JP2007095684A - 軸方向配列の直接光学式結合を用いるｌｅｄ灯 - Google Patents

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Abstract

【課題】リフレクタを使用する必要がなく、半導体光源を利用し得、半導体光源と直接視覚光学部品との組合せを与え得るＬＥＤ光源を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ光源（１０）は、前面（１６）及び後面（１８）を持つ本体（１４）を有するヒートシンク（１２）を備え、後面（１８）には熱放散部（２０）が設けられる。前面（１６）は、構成要素（２４）の受入れのためのポケット（２２）を含み、構成要素は、少なくとも一つのＬＥＤ（２５）と該ＬＥＤ用の電気回路とを含む。ハウジング（２６）は、フランジ（２８）と、ヒートシンク（１２）に構成要素（２４）を固定する態様でポケット（２２）へと適合される管状突起（３０）とを有する。少なくとも一つのライトパイプ（３４）を有する光学式光ガイド（３２）は、管状突起（３０）に配置され、該少なくとも一つのライトパイプ（３４）各々は、光入力端部（３４ａ）を有し、光入力端部（３４ａ）は、該少なくと一つのＬＥＤ（２５）と集光配列にて一対一関係で固定される。
【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００５年９月２６日付け出願の予備特許出願第６０／７２０，３９５号からの優先権を主張する。
技術分野
この発明は、一般に光源に関し、詳しくは、発光ダイオード（一又は複数のＬＥＤ）を使用する光源に関する。更に詳しくは、この発明は、直接光学部品（direct optics）と共に使用するためのＬＥＤ光源に関する。更に、この発明は、車両用の指示（方向指示）灯に特定の用途を有するＬＥＤ光源に関する。
産業内、特に自動車産業内の競争圧力は、できるだけ小さくかつ経済的な光源を作製する必要性を要求する。これは、材料費を節約し、光学式イメージングを改善することができる。これらのニーズに関する競争において、広範な領域が照らされる必要があり得、また、車両照明では、車両の存在を示すために、実質的な視覚イメージが該車両の表面に必要である。これらの目的は、比較的大きな白熱電球及びリフレクタ（反射板）システムの使用により過去において達成されている。発光ダイオード等の半導体（固体）照明の出現は、これらのシステムの寿命を延ばしながら、光源の大きさを徹底的に低減することにより、該システムを進歩させる方向を示している。しかしながら、車両を良好に照らすため、広範な領域にわたってビーム形成照明を広げる必要も依然として存在する。リフレクタを使用する必要なしにそのようなシステムが提供され得るなら、技術的進歩であろう。代替光源を利用し得る照明システムを提供することは、更なる技術的進歩であろう。半導体光源と、種々のディスプレイにおいてカスタマーデザインされ得る直接視覚光学部品との組合せを提供することは、なお一層の技術的進歩であろう。
従って、本発明の目的は、先行技術の上記不利点を除去することである。
本発明の別の目的は、光源を高度化することである。
本発明の更に別の目的は、自動車の（方向）指示器の高度化である。
本発明の一側面において、これらの目的は、次のＬＥＤ光源によって実現される。すなわち、該ＬＥＤ光源は、本体と、ハウジングと、光学式の光ガイド（光導波路）とを備え、本体は前面と後面を有し、前面は、少なくとも一つのＬＥＤと該ＬＥＤ用の電気回路を含む構成要素（構成部品）の受け入れのためのポケットを含む。ハウジングは、ヒートシンクに上記構成要素を固定する態様でポケットに嵌合される。光学式光ガイドは、管状突起に配置される少なくとも一つのライトパイプを有し、該少なくともライトパイプ各々は、上記少なくとも一つのＬＥＤと一対一の関係で集光整列（光を集める位置合わせ）にて固定された光入力端部を有する。
本発明の別の側面において、上記目的は次の表示器によって実現する。すなわち、該表示器は、受入れ領域と、光学部品と、ＬＥＤ光源とを備え、受入れ領域は、本体に形成される第１面と反対側の第２面を有すると共に、実質的に中央に配置された、本体に形成される光源受入れ開口を有する。上記光学部品は、受入れ領域に動作可能に上記第１面に対して取り付けられる。該光学部品は、少なくとも一つの光入力窓部を有する。上記ＬＥＤ光源は、第２面に対して交換可能に取り付けられる。該ＬＥＤ光源は、少なくとも一つのライトパイプを有する光学式光ガイドを含み、該ライトパイプは、上記少なくとも一つの光入力窓部に動作可能に連結される少なくとも一つの出力端部を有する。
