JP4683199B2 - Ｌｅｄランプ - Google Patents

Description

本発明は、光源としてＬＥＤ素子を使用したヘッドランプ等の車両用灯具を含むＬＥＤランプに関するものである。

従来、光源としてＬＥＤ素子を使用したＬＥＤヘッドランプは、例えば図６に示すように構成されている。
即ち、図６において、ＬＥＤヘッドランプ１は、前面が開放した樹脂製の筐体２と、この筐体２内に設けられた複数個のＬＥＤラップユニット３と、筐体２の前面を覆うように筐体２に取り付けられた透光性樹脂材料から成る前面レンズ４と、から構成されている。
上記各ＬＥＤランプユニット３は、それぞれ少なくとも一つのＬＥＤ素子を含んでおり、前方に向かって光を出射するように、ランプユニット支持体３ａにより筐体２の内側に支持されている。

このような構成のＬＥＤヘッドランプ１によれば、各ＬＥＤランプユニット３に対して外部から給電することにより、各ＬＥＤランプユニット３のＬＥＤ素子が駆動され、発光する。そして、各ＬＥＤランプユニット３から出射した光が、上記前面レンズ４を介して前方に向かって照射される。

このようなＬＥＤヘッドランプ１においては、個々のＬＥＤ素子の発光に伴って熱が発生する。
ところで、ＬＥＤ素子は一般的に温度に対して負の特性を有している。即ち温度が上昇するに従って発光効率が低減することが知られている。
従って、ＬＥＤヘッドランプにおいては、筐体２及び前面レンズ４が熱伝導性の低い樹脂製であることから、特に各ＬＥＤ素子の発熱に対する対策が重要である。

これに対して、特許文献１においては、筐体内温度を検出して、この筐体内温度に基づいて、ＬＥＤ素子に供給する駆動電流を制御することにより、温度上昇時には各ＬＥＤ素子の発熱量を抑制するようにした、車両用灯具が開示されている。
また、特許文献２には、各ＬＥＤをそれぞれ熱容量の大きな金属製支持部材上に支持して、各ＬＥＤで発生する熱を金属製支持部材に伝導させて、各ＬＥＤの放熱を行なうようにした、車両用前照灯が開示されている。

さらに、特許文献３には、各ＬＥＤをそれぞれ熱伝導支持部材上に支持すると共に、この熱伝導支持部材を外部の熱放出部材に熱的に接続して、各ＬＥＤで発生する熱を熱伝導支持部材から外部の熱放出部材に伝導させて、各ＬＥＤの放熱を行なうようにした、自動車用ＬＥＤランプが開示されている。
さらにまた、特許文献４には、各ＬＥＤをヒートパイプの一端付近に支持すると共に、このヒートパイプの他端を筐体外部に配置することにより、各ＬＥＤで発生する熱をヒートパイプを介して筐体外部に放出するようにした、車両用灯具が開示されている。
特開２００４−２７６７３８号 特開２００４−３１１２２４号 特開２００４−００６２９７号 特開２００４−１２７７８２号

ところで、これらの特許文献１から４による技術においては、いずれも各ＬＥＤで発生する熱を筐体内または筐体外に伝導させることによって、筐体内部全体の温度を低下させるように構成されている。
しかしながら、例えば図６に示したＬＥＤヘッドランプ１において、筐体２内にて、特に上下にずれて配置された複数個のＬＥＤランプユニット３を備えている場合に、各ＬＥＤランプユニット３の個々のＬＥＤ素子から発生する熱が、所謂対流によって上昇し、上方ほど高温になることが知られている。
このため、筐体２内において、上下方向における温度分布が存在することになり、各ＬＥＤランプユニットのＬＥＤ素子の温度が異なることから、各ＬＥＤ素子の発光効率にバラツキが発生して、輝度ムラが生じてしまう。
そして、このような温度分布を改善するような対策は、まだ実現されていない。

また、上述した温度分布を改善するために、筐体２を高熱伝導性材料から構成することも可能であるが、筐体２自体が比較的大きいことから、コストが大幅に高くなってしまう。
さらに、筐体２内にファンを組み込むことにより、強制的に空気循環を行なわせて、筐体２内の温度をほぼ均一にすることも可能であるが、ファンのための電源ラインの引き込み及びファンの収容スペースを確保することが必要であり、同様にしてコストが高くなってしまうと共に、ファンの信頼性の問題もあって、実用化は困難である。

本発明は、以上の点から、上下にずれて配置された複数個のＬＥＤランプユニットを含む場合でも、筐体内の温度分布を改善するようにした、ＬＥＤランプを提供することを目的としている。

