JP6056117B2 - 発光装置及び車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に係り、特に、半導体発光素子(例えば、半導体レーザー光源)と透光性部材とを組み合わせた構造の発光装置及び車両用灯具に関する。
従来、半導体発光素子(例えば、半導体レーザー光源)と透光性部材とを組み合わせた構造の発光装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図11に示すように、特許文献1に記載の発光装置200は、半導体レーザー光源210、半導体レーザー光源210から離間した位置に配置された透光性部材220(蛍光体)、半導体レーザー光源210と透光性部材220との間に配置された集光レンズ230、半導体レーザー光源210と透光性部材220と集光レンズ230とを保持するホルダ240等を備えている。
特許文献1に記載の発光装置200においては、半導体レーザー光源210からのレーザー光は、集光レンズ230で集光されて貫通穴242を通過し、当該貫通穴242の上に配置された透光性部材220を局所的に照射する。レーザー光が照射された透光性部材220は、これを透過する半導体レーザー光源210からのレーザー光と半導体レーザー光源210からのレーザー光で励起されて放出される光(発光)とを放出する。透光性部材220は、これが脱落してレーザー光が直接外部へ出射されるのを防止する観点から、固定部材250により強固に固定されている。
特開2010−165834号公報
しかしながら、上記構成の発光装置200においては、透光性部材220(下面)及び/又はホルダ240(透光性部材220の実装面)に接着剤を塗布し、透光性部材220をホルダ240に対して押しつけて接着すると、接着剤は流動性を備えているため、両者間の接着剤が押し広げられて貫通穴242に到達し、貫通穴242内に進入する結果、当該貫通穴242内に進入した接着剤が、当該貫通穴242を通過する半導体レーザー光源210からのレーザー光に起因して、焦げ付く等の問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、透光性部材とヘッド部とを接着する両者間の接着剤が貫通穴(半導体発光素子からの光が通過する貫通穴)内に進入するのを抑制することが可能な発光装置及びこれを用いた車両用灯具を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、凸部を含む表面と、その反対側の裏面と、前記凸部の先端面と前記裏面とを貫通する貫通穴と、を含むヘッド部と、表面と、その反対側の、前記凸部が嵌合する第1凹部を含む裏面と、を含む透光性部材と、前記凸部が前記第1凹部に嵌合し、かつ、前記第1凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記ヘッド部の表面のうち前記凸部の周囲と前記透光性部材の裏面とを接着した接着剤と、前記貫通穴を通過し、前記透光性部材を照射する光を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの光を集光して、前記透光性部材を局所的に照射する光学系と、を備えた発光装置であって、前記透光性部材の側面は、前記透光性部材の裏面側から前記透光性部材の表面側に向かうに従って内側に傾斜し、前記透光性部材の側面を取り囲むように配置され、かつ、前記透光性部材の側面に嵌合した状態で前記透光性部材を固定した固定手段をさらに備え、前記固定手段は、前記ヘッド部の一部である
請求項1に記載の発明によれば、次の利点を生ずる。
第1に、透光性部材(裏面)とヘッド部(表面)とを接着する両者間の接着剤が貫通穴(半導体発光素子からの光が通過する貫通穴)内に進入するのを抑制することが可能となる。これは、ヘッド部が凸部を含み、かつ、透光性部材が、前記凸部が嵌合する第1凹部を含むことによるものである。
すなわち、透光性部材(裏面)及び/又はヘッド部(表面)に接着剤を塗布し、透光性部材をヘッド部に対して押しつけて接着すると、接着剤は流動性を備えているため、両者間の接着剤が貫通穴の方向へ広がろうとするが、ヘッド部が凸部を含み、かつ、透光性部材が、凸部が嵌合する第1凹部を含むため、当該接着剤の這い上りを防止することができる。その結果、接着剤が、貫通穴に到達し、貫通穴(半導体発光素子からの光が通過する貫通穴)内に進入するのを抑制することが可能となる。
第2に、透光性部材の、ヘッド部に対する位置決めを容易に行うことが可能となる。これは、ヘッド部の凸部と透光性部材の第1凹部とが、位置決め手段として機能することによるものである。
第3に、局所的に照射される半導体発光素子(例えば、半導体レーザー光源)からの光に起因して発生する熱の放熱経路を確保することが可能となる。これは、透光性部材(裏面)とヘッド部(表面)とを接着する接着剤によって、透光性部材(裏面)とヘッド部(表面)との密着性が高められ、両者間の隙間に起因する接触熱抵抗が低減することによるものである。
第4に、仮に、接着剤等が劣化したとしても、透光性部材が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。これは、ヘッド部の凸部が透光性部材の第1凹部に嵌合していることによるものである。
透光性部材の側面は、透光性部材の裏面側から透光性部材の表面側に向かうに従って内側に傾斜しているので、仮に、接着剤等が劣化したとしても、透光性部材が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。これは、高反射率部材が、透光性部材の内側に傾斜した側面を覆うことで、当該透光性部材の抜け止め防止手段として機能することによるものである。
