JP5141257B2 - 自動車用ヘッドライトエレメント - Google Patents

Description

本発明は、自動車用ヘッドライトエレメントに関する。

刊行物世界知的所有権機関特許第０１／０１０３７Ａ１号及び世界知的所有権機関特許第０１／０１０３８Ａ１号には、自動車用ヘッドライトについて記載されている。

本発明の課題は、特に高い寿命の自動車用ヘッドライトエレメントを提供することにある。

自動車用ヘッドライトエレメントが提供される。

自動車用ヘッドライトエレメントは、例えば、光を形成するエレメントとして自動車フロントヘッドライトで機能するようにされている。その際、同じ形式の複数の自動車用ヘッドライトエレメントをフロントヘッドライト内に設けることができる。しかも、自動車用ヘッドライトエレメントに対して付加的に、別の光を形成する構成要素、例えば、ハロゲン又は気体放電ランプを自動車用ヘッドライトエレメント内に含めてもよい。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、自動車用ヘッドライトエレメントは、少なくとも１つの発光ダイオードを有している。発光ダイオードは、少なくとも１つの発光ダイオードチップを有しており、有利には、発光ダイオードは、複数の発光ダイオードチップを有している。有利には、自動車用ヘッドライトエレメントは、白色光を放射するようにされている。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、自動車用ヘッドライトエレメントは、制御装置を有している。制御装置は、測定量に依存する信号を処理するようにされている。

測定量は、例えば、温度、自動車用ヘッドライトエレメントの発光ダイオードが電磁放射を放出する強度、ヘッドライトエレメントの外側の周囲環境の明るさ、発光ダイオードを流れる電流、等である。測定量は、検出器によって検出され、電子信号に変換される。制御装置は、測定量に依存して発生された電子信号を処理して、発光ダイオード内に相応の電流を形成するようにされている。即ち、制御装置は、少なくとも１つの物理的な測定量に依存する、発光ダイオードを流れる電流を調整する。制御装置は、例えば、マイクロプロセッサを有することができる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によれば、制御装置および発光ダイオードが共通の坦体上に設けられている。たとえばこの坦体は、配線板である。即ち、坦体上に、電気接続端子が設けられ、この電気接続端子を用いて、制御装置は、外部から電気的にコンタクト接続することができる。更に、坦体は、有利には、電気導体路を有しており、この電気導体路は、接続端子と制御装置並びに制御装置と発光ダイオードを相互に電気的に接続するようにされている。有利には、坦体は、熱伝導エレメントとして使われ、作動中、発光ダイオードによって発生された熱を、例えば、坦体が取り付けられている冷却体に放出するようにされている。自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、自動車用ヘッドライトエレメントは、少なくとも１つの発光ダイオードを有している。

更に、自動車用ヘッドライトエレメントは、少なくとも１つの制御装置を有しており、該制御装置は、測定量に依存する信号を処理し、この信号に相応する電流を発光ダイオードに給電し、制御装置及び発光ダイオードは、共通の坦体上に設けられている。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、制御装置は、発光ダイオードを流れる電流を、抵抗での電圧降下に依存して求めるようにされている。

そのために、発光ダイオードには、シャント抵抗が直列接続されている。抵抗は、有利には、支持体上に設けられている。既知の抵抗での電圧降下を用いて、制御装置は、発光ダイオードを流れる電流を求めるようにされている。そのようにして求められた実際値は、制御装置によって目標電流値と比較することができる。制御装置は、発光ダイオードを流れる電流を、当該発光ダイオードを流れる電流が目標電流値に少なくとも近付くように追従制御するようにされている。

目標電流値は、例えば、自動車用ヘッドライトエレメントの外側から設定することができる。そのために、外部から、相応の信号が、制御装置内に入力結合される。例えば、信号は、制御装置が導電接続されている接続端子ピンを用いて制御装置内に入力結合される。有利には、接続端子ピンがそのために坦体上に設けられている。

目標電流値は、有利には、連続的に可変にすることができる。このようにして、例えば、目標電流値の変化を用いて、発光ダイオードを無段階に調光することができる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、このことは、発光ダイオードを流れる電流を、温度センサの信号に依存して形成するようにされている。有利には、制御装置は、更に、制御電流を温度センサの作動のために形成するようにされている。

温度センサは、発光ダイオードの温度に依存して、電気信号を発生する。発光ダイオードの温度が、例えば、所定の最大値を超過すると、制御装置は、発光ダイオードを流れる電流を低減するようにされている。更に、制御装置は、最大値が達せられるか又は最大値が超過されると、相応のエラー信号を形成するようにされている。エラー信号は、例えば、接続端子ピンを用いて外側に導出することができる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、温度センサが発光ダイオードに熱的に結合されている。即ち、作動中、発光ダイオードによって発生された熱の少なくとも一部分は、熱結合を用いて発光ダイオードから温度センサに導出される。例えば、熱結合は、熱伝導、熱放射又は対流である。温度センサは、例えば、ＮＴＣ抵抗、ＰＴＣ抵抗、赤外線温度センサ、ダイオードの各構成素子によって得られる。温度センサとしてダイオードを用いる場合、温度は、例えば、ダイオードの順方向電圧の温度依存性を用いて求めることができる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、温度センサが坦体上に設けられている。坦体は、配線板であるので、温度センサを、配線板の導体路を用いて制御装置と結合するとよい。一方では、このようにして、温度センサによって形成された信号を、制御装置に転送することができ、他方では、温度センサに制御装置から制御電流を給電することができる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、制御装置は、発光ダイオードを流れる電流を、光検知器の信号に依存して形成するようにされている。

