JP5511347B2 - 発光モジュールおよび車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を備えた発光モジュールに関する。

従来、多数の半導体光源をマトリクス状に配置し、選択的に特定部位の半導体光源を点灯させることで任意の配光を実現しようとする車両用の照明装置が知られている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

特開２００３−４５２１０号公報 特表２００３−５０３２５３号公報 特開２００１−２６６６２０号公報

しかしながら、上述のような照明装置では、所望の配光を実現するために一部の半導体光源を消灯した場合、消灯した半導体光源に隣接して点灯している半導体光源が発する光が、消灯した半導体光源に対応して本来光が照射されない領域にまで漏れてしまう可能性があった。そのため、本来光が照射されない領域に存在する対象にとっては、漏れた光がグレアとなってしまう。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所望の配光特性を高い精度で実現する発光モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光モジュールは、半導体発光素子を用いて光を発する複数の発光ユニットと、配列された複数の発光ユニットを支持する基板と、を備える。半導体発光素子は、隣接する発光ユニットの照射領域へ向かう該半導体発光素子が発する光を遮光するように、該半導体発光素子の側面および下面に設けられた遮光部を有する。

この態様によると、少なくとも一つの半導体発光素子の光の一部が、側面や下面に向かって照射されても、遮光部によって遮られる。したがって、少なくとも一つの半導体発光素子から発する光によって、隣接する半導体発光素子の発光面と対向する領域が光ることが抑制される。

本発明の別の態様は、車両用灯具である。この車両用灯具は、発光モジュールと、発光モジュールが備える複数の半導体発光素子を複数のグループに分けた場合にグループ毎に調光制御する制御回路と、を備える。

この態様によると、所望の配光特性を高い精度で実現することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、所望の配光特性を高い精度で実現する技術を提供することができる。

本実施の形態に係る車両用前照灯装置を構成する灯具本体ユニットの概略構造図である。 本実施の形態の灯具本体ユニットに含まれる第２灯具ユニットの構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。 本実施の形態に係る車両用前照灯装置の左右の灯具本体ユニットから前方へ照射される光により、例えば車両前方２５メートルの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを示す図である。 本実施の形態に好適な発光ユニットの一例を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。 第２の実施の形態に好適な発光ユニットの一例を示す断面図である。 発光層から出射する光が成長基板の側面に入射する様子を模式的に示した図である。 第２の実施の形態に好適な発光ユニットの変形例を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。 第４の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。 第５の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。 図１２に示す遮光体のＡ−Ａ断面図である。 第６の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。 成長基板上に形成された発光層を成長基板とは反対側の表面から切削した状態を示す断面図である。 成長基板上に形成された発光層を成長基板側から切削した状態を示す断面図である。 上述のように構成される車両用前照灯装置の照射制御部と車両側の車両制御部の構成を説明する機能ブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

本実施の形態の車両用前照灯装置は、ハイビーム用配光パターンの一部領域を形成可能な光を照射する灯具ユニットと、この灯具ユニットの光の照射状態を制御する照射制御部とを備える。そして、照射制御部は、ハイビーム用配光パターンの一部領域が少なくとも車幅方向に複数に分割された部分領域により形成されるように光の照射状態を制御する。また、各部分領域に対応する照射光の光度を個別に調整してハイビーム照射モードと昼間点灯照射モードを切り替えてハイビーム照射モードに適した光度分布と昼間点灯照射モードに適した光度分布を形成する。

図１は、本実施の形態に係る車両用前照灯装置を構成する灯具本体ユニットの概略構造図である。本実施の形態の車両用前照灯装置は、車両の前部の車幅方向左右両端に一対の灯具本体ユニットを含む。そして、左右の灯具本体ユニットから照射される配光パターンを車両の前方で重畳させることにより車両用前照灯装置としての照射を完成させる。図１は、左右の灯具本体ユニットのうち右側に配置される灯具本体ユニット１０の構成を示す。図１では、理解を容易にするために灯具本体ユニット１０を水平面で切断して上方から見た断面図を示している。なお、左側に配置される灯具本体ユニットは右側に配置される灯具本体ユニット１０と左右対称の構造であり基本構造は同一である。したがって、右側に配置される灯具本体ユニット１０を説明することで左側に配置される灯具本体ユニットの説明は省略する。また、以下では、便宜上、灯具の光が照射する方向を車両前方（前側）、その反対側を車両後方（後側）として説明する場合がある。

灯具本体ユニット１０は、透光カバー１２、ランプボディ１４、エクステンション１６、第１灯具ユニット１８、および第２灯具ユニット２０を有する。ランプボディ１４は、樹脂などによって細長い開口部を有するカップ型に成形されている。透光カバー１２は、透光性を有する樹脂などによって成形され、ランプボディ１４の開口部を塞ぐようにランプボディ１４に取り付けられる。こうしてランプボディ１４と透光カバー１２とによって実質的に閉鎖空間となる灯室が形成され、この灯室内にエクステンション１６、第１灯具ユニット１８、および第２灯具ユニット２０が配置される。

エクステンション１６は、第１灯具ユニット１８および第２灯具ユニット２０からの照射光を通すための開口部を有し、ランプボディ１４に固定される。第１灯具ユニット１８は、第２灯具ユニット２０より車両の車幅方向の外側に配置される。第１灯具ユニット１８は、いわゆるパラボラ型の灯具ユニットであり、後述するロービーム用配光パターンを形成する。

第１灯具ユニット１８は、リフレクタ２２、光源バルブ２４、およびシェード２６を有する。リフレクタ２２は、カップ型に形成され、中央に挿通孔が設けられている。本実施の形態では、光源バルブ２４はハロゲンランプなどフィラメントを有する白熱灯によって構成されている。なお、光源バルブ２４は、放電灯等他のタイプの光源が採用されてもよい。光源バルブ２４は、内部に突出するようリフレクタ２２の挿通孔に挿通されてリフレクタ２２に固定される。リフレクタ２２は、光源バルブ２４が照射した光を車両前方に向けて反射させるよう、内面の曲面が形成されている。シェード２６は、光源バルブ２４から車両前方へ直接進行する光を遮断する。第１灯具ユニット１８の構成は公知であるため、第１灯具ユニット１８に関する詳細な説明は省略する。

