JP2004363060A

JP2004363060A - Lamp fitting

Info

Publication number: JP2004363060A
Application number: JP2003163154A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ono; 雅典大野; Mitsunori Harada; 光範原田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-09
Also published as: JP4341011B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lamp fitting having high emission efficiency and utilization efficiency of light with downsizing realized by a simple structure. SOLUTION: The lamp fitting 10 includes an LED element 11 and a phosphor layer 13 arranged separated from the LED element so that light L from the LED element can enter, and is structured so as to irradiate outside mixed color light L1 of the light from the LED element and the phosphor excited from the phosphor layer. Alternatively, the fitting is structured to be equipped with an optical system leading the light from the LED element to the phosphor layer between the LED element and the phosphor layer. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ素子からの光により蛍光体層を励起して、ＬＥＤ素子からの光と蛍光体層からの蛍光との混色光を外部に照射する例えば車両用灯具等の灯具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような灯具は、例えば図６乃至図９に示すように構成されている。
まず、図６において、灯具１は、ＬＥＤ素子２と、投影レンズ３と、から構成されている。
ＬＥＤ素子２は、ＬＥＤチップ２ａ上の蛍光体層２ｂを備えると共に、このＬＥＤチップ２ａを包囲するように樹脂モールドにより形成されたレンズ部２ｃを有するパッケージとして構成されている。
投影レンズ３は、凸レンズであって、ＬＥＤ素子２の光軸上に中心軸が位置するように配置されている。
【０００３】
このような構成の灯具１によれば、ＬＥＤ素子２のＬＥＤチップ２ａから出射した光が蛍光体層２ｂに入射して、蛍光体層２ｂを励起し、蛍光体層２ｂから出射する蛍光とＬＥＤチップ２ａからの光の混色光が光軸方向に向かって出射する。そして、この混色光が投影レンズ３により集束され、前方に向かって照射されることになる。
【０００４】
また、図７において、灯具４は、図６における投影レンズ３の代わりに、リフレクタ５を備えており、ＬＥＤ素子２から出射した混色光が、リフレクタ５により反射されると共に集束されることにより、前方に向かって照射されることになる。
【０００５】
図８においては、灯具６は、ＬＥＤ素子２から出射した混色光が、リフレクタ５により反射されると共に集束され、さらに投影レンズ３により集束されて、前方に向かって照射されるようになっている。
【０００６】
最後に、図９においては、灯具７は、図８に示した灯具６において、所望の配光特性を実現するために、リフレクタ５から投影レンズ３への光路中に遮光部材８を備えている。
この構成によれば、リフレクタ５から投影レンズ３に向かう混色光の一部が遮光部材８により遮断されることにより、前方に向かって照射される光に必要な配光特性が付与されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの灯具１，４，６または７に関しては、以下のような問題がある。
即ち、何れの灯具１，４，６，７においても、ＬＥＤ素子２は、ＬＥＤチップ２ａと蛍光体層２ｂが近接していることから、ＬＥＤ素子２の駆動による発熱が蛍光体層２ｂに伝達されることになり、蛍光体層２ｂの温度が高くなるため、温度上昇によって蛍光体の発光効率が低下してしまう。
また、蛍光体層２ｂから出射した蛍光のうち、透過方向の光のみを利用していることから、光の利用効率が低下してしまう。
【０００８】
さらに、ＬＥＤチップ２ａから蛍光体層２ｂに入射する励起光のパターンを適宜の形状にすることが困難であるので、例えば自動車の前照灯等の車両用灯具として特定の配光特性を付与することが困難であった。
また、複数のＬＥＤ素子２を利用して、照射光の光束を増大させようとすると、各ＬＥＤ素子２に対して、それぞれ光学系としての投影レンズ３やリフレクタ５を配置したり、あるいは共通の大型の光学系を設ける必要があることから、コストが増大すると共に、全体が大型化してしまう。
これに対して、所望の配光特性を得るために、ＬＥＤ素子２と光学系としての投影レンズ３やリフレクタ５との間に遮光部材８を設ける場合、遮光部材８が比較的大きくなってしまうことになり、全体が大型化してしまう。
【０００９】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、小型に構成され得ると共に、発光効率及び光の利用効率を高めるようにした、灯具を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明の構成によれば、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの光が入射するようにＬＥＤ素子から離れて配置された蛍光体層と、を含んでおり、ＬＥＤ素子からの光と蛍光体層で励起された蛍光との混色光を外部に照射することを特徴とする、灯具により、達成される。
【００１１】
本発明による灯具は、好ましくは、上記ＬＥＤ素子と蛍光体層との間にて、ＬＥＤ素子からの光を蛍光体層に導く光学系を備えている。
【００１２】
本発明による灯具は、好ましくは、上記光学系がライトガイドである。
【００１３】
本発明による灯具は、好ましくは、上記光学系が、その第一の焦点位置がＬＥＤ素子付近に位置し、その第二の焦点位置が蛍光体層付近に位置するように配置されている。
【００１４】
本発明による灯具は、好ましくは、上記光学系がレンズである。
【００１５】
本発明による灯具は、好ましくは、上記光学系がリフレクタである。
【００１６】
本発明による灯具は、好ましくは、複数個のＬＥＤ素子を備えており、上記光学系が各ＬＥＤ素子毎に設けられている。
【００１７】
本発明による灯具は、好ましくは、さらに蛍光体層から出射する蛍光を外部に導く第二の光学系を備えている。
【００１８】
本発明による灯具は、好ましくは、上記第二の光学系が、蛍光体層の透過方向の光を外部に導く光学系である。
【００１９】
本発明による灯具は、好ましくは、上記第二の光学系が、蛍光体層の反射方向の光を外部に導く光学系である。
【００２０】
本発明による灯具は、好ましくは、上記第二の光学系が投影レンズである。
【００２１】
本発明による灯具は、好ましくは、上記第二の光学系がリフレクタである。
【００２２】
本発明による灯具は、好ましくは、さらにＬＥＤ素子から蛍光体層に入射する光を制御する遮光部材を備えている。
【００２３】
上記構成によれば、ＬＥＤ素子から出射した光が、離れた位置に在る蛍光体層に入射するようになっているので、ＬＥＤ素子の駆動による発熱が蛍光体層に直接に伝達されることはない。これにより、蛍光体層がＬＥＤ素子からの熱により温度上昇することがないので、励起による蛍光の発光効率の低下が抑制されることになる。従って、蛍光体層がＬＥＤ素子に近接しているＬＥＤ素子を利用した灯具の場合と比較して、外部に照射される混色光の発光効率が向上することになる。
【００２４】
上記ＬＥＤ素子と蛍光体層との間にて、ＬＥＤ素子からの光を蛍光体層に導く光学系を備えている場合には、ＬＥＤ素子から出射した光が、例えばライトガイド等の光学系を介して蛍光体層に入射するようになっているので、ＬＥＤ素子から出射した光が効率良く蛍光体層に入射することになり、ＬＥＤ素子からの光の利用効率が向上することになる。
【００２５】
上記光学系が、その第一の焦点位置がＬＥＤ素子付近に位置し、その第二の焦点位置が蛍光体層付近に位置するように配置されている場合には、ＬＥＤ素子から出射した光が、例えばレンズ，リフレクタ等の光学系を介して蛍光体層に入射するようになっているので、ＬＥＤ素子から出射した光が効率良く蛍光体層に入射することになり、ＬＥＤ素子からの光の利用効率が向上することになる。
【００２６】
複数個のＬＥＤ素子を備えており、上記光学系がＬＥＤ素子毎に設けられている場合には、各ＬＥＤ素子から出射する光が、それぞれ対応する光学系を介して蛍光体層に入射されることになり、蛍光体層から出射する蛍光の光束が増大し、混色光の光束も増大するので、外部に照射される混色光の照度が高められることになると共に、ＬＥＤ素子から蛍光体層の間の光学系自体が小さいことから、灯具全体が大型化してしまうようなことはない。
【００２７】
さらに蛍光体層から出射する蛍光を外部に導く第二の光学系を備えている場合には、蛍光体層から出射する蛍光が第二の光学系を介して外部に導かれることにより、より一層所望の配光特性を容易に実現することができる。
【００２８】
上記第二の光学系が、蛍光体層の透過方向の光を外部に導く光学系である場合には、ＬＥＤ素子から入射した光により蛍光体層で励起された蛍光及び混色光のうち、蛍光体層のＬＥＤ素子とは反対側から出射する光が、第二の光学系によって外部に導かれることになる。
【００２９】
上記第二の光学系が、蛍光体層の反射方向の光を外部に導く光学系である場合には、ＬＥＤ素子から入射した光により蛍光体層で励起された蛍光及び混色光のうち、蛍光体層のＬＥＤ素子側に出射する光が、第二の光学系によって外部に導かれることになる。これにより、従来は利用されていなかった反射方向の光が外部に導かれることにより、光の利用効率が向上することになる。
【００３０】
上記第二の光学系が投影レンズまたはリフレクタである場合には、蛍光体層から出射する光を投影レンズまたはリフレクタにより集束させることにより、外部に照射することになる。
【００３１】
さらにＬＥＤ素子から蛍光体層に入射する光を制御する遮光部材を備えている場合には、遮光部材により蛍光体層に入射する光を制御することによって、蛍光体層から出射する蛍光そして混色光の配光パターンを制御して、所望の配光特性を得ることができる。
【００３２】
このようにして、本発明によれば、蛍光体層の温度上昇による発光効率の低下を抑制すると共に、蛍光体層からの蛍光及び混色光の利用効率を向上させることにより、外部に照射される光の照度を高めることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図５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。
【００３４】
図１は、本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示している。
図１において、灯具１０は、ＬＥＤ素子１１と、リフレクタ１２と、蛍光体層１３と、投影レンズ１４と、遮光部材１５と、から構成されている。
【００３５】
上記ＬＥＤ素子１１は、ＬＥＤチップ１１ａを樹脂モールドによるレンズ部１１ｂにより覆ったパッケージとして構成されており、光軸が上方に延びるように配置されている。