有利には、制御装置は、その際、制御電流を光検知器の作動のために形成するようにされている。光検知器は、例えば、発光ダイオード又はフォトトランジスタにするとよい。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、光検知器は、実質的に、発光ダイオードから送出された電磁ビームを検出するようにされている。その際、実質的に、発光ダイオードから送出された電磁ビームとは、例えば、自動車用ヘッドライトエレメントの外部からの少ない量の散乱光も、光検知器に照射されることがあるということである。しかし、光検知器は、有利には、特に、自動車用ヘッドライトエレメントの発光ダイオードから放射された電磁ビームを検出するように配置されている。

例えば、光検知器によって測定される強度を用いて、自動車用ヘッドライトエレメントの発光ダイオードが全て機能しているかどうか特定することができる。光検知器を用いて、発光ダイオードのビーム強度が、例えば、経年変化現象によって低減しているかどうか求めることもできる。発光ダイオードを流れる電流は、その際、制御装置によって相応に高められるようにするとよい。発光ダイオードが故障するか、又は、発光ダイオードから放出される電磁ビームの強度が経年変化現象によって強く低減した場合、制御装置は、エラー信号を形成するようにされている。エラー信号は、例えば、接続端子ピンを用いて外側に導出することができる。有利には、接続端子ピンがそのために坦体上に設けられている。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、光検知器が坦体上に設けられている。坦体が配線板である場合、光検知器は、配線板の既存の導体路を介して、光検知器の信号転送用及び光検知器への制御電流の給電用に、制御装置と接続されている。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、光検知器は、実質的に、周囲環境の明るさを検出するようにされている。その際、実質的に、周囲環境の明るさとは、光検知器が、特に、ヘッドライトエレメントの外側からの光を検知するようにされている。自動車用ヘッドライトエレメントの散乱光の高々一部分が、光検知器に入射する。例えば、そのような外部の光検知器によると、発光ダイオードを流れる電流を、外部の光の状況に依存して形成することができるようになる。例えば、周囲環境の明るさが低減した場合、例えば、トンネルを走行する場合、発光ダイオードを流れる電流強度は高められる。周囲環境の明るさが増大すると、電流強度は、再び低減される。

光検知器によって形成された信号は、例えば、接続端子ピンを用いて制御装置に供給することができる。有利には、接続端子ピンがそのために坦体上に設けられている。坦体は、配線板であるので、接続端子ピンを、配線板の導体路を用いて制御装置と接続するとよい。

有利には、自動車用ヘッドライトエレメントは、周囲環境の明るさを検知するために、ヘッドライトの外側に光検知器を有しており、発光ダイオードから放射された電磁ビームの強度を測定するために内部光検知器も有している。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、ヘッドライトの外側の外部光検知器は、例えば、自動車の車体に設けられている。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、少なくとも１つのバリスタが坦体上に設けられている。バリスタは、例えば、自動車ヘッドライトエレメントの構成要素を過電圧に対して保護するのに使われる。例えば、バリスタは、ＥＳＤ（静電放電）電圧パルスに対する保護部を構成する。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、少なくとも１つのバリスタが発光ダイオードに並列に接続されている。バリスタは、その際、遮断方向での発光ダイオードのＥＳＤ（静電放電）保護部として使われる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、少なくとも１つのΠフィルタが坦体上に設けられている。このΠフィルタは、例えば、火花放電による障害を除去するのに使われる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、パルス幅変調回路が坦体上に設けられている。有利には、パルス幅変調回路は、発光ダイオードを調光するようにされている。 パルス幅変調回路は、例えば、所定の時間間隔Ｔ_１の間、所定強度の電流Ｉ_１を形成する。所定の時間間隔Ｔ_２の間、発光ダイオードには電流が流れない（Ｉ_２＝０）。例えば、パルス幅変調回路は、そのために矩形波電気信号を形成する。 デューティ比Ｔ_１／（Ｔ_１＋Ｔ_２）が大きくなればなる程、時間間隔Ｔ_１＋Ｔ_２の間に発光ダイオードを流れる電流は一層長くなり、発光ダイオードは人間であるユーザには一層明るく見える。

パルス幅変調回路の周波数１／（Ｔ_１＋Ｔ_２）は、有利には、少なくとも１００Ｈｚであり、その結果、人間の観測者には、光学信号処理の慣性によって、人間には、発光ダイオードは、連続して発光しているように見える。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、制御装置は、パルス幅変調回路のデューティ比を調整するようにされている。例えば、その際、制御装置に供給される外部信号により、制御装置によって所定のデューティ比がパルス幅変調回路に設定される。このようにして、発光ダイオードは、無段階に調光することができる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、電流調整による電圧給電部が坦体上に設けられている。例えば、電圧給電部は、ハイセット／ローセット調整器（Ｈｏｃｈｓｅｔｚ−／Ｔｉｅｆｓｅｔｚ−Ｓｔｅｌｌｅｒ）とすることができる。そのようなＤＣ−ＤＣコンバータは、有利には、外部入力電圧を、発光ダイオードの作動に適した電圧に変換するようにされている。例えば、入力電圧は、６〜１６Ｖである。

発光ダイオードは、例えば、発光ダイオードチップ毎に１〜５Ｖの電圧で作動することができる。有利には、発光ダイオードは、発光ダイオードチップ毎に約３．３Ｖの電圧で作動される。その際、例えば、相互に直列接続された５個の発光ダイオードチップを有する発光ダイオードでは、約１７Ｖの電圧が発光ダイオードに印加される。

択一的に、又は、ハイセット／ローセット調整器に対して付加的に、フライバックコンバータ（Ｓｐｅｒｒｗａｎｄｌｅｒ）を坦体上に設けてもよい。

少なくとも１つの実施例によると、制御装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータのデューティ比を調整するようにされている。例えば、従って、制御装置に供給される外部信号に依存して、発光ダイオードを無段階に調光することができる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、少なくとも１つの接続端子ピンが坦体上に設けられている。坦体は、配線板であるので、接続端子ピンを、配線板の導体路を用いて制御装置と接続するとよい。