上記目的は、本発明の第一の構成によれば、前方が開放した筺体と、この筺体内で前方に向かって光を照射するように上下にずれて配置されたそれぞれ少なくとも一つのＬＥＤ素子を有する複数個のＬＥＤランプユニットと、上記筺体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズと、を含んでいるＬＥＤランプにおいて、上記筐体内で上記ＬＥＤランプユニットの上方に配置される上方熱伝導部材と前記上方熱伝導部材よりも熱放射が多くなるように設けられ上記ＬＥＤランプユニットの下方に上記上方熱伝導部材とで上記ＬＥＤランプユニット全体を上下から包囲するように配置される下方熱伝導部材から成る熱伝導部材と、これら上方熱伝導部材及び下方の熱伝導部材を互いに熱的に接続する高熱伝導材料から成る連結部材と、を備え、上記上方熱伝導部材に熱放射率を低減させるような表面処理と上記下方熱伝導部材に熱放射率を上昇させるような表面処理のいずれかもしくは両方が設けられていることを特徴とする、ＬＥＤランプにより、達成される。

上記目的は、本発明の第二の構成によれば、前方が開放した筐体と、この筐体内で前方に向かって光を照射するように上下にずれて配置されたそれぞれ少なくとも一つのＬＥD 素子を有する複数個のＬＥＤランプユニットと、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料からなる前面レンズと、を含んでいる車両用のＬＥＤランプにおいて、上記筐体内で上記ＬＥＤランプユニットの上方に配置される上方熱伝導部材と前記情報熱伝導部材よりも熱放射が多くなるように設けられ上記ＬＥＤランプユニットの下方に上記上方熱伝導部材とで上記ＬＥＤランプユニット全体を上下から包囲するように配置される下方熱伝導部材から成る熱伝導部材と、これら上方熱伝導部材及び下方の熱伝導部材を互いに熱的に接続する高熱伝導材料からなる連結部材と、を備え、上記上方熱伝導部材に熱放射率を低減させるような表面処理と上記下方熱伝導部材に熱放射率を上昇させるような表面処理のいずれかもしくは両方が設けられていることを特徴とする、車両用のＬＥＤランプにより、達成される。

本発明によるＬＥＤランプは、好ましくは、上記連結部材が、ＬＥＤランプユニットを筐体に対して支持する支持部材と熱的に連結されている。

本発明によるＬＥＤランプは、好ましくは、上記連結部材が、上記支持部材と一体に構成されている。

本発明によるＬＥＤランプは、好ましくは、上記高熱伝導性材料が、アルミニウムである。

本発明によるＬＥＤランプは、好ましくは、上記上方及び下方の熱伝導部材が、板状に形成されている。

本発明によるＬＥＤランプは、好ましくは、上記上方及び下方の熱伝導部材が、骨組状に形成されている。

本発明によるＬＥＤランプは、好ましくは、上記上方及び下方の熱伝導部材が、互いに異なるように表面処理されている。

本発明によるＬＥＤランプは、好ましくは、上記上方の熱伝導部材が、熱放射率を低減させるように表面処理されると共に、上記下方の熱伝導部材が、熱放射率を増大させるよう表面処理されている。

本発明によるＬＥＤランプは、好ましくは、上記上方の熱伝導部材が、鏡面処理されると共に、上記下方の熱伝導部材が、アルマイト処理されている。

本発明によるＬＥＤランプは、好ましくは、上記上方及び下方の熱伝導部材と連結部材のうち、少なくとも何れかの一部が、筐体の外部にまで延びている。

上記構成によれば、各ＬＥＤランプユニットのＬＥＤ素子に対して外部から給電することにより、個々のＬＥＤ素子が駆動され、発光する。そして、各ＬＥＤランプユニットから出射した光が、上記前面レンズを介して前方に向かって照射される。
この場合、各ＬＥＤランプユニットのＬＥＤ素子で発生した熱は、対流によって上昇し、上方の熱伝導部材に伝達され、この上方の熱伝導部材から連結部材を介して下方の熱伝導部材に伝達される。その際、上方及び下方の熱伝導部材と連結部材が高熱伝導性材料、好ましくはアルミニウムにより構成されていることにより、熱が効率良く伝達され得る。

そして、下方の熱伝導部材から筐体内に放熱されることにより、筐体内の熱循環が促進されるので、上下の温度差が低減されて、筐体内の温度分布が改善されることになる。
従って、各ＬＥＤランプユニットにおける個々のＬＥＤの温度差が小さくされることによって、外部への放熱対策を行なった場合に、個々のＬＥＤの発光条件がほぼ統一され、発光効率がほぼ等しくなるので、輝度ムラの発生が抑制され得ることになる。

