JP2019114325A - Solid light source device and electronic device utilizing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LED等の固体発光源を利用した固体光源装置に関し、特に、自動車のヘッドライト、更には、サイネージ用光源やプロジェクター等の光源として好適な固体光源装置に関する。 The present invention relates to a solid-state light source device using a solid-state light source such as an LED, and more particularly to a solid-state light source device suitable as a headlight of an automobile, and further as a light source for signage and light sources.
従来、自動車のヘッドライトの光源としては、一般的に、例えば、以下の特許文献1によれば、LED等の固体発光素子を、複数個、互いに近接した状態でマトリクス状に、高密度に配列して(3行×8列等)所望の明るさを得ると共に、これらLEDの前面にレンズなどの光学素子を配置することにより、所望の配光特性を得る電子制御による灯具が既に知られている。 Conventionally, as a light source of a headlight of an automobile, generally, for example, according to the following Patent Document 1, a plurality of solid light emitting elements such as LEDs are arrayed in a high density in the form of a matrix in a mutually close state Electronically controlled lamps have been known to obtain desired light distribution characteristics by obtaining desired brightness (for example, 3 rows by 8 columns) and arranging optical elements such as lenses on the front of these LEDs. There is.
上述した従来技術になる灯具によれば、発光源であるLEDのサイズには限界があり、また、その熱的な制約や配線抵抗の制約があることから、複数のLED間には隙間を設ける必要がある。しかしながら、この隙間は個々のLEDの結像の間に暗い線ができることにもつながり、全体として得られる光分布は、LEDの間隔が広いと不均一性を有する可能性があった。 According to the above-described prior art lamp, there is a limit to the size of the LED as the light source, and there is a thermal restriction and a restriction of the wiring resistance, so a gap is provided between the plurality of LEDs. There is a need. However, this gap also leads to the formation of dark lines during the imaging of the individual LEDs, and the overall light distribution obtained may have non-uniformity when the spacing between the LEDs is large.
また、高解像度化を図る際には、当該LEDの個数が2次元的に増加してしまい、光源のみでなく装置全体のコスト増につながるという課題もあった。 In addition, when achieving high resolution, the number of the LEDs increases in a two-dimensional manner, which causes an increase in the cost of the entire apparatus as well as the light source.
本発明は、熱的および配線抵抗等の制約を解消しつつ、かつ、LEDの結像間の暗線の発生などがなく、光分布の均一性にも優れた固体光源装置と、それを利用した電子装置を提供することを目的とする。 The present invention uses a solid-state light source device that is free from the occurrence of dark lines during image formation of LEDs while eliminating constraints such as thermal resistance and wiring resistance, and is also excellent in uniformity of light distribution. It aims at providing an electronic device.
上記の目的を達成するために、本発明によれば、まず、固体発光素子を備えた固体光源装置であって、少なくとも単数または複数の固体発光素子を1つの面に搭載した基板と、前記基板表面と平行な面の所定の領域内において、人間の目の時間分解能内の所定の時間内で、前記基板上の固体発光素子の位置が、前記面内において異なる位置に移動した後に元の位置に戻る運動を繰り返す運動を、前記基板に対して付与する運動機構とを備えている固体光源装置が提供される。なお、本発明の固体光源装置は、例えば、車両のヘッドランプや車両用の映像投射装置、更には、ヘッドアップディスプレイやプロジェクターの光源等に広く利用することができる。 In order to achieve the above object, according to the present invention, first, a solid-state light source device provided with a solid-state light-emitting element, wherein at least one or more solid-state light-emitting elements are mounted on one surface; Within a given area of a plane parallel to the surface, within a given time within the time resolution of the human eye, the position of the solid state light emitting element on the substrate is moved to a different position in the plane after being moved to the original position. There is provided a solid state light source device comprising a motion mechanism for applying a motion to repeat the motion back to the substrate with respect to the substrate. The solid-state light source device of the present invention can be widely used, for example, as a headlamp of a vehicle, an image projection device for a vehicle, a head-up display, a light source of a projector, and the like.
本発明によれば、従来技術における熱的および配線抵抗等の制約を解消しつつ、かつ、LEDの結像間の暗線の発生などがなく、光分布の均一性にも優れた固体光源装置と、それを利用した電子装置を提供することを可能にするという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, there is provided a solid-state light source device excellent in uniformity of light distribution while eliminating constraints such as thermal resistance and wiring resistance in the prior art, and without occurrence of dark lines during image formation of LEDs. Exerts an excellent effect of making it possible to provide an electronic device using it.