図２は、本実施の形態の灯具本体ユニット１０に含まれる第２灯具ユニット２０の構成を示す図である。図２では、第２灯具ユニット２０を水平面で切断して上方から見た断面図を示している。第２灯具ユニット２０は、ホルダ２８、投影レンズ３０、発光モジュール３２、およびヒートシンク３８を備える。第２灯具ユニット２０は、ハイビーム用配光パターンの全部または一部領域を形成可能な光を照射する灯具ユニットである。すなわち、第２灯具ユニット２０は、ハイビーム照射モード時に、第１灯具ユニット１８により形成されるロービーム用配光パターンの上部にハイビーム用配光パターンを形成する。ハイビーム用配光パターンがロービーム用配光パターンに追加されることで、全体として照射範囲が広くなり、遠方視認性能も向上する。また、第２灯具ユニット２０は、昼間点灯照射モード時に単独で光を照射することにより、昼間など対向車や歩行者などに自車の存在を認識しやすくするための昼間点灯照射ランプ、いわゆるデイタイムランニングランプ（ＤＲＬ）として機能する。

投影レンズ３０は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、その後側焦点面上に形成される光源像を、反転像として灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に投影する。投影レンズ３０は筒状に形成されたホルダ２８の一方の開口部に取り付けられる。

（第１の実施の形態）
図３は、第１の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。発光モジュール３２は、第１発光ユニット３６ａ、第２発光ユニット３６ｂ、第３発光ユニット３６ｃ、第４発光ユニット３６ｄと、第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄを支持する基板３４と、を有する。なお、各発光ユニット３６ａ〜３６ｄを特に区別しない場合は、総称して発光ユニット３６と示す。本実施の形態に係る基板３４は、実装基板である。

発光モジュール３２は、ハイビーム用配光パターンの光を照射するものであり、車幅方向に複数に分割された複数の領域の一部を選択的に照射することができるように構成されている。本実施の形態の場合、第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄに対応して分割されている各照射領域を合わせてハイビーム用配光パターンが形成されている。なお、その分割数は、ハイビーム照射モードや昼間点灯照射モードで要求される性能に応じて決定することができる。例えば、分割される領域の数は、複数であれば４個より多くても少なくてもよく、また、奇数個でも偶数個でも構わない。

第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄの各々は矩形に形成されており、基板３４に第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄの順に帯状となるよう一直線状に配置される。第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄは、例えば個別に光度制御が可能な光源で構成可能である。つまり、第２灯具ユニット２０は、多灯式光源となっている。

第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄを構成する光源は、半導体発光素子、例えば１ｍｍ角程度の正方形の発光面を有するＬＥＤ素子、などを備えている。なお、発光ユニット３６の光源がこれに限られないことはもちろんであり、例えばレーザダイオードなど略点状に面発光する他の素子状の光源であってもよい。

ヒートシンク３８は、アルミなどの金属により多数のフィンを有する形状に形成され、基板３４の裏面に取り付けられる。このように、第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄをＬＥＤ光源で構成することにより、各発光ユニット３６の発光状態の調整が精度よくできる。その結果、後述するハイビーム照射モードや昼間点灯照射モードにおいて、所望の配光特性を高い精度で実現できる。

発光モジュール３２は、左から第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄの順に並んでホルダ２８の内部に配置されるよう、基板３４がホルダ２８の他方の開口部に取り付けられる。第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄの各々は、発光することによりそれぞれの像が灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に投影される。

図４は、本実施の形態に係る車両用前照灯装置の左右の灯具本体ユニット１０から前方へ照射される光により、例えば車両前方２５メートルの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを示す図である。

ロービーム用配光パターンＰＬは第１灯具ユニット１８によって形成される。ロービーム用配光パターンＰＬは左側通行の地域で利用される左配光のロービーム用配光パターンであり、その上端縁に第１カットオフラインＣＬ１〜第３カットオフラインＣＬ３を有する。第１カットオフラインＣＬ１と第３カットオフラインＣＬ３は、灯具正面方向に設定された鉛直線Ｖ−Ｖを境にして左右段違いで水平方向に延在する。第１カットオフラインＣＬ１は、鉛直線Ｖ−Ｖより右側且つ灯具正面方向に設定された水平線Ｈ−Ｈより下方において水平方向に延在する。このため、第１カットオフラインＣＬ１は対向車線カットオフラインとして利用される。

第３カットオフラインＣＬ３は、第１カットオフラインＣＬ１の左端部から左上方に向かって例えば４５°の傾斜角度で斜めに延在する。第２カットオフラインＣＬ２は、第３カットオフラインＣＬ３と水平線Ｈ−Ｈとの交点から左側において水平線Ｈ−Ｈ上に延在する。このため、第２カットオフラインＣＬ２は自車線側カットオフラインとして利用される。なお、ロービーム用配光パターンＰＬにおいて、第１カットオフラインＣＬ１と鉛直線Ｖ−Ｖとの交点であるエルボ点Ｅは交点Ｈ−Ｖの０．５〜０．６°程度下方に位置しており、このエルボ点Ｅをやや左よりに囲むようにして高光度領域であるホットゾーンＨＺがリフレクタ２２の形状調整等により形成され、自車線側の視認性を向上させている。

ハイビーム用配光パターンの一部領域である付加配光パターンＰＡは、第２灯具ユニット２０からの照射光によって形成される。付加配光パターンＰＡは、水平線Ｈ−Ｈを含んで水平方向に延びる帯状に形成される。

