JP2006324036A

JP2006324036A - 車両用灯具用ｌｅｄバルブ

Info

Publication number: JP2006324036A
Application number: JP2005143987A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kudo; 哲也工藤; Kazuya Terada; 一哉寺田; Shigeru Shibayama; 茂柴山
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】車両用灯具のうち、特に車幅灯のように広範囲に亘る視認性を要求される灯具の光源として有効な車両用灯具用ＬＥＤバルブを実現する。
【解決手段】ＬＥＤランプ３が実装された基板４がソケット１内に載置され、ＬＥＤランプ３の上方には反射体５が、該反射体５の反射面を形成した外周面８とＬＥＤランプ３とを対向させた状態で配置されている。そして更に、ＬＥＤランプ３及び反射体５を覆うように外周面にレンズカット１０を施したカバー６がソケット１に固定されている。反射体５は反射面となる外周面８の開口端部がＬＥＤバルブの中心軸に対して少なくとも略２０°以上の位置になるように設定され、カバー６は該カバー６の外周面に形成されたレンズカットの上端部がＬＥＤバルブの中心軸に対して少なくとも略２０°以上の位置になるように設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用灯具用ＬＥＤバルブに関するものであり、詳しくは、特に車幅灯のように広範囲に亘る視認性を要求される灯具の光源として有効な車両用灯具用ＬＥＤバルブに関する。

車両用灯具には、ヘッドランプ或いはフォグランプ等のように照明を目的とする灯具と、車幅灯、方向指示灯或いはストップ＆テールランプ等のように表示を目的とする灯具とがある。

また、車両用灯具に求められる光学特性は、上記灯具の目的によって異なるものである。照明を目的とする灯具に求められる主要な光学特性は、明暗の境界が明確な配向パターンを形成し、照明領域は明るくて配向ムラが少なく遠方まで照射光が到達することが求められ、表示を目的とする灯具には広範囲に亘って均一な配向パターンを形成することが求められる。

ところで、近年、車両用灯具の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用されるようになってきている。ＬＥＤは白熱ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等と比較して、小型、長寿命、低消費電力、高速応答等の優れた特徴を有しており、現状ではヘッドランプやフォグランプのような照明機能を有する灯具には採用されていないが、ハイマウントストップランプ、テール＆ストップランプ、車幅灯、方向指示灯等の表示用灯具の光源としては採用されている。

例えば、図８に示すように、複数のＬＥＤランプ３０が実装された基板３１をハウジングボード３２で支持し、内側にレンズカットを施した断面横Ｕ字形状の樋型レンズ３３をＬＥＤランプ３０の前面に配置してハウジングボード３２に固定することによってハイマウントストップランプ３４を実現したものである（例えば、特許文献１参照。）。

ＬＥＤランプを光源とするこのような構成のハイマウントストップランプは、ＬＥＤランプから出射されて前面に配置されたレンズ面に至った光は、レンズによって所定の配向パターンに形成されて外部に出射されるものである。
特開２００１−３９２１４号公報

ここで、ＬＥＤランプの光学特性について考えてみると、ＬＥＤランプの発光体となるＬＥＤチップは、一辺の長さが０．５ｍｍ程度の６面体（サイコロ状）の形状をしており、小さくて発光光量が少なく、点光源に近い光学特性を有している。したがって、このような特性のＬＥＤチップを発光源にしたＬＥＤランプを設計・製作するにあたっては、ＬＥＤチップの活性層で発光された光の量に対するＬＥＤチップから出射される光の量の割合（外部量子効率）を高め、且つＬＥＤチップから出射されてＬＥＤランプの外部に放出される光を一方向に集めてＬＥＤの軸上光度を上げるような手法が施されている。

具体的には、リードフレームやプリント基板等の基材に実装されたＬＥＤチップを透光性樹脂によって封止するものである。その場合、ＬＥＤチップの光出射面と透光性樹脂とが界面を形成することになるため、ＬＥＤチップの光出射面を形成する半導体材料の屈折率に近い屈折率の透光性樹脂を採用することによってＬＥＤチップの発光光を透光性樹脂内に効率良く導入することができる。

また、ＬＥＤチップの発光光の出射方向に於いて、透光性樹脂を球面または非球面等のレンズ形状に成形することによってＬＥＤチップから出射されてＬＥＤランプの外部に放出される光の集光及び／又は配光制御を行なうことができる。

上記ハイマウントストップランプはこのような光学特性を有するＬＥＤランプを光源として実現しているものであるが、このＬＥＤランプをそのまま車幅灯の光源として使用するには問題がある。

