JP5891858B2

JP5891858B2 - 発光装置及び車両用灯具

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Publication number: JP5891858B2
Application number: JP2012051973A
Authority: JP
Inventors: 智鵬袁
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-03-08
Also published as: JP2013187406A

Description

本発明は、発光装置及びこれを用いた車両用灯具に係り、特に、波長変換部材を用いた発光装置及びこれを用いた車両用灯具に関する。

従来、励起光源と波長変換部材とを組み合わせた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、特許文献１に記載の発光装置２００の縦断面図である。

図４に示すように、特許文献１に記載の発光装置２００は、励起光源２１０（レーザーダイオード）と励起光源２１０からの光を受光するように配置された波長変換部材２２０（蛍光体組成物）、波長変換部材２２０が発する光が透過するレンズ２３０等を備えている。

特許文献１に記載の発光装置２００においては、励起光源２１０からの励起光（レーザー光）が照射された波長変換部材２２０は、励起光源２１０からの励起光により励起される光と波長変換部材２２０透過する励起光源２１０からの励起光との混色による白色光を発する。

特開２００５−２００１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発光装置２００においては、励起光源２１０からの励起光の照射方向と波長変換部材２２０からの光の取り出し方向とが一致しているため、波長変換部材２２０が何らの理由で脱落（又は破損等）すると、励起光源２１０からの励起光（レーザー光）が外部に漏れ出すという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、波長変換部材が脱落（又は破損等）した場合、励起光源からの励起光が外部に漏れ出ない発光装置及びこれを用いた車両用灯具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、励起光を吸収し、波長変換して所定の波長域の光を放出する波長変換部材と、前記波長変換部材を保持する波長変換部材保持部と、励起光源と、前記励起光源からの励起光を集光して前記波長変換部材保持部に保持された前記波長変換部材に照射するレンズと、を備えており、前記波長変換部材保持部は、前記レンズで集光された前記励起光源からの励起光が通過する位置に第１開口が形成された第１保持部と、前記第１開口を通過した前記レンズにより集光された前記励起光源からの励起光が通過する位置に第２開口が形成された第２保持部と、を含んでおり、前記波長変換部材は、前記第１保持部と前記第２保持部との間に保持されており、前記波長変換部材のうち、前記レンズで集光された前記励起光源からの励起光の照射方向に交差する方向に位置する部分が、光取り出し部とされ、前記レンズの焦点は、前記第２開口近傍に設定されており、前記第２開口は、前記第１開口より小サイズとされていることを特徴とする。

本発明によれば、波長変換部材のうち、レンズで集光された励起光源からの励起光の照射方向に交差する方向に位置する部分が光取り出し部とされているため（すなわち、励起光源からの励起光の照射方向と波長変換部材からの光の取り出し方向とが一致していないため）、波長変換部材が波長変換部材保持部から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源からの励起光は、第１開口及び第２開口を通過することとなり、光取り出し部の方向へは照射されない。

従って、本発明によれば、波長変換部材が波長変換部材保持部から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源からの励起光が、照射方向に交差する方向（光の取り出し方向）へ放出され、外部に漏れ出るのを防止することが可能となる。

本発明によれば、レンズの焦点を第２開口近傍に設定することで、凸レンズにより集光された励起光源からの励起光が通過する第２開口を、第１開口より小サイズにすることが可能となる。その結果、波長変換部材が発する光のうち第２開口から漏れる光が少なくなるため、波長変換部材の光取り出し部から放出される光の取り出し効率を高めることが可能となる。

本発明は、本発明の発光装置と、前記光取り出し部からの光を車両前方に照射して所定配光パターンを形成するように構成された光学系と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、波長変換部材が保持部から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源からの励起光が、車両前方に照射されない車両用灯具を構成することが可能となる。

本発明によれば、波長変換部材が脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源からの励起光が外部に漏れ出ない発光装置及びこれを用いた車両用灯具を提供することが可能となる。