透光性部材の側面を取り囲むように配置され、かつ、透光性部材の側面に嵌合した状態で透光性部材を固定した固定手段をさらに備えるので、透光性部材をより強固に固定することが可能となる結果、熱衝撃や振動に対して信頼性の高いヘッド部を構成することができる。また、仮に、接着剤等が劣化したとしても、透光性部材が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。固定手段は、前記ヘッド部の一部である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記貫通穴は、前記ヘッド部の表面側から前記ヘッド部の裏面側に向かうに従ってサイズが大きくなる。
請求項2に記載の発明によれば、次の利点を生ずる。
第1に、局所的に照射される半導体発光素子からの光の、透光性部材の裏面への入射効率を高めることができる。これは、貫通穴を、ヘッド部の表面側からヘッド部の裏面側に向かうに従ってサイズが大きくなる貫通穴とすることで、当該貫通穴を通過する半導体発光素子からの光の一部が、当該貫通穴の内壁で遮光されるのを抑制することが可能となることによるものである。
第2に、半導体発光素子の光軸が中心からずれた場合であっても、半導体発光素子からの光が遮られることなく貫通穴を通過することができるため、光軸調整工程の歩留まりを向上させることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記透光性部材の側面の少なくとも一部を覆う高反射率部材をさらに備えている。
請求項に記載の発明によれば、光取出し効率が向上する。これは、透光性部材の側面が高反射率部材で覆われているため、透光性部材の側面から出射する光が、当該高反射率部材で反射されて透光性部材に再度入射することによるものである。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記高反射率部材は、白樹脂である。
請求項に記載の発明によれば、光取出し効率が向上する。これは、透光性部材の側面が白樹脂で覆われているため、透光性部材の側面から出射する光が、当該白樹脂で反射されて透光性部材に再度入射することによるものである。
請求項に記載の発明は、請求項又はに記載の発明において、前記ヘッド部の表面は、前記凸部を含む底面を含む第2凹部を含み、前記接着剤は、前記凸部が前記第1凹部に嵌合し、かつ、前記第1凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記第2凹部の底面のうち前記凸部の周囲と前記透光性部材の裏面とを接着し、前記高反射率部材は、前記第2凹部の内壁及び底面と、前記透光性部材の側面と、で囲われたスペース内に配置されている。
請求項に記載の発明によれば、高反射率部材は、上記スペース内に脱落し難い状態で保持される。これは、高反射率部材が、第2凹部の内壁及び底面、並びに、透光性部材の側面に密着していることによるものである。
請求項に記載の発明は、請求項1からのいずれかに記載の発明において、前記透光性部材の底面は、前記半導体発光素子から入射する光を、当該光の入射方向以外の方向へ反射させる第3凹部を含む。
請求項に記載の発明によれば、次の利点を生ずる。
第1に、局所的に照射される半導体発光素子からの光の、透光性部材の裏面への入射効率を高めることができる。これは、局所的に照射される半導体発光素子からの光が、第3凹部でより拡散されることによるものである。
第2に、透光性部材の裏面のうち局所的に照射される半導体発光素子からの光が入射する部分に、接着剤が付着するのを抑制することができる。これは、仮に、接着剤が凸部(側面)と拡散部(側面)との間の隙間から凸部の先端面に侵入したとしても、当該進入した接着剤が第3凹部を這い上がることができないことによるものである。
第3に、第3凹部からの反射光(1次励起光の反射光の背面戻り成分)が、貫通穴を通過して半導体発光素子側に戻るのを抑制することができる。これは、第3凹部からの反射光が、第3凹部と凸部の先端面との間で散乱を繰り返すことによるものである。
請求項に記載の発明は、請求項1からのいずれかに記載の発明において、前記透光性部材は、拡散層と波長変換層とを含む波長変換部材であり、前記拡散層は、前記第1凹部を含む第1の面とその反対側の第2の面とを含み、前記第1の面を照射する前記半導体発光素子からの光を拡散して、前記第2の面から拡散光として出射する層であり、前記波長変換層は、前記第2の面に接合された第3の面とその反対側の第4の面とを含み、前記第3の面に入射する前記拡散光を波長変換して、前記第4の面から出射する層であり、前記接着剤は、前記凸部が前記第1凹部に嵌合し、かつ、前記第1凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記ヘッド部の表面のうち前記凸部の周囲と前記拡散層の第1の面とを接着する。
請求項に記載の発明によれば、輝度飽和や温度消光に起因する効率の低下を抑制することが可能となる。これは、光学系(例えば、集光レンズ)で集光された半導体発光素子からの光が、局所的な光として波長変換層へ入射するのではなく、拡散層で拡散されて輝度分布が略均一の拡散光として波長変換層へ入射することによるものである。
なお、輝度飽和とは、光(例えば、半導体レーザー光源からのレーザー光)のエネルギー密度が一定の値を超えた場合に、蛍光強度が光(例えば、半導体レーザー光源からのレーザー光)のエネルギー密度の増加に伴って高くならない現象のことをいい、温度消光とは、半導体レーザー光源の様に高いエネルギー密度で励起した場合、光(例えば、半導体レーザー光源からのレーザー光)に起因する熱で蛍光体自体の効率が低下する現象のことをいう。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記拡散層の厚みは、前記第2の面から出射する拡散光の輝度分布が略均一となる厚みに設定されている。
請求項に記載の発明によれば、輝度むらの改善が可能となる。これは、光学系(例えば、集光レンズ)で集光された半導体発光素子からの光が、局所的な光として波長変換層へ入射するのではなく、拡散層で拡散されて輝度分布が略均一の拡散光として波長変換層へ入射することによるものである。
