JP5150133B2 - 前照灯光源用ｌｅｄランプ - Google Patents

Description

本発明は、前照灯光源用ＬＥＤランプに関するものであり、詳しくは、ＬＥＤ素子を囲むランプハウスが車両用灯具に適した配光の一部を形成する前照灯光源用ＬＥＤに関する。

従来、ＬＥＤランプを光源とする車両用前照灯において、前照灯に要求される配光特性をＬＥＤランプに持たせる構造が提案されている。それは、図９に示すように、基台部５０に実装されたＬＥＤチップ５１を蛍光体層５２で封止し、更にその上方に順次シリコーンゲル層５３、遮蔽部材５４、および窓ガラス状部材５５を配設したものである。

この場合、遮蔽部材５４はシリコーンゲル層５３を介して蛍光体層５２の一部を覆い、蛍光体層５２から放射される白色光あるいは白色光に近い色調の光を投影レンズ等で照射方向に投影したときに、遮蔽部材５４の形状を適宜設定することにより、例えばすれ違いビームの配光パターンなど所望する配光パターンを形成することができる。

また、遮蔽部材５４はＬＥＤチップ５１に対峙する側の面を、例えば断面鋸歯形状の鏡面とすることにより、蛍光体層５２から放射されて遮蔽部材５４で反射された光は蛍光体層５２内に戻り、再度蛍光体層５２から放射される。よって、遮蔽部材５４で反射された光を照射光として回収・使用することができるため、遮蔽部材５４による照射光量の低下を抑制することができる、というものである。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−５１９３号公報

ところで、上記構造のＬＥＤランプ５６は、ＬＥＤランプ５６の配光パターンを形成する遮蔽部材５４で反射された光を照射光として回収・使用し、それによって光の利用効率の向上を図っているが、少なくとも遮蔽部材５４による反射光のいくらかは蛍光体層５２によって吸収、散乱され、必ずしも完全な回収・使用が行なわれるとは言い難い。

また、遮蔽部材５４といった汎用のＬＥＤランプでは使用しない特別な構成部材が必要となり、その分製造コストを上昇させる要因となる。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、高い光利用効率で所望の配光パターンを形成し、且つ製造コストが安価な前照灯光源用ＬＥＤランプを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、基台上に実装された複数のＬＥＤ素子が開口を有するランプハウスで囲まれ、前記ＬＥＤ素子が樹脂または蛍光体によって封止されてなる前照灯光源用ＬＥＤランプであって、前記ランプハウスの前記ＬＥＤ素子を挟んで対向する一対の側壁は一方の側壁の高さが他方の側壁の高さ以上であり、前記一方の側壁は段差部を挟む２つの内面を有し、前記基台と前記一方の側壁の１つの内面のなす角度が９０°より大きく１８０°より小さく、かつ、前記１つの内面は、他の内面よりも前記ＬＥＤ素子側に位置し、前記一方の側壁の開口端部の内周縁が前記前照灯光源用ＬＥＤランプの照射光で形成される車両用灯具に適する配光パターンのカットオフラインの少なくとも一部を形成することを特徴とするものである。

本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記基台は両面に金属導体からなる回路パターンが形成されたプリント基板であることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記樹脂は透光性樹脂に１種類以上の蛍光体が混入されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記蛍光体を覆うように透光性樹脂が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の前照灯光源用ＬＥＤランプは、ＬＥＤ素子を囲むランプハウスによって車両用灯具に適する配光パターンのカットオフラインの少なくとも一部を形成するようにした。

その結果、高い光利用効率で所望の配光パターンを形成し、且つ安価なコストで製造が可能であるという優れた効果を奏するものである。

本発明の実施形態を図１〜図８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、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明の前照灯光源用ＬＥＤランプに係わる実施形態の斜視図である。図１より本実施形態は、基台となるプリント基板１と、プリント基板１の一方の面上に配設されたランプハウス２と、ランプハウス２内のプリント基板１上に実装された複数のＬＥＤ素子３と、ランプハウス２内に充填されてＬＥＤ素子３を封止する封止樹脂４を備えている。