（ａ）本発明の一実施形態である発光装置１０の縦断面図（波長変換部材１８有り）、（ｂ）発光装置１０の縦断面図（波長変換部材１８無し）である。（ａ）発光装置１０を用いた車両用灯具ユニット３６Ａの縦断面図、（ｂ）発光装置１０を用いた車両用灯具ユニット３６Ｂの縦断面図である。（ａ）変形例である発光装置１０Ａの断面図（波長変換部材１８有り）、（ｂ）発光装置１０Ａの断面図（波長変換部材１８無し）である。特許文献１に記載の発光装置２００の縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態である発光装置について、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）は本発明の一実施形態である発光装置１０の断面図（波長変換部材１８有り）、図１（ｂ）は発光装置１０の断面図（波長変換部材１８無し）である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態の発光装置１０は、ホルダー１２、励起光源１４、レンズ１６、波長変換部材１８等を備えている。

ホルダー１２は、ホルダー本体２０と波長変換部材保持部２２とを含んでいる。

ホルダー本体２０は、励起光源１４及びレンズ１６を保持する部分であり、例えば、アルミ等の金属製円筒型部材である。

図１（ａ）に示すように、ホルダー本体２０は横向きに配置されており、その下部側面には、冷却装置としてのペルチェ素子２４を間に挟んでヒートシンク等の放熱部材２６が固定されている。発光装置１０（励起光源１４や波長変換部材１８等）の発熱は、ペルチェ素子２４、放熱部材２６を通過し、放熱部材２６（例えばヒートシンクの放熱フィン）から周辺空気へ放出される。

励起光源１４は、励起光を発生する励起光源であり、ホルダー本体２０の基端部側に固定されている。本実施形態では、励起光源１４として、発光波長が４３０〜４６０ｎｍ程度のＬＤ（レーザーダイオード等の半導体レーザー光源）を用いている。

レンズ１６は、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１（レーザー光）を集光して波長変換部材保持部２２に保持された波長変換部材１８に照射するレンズ（例えば、凸レンズ）であり、ホルダー本体２０に固定されて、励起光源１４と波長変換部材保持部２２との間に配置されている。

波長変換部材保持部２２は、波長変換部材１８を保持する部分であり、例えば、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１の照射方向ＡＸ（励起光源１４の光軸）に交差する方向（図１（ａ）中照射方向ＡＸに直交する上下方向）に延びた有底の凹部である。波長変換部材保持部２２は、ホルダー本体２０の先端部に連続して設けられている。波長変換部材１８は、波長変換部材保持部２２（凹部）に挿入され、その上面１８ａ以外の面が取り囲まれた状態で波長変換部材保持部２２により保持されている。

波長変換部材保持部２２（凹部）は、波長変換部材１８の上面１８ａ以外の面を取り囲む面として、少なくとも、レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１が通過する位置に第１開口２８ａが形成された第１保持部と、第１開口２８ａを通過したレンズ１６により集光された励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１が通過する位置に第２開口３０ａが形成された第２保持部３０と、底面３２と、を含んでいる。波長変換部材１８は、波長変換部材保持部２２（凹部）に挿入され、第１保持部２８と第２保持部３０との間に保持されている（図１（ａ）参照）。

波長変換部材保持部２２（凹部）の内壁には、アルミや銀等の金属蒸着を施すことで反射面３４を形成するのが望ましい。このようにすれば、波長変換部材１８が発する光のうち波長変換部材１８の上面１８ａ以外の面から出射しようとする光が、反射面３４で反射されて波長変換部材１８側に戻されることとなるため、波長変換部材１８の上面１８ａから放出される光の取り出し効率を高めることが可能となる。

レンズ１６の焦点Ｆは第２開口３０ａ近傍に設定されている。このようにレンズ１６の焦点Ｆを第２開口３０ａ近傍に設定することで、レンズ１６により集光された励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１が通過する第２開口３０ａを、第１開口２８ａより小サイズにすることが可能となる。その結果、波長変換部材１８が発する光のうち第２開口３０ａから漏れる光が少なくなるため、波長変換部材１８の上面１８ａから放出される光の取り出し効率を高めることが可能となる。

波長変換部材１８は、励起光Ｒａｙ１を吸収し、波長変換して所定の波長域の光を放出する波長変換部材である。本実施形態では、波長変換部材１８として、波長変換部材保持部２２（凹部）と略同サイズの板状の蛍光体（例えば、ＹＡＧ等の黄色蛍光体）を用いている。

