(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤ素子と、
前記複数のＬＥＤ素子から離れて配置され、当該複数のＬＥＤ素子からの光が入射する蛍光体層と、
前記ＬＥＤ素子と前記蛍光体層との間にて、当該ＬＥＤ素子からの光を当該蛍光体層に導く、光学系としてのライトガイドと、
前記蛍光体層付近に設けられる第二の光学部材とを備え、
前記ライトガイドは、一端が前記ＬＥＤ素子毎に対応するように分割され当該ＬＥＤ素子に対向していると共に、他端が前記蛍光体層に対向し、
前記第二の光学部材は、前記複数のＬＥＤ素子から照射され前記ライトガイドを透過した光と蛍光体層で励起された蛍光との混色光を外部に照射することを特徴とする灯具。
【請求項２】
前記第二の光学部材が、
前記蛍光体層を含むその近傍を焦点とする投影レンズであることを特徴とする請求項１に記載の灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ素子からの光により蛍光体層を励起して、ＬＥＤ素子からの光と蛍光体層からの蛍光との混色光を外部に照射する例えば車両用灯具等の灯具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような灯具は、例えば図６から図９に示すように構成されている。
まず、図６において、灯具１は、ＬＥＤ素子２と、投影レンズ３と、から構成されている。
ＬＥＤ素子２は、ＬＥＤチップ２ａ上の蛍光体層２ｂを備えると共に、このＬＥＤチップ２ａを包囲するように樹脂モールドにより形成されたレンズ部２ｃを有するパッケージとして構成されている。
投影レンズ３は、凸レンズであって、ＬＥＤ素子２の光軸上に中心軸が位置するように配置されている。
【０００３】
このような構成の灯具１によれば、ＬＥＤ素子２のＬＥＤチップ２ａから出射した光が蛍光体層２ｂに入射して、蛍光体層２ｂを励起し、蛍光体層２ｂから出射する蛍光とＬＥＤチップ２ａからの光の混色光が光軸方向に向かって出射する。そして、この混色光が投影レンズ３により集束され、前方に向かって照射されることになる。
【０００４】
また、図７において、灯具４は、図６における投影レンズ３の代わりに、リフレクタ５を備えており、ＬＥＤ素子２から出射した混色光が、リフレクタ５により反射されると共に集束されることにより、前方に向かって照射されることになる。
【０００５】
図８においては、灯具６は、ＬＥＤ素子２から出射した混色光が、リフレクタ５により反射されると共に集束され、さらに投影レンズ３により集束されて、前方に向かって照射されるようになっている。
【０００６】
最後に、図９においては、灯具７は、図８に示した灯具６において、所望の配光特性を実現するために、リフレクタ５から投影レンズ３への光路中に遮光部材８を備えている。
この構成によれば、リフレクタ５から投影レンズ３に向かう混色光の一部が遮光部材８により遮断されることにより、前方に向かって照射される光に必要な配光特性が付与されるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの灯具１，４，６または７に関しては、以下のような問題がある。
即ち、何れの灯具１，４，６，７においても、ＬＥＤ素子２は、ＬＥＤチップ２ａと蛍光体層２ｂが近接していることから、ＬＥＤ素子２の駆動による発熱が蛍光体層２ｂに伝達されることになり、蛍光体層２ｂの温度が高くなるため、温度上昇によって蛍光体の発光効率が低下してしまう。
また、蛍光体層２ｂから出射した蛍光のうち、透過方向の光のみを利用していることから、光の利用効率が低下してしまう。
【０００８】
さらに、ＬＥＤチップ２ａから蛍光体層２ｂに入射する励起光のパターンを適宜の形状にすることが困難であるので、例えば自動車の前照灯等の車両用灯具として特定の配光特性を付与することが困難であった。
また、複数のＬＥＤ素子２を利用して、照射光の光束を増大させようとすると、各ＬＥＤ素子２に対して、それぞれ光学系としての投影レンズ３やリフレクタ５を配置したり、あるいは共通の大型の光学系を設ける必要があることから、コストが増大すると共に、全体が大型化してしまう。
