JP2013232634A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】照射範囲内に存在する物体の視認性を向上させることができる発光ユニットを提供する。
【解決手段】発光ユニット1は、実装用基板10と、実装用基板10上に配置され且つ第1色温度の光を第1照射範囲SA1に向かって出射する第1発光部20と、実装用基板10上に配置され且つ第1色温度よりも高い第2色温度の光を、第1照射範囲SA1の一部と重複し且つ第1照射範囲SA1の外延部の一部を含む第2照射範囲SA2に向かって出射する第2発光部30とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光装置に関し、特に、視認性向上を図る技術に関する。
近年、自動車のヘッドライト用途の発光ユニットとして、LED(Light Emitting Diode)チップ等の半導体発光素子を用いたものが提案されている(特許文献1参照)。
特許文献1に記載された発光装置は、LEDチップを、黄色蛍光体粒子を含有した透光性材料からなる波長変換部材で覆ってなる発光部を備えている。ここにおいて、波長変換部材は、LEDチップから出射された青色光の一部を黄色光に変換する。一方、LEDチップから出射された残りの青色光は、波長変換部材で黄色光に変換されずに透過する。その結果、発光部からは、青色光と黄色光とを混合してなる白色光が出射される。
この種の発光装置の配光特性を説明するための図を図20(a)および(b)に示す。
発光装置2001は、実装用基板2011上に実装されたLEDチップ2022と、LEDチップ2022を覆うドーム状の波長変換部材2024とからなる発光部2020を備える。ここで、LEDチップ2022は、青色光を出射するいわゆる青色LEDである。また、波長変換部材2024は、黄色蛍光体を含有する透光性材料(例えば、シリコーン樹脂等)から形成されている。そして、LEDチップ2022から出射する光の波長変換部材2024内における光路長は、その出射方向に関わらず略同一となっている。これにより、発光部2020から出射する光の色温度は、その出射方向に関わらず略同一になっている。
図20(a)に示すように、発光装置2001の光軸J方向(光出射方向)において発光装置2001から離間した位置に、光軸Jに直交するスクリーンSCを配置したとする。すると、図20(b)に示すように、発光装置2001から出射される光は、スクリーンSC上における照射範囲SA31(ハッチングで示した範囲)に照射される。
特開2010−118531号公報
ところで、照射範囲SA31の周部は、中央部に比べて照度が低下してしまう。一方、発光装置2001を自動車のヘッドライトに適用する場合、道路側方から道路中央部に飛び出してくる物体の視認性が重要となる。従って、照射範囲SA31を道路中央部に設定すると、道路側方に相当する照射範囲SA3の周部に存在する物体の視認性向上が求められる。言い換えれば、照度が低下してしまう照射範囲SA31の周部の視認性向上が要求されている。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、照射範囲内に存在する物体の視認性を向上させることができる発光装置を提供することを目的とする。
そのため、本発明に係る発光装置は、基板と、第1発光部と、第2発光部とを備える。第1発光部は、基板上に配置され且つ第1色温度の光を第1照射範囲に向かって出射する。第2発光部は、基板上に配置され且つ第1色温度よりも高い第2色温度の光を、第1照射範囲の少なくとも一部と重複し且つ第1照射範囲の外延部の少なくとも一部を含む第2照射範囲に向かって出射する。
照度の低い照射範囲(暗視野となる照射範囲)に存在する物体の視認性は、当該照射範囲に照射される光の色温度によって異なる。そして、暗視野となる照射範囲に配される光の色温度が高いほど当該照射範囲内に存在する物体の視認性が向上するといういわゆるプルキンエ現象が一般的に知られている。
これに対して、本構成によれば、第1照射範囲の外延部の少なくとも一部を含む第2照射範囲に第1色温度よりも高い第2色温度の光が配される。従って、前述のプルキンエ現象により、第2照射範囲SA2のうち第1照射範囲SA1と重ならない照射範囲に存在する物体の視認性を向上させることができる。
実施の形態1に係る発光装置の斜視図である。 実施の形態1に係る発光装置における、(a)は、要部平面図、(b)は、(a)におけるA−A線で破断した断面図、(c)は、(a)におけるB−B線で破断した断面図である。 実施の形態1に係る発光装置の配光特性を説明するための図である。 実施の形態2に係るヘッドライトを示し、(a)は、一部破断した斜視図、(b)は、断面図である。 実施の形態2に係るヘッドライトの回路図である。 実施の形態2に係るヘッドライトの配光特性を説明するための図である。 実施の形態2に係るヘッドライトの動作シミュレーションの内容を説明するための図である。 実施の形態2に係るヘッドライトの動作シミュレーションを説明するための色度図である。 実施の形態2に係るヘッドライトの動作シミュレーションを行った結果を示す図である。 実施の形態2に係るヘッドライトの動作シミュレーションの内容を説明するための図である。 実施の形態2に係るヘッドライトの動作シミュレーションの結果を示す図である。 変形例に係る発光装置の要部平面図である。 変形例に係る発光装置の要部平面図である。 変形例に係る発光装置を示し、(a)は、要部斜視図、(b)は、(a)におけるC−C線で破断した要部断面図である。 変形例に係る発光装置を示し、(a)は、要部斜視図、(b)は、(a)におけるD−D線で破断した要部断面図である。 変形例に係る発光装置を示し、(a)は、要部斜視図、(b)は、(a)におけるE−E線で破断した要部断面図である。 変形例に係る発光装置の要部断面図である。 変形例に係る照明システムについて、(a)一部破断した斜視図であり、(b)は発光装置の斜視図である。 変形例に係る照明システムの配光特性を説明するための図である。 従来例に係る発光装置の配光特性を説明するための図である。
<実施の形態1>
以下、本実施の形態に係る発光ユニット1について図1乃至図3を用いて説明する。
<1>構成
本実施の形態に係る発光ユニット1の斜視図を図1に示す。また、発光ユニット1における要部平面図を図2(a)に示し、図2(a)におけるA−A線で破断した断面図を図2(b)に示し、図2(a)におけるB−B線で破断した断面図を図2(c)に示す。
図1に示すように、発光ユニット1は、発光装置(LEDモジュール)と、伝熱板40と、配線基板50とを備える。ここで、発光装置は、実装用基板10と、第1発光部20と、第2発光部30とを備える。
<1−1>伝熱板
伝熱板40は、照明器具等に固定され、第1発光部20および第2発光部30から伝導してきた熱を照明器具に伝達することにより、第1発光部20および第2発光部30の温度上昇を抑制するものである。このように、第1発光部20および第2発光部30の温度上昇を抑制することにより、第1発光部20および第2発光部30の発光効率の低下を抑制することができる。
図1に示すように、伝熱板40は、矩形板状に形成されており、厚み方向における一面側に実装用基板10が固着されている。また、伝熱板40の平面視において、伝熱板40の中央部を挟んで対向する2辺それぞれに沿って互いに大きさの異なる貫通孔42a,42bが形成されている。ここで、貫通孔42aは、当該発光ユニット1が搭載した照明装置の本体部に発光ユニット1を螺子止め固定するための固定用螺子を挿通するためのものである。また、貫通孔42bは、照明装置の製造時において、照明装置の本体部における発光ユニット1の取付位置を認識するためのものである。具体的には、照明装置の本体部に予め発光ユニット1の取付位置に目印を付しておき、その後、伝熱板40の上記一面側から貫通孔42bを通じて上記目印が視認できる状態となるように発光ユニット1をセットする。そして、各貫通孔42aに挿通された固定用螺子を照明装置の本体部に設けられた螺子孔に螺合させることにより、発光ユニット1が照明装置の本体部における所望の位置に固定される。
<1−2>配線基板
配線基板50は、第1発光部20および第2発光部30へ給電するための配線パターン54を有する基板である。
図1に示すように、配線基板50は、矩形板状の絶縁性基材56と、絶縁性基材56の伝熱板40側とは反対側の一面に形成された配線パターン54と、絶縁性基材56の上記一面の一部を覆う反射膜58とを備える。
絶縁性基材56は、矩形板状に形成され、中央部に平面視矩形状の窓部52aを有し、伝熱板40の貫通孔42a,42bに対応する部位それぞれに貫通孔53a,53bが形成されている。絶縁性基材56は、例えば、ガラスエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の絶縁性材料から形成されている。
配線パターン54は、配線基板50の4つの角部それぞれの近傍に配置された平面視矩形状の電極パッド54aと、各電極パッド54aから窓部52aの外延部にまで延出した延出部54bとからなる。ここで、延出部54bは、反射膜58に覆われた第1部位54cと、反射膜58に覆われず外部に露出した第2部位54dとからなる。この配線パターン54は、例えば、Cu膜上にAu膜をフラッシュめっきにより積層することにより形成される。なお、配線パターン54は、Cu膜とAu膜とからなる積層構造に限らず、Cu膜或いはAl膜からなるものであってもよい。
