JP2007176219A - 発光装置およびこの発光装置を用いた車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】表示領域の光の強弱（変調）などの調光を安価に、かつ容易に行うことができる発光素子を用いた表示装置、および車両用灯具を提供すること。
【解決手段】複数の発光素子が単一のパッケージ内に実装されてなる発光装置であって、前記複数の発光素子が第一の構成単位と第二の構成単位を含む少なくとも２つの構成単位に分類されており、前記構成単位毎に各構成単位に含まれる発光素子の発光を制御することにより輝度を多段階に変調しうるように構成されていることを特徴とする発光装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置およびこの発光装置を用いた車両用灯具に関する。

例えば、自動車の車体後部には、夜間の走行時に車幅部分を点灯表示するテールランプ（スモールランプ）と、ブレーキが作動したことを後続車に知らせるブレーキランプ（ストップランプ）とが具備されている。これらのランプは表示領域を同一とする場合が多く、ブレーキを作動させたことは、同じ表示領域内をテールランプ用の光源に加えてブレーキランプ用の光源を発光させて、全体としての輝度を強くしている。このような自動車用灯具として、近年では発光ダイオード（以下ＬＥＤともいう）が採用されつつある（例えば、特許文献１）。

一方、自動車の車体後部における車両用灯具に限らず、例えば、道路などにおいては、前方に工事箇所があることなどを知らせるために、光の点灯部分を大きくしたり小さくしたりして注意を促す表示装置も提供されている。このような表示装置では、多数配設した光源のうち、同時に光らせる光源を多くするか少なくするかで、光の表示面積の大小を調光するようにしている。
特開２００１−８４８１２号公報

ところで、このような表示装置では、ある一定の範囲に多数の光源を設け、これらの光源のうち、同時に点灯させる光源の数を多くするか少なくするかで輝度を調光しているため、光源が多数必要になる。仮に、ＬＥＤランプを用いて表示する場合には、多数のＬＥＤランプが必要となるため、その分コスト高になってしまうという問題があった。

なお、汎用の１ｍｍ角（１Ｗレベル）のＬＥＤチップを用いて、チップに流す電流値を変化させることにより光の強弱を制御することも行なわれている。しかしながら、ＬＥＤは、製造上の特性のバラツキによって、輝度や色調にバラツキが発生する。このため、表示装置に組み込んで組み立てるときに、均一な特性のものだけを使用しないと輝度むらや色むらで表示品位が悪くなってしまう。そこで、従来ＬＥＤは製造時に特性が均一な素子を厳選してランク分けを行い、同一ランクの素子のみを同一の表示装置に使うようにしていた。また、輝度に関しては、ＬＥＤに流す順電流量に輝度が比例する特性を利用し、電流調整回路でもって上記順電流を調整するか、ＬＥＤをパルス点灯させ、この点灯時間を変えることによって輝度を調整していた。しかしながら、ＬＥＤの光出力特性は必ずしも良好な比例関係にはなく、１ｍｍ角のＬＥＤチップレベルでは電流値に対する光束が定まり難く、電流値が大きくなると光束が飽和する傾向があり、素子毎にその程度もばらつく。そのため、例えば、高輝度と低輝度の２つを設定しようとしても、結果として２つの輝度を一定に定めることが困難で、製品により光の強弱にばらつきが生じてしまう。したがって、これらの光の強弱を製品により略一定に揃えようとすると、ＬＥＤチップの歩留まりが極端に悪くなり、経済的コストで製造することができないという問題があった。

本発明は、このような実情に鑑み、輝度の多段階の変調を安価に、かつ容易に行うことができる発光素子を提供することを目的の一つとしている。

また、本発明は、このような発光装置を用いて安価に製造できる車両用灯具を提供することを目的の一つとしている。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果本発明の発光装置およびこの発光装置を用いた車両用灯具を見出した。

