JP7444744B2 - 灯具ユニットおよび車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は、灯具ユニットおよび車両用灯具に関し、特に複数の発光素子を直列接続して配線基板上に搭載した灯具ユニットおよび車両用灯具に関する。
近年、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いた前照灯等などの車両用灯具が普及しつつある。ＬＥＤを用いた車両用灯具では、発光部としてＬＥＤチップを直列に複数接続して配線基板上に搭載し、複数のＬＥＤチップに対してＬＤＭ（ＬＥＤ Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）から電流を供給することで必要な光量を得ている（例えば特許文献１を参照）。
このような車両用灯具では、複数のＬＥＤチップとして特性が同じものを用いることが通常である。また、直列接続された複数のＬＥＤを流れる電流値は共通であるため、１個のＬＥＤチップが発光する光量を基準として、ＬＥＤチップの個数に応じた光量が得られることになる。
特開２０２０－０２１５４２号公報
図１０は、従来の灯具ユニットに用いられる発光部を示す等価回路図であり、図１０（ａ）はＬＥＤチップを４つ直列接続した場合を示し、図１０（ｂ）はＬＥＤチップを５つ直列接続した場合を示している。図１０（ａ）に示した例では、一例として１個のＬＥＤチップで１．４Ａの電流で５００ルーメンの光束が得られる場合に、４個の直列接続されたＬＥＤチップでは１．４Ａの電流で合計２０００ルーメンの光束を得ることができる。図１０（ｂ）に示した例では、同じ特性のＬＥＤチップを５個直列接続することで、１．４Ａの電流で合計２５００ルーメンの光束を得ることができる。
車両用灯具では、国や地域による法規や保険適用条件などによって要求される光束は異なっている。したがって、要求される光束を得るためには、車両が使用される領域によって個別に発光部のＬＥＤ個数を設定するか、領域ごとにＬＥＤチップを駆動する電流値を変更する必要があった。このように領域別に発光部の仕様を変更すると、部品の管理コストが増加するうえに、ＬＤＭの設定変更も必要となるため好ましくない。
表１は、ロービーム用とハイビーム用に用いるＬＥＤチップの個数と、車両用灯具の総光束に占めるロービーム用配光とハイビーム用配光の光束比を示す表である。

表１のＮｏ．１に示したように、１個で５００ルーメンの光束を得るＬＥＤチップを用い、ロービーム用とハイビーム用の発光部として各々２個のＬＥＤチップを用いると、得られる光束は共に１０００ルーメンで、ロービーム用の光束比が５０％となる。またＮｏ．２に示したように、ロービーム用の発光部として３個のＬＥＤチップを用い、ハイビーム用の発光部として１個のＬＥＤチップを用いると、得られる光束はそれぞれ１５００ルーメンと５００ルーメンで、ロービーム用の光束比が７５％となる。またＮｏ．３に示したように、１個で１０００ルーメンの光束を得るＬＥＤチップを用い、ロービーム用とハイビーム用の発光部として各々１個のＬＥＤチップを用いると、得られる光束は共に１０００ルーメンで、ロービーム用の光束比が５０％となる。
ロービーム用の発光部とハイビーム用の発光部から得られる光束の比率は、ロービーム用が１０００ルーメン以上で５５～７０％の比率が適している。しかし、表１に示したように、１個のＬＥＤチップで得られる光束を増加させ、発光部に用いるＬＥＤチップの個数を削減しようとすると、上記ロービーム用とハイビーム用の光束比を実現することが困難になる。また、表１に示したＬＥＤチップの個数で上記光束比を実現するためには、ロービーム用の発光部とハイビーム用の発光部にＬＤＭから供給する電流値を変更する必要があり、ＬＤＭによる制御が複雑化するという問題があった。
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、ＬＥＤチップとＬＤＭを共通化しても、簡便な構成によって得られる光束の設定を変更することが可能な灯具ユニットおよび車両用灯具を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の灯具ユニットは、 複数の発光素子が発光素子間配線によって直列接続された発光部と、前記発光部に電力を供給する配線パターンが形成された配線基板を備え、前記発光素子は、第１発光層と第２発光層が積層方向に重ねて形成され、前記第１発光層よりもカソード側に接続されたカソード電極と、前記第１発光層と前記第２発光層の間に接続された中間電極と、前記第２発光層のアノード側に接続されたアノード電極を有し、前記複数の発光素子のうち最もアノード側に接続された第１発光素子は、第１アノード電極、第１中間電極または第１カソード電極の何れか一つが、択一的に前記発光素子間配線以外の前記配線パターンと電気的に接続され、前記複数の発光素子のうち最もカソード側に接続された第２発光素子は、第２カソード電極、第２中間電極または第２アノード電極の何れか一つが択一的に前記発光素子間配線以外の前記配線パターンと電気的に接続されていることを特徴とする。
