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発明の名称 投影型LEDランプ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−5322(P2007−5322A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2006−240480(P2006−240480)
出願日 平成18年9月5日(2006.9.5)
代理人 【識別番号】100062225
【弁理士】
【氏名又は名称】秋元 輝雄
発明者 谷田 安 / 戎谷 崇 / 小池 輝夫 / 久志本 琢也 / 大和田 竜太郎 / 大野 雅典 / 二見 隆
要約 課題
白熱電球など従来の光源がほぼ全方位に光を発していたのに対し、LEDランプは一方向にのみ光を生じるものであるので、従来の前照灯の構成では満足できる配光特性形成が得られない問題点を生じていた。

解決手段
本発明により、焦点を有する投影手段の焦点の近傍にLEDチップ2を配置し、このLEDチップ2からの光を投影レンズ10などの投影手段により照射方向に拡大投影したときには、車両用前照灯に適する配光特性が得られる形状にLEDチップ2の一部を覆う遮蔽部材6が設けられている投影型LEDランプ1としたことで、投影レンズ10で照射方向に投影するのみという簡便な手段で正確な配光特性が得られるものとして課題を解決する。
特許請求の範囲
【請求項1】
投影手段によりLED光源からの光を照射するLEDランプであって、
偏って光を照射するLEDチップを備えたLED発光部と、
LED発光部からの光を照射方向前方に投影する投影手段と、
前記LED発光部からの光を照射方向前方に投影する投影手段と、
前記LED発光部と前記投影部の間に位置し、LED発光部近くに配置する遮蔽部材と、を備え、
前記LED発光部は、LEDチップ若しくはLEDチップと蛍光体とを含み、
前記LED発光部からの光を前記投影手段により照射方向に拡大投影したときには、前記LED発光部の前記遮光部材で覆われていない部分の形状を、投影するように配置されていることを特徴とする投影型LEDランプ。
【請求項2】
前記遮蔽部材は前記LED発光部から2mm以下の間隔をもって設置されていることを特徴とする請求項1記載の投影型LEDランプ。
【請求項3】
鏡面処理が行われている側の前記遮蔽部材の面には、前記LED発光部の遮蔽が行われていない方向に向けて光を反射する傾斜が設けられていることを特徴とする請求項2記載の投影型LEDランプ。
【請求項4】
前記遮光部材は前記LED発光部における最高輝度を生じる部分またはその近傍を通る稜線で遮蔽を行うものとされていることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の投影型LEDランプ。
【請求項5】
前記LED発光部と前記遮蔽部材との間には、波長変換部材が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の投影型LEDランプ。
【請求項6】
前記投影手段が、焦点を有する投影レンズを用いるものであり、
前記焦点が、前記遮蔽部材もしくは前記LED発光部の位置またはこれらの近傍位置であることを特徴とする請求項1から請求項5の何れかに記載の投影型LEDランプ。
【請求項7】
前記LED発光部が白色LED発光部であり、
前記遮蔽部は、少なくとも前記投影レンズにおける青色の場合の焦点fbと赤色の場合の焦点frまで至る厚みの板厚を有する、ことを特徴とする請求項6に記載の投影型白色LEDランプ。
【請求項8】
前記投影手段が、一つの焦点を有する反射面からなるリフレクタまたは複数の反射面からなるマルチリフレクタを用いるののであることを特徴とする請求項1から請求項5の何れかに記載の投影型LEDランプ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、LEDランプに関するものであり、詳細には、車両用灯具などの光源として用いられるLEDランプの構成に係るものであって、前照灯(ヘッドライト)、補助前照灯(フォグライト)など従来は従来は採用されることのなかった配光特性を有する照明用の車両用灯具などの光源として採用するに適するLEDランプの構成に係るものである。
【背景技術】
【0002】
