JP6659436B2 - Vehicle lighting method and vehicle lamp - Google Patents

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    • F21S41/153Light emitting diodes [LED] arranged in one or more lines arranged in a matrix

Description

本発明は、車両用照明方法および車両用灯具に関し、特に平面状発光領域内に配置された多数の発光ダイオードを用い、車両前方を照明する、車両用照明方法および車両用灯具に関する。   The present invention relates to a vehicular lighting method and a vehicular lamp, and more particularly to a vehicular lighting method and a vehicular lamp that illuminate the front of a vehicle using a number of light emitting diodes arranged in a planar light emitting region.

近年、車両用前照灯において、前方の状況、即ち対向車や前走車等の有無及びその位置に応じて配光形状をリアルタイムで制御する技術(ADB adaptive driving beam等と呼ばれる)が注目されている。この技術によれば、例えば走行用の配光形状すなわちハイビームで走行中に、対向車を検出した場合に、前照灯に照射される領域の内、当該対向車の領域に向う光のみをリアルタイムで低減することが可能となる。ドライバに対しては常にハイビームに近い視界を与え、その一方で対向車に対して眩惑光(グレア)を与えることを防止できる。   2. Description of the Related Art In recent years, in a vehicle headlamp, a technology (referred to as an ADB adaptive driving beam or the like) for controlling a light distribution shape in real time in accordance with the situation in front, that is, the presence or absence of an oncoming vehicle or a preceding vehicle, and the position thereof has attracted attention. ing. According to this technology, for example, when traveling in a light distribution shape for traveling, that is, a high beam, when an oncoming vehicle is detected, only the light directed to the oncoming vehicle area is irradiated in real time from the area illuminated by the headlight. Can be reduced. It is possible to always provide the driver with a field of view close to the high beam while preventing dazzling light (glare) from being given to oncoming vehicles.

また、ハンドルの舵角に合わせて進行方向の配光を調整する前照灯システム(AFS adaptive front-lighting system 等と呼ばれる)が一般化されつつある。配光形状を、ハンドルの舵角に合わせて、左右方向に移動させることにより、進行方向の視界を広げることができる。   Further, a headlight system (referred to as an AFS adaptive front-lighting system or the like) that adjusts a light distribution in a traveling direction according to a steering angle of a steering wheel is being generalized. By moving the light distribution shape in the left-right direction according to the steering angle of the steering wheel, the field of view in the traveling direction can be widened.

このような配光可変型の前照灯システムは、例えば多数の発光ダイオード(LED light emitting diode)をアレイ状に並置した発光ダイオード装置を用い、各発光ダイオードの導通/非導通(オン/オフ)並びに導通時の投入電力(従って輝度)をリアルタイムで制御することによって実現することができる。   Such a variable light distribution type headlight system uses, for example, a light emitting diode device in which a large number of light emitting diodes (LED light emitting diodes) are arranged in an array, and conducts / non-conducts (on / off) each light emitting diode. In addition, it can be realized by controlling the input power (and thus the luminance) during conduction in real time.

マトリクス状に配置され、独立に点灯制御可能な多数のLEDチップのアレイと、該LEDチップアレイから放出された光の光路上に配置された投影レンズとを備え、該LEDチップアレイの点灯パターンを制御することにより、前方に所定の配光パターンを形成するように構成された車両用前照灯装置が提案されている(例えば特開2013−54849号)。以下、この提案の概要を説明する。   An array of a large number of LED chips which are arranged in a matrix and can be independently controlled to be turned on, and a projection lens arranged on an optical path of light emitted from the LED chip array, and a lighting pattern of the LED chip array is provided. There has been proposed a vehicle headlight device configured to form a predetermined light distribution pattern forward by controlling (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-54849). Hereinafter, the outline of this proposal will be described.

図11Aは、放熱機構を有する支持基板211上に、複数のLED212をマトリクス状に配置し、前方に投影レンズ210を配した車両用前照灯の要部を側方から見た図である。   FIG. 11A is a diagram of a main part of a vehicle headlamp in which a plurality of LEDs 212 are arranged in a matrix on a support substrate 211 having a heat radiating mechanism, and a projection lens 210 is arranged in front, as viewed from the side.

図11Bは、複数のLED212をマトリクス状に配置した状態を正面から見た図である。このようにマトリクス状に配置した複数のLED(以下、「マトリクスLED」と呼ぶことがある。)を含む光源を車両前方に向け、その前方に投影レンズを配置した光学系は、LEDの輝度分布を前方に投射する。   FIG. 11B is a front view of a state where a plurality of LEDs 212 are arranged in a matrix. An optical system in which a light source including a plurality of LEDs arranged in a matrix (hereinafter, may be referred to as a “matrix LED”) is directed toward the front of a vehicle and a projection lens is disposed in front of the light source is a luminance distribution of the LEDs. Is projected forward.

図11Cは、前照灯システムの概略構成を示すブロック図である。前照灯システム200は、左右それぞれの車両用前照灯100、配光制御ユニット102、前方監視ユニット104等を備えている。車両用前照灯100は、マトリクスLEDを含む光源と、投影レンズと、それらを収容する灯体とを有する。   FIG. 11C is a block diagram illustrating a schematic configuration of the headlight system. The headlight system 200 includes left and right vehicle headlights 100, a light distribution control unit 102, a front monitoring unit 104, and the like. The vehicle headlamp 100 has a light source including a matrix LED, a projection lens, and a lamp body that houses them.

車載カメラ108、レーダ110、車速センサ112等の各種センサが接続されている前方監視ユニット104は、センサから取得した撮像データを画像処理し、前方車両(対向車や先行車)やその他の路上光輝物体、区画線(レーンマーク)を検出し、それらの属性や位置等、配光制御に必要なデータを算出する。算出されたデータは車内LAN等を介して配光制御ユニット102や各種車載機器に発信される。   The forward monitoring unit 104 to which various sensors such as the on-vehicle camera 108, the radar 110, and the vehicle speed sensor 112 are connected processes the image data acquired from the sensors, and processes the preceding vehicle (an oncoming vehicle or a preceding vehicle) and other bright lights on the road. It detects objects and lane markings (lane marks) and calculates data required for light distribution control, such as their attributes and positions. The calculated data is transmitted to the light distribution control unit 102 and various in-vehicle devices via an in-vehicle LAN or the like.

車速センサ112、舵角センサ114、GPSナビゲーション116、前照灯スイッチ118等が接続されている配光制御ユニット102は、前方監視ユニット104から送出されてくる路上光輝物体の属性(対向車、先行車、反射器、道路照明)、その位置(前方、側方)と車速に基づいて、その走行場面に対応した配光パターン(輝度分布)を決定する。配光制御ユニット102は、その配光パターンを実現するために必要な、マトリクスLEDの各LEDの制御内容(点消灯、投入電力等)を決定する。ドライバ120は、配光制御ユニット102からの制御量の情報を、駆動装置や配光制御素子の動作に対応した命令に変換すると共にそれらを制御する。   The light distribution control unit 102 to which the vehicle speed sensor 112, the steering angle sensor 114, the GPS navigation 116, the headlight switch 118, and the like are connected is connected to the attribute of the on-road luminous object sent from the forward monitoring unit 104 (oncoming vehicle, preceding vehicle The light distribution pattern (luminance distribution) corresponding to the traveling scene is determined based on the vehicle, the reflector, the road lighting), the position (forward, sideways), and the vehicle speed. The light distribution control unit 102 determines the control content (lighting and extinguishing, input power, etc.) of each LED of the matrix LED necessary to realize the light distribution pattern. The driver 120 converts the information on the control amount from the light distribution control unit 102 into commands corresponding to the operations of the driving device and the light distribution control element, and controls them.

車両用ヘッドランプは、中心部(配光中心)で輝度が高く、周辺に向って輝度が低下していく輝度分布を形成する必要がある。半導体発光素子アレイを用いた車両用ヘッドランプの場合は、各半導体発光素子の駆動電力を制御することによって輝度を調整し、所望の輝度分布を形成することが可能である。   The vehicle headlamp needs to form a luminance distribution in which the luminance is high at the center (the light distribution center) and decreases toward the periphery. In the case of a vehicle headlamp using a semiconductor light emitting element array, it is possible to adjust the luminance by controlling the driving power of each semiconductor light emitting element and to form a desired luminance distribution.

