JP2005324656A - 車両用前照灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度センサを用いない簡易な構成でＬＥＤの温度管理を実現した車両用前照灯装置を提供すること。
【解決手段】 自車両前方を照射する１以上のＬＥＤを有する車両用前照灯装置に、該１以上のＬＥＤへ供給される駆動電流を制御する制御手段と、該１以上のＬＥＤのうちの少なくとも１つのＬＥＤについて所定の動作特性を監視する監視手段とを設ける。所定の動作特性は、上記少なくとも１つのＬＥＤのジャンクション温度と所定の関係を持って変化する動作特性であれば任意の特性でよく、例えば順電圧−順電流特性である。上記基準特性は、例えば、上記少なくとも１つのＬＥＤのジャンクション温度が正常な範囲内にあるときに該少なくとも１つのＬＥＤが示す上記所定の動作特性である。この場合、上記制御手段は、上記監視手段により得た上記少なくとも１つのＬＥＤについての所定の動作特性が上記基準特性に近づくように上記駆動電流を制御する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、概して、ＬＥＤ等の発光素子を利用した車両用前照灯装置に係り、特に、温度センサを用いない簡易な構成でＬＥＤの温度管理を実現した車両用前照灯装置に関する。

従来、白色ＬＥＤを車両用前照灯装置に利用することが提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。

ところで、ＬＥＤの利用に際して、光出力を上げるためにＬＥＤに流す電流を増やすと、電流量に比例してＬＥＤの発光部位であるジャンクション部分の温度が上昇する。

ＬＥＤのジャンクション温度が上限温度以上になると、ＬＥＤのレンズ樹脂のガラス転移点越えやＬＥＤ素子自体の急速な損傷劣化により、光出力が低下することが知られている。

そこで、ＬＥＤを使用した照明装置においては、通常、ジャンクション部分を冷やすための放熱器や、上限温度以上になることを防止するための通電制御が必要となる。

高温によるＬＥＤの劣化は、ＬＥＤチップの発光層、クラッド層、緩衝層などの層状の結晶構造において、熱によって結晶中に存在する格子欠陥や転位が増加することが原因である。

この熱劣化現象は、前照灯等で使用するＩｎＧａＮ系ＬＥＤや近赤外式ナイトビジョンで使用するＡｌＧａＡｓ系ＬＥＤに共通の課題である。

白色ＬＥＤの温度管理としては、従来、白色ＬＥＤの温度を検出し、標準温度より高温であれば白色ＬＥＤへの駆動電流値を制限することでＬＥＤ過熱による損傷の防止を図る手法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−１７８６０２号公報 特開平１１−２２３８０４号公報 Ｓａｓａｋｉ，「ＬＥＤ Ｈｅａｄｌａｍｐｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ５ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｇｅｒｍａｎｙ）、２００３年９月２３〜２４、９３０〜９４１頁

しかしながら、上記特許文献２記載の従来の制御手法では、温度センサが必須の構成要素であり、構造が複雑となる。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、温度センサを用いない簡易な構成でＬＥＤの温度管理を実現した車両用前照灯装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、自車両前方を照射する１以上のＬＥＤを有する車両用前照灯装置であって、
上記１以上のＬＥＤへ供給される駆動電流を制御する制御手段と、
上記１以上のＬＥＤのうちの少なくとも１つのＬＥＤについて所定の動作特性を監視する監視手段と、を有し、
上記制御手段は、上記監視手段により得た上記少なくとも１つのＬＥＤについての上記所定の動作特性を基準特性と比較し、この比較結果に基づいて上記駆動電流を制御する、車両用前照灯装置である。

この一態様において、上記所定の動作特性は、上記少なくとも１つのＬＥＤのジャンクション温度と所定の関係を持って変化する動作特性であれば任意の特性でよく、上記基準特性は、例えば、上記少なくとも１つのＬＥＤのジャンクション温度が正常な範囲内にあるときに該少なくとも１つのＬＥＤが示す上記所定の動作特性である。この場合、上記制御手段は、上記監視手段により得た上記少なくとも１つのＬＥＤについての上記所定の動作特性が上記基準特性に近づくように上記駆動電流を制御する。

