JP2018195544A - 灯具及び光源 - Google Patents

Abstract

【課題】イメージシフターを用いて位置をずらした像を重ね合わせて配光パターンを形成する場合に、ビア電極に起因する暗部が目立たないようにする。【解決手段】灯具は、発光面内に複数のビア電極を有する半導体発光部が複数個第１の方向に沿って配列された光源と、光源の像を光軸上に形成できる結像光学系と、光軸上に配置され、第１の方向にずらした複数の前記光源の像を形成するイメージシフターと、を含み、第１の方向に隣接する半導体発光部において、第１の方向で最も近接するビア電極が第１の方向からずれた位置に配置されていることを特徴とする。【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば行列状に配列され、所望の点消灯を制御でき、車両用ヘッドライトに用いることができる、複数の発光体を有する灯具及び光源に関する。

近年、自動車用ヘッドライトにおいて、前方の状況、即ち対向車や前走車等の有無及びその位置に応じて、配光形状をリアルタイムで制御する技術が注目されている。この技術によれば、例えばヘッドライトを走行用の配光形状（ハイビーム）とした走行中に対向車を検知した際には、ヘッドライトに照射される領域の内、検知された対向車の領域のみをリアルタイムで遮光する。このため、ドライバーには常にハイビームに近い視界を与え、同時に対向車には眩惑光（グレア）を与えることを防止することができる。

また、例えばハンドル操作やナビゲーションシステムに連動し、配光形状が進行方向に応じてリアルタイムで移動するヘッドライトシステムが一般化しつつある。進行しようとする方向の視界を広げることにより、状況に応じたより安全な運転が可能になる。

このような配光可変型のヘッドライトシステムは、例えば基板上に複数の半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）を行列状に配置して半導体発光素子アレイを形成し、個々のＬＥＤの導通と非導通（点消灯、オン／オフ）、および導通時の投入電力（輝度）をリアルタイムで制御する構成を用いて形成される（例えば、特許文献１）。例えば、可視光を放射する複数のＬＥＤチップを基板上にマトリクス状に配置してＬＥＤチップアレイ(光源)を構成し、複数のＬＥＤチップの点消灯を制御可能な駆動電源を接続する。ＬＥＤチップアレイの前方には発光パターンを投影するための投影レンズを配置し、複数のＬＥＤチップの点灯パターンを制御して投影することで、所定の配光パターンを形成する。通常、ＬＥＤチップアレイの上に蛍光体層を配置するが、配光パターンは基本的には変わらない。

基板上に複数のＬＥＤチップをマトリクス状に配置する場合、ＬＥＤチップ間の間隙をゼロにすることは不可能である。１つの成長基板から複数のＬＥＤチップをモノリシックに形成した場合でも隣接チップ間の間隔は１０μｍ程度、個別に作成したＬＥＤチップをディスクリートに実装した場合には１００μｍ程度の間隙が隣接チップ間に発生してしまう。間隙は非発光領域となるため、ＬＥＤチップアレイの発光パターンをそのまま仮想像面上に投影すると、間隙に対応した暗部を有する配光パターンとなってしまう。対象物を検出するためには、暗部を抑制することが望まれる。

暗部を抑制する対策として、最も簡単には、投影レンズの焦点をずらして、各ＬＥＤチップに対応する発光形状（照明領域）の輪郭をぼかし、隣接するＬＥＤチップの発光形状が重なるようにすることで、チップ間の間隙に対応する暗部を不明瞭にすることができる。しかし、各ＬＥＤチップの発光形状の輪郭が不明瞭なものとなると、発光エリアと非発光エリアを形成した場合の発光エリアの輪郭も不明瞭なものとなるという問題も発生してしまう。

１つの光源に対して２つ以上の像を形成し、これらの像の位置を相対的にシフトさせ、重ね合わせることで光源像を広げるイメージシフターの技術が提案されている。例えば、ヘッドランプの光路中に光軸に直交する面に対して逆方向に傾いた２種類のプリズム面を有する(３角断面形状の)イメージシフターを配置し、２種類のプリズム面を通過させることで、逆方向にシフトした２種類の光ビームを形成し、重ね合わせて投影像を形成するとプリズムによるシフト方向に引き伸ばされた像を得ることができる（例えば特許文献２）。引き伸ばされた像は、輝度分布は含んでも、輪郭は明確である。隣接するＬＥＤチップの像がそれぞれ引き伸ばされ、チップ間領域に対応する暗部を抑制しつつ、明確な輪郭を有する投影像を形成することが可能となる。

例えば、ＬＥＤチップの点灯パターンが垂直方向、水平方向に平行な辺を有する矩形パターンであり、複数のＬＥＤチップが垂直方向、水平方向に配列したマトリクス状ＬＥＤチップアレイを形成している場合、垂直方向、水平方向に延在する暗部群が形成される。各ＬＥＤチップから発する光ビームから水平方向、垂直方向にシフトした複数の光ビームを形成し、仮想像面上で重ね合わせることにより、水平方向、垂直方向の暗部群を抑制した投影像を得ることが可能である。