波長変換部材１８は、波長変換部材保持部２２（凹部）に挿入され、その上面１８ａ以外の面が取り囲まれた状態で波長変換部材保持部２２（凹部）により保持されている。波長変換部材１８と波長変換部材保持部２２（凹部）とは、公知の接着剤等の手段を用いて固定されている。波長変換部材１８の上面１８ａは、波長変換部材保持部２２（凹部）上端開口から露出して、光取り出し部を構成している。

すなわち、波長変換部材１８のうち、レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１の照射方向ＡＸに交差する方向（図１（ａ）中照射方向ＡＸに直交する上方向）に位置する部分（波長変換部材１８の上面１８ａ）が、光取り出し部とされている。

上記構成の発光装置１０によれば、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）に保持されている場合、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１は、次の光路を辿る。

すなわち、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）に保持されている場合、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１は、図１（ａ）に示すように、レンズ１６で集光され、第１開口２８ａを通過し、波長変換部材保持部２２（凹部）に保持された波長変換部材１８を照射する。

励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１が照射された波長変換部材１８は、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１により励起される光と波長変換部材１８を（内部散乱等して）透過する励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１との混色による白色光を発する。

波長変換部材１８が発する白色光は、波長変換部材保持部２２（凹部）の内壁に形成された反射面３４で反射されて（又は反射面３４で反射されることなく直接）、波長変換部材１８の上面１８ａ（光取り出し部）から放出される。

一方、何らかの理由で（例えば、発光装置１０が搭載された車両の振動等の影響で）、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１は、次の光路を辿る。

すなわち、本実施形態では、波長変換部材１８のうち、レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１の照射方向ＡＸに交差する方向（図１（ａ）中照射方向ＡＸに直交する上方向）に位置する部分（波長変換部材１８の上面１８ａ）が光取り出し部とされているため（すなわち、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１の照射方向ＡＸと波長変換部材１８からの光の取り出し方向とが一致していないため）、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１は、図１（ｂ）に示すように、第１開口２８ａ及び第２開口３０ａを通過することとなり、光取り出し部（波長変換部材１８の上面１８ａ）の方向へは照射されない。

従って、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１が、照射方向ＡＸに交差する方向（図１（ｂ）中照射方向ＡＸに直交する上方向。すなわち、光の取り出し方向。）へ放出され、外部に漏れ出るのを防止することが可能となる。

次に、上記構成の発光装置１０を用いた車両用灯具（車両用灯具ユニット）の構成例を説明する。

図２（ａ）は、発光装置１０を用いた車両用灯具ユニット３６Ａの縦断面図である。

図２（ａ）に示すように、車両用灯具ユニット３６Ａは、プロジェクタ型の灯具ユニットであり、投影レンズ３８、発光装置１０、反射面４０、シェード４２等を備えている。

投影レンズ３８は、レンズホルダ（図示せず）等に保持されて、車両前後方向に延びる光軸ＡＸ_３６Ａ上に配置されている。

投影レンズ３８は、例えば、車両前方側表面が凸面で車両後方側表面が平面の平凸非球面の投影レンズである。

発光装置１０は、波長変換部材１８の上面１８ａ（光取り出し部）を上向きとし、かつ波長変換部材１８の上面１８ａ（光取り出し部）を、投影レンズ３８の後側焦点Ｆ_３８より後方側かつ光軸ＡＸ_３６Ａ近傍に位置させた状態で配置されている。

反射面４０は、第１焦点Ｆ１_４０が波長変換部材１８の上面１８ａ（光取り出し部）近傍に設定され、第２焦点Ｆ２_４０が投影レンズ３８の後側焦点Ｆ_３８近傍に設定された回転楕円系の反射面（回転楕円面又はこれに類する自由曲面等）である。

反射面４０は、発光装置１０（波長変換部材１８の上面１８ａ（光取り出し部））から上向きに放射される光が入射するように、発光装置１０の側方（図２（ａ）中、車両後方側の側方）から発光装置１０の上方を通って投影レンズ３８に向かって延びて、発光装置１０の上方を覆っている。

シェード４２は、発光装置１０からの光の一部を遮光する遮光部材であり、その上端縁を投影レンズ３８の後側焦点Ｆ_３８近傍に位置させた状態で、投影レンズ３８と発光装置１０との間に配置されている。

