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JP4780788B2 - Ｌｅｄ灯具ユニット - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤを光源とするＬＥＤ灯具ユニットに関するものであり、詳しくは、主に車両に搭載される灯具に実装されるＬＥＤ灯具ユニットに関する。
従来、車両に搭載される灯具に実装されるＬＥＤ灯具ユニットは、複数のＬＥＤが夫々のＬＥＤの光軸方向を灯具のほぼ照射方向に向けて配置され、ＬＥＤからの直接光およびＬＥＤから発せられてリフレクタで反射された反射光がＬＥＤの前方に位置する前面レンズを介して外部に照射される。
この場合、ＬＥＤは点光源に近い光学特性を有しており、複数の点光源からの直接光および反射光を配光制御して得られる照射光は、被照射面において各点光源の投影像を点在させたような光量分布を形成し、明るさにむらが生じることになる。
そこで、このような問題を解決するためには、輝度分布が均一な面光源を使用することが1つの方法である。面光源としては、例えば図１０に示すような、導光部材５０の一方の面に一端面５１側から対向する他端面５２側に向かって順次密度が高くなるように拡散ドット５３をランダムに分散配置し、拡散ドット５３の低密度側の一端面に沿って複数のＬＥＤ５４を分散配置した構成のものが提案されている。
そして、各ＬＥＤ５４から発せられた光は導光部材５０の一端面５１から導光部材５０に入射し、導光部材５０内を導光されて拡散ドット５３によって拡散され、拡散光が更に導光部材５０内を導光されて光出射面５５から外部に照射されるものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−３６３０５９号公報
上記構成の面光源は均一な輝度分布は得られるが、車両に搭載する灯具に実装するユニットとしては車両用灯具の配光規格を満足することが難しい。具体的には、配光パターンのＨ−Ｖ点近傍に光度の最高点が位置し、Ｈ−Ｖ点近傍から離れるにつれて徐々に光度が低下するような配光特性、および各測定点における光度（特に、最高光度）の両規格値を満足することが難しい。
これは、ＬＥＤの個数を増やすことによって解決できる問題ではあるが、灯具の大きさからくる導光部材の大きさの制限によってＬＥＤの使用数にも制約が加わり、現実的な解決方法とはならない。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、車両用具に求められる配光規格を満足し、且つ薄型化が実現できるＬＥＤ灯具ユニットを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、夫々の光軸方向を互いに平行にして並設された複数のＬＥＤと、少なくとも１つの端面に沿って前記ＬＥＤが配設された導光板と、前記導光板の一方の平面側に配設された反射板を備え、前記反射板は、該反射板の、前記導光板の前記ＬＥＤが配設された側の一端面に対向する他端面の側に位置する端部が、前記他端面側に所定の角度で折り曲げられて折曲部が形成され、少なくとも前記折曲部の折り曲げ方向の面が反射面とされ、前記導光板の前記他端面から出射して前記反射板の前記折曲部の反射面に至った光は前記反射面で反射されてその反射光が前記導光板の反射板が設けられた反対方向に向けて直接照射されることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記導光板の前記反射板側の平面に同一形状の複数の光拡散模様が形成され、前記光拡散模様は前記導光板の前記一端面側から前記他端面側に向かうにつれて徐々に配置密度が高くなるか、または徐々に大きさが大きくなるか、または徐々に深さが深くなるかのいずれか、あるいはそれらの組み合わせであることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項２において、前記光拡散模様は、丸形または多角形のいずれかの模様であることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１から３のいずれか１項において、前記導光板の前記ＬＥＤが配設された側の一端面は、その一部が前記ＬＥＤの並設間隔と同一間隔で形成された、前記ＬＥＤの光軸を中心軸とする、前記導光板側に凹んだ２次元曲面状の湾曲面であることを特徴とするものである。
本発明のＬＥＤ灯具ユニットは、導光板の少なくとも１つの端面に沿って複数のＬＥＤを並設し、導光板の一方の面側に反射板を配設した。そして、反射板の、ＬＥＤが配設された側と反対側の端部を導光板が位置する方向に所定の角度に折り曲げて折曲部を形成し、少なくとも折曲部の折り曲げ方向の面を反射面とした。
