JP6790568B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は車両用灯具に関するものである。
特許文献1には、ハイビームの配光パターンを変化させる可変ハイビーム(Adaptive Driving Beam)の制御が可能な車輌用前照灯において、先行車輌等の他の車輌の存在が検出されて配光パターンにおける中央部を形成する光源が消灯されると、ハイビームの配光パターンが左右方向において略等分に分割された状態で形成されてしまい、運転者に違和感を与えてしまうため、この違和感を低減した車輌用前照灯が開示されている。
特開2013―20709号公報
ところで、ADB制御を行う場合、水平方向に並ぶ各発光部からの光は、スクリーン上の水平方向の決まった位置で隣接する配光パターンと一部をオーバーラップするように個別に配光パターンを形成しており、先行車や対向車の位置に応じて、その水平方向の位置ごとに形成されている各配光パターンの点消灯を制御することが行われる。
一方で、ハイビーム配光パターンでは、中央側に高光度帯(ホットスポットともいう)を設けることが求められるが、ADB制御を行う場合、水平方向に並ぶ各発光部からの光は、上述のように、スクリーン上の水平方向の決まった位置に個別に配光パターンを形成しなければならないため、水平方向外側に配置される発光部からの光をハイビーム配光パターンの中央側に配光制御するようなことができない。
また、発光部の数が増えることで部品コストが高くなるため、無数に発光部の数を増やすことなく、ある程度の数の発光部で良好なハイビーム配光パターンを形成するためには、水平方向に並ぶ各発光部からの光がスクリーン上に形成する配光パターンを適切にオーバーラップさせる必要がある。
このように、ADB制御を行う車両用灯具には、部品コストを考慮しつつ、より好適なハイビーム配光パターンを形成できるようにするために依然として改善の余地がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、部品コストを考慮しつつ、ADB(Adaptive Driving Beam)制御用のより好適なハイビーム配光パターンを形成できるようにした車両用灯具を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために以下の構成によって把握される。
(1)本発明の車両用灯具は、半導体型の光源と前記光源の前方側に配置されたレンズを備えた車両用灯具であって、前記光源は、基板と、前記基板上に設けられる第1ベース基板を有する第1発光部と、前記第1発光部の水平方向左右外側に配置され、前記基板上に設けられる第2ベース基板を有する複数の第2発光部と、を備え、前記第1発光部は、前記第1ベース基板上に第1離間部を挟んで水平方向に設けられた一対の第1発光チップ部を備え、複数の前記第2発光部は、それぞれ発光層側を前記第2ベース基板側に位置させて前記第2ベース基板上に実装された1つの第2発光チップを蛍光体で覆った第2発光チップ部を備え、一対の前記第1発光チップ部は、それぞれ前記第1ベース基板上に実装された1つの第1発光チップと、それぞれの前記第1発光チップを覆う蛍光体と、を備え、
前記第1発光部は、前記第1離間部が前記レンズのレンズ光軸を通る鉛直軸上又は前記鉛直軸近傍に位置するように前記基板上に設けられており、前記第1離間部は、水平方向の幅が前記第1発光部と前記第2発光部の間の水平方向の離間幅よりも小さく設定されている。
(2)本発明の車両用灯具は、半導体型の光源と前記光源の前方側に配置されたレンズを備えた車両用灯具であって、前記光源は、基板と、前記基板上に設けられる第1ベース基板を有する第1発光部と、前記第1発光部の水平方向左右外側に配置され、前記基板上に設けられる第2ベース基板を有する複数の第2発光部と、を備え、前記第1発光部は、前記第1ベース基板上に設けられた第1発光チップ部を備え、複数の前記第2発光部は、それぞれ発光層側を前記第2ベース基板側に位置させて前記第2ベース基板上に実装された1つの第2発光チップを蛍光体で覆った第2発光チップ部を備え、前記第1発光チップ部は、前記第1ベース基板上に水平方向に離間して実装された一対の第1発光チップと、一対の前記第1発光チップを覆う蛍光体と、を備え、前記第1発光部は、前記第1発光チップ同士の間の離間部が前記レンズのレンズ光軸を通る鉛直軸上又は前記鉛直軸近傍に位置するように前記基板上に設けられており、前記第1発光チップ同士の間の離間部は、水平方向の幅が前記第1発光部と前記第2発光部の間の水平方向の離間幅よりも小さく設定されている
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記第1発光チップは、どちらも発光層側を前記第1ベース基板側に位置させて前記第1ベース基板上に実装されている。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つの構成において、前記第1発光部は、前記第1ベース基板の前記第1発光チップの設けられる表面と反対側に位置する裏面側で前記基板との電気的な接続が行われており、前記第2発光部は、前記第2ベース基板の前記第2発光チップの設けられる表面と反対側に位置する裏面側で前記基板との電気的な接続が行われている。
(5)上記(1)から(4)のいずれか1つの構成において、それぞれの前記第1発光チップへの電力の供給は、共通ラインで行われるようになっており、それぞれの前記第1発光チップの点消灯を同時に行えるようにした。
(6)上記(1)から(5)のいずれか1つの構成において、前記第1ベース基板及び前記第2ベース基板の厚さが、前記第1ベース基板から水平方向左右外側に向かって異なる厚さに設定されている。
(7)上記(6)の構成において、前記厚さが、水平方向左右外側ほど薄く設定されている。
(8)本発明の車両用灯具は、半導体型の光源と前記光源の前方側に配置されたレンズを備えた車両用灯具であって、前記光源は、基板と、前記レンズのレンズ光軸を通る鉛直軸上又は前記鉛直軸近傍に位置するように配置され、前記基板上に設けられる第1ベース基板を有する第1発光部と、前記第1発光部の水平方向左右外側に配置され、前記基板上に設けられる第2ベース基板を有する複数の第2発光部と、を備え、前記第1発光部は、前記第1ベース基板上に実装された第1発光チップを有する第1発光チップ部を備え、複数の前記第2発光部は、それぞれ前記第2ベース基板上に実装された第2発光チップを有する第2発光チップ部を備え、前記第1ベース基板及び前記第2ベース基板は、厚さが前記第1ベース基板から水平方向左右外側に向かって異なる厚さに設定されている。
