CN1598396A - 车辆前照灯用光源装置和车辆前照灯 - Google Patents

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Abstract

车辆前照灯用光源装置和车辆前照灯。本发明的目的是提供适合用于使用多个LED芯片作为光源并向前照灯、辅助前照灯等的前方照射光的车辆前照灯用光源装置和车辆前照灯。车辆前照灯用光源装置(11)构成为含有：LED芯片(21)，其安装在形成于基台(20)的上面的空腔(20a)内；树脂部(22)，用于把LED芯片密封在该空腔内；光学部件(23)，其配置在上述基台的上方，与LED芯片隔开配置；遮光部(24)，其配置在上述光学部件的内面，用于形成适合车辆前照灯用的配光图案的遮光；以及荧光体层(25)，其配置在上述光学部件的内面、至少除了遮光部以外的区域内。

Description

车辆前照灯用光源装置和车辆前照灯
技术领域
本发明涉及利用多个LED元件的车辆前照灯用光源装置和使用该光源装置的前照灯、辅助前照灯等的车辆前照灯。
背景技术
以往，大电流型的白色LED光源例如如图22所示构成。
也就是说，在图22中，白色LED光源1是通过把在散热芯2的上面设置的空腔2a内安装的LED芯片3的周围用含有荧光体的硅、环氧树脂等的树脂4覆盖，同时在树脂4的上方配置透镜5来构成的，并通过使用金属线6a、7a把在散热芯2的周围配置的引线端子6、7的上端分别与散热芯2和LED芯片3的电极部进行引线接合，来向LED芯片3提供驱动电流。
此处，LED芯片3是例如射出蓝色光的蓝色LED芯片，树脂4内的荧光体由蓝色光激励并射出黄色光。
根据这种构成的白色LED光源1，从LED芯片3射出的光L1射到树脂4内的荧光体上，激励荧光体，通过使激励光L2和来自LED芯片3的光L1混色，使白色光射出到外部。
可是，在这种构成的白色LED光源1中，在所提供的驱动电流中，虽然一部分变换成光，但现状是将近约90％变换成热。然后，随着由发热引起的温度上升，LED芯片3的内部量子效率降低。并且，树脂4内的荧光体向激励光的变换效率较之LED芯片3，由温度上升引起的影响较大。
为此，对于白色LED光源1，随着温度上升，产生不仅射出光束低下，而且色度偏移的结果，因而散热对策是重要的。
因此，在这种大电流型的白色LED光源1中，为了提高LED芯片3的散热效率，使用热传导性高的材料，例如由铜制成的散热芯2，并在散热芯2上安装LED芯片3，同时，为了使从LED芯片3射出的光的取出效率提高，利用在散热芯2的上面形成的空腔2a的内面作为反射喇叭(reflecting horn)。
根据这种构成，白色LED光源1可实现例如大于等于200mA的大电流化，由于LED芯片的高效率化以及荧光体的变换效率的提高，可实现白色LED光源的高亮度化和大光量化。
而且，也具有LED自身的长寿命、省电力的优点，使用LED光源作为照明用光源、车辆前照灯用光源正成为现实。
此处，当使用大电流型的LED光源作为车辆前照灯的光源时，由于具有以下问题，因而实际上作为车辆前照灯来构成是困难的。
即，车辆前照灯的配光特性，特别是会车光束的配光特性如图23所示作了标准化，需要为了识别用于不向对面车施加迷惑光的水平线以及步行者和交通标识所必要的15度的弯曲线的光度明暗差(以下称为遮光线C1)，并且为了确保驾驶员的远方目视性，需要前方的中心光度最低大于等于8000cd。
另外，一般，对于使用常规卤电灯泡的车辆前照灯，中心光度大于等于20000cd，对于使用HID(氙放电灯)的车辆前照灯，中心光度大于等于40000cd。
为了通过使用白色LED光源1作为光源来实现这种配光特性，考虑了图24或图25的常规车辆前照灯。
在图24中，车辆前照灯8是通过在集光用凸透镜8a后侧的焦点F附近配置用于形成会车光束的配光图案即上述遮光的遮光板8b，同时在遮光板8b的正后方配置白色LED光源1来构成的。
根据这种构成的车辆前照灯8，从白色LED光源1射出的光向凸透镜8a的焦点F前进，由配置在焦点F附近的遮光板8b遮断不需要的光，从而由凸透镜8a集光，如图23所示，以具有所谓会车光束的遮光的配光图案向前方照射。
并且，在图25中，车辆前照灯9是通过在集光用凸透镜9a后侧的焦点F附近配置用于形成会车光束的配光图案即上述遮光的遮光板9b，而且配置使一个焦点位于上述凸透镜9a的焦点F附近并使另一焦点位于凸透镜9a的光轴上的由旋转椭圆面组成的反射镜9c，并在反射镜9c的另一焦点位置附近把白色LED光源1配置成与凸透镜9a的光轴垂直，即相对凸透镜9a成横向配置来构成的。
根据这种构成的车辆前照灯9，从白色LED光源1射出的光由反射镜9c反射，向一个焦点即凸透镜9a的焦点F前进，并由配置在焦点F附近的遮光板9b遮断不需要的光，从而由凸透镜9a集光，并如图23所示，按照具有所谓会车光束的遮光的配光图案向前方照射。
可是，根据这些车辆前照灯8、9，针对白色LED光源1的透镜(一次光学系统透镜)，通过使用作为二次光学系统透镜的凸透镜8a、9a把遮光板8b、9b的阴影向前方投影，可容易形成遮光，然而由于来自白色LED光源1的光的约30％至40％由遮光板8b、9b遮断，因而光的利用效率非常低。
对此，由于白色LED光源1的发光部形状是矩形或圆形，因而不使用遮光板8b、9b来形成明确遮光是困难的。
