JPWO2010044239A1 - 発光モジュール、発光モジュールの製造方法、および灯具ユニット - Google Patents

Abstract

発光モジュール４０において、光波長変換セラミック５２は、半導体発光素子４８が発する光の波長を変換して出射する。光学フィルタ５０は、半導体発光素子４８が発する主となる青色光Ｌｂを透過し光波長変換セラミック５２によって変換された主となる黄色光Ｌｙを反射する。光学フィルタ５０は、光波長変換セラミック５２の表面上に設けられる。発光モジュール４０は、光波長変換セラミック５２の少なくとも一つの面に光学フィルタ５０を設ける工程と、半導体発光素子４８が発した光が光波長変換セラミック５２に入射するよう半導体発光素子４８および光波長変換セラミック５２を配置する工程と、によって製造される。

Description

本発明は、発光モジュールおよびその製造方法、発光モジュールを備える灯具ユニットに関する。

近年、高寿命化や消費電力低減などを目的として、車両前方に光を照射する灯具ユニットなど強い光を照射するための光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子を有する発光モジュールを用いる技術の開発が進められている。しかし、このような用途で用いるためには発光モジュールに高輝度や高光度が求められることになる。このため、例えば白色光の取り出し効率を向上させるべく、主として青色光を発光する発光素子と、青色光により励起されて主として黄色光を発光する黄色系蛍光体と、発光素子から青色光を透過させ、黄色系蛍光体からの黄色光以上の波長の光を反射する青色透過黄色系反射手段と、を備える照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、例えば変換効率を増大させるべく、発光層によって放出された光の経路内に配置されたセラミック層を備える構造体が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−５９８６４号公報 特開２００６−５３６７号公報

ＬＥＤの用途は近年において益々広がりを見せており、ＬＥＤを含む発光モジュールの生産数増加に適切に対応することが強く求められている。このため、ＬＥＤを含む発光モジュールの製造工程の簡略化は、当該技術分野における重要な課題となっている。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光素子が発する光を有効に利用すると共に、その発光素子を含む発光モジュールの製造工程の簡略化を図ることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光モジュールは、ある範囲の波長の光を主として発する発光素子と、発光素子が発する光の波長を変換して出射する光波長変換部材と、発光素子が発する主となる波長の光を透過し光波長変換部材によって変換された主となる波長の光を反射する光学フィルタと、を備える。光波長変換部材は、板状に形成され、光学フィルタは、光波長変換部材の表面上に設けられる。

この態様によれば、表面上に光学フィルタが設けられた板状の光波長変換部材を発光素子周辺に配置する、という簡易な工程で発光モジュールを製造することが可能となる。このため、例えば発光素子の上方に光学フィルタおよび光波長変換部材を順次積層していく場合に比べ、発光モジュールの製造工程を簡略化させることができる。

発光素子は、紫外線領域の波長の光を主として発するよう設けられてもよい。この態様によれば、紫外線領域の波長の光を可視光領域の波長の光に波長変換する光波長変換部材を用いることにより、発光素子の光の色による出射光の色への影響を抑制することができる。このため、より発光モジュールが出射することが可能な光の色の幅を広げることができる。

光学フィルタは、光波長変換部材の表面のうち、光が入射すべき入射面と、入射面の縁部と光を出射すべき出射面の縁部との間に位置する側面と、に設けられてもよい。光波長変換部材は、発光素子が発した光が光学フィルタを透過して入射面に入射するよう配置されてもよい。この態様によれば、側面からの光の漏出を抑制することができる。このため、発光素子が発する光をより効率的に利用することができ、発光モジュールが出射する光の輝度をより高めることができる。

本発明の別の態様は、発光モジュールの製造方法である。この方法は、発光素子を有する発光モジュールの製造方法であって、入射した光の波長を変換して出射する板状の光波長変換部材の少なくとも一つの面に、発光素子が発する主となる波長の光を透過し光波長変換部材によって変換された主となる波長の光を反射する光学フィルタを設ける工程と、発光素子が発した光が光波長変換部材に入射するよう発光素子および光波長変換部材を配置する工程と、を備える。

この態様によれば、板状の光波長変換部材に予め光学フィルタを設けることにより、発光素子周辺にその光波長変換部材を設けるという簡易な工程で発光モジュールを製造することが可能となる。このため、例えば発光素子の上方に光学フィルタおよび光波長変換部材を順次積層していく場合に比べ、発光モジュールの製造工程を簡略化させることができる。

