JP7168354B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子および液晶素子を含む車両用灯具に関する。

一般に、車両には、周辺（特に進行方向前方）を明るくするための照明装置（前照灯・ヘッドライト）が取り付けられる。車両用前照灯は、主に、白色光を出射する光源と、光源から出射された光を拡大する投影光学系と、それらを支持するハウジングと、を具備する。

近年、車両用の前照灯において、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。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。ＡＤＢやＡＦＳの配光制御素子として、液晶素子を利用することが可能である（たとえば特許文献１）。

なお、光源に半導体発光素子（ＬＥＤ素子）を用いた場合、通常、光源が発熱し、高温となる。このような場合、光源を冷却するための送風ファンを設けることが好ましい（たとえば特許文献２）。

特開平０６－１９１３４６号公報 特開２０１４－０５６７９２号公報

本発明の主な目的は、新規な構造を有する車両用灯具を提供することにある。また、系全体の温度を最適化することができる車両用灯具を提供することある。

本発明の主な観点によれば、光源と、前記光源から出射される光の光路上に配置される配光制御装置と、前記光源および前記配光制御装置が配置される位置を風下として気流を生じさせ、該光源および該配光制御装置に空気を吹き付ける機能を有する送風ファンと、を備える車両用灯具、が提供される。

車両用灯具全体の温度制御を効率的に行うことができる。

実施例による車両用灯具の基本形を示す断面図である。 実施例による車両用灯具の発展形を示す拡大断面図である。 車両用灯具の発展形における１つの形態を示す拡大断面図である。 車両用灯具の発展形における他の形態を示す拡大断面図である。 実施例による車両用灯具の変形例を示す断面図である。

図１は、実施例による車両用灯具（ヘッドライト）１００の基本構造を示す断面図である。ヘッドライト１００は、主に、白色光Ｌ（図中、破線矢印で示す）を放出する半導体発光素子（ＬＥＤ素子）を含む光源１０と、光源１０から出射された白色光Ｌを反射する反射ミラー２０と、反射ミラー２０により反射された白色光Ｌの配光を制御（光の透過領域と非透過領域とを選択）する配光制御装置３０と、配光制御装置３０を通過した白色光Ｌを拡大投影する投影レンズ４０と、高温になりうる光源１０および配光制御装置３０を共に冷却するための送風ファン５０と、を含む。これらの構成要素は、通常、容器状のハウジングおよび蓋状のカバーレンズ（アウターレンズ）により画定される灯室内に配設される。

光源１０は、ＬＥＤ素子が搭載されたＬＥＤ回路基板１２と、回路基板１２（特にＬＥＤ素子）の発熱を効率的に放出する放熱部材（ヒートシンク）１４と、を含む。ＬＥＤ素子は、たとえば、青色光を出射するＧａＮ系半導体、および、青色光を吸収して黄色光を放出するＹＡＧ蛍光体、を含み、合成白色光を放出する。ヒートシンク１４は、回路基板１２と密接する、熱伝導性に優れるベース部１４Ａ、および、効率的に熱を放出するフィン部１４Ｂ、を有する。

配光制御装置３０は、主に、光の偏光方向を変換することができる液晶素子３２、液晶素子３２を挟む一対の偏光板３４（入力側偏光板３４Ａおよび出力側偏光板３４Ｂ）、および、それらを支持し、熱伝導率の高い部材で形成された筺体３６、を含む。液晶素子３２および一対の偏光板３４には、一般に知られたもの、たとえば特許文献１に開示されるものを用いることができる。筐体３６には、風通しを良好にするための通気孔（通気溝）３６Ｈが設けられている。

送風ファン５０は、主に、光源１０（特にフィン部１４Ｂ）および配光制御装置３０（特に液晶素子３２および入力側偏光板３４Ａの近傍）に空気を吹き付けて、それらを冷却する。送風ファン５０には、たとえば軸流ファンや遠心ファンなど、一般に知られた送風ファンを用いることができる。

反射ミラー２０および投影レンズ４０については、一般に車両用灯具に用いられるものを用いればよい。これらの構造・構成については、特に限定されることはない。

ヘッドライト１００には、さらに、光源１０（ＬＥＤ素子）、配光制御装置３０（特に液晶素子３２）および送風ファン５０を主に制御する制御装置６０が設けられている。制御装置６０は、光源１０におけるＬＥＤ素子の駆動（光出射のＯＮ／ＯＦＦ）、および、液晶素子３２の駆動を制御（配光制御装置３０として光を透過させる領域と透過させない領域とを選択）する。また、送風ファン５０の駆動ないし回転数（風量）を制御する。

