JP6805532B2

JP6805532B2 - 発光装置

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Publication number: JP6805532B2
Application number: JP2016082834A
Authority: JP
Inventors: 智紀三次; 洋宮入
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2036-04-18
Also published as: JP2017011259A

Description

本発明は、例えば、車のヘッドライトに使用される発光装置に関する。

近年、白色ＬＥＤを使用したヘッドライトが実用化されている。白色ＬＥＤを使用したヘッドライトは、小型軽量でかつ消費エネルギーが小さいため、今後さらに普及することが期待される。この車両用のヘッドライトでは、その配光パターンにおいて、ホットゾーンと呼ばれる最も明るい領域が要求されている。例えば、特許文献１には、基板の中央部にホットゾーンを形成するための大型のＬＥＤチップを配置した車載用の発光装置が開示されている。

特開２０１２−１６９１８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発光装置は、複数の発光素子の明るさは回路により制御されるので、所望の配光パターンを得るためには、複雑な制御システムが必要となる。

そこで、本発明は、複雑な制御をすることなく、配光パターンにホットゾーンを有する発光装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本実施形態の発光装置は、基板と、基板上に直列接続された複数の発光素子と、発光素子上に配置された透光性部材と、発光素子及び前記透光性部材の側面を覆う光反射性部材と、を含み、
複数の発光素子は、複数の第１発光素子と第１発光素子より発光面の面積が小さい第２発光素子とを含み、第２発光素子は第１発光素子の間に配置されている。

以上のように構成された本実施形態の発光装置によれば、複雑な制御をすることなく、配光パターンにホットゾーンを有する発光装置を提供することができる。

本発明に係る実施形態１の発光装置の構成を示す斜視図である。実施形態１の発光装置の構成を示す平面図である。本発明に係る実施形態２の発光装置の構成を示す平面図である。本発明に係る実施形態３の発光装置の構成を示す平面図である。本発明に係る実施形態４の発光装置の構成を示す平面図である。本発明に係る実施形態５の発光装置の構成を示す平面図である。本発明に係る変形例の発光装置の構成を示す平面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」および、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。

＜実施形態１＞
本発明に係る実施形態１の発光装置１００は、図１に示すように、基板１０と、透光性部材７と透光性部材７の側面を覆う光反射性部材５を含む。透光性部材の上面は光反射性部材５から露出しており、発光装置１００の発光面を形成している。基板１０は、上面に第１電極１１と第２電極１２とを有し、第１電極１１と第２電極１２の光反射性部材５から露出した部分が発光装置１００の電極端子として外部と接続される。さらに発光装置１００は、図２に示すように、基板１０上に設けられた複数の発光素子１，２，３，４を含み、透光性部材７は複数の発光素子１，２，３，４上に設けられている。光反射性部材５は、発光素子１，２，３，４及び透光性部材７の側面を覆っている。また、必要に応じて、保護素子９を含んでいてもよい。
実施形態１の発光装置１００において、発光素子１，２，３，４は発光面の面積が異なっており、発光素子２の発光面の面積は、発光素子１の発光面の面積より小さく，発光素子３の発光面の面積は、発光素子２の発光面の面積より小さく、発光素子４の発光面の面積は、発光素子３の発光面の面積より小さくなっている。

実施形態１の発光装置１００において、基板１０は、上面に第１電極１１と第２電極１２を有し、複数の発光素子１，２，３，４は、第１電極１１と第２電極１２の間に直列接続されている。また、実施形態１の発光装置１００において、発光素子１，２，３，４は、一方向に配列され、発光素子１よりも発光面の面積が小さい発光素子２，３，４は、２つの発光素子１の間に配置され、発光素子２よりも発光面の面積が小さい発光素子３と発光素子４が２つの発光素子２の間に配置され、さらに発光素子３よりも発光面の面積が小さい発光素子４が２つの発光素子３の間に配置されている。
実施形態１の発光装置１００において、発光素子１，２，３，４を平面視したときの形状（平面形状）は、発光素子の配列方向に直交する方向の辺の長さが略同じである。つまり、実施形態１の発光装置１００において、複数の発光素子１，２，３，４は全体として平面視で矩形状になるように配置されている。

