JP2019061752A - 発光モジュール及び車載用灯具 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子の発光領域を小さくすると共に簡易な光学系により構成することができる発光モジュール及び車載用灯具を提供すること。【解決手段】発光モジュール１は、水平方向に複数の発光素子を配列した光源部３と、光源部３からの光を入射面６ａから入射して出射面６ｂから照射方向に投影する投影レンズ６と、光源部３と投影レンズ６とを予め設定した位置に保持するフレーム体７とを備え、投影レンズ６は、焦点距離が同等で曲率が同じである第１レンズ４及び第２レンズ５を、鉛直方向に隣接又は一体として有し、第１レンズ４及び第２レンズ５の鉛直方向の分割比率を下方に配置される一方が他方より大きくなるように形成し、第１レンズ４の光軸と第２レンズ５の光軸が投影する鉛直方向において異なるように形成し、発光装置３ａの発光領域は、投影レンズ６から投影される投影領域の水平鉛直比に対して、水平鉛直比の鉛直方向の値を小さくした。【選択図】図５

Description

本開示は、発光モジュール及び車載用灯具に関する。
近年、ＡＤＢ（Adaptive Driving Beam:配光可変型ヘッドランプ）用の光源としてＬＥＤを基板上に複数実装したものが市場においてすでに製品化されている。このタイプのヘッドランプでは、光源からの光を投影面に投影して予め設定された所望の配光パターンを形成している。このヘッドライトは、例えば、投影する位置の投影領域において水平方向の長さ（又は光軸からの角度範囲）と鉛直方向の長さ（又は光軸からの角度範囲）の比である水平鉛直比（＝アスペクト比）に対応して発光素子を整列して光源が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
また、レンズの形状を調整することで、車載用灯具のロービーム用のモジュールとして用いられるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。このモジュールは、レンズの出射面を、垂直分割段差面及び水平分割段差面により上下左右に分割して構成されている。
さらに、同心円上に配置された異なるレンズの構成と併せて光源部にリフレクタを設けた車両用灯具が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平０９−２２２５８１号公報 特開２０１４−９９２８０号公報 特開２０１６−８１８７４号公報
しかし、従来の発光モジュールあるいは車両用灯具では、以下のような懸念が考えられる。すなわち、従来の発光モジュール等では、発光素子からなる光源の構成を投影面において投影領域と同じアスペクト比となるように形成するので、発光素子の数あるいは発光領域が増え、かつ、配光分布の関係から全ての発光素子を効率的に点灯することが困難である。また、レンズの形状を調整する場合、構造が複雑になるとモジュールとして設置するときにも精度が要求され、さらに、製造が困難となる。また、光源部にリフレクタを設けた構成では、光学部品点数が増えることで、多数の光学部品間での調整が必要となる。
そこで、本開示に係る実施形態は、発光素子の数や発光領域を小さくすることができると共に、簡易な光学系により構成することができる発光モジュール及び車載用灯具を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本開示の実施形態に係る発光モジュールは、水平方向に複数の発光素子を配列した光源部と、この光源部からの光を入射面から入射して出射面から照射方向に投影する投影レンズと、前記光源部と前記投影レンズとを予め設定した位置に保持するフレーム体とを備え、前記投影レンズは、焦点距離が同等で曲率が同じである第１レンズ及び第２レンズを、鉛直方向に隣接又は一体として有し、前記第１レンズと前記第２レンズとの鉛直方向の分割比率を下方に配置される一方が他方より大きくなるように形成すると共に、前記第１レンズの光軸と前記第２レンズの光軸が投影する鉛直方向において異なるように形成し、前記発光素子の発光領域は、前記投影レンズから投影される投影領域の水平鉛直比に対して、水平鉛直比の鉛直方向の値が小さくなるように形成された構成とした。
また、上記課題を解決するために、本開示の実施形態に係る車載用灯具は、前記発光モジュールを備え、前記発光モジュールは、ハイビーム用の光を照射する構成として、ロービーム用の光を照射するモジュールとは別体として設けた構成とする。
本開示の実施形態に係る発光モジュールでは、投影面において点灯消灯のコントラスト性を維持して、投影領域のアスペクト比に対応した発光領域を小さな光源とすることができる。また、本開示の実施形態に係る発光モジュールでは、光学系を簡易な構成にすることができるので、製造し易く設置しやすい。
さらに、本開示の実施形態に係る車載用灯具では、発光領域を小さな光源にできると共に、光学系を簡易な構成にすることで、規定の条件に調整し易く設置し易い。