なお、半導体発光素子からの光を集光して、透光性部材を局所的に照射する光学系は、半導体発光素子からの光を集光して、透光性部材を局所的に照射する集光レンズを含む光学系であってもよいし、あるいは、半導体発光素子からの光を集光する集光レンズと、集光レンズで集光された半導体発光素子からの光を導光して、透光性部材を局所的に照射するライトガイドと、を含む光学系であってもよい。
本発明は、車両用灯具の発明として、次のように特定することもできる。
請求項1から10のいずれかに記載の発光装置と、前記発光装置からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系と、を備えることを特徴とする車両用灯具。
本発明によれば、透光性部材とヘッド部とを接着する両者間の接着剤が貫通穴(半導体発光素子からの光が通過する貫通穴)内に進入するのを抑制することが可能な発光装置及びこれを用いた車両用灯具を提供することが可能となる。
本発明の一実施形態である発光装置10の斜視図である。 発光装置10の縦断面図である。 (a)貫通穴H付近の拡大部分断面図、(b)〜(e)貫通穴H付近の拡大部分断面図(変形例)である。 (a)発光装置10の上面図、(b)発光装置10の上面図(変形例)である。 (a)〜(c)は、厚みhが異なる3つの拡散層36それぞれの下面36a(中心)を、集光レンズ16で集光されたレーザー光で局所的(スポット的)に照射した場合の、拡散層36の上面36bから出射する拡散光の輝度分布である。 (a)、(b)貫通穴H付近の拡大部分断面図(変形例)である。 (a)〜(e)図3(e)に示すヘッド部26の製造工程例である。 発光装置10(変形例)の縦断面図である。 発光装置10からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系として、投影レンズ52を備えたいわゆるダイレクトプロジェクション型(直射型とも称される)の車両用灯具50の構成例である。 発光装置10からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系として、反射面62、シェード64及び投影レンズ66を備えたいわゆるプロジェクタ型の車両用灯具60の構成例である。 従来の発光装置の断面図である。
以下、本発明の一実施形態である発光装置について図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の一実施形態である発光装置10の斜視図、図2は縦断面図、図3(a)は貫通穴H付近の拡大部分断面図、図3(b)〜図3(e)は貫通穴H付近の拡大部分断面図(変形例)である。
図1〜図3(a)に示すように、発光装置10は、透光性部材12、半導体発光素子14、集光レンズ16、高反射率部材18、接着剤20、これらを保持するホルダ(第1ホルダ22、第2ホルダ40)等を備えている。
第1ホルダ22は、ステンレス等の金属製で、図2に示すように、円筒型の筒部24、その上部開口端を閉塞する円形のヘッド部26、筒部24の上部外周に設けられたフランジ部28等を含んでいる。第1ホルダ22は、第2ホルダ40とは物理的に分離した別部材であってもよいし(例えば、図2参照)、第2ホルダ40と一体的に成形されていてもよい(図示せず)。後者のようにすれば、局所的に照射される半導体発光素子14(例えば、半導体レーザー光源)からの光に起因して発生する熱の放熱性を、さらに高めることができる。これは、第1ホルダ22と第2ホルダ40との間に隙間が発生せず、当該隙間に起因する接触熱抵抗が発生しないことによるものである。
図3(a)に示すように、ヘッド部26は、凸部70を含む底面30aを含むヘッド部側凹部30(本発明の第2凹部に相当)を含む表面32と、その反対側の裏面34と、凸部70の先端面70aと裏面34とを貫通する貫通穴Hと、を含んでいる。
貫通穴Hは、図3(a)、図3(b)、図3(e)に示すように、同一径の貫通穴であってもよいし、図3(c)、図3(d)に示すように、ヘッド部26の表面32側(ヘッド部側凹部30の底面30a側)からヘッド部26の裏面34側に向かうに従ってサイズが大きくなる貫通穴であってもよい。後者のようにすれば、次の利点を生ずる。
第1に、局所的に照射される半導体発光素子14からの光の、透光性部材12の裏面(拡散層側凹部72の底面72a)への入射効率を高めることができる。これは、貫通穴Hを、ヘッド部26の表面32側からヘッド部26の裏面34側に向かうに従ってサイズが大きくなる貫通穴とすることで、貫通穴Hを通過する半導体発光素子14からの光の一部が、当該貫通穴Hの内壁で遮光されるのを抑制することが可能となることによるものである。
第2に、半導体発光素子14の光軸が中心からずれた場合であっても、半導体発光素子14からの光が遮られることなく貫通穴Hを通過することができるため、光軸調整工程の歩留まりを向上させることができる。
図3(a)に示すように、透光性部材12は、拡散層36(拡散板とも称される)と波長変換層38とを含む波長変換部材である。なお、拡散層36を省略し、透光性部材12全体を波長変換層38で構成してもよい。
拡散層36は、凸部70が嵌合する拡散層側凹部72(本発明の第1凹部に相当)を含む下面36a(本発明の第1の面に相当)とその反対側の上面36b(本発明の第2の面に相当)とを含み、下面36a(拡散層側凹部72の底面72a)を局所的に(スポット的に)照射する半導体発光素子14からの光(本実施形態では、レーザー光)を拡散して、上面36bから拡散光として出射する層である。
凸部70の高さと拡散層側凹部72の深さとの関係は、同等又は拡散層側凹部72深さが凸部70高さよりも大きいことが好ましい。
拡散層36は、粒界制御により透過率を制御したアルミナの金型成型品であってもよいし、低融点ガラスに光散乱粒子(例えばシリカ、アルミナ、チタニア)を分散させたものの金型成型品であってもよい。例えば、拡散層36は、セリウムCe等の付活剤(発光中心とも称される)が導入されていないYAG(例えば25%)とアルミナAl(例えば75%)との複合体(例えば、焼結体)からなる矩形板状の層(例えば、0.4mm×0.8mmの矩形で、厚みが300〜400μm)であってもよい。
