CN104169641A - 发光装置及车辆用灯具 - Google Patents

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Abstract

发光装置(20)具有LED芯片(37)、和使LED芯片(37)发出的光集光的集光器(25)。集光器(25)具有作为入射来自LED芯片(37)的光的入射部的第1开口部(25a)、作为将从第1开口部(25a)入射的光反射的反射部的侧面部(25c)、以及作为使被侧面部(25c)反射的光出射的出射部的第2开口部(25b)。集光器(25)的第1开口部(25a)形成有将LED芯片(37)发出的光波长变换并出射的荧光体层(38)。集光器(25)被以荧光体层(38)位于LED芯片(37)的发光面上的方式配置。

Description

发光装置及车辆用灯具
技术领域
本发明涉及使用了LED等发光元件的发光装置及车辆用灯具。
背景技术
以往，已知有将LED作为光源来使用的车辆用灯具(例如参照专利文献1)。
〔在先技术文献〕
〔专利文献〕
〔专利文献1〕日本特开2011-40495号公报
发明内容
〔发明所要解决的课题〕
在使用了LED的车辆用灯具中，希望有效地利用从LED射出的光。
本发明是鉴于这样的状况而研发的，其目的在于提供一种能提高从LED射出的光的利用效率的发光装置及车辆用灯具。
〔用于解决课题的手段〕
为解决上述课题，本发明一个方案的发光装置包括：用于安装发光元件的安装部；具有入射来自发光元件的光的入射部、使从入射部入射的光反射的反射部、以及使被反射部反射后的光出射的出射部，使发光元件发出的光集光的集光器。在该发光装置中，在集光器的入射部形成有将发光元件发出的光波长变换后射出的荧光体层。集光器被以荧光体层位于发光元件的发光面上的方式配置。
集光器可以具有框体形状，该框体形状具有第1开口部、与第1开口部相对的第2开口部、以及第1开口部与第2开口部之间的侧面部；第1开口部被作为入射部，第2开口部被作为出射部，并通过在侧面部的内表面形成金属膜，来形成反射部。荧光体层可以通过用含有荧光材料的树脂填充第1开口部来形成。
可以是安装部被构成得能并排设置安装多个发光元件；集光器还具有以划分相邻的发光元件的方式设置的遮光部。
集光器可以具有透明材料压型体，该透明材料压型体具有第1面部、与第1面部相对的第2面部、以及第1面部与第2面部之间的侧面部。在该集光器中，可以是第1面部被作为入射部，第2面部被作为出射部，并通过在侧面部的外表面形成金属膜而形成反射部。荧光体层可以通过在第1面部埋设板状的荧光体的一部分而形成。
可以是安装部被构成得能并排设置安装多个发光元件；针对各发光元件配置有透明材料压型体；各透明材料压型体包括与相邻的透明材料压型体相对的相邻面在内形成有金属膜。
本发明的另一方案是一种车辆用灯具。该车辆用灯具具有上述的发光装置，和控制来自发光装置的光、向前方射出的光学部件。
〔发明效果〕
通过本发明，能提供一种可提高从LED出射的光的利用效率的发光装置及车辆用灯具。
附图说明
图1是本发明实施方式的车辆用灯具的剖面图。
图2的(a)～图2的(c)是用于说明第1实施方式的发光装置的构成的图。
图3的(a)及图3的(b)是用于说明第2实施方式的发光装置的构成的图。
图4的(a)～图4的(c)是用于说明第3实施方式的发光装置的构成的图。
图5的(a)及图5的(b)是用于说明第4实施方式的发光装置的构成的图。
图6的(a)～图6的(c)是表示第3实施方式的发光装置的变形例的图。
图7是用于说明第5实施方式的发光装置的构成的图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是本发明实施方式的车辆用灯具100的剖面图。车辆用灯具100是具有投影透镜的所谓投射式的车辆用前照灯。
车辆用灯具100如图1所示那样包括具有朝灯具前方开口的凹部的灯体12，和封闭该灯体12的开口面的罩14，由灯体12和罩14形成的内部空间形成了灯室16。
