JP2007027583A - 車両用灯具及びそのｌｅｄ光源 - Google Patents

車両用灯具及びそのｌｅｄ光源 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は、ＬＥＤチップや蛍光体の正確な温度をリアルタイムで検出するようにした車両用灯具とそのＬＥＤ光源を提供することを目的とする。
【解決手段】 基台２１上に実装された少なくとも一つのＬＥＤチップ２２と、これらのＬＥＤチップを包囲するように配置され且つ上記ＬＥＤチップからの光により蛍光を発生させる粒子状の蛍光体が混入された蛍光体層２５と、を含んでいて、上記ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの蛍光の混色光を外部に出射するようにしたＬＥＤ光源であって、上記基台２１上にて上記ＬＥＤチップ２２に隣接して実装された温度検出素子２３を含んでおり、上記温度検出素子２３により、上記ＬＥＤチップ２２周辺の温度を検出するように、ＬＥＤ光源１１を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車の前照灯や補助灯等として使用される車両用灯具用のＬＥＤ光源と、このＬＥＤ光源を使用した車両用灯具に関するものである。
従来、このようなＬＥＤ光源は、例えば図９に示すように、構成されている。 即ち、図９において、ＬＥＤ光源１は、基台２上に載置された少なくとも一つ（図示の場合、四つ）のＬＥＤチップ３と、このＬＥＤチップ３を包囲するように基台２上に設けられたリフレクタ４と、リフレクタ４の中空部４ａ内に充填された蛍光体層５と、から構成されている。
上記基台２は、例えば銅またはセラミック（ＡｌＮ，アルミナＡｌ2 Ｏ3 ）やシリコン（Ｓｉ）等の熱伝導性の良好な絶縁材料から構成されている。
上記各ＬＥＤチップ３は、基台２上に形成された導電パターンによるチップ実装部上にダイボンディング等により実装されており、隣接する同様の導電パターンによる接続部に対してボンディングワイヤ３ａにより電気的に接続されている。
上記リフレクタ４は、少なくともその中空部４ａの内面が遮光性を備えるように構成されており、すべてのＬＥＤチップ３を周りから包囲するように、上下に貫通する中空部４ａを備えている。
尚、上記リフレクタ４は、好ましくは、その中空部４ａの内面が反射面として構成されている。
上記蛍光体層５は、例えばシリコーン等の透光性材料から構成されていると共に、内部に粒子状の蛍光体（図示せず）が混入され、ほぼ均一に分散されている。
ここで、上記蛍光体は、上記各ＬＥＤチップ３からの光により励起されて、異なる波長の蛍光を発生させるようになっている。
ここで、上記ＬＥＤチップ３と蛍光体は、以下のような組合せで使用されるようになっている。
即ち、例えば白色光を得るために、青色光を出射する青色ＬＥＤチップと、青色ＬＥＤチップからの青色光により黄色光を発生させる蛍光体が使用される。これにより、ＬＥＤチップからの青色光と蛍光体からの黄色光との混色により、擬似的に白色光が得られるようになっている。
また、同様に白色光を得るために、紫外光を出射する紫外線ＬＥＤチップと、紫外線ＬＥＤチップからの紫外線によりほぼ白色の可視光を発生させるＲＧＢ蛍光体が使用される。
このような構成のＬＥＤ光源１によれば、ＬＥＤチップ３から出射した光が、直接にまたはリフレクタ４の内壁で反射されて、蛍光体層５を介して上方に向かって出射する。
その際、例えばＬＥＤチップ３からの青色光が、蛍光体層５中の蛍光体に当たると、蛍光体は、この青色光を吸収して、波長変換により蛍光としての黄色光を発生させる。そして、この黄色光がＬＥＤチップ３からの青色光と混色されることにより、擬似的に白色光となって外部に出射されることになる。
ところで、このような構成のＬＥＤ光源１は、高出力化に伴って、ＬＥＤチップ３に対して、数１００ｍＡ程度の大電流を流すようになってきており、これに伴って発熱量も非常に多くなってきている。
ＬＥＤチップに投入される電力のうち、約８５％が熱に変化させるが、ＬＥＤチップ３及び蛍光体共に、温度上昇に伴って効率が低下する傾向にある。このため、発熱を効率良く外部に放熱する必要がある。
特に蛍光体に関して、温度上昇による効率低下が著しく、例えば温度が５０℃から１００℃へと５０℃上昇すると、蛍光変換効率が１０％以上低下するものが一般的である。
