JP2015099640A - LED lamp - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LED(発光ダイオード)を光源とするウェッジベース型のLEDランプに関するものである。 The present invention relates to a wedge-based LED lamp using an LED (light emitting diode) as a light source.
例えば、車両にはフィラメントが発光する白熱電球が専ら使用されてきたが、近年、省電力で高輝度、且つ、長寿命であるLEDを光源として用いるLEDランプが使用されてきている。特に、車両用LEDランプには、ウェッジベース型の小型ランプが白熱電球の代替品として多用され、取り付けに関しては白熱電球と交換可能な互換品として商品化されている。 For example, incandescent bulbs that emit light from filaments have been exclusively used for vehicles, but in recent years, LED lamps that use LEDs with low power consumption, high brightness, and long life as light sources have been used. In particular, for vehicle LED lamps, wedge-based small lamps are frequently used as substitutes for incandescent bulbs, and their installation is commercialized as interchangeable products that can be exchanged with incandescent bulbs.
ところで、LEDは上記特長を有する反面、これから出射される光は指向性が強いため、広い領域に亘って均一に照明することができないという問題がある。 By the way, although LED has the said characteristic, since the light radiate | emitted from this has strong directivity, there exists a problem that it cannot illuminate uniformly over a wide area | region.
そこで、特許文献1には、図8の側断面図に示すように、2枚の基板21を背中合わせに配置し、各基板21に複数(図示例では各2つ)のLED22をそれぞれ実装したLEDランプ20が提案されている。
Therefore, in
しかしながら、上記LEDランプ20においては、各LED22からの出射光の照射方向が2方向に限定され、他の方向には光が届かないため、全方向を均一に照明することができないという問題がある。
However, the
そこで、特許文献2には、図9の縦断面図に示すように、多角錐状の支持体31の外表面に基板32を取り付け、この基板32に複数の発光モジュール33を実装するとともに、支持体31の内部に断熱材34を充填して成る照明装置30が提案されている。
Therefore, in
又、特許文献3には、図10の縦断面図に示すように、熱伝導性の高いアルミニウム等の金属から成る支持部41の上面と周面に複数のLED42を直接実装して成るLEDランプ40が提案されている。
Further, in
而して、特許文献2、3において提案された照明装置30やLEDランプ40によれば、ほぼ全方向に亘って光が照射されるため、全方向を均一に照明することができる。
Thus, according to the
しかしながら、特許文献2において提案された照明装置30においては、LEDモジュール33は基板32上に実装されているため、LEDモジュール33で発生した熱が基板32を経て支持体31へと伝導する。このため、熱の伝導性が悪い上、支持体31がポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂等の熱伝導率の低い材料で構成され、しかも、支持体31の内部に断熱材34が充填されているため、放熱性が悪く、発光モジュール33を効率良く冷却してその温度上昇を低く抑えることができないという問題がある、
又、特許文献3において提案されたLEDランプ40においては、LED42が熱伝導率の高い金属から成る支持部41の外表面に直接実装されているために、LED42で発生した熱の支持部41への熱伝導性は良いが、支持部41の内部が空洞であって、その内部が熱伝導率の低い空気で満たされているために放熱性が悪く、LED42の温度が上昇して発光時間の経過と共に光量低下を招く他、LED42自体の耐久寿命の低下を招くという問題がある。
However, in the
In the
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、全方向に均一に光を照射することができるとともに、放熱性を高めてLEDチップの光量と耐久寿命の低下を防ぐことができるLEDランプを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the intended process is to irradiate light uniformly in all directions and to improve heat dissipation to prevent a reduction in the light quantity and durable life of the LED chip. It is to provide an LED lamp that can be used.
