KR20130124569A - 발광 모듈 및 차량용 등기구 - Google Patents

발광 모듈 및 차량용 등기구 Download PDF

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KR20130124569A
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야스아키 츠츠미
마사노부 미즈노
모토히로 고마츠
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가부시키가이샤 고이토 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 발광 모듈(50)은, 기판(54)과, 기판(54)에 탑재되고 매트릭스형으로 배열되어 있는 복수의 반도체 발광 소자(52a∼52d)와, 반도체 발광 소자의 발광면(56a∼56d)에 대향하도록 마련되어 있는 형광체층(58)과, 복수의 반도체 발광 소자 중 적어도 일부의 발광 소자의 발광면의 주위를 둘러싸도록 마련되어 있는 차광부(60a∼60d)를 구비하고 있다.

Description

발광 모듈 및 차량용 등기구{LIGHT EMITTING MODULE AND LIGHTING DEVICE FOR VEHICLE}
본 발명은, 발광 다이오드 등의 발광 소자를 구비한 발광 모듈에 관한 것이다.
야간에, 폭넓은 범위의 노면을 자동차용 등기구로 조사할 때에는, 하이빔용 배광 패턴을 형성하는 등기구 유닛이 이용되는 경우가 많다. 한편, 이러한 하이빔용 배광 패턴은, 대향차나 선행차에 글레어(glare)를 부여할 가능성이 있기 때문에, 한층 더 개량이 요구되고 있다.
예컨대, 로우빔용 배광 패턴을 형성하는 등기구 유닛을 좌우 방향으로 스위블(swivel)함으로써 조사 범위를 넓힌 차량용 등기구가 고안되어 있다(특허문헌 1 참조). 그러나, 이러한 등기구는, 스위블을 위한 기구 부품이 필요하고, 장치가 복잡화, 대형화되며, 순간적으로 배광을 전환하는 것이 어렵다.
한편, 최근, 성능의 향상이 현저한 백색 발광 다이오드[이하, LED(Light Emitting Diode)라고 함]를 광원에 이용한 차량용 등기구의 개발도 진행되고 있다. 예컨대, 복수의 백색 LED를 매트릭스형으로 배치한 광원이 고안되어 있다(특허문헌 2 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2007-30739호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2009-134965호 공보
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 조명이나 등기구에 대한 적용을 고려한 발광 모듈을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태의 발광 모듈은, 기판과, 기판에 탑재되고 매트릭스형으로 배열되어 있는 복수의 발광 소자와, 발광 소자의 발광면에 대향하도록 마련되어 있는 형광 부재와, 복수의 발광 소자 중 적어도 일부의 발광 소자의 발광면의 주위를 둘러싸도록 마련되어 있는 차광부를 구비하고 있다.
이 양태에 따르면, 차광부에 의해, 발광 소자 사이의 광 누설이 억제된다.
복수의 발광 소자는, 점등시의 광도가 상대적으로 높은 제1 발광 소자와, 점등시의 광도가 상대적으로 낮은 제2 발광 소자를 가져도 좋다. 차광부는, 주로 제1 발광 소자와, 상기 제1 발광 소자와 인접하는 발광 소자 사이에 마련되어 있어도 좋다. 이에 따라, 제1 발광 소자로부터의 광 누설을 억제하면서, 발광 모듈 전체에 이용되는 차광부를 줄일 수 있기 때문에, 비용의 저감을 도모할 수 있다.
발광 소자는, 플립칩형의 소자여도 좋다. 이에 따라, 예컨대 와이어 본딩에 의해 기판에 실장하는 발광 소자와 비교하여, 배선을 기판에 접속하는 영역이 필요없기 때문에, 발광 소자 사이의 간격을 좁힐 수 있다. 그 결과, 인접하는 발광 소자 사이의 간극에서 기인되는 배광 패턴에 생기는 음영을 억제할 수 있다.
형광 부재는, 판형의 형광체여도 좋다. 이에 따라, 형광체의 가공이 용이해진다. 특히, 휘도를 향상시키기 위한 여러가지 표면 가공이 가능해진다.
기판은, 열팽창 계수가 발광 소자의 열팽창 계수의 ±5 ppm/℃의 범위 내여도 좋다. 이에 따라, 발광 소자의 점소등에 의한 반복된 온도 변화에 의해 생기는 접속 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다.
발광 소자 및 형광 부재로부터 출사된 광에 의한 광원상을, 조사 방향 전방의 가상 연직 스크린 상에 투영하는 렌즈를 더욱 구비해도 좋다. 렌즈는, 발광 소자 또는 형광 부재에 직접 접합되어 있어도 좋다. 이에 따라, 발광 소자로부터의 광 또는 형광 부재를 통과한 광이 렌즈와의 계면에서 흡수, 반사되기 어려워져, 발광 모듈로부터 출사되는 광속(光束)이 향상된다.
본 발명의 다른 양태는, 차량용 등기구이다. 이 차량용 등기구는, 발광 모듈과, 발광 모듈의 점소등을 제어하는 제어 회로를 구비한 차량용 등기구로서, 제어 회로는, 차량용 등기구가 장착된 차량이 정차한 상태를 검출한 경우, 발광 모듈의 점소등 상태를, 주행시에서의 조사 모드보다 소비 전력이 낮은 정차 모드가 되도록 제어한다.
이 양태에 의하면, 운전자의 조작을 필요로 하지 않고 차량용 등기구의 전력 절약화를 실현할 수 있다.
한편, 이상의 구성 요소의 임의의 조합, 본 발명의 표현을 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 변환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명에 의하면, 조명이나 등기구에 대한 적용을 고려한 발광 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 관련된 차량용 등기구의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 등기구 유닛의 주요부를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 발광 모듈의 정면도이다.
도 4는 본 실시형태에 관련된 차량용 등기구에 의해 형성된 배광 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 실시형태에 관련된 발광 모듈의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 6의 (a)는 본 실시형태의 발광 모듈에 적합한 LED 칩의 구조를 설명하기 위한 모식도, 도 6의 (b)는 비교예의 LED 칩의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 7은 상이한 크기의 LED 칩을 매트릭스형으로 배열한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 8은 상이한 형상의 LED 칩을 매트릭스형으로 배열한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 9의 (a)는 LED 칩의 전극 부분이 세로 방향으로 늘어서 있는 모습을 도시하는 모식도, 도 9의 (b)는 LED 칩의 전극 부분이 가로 방향으로 늘어서 있는 모습을 도시하는 모식도이다.
도 10은 LED 칩의 간격을 장소에 따라 변화시킨 상태를 도시하는 모식도이다.
도 11은 발광 파장이 상이한 복수종의 LED 칩을 배열한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 12는 1장의 에피택셜 기판에 형성된 복수의 LED 칩을 실장 기판 상에 탑재한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 13의 (a)는 매트릭스형으로 배열되어 있는 LED 칩 중, 일부의 열(행)의 LED 칩을 어긋나게 한 상태를 도시하는 모식도, 도 13의 (b)는 직사각형의 복수의 LED 칩을 비스듬하게, 또한 매트릭스형으로 배열한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 14는 일부의 LED 칩의 주위에만 차광 프레임을 마련한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 15의 (a)는 차광 프레임의 측면의 일부에 차광막을 형성한 발광 모듈의 개략 단면도, 도 15의 (b)는 도 15의 (a)에 도시한 차광 프레임의 일부의 확대도, 도 15의 (c)는 도 15의 (b)에 도시한 차광 프레임의 일부의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 16은 차광 프레임의 일부의 두께를 얇게 한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 17은 차광 프레임이 LED 칩을 둘러싸는 영역의 면적을 칩에 의해 변경한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 18은 형광체의 측면에 차광막을 형성한 발광 모듈의 개략 단면도이다.
도 19는 차광 프레임의 일부에 반사막을 형성한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 20은 LED 칩으로서 자외선 발광칩을 이용한 발광 모듈의 개략 단면도이다.
도 21은 프레임으로 구획되는 영역의 형상이 육각형인 발광 모듈을 도시하는 모식도이다.
도 22는 구획된 형광체층의 크기가 장소에 따라 상이한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 23의 (a)∼도 23의 (g)는 형광체층의 형상을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 24의 (a)∼도 24의 (f)는 발광 모듈에서의 형광체층의 배치를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 25의 (a)는 포팅법에 의해 구획마다 형광체층을 작성한 상태를 도시하는 모식도, 도 25의 (b)∼도 25의 (d)는 인쇄법에 의해 한번에 형광체층을 작성한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 26은 실장 기판의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 27은 양면 배선의 실장 기판을 도시하는 모식도이다.
도 28의 (a)는 비교예 1에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 28의 (b)는 비교예 1에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다.
도 29의 (a)는 실시예 1에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 29의 (b)는 실시예 1에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다.
도 30의 (a)는 실시예 2에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 30의 (b)는 실시예 2에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다.
도 31의 (a)는 실시예 3에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 31의 (b)는 실시예 3에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다.
도 32의 (a)는 실시예 4에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 32의 (b)는 실시예 4에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다.
도 33의 (a)는 실시예 5에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 33의 (b)는 실시예 5에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다.
도 34의 (a)는 실시예 6에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 34의 (b)는 실시예 6에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다.
도 35의 (a)는 실시예 7에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 35의 (b)는 실시예 7에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다.
도 36의 (a)는 실시예 8에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 36의 (b)는 실시예 8에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세히 설명한다. 한편, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다.