本実施形態に係る発光モジュールを模式的に示す斜視図である。 本実施形態に係る発光モジュールを模式的に示す正面図である。 本実施形態に係る発光モジュールの図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 本実施形態に係る発光モジュールの投影レンズを模式的に示す側面図である。 図２のＶ―Ｖ線における断面を一部を省略して示すと共に、発光素子からの光の方向を模式的に示す模式図である。 本実施形態に係る発光モジュールにおける発光素子の発光領域と投影面での投影領域とのそれぞれのアスペクト比の関係を模式的に示す模式図である。 本実施形態に係る発光モジュールにおける発光素子の発光領域と投影面での投影領域とのそれぞれのアスペクト比の関係を模式的に示すと共に発光素子の点灯消灯状態を模式的に示す模式図である。 本実施形態に係る発光モジュールを車両に搭載した車載用灯具とした状態を模式的に示すと共に、車載用灯具からの光の照射状態を模式的に示す模式図である。 本実施形態に係る発光モジュールの投影レンズの変形例を模式的に示す側面図である。 本実施形態に係る発光モジュールの投影レンズの他の変形例を模式的に示す側面図である。 本実施形態に係る発光モジュールの投影レンズのさらに他の変形例を模式的に示す側面図である。 本実施形態に係る発光モジュールの発光部における発光素子の変形例を示すと共に、発光素子の発光領域と投影面の投影領域との関係を支持基板を省略して模式的に示す模式図である。
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。但し、以下に説明する形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。さらに、図面で記載される光を示す矢印は代表的な一部のみを例示している。
図１及び図３に示すように、発光モジュール１は、光照射方向に光源部３からの光を、投影レンズ６を介して照射するものである。この発光モジュール１は、水平方向（Ｙ方向）に発光装置３ａを配列した光源部３と、光源部３からの光を入射面６ａから入射して出射面６ｂから照射方向に投影する投影レンズ６と、光源部３と投影レンズ６とを予め設定した位置に保持するフレーム体７とを備えている。さらに、投影レンズ６は、第１レンズ４及び第２レンズ５を有している。なお、発光モジュール１は、ヒートシンク８を設けた構成として図示している。
以下、各構成について順次説明する。
（光源部）
図１及び図４に示すように、光源部３は、支持基板２に載置される実装基板３ｂと、実装基板３ｂに実装される発光装置３ａと、を主に備えている。なお、光源部３において、支持基板２と実装基板３ｂとが一体として形成されることや、別体に形成されて実装されるように形成されても構わない。
（発光装置）
図１及び図２に示すように、発光装置３ａは、複数個が水平方向及び鉛直方向に等間隔で配列して実装基板３ｂに実装されている。発光装置３ａは、例えば、１列に３個〜１５個（図１，２では１１個）を水平方向に等間隔で配列している。この発光装置３ａの列は、ここでは、投影レンズ６における第２レンズ５のレンズ中心となるレンズ凸頂点ＣＬよりも鉛直方向において下側に下がった位置に発光面の中心ＤＣが設置されている。発光装置３ａが投影レンズのレンズ凸頂点ＣＬよりも下側に位置することで、発光装置３ａからの光を照射方向において上方に向くようにすることができる。発光装置３ａは、投影レンズ６の入射面６ａと所定距離を隔てるように配置され、配列する全ての発光装置３ａに対向し発光装置３ａから照射される光を投影レンズ６の入射面６ａに入射できるように配置されている。発光装置３ａは、１つ１つが独立した発光装置３ａを配列して使用することや、複数の発光面を１列に並べて１つの発光装置としたものを使用することとしてもよい。なお、レンズ凸頂点とは、ここでは、後記する第２レンズ５を略半球状に形成した場合、その最大凸部の位置を示している。そして、第１レンズ４を略半球状に形成した場合の中心軸をレンズ凸部頂点ＳＬとして示している（図４参照）。また、発光装置３ａの構成を説明する場合には、発光する面の大きさである発光領域として示す場合と、光を照射する場合の点光源として扱う場合がある。
発光装置３ａの列は、図６に示すように、後記する投影レンズ６による投影面ＰＳでの投影領域の水平鉛直比（アスペクト比）に対して、水平鉛直比の鉛直方向が小さい値となる発光領域に形成されている。なお、水平鉛直比とは、水平方向の長さ（距離又はレンズの中心軸からの角度範囲）と鉛直方向の長さ（距離又はレンズの中心軸からの角度範囲）の比である。発光装置３ａの発光領域範囲は、例えば、投影面ＰＳにおける投影領域の水平鉛直比が７対１から１６対１の投影領域範囲であった場合について次のように設定される。発光領域範囲は、投影領域範囲において水平鉛直比が、前記した例えば７〜１６対１であったときに、鉛直方向の値の１よりも小さな値になるように形成されている。発光装置３ａの列の発光領域範囲は、７対０．４から７対０．７の領域となる範囲から、１６対０．４から１６対０．７の領域となる範囲までにおいて設定されている。つまり、投影領域範囲の水平鉛直比における水平の値を同等として、垂直の値の１に対して０．４〜０．７の範囲となることが好ましい（図６では水平鉛直比の鉛直方向の値を０．５として例示）。