ここで、本明細書において、配置とは位置関係を意味し、電気的配線の接続関係を意味するものではない。すなわち、複数の発光素子１，２，３，４が直列に接続されていれば良く、接続順序は任意に選択できる。したがって、例えば、発光素子１が図２に示すように第１電極１１及び第２電極１２に最も近くに配置されていたとしても、電気的接続については、例えば、発光素子２又は発光素子３の間に発光素子１が接続されていても良いし、発光素子２と発光素子３の間に接続されていてもよい。また、本明細書において、単に接続というときは、特に断らない限りは電気的な配線の接続を意味する。

以上のように構成された実施形態１の発光装置１００では、発光素子１，２，３，４を直列に接続しているので、発光面の面積が小さい分だけ、発光素子２の電流密度を発光素子１より高く、発光素子３の電流密度を発光素子２より高く、発光素子４の電流密度を発光素子３より高くできる。これにより、中央部に配置された発光素子ほど輝度を高くでき、配光パターンの中央部にホットゾーンを有する発光装置が実現できる。
また、これにより、車のヘッドライトの光源として使用した際に、複雑な光学設計を必要とせずに、照射範囲にホットゾーンを有することが可能となるため、ヘッドライトを小型化することができる。さらに、光源を小型化できるため、ヘッドライトのデザイン性をより高めることができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明に係る実施形態２の発光装置２００について図３を参照しながら説明する。
実施形態２の発光装置２００は、発光面の面積が異なる複数の発光素子１，２ａ，３ａが直列に接続されている点は、実施形態１の発光装置１００と同様であるが、図３に示すように、発光素子１より発光面の面積が小さい複数の発光素子２ａ，３ａの少なくとも一部が発光素子１の中心を結ぶ線に対して交差する方向に配置されている点で、複数の発光素子１，２，３，４が一方向に配列された実施形態１の発光装置１００とは異なっている。ここで、実施形態２の発光装置２００において、発光素子２ａの発光面の面積は発光素子１より小さく、発光素子２ａの発光面の面積は発光素子１の発光面の面積のほぼ半分である。発光素子３ａの発光面の面積は発光素子２ａの発光面の面積よりさらに小さく、発光素子３ａの発光面の面積は発光素子２ａの発光面の面積のほぼ半分である。尚、実施形態２の発光装置２００において、基板１０、透光性部材７及び光反射性部材５の構成は、実施形態１の発光装置１００と同様である。

また、実施形態２の発光装置２００において、発光素子２ａと発光素子３ａが発光素子１の間に発光素子１より高密度に配置され、さらに発光素子３ａが発光素子２ａの間に発光素子２ａより高密度に配置されている。このように、発光面の面積が大きい発光素子と直列に接続された発光面の面積が小さい発光素子を中央部に配置し、さらに、発光面の面積が小さい発光素子の配置密度を高くすると、中央部の輝度がより高い配光特性を実現することができる。

また、実施形態２の発光装置２００において、発光素子２ａ及び発光素子３ａは、発光素子１が配置される領域と同じ形状で同じ大きさの領域に複数配置されている。言い換えれば、発光素子２ａ及び発光素子３ａは、平面視において発光素子１と略同形状となるようにそれぞれ複数配置されている。より具体的には、発光素子１の発光面側の上面は正方形であり、発光素子２ａの発光面側の上面は、長辺が発光素子１の一辺に等しく、短辺が発光素子１の一辺の約半分である矩形形状であり、２つの発光素子２ａが、例えば、図３に示すように、両側の発光素子１の中心を結ぶ線に対して直交する方向に配置される。また、発光素子３ａの発光面側の上面は、一辺が発光素子１の一辺の約半分の正方形であり、４つの発光素子３ａが発光素子１を４分割したような配置、すなわち、両側の発光素子１の中心を結ぶ方向及びそれに直交する方向に２個ずつ配置されている。このようにすると、例えば、図３に示すように、発光素子２ａの発光面の面積が発光素子１の発光面の面積の半分である場合には、発光素子２ａの配置密度を発光素子１の配置密度の２倍となり、例えば、発光素子３ａの発光面の面積が発光素子２ａの発光面の面積の半分であるときには、発光素子３ａの配置密度を発光素子２ａの配置密度の２倍となる。

