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発明の名称 LED光源装置及びLED光源装置を用いた車両前照灯
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2007−87946(P2007−87946A)
公開日 平成19年4月5日(2007.4.5)
出願番号 特願2006−249850(P2006−249850)
出願日 平成18年9月14日(2006.9.14)
代理人 【識別番号】100079094
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 輝緒
発明者 谷田 安 / 原田 光範
要約 課題
本発明は、光源として複数個のLEDチップを使用して前照灯,補助前照灯等の前方に向かって光を照射するために適したLED光源装置及びLED光源装置を用いた車両前照灯を提供することを目的とする。

解決手段
基台20の上面に形成されたキャビティ20a内に実装されたLEDチップ21と、このキャビティ内にてLEDチップを封止する樹脂部22と、上記基台の上方にてLEDチップから隔置して配置された光学部材23と、を備えたLED光源装置であって、上記光学部材23が、蛍光体層25を含んでおり、上記光学部材の外面側に、上記LEDチップよりも小さな複数の微小屈折素子から成る微小構造52を備えるように、LED光源装置を構成する。
特許請求の範囲
【請求項1】
上面にキャビティが形成されている基台と、
上記基台のキャビティ内に実装されたLEDチップと、
このキャビティ内にてLEDチップを封止する樹脂部と、
上記基台の上方にてLEDチップから隔置して配置された光学部材と、
を備えたLED光源装置であって、
上記光学部材が、蛍光体層を含んでおり、
上記光学部材の外面側に、上記LEDチップよりも小さな複数の微小光学素子から成る微小構造を備えていることを特徴とする、LED光源装置。
【請求項2】
上記微小構造が、上記光学部材と別体のシート状に形成されて、光学部材外面表面に貼着され、あるいは光学部材内で内面反射していた光をそれを通して外部に出射させることを特徴とする、請求項1に記載のLED光源装置。
【請求項3】
上記微小構造が、マイクロレンズまたはマイクロプリズムを用いたレンズアレイであることを特徴とする、請求項1または2に記載のLED光源装置。
【請求項4】
上記光学部材が、遮光部と、少なくとも遮光部を除く領域に配置された蛍光体層と、を含んでおり、
上記光学部材が、上記遮光部を除く領域に対応する位置の外側表面に、上記微小構造を備えていることを特徴とする、請求項1から3の何れかに記載のLED光源装置。
【請求項5】
請求項1から4の何れかに記載のLED光源装置と、この光源装置からの出射光を取り込む投影レンズと、を備えており、
上記微小構造が、LED光源装置の出射光に対して光軸方向の指向性を付与して上記投影レンズの取り込み角内に多くの光を入射させることを特徴とする、車両前照灯。
【請求項6】
請求項4に記載のLED光源装置と、この光源装置の遮光部付近に光源側の焦点が位置するように配置された投影レンズと、を備えており、
上記微小構造が、LED光源装置の出射光に対して光軸方向の指向性を付与して上記投影レンズの取り込み角内に多くの光を入射させると共に、
上記投影レンズが遮光部によりカットオフされた光源装置の発光部の形状を前方に向かって照射することを特徴とする、車両前照灯。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数個のLED素子を利用したLED光源装置と、この光源装置を使用した前照灯,補助前照灯等の車両前照灯に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、大電流タイプの白色LED光源は、例えば図22に示すように構成されている。
即ち、図22において、白色LED光源1は、放熱コア2の上面に設けられたキャビティ2a内に実装されたLEDチップ3の周囲を蛍光体を含むシリコン,エポキシ等の樹脂4で覆うと共に、樹脂4の上方にレンズ5を配置することにより構成されており、放熱コア2の周囲に配置されたリード端子6,7の上端をそれぞれ放熱コア2及びLEDチップ3の電極部に金線6a,7aによりワイヤボンディングすることにより、LEDチップ3に駆動電流を供給するようになっている。
ここで、LEDチップ3は例えば青色光を出射する青色LEDチップであり、樹脂4内の蛍光体は、青色光により励起されて黄色光を出射するようになっている。
【0003】
このような構成の白色LED光源1によれば、LEDチップ3から出射した光L1が樹脂4内の蛍光体に当たって蛍光体を励起し、励起光L2とLEDチップ3からの光L1との混色によって、外部に白色光が出射することになる。
【0004】
