JP2010225980A - 交通信号用ｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、簡単な構成により、光軸方向の眩しさを低減するようにしたＬＥＤランプを提供することを目的とする。
【解決手段】 ＬＥＤチップ１３と、このＬＥＤチップの光出射方向前方にて光軸上に中心軸を有するように配置されたレンズ部１４と、を含んでいるＬＥＤランプ１０であって、上記レンズ部の表面の光軸付近に遮光部１５を備える。遮光部は、ＬＥＤチップから照射する光の光軸および光軸近傍の光を遮光し、眩しさの感じ方を白熱電球と同等程度に軽減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップの光出射方向前方にレンズを備えた交通信号用、特に車両用灯具向けレンズ付きのＬＥＤランプに関するものである。

従来、縦型パッケージのＬＥＤランプ、所謂砲弾型ＬＥＤランプは、例えば図９に示すように構成されている。
即ち、図７において、ＬＥＤランプ１は、一対の互いに平行に延びるリードフレーム２，３と、一方のリードフレーム２の上端に形成されたホーン（凹陥部）２ａ内に実装されたＬＥＤチップ４と、樹脂モールドによるレンズ部５と、から構成されている。

上記ＬＥＤチップ４は、上記一方のリードフレーム２のホーン２ａ内に、例えばダイボンディングにより取り付けられる。
また、上記ＬＥＤチップ４は、その上面が他方のリードフレーム３の上端３ａに対してワイヤボンディング４ａにより接続されている。

上記レンズ部５は、上記ＬＥＤチップ４及びリードフレーム２，３の上端付近を包囲するように、透明樹脂材料によりモールド成形されている。
そして、上記レンズ部５は、ＬＥＤチップ４の光出射方向（図面にて上方）の上面５ａが半球面状に形成されている。
これにより、ＬＥＤチップ４から出射した光は、この半球面状の上面５ａにより集束され、光軸方向に向かって進むようになっている。

このような構成のＬＥＤランプ１によれば、二つのリードフレーム２，３に対して外部から給電することにより、ＬＥＤチップ４が駆動され、発光する。
ＬＥＤチップ４から出射した光の一部は、上記レンズ部５の上面５ａを通過し、その際この上面５ａの形状に基づいて光軸方向に集束される。
また、ＬＥＤチップ４から出射して上記レンズ部５の円筒状の側面５ｂに入射した光は、この側面５ｂで屈折して外部に出射する。
このようにして、ＬＥＤランプ１は、光軸方向に指向性を有する配光特性で、光を出射する。

また、高出力用途のリフレクターと組合わせたＬＥＤランプも知られている。例えば特許文献１は、プリント基板に複数個のＬＥＤチップを列状に実装したＬＥＤアレイを、多角柱状をしたベース基材の側面に搭載した光源と、リフレクターの中心軸と前記ベース基材の軸とが一致するように組み合わせ、前記ベース基材の延長部に反射・放熱体を一体的に配設したＬＥＤランプを開示している。

特開２００６−３１０５０２号公報

ところで、上述したＬＥＤランプ１においては、レンズ部５の集束作用によりＬＥＤチップ４からの集光効率を高めて、光軸方向の指向性を強くしている。このため、特に光軸上での輝度が高くなっている。
また、上述したＬＥＤランプ１に限らず、例えば所謂表面実装型パッケージ等の他のタイプのＬＥＤランプにおいても、同様にレンズ部を設けて、ＬＥＤチップから出射する光をレンズ部により集束して、光軸方向の指向性を強くしている。
そして、このようなＬＥＤランプの光軸方向の指向性は、レンズ部の形状（例えば曲率半径）を適宜に選定することにより、種々に制御され得る。

さらに、自動車用の信号灯や防犯灯あるいは表示灯等においても、光源としてＬＥＤを使用したＬＥＤランプが使用されてきている。これらのＬＥＤランプにおいても、例えば面実装型チップタイプのＬＥＤを光源として、専用設計されたレンズ部を組合せ、さらに保護用のアウターレンズを被せることにより構成されている。
ここで、これらのＬＥＤランプは、ＬＥＤチップからの直接光を利用しているものが多い。