さらに、蛍光体は、上述したようにシリコーン等の比較的熱伝導率の低い蛍光体層５内に含有された状態で、ＬＥＤチップ３を包囲しているため、熱がこもりやすく、また蛍光体自体も光を吸収して自己発熱することから、ＬＥＤチップ３より温度が高くなる傾向にある。
このため、白色光を出射するＬＥＤ光源１においては、例えば図１０に示すように、温度の上昇に伴って、ＬＥＤチップ３からの青色光（ピークＡ）が低下すると共に、蛍光体からの黄色光（ピークＢ）は、より大きく低下することになる。
従って、図１１に示すように、温度上昇に伴って、色度が例えば符号Ｃで示す「ＳＡＥ白色エリア」内には収まっているが、例えば符号Ｄで示す「ＥＣＥ Ｎｏ．９９」の範囲からは大きく外れてしまうことになる。
これに対して、ＬＥＤ光源１は、その出力向上に伴って、種々の用途への利用が考えられ、あるいは実用化されており、自動車の車両前照灯もその一つである。
自動車の場合、エンジンに代表される発熱部が多く搭載されており、車両前照灯の周囲環境の温度は非常に高く、例えば、アイドリング時には７０℃以上にも達することがある。
このような周囲環境において、高出力の白色ＬＥＤ光源を使用する場合、ＬＥＤ光源１を低熱抵抗のパッケージとして構成すると共に、ヒートシンク等の大きな放熱構造を採用したとしても、ＬＥＤチップ３の温度は１００℃を越えてしまうことになる。
例えば、ＬＥＤ光源１のパッケージの熱抵抗を３℃／Ｗ，ヒートシンクの熱抵抗を５℃／Ｗとし、一つのＬＥＤ光源１の消費電力を５Ｗとすると、外気温に対してＬＥＤチップ３の温度は３５℃上昇する。従って、車両前照灯の周囲温度が７０℃になったときには、ＬＥＤチップ３の温度は１０５℃となり、さらに蛍光体の温度は１２０℃を越えることになってしまう。
このようにして、温度上昇によって効率が低下すると、光に変化されなかったエネルギーは、熱に変換されることになるので、さらに発熱量が増大し、より一層温度を上昇させることになる。
これに対して、特許文献１には、ＬＥＤチップの発熱を、基板の外側表面にまで延びる電極を介して、外部に放熱するようにした光源装置が開示されている。
特開２０００−２６１０３９号公報
ところで、特許文献１による光源装置においては、周囲温度が高い場合には、十分な放熱を行なうことができず、ＬＥＤチップの発熱を効率良く放熱することができない。
このため、ＬＥＤチップや蛍光体の温度に基づいて、ＬＥＤチップの最適な駆動電流値を設定することが有効であるが、従来は、ＬＥＤ光源のパッケージの周囲の温度を温度センサ等によって測定して、ＬＥＤチップの駆動制御を行なうようになっている。
しかしながら、ＬＥＤ光源のパッケージ周囲の温度は、ＬＥＤチップや蛍光体の温度と比較して時間的なずれがあり、ＬＥＤチップや蛍光体の温度を正確にリアルタイムで測定していないことから、ＬＥＤチップを最適な駆動電流値で駆動することが困難であり、結果的にＬＥＤチップや蛍光体がより一層温度上昇し、効率が低下するという悪循環に陥っていた。
さらに、標準的なパッケージの基準熱抵抗値に基づいて、パッケージの周囲温度やヒートシンク温度等を検出することにより、発熱源であるＬＥＤチップあるいは蛍光体の温度を推測するようになっているが、同じ構造のパッケージであっても、ＬＥＤチップやパッケージの接合状態によって、パッケージの熱抵抗が大きく異なるため、推測温度と実際の温度が大きく異なってしまうことがあり、ＬＥＤチップや蛍光体の温度を正確に検出することが困難であった。
そして、蛍光体を用いたＬＥＤを効率良く利用するには、蛍光体の温度を管理することが求められていた。
本発明は、以上の点から、蛍光体の正確な温度を確実に検出するようにした、ＬＥＤに関連する技術を提供することを目的としている。
上記目的は、本発明の第一の構成によれば、基台上に実装された少なくとも一つのＬＥＤチップと、これらのＬＥＤチップを包囲するように配置され且つ上記ＬＥＤチップからの光により蛍光を発生させる粒子状の蛍光体が混入された蛍光体層と、を含んでいて、上記ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの蛍光の混色光を外部に出射するようにしたＬＥＤ光源であって、上記基台上にて上記ＬＥＤチップに隣接して実装された温度検出素子を含んでおり、上記温度検出素子により、上記ＬＥＤチップ周辺の温度を検出することを特徴とする、ＬＥＤ光源により、達成される。
