(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光または電子を放射する複数の励起素子を備えた励起部と、
前記励起部から放射される光または電子により励起されて光を発する面状の蛍光体による発光部と、
前記励起部と前記発光部とを収納するケースと、
前記発光部が発した面状の光の配光を調節する配光調節部と、
前記発光部が発した光を車両前方に照射する光学部材を備え、
前記励起部の複数の励起素子は、前記車両前方に照射する照射光の明るさを調節するように、疎密に配置され、または、蛍光体との間に距離差を有するように配置されている
車載用ヘッドランプ。
【請求項２】
車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状は、配光調節部として機能する蛍光体の形状により形成される
ことを特徴とする請求項１記載の車載用ヘッドランプ。
【請求項３】
車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状は、配光調節部として設けられた遮光部によって蛍光体が発する光の一部を遮蔽することにより形成される
ことを特徴とする請求項１記載の車載用ヘッドランプ。
【請求項４】
ケースには、発生した熱を放出する放熱部が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の車載用ヘッドランプ。
【請求項５】
放熱部は、励起部の複数の励起素子の疎密または蛍光体との間の距離差を有する配置に応じて、放熱容量が異なるように形成されている
ことを特徴とする請求項４記載の車載用ヘッドランプ。
【請求項６】
光学部材は、発光部の発光面を車両前方に投影する凸レンズから成る
ことを特徴とする請求項１記載の車載用ヘッドランプ。
【請求項７】
配光調節部として設けられた遮光部は、蛍光体が発する面状の光の一部を遮蔽するとともに、凸レンズの色収差による照射光の分光を抑制するために、所定の厚さを有する
ことを特徴とする請求項６記載の車載用ヘッドランプ。
【請求項８】
ケースが発する熱を拡散するための拡散部
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の車載用ヘッドランプ。
【請求項９】
光学部材は、発光部の発光面を車両前方に投影する凹面鏡から成る
ことを特徴とする請求項１記載の車載用ヘッドランプ。
【請求項１０】
ケースは、凹面鏡の前方であって、前記ケース、配光調節部および光学部材を収納するヘッドランプケースの一部を形成する前面レンズの下方に配置されている
ことを特徴とする請求項９記載の車載用ヘッドランプ。
【請求項１１】
発光部の点灯を制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記ケース、配光調節部および光学部材を収納するヘッドランプケースと一体的に形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項記載の車載用ヘッドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の前照灯として使用される車載用ヘッドランプに関し、特に面光源を使用してヘッドランプを構成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用ヘッドランプによる照明が一般の照明と異なるところは、運転するドライバの前方の走行方向および歩道側の歩行者または交通標識などを明確に視認できるような充分な明るさが要求されるとともに、対向車を運転するドライバを照らさない、つまり対向車を運転するドライバが幻惑されない暗さも要求されるといった特異な配光特性を有する点である。
【０００３】
従来の車載用ヘッドランプに用いられる光源の変遷の過程においては、電球（タングステンフィラメント使用）の充填ガスが工夫され、ハロゲンを封入するに至り、さらには、フィラメントが存在しない放電灯（ＨＩＤランプ）をも光源としてきたように、一方で充分な明るさを実現するために光源の発光量を増大（高光束化）し、他方で暗さ（特異な配光）を実現するために光源を１点に集中（点光源化）するべく数々の改良がなされて進展が遂げられてきた。もちろん、灯具としてのレンズまたは反射鏡なども同様な目的で進展が遂げられている。
【０００４】
将来、車載用ヘッドランプの光源が、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む種々の発光原理による光源に変遷しても、車載用ヘッドランプには、上述した特異な配光が要求され、また、常に機構的に簡素かつ安価であることが求められる。そのため、車載用ヘッドランプの光源は、究極的には、１個の明るい点光源になるものと考えられる。
【０００５】
最近は、ＬＥＤの高光束化が進み、車載用ヘッドランプの光源が放電灯から寿命の長いＬＥＤに移り変わろうとしているが、現状の点光源としてのＬＥＤは、車載用ヘッドランプの光源として充分な発光量を確保できるほど高光束ではない。
【０００６】
したがって、当分の間は点光源としては不十分な発光量のＬＥＤを１チップＬＥＤ照明ユニットとして車両の前方に複数並べて車載用ヘッドランプとして使用するか、灯具側のレンズまたは反射鏡を適切な構成にして、ＬＥＤチップを複数並べた擬似的な面光源を車載用ヘッドランプの光源として使用せざるを得ない。
【０００７】
