JP6169754B2 - 灯具ユニット - Google Patents

Description

本発明は、灯具ユニットに関する。

従来、複数の半導体発光素子をアレイ状に配置した光源を備えた車両用灯具が知られている（特許文献１参照）。かかる車両用灯具では、各半導体発光素子の点消灯を制御することにより、複数の配光パターンを形成できる。

特開２００９−１７９１１３号公報

しかしながら、複数の半導体発光素子をアレイ状に配置した光源の場合、素子間の隙間に起因して、配光パターンの一部の領域に明るさのムラが生じる場合がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両用灯具ユニットや照明器具などにおいて、明るさのムラが少ない配光パターンを実現する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光モジュールは、灯具に用いられる発光モジュールであって、複数の発光素子が複数段の発光素子アレイとして配置されている光源と、光源を搭載する搭載部と、を備える。搭載部は、光源のうち第１の発光素子アレイを搭載する第１の搭載部と、第１の発光素子アレイと隣接する第２の発光素子アレイを搭載し、光源を正面から見た場合に第１の搭載部よりも後方にずれた位置に設けられている第２の搭載部と、を有する。

この態様によると、第１の搭載部と第２の搭載部とが同一平面上にないので、光源を正面から見た場合に、第１の発光素子アレイと第２の発光素子アレイとの間隔を近付けることができる。そのため、第１の発光素子アレイと第２の発光素子アレイとの隙間が影として投影されることに起因する明るさムラの少ない配光パターンを実現できる。

第１の搭載部として機能する第１の素子搭載用基板と、第２の搭載部として機能する第２の素子搭載用基板と、を有してもよい。第１の素子搭載用基板は、基板の縁部に第１の発光素子アレイが配列されており、第２の素子搭載用基板は、第２の発光素子アレイが配列されており、基板の正面から見て、該第２の発光素子アレイと第１の発光素子アレイとが近接して第１の素子搭載用基板に対して配置されていてもよい。これにより、複数の素子搭載用基板にそれぞれ発光素子アレイが配列されるため、各素子搭載用基板の配置を工夫することで、光源を正面から見た場合に、第１の発光素子アレイと第２の発光素子アレイとの間隔をより近付けることが容易となる。

第２の発光素子アレイは、第１の発光素子アレイが有する発光素子の数よりも少ない発光素子を有してもよい。例えば、第１の発光素子アレイが投影レンズの焦点近傍に配置される場合、第２の発光素子アレイは、第１の発光素子アレイよりも焦点から離れて配置される。その結果、前方の所定の位置において、第２の発光素子アレイが有する発光素子の光源像は、第１の発光素子アレイが有する発光素子の光源像よりも大きくなる。そのため、第２の発光素子アレイは、より少ない数の発光素子で所望の範囲を照射することができ、コストおよび消費電力の低減が図られる。

光源は、複数のグループに分けられた複数の発光素子の点消灯をグループ毎に制御可能に構成されていてもよい。このような構成の光源は、発光素子間に多くの配線スペースが必要であり、発光素子同士の間隔が大きくなりがちである。しかしながら、上述の態様によると、第１の発光素子アレイと第２の発光素子アレイとの間隔を近付けることができる。

本発明の他の態様は、車両の前照灯として用いられる灯具ユニットであって、上述の発光モジュールと、発光モジュールの光源から出射された光を前方に投影する投影レンズと、を備える。第１の搭載部は、投影レンズの焦点近傍に第１の発光素子アレイが位置するように構成されていてもよい。これにより、第２の発光素子アレイは、投影レンズの焦点よりもずれて配置されることとなり、投影された第２の発光素子アレイの光源像がぼやける。そのため、第１の発光素子アレイによる光源像と第２の発光素子アレイによる光源像との境界での明るさのムラが低減される。

第２の発光素子アレイは、第１の発光素子アレイよりも下方に位置していてもよい。これにより、第２の発光素子アレイの光源像は、投影レンズで前方に配光パターンの上部として投影される。そして、例えば、ハイビーム用配光パターンを形成する灯具ユニットの場合、配光パターンの上部は第２の発光素子アレイの光源像が拡散されたものとなる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、車両用灯具ユニットや照明器具などにおいて、明るさのムラが少ない配光パターンを実現できる。

