JP6037619B2 - 発光モジュールおよび車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、発光モジュールおよびそれを備えた車両用灯具に関する。

車両用灯具においては、安全上の観点から、所定の配光パターンを形成する必要がある。例えば、車両用前照灯においては、照射領域が車幅方向に延びている略長方形の配光パターンであって、照射領域の中央部が周辺部よりも明るい配光パターンが求められる。

一方、発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下、適宜「ＬＥＤ」と称す。）などの半導体発光素子を利用した車両用灯具の開発も進められている。また、車両用前照灯の光源としてＬＥＤを用いる場合は、一つでは所望の光量や形状の配光パターンを得ることが難しいため、直列に接続された複数のＬＥＤを直線状に配置した光源モジュールが考案されている（特許文献１参照）。

特表２００８−５２４０４５号公報

ところで、近年、多種多様な配光パターンを一つのユニットで実現する光源として、複数のＬＥＤチップを縦横に配置したＬＥＤアレイを備えた発光モジュールが考案されている。

しかしながら、このようなＬＥＤアレイにおいては、ＬＥＤチップの増加に伴い、配線数の増大や基板の大型化、あるいは、コネクタの増加などが生じやすい。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アレイ状の発光素子を備えた簡易で小型な発光モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光モジュールは、複数の発光素子がアレイ状に整列して搭載される搭載部を有する基板と、複数の発光素子のアノード側と、各配線の一方の端部で接続される第１の配線群と、複数の発光素子のカソード側と、各配線の一方の端部で接続される第２の配線群と、基板の一辺に沿って設けられ、外部からの電力が供給される給電部と、を備える。第１の配線群または第２の配線群は、複数の発光素子のアノード側またはカソード側と接続される箇所の数よりも少ない数の配線に集約されている集約配線部を有する。第１の配線群および第２の配線群は、集約配線部を含む各配線の他方の端部が給電部に接続されているとともに、複数のグループに分けられた複数の発光素子の点消灯をグループ毎に制御可能に構成されている。

この態様によると、第１の配線群または第２の配線群は、複数の発光素子のアノード側またはカソード側と接続される箇所の数よりも少ない数の配線に集約されている集約配線部を有しているため、配線の本数を削減できるとともに、集約配線部と接続される給電部の端子の数を削減できる。その結果、簡易で小型な発光モジュールを実現できる。

第１の配線群または第２の配線群は、給電部の端子と１つ以上の発光素子とを直列に接続する直列配線部を複数有し、複数の該直列配線部が互いに並列となるように配置されていてもよい。これにより、複数の発光素子の点消灯を直列配線部毎に制御できる。

集約配線部は、給電部と接続される他方の端部に、集約された配線が再度分岐した分岐部を有してもよい。これにより、コネクタの端子の許容電流容量に対して適切に給電できる。また、各直列配線部の電流分布に対応して、配線発熱量が同等量になるように集約してもよい。

給電部は、集約配線部を有する、第１の配線群または第２の配線群と接続されている第１のコネクタと、第１のコネクタと接続されていない第１の配線群または第２の配線群と接続されている、第２のコネクタとを有していてもよい。これにより、給電部の構成を各配線群に応じて最適化できる。

搭載部に搭載される複数の発光素子を更に備えてもよい。

本発明の別の態様は車両用灯具である。この車両用灯具は、車両に用いられる車両用灯具であって、発光モジュールと、発光モジュールが備える複数の発光素子の点消灯をグループ毎に制御する制御部と、発光モジュールから出射された光を車両前方に照射するための光学部材と、発光モジュールおよび光学部材を収容する灯体と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

アレイ状の発光素子を備えた簡易で小型な発光モジュールを実現できる。

第１の実施の形態に係る車両用灯具の概略縦断面図である。 第１の実施の形態に係る発光モジュールの正面図である。 第２の実施の形態に係る発光モジュールの正面図である。 第３の実施の形態に係る発光モジュールの正面図である。 第４の実施の形態に係る発光モジュールの正面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る車両用灯具の概略縦断面図である。図２は、第１の実施の形態に係る発光モジュールの正面図である。図１に示す車両用灯具１０は、車両に用いられる前照灯として機能する。

