(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、その発光面に積層され、波長変換層を含む１ないし複数の光取り出し層を備え、前記光取り出し層は、前記発光面に平行な一つの方向について、その一端から他端に向かって変化する光学特性を有し、輝度が一端側で最大であって他端側で最小である輝度分布を持つ半導体発光装置であって、
前記波長変換層は、樹脂中に波長変換材料を分散させてなり、前記波長変換層を層の厚み方向に沿って等分した単位体積当たりの波長変換材料の含有量が前記一端から前記他端まで同じであり且つ波長変換材料の密度分布が、前記一端から前記他端に向かって変化していることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光装置であって、
前記波長変換材料の密度分布は、前記波長変換材料の層の厚み方向の分布が、前記他端側では均一であり、前記一端側に近づくにつれて、発光素子層に隣接する領域で高くなることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体発光装置であって、
前記光取出し層は、前記波長変換層の上に透明な板材を備えることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項４】
半導体発光素子と、その発光面に積層され、波長変換層を含む１ないし複数の光取り出し層を備え、前記光取り出し層は、前記発光面に平行な一つの方向について、その一端から他端に向かって変化する光学特性を有し、輝度が一端側で最大であって他端側で最小である輝度分布を持つ半導体発光装置であって、
前記波長変換層に含有される波長変換材料の平均粒径が、前記一端から前記他端に向かって変化していることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体発光装置であって、
前記光取出し層は、前記波長変換層の上に透明な板材を備えることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項６】
半導体発光素子と、その発光面に積層され、波長変換層を含む１ないし複数の光取り出し層を備え、前記光取り出し層は、前記発光面に平行な一つの方向について、その一端から他端に向かって変化する光学特性を有し、輝度が一端側で最大であって他端側で最小である輝度分布を持つ半導体発光装置であって、
前記波長変換層に含有される波長変換材料の種類又はその組み合わせが、前記一端から前記他端に向かって変化していることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体発光装置であって、
前記光取出し層は、前記波長変換層の上に透明な板材を備えることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項８】
半導体発光素子と、その発光面に積層され、波長変換層を含む１ないし複数の光取り出し層を備え、前記光取り出し層は、前記発光面に平行な一つの方向について、その一端から他端に向かって変化する光学特性を有し、輝度が一端側で最大であって他端側で最小である輝度分布を持つ半導体発光装置であって、
前記光取り出し層を形成する層の少なくとも一層は、前記一端側から前記他端側に向かって、屈折率が変化していることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体発光装置であって、
前記光取出し層は、前記波長変換層の上に透明な板材を備えることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１０】
請求項３、５、７、９のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
前記透明な板材は、ガラス、セラミックスまたはプラスチックからなる半導体発光装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の半導体発光装置であって、
前記透明な板材の表面には表面凹凸が形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１２】
半導体発光装置を光源とし、前記光源の光源像を車両前方に投影して、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン上にヘッドランプ用配光パターンを形成するように構成された投影光学系を有する車両用灯具であって、
前記半導体発光装置が、請求項１ないし１１のいずれか1項に記載の半導体発光装置であることを特徴とする車両用灯具。
【請求項１３】
請求項１２に記載の車両用灯具であって、
前記半導体発光装置が、一列に配列した複数の発光素子と、前記複数の発光素子を覆う波長変換層を含む１ないし複数の光取出し層とを備え、前記複数の発光素子の配列方向が車両の幅方向となるように灯具内に固定されていることを特徴とする車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置及び車両用灯具に関し、特に、明瞭なカットオフラインを形成することが可能な車両用灯具及び半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用灯具の光源として、近年、半導体発光装置が用いられている（特許文献１、特許文献２）。一般的な半導体発光装置は、ＬＥＤ素子とＬＥＤ素子が発する光の波長を変換する蛍光体等を組み合わせた発光素子からなり、ＬＥＤ素子の上に蛍光体を分散した層（波長変換層）を積層した構造を有している。このような半導体発光装置の輝度分布は、発光面すなわち波長変換層表面の中心部を最大として周辺に向かってなだらかに減少するもの、発光面内でほぼ均一なものが存在する。
【０００３】
ところで車両用前照灯においては、照射した光が対向車（運転者）に直接照射されるのを防止するためカットオフラインが形成されている。明瞭なカットオフラインを形成するためには、光源の配光パターンは輝度分布の最大部をカットオフラインに配光することが好ましい。上述のような発光面周辺に向かってなだらかに輝度が減少する輝度分布を有する半導体発光装置を車両用前照灯に適用する場合、従来は、シェード等を用いて輝度分布の半分程度をカットし、カットオフラインを形成している。しかし、この場合、光の利用効率が低下するという問題がある。
また、遠方視認性の高い配光を形成するためには、カットオフラインから下側に行くに従って照度（輝度）が低下していく輝度グラデーションが形成されることが好ましい。しかし、半導体発光装置の輝度分布がほぼ一定のものを用いる場合、輝度グラデーションの形成が難しいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２２９２３号公報
【特許文献２】特開２００８−５０７８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、輝度分布の最大部をカットオフラインに配光することが可能な半導体発光装置及びそれを用いた車両用灯具を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成する本発明の車両用灯具は半導体発光装置を光源とし、前記光源の光源像を車両前方に投影して、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン上にヘッドランプ用配光パターンを形成するように構成された投影光学系を有するものであって、前記半導体発光装置は以下の特徴を備える。