これに対して、所望の配光特性を得るために、ＬＥＤ素子２と光学系としての投影レンズ３やリフレクタ５との間に遮光部材８を設ける場合、遮光部材８が比較的大きくなってしまうことになり、全体が大型化してしまう。
【０００９】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、小型に構成され得ると共に、発光効率及び光の利用効率を高めるようにした、灯具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、本発明の構成によれば、複数のＬＥＤ素子と、前記複数のＬＥＤ素子から離れて配置され、当該複数のＬＥＤ素子からの光が入射する蛍光体層と、前記ＬＥＤ素子と前記蛍光体層との間にて、当該ＬＥＤ素子からの光を当該蛍光体層に導く、光学系としてのライトガイドと、前記蛍光体層付近に設けられる第二の光学部材とを備え、前記ライトガイドは、一端が前記ＬＥＤ素子毎に対応するように分割され当該ＬＥＤ素子に対向していると共に、他端が前記蛍光体層に対向し、前記第二の光学部材は、前記複数のＬＥＤ素子から照射され前記ライトガイドを透過した光と蛍光体層で励起された蛍光との混色光を外部に照射することを特徴とする灯具により、達成される。
【００１１】
本発明による灯具は、好ましくは、前記第二の光学部材が、前記蛍光体層を含むその近傍を焦点とする投影レンズである。
【００１２】
上記構成によれば、ＬＥＤ素子から出射した光が、離れた位置に在る蛍光体層に入射するようになっているので、ＬＥＤ素子の駆動による発熱が蛍光体層に直接に伝達されることはない。これにより、蛍光体層がＬＥＤ素子からの熱により温度上昇することがないので、励起による蛍光の発光効率の低下が抑制されることになる。従って、蛍光体層がＬＥＤ素子に近接しているＬＥＤ素子を利用した灯具の場合と比較して、外部に照射される混色光の発光効率が向上することになる。
【００１３】
上記ＬＥＤ素子と蛍光体層との間にて、ＬＥＤ素子からの光を蛍光体層に導くライトガイドを備えており、それを介して蛍光体層に入射するようになっているので、ＬＥＤ素子から出射した光が効率良く蛍光体層に入射することになり、ＬＥＤ素子からの光の利用効率が向上することになる。
【００１４】
このようにして、本発明によれば、蛍光体層の温度上昇による発光効率の低下を抑制すると共に、蛍光体層からの蛍光及び混色光の利用効率を向上させることにより、外部に照射される光の照度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように、本発明によれば、ＬＥＤ素子から出射した光が、離れた位置に在る蛍光体層に入射するようになっているので、ＬＥＤ素子の駆動による発熱が蛍光体層に直接に伝達されることはない。これにより、蛍光体層がＬＥＤ素子からの熱により温度上昇することがないので、励起による蛍光の発光効率の低下が抑制されることになる。従って、蛍光体層がＬＥＤ素子に近接しているＬＥＤ素子を利用した灯具の場合と比較して、外部に照射される混色光の発光効率が向上することになる。
【００１６】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、小型に構成され得ると共に、発光効率及び光の利用効率を高めるようにした、極めて優れた灯具が提供され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図５を参照しながら、詳細に説明する。
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、これらの態様に限られるものではない。
【００１８】
図１は、本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示している。
図１において、灯具１０は、ＬＥＤ素子１１と、リフレクタ１２と、蛍光体層１３と、投影レンズ１４と、遮光部材１５と、から構成されている。
【００１９】
上記ＬＥＤ素子１１は、ＬＥＤチップ１１ａを樹脂モールドによるレンズ部１１ｂにより覆ったパッケージとして構成されており、光軸が上方に延びるように配置されている。
ここで、ＬＥＤチップ１１ａは、例えば青色ＬＥＤチップであって、駆動電流が流れることにより、青色光を出射するようになっている。
【００２０】