プリント基板１は基材５の両面に金属導体による回路パターン６が形成されており、両端には各端部で両面に繋がる実装用電極７が形成され、中央部には各ＬＥＤ素子３を載置するダイボンディングパッドおよびボンディングワイヤ１７を接続するワイヤボンディングパッドが形成されている。なお、図１ではダイボンディングパッドおよびワイヤボンディングパッドは記載されていない。

ランプハウス２は白色樹脂材料、白色セラミック材料、白色金属系材料等の高反射率材料、あるいは黒色樹脂材料、黒色セラミック材料、黒色金属系材料等の低反射率または無反射の材料からなっている。白色と黒色の材料の選択は主に前照灯光源用ＬＥＤランプ８からの照射光の配光パターンを重視するか光量を重視するかによって決定される。

ランプハウス２の形状は上方（プリント基板１側と反対側）に開口９を有する略筒形状を呈しており、記載されていないダイボンディングパッドおよびワイヤボンディングパッドが内底面の一部を形成している。

ランプハウス２の４面の側壁１０、１１、１２、１３のうちの後述する複数のＬＥＤ素子３が略直線状に載置された該載置方向に沿った互いに対向する一対の側壁１０、１１において、一方の側壁１０の高さは他方の側壁１１の高さと等しいか、それ以上となっている。また、一方の側壁１０の開口端部１４の内周縁１５は一対の側壁１０、１１の対向方向の段差部１５ｃを有しており、該段差部１５ｃを挟んで一方の内周縁１５ａが他方の内周縁１５ｂよりＬＥＤ素子３側に位置している。

なお、側壁１０の開口端部１４の各内周縁１５ａ、１５ｂを含む内面１６ａ、１６ｂがプリント基板１と形成する交線は、互いに同一直線上に位置している。

ＬＥＤ素子３は略直線状に複数個形成されたダイボンディングパッド上の夫々にはんだ、導電性接着剤等の接合部材を介して固定（ダイボンド）され、ＬＥＤ素子３の下側電極とダイボンディングパッドとの電気的導通が図られている。また、一方の端部がＬＥＤ素子３の上側電極に接続されたボンディングワイヤ１７の他方の端部が夫々のワイヤボンディングパッドに接続（ワイヤボンド）され、ＬＥＤ素子３の上側電極とワイヤボンディングパッドとの電気的導通が図られている。

そして、透光性樹脂に蛍光体が混入されてなる封止樹脂４がランプハウス２内に充填され、全てのＬＥＤ素子３およびボンディングワイヤ１７が封止樹脂４で樹脂封止されている。透光性樹脂はＬＥＤ素子３を水分、塵埃及びガス等の外部環境から保護し、且つボンディングワイヤ１７を振動及び衝撃等の機械的応力から保護する。また、透光性樹脂はＬＥＤ素子３の光出射面とで界面を形成しており、ＬＥＤ素子３の発光光をＬＥＤ素子３の光出射面から透光性樹脂内に効率良く出射させる機能も有している。

この場合、本実施形態においては、前照灯光源用ＬＥＤランプから放射される照射光を白色光あるいは白色光に近い色調の光を想定しており、そのためＬＥＤ素子３の発光色と透光性樹脂に混入する蛍光体との組み合わせを以下のように設定している。

まず、ＬＥＤ素子３が青色光を発する青色ＬＥＤ素子の場合、青色光に励起されて青色の補色となる黄色光に波長変換する黄色蛍光体を用い、青色ＬＥＤ素子から出射された青色光の一部が黄色蛍光体を励起することによって波長変換された黄色光と、青色ＬＥＤ素子から放射された青色光との加法混色によって白色光に近い色調の光を得るものである。

同様に、ＬＥＤ素子３が青色ＬＥＤ素子の場合、青色光に励起されて緑色光及び赤色光にそれぞれ波長変換する２種類の蛍光体を混合したものを用い、青色ＬＥＤ素子から出射された青色光の一部が蛍光体を励起することによって波長変換された緑色光及び赤色光と、青色ＬＥＤ素子から出射された青色光との加法混色によって白色光を得ることもできる。