以下、本発明の一実施の形態に係る固体光源装置とそれを利用した電子装置について、添付の図面を参照しながら、詳細に説明するが、その前に、本発明の一実施の形態に係る固体光源装置の原理について説明する。 Hereinafter, a solid-state light source device according to an embodiment of the present invention and an electronic device using the same will be described in detail with reference to the attached drawings, but before that, according to an embodiment of the present invention The principle of the solid state light source device will be described.
<本発明の固体光源装置の原理>
まず、図1には、本発明の一実施の形態に係る固体光源装置の原理が示されており、この図からも明らかなように、例えば、単数または複数の外形が矩形の発光素子11(本例では、4個)を並べ、これらの素子を発光させた状態で、光の射出面に平行な面上の所定の領域内で移動した場合を考える。すなわち、図1(A)に示す状態から(t1時)、図1(B)に矢印で示すように、下方に移動し(t2時)、更に、図1(C)に矢印で示すように、下方に移動し(t3時)、その後、再び、図1(D)に示すように、上記図1(A)の状態に戻る(t4=t1時)。かかる移動を、単数または複数の発光素子11が、人の目の時間分解能である約50ms〜100ms以下の時間で繰り返すことによれば、上記の例では、人の目には、全体で4×3=12個の素子が同時に点灯しているように知覚されることとなる。
<Principle of solid light source device of the present invention>
First, FIG. 1 shows the principle of a solid-state light source device according to an embodiment of the present invention, and as is apparent from this figure, for example, a
すなわち、LEDである発光素子11を、運動機構により、上述したような直線運動を含む移動(揺動)をさせることによれば、発光素子11の数、すなわち、画素数を疑似的に増加させることができる。そこで、本発明では、上記の原理に基づいて固体光源装置を構成するものである。
That is, by causing the
<発光素子の配列の一例>
図2は、本発明の一実施の形態に係る固体光源装置の発光素子基板10を示しており、発光素子基板10上における発光素子11の配列の一例を示している。
<Example of arrangement of light emitting elements>
FIG. 2 shows the light
図2において、外形矩形状の発光素子基板10上には、外形が正方形の複数(本例では、4×3=12個)のLEDからなる発光素子11が、互いに隣接して、但し、その間に素子1個分の隙間を空けて(LEDのサイズと同じピッチ(d)で)、縦方向および横方向に配置されている(t1時:図2(A)を参照)。そして、これらの発光素子11は、以下に述べる直線運動機構により、人の目の時間分解能である約50ms〜100ms以下の周期で、横(右)方向へ(t2時:図2(B)を参照)、縦(下)方向へ(t3時:図2(C)を参照)、そして、横(左)方向へ(t4時:図2(D)を参照)、順次、直線運動(揺動)を繰り返している。
In FIG. 2, on the rectangular light
すなわち、LEDである発光素子11の上述のような直線運動(揺動)によれば、発光素子の数、すなわち、画素数を、疑似的に、4×3=12個から8×6=48個に増加させることが可能となる。
That is, according to the above-described linear movement (rocking) of the
また、上記からも明らかなように、4×3=12個の発光素子11は、発光素子基板10上において、互いに同じ幅だけ間隔(d)をおいて、互いに密着することなく配置することが可能であることから、従来技術において課題であった、熱的な問題や配線抵抗等の制約を解消することが可能となる。特に、固体光源装置を、以下にも述べる自動車のヘッドライトとして利用する場合、高光出力の光源が必要とされるが、その場合においても、高光出力の発光素子を、互いに密接することなく、離散的に配置することにより、その放熱性を十分に確保することができる。また、LEDを移動させることで、発光素子であるLED間の隙間でも発光を可能にし、配光の不均一性を改善すると共に、少ない数のLED画素により光源を構成することで、装置のコストダウンおよび回路の簡素化が可能となる。
Further, as is apparent from the above, 4 × 3 = 12
<直線運動機構>
続いて、上記の発光素子基板10に直線運動を与えて発光素子11に上述した直線運動(揺動)をもたらすための機構である、いわゆる、直線運動機構20の一例を、図3および図4に示す。
<Linear motion mechanism>
Subsequently, an example of a so-called
図3は、上述した発光素子基板10をその裏側からみた斜視図であり、図からも明らかなように、発光素子基板10の裏面の略中央部には、正方形の枠21が形成されており、その枠21の内部には、略三角形状のカム22が回転可能に挿入されて配置されている。なお、カム22は、例えば、モータ23の回転軸24により回転駆動される。かかる構造の直線運動機構20によれば、図4(A)〜(D)からも明らかなように、モータ23の回転運動を、上記枠21やカム22を含むカム機構を介して、上述した四角運動(正方形軌跡)に変換することが可能となり、もって、前記のような発光素子(LED)11の動き(図のd(=素子間の間隔)を参照)を実現することができる。
FIG. 3 is a perspective view of the above-described light