特許文献１および特許文献２は、複数のＬＥＤチップを並べた擬似的な面光源を使用する技術を開示している。これらの技術は、いずれも小さなＬＥＤチップを複数並べて、擬似的に面光源を構成したものであり、面光源としては複雑な構成であるので、必然的に高価にならざるを得ない。また、ＬＥＤチップの配置密度によって、発光面の各部の発光量が異なり、発光の斑が生じる。
【０００８】
また、特許文献３、特許文献４および特許文献５は、ＬＥＤに面光源の要素を持たせた技術を開示している。これらの技術は、いずれも単独のＬＥＤチップの発光窓に遮光部を設けて面光源を構成したものであり、個々のＬＥＤに光学系を備えて構成した発光ユニットの各々がヘッドランプの配光を担う。しかしながら、現状においては、ＬＥＤの１個あたりの発光量が少ないため、複数の発光ユニットを備えなければ充分な明るさを確保することができない。したがって、車載用ヘッドランプとしては複雑な構成となり、必然的に高価にならざるを得ない。これら特許文献３、特許文献４および特許文献５に開示された技術では、投入電力を増加して光源の個々の発光量を増加すると、ＬＥＤチップ部での発熱および蛍光体部での発熱が増加し、両者の過熱による高温で、寿命を損ねる可能性がある。
【０００９】
また、特許文献６および特許文献７は、ＬＥＤの自らの発熱に対する耐熱性、自らの発光に対する耐光性を向上させる技術を開示している。これらの技術では、発熱するＬＥＤチップと蛍光体を分離し、上述した特許文献１〜特許文献５に開示された技術のように、ＬＥＤと蛍光体が同時に過熱されることがなく、高温による劣化が少なく、寿命を伸ばすことができる。しかし、特許文献６に開示された技術では、光源のＬＥＤと蛍光体が完全に分離した別部品であり、構成が複雑となり、光源としては高価になってしまう。
【００１０】
また、特許文献７に開示された技術では、光源のＬＥＤに対向して光を出力する蛍光体に結晶化ガラスを用い、ＬＥＤおよび蛍光体を封止する基本部材に樹脂を使用せずに高温使用時の耐久性を向上させ、広い板状のガラス蛍光体に複数のＬＥＤによって励起光が照射されるように構成されているが、結晶化ガラスによる蛍光体を使用するために光源としては高価になることは否めない。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２６６６２０号公報
【特許文献２】特開２００６−０４８９３４号公報
【特許文献３】特開２００５−００５１９３号公報
【特許文献４】特開２００５−０９３１９１号公報
【特許文献５】特開２００７−０８７９４６号公報
【特許文献６】特開２００４−３６３０６０号公報
【特許文献７】特開２００７−０３１１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この発明は、上述した諸問題を解消するためになされたものであり、その課題は、十分な明るさで、かつ好適な配光で前方を照らすことができる安価な車載用ヘッドランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る車載用ヘッドランプは、上記課題を解決するために、光または電子を放射する複数の励起素子を備えた励起部と、励起部から放射される光または電子により励起されて光を発する面状の蛍光体による発光部と、励起部と発光部とを収納するケースと、発光部が発した面状の光の配光を調節する配光調節部と、発光部が発した光を車両前方に照射する光学部材を備え、励起部の複数の励起素子は、車両前方に照射する照射光の明るさを調節するために、疎密を有するように配置され、または、蛍光体との間に距離差を有するように配置されている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る車載用ヘッドランプによれば、１個の蛍光体（波長変換素子）の後方に個々には励起エネルギの小さい複数の励起素子を、疎密を有するように、または、蛍光体との間に距離差を有するように配置して励起部を構成し、励起部から放射される光または電子を蛍光体に斑なく照射することによって、蛍光体の発光面から斑のない白色光を発生させ、さらに、配光を調節してドライバから見て、対向車線側は対向車を運転するドライバに直接光が届かないように上部に光を漏らすことなく路面を照らし、歩道側は路面および歩道側の状態を視認できるように対向車線側より上部も照らし、そして、ドライバが注視すべき中央遠方を最も明るく照らすように構成したので、十分な明るさで、かつ好適な配光で前方を照らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプの構造を示す図であり、図１（ａ）は、右側の車載用ヘッドランプの上面図、図１（ｂ）は、その側面図である。
【００１６】
この車載用ヘッドランプは、面光源１、光学部材としての凸レンズ２、ヒートパイプ３、制御回路４、および、これらを収納するヘッドランプケース５から構成されている。ヘッドランプケース５の前面側の一部には、図１（ｂ）に示すように、前面レンズ６が形成されている。
【００１７】
面光源１は、面状の光を発生する。面光源１としては、以下に代表される光源を使用することができるが、下記以外の光源であってもかまわない。
（１）電子エネルギを可視光に変換するタイプ
・ＶＦＤ（蛍光表示管：Vacuum Fluorescent Display）
・ＣＲＴ（ブラウン管：Cathode Ray Tube）
・ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ：Field Emission Display）