透光性部材12(拡散層36の下面36a)とヘッド部26の表面32(ヘッド部側凹部30の底面30a)とは、接着剤20で接着されている。
接着剤20は、熱伝導性接着剤で、凸部70が拡散層側凹部72に嵌合し、かつ、拡散層側凹部72の底面72aが貫通穴Hを覆った状態で、ヘッド部26の表面32(ヘッド部側凹部30の底面30a)のうち凸部70の周囲と拡散層36の下面36aとを接着している。拡散層36の下面36a(拡散層側凹部72の底面72a)の一部は、貫通穴Hから露出している。
接着剤20は、有機接着剤であってもよいし、無機接着剤であってもよい。例えば、接着剤20は、銀、銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属や、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、グラファイト等の熱伝導率の高いセラミックスをフィラーとして添加した樹脂系(エポキシ系、アクリル系、シリコン系、ウレタン系等)の接着剤であってもよい。
拡散層36は、その下面36a(拡散層側凹部72の底面72a)を局所的に(スポット的に)照射する半導体発光素子14からの光(本実施形態では、レーザー光)を拡散して、上面36b(本発明の第2の面に相当)から拡散光として出射する層であればよく、その形状は上記に限定されない。
例えば、拡散層36は、図4(a)に示すように、円柱状の層(例えば、Φ0.4〜0.8mm)であってもよいし、図4(b)に示すように、直方体状の層(例えば、短手0.3〜0.6mm、長手0.6〜2.0mm)であってもよいし、それ以外の形状の層であってもよい。図4(a)は発光装置10の上面図、図4(b)は発光装置10の上面図(変形例)である。
また、拡散層36は、その下面36a(拡散層側凹部72の底面72a)を局所的に(スポット的に)照射する半導体発光素子14からの光(本実施形態では、レーザー光)を拡散して、上面36b(本発明の第2の面に相当)から拡散光として出射する層であればよく、その材料は上記に限定されない。
例えば、拡散層36は、YAGとガラスとの複合体からなる層であってもよいし、気泡を分散させたアルミナAl(又はガラス)からなる層であってもよいし、その他の材料からなる層であってもよい。
拡散層36の厚みは、次の観点から、300〜400μmとされている。
本出願の発明者は、拡散層36の厚みh(図3(a)参照)を厚くすることで、拡散層36の上面36bから出射する拡散光の輝度むらが改善されて、輝度分布が均一(又は略均一)になることを確認した。
図5(a)〜図5(c)は、厚みhが異なる3つの拡散層36それぞれの下面36a(中心)を、集光レンズ16で集光されたレーザー光で局所的(スポット的)に照射した場合の、拡散層36の上面36bから出射する拡散光の輝度分布を表している。拡散層36はセリウムCe等の付活剤が導入されていないYAG(25%)とアルミナAl(75%)との複合体(サイズが0.4mm×0.8mmの矩形板状)を用い、集光レンズ16で集光された半導体発光素子14からのレーザー光のスポットサイズが、長手が約100μm、短手が約20〜30μmの楕円形状となるように調整した。拡散層36の側面は、高反射率部材(白樹脂)で覆われている。
図5(a)〜図5(c)を参照すると、拡散層36の厚みhが、100μm(図5(a)参照)→200μm(図5(b)参照)→400μm(図5(c)参照)のように、厚くなるに従って輝度むらが次第に改善され、厚みh=400μmで輝度分布が均一(又は略均一)となることが分かる。これは、拡散層36の厚みhが厚くなると、集光レンズ16で集光されたレーザー光(及びレーザー光による発光)の拡散層36内での散乱回数(YAGとアルミナAlとの屈折率との違いによる散乱回数)が増えて均一化され、この均一化されたレーザー光(及びレーザー光による発光)が拡散層36の上面36bから出射することによるものである。
以上のように、拡散層36の厚みhを厚くすることで、拡散層36の上面36bから出射する拡散光の輝度むらが改善されて輝度分布が均一(又は略均一)になることが分かる。
上記知見に基づき、拡散層36の厚みhは、拡散層36の上面36bから出射する拡散光の輝度分布が均一(又は略均一)となる厚み(本実施形態では、厚みh=300〜400μm)に設定されている。なお、拡散層36の厚みhは、拡散効果が得られるのであれば、300〜400μmに限定されず、これ以外の範囲であってもよい。
上記構成の拡散層36によれば、輝度飽和や温度消光に起因する効率の低下を抑制することが可能となる。これは、集光レンズ16で集光された半導体発光素子14からの光(本実施形態ではレーザー光)が、局所的な光として波長変換層38(下面38a)へ入射するのではなく、拡散層36で拡散されて輝度分布が略均一の拡散光として波長変換層38(下面38a)へ入射することによるものである。
図3(a)に示すように、波長変換層38は、拡散層36の上面36bに接合された下面38a(本発明の第3の面に相当)とその反対側の上面38b(本発明の第4の面に相当)とを含み、下面38aに入射する拡散層36からの拡散光を波長変換して、上面38bから出射する層である。
波長変換層38は、無機バインダーに蛍光体を分散させたものであってもよいし、蛍光体セラミックプレートであってもよい。例えば、波長変換層38は、セリウムCe等の付活剤が導入されたYAGとアルミナAlとの複合体(例えば、焼結体)からなる矩形板状の層(例えば、0.4mm×0.8mmの矩形で、厚みが80μm)であってもよい。
拡散層36と波長変換層38とは、拡散層36の上面36bと波長変換層38の下面38aとが面接触した状態で固定(接合)されている。