すなわち、本発明は例えば以下の（１）〜（８）の態様を含む。
（１）複数の発光素子が単一のパッケージ内に実装されてなる発光装置であって、前記複数の発光素子が第一の構成単位と第二の構成単位を含む少なくとも２つの構成単位に分類されており、前記構成単位毎に各構成単位に含まれる発光素子の発光を制御することにより輝度を多段階に変調しうるように構成されていることを特徴とする発光装置。
（２）前記第一の構成単位および前記第二の構成単位が各々複数の発光素子を有することを特徴とする前記（１）に記載の発光装置。
（３）前記第一の構成単位を構成する複数の発光素子が各々同時にＯＮ，ＯＦＦし、かつ前記第二の構成単位を構成する複数の発光素子が各々同時にＯＮ，ＯＦＦすることを特徴とする前記（２）に記載の発光装置。
（４）前記第一の構成単位を構成する複数の発光素子のＯＮ，ＯＦＦと前記第二の構成単位を構成する複数の発光素子のＯＮ，ＯＦＦが独立して制御されることを特徴とする前記（３）に記載の発光装置。
（５）前記第一の構成単位を構成する複数の発光素子と前記第二の構成単位を構成する複数の発光素子とが、径の異なる略同心円上に各々配置されていることを特徴とする前記
（１）乃至（４）のいずれか一に記載の発光装置。
（６）前記複数の発光素子が０．１Ｗ以下の低電力発光素子であることを特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれか一に記載の発光装置。
（７）前記複数の発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする前記（１）乃至
（６）のいずれか一に記載の発光装置。
（８）前記（１）乃至（７）のいずれか一に記載の発光装置を複数個具備することを特徴とする車両用灯具。

本発明に係る発光素子を用いた発光装置によれば、一つのパッケージの中で、選択的に複数の発光素子を光らせることにより、多段階の調光を行うことができる。したがって、多数個の独立したＬＥＤランプを用いる場合などに比べて構造がコンパクトになるとともに、安価に製造することができる。

また、このような発光装置を車両用灯具に用いれば、夜間に車幅を示すスモールランと車両の減速を知らせるブレーキランプとを一つの表示領域内に安価に具備させることができる。

以下、図面に示した実施例を参照しながら、本発明について説明する。
図１（Ａ），（Ｂ）は本発明の一実施例に係るＬＥＤ光源による発光装置を示したもので、特に、金属ベース基板に設けられた表示装置を示している。

この表示装置１０では、環状に配置された複数個のＬＥＤチップ２と、これらのＬＥＤチップ２を実装するための発光素子実装用基板４と、発光素子実装用基板４の上面に配置されたリフレクター６と、ＬＥＤチップ２の上面を覆う透明体の樹脂８とから構成されている。

ここで、上記ＬＥＤチップ２としては、外形が０．３５ｍｍ角の赤色に発光するＬＥＤチップ２が採用されている。このような小形のＬＥＤチップ２は、１ｍｍ角のＬＥＤチップに比べて輝度は小さいものの、電流値に対する光束が一定に定まり易いという利点を有している。この場合の赤色に発光するＬＥＤチップの発光層の材質は、ＡｌＧａＡｓ（ア
ルミニウム、ガリウム、ヒ素）系、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム、ガリウム、インジウム、リン）系、ＧａＰ（ガリウム、リン）が望ましく、なかでも高輝度なＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム、ガリウム、インジウム、リン）系が好ましい。

また、上記ＬＥＤチップ２を搭載する発光素子実装用基板４は、熱伝導性の良好な金属（例えば、アルミニウムあるいは銅等）や、窒化アルミニウム等をベースとするプリント配線板を例示することができる。

上記リフレクター６には、開口部１２が形成されている。この開口部１２の断面形状は、開口端面からＬＥＤチップ２が多数集まって構成されたＬＥＤ集合体１４に近づくに従って次第に開口径が小さくなるすり鉢状の傾斜面を有している。なお、この傾斜面の傾斜角度αは、９０度＜α＜１２０度とすることが好ましい。

このようなすり鉢状の開口部１２が形成されたリフレクター６が発光素子実装用基板 の上に配置される。なお、発光素子実装用基板４上にリフレクター６を配置する場合には
、接着剤を介して配置することが好ましい。

リフレクター６の材質は、特に限定されるものではないが、アクリル樹脂、ポリカーボネイト、液晶ポリマーやポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂や例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を所望のリフレクター６の形状に成形し、表面にアルミニウムや銀などの反射率の高い金属膜を被覆させるか、例えば、二酸化チタンを含有するアクリル樹脂からなる白色塗料を用いて塗装することにより作成できる。または、前記樹脂にフィラーとして二酸化チタン、炭酸カルシウムなどを練り込んだものでもよい。