ところで、このような構成の白色LED光源1においては、供給される駆動電流のうち、一部が光に変換されるものの、現状では約90%近くが熱に変換されている。そして、発熱による温度上昇に伴って、LEDチップ3の内部量子効率が低下することになる。また、樹脂4内の蛍光体の励起光への変換効率も、LEDチップ3よりも温度上昇による影響が大きい。
このため、白色LED光源1に関して、温度上昇によって出射する光束が低下するだけでなく、色度がシフトしてしまう結果となることから、放熱対策が重要である。
【0005】
従って、このような大電流タイプの白色LED光源1においては、LEDチップ3の放熱効率を高めるために、熱伝導性の高い材料、例えば銅から成る放熱コア2を使用して、放熱コア2上にLEDチップ3を実装すると共に、LEDチップ3から出射する光の取出し効率を向上させるために、放熱コア2の上面に形成されたキャビティ2aの内面を反射ホーンとして利用するようにしている。
【0006】
このような構成により、白色LED光源1は例えば200mA以上の大電流化が可能となり、LEDチップの高効率化、そして蛍光体の変換効率の向上によって、白色LED光源の高輝度化及び大光量化が実現されるようになってきている。
そして、LED自体の長寿命,省電力という利点もあって、LED光源の照明用光源,車両前照灯用光源として利用が現実的になってきている。
【0007】
ここで、大電流タイプのLED光源を車両前照灯の光源として利用する場合、以下のような問題があることから、実際に車両前照灯として構成することが困難である。
即ち、車両前照灯の配光特性、特にすれ違いビームの配光特性は、図23に示すように規格化されており、対向車に眩惑光を与えないための水平ライン及び歩行者や交通標識を認識するために必要な15度のエルボラインにおける光度の明暗差(以下、カットオフラインC1という)を必要とし、また運転者の遠方視認性を確保するために、前方における中心光度最低8000cd以上を必要とする。
尚、従来のハロゲン電球を使用した車両前照灯では20000cd以上の中心光度,HID(キセノン放電灯)を使用した車両前照灯では40000cd以上の中心光度が一般的である。
【0008】
光源として白色LED光源1を使用することにより、このような配光特性を実現するためには、従来図24または図25のような車両前照灯が考えられている。
図24において、車両前照灯8は、集光用の凸レンズ8aの後側の焦点F付近に対して、すれ違いビームの配光パターン即ち前述したカットオフを形成するための遮光板8bを配置すると共に、遮光板8bの直後に白色LED光源1を配置することにより、構成されている。
【0009】
このような構成の車両前照灯8によれば、白色LED光源1から出射した光は、凸レンズ8aの焦点Fに向かって進み、焦点F付近に配置された遮光板8bで不要な光が遮断されることにより、凸レンズ8aで集光されて、図23に示すように、所謂すれ違いビームのカットオフを備えた配光パターンで前方に向かって照射されることになる。
【0010】
また、図25において、車両前照灯9は、集光用の凸レンズ9aの後側の焦点F付近に対して、すれ違いビームの配光パターン即ち前述したカットオフを形成するための遮光板9bを配置し、さらに上記凸レンズ9aの焦点F付近に一方の焦点が位置し且つ他方の焦点が凸レンズ9aの光軸上に位置する回転楕円面から成るリフレクタ9cを配置して、リフレクタ9cの他方の焦点位置付近に、凸レンズ9aの光軸に垂直に、即ち凸レンズ9aに対して横向きに白色LED光源1を配置することにより、構成されている。
【0011】
このような構成の車両前照灯9によれば、白色LED光源1から出射した光は、リフレクタ9cにより反射されて、一方の焦点即ち凸レンズ9aの焦点Fに向かって進み、焦点F付近に配置された遮光板9bで不要な光が遮断されることにより、凸レンズ9aで集光されて、図23に示すように、所謂すれ違いビームのカットオフを備えた配光パターンで前方に向かって照射されることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
ところで、これらの車両前照灯8,9によれば、白色LED光源1のレンズ(一次光学系レンズ)に対して、二次光学系レンズとしての凸レンズ8a,9aにより遮光板8b,9bの影を前方に向かって投影することにより、容易にカットオフを形成することができるが、白色LED光源1からの光の約30乃至40%が遮光板8b,9bにより遮断されることになるので、光の利用効率が非常に低くなってしまう。
これに対して、白色LED光源1の発光部形状は、矩形や円形であることから、遮光板8b,9bを使用せずに、明瞭なカットオフを形成することは困難である。
【0013】
さらに、一般に、集光光学系における光度値は、光源の輝度(二次光学系レンズの焦点位置における輝度)と二次光学系面積によってほぼ決まってしまうので、既存のハロゲン電球やHIDと比較して輝度が低いLED光源の場合、光度のピーク値を成立させることが困難である。
