JP4471399B2 - LED lamp - Google Patents
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Description
本発明は、LEDランプに関するものであり、詳細には、車両用灯具などの光源として用いられるLEDランプの構成に係るものであって、前照灯(ヘッドライト)、補助前照灯(フォグライト)など従来は採用されることのなかった配光特性を有する照明用の車両用灯具などの光源として採用するに適するLEDランプの構成に係るものである。 The present invention relates to an LED lamp, and more particularly to a configuration of an LED lamp used as a light source such as a vehicular lamp, and includes a headlamp and an auxiliary headlamp. ) And the like, which relate to a configuration of an LED lamp suitable for use as a light source such as an illumination vehicular lamp having a light distribution characteristic that has not been conventionally used.
従来、LEDランプを、例えば懐中電灯など照明用灯具の光源として使用するときには、大型としたLEDチップを大型のパッケージに収納し、例えば、数十〜数百ミリアンペアの電流を印加し光量を得るものとしている。同時に、大型のパッケージとしたことにより、点灯させたときに前記LEDチップに生じる発熱を効果的に前記パッケージを経由して外部に伝導させ、大気中になどに放熱させることで、加熱による前記LEDチップの劣化、あるいは、破損を防止できるものである。(例えば、特許文献1参照)
しかしながら、LEDランプを光源とする灯具が、前照灯など車両用灯具である場合には、前方に照射される光には対向車の運転者に幻惑を生じさせないように、厳密な配光特性が関係規格などにより設定されているものであり、また、前照灯など灯具側の構成は、ほぼ全方位に均等に光束を放散させる白熱電球などを想定して形成されているものであるので、一方向に偏って光を放射するLEDランプに単純に交換したのみでは、配光特性などに満足するものが得られないと言う問題点を生じている。 However, when the lamp that uses the LED lamp as the light source is a vehicle lamp such as a headlamp, the light distribution characteristics are strictly controlled so that the light emitted in front does not cause the driver of the oncoming vehicle to be dazzled. Is set according to relevant standards, etc., and the configuration on the lamp side such as a headlight is formed assuming an incandescent bulb that radiates the light flux almost uniformly in all directions. However, simply replacing the LED lamp that emits light with a bias in one direction causes a problem that a product satisfying the light distribution characteristics cannot be obtained.
本発明は前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、基台に搭載されたLEDチップと蛍光体とを含み白色光を発光するLED発光部と、前記LED発光部からの光を所望の投影手段により照射方向に拡大投影したときにすれ違い配光形状が投影されるように形成され、前記LED発光部近くに配置されている遮蔽部材と、前記遮蔽部材とともに前記LED発光部を外気に対して密閉状態とする透明部材と、を備えることを特徴とするLEDランプを提供することで、LEDランプを光源として採用するときにも規定の配光特性が正確且つ容易に得られるものとして課題を解決するものである。 The present invention provides, as specific means for solving the above-described conventional problems, an LED light-emitting unit that includes an LED chip and a phosphor mounted on a base and emits white light, and light from the LED light-emitting unit. A shielding member disposed near the LED light emitting unit, and the LED light emitting unit together with the shielding member are formed so that a passing light distribution shape is projected when magnified in the irradiation direction by a desired projection unit. By providing an LED lamp characterized by comprising a transparent member that is in a sealed state, the specified light distribution characteristics can be obtained accurately and easily even when the LED lamp is employed as a light source. It solves the problem.
以上に説明したように本発明により、焦点を有する投影手段の前記焦点の近傍にLEDチップを配置し、該LEDチップからの光を前記投影手段により照射方向に拡大投影したときには、車両用前照灯などに適する配光特性が得られる形状に前記LEDチップの一部を覆う遮蔽部材が設けられている投影型LEDランプとしたことで、正確な特性の配光形状が、固体構造である投影型LEDランプの発光部の形状を投影レンズ、あるいは、リフレクタにより照射方向に拡大投影するという極めて簡便な手段で得られるものとなり、光源の固体化による信頼性の向上と、構成の簡素化によるコストダウンと、加えて、小型化を同時に可能とするという極めて優れた効果を奏するものである。 As described above, according to the present invention, when an LED chip is disposed in the vicinity of the focal point of a projecting unit having a focal point, and the light from the LED chip is enlarged and projected in the irradiation direction by the projecting unit, the vehicle headlamp is used. Projection-type LED lamps that are provided with a shielding member that covers a part of the LED chip in a shape that provides light distribution characteristics suitable for lamps, etc., so that the light distribution shape with accurate characteristics is a solid structure projection Can be obtained by an extremely simple means of enlarging and projecting the shape of the light emitting part of the LED lamp in the irradiation direction with a projection lens or a reflector, improving the reliability by solidifying the light source and the cost by simplifying the configuration In addition to the down effect, the present invention has an extremely excellent effect of enabling downsizing at the same time.
