JP2011198498A

JP2011198498A - Ｌｅｄユニット及びこれを用いた前照灯ユニット

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Publication number: JP2011198498A
Application number: JP2010060969A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Tanaka; 義治田中; Akihiro Misawa; 明弘三沢; Hisanori Tanaka; 恒典田中
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】ＬＥＤの放熱性を確保しつつ、ＬＥＤと光学部との間の取付制度を向上させたＬＥＤユニット、及びこれを用いた車両用前照灯について提供する。
【解決手段】ＬＥＤ（２３）を光源とするＬＥＤユニット（１・５）で、前記ＬＥＤ（２３）と、この周囲を取り囲み保持するホルダ（２１）と、からなる光源（２）と、前記ＬＥＤ（２３）の裏面と熱的に接続されるよう突出し、前記光源（２）が位置決めされる光源台座（４１）を備える放熱部（４）と、固定部（３２・６２）によって前記放熱部（４）に位置決めされる光学部（３・６）と、を備え、前記光学部（３・６）は前記光源に向かって突出する凸部（３１・６１）を有し、前記ホルダはその外側面に該凸部（３１・６１）が固定される取付部（２２）を有し、これらが互いに接続することで、前記光源（２）と前記光学部（３・６）とが位置決めされる構造とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源としてＬＥＤを用いた照明装置、及びこれを用いた車両用前照灯に関する。

現在、光源としてＬＥＤを用いた車両用前照灯が提案されている。ＬＥＤを用いる場合、所定の配光形状を形成するためのリフレクタ、シェード、レンズなどの光学部に加え、ＬＥＤの放熱性を確保するための放熱部を設ける必要があり、これら部材とＬＥＤとの位置決め精度が問題となる。

これに関連した技術として、特許文献１には、放熱部と光学部との取付精度を高めるべく、ダイカスト成形されたユニット支持部材（放熱部に相当）における、成形精度が高い前端面に光学部を取り付ける点、が記載されている。

特許第４１８１９７９号

上記従来技術によれば放熱部と光学部との間の取付精度は良好となるものの、光源であるＬＥＤは成形精度が低い面に取り付けられることとなる。
光学部は、点光源であるＬＥＤからの放射光を光学制御するため、その焦点をＬＥＤに精度よく合わせる必要がある。しかし上記によればＬＥＤの位置精度がばらついてしまうため、配光制御できる光の割合（光量）がばらつき、光学的な損失も生じてしまう。
また放熱部のＬＥＤ取付面の成形精度が低いため、放熱部の取付面の表面とＬＥＤとの間に微小な空間（隙間）が形成されやすく、ＬＥＤから放熱部への伝熱効率が低下し、灯具全体としての放熱性までもが低下してしまう。

そこで本発明では、ＬＥＤの放熱性を確保しつつ、ＬＥＤと光学部との間の取付制度を向上させたＬＥＤユニット、及びこれを用いた車両用の前照灯ユニットについて提供する。

前記目的を達成するため、本発明のＬＥＤユニットは、次の特徴を有する。

第１の発明のＬＥＤユニットでは、
ＬＥＤ（２３）を光源とするＬＥＤユニット（１・５）であって、
前記ＬＥＤ（２３）と、この周囲を取り囲み保持するホルダ（２１）と、からなる光源（２）と、
前記ＬＥＤ（２３）の裏面と熱的に接続されるよう突出し、前記光源（２）が位置決めされる光源台座（４１）を備える放熱部（４）と、
固定部（３２・６２）によって前記放熱部（４）に位置決めされる光学部（３・６）と、を備え、
前記光学部（３・６）は前記光源に向かって突出する凸部（３１・６１）を有し、前記ホルダはその外側面に該凸部（３１・６１）が固定される取付部（２２）を有し、これらが互いに接続することで、前記光源（２）と前記光学部（３・６）とが位置決めされる、ことを特徴とする。

第２の発明ではさらに、
前記放熱部（４）はダイカスト成形により形成され、
前記放熱部（４）における前記光源台座（４１）と対向する部位に、凹部（４３）が形成されている、ことを特徴とする。

第３の発明ではさらに、
前記光源（２）と前記光学部（３・６）とをそれぞれ２つ有し、
前記放熱部（４）の両面に前記光源台座（４１）が設けられ、かつ前記光学部の固定部（３２・６２）が、前記放熱部（４）に対し一体に取り付けられることで、互いのＬＥＤユニット（１・５）の放熱部（４）が共通化されている、ことを特徴とする。