図３では、発光素子２ａとして、発光面の面積が発光素子１の半分の発光素子を用い、発光素子３ａとして、発光面の面積が発光素子２ａの半分の発光素子を用いた例を示した。しかしながら、実施形態２の発光素子では、例えば、発光素子２ａの発光面の面積を、発光素子１の発光面の面積の（１／ｎ）倍（ただし、ｎは２以上の整数）として、発光素子２ａの配置密度を発光素子１の配置密度のｎ倍にし、発光素子３ａの発光面の面積を、発光素子１の発光面の面積の（１／ｍ）倍（ただし、ｍは３以上の整数）として、発光素子３ａの配置密度を発光素子１の配置密度のｍ倍になるように配置してもよい。以上のようにすると、発光素子の配置を容易にできる。

以上のように構成された実施形態２の発光装置２００は、実施形態１の発光素子３より発光面の面積が小さい発光素子２ａ，３ａを、例えば、図３に示すように、縦及び横方向にそれぞれ複数の発光素子３ａをより高密度に配置することができ、中央部がより明るい配光特性を実現できる。

以上の実施形態１及び２の発光装置において、複数の発光素子が全体として平面視で矩形状になるように配置されており、その複数の発光素子全てを一括して覆う透光性部材７も矩形形状を有している。
しかしながら、本実施形態の発光装置は、これに限定されるものではない。

＜実施形態３＞
次に、本発明に係る実施形態３の発光装置３００について図４を参照しながら説明する。
実施形態３の発光装置３００は、発光素子１と、発光面の面積が発光素子１より小さい発光素子２ｂと、発光面の面積がさらに発光素子２ｂより小さい発光素子３ｂとを備え、以下の点で実施形態１の発光装置１００とは異なっている。

まず、発光素子１、発光素子２ｂ及び発光素子３ｂを平面視したときの形状（平面形状）は、同じ形で面積が異なる相似形状である点で、実施形態１の発光装置１００とは異なっている。この実施形態３の発光装置３００において、発光素子１，２ｂ，３ｂは、一方向に配列される。実施形態３において、レンズ形状を含む光学系の設計を容易にするために、好ましくは、発光素子１，２ｂ，３ｂは、発光素子１の中心と発光素子２ｂの中心と発光素子３ｂの中心とが一直線上に位置し、該一直線に対して線対称で、前記一直線に直交しかつ発光素子３ｂの中心を通る直線に対して線対称になるように配置される。しかしながら、本実施形態３では、上記配置に限定されるものではなく、要求特性に応じて種々の配置が可能であり、例えば、発光素子１の一つの辺、発光素子２ｂの一つの辺及び発光素子３ｂの一つの辺が一直線上に位置するように発光素子１，２ｂ，３ｂを配置してもよい。なお、実施形態３の発光装置３００が備える複数の発光素子の形状は、相似形状に限定されるものではなく、複数の発光素子１，２ｂ，３ｂの縦および横方向の長さ比はそれぞれ異なっていてもよい。
また、図４に示すように、実施形態３の発光装置３００は、両側に配置された発光素子１をそれぞれ覆う透光性部材７１と、発光素子１の内側にそれぞれ配置された発光素子２ｂをそれぞれ覆う透光性部材７２と、発光素子２ｂの間に配置された発光素子３ｂを覆う透光性部材７３とを有する透光性部材７を備えている点で、実施形態１の発光装置１００とは異なっている。実施形態３の発光装置３００において、透光性部材７１、７２、７３の平面形状は、それぞれが覆う発光素子１，２ｂ、３ｂと同じまたは相似形状を有している。
さらに、図４に示すように、実施形態３の発光装置３００は、光反射性部材５ａは、透光性部材７１と透光性部材７２と透光性部材７３とを囲むように設けられている点で、実施形態１の発光装置１００とは異なっている。

以上のように、実施形態３の発光装置３００は、発光素子１，２ｂ，３ｂをそれぞれ独立して覆う透光性部材７１，７２，７３を有し、かつ透光性部材７１，７２，７３がそれぞれ光反射性部材５ａによって囲まれている。
これにより、発光素子１，２ｂ，３ｂからの光が、それぞれ光反射性部材５ａによって囲まれた透光性部材７１，７２，７３によって効率良く出射できる。