なお、発光装置３ａの列は、投影領域範囲の水平鉛直比における鉛直方向の値が１のときに、発光領域の水平鉛直比における鉛直の値を０．７以下にすることで、効率良く使用できない発光領域を削減できる。また、発光装置３ａの列は、投影領域範囲の水平鉛直比の鉛直の値が１の場合、単位面積当たり同じ強さの光を照射するとしたときに、水平鉛直比の鉛直の値が０．４を下回ると必要な光の強度が不足する。したがって、発光装置３ａの発光領域範囲の鉛直方向の値は、投影領域範囲において鉛直方向の値が１の場合に、好ましい値の範囲は０.４３〜０．６、さらに好ましい値の範囲は０．４５〜０．５５、より好ましい値の範囲は０．４７〜０．５３、最も好ましい値は０．４８〜０．５である。ここで、発光装置３ａの発光領域とは、発光装置３ａの光取り出し面の面積の領域をいう。発光モジュール１では、発光装置３ａの発光素子の数あるいは発光領域を減らすことで、規格の配光分布において効率良く発光装置３ａを動作させている。
発光装置３ａは、発光素子をパッケージ等に設けた公知のものを利用でき、例えば、発光素子として発光ダイオードやレーザダイオードを用いるのが好ましい。
また、発光装置３ａで使用される発光素子は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いたものを用いることができる。さらに、赤色の発光素子としては、窒化物系半導体素子の他にもＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどを用いることができる。なお、発光装置３ａは、前記した以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。また、発光装置３ａは、光源部３から投影レンズ６に向かって出射ときに白色光となっていればよく、光路上に設けられる封止部材等の透光性樹脂に蛍光体を設けることで白色光を照射できるように形成されている。
発光装置３ａの発光素子は、組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。発光素子は、同一面側に正負一対の電極を有するものが好ましい。これにより、発光素子をフリップチップ実装することができる。この場合、一対の電極が形成された面と対向する面が、発光素子の主な光取り出し面となる。また、発光素子をフェイスアップ実装する場合は、一対の電極が形成された面が発光装置３ａの主な光取り出し面となる。発光装置３ａは、例えば、バンプ等の接合部材を介して実装基板３ｂに電気的に接続される。なお、発光装置３ａは、実装基板３ｂの配線部分に端子を介して電気的に接続され実装する等、実装方法は限定されるものではない。
実装基板３ｂは、発光装置３ａを実装した状態で、支持基板２に実装される。この実装基板３ｂは、絶縁性を有する基材とその基材に設けた配線とを備えている。また、実装基板３ｂは、発光装置３ａの１つ１つをそれぞれ個々に実装して配列するように、支持基板２に設けられることや、１つの実装基板３ｂに複数の発光装置３ａを実装して、支持基板２に設けるようにしてもよい。なお、実装基板３ｂの基材は、板状であること等、発光装置３ａを実装することができるものであれば、特に限定されることはない。
（支持基板）
支持基板２は、発光装置３ａを設けた実装基板３ｂを配置すると共に、フレーム体７を支持するものである。支持基板２は、投影レンズ６及びフレーム体７よりも大きな面積となるように形成され、その略中央に光源部３を設けるように形成されている。支持基板２は、ここでは一例として平面視の形状が矩形に形成されている。支持基板２は、基材及び基材に設けた配線を有しており、配線部分に実装基板３ｂ及び制御用のＩＣチップｃ１あるいは外部接続端子等の電気的な接続を行う部品が設けられている。支持基板２が投影レンズ６及びフレーム体７よりも大きく形成されることで光源部３の点灯により生じる発熱を放熱し易くなる。なお、支持基板２の大きさは、投影レンズの入射面６ａの面積の１．５倍以上であることが好ましい。また、支持基板２の大きさの上限は、取付けられる設置空間との関係から制限され、例えば、後記する車載用灯具１００として用いられる場合には、４倍以内であることが好ましい。
また、支持基板２の基材は、絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、発光装置３ａから出射される光や外光などを透過しにくい材料を用いることが好ましい。基材は、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどのセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン（bismaleimide triazine resin）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）などの樹脂が挙げられる。