第４の発明ではさらに、
前記光源台座（４１）は、車両の上下方向にそれぞれ突出し、
前記光源台座（４１）と対向する部位に凹部（４３）が形成されている、ことを特徴とするＬＥＤユニット（９）を、前照灯ユニット（９）に用いたことを特徴とする。

第５の発明ではさらに、
前記光学部（３・６）の一方は、対応する光源（２ａ）の光軸上に設けられ、且つ該光源（２ａ）を覆うように配置されたリフレクタ（３）であり、
前記リフレクタ（３）は、前記光源（２ａ）に焦点を有する反射面と、該反射面の両側部に設けられる前記固定部（３２）の間を連結し、前記反射面との間に前記光源（２）が配置されるよう設けられるブリッジ（３３）と、が一体に成形されており、
前記凸部（３１）は、前記ブリッジ（３３）に設けられている
ことを特徴とする。

第６の発明ではさらに、
前記光学部（３・６）の他方は、前記放熱部（４）の上面側に取り付けられた光源（２ｂ）の放射光を、その端部にて遮光し、カットオフラインを形成するシェード（６）であり、
前記シェード（６）は、
該端部を挟んで配置される前記固定部（６２）と、該端部と対向する端面に形成された前記凸部（６１）とが、一体に成形されており、
前記光源（２ｂ）と前記端部とにそれぞれ焦点を有するリフレクタ（７）と、前記端部に焦点を有するレンズ（８）と、をさらに備えることで、プロジェクタ光学系を構成する、ことを特徴とする。

以上の構成によれば、放熱部から突出する光源台座によりＬＥＤの伝熱効率・放熱性を確保することができる。また光学部と光源との間の位置決めを簡単な構成で行うこともでき、光源、光学部、放熱部の間の位置決めを精度良く行うことができる。
さらにこのような構成とすることで、放熱部の上下両面に設けられたユニットの光軸を揃える事が容易となり、前照灯として有用なＬＥＤユニットを形成することができる。

第１実施例のＬＥＤユニットにおける分解斜視図第２実施例の車両用前照灯における上側ＬＥＤユニットの分解斜視図第２実施例の車両用前照灯における取付構造の模式図第２実施例の車両用前照灯における断面図

以下、図面を用いて本願発明の形態について説明する。

図１に本発明の第１実施例のＬＥＤユニット１を示す。まず始めに本発明の各部の取付構造について説明する。

光源２ａにはＬＥＤ（発光素子）２３ａが用いられ、ＬＥＤ２３ａの周囲を取囲むよう開口を有する額縁状に形成されたホルダ２１ａによって保持される。放熱部４には、ホルダ２１ａの開口に嵌め込まれ、ＬＥＤ２３ａの裏面に当接するよう構成された光源台座４１ａが設けられ、該形状により光源２と放熱部４との位置決めを行う。

放熱部４の両端には、光学部であるリフレクタ３が取り付けられる固定部４２が形成されており、リフレクタ３に設けられた固定部３２がネジ止めされ、放熱部４とリフレクタ３との位置決めを行う。

リフレクタ３の２つの固定部３２を連結するよう構成されたブリッジ３３には、光源２ａ側に向かい突出する凸部３１が設けられており、ホルダ２１ａの側面に形成された凹状の取付部２２ａに挿入することで、光源２とリフレクタ３との間の位置決めを行う。

上記構成により、光源２ａ、リフレクタ３、放熱部４、のそれぞれの間の位置決めを、簡易な構成で精度良く行うことができる。また放熱部４の光源台座４１ａがＬＥＤ２３ａに直接面接触することで、良好な放熱性が得られる。
次に、第１実施例における各部の詳細について説明する。
（光源２）

上述のよう、光源２ａはホルダ２１ａとＬＥＤ２３ａとで構成される。
ホルダ２１ａは、開口を有する額縁状に形成されており、その開口内部にＬＥＤ２３ａが収容される。ＬＥＤ２３ａは、発光源となる後述のＬＥＤランプが該開口から表出するようホルダ２３ａの背後から挿入され、開口内部に形成された爪部にて保持される。

ホルダ２１ａの外側面には、リフレクタ３との位置決めを行う取付部２２ａが形成されている。また取付部２２ａが設けられた側面と隣接する側面には、外部電源と接続されるコネクタが形成されている。ホルダ２１ａの内部には、ＬＥＤ２３ａと電気接続するためのリード端子が、その一端が開口内に露出し他端がコネクタ端子となるよう、ホルダ２１ａにインサートされている。なお取付部２２ａとコネクタは、ホルダ２１ａと一体成形により設けられる。
ホルダ２１ａは、成形性や耐熱性の観点からＰＢＴにより構成されている。