본 실시형태에 관련된 발광 모듈은, 차량용 등기구를 비롯한, 모든 조명이나 등기구에 적용 가능한 것이다. 특히, 본 실시형태에 관련된 발광 모듈은, 발광 모듈이 구비하는 복수의 발광 소자의 일부 또는 전부의 밝기를 제어함으로써 복수의 배광 패턴을 실현하는 조명이나 등기구에 적합하다.
(차량용 등기구)
먼저, 본 실시형태에 관련된 발광 모듈이 적용되는 등기구의 일례로서, 차량용 등기구를 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 관련된 차량용 등기구의 개략 단면도이다.
차량용 등기구(10)는, 등기구 보디(12)와, 투광 커버(14)와, 등기구 보디(12) 및 투광 커버(14)에 의해 형성된 등실(16) 내에 수용되어 있는 등기구 유닛(18)과, 등실(16) 내에서 등기구 유닛(18)을 지지하는 지지 부재로서의 브래킷(20)을 구비한다. 등기구 유닛(18)은, 직사 방식의 프로젝터형 등기구 유닛으로서, 복수의 반도체 발광 소자를 구비하는 발광 모듈(22)과, 투영 렌즈(24)와, 투영 렌즈(24)를 브래킷(20)과 연결하기 위한 연결 부재(26)를 구비한다.
발광 모듈(22)은, 반도체 발광 소자로서의 LED 칩(22a)과, 세라믹 등으로 형성된 열전도성 절연 기판(22b)을 구비한다. 발광 모듈(22)은, 그 조사축이 등기구 유닛(18)의 조사 방향(도 10 중 좌측 방향)과 대략 평행하게 되는 차량 전방을 향하는 상태에서, 브래킷(20) 상에 배치되어 있다.
연결 부재(26)는, 대략 수평으로 배치된 평면부(26a)와, 이 평면부(26a)보다 전방 영역에 있는 만곡부(26b)를 갖는다. 만곡부(26b)는, 발광 모듈(22)로부터 출사된 광을 반사하지 않도록 형상이 구성되어 있다.
투영 렌즈(24)는, 발광 모듈(22)로부터 출사된 광을 등기구 전방에 투영하는, 전방측 표면이 볼록면이고 후방측 표면이 평면인 평볼록 비구면 렌즈로서, 차량 전후 방향으로 연장되는 광축(Ax) 상에 배치되고, 연결 부재(26)의 차량 전방측 선단부에 고정되어 있다. 투영 렌즈(24)의 후방 초점 근방에는, 발광 모듈(22)의 LED 칩(22a)이 배치되어 있다. 발광 모듈(22)로부터 출사된 광은, 투영 렌즈(24)에 직접 입사된다. 투영 렌즈(24)에 입사된 광은, 투영 렌즈(24)에서 집광되어 대략 평행한 광으로서 전방으로 조사된다.
도 2는 도 1에 도시한 등기구 유닛(18)의 주요부를 도시하는 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시한 발광 모듈(22)의 정면도이다. 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 발광 모듈(22)은, 복수의 LED 칩(22a)을 갖고 있다. 본 실시형태에 관련된 발광 모듈(22)에 있어서는, 수평 방향(H)으로 6개, 연직 방향(V)으로 2개, 합계 12개의 LED 칩(22a)이, 열전도성 절연 기판(22b) 상에 매트릭스형으로 배열되어 있다.
한편, 도 1, 도 3에 도시하는 바와 같이, 사각형 브래킷(20)의 소정의 가장자리부(3개의 모서리부)에는 나사 구멍(28)이 형성되어 있다. 나사 구멍(28)에는, 에이밍 스크루(30, 32) 및 레벨링 샤프트(34) 중 어느 일단이 체결되어 있다. 또한, 에이밍 스크루(30, 32) 및 레벨링 샤프트(34)의 타단은, 등기구 보디(12)의 나사 구멍(도시 생략)에 체결되어 있다. 이에 따라, 브래킷(20)은, 등기구 보디(12)의 후면으로부터 전방으로 이격된 상태에서 등기구 보디(12)에 부착되어 있다. 차량용 등기구(10)는, 에이밍 스크루(30, 32), 레벨링 샤프트(34) 및 레벨링 액추에이터(36)에 의해, 등기구 유닛(18)의 광축을 수평 방향 혹은 수직 방향으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 브래킷(20)의 후방측의 면에는, 방열핀(38)이 마련되어 있다. 또한, 방열핀(38)과 등기구 보디(12) 사이에는, 방열핀(38)을 향해 공기를 송풍하여, 방열핀(38)을 냉각시키는 팬(40)이 마련되어 있다.
도 4는 본 실시형태에 관련된 차량용 등기구(10)에 의해 형성된 배광 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시한 차량용 등기구(10)는, 발광 모듈(22)의 일부의 LED 칩(22a)을 소등함으로써, 도 4에 도시하는 바와 같이, 차량 전방의 일부의 영역을 비조사로 하는 배광 패턴(PH)을 형성할 수 있다. 한편, 도 4에 도시한 12개의 직사각형 영역은, LED 칩의 각각이 조사하는 영역에 대응하고 있고, 사선으로 표시되어 있는 영역은, 광이 조사되고 있는 상태를 나타내고 있다.
따라서, 차량용 등기구(10)는, 보행자(42), 선행차(44), 대향차(46)가 존재하고 있는 영역에 대응하는 LED 칩을 소등함으로써, 보행자(42), 선행차(44), 대향차(46)에 대한 글레어를 억제할 수 있다.
(발광 모듈)
다음으로, 발광 모듈의 적합한 예에 대하여 설명한다. 도 5는 본 실시형태에 관련된 발광 모듈의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 본 실시형태에 관련된 발광 모듈(50)은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 제1 발광 유닛(51a)∼제4 발광 유닛(51d)을 구비한다. 제1 발광 유닛(51a)은, 반도체 발광 소자(52a)를 구비한다. 제2 발광 유닛(51b)은, 반도체 발광 소자(52b)를 구비한다. 제3 발광 유닛(51c)은, 반도체 발광 소자(52c)를 구비한다. 제4 발광 유닛(51d)은, 반도체 발광 소자(52d)를 구비한다. 매트릭스형으로 배열되어 있는 반도체 발광 소자(52a∼52d)는, 기판(54)에 탑재되어 있다.
또한, 각 반도체 발광 소자(52a∼52d)의 발광면(56a∼56d)에 대향하도록 형광체층(58)이 마련되어 있다. 형광체층(58)은, 대향하는 반도체 발광 소자(52a∼52d)가 발하는 광을 파장 변환하여 출사하는 광파장 변환 부재로서 기능한다. 한편, 발광 모듈(50)은, 형광체층(58)을 이용하지 않고 필요로 하는 색이나 파장의 광을 얻을 수 있는 경우에는, 형광체층(58)을 구비하지 않아도 좋다.
발광 유닛끼리의 간격(W1)은, 발광 유닛의 폭(W2)보다 작으면 된다. 간격(W1)은, 각 발광 유닛의 각각이 조사하는 영역 사이에 간극이 생기지 않도록 고려하면서, 실험이나 지금까지의 지견을 이용하여 적절히 설계하면 된다. 발광 모듈을 차량용 등기구(차량용 전조등 장치)에 이용하는 경우, 예컨대, 발광 유닛끼리의 간격(W1)은 10 ㎛∼500 ㎛의 범위에서 설정되어 있으면 된다. 한편, 각 발광 유닛은, 반도체 발광 소자와 형광체의 조합에 의해 여러가지 색의 광을 출사할 수 있다. 예컨대, 청색광을 발하는 반도체 발광 소자와, 청색광을 흡수하여 황색광으로 변환하는 형광체의 조합에 의해 백색광을 실현하는 발광 유닛이어도 좋다. 또한, 자외광을 발하는 반도체 발광 소자와, 자외광을 흡수하여 청색광으로 변환하는 제1 형광체와, 자외광을 흡수하여 황색광으로 변환하는 제2 형광체의 조합에 의해 백색광을 실현하는 발광 유닛이어도 좋다.
반도체 발광 소자(52a∼52d)는, 각 반도체 발광 소자의 측면 및 하면을 덮 도록 차광부(60a∼60d)가 마련되어 있다. 차광부(60a∼60d)는, 각각 분리되어 있어도 좋고, 도 5에 도시하는 바와 같이 일체로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 차광부(60a∼60d)는, 복수의 반도체 발광 소자 중 적어도 일부의 반도체 발광 소자의 발광면의 주위를 둘러싸도록 마련되어 있어도 좋다.
이러한 차광부(60a∼60d)를 구비하는 발광 모듈(50)에 있어서는, 반도체 발광 소자(52a)의 광의 일부가, 인접하는 반도체 발광 소자(52b)의 발광면(56b)과 대향하는 영역(62b)의 형광체층(58)을 향해 조사되어도, 차광부(60a)에 의해 차단된다. 또한, 반도체 발광 소자(52b)의 광의 일부가, 인접하는 반도체 발광 소자(52a, 52c)의 발광면(56a, 56c)과 대향하는 영역(62a, 62c)의 형광체층(58)을 향해 조사되어도, 차광부(60b)에 의해 차단된다. 또한, 반도체 발광 소자(52c)의 광의 일부가, 인접하는 반도체 발광 소자(52b, 52d)의 발광면(56b, 56d)과 대향하는 영역(62b, 62d)의 형광체층(58)을 향해 조사되어도, 차광부(60c)에 의해 차단된다. 또한, 반도체 발광 소자(52d)의 광의 일부가, 인접하는 반도체 발광 소자(52c)의 발광면(56c)과 대향하는 영역(62c)의 형광체층(58)을 향해 조사되어도, 차광부(60d)에 의해 차단된다.