輝度を調整するために、駆動電流を変化させることが考えられる。しかし、駆動電流を変化させると、色度も変化してしまう。視野内の色度が変化すると、観察者に違和感を与えてしまう。色調の変化を少なくするために、瞬時駆動電流値を一定とし、パルス幅を変化させることによって電力を調整し、輝度分布を形成することが提案されている(例えば特開2009−224191号)。ドットマトリクス光源がパルス点灯部と直流点灯部とを含む場合は、直流点灯部の素子の瞬時駆動電流値もパルス点灯部の1素子の瞬時駆動電流値と同じにすると教示されている。   In order to adjust the luminance, it is conceivable to change the drive current. However, when the drive current is changed, the chromaticity also changes. When the chromaticity in the visual field changes, the observer feels strange. In order to reduce the change in color tone, it has been proposed that the instantaneous driving current value is fixed, the power is adjusted by changing the pulse width, and a luminance distribution is formed (for example, JP-A-2009-224191). When the dot matrix light source includes a pulse lighting section and a DC lighting section, it is taught that the instantaneous driving current value of the element of the DC lighting section is also the same as the instantaneous driving current value of one element of the pulse lighting section.

特開2013−54849号公報JP 2013-54849 A 特開2009−224191号公報JP 2009-224191 A

車両前方の照明は、ドライバにとって良好な視界を確保するために、また、ドライバに違和感を与えないために、所望の輝度分布を有し、かつ色度を均一にした白色光で行うことが望まれる。半導体白色発光素子は、通常、半導体発光素子に蛍光体を搭載した構成を有し、駆動電力を制御することによって輝度を調整することができる。半導体発光素子は、温度によって発光効率が変化し、搭載されている蛍光体の光変換効率にも温度依存性がある。このため、半導体白色発光素子の色度は温度によって変化してしまう。   It is desirable that the illumination in front of the vehicle be performed with white light having a desired luminance distribution and uniform chromaticity in order to ensure a good view for the driver and to prevent the driver from feeling uncomfortable. It is. The semiconductor white light emitting element generally has a configuration in which a phosphor is mounted on the semiconductor light emitting element, and the luminance can be adjusted by controlling the driving power. The luminous efficiency of a semiconductor light emitting element changes depending on the temperature, and the light conversion efficiency of a mounted phosphor also has temperature dependence. For this reason, the chromaticity of the semiconductor white light emitting element changes depending on the temperature.

車両前方の照明は中心部で高く、周辺に向って低下する輝度分布を形成することが望まれる。半導体白色発光素子アレイを用い、瞬時駆動電流値を同一とする場合、デューティを制御して、投入電力分布を形成する。投入電力に応じて発熱量も分布する。アレイ面内において、発熱、放熱が均一とはならない。このため、温度分布が形成される。この温度分布によって半導体白色発光素子アレイ面内に色度分布が形成されてしまう。   It is desired that the illumination in front of the vehicle forms a luminance distribution that is high at the center and decreases toward the periphery. When the instantaneous drive current value is the same using a semiconductor white light emitting element array, the duty is controlled to form a supplied power distribution. The amount of generated heat is also distributed according to the input power. Heat generation and heat radiation are not uniform in the array plane. Therefore, a temperature distribution is formed. Due to this temperature distribution, a chromaticity distribution is formed in the semiconductor white light emitting element array surface.

半導体白色発光素子アレイの発光パターンをレンズ等で投影して配光パターンを形成するヘッドランプにおいては、半導体白色発光素子アレイ面内で形成された色度分布によって、配光パターンにも色度分布が形成される。ドライバの視界内において色度が異なってしまい、ドライバに違和感を与えてしまう。   In a headlamp in which a light distribution pattern is formed by projecting a light emission pattern of a semiconductor white light emitting element array with a lens or the like, the chromaticity distribution is also formed in the light distribution pattern by the chromaticity distribution formed in the semiconductor white light emitting element array plane. Is formed. The chromaticity differs within the field of view of the driver, giving the driver a sense of incompatibility.

実施例の目的は、半導体発光装置の発光面内に所望の輝度分布を形成し、温度分布が形成されたとしても、色度分布の少ない配光パターンを実現できる車両用照明方法および車両用灯具を提供することである。   An object of the embodiments is to provide a vehicle lighting method and a vehicle lamp capable of forming a desired luminance distribution in a light emitting surface of a semiconductor light emitting device and realizing a light distribution pattern with a small chromaticity distribution even when a temperature distribution is formed. It is to provide.

本発明の実施例によれば、
光源と制御装置を含んで構成される車両用灯具であって、
前記光源は、それぞれ蛍光体発光部を備えた複数の半導体発光素子が2次元状に配置された半導体発光素子アレイを含み、
前記制御装置は、駆動電流のパルス高制御とパルス幅制御を同時に行えるパルス電源を含み、前記半導体発光素子アレイが、1方向に関して、中心部で高く、周辺に向って低下する輝度分布を形成するように、投入電力分布を制御しつつ、該輝度分布の中心部で高く、周辺に向って低下する色度分布を形成するようにパルス高分布を制御することができる、
車両用灯具
が提供される。
According to an embodiment of the present invention,
A vehicle lamp including a light source and a control device,
The light source includes a semiconductor light-emitting element array in which a plurality of semiconductor light-emitting elements each having a phosphor light-emitting unit are two-dimensionally arranged,
The control device includes a pulse power supply capable of simultaneously performing pulse height control and pulse width control of a drive current, and the semiconductor light emitting element array forms a luminance distribution that is high at a central portion and decreases toward the periphery in one direction. Thus, while controlling the applied power distribution, it is possible to control the pulse height distribution so as to form a chromaticity distribution that is high at the center of the luminance distribution and decreases toward the periphery.
A vehicular lamp is provided.

輝度分布に基づく中心部で高く周辺に向った低くなる温度分布によって形成される中心部で低く周辺に向って高くなる色度分布を、パルス高制御による瞬時電流密度分布による、中心部で高く周辺に向って低くなる色度分布で補正することができる。   A chromaticity distribution that is low at the center and high toward the periphery formed by a temperature distribution that is high at the center and low toward the periphery based on the luminance distribution. Can be corrected with a chromaticity distribution that decreases toward.

図1は、望まれる視野内の配光パターン、およびその水平、垂直方向に沿う輝度分布を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing a desired light distribution pattern in a visual field and its luminance distribution along horizontal and vertical directions. 図2は、発光ダイオード(LED)アレイの概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of a light emitting diode (LED) array. 図3は、同一電流密度で駆動した時の、白色LEDの色度の温度依存性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the temperature dependence of the chromaticity of the white LED when driven at the same current density. 図4は、白色LEDの色度の(瞬時)電流密度依存性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the (instantaneous) current density dependence of the chromaticity of the white LED. 図5は、パルス駆動波形の例を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an example of a pulse drive waveform. 及びas well as 図6Aは、実施例による、発光ダイオードアレイを用いた車両用前照灯装置の構成を概略的に示すブロック図、図6BはLEDアレイを含む光源の構成を概略的に示す断面図、図6Cは駆動電流パルスの決定プロセスを示すチャートである。FIG. 6A is a block diagram schematically illustrating a configuration of a vehicle headlight device using a light emitting diode array according to an embodiment, FIG. 6B is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a light source including an LED array, and FIG. 6 is a chart showing a process for determining a drive current pulse. 図7Aは、LEDアレイの制御回路の構成を概略的に示す等価回路図、図7Bは,所望の輝度分布、瞬時電流密度分布、パルス波形のデューティ分布の関係を概略的に示すグラフである。FIG. 7A is an equivalent circuit diagram schematically showing a configuration of a control circuit of the LED array, and FIG. 7B is a graph schematically showing a relationship between a desired luminance distribution, an instantaneous current density distribution, and a duty distribution of a pulse waveform. 図8は、実施例による、LEDアレイのパルス駆動電流波形群を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a group of pulse drive current waveforms of the LED array according to the example. 図9は、発光ダイオードアレイの他の構成例を示す概略的平面図である。FIG. 9 is a schematic plan view showing another configuration example of the light emitting diode array. 図10は、発光ダイオードアレイのさらに他の構成例を示す概略的平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view showing still another configuration example of the light emitting diode array. 図11A,11B,11Cは、従来技術による、車両用前照灯の要部側面図、発光ダイオードアレイの平面図、車両用前照灯システムのブロック図である。11A, 11B, and 11C are a main part side view of a vehicle headlamp, a plan view of a light emitting diode array, and a block diagram of a vehicle headlamp system according to the related art.