灯室16内配置有灯具单元10。如图1所示，灯具单元10被安装在由铝等金属形成的支架18的大致中央部。在支架18的上部安装有第1调准螺钉21，在支架18的下部安装有第2调准螺钉22。支架18被第1调准螺钉21和第2调准螺钉22、以及保持安装于支架18的枢轴的支承部(未图示)可自由倾动地支承于灯体12。下方的第2调准螺钉22设有调准促动器24。调准促动器24被驱动时，随着支架18的倾动，灯具单元10也倾动，由此进行照明光的光轴可变控制。
灯具单元10具有发光装置20、投影透镜30、透镜支承部件32、散热器26、风扇28。
发光装置20被设于支架18的前面侧。发光装置20具有白色LED，朝投影透镜30出射白色光。关于发光装置20的详细构造，将在后面说明。
投影透镜30是使来自发光装置20的光投影向前方的光学部件。投影透镜30是入射面被形成为平面、出射面被形成为凸面的平凸非球面透镜。投影透镜30被透镜支承部件32支承在发光装置20的前方。投影透镜30的光轴Ax与车辆的前后方向大致平行。
散热器26被设在支架18的背面侧。散热器26由铝等高热传导率的金属形成，使发光装置20发生的热散热。风扇28被设在散热器26的后方，对散热器26进行强制空冷。
图2的(a)～图2的(c)是用于说明第1实施方式的发光装置的构成的图。图2的(a)是发光装置的主视图，图2的(b)是发光装置的X-X剖面图(水平剖面图)，图2的(c)是发光装置的Y-Y剖面图(铅直剖面图)。
如图2的(b)及图2的(c)所示，发光装置20被安装在通过压铸铝而与支架18一体成形的台座27的大致中央部上。发光装置20包括被设在台座27上的LED基板36、被安装在LED基板36上的4个LED芯片37、以及配置在这些LED芯片37上的集光器25。
LED芯片37例如是1mm见方、0.3mm见方、0.5mm见方等大小的青色LED。4个LED芯片37在LED基板36上沿水平方向一列配置。LED基板36由氮化铝等形成，并且被形成得能安装4个LED芯片37。LED基板36具有供电布线图形(pattern)、供电连接器等，具有对LED芯片37供给电流的功能。各LED芯片37能分别被未图示的控制装置控制亮灭。例如，通过使两端的LED芯片37点亮、使内侧的2个LED芯片37熄灭，能照射所谓的“分叉配光图案(split light distribution pattern)。分叉配光图案为设有对远光用配光图案的一部分不照射光的分叉区域的配光图案。分叉配光图案是在抑制对本车道及相对车道的光照射的同时，又能良好地确保本车道及相对车道外侧的视野的配光图案。
集光器25具有使LED芯片37及荧光体层38发出的光集光、并使其朝向投影透镜30的功能。如本实施方式那样，通过在LED芯片37的近旁设置小型的集光器25，能适当地控制从LED芯片37及荧光体层38出射的光的行进方向，使其高效地入射到投影透镜30。
集光器25具有在大致中央部形成有使来自LED芯片37的光通过的孔部的框体形状。集光器25具有第1开口部25a、与第1开口部25a相对的第2开口部、以及第1开口部25a与第2开口部25b之间的侧面部25c。
第1开口部25a及第2开口部25b是长方形状的开口部。第2开口部25b比第1开口部25a大。在集光器25中，第1开口部25a被作为入射来自LED芯片37的光的入射部，第2开口部25b被作为使光出射的出射部。
侧面部25c具有分别按长方形状的第1开口部25a及第2开口部25b的各边而设的剖面抛物线状的4个内表面。侧面部25c的各内表面形成有金属膜，侧面部25c被作为使从第1开口部25a入射的光反射的反射部。
集光器25可以通过从长方体形状的铝材料切出框体、并在内表面蒸镀铝来形成。
在本实施方式中，在集光器25的第1开口部25a填充包含荧光材料的树脂，形成荧光体层38。该荧光体层38具有将LED芯片37发出的青色光波长变换成黄色光并射出的功能。形成有荧光体层38的集光器25被以荧光体层38位于4个LED芯片37的发光面上的方式配置。荧光体层38的光入射面与LED芯片37的发光面相抵接。或者介由未图示的透明材料光学地相结合。
在这样构成的发光装置20中，使LED芯片37发光时，透过荧光体层38的青色光和被荧光体层38变换后的黄色光混合，得到白色光。
