JP2018198157A

JP2018198157A - 灯具

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Publication number: JP2018198157A
Application number: JP2017102482A
Authority: JP
Inventors: 良介河合; Ryosuke Kawai
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2037-05-24
Also published as: US20200088375A1; EP3633263B1; CN110662919A; EP3633263A1; EP3633263A4; JP6865101B2; US11098869B2; WO2018216601A1

Abstract

【課題】複数の発光素子が行列状に配置された光源の投影光学像におけるダークグリッドを、１方向のイメージシフターのみを用いて抑制する。【解決手段】灯具は、複数の発光素子が平面内で規則的に配列され、発光素子は平面内で第1の方向及び第1の方向と交差する第2の方向に沿って配置されている光源と、光源から発する光ビームの光軸上に位置する像面上に光源の各発光素子の像を形成できる投影光学系と、複数の発光素子の基本像を像面上に形成すると共に、基本像を第１の方向および第２の方向に移動させた第１移動像を像面上に形成できるイメージシフターＩＳと、を含む。【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、２）。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。矩形発光素子の辺が車幅方向に対して斜めになるようにすることにより、斜めのカットオフラインを形成しやすくなる前照灯も提案されている。

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に１０μｍ程度の間隙、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隣接チップ間に１００μｍ程度の間隙が発生してしまう。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。発光面ＬＥＤチップアレイの上に蛍光体層を配置しても、配光パターンの基本的性質は変わらない。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。

ＬＥＤチップアレイの光軸上の位置を投影レンズの焦点より短距離に置けば、投影光が発散光となり、ＬＥＤチップ間の暗部が光源像において目立たなくなる。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、ｘ軸方向対向辺とｙ軸方向対向辺とを有する複数の矩形発光面がｘ軸方向に並置され、ｚ軸方向に沿う光軸に直交するｘｙ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種類のプリズム面で逆方向に屈折させることで、ｘｚ面内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ｘ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３）。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。

ｘｙ面内に配置されたＬＥＤチップの点灯パターンが垂直（ｙ）方向、水平（ｘ）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(列)方向、水平(行)方向に配列した行列状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複数のダークグリッドが形成される。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、垂直方向のダークグリッド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線を有する３角プリズムを形成し、他面に水平方向の稜線を有する３角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。同一稜線方向で角度の異なる２種類の３角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３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。これらのイメージシフターにおいて、光源のＬＥＤは、イメージシフターのシフト方向に平行な対向辺をもつ矩形形状が想定されている。

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することもできる(例えば特許文献４)。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、水平方向に回転した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、垂直方向に回転した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。

レンズ面をさら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。

図１０Ａ−１０Ｄは、(特許文献４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。

面発光ＬＥＤチップにおいて、下層半導体層にコンタクト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５)。例えばｎ型層、活性層、ｐ型層を積層した半導体積層のｐ型層上にｐ側電極を形成し、ｐ型層、活性層を貫通してｎ型層を露出するビア孔を形成し、ｎ型層にコンタクトするｎ側ビア電極を形成する。行列状に配列されたＬＥＤ素子を含むＬＥＤアレイの各ＬＥＤ素子は、通常、行方向の対向辺と列方向の対向辺で画定される矩形形状を有し、ビア電極が行方向の所定位置と列方向の所定位置に行列状に配置される。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せる。

特開２０１３−５４８４９号公報特開２０１３−５４９５６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素子を行列状に配置した光源を用い、投影光学系を用いて光源像を形成すると、像面内において、隣接する半導体発光素子の間の非発光領域に対応して、光源像の半導体発光素子像の間にダークグリッドが生じる。複数の発光素子を行列状に配置した光源においては、行方向、列方向に延在するダークグリッドが発生する。

垂直方向と水平方向とにダークグリッドが生じる場合、従来、水平方向と垂直方向のイメージシフターを用いて垂直方向と水平方向のダークグリッドを抑制している。像を水平方向に移動させるイメージシフターは、水平(行)方向に隣接する半導体発光素子間の暗部を抑制するが、隣接する行間のダークグリッドは抑制できない。