LP 配向パターン、 LC 配光中心、 BPh 水平方向輝度分布、
BPv 垂直方向輝度分布、 H 水平軸、 V 垂直軸、
2 発光ダイオード、 21 対外センサ、 22 車内センサ、
24 メモリ、 26 中央演算装置、 27 点灯回路、
28 前照灯(LEDアレイ), 29,30 LEDアレイ、
31,32 検出部、 34 放熱部、 36 投影光学部、
51 パルス電源、
100 車両用前照灯、 102 配光制御ユニット、
104 前方監視ユニット、 108 車載カメラ、 110 レーダ、
112 車速センサ、 114 舵角センサ、
116 GPSナビゲーション、 118 前照灯スイッチ、
120 ドライバ、 200 前照灯システム、
210 投影レンズ、 211 支持基板、 212 LED。
LP alignment pattern, LC light distribution center, BPh horizontal luminance distribution,
BPv vertical luminance distribution, H horizontal axis, V vertical axis,
2 light emitting diode, 21 external sensor, 22 in-vehicle sensor,
24 memories, 26 central processing units, 27 lighting circuits,
28 headlight (LED array), 29, 30 LED array,
31, 32 detection unit, 34 heat radiation unit, 36 projection optical unit,
51 pulse power supply,
100 vehicle headlight, 102 light distribution control unit,
104 forward monitoring unit, 108 on-board camera, 110 radar,
112 vehicle speed sensor, 114 steering angle sensor,
116 GPS navigation, 118 Headlight switch,
120 drivers, 200 headlight systems,
210 Projection lens, 211 Support substrate, 212 LED.

図1は、車両用ヘッドランプから発する光束に望まれる、中央付近で輝度が高く、周辺に向って輝度が低下していく配光パターンの例を示す概略図である。前方に向う配光パターンLPの中央部より下方に、高輝度の配光中心LCが水平方向に延在して形成されている。車両用前照灯では、夜間の運転者の視界を確保するために、その配光パターンLPは一般的に水平方向に延在する配光中心LCを最高輝度として、周辺に向って徐々に低下する輝度分布が望ましい。配光中心LCの近傍を中心部と呼ぶことがある。水平(H)軸に平行な輝度分布BPhを配光パターンLPの上方に示す。前方の道路表面を最大輝度とし、左右に移るにつれて輝度が低下する。   FIG. 1 is a schematic view showing an example of a light distribution pattern desired for a light beam emitted from a vehicle headlamp, in which the luminance is high near the center and decreases toward the periphery. Below the central part of the light distribution pattern LP facing forward, a high luminance light distribution center LC is formed extending in the horizontal direction. In a vehicle headlamp, the light distribution pattern LP generally gradually decreases toward the periphery with the light distribution center LC extending in the horizontal direction as the highest luminance in order to ensure the visibility of the driver at night. Is desirable. The vicinity of the light distribution center LC may be called the center. The brightness distribution BPh parallel to the horizontal (H) axis is shown above the light distribution pattern LP. The maximum brightness is set on the road surface in front, and the brightness decreases as it moves left and right.

水平軸中央での垂直(V)軸に平行な輝度分布BPvを配光パターンLPの右側に示す。前方の道路表面を最大輝度の配光中心LCとし、道路面上ではある程度の輝度が保たれる。上方に向うと輝度は大幅に低下する。認識すべき対象のない領域を高い輝度で照明すると、エネルギを浪費することになる。   The brightness distribution BPv parallel to the vertical (V) axis at the center of the horizontal axis is shown on the right side of the light distribution pattern LP. The road surface in front is the light distribution center LC having the maximum luminance, and a certain level of luminance is maintained on the road surface. As it goes upward, the brightness drops significantly. Illuminating areas with no objects to be recognized with high brightness wastes energy.

車両用ヘッドランプの光源として、半導体白色発光素子アレイを用いることができる。例えば多数の半導体白色発光素子をマトリクス(行列)状に配置し、各半導体白色発光素子の輝度を調整することにより所望の輝度分布を形成する。半導体白色発光素子は、例えば青色発光ダイオードの表面上方に黄色発光の蛍光体層を有し、白色発光する機能を有する。   A semiconductor white light emitting element array can be used as a light source of a vehicle headlamp. For example, a desired luminance distribution is formed by arranging a large number of semiconductor white light emitting elements in a matrix and adjusting the luminance of each semiconductor white light emitting element. The semiconductor white light emitting element has, for example, a phosphor layer that emits yellow light above the surface of a blue light emitting diode, and has a function of emitting white light.

制限的ではないが、例えば、本出願人の提案による、特開2014−232841号の実施例の欄に開示されたGaN系半導体発光素子、特願2014−237442号の実施例の欄に開示されたGaN系半導体発光素子、特願2015−84612号の実施例の欄に開示したGaN系半導体発光素子等を用いることができる。   Although not restrictive, for example, a GaN-based semiconductor light-emitting device disclosed in the column of Examples of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-232841, proposed in the column of Examples of Japanese Patent Application No. 2014-237442, proposed by the present applicant. GaN-based semiconductor light-emitting devices, such as the GaN-based semiconductor light-emitting devices disclosed in the Examples of Japanese Patent Application No. 2015-84612.

図2は、発光ダイオードがマトリクス状に配置された発光ダイオードアレイ28の例を示す概略平面図である。発光領域内に、同一形状の発光ダイオード2がマトリクス状(例えば、8行x30列程度である。簡略化した5行×13列で示す。)に配置されたアレイ28を示している。垂直方向に5行のセグメントA,B,C,D,Eが並び、中心より下方のセグメントDに配光中心が形成される。配光中心は、視野の幾何学的中心より下方になる、前方の道路面上に対応する位置に配置される。   FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of the light emitting diode array 28 in which light emitting diodes are arranged in a matrix. An array 28 in which light-emitting diodes 2 having the same shape are arranged in a matrix (for example, about 8 rows × 30 columns, which is represented by a simplified 5 rows × 13 columns) in a light-emitting area is shown. Five rows of segments A, B, C, D, and E are arranged in a vertical direction, and a light distribution center is formed in a segment D below the center. The light distribution center is located at a position below the geometric center of the field of view and corresponding to the front road surface.

車両用前照灯の配光パターンは、運転者の正面を最高輝度とし、周辺に行くほど輝度が低下する輝度分布となる、図1に示すような輝度分布を実現することが望ましい。図1に示すような輝度分布を形成するには、中心部の投入電力を高くし、周辺に向うに従って投入電力を低減することになる。投入電力の制御は、典型的には、電流密度は一定とし、パルス幅変調、又は周波数変調におけるデューティ制御によって行う。中心部においてデューティを高くすれば投入電力を高くでき、周辺部においてデューティを低くすれば投入電力を低くすることができる。   It is desirable that the light distribution pattern of the vehicular headlamp realizes a luminance distribution as shown in FIG. 1 in which the luminance in front of the driver is the highest luminance, and the luminance decreases as going to the periphery. In order to form the luminance distribution as shown in FIG. 1, the input power at the center is increased, and the input power is reduced toward the periphery. Typically, the input power is controlled by setting the current density to be constant and performing duty control in pulse width modulation or frequency modulation. The input power can be increased by increasing the duty in the central portion, and the input power can be decreased by decreasing the duty in the peripheral portion.

中心部では投入電力が大きいために発熱量が大きくなり、外周に向かうに従い、投入電力の低下に伴って発熱量が小さくなる。また、半導体発光素子アレイの中心部の熱は面内方向に拡散しにくいのに対し、周辺部においては外周に向かうに従って、周辺への熱の拡散が容易になる。従って、半導体発光素子アレイは、中心部の温度が高く、周辺部では外周に向うに従って温度が低下することになる。   The amount of heat generated in the central portion is large due to the large amount of input power, and the amount of heat generation decreases as the amount of input power decreases toward the outer periphery. Further, while heat in the central portion of the semiconductor light-emitting element array is unlikely to diffuse in the in-plane direction, in the peripheral portion, the heat is easily diffused to the periphery toward the outer periphery. Therefore, the temperature of the semiconductor light emitting element array is high at the center portion, and decreases at the peripheral portion toward the outer periphery.