ここで、ＬＥＤチップ１１ａは、例えば青色ＬＥＤチップであって、駆動電流が流れることにより、青色光を出射するようになっている。
【００３６】
上記リフレクタ１２は、例えば回転楕円面として形成されており、その長軸がＬＥＤ素子１１から水平方向に延びる照射軸と実質的に一致するように配置されていると共に、その第一の焦点位置が上記ＬＥＤ素子１１の発光部であるＬＥＤチップ１１ａ付近に配置されるようになっている。
【００３７】
上記蛍光体層１３は、例えばガラス等の透明材料から成る板材１３ａの表面に、蛍光体１３ｂを塗布することにより構成されており、上記ＬＥＤ素子１１から水平方向に延びる軸上にて、上記リフレクタ１２の第二の焦点位置付近にて、前記照射軸に対して実質的に垂直に配置されている。
ここで、上記蛍光体は、具体的には例えば蛍光体の微粒子（図示せず）を混入した例えば透明エポキシ樹脂等から構成されており、板材の表面に薄膜状に塗布され、硬化されている。
そして、この蛍光体層１３に、ＬＥＤ素子１１からの青色光が入射することにより、蛍光体が励起され、蛍光体から黄色光を発生させると共に、これらの混色光が、蛍光体層１３から外部に出射するようになっている。
【００３８】
上記投影レンズ１４は、凸レンズとして構成されており、その光軸が前記照射軸とほぼ一致するように、そしてその焦点位置が上記蛍光体層１３付近に位置するように配置されている。
【００３９】
上記遮光部材１５は、板状の不透光性材料から構成されており、上記蛍光体層１３のＬＥＤ素子１１側にて、実質的に前記照射軸上に沿って配置されている。
【００４０】
本発明実施形態による灯具１０は、以上のように構成されており、ＬＥＤ素子１１のＬＥＤチップ１１ａから出射した青色光Ｌは、そのレンズ部１１ｂにより集束され、比較的狭い照射範囲で上方に向かって照射され、リフレクタ１２の内面に入射する。
そして、リフレクタ１２の内面に入射した光は、リフレクタ１２によって反射され、その第二の焦点位置付近に向かって集束しながら進み、蛍光体層１３に入射する。その際、蛍光体層１３の手前に遮光部材１５が配置されていることにより、蛍光体層１３の照射軸より下方に入射する光が遮断される。
【００４１】
このようにして、蛍光体層１３の蛍光体１３ｂが励起され、蛍光体層１３から蛍光としての黄色光が透過方向（蛍光体層１３のＬＥＤ素子１１とは反対側）に出射する。この蛍光は、ＬＥＤ素子１１からの青色光と混色されることにより、白色光Ｌ１となって照射軸に沿って出射し、投影レンズ１４により集束されながら、照射されることになる。
この場合、遮光部材１５が設けられていることによって、蛍光体層１３に入射するＬＥＤ素子１１からの光の配光パターン、そして蛍光体層１３から出射する蛍光及び混色光の配光パターンが制御されることになり、最終的に照射軸に沿って外部に照射される光が所望の配光特性を備えることになる。
【００４２】
この場合、ＬＥＤ素子１１と蛍光体層１３とが互いに離れて配置されていることにより、ＬＥＤ素子１１の駆動による発熱が、直接に蛍光体層１３に伝達されることがない。従って、ＬＥＤ素子１１の駆動によって蛍光体層１３の温度が上昇することがないので、温度上昇による蛍光体層１３の蛍光体１３ｂの発光効率が低下するようなことはない。
【００４３】
ここで、ＬＥＤ素子１１から出射した光は、光学系であるリフレクタ１２により、その第二の焦点位置付近に配置された蛍光体層１３に効率良く導かれるので、ＬＥＤ素子１１から出射する光の利用効率が向上することになる。
また、蛍光体層１３からの蛍光及び混色光は、第二の光学系である投影レンズ１４により集光され、照射軸に沿って前方に照射されることになるので、蛍光体層１３から出射する光の利用効率が向上することになる。
【００４４】
図２は、本発明による灯具の第二の実施形態の構成を示している。
図２において、灯具２０は、ＬＥＤ素子２１と、集光レンズ２２と、蛍光体層２３と、投影レンズ２４と、から構成されている。
ここで、上記ＬＥＤ素子２１，蛍光体層２３及び投影レンズ２４は、それぞれ図１に示した灯具１０におけるＬＥＤ素子１１，蛍光体層１３及び投影レンズ１４と同様の構成であり、この場合、ＬＥＤ素子２１は、その光軸が水平な照射軸に沿って横向きに配置されている。
上記集光レンズ２２は、光学系として、二枚の凸レンズ２２ａ，２２ｂから構成されており、その第一の焦点位置がＬＥＤ２１のＬＥＤチップ２１ａ付近に、またその第二の焦点位置が蛍光体層２３付近にそれぞれ位置するように、配置されている。
【００４５】
このような構成の灯具２０によれば、ＬＥＤ素子２１から出射した青色光Ｌは、図面にて右方に向かって照射され、集光レンズ２２により集光され、その第二の焦点位置付近に向かって進んで、蛍光体層２３に入射する。
これにより、蛍光体層２３が励起され、蛍光体層２３から蛍光としての黄色光が透過方向に出射する。この蛍光は、ＬＥＤ素子２１からの青色光と混色されることにより、白色光Ｌ１となって照射軸に沿って出射し、投影レンズ２４により集束されながら、照射されることになる。
【００４６】
この場合も、ＬＥＤ素子２１と蛍光体層２３とが互いに離れて配置されていることにより、ＬＥＤ素子２１の駆動による発熱が、直接に蛍光体層２３に伝達されないので、ＬＥＤ素子２１の駆動によって蛍光体層２３の温度が上昇せず、温度上昇による蛍光体層２３の蛍光体２３ｂの発光効率が低下するようなことはない。
【００４７】
図３は、本発明による灯具の第三の実施形態の構成を示している。
図３において、灯具３０は、図２に示した灯具２０とほぼ同様の構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
灯具３０は、図２に示した灯具２０と比較して、さらに第二の光学系としてのリフレクタ３１を備えている。
このリフレクタ３１は、前方（図面右方）に向かって凹状に、例えば回転放物面として構成されており、その焦点位置が蛍光体層２３付近に位置するように配置されている。
【００４８】
このような構成の灯具３０によれば、図２に示した灯具２０と同様に作用すると共に、蛍光体層２３から反射方向（蛍光体層２３のＬＥＤ素子１１側）に出射した蛍光及び混色光Ｌ２が、リフレクタ３１の内面により反射され、前方に向かって照射されることになる。これにより、蛍光体層２３から反射方向に出射する蛍光及び混色光Ｌ２を前方に向かって照射することができるので、蛍光体層２３から出射する光の利用効率が向上することになる。
【００４９】
図４は、本発明による灯具の第四の実施形態の構成を示している。
図４において、灯具４０は、複数個（図示の場合、３個）のＬＥＤ素子４１と、蛍光体層４２と、第二の光学系としての投影レンズ４３と、から構成されている。
各ＬＥＤ素子４１は、図１に示した灯具１０におけるＬＥＤ素子１１と同様の構成であり、この場合、各ＬＥＤ素子４１の光軸が離れた位置に配置された蛍光体層４２の照射軸付近に向けて配置されていることにより、光学系としてのリフレクタや集光レンズが省略されている。
上記蛍光体層４２及び投影レンズ４３は、図２に示した灯具２０における蛍光体層２３及び投影レンズ２４と同様の構成である。
【００５０】
このような構成の灯具４０によれば、各ＬＥＤ素子４１から出射した青色光Ｌは、蛍光体層４２に入射する。
これにより、蛍光体層４２が励起され、蛍光体層４２から蛍光としての黄色光が透過方向に出射する。この蛍光は、各ＬＥＤ素子４１からの青色光と混色されることにより、白色光Ｌ１となって照射軸に沿って出射し、投影レンズ４３により集束されながら、照射されることになる。
【００５１】
この場合も、ＬＥＤ素子４１と蛍光体層４２とが互いに離れて配置されていることにより、ＬＥＤ素子４１の駆動による発熱が、直接に蛍光体層４２に伝達されないので、ＬＥＤ素子４１の駆動によって蛍光体層４２の温度が上昇せず、温度上昇による蛍光体層４２の発光効率が低下するようなことはない。
また、光学系としてのリフレクタや集光レンズが不要であることから、複数のＬＥＤ素子４１を設けても、各ＬＥＤ素子４１毎に蛍光体層に光を導くための光学系がないことから、灯具全体がより一層小型に構成され得ることになる。
さらに、複数のＬＥＤ素子４１を設けても、蛍光体層４２以降の構成は、一つのＬＥＤ素子４１を備えた灯具の場合と同じであることから、簡単な構成により小型に構成することができる。
【００５２】
図５は、本発明による灯具の第五の実施形態の構成を示している。
図５において、灯具５０は、図４に示した灯具４０とほぼ同様の構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
灯具５０は、図４に示した灯具４０と比較して、さらに光学系としてのライトガイド５１を備えている。
このライトガイド５１は、グラスファイババンドルから構成されており、一端が、各ＬＥＤ素子４１毎に分割され、それぞれ対応するＬＥＤ素子４１に対向していると共に、他端が蛍光体層４２に対向している。
【００５３】
このような構成の灯具５０によれば、各ＬＥＤ素子４１から出射した青色光Ｌは、それぞれライトガイド５１を介して、蛍光体層４２に入射する。
これにより、蛍光体層４２が励起され、蛍光体層４２から蛍光としての黄色光が透過方向に出射する。この蛍光は、各ＬＥＤ素子４１からの青色光と混色されることにより、白色光Ｌ１となって照射軸に沿って出射し、投影レンズ４３により集束されながら、照射されることになる。
【００５４】
この場合も、ＬＥＤ素子４１と蛍光体層４２とが互いに離れて配置されていることにより、ＬＥＤ素子４１の駆動による発熱が、直接に蛍光体層４２に伝達されないので、ＬＥＤ素子４１の駆動によって蛍光体層４２の温度が上昇せず、温度上昇による蛍光体層４２の発光効率が低下するようなことはない。
さらに、各ＬＥＤ素子４１から出射した光が、ライトガイド５１を介して蛍光体層４２に導かれることから、各ＬＥＤ素子４１の配置の自由度が大きくなると共に、光学系としてのライトガイド５１も比較的小型に構成され得るので、灯具全体も小型に構成され得ることになる。
さらに、複数のＬＥＤ素子４１を設けても、蛍光体層４２以降の構成は、一つのＬＥＤ素子４１を備えた灯具の場合と同じであることから、簡単な構成により小型に構成することができる。
【００５５】
上述した実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１，２１，４１は、青色光を出射する青色ＬＥＤ素子として構成されており、蛍光体層１３，２３，４２から出射する蛍光である黄色光と混色されることにより、白色光となって外部に照射されるようになっているが、これに限らず、ＬＥＤ素子として他の色の光を出射するＬＥＤ素子であってもよく、蛍光体層からの蛍光との混色により他の色の光を外部に出射するようになっていてもよい。
【００５６】
また、上述した実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１，２１，４１は、それぞれ樹脂モールドによるレンズ部を備えたパッケージとして構成されているが、これに限らず、チップＬＥＤであってもよいことは明らかである。
さらに、上述した実施形態においては、各灯具１０乃至５０は、それぞれ第二の光学系としての投影レンズ１４，２４，４３を備えているが、第二の光学系としてリフレクタを備えていてもよく、また第二の光学系自体を省略してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＬＥＤ素子から出射した光が、離れた位置に在る蛍光体層に入射するようになっているので、ＬＥＤ素子の駆動による発熱が蛍光体層に直接に伝達されることはない。これにより、蛍光体層がＬＥＤ素子からの熱により温度上昇することがないので、励起による蛍光の発光効率の低下が抑制されることになる。従って、蛍光体層がＬＥＤ素子に近接しているＬＥＤ素子を利用した灯具の場合と比較して、外部に照射される混色光の発光効率が向上することになる。