それにより、ＬＥＤ灯具ユニットの照射光は、ＬＥＤから発せられて導光板内を導光されて反射板の反対側の面から出射した出射光と、導光板内を導光されて出射した光が反射板の反射面で反射された反射光の混合光で構成され、出射光は比較的広く且つ均一性が高い輝度分布を形成すると共に、反射光は比較的狭く且つ中央部に最高輝度値を有する輝度分布を形成する。
その結果、ＬＥＤ灯具ユニットとしては、特に車両用灯具に求められる明るさ、および配光特性等の光学特性を満足するものとなった。
更に、導光板の反射板側に複数の光拡散模様を形成することにより、導光板からの出射光の輝度分布の均一性を向上させた。
また、導光板のＬＥＤが配設された側の端面の一部をＬＥＤの光軸を中心軸とする、導光板側に凹んだ２次元曲面状の湾曲面で構成することにより、ＬＥＤ光の導光板への入射効率を高めて照射光量の増加を図った。
その結果、ＬＥＤ灯具ユニットとしては、特に車両用灯具に求められる明るさ、および配光特性等の光学特性を更に余裕をもって満足させるものとなった。これにより、ＬＥＤの個数を低減することもでき、製造コストの低減化を図ることも可能となる。
また、ＬＥＤ灯具ユニットの構成上、厚みが導光板と反射板を重ねた程度で薄型化が実現され、ＬＥＤ灯具ユニットを実装する灯具の設計自由度を高めることが可能となった。
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図９を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
図１は本発明のＬＥＤ灯具ユニットに係わる実施形態の斜視図であり、図２は図１を反対側から見たときの部分斜視図である。ＬＥＤ灯具ユニット１は光源となるＬＥＤ２、導光板３、および反射板４から構成されており、ＬＥＤ灯具ユニット１を構成する各部材により以下に説明するような構造を有している。
ＬＥＤ２は、ＬＥＤチップ（図示せず）を透光性樹脂で砲弾形状に樹脂封止した砲弾型ＬＥＤであり、複数の該ＬＥＤ２が夫々の光軸Ｘの方向を互いに平行にして略等間隔で平行に並設されている。
導光板３は、透光性材料からなり、一方の一端面５側から対向する他方の他端面６側に向かって厚みが薄くなる板状を呈しており、板厚の厚い側の一端面５に沿って夫々の光軸Ｘの方向を導光板３の一端面５に向けてＬＥＤ２が並設されている。なお、導光板３の少なくとも一端面５および他端面６は凸凹のない平坦面となっている。
反射板４は平板部材からなり導光板３の一方の平面側に配設されると共に、導光板３の他端面６側に位置する端部が他端面６側に所定の角度で折り曲げられた形状を呈しており、折曲部７の折曲方向の側の面に反射面８が形成されている。つまり、反射板４の反射面８と導光板３の板厚の薄い側の他端面６が所定の角度で互いに向き合った状態にある。
図２は、説明のために反射板４の一部を除去したＬＥＤ灯具ユニット１を反射板４側から見た斜視図であるが、図２に示すように、導光板３の反射板４側の平面９には印刷、シボ加工あるいはドットを掘り込んだものによる種々の光拡散模様１０が形成されている。この光拡散模様１０は、例えば図３に示すような丸形模様を複数配置したものや、図４に示すような多角形模様を複数配置したものなどがある。
また、夫々の光拡散模様１０は、図３のようにＬＥＤ２が位置する側の一端面５側から対向する他端面６側に向かうにつれて徐々に配置密度が高くなり、あるいは図４のようにＬＥＤ２が位置する側の一端面５側から対向する他端面６側に向かうにつれて徐々に大きさが大きくなる。特に、シボ加工やドットを掘り込んだものの場合は、シボやドットの深さがＬＥＤ２が位置する側の一端面５側から対向する他端面６側に向かうにつれて徐々に深くなる。
上記構成のＬＥＤ灯具ユニット１において、図５の断面図に示すように、ＬＥＤ２から発せられた光は導光板３の板厚の厚い側の一端面５から導光板３内に入射する。導光板３内に入射した光のうち直接導光板３の反射板４側の平面９に至った光Ｌ１は平面９で反射（全反射あるいは拡散反射）されて導光板３の反射板４側の平面９の反対側の平面１１に至り、平面１１から外部（ＬＥＤ灯具ユニットの照射方向）に出射される。このとき、特に、導光板３の平面９に形成された光拡散模様１０に至った光は光拡散模様１０で拡散反射されて拡散反射光となり、平面１１から外部に出射される。
また、ＬＥＤ２から発せられて導光板３内に入射した光のうち直接導光板３の反射板４側の平面９の反対側の平面１１に至った光Ｌ２は平面１１で反射（全反射）されて導光板３の反射板４側の平面９に至り、平面９に至った光Ｌ２は平面９で反射（全反射あるいは拡散反射）されて導光板３の反射板４側の平面９の反対側の平面１１に至り、平面１１から外部（ＬＥＤ灯具ユニットの照射方向）に出射される。このとき、前記同様、導光板３の平面９に形成された光拡散模様１０に至った光は光拡散模様１０で拡散反射されて拡散反射光となり、平面１１から外部に出射される。