計算による温度分布の例では、中心部(D)の温度は115℃、周辺部(A)の温度は85℃になる。中心部と周辺部との間に、30℃の温度差が形成されることになる。半導体発光素子の温度が変化すると、発光の色度が変化する。同一サイズの半導体発光素子を並置してアレイを構成し、同一の電流密度で駆動した場合、デューティ分布により温度分布が形成され、この温度分布により色度分布が発生してしまう。   In the example of the calculated temperature distribution, the temperature of the central part (D) is 115 ° C., and the temperature of the peripheral part (A) is 85 ° C. A temperature difference of 30 ° C. is formed between the central part and the peripheral part. When the temperature of the semiconductor light emitting element changes, the chromaticity of light emission changes. When an array is formed by arranging semiconductor light emitting elements of the same size side by side and driven at the same current density, a temperature distribution is formed by a duty distribution, and a chromaticity distribution is generated by the temperature distribution.

図3は、InGaNを活性層とするGaN系半導体発光素子(LED)を用い、蛍光体波長変換層としてYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)を用いた白色LEDの場合の、同一の駆動電流で駆動した場合の半導体発光ダイオード(LED)の温度に対する、LEDの発光の色度の変化の例を示すグラフである。横軸がLEDの温度を単位℃で示し、縦軸がLEDからの発光の色度を単位Cxで示す。   FIG. 3 shows a white LED using a GaN-based semiconductor light emitting device (LED) having an active layer of InGaN and a YAG (yttrium aluminum garnet) as a phosphor wavelength conversion layer, driven by the same drive current. 6 is a graph illustrating an example of a change in chromaticity of light emission of a semiconductor light emitting diode (LED) with respect to a temperature of the semiconductor light emitting diode (LED) in a case where the temperature is changed. The horizontal axis indicates the temperature of the LED in units of ° C., and the vertical axis indicates the chromaticity of light emission from the LED in units of Cx.

横軸を右方向に向かう(温度が上昇する)と、縦軸の色度は低下する。温度が50℃付近では温度上昇による色度の減少率は小さいが、温度上昇と共に色度の減少率は増加している。例えば100℃以上の温度領域では、10℃の温度上昇により約0.001Cx以上の色度低下が生じる。115℃の中心部(D)は、約0.3273Cxの色度となり、85℃の周辺部(A)は、約0.3303Cxの色度となる。中心部は温度が高く、色度が低くて青色味が強く、周辺部は温度が低く、色度が高くて黄色味が強くなる。   As the horizontal axis moves rightward (temperature rises), the chromaticity on the vertical axis decreases. When the temperature is around 50 ° C., the rate of decrease in chromaticity due to temperature rise is small, but the rate of decrease in chromaticity increases with temperature rise. For example, in a temperature range of 100 ° C. or more, a chromaticity decrease of about 0.001 Cx or more is caused by a temperature rise of 10 ° C. The central part (D) at 115 ° C. has a chromaticity of about 0.3273 Cx, and the peripheral part (A) at 85 ° C. has a chromaticity of about 0.3303 Cx. The central part has a high temperature, low chromaticity and a strong blue tint, and the peripheral part has a low temperature, high chromaticity and a strong yellow tint.

繰り返しになるが、図1に示すように視野の中心部で輝度を高くし、周辺部に向うに従って輝度を低下させる場合、輝度の高い中心部は、投入電力を高くする必要がある。中心部の投入電力を高くすると、温度が上昇し、色度は低下する。周辺部に向って投入電力が減少すると、温度が低下し、色度が高くなる。温度が高く、色度が低い中心部は青色味が強く、温度が低く、色度の高い周辺部は黄色味が強くなる。輝度分布の形成により、温度分布を介して、色度分布(色ムラ)が生じることになる。   To reiterate, as shown in FIG. 1, when the luminance is increased at the center of the field of view and the luminance is decreased toward the periphery, it is necessary to increase the input power at the center with the higher luminance. When the input power at the center is increased, the temperature increases and the chromaticity decreases. When the input power decreases toward the periphery, the temperature decreases and the chromaticity increases. A central portion having a high temperature and a low chromaticity has a strong blue tint, and a peripheral portion having a low temperature and a high chromaticity has a strong yellow tint. The formation of the luminance distribution causes a chromaticity distribution (color unevenness) via the temperature distribution.

半導体発光素子は駆動電流密度によって発光強度が変化し、蛍光体の変換効率は励起光強度によって変化する。従って、駆動電流密度を変化させる場合、LED放射光の色度は、駆動電流密度に依存して変化する。   The light emission intensity of the semiconductor light emitting element changes depending on the drive current density, and the conversion efficiency of the phosphor changes depending on the excitation light intensity. Therefore, when the drive current density is changed, the chromaticity of the LED emission light changes depending on the drive current density.

図4は、半導体発光素子としてInGaNを活性層とするGaN系半導体を用い、波長変換層としてYAGを用いた白色LEDの場合のLED放射光色度の電流密度依存性を示すグラフである。横軸が電流密度を単位(A/cm)で示し、縦軸が色度を単位(Cx)で示す。電流密度は周期内の平均値ではなく、瞬時電流密度である。瞬時電流密度が増加すると、色度は減少する傾向を示す。瞬時電流密度を変化させることにより、色度を調整することができる。 FIG. 4 is a graph showing the current density dependence of the chromaticity of LED emission light in the case of a white LED using a GaN-based semiconductor having InGaN as an active layer as a semiconductor light emitting element and using YAG as a wavelength conversion layer. The horizontal axis indicates current density in units (A / cm 2 ), and the vertical axis indicates chromaticity in units (Cx). The current density is not an average value within a cycle but an instantaneous current density. As the instantaneous current density increases, the chromaticity tends to decrease. The chromaticity can be adjusted by changing the instantaneous current density.

従来、単一の半導体発光素子アレイ内で瞬時駆動電流密度を変化させることはしていない。駆動電流密度を変化させると、電源の構成が複雑化する。単一の瞬時駆動電流密度を採用して電源の構成を簡単にしている。投入電力は、デューティ制御によって、調整している。この場合、上述のように色度分布が生じてしまう。   Conventionally, the instantaneous drive current density has not been changed in a single semiconductor light emitting element array. Changing the drive current density complicates the configuration of the power supply. A single instantaneous drive current density is employed to simplify the configuration of the power supply. The input power is adjusted by duty control. In this case, a chromaticity distribution occurs as described above.

図5は、パルス電源による種々のパルス電流波形の例を示す。上から4つの電流波形P1〜P4は、従来の方式による、瞬時電流密度を固定して、各周期内のデューティを変化させる電力制御を示す。波形P1は、連続する周期内で電流波形が連続する、直流駆動の状態を示す。波形P1のデューティは100%である。次の波形P2は、電流波形のデューティを80%に減少している。波形P3、P4においては、電流波形のデューティを、60%、40%とさらに減少している。電流密度を固定し、デューティを制御すると、デューティに応じて投入電力が制御され、投入電力に応じて輝度が制御される。電流パルスのデューティ制御により、視野内に所望の輝度分布を実現することができる。   FIG. 5 shows examples of various pulse current waveforms generated by the pulse power supply. The four current waveforms P1 to P4 from the top show power control in which the instantaneous current density is fixed and the duty within each cycle is changed according to the conventional method. A waveform P1 indicates a DC drive state in which the current waveform is continuous within a continuous cycle. The duty of the waveform P1 is 100%. In the next waveform P2, the duty of the current waveform is reduced to 80%. In the waveforms P3 and P4, the duty of the current waveform is further reduced to 60% and 40%. When the current density is fixed and the duty is controlled, the applied power is controlled according to the duty, and the luminance is controlled according to the applied power. By controlling the duty of the current pulse, a desired luminance distribution can be realized in the visual field.