【００５８】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、小型に構成され得ると共に、発光効率及び光の利用効率を高めるようにした、極めて優れた灯具が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図３】本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図４】本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図５】本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図６】従来の灯具の一例の構成を示す概略図である。
【図７】従来の灯具の他の例の構成を示す概略図である。
【図８】従来の灯具のさらに他の例の構成を示す概略図である。
【図９】従来の灯具のさらに他の例の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１０灯具
１１ＬＥＤ素子
１１ａＬＥＤチップ
１１ｂレンズ部
１２リフレクタ（光学系）
１３蛍光体層
１３ａ板材
１３ｂ蛍光体
１４投影レンズ（第二の光学系）
１５遮光部材
２０，３０灯具
２１ＬＥＤ素子
２２集光レンズ（光学系）
２３蛍光体層
２４投影レンズ（第二の光学系）
３１リフレクタ（第二の光学系）
４０，５０灯具
４１ＬＥＤ素子
４２蛍光体層
４３投影レンズ（第二の光学系）
５１ライトガイド（光学系）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lamp such as a vehicular lamp that excites a phosphor layer with light from an LED element and irradiates mixed light of light from the LED element and fluorescence from the phosphor layer to the outside. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, such a lamp is configured, for example, as shown in FIGS.
First, in FIG. 6, the lamp 1 includes an LED element 2 and a projection lens 3.
The LED element 2 includes a phosphor layer 2b on the LED chip 2a, and is configured as a package having a lens portion 2c formed by a resin mold so as to surround the LED chip 2a.
The projection lens 3 is a convex lens, and is arranged so that the central axis is located on the optical axis of the LED element 2.
[0003]
According to the lamp 1 having such a configuration, the light emitted from the LED chip 2a of the LED element 2 enters the phosphor layer 2b, excites the phosphor layer 2b, and emits the fluorescent light and the LED emitted from the phosphor layer 2b. The mixed color light of the light from the chip 2a is emitted toward the optical axis. Then, the mixed color light is converged by the projection lens 3 and irradiated forward.
[0004]
In FIG. 7, the lamp 4 is provided with a reflector 5 instead of the projection lens 3 in FIG. 6, and the mixed color light emitted from the LED element 2 is reflected by the reflector 5 and is focused. It will be irradiated forward.
[0005]
In FIG. 8, the lamp 6 is configured such that mixed color light emitted from the LED element 2 is reflected and focused by the reflector 5, further focused by the projection lens 3, and emitted forward. .
[0006]
Finally, in FIG. 9, the lamp 7 is provided with a light blocking member 8 in the optical path from the reflector 5 to the projection lens 3 in order to realize a desired light distribution characteristic in the lamp 6 shown in FIG. .
According to this configuration, a part of the mixed color light traveling from the reflector 5 toward the projection lens 3 is blocked by the light shielding member 8 so that the light emitted forward has the necessary light distribution characteristic. Has become.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, these lamps 1, 4, 6, and 7 have the following problems.
That is, in any of the lamps 1, 4, 6, and 7, since the LED chip 2a and the phosphor layer 2b are close to each other, heat generated by driving the LED element 2 is transmitted to the phosphor layer 2b. As a result, the temperature of the phosphor layer 2b increases, and the luminous efficiency of the phosphor decreases due to the temperature rise.
Further, since only the light in the transmission direction among the fluorescent light emitted from the phosphor layer 2b is used, the light use efficiency is reduced.
[0008]
Further, since it is difficult to make the pattern of the excitation light incident on the phosphor layer 2b from the LED chip 2a into an appropriate shape, a specific light distribution characteristic is provided as a vehicle lamp such as a headlight of an automobile. It was difficult.
In order to increase the luminous flux of irradiation light using a plurality of LED elements 2, a projection lens 3 or a reflector 5 as an optical system is arranged for each LED element 2, or a common light source is used. Since it is necessary to provide a large-sized optical system, the cost increases and the whole becomes large.
On the other hand, when the light shielding member 8 is provided between the LED element 2 and the projection lens 3 or the reflector 5 as an optical system in order to obtain a desired light distribution characteristic, the light shielding member 8 becomes relatively large. As a result, the whole becomes large.
[0009]
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a lamp that can be reduced in size with a simple configuration, and that can enhance luminous efficiency and light use efficiency.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The above object, according to the configuration of the present invention, includes an LED element, and a phosphor layer that is disposed apart from the LED element so that light from the LED element is incident. This is achieved by a lamp characterized by irradiating the outside with a color mixture light with the fluorescence excited by the phosphor layer.
[0011]
The lamp according to the present invention preferably includes an optical system for guiding light from the LED element to the phosphor layer between the LED element and the phosphor layer.
[0012]
In the lamp according to the present invention, preferably, the optical system is a light guide.
[0013]
