JP2006245336A

JP2006245336A - 発光装置

Info

Publication number: JP2006245336A
Application number: JP2005059548A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Takeda; 仁志武田; Masayasu Ito; 昌康伊藤; Tsukasa Tokita; 主時田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2006-09-14
Also published as: US20060197444A1; DE102006009930A1; US7829903B2; FR2893477A1

Abstract

【課題】同一基板上に電気部品と光学部品を実装し、配線を少なくするとともに実装部品の信頼性を高めること。
【解決手段】回路基板１２上に点灯回路部品１６とＬＥＤ１４が実装され、回路基板１２上の回路パターン２０、２２、２４、２６のうち回路パターン２０、２６の一部が露出した状態で、点灯回路部品１６とＬＥＤチップ１４がカバー１８で覆われて密封され、回路パターン２０、２６に電圧が印加されたときに、ＬＥＤ１４からの光が凸レンズ３２を透過してカバー１８の前面側に照射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に係り、特に、半導体発光素子を光源とする発光装置に関する。

従来、発光装置あるいは照明装置として、ＬＥＤ(ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）などの半導体発光素子を光源に用いたものが知られている。

例えば、基板にＬＥＤベアチップを実装してＬＥＤモジュールを構成し、このＬＥＤモジュールに電力供給源から電力を供給してＬＥＤベアチップを発光させるようにした照明装置がある（特許文献1参照）。

この照明装置は、図１３に示すように、定電流回路部１１１ａ、１１２ａ、１１３ａと、複数のＬＥＤベアチップが実装されたＬＥＤ実装部１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂを有するＬＥＤモジュール１１１、１１２、１１３をそれぞれモジュールソケット１２０に実装し、各ＬＥＤモジュール１１１、１１２、１１３をコネクタ１２１を介して定電圧回路ユニット１４０に接続し、定電圧回路ユニット１４０を電力供給源１５０に接続し、電力供給源１５０からの電力を定電圧回路ユニット１４０、コネクタ１２１を介してＬＥＤモジュール１１１、１１２、１１３の各ＬＥＤベアチップに供給するようになっている。この照明装置によれば、各ＬＥＤモジュール１１１、１１２、１１３に定電流回路部１１１ａ、１１２ａ、１１３ａが実装されているので、発光駆動時におけるＬＥＤベアチップの発光光度の安定化を図ることができ、また、モジュールソケット１２０に隣接して他のモジュールソケット１２０を配置するときには、モジュールソケット１２０同士をコネクタ１２２を介して接続することで、ＬＥＤモジュールの拡張を容易に実施することができる。

特開２００４−２５３３６４号公報（第４頁〜第８頁、図１、図２、図３）

従来技術においては、各ＬＥＤモジュール１１１、１１２、１１３には一部の電気部品と光学部品が一体となって実装されているが、ＬＥＤモジュール１１１、１１２、１１３と定電圧回路ユニット１４０とが別々に配置されているため、両者を配線で接続するための配線作業が必要となる。また、定電圧回路ユニット１４０を構成する電気回路部品は露出されているため、環境の変化に伴う影響を受けやすく、信頼性を高めるには十分ではない。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、同一基板上に電気部品と光学部品を実装し、配線を少なくするとともに実装部品の信頼性を高めることにある。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発光装置においては、回路基板上に、半導体発光素子および点灯回路部品が搭載されているとともに、前記半導体発光素子と前記点灯回路部品を覆うカバーが搭載されており、前記点灯回路部品は、電源から入力された電圧を電磁エネルギーに変換し、前記変換された電磁エネルギーを発光エネルギーとして前記半導体発光素子に伝播してなり、前記カバーは、前記半導体発光素子からの光を透過してなる構成とした。

（作用）回路基板上に、半導体発光素子と点灯回路部品が一体となって搭載されているので、配線が少なくなり、配線作業が容易になるとともに、半導体発光素子や点灯回路部品をカバーで覆っているので、環境の変化によって半導体発光素子などの実装部品が劣化するのを防止することができる。

請求項２に係る発光装置においては、請求項１に記載の発光装置において、前記回路基板上には、前記電源からの電圧を前記点灯回路部品に印加するための複数の電極が搭載され、前記複数の電極は、前記カバーから外れた位置に配置されて露出してなる構成とした。

（作用）回路基板上には複数の電極に搭載され、各電極はカバーから外れた位置に露出されているため、電源からの電圧を各電極に印加するだけで点灯回路部品や半導体発光素子に給電することができる。