中心部から周辺部に向って徐々に低下する輝度分布を実現するように投入電力を制御すると、投入電力に応じて中心部で高く周辺部に向って徐々に低下する温度分布を形成することになる。温度分布が生じると、図3に示したように色度が変化し、温度の高い中心部で低く、温度の低い周辺部で高い色度分布が発生し、観察者に違和感を与えてしまう。色度を均一化することが望まれる。   By controlling the input power so as to realize a luminance distribution that gradually decreases from the center to the periphery, a temperature distribution that is higher in the center and gradually decreases toward the periphery in accordance with the input power is formed. Become. When the temperature distribution occurs, the chromaticity changes as shown in FIG. 3, and a low chromaticity distribution is generated in a high temperature central portion and a high chromaticity distribution is generated in a low temperature peripheral portion, giving an uncomfortable feeling to an observer. It is desired to make the chromaticity uniform.

周辺部の輝度は中心部の輝度より低くする必要はあるが、電流密度は制限されない。周辺部の電流密度を上げれば、図4に示されるように色度を下げることができる。温度分布により、色度がΔCx高くなってしまう場合、色度を−ΔCx下げる瞬時電流密度を選定すれば、色度を均一化することができると考えられる。デューティを調整することにより、輝度も調整できる。   The brightness of the peripheral portion needs to be lower than the brightness of the central portion, but the current density is not limited. If the current density in the peripheral part is increased, the chromaticity can be reduced as shown in FIG. When the chromaticity is increased by ΔCx due to the temperature distribution, it is considered that the chromaticity can be made uniform by selecting the instantaneous current density at which the chromaticity is decreased by −ΔCx. By adjusting the duty, the luminance can also be adjusted.

デューティを変化させずに電流密度を高くすると、投入電力が増えて、輝度を高くしてしまうが、中心部の波形に対して、瞬時電流密度を比α(>1)と高くしつつ、デューティーを比β(<1/α)と、より低くすれば、投入電力は(α*β)<[α*(1/α)]=1となり、中心部の投入電力より低くすることができる。   If the current density is increased without changing the duty, the input power is increased and the luminance is increased. However, the duty ratio is increased while increasing the instantaneous current density to the ratio α (> 1) with respect to the waveform at the center. Is lower than the ratio β (<1 / α), the input power is (α * β) <[α * (1 / α)] = 1, which can be lower than the input power at the center.

図5の残りの2つの電流波形PH1,PH2は、電流波形P1〜P4の瞬時電流密度の50%増し、100%増しの瞬時電流密度を有する。波形PH1,PH2のデューティは、波形P4のデューティの100%、50%、波形P3のデューティの約2/3、1/3に相当する。波形P3と波形PH1との供給電力がほぼ等しく、波形P4と波形PH2との供給電力がほぼ等しい。瞬時電流密度を高くしても、デューティを低くすることにより、供給電力を所定の値に保つことができる。以下、実施例による車両用照明方法および車両用灯具(ヘッドランプ)を説明する。   The remaining two current waveforms PH1 and PH2 in FIG. 5 have the instantaneous current densities of the current waveforms P1 to P4 increased by 50% and 100%, respectively. The duties of the waveforms PH1 and PH2 correspond to 100% and 50% of the duty of the waveform P4, and approximately 2/3 and 1/3 of the duty of the waveform P3. The supplied power of the waveform P3 and the waveform PH1 are substantially equal, and the supplied power of the waveform P4 and the waveform PH2 are substantially equal. Even if the instantaneous current density is increased, the supply power can be kept at a predetermined value by reducing the duty. Hereinafter, a vehicle lighting method and a vehicle lamp (headlamp) according to embodiments will be described.

図6Aは、実施例による車両用ヘッドランプの構成を概略的に示すブロック図である。対外センサ21は、カメラ、レーダ等を含み、主に前方の先行車、対向車等の情報を取込み、検出部31が対向車両,先行車両等の前方車両情報を検出する。車内センサ22は、車内の信号配線などから自車速信号、操舵角信号等の自車両信号等を取込み、検出部32が自車情報を検出する。メモリ24は、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)等を含み、ヘッドランプの特性、外部状況等、前照灯システムの制御に必要な情報を記憶する。点灯回路27A,27Bは前照灯28A,28Bを駆動するパルス電力を供給する。前照灯28A,28Bは、それぞれ半導体発光ダイオード(LED)アレイを含んで構成される。   FIG. 6A is a block diagram schematically illustrating a configuration of a vehicle headlamp according to the embodiment. The external sensor 21 includes a camera, a radar, and the like, and mainly captures information on a preceding vehicle, an oncoming vehicle, and the like, and the detection unit 31 detects information on a preceding vehicle such as an oncoming vehicle, a preceding vehicle. The in-vehicle sensor 22 takes in own-vehicle signals such as an own-vehicle speed signal and a steering angle signal from signal wiring and the like in the vehicle, and the detection unit 32 detects own-vehicle information. The memory 24 includes a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), and the like, and stores information necessary for controlling the headlight system, such as characteristics of a headlamp, external conditions, and the like. The lighting circuits 27A and 27B supply pulse power for driving the headlights 28A and 28B. Each of the headlights 28A and 28B includes a semiconductor light emitting diode (LED) array.

中央演算装置(CPU)26は、メモリ24から供給される、LEDアレイの規格等の情報、望ましい輝度分布等の情報と、検出部31,32から供給される外部環境等の情報とに基づき、種々の演算を行って、前照灯28A,28Bを駆動する駆動電流パルスを決定する。なお、中央演算処理装置26は、前方車両情報等に基づき、対向車両に向う光を抑制するADBを行うことができ、自車両信号等に基づき、これから移動しようとする領域への照明光を増加するAFS等を行うことができる。   The central processing unit (CPU) 26 is based on information such as the standard of the LED array, information such as a desirable luminance distribution, and information on the external environment and the like supplied from the detection units 31 and 32, which are supplied from the memory 24. Various calculations are performed to determine drive current pulses for driving the headlights 28A and 28B. The central processing unit 26 can perform ADB for suppressing the light heading for the oncoming vehicle based on the preceding vehicle information and the like, and increase the illumination light to the area to be moved based on the own vehicle signal and the like. AFS can be performed.

図6Bは、LEDアレイ28の取り付け部分の構成を概略的に示す。LEDアレイ28は放熱部34に支持され、発生する照射光を反射鏡、レンズ等の投影光学部36を介して、車両前方に投影する。   FIG. 6B schematically shows a configuration of a mounting portion of the LED array 28. The LED array 28 is supported by the heat radiating unit 34 and projects the emitted light to the front of the vehicle via a projection optical unit 36 such as a reflector or a lens.

図6Cは、主にCPU26で行われる、駆動電流パルスの決定プロセスを示すチャートである。まず、ステップS1において、前照灯の半導体発光素子(LED)アレイの素子分布、発光特性等の情報を設定する。続くステップS2において、LEDアレイ内に形成すべき希望輝度分布を設定する。   FIG. 6C is a chart showing a drive current pulse determination process mainly performed by the CPU 26. First, in step S1, information such as element distribution and light emission characteristics of a semiconductor light emitting element (LED) array of a headlight is set. In the following step S2, a desired luminance distribution to be formed in the LED array is set.

ステップS3において、この輝度分布によって生じる温度分布を算出する。ステップS4において、この温度分布において色度分布が最小となる瞬時電流密度分布を算出する。ステップS5において、この瞬時電流密度分布において前記輝度分布を実現するデューティー分布を算出する。   In step S3, a temperature distribution generated by the luminance distribution is calculated. In step S4, an instantaneous current density distribution that minimizes the chromaticity distribution in the temperature distribution is calculated. In step S5, a duty distribution for realizing the luminance distribution in the instantaneous current density distribution is calculated.

ステップS6において、ステップS4で得られた瞬時電流密度とステップS5で得られたデューティとを有する電流パルスによって、半導体発光素子アレイを駆動する。   In step S6, the semiconductor light emitting element array is driven by a current pulse having the instantaneous current density obtained in step S4 and the duty obtained in step S5.

ステップS2の輝度分布を構成し、ステップS4で得られた瞬時電流密度が、色度を均一化する。視野内の色度分布を抑制することにより、観察者の受ける違和感が減少する。   The luminance distribution in step S2 is formed, and the instantaneous current density obtained in step S4 makes the chromaticity uniform. By suppressing the chromaticity distribution in the visual field, the sense of discomfort experienced by the observer is reduced.

