JP7305970B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置および車両用前照灯に関する。
車両に搭載される発光装置として、複数の発光素子を備えた構成が知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1は、直線状に所定間隔ごとに配置された複数のLED(Light Emitting Diode)を備える車両用前照灯を開示している。
特開2013-58488号公報
特許文献1に記載されているような車両用前照灯は、複数のLEDを覆うような蛍光層が接着剤を介して配置されている。この種の車両用前照灯は、均一な配光パターンを作ることはできるが、LEDの高さにばらつきがある場合に、LEDと、蛍光層との間の接着剤の厚みにもばらつきが生じる。この場合、接着剤の厚みのある部分の温度が比較的高温となり、車両用前照灯の劣化が進んでしまうおそれがある。
また、特許文献1では個別の発光チップを搭載するため、発光チップと、その隣の発光チップとの間には、搭載精度に応じた間隙が必要となる。一般的には、間隙は50~100nmである。この場合、複数の発光チップを並べ、その上面に一体の蛍光体板を載せたとしても、間隙部分の輝度が低下し、かつ色も黄色寄りとなってしまうおそれがある。さらに、複数の個別の発光チップを搭載する場合、発光出力や波長にバラツキが生じ、光源の輝度ムラ、色度ムラの原因となるおそれもある。
そこで、本発明は、均一な配光パターンを作ることが可能であり、かつ劣化を抑制することのできる発光装置および車両用前照灯を提供することを課題とする。
本発明の第1の態様の発光装置は、第1基板と、前記第1基板の第1面上に一体に設けられた複数の発光部と、を有する発光チップと、前記発光チップを保持し、複数の前記発光部に電力を供給する第2基板と、前記第1基板の第2面を覆うように配置された蛍光体と、を備える。
上記の発光装置において、前記第1基板は、前記第1面において、複数の前記発光部をそれぞれ電気的に独立させるハーフカット部を有してもよい。
上記の発光装置において、前記蛍光体は、前記第1基板の前記第2面において、一体に形成されていてもよい。
本発明の第2の態様の車両用前照灯は、上記のいずれかに記載の発光装置と、前記発光装置が配置されているヒートシンクと、前記発光装置から出射された光を外部に照射する投射光学系と、を備える。
本発明によれば、均一な配光パターンを作ることが可能であり、かつ劣化を抑制することのできる発光装置および車両用前照灯を提供することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る車両用前照灯の一例を示す図である。 図2は、本発明の実施形態に係る車両用前照灯の光源の一例を示す上面図である。 図3は、本発明の実施形態に係る車両用前照灯の光源の一例を示す断面図である。 図4は、本発明の実施形態に係る車両用前照灯の光源が投影する投影像の一例を示す図である。 図5は、投影像の比較例を示す図である。 図6は、本発明の実施形態に係る車両用前照灯の光源の製造工程を示すフローチャートである。
以下、本発明に係る車両用前照灯の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。以下の説明において、前後、上下、左右の各方向は、車両用前照灯が車両に取り付けられた状態における方向であって、運転席から車両の進行方向を見た場合における方向を示す。なお、本実施形態では、上下方向は鉛直方向に平行であり、左右方向は水平方向であるとする。
図1は、本実施形態に係る車両用前照灯100の一例を示す図である。図1に示すように、車両用前照灯100は、光源10と、リフレクタ20と、レンズ30と、取付部材40とを備えている。光源10、リフレクタ20、レンズ30および取付部材40は、いわゆるプロジェクタ型のランプユニットを構成している。本実施形態において、リフレクタ20は第1光学部材、レンズ30は第2光学部材と呼ばれることもある。
