JP2014010941A - 発光素子モジュールおよび車両用灯具 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子モジュールが搭載される車種による制約を受けずに、リードとバスバーの電気的接続を低コストで確保可能とする。
【解決手段】絶縁性の基台2上に、導電性のバスバー3、4と少なくとも1つの発光素子ユニット10が配置されている。発光素子ユニット10は、半導体発光素子16を収容する筺体11を備えている。半導体発光素子16と電気的に接続されたリード12、13が筺体11から延出している。リード12、13は、バスバー3、4と溶接されている。基台2には、発光素子ユニット10ごとに少なくとも1つの位置決め部材5が設けられており、筺体11とリード12、13の少なくとも一方と係合している。
【選択図】図2

Description

本発明は、車両に搭載される灯具、および車両に搭載される灯具の灯室に収容される発光素子モジュールに関する。
この種の発光素子モジュールとしては、絶縁性の基台上に導電性のバスバーが設置されており、当該バスバーに発光素子ユニットを電気的に接続した構成を有するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。発光素子ユニットは、発光ダイオード(LED)等の半導体発光素子を収容する筺体から、当該LEDと電気的に接続された一対のリードが延びている構造を有している。この一対のリードを、それぞれ電源供給側のバスバーおよび接地側のバスバーと電気的に接続することにより、LEDに駆動電力が供給され、所定の発光動作がなされる。
特許第3441182号公報
特許文献1に記載の構成においては、リードとバスバーの電気的接続を加締め(機械的噛合せ接続)により確保している。当該処理を行なうにあたっては、所定の冶具を用いてリードをバスバー上に予め固定しておく必要がある。基台の形状やバスバーと発光素子ユニットの配置レイアウトは、発光素子モジュールが搭載される車種に応じて異なるため、車種ごとに異なる冶具が必要となる。また冶具を共用しようとした場合は、逆に基台の形状やバスバーと発光素子ユニットの配置レイアウトに制約を受ける。
よって本発明は、発光素子モジュールが搭載される車種による制約を受けずに、リードとバスバーの電気的接続を低コストで確保可能な技術を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第1の態様は、発光素子モジュールであって、
絶縁性の基台と、
前記基台上に設置された導電性のバスバーと、
前記基台上に配置された少なくとも1つの発光素子ユニットとを備え、
当該発光素子ユニットは、
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を収容する筺体と、
前記半導体発光素子と電気的に接続され、前記筺体から延出する導電性のリードとを備え、
前記リードは、前記バスバーと溶接されており、
前記基台には、前記発光素子ユニットごとに少なくとも1つの位置決め部材が設けられており、
前記位置決め部材は、前記筺体と前記リードの少なくとも一方と係合している。
このような構成によれば、リードは溶接によりバスバーに対して機械的および電気的に接続される。したがって加締めにより当該接続を確保する場合のように、仕様により異なる基台の形状やバスバーの配置レイアウトに応じた、複数の冶具を用意する必要がなく、製造コストを抑えることができる。また冶具を共用するために必要であった、基台の形状やバスバーと発光素子ユニットの配置レイアウトに対する制約を解消できる。
また基台に設けられた位置決め部材との係合によって、溶接の実行中に振動等が発生しても、各発光素子ユニットの所定位置からの変位は規制される。したがって、発光素子ユニットを固定するための特別な冶具を用意するコストを伴うことなく、正確なレーザ溶接を実行することができる。
例えば発光素子ユニットに対する小型化の要求に応じて、筺体の幅寸法をリードの幅寸法程度まで小さくする必要がある場合、係合状態を確保するために、前記位置決め部材の少なくとも一部が、前記筺体の一部に形成された凹部内、または前記リードの一部に形成された凹部内に配置されている構成とするとよい。
上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第2の態様は、車両用灯具であって、
ランプハウジングと、