上記連結部材が、ＬＥＤランプユニットを筐体に対して支持する支持部材と熱的に連結されている場合には、上記連結部材が、既存のＬＥＤランプで使用されている支持部材を利用して、筐体に対して支持されるので、部品点数が少なくて済むと共に、熱が連結部材から支持部材を介して外部に放出されることになり、ＬＥＤランプ全体の放熱性が改善され得る。

上記連結部材が、上記支持部材と一体に構成されている場合には、既存のＬＥＤランプで使用されている支持部材に対して一体に構成することにより、部品点数が少なくて済むと共に、組立コストの増大が抑制され得ることになる。

上記上方及び下方の熱伝導部材が、板状に形成されている場合には、各ＬＥＤユニットの個々のＬＥＤで発生する熱が確実に熱伝導部材を介して下方に移動され得る。

上記上方及び下方の熱伝導部材が、骨組状に形成されている場合には、板状に構成されている場合と比較して、材料の必要量が低減され、低コストで、しかも軽量に構成され得ることになる。

上記上方及び下方の熱伝導部材が、互いに異なるように表面処理されている場合には、上方の熱伝導部材が例えば熱放射が少なくなるように、また下方の熱伝導部材が例えば熱放射が多くなるように、それぞれ最適に構成され得ることになる。

上記上方の熱伝導部材が、熱放射率を低減させるように表面処理、好ましくは鏡面処理されると共に、上記下方の熱伝導部材が、熱放射率を増大させるよう表面処理、好ましくはアルマイト処理されている場合には、上方の熱伝導部材が、各ＬＥＤランプユニットの個々のＬＥＤで発生して上昇する熱を効果的に受け取って、連結部材に伝達し得ると共に、下方の熱伝導部材が、連結部材を介して伝達される熱を効果的に放熱することができる。

上記上方及び下方の熱伝導部材と連結部材のうち、少なくとも何れかの一部が、筐体の外部にまで延びている場合には、上方の熱伝導部材から連結部材を介して下方の熱伝導部材まで伝達される熱の一部が、その筐体の外部まで延びている部分から外部に放熱され得ることになり、筐体内の熱が外部に放熱されることによって、筐体内の温度上昇が抑制され得ることになる。

このようにして、本発明によれば、上下にずれて配置された複数のＬＥＤランプユニットを有するＬＥＤランプ、例えば自動車用ＬＥＤヘッドランプ等の車両用のＬＥＤランプにおいて、上方の熱伝導部材から連結部材を介して下方の熱伝導部材まで熱が移動されることにより、筐体内で発生する熱対流による温度分布が抑制され、筐体内の上下の温度差が低減され得ることになる。従って、各ＬＥＤランプユニットの個々のＬＥＤ素子の発光効率が均一化され、輝度ムラの発生が抑制され得ることになる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図５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及び図２は、本発明によるＬＥＤランプの一実施形態の構成を示している。
図１及び図２において、ＬＥＤランプ１０は、自動車用のＬＥＤヘッドランプであって、前面が開放した樹脂製の筐体１１と、この筐体１１内に設けられた複数個のＬＥＤラップユニット１２と、筐体１１の前面を覆うように筐体１１に取り付けられた透光性樹脂材料から成る前面レンズ１３と、上方の熱伝導部材１４，下方の熱伝導部材１５及び連結部材１６と、から構成されている。

各ＬＥＤランプユニット１２は、それぞれ少なくとも一つのＬＥＤ素子（図示せず）を含んでおり、前方に向かって光を出射するように、ランプユニット支持体１２ａにより筐体１１の内側に支持されている。
ここで、各ＬＥＤランプユニット１２は、図２に示すように、筐体１１内にて、上下方向に二段，横方向に三列に、計６個配置されており、上段及び下段のＬＥＤランプユニット１２がそれぞれ横方向に延びる二つのランプユニット支持体１２ａにより支持されている。

以上の構成は、図６に示した従来のＬＥＤランプ１と同様の構成であるが、本発明実施形態によるＬＥＤランプ１０においては、さらに前述した上方の熱伝導部材１４，下方の熱伝導部材１５及び連結部材１６を含んでいる。
ここで、上記上方の熱伝導部材１４及び下方の熱伝導部材１５は、それぞれ高熱伝導性材料、例えばアルミニウムにより板状に構成されている。
尚、上記上方の熱伝導部材１４及び下方の熱伝導部材１５は、板状ではなく、例えば骨組状に構成されていてもよい。

