JP5731303B2 - 発光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は発光モジュールに関する。詳しくは、半導体発光素子と蛍光体層を周囲から囲む遮光壁の先端部に透明樹脂を塗布して配光パターンにおける明瞭なカットラインを形成する技術分野に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の半導体発光素子を光源として用いた発光モジュールがあり、このような発光モジュールは、例えば、半導体発光素子から出射された光を照明光として照射する車輌用灯具に備えられている。車輌用灯具にあっては、照明光として照射された光によって所定の配光パターンが形成される。
このような発光モジュールには、光を出射する複数の半導体発光素子と、半導体発光素子が搭載された回路基板と、半導体発光素子から出射された光の波長を変換する蛍光体層と、半導体発光素子と蛍光体層を周囲から囲む遮光壁とを有するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された発光モジュールにあっては、半導体発光素子と蛍光体層を周囲から囲んでいる遮光壁によって各半導体発光素子から出射された光が隣接する半導体発光素子側に入射することを防止している。
特開２０１１−４０４９５号公報
ところで、上記のような発光モジュールにおいて、各半導体発光素子から出射された光の隣接する半導体発光素子側への入射を防止するためには蛍光体層の外面が遮光壁の先端より突出しないようにする必要があるが、発光モジュールの製造工程においては加工精度により各遮光壁の高さ、各半導体発光素子の厚み及び接着剤の厚みにバラツキが生じる可能性がある。従って、蛍光体層の外面が遮光壁の先端より突出しないようにするために、上記したバラツキを考慮した余裕を持たせて遮光壁の先端部が蛍光体層の外面より突出されるように設計されている。
上記のような発光モジュールにおいては、半導体発光素子及び蛍光体層から出射された光の一部が遮光壁において反射されて照明光として照射され、光の一部が直接照明光として照射される。このとき、蛍光体層から突出した遮光壁の先端部は蛍光体層から直接照明光として照射される光が無い分だけ先端部以外の部分よりも光量が少なくなる。遮光壁の先端部で反射される光の一部は配光パターンのカットラインを形成する光とされる。
特許文献１に記載された発光モジュールにあっては、上記のように、遮光壁の先端部において反射されて照射される光量が遮光壁の先端部以外の部分において照射される光量より少ないため、配光パターンのカットラインが不明瞭となり所望の配光パターンを形成することができないという問題がある。
そこで、本発明は、上記した問題点を克服し、配光パターンにおける明瞭なカットラインを形成することを課題とする。
発光モジュールは、上記した課題を解決するために、光を出射する出射面を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が搭載された回路基板と、前記半導体発光素子の前記出射面を覆うように配置され前記半導体発光素子から出射される光の少なくとも一部の波長を変換する蛍光体層と、前記回路基板上に設けられ前記半導体発光素子と前記蛍光体層を周囲から囲む遮光壁とを備え、前記蛍光体層が透光性を有する接着用樹脂により前記半導体発光素子と前記遮光壁に接着され、前記遮光壁の先端部が前記蛍光体層より突出され、透光性を有する透明樹脂が少なくとも前記遮光壁における先端部の露出面を覆うように塗布され、前記透明樹脂が前記接着用樹脂と同一の材料にされたものである。
従って、発光モジュールにあっては、半導体発光素子から出射された光の一部が透明樹脂で内面反射されて遮光壁の露出面で反射される。また、接着用樹脂を塗布する工程において透明樹脂を同時に塗布することが可能になるので、発光モジュールを容易に製造することができると共に発光モジュールの製造時間の短縮化を図ることができる。
本発明発光モジュールは、光を出射する出射面を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が搭載された回路基板と、前記半導体発光素子の前記出射面を覆うように配置され前記半導体発光素子から出射される光の少なくとも一部の波長を変換する蛍光体層と、前記回路基板上に設けられ前記半導体発光素子と前記蛍光体層を周囲から囲む遮光壁とを備え、前記蛍光体層が透光性を有する接着用樹脂により前記半導体発光素子と前記遮光壁に接着され、前記遮光壁の先端部が前記蛍光体層より突出され、透光性を有する透明樹脂が少なくとも前記遮光壁における先端部の露出面を覆うように塗布され、前記透明樹脂が前記接着用樹脂と同一の材料にされたことを特徴とする。