従来、LEDランプを、例えば懐中電灯など照明用灯具の光源として使用するときには、大型としたLEDチップを大型のパッケージに収納し、例えば、数十〜数百ミリアンペアの電流を印加し光量を得るものとしている。同時に、大型のパッケージとしたことにより、点灯させたときに前記LEDチップに生じる発熱を効果的に前記パッケージを経由して外部に伝導させ、大気中になどに放熱させることで、加熱による前記LEDチップの劣化、あるいは、破損を防止できるものである。(例えば、特許文献1参照)
【特許文献1】特開2004−192098号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、LEDランプを光源とする灯具が、前照灯など車両用灯具である場合には、前方に照射される光には対向車の運転者に幻惑を生じさせないように、厳密な配光特性が関係規格などにより設定されているものであり、また、前照灯など灯具側の構成は、ほぼ全方位に均等に光束を放散させる白熱電球などを想定して形成されているものであるので、一方向に偏って光を放射するLEDランプに単純に交換したのみでは、配光特性などに満足するものが得られないと言う問題点を生じている。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明は前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、投影手段によりLED光源からの光を照射するLEDランプであって、偏って光を照射するLEDチップを備えたLED発光部と、LED発光部からの光を照射方向前方に投影する投影手段と、前記LED発光部からの光を照射方向前方に投影する投影手段と、前記LED発光部と前記投影部の間に位置し、LED発光部近くに配置する遮蔽部材と、を備え、前記LED発光部は、LEDチップ若しくはLEDチップと蛍光体とを含み、前記LED発光部からの光を前記投影手段により照射方向に拡大投影したときには、前記LED発光部の前記遮光部材で覆われていない部分の形状を、投影するように配置されていることを特徴とする投影型LEDランプを提供することで、LEDランプを光源として採用するときにも規定の配光特性が正確且つ容易に得られるものとして課題を解決するものである。
【発明の効果】
【0005】
以上に説明したように本発明により、焦点を有する投影手段の前記焦点の近傍にLEDチップを配置し、該LEDチップからの光を前記投影手段により照射方向に拡大投影したときには、車両用前照灯などに適する配光特性が得られる形状に前記LEDチップの一部を覆う遮蔽部材が設けられている投影型LEDランプとしたことで、正確な特性の配光形状が、固体構造である投影型LEDランプの発光部の形状を投影レンズ、あるいは、リフレクタにより照射方向に拡大投影するという極めて簡便な手段で得られるものとなり、光源の固体化による信頼性の向上と、構成の簡素化によるコストダウンと、加えて、小型化を同時に可能とするという極めて優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図1および図2に符号1で示すものは本発明に係る投影型LEDランプ(以下、LEDランプ1と略称する。)であり、このLEDランプ1においては、LEDチップ2はベース3上にマウントが行われている。
【0007】
前記ベース3は、銅など熱伝導性に優れる金属部材で形成された基台部3aと、同じく金属部材で形成されるリードフレーム3bとが設けられ、前記基台部3aとリードフレーム3bとは樹脂部材など絶縁性部材で形成された絶縁層3cにより絶縁が行われている。そして、前記基台部3aにマウントが行われたLEDチップ2に対しては金線4などによりリードフレーム3bとの配線が行われ、外部からの給電により点灯が行えるものとされている。
【0008】
ここで、前記LEDランプ1を前照灯の光源用として採用するときの必要条件について考察してみると、灯色としては白色、または、黄色の単色が規定色とされ、通常には白色が採用される場合が多いが、現実には白色を直接に発光するLEDチップ2は存在せず、白色光を得るためには蛍光体5を併用するものとしている。
【0009】
その第一の方法としては、青色発光のLEDチップ2と、黄色発光の蛍光体5とを組合わせるものであり、LEDチップ2からの直射光の青色光と、前記LEDチップ2からの光により励起される蛍光体5からの黄色光が混合して白色光が得られるものとなる。また、第二の方法としては、紫外発光のLEDチップ2と、赤(R)、緑(G)、青(B)三原色の発光を行う蛍光体5を組合わせるものであり、この場合にはLEDチップ2からの直射光は照射光として使用されることはなく、前記蛍光体5からの照射光をもってLEDランプ1の照射光とされるものである。
【0010】