上記リフレクタ１２は、例えば回転楕円面として形成されており、その長軸がＬＥＤ素子１１から水平方向に延びる照射軸と実質的に一致するように配置されていると共に、その第一の焦点位置が上記ＬＥＤ素子１１の発光部であるＬＥＤチップ１１ａ付近に配置されるようになっている。
【００２１】
上記蛍光体層１３は、例えばガラス等の透明材料から成る板材１３ａの表面に、蛍光体１３ｂを塗布することにより構成されており、上記ＬＥＤ素子１１から水平方向に延びる軸上にて、上記リフレクタ１２の第二の焦点位置付近にて、前記照射軸に対して実質的に垂直に配置されている。
ここで、上記蛍光体は、具体的には例えば蛍光体の微粒子（図示せず）を混入した例えば透明エポキシ樹脂等から構成されており、板材の表面に薄膜状に塗布され、硬化されている。
そして、この蛍光体層１３に、ＬＥＤ素子１１からの青色光が入射することにより、蛍光体が励起され、蛍光体から黄色光を発生させると共に、これらの混色光が、蛍光体層１３から外部に出射するようになっている。
【００２２】
上記投影レンズ１４は、凸レンズとして構成されており、その光軸が前記照射軸とほぼ一致するように、そしてその焦点位置が上記蛍光体層１３付近に位置するように配置されている。
【００２３】
上記遮光部材１５は、板状の不透光性材料から構成されており、上記蛍光体層１３のＬＥＤ素子１１側にて、実質的に前記照射軸上に沿って配置されている。
【００２４】
本発明実施形態による灯具１０は、以上のように構成されており、ＬＥＤ素子１１のＬＥＤチップ１１ａから出射した青色光Ｌは、そのレンズ部１１ｂにより集束され、比較的狭い照射範囲で上方に向かって照射され、リフレクタ１２の内面に入射する。
そして、リフレクタ１２の内面に入射した光は、リフレクタ１２によって反射され、その第二の焦点位置付近に向かって集束しながら進み、蛍光体層１３に入射する。その際、蛍光体層１３の手前に遮光部材１５が配置されていることにより、蛍光体層１３の照射軸より下方に入射する光が遮断される。
【００２５】
このようにして、蛍光体層１３の蛍光体１３ｂが励起され、蛍光体層１３から蛍光としての黄色光が透過方向（蛍光体層１３のＬＥＤ素子１１とは反対側）に出射する。この蛍光は、ＬＥＤ素子１１からの青色光と混色されることにより、白色光Ｌ１となって照射軸に沿って出射し、投影レンズ１４により集束されながら、照射されることになる。
この場合、遮光部材１５が設けられていることによって、蛍光体層１３に入射するＬＥＤ素子１１からの光の配光パターン、そして蛍光体層１３から出射する蛍光及び混色光の配光パターンが制御されることになり、最終的に照射軸に沿って外部に照射される光が所望の配光特性を備えることになる。
【００２６】
この場合、ＬＥＤ素子１１と蛍光体層１３とが互いに離れて配置されていることにより、ＬＥＤ素子１１の駆動による発熱が、直接に蛍光体層１３に伝達されることがない。従って、ＬＥＤ素子１１の駆動によって蛍光体層１３の温度が上昇することがないので、温度上昇による蛍光体層１３の蛍光体１３ｂの発光効率が低下するようなことはない。
【００２７】
ここで、ＬＥＤ素子１１から出射した光は、光学系であるリフレクタ１２により、その第二の焦点位置付近に配置された蛍光体層１３に効率良く導かれるので、ＬＥＤ素子１１から出射する光の利用効率が向上することになる。
また、蛍光体層１３からの蛍光及び混色光は、第二の光学系である投影レンズ１４により集光され、照射軸に沿って前方に照射されることになるので、蛍光体層１３から出射する光の利用効率が向上することになる。
【００２８】
図２は、本発明による灯具の第二の実施形態の構成を示している。
図２において、灯具２０は、ＬＥＤ素子２１と、集光レンズ２２と、蛍光体層２３と、投影レンズ２４と、から構成されている。
ここで、上記ＬＥＤ素子２１，蛍光体層２３及び投影レンズ２４は、それぞれ図１に示した灯具１０におけるＬＥＤ素子１１，蛍光体層１３及び投影レンズ１４と同様の構成であり、この場合、ＬＥＤ素子２１は、その光軸が水平な照射軸に沿って横向きに配置されている。
上記集光レンズ２２は、光学系として、二枚の凸レンズ２２ａ，２２ｂから構成されており、その第一の焦点位置がＬＥＤ２１のＬＥＤチップ２１ａ付近に、またその第二の焦点位置が蛍光体層２３付近にそれぞれ位置するように、配置されている。
【００２９】