このため、このような構成のＬＥＤランプを直接に視認する場合、信号灯，表示灯あるいは照明灯にかかわらず、光軸方向近傍からＬＥＤランプを見ると、眩しく感じることがある。
このような眩しさの許容限界については、図１０に示すような実験結果がある。 図８において、光源としてＬＥＤを使用する場合、眩しさの許容限界輝度は、色によって異なると共に、光源として白熱電球を使用した赤色灯に対して、低くなっている。

特に赤色灯について、光源として白熱電球を使用した赤色灯では、眩しさの許容限界輝度が約６５００ｃｄ／ｍ2 である。これに対して、光源としてＬＥＤを使用した赤色灯では、眩しさの許容限界輝度は、約４５００ｃｄ／ｍ2 となり、約３１％低くなっている。
即ち、同じ発光輝度の白熱電球とＬＥＤを使用する場合、ＬＥＤの発光輝度を約３１％低減しなければ、眩しさの許容限界内に収まらないことが分かる。

例えば、自動車用信号灯は、後続車に注意を促す目的で、その光軸が真っ直後方に向いている。このため、後続車の運転者は、前方車両の左右いずれかの信号灯の光軸付近に位置することになる。従って、特に赤色光を出射する信号灯の場合には、赤色の効果も加わって、特に夜間において眩しさが増大してしまう。

これに対して、特許文献１による発光ダイオードにおいては、輝度の低い光軸方向に関して、リフレクターで反射した光を反射・放熱体により反射して光軸方向に導くようにしたものであり、ＬＥＤチップから出射する光をリフレクターにて光軸方向の指向性を強くしている。この場合にはリフレクターによりＬＥＤチップに比べて大きな発光面積としているので眩しさの度合いが異なる。

本発明は、以上の点から、簡単な構成により、光軸方向の眩しさを低減するようにしたＬＥＤランプを提供することを目的としている。

上記目的は、本発明の第一の態様によれば、ＬＥＤチップと、このＬＥＤチップの光出射方向前方にて光軸上に中心軸を有するように配置されたレンズ部と、を含んでいるＬＥＤランプであって、上記レンズ部の表面の光軸付近に遮光部を備えていることを特徴とする、交通信号用ＬＥＤランプにより、達成される。

この第一の態様では、上記ＬＥＤチップから出射して上記レンズ部により集束されて照射される光のうち、最大輝度を与える光軸付近の光が上記遮光部により遮断されるので、光軸付近の最大輝度が低減される。これにより、当該ＬＥＤランプを光軸方向から直接に視認したときでも、眩しさが低減される。

本発明の第二の態様によるＬＥＤランプは、前記第一の態様によるＬＥＤランプにおいて、上記遮光部が、不透光性材料の塗装膜により構成されていることを特徴とする。
本発明の第三の態様によるＬＥＤランプは、前記第二の態様によるＬＥＤランプにおいて、上記塗装膜が黒色塗装膜であることを特徴とする。
この第二及び第三の態様では、上記ＬＥＤチップから出射して上記遮光部に入射する光が、不透光性材料の塗装膜、好ましくは黒色塗装膜によって確実に遮断される。

本発明の第四の態様は、前記第一から第三の態様によるＬＥＤランプにおいて、上記遮光部が、本ＬＥＤランプの配光特性に対応して、その光軸付近の最大輝度を所定割合だけ低減して眩しさの許容限界輝度以下とするような大きさを有しているＬＥＤランプを備えた車両用灯具である。
この第四の態様では、上記ＬＥＤチップから出射して上記遮光部に入射する光が遮断されることにより、光軸付近の最大輝度が眩しさの許容限界輝度以下に低減される。従って、当該ＬＥＤランプを光軸方向から直接に視認したときでも、眩しくなく、確実に車両用灯具の点灯を確認することができる。

以上のように、本発明によれば、簡単な構成により、光軸方向の眩しさを低減するようにした交通信号用ＬＥＤランプが提供され得ることになる。

本発明によるＬＥＤランプの第一の実施形態の構成を示す概略断面図である。 図１のＬＥＤランプを示す概略斜視図である。 図１のＬＥＤランプにおける（Ａ）遮光部のない場合の配光特性及び（Ｂ）遮光部材のある場合の配光特性を示すグラフである。 図１のＬＥＤランプにおいてレンズ部の形状を変更した場合における（Ａ）遮光部のない場合の配光特性及び（Ｂ）遮光部材のある場合の配光特性を示すグラフである。 本発明によるＬＥＤランプの第二の実施形態の構成を示す概略斜視図である。 本発明によるＬＥＤランプの第二の実施形態の構成を示す概略斜視図である。 従来のＬＥＤランプの一例の構成を示す概略斜視図である。 各色のＬＥＤと白熱電球を光源とする赤色灯における眩しさの許容限界輝度を示すグラフである。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜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。

