの白色光が得られる。

本実施形態では図７に示すように、第１発光ダイオード素子１１１から出射した光は、集光レンズ１１２および貫通穴３１ｂを通過して蛍光部材１３ａに照射される。そして、その光（励起光）の一部は黄色光（蛍光）に変換され、残りの光（励起光）は拡散され、それらの光（黄色光、青色光）は蛍光部材１３ａから出射する。蛍光部材１３ａから出射した光は、反射部材３１の反射面３１ａで反射され、略平行光となってＡ方向の所定の立体角内に投光される。

なお、第２実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

本実施形態では、上記のように、増幅された自然放出光を発し、光出射領域が制限された第１発光ダイオード素子１１１を用いることによって、一般的な発光ダイオード素子（第２発光ダイオード素子）を用いる場合に比べて、蛍光部材１３ａの光が照射される領域（照射領域）における光密度を高くすることができる。これにより、より輝度の高い点光源を得ることができるので、投光領域のうちの明るく照明する必要がある領域を、投光領域の他の領域に比べてより明るく照明することができる。また、輝度の高い点光源を得ることができるので、投光装置１０１の小型化を実現することができる。

また、上記のように、光出射端面１１１ａを傾斜させることによって、容易に、レーザ発振が生じないようにすることができる。

また、上記のように、第１発光ダイオード素子１１１は、基板１１１ｅの主表面に対して平行な光導波路１１１ｃを有するとともに、基板１１１ｅの主表面に対して平行方向に光を出射する端面発光型発光ダイオード素子である。これにより、第１発光ダイオード素子１１１の光出射領域を制限することができるとともに、発せられる自然放出光を増幅することが出来る。

また、上記のように、第１発光ダイオード素子１１１および蛍光部材１３ａは、互いに所定の距離を隔てて配置されており、第１発光ダイオード素子１１１と蛍光部材１３ａとの間には、集光レンズ１１２が設けられている。これにより、第１発光ダイオード素子１１１から出射した光を集光して蛍光部材１３ａに照射することができるので、蛍光部材１３ａを容易に高輝度で光らせることができる。

また、上記のように、蛍光部材１３ａの光が照射される照射領域の面積は、第１発光ダイオード素子１１１の光出射領域の面積と略等しい。これにより、蛍光部材１３ａを特に高輝度で光らせることができる。なお、素子から出射する光の指向性が高くない場合であっても、集光レンズ１１２を用いれば、光出射領域のサイズまで光を集光することが可能である。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
この第３実施形態では、図１１および図１２を参照して、上記第２実施形態と異なり、第１発光ダイオード素子１１１の光出射端面１１１ａに微小な凹凸が形成されている場合（光出射端面１１１ａが荒らされている場合）について説明する。

本発明の第３実施形態による投光装置２０１は図１１に示すように、光源装置１１０と、光源装置１１０の蛍光部材１３ａが取り付けられる取付部材２０と、光源装置１１０から出射した光を利用して所定の立体角（所定方向）に光を投光する投光部材３０とを備える。

光源装置１１０は、複数の第１発光ダイオード素子１１１と、複数の第１発光ダイオード素子１１１から出射した光が照射される蛍光部材１３ａと、集光レンズ１１２と、後述する光ファイバ（集光部材）２１１とを含んでいる。

複数の第１発光ダイオード素子１１１と蛍光部材１３ａとの間には、光を導光する複数の光ファイバ２１１と、凸レンズからなる集光レンズ１１２と、透光部材２０２とが配置されている。第１発光ダイオード素子１１１と光ファイバ２１１とはバットジョイント方式により接続されている。複数の光ファイバ２１１の光出射側の端部はバンドル化されており、複数の第１発光ダイオード素子１１１から出射した光は、集光された状態で光ファイバ２１１から出射する。透光部材２０２は反射部材３１の貫通穴３１ｂを塞ぐように設けられており、貫通穴３１ｂからゴミや埃が反射部材３１の内側に侵入するのを防止する。