(9)上記(8)の構成において、前記厚さが、水平方向左右外側ほど薄く設定されている。
本発明によれば、部品コストを考慮しつつ、ADB(Adaptive Driving Beam)制御用のより好適なハイビーム配光パターンを形成できるようにした車両用灯具を提供することができる。
本発明に係る第1実施形態の車両用灯具を備えた車両の平面図である。 本発明に係る第1実施形態の灯具ユニットを前方側から見た平面図である。 本発明に係る第1実施形態の灯具ユニットの分解斜視図である。 図3の点線枠Aの部分の拡大図であり、(a)は前方側から見た平面図であり、(b)は(a)のB−B線断面図である。 本発明に係る第1実施形態と比較するための図であり、(a)は高光度帯を形成するために第2発光部と同様の構成の2つの発光部を近接配置したところを示す平面図であり、(b)は微細光拡散構造を設けていないレンズを介した各発光部が形成するスクリーン上での配光パターンを示す図であり、(c)は(b)の配光パターンが多重されて形成されるスクリーン上での配光パターンを示す図であり、(d)は微細光拡散構造を設けたレンズを介して(c)の配光パターンをスクリーン上に投影したときの図である。 本発明に係る第1実施形態の第1発光部からの光が形成する高光度帯を説明するための図であり、(a)は第1発光部を示す平面図であり、(b)は微細光拡散構造を設けていないレンズを介した第1発光部の各第1発光チップ部が形成するスクリーン上での配光パターンを示す図であり、(c)は(b)の配光パターンが多重されて形成されるスクリーン上での配光パターンを示す図であり、(d)は微細光拡散構造を設けたレンズを介して(c)の配光パターンをスクリーン上に投影したときの図である。 本発明に係る第1実施形態の1つの第2発光部を示した断面図である。 本発明に係る第2実施形態の灯具ユニットを示す断面図である。 本発明に係る第2実施形態の灯具ユニットを前方側から見た平面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」と称する)について詳細に説明する。実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。また、実施形態及び図中において、特に断りがない場合、「前」、「後」は、各々、車両の「前進方向」、「後進方向」を示し、「上」、「下」、「左」、「右」は、各々、車両に乗車する運転者から見た方向を示す。
本発明の実施形態に係る車両用灯具は、図1に示す車両102の前方の左右のそれぞれに設けられる車両用前照灯(101R、101L)であり、以下では単に車両用灯具と記載する。
(第1実施形態)
本実施形態の車両用灯具は、車両前方側に開口したハウジング(図示せず)と開口を覆うようにハウジングに取り付けられるアウターレンズ(図示せず)を備え、ハウジングとアウターレンズとで形成される灯室内に灯具ユニット10(図2参照)等が配置されている。
なお、以下の灯具ユニット10の説明において、特に断りがない部分については、左右の車両用灯具で共通である。
(灯具ユニット)
図2は灯具ユニット10を前方側から見た平面図であり、図3は灯具ユニット10の分解斜視図である。
灯具ユニット10は、後述するように、複数の発光部(第1発光部36及び第2発光部38(図4参照))が水平方向に横並びに配列された光源30(図3参照)を有しており、先行車や対向車との位置関係等に応じて、複数の発光部(第1発光部36及び第2発光部38)の一部若しくは全部を点消灯させる、いわゆる、ADB(Adaptive Driving Beam)制御を行うことができる配光可変型のハイビーム配光ユニットである。
具体的には、図3に示すように、灯具ユニット10は、ヒートシンク20と、光源30と、反射ボード40と、レンズホルダ50と、レンズ60と、冷却ファン70と、を備えている。
(ヒートシンク)
ヒートシンク20は、ベース部21と、放熱フィン22と、冷却ファン取付部23と、を備えている。
ベース部21の前面21aは、光源30を配置する光源配置部を構成し、ベース部21の前面21aの反対側に位置する後面21bには、水平方向に並ぶように複数の放熱フィン22が後面21bから後方に伸びるように形成されている。
また、後面21bの水平方向の左右外側には、冷却ファン70を取付ける冷却ファン取付部23が、放熱フィン22と同様に、後面21bから後方に伸びるように形成されている。
ベース部21の前面21aの鉛直方向の略上下中央には、光源30及び反射ボード40を取付けるための左右一対の固定構造24が設けられている。
具体的には、固定構造24は、それぞれ光源30及び反射ボード40の位置合わせ用のボスと固定を行うためのネジ84を螺合させるネジ固定孔を備えている。
なお、光源30の基板31には、鉛直方向の略上下中央より少し下側の水平方向左右外側の位置に、固定構造24に対応した貫通孔34が設けられており、同様に、反射ボード40にも、水平方向左右外側に一対設けられたアーム部に固定構造24に対応した貫通孔44が設けられている。
したがって、光源30及び反射ボード40は、ベース部21にネジ84で共止めされるようにして固定される。
また、ベース部21は、鉛直方向の略上下中央の左右外側の位置において、一部が外側に突出する形状部分が形成されており、この突出した部分には、レンズホルダ50を取付けるための左右一対の固定構造25が設けられている。
具体的には、固定構造25は、それぞれレンズホルダ50の位置合わせ用のボスと固定を行うためのネジ85を螺合させるネジ固定孔を備えている。
なお、ベース部21は、水平方向の略中央の鉛直方向下側にもネジ85を螺合させるネジ固定孔25aを有しており、レンズホルダ50は3つのネジ85でベース部21に固定される。
一方、後述するように、レンズホルダ50は、第1レンズホルダ51と第2レンズホルダ52とで構成されているが、第1レンズホルダ51には、水平方向の左右外側に設けられた固定構造25に対応する貫通孔を有する孔部51aが設けられている。
また、第2レンズホルダ52にも水平方向の左右外側に設けられた固定構造25に対応する貫通孔を有する孔部52aが設けられている。