車両用前照灯100は、車両前部の左側および右側にそれぞれ取り付けられる。車両に取り付けられる場合、車両用前照灯100は、不図示のランプハウジングとランプレンズ(例えば、素通しのアウターレンズなど)とで形成される灯室に収容され、不図示の光軸調整機構に接続される。光軸調整機構は、車両用前照灯100は、上下方向および左右方向の光軸調整が可能となっている。以下、車両用前照灯100として、車両の右側に取り付けられる車両用前照灯を例に挙げて説明するが、車両の左側に取り付けられる車両用前照灯についても同様の説明が可能である。
灯室内には、上記ランプユニットの他、例えばクリアランスランプユニット、ターンシグナルランプユニット、デイタイムランニングランプユニットなどが配置される場合がある。また、灯室内には、インナーパネル(図示せず)やインナーハウジング(図示せず)やインナーレンズ(図示せず)などが配置される場合がある。
光源10は、本実施形態において、例えばLEDなどの半導体型光源である。光源10は、発光面11を有する。光源10は、発光面11がランバーシアン分布を形成するように光を出射する。車両用前照灯100が車両に取り付けられた場合、発光面11は例えば上方に向けられ、水平面に平行に配置される。
光源10は、取付部材40の光源固定部41に固定されている。なお、光源固定部41は、ヒートシンク42に連結されている。ヒートシンク42には、複数のフィン43が設けられている。このため、半導体型光源である光源10において生じた熱が光源固定部41からヒートシンク42を介して外部に放出されるようになっている。なお、光源固定部41とヒートシンク42とは、ヒートシンクとして一体に形成されていてもよい。また、光源固定部41と、ヒートシンク42との間には、放熱グリスが塗布されていてもよい。ヒートシンク42は、光源10で生じる熱を外部に放熱する。ヒートシンク42は、上記の光源10、リフレクタ20等を固定する。ヒートシンク42は、例えば金型成形等を用いて製造可能である。
リフレクタ20は、光源10からの光をレンズ30に向けて反射する。リフレクタ20は、光源10の上方に配置され、例えば樹脂部材など、耐熱性が高くかつ光不透過性の材料を用いて形成されている。リフレクタ20は、スクリューなどの固定部材によって取付部材40に固定されている。
リフレクタ20は、前側部分および下側部分が開口し、かつ、後側部分および上側部分および左右両側部分が閉塞した中空形状となっている。リフレクタ20の内面には、反射面21が形成されている。反射面21は、光源10からの光をレンズ30に向けて反射する。反射面21は、回転楕円面または当該回転楕円面を基調とした自由曲面となっている。
また、可動シェード60は、例えば金属板など、光源10からの光を遮光可能な部材で構成されている。可動シェード60は、光源10とレンズ30との間に配置されている。可動シェード60は、不図示の駆動部に接続されており、例えばリフレクタ20によって反射された光の一部を遮光する第1位置と、当該光を遮光しない第2位置との間を移動可能となっている。
レンズ30は、リフレクタ20に対して車両の前方に配置される。レンズ30は、例えば不図示のレンズホルダに支持される。レンズ30は、焦点(図示せず)と、光軸AXとを有する。レンズ30の光軸AXは、リフレクタ20の光軸と一致もしくはほぼ一致する。レンズ30は、リフレクタ20の反射面21からの反射光および光源10からの直射光を車両の前方に照射する。すなわち、本実施形態では、リフレクタ20と、レンズ30とで、車両の前方に光を照射する投射光学系が構成されている。
レンズ30の入射面31には、例えば、プリズム部が形成されている。プリズム部は、入射面31の略全面に亘るプリズム形成領域にグリッド状に形成される。プリズム形成領域は、例えば矩形状であって4つの角部が直線状に面取りされた形状であるが、これに限定されない。レンズ30の出射面32は、入射面31に入射した光を、車両の前方に照射する。
本実施形態では、リフレクタ20と、レンズ30とで、車両の前方に光を照射する投射光学系を構成しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、光源10からの光をリフレクタ20で反射させて、レンズ30を介さずに、リフレクタ20からの反射光を、車両の前方に照射する照射光としてもよい。この場合、リフレクタ20の反射面で照射光のパターンを形成することができる。また、例えば、光源10からの光をレンズ30に直接入射させて、車両の前方に照射する照射光を形成してもよい。この場合、光源10は、例えば光源10からの光がレンズ30に直接入射する位置に配置すればよい。すなわち、本発明において、投射光学系は、リフレクタ20と、レンズ30との少なくとも一方を備えていればよい。