而且，一般，由于集光光学系统的光度值大体由光源亮度(二次光学系统透镜的焦点位置的亮度)和二次光学系统面积来决定，因而对于与现有卤电灯泡或HID相比亮度较低的LED光源，使光度峰值成立是困难的。
而且，即使LED光源的高亮度化得到进展，然而由于考虑到将来使LED光源的亮度实现与HID同等的亮度是困难的，因而特别是对于图25所示的车辆前照灯9，为了获得与现有投影器类型同样的光度，更大光学系统面积是必要的，同时，不能发挥LED光源的面发光的这种优点，并且实现达到与现有投影器类型同样深度的车辆前照灯的小型化和薄型化是困难的。
并且，在图24所示的车辆前照灯8中，遮光板8b越远离LED光源1的发光部，焦点F附近的光度值就越急剧下降。根据申请人的实验，如图26的图所示，为了获得约60％的光度，最好是把遮光板8b配置在距发光部2mm以内的位置，然而一般，为了提高光取出效率并对LED芯片3、含有荧光体的树脂4或者金属线6a、7a加以保护，LED光源1用树脂模塑的透镜5覆盖，因而不可能把遮光板8b配置在距发光部2mm以内的位置。
对此，在车辆前照灯8中，由于LED光源1的发光部的发光部形状直接由凸透镜8a向前方投影，因而LED芯片3内的颜色不均匀或亮度分布照原样反映在配光特性中。
此处，由于白色LED光源1与图22有关按如上所述构成，因而发光部实质成为含有荧光体的树脂4的表面。因此，发光部表面的光的颜色由来自LED芯片3的透过光和因荧光体形成的激励光之比来决定，并且在LED芯片3的正上方，来自LED芯片3的透过光较多，因而对于蓝色LED芯片，变为蓝白光，随着去往周边，变为发黄色的白光，从而发生颜色不均匀。
并且，亮度分布也同样，由于亮度不均匀照原样向前方照射，因而给配光特性造成影响。
而且，在上述车辆前照灯8中，由于作为光源的白色LED光源1的发光部形状或与此近似的像照原样由凸透镜8a向前方投影，因而形成例如图27所示的二次遮光线C2，并当被照射到屏幕或路面上时，该二次遮光线C2发生配光不均匀。
为使由这种二次遮光线引起的配光不均匀不显著，例如如图28所示，也考虑了以下方法：设有多组(在图示的情况下，四组)车辆前照灯8，并把各组凸透镜8a的焦点距离构成为相互不同，然而此方法不能除去上述二次遮光线C2，并且如图29所示，生成多条二次遮光线C2，并不能使配光特性生成平滑渐变过渡。
对此，也考虑了以下方法：通过在白色LED光源1和遮光板8a之间，例如如图30所示，作为二次光学系统透镜配置一片结构的第二凸透镜8d，或者如图31所示，配置二片结构的第二凸透镜8e，从而在凸透镜8a的焦点F附近形成白色LED光源1的像。
然而，在这些构成中，尽管可使用多个透镜，即凸透镜8a和第二凸透镜8d或8e来使配光特性生成层次，然而光学系统变得复杂，并且部件数量较多，部件成本和组装成本增大，同时，光轴配合的调整变得困难。
发明内容
根据以上方面，本发明的目的是提供适合用于使用多个LED元件作为光源并向前照灯、辅助前照灯等的前方照射光的车辆前照灯用光源装置和车辆前照灯。
上述目的是根据本发明的第一构成，由一种车辆前照灯用光源装置达到的，其特征在于，该车辆前照灯用光源装置含有：基台，其上面形成有空腔；LED芯片，其安装在上述基台的空腔内；树脂部，用于把LED芯片密封在该空腔内；光学部件，其配置在上述基台的上方，与LED芯片隔开配置；遮光部，其配置在上述光学部件的内面，用于形成适合车辆前照灯用的配光图案的遮光；以及荧光体层，其配置在上述光学部件的内面、至少除了遮光部以外的区域内。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述基台形成为散热芯。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述基台形成为陶瓷基台。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述光学部件是透镜。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述光学部件是扁平盖。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述遮光部配置在距LED芯片2mm以内，优选的是1mm以内的位置。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述遮光部由形成在光学部件的内面上的薄膜构成。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述遮光部由接合在光学部件内面上的板状部件构成。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述板状部件在光轴方向具有规定厚度。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，光学部件的外面还具有第二遮光部。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述遮光部的内面形成为反射面。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述反射面倾斜配置成使来自LED芯片的光反射。