JP2015216014A

JP2015216014A - 光源モジュール

Info

Publication number: JP2015216014A
Application number: JP2014097957A
Authority: JP
Inventors: 津田　俊明; Toshiaki Tsuda; 俊明津田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2015-12-03

Abstract

【課題】新たな形状の導光体を備える光源モジュールを提供する。【解決手段】光源モジュール２０は、アレイ状に並んだ複数の光源と、複数の光源のそれぞれから出射した光が入射する導光体と、を備える。光源は、半導体発光素子を有しており、導光体３０は、複数の光源から出射された光がそれぞれ入射する複数の入射端４４と、複数の入射端４４から入射したそれぞれの光の少なくとも一部が合わさって出射する出射端４６と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、光源モジュールに関する。

従来、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の半導体発光素子を用いた発光装置が知られている。また、ライン状に配列された複数のＬＤチップから出たレーザ光を集光部で集光することで輝度を高める発光装置が考案されている（特許文献１）。

特開２０１１−２４３３７３号公報

しかしながら、上述の発光装置における集光部は、入射面が矩形の一つの平面であり、入射面に入射した各ＬＤチップの光を個別に導光できない。そのため、出射面の輝度分布を制御するためには改善の余地がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新たな形状の導光体を備える光源モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の光源モジュールは、アレイ状に並んだ複数の光源と、複数の光源のそれぞれから出射した光が入射する導光体と、を備える。光源は、半導体発光素子を有しており、導光体は、複数の光源から出射された光がそれぞれ入射する複数の入射端と、複数の入射端から入射したそれぞれの光の少なくとも一部が合わさって出射する出射端と、を有する。

この態様によると、複数の入射端から入射した光が合わさって出射端から出射するため輝度を高められる。

導光体は、複数の入射端のそれぞれから入射した光が広がって出射端の全域から出射するように構成されていてもよい。これにより、出射端での輝度の均一性が高まる。

導光体は、複数の入射端の入射面積の総和よりも出射端の出射面積が大きい。これにより発光面が広い光源モジュールを提供できる。

導光体は、複数の入射端から出射端に向けて少なくとも４つの平らな側面を有してもよい。

複数の光源として、赤色ＬＤ（Laser Diode）と緑色ＬＤと青色ＬＤとを有してもよい。導光体の出射端の対向部に拡散板を更に備えていてもよい。これにより、均一性の高い白色光を実現できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、新たな形状の導光体を備える光源モジュールを提供できる。

第１の実施の形態に係る車両用灯具の横断面図である。第１の実施の形態に係る車両用灯具の正面図である。図１に示す光源モジュールの上面図である。図４（ａ）は、図３に示す光源モジュールをＡ方向から見た図、図４（ｂ）は、図３に示す光源モジュールをＢ方向から見た図、図４（ｃ）は、図３に示す導光体をＣ方向から見た図である。半導体発光素子から出射した光の広がりを説明するための模式図である。第２の実施の形態に係る光源モジュールの上面図である。図７（ａ）は、図６に示す光源モジュールをＡ方向から見た図、図７（ｂ）は、図６に示す光源モジュールをＢ方向から見た図、図７（ｃ）は、図６に示す導光体をＣ方向から見た図である。第３の実施の形態に係る光源モジュールの上面図である。第４の実施の形態に係る光源モジュールの上面図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。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、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る車両用灯具の横断面図である。図２は、第１の実施の形態に係る車両用灯具の正面図である。

第１の実施の形態に係る車両用灯具１０は、前方（図１に示す右方）が開口したランプボディ１２と、ランプボディ１２の開口部に取り付けられたカバー１４と、を備えている。ランプボディ１２とカバー１４とで灯具筐体１６が構成され、灯具筐体１６の内部に灯室１８が形成される。

灯室１８内には、光源モジュール２０と、投影レンズ２２と、エクステンションリフレクタ２４と、保持部材２６と、を備える。光源モジュール２０は、例えばハイビーム用配光パターンを形成できるように構成されており、複数の半導体発光素子２８と、導光体３０と、板状の拡散部材３２と、を有する。

保持部材２６は、複数の半導体発光素子２８を保持している。また、半導体発光素子２８と導光体３０とは、僅かな隙間を持って互いに保持される。光軸調整機構３４は、保持部材２６を左右方向及び前後方向に傾動自在に移動できるように構成されている。光軸調整機構３４は、エイミングスクリュー４０とレベリングアクチュエータ４２とを有している。被支持部３６に連結されているエイミングスクリュー４０が回転すると、その回転方向に応じた方向へ他の被支持部３６を支点として保持部材２６が傾動され、光源モジュール２０の光軸調整（エイミング調整）が行われる。また、レベリングアクチュエータ４２が駆動すると、同様に光源モジュール２０の光軸調整（レベリング調整）が行われる。