【0014】
そして、LED光源の高輝度化が進んだとしても、将来的にLED光源の輝度がHIDと同等の輝度を実現することは困難であると考えられることから、特に図25に示すような車両前照灯9の場合、既存のプロジェクタタイプと同様の光度を得るためには、より大きな光学系面積が必要になると共に、LED光源の面発光という利点を生かすことができず、既存のプロジェクタタイプと同様の奥行きになる、車両前照灯の小型化及び薄型化を図ることが困難になってしまう。
【0015】
また、図24に示す車両前照灯8においては、遮光板8bが、LED光源1の発光部から離れる程、焦点F付近の光度値が急激に低下してしまう。出願人の実験によれば、図26のグラフに示すように、約6割の光度を得るためには、発光部から2mm以内の位置に遮光板8bを配置することが望ましいが、一般的にLED光源1は、光取り出し効率の向上及びLEDチップ3,蛍光体を含む樹脂4や金線6a,7aの保護のために、樹脂モールドによるレンズ5で覆われていることから、発光部から2mm以内の位置に遮光板8bを配置することは不可能である。
【0016】
これに対して、車両前照灯8においては、LED光源1の発光部の発光部形状がそのまま凸レンズ8aにより前方に向かって投影されるので、LEDチップ3内の色ムラや輝度分布がそのまま配光特性に反映されることになる。
ここで、白色LED光源1は、図22に関連して前述したように構成されていることから、発光部は、実質的に蛍光体を含む樹脂4の表面になる。従って、発光部表面における光の色は、LEDチップ3からの透過光と蛍光体による励起光の比によって決まり、LEDチップ3の直上では、LEDチップ3からの透過光が多いことから、青色LEDチップの場合、青白い光となり、周辺にいくに従って黄色がかった白い光となり、色ムラが発生することになる。
また、輝度分布も同様であり、輝度ムラがそのまま前方に向かって照射されることにより、配光特性に影響を与えることになってしまう。
【0017】
本発明は、以上の点から、光源として複数個のLED素子を使用して前照灯,補助前照灯等の前方に向かって光を照射するために適したLED光源装置及びLED光源装置を用いた車両前照灯を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0018】
上記目的は、本発明の第一の構成によれば、上面にキャビティが形成されている基台と、上記基台のキャビティ内に実装されたLEDチップと、このキャビティ内にてLEDチップを封止する樹脂部と、上記基台の上方にてLEDチップから隔置して配置された光学部材と、を備えたLED光源装置であって、上記光学部材が、蛍光体層を含んでおり、上記光学部材の外面側に、上記LEDチップよりも小さな複数の微小光学素子から成る微小構造を備えていることを特徴とする、LED光源装置により、達成される。
【0019】
本発明によるLED光源装置は、好ましくは、上記微小構造が、上記光学部材と別体のシート状に形成されて、光学部材外面表面に貼着されており、あるいは光学部材内で内面反射していた光をそれを通して外部に出射させる。
【0020】
本発明によるLED光源装置は、好ましくは、上記微小構造が、マイクロレンズまたはマイクロプリズムを用いたレンズアレイである。
本発明によるLED光源装置は、好ましくは、上記光学部材が、遮光部と、少なくとも遮光部を除く領域に配置された蛍光体層と、を含んでおり、上記光学部材が、上記遮光部を除く領域に対応する位置の外側表面に、上記微小構造を備えている。
また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、前述したLED光源装置と、この光源装置からの出射光を取り込む投影レンズと、を備えており、上記微小構造が、LED光源装置の出射光に対して光軸方向の指向性を付与して上記投影レンズの取り込み角内に多くの光を入射させることを特徴とする、車両前照灯により、達成される。
【0021】
また、上記目的は、本発明の第三の構成によれば、上記LED光源装置と、この光源装置の遮光部付近に光源側の焦点が位置するように配置された投影レンズと、を備えており、上記微小構造が、LED光源装置の出射光に対して光軸方向の指向性を付与して上記投影レンズの取り込み角内に多くの光を入射させると共に、上記投影レンズが、遮光部によりカットオフされた光源装置の発光部の形状を前方に向かって照射することを特徴とする、車両前照灯により、達成される。
【発明の効果】
【0022】
上記第一の構成によれば、LEDチップから出射した光は、直接にまたはキャビティ内面で反射されて、樹脂部から出射し、蛍光体層に入射する。そして、蛍光体層の蛍光体がLEDチップからの光により励起され、励起による蛍光とLEDチップからの光の混色光が、光軸に沿って出射することになる。従って、この光を投影レンズにより光軸方向に沿って、所定の配光パターンで、例えば自動車の前方に向かって投影することにより、車両前照灯用の所定の配光パターンで照射されることになる。