＜実施形態４＞
次に、本発明に係る実施形態４の発光装置４００について図５を参照しながら説明する。
実施形態４の発光装置４００は、基板１０の上面に形成された電極の構成が実施形態３の発光装置３００とは異なっている。

具体的には、実施形態４の発光装置４００において、基板１０の上面に、長手方向の一端から他端に向かって、
（ａ）第１電極１１ａ、
（ｂ）第１電極１１ａと電気的に分離された接続電極１３ａ、
（ｃ）接続電極１３ａと電気的に分離された接続電極１３ｂ、
（ｄ）接続電極１３ｂと電気的に分離された接続電極１３ｃ、
（ｅ）接続電極１３ｃと電気的に分離された接続電極１３ｄ、及び
（ｆ）接続電極１３ｄと電気的に分離された第２電極１２ａが設けられている。ここで、第１電極１１ａは、長手方向の一端側で外部電源回路に接続できるように設けられ、第２電極１２ａは、長手方向の他端側で外部電源回路に接続できるように設けられている。また、接続電極１３ａ、接続電極１３ｂ、接続電極１３ｃ、接続電極１３ｄはそれぞれ、基板１０上面の両短辺の近傍までそれぞれ延在して設けられて、光反射性部材５ａの外部で外部点灯制御回路との接続が可能になっている。

以上のように各電極が設けられた基板１０の上面において、例えば、第１電極１１ａ側に配置された発光素子１の正電極が第１電極１１ａに接続され、負電極が接続電極１３ａに接続される。
第１電極１１ａ側に設けられた発光素子１に隣接する発光素子２ｂの正電極が接続電極１３ａに接続され、負電極が接続電極１３ｂに接続される。
中央部に設けられた発光素子３ｂの正電極が接続電極１３ｂに接続され、負電極が接続電極１３ｃに接続される。
発光素子３ｂの第２電極１２ａ側に設けられた発光素子２ｂの正電極が接続電極１３ｃに接続され、負電極が接続電極１３ｄに接続される。
そして、第２電極１２ａ側に配置された発光素子１の正電極が接続電極１３ｄに接続され、負電極が第２電極１２ａに接続される。さらに、必要に応じて、発光素子１，２ｂ，３ｂとそれぞれ並列に保護素子９が設けられる。

以上のように構成された実施形態４の発光装置４００は、発光面の面積が異なる複数の発光素子１，２ｂ，３ｂを直列に接続しているので、発光素子１よりも発光面の面積が小さい発光素子２ｂの電流密度を発光素子１より高く、発光素子２ｂよりも発光面の面積が小さい発光素子３ｂの電流密度を発光素子２ｂより高くできる。これにより、中央部に配置された、より発光面の面積が小さい発光素子ほど輝度を高くでき、中央部が明るく、例えば、両端及び下方に向かうほど明るさを抑えた配光特性を有する発光装置が実現できる。

また、以上のように構成された実施形態４の発光装置４００では、例えば、
第１電極１１ａと接続電極１３aとを、例えば、外部点灯制御回路に設けられたスイッチ回路又は機構により接続すると、第１電極１１ａ側に配置された発光素子１を消灯することができ、
接続電極１３ａと接続電極１３ｂとを、例えば、外部点灯制御回路に設けられたスイッチ回路又は機構により接続すると、第１電極１１ａ側に設けられた発光素子１に隣接する発光素子２ｂを消灯することができ、
接続電極１３ｂと接続電極１３ｃとを、例えば、外部点灯制御回路に設けられたスイッチ回路又は機構により接続すると、中央部に設けられた発光素子３ｂを消灯することができ、
接続電極１３ｃと接続電極１３ｄとを、例えば、外部点灯制御回路に設けられたスイッチ回路又は機構により接続すると、発光素子３ｂの第２電極１２ａ側に設けられた発光素子２ｂを消灯することができ、
接続電極１３ｄと第２電極１２ａとを、例えば、外部点灯制御回路に設けられたスイッチ回路又は機構により接続すると、第２電極１２ａ側に配置された発光素子１を消灯することができる。
このように、隣接する発光素子間を接続する接続電極１３ａ〜１３ｄを光反射性部材５ａの外側に延在するように設けることにより、各発光素子の点灯制御が可能になる。
したがって、実施形態４の発光装置４００は、中央部にホットゾーンを有する配光パターンが形成されることに加え、外部点灯制御回路によって制御することにより、部分的に配光の一部を消灯することが可能になる。
これにより、例えば、実施形態４の発光装置４００を備えた車のヘッドライトにおいて、特に、ハイビームとして使用する際に、複雑な光学設計を必要とせずに、その照射範囲にホットゾーンを有しつつ、かつ前方に対向車や歩行者が出現した際に、そのエリアのみを遮光することが可能となる。