なお、上記のようなステップは組み込まれたCPU26で都度行い、素子駆動に反映させることに限らず、あらかじめ算出されたデータを呼び出すことで素子駆動に反映させてもよい。   Note that the above steps are performed each time by the built-in CPU 26, and are not limited to being reflected in element driving, but may be reflected in element driving by calling up previously calculated data.

図7Aは、LEDアレイの駆動回路の構成例を概略的に示す等価回路図である。図6Aの点灯回路27と前照灯28とを合わせた部分となる。A,B,C,D,Eの5行のLEDは縦方向に並んで配列され、複数の発光ダイオード列LEDCを構成している。1列5つのLEDを含む発光ダイオード列LEDC内において、カソードは共通に接続され、共通カソードはスイッチSW2を介して共通接地面GRに接続されている。パルス電源51は、それぞれパルス高さ(瞬時電流密度)とパルス幅(デューティ)との両方を制御できるパルス電流A1,A2,A3,A4,A5を供給する。なお、パルス電源51の接地端子は、共通接地面GRと接続されている。A,B,C,D,Eの5行のLEDのアノードは各行独立に引き出され、パルス電源51内のそれぞれ別個のパルス電源から、LEDアレイの各発光ダイオード列LEDCに所望瞬時電流密度、所望デューティを付与された電流パルスを供給することができる。   FIG. 7A is an equivalent circuit diagram schematically illustrating a configuration example of a driving circuit of the LED array. This is a combination of the lighting circuit 27 and the headlight 28 in FIG. 6A. The five rows of LEDs A, B, C, D, and E are arranged side by side in the vertical direction to form a plurality of light emitting diode rows LEDC. In the light emitting diode row LEDC including five rows of LEDs, the cathodes are commonly connected, and the common cathode is connected to the common ground plane GR via the switch SW2. The pulse power supply 51 supplies pulse currents A1, A2, A3, A4, and A5 that can control both the pulse height (instantaneous current density) and the pulse width (duty). The ground terminal of the pulse power supply 51 is connected to the common ground plane GR. The anodes of the five rows of LEDs A, B, C, D, and E are independently drawn out of each row, and the desired instantaneous current density and the desired current density are supplied to the respective light emitting diode columns LEDC of the LED array from separate pulse power supplies in the pulse power supply 51. A duty-given current pulse can be supplied.

図7Bは,垂直方向に沿った、所望の輝度分布BP、この輝度分布を実現する瞬時電流密度IJ、パルス電流のデューティDTの関係を概略的に示すグラフである。まず、視野中心で高く、上下周辺に向うに従って低くなる所望パターンの輝度分布BPを設定する。瞬時電流密度IJとデューティDTとの積が投入電力を決め、投入電力により輝度が決まる。   FIG. 7B is a graph schematically showing a relationship between a desired luminance distribution BP, an instantaneous current density IJ for realizing this luminance distribution, and a pulse current duty DT along the vertical direction. First, a luminance distribution BP of a desired pattern that is higher at the center of the visual field and lower as it goes up and down is set. The product of the instantaneous current density IJ and the duty DT determines the input power, and the input power determines the luminance.

輝度分布に対応する投入電力分布により、温度分布が形成され、温度分布に伴う色度分布が生じることになる。温度分布による色度分布を矯正するように、パルス電流の瞬時電流密度IJを、視野の中心部で最も低く、周辺に向うにつれて高く設定する。中心部では、瞬時電流密度IJが低く設定されることにより色度が高くなり(図4参照)、温度が高いことに基づいて色度が低くなる傾向(図3参照)を相殺できる。周辺部では、瞬時電流密度IJが高く設定されることにより色度が低くなり(図4参照)、温度が低いことに基づいて色度が高くなる傾向(図3参照)を相殺できる。   A temperature distribution is formed by the applied power distribution corresponding to the luminance distribution, and a chromaticity distribution accompanying the temperature distribution is generated. In order to correct the chromaticity distribution due to the temperature distribution, the instantaneous current density IJ of the pulse current is set to be the lowest at the center of the visual field and higher toward the periphery. At the center, the chromaticity is increased by setting the instantaneous current density IJ to be low (see FIG. 4), and the tendency that the chromaticity is lowered based on the high temperature (see FIG. 3) can be offset. In the peripheral portion, the chromaticity is reduced by setting the instantaneous current density IJ to be high (see FIG. 4), and the tendency that the chromaticity is increased based on the low temperature (see FIG. 3) can be offset.

このように求められた瞬時電流密度IJに乗算して、所望の輝度BPを実現するデューティDTを求める。瞬時電流密度IJとデューティDTとの積が、輝度BPに相当する。   The duty DT for realizing the desired luminance BP is obtained by multiplying the thus obtained instantaneous current density IJ. The product of the instantaneous current density IJ and the duty DT corresponds to the luminance BP.

図7Bに示すように、周辺部に向って高くなるパターンの瞬時電流密度IJに乗算して、周辺部に向って低くなるパターンの輝度BPの分布を実現するには、パルス電流のデューティDTの分布は、周辺部に向って、輝度BPの分布より大きな減衰率で、減少するパターンとなる。中心部から周辺部に向って、徐々に低下する輝度分布より、大きな減衰率で低下するデューティの分布は、本実施例の特徴となる。   As shown in FIG. 7B, in order to multiply the instantaneous current density IJ of the pattern that increases toward the peripheral portion to realize the distribution of the luminance BP of the pattern that decreases toward the peripheral portion, the duty DT of the pulse current The distribution becomes a pattern that decreases toward the periphery with a larger attenuation rate than the distribution of the luminance BP. This embodiment is characterized by a duty distribution that decreases at a larger attenuation rate than a luminance distribution that gradually decreases from the center to the periphery.

図8は、パルス電源51から発光ダイオード列LEDCに供給される瞬時電流密度波形PA,PB,PC,PD,PEを、比較例と共に、示すグラフである。例として、図2に示す5行A,B,C,D,EのLEDに供給する瞬時電流密度波形を示す。   FIG. 8 is a graph showing instantaneous current density waveforms PA, PB, PC, PD, and PE supplied from the pulse power supply 51 to the light-emitting diode array LEDC together with a comparative example. As an example, an instantaneous current density waveform supplied to the LEDs in the five rows A, B, C, D, and E shown in FIG. 2 is shown.

実施例による波形を実線で示し、比較例による波形を破線で示す。比較例は、瞬時電流密度を固定しており、実施例は瞬時電流密度を変化させて色度の変化を抑制する。輝度分布を形成するように供給電力を制御し、D行のLEDが最も高温の115℃になり、A行のLEDが最も低温の85℃になり、D行に隣接するC行,E行のLEDが105℃になり、B行のLEDが95℃になるとする。   The waveform according to the example is indicated by a solid line, and the waveform according to the comparative example is indicated by a broken line. In the comparative example, the instantaneous current density is fixed, and in the example, the instantaneous current density is changed to suppress the change in chromaticity. The supply power is controlled so as to form a luminance distribution, and the LED in row D has the highest temperature of 115 ° C., the LED in row A has the lowest temperature of 85 ° C., and the LEDs in row C and row E which are adjacent to row D. It is assumed that the LED reaches 105 ° C. and the LED in row B reaches 95 ° C.

実施例によれば、中心部に対する瞬時電流密度と較べ、周辺部に向うに従って、温度低下による色度の増加を補償するように、瞬時電流密度を増大し、所望の輝度低下を実現するように、デューティを短縮している。   According to the embodiment, as compared with the instantaneous current density with respect to the center, the instantaneous current density is increased toward the peripheral portion so as to compensate for the increase in chromaticity due to the temperature decrease, and a desired luminance reduction is realized. , The duty is shortened.

破線で示す比較例の瞬時電流密度波形と較べると、波形PD以外では、瞬時電流密度IJが高く、デューティが短くなっている。駆動電力は比較例と同様である。中心部のLEDに対する瞬時電流密度波形PDは、比較例の瞬時電流密度波形と同一である。中心部以外の周辺部の瞬時電流密度波形は比較例の瞬時電流密度波形より電流密度IJが高く、デューティが狭く(短く)なり、同一の電力を供給しつつ、色度を均一化する。   Compared with the instantaneous current density waveform of the comparative example indicated by the broken line, the instantaneous current density IJ is high and the duty is short except for the waveform PD. The driving power is the same as in the comparative example. The instantaneous current density waveform PD for the central LED is the same as the instantaneous current density waveform of the comparative example. The instantaneous current density waveforms in the peripheral portion other than the central portion have a higher current density IJ than the instantaneous current density waveform of the comparative example, have a narrower (shorter) duty, and make the chromaticity uniform while supplying the same power.

