JP7217412B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

実施形態は、発光装置及びその製造方法に関する。
近年、自動車のヘッドランプにおいて、選択した領域のみに光を照射する配光可変型ヘッドランプ（Adaptive Driving Beam：ＡＤＢ）が開発されている。配光可変型ヘッドランプをハイビームに適用することにより、例えば、対向車及び先行車等が存在する領域には投光せずに、それ以外の領域のみに投光することができる。これにより、他車の運転を妨害せずに、自車の運転者の視界を確保することができる。
配光可変型ヘッドランプに用いる発光装置においては、基板に複数の発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が実装されており、ヘッドランプの光学系により、各ＬＥＤから出射した光を特定の方向のみに照射する。そして、点灯させるＬＥＤを選択することにより、選択された領域のみを照明する。
しかしながら、このような発光装置は面光源となるため、光源中央部から周辺部に離れるほど投影レンズの像面湾曲の影響を強く受け、配光可変型ヘッドランプのコントラストを低下させるおそれがある。
特開２０１５－０５０３０２号公報
実施形態は、像面湾曲の影響を低減可能な発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
実施形態に係る発光装置は、基板と、前記基板に実装された複数の発光素子と、前記複数の発光素子上に配置され、蛍光体粒子を含む複数の蛍光体部材と、前記複数の蛍光体部材上に配置された複数の透光性部材と、少なくとも隣り合う前記蛍光体部材間に配置され、前記発光素子から出射した光を反射する光反射部材と、を備える。前記複数の蛍光体部材、前記複数の透光性部材及び前記光反射部材を含む集合体の上面における中央部と前記基板の上面との距離は、前記集合体の上面における端部と前記基板の上面との距離よりも短い。
実施形態に係る発光装置は、基板と、前記基板に実装された複数の発光素子と、前記複数の発光素子上に配置され、蛍光体粒子を含む複数の蛍光体部材と、前記複数の蛍光体部材上に配置された複数の透光性部材と、少なくとも隣り合う前記発光素子間に配置され、前記発光素子から出射した光を遮断する遮光部材と、を備える。前記複数の蛍光体部材、前記複数の透光性部材及び前記遮光部材を含む集合体の上面における中央部と前記基板の上面との距離は、前記集合体の上面における端部と前記基板の上面との距離よりも短い。
実施形態に係る発光装置の製造方法は、基板に実装された複数の発光素子の上面に、蛍光体粒子を含む蛍光体板を接着する工程と、前記蛍光体板上に透光性板を配置する工程と、前記透光性板及び前記蛍光体板を上面からダイシングすることにより、前記透光性板を前記発光素子毎に複数の透光性部材に切り分けると共に、前記蛍光体板を前記発光素子毎に複数の蛍光体部材に切り分ける工程と、少なくとも隣り合う前記蛍光体部材間に、前記発光素子から出射した光を反射する光反射部材を形成する工程と、前記複数の透光性部材、前記複数の蛍光体部材及び前記光反射部材を含む集合体の上面における中央部と前記基板の上面との距離を、前記集合体の上面における端部と前記基板の上面との距離よりも短くする工程と、を備える。
実施形態に係る発光装置の製造方法は、基板に実装された複数の発光素子の上面に、蛍光体粒子を含む蛍光体板を接着する工程と、前記蛍光体板上に透光性板を配置する工程と、前記透光性板及び前記蛍光体板を上面からダイシングすることにより、前記透光性板を前記発光素子毎に複数の透光性部材に切り分けると共に、前記蛍光体板を前記発光素子毎に複数の蛍光体部材に切り分ける工程と、少なくとも隣り合う前記発光素子間に、前記発光素子から出射した光を遮断する遮光部材を形成する工程と、前記複数の透光性部材、前記複数の蛍光体部材及び前記遮光部材を含む集合体の上面における中央部と前記基板の上面との距離を、前記集合体の上面における端部と前記基板の上面との距離よりも短くする工程と、を備える。
実施形態によれば、像面湾曲の影響を低減可能な発光装置及びその製造方法を提供できる。
第１の実施形態に係る発光装置を示す端面図である。 第１の実施形態に係る発光装置の上面図である。 第１の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す端面図である。 第１の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す端面図である。 第１の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す端面図である。 第１の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す端面図である。 第１の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す端面図である。 第１の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す端面図である。 比較例に係る発光装置の動作を示す光学モデル図である。 第１の実施形態に係る発光装置の動作を示す光学モデル図である。 第１の実施形態の変形例に係る発光装置を示す端面図である。 第２の実施形態に係る発光装置を示す端面図である。 第２の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す端面図である。 第２の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す端面図である。 第２の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す端面図である。 第３の実施形態に係る発光装置を示す端面図である。 第４の実施形態に係る発光装置を示す端面図である。 第５の実施形態に係る発光装置を示す端面図である。 第６の実施形態に係る発光装置を示す端面図である。 第７の実施形態に係る発光装置を示す端面図である。 第８の実施形態に係る発光装置を示す上面図である。 第８の実施形態に係る発光装置をその短手方向から見た端面図である。 第８の実施形態に係る発光装置をその長手方向から見た端面図である。 第８の実施形態に係る発光装置を搭載した光源ユニットを示す斜視図である。 第８の実施形態に係る発光装置を搭載したハイビームユニットを示す端面図である。 第８の実施形態に係る発光装置を搭載したヘッドランプの動作を示す図である。 第９の実施形態に係る発光装置を示す上面図である。 第１０の実施形態に係る発光装置を示す上面図である。
