(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置であって、
２つ以上の別個のＬＥＤアセンブリを有し、
前記２つ以上の別個のＬＥＤアセンブリは、各々が少なくとも１つのＬＥＤ素子を有し、
前記ＬＥＤ素子は、主な光方向に光を発するＬＥＤチップが前記ＬＥＤチップを支持する平面上にマウントされたものであり、
第１のＬＥＤアセンブリにおける第１のＬＥＤ素子による第１の主な光方向と第２のＬＥＤアセンブリにおける第２のＬＥＤ素子による第２の主な光方向との間で光角度をなすように、前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリは、前記第１のＬＥＤ素子及び前記第２のＬＥＤ素子とが、前記第１のＬＥＤ素子がマウントされた平面と前記第２のＬＥＤ素子がマウントされた平面との間で回転軸に関して回転角をなすように、互いに関連して共通の支持構造体にマウントされ、
前記回転軸は、前記第１のＬＥＤ素子及び第２のＬＥＤ素子のうちの少なくとも１つの前記平面と平行であり、
前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリは、前記回転軸に沿って平行に、互いに隣接して配置される、照明装置。
【請求項２】
前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリは、１つのＬＥＤ素子のみをそれぞれ有する、請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤ素子の前記主な光方向は、前記回転軸に沿って見た場合に、交差する線を形成する、請求項２記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリの各々は、少なくとも２つのＬＥＤ素子を有する、請求項１記載の照明装置。
【請求項５】
前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリにおいて、複数のＬＥＤ素子は、低減された直径を具備するＬＥＤアセンブリを形成するために、互いに隣接して配置される、請求項４記載の照明装置。
【請求項６】
前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリの各々は、３乃至５個のＬＥＤ素子を有する、請求項４又は５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリの各々において、全てのＬＥＤ素子は、前記回転軸が前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリの各々の前記平面に平行であるように配置される、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリの各々において、前記ＬＥＤ素子は、共通の支持構造体の周りに配置される、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記支持構造体は、熱伝導材料で作られている、請求項８記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリの各々は、異なる主な光方向へ光を発するように配置された複数のＬＥＤ素子を有し、前記回転角は、前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリの各々における前記複数のＬＥＤ素子の数量によって分割される、０°より大きく３６０°よりも小さい値を持つ、請求項４乃至９のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記第１のＬＥＤアセンブリ及び前記第２のＬＥＤアセンブリは、同じ数及び同じ相対配置のＬＥＤ素子を有する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記ＬＥＤ素子は、矩形の平らな担体を持つ、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記第１のＬＥＤアセンブリは、前記回転軸に沿って平行な方向において、ＬＥＤアセンブリ長の２倍以下の距離で、前記第２のＬＥＤアセンブリと離れて配置される、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１４】
反射器と、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の照明装置と、
を有する、照明ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明の分野に関し、より具体的には、ＬＥＤ照明装置に関する。特に、本発明は、好適な光寄与を達成するために互いに関連してマウントされた複数のＬＥＤ素子を具備する照明装置、特に自動車照明用の照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気照明の分野において、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子が、高効率及び長寿命という好適な特性のために、ますます用いられている。また、ＬＥＤは、自動車の信号灯及び自動車の前方照明の両方を含む自動車照明において既に用いられている。
【０００３】