少なくとも１つの実施例によると、少なくとも１つの接続端子ピンを用いて、外部電気信号が制御装置に入力結合される。

例えば、接続端子ピンを用いて、発光ダイオードを流れる電流強度用の目標電流値を設定する信号が制御装置に入力結合される。

更に、接続端子ピンを用いて、外部検知器によって、例えば、光検知器によって形成される信号が制御装置に入力結合される。

更に、接続端子ピンを介して、切換信号を制御装置に入力結合してもよい。この切換信号を用いて、ヘッドライトエレメントの発光ダイオードは、制御装置を介してスイッチングオン／オフされ、即ち、切換信号に依存して、発光ダイオードは、制御装置によって通電され、又は、通電されない。

更に、自動車用ヘッドライトエレメントの作動用の給電電圧が印加されている、少なくとも１つの接続端子ピンを坦体上に設けるとよい。その際、直流電圧又は交流電圧を用いることができる。接続端子ピンに、交流電圧が印加されている場合、坦体上には、有利には、交流電圧を発光ダイオード及び制御装置の作動中適切な直流電圧に変換する整流素子が設けられている。

有利には、入力される信号用の少なくとも１つの接続端子ピンは、ＴＴＬコンパチブルである。

更に、制御装置によって形成された信号を外部に導出する接続端子ピンを坦体上に設けてもよい。 例えば、発光ダイオードの故障又は発光ダイオードの過熱のようなエラーが生じた場合、相応の信号を接続端子ピンに供給するようにしてもよい。

有利には、坦体上に設けられた接続端子ピンは全て、各々バリスタを用いてＥＳＤ（静電気放電）に対して保護されている。特に有利には、接続端子ピンは、バス接続用に適している。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、発光ダイオードは、少なくとも１つの発光ダイオードチップを有している。有利には、発光ダイオードは、複数の発光ダイオードチップを有している。発光ダイオードの発光ダイオードチップは、例えば、並列又は直列に接続されている。

有利には発光ダイオードチップの後ろ側には、発光ダイオード光学系が設けられている。特に有利には、発光ダイオードは、複数の発光ダイオードチップを有しており、複数の発光ダイオードチップの後ろ側には、共通の発光ダイオード光学系が設けられている。発光ダイオード光学系は、有利には、発光ダイオードチップによって放射された電磁ビームの大部分が発光ダイオード光学系によって制御されるように配置されている。発光ダイオード光学系は、有利には、少なくとも１つの以下の光学素子を有している：屈折光学系、拡散光学系、反射光学系、光ファイバ。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、発光ダイオード光学系は、発光ダイオードチップから放射された光の拡散を低減するようにされている。即ち、発光ダイオードチップによって放射された光は、例えば、発光ダイオード光学系を通過する際、発光ダイオード光学系に入射する前よりも、発光ダイオード光学系から出射した後は、光の拡散が低減されているように作用を及ぼされる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、発光ダイオード光学系は、非結像型集光器（光コンセントレータ）である。その際、発光ダイオード光学系は、光学要素のビーム入射開口が集光器の本来のビーム出射開口であるように、ビーム出力結合表面の後ろ側に少なくとも１つの発光ダイオードチップが設けられているようにすると有利である。このようにして、ビーム入射開口を通って発光ダイオード光学系内に入射する電磁ビームは、ビーム出射開口を通って比較的僅かな拡散で集光器から放射される。

発光ダイオード光学系は、少なくとも部分的に、以下の光学要素の形式に応じて形成されているようにするとよい：
複合放物型集光器（ＣＰＣ−Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）、複合楕円型集光器（ＣＥＣ−Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｅｌｌｙｐｔｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）、複合双曲面型集光器（ＣＨＣ−Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）。

発光ダイオード光学系は、発光ダイオードチップから放射された電磁ビームの少なくとも一部分を反射するようにされた反射側壁を有している。この側壁は、その際、少なくとも部分的に、上述の各光学要素の１つの形式に応じて形成されている。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、非結像型集光器は、ビーム入射開口を発光ダイオード光学系のビーム出射開口と結合する側壁を有しており、その際、ビーム入射開口とビーム出射開口との間の、各側壁上の結合線が、ほぼ直線状であるように構成されている。その際、側壁は、例えば、四角錐台又は円錐台の形状を形成する。

発光ダイオード光学系は、誘電材料製の中実体（Ｖｏｌｌｋｏｅｒｐｅｒ）にするとよい。ビーム入射開口を通って発光ダイオード光学系内に入射する電磁ビームは、その際、中実体の側方の境界面で、周囲の媒体の方に全反射される。しかし、発光ダイオード光学系は、内壁が反射コーティングされた中空体によって形成してもよい。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、各発光ダイオードチップに正確に１つの発光ダイオード光学系が配属されている。その際、光学要素のビーム入射開口は、有利には、発光ダイオードチップの主放射方向で見て、発光ダイオードチップのビーム出力結合面の後ろ側に設けられている。

しかし、複数の発光ダイオードチップを共通の発光ダイオード光学系に配属してもよい。そのために、発光ダイオードチップは、例えば、少なくとも１つの直線に沿って設けるとよい。その際、光学要素のビーム入射開口は、発光ダイオードチップの主放射方向で見て、個別発光ダイオードチップのビーム出力結合面の面全体の後ろ側に設けられている。

少なくとも１つの実施例によると、発光ダイオード光学系のビーム入射開口は、光学要素に配属して設けられた発光ダイオードチップの全ビーム出力結合面の最大２倍の大きさである横断面を有している。全ビーム出力結合面は、発光ダイオード光学系に配属された個別の発光ダイオードチップのビーム出力結合面の総和によって形成される。有利には、ビーム入射開口の面積は、発光ダイオード光学系に配属された発光ダイオードチップの全ビーム出力結合面の最大１．５倍、特に有利には、最大１．２５倍の大きさである。

