JP5375424B2 - 発光装置及びその製造方法、灯具、並びに灯具システム - Google Patents
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Description
図1は本発明の第1の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図である。
発光装置5は、第1の方向12に沿って溝状に設けられた導光路10を有する基板20と、発光素子101と、導光路10上に設けられたレンズ50と、を備えている。
発光素子101はLED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)とすることができる。本図において、発光素子101は、その放出光118の配光角を狭くできるLD101であるものとする。LD101は、n型クラッド層114、活性層112、p型クラッド層113、基板、などを有している。
図3(a)は導光路及びレンズの断面における光路を表す模式図、図3(b)は光の広がり角を説明するグラフ図、である。
Siなどからなる基板20の第1の主面20a側に、ドライエッチング法やウェットエッチング法などを用いて、溝状の導光路10、発光素子101の接着及びワイヤボンディング用に凹部20c、基板20を分離するための分離溝25、をそれぞれ形成する。このために、第1の主面20aは段差を有する。
透明基板40の上に、例えば第1の方向に略垂直な断面が凹凸部を有するようなマイクロパターニングされたレンズシートを貼り付けて、導光路10の上方にレンズ51を設けてもよい。
本実施形態は、2つ以上の発光素子及び導波路型光カプラ(optical waveguide coupler)などの光合波器70を備えている。本図では、発光素子101、102、103は3つであり、それらの放出光は光合波器70により合成されたのち、導光路10へ入射される。3つの発光素子101、102、103の波長を略同一とすると光出力を増大し、より高輝度とできる。
発光素子81、82、83は外部の実装部材にそれぞれ実装されている。その出力は光ファイバ91、92、93などを介して光合波器70にそれぞれ入射する。例えば、3つの発光素子81、82、83が、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ出射するものとすると、導光路10内において混合色が生成されるので、蛍光体層を省略可能である。
発光装置5からの出射光G1は、導光板513の側面513aから導入される。導光板513の上面513cには光学シート800が設けられている。入射した光は導光板513の下面513bで反射されたのち、その一部は光学シート800へ導入され拡散されたのち上方へ出射する。また、残余の一部は、さらに反射により導光路513の他方の側面の方向へ向かって進む。このように反射を繰り返しながら光学シート800の全面が略均一に照射されるようにすることができる。例えば、発光部の幅WGを100μm以下とすると、レンズが小型にしても配光角を狭くできるため導光板513からの光取り出し効率に改善が容易となる。また、灯具の薄型化が容易となる。このような灯具は、液晶表示装置のバックライト光源などとして使用可能である。
本実施形態は、台座37をさらに備えており、光学部35は台座37に取り付けられる。台座37とは離間して設けられた発光素子81、82、83のからの放出光は光ファイバなどを介して導光路10へ導入される。発光部の幅は狭いので台座37及びランプカバー39のサイズを小型かつ薄型にできる。なお、発光部が取り付けられる台座37の面は、光を反射可能なレフ機能を持たせるとより高輝度とできる。このような灯具は、自動車用ヘッドランプなどに用いることができる。また、導光路10を第1の方向12に長くすると、輝度を抑えた線光源からの出射光G1を得ることができる。
本灯具システムは、灯具と、アクチュエータ901、902、903と、アクチュエータ駆動回路954と、を備えている。灯具は、図11(b)に表す第4の実施形態にかかるものとし、3つの光学部35a、35b、35cの基板20の第2の主面20b側は、アクチュエータ901、902、903の上にそれぞれ載置される。アクチュエータ901、902、903は、アクチュエータ駆動回路954とそれぞれ接続されている。
台座37の上に載置されるアクチュエータ901、902、903は、油圧装置、小型モータ、ソレノイドコイル、形状記憶合金、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)などからなる。アクチュエータ駆動回路954によりアクチュエータ901、902、903の上に載置される光学部35a、35b、35cをそれぞれ駆動すると基板20の傾斜角を変化できる。このようにして、出射光G2の照射方向及び合成された配光特性を制御することができる。アクチュエータの上に発光素子を載置することもできるが、アクチュエータが大型となり、その駆動特性の低下や駆動電力の増加など生じる。本図のように、発光素子81、82、83を光学部35a、35b、35cからそれぞれ分離すると、光学部35の駆動が容易となる。なお、灯具は、図10の第3実施形態であってもよい。
また、制御回路952は、出射光G2の照射方向を変化させるアクチュエータ制御信号S3をアクチュエータ駆動回路954へ向けて出力する。例えば、対向車や歩行者へ照射方向が適正でないと判断した時、その照射方向を変化する。このようにして、対向車や歩行者へ対するグレアを抑制することが容易となる。