本実施の形態に係る灯具ユニットを用いた車両用前照灯の概略水平断面図である。 図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る発光モジュールを車両前方から見た正面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す発光モジュールをＹ方向から見た側面図である。 図３（ａ）は、２つのＬＥＤアレイの隙間が大きい発光モジュールにおける配光パターンの一例を示す図、図３（ｂ）は、２つのＬＥＤアレイの隙間が小さい本実施の形態に係る発光モジュールにおける配光パターンを示す図である。 図４（ａ）は、第２の実施の形態に係る発光モジュールを車両前方から見た正面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す発光モジュールをＹ方向から見た側面図である。 図５（ａ）は、第３の実施の形態に係る発光モジュールを車両前方から見た正面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す発光モジュールをＹ方向から見た側面図である。 図６（ａ）は、第１の実施の形態に係る発光モジュールの変形例を示す側面図、図６（ｂ）は、第２の実施の形態に係る発光モジュールの変形例を示す側面図である。 第１の実施の形態に係る発光モジュールの他の変形例を示す側面図である。 第２の実施の形態に係る発光モジュールの変形例を示す側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る灯具ユニットを用いた車両用前照灯１０の概略水平断面図である。

本実施の形態に係る車両用前照灯１０は、ランプボディ１２と、ランプボディ１２の前端開口部に取り付けられた透光カバー１４とで形成される灯室内に、ロービーム用灯具ユニット２０Ｌおよびハイビーム用灯具ユニット２０Ｈが収容された構成となっている。ロービーム用灯具ユニット２０Ｌとハイビーム用灯具ユニット２０Ｈは、それぞれ図示しない支持部材によって、ランプボディ１２に取り付けられている。また、各灯具ユニットの存在領域に開口部を有するエクステンション部材１６がランプボディ１２または透光カバー１４に固定され、ランプボディ１２の前面開口部と各灯具ユニットとの間の領域が前方に対して覆われている。

ロービーム用灯具ユニット２０Ｌは、従来周知の反射型の灯具であり、光源バルブ２１と、リフレクタ２３とを有する。ロービーム用灯具ユニット２０Ｌは、光源バルブ２１から出射した光をリフレクタ２３に反射させて、リフレクタ２３から前方に向かう光の一部を図示しない遮光板でカットして所定のカットオフラインを有するロービーム用の配光パターンを形成する。光源バルブ２１の先端には光源バルブ２１から直接前方に出射する光をカットするシェード２５が設けられている。なお、ロービーム用灯具ユニット２０Ｌの形状は特にこれに限定されず、後述するハイビーム用灯具ユニット２０Ｈと同様のプロジェクタ型の灯具ユニットであってもよい。

ハイビーム用灯具ユニット２０Ｈは、プロジェクタ型の灯具ユニットであり、投影レンズ２２と、複数のＬＥＤ（Light Emitting Device：以下「ＬＥＤ」と称することがある）がアレイ状に配列されたＬＥＤアレイ２６を備えた発光モジュール２４と、投影レンズ２２および発光モジュール２４を保持するホルダ２８とを有する。投影レンズ２２は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズであって、車両前後方向に延びる光軸Ａｘ上に配置されている。投影レンズ２２は、その後側焦点Ｆを含む後側焦点面上の像を、灯具前方に配置された鉛直仮想スクリーン上に反転像として投影するように構成されている。投影レンズ２２は、その周縁部がホルダ２８の前端環状溝部に保持されている。

発光モジュール２４は、ＬＥＤアレイ２６が投影レンズ２２の後側焦点Ｆよりも後方側に配置された状態で、ホルダ２８の後端側に固設されている。ホルダ２８は図示しない支持部材を介して、ランプボディ１２に取り付けられている。

発光モジュール２４は、ＬＥＤアレイ２６と、ＬＥＤアレイ２６を搭載するための搭載プレート３０と、ＬＥＤアレイ２６から発せられる熱を放散させるための放熱板３２とを備える。ＬＥＤアレイ２６は、搭載プレート３０の前方側表面に、その発光面が光軸Ａｘ方向前方を向くようにして固定されている。ＬＥＤアレイ２６の中心は、光軸Ａｘ上に位置している。放熱板３２は、搭載プレート３０の後方側表面に固定されている。このような発光モジュールにおいて、ＬＥＤ同士の間の隙間が広いと、隙間が影として配光パターンに投影される場合がある。

図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る発光モジュール２４を車両前方から見た正面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す発光モジュール２４をＹ方向から見た側面図である。なお、図２（ａ）および図２（ｂ）においては、放熱板３２の図示を省略している。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、発光モジュール２４は、複数の発光素子が複数段の発光素子アレイとして配置されている光源と、光源を搭載する搭載部と、を備える。本実施の形態に係る発光素子は、発光面が四角形状のＬＥＤ３４である。そして、光源は、２４個のＬＥＤ３４が２段のＬＥＤアレイ２６ａ，２６ｂとして配置されている。より詳細には、ＬＥＤアレイ２６ａは、１６個のＬＥＤ３４が車幅方向に一列に配置されており、ＬＥＤアレイ２６ｂは、８個のＬＥＤ３４が車幅方向に一列に配置されている。なお、各ＬＥＤアレイが備えるＬＥＤの数は、各ＬＥＤアレイアレイと投影レンズ２２の焦点との距離、照射範囲、照射領域で必要な明るさ、ＬＥＤの性能等に応じて適宜設定することができる。