１枚の透明板材の片面に垂直方向の稜を有するプリズムを形成し、他面に水平方向の稜を有するプリズムを形成したイメージシフターを形成すると、水平方向、垂直方向の両方向に関して、各光源の像を引き伸ばし、暗部を抑制することが可能となる。同一稜方向で角度の異なる２種類のプリズムを形成してより適切な配光分布を設計することもできる。

図９Ａ−９Ｃは、(特許文献２に開示されている)両面にプリズムを形成した円板状板材のイメージシフターを概略的に示す。図９Ａは光入射面の斜視図、図９Ｂは光出射面の斜視図、図９Ｃは一方の面のプリズムの断面形状を示す断面図である。光入射面に形成したプリズムは水平方向に延在する３角柱状プリズム集合体であり、光出射面に形成したプリズムは垂直方向に延在する３角柱状プリズム集合体である。板材表面に対するプリズム斜面の傾斜角度は誇張されている。図９Ｄは傾斜角度が２種類設定されている変形例のプリズムの断面図である。

図９Ｅに示すように、プリズムの傾斜面に加えて、光軸に垂直な（板状部材の表面に平行な）平坦面を含む台形プリズムを形成することもできる。図９Ｅは、平坦面の両側に立ち下がる傾斜面を備えた順台形プリズムと平坦面の両側に立ち上がる傾斜面を備えた逆台形プリズムが形成されている。順台形プリズムと逆台形プリズムの一方のみを形成してもよく、３角柱状プリズムの任意の箇所に平坦面を追加してもよい。

投影レンズのレンズ面を加工してイメージシフターを形成こともできる(例えば特許文献３)。例えば、前段投影レンズの出射面を垂直方向の分割線で左右２つの領域に分割し、分割線周りで基準レンズ面を互いに逆方向に所定角度回転すると、水平方向にシフトした２つの出射光ビームが得られ、これらの光ビームを重ね合わせると水平方向に広げた光源像を得ることができる。後段投影レンズの入射面を水平方向の分割線で上下２つの領域に分割し、分割線周りで基準レンズ面を互いに逆方向に所定角度回転すると、垂直方向にシフトした２つの出射光ビームが得られ、これらの光ビームを重ね合わせると垂直方向に広げた光源像を得ることができる。

１つのレンズ面を２つ以上に分割することもできる。例えば、方向が同一（例えば垂直）な中心分割線と両側の側部分割線によってレンズ面を４つの領域に分割し、内側の２つの領域、外側の２つの領域をペアとして異なる角度回転させれば、４つの光ビームを形成し、重ね合わせて、引き伸ばされた光源像を形成できる。レンズ面を３分割し、中央領域は基準レンズ面を維持し、両側の領域では基準レンズ面を逆方向に回転させてもよい。

図１０Ａ−１０Ｄは、(特許文献３に開示されている)レンズ面を分割して回転させたイメージシフターを概略的に示す。図１０Ａに示すように前段レンズの出射面を光軸上で垂直方向に２分割する。図１０Ｂに示すように、図１０ＡのＣ−Ｃ線に沿う断面において、２点破線で示す基準面を実線で示す位置まで回転させ、左右２領域を異なるレンズとして、焦点を左右に分離する。図１０Ｃに示すように後段レンズの入射面を光軸上で水平方向に２分割する。図１０Ｄに示すように、図１０ＣのＤ−Ｄ線に沿う断面において、２点破線で示す基準面を実線で示す位置まで回転させ、上下２領域を異なるレンズとして、焦点を上下に分離する。

１レンズ面を４分割してもよい。図１０Ｅは、図１０Ａの垂直方向２分割に換え、垂直方向４分割を行う場合を示す。図１０Ｆは、図１０Ｃの水平方向２分割に換え、水平方向４分割を行う場合を示す。

比較的広い発光面を有する面発光ＬＥＤチップにおいて、下層半導体層に低抵抗コンタクトを形成する電極構造としてビア電極構造が用いられている(例えば特許文献４)。例えばサファイア成長基板上にＧａＮ系半導体（ＧａＮを含む半導体）のｎ型層、活性層、ｐ型層を成長した後、ｐ型層上に高反射率を有するｐ側電極を形成する。一方、ｐ型層、活性層を貫通し、ｎ型層を露出するビア孔をエッチング等で形成し、ビア孔側面を絶縁する絶縁層を形成した後、ｎ型層にコンタクトするｎ側電極を形成する。ビア孔内は活性層が除去されるので非発光領域となる。ｐ型半導体層表面に面接触するｐ側電極とビア孔内でｎ型半導体層に接触するビア電極は同一表面から取り出すことができる。

特開２０１３−５４８４９号公報 特開２０１７−４６６１号公報 特開２０１７−１０７８９号公報 特開２０１４−２０７３２７号公報

配光可変型の光源を形成するために複数の半導体発光部を用いると、隣接する半導体発光部の間に非発光領域が生じ、暗部が生じてしまう。イメージシフターを用いて所定方向に位置をずらせた像を重ねることにより暗部を抑制した配向パターンを形成することができる。半導体発光部がビア電極を有する場合、ビア電極の領域は非発光領域となる。半導体発光部内で複数のビア電極を所定方向に配列し、この所定方向に所定量、像をシフトするイメージシフターを用いて、像を重ねると、像を重ね合わせた配光パターンにおいてビア電極像が密集する領域ができ、この領域の暗部が目立つようになってしまう。