付加配光パターンＰＡは、発光ユニット３６の数にしたがい水平方向に並ぶ４つの矩形領域に分割されて構成されている。以下、これらの領域を右から順に第１部分領域ＰＡ１〜第４部分領域ＰＡ４といい、隣り合う部分領域の境界線を分割ラインという。第２部分領域ＰＡ２と第３部分領域ＰＡ３との分割ラインは０°に設定され、鉛直線Ｖ−Ｖに対応する。

第１部分領域ＰＡ１は、第１発光ユニット３６ａの照射光によって形成される。第２部分領域ＰＡ２は、第２発光ユニット３６ｂの照射光によって形成される。第３部分領域ＰＡ３は、第３発光ユニット３６ｃによって形成される。第４部分領域ＰＡ４は、第４発光ユニット３６ｄによって形成される。

詳しくは後述するが、第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄは、運転者の操作または、車両に搭載され対向車や前走車など前方車両や歩行者を検出する装置からの情報に基づき、個別またはグループ化された複数のユニット毎に点消灯や調光が可能である。これにより、照射領域の異なる複数の配光パターンを得ることができる。したがって、第１部分領域ＰＡ１〜第４部分領域ＰＡ４のうち前方車両や歩行者の存在する領域を照射する発光ユニット３６を消灯することにより、前方車両や歩行者に与えるグレアを抑制できる。

例えば、自車両と反対車線を走行する対向車が存在する場合、第１発光ユニット３６ａや第２発光ユニット３６ｂを消灯することにより対向車の運転者にグレアを与えないようにすることができる。また、自車両と同じ車線を走行する先行車が存在する場合、第２発光ユニット３６ｂや第３発光ユニット３６ｃを消灯することにより先行者の運転者にグレアを与えないようにすることができる。また、道路の路側帯を走行する歩行者が存在する場合、第１発光ユニット３６ａや第４発光ユニット３６ｄを消灯することにより歩行者にグレアを与えないようにすることができる。このように、対向車や先行車、歩行者などにグレアを感じさせないように複数の発光ユニット３６を部分的に消灯し、残りの発光ユニット３６を点灯させることで、運転者の遠方視認性の確保が可能になる。

ところで、複数の発光ユニット３６のそれぞれが照射する領域を合成して一つの配光パターンを形成する場合、各領域の間に隙間（非照射領域）がないことが望ましい。このような観点からは、発光モジュール３２は、各発光ユニット３６の照射領域の境界部分が重なる方向で構成が設定されることになる。一方、各照射領域の境界部分の重なりが多いと、いくつかの発光ユニット３６を消灯し、その他の発光ユニット３６を点灯させた場合、点灯している発光ユニット３６の光が、消灯している発光ユニットの照射領域や蛍光体層に漏れ出てしまうこととなり、その領域に存在する前走車や歩行者に対してグレアを与えることにもなる。

そこで、発明者らが鋭意検討した結果、半導体発光素子は、上面だけではなく側面や下面に向かって光が出射する場合があり、特に、半導体発光素子の側面から出射する光が隣接する発光ユニットの照射領域や蛍光体層に入射することがわかった。そこで、点灯している発光ユニットが側方や下方に発する光が、隣接する発光ユニットやその照射領域に向かわないようにすることに想到した。これにより、仮に隣接している発光ユニットが消灯している場合であっても、消灯した発光ユニットに対応する部分領域に存在する前走車や歩行者に与えるグレアが抑制されることになる。

本実施の形態に係る発光モジュール３２は、図３に示すように、第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄを備える。第１発光ユニット３６ａは、半導体発光素子４２ａを備える。第２発光ユニット３６ｂは、半導体発光素子４２ｂを備える。第３発光ユニット３６ｃは、半導体発光素子４２ｃを備える。第４発光ユニット３６ｄは、半導体発光素子４２ｄを備える。また、各半導体発光素子４２ａ〜４２ｄの発光面４３ａ〜４３ｄに対向するように蛍光体層４４が設けられている。蛍光体層４４は、対向する半導体発光素子４２ａ〜４２ｄが発する光を波長変換して出射する光波長変換部材として機能する。なお、発光モジュール３２は、蛍光体層４４を用いずに必要とする色や波長の光を得ることができる場合は、蛍光体層４４を備えていなくてもよい。

発光ユニット同士の間隔Ｗ１は、発光ユニットの幅Ｗ２より小さいとよい。間隔Ｗ１は、各発光ユニットのそれぞれが照射する領域の間に隙間が生じないように考慮しながら、実験やこれまでの知見を用いて適宜設計すればよい。発光モジュールを車両用前照灯装置に用いる場合、例えば、発光ユニット同士の間隔Ｗ１は１０〜５００μｍの範囲で設定されているとよい。

半導体発光素子４２ａ〜４２ｄは、各半導体発光素子の側面および下面を覆うように遮光部５８ａ〜５８ｄが設けられている。遮光部５８ａ〜５８ｄは、それぞれ分離されていてもよいし、図３に示すように一体で形成されていてもよい。

このような遮光部５８ａ〜５８ｄを備える発光モジュール３２においては、半導体発光素子４２ａの光の一部が、隣接する半導体発光素子４２ｂの発光面４３ｂと対向する領域６０ｂの蛍光体層４４に向かって照射されても、遮光部５８ａによって遮られる。また、半導体発光素子４２ｂの光の一部が、隣接する半導体発光素子４２ａ，４２ｃの発光面４３ａ，４３ｃと対向する領域６０ａ，６０ｃの蛍光体層４４に向かって照射されても、遮光部５８ｂによって遮られる。また、半導体発光素子４２ｃの光の一部が、隣接する半導体発光素子４２ｂ，４２ｄの発光面４３ｂ，４３ｄと対向する領域６０ｂ．６０ｄの蛍光体層４４に向かって照射されても、遮光部５８ｃによって遮られる。また、半導体発光素子４２ｄの光の一部が、隣接する半導体発光素子４２ｃの発光面４３ｃと対向する領域６０ｃの蛍光体層４４に向かって照射されても、遮光部５８ｄによって遮られる。