（２）紫外光のエネルギを可視光に変換するタイプ
・ＨＣＦＬ（蛍光灯：Hot Cathode Fluorescent Lamp）
・ＣＣＦＬ（冷陰極放電灯：Cold Cathode Fluorescent Lamp）
・ＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）
（３）青色光のエネルギを黄色に変換するタイプ
・ＬＥＤ（ＬＥＤの青色光に蛍光体の発する黄色光を混合して白色光または白色に近い光（以下、単に「白色光」という）とする）
【００１８】
以下、各光源について簡単に説明する。ＶＦＤは、図２に示すように、通電によって加熱されたフィラメントから発生された熱電子が蛍光体に照射され、熱電子が照射された蛍光体の面から光を発生する。同様に、ＣＲＴは、図３に示すように、加熱されたフィラメントから発生された熱電子が蛍光体に照射され、熱電子が照射された面の裏面から光を発生する。ＦＥＤは、図４に示すように、電極の突起部から発生された電子が蛍光体に照射され、電子が照射された面の裏面から光を発生する。
【００１９】
ＨＣＦＬは、図５に示すように、フィラメントから発生された熱電子が水銀に衝突することにより発生された紫外光が蛍光体に照射され、紫外光が照射された面の裏面から光を発生する。ＣＣＦＬは、図６に示すように、電極から発生された電子が水銀に衝突させることにより発生された紫外光が蛍光体に照射され、紫外光が照射された面の裏面から光を発生する。
【００２０】
ＬＥＤは、図７に示すように、ＬＥＤチップで発生された紫外光または青色光が蛍光体に照射され、紫外光または青色光が照射された面の裏面から光を発生させる。なお、ＬＥＤを用いて白色光を発生する光源としては、次の２種類がある。すなわち、１つは、青色発光ＬＥＤの発する青色光を、黄色を発光する蛍光体（波長変換素子）に照射して、蛍光体の発生する黄色光と元の青色光と混合して白色光として出カする。他は、紫外光発光ＬＥＤの発する紫外光を、赤、青および緑の各色を発光する蛍光体に照射して、各蛍光体の発光色を混合して白色光として出力する。
【００２１】
図８は、ＬＥＤを用いた面光源１の詳細な構造を示す図であり、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図である。面光源１は、複数の励起素子としての複数のＬＥＤチップ１１が基板１２に配置されて成る励起部と、この励起部（複数のＬＥＤチップ１１）から所定距離だけ離して配置された面状の蛍光体１３から成る発光部と、これら複数のＬＥＤチップ１１が配置された基板１２および蛍光体１３を収納するケース１４と、このケース１４の裏面（基板１３が取り付けられる面と反対の面）に設けられた放熱部１５を備えている。
【００２２】
複数のＬＥＤチップ１１は、基板１２上に疎密を有するように、具体的には、図中の上側（Ｂ部）が「疎」となり、下側（Ａ部）になるにしたがって「密」となるように配置されている。また、基板１２のＡ部の右側には、図８（ａ）に示すように、ＬＥＤチップが搭載されない領域１６が設けられており、この領域１６は、蛍光体１３の発光面の形状を形成し、車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状、つまり車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。このように、基板１２上にＬＥＤチップが搭載されない領域１６を設けるだけという簡単な構成で、車載用ヘッドランプに必要な配光を実現できる。
【００２３】
また、ケース１４の蛍光体１３側の端部は、蛍光体１３の周縁を覆うように折り曲げられて枠１４ａが形成されており、その枠のＡ部の一部分は、基板１２のＬＥＤチップが搭載されない領域１６を覆うように幅広になっている。この枠１４ａにより、発光面の開口部１７が形成されている。枠１４ａの幅広になっている部分は、蛍光体１３からの光を遮蔽する遮光部１４ｂであり、これも車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。蛍光体１３の発光する部分と蛍光体１３の発光しない部分の境界が不明瞭または機械的な位置精度が確保されない時には、この遮光部１４ｂで遮光することにより、境界の位置および明暗を明確にすることができる。このように、枠１４ａの一部を幅広にして遮光部１４ｂとするだけという簡単な構成で、車載用ヘッドランプに必要な配光を実現できる。
【００２４】
また、遮光部１４ｂは、凸レンズ２の色収差による照射光の分光（プリズム効果）を抑制するために、所定の厚さＣを有するように構成されている。すなわち、一般には、凸レンズ２の色収差を考慮すると、焦点距離が短くなる青色を発光する蛍光体１３を凸レンズ２に接近させ、焦点距離が長くなる赤色を発光する蛍光体１３は凸レンズ２から遠ざけるように配置することが好ましい。凸レンズ２がガラスであれば、両者の距離の差は、その焦点距離の２〜３％である。そこで、蛍光体１３の発光面の辺部の形状と遮光部１４ｂの遮光境界線の形状と略同じにして、発光面から遮光部１４ｂの凸レンズ２側の面までの長さＣを、凸レンズ２の焦点距離の３％以上にしている。
【００２５】
さらに、凸レンズ２の焦点面の湾曲を補正するために、蛍光体１３の発光面の外側を凸レンズ２に近付けるように湾曲させれば、ヘッドランプの左右に広がる照射光に対しても焦点面の湾曲の影響による配光の明暗境界線の不鮮明さを軽減することができる。
【００２６】