図１及び図２は、本発明による交通信号用ＬＥＤランプの第一の実施形態の構成を示している。なお、以後の説明においても交通信号用ＬＥＤランプとは、車両用灯具用ＬＥＤランプをも含むものである。
図１及び図２において、ＬＥＤランプ１０は、縦型パッケージのＬＥＤランプ、即ち所謂砲弾型ＬＥＤランプである。
上記ＬＥＤランプ１０は、一対の互いに平行に延びるリードフレーム１１，１２と、一方のリードフレーム１１の上端に形成されたホーン１１ａ内に実装されたＬＥＤチップ１３と、樹脂モールドによるレンズ部１４と、遮光部１５と、から構成されている。

上記ＬＥＤチップ１３は、上記一方のリードフレーム１１のホーン１１ａ内に、例えばダイボンディングにより取り付けられると共に、その上面が他方のリードフレーム１２の上端１２ａに対してワイヤボンディング１３ａにより接続されている。

上記レンズ部１４は、上記ＬＥＤチップ１３及びリードフレーム１１，１２の上端付近を包囲するように、透明樹脂材料によりモールド成形されている。
そして、上記レンズ部１４は、ＬＥＤチップ１３の光出射方向（図面にて上方）の上面１４ａが半球面状に形成されている。
これにより、ＬＥＤチップ１３から出射した光は、この半球面状の上面１４ａにより集束され、光軸方向に向かって進むようになっている。

上記遮光部１５は、上記レンズ部１４の光軸付近の表面に設けられている。
そして、上記遮光部１５は、不透光性材料、例えば黒色塗料の塗装膜により構成されている。
ここで、上記遮光部１５は、上記レンズ部１４の半球面状の上面１４ａにて、当該ＬＥＤランプ１０の配光特性における光軸付近の最大輝度を所定割合だけ低減して、眩しさの許容限界輝度以下とするような大きさを有している。

例えば、ＬＥＤチップ１３が赤色ＬＥＤチップの場合に、ＬＥＤランプ１０の遮光部１５がない状態での配光特性は図３（Ａ）のようになる。尚、このような配光特性は、市販のＬＥＤチップ１３であれば、メーカーにより開示されているので、容易に入手可能である。
ここで、ＬＥＤランプ１０の最大輝度を光軸上（０度）で規格化して１．０とすると、従来の白熱電球を光源とする赤色灯と同じ配光特性を得るためには、上記最大輝度を約３１％だけ低減した約６９％とする必要がある。
従って、最大輝度を０．６９とするためには、図３（Ｂ）に示すように、光軸の周りに１１度の範囲を遮断すればよいことが分かる。
即ち、上記遮光部１５は、ＬＥＤチップ１３の光軸の周りに１１度以内の範囲で、上記レンズ部１４の上部１４ａの表面に設けられる。

本発明によるＬＥＤランプ１０は、以上のように構成されており、以下のように動作する。
即ち、二つのリードフレーム１１，１２に対して外部から給電することにより、ＬＥＤチップ１３が駆動され、発光する。
ここで、ＬＥＤチップ１３から出射して上記レンズ部１４の円筒状の側面１４ｂに入射した光は、この側面１４ｂで屈折して外部に出射する。

これに対して、ＬＥＤチップ１３から出射した光の一部は、上記レンズ部１４の上面１４ａを通過し、その際この上面１４ａの形状に基づいて光軸方向に集束される。
その際、上記上面１４ａのうち、上記遮光部１５に入射した光は、この遮光部１５により遮断されるので、光軸方向前方に向かって照射されない。