本実施形態では図１２に示すように、光出射端面１１１ａは光導波路１１１ｃに対して略垂直に形成されており、光出射端面１１１ａと後端面１１１ｂとは略平行である。また、光出射端面１１１ａには、微小な凹凸が形成されている。光出射端面１１１ａは、劈開または劈開以外の方法（例えばドライエッチング法）で形成された面を、薬液を用いた化学的方法または物理的方法で荒らすことにより形成されている。後端面１１１ｂには、高い反射率（例えば約９９％）を有する高反射膜１１１ｄが設けられている。

この第１発光ダイオード素子１１１では、光出射端面１１１ａに微小な凹凸が形成されているので、強いフィードバックが生じる共振器構造が形成されず、レーザ発振は生じない。なお、第１発光ダイオード素子１１１の発光点（光出射領域）のサイズは、例えば縦５μｍ×横２００μｍである。

第１発光ダイオード素子１１１は、例えば約４０５ｎｍの中心波長を有する青紫色光（励起光）を出射するように構成されている。第１発光ダイオード素子１１１の発光スペクトルの半値全幅は約１０ｎｍ以上である。また、１つの第１発光ダイオード素子１１１の最大出力は例えば０．３Ｗであり、本実施形態では第１発光ダイオード素子１１１は６個設けられている。全ての第１発光ダイオード素子１１１が駆動（発光）すると、投光装置２０１から約３６０ルーメンの白色光が得られる。

蛍光部材１３ａは図１１に示すように、例えば金属製の支柱からなる放熱性の高い取付部材２０に取り付けられており、取付部材２０は反射部材３１に固定されている。蛍光部材１３ａは、例えば、蛍光体を含有するガラスを貼り付けることにより形成されている。

蛍光部材１３ａは、例えば青紫色光（励起光）を赤色光、緑色光および青色光にそれぞれ変換して出射する３種類の蛍光体粒子を用いて形成されている。この光源装置１１０では、波長変換された赤色光、緑色光および青色光が混色されることによって、白色光が得られる。なお、青紫色光を赤色光に変換する蛍光体としては、例えばＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕが挙げられる。青紫色光を緑色光に変換する蛍光体としては、例えばβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕが挙げられる。青紫色光を青色光に変換する蛍光体としては、例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕが挙げられる。

蛍光部材１３ａは反射部材３１の反射面３１ａの焦点Ｆ３１を含む領域に配置されている。蛍光部材１３ａの照射面は、例えば約１ｍｍの直径を有する円形状に形成されている。

また、照射面は、反射面３１ａの頂点Ｖ３１側（投光方向とは反対側、Ｂ方向側）を向くように、投光方向に対して垂直に配置されている。これにより、蛍光部材１３ａから出射した光の略全てを、反射部材３１により制御することが可能となるので、所定領域（所定方向）に光をより効率良く投光することが可能となる。

反射部材３１の反射面３１ａは、放物面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面３１ａは放物面を、その頂点Ｖ３１と焦点Ｆ３１とを結ぶ軸に直交（交差）する面で分割したような形状に形成されている。そして、反射面３１ａは、蛍光部材１３ａからの光を反射して略平行光にするとともに所定の立体角内へ照射する機能を有する。

また、反射面３１ａは、約８ｍｍの深さ（Ｂ方向の長さ）を有するとともに、投光方向（Ａ方向）から見て約１５ｍｍの半径を有する円形状に形成されている。なお、蛍光部材１３ａの照射面は、反射面３１ａの頂点Ｖ３１からＡ方向に約７ｍｍの位置に配置されている。また、反射部材３１の所定の位置（頂点Ｖ３１の位置）には、第１発光ダイオード素子１１１からの光を通過させる貫通穴３１ｂが形成されており、貫通穴３１ｂには、透光部材２０２が嵌め込まれている。

本実施形態では、第１発光ダイオード素子１１１から出射した光は、光ファイバ２１１、集光レンズ１１２および透光部材２０２（貫通穴３１ｂ）を通過して蛍光部材１３ａに照射される。そして、その光（励起光）は赤色光、緑色光および青色光（蛍光）に変換され蛍光部材１３ａから出射する。蛍光部材１３ａから出射した光は、反射部材３１の反射面３１ａで反射され、平行光となって投光される。