이와 같이, 본 실시형태에 관련된 발광 모듈(50)은, 적어도 하나의 반도체 발광 소자로부터 발하는 광에 의해, 인접하는 반도체 발광 소자의 발광면과 대향하는 영역의 형광체층(58)이 빛나는 것이 억제된다. 그 결과, 예컨대, 발광 유닛(51a)이 점등되고, 발광 유닛(51a)에 인접하고 있는 발광 유닛(51b)이 소등되어 있는 경우에, 발광 유닛(51b)의 조사 대상 영역이 의도하지 않게 비추어지는 것이 억제된다. 또한, 적어도 하나의 반도체 발광 소자의 광의 일부가, 인접하는 반도체 발광 소자의 조사 영역을 향해 조사되어도, 반도체 발광 소자의 측면을 덮는 차광부에 의해 차단된다.
따라서, 점등되어 있는 반도체 발광 소자에 인접하는 반도체 발광 소자가 소등되어 있는 경우에, 소등되어 있는 반도체 발광 소자를 구비하는 발광 유닛의 조사 대상 영역이 의도하지 않게 비추어지는 것이 억제된다. 즉, 복수의 반도체 발광 소자 사이의 광 누설이 억제된다. 이에 따라, 본 실시형태에 관련된 발광 모듈을 구비한 차량용 등기구(10)가, 도 4에 도시하는 바와 같은 배광 패턴을 형성한 경우, 소등되어 있는 반도체 발광 소자에 대응하는 영역에 존재하는 차량의 탑승자나 보행자에 대하여, 글레어를 부여하는 것이 억제된다.
한편, 전술한 「매트릭스형으로 배열」이란, 적어도, 복수의 발광 소자가 m×1(m은 2 이상의 정수), 1×n(n은 2 이상의 정수), m×n(m, n은 모두 2 이상의 정수)으로 배열되어 있는 경우가 포함된다. 2개의 배열 방향은, 반드시 직교하고 있을 필요는 없고, 전체로서 평행사변형이나 사다리꼴의 영역에 배열되어 있어도 좋다. 또한, 복수의 발광 소자는, 모두가 단일 종류가 아니어도 좋고, 복수종의 발광 소자를 조합시킨 것이어도 좋다.
그런데, 종래의 복수의 백색 LED를 매트릭스형으로 배치한 광원을 구비하는 차량용 등기구에서는, 늘어서 있는 복수의 백색 LED 사이의 간극이, 배광 패턴에 어두운 음영으로서 투영되어 버리는 경우가 있다. 이러한 상황에서 차량을 운전한 경우, 운전자에게 음영이 거슬리게 느껴질 가능성이 있다.
그래서, 이러한 점에 관해 발명자들이 예의 검토한 결과, 본 실시형태에 관련된 발광 모듈에서는, 이하에 기술하는 여러가지 고안이나 구성을 적절히 채용함으로써 개선할 수 있는 것이 밝혀졌다. 또한, 반도체 발광 소자 사이의 간극 등에서 기인되는 배광 패턴에 생기는 음영과, 배광 패턴 내의 소등 영역으로의 광 누설의 억제를 고도의 레벨로 양립시키는 것도 가능해진다.
이하의 실시형태에서 기술하는 고안의 일례를 열거하면 다음과 같이 된다.
(1) 발광 소자(LED 칩)의 구조, 크기, 형상 등
(2) 차광부의 재질, 형상, 표면 형상 등
(3) 형광 부재의 재질, 형상, 표면 처리 등
(4) 실장 기판의 물성, 형상 등
(5) 렌즈의 구성, 재질, 형상 등
(6) 제어 회로
한편, 이하의 설명에서는, 고안이 실시되고 있는 구성을 중심으로 설명하는 것으로 하고, 그 밖의 구성은 도시하지 않고 설명을 적절히 생략한다.
(1 : LED 칩)
[칩 구조]
도 6의 (a)는 본 실시형태의 발광 모듈에 적합한 LED 칩의 구조를 설명하기 위한 모식도, 도 6의 (b)는 비교예의 LED 칩의 구성을 도시하는 모식도이다. 기판(54) 상에 복수의 LED 칩을 매트릭스형으로 탑재하는 경우, 페이스다운 타입(플립칩형)[도 6의 (a) 참조]의 LED 칩(64), 또는 페이스업 타입의 LED 칩(66)[도 6의 (b) 참조]의 채용을 고려할 수 있다.
그러나, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 페이스업 타입의 LED 칩(66)을 채용하는 경우, 칩의 상면(66a)과 기판(54)을 연결하는 와이어 본딩(68)을 위해, 칩 간격을 벌릴 필요가 있다. 그 결과, 배광 패턴에 음영이 생기기 쉬워진다. 한편, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 플립칩형의 LED 칩(64)이면, 칩 하면의 돌기 전극(도시 생략)을 통해 기판과 접속되기 때문에, 와이어 본딩과 같은 배선을 기판에 접속하는 영역이 필요없으므로, LED 칩 사이의 간격을 좁힐 수 있다. 그 결과, 인접하는 LED 칩(64) 사이의 간극에서 기인되는 배광 패턴에 생기는 음영의 발생을 억제할 수 있다.
[칩 사이즈]
도 7은 상이한 크기의 LED 칩을 매트릭스형으로 배열한 상태를 도시하는 모식도이다. 발광 모듈을 차량용 등기구에 적용하는 경우, 전조등의 배광 패턴에 있어서, 핫존이라고 불리는 높은 광도(예컨대, 8만 cd 이상)가 요구되는 영역이 있다. 그래서, 기판 상의 중앙부에 핫존을 형성하는 대형(예컨대, 1 mm×1 mm)의 LED 칩(70)을 배열한다. 한편, 그 주변부는 비용 저감을 위해 소형(예컨대, 0.3 mm×0.3 mm)의 LED 칩(72)을 배열한다. 이에 따라, 핫존의 형성을 가능하게 하면서, 비용이 저감된 발광 모듈을 실현할 수 있다.
[칩 형상]
도 8은 상이한 형상의 LED 칩을 매트릭스형으로 배열한 상태를 도시하는 모식도이다. 발광 모듈을 차량용 등기구에 적용하는 경우, 배광 패턴의 상부의 일부에 경사진 컷오프 라인을 갖는 로우빔용 배광 패턴을 형성할 수 있을 것이 요구되는 경우가 있다. 그래서, 기판 상의 일부에, 경사진 컷오프 라인을 형성하는 삼각형의 LED 칩(74)을 배열한다. 한편, 그 주변부는 통상의 LED 칩(70)을 배열한다. LED 칩(74)의 경사변은, 수평 방향에 대하여 10°∼60° 정도의 각도를 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 15°, 30°, 45° 등이다.
[칩 내의 전극 방향]
도 9의 (a)는 LED 칩의 전극 부분이 세로 방향으로 늘어서 있는 모습을 도시하는 모식도, 도 9의 (b)는 LED 칩의 전극 부분이 가로 방향으로 늘어서 있는 모습을 도시하는 모식도이다. LED 칩(70)에 있어서, 전극 부분(70a)에서는 휘도가 상대적으로 낮고, 전극(70a) 사이의 중앙 부분에서는 휘도가 상대적으로 높아지기 때문에, 발광면 내에서 휘도 불균일이 발생한다. 또한, LED 칩 사이에는 간극(100 ㎛∼300 ㎛ 정도)이 있기 때문에, 그 부분에서의 휘도도 당연히 내려가고, 발광 모듈 전체로서도 휘도 불균일이 발생한다. 이러한 휘도 불균일은, 배광 패턴에 있어서 음영(흑줄)으로서 나타나는 경우가 있다.
그래서, 좌우(수평) 방향의 흑줄을 억제하고 싶은 경우에는, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 전극 방향이 세로 방향이 되도록 LED 칩(70)을 배열한다. 한편, 상하(수직) 방향의 흑줄을 억제하고 싶은 경우에는, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이, 전극 방향이 가로 방향이 되도록 LED 칩(70)을 배열한다.
[칩 간격]
도 10은 LED 칩의 간격을 장소에 따라 변화시킨 상태를 도시하는 모식도이다. 예컨대, 전술한 핫존을 형성하는 LED 칩(70)이 배열되어 있는 중앙부에서는, 칩 사이의 간격(C1)이 좁아져 있고, 칩의 배치 밀도가 높아져 있기 때문에, 배광 패턴에서의 핫존의 광도를 높일 수 있다. 한편, LED 칩(76)이 배열되어 있는 주변부에서는, 칩 사이의 간격(C2)이 넓어져 있고, 칩의 배치 밀도가 낮아져 있기 때문에, 배광 패턴의 주변부를 조사하는 칩의 수를 줄일 수 있어, 발광 모듈 전체의 비용 저감이 가능해진다.
[발광 파장(발광색)이 상이한 복수종의 LED 칩의 조합]
도 11은 발광 파장이 상이한 복수종의 LED 칩을 배열한 상태를 도시하는 모식도이다. 도 11에 도시한 발광 모듈은, 백색광을 발하는 LED 칩(70)과, 앰버광을 발하는 LED 칩(78)을 구비하고 있다. 이에 따라, 헤드 라이트와 턴 시그널 램프를 일체화한 차량용 등기구를 실현할 수 있다. 또한, 자외선(UV)을 발하는 LED 칩(80), 적외선(IR)을 발하는 LED 칩(82)을 더욱 내장함으로써, 암시(暗視) 카메라용의 광원 기능을 발광 모듈에 부가할 수 있다.