＜実施形態５＞
次に、本発明に係る実施形態５の発光装置５００について図６を参照しながら説明する。
実施形態５の発光装置５００は、以下の点で実施形態２の発光装置２００と異なっている。
すなわち、図６に示すように、実施形態５の発光装置５００は、両側に配置された発光素子１をそれぞれ覆う透光性部材７１と、発光素子１の内側にそれぞれ配置された発光素子1よりも発光面の面積が小さい２つの発光素子２ａをそれぞれ覆う透光性部材７２ｂと、発光素子２ａの間に配置された発光素子２aより発光面の面積が小さい４つの発光素子３ａを覆う透光性部材７３ａとを有する透光性部材７を備えている点で、実施形態２の発光装置２００とは異なっている。
また、実施形態５の発光装置５００において、基板１０の上面に、長手方向の一端から他端に向かって、
（ａ）第１電極１１ａ、
（ｂ）第１電極１１ａと電気的に分離された接続電極１３ａ、
（ｃ）接続電極１３ａと電気的に分離された接続電極１３ｂ、
（ｄ）接続電極１３ｂと電気的に分離された接続電極１３ｃ、
（ｅ）接続電極１３ｃと電気的に分離された接続電極１３ｄ、及び
（ｆ）接続電極１３ｄと電気的に分離された第２電極１２ａが設けられている点で、実施形態２の発光装置２００とは異なっている。

ここで、実施形態４と同様、第１電極１１ａは、長手方向の一端側で外部電源回路に接続できるように設けられ、第２電極１２ａは、長手方向の他端側で外部電源回路に接続できるように設けられている。また、接続電極１３ａ、接続電極１３ｂ、接続電極１３ｃ、接続電極１３ｄはそれぞれ、基板１０上面の両短辺の近傍までそれぞれ延在して設けられて、光反射性部材５ａの外部で外部点灯制御回路との接続が可能になっている。

以上のように各電極が設けられた基板１０の上面において、例えば、第１電極１１ａ側に配置された発光素子１の正電極が第１電極１１ａに接続され、負電極が接続電極１３ａに接続される。
第１電極１１ａ側に設けられた発光素子１に隣接する２つの発光素子２ａは、接続電極１３ａと接続電極１３ｂの間に直列に接続される。より具体的には、２つの発光素子２ａの一方の発光素子２ａの正電極が接続電極１３ａに接続され、一方の発光素子２ａの負電極と他方の発光素子２ａの正電極が接続され、他方の発光素子２ａの負電極が接続電極１３ｂに接続される。
中央部に設けられた４つの発光素子３ｂは、接続電極１３ｂと接続電極１３ｃの間に直列に接続される。より具体的には、４つの発光素子３ａの第１番目の発光素子３ａの正電極が接続電極１３ｂに接続され、第１番目の発光素子３ａの負電極と第２番目の発光素子３ａの正電極が接続され、第２番目の発光素子３ａの負電極が第３番目の発光素子３ａの正電極が接続され、第３番目の発光素子３ａの負電極が第４番目の発光素子３ａの正電極が接続され、第４番目の発光素子３ａの負電極が接続電極１３ｃに接続される。
発光素子３ａの第２電極１２ａ側に設けられた２つの発光素子２ａは、接続電極１３ｃと接続電極１３ｄの間に直列に接続される。より具体的には、２つの発光素子２ａの一方の発光素子２ａの正電極が接続電極１３ｃに接続され、一方の発光素子２ａの負電極と他方の発光素子２ａの正電極が接続され、他方の発光素子２ａの負電極が接続電極１３ｄに接続される。
そして、第２電極１２ａ側に配置された発光素子１の正電極が接続電極１３ｄに接続され、負電極が第２電極１２ａに接続される。