前記ランプハウジングに装着されて灯室を区画形成する透光カバーと、
前記灯室内に配置された発光素子モジュールとを備え、
当該発光素子モジュールは、
絶縁性の基台と、
前記基台上に設置された導電性のバスバーと、
前記基台上に配置された少なくとも1つの発光素子ユニットとを備え、
当該発光素子ユニットは、
前記透光カバーを通じて照射される光を出射する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を収容する筺体と、
前記半導体発光素子と電気的に接続され、前記筺体から延出する導電性のリードとを備え、
前記リードは、前記バスバーと溶接されており、
前記基台には、前記発光素子ユニットごとに少なくとも1つの位置決め部材が設けられており、
前記位置決め部材は、前記筺体と前記リードの少なくとも一方と係合している。
このような構成によれば、リードは溶接によりバスバーに対して機械的および電気的に接続される。したがって加締めにより当該接続を確保する場合のように、車種によって異なる基台の形状やバスバーの配置レイアウトに応じた、複数の冶具を用意する必要がなく、製造コストを抑えることができる。また冶具を共用するために必要であった、基台の形状やバスバーと発光素子ユニットの配置レイアウトに対する制約を解消できる。
また基台に設けられた位置決め部材との係合によって、溶接の実行中に振動等が発生しても、各発光素子ユニットの所定位置からの変位は規制される。したがって、発光素子ユニットを固定するための特別な冶具を用意するコストを伴うことなく、車両用灯具の光源に求められる光軸の位置と向きの正確性を確保することができる。
前記基台は、複数の段部を有しており、前記複数の段部のそれぞれに前記少なくとも1つの半導体発光素子ユニットが配置されている構成としてもよい。近年車両用灯具に要求されるデザインの多様化により、基台の形状や発光素子のレイアウトも複雑化している。このような形状を有する発光素子モジュールにおけるリードとバスバーの接続を、加締めにより行なおうとした場合、冶具の形状や加締め力の制御が複雑化して製造コスト上昇の一因となる。上記の構成においては、溶接によりリードとバスバーの接続を行なっているため、車種に応じた条件の変化に柔軟に対応することができる。
本発明の一実施形態に係る発光素子モジュールの外観を示す斜視図である。 発光素子ユニットの1つを拡大して示す平面図および縦断面図である。 発光素子モジュールを収容した車両用灯具の構成を示す横断面図である。 発光素子ユニットおよび位置決め部材の変形例を示す平面図である。 発光素子ユニットおよび位置決め部材の変形例を示す平面図である。 発光素子ユニットの変形例を示す縦断面図である。
添付の図面を参照しつつ本発明について以下詳細に説明する。なお以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
図1は、本発明の一実施形態に係る発光素子モジュール1の外観を示す斜視図である。発光素子モジュール1は、樹脂等の絶縁性材料からなる基台2を備えている。基台2の上面には金属等の導電性材料からなる複数のアノードバスバー3とカソードバスバー4が設置されている。アノードバスバー3とカソードバスバー4は電気的に絶縁されている。以降の説明においては、アノードバスバー3とカソードバスバー4を、必要に応じて「バスバー3、4」と総称する。
基台2の上面には、複数の発光素子ユニット10が配置されている。図2の(a)は、これら発光素子ユニット10の1つを拡大して示す平面図であり、(b)は(a)における線IIB−IIBに沿う縦断面図である。
各発光素子ユニット10は、本発明の導電性のリードとしてのアノードリード12とカソードリード13が、絶縁性の筺体11から延出された構成を備えている。以降の説明においては、アノードリード12とカソードリード13を、必要に応じて「リード12、13」と総称する。筺体11は、凹部11aを有する本体部11bと、レンズ部11cを備えている。
アノードリード12は、アノードバスバー3の上面に載置されており、その一端部に溶接部14が形成されてアノードバスバー3と電気的および機械的に接続されている。アノードリード12は、凹部11aを区画形成する本体部11bの周壁を貫通し、その他端部が凹部11a内に配置されている。
カソードリード13は、カソードバスバー4の上面に載置されており、その一端部に溶接部15が形成されてカソードバスバー4と電気的および機械的に接続されている。カソードリード13は、凹部11aを区画形成する本体部11bの周壁を貫通し、その他端部が凹部11a内に配置されている。