反射膜58は、第1発光部20および第2発光部30から出射した光を反射する。反射膜58は、例えば、BaSO4等の白色顔料の基となる無機材料を含有したレジスト材料から形成されている。
また、図2(b)および(c)に示すように、配線基板50は、接着シート59により伝熱板40に固着されている。この接着シート59としては、例えば、エポキシ樹脂中にシリコーンゴム、アルミナやシリカ等を分散してなるシート状のものがある。
<1−3>実装用基板
実装用基板10は、第1発光部20および第2発光部30の一部を構成するLEDチップ22,32(図2参照)を実装するための基板である。図1に示すように、実装用基板10は、全体として概ね矩形板状の形状を有する。実装用基板10は、矩形板状の絶縁性基材11と、導体パターン12,14と、絶縁性基材11の導体パターン12,14を除く部位全体を覆う反射膜18とからなる。
また、実装用基板10上の導体パターン12,14と、配線基板50の配線パターン54の第2部位54dとは、金属ワイヤ60を介して電気的に接続されている。そして、各金属ワイヤ60は、封止部材62により封止されている。ここで、金属ワイヤ60は、AuやAl等の材料から形成されている。また、封止部材62は、シリコーン樹脂等の電気的絶縁性を有する樹脂材料から形成されている。
実装用基板10は、熱伝導性がよく且つ電気的絶縁性のよい材料である窒化アルミニウムから形成されている。なお、実装用基板10の材料は、窒化アルミニウムに限られず、例えば、酸化珪素等の電気的絶縁性のよい材料から形成してもよいし、ゲルマニウムやシリコン、窒化珪素、アルミナセラミックス等を用いたものであってもよい。導体パターン12,14は、例えば、Sn、Ag、Cuを含む合金等の金属材料からなる。なお、導体パターン12,14の材料は、金属材料に限られず、例えば、ポリシリコン等の導電性材料から形成してもよい。反射膜18は、第1発光部20および第2発光部30から出射した光を反射する。また、枠体16は、白色のポリカーボネート樹脂等の樹脂材料から形成されている。
ここにおいて、枠体16の内側に配置されたLEDチップ22,32から出射した光の一部は、反射膜18或いは枠体16の内壁で反射される。
また、図2(b)および(c)に示すように、実装用基板10は、接着シート19により伝熱板40に固着されている。この接着シート19としては、例えば、エポキシ樹脂中にシリコーンゴムやアルミナ、シリカ等を分散してなるシート状のものがある。
<1−4>第1発光部
第1発光部20は、第1色温度の光を出射する。ここで、第1色温度の光とは、色温度が2000K以上5500K以下の範囲の白色光であり、本実施の形態では例えば3000Kとする。
図2(a)に示すように、第1発光部20は、実装用基板10上における第1領域AR1に配置されている。
第1発光部20は、実装用基板10上における第1領域AR1に配設された複数(図2(a)では18個)のLEDチップ22と、この18個のLEDチップを覆うように配置された第1波長変換部材24とを備える。
LEDチップ22は、第1波長領域(400nm以上480nm以下)の光(以下、「青色光」と称する。)を発する。このようなLEDチップ22としては、例えば、サファイヤ等からなる半導体基板上にn型窒化ガリウム系化合物半導体層、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層、p型窒化ガリウム系化合物半導体層を順に積層してなるものがある。このLEDチップ22は、例えば、矩形板状に形成され、大きさが約1mm角、厚み約100μmに形成されたものがあるが、大きさはこれに限定されるものではない。
また、LEDチップ22は、アノード電極およびカソード電極の両方がp型窒化ガリウム系化合物半導体層側の一面に形成されている。そして、LEDチップ22は、実装用基板10に形成された導体パターン12の一部に、Auバンプ等の金属バンプ(図示せず)を用いてフリップチップ実装されている。
第1波長変換部材24は、LEDチップ22から出射される青色光の一部を当該青色光の波長領域よりも長波長側にある第2波長領域(545nm乃至595nmの範囲内で、本実施の形態では、例えば、560nm)の光(以下、「黄色光」と称する。)に変換する。具体的には、第1波長変換部材24は、LEDチップ22から出射される青色光を吸収して黄色光を放射可能な黄色蛍光体を矩形板状の透光性基材に分散させたものである。ここで、黄色蛍光体は、例えば、珪酸塩蛍光体たる(Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、Sr3SiO5:Eu2+からなる。なお、黄色蛍光体としては、珪酸塩系の蛍光体に限らず、例えば、ガーネット蛍光体たる(Y,Gd)3Al512:Ce3+、Y3Al512:Ce3+、Y3Al512:Ce3+,Pr3+、Tb3Al512:Ce3+、硫化物蛍光体であるチオガレート蛍光体たるCaGa24:Eu2+、α−サイアロン蛍光体たるCa−α−SiAlON:Eu2+、(0.75(Ca0.9Eu0.1)O・2.25AlN・3.25Si34:Eu2+、Ca1.5Al3Si916:Eu2+など)、酸窒化物蛍光体たるBa3Si6122:Eu2+、窒化物蛍光体たる(Ca,Sr,Ba)AlSiN3:Eu2+を好適に用いることができる。
また、透光性基材は、例えば、シリコーン樹脂等の透光性材料からなる。なお、透光性材料としては、シリコーン樹脂に限らず、フッソ樹脂、シリコーン・エポキシのハイブリッド樹脂、ユリア樹脂等を用いてもよい。
この第1発光部20は、第1波長変換部材24を通過する青色光および黄色光を混合してなる第1色温度の光を出射する。
<1−5>第2発光部
第2発光部30は、第1色温度よりも高い第2色温度の光を出射する。ここで、第2色温度の光とは、色温度が5500Kよりも大きく20000K以下の範囲内の白色光であり、本実施の形態では、例えば8000Kとする。
図2(a)に示すように、第2発光部30は、実装用基板10上における第1領域AR1の外延部であって、第1領域AR1の中央部を挟む第1領域AR1の両側の第2領域AR2に配置されている。第2発光部30は、実装用基板10上における第2領域AR2に配設された複数(図2(a)では6個)のLEDチップ32と、当該6個のLEDチップ32を覆うように配置された第2波長変換部材34とを備える。LEDチップ32は、LEDチップ22と同一の構成を有する。
第2波長変換部材34は、LEDチップ22から出射される青色光の一部を当該青色光の波長領域よりも長波長側にあり、黄色光の波長領域より短波側にある第3波長領域(500nm乃至540nmの範囲内で、本実施の形態では、例えば、530nm)の光(以下、「緑色光」と称する。)に変換する。具体的には、第2波長変換部材34は、LEDチップ22から出射される青色光を吸収して緑色光を放射可能な緑色蛍光体を透光性材料から形成された矩形板状の基材に分散させたものである。ここで、緑色蛍光体としては、例えば、アルミン酸塩蛍光体たるBaMgAl1017:Eu2+,Mn2+、(Ba,Sr,Ca)Al24:Eu2+、(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+を用いている。なお、緑色蛍光体としては、アルミン酸塩蛍光体に限らず、例えば、α−サイアロン蛍光体たるSr1.5Al3Si916:Eu2+、Ca−α−SiAlON:Yb2+、β−サイアロン蛍光体たるβ−Si34:Eu2+、酸窒化物蛍光体たるBa3Si6122:Eu2+、オクソニトリドシリケートたる(Ba,Sr,Ca)Si222:Eu2+、オクソニトリドアルミノシリケートたる(Ba,Sr,Ca)2Si4AlON7:Ce3+、(Ba,Sr,Ca)Al2-xSix4-xx:Eu2+、(0<x<2)、窒化物蛍光体であるニトリドシリケートたる(Ba,Sr,Ca)2Si58:Ce3+、硫化物蛍光体であるチオガレートたるSrGa24:Eu2+、ガーネット蛍光体であるCa3Sc2Si312:Ce3+、BaY2SiAl412:Ce3+、Y3(Al,Ga)512:Ce3+、酸化物蛍光体たるCaSc24:Ce3+を好適に用いることができる。
また、基材としては、第1波長変換部材24と同様に、例えば、シリコーン樹脂等を用いることができる。また、第2波長変換部材34内における蛍光体の含有率は、第1波長変換部材24に比べて小さくなっている。これにより、第2波長変換部材34における青色光の変換率は、第1波長変換部材24における青色光の変換率よりも低くなっている。
この第2発光部30は、第2波長変換部材34を通過する青色光と緑色光とを混合してなる第2色温度の光を出射する。また、第2波長変換部材34における青色光の変換率は、第1波長変換部材24における青色光の変換率よりも低くなっているので、その分、第2発光部30は、青みがかった光、即ち、色温度の高い光を出射することができる。
これら第1発光部20および第2発光部30は、実装用基板10の略中央部に配設されている。そして、第1発光部20の光軸は、第2発光部30の光軸に対して平行である。また、実装用基板10上において、第1発光部20および第2発光部30の外延部を囲繞する形で、矩形枠状の枠体16が配設されている。