図8において、中心部(D行)に対する周辺部(A行)の温度の低下分約30℃によって生じる色度差、0.003Cxを補正するために周辺部(A行)の瞬時電流密度を、(D行の瞬時電流密度の)1.7倍と大きくしている。A行の電流密度が1.7倍され、色度を−0.003Cxシフトすることとなり、アレイ全体の色度分布の均一性が向上する。B行の温度は、D行の温度より約20℃低く、色度差は、0.0022Cxとなる。B行の瞬時電流密度を、(D行の瞬時電流密度の)1.3倍とし、色度を−0.0022Cx補正する。C行、E行の温度はD行の温度より約10℃低く、0.0012Cxの色度差となる。C行、E行の瞬時電流密度を、(D行の瞬時電流密度の)1.1倍とし、色度を−0.0012Cx補正する。   In FIG. 8, the instantaneous current density in the peripheral portion (row A) is corrected to correct the chromaticity difference caused by the temperature drop of about 30 ° C. in the peripheral portion (row A) with respect to the central portion (row D). , 1.7 times (the instantaneous current density of the D row). The current density in row A is multiplied by 1.7, and the chromaticity is shifted by -0.003 Cx, so that the uniformity of the chromaticity distribution of the entire array is improved. The temperature in row B is about 20 ° C. lower than the temperature in row D, and the chromaticity difference is 0.0022 Cx. The instantaneous current density of row B is set to 1.3 times (the instantaneous current density of row D), and the chromaticity is corrected by -0.0022Cx. The temperatures of rows C and E are about 10 ° C. lower than the temperature of row D, resulting in a chromaticity difference of 0.0012 Cx. The instantaneous current densities of rows C and E are set to 1.1 times (the instantaneous current densities of row D), and the chromaticity is corrected by -0.0012 Cx.

上記実施例においては、LEDアレイ28の各発光素子は同一の寸法であるとした。実用上、視野の中心部には高い分解能が望まれても、通常、視野の周辺部には高い分解能は必要ない。例えば、視野中、上方領域の分解能はかなり粗くても問題は生じにくい。LEDアレイに含まれる発光素子の分布も適宜簡略化することが可能である。   In the above embodiment, each light emitting element of the LED array 28 has the same size. In practice, high resolution is desired at the center of the field of view, but usually high resolution is not required at the periphery of the field of view. For example, a problem hardly occurs even if the resolution of the upper region in the field of view is rather coarse. The distribution of the light emitting elements included in the LED array can be appropriately simplified.

図9は、上下周辺部のLED2のサイズを大きくしたLEDアレイ29を概略的に示す平面図である。水平軸Hを付与された行Dが視野中心を構成する。行Dの高さが最も小さく、その上下の行C,Eの高さはわずかに増加している。行Cの上の行Bの高さは明らかに増加し、さらに上の行Aの高さは大幅に増加している。視野中心の発光素子の密度を高く保つことにより、望まれる分解能を実現し、周辺部の素子高さを増大することにより、素子数を抑制できる。なお、AFSを実行する可能性も考慮し、LEDアレイの水平方向の寸法は一定とした。   FIG. 9 is a plan view schematically showing an LED array 29 in which the size of the LEDs 2 in the upper and lower peripheral portions is increased. The row D provided with the horizontal axis H forms the center of the visual field. The height of row D is the smallest, and the heights of rows C and E above and below it are slightly increased. The height of row B above row C has clearly increased, and the height of row A further above has increased significantly. By keeping the density of the light emitting elements at the center of the field of view high, a desired resolution is realized, and the number of elements can be suppressed by increasing the height of the peripheral elements. Note that the horizontal dimension of the LED array was kept constant in consideration of the possibility of executing AFS.

図10は、水平方向に関しても周辺部の分解能を減らしたLEDアレイ30を概略的に示す平面図である。垂直方向の行数は5を維持しているが、水平方向の列数は11に減少させ、左右周辺部の素子の水平方向幅を増大している。視野中心の分解能は必要な値に保ちつつ、視野周辺部の分解能を下げることができる。構造の簡単化、制御の簡単化を可能とする。   FIG. 10 is a plan view schematically showing the LED array 30 in which the resolution of the peripheral part is reduced also in the horizontal direction. The number of rows in the vertical direction is maintained at 5, but the number of columns in the horizontal direction is reduced to 11, and the horizontal width of the elements at the left and right peripheral portions is increased. The resolution at the periphery of the visual field can be reduced while maintaining the required resolution at the center of the visual field. The structure and the control can be simplified.

以上実施例に沿って説明したが、これらは本発明を制限するものではない。図6Cに示したプロセスにおいては、投入電力分布、温度分布、色度分布、瞬時電流密度分布等を算出すると説明したが、サンプルを作成して、実際に測定を行ったり、計算とサンプルとの両方を用いたりすることもできる。   Although the embodiments have been described above, these do not limit the present invention. In the process shown in FIG. 6C, it has been described that the input power distribution, the temperature distribution, the chromaticity distribution, the instantaneous current density distribution, and the like are calculated. However, a sample is created and actually measured, It is also possible to use both.

例えば、ステップS1における半導体発光素子アレイの特性は、サンプルを作製して測定した特性としてもよい。放熱部の構成が異なる複数のサンプルを作製してもよい。一旦ステップS1〜S6により瞬時電流密度分布、デューティ分布を求め、発光素子アレイを駆動して色度分布を測定し、得られた色度分布をさらに均一化するために望まれる瞬時電流密度分布を算出し、修正した瞬時電流密度分布に基づいて修正したデューティ分布を求めてもよい。これらをさらに繰り返してもよい。   For example, the characteristics of the semiconductor light emitting element array in step S1 may be characteristics measured by preparing a sample. A plurality of samples having different configurations of the heat radiating section may be manufactured. Once the instantaneous current density distribution and the duty distribution are obtained in steps S1 to S6, the chromaticity distribution is measured by driving the light emitting element array, and the instantaneous current density distribution desired to further uniform the obtained chromaticity distribution is obtained. The duty distribution may be calculated and corrected based on the corrected instantaneous current density distribution. These may be further repeated.

また、瞬時電流量が一定の異なる複数の電源を用いてもよい。例えば、図2、9、10の様な半導体発光素子アレイであって、A,B行が比較的瞬時電流量が高い電源を用い、C,D,E行が比較的瞬時電流量が低い電源を用いる。その上で希望の輝度分布を実現するデューティ分布を夫々算出する。素子中心(C,D,E行に含まれる)の輝度が高く周辺に行くほど輝度を低くするという傾向に対して、このような構成であっても色度ばらつきを緩和させることができる。なお、走行状況によって輝度分布は変化させる場合がある。例えばカーブに差し掛かった場合輝度中心を曲がる方向に移動させる。この場合照射水平方向には輝度中心が大きく動き、垂直方向には大きな変化がない。よって、異なる電源は灯具の照射垂直方向にて異なる行で制御するのが好ましい。   Further, a plurality of power supplies having different instantaneous current amounts may be used. For example, in a semiconductor light emitting element array as shown in FIGS. 2, 9, and 10, rows A and B use a power source having a relatively high instantaneous current amount, and rows C, D and E have a power source having a relatively low instantaneous current amount. Is used. Then, a duty distribution for achieving a desired luminance distribution is calculated. In contrast to the tendency that the luminance at the element center (included in rows C, D, and E) is high and the luminance decreases as it goes to the periphery, chromaticity variation can be reduced even with such a configuration. Note that the luminance distribution may be changed depending on the driving situation. For example, when approaching a curve, the luminance center is moved in a turning direction. In this case, the luminance center largely moves in the irradiation horizontal direction, and there is no significant change in the vertical direction. Therefore, it is preferable that different power supplies be controlled in different rows in the vertical direction of illumination of the lamp.