本発明の半導体発光素子としての発光ダイオード(LED)16は、凹部11a内に位置するカソードリード13上に固定され、LED16のカソードとカソードリード13が電気的に接続されている。一方、LED16のアノードと凹部11a内に位置するアノードリード12は、導電性のワイヤ17により接続されている。この状態において凹部11aには封止樹脂11gが充填され、LED16がアノードリード12とカソードリード13に対して固定された状態で、筺体11内に収容されている。
LED16は、バスバー3、4およびリード12、13を含む駆動回路からの電力供給を受けて発光する。ガラスまたは透明樹脂からなるレンズ部11cは、樹脂封止部11gの上方に配置され、LED16から出射された光を集光可能な構成とされている。
図1に示すように、基台2の上面には、発光素子ユニット10ごとに一対の位置決め部材5が設けられている。図2の(a)に示すように、各位置決め部材5は、リード12、13の延びる方向と平行に延びる第1部分5aと、リード12、13の延びる方向と交差する向きに延びる第2部分5bとを有している。
各位置決め部材5の第1部分5aは、各発光素子ユニット10の筺体11におけるリード12、13が設けられていない側面11dに対向する。各位置決め部材5の第2部分5bは、各発光素子ユニット10の筺体11におけるリード12、13が延出している側面11eと、リード12、13の側縁とに当接または僅かな隙間を介して対向している。
これにより発光素子ユニット10は、リード12、13の延びる方向とこれに交差する方向の双方について変位が規制される。この状態を、位置決め部材5が筺体11とリード12、13に係合している状態と定義する。
本実施形態においては、リード12、13はレーザ溶接によりバスバー3、4に対して機械的および電気的に接続される。バスバー3、4上に発光素子ユニット10が載置された状態の基台2をテーブルに固定し、当該テーブルを移動させながら所定の箇所にレーザ光を照射することにより、溶接部14、15が形成される。
したがって加締めにより当該接続を確保する場合のように、車種によって異なる基台2の形状やバスバー3、4の配置レイアウトに応じた複数の冶具を用意する必要がなく、製造コストを抑えることができる。また冶具を共用するために必要であった、基台2の形状やバスバー3、4と発光素子ユニット10の配置レイアウトに対する制約を解消することができる。
また各発光素子ユニット10を対応する一対の位置決め部材5の間に差し込むのみで、各位置決め部材5が筺体11およびリード12、13に係合する。そのためレーザ溶接の実行中に基台2が載置されたテーブルが移動したり、溶接時に振動が発生しても、各発光素子ユニット10の所定位置からの変位は規制される。したがって、発光素子ユニット10を固定するための特別な冶具を用意するコストを伴うことなく、車両用灯具の光源に求められる光軸の位置と向きの正確性を確保することができる。
このようにして作製された発光素子モジュール1は、適宜の固定手段で取付部2a(図1参照)を車両用灯具のランプハウジングに固定することにより、ランプハウジングが区画形成する灯室内に収容される。
図3は、上記のようにして作製された発光素子モジュールを備える、車両用灯具としての左標識灯20の一例を模式的に示す横断面図である。左標識灯20は、ランプハウジング21と透光カバー22を備えている。ランプハウジング21は、例えば車両の左側前端部に装着される。透光カバー22は、ランプハウジング21に装着されて灯室23を区画形成する。車両の右側前端部には、左標識灯20と左右対称の構成を有する右標識灯が装着される。車両の後端部には、同様の構成を有する左右標識灯が装着される。
灯室23内には、発光素子モジュール1Aが収容されている。この発光素子モジュール1Aは、基台2Aの形状が図1に示した発光素子モジュール1の基台2とは異なり、複数の段部2Sを有している。発光素子ユニット10は各段部2Sに少なくとも1つ配置されている。なお本図においては、発光素子ユニット10の位置のみを示し、バスバー3、4およびリード12、13の図示は省略している。
近年灯具に要求されるデザインの多様化により、基台の形状や発光素子のレイアウトも複雑化している。本例のような形状を有する発光素子モジュール1Aにおけるリード12、13とバスバー3、4の接続を、加締めにより行なおうとした場合、冶具の形状や加締め力の制御が複雑化して製造コスト上昇の一因となる。本実施形態においては、上述のようにレーザ溶接によりリード12、13とバスバー3、4の接続を行なっているため、車種(灯具の構成)に応じた条件の変化に柔軟に対応することができる。