実施例においては、ビア電極を有する複数の半導体発光部を配列した光源を用い、イメージシフターを用いて位置をずらした像を重ね合わせて配光パターンを形成する場合において、ビア電極に起因する暗部が目立たないようにすることを目的とする。

本発明の実施例によれば、
発光面内に複数のビア電極を有する半導体発光部が複数個第１の方向に沿って配列された光源と、
前記光源の像を光軸上に形成できる結像光学系と、
前記光軸上に配置され、前記第１の方向にずらした前記光源の像を形成するイメージシフターと、
を含み、前記第１の方向に隣接する前記半導体発光部において、前記第１の方向で最も近接したビア電極が前記第１の方向からずれた位置に配置されていることを特徴とする灯具
が提供される。

図１Ａ，１Ｂは、逆台形イメージシフターと順台形形イメージシフターを概略的に示す断面図、図１Ｃはイメージシフター透過後の光ビームが形成する矩形光源像を概略的に示す平面図、図１Ｄは複数の矩形ＬＥＤチップが行列状に配置された２次元アレイ状光源を概略的に示す平面図である。 図２Ａは、比較例による、複数のビア電極を有するＬＥＤチップを２次元アレイ状に配置した光源を概略的に示す平面図、図２Ｂは図２Ａの光源からの発光パターンをイメージシフターを通して垂直方向、水平方向に引き伸ばし、仮想像面上に投影した配向パターンを概略的に示す平面図である。 図３Ａ，３Ｂは、実施例１による複数のビア孔ＶＨを有するＬＥＤチップ１１０を含むＬＥＤアレイＡＲを概略的に示す平面図、およびイメージシフターを通して仮想像面上に投影したＬＥＤアレイＡＲの像を概略的に示す平面図である。 図４Ａ，４Ｂは、図２ＢのＡ−Ａ‘線に沿う位置における光度分布の概略算出結果と、図３ＢのＡ−Ａ’線に沿う位置における光度分布の概略算出結果とを示すグラフである。 図５Ａ，５Ｂは、実施例２による複数のビア孔ＶＨを有するＬＥＤチップ１１０を含むＬＥＤアレイＡＲを概略的に示す平面図、およびイメージシフターを通して仮想像面上に投影したＬＥＤアレイＡＲの像を概略的に示す平面図である。 図６は、図５ＢにおけるＡ−Ａ‘線に沿う位置における光度分布の概略算出結果を示すグラフである。 図７Ａ、７Ｂは、実施例３による複数のビア孔ＶＨを有するＬＥＤチップ１１０を含むＬＥＤアレイＡＲを概略的に示す平面図である。 図８Ａ，８Ｂは、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）チップの構成を概略的に示す断面図、図８Ｃ，８Ｄは、複数のＬＥＤチップを含むＬＥＤアレイの概略等価回路図である。 図９Ａ−９Ｃは、両面にプリズムを形成した円板状板材のイメージシフターを概略的に示す概略斜視図及び概略断面図、図９Ｄは傾斜角度が２種類設定されているプリズムの概略断面図、図９Ｅは台形プリズムの概略断面図である。 図１０Ａ−１０Ｄはレンズ面を２分割して分割面を別個に回転させたイメージシフターを概略的に示す斜視図及び断面図であり、１０Ｅ，１０Ｆはレンズ面を４分割して別個に回転させたイメージシフターを概略的に示す斜視図である。

２０１ａ 平坦部、 ２０１ｂ 右下がり(左上り)斜面部、
２０１ｃ 左下がり(右上がり)斜面部、 ２０１Ａ 逆台形プリズム、
２０１Ｂ 順台形プリズム、 ２０２ 板材、 ２０３ オリジナル像、
２０４，２０５ シフトした像、 ＡＲ アレイ、 Ｇ 間隙、
１０１．１１０ チップ、 ＶＨ ビア孔、 ＶＥ ビア電極、
２１ 半導体積層、 ２２ ｎ型層、 ２３ 活性層、
２４ ｐ型層、 ２５ ｐ側電極、 ２８ 絶縁層、
２９ ｎ側電極、 Ｄ ダイオード、 Ｗ 配線、