保持部材２６は、熱伝導性の高い金属材料によって形成され、前後方向を向くベース部２６ａを有している。ベース部２６ａは、その上下両端部に被支持部３６，３６，３６（図１では、２つの被支持部３６，３６のみを示す。）が設けられている。ベース部２６ａの後面には、後方へ突出するように放熱フィン３８が設けられている。

半導体発光素子２８は、光を出射する光源として機能し、発光面（発光部）が前方を向く状態で一方向に並んで設けられている。半導体発光素子２８は、例えば、ＬＥＤ素子、ＬＤ素子、ＥＬ（Electro-Luminescence）素子等が好適である。本実施の形態では、横方向に３個、縦方向に１個の計３個のＬＤ素子アレイとなっている。

図３は、図１に示す光源モジュールの上面図である。図４（ａ）は、図３に示す光源モジュールをＡ方向から見た図、図４（ｂ）は、図３に示す光源モジュールをＢ方向から見た図、図４（ｃ）は、図３に示す導光体をＣ方向から見た図である。

図３に示す光源モジュール２０は、アレイ状に並んだ複数のＬＤ素子である半導体発光素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃと、半導体発光素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃのそれぞれから出射した光が入射する導光体３０と、拡散部材３２と、を備える。導光体３０は、半導体発光素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃから出射された光がそれぞれ入射する複数の入射端４４と、複数の入射端から入射したそれぞれの光の少なくとも一部が合わさって出射する出射端４６と、を有する。入射端４４は互いに離間している。

これにより、光源モジュール２０は、複数の入射端４４から入射した光が合わさって出射端４６から出射するため、半導体発光素子２８が一つの場合と比較して、輝度を高められる。なお、本実施の形態に係る導光体３０においては、入射端４４は、矩形の入射面であり、出射端４６は、矩形の出射面である。また、導光体３０は、各入射端４４から出射端に向かって複数の拡径部３０ａを有する。拡径部３０ａは、通過する光が隣接する拡径部３０ａに向かわないように分岐している。そのため、一つの半導体発光素子２８の光が入射端４４から入射し出射端４６に向かう際の導光設計が容易となる。

また、導光体３０は、複数の入射端４４のそれぞれから入射した光が広がって出射端４６の全域から出射するように構成されている。これにより、出射端４６での輝度の均一性が高まる。また、光源モジュール２０は、導光体３０の出射端４６の対向部に乳白等の拡散部材３２を更に備えている。これにより、均一性の高い照射光を実現できる。

図５は、半導体発光素子から出射した光の広がりを説明するための模式図である。図５に示すように、半導体発光素子２８の出射部２９から出射した光はある程度の広がりを持っている。そこで、導光体３０の入射端４４から出射端４６に向けて広がっている拡径部３０ａの形状を、半導体発光素子２８の発散角（ビーム拡がり角）θに合わせるとよい。ここで、発散角θはθ＝λ／ｄ（λ：レーザの発振波長、ｄ：出射部の幅）と表現できる。本実施の形態に係る発散角は３０〜５０°程度である。

本実施の形態に係る導光体３０の拡径部３０ａは、四角錘である。その場合、半導体発光素子２８の出射部２９の形状も矩形にすることで、出射部２９から出射した光が無駄なく入射端４４に入射する。導光体３０は、複数の入射端４４から出射端４６に向けて少なくとも４つの平らな側面３０ｂ〜３０ｅを有している。

また、導光体３０は、図４（ｃ）に示すように、複数の入射端４４の入射面積の総和（３Ｓ）よりも出射端の出射面積（Ｓ’）が大きい。これにより発光面が広い光源モジュール２０を提供できる。

なお、複数の半導体発光素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、赤色ＬＤ素子と緑色ＬＤ素子と青色ＬＤ素子とを組み合わせたものとしてもよい。これにより、均一性の高い白色光を実現できる。

半導体発光素子２８が単色光（例えば、紫外光や青色光）の場合、素子が発する光を波長変換し異なる波長の光を発する蛍光体を導光体３０や拡散部材３２に含有させてもよい。例えば、半導体発光素子２８が青色光を発する場合、その青色光で励起され黄色光を発する蛍光体を用いることで、白色光を発する光源モジュール２０を実現できる。あるいは、半導体発光素子２８が紫外光を発する場合、その紫外光で励起され青色光を発する蛍光体と、その紫外光で励起され黄色光を発する蛍光体とを用いることでも白色光を発する光源モジュール２０を実現できる。

なお、発光素子が発する光の波長や、複数種の蛍光体の組み合わせは、所望する照射光の色に応じて適宜設定すればよい。また、蛍光体はランバーシアン（Lambertian）な光を発するため、場合によっては拡散部材３２を省略することができる。

半導体発光素子２８としてのＬＤ素子は、可視光の範囲の波長の光を放射する。その場合、蛍光体は、ＬＤ素子が発する単一波長の光により励起されるものが選択される。

導光体３０は、様々な態様を取り得るが、例えば、中空で内面に反射膜、反射材が設けられていてもよい。また、導光体３０は、透明な中実体（ガラスやプラスチック）であってもよい。その場合、屈折率の高い材質が好ましい。