なお、第３実施形態のその他の構造は、上記第２実施形態と同様である。

本実施形態では、上記のように、光出射端面１１１ａに微小な凹凸を形成することによって、レーザ発振は生じず、自然放出光の増幅のみ生じさせることができる。

第３実施形態のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
この第４実施形態では、図１３および図１４を参照して、上記第２および第３実施形態と異なり、第１発光ダイオード素子１１１の光出射端面１１１ａに反射防止膜１１１ｐが形成されている場合について説明する。

本発明の第４実施形態による投光装置３０１は図１３に示すように、光源装置１１０と、光源装置１１０の蛍光部材１３ａが取り付けられる取付部材２０と、光源装置１１０から出射した光を利用して所定の立体角（所定方向）に光を投光する投光部材３０とを備える。

光源装置１１０は、複数の第１発光ダイオード素子１１１と、複数の第１発光ダイオード素子１１１から出射した光が照射される蛍光部材１３ａと、後述する放熱部材３１１、収納部材３１２および集光部材３１３とを含んでいる。

第１発光ダイオード素子１１１は、例えば窒化アルミニウム製の平板からなる放熱性の高い放熱部材３１１上に実装されている。第１発光ダイオード素子１１１および放熱部材３１１は収納部材３１２内に配置されており、放熱部材３１１は収納部材３１２に固定されている。

複数の第１発光ダイオード素子１１１と蛍光部材１３ａとの間には、第１発光ダイオード素子１１１からの光を集光しながら導光する集光部材３１３が設けられている。この集光部材３１３は、複数の第１発光ダイオード素子１１１から出射した光が入射される光入射面３１３ａと、光が出射する光出射面３１３ｂとを含んでいる。光出射面３１３ｂは光入射面３１３ａよりも小さい面積を有する。すなわち、集光部材３１３は先細り形状に形成されている。なお、光入射面３１３ａおよび光出射面３１３ｂ上には、図示しない反射防止膜が形成されていてもよい。

本実施形態では図１４に示すように、光出射端面１１１ａは光導波路１１１ｃに対して略垂直に形成されており、光出射端面１１１ａと後端面１１１ｂとは略平行である。光出射端面１１１ａは劈開により形成されており、光出射端面１１１ａには、反射防止膜１１１ｐ（反射率：例えば約０．１％以下）が設けられている。後端面１１１ｂには、高い反射率（例えば約９０％）を有する金属反射膜１１１ｑが設けられている。

この第１発光ダイオード素子１１１では、光出射端面１１１ａに反射防止膜１１１ｐを設けているので、強いフィードバックを生じる共振器構造が形成されず、レーザ発振は生じない。なお、第１発光ダイオード素子１１１の発光点（光出射領域）のサイズは、例えば縦２μｍ×横１５０μｍである。

第１発光ダイオード素子１１１は、例えば約３９０ｎｍの中心波長を有する紫外光（励起光）を出射するように構成されている。第１発光ダイオード素子１１１の発光スペクトルの半値全幅は約１０ｎｍ以上である。また、１つの第１発光ダイオード素子１１１の最大出力は例えば０．３Ｗであり、本実施形態では第１発光ダイオード素子１１１は６個設けられている。全ての第１発光ダイオード素子１１１が駆動（発光）すると、投光装置３０１から約４００ルーメンの白色光が得られる。

蛍光部材１３ａは、例えば紫外光（励起光）を黄色光および青色光にそれぞれ変換して出射する２種類の蛍光体粒子を用いて形成されている。この光源装置１１０では、波長変換された黄色光および青色光が混色されることによって、白色光が得られる。蛍光部材１３ａのその他の構造は、上記第２実施形態と同様である。

投光部材３０は反射部材３１と投光レンズ３２とを含んでいる。反射部材３１の反射面３１ａは、蛍光部材１３ａからの光を投光レンズ３２に向かって反射する機能を有する。また、反射面３１ａは、楕円面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面３１ａは楕円面を、その第１焦点Ｆ３１ａと第２焦点Ｆ３１ｂとを結ぶ軸に直交（交差）する面で分割したような形状に形成されている。また、反射面３１ａは、投光方向（Ａ方向）から見て約２０ｍｍの半径を有する円形状に形成されている。

また、反射部材３１の所定の位置（頂点Ｖ３１の位置）には、第１発光ダイオード素子１１１からの光を通過させる貫通穴３１ｂが形成されており、貫通穴３１ｂには、集光部材３１３が挿入されている。