以下の各実施形態及びその変形例は、本発明を具現化した例であり、本発明はこれらの実施形態及び変形例には限定されない。例えば、後述の各実施形態及び各変形例において、いくつかの構成要素又は工程を追加、削除又は変更したものも本発明に含まれる。また、後述の各実施形態及び各変形例は、相互に組み合わせて実施することができる。
以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、平面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
本明細書においては、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標系を採用する。基板から発光素子に向かう方向を「Ｚ方向」とし、発光素子が配列された方向を「Ｘ方向」とし、Ｚ方向及びＸ方向に対して直交する方向を「Ｙ方向」とする。また、Ｚ方向のうち、基板から発光素子に向かう方向を「上」ともいい、その反対方向を「下」ともいうが、この表現は便宜的なものであり、重力の方向とは無関係である。
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態について説明する。
図１Ａは本実施形態に係る発光装置を示す端面図であり、図１Ｂはその上面図である。
本実施形態に係る発光装置１の構成を概略的に説明する。発光装置１は、基板１０と、複数の発光素子１２と、波長変換部材である複数の蛍光体部材１４と、光反射層１６と、を備える。発光素子１２は基板１０に実装されている。各蛍光体部材１４は、各発光素子１２上に設けられており、蛍光体粒子１５を含む。光反射層１６は、隣り合う蛍光体部材１４間に配置されている。そして、複数の蛍光体部材１４及び光反射層１６で構成される集合体１９の上面１９ａは、凹状の曲面である。
以下、詳細に説明する。発光装置１においては、基板１０が設けられている。基板１０は、熱伝導性が高い材料によって形成されていることが好ましく、例えば、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）若しくはアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックス、又は、アルミニウム（Ａｌ）若しくは銅（Ｃｕ）等の金属により形成されている。
基板１０の上面には、複数の発光素子１２がフリップチップ実装されている。発光素子１２は、はんだバンプ等を介して、基板１０内の配線に接続されている。発光素子１２はＬＥＤチップであり、例えば、青色の光を出射する。これらの発光素子１２は、相互に独立して制御可能である。発光素子１２は、例えば、一列に沿って等間隔に配列されている。なお、後述する第５及び第６の実施形態において例示するように、発光素子１２の数は、図１Ａ等に表したような５個には限定されず、また、一列ではなく平面状に配置されていてもよい。
各発光素子１２の上面には、接着剤層１３を介して、波長変換部材としての蛍光体部材１４が接着されている。接着剤層１３を形成する接着剤は、光の透過性が高く、光及び熱に対する耐性が高いものが好ましく、例えば、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂を用いることができる。
蛍光体部材１４は発光素子１２と同数設けられている。蛍光体部材１４は多数の蛍光体粒子１５を含有している。蛍光体部材１４は、蛍光体粒子１５が混合したガラス板若しくはセラミック板でもよく、蛍光体粒子１５を含有させた樹脂材料を硬化させたものでもよい。蛍光体粒子１５は、例えば、青色の光を吸収して黄色の光を放射する。蛍光体粒子１５は全ての蛍光体部材１４内に均一に分散されている。
隣り合う発光素子１２間、及び、隣り合う蛍光体部材１４間には、光反射層１６が充填されている。また、両端部の発光素子１２及び蛍光体部材１４の周囲には、光反射壁１７が設けられている。光反射層１６及び光反射壁１７は、発光素子１２から出射される青色の光、及び、蛍光体粒子１５から出射される黄色の光を反射する。光反射層１６及び光反射壁１７は、例えば、フィラーを含有させた白色樹脂により一体的に形成されている。フィラーは、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、チタン酸化物（ＴｉＯ２）、アルミニウム（Ａｌ）又は銀（Ａｇ）等である。なお、光反射層１６及び光反射壁１７は、発光素子１２に電気的な影響を与えないようにされていれば、金属粉が充填されて形成されていてもよい。
蛍光体部材１４及び光反射層１６で構成される集合体１９の上面１９ａの少なくとも一部は、凹状の曲面である。上面１９ａの曲面は、例えば、球の一部、又は、母線がＹ方向に延びる円柱の側面の一部である。このため、基板１０の上面と集合体１９の上面１９ａとの距離は、発光装置１のＸ方向中央部に近いほど短く、Ｘ方向両端部に近いほど長い。Ｚ方向において、発光素子１２の厚さは略均一であるため、発光装置１のＸ方向中央部に配置された蛍光体部材１４ほど薄く、Ｘ方向両端部に配置された蛍光体部材１４ほど厚い。