さらに、第2レンズホルダ52は、水平方向の略中央の鉛直方向下側にもベース部21のネジ固定孔25aに対応した貫通孔を有する孔部52b(図2参照)が設けられており、第1レンズホルダ51も正面視で孔部52bに重なる位置に、ベース部21のネジ固定孔25aに対応した貫通孔を有する孔部を有している。
したがって、第1レンズホルダ51及び第2レンズホルダ52は、ベース部21にネジ85で共止めされるようにして固定される。
一方、図3に示すように、冷却ファン取付部23にも、冷却ファン70を取付けるためのネジ87を螺合させるための、ネジ固定孔(図示せず)が設けられており、ネジ87を冷却ファン70のネジ孔71を通すようにして冷却ファン取付部23のネジ固定孔(図示せず)に螺合させることで、冷却ファン70がヒートシンク20に固定される。
(冷却ファン)
冷却ファン70は、放熱フィン22を強制冷却するための風を発生させる部分であり、必須ではないものの、後述するように、本実施形態の光源30は、複数の発光部(第1発光部36及び第2発光部38(図4参照))を有しているため、発熱量が大きいので冷却ファン70を設けるようにするのが好ましい。
(反射ボード)
反射ボード40は、図3に示すように、水平方向左右一対のアーム部に支えられた反射面41を構成する底部を有する部材である。
そして、後述する光源30の各発光部(第1発光部36及び第2発光部38(図4参照))の真下の近接する位置に反射面41が位置するように配置され、各発光部(第1発光部36及び第2発光部38)の発光チップ(第1発光チップ36ca及び第2発光チップ38ba(図4参照))からの光の像を鉛直方向に拡大する役目を果たす部材である。
このように反射ボード40によって光の像を鉛直方向に拡大することで、水平方向に設けられる複数の発光部(第1発光部36及び第2発光部38)を1列だけ設ける構成としてもハイビーム配光パターンに求められる鉛直方向の範囲に光を照射することができる。
(レンズ)
レンズ60は、図3に示すように、正面視が矩形状のレンズ部61と、レンズ部61の外周に設けられたレンズホルダ50に保持されるためのフランジ部62と、を備えている。
そして、レンズ部61が、後述する光源30の各発光部(第1発光部36及び第2発光部38(図4参照))の発光チップ(第1発光チップ36ca及び第2発光チップ38ba(図4参照))からの光を配光制御して所定の配光パターンを形成するように光を前方に照射する。
具体的には、レンズ部61は、発光チップ(第1発光チップ36ca及び第2発光チップ38ba(図4参照))からの光が入射する入射面及び入射した光が出射する出射面が共に出っ張るように形成された自由曲面からなり、入射面及び出射面が所定の配光制御を行う面形状となるように形成されている。
また、レンズ60は、ポリカーボネート系樹脂やアクリル系樹脂を好適に用いることができるが、発光部(第1発光部36及び第2発光部38(図4参照))からの熱の問題がある場合には、耐熱性に優れるポリカーボネート系樹脂がよく、一方、配光パターンにおける青色分光色の発生を抑制したい場合には、屈折率の波長依存性が少なく分光が抑制しやすいアクリル系樹脂を用いるのが好適である。
なお、本実施形態のレンズ部61は、図示を省略しているが入射面に水平方向に伸びる凸条の微細光拡散構造(より具体的には、横長かまぼこ状の微細光拡散構造)を鉛直方向に連続して設けるようにしている。
これによって、発光チップ(第1発光チップ36ca及び第2発光チップ38ba(図4参照))からの光が、入射面からレンズ部61に入射するときに上下方向に広がり、配光パターンを上下方向に暈すことができるようになっている。
また、本実施形態のレンズ部61は、図示を省略しているが出射面に鉛直方向に伸びる凸条の微細光拡散構造(より具体的には、縦長かまぼこ状の微細光拡散構造)を水平方向に連続して設けるようにしている。
これによって、光が出射面から出射するときに左右方向に広がり、配光パターンを左右方向に暈すことができ、発光チップ(第1発光チップ36ca及び第2発光チップ38ba)からの光がスクリーン上に形成する各配光パターンを適度にオーバーラップさせることができる。
なお、上述のように、微細光拡散構造を設け配光パターンを暈すようにすると、配光パターンの重なりの境界線において、光度差によるスジが現れることを抑制することもできる。
また、入射面及び出射面の凸条の微細光拡散構造は、レンズ部61を前方側から見たときに、クロスしてメッシュ状の微細光拡散構造を設けているのと同様の状態となっているため、レンズ60を通して中の状態が視認され難くすることができる。
このため、レンズ60より内側の構造が外側から視認されることが抑制されるので見栄えをよくできるという効果もある。
(レンズホルダ)
図3に示すように、レンズホルダ50は、ヒートシンク20側に配置される第1レンズホルダ51と第1レンズホルダ51の前方側に配置される第2レンズホルダ52で構成されている。
第1レンズホルダ51は、レンズ60のフランジ部62を受ける開口縁部51bと、開口縁部51bからヒートシンク20側に延びる外周部51cと、を有している。
なお、上述した孔部51aは、外周部51cのヒートシンク20側の端部から水平方向左右外側に延在するように設けられている。
そして、外周部51cのヒートシンク20側への幅は、第1レンズホルダ51がヒートシンク20に固定されたときに、光源30からの距離が所定の距離にレンズ60が位置するように設定されている。
一方、第2レンズホルダ52は、レンズ60のレンズ部61の外形と略等しい開口内形の開口縁部52cと、開口縁部52cからヒートシンク20側に向かって第1レンズホルダ51の外周部51cを覆う外周部52dと、を有している。
なお、上述した孔部52aは外周部52dのヒートシンク20側の端部から水平方向左右外側に延在するように設けられており、孔部52bは外周部52dのヒートシンク20側の端部から鉛直方向下側に延在するように設けられている。
そして、第1レンズホルダ51の開口縁部51bと第2レンズホルダ52の開口縁部52cとの間にレンズ60のフランジ部62が挟持されることでレンズ60はレンズホルダ50に保持される。
(光源)
光源30は、基板31と、基板31上に設けられる後述の各発光部(第1発光部36及び第2発光部38(図4参照))と、基板31上に形成された導電パターンを介して各発光部(第1発光部36及び第2発光部38)に電気的に接続された電気コネクタ32と、を備えている。
図4は図3の点線枠Aの部分の拡大図であり、図4(a)は前方側から見た平面図であり、図4(b)は図4(a)のB−B線断面図である。