このような本発明の灯具ユニットでは、発光素子として第１発光層と第２発光層が積層方向に重ねて形成されたものを用い、第１発光素子が第１アノード電極、第１中間電極または第１カソード電極の何れか一つが択一的に配線パターンと電気的に接続され、第２発光素子が第２カソード電極、第２中間電極または第２アノード電極の何れか一つが択一的に配線パターンと電気的に接続されることで、ＬＥＤチップとＬＤＭを共通化しても、簡便な構成によって得られる光束の設定を変更することが可能となる。
また本発明の一態様では、前記第１発光素子と前記第２発光素子の間に一つ以上の他の発光素子が直列接続されており、前記他の発光素子では、前記中間電極と前記配線パターンとの間が絶縁されている。
また本発明の一態様では、複数の前記発光部として、ロービーム用発光部とハイビーム用発光部を備え、前記ロービーム用発光部では、前記第１アノード電極および前記第２カソード電極が前記配線パターンと電気的に接続され、前記ハイビーム用発光部では、前記第１カソード電極または前記第２アノード電極が前記配線パターンと電気的に接続されている。
また本発明の一態様では、前記発光部に含まれる前記発光素子は、全て同一種類で構成されている。
また、上記課題を解決するために、本発明の車両用灯具は、上記の何れか一つに記載の灯具ユニットと、前記配線パターンを介して前記発光部に供給される電力を制御する制御ユニットを備えることを特徴とする。
本発明では、ＬＥＤチップとＬＤＭを共通化しても、簡便な構成によって得られる光束の設定を変更することが可能な灯具ユニットおよび車両用灯具を提供することができる。
第１実施形態における灯具ユニット１００を示す分解斜視図である。 第１実施形態における光源モジュール４０を示す模式平面図である。 発光素子４２ａ～４２ｄに含まれるＬＥＤチップの構造例を示す模式断面図であり、図３（ａ）は２つの発光層に同時に電流を供給する場合を示し、図３（ｂ）は２つの発光層のうち何れか一方にのみ電流を供給する場合を示している。 第１実施形態の光源モジュール４０における発光素子４２ａ～４２ｄで構成された発光部の構造を部分的に拡大して示す模式平面図である。 図４に示した光源モジュール４０におけるロービーム用発光部とハイビーム用発光部の等価回路図である。 第１実施形態の変形例におけるロービーム用発光部とハイビーム用発光部の等価回路図である。 第２実施形態における光源モジュール４０を示す模式平面図である。 第２実施形態の光源モジュール４０における発光素子４２ａ～４２ｄで構成された発光部の構造を部分的に拡大して示す模式平面図である。 図８に示した光源モジュール４０における発光部の等価回路図である。 従来の灯具ユニットに用いられる発光部を示す等価回路図であり、図１０（ａ）はＬＥＤチップを４つ直列接続した場合を示し、図１０（ｂ）はＬＥＤチップを５つ直列接続した場合を示している。
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態における灯具ユニット１００を示す分解斜視図である。灯具ユニット１００は、レンズ１０と、レンズホルダ２０と、リフレクタ３０と、光源モジュール４０と、ヒートシンク５０と、冷却ファン６０とを備え、各部材が相互に位置決めされて図示しない固定手段で固定されている。
レンズ１０は、透光性材料で構成されて光源モジュール４０からの光を所定の配光分布となるように前方に照射するための部材である。レンズホルダ２０は、レンズ１０と光源モジュール４０およびリフレクタ３０との相対的位置関係を維持した状態で保持するための部材である。リフレクタ３０は、光源モジュール４０の前方に配置されて光源モジュール４０からの光を前方に反射する部材である。
光源モジュール４０は、灯具ユニット１００の外部から供給される電力および信号に応じて発光する部材である。ヒートシンク５０は、光源モジュール４０の背面で光源モジュール４０に接触して配置された熱伝導性の良好な部材であり、背面側に放熱フィンが形成されている。冷却ファン６０は、ヒートシンク５０の背面側に配置されて、電力が供給されることで空気の流れを生じさせる部材である。
灯具ユニット１００では、外部から電力および信号が供給されると、制御ユニットであるＬＤＭから光源モジュール４０に電流が供給されて発光し、リフレクタ３０で前方に反射された光がレンズホルダ２０内およびレンズ１０を介して前方に照射される。また、光源モジュール４０の発光に伴う熱はヒートシンク５０を介して空気中に放熱され、冷却ファン６０からの送風によって冷却される。