同様に、図９に示すように、遮光部１４ｂの厚さを、光軸部で薄く、周囲を厚くするように構成できる。なお、図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は側面図である。この構成によれば、配光の明暗境界線が不鮮明になる凸レンズ２の焦点面の湾曲による影響も補正できる。
【００２７】
さらに、凸レンズ２を小径化するために、図１０に示すように、面光源１の近傍に、小径化用凸レンズ２ａ、および、湾曲および色収差補正用の衝立２ｂを追加するように構成できる。なお、図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は側面図である。この構成によれば、凸レンズ２を小径化できるとともに、凸レンズ２の色収差およびその焦点面の湾曲による影響も補正できる。
【００２８】
なお、上述した凸レンズ２および凸レンズ２ａは、樹脂またはガラス製であって、片面が平面の凸レンズや、厚さを削減するためにフレネル式のレンズを使用することができる。また、上下の配光を確保しつつ左右方向を広く照らし出すために、凸レンズ２を球面以外の形状にしたり、光が通過しない部分を削除した形状にしたりすることもできる。
【００２９】
放熱部１５は、複数のフィンを備えたヒートシンクから構成されており、複数のＬＥＤ１１が発生した熱を放出する。この構成により、複数のＬＥＤ１１の温度上昇を抑制でき、複数のＬＥＤ１１の劣化を抑えて寿命を伸ばすことができる。この場合、放熱部１５の各フィンは、複数のＬＥＤチップ１１の疎密に応じて、放熱容量が異なるように、例えば、図１３の説明に詳細を示し、本図においては図示を省略しているが、図中の上側（Ｂ部）のフィンを短くして放熱容量を小さくし、下側（Ａ部）になるにしたがってフィンを長くして放熱容量が大きくなるように構成することができる。この構成により、発光量の多い部分は、励起する電流の密度が高く、必然的に発熱量が多くなるが、発熱量の多い部分の放熱容量が大きくなるので、ケース１４の温度を均衡化でき、局部的な過熱による部分的な劣化を抑制することができる。
【００３０】
ヒートパイプ３は、この発明の拡散部に対応する。プロジェクタタイプの車載用ヘッドランプの面光源１は、エンジンに近い奥まった位置に配置され、また、凸レンズ２などの光学部材が空間を占拠し、車載用ヘッドランプの内部を循環する対流による気体の流れが阻害されるため、面光源１で発生される熱が車載用ヘッドランプの内部にこもり易い。
【００３１】
車載用ヘッドランプの内部にファンを設け、強制空冷することも可能であるが、面光源１の過熱を避けるために、面光源１において発生する熱をヒートパイプ３によって車載用ヘッドランプの前面レンズ６に導き、前面レンズ６の近傍に廃熱することにより、面光源１を冷却する。この構成によれば、可動部分が存在せず、構造が簡素になるという利点がある。
【００３２】
なお、車載用ヘッドランプの前面レンズ６側は、奥に収納された面光源１側より空間が広いので気体が流れ易く、ヒートパイプ３によって空間に熱を運べば、車載用ヘッドランプの内部の気体が加温され、この加温された気体によって前面レンズ６が加温されるため、車載用ヘッドランプの前面レンズ６に雪が付着することを防ぐという効果も奏する。
【００３３】
制御回路４は、面光源１に適切な励起エネルギを供給して点灯させるための制御を行う。具体的には、複数のＬＥＤ１１に所定の電圧を印加して電流を流す制御を行う。この制御回路４は、ヘッドランプケース５と一体に構成されている。これにより、車両側の配線の引き回しが不要となり、車両側のスペース効率を向上させることができるとともに、部品を削減できる。なお、この制御回路４には、面光源１の過熱時に供給電力を低減する制御、車両が停車中は供給電力を低減する制御などを行う機能を追加するように構成できる。
【００３４】
上記のように構成される面光源１において、複数のＬＥＤチップ１１は、青色光または紫外光を発生し、複数のＬＥＤチップ１１と蛍光体１３との間に形成された空間に拡散させる。この空間を形成するケース１４の内側は反射面になっており、複数のＬＥＤチップ１１の各々から放射された青色光または紫外光は混合され、また、一部は反射面で反射されて蛍光体１３に照射される。
【００３５】
蛍光体１３は、複数のＬＥＤチップ１１からの青色光または紫外光を受けて励起されることにより白色光を発生する。この場合、蛍光体１３の発光量は、ＬＥＤチップ１１が密に配置されている部分に対応するＡ部が最も多く、Ｂ部に近づくにしたがって徐々に減少する。この蛍光体１３で発生された光は、蛍光体１３が露出した開口部１７を発光面として、凸レンズ２に向けて放射される。
【００３６】
凸レンズ２は、この発明の光学部材に対応し、面光源１の発光面からの光を、前面レンズ６を介して車両の前方路面に投影する。これにより、前方路面上に面光源の実像が形成され、プロジェクタタイプの車載用ヘッドランプとして機能する。この場合、面光源１のＡ部から発せられた明るい光は、車両の前方正面の遠い部分（ＳＡ部）に投影され、面光源１のＢ部から発せられた比較的暗い光は、車両の前方正面の近い部分（ＳＢ部）に投影される。これにより、車載用ヘッドランプとして不可欠な、正面の遠方を明るく、近傍を比較的暗く照らすという配光が実現されている。
【００３７】
また、車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状、つまり車両の前方左右方向の配光は、配光調節部によって調節される。すなわち、配光調節部によって遮光される部分は、車両の前方正面の遠い部分（ＳＡ部）の右側、つまり、対向車線側であり、これにより、対向車線側は対向車を運転するドライバに直接光が届かないように上部に光を漏らすことなく路面を照らし、歩道側は路面および歩道側の状態を視認できるように対向車線側より上部も照らすことができ、そして、ドライバが注視すべき中央遠方を最も明るく照らすことができる。
