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CN100413100C - 前照灯光源用发光二极管灯 - Google Patents

前照灯光源用发光二极管灯 Download PDF

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CN100413100C CNB2003101169894A CN200310116989A CN100413100C CN 100413100 C CN100413100 C CN 100413100C CN B2003101169894 A CNB2003101169894 A CN B2003101169894A CN 200310116989 A CN200310116989 A CN 200310116989A CN 100413100 C CN100413100 C CN 100413100C
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Abstract

本发明提供一种前照灯光源用LED灯，解决下述问题：由于与白炽灯等现有光源几乎向全方位发射光不同，LED灯只向一个方向产生光，因此产生了不能用现有的前照灯结构来获得令人满意的配光特性形成的问题。根据本发明，作成下述的前照灯光源用LED灯1：在具有焦点的投影装置的焦点附近配置LED芯片2，并设置有遮蔽构件6，该遮蔽构件6在将来自该LED芯片2的光由投影透镜10等投影单元放大投影到照射方向时，按能够得到适合于车辆用前照灯的配光特性的形状覆盖LED芯片2的一部分。通过作成上述的前照灯光源用LED灯1，仅仅通过用投影透镜10向照射方向投影这一简便的方法就能得到正确的配光特性，从而解决问题。

Description

前照灯光源用发光二极管灯
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)灯，具体涉及用作车辆用灯具光源的LED灯的结构，涉及适合用作前照灯(头灯)、辅助前照灯(雾灯)等以前未采用过LED灯的照明用车辆用灯具的光源的LED灯的结构。
背景技术
专利文献1：特开2000-150968号公报(段落0010～段落0034、图1)
以往，在把LED灯作为例如手电筒等照明用灯具的光源使用时，将大型的LED芯片收容到大型的管壳(package)中，施加例如数十至数百毫安的电流以得到光量。同时，通过作成大型的管壳，把点亮时在上述LED芯片中产生的热量有效地经由上述管壳传导到外部，通过散热到大气中等，防止由过热引起的上述LED芯片的劣化或者破损。(例如，参考专利文献1)
但是，在把LED灯作为光源的灯具是前照灯等车辆用灯具的情况下，根据有关标准等设定有严格的配光特性，使向前方照射的光不会使对面车的驾驶者产生目眩，此外，由于设想前照灯等灯具的结构由几乎全方位均等地使光束发散的白炽灯等形成，因此，仅仅单纯地将其替换为偏向一个方向放射光的LED灯，产生了不能得到满足配光特性等的灯具的问题。
发明内容
作为用于解决上述现有问题的具体装置，本发明提供一种前照灯光源用LED灯，其特征在于：在具有焦点的投影装置的上述焦点附近配置有包含LED芯片和荧光材料的LED发光部，并设置有遮蔽构件，该遮蔽构件按照在将来自该LED发光部的光由上述投影装置放大投影到照射方向时、能够得到适合于车辆用前照灯的配光特性的形状、覆盖上述LED发光部的一部分，所述遮蔽构件的与所述LED发光部相对一侧的面被进行了镜面处理。通过提供上述前照灯光源用LED灯，即使在采用LED灯作为光源时也能正确并且容易地得到规定的配光特性，可以解决问题。
附图说明
图1是表示本发明的前照灯光源用LED灯的实施方式的斜视图。
图2是沿图1的A-A线的断面图。
图3是表示通过本发明得到的会车配光特性的例子的说明图。
图4是表示将本发明涉及的前照灯光源用LED灯与投影透镜组合时的状态的说明图。
图5是表示本发明涉及的前照灯光源用LED灯的遮蔽构件的结构的例子的断面图。
图6是表示投影透镜产生的色象差的例子的说明图。
图7是表示本发明涉及的前照灯光源用LED灯的遮蔽构件的另一结构的例子的断面图。
图8同样是表示本发明涉及的前照灯光源用LED灯的遮蔽构件的又一结构的例子的断面图。
图9是表示用多个前照灯光源用LED灯与投影透镜的组合来构成前照灯时的例子的说明图。
图10是表示用多个前照灯光源用LED灯与投影透镜组合时的配光特性的形成方法的例子的说明图。
图11是表示本发明的前照灯光源用LED灯与反射体组合时的状态的说明图。
符号说明
1：前照灯光源用LED灯；2：LED芯片；3：底座；3a：基底部；3b：引线框架；3c：绝缘层；4：金线；5：荧光体；6：窗玻璃状构件；7：遮蔽构件；7a：锯齿形状部；8：白色LED发光部；9：硅凝胶；10：投影透镜；11：反射体；12：ITO膜。
具体实施方式
下面，根据图中所示的实施方式，对本发明进行详细说明。图1和图2中符号1表示的是本发明涉及的前照灯光源用LED灯(以下，简称为LED灯1)，在该LED灯1中，LED芯片2安装在底座3上。
上述底座3设有用铜等热传导性优良的金属构件形成的基底部3a、同样由金属构件形成的引线框架3b。上述基底部3a与引线框架3b通过由树脂构件等绝缘性构件形成的绝缘层3c进行绝缘。而且，用金线4等进行上述基底部3a上安装的LED芯片2和引线框架3b之间的布线，可通过来自外部的供电进行点亮。