さらに、支持基板２の配線は、例えば、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｐｄ，Ｆｅ，Ｎｉなどの金属又はこれらを含む合金などを用いて形成することができる。このような配線は、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成することができる。
なお、支持基板２は、外部との電気的な接続を行う端子が形成され、使用される場所によって支持脚等の取付部材が設置される。また、支持基板２は、光源部３を設けた反対側となる裏面側に、放熱用のヒートシンク８を設けることができるように、四隅に取付穴が形成されている。
（投影レンズ）
図３乃至図４に示すように、投影レンズ６は、光源部３からの光を照射方向に投影するものである。投影レンズ６は、照射方向前方の仮想鉛直スクリーン（投影面ＰＳ）上に所定の配光分布となるように光源部３からの光を投影する。この投影レンズ６は、曲率が同じで焦点距離が同等な平凸レンズである第１レンズ４及び第２レンズ５を、鉛直方向（Ｚ方向）に隣接又は一体（図面では一体型の例として図示）として備えている。そして、投影レンズ６は、第１レンズ４の入射面４ａと第２レンズ５の入射面５ａとを区切りがない同一平面とし、第１レンズ４の出射面４ｂを第２レンズ５の出射面５ｂよりも鉛直方向において上方向（Ｚ方向）に平行にシフトして段差６ｃを介して区切りを設けることで光軸の鉛直方向の角度を異ならせている。
つまり、第１レンズ４の出射面４ｂを第２レンズ５の出射面５ｂから鉛直方向にシフトすることで、第２レンズ５の光軸は、第１レンズ４の光軸よりも鉛直方向において角度が小さくなる。例えば、投影レンズ６では、第１レンズ４の鉛直方向における光軸の角度は、３．５〜４度とし、第２レンズ５の鉛直方向における光軸の角度を、０．５〜１度としている。このように投影レンズ６では、第１レンズ４と第２レンズ５とのそれぞれの光軸の角度を鉛直方向に異ならせることで、規格に対応させて所定の配光パターンを形成することが可能となる。投影レンズ６は、曲率が同じで焦点距離が同等の第１レンズ４及び第２レンズ５を用いて、第１レンズ４の出射面４ｂと第２レンズ５の出射面５ｂとを鉛直方向にシフトして異ならせることで、第１レンズ４及び第２レンズ５のそれぞれの光軸の角度を調整し、所望の配光分布あるいは配光パターンになるように調整している。なお、第１レンズ４及び第２レンズ５を区切る段差６ｃは、鋭角な状態で形成されているが、第１レンズ４の出射面４ｂ及び第２レンズ５の出射面５ｂが滑らかに接続される形状としてよい。
また、投影レンズ６は、鉛直方向の上方に配置される第１レンズ４と、鉛直方向の下方に配置される第２レンズ５とで、鉛直方向の分割比率を、第２レンズ５が大きくなるように形成している。第１レンズ４及び第２レンズ５の鉛直方向の分割比率は、例えば、１対５から３対５（図面上は１対３）の範囲となるように形成されている。なお、分割比率が１対５よりも大きくなる、つまり、一方のレンズの割合が他方のレンズに比べて小さくなりすぎると、規格に沿った配光パターンを得ることができない。さらに、第１レンズ４及び第２レンズ５の鉛直方向の分割比率は、３対５よりも小さくなる、つまり、両方のレンズの比率が同等に近づきすぎることにより、規格に沿った配光パターンを得ることができなくなる。なお、第１レンズ４及び第２レンズ５と、発光装置３ａの位置関係は、第１レンズ４及び第２レンズ５を、略半球状に形成したときの中心軸となるＣＬ、ＳＬの中心軸上に発光装置３ａの発光面が位置するように形成され、発光装置３ａの発光中心ＤＣと各レンズの中心軸ＣＬ、ＳＬがずれるように設定されている。なお、第１レンズ４及び第２レンズ５の分割比率は、言い換えると全体を１００％としたときに、第１レンズ４の割合を約１７％〜４０％の範囲で形成することとなる。つまり、第１レンズ４の出射面４ｂの表面積の割合として、投影レンズ６の出射面６ｂを１００％としたときに、第１レンズ４の出射面４ｂの割合が約１７％〜４０％である。
投影レンズ６は、焦点距離が同等で曲率が同じである第１レンズ４及び第２レンズ５を隣接又は一体として形成することで、構造が簡易となり製造を容易とし、例えば、車載用灯具１００として使用されるときに、光学部品の数を最小限としてかつ設置するときにも調整が簡単に行えるようになる。また、投影レンズ６の入射面６ａから入射した光は、出射面６ｂから異なる２つの光軸方向に出射して、投影面ＰＳに所望の配光パターン及び配光分布の状態で照射される。
（フレーム体）
図１及び図３に示すように、フレーム体７は、投影レンズ６と、光源部３の発光装置３ａとの位置を予め設定した状態に保持するものである。フレーム体７は、投影レンズ６を支持するレンズ支持部７ａと、レンズ支持部７ａの周縁で支持基板２に接続する接続部７ｂとをここでは一体として備えている。
レンズ支持部７ａは、円環状に形成され、投影レンズ６の入射面６ａの周縁及び入射面６ａに連続するレンズ周面側に当接して、投影レンズ６を保持する本体支持部７ａ１と、この本体支持部７ａ１に対面して設置され、前記投影レンズ６の周面側に当接して投影レンズ６を本体支持部７ａ１に支持させる支持環体７ａ２とを有している。レンズ支持部７ａは、支持基板２の表面から予め設定された位置に投影レンズ６の入射面６ａを設置する高さになるように形成されている。支持環体７ａ２は、投影レンズ６の最大外形寸法よりも小さな環内径となるように形成され、支持環体７ａ２を取り付けることで投影レンズ６を支持している。
