JP5966192B2 - 照明装置、および車両用灯具 - Google Patents
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Description
光源に発光ダイオードを用いた照明装置は、寿命が長く、また、消費電力も少なくすることができるので、既存の白熱電球と置き換えられることが期待されている。
ここで、車両用の照明装置は、バッテリーを電源としているが、照明装置に印加される電圧が変動する。
例えば、一般的な車両用の照明装置の動作標準電圧(定格電圧)は13.5V程度であるが、バッテリーの電圧低下、オルタネーターの動作、回路上の影響などにより、照明装置に印加される電圧が変動する。
そのため、車両用の照明装置においては、動作電圧範囲(電圧変動範囲)が定められている。例えば、動作電圧範囲は、9Vから16Vが一般的であり、中には7Vから16Vの場合もある。
印加される電圧が低下すると、白熱電球であっても、光源に発光ダイオードを用いた照明装置であっても発光量が低下する。
ところが、電圧の低下が大きくなると(低電圧になると)、光源に発光ダイオードを用いた照明装置の発光量が白熱電球の発光量よりも少なくなるという問題がある。
この場合、定電圧素子などを用いて、光源に発光ダイオードを用いた照明装置の発光量の低下を抑制することができる。
しかしながら、定電圧素子などを用いれば、定電圧素子などが新たに必要となったり、回路効率(入力電圧に対する発光ダイオードへの印加電圧の割合)の低下により発熱量が多くなったり、基板サイズが大きくなったりすることになる。
そのため、車両用の照明装置に望まれている小型化や、低コスト化が図れなくなるおそれがある。
そして、前記発光素子と前記抵抗体とが直列接続された第1の回路に第1の電圧の半減値を印加した際の前記抵抗体の電圧比率は、前記第1の回路に前記第1の電圧を印加した際の前記抵抗体の電圧比率の25%以下であり、前記発光素子と前記抵抗体とが直列接続された第2の回路に前記第1の電圧の半減値を印加した際の前記第2の回路の抵抗体の電圧比率は、前記第1の回路に前記第1の電圧の半減値を印加した際の前記第1の回路の抵抗体の電圧比率よりも高い。
そして、前記発光素子と前記抵抗体とが直列接続された第1の回路に第1の電圧の半減値を印加した際の前記抵抗体の電圧比率が、前記第1の回路に前記第1の電圧を印加した際の前記抵抗体の電圧比率の25%以下であり、前記発光素子と前記抵抗体とが直列接続された第2の回路に前記第1の電圧の半減値を印加した際の前記第2の回路の抵抗体の電圧比率は、前記第1の回路に前記第1の電圧の半減値を印加した際の前記第1の回路の抵抗体の電圧比率よりも高くなっている。
この照明装置によれば、電圧の低下が生じても発光量の減少を抑制することができる。
この場合、入力電圧の低い領域(電圧が低下した場合)において白熱電球と同等以上の発光量を得ることができる。
この照明装置によれば、電圧が変動した場合に、テールランプの明るさとストップランプの明るさとの差を大きくすることができる。
また、前記抵抗体は複数設けられ、前記複数の抵抗体のそれぞれの抵抗値は略同一となるようにすることができる。
この照明装置によれば、温度上昇が大きくなる抵抗体をなくすことができる。そのため、電圧の低下が生じても発光量の減少をさらに抑制することができる。
この照明装置によれば、抵抗体の放熱性を向上させることができる。そのため、電圧の低下が生じても発光量の減少をさらに抑制することができる。
また、前記抵抗体は、表面実装型の抵抗器、または、リード線を有する抵抗器とすることもできる。
また、以下に例示をする照明装置1は、自動車などの車両用の照明装置とすることができる。
図1は、本実施の形態に係る照明装置1を例示するための模式斜視図である。
図2は、発光部20の模式斜視図である。
図3は、発光部20の回路図である。
本体部10には、収納部11、フランジ部12、およびフィン13が設けられている。
収納部11は、円筒状を呈し、フランジ部12の一方の面から突出している。収納部11の内側には、発光部20が収納されている。また、収納部11の内側には、給電部30の給電端子31が突出している。
フィン13は、フランジ部12の面から突出して複数設けられている。複数のフィン13は、板状を呈し、放熱フィンとして機能する。
そのため、熱を外部に放出することを考慮して、本体部10を熱伝導率の高い材料から形成することができる。例えば、本体部10は、アルミニウム、アルミニウム合金、高熱伝導性樹脂などから形成することができる。高熱伝導性樹脂は、例えば、PET(Polyethylene terephthalate)やナイロン等の樹脂に、熱伝導率の高い炭素や酸化アルミニウム等の繊維や粒子を混合させたものである。