投光レンズ３２は反射部材３１の前方に配置されている。投光レンズ３２は約２０ｍｍの半径を有する。また、投光レンズ３２の焦点Ｆ３２と反射部材３１の反射面３１ａの第２焦点Ｆ３１ｂとは略一致している。

本実施形態では、第１発光ダイオード素子１１１から出射した光は、集光部材３１３を通過して蛍光部材１３ａに照射される。そして、その光（励起光）は黄色光および青色光（蛍光）に変換され蛍光部材１３ａから出射する。蛍光部材１３ａから出射した光は、反射部材３１の反射面３１ａで反射され、反射面３１ａの第２焦点Ｆ３１ｂを通過して、投光レンズ３２により略平行光にされて投光（所定の立体角内へ照射）される。

なお、第４実施形態のその他の構造は、上記第２および第３実施形態と同様である。

本実施形態では、上記のように、光出射端面１１１ａに反射防止膜１１１ｐを設けることによって、レーザ発振が生じないようにしつつ、発せられる自然放出光を増幅することができる。

第４実施形態のその他の効果は、上記第２および第３実施形態と同様である。

（第５実施形態）
この第５実施形態では、図１５および図１６を参照して、上記第２〜第４実施形態と異なり、光出射端面１１１ａがドライエッチング法により形成された２種類の第１発光ダイオード素子４１１ａおよび４１１ｂを用いる場合について説明する。

本発明の第５実施形態による投光装置４０１は図１５に示すように、光源装置１１０と、光源装置１１０の蛍光部材１３ａが取り付けられる取付部材２０と、光源装置１１０から出射した光を利用して所定立体角（所定方向）に光を投光する投光部材３０とを備える。なお、本実施形態では、投光部材３０は投光レンズ３２を含んでいる一方、反射部材３１を含んでいない。

光源装置１１０は、２種類の第１発光ダイオード素子４１１ａおよび４１１ｂと、第１発光ダイオード素子４１１ａおよび４１１ｂから出射した光が照射される蛍光部材１３ａと、集光レンズ１１２と、後述する反射鏡４１２とを含んでいる。

複数の第１発光ダイオード素子４１１ａと蛍光部材１３ａとの間には、凸レンズからなる複数の集光レンズ１１２と、集光レンズ１１２からの光を蛍光部材１３ａに向かって反射する複数の反射鏡４１２とが設けられている。同様に、複数の第１発光ダイオード素子４１１ｂと蛍光部材１３ａとの間にも、複数の集光レンズ１１２と、複数の反射鏡４１２とが設けられている。

本実施形態では図１６に示すように、第１発光ダイオード素子４１１ａおよび４１１ｂの光出射端面１１１ａは光導波路１１１ｃに対して略垂直に形成されており、光出射端面１１１ａと後端面１１１ｂとは略平行である。また、光出射端面１１１ａは、ドライエッチング法により形成された非鏡面である。後端面１１１ｂには、高い反射率（例えば約９９％）を有する高反射膜１１１ｄが設けられている。

この第１発光ダイオード素子４１１ａおよび４１１ｂでは、光出射端面１１１ａをドライエッチング法により非鏡面に形成しているので、強いフィードバックを生じる共振器構造が形成されず、レーザ発振は生じない。なお、第１発光ダイオード素子４１１ａおよび４１１ｂの発光点（光出射領域）のサイズは、例えば縦１０μｍ×横２００μｍである。

第１発光ダイオード素子４１１ａは、例えば約４５０ｎｍの中心波長を有する青色光（励起光）を出射するように構成されている。第１発光ダイオード素子４１１ａの発光スペクトルの半値全幅は約１０ｎｍ以上である。また、１つの第１発光ダイオード素子４１１ａの最大出力は例えば０．３Ｗであり、本実施形態では第１発光ダイオード素子４１１ａは３個設けられている。

第１発光ダイオード素子４１１ｂは、例えば約５３０ｎｍの中心波長を有する緑色光（励起光）を出射するように構成されている。第１発光ダイオード素子４１１ｂの発光スペクトルの半値全幅は約１０ｎｍ以上である。また、１つの第１発光ダイオード素子４１１ｂの最大出力は例えば０．３Ｗであり、本実施形態では第１発光ダイオード素子４１１ｂは３個設けられている。

