专利名称：车辆用前照灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及在把发光二极管等半导体发光元件用于光源中的车辆用前照灯中用于切换多个照射光束得到功能性配光的技术。
背景技术：
在车辆用灯具光源中使用白热灯泡和放电灯，但为了省电和小型化等，可以考虑使用半导体的发光二极管(LED)等发光元件。
例如，作为使用LED的灯具实施例，有高位制动灯和后侧信号灯等。
但是，在把使用LED等半导体发光元件用于车辆用前照灯光源时，为了能做出会车光束的配光图形，必须要在光学设计上下功夫。例如，众所周知使用配置或矩阵状的多个半导体光源进行种种光功能切换的结构状态(例如，参照日本专利文献1特开2001-266620号公报，参见图1、图5)。
发明内容
发明要解决的技术问题可是，在使用车辆用前照灯时，因必须要对行走用光束和会车光束进行切换，在用多个发光元件的结构形态中，必须要对应光束选择要使用的发光元件。但是，因为至今已知的发光元件设计没有充分考虑车辆用配光，在把这种元件用于光源进行光学设计时，存在各种问题。例如，在会车光束配光时难以明确形成规定明暗区域的明暗分界线(或隔离线)。另外，在使用多个发光元件的情况下，发光元件占据空间增加也是个问题。
因此，本发明所要解决的技术问题是在使用LED等发光元件的车辆用前照灯中容易进行配光设计。
解决技术问题的技术方案本发明的车辆用前照灯，具有使用半体体的发光元件和含有反射镜或透镜的光学系统，其中，发光元件包括用于第一照射光束的一个或多个发光部和用于第二照射光束的一个或多个发光部；通过各发光部各自独立发光切换照射光束。
因此，根据本发明，通过切换与使用的照射光束相应的发光元件内的发光部，就能容易地进行与照射目的相应的光学系统配光设计。
图1是表示发光元件构成例的说明图；图2是表示发光元件为矩形图形例的图；图3是表示侧视LED的说明图；图4与图5一起表示用于本发明发光元件的一例的图，是表示侧视发光元件的图；图5是从光轴方向看发光元件的图；图6是在发光部的投影像的说明图；图7与图8、图9一起表示用于本发明发光元件的一例的图，是表示从光轴方向看发光元件的图；图8是表示发光部间相对位置关系的说明图；图9是示意性表示发光元件的立体图；图10是表示用光遮蔽部使发光部分离的立体图；图11是对把多个发光部按一定方向配置的情况下的结构进行说明的示图；图12与图13一起表示本发明前照灯结构例，是利用从发光元件的直射光的构形态的说明图；图13是利用反射光的结构形态的说明图。
附图标记说明1、发光元件，1a、发光部，2、芯片部，3、反射部，4萤光体，5、透镜部，12、发光元件，13、透镜部，14、透镜部的中心轴，17、发光部，17a、长边，19、发光元件，19a、第一发光部，19b、第二发光部，20、透镜部，26、发光元件，26a、26b、发光部，27、遮光部，28、28’、发光部，29、35、车辆用前照灯，30、36、透镜，31、38、光学系统，32、39、发光元件，34、40、支撑部件，37、反射镜。
具体实施例方式
本发明涉及用发光元件作光源的车辆用前照灯，能适用于前大灯和雾灯。另外，在使用半导体的发光元件中，包括能pn接合进行顺向电流流动的发光LED和利用电场发光的EL元件等。
图1示出了以LED为例的结构。
发光元件1具有芯片部2、反射部3、荧光体4、透镜部5，在本实施例中，发光部1a由芯片部2、反射部3、荧光体4构成。
在芯片部2上使用如Al-In-Ga-P系、In-Ga-N系材料等，如图所示，例如可以采用把芯片部2装在支撑部件(引线架或底座等)上的直接安装方法，或把芯片部搭载在副安装部件后再把该部件装到支撑部件上的安装方法。另外，在形成芯片部2的电极上连接着焊线(未图示)。