半導体発光素子と、その発光面に積層され、波長変換層を含む１ないし複数の光取り出し層とを備え、光取り出し層は、発光面に平行な一つの方向について、その一端から他端に向かって変化する光学特性を有し、半導体発光装置の輝度分布が一端側で最大であって他端側で最小となる分布を有している。
【０００７】
車両用灯具における前記半導体発光装置の配置は、好適には、灯具から出射される投影光の輝度分布が、垂直方向の一端側で最大であって他端側で最小となるように配置される。
【０００８】
また本発明は上記特徴を持つ半導体発光装置を提供する。
本発明の半導体発光装置において、光取り出し層の光学特性は、一端から他端に向かってなだらかに変化するものであってもよいし、階段状に変化するものであってもよい。後者の場合、光取り出し層は、例えば、光学特性の異なる複数の光取り出し部からなり、複数の光取り出し部を、発光面の一端側から他端側に向かって、輝度の大きさの順となるように配置する。
【０００９】
本発明の半導体発光装置において、光取り出し層の光学特性とは、発光素子から発せられ、光取り出し層を経て出射される出射光の輝度（発光効率）と相関を持つ特性を意味し、具体的には、波長変換層に含有される波長変換材料の密度分布、波長変換層に含有される波長変換材料の平均粒径および種類、光取り出し層の表面の表面粗さ、光取り出し層の屈折率などである。
【００１０】
本発明の半導体発光装置において、半導体発光素子は、その発光面に平行な一つの方向について、その一端から他端に向かって、輝度分布が変化するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体発光素子を用いた車両用灯具において、半導体発光装置が発する光を無駄にすることなく、極めて明瞭なカットオフラインを持つ投影光を得ることができる。また、一方の端部に行くに従い輝度が低下していく半導体発光装置の輝度分布をカットオフラインから下の配光に対応させて、遠方視認性の高い車両用灯具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が適用される半導体発光装置を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】第１の実施形態の半導体発光装置の要部を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図である。
【図３】波長変換材料の含有量を同一にして濃度を変えた場合（膜厚の変化に対応）の発光効率の変化を示すグラフ。
【図４】第１の実施形態の半導体発光装置の製造方法を説明する図で、（ａ）は波長変換層を形成する型を示す上面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は波長変換層用樹脂液が硬化時に生じる変化を示す図、（ｄ）は最終工程を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は第２の実施形態の半導体発光装置を示す上面図および側断面図、（ｃ）、（ｄ）は変更例を示す上面図および側断面図。
【図６】粒子径による発光効率の変化を示すグラフ。
【図７】第２の実施形態の半導体製造装置の製造方法を説明する図。
【図８】変更例の半導体製造装置の製造方法を説明する図。
【図９】第３の実施形態の半導体発光装置を示す側断面図。
【図１０】第４の実施形態の半導体発光装置の発光素子配列方向の断面図。
【図１１】図１０の半導体発光装置のＡ−Ａ’線断面図。
【図１２】第４の半導体発光装置製造方法を説明する図。
【図１３】（ａ）は、第５の実施形態の半導体発光装置を示す断面図、（ｂ）は変更例の断面図。
【図１４】第８の実施形態の半導体発光素子の一例を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は輝度分布を示す図。
【図１５】本発明の車両用灯具の第１の実施形態を模式的に示す図。
【図１６】図１５の車両用灯具の水平方向の配光パターンを模式的に示す図。
【図１７】本発明の車両用灯具の第２の実施形態を模式的に示す図。
【図１８】本発明の車両用灯具の第３の実施形態を模式的に示す図。
【図１９】本発明の車両用灯具の第４の実施形態を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の半導体発光装置の実施形態を説明する。
【００１４】
以下の実施形態では、一例として、配列した複数の青色発光素子（ＬＥＤ）と、青色発光を励起光とし黄橙色の蛍光を発光する波長変換層とを組み合わせ、青色光と黄橙色とを混色して白色を得る白色発光装置について説明する。しかし、本発明において発光色は白色に限定されるものではなく、発光素子と波長変換材料とを組み合わせた発光装置であれば、発光色にかかわらず本発明を適用することができる。
また以下の説明で参照する各図面では、各層の膜厚や大きさ、層に含まれる粒子の形状や大きさなどを、わかりやすくために誇張して示しており、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
本実施形態の半導体発光装置１０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、実装基板１１の上に、１ないし複数の発光素子１２、波長変換層１３がこの順に形成された構造を有する。実装基板１１は、例えば、配線パターンが形成されたセラミック基板やシリコン基板からなる。図示する例では、４つの発光素子１２が一列に配置された発光装置を示すが、発光素子１２の数や配置については、用途に応じて任意に変更することが可能である。
【００１６】
発光素子１２は、それが固定される基板１１とは逆の方向（上面方向）に青色光を発光する構造である。波長変換層１３は、青色光を励起光とし、黄橙色の蛍光を発する蛍光体粒子、例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ等のＹＡＧ系蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ等のＢＯＳＥ系蛍光体、Ｃａx（Ｓｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16：Ｅｕ等のαＳｉＡｌＯＮ系蛍光体粒子など、が分散された樹脂層である。発光素子１２の上面には同じ極性の電極（ワイヤボンドパッド）１４がそれぞれ配置され、ボンディングワイヤ１５によって基板１１上の配線と接続されている。また、発光素子１２の下面には、上面に設けられた電極１４の対極（図示していない）が配置されており、基板１１上に形成された電極パターン上に電気的に接続されている。波長変換層１３は、電極１４およびボンディングワイヤ１５の一部を埋め込むように配置されている。
【００１７】
発光素子１２から上面に向かって発せられた青色光は、波長変換層１３を通過する。その際に青色光の一部は、波長変換層１３の蛍光体粒子を励起し、蛍光体粒子は黄橙色の蛍光を発する。波長変換層１３を透過した青色光と黄橙色蛍光とは混合され、白色光が波長変換層１３から上面に向かって出射される。
【００１８】