本発明による車両前照灯用ＬＥＤ光源は、好ましくは、上記温度検出素子が、上記基台上にて、上記蛍光体層内に配置されている。
本発明による車両前照灯用ＬＥＤ光源は、好ましくは、上記温度検出素子が、上記基台上にて、上記蛍光体層の外側に配置されている。
本発明による車両前照灯用ＬＥＤ光源は、好ましくは、上記ＬＥＤチップと温度検出素子が、上記基台表面に形成された二系統の配線パターンを介して、それぞれ互いに異なる駆動電流で駆動される。
本発明による車両前照灯用ＬＥＤ光源は、好ましくは、上記基台が、セラミックまたはシリコンを含む熱伝導率の高い絶縁材料から構成されている。
本発明による車両前照灯用ＬＥＤ光源は、好ましくは、上記基台が、銅，アルミを含む熱伝導性の良好な金属材料から構成されていて、その上に、表面に配線パターンが形成されたシリコンやセラミックを含む熱伝導率の高い絶縁材料から成るサブマウントが接合されている。
本発明による車両前照灯用ＬＥＤ光源は、好ましくは、上記温度検出素子が、小型チップタイプのサーミスタまたはサーマルダイオードである。
本発明による車両前照灯用ＬＥＤ光源は、好ましくは、上記温度検出素子が、上記ＬＥＤチップと比較して小型で、温度特性が既知である第二のＬＥＤチップであって、上記第二のＬＥＤチップに対して微小電流を供給することにより、その電圧値の変化に基づいて、温度を検出する。
また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、少なくとも一つの上述したＬＥＤ光源と、このＬＥＤ光源を駆動するための駆動制御部とを備えた車両用灯具であって、上記駆動制御部が、上記温度検出素子により上記ＬＥＤ光源付近の温度を検出することを特徴とする車両用灯具により、達成される。
本発明による車両用灯具は、好ましくは、上記駆動制御部が、上記温度検出素子により検出した上記ＬＥＤ光源付近の温度に基づいて、上記ＬＥＤ光源の各ＬＥＤチップに流す駆動電流を最適値に調整する。
本発明による車両用灯具は、好ましくは、上記駆動制御部が、上記温度検出素子により検出した上記ＬＥＤ光源付近の温度に基づいて、温度異常を検出する。
本発明による車両用灯具は、好ましくは、上記駆動制御部が、温度異常を検出したとき、異常を外部に知らせる警報部を備えている。
上記第一の構成によれば、ＬＥＤチップから出射した光が、蛍光体層に入射して、そのうち一部の光が蛍光体に吸収される。これにより、蛍光体は、波長変換により異なる色の蛍光を出射する。そして、この蛍光がＬＥＤチップからの光と混色されることにより、混色光が外部に出射されることになる。
この場合、上記ＬＥＤチップに隣接して基台上に温度検出素子が実装されているので、この温度検出素子により上記ＬＥＤチップ周辺の温度を検出することができる。
従って、駆動に伴って、上記ＬＥＤチップそして蛍光体層中の蛍光体が発熱し、これらのＬＥＤチップ及び蛍光体層の温度が上昇したとき、これらの温度が、上記温度検出素子により正確に且つほぼリアルタイムに検出され得ることになる。
さらに、上記温度検出素子が基台上に実装されているので、従来のような外付けの温度センサを備える場合と比較して、ＬＥＤ光源全体が大型化してしまうようなことがない。
また、上記温度検出素子が、ＬＥＤ光源のパッケージ内にて、実際にＬＥＤチップ周辺の温度を検出するようになっているので、パッケージ毎の熱抵抗のバラツキの影響を受けることなく、正確な温度検出が可能になる。
上記温度検出素子が、上記基台上にて上記蛍光体層内に配置されている場合には、温度検出素子は、蛍光体層の温度を直接に検出することになる。これにより、より高温になりやすい蛍光体層の温度が、正確に且つほぼリアルタイムで検出され得ることになる。
上記温度検出素子が、上記基台上にて、上記蛍光体層の外側に配置されている場合には、温度検出素子は、ＬＥＤチップの周辺温度を直接に検出することになる。これにより、ＬＥＤチップの周辺温度が、正確に且つほぼリアルタイムで検出され得ることになる。