また、枠体16と、第1波長変換部材24および第2波長変換部材34と、実装用基板10とで囲まれた領域には、LEDチップ22,32の隙間を埋めるように光学部材17が配置されている。この光学部材17は、シリコーン樹脂等の透光性材料から形成されている。
なお、第2発光部30の一部を構成するLEDチップ32の個数は、第1発光部20の一部を構成するLEDチップ32の個数が3個に対して1個ずつとしてもよい。また、LEDチップ22,32の個数の合計は最大50個程度となるようにすればよい。
また、第1発光部20の第1波長変換部材24および第2発光部30の第2波長変換部材34のいずれもが、緑色蛍光体と橙色蛍光体とを含有するものであってもよい。この場合、第1波長変換部材24の緑色蛍光体と橙色蛍光体との含有比率と、第2波長変換部材34の緑色蛍光体と橙色蛍光体との含有比率とを異ならせることにより、第1発光部20から出射される光と第2発光部30から出射される光とで色温度の違いを生じさせることができる。ここで、橙色蛍光体としては、例えば、珪酸塩蛍光体たる(Sr,Ca)2SiO4:Eu2+を用いている。なお、橙色蛍光体としては、珪酸塩蛍光体に限らず、例えば、ガーネット蛍光体たるGd3Al512:Ce3+、α−サイアロン蛍光体たるCa−α−SiAlON:Eu2+を好適に用いることができる。
例えば、第1発光部20から出射される光の色温度を3000Kとしたい場合、緑色、橙色蛍光体がいずれも珪酸塩系であるとすれば、第1波長変換部材24は、緑色蛍光体と橙色蛍光体とが48:52の比率で含有するようにし、更に、緑色、橙色蛍光体の混合物がジメチル系シリコーン樹脂に濃度31wt%で分散しているようにすればよい。
また、第2発光部30から出射される光の色温度を8000Kとしたい場合、緑色、橙色蛍光体がいずれも珪酸塩系であるとすれば、第2波長変換部材34は、緑色蛍光体と橙色蛍光体とを80:20の比率で含有するようにし、更に、緑色、橙色蛍光体の混合物がジメチル系シリコーン樹脂に濃度20wt%で分散しているようにすればよい。
<2>配光特性について
次に、本実施の形態に係る発光ユニット1の配光特性について説明する。
発光ユニット1の配光特性を説明するための図を図3(a)および(b)に示す。なお、図3(a)における紙面に沿った右向きをP軸方向、紙面に直交し且つ紙面の手前に向かう方向をQ軸方向とし、図3(b)における紙面に沿った右向きをP軸方向、紙面に沿った上向きをQ軸方向としている。そして、Q軸方向が鉛直方向とは正反対の方向に一致している。
図3(a)に示すように、発光ユニット1の光軸J方向(光出射方向)において発光ユニット1から離間した位置に、光軸Jに直交するスクリーンSCを配置したとする。すると、図3(b)に示すように、第1発光部20から出射される光は、スクリーンSC上における第1照射範囲SA1(縦横クロスハッチ部分)に照射され、第2発光部30から出射される光は、スクリーンSC上における第2照射範囲SA2(斜めクロスハッチ部分)に照射される。ここで、第2照射範囲SA2は、第1照射範囲SA1の一部と重複し、第1照射範囲SA1の外延部の一部を含んでいる。これにより、第2照射範囲SA2のうち、第1照射範囲SA1と重ならない照射範囲(以下、「第3照射範囲」と称する。)SA3は、第1照射範囲SA1内よりも色温度が高くなる。
また、第1照射範囲SA1は、第1発光部20および第2発光部30の並び方向(P軸方向)の長さが鉛直方向(Q軸方向)の長さよりも長くなっている。これは、発光ユニット1が、第1発光部20および第2発光部30の並び方向が光軸J方向および鉛直方向に直交した状態で配置されており、第1発光部20の形状が第1照射範囲SA1の形状に反映されているからである。
ところで、第1照射範囲SA1内および第2照射範囲SA2内における発光ユニット1からの距離は、第1照射範囲SA1の中央部が最も短く、第1照射範囲SA1の周部や第3照射範囲SA3では、第1照射範囲SA1の中央部に比べて長くなっている。一方、第1照射範囲SA1内や第2照射範囲SA2内の照度は、発光ユニット1からの距離の2乗に略比例して低くなる。従って、第1照射範囲SA1の周部や第3照射範囲SA3の照度は、第1照射範囲SA1の中央部の照度に比べて低くなっている。
また、人の目は、明るい場所(明視野下)では赤みがかった色が鮮かに見えるのに対して、青みがかった色は黒ずんで見える。一方、暗い場所(暗視野下)では青色が鮮かに見えるのに対して、赤色は黒ずんで見える。つまり、人の目は、暗視野下において青みがかった色、即ち、色温度の高い色に敏感になる。このような明視野下と暗視野下とで人の目の視感度がずれる現象は、プルキンエ現象として一般的に知られている。
これに対して、発光ユニット1では、照度の低い第1照射範囲SA1の周部や第3照射範囲SA3、即ち、暗視野となる範囲に照射される光の色温度を高くすることができるので、その分、第1照射範囲SA1の周部や第3照射範囲SA3に存在する物体の視認性を向上させることができる。
従って、発光ユニット1を、例えば、自動車のヘッドライト用途に使用する場合、ヘッドライトの第1照射範囲SA1が道路の中央部前方になるように設定すれば、第1照射範囲SA1の周部や第3照射範囲SA3は道路の左右前方に設定される。すると、第1照射範囲SA1の外側から第3照射範囲SA3を通って第1照射範囲SA1の内側に進入してくる物体の視認性が向上する。これにより、道路の側方から道路内に飛び出してくる物体との衝突事故を防止することができる。
<3>まとめ
結局、本実施の形態に係る発光ユニット1では、第1照射範囲SA1の外延部の一部を含む第2照射範囲SA2に第1色温度よりも高い第2色温度の光が配される。従って、前述のプルキンエ現象により、第2照射範囲SA2のうち第1照射範囲SA1と重ならない第3照射範囲SA3に存在する物体の視認性を向上させることができる。従って、発光ユニット1を、例えば、自動車のヘッドライト用途に使用する場合、ヘッドライトの第1照射範囲SA1の外側から、第3照射範囲SA3を通って、第1照射範囲SA1の内側に進入してくる物体の視認性が向上するので、自動車と当該物体との衝突事故を防止することができる。
<実施の形態2>
以下、本実施の形態に係る照明システムである車載用ヘッドライト(以下、単に「ヘッドライト」と称する。)1001について図4乃至図10を用いて説明する。
ヘッドライト1001における、一部破断した斜視図を図4(a)に示し、断面図を図4(b)に示す。なお、図4(b)において、直線Jはヘッドライト1001の光軸を示している。
ヘッドライト1001は、発光ユニット1と、ハウジング1010と、反射板1020と、遮光板1025と、投影レンズ1030と、電源装置1040と、遮光板1025を支持する支持部材1050とを備える。ここで、発光ユニット1は、実施の形態1で説明した構成と同一であるので、詳細な説明は省略する。
ハウジング1010は、本体部1011と、蓋体1012とからなる。本体部1011は、円筒状部1011aと、円筒状部1011aの中心軸方向における一端部から他端部に向かって延長された第1壁1011bと、第1壁1011bの上記他端部側の端部から円筒状部1011aの中心軸方向に直交する方向に沿って延出した第2壁1011cとを備える。ここで、円筒状部1011aの中心軸は、ヘッドライト1001の光軸Jに一致している。また、第1壁1011bおよび第2壁1011cにより、円筒状部1011a内部が第1領域S1および第2領域S2に区切られている。更に、第1壁1011bは、その第1領域S1側の平面1011eが光軸Jを含む形で配置されている。第1領域内には、発光ユニット1、反射板1020および遮光板1025が配置されている。そして、発光ユニット1は、第1壁1011bの平面1011e上に配設されている。第2領域S2には、電源装置1040と支持部材1050とが配置されている。また、第2壁1011cには、開口部1011dが形成されており、第2領域S2に配置された支持部材1050の一部が開口部1011dを通じて第1領域S1内に延出している。蓋体1012は、円板状に形成され円筒状部1011aの中心軸方向における上記一端側の開口を閉塞している。
反射板1020は、いわゆるハーフシェルリフレクタであり、発光ユニット1から出射された光を光軸J上におけるヘッドライト1001の前方の対象領域に向かって反射する。この反射板1020は、内周面が回転楕円体の一部を切り取った形状をしており、当該回転楕円体の2つの焦点がヘッドライト1001の光軸J上に位置するように配置されている。即ち、上記回転楕円体の長軸と光軸Jとが略一致している。そして、発光ユニット1は、第1壁1011bの平面1011e上における、上記回転楕円体の2つの焦点のうち蓋体1012に近い側の第1焦点に第1発光部20が位置するように配置されている。これにより、発光ユニット1(第1発光部20)から出射され反射板1020の内周面で反射された光は、上記回転楕円体の2つの焦点のうち第1焦点とは異なる第2焦点に向かって進行する。ところで、反射板1020を光軸Jを含む平面で切断したときの内周面の形状について、式(1)の関係式が成立する。
Figure 2013232634
ここで、(x,y)は、反射板1020の内周面上に位置する点の座標を示し、aは、上記回転楕円体の長軸の半分の長さ、bは、上記回転楕円体の短軸の半分の長さを示す。そして、光軸J方向における、発光ユニット1の位置(第1焦点の位置)と反射板1020の内周面との間の距離L01は、式(2)で表すことができる。