上記目的を達成するため、請求項1記載のLEDランプは、
熱伝導性の高い金属によって中空錐台状に成形されたベース部材と、該ベース部材の上面と側面に直接実装された複数のLEDチップと、前記ベース部材の外表面に接着されたフレキシブル基板とを備え、該フレキシブル基板に形成された配線パターンと前記各LEDチップとを電気的に接続して成るLEDモジュールと、
該LDモジュールの周囲を覆う光学レンズと、
前記LEDモジュールの前記ベース部材の底面を貫通して一部が該ベース部材の内部に差し込まれたリジッド基板と、
を備え、前記リジッド基板に形成された配線パターンと前記フレキシブル基板の配線パターンとを接続するとともに、前記ベース部材の内部に熱伝導性樹脂を充填して成ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the LED lamp according to
A base member formed into a hollow frustum shape with a metal having high thermal conductivity, a plurality of LED chips mounted directly on the top and side surfaces of the base member, and a flexible substrate bonded to the outer surface of the base member; An LED module formed by electrically connecting a wiring pattern formed on the flexible substrate and each of the LED chips;
An optical lens covering the periphery of the LD module;
A rigid board that penetrates the bottom surface of the base member of the LED module and is partially inserted into the base member;
The wiring pattern formed on the rigid board and the wiring pattern of the flexible board are connected, and the base member is filled with a heat conductive resin.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記ベース部材から延びて前記リジッド基板へと接続される前記フレキシブル基板の延長部の長さを、リジッド基板を前記ベース部材に対して位置決めする値に設定したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the length of the extended portion of the flexible substrate that extends from the base member and is connected to the rigid substrate is set to the length of the rigid substrate relative to the base member. It is set to the value to position.
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記ベース部材の底面に、前記リジッド基板が嵌合する貫通孔を形成したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, a through hole into which the rigid board is fitted is formed on the bottom surface of the base member.
請求項1記載の発明によれば、中空錐台状のベース部材の上面と側面に実装された複数のLEDチップから全方向に向けて光が出射するため、全方向に均一に光を照射することができる。又、LEDチップを熱伝導性の高い金属から成るベース部材の上面と側面に基板を介することなく直接実装するとともに、ベース部材の内部に熱伝導性樹脂を充填したため、各LEDチップで発生した熱がベース部材と熱伝導性樹脂を経てリジッド基板に効率良く伝導し、リジッド基板から周囲に効率良く放熱される。このため、各LEDチップが効率良く冷却されてその温度上昇が低く抑えられ、各LEDチップの光量と耐久寿命の低下が防がれる。、
請求項2記載の発明によれば、ベース部材から延びてリジッド基板へと接続されるフレキシブル基板の延長部によってリジッド基板をベース部材に対して正確に位置決めすることができる。
According to the first aspect of the present invention, light is emitted in all directions from the plurality of LED chips mounted on the upper surface and side surfaces of the hollow frustum-shaped base member, so that light is uniformly irradiated in all directions. be able to. In addition, the LED chip is mounted directly on the upper and side surfaces of the base member made of a metal having high thermal conductivity without interposing a substrate, and the base member is filled with the heat conductive resin, so that the heat generated in each LED chip. Is efficiently conducted to the rigid substrate through the base member and the heat conductive resin, and is efficiently radiated from the rigid substrate to the surroundings. For this reason, each LED chip is efficiently cooled, the temperature rise is suppressed low, and the fall of the light quantity and durable life of each LED chip is prevented. ,
According to the second aspect of the present invention, the rigid substrate can be accurately positioned with respect to the base member by the extension portion of the flexible substrate extending from the base member and connected to the rigid substrate.
請求項3記載の発明によれば、ベース部材の底面に形成された貫通孔にリジッド基板を嵌合させることによって、該リジッド基板をベース部材に対して確実に回り止めすることができる。 According to the third aspect of the present invention, the rigid substrate can be reliably prevented from rotating with respect to the base member by fitting the rigid substrate into the through hole formed in the bottom surface of the base member.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係るLEDランプの平面図、図2は図1のA−A線断面図、図3は同LEDランプの光学レンズを取り外した状態を示す斜視図、図4は同LEDランプのLEDモジュールの展開図、図5は同LEDモジュールの側面図、図6は図5のB−B線拡大断面図、図7はLEDチップの配線図である。 1 is a plan view of an LED lamp according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the optical lens of the LED lamp is removed, and FIG. 5 is a development view of the LED module, FIG. 5 is a side view of the LED module, FIG. 6 is an enlarged sectional view taken along line BB of FIG. 5, and FIG. 7 is a wiring diagram of the LED chip.