従って、透明樹脂で内面反射された光が遮光壁の露出面で反射されて遮光壁の先端部における光の照射量が増加するので、遮光壁の先端部における光の照射量と先端部以外の部分における光の照射量との差が低減され、配光パターンにおける明瞭なカットラインを形成することができる。また、接着用樹脂を塗布する工程において透明樹脂を同時に塗布することが可能になるので、発光モジュールを容易に製造することができると共に発光モジュールの製造時間の短縮化を図ることができる。
請求項２に記載した発明にあっては、前記半導体発光素子が所定の間隔で複数並んで搭載され、前記蛍光体層が前記複数の半導体発光素子の各出射面をそれぞれ覆うように前記半導体発光素子と同数配置され、前記遮光壁が前記複数の半導体発光素子と前記複数の蛍光体層とをそれぞれ周囲から囲むように設けられている。
従って、複数の半導体発光素子から出射された場合の配光パターンにおける発光強度を均一化することができると共に明瞭なカットラインを形成することができる。
請求項３に記載した発明にあっては、前記透明樹脂が、前記蛍光体層より突出された前記遮光壁の先端部によって形成された開口部の全体を閉塞するように塗布されている。
従って、透明樹脂で内面反射されて遮光壁の露出面で反射される光が増加するので、遮光壁の先端部における光の照射量と先端部以外の部分における光の照射量が均一になり、配光パターンにおける一層明瞭なカットラインを形成することができる。
以下に、本発明発光モジュールを実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。
以下に示した最良の形態は、本発明発光モジュールを車輌用前照灯に設けられた発光モジュールに適用したものである。なお、本発明発光モジュールの適用範囲は車輌用前照灯に設けられた発光モジュールに限られることはなく、本発明は車輌用前照灯以外の各種の車輌用灯具に設けられた発光モジュールにおいても広く適用することができる。
車輌用前照灯１は、車体の前端部における左右両端部に取り付けられて配置されている。
車輌用前照灯１は、図１に示すように、前方に開口する凹状に形成されたランプハウジング２とランプハウジング２の開口面を閉塞するカバー３とを備え、ランプハウジング２とカバー３によって灯具外筐４が構成されている。灯具外筐４の内部空間は灯室５として形成されている。
灯室５にはランプユニット６が配置されている。ランプユニット６はブラケット７と発光モジュール８とリフレクター９とレンズホルダー１０と投影レンズ１１を有している。
ブラケット７は、例えば、熱伝導性が高い金属材料によって形成され、前面が取付面７ａとして形成されている。ブラケット７の後面には後方へ突出された放熱フィン７ｂ、７ｂ、・・・（図１に一つのみ示す。）が設けられている。
ブラケット７に設けられた放熱フィン７ｂ、７ｂ、・・・の後面にはファン１２が取り付けられている。放熱フィン７ｂ、７ｂ、・・・及びファン１２によって発光モジュール８の駆動時に発生する熱が放出される。
発光モジュール８は、図２に示すように、光を出射する半導体発光素子１３、１３、・・・と、半導体発光素子１３、１３、・・・が搭載された回路基板１４と、半導体発光素子１３、１３、・・・から出射される光の少なくとも一部の波長をそれぞれ変換する蛍光体層１５、１５、・・・と、回路基板１４上に設けられた遮光壁１６、１６、・・・とを有している。
半導体発光素子１３、１３、・・・は、前面が光を出射する出射面１３ａ、１３ａ、・・・とされ、後面が回路基板１４に搭載される面とされている。半導体発光素子１３、１３、・・・は所定の間隔で左右方向に並んで設けられている。半導体発光素子１３、１３、・・・としては、例えば、青色の波長の光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられる。
回路基板１４はブラケット７の取付面７ａの中央部に取り付けられている（図１参照）。
半導体発光素子１３、１３、・・・はそれぞれ接続端子１７、１７、・・・を介して回路基板１４に形成された図示しない回路パターンに接続されている。半導体発光素子１３、１３、・・・は図示しない電源回路からそれぞれ供給される駆動電圧により各別に発光可能とされている。