Figure 2013232634
遮光板1025は、黒色の平板から形成されている。この遮光板1025は、ハウジング1010の第2領域S2に配置された支持部材1050のうち第1領域S1内に延出した部位に固定された状態で、支持部材1050により支持されている。この遮光板1025は、光軸J方向における上記回転楕円体の2つの焦点の間に位置している。即ち、光軸J方向における、遮光板1025と反射板1020の内周面との間の距離L02について、式(3)の関係式が成立する。
Figure 2013232634
そして、遮光板1025の一部が、第1壁1011bの上記他端部側の端縁から第2壁1011cの延出方向とは反対の方向に突出している。これにより、発光ユニット1から出射し反射板1020で反射され第2焦点に向かう光の一部を遮蔽することができる。なお、支持部材1050が遮光板1025の位置を変更できる機能を有しており、遮光板1025の一部の突出量を調整できるようにしてもよい。この構成の場合、遮光板1025の一部の突出量を調整することにより、ヘッドライト1001の配光特性を自由に変更できるという利点がある。
投影レンズ1030は、反射板1020で反射された光を集光する機能を有する。この投影レンズ1030は、片凸レンズからなり、円筒状部1011aの中心軸方向における上記他端側の開口を覆うように取着されている。この投影レンズ1030は、光軸J方向に直交し上記回転楕円体の2つの焦点それぞれを含む2つの仮想平面で挟まれた領域の外側の領域であって、発光ユニット1側とは反対側の領域に位置している。即ち、光軸J方向における、投影レンズ1030と発光ユニット1との間の距離L10について、式(4)の関係式が成立する。
Figure 2013232634
この投影レンズ1030と反射板1020とから、発光ユニット1から出射された光を光軸Jに沿った方向におけるヘッドライト1001の前方の対象領域に配光する配光手段を構成している。
電源装置1040は、発光ユニット1に2本の電源線1042を介して電気的に接続されており、発光ユニット1に直流電力を供給する。
図4(b)に示すように、ヘッドライト1001では、発光ユニット1から出射した光の一部Ra1,Ra2が、反射板1020に照射される。そして、反射板1020で反射した光の一部Ra1は、投影レンズ1030に入射し、投影レンズ1030内部を通過して外部に出射する。一方、反射板1020で反射した光のうち、第1壁1011bの平面1011eに直交する面内における光軸Jとのなす角度が比較的小さい光Ra2は、遮光板1025により遮蔽され、投影レンズ1030側に進行しない。このように、遮光板1025が、反射板1020で反射された光のうち、第1壁1011bの平面1011eに直交する面内における光軸Jとのなす角度が比較的小さい光一部を遮蔽することにより、光軸Jに沿った方向に出射される光量を制限することができる。
次に、ヘッドライト1001の回路構成について説明する。
ヘッドライト1001の回路図を図5に示す。
発光ユニット1は、第1発光部20と第2発光部30とがそれぞれ別個の回路から構成されている。第1発光部20は、3つのLEDチップ22からなる直列回路を更に6つ並列に接続してなる回路から構成され、第2発光部30は、3つのLEDチップ32からなる直列回路を2つ並列に接続してなる回路から構成されている。
電源装置1040は、発光ユニット1における第1発光部20を構成する回路に電力を供給する第1電源回路1044と、第2発光部30を構成する回路に電力を供給する第2電源回路1046とを備える。この第1電源回路1044および第2電源回路1046は、例えば、外部のバッテリ等の電源から供給される直流電圧を昇圧して出力する昇圧チョッパ回路等から構成されている。このように、電源装置1040が、第1発光部20および第2発光部30それぞれを構成する回路に対して、互いに独立に電力を供給できる構成となっている。なお、第1電源回路1044および第2電源回路1046は、降圧回路や昇降圧回路、フライバックコンバータ等他の直流電圧変換回路から構成されていてもよい。従って、第2発光部30を消灯状態で維持し、第1発光部20のみを点灯状態で維持したり、或いは、第1発光部20を消灯状態で維持し、第2発光部30のみを点灯状態で維持したりすることができる。これにより、ヘッドライト1001の配光特性を自由に変更することができるという利点がある。
例えば、第1発光部20の発光色を黄みがかった白色光とし、第2発光部30の発光色を青みがかった白色光とする。そうすると、第2発光部30を点灯消灯を切り替えることにより、使用態様をフォグランプと通常のヘッドライトとで切り替えることが可能となる。
次に、本実施の形態に係るヘッドライト1001の配光特性について説明する。
ヘッドライト1001の配光特性を説明するための図を図6(a)および(b)に示す。なお、図6(b)における直線PL1は、ハウジング1010内の第1壁1011bが有する平面1011eおよび光軸Jを含む仮想平面を示している。また、図6(a)における紙面に沿った右向きをP軸方向、紙面に直交し且つ紙面の手前に向かう方向をQ軸方向とし、図6(b)における紙面に沿った右向きをP軸方向、紙面に沿った上向きをQ軸方向としている。
図6(a)に示すように、ヘッドライト1001の光軸J方向においてヘッドライト1001から離間した位置に、光軸Jに直交するスクリーンSCを配置したとする。すると、図6(b)に示すように、第1発光部20から出射される第1色温度の光は、反射板1020および投影レンズ1030を経由してスクリーンSC上における第1照射範囲SA21(縦横クロスハッチ部分)に照射される。一方、第2発光部30から出射される第1色温度よりも高い第2色温度の光は、反射板1020および投影レンズ1030を経由してスクリーンSC上における第2照射範囲SA22(斜めクロスハッチ部分)に照射される。これにより、第2照射範囲SA22のうち、第1照射範囲SA21と重ならない照射範囲(以下、「第3照射範囲」と称する。)SA23は、第1照射範囲SA1内よりも色温度が高くなる。
また、第1照射範囲SA21は、第1発光部20および第2発光部30の並び方向(P軸方向)の長さが鉛直方向(Q軸方向)の長さよりも長くなっている。これは、発光ユニット1が、第1発光部20および第2発光部30の並び方向が光軸J方向および鉛直方向に直交した状態で配置されており、第1発光部20の形状が第1照射範囲SA1の形状に反映されているからである。更に、光軸Jに沿った方向において、第1発光部20および第2発光部30の位置が、上記回転楕円体の第1焦点に一致している場合、第1発光部20および第2発光部30から出射された光の一部が、遮光板1025で遮蔽される。これにより、図6(b)に示すように、第1発光部20および第2発光部30(ヘッドライト1001)から出射された光は、仮想平面(カットオフライン)PL1よりも上方には照射されない。
ところで、第1照射範囲SA21内および第2照射範囲SA22内におけるヘッドライト1001からの距離は、第1照射範囲SA21の中央部が最も短く、第1照射範囲SA21の周部や第3照射範囲SA23では、第1照射範囲SA21の中央部に比べて長くなっている。一方、第1照射範囲SA21内や第2照射範囲SA22内の照度は、ヘッドライト1001からの距離の2乗に略比例して低くなる。従って、第1照射範囲SA21の周部や第3照射範囲SA23の照度は、第1照射範囲SA21の中央部の照度に比べて低くなっている。
これに対して、ヘッドライト1001では、照度の低い第1照射範囲SA21の周部や第3照射範囲SA23、即ち、暗視野となる範囲に照射される光の色温度を高くすることができるので、その分、第1照射範囲SA21の周部や第3照射範囲SA23に存在する物体の視認性を向上させることができる。
次に、ヘッドライト1001について、動作シミュレーションを行った結果について説明する。
この動作シミュレーションの概要を説明する。ヘッドライト1001の投影レンズ1030の頂部からヘッドライト1001の光軸J方向に沿って距離L11だけ離間した位置に光軸J方向に直交した状態でスクリーンSCを設置する。そして、ヘッドライト1001(発光ユニット1)を点灯させたときのスクリーンSC上の第1照射範囲SA1内における一点P1での色温度を計算した。この動作シミュレーションは、第1発光部20および第2発光部30が点光源であるとし、第1発光部20から出射される光の色温度が3000K、第2発光部30から出射される光の色温度が8000Kであるとした。
ヘッドライト1001の動作シミュレーションの内容を説明するための図を図7(a)および(b)に示す。図7(a)における紙面に直交し且つ紙面の手前に向かう方向をP軸方向、紙面に沿った上向きをQ軸方向とし、図7(b)における紙面に沿った右向きをP軸方向、紙面に直交し且つ紙面の手前に向かう方向をQ軸方向としている。
動作シミュレーションでは、反射板1020の内周面が回転楕円体の一部を切り取った形状としているとし、その回転楕円体の長軸の長さが100mm、短軸の長さが80mmであるとした。投影レンズ1030の焦点距離は、50mm、第1発光部20から投影レンズ1030までの距離L10は、50mmとした。また、ヘッドライト1001の光軸J方向における、投影レンズ1030の頂部からスクリーンSCまでの距離L11は、40mとした。