本実施形態の半導体発光装置１０は、波長変換層１３における蛍光体粒子の分布に特徴があり、図２（ａ）に示すように、波長変換層１３を上面から見た場合、蛍光体粒子１６の分布は均一であり、単位面積当たりの粒子数はほぼ同じである。一方、図２（ｂ）に示すように、波長変換層１３を側面側から見た場合、波長変換層１３の厚み方向における蛍光体粒子の密度分布が、一端側１３ａから他端側１３ｂに向かって変化している。具体的には、一端側１３ａでは、発光素子１１側（下側）で粒子密度が高く、波長変換層１３側（上側）で低い。また他端側１３ｂでは、波長変換層１３の厚み方向で粒子密度がほぼ均一である。一端側１３ａの下側の高い粒子密度は、他端側１３ｂに向かうにつれ、低くなり、最終的に波長変換層１３の厚み方向で均一な粒子密度となる。
【００１９】
蛍光体の量を同一にして、蛍光体の濃度を変化させた場合、波長変換層から出射される光量は、蛍光体濃度と相関があり、濃度が高いほど発光効率は高まる。図３に、蛍光体濃度と発光効率との関係を示す。この関係は、シリコーン樹脂中にＹＡＧ蛍光体を分散させた波長変換層と青色発光素子とを組み合わせた発光装置において、ＹＡＧ蛍光体の濃度を変化させたときに同一の色温度を達成できる波長変換層を作成し、その波長変換層の厚みと発光効率を測定することにより得られたものである。図３のグラフからわかるように、層の厚みが４０μｍ、蛍光体濃度５２％のときの発光効率を基準にしたとき、層の厚みが厚くなるにしたがって、即ち蛍光体濃度が薄くなるにしたがって発光効率は低下し、厚み５０μｍ、蛍光体濃度４１％では、０．９９４に、厚み１００μｍ、蛍光体濃度２８．５％では、０．９４７に低下している。これは、発光素子から発する光が、蛍光体粒子に衝突する確率が高まり発光効率が向上するためと考えられる。
【００２０】
図２に示す波長変換層１３は、図３に示す濃度の変化を波長変換層１３に含まれる蛍光体粒子の密度分布を変えることにより実現したものであり、蛍光体粒子が存在する領域は、一端部１３ａに近いほど密度が高く、他端部１３ｂに近いほど密度が低くなっている。このような密度分布とすることにより、図３に示す結果と同様に、一端部１３ａに近いほど高い発光効率が得られることになる。
【００２１】
また波長変換層１３の厚みを一定にして、一端部１３ａに近いほど密度が高い密度分布にするために、蛍光体粒子は一端部１３ａに近づくにつれ狭い厚み範囲に偏在することになる。この蛍光体粒子を偏在させる領域は、波長変換層１３の厚み方向について、種々の位置に配置することが考えられ、例えば、図２（ｂ）の波長変換層１３の上下を反転させた配置も取りえる。しかし、発光効率の観点から発光素子に近接する領域に蛍光体粒子を偏在させることが好ましい。蛍光体粒子が存在する領域が発光素子に近いほうが高い発光効率が得られる。
【００２２】
蛍光体が存在する位置と発光効率との関係を確認するため、シリコーン樹脂にＹＡＧ蛍光体を含有させた材料を厚み約１００μｍのガラス板の片面に吹き付けて約３５μｍの波長変換層を形成した。このガラス板付き波長変換層を、波長変換層側が青色ＬＥＤ（発光素子）に接するように貼りつけた場合と、ガラス板側が青色ＬＥＤに接するように貼りつけた場合とで発光効率を比較した。その結果、後者は前者に比べ明るさが約１３％低下することが確認された。
【００２３】
上記構成の本実施形態の半導体発光装置１０の輝度分布１７は、図２（ｂ）に示すように、他端部１３ｂから一端部１３ａにかけて輝度が高くなる分布を示し、一端部１３ａで最大となる。図２に示す波長変換層１３において、蛍光体粒子が存在する領域の蛍光体濃度を例えば２０％〜６０％の範囲で変化させることにより、波長変換層１３の蛍光体濃度が変化する方向の両端では、輝度を約数％〜２０％程度変化させることができる。一方、波長変換層１３を垂直方向に等分した領域については各領域の蛍光体粒子の含有量は同じであるので、発光の色味は全体として均一な光、本実施形態では白色の光を得ることができる。
【００２４】
次に、本実施形態の半導体発光装置の製造方法の一例を、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。本実施形態の半導体発光装置の製造方法において、基板１１上に発光素子１２をダイボンディング等により固定し、発光素子１２の下部電極（不図示）と基板１１上の対応する電極を電気的且つ機械的に接続すること、及び、発光素子１２の上部電極１４をボンディングワイヤ１５によって基板１１上の配線と接続することは、従来の発光装置の製造方法と同様である。
【００２５】
配線後の発光素子１２の上に積層される波長変換層１３を、図４（ａ）〜（ｄ）に示すステップで作成する。まず、耐熱性のある材料からなり、表面が離型性を有する板材４０１を用意する。板材４０１の材料として、具体的には、フッ素樹脂からなる板や金属板の表面にフッ素樹脂等のコーティング膜を設けたものを用いることができる。板材４０１の離型性表面上に、波長変換層１３の幅ｗに相当する間隔を持って、一対のヒーターブロック４０２、４０３を配置し、ヒーターブロック４０２、４０３との間の空間の両端を断熱材４０５で封止する。板材４０１上に配置されるヒーターブロック４０２、４０３及び断熱材４０５の厚みは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、波長変換層１３の設計厚みｄとほぼ同じか、波長変換層を構成する樹脂の熱収縮を考慮して設計厚みより若干厚くすることが好ましい。
【００２６】
次に図４（ｃ）に示すように、ヒーターブロック４０２、４０３と両側の断熱材４０５で囲まれる空間を満たすように、波長変換層を構成する材料４０４’を注入する。波長変換層を構成する材料は、透明な熱硬化型樹脂を母材とし、蛍光体等の波長変換材料と、必要に応じて、シリカ、酸化チタン等のフィラーを含む。樹脂として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができるが、粘度が下がりにくいシリコーン樹脂が特に好適である。フィラーは、製造工程における封止樹脂の粘度を調整するためや、色むらを軽減するための拡散材として用いられる。蛍光体およびフィラーの含有量は特に限定されないが、樹脂に対する蛍光体およびフィラーの合計含有量の重量割合で、好ましくは５〜８０重量％、より好ましくは２０〜５０重量％である。
【００２７】
次いで、ヒーターブロック４０２、４０３を加熱し樹脂を硬化させる。この際、２つのヒーターブロック４０２、４０３のうち一方が他方よりも高温となるように、ヒーターブロック４０２、４０３の温度を制御する。具体的には、高温側のヒーターブロック４０２の温度を樹脂の硬化温度かそれよりやや高い温度、例えば２００℃程度に設定し、低温側ヒーターブロックを樹脂の硬化温度より低い温度、例えば５０〜１００℃に設定する。これによりヒーターブロック４０２、４０３との間で温度傾斜を生じ、間に注入された樹脂４０４’の、高温側のヒーターブロック４０２に近い部分では急速に硬化が始まる。一方、低温側のヒーターブロック４０３に近い部分では硬化の速度は遅く、比較的長い時間、樹脂の流動性が保たれ、樹脂に分散された蛍光体およびフィラーが沈降する。即ち、樹脂の硬化速度と樹脂中の粒子の沈降速度は、前者は高温側のヒーターブロック４０２に近いほど速く、後者は低温側のヒーターブロック４０３に近いほど速い。その結果、樹脂がほぼ硬化し、樹脂中の粒子が移動できなくなった状態では、樹脂の厚み方向の分布は、高温側のヒーターブロック４０２から低温側のヒーターブロック４０３に向かって、均一な分布から下側で密度が高くなる分布に連続的に変化する。