上記構成の車両用灯具ユニット３６Ａにおいては、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）に保持されている場合、波長変換部材１８の上面１８ａ（光取り出し部）から放出された白色光は、次の光路を辿る。

すなわち、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）に保持されている場合、波長変換部材１８の上面１８ａ（光取り出し部）から放出された白色光Ｒａｙ２は、図２（ａ）に示すように、反射面４０で反射されて、投影レンズ３８の後側焦点Ｆ_３８近傍で集光した後、投影レンズ３８を透過して前方に照射され、車両前面に正対した仮想鉛直スクリーン（例えば、車両前方約２５ｍに配置されている）上に、所定配光パターン（例えば、シェード４２により規定されるカットオフラインを上端縁に含むロービーム用配光パターン）を形成する。

一方、何らかの理由で（例えば、車両用灯具ユニット３６Ａが搭載された車両の振動等の影響で）、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１は、次の光路を辿る。

すなわち、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１は、図１（ｂ）に示すように、レンズ１６で集光され、第１開口２８ａ、第２開口３０ａを通過する。この各開口２８ａ、３０ａを通過した励起光Ｒａｙ１は、シェード４２により遮光される。

従って、図２（ａ）に示した車両用灯具ユニット３６Ａにおいては、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１が、照射方向ＡＸに交差する方向（図１（ｂ）中照射方向ＡＸに直交する上方向）へ放出され、車両前方に照射されるのを防止することが可能となる。

図２（ｂ）は、発光装置１０を用いた車両用灯具ユニット３６Ｂの縦断面図である。

図２（ｂ）に示す車両用灯具ユニット３６Ｂは、図２（ａ）に示す車両用灯具ユニット３６Ａと比べ、発光装置１０の向きが異なる点以外、車両用灯具ユニット３６Ａと同様の構成である。

上記構成の車両用灯具ユニット３６Ｂにおいては、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）に保持されている場合、波長変換部材１８の上面１８ａ（光取り出し部）から放出された白色光Ｒａｙ２は、車両用灯具ユニット３６Ａと同様の光路を辿る（図２（ｂ）参照）。

一方、何らかの理由で（例えば、車両用灯具ユニット３６Ｂが搭載された車両の振動等の影響で）、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１は、次の光路を辿る。

すなわち、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１は、図１（ｂ）に示すように、レンズ１６で集光され、第１開口２８ａ、第２開口３０ａを通過する。この各開口２８ａ、３０ａを通過した励起光Ｒａｙ１は、車両後方に向けて照射される。

従って、図２（ｂ）に示した車両用灯具ユニット３６Ｂにおいては、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２（凹部）から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１が、照射方向ＡＸに交差する方向（図１（ｂ）中照射方向ＡＸに直交する上方向）へ放出され、車両前方に照射されるのを防止することが可能となる。

なお、第１開口２８ａ、第２開口３０ａを通過した励起光Ｒａｙ１を受光するセンサを第２開口３０ａの前方に設け、そのセンサの出力に基づいて、励起光源１４（の励起光の発生）を停止する手段を設けてもよい。

以上説明したように、本実施形態の発光装置１０によれば、波長変換部材１８のうち、レンズ１６で集光された励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１の照射方向ＡＸに交差する方向（図１（ａ）中照射方向ＡＸに直交する上方向）に位置する部分（波長変換部材１８の上面１８ａ）が光取り出し部とされているため（すなわち、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１の照射方向ＡＸと波長変換部材１８からの光の取り出し方向とが一致していないため）、波長変換部材１８が波長変換部材保持部２２から脱落した場合（又は破損した場合）、励起光源１４からの励起光Ｒａｙ１は、図１（ｂ）に示すように、第１開口２８ａ及び第２開口３０ａを通過することとなり、光取り出し部（波長変換部材１８の上面１８ａ）の方向へは照射されない。