光学フィルタを設ける工程では、光波長変換部材の表面のうち、発光素子からの光が入射すべき入射面と、入射面の縁部と光を出射すべき出射面の縁部との間に位置する側面と、に光学フィルタを設けてもよい。発光素子および光波長変換部材を配置する工程では、発光素子が発した光が光学フィルタを透過して光波長変換部材の入射面に入射するよう発光素子および光波長変換部材を配置してもよい。

この態様によれば、光波長変換部材の入射面と側面に予め光学フィルタを設けることができる。このため、例えば入射面に光学フィルタを設け側面に光学フィルタとは別の反射層などを設ける場合に比べ、簡易に発光モジュールを製造することができる。

本発明のさらに別の態様は、灯具ユニットである。この灯具ユニットは、ある範囲の波長の光を主として発する発光素子と、発光素子が発する光の波長を変換して出射する光波長変換部材と、発光素子が発する主となる波長の光を透過し光波長変換部材によって変換された主となる波長の光を反射する光学フィルタと、を有する発光モジュールと、発光モジュールから出射された光を集光する光学部材と、を備える。光波長変換部材は、板状に形成され、光学フィルタは、光波長変換部材の表面上に設けられる。

この態様によれば、製造工程が簡略化された発光モジュールを用いて灯具ユニットを製造することが可能となる。このため、灯具ユニット全体の低コスト化に繋げることができる。

本発明のさらに別の態様は、発光モジュールである。この発光モジュールは、ある範囲の波長の光を主として発する発光素子と、発光素子が発する光の波長を変換して出射する透明な光波長変換部材と、発光素子が発する主となる波長の光を透過し光波長変換部材によって変換された主となる波長の光を反射する光学フィルタと、を備える。

この態様によれば、光波長変換部材が透明であるため、その内部を光が通過するときの光度の減少を抑制することができる。このため、発光素子が発する光を効率的に利用することが可能となる。

光波長変換部材は、変換波長域の光の全光線透過率が４０％以上であってもよい。

発明者の鋭意なる研究開発の結果、光波長変換部材の変換波長域の光の全光線透過率が４０％以上の透明な状態であれば、光波長変換部材による光の波長の適切な変換と光波長変換部材を通過する光の光度の減少抑制とを両立することが可能であることが判明した。したがってこの態様によれば、光度減少を抑制しつつ光波長変換部材を通過する光の波長を適切に変換することが可能となる。

光学フィルタは、発光素子が発する光の波長範囲と光波長変換部材によって変換された光の波長範囲とが互いに重なる所定の重複波長範囲の光に対しては、反射率よりも透過率が高くてもよい。

発明者の鋭意なる研究開発の結果、このような重複波長領域において反射率よりも透過率を高くすることで、光波長変換部材による光の波長の変換と光の利用効率とを適切に両立することが可能であることが判明した。したがってこの態様によれば、光の変換効率減少を抑制しつつ光波長変換部材を通過する光の波長を適切に変換することが可能となる。

光波長変換部材の少なくとも片面側に設けられた光拡散部材をさらに備えてもよい。または、光波長変換部材は、少なくとも片面が光を拡散するよう形成されていてもよい。

この態様によれば、光波長変換部材を出た光を拡散させることができ、発光モジュールが発する光のムラを抑制することができる。

なお、この態様においても、発光素子は、紫外線領域の波長の光を主として発するよう設けられてもよい。また、光学フィルタは、光波長変換部材の表面のうち、光が入射すべき入射面と、入射面の縁部と光を出射すべき出射面の縁部との間に位置する側面と、に設けられてもよく、光波長変換部材は、発光素子が発した光が光学フィルタを透過して入射面に入射するよう配置されてもよい。

本発明のさらに別の態様は、灯具ユニットである。この灯具ユニットは、ある範囲の波長の光を主として発する発光素子と、発光素子が発する光の波長を変換して出射する透明な光波長変換部材と、発光素子が発する主となる波長の光を透過し光波長変換部材によって変換された主となる波長の光を反射する光学フィルタと、を有する発光モジュールと、発光モジュールから出射された光を集光する光学部材と、を備える。

光波長変換部材を透明にすると、その内部を光が通過するときの光度の減少が抑制される。このような光波長変換部材の透明化は、例えば蛍光材料などの光波長変換材料をセラミック化することにより実現することができる。したがってこの態様によれば、発光素子が発する光を効率的に利用することが可能となる。なお上述と同様に、光波長変換部材は、変換波長域の光の全光線透過率が４０％以上であってもよい。