上記ＬＥＤチップと温度検出素子が、上記基台表面に形成された二系統の配線パターンを介して、それぞれ互いに異なる駆動電流で駆動される場合には、温度検出素子には温度検出可能な極微小な電流を流すことにより、その抵抗値または順電圧値の変化により温度を検出することができると共に、温度検出素子自体の発熱をできるだけ抑制することができる。
上記基台が、セラミックまたはシリコン等の熱伝導率の高い絶縁材料から構成されている場合には、上記ＬＥＤチップ及び蛍光体における発熱が基台を介して外部に放熱され得ることになる。
上記基台が、銅，アルミ等の熱伝導性の良好な金属材料から構成されていて、その上に、表面に配線パターンが形成されたシリコンやセラミック等の熱伝導率の高い絶縁材料から成るサブマウントが接合されている場合には、上記ＬＥＤチップ及び蛍光体における発熱がサブマウントから基台を介して外部に放熱され得ることになる。
上記温度検出素子が、小型チップタイプのサーミスタまたはサーマルダイオードである場合には、簡単な構成により、容易に且つ低コストで温度検出を行なうことができる。
上記温度検出素子が、上記ＬＥＤチップと比較して小型で、温度特性が既知である第二のＬＥＤチップであって、上記第二のＬＥＤチップに対して微小電流を供給することにより、その電圧値の変化に基づいて、温度を検出する場合には、上記ＬＥＤチップの基台への実装時に、同時に第二のＬＥＤチップも基台に対して実装され得るので、組立工程が増えることなく、温度検出素子を実装することができる。
上記第二の構成によれば、各ＬＥＤ光源が、駆動制御部により駆動制御されて発光し、この光が例えば自動車の前方に向かって照射されることになる。
この場合、上記各ＬＥＤ光源において、ＬＥＤチップに隣接して基台上に温度検出素子が実装されているので、この温度検出素子により上記ＬＥＤチップ周辺の温度を検出することができる。
従って、駆動に伴って、上記ＬＥＤチップそして蛍光体層中の蛍光体が発熱し、これらのＬＥＤチップ及び蛍光体層の温度が上昇したとき、これらの温度が、上記温度検出素子により正確に且つほぼリアルタイムに検出され得ることになる。 さらに、上記温度検出素子が基台上に実装されているので、従来のような外付けの温度センサを備える場合と比較して、ＬＥＤ光源全体が大型化してしまうようなことがない。
上記駆動制御部が、上記温度検出素子により検出した上記ＬＥＤ光源付近の温度に基づいて、上記ＬＥＤ光源の各ＬＥＤチップに流す駆動電流を最適値に調整する場合には、各ＬＥＤチップへの駆動電流が駆動制御部によって最適値に調整されることによって、各ＬＥＤチップそして蛍光体層の温度上昇が抑制され得ることになる。
上記駆動制御部が、上記温度検出素子により検出した上記ＬＥＤ光源付近の温度に基づいて、温度異常を検出する場合には、各ＬＥＤチップそして蛍光体層の温度が、例えば前もって設定された所定温度以上になったとき、温度異常を検出することにより、当該ＬＥＤ光源における異常発生を把握することができる。
上記駆動制御部が、温度異常を検出したとき、異常を外部に知らせる警報部を備えている場合には、当該ＬＥＤ光源における異常発生時に、警報部により異常を外部に知らせて、例えば当該ＬＥＤ光源あるいは車両用灯具の使用を中止させることができる。
このようにして、本発明によるＬＥＤ光源そして車両用灯具によれば、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの蛍光との混色光を外部に出射する場合に、駆動に伴うＬＥＤチップ及び蛍光体の発熱による温度上昇を、温度検出素子により正確且つほぼリアルタイムに検出することができる。
その際、温度検出素子が、ＬＥＤ光源のパッケージ内に内蔵されることによって、ＬＥＤ光源が大型化してしまうようなことがない。
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図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、これらの態様に限られるものではない。
［実施例１］
図１は、本発明を適用した車両前照灯の第一の実施形態の構成を示している。 図１において、車両用灯具１０は、少なくとも一個（図示の場合、２個）のＬＥＤ光源１１と、各ＬＥＤ光源１１からの光を光軸Ｏに沿って前方に向かって反射させる反射面１２と、反射面１２の前方に配置された投影レンズ１３と、から構成されている。