【００２８】
この状態で、必要に応じて、低温側のヒーターブロック４０３の温度を上げて、例えば２００℃に設定して樹脂を本硬化させる。
【００２９】
次いで硬化した波長変換材料を含む樹脂板４０４を、板材４０１から剥離し、図４（ｄ）に示すように、発光素子１２の大きさに合わせてカットし、配線後の発光素子１２の上に貼り合わせ、波長変換層１３を形成する。貼り合わせる樹脂板４０４の方向は、完成後の発光装置においてカットオフラインを形成すべき端部に、波長変換層１３の蛍光体粒子密度の偏りが最大である端部が一致するようにする。
【００３０】
これにより、図２に示すような、一端から他端に向かって輝度分布１７が連続的に変化する発光装置を得ることができる。この方法によれば、波長変換層を樹脂板として製造する際、樹脂板を硬化させる一対のヒーターブロックの温度を制御するだけで容易に蛍光体粒子の密度分布を連続的に変化させた波長変換層を製造することができる。
【００３１】
本実施形態によれば、半導体発光装置を構成する波長変換層において、蛍光体粒子の密度分布に、発光面と平行な方向の傾斜をつけたことにより、一端部で輝度が高く、他端部に向かって輝度が連続的に減少する輝度分布を持つ半導体発光装置を提供することができる。これにより遮蔽板等を用いることなく、半導体発光装置が発する光を無駄にすることなく、半導体発光装置のカットオフラインを実現することができる。また、一方の端部に行くに従い輝度が低下していく半導体発光装置の輝度分布をカットオフラインから下の配光に対応させて、遠方視認性の高い車両用灯具を提供することができる。
【００３２】
なお、図２および図４では、単一の発光素子からなる発光装置を示したが、図１に示すような複数の発光素子を一列に配列させた発光装置の場合、波長変換層となる樹脂板は、個々の発光素子毎にカットし貼り合わせるのではなく、複数の発光素子からなるアレイに１枚の樹脂板を貼り合わせることができる。このことは以下の実施形態についても同様である。
【００３３】
図１では、発光装置において、両電極が上表面と下表面に配置された発光素子を示したが、両電極が片面側のみに配置されたものでもよい。また発光素子の両電極と基板上の配線との電気的接続については、ボンディンングワイヤを介するものに限られず、バンプ接続、共晶接続などの適宜な実装方法を用いることができる。このことは以下の実施形態についても同様である。
さらに上記実施形態では、蛍光体として黄橙色発光の蛍光体を用いる場合を説明したが、蛍光体として緑色発光の蛍光体と赤色発光の蛍光体とを組み合わせたものや、これらの組み合わせに黄橙色発光の蛍光体を組み合わせたものなど、用途に合わせて適宜選択することができる。
【００３４】
＜第２の実施形態＞
本実施形態の半導体発光装置も、実装基板１１の上に、１ないし複数の発光素子１２、波長変換層がこの順に形成された構造を有することは、図１に示す第１の実施形態と同様である。本実施形態は、波長変換層に含まれる蛍光体粒子の粒径分布に傾斜を設けた点が特徴である。以下、図５を参照して、第１の実施形態と異なる特徴を中心として説明する。
【００３５】
本実施形態の半導体発光装置は、図５（ｂ）に示すように、波長変換層２３を側面側から見た場合、波長変換層２３に含まれる蛍光体粒子の粒径が、一端側２３ａから他端側２３ｂに向かって変化し、一端側２３ａでは、粒子の粒子径が大きく、他端側２３ｂでは、粒子径が小さい。具体的には、蛍光体粒子の平均粒子径の範囲は、好適には１μｍ〜５０μｍであり、このような範囲で平均粒子径分布を変化させる。
【００３６】
なお変化のさせ方は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、連続的に変化するようにしてもよいし、段階的に変化するようにしてもよい。例えば、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、波長変換層２３を一端側２３ａと平行に複数の部分２３１、２３２、２３３に分割し（図では３分割し）、各部分に含まれる粒子の平均粒子径が一端側から他端側に向かって順に小さくなるようにする。例えば、一端側２３ａの部分２３１では平均粒子径を２０〜５０μｍ、中央の部分２３２では平均粒子径を約１５μ、他端側２３ｂの部分２３３では平均粒子径を約５μｍとする。なお粒子の粒径分布にはある程度幅があるので、各部２３１〜２３３には、平均粒子径より大きい粒子や小さい粒子が含まれることになるが、平均粒子径として上述した差があれば、全体として粒子径の傾斜を作り出すことができる。粒子径を段階的に変化させる場合、波長変換層の分割数は図示する３に限らず、製造方法等を考慮し適宜で選択することができる。なお粒子の含有量については、粒子の大きさに拘わらず、波長変換層２３全体でほぼ均一である。
【００３７】
一般に粒子径が５０μｍまでの蛍光体粒子では、粒子径が大きいほど発光効率は高い。一例として、ＹＡＧ蛍光体の粒子径と発光効率との関係（実測値）を図６に示す。図６のグラフからもわかるように、粒子径５μｍの蛍光体の発光効率に対し、粒子径２５μｍの蛍光体の発光効率は１０％以上向上する。従って、図５に示したように、一端部２３ａに近いほど蛍光体粒子の粒径が大きくような粒径分布とすることにより、この発光装置の輝度分布２７は、他端部２３ｂから一端部２３ａにかけて輝度が高くなる分布を示し、一端部２３ａで最大となる。他端側から一端側に向かって、平均粒子径を数μｍから数十μｍまで変化させた場合、他端の輝度を基準とした場合、一端側で約１０％〜１５％の輝度を高めることができる。一方、発光面と垂直な面で波長変換層２３を分割した場合の単位体積当たりの蛍光体粒子の濃度は均一であるので、発光の色味は全体として均一な光、本実施形態では白色の光を得ることができる。
【００３８】
次に、本実施形態の半導体発光装置の製造方法について図７および図８を参照して説明する。本実施の形態でも、配線された発光素子を用意することは従来の製造方法と同様である。
【００３９】
図７は、図５（ａ）に示すような、連続的に平均粒子径が変化する波長変換層を製造する方法を説明する図である。この製造方法は、蛍光体粒子の沈降速度が粒径により異なることを利用した方法である。まず、波長変換層を構成する材料を硬化させるための型として、２枚の側板７０１、７０２と底板７０３からなる型７００を用意する。側板７０１、７０２の高さ（上下方向の寸法）は、波長変換層の幅Ｗと同じで、２枚の側板の間隙は発光素子の厚みｄと同じである。一方、シリコーン樹脂等の未硬化の樹脂中に、平均粒子径の異なる複数種の蛍光体粒子或いは粒径分布の幅が広い蛍光体粒子と、必要に応じてフィラーとを加えた波長変換層用樹脂液７０４’を用意し、型７００内に注入する。注入後すぐに樹脂を硬化させるのではなく、樹脂中の蛍光体粒子が大きさに依存する異なる沈降速度で沈降するのに十分な時間を置く。この時間で、蛍光体粒子中比較的大きな粒子径を有する粒子は、速い速度で沈降し、型７００の下の方に移動するのに対し、粒子径が小さく軽い粒子は沈降速度が遅いため、上方に残るとともに、下側では、粒子径の大きな粒子が沈降してくるのに伴い、逆に上の方に移動する。これにより型７００の上下方向で、蛍光体粒子の粒子径に分布を生じる。このような分布差を生じさせるのに必要な時間は、樹脂の粘度や粒子径範囲によっても異なるが、約３０分から１２０分/程度である。