今日利用可能なほとんどのものは、以下では「ＬＥＤ素子」として表される、即ち、ＬＥＤチップが例えば矩形の平らな担体面上にマウントされている、平らなＬＥＤパッケージである。特に、（ハロゲン）白熱灯などの既存の自動車用ランプと置き換えるため、ＬＥＤランプにおいて、かかる平らなＬＥＤ素子を採用する試みが幾度と無く行なわれてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
独国特許公開公報第１９６２４０８７Ａ１では、所望の方向に光をそれぞれ発する複数のＬＥＤを有する照明装置が説明されている。少なくとも２つのＬＥＤ点光源が異なる方向に光を発するように、保持構造がＬＥＤを互いに所定の構成で保持する。異なる実施形態では、ＬＥＤは、異なる角度下で配置され得る平板上にマウントされたり、又は、複数のＬＥＤを３次元配置で支持するＬＥＤビーム管上にマウントされたりしている。当該ビーム管の断面形状は、例えば、三角形、矩形、又は、その他の形状であってもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、改善された光寄与及び小さな寸法を有するＬＥＤ照明装置を提供することである。
【０００６】
本発明によれば、この目的は、請求項１記載のランプ、請求項１４記載の照明ユニットによって達成される。従属項は、本発明の好ましい実施形態について言及している。
【０００７】
本発明の基本的なアイデアは、異なる方向に良好に寄与する照明を供給し、且つ、小さな寸法を有する発光構造を形成するように配置されたＬＥＤ素子を具備する照明装置を提供することである。特に、（ハロゲン）白熱灯と置き換えるＬＥＤ照明装置において、本発明者は、多くの従来技術ソリューションは、ＬＥＤのための極端に大きなマウント構造を供給しており、その寸法は、既存の白熱灯のフィラメントのサイズを遥かに超えていることに気付いた。本発明は、良好な光放射を有するＬＥＤ素子の極めて小型の構成を供給することを可能としている。ハロゲンランプの交換のために、本発明は、従来技術ソリューションに反して、特に自動車用ランプにおける要件、及び、特に自動車用前方照明ランプのための要件を満足する輝度分布を達成することを可能としている。
【０００８】
本発明によれば、照明装置又はＬＥＤランプは、少なくとも２つのＬＥＤアセンブリを有する。各ＬＥＤアセンブリは、少なくとも１つのＬＥＤ素子を有するが、特定の相対配置において、幾つかのＬＥＤ素子を有していてもよい。本発明の文脈上、「ＬＥＤ素子」なる用語は、担体平面上の実際に発光しているＬＥＤチップを支持する平面を具備する担体として理解されるべきである。かかるＬＥＤ素子又はＬＥＤパッケージは、市販されている。ＬＥＤ素子は、ＬＥＤチップから光を発する。光放射の主な光方向は、最大輝度が発せられる空間角度として、又は、均一な放射の場合は、放射方向の中心として定義され得る。多くの場合、特に、光放射を修正するために、レンズなどの一次光学素子がＬＥＤ素子に設けられる場合、主な光方向は、ＬＥＤチップが搭載される平らな担体の平面に対して直交する。
【０００９】
ＬＥＤアセンブリを、ここでは回転軸と称される軸に沿って配置することが、本発明の中心となる考えである。ＬＥＤ素子は、少なくとも１つ、好ましくは２以上のＬＥＤ素子、最も好ましくは第１及び第２のＬＥＤアセンブリ両方におけるＬＥＤ素子の平面が、回転軸に対して平行であるように、この回転軸に関して、配置される。さらに、２つのＬＥＤアセンブリは、上記回転軸の周囲に回転角を有して、並びに、オフセットを有して、即ち、この回転軸に沿って、又は、この回転軸に対して平行にずらされて配置される。
【００１０】
上記回転角は、第１のＬＥＤアセンブリにおける第１のＬＥＤ素子の光放射の主な光方向と第２のＬＥＤアセンブリにおける第２のＬＥＤ素子の光放射の主な光方向との間に照明角度をもたらす。上記オフセットは、コンパクトな配置を得るために、ＬＥＤ素子が近接して配置されることを可能とする。一般的に、ＬＥＤ照明装置における全てのＬＥＤ素子が、同一の型、例えば同一の寸法であることが好ましい。
【００１１】
好ましい実施形態において示されるように、長手方向軸に沿ったオフセットと、平面間の回転角ひいては照明角度との上記組み合わせは、小さい寸法及び最終的な光放射の均一な光寄与を有するＬＥＤ照明装置を達成することを可能とする。
【００１２】
当業者が理解するように、及び、好ましい実施形態で示されるように、上記回転角は、回転軸に沿って見た場合に観測され得る。当該角度は、第１のＬＥＤ素子の平らな担体表面の平面と第２のＬＥＤ素子の平らな担体表面の平面との間で規定され得る。しかしながら、回転角の上記定義は、第１及び第２のＬＥＤ素子が、例えば、鏡面対称、又は、更に他の回転構造で配置されてもよいことを除外しないことに留意すべきである。
【００１３】
各ＬＥＤアセンブリが１つのみのＬＥＤ素子を有する場合、回転角と回転軸に沿ったオフセットとは、これらの２つのＬＥＤ素子の間で規定される。より多くのＬＥＤ素子を有する場合、第１及び第２のＬＥＤアセンブリが、両方のＬＥＤアセンブリにおいて同じ相対配置で同じ数のＬＥＤ素子を有することが好ましい。第１のＬＥＤアセンブリにおける第１のＬＥＤ素子と第２のＬＥＤアセンブリにおける第２のＬＥＤ素子との間のみで、上記回転角及びオフセットを規定することが通常可能であるが、この回転角及びオフセットが、第１のＬＥＤアセンブリにおける第１のＬＥＤ素子と第２のＬＥＤアセンブリにおける第２のＬＥＤ素子との間で一対となる配置が好ましい（なお、鏡面対称配置又は他の回転が可能であることを再度付言する）。
【００１４】