[에피택셜층의 분할]
도 12는 1장의 에피택셜 기판에 형성된 복수의 LED 칩을 실장 기판 상에 탑재한 상태를 도시하는 모식도이다. 제각각의 LED 칩을 쌍으로 기판 상에 탑재하는 경우, 탑재기의 정밀도상 100 ㎛ 정도의 간극이 칩 사이에 생긴다. 그래서, 1장의 에피택셜 기판(84) 상에 복수의 LED 칩을 형성하고, 칩 사이에 있는 에피택셜 기판을 다이싱 블레이드에 의해 하프 커트하여 전기적으로 절단(물리적으로는 일체)함으로써, 개개의 LED 칩으로 분할한다. 이에 따라, 칩 사이의 간극을 작게 할 수 있고, 각 LED 칩의 개별 조광이 가능해진다.
[칩 배치]
도 13의 (a)는 매트릭스형으로 배열되어 있는 LED 칩 중, 일부의 열(행)의 LED 칩을 어긋나게 한 상태를 도시하는 모식도, 도 13의 (b)는 직사각형의 복수의 LED 칩을 비스듬하게, 또한 매트릭스형으로 배열한 상태를 도시하는 모식도이다. 도 13의 (a)에 도시하는 바와 같이, 중앙의 열에 배치되어 있는 LED 칩(86)은, 앞 또는 안쪽의 열에 배치되어 있는 LED 칩(88)에 대하여 도면의 우측 방향으로 거리 C3만큼 어긋나 있다. 이에 따라, 중앙의 열에 배치되어 있는 LED 칩(86)끼리의 간극과, 앞 또는 안쪽의 열에 배치되어 있는 LED 칩(88)끼리의 간극이 거리 C3만큼 어긋나 있기 때문에, 발광 모듈이 형성하는 배광 패턴의 세로 방향(연직 방향)의 흑줄이 잘 눈에 띄지 않게 된다.
또한, 도 13의 (b)에 도시하는 바와 같이, 인접하는 LED 칩(90)과의 간극이 비스듬해지도록, 각 LED 칩(90)을 매트릭스형으로, 또한 비스듬하게 배열되어 있다. 그 때문에, 발광 모듈이 형성하는 배광 패턴의 세로 방향(연직 방향) 및 가로 방향(수평 방향)의 흑줄이 잘 눈에 띄지 않게 된다.
(2 : 차광부)
[부분적으로 설치]
도 14는 일부의 LED 칩의 주위에만 차광 프레임을 마련한 상태를 도시하는 모식도이다. 전술한 바와 같이, 인접하는 LED 칩으로부터의 광 누설을 방지하기 위해서는, 발광면의 주위를 둘러싸도록 차광 프레임을 마련하는 것이 바람직하다. 그러나, LED 칩 사이의 간극을 지나치게 넓히면 배광 패턴의 일부에 어두운 음영이 투영되어 버리기 때문에, LED 칩 사이의 간극을 크게 넓힐 수도 없고, 차광 프레임의 두께도 얇게 해야만 한다. 또한, 모든 LED 칩의 사이에 차광 프레임을 마련하면, 부품이 대형화되어 버린다. 얇은 차광 프레임의 제작에는 미세 가공이 필요하고, 특히 차광 프레임이 대형화되면 제작의 난이도가 높아져, 수율의 저하나 제조 시간의 증대로부터 제조 비용의 상승을 초래할 가능성이 있다.
광 누설이 발생하기 쉬운 것은, 예컨대, 도 14에 도시하는 바와 같이, 기판 상의 중앙부에 배열되어 있는 핫존을 형성하는 LED 칩(70)이다. 이러한 LED 칩(70)은, 핫존을 형성하기 위해 점등시의 광도가 상대적으로 높다. 한편, LED 칩(70)의 주위에는, 점등시의 광도가 상대적으로 낮은 LED 칩(92)이 배치되어 있다. 그리고, 차광 프레임(94)은, 주로 LED 칩(70)과, LED 칩(70)과 인접하는 LED 칩(92) 사이에 마련되어 있다. 이에 따라, LED 칩(70)으로부터의 광 누설을 억제하면서, 발광 모듈 전체에 이용되는 차광 프레임(94)을 간소화, 소형화할 수 있기 때문에, 비용의 저감을 도모할 수 있다.
[프레임의 측면을 착색]
도 15의 (a)는 차광 프레임의 측면의 일부에 차광막을 형성한 발광 모듈의 개략 단면도, 도 15의 (b)는 도 15의 (a)에 도시한 차광 프레임의 일부의 확대도, 도 15의 (c)는 도 15의 (b)에 도시한 차광 프레임의 일부의 변형예를 도시하는 도면이다. 발광 모듈(100)은, 기판(102)과, 기판(102) 상에 배열되어 있는 플립칩 타입의 LED 칩(104a∼104d)과, 각 LED 유닛의 주위에 배치되어 있는 차광 프레임(106a∼106e)을 구비하고 있다.
도 15의 (b)에 도시하는 바와 같이, 차광 프레임(106a∼106e)[이하, 차광 프레임(106)이라고 함]은, 유리 등의 투명한 재료로 이루어지는, 박판형으로 형성되어 있는 본체부(108)와, 본체부(108)의 일방의 측면에 형성된 착색부(110)를 갖는다. 착색부(110)는, 광을 차광하는 차광막으로서 기능하는 것이라면 재질이나 두께는 특별히 한정되지 않는다. 이에 따라, 차광 프레임(106) 중, 차광부로서 기능하는 부분의 폭을 억제할 수 있어, 배광 패턴에 생기는 음영의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 도 15의 (c)에 도시하는 바와 같이, 본체부(108)의 꼭대기부에만 착색부(112)를 형성한 차광 프레임이어도 좋다. 착색부는, 실질적으로 차광부로서 기능하는 것이면, 특별히 구성은 한정되지 않는다. 예컨대, 적어도 광의 일부를 반사 또는 감쇠시키는 것이면 된다.
[프레임의 두께를 부분적으로 변경]
도 16은 차광 프레임의 일부의 두께를 얇게 한 상태를 도시하는 모식도이다. 차광 프레임(114)의 두께를 얇게 하는 것은, 제조상의 난이도를 수반한다. 그래서, 광 누설의 관점에서 차광 프레임의 두께를 특별히 얇게 할 필요가 있는 부분만 두께를 얇게 하고, 그 이외의 부분에 대해서는 제조가 용이한 두께로 한다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 기판 상의 중앙부에는, 핫존을 형성하는 LED 칩(70)이 배열되어 있다. 그래서, LED 칩(70) 사이의 간극에 배치되어 있는 차광 프레임(114a)의 두께를 다른 부분(114b)보다 얇게 함으로써, 차광 프레임(114) 전체의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
[프레임의 크기를 부분적으로 변경]
도 17은 차광 프레임이 LED 칩을 둘러싸는 영역의 면적을 칩에 의해 변경한 상태를 도시하는 모식도이다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 핫존을 형성하는 LED 칩(70)의 하나를 둘러싸는 영역의 면적은, LED 칩(70)의 주위에 있는 LED 칩(116)의 하나를 둘러싸는 영역의 면적보다 작다. 즉, LED 칩(70)을 둘러싸는 차광 프레임(118)은, 구획되어 있는 복수의 영역의 크기가 장소에 따라 상이하도록 구성되어 있다. 그 결과, 핫존을 형성하는 LED 칩(70)을 보다 밀집시켜 배치하는 것이 가능해져, 핫존의 최대 광도를 높일 수 있다.
[차광막]
도 18은 형광체의 측면에 차광막을 형성한 발광 모듈의 개략 단면도이다. 발광 모듈(120)은, 기판(122)과, 기판(122) 상에 배열되어 있는 플립칩 타입의 LED 칩(124a∼124d)과, 각 LED 유닛의 주위에 배치되어 있는 차광 프레임(126a∼126e)과, 각 LED 유닛의 상방에 마련되어 있는 형광체층(128a∼128d)을 구비하고 있다.
형광체층(128a∼128d)의 각 측면에는, 차광막(130a∼130e)이 형성되어 있다. 차광막(130a∼130e)은, 예컨대 금속이나 합금으로 구성되어 있다. 발광 모듈(120)에 있어서는, 차광 프레임(126a∼126e) 및 차광막(130a∼130e)에 의해 차광부가 구성되어 있다. 이에 따라, 차광 프레임의 형상을 단순하게 할 수 있다.
[반사막이 형성되어 있는 차광 프레임]
도 19는 차광 프레임의 일부에 반사막을 형성한 상태를 도시하는 모식도이다. 발광 모듈(132)은, LED 칩(124a∼124d) 및 형광체층(128a∼128d)의 각각의 사이에, 차광 프레임(134a∼134e)이 마련되어 있다. 차광 프레임(134a∼134e)[이하, 차광 프레임(134)이라고 함]은, LED 칩(124a∼124d)의 측부에 인접하고 있는 연직부(136a)와, 연직부(136a)의 상방으로서 형광체층(128a∼128d)의 측부에 인접하고 있는 테이퍼부(136b)를 갖는다.
일반적으로, 차광 프레임(134)의 전부에 반사막을 형성함으로써 발광 모듈이 실현할 수 있는 광도는 높아진다. 그러나, 테이퍼부(136b)에 반사막을 형성하면, 형광체층(128a∼128d)으로부터의 형광을 주로 반사하기 때문에, 색 불균일이 된다. 그래서, 발광 모듈(132)은, 테이퍼부(136b)(형광체층부)에는 반사막이 형성되어 있지 않고, 연직부(136a)의 측면에만 반사막(138)이 형성되어 있다. 이에 따라, 색 불균일이 적은 발광 모듈이 실현된다.