請求項３に係る発光装置においては、請求項１または２に記載の発光装置において、前記カバーには、前記半導体発光素子からの光を透過する凸レンズが一体となって形成され、前記半導体発光素子は、前記回路基板から離れて前記点灯回路部品よりも前記凸レンズ側に配置されてなる構成とした。

（作用）カバーには半導体発光素子からの光を透過する凸レンズが一体となって形成され、半導体発光素子が点灯回路部品よりも凸レンズ側に配置されているため、半導体発光素子の周囲に反射鏡を設けることなく、半導体発光素子からの光を凸レンズでカバー前面側に照射することができる。

請求項４に係る発光装置においては、請求項１、２または３のうちいずれか１項に記載の発光装置において、前記回路基板を複数枚実装可能な実装領域を有する放熱構造体を備えてなる構成とした。

（作用）放熱構造体には、複数枚の回路基板を実装することができるとともに、実装された回路基板から発生する熱を放熱構造体によって放熱させることができる。

請求項５に係る発光装置においては、請求項４に記載の発光装置において、前記回路基板上の複数の電極は前記点灯回路部品を間にして互いに離れて配置され、前記放熱構造体には、前記複数の電極に給電するための複数の電力給電電極が相対向して形成され、前記回路基板は、前記回路基板上の各電極と前記放熱構造体上の各電力給電電極とを結ぶ給電用支持部材によって前記放熱構造体に着脱自在に実装されてなる構成とした。

（作用）放熱構造体上に回路基板を配置した際に、回路基板上の各電極と放熱構造体上の各電力給電電極とを給電用支持部材で接続することで、回路基板上の実装部品に給電することができるとともに、回路基板を放熱構造体上に固定することができる。また給電用支持部材を取り外すことで、回路基板を放熱構造体から取り出すことができる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発光装置によれば、配線作業が容易になるとともに、実装部品の信頼性を高めることができる。

請求項２によれば、電源からの電圧を各電極に印加するだけで点灯回路部品や半導体発光素子に給電することができる。

請求項３によれば、半導体発光素子の周囲に反射鏡を設けることなく、半導体発光素子からの光を凸レンズでカバー前面側に照射することができる。

請求項４によれば、複数枚の回路基板を放熱構造体に実装することができるとともに、実装された回路基板から発生する熱を放熱構造体によって放熱させることができる。

請求項５によれば、給電用支持部材を用いて回路基板上の実装部品に給電することができるとともに、回路基板を放熱構造体に着脱自在に固定することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例にしたがって説明する。図１は、本発明の一実施例を示す発光装置の要部縦断面図、図２は、発光装置に用いられる点灯回路の回路構成図、図３は、本発明の第２実施例を示す発光装置の要部縦断面図、図４は、本発明の第３実施例を示す発光装置の要部縦断面図、図５は、本発明の第４実施例を示す発光装置の要部縦断面図、図６は、本発明の第５実施例を示す発光装置の要部縦断面図、図７は、発光装置の一実施例を示す平面図、図８は、発光装置の他の実施例を示す平面図、図９は、放熱構造体に発光装置を搭載したときの平面図、図１０は、放熱構造体に発光装置を搭載したときの要部拡大側面図、図１１は、給電用支持部材の操作方法を説明するための要部拡大側面図、図１２は、放熱構造体に発光装置を搭載したときの他の実施例を示す平面図である。

これらの図において、発光装置１０は、図１に示すように、車両用灯具の一要素として、金属製回路基板１２と、半導体発光素子としてのＬＥＤチップ１４と、ＬＥＤチップ１４の点灯を制御するための点灯回路部品１６と、樹脂製カバー１８とを備えて構成されている。尚、カバー１８はガラス製の材料で構成しても良い。

回路基板１２は、金属を用いてほぼ直方体形状に形成されており、この回路基板１２上には回路パターン２０、２２、２４、２６などが形成されている。回路パターン２０は、電極として電源のプラス端子に接続され、回路パターン２６は、電極として電源のマイナス端子に接続されている。各回路パタン２０〜２６上には点灯回路部品１６が実装されており、これら回路パターン２０〜２６のうち、回路パターン２２と回路パターン２６との間には、窒化アルミなどで形成された放熱台座２８、３０が相対向して実装されている。各放熱台座２８、３０上にＬＥＤチップ１４がダイボンドされて実装されている。ＬＥＤチップ１４の両端側は、それぞれ回路パターン２２、２４に接続されており、ＬＥＤチップ１４には、回路パターン２０、２６に電圧が印加されたときに、点灯回路部品１６を介して電力が供給されるようになっている。