此处，若对采用上述LED灯1作为前照灯光源时的必要条件进行考虑，作为灯的颜色，以白色或黄色单色为规定色，通常采用白色的情况较多，但在现实中直接发出白色光的LED芯片2不存在，为了得到白色光同时使用荧光体5。
第一方法是：将蓝色发光的LED芯片2与作为波长变换构件的黄色发光荧光体5组合，将来自LED芯片2的直射光即蓝色光，与来自由上述LED芯片2的光所激励的荧光体5的黄色光混合得到白色光。第二方法是：将紫外发光的LED芯片2和进行红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色发光的荧光体5组合，在此情况下，不使用来自LED芯片2的直射光作为照射光，而以来自上述荧光体5的照射光作为LED灯1的照射光。
因此，在本发明中，用将上述LED芯片2和荧光体5组合起来的白色LED发光部8作为前照灯光源的情况将在以后进行说明，例如当灯的颜色要求黄色时等，虽然可以原封不动地采用来自LED芯片2的直射光作为光源光，但在此情况下也可以实施本发明，在该情况下，只要将上述白色LED发光部8置换为LED芯片2即可。
此外，由于上述LED芯片2、金线4、荧光体5等的机械强度弱，耐湿性等也不充分，因此用由透明树脂等形成的透镜状构件或者窗玻璃状构件(图示以窗玻璃状构件6为例来表示)来覆盖，作成与上述基底部3a一起形成对外气密闭的状态，防止由上述各部位的接触引起破损、由湿度引起劣化等。此外，在透镜状构件或者在窗玻璃状构件与白色LED发光部8之间，最好用惰性气体、硅凝胶(此处以硅凝胶9为例来表示)等来填满。
除此之外，本发明的LED灯1设置有遮蔽构件7，该遮蔽构件7覆盖上述荧光体5的一部分，在把从例如该荧光体5放射的光用投影透镜等投影到照射方向时，能得到例如会车用的配光形状等希望的形状。
从而，上述窗玻璃状构件6和遮蔽构件7都比荧光体5靠近照射方向的前方，由于窗玻璃状构件6透明，遮蔽构件7不透明，设置顺序是把任何一方设置在前方侧都可以，而且，也可以自由地例如利用上述窗玻璃状构件6的内外面，通过涂覆不透明涂料或者对金属构件进行蒸镀等来形成遮蔽构件7等。
此外，当采用该LED灯1作为光源的前照灯是红外线夜视装置(NightVision)用光源时，上述窗玻璃状构件6使用通过红外线而遮蔽可视光的构件，作为遮蔽构件7，可以使用至少遮蔽从红外线到可见光的光线的构件。进一步来说，当遮蔽构件7是金属构件的蒸镀膜时，由于考虑到由氧化引起的劣化等，如图2中符号12所示的那样，也可以用SiO2膜进行覆盖保护。
图3中符号HB所示的是左侧通行时的会车配光的例子，在该会车配光HB中，从自己的车的中心线起的右半部，形成不包含任何朝上光的配光形状，以便不使对面车的驾驶者产生目眩。为了容易地读取位于路边地带的标志等，左半部设有称为弯曲(elbow)的产生朝向左上15°的朝上光的部分。
本发明使上述荧光体5的未被上述遮蔽构件7覆盖的部分的形状与以上说明的会车配光HB相似，而且，通过将这样得到的荧光体5的形状，如图4所示用投影透镜10投影到照射方向P，得到会车配光HB。而且，当用上述遮蔽构件7覆盖LED芯片2时，为确保远方视场，上述LED芯片2以遮蔽构件7的边缘线位于最高亮度或接近最高亮度的位置的状态被覆盖，以使正面的水平方向具有最高亮度。
并且，在用投影透镜10投影后，由于上下左右颠倒，LED灯1以旋转180°的状态安装在前照灯上，若在该状态下用投影镜头10进行投影，则得到作为会车配光HB的正像。此外，通过变更上述遮蔽构件7的形状，可以形成例如没有弯曲的配光形状或者行驶用配光形状等自由的配光形状。
此处，对上述遮蔽构件7进行进一步的说明，由于该遮蔽构件7遮蔽来自LED芯片2的光，因此，来自LED芯片2的光量产生覆盖一半则光量也变为一半等的损失。此处，根据发明者的研究结果，已确认上述遮蔽构件7的至少与LED芯片2对置的一侧的面的处理对投影后的配光特性的形状的影响是轻微的。
即，若遮蔽构件7的表面侧(投影透镜10侧)反射光，则由于该光被投影透镜10再次投影而对配光特性的形状产生影响的危险性变高，因此最好进行着色为黑色等无反射处理，但在里面侧的情况下，即使进行镜面处理，反射来自LED芯片2的光，由于只返回到LED芯片2侧，不会对荧光体5与遮蔽构件7的边界的形状、即配光特性的形状产生实质的影响。
而且，由于在遮蔽构件7的里面侧进行了反射的光再次返回到荧光体5内，因此，如图5所示，如果对遮蔽构件7的里面进行镜面处理，并作成朝向荧光体5未被覆盖的方向产生反射光的例如锯齿形状部7a等，则由此可进一步提高上述荧光体5的亮度。即，到达遮蔽构件7的里面侧的光能够作为照射光进行回收，根据发明者的试制、测定的结果，确认增加了大于等于15％的光量。
此外，根据同时进行的发明者对上述遮蔽构件7的研究结果，为了得到更正确的配光特性形状，最好使投影透镜10的焦点聚在遮蔽构件7上进行投影，此外，在想得到明亮的配光特性时，最好使投影透镜10的焦点聚在白色LED发光部8(灯色是黄色时为LED芯片2)上进行投影。因此，若LED芯片2和遮蔽构件7接近，则两者几乎都为聚焦状态，形状和亮度两个方面都良好，因此最好使两者的间隔小于等于2mm，而且，若设为小于等于1mm则可得到更好的结果。