車両用のヘッドライトでは、出力光の強度を大きくするために、比較的大きな電力がＬＥＤ素子に投入される。このため、ＬＥＤ素子が高温に発熱しうる。ＬＥＤ素子の周辺部材ないしＬＥＤ素子自体の性能や長期信頼性等の観点から、熱源となるＬＥＤ素子ないしそれを含む光源は、効果的に冷却されることが望ましい。

また、配光制御装置３０の入力側偏光板３４Ａは、入射される自色光のうち、所定（第１の方向）の偏光成分を有する光のみを透過させ、その他（第１の方向と直交する第２の方向）の偏光成分を有する光を遮光する。遮光される光のエネルギーは、一般に、熱エネルギーに変換される（入射光の少なくとも５０％以上のエネルギーが熱エネルギーに変換される）。

ＬＥＤ素子から出射される光（入力側偏光板３４Ａに入射される光）の強度が比較的大きい場合、入力側偏光板３４Ａにおいて変換される熱エネルギーも大きくなる。このため、入力側偏光板３４Ａが高温に発熱しうる。入力側偏光板３４Ａの近傍に配置される液晶素子３２ないし入力側偏光板３４Ａ自体の性能や長期信頼性等の観点から、特に液晶素子３２および入力側偏光板３４Ａは、効果的に冷却されることが望ましい。

送風ファン５０から送られる空気が、ヒートシンク１４、特にフィン部１４Ｂにあたることにより、効果的に光源１０（ＬＥＤ素子）が冷却される。また、送風ファン５０から送られる空気が、筺体３６の通気孔３６Ｈを通って、直接、液晶素子３２および一対の偏光板３４にあたることにより、効果的に液晶素子３２および一対の偏光板３４が冷却される。さらに、送風ファン５０から送られる空気により筺体３６自体も冷却されるため、熱的に接続する液晶素子３２および一対の偏光板３４が、間接的にも冷却される。

筐体３６には、熱伝導性・放熱性に優れる、たとえばアルミ合金やマグネシウム合金などの金属部材を用いることが好ましい。または、熱伝導性樹脂部材を用いることもできる。

なお、配光制御装置３０に用いられる液晶素子３２は、低温において応答速度が低下することが知られている。このため、低温環境下においてヘッドライト１００を使用する場合には、配光制御装置３０、特に液晶素子３２を加熱できたほうがよい。

本発明者らは、状況によって、配光制御装置を加熱できるヘッドライトについて検討を行った。以下に、基本形のヘッドライトを発展させたヘッドライトについて説明する。図２において、主にヘッドライトに追加された各構成要素の構造を説明し、図３および図４において、主に当該構成要素の機能を説明する。

図２は、実施例によるヘッドライトの発展形１０２を示す拡大断面図である。このヘッドライト１０２は、基本形によるヘッドライト１００（図１参照）に、さらに、通気管（ダクト機構）７２、第１ダンパ機構７４および第２ダンパ機構７６を設けた構造である。なお、便宜のため、各種機構７２，７４，７６の説明に不要な構成要素の図示は省略している。

通気管７２は、たとえば筒状の形状を有し、一方の開口端に光源１０（特にフィン部１４Ｂ）および配光制御装置３０（特に液晶素子３２および入力側偏光板３４Ａの近傍）を収め、他方の開口端に送風ファン５０を収めるように配設される。通気管７２を設けることで、送風ファン５０により生じた空気の流れ（風）・気流が、有効に光源１０（特にフィン部１４Ｂ）および配光制御装置３０（特に液晶素子３２および入力側偏光板３４Ａの近傍）に送られる。

第１ダンパ機構７４は、通気管７２に取り付けられており、ヒートシンク１４のベース部１４Ａに設けられた通気孔１４Ｈと合わせて、気流制御機構を構成する。なお、第１ダンパ機構７４は、ヒートシンク１４のベース部１４Ａに取り付けられていてもよい。

ダンパ機構７４は、その開閉状態に応じて、ヒートシンクの通気孔１４Ｈ内を吹き抜ける空気の流れ（流動方向）を制御することができる。つまり、開状態（実線・斜線模様で示す状態）において通気孔１４Ｈを通る気流を通気管７２の外部に排出し、閉状態（破線で示す状態）において通気孔１４Ｈを通る気流を滞らせる。

第２ダンパ機構７６は、たとえば通気管７２に取り付けられており、配光制御機構３０の筐体３６に設けられた通気孔３６Ｈと合せて、気流制御機構を構成する。また、光源１０から配光制御装置３０に熱を伝導する伝熱制御機構も兼ねる。

ダンパ機構７６は、その開閉状態に応じて、配光制御装置３０の筐体３６内を吹き抜ける空気の流れ（流動方向）を制御することができる。つまり、開状態（実線・斜線模様で示す状態）において送風ファンからの気流を筺体３６内に通し、閉状態（破線で示す状態）において筺体３６内に吹き込む気流を遮る。