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図1および図2に符号1で示すものは本発明に係る投影型LEDランプ(以下、LEDランプ1と略称する。)であり、このLEDランプ1においては、LEDチップ2はベース3上にマウントが行われている。
Below, this invention is demonstrated in detail based on embodiment shown in a figure. 1 and 2 is a projection type LED lamp (hereinafter abbreviated as LED lamp 1) according to the present invention. In this
前記ベース3は、銅など熱伝導性に優れる金属部材で形成された基台部3aと、同じく金属部材で形成されるリードフレーム3bとが設けられ、前記基台部3aとリードフレーム3bとは樹脂部材など絶縁性部材で形成された絶縁層3cにより絶縁が行われている。そして、前記基台部3aにマウントが行われたLEDチップ2に対しては金線4などによりリードフレーム3bとの配線が行われ、外部からの給電により点灯が行えるものとされている。
The
ここで、前記LEDランプ1を前照灯の光源用として採用するときの必要条件について考察してみると、灯色としては白色、または、黄色の単色が規定色とされ、通常には白色が採用される場合が多いが、現実には白色を直接に発光するLEDチップ2は存在せず、白色光を得るためには蛍光体5を併用するものとしている。
Here, considering the necessary conditions when the
その第一の方法としては、青色発光のLEDチップ2と、黄色発光の蛍光体5とを組合わせるものであり、LEDチップ2からの直射光の青色光と、前記LEDチップ2からの光により励起される蛍光体5からの黄色光が混合して白色光が得られるものとなる。また、第二の方法としては、紫外発光のLEDチップ2と、赤(R)、緑(G)、青(B)三原色の発光を行う蛍光体5を組合わせるものであり、この場合にはLEDチップ2からの直射光は照射光として使用されることはなく、前記蛍光体5からの照射光をもってLEDランプ1の照射光とされるものである。
As the first method, the blue light emitting
よって、本発明においては、前記LEDチップ2と蛍光体5とを組合せたLED発光部8をもって前照灯の光源としているものとして以後の説明を行うが、例えば灯色に黄色が要求されたときなどには、LEDチップ2からの直射光のままでも光源光として採用可能となるが、この場合においても本発明は実施が可能であり、その場合には、前記白色LED発光部8をLEDチップ2に置き換えれば良い。
Therefore, in the present invention, the following description will be given on the assumption that the LED
また、前記LEDチップ2、金線4、蛍光体5などは機械的にも強度が弱く、湿度などに対する耐性も充分ではないので、透明樹脂などで形成されたレンズ状部材、あるいは、窓ガラス状部材(本発明の透明部材に対応。図示は窓ガラス状部材6の例で示す。)で覆われ、前記基台部3aとで外気に対して密閉状態とされて、上記各部位の接触による破損、湿度による劣化などを防ぐものとされている。また、レンズ状部材、あるいは、窓ガラス状部材とLED発光部8との間は、不活性ガス、シリコーンゲル(ここではシリコーンゲル9の例で示す)などで満たすことが好ましい。
Further, since the
加えて、本発明のLEDランプ1においては、遮蔽部材7を設けるものであり、この遮蔽部材7は、前記蛍光体5の一部を覆い、例えばこの蛍光体5から放射される光を投影レンズなどで照射方向に投影したときに、例えばすれ違い用の配光形状など所望する形状が得られるものする。
In addition, in the
従って、前記窓ガラス状部材6と遮蔽部材7とは何れも、蛍光体5よりも照射方向前方に存在するものとなり、窓ガラス状部材6は透明、遮蔽部材7は不透明となるので、設ける順番は何れを前方側に設置しても良く、更には、例えば前記窓ガラス状部材6の内外面を利用して、不透明塗料による塗装、あるいは、金属部材の蒸着などにより遮蔽部材7を形成するなども自在である。
Therefore, both the window glass-
また、このLEDランプ1を光源として採用する前照灯が赤外線暗視装置(ナイトビジョン)用の光源である場合には、前記窓ガラス状部材6には赤外線を通過し可視光を遮蔽する部材を用い、遮蔽部材7としては少なくとも赤外線から可視光までの光線を遮蔽する部材を用いれば良いものとなる。更に言えば、遮蔽部材7が金属部材の蒸着膜である場合、酸化による劣化なども考えられるので図2中に符号12で示すようにSiO2膜で覆い保護するものとしても良い。
Further, when the headlamp that employs the
図3に符号HBで示すものは、左側通行におけるすれ違い配光の例であり、このすれ違い配光HBにおいては、自車の中心線から右半部は、対向車の運転者に対して幻惑を生じさせないように上向き光を一切含まない配光形状とされているが、左半部は、路側帯にある標識などの読み取りを容易とするために、エルボと称されている左上がり15°に上向き光を生じる部分が設けられている。 3 is an example of passing light distribution in left-hand traffic, and in this passing light distribution HB, the right half from the center line of the own vehicle is dazzling to the driver of the oncoming vehicle. It has a light distribution shape that does not contain any upward light so that it does not occur, but the left half has a 15 ° rise to the left, called an elbow, for easy reading of signs and the like on the roadside belt. A portion for generating upward light is provided.