図２は、本実施形態における光源モジュール４０を示す模式平面図である。図２に示したように光源モジュール４０は、配線基板４１と、発光素子４２ａ～４２ｄと、給電コネクタ４３と、固定部４４を備えている。本実施形態では、発光素子４２ａ，４２ｂが直列接続されてハイビーム用発光部を構成し、発光素子４２ｃ，４２ｄが直列接続されてロービーム用発光部を構成している。図２に示した例では、ロービーム用発光部に含まれる発光素子４２ｃ，４２ｄのみを点灯した場合には、灯具ユニット１００からロービーム用の配光が外部に照射される。また、ハイビーム用発光部とロービーム用発光部の全ての発光素子４２ａ～４２ｄを点灯した場合には、灯具ユニット１００からハイビーム用の配光が外部に照射される。
配線基板４１は、熱伝導性が良好な材料で形成された略平板状の部材であり、一方の表面に配線パターン（図示省略）が形成されるとともに、複数の電子部品（図示省略）と発光素子４２ａ～４２ｄおよび給電コネクタ４３が搭載されて発光回路が構成されている。配線基板４１を構成する材料は限定されないが、銅やアルミニウム等の熱伝導性が良好な金属を用いることが好ましい。
また、配線基板４１として導電性の基板上に絶縁性の基板を貼り合わせた複合基板を用いるとしてもよく、例えば金属基板上にガラスエポキシ樹脂層を貼り付けたものが挙げられる。配線基板４１を金属基板で構成する場合には、金属材料の酸化による熱伝導率低下を防止するために、配線基板４１の裏面側に酸化防止膜を形成することが好ましい。酸化防止膜の形成方法としてはプリフラックス処理やＡｕメッキ処理が挙げられるが、放熱性向上という観点からＡｕメッキ処理が好ましい。
発光素子４２ａ～４２ｄは、それぞれＬＥＤチップを含むＬＥＤパッケージであり、従来公知のサブマウントや樹脂封止、蛍光体を含む波長変換部材などを備えている。発光素子４２ａ～４２ｄからは後述するようにパッド電極が引き出されており、パッド電極と配線パターンの間は金属ワイヤでボンディングされている。発光素子４２ａ～４２ｄに含まれるＬＥＤチップの構造は後述する。
給電コネクタ４３は、配線基板４１の表面に搭載された外部との電気的接続を確保するための部材であり、複数の端子が配線パターンに電気的に接続されている。給電コネクタ４３の形状として図２では略直方体のものを示しているが、公知のケーブルハーネスに対応して接続可能なものであれば外形や端子形状等は限定されない。
光源モジュール４０では、制御ユニットであるＬＤＭによって制御された電流が、配線パターンを介して発光部を構成する発光素子４２ａ～４２ｄに供給されて、予め設定された光束で発光を行う。灯具ユニット１００は、車両用灯具である前照灯として用いられ、車両の前方に対して光を照射する。
図３は、発光素子４２ａ～４２ｄに含まれるＬＥＤチップの構造例を示す模式断面図であり、図３（ａ）は２つの発光層に同時に電流を供給する場合を示し、図３（ｂ）は２つの発光層のうち何れか一方にのみ電流を供給する場合を示している。図３（ａ）（ｂ）に示したように、発光素子４２ａ～４２ｄに含まれるＬＥＤチップは、成長基板４２１と、第１ｎ型層４２２と、第１発光層４２３と、第１ｐ型層４２４と、ｐ型高濃度層４２５と、ｎ型高濃度層４２６と、第２ｎ型層４２７と、第２発光層４２８と、第２ｐ型層４２９が積層された構造を有している。
成長基板４２１は、半導体層を結晶成長できる材料で形成された単結晶基板である。窒化物半導体層を成長させるためには、サファイア基板やＳｉＣ基板、ＧａＮ基板など公知の材料と構造のものを用いることができる。
第１ｎ型層４２２は、成長基板４２１上に成長されたｎ型の導電性を有する半導体層である。ＬＥＤチップの一部領域は第１ｎ型層４２２が露出するまでエッチング等により溝が形成されており、露出された第１ｎ型層４２２にはカソード電極Ｅｃが形成されている。図３では第１ｎ型層４２２として単層で表現しているが、バッファ層や下地層、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層などの公知の構造を含む多層構造であってもよい。第１ｎ型層４２２を構成する材料は限定されず、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の公知の材料を用いることができる。また、第１ｎ型層４２２は、ノンドープであってもｎ型不純物がドープされていてもよいが、カソード電極Ｅｃが形成される面にはｎ型不純物がドープされていることが好ましい。