例えば、波長変換層38が無機バインダーに蛍光体を分散させたものである場合には、拡散層36(上面36b)と波長変換層38(下面38a)とは、当該無機バインダーに蛍光体を分散させたものを拡散層36の上面36bに印刷及び/又は焼成することで、固定(接合)される。
波長変換層38が蛍光体セラミックプレートである場合には、拡散層36(上面36b)と波長変換層38(下面38a)とは、熱圧着等で、固定(接合)される。
拡散層36、波長変換層38がいずれもセラミック製である場合には、拡散層36(上面36b)と波長変換層38(下面38a)とは、拡散層36の上面36bと波長変換層38の下面38aとが面接触した状態で高温硬化させることで、固定(接合)される。
波長変換層38がガラス蛍光体層である場合には、拡散層36(上面36b)と波長変換層38(下面38a)とは、拡散層36の上面36bと波長変換層38の下面38aとが面接触した状態で硬化させることで、固定(接合)される。
波長変換層38は、その下面38aに入射する拡散層36からの拡散光を波長変換して、上面38bから出射する層であればよく、その形状は上記に限定されない。
例えば、波長変換層38は、図4(a)に示すように、円柱状の層(例えば、Φ0.4〜0.8mm)であってもよいし、図4(b)に示すように、直方体状の層(例えば、短手0.3〜0.6mm、長手0.6〜2.0mm)であってもよいし、それ以外の形状の層であってもよい。
波長変換層38の上面形状は、円形、楕円形、四角形等の各種形状から光学系に合わせて適宜選択することができる。特に車両前照灯の用途には、波長変換層38の上面形状は、長方形が好適である。なお、貫通穴Hの位置や径は求められる配光輝度分布に応じて適宜調整することができる。
また、波長変換層38は、その下面38aに入射する拡散層36からの拡散光を波長変換して、上面38bから出射する層であればよく、その材料は上記に限定されない。
例えば、波長変換層38は、セリウムCe等の付活剤が導入されたYAGとガラスバインダーとの複合体からなる層であってもよいし、その他の材料からなる層であってもよい。
高反射率部材18は、例えば、白樹脂(例えば、アルミナやチタニアを高濃度に分散した樹脂)等の高反射率部材で、図3(a)に示すように、ヘッド部側凹部30(内壁30b及び底面30a)と、透光性部材12(側面12a)と、で囲われたスペース内に配置されている。高反射率部材18は、例えば、ディスペンサにより、当該スペース内に、透光性部材12の上面(波長変換層38の上面38b)と面一となるまで充填されて、透光性部材12の側面12aの少なくとも一部を覆っている。これにより、光取出し効率が向上する。これは、透光性部材12の側面12aが高反射率部材18で覆われているため、透光性部材12の側面12aから出射する光が、当該高反射率部材18で反射されて透光性部材12に再度入射することによるものである。その結果、透光性部材12の側面12aが高反射率部材18で覆われていない場合と比べ、光取出し効率が向上する。なお、光取出し効率の向上が求められない場合等には、高反射率部材18を省略してもよい。
高反射率部材18は、上記スペース内に脱落し難い状態で保持される。これは、高反射率部材18が、ヘッド部側凹部30の内壁30b及び底面30a、並びに、透光性部材12の側面12aに密着していることによるものである。
図6(a)、図6(b)は、貫通穴H付近の拡大部分断面図(変形例)である。
透光性部材12の側面12a(少なくとも拡散層36の側面)は、図3(a)〜図3(e)に示すように、拡散層36の下面36a側から拡散層36の上面36b側に向かうに従って内側に傾斜した傾斜面であってもよいし、図6(a)、図6(b)に示すように、傾斜していない垂直面であってもよい。前者のようにすれば、仮に、接着剤20等が劣化したとしても、透光性部材12が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。これは、高反射率部材18が、透光性部材12の内側に傾斜した側面12a(少なくとも拡散層36の側面)を覆うことで、当該透光性部材12の抜け止め防止手段として機能することによるものである。
後者の拡散層36は、その側面が垂直面であるため、拡散層36の元となる部材(例えば、板状の拡散板)を、ダイシング等で所定サイズに切断加工することで安価に製造することができる。後者の拡散層36によれば、拡散光を同一断面積にてそのまま効率よく波長変換層38に導くことができる。
図3(b)、図3(d)、図6(b)に示すように、透光性部材12の底面(拡散層側凹部72の底面72a)は、半導体発光素子14から入射する光を、当該光の入射方向以外の方向へ反射(散乱等)させる凹部74(本発明の第3凹部に相当)を含んでいてもよい。
例えば、凹部74は、貫通穴Hの外径よりも直径が大きい半球状の凹部である。
このようにすれば、透光性部材12の底面(拡散層側凹部72の底面72a)が平坦である場合(例えば、図3(a)参照)と比べ、次の効果を奏する。
第1に、局所的に照射される半導体発光素子14からの光(本実施形態では、レーザー光)の、拡散層36の下面36a(拡散層側凹部72の底面72a)への入射効率を高めることができる。これは、局所的に照射される半導体発光素子14からの光(本実施形態では、レーザー光)が、凹部74でより拡散されることによるものである。
第2に、拡散層側凹部72の底面72aのうち局所的に照射される半導体発光素子14からの光が入射する部分に、接着剤20が付着するのを抑制することができる。これは、仮に、接着剤20が凸部70(側面)と拡散層36(側面)との間の隙間S(図3(a)参照)から凸部70の先端面70aに侵入したとしても、当該進入した接着剤20が拡散層側凹部72を這い上がることができないことによるものである。
第3に、拡散層側凹部72からの反射光(1次励起光の反射光の背面戻り成分)が、貫通穴Hを通過して半導体発光素子14側に戻るのを抑制することができる。これは、拡散層側凹部72からの反射光が、拡散層側凹部72と凸部70の先端面70aとの間で散乱を繰り返すことによるものである。