次に、本実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。
図２Ａ～図２Ｃ、図３Ａ～図３Ｃは、本実施形態に係る発光装置の製造方法を示す端面図である。
基板１０上に複数の発光素子１２を、例えばはんだバンプを介してフリップチップ実装する。発光素子１２はＸ方向に沿って一列に等間隔で配列させる。
次に、発光素子１２の上面に、接着剤層１３を塗布する。このとき、接着剤層１３は、発光素子１２間に進入してもよい。
次に、全ての発光素子１２の上面に、接着剤層１３を介して、１枚の蛍光体板１４ａを接着する。蛍光体板１４ａは波長変換板である。蛍光体板１４ａの組成は、上述の蛍光体部材１４の組成と同じであり、蛍光体板１４ａには、蛍光体粒子１５が均一に分散されている。
次に、例えばダイシングソーにより、蛍光体板１４ａを発光素子１２毎にダイシングする。これにより、１枚の蛍光体板１４ａを発光素子１２と同数の蛍光体部材１４に切り分ける。ダイシングソーは、蛍光体板１４ａを貫通させて、発光素子１２間にも進入させるが、基板１０には到達しないようにする。ダイシングによって形成される溝９１の幅、すなわち、蛍光体部材１４間の距離は、例えば３０μｍ（ミクロン）程度とし、溝９１の下端は、基板１０に可及的に近くなるようにし、例えば、基板１０から２０μｍ程度の位置とする。これにより、発光素子１２間に進入した接着剤層１３の大部分が除去される。
次に、フィラーを含有した白色樹脂を溝９１内に充填すると共に、例えばモールド法により、発光素子１２及び蛍光体部材１４の周囲に配置する。このとき、白色樹脂は蛍光体部材１４の上面の高さまで充填させる。白色樹脂は蛍光体部材１４の上面上にはみ出してもよい。次に、この白色樹脂を固化させる。これにより、溝９１内に光反射層１６が形成されると共に、発光素子１２及び蛍光体部材１４の周囲に光反射壁１７が形成される。
次に、蛍光体部材１４及び光反射層１６で構成される集合体１９の上面１９ａの少なくとも一部を研削し、凹状の曲面に加工する。この曲面は、例えば、球の一部、又は、母線がＹ方向に延びる円柱の側面の一部とする。但し、厳密に球の一部又は円柱の側面の一部でなくてもよく、凹状であればよい。このようにして、本実施形態に係る発光装置１が製造される。
次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
図４は、比較例に係る発光装置の動作を示す光学モデル図である。
図５は、本実施形態に係る発光装置の動作を示す光学モデル図である。
発光装置１においては、発光素子１２を点灯させると、この発光素子１２から青色の光が出射される。この青色の光が蛍光体部材１４内に入射されると、蛍光体粒子１５がこれを吸収して黄色の光を放射する。これにより、蛍光体部材１４からは、青色の光と黄色の光が混合した白色の光が出射される。
このとき、発光素子１２間及び蛍光体部材１４間には光反射層１６が設けられているため、発光素子１２から出射した光は、この発光素子１２に接着された蛍光体部材１４のみに入射し、他の蛍光体部材１４には実質的に入射しない。このため、発光装置１を上方から見たときに、蛍光体部材１４間のコントラストが高い。
図４に示す比較例では、平行光がレンズ１１０によって集光されたときの焦点は、像面湾曲によって、仮想的な曲面１０２上に位置する。比較例に係る発光装置１０１においては、上面１９ａが平坦である。このため、発光装置１０１をレンズ１１０に対してどのように配置しても、上面１９ａは曲面１０２と一致しない。従って、例えば、発光装置１０１のＸ方向中央部に位置する蛍光体部材１４から出射した光がレンズ１１０によって平行になるように、発光装置１０１とレンズ１１０との距離を調整すると、発光装置１０１のＸ方向端部に位置する蛍光体部材１４から出射した光がレンズ１１０を透過した時に、平行性が低下する。このように、発光装置１０１は上面１９ａが平坦であるため、像面湾曲の影響を強く受ける。
これに対し、図５に示す本実施形態では、発光装置１をレンズ１１０に対向して配置した場合、集合体１９の上面１９ａが凹状に湾曲しているため、上面１９ａを曲面１０２と略一致させることができる。これにより、発光装置１の反対側からレンズ１１０に入射した平行光がレンズ１１０によって集光されたときの焦点は、略上面１９ａ上に位置する。
逆に、上面１９ａの任意の部分から広がって出射した光は、レンズ１１０を透過することにより、平行な光となる。図５に示す破線の矢印は、発光装置１のＸ方向端部に位置する蛍光体部材１４から出射した光線の一部を示し、実線の矢印は、発光装置１のＸ方向中央部に位置する蛍光体部材１４から出射した光線の一部を示す。どちらの蛍光体部材１４から出射した光線も、レンズ１１０を透過することにより、略平行となる。このため、蛍光体部材１４の上面から出射された光は、レンズ１１０を透過することによって、特定の方向に向かう略平行な光となる。
このように、発光装置１は、上面１９ａを凹状の曲面としているため、上面１９ａを曲面１０２に近づけることができる。これにより、像面湾曲の影響を低減することができる。この結果、どの蛍光体部材１４から出射した光であっても、レンズ１１０によって、略平行な光とすることができる。
上面１９ａを母線がＹ方向に延びる仮想的な円柱の側面の一部とすれば、Ｘ方向に関して、上面１９ａを曲面１０２に精度よく近づけることができ、レンズ１１０を透過した光の平行性が向上する。また、上面１９ａを仮想的な球の一部とすれば、Ｘ方向及びＹ方向の双方に関して、上面１９ａを曲面１０２に精度よく近づけることができ、光の平行性がより向上する。
更に、本実施形態においては、蛍光体部材１４が無機材料により形成されているため、耐熱性が高い。また、蛍光体部材１４が無機材料により形成されているため、蛍光体部材１４の加工性が良好である。従って、ダイシング及び上面１９ａの曲面加工が容易である。
＜第１の実施形態の変形例＞
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。