それは、車幅灯の視認角度はハイマウントストップランプに比べて広角であることが求められるため、単にＬＥＤチップを樹脂封止してレンズ面を形成したタイプのＬＥＤランプを光源としただけでは、車幅灯の配向特性の仕様を満足することは困難である。

特に、ＬＥＤランプはＬＥＤチップの光軸に対して略９０°以上の方向には殆んど光が出射されておらず、焦点近傍にＬＥＤランプを配置したリフレクタに於いて、リフレクタ全面を有効に使用することが不可能である。

そのため、ＬＥＤランプから出射された光が有効に利用されておらず、灯具に組み込んだときに灯具からの照射角が十分えられないために電球を光源とする車幅灯に比較して視認性（視認範囲）が大きく劣っている。

また、ＬＥＤランプの狭指向性のために、車幅灯から出射される照射光のうちのＬＥＤランプから出射される直接光の割合が大きく、観視者に眩しさや不快感を与えることになる。更に、車幅灯の照射角によって明るさの強弱差が大きくなり、グレアの発生の要因ともなっていた。

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、車幅灯のように広範囲に亘る視認性を要求される灯具の光源として有効な車両用灯具用ＬＥＤバルブを実現するものである。

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、少なくとも１個以上のＬＥＤと、
前記ＬＥＤが実装される基板と、
前記ＬＥＤ実装基板が載置されるソケットと、
前記ＬＥＤを覆うように前記ソケットに固定されて一体化されるカバーと、を具備し、前記カバーは透光性部材からなり、該カバーの外周面にはレンズカットが施されていることを特徴とするものである。

また、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、前記レンズカットが施されている領域の上側端部が、前記ＬＥＤに組み込まれたＬＥＤチップを含み前記ＬＥＤバルブの中心軸に垂直な平面と前記ＬＥＤバルブの中心軸との交点の位置から前記ＬＥＤバルブの中心軸に対する角度が少なくとも略２０°以上の位置にあることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は２の何れか１項において、前記ＬＥＤの上方の前記カバー内にリング状の反射体が、該反射体の反射面を形成した外周面を前記ＬＥＤに対向させて配置されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項３において、前記外周面の開口端部が前記ＬＥＤに組み込まれたＬＥＤチップを含み前記ＬＥＤバルブの中心軸に垂直な平面と前記ＬＥＤバルブの中心軸との交点の位置から前記ＬＥＤバルブの中心軸に対する角度が少なくとも略２０°以上の位置にあることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜４の何れか１項において、前記レンズカットは四角錐、三角錐、円錐の形状からなる郡の中の１つの形状であることを特徴とするものである。

本発明の車両用灯具用ＬＥＤバルブは、ＬＥＤの上方に反射体を、該反射体の反射面を形成した外周面をＬＥＤに対向させて配置し、更にそれを覆うように外周面にレンズカットが施された透光性部材からなるカバーを配置した。そのためＬＥＤバルブから出射される光の照射範囲が広くなり、車幅灯のように広範囲に亘る視認性を要求される灯具の光源として有効な車両用灯具用ＬＥＤバルブを実現することができた。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図７を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。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は本発明の車両用灯具用ＬＥＤバルブに係わる実施形態を示す分解図である。本実施形態は主に、ソケット１、抵抗器２、ＬＥＤランプ３、ＬＥＤランプ３を実装する基板４、反射体５及びカバー６によって構成されている。以下に夫々の構成要素について説明する。

まず、ＬＥＤランプ３は砲弾型と称されるものであり一般的な構造は、一列に、且つ平行に配置された複数本のリードフレームのうちの少なくとも１本以上のリードフレームの先端部に導電性部材を介して発光源となるＬＥＤチップが載置され、ＬＥＤチップの下側電極と該ＬＥＤチップが載置されたリードフレームとが電気的に導通されている。一方、ＬＥＤチップの上側電極はボンディングワイヤを介して他のリードフレームに接続され、ＬＥＤチップの上側電極とリードフレームとが電気的に導通されている。そして、ＬＥＤチップを含むリードフレームの先端部が透光性樹脂によって砲弾形に樹脂封止され、ＬＥＤチップの上方に封止樹脂による球面或いは非球面のレンズ面が形成されている。

本実施形態に於いて使用するＬＥＤランプは具体的には、上記一般的な砲弾型ＬＥＤランプの構造に基づき、リードフレームのみを一対のリードフレームで構成したものである。なお、ＬＥＤランプを構成するリードフレームの数は、ＬＥＤランプの明るさや発光色等の光学特性に基づくＬＥＤチップの使用数や、ＬＥＤチップの素子構造等を考慮して適宜決定される。