【0023】
その際、上記光学部材の外面側に、微小構造を備えていることにより、光学部材の内面に対して比較的大きな入射角で入射した混色光が、光学部材の内側で反射を繰り返して減衰することが防止され、このような混色光が、微小構造の複雑な表面形状に基づいて、外部に出射するので、光の取出し効率が向上することになると共に、微小構造の光学的作用によって、外部に出射する光の指向性を調整して、軸上輝度を高めることが可能である。
これにより、車両前照灯の投影レンズの取り込み角内により多くの光束を入射させることが可能となり、車両前照灯の光利用効率の向上そして高光度化を実現することができる。
【0024】
上記微小構造が、上記光学部材と別体のシート状に形成されて、光学部材外面表面に貼着され、あるいは光学部材内で内面反射していた光をそれを通して外部に出射させる場合には、従来設けられている光学部材を利用して、その外面にシート状の微小構造を貼着しまたは隣接して配置することにより、容易に微小構造を設けることができる。
【0025】
上記微小構造が、マイクロレンズまたはマイクロプリズムを用いたレンズアレイである場合には、市販のレンズアレイを利用して、容易に微小構造を設けることができる。
上記光学部材が、遮光部と、少なくとも遮光部を除く領域に配置された蛍光体層と、を含んでおり、上記光学部材が、上記遮光部を除く領域に対応する位置の外側表面に、上記微小構造を備えている場合には、遮光部を通過する光に対して確実に光軸方向の指向性を付与することができる。
【0026】
上記第二の構成によれば、光源装置のLEDチップからの光は、微小構造により光軸方向の指向性を付与されることによって、上記投影レンズの取り込み角内により多くの光束が入射することになるので、光の利用効率が向上し、前方に向かって照射される光の光度がより高められ得ることになる。
【0027】
上記第三の構成によれば、光源装置のLEDチップからの光は、微小構造により光軸方向の指向性を付与されることによって、上記投影レンズの取り込み角内により多くの光束が入射することになるので、前方に向かって照射される光の光度がより高められ得ることになると共に、遮光部によりカットオフが形成されることにより、すれ違いビームに適した配光パターンが得られることになる。
【0028】
このようにして、本発明によれば、LEDチップからの光を隔置された蛍光体層に入射させて、蛍光体層中の蛍光体を励起し、その励起光とLEDチップからの光の混色光を、微小構造を介して光源装置の外部に出射させ、投影レンズにより前方に向かって投影することにより、LEDチップからの出射光の利用効率を向上させると共に、照射光の高光度化を図ることができるので、前照灯として必要な配光パターンと輝度分布を得ることができる。従って、光源としてLEDチップを使用した前照灯,補助前照灯に適したLED光源装置そしてLED光源装置を用いた車両前照灯を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
以下、この発明の好適な実施形態を図1から図21を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の参考例及び好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【参考例1】
【0030】
図1乃至図3は、本発明による車両前照灯用光源装置の前提となる第一の参考例を使用した車両前照灯の構成を示している。
図1及び図2において、車両前照灯10は、光源装置11と、光源装置11からの光を集束させる投影レンズ12と、から構成されている。
【0031】
上記光源装置11は、図4及び図5に示すように、基台20と、LEDチップ21と、樹脂部22と、光学部材23と、遮光部24と、蛍光体層25と、一対のリード端子26,27と、から構成されている。
【0032】
上記基台20は、図示の場合、銅等の熱伝導性の良好な放熱コアから構成されており、上面に上方に向かって拡るように形成された凹状のキャビティ20aを備えている。
【0033】
上記LEDチップ21は、例えば青色LEDチップであって、基台20のキャビティ20aの底面にダイボンディング等により実装されており、その上面の電極部が一方のリード端子26の上端に対して金線26aによりワイヤボンディングされている。これに対して、他方のリード端子27の上端に対して、基台20の上面が同様に金線27aによりワイヤボンディングされている。
【0034】
上記樹脂部22は、シリコン等の透光性樹脂から成り、基台20のキャビティ20a内に充填され、硬化されている。
【0035】
上記光学部材23は、ガラス,樹脂等の透光性材料から成るフラットカバー(またはレンズ)であって、上記LEDチップ21の上方にて、その光軸に対してほぼ垂直に配置されている。