【００３８】
ＶＦＤ、ＣＲＴおよびＦＥＤは、フィラメントまたは電極といった電子放射素子によって放出された電子を、赤、青および緑の各色を発光する蛍光体に照射して、各蛍光体が電子のエネルギを得て発する各発光色を混合して白色光として出力する。
【００３９】
図１１は、ＶＦＤを用いた面光源１の詳細な構造を示す図であり、図１１（ａ）は正面図、図１１（ｂ）は側面図である。面光源１は、複数の励起素子としての複数のフィラメント１８がガラス板１９の裏側に配置されて成る励起部と、この励起部（複数のフィラメント１８）から所定距離だけ離して配置された面状の蛍光体１３と、これら複数のフィラメント１８および蛍光体１３を収納するケース１４と、ケース１４の裏面（蛍光体１３が取り付けられる面と反対の面）に設けられた放熱部１５を備えている。
【００４０】
複数のフィラメント１８は、ガラス板１９の裏側に疎密を有するように、具体的には、図中の上側（Ｂ部）が「疎」となり、下側（Ａ部）になるにしたがって「密」となるように配置されている。また、蛍光体１３（開口部門と略同形状）のＡ部の右側の一部は、図１１（ａ）に示すように、切り取られており、この切り取られた領域１６が、車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状、つまり車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。また、ケース１４のガラス板１９側の端部は、ガラス板１９の周縁を覆うように折り曲げられて枠１４ａが形成されており、この枠１４ａにより、発光面の開口部１７（蛍光体と略同形状）が形成されている。
【００４１】
放熱部１５は、複数のフィンを備えたヒートシンクから構成されており、蛍光体１３が発生した熱を放出する。この構成により、蛍光体１３の温度上昇を抑制でき、蛍光体１３の劣化を抑えて寿命を伸ばすことができる。なお、蛍光体１３を放熱部１５に直接に貼り付けて、放熱部１５をアノード電極の一部としながらケース１４の外壁にすることもできる。この場合、放熱部１５の各フィンは、蛍光体１３の位置に応じて放熱容量が異なるように、例えば、図１３の説明に詳細を示し、本図においては図示を省略しているが、図中の上側（Ｂ部）のフィンを短くして放熱容量を小さくし、下側（Ａ部）になるにしたがってフィンを長くして放熱容量が大きくなるように構成することができる。この構成により、発光量の多い部分は、励起する電流の密度が高く、必然的に発熱量が多くなるが、発熱量の多い部分の放熱容量が大きくなるので、ケース１４の温度を均衡化でき、局部的な過熱による部分的な劣化を抑制することができる。
【００４２】
上記のように構成される面光源１において、複数のフィラメント１８は、電流の通電によって発熱し、一定の高電圧が印加されることにより熱電子を放出する。複数のフィラメント１８の各々から放出された熱電子は蛍光体１３に照射される。蛍光体１３は、赤、青および緑の各色を発光する蛍光物質から成り、複数のフィラメント１８からの熱電子が衝突して励起されることにより発生した各発光色を混合して白色光として出力する。この場合、蛍光体１３の発光量は、フィラメント１８が密に配置されている部分に対応するＡ部が最も多く、Ｂ部に近づくにしたがって徐々に減少する。この蛍光体１３で発生された光は、ガラス板１８が露出した開口部１７から、凸レンズ２に向けて放射される。以下、上述したＬＥＤを用いた面光源１と同様に、車載用ヘッドランプとして不可欠な配光で、車両の前方路面が照射される。
【００４３】
なお、上述したＶＦＤを用いた面光源１では、複数のフィラメント１８を、Ｂ部が「疎」となり、Ａ部になるにしたがって「密」となるように配置したが、複数のフィラメント１８を一定間隔で配置し、Ｂ部のフィラメントには低電圧を印加し、Ａ部になるにしたがって印加する電圧を高くするように構成することもできる。または、一定の高電圧が印加される複数のフィラメント１８を一定間隔で配置し、Ｂ部におけるフィラメント１８と蛍光体１３の距離を大きくし、Ａ部になるにしたがって距離を近づけるように構成することもできる。これらの場合も、複数のフィラメント１８を疎密に配置する場合と同様の作用および効果を奏する。
【００４４】
ＨＣＦＬおよびＣＣＦＬは、フィラメントまたは電極といった電子放射素子によって放出された電子を、内部の内封ガスに衝突させて励起することにより紫外光を発生させ、この発生された紫外光を赤、青および緑の各色を発光する蛍光体に照射して、各蛍光体が紫外光のエネルギを得て発する各発光色を混合して白色光として出力する。
【００４５】
図１２は、バリア放電形のＣＣＦＬを用いた面光源１の詳細な構造を示す側面図である。面光源１は、ガラス板１９の表面に取り付けられた透明電極２０と、このガラス板１９の裏面に取り付けられた板状の蛍光体１３と、これらガラス板１９、透明電極２０および蛍光体１３を収納するケース１４の一部に形成された電極２１と、この電極２１に取り付けられた放熱部１５を備えている。この発明の励起部は、透明電極２０および電極２１により構成されている。
【００４６】