この場合、フィン13などの熱を外部に放出する部分を熱伝導率の高い材料から形成し、その他の部分を樹脂などから形成することもできる。
また、本体部10には、車両用灯具に脱着するための図示しない取り付け部が設けられていても良い。
基板21は、本体部10の収納部11の内側に設けられている。
基板21は、板状を呈し、表面に配線パターン24が設けられている。
基板21は、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどの無機材料(セラミックス)、紙フェノールやガラスエポキシなどの有機材料などから形成することができる。また、基板21は、金属板の表面を絶縁材料で被覆したものであってもよい。なお、金属板の表面を絶縁材料で被覆する場合には、絶縁材料は、有機材料からなるものであってもよいし、無機材料からなるものであってもよい。
また、基板21は、単層であってもよいし、多層であってもよい。
そして、後述するように、抵抗体23aおよび抵抗体23bの放熱が悪いと、電圧の低下に伴い照明装置1(発光素子22)の発光量が大きく減少する。
そのため、基板21の材料は、熱伝導率の高い材料とすることが好ましい。
熱伝導率の高い材料としては、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミックス、高熱伝導性樹脂、金属板の表面を絶縁材料で被覆したものなどを例示することができる。
発光素子22は、配線パターン24に設けられる側とは反対側の面(上面)に図示しない電極を有したものとすることができる。なお、図示しない電極は、配線パターン24に設けられる側の面(下面)と、配線パターン24に設けられる側とは反対側の面(上面)とに設けられていてもよいし、どちらかの面のみに設けられていてもよい。
発光素子22の光の出射面である上面は、照明装置1の正面側に向けられており、主に、照明装置1の正面側に向けて光を照射する。
発光素子22の数や大きさなどは、例示をしたものに限定されるわけではなく、照明装置1の大きさや用途などに応じて適宜変更することができる。
配線パターン24は、基板21の両方の面に設けることもできるが、製造コストを低減させるためには、基板21の一方の面に設けるようにすることが好ましい。
配線パターン24には、入力端子24aが設けられている。
入力端子24aは、複数設けられている。入力端子24aには、給電部30の給電端子31が電気的に接続されている。そのため、発光素子22は、配線パターン24を介して、給電部30と電気的に接続されている。
配線25は、例えば、金を主成分とする線とすることができる。ただし、配線25の材料は、金を主成分とするものに限定されるわけではなく、例えば、銅を主成分とするものや、アルミニウムを主成分とするものなどであってもよい。
包囲壁部材26は、例えば、PBT(polybutylene terephthalate)やPC(polycarbonate)などの樹脂や、セラミックスなどから形成することができる。
なお、酸化チタンの粒子に限定されるわけではなく、発光素子22から照射された光に対する反射率が高い材料からなる粒子を混合させるようにすればよい。
また、包囲壁部材26は、例えば、白色の樹脂から形成することもできる。
また、発光素子22から照明装置1の正面側に向けて照射された光の一部であって封止部27の上面(封止部27と外気との界面)で全反射した光は、包囲壁部材26の中央部26a側の側壁面26bで反射して、再び照明装置1の正面側に向けて照射される。
すなわち、包囲壁部材26は、リフレクタの機能を併せ持つものとすることができる。なお、包囲壁部材26の形態は、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
封止部27は、透光性を有する材料から形成されている。封止部27は、例えば、シリコーン樹脂などから形成することができる。
封止部27は、例えば、包囲壁部材26の中央部26aに樹脂を充填することで形成することができる。樹脂の充填は、例えば、ディスペンサなどの液体定量吐出装置を用いて行うことができる。
例えば、発光素子22が青色発光ダイオード、蛍光体がYAG系蛍光体である場合には、発光素子22から照射された青色の光によりYAG系蛍光体が励起され、YAG系蛍光体から黄色の蛍光が放射される。そして、青色の光と黄色の光が混ざり合うことで、白色の光が照明装置1から照射される。なお、蛍光体の種類や発光素子22の種類は例示をしたものに限定されるわけではなく、照明装置1の用途などに応じて所望の発光色が得られるように適宜変更することができる。
接合部28は、膜状を呈し、包囲壁部材26と、基板21と、の間に設けられている。 接合部28は、例えば、シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤を硬化させることで形成されたものとすることができる。