このように、本実施の形態に係る発光モジュール３２は、少なくとも一つの半導体発光素子から発する光によって、隣接する半導体発光素子の発光面と対向する領域の蛍光体層４４が光ることが抑制される。その結果、例えば、発光ユニット３６ａが点灯し、発光ユニット３６ａに隣接している発光ユニット３６ｂが消灯している場合に、発光ユニット３６ｂの照射対象領域が意図せず照らされることが抑制される。また、少なくとも一つの半導体発光素子の光の一部が、隣接する半導体発光素子の照射領域に向かって照射されても、半導体発光素子の側面を覆う遮光部によって遮られる。したがって、点灯している半導体発光素子に隣接する半導体発光素子が消灯している場合に、消灯している半導体発光素子を備える発光ユニットの照射対象領域が意図せず照らされることが抑制される。

なお、本実施の形態に係る半導体発光素子４２ａ，４２ｄは、その外側側部に遮光部５８ａ，５８ｄが設けられている。これにより、図４に示す配光パターンＰＡの左右外側の領域が意図せず照らされることが抑制される。

遮光部に充填される材料や遮光部の構成は、少なくとも入射する光をそのまま透過することを妨げるものであればよい。遮光部の充填材料としては、少なくとも蛍光体層４４よりも光の透過率が低いものが好ましく、例えば、有色や白色の樹脂組成物、金属、誘電体などの不透明な各種材料から適宜選択される。なお、不透明な材料とは、電磁波の全波長域にわたって光の吸収を示す必要はなく、少なくとも半導体発光素子が発する光の波長域に対して吸収を示すものであればよい。例えば、半導体発光素子が発する紫外光や青色光を選択的に遮光するものであってもよい。

また、遮光部は、反射部材として機能するものであってもよい。例えば、反射率の高い樹脂組成物や金属、誘電体などが挙げられる。また、遮光部は、半導体発光素子との境界面に金属膜や誘電体薄膜が形成されたものであってもよい。例えば、高屈折率と低屈折率の誘電体薄膜を交互に多層重ねた反射膜で構成された遮光部であってもよい。また、半導体発光素子と遮光部との屈折率の違いを利用して光が遮光部の表面で反射するようにしてもよい。この場合、遮光部に充填される物質の屈折率は、半導体発光素子を構成する物質の屈折率よりも低いとよい。なお、遮光部５８ａ〜５８ｄを形成する方法は、例えば、塗布、蒸着、貼り付け、印刷、転写、メッキ、エアロデポジション、ＣＶＤ、ＰＶＤ等が挙げられる。

光波長変換部材に用いられる材料は、粉末の蛍光体を分散させた樹脂組成物やガラス組成物、後述する蛍光セラミックが挙げられる。特に、無機材料である蛍光セラミックは、多様な形状への成形や、精度の高い加工が容易に行える。そのため、蛍光セラミックは、特に、板状の光波長変換部材として利用する場合に好適である。半導体発光素子としては、前述のＬＥＤ素子が好適であるが、その発光波長は、可視光の範囲だけではなく紫外光の範囲であってもよい。

次に、半導体発光素子４２を備える発光ユニット３６について更に詳述する。図５は、本実施の形態に好適な発光ユニットの一例を示す断面図である。なお、図５では、前述の遮光部は省略されている。発光ユニット３６は、成長基板４０と、その上に成長させた半導体発光素子４２と、蛍光体層４４と、を備える。発光ユニット３６は、基板３４に支持されている。基板３４としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＳＵＳなどのステンレス鋼、Ｃｕ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉなどの中から適宜選択される。成長基板４０は、半導体発光素子４２を作製するために適当な格子定数の結晶であり、透光性を有するものが好ましい。本実施の形態に係る発光ユニット３６では、成長基板４０としてサファイアが用いられている。

図５に示す発光ユニット３６では、板状の蛍光体層４４が成長基板４０を挟んで半導体発光素子４２の発光面に対向するように設けられている。半導体発光素子４２は、ＬＥＤ素子によって構成される。本実施の形態では、半導体発光素子４２として、青色の波長の光を主として発する青色ＬＥＤが採用されている。具体的には、半導体発光素子４２は、サファイアの成長基板４０上に結晶成長したｎ型半導体層４６およびｐ型半導体層４８と、その間に形成されている発光層５０と、を有する。そして、半導体発光素子４２は、主として発光層５０において発光するため、発光層５０の上面を発光面としてとらえることもできる。半導体発光素子４２は、バンプ５２を介して基板３４にフリップチップ実装される。なお、半導体発光素子４２の構成や発する光の波長が上述したものに限られないことはもちろんである。

蛍光体層４４は、光波長変換部材であり、少なくとも光波長変換セラミックから構成されている。光波長変換セラミックは、１μｍ以上５０００μｍ未満、好ましくは１０μｍ以上１０００μｍ未満の厚さの板状に形成されたものを、半導体発光素子４２のサイズに合わせて加工されたものである。なお、光波長変換セラミックの大きさがこれに限られないことはもちろんである。

光波長変換セラミックは、いわゆる発光セラミック、または蛍光セラミックと呼ばれるものであり、青色光によって励起される蛍光体であるＹＡＧ（Yttrium Aluminium Garnet）粉末を用いて作成されたセラミック素地を焼結することにより得ることができる。このような光波長変換セラミックの製造方法は公知であることから詳細な説明は省略する。こうして得られた光波長変換セラミックは、例えば粉末状の蛍光体と異なり、粉末表面での光拡散を抑制でき、半導体発光素子４２が発する光の損失が非常に少ない。