図2を用いて、本発明の実施形態に係る車両用前照灯100の光源10の構成について説明する。図2は、本発明の実施形態に係る車両用前照灯100の光源10の構成の一例を示す上面図である。
図2に示すように、光源10は、基板タイプのLEDである。この場合、光源10は、図2に示すように、第1発光部12aと、第2発光部12bと、第3発光部12cと、第4発光部12dとを備える。具体的には後述するが、本実施形態では、第1発光部12a~第4発光部12dは、それぞれ、一体に形成されている。なお、本実施形態において、光源10は、第1発光部12a~第4発光部12dの4つの発光部を有するものとして説明するが、これは例示であり、本発明を限定するものではない。本実施形態において、光源10は、2つ以上の発光部を有する構成であればよい。
第1発光部12a~第4発光部12dは、例えば、それぞれがサファイア基板上に形成された青色のLEDである。また、第1発光部12a~第4発光部12dは、それぞれ、例えばAlN(窒化アルミニウム)などの熱伝導率の高い(例えば、170w/mk程度)セラミック基板上に搭載されている。また、第1発光部12a~第4発光部12dの光を出射するサファイア基板の発光面上には、黄色の蛍光体が配置されている。これにより、光源10は、白色光を出力する構成となる。
また、図2に示すように、取付部材40には、給電部44aと、給電部44bとが設けられている。給電部44aと、給電部44bとは、電源に接続されている。この場合、光源10は、給電部44aと、給電部44bとを介して電源と電気的に接続するように、光源固定部41に配置されている。これにより、光源10には、電力が供給される。
図3を用いて、本発明の実施形態に係る車両用前照灯100の光源10の構成について、より具体的に説明する。図3は、本発明の実施形態に係る車両用前照灯100の光源10の構成の一例を示す断面図である。
図3に示すように、光源10は、第1発光部12aと、第2発光部12bと、第3発光部12cと、第4発光部12dと、サファイア基板50と、蛍光体70と、AlN基板80と、反射樹脂90とを備える。
第1発光部12a~第4発光部12dは、例えばそれぞれが青色のLEDであり、サファイア基板50の第1面50a上に形成されている。第1発光部12a~第4発光部12dは周知の方法を用いて形成すればよく、例えば、サファイア基板50の第1面50a上に、窒素ガスやガリウムガスなどを噴射して結晶を成長させて、N層と、発光層と、P層とからなる積層膜を形成する。ここで、N層は、例えば、N型GaN(窒化ガリウム)層である。発光層は、例えば、InGaN(窒化インジウムガリウム)層である。P層は、例えば、P型GaN層である。そして、積層膜に対して、周知の方法を用いて、電極や保護膜を作成することによって、第1発光部12a~第4発光部12dを形成すればよい。本実施形態では、第1発光部12a~第4発光部12dが形成されたサファイア基板50のことを、発光チップ52と呼ぶこともある。
サファイア基板50は、第1発光部12a~第4発光部12dを形成するための半導体基板である。サファイア基板50の第1面50aには、第1ハーフカット部51aと、第2ハーフカット部51bと、第3ハーフカット部51cとを有する。サファイア基板50の第2面50bは、光源10の発光面である。なお、本実施形態において、第1発光部12a~第4発光部12dを成長させる基板の材質は、サファイアに限定されるものではない。
第1ハーフカット部51aは、第1発光部12aと、第2発光部12bとの間に設けられている。具体的には、第1ハーフカット部51aは、第1発光部12aと、第2発光部12bとを電気的に独立させるように設けられている。また、サファイア基板50は、第1ハーフカット部51aによって切断されていない。
第2ハーフカット部51bは、第2発光部12bと、第3発光部12cとの間に設けられている。具体的には、第2ハーフカット部51bは、第2発光部12bと、第3発光部12cとを電気的に独立させるように設けられている。また、サファイア基板50は、第2ハーフカット部51bによって切断されていない。