更に、ＬＥＤ素子３が紫外線を発する紫外ＬＥＤ素子の場合、紫外線に励起されて青色光、緑色光及び赤色光にそれぞれ波長変換する３種類の蛍光体を混合したものを用い、紫外ＬＥＤ素子から出射された紫外線が蛍光体を励起することによって波長変換された青色光、緑色光及び赤色光の加法混色によって白色光を得ることもできる。

いずれにしても、ＬＥＤ素子３から出射される光の波長と蛍光体の種類とを適宜に組み合わせることによって白色光あるいは白色光に近い色調の光以外の種々な色調の光を得ることが可能である。

図２は図１のＡ−Ａ断面図である。ＬＥＤ素子３を青色ＬＥＤ素子とし、青色ＬＥＤ素子の封止樹脂４に混入される蛍光体を黄色蛍光体とし、前照灯光源用ＬＥＤランプ８から放射される照射光を白色光に近い色調の光とする。すると、ＬＥＤ素子３の配光分布と蛍光体の光散乱性によって、封止樹脂４から出射する光の配光分布は図２のようにランバーシアン分布１８となる。

そして、ランプハウスの側壁１０と側壁１１で挟まれた位置に位置するＬＥＤ素子３から発せられて封止樹脂４内を導光されて該封止樹脂４から放射された光のうち、側壁１０の内面１６ａ以外の方向に向かう光Ｌ１はそのまま前照灯光源用ＬＥＤランプ８の外部に照射される。一方、封止樹脂４から放射されて側壁１０の内面１６ａの方向に向かう光Ｌ２は、内面１６ａで反射されて進路が曲げられる。

その結果、ＬＥＤ素子３から発せられて封止樹脂４内を導光されて該封止樹脂４から放射された光がＬＥＤ素子３を挟む側壁１０、側壁１１方向に形成する配光パターンは、封止樹脂４から放射される光が形成するランバーシアン配光分布１８からＬＥＤ素子３と側壁１０の開口端部１４の内周縁１５ａとを結ぶ直線Ｓの側壁１０側を切取ったような配光分布Ａとなる。

また、ランプハウスの側壁１０と側壁１１で挟まれた位置に位置するＬＥＤ素子３から発せられて封止樹脂４内を導光されて該封止樹脂４から放射された光のうち、側壁１０内面１６ｂ以外の方向に向かう光Ｌ３はそのまま前照灯光源用ＬＥＤランプ８の外部に照射される。一方、封止樹脂４から放射されて側壁１０の内面１６ｂの方向に向かう光Ｌ４は、内面１６ｂで反射されて進路が曲げられる。

その結果、ＬＥＤ素子３から発せられて封止樹脂４内を導光されて該封止樹脂４から放射された光がＬＥＤ素子３を挟む側壁１０、側壁１１方向に形成する配光パターンは、封止樹脂４から放射される光が形成するランバーシアン配光分布１８からＬＥＤ素子３と側壁１０の開口端部１４の内周縁１５ｂとを結ぶ直線Ｔの側壁１０側を切取ったような配光分布Ｂとなる。

配光分布Ａおよび配光分布Ｂのいずれにおいても、照射強度が最大となる位置は側壁１０の上方近傍となり、側壁１０の高さが一定の場合はＬＥＤ素子３と側壁１０の内面１６ａ、１６ｂの距離が近づくにつれて側壁１０の上方に近づき、ＬＥＤ素子３と側壁１０の内面１６ａ、１６ｂの距離が一定の場合は側壁１０の高さが高くなるにつれて側壁１０の上方に近づく。

なお、ＬＥＤ素子３の高さと側壁１０の高さの関係は、例えばＬＥＤ素子３の高さを１００μｍとすると、側壁１０の高さは３００μｍから１ｍｍの範囲内であることが望ましい。言い換えると、側壁１０の高さはＬＥＤ素子３の高さの３倍から１０倍の範囲内であることが望ましい。

