JP6073721B2 - Ｌｅｄ光源ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ光源ユニットに関するものであり、詳しくは、発光色が異なる複数種のＬＥＤを光源とし、夫々のＬＥＤ光源からの出射光をリフレクタで光路制御してその光路制御光の加法混色により所望する色相の光を得るＬＥＤ光源ユニットに関する。

従来、複数のＬＥＤを光源とし、夫々のＬＥＤ光源からの出射光をリフレクタで光路制御するＬＥＤ光源ユニットとしては、特許文献１に「車両用灯具」の「集光ユニット」として図７に示す構成のものが開示されている。

それは、光源部８０を３つのＬＥＤチップ８１、８２、８３で構成し、３つのＬＥＤチップ８１、８２、８３を車両の幅方向に沿って配置すると共に、光源部８０の中央に位置するＬＥＤチップ８２の位置を焦点位置とし仮想線８６を中心軸とする仮想放物面８４を備えたリフレクタ８５を有するものである。

そして、ＬＥＤチップ８１、８２、８３の夫々からの出射光をリフレクタ８５の仮想放物面８４によって所定方向に反射することにより、反射光を所望の光度分布を有する照射光として車両前方に向けて照射するものである。

特開２０１０−１５３２６９号公報

ところで、上記特許文献１で開示された車両用灯具の集光ユニット９０において、光源部８０を構成する３つのＬＥＤチップ８１、８２、８３を夫々発光色が異なるＬＥＤチップ（例えば、赤色光を発光する赤色ＬＥＤチップ、緑色光を発光する緑色ＬＥＤチップ及び青色光を発光する青色ＬＥＤチップ）とし、各ＬＥＤチップからの出射光の加法混色によって得られた混色光（例えば、白色光）を照射光とする場合、照射光の混色性が問題となる。

具体的には、上述したように、各ＬＥＤチップからの出射光は、そのうちの１つのＬＥＤチップの位置を焦点位置とする仮想放物面により反射されるために夫々のＬＥＤチップからの出射光が一点に集光することはなく、良好な混色性を得ることは難しい。

また、各ＬＥＤチップからの出射光の加法混色によって所望する色相の光を得る場合は、各ＬＥＤチップ毎に出射光の明るさの調整を行う必要がある。ＬＥＤチップの出射光の明るさの調整は、ＬＥＤチップを直流駆動する場合は駆動電流の電流値を調整し、パルス駆動する場合は例えばデューティ比を調整する。但し、いずれの場合も、制御回路及び駆動回路等の周辺回路が複雑になり、回路設計の複雑化及び回路設計の設計自由度の低下が生じ、製造コストのコストアップの要因となる。

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、混色性が良好で且つ周辺回路の簡素化が実現できるＬＥＤ光源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、発光色が異なる複数種のＬＥＤ素子と、前記複数種のＬＥＤ素子の夫々の位置を各焦点位置とする複数の回転放物反射面を有し、前記複数種のＬＥＤ素子の夫々から出射して前記複数の回転放物反射面の夫々で反射した反射光の加法混色によって所望の色相の光を得るＬＥＤ光源ユニットであって、前記複数の回転放物反射面の夫々は、所望の色相の光を形成するのに必要な前記複数種のＬＥＤ素子の夫々からの出射光の光束比又は光度比に対する、前記複数種のＬＥＤ素子の夫々を所定の駆動電流で駆動したときの各ＬＥＤ素子からの出射光の光束又は光度の比率を求め、半球体において前記求められた比率の立体角に対応する弧の長さの比率を、周方向の弧の長さの比率とす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、前記複数種のＬＥＤ素子の夫々に対応する前記回転放物反射面は、１個以上の回転放物反射面で構成されてい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１又は請求項２において、前記回転放物反射面は、いずれも繋がって並設されてい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〜請求項３のいずれかにおいて、前記回転放物反射面は、いずれの中心軸も一点で交差していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、前記複数種のＬＥＤ素子は、赤色光を発光する赤色ＬＥＤ素子、緑色光を発光する緑色ＬＥＤ素子及び青色光を発光する青色ＬＥＤ素子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６に記載された発明は、請求項１〜請求項５いずれかにおいて、前記複数種のＬＥＤ素子は、一つのパッケージ内に一体に収容されてなることを特徴とするものである。