そのような小さなビーム入射開口により、電磁ビームが放射される立体角を、発光ダイオードチップのビーム出力結合面のできる限り近傍で小さくすることができるようになる。そこでは、発光ダイオードチップから放射されるビーム円錐が特に小さい。こうすることによって、最適なエタンデュで、構成要素を構成することができる。即ち、できる限り高いビーム強度が、できる限り小さな面上に投射される。エタンデュは、光学系の保存量である。エタンデュは、光源の面積と、光源が放射する立体角との積によって形成される。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、発光ダイオードチップのビーム出力結合面と、発光ダイオード光学系のビーム入射開口との間に間隙、例えば、空隙が設けられている。

そうすることによって、特に拡散ビームが発光ダイオード光学系内に達することはなく、発光ダイオード光学系内に入射する前に間隙によって側方に出射することができるようになる。従って、光学要素から放射された電磁ビームの拡散を更に低減することができる。

間隙の代わりに、更に、例えば、発光ダイオードチップのビーム出力結合面の後ろ側に設けられる側壁を、光学要素のビーム入射開口の近傍で電磁ビームを吸収するか、又は、電磁ビームを透過するように形成してもよい。このようにして、発光ダイオードチップから放射された電磁ビームの高い拡散成分が光学要素内に入射しないようにすることができる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、主放射方向で見て、光学要素のビーム出射開口の後ろ側には、付加的な光学要素が設けられている。付加的な光学要素は、有利には、光を屈折するか、又は、光を回折する光学系であり、この光学系を用いて、付加的な光学要素を通るビームが拡散するのを更に低減することができる。

有利には、発光ダイオード光学系は、少なくとも１つの空間方向で見て、ビーム入射開口を通って入射するビーム円錐の拡散を低減し、その際、ビーム出射開口を通って出射される場合、ビーム円錐が、発光ダイオード光学系に配属された発光ダイオードチップの１つのビーム出力結合面に垂直方向に位置している光学要素の長手方向の中心軸線に対して、０〜７０°、有利には、０〜３０°、特に有利には、０〜１０°の開角を有している。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、発光ダイオードは、ビーム出力結合面の後ろ側に、各発光ダイオードチップの少なくとも１つが設けられている発光変換材料を有している。

有利には、各発光ダイオードチップのビーム出力結合面の発光変換材料は、自動車用ヘッドライトエレメントの後ろ側に設けられている。

発光変換材料は、有利には、発光ダイオードチップから送出された電磁ビームの各波長の少なくとも一部分を変換するようにされている。有利には、発光ダイオードチップから放射されたビームは、波長変換成分と混合して白色光になる。

しかし、発光ダイオードチップから放射された電磁ビームが、ほぼ完全に発光変換材料によって波長を変換されるようにしてもよい。例えば、このようにして、発光ダイオードチップから放射されたビームが、非可視スペクトル領域内で、可視スペクトル領域内のビームに変換されるようにすることができる。その際、例えば、種々異なる２つの蛍光物質を発光変換材料に使うことによって、光を混合することによって、例えば、白色光を形成することができる。波長変換用の適切な蛍光物質は、例えば、刊行物、世界知的所有権機関特許第９８／１２７５７号に記載されており、蛍光材料に関する開示内容を本願明細書で参照した。

発光変換材料は、自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、少なくとも部分的にビーム透過性の成形材料に混入するとよい。有利には、成形材料は、発光ダイオードチップを少なくとも部分的に囲んでいる。成形材料は、例えば、エポキシ又はシリコン材料を含有するとよい。

しかし、発光変換材料は、薄膜として直接、個別発光ダイオードチップのビーム出力結合面上にコーティングしてもよい。

更に、発光変換材料が、少なくとも所々に発光ダイオード光学系内に含まれているようにしてもよい。つまり、発光変換材料は、例えば、薄膜として、発光ダイオードチップのビーム出力結合面の後ろ側に設けられた側壁上にコーティングするとよい。発光変換材料は、均一に側壁上に分布するとよい。しかし、発光変換材料を側壁の所定の個所にコーティングしてもよい。このようにして、光学要素を通過する電磁ビームを特に決められたように拡散させることができる。

少なくとも１つの実施例によると、発光ダイオードが、種々異なった波長のビームを放射する発光ダイオードチップを有しているようにすることもできる。その際、有利には、このビームは、混合されて白色光となる。例えば、発光ダイオードは、少なくとも１つの、赤色スペクトル領域内の光を放射するのに適した発光ダイオードチップ、少なくとも１つの、緑色スペクトル領域内の光を放射するのに適した発光ダイオードチップ、少なくとも１つの、青色スペクトル領域内の光を放射するのに適した発光ダイオードチップを有するとよい。演色評価数を改善するために、発光ダイオードは、付加的な発光ダイオードチップを有しているようにしてもよく、この発光ダイオードチップは、別のスペクトル領域、例えば、黄色のスペクトル領域内の光を放射するようにしてもよい。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、自動車用ヘッドライトエレメントは、非可視スペクトル領域内の電磁ビームを放射するようにされている少なくとも１つの発光ダイオードを有している。有利には、発光ダイオードは、赤外スペクトル領域内のビームを放射するようにされている。そのために、発光ダイオードは、例えば、赤外スペクトル領域のビームを放射する少なくとも１つの発光ダイオードチップを有するとよい。自動車用ヘッドライトエレメントは、例えば、交通場所の証明装置として、赤外感応カメラと一緒に用いるようにするとよい。そのようなシステムは、暗視システム内で使用するとよく、歩行者保護用のセンサシステム、又は、自動車用の間隔センサ用のセンサシステム内で使用するとよい。この際、赤外ビーム源で証明することにより、殊に、比較的高いビーム出力の場合でも、その交通に関与する者が眩惑されないという利点が得られる。