発光素子モジュール1Aの基台2Aに設けられた取付部2aを、ランプハウジング21に設けられた固定部21aに対してネジ等の固定部材24で固定することにより、発光素子モジュール1Aがランプハウジング21内に固定される。図1に示した発光素子モジュール1をランプハウジング21内に固定する場合も同様である。
各発光素子ユニット10から出射された光は、透光カバー22を通じて前方に照射されることにより、所定の領域を照明する。
上記の実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは明らかである。
位置決め部材5と発光素子ユニット10の係合の仕方は、発光素子ユニット10がリード12、13の延びる方向とこれに交差する方向の双方について変位が規制される限りにおいて、種々の構成をとりうる。
例えば図4の(a)に示す第1の変形例において、発光素子ユニット10Aは、凹部12a、13aがそれぞれ形成されたリード12A、13Aが、筺体11の側面11eから延出された構成を有している。一方、位置決め部材5Aは、リード12A、13Aの延びる方向と平行に延びる第1部分5aと、リード12A、13Aの延びる方向と交差する向きに延びる第2部分5bとを有している。第1部分5aは、筺体11におけるリード12A、13Aの設けられていない側面11dと、リード12A、13Aの側縁の一部とに対向しつつ延びている。
本例においては、位置決め部材5Aの第2部分5bの一部が、リード12A、13Aの凹部12a、13a内に配置され、それらの内周縁に当接または僅かな隙間を介して対向している。これにより発光素子ユニット10Aは、リード12A、13Aの延びる方向とこれに交差する方向の双方について変位が規制される。すなわち位置決め部材5Aは、リード12A、13Aと係合することによって発光素子ユニット10Aの変位を規制している。
このような構成によれば、筺体11の幅寸法をリード12A、13Aの幅寸法と同程度まで小さくすることができる。ここでいう「幅寸法」とは、リード12A、13Aの延びる方向と直交する向きの寸法を指す。したがって、近年発光素子ユニット10Aに課せられている小型化の要求にも応えつつ、バスバー3、4への安定した機械的・電気的接続を確保することができる。
図4の(b)に示す第2の変形例においては、発光素子ユニット10Bは、凹部12b、13bがそれぞれ形成されたリード12B、13Bが、筺体11の側面11eから延出された構成を有している。位置決め部材5の構成は、図2の(a)に示したものと同様である。
本例においては、位置決め部材5の第2部分5bの一部が、リード12B、13Bの凹部12b、13b内に配置され、それらの内周縁および筺体11の側面11aに当接または僅かな隙間を介して対向している。これにより発光素子ユニット10Bは、リード12B、13Bの延びる方向とこれに交差する方向の双方について変位が規制される。すなわち位置決め部材5は、筺体11およびリード12B、13Bと係合することによって発光素子ユニット10Bの変位を規制している。
このような構成によっても、第1の変形例と同様にして筺体11の幅寸法を小さくすることができ、発光素子ユニット10Bの小型化に寄与する。
図4の(c)に示す第3の変形例においては、発光素子ユニット10Cは、筺体11のリード12、13が設けられていない側面11dに凹部11fが形成された構成を有している。一方、位置決め部材5Cは、リード12、13が延びる方向と交差する向きに延びる部分のみを有している。
本例においては、位置決め部材5Cの一部が凹部11f内に配置され、それらの内周壁に当接または僅かな隙間を介して対向している。これにより発光素子ユニット10Cは、リード12、13の延びる方向とこれに交差する方向の双方について変位が規制される。すなわち位置決め部材5Cは、筺体11と係合することによって発光素子ユニット10Cの変位を規制している。
このような構成によっても、第1の変形例と同様にして筺体11の幅寸法を小さくすることができ、発光素子ユニット10Cの小型化に寄与する。また位置決め部材5Cを必要最小限の材料で形成しているため、材料コストの抑制にも寄与する。
発光素子ユニット10と係合する位置決め部材5の数は、上記のように2つに限られるものではなく、1つや3つ以上としてもよい。