本発明のＬＥＤ光源ユニットは、反射光の加法混色によって所望の色相の光を形成する回転放物反射面を、所望の色相の光を形成するのに必要な複数種のＬＥＤ素子の夫々からの出射光の光束比又は光度比に対する、複数種のＬＥＤ素子の夫々を所定の駆動電流で駆動したときの各ＬＥＤ素子からの出射光の光束又は光度の比率を求め、半球体において前記求められた比率の立体角に対応する弧の長さの比率を、周方向の弧の長さの比率とした。

その結果、複数種のＬＥＤ素子の駆動（点灯）電流を調整することなく設定された電流値で駆動することで所望の色相の光を得ることができるため、ＬＥＤ素子の制御回路及び駆動回路等の周辺回路が簡素化され、回路設計の単純化及び回路設計の設計自由度の向上が図られ、製造コストの低コスト化が実現する。

実施形態のＬＥＤ光源ユニットの立体分解図である。 同じく、実施形態のＬＥＤ光源ユニットの立体分解図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ線の一部拡大断面図である。 回転放物反射面の弧の長さの比率を求める説明図である。 集光の説明図である。 従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図６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は実施形態のＬＥＤ光源ユニットを前方斜め上方から見た立体分解図、図２はＬＥＤ光源ユニットを後方斜め下方から見た立体分解図、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線の一部拡大断面図である。

本発明のＬＥＤ光源ユニットは、発光色が異なる複数種のＬＥＤを光源とし、夫々のＬＥＤ光源からの出射光をリフレクタで光路制御してその光路制御光の加法混色により所望する色相の光を得るものである。そこで、本実施形態においては、光源となる発光色が異なる複数種のＬＥＤの夫々を、赤色光を発光する赤色ＬＥＤ素子２、緑色光を発光する緑色ＬＥＤ素子３及び青色光を発光する青色ＬＥＤ素子４とし、赤色（Ｒ）ＬＥＤ素子（以下、「Ｒ素子」と略称する）２から発せられた赤色（Ｒ）光（以下、「Ｒ光」と略称する）、緑色（Ｇ）ＬＥＤ素子（以下、「Ｇ素子」と略称する）３から発せられた緑色（Ｇ）光（以下、「Ｇ光」と略称する）及び青色（Ｂ）ＬＥＤ素子（以下、「Ｂ素子」と略称する）４から発せられた青色（Ｂ）光（以下、「Ｂ光」と略称する）の加法混色によって白色（Ｗ）光（以下、「Ｗ光」と略称する）を得るものである。

光源装置１は、発光源となるＲ素子２、Ｇ素子３及びＢ素子４が一つのパッケージ内に直線状に一体に収容された構成となっており、所謂「３ｉｎ１型」と称されるものである。

また、リフレクタ１１は、Ｒ素子２の位置を焦点位置とする赤色光用回転放物反射面（以下、「Ｒ光用回転放物反射面」と略称する）１２、Ｇ素子３の位置を焦点位置とする緑色光用回転放物反射面（以下、「Ｇ光用回転放物反射面」と略称する）１３及びＢ素子４の位置を焦点位置とする青色光用回転放物反射面（以下、「Ｂ光用回転放物反射面」と略称する）１４が夫々個別に独立して設けられる共に、各回転放物反射面１２、１３、１４は夫々の中心軸Ｘ_Ｒ、Ｘ_Ｇ、Ｘ_Ｂをほぼ同じような方向（厳密には異なる方向）に向けた状態で繋がって並設されており、各回転放物反射面１２、１３、１４による反射光を所定の一点の位置に集光して集光したＲ光、Ｇ光及びＢ光の加法混色によって所望の色相のＷ光を得るものである。