第3ハーフカット部51cは、第3発光部12cと、第4発光部12dとの間に設けられている。具体的には、第3ハーフカット部51cは、第3発光部12cと、第4発光部12dとを電気的に独立させるように設けられている。また、サファイア基板50は、第3ハーフカット部51cによって切断されていない。
具体的には、第1ハーフカット部51a~第3ハーフカット部51cは、例えば、ダイシングソーによって、各発光部とともにサファイア基板50を、ハーフカットすることによって形成されている。このため、第1発光部12a~第4発光部12dは、それぞれ、電気的に切断される。すなわち、第1発光部12a~第4発光部12dは、それぞれ、独立して動作する。また、第1発光部12a~第4発光部12dは、それぞれ、サファイア基板50においてダイシングされていない部分で一体化した構造を有している。
蛍光体70は、サファイア基板50の第2面50bの全体を覆うように配置されている。蛍光体70は、例えば、一体に形成されることで、サファイア基板50の第2面50bの全体を覆っている。蛍光体70は、第1発光部12a~第4発光部12dが青色LEDである場合には、青色光によって励起され黄色光を出射する蛍光体である。蛍光体70は、例えば、接着剤によって、サファイア基板50の第2面50b上に接着されている。
本実施形態では、第1発光部12a~第4発光部12dは、発光チップ52を切出す前のウエハ上において、それぞれが近接した位置に形成された発光部である。そのため、第1発光部12a~第4発光部12dを形成するに際には、それぞれ、均質に結晶が成長し、第1発光部12a~第4発光部12dの高さは、均一となる。これにより、サファイア基板50と、蛍光体70との間の接着剤の厚みを薄く均一にすることができる。その結果、本実施形態では、接着剤の厚みに起因する発光面の温度の過度の上昇を抑制することができる。例えば、本実施形態では、第1発光部12a~第4発光部12dが分離して設けられている従来の構造よりも、温度の上昇を30℃程度抑制することができる。
AlN基板80は、第1発光部12a~第4発光部12dを搭載する基板である。AlN基板80には電源が接続されている。このため、第1発光部12a~第4発光部12dには、AlN基板80を介して、電力が供給される。なお、第1発光部12a~第4発光部12dを搭載する基板の材質は、AlNに限定されず、他のセラミックであってもよい。
反射樹脂90は、第1発光部12a~第4発光部12dと、サファイア基板50と、蛍光体70の周囲を覆うように形成されている。反射樹脂90は、例えば、第1発光部12a~第4発光部12dの側面から出射された光を、図1におけるリフレクタ20の方向に反射する。反射樹脂90は、例えば、反射材入りのシリコン樹脂で形成されている。
図4と、図5とを用いて、本発明の実施形態に係る車両用前照灯100の光源10が投影する投射像について説明する。図4は、本発明の実施形態に係る車両用前照灯100の光源10が投影する投影像の一例を示す図である。図5は、投影像の比較例を示す図である。ここで、図5の投影像の比較例は、4つの発光部が分離して形成されており、各発光部上に蛍光体が独立して配置されている従来の車両用前照灯が投影する投影像を想定している。
図4に示すように、車両用前照灯100の光源10が投影する投影像110は、第1投影像111aと、第2投影像111bと、第3投影像111cと、第4投影像111dとを含む。
第1投影像111aは、第1発光部12aが投影する投影像である。第2投影像111bは、第2発光部12bが投影する投影像である。第3投影像111cは、第3発光部12cが投影する投影像である。第4投影像111dは、第4発光部12dが投影する投影像である。
図4に示すように、本実施形態では、第1投影像111aと、第2投影像111bとの境界である第1境界112aには暗線が発生していない。また、第2投影像111bと、第3投影像111cとの境界である第2境界112bには暗線が発生していない。そして、第3投影像111cと、第4投影像111dとの境界である第3境界112cに暗線が発生していない。