反射部3设置在芯片部2周围。例如，芯片部2的支撑部件具有杯状部分，通过在其上形成凹面而形成反射面。在芯片部2上产生的光具有以发光元件的光轴为中心的指向特性，且随着远离光轴光强度变弱。因此，在区分为用6a表示直射光和用6b、6c表示的反射光时，光轴方向的直射光最强，为了能有效地利用由6b表示从芯片部2向侧方发出的光设置反射部3。即，在该反射部由3的反射面中使光反射成向前方(照射方向)的光。另外，由6c所示的光表示从发光层发出后表示为朝向照射方向反向侧的光，该光在芯片部2后端面上经反射成向前方的光，或者在芯片部2后端面上反射后从芯片部2的侧面发射出并在反射部3被反射。
荧光体4覆盖在芯片部2及其周围。例如，在要获得白色光时，可以用发青光的芯片部和YAG萤光体等发黄光的材料进行混色。
透镜部5可以配置在芯片部2的前方，或者制成把发光部1a包入树脂透镜内的结构。在利用后一种结构的情况下，采用把发光体整体埋入树脂中以提高指向性的方法，例如，已知的结构有在制动灯等中使用的制成炮弹型状的结构。为了从芯片部2广角放射的光在透镜内反射，且不成为从透镜侧面部发出的损失光，最好采用穹型或半球型的透镜。另外，最好通过利用全反射和反射方式控制光路，通过有效发出芯片部的放射光而提高光利用效率。
从发光元件的光轴方向看，在发光部的光源像为圆形的元件中，在发光部发出的光中其大半是直射光，有助于形成圆形图形，且位于其周围的圆环状图形是由透镜部侧面发出光作用下形成的，成为模拟光源。
在这种光源的光度分布具有绕光轴的旋转对称性的情况下，因根据从光轴方向看基本呈圆形的图形必须形成非旋转对称性配光图形，所以难以进行光学设计。例如，难以形成会车光束配光中明暗分界线式的直线部分(因为形成圆弧状的部分独立连接，难以形成明确的直线部分)。
所以，在发光元件的光度分布具有绕光轴的非旋转对称性的情况下，因发光部沿与发光元件的光轴垂直的方向呈横长形状，通过光学系统的投影图形图形形状就能具有直线部分。
图2是示意表示与发光元件相关的光源像图形形状例，表示从发光元件的光轴方向看的形状例。
如图所示，表示光源像7的图形形状外周缘形成大致矩形状的例。
在该实施例中，从光轴方向看的发光部1a的形状为长方形状，如后述，以该光源像为主向其纵向扩大。
另外，为获得横长投影图形可以用长方形状，但并不限于纵向端部为直线形状，例如，也可以如虚线7’所示光源像，在长方形四角中去掉角呈圆形的形状。
为获得这种光源像，在构成发光元件的芯片部、反射部、萤光体或透镜部的形状中，设计成具有能绕该发光元件光轴非旋转对称性。即，决定光源像图形形状的要素包括芯片部形状、反射部和萤光体的形状、透镜部的形状及材质以及与这些构成部件相关的光学位置关系。因此，根据使各要素组合的模拟结果(光线轨迹和光度分布)，就能设计具有期望光源像的发光元件。
决定发光部形状的因素主要包括芯片部外缘和反射部或萤光体的外周缘，这些尺寸误差的偏差大时会对配光设计产生不良影响。因此，外形尺寸误差最好规定在0.1mm(毫米)以下。
另外，把从发光元件光轴方向看的芯片部作为希望形状，且用制成半圆柱状树脂透镜(模压透镜)覆盖芯片部的情况下，把芯片部设计成任意形状，要考虑相伴的各种技术困难以及对制造成本不利的因素等，采用与反射部及萤光体有关的形状设计的方法是有效的。即，可以变化光度分布而不大幅度变更芯片部形状及指向特性。
可是，在图3所示的一般LED8中，因结构为其芯片部9的中心部位于树脂透镜10的中心轴11上，这是引起对前大灯配光的各种不合适的原因。
例如，在把树脂透镜10的中心轴11设定为与光学系统光轴垂直的基础上，通过把从LED8发出的光用反射镜向前方(照射方向)反射，在要获得用于形成会车光配光分布的光时，芯片部中从其中心部外的周边部发出的光因从中心轴11的偏差大而难以控制。