また、材料そのものが白色に調整された樹脂材料（例えば、クラレ製；白色ジェネスタ）などを成形しそのままリフレクター枠体として使用することも可能であり、さらに言えばアルミニウムやステンレスなどの金属材料を加工したものも適用可能である。この場合のリフレクター枠体１０の反射率は可視光領域で８０％以上が望ましく、９０％以上がさらに好ましい。

さらに、ＬＥＤチップ集合体１４の上面を覆う透明体の樹脂８としては、例えばエポキシ樹脂が使用できる。このような樹脂８によりレンズ機能が発揮されるとともに、ＬＥＤのパッケージが構成されている。

以下に、発光素子実装用基板４に対するＬＥＤチップ２の実装位置および電気的接続について、図２および図３を参照しながら説明する。
本実施例の発光素子実装用基板４には、略同心円上の２つの軌道Ｌ、Ｍ上にＬＥＤチップが配置される。
ここで、軌道Ｌ，Ｍは同心円状にあることを説明上示すものであって、同心円（環）状の軌道Ｌ，Ｍが発光素子実装基板上に設けられていることを意図するものではない。なお、配線、電極パット等をこの軌道上に適宜設けることもできる。

ここで、第1の軌道Ｌには、図２の状態においての頂点および周方向に１２０°左右に
離れた位置に、それぞれ一例として０．３５ｍｍ角（０．１Ｗレベル）のＬＥＤチップ２が配置されている。これにより、第１の軌道Ｌ上には、計３個のＬＥＤチップ２が配置されている。

一方、第２の軌道Ｍには、図２の状態において左右両側に一例として０．３５ｍｍ角（０．１Ｗレベル）のＬＥＤチップ２が３個ずつ対称位置にそれぞれ配置されている。これにより、第２の軌道Ｍ上に、計６個のＬＥＤチップ２が配置されている。
このように、これら複数のＬＥＤチップ２を略同心円上の軌道Ｌ，Ｍに分散して配置することにより、周囲に配置される他のＬＥＤチップとの間隔を略均一化することができる。すなわち、他のＬＥＤチップとの間隔を略均一化することにより、輝度の均一化を図ることができる。

このようにして、第１の軌道Ｌ上に配置された３個のＬＥＤチップ２と、第２の軌道Ｍ上に配置された６個のＬＥＤチップ２との計９個のＬＥＤチップ２により、ＬＥＤチップ集合体１４が構成されている。さらに、このＬＥＤチップ集合体１４は、電気的に２つのグループに区分されている。すなわち、図３に示したように、第１の軌道Ｌ上の３個のＬＥＤチップ２は、直列に接続されて第１のグループを構成している。また、第２の軌道Ｍ上の６個は、３個を直列に接続した２列を並列に接続させて第２のグループを構成している。
なお、第２のグループを並列接続しているのは、駆動電圧を所定値以下に抑えるためである。

このようにＬＥＤチップ集合体１４が電気的に２つのグループに分けられることにより、これらを別個にあるいは同時に発光させることが可能になる。すなわち、本実施例の表示装置１０では、多段階の調光を行うことが可能にされている。
ここで、本発明に係る発光装置において、光源となる色は特に限定されず、如何なる色であっても良いが、例えば車両用灯具としてテールランプに用いる場合には、赤色が使用される。その場合、光源としては、昭和電工（株）製四元系ＬＥＤ（発光ダイオード）チップを用いることが好ましい。この四元系ＬＥＤチップは、ガリウム・リン基板ではなく、透明なガラス基板が採用されたもので、さらに、反射電極の材料や配置を工夫してワイヤボンディングが不要なフリップチップ型としている。このような構造により、従来の約３倍の超高輝度を実現している。また、光の取り出し効率も良好になる。
光源として赤色を採用する場合には、上記のような四元系ＬＥＤ（発光ダイオード）チップを用いることが好ましい。なお赤色アルミ−インジウム・ガリウム・リン系ＬＥＤは、赤色から黄緑色の波長領域における高輝度ＬＥＤとして使用されている。