光波長変換セラミックは、半導体発光素子４２が主として発する青色光の波長を変換して黄色光を出射する。このため、発光ユニット３６からは、蛍光体層４４をそのまま透過した青色光と、光波長変換セラミックによって波長が変換された黄色光との合成光が出射する。こうして、発光ユニット３６は、白色の光を発することが可能となる。

なお、半導体発光素子４２は、青以外の波長の光を主として発するものが採用されてもよい。この場合も、光波長変換セラミックには、半導体発光素子４２が発する主とする光の波長を変換するものが採用される。なお、光波長変換セラミックは、この場合においても半導体発光素子４２が主として発する波長の光と組み合わせることにより白色または白色に近い色の波長の光となるよう、半導体発光素子４２が発する光の波長を変換してもよい。

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。本実施の形態では、半導体発光素子が有する成長基板の形状が工夫されている。なお、第１の実施の形態と同様の構成については説明を適宜省略する。

本実施の形態に係る発光モジュール１３２は、図６に示すように、第１発光ユニット１３６ａ、第２発光ユニット１３６ｂ、第３発光ユニット１３６ｃ、第４発光ユニット１３６ｄと、第１発光ユニット１３６ａ〜第４発光ユニット１３６ｄを支持する基板３４と、を有する。なお、各発光ユニット１３６ａ〜１３６ｄを特に区別しない場合は、総称して発光ユニット１３６と示す。

第１発光ユニット１３６ａは、成長基板１４０ａと、その上に成長させた半導体発光素子１４２ａを備える。第２発光ユニット１３６ｂは、成長基板１４０ｂと、その上に成長させた半導体発光素子１４２ｂを備える。第３発光ユニット１３６ｃは、成長基板１４０ｃと、その上に成長させた半導体発光素子１４２ｃを備える。第４発光ユニット１３６ｄは、成長基板１４０ｄと、その上に成長させた半導体発光素子１４２ｄを備える。なお、各成長基板１４０ａ〜１４０ｄを特に区別しない場合は、総称して成長基板１４０と示す。また、各半導体発光素子１４２ａ〜１４２ｄを特に区別しない場合は、総称して半導体発光素子１４２と示す。

図７は、第２の実施の形態に好適な発光ユニットの一例を示す断面図である。発光ユニット１３６が備える成長基板１４０は、その側面１４０ｅがテーパ形状に加工されている。したがって、半導体発光素子１４２の発光層５０の各部から発する光は、成長基板の側面が基板３４の表面に対して垂直に加工されている場合と比較して、全反射される割合が増加する。図７に示すテーパ角θは、成長基板の屈折率ｎ_１と成長基板の側面に隣接している物質の屈折率ｎ_２によって適宜決めればよいが、より好ましくは、発光層５０から出射する光が全て全反射されるテーパ角θが設定されているとよい。

このようなテーパ角θの算出方法の一例について説明する。図８は、発光層から出射する光が成長基板の側面に入射する様子を模式的に示した図である。半導体発光素子１４２から出射した光が成長基板１４０の側面１４０ｅに入射する入射角度の最小値は、光が成長基板の上面１４０ｆで反射しないと仮定したとき、光が成長基板１４０の上面１４０ｆの表面とほぼ平行に側面１４０ｅに入射する場合である。その際の入射角αは、テーパ角θと同じとなる。したがって、このような光であっても全反射されるようにテーパ角θを設定すれば、少なくとも半導体発光素子１４２から直接側面１４０ｅに到達する光が側面１４０ｅから漏れることが防止される。

したがって、全反射が起きる臨界角βが入射角αとすると、式（１）に示す関係が導かれる。
ｓｉｎβ／ｓｉｎ９０°＝ｎ_２／ｎ_１・・・式（１）
つまり、β＝ｓｉｎ^−１（ｎ_２／ｎ_１）となる。

したがって、テーパ角θは、臨界角β以上であればよいことになり、θ≧ｓｉｎ^−１（ｎ_２／ｎ_１）を満たすように設定すればよい。例えば、成長基板１４０がサファイア、成長基板１４０に隣接する媒質が空気の場合、テーパ角θは３４度より大きく設定するとよい。

本実施の形態に係る発光モジュール１３２は、成長基板１４０が上述のテーパ角θを満たすように側面１４０ｅの形状が加工されていることに加え、成長基板１４０の上面１４０ｆで反射された光が側面１４０ｅに向かわないように上面１４０ｆに反射防止加工が施されている。反射防止加工としては、例えば、サブマイクロ微小構造体、干渉膜等が挙げられる。

図９は、第２の実施の形態に好適な発光ユニットの変形例を示す断面図である。なお、図７に示す発光ユニット１３６と同じ構成については説明を適宜省略する。図９に示す発光ユニット２３６は、成長基板１４０の上に透明な接着剤１４６を介して蛍光体層１４４が設けられている。ここで、接着剤１４６の屈折率ｎ_３、蛍光体層１４４の屈折率ｎ_４とすると、発光ユニット２３６の各部材の屈折率は、以下に示す式（２）を満たすように設定されている。
ｎ_１≦ｎ_３≦ｎ_４・・・式（２）
なお、テーパ角θは、発光ユニット１３６と同様にθ≧ｓｉｎ^−１（ｎ_２／ｎ_１）を満たすように設定されている。

これにより、発光ユニット２３６は、半導体発光素子１４２から出射する光のうち側方へ向かう光が成長基板１４０の側面１４０ｅで全反射される。また、蛍光体層１４４や接着剤１４６に入射する光についても、側方へ漏れ出ることが防止される。

（第３の実施の形態）
図１０は、第３の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。発光モジュール２３２は、第１の実施の形態と同様に、第１発光ユニット３６ａ、第２発光ユニット３６ｂ、第３発光ユニット３６ｃ、第４発光ユニット３６ｄと、第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄを支持する基板３４と、を有する。また、各発光ユニット３６ａ〜３６ｄが備える各半導体発光素子４２ａ〜４２ｄの発光面４３ａ〜４３ｄに対向するように蛍光体層４４が設けられている。