一方、カバー１８は、前面カバーあるいは前面レンズを構成する密閉容器として、樹脂を用いてほぼ長方形形状に形成されている。本例では、略中央部にＬＥＤチップ１４に相対向して凸レンズ３２が形成されている。このカバー１８は、回路パターン２０、２６の一部を電極として露出させるだけで、点灯回路部品１６やＬＥＤチップ１４などの実装部品を覆って密閉するために、その周囲が回路基板１２上の回路パターン２０、２６などに接着されている。凸レンズ３２はＬＥＤチップ１４の上方に、ＬＥＤチップ１４に近接して配置されており、ＬＥＤチップ１４が発光したときには、この発光に伴う光を集光し、集光された光を透過してカバー１８の前面側に照射するようになっている。すなわち、凸レンズ３２は、半球状に形成されているため、ＬＥＤチップ１４からの光を反射することなく、そのまま透過して前面側に照射することができ、配光への悪影響および光学効率の低下を防止することができる。

点灯回路部品１６は、例えば、図２に示すように、スイッチングレギュレータ３４と、整流・平滑回路３６と、制御回路３８を備えて構成されている。スイッチングレギュレータ３４は、トランスＴ１、コンデンサＣ１、ＮＭＯＳトランジスタ４０を備え、トランスＴ１の一次巻線の一端側が回路パターン２０に接続され、一次巻線の他端側がＮＭＯＳトランジスタ４０を介して回路パターン２６に接続されているとともに接地されている。ＮＭＯＳトランジスタ４０は、ゲートが制御回路３８に接続されており、制御回路３８からのスイッチング信号に応答してオンオフ動作するようになっている。そしてＮＭＯＳトランジスタ４０のオンオフ動作に伴って、回路パターン２０、２６に印加された入力電圧が電磁エネルギーとしてトランスＴ１に蓄積され、蓄積された電磁エネルギーが整流・平滑回路３６に放出されるようになっている。整流・平滑回路３６は、トランスＴ１の二次側から放出される電磁エネルギーを発光エネルギーとしてＬＥＤチップ１４に伝播するために、整流素子としてのダイオードＤ１、Ｄ２を備えているとともに、平滑素子としてのコイルＬ１、コンデンサＣ２を備えて構成されている。コンデンサＣ２の一端側は回路パターン２２を介してＬＥＤチップ１４に接続され、コンデンサＣ２の他端側は抵抗Ｒ１、回路パターン２４を介してＬＥＤチップ１４に接続されている。抵抗Ｒ１の両端に生じる電圧が制御回路３８に入力されており、制御回路３８は、ダイオードＤ１、Ｄ２のカソードコモンの電圧と抵抗Ｒ１の両端に生じる電圧を取り込み、取り込んだ電圧を基にＮＭＯＳトランジスタ４０のオンオフ動作を制御するようになっている。

本実施例においては、電気部品としての点灯回路部品１６やＬＥＤチップ１４が光学部品としてのカバー１８で覆われた状態で回路基板１２上に一体となって実装され、回路パターン２０、２６に電圧が印加されたときに、ＬＥＤチップ１４が発光するようになっているため、組み付け時における配線作業が不要となり、作業コストを低減することができるとともに、点灯回路部品１６やＬＥＤチップ１４が環境の変化に伴って劣化するのを防止することができ、信頼性の向上に寄与することができる。

次に、本発明の第２実施例を図３にしたがって説明する。本実施例は、図１に示す放熱台座２８、３０を回路基板１２から取り外し、ＬＥＤチップ１４を回路基板１２上に直接搭載し、ＬＥＤチップ１４の周囲に円筒状の反射鏡４２を設けたものであり、他の構成は図１のものと同様である。

本実施例においては、回路基板１２上にＬＥＤチップ１４を直接搭載し、ＬＥＤチップ１４と凸レンズ３２とを互いに離して配置しているが、ＬＥＤチップ１４の発光による光は反射鏡４２で反射して凸レンズ３２に集光されるため、ＬＥＤチップ１４の発光による光を反射鏡４２を介して凸レンズ３２からカバー１８の前面側に照射することができる。

本実施例によれば、組み付け時における配線作業が不要となり、作業コストを低減することができるとともに、点灯回路部品１６やＬＥＤチップ１４が環境の変化に伴って劣化するのを防止することができ、信頼性の向上に寄与することができ、さらに、回路基板１２上にＬＥＤチップ１４を直接搭載しても、ＬＥＤチップ１４の発光による光をカバー１８の前面側に照射することができる。

次に、本発明の第３実施例を図４にしたがって説明する。本実施例は、カバー１８の開口側端部にシールしろ１８ａを設け、カバー１８のシールしろ１８ａを回路基板１２上に固着したものであり、他の構成は図１のものと同様である。