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，基台的空腔内面具有第二反射面，该第二反射面与上述反射面对置，用于使来自该反射面的反射光向光轴方向反射。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述反射面由形成在遮光部表面的金属薄膜构成。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述反射面由采用例如金属材料制成的遮光部的表面构成。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述荧光体层形成为薄膜状。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述荧光体层是通过使荧光体浸渍在硅薄膜内来构成的。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，在上述荧光体层接合的光学部件、遮光部的内面或反射面上涂敷有SiO2层。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述荧光体层形成为随着远离光轴而变薄。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述扁平盖的外面在至少不与遮光部对应的区域内具有微纹理结构。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述微纹理结构形成在扁平盖的表面。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述微纹理结构与扁平盖分开形成为薄板状，并贴附在扁平盖的外面。
根据本发明的车辆前照灯用光源装置，优选的是，上述微纹理结构形成在不与扁平盖的遮光部对应的表面，并且第二遮光部在与扁平盖的遮光部对应的表面形成为向光轴方向突出。
并且，上述目的是根据本发明的第二构成，由一种车辆前照灯达到的，其特征在于，该车辆前照灯具有：上述各车辆前照灯用光源装置中的任何一方；以及投影透镜，其配置成使光源侧的焦点位于该光源装置的遮光部附近；上述投影透镜把由遮光部遮光的光源装置的发光部形状向前方照射。
根据上述第一构成，从LED芯片射出的光直接或者由空腔内面反射，从树脂部射出，并入射到荧光体层。然后，荧光体层的荧光体由来自LED芯片的光激励，由激励引起的荧光和来自LED芯片的光的混色光由遮光部形成遮光，并沿着光轴射出。因此，通过使用投影透镜把该光沿着光轴方向，例如向汽车的前方投影，按照车辆前照灯用的规定配光图案进行照射。
此时，使荧光体层与LED芯片隔开配置，即针对LED芯片，通过树脂部和空间来配置，从而使得LED芯片的发热难以传递到荧光体层。因此，由LED芯片的发热引起的荧光体层的温度上升得到抑制。
因此，由荧光体层的温度上升引起的激励光的变换效率低下得到抑制，并且激励光的减少得到抑制，从而可使由温度上升引起的色度变化减少，同时，由激励引起的荧光和来自LED芯片的光的混色光的光度提高，并且光取出效率提高。
并且，由于LED芯片和荧光体层隔开配置，因而LED芯片的发光部的亮度不均匀被分散并入射到荧光体层上，从而可减少颜色不均匀，同时可形成亮度分布的平滑渐变过渡。
而且，由于遮光部配置在光源装置内，因而可使LED芯片和遮光部的距离接近，因此可在发光部附近的高亮度部分使用遮光部形成遮光，并可实现作为车辆前照灯的高光度化和明确遮光。
当上述基台形成为散热芯时，由LED芯片的驱动引起的发热通过例如铜制的散热芯散热，使得可对LED芯片的温度上升进行抑制。
当上述基台形成为陶瓷基台时，由LED芯片的驱动引起的发热可由例如采用氮化铝或氧化铝等的陶瓷材料制成的陶瓷基台散热，并可对LED芯片的温度上升进行抑制，同时，通过把陶瓷基台做成层叠结构，并在内部配置配线图案，使得LED芯片驱动用的引线材料等变得不需要，因而可使部件数量削减到约一半，并可使部件成本和组装成本降低。
当上述光学部件是透镜时，由激励引起的荧光和来自LED芯片的光的混色光由光学部件集束，并向光轴方向射出。
当上述光学部件是扁平盖时，由激励引起的荧光和来自LED芯片的光的混色光透过扁平盖，并照原样向光轴方向射出。
当上述遮光部配置在距LED芯片2mm以内，优选的是1mm以内的位置时，可获得遮光部中的高光度，在2mm以内，可获得LED芯片光度的约60％的光度，以及在1mm以内可获得LED芯片光度的约90％的光度。
当上述遮光部由在光学部件的内面上形成的薄膜构成时，通过使用溅射等在例如光学部件的内面形成薄膜，可容易构成遮光部，同时，没有必要设置用于支撑遮光部的部件，并可使光源装置的构成简化。
当上述遮光部由在光学部件的内面上接合的板状部件构成时，通过把由板状部件构成的遮光部与例如光学部件的内面接合，可容易构成遮光部，同时，没有必要设置用于支撑遮光部的部件，并可使光源装置的构成简化。
当上述板状部件在光轴方向具有规定厚度时，当把从光源装置向光轴方向射出的光用投影透镜照射时，通过根据板状部件的厚度，在板状部件的两面缘部，在由投影透镜的色差引起的红色光和蓝色光的焦点位置附近分别进行遮光，可消除颜色分离。
另外，板状部件的规定厚度与红色光和蓝色光的焦点距离的差对应，并且是投影透镜焦点距离的约2％。
而且，当光学部件的外面具有第二遮光部时，当把从光源装置向光轴方向射出的光用投影透镜照射时，通过使用遮光部和第二遮光部，在由投影透镜的色差引起的红色光或蓝色光的焦点位置附近分别进行遮光，可消除颜色分离。