ＬＥＤ２３は詳細には、ＬＥＤチップを備えたＬＥＤランプと、該ＬＥＤランプが実装された基板とからなる。なお本出願においてＬＥＤランプとは、ＬＥＤチップそのものや、ＬＥＤチップが実装・封止された、リード型、チップ型、表面実装型などの各種形態のＬＥＤパッケージなど、いずれの形態をも含むものと定義する。

本実施例においては、ＬＥＤチップとして、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）法により結晶成長基板が剥離されて、結晶成長層が支持基板に取り付けられた、ＬＬＯチップを用いている。結晶成長基板を有するＬＥＤチップと比べて、ＬＬＯチップはその放射光の半値幅（ＦＷＨＭ）が狭くなる傾向があり、光学部により配光制御することが容易となるためである。このようなチップを得る方法としては、上記のレーザーにより基板を剥離するレーザーリフトオフ法の他、化学的に基板または所望の層（犠牲層）を溶解して基板を除去するケミカルリフトオフ法、物理的に基板を研磨し基板を除去する方法など、各種手法を適用することができる。また結晶成長基板が除去された結晶成長層の支持基板としては、放熱性が良好なＣｕやＳｉなどを用いることができる。支持基板を基板に共晶接合することで、ＬＥＤチップから基板まで良好に伝熱することができるからである。

ＬＥＤランプが実装される基板は、ＬＥＤランプの放熱性を高めるためＡｌＮ（窒化アルミ）からなるセラミックスにより成形され、その表面には、ホルダ２１ａにインサート成形されたリード端子とＬＥＤランプとの間を電気接続するよう回路が形成されている。他の好ましい基板としてはセラミックス、ＡｌやＣｕなど放熱性に優れた金属基板があげられる。
（リフレクタ３）

本実施例におけるリフレクタ３は、光源２ａの光軸上に、光源２ａを覆うよう配置される。なお光源２ａの光軸は、本形態においては紙面上下方向で規定され、下方を向いている。そしてリフレクタ３は光源２ａのＬＥＤ２３ａ付近に焦点を有する回転放物面状の反射面を有し、光源２ａから放出された光を、光源２ａの光軸と略垂直な方向に平行光として反射するよう構成されている。
なおリフレクタとしては、その成形性の観点からＰＣを用い、反射面表面にＡｌを蒸着している。この他に、ＰＰＳやＢＭＣなどにより成形しても良く、反射面としてＣｒやＡｇなどの高反射率の金属を用いても良い。

なお反射面の形状としては所望の配光を形成するため、ＬＥＤ２３ａに焦点を有する、回転放物面、楕円放物面、回転楕円面、三軸楕円面、またはこれらを組み合わせた形状などを採用することができる。

反射面の両側部には、放熱部４に対する固定部３２が形成されており、２つの固定部３２を繋いで連結するよう、ブリッジ３３が設けられている。リフレクタ３は、該ブリッジ３３と反射面との間で開口を形成するよう構成され、光源２ａは該開口に収容される。

ブリッジ３３の光源２と対向する部位には、光源２ａに向かい突出する２つの凸部３１が設けられており、光源２ａのホルダ２１ａ外周面に設けられた２つの凹状の取付部２２ａに挿入・嵌合されることで、光源２ａとリフレクタ３とが位置決めされる。凸部３１と取付部２２ａとが２つずつ設けられていることで、光源２ａとリフレクタ３とが相対的に回転して取り付けられることを防止している。このように回転を防止するには、凸部３１及び取付部２２ａとが２以上の複数個設けられているのが好ましく、また１つであったとしても回転を規制するような、例えば角柱状の凸部を嵌合させることで回転を規制するような取付構造とすれば良い。
（放熱部４）

放熱部４はＡｌによりダイカスト成形されており、光源２ａと位置決めされる光源台座４１ａと、リフレクタ３と位置決めされる固定部４２とが一体に成形されている。また放熱部４には、図示しない放熱フィンが一体にダイカスト形成されている。