車両用灯具１０は、車体の前部の左右両端部にそれぞれ配置されている。車両用灯具１０は、図１に示すように、前方が開口したランプボディ１２と、ランプボディ１２の開口した前方部に取り付けられたカバー１４と、を備えている。ランプボディ１２とカバー１４とで灯具筐体１６が構成され、灯具筐体１６の内部に灯室１８が形成される。

灯室１８には、灯具ユニット２０が配置されている。灯具ユニット２０は、ハイビーム用の配光パターンを形成できるように構成されている。また、灯室１８には、保持部材２２が配置されている。光軸調整機構２４は、保持部材２２を左右方向及び前後方向に傾動自在に移動できるように構成されている。保持部材２２は、熱伝導性の高い金属材料によって形成され、前後方向を向くベース部２６を有している。

ベース部２６は、その上下両端部に被支持部２８，２８，２８（図１では、２つの被支持部２８，２８のみを示す。）が設けられている。ベース部２６の後面には、後方へ突出するように放熱フィン３０が設けられている。また、放熱フィン３０の後面には放熱ファン３２が取り付けられている。

ベース部２６の前面における中央部から上部にかけては、発光モジュール３４が取り付けられている。発光モジュール３４は、図２に示すように、複数の半導体発光素子３８がアレイ状に整列して搭載される搭載部３６ａを有する回路基板３６と、搭載部３６ａに搭載される複数の半導体発光素子３８と、給電コネクタ４０と、第１の配線群４２と、第２の配線群４４を、を備える。

半導体発光素子３８は、光を出射する面状光源として機能し、発光面が前方を向く状態で一方向に並んで設けられている。半導体発光素子３８は、例えば、ＬＥＤ素子、ＬＤ（Laser Diode）素子、ＥＬ（Electro-Luminescence）素子等が好適である。本実施の形態では、横方向に１６個、縦方向に２個の計３２個のＬＥＤアレイとなっている。

給電コネクタ４０は、回路基板３６の一辺３６ｂに沿って設けられ、外部からの電力が供給される給電部として機能する。回路基板３６には、上側に給電コネクタ４０が配置され、下側に複数の半導体発光素子３８が配置されている。

給電コネクタ４０には、灯室１８に設けられている制御回路４６に接続された配線コード４８のコネクタ部が接続される。したがって、制御回路４６から配線コード４８、給電コネクタ４０、第１の配線群４２及び第２の配線群４４を介して各半導体発光素子３８に電源が供給される。制御回路４６は、発光モジュール３４が備える複数の半導体発光素子３８の点消灯をグループ毎に制御する。なお、発光モジュール３４が備える半導体発光素子３８が、配線４２ａ毎に縦方向に一つ接続されている場合は、制御回路４６は、半導体発光素子３８を個別に制御する。また、制御とは、単なる点消灯だけでなく、発光量の制御を含む。

詳述すると、第１の配線群４２は、複数の半導体発光素子３８のアノード側３８ａと、各配線４２ａの一方の端部で接続される。また、第２の配線群４４は、複数の半導体発光素子３８のカソード側３８ｂと、各配線４４ａの一方の端部で接続される。本実施の形態に係る第２の配線群４４は、第１の配線群４２を挟んで左右対称に配置されている。なお、半導体発光素子３８は、第２の配線群４４と接続され側にアノード、第１の配線群４２と接続される側にカソードとなるように配置してもよい。

本実施の形態では、第２の配線群４４は、複数の半導体発光素子３８のカソード側３８ｂと接続される箇所（図２では１６箇所）の数よりも少ない数の配線に集約されている集約配線部４４ｂ（図２では２箇所）を有する。第２の配線群４４は、集約配線部４４ｂを含む各配線４４ａの他方の端部４４ａ１が給電コネクタ４０に接続されている。また、集約配線部４４ｂは、左端または右端に、配線の折り返し部４４ｂ１を有している。第１の配線群４２は、各配線４２ａの他方の端部４２ａ１が給電コネクタ４０に接続されている。

また、第１の配線群４２および第２の配線群４４は、各配線４２ａに応じて複数のグループに分けられた複数の半導体発光素子３８の点消灯をグループ毎に制御できるように、その配線パターンが構成されている。具体的には、本実施の形態に係る第１の配線群４２は、給電コネクタ４０の端子と２つの半導体発光素子３８とを直列に接続する直列配線部（配線４２ａに相当）を複数有し、複数の直列配線部が互いに並列となるように配置されている。これにより、複数の半導体発光素子３８の点消灯を直列配線部毎に制御できる。