第１発光層４２３は、第１ｎ型層４２２上に成長された半導体層であり、第１ｎ型層４２２および第１ｐ型層４２４よりもバンドギャップが小さな材料で構成されている。第１発光層４２３は、第１ｎ型層４２２と第１ｐ型層４２４の間に挟まれたダブルヘテロ構造を有しており、キャリアを閉じ込めて発光再結合させることで、バンドギャップに応じた波長の光を発光する。第１発光層４２３の具体例としては、発光波長が４３０～４６０ｎｍの青色であるＩｎＧａＮ等が挙げられる。
第１ｐ型層４２４は、第１発光層４２３上に成長されたｐ型の導電性を有する半導体層である。図３では第１ｐ型層４２４として単層で表現しているが、オーバーフロー防止層やｐ型クラッド層などの公知の構造を含む多層構造であってもよい。第１ｐ型層４２４を構成する材料は限定されず、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の公知の材料を用いることができる。
ｐ型高濃度層４２５は、第１ｐ型層４２４上に成長されたｐ型の導電性を有する半導体層であり、第１ｐ型層４２４よりも高濃度にｐ型不純物がドープされている。ｐ型高濃度層４２５の不純物濃度は、一例として１．０×１０２０ｃｍ－３程度以上とする。またｐ型高濃度層４２５の膜厚は数ｎｍ～１０ｎｍ程度とすることが好ましい。
ｎ型高濃度層４２６は、ｐ型高濃度層４２５上に成長されたｎ型の導電性を有する半導体層であり、第１ｎ型層４２２よりも高濃度にｎ型不純物がドープされている。ｎ型高濃度層４２６の不純物濃度は、一例として１．０×１０２０ｃｍ－３程度以上とする。またｎ型高濃度層４２６の膜厚は数ｎｍ～１０ｎｍ程度とすることが好ましい。ｐ型高濃度層４２５とｎ型高濃度層４２６がそれぞれ数ｎｍ～１０ｎｍ程度の膜厚で接触していることで、トンネル接合が構成されている。
第２ｎ型層４２７は、ｎ型高濃度層４２６上に成長されたｎ型の導電性を有する半導体層である。ＬＥＤチップの一部領域は第２ｎ型層４２７が露出するまでエッチング等により溝が形成されており、露出された第２ｎ型層４２７には中間電極Ｅｍが形成されている。図３では第２ｎ型層４２７として単層で表現しているが、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層などの公知の構造を含む多層構造であってもよい。第２ｎ型層４２７を構成する材料は限定されず、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の公知の材料を用いることができる。また、第２ｎ型層４２７は、ノンドープであってもｎ型不純物がドープされていてもよいが、中間電極Ｅｍが形成される面にはｎ型不純物がドープされていることが好ましい。
第２発光層４２８は、第２ｎ型層４２７上に成長された半導体層であり、第２型層４２７および第７ｐ型層４２９よりもバンドギャップが小さな材料で構成されている。第２発光層４２８は、第２ｎ型層４２７と第２ｐ型層４２９の間に挟まれたダブルヘテロ構造を有しており、キャリアを閉じ込めて発光再結合させることで、バンドギャップに応じた波長の光を発光する。第２発光層４２８の具体例としては、発光波長が４３０～４６０ｎｍの青色であるＩｎＧａＮ等が挙げられる。
第２ｐ型層４２９は、第２発光層４２８上に成長されたｐ型の導電性を有する半導体層である。また、第２ｐ型層４２９の表面にはアノード電極Ｅａが形成されている。図３では第２ｐ型層４２９として単層で表現しているが、オーバーフロー防止層やｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層などの公知の構造を含む多層構造であってもよい。第２ｐ型層４２９を構成する材料は限定されず、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の公知の材料を用いることができる。
カソード電極Ｅｃ、中間電極Ｅｍ、アノード電極Ｅａは、それぞれ第１ｎ型層４２２、第２ｎ型層４２７、第２ｐ型層４２９の露出面に形成された電極である。カソード電極Ｅｃ、中間電極Ｅｍ、アノード電極Ｅａの具体的な材料は限定されず、各層と良好にオーミック接触する材料を用いることが好ましく、例えばＮｉ／Ｐｔ／ＡｕやＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の多層構造を用いることができる。
図３（ａ）に示したように、ＬＥＤチップのアノード電極Ｅａとカソード電極Ｅｃの間に電圧を印加すると、第２ｐ型層４２９から第１ｎ型層４２２まで電流が流れ、第１発光層４２３と第２発光層４２８の二層で発光再結合が生じて、それぞれから光が照射される。また図３（ｂ）に示したように、ＬＥＤチップのアノード電極Ｅａと中間電極Ｅｍの間に電圧を印加すると、第２ｐ型層４２９から第２ｎ型層４２７まで電流が流れ、第２発光層４２８で発光再結合が生じて光が照射される。同様に、ＬＥＤチップの中間電極Ｅｍとカソード電極Ｅｃの間に電圧を印加すると、第２ｎ型層４２７から第１ｎ型層４２２まで電流が流れ、第１発光層４２３で発光再結合が生じて光が照射される。