説明中に用いた数値や材料は例示であり、制限的なものではない。要求される特性に応じて、種々の変更、置換等を行ってもよい。公知の均等物を置換してもよい。例えば発光ダイオード(LED)を半導体レーザとしてもよい。半導体レーザもダイオードであるので、LEDはレーザを含む概念とする。その他種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。   Numerical values and materials used in the description are examples, and are not limiting. Various changes, substitutions, etc. may be made according to the required characteristics. Known equivalents may be substituted. For example, a light emitting diode (LED) may be a semiconductor laser. Since a semiconductor laser is also a diode, the concept of an LED includes a laser. It will be apparent to those skilled in the art that various other modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

Claims (13)

それぞれ蛍光体発光部を備えた複数の半導体発光素子が2次元状に配置され、車両用前照灯を構成する、半導体発光素子アレイと、この半導体発光素子アレイ面内に実現することを希望する輝度分布を設定し、
この輝度分布によって生じる温度分布に由来する色度分布を少なくとも部分的に相殺する瞬時電流密度分布および、この瞬時電流密度分布において前記輝度分布を実現するデューティ分布とを有するパルス電流で半導体発光素子アレイを駆動する、
車両用照明方法。
A plurality of semiconductor light emitting elements each having a phosphor light emitting section are two-dimensionally arranged, and it is desired to realize a semiconductor light emitting element array constituting a vehicle headlamp and to be realized in the semiconductor light emitting element array plane. Set the brightness distribution,
A semiconductor light emitting element array using a pulse current having an instantaneous current density distribution that at least partially cancels a chromaticity distribution derived from a temperature distribution generated by the luminance distribution, and a duty distribution that realizes the luminance distribution in the instantaneous current density distribution Driving the
Vehicle lighting method.
前記瞬時電流密度分布は前記輝度分布において輝度が低い半導体発光素子の駆動パルスが、相対的に輝度が高い半導体発光素子の駆動パルスよりもパルス高さを高くすることによって形成する請求項1に記載の車両用照明方法。
2. The instantaneous current density distribution according to claim 1, wherein a driving pulse of a semiconductor light emitting element having a low luminance in the luminance distribution is formed to have a pulse height higher than a driving pulse of a semiconductor light emitting element having a relatively high luminance. Vehicle lighting method.
前記輝度分布は、1方向に関して、最も高輝度となる輝度中心から周辺部に向って徐々に減衰し、前記デューティ分布は前記輝度分布より大きな減衰率で輝度中心から周辺部に向って徐々に減衰する請求項2に記載の車両用照明方法。
The luminance distribution gradually attenuates from the luminance center having the highest luminance toward the peripheral portion in one direction, and the duty distribution gradually attenuates from the luminance center to the peripheral portion at a larger attenuation rate than the luminance distribution. The vehicle lighting method according to claim 2.
前記半導体発光素子アレイは、半導体発光素子が外界の水平方向、垂直方向に沿って行列状に整列した配置を有し、垂直方向に沿って輝度分布を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両用照明方法。
The semiconductor light-emitting element array according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting elements have an arrangement in which the semiconductor light-emitting elements are arranged in a matrix along the horizontal and vertical directions of the outside world, and have a luminance distribution along the vertical direction. Item 4. The vehicle lighting method according to item 1.
光源と制御装置を含んで構成される車両用灯具であって、
前記光源は、それぞれ蛍光体発光部を備えた複数の半導体発光素子が2次元状に配置された半導体発光素子アレイを含み、
前記制御装置は、駆動電流のパルス高制御とパルス幅制御を同時に行えるパルス電源を含み、前記半導体発光素子アレイが、1方向に関して、中心部で高く、周辺に向って低下する輝度分布を形成するように、投入電力分布を制御しつつ、該輝度分布の中心部で高く、周辺に向って低下する色度分布を形成するようにパルス高分布を制御することができる、
車両用灯具。
A vehicle lamp including a light source and a control device,
The light source includes a semiconductor light-emitting element array in which a plurality of semiconductor light-emitting elements each having a phosphor light-emitting unit are two-dimensionally arranged,
The control device includes a pulse power supply that can simultaneously perform pulse height control and pulse width control of a drive current, and the semiconductor light emitting element array forms a luminance distribution that is high at a central portion and decreases toward the periphery in one direction. Thus, while controlling the applied power distribution, the pulse height distribution can be controlled so as to form a chromaticity distribution that is high at the center of the luminance distribution and decreases toward the periphery.
Vehicle lighting fixtures.
前記制御装置は、前記1方向に関して、中心部から周辺部に向って、徐々に減衰する輝度分布と、前記輝度分布より大きな減衰率で中心部から周辺部に向って減衰するデューティ分布を形成できる請求項5に記載の車両用灯具。
The control device can form, in the one direction, a luminance distribution that attenuates gradually from a central portion to a peripheral portion, and a duty distribution that attenuates from the central portion to the peripheral portion at a larger attenuation rate than the luminance distribution. The vehicular lamp according to claim 5.
前記半導体発光素子アレイは、半導体発光素子が外界の水平方向、垂直方向に沿って行列状に整列した配置を有し、前記1方向は垂直方向である、請求項5または6に記載の車両用灯具。
7. The vehicular vehicle according to claim 5, wherein the semiconductor light emitting element array has an arrangement in which semiconductor light emitting elements are arranged in a matrix along an external horizontal and vertical direction, and the one direction is a vertical direction. 8. Lights.
前記複数の半導体発光素子は、GaN系活性層とYAG系蛍光体発光部を有する請求項5〜7のいずれか1項に記載の車両用灯具。
The vehicular lamp according to any one of claims 5 to 7, wherein the plurality of semiconductor light-emitting elements have a GaN-based active layer and a YAG-based phosphor light-emitting portion.
前記半導体発光素子アレイの複数の半導体発光素子は、前記1方向に関して、周辺部の半導体発光素子が中心部の半導体発光素子より大きな面積を有する請求項5〜8のいずれか1項に記載の車両用灯具。
The vehicle according to any one of claims 5 to 8, wherein in the plurality of semiconductor light emitting elements of the semiconductor light emitting element array, in the one direction, a peripheral semiconductor light emitting element has a larger area than a central semiconductor light emitting element. Lighting fixtures.
さらに、前方をモニターするセンサを有し、前記制御装置が前記センサからの信号に基づき、前記複数の半導体発光素子に供給する駆動電力を制御することができる請求項5〜8のいずれか1項に記載の車両用灯具。
9. The sensor according to claim 5, further comprising a sensor that monitors a front direction, wherein the control device can control driving power supplied to the plurality of semiconductor light emitting elements based on a signal from the sensor. 4. The vehicle lighting device according to claim 1.
光源と制御装置を含んで構成される車両用灯具であって、
前記光源は、それぞれ蛍光体発光部を備えた複数の半導体発光素子が2次元状に配置された半導体発光素子アレイを含み、
前記制御装置は、パルス幅制御を行えるパルス電源を含み、前記半導体発光素子アレイが、1方向に関して、中心部で高く、周辺に向って低下する輝度分布を形成するように、投入電力分布を制御しつつ、該輝度分布の中心部で低く、周辺にて高いパルス高を形成する、
車両用灯具。
A vehicle lamp including a light source and a control device,
The light source includes a semiconductor light-emitting element array in which a plurality of semiconductor light-emitting elements each having a phosphor light-emitting unit are two-dimensionally arranged,
The control device includes a pulse power supply capable of performing pulse width control, and controls a supplied power distribution such that the semiconductor light emitting element array forms a luminance distribution that is high in a central portion and decreases toward the periphery in one direction. While forming a low pulse height at the center of the luminance distribution and a high pulse height at the periphery,
Vehicle lighting fixtures.
前記制御装置はパルス高の異なる複数の電源を有し、
前記複数の電源の供給するパルスは、該輝度分布の周辺において中心よりもパルス高さが高い、
請求項11に記載の車両用灯具。
The control device has a plurality of power supplies having different pulse heights,
The pulse supplied by the plurality of power supplies has a higher pulse height at the periphery of the luminance distribution than at the center.
The vehicular lamp according to claim 11.
輝度分布を形成する該1方向は垂直方向に照射される配向方向である請求項11又は12に記載の車両用灯具。   13. The vehicular lamp according to claim 11, wherein the one direction forming the luminance distribution is an orientation direction irradiated in a vertical direction.
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