本実施の形態に係る発光モジュール２３２は、隣接する半導体発光素子４２の間に遮光壁１５８ａ〜１５８ｃが設けられている。基板３４の表面からの遮光壁１５８ａ〜１５８ｃの高さＨは、基板３４の表面から各半導体発光素子４２の発光層５０までの高さｈ以上に設定されている。これにより、各半導体発光素子４２の発光層５０から側方に向かう光は、遮光壁１５８ａ〜１５８ｃによって確実に遮光される。なお、遮光壁１５８ａ〜１５８ｃは、例えば、三角柱、四角柱、五角柱のような角柱などであってもよく、側面がテーパ加工、球面加工、非球面加工、放物面加工等がされていてもよい。また、遮光壁１５８ａ〜１５８ｃの透過率Ｔは５０％未満であるとよい。なお、発光モジュール２３２は、蛍光体層４４を用いずに必要とする色や波長の光を得ることができる場合は、蛍光体層４４を備えていなくてもよい。

このような遮光壁１５８ａ〜１５８ｃを備える発光モジュール２３２においては、各半導体発光素子４２ａの側面から出射する光が遮光される。

（第４の実施の形態）
図１１は、第４の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。発光モジュール３３２は、第１発光ユニット３６ａ、第２発光ユニット３６ｂ、第３発光ユニット３６ｃ、第４発光ユニット３６ｄと、第１発光ユニット３６ａ〜第４発光ユニット３６ｄを支持する基板１３４と、を有する。基板１３４は、各発光ユニット３６に対応する凹部１３４ａ〜１３４ｄが形成されており、各発光ユニット３６がその凹部１３４ａ〜１３４ｄに載置されている。また、各発光ユニット３６ａ〜３６ｄが備える各半導体発光素子４２ａ〜４２ｄの発光面４３ａ〜４３ｄに対向するように蛍光体層４４が設けられている。

本実施の形態に係る発光モジュール３３２は、隣接する半導体発光素子４２の間に基板１３４の一部である遮光壁２５８ａ〜２５８ｃが設けられている。基板１３４の凹部１３４ａ〜１３４ｄの深さｄは、基板１３４の底面から各半導体発光素子４２の発光層５０までの高さｈ以上に設定されている。これにより、各半導体発光素子４２の発光層５０から側方に向かう光は、遮光壁２５８ａ〜２５８ｃによって確実に遮光される。なお、遮光壁２５８ａ〜２５８ｃは、例えば、三角柱、四角柱、五角柱のような角柱などであってもよく、側面がテーパ加工されていてもよい。また、基板１３４の一部を構成する遮光壁２５８ａ〜２５８ｃの透過率Ｔは５０％未満であるとよい。なお、発光モジュール３３２は、蛍光体層４４を用いずに必要とする色や波長の光を得ることができる場合は、蛍光体層４４を備えていなくてもよい。

このような遮光壁２５８ａ〜２５８ｃを備える発光モジュール３３２においては、各半導体発光素子４２の側面から出射する光が遮光される。

（第５の実施の形態）
図１２は、第５の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。発光モジュール４３２は、第１発光ユニット２３６ａ、第２発光ユニット２３６ｂ、第３発光ユニット２３６ｃ、第４発光ユニット２３６ｄと、第１発光ユニット２３６ａ〜第４発光ユニット２３６ｄを支持する基板３４と、を有する。

第１発光ユニット２３６ａは、半導体発光素子４２ａを有する。第２発光ユニット２３６ｂは、半導体発光素子４２ｂを有する。第３発光ユニット２３６ｃは、半導体発光素子４２ｃを有する。第４発光ユニット２３６ｄは、半導体発光素子４２ｄを有する。各半導体発光素子４２の上方には、各半導体発光素子４２の発光面４３ａ〜４３ｄに対向する領域に開口部３６０ａ〜３６０ｄが形成されている遮光体３５８が配置されている。図１３は、図１２に示す遮光体３５８のＡ−Ａ断面図である。

遮光体３５８は、遮光部３５８ａ〜３５８ｅを有する。遮光部３５８ｂは、開口部３６０ａと開口部３６０ｂの間の領域に形成されている。遮光部３５８ｃは、開口部３６０ｂと開口部３０６ｃとの間の領域に形成されている。遮光部３５８ｄは、開口部３６０ｃと開口部３６０ｄとの間の領域に形成されている。したがって、各半導体発光素子４２の側方や下方から出射され、隣接する半導体発光素子４２の照射領域に向かう光は、遮光部によって遮光される。

本実施の形態に係る発光モジュール４３２においては、各半導体発光素子４２ａ〜４２ｄの発光面４３ａ〜４３ｄに対向するように蛍光体層２４４ａ〜２４４ｄが設けられている。なお、蛍光体層２４４ａ〜２４４ｄは、遮光体３５８の開口部３６０ａ〜３６０ｄを覆うように配置されている。

したがって、半導体発光素子４２ａの光の一部が、隣接する半導体発光素子４２ｂの発光面４３ｂと対向する蛍光体層２４４ｂに向かって照射されても、遮光部３５８ｂによって遮られる。また、半導体発光素子４２ｂの光の一部が、隣接する半導体発光素子４２ａ，４２ｃの発光面４３ａ，４３ｃと対向する蛍光体層２４４ａ，２４４ｃに向かって照射されても、遮光部３５８ｂ，３５８ｃによって遮られる。また、半導体発光素子４２ｃの光の一部が、隣接する半導体発光素子４２ｂ，４２ｄの発光面４３ｂ，４３ｄと対向する蛍光体層２４４ｂ，２４４ｄに向かって照射されても、遮光部３５８ｃ，３５８ｄによって遮られる。また、半導体発光素子４２ｄの光の一部が、隣接する半導体発光素子４２ｃの発光面４３ｃと対向する蛍光体層２４４ｃに向かって照射されても、遮光部３５８ｄによって遮られる。