【0036】
上記遮光部24は、上記光学部材23の内面(図5にて下面)にて、その一部領域に配置されており、LEDチップ21から出射した光の一部を遮断することにより、所謂カットオフを形成して、投影レンズ12により投影される光の配光パターンを、例えば図23に示す車両前照灯のすれ違いビームの配光パターンとなるように調整する。
そして、上記遮光部24は、LEDチップ21の光軸上にて、LEDチップ21の発光面である上面から2mm以内、好ましくは1mm以内の位置に配置されている。
【0037】
さらに、上記遮光部24は、そのLEDチップ21側の表面に反射面24aを備えていてもよい。
この反射面24aは、遮光部24自体が、例えばステンレス鋼,アルミニウム等の金属板から構成され、光学部材23の内面に接着等により貼り付けられていてもよく、また遮光部24の表面に例えばスパッタリング等により形成された金属薄膜として構成されていてもよい。
【0038】
金属薄膜としては、例えばアルミニウムが好適であり、約90%程度の反射率を実現することが可能である。
また、ニッケル及びアルミニウムの二層構造の金属薄膜であってもよい。この場合、ニッケルを内側に配置することにより、光学部材23または遮光部24の表面を平滑化することにより、より平坦な反射面24aを形成することが可能になる。
さらに、遮光部24及び反射面24aを一体の薄膜として形成する場合、光の透過を防止するためには、100nm以上の厚さにすることが好ましい。
【0039】
上記遮光部24は、図6に示すように、光軸方向に関して所定の厚さdを有している。この厚さは、投影レンズ12の赤色波長(長波長側)による焦点位置F1及び青色波長(短波長側)による焦点距離F2の差異(図7参照)、即ち一般的には、投影レンズ12が通常の材料から構成される場合、その焦点距離の約2%程度に選定されている。
これにより、投影レンズ12を構成する材料の赤色波長及び青色波長の光に対する屈折率の違いにより発生する色収差を取り除いて、投影レンズ12の色収差により分離した赤色光や青色光を遮光部24により確実に遮断して、前方に向かって照射される光における色の分離を取り除くようになっている。
【0040】
尚、遮光部24の厚さdにより、投影レンズ12の赤色波長(長波長側)及び青色波長(短波長側)による焦点距離の差異に対応させる代わりに、図8に示すように、光学部材23の内面の遮光部24に対応して、光学部材24の外面に第二の遮光部28を設けて、光学部材23の厚さを前述した焦点距離の差異dに対応させるようにしてもよい。
【0041】
上記蛍光体層25は、例えばシリコン材料に蛍光体(図示せず)を含浸させて、薄膜フィルム状に形成されており、光学部材23の内面に対して接着等により貼り付けられている。
蛍光体は、LEDチップ21からの青色光により励起されて、励起光である黄色光を出射し、この黄色光がLEDチップ21からの青色光と混色されて、白色光となって外部に出射されるようになっている。
【0042】
ここで、光学部材23及び遮光部24の表面には、SiO2 膜23aがコーティングされており、上記蛍光体層25の光学部材23及び遮光部24の表面に対する密着性を高めて、蛍光体層25の剥離を防止するようになっている。
上記SiO2 膜23aは、例えばスパッタリング等の薄膜コーティング法により形成され、上記反射面24aが薄膜から成る場合には、反射面24aと同時に形成するようにしてもよい。
尚、光学部材23がガラスから構成されている場合には、このSiO2 膜23aは省略されてもよい。
【0043】
さらに、上記蛍光体層25は、LEDチップ21の上面から所定距離の位置に配置されている。これにより、LEDチップ21から蛍光体層25に対する熱伝導が低減されることになり、蛍光体層25の温度上昇が抑制される。
ここで、例えば蛍光体層25は、一般に100℃で常温時の約70%程度の変換効率となり、150℃に達すると約50%以下の変換効率になってしまう。これに対して、LEDチップ21は、100℃で90%,150で70%の出力低下がある。
【0044】
従って、LEDチップ21と蛍光体層25の間の温度抵抗を距離及び媒質を調整して、LEDチップ21に対して蛍光体層25の温度を例えば7割程度に低く保持することにより、LEDチップ21及び蛍光体層25の温度上昇による効率低下の差異を低減することにより、混色光の色度のずれを低減することができる。
例えば、図2に示した光源装置11においては、LEDチップ21から蛍光体層25までの距離を1.2mmとすることにより、LEDチップ21の温度が100℃のとき、蛍光体層25の温度を約70℃程度まで低下させることができ、蛍光体層25の温度上昇による変換効率の低下を抑制して、色度のずれを低減することができる。
【0045】