また、光軸JとQ軸とを含む仮想面内における、光軸Jと、投影レンズ1030の頂部からスクリーンSC上の点P1に至る直線とのなす角度θ1(図7(a)参照)は、5°に設定した。
そして、光軸J上に第1発光部20が配置されるとともに、第1発光部20の両側における、第1発光部20からP軸方向に離間して第2発光部30が配置された場合における、スクリーンSC上の色温度の分布を計算した。
ここにおいて、スクリーンSC上の点P1の色温度を次に示す2つの方法により計算した。第1の方法は、第1発光部20と第2発光部30との間の距離L1を2mmに固定し、光軸JとP軸とを含む仮想面内における、光軸Jと投影レンズ1030の頂部からスクリーンSC上の点P1に至る直線とのなす角度θ2(図7(b)参照)を変化させたときの点P1における色温度を計算した。第2の方法は、角度θ2を25°に固定し、第1発光部20と第2発光部30との間の距離L1を0mm乃至10mmの範囲内で変化させたときの点P1における色温度を計算した。
また、点P1における色温度を示す指標として、色度を用いた。
本実施の形態に係るヘッドライトの動作シミュレーションを説明するための色度図を図8に示す。図8中の直線は、等色温度線を示している。
図8から、色度X、Yが小さくなるほど、色温度が上昇する傾向にあることがわかる。
上記第1方法により動作シミュレーションを行った結果を図9(a)に示し、上記第2方法により動作シミュレーションを行った結果を図9(b)に示す。
図9(a)に示すように、角度θ2が大きくなるほど色度X,Yがともに減少している。具体的には、角度θ2が0°の場合、色度(X,Y)が(0.350,0.343)であるのに対して、角度θ2が±30°の場合、色度(X,Y)が(0.324,0.325)である。これを色温度に換算すると、角度θ2が0°の場合、4500K乃至5000Kであるのに対して、角度θ2が±30°の場合、約6000Kにまで上昇している(図8参照)。このように、第1照射範囲SA1の中央部の色温度に比べて、第1照射範囲SA1の外延部の色温度が高くなっていることがわかる。
また、図9(b)に示すように、角度θ2を25°に固定した場合、第1発光部20と第2発光部30とが重なっている場合の色度(X,Y)が(0.422,0.397)であるのに対して、第1発光部20と第2発光部30との間の距離L1を2mm乃至8mmとした場合、色度(X,Y)が共に0.31乃至0.37程度になった。これを色温度に換算すると、第1発光部20と第2発光部30とが重なっている場合、3000K乃至3500Kであるのに対して、第1発光部20と第2発光部30との間の距離L1が2mm乃至8mmの場合、5000K乃至5500Kにまで上昇している(図8参照)。
以上の動作シミュレーションの結果から判るように、第2発光部30を第1発光部20に対して光軸Jに直交する方向に2mm乃至8mmずらすことにより、第1発光部20の第1照射範囲SA1の外延部の色温度の上昇を図ることができる。
ところで、ヘッドライト1001から出射される光の一部を道路上方(図6(b)におけるQ軸に沿った上方に向かう方向)に進行させることができれば、例えば、道路の上方に設置された道路標識を視認しやすくなる。そして、視認性向上の観点からすれば、道路上方に進行する光の色温度は高いほうがよい。
一方、前述のように、光軸Jに沿った方向において、第1発光部20および第2発光部30の位置が、上記回転楕円体の第1焦点に一致している限り、第1発光部20および第2発光部30から出射された光の両方は、仮想平面(カットオフライン)PL1よりも上方には照射されない(図6(b)参照)。そこで、光軸J方向における、第2発光部30の位置を工夫することにより、第2発光部30から出射され反射板1020で反射された光を道路上方(図6(b)におけるQ軸に沿った上方に向かう方向)へ進行させる方法を検討した。
ヘッドライト1001の動作シミュレーションの内容を説明するための図を図10(a)および(b)に示す。図10(a)における紙面に直交し且つ紙面の手前に向かう方向をP軸方向、紙面に沿った上向きをQ軸方向とし、図10(b)における紙面に沿った右向きをP軸方向、紙面に直交し且つ紙面の手前に向かう方向をQ軸方向としている。
動作シミュレーションでは、反射板1020の内周面の形状、投影レンズ1030の焦点距離、第1発光部20から投影レンズ1030までの距離L10、光軸J方向における、投影レンズ1030の頂部からスクリーンSCまでの距離L11については、図7を用いて説明した動作シミュレーションと同じ設定とした。
また、光軸JとQ軸とを含む仮想面内における、光軸Jと、投影レンズ1030の頂部からスクリーンSC上の点P2に至る直線とのなす角度θ3(図10(a)参照)は、5°に設定した。
第2発光部30から出射され反射板1020で反射された光を上方(図6(b)におけるQ軸方向に沿った上方)に進行させるためには、第2発光部30が、少なくとも光軸J方向における第1発光部20と反射板1020の内周面との間に配置されている必要がある。また、第2発光部30から出射され反射板1020で一回反射された光を反射板1020外部に取り出すためには、光軸J方向における、反射板1020の内周面の長さL03が少なくとも上記回転楕円体の長軸の半分の長さよりも短いことが必要である。そこで、動作シミュレーションでは、光軸J方向における、反射板1020の内周面の長さL03が少なくとも上記回転楕円体の長軸の半分の長さよりも短いことを前提として、第2発光部30が光軸J上における第1発光部20と反射板1020の内周面との間に配置された場合におけるスクリーンSC上の点P2における色温度(図10(a)および(b)参照)を計算した。
ここにおいて、スクリーンSC上の点P2の色温度は、角度θ4を25°に固定し、第1発光部20と第2発光部30との間の距離L2を0mm乃至−10mmの範囲内で変化させたときの点P2における色温度を計算した。ここで、距離L2は、光軸J上において投影レンズ1030に近づく方向を正とした。
図10(a)および(b)を用いて説明した方法により動作シミュレーションを行った結果を図11に示す。
図11に示すように、第1発光部20と第2発光部30との間の距離L2が0mm乃至−7mmの間では、第2発光部30から出射された光が点P2に到達しない。一方、距離L2が−7mm乃至−10mmの間では、第2発光部30から出射された光の一部が点P2に到達する。
距離L2が0mm乃至−7mmの間では、第2発光部30から反射板1020に入射する光の入射角が比較的大きく、第2発光部30から出射し反射板1020で反射された光全てが光軸J方向に向かって進行し、点P2に向かう方向に進行する光が存在しない。一方、距離L2が−7mm乃至−10mmの間では、第2発光部30から反射板1020に入射する光の入射角が比較的小さくなり、第2発光部30から出射し反射板1020で反射された光が光軸Jから離れる方向に向かって進行する光が生じ、その光の一部が点P2に到達する(図10(a)中の一点鎖線参照)。
また、点P2に到達する光の色度(X,Y)は、凡そ(0.295,0.305)である。これを色温度に換算すると、7500K乃至8000Kである。つまり、第2発光部30を第1発光部20に対して、光軸Jに沿った方向における投影レンズ1030から離れる方向に移動させることにより、第1照射範囲SA1のQ軸に沿った上方に位置する照射範囲(以下、「第4照射範囲」と称する。)に比較的高い色温度(7500K乃至8000K)の光を照射することができる。
このように、第2発光部30の位置を、第1発光部20が配置される位置、即ち、反射板1020の有する回転楕円体状の内周面の第1焦点に一致する位置から光軸J方向において、反射板1020に近づく方向に離間して配置することにより、第2発光部30から出射された比較的色温度の高い光の一部を、第1照射範囲SA1の上方の第4照射範囲に照射することができる。
この構成のヘッドライトであれば、ヘッドライトの第1照射範囲SA1が道路の中央部前方になるように設定すれば、第4照射範囲は道路の上前方に設定される。すると、第1照射範囲SA1の上前方に存在する物体の視認性が向上する。これにより、例えば、道路の上前方に設置された道路標識に比較的色温度の高い光を照射することができるので、夜間等の暗視野下における道路標識の視認性を向上させることができる。
<変形例>
(1)実施の形態1では、第1、第2波長変換部材24,34とで、内部に含有する蛍光体の種類を変えることにより、第1発光部20から第1色温度の光を出射させ、第2発光部30から第2色温度の光を出射させる発光装置1の例について説明した。但し、第1、第2波長変換部材24,34の構成は、これに限定されるものではない。
例えば、第2波長変換部材34の波長変換率が、第1波長変換部材24の波長変換率に比べて小さくすることにより、第1発光部20から第1色温度の光を出射させ、第2発光部30から第2色温度の光を出射させるようにしてもよい。
具体的には、第1、第2波長変換部材24,34のいずれもが、同種の黄色蛍光体を含有しており、第1波長変換部材24の蛍光体含有率が30wt%であるのに対して、第2波長変換部材34の蛍光体含有率が10wt%となるようにすればよい。ここにおいて、第1波長変換部材24における波長変換率は、第2波長変換部材34における波長変換率に比べて大きい。そして、第1発光部20から出射される光が黄みがかった白色光であるのに対して、第2発光部30から出射される光が青みがかった白色光となる。