因此，在从发光元件的光轴方向看的发光部的侧缘中，其一边形成直线状，以其接近透镜部中心轴的方式规定发光部的位置。
图4及图5表示发光元件的构成例12，图4是侧面图，图5是正面图。
图4用点划线表示透镜部13的中心轴14，图5用点划线表示垂直于中心轴14且通过发光部中心的纵轴15以及与该轴垂直的横轴16。
在本实施例中，发光部17从正面看呈长方形状，其长边17a接触并垂直于透镜部13的中心轴14和轴16。另外，在前大灯配光中，由于上下(垂直)方向中的图形幅度较窄，而左右(水平)方向中图形的幅度较大，所以最好使用长方形投影图形。
图6是示意表示发光部17投影图形的图，分别用横轴H表示水平线，纵轴V表示垂直线。
在发光部形成横长形状的情况下，最简单的是形成长方形，以其长边接触透镜部13的中心轴14的形式，采用发光部17靠近包括中心轴14和轴16的面单侧的配置。这样能形成近长方形状的各投影像18的一边(与长边17a对应)对齐。在灯具前方配置有屏罩的情况下，对于通过透镜部13的中心轴附近的光线，由于偏歪少的横长的像投影在屏罩上，所以能形成明显的明暗分界线。另外，通过组合数个这种横长投影图像就能获得前大灯必要的配光分布。而且，因能正确地控制从发光部发出的透过透镜部的光，能减少成为眩光的光。
另外，投影像的大小可以根据透镜部的焦点距离设定进行调整，或者能使用外部扩散透镜进行调整。
本发明中，在一个发光元件内，具有用于第一照射光束的发光部和用于第二照射光束的发光部。例如，如果能形成二种以上的光束配光且在同一发光元件内使用不同的发光部，在行走用光束(所谓的直射光线)和会车光束(所谓低光)的照射中使用各发光部的形态，以及在会车光束和转弯中使用单个发光部的等形态当中采用任何形态都可以。
另外，由于不论用于各照射光束中的发光部的数量如何，都能针对每一照射光束使用一个或多个发光部，通过分别开关相应于各照射光束的各个发光部，就能对照射光束进行切换。
图7至图9是表示具有用于行走用光束照射的第一发光部19a和用于会车光照射的第二发光部1 9b的发光元件19结构例的图。其中，图7是沿发光元件19的光轴看的图，图8是表示发光部间位置的关系的图，图9是立体图。
在发光部19a和发光部19b的相对位置关系中，图7中第二发光部19b位于上方，第一发光部19a位于其左下方。另外，构成各发光部的芯片部或反射部的形状为横长长方形状。
另外，用基本为半球状的透明部件20覆盖基板21中的两发光部，或者在设置有这些发光部的基板21的前方配置透明部件20。
图8是表示只把发光部19a、19b取出表示两者相对位置关系的图，双向箭头L所示方向表示灯具光轴方向。其中，图中的ΔX表示沿照射光轴方向发光部之间的中心间隔，是指通过第二发光部19b中心在垂直于L方向延伸的纵轴22与通过第一发光部19a中心在垂直于L方向延伸的纵轴23间的间隔；ΔY表示在垂直照射光轴方向中发光部19b的长边19b1和发光部19a的中心间的间隔，是指包括长边19b1在平行于L方向的方向延伸的横轴24和通过发光部19a的中心在平行于L方向的方向延伸的横轴25间的间隔。
如图所示，两发光部19a、19b的形状的任一个都是沿L方向变长的长方形，能根据使用光束进行选择切换。
在考虑会车光束的配光情况下，为了把第二发光部19b光源像中与长边19b1相对应的部分以及其附近的光作为配光图形中靠近明暗分界线形成部的光利用，把包括长边19b1的横轴24设定为光学设计的基准线。
为了用同一反射镜获得行走光束及会车光束的两种配光，最好以横轴24为基准，把第一发光部19a配置在规定范围内，具体来说，在实际应用中最好ΔY＝0.3～1.0mm。即，从包括第二发光部19b的两条长边中接近第一发光部19a的长边19b1的横轴24开始，在位于ΔY＝0.3～1.0mm范围处的横轴25上设定第一发光部19a的中心的位置。ΔY比该范围过短过长，都难以进行获取前大灯的规格配光的光学设计。