また、上記蛍光体層25は、薄膜フィルムとして形成されることにより、図9に示すように、全体がほぼ一定の厚さに保持され得る。従って、蛍光体層25に同じ入射角で入射した光の蛍光体層25内の光路長が同じになることから、色ムラの発生が抑制されることになる。
これに対して、蛍光体層25は、図10または図11に示すように、光学部材24の内面から内側または外側に、光軸から離れるにつれて厚さが薄くなるように、扁平な凸レンズ状に形成されていてもよい。これにより、光軸から離れた周辺領域にて、LEDチップ21から蛍光体層25への入射角が大きくなっても、蛍光体層25内の光路長があまり長くならないので、混色光が黄色がかる等の色度のずれが低減され得ることになる。
【0046】
ここで、上記蛍光体層25は、例えば蛍光体を含浸させたシリコン材料等をスピンコータ等によってガラス板等の上に塗布することにより、薄膜フィルムとして形成され、あるいは金型成形によって形成される。金型成形の場合には、上述したように図10または図11に示す厚さが一定でない形状の蛍光体層25を容易に作成することが可能である。
【0047】
上記投影レンズ12は、凸レンズから構成されており、上記光源装置11の基台20の前方に向かってほぼ水平に延びる中心軸上に光軸が一致するように、そしてその光源装置11側の焦点位置Fが、光源装置11の遮光部23付近に位置するように、配置されている。
【0048】
この車両前照灯10は、以上のように構成されており、光源装置11のLEDチップ21が給電されて発光することにより、LEDチップ21から出射した光は、直接に、または基台20のキャビティ20aの内面で反射されて樹脂部22から出射して、隔置された蛍光体層25に入射して、蛍光体層25中の蛍光体を励起する。
そして、蛍光体による励起光である黄色光がLEDチップ21からの青色光と混色され白色光となって、光学部材24を透過して出射され、投影レンズ12により集光されて、前方に向かって照射されることになる。
その際、上記混色光である白色光の一部が遮光部24により遮断されることにより、カットオフを形成されて、その像が投影レンズ12により前方に向かって投影されるので、図3に示すように、すれ違いビームの配光パターンLを備えることになる。
【0049】
ここで、光源装置11の蛍光体層25がLEDチップ21から隔置されていることにより、蛍光体層25の温度上昇が抑制されることになり、LEDチップ21及び蛍光体層25の温度上昇による効率低下の差異が縮小されるので、温度上昇による混色光の色度のずれが抑制されることになる。
【0050】
また、光源装置11内にて遮光部24がLEDチップ21に近接して配置されているので、遮光部24において高光度が得られることになり、この遮光部24の像を投影レンズ12により前方に向かって投影することにより、明瞭なカットオフを形成することができる。
例えば、実験によれば、LEDチップ21から遮光部24までの距離を2mm以内に設定することにより約60%の光度を、また1mm以内に設定することにより約90%の光度を得ることができる。
その際、投影レンズ12の焦点位置を光源装置11の遮光部24付近に位置合わせすることによって、簡単な構成により、車両前照灯を構成することができる。
【0051】
さらに、遮光部24の内面に反射面24aを備えていることにより、遮光部24に入射する光が反射されて、再利用により遮光部24を通って前方に向かって照射されることにより、光源装置11からの光の取出し効率が約10%程度高められることになる。
また、遮光部24が所定の厚さを備えていることにより、投影レンズ12の色収差による赤色光及び青色光の分離を取り除くことができるので、前方に向かって照射される光は、車両前照灯に適した白色光となる。
【0052】
さらに、蛍光体層25がLEDチップ21から隔置されていることにより、図12に示すように、LEDチップ21からの光が十分に拡散した状態で蛍光体層25に入射することになるので、蛍光体層25からの混色光の輝度分布が滑らかなグラデーションを備えることになり、投影レンズ12により投影される配光パターンにおいて、二次的カットオフラインが目立たなくなり、路面における配光スジ等が大幅に削減され得ることになる。
ここで、蛍光体層25がLEDチップ21から隔置されていることにより、中心輝度が約2/3程度と低下することになるが、蛍光体の変換効率の向上,反射面24aによる光取出し効率の向上により、輝度の低下を部分的に補償することができると共に、色ムラの低減、輝度分布のグラデーション生成等の大きな利点が得られることになる。
【0053】
このようにして、上述した車両前照灯10によれば、蛍光体層25のLEDチップ21からの隔置により、温度上昇による蛍光体層25の蛍光体による変換効率を向上させて、温度上昇による色度のずれを低減すると共に、遮光部24をLEDチップ21に近接させることによって、軸上輝度を向上させ、且つ明瞭なカットオフを形成することができる。