そして、上記上方の熱伝導部材１４及び下方の熱伝導部材１５は、それぞれ上段のＬＥＤランプユニット１２の上方そして下段のＬＥＤランプユニット１２の下方に配置されていて、これによりＬＥＤランプユニット１２全体を上下から包囲するようになっている。

さらに、上記上方の熱伝導部材１４は、その表面が、熱放熱率を低減させるように、表面処理、例えば鏡面処理されている。
これに対して、上記下方の熱伝導部材１５は、その表面が、熱放射率を増大させるように、表面処理、例えばアルマイト処理されている。

また、上記連結部材１６は、同様に高熱伝導性材料、例えばアルミニウムにより板状に構成されており、上記上方及び下方の熱伝導部材１４，１５に対して熱的に接続されていると共に、前記ランプユニット支持体１２ａに対して一体的に取り付けられている。

本発明実施形態によるＬＥＤランプ１０は、以上のように構成されており、各ＬＥＤランプユニット１２に対して外部から給電することにより、各ＬＥＤランプユニット１２の個々のＬＥＤ素子が駆動され、発光する。
そして、各ＬＥＤランプユニット１２から出射した光が、上記前面レンズ１３を介して前方に向かって照射される。

この場合、各ＬＥＤランプユニット１２の個々のＬＥＤ素子で発生した熱は、図３に示すように、筐体１１内にて周囲の空気を加熱して、所謂熱対流により上昇し、上方の熱伝導部材１４を加熱することにより、上方の熱伝導部材１４に伝達される。
そして、熱は、熱伝導によって温度の低い方に移動する。即ち上方の熱伝導部材１４から連結部材１６を介して下方の熱伝導部材１５に伝達されることになる。

これにより、熱は、下方の熱伝導部材１５から筐体１１内の空気を加熱し、上述した熱対流を発生させる。
このようにして、個々のＬＥＤ素子で発生した熱は、筐体１１内の空気による熱対流だけでなく、上述した上方の熱伝導部材１４から連結部材１６を介して下方の熱伝導部材１５への移動により、筐体１１内で効率良く循環されることになる。これにより、筐体１１内における温度分布が改善され、筐体１１内の上下における温度差が確実に低減され得ることになる。

このようにして、ＬＥＤランプ１０の筐体１１内にて温度差が低減され得ることにより、各ＬＥＤランプユニット１２の個々のＬＥＤ素子がほぼ同じ温度に維持されることになるので、各ＬＥＤ素子の発光効率がほぼ一定となり、ＬＥＤランプ１０全体として、輝度ムラが抑制され得ることになる。

上述した実施形態においては、上記上方及び下方の熱伝導部材１４，１５及び連結部材１６は、筐体１１内に完全に収容されているが、これに限らず、これら上方及び下方の熱伝導部材１４，１５及び連結部材１６のうち、少なくとも何れかの一部が筐体１１の外部まで延びているように構成すると、この外部まで延びている部分から、熱が筐体１１の外部に放出されることになり、ＬＥＤランプ１０全体の放熱効果が向上され得ることになる。

また、ランプユニット支持体１２ａを高熱伝導性材料から構成すると共に、連結部材１６と熱的に接続すれば、連結部材１６からランプユニット支持体１２ａを介して、熱が上記ランプユニット支持体１２ａの筐体１１の外部に露出している部分から筐体１１の外部に放出されることになり、同様にＬＥＤランプ１０全体の放熱効果が向上され得ることになる。

上述した実施形態によるＬＥＤランプ１０の放熱効果を確認するため、以下のように、擬似的な確認実験（実験例１）を行なった。
即ち、前面を５ｍｍ厚のポリカーボネイト板により、他の五面を５ｍｍ厚のＡＢＳ樹脂板により、縦１４０×横２２０×奥行１９０（ｍｍ）のボックスＡを作成すると共に、このボックスＡに対して、上面，下面及び後面を５ｍｍ厚のアルミニウム板に変更したボックスＢを作成した。
そして、これらのボックスＡ，Ｂについて、それぞれ内側に２０Ｗの発熱体を取り付けたアルミニウム試料を入れて、５５分後に、アルミニウム試料とボックス内の上部及び下部における内壁温度及び空気温度をそれぞれ測定した。

その結果、図４に示すように、ボックスＡの場合には、アルミニウム試料温度９８．３℃，上部内壁温度３２．１℃，上部空気温度４５．３℃，下部内壁温度２５．４℃及び下部空気温度２８．４℃となったのに対して、ボックスＢの場合には、アルミニウム試料温度９８．６℃，上部内壁温度３０．１℃，上部空気温度４１．３℃，下部内壁温度２６．８℃及び下部空気温度３０．６℃と、上部空気温度で約１０％，下部空気温度で約５％の温度改善が観測され、上下の温度差としては約２５％の改善が得られ、本発明の効果が確認された。