(2)実施の形態1では、第2発光部30が第2波長変換部材34を有する発光装置1の例について説明した。但し、第2発光部30は、第2波長変換部材34の代わりに透明な光学部材(図示せず)を有するものであってもよい。この場合、LEDチップ32から出射された青色光がそのまま外部に放射される。
(3)実施の形態1では、実装用基板10が伝熱板40に接着シート19により接着されている例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、実装用基板10と伝熱板40とが、Cu、Alを含む接合材料により接合されてなるものであってもよい。
(4)実施の形態1では、第1発光部20が、実装用基板10上における第1領域AR1に配置され、第2発光部30が、実装用基板10上における第1領域AR1の中央部を挟む第1領域AR1の両側の第2領域AR2に配置されている発光装置1の例について説明した。但し、第1発光部20および第2発光部30の配置は、これに限定されるものではない。
本変形例に係る発光装置201乃至401を示す要部平面図を図12および図13に示す。
図12(a)に示すように、発光装置201では、第1発光部220が、実装用基板210上における細長の第1領域AR201に配置され、第2発光部230が第1領域AR201の短手方向における両側の第2領域AR202に配置されている。この場合、第1発光部220から出射された光の第1照射範囲SA1の鉛直方向における両側の照射範囲に第2発光部230から出射された第1色温度よりも高い第2色温度の光が照射される。
本構成によれば、第1照射範囲SA1の鉛直方向における両側の照射範囲に第1色温度よりも高い第2色温度の光が配されることにより、暗視野となる第1照射範囲SA1の鉛直方向における両側の照射範囲内に存在する物体の視認性を向上させることができる。
また、図12(b)に示すように、発光装置301では、第2発光部330が配置される実装用基板310上の第2領域AR302が、実装用基板310上における、第1領域AR302の外延部において第1領域AR302を囲繞する矩形環状領域である。そして、第1領域AR302に第1発光部320が配置されている。この場合、第1発光部320から出射された光の第1照射範囲SA1の外延部全体に亘って第2発光部330から出射された第1色温度よりも高い第2色温度の光が照射される。
本構成によれば、第1照射範囲SA1の外延部全体に亘って第1色温度よりも高い第2色温度の光が配されることにより、暗視野となる第1照射範囲SA1の外延部における物体が存在する箇所に関わらず、当該物体の視認性を向上させることができる。
また、図13(a)に示すように、発光装置401では、実装用基板410上における右下隅の矩形状の第2領域AR402に第2発光部430が配置され、第2領域AR402の外延部全体を覆う第1領域AR401に第1発光部420が配置されている。
ここで、発光装置401を有する発光ユニット(図示せず)の光軸方向(光出射方向、実装用基板410に直交する方向)において発光ユニットから離間した位置に、光軸に直交するスクリーンを配置したとする(図3(a)参照)。ここにおいて、発光装置401における、第1発光部420および第2発光部430が配設される面とスクリーンとが対向し且つ互いに略平行である。また、図3(a)において、第2発光部430が光軸に対して左側、即ち、P軸における負方向側に配置されている。すると、当該スクリーン上において、第1発光部420から出射された光の第1照射範囲SA1の左下隅近傍(図3(b)と同じ座標系では、光軸に対してP軸における負方向側であって且つQ軸における負方向側に相当する範囲)に第2発光部430から出射された光が照射される。
ところで、図4に示す構成のヘッドライト1001の一部を構成する発光ユニット1を、本変形例に係る発光装置401を有する発光ユニットに置き換えたとする。ここにおいて、ヘッドライト1001の光軸は、実装用基板410の主面に平行であり且つ導体パターン12の延出方向が一致している。また、第2発光部430および導体パターン12が光軸方向における蓋体1012側に位置するように配置されているとする。
ここで、ヘッドライト1001の光軸方向においてヘッドライト1001から離間した位置に、光軸に直交するスクリーンを配置したとする(図6(a)参照)。すると、第1発光部420から出射された光の第1照射範囲SA1の右上隅近傍(図6(b)と同じ座標系では、光軸に対してP軸における正方向側であって且つQ軸における正方向側に相当する範囲)に第2発光部430から出射された光が照射される。
また、図13(b)に示すように、発光装置501では、実装用基板510上における矩形状の第1領域AR501に第1発光部520が配置され、第1領域AR501の上側から右側に亘って連続するL字状の第2領域AR502に第2発光部530が配置されている。
ここで、発光装置501を有する発光ユニット(図示せず)の光軸方向(光出射方向、実装用基板510に直交する方向)において発光ユニットから離間した位置に、光軸に直交するスクリーンを配置したとする(図3(a)参照)。ここにおいて、発光装置501における、第1発光部520および第2発光部530が配設される面とスクリーンとが対向し且つ互いに略平行である。また、図3(a)において、第2発光部530が第1発光部520bの左側および上側で隣接する位置、即ち、第1発光部520のP軸における負方向側およびQ軸における正方向側で隣接する位置に配置したとする。すると、第1発光部520から出射された光の第1照射範囲SA1の左側の範囲および第1照射範囲SA1の上側の範囲(図3(b)と同じ座標系では、第1照射範囲SA1のP軸における負方向側の範囲および第1照射範囲SA1のQ軸における正方向側の範囲)に第2発光部530から出射された光が照射される。
ところで、図13(b)に示す構成の発光装置501を、図4に示すヘッドライト1001の一部を構成する発光ユニット1を、発光装置501を有する発光ユニットに置き換えたとする。ここにおいて、ヘッドライト1001の光軸Jと導体パターン12の延出方向とが一致しており、更に、第1発光部520および導体パターン12が蓋体1012側に位置するように配置されているとする。
ここで、ヘッドライト1001の光軸方向においてヘッドライト1001から離間した位置に、光軸に直交するスクリーンを配置したとする(図6(a)参照)。すると、第1発光部520から出射された光の第1照射範囲SA1の右側の範囲および第1照射範囲SA1の下側の範囲(図6(b)と同じ座標系では、第1照射範囲SA1のP軸における正方向側の範囲および第1照射範囲SA1のQ軸における負方向側の範囲)に第2発光部530から出射された光が照射される。
(5)実施の形態1では、第1、第2波長変換部材24,34の厚みが同一であり、含有する蛍光体の種類が異なる発光装置1の例について説明した。但し、発光装置1のように、第1、第2波長変換部材24,34の厚みが同一の構成に限定されるものではない。
本変形例に係る発光装置601の要部斜視図を図14(a)に示し、要部断面図を図14(b)に示す。なお、実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
発光装置601では、第2発光部630が、第2領域AR2(図2(a)参照)に配設されたLEDチップ32と、これらのLEDチップ32を覆うように配置され、第1波長領域の光の一部を第2波長領域の光に変換する第2波長変換部材634とを有する。そして、第2波長変換部材634の一部は、実装用基板10上におけるLEDチップ32が配設される面に直交するLEDチップ32の主光出射方向における厚みが、第1波長変換部材24の当該主光出射方向における厚みに比べて薄くなっている。そして、第2波長変換部材634の主光出射方向における厚みが、第1波長変換部材24から離れる方向に漸減している。即ち、第2波長変換部材634のLEDチップ32側とは反対側の面634aは、第1波長変換部材24から離れるほどLEDチップ32側とは反対側への突出量が漸減する形で傾斜している。
ここで、第2発光部630の第1発光部20および第2発光部630の並び方向における全長をL61、第1波長変換部材24の厚みをT60、第2波長変換部材634のLEDチップ32側とは反対側の傾斜面634aのLEDチップ32の配設面に対する傾斜角をφとする。すると、第1発光部20と第2発光部630との境界部分から上記並び方向における第1発光部20から離れる方向に距離L62だけ離間した位置における第2波長変換部材634の主光出射方向における厚みT63について、式(5)および式(6)の関係式が成立する。
Figure 2013232634
Figure 2013232634
ところで、第2波長変換部材634の波長変換率は、第2波長変換部材634の厚みに依存する。即ち、厚みが薄いほど波長変換率が減少し、その分、第2発光部630から出射される光は、青みがかった白色光となる。