よって、本発明においては、前記LEDチップ2と蛍光体5とを組合せたLED発光部8をもって前照灯の光源としているものとして以後の説明を行うが、例えば灯色に黄色が要求されたときなどには、LEDチップ2からの直射光のままでも光源光として採用可能となるが、この場合においても本発明は実施が可能であり、その場合には、前記白色LED発光部8をLEDチップ2に置き換えれば良い。
【0011】
また、前記LEDチップ2、金線4、蛍光体5などは機械的にも強度が弱く、湿度などに対する耐性も充分ではないので、透明樹脂などで形成されたレンズ状部材、あるいは、窓ガラス状部材(図示は窓ガラス状部材6の例で示す)で覆われ、前記基台部3aとで外気に対して密閉状態とされて、上記各部位の接触による破損、湿度による劣化などを防ぐものとされている。また、レンズ状部材、あるいは、窓ガラス状部材とLED発光部8との間は、不活性ガス、シリコーンゲル(ここではシリコーンゲル9の例で示す)などで満たすことが好ましい。
【0012】
加えて、本発明のLEDランプ1においては、遮蔽部材7を設けるものであり、この遮蔽部材7は、前記蛍光体5の一部を覆い、例えばこの蛍光体5から放射される光を投影レンズなどで照射方向に投影したときに、例えばすれ違い用の配光形状など所望する形状が得られるものする。
【0013】
従って、前記窓ガラス状部材6と遮蔽部材7とは何れも、蛍光体5よりも照射方向前方に存在するものとなり、窓ガラス状部材6は透明、遮蔽部材7は不透明となるので、設ける順番は何れを前方側に設置しても良く、更には、例えば前記窓ガラス状部材6の内外面を利用して、不透明塗料による塗装、あるいは、金属部材の蒸着などにより遮蔽部材7を形成するなども自在である。
【0014】
また、このLEDランプ1を光源として採用する前照灯が赤外線暗視装置(ナイトビジョン)用の光源である場合には、前記窓ガラス状部材6には赤外線を通過し可視光を遮蔽する部材を用い、遮蔽部材7としては少なくとも赤外線から可視光までの光線を遮蔽する部材を用いれば良いものとなる。更に言えば、遮蔽部材7が金属部材の蒸着膜である場合、酸化による劣化なども考えられるので図2中に符号12で示すようにSiO2膜で覆い保護するものとしても良い。
【0015】
図3に符号HBで示すものは、左側通行におけるすれ違い配光の例であり、このすれ違い配光HBにおいては、自車の中心線から右半部は、対向車の運転者に対して幻惑を生じさせないように上向き光を一切含まない配光形状とされているが、左半部は、路側帯にある標識などの読み取りを容易とするために、エルボと称されている左上がり15°に上向き光を生じる部分が設けられている。
【0016】
本発明では、前記蛍光体5の前記遮蔽部材7で覆われない部分の形状を、上記に説明したすれ違い配光HBに相似させるものであり、そして、このようにして得られた蛍光体5の形状を、図4に示すように投影レンズ10で照射方向Pに投影することで、すれ違い配光HBが得られるものとなるのである。尚、前記遮蔽部材7でLEDチップ2を覆うときには、遠方視界を確保するために正面の水平方向に最高輝度があるように前記LEDチップ2は最高輝度、もしくは、それに近い位置で覆われるものとされる。
【0017】
尚、投影レンズ10で投影した後には、上下左右が反転するので、LEDランプ1としては、180°回転した状態で前照灯に取付け、この状態で投影レンズ10で投影すれば、すれ違い配光HBとしての正立像が得られるものとなる。また、前記遮蔽部材7の形状を変更することで、例えばエルボ無しの配光形状、あるいは、走行用の配光形状など自在な配光形状の形成が可能である。
【0018】
ここで、前記遮蔽部材7について、更なる説明を行えば、この遮蔽部材7はLEDチップ2からの光を遮蔽するものであるので、半分を覆えば光量も半分となるなどLEDチップ2からの光量に損失を生じるものである。ここで、発明者の検討の結果では、前記遮蔽部材7は少なくともLEDチップ2に対峙する側の面の処理は、投影後の配光特性の形状に与える影響が軽微であることを確認した。
【0019】
即ち、遮蔽部材7の表面側(投影レンズ10側)は光を反射すると投影レンズ10で再投影され配光特性の形状に影響を与える恐れが高いものとなるので黒色などに着色した無反射処理は好ましいが、裏面側の場合には鏡面処理を行ってLEDチップ2からの光を反射しても、LEDチップ2の側に戻るのみであるので、蛍光体5と遮蔽部材7との境界の形状、言い換えれば配光特性の形状には実質的に影響を与えないものである。
【0020】