【００４０】
上下方向で異なる粒子径分布を生ぜしめた後、型７００を加熱し、注入された樹脂を硬化させる。樹脂の硬化は、上述した沈降に必要な時間を待って硬化温度に加熱するようにしてもよいし、比較的低い温度で加熱しながら粒子の沈降も進行させた後、温度を硬化温度まで上げて加熱するようにしてもよい。このように硬化の状態を制御して進行させることにより、粒子の粒径による沈降速度差を利用して、上下方向に連続的に変化する粒子径分布を持たせることができる。
【００４１】
硬化後、型７００から取りだした波長変換層用樹脂板７０４を、発光素子１２の大きさに合わせてカットし、配線後の発光素子１２の上に貼り合わせ、波長変換層２３を形成する。貼り合わせる樹脂板７０４の方向は、完成後の発光装置においてカットオフラインを形成すべき端部に、波長変換層２３の蛍光体粒子径が最大である端部が一致するようにする。
【００４２】
図８は、図５（ｃ）に示すような、段階的に平均粒子径が変化する波長変換層を製造する方法を説明する図である。この製造方法では、まず、平均粒子径の異なる複数種類の蛍光体をそれぞれ個別にシリコーン樹脂等の透明な樹脂に分散させて、蛍光体の種類の数と同数の波長変換層用樹脂液を用意する。
【００４３】
表面に離型性を持つ板材（フィルム）８０１上に、複数の樹脂液を、それに含まれる蛍光体粒子の平均粒子径の大きさ順に順次印刷等によって塗工し、硬化させて、複数の樹脂層２３１、２３２、２３３が積層されたブロック２３０を作製する。ブロック２３０の積層方向の厚みは、発光素子１２の幅ｗと同じ、例えば約１ｍｍとする。次いで、このブロック２３０を波長変換層１３の設計厚みｄと同じ幅で切り出し、発光素子１２に貼り合わせる。貼り合わせる方向は、完成後の発光装置においてカットオフラインを形成すべき端部２０ａに、ブロック２３０の蛍光体粒子径が最大である端部（２３１側）が一致するようにする。
【００４４】
図７又は図８に示す製造方法によって、図５（ａ）又は（ｃ）に示すような、一端から他端に向かって輝度分布２７、２７’が連続的または段階的に変化する発光装置を得ることができる。図７の方法は、波長変換層用樹脂液として一つの樹脂液を用意すればよいので、製造工程を簡易にすることができる。図８の方法は、樹脂の硬化と沈降との速度を調整する必要がないので、簡単な硬化条件の制御で波長変換層を製造することができる。また波長変換層全体としての蛍光体の含有量の均一性を容易に保つことができ、均一性のよい発光色が得られる。
【００４５】
本実施の形態によれば、発光装置を構成する波長変換層において、蛍光体粒子の粒径分布に、発光面と平行な方向の傾斜をつけたことにより、一端部で輝度が高く、他端部に向かって輝度が連続的に減少する輝度分布を持つ発光装置を提供することができる。
【００４６】
＜第３の実施形態＞
本実施形態の半導体発光装置も、実装基板の上に、１ないし複数の発光素子、波長変換層がこの順に形成された構造を有することは、第１及び第２の実施形態と同様である。本実施形態は、波長変換層３３に含まれる蛍光体の種類を段階的に変化させた点が特徴である。以下、第１及び第２の実施形態と異なる特徴を中心として説明する。
【００４７】
青色に発光する発光素子と組み合わせて白色光を出す蛍光体としては、黄色発光蛍光体のほかに、緑色発光の蛍光体と赤色発光の蛍光体との組み合わせがある。例えば、緑色発光の蛍光体としては、Ｙ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、ＣａＳｃ2Ｏ4：Ｃｅ、（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ（ＢＯＳＥ蛍光体）、（Ｓｉ，Ａｌ）6（Ｏ，Ｎ）8：Ｅｕ（βＳｉＡｌＯＮ蛍光体）などが挙げられる。また赤色発光の蛍光体としては、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ等が挙げられる。緑色発光の蛍光体と赤色発光の蛍光体とを適当な比率で混合して用いることにより、黄色発光の蛍光体を用いたときと同様の白色光を作り出すことができる。ただし、発光効率は、黄色発光の蛍光体を用いた場合が最も高く、高輝度が得られる。本実施の形態は、上述した蛍光体の種類による発光効率の差、すなわち輝度の差を利用したものである。
【００４８】
本実施形態の半導体発光装置の一例を図９に示す。図示するように、本実施形態の半導体発光素子は、波長変換層３３が発光面と垂直な面に沿って、一端側３３ａから複数（図では３つ）に分割されており、それぞれの部分３３１〜３３３において蛍光体の種類の組み合わせが異なっている。一端３３ａ側の部分３３１は、黄色発光の蛍光体１種類のみからなる。他端３３ｂ側の部分３３３は、緑色発光の蛍光体と赤色発光の蛍光体との２種類からなる。中間の部分３３２は、黄色、緑色および赤色の３種類の蛍光体からなる。すべての部分において、蛍光体の含有量は同一の色味となるように調整される。一例として、樹脂としてシリコーン樹脂、黄色発光の蛍光体として、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、緑色発光の蛍光体としてＹ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ、赤色発光の蛍光体としてＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕを用いた場合、部分３３１では樹脂８２重量％に対し黄色蛍光体を１８重量％、部分３３３では、樹脂８０重量％に対し緑色蛍光体を１７重量％、赤色蛍光体を３重量％とすることにより、同じ色温度（５０００Ｋ）を達成することができる。中間部分３３２における黄色発光の蛍光体と、緑色および赤色発光の蛍光体との比は、特に限定されないが、２０：８０〜８０：２０、好適には４０：６０〜６０：４０である。このような範囲とすることにより、部分３３１及び部分３３３との境界における色味や輝度の連続性を保つことができる。
【００４９】
本実施形態の半導体発光装置では、その一端部から他端部に向かって、波長変換層３３における蛍光体の種類を異ならせたことにより、蛍光体の発光効率の違いに起因する輝度分布（傾斜）３７を形成することができる。なお図９では、波長変換層を３分割した例を示したが、分割数は３に限定されず、製造方法等を考慮し適宜で選択することができる。
【００５０】
本実施形態の発光装置は、図５（ｄ）に示す第２の実施形態の発光装置と類似する方法で製造することができる。即ち、第２の実施形態の発光装置では、平均粒子径の異なる複数種の蛍光体を用い、それらを用いた波長変換層用樹脂液を用意したが、本実施形態では、平均粒子径の異なる蛍光体の代わりに、蛍光体の組み合わせの異なる複数種類の波長変換層用樹脂液を用意する。
【００５１】
これら複数種の波長変換層用樹脂液を、離型性表面を持つフィルム上に順次積層し、複数の層からなる波長変換層のブロックを形成する。このブロックを波長変換層の厚みで切り出し、配線を施した発光素子の上に貼り合わせる。貼り合わせる方向は、完成後の発光装置においてカットオフラインを形成すべき端部に、白色発光の蛍光体１種類からなる部分３３１の端部が一致するようにする。
本実施形態によれば、波長変換層の一端から他端に向かって、波長変換材料である蛍光体の組み合わせを変化させることにより、蛍光体による発光効率の差を利用して、一端から他端に向かって輝度が傾斜する輝度分布を作り出すことができ、上述した第１、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