また、各直列配線部の電流分布に対応して、配線発熱量が同等量になるように集約してもよい。通常、車両用前照灯の用途として発光モジュール３４を用いる場合、配光形成上、発光部の長手方向の中央部が高輝度となるように中央部の配線に流す電流値が高くなるように設定される。例えば、発光領域中央の一つの直列配線部には１２００ｍＡの電流が流れ、発光領域の端部の３つの直列配線部には外側から２００，３００，４００ｍＡの電流がそれぞれ流れている場合、中央の直列配線部は集約せずに、端部の３つの直列配線部を集約してもよい。これにより、中央部の一つの直列配線部に流れる電流は、１２００ｍＡの電流としてコネクタの一つの端子に入力されるのに対して、端部の３つの直列配線部を流れるそれぞれの電流は集約され、中央部の一つの直列配線部と同等量の９００ｍＡの電流としてコネクタの一つの端子に入力される。これにより、コネクタの端子の許容電流容量に対して適切に給電できる。

発光モジュール３４においては、第２の配線群４４は、複数の半導体発光素子３８のカソード側３８ｂと接続される箇所の数よりも少ない数の配線に集約されている集約配線部４４ｂを有しているため、配線の本数を削減できる。そのため、配線数の削減により配線パターンが簡素化され、配線パターンの面積も減少するため、回路基板３６を小型化できる。また、集約配線部４４ｂと接続される給電コネクタ４０の端子の数を削減できるため、給電コネクタ４０も小型化できる。その結果、簡易で小型な発光モジュールを実現できる。

上述のように、本実施の形態に係る発光モジュール３４は、半導体発光素子３８のカソード側３８ｂと接続されている複数の配線４４ａが集約され、折り返し部４４ｂ１を経て給電コネクタ４０と接続されている。つまり、半導体発光素子３８のアノード側３８ａに接続されている配線４２ａとカソード側３８ｂに接続されている配線４４ａとが、半導体発光素子３８の片側（上方）にある同一の給電コネクタ４０に接続されている。

そのため、半導体発光素子３８のアノード側と接続されるコネクタと、カソード側と接続されるコネクタとを別々に設ける必要がなく、コネクタ数を低減できる。また、発光モジュール３４の給電コネクタ４０は、回路基板３６の一辺３６ｂに沿って設けられており、対向する他の一辺３６ｂ（図２参照）側に他のコネクタがないため、コネクタを配置するスペースが削減され、回路基板３６を小型化できる。また、複数の半導体発光素子３８は、回路基板３６の他の一辺３６ｂに沿って、回路基板３６の端部に配置されているため、半導体発光素子３８を最適な位置に配置する際に、回路基板３６と他の部材とが干渉しにくくなる。その結果、光学設計における発光モジュール３４の配置等の自由度が高まる。

また、第２の配線群４４は左右対称に配置されているため、半導体発光素子３８の発光時における回路基板３６や各配線の温度分布を均一化しやすい。これにより、各半導体発光素子３８を比較した場合の明るさのムラを低減できる。

次に、車両用灯具１０の他の部材について説明する。下側リフレクタ５０は、図１に示すように、発光モジュール３４に搭載されている半導体発光素子３８の下側に配置されており、上側リフレクタ５２は、半導体発光素子３８の上側に配置されている。下側リフレクタ５０は、半導体発光素子３８側に略上方を向く反射面５０ａを有する。反射面５０ａは、例えば、放物面となるように形成されている。また、上側リフレクタ５２は、半導体発光素子３８側に略下方を向く反射面５２ａを有する。反射面５２ａは、例えば、双曲面となるように形成されている。

反射面５０ａおよび反射面５２ａは、各半導体発光素子３８から出射された光を前方に向けて反射する。

回路基板３６の下方には、可動シェード５４を駆動するシェード駆動機構５６が配置されている。シェード駆動機構５６は、駆動モータ５８と、ギヤ等の伝達機構（不図示）と、フラットケーブル６０とを有している。そして、制御回路４６からフラットケーブル６０を介して駆動モータ５８に電力が供給され、駆動モータ５８の出力軸が回転すると、出力軸と連結されている伝達機構を介して可動シェード５４が移動する。