また、他の実験（実験例２）として、２０×３０×１００（ｍｍ）のアルミニウムブロックを二個用意して、一方の表面を研磨によりムク面（鏡面）とし、他方の表面をアルマイト処理した。
そして、これら二つのアルミニウムブロックの一端面に、それぞれ発熱体を取り付けて２０Ｗで加熱させたときの温度を、発熱体から近い順にＸ，Ｙ及び他端面Ｚまで互いに間隔をあけた位置で測定した。
その結果、図５に示すように、鏡面の場合には、アルマイト処理した場合と比較して、何れの位置でも温度が高くなっており、放熱性が抑制されていることが確認された。

本発明によるＬＥＤランプ１０は、自動車用ＬＥＤヘッドランプとして構成されているが、これに限らず、補助前照灯等を含む他の種類の車両用ＬＥＤランプや、さらには照明用等の各種ＬＥＤランプに本発明を適用することが可能である。

このようにして、本発明によれば、上下にずれて配置された複数個のＬＥＤランプユニットを含む場合でも、筐体内の温度分布を均等にするようにした、ＬＥＤランプが提供され得ることになる。

本発明によるＬＥＤランプの一実施形態の構成を示す概略断面図である。 図１のＬＥＤランプの概略正面図である。 図１のＬＥＤランプにおける各ＬＥＤランプユニットからの熱の伝導を示す概略断面図である。 図１のＬＥＤランプに対応する実験例による内部温度分布の違いを示す図である。 図１のＬＥＤランプに対応する実験例による熱伝導部材の表面温度の違いを示す図である。 従来のＬＥＤランプの一例の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ ＬＥＤランプ
１１ 筐体
１２ ＬＥＤランプユニット
１２ａ ランプユニット支持体
１３ 前面レンズ
１４ 上方の熱伝導部材
１５ 下方の熱伝導部材
１６ 連結部材

Claims (5)

1. 前方が開放した筺体と、この筺体内で前方に向かって光を照射するように上下にずれて配置されたそれぞれ少なくとも一つのＬＥＤ素子を有する複数個のＬＥＤランプユニットと、上記筺体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズと、を含んでいるＬＥＤランプにおいて、
   上記筐体内で上記ＬＥＤランプユニットの上方に配置される上方熱伝導部材と前記上方熱伝導部材よりも熱放射が多くなるように設けられ上記ＬＥＤランプユニットの下方に上記上方熱伝導部材とで上記ＬＥＤランプユニット全体を上下から包囲するように配置される下方熱伝導部材から成る熱伝導部材と、
   これら上方熱伝導部材及び下方の熱伝導部材を互いに熱的に接続する高熱伝導材料から成る連結部材と、
   を備え、上記上方熱伝導部材に熱放射率を低減させるような表面処理と上記下方熱伝導部材に熱放射率を上昇させるような表面処理のいずれかもしくは両方が設けられていることを特徴とする、ＬＥＤランプ。
2. 前方が開放した筐体と、この筐体内で前方に向かって光を照射するように上下にずれて配置されたそれぞれ少なくとも一つのＬＥＤ素子を有する複数個のＬＥＤランプユニットと、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズと、を含んでいる車両用のＬＥＤランプにおいて、
   上記筐体内で上記ＬＥＤランプユニットの上方に配置される上方熱伝導部材と前記情報熱伝導部材よりも熱放射が多くなるように設けられ上記ＬＥＤランプユニットの下方に上記上方熱伝導部材とで上記ＬＥＤランプユニット全体を上下から包囲するように配置される下方熱伝導部材から成る熱伝導部材と、
   これら上方熱伝導部材及び下方の熱伝導部材を互いに熱的に接続する高熱伝導材料からなる連結部材と、
   を備え、上記上方熱伝導部材に熱放射率を低減させるような表面処理と上記下方熱伝導部材に熱放射率を上昇させるような表面処理のいずれかもしくは両方が設けられていることを特徴とする、車両用のＬＥＤランプ。
3. 上記連結部材が、ＬＥＤランプユニットを筐体に対して支持する支持部材と熱的に連結されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＬＥＤランプ。
4. 上記上方熱伝導部材及びまたは上記下方熱伝導部材が骨組状で設けられていることを
   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。
5. 上記上方熱伝導部材及び上記下方熱伝導部材と連結部材のうち、少なくとも何れかの一部が、筐体の外部にまで延び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ランプ。

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