次に、変形例について説明する。

図３（ａ）は発光装置１０の変形例である発光装置１０Ａの断面図（波長変換部材１８有り）、図３（ｂ）は発光装置１０Ａの断面図（波長変換部材１８無し）である。

図３（ａ）に示すように、本変形例の発光装置１０Ａは、上記実施形態の発光装置１０と比べ、レンズ１６に代えて、焦点Ｆが波長変換部材１８近傍に設定され、励起光源１４からの励起光を集光して光軸ＡＸに対して平行な光とするレンズ１６Ａを用いている点、レンズ１６Ａにより集光された励起光Ｒａｙ３（光軸ＡＸに対して平行なレーザー光）が通過するように、第１開口２８ａ、第２開口３０ａが同一サイズとされている点が相違する。その他は、上記実施形態の発光装置１０と同様の構成である。

本変形例の発光装置１０Ａによっても、上記実施形態の発光装置１０と同様の効果を奏することが可能となる。

また、本変形例の発光装置１０Ａによれば、レンズ１６と波長変換部材１８との距離の調整が不要となるため、生産性が向上する。

上記実施形態では、励起光源１４がレーザーダイオード等の半導体レーザー光源（発光波長：４３０〜４６０ｎｍ程度）で、波長変換部材１８がＹＡＧ等の黄色蛍光体である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、励起光源１４が近紫外波長（２００〜４００ｎｍ）の半導体レーザー光源、波長変換部材１８が赤緑青３色が混合された蛍光体であってもよい。

また、上記実施形態では、発光装置１０を用いてプロジェクタ型の車両用灯具ユニットを構成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、発光装置１０を用いて、リフレクタ型（反射型）の車両用灯具ユニット、ダイレクトプロジェクション型（直射型）の車両用灯具ユニットを構成してもよい。また、車両用灯具ユニットに限られず、発光装置１０を用いて、表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、プロジェクタ装置、レーザディスプレイ、内視鏡等を構成してもよい。

また、上記実施形態では、レンズ１６を含む発光装置１０を用いて車両用灯具ユニットを構成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、励起光源１４を波長変換部材１８近傍に配置し、レンズ１６を省略してもよい。

このようにしても、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

１０、１０Ａ…発光装置、１２…ホルダー、１４…励起光源、１６、１６Ａ…レンズ、１８…波長変換部材、１８ａ…上面、２０…ホルダー本体、２２…波長変換部材保持部、２４…ペルチェ素子、２６…放熱部材、２８…第１保持部、２８ａ…第１開口、３０…第２保持部、３０ａ…第２開口、３２…底面、３４…反射面、３６Ａ、３６Ｂ…車両用灯具ユニット、３８…投影レンズ、４０…反射面、４２…シェード

Claims

励起光を吸収し、波長変換して所定の波長域の光を放出する波長変換部材と、
前記波長変換部材を保持する波長変換部材保持部と、
励起光源と、
前記励起光源からの励起光を集光して前記波長変換部材保持部に保持された前記波長変換部材に照射するレンズと、
を備えており、
前記波長変換部材保持部は、前記レンズで集光された前記励起光源からの励起光が通過する位置に第１開口が形成された第１保持部と、前記第１開口を通過した前記レンズにより集光された前記励起光源からの励起光が通過する位置に第２開口が形成された第２保持部と、を含んでおり、
前記波長変換部材は、前記第１保持部と前記第２保持部との間に保持されており、
前記波長変換部材のうち、前記レンズで集光された前記励起光源からの励起光の照射方向に交差する方向に位置する部分が、光取り出し部とされ、
前記レンズの焦点は、前記第２開口近傍に設定されており、
前記第２開口は、前記第１開口より小サイズとされていることを特徴とする発光装置。
請求項１に記載の発光装置と、
前記光取り出し部からの光を車両前方に照射して所定配光パターンを形成するように構成された光学系と、
を備えることを特徴とする車両用灯具。
請求項２に記載の車両用灯具であって、
前記光学系は、前記光取り出し部から放出された光を反射する反射面を備え、
前記反射面は、前記レンズで集光された前記励起光源からの励起光の反射方向に交差する方向に位置し、前記光取り出し部を覆っていることを特徴とする車両用灯具。
請求項２又は３に記載の車両用灯具であって、
前記レンズで集光された前記励起光源からの励起光の照射方向には、前記第２開口の前記第１開口と反対側に遮光部材もしくは受光センサを備えることを特徴とする車両用灯具。