具体的には、可動シェード５４は、相対的に後方側の位置であり、下側リフレクタ５０に入射される光を遮蔽する遮蔽位置Ｃと、相対的に前方側の位置であり、下側リフレクタ５０に対する遮蔽状態を解除する退避位置Ｏとの間で回動する。そして、可動シェード５４の位置に応じて半導体発光素子３８から出射され下側リフレクタ５０に入射される光の入射状態が制御される。これにより、灯具ユニット２０は、ハイビーム用配光パターンおよびその一部が遮光された部分ハイビーム用配光パターンを形成できる。

ベース部２６の前面には、レンズホルダ６２が取り付けられている（図１参照）。レンズホルダ６２は、前後方向に貫通した略円筒状の部材であり、複数の半導体発光素子３８が配置されている発光モジュール３４を囲むように、ベース部２６に取り付けられている。

レンズホルダ６２の前端部には、投影レンズ６４が取り付けられている。投影レンズ６４は、略半球状に形成されており、凸部が前方に向くように配置されている。投影レンズ６４は、後側焦点を含む焦点面上の像を反転して発光モジュール３４から出射された光を車両前方に照射、投影するための光学部材としての機能を有する。また、投影レンズ６４は、発光モジュール３４とともにランプボディ１２に収容されている。

光軸調整機構２４は、２つのエイミングスクリュー６６，６８を有している。エイミングスクリュー６６は、灯室１８の上部後方に配置されており、回転操作部６６ａと、回転操作部６６ａから前方へ向かって延びている軸部６６ｂと、を有する。軸部６６ｂの前方端部には、ねじ溝６６ｃが形成されている。

エイミングスクリュー６６は、回転操作部６６ａがランプボディ１２の後端部に回転自在に支持され、ねじ溝６６ｃが保持部材２２の上部の被支持部２８に螺合されている。回転操作部６６ａが操作され、被支持部２８に連結されているエイミングスクリュー６６が回転すると、その回転方向に応じた方向へ他の被支持部２８を支点として保持部材２２が傾動され、灯具ユニット２０の光軸調整（エイミング調整）が行われる。なお、エイミングスクリュー６８も同様の機能を有する。

次に、車両用灯具１０による配光制御について説明する。車両本体には、撮像素子、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等を有するカメラ（不図示）が設けられており、車両用灯具１０による照射可能領域がカメラによって定期的に撮影される。撮影された領域の画像データは画像処理され、照射可能領域に存在する対向車両や歩行者等の存在が検出される。

この情報に基づいて、制御回路４６は、発光モジュール３４が備える複数の半導体発光素子３８の点消灯をグループ毎に制御したり、可動シェード５４の移動を制御したりする。これにより、車両用灯具１０は、車両前方の状況に応じた適切な配光パターンを形成できる。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る発光モジュールの正面図である。以下では、第１の実施の形態に係る発光モジュールと同様の構成や作用効果については適宜説明を省略する。

第２の実施の形態に係る発光モジュール７０において、集約配線部４４ｂは、給電コネクタ４０と接続される他方の端部４４ａ２に、集約された配線が再度分岐した分岐部４４ｃを有している。本実施の形態に係る第２の配線群４４は、２箇所で給電コネクタ４０と接続されている。

したがって、第２の配線群４４において、分岐部４４ｃから端部４４ａ２までの配線の容量を小さくでき、第１の配線群４２における各配線４２ａの容量に近付けることができる。換言すると、給電コネクタ４０の端子の許容電流容量に対して適切に給電できる。

（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態に係る発光モジュールの正面図である。以下では、第１の実施の形態に係る発光モジュールと同様の構成や作用効果については適宜説明を省略する。

第３の実施の形態に係る発光モジュール８０において、給電部は、集約配線部４４ｂを有する第２の配線群４４と接続されている第１のコネクタ８２，８２と、第１の配線群４２と接続されている第２のコネクタ８４とを有している。これにより、給電部の構成を各配線群に応じて最適化できる。詳述すると、各配線群の配線の容量や本数に適したコネクタを適宜選択できる。

（第４の実施の形態）
図５は、第４の実施の形態に係る発光モジュールの正面図である。第４の実施の形態に係る発光モジュール９０は、第１の実施の形態に係る発光モジュールを前提として、第２の配線群４４が、第２の実施の形態で説明した分岐部４４ｃを有するとともに、第３の実施の形態で説明した第１のコネクタ８２と接続されている点が大きな特徴である。これにより、発光モジュール９０は、上述の各実施の形態に係る発光モジュールと同様の作用効果を奏する。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