図６は、本変形例に係る発光装置を示す端面図である。
なお、以下の説明においては、原則として、第１の実施形態との相違点のみを説明する。以下に説明する事項以外は、第１の実施形態と同様である。後述する他の実施形態及び変形例についても同様である。
本変形例に係る発光装置１ａは、前述の第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、蛍光体部材１４における蛍光体粒子１５の濃度を、蛍光体部材１４間で異ならせている点が異なっている。
すなわち、発光装置１ａにおいては、発光装置１ａに設けられた複数の蛍光体部材１４のうち、Ｘ方向両端部に配置された蛍光体部材１４ほど、蛍光体粒子１５の濃度が低い。換言すれば、発光素子１２の上面と蛍光体部材１４の上面との距離が大きい蛍光体部材１４ほど、蛍光体粒子１５の濃度が低い。このため、基板１０のＸ方向両端部に実装された発光素子１２上に配置された蛍光体部材１４における蛍光体粒子１５の濃度は、基板１０のＸ方向中央部に実装された発光素子１２上に配置された蛍光体部材１４における蛍光体粒子１５の濃度よりも低い。
本変形例によれば、厚い蛍光体部材１４ほど蛍光体粒子１５の濃度を低くすることにより、各発光素子１２から出射した光が蛍光体粒子１５に到達する確率を均一にし、蛍光体部材１４から出射される光の色の均一性を向上させることができる。
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図７は、本実施形態に係る発光装置を示す端面図である。
本実施形態に係る発光装置２は、前述の第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、蛍光体部材１４の替わりに波長変換部材２４が設けられている点が異なっている。波長変換部材２４は発光素子１２と同数設けられている。各波長変換部材２４においては、蛍光体部材２１、接着剤層２２、及び、ガラス部材２３が設けられている。
具体的には、各発光素子１２の上面に、接着剤層１３により、蛍光体部材２１が接着されている。各蛍光体部材２１の厚さは略同じである。蛍光体部材２１内には、蛍光体粒子１５が分散されている。蛍光体部材２１の間で、蛍光体粒子１５の濃度は略等しい。蛍光体部材２１の組成は、例えば、前述の第１の実施形態における蛍光体部材１４の組成と同じである。
蛍光体部材２１上には、接着剤層２２が設けられており、その上にはガラス部材２３が設けられている。ガラス部材２３は接着剤層２２によって蛍光体部材２１に接着されている。ガラス部材２３は波長変換部材２４の上面を構成している。
接着剤層２２の材料は、例えば、接着剤層１３の材料と同じである。ガラス部材２３の材料は例えばガラスであるが、これには限定されず、光の透過性、加工性及び耐熱性が高い材料であればよく、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であってもよい。このように、蛍光体部材２１及びガラス部材２３は無機材料からなり、接着剤層２２は樹脂からなる。このため、波長変換部材２４の主成分は無機材料である。
そして、第１の実施形態と同様に、波長変換部材２４間には、光反射層１６が設けられている。波長変換部材２４及び光反射層１６によって構成される集合体２９の上面２９ａは、凹状の曲面である。
次に、本実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。
図８Ａ～図８Ｃは、本実施形態に係る発光装置の製造方法を示す端面図である。
前述した、図２Ａ及び図２Ｂに示す工程を実施する。
次に、全ての発光素子１２の上面に、接着剤層１３を介して、１枚の蛍光体板２１ａを接着する。蛍光体板２１ａには、蛍光体粒子１５が均一に分散されている。
次に、蛍光体板２１ａ上に接着剤層２２ａを形成する。次に、接着剤層２２ａを介して、蛍光体板２１ａの上面に１枚のガラス板２３ａを接着する。蛍光体板２１ａ、接着剤層２２ａ及びガラス板２３ａにより、波長変換板２４ａが形成される。
次に、例えばダイシングソーにより、波長変換板２４ａを発光素子１２毎にダイシングする。これにより、溝９１が形成されて、１枚の波長変換板２４ａが発光素子１２と同数の波長変換部材２４に切り分けられる。ダイシングの条件は、前述の第１の実施形態と同様である。
次に、溝９１内に光反射層１６を形成すると共に、発光素子１２及び波長変換部材２４の周囲に光反射壁１７を形成する。
次に、波長変換部材２４及び光反射層１６によって構成される集合体２９の上面２９ａを研削して、凹状の曲面に加工する。このようにして、発光装置２が製造される。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、波長変換部材２４に蛍光体部材２１及びガラス部材２３を設け、蛍光体粒子１５を含有する蛍光体部材２１の厚さは均一とし、蛍光体粒子１５を含有しないガラス部材２３の上面を凹状の曲面としている。これにより、蛍光体部材２１中の蛍光体粒子１５の濃度を均一にしても、発光色の均一性を実現することができる。この結果、発光色の均一性を向上させるために、蛍光体板２１ａ中の蛍光体粒子１５の濃度を位置によって変化させる必要がなくなり、発光装置２の製造が容易になる。
なお、ガラス部材２３の上面には、ブラスト加工等を施して、微細な凹凸を形成してもよい。これにより、ガラス部材２３の上面で光がわずかに散乱し、発光装置２の外部から見たときに、光がガラス部材２３の上面で発光しているように見え、レンズ１１０による光の平行化の精度が向上する。
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。
図９は、本実施形態に係る発光装置を示す端面図である。
本実施形態に係る発光装置３は、前述の第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、接着剤層１３の替わりに接着剤層３１が設けられている点が異なっている。