また、この一態様において、上記所定の動作特定は例えば順電圧−順電流特性であり、その場合、上記監視手段は、上記少なくとも１つのＬＥＤの順電圧を測定する電圧測定手段と、上記少なくとも１つのＬＥＤの順電流を測定する電流測定手段とを有する。

この一態様によれば、ＬＥＤのジャンクション温度を測定するための温度センサを必要とせずに、ＬＥＤの動作特性からその時点でのＬＥＤのジャンクション温度を推定することができるため、簡易な構成でＬＥＤの温度管理を実現することができる。

本発明によれば、温度センサを用いない簡易な構成でＬＥＤの温度管理を実現した車両用前照灯装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、ＬＥＤを利用した照明装置及び車両用前照灯装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。

図１〜５を参照して、本発明の一実施例に係る車両用前照灯装置について説明する。図１は、本実施例に係る車両用前照灯装置１００の概略構成図である。前照灯装置１００は、例えばバッテリ出力である１２ボルト（Ｖ）を２０Ｖへ変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１０１と、自車両前方を照射するＬＥＤへ一定の電流を供給する定電流制御部１０２と、抵抗１０３ａ〜１０３ｅと、ＬＥＤユニット１０４ａ〜１０４ｅと、断線検出部１０５とを有する。

前照灯は保安部品であることから、断線検出部１０５により断線が監視され、検出されればウォーニングが発せられる。

図示するように、本実施例に係る車両用前照灯装置１００は、一例として、５つのＬＥＤユニット１０４ａ〜１０４ｅを有し、各々が３つのチップを有する。これらＬＥＤユニット１０４ａ〜１０４ｅは、例えば、それぞれが異なる照射範囲を照射するように配光制御される。異なる照射範囲とは、例えば、車両前方５０メートル超の遠方領域、中距離領域、及び、車両近傍（１０〜２０メートル）の拡散領域、を表す。

また、本実施例に係る車両用前照灯装置１００では、定電流制御部１０２が、１つのＬＥＤユニット（１０４ａ）の中の更に１つのチップＸについて順電圧Ｖ_ｆと順電流Ｉ_ｆを測定・監視している。

定電流制御部１０２の一構成例を図２に示す。定電流回路２０１は、電流検知抵抗２０２ａ〜２０２ｃに従って駆動ＦＥＴ２０３にフィードバック制御を掛ける。このフィードバック制御は、人間の目では照度の変化が感知できないように、高い周波数で実行される。また、定電流回路２０１は、所定の一ＬＥＤチップＸ（図１）の順電圧Ｖ_ｆ及び順電流Ｉ_ｆをモニタリングする。

定電流回路２０１は、ＬＥＤチップＸについて、そのＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊの値が正常な範囲内にあるとき又は正常な値であるときのＬＥＤ順電圧Ｖ_ｆとＬＥＤ順電流Ｉ_ｆとの関係を基準特性として予め保持する。詳しくは後述する。

以下、図３及び４を用いて、ＬＥＤの順電圧Ｖ_ｆ及び順電流Ｉ_ｆとＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊとの関係について説明する。

図３は、ＬＥＤに一定の電流を流したときのジャンクション温度Ｔ_ｊと順電圧Ｖ_ｆとの関係を示している。図示した数値は一例である。ここで、ＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊは、初期温度ともいうべきＬＥＤ雰囲気温度と、ＬＥＤに供給された電流量に比例した発熱による温度上昇分との和である。

前照灯はエンジンルームの前に備えられることから、前照灯の裏側にはエンジンルーム内の高温が回り込み、ＬＥＤジャンクション雰囲気温度はエンジンルーム内温度と略同じ高温となる。しかし、車両が所定速度以上で走行中はＬＥＤが走行空気流により冷却されるため、ＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊは比較的低く保たれる。逆に、車両が所定速度未満で走行中の場合にトンネル出口などで晴天の日中にもかかわらず前照灯を点灯させて走行している場合などには、空冷効果が得られず、さらに日射により前照灯の温度が上昇することにより、ＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊが上昇してしまう。