なお、凹部74は、半導体発光素子14から入射する光を、当該光の入射方向以外の方向へ反射(散乱等)させる面形状(光散乱面等)を含んでいればよく、その形状は上記に限定されない。
例えば、凹部74は、円柱、三角柱、四角柱などの多角柱形状の凹部であってもよいし、円錐や三角錐、四角錐など多角錐形状の凹部であってもよいし、それ以外の形状の凹部であってもよい。
図3(e)は、アルミニウムや銅等の加工性の高い金属製ヘッド部26の表面32(ヘッド部側凹部30の底面30a)のうち拡散層36の周囲を、超硬バイト等の工具を用いて削りながら(少なくとも二カ所)肉盛り加工し、当該肉盛りされたヘッド部26の一部76を、透光性部材12の側面12a(少なくとも拡散層36の側面)下部に密着させることで、透光性部材12全体を固定した例である。
上記肉盛り加工されたヘッド部26の一部76(本発明の固定手段に相当)は、透光性部材12の側面12aを取り囲むように配置され(少なくとも二カ所)、かつ、透光性部材12の側面12a(少なくとも拡散層36の側面)に嵌合した状態で透光性部材12を固定している。このようにすれば、透光性部材12をより強固に固定することが可能となる結果、熱衝撃や振動に対して信頼性の高いヘッド部26を構成することができる。また、仮に、接着剤20等が劣化したとしても、透光性部材12が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。
なお、ヘッド部26の表面32(ヘッド部側凹部30の底面30a)のうち拡散層36の周囲をYAGレーザー加工等でスポット溶接することにより肉盛り加工されるヘッド部26の一部(本発明の固定手段に相当)を、透光性部材12の側面12a(少なくとも拡散層36の側面)下部に密着させることで、透光性部材12全体を固定してもよい。
又は、透光性部材12を、ヘッド部26とは物理的に分離した別部材(図示せず)で固定してもよい。
図3(e)に示すヘッド部26は、例えば、次のようにして製造される。
図7(a)〜図7(e)は、図3(e)に示すヘッド部26の製造工程例である。
まず、図7(a)に示すように、予め金型や切削にて加工した、凸部70を含む底面30aを含むヘッド部側凹部30を含む表面32と、その反対側の裏面34と、凸部70の先端面70aと裏面34とを貫通する貫通穴Hと、を含むヘッド部26を用意する。
次に、図7(b)に示すように、拡散層36の下面36a及び/又はヘッド部26の表面32(ヘッド部側凹部30の底面30a)のうち凸部70の周囲に、所定量の接着剤20を塗布し、拡散層側凹部72に凸部70を嵌合させて透光性部材12をヘッド部26に対して押しつけ、熱硬化接着する。
次に、図7(c)、図7(d)に示すように、ヘッド部26の表面32(ヘッド部側凹部30の底面30a)のうち拡散層36の周囲を、超硬バイトB等の工具を用いて削りながら肉盛り加工し、当該肉盛りされたヘッド部26の一部76(少なくとも二カ所)を、透光性部材12の側面12a(少なくとも拡散層36の側面)下部に密着させることで、透光性部材12全体を固定する。
最後に、図7(e)に示すように、ヘッド部側凹部30(内壁30b及び底面30a)と、透光性部材12(側面12a)と、で囲われたスペース内に、高反射率部材18を、表面張力にて透光性部材12の上面(波長変換層38の上面38b)と面一となるまで充填する。
以上のようにして、図3(e)に示すヘッド部26が製造される。
第2ホルダ40は、ステンレス等の金属製で、図2に示すように、円筒型の筒部42、筒部42の上部外周に設けられた上フランジ部44、筒部42の下部外周に設けられた下フランジ部46等を含んでいる。
第1ホルダ22は、その筒部24が第2ホルダ40の筒部42の上端開口から当該筒部42内に挿入されて、第1ホルダ22のフランジ部28と第2ホルダ40の筒部42の上端面とが当接した状態で、第2ホルダ40に固定されている。
半導体発光素子14は、貫通穴Hを通過し、透光性部材12(拡散層側凹部72の底面72a)を照射する光を放出する半導体発光素子で、例えば、発光波長が青系(450nm程度)のレーザーダイオード(LD)等の半導体レーザー光源である。本実施形態では、半導体発光素子14は、図2に示すように、パッケージ化されて、キャンタイプの半導体レーザー光源14Aを構成している。
半導体発光素子14は、レーザーダイオードに限られず、発光ダイオード(LED)であってもよい。半導体発光素子14の発光波長は、青系(450nm程度)に限定されず、例えば、近紫外域(405nm程度)であってもよい。半導体発光素子14の発光波長が近紫外域(405nm程度)の場合、波長変換層38として、青、緑、赤の3色の蛍光体、もしくは、青、黄色の2色の蛍光体が用いられる。
半導体レーザー光源14Aは、第2ホルダ40の筒部42の下端開口から当該筒部42内に挿入されて、半導体レーザー光源14Aのフランジ部14A1と筒部42の段差部42aとが当接した状態で、第2ホルダ40に固定されている。
集光レンズ16は、半導体発光素子14からの光を集光して、透光性部材12(拡散層36の下面36a)を局所的に照射する光学系で、第2ホルダ40に保持されて、透光性部材12と半導体発光素子14との間に配置されている。
上記構成の発光装置10においては、半導体発光素子14からの光は、集光レンズ16で集光されて貫通穴Hを通過し、半導体発光素子14から離間した位置に配置された透光性部材12(拡散層側凹部72の底面72a)を局所的(スポット的)に照射する。スポットサイズは、例えば、長手が約100μm、短手が約20〜30μmの楕円形状に調整されている。透光性部材12(拡散層側凹部72の底面72a)を局所的(スポット的)に照射する光は、拡散層36内部で拡散されて、拡散層36の上面36bから輝度分布が均一(又は略均一)の拡散光として出射し、波長変換層38の下面38aに入射する。
拡散層36からの拡散光が入射した波長変換層38は、これを透過する拡散層36からの拡散光と拡散層36からの拡散光で励起されて放出される光(発光)との混色による白色光を放出する。