上記ＬＥＤ光源１１は、上記光軸Ｏに沿って互いに背中合わせに配置されている。
各ＬＥＤ光源１１は、後述するように複数個のＬＥＤチップが光軸Ｏから垂直に並んで配置されるようになっている。
上記反射面１２は、前方に向かって凹状の例えば回転楕円面として形成されており、その光軸が前方に向かって延びるように、そして第一の焦点位置が、上記ＬＥＤ光源１１の発光中心付近と一致するように、配置されている。これにより、上記ＬＥＤ光源１１から出射して反射面１２に入射した光は、この反射面１２で反射されて、第二の焦点位置に向かって集束するように進むことになる。
上記投影レンズ１３は、透光性材料、例えばガラスやプラスチックから成る凸レンズであって、その後側の焦点位置が、上述した反射面１２の第二の焦点位置付近となるように配置されており、ＬＥＤ光源１１からの直接光または反射面１２からの反射光をほぼ平行光として前方に向かって透過させるようになっている。
上記ＬＥＤ光源１１は、図２に示すように構成されている。
図２において、上記ＬＥＤ光源１１は、本発明によるＬＥＤ光源の第一の実施形態であって、基台２１上に載置された少なくとも一つ（図示の場合、四つ）のＬＥＤチップ２２と、これらのＬＥＤチップ２２に隣接して同様に基台２１上に載置された温度センサ２３と、これらのＬＥＤチップ２２及び温度センサ２３を包囲するように基台２１上に設けられたリフレクタ２４と、リフレクタ２４の中空部２４ａ内に充填された蛍光体層２５と、から構成されている。
上記基台２１は、例えば銅またはセラミック（ＡｌＮ，アルミナ）やシリコン（Ｓｉ）等の熱伝導性の高い絶縁材料から構成されており、その表面に銅や金等の導電パターン２１ａが形成されている。
上記各ＬＥＤチップ２２は、基台２１上に形成された導電パターンによるチップ実装部２１ｂ上にダイボンディング等により実装されており、隣接する同様に導電パターンによる接続部２１ｃに対してボンディングワイヤ２２ａにより電気的に接続されている。
ここで、上記ＬＥＤチップ２２は、例えばＩｎＧａＮから成る青色ＬＥＤチップである。
また、上記温度センサ２３は、例えばチップ型サーミスタやサーマルダイオード等のチップ型温度センサであって、同様に基台２１上に形成された導電パターンによる接続部２１ｄ，２１ｅに対して表面実装されている。
上記リフレクタ２４は、少なくともその中空部２４ａの内面が遮光性を備えるように構成されており、すべてのＬＥＤチップ２２及び上記温度センサ２３を周りから包囲するように、上下に貫通する中空部２４ａを備えている。
尚、上記リフレクタ２４は、好ましくは、その中空部２４ａの内面が反射面として構成されている。
上記蛍光体層２５は、例えばシリコーン等の透光性材料から構成されていると共に、内部に粒子状の蛍光体２５ａが混入され、ほぼ均一に分散されている。
ここで、上記蛍光体２５ａは、上記ＬＥＤチップ２２からの青色光により励起されて、異なる波長、即ち黄色の蛍光を発生させるようになっている。
これにより、上記ＬＥＤチップ２２からの青色光と蛍光体２５ａからの黄色光との混色により、擬似的に白色光が得られるようになっている。
図３は、上述した各光学モジュール１１を駆動制御するための駆動制御部の構成例を示している。
図３において、駆動制御部３０は、ＬＥＤ光源１２（簡略化のため一つのみが図示されている）に対して給電するための電源回路３１と、電源回路３１を制御するための制御部３２と、から構成されている。
上記電源回路３１は、バッテリ３３からの電圧を、ＬＥＤチップ２２及び温度センサ２３に対してそれぞれ独立的に供給するようになっている。
上記制御部３２は、温度センサ２３の温度に対応する電圧値に基づいて、上記ＬＥＤチップ２２に供給する駆動電流を制御するようになっている。
また、上記制御部３２は、温度センサ２３に供給する駆動電流を、ＬＥＤチップ２２と比較して極微小な電流に制御するようになっている。
そのため、温度センサ２３は、ＬＥＤチップと直列に接続したときとは異なり、少ない消費電力で駆動できる。そして、温度センサ２３は、このように接続することで、発熱量が減り、蛍光体など反射面１２全体の温度上昇を防ぐことができる。
尚、上記制御部３２は、温度センサ２３により検出された蛍光体層２５の温度が、前もって設定された所定温度より高くなったとき、温度異常を検出して、好ましくは内蔵されまたは外付けされた警報部により温度異常発生の警告を行なうように構成されていてもよい。