自動車用ヘッドライトエレメントの少なくとも１つの実施例によると、発光ダイオードの発光ダイオードチップの少なくとも１つは、発光ダイオードチップから放射された電磁ビームの大部分が出力結合されるビーム出力結合面を有している。特に有利には、発光ダイオードチップによって放射された全ビームを、ビーム出力結合面を通して出力結合するようにするとよい。

ビーム出力結合面は、例えば、発光ダイオードチップの表面の一部分により形成されている。有利には、ビーム出力結合面は、例えば、電磁ビームを形成するようにされた発光ダイオードチップのエピタキシャル層列に対して平行に設けられた発光ダイオードチップの主表面によって形成される。

このためにエピタキシャル層列は、例えばｐｎ接合、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造、また殊に有利には多重量子井戸構造を有することができる。

本発明における量子井戸構造の概念には、荷電担体の閉じ込め（Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）によってそのエネルギ状態が量子化されるあらゆる構造が含まれる。殊に、量子井戸構造の概念には量子化の次元数に関する規定は含まない。したがって量子化には殊に量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造の各組み合わせを含む。
有利には、この発光ダイオードチップは、成長基板が少なくとも部分的に取り除かれていて元の成長基板とは反対側のその表面に支持部材が設けられた半導体発光ダイオードチップである。支持部材は、成長基板よりも比較的自由に選択できる。この場合、温度膨張係数に関して放射発生エピタキシャル層列にきわめて良好に整合された支持部材を選択するのが有利である。さらに支持部材に、熱伝導性の著しく良好な材料を含ませることができる。

成長基板の除去により製造されるこの種の発光ダイオードチップは、しばしば薄膜発光ダイオードチップと称され、有利には以下の各特徴ゆえに優れたものである。

−ビームを発生するエピタキシャル層列において支持体の方に向いた側に位置する第１の主表面のところに反射層または層列が成膜または形成されており、この反射層はエピタキシャル層列において発生した電磁ビームの少なくとも一部分をこのエピタキシャル層列に反射して戻す。
−エピタキシャル層列は、有利には最大で２０μｍの厚さを有しており、殊に有利には最大で１０μｍの厚さを有している。

−さらにエピタキシャル層列に有利には、混合構造を有する少なくとも１つの面を備えた少なくとも１つの半導体層が含まれている。理想的な事例では、この混合構造によって、エピタキシャル層列内にほぼエルゴード的な光分布を生じさせ、つまりこの光分布はできるかぎりエルゴード的な確率分散特性を有している。

この種の薄膜発光ダイオードチップの原理については、たとえばＩ． Ｓｃｈｎｉｔｚｅｒ等によるＡｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６３ （１６）， １９９３年１０月１８日刊、第２１７４〜２１７６頁に記載されており、薄膜発光ダイオードチップの基本原理に関してその開示内容を本願の参考とした。

有利には、自動車用ヘッドライトエレメントの発光ダイオードチップは、薄膜発光ダイオードチップである。
以下、本発明の自動車用ヘッドライトエレメントについて、図示の実施例を用いて詳細に説明する。実施態様例及び図面において、同じ構成要素又は同機能の構成要素にはそれぞれ同じ参照符号を付してある。図示されている要素は縮尺どおり描かれたものではなく、理解しやすくするため個々の要素は誇張して大きく描かれている場合もある。

図１は、発光ダイオードの第１の実施例の発光ダイオード光学部材を有する発光ダイオードの断面略図を示し、
図２は、非結像型の集光器の機能を説明するための略図を示し、
図３は、発光ダイオードの第２の実施例の発光ダイオード光学部材を有する発光ダイオードの断面略図を示し、
図４Ａには、ここで説明する自動車用ヘッドライトエレメントの第１の実施例を略示した平面図を示し、
図４Ｂには、ここで説明する自動車用ヘッドライトエレメントの第２の実施例を略示した平面図を示し、
図５は、ここで説明する自動車用ヘッドライトエレメントを有する自動車用ヘッドライトの実施例を略示した側面図を示す。

図１は、発光ダイオード２０の第１の実施例の発光ダイオード光学部材４を有する発光ダイオード２０の断面略図を示す。

発光ダイオードチップ１は、ここでは、ケーシング２内に設けられている。ケーシング２は、例えば、セラミック材料を有することができる。例えば、ケーシング２は、発光ダイオードチップ１のコンタクト接続のために、スルーコンタクト部を有している。図示の実施例で、ケーシング２は、プリント配線板２５上に取り付けられている。プリント配線板２５は、例えば、発光ダイオードチップのコンタクト接続のために導体路とコンタクト接続個所を有している。

発光ダイオードチップ１は、例えば、この説明の一般的な部分内で説明されているように、薄膜発光ダイオードチップである。
発光ダイオードチップ１の後ろ側には、発光ダイオード光学部材４が設けられており、当該発光ダイオード光学部材４は、例えば、３次元ＣＰＣ型の非結像型集光器にするとよい。発光ダイオード光学部材４は、光入口開口ｂを有しており、この光入口開口ｂを通って、発光ダイオードチップ１から放射された電磁ビーム３が入ることができる。電磁ビーム３は、少なくとも部分的に、発光ダイオード光学部材４の側壁で反射され、このために、発光ダイオード光学部材４の側壁には、反射コーティングが設けられている。ビーム３は、ビーム出口開口５を通って発光ダイオード光学部材から出る。

発光ダイオード光学部材４のビーム入口開口ｂが、発光ダイオードチップ１のビーム出力結合面の近くにされればされる程、ビーム入口開口ｂは小さく形成され、ビーム出口開口５を通って出る電磁ビーム３のビーム密度（ｅｔｅｎｄｕｅ）が高くなる。発光ダイオード４及び発光ダイオードチップ１は、共に発光ダイオード２０を構成する。