このとき、第２ｎ型層４２７と第１ｐ型層４２４の間には、ｐ型高濃度層４２５とｎ型高濃度層４２６からなるトンネル接合が介在しているため、第２ｎ型層４２７から第１ｐ型層４２４に対してもトンネル接合を介して電流が注入される。第１発光層４２３と第２発光層４２８で青色光が発光されると、発光素子４２ａ～４２ｄに含まれる波長変換部材によって青色光の一部が黄色光に変換され、青色光と黄色光の混色によって白色光が外部に取り出される。
図４は、本実施形態の光源モジュール４０における発光素子４２ａ～４２ｄで構成された発光部の構造を部分的に拡大して示す模式平面図である。図４に示すように配線基板４１上には、発光素子４２ａ～４２ｄを電気的に接続するための配線パターン４５が形成されている。また、発光素子４２ａ～４２ｄの各々には、ＬＥＤチップのアノード電極Ｅａ、中間電極Ｅｍ、カソード電極Ｅｃと電気的に接続されたアノード電極パッド４６ａ、中間電極パッド４６ｍ、カソード電極パッド４６ｃが設けられている。
配線パターン４５は、アノード電極パッド４６ａ、中間電極パッド４６ｍ、カソード電極パッド４６ｃとの間が金属ワイヤ４７でワイヤボンディングされ、発光素子４２ａ～４２ｄと電気的に接続されている。図４に示した例では、発光素子４２ａ、４２ｂ、４２ｄのアノード電極パッド４６ａおよびカソード電極パッド４６ｃが配線パターン４５と金属ワイヤ４７で接続されている。また、発光素子４２ｃの中間電極パッド４６ｍとカソード電極パッド４６ｃが配線パターン４５と金属ワイヤ４７で接続されている。
また、配線パターン４５を介して、発光素子４２ａのカソード電極パッド４６ｃと、発光素子４２ｂのアノード電極パッド４６ａが電気的に接続されている。同様に、配線パターン４５を介して、発光素子４２ｃのカソード電極パッド４６ｃと、発光素子４２ｄのアノード電極パッド４６ａが電気的に接続されている。したがって、配線パターン４５および金属ワイヤ４７によって、発光素子４２ａ，４２ｂが直列接続されてロービーム用発光部が構成され、発光素子４２ｃ，４２ｄが直列接続されてハイビーム用発光部が構成されている。
ここで、発光素子４２ａ、４２ｃのカソード電極パッド４６ｃと、発光素子４２ｂ、４２ｄのアノード電極パッド４６ａを電気的に接続する配線パターン４５および金属ワイヤ４７は、ロービーム用発光部の発光素子４２ａ、４２ｂとハイビーム用発光部の発光素子４２ｃ、４２ｄの間を直列接続しており、本発明における発光素子間配線に相当している。それに対して、発光素子４２ａのアノード電極パッド４６ａ、発光素子４２ｂのカソード電極パッド４６ｃ、発光素子４２ｃの中間電極パッド４６ｍ、発光素子４２ｄのカソード電極パッド４６ｃの各々に接続された配線パターン４５および金属ワイヤ４７は、発光素子間配線以外の配線となっている。
図４に示した例では、発光素子４２ａは、ハイビーム用発光部の最もアノード側に接続されており、本発明における第１発光素子に相当している。また、発光素子４２ｂは、ハイビーム用発光部の最もカソード側に接続されており、本発明における第２発光素子に相当している。同様に、発光素子４２ｃは、ロービーム用発光部の最もアノード側に接続されており、本発明における第１発光素子に相当している。また、発光素子４２ｄは、ロービーム用発光部の最もカソード側に接続されており、本発明における第２発光素子に相当している。
図５は、図４に示した光源モジュール４０におけるロービーム用発光部とハイビーム用発光部の等価回路図である。図５に示したように発光素子４２ａ～４２ｄは、それぞれ第１発光層４２３と第２発光層４２８の間にトンネルダイオードが直列接続されたものとなっている。また、発光素子４２ａ～４２ｄのアノード電極パッド４６ａ、中間電極パッド４６ｍ、カソード電極パッド４６ｃは、発光素子間配線を構成していない配線パターン４５に対して択一的に金属ワイヤ４７で接続されている。
図４，５に示した例では、発光素子４２ａではアノード電極パッド４６ａが択一的に選択されて、配線パターン４５のアノード配線パターンＡ１に接続されている。発光素子４２ｂでは、カソード電極パッド４６ｃが択一的に選択されて、配線パターン４５のカソード配線パターンＣ１に接続されている。また、発光素子４２ｃでは中間電極パッド４６ｍが択一的に選択されて、配線パターン４５のアノード配線パターンＡ２に接続されている。発光素子４２ｄでは、カソード電極パッド４６ｃが択一的に選択されて、配線パターン４５のカソード配線パターンＣ２に接続されている。
したがってロービーム用発光部では、アノード配線パターンＡ１からカソード配線パターンＣ１に電流が流れて、発光素子４２ａ，４２ｂそれぞれの第１発光層４２３および第２発光層４２８が発光し、合計４つの発光層からの光束が得られる。またハイビーム用発光部では、アノード配線パターンＡ２からカソード配線パターンＣ２に電流が流れて、発光素子４２ｃの第１発光層４２３と、発光素子４２ｄの第１発光層４２３および第２発光層４２８が発光し、合計３つの発光層からの光束が得られる。