なお、図4(a)において紙面左右方向が水平方向であり、紙面上下方向が鉛直方向である。
また、図4(b)において紙面左右方向が水平方向であり、紙面上下方向が前後方向(上側が前方側、下側が後方側)である。
図4に示すように、より具体的には、光源30は、基板31と、基板31上に設けられる第1ベース基板36aを有する第1発光部36と、第1発光部36の水平方向左右外側に配置され、基板31上に設けられる第2ベース基板38aを有する複数の第2発光部38と、を備えている。
なお、本実施形態では、第2発光部38は、第1発光部36の水平方向左外側に5つ設けられているとともに、水平方向右外側に5つ設けられている。
ただし、第2発光部38の数は、第1発光部36を基準に水平方向左側と水平方向右側とで変えるようにしてもよい。
例えば、車両右側の車両用灯具であれば、第1発光部36を基準に水平方向左側の第2発光部38の数を増やすようにすることで車両右外側への配光範囲を広げることができ、逆に、車両左側の車両用灯具であれば、第1発光部36を基準に水平方向右側の第2発光部38の数を増やすようにすることで車両左外側への配光範囲を広げることができる。
なお、車両右側の車両用灯具において、水平方向左側は車両内側であり、同様に車両左側の車両用灯具において、水平方向右側は車両内側であるので、車両の左右どちら側に設けられる灯具ユニット10であっても第1発光部36を基準に車両内側に設けられる第2発光部38の数を車両外側に設けられる第2発光部38の数よりも多くすることで車両外側に配光範囲を広げることができる。
第1発光部36は、第1ベース基板36a上に第1離間部36bを挟んで水平方向に設けられた一対の第1発光チップ部36cを備えており、一対の第1発光チップ部36cは、それぞれ第1ベース基板36a上に実装された1つの第1発光チップ36caと、それぞれの第1発光チップ36caを覆う蛍光体36cbと、を備えている。
また、複数の第2発光部38は、それぞれ第2ベース基板38a上に実装された1つの第2発光チップ38baを蛍光体38bbで覆った第2発光チップ部38bを備えている。
そして、第1発光部36は、第1ベース基板36aの第1発光チップ36caの設けられる表面と反対側に位置する裏面側で基板31の電気コネクタ32に繋がる導電パターンと電気的な接続が行われており、第2発光部38も第2ベース基板38aの第2発光チップ38baの設けられる表面と反対側に位置する裏面側で基板31の電気コネクタ32に繋がる導電パターンと電気的な接続が行われている。
このため第1ベース基板36a及び第2ベース基板38aは表面と裏面の間を電気的に繋ぐスルーホール又はビアホールを有している。
なお、本実施形態では、光源30を第1発光チップ36ca及び第2発光チップ38baにLEDチップを用いた半導体型の光源としているが、LEDチップに限定する必要はなく、例えば、第1発光チップ36ca及び第2発光チップ38baにLDチップ(レーザダイオードチップ)のような半導体型の発光チップを用いるようにしてもよい。
ところで、図4(a)に示すように、第1発光部36は、第1離間部36bがレンズ60のレンズ光軸O上に位置するように基板31上に設けられているので、レンズ60の後方焦点又は後方焦点近傍に配置できるが、基板31の水平方向に多数の発光部(第1発光部36及び第2発光部38)を並べるようにすると、水平方向外側に位置する第2発光部38ほど後方焦点から離れることになる。
このため、水平方向外側の第2発光部38からの光が形成するスクリーン上での配光パターンは、広がったものとなる。
そうすると、隣接する第2発光部38からの光が形成するスクリーン上での配光パターンと重なりやすくなるため、隣接する第2発光部38からの離間距離を長くしても配光パターンの繋がりが途切れないように配光パターンの一部をオーバーラップさせることができる。
したがって、水平方向左右外側に位置する第2発光部38は、隣接する第2発光部38との離間距離を長めに設定するようにしてハイビーム配光パターンに求められる水平方向の範囲を網羅させるようにすれば、第1発光部36及び第2発光部38の合計数を少なくでき、光源30の部品コストを低減することができる。
また、水平方向左右外側に位置する第2発光部38ほど、ハイビーム配光パターンの水平方向外側の配光部分を形成するが、水平方向左右外側に位置する第2発光部38ほど、レンズ60の後方焦点から離れるため、その第2発光部38からの光が形成する配光パターンは、暈しが入ったものとなり、ハイビーム配光パターンとしては望ましいものとなる。
しかしながら、上述したことは、あくまでも、第1発光部36を望ましい位置に位置させているときに、その第1発光部36を基準に、第2発光部38を設ける位置を水平方向の位置で、どこにするかが調節できるだけのため、より望ましい配光パターンを形成する上での設計自由度は大きくない。
そこで、本実施形態では、第1発光部36に第1ベース基板36aを備えさせ、第2発光部38に第2ベース基板38aを備えさせるようにし、これらベース基板(第1ベース基板36a及び第2ベース基板38a)を介して基板31に第1発光部36及び第2発光部38を設けるようにしている。
このようにしておけば、第1ベース基板36a及び第2ベース基板38aの厚みを変化させることで発光チップ部(第1発光チップ部36c及び第2発光チップ部38b)をレンズ60に近づけるように調整したり、逆に遠ざけるように調整することが可能となる。
例えば、水平方向左右外側ほどの第2発光部38の第2ベース基板38aの厚みを厚くして第2発光チップ部38bをレンズ60に近づけるようにすれば、スクリーン上に形成される配光パターンの大きさを少し小さくする方向に調整することができるとともに、軸外収差による配光崩れが現れにくくなる。
一方、逆に、水平方向左右外側ほどの第2発光部38の第2ベース基板38aの厚みを薄くして第2発光チップ部38bをレンズ60から遠ざけるようにすれば、スクリーン上に形成される配光パターンの大きさを大きくするとともに暈し量も大きくすることができる。
したがって、本実施形態のように、第1発光部36及び第2発光部38が第1ベース基板36a及び第2ベース基板38aを有するものとすると、水平方向の位置だけでなく、レンズ60からの距離の調整も可能となるので配光設計の自由度を高めることができる。
例えば、軸外収差等による配光崩れを低減することを優先したい場合には、第1ベース基板36a及び第2ベース基板38aの厚さを、第1ベース基板36aから水平方向左右外側に向かって順次厚くしていくようにすればよい。