接着剤層３１には、蛍光体粒子１５が含有されている。接着剤層３１における蛍光体粒子１５の濃度は、発光装置３のＸ方向中央部で高く、Ｘ方向両端部に向かうほど低くなっている。すなわち、基板１０のＸ方向両端部に実装された発光素子１２上に配置された接着剤層３１における蛍光体粒子１５の濃度は、基板１０のＸ方向中央部に実装された発光素子１２上に配置された接着剤層３１における蛍光体粒子１５の濃度よりも低い。蛍光体部材１４における蛍光体粒子１５の濃度は、蛍光体部材１４間で均一である。
本実施形態に係る発光装置の製造方法は、第１の実施形態の製造方法と比較して、接着剤層１３の替わりに接着剤層３１を塗布する点が異なっている。
次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
本実施形態においては、蛍光体部材１４を発光素子１２に接着する接着剤層３１中に蛍光体粒子１５を含有させ、且つ、接着剤層３１の蛍光体粒子１５の濃度を、Ｘ方向中央部で高くＸ方向両端部で低くなるように変化させている。これにより、蛍光体部材１４の厚さの違いに起因する発光色のずれを、接着剤層３１の蛍光体粒子１５の濃度の違いによって補償することができる。この結果、発光色の均一性を向上させるために、蛍光体板１４ａ中の蛍光体粒子１５の濃度を位置に応じて変化させる必要がなくなり、発光装置３の製造が容易になる。
＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について説明する。
図１０は、本実施形態に係る発光装置を示す端面図である。
本実施形態に係る発光装置４においては、前述の第１の実施形態に係る発光装置１の構成に加えて、蛍光体部材１４の上面上に誘電体多層膜４１が設けられている。誘電体多層膜４１は、例えば、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射膜）である。
誘電体多層膜４１の膜構成は位置によって異なり、Ｘ方向中央部に配置された誘電体多層膜４１ほど青色光の透過率が低く、Ｘ方向両端部に配置された誘電体多層膜４１ほど青色光の透過率が高い。すなわち、誘電体多層膜４１における基板１０のＸ方向両端部に配置された部分の発光素子１２から出射される光の透過率は、誘電体多層膜４１における基板１０のＸ方向中央部に配置された部分の発光素子１２から出射される光の透過率よりも高い。
次に、本実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。
第１の実施形態と同様の工程を実施し、集合体１９の上面１９ａを凹状の曲面に加工する。このとき、上面１９ａはできるだけ鏡面に仕上げる。
次に、蛍光体部材１４の上面上に誘電体多層膜４１を形成する。このとき、マスキングテープ等によって成膜したくない領域をマスクして、誘電体多層膜４１を選択的に形成する工程を、マスクする領域を変えながら複数回繰り返すことにより、互いに膜構成が異なる複数種類の誘電体多層膜４１を形成する。このようにして、本実施形態に係る発光装置４が製造される。
次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
本実施形態においては、蛍光体部材１４上に誘電体多層膜４１を設け、Ｘ方向中央部に配置された誘電体多層膜４１ほど、青色光の透過率を低くし、Ｘ方向両端部に配置された誘電体多層膜４１ほど、青色光の透過率を高くしている。これにより、蛍光体部材１４の厚さの違いに起因する発光色のずれを、誘電体多層膜４１の青色光の透過率の違いによって補償することができる。この結果、発光色の均一性を向上させるために、蛍光体板１４ａ中の蛍光体粒子１５の濃度を位置によって変化させる必要がなくなり、発光装置４の製造が容易になる。
＜第５の実施形態＞
次に、第５の実施形態について説明する。
図１１は、本実施形態に係る発光装置を示す端面図である。
本実施形態に係る発光装置５は、前述の第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、光反射層１６の替わりに遮光部材５１が設けられている点が異なっている。遮光部材５１は少なくとも発光素子１２の発光層間に設けられており、例えば、発光素子１２間、接着剤層１３間、蛍光体部材１４間にわたって設けられている。遮光部材５１は光を実質的に完全に遮断する部材であり、例えば、黒色の絶縁材料により形成されている。
次に、本実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。
図２Ａ～図３Ａに示す工程を実施した後、溝９１内に遮光部材５１を設ける。そして、発光素子１２、蛍光体部材１４及び遮光部材５１を含む集合体１９の周囲に、光反射壁１７を形成する。なお、光反射壁１７の替わりに枠状の遮光部材５１を設けてもよい。次に、集合体１９の上面１９ａの少なくとも一部を研削し、凹状の曲面に加工する。このようにして、発光装置５が製造される。
次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
本実施形態によれば、発光素子１２間に遮光部材５１を設けることにより、発光素子１２間の距離を短くしても、発光素子１２間で光を略完全に遮断することができる。これにより、発光素子１２の集積度を向上させても、点灯している発光素子１２から消灯している発光素子１２に光が漏洩して、消灯している発光素子１２の直上の蛍光体部材１４が弱く光ってしまうことを確実に防止できる。この結果、点灯領域と消灯領域とのコントラストを向上させることができる。
＜第６の実施形態＞
次に、第６の実施形態について説明する。
図１２は、本実施形態に係る発光装置を示す端面図である。