透明電極２０と電極２１は、それらの間隔が、図中の上側（Ｂ部）が広くなり、下側（Ａ部）になるにしたがって狭くなるように配置され、所謂、楔型の空間が形成されている。また、電子の衝突により発生した紫外光を有効に蛍光体１３に照射するために、電極２１の表面２１ａは鏡面にされている。さらに、図示は省略するが、図１１（ａ）に示したＶＦＤを用いた面光源１と同様に、蛍光体１３のＡ部の右側の一部は切り取られており、この切り取られた領域が、車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状、つまり車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。また、ケース１４のガラス板１９側の端部は、ガラス板１９の周縁を覆うように折り曲げられて枠１４ａが形成されており、この枠１４ａにより、発光面の開口部１７が形成されている。
【００４７】
放熱部１５は、複数のフィンを備えたヒートシンクから構成されており、電極２１が発生した熱を放出する。この構成により、電極２１の温度上昇を抑制でき、電極２１の劣化を抑えて寿命を伸ばすことができる。この場合、放熱部１５の各フィンは、蛍光体１３の位置に応じて放熱容量が異なるように、例えば、図中の上側（Ｂ部）のフィンを短くして放熱容量を小さくし、下側（Ａ部）になるにしたがってフィンを長くして放熱容量が大きくなるように構成することができる。この構成により、発光量の多い部分は、励起する電流の密度が高く、必然的に発熱量が多くなるが、発熱量の多い部分の放熱容量が大きくなるので、ケース１４の温度を均衡化でき、局部的な過熱による部分的な劣化を抑制することができる。
【００４８】
電極２１は、透明電極２０との間に一定の高周波の高電圧が印加されることにより電子を放出する。この放出された電子は、封入ガスに衝突して励起することにより紫外光を発生させる。この発生された紫外光が蛍光体１３に照射されて蛍光体１３が励起されることにより白色光が出力される。この場合、蛍光体１３の発光量は、透明電極２０と電極２１との間隔が近いＡ部が最も多く、Ｂ部に近づくにしたがって徐々に減少する。この蛍光体１３で発生された光は、ガラス板１９上の透明電極２０が露出した開口部１７を発光面として、凸レンズ２に向けて放射される。以下、上述したＬＥＤを用いた面光源１と同様に、車載用ヘッドランプとして不可欠な配光で、車両の前方路面が照射される。
【００４９】
なお、電子による励起によって蛍光体を発光させる場合は、ＬＥＤ（ＣＲＴおよびＦＥＤも同様）を用いた面光源１と同様に、励起面の裏面から光を発するように構成できるし、または、ＶＦＤを用いた面光源１のように電子の照射方向に反射して光を発するように構成することもできる。
【００５０】
図１３は、ＦＥＤを用いた面光源１の詳細な構造を示す図であり、図１３（ａ）は正面図、図１３（ｂ）は側面図である。ＦＥＤの構造は、白色光を反射によって発光する構造であれば、図４に示すような、蛍光体を電極に平行に対向させる構造に限定されない。図１３に示す面光源１は、微細な突起部を有する励起部としての電極２２と、この電極２２に対して４５°の傾斜を有するように配置された板状の蛍光体１３と、これら電極２２および蛍光体１３を収納するケース１４と、ケース１４の外側の一面（蛍光体１３と反対の面）に取り付けられた放熱部１５と、ケース１４の開口部１７に設けられたガラス板１９を備えている。
【００５１】
電極２１から蛍光体１３までの距離は、図中の上側（Ｂ部）が遠くなり、下側（Ａ部）になるにしたがって近くなる。また、図１３（ａ）に示すように、蛍光体１３のＡ部の右側の一部は切り取られており、この切り取られた領域１６が、車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状、つまり車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。また、ケース１４のガラス板１９側の端部は、蛍光体１３の周縁を覆うように折り曲げられて枠１４ａが形成されており、その枠１４ａのＡ部の一部分は、幅広になっている。この枠１４ａにより、発光面の開口部１７が形成されている。ケース１４の端部に形成された枠の幅広になっている部分は、蛍光体１３からの光を遮蔽する遮光部１４ｂであり、これも車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。
【００５２】
放熱部１５は、複数のフィンを備えたヒートシンクから構成されており、蛍光体１３が発生した熱を放出する。この構成により、蛍光体１３の温度上昇を抑制でき、蛍光体１３の劣化を抑えて寿命を伸ばすことができる。なお、蛍光体１３を放熱部１５に直接に貼り付けて、放熱部１５をアノード電極の一部としながらケース１４の外壁にすることもできる。この場合、放熱部１５の各フィンは、蛍光体１３の位置に応じて、放熱容量が異なるように、例えば、図中の上側（Ｂ部）のフィンを短くして放熱容量を小さくし、下側（Ａ部）になるにしたがってフィンを長くして放熱容量が大きくなるように構成することができる。この構成により、発光量の多い部分は、励起する電流の密度が高く、必然的に発熱量が多くなるが、発熱量の多い部分の放熱容量が大きくなるので、ケース１４の温度を均衡化でき、局部的な過熱による部分的な劣化を抑制することができる。
【００５３】
電極２２は、一定の高電圧が印加されることにより突起部から電子を放出する。この放出された電子によって蛍光体１３が励起されることにより白色光が出力される。この場合、蛍光体１３の発光量は、電極２２と蛍光体１３との距離が近いＡ部が最も多く、Ｂ部に近づくにしたがって徐々に減少する。この蛍光体１３で発生された光は、ガラス板１９が露出した開口部１７から凸レンズ２に向けて放射される。以下、上述したＬＥＤを用いた面光源１と同様に、車載用ヘッドランプとして不可欠な配光で、車両の前方路面が照射される。