ハイビーム用発光部とロービーム用発光部では、含まれる発光素子４２ａ～４２ｄは全て同一種類で構成されており、第１発光層４２３と第２発光層４２８の発光量も同程度である、したがって、ハイビーム用発光部とロービーム用発光部で発光した光の光束は、アノード配線パターンＡ１からカソード配線パターンＣ１に含まれる発光層の数に比例したものとなる。
一例として、第１発光層４２３または第２発光層４２８の１層での発光により得られる光束が２５０ルーメンだとすると、図４，５に示した例ではロービーム用発光部から１０００ルーメン、ハイビーム用発光部から７５０ルーメンとなる。これは、ハイビーム用発光部とロービーム用発光部を同時に点灯した場合に得られる光束が１７５０ルーメンであり、ロービーム用発光部での光束比が５７％、ハイビーム用発光部での光束比が４３％となる。これは、ロービーム用発光部からの光束が１０００ルーメン以上で５５～７０％の比率という要求水準に適合しており好ましい。
上述したように、本実施形態の灯具ユニット１００および車両用灯具では、最もアノード側とカソード側の発光素子４２ａ～４２ｄにおいて、アノード電極パッド４６ａ、中間電極パッド４６ｍまたはカソード電極パッド４６ｃの何れか一つが択一的に配線パターン４５と電気的に接続されており、発光に寄与する発光層の数が設定されている。これにより、ＬＥＤチップとＬＤＭを共通化して、簡便な構成によって得られる光束の設定を変更することが可能となる。
図１に示したように、灯具ユニット１００および車両用灯具では、レンズ１０を介してハイビーム用発光部とロービーム用発光部からの光を外部に照射する。レンズ１０から外部に照射される光の配光は、レンズ１０と発光領域の相対的位置関係で決まるため、ハイビーム用発光部とロービーム用発光部の発光領域が変化すると、配光が変化してしまう。しかし本実施形態では、ＬＥＤチップとして第１発光層４２３と第２発光層４２８が同一基板上に積層された構造のものを用いても、平面視における発光領域の面積および位置は変化しない。したがって本実施形態では、アノード電極パッド４６ａ、中間電極パッド４６ｍまたはカソード電極パッド４６ｃの何れか一つを択一的に配線パターン４５と接続して、得られる光束を選択しても、レンズ１０から外部に照射される配光の変化を抑制することができる。
また、ハイビーム用発光部とロービーム用発光部に含まれる発光素子４２ａ～４２ｄの全てが同一種類のＬＥＤチップで構成されているため、部品点数を削減して誤搭載などの不良を抑制することができる。また、配線パターン４５と金属ワイヤ４７によって、アノード電極パッド４６ａ、中間電極パッド４６ｍ、カソード電極パッド４６ｃとの電気的接続を行うため、目視によって接続状態を容易に確認することができる。
（第１実施形態の変形例）
図６は、本変形例におけるロービーム用発光部とハイビーム用発光部の等価回路図である。第１実施形態では、ロービーム用発光部とハイビーム用発光部としてＬＥＤチップを２つ直列接続した例を示したが、本変形例では１つのＬＥＤチップでロービーム用発光部とハイビーム用発光部を構成する例を示している。
図６に示した例では、発光素子４２ａがロービーム用発光部を構成しており、アノード電極パッド４６ａがアノード配線パターンＡ１に接続され、カソード電極パッド４６ｃがカソード配線パターンＣ１に接続されている。また、発光素子４２ｃがハイビーム用発光部を構成しており、アノード電極パッド４６ａがアノード配線パターンＡ２に接続され、カソード電極パッド４６ｃがカソード配線パターンＣ２に接続されている。
したがってロービーム用発光部では、アノード配線パターンＡ１からカソード配線パターンＣ１に電流が流れて、発光素子４２ａの第１発光層４２３および第２発光層４２８が発光し、合計２つの発光層からの光束が得られる。またハイビーム用発光部では、アノード配線パターンＡ２からカソード配線パターンＣ２に電流が流れて、発光素子４２ｃの第１発光層４２３が発光し、合計１つの発光層からの光束が得られる。
一例として、第１発光層４２３または第２発光層４２８の１層での発光により得られる光束が５００ルーメンだとすると、図６に示した例ではロービーム用発光部から１０００ルーメン、ハイビーム用発光部から５００ルーメンとなる。これは、ハイビーム用発光部とロービーム用発光部を同時に点灯した場合に得られる光束が１５００ルーメンであり、ロービーム用発光部での光束比が６７％、ハイビーム用発光部での光束比が３３％となる。これは、ロービーム用発光部からの光束が１０００ルーメン以上で５５～７０％の比率という要求水準に適合しており好ましい。