ＬＥＤ素子間のオフセットは、好ましくは、妨害（encumbrance）の少ない照明装置を達成できるくらい小さい。好ましくは、オフセットは、回転軸の方向において、ＬＥＤ素子の長さ寸法の２倍よりも小さく、更に好ましくは、当該寸法の１．５倍よりも小さく、最も好ましくは、当該寸法のおよそ１．０乃至１．１倍であり、この結果、回転軸の方向において、上記アセンブリは、互いに近接して配置されることが可能であり、好ましくは、互いのすぐ隣に配置されてもよい。
【００１５】
本発明に従った照明装置は、比較的均一な光放射の空間寄与を達成する。同時に、発光構造の広がりは、ＬＥＤ素子の小型配置のために、極めて小さい。発光構造の実寸は、利用可能なＬＥＤ素子のサイズに依存するが、相対的大きさは、達成される均一な照明寄与に対して非常に小さいことが分かっている。
【００１６】
回転角のために異なる値が選択され得る。好ましくは、多くのアプリケーションにおいて、回転角は、０°よりも大きく、且つ、９０°よりも小さくてもよい。第１及び第２のＬＥＤアセンブリにおける複数のＬＥＤ素子が好ましく同一の構造である場合、回転角は、各ＬＥＤアセンブリにおけるＬＥＤ素子の数によって分割される３６０°より小さく選択され、好ましくは、約（＋／−１０％）１８０°／Ｎである。ここで、Ｎは、ＬＥＤアセンブリ毎のＬＥＤ素子の数である。このため、２つのＬＥＤ素子をそれぞれ有するＬＥＤアセンブリにおいて、回転角は、好ましくは、約９０°であるが、３個のＬＥＤ素子をそれぞれ有するＬＥＤアセンブリでは、回転角は、好ましくは、約６０°である。
【００１７】
上記の回転角の値は、一般的に、長手方向軸に対して直交する平面の全ての角度（３６０°）へ光を発する照明装置に言及していることに留意すべきである。当業者にとって知られているように、例えば、Ｈ４ランプなどの幾つかのタイプの自動車用ランプは、フィラメントから、例えば、直交面において１８０°のみなどの特定の角度領域のみに光を発するために、シェーディング要素を用いる。これらの場合、２つのＬＥＤアセンブリ間の上記の回転角の値は、然るべく調整されてもよく、特に、好ましくは、１８０°のみの光放射の場合、約９０°／Ｎの回転角に調整されてもよい。
【００１８】
第１のコンセプトによれば、各ＬＥＤアセンブリは、１つのみのＬＥＤ素子を有する。この場合、２つのＬＥＤ素子は、回転軸に沿って隣接して配置されるが、回転角を有して配置される。ＬＥＤアセンブリ毎により多くのＬＥＤ素子を用いることは、より均一な光放射を達成するが、ＬＥＤアセンブリ毎に１つのＬＥＤ素子であっても、上記オフセット及び回転角を有して配置された場合、多くのアプリケーションにとって、特に、自動車用信号灯において、十分な結果を得ることができる。フィラメント巻を具備する従来技術の白熱灯の交換において、上記ＬＥＤ素子は、好ましくは、従来のフィラメント巻の中心軸と一致する回転軸及びオフセット軸を有して配置される。オフセット構成は、従来技術のフィラメントのサイズと近い寸法を具備する小型構成を可能にする。標準化されたランプでは、例えば、ＥＣＥ  Ｒ３７などの然るべき規則は、フィラメントが置かれるべき許容範囲を定めている。ＬＥＤアセンブリの配置のために、この許容範囲の空間を用いることが可能である。
【００１９】
ＬＥＤアセンブリ毎に１つのみのＬＥＤ素子が配置される場合、さらに、回転軸に沿って見た場合の主な光方向が交差する線を形成するように、第１及び第２のＬＥＤ素子を配置することが好ましい。従って、各ＬＥＤ素子は、共通の中心から離れて対向するように配置され得るが、各ＬＥＤ素子は、当該共通の中心に向かって配置されることが好ましい。このことは、好ましい均一に分布する光放射をもたらす。
【００２０】
代替的なコンセプトによれば、各ＬＥＤアセンブリは、１つのみのＬＥＤ素子を有するのではなく、幾つかのＬＥＤ素子を有する。一例として、各ＬＥＤアセンブリは、例えば、２個乃至６個のＬＥＤ素子をそれぞれ有する。さらに好ましくは、各ＬＥＤアセンブリは、３個乃至５個のＬＥＤ素子をそれぞれ有する。複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤアセンブリの場合、各ＬＥＤアセンブリにおいて、複数の、好ましくは全ての、ＬＥＤ素子が、回転軸に対して平行に、即ち、回転軸が、平らな担体表面の平面に対して平行であるように、配置されることが好ましい。この平行配置は、極めて小型の構造を可能にする。
【００２１】
複数のＬＥＤ素子がＬＥＤアセンブリ毎に用いられた場合、低減された寸法を具備するＬＥＤアセンブリを形成するために、複数のＬＥＤ素子は、互いに隣接して配置されることが好ましい。
【００２２】
ＬＥＤアセンブリ毎に複数のＬＥＤ素子を有する実施形態において、好ましくは、回転軸と一致する共通の中心周りに、ＬＥＤ素子を配置することが好ましい。ＬＥＤ素子は、ＬＥＤ素子の全て又は一部が中心に向かう光放射の主な光方向を持つように配向され得るが、各ＬＥＤアセンブリにおいて、複数の、好ましくは全ての、ＬＥＤ素子は、主な光方向が中心から離れる方向を向いて配置されることが好ましい。ＬＥＤ素子は、好ましくは、ＬＥＤ素子の間の空間を満たすように形作られた共通のマウントコア周りに配置される。例えば、ＬＥＤアセンブリを形成している２つのＬＥＤ素子が、板状のマウントコアにマウントされてもよく、３個のＬＥＤ素子が、（断面において）三角形状のマウントコア上にマウントされてもよく、４つのＬＥＤ素子が、長方形状のマウントコア上にマウントされるなどしてもよい。熱伝導材料、特に、アルミニウム、銅などの金属材料でできたマウントコアを供給することが、更に好ましい。この態様では、共通のマウントコアが、ヒートシンクとして用いられてもよい。導電材料でできたマウントコアを供給することも可能であり、この場合、当該マウントコアは、ＬＥＤ素子の動作のための電気的コンタクトとして用いられてもよい。しかしながら、ＬＥＤ素子に電力を届けるために、マウントコアから絶縁された電気リードを供給することが好ましい。