例えば図5の(a)に示す第4の変形例において、位置決め部材5Dは、発光素子ユニット10ごとに4つ設けられており、それぞれ筺体11の四隅に配置される。各位置決め部材5Dは、リード12、13の延びる方向と平行に延びる第1部分5aと、リード12、13の延びる方向と交差する向きに延びる第2部分5bとを有している。
本例においては、各位置決め部材5Dの第1部分5aは、筺体11におけるリード12、13が設けられていない側面11dに当接または僅かな隙間を介して対向している。また各位置決め部材5Dの第2部分5bは、筺体11におけるリード12、13が延出している側面11eと、リード12、13の側縁とに当接または僅かな隙間を介して対向している。これにより発光素子ユニット10は、リード12、13の延びる方向とこれに交差する方向の双方について変位が規制される。
位置決め部材5Dの第1部分5aと筺体11の側面11d、および位置決め部材5Dの第2部分5bとリード12、13の側縁については、いずれか一方を係合しない構成としてもよい。すなわち位置決め部材5Dは、筺体11とリード12、13の少なくとも一方と係合することによって、発光素子ユニット10の変位を規制している。
図5の(b)に示す第5の変形例においては、図4の(a)に示した発光素子ユニット10Aごとに、図4の(c)に示した位置決め部材5Cが4つ設けられている。リード12A、13Aの延びる方向に交差する部分のみを有する各位置決め部材5Cの一部が、リード12A、13Aに形成された凹部12a、13a内に配置され、これらの内周縁に当接または僅かな隙間を介して対向している。
これにより発光素子ユニット10Aは、リード12A、13Aの延びる方向とこれに交差する方向の双方について変位が規制される。すなわち位置決め部材5Cは、リード12A、13Aと係合することによって発光素子ユニット10Aの変位を規制している。
なお本例において、各位置決め部材5Cを図5の(a)に示した位置決め部材5Dで置き換え、各位置決め部材5Dの第1部分5aをリード12A、13Aの側縁に当接または僅かな隙間を介して対向させる構成としてもよい。
図5の(c)に示す第6の変形例においては、図4の(b)に示した発光素子ユニット10Bごとに、図4の(c)に示した位置決め部材5Cが4つ設けられている。リード12B、13Bの延びる方向に交差する部分のみを有する各位置決め部材5Cの一部が、リード12B、13Bに形成された凹部12b、13b内に配置され、これらの内周縁および筺体11の側面11eに当接または僅かな隙間を介して対向している。
これにより発光素子ユニット10Bは、リード12B、13Bの延びる方向とこれに交差する方向の双方について変位が規制される。すなわち位置決め部材5Cは、筺体11およびリード12B、13Bと係合することによって発光素子ユニット10Bの変位を規制している。
なお本例において、各位置決め部材5Cを図5の(a)に示した位置決め部材5Dで置き換え、各位置決め部材5Dの第1部分5aを筺体11の側面11dに当接または僅かな隙間を介して対向させる構成としてもよい。
図5の(d)に示す第7の変形例のように、リード12、13の延びる方向とこれに交差する方向の双方について発光素子ユニット10変位を規制可能である限りにおいて、発光素子ユニット10と係合する位置決め部材5を1つとすることもできる。本例において、筺体11を挟んで位置決め部材5の反対側には、筺体11の側面11dに当接または僅かな隙間を介して対向し、これと平行に延びる位置決め部材6が設けられている。
本例において、位置決め部材5と発光素子ユニット10は、上記に示した位置決め部材5A、5B、5C、5Dと、発光素子ユニット10A、10B、10Cとから適宜に選んだ組合せで置き換えることができる。
図2および図4の(b)に示す位置決め部材5において、第1部分5aは筺体11の側面11dに当接する構成としてもよい。この場合、第2部分5bはリード12、13の側縁に当接しない構成としてもよい。
図4の(a)に示す位置決め部材5Aにおいて、第1部分5aは筺体11の側面11dに当接する構成としてもよい。この場合、第2部分5bはリード12A、13Aの側縁に当接しない構成としてもよい。
図4の(c)に示す位置決め部材5Cは、全体が筺体11に形成された凹部11f内に配置される構成としてもよい。図5の(b)に示す位置決め部材5Cは、全体がリード12A、13Aに形成された凹部12a、13a内に配置される構成としてもよい。図5の(c)に示す位置決め部材5Cは、全体がリード12B、13Bに形成された凹部12b、13b内に配置される構成としてもよい。