本発明実施形態による車両用灯具１０は、以上のように構成されており、駆動制御部３０によりＬＥＤ光源１１の各ＬＥＤチップ２２を駆動制御することにより、ＬＥＤチップ２２から青色光が出射して、蛍光体層２５内の蛍光体２５ａに入射し、蛍光体２５ａから黄色の蛍光が発生することになる。
従って、ＬＥＤチップ２２からの青色光と蛍光体２５ａからの黄色光が混色され、擬似的に白色光となって、蛍光体層２５の表面から前方（図２にて上方）に向かって出射することになる。
これにより、各ＬＥＤ光源１１から白色光が出射し、反射面１２により前方に向かって反射され、さらに投影レンズ１３により集束されることにより、前方の所定の照明領域に対して光を照射することになる。
ここで、上記温度センサ２３は、駆動制御部３０により極微小な駆動電流が流されることにより駆動され、周囲の温度に対応して、その抵抗値または順電圧値が変化する。
そして、この電圧値が電源回路３１を介して制御部３２により検出されることにより、上記制御部３２は、ＬＥＤチップ２２の周辺温度、特に蛍光体層２５の温度を検出する。
これにより、上記制御部３２は、この検出温度が前もって設定した温度より高くなったときには、ＬＥＤチップ２２に対する駆動電流を低く調整することにより、上記ＬＥＤチップ２２の温度上昇を抑制し、当該ＬＥＤチップ２２の発光効率の温度上昇による低下を抑制するようになっている。
ここで、上述したＬＥＤ光源１１におけるパッケージ底面温度に対するＬＥＤチップ２２のジャンクション温度及び蛍光体層２５の温度は、図４のグラフに示すようになっており、蛍光体層２５の温度は、ジャンクション温度より約３０℃程度高いことが分かる。
従来の電極による温度検出では、このジャンクション温度を検出していたが、本発明実施形態によるＬＥＤ光源１１においては、蛍光体層２５の温度を直接に検出することができるので、より正確な温度管理が可能になる。
そして、上述したＬＥＤ光源１１における２５℃での発光効率を１００とした場合の温度に対するＬＥＤチップ２２及び蛍光体２５ａの効率は、図５のグラフに示すようになっており、例えば１５０℃では、ＬＥＤチップ２２は、９５％程度の発光効率を維持しているのに対して、蛍光体２５ａの変換効率は、８０％程度まで低下している。
従って、制御部３２により、ＬＥＤチップ２２の駆動制御を行なって、温度上昇を抑制することにより、例えば蛍光体２５ａの温度を１００℃程度に抑制することによって、蛍光体２５ａの変換効率を約９０％程度に維持できることが分かる。
さらに、上述したＬＥＤ光源１１におけるパッケージ温度を５０℃で一定に制御した場合における駆動電流Ｉｆに対する光束，ジャンクション温度及び蛍光体２５ａの温度は、図６のグラフに示すようになっており、蛍光体２５ａの温度が１００℃を越えると、駆動電流Ｉｆを増大させても、光束は増大しない。これは、１００℃を越えると、蛍光体２５ａの変換効率が著しく低下するためであると考えられる。
従って、同様に、制御部３２により、ＬＥＤチップ２２の駆動制御を行なって、温度上昇を抑制することにより、例えば蛍光体２５ａの温度を１００℃程度に抑制することが望ましいことが分かる。
このようにして、本発明実施形態による車両用灯具１０によれば、ＬＥＤ光源１１を使用した車両用灯具１０において、温度センサ２３をＬＥＤ光源１１のパッケージ内に内蔵して、蛍光体層２５の温度を直接に検出することにより、蛍光体２５ａの温度を正確に且つほぼリアルタイムで検出することが可能になり、この検出温度に基づいて、ＬＥＤチップ２２を駆動制御することにより、ＬＥＤチップ２２の温度上昇を抑制することができる。
［実施例２］
図７は、本発明によるＬＥＤ光源の第二の実施形態の構成を示している。
図７において、ＬＥＤ光源４０は、図２に示したＬＥＤ光源１１とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
上記ＬＥＤ光源４０は、図２に示したＬＥＤ光源１１とは、温度センサ２３の代わりに、温度センサ４１が、基台２１上にて、リフレクタ２４の外側、即ち蛍光体層２５の外側で実装されている点でのみ異なる構成になっている。
この場合、上記温度センサ４１は、好ましくは直近のＬＥＤチップ２２から３ｍｍ以内に配置されている。