本発明の光源は、小型で経済的である。これは、標準Ｓ８ランプソケットに対して設計される位置に物理的に適合されるように構成され、また、カスタム光学部品と組み合わされる場合、反射性コーティングの必要性を除去するように構成される。
本発明の他の及び更なる目的、利点及び機能と共に、本発明をより深く理解するため、以下の開示及び請求範囲が図面と共に参照される。
次に、より詳細な図面を参照して、図１〜３には、ＬＥＤ光源の第１及び第２実施形態１０（図２）及び１０ａ（図３）が示される。該ＬＥＤ光源はヒートシンク１２を備え、ヒートシンク１２は、前面１６及び後面１８を有する本体１４を有し、後面１８には、半径方向フィンの形態の熱放散部２０が設けられる。前面１６は、構成要素２４を受け入れるためのポケット２２を含み、構成要素２４は、少なくとも一つのＬＥＤ２５、２５ａと、これらのための電気回路（図示せず）とを含む。両実施形態には、図１に示すような、フランジ２８及び管状突起３０を有するハウジング２６が共通している。ＬＥＤ光源１０が取り付けられた際に周辺シールを提供するために、シーリングガスケット３１も設けられ得る。フランジ２８は、構成要素２４を後述する態様でヒートシンク１２に固定するため、ポケット２２内に嵌合される。図２及び４に示す実施形態において、複数のＬＥＤ２５は、好ましくは、高度な力（パワー）の（Advanced Power）ＴＯＰＬＥＤ（登録商標）（ＡＰＴ）として知られている種類のものである。図３及び５に示す実施形態において、ＬＥＤ２５ａは、好ましくは、ＯＳＴＡＲ（登録商標）のようなチップ・オン・ボードとして知られている種類のものである。上記ＡＰＴ及びＯＳＴＡＲ（登録商標）ＬＥＤの両方は、ＯＳＲＡＭ ＯＰＴＯ Semiconductors GmbH, Regensburg, Germanyから市販されている。
次に図２の特定の実施形態を参照して、アクリルもしくはポリカーボネート等の適切な透明材料から成る光学式光ガイド（光導波路）３２は、コア３５を囲む少なくとも一つのライトパイプ３４を有する。本明細書に開示した好ましい実施形態のすべてにおいて、ライトパイプ及びＬＥＤの数は八つである。しかしながら、他の数のＬＥＤが、ねじもしくは同様の取付けのための孔３９が形成された中央コア３５に一般に支持され得る。光学式光ガイド３２は、それぞれ光入力端部３４ａを有する上記少なくとも一つのライトパイプ３４のそれぞれが、対応する上記少なくとも一つのＬＥＤ２５の一つと一対一の関係で集光整列（集光位置合わせ）にて固定されるように、管状突起３０に配置される。該関係は、図８に最も明瞭に示される。ＬＥＤ２５のパッケージングにおける交差を吸収するため、スロット３２ａがライトパイプ３４とサポート３５ａとの間に形成され、互いに対する及び中央コア３５に対するライトパイプ３４の曲がり（撓み）を可能にする。隆起部５８が光学式光ガイド３２の底部から突出し、孔３７ａをそこに有する。
少なくとも一つのライトパイプ３４それぞれは、光を適切な位置に、例えば光学部品３７等に向けるように形成された、光入力端部３４ａとは反対側の光出力端部３６を有する。光学部品３７は、図４及び５に部分的に示され、また、図６及び７により完全に示される。
構成要素２４は、電気回路（図示せず）を有するプリント回路基板３８（ＰＣＢ）と、プリント回路基板３８と接して中央に配置される調節ワッシャ４０とを付加的に含む。プリント回路基板３８は、中央開口３８ａと、該基板に配置される複数のコネクタ４２とを有し、コネクタ４２は、電源との接続のためにプリント回路基板を越えて（プリント回路基板の反対側に）延びる。コネクタ４２は、ヒートシンク１２の区画４２ｂに嵌合される電気絶縁ワッシャ４２ａを通って突出する。
ＬＥＤ光源１０の組立てでは、電気絶縁ワッシャ４２ａは、ヒートシンク１２の区画４２ｂに嵌合され、また、プリント回路基板３８は、ポケット２２に配置され、コネクタ４２は、絶縁ワッシャ４２ａを貫通し、後の電源への取付けのために絶縁ワッシャ４２ａから突出する。ワッシャ４０はＰＣＢ上に配置され、光ガイド３２はＰＣＢに適合され、隆起部５８は、調節ワッシャ４０及び開口３８ａを通って、ポケット２２の中央に形成された窪み６０内へと突出する。ボルト６２は、隆起部５８の孔に挿入され、窪み６０内のトレッド部と係合する。ボルト６２の窪み６０内への貫入量の制御は、パイプ３４間に形成された屈曲スロット３２ａと共同して、入力窓部３４ａが、ＬＥＤ又は光ガイドを損傷することなく、それぞれのＬＥＤチップ（ＬＥＤダイ）に対してぴったりと隣接することを保証し、従って、光ガイド３２内への最大光入力を保証する。