図１に示した実施例に対して択一的に、複数の発光ダイオードチップを、例えば、ケーシング２の直線部分に沿って設け、この各発光ダイオードチップに共通の発光ダイオード光学部材４を配属することができる（図４ｂを参照）。

図２には、発光ダイオード光学部材４を通って放射されるビームのコーンビーム６が、発光ダイオード光学部材４の中心軸線７に対して最大角度θでビーム出口開口５を出る。その際、発光ダイオード光学部材４の長さｌは、ビーム入口開口ｂの所定の幅の場合に角度θを特定する。理想的にコンパクトな放物線状の集光器の場合、例えば、以下の関係式が成り立つ：
ｌ＝（ｂ／２）（１＋ｓｉｎθ）ｃｏｓθ／ｓｉｎ^２θ
例えば、θ＝９°の最大開口角度を達成するためには、発光ダイオード光学部材の長さｌを、ビーム入口開口ｂの幅の約２３倍にする必要がある。

図３には、ＣＰＣ型の集光器に対して択一的に、発光ダイオード光学部材は、ビーム出口開口５に対してビーム入口開口ｂが直線状となる側壁８を有することができることが示されている。その際、発光ダイオード光学部材４は、円錐台又は角錐台状の基底形状を有する誘電体材料製の中実体にしてもよい。つまり、付加的に、ビーム出口開口５は、発光ダイオード光学部材の統合部分である、付加的な発光ダイオード光学部材９を形成する、球面又は非球面レンズの形式で外側に湾曲させてもよく、光学要素４を通って放射されたビーム３の拡散を低減するようにされている。

図４Ａには、ここで説明する自動車用ヘッドライトエレメント４０の第１の実施例を略示した平面図が示されている。

例えば、図１に図示されているような、少なくとも１つの発光ダイオード２０が、ここでは、坦体２５上に設けられている。坦体２５は、例えば、プリント配線板、例えば、金属コアプレートである。坦体２５は、例えば、高々３０ｍｍ ｘ ６０ｍｍ、有利には、高々２０ｍｍ ｘ ４０ｍｍ、特に有利には、高々１５ｍｍ ｘ ３０ｍｍの基底面を有することができる。

発光ダイオード２０には、シャント抵抗１２が直列接続されている。抵抗１２での電圧降下を用いて、制御装置１０は、発光ダイオード２０を流れる電流を検出することができる。例えば、制御装置１０は、発光ダイオード２０を流れる電流を検出するために積分回路を有することができる。

発光ダイオード２０を流れる電流は、制御装置１０によって、例えば、目標電流値により調整される。目標電流値は、制御装置１０に、外部電気信号によって設定することができる。外部信号は、例えば、制御装置１０の端子ピン１６ｄを用いて供給される。

発光ダイオード２０は、制御装置１０に相応の切換信号（イネーブル信号）が供給された場合に通電される。この切換信号は、制御装置１０に、例えば、接続端子ピン１６ｃを用いて供給することができる。

更に、制御装置１０には、外部から、外部光検知器１７の信号を接続端子ピン１６ｆを用いて供給することができる。その際、発光ダイオード２０は、制御装置１０により、周囲環境の明るさに依存して通電される。

実質的に、発光ダイオード２０の作動状態によって特定される内部測定量に依存して、制御装置１０には、光検知器１３及び温度センサ１４の各信号が供給される。

温度センサ１４は、有利には、発光ダイオード２０の温度に依存する信号を形成するようにされている。温度センサ１４の信号は、制御装置１０に供給されて、この制御装置１０によって処理される。それから、この信号に依存して、制御装置１０は、発光ダイオード２０を流れる電流を調整する。発光ダイオード２０の温度が例えば高すぎる場合、発光ダイオード２０を流れる電流を、制御装置１０によって低減することができる。

内部光検知器１３は、発光ダイオード２０から放射された電磁ビーム２０の強度を検出する。光検知器１３の信号は、制御装置１０に供給される。発光ダイオード２０の強度が、例えば、経年変化現象に基づいて低下した場合、発光ダイオード２０を流れる電流を、制御装置１０を用いて相応に追従制御することができる。

有利には、温度センサ１４も光検知器１３も坦体２５上に取り付けられる。温度センサは、例えば、坦体２５を用いた熱伝導を用いて、発光ダイオード２０に熱結合することができる。その際、坦体２５は、熱伝導部材として使われる。更に、発光ダイオード２０は、坦体２５のプリント配線板を用いて、制御装置１０と電気的に接続される。

エラーの場合、例えば、発光ダイオードの故障又は発光ダイオードの過熱の場合、制御装置１０によって、相応のエラー信号を接続端子ピン１６ｂに送出することができる。

更に、制御装置１０は、調整可能な電圧装置１１に相応のデューティ比を調整するようにされている。このようにして、制御装置１０は、発光ダイオード２０を流れる電流を調整することができる。

制御装置１０内に入る信号の処理のために、制御装置１０は、例えば、マイクロプロセッサを有することができる。例えば、制御装置１０は、マイクロコントローラにするとよい。

調整可能な電圧給電装置１１は、例えば、１００−５００ｋＨｚの周波数で作動することができるＤＣ−ＤＣコンバータである。

調整可能な電圧給電装置１１は、例えば、接続端子ピン１６ａに印加している入力電圧を、発光ダイオード２０の作動に適した電圧に変換するようにされている。

接続端子ピン１６ｅを介して、自動車用ヘッドライトエレメントがアース接続されている。

全ての接続端子ピン１６ａ〜１６ｆには、例えば、過電圧に対する保護として、アースに接続されたバリスタ（図示していない）が接続されている。

更に、接続端子ピン１６ａ〜１６ｆには、接続端子ピン１６ａの例で示されているように、コンデンサとインダクタンスを含むことができるパイフィルタを直列に接続することができる。このパイフィルタは、例えば、火花放電による障害を除去するのに使われる。