本発明に係るLEDランプ1は、口金を有しないウェッジベース型の小型ランプであって、図1及び図2に示すように、LEDモジュールと、該LEDモジュール2の周囲を覆う光学レンズ3と、前記LEDモジュール2の後述のベース部材6の底面を貫通して一部が該ベース部材の内部に差し込まれたリジッド基板4を備え、前記ベース部材6の内部に熱伝導性樹脂5(図2参照)を充填することによって構成されている。
The
上記LEDモジュール2は、熱伝導性の高い銅等の金属によって中空の三角錐台状に成形されたベース部材6と、該ベース部材6の上面と3つの斜面状の側面に導電性フィラー7(図6参照)を用いてそれぞれ直接実装されたLEDチップ8と、前記ベース部材6の外表面に接着されたフレキシブル基板9とを備え、該フレキシブル基板9に形成された配線パターン10と前記各LEDチップ8とを図6に示すようにワイヤーボンディングによって電気的に接続して構成されている。ここで、フレキシブル基板9とリジッド基板4には、配線パターン10、11が銅箔のプリント等によってそれぞれ形成されており、図6に示すように、フレキシブル基板9に形成された配線パターン10とLEDチップ8の電極(P,N)8aとがワイヤー12を用いて接続されることによって(ワイヤーボンディング)、前述のように配線パターン10とLEDチップ8とが電気的に接続される。
The
ここで、ベース部材6は、これを折り曲げて組み立てる前の状態では、板厚0.5mmの銅板を図4に示す形状に打ち抜き、打ち抜かれた銅板を折り曲げることによって図3に示すように中空の三角錐台状に成形される。ここで打ち抜かれた銅板には、組立後はベース部材6の上面となる小さな1つの三角形部分6Aと、ベース部材6の側面となる3つの台形部分6Bが形成されており、これらの三角形部分6Aと台形部分6Bとは別に、組立後はベース部材6の底面となる大きな三角形部分6Cが小さな三角形部分6Aと台形部分6Bとは切り離された状態で独立に形成されている。そして、互いに連なる三角形部分6Aと台形部分6Bの境界には、この境界部分で折り曲げられるように複数のスリット6aがそれぞれ形成されている。又、三角形部分6Aと台形部分6Bとは切り離されて独立に形成された大きな三角形部分(組立後にベース部材6の底面となる部分)6Cの中央部には、前記リジッド基板4が嵌合するための長方形の貫通孔6bが形成されている。尚、三角形部分6Cは、三角形部分6Aと台形部分6Bの関係と同様に複数のスリットを介して接続されていても良い。
Here, in the state before the
そして、打ち抜かれた平面状の銅板の互いに連なる三角形部分6Aと台形部分6Bの表面(組み立てられたベース部材6の外表面となる面)には、図4に示すように、配線パターン10が予め形成されたフレキシブル基板9が接着されるとともに、各LEDチップ8が熱伝導フィラー7(図6参照)によって直接実装される。その後、各LEDチップ8とフレキシブル基板9の配線パターン10とが前述のように(図6参照)ワイヤーボンディングによって電気的に接続される。このように各LEDチップ8とフレキシブル基板9の配線パターン1とが電気的に接続されると、図7に示すように、直列の接続された各2つずつのLEDチップ8同士が互いに並列に接続される電気回路が形成される。この場合の各LEDチップ8とフレキシブル基板9の配線パターン10とのワイヤーボンディングによる電気的な接続は、平面上での作業となるため、作業性が良く、高い作業効率が得られる。
Then, as shown in FIG. 4, the
次に、図4に示すように互いに連なって平面状を成す銅板を三角形部分6Aと台形部分6Bの境界部分(スリット6aが形成された部分)で、表面(フレキシブル基板9が接着され、且つ、LEDチップ8が実装された側の面)が外側になるように折り曲げると、図3及び図5に示すように、下面が開口する三角錐台状のベース部材6が得られる。三角形部分6Cが台形部分6Bと接続されている場合は、下面が開口するように、三角形部分6Cと台形部分6Bの接続部を折り曲げず次の工程に進む。ここで、フレキシブル基板9の一部は、図4に示すように、ベース部材6の外へと延びて延長部9aを構成しており、この延長部9aと前記リジッド基板4とが接続され、フレキシブル基板9の配線パターン10とリジッド基板4の配線パターン11とが電気的に接続される。