図３から分かるように、ＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊが（例えば２０℃から１２０℃へ）上昇すると、ＬＥＤ順電流Ｉ_ｆが一定のままであればＬＥＤ順電圧Ｖ_ｆは（例えば３．４Ｖから３．２Ｖへ）低下する。図４は、この関係を順電圧Ｖ_ｆを横軸に、順電流Ｉ_ｆを縦軸にして書き直したものである。ＬＥＤ順電流Ｉ_ｆがＩ_ｃのまま一定であれば、ジャンクション温度Ｔ_ｊの上昇により順電圧Ｖ_ｆは低下することになる。このようなＬＥＤの順電圧Ｖ_ｆ及び順電流Ｉ_ｆとＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊとの関係は、ＬＥＤの放熱特性により固有に決まっているものである。

上述のように、ＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊが上限値以上に上昇することは、ＬＥＤ自体の劣化や損傷を招き得るため回避されなければならない。

そこで、本実施例に係る定電流制御部１０２は、上述のように予め保持された基準特性に基づいてＬＥＤへの供給電流値を制御し、ＬＥＤの過熱を防ぐ。

この定電流制御部１０２による電流制御について図５を用いて説明する。図５は、本実施例に係る電流制御を説明するためにグラフであり、横軸はＬＥＤ順電圧Ｖ_ｆ、縦軸はＬＥＤ順電流Ｉ_ｆである。

ここで、定電流制御部１０２は、適正なＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊ（例えば８０℃）を制御目標温度とすると共に、一例として、Ｔ_ｊ＝８０℃のときのＬＥＤ順電圧Ｖ_ｆと順電流Ｉ_ｆとの関係を基準カーブ（基準特性）として保持する。

また、通常時、定電流制御部１０２はＬＥＤに一定の供給電流として順電流Ｉ_ｆ＝Ｉ_１を供給するものとし、ＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊが制御目標温度に保たれているとき（点Ａ）の順電圧Ｖ_ｆをＶ_１とする。

測定されたＬＥＤの順電圧Ｖ_ｆと順電流Ｉ_ｆが基準カーブ上又は基準カーブから所定の範囲内にあればＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊは適正であり、光出力の低下やＬＥＤ自体の劣化は生じない。

他方、上述のような様々な理由でＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊが上昇した場合、定電流制御部１０２によりＬＥＤ順電流Ｉ_ｆが一定に保たれていれば、このジャンクション温度Ｔ_ｊの上昇は順電圧Ｖ_ｆの低下として検出される。

そこで、ジャンクション温度Ｔ_ｊがＬＥＤ保護のための上限値（例えば１２０℃）にあるとき、供給電流がＩ_ｆ＝Ｉ_１であれば順電圧Ｖ_ｆがいくらになるか（ここではＶ_２とする）を図３の関係に従って予め調べておく。

そして、測定されたＬＥＤチップＸの順電圧Ｖ_ｆ及び順電流Ｉ_ｆの関係が基準カーブから所定量離れた場合、或いは、供給電流がＩ_１で一定である条件下ではＬＥＤ順電圧Ｖ_ｆが所定量減少して所定値Ｖ_２に達した場合、定電流制御部１０２は、ＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊが上限温度（例えば１２０℃）に達したと判断し、ＬＥＤへの供給電流Ｉ_ｆをＩ_１からＩ_２へ下げる（点Ｃ）。

ここで、順電流Ｉ_２は、図示するように、基準カーブにおいて順電圧Ｖ_２に対応した順電流値である。したがって、順電圧Ｖ_ｆがＶ_２であるときに順電流Ｉ_ｆをＩ_２に保てば、ＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊはやがて基準カーブが前提とする制御目標温度（例えば８０℃）に向けて下がっていくことになる。

この場合、順電流Ｉ_ｆをＩ_２に下げることにより、当然前照灯も少し暗くなる。しかし、この制御は通常ほとんど起こり得ない条件、例えば、真夏の真昼の炎天下の渋滞走行でトンネル通過後などの際に、前照灯を消し忘れてしまったような場合を想定している。

このように、本実施例によれば、ＬＥＤの順電圧及び順電流を測定し、測定された両者の関係を予め保持する基準特性と比較することによって、ＬＥＤ温度、特にＬＥＤジャンクション温度を測定する温度センサを用いることなく、ＬＥＤの過熱を防止し、保護を図ることができる。