以上のように構成された実施形態５の発光装置５００は、発光面の面積が異なる複数の発光素子１，２ａ，３ａを直列に接続しているので、発光素子1よりも発光面の面積が小さい発光素子２ａの電流密度を発光素子１より高く、発光素子２aよりも発光面の面積が小さい発光素子３ａの電流密度を発光素子２ｂより高くできる。これにより、中央部に配置された発光素子ほど輝度を高くでき、中央部が明るく、例えば、両端及び下方に向かうほど明るさを抑えた配光特性を有する発光装置が実現できる。

また、以上のように構成された実施形態５の発光装置５００では、例えば、
第１電極１１ａと接続電極１３ａとを、例えば、外部点灯制御回路に設けられたスイッチ回路又は機構により接続すると、第１電極１１ａ側に配置された発光素子１を消灯することができ、
接続電極１３ａと接続電極１３ｂとを、例えば、外部点灯制御回路に設けられたスイッチ回路又は機構により接続すると、第１電極１１ａ側に設けられた発光素子１に隣接する２つの発光素子２aを消灯することができ、
接続電極１３ｂと接続電極１３ｃとを、例えば、外部点灯制御回路に設けられたスイッチ回路又は機構により接続すると、中央部に設けられた４つの発光素子３ａを消灯することができ、
接続電極１３ｃと接続電極１３ｄとを、例えば、外部点灯制御回路に設けられたスイッチ回路又は機構により接続すると、発光素子３ｂの第２電極１２ａ側に設けられた２つの発光素子２ｂを消灯することができ、
接続電極１３ｄと第２電極１２ａとを、例えば、外部点灯制御回路に設けられたスイッチ回路又は機構により接続すると、第２電極１２ａ側に配置された発光素子１を消灯することができる。
このように、隣接する発光素子間を接続する接続電極１３ａ〜１３ｄを光反射性部材５ａの外側に延在するように設けることにより、各発光素子の点灯制御が可能になる。
したがって、実施形態５の発光装置５００は、中央部にホットゾーンを有する配光パターンが形成されることに加え、外部点灯制御回路によって制御することにより、部分的に配光の一部を消灯することが可能になる。
これにより、例えば、実施形態５の発光装置５００を備えた車のヘッドライトにおいて、特に、ハイビームとして使用する際に、複雑な光学設計を必要とせずに、その照射範囲にホットゾーンを有しつつ、かつ前方に対向車や歩行者が出現した際に、そのエリアのみを遮光することが可能となる。

以上の実施形態１〜５の発光装置では、発光素子として発光面の面積が異なる３種類以上の発光素子を用いて構成した例を示したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、図７に示すように、発光面の面積が異なる２種類の発光素子を用いて構成してもよい。

図７の発光装置では、実施形態１の発光装置１００において、発光素子１，２，３，４に代えて、４つの発光素子１と、中央部に配置された発光素子１よりも発光面の面積が小さい２つの発光素子４を用いて構成した例を示している。

また、実施形態の発光装置では、透光性部材７は、発光素子１等から出射される光の少なくとも一部を波長変換する蛍光体を含んでいてもよく、これにより、例えば、青色の光を発光する発光素子を用いて、白色の光を出射する発光装置を提供することができる。

以上の実施形態１〜５の発光装置では、発光面の面積が異なる発光素子を用いてその照射範囲にホットゾーンを形成するようにした。具体的には、実施形態１〜５の発光装置において、発光面の面積が異なる発光素子を直列に接続して電圧を印加することにより、発光面の面積が小さい発光素子ほど電流密度を高くして、発光面の面積が小さい発光素子ほど高い輝度で発光させて、ホットゾーンを形成するようにした。例えば、実施形態３の発光装置において、発光素子１として一辺の長さが１．３ｍｍのＬＥＤチップを用い、発光素子２ｂとして一辺の長さ（チップサイズ）が１．１５ｍｍのＬＥＤチップを用い、発光素子３ｂとして一辺の長さが１ｍｍのＬＥＤチップを用いて、その照射範囲の所望の位置に所望の強度のホットゾーンを形成することができる。この例における、発光面の面積と輝度の関係の一例を表１に示す。
（表１）

