CN110566897A - 灯单元及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不降低散热效果及配光特性而削减构成部件个数、且低成本的灯单元及其制造方法。灯单元(1)包括：光源模块(2)；以及反射器(12)，其将光源模块(2)的光以所需要的配光进行投影。光源模块(2)包括：金属板(导热板)(21)；FPC(电路基板)(22)，其被安装于该金属板；以及LED(发光元件)(23)，其被搭载于FPC(22)并被供电。在金属板(21)中以LED(23)为基准的预定位置上，设有用于安装反射器(12)的第1安装孔(安装部)(21a)。在削减部件个数并谋求低成本化的同时，提高LED(23)和反射器(12)的相对位置精度，改善灯单元(1)的配光特性。

Description

灯单元及其制造方法
技术领域
本发明涉及适合用于汽车用等车辆的灯单元，特别涉及以LED(发光二极管)等发光元件作为光源的灯单元及其制造方法。
背景技术
对于汽车的灯，例如前照灯，提供有对光源使用LED的投射式的灯，在这种灯中，包含光源、和用于使从光源出射的光以所需要的配光进行照射的光源系统地进行了单元化。专利文献1公开了一种包含灯单元的车辆用灯具，该灯单元将LED搭载于由导热性高的陶瓷构成的供电基板上从而构成LED模块，并将该LED模块和光学系统一同安装于散热器。
像这样的光源单元，需要用于与外部电源电连接的构成，该外部电源用于使LED发光，进而被要求以相对于用于使LED所发出的光向灯前方照射的反射器或投影透镜等光学构件成为特定的位置关系的方式来配置。在专利文献1中，通过利用附件使LED模块定位并安装于散热器，从而在对LED模块的进行定位的同时通过设置于附件的布线构件来进行与外部电源的电连接。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本特开2013-45601号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
在专利文献1中，构成LED模块的供电基板由作为导热性绝缘构件的陶瓷构成。这是因为，为了在供电基板上形成向LED供电用的布线构件并且提高LED发光时所产生的热量的散热效果，而使用了导热性高的绝缘构件。一般地，因由陶瓷构成的供电基板的成本高，LED模块以及包括这样的LED模块的灯单元的成本也高。
另外，在专利文献1中，由于为了提高灯单元的配光特性而设有用于使LED模块定位并安装在散热器上的附件，所以灯单元的部件个数变多。该附件因形成有向LED供电用的布线构件而结构复杂且高价，灯单元进一步变得成本更高。
本发明的目的在于提供一种不降低散热效果及配光特性而削减构成部件个数，且低成本的灯单元及其制造方法。
[用于解决技术课题的技术方案]
本发明的灯单元包括：光源模块，以及光学系统，其用于将从该光源模块出射的光以所需要的配光进行投影；上述光源模块包括导热板，电路基板，其被安装于该导热板，以及发光元件，其被搭载于该电路基板并经由该电路基板而被供电；在上述导热板中以上述发光元件为基准的预定位置上，设有用于安装上述光学系统的安装部。
在本发明中，导热板由金属板构成。另外，电路基板由FPC构成并被支撑于导热板，发光元件被搭载于该FPC。进而，光学系统包含用于反射从上述发光元件出射的光的反射器和将从上述发光元件出射的光以所需要的配光进行投影的投影透镜的至少一者。
另外，在本发明中，优选导热板由支撑光学系统的基座的一部分构成。在这种情况下，作为光学系统的安装部，在导热板上开口有使设于该光学系统的突起插入的安装孔。
本发明的灯单元的制造方法，包含：将包括发光元件的电路基板安装于导热板的工序，以及以上述发光元件为基准在上述导热板的预定位置上设置用于安装光学系统的安装部的工序。在此，设置安装部的工序优选为通过激光加工来穿孔的工序。
[发明效果]
根据本发明，通过在导热板上搭载发光元件，能够提高发光元件的散热特性。另外，由于设于导热板的光学系统安装部被配置在以所搭载的发光元件为基准的预定位置，所以能够制造提高发光元件和光学系统的相对位置的位置精度从而配光特性优秀，并且削减了构成部件个数的低成本的灯单元。
附图说明
图1是包括本发明的灯单元的前照灯的示意剖视图。