[자외선 발광칩]
도 20은 LED 칩으로서 자외선 발광칩을 이용한 발광 모듈의 개략 단면도이다. 백색 LED는, 통상, 청색 발광 LED 칩과 황색 형광체로 구성된다. 이 구성에서는, 청색의 투과광이 분리되기 쉽기 때문에, 색 불균일이 생기기 쉽다. 그래서, 도 20에 도시하는 바와 같이, 발광 모듈(140)은, 자외선을 발광하는 LED 칩(142a∼142d)과, LED 칩(142a∼142d)의 발광면과 대향하도록 마련되어 있는 형광체층(144a∼144d)을 구비한다. 형광체층(144a∼144d)은, 자외선에 의해 여기(勵起)되어 청색의 광을 발하는 청색 형광체와, 자외선에 의해 여기되어 황색의 광을 발하는 황색 형광체를 포함한다. 또한, LED 칩(142a∼142d) 및 형광체층(144a∼144d)의 각각의 사이에, 차광 프레임(146a∼146e)이 마련되어 있다.
발광 모듈(140)은, LED 칩으로서 자외선 발광 타입의 칩을 이용하고 있기 때문에, 색 불균일이 잘 생기지 않는다. 그 때문에, 차광 프레임(146a∼146e)의 측면의 전면에 반사막(148)을 형성하는 것이 가능해져, 차광 프레임의 측면의 일부에만 반사막을 형성하는 경우와 비교하여 구성이 단순해지고, 차광 프레임의 제조가 용이해진다.
[프레임으로 구획되는 영역의 형상]
도 21은 프레임으로 구획되는 영역의 형상이 육각형인 발광 모듈을 도시하는 모식도이다. 도 21에 도시하는 바와 같이, 발광 모듈(150)이 구비하는 차광 프레임(152)은, LED 칩(70)의 하나를 둘러싸는 영역의 형상이 육각형이다. 차광 프레임의 구획벽의 형상이 사각형인 경우, 배광 패턴에 투영되는 음영의 방향은, 세로 방향(연직 방향) 및 가로 방향(수평 방향)이다. 한편, 차광 프레임의 구획벽의 형상이 육각형인 경우, 배광 패턴에 형성되는 음영은, 세로 방향(연직 방향) 및 가로 방향(수평 방향), 이외의 방향으로도 생긴다. 그 때문에, 배광 패턴에 생기는 음영이 잘 눈에 띄지 않게 된다. 한편, 프레임으로 구획되는 영역의 형상은, 오각형이나 팔각형 등의 다각형이어도 좋다.
(3 : 형광체층)
[형광체의 재질]
형광체층의 구성은, 전술한 여러가지 발광 모듈에 적용할 수 있는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 형광체를 분산시킨 수지 조성물이나 유리 조성물, 형광 세라믹을 들 수 있다. 이하에서는, 형광체의 구성으로서 바람직한 몇가지 형태에 대하여 예시한다.
백색 LED 칩 사이의 휘도 불균일, 색 불균일을 저감시키기 위해서는, 청색광과 황색광, 또는 적색광과 청색광과 녹색광의 혼합이 중요하다. 그것을 위해서는, 형광체층 내에서의 형광체를 균일하게 확산(분산)시키는 것이 바람직하다. 그래서, 이하의 구성을 들 수 있다.
(가) 분체상 형광체의 입자경(메디안경)을 20 ㎛ 이하로 한다.
(나) UV 여기의 형광체를 이용한다.
(다) 형광체층에 확산제로서 실리카나 알루미나 입자를 첨가한다.
(라) 확산제로서 거품(보이드)을 넣는다.
(마) YAG(가넷층) 내에 YAP(페로브스카이트상)를 혼입시킨다.
[형광체층의 크기]
도 22는 구획된 형광체층의 크기가 장소에 따라 상이한 상태를 도시하는 모식도이다. 형광체층(154)은, 핫존을 형성하는 LED 칩과 대향하고 있는 영역(R)(망점 영역)에서의 하나의 구획(156)의 크기를, 그 이외의 영역에서의 구획(158)보다 작게 하고 있다. 이에 따라, 발광 모듈이 형성하는 배광 패턴에서의 핫존의 광도를 높일 수 있다.
[형광체층의 형상]
도 23의 (a)∼도 23의 (g)는 형광체층의 형상을 설명하기 위한 개략 단면도이다. 각 도면에 도시하고 있는 발광 모듈에 있어서, 형광체층은, 차광을 위해 차광 프레임 내에 형성되어 있다. 한편, 형광체층의 제조에는, 형상이나 치수의 고정밀도의 가공 제어가 중요하다. 그 때문에, 형광체층은, 판형의 형광체가 바람직하다. 이에 따라, 형광체의 가공이 용이해진다. 특히, 휘도를 향상시키기 위한 여러가지 표면 가공(예컨대, 요철의 형성)이 가능해진다.
도 23의 (a)에 도시한 형광체층(160)은, 사다리꼴 형상이다. 도 23의 (b)에 도시한 형광체층(162)은, Y자 형상이다. 도 23의 (c)에 도시한 형광체층(166)은, 측면에 반사부(168)가 형성되어 있다. 도 23의 (d)에 도시한 형광체층(170)은, 측면에 차광부(172)가 형성되어 있다. 도 23의 (e)에 도시한 형광체층(174)은, 사다리꼴 형상이고, 측면 및 바닥면에 파장 선택성 필터(176)가 형성되어 있다. 따라서, LED 칩(178)으로부터 출사된 광은, 파장 선택성 필터(176)에 의해 선택된 파장의 광이 형광체층(174)에 도달한다.
도 23의 (f)에 도시한 형광체층(180)은, 출사면(180a)의 상방에 광확산상(182)이 형성되어 있다. 이에 따라, 형광체층(180)으로부터 출사되는 광의 휘도 불균일을 저감시킬 수 있다. 도 23의 (g)에 도시한 형광체층(184)은, 입사면(184a)의 하방으로 광확산상(186)이 형성되어 있다. 이에 따라, LED 칩(188)으로부터 출사되는 광은, 광확산상(186)에 의해 휘도 불균일이 저감되고 나서, 형광체층(184)에 입사된다. 한편, 광확산상과 형광체층은, 접착제를 이용하지 않고, 열압착, 상온 접합 등의 방법으로 접합하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 광이 접착제층을 통과할 때의 산란이나 감쇠를 방지할 수 있기 때문에, 발광 모듈 전체의 광취출 효율이 향상된다.
[형광체층의 배치]
도 24의 (a)∼도 24의 (f)는 발광 모듈에서의 형광체층의 배치를 설명하기 위한 개략 단면도이다. 형광체층은, 휘도의 향상이나 색 불균일 억제를 고려하여, LED 칩과 분리하거나, 렌즈, 도광체, 반사경 등과 조합하거나 하기 위해, 여러가지의 배치를 취할 수 있다.
도 24의 (a)에 도시한 형광체층(190)은, LED 칩(192)과 이격된 위치에 배치되어 있다. 이에 따라, LED 칩(192)이나 형광체층(190)의 방열성이 향상되고, 발광 모듈 전체의 특성이 개선된다. 또한, 형광체층(190)은, 차광 프레임(194)에 둘러싸여 있고, LED 칩(192)의 발광면(192a)보다 면적이 작은 출사면(190a)을 갖고 있다. 이에 따라, 발광 모듈의 휘도가 향상된다.
도 24의 (b)에 도시한 형광체층(196)은, 그 출사면(196a)의 전방에 렌즈(198)가 마련되어 있다. 이에 따라, 형광체층(196)으로부터 출사된 광을 집광할 수 있다. 도 24의 (c)에 도시한 형광체층(200)은, 그 중심(200a)이 LED 칩(202)의 중심(202a)에 대하여 어긋나도록 마련되어 있다.
도 24의 (d)에 도시한 형광체층(204)은, 도광체(206)의 출사면(206a)의 상방에 배치되어 있다. 도광체의 입사면(206b)은, LED 칩(208)의 발광면(208a)과 대향하고 있다. 이와 같이, LED 칩(208)이 발하는 광이 도광체(206)를 통과하고 나서 형광체층(204)에 입사함으로써 광의 조사 범위가 규제된다. 이에 따라, 복수의 LED 칩 사이의 광 누설이 억제된다.
여기서 도광체(206)는, LED 칩이 발하는 광을 투과시킬 수 있는 투광성(투명) 재료를 갖는다. 투광성 재료로는, 예컨대 투명한 수지 재료 등의 유기 재료, 투명한 무기 유리 등의 무기 재료, 유기 재료와 무기 재료의 혼합물, 졸·겔 재료 등을 들 수 있다. 예컨대 수지 재료로는, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
도 24의 (e)에 도시한 발광 모듈은, 형광체층(190)과 LED 칩(192) 사이에 렌즈(210)가 배치되어 있는 점에 특징이 있다. 이에 따라, LED 칩(192)이 출사한 광은, 렌즈(210)에서 집광되고 나서 형광체층(190)에 입사된다. 도 24의 (f)에 도시한 발광 모듈은, 반사경(212)을 이용하여 LED 칩(192)의 하방을 향하는 광을 집속하여, 형광체층(190)을 향하게 하는 점에 특징이 있다.
[형광체층의 형성 방법]
도 25의 (a)는 포팅법에 의해 구획마다 형광체층을 작성한 상태를 도시하는 모식도, 도 25의 (b)∼도 25의 (d)는 인쇄법에 의해 한번에 형광체층을 작성한 상태를 도시하는 모식도이다. 도 25의 (b)는, 인쇄 방향을 LED 칩에 대응하는 각 구획의 대각선의 방향을 따라서 인쇄한 경우, 도 25의 (c)는, 인쇄 방향을 LED 칩에 대응하는 각 구획의 세로변의 방향을 따라서 인쇄한 경우, 도 25의 (d)는, 인쇄 방향을 LED 칩에 대응하는 각 구획의 가로변을 따라서 인쇄한 경우를 도시하고 있다.