従って、図３（Ｂ）に示す配光特性でＬＥＤランプ１０から光軸方向前方に向かって光が照射される。
これにより、ＬＥＤランプ１０から出射する光のうち、最大輝度を与える光軸付近の光が、上記遮光部１５により遮断されるので、配光特性において、光軸付近の最大輝度が低減され、眩しさの許容限界輝度以下に抑制される。
かくして、当該ＬＥＤランプ１０を光軸方向から直接に視認したとき、眩しさを感じることなく、当該ランプ１０の点灯を確認することができる。

特にＬＥＤランプ１０が後続者に注意を促す目的で自動車の後端に設けられた自動車用信号灯である場合には、その光軸が真っ直後方に向いていたとしても、上記遮光部により眩しさの許容限界輝度以下に制御されている。従って、ＬＥＤランプ１０からの光が眩惑光となるようなことはない。これにより、後続車の運転者は、前方車両に設けられたＬＥＤランプ１０を光軸付近から視認したとき、眩しさを感じることなく、当該自動車用信号灯の点灯を確実に視認することができる。

次に、上述したＬＥＤランプ１０のレンズ部１４の形状を変更して、指向性を広くした場合について説明する。
ＬＥＤランプ１０の遮光部１５を設けない状態で、図４（Ａ）に示す配光特性を有しているとする。この場合、レンズ部１４の形状に基づいて、レンズ部１４を透過した光は、レンズ部１４の光学作用によって、より広い指向性を備えている。

このため、ＬＥＤランプ１０の最大輝度を光軸上（０度）で規格化して１．０とすると、従来の白熱電球を光源とする赤色灯と同じ配光特性を得るためには、上記最大輝度を約３１％だけ低減して、最大輝度を０．６９とすればよい。
従って、図４（Ｂ）に示すように、光軸の周りに２８度の範囲を遮断すればよいことが分かる。
即ち、上記遮光部１５は、ＬＥＤチップ１３の光軸の周りに２８度以内の範囲で、上記レンズ部１５の上部１５ａの表面に設けられる。

図５は、本発明によるＬＥＤランプの第二の実施形態の構成を示している。
図５において、ＬＥＤランプ２０は、交通信号用の表面実装タイプのＬＥＤランプである。
上記ＬＥＤランプ２０は、一対の金属板２１と、一方の金属板２１の上面中心付近に実装されたＬＥＤチップ２２と、凹部２５ａを備えたハウジング２５と、凹部２５ａ内に充填されたモールド部２３と、遮光部２４と、から構成されている。

上記金属板２１は、その端縁から側方に引き出された接続端子部２１ａ，２１ｂを備えている。
これらの接続端子部２１ａ，２１ｂは、実装基板（図示せず）上に実装される際に、この実装基板上に形成された接続パターン上に載置され、ハンダ付け等により電気的に接続されるようになっている。

上記モールド部２３は、表面が平坦であって、この金属板２１の上面にて上記ＬＥＤチップ２２を包囲するように、凹部２５ａ内に充填されている。また、凹部２５ａはその側面が反射面とされている。
これにより、ＬＥＤチップ２２から出射した光は、この上面２３ａを通って光軸方向に向かって進むようになっている。

上記遮光部２４は、図１に示したＬＥＤランプ１０における遮光部１５と同様に構成されている。
即ち、上記遮光部２４は、上記モールド部２３の光軸付近の表面に設けられ、不透光性材料、例えば黒色塗料の塗装膜により構成されている。
その際、上記遮光部２４は、上記モールド部２３の上面２３ａにて、当該ＬＥＤランプ２０の配光特性における光軸付近の最大輝度を所定割合だけ低減して、眩しさの許容限界輝度以下とするような大きさを有している。

このような構成のＬＥＤランプ２０によれば、図１に示したＬＥＤランプ１０と同様に作用する。

図６は、本発明によるＬＥＤランプの第三の実施形態の構成を示している。
図６において、ＬＥＤランプ３０は、レンズ一体型の表面実装タイプのＬＥＤランプである。
上記ＬＥＤランプ３０は、プリント基板３１と、このプリント基板３１の上面中心付近に実装されたＬＥＤチップ３２と、ＬＥＤチップ３２を凹部底部に備えたハウジング３５と、凹部３５ａ内に充填されたモールド部３６と、レンズ部３３と、遮光部３４と、から構成されている。
上記ＬＥＤランプ３０は、図５に示したＬＥＤランプ２０とほぼ同様の構成であり、金属板２１の代わりに基板３１を用い、レンズ部３３を備えている点で異なる構成になっている。