此外，如上所述，用投影透镜10投影由遮蔽构件7覆盖的白色LED发光部8时，由于投影透镜10大多采用一片平凸透镜形状，因此如图6所示，例如在产生针对蓝色的焦点fb的位置和产生针对红色的焦点fr的位置之间存在位置差即产生所谓的色象差。
在此情况下，若靠近任何一方设置遮蔽构件7，则上述会车配光HB中被投影了上述遮蔽构件7的形状的部分即明暗边界线HL(参考图3)的部分产生着色，不能满足灯色为单色的规定。作为其解决对策，如图7所示，如果把遮蔽构件7的板厚t作成例如从蓝色的焦点fb到红色的焦点fr的厚度，使在所投影的明暗边界线HL上存在多个颜色，则混合色接近白色，不会感觉到特定的颜色。
或者，如图8所示，至少准备2片薄的遮蔽构件7，利用例如窗玻璃状构件6的表面里面等，把一片设置在蓝色的焦点fb的位置，将另一片设置在红色的焦点fr的位置。通过这样作，在所投影的会车配光HB的明暗边界线HL上，大致为补色关系的蓝色和红色被混色，与上述厚遮蔽构件7的例子相同，不会感觉到特定的颜色。
对上述遮蔽构件7进一步进行说明，在上述投影透镜10上，除上述说明的色象差(Chromatic aberration)以外，还产生球面象差(Sphericalaberration)、象散(astigmatism)、慧形象差(Coma)、象面弯曲(Fieldcurvature)、畸变象差(Distortion)等象差，在投影上述白色LED发光部8的形状时，由于这些象差，产生形状畸变或焦点偏离等。
从而，作为上述遮蔽构件7，如果为了应对例如象面弯曲，使其弯曲为与投影透镜10的焦点面所弯曲的形状相同的形状，则从中心到左右两端可得到清晰的明暗边界线HL(其中，假定没有球面象差、象散、慧形象差的影响)。此外，对参与畸变象差等形状畸变的象差，可以在遮蔽构件7侧进行修正，使投影后的会车配光HB成为希望的形状。
以上，对任何象差都可以采用使遮蔽构件7加厚、使其弯曲、使其变形等方法来应对，但是由于关于这些的详细方法，在采用投影透镜10的所谓投影机型灯具中已公知，故省略更详细的说明。
图9是采用本发明涉及的LED灯1作为光源的前照灯的另一实施方式的示意图，图4中前照灯由1个LED灯1和1个投影透镜10构成。但是，包含上述遮蔽构件7的白色LED发光部8的形状面虽能满足会车配光HB的标准，但存在照度分布上中心照度不足等不能满足规定的情况。
此处，由于本发明直接投影极小面积的白色LED发光部8，投影透镜10也可以是小型的，因此，即使准备多个LED灯1和投影透镜10的组合，也能充分保持在作为前照灯所要求的尺寸内。
因此，本实施方式中，作为1个前照灯，准备LED灯1和投影透镜10的组合的个数例如为3组等多组，此时，LED灯1可以与前面的实施方式的相同，但投影透镜10准备以下3种：放大率与图4中所使用的透镜相同的第一投影透镜10a、比图4中所使用的透镜放大率小的第二投影透镜10b、更小的第三投影透镜10c，全部向同一方向投影。
图10表示由采用上述结构的前照灯形成的会车配光HBs，该会车配光HBs在形状上与由前一实施方式所得到的会车配光HB(参考图3)相同，但由来自第一投影透镜10a的配光Ha、来自第二投影透镜10b的配光Hb和来自第三投影透镜10c的配光Hc重叠形成。
通过这样作，来自放大率最低的第三投影透镜10c的配光Hc最亮，通过将该配光Hc配置在会车配光HBs的中心部，车辆的正面前方被最亮地照射，提高对远方的目视性。而且，通过调整LED灯1和投影透镜10的组合的个数、各投影透镜10c的放大率，可以使其满足标准。
一般来说，由于LED灯1的光量比作为现有光源的卤素灯泡、金属卤化物放电灯的光量少，因此，这样把组合多个来增加光量的方法，作为实现把LED灯1作为光源的前照灯的方法是非常有效的。
此外，上述说明中，为便于理解，说明了把形状大致相同但改变了配光的放大率的透镜重叠起来以得到最终的会车配光的情况，但也可以把适当分割的透镜拼在一起来形成最终的会车配光形状，总之只要最终能够得到满足规定的配光形状即可。
图11是使用本发明涉及的LED灯1的另一投射方法的例子，代替作为前一投射方法的投影透镜10，本例中，例如利用旋转抛物面等具有焦点的反射体11向照射方向P投影，得到规定配光形状的照射光。
此处，由此，用通过反射光形成投影像的反射体11的该投影方法，将上述LED芯片2、荧光体5、遮蔽构件7等与反射体对置，即，相对于照射方向P，以接近朝向后方的状态设置。
此时，如果把上述反射体11预先作成例如把多个抛物系自由曲面组合起来的多反射体(multireflector)，由于形成会车配光HB时的自由度变高，同时在反射镜11中原则上不产生色象差，因此容易得到高质量的会车配光HB。此外，与上述投影透镜的情况相同，也可以使用多个LED灯1和反射体11的组合来构成前照灯。
如上所述，根据本发明，提供下述前照灯光源用LED灯：在具有焦点的投影装置的上述焦点的附近配置LED芯片，并设置有遮蔽构件，在由上述投影装置将来自该LED芯片的光放大投影到照射方向时，该遮蔽构件以能够得到适合于车辆用前照灯的配光特性的形状覆盖上述LED芯片的一部分，通过作成上述前照灯光源用LED灯，可通过把作为固体结构的前照灯光源用LED灯的发光部的形状，用投影透镜或反射体放大投影到照射方向这一非常简便的方法来得到正确特性的配光形状，并可达到以下极其优良的效果：通过光源的固体化来提高可靠性，通过简化结构降低成本，除此之外，同时还使小型化成为可能。