【００２３】
ＬＥＤ素子の形状は、入手可能正に応じて選択され得る。今日入手可能なＬＥＤ素子は、ほとんどが、平面状の、長方形状の平らな担体である。極めて小型の配置を得るために、可能であれば、ＬＥＤ素子は、小さい寸法を具備するものが選択されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明の、これらの態様及び他の態様が、同様の参照符号が同様の部品を示す添付の図面と関連して、以下の詳細な説明を参照することによって、更に理解されるとともに、より詳細に明らかにされるであろう。
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に従ったＬＥＤ装置の正面図である。
【図２】図２は、拡大された部分を有する図１の側面図である。
【図３】図３は、図１における線Ｐに沿った部分における、図１及び図２の照明装置の断面図である。
【図４】図４は、従来技術のハロゲンランプを示している。
【図５】図５ａ及び図５ｂは、照明装置において用いられるＬＥＤ配置の第１の例の断面図及び斜視図を示している。
【図６】図６は、ＬＥＤ配置の第２の例の斜視図を示している。
【図７】図７ａ及び図７ｂは、ＬＥＤ配置の第３の例の断面図及び斜視図を示している。
【図８】図８ａ及び図８ｂは、ＬＥＤ配置の第４の例の断面図及び斜視図を示している。
【図９】図９ａ及び図９ｂは、ＬＥＤ配置の第５の例の断面図及び斜視図を示している。
【図１０】図１０は、ＬＥＤ照明装置の第２の実施形態の斜視図を示している。
【図１１】図１１は、図１０のＬＥＤ照明装置のＬＥＤ配置の斜視図を示している。
【図１２】図１２は、ＬＥＤ配置の代替的な例の斜視図を示している。
【図１３】図１３は、図１１のＬＥＤ配置の側面図を示している。
【図１４】図１４は、従来技術の自動車用ランプの側面図を示している。
【図１５】図１５ａ及び図１５ｂは、図４の従来技術と比較した、図１乃至図３の照明装置の第１の実施形態の輝度分布のグラフを示している。
【図１６】図１６ａ及び図１６ｂは、図１１のＬＥＤ配置を具備する図１０の第２の実施形態の輝度分布のグラフを示している。
【図１７】図１７は、図１のＬＥＤランプを具備するヘッドライトユニットの概略的な側面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１乃至図３は、図４に示されるような従来技術のＨ８ハロゲンランプと交換するためのＬＥＤ照明装置１０又はＬＥＤランプを示している。従来技術のＨ８ハロゲンランプのように、ＬＥＤランプ１０は、基準フランジ１６を有する電気プラグコネクタ１４を具備するベース１２を有する。ＬＥＤランプ１０は、この図において、立位で、即ち、長手方向軸Ｌが鉛直方向に向いて示されている。当業者が理解するように、当該向きは、単なる参照用であって、ランプ１０は、他の向きにおいても動作することができ、図１７に示されるようなヘッドライトユニット５０における水平方向の向きにおいても好適に動作することができる。
【００２６】
従来技術のヘッドライトユニットでは、従来技術のＨ８ランプは、図１７に示されるように、乗り物の前方照明反射器５２においてマウントされるので、基準フランジ１６は、反射器５２における反射表面と接触している。光が発せられるフィラメント巻８が、反射器内の特定の位置に置かれるように、ランプは、内部反射空間に突き出ている。ヘッドライトユニット５０から発せられるビームの所望の光寄与を達成するために必要なこの配置は、基準フランジ１６に対するフィラメント８の特定の位置によって達成される。
【００２７】
図４のＨ８ランプと交換するためのＬＥＤランプ１０において、ＬＥＤ配置２０は、ベース２１から突き出ているマウントロッド２２上に設けられている。ＬＥＤ配置２０は、異なる例を参照して以下において詳述されるように、互いに関連して配置される複数のＬＥＤ素子を有している。ランプ１０の動作において、電力が、プラグコネクタ１４を介して供給される。ベース１２内に組み込まれた電気駆動回路（図示省略）は、ＬＥＤ配置２０のＬＥＤ素子のためのＤＣ電気駆動電流を供給し、光が発せられる。
【００２８】
電気駆動電流は、導電体（図示省略）によってＬＥＤ素子へ導かれる。上部接触型ＬＥＤ素子、即ち、平らな担体表面の上部に電気的コンタクトを具備するＬＥＤ素子では、マウントロッド２２に取り付けられた平らなリボンケーブルが、電気的接続を供給し得る。このとき、ＬＥＤ素子は、良好な熱接続のために、マウントロッド２２に直接的に取り付けられてもよい。
【００２９】
底面接触型ＬＥＤ素子では、マウントロッド２２に取り付けられたフレキシブルなＰＣＢフォイル上に電気的コンタクトを供給することが可能である。当該底面接触型ＬＥＤ素子は、例えば、はんだ付けによって、上記ＰＣＢフォイルに電気的に接続されてもよい。さらに、マウントロッド２２との良好な熱コンタクトのために、電気的に絶縁された接続が、例えば、はんだ付けなどによって形成されてもよい。
【００３０】
さらに、底面接触型ＬＥＤ素子では、電気的及び熱的接続のために、リードフレームが、マウントロッド２２上に設けられてもよい。この場合、全てのＬＥＤ素子を電気的に直列に接続することが好ましい。
【００３１】