次に、ハウジング２６が適用され、フランジ２８がポケット２２に嵌合され、また、管状突起３０が光ガイド３２を包囲する。図４及び５に最も明瞭に示すように、ねじ込みボルトの形態であり得る留め金具６６がヒートシンク１２の基部から挿入されて、フランジ２８の下面に形成されたねじ部６８と係合する。
次に図３及び５を参照して、ヒートシンク１２ａは、ポケット２２に中央ボス４４を含み、また、ＰＣＢ３８ａは、ボス４４を囲む中央開口４６を含む。メタルクラッド（金属被覆）プリント回路基板４８は、少なくとも一つのＬＥＤ２５を実装し、ボス４４上に配置される。この実施形態において、ＬＥＤ２５ａは、好ましくは、ＯＳＴＡＲ（登録商標）のようなチップ・オン・ボードとして知られている種類のものである。従って、チップ（ダイ）・パッケージが存在せず、これらのパッケージに生じ得る変動する交差を吸収する必要がないため、光ガイド３３は、屈曲スロットを必要とせず、ソリッド（スロット等のスペースや間隙がないもの）であり得る。また、調節ワッシャが省かれる。
ＬＥＤ光源１０は、指示器（方向指示器）５０（図７）との使用に理想的に適している。指示器５０は受入れ（もしくは受信（reception））領域５２を備え、受信領域５２は、本体５４に形成された第１面５２ａと反対側の第２面５２ｂとを有すると共に、本体５４に形成された実質的に中央に設けられた光源受入れ開口５６を有する。本体５４は、リア・クォーター・パネル等の車両の一部であり得、指示器５０は、テールライトもしくはストップライトであり得る。
光学部品３７の入力端部は、受入れ領域５２において動作可能に第１面５２ａに対して取り付けられる。光学部品３７は、ＬＥＤ光源１０の対応する出力窓部と結合するある数Ｎの光（光学）入力窓部３７ａを有する。
ＬＥＤ光源１０は、例えば当該ユニット回転させて、管状突起３０に形成されたラグ７０を、反対側第２面５２ｂにより形成された適切な係合スロットと係合させることにより、第２面５２ｂに対して交換可能に取り付けられる。この構成は、自動車業界においてかなり標準的なものである。
図６及び７に示す実施形態において、光学部品３７は、中心点から離れる方に延びる複数の出力部３７ｂを有する。しかしながら、光学部品の入力窓部が光ガイドの出力窓部と対応する限り、実質的にどのような構成も提供され得る。更に、所望により、脚部の端部の一方又は両方には、光出力を増強さもなければ変更する適切なレンズ（lensing）が設けられ得る。
このシステムの更なる利点は、反射面の排除であり、受入れ領域５２が本体５４と同じ色を有することを許容し、また設計の選択肢を非常に増やす。
有益な光出力を最大にする光源と光学部品との整列は、ＬＥＤ（又は他の光源）を含むどのようなシステムの使用にとっても重要である。これが実現され得る一つの方法は、既述した調節ねじ及び調節ワッシャによるものである。別のアプローチは図８に示され、該図において、ＬＥＤチップ１００には、ＬＥＤを囲む内部突起１０２が設けられる。そのような内部突起は、非常に正確に管理される高さを有し得、そのため、入力窓部３４ａと突起１０２とが接触することを許容することにより、隣接した光入力窓部３４ａのＬＥＤに対する正確な位置出しを可能にする。
次に図９を参照して、代替光ガイド３３ａが示され、ここで、入力窓部３４ａに対してある角度で出力窓部３６ｂが形成され、そこから出た光が光ガイド上方の点Ｐに焦点が合うようにされる。点Ｐに焦点が合った光は、光学部品すなわちレンズもしくは他の任意の適切なデバイス内へと向けられ得る。
次に図１０を参照して、光ガイド３２ａは、発光が点Ｐに焦点を合わせるため、角度付けられた出力窓部３６ｂが同様に設けられ得る。
本発明の好ましい実施形態であると現在考えられるものが示され記述されたが、
特許請求の範囲で定義される発明の範囲から逸脱することなく、当業者には、種々の変更及び変形がなされ得ることが明らかであろう。
本発明の実施形態で使用され得るハウジングの分解斜視図である。 本発明の第１実施形態の分解斜視図である。 本発明の別の実施形態の分解斜視図である。 図２の実施形態の拡大断面図である。 図３の実施形態の拡大断面図である。 本発明の実施形態で使用され得る光学部品（光ファイバ）の平面図である。 本発明の据付け実施形態の断面図である。 光ガイド−ＬＥＤインターフェース（境界面）の拡大図である。 光ガイドの別の実施形態の断面図である。 光ガイドの更に別の実施形態の断面図である。