本発明によれば、発光素子が発する光を有効に利用すると共に、その発光素子を含む発光モジュールの製造工程の簡略化を図ることができる。

第１の実施形態に係る車両用前照灯の構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る発光モジュール基板の構成を示す図である。 （ａ）は、第１の実施形態に係る光学フィルタの光の透過および反射の性質を示す図であり、（ｂ）は、第１の実施形態に係る光学フィルタに透過するための最大入射角度を示す図である。 （ａ）は、製造途中における発光モジュールを示す図であり、（ｂ）は、製造された発光モジュールを示す図である。 第２の実施形態に係る発光モジュールの構成を示す図である。 第３の実施形態に係る発光モジュールの構成を示す図である。 第４の実施形態に係る発光モジュールの構成を示す図である。 第５の実施形態に係る発光モジュールの構成を示す図である。 第６の実施形態に係る発光モジュールの断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る車両用前照灯１０の構成を示す断面図である。車両用前照灯１０は、灯具ボディ１２、前面カバー１４、および灯具ユニット１６を有する。以下、図１において左側を灯具前方、右側を灯具後方として説明する。また、灯具前方にみて右側を灯具右側、左側を灯具左側という。図１は、灯具ユニット１６の光軸を含む鉛直平面によって切断された車両用前照灯１０を灯具左側から見た断面を示している。なお、車両用前照灯１０が車両に装着される場合、車両には互いに左右対称に形成された車両用前照灯１０が車両左前方および右前方のそれぞれに設けられる。図１は、左右いずれかの車両用前照灯１０の構成を示している。

灯具ボディ１２は開口を有する箱状に形成される。前面カバー１４は透光性を有する樹脂またはガラスによって椀状に形成される。前面カバー１４は、縁部が灯具ボディ１２の開口部に取り付けられる。こうして、灯具ボディ１２と前面カバー１４とによって覆われる領域に灯室が形成される。

灯室内には、灯具ユニット１６が配置される。灯具ユニット１６は、エイミングスクリュー１８によって灯具ボディ１２に固定される。下方のエイミングスクリュー１８はレベリングアクチュエータ２０が作動することにより回転するよう構成されている。このため、レベリングアクチュエータ２０を作動させることで、灯具ユニット１６の光軸を上下方向に移動することが可能となっている。

灯具ユニット１６は、投影レンズ３０、支持部材３２、リフレクタ３４、ブラケット３６、発光モジュール基板３８、および放熱フィン４２を有する。投影レンズ３０は、灯具前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、その後方焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具前方に投影する。支持部材３２は、投影レンズ３０を支持する。発光モジュール基板３８には発光モジュール４０が設けられている。リフレクタ３４は、発光モジュール４０からの光を反射して、投影レンズ３０の後方焦点面に光源像を形成する。このようにリフレクタ３４および投影レンズ３０は、発光モジュール４０が発した光を灯具前方に向けて集光する光学部材として機能する。放熱フィン４２は、ブラケット３６の後方側の面に取り付けられ、主に発光モジュール４０が発した熱を放熱する。

支持部材３２には、シェード３２ａが形成されている。車両用前照灯１０はロービーム用光源として用いられ、シェード３２ａは、発光モジュール４０から発せられリフレクタ３４にて反射した光の一部を遮ることで、車両前方においてロービーム用配光パターンにおけるカットオフラインを形成する。ロービーム用配光パターンは公知であることから説明を省略する。

図２は、第１の実施形態に係る発光モジュール基板３８の構成を示す図である。発光モジュール基板３８は、発光モジュール４０、基板４４、および透明カバー４６を有する。基板４４はプリント配線基板であり、上面に発光モジュール４０が取り付けられている。発光モジュール４０は、無色の透明カバー４６によって覆われている。

発光モジュール４０は、半導体発光素子４８、光学フィルタ５０、および光波長変換セラミック５２が積層されるよう設けられている。具体的には、半導体発光素子４８が基板４４上に直接取り付けられ、この上に光学フィルタ５０、光波長変換セラミック５２の順に積層されている。

半導体発光素子４８は、ＬＥＤ素子によって構成される。第１の実施形態では、半導体発光素子４８として、青色の波長の光を主として発する青色ＬＥＤが採用されている。具体的には、半導体発光素子４８は、サファイヤ基板上にＩｎＧａＮ系半導体層を結晶成長させることにより形成されるＩｎＧａＮ系ＬＥＤ素子によって構成されている。半導体発光素子４８は、例えば１ｍｍ角のチップとして形成され、発する青色光の中心波長は４７０ｎｍとなるよう設けられている。なお、半導体発光素子４８の構成や発する光の波長が上述したものに限られないことは勿論である。