＜第４の実施形態＞
上述した第１〜第３の実施形態の半導体発光装置は、樹脂中に蛍光体粒子を分散させた波長変換層において、蛍光体粒子の密度、粒子径、種類等の分布に傾斜を設けることにより、発光装置の輝度分布を傾斜させたものであるが、本実施形態は、波長変換層に導光機能を持つガラス或いはセラミックスを用いるとともに、その表面（発光面）に輝度分布に傾斜を形成する機能を持たせたことが特徴である。
【００５３】
図１０に本実施形態の半導体発光装置４０の側断面図を示す。図示するように、本実施形態の発光装置は、実装基板４１の上に、１ないし複数の発光素子４２および波長変換層４３がこの順に形成された構造を有する。波長変換層４３の側面には、白色樹脂等からなる光反射層４４が形成されていることが好ましい。また第１の実施形態では、実装基板１１および発光素子１２の構成として、ボンディングワイヤによって発光素子の電極と基板上の配線が接続されているものを示したが、本実施形態では、サファイア基板の片面にアノードとカソードを形成し、基板４１上に接合バンプを介して接続するタイプの発光素子４２を用いた例を示している。ただし、発光素子のタイプは、図示するものに限定されるものではない。
【００５４】
波長変換層４３は、ガラス中に蛍光体粒子を分散させたもの、または蛍光体セラミックスからなる。蛍光体セラミックスは、蛍光体の粉末を高温で焼成した焼結体である。ガラス或いはセラミックスは、樹脂に比べ高い導光性を有し、その光出射面（発光面）の表面粗さを制御することにより、正面に出射する光量を制御することができる。本実施形態は、このようなガラスおよびセラミックスの機能を利用して、発光装置の輝度分布を制御する。
【００５５】
図１１に、波長変換層４３の表面形状を示す。図示するように、波長変換層４３の表面は、鏡面状から粗面へと連続的に変化している。表面粗さが最も粗い一端部４３ａの表面粗さは、Ｒａで好ましくは０．５μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上でり、また好ましくは１０μｍ以下である。他端部４３ｂは、好ましくはＲａ０．１μｍ以下の鏡面状とする。凹凸の形状は、断面形状が山型、三角形或いは台形など傾斜面を有する形状が好ましく、凸部がランダム或いは所定の配列で並んだものでもよいし、溝状型あってもよい。
【００５６】
このように表面粗さに傾斜を設けた場合、発光素子からの光およびそれを吸収して蛍光体が発する光は、鏡面性の高い波長変換層４３の領域では、光が空気との界面（発光面）で全反射する割合が増加し、波長変換層４３の内部を伝播する割合が増える。波長変換層４３の内部を伝播する光のうち、他端部４３ｂに配置された光反射材４４で反射された光は一端部４３ａに向かう。一方、表面粗さが粗い波長変換層４３の領域では、その下部に存在する発光素子からの光およびそれを吸収して蛍光体が発する光のうち発光面から出射する光の割合が多くなるとともに、波長変換層４３内を伝播する光も加わるため、発光面からの光量は大幅に増加する。これにより一端部４３ａでは、正面方向への光出射量が最も大きく、他端部４３ｂで光出射量が最も少ない輝度分布となる。波長変換層４３の幅（一端部から他端部までの距離）によっても異なるが、一端部４３ａの表面粗さＲａを５μｍ程度にした場合、一端部の輝度を他端部の輝度に対し約１０％高めることができる。
【００５７】
本実施形態の半導体発光装置の製造方法を説明する。本実施の形態でも、配線された発光素子を用意することは従来の製造方法と同様であり、説明を省略する。
【００５８】
表面粗さが傾斜を持つ波長変換層の製造方法は、第２の実施形態と同様に２つの手法がある。一つは、１枚の波長変換層用板材の面内で表面粗さを変化させる方法であり、他の一つは、表面粗さの異なる複数種類の波長変換用板材を用意する方法である。波長変換層用板材の表面を所定の粗さにする手法は、サンドブラスト法、ドライエッチング法、研磨法など公知の手法を採用することができ、形成する表面凹凸の形状に合わせて適宜選択する。
【００５９】
１枚の波長変換層用板材の面内で表面粗さを変化させる手法の一例を、図１２を参照して説明する。ガラス板或いは波長変換層用板材（例えばＹＡＧプレート）４３０の表面にポジ型レジスト４４０を塗布する（ステップ１２０１）。波長変換層用板材を例えば３つの領域４３１、４３２、４３３に分けて、領域毎に異なるマスク４５０を用いてレジストを露光する。例えば領域４３１は全面をマスクし、領域４３２、４３３はマスク材の開口部の大きさが異なるマスク４５０でマスクし、露光する（ステップ１２０２）。なおマスクの開口の大きさを領域毎に異ならせるのではなく、図１２に示すような開口部の大きさが同じマスクを用いて、露光量などの露光条件を異ならせることも可能である。
【００６０】
次いでレジスト４４０を現像し、マスクによって露光されなかった部分（未露光部分）を除去する（ステップ１２０３）。これによりマスクの開口部（あるいは露光量）に対応する形状の硬化レジストが板材４３０の上に残り、レジストが除去された部分の板材が露出する。この露出した部分をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）加工によりエッチング処理する（ステップ１２０４）。最後に板材４３０の上に残っているレジスト４４０をリムーバーで除去し、領域毎に所定の表面粗さが形成された波長変換層用板材を得る（ステップ１２０５）。表面粗さは、マスクの開口部の大きさのほか、エッチングの条件を制御することにより、制御することができる。なお図１２では、ポジ型レジストを用いた例を説明したが、ネガ型レジストを用いた場合にも類似する工程により、領域毎に表面粗さの異なる波長変換層用板材４３０を作製することができる。
【００６１】
こうして３つの領域の表面粗さの異なる波長変換層用板材４３０を作製した後、これを発光素子の大きさに合わせてカットし、配線後の発光素子に貼り合わせることにより本実施形態の半導体発光装置を得ることができる。光反射層４４を形成する場合には、発光素子１２に波長変換層用板材を張り合わせた後、発光素子および波長変換層の側面に光反射層を構成する白色樹脂の層を設ける。
【００６２】
表面粗さの異なる複数種類の波長変換用板材を用意する方法については、第２、第３の実施形態と同様に（図８を参照）、表面粗さの異なる複数種類の波長変換層用板材を積層してブロックを作製し、このブロックを積層方向と直交する方向に波長変換層の膜厚で板材を切り出す方法を採用することができる。
本実施形態によれば、波長変換層の材料として導光機能を有する材料を使用するとともに、その表面である発光面の表面粗さを一端から他端に向かって変化させることにより、一端から他端に向かって輝度が傾斜する輝度分布を作り出すことができ、上述した第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
＜第５の実施形態＞
本実施形態は、輝度分布に傾斜を形成する機能を発光装置の発光面に持たせる点は第４の実施形態と同じであるが、第４の実施形態では、波長変換層自体の表面に、表面粗さの傾斜をつけて上記機能を持たせているのに対し、本実施形態では、図１３に示すように、波長変換層５３の上に、透明な板材（光取り出し層）５５を配置し、その表面である発光面に表面粗さの傾斜をつける。図１３（ａ）は、１枚の板材５５の表面に表面粗さの傾斜をつけた例、図１３（ｂ）は板材５５を３つの部材５５１、５５２、５５３で構成し、各部材が、表面粗さの粗い順に配置された例を示している。図中、５７、５７’は輝度分布を示す。