本実施例においては、カバー１８を、シールしろ１８ａを介して回路基板１２上に固着するようにしたため、カバー１８と回路基板１２とがより確実に密着し、気密性を高めることができるとともに、湿度の変化によって電気回路部品が劣化するのを、より確実に防止することができる。

本実施例によれば、組み付け時における配線作業が不要となり、作業コストを低減することができるとともに、点灯回路部品１６やＬＥＤチップ１４が環境の変化に伴って劣化するのを防止することができ、信頼性をより高めることができる。

次に、本発明の第４実施例を図５にしたがって説明する。本実施例は、回路基板１２の中央部に、図１に示す放熱台座２８、３０の代わりに、放熱台座４４を一体に形成し、放熱台座４４上にＬＥＤチップ１４を搭載したものであり、他の構成は図１のものと同様である。

本実施例においては、回路基板１２に放熱台座４４が一体に形成されているため、部品点数の低減を図ることができる。また、放熱台座４４を別に設けた場合よりも熱抵抗を小さくでき、ＬＥＤチップ１４の発熱を抑制できる。

本実施例によれば、組み付け時における配線作業が不要となり、作業コストを低減することができるとともに、点灯回路部品１６やＬＥＤチップ１４が環境の変化に伴って劣化するのを防止することができ、信頼性の向上に寄与することができ、さらに、部品点数の低減を図ることができる。

次に、本発明の第５実施例を図６にしたがって説明する。本実施例は、カバー１８をほぼ平板状に形成し、カバー１８の周囲を筒状のレンズホルダ４５に固着し、レンズホルダ４５の底部側を回路基板１２上に固着するようにしたものであり、他の構成は図５のものと同様である。

本実施例においては、レンズホルダ４５を点灯回路部品１６の高さに合わせて形成することで、点灯回路部品１６の大きさによらずカバー１８の共通化を図ることができる。

本実施例によれば、組み付け時における配線作業が不要となり、作業コストを低減することができるとともに、点灯回路部品１６やＬＥＤチップ１４が環境の変化に伴って劣化するのを防止することができ、信頼性の向上に寄与することができ、さらに、点灯回路部品１６の大きさによらずカバー１８の共通化を図ることができる。

前記各実施例における発光装置１０を構成するに際しては、図７に示すように、回路基板１２の両端側に、点灯回路部品１６を間にして電極としての回路パターン２０、２６を互いに離して配置するとともに、回路基板１２に沿って回路パターン２０、２６を形成する構成を採用したり、あるいは、図８に示すように、回路基板１２の両端側の一部に、電極としての回路パターン２０、２６を形成する構成を採用したりすることができる。また、カバー１８内に樹脂を充填して点灯回路部品１６を固定することもできる。

次に、複数の発光装置１０を放熱構造体に配列するときの実施例を図９および図１０にしたがって説明する。図９において、放熱構造体４６は、例えば、アルミニウムを用いてほぼ直方体形状に形成されている。この放熱構造体４６は、複数の発光装置１０を搭載するために、その表面には複数枚の回路基板１２を実装可能な実装領域が設けられているとともに、複数の電力給電電極４８、５０が平行となって相対向して形成されている。

各電力給電電極４８、５０には、図１０に示すように、給電用支持部材５２、５４がねじ５６で固定できるようになっており、電力給電電極４８と電力給電電極５０との距離は回路基板１２の幅よりも大きく設定されている。この給電用支持部材５２、５４は、導電性を有する導電性材料５５を含みほぼＺ字形に形成され、底部側に蝶番５８が開閉自在に設けられている。複数の発光装置１０が放熱構造体４６上に配置されたときに、給電用支持部材５２は、電力給電電極４８と回路パターン２０とを接続し、支持部材５４は、電力給電電極５０と回路パターン２６とを接続するようになっている。

具体的には、放熱構造体４６上に複数の発光装置１０が配置されたときに、図１１（ａ）に示すように、各支持部材５２、５４をそれぞれ電力給電電極４８、５０にねじ５６で固定した後、Ｘ方向（閉方向）に操作することで、各発光装置１０を放熱構造体４６上に固定することができるとともに、電力給電電極４８と回路パターン２０とを接続したり、電力給電電極５０と回路パターン２６とを接続したりできるようになっている。また、発熱構造体４６は、各発光装置１０から発生する熱を十分に放熱できるようなっている。

一方、図１１（ｂ）に示すように、各支持部材５２、５４をＹ方向（開方向）に操作したときには各発光装置１０を放熱構造体４６から取り外すことができる。すなわち、各支持部材５２、５４は各発光装置１０を放熱構造体４６上に着脱自在に実装できるようになっている。