式(5)および式(6)から判るように、第2波長変換部材634の傾斜面634aの傾斜角φを適宜設定することにより、第2波長変換部材634の厚み分布を所望の分布に設定することができる。これにより、第2波長変換部材634の波長変換率の分布を所望の分布に設定することができ、その結果、所望の色温度の白色光を得ることができる。
他の変形例に係る発光装置701の要部斜視図を図15(a)に示し、要部断面図を図15(b)に示す。なお、実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
発光装置701では、第1波長変換部材24の厚みT70に比べて第2波長変換部材734の厚みT71が薄くなっている。
他の変形例に係る発光装置801の要部斜視図を図16(a)に示し、要部断面図を図16(b)に示す。なお、実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
発光装置801では、実装用基板410上における右下隅の矩形状の第2領域AR802に第2発光部830が配置され、第2領域AR802の外延部全体を覆う第1領域AR801に第1発光部820が配置されている。そして、第1発光部820の第1波長変換部材824の厚みT81に比べて第2発光部830の第2波長変換部材834の厚みT82が薄くなっている。
(6)実施の形態1では、第1発光部20および第2発光部30において、いずれも第1波長領域の光を出射するLEDチップ22,32を用いている。そして、第1波長変換部材24により第1波長領域の光を変換してなる第2波長領域の光と、第2波長変換部材34により第1波長領域の光を変換してなる第3波長領域の光とで、波長を異ならせることにより、2種類の色温度の光を出射する構成としている。但し、第1発光部20で用いられるLEDチップ22が出射する光と、第2発光部30で用いられるLEDチップ32が出射する光とで、波長領域を異ならせることにより、2種類の色温度の光を出射するようにしてもよい。
本変形例に係る発光装置901の要部断面図を図17(a)に示す。なお、実施の形態1と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
発光装置901は、実施の形態1と略同様の構成を有し、同一種類のLEDチップ22,32の代わりにLEDチップ922,932を備えるとともに、第1、第2波長変換部材24,の代わりにLEDチップ922,932を一括して封止する透光性材料を備える点が実施の形態1とは相違する。
ここで、複数のLEDチップ922は、実装用基板10上の第1領域AR1(図2(a)参照)に配設され、複数のLEDチップ932は、実装用基板10上の第2領域AR2(図2(a)参照)に配設されている。そして、これらのLEDチップ922,932は、シリコーン樹脂等の透光性材料からなる光学部材924で覆われている。また、LEDチップ922は、第1色温度の白色光を出射し、LEDチップ932は、第2色温度の白色光を出射する。そして、複数のLEDチップ922から第1発光部920が構成され、複数のLEDチップ932から第2発光部930が構成されている。
(7)実施の形態1に係る発光装置1では、第1発光部20が複数(図2(a)では18個)のLEDチップ22を覆う一つの第1波長変換部材24を備える。また、第2発光部30それぞれが複数(図2(a)では3個)のLEDチップ32を覆う一つの第2波長変換部材34を備える。但し、第1発光部20の一部を構成する複数のLEDチップ22が個別に第1波長変換部材で覆われるとともに、第2発光部30の一部を構成する複数のLEDチップ32それぞれが、個別に第2波長変換部材で覆われてなる構成でもよい。
本変形例に係る発光装置1101の要部断面図を図17(b)に示す。
発光装置1101は、実施の形態1と略同様の構成を有し、実装用基板10上の第1領域AR1(図2(a)参照)に配設された複数のLEDチップ22が、個別に第1波長変換部材1134で覆われている。また、実装用基板10上の第2領域AR2(図2(a)参照)に配設された複数のLEDチップ32が、個別に第2波長変換部材1134で覆われている。そして、第1波長変換部材1124で覆われた複数のLEDチップ22が第1発光部1120を構成し、第2波長変換部材1134で覆われた複数のLEDチップ32が第2発光部1130を構成している。
(8) 実施の形態1、2では、第1発光部20、第2発光部30は、それぞれ複数個のCOB(Chip on Board)タイプのLEDチップ22,32を実装し、それらを覆うように配された第1波長変換部材24、第2波長変換部材34で構成されていたが、これに限られない。
例えば、第1発光部20、第2発光部30はそれぞれ、単一または複数のSMD(Surface Mount Device)タイプのLEDパッケージを実装することによって構成することもできる。
この場合も、実施の形態1及び実施の形態2と同様の効果を得ることができる。
SMDタイプのLEDパッケージを用いている場合、第1発光部20の各LEDパッケージにLEDチップ22及び第1波長変換部材が収納され、第2発光部30の各LEDパッケージにLEDチップ32及び第2波長変換部材が収納されている。
そしてSMDタイプのLEDパッケージを用いると、波長変換部材の形成領域を変えずに、LEDパッケージを配置する位置を変えるだけで、第1発光部20および第2発光部30の領域を簡易的に調節することができる。
ただし、第1波長変換部材は、第1発光部20の各LEDパッケージに収納されているものに限らず、LEDチップ22の光出射側に配置されているものであればよい。また、第2波長変換部材についても、第2発光部30の各LEDパッケージに収納されているものに限らず、LEDチップ32の光出射側に配置されているものであればよい。
(9)実施の形態1では、第1発光部、第2発光部が、黄色蛍光体、緑色蛍光体および橙色蛍光体を組み合わせて使用する例について説明したが、使用する蛍光体の種類はこれに限定されるものではない。例えば、青色蛍光体や青緑色蛍光体、赤色蛍光体を組み合わせて使用するものであってもよい。
ここで、青色蛍光体としては、例えば、アルミン酸塩蛍光体たるBaMgAl1017:Eu2+、ハロリン酸塩蛍光体たる(Sr,Ba)10(PO46Cl2:Eu2+やSr10(PO46Cl2:Eu2+、珪酸塩(シリケート)蛍光体たるBa3MgSi28:Eu2+を好適に用いることができる。
青緑色蛍光体としては、例えば、アルミン酸塩蛍光体たるSr4Al1425:Eu2+、珪酸塩蛍光体たるSr2Si38・2SrCl2:Eu2+を好適に用いることができる。
赤色蛍光体としては、例えば、硫化物蛍光体であるチオガレートたる(Sr,Ca)S:Eu2+、La22S:Eu3+,Sm3+、珪酸塩蛍光体たるBa3MgSi28:Eu2+:Mn2+、窒化物蛍光体たるCaAlSiN3:Eu2+、(Ca,Sr)SiN2:Eu2+、(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+、酸窒化物蛍光体たるSr2Si5-xAlxx8-x:Eu2+(0≦x≦1)、Sr2(Si,Al)5(N,O)8:Eu2+を好適に用いることができる。
(10)実施の形態2では、電源装置1040が第1発光部20に電力を供給する第1電源回路1044と、第2発光部30に電力を供給する第2電源回路1046とを備え、第1発光部20、第2発光部30に独立して電力供給を行うヘッドライト1001の例について説明した。但し、第1発光部20および第2発光部30に一括して電力供給を行うようにしてもよい。この場合、第1発光部20の一部を構成するLEDチップ22と、第2発光部30の一部を構成するLEDチップ32とが同一の閉回路に接続される。
本構成によれば、電源装置1040の回路構成の簡素化を図ることができる。
(11)実施の形態2では、第1色温度の光を放射する第1発光部20と、第2色温度の光を放射する第2発光部30とを備えた発光装置1を搭載するヘッドライト1001の例について説明した。但し、ヘッドライドに搭載する発光装置1は、必ずしも2種類の発光部を備えるものに限定されるものではない。例えば、1種類の発光装置が搭載されたヘッドライトを複数個備えた構成としてもよい。
本変形例に係る照明システム3001の一部破断した斜視図を図18(a)に示し、各ヘッドライト1001A,1001Bに搭載された発光装置1201A,1201Bの斜視図を図18(b)に示す。なお、実施の形態1および実施の形態2と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
照明システム3001は、基材3010に、第1色温度の光を出射する2つのヘッドライト1001Aと、第2色温度の光を出射する2つのヘッドライト1001Bとが固定された構造を有する。ここで、ヘッドライト1001Aは、第1色温度の光を出射する発光装置1201Aが搭載されている。ヘッドライト1001Bは、第2色温度の光を出射する発光装置1201Bが搭載されている。
2つのヘッドライト1001Aは並んで配置されている。そして、2つのヘッドライト1001Aの並び方向における外側それぞれにヘッドライト1001Bが配置されている。
発光装置1201A,1201Bは、いずれも1種類の色温度の光を放射する発光部1220A,1220Bを備える。
発光部1220Aは、第1色温度の光を放射する。ここで、第1色温度の光とは、色温度が2000K以上5500K以下の範囲の白色光である。