さらに、ダンパ機構７６は、その開閉状態に応じて、光源１０（特にヒートシンクのベース部１４Ａ）から配光制御装置３０（特に筐体３６、ないし、筺体３６を介して液晶素子３２および入力側偏光板３４Ａ）への熱伝導を制御することができる。つまり、閉状態（破線で示す状態）においてベース部１４Ａと筺体３６とを熱的に接続し、開状態（実線・斜線模様で示す状態）においてベース部１４Ａと筺体３６とを熱的に切り離す。

制御素子６２は、配光制御装置３０（たとえば筺体３６）の温度や周辺の大気温度を監視しながら、第１および第２ダンパ機構７４，７６の開閉状態を制御する。なお、制御素子６２は必ずしも設ける必要はなく、制御素子６２による制御を制御装置６０（図１参照）が行ってもよい。

図３に、第１および第２ダンパ機構７４，７６がともに、閉状態であるときを示す。光源１０（ＬＥＤ素子）の点灯直後、光源１０は急速に高温に達するが、液晶素子３２は光源２０に比べて昇温速度が遅い。低温環境下（たとえば０℃以下）では、液晶素子３２の応答速度は著しく低下するため、液晶素子３２を加熱する（温める）ことが好ましい。

第２ダンパ機構７６を閉状態とし、光源１０のベース部１４Ａと配光制御装置３０の筐体３６とを熱的に接続することにより、ＬＥＤ素子で生じる熱が、筺体３６を介して、液晶素子３２に伝導し、液晶素子３２が加熱される。これにより、低温環境下において、液晶素子３２の応答速度を早めることができる。

なお、第１ダンパ機構７４も閉状態とすることにより、フィン部１４Ｂから放出される熱により温められた空気は、通気管７２の外部に排気されず、通気管７２内部に留まる、ないし、配光制御装置３０（第２ダンパ機構７６）の方向に流動する。これにより、配光制御装置３０（液晶素子３２の近傍）がさらに効果的に温められ、液晶素子３２の応答速度を早めることができる。

図４に、第１および第２ダンパ機構７４，７６がともに、開状態であるときを示す。光源１０（ＬＥＤ素子）が点灯してから所定の時間が経過すると、入力側偏光板３４Ａおよび液晶素子３２も高温に達する。このとき、第２ダンパ機構７６を開状態とし、光源１０のベース部１４Ａと配光制御装置３０の筐体３６とを熱的に切り離す。

第２ダンパ機構７６を開状態にすると、送風ファン５０から送られる空気が、直接、液晶素子３２および一対の偏光板３４、さらには筺体３６にあたるようになる。これにより、配光制御装置３０（特に液晶素子３２および入力側偏光板３４Ａ）を冷却することができる。

なお、第１ダンパ機構７４も開状態とすることにより、フィン部１４Ｂから放出される熱により温められた空気は、通気管７２の外部に排気される。このため、その温められた空気により配光制御装置３０が温められる可能性は低減される。

以上のように、第１および第２ダンパ機構７４，７６を設けることにより、必要に応じて、配光制御装置３０を加熱する（温める）ことができる。なお、第２ダンパ機構７６がベース部１４Ａおよび筺体３６に接する面積は、できるだけ大きいほうが好ましい。この面積を大きくすることにより、より効率的に光源１０で生じる熱を配光制御装置３０に伝えることができる。

また、第１および第２ダンパ機構７４，７６の開閉状態の組み合わせは、上記に示した組み合わせに限られない、第１ダンパ機構７４を閉状態、第２ダンパ機構７６を開状態にした組み合わせ、ないし、第１ダンパ機構７４を開状態、第２ダンパ機構７６を閉状態にした組み合わせ、としてもよい。これにより、光源１０および配光制御装置３０について、より細かい温度調整ができるであろう。

図５は、実施例によるヘッドライトの変形例１０４を示す断面図である。たとえば、通気管７２は、送風ファン５０による光源１０および配光制御装置３０各々への送風を分別する仕切りガイド７２Ｇを具備していてもよい。また、第１および第２ダンパ機構７４，７６も、光源１０および配光制御装置３０の配置位置や形状・構造などに応じて、送風ファン５０による送風が良好に循環するように、配置位置や形状・構造などを調整してもかまわない。

また、送風ファン５０は、光源１０および配光制御装置３０の配置位置を風下として気流を生じさせ、光源１０および配光制御装置３０に空気を吹き付けるように設定してもよいし、光源１０および配光制御装置３０の配置位置を風上として気流を生じさせ、光源１０および配光制御装置３０の近傍の空気を、通気管７２の外部に排出するように設定してもかまわない。送風・気流の方向は、送風ファン５０の回転方向（右回転／左回転）を変化させることで調整することができる。