图2的(a)是包含实施方式1的光源模块的灯单元的局部的剖视图，图2的(b)是光源模块的示意俯视图。
图3是实施方式1的灯单元的局部的分解立体图。
图4的(a)是包含参考方式的光源模块的灯单元的局部的剖视图，图4的(b)是光源模块的示意俯视图。
图5的(a)是包含实施方式2的光源模块的灯单元的局部的剖视图，图5的(b)是光源模块的示意俯视图。
图6是实施方式2的灯单元的局部的分解立体图。
具体实施方式
(实施方式1)
下面参照附图说明本发明的实施方式。图1是将本发明的灯单元1适用于汽车的前照灯HL的实施方式1的纵剖视图。前照灯HL的灯壳3中内装有灯单元1，该灯单元1中组装有光源模块2。上述灯壳3由具有容器状的灯身31、以及被安装于该灯身31的前面开口的透光性的前罩32构成。
上述灯单元1具有由铝等金属构成的基座11，在该基座11上搭载有上述光源模块2。上述基座11被构成为散热器，在基座11的下表面有多个壁状的散热片111以排列的状态向下方突出形成。上述光源模块2以紧贴于该基座的上表面的状态被安装在该基座的上表面，以使光源模块2发光时所产生的热量从散热片111散热。
另外，在上述基座11上支撑有反射器12和投影透镜13。该反射器12具有为大致回转椭圆面形状的反射面，以覆盖上述光源模块2的方式被安装于上述基座11。另外，上述投影透镜13通过透镜支架131而在周缘部被支撑，该透镜支架131由从上述基座11向前方延长的杆(stem)112支撑。由此，上述反射器12和上述投影透镜13以相对于上述基座11保持预定的位置关系的状态被支撑于上述基座11。
该灯单元1被构成为投射式灯，该投射式灯用反射器12反射从光源模块2出射的光，并将该反射后的光利用投影透镜13以所需要的配光来投影到汽车的前方区域来进行照明。
图2是包含上述光源模块2的上述灯单元1的主要部分的剖视图、和光源模块2的俯视图，图3是其分解立体图。光源模块2具有设为所需要的尺寸的矩形的导热板，在此为由铝构成的金属板21，在该金属板21的表面(上表面)粘贴有FPC(柔性印刷电路基板)22。另外，在该FPC22的表面搭载有芯片状的发光元件，在此为LED芯片(以下简称为LED)23。
对上述光源模块2包含其制造工序地进行说明。上述FPC22在聚酰亚胺等柔软的绝缘薄膜上贴合铜箔等导电性的布线构件而构成了电路图案，被形成为细长的带状。在该FPC的长度方向的一端侧的表面(上表面)，用上述电路模式的一部分形成有用于对LED23进行电连接的焊盘221。上述LED23以发光面朝向上方的状态通过倒装芯片方式，即通过使设于LED23的电极231焊接于上述焊盘221从而被以与FPC22的电路图案电连接的状态安装。该FPC22在该一端侧的区域的背面(下表面)通过由粘合剂粘合于上述金属板21的表面从而被该金属板21支撑。
上述FPC22的另一端侧的区域从上述金属板21延伸出来，并且在该另一端部形成有连接器部222。在此，被构成为利用电路图案的边缘连接器。并且，该连接器部222如图1所示的那样，被嵌合在与内装于上述灯壳3的点灯电路装置4电连接的电源侧连接器41，与该点灯电路装置4电连接。
在上述金属板21中，在宽度方向上隔着所支撑的FPC22的2个部位，沿板厚方向贯通地开口有圆形的第1安装孔21a。在金属板21中，即使支撑有搭载了LED23的FPC22，也能利用机械加工或激光加工而容易地打孔。因此，这2个第1安装孔21a能够在以上述LED23为基准的成为预定位置关系的位置处开口。即，以上述LED23的发光中心，换言之，以发出的光所出射的发光面的中心位置P为基准位置，在该基准位置P与第1安装孔21a的开口中心位置的相对位置分别在FPC22的长度方向和宽度方向成为预定的尺寸关系的位置上开口。
而在上述基座11中，在预先被设定的预定位置与上述金属板21的第1安装孔21a相对应地开口有2个第2安装孔11a。即，这些第2安装孔11a被开口在相对于被该基座11支撑的上述投影透镜23成为预定的位置关系的位置。在实施方式1中，上述基座11由铝的压铸件形成，第2安装孔11a在其成形时被开口，但也可以在成形后开口。另外，第2安装孔11a被设于不存在散热片111的部位。