另外，在沿L方向的方向中，两发光部间的中心间隔最好为ΔX＝0.5～1.5mm的范围。由此就能把行走用光束的亮灯时的照射方向朝向规定的方向。
最好在这种发光部19a、19b在灯具照射光轴方向或垂直该方向的方向采用位置偏移的配置方法。并且，对于第二发光部19b，最好使其长边19b1以良好精度重合在基准轴(横轴24)上，就能易于形成明暗分界线。
另外，必须注意，图7至图9所示的各发光部的位置关系只表示出在车辆前部左右的分别配置前照灯的一方的形态(也就是说，另一方的前照灯，如包括车辆中心轴的垂直面上的灯具结构的面对称性表示的，由于涉及该垂直面的两发光部的位置关系相反，所以与图8不同。)。另外，ΔX和ΔY的数值范围与构成各发光部的芯片部等尺寸无关。
在同一发光元件内，在设置多个发光部的结构中，在单独开亮各发光部的情况下，必须要使两者的境界部分明确化。例如，对多个发光部来说，在具有同一透镜部的结构中，在使发光部各自发光的情况下，在有透镜部的范围内都能透过从各个发光部的光。或者，形成另一发光部的光进入相对发光部的直射光设计的透镜部中等问题。结果光学设计困难，产生杂散光等问题。
因此，例如，如图10的发光元件26所示，在用于第一照射光束的发光部26a和用于第二照射光束的发光部26b间，最好作为隔壁设计遮光部27(在遮光部上可以使用光透过性较低且热传导性良好已知材料。)。
这样，就能明确区分在各发光部发光的情况下的发光区域，超过邻近区域的境界部各发光部的光不能进入，各区域就能作为独立的光源使用。
此外，在上述实施例中，显示了针对每一光束设计的一个发光部，但并不限定于此，每一光束也可以使用两个以上发光部。
例如，如图11所示，可以采用排列每个发光部用于会车光束，但会产生各发光部位置精度低时投影象不能对齐，不能形成明确的明暗分界线的问题。
在图11中，用点划线所示的直线K表示明暗分界线形成上的基准线，相对该直线K，用实线所示的发光部28、28......的这些一边对齐配置的情况没有问题，但如虚线夸张所示，发光部28’、28’......相对直线K没对齐配置时，难以进行适当的配光控制。
因此，在同一发光元件内成列配置的多个发光部间的相对位置误差最好规定为±0.1mm以下，特别是为了明显形成明暗分界线，必须把各发光部的一边精度良好地在直线上对齐配置。
图12及图13表示构成本发明车辆用前照灯或构成该前照灯的照射部(照射单元)的构成示实例，作为使用投影光学系统的结构，例如可以包括以下所示形态。
(A) 主要利用从发光元件发出直射光的形态(参照图12)；(B) 主要利用从发光元件发出后经反射镜的反射光的形态(参照图13)。
在图12所示的车辆用前照灯29中，使用包括投影透镜30的光学系统(投影光学系统)31。即，在本实施例中，具有发光元件32、遮光部件(遮罩)33、投影透镜30，把发光元件32和遮光部件33设置在支撑部件34上。并且，把投影透镜30的物侧焦点设定在遮光部件33上缘附近。另外，在对遮光部件33上缘遮住由发光元件32发出的光的一部分形成的像进行投影时，最好把遮光部件33的上缘部尽量接近发光元件32。
在发光元件32的光轴与灯具的光轴相互平行时，从该发光元件发出的光中，由位于该发光元件前方的遮光部件33没有遮住向前方的光1、1、......透过投影透镜30后变成照射光。另外，形成由遮光部件33的上缘决定配光图形明暗境界的明暗分界线。并且，由于当从发光元件32发出的光的放射角度大时，没有透过投影透镜30的无效光增多，因此必须要考虑投影透镜的直径和位置来规定发散角度。