表１に示す例では、面積比の変化に対して相対輝度はほぼ直線的に変化する。このような場合、必要な発光輝度が得られるように発光面の面積比率を適宜設定することにより、所望の位置に所望の強度のホットゾーンを形成することができる。しかしながら、面積比の変化に対して相対輝度が直線的に変化しないような場合であっても、発光面の面積比率を適宜設定することにより、所望の位置に所望の強度のホットゾーンを形成することが可能である。すなわち、電流密度がある値を超えると電流−光変換効率は低下し（ドループ現象）、電流密度の増加率に対する輝度の増加率が小さくなる。このような場合であっても、電流密度の増加率に対する輝度の増加率の減少を考慮して必要な発光輝度が得られるように発光面の面積比率を設定することにより、所望の位置に所望の強度のホットゾーンを形成することができる。

以上のように、発光面の面積比の変化に対して相対輝度が直線的に変化しないような発光素子を用いても実施形態１〜５の発光装置は構成することができる。しかしながら、本実施形態１〜５の発光装置では、ドループ現象が改善された、すなわち、電流−光変換効率が低下し始める電流密度を高くした発光素子を用いて構成することが好ましく、これにより、照射範囲の所望の位置に所望の強度のホットゾーンを容易に形成することができる。

以下に、本実施形態における発光装置１００，２００，３００，４００，５００の各部材及び構造について説明する。

（基板１０）
基板１０としては、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックスなどの絶縁性部材で構成される基板が挙げられる。また、絶縁部材を形成した金属であってもよいし、金属部材に絶縁部材を形成しているものであってもよい。特に、自動車のヘッドライト用に用いられる発光装置では、耐熱性および耐候性の高いセラミックスからなることが好ましい。セラミックス材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが好ましい。

（第１電極１１及び第２電極１２）
正負一対の第１電極１１及び第２電極１２は、基板１０表面に形成可能で、発光装置の外部端子として用いることのできる材料を選択する。電極の材料は、導電性及び実装性に優れていれば特に限定されない。例えば、銅、アルミニウム、金、銀、プラチナ、チタン、タングステン、パラジウム、鉄、ニッケル等の金属またはこれらを含む合金等によって形成することができる。また、基体の上面に形成される導電部材は、載置される半導体発光素子からの光を効率よく取り出すために、その最表面が銀又は金などの反射率の高い材料で覆われているのが好ましい。このような、第１電極１１及び第２電極１２は、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成できる。

（発光素子１，２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ，４）
発光素子としては、発光ダイオードを用いるのが好ましい。発光素子は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。蛍光体を有する発光装置とする場合には、その蛍光体を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。

実施形態の発光素子は、同一面側に正負一対の電極を有するものであり一対の電極がバンプを介して基板の第１電極１１及び第２電極１２にフリップチップ実装されており、電極の形成された下面と対向する上面を主な光出射面としている。このような発光素子は、バンプや導電ペーストなどの導電部材を用いて第１電極１１及び第２電極１２に電気的に接続されるため、金属ワイヤなどで接続されるフェースアップ型の発光素子と比較して、第１電極１１及び第２電極１２との接触面積を大きくでき、接続抵抗を低くできる。

発光素子は、例えば、透光性の成長用のサファイア基板上に窒化物半導体層を積層させて形成された発光素子であり、サファイア基板が発光素子３の上面側となり、主な光出射面となる。なお、成長用基板は除去してもよく、例えば、研磨、ＬＬＯ（Laser Lift Off）等で除去することができる。なお、このような成長用基板はサファイア基板に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

（透光性部材７）
透光性部材７は、発光素子から出射される光を透過して外部に放出することが可能な材料であり、光拡散材や、入射された光の少なくとも一部を波長変換可能な蛍光体を含有させてもよい。具体的には、例えば、蛍光体の単結晶、多結晶もしくは蛍光体粉末の焼結体等の蛍光体インゴットから切り出したものや、樹脂、ガラス、無機物等に蛍光体粉末を混合して焼結したものが挙げられる。透光性部材７の厚みは、特に限定されるものではなく、適宜変更可能であるが、例えば、５０〜３００μｍ程度である。