ＬＥＤアレイ２６ａは、搭載プレート３０を構成する素子搭載用基板３０ａの下側の一辺に沿って第１の搭載部３０ａ１に搭載されている。また、ＬＥＤアレイ２６ａと隣接するＬＥＤアレイ２６ｂは、搭載プレート３０を構成する素子搭載用基板３０ｂの下側の一辺に沿って第２の搭載部３０ｂ１に搭載されている。第２の搭載部３０ｂ１は、光源を正面から見た場合に第１の搭載部３０ａ１よりも後方にずれた位置に設けられている。

したがって、本実施の形態に係る発光モジュール２４は、第１の搭載部３０ａ１と第２の搭載部３０ｂ１とが同一平面上にないので、光源を正面から見た場合に、ＬＥＤアレイ２６ａとＬＥＤアレイ２６ｂとの間隔を近付けることができる。そのため、ＬＥＤアレイ２６ａとＬＥＤアレイ２６ｂとの隙間Ｇが影として投影されることに起因する明るさムラの少ない配光パターンを実現できる。

また、本実施の形態に係る発光モジュール２４は、第１の搭載部３０ａ１として機能する素子搭載用基板３０ａと、第２の搭載部３０ｂ１として機能する素子搭載用基板３０ｂと、を有している。そして、素子搭載用基板３０ａは、基板の下側の縁部にＬＥＤアレイ２６ａが配列されており、素子搭載用基板３０ｂは、基板の下側の縁部にＬＥＤアレイ２６ｂが配列されている。また、素子搭載用基板３０ｂは、基板の正面から見て、ＬＥＤアレイ２６ｂとＬＥＤアレイ２６ａとが近接してマトリックス状に配列するように素子搭載用基板３０ａに対して配置されている。

具体的には、素子搭載用基板３０ａと素子搭載用基板３０ｂとは、互いに略平行となるように配置されている。また、素子搭載用基板３０ｂは、正面から見てＬＥＤアレイ２６ｂが素子搭載用基板３０ａに隠れないように、第２の搭載部３０ｂ１が第１の搭載部３０ａ１よりも下方に設けられてる。

このように、複数の素子搭載用基板３０ａ，３０ｂにそれぞれＬＥＤアレイ２６ａ，２６ｂが配列されるため、各素子搭載用基板３０ａ，３０ｂの配置を工夫することで、光源を正面から見た場合に、ＬＥＤアレイ２６ａとＬＥＤアレイ２６ｂとの間隔をより近付けることが容易となる。また、個々の素子搭載用基板の面積を低減できる。

また、素子搭載用基板３０ａと素子搭載用基板３０ｂとが重なるように配置されているため、発光モジュール２４を正面から見た際の専有面積を小さくできる。

本実施の形態に係る光源は、複数のグループに分けられた複数のＬＥＤ３４の点消灯をグループ毎に制御可能に構成されている。つまり、電源に対して全てのＬＥＤ３４が直列接続されているのではなく、ＬＥＤ３４がグループ毎に電源に対して並列接続されている。また、各ＬＥＤ３４はグループ毎に、図示しない制御装置により個別に点消灯を制御可能とされている。このような構成の光源は、ＬＥＤ間に多くの配線スペースが必要であり、ＬＥＤ同士の間隔が大きくなりがちである。しかしながら、本実施の形態に係る発光モジュール２４では、ＬＥＤアレイ２６ａとＬＥＤアレイ２６ｂとの間隔を近付けることができる。

上述のように、ハイビーム用灯具ユニット２０Ｈは、発光モジュール２４と、発光モジュール２４のＬＥＤアレイ２６ａ，２６ｂから出射された光を前方に投影する投影レンズ２２と、を備えている。素子搭載用基板３０ａの第１の搭載部３０ａ１は、投影レンズ２２の焦点Ｆ近傍にＬＥＤアレイ２６ａが位置するように構成されている。これにより、ＬＥＤアレイ２６ｂは、投影レンズ２２の焦点Ｆよりもずれて配置されることとなり、投影されたＬＥＤアレイ２６ｂの光源像がぼやける。そのため、ＬＥＤアレイ２６ａによる光源像とＬＥＤアレイ２６ｂによる光源像との境界での明るさのムラが低減される。