一方、図5に図示の比較例に係る投影像120を参照すると、第1投影像121aと、第2投影像121bとの境界には第1暗線122aが発生している。第2投影像121bと、第3投影像121cとの境界には第2暗線122bが発生している。第3投影像121cと、第4投影像121dとの境界には第3暗線122cが発生している。
このように、本実施形態では、発光部と、発光部との間の領域には、暗線が発生しない。このため、本実施形態は、従来と比較して、所望の配光パターンを容易に作ることができる。換言すれば、本実施形態は、従来と比較して、配光パターンを制御し易くなる。
図6を用いて、本発明の実施形態に係る車両用前照灯100の光源10の製造工程の一例について説明する。図6は、本発明の実施形態に係る車両用前照灯100の光源10の製造工程の一例を示すフローチャートである。
まず、光源10を製造するために、各発光部を形成するためのサファイア基板50を準備する(ステップS101)。具体的には、周知の方法で研磨および洗浄したウエハの状態のサファイア基板50を準備する。そして、製造工程は、ステップS102に進む。
次に、サファイア基板50の表面上に結晶を成長させる(ステップS102)。具体的には、発光部(青色LED)を形成するために、ウエハの状態のサファイア基板50の第1面50a上に、周知の方法を用いてN層と、発光層と、P層とを含む積層膜を形成する。そして、製造工程は、ステップS103に進む。
次に、成長させた結晶上に電極を形成する(ステップS103)。具体的には、ウエハの状態のサファイア基板50の第1面50a上に形成された積層膜に対して、周知の方法を用いて電極や、保護膜を形成することで発光部を形成する。そして、製造工程は、ステップS104に進む。
次に、ウエハの状態のサファイア基板50をハーフカットする(ステップS104)。具体的には、ウエハの状態のサファイア基板50をダイシングした際に、所望の数の発光部が一体に形成されるように、ウエハの状態のサファイア基板50をハーフカットする。例えば、図3に示すように、第1発光部12a~第4発光部12dを一体に形成するために、ウエハの状態のサファイア基板50をハーフカットすることで、第1ハーフカット部51a~第3ハーフカット部51cを形成する。なお、ハーフカットは、周知のダイシングソーを用いて行えばよい。そして、製造工程は、ステップS105に進む。
次に、ウエハの状態のサファイア基板50から発光チップ52を切出す(ステップS105)。具体的には、一体に形成された所望の数の発光部が含まれるように、ウエハの状態のサファイア基板50をダイシングすることによって、発光チップ52を切出す。例えば、図3に示すように、第1発光部12a~第4発光部12dを含む、発光チップ52をウエハの状態のサファイア基板50からダイシングして切出す。なお、ダイシングは、周知のダイシングソーを用いて行えばよい。また、図6に示したフローチャートでは、第1ハーフカット部51a~第3ハーフカット部51cを形成した後に発光チップ52を切出しているが、発光チップ52を切出した後に第1ハーフカット部51a~第3ハーフカット部51cを形成してもよい。そして、製造工程は、ステップS106に進む。
次に、切出した発光チップ52をAlN基板80に搭載する(ステップS106)。具体的には、図3に示すように、発光チップ52をAlN基板80上に搭載する。発光チップ52は、周知の方法を用いてAlN基板80上に搭載すればよい。そして、製造工程は、ステップS107に進む。
次に、サファイア基板50の発光面に蛍光体70を配置する(ステップS107)。具体的には、図3に示すように、サファイア基板50の第2面50b上に接着剤を介して蛍光体70を配置する。そして、製造工程は、ステップS108に進む。
そして、発光チップ52と、蛍光体70との周囲に反射樹脂90を形成する(ステップS108)。具体的には、図3に示すように、発光チップ52と、蛍光体70とを側面を覆うように、反射樹脂90を形成する。これにより、本発明の実施形態に係る車両用前照灯100の光源10の製造工程は終了する。
上述のとおり、本実施形態に係る車両用前照灯100の光源10は、サファイア基板50と、サファイア基板50の第1面50a上に一体に設けられた第1発光部12a~第4発光部12dと、を有する発光チップ52と、発光チップ52を保持し、第1発光部12a~第4発光部12dに電力を供給するAlN基板80と、サファイア基板50の第2面50bを覆うように配置された蛍光体70と、を備える。