なお、光源１０で生じる熱により温められる空気を通気管７２の外部に排気する場合、その温められた空気を、配光制御装置３０に吹き付けて、配光制御装置３０を加熱しても（温めても）よい。この場合、たとえば、通気管７２の外部に排出した温風を、配光制御装置３０に誘導する気流誘導機構８０を設けてもよい。気流誘導機構８０は、たとえば一般的なダクトを用いてもよいし、車両用灯具に一般的に用いられるエクステンション機構を利用してもかまわない。このとき、第１および第２ダンパ機構７４，７６は、ともに開状態であること好ましい。

以上、実施例に沿って、本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、配光制御装置において、筺体は設けられていなくてもよい。ただし、高温になりうる液晶素子ないし一対の偏光板を効果的に冷却したい場合には、熱伝導率が高く、放熱性に優れた筺体を設けたほうが好ましいだろう。

また、第１および第２ダンパ機構７４，７６は、通気管７２に取り付けられていなくてもかまわず、それぞれ独立した機構であってもかまわない。各種機構７２，７４，７６は、すべて具備されていなくてもよく、いずれかが具備されていればよい。また、第２ダンパ機構は、気流制御の機能を有する部分と、伝熱制御の機能を有する部分とを、別々の機構として含んでいてもよい。その他種々変更、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。

１０…光源、１２…ＬＥＤ回路基板、１４…放熱部材（ヒートシンク）、２０…反射ミラー、３０…配光制御装置、３２…液晶素子、３４…偏光板（入力側偏光板および出力側偏光板）、３６…筐体、４０…投影レンズ、５０…送風ファン、６０…制御装置、６２…制御素子、７２通気管、７４…第１ダンパ機構（気流制御機構）、７６…第２ダンパ機構（気流制御機構、兼、伝熱制御機構）、８０気流誘導機構、１００…ヘッドライト（基本形）、１０２…ヘッドライト（発展形）、１０４…ヘッドライト（変形例）。

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源から出射される光の光路上に配置される配光制御装置と、
   前記光源および前記配光制御装置が配置される位置を風下として気流を生じさせ、該光源および該配光制御装置に空気を吹き付ける機能を有する送風ファンと、
   を備え、
   前記光源は、
   半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子が生じる熱を効率的に放出するヒートシンクであって、貫通孔が設けられた板状のベース部を含むヒートシンクと、
   を含み、
   前記ヒートシンクのベース部に設けられた貫通孔を塞ぐように配置されて、前記送風ファンから送られ、該貫通孔を通る空気の流れを遮る機能を備える気流制御機構と、をさらに備える、
   車両用灯具。
2. 前記配光制御装置は、
   前記光源から出射される光の光路上に配置される液晶素子と、
   前記光路上において、前記液晶素子を挟む一対の偏光板と、
   前記液晶素子および前記一対の偏光板を支持するとともに、該液晶素子および該一対の偏光板による発熱を放熱する筺体と、
   を含む請求項１記載の車両用灯具。
3. 前記送風ファンは、さらに、前記光源および前記配光制御装置が配置される位置を風上として気流を生じさせ、該光源で生じる熱により温められる空気を、該光源および該配光制御装置から離れる方向に流動させる機能を有する、請求項１または２記載の車両用灯具。
4. 光源と、
   前記光源から出射される光の光路上に配置される配光制御装置と、
   前記光源および前記配光制御装置が配置される位置を風下として気流を生じさせ、該光源および該配光制御装置に空気を吹き付ける機能を有する送風ファンと、
   前記送風ファンにより気流が流れる通気管と、
   前記通気管を流れる空気の方向を変更する機能を備える気流制御機構と、
   を備える車両用灯具であって、
   前記配光制御装置は、
   前記光源から出射される光の光路上に配置される液晶素子と、
   前記光路上において、前記光源から出射される光が入射される側に設けられた第１の偏光板と、前記液晶素子を通過した前記光源から出射された光が通過する第２の偏光板とで、前記液晶素子を挟む一対の偏光板と、を備えており、
   前記気流制御機構は、前記配光制御装置と前記通気管の間を貫通する通気孔と、ダンパ機構とを有し、
   前記ダンパ機構は、前記通気孔の開閉状態を制御することで、前記通気孔を通って前記第１の偏光板及び前記液晶素子に向かう空気の流れを形成する第１の状態と、前記通気孔を通る空気の流れを遮る第２の状態とを変更可能とし、
   前記光源は、
   半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子が生じる熱を効率的に放出するヒートシンクであって、貫通孔が設けられた板状のベース部を含むヒートシンクと、
   を含み、
   前記ヒートシンクのベース部に設けられた貫通孔を塞ぐように配置されて、前記送風ファンから送られ、該貫通孔を通る空気の流れを遮る機能を備える他の気流制御機構と、をさらに備える、
   車両用灯具。
   
   

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