図１Ａは、逆台形イメージシフターを概略的に示す断面図である。透明材料の板材２０２の下側表面は平坦で入射光が垂直入射する。上側表面は逆台形の断面形状にプリズム加工が施され、中央に光軸に直交する平坦面、左右に光軸に直交する平坦面から立ち上がる斜面が形成されている。平坦面は入射光Ｌａを直進させる平坦部２０１ａを構成し、平坦部の左側の左上りの斜面は入射光Ｌｂを左向きに屈折させる左上り斜面部２０１ｂを構成し、平坦部の右側の右上りの斜面は入射光Ｌｃを右向きに屈折させる右上がり斜面部２０１ｃを構成する。平坦部２０１ａと左右の斜面部２０１ｂ、２０１ｃとが、併せて逆台形プリズム２０１Ａのユニットを構成する。平坦部２０１ａを透過した光Ｌａは直進し、左上り斜面部２０１ｂを透過した光Ｌｂは左側に変位し、右上がり斜面部２０１ｃを透過した光Ｌｃは右側に変位して、３つの光ビームを形成する。なお、図に示す断面形状は紙面垂直方向に連続し、紙面左右方向に繰り返される。

図１Ｂは順台形イメージシフターを概略的に示す断面図である。平坦部２０１ａの左側に左下がり(右上がり)斜面部２０１ｃ、平坦部２０１ａの右側に右下がり(左上り)斜面部２０１ｂが配置されて順台形プリズム２０１Ｂを構成する。逆台形プリズム、順台形プリズムにおいて、プリズム近傍で若干の光路の変更は生じるが、プリズムが直進ビーム、左屈折ビーム、右屈折ビームを発生させるという基本的性能は両プリズムに共通である。以下、特に断らない限り逆台形プリズム、順台形プリズムを併せて、台形プリズムと呼ぶ。斜面部の頂部側と底部側の両方に平坦部が配置されたプリズムも台形プリズムに含める。

図１Ｃは、図１Ａ、１Ｂに示すような台形プリズムによって入射光ビームがどのように投影されるかを概略的に示す平面図である。光源が矩形であり、投影レンズなどによりそのオリジナル像が形成されるとする。光源から像までの間に平坦部２０１ａ、左上り斜面部２０１ｂ、右上がり斜面部２０１ｃを有する台形プリズムを配置する。平坦部２０１ａを通過した光ビームは直進し、光源のオリジナル像２０３を形成する。左上り斜面部２０１ｂを通過した光ビームは左向きに屈折し、左側に変位(シフト)した像２０４を形成する。右上り斜面部２０１ｃを通過した光ビームは右向きに屈折し、右側に変位(シフト)した像２０５を形成する。

台形プリズムを用いない場合は、チップのオリジナル像２０３のみが形成され、チップの像の間には暗部が形成される。台形プリズムを配置すると、オリジナル像２０３に、左に変位した像２０４、右に変位した像２０５が加えられ、プリズムによる光偏向方向に引き伸ばされた像（２０４＋２０３＋２０５）が形成されて、暗部であった領域にも光照射がなされる。

図１Ｄに示されるように、複数の半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ１０１が行列状に配置されてＬＥＤアレイＡＲを構成する。各チップ１０１は全面で発光し、隣接するチップ間は、間隙Ｇだけ離れているとする。このようなＬＥＤアレイを発光させ、出射光をそのまま仮想像面上に投影すると、仮想像面上の配光パターンはチップ１０１の分布を反映したものとなり、各照明領域間に輝度の低い暗部が形成される。暗部内に検出すべき対象が存在しても、運転者は視認できない可能性がある。

暗部を抑制するために、イメージシフターを用いる。光源面を基準として考察する。間隙Ｇの両側から間隙の半分（Ｇ／２）以上、発光パターンを水平、垂直方向にずらして元の発光パターンに重ねると、間隙Ｇの暗部を抑制できる。チップ１０１から発する光ビームが、水平方向、垂直方向に関して分割され、Ｇ／２相当量以上シフトされた像が重ねられて投影される。水平方向、垂直方向に引き伸ばされた配向パターンとなり、暗部は抑制される。精度誤差による暗部の発生を防止するため、左右、上下から変位し、間隙上に重なる光ビームの幅は大きめに設定するのが安全のため好ましいであろう。尚、間隙はシフトされた光ビームのみで照明される。

図２Ａは、比較例を示す。ＬＥＤアレイＡＲに含まれる複数のＬＥＤチップ１０１が同一パターンのビア孔ＶＨ(ビア電極ＶＥ)を有する。各ＬＥＤチップ内に、水平方向に２列、垂直方向に３行、総数６個のビア孔ＶＨが規則的に配置されている。各行内、各列内のビア孔配置は等しい。ビア孔ＶＨ内にビア電極（ＶＥ）が形成され、裏面側に配置される配線に接続される。ビア孔ＶＨは、ＬＥＤの活性層を貫通しているので、ビア孔内は非発光領域となる。ビア孔ＶＨ上方は半導体層で覆われ、外側領域からＬＥＤの出射光は伝達されるが、そもそもの発光がないので光度の低い領域となる。

隣接するＬＥＤチップ間の間隙による暗部を抑制するために、イメージシフターを用いる。チップ間の間隙が垂直方向、水平方向に延在する場合、イメージシフターによる像の移動は、垂直方向、水平方向に行うのが最も直接的であり、移動距離も短くできる。イメージシフターを用いることによりチップ間の領域も照明可能となる。