従って、光源としてLEDチップ21を使用することにより、前照灯等に適した車両前照灯10を実現することができる。
【参考例2】
【0054】
図13は、本発明による車両前照灯の前提となる第二の参考例の要部の構成を示している。
図13において、車両前照灯30は、図1及び図2に示した車両前照灯10とほぼ同様の構成であるが、光源装置11の反射面24aが、光軸に垂直な面に対して斜めに配置されており、これに対応して、基台20のキャビティ20aの内面が異型反射ホーン20bとして形成されている点で異なる構成になっている。 この場合、反射面24aは、遮光部材により形成された遮光部24が光軸方向に立体的に構成され、その斜面が鏡面仕上げされることにより、形成されている。
【0055】
このような構成の車両前照灯30によれば、図1及び図2に示した車両前照灯10と同様に作用すると共に、遮光部24に入射する光の大部分が、反射面24aにより反射されて、基台20のキャビティ20aの異型反射ホーン20bに導かれて、異型反射ホーン20bにより反射され、二次反射光として蛍光体層25に入射し、その励起光との混色光が光学部材23を介して外部に出射される。これにより、光源装置11からの光の取出し効率がより一層向上することになる。
【参考例3】
【0056】
図14は、本発明による車両前照灯の前提となる第三の参考例の要部の構成を示している。
図14において、車両前照灯40は、図13に示した車両前照灯30の変形例であって、光源装置11の反射面24aが、遮光部24としても作用する金属薄膜から構成されており、これに対応して、光学部材23が反射面24aの表面を画成するように立体的に形成されている点で異なる構成になっている。
【0057】
このような構成の車両前照灯40によれば、図13に示した車両前照灯30と同様に作用して、反射面24aに入射する光の大部分が、反射されて、基台20のキャビティ20aの異型反射ホーン20bに導かれて、異型反射ホーン20bにより反射され、二次反射光として蛍光体層25に入射し、その励起光との混色光が光学部材23を介して外部に出射される。これにより、光源装置11からの光の取出し効率がより一層向上することになる。
【実施例1】
【0058】
図15は、本発明による車両前照灯の一実施形態の要部の構成を示している。 図15において、車両前照灯50は、図1及び図2に示した第一の参考例による車両前照灯10とほぼ同様の構成であるが、光源装置11が、基台20の代わりに、セラミック基台として構成された基台51を備えていると共に、光学部材23の外面に微小構造(マイクロテスクチャ構造)としてマイクロレンズアレイ52を備えている点で異なる構成になっている。
【0059】
上記基台51は、キャビティ51aを備えた積層構造のセラミック基台として、例えば窒化アルミニウムやアルミナ等のセラミック材から構成されており、内部にLEDチップ21のための配線パターン51b,51cを備えている。
これにより、LEDチップ21は、キャビティ51aの底面に露出した一方の配線パターン51b上にダイボンディングされると共に、その上面の電極部が一方の配線パターン51cに対して金線51dによりワイヤボンディングされている。
【0060】
上記マイクロレンズアレイ52は、図示の場合、それ自体単体として形成されており、フラットカバーである光学部材23上に接着等により貼り付けられている。
上記マイクロレンズアレイ52は、図16に示すように光学部材23に対して比較的大きな入射角で入射して、光学部材23内で内面反射を繰り返して、光学部材23から出射し得なくなった光を、図17に示すように、光学部材23の外面から外部に出射させることができる。
【0061】
尚、この場合、微小構造(マイクロテクスチャ構造)として、マイクロレンズアレイ52が使用されているが、これに限らず、光学的に同様の機能を備えていれば、図18または図19に示すマイクロプリズムアレイ53または54を備えるようにしてもよい。
【0062】
さらに、上記マイクロレンズアレイ52の個々のマイクロレンズを非球面レンズとして形成し、あるいはマイクロプリズムアレイ53,54の個々のマイクロプリズムを例えばピラミッド状のプリズムとして形成することにより、光学部材23から出射する光を個々のマイクロレンズまたはマイクロプリズムにより屈折させて、出射光に対して光軸方向の指向性を付与することもできる。
これにより、投影レンズ12の取り込み角内に、より多くの光束を入射させることができるので、車両前照灯50として光の利用効率が向上し、照射光の高光度化を図ることができる。
【0063】
本発明実施形態による車両前照灯50によれば、図1及び図2に示した車両前照灯10と同様に作用すると共に、マイクロレンズアレイ52により、フラットカバーとしての光学部材23内で内面反射を繰り返す光を外部に取り出すことによって、図20にて実線で示すように、前方に向かって拡散する光を多くして、光源装置11からの光の取出し効率が約5乃至20%程度向上することになる。 具体的には、マイクロレンズアレイ52の個々のマイクロレンズを直径50μmの半球レンズとして形成したとき、光の取出し効率を約12%向上させることができた。