上記プリント基板３１は、基板上に形成された導電パターン（図示せず）を備えており、この導電パターンがＬＥＤチップ３２の実装部や配線パターンを形成され、上記プリント基板３１は、その裏面に回り込む一対の接続端子部（図示せず）を備えている。接続端子部実装基板（図示せず）上に実装される際に、この実装基板上に形成された接続パターン上に載置され、ハンダ付け等により電気的に接続されるようになっている。

このような構成のＬＥＤランプ３０によれば、図５に示したＬＥＤランプ２０と同様に作用すると共に、ＬＥＤチップ２２から出射して拡散レンズの光軸付近を透過する光は、遮光部２４により遮断される。これにより、光軸付近の最大輝度を与える光が遮断されるので、光軸方向から当該ＬＥＤランプ３０を見たときの眩しさが低減される。

上記したモールド部もしくはレンズ部の代わりに、導光レンズ４１を設けたＬＥＤランプとすることも本発明に含まれる。導光レンズとはＬＥＤチップから出射した光が、該導光レンズ内を繰り返し反射して進行した後に出射させるものをいう。ＬＥＤチップから出射して導光レンズの光軸付近を透過する光は、かかる光軸付近となる導光レンズ表面に遮光部を設けることで遮断される。これにより、光軸付近の最大輝度を与える光が遮断されるので、光軸方向から当該ＬＥＤランプを見たときの眩しさが低減される。

なお、上記した実施形態においてはＬＥＤランプの最大輝度を光軸上（０度）で規格化して、最大輝度の約３１％を照射する領域に対応する領域に遮光部を設けたが、２０％から４０％の範囲ならば、眩しさを抑えることができる。これよりも小さいと眩しさは緩和されるものの、まだ眩しく感じる大きさであり、また、これよりも大きいと遮光量が増えて効率が低下するからである。

上述した実施形態においては、上記遮光部１５，２４は、不透光性材料、例えば黒色塗料の塗装膜により構成されているが、これに限らず、光を遮断することができれば、他の材料から構成されていてもよく、また設置方法も塗装に限らず、貼着，接着や蒸着、メッキ等の任意の方法を利用することが可能である。

また、上述した実施形態においては、ＬＥＤランプ１０，２０，３０，４０は、縦型パッケージまたは表面実装型パッケージとして構成されているが、これに限らず、他の型式のパッケージであっても、ＬＥＤチップの光軸上にレンズを備えたＬＥＤランプであれば、本発明を適用することができる。

さらに、上述した実施形態においては、ＬＥＤランプ５０は、導光レンズ付きの自動車用前照灯として構成されているが、これに限らず、レンズ付きであれば、補助前照灯，信号灯を含む各種車両用灯具に、さらにはこれらの車両用灯具のみでなく、車両の運転者が視認する各種の交通信号灯具に、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、簡単な構成により、光軸方向の眩しさを低減するようにした、極めて優れた交通信号用ＬＥＤランプを提供することができる。

１０，２０，３０ ＬＥＤランプ
１１，１２ リードフレーム
１１ａ ホーン
１２ａ 上端
１３ ＬＥＤチップ
１３ａ ボンディングワイヤ
１４ レンズ部
１４ａ 半球状の上面
１４ｂ 側面
１５ 遮光部
２１ プリント基板
２２ ＬＥＤチップ
２３ レンズ部
２４ 遮光部

Claims (4)

1. ＬＥＤチップと、このＬＥＤチップの光出射方向前方にて光軸上に中心軸を有するように配置されたレンズ部と、を含んでいるＬＥＤランプであって、
   上記レンズ部の表面の光軸付近に遮光部を備えていることを特徴とする、交通信号用ＬＥＤランプ。
2. 上記遮光部が、不透光性材料の塗装膜により構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 上記塗装膜が黒色塗装膜であることを特徴とする、請求項２に記載のＬＥＤランプ。
4. 上記遮光部が、本ＬＥＤランプの配光特性に対応して、その光軸付近の最大輝度を所定割合だけ低減して眩しさの許容限界輝度以下とするような大きさを有してい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ランプを備えた車両用灯具。
   

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