另外，遮光部和第二遮光部的光轴方向的距离与红色光和蓝色光的焦点距离的差对应，并且是投影透镜焦点距离的约2％，这可通过合适选定光学部件的厚度来调整。
当上述遮光部的内面形成为反射面时，从LED芯片射出并入射到遮光部上的光由该反射面反射并返回到LED芯片侧，之后由空腔内面再次反射，其一部分通过光学部件射出到外部，因而光取出效率提高。
当上述反射面倾斜配置成使来自LED芯片的光反射时，由反射面反射的光向离开LED芯片的位置前进，并且由空腔内面再次反射的光被导入遮光部以外的区域内，并射出到外部，因而光取出效率进一步提高。
当在基台的空腔内面具有与上述反射面对置，并使来自该反射面的反射光向光轴方向反射的第二反射面时，由反射面反射的光向空腔内面前进，由第二反射面反射，并射出到外部，因而光取出效率进一步提高。
当上述反射面由在遮光部的表面形成的金属薄膜构成时，通过针对遮光部的表面，使用溅射等形成例如铝或镍等的金属薄膜，可容易构成反射面。
当上述反射面由在遮光部的表面具有的板状部件构成时，通过采用接合等把例如不锈钢、铝等的金属板材贴附在遮光部的表面，可容易构成反射面。
上述荧光体层通过形成为薄膜，整体可保持在大致恒定厚度。因此，由于以相同入射角入射到荧光体层上的光的荧光体层内的光路长度相同，因而颜色不均匀的发生得到抑制。
并且，当荧光体层从光学部件的内面在内侧或外侧形成为扁平凸透镜状，使得随着远离光轴而厚度变薄时，即使在远离光轴的周边区域内，从LED芯片到荧光体层的入射角变大，荧光体层内的光路长度也不怎么长，因而可使混色光泛黄色等的色度偏差减少。
当上述荧光体层通过使荧光体浸入硅膜内而构成时，使荧光体浸入硅材料内，并使用例如旋涂机等在玻璃板上形成为薄膜，或者采用模制成形，可容易形成荧光体层。
当上述荧光体层接合的光学部件、遮光部的内面或反射面涂敷有SiO2层时，与构成光学部件和遮光部的材料无关，通过在该表面涂敷SiO2层，可使荧光体层的光学部件容易密合，并可防止荧光体层的剥离。
当上述荧光体层形成为随着远离光轴而变薄时，由于随着远离光轴，来自LED芯片的光的光度下降，因而与此对应，通过根据厚度来调整荧光体层中的荧光体的量，可使由荧光体引起的激励光与来自LED芯片的光的混色光的色度保持实质恒定，并可抑制颜色不均匀的发生。
当上述扁平盖的外面在至少不与遮光部对应的区域内具有微纹理结构时，可防止以较大入射角入射到扁平盖内面的混色光在扁平盖的内侧重复反射而衰减，并且这种混色光根据微纹理结构的复杂表面形状而射出到外部，因而光取出效率提高，同时，依靠微纹理结构的光学作用，可对射出到外部的光的指向性进行调整，并可提高轴上亮度。
这样，可使更多光束入射到车辆前照灯的投影透镜的取入角内，并可实现车辆前照灯的光利用效率的提高和高光度化。
当上述微纹理结构形成在扁平盖的表面时，在扁平盖成形时，通过在金属模具内设定与微纹理结构对应的形状，可容易设置微纹理结构。
当上述微纹理结构与扁平盖分开形成为薄板状，并贴附在扁平盖的外面时，通过利用常规扁平盖，在其外面贴附薄板状的微纹理结构，可容易设置微纹理结构。
当上述微纹理结构形成在不与扁平盖的遮光部对应的表面，并且第二遮光部在与扁平盖的遮光部对应的表面形成为向光轴方向突出时，通过把用于对通过遮光部的光的蓝色波长分量加以限制的第二遮光部配置在微纹理结构的外边，可消除由蓝色波长分量引起的色差的影响。
根据上述第二构成，来自光源装置的LED芯片的光激励荧光体层的荧光体，成为与激励光的混色光并通过遮光部射出，并入射到投影透镜的入射面上，然后由投影透镜集束，从而向前方照射，此时，通过遮光部形成规定配光特性，并获得不向对面车施加迷惑光的所谓会车光束的配光特性。
此时，使荧光体层与LED芯片隔开配置，即针对LED芯片，通过树脂部和空间来配置，使得LED芯片的发热难以传递到荧光体层。因此，由LED芯片的发热引起的荧光体层的温度上升得到抑制。
因此，通过使由荧光体层的温度上升引起的激励光的变换效率低下得到抑制，并使激励光的减少得到抑制，可使由温度上升引起的色度变化减少，同时，由激励引起的荧光与来自LED芯片的光的混色光的光度提高，并且光取出效率提高。
并且，由于LED芯片和荧光体层隔开配置，因而LED芯片的发光部的亮度不均匀被分散并入射到荧光体层上，从而可减少颜色不均匀，同时，可形成亮度分布的平滑渐变过渡。
而且，由于遮光部配置在光源装置内，因而可使LED芯片和遮光部的距离接近，从而可在发光部附近的高亮度部分使用遮光部形成遮光，并可实现作为车辆前照灯的高光度化和明确遮光。
这样，根据本发明，通过使来自LED芯片的光入射到隔开配置的荧光体层上，激励荧光体层中的荧光体，使该激励光和来自LED芯片的光的混色光通过遮光部射出到光源装置的外部，并由投影透镜向前方投影，可抑制荧光体层的温度上升，并可使来自LED芯片的射出光的利用效率提高，同时，可排除由温度上升引起的色度偏差，并可获得作为前照灯所必要的配光图案和亮度分布。因此，可提供适合于使用LED芯片作为光源的前照灯、辅助前照灯的车辆前照灯用光源装置和车辆前照灯。
附图说明
图1是示出根据本发明的车辆前照灯的第一实施方式的构成的概略透视图。
图2是示出图1的车辆前照灯的构成的概略断面图。
图3是示出图1的车辆前照灯的配光图案的概略透视图。
图4是示出图1的车辆前照灯中的光源装置的构成的概略透视图。