したがって、レンズ支持部７ａは、投影レンズ６を、本体支持部７ａ１に載置した状態で、支持環体７ａ２をレンズ支持部７ａに対面するように設置し、後記する取付ネジ７ｃにより固定されることで、投影レンズ６を所定位置に支持することができる。なお、レンズ支持部７ａは、この種の構成で使用されるものであれば、特にその構成を限定されるものではない。
接続部７ｂは、レンズ支持部７ａに一体に形成され、ここでは、取付ネジ７ｃにより螺合されるためのネジ穴が形成されている。この接続部７ｂは、レンズ支持部７ａの周縁で直径方向に出っ張るように３カ所形成されている。
以上の構成を備える発光モジュール１は、図６及び図７に示すように、投影面ＰＳに所望の配光分布あるいは配光パターンの光を照射することができると共に、投影面ＰＳに照射している光を部分的に消灯して明暗のはっきりしたコントラストの高い状態を作り出すことができる。
発光モジュール１は、例えば、図６に示すように、１１個の発光装置３ａを有する場合、全ての発光装置３ａを点灯した状態では、各発光装置３ａからの照射された光の各領域Ｅ１〜Ｅ１１が連なった投影領域を投影面ＰＳに形成する。なお、投影面ＰＳでの各領域Ｅ１〜Ｅ１１では、鉛直方向における中心よりも下側の領域が上側の領域よりも明るくなる状態をハッチングの密度で示しており、ハッチングの密度が高いほうが明るいことを表すとして、図５及び図６では示している。
発光モジュール１から照射された光は、投影面ＰＳにおいて、投影領域が水平鉛直比で一例として、７対１であるときに、発光装置３ａの発光領域は、例えば、７対０．５としている。これは、投影レンズ６の第１レンズ４及び第２レンズ５の構成により、図５に示すように、光軸を異ならせて投影面ＰＳに光を照射しているので、投影面ＰＳにおいて配光分布を規格に沿った状態に維持することができる。ここでは、発光モジュール１は、第１レンズ４の光軸と、第２レンズ５の光軸との差を２．５〜３．５度の範囲で異ならせることで、投影面ＰＳにおいて、規格に沿った配光分布を得ることができるようにしている。
発光モジュール１では、合成されて投影レンズ６となる第１レンズ４と第２レンズ５は同じ投影倍率が必要なために、共に同じ焦点距離を持つように形成されている。そして、第１レンズ４及び第２レンズ５から出射された光が投影面ＰＳにおいて投影光源像として重なることがないように、それぞれ光軸の角度を変えている。つまり、第１レンズ４及び第２レンズ５から出射した光が投影面ＰＳで重なってしまうとその重なった部分が最も高い照度の領域を形成してしまい、例えば、車載用灯具１００として使用したときに規格に合わなくなる。そのために、第１レンズ４は、例えば、水平基準に対して＋２〜＋６度の範囲、好ましくは＋２〜＋５度の範囲で光軸の角度が設定される（図５のθ１）。また、第２レンズ５は、−２〜＋２度の範囲、好ましくは、−１〜＋２度の範囲で光軸の角度が設定されるように形成される（図５のθ２）。なお、第１レンズ４と第２レンズ５とは、光軸の角度が同じ角度に設定されることはない。
したがって、発光モジュール１では、投影面ＰＳにおいて、定められている配光規格に対応するように光の照射領域を形成することが可能となる。
また、発光モジュール１は、図７に示すように、各領域Ｅ１〜Ｅ１１のいずれかについて個々に点灯消灯を、光源部３を制御する制御手段を介してできるようになっている。ここでは、領域Ｅ３〜Ｅ５及び領域Ｅ８、Ｅ９を消灯させ、他の領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ１０，Ｅ１１を点灯するように光源部３の発光装置３ａを制御した例として示している。そして、発光モジュール１は、焦点距離が同等で曲率が同じ第１レンズ４及び第２レンズ５を使用しているので、例えば、領域Ｅ３〜Ｅ５及び領域Ｅ８〜Ｅ９を消灯した場合、点灯している領域Ｅ２、Ｅ６及び領域Ｅ７、Ｅ１０との明暗がはっきりしている明暗のコントラストが高い状態となる。
以上説明した発光モジュール１は、例えば、車載用灯具１００として使用することができる。発光モジュール１は、車載用灯具１００として使用される場合には、支持基板２の裏面側に金属からなるヒートシンク８が設けられる。
ヒートシンク８は、例えば、支持基板２の四隅に形成された取付穴を介してネジにより着脱自在に支持基板２に設けられる。ヒートシンク８は、アルミニウム合金等の熱伝導率が高い金属で形成され、表面積が大きくなるように小さな柱を複数備えるように形成されている。なお、発光モジュール１を車載用灯具１００として使用する場合には、取付部材や反射鏡等、車載用として必要となる部材と共に用いられる。
図８に示すように、一例として車両Ｖのヘッドライト等の車載用灯具１００として、発光モジュール１をハイビーム用モジュールとしたときに、別体として設けられるロービーム用モジュールＬＭと併せて使用される。車載用灯具１００では、模式的に投影面ＰＳにおいて、路面ＲＯの所定範囲となるロービーム領域ＬＢＥには、ロービーム用モジュールＬＭから照射された光により照らされ、路面上の所定空間範囲となるハイビーム領域ＨＢＥには、発光モジュール１から照射された光により照らされるように設定されている。