続いて、図5(A)および(B)には、本発明の一実施の形態に係る固体光源装置100を車両用のヘッドランプとして組み込んだ場合の断面図を示しており、図5(A)の例では、固体光源装置100からの光は投射レンズ30を介して、図5(B)の例では、固体光源装置100からの光を、一旦、曲面(例えば、放物面)反射鏡40を介して車両の前方に投光する。なお、固体光源装置100は、その発光素子11と共に、発光素子11に直線運動(揺動)をもたらす直線運動機構20を制御するための制御装置50に接続されている。
Subsequently, FIGS. 5A and 5B show cross-sectional views in the case where the solid-state
更に、上述したヘッドランプを、自動車200の2つのヘッドライト201に適用した例を図6に示す。なお、この例では、横方向に2個、縦方向に4個(2×4=8個)のLED画素である発光素子11を、発光素子基板10上に、上記と同様、1つ置きに並べて発光素子基板10とし、上述した直線運動機構20によって直線運動(揺動)を発生した。その結果、左右のヘッドライト201からは、それぞれ、横4個×縦8個=32個の画素数が疑似的に得られ、また、隣接する画素の間に暗い線ができることもなく、全体として均一な光分布特性を有する良好な照明光が得られた。
Furthermore, an example in which the above-described headlamp is applied to two
<発光素子の配列や運動機構の他の例>
上記の例では、特に、自動車のヘッドライトとして利用する高光出力の光源として、図2にも示したように、発光素子11を横方向と縦方向に並べた例を示したが、しかしながら、本発明はそれにのみ限定されるものではなく、発光素子を以下に述べるように配列することによっても、上記と同様の効果が得られる。
<Other examples of arrangement of light emitting elements and movement mechanism>
In the above example, in particular, as the light source of high light output used as a headlight of a car, as shown also in FIG. 2, an example is shown in which the
まず、既に、図1(A)〜(D)にも示したように、発光素子11を、横方向にのみ離散的に配置し、これらの発光素子11を縦方向(すなわち、発光素子の配列方向に直交する方向)に、順次、移動する。これによっても、4個の発光素子により、4×3=12個の発光素子を縦横に配置した場合と同様の出力光が得られる。
First, as already shown in FIGS. 1A to 1D, the
また、図7(A)〜(D)に示す発光素子の配列の例では、発光素子11を、横方向にのみ、互いに密接して配置し、これらの発光素子11を縦方向(すなわち、発光素子の配列方向に直交する方向)に、順次、移動する。これによっても、本例では、8個の発光素子により、8×3=24個の発光素子を縦横に配置した場合と同様の出力光が得られることとなる。
Further, in the example of the arrangement of the light emitting elements shown in FIGS. 7A to 7D, the
更に、図8(A)〜(D)に示す発光素子の配列の例では、発光素子11を、横方向において、互いに上下に隔離しながら、いわゆる、千鳥状に配置し、これらの発光素子11を縦方向(すなわち、発光素子の配列方向に直交する方向)に、順次、移動する。これによっても、上記と同様に、8個の発光素子により、8×3=24個の発光素子を縦横に配置した場合と同様の出力光が得られることとなる。
Furthermore, in the example of the arrangement of the light emitting elements shown in FIGS. 8A to 8D, the
加えて、図9に示す発光素子の配列の例では、発光素子基板10上に複数(本例では、6個)の発光素子11を配置し、発光素子基板10を矢印で示すように縦方向(すなわち、発光素子11の配列方向に直交する方向)に移動すると共に、これら発光素子11の発光面の前方には、いわゆる、シリンドリカルレンズ80を配置したものである。このような発光素子の配列をもつ固体光源装置100によれば、図10(A)〜(D)からも明らかなように、発光素子11の縦方向の移動に伴って、発光面の前方のシリンドリカルレンズ80の働きにより、LEDの直線運動機構による上下の搖動を小さくしつつ、LED発光点の面積を確保することもできる。言い換えれば、LEDの移動方向に対して曲率を持つシリンドリカルレンズ80を配置することで、実際の移動距離以上にLED発光面を拡大して投映することが可能となる。
In addition, in the example of the arrangement of the light emitting elements shown in FIG. 9, a plurality of (six in this example)
続いて、上記の発光素子基板10に直線運動を与えて発光素子11に上述した直線運動(揺動)をもたらすための機構である、直線運動機構20の他の例について、図11および図12に示す。
Subsequently, another example of the
図11に示す直線運動機構20’は、上記の図3や図4に示したカム機構に代えて、印加される電圧により伸縮する積層の圧電素子25を採用したものである。より具体的には、方形の枠27内に、その表面に発光素子11を配置した発光素子基板10の隣接する2つの辺に圧電素子25を取り付けると共に、残りの2つの辺には、いわゆる、コイルバネ26を取り付けたものである。かかる構成において、上記圧電素子25に、順次、電圧を印加することにより、上記発光素子基板10に対して上記と同様の直線運動(揺動)を付与することができる。
The linear motion mechanism 20 'shown in FIG. 11 employs a laminated
また、図12に示す直線運動機構20”では、上述したカム機構や圧電素子に代えて、電磁コイル28を利用することにより、所望の直線運動(揺動)を得るものである。なお、この例でも、図のX軸駆動回路29やY軸駆動回路29’により、順次、電磁コイル28に電流を流すことにより、上記と同様の直線運動(揺動)を付与することができる。
Further, in the