【００６４】
透明な板材５５としては、導光性のあるガラス、セラミックス、硬質のプラスチックなどを採用することができ、特に、ガラスが好適である。板材の厚みは、板材内部の導光による板材端面からの出射光成分を抑制する観点から１００μｍ以下であることが好ましい。また表面凹凸を形成するという製造上の観点から２０μｍ以上であることが好ましい。透明な板材に表面凹凸を形成する方法、および表面粗さを傾斜させる手法については、第４の実施形態と同様の手法を採用できるので、説明を省略する。
【００６５】
本実施形態の半導体発光装置において、波長変換層としては、一般的な樹脂中に蛍光体粒子を均一に分散させた波長変換層を採用してもよいし、上述した第１〜第３の実施形態で説明した波長変換層を採用することも可能である。
【００６６】
本実施形態の発光装置は、配線後の発光素子の上に波長変換層を形成し、さらにその上に上記透明な板材を貼り合わせた後、必要に応じて、周囲に光反射層を形成することにより、製造することができる。
本実施形態によれば、波長変換層の上に配置される透明な板材（光取り出し層）の材料として導光機能を有する材料を使用するとともに、その表面である発光面の表面粗さを一端から他端に向かって変化させることにより、一端から他端に向かって輝度が傾斜する輝度分布５７、５７’を作り出すことができ、上述した第１〜第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
＜第６および第７の実施形態＞
本実施形態は、波長変換層またはその上に設けられる透明な板材の、屈折率に傾斜を設けて、輝度分布に傾斜を形成したものである。一般に材料の屈折率が高いほど、空気との界面で全反射する光の割合が増加し、外側に出射する光の割合が少なくなる。そこで本実施形態の発光装置では、波長変換層または透明な板材を複数の領域に分けて、領域毎に屈折率の異なる材料（ガラス或いは樹脂）を用い、一端から他端に向かって、屈折率が大きくなるように配置する。これにより、一端から他端にかけて光の出射量が変化する、即ち一端で輝度が高く、他端に向かって輝度が減少する輝度分布を有する半導体発光装置が得られる。
【００６８】
樹脂に蛍光体粒子とフィラーとを分散させた波長変換層の場合、屈折率は、樹脂の種類及びフィラーの種類や添加量を調整することにより、変化させることができる。具体的には、波長変換層として一般的な樹脂として、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂があるが、これらの屈折率は１．４１〜１．６０のものが入手可能であり、その範囲で変化させることができる。またフィラーの種類を変えた例として、屈折率１．４のシリコーン樹脂に対し、フィラーとしてシリカ粒子１．５重量％を添加した場合は、シリコーン樹脂とほぼ同じ屈折率であるが、酸化チタン粒子を同量添加した場合には、屈折率は２．３に変化することが確認されている。この例において、発光装置から出射する全光束は、屈折率の小さい前者では２０５（ｌｍ）であるのに対し、後者では１３９（ｌｍ）に低下し、屈折率により輝度が変化することが確認された。このように樹脂の種類とフィラーの種類や添加量との組み合わせを適宜選択することにより、領域によって屈折率の異なる波長変換層とすることができる。
【００６９】
領域により屈折率の異なる波長変換層を製造する手法は、第２〜第５の実施形態と同様であり（図８を参照）、屈折率の異なる複数種類の波長変換層用板材を積層してブロックを作製し、このブロックを積層方向と直交する方向に波長変換層の膜厚で板材を切り出す方法を採用することができる。切り出した波長変換層用板を、配線後の発光素子に貼り合わせることも他の実施形態と同様である。
【００７０】
以上、本発明の半導体発光装置の各実施形態を説明したが、本発明の半導体発光装置は、発光面に傾斜のある輝度分布を作り出す波長変換層或いは透明板材の構成に特徴があり、その趣旨の範囲で、上述した各実施形態に変更を加え、或いは各実施形態を組み合わせることも本発明の範囲に含まれる。
【００７１】
例えば、上記の実施形態では、発光素子としては、発光面の中心を最大輝度とし周辺に向かってなだらかに輝度が低下する一般的な発光特性の発光素子を用いる場合を説明したが、発光素子自体が、一辺から対向する他辺に向かって輝度が傾斜する輝度分布を持つ発光素子を用いることも可能である。このような発光素子は、上述した第１から第７のいずれの実施形態と組み合わせることも可能であり、組み合わせによってさらに明確な傾斜をもつ輝度分布、すなわち一端部で輝度が最大となる輝度分布を実現することができる。
【００７２】
第８の実施形態として、傾斜する輝度分布をもつ発光素子の例を図１４（ａ）〜（ｃ）に示す。図１４（ａ）は発光素子の上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）の一端１４０ａから他端１４０ｂに沿った輝度分布を示す図である。
【００７３】
図１４（ｂ）に示すように、この発光素子は、サファイア基板１４１と、サファイア基板１４１上に順次積層されたｎ型半導体層１４２、活性層１４３、ｐ型半導体層１４４および反射電極１４５１および透明電極１４５２からなるｐ電極１４５と、ｎ型半導体層１４２に電気的に接続されたｎ電極１４６とを備え、サファイア基板１４１の表面が発光面となる発光素子である。サファイア基板１４１の表面には光取り出し構造１４７として、多数の凸部或いは凹部（図では凹部）が形成されている。この構造物１４７（凹部）は、図１４（ａ）に示すように、上面から見たとき、均一に配置されているのではなく一端側１４０ａでは密に配置され、それと対向する他端側１４０ｂでは疎に配置されている。発光面における、このような構造物１４７の配置により、一端側と他端側とでは光取り出し効率に差を生じ、図１４（ｃ）に示すように、一端側で輝度が最大となる輝度分布を示す。
【００７４】
本実施形態は、輝度に傾斜を持つ発光素子を用いたことが特徴であり、その構造は図１４に示すものに限定されず、別の光取り出し構造をもつものも採用できる。
【００７５】
次に本発明の車両用灯具の実施の形態を説明する。本発明の車両用灯具は、光源として、上述した本発明の半導体発光装置、即ち、輝度が一端で最大であり他端にむかって漸減する輝度分布を有する半導体発光装置を用いたものであり、半導体発光装置は、輝度が最大となる一端部からの光が、灯具からの照射光の上端側となり、輝度が最小となる他端部からの光が灯具からの照射光の下端側となるように灯具に配置される。このような配光パターンを実現するための、灯具内の半導体発光装置の配置は、灯具のタイプによって異なる。以下、本発明の車両用灯具の第１〜第４の実施形態を例に本発明の半導体発光装置の具体的な配置と配光パターンについて説明する。
【００７６】
＜車両用灯具の第１の実施形態＞