In the lamp according to the present invention, the optical system is preferably arranged such that the first focal position is located near the LED element and the second focal position is located near the phosphor layer.
[0014]
In the lamp according to the present invention, preferably, the optical system is a lens.
[0015]
In the lamp according to the present invention, preferably, the optical system is a reflector.
[0016]
The lamp according to the present invention preferably includes a plurality of LED elements, and the optical system is provided for each LED element.
[0017]
The lamp according to the present invention preferably further includes a second optical system that guides fluorescence emitted from the phosphor layer to the outside.
[0018]
In the lamp according to the present invention, preferably, the second optical system is an optical system that guides light in the transmission direction of the phosphor layer to the outside.
[0019]
In the lamp according to the present invention, preferably, the second optical system is an optical system that guides light in the reflection direction of the phosphor layer to the outside.
[0020]
In the lamp according to the present invention, preferably, the second optical system is a projection lens.
[0021]
In the lamp according to the present invention, preferably, the second optical system is a reflector.
[0022]
The lamp according to the present invention preferably further includes a light blocking member for controlling light incident on the phosphor layer from the LED element.
[0023]
According to the above configuration, since the light emitted from the LED element is incident on the phosphor layer located at a distant position, heat generated by driving the LED element is directly transmitted to the phosphor layer. There is no. Accordingly, the temperature of the phosphor layer does not increase due to the heat from the LED element, so that the decrease in the luminous efficiency of the fluorescence due to the excitation is suppressed. Therefore, the luminous efficiency of the mixed color light emitted to the outside is improved as compared with the case of the lamp using the LED element in which the phosphor layer is close to the LED element.
[0024]
When an optical system for guiding light from the LED element to the phosphor layer is provided between the LED element and the phosphor layer, the light emitted from the LED element is transmitted through an optical system such as a light guide. Since the light is incident on the phosphor layer through the LED, light emitted from the LED element is efficiently incident on the phosphor layer, and the efficiency of using light from the LED element is improved.
[0025]
When the optical system is arranged such that the first focal position is located near the LED element and the second focal position is located near the phosphor layer, light emitted from the LED element is For example, since the light is incident on the phosphor layer via an optical system such as a lens and a reflector, the light emitted from the LED element is efficiently incident on the phosphor layer, and the light from the LED element is Usage efficiency will be improved.
[0026]
When a plurality of LED elements are provided, and the optical system is provided for each LED element, light emitted from each LED element is incident on the phosphor layer via the corresponding optical system. As a result, the luminous flux of the fluorescent light emitted from the phosphor layer is increased, and the luminous flux of the mixed color light is also increased. Since the intervening optical system itself is small, the entire lamp does not become large.
[0027]
Further, when a second optical system for guiding the fluorescence emitted from the phosphor layer to the outside is provided, the fluorescence emitted from the phosphor layer is guided to the outside via the second optical system, so that the fluorescence is further enhanced. Desired light distribution characteristics can be easily realized.
[0028]
When the second optical system is an optical system that guides light in the transmission direction of the phosphor layer to the outside, of the fluorescence excited by the phosphor layer by light incident from the LED element and the mixed color light, Light emitted from the opposite side of the body layer from the LED element is guided to the outside by the second optical system.
[0029]
In the case where the second optical system is an optical system that guides light in the reflection direction of the phosphor layer to the outside, of the fluorescent light and the mixed color light that are excited by the phosphor layer by the light incident from the LED element, Light emitted to the LED element side of the body layer is guided to the outside by the second optical system. As a result, the light in the reflection direction, which has not been conventionally used, is guided to the outside, so that the light use efficiency is improved.
[0030]
When the second optical system is a projection lens or a reflector, the light emitted from the phosphor layer is converged by the projection lens or the reflector and is emitted to the outside.
[0031]