蛍光体層１５、１５、・・・は、例えば、セラミックやガラス等の材料により形成され、半導体発光素子１３、１３、・・・の出射面１３ａ、１３ａ、・・・を覆うように配置されている。蛍光体層１５は前方へ行くに従って外形が大きくなる四角錐台状に形成され、外面が前面１５ａと後面１５ｂと前方へ行くに従って外側に変位するように傾斜された四つの側面１５ｃ、１５ｃ、・・・とによって構成されている。後面１５ｂは半導体発光素子１３の出射面１３ａと略同じ大きさにされ、前面１５ａは後面１５ｂより大きくされている。蛍光体層１５、１５、・・・としては、例えば、青色の波長の光により励起されて黄色の波長の光を発光する黄色蛍光体を有するものが用いられる。
発光モジュール８においては、半導体発光素子１３、１３、・・・から出射された青色の光と蛍光体層１５、１５、・・・から発光された黄色の光が混合されて白色の光が発光される。
遮光壁１６、１６、・・・はそれぞれ回路基板１４上から前方へ突出され、半導体発光素子１３、１３、・・・と蛍光体層１５、１５、・・・とをそれぞれ上下左右から囲むように設けられている。遮光壁１６、１６、・・・は、例えば、左右方向又は上下方向に延びる五角柱状に形成されている。
遮光壁１６は、回路基板１４の前面に連続し上下方向又は左右方向を向く直立部１８と、直立部１８の前端から前方へ行くに従って両面（外面）が互いに接近するように傾斜された傾斜部１９とから成る。傾斜部１９は外面が傾斜面２０、２０として形成され、先端部（前端部）２１の前端が頂部２１ａとされている。傾斜面２０、２０は蛍光体層１５、１５の側面１５ｃ、１５ｃにそれぞれ沿う角度で傾斜されている。
なお、遮光壁１６、１６、・・・における半導体発光素子１３、１３、・・・と蛍光体層１５、１５、・・・を囲まない外周面は、図２に示すように、傾斜面を有することなく、それぞれ上下左右を向くようにされていてもよい。
半導体発光素子１３は四つの遮光壁１６、１６、・・・の直立部１８、１８、・・・によって周囲から囲まれ、蛍光体層１５は四つの遮光壁１６、１６、・・・の傾斜部１９、１９、・・・によって周囲から囲まれている。蛍光体層１５の四つの側面１５ｃ、１５ｃ、・・・と周囲から囲んでいる四つの傾斜面２０、２０、・・・はそれぞれ対向した状態とされている。傾斜部１９、１９、・・・は先端部２１、２１、・・・が蛍光体層１５の前面１５ａより前方に位置されている。傾斜面２０、２０、・・・のうち先端部２１、２１、・・・の外面は露出面２０ａ、２０ａ、・・・とされ、傾斜面２０、２０、・・・のうち先端部２１、２１、・・・以外の面は囲み面２０ｂ、２０ｂ、・・・とされている。従って、蛍光体層１５は四つの囲み面２０ｂ、２０ｂ、・・・によって周囲から囲まれている。
発光モジュール８には、それぞれ四つずつの先端部２１、２１、・・・によって囲まれた部分が蛍光体層１５、１５、・・・の前側に位置する開口部２２、２２、・・・として形成されている。
蛍光体層１５は、後面１５ｂが半導体発光素子１３の出射面１３ａに接着用樹脂２３によって接着され、四つの側面１５ｃ、１５ｃ、・・・がそれぞれ遮光壁１６、１６、・・・の四つの囲み面２０ｂ、２０ｂ、・・・に接着用樹脂２３によって接着されている。接着用樹脂２３は蛍光体層１５と半導体発光素子１３の間の厚み及び蛍光体層１５と遮光壁１６、１６、・・・の間の厚みが略均一で薄くされている。従って、蛍光体層１５の側面１５ｃ、１５ｃ、・・・と遮光壁１６、１６、・・・の囲み面２０ｂ、２０ｂ、・・・は近接して位置されている。
接着用樹脂２３は透光性を有し、接着用樹脂２３としては、例えば、シリコン系の材料が用いられる。
蛍光体層１５の前面１５ａ及び四つの遮光壁１６、１６、・・・の露出面２０ａ、２０ａ、・・・を覆うように透明樹脂２４が塗布されている。即ち、透明樹脂２４は開口部２２の全体を閉塞するように塗布されている。透明樹脂２４は略均一に塗布され、前面２４ａが四つの先端部２１、２１、・・・の頂部２１ａ、２１ａ、・・・により形成される平面と同一平面上に位置されている。
透明樹脂２４は透光性を有し、透明樹脂２４としては、接着用樹脂２３と同一の材料が用いられる。
リフレクター９は発光モジュール８の上側に配置された上側リフレクター２５と発光モジュール８の下側に配置された下側リフレクター２６とから成る（図１参照）。上側リフレクター２５と下側リフレクター２６はそれぞれ発光モジュール８側に位置し略下方を向く面と略上方を向く面を有し、これらの各面がそれぞれ反射面２５ａ、２６ａとして形成されている。リフレクター９は発光モジュール８から出射された光を投影レンズ１１へ向けて反射する機能を有している。
レンズホルダー１０はブラケット７の取付面７ａに取り付けられ、略前後方向に貫通した環状に形成され、発光モジュール８を覆うように設けられている。
投影レンズ１１はレンズホルダー１０の前端部に取り付けられ、レンズホルダー１０によって発光モジュール８の前方において保持されている。投影レンズ１１は発光モジュール８から出射された光を前方へ投影する機能を有している。