上述の集約配線部４４ｂのように集約部分は高電流が流れるため、集約部分の放熱を局所的に向上させるように基板を構成してもよい。例えば、集約部分の基板にスルーホールを設けて、熱を基板の反対面（非実装面）に輪熱してもよい。また、回路基板３６として、セラミックと金属の複合基板を採用し、集約部分の直下に金属が位置するように構成してもよい。

１０ 車両用灯具、 １２ ランプボディ、 １４ カバー、 １６ 灯具筐体、 １８ 灯室、 ２０ 灯具ユニット、 ３４ 発光モジュール、 ３６ 回路基板、 ３６ａ 搭載部、 ３８ 半導体発光素子、 ３８ａ アノード側、 ３８ｂ カソード側、 ４０ 給電コネクタ、 ４２ 第１の配線群、 ４４ 第２の配線群、 ４４ｂ 集約配線部、 ４４ｃ 分岐部、 ４６ 制御回路、 ６４ 投影レンズ、 ８２ 第１のコネクタ、 ８４ 第２のコネクタ。

Claims (7)

1. 複数の発光素子がアレイ状に整列して搭載される搭載部を有する基板と、
   前記複数の発光素子のアノード側と、各配線の一方の端部で接続される第１の配線群と、
   前記複数の発光素子のカソード側と、各配線の一方の端部で接続される第２の配線群と、
   前記基板の長手方向の一辺に沿って設けられ、外部からの電力が供給される給電部と、を備え、
   前記第１の配線群または前記第２の配線群は、前記複数の発光素子のアノード側またはカソード側と接続される箇所の数よりも少ない数の配線に集約されている集約配線部を有し、
   前記第１の配線群および前記第２の配線群は、前記集約配線部を含む各配線の他方の端部が前記給電部に接続されているとともに、複数のグループに分けられた前記複数の発光素子の点消灯をグループ毎に制御可能に構成されており、
   前記搭載部は、該搭載部の長手方向にｍ個の発光素子が搭載されるとともに、該搭載部の長手方向と交差する方向にｎ個（ｎ＜ｍ）の発光素子が搭載されるように構成されており、
   前記集約配線部は、
   前記複数の発光素子のうち第１の発光素子群と接続される第１の集約配線部と、
   前記第１の発光素子群とは異なる第２の発光素子群の発光素子と接続される第２の集約配線部と、を有し、
   前記第１の集約配線部は、前記搭載部の長手方向の一方の端部近傍に、前記給電部へ配線を向かわせる第１の折り返し部を有し、
   前記第２の集約配線部は、前記搭載部の長手方向の他方の端部近傍に、前記給電部へ配線を向かわせる第２の折り返し部を有する、
   ことを特徴とする発光モジュール。
2. 前記第１の配線群または前記第２の配線群は、前記給電部の端子と１つ以上の前記発光素子とを直列に接続する直列配線部を複数有し、複数の該直列配線部が互いに並列となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記集約配線部は、前記給電部と接続される他方の端部に、集約された配線が再度分岐した分岐部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の発光モジュール。
4. 前記給電部は、
   前記集約配線部を有する、前記第１の配線群または前記第２の配線群と接続されている第１のコネクタと、
   前記第１のコネクタと接続されていない前記第１の配線群または前記第２の配線群と接続されている、第２のコネクタとを有している、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
5. 前記搭載部に搭載される複数の発光素子を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光モジュール。
6. 前記第１の配線群は、各配線の一方の端部と前記複数の発光素子のアノード側とが接続される部分が前記搭載部の長手方向に沿って配列するように構成されており、
   前記第２の配線群は、各配線の一方の端部と前記複数の発光素子のカソード側とが接続される部分が前記搭載部の長手方向に沿って配列するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光モジュール。
7. 車両に用いられる車両用灯具であって、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光モジュールと、
   前記発光モジュールが備える複数の発光素子の点消灯をグループ毎に制御する制御部と、
   前記発光モジュールから出射された光を車両前方に照射するための光学部材と、
   前記発光モジュールおよび前記光学部材を収容する灯体と、
   を備えた車両用灯具。

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