発光部1220Bは、第1色温度よりも高い第2色温度の光を出射する。ここで、第2色温度の光とは、色温度が5500Kよりも大きく20000K以下の範囲内の白色光である。
次に、本変形例に係る照明システム3001の配光特性について説明する。
発光ユニット1の配光特性を説明するための図を図19(a)および(b)に示す。なお、図19(b)における紙面に沿った右向きをP軸方向、紙面に直交し且つ紙面の手前に向かう方向をQ軸方向とし、図19(b)における紙面に沿った右向きをP軸方向、紙面に沿った上向きをQ軸方向としている。そして、Q軸方向が鉛直方向とは正反対の方向に一致している。
図19(a)に示すように、照明システム3001の前方において照明システム3001から離間した位置に、スクリーンSCを配置したとする。すると、図19(b)に示すように、ヘッドライト1001Aから出射される光は、スクリーンSC上における第1照射範囲SA31(縦横クロスハッチ部分)に照射され、ヘッドライト1001Bから出射される光は、スクリーンSC上における第2照射範囲SA32(斜めクロスハッチ部分)に照射される。ここで、第2照射範囲SA32は、第1照射範囲SA1の一部と重複し、第1照射範囲SA1の外延部の一部を含んでいる。これにより、第2照射範囲SA32のうち、第1照射範囲SA31と重ならない照射範囲SA33(「第3照射範囲」と称する。)は、第1照射範囲SA31内よりも色温度が高くなる。
1 発光ユニット
201,301,401,501,601,701,801,901,1101 発光装置
10,210,310,410,510 実装用基板
11,56 絶縁性基材
12 導体パターン
16 枠体
17,924 光学部材
18,58 反射膜
19,59 接着シート
20,220,320,420,520,820,920,1120 第1発光部
22,32,922,932 LEDチップ
24,824,1124 第1波長変換部材
30,230,330,430,530,630,830,930,1130 第2発光部
34,634,734,834,1134 第2波長変換部材
40 伝熱板
42a,42b,53a,53b 貫通孔
50 配線基板
52a 窓部
54 配線パターン
54a 電極パッド
54b 延出部
60 金属ワイヤ
62 封止部材
634a 傾斜面
1001 ヘッドライト
1010 ハウジング
1011 本体部
1011a 円筒状部
1011b 第1壁
1011c 第2壁
1011d 開口部
1011e 平面
1012 蓋体
1020 反射板
1025 遮光板
1030 投影レンズ
1040 電源装置
1042 電源線
1044 第1電源回路
1046 第2電源回路
1050 支持部材
AR1,AR201,AR301,AR401,AR501,AR801 第1領域
AR2,AR202,AR302,AR402,AR502,AR802 第2領域
SA1,SA21 第1照射範囲
SA2,SA22 第2照射範囲

Claims (15)

  1. 基板と、
    前記基板上に配置され且つ第1色温度の光を第1照射範囲に向かって出射する第1発光部と、
    前記基板上に配置され且つ前記第1色温度よりも高い第2色温度の光を、前記第1照射範囲の少なくとも一部と重複し且つ前記第1照射範囲の外延部の少なくとも一部を含む第2照射範囲に向かって出射する第2発光部とを備える
    ことを特徴とする発光装置。
  2. 前記第1発光部は、前記基板上における第1領域に配置され、
    前記第2発光部は、前記基板上における前記第1領域の外延部の少なくとも一部に位置する第2領域に配置され、
    前記第1発光部の光軸と前記第2発光部の光軸とが互いに平行である
    ことを特徴とする請求項1記載の発光装置。
  3. 前記第2領域は、前記基板上における、前記第1領域の中央部を挟む前記第1領域の両側の領域である
    ことを特徴とする請求項2記載の発光装置。
  4. 前記第2領域は、前記基板上における、前記第1領域の外延部において前記第1領域を囲繞する環状領域である
    ことを特徴とする請求項2記載の発光装置。
  5. 前記第1発光部は、
    前記第1領域に配設され、第1波長領域の光を出射する発光素子と、
    前記第1領域に配設された発光素子を覆うように配置され且つ前記第1波長領域の光の一部を前記第1波長領域より長波長側にある第2波長領域の光に変換する第1波長変換部材とを有し、
    前記第1波長変換部材を通過する前記第1波長領域の光および前記第2波長領域の光を混合してなる前記第1色温度の光を出射し、
    前記第2発光部は、
    前記第2領域に配設され、第1波長領域の光を出射する発光素子と、
    前記第2領域に配設された発光素子を覆うように配置され且つ前記第1波長領域の光の一部を前記第1波長領域より長波長側にあり且つ前記第2波長領域より短波側にある第3波長領域の光に変換する第2波長変換部材とを有し、
    前記第2波長変換部材を通過する前記第1波長領域の光と前記第3波長領域の光とを混合してなる前記第2色温度の光を出射する
    ことを特徴とする請求項2記載の発光装置。
  6. 前記第1発光部は、
    前記第1領域に配設され、第1波長領域の光を出射する発光素子と、
    前記第1領域に配設された発光素子を覆うように配置され且つ前記第1波長領域の光の一部を前記第1波長領域よりも長波長側にある第2波長領域の光に変換する第1波長変換部材とを有し、
    前記第1波長変換部材を通過する前記第1波長領域の光および前記第2波長領域の光を混合してなる前記第1色温度の光を出射し、
    前記第2発光部は、
    前記第2領域に配設され、第1波長領域の光を出射する発光素子と、
    前記第2領域に配設された発光素子を覆うように配置され、前記第1波長領域の光の一部を前記第2波長領域の光に変換する第2波長変換部材とを有し、
    前記第2波長変換部材の波長変換率は、前記第1波長変換部材の波長変換率に比べて小さく、
    前記第2波長変換部材を通過する前記第1波長領域の光および前記第2波長領域の光を混合してなる前記第2色温度の光を出射する
    ことを特徴とする請求項2記載の発光装置。
  7. 前記第1発光部は、
    前記第1領域に配設され、第1波長領域の光を出射する発光素子と、
    前記第1領域に配設された発光素子を覆うように配置され且つ前記第1波長領域の光の一部を前記第1波長領域よりも長波長側にある第2波長領域の光に変換する第1波長変換部材とを有し、
    前記第1波長変換部材を通過する前記第1波長領域の光および前記第2波長領域の光を混合してなる前記第1色温度の光を出射し、
    前記第2発光部は、
    前記第2領域に配設され、第1波長領域の光を出射する発光素子と、
    前記第2領域に配説された発光素子を覆うように配置され、前記第1波長領域の光の一部を前記第2波長領域の光に変換する第2波長変換部材とを有し、
    前記第2波長変換部材の少なくとも一部は、前記基板上における前記発光素子が配設される面に直交する前記発光素子の主光出射方向における厚みが、前記第1波長変換部材の前記主光出射方向における厚みに比べて薄く、
    前記第2波長変換部材を通過する前記第1波長領域の光および前記第2波長領域の光を混合してなる前記第2色温度の光を出射する
    ことを特徴とする請求項2記載の発光装置。
  8. 前記第2波長変換部材の前記主光出射方向における厚みは、前記第1波長変換部材から離れる方向に漸減している
    ことを特徴とする請求項7記載の発光装置。
  9. 前記第1発光部は、
    前記第1領域に配設され且つ前記第1色温度の光を出射する少なくとも1つの第1発光素子を有し、
    前記第2発光部は、
    前記第2領域に配設され且つ前記第2色温度の光を出射する少なくとも1つの第2発光素子を有する
    ことを特徴とする請求項2記載の発光装置。
  10. 請求項1〜9のいずれかに記載の発光装置と、
    前記発光装置から出射された光を対象領域に配光する配光手段とを備える
    ことを特徴とする照明システム。
  11. 前記配光手段は、
    前記発光装置から出射された光を前記対象領域に向かって反射する反射板と、
    前記反射板で反射された光を集光するレンズとを備える
    ことを特徴とする請求項10記載の照明システム。
  12. 請求項1〜9のいずれかに記載の発光装置と、
    前記第1発光部および前記第2発光部を点灯させる電源装置とを備える
    ことを特徴とする照明システム。
  13. 前記電源装置は、
    前記第1発光部に電力を供給する第1電源回路と、
    前記第2発光部に電力を供給する第2電源回路とを備える
    ことを特徴とする請求項12記載の照明システム。
  14. 請求項10記載の照明システムを備える
    ことを特徴とする車載用ヘッドライト。
  15. 第1色温度の光を第1照射範囲に向かって出射する第1発光装置と、
    前記第1色温度よりも高い第2色温度の光を、前記第1照射範囲の少なくとも一部と重複し且つ前記第1照射範囲の外延部の少なくとも一部を含む第2照射範囲に向かって出射する第2発光装置とを備える
    ことを特徴とする照明システム。
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