以上説明したように、本実施形態の発光装置10によれば、次の利点を生ずる。
第1に、透光性部材12(拡散層36の下面36a)とヘッド部26(表面32)とを接着する両者間の接着剤20が貫通穴H(半導体発光素子14からの光が通過する貫通穴)内に進入するのを抑制することが可能となる。これは、ヘッド部26が凸部70を含み、かつ、透光性部材12が、凸部70が嵌合する拡散層側凹部72を含むことによるものである。
すなわち、透光性部材12(拡散層36の下面36a)及び/又はヘッド部26(表面32)に接着剤20を塗布し、透光性部材12をヘッド部26に対して押しつけて接着すると、接着剤20は流動性を備えているため、両者間の接着剤20が貫通穴Hの方向へ広がろうとするが、ヘッド部26が凸部70を含み、かつ、透光性部材12が、凸部70が嵌合する拡散層側凹部72を含むため、当該接着剤20の這い上りを防止することができる。その結果、接着剤20が、貫通穴Hに到達し、貫通穴H(半導体発光素子14からの光が通過する貫通穴)内に進入するのを抑制することが可能となる。
第2に、透光性部材12の、ヘッド部26に対する位置決めを容易に行うことが可能となる。これは、ヘッド部26の凸部70と透光性部材12の拡散層側凹部72とが、位置決め手段として機能することによるものである。
第3に、局所的に照射される半導体発光素子14(例えば、半導体レーザー光源)からの光に起因して発生する熱の放熱経路を確保することが可能となる。これは、透光性部材12(拡散層36の下面36a)とヘッド部26(表面32)とを接着する接着剤20によって、透光性部材12(拡散層36の下面36a)とヘッド部26(表面32)との密着性が高められ、両者間の隙間に起因する接触熱抵抗が低減することによるものである。
第4に、仮に、接着剤20等が劣化したとしても、透光性部材12が剥離して脱落するのを防止することが可能となる。これは、ヘッド部26の凸部70が透光性部材12の拡散層側凹部72に嵌合していることによるものである。
なお、ヘッド部26の表面32と拡散層36の下面36aとの平坦度を均一にすることで、接着剤20を用いることなく、高反射率部材18、肉盛り加工されたヘッド部26の一部76(本発明の固定手段に相当)のみで、求められる放熱性を確保することが可能である。
次に、変形例について説明する。
図8は、発光装置10(変形例)の縦断面図である。
上記実施形態では、半導体発光素子14からの光を集光して、透光性部材12(拡散層36の下面36a)を局所的に照射する光学系として、集光レンズ16(図2参照)を説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、半導体発光素子14からの光を集光して、透光性部材12(拡散層36の下面36a)を局所的に照射する光学系として、集光レンズ16に代えて、図8に示すように、半導体発光素子14からの光を集光する集光レンズ16と、集光レンズ16で集光された半導体発光素子14からの光を導光して、透光性部材12(拡散層36の下面36a)を局所的に照射するライトガイド48と、を含む光学系を用いてもよい。
ライトガイド48は、例えば、中心部のコア(例えば、コア径:0.2mm)とその周囲を覆うクラッド(いずれも図示せず)とを含む光ファイバである。コアは、クラッドと比較して屈折率が高い。したがって、ライトガイド48の一端面48aからライトガイド48内に導入されたレーザー光(集光レンズ16で集光された半導体発光素子14からのレーザー光)は、コアとクラッドとの境界の全反射を利用してコア内部に閉じこめられた状態でライトガイド48の他端面48bまで導光されて、当該他端面48bから出射して、半導体発光素子14から離間した位置に配置された透光性部材12(拡散層側凹部72の底面72a)を局所的に照射する。
透光性部材12(拡散層側凹部72の底面72a)を局所的(スポット的)に照射する光は、拡散層36内部で拡散されて、拡散層36の上面36bから輝度分布が均一(又は略均一)の拡散光として出射し、波長変換層38の下面38aに入射する。
拡散層36からの拡散光が入射した波長変換層38は、これを透過する拡散層36からの拡散光と拡散層36からの拡散光で励起されて放出される光(発光)との混色による白色光を放出する。
本変形例の発光装置10によっても、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。
次に、上記構成の発光装置10を用いた車両用灯具(例えば、車両用前照灯)の例について説明する。
図9は、発光装置10からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系として投影レンズ52を用いた、いわゆるダイレクトプロジェクション型(直射型とも称される)の車両用灯具50の例である。投影レンズ52、その後方に配置された発光装置10はホルダ54によって、所定の位置関係となるように保持されている。
図10は、発光装置10からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系として反射面62、シェード64及び投影レンズ66を用いた、いわゆるプロジェクタ型の車両用灯具60の例である。反射面62、シェード64、投影レンズ66及び発光装置10は、ホルダ68によって、所定の位置関係となるように保持されている。
なお、発光装置10は、自動車前照灯等の車両用灯具以外、例えば、投光機、屋内照明(室内)、屋外照明、プロジェクター用光源、その他各種LD照明製品用の光源としても用いることができる。
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。