すなわち、入力端子であるAnode1とグランド端子(GND)との間には、制御素子29b、抵抗体23b、および発光素子22が直列接続されている(第1の回路の一例に相当する)。
また、制御素子52bは、発光素子22と並列に接続されている。制御素子52bの一端は、制御素子29bのカソード側に接続されている。制御素子52bの他端は、グランド端子に接続されている。なお、制御素子52bの一端が制御素子29bのアノード側に接続され、制御素子52bの他端がグランド端子に接続されていてもよい。
また、制御素子52aは、発光素子22と並列に接続されている。制御素子52aの一端は、制御素子29aのカソード側に接続されている。制御素子52aの他端は、グランド端子に接続されている。なお、制御素子52aの一端が制御素子29aのアノード側に接続され、制御素子52bの他端がグランド端子に接続されていてもよい。
また、これらの回路において、グランド端子は共通となっている。
抵抗体23aおよび抵抗体23bは、発光素子22に流れる電流を制御する。
発光素子22の順方向電圧特性にはばらつきがあるので、Anode1(またはAnode2)と、グランド端子と、の間の印加電圧を一定にすると、発光素子22の明るさ(光束、輝度、光度、照度)にばらつきが生じる。そのため、発光素子22の明るさが所定の範囲内に収まるように、抵抗体23aおよび抵抗体23bにより、発光素子22に流れる電流の値が所望の範囲内となるようにしている。
そのため、抵抗体23aおよび抵抗体23bは、放熱性に優れたものとすることが好ましい。
例えば、抵抗体23aおよび抵抗体23bは、膜状の抵抗器などとすることが好ましい。
この場合、抵抗体23aおよび抵抗体23bは、酸化ルテニウムを用いて形成された膜状の抵抗器とすることができる。
例えば、抵抗体23aおよび抵抗体23bが膜状の抵抗器の場合には、抵抗体23aおよび抵抗体23bの一部を除去して除去部23a1および除去部23b1をそれぞれ形成することで、それぞれの抵抗値を変化させることができる。この場合、抵抗体23aおよび抵抗体23bの一部を除去すれば、それぞれの抵抗値は増加することになる。
抵抗体23aおよび抵抗体23bの一部の除去は、例えば、抵抗体23aおよび抵抗体23bにレーザ光を照射することで行うことができる。
その様にすれば、複数の抵抗体23aにおけるそれぞれの発熱量、ひいてはそれぞれの温度が同様となるようにすることができる。
例えば、複数の抵抗体23aの中に抵抗値が低いものがあれば、抵抗値が低い抵抗体23aの発熱量が多くなり、ひいては温度が高くなる。そのため、電圧の低下に伴いAnode2側の回路における発光素子22の発光量が大きく減少するおそれがある。
その様にすれば、複数の抵抗体23bにおけるそれぞれの発熱量、ひいてはそれぞれの温度が同様となるようにすることができる。
例えば、複数の抵抗体23bの中に抵抗値が低いものがあれば、抵抗値が低い抵抗体23bの発熱量が多くなり、ひいては温度が高くなる。そのため、電圧の低下に伴いAnode1側の回路における発光素子22の発光量が大きく減少するおそれがある。
ただし、抵抗体23aおよび抵抗体23bの放熱性は高い方が好ましい。
抵抗体23aおよび抵抗体23bの放熱性が高ければ、温度上昇を抑制することができるので、電圧の低下に伴う発光量の減少を抑制することができる。
放熱性を向上させるためには、例えば、抵抗体23aおよび抵抗体23bのそれぞれの数を多くしたり、平面形状(設置面積)を大きくしたり、厚み寸法を大きくしたりすることが好ましい。
制御素子29aおよび制御素子29bは、逆方向電圧が発光素子22に印加されないようにするため、および、逆方向からのパルスノイズが発光素子22に印加されないようにするために設けられている。
制御素子29aおよび制御素子29bは、例えば、ダイオードとすることができる。制御素子29aおよび制御素子29bは、例えば、表面実装型のダイオードや、リード線を有するダイオードなどとすることができる。
制御素子52aおよび制御素子52bは、例えば、コンデンサとすることができる。制御素子52aおよび制御素子52bは、例えば、表面実装型のコンデンサや、リード線を有するコンデンサなどとすることができる。
また、一例として、2系統の回路が設けられた照明装置1を例示したが、回路の系統数は2系統に限定されるわけではなく適宜変更することができる。
図4は、ダイオード(制御素子29a、29b)、抵抗体(抵抗体23a、23b)、および発光ダイオード(発光素子22)が直列接続された回路における入力電圧と電圧比率との関係を例示するためのグラフ図である。
ここで、入力電圧とは、ダイオードと抵抗体と発光ダイオードの全体に印加される電圧である。ダイオード、抵抗体、または、発光ダイオードの電圧比率とは、ぞれぞれ、ダイオード、抵抗体、または、発光ダイオードに印加される電圧を、入力電圧で割った比率で定義する。