表２に、第１実施形態と本変形例でのＬＥＤチップ数と、１層の発光層による光束と、ハイビーム用発光部およびロービーム用発光部での光束比を示す。

本変形例でも、発光素子４２ａ，４２ｃにおいて、アノード電極パッド４６ａ、中間電極パッド４６ｍまたはカソード電極パッド４６ｃの何れかが選択されて配線パターン４５と電気的に接続されており、発光に寄与する発光層の数が設定されている。これにより、ＬＥＤチップとＬＤＭを共通化しても、簡便な構成によって得られる光束の設定を変更することが可能となる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７～図９を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図７は、本実施形態における光源モジュール４０を示す模式平面図である。図７に示したように光源モジュール４０は、配線基板４１と、発光素子４２ａ～４２ｄと、給電コネクタ４３と、固定部４４を備えている。本実施形態では、発光素子４２ａ～４２ｄが直列接続されて発光部を構成している。図７に示した例では、灯具ユニット１００は従来公知のシャッター部材を備えており、ハイビーム用の配光とロービーム用の配光を切り替える。
図８は、本実施形態の光源モジュール４０における発光素子４２ａ～４２ｄで構成された発光部の構造を部分的に拡大して示す模式平面図である。図８に示すように配線基板４１上には、発光素子４２ａ～４２ｄを電気的に接続するための配線パターン４５が形成されている。また、発光素子４２ａ，４２ｄからは、ＬＥＤチップのアノード電極Ｅａ、中間電極Ｅｍ、カソード電極Ｅｃと電気的に接続されたアノード電極パッド４６ａ、中間電極パッド４６ｍ、カソード電極パッド４６ｃが設けられている。
図８に示した例では、発光素子４２ａのアノード電極パッド４６ａと、発光素子４２ｄのカソード電極パッド４６ｃが配線パターン４５と金属ワイヤ４７で接続されている。また、発光素子４２ａ～４２ｄは直列接続されて１つのパッケージ内に収容されており、一括して蛍光体を含有した波長変換部材で封止されている。ここで、発光素子４２ａ～４２ｄを直列接続するパッケージ内の配線は、本発明における発光素子間配線に相当している。それに対して、発光素子４２ａのアノード電極パッド４６ａと、発光素子４２ｄのカソード電極パッド４６ｃの各々に接続された配線パターン４５および金属ワイヤ４７は、発光素子間配線以外の配線となっている。
図８に示した例では、発光素子４２ａは、発光部の最もアノード側に接続されており、本発明における第１発光素子に相当し、発光素子４２ｄは発光部の最もカソード側に接続されており、本発明における第２発光素子に相当している。また、発光素子４２ｂ，４２ｃは、発光素子４２ａと発光素子４２ｄの間に直列接続されており、本発明における他の発光素子に相当している。発光素子４２ｂ，４２ｃは、発光部のパッケージ内でアノード電極Ｅａとカソード電極Ｅｃが接続されることで直列接続されており、中間電極Ｅｍは配線基板４１上の配線パターン４５との間が絶縁されている。
図９は、図８に示した光源モジュール４０における発光部の等価回路図である。発光素子４２ａ，４２ｄのアノード電極パッド４６ａ、中間電極パッド４６ｍ、カソード電極パッド４６ｃは、発光素子間配線を構成していない配線パターン４５に対して択一的に金属ワイヤ４７で接続されている。
図８に示した例では、発光素子４２ａのアノード電極パッド４６ａが択一的に選択されて、配線パターン４５のアノード配線パターンＡ１に接続され、発光素子４２ｄのカソード電極パッド４６ｃが択一的に選択されて、配線パターン４５のカソード配線パターンＣ１に接続されている。したがって図８に示した例では、アノード配線パターンＡ１からカソード配線パターンＣ１に電流が流れて、発光素子４２ａ～４２ｄそれぞれの第１発光層４２３および第２発光層４２８が発光し、合計８つの発光層からの光束が得られる。
発光部に含まれる発光素子４２ａ～４２ｄは全て同一種類で構成されており、第１発光層４２３と第２発光層４２８の発光量も同程度である、したがって、発光部で発光した光の光束は、アノード配線パターンＡ１からカソード配線パターンＣ１に含まれる発光層の数に比例したものとなる。一例として、第１発光層４２３または第２発光層４２８の１層での発光により得られる光束が３３３ルーメンとすると、図８に示した例では発光部全体で２６６４ルーメンの光束が得られる。このように、発光に寄与する発光層の数を最大化するように、択一的に配線パターン４５と接続することで、車両用灯具に求められる光量（光束）が大きい地域の基準や保険適用基準を満たすことができる。