【００５４】
なお、電極２２と蛍光体１３とが接近している部分は、開口部１７から奥まった位置になり、開口部１７から離れるため、凸レンズ２を使用したときに発生する色収差の問題を解消することができ、車載用ヘッドランプの設計の自由度が高くなる。
【００５５】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプによれば、蛍光体１３による発光部と、ＬＥＤまたは電子放射素子などによる励起部とを分離して配置するように構成したので、両者の発する熱を互いに伝わり難くすることができ、相互に影響して両者が過熱し劣化するという問題を回避できる。
【００５６】
また、発光部を、面積を有する面光源で構成したので、蛍光体１３の単位面積当たりの発光量を適切な（低い）値に留めることができる。その結果、過度に発光させる必要がないので発熱を抑えることができ、蛍光体の発光効率の低下または発光する色度の変化などといった蛍光体の劣化を抑制し、発光部の寿命を長くすることができる。
【００５７】
また、例えば、特許文献１に開示されているような砲弾形のＬＥＤを並べることによって面光源を形成すれば、個々のＬＥＤが発する光が指向性を持ち、個々のＬＥＤの中央軸線上がスポット状に明るくなるため、照射面の明るさは斑になりやすい。これに対し、この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプによれば、個々のＬＥＤが発する光または電子放射素子が放射する電子を蛍光体に適切に照射することができるので、従来のＬＥＤを並べた擬似面光源より、発光量および発光色ともに斑のない面光源を実現することができ、良好な車載用ヘッドランプの照射光を実現できる。
【００５８】
また、例えば、特許文献３、特許文献４および特許文献５に開示されているような個々のＬＥＤに備えた凸レンズの色収差による照射光の色斑、個々のＬＥＤに備えた蛍光体を通過する励起光は中央が多く（励起光が青色ならば透過する青色光が強く青色が勝る）、周辺部では少ない（励起光が青色ならば蛍光発光する黄色光が強く黄色が勝る）ため、個々の発光色の中にも色斑が存在し、生成された発光面の色斑が顕在化しやすいが、この実施の形態１に係る車載用ヘッドランプによれば、このような問題も生じない。
【００５９】
また、同じ発光量のＬＥＤの面状に配置しただけでは車載用ヘッドランプとして必要な正面遠方を照らす明るい発光を斑なく実現することは困難であるが、この実施の形態１に係る車載用ヘッドランプによれば、個々のＬＥＤチップが発する青色光または紫外光、または、電子放射素子が発する電子は拡散状態になるので、発光源または電子放射源を接近させて複数並べて蛍光体を励起すれば、隣接して照射された光や電子は互いに混合して蛍光体を発光させるので、斑のない照射面を構成できる。
【００６０】
なお、発光面を複数に分割し、車載用ヘッドランプの配光を「走行用の配光」、「高速道路用の配光」、「すれ違い用の配光」または「コーナリング用の配光」というように、車両の状態に応じて、適宜選択または切り替えるように構成することもできる。
【００６１】
さらに、車載用ヘッドランプに必要な光度（単位ｃｄ）または照度（単位ｌｘ）を得るためには、ＬＥＤを使用する場合は、１個あたりの光束（単位ｌｍ）が少ないので複数点灯して必要な光束を確保する必要がある。例えば、Ｄ２タイプの放電灯（３５Ｗ）の光束は約３０００ｌｍであり、車載用ヘッドランプの光として発光量の１／２を使用するとして、実質的に１５００ｌｍの光束が車載用ヘッドランプとして使用されている。放電灯方式の車載用ヘッドランプと同等の明るさをＬＥＤによって得るためには、個々のＬＥＤが発生する光束を７５ｌｍとすれば、２０個のＬＥＤを同時に点灯する必要がある。すなわち、点光源の放電灯であっても、２０個のＬＥＤチップを用いた光源であっても、さらに広い面積の面光源であっても、実質的に１５００ｌｍの光束があれば、同等な性能の車載用ヘッドランプを構成できる。
【００６２】
また、蛍光体（波長変換素子）が青色光または紫外光を吸収して異なった色（波長）の光を発するときは変換損失が生じ、この損失により熱を発生する。したがって、小さな面積で大量に発光（波長変換）するときには小さな蛍光体に発熱が集中して過熱する。この過熱は、ストレスとなって蛍光体を劣化させ、寿命が短縮する。
【００６３】
しかしながら、ＬＥＤチップを用いた面光源の蛍光体（隣接するＬＥＤチップの間に対応する部分にも蛍光体が存在する）の面積は、小さな砲弾形ＬＥＤの中に収納された蛍光体（ＬＥＤチップの面積と略同サイズ）の総面積より広いため、面光源の蛍光体の単位面積当たりの発光量は、ＬＥＤチップ内蛍光体の発光量より低くできる。つまり、１面の蛍光体による面光源にすれば、蛍光体の青色光または紫外光を白色光に変換するための単位面積当たりの負荷を軽減することができるので、変換による単位面積当たりの発熱を低下させることができ、蛍光体の寿命を伸ばすことができる。
【００６４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る車載用ヘッドランプは、光学部材として、凸レンズの代わりに、凹面鏡を用いたものである。
【００６５】