本発明では、前記蛍光体5の前記遮蔽部材7で覆われない部分の形状を、上記に説明したすれ違い配光HBに相似させるものであり、そして、このようにして得られた蛍光体5の形状を、図4に示すように投影レンズ10で照射方向Pに投影することで、すれ違い配光HBが得られるものとなるのである。尚、前記遮蔽部材7でLEDチップ2を覆うときには、遠方視界を確保するために正面の水平方向に最高輝度があるように前記LEDチップ2は最高輝度、もしくは、それに近い位置で覆われるものとされる。
In the present invention, the shape of the portion of the
尚、投影レンズ10で投影した後には、上下左右が反転するので、LEDランプ1としては、180°回転した状態で前照灯に取付け、この状態で投影レンズ10で投影すれば、すれ違い配光HBとしての正立像が得られるものとなる。また、前記遮蔽部材7の形状を変更することで、例えばエルボ無しの配光形状、あるいは、走行用の配光形状など自在な配光形状の形成が可能である。
In addition, after projecting with the
ここで、前記遮蔽部材7について、更なる説明を行えば、この遮蔽部材7はLEDチップ2からの光を遮蔽するものであるので、半分を覆えば光量も半分となるなどLEDチップ2からの光量に損失を生じるものである。ここで、発明者の検討の結果では、前記遮蔽部材7は少なくともLEDチップ2に対峙する側の面の処理は、投影後の配光特性の形状に与える影響が軽微であることを確認した。
Here, if the
即ち、遮蔽部材7の表面側(投影レンズ10側)は光を反射すると投影レンズ10で再投影され配光特性の形状に影響を与える恐れが高いものとなるので黒色などに着色した無反射処理は好ましいが、裏面側の場合には鏡面処理を行ってLEDチップ2からの光を反射しても、LEDチップ2の側に戻るのみであるので、蛍光体5と遮蔽部材7との境界の形状、言い換えれば配光特性の形状には実質的に影響を与えないものである。
That is, when the surface of the shielding member 7 (
そして、遮蔽部材7の裏面側で反射が行われた光は再度蛍光体5内に戻るので、図5に示すように遮蔽部材7の裏面を鏡面処理を行うと共に、蛍光体5が覆われていない方向に向かい反射光を生じる例えば鋸歯形状部7aなどとしておけばこれにより前記蛍光体5は一層に明るさが向上するものとなる。即ち、遮蔽部材7の裏面側に達する光は、照射光として回収することが可能となるのであり、発明者の試作、測定の結果では15%以上の光量増加が確認された。
And since the light reflected on the back surface side of the
また、同時に行った前記遮蔽部材7に対する発明者の検討の結果では、配光特性の形状をより正確に得るためには投影レンズ10の焦点を遮蔽部材7に合わせて投影することが好ましく、また、配光特性に明るさを得たいときには投影レンズ10の焦点をLED発光部8(灯色が黄色の場合はLEDチップ2)に合わせ投影することが好ましい。よって、LEDチップ2と遮蔽部材7とは近接していれば両者がほぼ焦点が合っている状態となり、形状と明るさの双方の面に好都合であり、両者の間隔は2mm以下とすることが好ましく、更には1mm以下とすれば一層の好結果が期待できる。
In addition, as a result of the inventors' examination on the
また、上記のように、遮蔽部材7により覆われるLED発光部8を投影レンズ10で投影する場合、投影レンズ10には1枚の平凸レンズ形状が採用されることが多いので図6に示すように、例えば青色に対する焦点fbを生じる位置と赤色に対する焦点frを生じる位置とに位置差がある、いわゆる色収差を生じるものとなる。
Further, as described above, when the LED
この場合、何れか一方の側に近づけて遮蔽部材7を設置すれば、前記すれ違い配光HBの前記遮蔽部材7の形状が投影される部分である明暗境界線HL(図3参照)の部分に着色を生じるものとなり、灯色は単色であるとする規定を満足させることができないものとなる。その解決策としては図7に示すように遮蔽板7の板厚tを、例えば、青色の焦点fbから赤色の焦点frまで至る厚みのものとし、投影された明暗境界線HL上には複数の色が存在するものとすれば、混合色は白色に近づき、特定の色を感じさせないものとすることができる。
In this case, if the shielding
あるいは、図8に示すように、薄い遮蔽部材7の少なくとも2枚を用意し、例えば、窓ガラス状部材6の表裏面を利用するなどして、1枚を青色の焦点fbの位置に設置し、他方の一枚を赤色の焦点frの位置に設置する。このようにすることで、投影されたすれ違い配光HBの明暗境界線HLにおいてはほぼ補色の関係にある青色と赤色とが混色されるものとなり、上記の厚い遮蔽部材7の例と同様に、特定の色を感じさせないものとすることができる。
Alternatively, as shown in FIG. 8, at least two