実施例においては、複数の発光素子が行列状に配置された光源と、投影光学系と、１方向のイメージシフターのみを用いてダークグリッドを抑制できる配光パターンを形成することを目的とする。

本発明の実施例によれば、
複数の発光素子が平面内で規則的に配列され、前記発光素子は前記平面内で第1の方向及び前記第1の方向と交差する第2の方向に沿って配置されている光源と、
前記光源から発する光ビームの光軸上に位置する像面上に前記光源の各発光素子の像を形成できる投影光学系と、
前記複数の発光素子の基本像を像面上に形成すると共に、前記基本像を前記第１の方向および前記第２の方向に移動させた第１移動像を像面上に形成できるイメージシフターと、
を含む灯具
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、図１Ｄ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である。図２Ａ，２Ｂ、２Ｃは、実施例による複数のＬＥＤチップ１０１を含むＬＥＤアレイＡＲを概略的に示す平面図、イメージシフターの像シフト方向を概略的に示す線図、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３種の像を概略的に示す平面図である。図３Ａ，３Ｂ、３Ｃは、図２ＡのＬＥＤアレイを４５度傾けた状態に相当するＬＥＤアレイの平面図、イメージシフターの像シフト方向を概略的に示す線図、図３ＡのＬＥＤアレイを図３Ｂの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３種の像を概略的に示す平面図である。図４Ａ，４Ｂは、ＬＥＤアレイから発する光ビームが２種類の投影光学部を介して、仮想像面上に投影される２種類の様子を示す概略図である。図５Ａ，５Ｂは、２つの変形例による、イメージシフターを通してＬＥＤチップ１０１を含むＬＥＤアレイＡＲを仮想像面上に投影したＬＥＤアレイＡＲの像と共に概略的に示す平面図である。図６Ａはビア孔を有する半導体ＬＥＤの構成を概略的に示す断面図、図６Ｂは図５Ｂの構成がビア孔を有する場合ビア孔の像がどのようにシフトされるかを示す概略的平面図である。図７は、変形例によるＬＥＤアレイＡＲの像をシフト像と共に概略的に示す平面図である。図８Ａ，８Ｂ、８Ｃは、変形例によるＬＥＤアレイの配列を含む光源の概略平面図、その発光面のみを取り出した概略平面図、その像をシフト像と共に示す概略平面図である。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。図１１は、前照灯システムの概略構成を示すブロック図である。図１２Ａ，１２Ｂ、１２Ｃは、変形例によるＬＥＤアレイの配列を含む光源の概略平面図、その発光面のみを取り出した概略平面図、その像をシフト像と共に示す概略平面図である。

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、
ＩＳイメージシフター、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チップ、ＶＨビア孔、
ＶＥビア電極、２１半導体積層、２２ｎ型層、
２３活性層、２４ｐ型層、２５ｐ側電極、
２８絶縁層、２９ｎ側電極、１００車両用前照灯、
１０２配光制御ユニット、１０４前方監視ユニット、
１０８車載カメラ、１１０レーダ、１１２車速センサ、
１２０ドライバ（駆動回路）。

本発明の実施例として、車載用灯具の前照灯システムを考える。夜間の走行において、運転者に十分な視認感度を提供するため、前方の道路面及びその上方を照明する必要がある。但し対向車がある場合対向車の運転者に眩惑光（グレア）を与えることは好ましくない。

図１１は、前照灯システムの概略構成を示すブロック図である。前照灯システム２００は、左右それぞれの車両用前照灯１００、配光制御ユニット１０２、前方監視ユニット１０４等を備えている。車両用前照灯１００は、マトリクスＬＥＤを含む光源と、投影レンズと、それらを収容する灯体とを有する。

車載カメラ１０８、レーダ１１０、車速センサ１１２等の各種センサが接続されている前方監視ユニット１０４は、センサから取得した撮像データを画像処理し、前方車両（対向車や先行車）やその他の路上光輝物体、区画線（レーンマーク）を検出し、それらの属性や位置等、配光制御に必要なデータを算出する。算出されたデータは車内ＬＡＮ等を介して配光制御ユニット１０２や各種車載機器に発信される。