なお、第１発光ダイオード素子４１１ａおよび４１１ｂのその他の構造は、上記第１発光ダイオード素子１１１と同様である。

蛍光部材１３ａは図１５に示すように、放熱性の高い取付部材２０上に設けられている。蛍光部材１３ａは、例えば青色光（励起光）の一部を赤色光に変換して出射する蛍光体粒子を用いて形成されている。この光源装置１１０では、波長変換されなかった青色光および緑色光と、波長変換された赤色光とが混色されることによって、白色光が得られる。

蛍光部材１３ａは投光レンズ３２の焦点Ｆ３２を含む領域に配置されている。蛍光部材１３ａの照射面は、例えば約１ｍｍの直径を有する円形状に形成されている。また、照射面は、投光方向を向くように、投光方向に対して垂直に配置されている。

投光レンズ３２は蛍光部材１３ａの前方に配置されている。投光レンズ３２は約１５ｍｍの半径を有する。また、投光レンズ３２は、蛍光部材１３ａからの光を略平行光にして投光する（所定の立体角内へ照射する）機能を有する。

本実施形態では、第１発光ダイオード素子４１１ａおよび４１１ｂから出射した光は、集光レンズ１１２および反射鏡４１２を介して蛍光部材１３ａに照射される。そして、その光（励起光）の一部は赤色光（蛍光）に変換され、残りの光（励起光）は拡散され、それらの光（赤色光、緑色光、青色光）は蛍光部材１３ａから出射する。蛍光部材１３ａから出射した光は、投光レンズ３２により略平行光にされて投光される。

なお、第５実施形態のその他の構造は、上記第２〜第４実施形態と同様である。

本実施形態では、上記のように、光出射端面１１１ａをドライエッチング法により非鏡面に形成することによって、レーザ発振が生じないようにすることが出来るともに、発せられる自然放出光を増幅することができる。

第５実施形態のその他の効果は、上記第２〜第４実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、本発明の投光装置を自動車の前照灯に用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の投光装置を、飛行機、船舶、ロボット、バイクまたは自転車や、その他の移動体の前照灯に用いてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の投光装置を前照灯に適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の投光装置をダウンライトまたはスポットライトや、その他の投光装置に適用してもよい。

また、上記実施形態では、励起光を可視光に変換した例について示したが、本発明はこれに限らず、励起光を可視光以外の光に変換してもよい。例えば、励起光を赤外光に変換する場合には、セキュリティ用ＣＣＤカメラの夜間照明装置などにも適用可能である。

また、上記実施形態では、白色光を出射するように、励起光源（発光ダイオード素子）および蛍光部材を構成した例について示したが、本発明はこれに限らない。白色光以外の光を出射するように、励起光源および蛍光部材を構成してもよい。

また、上記実施形態で示した数値は一例であり、各数値は限定されない。

また、上記実施形態の発光ダイオード素子から出射する光の中心波長や、蛍光部材を構成する蛍光体の種類は、適宜変更可能である。また、発光ダイオード素子から出射する光の中心波長は、紫外光〜可視光の範囲で任意に選択されてもよい。なお、発光ダイオード素子から出射する光の中心波長は、５５０ｎｍ以下の波長であることが好ましい。

また、発光ダイオード素子の層構造などのデバイス構造は、上述したものに限定されない。リッジ幅などの構造パラメータも変更可能である。

また、発光ダイオード素子の光出射端面の反射率を抑制する手法は、上述のものに限定されない。

また、上記第１実施形態では、第１発光ダイオード素子および第２発光ダイオード素子から出射する光の中心波長が同じである場合について示したが、本発明はこれに限らない。第１発光ダイオード素子および第２発光ダイオード素子から出射する光の中心波長が互いに異なっていてもよい。この場合、蛍光部材１３ａに含有される蛍光体の材質と蛍光部材１３ｂに含有される蛍光体の材質とが互いに異なっていてもよい。