また、本実施の形態に係るＬＥＤアレイ２６ｂは、ＬＥＤアレイ２６ａよりも下方に位置されている。これにより、ＬＥＤアレイ２６ｂの光源像は、投影レンズで反転され、前方に配光パターンの上部として投影される。そして、例えば、ハイビーム用配光パターンを形成するハイビーム用灯具ユニット２０Ｈの場合、配光パターンの上部はＬＥＤアレイ２６ｂの光源像が拡散されたものとなる。

図３（ａ）は、２つのＬＥＤアレイの隙間が大きい発光モジュールにおける配光パターンの一例を示す図、図３（ｂ）は、２つのＬＥＤアレイの隙間が小さい本実施の形態に係る発光モジュールにおける配光パターンを示す図である。

図３（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る発光モジュール２４は、ＬＥＤアレイ２６ａとＬＥＤアレイ２６ｂとの隙間Ｇが影として投影されることに起因する明るさムラの少ない配光パターンを実現できる。

また、本実施の形態に係る発光モジュール２４では、ＬＥＤアレイ２６ｂは、ＬＥＤアレイ２６ａが有するＬＥＤ３４の数（１６個）よりも少ないＬＥＤ３４（８個）を有している。上述のように、ＬＥＤアレイ２６ａが投影レンズ２２の焦点近傍に配置される場合、ＬＥＤアレイ２６ｂは、第ＬＥＤアレイ２６ａよりも焦点から離れて配置される。その結果、前方の所定の位置において、ＬＥＤアレイ２６ｂが有するＬＥＤ３４の光源像Ｉｂ（図３（ｂ）参照）は、ＬＥＤアレイ２６ａが有するＬＥＤ３４の光源像Ｉａよりも大きくなる。そのため、ＬＥＤアレイ２６ｂは、より少ない数のＬＥＤ３４で所望の範囲を照射することができ、コストおよび消費電力の低減が図られる。

（第２の実施の形態）
図４（ａ）は、第２の実施の形態に係る発光モジュール４０を車両前方から見た正面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す発光モジュール４０をＹ方向から見た側面図である。なお、第１の実施の形態に係る発光モジュール２４と同様の構成については、同じ符号を付して説明を適宜省略する。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、発光モジュール４０は、複数のＬＥＤ３４が複数段のＬＥＤアレイ２６ａ，２６ｂとして配置されている光源と、光源を搭載する搭載部と、を備える。発光モジュール４０においては、ＬＥＤアレイ２６ａが素子搭載用基板３０ａの下側の一辺に沿って第１の搭載部３０ａ１に搭載されており、ＬＥＤアレイ２６ｂが素子搭載用基板３０ｂの上側の一辺に沿って第２の搭載部３０ｂ１に搭載されている。そのため、素子搭載用基板３０ａと素子搭載用基板３０ｂとがほとんど重ならないため、素子搭載用基板３０ａの裏面３０ａ２側に放熱部材等を配置する際のレイアウトの自由度が増す。その結果、各ＬＥＤアレイの放熱を最適化できる。

（第３の実施の形態）
図５（ａ）は、第３の実施の形態に係る発光モジュール４２を車両前方から見た正面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す発光モジュール４２をＹ方向から見た側面図である。なお、上述の各実施の形態に係る発光モジュールと同様の構成については、同じ符号を付して説明を適宜省略する。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、発光モジュール４２は、複数のＬＥＤ３４が複数段のＬＥＤアレイ２６ａ，２６ｂとして配置されている光源と、光源を搭載する搭載部としての一つの素子搭載用基板４４と、を備える。

素子搭載用基板４４は、焦点Ｆ近傍の前面４６にＬＥＤアレイ２６ａを配置する第１の搭載部３０ａ１が設けられており、第１の搭載部３０ａ１よりも後側かつ下方にずれた位置に形成された段差部４８に第２の搭載部３０ｂ１が設けられている。これにより、ＬＥＤアレイ毎に基板が必要なくなり、部品点数を削減できる。また、一つの素子搭載用基板４４に各ＬＥＤアレイを配置することで、各ＬＥＤアレイの位置決めを精度よく行える。

以上説明したように、上述の各実施の形態に係る発光モジュールを備えたハイビーム用灯具ユニット２０Ｈによれば、例えば図３（ｂ）に示すように、明るさのムラが少ない配光パターンを実現できる。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