動作中、駆動回路及びＬＥＤ配置２０における電気的損失のために、熱が、ＬＥＤランプ１０において生成される。熱を散逸させるために、ランプ１０の長手方向において、互いに離されて、平行に配置されたディスク２６を有する冷却構造２４が設けられている。当該ディスク２６は、マウントロッド２２上にマウントされる。マウントロッド２２のように、ディジタル６は、例えば、銅又はアルミニウムなどの高い熱伝導率を有する金属材料を含む。従って、ベース１２内の駆動回路及びＬＥＤ配置２０において生成された熱は、マウントロッド２２及び冷却構造２４を介して、散逸される。
【００３２】
図１に示されるように、ディスク２６の直径、及び、ディスク２６のＬＥＤ配置２０からの距離は、水平面Ｐに対して規定される照明角度αにおいて障害物がないように選択されている。従って、ＬＥＤ配置２０から発せられる光は、水平面Ｐより下方の角度αの方向において、冷却構造２４によって遮られない。示されている例では約４５°である角度αは、例えば、２０°乃至７０°の範囲において、要求されるＬＥＤランプの規格に応じて選択されてもよい。
【００３３】
ＬＥＤランプ１０は、幾つかの平面状且つ円形状の、平行に配置され、空間を空けて構成された、ヒートフィン保持バー２８及びキャップ３０を含む機械的保護及び熱散逸のための構造を更に有する。保護構造は、ＬＥＤ配置２０を、ＬＥＤランプ１０を取り扱う際の直接的な接触から保護する。アルミニウムなどの熱伝導材料でできた４つの薄い保持バー２８が、キャップ３０を保持するために配置されている。キャップ３０によるシェーディングは、望ましくない光の部分をブロックするためのＨ８ランプ用の規格に従うものである。図１７は、ランプ１０から発せられる光のどの部分が反射器５２によって用いられて最終的なビームパターンを形成するのかを概略的に示している。保持バー２８の薄い構造のために、側面に対するシェーディングは最小である。
【００３４】
図示の４つの保持バー２８の代わりに、例えば、１つだけの保持バー２８、好ましくはマウントロッド２２の両側に配置される２つの保持バー２８、好ましくはマウントロッド２２の周りに等間隔で配置される３つの保持バー２８などの異なる構造を代替的に用いることが可能である。保持バー２８、ひいては、キャップ３０を形成している円形状のヒートフィンは、最良の熱散逸のための黒い表面を備えているか、又は、それらの少なくとも一部が、吸収されずに表面において反射される光損失を最小にするために、反射表面を備えていてもよい。例えば、平行に延在しているフィラメントへの電気的接続としてポールを持つ従来技術のＨ８ハロゲンランプと交換するために、電気的接続ポールと同じ位置において、１つのみの保持バー２８を用いることが好ましい。
【００３５】
従来技術のハロゲンＨ８ランプと交換するために、ＬＥＤランプ１０は、従来のハロゲン白熱Ｈ８ランプに近づくＬＥＤ配置２０からの光放射を供給するように設計されている。最終的な要件は、空間的な光寄与、即ち、ＬＥＤ配置２０から発せられる光の輝度が異なる照明方向へどのように分布するのかについてである。
【００３６】
ほとんどの自動車用ランプにおいて、図１７に示されるように、ヘッドライトユニット５０において用いられる光の部分は、ほとんど、ランプ１０の側部に対して発せられるものである。従って、図１乃至図４では水平方向に示されている、即ち、ランプ１０の長手方向軸Ｌに対して直交している基準面Ｐにおける光寄与が最も重要である。図１５ａは、Ｈ８ハロゲン基準ランプにおいて、この平面における異なる角度における輝度分布を点線で示している。０°乃至３６０°の角度における放射光輝度は、ほとんど一定で示されている（カンデラ単位で測定された輝度値が正規化されているので、輝度は、ほとんど全ての角度で、１００％の値として示されている）。１８０°の角度においてのみ、曲線は、光が電極接続によって遮断される落ち込み５１を示している。
【００３７】
図１５ｂは、長手方向軸Ｌに対して平行な垂直面での角度０°乃至３６０°における輝度分布を示している。従来技術のＨ８ハロゲン基準ランプにおけるこの平面の輝度分布が、点線で示されている。この輝度曲線は、基準平面Ｐの方向、即ち、９０°及び２７０°の角度において、輝度の最大値５６を示している。キャップ３０及びベース１２のために、長手方向軸Ｌの周りの角度で発せられる光は、上記曲線が、１８０°あたりで中央最小値５２を示すとともに、０°あたりの方向で、光放射が従来技術のハロゲンＨ８ランプのベース１２においてシェードされる他の最小値５４を示すように、シェードされる。
【００３８】
従来技術のハロゲンランプと交換するために、ＬＥＤ配置２０を具備するＬＥＤランプ１０を設計する際、目標は、（自動車用の規格によって与えられる限度の範囲内で）必要な限り密に、従来技術の白熱灯と同じ光寄与、特に、水平面において比較的均一な寄与（図１５ａ）を達成することである。一方、光を発するＬＥＤ配置２０は、その外形寸法において、従来技術のハロゲンランプのフィラメント巻８に近づき、且つ、位置決めフランジ１６に対して同じ相対位置で配置されるべきである。
【００３９】
本発明は、従来技術のハロゲンランプと交換できるほど十分均一な光寄与を供給するＬＥＤ配置２０のための、比較的小型の構造をどのように達成するのかに関する基本的アイデア及び当該アイデアの実施例について取り組む。基本的アイデアは、ＬＥＤアセンブリ３０，３２を、オフセット及び回転角γを有して配置することである。
【００４０】