图5是示出图4的光源装置的构成的概略断面图。
图6是示出图4的光源装置中的遮光部的构成的部分放大断面图。
图7是示出图1的车辆前照灯的投影透镜的色差的概略图。
图8是示出图4的光源装置中的遮光部的变形例的构成的部分放大断面图。
图9是示出图4的光源装置中的荧光体层的构成的部分放大断面图。
图10是示出图9的荧光体层的变形例的部分放大断面图。
图11是示出图9的荧光体层的另一变形例的部分放大断面图。
图12是示出图4的光源装置中的荧光体层的漫射状态的概略图。
图13是示出根据本发明的车辆前照灯的第二实施方式的要部的部分放大断面图。
图14是示出根据本发明的车辆前照灯的第三实施方式的变形例的部分放大断面图。
图15是示出根据本发明的车辆前照灯的第四实施方式的光源装置的构成的概略断面图。
图16是示出图15的光源装置中的光学部件内重复反射的光的部分断面图。
图17是示出图15的光源装置中的微透镜阵列的作用的部分断面图。
图18是示出取代图15的光源装置中的微透镜阵列而配备的微棱镜的一例的构成的部分断面图。
图19是示出取代图15的光源装置中的微透镜阵列而配备的微棱镜的另一例的构成的部分断面图。
图20是示出图15的微透镜阵列的效果的光源指向特性图。
图21是示出图15的光源装置中的遮光部的变形例的部分断面图。
图22是示出由常规车辆前照灯使用的光源装置的一例的构成的概略断面图。
图23是示出车辆前照灯的会车光束的配光特性的规格的图。
图24是示出利用图22的光源装置的车辆前照灯的一例的构成的概略断面图。
图25是示出利用图22的光源装置的车辆前照灯的另一例的构成的概略断面图。
图26是示出由距LED芯片的距离引起的光度变化的图。
图27是示出图24的车辆前照灯的配光图案的图。
图28是示出利用图22的光源装置的车辆前照灯的又一例的构成的概略断面图。
图29是示出图28的车辆前照灯的配光图案的图。
图30是示出利用图22的光源装置的车辆前照灯的另一例的构成的概略断面图。
图31是示出利用图22的光源装置的车辆前照灯的另一例的构成的概略断面图。
[符号说明]
8，9，10，30，40，50车辆前照灯；11，30，40，50；光源12投影透镜；20基台；20a空腔；20b异型反射喇叭；21LED芯片；22树脂部；23光学部件(扁平盖或透镜)；23a SiO2膜；24遮光部；24a反射面；25荧光体层；26，27引线端子；28第二遮光部；51基台；51a空腔；51b，51c配线图案；51d金属线；52微透镜阵列(微纹理结构)；53，54微棱镜阵列(微纹理结构)
具体实施方式
以下，参照图1至图21，对本发明的优选实施方式进行详细说明。
另外，由于下述实施方式是本发明的优选具体例，因而在技术上赋予了优选的各种限定，然而只要在以下说明中没有表示对本发明作特别限定的记载，本发明的范围就不限于这些方式。
[实施例1]
图1至图3示出了使用根据本发明的车辆前照灯用光源装置的第一实施方式的车辆前照灯的构成。
在图1和图2中，车辆前照灯10由以下部分构成：光源装置11；以及投影透镜12，用于使来自光源装置11的光集束。
如图4和图5所示，上述光源装置11由以下部分构成：基台20，LED芯片21，树脂部22，光学部件23，遮光部24，荧光体层25，以及一对引线端子26、27。
上述基台20在图示的情况下，由铜等的热传导性良好的散热芯构成，并在上面具有形成为向上方扩展的凹状空腔20a。
上述LED芯片21是例如蓝色LED芯片，通过小片接合(die bonding)等安装在基台20的空腔20a的底面，其上面的电极部使用金属线26a与一个引线端子26的上端引线接合。对此，基台20的上面同样使用金属线27a与另一引线端子27的上端引线接合。
上述树脂部22由硅等的透光性树脂构成，并在基台20的空腔20a内填充和硬化。
上述光学部件23是由玻璃、树脂等的透光性材料制成的扁平盖(或透镜)，并在上述LED芯片21的上方配置成与其光轴大致垂直。
上述遮光部24在上述光学部件23的内面(图5中的下面)配置在其一部分区域内，通过遮断从LED芯片21射出的光的一部分，形成所谓遮光，并把由投影透镜12投影的光的配光图案调整成例如图23所示的车辆前照灯的会车光束的配光图案。
然后，上述遮光部24在LED芯片21的光轴上配置在距作为LED芯片2 1的发光面的上面2mm以内，优选的是1mm以内的位置。
而且，上述遮光部24可以在该LED芯片21侧的表面具有反射面24a。
该反射面24a可以使遮光部24自身由例如不锈钢、铝等的金属板构成，并通过接合等贴附到光学部件23的内面，并且可以作为在遮光部24的表面通过例如溅射等形成的金属薄膜来构成。
作为金属薄膜，例如铝是合适的，并可实现约90％的反射率。
并且，可以是镍和铝的二层结构的金属薄膜。在该情况下，通过把镍配置在内侧，并通过使光学部件23或遮光部24的表面平滑，可形成更平坦的反射面24a。
而且，当把遮光部24和反射面24a形成为一体薄膜时，为了防止光透过，优选的是使厚度大于等于100nm。
如图6所示，上述遮光部24在光轴方向具有规定厚度d。该厚度是投影透镜12的红色波长(长波长侧)的焦点位置F1和蓝色波长(短波长侧)的焦点距离F2的差异(参照图7)，即一般，当投影透镜12采用普通材料构成时，选定在该焦点距离的约2％。