図２Ｂは、図２ＡのＬＥＤアレイＡＲの出射光をイメージシフターで垂直方向、水平方向に引き伸ばして重ねた状態を示す概略平面図である。各ＬＥＤチップ１０１に対応する像と、垂直方向上下に変位させた２つの像と、水平方向左右に変位させた２つの像とが重ねられる。光源の像と共にビア孔ＶＨの像も形成され、１つのビア孔ＶＨの上下左右にイメージシフターによってシフトされた像の４つのビア孔像が投影される。水平方向、垂直方向に揃った位置に複数のビア孔像が配置されると、得られる配向パターン内には光度の低いビア孔像の密集した領域が発生して、目立つようになってしまう。特に、チップ間に相当する領域には、本来の照明光が到達せず、シフトされた光ビームのみによって照明される。この領域、及びその近傍に光度が低いビア孔像が集中して配置されると、目立つ存在になってしまう。

図３Ａ，３Ｂは、実施例１による複数のビア孔ＶＨを有するＬＥＤチップ１１０を含むＬＥＤアレイＡＲを概略的に示す平面図、およびイメージシフターを通して仮想像面上に投影したＬＥＤアレイＡＲの像を概略的に示す平面図である。

図３Ａに示すように、各ＬＥＤチップ内のビア孔の総数は６個であり。図２Ａに示した比較例と同様であるが、ビア孔配列が図２Ａの３行２列から、変則的な４行３列となっている。左上端のＬＥＤチップを例にとると、１行内に配置されるビア孔数は、上から下に向って１個、２個、１個、２個と変化し、その水平方向位置は中央、左右、中央、左右である。このビア孔配置は上下対称性を持たない。左上端部のＬＥＤチップの右側に隣接するＬＥＤチップ１１０のビア孔配置は、左上端部のＬＥＤチップのビア孔配置と上下反転して、１行内に配置されるビア孔数は、上から下に向って２個、１個、２個、１個と変化する。図２Ａに示した比較例が、ビア孔ＶＨに関して、全チップ同一パターンを有し、各チップ内のビア孔配置が上下対称性を有する点と明確に異なる点である。

左上端部とその右隣の、水平方向に隣接する、２つのＬＥＤチップを対にして考察する。垂直方向位置ｖ１で（１個、２個）のビア孔ＶＨが配置され、垂直方向位置ｖ２では（２個、１個）のビア孔ＶＨが配置され、垂直方向位置ｖ３では（１個、２個）のビア孔ＶＨが配置され、垂直方向位置ｖ４では（２個、１個）のビア孔ＶＨが配置されている。ビア孔が配置される水平方向位置を、左端チップの内でｈ１、ｈ２、ｈ３、右に隣接するチップの内でｈ４、ｈ５、ｈ６とする。１２個の格子点の内、６個は空格子点となる。

水平方向に隣接するチップ内のビア孔配置は上下反転しており、同一垂直方向位置で、隣接する２つのチップ内のビア孔数は異なり、一方のチップのビア孔数は１個低減されている。２チップ間の間隙中央を基準として考察すると、水平方向の一方に２個のビア孔、他方に１個のビア孔が配置される。１個配置のビア孔の水平方向位置、例えばｈ５、は、２個配置のビア孔の内の間隙に近い位置に配置されたビア孔の水平方向位置、ｈ３、より、間隙中央から離れた位置に配置される。

図３Ｂは、図３Ａに示すＬＥＤチップアレイＡＲをイメージシフターを介して投影し、本来のパターンに、上下にシフトしたパターン、左右にシフトしたパターンを重ね、仮想像面上に投影したパターンを示す。

２個配置のビア孔の内の間隙に近い位置に配置されたビア孔を間隙中央方向にシフトしたビア孔と、１個配置のビア孔を間隙中央方向にシフトしたビア孔とは間隙中央からの位置が異なり、１個配置のビア孔を間隙中央方向にシフトしたビア孔が間隙中央から離れて配置されることにより、ビア孔像の集中が抑制されている。

左上端チップ内の（ｈ３、ｖ２）、（ｈ３、ｖ４）のビア孔を右方向にシフトしたビア孔像と右隣接チップ内の（ｈ５、ｖ２）、（ｈ５、ｖ４）のビア孔を左方向にシフトしたビア孔像は、同じ垂直方向位置ｖ２、ｖ４を有するが離れている。左上端チップ内の（ｈ３、ｖ２）、（ｈ３、ｖ４）のビア孔を右方向にシフトしたビア孔像は、右隣接チップ内の（ｈ５、ｖ２）、（ｈ５、ｖ４）のビア孔より、（ｈ４、ｖ１）、（ｈ４、ｖ３）のビア孔を左方向にシフトしたビア孔像に近接している。水平方向(第１方向)に隣接するチップのビア孔をシフトしたビア孔像の内、最も近接するビア孔像の対は水平方向(第１方向)から外れて配置されている。

同一垂直列に配置されたＬＥＤチップのビア孔ＶＨは同一パターンで配置されている。左端列の各チップは、最上行に１個のビア孔、最下行に２個のビア孔を持つ。垂直方向に隣接する２つのＬＥＤチップは、上側チップの最下行には左右２個のビア孔、下側チップの最上行には中央に１個のビア孔が存在する。図２Ａに示した比較例が、上側チップ最下行に２個、下側チップ最上行に２個のビア孔ＶＨが同一水平方向位置には致されている点と明確に異なる。