Further, when a light-shielding member for controlling light incident on the phosphor layer from the LED element is provided, the light emitted from the phosphor layer and the mixed color light are controlled by controlling the light incident on the phosphor layer by the light-shielding member. By controlling the light distribution pattern, a desired light distribution characteristic can be obtained.
[0032]
As described above, according to the present invention, the light is emitted to the outside by suppressing the decrease in the luminous efficiency due to the temperature rise of the phosphor layer and improving the utilization efficiency of the fluorescent light and the mixed color light from the phosphor layer. The illuminance of light can be increased.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
The embodiment described below is a preferred specific example of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention particularly limits the present invention in the following description. The embodiments are not limited to these embodiments unless otherwise described.
[0034]
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of a lamp according to the present invention.
In FIG. 1, a lamp 10 includes an LED element 11, a reflector 12, a phosphor layer 13, a projection lens 14, and a light blocking member 15.
[0035]
The LED element 11 is configured as a package in which an LED chip 11a is covered with a lens portion 11b made of a resin mold, and is arranged so that an optical axis extends upward.
Here, the LED chip 11a is, for example, a blue LED chip, and emits blue light when a driving current flows.
[0036]
The reflector 12 is formed, for example, as a spheroidal surface, is arranged so that its major axis substantially coincides with the irradiation axis extending in the horizontal direction from the LED element 11, and has its first focal position. It is arranged near the LED chip 11a which is a light emitting portion of the LED element 11.
[0037]
The phosphor layer 13 is formed by applying a phosphor 13b on a surface of a plate 13a made of a transparent material such as glass, and the reflector 13 is disposed on an axis extending in a horizontal direction from the LED element 11. In the vicinity of a second focus position of No. 12, it is arranged substantially perpendicular to the irradiation axis.
Here, the phosphor is specifically made of, for example, a transparent epoxy resin or the like mixed with, for example, phosphor fine particles (not shown), and is applied in the form of a thin film on the surface of a plate material and cured. .
When the blue light from the LED element 11 is incident on the phosphor layer 13, the phosphor is excited and generates yellow light from the phosphor. Are emitted.
[0038]
The projection lens 14 is configured as a convex lens, and is arranged so that its optical axis substantially coincides with the irradiation axis and its focal position is located near the phosphor layer 13.
[0039]
The light-blocking member 15 is made of a plate-shaped light-impermeable material, and is disposed substantially on the irradiation axis on the LED element 11 side of the phosphor layer 13.
[0040]
The lamp 10 according to the embodiment of the present invention is configured as described above, and the blue light L emitted from the LED chip 11a of the LED element 11 is focused by the lens portion 11b and directed upward in a relatively narrow irradiation range. And is incident on the inner surface of the reflector 12.
Then, the light incident on the inner surface of the reflector 12 is reflected by the reflector 12, advances while converging toward the vicinity of the second focal position, and enters the phosphor layer 13. At this time, since the light-blocking member 15 is disposed in front of the phosphor layer 13, light incident below the irradiation axis of the phosphor layer 13 is blocked.
[0041]
Thus, the phosphor 13b of the phosphor layer 13 is excited, and yellow light as fluorescence is emitted from the phosphor layer 13 in the transmission direction (the opposite side of the phosphor layer 13 from the LED element 11). The fluorescent light is mixed with blue light from the LED element 11 to emit white light L1 along the irradiation axis, and is irradiated while being focused by the projection lens 14.
In this case, the provision of the light shielding member 15 controls the light distribution pattern of the light from the LED element 11 incident on the phosphor layer 13 and the light distribution pattern of the fluorescent light and the mixed light emitted from the phosphor layer 13. As a result, the light finally irradiated to the outside along the irradiation axis has a desired light distribution characteristic.
[0042]
In this case, since the LED element 11 and the phosphor layer 13 are arranged apart from each other, heat generated by driving the LED element 11 is not directly transmitted to the phosphor layer 13. Therefore, since the temperature of the phosphor layer 13 does not rise due to the driving of the LED element 11, the luminous efficiency of the phosphor 13b of the phosphor layer 13 does not decrease due to the temperature rise.
[0043]
Here, the light emitted from the LED element 11 is efficiently guided by the reflector 12 as an optical system to the phosphor layer 13 arranged near the second focal position. Usage efficiency will be improved.