図３（ａ）は、第１の実施形態に係る光学フィルタ５０の光の透過および反射の性質を示す図である。光波長変換セラミック５２は、いわゆる発光セラミック、または蛍光セラミックと呼ばれるものであり、青色光によって励起される蛍光体であるＹＡＧ（Yttrium Alminium Garnet）粉末を用いて作成されたセラミック素地を焼結することにより得ることができる。このような光波長変換セラミックの製造方法は公知であることから詳細な説明は省略する。

こうして得られた光波長変換セラミック５２は、半導体発光素子４８が主として発する青色光Ｌｂの波長を変換して黄色光Ｌｙを出射する。このため、発光モジュール４０からは、光波長変換セラミック５２をそのまま透過した青色光Ｌｂと、光波長変換セラミック５２によって波長が変換された黄色光Ｌｙとの合成光が出射する。こうして白色の光を発光モジュール４０から発することが可能となる。

また、光波長変換セラミック５２には、透明なものが採用されている。第１の実施形態において「透明」とは、変換波長域の光の全光線透過率が４０％以上のことを意味するものとする。発明者の鋭意なる研究開発の結果、変換波長域の光の全光線透過率が４０％以上の透明な状態であれば、光波長変換セラミック５２による光の波長を適切に変換できると共に、光波長変換セラミック５２を通過する光の光度の減少も適切に抑制できることが判明した。さらに、光波長変換セラミック５２の全光線透過率が５０％以上、より好ましくは６０％以上の場合、光の波長変換と光度の減少抑制がより良い結果となることが判明した。したがって、光波長変換セラミック５２をこのように透明な状態にすることによって、半導体発光素子４８が発する光をより効率的に変換することができる。

透過率は、例えば、島津製作所製の分光光度計Ｓｏｌｉｄ Ｓｐｅｃ ３７００のように受光器の積分球を備えた分光透過計で測定することができる。第１の実施形態では、光波長変換セラミック５２を積分球の開口部に設置して分光した測定光を光波長変換セラミック５２に照射し、分光球に透過してきた透過光を受光器で測定した。

また、光波長変換セラミック５２はバインダーレスの無機物で構成され、バインダーなどの有機物を含有する場合に比べて耐久性の向上が図られている。このため、例えば発光モジュール４０に１Ｗ（ワット）以上の電力を投入することが可能となっており、発光モジュール４０が発する光の輝度および光度を高めることが可能となっている。

なお、半導体発光素子４８は青以外の波長の光を主として発するものが採用されてもよい。この場合も、光波長変換セラミック５２には、半導体発光素子４８が発する主とする光の波長を変換するものが採用される。なお、光波長変換セラミック５２は、この場合においても半導体発光素子４８が主として発する波長の光と組み合わせることにより白色または白色に近い色の波長の光となるよう、半導体発光素子４８が発する光の波長を変換してもよい。

光学フィルタ５０は、半導体発光素子４８が主として発する青色光Ｌｂを透過する。また、光学フィルタ５０は、光波長変換セラミック５２によって青色光Ｌｂの波長が変換され主として発せられる黄色光Ｌｙを反射する。この光学フィルタ５０を半導体発光素子４８と光波長変換セラミック５２との間に配置することにより、まず半導体発光素子４８が発する光の大部分を光波長変換セラミック５２に出射させることができる。また、光波長変換セラミック５２によって波長が変換される際に光が拡散することで半導体発光素子４８に向かって進もうとする黄色の波長の光を反射することができる。このため、半導体発光素子４８が発した光を効率よく利用することができ、発光モジュール４０が発する光の光度や輝度の低下を抑制することが可能となる。

なお、第１の実施形態において、「透過する」とは、透過後の光度が透過前の光度より５０％以上となることを意味するものとする。また、「反射する」とは、反射後の光度が反射前の光度より５０％以上となることを意味するものとする。

なお、光学フィルタ５０は、半導体発光素子４８が発する光の波長範囲と光波長変換セラミック５２によって変換された光の波長範囲とが互いに重なる所定の重複波長範囲の光に対しては、反射率よりも透過率が高くなるよう設けられている。発明者の鋭意なる研究開発の結果、このような重複波長領域において反射率よりも透過率を高くすることで、光波長変換セラミック５２によって光の波長を適切に変換させつつ、半導体発光素子４８が発する光を効率よく利用できることが判明した。したがって、これにより光の変換効率の減少を抑制しつつ光波長変換セラミック５２を通過する光の波長を適切に変換することが可能となる。