这种构成的光源模块2如图2及图3所示那样被搭载于上述基座11的表面。在搭载光源模块2时，进行定位，以使金属板21的第1安装孔21a分别和基座11的第2安装孔11a一致。接下来，将反射器12以覆盖在金属板21的表面上的方式安装。上述反射器12在下边缘的2个部位向下方突出地形成有圆柱状的突起121，使这些突起121穿通第1安装孔21a，进而插入到第2安装孔11a中。
由于通过该插入，各突起121被分别嵌合到第1安装孔21a和第2安装孔11a中，所以反射器12相对于金属板21及基座11被定位。另外，通过利用设于反射器12的固定片122将螺丝123螺合到开口于基座11的螺孔11b中，从而反射器12被以固定状态支撑于基座11。
此外，也可以是，预先在金属板21与基座11的抵接面中介在有导热性高的润滑脂或润滑脂薄板，以提高金属板21与基座11的界面的导热性，从而提高LED23的散热效果。
在包括该光源模块2的灯单元1中，LED23经由FPC22被点灯电路装置4供电，并发光。发出的光如图1示意地图示那样被反射器12反射并入射到投影透镜13，通过投影透镜13以所需要的配光照射汽车的前方区域。反射器12通过第1安装孔21a和第2安装孔11a，相对于基座11和金属板21被以预定的位置关系定位。因此，反射器12相对于被搭载于金属板21的FPC22，进而相对于被搭载于其上的LED23也被以预定的位置关系支撑。
由此，能够将反射器12的第1焦点F1相对于LED23的发光中心P高精度的定位。被反射器12反射的光被集光于该反射器12的第2焦点F2。另外，由于投影透镜13相对于基座11被定位，所以经由该基座11及金属板21也相对于反射器12被定位成预定的位置关系，能够将投影透镜13的焦点F0相对于反射器12的第2焦点F2设定为预定的位置关系，通过投影透镜13得到预定的配光。
在实施方式1中，LED23被搭载于FPC22，并经由该FPC22与点灯电路装置4电连接。因此，如专利文献1那样，能够将由绝缘材料构成的供电基板置换为金属板21，可以低成本化。另外，由于LED23发光时产生的热量经由金属板21向兼作散热器的基座11导热并从此处散热，所以能提高散热效果。
顺便，在将专利文献1的光源模块适用于该实施方式1的灯单元的情况下，如图4的(a)的剖视图和图4的(b)的俯视图所示那样，将LED23搭载于供电基板21A，并使该供电基板21A与FPC22连接，之后使供电基板21A支撑于基座11，成为与点灯电路装置电连接的构成。因此，供电基板21A有必要在具有导热性的绝缘基板上形成电路图案，成为成本高的原因。
另外，在实施方式1中，被开口于金属板21的2个第1安装孔21a是将搭载有LED23的FPC22粘贴在金属板21之后，在以LED23的发光中心P为基准的预定位置开口。因此，即使LED23的搭载位置的精度(误差)，即，将FPC22粘贴在金属板21时的精度为±0.2mm左右时，也无关于此而能够使第1安装孔21a相对于LED23的发光中心P的位置精度为开孔加工的最大精度的±0.12mm以下。
在使用图4的供电基板21A的构成中，因难以在形成供电基板21A后开孔，所以有必要在形成供电基板21A时事先开口第1安装孔21a。因此，即使在供电基板21A的预定位置开口第1安装孔21a，将LED23搭载于供电基板21A时的精度±0.2mm左右会原样地作为LED23与第1安装孔21a之间的位置误差而产生。
在金属板21上的第1安装孔21a的开孔加工中，利用机械加工或激光加工，但由于利用激光加工的第1安装孔21a的位置精度在±0.05mm以下且为机械加工的1/2以下，所以激光加工更有利。
如上述这样，在实施方式1中，由于光源模块2由金属板21和搭载了LED23的FPC22构成，所以不需要专利文献1那样的附件，能够削减部件个数而低成本地构成。另外，由于将LED23搭载于FPC22，所以不需要用于构成供电电路的由陶瓷等形成的供电基板，能够低成本地构成。进而，由于使用金属板21，所以能够提高LED的散热效果。
而另一方面，由于通过使用容易后期加工的金属板21，从而以搭载于金属板21的LED23为基准在金属板21上开口第1安装孔21a，所以能够提高LED23和反射器12的位置精度。另外，通过第1安装孔21a和第2安装孔11a能够提高LED23和投影透镜13的位置精度，能够高精度地控制灯单元1的配光特性。
(实施方式2)