この構成によれば、第1発光部12a~第4発光部12dの高さを均一にすることが可能である。これにより、本実施形態は、サファイア基板50と、蛍光体70との間の接着剤の厚みを薄くすることができるので、接着剤に起因する過度の発熱を抑制することができる。また、サファイア基板50の第1面50a上に蛍光体70を配置しているので、発光部間に暗線が発生することも抑制することができる。したがって、本実施形態は、投影像において暗線の発生を抑制し、かつ過度の発熱を抑制することができる。
また、車両用前照灯100の光源10において、サファイア基板50は、第1面50aにおいて、第1発光部12a~第4発光部12dをそれぞれ電気的に独立させる第1ハーフカット部51a~第3ハーフカット部51cを有してもよい。この構造により、第1発光部12a~第4発光部12dをそれぞれ電気的に独立させ、かつ確実に一体に設けることができる。
また、車両用前照灯100の光源10において、蛍光体70は、サファイア基板50の第2面50bにおいて、一体に形成されていてもよい。この構造により、サファイア基板50の第2面50bの全体を、蛍光体70で確実に覆うことができる。
また、本実施形態の車両用前照灯100は、上記のいずれかの光源10と、光源10が配置されているヒートシンク42と、光源10から出射された光を反射するリフレクタ20と、光源10から出射された光およびリフレクタ20によって反射された光を照射するレンズ30と、を備える。
この構成によれば、本実施形態は、投影像において暗線の発生を抑制し、かつ過度の発熱を抑制した車両用前照灯100を実現することができる。また、第1発光部12a~第4発光部12dは、ウエハ内の近接した位置の発光部であり、発光部同士の間隙が非常に小さいため、光束やVf特性などの電気光学特性も略均一となる。そのため、第1発光部12a~第4発光部12dを並列に駆動させる時にも、各発光部は均一の順電流で駆動するため、バラツキが少なく、制御性のよい車両用前照灯100を実現することができる。
10 光源(発光装置)
11 発光面
12a 第1発光部
12b 第2発光部
12c 第3発光部
12d 第4発光部
20 リフレクタ
30 レンズ
40 取付部材
41 光源固定部
42 ヒートシンク
43 フィン
44a,44b 給電部
50 サファイア基板(第1基板)
50a 第1面
50b 第2面
51a 第1ハーフカット部
51b 第2ハーフカット部
51c 第3ハーフカット部
52 発光チップ
60 可動シェード
70 蛍光体
80 AlN基板(第2基板)
90 反射樹脂
100 車両用前照灯
110,120 投影像
111a,121a 第1投影像
111b,121b 第2投影像
111c,121c 第3投影像
111d,121d 第4投影像
112a 第1境界
112b 第2境界
112c 第3境界
122a 第1暗線
122b 第2暗線
122c 第3暗線

Claims (2)

  1. 第1基板と、前記第1基板の第1面上に一列の列状で一体に設けられた複数の発光部と、を有する発光チップと、
    前記発光チップを保持し、複数の前記発光部に電力を供給する第2基板と、
    前記第1基板の前記第1面と反対側の面の第2面を覆うように配置された蛍光体と、
    前記発光チップと、前記蛍光体の周囲を囲んで配置され、前記発光部の側面から発射された光を反射する反射樹脂と、を備える、発光装置と、
    前記発光装置が配置されているヒートシンクと、
    前記発光装置から出射された光を外部に照射する投射光学系と、を備え、
    隣接する前記発光部の投影像の間に暗線が発生していない、
    前記第1基板は、前記第1面において、複数の前記発光部をそれぞれ電気的に独立させるハーフカット部を有する、
    前記ハーフカット部は、一列に並んだ複数の前記発光部の所定の個数ごとに複数形成される
    車両用前照灯。
  2. 前記蛍光体は、前記第1基板の前記第2面において、一体に形成されている、
    請求項1に記載の車両用前照灯。
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