また、車載用灯具１００は、ヘッドライトとして車両Ｖのフロント部分において左右に配置され、その左右の車載用灯具１００のどちらからも同じ範囲の投影面ＰＳに重なるように光が照射されるように設定されている。この車載用灯具１００では、車両Ｖに搭載されているセンサからの信号により、発光モジュール１の光源部３が制御され、発光装置３ａの点灯及び消灯が行われることになる。図８で示すように、車道のセンターラインＲＣに複数の対向車両Ｖ２をセンサにより検知すると共に、同じ車線上の車両Ｖ１をセンサにより検知すると、センサから発光モジュール１に信号が送られて、対向車両Ｖ２に対応する投影面ＰＳにおける領域Ｅ３〜Ｅ５と、車両Ｖ１に対応する投影面ＰＳにおける領域Ｅ８，Ｅ９の光の照射を担う発光装置３ａを消灯させる。なお、発光モジュール１の消灯点灯が制御されているときにロービーム用モジュールＬＭは、常に光を照射して路面ＲＯ側を照らしている。
したがって、車載用灯具１００から照射されるハイビームの光は、対向車両Ｖ２及び車両Ｖ１のドライバーには眩しくするような光（グレア）による幻惑が発生し難い。
なお、図８では、ロービーム領域ＬＢＥとハイビーム領域ＨＢＥは、同一平面だけではなく異なる空間領域も含んでおり、光が照射される空間を模式的に示している。また、投影面ＰＳにおいて、光が照射されている領域は一例として領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ１０，Ｅ１１であり、ここでは斜線により照射されている状態を示している。また、図６、図７及び図１０では、光を照射している部分について輪郭線により示して囲っているが、実際は光の輪郭線は存在しない。また、投影面ＰＳは、仮想鉛直面であり実際に光が投影される面が具体的に存在するわけではない。
以上、説明したように、車載用灯具１００として発光モジュール１を使用すると、ドライバーが運転の際に必要となる領域を明るく照らし、対向車両Ｖ２及び車両Ｖ１等、光を照射することが弊害となるような領域についての照射を抑制することができる。
なお、発光モジュール１及び車載用灯具１００では、図４に示すように、投影レンズ６の第１レンズ４及び第２レンズ５の鉛直方向における分割比率を１対３の構成として説明したが、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、１対５から３対５の範囲であっても構わない。なお、図９Ａに示すように、投影レンズ１６は、鉛直方向における分割比率が１対５となる第１レンズ１４と第２レンズ１５とを備え、第１レンズ１４の入射面１４ａと第２レンズ１５の入射面１５ａとを同一平面上の投影レンズ１６の入射面１６ａとしている。そして、第１レンズ１４の出射面１４ｂを第２レンズ１５の出射面１５ｂに対して鉛直方向に平行移動して区切りの段差１６ｃを介して形成しており、投影レンズ１６の出射面１６ｂからの光が投影面において鉛直方向に光軸が異なる光として照射される。
また、図９Ｂに示すように、投影レンズ２６は、鉛直方向における分割比率が３対５となる第１レンズ２４と第２レンズ２５とを備え、第１レンズ２４の入射面２４ａと第２レンズ２５の入射面２５ａとを同一平面上の投影レンズ２６の入射面２６ａとしている。そして、第１レンズ２４の出射面２４ｂを第２レンズ２５の出射面２５ｂに対して鉛直方向に平行移動して区切りの段差２６ｃを介して形成しており、投影レンズ２６の出射面２６ｂからの光が投影面において鉛直方向に光軸が異なる光として照射される。
さらに、図９Ｃに示すように、投影レンズ３６は、第１レンズ３４及び第２レンズ３５が、それぞれのレンズの中心軸ＬＣ１、ＬＣ２上に光源部３の発光中心を合せて配置されている。そして、第１レンズ３４及び第２レンズ３５は、光源部３の発光中心の中心軸ＤＣに対して、異なる回転角度の範囲で形成されている。さらに、鉛直方向において下方に配置されている第２レンズ３５の出射面３５ｂが、第１レンズ３４の出射面３４ｂよりも大きな回転角度の範囲で形成されている。つまり、出射面全体の割合として、回転方向の角度範囲における分割比率が第１レンズ３４よりも第２レンズ３５を大きくした構成であってもよい。投影レンズ３６は、入射面３６ａを角度の異なる平面を連続させた連続面とし、出射面３６ｂを同一曲率で光軸が異なる曲面としている。つまり、投影レンズ３６は、第１レンズ３４及び第２レンズ３５との区切りを、段差３６ｃを介して設けて形成した一体型のレンズとして形成されている。投影レンズ３６は、第１レンズ３４の入射面３４ａ及び第２レンズ３５の入射面３５ａの角度が異なる平面を連続した連続面とする入射面３６ａとなるように形成されている。
また、投影レンズ３６は、同一曲率に形成された出射面３６ｂを、第１レンズ３４の光軸α１と第２レンズ３５の光軸α２とが鉛直方向に異なる角度となるように形成されている。つまり、第１レンズ３４の出射面３４ｂは、発光中心の中心軸ＤＣに対する回転角度の範囲β１により形成され、その回転角度の範囲β１が、第２レンズ３５の出射面３５ｂを形成する回転角度の範囲β２よりも小さい。したがって、第２レンズ３５の出射面３５ｂは、出射面の割合が第１レンズ３４の出射面３４よりも大きくなるように形成されている。