ちなみに、本実施形態においては、ＬＥＤ素子の高さを１００μｍ（０．１ｍｍ）とし、側壁の高さを５００μｍ（０．５ｍｍ）としている。

側壁１０の高さがＬＥＤ素子３の高さの３倍より小さいとランバーシアン配光分布１８の切取られる領域（カットオフ領域）が小さくなり、側壁１０を設けた効果が低減する。反対に、側壁１０の高さがＬＥＤ素子３の高さの１０倍より大きくなるとランバーシアン配光分布１８の切取られる領域（カットオフ領域）が大きくなって照射領域が縮減されると共に、側壁１０を設けた効果に比べて前照灯光源用ＬＥＤランプの高さが高くなるというデメリットが大きくなり、側壁１０を設けた効果が相対的に低減する。

図３は本実施形態の前照灯光源用ＬＥＤランプ８の照射光で形成された配光パターン１９を示したものであり、この配光パターン１９は左側通行におけるすれ違いビームの配光を示すものである。

この配光パターン１９は、車両の中心となる垂直基準線Ｖに対して図面の左側半分は対向車の運転者に対して眩惑を与えないように水平基準線Ｈよりも上方に向かう光を含まない配光ＬＰＲ形状を呈し、右側半分は運転者が路側帯にある標識等を視認し易いように水平基準線Ｈよりも上方に向かう光を含む配光ＬＰＬ形状を呈している。

そこで、配光パターン１９の上縁の各ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４および各カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３が前照灯光源用ＬＥＤランプ８のどの部分で形成されているかを検証すると、配光パターン１９の各ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は夫々前照灯光源用ＬＥＤランプ８の側壁１０の開口端部１４の内周縁１５の各点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４で形成され、カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３は夫々側壁１０の開口端部１４の内周縁１５ａ、１５ｂおよび段差部１５ｃによって形成されている。

また、配光パターン１９の下縁ＣＬ４は前照灯光源用ＬＥＤランプ８の封止樹脂４から放射された光の配光の外縁がそのまま反映される。つまり、配光パターン１９のカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を前照灯光源用ＬＥＤランプ８の開口端部１４の内周縁内周縁１５ａ、１５ｂおよび段差部１５ｃによって形成することになる。

すると、従来、灯具の配光を担っていたリフレクタや前面レンズに配光制御の機能を持たせる必要がなく、灯具を構成する部材の設計の簡素化、金型の単純化等によって灯具の低価格化が可能となる。

また、灯具の配光パターンの変更にあたっては、前照灯光源用ＬＥＤランプの側壁の形状のみを変えるだけで所望の配光パターンが実現でき、新規灯具の開発期間の短縮によって開発工数、人件費等の削減が図られる。

更に、ＬＥＤ素子で発せられた光のほとんどを照射光として利用することができるため、高い光利用効率で所望の配光パターンを形成することが可能となる。

なお、前照灯光源用ＬＥＤランプの配光パターンの制御に関与する側壁の内面は、例えば図４〜図６で示す形状が考えられる。図４はプリント基板１面と側壁１０の内面１６ａのなす角度α１を９０°（α１＝９０°）とするもので、この場合は側壁１０の内面１６ａと内面１６ｂが平行に且つ内面１６ａが内面１６ｂよりもＬＥＤ素子３側に位置することになる。この前照灯光源用ＬＥＤランプ８の側壁１０の開口端部１４の内周縁１５ａは配光パターン１９のうち道路中央側を照射する配光パターンＬＰＲの上縁のカットオフラインＣＬ１を形成するものである（図３参照）。

図５は上記実施形態に採用された側壁１０であり、プリント基板１面と側壁１０の内面１６ａのなす角度α２を９０°より大きく１８０°よりも小さく（９０°＜α２＜１８０°）するもので、この場合は側壁１０の開口端部１４の内周縁１５ａが内周縁１５ｂよりもＬＥＤ素子３側に位置することになる。この前照灯光源用ＬＥＤランプ８の側壁１０の開口端部１４の内周縁１５ａは実施形態の説明のなかで述べたように、配光パターン１９のうち道路中央側を照射する配光パターンＬＰＲの上縁のカットオフラインＣＬ１を形成するものである（図３参照）。