このような構成の灯具２０によれば、ＬＥＤ素子２１から出射した青色光Ｌは、図面にて右方に向かって照射され、集光レンズ２２により集光され、その第二の焦点位置付近に向かって進んで、蛍光体層２３に入射する。
これにより、蛍光体層２３が励起され、蛍光体層２３から蛍光としての黄色光が透過方向に出射する。この蛍光は、ＬＥＤ素子２１からの青色光と混色されることにより、白色光Ｌ１となって照射軸に沿って出射し、投影レンズ２４により集束されながら、照射されることになる。
【００３０】
この場合も、ＬＥＤ素子２１と蛍光体層２３とが互いに離れて配置されていることにより、ＬＥＤ素子２１の駆動による発熱が、直接に蛍光体層２３に伝達されないので、ＬＥＤ素子２１の駆動によって蛍光体層２３の温度が上昇せず、温度上昇による蛍光体層２３の蛍光体２３ｂの発光効率が低下するようなことはない。
【００３１】
図３は、本発明による灯具の第三の実施形態の構成を示している。
図３において、灯具３０は、図２に示した灯具２０とほぼ同様の構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
灯具３０は、図２に示した灯具２０と比較して、さらに第二の光学系としてのリフレクタ３１を備えている。
このリフレクタ３１は、前方（図面右方）に向かって凹状に、例えば回転放物面として構成されており、その焦点位置が蛍光体層２３付近に位置するように配置されている。
【００３２】
このような構成の灯具３０によれば、図２に示した灯具２０と同様に作用すると共に、蛍光体層２３から反射方向（蛍光体層２３のＬＥＤ素子１１側）に出射した蛍光及び混色光Ｌ２が、リフレクタ３１の内面により反射され、前方に向かって照射されることになる。これにより、蛍光体層２３から反射方向に出射する蛍光及び混色光Ｌ２を前方に向かって照射することができるので、蛍光体層２３から出射する光の利用効率が向上することになる。
【００３３】
図４は、本発明による灯具の第四の実施形態の構成を示している。
図４において、灯具４０は、複数個（図示の場合、３個）のＬＥＤ素子４１と、蛍光体層４２と、第二の光学系としての投影レンズ４３と、から構成されている。
各ＬＥＤ素子４１は、図１に示した灯具１０におけるＬＥＤ素子１１と同様の構成であり、この場合、各ＬＥＤ素子４１の光軸が離れた位置に配置された蛍光体層４２の照射軸付近に向けて配置されていることにより、光学系としてのリフレクタや集光レンズが省略されている。
上記蛍光体層４２及び投影レンズ４３は、図２に示した灯具２０における蛍光体層２３及び投影レンズ２４と同様の構成である。
【００３４】
このような構成の灯具４０によれば、各ＬＥＤ素子４１から出射した青色光Ｌは、蛍光体層４２に入射する。
これにより、蛍光体層４２が励起され、蛍光体層４２から蛍光としての黄色光が透過方向に出射する。この蛍光は、各ＬＥＤ素子４１からの青色光と混色されることにより、白色光Ｌ１となって照射軸に沿って出射し、投影レンズ４３により集束されながら、照射されることになる。
【００３５】
この場合も、ＬＥＤ素子４１と蛍光体層４２とが互いに離れて配置されていることにより、ＬＥＤ素子４１の駆動による発熱が、直接に蛍光体層４２に伝達されないので、ＬＥＤ素子４１の駆動によって蛍光体層４２の温度が上昇せず、温度上昇による蛍光体層４２の発光効率が低下するようなことはない。
また、光学系としてのリフレクタや集光レンズが不要であることから、複数のＬＥＤ素子４１を設けても、各ＬＥＤ素子４１毎に蛍光体層に光を導くための光学系がないことから、灯具全体がより一層小型に構成され得ることになる。
さらに、複数のＬＥＤ素子４１を設けても、蛍光体層４２以降の構成は、一つのＬＥＤ素子４１を備えた灯具の場合と同じであることから、簡単な構成により小型に構成することができる。
【００３６】
図５は、本発明による灯具の第五の実施形態の構成を示している。
図５において、灯具５０は、図４に示した灯具４０とほぼ同様の構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
灯具５０は、図４に示した灯具４０と比較して、さらに光学系としてのライトガイド５１を備えている。