図１４は、この発明の実施の形態２に係る車載用ヘッドランプの構造を示す図であり、図１４（ａ）は、右側の車載用ヘッドランプの上面図、図１４（ｂ）は、その側面図である。この車載用ヘッドランプは、面光源１、光学部材としての凹面鏡７、ヒートパイプ３、制御回路４、および、これらを収納するヘッドランプケース５から構成されている。ヘッドランプケース５の前面側の一部には、図１（ｂ）に示すように、前面レンズ６が形成されている。以下、実施の形態１と相違する部分を中心に説明する。
【００６６】
凹面鏡７は、この発明の光学部材に対応し、面光源１の発光面からの光を反射させ、前面レンズ６を介して車両の前方路面に投影する。これにより、前方路面上に面光源の実像が形成され、反射鏡（パラボラ）タイプの車載用ヘッドランプとして機能する。
【００６７】
面光源１は、凹面鏡７の前方であって、ヘッドランプケース５の一部を形成する前面レンズ６の下方側に配置されている。この反射鏡タイプの車載用ヘッドランプにおいては、面光源１を前面レンズ６の下部に配置することが可能であり、この配置により、車載用ヘッドランプの内部の気体に対流が発生し、この対流による気体の流れによって面光源１を冷却することができる。なお、対流の上昇気流によって伝えられる熱によって直上の前面レンズ６が加温され、前面レンズ６に雪が付着することを防ぐという効果も奏する。
【００６８】
また、ヒートパイプ３による冷却も効果的であり、前後方向の奥行きより左右方向が長い車載用ヘッドランプにおいて、ヒートパイプ３の敷設による熱の運搬と内部空間の加温によって、面光源１の冷却効率と、前面レンズ６の加温効率を同時に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプの構造を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプで使用できる光源としてのＶＦＤの概略を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプで使用できる光源としてのＣＲＴの概略を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプで使用できる光源としてのＦＥＤの概略を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプで使用できる光源としてのＨＣＦＬの概略を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプで使用できる光源としてのＣＣＦＬの概略を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプで使用できる光源としてのＬＥＤの概略を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプにおいて使用される、ＬＥＤを用いた面光源の詳細な構造を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプにおいて使用される凸レンズの色収差および焦点面の湾曲による影響を補正する構造を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプにおいて使用される凸レンズの色収差および焦点面の湾曲による影響を補正する構造を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプにおいて使用される、ＶＦＤを用いた面光源の詳細な構造を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプにおいて使用される、バリア放電形のＣＣＦＬを用いた面光源の詳細な構造を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る車載用ヘッドランプにおいて使用される、ＦＥＤを用いた面光源の詳細な構造を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る車載用ヘッドランプの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  面光源、２，２ａ  凸レンズ（光学部材）、２ｂ  衝立、３  ヒートパイプ、４  制御回路、５  ヘッドランプケース、６  前面レンズ、７  凹面鏡（光学部材）、１１  ＬＥＤチップ（励起部）、１２  基板、１３  蛍光体（発光部）、１４  ケース、１４ａ  枠、１４ｂ  遮光部（配光調節部）、１５  放熱部、１６  領域、１７  開口部、１８  フィラメント（励起部）、１９  ガラス板、２０  透明電極（励起部）、２１  電極（励起部）、２１ａ  電極の表面、２２  電極（励起部）。
【図１】
0004884354.tif 000002
【図２】
0004884354.tif 000003
【図３】
0004884354.tif 000004
【図４】
0004884354.tif 000005
【図５】
0004884354.tif 000006
【図６】
0004884354.tif 000007
【図７】
0004884354.tif 000008
【図８】
0004884354.tif 000009
【図９】
0004884354.tif 000010
【図１０】
0004884354.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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