这样，消除了由与构成投影透镜12的材料的红色波长和蓝色波长的光对应的折射率的不同所发生的色差，使用遮光部24可靠遮断因投影透镜12的色差而分离的红色光和蓝色光，并消除了向前方照射的光的颜色分离。
另外，根据遮光部24的厚度d，不是与投影透镜12的红色波长(长波长侧)和蓝色波长(短波长侧)的焦点距离的差异对应，而是如图8所示，与光学部件23的内面的遮光部24对应，可以在光学部件23的外面设置第二遮光部28，并可以使光学部件23的厚度与上述焦点距离的差异d对应。
上述荧光体层25使荧光体(未作图示)浸渍在例如硅材料内，形成为薄膜状，并通过接合等贴附到光学部件23的内面上。
荧光体由来自LED芯片21的蓝色光激励，并射出作为激励光的黄色光，该黄色光与来自LED芯片21的蓝色光混色，成为白色光射出到外部。
此处，在光学部件23和遮光部24的表面涂敷有SiO2膜23a，从而提高上述荧光体层25相对光学部件23和遮光部24的表面的密合性，并防止荧光体层25的剥离。
上述SiO2膜23a采用例如溅射等的薄膜涂敷法来形成，当上述反射面24a由薄膜构成时，可以与反射面24a同时形成。
另外，当光学部件23由玻璃构成时，该SiO2膜23a可以省略。
而且，上述荧光体层25配置在距LED芯片21的上面规定距离的位置。这样，从LED芯片21到荧光体层25的热传导减少，并且荧光体层25的温度上升得到抑制。
此处，例如荧光体层25一般在100℃时，变换效率为常温时的约70％，如果达到150℃，则变换效率小于等于约50％。对此，LED芯片21具有在100℃时为90％、在150℃时为70％的输出低下。
因此，通过对LED芯片21和荧光体层25之间的耐温性、距离和介质进行调整，并针对LED芯片21把荧光体层25的温度保持低到例如70％左右，以及通过减少由LED芯片21和荧光体层25的温度上升引起的效率低下的差异，可减少混色光的色度偏差。
例如，在图2所示的光源装置11中，通过把从LED芯片21到荧光体层25的距离设定为1.2mm，当LED芯片21的温度为100℃时，可把荧光体层25的温度降低到约70℃，而且可对由荧光体层25的温度上升引起的变换效率低下进行抑制，并可减少色度偏差。
并且，通过把上述荧光体层25形成为薄膜，如图9所示，可使整体保持大致恒定厚度。因此，由于以相同入射角入射到荧光体层25上的光在荧光体层25内的光路长度相同，因而颜色不均匀的发生得到抑制。
对此，如图10或图11所示，荧光体层25也可以从光学部件23的内面在内侧或外侧形成为扁平凸透镜状，随着远离光轴而厚度变薄。这样，在远离光轴的周边区域内，即使从LED芯片21到荧光体层25的入射角变大，荧光体层25内的光路长度也不怎么长，因而可使混色光泛黄色等的色度偏差减少。
此处，上述荧光体层25通过例如使用旋涂机等把浸渍了荧光体的硅材料等涂敷到玻璃板等上，形成为薄膜，或者采用模制成形来形成。对于模制成形，如上所述，可容易形成图10或图11所示的厚度不恒定的形状的荧光体层25。
上述投影透镜12由凸透镜构成，并配置成使光轴在向上述光源装置11的基台20的前方大致水平延伸的中心轴上一致，并使该光源装置11侧的焦点位置F位于光源装置11的遮光部24附近。
根据本发明实施方式的车辆前照灯10按以上构成，通过给光源装置11的LED芯片21供电使其发光，使得从LED芯片21射出的光直接或者由基台20的空腔20a的内面反射并从树脂部22射出，然后入射到隔开配置的荧光体层25上，并激励荧光体层25中的荧光体。
然后，作为通过荧光体形成的激励光的黄色光与来自LED芯片21的蓝色光混色而成为白色光，透过光学部件23出射，并由投影透镜12集光，从而向前方照射。
此时，通过使作为上述混色光的白色光的一部分由遮光部24遮断，形成遮光，并且该图像由投影透镜12向前方投影，因而如图3所示，具有会车光束的配光图案L。
此处，通过使光源装置11的荧光体层25与LED芯片21隔开配置，使荧光体层25的温度上升得到抑制，并使由LED芯片21和荧光体层25的温度上升引起的效率低下的差异缩小，因而由温度上升引起的混色光的色度偏差得到抑制。
并且，由于在光源装置11内，遮光部24配置成接近LED芯片21，因而在遮光部24中获得高光度，并使该遮光部24的图像由投影透镜12向前方投影，从而可形成明确遮光。
例如，根据实验，通过把从LED芯片21到遮光部24的距离设定在2mm以内，可获得约60％的光度，并通过设定在1mm以内，可获得约90％的光度。
此时，通过把投影透镜12的焦点位置定位在光源装置11的遮光部24附近，使用简单的结构，可构成车辆前照灯。
而且，通过在遮光部24的内面具有反射面24a，并通过使入射到遮光部24上的光反射，经过再利用并通过遮光部24向前方照射，从而使来自光源装置11的光的取出效率提高约10％。
并且，通过使遮光部24具有规定厚度，可消除由投影透镜12的色差引起的红色光和蓝色光的分离，因而向前方照射的光成为适合于车辆前照灯的白色光。
而且，通过使荧光体层25与LED芯片21隔开配置，如图12所示，使来自LED芯片21的光在充分漫射的状态下入射到荧光体层25上，因而来自荧光体层25的混色光的亮度分布具有平滑渐变过渡，并且在由投影透镜12投影的配光图案中，二次遮光线不显眼，并且路面的配光纹(“路面的配光纹”是指，在使用光源装置把光照射到路面上时，在配光图案内产生亮度差，并产生边界线(亮度不均匀))等可大幅削减。