逆に、発光部(第1発光部36及び第2発光部38)の総数を抑制しつつ、ハイビーム配光パターンの水平方向外側ほど暈しを入れることを優先したい場合には、第1ベース基板36a及び第2ベース基板38aの厚さを、第1ベース基板36aから水平方向左右外側に向かって順次薄くしていくようにすればよい。
このように、配光設計の自由度が高いため、発光部(第1発光部36及び第2発光部38)の総数を10から15個程度として良好なハイビーム配光パターンを好適に形成する配光設計ができる。
ところで、ハイビーム配光パターンでは、中央側に光度の高い高光度帯(ホットスポットともいう)を形成することが求められる。
しかしながら、ベース基板を有していると、中央側に配置される発光部の離間距離を短く設定するのに限界がある。
そこで、本実施形態では、中央側に位置することとなる第1発光部36については、上述したように、第1ベース基板36a上に第1離間部36bを挟んで水平方向に設けられた一対の第1発光チップ部36cを備えさせるようにして、近接して2つの第1発光チップ部36cが設けられたものとしている。
なお、この第1発光チップ部36cの間の第1離間部36bは、水平方向の幅が第1発光部36と第2発光部38の間の水平方向の離間幅の1/3以下の幅となるように小さく設定されている。
同様に、第1発光チップ36ca同士の間の離間部の水平方向の幅もほぼ第1離間部36bと同じ幅とすることができるため、第1発光部36と第2発光部38の間の水平方向の離間幅の1/3以下の幅に設定されている。
このようにすることで、以下、図5及び図6を参照して説明するように、高光度帯(ホットスポット)を形成するのに適した高い光量を得ることができる。
図5は本実施形態と比較するための図であり、図5(a)は高光度帯を形成するために第2発光部38と同様の構成の2つの発光部39を近接配置したところを示す平面図であり、図5(b)は微細光拡散構造を設けていないレンズ60を介した各発光部39が形成するスクリーン上での配光パターンを示す図であり、図5(c)は図5(b)の配光パターンが多重されて形成されるスクリーン上での配光パターンを示す図であり、図5(d)は微細光拡散構造を設けたレンズ60を介して図5(c)の配光パターンをスクリーン上に投影したときの図である。
図5(b)、図5(c)及び図5(d)のVU−VL線はスクリーン上での鉛直基準線を示しており、HL-HR線はスクリーン上での水平基準線を示しており、他の図においても、スクリーン上での配光パターンを示す図においては同様である。
また、図5(b)、図5(c)及び図5(d)は、配光パターンを等光度線で示したものとなっており、図5(c)及び図5(d)では、その等光度線で表される配光パターンの下側に水平基準線(HL-HR線)に沿った光度分布を示している。
なお、図5(a)は前方側から見たときの平面図であり、図における左右と車両に乗車する運転者から見た左右とが逆になっている。
図6は本実施形態の第1発光部36からの光が形成する高光度帯を説明するための図であり、図6(a)は第1発光部36を示す平面図であり、図6(b)は微細光拡散構造を設けていないレンズ60を介した第1発光部36の各第1発光チップ部36cが形成するスクリーン上での配光パターンを示す図であり、図6(c)は図6(b)の配光パターンが多重されて形成されるスクリーン上での配光パターンを示す図であり、図6(d)は微細光拡散構造を設けたレンズ60を介して図6(c)の配光パターンをスクリーン上に投影したときの図である。
なお、図6においても図5と同様に、図6(b)、図6(c)及び図6(d)は、配光パターンを等光度線で示したものとなっており、図6(c)及び図6(d)では、その等光度線で表される配光パターンの下側に水平基準線に沿った光度分布を示している。
また、図6(a)においても図5(a)と同様に、図6(a)は前方側から見たときの平面図であるので、図における左右と車両に乗車する運転者から見た左右とが逆になっている。
図5では、比較のために第2発光部38と同様の構成の2つの発光部39を用いて、それら発光部39をできるだけレンズ60のレンズ光軸Oに近づけて配置することで高光度帯を形成する場合を示すものになっている。
したがって、発光部39は、第2発光部38と同様にベース基板39aと、ベース基板39a上に設けられる発光チップ部39bを備えたものになっている。
また、発光チップ部39bは、ベース基板39a上に設けられる1つの発光チップ39baと、その発光チップ39baを覆う蛍光体39bbと、を備えたものになっている。
図5(a)に示すように、2つの発光部39を用いる場合、発光部39が設けられる基板の導電パターン等による制約のために、水平方向左側に配置される発光部39(L)の発光チップ部39bと水平方向右側に配置される発光部39(R)の発光チップ部39bとは、距離D1(具体的には約0.7mm)だけ離間することになる。
このように配置された発光部39からの光が形成するスクリーン上での配光パターンは、図5(b)に示すようになる。
図5(b)の左側に示す配光パターンは、水平方向右側に配置される発光部39(R)からの光が形成する配光パターンを示しており、図5(b)の右側の配光パターンは、水平方向左側に配置される発光部39(L)からの光が形成する配光パターンを示している。
図5(b)に示すように、水平方向右側に配置される発光部39(R)からの光が形成する配光パターンは、主に、鉛直基準線(VU−VL線参照)を基準に水平方向左側に配光パターンが位置している。
また、図5(b)に示すように、水平方向左側に配置される発光部39(L)からの光が形成する配光パターンは、主に、鉛直基準線(VU−VL線参照)を基準に水平方向右側に配光パターンが位置している。
そして、図5(b)に示す配光パターンが多重されると、図5(c)に示すような配光パターンとなる。
図5(c)に示す配光パターンを見るとわかるとおり、水平方向左側に配置される発光部39(L)の発光チップ部39bと水平方向右側に配置される発光部39(R)の発光チップ部39bの間の離間する距離D1が大きい、つまり、発光チップ部39(L)の発光チップ39baと発光部39(R)の発光チップ39baの離間する距離が大きいため、図5(b)に示す配光パターンの最も光度の高い領域が十分にオーバーラップしない。