本実施形態に係る発光装置６は、前述の第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、基板１０の上面に凹部１０ａが形成されており、発光素子１２が凹部１０ａ内に配置されている点が異なっている。例えば、凹部１０ａは発光素子１２と同数形成されており、各発光素子１２が各凹部１０ａ内に配置されている。発光素子１２の少なくとも発光層は、凹部１０ａ内に配置されている。これにより、基板１０における凹部１０ａ間の部分１０ｂが、発光素子１２の発光層間に配置される。
なお、発光素子１２の全体が凹部１０ａ内に配置されていてもよく、発光素子１２、接着剤層１３及び蛍光体部材１４が全て凹部１０ａ内に配置されていてもよい。この場合は、基板１０における凹部１０ａ間の部分１０ｂは、上面１９ａに露出する。
次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
本実施形態によれば、発光素子１２の発光層間に基板１０の部分１０ｂが介在するため、この部分１０ｂが遮光部材として機能し、発光素子１２間を略完全に遮光することができる。これにより、発光素子１２の集積度を向上させても、点灯領域と消灯領域とのコントラストを向上させることができる。
＜第７の実施形態＞
次に、第７の実施形態について説明する。
図１３は、本実施形態に係る発光装置を示す端面図である。
本実施形態に係る発光装置７は、前述の第１の実施形態に係る発光装置１と比較して、光反射層１６及び光反射壁１７の替わりに樹脂層５６が設けられている点が異なっている。樹脂層５６は複数種類のフィラーを含有させた樹脂からなり、樹脂層５６の下部５６ａと上部５６ｂとの間で、含有しているフィラーの割合が異なっている。樹脂層５６の下部５６ａには、光の吸収率が高いフィラーが多く含有されている。一方、樹脂層５６の上部５６ｂには、光の反射率が高いフィラーが多く含有されている。下部５６ａは、少なくとも、発光素子１２の発光層を覆っている。上部５６ｂは、例えば、蛍光体部材１４間に配置されている。但し、下部５６ａと上部５６ｂの境界は明瞭に確認できるとは限らない。
次に、本実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。
図２Ａ～図３Ａに示す工程を実施した後、比重が異なる複数種類のフィラーを含有した樹脂を溝９１内に充填すると共に、発光素子１２及び蛍光体部材１４の周囲に配置する。このとき、樹脂は蛍光体部材１４の上面の高さまで充填させる。そして、一定時間放置することにより、比重が大きく光の吸収率が高いフィラーを沈降させて、樹脂の下部に集中させる。一方、比重が小さく光の反射率が高いフィラーを浮上させて、樹脂の上部に集中させる。その後、樹脂を固化させて、溝９１内及び発光素子１２及び蛍光体部材１４の周囲に樹脂層５６を形成する。次に、発光素子１２、接着剤層１３、蛍光体部材１４及び樹脂層５６からなる集合体１９の上面１９ａの少なくとも一部を研削し、凹状の曲面に加工する。このようにして、発光装置７が製造される。
次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
本実施形態によれば、発光素子１２の発光層間には、光の吸収率が高い樹脂層５６の下部５６ａが介在するため、この下部５６ａが遮光部材として機能し、発光素子１２間を略完全に遮光することができる。これにより、発光素子１２の集積度を向上させても、発光素子１２間の光の漏洩を抑制し、点灯領域と消灯領域とのコントラストを向上させることができる。一方、蛍光体部材１４間には、光の反射率が高い樹脂層５６の上部５６ｂが介在するため、発光素子１２から蛍光体部材１４内に進入した光を効率よく外部に取り出すことができる。
＜第８の実施形態＞
次に、第８の実施形態について説明する。
図１４Ａは本実施形態に係る発光装置を示す上面図であり、図１４Ｂはその短手方向から見た端面図であり、図１４Ｃはその長手方向から見た端面図である。なお、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃは上面１９ａの形状が球の一部である形態を図示しており、図１４Ｂに示す上面１９ａの曲率と図１４Ｃに示す上面１９ａの曲率は同じであるが、図を見やすくするために、図１４Ｃにおいては、上面１９ａの曲率を誇張して描いている。
本実施形態に係る発光装置８においては、例えば、発光素子１２が９６個設けられており、Ｘ方向に沿って等間隔に２４列、Ｙ方向に沿って等間隔に４行、マトリクス状に配列されている。そして、Ｘ方向に沿って隣り合う３列に配列された１２個の発光素子１２により１つのグループが構成されている。すなわち、発光装置８においては、９６個の発光素子１２が８つのグループＧ１～Ｇ８に組分けされている。
そして、発光素子１２上には、集合体１９が設けられている。前述の第１の実施形態と同様に、集合体１９の上面１９ａは凹状の曲面であり、例えば、球の一部である。基板１０のＸ方向の長さは例えば３０ｍｍ（ミリメートル）程度であり、Ｙ方向の長さは例えば５ｍｍ程度であり、上面１９ａの凹みの深さは、例えば、３ｍｍ程度である。
前述の第１の実施形態と同様に、集合体１９は蛍光体部材１４及び光反射層１６から構成されている。蛍光体部材１４は発光素子１２毎に設けられていてもよい。この場合、蛍光体部材１４の数は９６個である。又は、蛍光体部材１４はグループ毎に設けられていてもよい。この場合、蛍光体部材１４の数は８個である。
次に、本実施形態に係る発光装置の使用例について説明する。
図１５は、本実施形態に係る発光装置を搭載した光源ユニットを示す斜視図である。
図１６は、本実施形態に係る発光装置を搭載したハイビームユニットを示す断面図である。
図１７は、本実施形態に係る発光装置を搭載したヘッドランプの動作を示す図である。
本実施形態に係る発光装置８は、光源ユニット６０に搭載される。光源ユニット６０においては、実装基板６１上に発光装置８が実装される。