このように、本実施の形態に係る発光モジュール４３２は、少なくとも一つの半導体発光素子から発する光によって、隣接する半導体発光素子の発光面と対向する領域の蛍光体層が光ることが抑制される。その結果、例えば、発光ユニット２３６ａが点灯し、発光ユニット２３６ａに隣接している発光ユニット２３６ｂが消灯している場合に、発光ユニット２３６ｂの照射対象領域が意図せず照らされることが抑制される。また、少なくとも一つの半導体発光素子の光の一部が、隣接する半導体発光素子の照射領域に向かって照射されても、遮光体３５８に設けられている遮光部によって遮られる。したがって、点灯している半導体発光素子に隣接する半導体発光素子が消灯している場合に、消灯している半導体発光素子を備える発光ユニットの照射対象領域が意図せず照らされることが抑制される。

なお、本実施の形態に係る遮光体３５８は、その最外部に遮光部３５８ａ，３５８ｅが設けられている。これにより、図４に示す配光パターンＰＡの左右外側の領域が意図せず照らされることが抑制される。なお、本実施の形態に係る蛍光体層２４４ａ〜２４４ｄは、個別に分離されているが、一体で加工された蛍光体層であってもよい。また、発光モジュール４３２は、蛍光体層を用いずに必要とする色や波長の光を得ることができる場合は、蛍光体層を備えていなくてもよい。

（第６の実施の形態）
図１４は、第６の実施の形態に係る発光モジュールの要部を示す断面図である。発光モジュール２３２は、第１発光ユニット３３６ａ、第２発光ユニット３３６ｂ、第３発光ユニット３３６ｃ、第４発光ユニット３３６ｄと、第１発光ユニット３３６ａ〜第４発光ユニット３３６ｄを支持する基板３４と、を有する。

第１発光ユニット３３６ａは、半導体発光素子４２ａと、半導体発光素子４２ａを覆う第１被覆部材１６０ａと、第１被覆部材１６０ａの側面を覆う第２被覆部材１６２ａと、を備える。第２発光ユニット３３６ｂは、半導体発光素子４２ｂと、半導体発光素子４２ｂを覆う第１被覆部材１６０ｂと、第１被覆部材１６０ｂの側面を覆う第２被覆部材１６２ｂと、を備える。第３発光ユニット３３６ｃは、半導体発光素子４２ｃと、半導体発光素子４２ｃを覆う第１被覆部材１６０ｃと、第１被覆部材１６０ｃの側面を覆う第２被覆部材１６２ｃと、を備える。第４発光ユニット３３６ｄは、半導体発光素子４２ｄと、半導体発光素子４２ｄを覆う第１被覆部材１６０ｄと、第１被覆部材１６０ｄの側面を覆う第２被覆部材１６２ｄと、を備える。なお、各第１被覆部材１６０ａ〜１６０ｄを特に区別しない場合は、総称して第１被覆部材１６０と示す。また、各第２被覆部材１６２ａ〜１６２ｄを特に区別しない場合は、総称して第２被覆部材１６２と示す。

第１被覆部材１６０は、屈折率ｎ_５の透明な部材で構成されており、第２被覆部材１６２は、屈折率ｎ_６の部材で構成されている。ここで、屈折率ｎ_５＞屈折率ｎ_６であるとよい。これにより、第１被覆部材１６０と第２被覆部材１６２は導光体として機能する。この構成であれば、各発光ユニット３３６ａ〜３３６ｄから側方に向かって出射される光は、第１被覆部材１６０と第２被覆部材１６２との界面で全反射によって前方へ導かれやすくなり、各発光ユニット３３６ａ〜３３６ｄから側方へ漏れ出る光が抑えられる。

（第７の実施の形態）
本実施の形態では、複数の半導体発光素子を簡易に製造する方法について説明する。なお、図５と同様の構成については説明を適宜省略する。図１５は、成長基板上に形成された発光層を成長基板とは反対側の表面から切削した状態を示す断面図である。図１６は、成長基板上に形成された発光層を成長基板側から切削した状態を示す断面図である。

本実施の形態では、はじめにサファイアの成長基板４０上にｎ型半導体層４６およびｐ型半導体層４８を結晶成長により形成する。その結果、ｎ型半導体層４６およびｐ型半導体層４８の間に発光層５０が形成される。その後、バンプ１５２を設けることができるように、ｐ型半導体層４８側から凹部を形成するとともに、隣接する凹部の間の位置を切削加工（ハーフカット）することで、溝１６６により発光層（活性層）５０を分断する。これにより、成長基板４０を個片化せずに一体的に複数の半導体発光素子２４２ａ，２４２ｂを簡易に製造することができる。そのため、このように一体化された複数の半導体発光素子を上述の各発光モジュールに用いる場合、搭載が容易となり、また、半導体発光素子同士の位置決め精度を向上することができる。

なお、発光層５０を分断する際には、図１６に示すように、成長基板４０側から切削加工（ハーフカット）してもよい。この場合、半導体層を形成した成長基板４０を基板３４に実装した後でも加工が可能となる。

（車両用灯具）
図１７は、上述のように構成される車両用前照灯装置の照射制御部と車両側の車両制御部の構成を説明する機能ブロック図である。車両用前照灯装置１００の照射制御部１０２は、車両１０４に搭載された車両制御部１０６の指示にしたがって電源回路１０８の制御を行い第１灯具ユニット１８や第２灯具ユニット２０の照射制御を行う。