此处，尽管通过使荧光体层25与LED芯片21隔开配置，使得中心亮度减少约2/3，然而，通过提高荧光体的变换效率，并提高反射面24a的光取出效率，可部分补偿亮度低下，同时，获得颜色不均匀减少、亮度分布层次生成等的显著优点。
这样，根据本发明的车辆前照灯10，通过使荧光体层25与LED芯片21隔开配置，可使由温度上升引起的荧光体层25的荧光体的变换效率提高，并可使由温度上升引起的色度偏差减少，同时，通过使遮光部24与LED芯片21接近，可提高轴上亮度，并可形成明确遮光。
因此，通过使用LED芯片21作为光源，可实现适合于前照灯等的车辆前照灯10。
[实施例2]
图13是示出根据本发明的车辆前照灯的第二实施方式的要部的构成。
在图13中，车辆前照灯30的构成与图1和图2所示的车辆前照灯10大致相同，但其构成的不同点在于，光源装置11的反射面24a配置成与光轴垂直面倾斜，与此对应，基台20的空腔20a的内面形成为异型反射喇叭20b。
在该情况下，反射面24a是通过使由遮光部件形成的遮光部24在光轴方向为立体构成，并对其斜面进行镜面精加工而形成的。
根据这种构成的车辆前照灯30，与图1和图2所示的车辆前照灯10的作用相同，同时，入射到遮光部24上的光的大部分由反射面24a反射，并被引导到基台20的空腔20a的异型反射喇叭20b，由异型反射喇叭20b反射，作为二次反射光入射到荧光体层25上，并且与该激励光的混色光通过光学部件23射出到外部。这样，来自光源装置11的光的取出效率进一步提高。
[实施例3]
图14示出了根据本发明的车辆前照灯的第三实施方式的要部的构成。
在图14中，车辆前照灯40是图13所示的车辆前照灯30的变形例，其构成的不同点在于，光源装置11的反射面24a由也作为遮光部24起作用的金属薄膜构成，与此对应，光学部件23形成为立体状，以绘成反射面24a的表面。
根据这种构成的车辆前照灯40，与图13所示的车辆前照灯30的作用相同，入射到反射面24a上的光的大部分被反射，并被引导到基台20的空腔20a的异型反射喇叭20b，由异型反射喇叭20b反射，作为二次反射光入射到荧光体层25上，并且与该激励光的混色光通过光学部件23射出到外部。这样，来自光源装置11的光的取出效率进一步提高。
[实施例4]
图15示出了根据本发明的车辆前照灯的第四实施方式的要部的构成。
在图15中，车辆前照灯50的构成与图1和图2所示的车辆前照灯10大致相同，但其构成的不同点在于，光源装置11具有作为陶瓷基台而构成的基台51而不是基台20，同时，在光学部件23的外面具有作为微纹理结构的微透镜阵列52。
上述基台51作为具有空腔51a的层叠结构的陶瓷基台，采用例如氮化铝或氧化铝等的陶瓷材料构成，并在内部具有LED芯片21用的配线图案51b、51c。
这样，LED芯片21被小片接合在露出于空腔51a的底面的一个配线图案51b上，同时，其上面的电极部通过金属线51d与一个配线图案51c引线接合。
上述微透镜阵列52在图示的情况下，其自身作为单体形成，并通过接合等贴附到作为扁平盖的光学部件23上。
上述微透镜阵列52可使如图16所示，以较大入射角入射到光学部件23上，在光学部件23内重复内反射并不能从光学部件23出射的光如图17所示，从光学部件23的外面射出到外部。
另外，在该情况下，作为微纹理结构，尽管使用微透镜阵列52，然而不限于此，如果具有在光学上同样的功能，也可以具有图18或图19所示的微棱镜阵列53或54。
而且，通过把上述微透镜阵列52的各个微透镜形成为非球面透镜，或者把微棱镜阵列53、54的各个微棱镜形成为例如金字塔状的棱镜，也可使从光学部件23射出的光由各个微透镜或微棱镜折射，并向射出光赋予光轴方向的指向性。
这样，由于可使更多光束入射到投影透镜12的取入角内，因而可使作为车辆前照灯50的光的利用效率提高，并可实现照射光的高光度化。
根据这种构成的车辆前照灯50，与图1和图2所示的车辆前照灯10的作用相同，同时，使用微透镜阵列52把在作为扁平盖的光学部件23内重复内反射的光取出到外部，如图20中的实线所示，使得向前方漫射的光增多，并使得来自光源装置11的光的取出效率提高约5％至20％。
具体地说，当把微透镜阵列52的各个微透镜形成为直径50μm的半球透镜时，可把光的取出效率提高约12％。
并且，在该情况下，取代与基台分开的引线端子27、28，基台51内具有一体化的配线图案51b、51c，因而可使部件数量减少，并可使部件成本和组装成本降低。
另外，在上述车辆前照灯50中，为了补偿投影透镜12的色差，并把遮光部24的实质厚度做成规定厚度d，在光学部件23的外面设置第二遮光部28时，有必要把第二遮光部28的端缘配置在微透镜阵列52的前方。
为此，如图21所示，构成第二遮光部28的板状部件配置在与光学部件23的遮光部24对应的外面，或者事先把与该板状部件相当的部分与光学部件23一体形成，可以通过涂敷、涂布等使该部分具有遮光材料。
在上述实施方式中，作为会车光束用的配光特性，限定为左侧通行的情况，对于面向汽车前方在右侧，为了不向对面车施加迷惑光，形成遮光部24和第二遮光部28的端缘，然而不限于此，在右侧通行的情况下，在车辆前照灯中，通过使遮光部24、28的端缘配置左右反转，可获得同样效果。

Claims (25)

1.一种车辆前照灯用光源装置，其特征在于，该车辆前照灯用光源装置含有：
基台，其上面形成有空腔；
LED芯片，其安装在上述基台的空腔内；
树脂部，用于把LED芯片密封在该空腔内；