光源ユニット６０は、ハイビームユニット７０に搭載される。ハイビームユニット７０においては、ヒートシンク７１が設けられており、ヒートシンク７１に光源ユニット６０の実装基板６１が接合されている。また、光源ユニット６０の光出射面側には、光学系７２が設けられている。光学系７２においては、筐体７３内に、１枚以上の凸レンズ７４及び１枚以上の凹レンズ７５が設けられている。これらのレンズが図５に示すレンズ１１０に相当する。光学系７２は、発光装置８の各発光素子１２又は各グループから入射された光を、相互に異なる方向に出射する。ハイビームユニット７０には、発光素子１２を発光素子１２毎又はピクセル毎に制御する制御回路が設けられていてもよい。ハイビームユニット７０はロービームユニット及びスモールランプユニット等と共に、自動車のヘッドランプを構成する。
図１７は、自動車の運転者から見た景色を模式的に示す図である。本実施形態のヘッドランプには、ロービームユニット、ハイビームユニット７０、スモールランプユニットが設けられている。ロービームユニットは、ＡＤＢ（配光可変型ヘッドランプ）ではなく、ロービーム領域ＲＬの全体に投光する。
一方、ハイビームユニット７０はＡＤＢである。ハイビームユニット７０においては、発光素子１２の点灯／消灯を個別に又はピクセル毎に制御することにより、任意の領域のみに投光することができる。これにより、ハイビーム領域ＲＨを発光素子１２と同数の投光領域、すなわち、上下方向に４行、水平方向に２４列の合計９６個の領域に分割し、各投光領域について投光するか否かを選択することができる。
例えば、先行車８１のリアガラスへは投光せずに、それ以外の部分には投光することができる。対向車８２のフロントガラスへは投光せずに、それ以外の部分には投光することができる。標識８３に対しては減光して投光することにより、反射グレアを低減することができる。歩行者８４及び８５の頭部には投光せずに、体の部分には強い光を照射することにより、歩行者８４及び８５の存在を強調することができる。これにより、先行車８１の運転者、対向車８２の運転者、歩行者８４及び８５を眩惑させることなく、自車の運転者による視認性が向上する。更に、道路の遠方を照明することができる。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、集合体１９の上面１９ａが凹状に湾曲しているため、レンズを透過した後の光の平行性が高い。このため、発光装置５を配光可変型ヘッドランプの光源として使用したときに、ハイビームユニット７０の光学系７２にプライマリーレンズを設けなくても、投光したい領域と投光したくない領域との光度差を大きくすることができ、先行車及び対向車に対する防眩性を向上させることができる。この結果、光学系７２の構成を簡略化することができ、光学系７２の小型化、低コスト化、及び、光の利用効率の向上を図ることができる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
＜第９の実施形態＞
次に、第９の実施形態について説明する。
図１８は、本実施形態に係る発光装置を示す上面図である。
本実施形態に係る発光装置９においては、基板１０上に複数の発光素子１２がＸ方向及びＹ方向に沿って配列されているが、Ｘ方向に関しては等間隔ではなく、Ｘ方向中央部においては配列間隔が短く、Ｘ方向両端部においては配列間隔が長くなっている。
本実施形態によれば、発光装置９を自動車のハイビームユニットに搭載したときに、視野の中央部を周辺部よりも明るく照明することができる。また、視野の中央部の分解能を向上させて、例えば、遠方の対向車に対する精密な配光制御が可能となる。なお、発光素子１２の配置は本実施形態の例には限定されず、自動車の配光要求に合わせて適宜調整することができる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第８の実施形態と同様である。
＜第１０の実施形態＞
次に、第１０の実施形態について説明する。
図１９は、本実施形態に係る発光装置を示す上面図である。
本実施形態に係る発光装置９ａにおいては、２種類の発光素子１２ａ及び１２ｂが設けられている。発光素子１２ａ及び１２ｂは同じ基板１０に実装されており、発光素子１２ａは発光素子１２ｂよりも大きい。例えば、発光素子１２ａは１２個設けられており、Ｘ方向に沿って一列に配列されている。発光素子１２ｂは４８個設けられており、Ｘ方向に沿って等間隔に２４列、Ｙ方向に沿って等間隔に２行、マトリクス状に配列されている。
本実施形態によれば、発光装置９ａを自動車のハイビームユニットに搭載したときに、ハイビーム領域ＲＨの上部と下部とで、投光領域の大きさを異ならせることができる。すなわち、ハイビーム領域ＲＨの下部には近距離の先行車及び対向車が含まれるため、小さな投光領域で精密な配光制御を行い、ハイビーム領域ＲＨの上部には崖等の地形や標識しか含まれない場合が多いため、大きな投光領域で効率的に照明することができる。
なお、本実施形態においては、大きさが異なる２種類の発光素子を設ける例を示したが、これには限定されず、３種類以上の発光素子を設けてもよい。また、発光色が相互に異なる複数種類の発光素子を設けてもよい。これにより、投光する方向に応じて光の色を異ならせることができる。このように、同じ基板１０に複数の種類の発光素子を実装することにより、投光する方向に応じたきめ細かい配光設計が可能となる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第８の実施形態と同様である。
前述の第８～第１０の実施形態においては、発光装置を配光可変型ヘッドランプに適用する例を示したが、発光装置の適用範囲はこれには限定されない。例えば、スポットライト又はプロジェクションマッピングに適用してもよい。この場合は、発光素子１２毎又はピクセル毎に発光素子の発光色を異ならせてもよい。
本発明は、例えば、ヘッドランプ及びスポットライト等の照明装置の光源、並びに、プロジェクションマッピング等の表示装置の光源等に利用することができる。