なお、上記に示した直線運動機構20’、20”では、いずれも、発光素子基板10を、その表面上に配置された発光素子11に対して平行および垂直な方向に移動可能な構造を示したが、しかしながら、発光素子基板10の表面上に配置される発光素子11によっては、1つの方向にのみ移動すれば足りる場合には、適宜、その駆動素子の数や配置などを変更すればよいことは、当業者であれば当然であろう。
Each of the
<その他の応用例>
なお、上記の実施の形態では、固体光源装置を、主に、車両のヘッドランプ等の光源として採用した例について述べたが、その他の表示デバイスの光源として利用した代表的な一例として、HUDおよび超小型プロジェクターに搭載した例を以下に示す。
<Other application examples>
In the above embodiment, an example in which the solid-state light source device is mainly adopted as a light source such as a headlamp of a vehicle is described, but HUD and HUD are representative examples used as light sources of other display devices. An example mounted on a very small projector is shown below.
図13(A)は、上述した本実施の形態の光源装置である固体光源装置100をHUDに適応した例を示している。なお、この図において、ヘッドアップディスプレイ装置300では、プロジェクターやLCD(Liquid Crystal Display)などからなる映像表示装置310に表示された映像を、ミラー320やその他のミラー330(例えば、自由曲面ミラーや光軸非対称の形状を有するミラー等)により反射させて、自動車200のウィンドシールド210に投射する。一方、運転者Dは、ウィンドシールド210に投射された映像を見ることで、透明のウィンドシールド210を通してその前方に虚像として上記映像を視認する。
FIG. 13A shows an example in which the solid-state
図13(B)は、上記ヘッドアップディスプレイ装置300、特に、その映像表示装置310の内部構成の一例を示している。この図からも明らかなように、映像表示装置310がプロジェクターである場合を示しており、映像表示装置310は、例えば、光源311、照明光学系312、および表示素子313などの各部を有する。なお、光源311として、上述した本発明の光源装置である固体光源装置100を採用することによれば、高い光出力を有し、かつ、配光が均一な、投射用に良好な照明光を発生することが可能となる。
FIG. 13B shows an example of the internal configuration of the head-up
なお、上記の映像表示装置310から射出した光は、更に、表示距離調整機構400やミラー駆動部500を介して自動車200のウィンドシールド210に投射されることは、当業者であれば明らかであろう。
It is obvious for those skilled in the art that the light emitted from the above-described
図14は、上述した本発明の固体光源装置100をプロジェクターに適応した例を示している。図からも明らかなように、プロジェクターは、符号G1〜G3で示す複数枚のレンズ群と、符号M13で示す1枚のミラーから構成されている。なお、図には、投射光を実線と破線の矢印で示す。
FIG. 14 shows an example in which the above-described solid-state
また、図中には、プリズム光学素子の対向面には、光源P0と映像表示素子P1(反射型映像表示素子)が配置されており、そこで、光源P0として上述した本発明の固体光源装置100を採用することによれば、高い光出力を有し、かつ、配光が均一な、良好な照明光を発生することが可能となる。
Further, in the figure, the light source P0 and the image display element P1 (reflection type image display element) are disposed on the opposing surface of the prismatic optical element, where the solid-state
以上に詳細に述べたように、本発明の一実施の形態に係る固体光源装置100を、表示デバイスの照明用光源として利用することによれば、高出力で光分布の均一性に優れた画像を実現することが可能となる。
As described above in detail, when the solid-state
以上、本発明の種々の実施の形態に係る画像表示デバイスを備えた電子装置に用いるのに適した面状の光源装置について述べた。しかしながら、本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In the above, the planar light source device suitable for using for the electronic device provided with the image display device which concerns on various embodiment of this invention was described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various modifications. For example, the above-described embodiment describes the entire system in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to one having all the described configurations. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. . In addition, with respect to a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, and replace other configurations.