도 25의 (a)에 도시하는 바와 같이, 형광체층(214)은, 각 LED 칩에 대응하도록 구획된 복수의 형광체(214a)가 매트릭스형으로 배치되어 있다. 형광체층(214)을 포팅법에 의해 구획마다 형성한 경우, 구획의 각 변의 내측에 직사각형의 불균일(214b)이 발생하기 때문에, 육안상 거슬린다.
형광체층의 형성 방법으로는, 분체 형광체를 수지와 혼합하여, 페이스트 상태로 한 것을 인쇄에 의해 형성하는 방법도 있다. 그래서, 도 25의 (b)∼도 25의 (d)에 도시하는 바와 같이, 인쇄 방향을 한 방향으로 일치시킴으로써, 색 불균일(214c∼214e)을 일정 방향으로 제어할 수 있다.
(4 : 실장 기판)
[선팽창 계수]
발광 모듈은, 1장의 실장 기판 상에 많은 LED 칩을 탑재한다. 그래서, 발광 모듈의 열 사이클 시험에서 실장 기판에 크랙을 발생시키지 않기 위해, 실장 기판의 선팽창 계수를 LED 칩의 열팽창 계수의 ±5 ppm/℃의 범위 내로 규정한다. 이에 따라, LED 칩의 점소등에 의한 반복된 온도 변화에 의해 생기는 접속 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다. 한편, LED 칩이 GaN인 경우, 그 열팽창 계수는 약 7 ppm/℃이다. 실장 기판의 주성분으로는, 알루미나, AlN, Si, SiO2 등이 적합하다.
[열전도율]
전술한 바와 같이, 발광 모듈은, 1장의 실장 기판 상에 많은 LED 칩을 탑재한다. 그래서, 실장 기판의 열전도율은, 발광 모듈의 다른 성능에 크게 영향을 미치지 않는 범위에서, 높게 하면 좋다. 또한, 핫존에 대응하는 영역을 조사하는 LED 칩이 탑재되는 실장 기판의 부분은, 그 이외의 부분보다 열전도율이 높은 실장 기판으로 해도 좋다.
[실장 기판의 음각]
도 26은 실장 기판의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 발광 모듈(216)은, 실장 기판(218)과, 실장 기판(218)의 각 오목부(218a)에 배치된 LED 칩(220)과, LED 칩의 상부에 배치된 형광체층(222)을 구비한다. 각 오목부(218a)는, 실장 기판(218)을 음각함으로써 형성되어 있다. 그 때문에, 각 오목부(218a)를 둘러싸도록 차광부(218b)가 동시에 형성된다. 이와 같이, 실장 기판(218)을 음각하여 오목부(218a)를 형성함으로써, 차광 프레임을 별도 부재로서 기판 상에 배치할 필요가 없어진다. 그 결과, 발광 모듈의 조립 공정수가 저감되어, 비용 저감이 가능해진다. 한편, 실장 기판의 재료로는, 예컨대 실리콘을 이용할 수 있다.
[배선 패턴]
도 27은 양면 배선의 실장 기판을 도시하는 모식도이다. 도 27에 도시하는 바와 같이, LED 칩이 3열 이상인 경우, 양면 배선의 실장 기판(224)을 사용하는 것이 바람직하다. 도 27에 도시하는 바와 같이, 앞쪽의 행에 있는 LED 칩(226a)과 접속되어 있는 배선(228a) 및 안쪽의 행에 있는 LED 칩(226c)과 접속되어 있는 배선(228c)은, 실장 기판(224)의 표면(224a)에 형성되어 있다. 한편, 중앙의 행에 있는 LED 칩(226b)과 접속되어 있는 배선(228b)은, 실장 기판(224)의 이면(224b)에 형성되어 있다. 이에 따라, 기판 면적을 줄일 수 있다.
[반사부]
전술한 반사부 중, LED 칩의 발광면보다 상방의 광반사면 이외에는 광을 흡수하는 색(흑색 등)으로 하여 미광(迷光)을 억제하면 된다.
(5 : 렌즈)
[렌즈의 접합 방법]
도 24의 (b)에 도시하는 바와 같이, 렌즈를 형광체층에 접합하는 경우가 있다. 또한, 렌즈를 LED 칩에 접합해도 좋다. 이러한 렌즈는, LED 칩 및 형광체층으로부터 출사된 광에 의한 광원상을, 조사 방향 전방의 가상 연직 스크린 상에 투영하는 것이어도 좋다. 이 경우, 유기계 접착재를 사용하지 않고 접합하는 것이 바람직하다. 여분의 층이 증가하면, 층끼리의 계면에서 산란이나 굴절이 생길 가능성이 높아지기 때문이다. 그래서, 렌즈와 형광체 등을, 상온 접합, 계면 활성화 접합, 양극 접합 등 여러가지 방법에 의해, 접착제 없이 접합한다. 이에 따라, LED 칩으로부터의 광 또는 형광체층을 통과한 광이 렌즈와의 계면에서 흡수·반사되기 어려워져, 발광 모듈로부터 출사되는 광속이 향상된다.
[양극 접합]
기판이나 차광 프레임이 실리콘제이고, 렌즈에 이용하는 유리가 알칼리 금속을 함유하고 있는 경우, 기판이나 차광 프레임과 렌즈를 양극 접합(500℃, 500 V 정도의 가열, 전압을 가함으로써, 유리 중의 알칼리 금속을 실리콘 중에 확산시켜 접합하는 기술)을 할 수 있다. 이에 따라, 발광 모듈의 기밀 밀봉이 가능해진다.
[선팽창 계수]
전술한 양극 접합을 행하는 경우, 유리의 선팽창 계수를 실리콘의 선팽창 계수인 3 ppm/℃에 근접시키는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 렌즈에 이용하는 유리로는, 선팽창 계수가 1 ppm/℃∼10 ppm/℃의 범위에 있는 재료가 바람직하다.
[렌즈 어레이]
LED 칩이 어레이(매트릭스)형으로 배열되어 있는 전술한 발광 모듈에, 렌즈 어레이를 탑재해도 좋다. 렌즈 어레이는, 각 LED 칩에 대응하는 렌즈를 1장의 판형의 부재에 복수 형성한 것이다. 이러한 렌즈 어레이로는, 예컨대 일본 특허 공표 제2006-520518호에 개시되어 있다. 본 실시형태에 관련된 발광 모듈은, 이러한 렌즈 어레이를 이용해도, 차광부를 구비하고 있기 때문에 광 누설이 억제된다. 한편, 렌즈 어레이를 수지에 의한 일체 성형에 의해 제작하여 비용을 저감시켜도 좋다.
[CPC 렌즈]
렌즈 어레이의 일종으로, CPC 렌즈를 이용해도 좋다. 이에 따라, 개개의 발광 유닛 내의 색 불균일을 해소할 수 있다.
[렌즈의 그러데이션(gradation)]
세로 방향만 렌즈에 그러데이션을 넣어도 좋다. LED 어레이를 전체 점등시켰을 때, 발광 유닛(하나의 LED 칩+하나의 형광체) 사이에 생기는 암부가 흑줄로서 세로 방향으로 투영되어 버리는 것과 같은 경우, 최종 출사 렌즈인 도 1에 도시한 투영 렌즈(24)(PES 렌즈) 등의 세로 방향으로 그러데이션을 넣어도 좋다.
또한, 가로 방향만 렌즈에 그러데이션을 넣어도 좋다. LED 어레이를 전체 점등시켰을 때, 발광 유닛 사이에 생기는 암부가 흑줄로서 가로 방향에 투영되어 버리는 것과 같은 경우, 도 1에 도시한 투영 렌즈(24)의 가로 방향으로 그러데이션을 넣어도 좋다.
또한, 경사 방향만 렌즈에 그러데이션을 넣어도 좋다. LED 어레이를 전체 점등시켰을 때, 발광 유닛 사이에 생기는 암부가 흑줄로서 경사 방향에 투영되어 버리는 것과 같은 경우, 도 1에 도시한 투영 렌즈(24)의 경사 방향으로 그러데이션을 넣어도 좋다. 한편, 세로, 가로, 경사 방향의 그러데이션을 적절하게 조합시켜도 좋다.
[광파이버 어레이]
광파이버 어레이를 이용하여 휘도 불균일, 색 불균일을 저감시켜도 좋다. LED 칩 상 혹은 형광체층 상에 광파이버를 묶음으로 한 도광체층을 설치함으로써, 휘도 불균일, 색 불균일을 저감시킬 수 있다.
[평판 마이크로 렌즈]
평판 마이크로 렌즈를 설치해도 좋다. 판형의 투명체에 고굴절률 혹은 저굴절률 성분을 분포시킴으로써 광학 렌즈를 형성해도 좋다(GRIN 렌즈).
[공간 충전]
도 1에 도시한 차량용 등기구(10)에서는, LED 칩(22a)으로부터 출사된 광은 투영 렌즈(24)에 도달할 때까지 공기층을 통과한다. 그 때문에, 계면 반사에 의해 광속의 취출 효율에 개선의 여지가 있다. 그래서, 이러한 공기층이 개재되지 않는 것과 같은 구성이 바람직하다. 예컨대, 투영 렌즈(24)와 발광 모듈(22) 사이를 실리콘 겔로 충전하면 좋다.