如以上说明的那样，在本实施方式的发光装置20中，在作为集光器25的入射部的第1开口部25a形成填充了荧光体的荧光体层38，并以荧光体层38覆盖4个LED芯片37的发光面的方式配置集光器25。由此，因荧光体层38的侧面与集光器25之间不存在间隙，故能使从LED芯片37出射的光的大部分入射到集光器25。其结果，能向投影透镜30导出更多的光，故能提高车辆用灯具100中的光利用效率。在集光器25的侧面部25c的内面形状为复合抛物面集光器(CPC：Compound Parabolic Concentrator)时，能使从第1开口部25a出射的光按一定方向效率良好地出射，进而能效率良好地向投影透镜30导出较多的光。此外，由于间隙较小，故形成在本车前方的路面上的配光图案中，因间隙引起的暗部被减少，能得到均匀配光。
图3的(a)及图3的(b)是用于说明第2实施方式的发光装置的构成的图。图3的(a)是发光装置的主视图，图3的(b)是发光装置的X-X剖面图(水平剖面图)。本实施方式的发光装置20也能适用于图1所示的车辆用灯具100。
在本实施方式的发光装置20中，对与图2的(a)～图2的(c)所示的第1实施方式的发光装置相同或对应的构成要素，标注相同的标号，并适当省略重复的说明。
本实施方式的发光装置20在集光器25具有3个遮光部40这一点上与上述的第1实施方式的发光装置不同。这3个遮光部40是以将相邻的一对LED芯片37的发光面所对应的荧光体层38划分开的方式、在集光器25内从第1开口部25a一直延伸到第2开口部25b的板状或膜状部件。遮光部40只要是吸收、反射、扩散光，或遮挡光的构件即可，不特别指定。例如，可以使用有色树脂板、含有光反射材料的树脂板、遮光性无机物、金属、层积了折射率不同的膜的多层膜等。
在如第1实施方式那样不对集光器设置遮光部时，从各LED芯片37出射的光在集光器25内会发生扩散，因而即使控制各LED芯片37的亮灭，有时也无法形成所希望的配光图案。另一方面，在如本实施方式这样对集光器25设置遮光部40时，由于从各LED芯片37出射的光所扩散的范围被制限，故能恰当地形成所希望的配光图案。
图4的(a)～图4的(c)是用于说明第3实施方式的发光装置的构成的图。图4的(a)是发光装置的主视图，图4的(b)是发光装置的X-X剖面图(水平剖面图)，图4的(c)是发光装置的Y-Y剖面图(铅直剖面图)。本实施方式的发光装置20也能适用于图1所示的车辆用灯具100。
在本实施方式的发光装置20中，对于与图2的(a)～图2的(c)所示的第1实施方式的发光装置相同或对应的构成要素，标注相同的标号，并适当省略重复的说明。
本实施方式的发光装置20中，LED芯片37上所配置的集光器的构成与上述第1实施方式的发光装置不同。本实施方式中的集光器45由透明材料的压型体构成。作为透明材料，只要光能透过即可，可以是无机物、也可以是有机物的热塑性树脂，还可以是热固化性的树脂。作为透明无机物，可以列举熔融二氧化硅、熔融石英、铝酸钙玻璃、铌酸锂、方解石、氧化钛、钛酸锶、氧化铝、氟化锂、氧化钇、氧化镁、氧化锆、氟化镁、氟化钙、氟化钠、氟化钡、氟化铅、碘化钠、氯化钠、氯化钾、氯化银、氯化铊、溴化铊盐、溴化钾、溴化银、溴化铊、碘化钾、溴化铈、碘化铈、碘化铈、石英玻璃、钠钙玻璃、光学玻璃等的氧化物玻璃、氟化物玻璃、硫系玻璃等。热塑性透明树脂可以使用聚苯乙烯、丙烯腈·苯乙烯共聚树脂、透明ABS树脂、苯乙烯·丁二烯共聚物、苯乙烯·马来酸酐系树脂、甲基丙烯酸树脂、醋酸纤维素、聚酯碳酸酯、聚甲基戊烯、聚芳酯、聚醚·砜、聚醚醚酮、聚碳酸酯、透明尼龙、聚砜树脂、聚烯烃、聚乙烯醇缩丁醛等。其中，从耐热性的角度出发，优选甲基丙烯酸树脂、聚酯碳酸酯、聚甲基戊烯、聚芳酯、聚醚·砜、聚醚醚酮、聚碳酸酯、透明尼龙、聚砜树脂。热固化性透明树脂可以使用硅酮树脂、环氧树脂、酚树脂、酚基芳烷基树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、二氧化硅系溶胶凝胶剂、氧化铝系溶胶凝胶剂、氧化钛系溶胶凝胶剂、氧化锆系溶胶凝胶剂等。其中，从透明性的角度出发，优选硅酮树脂、环氧树脂。