また、上記実施形態では、反射部材の反射面を放物面の一部または楕円面の一部により形成した例について示したが、本発明はこれに限らない。反射面を多数の曲面（例えば放物面）からなるマルチファセットリフレクタや、多数の微細な平面が連続して設けられた自由曲面リフレクタなどにより形成してもよい。

また、上記実施形態では、光拡散部材として、光の波長を変換する機能を有する蛍光部材を用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。光拡散部材として、単に光を拡散させるだけの機能を有する部材を用いてもよい。例えば、光を拡散させる光拡散粒子が含有されたガラス部材等を用いてもよい。この場合、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ出射する可視光発光ダイオード素子を用いてもよい。

また、上述した実施形態の構成を適宜組み合わせて得られる構成についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記第１実施形態では、増幅された自然放出光を発する第１発光ダイオード素子と増幅されていない自然放出光を発する通常の第２発光ダイオード素子とを用いた例について示し、上記第２〜第５実施形態では、増幅された自然放出光を発する第１発光ダイオード素子のみを用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。上記第１実施形態の構造において、増幅された自然放出光を発する第１発光ダイオード素子のみを用いてもよいし、上記第２〜第５実施形態の構造において、増幅された自然放出光を発する第１発光ダイオード素子と増幅されていない自然放出光を発する通常の第２発光ダイオード素子とを用いてもよい。

１、１０１、２０１、３０１、４０１ 投光装置
１０、１１０ 光源装置
１１、１１１、４１１ａ、４１１ｂ 第１発光ダイオード素子（発光ダイオード素子）
１１ｂ、１１１ｅ 基板
１１ｃ、１１ｇ ＤＢＲ層（多層膜反射鏡）
１１ｅ 多重量子井戸活性層（発光層）
１１ｉ ｐ電極（電極層）
１２ 第２発光ダイオード素子（発光ダイオード素子）
１３ａ 蛍光部材（光拡散部材、第１部分）
１３ｂ 蛍光部材（光拡散部材、第２部分）
３０ 投光部材
１１１ｃ 光導波路
１１２ 集光レンズ（集光部材）
２１１ 光ファイバ（集光部材）
３１３ 集光部材
Ｆ３１、Ｆ３２ 焦点
Ｆ３１ａ 第１焦点（焦点）

Claims (11)

1. 光を投光する投光装置に用いられる光源装置であって、
   発光ダイオード素子と、
   前記発光ダイオード素子から出射した光が照射されるとともに、光を拡散させた状態で出射する光拡散部材と、
   を備え、
   前記発光ダイオード素子は、増幅された自然放出光を発する第１発光ダイオード素子を含み、
   前記光拡散部材は、前記投光装置に含まれる投光部材の焦点を含む領域に配置されることを特徴とする光源装置。
2. 前記第１発光ダイオード素子の発光スペクトルの半値全幅は１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記発光ダイオード素子は、増幅されていない自然放出光を発する第２発光ダイオード素子を含み、
   前記光拡散部材のうちの前記投光部材の焦点が配置される第１部分には、前記第１発光ダイオード素子から出射した光が照射され、
   前記光拡散部材のうちの前記第１部分に隣接する第２部分には、前記第２発光ダイオード素子から出射した光が照射されることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記第１発光ダイオード素子は、発光層の上下に多層膜反射鏡を有するとともに、基板の主表面に対して垂直方向に光を出射する面発光型発光ダイオード素子であることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記第１発光ダイオード素子および前記第２発光ダイオード素子は、同時に発光することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記第１発光ダイオード素子は、基板の主表面に対して平行な光導波路を有するとともに、前記基板の主表面に対して平行方向に光を出射する端面発光型発光ダイオード素子であることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
7. 前記第１発光ダイオード素子および前記光拡散部材は、互いに所定の距離を隔てて配置されており、
   前記第１発光ダイオード素子と前記光拡散部材との間には、集光部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記光拡散部材の、前記集光部材により集光された光が照射される照射領域の面積は、前記第１発光ダイオード素子の光出射領域の面積と略等しいことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記光拡散部材は、前記発光ダイオード素子からの光により励起される蛍光部材を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
10. 前記第１発光ダイオード素子は可視光を出射することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から出射した光を投光する投光部材と、
    を備えることを特徴とする投光装置。

Images