次に、基板４は素材によってガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、セラミック基板、アルミ基板等の種類があり、基板が晒される使用環境、基板の特性及びコスト等を考慮して適宜最適なものが選択される。そして、このような基板４に上記ＬＥＤランプ３が実装されてＬＥＤ光源部７が構成されている。

抵抗器２は電圧を印加してＬＥＤランプ３を点灯させるときに、ＬＥＤチップに過電流が流れてＬＥＤチップが破壊されないように電流を制限するための回路素子である。ＬＥＤチップの種類、個数、ＬＥＤチップの回路構成等によってＬＥＤチップを点灯させるために必要な電源電圧は異なり、抵抗値は印加電圧に基づいて夫々の場合に応じた値が設定される。なお、電源電圧がＬＥＤチップを駆動するために必要な電圧とほぼ同じである場合は回路部品を少なくして低コスト化を図るために抵抗器を設けないこともある。

次に、反射体５は両側を開口したリング形状をしており、リング形状の反射体５の一方の開口部を含む側は略円筒形状をしており、他方の開口部を含む側はその開口部に向けて先細りとなる略円錐形状をしている。そして、反射体５の少なくとも円錐形状部分の外周面８は光を反射する反射面を形成している。反射体５は反射特性を有する樹脂或いは金属で形成する場合は所望する形状に成形することによってそのまま外周面８が反射面として機能することになるが、反射特性を有しない樹脂或いは金属で成形する場合は、少なくとも外周面８に蒸着等によって反射処理を施すことによって反射機能を持たせることができる。

次に、カバー６は長手方向の一方を開口９した円筒形状をしており、ガラス或いは樹脂等の透光性部材からなり、外側面は四角錐のレンズカット１０が複数個規則的に配置されている。レンズカット面をカバーの内周面ではなく外周面に設けたことにより、簡単な金型で容易に成形することができ、製造コストの上昇を抑制することができる。

最後に、ソケット１は内部に開口部を有する空間１１が設けられており、開口部周辺には立壁１２が形成され、立壁１２の内側及び外側にはフランジ１３が設けられている。そして、外部からＬＥＤランプ３に電力を供給するリード１４がソケット１内から外部に導出されている。

上記構成要素によって組み立てられた本実施形態のＬＥＤバルブの断面図が図２に示されている。ソケット１の開口部周辺に設けられた立壁１２の内側フランジ１３に当接して複数のＬＥＤランプ３が実装された基板４が載置され、基板４のＬＥＤランプ３が実装された側の反対側には一方の端子が基板４に接続された抵抗器２が空間１１内に延び、他方の端子はリード１４に接続されて該リード１４は外部に導出されている。更に、一方の先端部が基板に接続されたリード１４が空間１１部を経て直接外部に導出されている。

そして、反射体５がＬＥＤランプ３の上方に配置され、反射体５の反射面を形成する外周面８とＬＥＤランプ３とが対向した状態で固定されている。

更に、カバー６がその開口端部１５をソケットの立壁１２の外周面と立壁１２の外側フランジ１３とに当接された状態で固定されて一体化され、該カバー６によってＬＥＤランプ３全体が覆われている。

ここで、本発明の主要部分について詳細に説明する。本発明はＬＥＤランプ、反射体及びカバーのレンズカット３つの位置関係が重要である。まず、ＬＥＤランプを光源とするＬＥＤバルブに於いては、ＬＥＤランプに組み込まれたＬＥＤチップを含みＬＥＤバルブの中心軸に垂直な平面とＬＥＤバルブの中心軸との交点の位置からＬＥＤバルブの中心軸に対する角度が少なくとも略２０°より小さい範囲内はＬＥＤランプから出射された直接光を照射光とするようにしている。

従って、基板に搭載されたＬＥＤランプ群に於いても、ＬＥＤバルブの中心軸に対して少なくとも略２０°より小さい範囲内から出射される光を遮らないような構造にしている。つまり、図３で示すＬＥＤランプと反射体との関係に於いて、反射体の略円錐形状部分の最も先細り部分（開口部）が、ＬＥＤランプに組み込まれたＬＥＤチップを含みＬＥＤバルブの中心軸Ｘに垂直な平面とＬＥＤバルブの中心軸との交点の位置から前記ＬＥＤバルブの中心軸Ｘに対する角度が少なくとも略２０°以上の位置なるように設定されている。従って、ＬＥＤランプからＬＥＤバルブの中心軸Ｘに対して略２０°より小さい角度で出射した光は、そのまま反射体の開口を通過する。一方、ＬＥＤランプからＬＥＤバルブの中心軸Ｘに対して略２０°以上の角度で出射した光は、反射体の略円錐形状部分の外周面の反射面で反射されて進行方向が変えられる。