図２の拡大部分に示されているように、ＬＥＤ配置２０は、第１の例において、共通のマウントコア又はマウントロッド２２上にマウントされた、２つのＬＥＤアセンブリ３０，３２を有している。さらに、図５ａ及び図５ｂに示されているように、ＬＥＤアセンブリ３０は、３つの平面ＬＥＤ素子３４ａ，３４ｂ，３４ｃを有するとともに、ＬＥＤアセンブリ３２は、３つの平面ＬＥＤ素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃを有する。当該ＬＥＤアセンブリは、図示の例では、ＬＥＤランプ１０の長手方向軸Ｌと平行である、回転軸Ａとも称される長手方向軸Ａに沿って配置されている。
【００４１】
ＬＥＤ素子３４ａ，３４ｂ，３４ｃ；３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、全て同一の型である。各ＬＥＤ素子は、図５ｂにおいて最も良く表されているように、ＬＥＤチップ４０がマウントされる、平面の平らな担体３８として機能する矩形の板を有している。ＬＥＤチップ４０は、主に、担体表面の平面の上の半分の領域に光を発する。発せられる光の輝度分布は、理想的には、ランバート放射の輝度分布であってもよいが、例えば、レンズなどの光学素子によって焦点合わせされる一次光学素子によって修正されてもよい。一次光学素子を持たないＬＥＤ素子の好ましい例に示されているように、光放射の主な光方向は、担体３８の表面の平面に対して直交している。ＬＥＤ素子３４ａ，３４ｂ，３４ｃ；３６ａ，３６ｂ，３６ｃの主な光方向は、それぞれ、図５ａの矢印として示されている。担体板３８は、ＬＥＤチップ４０のための電気的コンタクトを供給するとともに、機械的マウント及び熱コンタクトのために役立っている。
【００４２】
示されている好ましい実施形態では、電気的コンタクトが、担体板を通じて、マウントロッド２２の表面上に構築された電気的配線に接触している担体板の背面に接続されている。
【００４３】
上記の平らな平面ＬＥＤ素子は、例えば、フィリップス（登録商標）ルミレッズライティングカンパニーから入手可能である。例えば、Luxeon（登録商標）  C-typeのＬＥＤ素子は、軸Ａに平行な２．０４ｍｍの長さを持つとともに、軸Ａに直交する１．６４ｍｍの幅を持つ。ＬＥＤチップダイ、即ち、光放射表面は、一般的には、１×１ｍｍ２の寸法を持つ。例えば、５００ｍＡの動作電流では、このタイプのＬＥＤ素子から生成される光束は、１２０ｌｍである。
【００４４】
図５ｂにおいて回転軸Ａに沿って視認できるように、各ＬＥＤアセンブリ３０，３２は、中央のマウントロッド２２の周囲に（断面において）三角形状の構造で配置された３つのＬＥＤ素子を有している。また、マウントロッド２２は、断面が三角形状であり、ＬＥＤアセンブリ３０，３２の両方を収容するために、個別に形成された部分を有している。各図から視認できるように、ＬＥＤ素子３４ａ，３４ｂ，３４ｃは、小さい外形寸法のＬＥＤアセンブリ３２を得るために、各端部が互いに隣接するように、中央のマウントロッド２２上に配置されている。矩形のＬＥＤ素子は、軸Ａに対して、長手方向が平行となるように配置されており、このことは、軸Ａに対して直交する方向におけるより小さな寸法をもたらす。ＬＥＤアセンブリ３０，３２の各々において、ＬＥＤ素子３４ａ，３４ｂ，３４ｃ；３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、回転軸Ａに対して平行に、即ち、担体３８の各々の表面によって規定される平面が回転軸Ａに対して平行であるように、配置されている。
【００４５】
さらに、ＬＥＤアセンブリ３０，３２は、図５ａにおける回転軸Ａに沿った視点から視認できるように、回転角γをなす。回転角γは、図５ａに示されるように、第１のＬＥＤアセンブリ３２における第１のＬＥＤ素子３４ａと第２のＬＥＤアセンブリ３０における第２のＬＥＤ素子３６ａとの間に定められる。この回転角は、ＬＥＤ素子３４ａ，３６ａの主な光方向間に等しい角度をもたらす。
【００４６】
示されている例では、回転角γは、６０°に等しい。この値は、３６０°／３＝１２０°を有して回転対称であるＬＥＤアセンブリ３０，３２の各々における３つのＬＥＤ素子３４ａ，３４ｂ，３４ｃの対称的な配置のために選択されている。当業者によって明らかであるように、対称的な角度の半分の値である回転角γは、回転軸Ａの周りの異なる主な光方向（図５ａの矢印参照）の均一な光寄与をもたらす。
【００４７】
ＬＥＤアセンブリ３０，３２は、回転軸Ａに沿って、互いにオフセットを有して配置されている。さらに、図５ｂから視認できるように、担体３８上のＬＥＤチップ４０の配置が完全に対称でないため、２つのＬＥＤアセンブリ３０，３２におけるＬＥＤ素子は、ＬＥＤチップ４０が互いに近接して配置されるように、１８０°回転されている。
【００４８】
ＬＥＤアセンブリ３０，３２は、各端部が互いに隣り合うように配置されているので、光が発せられる構造は、可能な限り小型化されている。示されている例では、ＬＥＤアセンブリ３０，３２は、各々の長さよりも少しだけ長く、回転軸Ａに沿ってずらされており、結果、第１及び第２のＬＥＤのアセンブリ３０，３２は、互いに近接して位置している。
【００４９】
回転軸Ａに沿ってオフセットを有して、２つのＬＥＤアセンブリを互いに隣り合うように配置することにより得られる極めて小型の構造は、外形寸法が、従来技術のハロゲンフィラメント８の外形寸法とほぼ同じであるＬＥＤ配置２０を得るのに役立つ。
【００５０】
さらに、回転された配置は、水平面における極めて均一な光寄与を供給する。破線が中央の水平面Ｐにおける異なる角度での輝度を示している図１５ａ及び破線がＬに対して平行な垂直平面における異なる角度での輝度を示している図１５ｂに示されるように、ＬＥＤランプ１０の第１の実施形態の測定輝度は、従来技術のＨ８ハロゲンランプの輝度分布（点線参照）に近い。