従って、光源装置１は、該光源装置１に収容されたＲ素子２、Ｇ素子３及びＢ素子４の直線状の実装方向が、各回転放物反射面１２、１３、１４の中心軸Ｘ_Ｒ、Ｘ_Ｇ、Ｘ_Ｂに対してほぼ垂直な方向となるように配置されている。

次に、Ｒ光用回転放物反射面１２、Ｇ光用回転放物反射面１３及びＢ光用回転放物反射面１４について、周方向の弧の長さを設定する設定方法について、以下に詳細に説明する。

まず、Ｒ素子２、Ｇ素子３及びＢ素子４の駆動方法を設定する。本実施形態においては、Ｒ素子２、Ｇ素子３及びＢ素子４の夫々を、いずれも同一の電流値で直流駆動するものとする。

次に、設定された電流値で駆動（点灯）したときのＲ素子２、Ｇ素子３及びＢ素子４の夫々から発せられたＲ光、Ｇ光及びＢ光のＸＹ色度座標上の位置（座標値）及び光度Ｒν、Ｇν及びＢνを求める。また、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の加法混色によって求めるＷ光のＸＹ色度座標上の位置（座標値）を設定する。

次に、ＸＹ色度座標上におけるＲ光、Ｇ光、Ｂ光及びＷ光の位置（座標値）から、Ｗ光を形成するために必要なＲ光、Ｇ光、Ｂ光の夫々の光束比を算出する。そして、算出されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光の光束比α：β：γに対するＲ素子２、Ｇ素子３、Ｂ素子４の夫々から出射されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光の光度Ｒν、Ｇν、Ｂνの比率を求める。つまり、（α／Ｒν）、（β／Ｇν）、（γ／Ｂν）を計算する。すると、Ｒ素子２、Ｇ素子３、Ｂ素子４から出射されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光の夫々の光度に対して（α／Ｒν）：（β／Ｇν）：（γ／Ｂν）の比率で加法混色することにより所望するＷ光を得ることができる。

換言すると、Ｒ素子２、Ｇ素子３、Ｂ素子４の夫々から出射されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光について、（α／Ｒν）：（β／Ｇν）：（γ／Ｂν）の比率の立体角内を進む光（光束）の加法混色で所望するＷ光を得ることができる。

そこで、図５（回転放物反射面の弧の長さの比率を求める説明図）に示すように、寸法形状が同一の３つの回転放物反射面Ｐ_Ｒ、Ｐ_Ｇ、Ｐ_Ｂを想定し、半球体における夫々（α／Ｒν）：（β／Ｇν）：（γ／Ｂν）の比率の立体角ω_Ｒ、ω_Ｇ、ω_Ｂに対応する弧の長さの比率Ｌ_Ｒ：Ｌ_Ｇ：Ｌ_Ｂを算出し、回転放物反射面Ｐ_Ｒ、Ｐ_Ｇ、Ｐ_Ｂの夫々を比率Ｌ_Ｒ：Ｌ_Ｇ：Ｌ_Ｂで切り取ってＲ光用回転放物反射面１２、Ｇ光用回転放物反射面１３、Ｂ光用回転放物反射面１４とする。これを、夫々の焦点位置をＲ素子２、Ｇ素子３、Ｂ素子４の位置として中心軸Ｘ_Ｒ、Ｘ_Ｇ、Ｘ_Ｂをほぼ同じような方向に向けた状態で繋ぐことによりリフレクタ１１が形成される（図４参照）。

ところで、各素子２、３、４からの出射光は基板の一方の面側のみに放射される。したがって、各素子２、３、４からの出射光は半全立体角の範囲内に放射されることになる（図５参照）。