更に、通信インターフェース、例えば、ＬＩＮバスを形成する、少なくとも１つの接続端子ピン（図示していない）を坦体２５上に設けることができる。

図４ｂは、ここで説明している自動車用ヘッドライト４０の第２の実施例の斜視図を示す。

この実施例では、発光ダイオード２０が、坦体２５として機能する金属コアプレート上に設けられている。 発光ダイオード２０は、例えば、５つの発光ダイオードチップ１を有している。発光ダイオードチップ１は、例えば、ケーシング２の底部２３上に設けられている。ケーシング２は、例えば、セラミック材料を有する。ケーシング２は、非結像型集光器の形式に成形された内壁を有している。有利には、ケーシング２の内壁２４は、少なくとも位置に応じて反射するように形成されている。内壁２４には、発光ダイオードチップ１の主放射方向で発光ダイオード光学系（図示していない）が続く。発光ダイオードチップ１は、ボンディングワイヤ２２を用いて内部コンタクト面２１とコンタクト接続されている。内部コンタクト面は、導電的に外側コンタクト面１８と接続されており、外側コンタクト面１８を介して、発光ダイオードは電気的にコンタクト接続される。坦体２５は、更に、位置合わせ孔２６を有しており、この貫通孔を用いて、自動車用ヘッドライトを、例えば、坦体３３に対して位置調整することができる。

図５は、ここで説明しているヘッドライトエレメント４０を備えたヘッドライトの断面略図を示す。

図４ａ及び図４ｂに示されているように、幾つかの自動車用ヘッドライトエレメント４０を、ここでは、坦体３３上に取り付けてもよい。例えば、３つの自動車用ヘッドライトエレメント４０が坦体２５上に取り付けられる。坦体３３は、有利には、発光ダイオード２０の作動中発生する熱用の冷却体としても使われる。例えば、坦体３３は、そのために、当該坦体３３の、自動車用ヘッドライトエレメント４０とは反対側の表面に冷却用のリブを有している。坦体３３は、有利には、例えば、銅のような、熱電導性の良好な金属を有している。

自動車用ヘッドライトエレメント４０と坦体３３は、位置合わせピン３２を用いて相互に調整することができます。このようにして、自動車用ヘッドライトエレメント４０は、相互に位置調整される。位置合わせピン３２は、別個の構成部品にしてもよい。坦体３３及び自動車用ヘッドライトエレメント４０は、凹部、例えば、位置合わせ孔を有している。坦体３３及び自動車用ヘッドライトエレメント４０のところの各位置合わせ孔は、適切な直径を有しており、その結果、位置合わせピン３２は、位置合わせ孔内に同一平面上で揃って嵌合される。

しかも、位置合わせピン３２は、坦体３３に統合される構成部品であるようにしてもよい。即ち、位置合わせピンは、坦体３３と機械的に固定して結合される。これは、例えば、坦体３３の製造時に既に行っているようにするとよい。その際、自動車用ヘッドライトエレメント４０のプリント配線板２５は、これらの各位置合わせピンを収容するのに適した凹部２６（図４ｂ参照）を有している。

同様に、位置合わせピン３２は、自動車用ヘッドライトエレメント４０の統合された構成部品であるようにしてもよい。坦体３３内には、この位置合わせピンの収容のための凹部が設けられている。

更に、坦体３３及び自動車用ヘッドライトエレメント４０を位置合わせマークを用いて相互に位置調整してもよい。その際、自動車用ヘッドライトエレメント４０と坦体３３との配向、従って、自動車用ヘッドライトエレメント４０相互の配向は、例えば、画像処理システムを介して行ってもよい。位置合わせマークは、そのために、例えば、自動車用ヘッドライトエレメント４０の配線板２５上に設けられている。位置合わせマークは、カメラによって検出することができ、坦体３３上にある基準点の方に配向される。基準点は、別の位置合わせマークにしてもよい。

坦体３３及び自動車用ヘッドライトエレメント４０の位置合わせマークは、マーキング又はヘッドライトの構成部品の所定の構成要素によって形成される。例えば、発光ダイオード２０の所定の発光ダイオードチップ１が、そのような位置合わせマークを形成することができる。

自動車用ヘッドライトエレメント４０の後ろ側には、例えば、共通の光学要素３０が設けられている。光学要素３０は、例えば、ヘッドライトの全ての自動車用ヘッドライトエレメント４０が後ろに設けられている、拡散レンズ又は反射レンズであり、その結果、全ての発光ダイオード２０から放射された光は、光学要素３０によって影響を及ぼされる。

光学要素３０及び坦体３３は、位置合わせピン３１を用いて相互に位置調整される。このようにして、自動車用ヘッドライトエレメント４０は、相互に位置調整される。

位置調整ピンは、別個の構成部品にしてもよい。しかし、位置合わせピンは、坦体３３又は光学的要素３０の統合された構成部品にしてもよい。その際、各々別の構成部品は、例えば、位置合わせピンを収容するのに適した位置合わせ孔を有している。

有利には、発光ダイオード２０及び坦体３３の相互の位置合わせ、及び、光学要素３０及び坦体３３相互の位置合わせ後、自動車用ヘッドライトエレメント４０は、坦体と機械的に固定して結合される。例えば、自動車用ヘッドライトエレメント４０は坦体３３と接着、ネジ止め又は型押し（ｖｅｒｓｔｅｍｍｔ）してもよい。光学要素３０も、有利には、調整過程後、坦体３３と機械的にしっかり固定結合されている。