また、コーナーにおいて、対向車へのグレアが予想される場合、一時消灯及び再点灯などを自動制御することができる。さらに、走行速度に応じて、輝度及び配光特性を自動制御することも可能である。
第3の実施形態により、配光特性の制御が容易であり、小型かつ高輝度なバックライト光源用途などの灯具が提供される。
本実施形態の発光装置の製造方法はSi基板などを用いてWLP型とすることが可能であるので、高い量産性とすることができる。その結果として価格低減が容易となる。
Claims (10)
- 発光素子と、
第1の方向に沿って延在する溝状の導光路を有する基板であって、前記発光素子から放出され前記導光路へ導入された放出光が前記第1の方向に沿って広がりつつ前記導光路の内壁面で反射され前記基板の上方に向かう上方光に転じる、500μm以下の幅である導光路を有する基板と、
前記導光路の上に設けられ、前記上方光を集光して前記第1の方向に対して略垂直な面内における配光特性を制御するレンズと、
を備えたことを特徴とする発光装置。 - 光合波器をさらに備え、
前記発光素子は、第1の発光波長を有する第1の発光素子と、前記第1の発光波長とは異なる第2の発光波長を有する第2の発光素子と、を含み、
前記第1及び第2の発光素子からの放出光は、前記光合波器により合成されて混合光となったのち、前記導光路へ導入されることを特徴とする請求項1記載の発光装置。 - 前記基板と前記レンズとの間に設けられ、前記放出光を吸収して波長変換光を放出可能な蛍光体層をさらに備え、
前記レンズは、前記波長変換光をさらに集光し、前記第1の方向に対して略垂直な面内において前記上方光と前記波長変換光との混合光の配光特性を制御することを特徴とする請求項1記載の発光装置。 - 発光素子と、
第1の方向に沿って延在する溝状の導光路を有する基板であって、前記発光素子から放出され前記導光路へ導入された放出光が前記第1の方向に沿って広がりつつ前記導光路の内壁面で反射され前記基板上方に向かう上方光に転じる、導光路を有する基板と、前記導光路の上に設けられ、前記放出光を吸収して波長変換光を放出可能な蛍光体層と、前記蛍光体層の上に設けられ、前記上方光及び前記波長変換光を集光して前記第1の方向に対して略垂直な面内における前記放出光と前記波長変換光との混合光の配光特性を制御するレンズと、を有する発光装置と、
一方の側面から入射された前記混合光を導光する導光板と、
前記導光板の上面から出射した前記混合光を拡散して出射可能とする光学シートと、
を備えたことを特徴とする灯具。 - 前記基板の傾斜角を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動回路と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項4記載の灯具。 - 発光素子と、
第1の方向に沿って延在する溝状の導光路を有する基板であって、前記発光素子から放出され前記導光路へ導入された放出光が前記第1の方向に沿って広がりつつ前記導光路の内壁面で反射され前記基板上方に向かう上方光に転じる、導光路を有する基板と、前記導光路の上に設けられ、前記上方光を集光して前記第1の方向に対して略垂直な面内における配光特性を制御するレンズと、を有する発光装置と、
前記基板の傾斜角を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動回路と、
を備えたことを特徴とする灯具。 - 前記発光装置は、前記基板と前記レンズとの間に設けられ、前記放出光を吸収して波長変換光を放出可能な蛍光体層をさらに有し、
前記レンズは、前記波長変換光をさらに集光し、前記第1の方向に対して略垂直な面内において前記上方光と前記波長変換光との混合光の配光特性を制御することを特徴とする請求項6記載の灯具。 - 請求項6または7に記載の灯具と、
前記レンズからの出射光により照射された物体の映像を検出可能なセンサと、
前記発光素子に電流を供給する発光素子電源回路と、
検出された前記映像に基づいて、前記電流を制御する発光素子制御信号を前記発光素子電源回路に出力するとともに、前記出射光の照射方向を制御するアクチュエータ制御信号を前記アクチュエータ駆動回路に出力する制御回路と、
を備えたことを特徴とする灯具システム。 - 前記アクチュエータは、第1のアクチュエータと、第2のアクチュエータと、を含み、
前記第1のアクチュエータによる第1の配光と、前記第2のアクチュエータによる第2の配光と、が合成されることを特徴とする請求項8記載の灯具システム。 - ウェーハ状の基板に、配線パターンと、溝状の導光路と、分離溝と、を形成する工程と、
放出光が前記導光路へ導入可能とされる発光素子を前記基板に接着し、前記発光素子の電極と前記配線パターンとを電気的に接続する工程と、
透明基板の第1の主面に蛍光体層を形成し、前記第1の主面とは反対側の前記透明基板の第2の主面側にレンズを設ける工程と、
前記導光路と前記蛍光体層とが対向するように、前記基板と前記透明基板の前記第1の主面側とを貼り合わせる工程と、
前記分離溝に沿って前記基板及び前記透明基板を切断し分離する工程と、
を備えたことを特徴とする発光装置の製造方法。
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