車速センサ１１２、舵角センサ１１４、ＧＰＳナビゲーション１１６、前照灯スイッチ１１８等が接続されている配光制御ユニット１０２は、前方監視ユニット１０４から送出されてくる路上光輝物体の属性（対向車、先行車、反射器、道路照明）、その位置（前方、側方）と車速に基づいて、その走行場面に対応した配光パターン（輝度分布）を決定する。配光制御ユニット１０２は、その配光パターンを実現するために必要な、マトリクスＬＥＤの各ＬＥＤの制御内容（点消灯、投入電力等）を決定する。ドライバ（駆動回路）１２０は、配光制御ユニット１０２からの制御量の情報を、駆動装置や配光制御素子の動作に対応した命令に変換すると共にそれらを制御する。

車両用ヘッドランプは、中心部（配光中心）で輝度が高く、周辺に向って輝度が低下していく輝度分布を形成する必要がある。半導体発光素子アレイを用いた車両用ヘッドランプの場合は、各半導体発光素子の駆動電力を制御することによって輝度を調整し、所望の輝度分布を形成することが可能である。

矩形発光体が行列状に配置された光源の投影像において、行方向と列方向のダークグリッドを同時に消滅させる方法として、斜め方向に像をシフトさせるイメージシフターを用いることを検討する。矩形発光体の行列を行方向（または列方向）に移動させると、列方向のダークグリッドは抑制できるが、行方向（列方向）のダークグリッドは抑制できない。移動方向を行方向、列方向に対して斜め方向にすると、ダークグリッドを抑制することが可能となろう。

イメージシフターを用いて矩形発光体の像を斜め方向に移動させる。矩形発光体の角部を斜めに移動させて重ねると、三角形状の凹凸が生じることになる。凹凸を小さくするためには、移動方向にシフトさせた像のみでなく、直進させたオリジナル像も重ねることが望ましいであろう。

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と、両方向にシフトされた像と、オリジナルの像とを重ねることができる。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。

レンズ面を分割して別個に回転させたイメージシフターにおいても、レンズ面を３分割し、両側のレンズ面のみを回転させれば、中央部はオリジナルの像を形成するので、移動されたシフト像とオリジナル像とを重ねることが可能となる。

図１Ａは、逆台形のイメージシフターＩＳ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は順台形のイメージシフターＩＳ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(ダークグリッド)が形成される。そこで、イメージシフターを用いてチップ１０１の像を対角線方向に移動させることを検討する。

図１Ｄは、図１ＣのＬＥＤアレイＡＲの出射光をイメージシフターで対角線に沿う両方向に移動して重ねた状態を示す概略平面図である。イメージシフターを介さずに形成した光源のオリジナル像を破線で示し、イメージシフターで両方向に移動させた像を実線で示す。イメージシフターで移動させた像のみを重ねると、△で示した領域は照明されないことになる。視野内に暗部が発生し、暗部内に認識すべき対象が存在すると、運転者は認識できない可能性がある。１方向のイメージシフターのみを用いてダークグリッドを消滅しようとする場合は、直進する像と両側に移動する像を形成する台形プリズムないしレンズ面を３分割し、直進する像と両側に移動する像を形成する分割レンズ面イメージシフターを用いることが好ましい。

図２Ａ，２Ｂは、実施例による複数のＬＥＤチップ１０１を含むＬＥＤアレイＡＲを概略的に示す平面図、および直進するＬＥＤアレイの像と共に、ＬＥＤアレイ内の斜め方向に沿う両方向に移動した像を形成するイメージシフターＩＳを概略的に示す平面図である。

図２Ａに示すように、ＬＥＤアレイＡＲはギャップＧを介して行方向、列方向に配列された複数のチップ１０１を含む。実施例においては、アレイの行方向、列方向に対して斜めの方向に、直進する像を挟んで斜め方向の両向きに移動させた２つの像を形成する、１つのイメージシフターを用いる。図２Ｂは、直進方向に像を形成すると共に、斜め方向の両向きに像を移動させるイメージシフターＩＳを概略的に示す平面図である。