図１において光源台座４１ａは、ＬＥＤ２３ａの裏面と当接するよう、放熱部４の下面から突出した形状をなし、額縁状のホルダ２１ａの開口に嵌め込まれる。なおホルダ２１ａの開口内周面には、ＬＥＤ２３ａを保持する爪部２４ａが設けられているため、光源台座４１ａには該爪部２４ａを収容する窪みが設けられている。光源台座４１ａは放熱部４と一体に設けられており、ＬＥＤ２３と放熱部４との間を熱的に接続する。

固定部４２は放熱部４の前側端面に設けられており、リフレクタ３の固定部３２がネジ止めされて位置決めされる。

次に、前述のＬＥＤユニット１を用いて車両用の前照灯ユニット９を構成した第２実施例について、図２〜４を用いて説明する。なお前述のものと同様の構成については、図１と同じ符号を付すことでその説明を省略する。

前照灯ユニット９は図３・４に示されるよう、光源２と各光学部３、６とが２つずつ設けられ、これらが搭載される放熱部４が１つ、で構成される。即ち、放熱部４の上下面にＬＥＤユニットが搭載され、上側ＬＥＤユニット５の放熱部４と、下側ＬＥＤユニット１の放熱部４とが、一体に形成され共通化されている。上側ＬＥＤユニット５はすれ違い配光のカットオフラインを形成するプロジェクタ型で、下側ＬＥＤユニット１は広範囲の領域を照明する反射型である。これらの放出光を組合わせることで、前照灯に必要となる配光パターンを形成することができる。

上側ＬＥＤユニット５は光源２ｂと放熱部４に加え、シェード６、リフレクタ７、レンズ８からなる３つの光学部を有し、光源２ｂ、放熱部４と固定される光学部がシェード６である点で、下側ＬＥＤユニット１と相違する。

また上側ＬＥＤユニット５のリフレクタ７は、その焦点を光源２ｂ近傍とシェード端面近傍とにそれぞれ有する回転楕円状の反射面を有する。これにより光源２ｂから放射された光をシェード６の該端面に集光し、その端面形状によりすれ違い配光パターンを形成し、該配光パターンをレンズ８により投影するプロジェクタ光学系が構成されている。

シェード６は光源２ｂの取付部２２ｂに挿入・嵌合される凸部６１を有し、これにより光源２ｂとシェード６とが位置決めされる。またシェード６の両側部には固定部６２が形成され、下側ＬＥＤユニット１のリフレクタ３が固定される放熱部４の固定部４２に、リフレクタ３とともにネジ止めされる。

これにより、放熱部４とシェード６との間が位置決めされ、かつリフレクタ３との間でも位置決めすることができる。上側ＬＥＤユニット５と下側ＬＥＤユニット１は照射領域が異なるため、互いの光軸を精度良く位置決めする必要がある。このため、上下のＬＥＤユニット１・５の配光形状を決定する要部であるシェード６・リフレクタ３とを、放熱部４の固定部４２に一緒に取り付けることで、互いの配光形状を精度良く重合させることが可能となる。

リフレクタ７はシェード６に対し固定され、レンズ８をシェード６との間で挟持して保持する。前述のよう、リフレクタ７の反射面は回転楕円形状からなるが、光源２ｂとシェード６との前端面とに焦点をもち、プロジェクタ光学系を構成できる形状であれば特に限定されない。

前述のよう、放熱部４の光源台座４１は、ＬＥＤ２３の裏面と当接するよう突出しており、ＬＥＤ２３と放熱部４とが熱的に接続されるよう構成されている。

本実施例において、放熱部４の光源台座４１ａ、４１ｂが形成された部位と対向する裏面には、凹部４３ａ、４３ｂが形成されている。放熱部４はＡｌ合金からなるダイカスト成形品であるが、成形時に厚肉部があると、冷却時にヒケ（巣）が生じて表面が凹んでしまう。光源台座４１は放熱部４から突出しており、その周囲との肉厚が異なるため、光源台座４１の近傍において特にこの現象が生じやすい。この場合、ＬＥＤ２３の裏面と当接する光源台座４１の平面度が低下することとなり、その接触面に空間（隙間）が形成され、伝熱効率（放熱性）が著しく低下してしまう。

そこで光源台座４１の裏面に凹部４３を形成し、光源台座４１を、その周囲と比べて薄肉で形成することで、光源台座４１のヒケを防止することができ、ユニット全体としての放熱性を良好とすることができる。

なお本実施例においては、上側ＬＥＤユニット５がプロジェクタ光学系、下側ＬＥＤユニット１が反射光学系の例について示したが、両方が同じ光学系であっても良い。この場合は、部品点数や重量などの面も考慮し、反射型の光学系を採用することが好ましい。