１、１ａ、２、３、４、５、６、７、８、９、９ａ：発光装置
１０：基板
１０ａ：凹部
１０ｂ：部分
１２、１２ａ、１２ｂ：発光素子
１３：接着剤層
１４：蛍光体部材
１４ａ：蛍光体板
１５：蛍光体粒子
１６：光反射層
１７：光反射壁
１９：集合体
１９ａ：上面
２１：蛍光体部材
２１ａ：蛍光体板
２２：接着剤層
２２ａ：接着剤層
２３：ガラス部材
２３ａ：ガラス板
２４：波長変換部材
２４ａ：波長変換板
２９：集合体
２９ａ：上面
３１：接着剤層
４１：誘電体多層膜
５１：遮光部材
５６：樹脂層
５６ａ：下部
５６ｂ：上部
６０：光源ユニット
６１：実装基板
７０：ハイビームユニット
７１：ヒートシンク
７２：光学系
７３：筐体
７４：凸レンズ
７５：凹レンズ
８１：先行車
８２：対向車
８３：標識
８４、８５：歩行者
９１：溝
１０１：発光装置
１０２：曲面
１１０：レンズ
Ｇ１～Ｇ８：グループ
Ｒ１～Ｒ８：領域
ＲＨ：ハイビーム領域
ＲＬ：ロービーム領域

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板に実装された複数の発光素子と、
    前記複数の発光素子上に配置され、蛍光体粒子を含む複数の蛍光体部材と、
    前記複数の蛍光体部材上に配置された複数の透光性部材と、
    少なくとも隣り合う前記蛍光体部材間に配置され、前記発光素子から出射した光を反射する光反射部材と、
    を備え、
    前記複数の蛍光体部材、前記複数の透光性部材及び前記光反射部材を含む集合体の上面における中央部と前記基板の上面との距離は、前記集合体の上面における端部と前記基板の上面との距離よりも短く、
    前記集合体の上面は、前記複数の透光性部材及び前記光反射部材からなる凹状の曲面である発光装置。
  2. 基板と、
    前記基板に実装された複数の発光素子と、
    前記複数の発光素子上に配置され、蛍光体粒子を含む複数の蛍光体部材と、
    前記複数の蛍光体部材上に配置された複数の透光性部材と、
    少なくとも隣り合う前記発光素子間に配置され、前記発光素子から出射した光を遮断する遮光部材と、
    を備え、
    前記複数の蛍光体部材、前記複数の透光性部材及び前記遮光部材を含む集合体の上面における中央部と前記基板の上面との距離は、前記集合体の上面における端部と前記基板の上面との距離よりも短く、
    前記集合体の上面は、前記複数の透光性部材及び前記遮光部材からなる凹状の曲面である発光装置。
  3. 前記中央部に配置された前記透光性部材は、前記端部に配置された前記透光性部材よりも薄い請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記透光性部材はガラスからなる請求項１～３のいずれか１つに記載の発光装置。
  5. 前記曲面は球の一部である請求項１～４のいずれか１つに記載の発光装置。
  6. 前記曲面は円柱の側面の一部であり、前記円柱の母線は、前記基板の上面に平行で且つ前記複数の発光素子が配列された方向に対して直交する方向に延びる請求項１～４のいずれか１つに記載の発光装置。
  7. 前記複数の発光素子は、前記基板の上面に平行な第１方向に沿って配列されており、前記中央部は前記第１方向の中央部であり、前記端部は前記第１方向の端部である請求項１～６のいずれか１つに記載の発光装置。
  8. 前記複数の発光素子は、前記基板の上面に平行であって前記第１方向に対して交差する第２方向に沿っても配列されている請求項７に記載の発光装置。
  9. 基板に実装された複数の発光素子の上面に、蛍光体粒子を含む蛍光体板を接着する工程と、
    前記蛍光体板上に透光性板を配置する工程と、
    前記透光性板及び前記蛍光体板を上面からダイシングすることにより、前記透光性板を前記発光素子毎に複数の透光性部材に切り分けると共に、前記蛍光体板を前記発光素子毎に複数の蛍光体部材に切り分ける工程と、
    少なくとも隣り合う前記蛍光体部材間に、前記発光素子から出射した光を反射する光反射部材を形成する工程と、
    前記複数の透光性部材、前記複数の蛍光体部材及び前記光反射部材を含む集合体の上面における中央部と前記基板の上面との距離を、前記集合体の上面における端部と前記基板の上面との距離よりも短くする工程と、
    を備え、
    前記短くする工程において、前記集合体の上面を、前記複数の透光性部材及び前記光反射部材からなる凹状の曲面とする発光装置の製造方法。
  10. 基板に実装された複数の発光素子の上面に、蛍光体粒子を含む蛍光体板を接着する工程と、
    前記蛍光体板上に透光性板を配置する工程と、
    前記透光性板及び前記蛍光体板を上面からダイシングすることにより、前記透光性板を前記発光素子毎に複数の透光性部材に切り分けると共に、前記蛍光体板を前記発光素子毎に複数の蛍光体部材に切り分ける工程と、
    少なくとも隣り合う前記発光素子間に、前記発光素子から出射した光を遮断する遮光部材を形成する工程と、
    前記複数の透光性部材、前記複数の蛍光体部材及び前記遮光部材を含む集合体の上面における中央部と前記基板の上面との距離を、前記集合体の上面における端部と前記基板の上面との距離よりも短くする工程と、
    を備え、
    前記短くする工程において、前記集合体の上面を、前記複数の透光性部材及び前記遮光部材からなる凹状の曲面とする発光装置の製造方法。
  11. 前記短くする工程において、前記中央部に配置された前記透光性部材を、前記端部に配置された前記透光性部材よりも薄くする請求項９または１０に記載の発光装置の製造方法。
  12. 前記透光性板はガラスからなる請求項９～１１のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
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