10…発光装置、12…透光性部材、12a…側面、14…半導体発光素子、14A…半導体レーザー光源、16…集光レンズ、18…高反射率部材、20…接着剤、22…第1ホルダ、24…筒部、26…ヘッド部、28…フランジ部、30…ヘッド部側凹部、30a…底面、30b…内壁、32…表面、34…裏面、36…拡散層、36a…下面、36b…上面、38…波長変換層、38a…下面、38b…上面、40…第2ホルダ、42…筒部、48…ライトガイド、50…車両用灯具、52…投影レンズ、54…ホルダ、60…車両用灯具、62…反射面、64…シェード、66…投影レンズ、68…ホルダ、70…凸部、70a…先端面、72…拡散層側凹部、72a…底面、74…凹部、76…ヘッド部26の一部(固定手段)

Claims (14)

  1. 凸部を含む表面と、その反対側の裏面と、前記凸部の先端面と前記裏面とを貫通する貫通穴と、を含むヘッド部と、
    表面と、その反対側の、前記凸部が嵌合する第1凹部を含む裏面と、を含む透光性部材と、
    前記凸部が前記第1凹部に嵌合し、かつ、前記第1凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記ヘッド部の表面のうち前記凸部の周囲と前記透光性部材の裏面とを接着した接着剤と、
    前記貫通穴を通過し、前記透光性部材を照射する光を放出する半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子からの光を集光して、前記透光性部材を局所的に照射する光学系と、
    を備えた発光装置であって、
    前記透光性部材の側面は、前記透光性部材の裏面側から前記透光性部材の表面側に向かうに従って内側に傾斜し、
    前記透光性部材の側面を取り囲むように配置され、かつ、前記透光性部材の側面に嵌合した状態で前記透光性部材を固定した固定手段をさらに備え、
    前記固定手段は、前記ヘッド部の一部である発光装置。
  2. 前記貫通穴は、前記ヘッド部の表面側から前記ヘッド部の裏面側に向かうに従ってサイズが大きくなる請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記透光性部材の側面の少なくとも一部を覆う高反射率部材をさらに備えた請求項1又は2に記載の発光装置。
  4. 前記高反射率部材は、白樹脂である請求項に記載の発光装置。
  5. 前記ヘッド部の表面は、前記凸部を含む底面を含む第2凹部を含み、
    前記接着剤は、前記凸部が前記第1凹部に嵌合し、かつ、前記第1凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記第2凹部の底面のうち前記凸部の周囲と前記透光性部材の裏面とを接着し、
    前記高反射率部材は、前記第2凹部の内壁及び底面と、前記透光性部材の側面と、で囲われたスペース内に配置されている請求項3又は4に記載の発光装置。
  6. 前記透光性部材の底面は、前記半導体発光素子から入射する光を、当該光の入射方向以外の方向へ反射させる第3凹部を含む請求項1からのいずれかに記載の発光装置。
  7. 前記透光性部材は、拡散層と波長変換層とを含む波長変換部材であり、
    前記拡散層は、前記第1凹部を含む第1の面とその反対側の第2の面とを含み、前記第1の面を照射する前記半導体発光素子からの光を拡散して、前記第2の面から拡散光として出射する層であり、
    前記波長変換層は、前記第2の面に接合された第3の面とその反対側の第4の面とを含み、前記第3の面に入射する前記拡散光を波長変換して、前記第4の面から出射する層であり、
    前記接着剤は、前記凸部が前記第1凹部に嵌合し、かつ、前記第1凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記ヘッド部の表面のうち前記凸部の周囲と前記拡散層の第1の面とを接着する請求項1からのいずれかに記載の発光装置。
  8. 前記拡散層の厚みは、前記第2の面から出射する拡散光の輝度分布が略均一となる厚みに設定されている請求項に記載の発光装置。
  9. 前記光学系は、前記半導体発光素子からの光を集光して、前記貫通穴を通過させて、前記透光性部材を局所的に照射する集光レンズを含む請求項1からのいずれかに記載の発光装置。
  10. 前記光学系は、前記半導体発光素子からの光を集光する集光レンズと、前記集光レンズで集光された前記半導体発光素子からの光を導光して、前記透光性部材を局所的に照射するライトガイドと、を含む請求項1からのいずれかに記載の発光装置。
  11. 請求項1から10のいずれかに記載の発光装置と、
    前記発光装置からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系と、を備えることを特徴とする車両用灯具。
  12. 凸部を含む表面と、その反対側の裏面と、前記凸部の先端面と前記裏面とを貫通する貫通穴と、を含むヘッド部と、
    表面と、その反対側の、前記凸部が嵌合する第1凹部を含む裏面と、を含む透光性部材と、
    前記凸部が前記第1凹部に嵌合し、かつ、前記第1凹部の底面が前記貫通穴を覆った状態で、前記ヘッド部の表面のうち前記凸部の周囲と前記透光性部材の裏面とを接着した接着剤と、
    前記貫通穴を通過し、前記透光性部材を照射する光を放出する半導体発光素子と、
    を備えた発光装置であって、
    前記透光性部材の側面は、前記透光性部材の裏面側から前記透光性部材の表面側に向かうに従って内側に傾斜し、
    前記透光性部材の側面を取り囲むように配置され、かつ、前記透光性部材の側面に嵌合した状態で前記透光性部材を固定した固定手段をさらに備え、
    前記固定手段は、前記ヘッド部の一部である発光装置。
  13. 前記透光性部材の側面の少なくとも一部を覆う高反射率部材をさらに備えた請求項12に記載の発光装置。
  14. 請求項12又は13に記載の発光装置と、
    前記発光装置からの光を制御して、車両前方を照射するように構成された光学系と、を備えることを特徴とする車両用灯具。
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