なお、図4中における破線部分は抵抗体の電圧比率を抑制する手段を講じなかった場合であり、実線部分は抵抗体の電圧比率を抑制する手段を講じた場合である。
入力電圧が高くなると、ダイオードおよび抵抗体と発光ダイオードの温度が高くなる。
この場合、ダイオードおよび発光ダイオードは、半導体素子であるため温度上昇に伴ないその抵抗値が減少する。そのため、入力電圧が高くなると、ダイオードおよび発光ダイオードにおけるそれぞれの電圧比率は減少する。
一方、抵抗体は、酸化ルテニウムなどの金属からなるため温度上昇に伴ないその抵抗値は増加する。そのため、入力電圧が高くなると、抵抗体の電圧比率は増加する。
また、抵抗体の電圧比率を抑制することで発光ダイオードの発光量を増加させる効果は、入力電圧の低い領域(電圧が低下した場合)において顕著となる。
例えば、以下のようにすることで抵抗体に関する放熱性を向上させることができる。
抵抗体23aおよび抵抗体23bは、膜状の抵抗器とする。
抵抗体23a(抵抗体23b)が複数設けられる場合には、それぞれの抵抗値がなるべく同じになるようにする。
抵抗体23a(抵抗体23b)の数を多くしたり、平面形状(設置面積)を大きくしたり、厚み寸法を大きくしたりする。
抵抗体23a(抵抗体23b)の一部を除去して抵抗値を変化させる場合には、L型やサーペンタインカットを行うことで、ピーク温度(部分的な温度上昇)を低下させる。
抵抗体23a(抵抗体23b)の材料は、発熱量の少ないものとする。
基板21を熱伝導率の高い材料から形成する。
本体部10を熱伝導率の高い材料から形成する。
なお、図5中の実線はVR2≦0.25×VR1とした場合、破線は比較例に係る場合(抵抗体の電圧比率を抑制する手段を講じなかった場合)、一点鎖線は白熱電球の場合である。
図5に示すように、抵抗体に関する放熱性を向上させることで、VR2≦0.25×VR1となるようにすれば、入力電圧の低い領域(電圧が低下した場合)において白熱電球と同等以上の発光量を得ることができる。
またさらに、定格電圧(例えば、13.5V)以上においては、発光量の変化率を少なくすることができる。
このことは、電圧が変動した場合であっても発光量の変化を抑制することができることを意味する。
この場合、入力電圧の低い領域(電圧が低下した場合)において、ストップランプの回路であるAnode1側の回路における発光量が大きく減少すると、ストップランプの点灯時(ブレーキを踏んだ時)に後続車が、ストップランプの点灯を認識しづらくなる。
そのため、ストップランプの回路であるAnode1側の回路における抵抗体23bに関する放熱性を向上させて発光量の変化を抑制する。
この様にすれば、電圧が変動した場合であっても後続車が、ストップランプの点灯を認識しやすくなる。
またさらに、テールランプの回路であるAnode2側の回路における抵抗体23aに関する放熱性を向上させて発光量の変化を抑制する。
この際、Anode2側の回路における発光量の減少をAnode1側の回路における発光量の減少よりも大きくする。
例えば、Anode2側の回路に定格電圧の半減値を印加した際の抵抗体23aの電圧比率が、Anode1側の回路に定格電圧の半減値を印加した際の抵抗体23bの電圧比率よりも高くなるようにする。この場合、抵抗体に関する放熱性を制御することで、抵抗体の電圧比率を制御することができる。
Claims (6)
- 基板と;
前記基板の上に設けられた発光素子と;
前記基板の上に設けられ、前記発光素子と直列接続された抵抗体と;
を具備し、
前記発光素子と前記抵抗体とが直列接続された第1の回路に第1の電圧の半減値を印加した際の前記抵抗体の電圧比率は、前記第1の回路に前記第1の電圧を印加した際の前記抵抗体の電圧比率の25%以下であり、
前記発光素子と前記抵抗体とが直列接続された第2の回路に前記第1の電圧の半減値を印加した際の前記第2の回路の抵抗体の電圧比率は、前記第1の回路に前記第1の電圧の半減値を印加した際の前記第1の回路の抵抗体の電圧比率よりも高い照明装置。 - 前記第1の回路は、ストップランプの回路であり、
前記第2の回路は、テールランプの回路である請求項1記載の照明装置。 - 前記抵抗体は、複数設けられ、
前記複数の抵抗体のそれぞれの抵抗値は、略同一である請求項1または2に記載の照明装置。 - 前記抵抗体は、膜状を呈している請求項1〜3のいずれか1つに記載の照明装置。
- 前記抵抗体は、表面実装型の抵抗器、または、リード線を有する抵抗器である請求項1〜3のいずれか1つに記載の照明装置。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載の照明装置を具備した車両用灯具。
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