また前照灯ユニット９として適用する場合、所望の配光形状を形成しやすいことから、上側ＬＥＤユニット５、下側ＬＥＤユニット１はそれぞれ、鉛直方向の上下（車両の上下）に対応させ配置することが好ましい。しかし、本発明では各ＬＥＤユニットを放熱部４の両面に設けることが重要であり、一般住宅用などの民生照明用途など、配光形状（円形）が対称的で単純な場合においては、各ＬＥＤユニットが左右に配置されるようにしても良い。

本発明は、ＬＥＤを光源とする照明装置や、高い放熱性が要求される前照灯などの車両用照明装置に用いることができる。

１ＬＥＤユニット
２光源
２１ホルダ
２２取付部
２３ＬＥＤ
２４爪部
３リフレクタ
３１凸部
３２固定部
３３ブリッジ
４放熱部
４１光源台座
４２固定部
４３凹部
５上側ＬＥＤユニット
６シェード
６１凸部
６２固定部
７リフレクタ
８レンズ
９前照灯ユニット

Claims

ＬＥＤ（２３）を光源とするＬＥＤユニット（１・５）であって、
前記ＬＥＤ（２３）と、この周囲を取り囲み保持するホルダ（２１）と、からなる光源（２）と、
前記ＬＥＤ（２３）の裏面と熱的に接続されるよう突出し、前記光源（２）が位置決めされる光源台座（４１）を備える放熱部（４）と、
固定部（３２・６２）によって前記放熱部（４）に位置決めされる光学部（３・６）と、を備え、
前記光学部（３・６）は前記光源に向かって突出する凸部（３１・６１）を有し、前記ホルダはその外側面に該凸部（３１・６１）が固定される取付部（２２）を有し、これらが互いに接続することで、前記光源（２）と前記光学部（３・６）とが位置決めされる
ことを特徴とするＬＥＤユニット（１・５）。
前記放熱部（４）はダイカスト成形により形成され、
前記放熱部（４）における前記光源台座（４１）と対向する部位に、凹部（４３）が形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤユニット（９）
前記光源（２）と前記光学部（３・６）とをそれぞれ２つ有し、
前記放熱部（４）の両面に前記光源台座（４１）が設けられ、かつ前記光学部の固定部（３２・６２）が、前記放熱部（４）に対し一体に取り付けられることで、互いの放熱部（４）が共通化されている
ことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤユニット（９）。
前記光源台座（４１）は、車両の上下方向にそれぞれ突出し、
下側に配される光学部が、反射光学系を構成する、
ことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤユニットを用いた前照灯ユニット（９）。
前記光学部（３・６）の一方は、対応する光源（２ａ）の光軸上に設けられ、且つ該光源（２ａ）を覆うように配置されたリフレクタ（３）であり、
前記リフレクタ（３）は、前記光源（２ａ）に焦点を有する反射面と、該反射面の両側部に設けられる前記固定部（３２）の間を連結し、前記反射面との間に前記光源（２）が配置されるよう設けられるブリッジ（３３）と、が一体に成形されており、
前記凸部（３１）は、前記ブリッジ（３３）に設けられている
ことを特徴とする請求項４に記載の前照灯ユニット（９）。
前記光学部（３・６）の他方は、前記放熱部（４）の上面側に取り付けられた光源（２ｂ）の放射光を、その端部にて遮光し、カットオフラインを形成するシェード（６）であり、
前記シェード（６）は、
該端部を挟んで配置される前記固定部（６２）と、該端部と対向する端面に形成された前記凸部（６１）とが、一体に成形されており、
前記光源（２ｂ）と前記端部とにそれぞれ焦点を有するリフレクタ（７）と、前記端部に焦点を有するレンズ（８）と、をさらに備えることで、プロジェクタ光学系を構成する
ことを特徴とする請求項５に記載の前照灯ユニット（９）。
前記光学部（３・６）は、前記光源（２）の光軸上に設けられ、且つ前記光源（２）を覆うように配置されたリフレクタ（３）であり、
前記リフレクタは、
反射面と、該反射面の両側部に設けられる前記固定部（３２）の間を連結し、前記反射面との間に前記光源（２）が配置されるよう設けられるブリッジ（３３）と、が一体に成形されており、
前記凸部（３１）は、前記ブリッジ（３３）に設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤユニット（１）。