符号の説明
１０、１０ａ ＬＥＤ光源
１２ ヒートシンク
１４ 本体
２０ 熱放射部
２２ ポケット
２４ 構成要素
２５、２５ａ ＬＥＤ
２６ ハウジング
２８ フランジ
３０ 管状突起
３２ 光ガイド
３４ ライトパイプ
３４ａ 光入力端部
３５ 中央コア
３５ａ サポート
３６ 光出力端部
３７ 光学部品
３８ プリント回路基板
３８ａ 中央開口
４０ 調節ワッシャ
４２ コネクタ

Claims (17)

  1. ＬＥＤ光源であって、
    前面と後面を有する本体にして、該前面が、構成要素の受け入れのためのポケットを含み、該構成要素が、少なくとも一つのＬＥＤと該ＬＥＤ用の電気回路とを含む該本体と、
    前記構成要素を本体に固定する態様で前記ポケットに嵌められるハウジングと、
    管状突起に配置される少なくとも一つのライトパイプを有する光学式光ガイドにして、該少なくとも一つのライトパイプ各々が、前記少なくとも一つのＬＥＤと集光整列にて一対一の関係で固定される光入力端部を有する光学式光ガイドとを備えたＬＥＤ光源。
  2. 前記少なくとも一つのライトパイプ各々は、光を光学部品に向けるように形成された、光入力端部とは反対側の光出力端部を有する請求項１のＬＥＤ光源。
  3. 前記構成要素は、前記電気回路を有するプリント回路基板と、該プリント回路基板上の中央に配置される調節ワッシャと、電源への接続のため、プリント回路基板を越えて延びる、プリント回路基板に配置される複数のコネクタとを更に含む請求項１のＬＥＤ光源。
  4. 前記ポケットは中央ボスを含み、前記プリント回路基板は、該中央ボスを囲む中央開口と、該中央ボス上に配置される前記少なくとも一つのＬＥＤを実装するメタルクラッドプリント回路基板とを含む請求項１のＬＥＤ光源。
  5. 指示器であって、
    本体に形成される第１面と反対側の第２面とを有すると共に、本体に形成され、実質的に中央に配置される光源受入れ開口とを有する受入れ領域と、
    受入れ領域内に動作可能に前記第１面に対して取り付けられる光学部品にして、少なくとも一つの光入力窓部を有する該光学部品と、
    前記第２面に対して取り付けられるＬＥＤ光源にして、前記少なくと一つの光入力窓部に動作可能に接続される少なくとも一つの出力端部を持つ少なくとも一つのライトパイプを有する光学式光ガイドを含む該ＬＥＤ光源とを備えた表示器。
  6. 前記本体は車両の一部を含み、前記受入れ領域は凹部を含む請求項５の表示器。
  7. 前記本体は実質的に無反射色を有し、前記受入れ領域も同じ無反射色を有する請求項６の表示器。
  8. 光学式光ガイドであって、
    中央コアと、
    複数のライトパイプと、
    各ライトパイプを支持する、中央コアから延びる複数のライトパイプサポートとを備え、
    各ライトパイプは、光伝送材料から形成され、かつ、光入力窓部と、光出力窓部と、該入力窓部から出力窓部へと延びる内部反射壁とを有する光学式ガイド。
  9. 前記中央コアは、取付け孔を含む請求項８の光学式光ガイド。
  10. 前記入力窓部は実質上同一平面上にある請求項８の光学式光ガイド。
  11. 前記出力窓部は実質上同一平面上にある請求項８の光学式光ガイド。
  12. 前記ライトパイプの少なくとも一つは、対応するライトパイプサポートに対して弾力的に取り付けられる請求項８の光学式光ガイド。
  13. 前記ライトパイプサポートの少なくとも一つは、前記中央コアに対して弾力的に取り付けられる請求項８の光学式光ガイド。
  14. 前記各ライトパイプは、入力窓部からそれぞれの出力窓部へと延びる軸線を有し、該軸線は平行である請求項８の光学式光ガイド。
  15. 前記各ライトパイプは、前記入力窓部から前記出力窓部へと延びる軸線を有し、出力窓部からの光は地点Ｐに集束する請求項８の光学式光ガイド。
  16. 前記ライトパイプは、前記コアに対する共通軸線の周りに半径方向に配列される請求項８の光学式光ガイド。
  17. 複数のライトパイプと、複数の対応する光ガイドサポートと、前記コアとは単一部品として形成される請求項８の光学式光ガイド。
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