本実施例による表示装置１０は、上記のように構成されているが、以下に作用について説明する。
このような表示装置１０は、例えば、自動車のテールランプおよびブレーキランプを兼用した表示装置として好ましく適用できる。

すなわち、このような表示装置１０を自動車の表示装置として使用する場合には、通常、図１に示したものが２つを１つの組みとして使用される。そして、２つで１セットとなったものが車体の左側後部と右側後部に配置され、電気配線で接続される。

今、夜間の走行中に車幅灯としてテールランプを点灯する場合には、第１の軌道Ｌ上のグループのみが点灯するように回路が組まれる。また、テールランプを点灯させた夜間の走行中に、ブレーキを踏んだ場合には、第１の軌道Ｌと第２の軌道Ｍとのグループを同時に点灯するように回路が組まれる。点灯に際し、いずれの場合もＬＥＤチップ２からの光は、エポキシ樹脂８の内部を通りその射出面から外部に光が拡散される。

第１の軌道Ｌ上のＬＥＤチップ２のみが発光している場合は輝度が弱いが、ブレーキを踏んで第２の軌道Ｍ上のＬＥＤチップ２も同時に発光させれば、輝度が強くなり、後続の車にブレーキ作動を知らせることができる。

このように本実施例によれば、１つのパッケージ内に封止されたＬＥＤチップ集合体１４を２つにグループ分けして、その一部あるいは全体を選択的に発光させることにより、
１つのパッケージ内での輝度を２段階あるいは３段階に調整することができる。さらに、小さな０．３５ｍｍ角の低電力のＬＥＤチップ２を用いれば、各ＬＥＤチップ毎の輝度のバラツキを小さく抑えることが可能であるため、大電力のＬＥＤチップ単独の場合に比べて製品としての歩留まりを安定にすることができ、経済的である。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されない。
例えば、上記実施例では、表示装置を車両用灯具に適用する場合について説明したが、本発明の表示装置は、他の様々な分野に適用可能である。例えば、多段階の調光を行なう懐中電灯や、道路工事の注意を促すための表示装置などにも適用可能である。

また、上記実施例では、発光素子実装用基板４上に、２つの軌道Ｌ，Ｍを設け、これらの軌道上にＬＥＤチップ２をそれぞれ配置しているが、第２の軌道Ｍの外側に、さらに第３の軌道Ｎ、あるいは第４の軌道Ｏを設けても良い。そして、同心円状にこれらＬ，Ｍ、Ｎ…などの軌道を設ける場合は、各グループを単独あるいは２つのグループなどに組み分けすれば、輝度を多段階に調光することができる。

図１は本発明の一実施例に係る発光装置を示したもので、図１（Ａ）はその断面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の平面図である。 図２は、図１におけるＬＥＤチップの配設位置を詳細に示す平面図である。 図３は図１および図２に示したＬＥＤチップの接続回路図である。

符号の説明

２ ＬＥＤチップ
４ 発光素子実装用基板
６ リフレクター
８ 樹脂
１０ 発光装置
１４ ＬＥＤ集合体
α 傾斜角度
Ｌ 第１の軌道
Ｍ 第２の軌道

Claims (8)

1. 複数の発光素子が単一のパッケージ内に実装されてなる発光装置であって、前記複数の発光素子が第一の構成単位と第二の構成単位を含む少なくとも２つの構成単位に分類されており、前記構成単位毎に各構成単位に含まれる発光素子の発光を制御することにより輝度を多段階に変調しうるように構成されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記第一の構成単位および前記第二の構成単位が各々複数の発光素子を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第一の構成単位を構成する複数の発光素子が各々同時にＯＮ，ＯＦＦし、かつ前記第二の構成単位を構成する複数の発光素子が各々同時にＯＮ，ＯＦＦすることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 前記第一の構成単位を構成する複数の発光素子のＯＮ，ＯＦＦと前記第二の構成単位を構成する複数の発光素子のＯＮ，ＯＦＦが独立して制御されることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 前記第一の構成単位を構成する複数の発光素子と前記第二の構成単位を構成する複数の発光素子とが、径の異なる略同心円上に各々配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の発光装置。
6. 前記複数の発光素子が０．１Ｗ以下の低電力発光素子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の発光装置。
7. 前記複数の発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の発光装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一に記載の発光装置を複数個具備することを特徴とする車両用灯具。

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