図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る光学フィルタ５０に透過するための最大入射角度を示す図である。光学フィルタ５０は、透過可能な最大入射角θが４５度以上９０度未満となるよう設けられている。光学フィルタ５０は、好ましくは透過可能な最大入射角θが５０度以上９０度未満となるよう設けられ、より好ましくは５５度以上９０度未満となるよう設けられる。発明者の鋭意なる研究開発の結果、光学フィルタ５０に透過可能な最大入射角θをこのような値に設定することで光波長変換セラミック５２に進む光度の減少を効果的に抑制することができることが判明した。したがって、光学フィルタ５０を設けることによって半導体発光素子４８が発する光の利用効率が減少することを回避することができる。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る発光モジュール４０の製造工程を示す図であり、図４（ａ）は、製造途中における発光モジュール４０を示す図である。

第１の実施形態では、光波長変換セラミック５２は板状に形成され、光学フィルタ５０は光波長変換セラミック５２の一方の表面上に設けられる。第１の実施形態では、光学フィルタ５０は、光波長変換セラミック５２の一方の表面上に屈折率の異なる材料を交互に蒸着して積層することにより多層膜化したダイクロイックミラーにより構成される。なお、光学フィルタ５０は上述したものに限られないことは勿論であり、例えばロングパスフィルタ、ショートパスフィルタ、またはバンドパスフィルタが採用されてもよい。

こうして板状の光波長変換セラミック５２の一方の面に光学フィルタ５０を設け、セラミックユニット５４を作成する。このように作成されたセラミックユニット５４も板状になるため、例えば粉体の波長変換材料を用いる場合に比べ、発光モジュール４０の製造時における取り扱いが容易となる。

次に、光学フィルタ５０が半導体発光素子４８の発光面である上面に当接するよう、セラミックユニット５４を半導体発光素子４８の上方に配置する。セラミックユニット５４は、半導体発光素子４８の上面に接着によって固定してもよく、他の取付方法によって固定してもよい。なお、半導体発光素子４８の上面と光学フィルタ５０の下面との間に空間が設けられてもよい。こうして、半導体発光素子４８が発した光が光学フィルタ５０を透過して光波長変換セラミック５２に入射するよう、半導体発光素子４８および光波長変換セラミック５２とが配置される。

図４（ｂ）は、製造された発光モジュール４０を示す図である。このように、板状の光波長変換セラミック５２の一方の面に予め光学フィルタ５０を設けてセラミックユニット５４を作成することにより、簡易な工程で発光モジュール４０を製造することが可能となる。このため、例えば半導体発光素子４８の上方に光学フィルタを積層し、さらに粉状の蛍光体である光波長変換材料を積層する場合に比べ、発光モジュール４０を簡易に製造することが可能となる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る発光モジュール６０の構成を示す図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール６０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール６０は、光波長変換セラミック５２の上面に、さらに光拡散板６２が設けられる。光拡散板６２が設けられる以外は、発光モジュール６０の構成は発光モジュール４０の構成と同様である。光波長変換セラミック５２を透明にすることにより半導体発光素子４８が発する光のムラがそのまま外部に伝わりやすくなるため、発光モジュール４０が発する光にムラが発生する可能性が高くなる。このように光拡散板６２を設けることで、発光モジュール４０が発する光のムラを抑制することができる。

なお、発光モジュール６０の製造に際し、まず光波長変換セラミック５２の一方の面に光学フィルタ５０を予め設ける共に他方の面に光拡散板６２を予め設けてセラミックユニット６４を作成する。次に、光学フィルタ５０が半導体発光素子４８の発光面である上面に当接するよう、セラミックユニット６４を半導体発光素子４８の上方に配置する。こうして予め板状のセラミックユニット６４を作成することにより、発光モジュール７０の製造時における取り扱いが容易となる。なお、光拡散板６２は光波長変換セラミック５２の両面に設けられてもよい。

なお、光拡散板６２に代えて、光波長変換セラミック５２の他方の面に光を拡散するよう表面処理が施されていてもよい。たとえば、光波長変換セラミック５２の他方の面または両面に微小な凹凸が生じるよう適度に表面を荒らすよう表面処理を施してもよい。これにより、別部材である光拡散板６２を設けない場合においても、発光モジュール４０が発する光のムラを抑制することができる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る発光モジュール７０の構成を示す図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール７０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール７０は、光学フィルタ５０と半導体発光素子４８との間に、石英によって形成された透明または透光性を有する基板７２が設けられる。光学フィルタ５０はこの基板７２にまず蒸着され、光学フィルタモジュール７４が形成される。光学フィルタモジュール７４は、基板７２が半導体発光素子４８に接するよう半導体発光素子４８に取り付けられ、さらにその上に光波長変換セラミック５２が積載される。