Claims (5)

1. 一种前照灯光源用发光二极管灯，其特征在于，在具有焦点的投影装置的所述焦点附近配置有包含发光二极管芯片和荧光材料的发光二极管发光部，并设置有遮蔽构件，该遮蔽构件按照在将来自该发光二极管发光部的光由所述投影装置放大投影到照射方向时、能够得到适合于车辆用前照灯的配光特性的形状、覆盖所述发光二极管发光部的一部分，所述遮蔽构件的与所述发光二极管发光部相对一侧的面被进行了镜面处理。
2. 如权利要求1所述的前照灯光源用发光二极管灯，其特征在于，所述遮蔽构件被设置成距离所述发光二极管发光部有小于等于2mm的间隔。
3. 如权利要求1所述的前照灯光源用发光二极管灯，其特征在于，所述遮蔽构件的进行了镜面处理的一侧的面设置有用于朝向所述发光二极管发光部的未被遮蔽的方向反射光的倾斜。
4. 如权利要求1至3中任何一项所述的前照灯光源用发光二极管灯，其特征在于，所述遮蔽构件以这样的方式进行遮蔽：其边缘线位于所述发光二极管发光部中产生最高亮度的部分或其附近。
5. 如权利要求1至3中任何一项所述的前照灯光源用发光二极管灯，其特征在于，所述遮蔽构件与覆盖所述发光二极管发光部的透镜构件或窗玻璃构件一体设置。
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