投影レンズ３６では、第１レンズ３４の出射面３４ｂの割合と第２レンズ３５の出射面３５ｂとが、回転角度の範囲において１対５から３対５となる範囲で形成されている。回転角度の範囲が１対５よりも広がり第１レンズの出射面３４ｂの割合が第２レンズ３５の出射面３５ｂの割合と比較して小さくなると規格に沿った配光パターンを得ることができない。また、回転角度の範囲が３対５よりも狭くなり第１レンズの出射面３４ｂの割合が第２レンズ３５の出射面３５ｂの割合に近づきすぎると、規格に沿った配光パターンを得ることができない。なお、図９Ｃでは、第２レンズ３５のレンズ中心軸ＣＬ２と発光中心の中心軸ＤＣが同一線上に重なった状態として記載されている。また、第１レンズ３４の中心軸ＬＣ１及び第２レンズ３５の中心軸ＬＣ２は、略半球状にレンズを形成したときの中心軸である。さらに、第１レンズ３４の光軸α１と第２レンズα２との設定角度及びその設定角度の差は、前記した図４で示す投影レンズ６と同じである。
なお、第１レンズ３４の出射面３４ｂと第２レンズ３５の出射面３５ｂとの割合は、中心軸ＤＣに対する回転角度の所定範囲であったとしても、出射面３４ｂの割合で設定される。つまり、出射面３６ｂ全体を１００％としたときに、第１レンズ４の出射面３４ｂの割合が約１７％〜４０％の範囲になるように設定される。この第１レンズ３４は、出射面３４ｂが、前記した出射面４ｂと同じ割合の範囲になるように形成される。
以上説明した発光モジュール１あるいは車載用灯具１００において、以下のような構成であってもよい。
すなわち、光源部３では、発光装置３ａを、凹部を有する樹脂成形体に実装したパッケージとして用いることとしてもよい。また、光源部３の発光装置３ａは、１列で整列した構成として説明したが、図１０に示すように、複数列としても構わない。すなわち、発光装置１３ａは、投影面ＰＳでの投影領域の水平鉛直比が７〜１６対１のとき、発光領域の水平鉛直比を７〜１４対０．５〜０．４としている。つまり、発光装置１３ａは、水平方向においての比の値は同じで鉛直方向の値１の半分以下となる値０．５〜０．４の面積の中に複数列（図面では２列）で水平方向及び垂直方向に等間隔で整列させている。この複数列とした場合、列方向の発光装置１３ａは同時に消灯及び点灯するように操作されることになる。なお、図１０では、発光装置１３ａと投影面ＰＳとを模式的に示し、支持基板等の記載を省略して示している。
また、発光装置３ａは、透光性の封止樹脂をそれぞれに設けることや、複数の発光装置３ａを一体的に覆うように封止樹脂を設けることとしてもよい。そして、封止樹脂を設ける場合には、封止樹脂に蛍光体を含むようにしてもよい。蛍光体としては、この分野で用いられる蛍光体を適宜選択することができる。白色の光を照射可能な発光モジュールとする場合、発光装置３ａ，１３ａの発光色と、封止樹脂に含有される蛍光体の種類、濃度によって白色となるよう調整される。
さらに、投影レンズ６は、第１レンズ４及び第２レンズ５が一体である構成として説明したが、第１レンズ４及び第２レンズ５を別々に形成して接着剤等で接合することで形成しても構わない。なお、第１レンズ４及び第２レンズ５を接合する場合の接着剤は、第１レンズ４及び第２レンズ５に、発光装置３ａからの出射光を大きく屈折させることなく導光することができる透光性材料を用いることが好ましい。接着材は、例えば、第１レンズ４及び第２レンズ５の材料と同じか、屈折率が近い材料を用いることが好ましい。接着剤は、一例として、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂のような周知の接着材、高屈折率の有機接着材、無機系接着材、低融点ガラスによる接着材などを用いることができる。また、投影レンズ１６、２６も同様に接着剤により接合して形成されることとしてもよい。
なお、発光モジュール１は、車載用灯具１００として自動車に搭載される例を示して説明したが、モーターバイクや、モータボートあるいはセスナ機等の飛行機、プロジェクタ等であってもよい。また、発光モジュール１は、モーターバイクに設けられる場合には、自動車のような左右一対ではなく、ロービーム用モジュールＬＭと共に車体フレーム前方中央に１つが設定されることになる。
また、ツェナーダイオード等の保護素子を実装基板３ｂに搭載してもよい。また、発光装置３ａの数は特に限定されるものではなく、発光装置３ａ，１３ａの光取り出し面側に発光装置３ａ，１３ａに対面させて実装基板３ｂの面積よりも小さなレンズを備える構成としてもよい。
１ 発光モジュール
２ 支持基板
３ 光源部
３ａ、１３ａ 発光装置
３ｂ 実装基板
４，１４，２４，３４ 第１レンズ
４ａ，１４ａ，２４ａ，３４ａ 入射面
４ｂ，１４ｂ，２４ｂ，３４ｂ 出射面
５，１５，２５，３５ 第２レンズ
５ａ，１５ａ，２５ａ，３５ａ 入射面
５ｂ，１５ｂ，２５ｂ，３５ｂ 出射面
６，１６，２６，３６ 投影レンズ
６ａ，１６ａ，２６ａ，３６ａ 入射面
６ｂ，１６ｂ，２６ｂ，３６ｂ 出射面