이와 같이, 렌즈와 발광 모듈 사이에 겔 등을 충전하여 광학적으로 접속하면서, 기계적으로는 접착되어 있지 않은(밀착) 경우, 발광 모듈을 디자인이 상이한 차량용 등기구(전조등)에 적용할 수 있다.
[형광체 렌즈]
형광체 자체를 렌즈 형상으로 가공하고, LED 칩에 탑재한 발광 모듈로 해도 좋다. 형광체가 볼록 렌즈형이기 때문에, 임계각에 의한 광의 구속이 없고, 발광 모듈 전체로서의 광속이 향상된다.
(6 : 제어 회로)
[정차시의 전력 절약화]
차량은, 신호 대기 등으로 정차중인 경우, 노면을 조사할 필요는 없지만, 다른 차로부터 인지되기 위해 점등이 필요했다. 또한, 종래의 벌브 타입의 광원을 이용한 차량에서는, 정차시에 헤드 라이트를 소등하면, 벌브 수명이 짧아지는 문제가 있었다. 그러나, 본 실시형태에 관련된 발광 모듈에서는, 광원으로서 LED를 이용하고 있기 때문에, 점소등에 의한 광원 수명에의 영향은 적다. 그래서, 안전성과 전력 절약화를 양립시키기 위해, 정차중에는 전류를 저하 또는 차단하는 전력 절약화 모드를 설정하는 것이 가능하다.
도 1에 도시한 차량용 등기구(10)는, 발광 모듈(22)과, 발광 모듈(22)의 점소등을 제어하는 제어 회로(도시 생략)를 구비하고 있다. 제어 회로는, 차량용 등기구가 장착된 차량이 정차한 상태를 검출한 경우, 발광 모듈의 점소등 상태를, 주행시에서의 조사 모드보다 소비 전력이 낮은 정차 모드가 되도록 제어한다. 이에 따라, 운전자의 조작을 필요로 하지 않고 차량용 등기구의 전력 절약화를 실현할 수 있다.
[통신 기능의 부가]
전술한 제어 회로는, 발광 모듈의 LED의 점소등 제어를 행할 수 있다. LED의 점소등 속도는 빠르기 때문에, 펄스 점등시킴으로써 정보를 발신할 수 있다. 그래서, 제어 회로는, ADB(Adaptive Driving Beam)용의 점소등 제어 기능뿐만 아니라, 차차간(자차와 타차) 및 노차간(신호기와 차 등)의 통신 제어 기능을 구비해도 좋다.
[충돌시의 플래시]
최근, 업무 차량을 중심으로 드라이브 레코더의 탑재가 진행되고 있다. 그러나, 탑재되어 있는 카메라 등의 촬상 수단의 성능은 낮고, 특히 야간에는 광량 부족에 의해 화상이 선명하지 않게 되는 경우가 있다. 그래서, 차량용 등기구(10)의 제어 회로는, 충돌의 순간을 검지하는 검지 수단으로부터의 정보에 기초하여 충돌의 순간을 검지한 경우, 발광 모듈(22)의 광량을 높인다. 이에 따라, 차량이 구비하는 촬상 수단에 의해 선명하게 사고를 기록할 수 있다.
[점소등시의 제어]
차량용 등기구(10)에서의 ADB에 의한 배광 제어의 경우, 다른 차가 출현했을 때에는, 다른 차가 존재하는 영역을 조사하고 있는 LED 칩을 순간적으로 소등시키지 않으면 다른 차에 글레어를 부여해 버린다. 한편, 다른 차가 없어진 순간에 그때까지 소등하고 있었던 LED 칩을 점등한 경우에는, 운전자에게 위화감을 준다. 그래서, 제어 회로는, 그때까지 소등하고 있었던 LED 칩을 점등시키는 경우에는, 서서히 광량이 늘도록 LED 칩에 대한 전류(전압)를 제어한다.
[스포트라이트]
ADB에 의한 배광 제어는, 글레어 방지를 위해 복수의 LED 칩의 일부를 부분적으로 소등하는 것이 주된 목적이다. 그러나, 제어 회로는, 보행자 등을 검출한 경우에는, 드라이버에게 주의 환기시키기 위해, 보행자가 존재하는 영역을 조사하는 LED 칩의 광량을 스포트적으로 높이는 제어를 행해도 좋다.
실시예
이하, 발광 모듈을 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세히 기술한다. 먼저, 개개의 LED를 조광할 수 있도록 배선한 질화알루미늄제의 실장 기판 상에, 크기 1×1 mm, 발광 피크 파장 450 nm의 청색 LED 칩을 4개 탑재한다. 다음으로, 실리콘을 미세 가공한 차광 프레임을 탑재하고, 형광체층을 실장하여 LED 패키지(이하, 「발광 모듈」이라고 함)를 제작했다.
이 발광 모듈을 알루미늄 다이캐스트제의 히트 싱크에 올려놓고, 4개의 LED 칩에 700 mA의 전류를 흘리고 10분간 안정시켰다. 발광 모듈의 광출사면의 정면(발광 모듈 상면)으로부터, 코니카 미놀타 제조의 2차원 색채 휘도계 CA1500으로 휘도를 측정하고, 발광 모듈의 길이 방향의 휘도 분포를 측정했다. 여기서, 길이 방향은, 각 LED 칩의 발광면의 거의 중심을 이은 방향이다.
그 후, 1개의 LED 칩의 전류를 차단하여 휘도 분포를 측정하고, 또한 소등부의 휘도를 측정했다. 소등부의 휘도가 충분히 낮고, 차광되어 있는 발광 모듈을 초점 거리 40 mm의 φ60의 평볼록 렌즈를 구비한 등기구에 설치했다. 발광 모듈을 점등시켜 25 m 앞의 스크린에 투영하여 광도 분포를 측정했다. 그 후, 휘도 측정과 동일하게 1개의 LED의 전류를 차단하고, 다시 광도 분포를 측정했다. 대향차나 선행차, 보행자에게 글레어를 부여하지 않기 위해서는, 소등한 LED 칩에 대응하는 영역의 광도를 625 cd 이하로 유지할 필요가 있다.
(비교예 1)
도 28의 (a)는 비교예 1에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 28의 (b)는 비교예 1에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다. 도 28의 (b)에 있어서, 곡선 S1은, 4개의 LED 모두가 점등되어 있는 상태의 휘도 분포, 곡선 S2는, LED 칩을 1개만 소등한 상태의 휘도 분포를 나타내고 있다. 한편, 이하의 각 실시예에서의 휘도 분포에 있어서도 마찬가지이다.
비교예 1에 관련된 발광 모듈(300)은, 기판(302)과, 기판(302)에 탑재되어 있는 복수의 LED 칩(304)과, 복수의 LED 칩(304)을 덮는 크기의 1장의 YAG 소결체로 이루어지는 형광체층(306)과, 기판(302)에 유지되고 형광체층(306)의 외주부를 지지하는 외프레임(308)을 구비한다.
발광 모듈(300)에 있어서는, 개개의 LED 칩(304)도 형광체층(306)도, 인접하는 발광 부분(발광면)을 광학적으로 분리(차광)하기 위한 구조물(구성)은 갖고 있지 않다. 그 때문에, LED 칩 1개를 소등하더라도, 그 부분의 휘도[도 28의 (b)에 도시한 곡선 S2의 최저 부분]는 1.5 cd/mm2로 차광이 불충분했다.
(실시예 1)
도 29의 (a)는 실시예 1에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 29의 (b)는 실시예 1에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다. 한편, 실시예 1에 관련된 발광 모듈에 있어서, 비교예 1과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명을 적절히 생략한다.
발광 모듈(310)에 있어서는, LED 칩(304) 사이에는 차광하는 구조물은 설치하고 있지 않다. 한편, 각 형광체층(312)은, 1개의 LED 칩(304)을 덮는 크기의 YAG 소결판으로 이루어지고, 그 측면에는 은 페이스트(314)가 도포되어 있다. 이에 따라, 인접하는 형광체층(312)으로부터의 광이 차광된다. 그 결과, LED 칩 1개를 소등하면, 그 부분의 휘도[도 29의 (b)에 도시한 곡선 S2의 최저 부분]가 0.3 cd/mm2로 대폭 저감되고, 차광의 효과가 나타나고 있다.
(실시예 2)
도 30의 (a)는 실시예 2에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 30의 (b)는 실시예 2에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다. 한편, 실시예 2에 관련된 발광 모듈에 있어서, 전술과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명을 적절히 생략한다.
발광 모듈(320)에 있어서는, LED 칩(304) 사이에 실리콘을 미세 가공한 삼각 프레임(321)을 설치하여 차광했다. 이에 따라, 인접하는 LED 칩(304)으로부터의 광이 차광된다. 한편, 형광체층(322)은, 1개의 LED 칩(304)을 덮는 크기의 YAG 소결판으로 이루어지지만, 그 측면에는 아무것도 도포되어 있지 않다. 그 결과, LED 칩 1개를 소등하면, 그 부분의 휘도[도 30의 (b)에 도시한 곡선 S2의 최저 부분]가 0.6 cd/mm2로 대폭 저감되고, 차광의 효과가 나타나고 있다.
그래서, 등기구에 발광 모듈(320)을 내장하여 광도 분포를 측정한 바, LED 칩 1개를 소등했을 때의 최저 광도가 500 cd가 되어, 대향차나 선행차, 보행자에게 글레어를 부여할 우려가 있는 625 cd를 하회하고 있는 것을 알 수 있었다. 실시예 2의 결과로부터, 발광 모듈의 소등부의 휘도가 0.6 cd/mm2 이하이면, 등기구에 적용했을 때의 글레어의 발생을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
(실시예 3)
도 31의 (a)는 실시예 3에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 31의 (b)는 실시예 3에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다. 한편, 실시예 3에 관련된 발광 모듈에 있어서, 전술과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명을 적절히 생략한다.