また、外周面にレンズカットが施されたカバーはＬＥＤランプ群及び反射体を囲むように配置され、上記反射体と同様にレンズカットの上側端部は、ＬＥＤランプに組み込まれたＬＥＤチップを含みＬＥＤバルブの中心軸に垂直な平面とＬＥＤバルブの中心軸との交点の位置からＬＥＤバルブの中心軸に対する角度が少なくとも略２０°以上の位置になるように設定されている。

ここで、以上述べたような構成の実施形態の光学系について測定結果を交えて説明する。図４に示すように、本実施形態のＬＥＤバルブを点灯させ、ＬＥＤバルブから１５０ｍｍの距離に於いて、ＬＥＤバルブの中心軸Ｘ（０°）に於ける照度に対して０°〜１４０°の夫々の角度に於ける相対照度を測定した。その結果を図５にデータシートとして示している。なお、比較のために本出願者の従来品と他社の従来品の測定結果も比較例として同時に記載した。

データシートから分かるように、ＬＥＤバルブの中心軸Ｘに対して、特に９０°〜１２０°の範囲内の照度が本出願者及び他社の夫々の従来品に比較して大幅に改善されている。特に、ＬＥＤバルブの中心軸Ｘ（０°）から９０°傾いた位置に於いてもＬＥＤバルブの最大照度の２０％以上の照度維持率を確保しており、１２０°傾いた位置に於いても１５％以上の照度維持率を確保している。よって、この測定結果から、本発明のＬＥＤバルブは該ＬＥＤバルブの斜め後方にも多くの光が照射されており、広範囲の視認性を要求される車幅灯の光源としては良好な光学特性を有することが実証された。

図６は本発明のＬＥＤバルブを車幅灯の中に取り付け、ＬＥＤバルブから出射された光が車幅灯のリフレクタで反射される様子を示したものである。ＬＥＤランプから出射された光のうち、ＬＥＤランプに組み込まれたＬＥＤチップを含みＬＥＤバルブの中心軸Ｘに垂直な平面とＬＥＤバルブの中心軸Ｘとの交点の位置からＬＥＤバルブの中心軸Ｘに対する角度が略２０°より小さい範囲内に出射された光線１は直接カバーの内面に至る。ところが、カバーもＬＥＤランプに組み込まれたＬＥＤチップを含みＬＥＤバルブの中心軸Ｘに垂直な平面とＬＥＤバルブの中心軸Ｘとの交点の位置からＬＥＤバルブの中心軸Ｘに対する角度が略２０°より小さい範囲内にはレンズカットが施されていないため、その領域からはＬＥＤランプからの直接光線１が外部に出射されることになる。この光線１はＬＥＤバルブの照射方向に配置されている車幅灯のレンズ面に直接到達する。

また、ＬＥＤランプから出射されて直接カバーのレンズカット領域の内面に至った光及びＬＥＤランプから出射されて反射体で反射されてカバーのレンズカット領域の内面に至った光は、レンズで反射、屈折されて外部に放出される。そのうち、ＬＥＤバルブの中心軸Ｘに対する角度が略９０°までの範囲内に照射される光線２はリフレクタで反射されて車幅灯のレンズ面に到達する。

更に、従来照射されなかったＬＥＤバルブの光軸Ｘに対して略９０°以上の角度に照射される光線３もリフレクタで反射されて車幅灯のレンズ面に到達することになる。従って、従来照射光として寄与しなかった光も有効に外部に取り出すことができるようになっているため、光の利用効率の高い車幅灯を実現することができる。

なお、光源となるＬＥＤランプは本実施形態に於いては砲弾型と称するタイプのものを使用しているが、必ずしもこのタイプに限られるものではなく、例えば表面実装型のＬＥＤランプでも使用可能である。

また、カバーの外周面のレンズカットは、図７に示すように四角錐（ａ）、三角錐（ｂ）及び円錐（ｃ）のなかの１つのレンズカットで形成することが可能である。

以上説明したように、本発明の車両用灯具用ＬＥＤバルブは、ＬＥＤランプの上方に反射体が配置され、反射体の反射面を形成する外周面とＬＥＤランプとが対向した状態で固定されている。そのため、ＬＥＤランプから出射されて反射体の外周面方向に向かう光が外周面の反射面で反射されてＬＥＤバルブのカバーのレンズカット領域に向かい、レンズカットによって散乱されて外部に放出される。そして、ＬＥＤバルブから放出された散乱光は最終的にはリフレクタで反射されて車幅灯の照射方向に向かうようになる。そのため、ＬＥＤランプから出射される光が有効に利用され、光に関する利用効率の高い灯具となるものである。