このため、図5(c)の配光パターンを見るとわかるように、鉛直基準線(VU−VL線参照)と水平基準線(HL−HR線参照)が交わる領域(図5(c)の点線で示す領域参照)で光度の高い部分が1つにまとまらず、図5(c)の下側に示す水平基準線(HL−HR線参照)に沿った光度分布のように、この鉛直基準線(VU−VL線参照)と水平基準線(HL−HR線参照)が交わる領域の光度を十分に上げることができない。
そして、レンズ60に微細光拡散構造を設けるようにして、レンズ60で配光パターンに暈しを加えることで図5(d)に示すように、鉛直基準線(VU−VL線参照)と水平基準線(HL−HR線参照)が交わる領域においても高光度帯の割れが見られない状態にできるものの、中央でのピークの光度を十分に上げることができない。
一方、本実施形態では、第1発光チップ部36cの位置(より具体的には、発光チップ36caの位置)は、基板31の導電パターン等の制限を受けないため、図6(a)に示すように、水平方向左側の第1発光チップ部36c(L)と水平方向右側の第1発光チップ部36c(R)との間の離間する距離D2(具体的には、約0.1mm)は、かなり小さいものとすることができる。
つまり、第1発光チップ部36c(L)の発光チップ36caと第1発光チップ部36c(R)の発光チップ36caの間の離間する距離を小さくすることができる。
このため、図6(b)を見るとわかるように、水平方向右側の第1発光チップ部36c(R)からの光が形成する配光パターン(図6(b)左側の配光パターン参照)も、水平方向左側の第1発光チップ部36c(L)からの光が形成する配光パターン(図6(b)右側の配光パターン参照)も、図5(b)に示される配光パターンよりも配光パターンが鉛直基準線(VU−VL線参照)寄りの位置に位置するようになる。
したがって、図6(b)に示す配光パターンを多重したときに、図6(c)に示す配光パターンを見ればわかるように、配光パターンの最も光度の高い領域が十分にオーバーラップした状態になっている。
このため、図6(c)の配光パターンを見るとわかるように、鉛直基準線(VU−VL線参照)と水平基準線(HL−HR線参照)が交わる領域(図6(c)の点線で示す領域参照)で光度の高い部分が1つにまとまり、図6(c)の下側に示す水平基準線(HL−HR線参照)に沿った光度分布のように、この鉛直基準線(VU−VL線参照)と水平基準線(HL−HR線参照)が交わる領域の光度を十分に上げることができる。
そして、図6(d)に示すように、レンズ60に微細光拡散構造を設けるようにして配光パターンに暈しを加えた後においても、鉛直基準線(VU−VL線参照)と水平基準線(HL−HR線参照)が交わる領域において、依然として高い光度のピーク(図6(d)の下側の光度分布参照)を得ることができる。
このように、本実施形態の構成によれば、適切な配光を得るための配光設計の自由度が高い上に、良好な高光度帯を得ることが可能である。
ところで、本実施形態のように多数の発光部(第1発光部36及び第2発光部38)が基板31上に配置されていると、発熱量も多くなるが、発光チップ(第1発光チップ36ca及び第2発光チップ38ba)は高温になると発光効率が低下する。
したがって、第1ベース基板36a及び第2ベース基板38aにシリコン基板等の熱伝導率の高い基板を用いるとともに、以下に説明するように、第1ベース基板36a及び第2ベース基板38aに第1発光チップ36ca及び第2発光チップ38baを実装するときに発光層側を第1ベース基板36a及び第2ベース基板38a側に位置させることが好ましい。
図7は1つの第2発光部38を示した断面図である。
なお、図7では蛍光体38bbの図示を省略している。
図7に示すように、第2発光チップ38baは、高反射率正電極1aが半田バンプ9aで第2ベース基板38aの導電パターン(図示せず)に電気的に接続されるとともに、負電極1bが半田バンプ9bで第2ベース基板38aの導電パターン(図示せず)に電気的に接続される。
そして、第2発光チップ38baは、第2ベース基板38aから遠い側から順にサファイヤ基板2、低温バッファ層3、n型GaN層4、GaInN/GaN超格子層5、GaInN/GaN多重量子井戸活性層6、p−AlGaN電子ブロック層7及びp−GaN層8が積層された構造を有した青色LEDチップである。
また、負電極1bがn型GaN層4上に設けられるとともに、高反射率正電極1aがp−GaN層8上に設けられたものになっている。
なお、本実施形態では、第1発光チップ36caも第2発光チップ38baと同じ構成を有した青色LEDチップを用いている。
また、本実施形態では、第1発光部36の蛍光体36cb及び第2発光部38の蛍光体38bb(図4参照)にイットリウム・アルミニウム・ガーネット系の蛍光体を用いている。
そして、第2発光チップ38baは、発光層となるGaInN/GaN多重量子井戸活性層6がサファイヤ基板2よりも第2ベース基板38a側に位置するように、第2ベース基板38a上に実装されている。
このように第2発光チップ38baの発光層側を第2ベース基板38a側に位置させるようにして、第2発光チップ38baを第2ベース基板38a上に実装するようにすると、発光層等で発生する熱が熱伝導率の高い半田バンプ9aを介して最短距離で効率よく熱伝導率の高いシリコン基板等の第2ベース基板38aに伝わるため、効率よく放熱することができる。
なお、第1発光部36においても、第2発光部38と同様に、第1発光チップ36caを、発光層がサファイヤ基板2よりも第1ベース基板36a側に位置するように、第1ベース基板36a上に実装する、つまり、第1発光チップ36caの発光層側を第1ベース基板36a側に位置させるようにして、第1発光チップ36caを第1ベース基板36a上に実装することで高い放熱性を得られるため好ましい。
ただし、第1発光部36には、2つの第1発光チップ36caが実装されるため、これらの第1発光チップ36caの点消灯を個別に行いたい場合には、図7に示す高反射率正電極1aをITO電極のような透明電極として、第1発光チップ36caをサファイヤ基板2が第1ベース基板36a側に位置するように配置するようにしてもよい。
この場合には、第1発光チップ36caの電極と第1ベース基板36aの導電パターンとをワイヤーボンディングで接続するようにすればよい。
一方、第1発光部36の2つの第1発光チップ36caの点消灯を同時に行う場合には、第1ベース基板36a上の導電パターンを2つの第1発光チップ36caの正電極同士を繋げるような導電パターンを設けておき、負電極同士を繋げるような導電パターンを設けておくようにして、第1発光チップ36caへの電力の供給が共通ラインで行えるようにしておけばよい。