また、導光体３０の入射端４４、出射端４６の断面寸法は、図３のＢ方向側から見ると出射端４６の方が入射端４４より大きくなっている（図４（ｂ）参照）。一方、図３のＣ方向側から見ると、３つの入射端４４全体の幅Ｗ１が出射端４６の幅Ｗ２よりわずかに広い。なお、３つの入射端４４全体の幅Ｗ１を出射端４６の幅Ｗ２と等しくしてもよい。

また、入射端４４および出射端４６は、横長の矩形であり、縦横比は１．０〜５．０倍の範囲が好ましい。具体的には、出射端４６の短軸（縦方向）は０．５〜１ｍｍ、長軸（横方向）は０．５〜４ｍｍ程度である。

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態に係る光源モジュールの上面図である。図７（ａ）は、図６に示す光源モジュールをＡ方向から見た図、図７（ｂ）は、図６に示す光源モジュールをＢ方向から見た図、図７（ｃ）は、図６に示す導光体をＣ方向から見た図である。

第２の実施の形態に係る光源モジュール５０は、導光体５２の形状以外は第１の実施の形態に係る光源モジュール２０と同様の構成である。導光体５２は、入射端５４が円形または横長の楕円形であり、出射端５６が横長の楕円形である。入射端５４および出射端５６の縦横比は１．０〜５．０倍の範囲が好ましい。具体的には、出射端５６の短軸（縦方向）は０．５〜１ｍｍ、長軸（横方向）は０．５〜４ｍｍ程度である。

（第３の実施の形態）
図８は、第３の実施の形態に係る光源モジュールの上面図である。第３の実施の形態に係る光源モジュール６０は、半導体発光素子２８ａ，２８ｃの光軸Ａｘの向きが異なる以外は、第１の実施の形態に係る光源モジュール２０と同様の構成である。半導体発光素子２８ａ，２８ｃは、出射光の中心軸（光軸Ａｘ）方向が、出射端４６の中央に向かうように傾いて配置されている。これにより、出射端の中央部分の輝度をより高めることができる。また、半導体発光素子２８ａ，２８ｃの発散角と拡径部３０ａの形状を合わせることで、拡径部３０ａ内面での反射が軽減され、光の反射による損失をより低減できる。

（第４の実施の形態）
図９は、第４の実施の形態に係る光源モジュールの上面図である。第４の実施の形態に係る光源モジュール７０は、導光体７２の形状以外は第１の実施の形態に係る光源モジュール２０と同様の構成である。導光体７２は、拡径部７２ａの広がりが第１の実施の形態に係る導光体３０の拡径部３０ａよりも鋭角となっている。

そのため、各入射端７４から入射した半導体発光素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃの光は、それぞれ出射端７６の一部の領域から出射するように構成されている。これにより、部分的に色や明るさを不均一にすることができる。

以上、上述の各実施の形態に係る光源モジュールは、複数の半導体発光素子（ＬＤ素子やＬＥＤ素子等）を組み合わせることで、車両用灯具として必要な明るさを一つのモジュールで実現できる。そのため、車両用灯具の省スペース化、軽量化、低コスト化が実現できる。また、半導体発光素子２８が搭載される保持部材２６に放熱フィン３８を一体に形成することで部品点数を低減できる。また、各半導体発光素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃを個別に出力制御することで調光や調色が可能な灯具を実現できる。

また、各実施の形態に係る光源モジュールは、半導体発光素子が導光体に対して位置調整可能な構成であってもよい。これにより、輝度や照射範囲といった配光状態を調整できる。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０車両用灯具、２０光源モジュール、２８半導体発光素子、２９出射部、３０導光体、３０ａ拡径部、３２拡散部材、４４入射端、４６出射端、５０光源モジュール、５２導光体、５４入射端、５６出射端、６０光源モジュール。

Claims

アレイ状に並んだ複数の光源と、
前記複数の光源のそれぞれから出射した光が入射する導光体と、を備え、
前記光源は、半導体発光素子を有しており、
前記導光体は、
前記複数の光源から出射された光がそれぞれ入射する複数の入射端と、
前記複数の入射端から入射したそれぞれの光の少なくとも一部が合わさって出射する出射端と、
を有することを特徴とする光源モジュール。
前記導光体は、前記複数の入射端のそれぞれから入射した光が広がって前記出射端の全域から出射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
前記導光体は、前記複数の入射端の入射面積の総和よりも前記出射端の出射面積が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の光源モジュール。
前記導光体は、前記複数の入射端から前記出射端に向けて少なくとも４つの平らな側面を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源モジュール。
前記複数の光源として、赤色ＬＤ（Laser Diode）と緑色ＬＤと青色ＬＤとを有し、
前記導光体の出射端の対向部に拡散板を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源モジュール。