尚、前記遮蔽部材7について更に説明を行えば、前記投影レンズ10においては上記に説明した色収差(Chromatic aberration)以外にも、球面収差(Spherical aberration)、非点収差(Astigmatism)、コマ(Coma)、像面湾曲(Field curvature)、歪曲収差(Distortion)などの収差を生じ、前記LED発光部8の形状を投影するときには、これらの収差によって、形状の歪み、あるいは、焦点はずれなどを生じる。
If the shielding
従って、前記遮蔽部材7としては、例えば像面湾曲に対応させるためには、投影レンズ10の焦点面が湾曲しているのと同じ形状に湾曲させれば、中心から左右両端まで先鋭な明暗境界線HLが得られる(但し、球面収差、非点収差、コマの影響はないものとした場合)ものとなる。また、歪曲収差など形状の歪みに関与する収差については、投影された後のすれ違い配光HBが所望の形状となるように遮蔽部材7側で修正すれば良い。
Therefore, as the shielding
以上、何れの収差に対しても遮蔽部材7を厚くする、湾曲させる、変形させるなどの手段で対応が可能であるが、これらの詳細な方法については、投影レンズ10を採用するいわゆるプロジェクタ型の灯具において既に公知のことであるので、ここでのより以上の詳細な説明は省略する。
As described above, it is possible to cope with any aberration by means such as thickening, bending, or deforming the shielding
図9は、本発明に係るLEDランプ1を光源として採用した前照灯の別な実施形態を模式的に示すものであり、図4では前照灯は1つのLEDランプ1と1つの投影レンズ10とから構成されていた。しかしながら、前記遮蔽部材7を含む白色LED発光部8は形状面ではすれ違い配光HBの規格を満足させられるが、照度分布的には中心照度が不足するなど、規定を満足させられない場合がある。
FIG. 9 schematically shows another embodiment of a headlamp that employs the
ここで、本発明では極めて小面積であるLED発光部8を直接に投影するものであるので、投影レンズ10も小型のもので良いものとなり、よって、LEDランプ1と投影レンズ10との組合せを複数個用意しても充分に前照灯として要求される寸法内には保てるものとなる。
Here, in the present invention, since the LED
そこで、この実施形態では、1つの前照灯として、LEDランプ1と投影レンズ10との組合せの数を、例えば3組など、複数組を用意するものであり、このときにLEDランプ1は前の実施形態と同一のもので良いが、投影レンズ10は、拡大率が図4で使用したのと同じとした第一の投影レンズ10a、それより拡大率が小さい第二の投影レンズ10b、更に小さい第三の投影レンズ10cの3種類が用意され、全てが同一方向に投影されている。
Therefore, in this embodiment, as one headlamp, a plurality of sets such as three sets of combinations of the
図10は、上記の構成とした前照灯によるすれ違い配光HBsを示すものであり、このすれ違い配光HBsは形状的には前の実施形態で得られたすれ違い配光HB(図3参照)と同じであるが、第一の投影レンズ10aからの配光Haと、第二の投影レンズ10bからの配光Hbと、第三の投影レンズ10cからの配光Hcとが重ね合わされて形成されている。
FIG. 10 shows the passing light distribution HBs by the headlamp configured as described above, and the passing light distribution HBs is shaped to pass the passing light distribution HB obtained in the previous embodiment (see FIG. 3). The light distribution Ha from the
このようにすることで、最も拡大率の低い第三の投影レンズ10cからの配光Hcが最も明るく、その配光Hcが、すれ違い配光HBsの中心部に配置されていることで車両の正面前方が最も明るく照射されるものとなり遠方に対する視認性が向上する。そして、LEDランプ1と投影レンズ10との組合せの数、それぞれの投影レンズ10c拡大率を調整すれば規格を満足させられるものとなる。
In this way, the light distribution Hc from the
尚、一般的に言えばLEDランプ1の光量は従来の光源であるハロゲン電球、メタルハライド放電灯に比べて少ないものであるので、このように複数を組合わせて光量を増す手段はLEDランプ1を光源とする前照灯を実現する手段としては非常に有効である。
Generally speaking, the light quantity of the