集光器45由透明材料形成为大致长方体形状，具有第1面部45a、与第1面部45a相对的第2面部45b、以及第1面部45a与第2面部45b之间的侧面部45c。
第1面部45a及第2面部45b被形成为长方形状。第2面部45b比第1面部45a大。在集光器45中，第1面部45a被作为使来自LED芯片37的光入射的入射部，第2面部45b被作为使光出射的出射部。
侧面部45c具有分别按长方形状的第1面部45a及第2面部45b的各边而设的剖面抛物线状的4个外表面。在侧面部45c的各外表面形成有金属膜，侧面部45c被作为使从第1面部45a入射的光反射的反射部。
在本实施方式中，在集光器45的第1面部45a埋设有板状的荧光体46的一部分。更具体来说，荧光体46以长方形状的一个面(被作为光入射面)露出于外部的方式埋设于集光器45的第1面部45a。荧光体46是将使青色光变换成黄色光的黄色荧光体陶瓷化、并制成长方形板状后的构件。荧光体46可以是由YAG(Yttrium Aluminum Garnet：钇铝柘榴石)构成的烧结板。埋设有荧光体46的集光器45被以荧光体46位于4个LED芯片37的发光面上的方式配置。荧光体层38的露出面(光入射面)与LED芯片37的发光面相抵接。或者介由未图示的透明材料光学地相结合。
在这样构成的发光装置20中，使LED芯片37发光时，透过荧光体46的青色光和被荧光体46变换后的黄色光混合，得到白色光。
如以上说明的那样，在本实施方式的发光装置20中，在作为集光器45的入射部的第1面部45a埋设板状的荧光体46，并以该荧光体46的光入射面覆盖4个LED芯片37的发光面的方式配置集光器45。由此，能使从LED芯片37及荧光体层38射出的光的大部分入射到集光器45。其结果，能向投影透镜30导出更多的光，故能提高车辆用灯具100中的光利用效率。
图5的(a)及图5的(b)是用于说明第4实施方式的发光装置的构成的图。图5的(a)是发光装置的主视图，图5的(b)是发光装置的X-X剖面图(水平剖面图)。本实施方式的发光装置20也能适用于图1所示的车辆用灯具100。
在本实施方式的发光装置20中，对与图4的(a)～图4的(c)所示的第3实施方式的发光装置相同或对应的构成要素标注相同的标号，并适当省略重复的说明。
本实施方式的发光装置20为如下结构：第3实施方式中的集光器被分割成4个，分割后的各集光器45被设置在对应的LED芯片37上。各集光器45内埋设有荧光体46。
在本实施方式中，各集光器45的透明材料压型体，包括与相邻的透明材料压型体相对的相邻面45d在内地形成有金属膜。由此，同上述第2实施方式的发光装置一样，从各LED芯片37射出的光所扩散的范围被制限，故能恰当地形成所希望的配光图案。
图6的(a)～图6的(c)表示第3实施方式的发光装置的变形例。
图6的(a)表示在集光器45的第2面部45b(光出射面)形成有凹凸60的第1变形例。该凹凸60通过用喷砂法将砂粒喷到集光器45的光出射面上、或者在透明材料压型体成形时利用具有微小凹凸的模具转印到入射部来形成。通过在集光器45的光出射面形成这样的凹凸60，能降低光出射部的光的全反射，提高光的提取效率。
图6的(b)表示在集光器45的第2面部45b(光出射面)上成膜有由低折射率材料构成的薄膜61的第2变形例。该薄膜61的折射率比构成集光器45的透明材料压型体的折射率低。例如在用二甲基硅酮(折射率1.41)形成透明材料压型体的情况下，作为低折射材料，可以采用二氧化硅系溶胶·凝胶材料(折射率1.35)。通过在集光器45的光出射面上形成这样的薄膜61，也能提高光利用效率。
图6的(c)表示在集光器45的第2面部45b(光出射面)上形成交替层积有低折射率材料和高折射率材料的薄膜62的第3变形例。例如在用二甲基硅酮(折射率1.41)形成透明材料压型体的情况下，作为低折射材料，可以采用二氧化硅，作为高折射材料，可以采用二氧化钛。通过在集光器45的光出射面形成这样的薄膜62，也能提高光利用效率。
图7是用于说明第5实施方式的发光装置的构成的图。图7是发光装置20的铅直剖面图。本实施方式的发光装置20也能适用于图1所示的车辆用灯具100。
在本实施方式的发光装置20中，对与图2的(a)～图2的(c)所示的第1实施方式的发光装置相同或对应的构成要素标注相同的标号，并适当省略重复的说明。