そして、遮蔽部材7の裏面側で反射が行われた光は再度蛍光体5内に戻るので、図5に示すように遮蔽部材7の裏面を鏡面処理を行うと共に、蛍光体5が覆われていない方向に向かい反射光を生じる例えば鋸歯形状部7aなどとしておけばこれにより前記蛍光体5は一層に明るさが向上するものとなる。即ち、遮蔽部材7の裏面側に達する光は、照射光として回収することが可能となるのであり、発明者の試作、測定の結果では15%以上の光量増加が確認された。
【0021】
また、同時に行った前記遮蔽部材7に対する発明者の検討の結果では、配光特性の形状をより正確に得るためには投影レンズ10の焦点を遮蔽部材7に合わせて投影することが好ましく、また、配光特性に明るさを得たいときには投影レンズ10の焦点をLED発光部8(灯色が黄色の場合はLEDチップ2)に合わせ投影することが好ましい。よって、LEDチップ2と遮蔽部材7とは近接していれば両者がほぼ焦点が合っている状態となり、形状と明るさの双方の面に好都合であり、両者の間隔は2mm以下とすることが好ましく、更には1mm以下とすれば一層の好結果が期待できる。
【0022】
また、上記のように、遮蔽部材7により覆われるLED発光部8を投影レンズ10で投影する場合、投影レンズ10には1枚の平凸レンズ形状が採用されることが多いので図6に示すように、例えば青色に対する焦点fbを生じる位置と赤色に対する焦点frを生じる位置とに位置差がある、いわゆる色収差を生じるものとなる。
【0023】
この場合、何れか一方の側に近づけて遮蔽部材7を設置すれば、前記すれ違い配光HBの前記遮蔽部材7の形状が投影される部分である明暗境界線HL(図3参照)の部分に着色を生じるものとなり、灯色は単色であるとする規定を満足させることができないものとなる。その解決策としては図7に示すように遮蔽板7の板厚tを、例えば、青色の焦点fbから赤色の焦点frまで至る厚みのものとし、投影された明暗境界線HL上には複数の色が存在するものとすれば、混合色は白色に近づき、特定の色を感じさせないものとすることができる。
【0024】
あるいは、図8に示すように、薄い遮蔽部材7の少なくとも2枚を用意し、例えば、窓ガラス状部材6の表裏面を利用するなどして、1枚を青色の焦点fbの位置に設置し、他方の一枚を赤色の焦点frの位置に設置する。このようにすることで、投影されたすれ違い配光HBの明暗境界線HLにおいてはほぼ補色の関係にある青色と赤色とが混色されるものとなり、上記の厚い遮蔽部材7の例と同様に、特定の色を感じさせないものとすることができる。
【0025】
尚、前記遮蔽部材7について更に説明を行えば、前記投影レンズ10においては上記に説明した色収差(Chromatic aberratin)以外にも、球面収差(Spherical aberration)、非点収差(Astigmatism)、コマ(Coma)、像面湾曲(Field cllurvature)、歪曲収差(Distortion)などの収差を生じ、前記LED発光部8の形状を投影するときには、これらの収差によって、形状の歪み、あるいは、焦点はずれなどを生じる。
【0026】
従って、前記遮蔽部材7としては、例えば像面湾曲に対応させるためには、投影レンズ10の焦点面が湾曲しているのと同じ形状に湾曲させれば、中心から左右両端まで先鋭な明暗境界線HLが得られる(但し、球面収差、非点収差、コマの影響はないものとした場合)ものとなる。また、歪曲収差など形状の歪みに関与する収差については、投影された後のすれ違い配光HBが所望の形状となるように遮蔽部材7側で修正すれば良い。
【0027】
以上、何れの収差に対しても遮蔽部材7を厚くする、湾曲させる、変形させるなどの手段で対応が可能であるが、これらの詳細な方法については、投影レンズ10を採用するいわゆるプロジェクタ型の灯具において既に公知のことであるので、ここでのより以上の詳細な説明は省略する。
【0028】
図9は、本発明に係るLEDランプ1を光源として採用した前照灯の別な実施形態を模式的に示すものであり、図4では前照灯は1つのLEDランプ1と1つの投影レンズ10とから構成されていた。しかしながら、前記遮蔽部材7を含む白色LED発光部8は形状面ではすれ違い配光HBの規格を満足させられるが、照度分布的には中心照度が不足するなど、規定を満足させられない場合がある。
【0029】
ここで、本発明では極めて小面積であるLED発光部8を直接に投影するものであるので、投影レンズ10も小型のもので良いものとなり、よって、LEDランプ1と投影レンズ10との組合せを複数個用意しても充分に前照灯として要求される寸法内には保てるものとなる。
【0030】