本実施例によれば、複数の発光装置１０を放熱構造体４６上に着脱自在に実装することができるとともに、各発光装置１０の温度上昇に伴って電気部品が劣化するのを防止することができる。

また、本実施例によれば、導電性材料５５は弾性を有するため、発光装置１０を放熱構造体４６上に確実に固定することができるとともに、電力給電電極４８、５０に供給された電力を各発光装置１０に確実に供給することができる。

本実施例においては、放熱構造体４６上に４台の発光装置１０を１列に並べるものについて述べたが、発熱構造体４６の大きさを調整することで、任意の数の発光装置１０を発熱構造体４６上に搭載することができる。

また、電力給電電極４８、５０をそれぞれＵ字状に形成し、Ｕ字状の電力給電電極４８、５０を並列に配置すれば、各電力給電電極４８、５０に沿って発光装置１０を２列に配置することもできる。

また、各発光装置１０には、スイッチングレギュレータが搭載されているため、スイッチングレギュレータとしてＡＣ１００Ｖ入力のものを用いることができる。

さらに、各発光装置１０に搭載するＬＥＤチップ１４としては、Ｖｆ（フォワード電圧）の異なるものや色違いのものを用いることも可能である。

本実施例においては、支持部材５２、５４として、蝶番５８を有するものを用いているため、各発光装置１０を放熱構造体４６上に搭載するときに、各発光装置１０をそれぞれスライドさせることがなく、放熱構造体４６の上方から挿入して固定することができる。

また、図１２に示すように、支持部材５２、５４を用いる代わりに、導電板６０を用い、この導電板６０の両端側をそれぞれ放熱構造体４６上の電力給電電極４８、５０と回路基板１２上の回路パターン２０、２６に溶接して、電力給電電極４８と回路パターン２０とを導電板６０で接続し、電力給電電極５０と回路パターン２６とを導電板６０で接続する構成を採用することもできる。

本発明の第１実施例を示す発光装置の要部縦断面図である。発光装置の回路構成図である。本発明の第２実施例を示す発光装置の要部縦断面図である。本発明の第３実施例を示す発光装置の要部縦断面図である。本発明の第４実施例を示す発光装置の要部縦断面図である。本発明の第５実施例を示す発光装置の要部縦断面図である。発光装置の一実施例を示す平面図である。発光装置の他の実施例を示す平面図である。放熱構造体に発光装置を搭載したときの平面図である。放熱構造体に発光装置を搭載したときの要部拡大側面図である。給電用支持部材の操作方法を説明するための要部拡大側面図である。放熱構造体に発光装置を搭載したときの他の実施例を示す平面図である。従来の照明装置のブロック構成図である。

符号の説明

１０発光装置
１２回路基板
１４ＬＥＤチップ
１６点灯回路部品
１８カバー
２０、２２、２４、２６回路パターン
２８、３０放熱台座
３２凸レンズ
４６放熱構造体
４８、５０電力給電電極
５２、５４給電用支持部材

Claims

回路基板上に、半導体発光素子および点灯回路部品が搭載されているとともに、前記半導体発光素子と前記点灯回路部品を覆うカバーが搭載されており、前記点灯回路部品は、電源から入力された電圧を電磁エネルギーに変換し、前記変換された電磁エネルギーを発光エネルギーとして前記半導体発光素子に伝播してなり、前記カバーは、前記半導体発光素子からの光を透過してなる発光装置。
請求項１に記載の発光装置において、前記回路基板上には、前記電源からの電圧を前記点灯回路部品に印加するための複数の電極が搭載され、前記複数の電極は、前記カバーから外れた位置に配置されて露出してなることを特徴とする発光装置。
請求項１または２に記載の発光装置において、前記カバーには、前記半導体発光素子からの光を透過する凸レンズが一体となって形成され、前記半導体発光素子は、前記回路基板から離れて前記点灯回路部品よりも前記凸レンズ側に配置されてなることを特徴とする発光装置。
請求項１、２または３のうちいずれか１項に記載の発光装置において、前記回路基板を複数枚実装可能な実装領域を有する放熱構造体を備えてなることを特徴とする発光装置。
請求項４に記載の発光装置において、前記回路基板上の複数の電極は前記点灯回路部品を間にして互いに離れて配置され、前記放熱構造体には、前記複数の電極に給電するための複数の電力給電電極が相対向して形成され、前記回路基板は、前記回路基板上の各電極と前記放熱構造体上の各電力給電電極とを結ぶ給電用支持部材によって前記放熱構造体に着脱自在に実装されてなることを特徴とする発光装置。