更に、ＬＥＤ２から発せられて導光板３内に入射した光のうち導光板３の一端面５に対向する他端面６に直接至った光Ｌ３、および導光板３の反射板４側の平面９とその反対側の平面１１で反射（全反射）を繰返しながら導光板３内を導光されて他端面６に至った光Ｌ３は他端面６から外部に出射し、他端面６と向き合った、反射板４の折曲部７の反射面８に至る。
そして、導光板３の他端面６から出射して反射板４の折曲部７の反射面８に至った光Ｌ３は反射面８で反射されてその反射光が反射板４の反対方向（ＬＥＤ灯具ユニットの照射方向）に向けて照射される。
従って、ＬＥＤ灯具ユニット１の照射方向に照射される光は、導光板３内を導光されて反射板４側の平面９の反対側の平面１１から出射した光Ｌ１、Ｌ２と、導光板３内を導光されて他端面６から外部に出射して反射板４の折曲部７の反射面８で反射された光Ｌ３の、異なる２つの光路を辿った光で構成される。
この場合、導光板３の平面１１から出射される光Ｌ１、Ｌ２は、導光板３の光拡散模様１０で拡散反射された拡散反射光が多く含まれており、そのため比較的広く且つ均一性が高い輝度分布を形成する。一方、反射板４の折曲部７の反射面８で反射された光Ｌ３は、導光板３内を導光中に反射されることのなかった光が多く含まれており、折曲部７の反射角度を調整し、ＬＥＤ灯具ユニット１の照射範囲の中央部に照射することにより、比較的狭く且つ中央部に最高輝度値を有する輝度分布を形成する。
そのため、ＬＥＤ灯具ユニットとしては、特に車両用灯具に求められる明るさ、および配光特性等の光学特性を満足するものとなる。
ところで、ＬＥＤから発せられて導光板３内に入射して導光板３の反射板４側の平面９に至った光は、上述したような、平面９で反射（全反射あるいは拡散反射）されて再度導光板３内を導光される光と共に、平面９から反射板４側に出射される光もある。この光はほとんどＬＥＤ灯具ユニットの照射光とはならず、光の利用効率を低下させる要因となる。
そこで、図６の断面図で示すように、反射板４の折曲部７の折曲方向の側の面に反射面８を形成すると共に、反射板４の平板部１２の導光板３側の面にも反射面１３を形成し、一旦導光板３の平面９から反射板４側に出射した光を反射板４の平板部１２の反射面１３で反射させ、反射光を再度導光板３内に入射させて光の利用効率を向上させることも可能である。
この場合、ＬＥＤ２から発せられて導光板３内に入射した光のうち直接導光板３の反射板４側の平面９に至り、平面９で反射（全反射あるいは拡散反射）されて導光板３の反射板４側の平面９の反対側の平面１１に至った光Ｌ１、およびＬＥＤ２から発せられて導光板３内に入射した光のうち直接導光板３の反射板４側の平面９の反対側の平面１１に至り、平面１１で反射（全反射）されて導光板３の反射板４側の平面９に至り、平面９で反射（全反射あるいは拡散反射）されて導光板３の反射板４側の平面９の反対側の平面１１に至った光Ｌ２は、共に図５で説明したと同様に平面１１から外部（ＬＥＤ灯具ユニットの照射方向）に出射される。
また、ＬＥＤ２から発せられて導光板３内に入射した光のうち導光板３の一端面５に対向する他端面６に直接至った光Ｌ３、および導光板３の反射板４側の平面９とその反対側の平面１１で反射（全反射）を繰返しながら導光板３内を導光されて他端面６に至った光Ｌ３も図５で説明したと同様に他端面６から外部に出射して他端面６と向き合った、反射板４の折曲部７の反射面８に至り、反射面８で反射されて反射光が反射板４の反対方向（ＬＥＤ灯具ユニットの照射方向）に向けて照射される。
更に、反射板４の平板部１２の導光板３側の面に反射面１３を形成することにより、一旦導光板３の反射板４側の平面９から反射板４側に出射した光Ｌ４を反射板４の平板部１２の反射面１３で反射させて反射光を再度導光板３内に入射させ、平面１１から外部（ＬＥＤ灯具ユニットの照射方向）に出射させることが可能となる。
そのため、ＬＥＤから発せられた光の光量に対するＬＥＤ灯具ユニットの照射光として寄与しない光の光量の割合が減少して光の利用効率が向上し、その結果、特に導光板３の平面１１の面輝度が上昇してＬＥＤ灯具ユニットの照射領域全体の明るさが明るくなる。
図７の斜視図は上記構成のＬＥＤ灯具ユニットにおいて、並設された夫々のＬＥＤ２から発せられた光を導光板３内に導入する一端面５の形状を変えたものである。