光学フィルタ５０を半導体発光素子４８の上面に蒸着させることもできる。また、光学フィルタ５０は、光波長変換セラミック５２よりもこのような基板７２の方が簡易に蒸着することが可能である。このように光学フィルタ５０を蒸着させた板状の光学フィルタモジュール７４を予め形成することにより、光学フィルタ５０の蒸着容易化と発光モジュール７０の製造簡易化の双方を実現することができる。

また、例えば基板７２を厚くするほど、その中を光が通過する際に基板７２の端部から光が漏れ出るおそれがある。発明者による鋭意なる研究開発の結果、基板７２の厚みを０．５ｍｍ以下にすることで、基板７２端部からのこのような光の漏出を抑制することができ、半導体発光素子４８が発する光の利用効率の低下が適切に抑制できることが確認されている。第３の実施形態では、光学フィルタ５０を蒸着するときの熱によって反りが発生しないよう、０．５ｍｍ以下の厚さのうち適切な厚さが選択されている。

（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態に係る発光モジュール８０の構成を示す図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール８０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール８０は、半導体発光素子４８、光学フィルタ８２、および光波長変換セラミック８４を有する。光学フィルタ８２および光波長変換セラミック８４は共に略均一の厚さで半球状に形成される。光学フィルタ８２および光波長変換セラミック８４の各々の材質などは光学フィルタ５０および光波長変換セラミック５２の各々と同様である。

光学フィルタ８２は、光波長変換セラミック８４の内面に蒸着され、カップ状のセラミックユニット８６が形成される。セラミックユニット８６は、半導体発光素子４８を内包するよう、縁部が基板４４に結合される。このように光波長変換セラミック８４および光学フィルタ８２を半球状に形成することで、半導体発光素子４８が様々な方向に発する光の利用効率を向上させることができる。なお、セラミックユニット８６の内部に封止部材が充填されていてもよい。封止部材は、例えばシリコーンなどの光透過性樹脂材料によって構成されていてもよい。

（第５の実施形態）
図８は、第５の実施形態に係る発光モジュール９０の構成を示す図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール９０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール９０は、紫外線発光素子９２、光学フィルタ９４、および光波長変換セラミック９６を有する。紫外線発光素子９２は、紫外線を発するＬＥＤ素子によって構成される。このようなＬＥＤ素子は公知であることから、その詳細な説明は省略する。

光波長変換部材である光波長変換セラミック９６は、紫外線によって励起され可視光を発する。紫外線によって励起され可視光を発する光波長変換部材は公知であることから、光波長変換セラミック９６の構成に関する詳細な説明は省略する。

光波長変換セラミック９６は紫外線によって励起され可視光を発するが、光波長変換セラミック９６によって波長が変換されず光波長変換セラミック９６を通過する紫外線が存在し得る。このため、発光モジュール９０には光学フィルタ９４が設けられている。光学フィルタ９４は、光波長変換セラミック９６の両面のうち、紫外線発光素子９２に対向する面と逆の面に設けられる。光学フィルタ９４は、光波長変換セラミック９６が励起して発する可視光Ｌｖを外部に透過させる。一方、光学フィルタ９４は、光波長変換セラミック９６をそのまま透過しようとする紫外光Ｌｕを反射して外部への放射を抑制する。これにより、有害になり得る紫外光Ｌｕの外部への放出を抑制することが可能となる。

（第６の実施形態）
図９は、第６の実施形態に係る発光モジュール１２０の断面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール１２０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール１２０は、半導体発光素子４８およびセラミックユニット１２２を備える。セラミックユニット１２２は、光学フィルタ１２４、および光波長変換部材である光波長変換セラミック１２６を有する。光波長変換セラミック１２６は、上述の光波長変換セラミック５２と同様の材料により外形が矩形の板状に形成される。光波長変換セラミック１２６の表面は、光が入射すべき入射面１２６ａと、光を出射すべき出射面１２６ｂと、入射面１２６ａの縁部と出射面１２６ｂの縁部との間に位置する側面１２６ｃと、によって構成される。