しかも、反射体は該反射体の略円錐形状部分の最も先細り部分（開口部）が、ＬＥＤランプに組み込まれたＬＥＤチップを含みＬＥＤバルブの中心軸Ｘに垂直な平面とＬＥＤバルブの中心軸との交点の位置から前記ＬＥＤバルブの中心軸Ｘに対する角度が少なくとも略２０°以上の位置なるように設定おり、ＬＥＤランプから出射された光のうちＬＥＤバルブの中心軸に対する角度が略２０°より小さい範囲内はＬＥＤランプから発せられた光が直接外部に出射されることになり、ＬＥＤランプの正面方向に集光効果を持たせるような配光になっている。

更に、ＬＥＤランプと反射体とを覆うように外周面にレンズカットを施したカバーが設けられている。そのため、ＬＥＤランプから出射されて直接カバーのレンズカット領域に到達した光及びＬＥＤランプから出射されて反射体で反射されてカバーのレンズカット領域に到達した光がレンズカット面で反射、屈折されてカバーの側方及び斜め側方に向かうようになっており、ＬＥＤバルブの周囲に広範囲に亘って光が照射されるものである。

しかも、レンズ形成領域の上端部がＬＥＤバルブの中心軸に対する角度が少なくとも略２０°以上の位置になるように設定されており、ＬＥＤランプから出射された光のうちＬＥＤバルブの中心軸に対して略２０°より小さい範囲内はレンズカットの形成されていない領域から外部に照射されることになり、ＬＥＤランプから出射された光が直接外部に出射されることになり、ＬＥＤバルブの正面方向に集光効果を持たせた配光ともなっている。

その結果、本発明のＬＥＤバルブは、ＬＥＤランプが有する小型、長寿命、低消費電力の特徴を生かしながら、正面方向の照度を高めると共に従来の電球に近い広配光特性を有する光源を実現したものである。よって、広範囲に亘る視認性が要求される車幅灯の光源としては優れた効果を奏するものである。

本発明の車両用灯具用ＬＥＤバルブに係わる実施形態の分解図である。本発明の車両用灯具用ＬＥＤバルブに係わる実施形態の断面図である。ＬＥＤランプと反射体との光学系を示す概略図である。本発明の車両用灯具用ＬＥＤバルブの照度測定方法を示す説明図である。本発明の車両用灯具用ＬＥＤバルブの照度測定結果を示すデータシートである。本発明の車両用灯具用ＬＥＤバルブを車両用灯具に取り付けたときの光学系を示す概略図である。カバーの外周面に形成されるレンズカットの例を示す斜視図である。従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ソケット
２抵抗器
３ＬＥＤランプ
４基板
５反射体
６カバー
７ＬＥＤ光源部
８外周面
９開口
１０レンズカット
１１空間
１２立壁
１３フランジ
１４リード
１５開口端部

Claims

少なくとも１個以上のＬＥＤと、
前記ＬＥＤが実装される基板と、
前記ＬＥＤ実装基板が載置されるソケットと、
前記ＬＥＤを覆うように前記ソケットに固定されて一体化されるカバーと、を具備し、前記カバーは透光性部材からなり、該カバーの外周面にはレンズカットが施されていることを特徴とする車両用灯具用ＬＥＤバルブ。
前記レンズカットが施されている領域の上側端部が、前記ＬＥＤに組み込まれたＬＥＤチップを含み前記ＬＥＤバルブの中心軸に垂直な平面と前記ＬＥＤバルブの中心軸との交点の位置から前記ＬＥＤバルブの中心軸に対する角度が少なくとも略２０°以上の位置にあることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具用ＬＥＤバルブ。
前記ＬＥＤの上方の前記カバー内にリング状の反射体が、該反射体の反射面を形成した外周面を前記ＬＥＤに対向させて配置されていることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の車両用灯具用ＬＥＤバルブ。
前記外周面の開口端部が前記ＬＥＤに組み込まれたＬＥＤチップを含み前記ＬＥＤバルブの中心軸に垂直な平面と前記ＬＥＤバルブの中心軸との交点の位置から前記ＬＥＤバルブの中心軸に対する角度が少なくとも略２０°以上の位置にあることを特徴とする請求項３に記載の車両用灯具用ＬＥＤバルブ。
前記レンズカットは四角錐、三角錐、円錐の形状からなる郡の中の１つの形状であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用灯具用ＬＥＤバルブ。