在图7所示的发光装置20中，在LED基板36上设有反射框体70。反射框体70以包围LED芯片37的侧面的方式配置在LED基板36上。LED芯片37的发光面上设有荧光体层38。
在反射框体70的上面70a上设有集光器25。在反射框体70的上面70a上设有集光器25的状态下，荧光体层38位于集光器25的第1开口部25a(集光器25的入射部)内。集光器25和反射框体70可以被一体形成。或者，也可以分别形成集光器25和反射框体70，并使用粘合剂等来安装。
反射框体70具有与LED芯片37的侧面相对的光反射面70b。通过以包围LED芯片37的方式设置反射框体70，能使从LED芯片37的侧面射出的光朝集光器25反射，能提高从LED芯片37出射的光的利用效率。反射框体70可以由金属形成，也可以通过对树脂成形的框体的内表面进行反射塗装来形成。
以上基于实施方式说明了本发明。这些实施方式仅是例示，本领域技术人员当理解其各构成要素和各处理过程的组合可以有各种变形例，且这样的变形例也包含在本发明的范围内。
例如在上述的实施方式中，作为光源使用了LED，但当然也可以使用激光等其它光源。
此外，在上述的实施方式中，是使用青色LED和YAG的荧光体生成白色光的，但也可以使用近紫外发光LED和吸收近紫外光而发出可见光的荧光体。
〔标号说明〕
10灯具单元、12灯体、14罩、16灯室、18支架、20发光装置、25、45集光器、26散热器、27台座、28风扇、30投影透镜、36LED基板、37LED芯片、38荧光体层、39放热部、46荧光体、61、62薄膜、63圆柱透镜、70反射框体、100车辆用灯具。
〔工业可利用性〕
本发明能适用于采用了LED等发光元件的发光装置及车辆用灯具。

Claims (6)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：
用于安装发光元件的安装部，和
具有入射来自上述发光元件的光的入射部、使从上述入射部入射的光反射的反射部、以及使被上述反射部反射后的光出射的出射部，并使上述发光元件发出的光集光的集光器；
其中，在上述集光器的上述入射部形成有将上述发光元件发出的光波长变换后射出的荧光体层；
上述集光器被以上述荧光体层位于上述发光元件的发光面上的方式配置。
2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
上述集光器具有框体形状，该框体形状具有第1开口部、与上述第1开口部相对的第2开口部、以及上述第1开口部与上述第2开口部之间的侧面部；
上述第1开口部被作为上述入射部，上述第2开口部被作为上述出射部，并通过在上述侧面部的内表面形成金属膜，来形成上述反射部；
上述荧光体层是通过用含有荧光材料的树脂填充上述第1开口部而形成的。
3.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于，
上述安装部被构成得能并排设置安装多个发光元件；
上述集光器还具有以划分相邻的发光元件的方式设置的遮光部。
4.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
上述集光器具有透明材料压型体，该透明材料压型体具有第1面部、与上述第1面部相对的第2面部、以及上述第1面部与上述第2面部之间的侧面部；
上述第1面部被作为上述入射部，上述第2面部被作为上述出射部，并通过在上述侧面部的外表面形成金属膜而形成上述反射部；
上述荧光体层是通过在上述第1面部埋设板状的荧光体的一部分而形成的。
5.如权利要求4所述的发光装置，其特征在于，
上述安装部被构成得能并排设置安装多个发光元件；
针对各发光元件配置有上述透明材料压型体；
各透明材料压型体包括与相邻的透明材料压型体相对的相邻面在内形成有金属膜。
6.一种车辆用灯具，其特征在于，包括：
权利要求1至5的任一项所述的发光装置，和
控制来自上述发光装置的光，使其向前方射出的光学部件。
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