側面１２６ｃは、入射面１２６ａから出射面１２６ｂに近づくにしたがって光波長変換セラミック１２６の中央から徐々に離間するよう傾斜する。したがって、側面１２６ｃは、出射面１２６ｂに対し９０°未満の角度で傾斜し、入射面１２６ａに対し９０°より大きい角度で傾斜する。

側面１２６ｃは、光波長変換セラミック１２６をダイシングする際に傾斜するよう削り取られて形成される。なお、側面１２６ｃが傾斜するよう光波長変換セラミック１２６を形成する方法はこれに限られないことは勿論である。

光学フィルタ１２４もまた、半導体発光素子４８が主として発する青色光を透過する。また、光学フィルタ１２４は、光波長変換セラミック１２６によって青色光の波長が変換され主として発せられる黄色光を反射する。

光学フィルタ１２４は、光波長変換セラミック１２６の入射面１２６ａおよび側面１２６ｃに設けられる。このように光波長変換セラミック１２６の表面のうち、光を出射させるべき出射面１２６ｂを除く表面に光学フィルタ１２４を設けることにより、出射面１２６ｂ以外から漏れ出る光を抑制することができる。このため出射面１２６ｂから出射する光の輝度を高めることができる。さらに、側面１２６ｃは上述したように入射面１２６ａに対して傾斜する。これにより、光波長変換セラミック１２６の内部において側面１２６ｃに向かう光を出射面１２６ｂに向けて反射させることができる。

第６の実施形態においても、光学フィルタ１２４は、光波長変換セラミック１２６の入射面１２６ａおよび側面１２６ｃに屈折率の異なる材料を交互に蒸着して積層することにより多層膜化したダイクロイックミラーにより構成される。光学フィルタ１２４の透過可能な最大入射角θは、上述の光学フィルタ５０と同様である。なお、光学フィルタ１２４がこれに限られないことは勿論である。こうして板状の光波長変換セラミック１２６に光学フィルタ１２４を設け、セラミックユニット１２２が作成される。

発光モジュール１２０を製造する場合、まず傾斜した側面１２６ｃを形成するよう光波長変換セラミックの基材をダイシングして光波長変換セラミック１２６を設ける。次に光波長変換セラミック１２６の出射面１２６ｂをマスキングし、光波長変換セラミック１２６の入射面１２６ａおよび側面１２６ｃに光学フィルタ１２４を蒸着させる。その後、マスキングを除去する。こうしてセラミックユニット１２２が作成される。

次に、光学フィルタ１２４のうち光波長変換セラミック１２６の入射面１２６ａに蒸着した部分を半導体発光素子４８の発光面に当接させてセラミックユニット１２２を半導体発光素子４８に固定する。これにより、光波長変換セラミック１２６の入射面１２６ａと半導体発光素子４８の発光面とが互いに対向する。半導体発光素子４８の発光面と光波長変換セラミック１２６の入射面１２６ａは概ね合同な矩形となっている。セラミックユニット１２２は、半導体発光素子４８の発光面の縁部と光波長変換セラミック１２６の入射面１２６ａの縁部が重なるよう半導体発光素子４８に載置され固定される。セラミックユニット１２２は、半導体発光素子４８の上面に接着によって固着される。なお、両者の固着方法は接着に限られないことは勿論である。また、半導体発光素子４８の上面と光学フィルタ１２４との間に空間が設けられてもよい。こうして、半導体発光素子４８が発した光が光学フィルタ１２４を透過して光波長変換セラミック１２６の入射面１２６ａに入射するよう、半導体発光素子４８および光波長変換セラミック１２６とが配置される。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施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形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０ 車両用前照灯、 ３８ 発光モジュール基板、 ４０ 発光モジュール、 ４２ 放熱フィン、 ４４ 基板、 ４６ 透明カバー、 ４８ 半導体発光素子、 ５０ 光学フィルタ、 ５２ 光波長変換セラミック、 ５４ セラミックユニット、 ６０ 発光モジュール、 ６２ 光拡散板、 ７０ 発光モジュール、 ７２ 基板、 ７４ 光学フィルタモジュール、 ８０ 発光モジュール、 ８２ 光学フィルタ、 ８４ 光波長変換セラミック、 ８６ セラミックユニット、 ９０ 発光モジュール、 ９２ 紫外線発光素子、 ９４ 光学フィルタ、 ９６ 光波長変換セラミック。

本発明によれば、発光素子が発する光を有効に利用すると共に、その発光素子を含む発光モジュールの製造工程の簡略化を図ることができる。

Claims (15)