イメージシフターはアレイの配列方向である行方向及び列方向に対し、交差する方向に延伸する傾斜面を有する構造とした。行方向及び列方向に45度で交差し、台形プリズム面となっている。イメージシフターにより移動させる像は傾斜面の直交方向である。尚、アレイとイメージシフターの位置関係はLEDアレイからの照射がイメージシフターに当たる状態での位置関係であり、実際の灯具での位置関係を必ずしも限定しない。イメージシフターに照射されるアレイ像の配列方向が上記のごとくイメージシフターの傾斜面延伸方向と交差していればよい。例えば図４Ａであれば投影光学系の入射面に対向する位置にLED照射面があるため、アレイ配列方向とイメージシフターの傾斜面延伸方向とは実際に交差している。図４Ｂのようにアレイの照射像が鏡面で反射されイメージシフターを通過するならば、反射光によるアレイ像の配列方向が上記のごとくイメージシフターの傾斜面延伸方向と交差していればよい。

図２Ｃは、イメージシフターを通して光源から発した光ビームを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。直進する光ビームによるオリジナル像と、オリジナル像の右上方と左下方にシフトした像が形成される。右上がり(左下がり)に移動した像が重ねて形成されることにより、オリジナル像に隣接して、上下行方向、左右列方向に存在したダークグリッドは消滅している。オリジナル像の左右にギャップＧ分、上下にギャップＧ分移動させた像を例示したが、シフトさせる像はギャップＧ分以上、像が行き過ぎない距離であれば良い。

図３Ａ，３Ｂ、３Ｃは、ＬＥＤアレイの行方向、列方向を斜めとし、イメージシフターによる像の移動方向を水平方向とした図である。光源を４５度回転させたことにより仮想像面上に投影される照明領域の形状が菱形的形状となる。

アレイの配列方向は矩形アレイの辺同士が対向する方向である。すなわち±45度方向がアレイの配列方向となる。イメージシフターに照射されるアレイ像の配列方向が上記のごとくイメージシフターの傾斜面延伸方向と交差していればよい点はこのようなアレイ配置でも同様である。図３Ｂはイメージシフターの傾斜面延伸方向と像をシフトさせる方向を示すものである。傾斜面が列方向に平行に伸びているため、行方向に平行に像はシフトされる。尚、傾斜面が行方向に平行で、列方向に平行に像をシフトさせても同様に暗部を消すことができるであろう。

ＬＥＤアレイを車載照明装置、特にヘッドライトの光源に用いる場合、車幅方向に高輝度領域を形成し、高さ方向の変化に伴って輝度を減少させる。

図５Ａ、５Ｂは、変形例によるＬＥＤアレイＡＲの２例を概略的に示す平面図である。光源面を基準として説明する。ＬＥＤチップ１０１Ａが高さ方向に長い長方形の形状を持ち、水平方向の行、垂直方向の列に沿って配列されている。水平方向と垂直方向のダークグリッドの交差領域の形状が、水平（行）方向、垂直(列)方向の対向辺を有し、正方形(図５Ａ)あるいは横長の長方形(図５Ｂ)である場合を示す。

図５Ａの場合、ＬＥＤチップ１０１Ａに隣接する水平ダークグリッド、垂直ダークグリッドの幅は共にＧと一定であり、ダークグリッドの交差領域は１辺Ｇの正方形である。このダークグリッドを消滅させるには、水平(行)方向、垂直(列)方向に距離Ｇ以上の移動(シフト)を行えばよい。例えば、図に示すように、右上方４５度の角度、左下方４５度の角度にシフトを生じさせ、オリジナル像と重ねる。