図６はプリント基板１面と側壁１０の内面１６ａの一部（下方に位置する内面）のなす角度α３を１８０°（α３＝１８０°）とするもので、この場合も図５と同様に、側壁１０の開口端部１４の内周縁１５ａが内周縁１５ｂよりもＬＥＤ素子３側に位置することになり、この前照灯光源用ＬＥＤランプ８の側壁１０の開口端部１４の内周縁１５ａは配光パターン１９のうち道路中央側を照射する配光パターンＬＰＲの上縁のカットオフラインＣＬ１を形成するものである（図３参照）。

但し、図５と異なる点は、配光パターンＬＰＲのカットオフラインＣＬ１がより鮮明になり、運転者にとって車両前方の視認性が向上すると共に、対向車の運転者に与える眩惑を更に低減することができるものである。

また、本実施形態では、前照灯光源用ＬＥＤランプからの照射光を白色光に近い色調の光とするためにＬＥＤ素子を透光性樹脂に蛍光体を混入した封止樹脂で樹脂封止した構造を採用したが、他の構造として図７に示すように、ＬＥＤ素子３を蛍光体２０で覆い、その上に透光性樹脂２１を充填する方法も可能である。

場合によっては、ＬＥＤ素子の発する光をそのまま前照灯光源用ＬＥＤランプの照射光とすることも考えられるが、そのときは図８に示すように、ＬＥＤ素子３を透光性樹脂で樹脂封止すればよいことは明らかである。

以上説明したように、本発明の前照灯光源用ＬＥＤランプは、高い光利用効率で所望の配光パターンを形成し、且つ安価なコストで製造が可能であるという優れた効果を奏するものである。

本発明の実施形態の斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の本実施形態で形成された配光パターンの模式図である。 本発明の他の実施形態の断面図である。 本発明の実施形態の断面図である。 本発明の他の実施形態の断面図である。 本発明の他の実施形態の断面図である。 本発明の他の実施形態の断面図である。 従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ プリント基板
２ ランプハウス
３ ＬＥＤ素子
４ 封止樹脂
５ 基材
６ 回路パターン６
７ 実装用電極
８ 前照灯光源用ＬＥＤランプ
９ 開口
１０ 側壁
１１ 側壁
１２ 側壁
１３ 側壁
１４ 開口端部
１５ 内周縁
１５ａ、１５ｂ 内周縁
１５ｃ 段差部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 内面
１７ ボンディングワイヤ
１８ ランバーシアン配光分布
１９ 配光パターン
２０ 蛍光体
２１ 透光性樹脂

Claims (4)

1. 基台上に実装された複数のＬＥＤ素子が開口を有するランプハウスで囲まれ、前記ＬＥＤ素子が樹脂または蛍光体によって封止されてなる前照灯光源用ＬＥＤランプであって、前記ランプハウスの前記ＬＥＤ素子を挟んで対向する一対の側壁は一方の側壁の高さが他方の側壁の高さ以上であり、前記一方の側壁は段差部を挟む２つの内面を有し、前記基台と前記一方の側壁の１つの内面のなす角度が９０°より大きく１８０°より小さく、かつ、前記１つの内面は、他の内面よりも前記ＬＥＤ素子側に位置し、前記一方の側壁の開口端部の内周縁が前記前照灯光源用ＬＥＤランプの照射光で形成される車両用灯具に適する配光パターンのカットオフラインの少なくとも一部を形成することを特徴とする前照灯光源用ＬＥＤランプ。
2. 前記基台は両面に金属導体からなる回路パターンが形成されたプリント基板であることを特徴とする請求項１に記載の前照灯光源用ＬＥＤランプ。
3. 前記樹脂は透光性樹脂に１種類以上の蛍光体が混入されてなることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の前照灯光源用ＬＥＤランプ。
4. 前記蛍光体を覆うように透光性樹脂が設けられていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の前照灯光源用ＬＥＤランプ。

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