在图13所示车辆用前照灯35中，使用包括投影透镜36和反射镜37的光学系统38。即，在本实施例中，配置有发光元件39、反射镜37、投影透镜36，发光元件39及投影透镜36的支撑部件40形成从侧方看为曲柄形状，其一部分成为遮光部40a。并且，把反射镜37的焦点设在发光元件39的发光部或其附近，把投影透镜36的物侧焦点设在遮光部40a的附近。另外，作为反射面的形状，使用为旋转椭圆面或椭圆-抛物复合面，或者使用以这些作为基本面通过曲面操作提高自由度的自由曲面等。
把发光元件39按照其光轴垂直于灯具光轴的位置关系安装在支撑部件40上，从发光元件39发出的光其大半经反射镜37反射。随后，没有被遮光部40a遮住的向前方的光1、1、......透过投影透镜36后成为照射光。另外，形成由遮光部40a的上缘决定配光图形明暗边界的明暗分界线。并且，通过在发光元件39和遮光部40a间设置平面反射镜41，就能提高光束利用率。通过使用透明材料一体形成支撑部件40和投影透镜36，能够制造在发光元件39安装位置、遮光部40a的上缘位置、投影透镜36的焦点位置等方面具有高精度的光学系统构成部件。
根据上述结构，在获得两种以上配光时根据选择发光部能切换配光的结构中，容易进行配光及光学设计。特别是，通过采用考虑行进用光束及会车用光束的发光部形状及配置，容易进行反射镜等光学系统部件的设计，并且，能适应包含发光元件的光学系统小型化，并节省空间。
发明效果从上述结构可以明显看出，根据第一方面所述的发明，通过相应所使用照射光束对元件内的发光部进行切换，能容易地进行与照射目的相应的光学系统配光设计。
根据第二方面所述的发明，能获得与行走用光束及会车用光束的车辆用前照灯配光相适应的投影图形。
根据第三方面所述的发明，能明显形成会车光束配光中的明暗分界线。
根据第四方面所述的发明，因把两发光部的相对位置规定在一定距离范围内，所以能减轻反射镜等的光学设计负担(例如，使用相同反光镜容易获得行走用光束及会车用光束配光等)。
根据第五方面所述的发明，因在发光部间的境界部设置有遮光部，能以光不进入相互发光领域的方式进行光学分离。
权利要求
1.一种车辆用前照灯，其具有使用半导体发光元件和含有反射镜或透镜的光学系统，其特征在于，所述发光元件包括用于第一照射光束的多个发光部和用于第二照射光束的多个发光部；通过各发光部独立发光而切换照射光束。
2.如权利要求1所述的车辆用前照灯，其特征在于，所述发光元件具有用于行走用光束照射的第一发光部和用于会车光束照射的第二发光部；并且，所述第一及第二发光部具有从发光元件的光轴方向看沿与该光轴垂直的水平方向呈横长状的形状；形成能使该发光部的光源像通过所述光学系统主要沿水平扩大的配光图形。
3.如权利要求2所述的车辆用前照灯，其特征在于，所述第二发光部从发光元件光轴方向看呈长方形，其长边与构成发光元件的透镜部的中心轴接触且垂直。
4.如权利要求3所述的车辆用前照灯，其特征在于，在垂直于灯具照射光轴方向的方向中，所述第二发光部的两个长边中接近所述第一发光部的长边与该第一发光部中心之间的间隔为0.3～1毫米。
5.如权利要求1所述的车辆用前照灯，其特征在于，在用于所述第一照射光束的发光部和用于所述第二照射光束间设置有遮光部。
全文摘要
一种能容易地进行配光设计的使用LED等发光元件的车辆用前照灯。这种车辆用前照灯中，具有使用半导体的发光元件和含有反射镜或透镜的光学系统，发光元件包括用于第一照射光束的发光部(19a)和用于第二照射光束的发光部(19b)；通过对各发光部单独发光而切换照射光束。
文档编号F21S8/12GK1523260SQ20031011478
公开日2004年8月25日 申请日期2003年11月6日 优先权日2002年11月6日
发明者石田裕之 申请人:株式会社小糸制作所