このような構成のＬＥＤ光源４０によれば、図２に示したＬＥＤ光源１１と同様に作用すると共に、温度センサ４１が、ＬＥＤチップ２２の周辺温度を検出することができる。
その際、温度センサ４１が直近のＬＥＤチップ２２から３ｍｍ以内に配置されていると、温度センサ４１がＬＥＤチップ２２の周辺温度をより正確に、即ちＬＥＤチップ２２の温度をより正確に検出することができる。
従って、制御部３２により、この検出温度に基づいて、ＬＥＤチップ２２に対する駆動電流を最適値に調整することにより、上記ＬＥＤチップ２２の温度上昇を抑制し、当該ＬＥＤチップ２２の発光効率の温度上昇による低下を抑制するようになっている。
［実施例３］
図８は、本発明によるＬＥＤ光源の第三の実施形態の構成を示している。
図８において、ＬＥＤ光源５０は、図２に示したＬＥＤ光源１１とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
上記ＬＥＤ光源５０は、図２に示したＬＥＤ光源１１とは、基台２１の代わりに、基台５１が備えられている点でのみ異なる構成になっている。
この場合、上記基台５１は、例えば銅またはアルミ等の高熱伝導性の金属材料から成るブロック５１ａと、このブロック５１ａの上面に接合されたサブマウント５１ｂと、から構成されている。
上記サブマウント５１ｂは、例えば銅またはセラミック（ＡｌＮ，アルミナ）やシリコン（Ｓｉ）等の熱伝導性の高い絶縁材料の薄膜から構成されており、その表面に銅や金等の導電パターン２１ａが形成されている。
そして、このサブマウント５１ｂ上に、ＬＥＤチップ２２及び温度センサ２３が実装されると共に、リフレクタ２４が載置されるようになっている。
尚、サブマウント５１ｂ上の導電パターン２１ａは、ブロック５１ａの端縁または側縁に配置された接続部５１ｃを介して基台５１の下面付近まで導かれるようになっている。
このような構成のＬＥＤ光源５０によれば、図２に示したＬＥＤ光源１１と同様に作用すると共に、所謂サブマウント方式として構成することができる。
上述した実施形態においては、温度センサ２３は、チップ型のサーミスタやサーマルダイオードとして構成されているが、これに限らず、他の方式の温度センサを使用することも可能である。
例えば、温度特性、即ち温度−電圧値の関係が既知である小型の第二のＬＥＤチップを使用して、この第二のＬＥＤチップに対して微小電流を流すことにより、その電圧値を検出して、温度を検出することも可能である。
この場合、温度センサとしての第二のＬＥＤチップを使用することにより、ＬＥＤチップの基台への実装時に、この第二のＬＥＤチップも同時に基台に対して実装することが可能となり、組立工程が簡略化され得ることになる。
また、上述した実施形態においては、青色ＬＥＤチップからの青色光と、蛍光体層中の蛍光体による蛍光との混色により、擬似的に白色光を外部に照射する場合について説明したが、これに限らず、他の構成による擬似的な白色光、あるいは他の色の混色光を外部に出射する構成のＬＥＤ光源に本発明を適用し得ることは明らかである。
さらに、上述した実施形態においては、車両用灯具として自動車の前照灯の場合について説明したが、これに限らず、例えば補助前照灯等の他の車両用灯具に対して本発明を適用し得ることは明らかである。
このようにして、本発明によれば、従来のようなパッケージの外側に温度センサを外付けすることなく、ＬＥＤ光源を構成するＬＥＤチップや蛍光体層の温度を隣接して基台上に実装した温度センサにより直接に検出することにより、これらの温度が正確に且つほぼリアルタイムで検出され得ることになる。
本発明を適用した車両用灯具の一実施形態の構成を示す概略斜視図である。 図１の車両用灯具における各ＬＥＤ光源の第一の実施形態の構成を示す断面図である。 図２のＬＥＤ光源を駆動制御するための駆動制御部の構成例を示すブロック図である。 図２のＬＥＤ光源におけるパッケージ底面温度とチップジャンクション温度及び蛍光体層温度との関係を示すグラフである。 図２のＬＥＤ光源における温度によるＬＥＤチップの発光効率及び蛍光体の変換効率を示すグラフである。 図２のＬＥＤ光源におけるパッケージ底面温度が５０℃で一定の場合の駆動電流に対するチップジャンクション温度及び蛍光体温度と光束を示すグラフである。 本発明によるＬＥＤ光源の第二の実施形態の構成を示す断面図である。 本発明によるＬＥＤ光源の第三の実施形態の構成を示す断面図である。 従来の白色ＬＥＤ光源の一例の構成を示す断面図である。 図９の白色ＬＥＤ光源における出射光のスペクトルのパッケージ底面温度依存性を示すグラフである。 図９の白色ＬＥＤ光源におけるパンケージ底面温度に対する色度のずれを示すグラフである。