Further, the fluorescent light and the mixed color light from the phosphor layer 13 are condensed by the projection lens 14 as the second optical system, and are irradiated forward along the irradiation axis. The use efficiency of the generated light is improved.
[0044]
FIG. 2 shows the configuration of a second embodiment of the lamp according to the present invention.
In FIG. 2, the lamp 20 includes an LED element 21, a condenser lens 22, a phosphor layer 23, and a projection lens 24.
Here, the LED element 21, the phosphor layer 23, and the projection lens 24 have the same configuration as the LED element 11, the phosphor layer 13, and the projection lens 14 in the lamp 10 shown in FIG. 1, respectively. The element 21 is arranged laterally along an irradiation axis whose optical axis is horizontal.
The condenser lens 22 is composed of two convex lenses 22a and 22b as an optical system. The first focal position is near the LED chip 21a of the LED 21, and the second focal position is the phosphor layer. 23 are arranged respectively.
[0045]
According to the lamp 20 having such a configuration, the blue light L emitted from the LED element 21 is irradiated rightward in the drawing, collected by the condenser lens 22, and placed near the second focal position. The light proceeds toward the phosphor layer 23.
As a result, the phosphor layer 23 is excited, and yellow light as fluorescent light is emitted from the phosphor layer 23 in the transmission direction. The fluorescent light is mixed with the blue light from the LED element 21 to emit white light L1 along the irradiation axis, and is irradiated while being focused by the projection lens 24.
[0046]
Also in this case, since the LED element 21 and the phosphor layer 23 are arranged apart from each other, heat generated by driving the LED element 21 is not directly transmitted to the phosphor layer 23. The temperature of the phosphor layer 23 does not rise, and the luminous efficiency of the phosphor 23b of the phosphor layer 23 does not decrease due to the temperature rise.
[0047]
FIG. 3 shows a configuration of a third embodiment of a lamp according to the present invention.
3, the lamp 30 has substantially the same configuration as the lamp 20 shown in FIG. 2, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
The lamp 30 further includes a reflector 31 as a second optical system as compared with the lamp 20 shown in FIG.
The reflector 31 is formed in a concave shape toward the front (to the right in the drawing), for example, as a paraboloid of revolution, and is arranged so that its focal position is located near the phosphor layer 23.
[0048]
According to the lamp 30 having such a configuration, the lamp 30 operates in the same manner as the lamp 20 shown in FIG. L2 is reflected by the inner surface of the reflector 31 and is radiated forward. Thereby, the fluorescent light and the mixed color light L2 emitted from the phosphor layer 23 in the reflection direction can be irradiated forward, so that the utilization efficiency of the light emitted from the phosphor layer 23 is improved.
[0049]
FIG. 4 shows the configuration of a fourth embodiment of a lamp according to the present invention.
In FIG. 4, the lamp 40 includes a plurality (three in the illustrated case) of LED elements 41, a phosphor layer 42, and a projection lens 43 as a second optical system.
Each LED element 41 has the same configuration as the LED element 11 in the lamp 10 shown in FIG. 1, and in this case, the vicinity of the irradiation axis of the phosphor layer 42 arranged at a position where the optical axis of each LED element 41 is separated. , The reflector and the condenser lens as the optical system are omitted.
The phosphor layer 42 and the projection lens 43 have the same configuration as the phosphor layer 23 and the projection lens 24 in the lamp 20 shown in FIG.
[0050]
According to the lamp 40 having such a configuration, the blue light L emitted from each LED element 41 enters the phosphor layer 42.
Thereby, the phosphor layer 42 is excited, and yellow light as fluorescence is emitted from the phosphor layer 42 in the transmission direction. The fluorescent light is mixed with blue light from each LED element 41 to emit white light L 1 along the irradiation axis, and is irradiated while being focused by the projection lens 43.
[0051]
Also in this case, since the LED element 41 and the phosphor layer 42 are arranged apart from each other, heat generated by driving the LED element 41 is not directly transmitted to the phosphor layer 42. The temperature of the phosphor layer 42 does not increase, and the luminous efficiency of the phosphor layer 42 does not decrease due to the temperature increase.
In addition, since a reflector or a condenser lens as an optical system is not necessary, even if a plurality of LED elements 41 are provided, there is no optical system for guiding light to the phosphor layer for each LED element 41. The entire lamp can be made even smaller.
Further, even if a plurality of LED elements 41 are provided, the configuration after the phosphor layer 42 is the same as that of the lamp having one LED element 41, so that the configuration can be made small by a simple configuration. .
[0052]