図５Ｂの場合、水平方向のダークグリッドの幅(高さ)はＧ１であり、垂直方向のダークグリッドの幅はＧ２（＝Ｇ１＊２）であり、ダークグリッドの交差領域は横長の長方形である。オリジナル像に２つのシフト像を重ねてダークグリッドを消滅させるには、水平方向にＧ２以上、垂直方向にＧ１以上の移動(シフト)を行えばよい。いずれの場合も、ダークグリッドの交差領域の対角線をシフトの基準とすることができる。

図６Ａ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。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。ビア孔ＶＨは行方向及び列方向に並んで配置されている。

図６Ｂは、長方形のチップ１０１の上下が幅の狭いダークグリッドで挟まれ、左右が幅の広いダークグリッドで挟まれており、各チップ１０１がビア孔ＶＨを有し、イメージシフターがダークグリッド交差領域の対角線方向に移動を行う場合を示す。列方向に並んだ複数のＬＥＤチップがモノリシックに形成され、水平方向に並んだＬＥＤチップは個別に形成される場合等に該当する。ビア孔ＶＨは３行、２列の６か所に配置されている。

イメージシフターが水平方向、垂直方向のシフトを行う場合、ビア孔像が水平方向、垂直方向に並び、ビア孔の集中が目立つようになってしまうが、ダークグリッド交差領域の対角線方向にイメージシフターのシフトを行うと、オリジナルのビア孔配置とシフトしたビア孔配置を全く異なる基準とすることが可能となり、シフタしたビア孔ＳＶＨを追加してもビア孔の集中を防止することができる。

図７は、ＬＥＤアレイの配列が水平(行)方向、垂直(列)方向に沿うものであるが、各ＬＥＤチップの辺が水平方向、垂直方向からある角度回転されたものである場合を示す。ダークグリッドの形状はジグザグ状となる。隣接するＬＥＤチップ間のダークグリッドの幅はＧであるが、ダークグリッドの交差領域は、２Ｇ＊２Ｇの面積となっている。ダークグリッドの交差領域を上下２領域に分割し、右上方チップの左下方向きシフトで上側交差領域を占有し、左下方領域の右上方向きシフトで下側交差領域を占有するようにすれば、ダークグリッドを消滅できる。

図１２Ａは、連弾素子がモノリシックに形成され、支持基板上に配置される中間素子群を形成し、車幅方向である水平方向に対して平行に、中間素子群が複数個水平方向に並んで支持基板上に配置された構成を示す。図においては、ＬＥＤチップ１０１が２列６行配列された連弾素子が中間素子１５０を形成しているが、複数行、複数列である必要はなく、中間素子は少なくとも複数行の発光素子を含む。中間素子１５０は、水平(行)方向に並んでいる。中間素子１５０内での隣接チップ間間隔はかなり狭い。連弾素子の周囲には非発光領域が形成されている。中間素子を密着に近い状態で並べても中間素子間の間隙は、連弾素子間の間隙より大きい。

図１２Ｂは、図１２Ａから発光面積のみを取り出した図である。連弾素子間の幅広ダークグリッドは消滅せねばならない。連弾素子間の狭い非発光領域も幅は狭くてもダークグリッドとなる。

図１２Ｃは、図１２Ｂに示す連弾素子の発光領域を水平方向に対し斜め両向きにシフトさせ、オリジナル像に重ねる。右上にシフトした像を重ねると幅広ダークグリッドがほぼ消滅するが、シフトした像内には幅の狭いダークグリッドも存在する。左下にシフトした像も重ねると連弾素子内での幅方向、高さ方向の異なる像が重ねられるので、中間素子間のダークグリッドを消滅させることが可能となる。

図８Ａは、連弾素子がモノリシックに形成され、支持基板上に配置される中間素子群を形成し、車幅方向である水平方向に対して斜めに傾けられた中間素子群が複数個水平方向に並んで支持基板上に配置された構成を示す。図においては、ＬＥＤチップ１０１が２列６行配列された連弾素子が中間素子１５０を形成しているが、複数行、複数列である必要はなく、中間素子は少なくとも複数行の発光素子を含む。中間素子１５０は、斜めに傾いた状態で水平(行)方向に並んでいる。中間素子１５０内での隣接チップ間間隔はかなり狭い。連弾素子の周囲には非発光領域が形成されている。中間素子を密着に近い状態で並べても中間素子間の間隙は、連弾素子間の間隙より大きい。