（波長変換部材）
透光性部材７に含有させることができる蛍光体としては、発光素子からの発光で励起可能なものが使用される。例えば、青色発光素子又は紫外線発光素子で励起可能な蛍光体としては、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（Ｃｅ：ＹＡＧ）；セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（Ｃｅ：ＬＡＧ）；ユウロピウムおよび／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体（ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２）；ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４）；βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系蛍光体、ＳＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体；ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）；硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、様々な色の発光装置（例えば白色系の発光装置）を製造することができる。

（光反射性部材５）
光反射性部材５は、発光素子および透光性部材７の側面を被覆する。光反射性部材５は、光反射率の高い光反射性材料から形成することができる。具体的には、発光素子からの光に対する反射率が６０％以上、より好ましくは８０％又は９０％以上である光反射性部材を用いることができる。光反射性部材５は、例えば、光反射性物質を含む樹脂からなる。光反射性部材５は、例えば、上面が透光性部材７の上面と同じか、少し低くなるように形成される。
光反射性部材５を構成する母体の樹脂としては、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、また、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂を用いることができ、その樹脂からなる母材に反射性物質を含有させることで形成することができる。光反射性物質としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉのいずれかを含む酸化物、または、ＡｌＮ、ＭｇＦなどを用いることができる。好ましくは二酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いる。また、好ましくは、光反射性物質として、母材の樹脂の屈折率と異なる粒子を母材の樹脂中に分散させる。光反射性物質の含有濃度、密度により光の反射量、透過量が異なるため、発光装置の形状、大きさに応じて、適宜濃度、密度を調整することができる。

１，２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ，４発光素子
５光反射性部材
７，７１，７２，７２ａ，７３，７３ａ透光性部材
１０基板
９保護素子
１１，１１ａ第１電極
１２，１２ａ第２電極
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ接続電極
１００，２００，３００，４００，５００発光装置

Claims

基板と、
前記基板上に直列接続された複数の発光素子と、
前記発光素子上に配置された透光性部材と、
前記発光素子及び前記透光性部材の側面を覆う光反射性部材と、
を含み、
前記複数の発光素子は、複数の第１発光素子と前記第１発光素子より発光面の面積が小さい複数の第２発光素子とを含み、前記複数の第２発光素子は前記第１発光素子の間に配置されており、
前記透光性部材は、前記第１発光素子を覆う第１透光性部材と、前記第１透光性部材とは分離された状態で前記複数の第２発光素子を一括して覆う第２透光性部材とを有し、
前記第１透光性部材と、前記第２透光性部材とのそれぞれの側面を囲むように前記光反射性部材が設けられており、
前記基板は、発光素子間を接続する電極を含み、前記電極は前記光反射性部材の外側に延在するように設けられている発光装置。
前記複数の第２発光素子は、前記第１発光素子の間に接続されている請求項１に記載の発光装置。
前記第１発光素子より発光面の面積が小さい前記複数の第２発光素子が前記第１発光素子の間に直列接続された請求項１に記載の発光装置。
前記複数の発光素子は、一方向に配列されている請求項３に記載の発光装置。
前記複数の第２発光素子の少なくとも一部は、前記第１発光素子の中心を結ぶ線に対して交差する方向に配置されている請求項３に記載の発光装置。
前記第１発光素子より発光面の面積が小さくかつ前記第２発光素子より発光面の面積が大きい第３発光素子を含み、
前記第３発光素子は前記第１発光素子の間に前記複数の第２発光素子と直列接続された請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
前記複数の第２発光素子が平面視において前記第１発光素子と略同形状となるように配置されている請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光装置。
前記複数の発光素子が全体として平面視において矩形状になるように配置されている請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の発光装置。
前記透光性部材は、前記複数の発光素子全てを覆うように配置されている請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
前記透光性部材は、前記第１透光性部材および前記第２透光性部材とは分離された状態で前記第３発光素子を覆う第３透光性部材をさらに有する請求項６に記載の発光装置。
前記第１透光性部材と、前記第２透光性部材と、前記第３透光性部材とのそれぞれの側面を囲むように前記光反射性部材が設けられている請求項１０に記載の発光装置。
前記透光性部材は、前記発光素子から出射される光の少なくとも一部を波長変換可能な蛍光体を含有している請求項１〜１１のいずれか１つに記載の発光装置。