(第2実施形態)
第1実施形態の灯具ユニット10は、ハイビーム配光用の灯具ユニットであったが、本発明に係る実施形態の車両用灯具は、そのようなハイビーム配光用の灯具ユニットを備えるものに限定される必要はなく、第2実施形態で示すようなハイビーム配光パターンとロービーム配光パターンの切り替えが可能な灯具ユニット10を備えるものであってもよい。
図8は第2実施形態の車両用灯具に用いられる灯具ユニット10を示す断面図であり、図9は第2実施形態の灯具ユニット10を前方側から見た平面図である。
なお、図9ではレンズ60の図示を省略している。
第2実施形態の灯具ユニット10でも基本的な部品構成は、第1実施形態と類似しており、第1実施形態と同様の点については、説明を省略する場合がある。
図8に示すように、第2実施形態の灯具ユニット10は、第1実施形態と同様に、ヒートシンク20と、光源30と、反射ボード40と、レンズホルダ50と、レンズ60と、を備えている。
本実施形態では設けていないが、第2実施形態の灯具ユニット10においてもヒートシンク20を強制的に冷却させるための冷却ファンを設けるようにしてもよい。
なお、第2実施形態のレンズ60は、前方側から見た正面視の外形が矩形状ではなく円形状のものになっている。
一方、ベース部21の前面21aが前方側を向くように、ヒートシンク20が配置されておらず、ベース部21の前面21aが鉛直方向上側を向くようにヒートシンク20が配置されている点が第1実施形態と異なっている。
そして、そのベース部21の前面21aには、光源30ではなく、ロービーム配光パターンを形成するための光源90が設けられている。
なお、光源90も第1実施形態で説明した第1発光チップ36ca及び第2発光チップ38baと同様の発光チップ(LEDチップ)と、その発光チップを覆う蛍光体と、を備えている。
また、その光源90を半ドーム上に覆うように、ベース部21の前面21a側に設けられたリフレクタ91が配置されている。
リフレクタ91は、光源90に対向する位置に反射面91aを備えており、光源90からの光が反射面91aでレンズ60側に向かって反射されるようになっている。
さらに、光源90とレンズ60との間には、レンズ60の後方焦点又は後方焦点近傍に上辺92a(図9参照)が位置するように配置されたシェード92が設けられている。
そして、図8に示すように、ハイビーム配光パターンを形成するための光源30は、ヒートシンク20の前方側に取り付けられた光源取付部材93上に設けられるようになっている。
ただし、光源30をヒートシンク20に取り付ける構成は、ヒートシンク20と別体の光源取付部材93として設ける必要はなく、ヒートシンク20自体に光源30を取り付ける光源取付部を一体に形成するようにしてもよい。
なお、第2実施形態では、レンズ60の後方焦点又は後方焦点近傍にシェード92が配置されているため、光源30は、図9に示すように、第1発光部36及び第2発光部38がレンズ光軸Oよりも鉛直方向下側にオフセットした位置となるように配置されているが、第1発光部36は、第1離間部36b(図4参照)がレンズ60のレンズ光軸Oを通る鉛直軸(図9の点線X参照)上又は前記鉛直軸近傍に位置するように基板31上に設けられている。
そして、第1実施形態における光源30の第1発光部36は、第1離間部36bがレンズ光軸O上に位置していたので、やはり、第1離間部36bがレンズ光軸Oを通る鉛直軸上又は前記鉛直軸近傍に位置するようになっており、この点においては第2実施形態の光源30も第1実施形態と同様である。
ただし、第2実施形態では、第1発光部36及び第2発光部38がレンズ光軸Oよりも鉛直方向下側にオフセットした位置となるように配置されているため、光源30が鉛直方向斜め上方側に傾くように設けられている。
このような第2実施形態の灯具ユニット10では、光源30を消灯させ、光源90を点灯することで、ロービーム配光パターンが形成される。
また、ハイビーム配光パターンに切り替えるときには、光源90を消灯させ、光源30を点灯させる制御が行われる。
なお、ハイビーム配光パターンに切り替えるときに、光源90を消灯しないようにして、光源90と光源30とがともに点灯しているようにしてもよい。
そして、このハイビーム配光パターンのときに、先行車や対向車の位置に合わせて、光源30の発光部(第1発光部36及び第2発光部38)の一部若しくは全部を点消灯させることで、第1実施形態と同様に、ADB(Adaptive Driving Beam)制御が行われる。
ところで、第1実施形態のレンズ60には、入射面及び出射面に凸条の微細光拡散構造を設けるようにしていたが、第2実施形態のレンズ60の場合、微細光拡散構造自体を設けることはできるものの、レンズ60がロービーム配光パターンを形成するのにも使用されることを考慮した程度の微細光拡散構造(光の拡散量が少ない微細光拡散構造)に留めることになる。
このため、第1実施形態に比べて、光源30の第1発光部36及び第2発光部38からの光が形成する各配光パターンの暈し量が少なめになる。
しかしながら、第1実施形態で説明したように、光源30の第1発光部36及び第2発光部38は、第1ベース基板36a及び第2ベース基板38aの厚みを調節することで第1発光部36及び第2発光部38からの光が形成する配光パターンの暈しを行うことができるので、配光パターンに適切な暈しを加える設計が行いやすく、好適なハイビーム配光パターンを形成するための設計自由度が高いものになっている。
以上、具体的な実施形態を基に本発明の説明を行ってきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
上記第1実施形態及び第2実施形態では、基板31上に設けられる第1ベース基板36aを有する第1発光部36が、第1ベース基板36上に第1離間部36bを挟んで水平方向に設けられた一対の第1発光チップ部36cを備えたものになっていた。
しかしながら、第1ベース基板36a上に設けられる第1発光チップ部36cを、第1ベース基板36上に水平方向に離間して実装された一対の第1発光チップ36caと、一対の第1発光チップ36caを共通に覆う蛍光体と、を備えるものとして、第1発光チップ部36cが第1ベース基板36a上に1つ設けられたものとしてもよい。
この場合、第1離間部36bは存在しないが、第1発光チップ36caの配置自体は、第1離間部36bを設けて一対の第1発光チップ部36cが設けられるときと変わりはない。