발광 모듈(330)에 있어서는, LED 칩(304) 사이에 실리콘을 미세 가공한 삼각 프레임(321)을 설치하여 차광했다. 이에 따라, 인접하는 LED 칩(304)으로부터의 광이 차광된다. 한편, 각 형광체층(312)은, 1개의 LED 칩(304)을 덮는 크기의 YAG 소결판으로 이루어지고, 그 측면에는 은 페이스트(314)가 도포되어 있다. 이에 따라, 인접하는 형광체층(312)으로부터의 광이 차광된다. 이와 같이, LED 칩 사이와 형광체층 사이를 광학적으로 분리함으로써, LED 칩 1개를 소등하면, 그 부분의 휘도[도 31의 (b)에 도시한 곡선 S2의 최저 부분]가 0.3 cd/mm2로 대폭 저감되고, 차광의 효과가 나타나고 있다.
(실시예 4)
도 32의 (a)는 실시예 4에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 32의 (b)는 실시예 4에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다. 한편, 실시예 4에 관련된 발광 모듈에 있어서, 전술과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명을 적절히 생략한다.
발광 모듈(340)에 있어서는, LED 칩(304) 사이에 실리콘을 미세 가공한 삼각 프레임(342)을 설치하여 차광했다. 이에 따라, 인접하는 LED 칩(304)으로부터의 광이 차광된다. 삼각 프레임(342)은, 그 정점이 형광체층(344)의 표면 근방까지 도달해 있다. 각 형광체층(344)은, 1개의 LED 칩(304)을 덮는 크기의 YAG 소결판으로 이루어진다. 이에 따라, 인접하는 형광체층(344)으로부터의 광이 차광된다. 이와 같이, LED 칩 사이와 형광체층 사이를 광학적으로 분리함으로써, LED 칩 1개를 소등하면, 그 부분의 휘도[도 32의 (b)에 도시한 곡선 S2의 최저 부분]가 0 cd/mm2로 대폭 저감되고, 차광의 효과가 나타나고 있다.
그래서, 등기구에 발광 모듈(340)을 내장하여 광도 분포를 측정한 바, LED 칩 1개를 소등했을 때의 최저 광도가 300 cd가 되어, 대향차나 선행차, 보행자에게 글레어를 부여할 우려가 있는 625 cd를 하회하고 있는 것이 확인되었다.
(실시예 5)
도 33의 (a)는 실시예 5에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 33의 (b)는 실시예 5에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다. 도 33의 (b)에 있어서는, 4개의 LED 모두가 점등되어 있는 상태의 휘도 분포(곡선 S1)만을 나타내고 있다. 한편, 실시예 5에 관련된 발광 모듈에 있어서, 전술과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명을 적절히 생략한다.
발광 모듈(350)에 있어서는, LED 칩(304) 사이에 실리콘을 미세 가공한 삼각 프레임(342)을 설치하여 차광했다. 이에 따라, 인접하는 LED 칩(304)으로부터의 광이 차광된다. 삼각 프레임(342)은, 그 정점이 형광체층(352)의 표면으로부터 노출되어 있다. 형광체층(352)은, YAG 분체를 디메틸실리콘 수지에 12 체적% 혼합한 페이스트를, LED 칩(304) 상에 스퀴지로 인쇄함으로써 형성되어 있다. 그 때, 삼각 프레임(342)의 선단이 노출되도록 조정했다. 이에 따라, 인접하는 형광체층(352)으로부터의 광이 차광된다. 이와 같이, LED 칩 사이와 형광체층 사이를 광학적으로 분리함으로써, LED 칩 1개를 소등하면, 그 부분의 휘도가 0 cd/mm2로 대폭 저감되고, 차광의 효과가 나타나고 있다.
그래서, 등기구에 발광 모듈(340)을 내장하여 광도 분포를 측정한 바, LED 칩 1개를 소등했을 때의 최저 광도가 300 cd 이하가 되어, 대향차나 선행차, 보행자에게 글레어를 부여할 우려가 있는 625 cd를 하회하고 있는 것이 확인되었다.
(실시예 6)
도 34의 (a)는 실시예 6에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 34의 (b)는 실시예 6에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다. 도 34의 (b)에 있어서는, 4개의 LED 모두가 점등되어 있는 상태의 휘도 분포(곡선 S1)만을 나타내고 있다. 한편, 실시예 6에 관련된 발광 모듈에 있어서, 전술과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명을 적절히 생략한다.
발광 모듈(360)에 있어서는, LED 칩(304) 사이에 실리콘을 미세 가공한 수직 프레임(362)을 설치하여 차광했다. 수직 프레임(362)은, 그 측면이 기판(302)의 표면에 대하여 거의 수직으로 설치되어 있다. 이에 따라, 실시예 5와 동일한 작용 효과가 얻어졌다.
(실시예 7)
도 35의 (a)는 실시예 7에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 35의 (b)는 실시예 7에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다. 도 35의 (b)에 있어서는, 4개의 LED 모두가 점등되어 있는 상태의 휘도 분포(곡선 S1)만을 나타내고 있다. 한편, 실시예 7에 관련된 발광 모듈에 있어서, 전술과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명을 적절히 생략한다.
발광 모듈(370)에 있어서는, LED 칩(304) 사이에 실리콘을 미세 가공한 프레임(372)을 설치하여 차광했다. 프레임(372)은, 기판(302)에 가까운 측[도 35의 (a)에 도시한 하부]의 측면이 기판(302)의 표면에 대하여 거의 수직으로 설치되어 있고, 형광체층(352)의 표면에 가까운 측[도 35의 (a)에 도시한 상부]의 측면이 기판(302)의 표면에 대하여 비스듬하게 마련되어 있다. 이에 따라, 실시예 5와 동일한 작용 효과가 얻어졌다.
(실시예 8)
도 36의 (a)는 실시예 8에 관련된 발광 모듈의 개략 단면도, 도 36의 (b)는 실시예 8에 관련된 발광 모듈의 휘도 분포의 그래프를 도시하는 도면이다. 도 36의 (b)에 있어서는, 4개의 LED 모두가 점등되어 있는 상태의 휘도 분포(곡선 S1)만을 나타내고 있다. 한편, 실시예 8에 관련된 발광 모듈에 있어서, 전술과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명을 적절히 생략한다.
발광 모듈(380)에 있어서는, LED 칩(304) 사이에 실리콘을 미세 가공한 프레임(372)을 설치하여 차광했다. LED 칩(304) 상에는 프레임(372)의 형상을 따라서 절단한 YAG 소결판으로 이루어지는 형광체층(382)을 탑재했다. YAG 소결판은, 형광 영역의 파장(600 nm)의 직선광이 입사되었을 때에 40% 이상의 광이 확산광으로서 출사되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성한 발광 모듈(380)의 휘도 분포, 광도 분포를 측정한 바, LED 칩 사이의 암부(휘도 저하부)가 매우 적고, LED 칩면 내의 휘도 분포의 변화도 적고, 모든 LED를 점등했을 때의 균일감이 현저히 향상되었다.
이상, 본 발명을 전술한 실시형태나 각 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시형태나 실시예에 한정되는 것은 아니며, 실시형태나 실시예의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또한, 당업자의 지식에 기초하여 실시형태나 각 실시예에서의 조합이나 처리의 순서를 적절히 재조합하는 것이나 각종 설계 변경 등의 변형을 실시형태나 각 실시예에 대하여 가하는 것도 가능하고, 그와 같은 변형이 가해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.
10 : 차량용 등기구 12 : 등기구 보디
14 : 투광 커버 18 : 등기구 유닛
22 : 발광 모듈 22a : LED 칩
24 : 투영 렌즈 50 : 발광 모듈
54 : 기판 56a : 발광면
58 : 형광체층 60a : 차광부
64 : LED 칩
산업상 이용 가능성
본 발명의 발광 모듈은, 여러가지 등기구, 예컨대 조명용 등기구, 디스플레이, 차량용 등기구, 신호기 등에 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판과,
    상기 기판에 탑재되고, 매트릭스형으로 배열되는 복수의 발광 소자와,
    상기 발광 소자의 발광면에 대향하도록 마련되는 형광 부재, 그리고
    상기 복수의 발광 소자 중 적어도 일부의 발광 소자의 발광면의 주위를 둘러싸도록 마련되는 차광부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자는, 점등시의 광도가 상대적으로 높은 제1 발광 소자와, 점등시의 광도가 상대적으로 낮은 제2 발광 소자를 갖고,
    상기 차광부는, 주로 상기 제1 발광 소자와, 상기 제1 발광 소자와 인접하는 발광 소자 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발광 소자는, 플립칩형의 소자인 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형광 부재는, 판형의 형광체인 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은, 열팽창 계수가 상기 발광 소자의 열팽창 계수의 ±5 ppm/℃의 범위 내인 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 발광 소자 및 형광 부재로부터 출사된 광에 의한 광원상을, 조사 방향 전방의 가상 연직 스크린 상에 투영하는 렌즈를 더 포함하고,
    상기 렌즈는, 상기 발광 소자 또는 상기 형광 부재에 직접 접합되는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 발광 모듈과,
    상기 발광 모듈의 점소등을 제어하는 제어 회로
    를 포함하고, 상기 제어 회로는, 차량용 등기구가 장착된 차량이 정차한 상태를 검출한 경우, 상기 발광 모듈의 점소등 상태를, 주행시에서의 조사 모드보다 소비 전력이 낮은 정차 모드가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 등기구.
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