それに対して、発光素子４２ａ，４２ｄの中間電極パッド４６ｍを選択して、それぞれアノード配線パターンＡ２とカソード配線パターンＣ２に金属ワイヤで接続する場合を考える。この場合には、アノード配線パターンＡ２からカソード配線パターンＣ２に電流が流れて、発光素子４２ａの第１発光層４２３と，発光素子４２ｂ，４２ｃの第１発光層４２３および第２発光層４２８と、発光素子４２ｄの第２発光層４２８が発光し、合計６つの発光層から１９９８ルーメンの光束が得られる。
同様に、発光素子４２ａ，４２ｄにおいて、アノード電極パッド４６ａ、中間電極パッド４６ｍまたはカソード電極パッド４６ｃの何れか一つを択一的に選択して配線パターン４５と接続することで、発光に寄与する発光層の数を選択することができる。車両用灯具に求められる光量が大きくない地域に向けては、必要な発光層の数が含まれるような組み合わせで配線パターン４５を接続することで、適切な消費電力で必要な光量を得ることができる。
上述したように、本実施形態の灯具ユニット１００および車両用灯具でも、最もアノード側とカソード側の発光素子４２ａ，４２ｄにおいて、アノード電極パッド４６ａ、中間電極パッド４６ｍまたはカソード電極パッド４６ｃの何れか一つが択一的に配線パターン４５と電気的に接続されており、発光に寄与する発光層の数が設定されている。また、発光に寄与する発光層の数で光量を設定できるため、光量によらず一定の電流値で駆動することができ、ＬＥＤチップとＬＤＭを共通化して、簡便な構成によって得られる光束の設定を変更することが可能となる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の
変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて
得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１００…灯具ユニット
１０…レンズ
２０…レンズホルダ
３０…リフレクタ
４０…光源モジュール
５０…ヒートシンク
６０…冷却ファン
４１…配線基板
４２ａ～４２ｄ…発光素子
４２１…成長基板
４２２…第１ｎ型層
４２３…第１発光層
４２４…第１ｐ型層
４２５…ｐ型高濃度層
４２６…ｎ型高濃度層
４２７…第２ｎ型層
４２８…第２発光層
４２９…第２ｐ型層
Ｅａ…アノード電極
Ｅｍ…中間電極
Ｅｃ…カソード電極
４３…給電コネクタ
４４…固定部
４５…配線パターン
Ａ１，Ａ２…アノード配線パターン
Ｃ１，Ｃ２…カソード配線パターン
４６ａ…アノード電極パッド
４６ｃ…カソード電極パッド
４６ｍ…中間電極パッド
４７…金属ワイヤ

Claims (5)

  1. 複数の発光素子が発光素子間配線によって直列接続された発光部と、
    前記発光部に電力を供給する配線パターンが形成された配線基板を備え、
    前記発光素子は、第１発光層と第２発光層が積層方向に重ねて形成され、前記第１発光層よりもカソード側に接続されたカソード電極と、前記第１発光層と前記第２発光層の間に接続された中間電極と、前記第２発光層のアノード側に接続されたアノード電極を有し、
    前記複数の発光素子のうち最もアノード側に接続された第１発光素子は、第１アノード電極、第１中間電極または第１カソード電極の何れか一つが、択一的に前記発光素子間配線以外の前記配線パターンと電気的に接続され、
    前記複数の発光素子のうち最もカソード側に接続された第２発光素子は、第２カソード電極、第２中間電極または第２アノード電極の何れか一つが択一的に前記発光素子間配線以外の前記配線パターンと電気的に接続されていることを特徴とする灯具ユニット。
  2. 請求項１に記載の灯具ユニットであって、
    前記第１発光素子と前記第２発光素子の間に一つ以上の他の発光素子が直列接続されており、
    前記他の発光素子では、前記中間電極と前記配線パターンとの間が絶縁されていることを特徴とする灯具ユニット。
  3. 請求項１または２に記載の灯具ユニットであって、
    複数の前記発光部として、ロービーム用発光部とハイビーム用発光部を備え、
    前記ロービーム用発光部では、前記第１アノード電極および前記第２カソード電極が前記配線パターンと電気的に接続され、
    前記ハイビーム用発光部では、前記第１カソード電極または前記第２アノード電極が前記配線パターンと電気的に接続されていることを特徴とする灯具ユニット。
  4. 請求項１から３の何れか一つに記載の灯具ユニットであって、
    前記発光部に含まれる前記発光素子は、全て同一種類で構成されていることを特徴とする灯具ユニット。
  5. 請求項１から４の何れか一つに記載の灯具ユニットと、
    前記配線パターンを介して前記発光部に供給される電力を制御する制御ユニットを備えることを特徴とする車両用灯具。
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