なお、各回転放物反射面１２、１３、１４について、周方向の弧の長さの比率Ｌ_Ｒ、：Ｌ_Ｇ、：Ｌ_Ｂを設定する設定方法として、上記以外の方法も可能である。

それは、上記においては、Ｒ素子２、Ｇ素子３及びＢ素子４の夫々から発せられたＲ光、Ｇ光、Ｂ光及び求めるＷ光の夫々のＸＹ色度座標上の位置から、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の夫々の光度に対する（α／Ｒν）：（β／Ｇν）：（γ／Ｂν）の加法混色比率を得たが、その代わりに、実際にＲ光、Ｇ光及びＢ光の夫々の光度を調整しながら集光して所望の色相のＷ光を形成し、そのときの、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の夫々の光度の比率を、上述の光束比に代わって用いるものである。この方法は、混色光を実際に目で見ながら色相の設定ができること及び所望の混色光を形成したときのＲ光、Ｇ光及びＢ光の光度の実測値を用いることにより、上記のようなＸＹ色度座標に基づく計算が不要であり、簡便な方法と言える。

以上で、リフレクタ１１を構成するＲ光用回転放物反射面１２、Ｇ光用回転放物反射面１３及びＢ光用回転放物反射面１４の周方向の弧の長さの比率は設定されたが、夫々の回転放物反射面１２、１３、１４の中心軸Ｘ_Ｒ、Ｘ_Ｇ、Ｘ_Ｂの正確な方向はまだ設定されていない。

そこで、図６（集光の説明図）にあるように、Ｒ素子２から出射してＲ光用回転放物反射面１２で反射した反射光Ｂ_Ｒ、Ｇ素子３から出射してＧ光用回転放物反射面１３で反射した反射光Ｂ_Ｇ及びＢ素子４から出射してＢ光用回転放物反射面１４で反射した反射光Ｂ_Ｂが集光する一点の位置Ｑを設定し、回転放物反射面１２、１３、１４の夫々の方向を、夫々の中心軸Ｘ_Ｒ、Ｘ_Ｇ、Ｘ_Ｂが集光位置を通るように設定する。

これにより、Ｒ素子２、Ｇ素子３及びＢ素子４の夫々を、いずれも同一の電流値で直流駆動すると、Ｒ素子２から出射してＲ光用回転放物反射面１２で反射した反射光Ｂ_Ｒ、Ｇ素子３から出射してＧ光用回転放物反射面１３で反射した反射光Ｂ_Ｇ及びＢ素子４から出射してＢ光用回転放物反射面１４で反射した反射光Ｂ_Ｂはいずれも、所望の混色光（白色光）を形成する光度比に対応する光束を有するものとなり、所望の一点Ｑに集光した各反射光Ｂ_Ｒ、Ｂ_Ｇ、Ｂ_Ｂは所望の色相の混色光（白色光）を形成する。

なお、上記説明においては、１個のＬＥＤ光源装置１とリフレクタ１１との関係を説明したが、ＬＥＤ光源ユニットにおいては、複数のＬＥＤ光源装置１が例えば基板５上に実装されると共に夫々のＬＥＤ光源装置１毎にリフレクタ１１が設けられており、各リフレクタ１１は繋がって並設されてリフレクタ群１５を形成している。

ところで、本実施形態においては、ＬＥＤ光源装置１に収容されたＲ素子２、Ｇ素子３及びＢ素子４の夫々に対して１個の回転放物反射面１２、１３、１４が設けられているが、必ずしもこれに限られるものではなく、１個の素子に対して複数の回転放物反射面を設けることも可能である。その場合は、いずれの回転放物反射面も焦点の位置を素子の位置とすると共に回転放物反射面の中心軸が集光位置を通るものとし、且つ回転放物反射面の周方向の弧の長さの合計長が、上述の光束比あるいは光度比から導かれた立体角の比率に対応するものとする。

以上のように、本発明に係わる本実施形態のＬＥＤ光源ユニットは、Ｒ素子２、Ｇ素子３及びＢ素子４の夫々に対して駆動（点灯）電流を調整することなく、同一の電流値で駆動することにより所望の混色光（白色光）を得ることができる。そのため、ＬＥＤ素子の制御回路及び駆動回路等の周辺回路が簡素化され、回路設計の単純化及び回路設計の設計自由度の向上が図られ、製造コストの低コスト化が実現する。