具体的には、導光板３の一端面５の一部をＬＥＤ２の並設間隔と同一間隔で、ＬＥＤ２の光軸Ｘを中心軸とする、導光板３側に凹んだ２次元曲面状の湾曲面１４としたものである。この場合、ＬＥＤ２の砲弾形状のレンズ部１５は導光板３の湾曲面１４内に位置してもよいし、湾曲面１４の外に位置してもよい。
そして、上記導光板３で構成されたＬＥＤ灯具ユニット１においては、図８の正面図で分かるように、ＬＥＤ２から発せられた光が導光板３内に入射する入射面となる一端面５が平坦面である場合に比べて、ＬＥＤ２から該ＬＥＤ２の光軸Ｘに対してより広角方向に発せられた光も湾曲面１４から効率良く導光板３内に入射させることが可能となる。その結果、光の利用効率が向上し、明るいＬＥＤ灯具ユニットを実現することができる。
また同時に、反射板４については、反射板４の折曲部７の折曲方向の側の面にのみに反射面８を形成してもよいし、反射板４の折曲部７の折曲方向の側の面に反射面８を形成すると共に、反射板４の平板部１２の導光板３側の面にも反射面１３を形成してもよい。すると、反射面８のみの場合に比べて反射面８と反射面１３が形成された反射板４で構成される方が光の利用効率が高いのは上述の通りである。
図９は、本発明のＬＥＤ灯具ユニットを車両用灯具内に実装した例を示している。ＬＥＤ灯具ユニット１は単独で使用することも可能であるし、図９に示すように他の灯具ユニット１６と併設して車両用灯具１７を構成することも可能である。
以上説明したように、本発明のＬＥＤ灯具ユニットは、ＬＥＤから発せられた光の利用効率が高く、且つＬＥＤ灯具ユニットを構成する導光板の一方の平面から出射する光が比較的広く且つ均一性が高い輝度分布を形成すると共に、反射板の折曲部の反射面で反射された光が比較的狭く且つ中央部に最高輝度値を有する輝度分布を形成する。
その結果、ＬＥＤ灯具ユニットとしては、特に車両用灯具に求められる明るさ、および配光特性等の光学特性を満足するものとなる。
なお、本発明のＬＥＤ灯具ユニットは用途を車両用に限定するものではなく、一般照明光源等の種々の用途が可能である。
本発明に係わるＬＥＤ灯具ユニットの斜視図である。 図１のＬＥＤ灯具ユニットを他の方向から見たときの部分斜視図である。 本発明のＬＥＤ灯具ユニットを構成する導光板の背面図である。 本発明のＬＥＤ灯具ユニットを構成する他の導光板の背面図である。 本発明に係わるＬＥＤ灯具ユニットの断面図である。 本発明に係わる他のＬＥＤ灯具ユニットの断面図である。 本発明に係わる他のＬＥＤ灯具ユニットの斜視図である。 図７の正面図である。 本発明に係わるＬＥＤ灯具ユニットを実装した車両用灯具の断面図である。 従来例を示す断面図である。
符号の説明
１ ＬＥＤ灯具ユニット
２ ＬＥＤ
３ 導光板
４ 反射板
５ 一端面
６ 他端面
７ 折曲部
８ 反射面
９ 平面
１０ 光拡散模様
１１ 平面
１２ 平板部
１３ 反射面
１４ 湾曲面
１５ レンズ部
１６ 灯具ユニット
１７ 車両用灯具

Claims (4)

  1. 夫々の光軸方向を互いに平行にして並設された複数のＬＥＤと、
    少なくとも１つの端面に沿って前記ＬＥＤが配設された導光板と、
    前記導光板の一方の平面側に配設された反射板を備え、
    前記反射板は、該反射板の、前記導光板の前記ＬＥＤが配設された側の一端面に対向する他端面の側に位置する端部が、前記他端面側に所定の角度で折り曲げられて折曲部が形成され、少なくとも前記折曲部の折り曲げ方向の面が反射面とされ、
    前記導光板の前記他端面から出射して前記反射板の前記折曲部の反射面に至った光は前記反射面で反射されてその反射光が前記導光板の反射板が設けられた反対方向に向けて直接照射されることを特徴とするＬＥＤ灯具ユニット。
  2. 前記導光板の前記反射板側の平面に同一形状の複数の光拡散模様が形成され、前記光拡散模様は前記導光板の前記一端面側から前記他端面側に向かうにつれて徐々に配置密度が高くなるか、または徐々に大きさが大きくなるか、または徐々に深さが深くなるかのいずれか、あるいはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ灯具ユニット。
  3. 前記光拡散模様は、丸形または多角形のいずれかの模様であることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ灯具ユニット。
  4. 前記導光板の前記ＬＥＤが配設された側の一端面は、その一部が前記ＬＥＤの並設間隔と同一間隔で形成された、前記ＬＥＤの光軸を中心軸とする、前記導光板側に凹んだ２次元曲面状の湾曲面であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＬＥＤ灯具ユニット。
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