【0064】
また、この場合、基台と別体のリード端子27,28の代わりに、基台51内に一体化された配線パターン51b,51cが備えられているので、部品点数が少なくて済み、部品コスト及び組立コストが低減され得る。
【0065】
尚、上記車両前照灯50においては、投影レンズ12の色収差を補償するために、遮光部24の実質的な厚さを所定厚さdにするために、光学部材24の外面に第二の遮光部28を設ける場合、第二の遮光部28の端縁を、マイクロレンズアレイ52より前方に配置する必要がある。
このため、図21に示すように、第二の遮光部28を構成する板状部材が、光学部材24の遮光部24に対応する外面に配置され、あるいはこの板状部材に相当する部分を光学部材24と一体的に前もって形成しておき、この部分に遮光材料をコーティング,塗布等により備えるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0066】
上述した実施形態においては、すれ違いビーム用の配光特性として、左側通行の場合に限定して、自動車の前方に向かって右側に関して、対向車に幻惑光を与えないように、遮光部24,第二の遮光部28の端縁が形成されているが、これに限らず、右側通行の場合には、車両前照灯において、遮光部24,28の端縁の配置が左右逆転されることにより、同様の効果が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】本発明による車両前照灯の前提となる第一の参考例の構成を示す概略斜視図である。
【図2】図1の車両前照灯の構成を示す概略断面図である。
【図3】図1の車両前照灯による配光パターンを示す概略斜視図である。
【図4】図1の車両前照灯における光源装置の構成を示す概略斜視図である。
【図5】図4の光源装置の構成を示す概略断面図である。
【図6】図4の光源装置における遮光部の構成を示す部分拡大断面図である。
【図7】図1の車両前照灯による投影レンズの色収差を示す概略図である。
【図8】図4の光源装置における遮光部の変形例の構成を示す部分拡大断面図である。
【図9】図4の光源装置における蛍光体層の構成を示す部分拡大断面図である。
【図10】図9の蛍光体層の変形例を示す部分拡大断面図である。
【図11】図9の蛍光体層の他の変形例を示す部分拡大断面図である。
【図12】図4の光源装置における蛍光体層での拡散状態を示す概略図である。
【図13】本発明による車両前照灯の前提となる第二の参考例の要部を示す部分拡大断面図である。
【図14】本発明による車両前照灯の前提となる第三の参考例を示す部分拡大断面図である。
【図15】本発明による車両前照灯の一実施形態の光源装置の構成を示す概略断面図である。
【図16】図15の光源装置における光学部材内で反射を繰り返す光を示す部分断面図である。
【図17】図15の光源装置におけるマイクロレンズアレイの作用を示す部分断面図である。
【図18】図15の光源装置におけるマイクロレンズアレイの代わりに備えられるマイクロプリズムの一例の構成を示す部分断面図である。
【図19】図15の光源装置におけるマイクロレンズアレイの代わりに備えられるマイクロプリズムの他の例の構成を示す部分断面図である。
【図20】図15のマイクロレンズアレイによる効果を示す光源の指向特性グラフである。
【図21】図15の光源装置における遮光部の変形例を示す部分断面図である。
【図22】従来の車両前照灯で使用される光源装置の一例の構成を示す概略断面図である。
【図23】車両前照灯によるすれ違いビームの配光特性の規格を示すグラフである。
【図24】図22の光源装置を利用した車両前照灯の一例の構成を示す概略断面図である。
【図25】図22の光源装置を利用した車両前照灯の他の例の構成を示す概略断面図である。
【図26】LEDチップからの距離による光度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【0068】
8,9, 10,30,40,50 車両前照灯
11, 30,40,50 光源
12 投影レンズ
20 基台
20a キャビティ
20b 異型反射ホーン
21 LEDチップ
22 樹脂部
23 光学部材(フラットカバーまたはレンズ)
23a SiO2
24 遮光部
24a 反射面
25 蛍光体層
26,27 リード端子
28 第二の遮光部
51 基台
51a キャビティ
51b,51c 配線パターン
51d 金線
52 マイクロレンズアレイ(微小構造)
53,54 マイクロプリズムアレイ(微小構造)




 

 


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