なお、上記一実施例では、使用されるＬＥＤがすべて同じ放熱特性を有する同一種類のＬＥＤであって、なるべく簡易な構成とすることを前提としていたため、複数のＬＥＤユニットのうちの１つのＬＥＤユニットの中の更に１つのＬＥＤチップについてのみ順電圧及び順電流を測定し、この測定結果を利用してすべてのＬＥＤユニットへの供給電流を制御する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、順電圧及び順電流が測定されるＬＥＤチップは複数個であってもよい。また、異なる種類のＬＥＤが使用されている場合、ＬＥＤ種類ごとに上記のような供給電流制御を実施してもよい。

また、上記一実施例では、測定されたＬＥＤのＶ_ｆ−Ｉ_ｆ関係からＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊが上限温度に達したと判断されたときにＬＥＤへの供給電流を減少させる場合について述べたが、本発明はこれに限られず、Ｖ_ｆ−Ｉ_ｆ測定値（Ｉ_ｆが一定であればＶ_ｆ測定値）が基準カーブ（又は、基準値）からどのくらいずれたときにＬＥＤへの供給電流を減少させるかは任意に設定できる。

ただし、本発明は、ＬＥＤの過熱による劣化・損傷を防ぐこと、すなわちフェールセーフを主たる目的とするものであり、ＬＥＤへの供給電流量を頻繁に低下させることは光出力を確保する観点からも好ましくないため、上述のＶ_ｆ−Ｉ_ｆ特性が基準カーブから所定量ずれたときにＬＥＤへの供給電流を減少させるという制御は、過度に頻繁に実施すべきものではなく、該所定量はＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊが上限温度を越えない範囲内で比較的大きく設定されることが好ましい。

本発明は、ＬＥＤを利用した車両用前照灯装置に利用できる。ＬＥＤの色は問わない。ただし、既述のように、白色ＬＥＤにおいて特に効果が高い。また、前照灯以外にも、フォグランプ、ＤＲＬ、ナイトビジョンのＩＲ投光器などにも利用できる。さらに、搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等も不問である。

本発明の一実施例に係る車両用前照灯装置の概略構成図である。 本発明の一実施例に係る車両用前照灯装置の定電流制御部の一構成例を示す図である。 ＬＥＤに一定の電流を流したときのジャンクション温度と順電圧との関係を示すグラフである。 異なるＬＥＤジャンクション温度におけるＬＥＤ順電圧と順電流との関係を示すグラフである。 本発明の一実施例に係る車両用前照灯装置の定電流制御部によるＬＥＤ供給電流制御を説明するためのグラフである。

符号の説明

１００ 車両用前照灯装置
１０１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０２ 定電流制御部
１０３ａ〜１０３ｅ、２０２ａ〜２０２ｃ 抵抗
１０４ａ〜１０４ｅ ＬＥＤユニット
１０５ 断線検出部
２０１ 定電流回路
２０３ 駆動ＦＥＴ

Claims (4)

1. 自車両前方を照射する１以上のＬＥＤを有する車両用前照灯装置であって、
   前記１以上のＬＥＤへ供給される駆動電流を制御する制御手段と、
   前記１以上のＬＥＤのうちの少なくとも１つのＬＥＤについて所定の動作特性を監視する監視手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記監視手段により得た前記少なくとも１つのＬＥＤについての前記所定の動作特性を基準特性と比較し、この比較結果に基づいて前記駆動電流を制御する、ことを特徴とする車両用前照灯装置。
2. 請求項１記載の車両用前照灯装置であって、
   前記所定の動作特性は、前記少なくとも１つのＬＥＤのジャンクション温度と所定の関係を持って変化する動作特性であり、
   前記基準特性は、前記少なくとも１つのＬＥＤのジャンクション温度が正常な範囲内にあるときに該少なくとも１つのＬＥＤが示す前記所定の動作特性である、ことを特徴とする車両用前照灯装置。
3. 請求項２記載の車両用前照灯装置であって、
   前記制御手段は、前記監視手段により得た前記少なくとも１つのＬＥＤについての前記所定の動作特性が前記基準特性に近づくように前記駆動電流を制御する、ことを特徴とする車両用前照灯装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項記載の車両用前照灯装置であって、
   前記所定の動作特定は順電圧−順電流特性であり、
   前記監視手段は、前記少なくとも１つのＬＥＤの順電圧を測定する電圧測定手段と、前記少なくとも１つのＬＥＤの順電流を測定する電流測定手段とを有する、ことを特徴とする車両用前照灯装置。

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