垂直方向に隣接する２つのチップの最近接２行のビア孔は異なる水平方向位置に配置され、シフトされたビア孔も異なる水平方向位置に配置され、ビア孔の密集は低減される。

垂直方向(第２方向)の隣接セル間の間隙について考察する。左上端チップの（ｈ１、ｖ４）、（ｈ３、ｖ４）のビア孔を垂直方向下方にシフトしたビア孔像と最も近接するビア孔像は、垂直方向下方に隣接するチップの（ｈ２、ｖ５）のビア孔を垂直方向上方にシフトしたビア孔像となり、垂直方向(第２方向)からずれた位置に配置される。

図２Ａ、２Ｂに示すビア電極配置において、垂直方向の間隙の両側に配置される水平方向に隣接する２チップの最近接垂直列内のビア孔は２個のビア孔と２個のビア孔とが互いに入れ子の関係となっている。水平方向の間隙の両側に配置される垂直方向に隣接する２チップの最近接行内のビア孔は２個のビア孔の間に１個のビア孔が入る、互いに入れ子の関係となっている。

図２Ｂに示した比較例の像と図３Ｂに示した実施例１の像とを、上下チップ間の間隙に沿うＡ−Ａ‘線を中心に比較する。図２ＢではＡ−Ａ’線の上下に対称的に最近接位置に２個、次近接位置に６個のビア孔が配置されている。図３ＢではＡ−Ａ’線の上方には図２Ｂ同様最近接位置に２個、次近接位置に６個のビア孔が配置されているが、Ａ−Ａ‘線の下方には最近接位置に１個、次近接位置に３個のビア孔しか配置されない。垂直方向の間隙に沿って観察すると、図２Ｂでは３個配列と３個配列のビア孔が同一垂直方向位置で対向するが、図３Ｂでは２個配列と２個配列のビア孔が異なる垂直方向位置に配置されている。全体として間隙領域のビア孔の密集は明らかに緩和されている。

図４Ａ，４Ｂは、図２ＢのＡ−Ａ‘線に沿う位置における光度分布の算出結果と、図３ＢのＡ−Ａ’線に沿う位置における光度分布の算出結果とを示すグラフである。図４Ａに示される光度の変化幅と較べて、図４Ｂに示される光度の変化幅は明らかに減少している。ビア孔に基づく光度の局所的低下が緩和されていることを表すものと考えられる。

図５Ａ、５Ｂは、実施例２による複数のビア孔ＶＨを有するＬＥＤチップ１１０を含むＬＥＤアレイＡＲを概略的に示す平面図、およびイメージシフターを通して仮想像面上に投影したＬＥＤアレイＡＲの像を概略的に示す平面図である。

図５Ａに示すように、２０個のＬＥＤチップ１１０が、４行５列のマトリクス状に配置され、ＬＥＤアレイＡＲを形成している。この点は、図２Ａの比較例、図３Ａの実施例１と同様である。本実施例においては、アレイＡＲに含まれる全ＬＥＤチップが同一パターンのビア孔を有する。この点は、図２Ａの比較例と同様であり、設計の簡潔化に有効となり得る。

図２Ａの比較例と異なり、図５Ａの各ＬＥＤチップ内のビア孔ＶＨは左側のビア孔列ＶＨ１と右側のビア孔列ＶＨ２とで、垂直方向位置が高さｄ異なる。ビア孔列ＶＨ１とビア孔列ＶＨ２の高さが異なることにより、チップ内のビア孔の配置は、水平方向、垂直方向に関して反射対称性を持たない。例えば、隣接したチップ間での最近接ビア孔の間隔が１００μｍ程度である場合、ｄの値は例えば３０μｍ程度である。

左側ビア孔列ＶＨ１のビア孔の高さと右側ビア孔列ＶＨ２のビア孔の高さが異なるので、イメージシフターでビア孔そのものの像の前後、左右にシフトしたビア孔を投影した時、近接配置されるビア孔像の高さが異なり、ビア孔像の密集が緩和される。

ＬＥＤチップ１１０の間の間隙に注目して、図５Ａの光源の平面で考察する。垂直方向の間隙Ｇｖに水平方向左右のビア孔をシフトしたビア孔像を重ねると、シフトしたビア孔ＶＨの高さが異なるので、ビア孔の密集が緩和される。同一高さに沿って移動させる場合、左右のビア孔の影響は一般的に異なる。ビア孔の密集が緩和され、結果としてより均一な光度分布が得られると期待される。

図６は、図５ＢのＡ−Ａ‘線に沿って光度分布を算出した結果を示すグラフである。横軸に示すＡ−Ａ’線に沿う水平方向位置に対して、縦軸に示す光度分布が期待される。光度が極小になる水平方向位置が２つ並んでいるが、一方が左下方のチップの右上方のビア孔を上方にシフトした像の影響であれば、他方は右上方のチップの左下方のビア孔を下方にシフトした像の影響である。図４Ａに示す比較例の光度分布と比較して、光度の変化幅が減少している。