図８Ｂは、図８Ａから発光面積のみを取り出した図である。連弾素子間の幅広ダークグリッドは消滅せねばならない。連弾素子間の狭い非発光領域も幅は狭くてもダークグリッドとなる。

図８Ｃは、図８Ｂに示す連弾素子の発光領域を水平方向かつ両向きにシフトさせ、オリジナル像に重ねる。右にシフトした像を重ねると幅広ダークグリッドがほぼ消滅するが、シフトした像内には幅の狭いダークグリッドも存在する。左にシフトした像も重ねると連弾素子内での幅方向、高さ方向の異なる像が重ねられるので、中間素子間のダークグリッドを消滅させることが可能となる。

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

複数の発光素子が平面内で規則的に配列され、前記発光素子は前記平面内で第1の方向及び前記第1の方向と交差する第2の方向に沿って配置されている光源と、
前記光源から発する光ビームの光軸上に位置する像面上に前記光源の各発光素子の像を形成できる投影光学系と、
前記複数の発光素子の基本像を像面上に形成すると共に、前記基本像を前記第１の方向および前記第２の方向に移動させた第１移動像を像面上に形成できるイメージシフターと、
を含む灯具。
前記第1の方向は発光素子間の間隔がG1であり、前記第2の方向は発光素子間の間隔はG2であり、前記第1移動像は前記基本像を第1の方向に＋G1以上、前記第2の方向に+G2以上移動させた像であることを特徴とする請求項1に記載の灯具。
前記イメージシフターは前記基本像を前記第1の方向及び前記第2の方向に沿ってかつ前記第1移動像とは反対方向に移動させた第2移動像をさらに像面上に形成できることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の灯具。
前記イメージシフターは前記第1の方向及び前記第2の方向に対し交差する方向に延伸する傾斜面を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の灯具。
前記複数の発光素子各々の２次元形状が、第１の対向辺と、第２の対向辺とを有する矩形である請求項１〜４のいずれか１項に記載の灯具。
前記複数の発光素子が行列状に配置され、隣接する発光素子間の行方向の間隙と隣接する発光素子間の列方向の間隙が交差する交差部を形成する請求項５に記載の灯具。
前記イメージシフターが像をシフトする方向は、ほぼ前記交差部の対角線方向に沿う請求項６に記載の灯具。
前記灯具が車幅方向に長く、垂直方向に短い領域を照明する車両用前照灯である請求項５〜７のいずれか１項に記載の灯具。
前記発光素子の２次元形状が前記第１の方向に沿う対向辺と前記第２の方向に沿う対向辺とを有するほぼ正方形である請求項８に記載の灯具。
前記車幅方向が前記第１方向、第２方向と約４５度の角度をなし、前記イメージシフターの像移動方向が車幅方向である請求項９記載の灯具。
前記第１方向が車幅方向であり。前記イメージシフターの像移動方向が車幅方向と約４５度の角度をなす請求項９記載の灯具。
車幅方向に長い支持基板と、
前記支持基板上に複数個配置された中間素子であって、各中間素子が複数行に配置された連弾発光素子を含み、前記車幅方向に対して平行に配置され、複数個の中間素子間に間隙を形成する光源と、
前記光源から発する光ビームの光軸上に位置する像面上に前記光源の各発光素子の像を形成できる投影光学系と、
前記光源の基本像を像面上に形成すると共に、前記基本像を前記車幅方向に対して斜め両向きに移動させるイメージシフターであって、像のシフト量は前記間隙の幅を越える量であり、間隙の両側からシフトされた像の連弾素子間の境界は異なる位置を有するイメージシフターと、
を含む灯具。
前記各中間素子の連弾素子が複数列に配置された発光素子を含み、前記中間素子間の間隙は前記連弾素子間の間隙より大きい請求項１２に記載の灯具。