なお、本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって限定されるものではない。むしろ本発明は、すべての新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴のすべての組み合わせが含まれ、このことは、そのような特徴または組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていなくても同様である。

本特許出願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００４０５０８９０．３−３１号公報の優先権を主張しており、その公開内容をここでは参照している。

発光ダイオードの第１の実施例の発光ダイオード光学部材を有する発光ダイオードの断面略図 非結像型の集光器の機能を説明するための略図 発光ダイオードの第２の実施例の発光ダイオード光学部材を有する発光ダイオードの断面略図 Ａは、ここで説明する自動車用ヘッドライトエレメントの第１の実施例を略示した平面図 Ｂは、ここで説明する自動車用ヘッドライトエレメントの第２の実施例を略示した平面図 ここで説明する自動車用ヘッドライトエレメントを有する自動車用ヘッドライトの実施例を略示した側面図

Claims (26)

1. 複数の発光ダイオードチップ（１）を含む少なくとも１つの発光ダイオード（２０）と、
   前記発光ダイオード（２０）に熱的に結合された温度センサ（１４）と、
   前記複数の発光ダイオードチップ（１）の主放射方向で見て該複数の発光ダイオードチップ（１）に後置された１つの発光ダイオード光学系（４）と、
   プリント配線板によって形成された坦体（２５）と、
   少なくとも１つの制御装置（１０）と
   を有する自動車用ヘッドライトエレメントであって、
   該制御装置（１０）は、測定量に依存する信号を処理し、前記信号に相応する電流を発光ダイオード（２０）に給電し、
   前記制御装置（１０）と前記発光ダイオード（２０）と前記温度センサ（１４）とは、共通の前記坦体（２５）上に設けられており、
   前記測定量に依存する信号は前記温度センサ（１４）に依存し、
   前記発光ダイオード光学系（４）は、発光ダイオードチップから放射された電磁ビームの発散を低減するようにされており、
   前記発光ダイオード光学系（４）は、非結像型の集光器であることを特徴とする自動車用ヘッドライトエレメント。
2. 制御装置（１０）は、発光ダイオード（２０）を流れる電流を、抵抗（１２）の電圧降下に依存して測定するようにされている請求項１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
3. 抵抗（１２）は、坦体上に設けられている請求項１又は２記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
4. 制御装置（１０）は、電流を発光ダイオード（２０）に光検知器（１３，１７）の信号に依存して給電するようにされている請求項１から３迄の何れか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
5. 光検知器（１３）は、発光ダイオード（２０）から放射された電磁ビームを検知するようにされている請求項４記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
6. 光検知器（１３）は、坦体（２５）上に設けられている請求項５記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
7. 光検知器（１７）は、周囲の明るさを検知する請求項４記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
8. 光検知器（１７）は、ヘッドライトの外側に設けられている請求項７記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
9. パイフィルタ（１５）は、坦体（２５）上に設けられている請求項１から８迄の何れか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
10. 少なくとも１つのバリスタが発光ダイオード（２０）に並列に接続されている請求項１から９迄の何れか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
11. パルス幅変調回路が、坦体（２５）上に設けられている請求項１から１０迄の何れか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
12. パルス幅変調回路は、発光ダイオード（２０）を調光するようにされている請求項１１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
13. 制御装置（１０）は、パルス幅変調回路のデューティ比を調整するようにされている請求項１１または１２記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
14. 制御可能な電圧給電部（１１）が坦体上に設けられている請求項１から１３迄の何れか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
15. 制御装置（１０）は、電圧給電部（１１）のデューティ比を調整するようにされている請求項１４記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
16. 少なくとも１つの接続端子ピン（１６ａ−１６ｆ）が坦体（２５）上に設けられている請求項１から１５迄の何れか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
17. 少なくとも１つの接続端子ピン（１６ａ−１６ｆ）にバリスタが並列に接続されている請求項１６記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
18. 接続端子ピン（１６ａ−１６ｆ）を用いて、外部電気信号が制御装置（１０）に入力結合される請求項１６または１７記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
19. 前記発光ダイオードチップ（１）の放射出力結合面と前記発光ダイオード光学系（４）の入射開口との間に間隙が設けられており、
    および／または、
    前記発光ダイオード光学系（４）の側壁（８）は該発光ダイオード光学系（４）の入射開口において吸収性に形成されている、請求項１から１８迄の何れか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
20. 前記発光ダイオード光学系（４）は、ＣＰＣ，ＣＥＣ，ＣＨＣの光学要素の少なくとも１つの形状に形成されている請求項１から１９までのいずれか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
21. 前記発光ダイオード光学系（４）は、ビーム入口開口（ｂ）を有しており、該ビーム入口開口（ｂ）は、光学要素に対応して設けられている発光ダイオードチップ（１）の全ビーム出力結合面の２倍の大きさである請求項１から２０までの何れか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
22. 発光ダイオードは、少なくとも１つの薄膜発光ダイオードチップを有している請求項１から２１までの何れか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
23. 自動車用ヘッドライトエレメントは、少なくとも１つの発光ダイオード（２０）を有しており、該発光ダイオード（２０）は、白色光を形成するようにされている請求項１から２２迄の何れか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
24. 自動車用ヘッドライトエレメントは、少なくとも１つの発光ダイオード（２０）を有しており、該発光ダイオード（２０）は、非可視スペクトル領域内の電磁ビームを形成するようにされている請求項１から２３迄の何れか１記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
25. 発光ダイオード（２０）は、赤外線スペクトル領域内のビームを形成するようにされている請求項２４記載の自動車用ヘッドライトエレメント。
26. 前記発光ダイオードチップ（１）のすべてのビーム出力結合面が、同じ平面に設けられている、請求項１から２５までのいずれか１項記載の自動車用ヘッドライトエレメント。

Images