【００５１】
図１５ａに示されるように、輝度曲線は、示される例では、光を吸収する非反射性表面を持つ４つの保持バー２８に起因する４つの落ち込み５６を示している。代替的な例では、反射性表面を持つ保持バー２８が用いられる。この代替的な例の輝度分布は、図１５ａにおいて、実線として示されている。保持バー２８の反射特性のため、落ち込み５６は、この代替的な例では、あまり顕著ではない。しかしながら、反射性表面は、反射のために追加の仮想光源を有する像をもたらすことがあり、これはグレアを発生させ得る。それでもなお、図１乃至図３の各実施形態及び代替的な実施形態において、輝度は、従来技術のＨ８ランプの分布に似ている。測定された輝度は、１００％付近でわずかに変動している。従って、図５ａ及び図５ｂのＬＥＤ配置を具備する図１乃至図３のＬＥＤランプは、従来技術のハロゲンランプをＬＥＤと交換するのに良く適している。１８０°以下で１つだけの保持バー２８（図示省略）を具備するさらに好ましい実施形態は、オリジナルのＨ８の特性に、更によく似ている。
【００５２】
垂直平面において、測定された輝度分布（破線）は、従来技術のＨ８ランプ（点線）と極めてよく似ている。キャップ３０及び冷却構造２４の設計のために、最終的な輝度分布において、同じ落ち込み５２，５４が視認できる。
【００５３】
図４に示されている従来技術のハロゲンランプとの交換のため、ＬＥＤ配置２０は、好ましくは、回転／オフセット軸Ａが、従来技術のフィラメント巻８の軸と一致するように配置されている。ヘッドライトユニット５０（図１７参照）において用いられる、光が主に側部に発せられるランプでは、この向きが良好な結果をもたらすことが分かっている。
【００５４】
図６は、ＬＥＤアセンブリ３０，３２に対して、追加的な第３のＬＥＤ３３がマウントロッド２２上に設けられたＬＥＤ配置の代替的な例を示している。第３のＬＥＤアセンブリ３３は、例えば、他のＬＥＤアセンブリ３０，３２に関して、回転軸Ａに沿ってオフセットを有して配置されるなど、同様に、軸方向にずらされている。第３のＬＥＤアセンブリ３３は、第２のＬＥＤアセンブリ３２に関して、回転角を有して配置されている。示されている例では、第３のＬＥＤアセンブリ３３は、第１のＬＥＤアセンブリ３０に関して回転角０°を有して配置されているが、代替的な実施形態では、より均一な分布を供給するために異なる回転角で配置されてもよい。また、更なるＬＥＤアセンブリが供給されてもよい。
【００５５】
図７ａ及び図７ｂは、より少ないＬＥＤ素子がマウントコア２２上に非対称配置で配置されているＬＥＤ配置の第３の例を示している。各々が、共通のマウントロッド２２上にマウントされた１つだけのＬＥＤ素子を有する、第１のＬＥＤアセンブリ３０ａ、第２のＬＥＤアセンブリ３２ａ、及び、第３のＬＥＤアセンブリ３３ａは、回転軸Ａに沿ってオフセット構造で配置されるとともに、各々は、回転角γ＝６０°を有している。３つのＬＥＤ素子だけが回転角６０°でそれぞれ配置されているため、中央平面Ｐにおける輝度分布は、半分の空間（図示省略）だけで均一な分布が達成されることとなる。かかるＬＥＤ配置は、半分の空間での均一な輝度のみで十分である、例えば、光分布を制限するためのシールド板を有する従来技術のハロゲンランプ（Ｈ４など）のアプリケーションで用いられる。
【００５６】
図８ａ、図８ｂ、図９ａ、図９ｂは、ＬＥＤ配置の他の例を示している。図８ａ及び図８ｂでは、第１のＬＥＤアセンブリ３０ｂ及び第２のＬＥＤアセンブリ３２ｂは、正方形状のマウントロッド２２の周囲にマウントされた４つのＬＥＤ素子をそれぞれ有している。第１及び第２のＬＥＤアセンブリ３０ｂ，３２ｂは、回転軸Ａに沿ってオフセットを有してい配置されており、（９０°対称角の半分である）４５°の回転角γをなしている。
【００５７】
図９ａ及び図９ｂの他の例では、２つのＬＥＤアセンブリ３０ｃ、３２ｃの各々が、５個のＬＥＤ素子を有している。同様に、ＬＥＤアセンブリは、回転軸Ａに沿ってオフセットを有して配置されており、３６°の回転角γをなしている。
【００５８】
図１０は、ＬＥＤランプ１１０の第２の実施形態を示している。ＬＥＤランプ１１０は、図１４に示される自動車用信号灯と交換することを意図されている。ＬＥＤランプ１１０及び従来技術の信号灯の両方は、電気的コンタクトと、方向指示灯やブレーキライトなどのためのシグナリング目的での自動車用ランプソケットにおけるランプの位置決めのための機械的基準要素とを有するランプベース１１２を持つ。
【００５９】
従来技術のランプは、タングステンフィラメント１０８を有する白熱灯である。図１４の従来技術のランプと交換するために、図１０のＬＥＤランプは、ＬＥＤ配置１２０を含む。ＬＥＤ配置１２０は、支持体１２２を介して、ベース１１２にマウントされている。電気駆動回路（図示省略）は、ベース１１２内に組み込まれており、ＬＥＤ配置１２０と電気的に接続されている。
【００６０】
冷却構造２４は、支持体１２２にマウントされた３つの冷却ディスク１２６を有している。さらに、冷却構造２４は、ＬＥＤランプ１１０の長手方向軸に対して平行に、垂直配向された冷却フィン１２７を有している。冷却構造２４は、ランプベース１１２内の駆動回路及びＬＥＤ配置１２０によって動作中に生成される熱を逃がすのに役立つ。
【００６１】
図１１に示されるように、ＬＥＤ配置１２０は、第１のＬＥＤアセンブリ１３０と、第２のＬＥＤアセンブリ１３２とを有している。この場合、第１のＬＥＤアセンブリ１３０と第２のＬＥＤアセンブリ１３２の両方が、１つだけのＬＥＤ素子１３４，１３６をそれぞれ有している。ＬＥＤ素子１３４，１３６の各々は、矩形状の、平面担体板１３８と、平面担体板１３８上にマウントされたＬＥＤチップ１４０とを有している。