発光素子ユニット10は、図2に示した構成に限られない。目的や仕様に応じて種々の構成を採ることができる。
例えば図6の(a)に示すように、LED16より出射された光の集光が不要であれば、レンズ部11cを有しない構成を有する発光素子ユニット10Dとしてもよい。さらに図6の(b)に示すように、LED16を収容する筺体全体をガラスまたは透明樹脂で形成することにより、本体部11hがレンズ部と樹脂封止部を兼ねる構成を有する発光素子ユニット10Eとしてもよい。
図3に示した前照灯20の灯室23内に、投影レンズや導光部材等の光学部材を配置し、位置決め部材5を当該光学部材の一部と当接あるいは係合させる構成としてもよい。このような構成によれば、発光素子ユニット10に対して光学部材の位置決め精度を高めることができる。
リード12、13とバスバー3、4を機械的および電気的に接続する溶接部14、15は、必ずしもレーザ溶接により形成されることを要しない。これらは抵抗溶接により形成することもできる。
発光素子モジュール1が備える発光素子ユニット10は、必ずしも複数設けられることを要しない。レーザ溶接が適用される少なくとも1つの発光素子ユニット10が設けられた発光素子モジュールに対しても、本発明を適用可能である。
光源の半導体発光素子はLED16に限られず、レーザダイオードや有機EL素子等を用いてもよい。
本発明の車両用灯具は、標識灯20の用途に限られるものではない。本発明は、自身の「前方」に光を照射し、所定の照明を行なうために用いられる、あらゆる車両用灯具に適用することができる。
2:基台、2S:段部、3、4:バスバー、5:位置決め部材、10:発光素子ユニット、11:筺体、11f:凹部、12、13:リード、12a、13a:凹部、14、15:溶接部、16:LED、20:標識灯、21:ランプハウジング、22:透光カバー、23:灯室

Claims (5)

  1. 絶縁性の基台と、
    前記基台上に設置された導電性のバスバーと、
    前記基台上に配置された少なくとも1つの発光素子ユニットとを備え、
    当該発光素子ユニットは、
    半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子を収容する筺体と、
    前記半導体発光素子と電気的に接続され、前記筺体から延出する導電性のリードとを備え、
    前記リードは、前記バスバーと溶接されており、
    前記基台には、前記発光素子ユニットごとに少なくとも1つの位置決め部材が設けられており、
    前記位置決め部材は、前記筺体と前記リードの少なくとも一方と係合している、発光素子モジュール。
  2. 前記位置決め部材の少なくとも一部は、前記筺体の一部に形成された凹部内に配置されている、請求項1に記載の発光素子モジュール。
  3. 前記位置決め部材の少なくとも一部は、前記リードの一部に形成された凹部内に配置されている、請求項1または2に記載の発光素子モジュール。
  4. ランプハウジングと、
    前記ランプハウジングに装着されて灯室を区画形成する透光カバーと、
    前記灯室内に配置された発光素子モジュールとを備え、
    当該発光素子モジュールは、
    絶縁性の基台と、
    前記基台上に設置された導電性のバスバーと、
    前記基台上に配置された少なくとも1つの発光素子ユニットとを備え、
    当該発光素子ユニットは、
    前記透光カバーを通じて照射される光を出射する半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子を収容する筺体と、
    前記半導体発光素子と電気的に接続され、前記筺体から延出する導電性のリードとを備え、
    前記リードは、前記バスバーと溶接されており、
    前記基台には、前記発光素子ユニットごとに少なくとも1つの位置決め部材が設けられており、
    前記位置決め部材は、前記筺体と前記リードの少なくとも一方と係合している、車両用灯具。
  5. 前記基台は、複数の段部を有しており、
    前記複数の段部のそれぞれに前記少なくとも1つの半導体発光素子ユニットが配置されている、請求項4に記載の車両用灯具。
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