図６（ａ）は、第１の実施の形態に係る発光モジュールの変形例を示す側面図、図６（ｂ）は、第２の実施の形態に係る発光モジュールの変形例を示す側面図である。図６（ａ）に示す発光モジュール５０においては、素子搭載用基板５２に設けられている第２の搭載部５２ｂ１が、基板の下側の端部ではなく、それよりも上方に位置している。このような発光モジュール５０であっても、第１の実施の形態に係る発光モジュール２４と同様の作用効果を奏する。

また、図６（ｂ）に示す発光モジュール５４においては、素子搭載用基板５６に設けられている第２の搭載部５６ｂ１が、基板の上側の端部ではなく、それよりも下方に位置している。このような発光モジュール５４であっても、第２の実施の形態に係る発光モジュール４０と同様の作用効果を奏する。

図７は、第１の実施の形態に係る発光モジュールの他の変形例を示す側面図である。図７に示す発光モジュール５８において、素子搭載用基板３０ａよりも後方にある素子搭載用基板３０ｂは、第２の搭載部３０ｂ１が光軸Ａｘに対して傾くように配置されている。また、ＬＥＤアレイ２６ｂは、発光面が焦点Ｆを向くように、斜め上方に向けて第２の搭載部３０ｂ１に搭載されている。これにより、ＬＥＤアレイ２６ａの光源像とＬＥＤアレイ２６ｂの光源像との隙間がほとんどなくなり、明るさのムラが少ない配光パターンが実現される。また、下段のＬＥＤアレイ２６ｂを上段のＬＥＤアレイ２６ａに対して一定の角度を設けて設置することにより、投影レンズ２２に入射する光量を十分に確保できる。

図８は、第２の実施の形態に係る発光モジュールの変形例を示す側面図である。図８に示す発光モジュール６０は、複数のＬＥＤ３４が複数のＬＥＤアレイ２６ａ，２６ｂとして配置されている光源と、光源を搭載する搭載部と、を備える。発光モジュール６０においては、ＬＥＤアレイ２６ａが素子搭載用基板３０ａの下側の一辺に沿って第２の搭載部６２ａ１に搭載されており、ＬＥＤアレイ２６ｂが素子搭載用基板３０ｂの上側の一辺に沿って第１の搭載部６２ｂ１に搭載されている。なお、発光モジュール６０においては、素子搭載用基板３０ｂは、素子搭載用基板３０ａより前方に配置され、また、投影レンズ（不図示）の焦点Ｆよりも前方に配置されている。

１０ 車両用前照灯、 ２０Ｈ ハイビーム用灯具ユニット、 ２２ 投影レンズ、 ２４ 発光モジュール、 ２６ａ，２６ｂ ＬＥＤアレイ、 ３０ 搭載プレート、 ３０ａ 素子搭載用基板、 ３０ａ１ 第１の搭載部、 ３０ｂ 素子搭載用基板、 ３０ｂ１ 第２の搭載部、 ３４ ＬＥＤ。

Claims (4)

1. 複数の発光素子を有する発光モジュールと、
   前記発光モジュールの光を灯具前方に投影する投影レンズと、を備え、
   前記発光モジュールは、
   前記複数の発光素子の一部である第１の発光素子アレイが配置された第１の搭載基板と、
   前記複数の発光素子の一部であり、前記第１の発光素子アレイと異なる第２の発光素子アレイが配置された第２の搭載基板と、を有し、
   前記第１の搭載基板と前記第２の搭載基板とが同一平面上にないように構成されており、
   前記第２の搭載基板は、前記第１の搭載基板に対して斜めに配置されていることを特徴とする灯具ユニット。
2. 前記第１の搭載基板は、該第１の搭載基板の正面から見て、前記第２の搭載基板と重なるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の灯具ユニット。
3. 前記複数の発光素子は、グループ毎に電源に対して並列接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の灯具ユニット。
4. 複数の発光素子を有する発光モジュールと、
   前記発光モジュールの光を灯具前方に投影する投影レンズと、を備え、
   前記発光モジュールは、
   前記複数の発光素子の一部である第１の発光素子アレイが配置された第１の搭載基板と、
   前記複数の発光素子の一部であり、前記第１の発光素子アレイと異なる第２の発光素子アレイが配置された第２の搭載基板と、を有し、
   前記第１の搭載基板と前記第２の搭載基板とが同一平面上にないように構成されており、
   前記第１の搭載基板は、前記第２の搭載基板よりも前方に配置されており、
   前記第１の発光素子アレイは、前記第１の搭載基板の縁部に配置されており、
   前記第２の発光素子アレイは、前方にある前記第１の搭載基板に遮蔽されないように、かつ、前記第１の搭載基板の縁部の下方または上方となるように、前記第２の搭載基板に配置されていることを特徴とする灯具ユニット。

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