図７Ａ、７Ｂは、実施例３による複数のビア孔ＶＨを有するＬＥＤチップ１１０を含むＬＥＤアレイＡＲを概略的に示す平面図である。実施例３の各ＬＥＤチップ１１０のビア孔パターンは、実施例２同様、全ＬＥＤチップ共通のビア孔パターンである。実施例３は、図７Ａに示す第１の例と、図７Ｂに示す第２の例を含む。

図７Ａに示す第１の例においては、チップ内垂直方向頂部に位置するビア孔ＶＨｔは中央に１つのみ配置され、チップ内垂直方向底部に位置するビア孔ＶＨｂは左右に２つ配置される。１つのチップ内で、ＶＨｔが１つ、ＶＨｂが３対ある場合を示したが、その数は変更可能である。例えばＶＨｔを２つ、ＶＨｂを２対としてもよい。

垂直方向に隣接する２つのＬＥＤチップ間の間隙部を考察する。チップ間の間隙における光度を高く保つためには、複数のビア孔の影響が強め合わないことが望まれる。上側チップの底部には左右に２つのビア孔が配置され、下側チップの頂部には中央に１つのビア孔が配置されているので、これらのビア孔をシフトしたビア孔像は水平方向の位置が異なり、入れ子の関係となって、影響が強めあう程度は低くできる。垂直方向に隣接するＬＥＤチップ間の間隙に基づく暗部の対処が重要であるが、水平方向に隣接するＬＥＤチップ間の間隙に基づく暗部の対処は重視しなくてよい場合などに適した配置と言えよう。

図７Ｂに示す第２の例においては、左側のビア孔列ＶＨ１と右側のビア孔列ＶＨ２の２列のビア孔を含むが、右側のビア孔列ＶＨ２には３つのビア孔が配列されており、左側のビア孔列ＶＨ１には右側のビア孔列ＶＨ２のビア孔の垂直方向位置の中間位置に２つのビア孔が配列されている。水平方向に隣接する２つのＬＥＤチップ１１０間の間隙部を考察する。右側チップの左側ビア孔列ＶＨ１を左側にシフトしたビア孔像と左側チップの右側ビア孔列ＶＨ２を右側にシフトしたビア孔像とは、垂直方向で入れ子の関係となって、影響が強めあう程度を低くできる。水平方向に隣接するＬＥＤチップ間の間隙に基づく暗部の対処が重要であるが、垂直方向に隣接するＬＥＤチップ間の間隙に基づく暗部対処は重視しなくてよい場合などに適した配置と言えよう。

実施例３においても、イメージシフターを通して複数に分割した光ビームを重ね合わせた像において、隣接するチップのビア孔像の内、最近接するビア孔像はチップの隣接方向から離れた位置に存在する。

図８Ａ，８Ｂは、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）チップの構成を概略的に示す断面図である。ｎ型層２２、活性層２３、ｐ型層２４の半導体積層２１が発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を構成する。半導体積層２１は、サファイア等の成長基板の上にＧａＮ系半導体層を分子線エピタキシ（ＭＢＥ）成長することで形成され、エピタキシャル成長後に成長基板は除去する。ｐ型層２４表面上にｐ側電極２５が形成される。ｐ側電極２５上に、マスク等を形成し、ｐ側電極２５、ｐ型層２４、活性層２３をエッチング等で掘り下げ、ｎ型層２２を露出したビア孔ＶＨを形成する。マスクを除去し、絶縁層２８を堆積し、ビア孔底面にｎ型層２２を露出した後、ｎ側電極２９を形成する。図８Ａにおいては、ｐ側電極２５と隣接するＬＥＤのｎ側電極とが接続され、複数のＬＥＤの直列接続が形成される。図８Ｂにおいては、ｐ側電極２５とｎ側電極２９とはそれぞれ独立に引き出されている。その他の点は、図８Ａ，８Ｂでほぼ同様である。

図８Ｃ，８Ｄは、複数のＬＥＤチップを含むＬＥＤアレイの概略等価回路図である。図８Ｃにおいては、５個のダイオードＤ１〜Ｄ５が直列接続され、各相互接続点から中間接続配線Ｗ１〜Ｗ４が引き出されている。直列接続の陽極側端子と陰極側端子との間に駆動電圧を印加すると直列接続された全ダイオードがオン状態となる。例えば、中間接続配線Ｗ２とＷ３とを短絡すると、ダイオードＤ３はオフ状態となる。

図８Ｄは、各ダイオードにアノード配線、カソード配線を接続し、各ダイオードのカソード配線を共通接地配線に接続する構成を示す。任意のダイオードのアノードに駆動電圧を印加することにより、該ダイオードはオン状態となる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、これらは制限的な意味は持たない。例示した材料、数値などは、特に断らない限り単なる例示にすぎず、制限的なものではない。また、種々の置換、改良、公知部材の追加等が可能であることは当業者に自明であろう。

Claims (20)