また、上記説明では理解を容易とするために、ほぼ同じ形状とした配光の拡大率を変えたものを重ね合わせて最終的なすれ違い配光を得るものとしているが、これは、最終的なすれ違い配光の形状を適宜に分割したものをつなぎ合わせて形成しても良いものであり、要は最終的に規定を満足する配光形状が得られれば良いものである。 Further, in the above description, in order to facilitate understanding, it is assumed that the final light distribution is obtained by superimposing the light distribution magnification ratios that are substantially the same shape, but this is the final one. The shapes of the passing light distributions may be formed by joining them appropriately. In short, it is only necessary to finally obtain a light distribution shape that satisfies the regulations.
図11は本発明に係るLEDランプ1を使用する別な投射方法の例であり、前の投射方法である投影レンズ10に換えて、この例では、例えば回転放物面など焦点を有するリフレクタ11を用いて照射方向Pに投影し、所定の配光形状とした照射光を得るものとしている。
FIG. 11 shows an example of another projection method using the
ここで、よって、反射光により投影像を形成するリフレクタ11を用いるこの投影方法では前記LEDチップ2、蛍光体5、遮蔽部材7などをリフレクタに対峙させるものとなり、即ち、照射方向Pに対して後ろ向きに近い状態で設置されるものとなる。
Here, therefore, in this projection method using the
このときに、前記リフレクタ11は、例えば放物系の自由曲面の複数が組合わされたマルチリフレクタのものとしておけば、すれ違い配光HBを形成するときの自由度が高く、またリフレクタ11においては原則的に色収差を生じないので、高品質なすれ違い配光HBが得られやすいものとなる。また、上記投影レンズの場合と同様にLEDランプ1とリフレクタ11との組合せの複数を使用して前照灯を構成しても良いものである。
At this time, if the
1……投影型LEDランプ
2……LEDチップ
3……ベース
3a……基台部
3b……リードフレーム
3c……絶縁層
4……金線
5……蛍光体
6……窓ガラス状部材
7……遮蔽部材
7a……鋸歯形状部
8……LED発光部
9……シリコーンゲル
10……投影レンズ
11……リフレクタ
12……SiO2膜
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記LED発光部からの光を所望の投影手段により照射方向に拡大投影したときにすれ違い配光形状が投影されるように形成され、前記LED発光部近くに配置されている遮蔽部材と、
前記遮蔽部材とともに前記LED発光部を外気に対して密閉状態とする透明部材と、を備えることを特徴とするLEDランプ。 An LED light emitting unit that emits white light including an LED chip and a phosphor mounted on a base;
A shielding member which is formed so that a passing light distribution shape is projected when the light from the LED light emitting unit is enlarged and projected in an irradiation direction by a desired projection unit, and is disposed near the LED light emitting unit;
An LED lamp, comprising: a transparent member that seals the LED light-emitting portion with outside air together with the shielding member.
前記焦点が、前記遮蔽部材もしくは前記LED発光部の位置またはこれらの近傍位置であることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載のLEDランプ。 The projection means uses a projection lens having a focal point;
The LED lamp according to any one of claims 1 to 4, wherein the focal point is a position of the shielding member or the LED light emitting unit or a position in the vicinity thereof.
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