符号の説明
１０ 車両用灯具
１１ ＬＥＤ光源
１２ 反射面
１３ 投影レンズ
２１ 基台
２２ ＬＥＤチップ（青色ＬＥＤチップ）
２３，４１ 温度センサ
２４ リフレクタ
２４ａ 中空部
２５ 蛍光体層
２５ａ 蛍光体
３０ 駆動制御部
３１ 駆動回路
３２ 制御部
３３ バッテリ
４０，５０ ＬＥＤ光源
５１ 基台
５１ａ ブロック
５１ｂ サブマウント
５１ｃ 接続部

Claims (12)

  1. 基台上に実装された少なくとも一つのＬＥＤチップと、これらのＬＥＤチップを包囲するように配置され且つ上記ＬＥＤチップからの光により蛍光を発生させる粒子状の蛍光体が混入された蛍光体層と、を含んでいて、上記ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの蛍光の混色光を外部に出射するようにしたＬＥＤ光源であって、
    上記基台上にて上記ＬＥＤチップに隣接して実装された温度検出素子を含んでおり、
    上記温度検出素子により、上記ＬＥＤチップ周辺の温度を検出することを特徴とする、ＬＥＤ光源。
  2. 上記温度検出素子が、上記基台上にて、上記蛍光体層内に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
  3. 上記温度検出素子が、上記基台上にて、上記蛍光体層の外側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
  4. 上記ＬＥＤチップと温度検出素子が、上記基台表面に形成された二系統の配線パターンを介して、それぞれ互いに異なる駆動電流で駆動されることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載のＬＥＤ光源。
  5. 上記基台が、セラミックまたはシリコンを含む熱伝導率の高い絶縁材料から構成されていることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載のＬＥＤ光源。
  6. 上記基台が、銅，アルミを含む熱伝導性の良好な金属材料から構成されていて、その上に、表面に配線パターンが形成されたシリコンやセラミックを含む熱伝導率の高い絶縁材料から成るサブマウントが接合されていることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載のＬＥＤ光源。
  7. 上記温度検出素子が、小型チップタイプのサーミスタまたはサーマルダイオードであることを特徴とする、請求項１から６の何れかに記載のＬＥＤ光源。
  8. 上記温度検出素子が、上記ＬＥＤチップと比較して小型で、温度特性が既知である第二のＬＥＤチップであって、
    上記第二のＬＥＤチップに対して微小電流を供給することにより、その電圧値の変化に基づいて、温度を検出することを特徴とする、請求項１から６の何れかに記載のＬＥＤ光源。
  9. 少なくとも一つの請求項１から８の何れかに記載のＬＥＤ光源と、このＬＥＤ光源を駆動するための駆動制御部とを備えた車両用灯具であって、
    上記駆動制御部が、上記温度検出素子により上記ＬＥＤ光源付近の温度を検出することを特徴とする車両用灯具。
  10. 上記駆動制御部が、上記温度検出素子により検出した上記ＬＥＤ光源付近の温度に基づいて、上記ＬＥＤ光源の各ＬＥＤチップに流す駆動電流を最適値に調整することを特徴とする、請求項９に記載の車両用灯具。
  11. 上記駆動制御部が、上記温度検出素子により検出した上記ＬＥＤ光源付近の温度に基づいて、温度異常を検出することを特徴とする、請求項９または１０に記載の車両用灯具。
  12. 上記駆動制御部が、温度異常を検出したとき、異常を外部に知らせる警報部を備えていることを特徴とする、請求項１１に記載の車両用灯具。
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