图5是实施方式2的灯单元1A的局部的剖视图和光源模块2A的俯视图，图6是其分解立体图。此外，与实施方式1等价的部分标注相同符号。该实施方式2的光源模块2A由导热板21、FPC22以及LED23构成，但导热板21由灯单元1A的金属制的基座11的一部分构成。因此，以下将导热板21称为金属板21(11)，包含其制造工序进行说明。
上述FPC22被形成为细长的带状，在长度方向的一端侧的区域形成有用于搭载LED23的焊盘221，该LED23以发光面朝向上方的状态通过倒装芯片方式被搭载于FPC。该FPC22在从该一端侧的区域到所需要的长度的整个区域通过粘合剂粘合在上述金属板21(11)的表面。另外，该FPC22的另一端侧的部位从上述金属板21(11)突出，通过设于端部的连接器部222而与点灯电路装置4(参照图1)电连接。
上述FPC22被粘贴于由上述基座11的一部分构成的金属板21(11)的表面(上表面)。在上述金属板21(11)的背面(下表面)，与实施方式1同样地排列形成有向下方突出的多个壁状的散热片211，兼作散热器。
在上述金属板21(11)中，在宽度方向上隔着FPC22的2个部位，沿板厚方向贯通地开口有圆形的第1安装孔21a。这2个第1安装孔的开口位置与实施方式1同样地，以上述LED23的发光中心P为基准位置，被设定于相对于该基准位置在FPC22的长度方向和宽度方向上成为预定的尺寸关系的位置。
另外，在上述金属板21(11)的表面上以覆盖光源单元2A的方式安装有反射器12。该反射器12在下边缘的2个部位向下方突出地形成有的圆柱状的突起121。这些突起121被插入第1安装孔21a。另外，通过利用设于反射器12的固定片122，将螺丝123螺合到开口于金属板21(11)的螺孔21b中，从而反射器12被以固定状态支撑于金属板21(11)。
在包括该光源模块2A的灯单元1A中，参照图1，LED23经由FPC22被供电，并发光。发出的光被反射器12反射并入射到投影透镜13，通过投影透镜13以所需要的配光照射汽车的前方区域。另外，通过在由基座11的一部分构成的金属板21(11)是形成的第1安装孔21a、与搭载于此的LED23的相对位置关系，反射器12和投影透镜13相对于LED23被设定在预定的相对位置，并通过从LED23出射的光得到预定的配光。
由于在实施方式2中，LED23也经由FPC22被供电，所以能够用金属板21(11)构成如图4所示的那样的供电基板21A，可以低成本化。另外，由于LED23发光时所产生的热量从兼作散热器的金属板21(11)，即基座11散热，所以散热效果能够提高。
另外，在实施方式2中，由于金属板21(11)由基座11的一部分构成，不存在实施方式1中的第2安装孔11a，金属板21(11)仅开口有第1安装孔21a即可。由于构成金属板21(11)的基座11的一部分由铝等金属形成，所以在将LED23及FPC22支撑于金属板21(11)之后，易于在以该LED23的发光中心P为基准的预定位置上开口2个第1安装孔21a。
因此，与实施方式1同样地，即使将FPC22粘贴在金属板21(11)时的精度为±0.2mm左右，也无关于此而能够使第1安装孔21a相对于LED23的发光中心P的位置精度为开孔加工最大精度的±0.12mm以下。由此，能够防止反射器12和LED23的发光中心P的位置精度降低，能够提高反射器12及投影透镜13的配光特性。
在实施方式2中，由于在金属板21(11)上排列形成有多个散热片211，所以第1安装孔21a开口于不存在散热片211的部位。另外，由于金属板21(11)由兼作散热器的基座11的一部分构成，所以其板厚被形成为比实施方式1的金属板厚的尺寸。因此，如图5的(a)中将局部扩大所示的那样，通过在金属板21(11)的背面的开口第1安装孔21a的区域中，事先形成有将板厚局部地减少的薄壁部212，并在该薄壁部212上开口第1安装孔21a，从而能够使第1安装孔21a的开口作业容易进行。
在实施方式2中，由于光源模块2A包括FPC22、LED23、以及由基座11的一部分构成的金属板21(11)，所以不需要单独的金属板，削减光源模块2A及灯单元1A的部件个数，能够低成本地构成。另外，由于LED23搭载于FPC22，所以不需要由用于构成电路图案的陶瓷等形成的供电基板，能够低成本地构成。进而，由于金属板21(11)包括散热片211，所以能够提高LED23的散热效果。