光学部件，其配置在上述基台的上方，与LED芯片隔开配置；
遮光部，其配置在上述光学部件的内面上，用于形成适合车辆前照灯用的配光图案的遮光；以及
荧光体层，其配置在上述光学部件的内面上、至少除了遮光部以外的区域内。
2.根据权利要求1所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述基台形成为散热芯。
3.根据权利要求1所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述基台形成为陶瓷基台。
4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述光学部件是透镜。
5.根据权利要求1至3中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述光学部件是扁平盖。
6.根据权利要求1至5中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述遮光部配置在距LED芯片2mm以内的位置。
7.根据权利要求1至6中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述遮光部由形成在光学部件内面上的薄膜构成。
8.根据权利要求1至7中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述遮光部由接合在光学部件内面上的板状部件构成。
9.根据权利要求8所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述板状部件在光轴方向具有规定厚度。
10.根据权利要求1至8中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，在光学部件的外面还具有第二遮光部。
11.根据权利要求1至8中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述遮光部的内面形成为反射面。
12.根据权利要求11所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述反射面倾斜配置成使来自LED芯片的光反射。
13.根据权利要求12所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，基台的空腔内面具有第二反射面，该第二反射面与上述反射面对置，用于使来自该反射面的反射光向光轴方向反射。
14.根据权利要求11至13中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述反射面由形成在遮光部表面的金属薄膜构成。
15.根据权利要求11至13中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述反射面由采用例如金属材料组成的遮光部的表面构成。
16.根据权利要求1至15中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述荧光体层形成为薄膜状。
17.根据权利要求16所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述荧光体层是通过使荧光体浸渍在硅薄膜内来构成的。
18.根据权利要求17所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，在上述荧光体层接合的光学部件、遮光部的内面或反射面上涂敷有SiO2层。
19.根据权利要求16至18中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述荧光体层形成为随着远离光轴而变薄。
20.根据权利要求5至19中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述扁平盖的外面在至少不与遮光部对应的区域内具有微纹理结构。
21.根据权利要求20所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述微纹理结构形成在扁平盖的表面。
22.根据权利要求20所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述微纹理结构与扁平盖分开形成为薄板状，并贴附在扁平盖的外面。
23.根据权利要求20至22中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述微纹理结构形成在不与扁平盖的遮光部对应的表面，并且第二遮光部在与扁平盖的遮光部对应的表面形成为向光轴方向突出。
24.根据权利要求6所述的车辆前照灯用光源装置，其特征在于，上述遮光部配置在距LED芯片1mm以内的位置。
25.一种车辆前照灯，其特征在于，该车辆前照灯具有：
权利要求1至24中的任何一项所述的车辆前照灯用光源装置；以及
投影透镜，其配置成使光源侧的焦点位于该光源装置的遮光部附近；
上述投影透镜把由遮光部遮光的光源装置的发光部的形状向前方照射。
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