図１５に、本発明の車両用灯具の第１の実施形態を示す。この車両用灯具１５０は、半導体発光装置１５１と、半導体発光装置１５１が発する光を反射し、水平方向に向ける反射面１５２と、カバーガラス１５３とを備えている。半導体発光装置１５１は、発光面（照射方向）が下側に向くように配置され、反射面１５２は半導体発光装置１５１の下方に配置されている。反射面１５２は、光源の光源像を車両前方に投影して、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン上にヘッドランプ用配光パターンＰを形成する投影光学系として機能する。即ち、反射面１５２は、焦点が半導体発光装置１５１近傍に設定された回転放物面系の反射面（複数の小反射領域に区画されたいわゆるマルチリフレクタ）であり、これにより反射面１５２から投影方向に向かう光を、図示する上限の位置よりも下側に向かわせ、カットオフライン以下を照射するように構成されている。また水平方向については、図１６に示すように、水平カットオフラインＣＬ１と、水平方向に対し１５°程度の角度をもつ斜めカットオフラインＣＬ２を形成するように構成されている。
【００７７】
半導体発光装置は、図１（ａ）或いは図１０に示したように、一列に配列した複数の発光素子１２と、発光素子１２の配列を覆う波長変換層１３を備えており、発光面と平行であって発光素子１２の配列方向と直交する方向の輝度分布が、図２（ｂ）等に示すように、一端側１３ａで輝度が高く他端側１３ｂに向かって低くなる分布を示している。図１５に示す車両用灯具１５０は、このような輝度分布を有する半導体発光装置１５１を、発光素子１２の配列方向が車両の幅方向（図１５の紙面に垂直な方向）であって、輝度が最大となる一端側１５１ａがカバーガラス１５３に近い側となるように灯具内に固定される。
【００７８】
このような配置において、半導体発光装置１５１から出た光Ｌは反射面１５２で反射されて、図中、矢印で示す投影方向に照射されるが、その際、仮想鉛直スクリーンの照射面（配光パターンＰ）においては、一端側１３ａから発する光Ｌ１が上端Ｐ1に達し、他端側１３ｂから発する光Ｌ２が下端Ｐ２に達する。従って、図１６に示すカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２の前後で輝度が明瞭に変化し且つカットオフラインの端部で最大となる配光パターンを得ることができる。
【００７９】
＜車両用灯具の第２の実施形態＞
図１５では、半導体発光装置１５１の発光面が下側を向く配置の車両用灯具を示したが、半導体発光装置の発光面が上側を向く配置の車両用灯具についても、同様に本発明の半導体発光装置を適用することができる。
【００８０】
車両用灯具の第２の実施形態として、半導体発光装置の発光面の取り付け位置が異なる車両用灯具を図１７に示す。この車両用灯具１７０は、半導体発光装置１７１の発光面は上向きであって、反射面１７２が半導体発光装置１７１の上方に設けられている。投影光学系である反射面の形状や配置によって、光源の光源像を車両前方に投影して、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン上にヘッドランプ用配光パターンＰを形成するように構成されていることは図１５の車両用灯具と同様である。
【００８１】
この車両用灯具１７０においては、半導体発光装置１７１の輝度が最大となる一端側１７１ａをカバーガラス（図示省略）から遠い側に配置することにより、カットオフラインの端部Ｐ1で輝度が最大となる配光パターンＰを得ることができる。
【００８２】
以上、説明した車両用灯具の実施形態は、遮蔽板を備えていないものであるが、本発明は、遮蔽板を備えた車両用灯具にも適用することができる。本発明が適用される遮蔽板を備えた車両用灯具の実施形態を図１８及び図１９に示す。
【００８３】
＜車両用灯具の第３の実施形態＞
図１８に示す車両用灯具１８０は、半導体発光装置１８１と、反射面１８２、シェード（遮蔽板）１８４および投影レンズ１８５等の投影光学系とを備えている。半導体発光装置１８１は、発光面が略上向きであって、発光素子の最大輝度となる一端部が投影方向において投影レンズ１８５に近い側に配置されている。反射面１８２は、半導体発光装置１８１の上方に配置され、発光装置１８１からの光を反射して投影方向（投影レンズ１８５）に向ける。
【００８４】
シェード１８４は、反射面１８２からの反射光の一部を遮光してカットオフパターンを形成するための遮光部材であり、上端縁を投影レンズ１８５の焦点近傍に位置させた状態で投影レンズ１８５と半導体発光装置１８１との間に配置されている。
反射面１８２から反射されて生成する光源像のうち、最大輝度となる部分が、図１６で示す水平方向および水平に対し例えば１５°の斜め方向に高密度に配置することで、明瞭な水平カットオフラインＣＬ１及び斜めカットオフラインＣＬ２を形成することができる。
【００８５】
＜車両用灯具の第４の実施形態＞
図１９に示す車両用灯具１９０は、半導体発光装置１９１と、シェード１９４および投影レンズ１９５等の投影光学系とを備えている。
半導体発光装置１９１は、その発光面が投影レンズ１９５を向き、発光面の最大輝度となる端部１９１ａが下側となるように配置されている。シェード１９４は、反射面１９２からの反射光の一部を遮光してカットオフパターンを形成するための遮光部材であり、上端縁を投影レンズ１９５の焦点近傍に位置させた状態で投影レンズ１９５と半導体発光装置１９１との間に配置されている。
【００８６】
反射面１９２から反射されて生成する光源像のうち、最大輝度となる部分が、図１６で示す水平方向および水平に対し例えば１５°の斜め方向に高密度に配置することで、明瞭な水平カットオフラインＣＬ１及び斜めカットオフラインＣＬ２を形成することができる。
【００８７】
図１８及び図１９に示すような遮蔽板を備えた車両用灯具に本発明を適用した場合にも、発光装置の輝度の高い部分が一方の端部に偏っていることにより、発光装置の高輝度側の端部からごく一部の光を遮蔽するだけで、発光装置の発光形状をほぼそのまま利用することができ、かつ、発光装置の輝度グラデーションパターンを配光パターンの輝度グラデーションに利用できるため、高い光利用効率でヘッドランプに適した配光パターンを形成することができる。つまり、遮蔽板で遮蔽される光量を比較的少なくすることができ、光の利用効率の低下を抑制することができる。また遮蔽板の受けるエネルギーが小さくなるため、遮蔽板の温度上昇を緩和することができる。
【００８８】
以上、本発明が適用される車両用灯具の各実施形態を説明したが、本発明の車両用灯具は上記実施形態に限定されることなく、種々の車両用灯具に適用可能である。
また本発明の車両用灯具は、車両の前照灯を構成する種々の灯具、例えばハイビーム灯、ロービーム灯、フォグランプにも適用できることは言うまでもないが、カットオフラインの明瞭性の求められる灯具であれば種々の灯具に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によれば、明瞭なカットオフラインを持つ車両用灯具が提供される。
【符号の説明】
【００９０】
１１・・・基板、１２・・・半導体発光素子、１３、２３、３３、４３、５３・・・波長変換層、１７、２７、３７・・・輝度分布、透明ガラス板（光取り出し層）・・・５５、１５０、１７０、１８０、１９０・・・車両用灯具、１５２、１７２・・・反射面（投影光学系）、１８４、１９４・・・シェード（投影光学系）、１８５、１９５・・・投影レンズ（投影光学系）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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