FIG. 5 shows a configuration of a fifth embodiment of a lamp according to the present invention.
5, the lamp 50 has substantially the same configuration as the lamp 40 shown in FIG. 4, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
The lamp 50 further includes a light guide 51 as an optical system as compared with the lamp 40 shown in FIG.
The light guide 51 is formed of a glass fiber bundle, and one end is divided for each LED element 41 and faces the corresponding LED element 41, and the other end faces the phosphor layer 42. ing.
[0053]
According to the lamp 50 having such a configuration, the blue light L emitted from each LED element 41 is incident on the phosphor layer 42 via the light guide 51.
Thereby, the phosphor layer 42 is excited, and yellow light as fluorescence is emitted from the phosphor layer 42 in the transmission direction. The fluorescent light is mixed with blue light from each LED element 41 to emit white light L 1 along the irradiation axis, and is irradiated while being focused by the projection lens 43.
[0054]
Also in this case, since the LED element 41 and the phosphor layer 42 are arranged apart from each other, heat generated by driving the LED element 41 is not directly transmitted to the phosphor layer 42. The temperature of the phosphor layer 42 does not increase, and the luminous efficiency of the phosphor layer 42 does not decrease due to the temperature increase.
Furthermore, since the light emitted from each LED element 41 is guided to the phosphor layer 42 via the light guide 51, the degree of freedom of arrangement of each LED element 41 is increased, and the light guide 51 as an optical system is also provided. Since the lamp can be made relatively small, the entire lamp can also be made small.
Further, even if a plurality of LED elements 41 are provided, the configuration after the phosphor layer 42 is the same as that of the lamp having one LED element 41, so that the configuration can be made small by a simple configuration. .
[0055]
In the above-described embodiment, each of the LED elements 11, 21, 41 is configured as a blue LED element that emits blue light, and is mixed with yellow light that is fluorescent light emitted from the phosphor layers 13, 23, 42. By this, white light is emitted to the outside, but the present invention is not limited to this, and an LED element that emits light of another color may be used as the LED element. Light of another color may be emitted to the outside by mixing with fluorescent light.
[0056]
Further, in the above-described embodiment, each of the LED elements 11, 21, and 41 is configured as a package having a lens portion formed of a resin mold. However, the present invention is not limited to this, and may be a chip LED. it is obvious.
Further, in the above-described embodiment, each of the lamps 10 to 50 includes the projection lens 14, 24, 43 as the second optical system, but may include a reflector as the second optical system. Alternatively, the second optical system itself may be omitted.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the light emitted from the LED element is incident on the phosphor layer located at a distant position, heat generated by driving the LED element is generated on the phosphor layer. It is not transmitted directly. Accordingly, the temperature of the phosphor layer does not increase due to the heat from the LED element, so that the decrease in the luminous efficiency of the fluorescence due to the excitation is suppressed. Therefore, the luminous efficiency of the mixed color light emitted to the outside is improved as compared with the case of the lamp using the LED element in which the phosphor layer is close to the LED element.
[0058]
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an extremely excellent lamp that can be reduced in size with a simple configuration and that can enhance the luminous efficiency and the light use efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a first embodiment of a lamp according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a first embodiment of a lamp according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a first embodiment of a lamp according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a first embodiment of a lamp according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a first embodiment of a lamp according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of an example of a conventional lamp.
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of another example of a conventional lamp.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of still another example of a conventional lamp.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of still another example of a conventional lamp.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 lamp 11 LED element 11a LED chip 11b lens unit 12 reflector (optical system)
13 phosphor layer 13a plate 13b phosphor 14 projection lens (second optical system)
15 Light shielding member 20, 30 Lighting device 21 LED element 22 Condensing lens (optical system)
23 phosphor layer 24 projection lens (second optical system)
31 Reflector (second optical system)
40, 50 lamp 41 LED element 42 phosphor layer 43 projection lens (second optical system)
51 Light Guide (Optical System)