このライトガイド５１は、グラスファイババンドルから構成されており、一端が、各ＬＥＤ素子４１毎に分割され、それぞれ対応するＬＥＤ素子４１に対向していると共に、他端が蛍光体層４２に対向している。
【００３７】
このような構成の灯具５０によれば、各ＬＥＤ素子４１から出射した青色光Ｌは、それぞれライトガイド５１を介して、蛍光体層４２に入射する。
これにより、蛍光体層４２が励起され、蛍光体層４２から蛍光としての黄色光が透過方向に出射する。この蛍光は、各ＬＥＤ素子４１からの青色光と混色されることにより、白色光Ｌ１となって照射軸に沿って出射し、投影レンズ４３により集束されながら、照射されることになる。
【００３８】
この場合も、ＬＥＤ素子４１と蛍光体層４２とが互いに離れて配置されていることにより、ＬＥＤ素子４１の駆動による発熱が、直接に蛍光体層４２に伝達されないので、ＬＥＤ素子４１の駆動によって蛍光体層４２の温度が上昇せず、温度上昇による蛍光体層４２の発光効率が低下するようなことはない。
さらに、各ＬＥＤ素子４１から出射した光が、ライトガイド５１を介して蛍光体層４２に導かれることから、各ＬＥＤ素子４１の配置の自由度が大きくなると共に、光学系としてのライトガイド５１も比較的小型に構成され得るので、灯具全体も小型に構成され得ることになる。
さらに、複数のＬＥＤ素子４１を設けても、蛍光体層４２以降の構成は、一つのＬＥＤ素子４１を備えた灯具の場合と同じであることから、簡単な構成により小型に構成することができる。
【００３９】
上述した実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１，２１，４１は、青色光を出射する青色ＬＥＤ素子として構成されており、蛍光体層１３，２３，４２から出射する蛍光である黄色光と混色されることにより、白色光となって外部に照射されるようになっているが、これに限らず、ＬＥＤ素子として他の色の光を出射するＬＥＤ素子であってもよく、蛍光体層からの蛍光との混色により他の色の光を外部に出射するようになっていてもよい。
【００４０】
また、上述した実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１，２１，４１は、それぞれ樹脂モールドによるレンズ部を備えたパッケージとして構成されているが、これに限らず、チップＬＥＤであってもよいことは明らかである。
さらに、上述した実施形態においては、各灯具１０乃至５０は、それぞれ第二の光学系としての投影レンズ１４，２４，４３を備えているが、第二の光学系としてリフレクタを備えていてもよく、また第二の光学系自体を省略してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図３】本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図４】本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図５】本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図６】従来の灯具の一例の構成を示す概略図である。
【図７】従来の灯具の他の例の構成を示す概略図である。
【図８】従来の灯具のさらに他の例の構成を示す概略図である。
【図９】従来の灯具のさらに他の例の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    灯具
１１    ＬＥＤ素子
１１ａ  ＬＥＤチップ
１１ｂ  レンズ部
１２    リフレクタ（光学系）
１３    蛍光体層
１３ａ  板材
１３ｂ  蛍光体
１４    投影レンズ（第二の光学系）
１５    遮光部材
２０，３０    灯具
２１    ＬＥＤ素子
２２    集光レンズ（光学系）
２３    蛍光体層
２４    投影レンズ（第二の光学系）
３１    リフレクタ（第二の光学系）
４０，５０    灯具
４１    ＬＥＤ素子
４２    蛍光体層
４３    投影レンズ（第二の光学系）
５１    ライトガイド（光学系）
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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