1. ある範囲の波長の光を主として発する発光素子と、
   前記発光素子が発する光の波長を変換して出射する光波長変換部材と、
   前記発光素子が発する主となる波長の光を透過し前記光波長変換部材によって変換された主となる波長の光を反射する光学フィルタと、
   を備え、
   前記光波長変換部材は、板状に形成され、
   前記光学フィルタは、前記光波長変換部材の表面上に設けられることを特徴とする発光モジュール。
2. 前記発光素子は、紫外線領域の波長の光を主として発するよう設けられることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記光学フィルタは、前記光波長変換部材の表面のうち、光が入射すべき入射面と、前記入射面の縁部と光を出射すべき出射面の縁部との間に位置する側面と、に設けられ、
   前記光波長変換部材は、前記発光素子が発した光が前記光学フィルタを透過して前記入射面に入射するよう配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の発光モジュール。
4. 発光素子を有する発光モジュールの製造方法であって、
   入射した光の波長を変換して出射する板状の光波長変換部材の少なくとも一つの面に、前記発光素子が発する主となる波長の光を透過し前記光波長変換部材によって変換された主となる波長の光を反射する光学フィルタを設ける工程と、
   前記発光素子が発した光が前記光学フィルタを透過して前記光波長変換部材に入射するよう前記発光素子および前記光波長変換部材を配置する工程と、
   を備えることを特徴とする発光モジュールの製造方法。
5. 前記光学フィルタを設ける工程では、前記光波長変換部材の表面のうち、前記発光素子からの光が入射すべき入射面と、前記入射面の縁部と光を出射すべき出射面の縁部との間に位置する側面と、に前記光学フィルタを設け、
   前記発光素子および前記光波長変換部材を配置する工程では、前記発光素子が発した光が前記光学フィルタを透過して前記光波長変換部材の入射面に入射するよう前記発光素子および前記光波長変換部材を配置することを特徴とする請求項４に記載の発光モジュールの製造方法。
6. ある範囲の波長の光を主として発する発光素子と、前記発光素子が発する光の波長を変換して出射する光波長変換部材と、前記発光素子が発する主となる波長の光を透過し前記光波長変換部材によって変換された主となる波長の光を反射する光学フィルタと、を有する発光モジュールと、
   前記発光モジュールから出射された光を集光する光学部材と、
   を備え、
   前記光波長変換部材は、板状に形成され、
   前記光学フィルタは、前記光波長変換部材の表面上に設けられることを特徴とする灯具ユニット。
7. ある範囲の波長の光を主として発する発光素子と、
   前記発光素子が発する光の波長を変換して出射する透明な光波長変換部材と、
   前記発光素子が発する主となる波長の光を透過し前記光波長変換部材によって変換された主となる波長の光を反射する光学フィルタと、
   を備えることを特徴とする発光モジュール。
8. 前記光波長変換部材は、変換波長域の光の全光線透過率が４０％以上であることを特徴とする請求項７に記載の発光モジュール。
9. 前記光学フィルタは、前記発光素子が発する光の波長範囲と前記光波長変換部材によって変換された光の波長範囲とが互いに重なる所定の重複波長範囲の光に対しては、反射率よりも透過率が高いことを特徴とする請求項８に記載の発光モジュール。
10. 前記光波長変換部材の少なくとも片面側に設けられた光拡散部材をさらに備えることを特徴とする請求項８または９に記載の発光モジュール。
11. 前記光波長変換部材は、少なくとも片面が光を拡散するよう形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の発光モジュール。
12. 前記発光素子は、紫外線領域の波長の光を主として発するよう設けられることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の発光モジュール。
13. 前記光学フィルタは、前記光波長変換部材の表面のうち、光が入射すべき入射面と、前記入射面の縁部と光を出射すべき出射面の縁部との間に位置する側面と、に設けられ、
    前記光波長変換部材は、前記発光素子が発した光が前記光学フィルタを透過して前記入射面に入射するよう配置されることを特徴とする請求項７から１２のいずれかに記載の発光モジュール。
14. ある範囲の波長の光を主として発する発光素子と、前記発光素子が発する光の波長を変換して出射する透明な光波長変換部材と、前記発光素子が発する主となる波長の光を透過し前記光波長変換部材によって変換された主となる波長の光を反射する光学フィルタと、を有する発光モジュールと、
    前記発光モジュールから出射された光を集光する光学部材と、
    を備えることを特徴とする灯具ユニット。
15. 前記光波長変換部材は、変換波長域の光の全光線透過率が４０％以上であることを特徴とする請求項１４に記載の灯具ユニット。

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