Claims

ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの光が入射するようにＬＥＤ素子から離れて配置された蛍光体層と、を含んでおり、ＬＥＤ素子からの光と蛍光体層で励起された蛍光との混色光を外部に照射することを特徴とする、灯具。A mixed color light of the light from the LED element and the fluorescent light excited by the phosphor layer, comprising: an LED element; and a phosphor layer disposed apart from the LED element so that light from the LED element is incident. The lamp is characterized by irradiating light to the outside.

上記ＬＥＤ素子と蛍光体層との間にて、ＬＥＤ素子からの光を蛍光体層に導く光学系を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の灯具。The lamp according to claim 1, further comprising an optical system for guiding light from the LED element to the phosphor layer, between the LED element and the phosphor layer.

上記光学系がライトガイドであることを特徴とする、請求項２の何れかに記載の灯具。3. The lamp according to claim 2, wherein the optical system is a light guide.

上記光学系が、その第一の焦点位置がＬＥＤ素子付近に位置し、その第二の焦点位置が蛍光体層付近に位置するように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の灯具。3. The optical system according to claim 2, wherein the optical system is arranged such that the first focal position is located near the LED element and the second focal position is located near the phosphor layer. Lamps.

上記光学系がレンズであることを特徴とする、請求項４に記載の灯具。The lamp according to claim 4, wherein the optical system is a lens.

上記光学系がリフレクタであることを特徴とする、請求項４または２に記載の灯具。The lamp according to claim 4, wherein the optical system is a reflector.

複数個のＬＥＤ素子を備えており、上記光学系が各ＬＥＤ素子毎に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の灯具。The lamp according to claim 2, comprising a plurality of LED elements, wherein the optical system is provided for each LED element.

さらに蛍光体層から出射する蛍光を外部に導く第二の光学系を備えていることを特徴とする、請求項１から７の何れかに記載の灯具。The lamp according to any one of claims 1 to 7, further comprising a second optical system that guides fluorescence emitted from the phosphor layer to the outside.

上記第二の光学系が、蛍光体層の透過方向の光を外部に導く光学系であることを特徴とする、請求項８に記載の灯具。The lamp according to claim 8, wherein the second optical system is an optical system that guides light in a transmission direction of the phosphor layer to the outside.

上記第二の光学系が、蛍光体層の反射方向の光を外部に導く光学系であることを特徴とする、請求項８に記載の灯具。The lamp according to claim 8, wherein the second optical system is an optical system that guides light in a reflection direction of the phosphor layer to the outside.

上記第二の光学系が投影レンズであることを特徴とする、請求項８から１０の何れかに記載の灯具。The lamp according to any one of claims 8 to 10, wherein the second optical system is a projection lens.

上記第二の光学系がリフレクタであることを特徴とする、請求項８から１０の何れかに記載の灯具。The lamp according to any one of claims 8 to 10, wherein the second optical system is a reflector.

さらにＬＥＤ素子から蛍光体層に入射する光を制御する遮光部材を備えていることを特徴とする、請求項１から１２の何れかに記載の灯具。The lamp according to any one of claims 1 to 12, further comprising a light-blocking member for controlling light incident on the phosphor layer from the LED element.