車両制御部１０６には、ライトスイッチ１１０、時計１１２、照度センサ１１４、カメラ１１６、車速センサ１１８が接続されている。ライトスイッチ１１０は第１灯具ユニット１８のオン／オフによるロービーム照射切替え、第１灯具ユニット１８の点灯時における第２灯具ユニット２０のオン／オフによるハイビーム照射切替え、第１灯具ユニット１８の消灯時における第２灯具ユニット２０のオン／オフによるＤＲＬ照射切替えを手動で行うスイッチである。

本実施の形態の車両用前照灯装置１００は、ライトスイッチ１１０の操作がない場合でも車両１０４の周囲の状況を検出して第１灯具ユニット１８や第２灯具ユニット２０の点消灯制御を行うことができる。例えば、時計１１２は、現在の日時または現在の季節と時刻を車両制御部１０６に提供する。車両制御部１０６は、日時や季節に基づき車両１０４の周囲が車両用前照灯装置１００を点灯すべき暗さであると判定できる場合は、照射制御部１０２に第１灯具ユニット１８の点灯指令を送りロービームを自動点灯するようにしてもよい。一方、車両制御部１０６が車両用前照灯装置１００の点灯は必要ない明るさであると判定した場合、照射制御部１０２に第２灯具ユニット２０の減光点灯指令を送りＤＲＬを自動点灯するようにしてもよい。また、車両制御部１０６は、カメラ１１６からの情報に基づき、車両前方に前方車両や歩行者が存在しない場合、ロービーム照射からハイビーム照射に自動的に切り替えてもよい。

前述したように、本実施形態の場合、第１灯具ユニット１８とともに第２灯具ユニット２０を点灯させているときに、ハイビーム照射領域中に照射を抑制すべき物体が存在する場合、前記物体が存在する位置に対応する第２灯具ユニット２０の照射による部分領域を消灯制御する。ここで、照射を抑制すべき物体とは、対向車や前走車、歩行者などである。このような消灯制御を実行するために、車両制御部１０６は、物体の認識手段として例えばステレオカメラなどのカメラ１１６から提供される画像データを用いる。カメラ１１６の撮影領域は仮想鉛直スクリーンの領域と一致している。撮影画像中に予め保持している車両や歩行者を示す特徴点を含む画像が存在する場合、ハイビーム照射領域中に照射を抑制すべき物体が存在すると判定する。そして、照射を抑制すべき物体の存在する位置に対応する部分領域を形成している発光ユニット３６を消灯するように照射制御部１０２に情報を供給する。なお、ハイビーム照射領域中に照射を抑制すべき対象物を検出する手段は適宜変更可能であり、カメラ１１６に代えてミリ波レーダや赤外線レーダなど他の検出手段を用いてもよい。また、それらを組み合わせてもよい。また、カメラ１１６からの情報に基づき、車両１０４の周囲の明るさを検出してハイビーム照射モードと昼間点灯照射モードの切替え制御を行うようにしてもよい。

なお、本実施の形態においては、車両用灯具としての車両用前照灯装置は、発光モジュールが備える複数の発光ユニットを個別に調光制御する制御回路を備えている。なお、制御回路は、発光モジュールが備える複数の発光ユニットを複数のグループに分けた場合にグループ毎に調光制御するものであってもよい。このような車両用前照灯装置は、前述の発光モジュールを備えることで、所望の配光特性を高い精度で実現することができる。

以上、本発明を各実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、青色の光を発する半導体発光素子と黄色の蛍光体の組み合わせた発光ユニットについて説明したが、発光ユニットとしては、紫外光を発する半導体発光素子と、紫外光で励起され、赤、緑、青の光をそれぞれ発する複数の蛍光体と、を有するものであってもよい。あるいは、紫外光を発する半導体発光素子と、紫外光で励起され、青、黄の光を発する蛍光体と、を有する発光ユニットであってもよい。

また、上述の実施の形態では、光波長変換部材としてセラミック材料が用いられているが、これに代えてシリコーン樹脂やガラス、ゾル・ゲル剤と、粉末蛍光体とを混合して板状に加工したものを光波長変換部材として用いてもよい。なお、蛍光体層としては、波長６００ｎｍにおける光透過率が４０％以上であることが好ましい。また、本実施の形態に係る発光モジュールは、車両用灯具だけではなく照明用灯具にも用いることができる。

１０ 灯具本体ユニット、 ３２ 発光モジュール、 ３４ 基板、 ３６ 発光ユニット、 ４０ 成長基板、 ４２ 半導体発光素子、 ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ 発光面、 ４４ 蛍光体層、 ４６ ｎ型半導体層、 ４８ ｐ型半導体層、 ５０ 発光層、 ５２ バンプ、 ５８ａ 遮光部、 ６０ａ 領域。

Claims (4)

1. 半導体発光素子を用いて光を発する複数の発光ユニットと、
   配列された前記複数の発光ユニットを支持する基板と、を備え、
   前記半導体発光素子は、隣接する発光ユニットの照射領域へ向かう該半導体発光素子が発する光を遮光するように、該半導体発光素子の側面および下面に設けられた遮光部を有し、
   前記発光ユニット同士の間隔をＷ１、前記発光ユニットの幅をＷ２とすると、
   Ｗ１＜Ｗ２を満たし、Ｗ１が１０〜５００μｍである、
   ことを特徴とする発光モジュール。
2. 前記半導体発光素子は、該半導体発光素子を成長させるために用いられた成長基板を有し、
   前記成長基板は、前記半導体発光素子が発する光が入射する入射面よりも該光が出射する出射面が広がるように、側面がテーパ形状であることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記遮光部の側面を覆う被覆部材を更に有し、
   前記遮光部の屈折率は、前記被覆部材の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１または２に記載の発光モジュール。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光モジュールと、
   前記発光モジュールが備える複数の半導体発光素子を複数のグループに分けた場合にグループ毎に調光制御する制御回路と、
   を備えることを特徴とする車両用灯具。

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