ランプユニット６はランプハウジング２に光軸調整機構２７によって傾動自在に支持されている。光軸調整機構２７はエイミングスクリュー２８、２８とレベリングアクチュエーター２９を有している。
エイミングスクリュー２８、２８（図１に一つのみ示す。）は左右に離隔して位置されそれぞれブラケット７の上端部とランプハウジング２の上端部とを連結している。エイミングスクリュー２８が回転されることによりランプユニット６が略上下方向又は略左右方向に傾動され、ランプユニット６のエイミング調整が行われる。
レベリングアクチュエーター２９はブラケット７の下端部とランプハウジング２の下端部とを連結している。レベリングアクチュエーター２９の駆動力によりランプユニット６が略上下方向へ傾動され、ランプユニット６のレベリング調整が行われる。
上記のように構成された車輌用前照灯１においては、電源回路から発光モジュール８の半導体発光素子１３、１３、・・・に対して各別に駆動電圧の印加が行われるようにされており、駆動電圧が印加された所定の半導体発光素子１３、１３、・・・の出射面１３ａ、１３ａ、・・・から光が出射される。
半導体発光素子１３、１３、・・・から光が出射されると、光の一部が接着用樹脂２３、２３、・・・、蛍光体層１５、１５、・・・及び透明樹脂２４、２４、・・・を透過して前方へ出射される。
また、半導体発光素子１３、１３、・・・から光が出射されたときには、光の別の一部が接着用樹脂２３を透過した後に蛍光体層１５の前面１５ａ又は透明樹脂２４の前面２４ａで内面反射される。前面１５ａ又は前面２４ａで内面反射された光は、その一部が遮光壁１６、１６、・・・の囲み面２０ｂ、２０ｂ、・・・の全面で反射されて前方へ出射される。
また、前面２４ａで内面反射された光の一部は、図３に示すように、透明樹脂２４を導かれ遮光壁１６、１６、・・・の露出面２０ａ、２０ａ、・・・の全面で反射されて前方へ出射される（光路Ｌ）。露出面２０ａ、２０ａ、・・・で反射されて前方へ出射される光の一部は配光パターンのカットラインを形成する光とされる。
発光モジュール８から出射された光はリフレクター９で反射され又はリフレクター９を介さずに投影レンズ１１へ向かい、投影レンズ１１によって前方へ照射されて所望の配光パターンを形成する。
発光モジュール８にあっては、上記したように、蛍光体層１５の前側に透明樹脂２４が塗布されており、透明樹脂２４の前面２４ａで内面反射が生じる。
従って、半導体発光素子１３、１３、・・・から出射され透明樹脂２４の前面２４ａで内面反射された光が遮光壁１６、１６、・・・の露出面２０ａ、２０ａ、・・・で反射されるので、遮光壁１６、１６、・・・の先端部２１、２１、・・・において照射される光量が増加し、先端部２１、２１、・・・における光の照射量と先端部２１、２１、・・・以外の部分における光の照射量とが略均一になる。
なお、上記には、透明樹脂２４が遮光壁１６、１６、・・・の先端部２１、２１、・・・によって形成された開口部２２の全体を閉塞するように塗布された例を示したが、透明樹脂２４は、その内面で反射された光が露出面２０ａ、２０ａ、・・・の全面に向かう状態とされれば、開口部２２の一部を閉塞するように塗布されていてもよい。
例えば、透明樹脂２４が露出面２０ａ、２０ａ、・・・を覆うように開口部２２の外周部のみに塗布されていてもよい（図４参照）。このように開口部２２の外周部のみに透明樹脂２４が塗布された場合にも、透明樹脂２４が開口部２２の全体を閉塞するように塗布された場合と同様に、透明樹脂２４の外面２４ｂで内面反射が生じるため、光の一部が露出面２０ａ、２０ａ、・・・の全面で反射されて前方へ出射される。従って、遮光壁１６、１６、・・・の先端部２１、２１、・・・における光の照射量が増加し、先端部２１、２１、・・・における光の照射量と先端部２１、２１、・・・以外の部分における光の照射量との差が低減される。
透明樹脂２４が開口部２２の外周部のみに塗布された場合には、透明樹脂２４の使用量を削減して製造コストを低減した上で先端部２１、２１、・・・における光の照射量と先端部２１、２１、・・・以外の部分における光の照射量との均一性を確保することができる。
また、上記には、発光モジュール８が複数の半導体発光素子１３、１３、・・・と複数の蛍光体層１５、１５、・・・とを有している例を示したが、発光モジュール８は一つの半導体発光素子１３と一つの蛍光体層１５が複数の遮光壁１６、１６、・・・によって周囲から囲まれた構成とされていてもよい。