また、回転放物反射面１２、１３、１４による反射光を所定の一点の位置に集光して集光したＲ光、Ｇ光及びＢ光の加法混色によって所望の色相のＷ光を得るため、得られたＷ光は良好な混色性を有するものとなる。

また、種々のＬＥＤ光源ユニットに対して、ＬＥＤ素子の制御回路及び駆動回路等の周辺回路を標準化することができ、製造コストを低減することができる。

更に、同種の複数のＬＥＤ光源ユニットのいずれに対しても、同一の駆動電流でＬＥＤ素子を駆動することができる。そのため、ＬＥＤ光源ユニット内及び複数のＬＥＤ光源ユニット間のいずれにおいても混色光の色相のバラツキが少なく、優れた見栄え及び高い商品性を実現する。

なお、Ｒ素子２、Ｇ素子３及びＢ素子４をパルス駆動する場合は、同一周波数、同一デューティ比及び同一パルス電流で駆動し、Ｒ素子２から出射してＲ光用回転放物反射面１２ａで反射した反射光、Ｇ素子３から出射してＧ光用回転放物反射面１３ａで反射した反射光及びＢ素子４から出射してＢ光用回転放物反射面１３ａで反射した反射光の加法混色によって所望の混色光（Ｗ光）を得るものであるが、その時の回転放物反射面１２ａ、１３ａ、１４ａの周方向の弧に長さの比率は、上記直流電流で駆動したときと同様となる。

これにより、デューティ比を変えることなく、固定された同一のパルス電流により駆動されたＲ素子２、Ｇ素子３及びＢ素子４の夫々から出射したＲ光、Ｇ光及びＢ光により所望の混色光（Ｗ）光を得ることができる。

１… 光源装置
２… 赤色ＬＥＤ素子（Ｒ素子）
３… 緑色ＬＥＤ素子（Ｇ素子）
４… 青色ＬＥＤ素子（Ｂ素子）
５… 基板
１１… リフレクタ
１２… 赤色光用回転放物反射面（Ｒ光用回転放物反射面）
１３… 緑色光用回転放物反射面（Ｇ光用回転放物反射面）
１４… 青色光用回転放物反射面（Ｂ光用回転放物反射面）
１５… リフレクタ群
３０… ＬＥＤ光源ユニット

Claims (6)

1. 発光色が異なる複数種のＬＥＤ素子と、
   前記複数種のＬＥＤ素子の夫々の位置を各焦点位置とする複数の回転放物反射面を有し、
   前記複数種のＬＥＤ素子の夫々から出射して前記複数の回転放物反射面の夫々で反射した反射光の加法混色によって所望の色相の光を得るＬＥＤ光源ユニットであって、
   前記複数の回転放物反射面の夫々は、所望の色相の光を形成するのに必要な前記複数種のＬＥＤ素子の夫々からの出射光の光束比又は光度比に対する、前記複数種のＬＥＤ素子の夫々を所定の駆動電流で駆動したときの各ＬＥＤ素子からの出射光の光束又は光度の比率を求め、半球体において前記求められた比率の立体角に対応する弧の長さの比率を、周方向の弧の長さの比率とすることを特徴とするＬＥＤ光源ユニット。
2. 前記複数種のＬＥＤ素子の夫々に対応する前記回転放物反射面は、１個以上の回転放物反射面で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源ユニット。
3. 前記回転放物反射面は、いずれも繋がって並設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ光源ユニット。
4. 前記回転放物反射面は、いずれの中心軸も一点で交差していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ光源ユニット。
5. 前記複数種のＬＥＤ素子は、赤色光を発光する赤色ＬＥＤ素子、緑色光を発光する緑色ＬＥＤ素子及び青色光を発光する青色ＬＥＤ素子であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ光源ユニット。
6. 前記複数種のＬＥＤ素子は、一つのパッケージ内に一体に収容されてなることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ光源ユニット。

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