10…発光素子基板、11…発光素子(LED)、20…直線運動機構、21…枠、22…カム、23…モータ、24…回転軸、100…固体光源装置。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
少なくとも単数または複数の固体発光素子を1つの面に搭載した基板と、
前記基板表面と平行な面の所定の領域内において、人間の目の時間分解能内の所定の時間内で、前記基板上の固体発光素子の位置が、前記面内において異なる位置に移動した後に元の位置に戻る運動を繰り返す運動を、前記基板に対して付与する運動機構と、
を備えている、固体光源装置。 A solid-state light source device comprising a solid-state light emitting element, comprising
A substrate on which at least one or more solid state light emitting devices are mounted on one side;
Within a predetermined region of a plane parallel to the substrate surface, the position of the solid light emitting element on the substrate is moved to a different position within the plane within a predetermined time within the time resolution of human eyes. A motion mechanism that applies motion to the substrate to repeat motion to return to the position of
A solid-state light source device provided.
前記固体発光素子は、複数個であり、互いに、少なくとも前記固体発光素子の1個の幅の隙間を空けて、前記基板の前記1つの面上に配置されている、固体光源装置。 In the solid-state light source device according to claim 1,
The solid-state light source device is a plurality of solid-state light-emitting elements, which are arranged on the one surface of the substrate with a gap of at least one width of the solid-state light-emitting elements.
前記固体発光素子は、少なくとも4個またはそれ以上であり、前記固体発光素子の各々は、前記基板の前記1つの面に沿う第一の方向と、前記第一の方向に直交する第二の方向において、互いに、前記固体発光素子の1個の幅の隙間を空けて配置されており、
前記運動機構は、前記基板を、前記第一の方向および前記第二の方向において運動を付与するように構成されている、固体光源装置。 In the solid-state light source device according to claim 2,
The solid light emitting devices are at least four or more, and each of the solid light emitting devices has a first direction along the one surface of the substrate and a second direction orthogonal to the first direction. And the solid light emitting devices are spaced apart from each other by one width.
The solid-state light source device, wherein the movement mechanism is configured to provide movement of the substrate in the first direction and the second direction.
前記固体発光素子は、複数個であり、前記基板の前記1つの面に沿った第一の方向において、互いに隣接して配置されており、
前記運動機構は、前記基板を、前記第一の方向に直交する第二の方向に前記運動を付与する、固体光源装置。 In the solid-state light source device according to claim 1,
The plurality of solid state light emitting devices are arranged adjacent to each other in a first direction along the one surface of the substrate,
The motion mechanism is a solid state light source device, which applies the motion in a second direction orthogonal to the first direction.
前記電子装置は、車両のヘッドランプである、電子装置。 In the electronic device according to claim 5,
The electronic device is a headlamp of a vehicle.
前記電子装置は、車両用の映像投射装置である、電子装置。 In the electronic device according to claim 5,
The electronic device is an image projection device for a vehicle.
前記電子装置は、ヘッドアップディスプレイである、電子装置。 In the electronic device according to claim 5,
The electronic device is a head-up display.
前記電子装置は、プロジェクターである、電子装置。 In the electronic device according to claim 5,
The electronic device is a projector.
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