６ｃ，１６ｃ，２６ｃ，３６ｃ 段差
７ａ２ 支持環体
７ａ１ 本体支持部
７ フレーム体
７ａ レンズ支持部
７ｂ 接続部
７ｃ 取付ネジ
８ ヒートシンク
１００ 車載用灯具
ＣＬ レンズ凸頂点
ＨＢＥ ハイビーム領域
ＬＭ ロービーム用モジュール
ＬＢＥ ロービーム領域
ＰＳ 投影面
ＲＯ 路面
ＲＣ センターライン
ＳＰ 投影面
Ｖ，Ｖ１ 車両
Ｖ２ 対向車両
ｃ１ ＩＣチップ

Claims (14)

  1. 水平方向に複数の発光素子を配列した光源部と、この光源部からの光を入射面から入射して出射面から照射方向に投影する投影レンズと、前記光源部と前記投影レンズとを予め設定した位置に保持するフレーム体とを備え、
    前記投影レンズは、焦点距離が同等で曲率が同じである第１レンズ及び第２レンズを、鉛直方向に隣接又は一体として有し、
    前記第１レンズと前記第２レンズとの出射面の割合を、鉛直方向において下方に配置される一方が他方より大きくなるように形成すると共に、前記第１レンズの光軸と前記第２レンズの光軸とが投影する鉛直方向において角度を異なるように形成し、
    前記発光素子の発光領域は、前記投影レンズから投影される投影領域の水平鉛直比に対して、水平鉛直比の鉛直方向の値が小さくなるように形成された発光モジュール。
  2. 前記第１レンズ及び前記第２レンズは、平凸レンズである請求項１に記載の発光モジュール。
  3. 前記発光素子は、前記投影領域の水平鉛直比の鉛直方向の値に対して、発光領域の水平鉛直比の鉛直方向の値が、半分以下である請求項１に記載の発光モジュール。
  4. 前記第１レンズ及び前記第２レンズの前記出射面の割合として、鉛直方向における分割比率が１対５から３対５の範囲である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発光モジュール。
  5. 前記第１レンズ及び前記第２レンズは、入射面を区切りがない同一平面とすると共に、同一曲率に形成された前記出射面を、それぞれのレンズの前記光軸が鉛直方向に異なる角度となるように、鉛直方向において上方にシフトして当該第１レンズと当該第２レンズとの区切りを設けて形成した一体型のレンズである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発光モジュール。
  6. 前記第１レンズ及び前記第２レンズは、それぞれのレンズの中心軸上に前記光源部の発光中心を合せて配置され、前記光源部の発光中心の中心軸に対して、異なる回転角度の範囲で形成され、鉛直方向において下方に配置されている一方が他方よりも前記回転角度の範囲を大きくすることで前記出射面の割合を大きくするように形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発光モジュール。
  7. 前記第１レンズ及び前記第２レンズは、入射面の角度が異なる連続面となるように形成されると共に、同一曲率に形成された前記出射面を、それぞれのレンズの光軸が鉛直方向に異なる角度となるように、前記発光中心の中心軸に対する前記回転角度の範囲で当該第１レンズと当該第２レンズとの区切りを設けて形成した一体型のレンズである請求項６に記載の発光モジュール。
  8. 前記第１レンズ及び第２レンズは、前記第２レンズの鉛直方向における光軸の角度が、前記第１レンズの鉛直方向における光軸の角度よりも小さい請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発光モジュール。
  9. 前記光源部の発光素子は、前記投影レンズのレンズ凸頂点よりも鉛直方向において下側に位置する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発光モジュール。
  10. 前記光源部は、複数の発光素子を１列に水平方向に等間隔で整列して形成した請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の発光モジュール。
  11. 前記光源部は、複数の発光素子を複数列に水平方向及び鉛直方向に等間隔で整列して形成した請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の発光モジュール。
  12. 請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の発光モジュールを備え、前記発光モジュールは、ハイビーム用の光を照射する構成として、ロービーム用の光を照射するモジュールとは別体として設けた車載用灯具。
  13. 前記発光モジュールは、前記発光素子を実装した実装基板を接続する支持基板と、前記支持基板に接続されるヒートシンクとを備えることを特徴とする請求項１２に記載の車載用灯具。
  14. 前記支持基板は、前記投影レンズの面積よりも大きく形成され、前記投影レンズは、前記支持基板にフレーム体を介して着脱自在に設けられている請求項１３に記載の車載用灯具。
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