1. 発光面内に複数のビア電極を有する半導体発光部が複数個第１の方向に沿って配列された光源と、
   前記光源の像を光軸上に形成できる結像光学系と、
   前記光軸上に配置され、前記第１の方向にずらした複数の前記光源の像を形成するイメージシフターと、
   を含み、前記第１の方向に隣接する前記半導体発光部において、前記第１の方向で最も近接するビア電極が前記第１の方向からずれた位置に配置されていることを特徴とする灯具。
2. 発光面内に複数のビア電極を有する半導体発光部が複数個第１の方向に沿って配列された光源と、
   前記光源の像を光軸上に形成できる結像光学系と、
   前記光軸上に配置され、前記第１の方向にずらした複数の前記光源の像を形成するイメージシフターと、
   を含み、前記第１の方向に関して前記複数のビア電極は前記半導体発光部内の複数の第１方向位置に配置されており、前記第１の方向に隣接する２つの半導体発光部において、最近接する前記第１方向位置に配置されているビア電極は前記第１の方向に直交する第２の方向に関して異なる位置に配置されていることを特徴とする灯具。
3. 前記半導体発光部が、前記第１方向に沿う対向辺と、前記第１方向に直交する第２方向に沿う対向辺とを有し、前記複数のビア電極は、前記第１の方向及び前記第２の方向に関して夫々複数の位置に配置されている、請求項２に記載の灯具。
4. 前記半導体発光部内のビア電極配置は、前記第１の方向に関して反射対称性を有さず、前記第２の方向に関して反射対称性を有する、請求項２ないし３に記載の灯具。
5. 前記半導体発光部内のビア電極配置は、前記第１の方向、第２の方向に関して反射対称性を有さない、請求項２ないし３に記載の灯具。
6. 前記発光面内で前記複数のビア電極が前記第２の方向に沿った２列以上のビア電極列を有し、前記第１の方向に関して対称的な前記第１方向位置に配置されたビア電極列が異なるビア電極配置の第１ビア電極列と第２ビア電極列を有する、請求項４に記載の灯具。
7. 前記第１ビア電極列と前記第２ビア電極列が、互いに入れ込みの配置である、請求項６に記載の灯具。
8. 前記半導体発光部が前記第２の方向に関しても複数個配列されて行列状アレイを構成する、請求項２ないし３に記載の灯具。
9. 前記半導体発光部のいずれもが、前記第１方向に沿う対向辺と、前記第１方向に直交する第２方向に沿う対向辺とを有し、前記複数のビア電極は、前記第１の方向及び前記第２の方向に関して夫々複数の位置に配置されている、請求項８に記載の灯具。
10. 前記第２の方向に隣接する半導体発光部が、前記第１の方向に関して反転されたビア電極配置を有する、請求項８ないし９に記載の灯具。
11. 前記アレイ内の複数の半導体発光部の全てが同一のビア電極配置を有し、各半導体発光部内のビア電極が第２の方向に関して反射対称性を有する請求項８ないし９に記載の灯具。
12. 前記アレイ内の複数の半導体発光部の全てが、同一のビア電極配置を有し、各半導体発光部内のビア電極が第１、第２の方向に関して反射対称性を有さない請求項８ないし９に記載の灯具。
13. 前記イメージシフターが、光軸と直交する仮想面に対する交差角度が正負の２値である２面以上の面を含むプリズム形イメージシフターである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の灯具。
14. 前記イメージシフターが、光軸と交差するレンズ面を分割線で分割し、分割線周りで逆方向に回転させた２つ以上の曲面を含むレンズ形イメージシフターである請求項１〜１２のいずれか１項に記載の灯具。
15. 発光面内に複数のビア電極を有する半導体発光部が複数個第１の方向に沿って配列された光源であって、
    前記第１の方向に隣接する半導体発光部において最も近接したビア電極が平面視において前記第１の方向とはずれた位置に配置されていることを特徴とする光源。
16. 発光面内に複数のビア電極を有する半導体発光部が複数個第１の方向に沿って配列された光源であって、
    前記第１の方向に関して前記複数のビア電極は前記半導体発光部内の複数の第１方向位置に配置されており、前記第１の方向に隣接する２つの半導体発光部において、最近接する前記第１方向位置に配置されているビア電極は前記第１の方向に直交する第２の方向に関して異なる位置に配置されていることを特徴とする光源。
17. 最近接する前記第１方向位置に配置されているビア電極は、互いに入れ込みの配置である、請求項１６に記載の光源。
18. 前記半導体発光部が、前記第１方向に沿う対向辺と、前記第１方向に直交する第２方向に沿う対向辺とを有し、前記複数のビア電極は、前記第１の方向及び前記第２の方向に関して夫々複数の位置に配置されている、請求項１６ないし１７に記載の光源。
19. 前記半導体発光部内のビア電極配置は、前記第１の方向に関して反射対称性を有さず、前記第２の方向に関して反射対称性を有する、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の光源。
20. 前記半導体発光部内のビア電極配置は、前記第１の方向、第２の方向に関して反射対称性を有さない、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の光源。

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