そして、実施形態を通じて、第1離間部36bを基準として説明した位置関係等については、第1離間部36bに代えて第1発光チップ36ca同士の間の離間部とすればよく、したがって、第1発光部36は、第1発光チップ36ca同士の間の離間部がレンズ60のレンズ光軸Oを通る鉛直軸上又は鉛直軸近傍に位置するように基板31上に設けられることになる。
また、第1発光チップ36ca同士の間の離間部は、水平方向の幅が第1発光部36と第2発光部38の間の水平方向の離間幅よりも小さく設定されるものであり、蛍光体を一対の第1発光チップ36caで共有しても、実施形態を通じて説明したのと同様の効果を得ることができる。
このように、本発明は、具体的な実施形態に限定されるものではなく、技術的思想を逸脱することのない変更や改良を行ったものも発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。
1a 高反射率正電極
1b 負電極
2 サファイヤ基板
3 低温バッファ層
4 n型GaN層
5 GaInN/GaN超格子層
6 GaInN/GaN多重量子井戸活性層
7 p−AlGaN電子ブロック層
8 p−GaN層
9a 半田バンプ
9b 半田バンプ
10 灯具ユニット
20 ヒートシンク
21 ベース部
21a 前面
21b 後面
22 放熱フィン
23 冷却ファン取付部
24 固定構造
25 固定構造
25a ネジ固定孔
30 光源
31 基板
32 電気コネクタ
34 貫通孔
36 第1発光部
36a 第1ベース基板
36b 第1離間部
36c 第1発光チップ部
36ca 第1発光チップ
36cb 蛍光体
38 第2発光部
38a 第2ベース基板
38b 第2発光チップ部
38ba 第2発光チップ
38bb 蛍光体
39 発光部
39a ベース基板
39b 発光チップ部
39ba 発光チップ
39bb 蛍光体
40 反射ボード
41 反射面
44 貫通孔
50 レンズホルダ
51 第1レンズホルダ
51a 孔部
51b 開口縁部
51c 外周部
52 第2レンズホルダ
52a 孔部
52b 孔部
52c 開口縁部
52d 外周部
60 レンズ
61 レンズ部
62 フランジ部
70 冷却ファン
84 ネジ
85 ネジ
87 ネジ
90 光源
91 リフレクタ
91a 反射面
92 シェード
92a 上辺
93 光源取付部材
O レンズ光軸
101L、101R 車両用前照灯
102 車両

Claims (7)

  1. 半導体型の光源と前記光源の前方側に配置されたレンズを備えた車両用灯具であって、
    前記光源は、
    基板と、
    前記基板上に設けられる第1ベース基板を有する第1発光部と、
    前記第1発光部の水平方向左右外側に配置され、前記基板上に設けられる第2ベース基板を有する複数の第2発光部と、を備え、
    前記第1発光部は、前記第1ベース基板上に第1離間部を挟んで水平方向に設けられた一対の第1発光チップ部を備え、
    複数の前記第2発光部は、それぞれ発光層側を前記第2ベース基板側に位置させて前記第2ベース基板上に実装された1つの第2発光チップを蛍光体で覆った第2発光チップ部を備え、
    一対の前記第1発光チップ部は、
    それぞれ前記第1ベース基板上に実装された1つの第1発光チップと、
    それぞれの前記第1発光チップを覆う蛍光体と、を備え、
    前記第1発光部は、前記第1離間部が前記レンズのレンズ光軸を通る鉛直軸上又は前記鉛直軸近傍に位置するように前記基板上に設けられており、
    前記第1離間部は、水平方向の幅が前記第1発光部と前記第2発光部の間の水平方向の離間幅よりも小さく設定されていることを特徴とする車両用灯具。
  2. 半導体型の光源と前記光源の前方側に配置されたレンズを備えた車両用灯具であって、
    前記光源は、
    基板と、
    前記基板上に設けられる第1ベース基板を有する第1発光部と、
    前記第1発光部の水平方向左右外側に配置され、前記基板上に設けられる第2ベース基板を有する複数の第2発光部と、を備え、
    前記第1発光部は、前記第1ベース基板上に設けられた第1発光チップ部を備え、
    複数の前記第2発光部は、それぞれ発光層側を前記第2ベース基板側に位置させて前記第2ベース基板上に実装された1つの第2発光チップを蛍光体で覆った第2発光チップ部を備え、
    前記第1発光チップ部は、
    前記第1ベース基板上に水平方向に離間して実装された一対の第1発光チップと、
    一対の前記第1発光チップを覆う蛍光体と、を備え、
    前記第1発光部は、前記第1発光チップ同士の間の離間部が前記レンズのレンズ光軸を通る鉛直軸上又は前記鉛直軸近傍に位置するように前記基板上に設けられており、
    前記第1発光チップ同士の間の離間部は、水平方向の幅が前記第1発光部と前記第2発光部の間の水平方向の離間幅よりも小さく設定されていることを特徴とする車両用灯具。
  3. 前記第1発光チップは、どちらも発光層側を前記第1ベース基板側に位置させて前記第1ベース基板上に実装されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用灯具。
  4. 前記第1発光部は、前記第1ベース基板の前記第1発光チップの設けられる表面と反対側に位置する裏面側で前記基板との電気的な接続が行われており、
    前記第2発光部は、前記第2ベース基板の前記第2発光チップの設けられる表面と反対側に位置する裏面側で前記基板との電気的な接続が行われていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の車両用灯具。
  5. それぞれの前記第1発光チップへの電力の供給は、共通ラインで行われるようになっており、
    それぞれの前記第1発光チップの点消灯を同時に行えるようにしたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の車両用灯具。
  6. 前記第1ベース基板及び前記第2ベース基板の厚さが、前記第1ベース基板から水平方向左右外側に向かって異なる厚さに設定されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の車両用灯具。
  7. 前記厚さが、水平方向左右外側ほど薄く設定されていることを特徴とする請求項6に記載の車両用灯具。
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