【００６２】
ＬＥＤアセンブリ１３０，１３２のＬＥＤ素子１３４，１３６は、長手方向軸Ａに対して平行に、即ち、担体板１３８の表面によって定められる平面が、図１１に示されるように、軸Ａに対して平行であるように、マウントされている。
【００６３】
ＬＥＤ素子１３４，１３６、ひいてはＬＥＤアセンブリ１３０，１３２は、回転軸Ａに関して、回転軸Ａに沿った図１３の視点で示されるように、回転角γをなしている。さらに、ＬＥＤアセンブリ１３０，１３２は、オフセット構造で、即ち、回転軸Ａに対して平行な方向に線形にずらされて、配置されている。示されている例では、ＬＥＤ素子１３４，１３６は、互いに隣り合って、即ち、ＬＥＤ素子１３４とＬＥＤ素子１３６との間のオフセットが、ＬＥＤ素子１３４，１３６の長さに略等しくなるように、配置されている。従って、ＬＥＤ素子１３４，１３６は、小型の発光構造を形成するために、互いに近接して配置されている。
【００６４】
図１３のようにＬＥＤ素子１３４，１３６が配置された場合の回転角γは、各ＬＥＤ素子の主な光方向（図１３の矢印参照）の間で定められる照明角度をもたらす。この例では、各ＬＥＤ素子が光学素子を伴わないＬＥＤチップ１４０を有しているため、放射は、ランバート放射に理想的に近く、結果、主な光方向は、担体１３８の平面に対して直交している。従って、この場合における照明角度は、回転角γと等しくなる。
【００６５】
さらに、示されている例では、ＬＥＤ素子１３６，１３４は、鏡面対称構造で与えられており、回転軸Ａに沿って見た場合、互いに少なくとも部分的に対向している。従って、ＬＥＤ素子１３６，１３４の主な光方向は、見て分かるように、交差する線を形成している。
【００６６】
図１４に示される従来技術のランプと交換するためのＬＥＤランプ１１０の設計において、回転軸Ａは、従来技術のランプのフィラメント巻１０８の位置に対して平行に位置決めされる。ＬＥＤ配置１２０は、ベース１１２を参照して、従来技術のランプのフィラメントと同じ位置に配置される。
【００６７】
図１６ａ及び図１６ｂは、最終的な光分布、即ち、ランプ１１０から発せられる光の相対輝度（なお、カンデラ単位で測定されたが、ここでは正規化された値で示されている）を示している。図１６ａは、水平面Ｐ（図１３参照）における輝度分布を示しているが、図１６ｂは、ランプ１１０の長手方向軸Ｌ（図１０参照）に対して平行な垂直平面における輝度分布を示している。図１６ｂにおいて点線で示されているのは、自動車用規格によって要求される最小の輝度放射の規格である。ランプベース１１２が配置される１８０°あたりの角度では、光出力は全く要求されない。
【００６８】
１つだけのＬＥＤ素子１３４，１３６をそれぞれ有する２つのＬＥＤアセンブリ１３０，１３２を具備するＬＥＤランプ１１０の光分布曲線が、図１５ａ及び図１５ｂにおいて破線で示されている。
【００６９】
水平面Ｐにおいて、図１０のＬＥＤランプ１１０の輝度分布は、９０°及び２７０°の角度、即ち、冷却フィン１２７及びＬＥＤ素子１４０に対して直交する角度において、２つの最大値を示している。ヒートフィン１２７によるシェーディングは、０°及び１８０°あたりの角度のみにおいて、即ち、光輝度が既に最小値である方向において、発生している。このように、水平面Ｐにおける輝度分布は、タングステンフィラメント１０８が、長手方向において、比較的小さい輝度の光を発する従来技術の白熱灯（図１４）の輝度分布と似ている。
【００７０】
長手方向軸Ｌに対して平行な垂直平面において、破線で示される光放射は、光が冷却ディスク１２６においてシェードされる、中央最小値６２を持つ。２００°乃至３３０°の間の角度では、光放射は全く要求されないので、このシェーディングでも問題ない。
【００７１】
１つのＬＥＤチップ１４０からの光が他方においてそれぞれシェードされる追加的な落ち込み６０が目立っている。それでもなお、要求される輝度分布（点線）は、十分な程度に近い。
【００７２】
図１２は、軸Ａに沿って回転及び変位されて配置された１つだけのＬＥＤ素子を各々が有する４つのＬＥＤアセンブリの代替的な配置１２０ａを示している。
【００７３】
ここで用いられる「ａ」又は「ａｎ」なる用語は、１又は１よりも多くのものを定める。ここで用いられる「複数の」なる用語は、２又は２よりも多くのものを定める。ここで用いられる「もう１つの」なる用語は、少なくとも第２又はそれ以上のものを定める。ここで用いられる「含む」及び／又は「持つ」なる用語は、有していることを定める（即ち、他の要素又はステップを除外しないオープンランゲージである）。請求項中の任意の参照符号は、請求項又は本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００７４】
特定の特徴が相互に異なる従属項において言及されているという単なる事実は、これらの特徴の組み合わせが好適に用いられないということを示すものではない。
【００７５】
ここで用いられる「結合された」なる用語は、接続されたことを定めているが、必ずしも直接的に接続されている必要はなく、また、必ずしも機械的に接続されている必要はない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
0005990571.tif 000009
【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１７】
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