以上に記載した通り、発光モジュール８にあっては、半導体発光素子１３から出射され透明樹脂２４の前面２４ａ又は外面２４ｂで内面反射された光の一部が遮光壁１６、１６、・・・の露出面２０ａ、２０ａ、・・・で反射され、前方へ照射されて配光パターンが形成される。
従って、遮光壁１６、１６、・・・の先端部２１、２１、・・・における光の照射量が増加するので、先端部２１、２１、・・・における光の照射量と先端部２１、２１、・・・以外の部分における光の照射量との差が低減され、配光パターンにおける明瞭なカットラインを形成することができる。
また、発光モジュール８にあっては、遮光壁１６、１６、・・・が複数の半導体発光素子１３、１３、・・・と複数の蛍光体層１５、１５、・・・とをそれぞれ周囲から囲むように設けられている。
従って、各半導体発光素子１３、１３、・・・から出射され内面反射された光が各遮光壁１６、１６、・・・の各露出面２０ａ、２０ａ、・・・で反射され、先端部２１、２１、・・・における光の照射量と先端部２１、２１、・・・以外の部分における光の照射量との差が低減されるので、複数の半導体発光素子１３、１３、・・・から出射された場合の配光パターンにおける発光強度を均一化することができると共に明瞭なカットラインを形成することができる。
さらに、発光モジュール８にあっては、透明樹脂２４が遮光壁１６、１６、・・・の先端部２１、２１、・・・によって形成された開口部２２の全体を閉塞するように塗布されている。
従って、透明樹脂２４における光の内面反射の領域が大きく透明樹脂２４の前面２４ａで内面反射された光の一部が露出面２０ａ、２０ａ、・・・に向かうので、露出面２０ａ、２０ａ、・・・で反射される光が増加し先端部２１、２１、・・・における光の照射量と先端部２１、２１、・・・以外の部分における光の照射量とが均一になり、配光パターンにおける一層明瞭なカットラインを形成することができる。
さらにまた、発光モジュール８にあっては、透明樹脂２４が接着用樹脂２３と同一の材料にされている。
従って、接着用樹脂２３を塗布する工程において透明樹脂２４を同時に塗布することが可能となるので、発光モジュール８を容易に製造することができると共に発光モジュール８の製造時間の短縮化を図ることができる。
上記した最良の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
図２乃至図４と共に本発明の最良の形態を示すものであり、本図は車輌用前照灯の概略縦断面図である。 発光モジュールの拡大断面図である。 半導体発光素子から出射された光の経路を示す概念図である。 透明樹脂が開口部の一部に塗布された発光モジュールの例を示す拡大断面図である。
８…発光モジュール、１３…半導体発光素子、１３ａ…出射面、１４…回路基板、１５…蛍光体層、１６…遮光壁、２０ａ…露出面、２１…先端部、２２…開口部、２３…接着用樹脂、２４…透明樹脂

Claims (3)

  1. 光を出射する出射面を有する半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子が搭載された回路基板と、
    前記半導体発光素子の前記出射面を覆うように配置され前記半導体発光素子から出射される光の少なくとも一部の波長を変換する蛍光体層と、
    前記回路基板上に設けられ前記半導体発光素子と前記蛍光体層を周囲から囲む遮光壁とを備え、
    前記蛍光体層が透光性を有する接着用樹脂により前記半導体発光素子と前記遮光壁に接着され、
    前記遮光壁の先端部が前記蛍光体層より突出され、
    透光性を有する透明樹脂が少なくとも前記遮光壁における先端部の露出面を覆うように塗布され、
    前記透明樹脂が前記接着用樹脂と同一の材料にされた
    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が所定の間隔で複数並んで搭載され、
    前記蛍光体層が前記複数の半導体発光素子の各出射面をそれぞれ覆うように前記半導体発光素子と同数配置され、
    前記遮光壁が前記複数の半導体発光素子と前記複数の蛍光体層とをそれぞれ周囲から囲むように設けられた
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
  3. 前記透明樹脂が、前記蛍光体層より突出された前記遮光壁の先端部によって形成された開口部の全体を閉塞するように塗布された
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光モジュール。
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