由于用于安装反射器12的第1安装孔21a以搭载于FPC22的LED23为基准被开口于金属板21(11)，所以能够提高LED23和反射器12的位置精度。另外，由于投影透镜13相对于基座11被定位，所以相对于由该基座11的一部分构成的金属板21(11)的位置精度被提高。因此，反射器12和投影透镜13相对于LED23的位置精度被提高，能够高精度地控制灯单元1A的配光特性。
在实施方式1、2中，示出了利用设于反射器12的固定片122来支撑于金属板21或基座11的构成，但也可以采用如下的构成：在突起121的尖端部形成外螺纹或内螺纹，将突起121穿通第1安装孔21a或第2安装孔11a之后，从金属板21(11)或基座11的下面侧使螺母或螺丝螺合而进行支撑。
在实施方式1、2中示出了利用设于光源模块2、2A的金属板21或基座11的安装孔21a、11a来支撑反射器12的构成，但在不具有反射器的灯单元，例如在将从LED出射的光直接通过投影透镜来投影的构成的灯单元中，也可以是，利用设于金属板21或基座11的安装孔21a、11a来支撑投影透镜。即，也可以是，利用设于金属板或基座的安装孔来支撑灯单元的光学系统，能够提高光学系统相对于LED的定位精度。
在实施方式1、2中，利用开口于金属板21的安装孔21a来安装反射器12，但本发明中的光学系统的安装部也可以构成为：能够嵌合在设于反射器等光学系统的凸部或凹部来支撑该光学系统的凹部、凸部或其他的结构体。
在本发明中，导热板也可以并非一定是金属板，只要适用由导热性优秀的原材料形成且未形成有由布线构件构成的电路图案的低成本的板材即可。另外，本发明中的电路基板也可以未必是FPC，只要被构成为形成有所需要的电路图案的布线基板即可。进而，本发明中的发光元件并不被限定于LED，可以适用通过电路基板而被供电并发光的发光元件，特别是半导体发光元件。
另外，本发明相关的制造工序中，将电路基板安装于导热板的工序并不被限定于如实施方式那样的粘合，也可以利用螺丝等来安装。另外，对于以发光元件为基准在导热板的预定位置设置安装部的工序也并不被限定于实施方式的工序，例如并不被限定于利用激光来加工安装孔，也可以是机械地对安装孔以外的构造进行加工。
[附图标记说明]
1、1A 灯单元
2、2A 光源模块
3 灯壳
4 点灯电路装置
11 基座
11a 第2安装孔(安装部)
12 反射器
13 投影透镜
21、21(11) 金属板(导热板)
21a 第1安装孔(安装部)
22 FPC(电路基板)
23 LED(发光元件)
111、211 散热片
121 突起

Claims (10)

1.一种灯单元，包括：
光源模块，以及
光学系统，其用于将从该光源模块出射的光以所需要的配光进行投影；
其特征在于，
上述光源模块包括：
导热板，
电路基板，其被安装于该导热板，以及
发光元件，其被搭载于该电路基板并经由该电路基板而被供电；
在上述导热板中以上述发光元件为基准的预定位置上，设有用于安装上述光学系统的安装部。
2.如权利要求1所述的灯单元，其特征在于，
上述导热板由金属板构成。
3.如权利要求1或2所述的灯单元，其特征在于，
上述电路基板由FPC构成并被上述导热板支撑，上述发光元件被搭载于该FPC。
4.如权利要求1至3的任一项所述的灯单元，其特征在于，
上述光学系统包含用于反射从上述发光元件出射的光的反射器和将从上述发光元件出射的光以所需要的配光进行投影的投影透镜的至少一者。
5.如权利要求4所述的灯单元，其特征在于，
上述导热板由支撑上述光学系统的基座的一部分构成。
6.如权利要求4所述的灯单元，其特征在于，
作为上述光学系统的安装部，在上述导热板上开口有使设于该光学系统的突起插入的安装孔。
7.如权利要求6所述的灯单元，其特征在于，
在上述导热板上形成有散热片，上述安装孔开口于避开上述散热片的位置。
8.如权利要求7所述的灯单元，其特征在于，
上述安装孔开口于上述导热板所设有的薄壁部。
9.一种灯单元的制造方法，包含：
将包括发光元件的电路基板安装于导热板的工序，以及
以上述发光元件为基准在上述导热板的预定位置上设置用于安装光学系统的安装部的工序。
10.如权利要求9所述的灯单元的制造方法，其特征在于，
设置上述安装部的工序是通过激光加工来打孔的工序。
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