そこで、この実施形態では、1つの前照灯として、LEDランプ1と投影レンズ10との組合せの数を、例えば3組など、複数組を用意するものであり、このときにLEDランプ1は前の実施形態と同一のもので良いが、投影レンズ10は、拡大率が図4で使用したのと同じとした第一の投影レンズ10a、それより拡大率が小さい第二の投影レンズ10b、更に小さい第三の投影レンズ10cの3種類が用意され、全てが同一方向に投影されている。
【0031】
図10は、上記の構成とした前照灯によるすれ違い配光HBsを示すものであり、このすれ違い配光HBsは形状的には前の実施形態で得られたすれ違い配光HB(図3参照)と同じであるが、第一の投影レンズ10aからの配光Haと、第二の投影レンズ10bからの配光Hbと、第三の投影レンズ10cからの配光Hcとが重ね合わされて形成されている
【0032】
このようにすることで、最も拡大率の低い第三の投影レンズ10cからの配光Hcが最も明るく、その配光Hcが、すれ違い配光HBsの中心部に配置されていることで車両の正面前方が最も明るく照射されるものとなり遠方に対する視認性が向上する。そして、LEDランプ1と投影レンズ10との組合せの数、それぞれの投影レンズ10c拡大率を調整すれば規格を満足させられるものとなる。
【0033】
尚、一般的に言えばLEDランプ1の光量は従来の光源であるハロゲン電球、メタルハライド放電灯に比べて少ないものであるので、このように複数を組合わせて光量を増す手段はLEDランプ1を光源とする前照灯を実現する手段としては非常に有効である。
【0034】
また、上記説明では理解を容易とするために、ほぼ同じ形状とした配光の拡大率を変えたものを重ね合わせて最終的なすれ違い配光を得るものとしているが、これは、最終的なすれ違い配光の形状を適宜に分割したものをつなぎ合わせて形成しても良いものであり、要は最終的に規定を満足する配光形状が得られれば良いものである。
【0035】
図11は本発明に係るLEDランプ1を使用する別な投射方法の例であり、前の投射方法である投影レンズ10に換えて、この例では、例えば回転放物面など焦点を有するリフレクタ11を用いて照射方向Pに投影し、所定の配光形状とした照射光を得るものとしている。
【0036】
ここで、よって、反射光により投影像を形成するリフレクタ11を用いるこの投影方法では前記LEDチップ2、蛍光体5、遮蔽部材7などをリフレクタに対峙させるものとなり、即ち、照射方向Pに対して後ろ向きに近い状態で設置されるものとなる。
【0037】
このときに、前記リフレクタ11は、例えば放物系の自由曲面の複数が組合わされたマルチリフレクタのものとしておけば、すれ違い配光HBを形成するときの自由度が高く、またリフレクタ11においては原則的に色収差を生じないので、高品質なすれ違い配光HBが得られやすいものとなる。また、上記投影レンズの場合と同様にLEDランプ1とリフレクタ11との組合せの複数を使用して前照灯を構成しても良いものである。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明に係る投影型LEDランプの実施形態を示す斜視図である。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図である。
【図3】本発明の投影型LEDランプにより得られるすれ違い配光特性の例を示す説明図である。
【図4】本発明に係る投影型LEDランプを投影レンズと組合わせるときに状態を示す説明図である。
【図5】本発明に係る投影型LEDランプの遮蔽部材の構成の例を示す断面図である。
【図6】投影レンズに生じる色収差の例を示す説明図である。
【図7】本発明に係る投影型LEDランプの遮蔽部材の別の構成の例を示す断面図である。
【図8】同じく本発明に係る投影型LEDランプの遮蔽部材の更に別の構成の例を示す断面図である。
【図9】複数の前照灯光源用LEDランプと投影レンズとの組合わせで前照灯を構成するときの例を示す説明図である。
【図10】複数の投影型LEDランプと投影レンズとを組合わせるときの配光特性の形成手段の例を示す説明図である。
【図11】本発明に係る投影型LEDランプをリフレクタと組合わせるときに状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【0039】
1……投影型LEDランプ
2……LEDチップ
3……ベース
3a……基台部
3b……リードフレーム
3c……絶縁層
4……金線
5……蛍光体
6……窓ガラス状部材
7……遮蔽部材
7a……鋸歯形状部
8……LED発光部
9……シリコーンゲル
10……投影レンズ
11……リフレクタ
12……SiO2




 

 


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