Next, as shown in FIG. 4, a copper plate that is continuous with each other to form a planar shape is bonded to the surface (the portion where the
そして、この状態から、図2に示すように、ベース部材6の下面開口部からポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂等の熱伝導樹脂5を低圧封止によって充填し、ベース部材6の下面開口部を銅板の三角形部分6C(図4参照)で覆い、熱伝導樹脂5をベース部材6の内部に閉じ込めると、図3に示すような三角錐台状のLEDモジュール2が得られる。三角形部分6Cと台形部分6Bが接続されている場合は、熱伝導樹脂5を充填した後に三角形部分6Cと台形部分6Bを折り曲げて底面を塞ぐ。
Then, from this state, as shown in FIG. 2, a heat conductive resin 5 such as polyethylene terephthalate (PET) resin is filled from the lower surface opening of the
その後、図2に示すように、リジッド基板4の上端部をベース部材6の底面に形成された長方形の貫通孔6b(図4参照)に嵌合させてベース部材6の内部へと押し込めば、熱伝導性樹脂5が冷却されて固化することによってリジッド基板4のベース部材6の内部に差し込まれた上端部が熱伝導性樹脂5を介してベース部材6に垂直に固定される(図2参照)。この場合、リジッド基板4をベース部材6の内部に差し込めば、該リジッド基板4に接続されたフレキシブル基板9の延長部9aが図2に示すように緊張するが、フレキシブル基板9の延長部9aの長さは、これがリジッド基板4によって弛み無く緊張された状態でリジッド基板4をベース部材6に対して所定の位置に位置決めする長さに設定されている。従って、リジッド基板4をフレキシブル基板9の延長部9aが弛み無く緊張するまでベース部材6の内部へと押し込めば、該リジッド基板4がベース部材6に対して正確に位置決めされる。尚、本実施の形態では、リジッド基板4は、厚さ2mmの細長い矩形板状に成形されており、そのベース部材6から延出する端部は、不図示のソケットを介して12V電源に接続されている。
Thereafter, as shown in FIG. 2, the upper end of the
以上のように構成されるLEDモジュール2においては、三角錐台状のベース部材6の上面と3つの側面にLEDチップ8がそれぞれ配置されるが、図1及び図2に示すように、LEDモジュール2の周囲は半球状の前記光学レンズ3によって覆われている。この光学レンズ3の内面頂部には、図2に示すように、ベース部材6の上面に実装されたLEDチップ8から出射する光を広げて前方(図2の上方)に向けて照射するための凹球面3aが形成され、この凹球面3aによって光学レンズ3の頂部には凹レンズが形成されている。又、光学レンズ3の内面のベース部材6の側面に実装された各LEDチップ8に対向する部分には、各LEDチップ8から出射する光を広げて側方(120°の角度範囲)に向けて照射するためめの凹球面3bが形成され、この凹球面3bによって光学レンズ3の側部には凹レンズが形成されている。そして、光学レンズ3の内面の凹球面3aと凹球面3bとの境界部分には、内部反射によってLEDチップ8側に戻ってくる光を反射させて前方に向けて照射するための反射膜3cが白塗装や2色成型によって形成されている。尚、図1において、破線にて示す1つの円c1と3つの楕円c2は、光学レンズ3の各LEDチップ8の拡散角に合わせた凹球面3a,3bの形状を示すラインである。
In the
而して、以上のように構成されたLEDランプ1において、不図示の電源から当該LEDランプ1に電流が供給されると、リジッド基板4の配線パターン11からフレキシブル基板9の配線パターン10を経て計4つのLEDチップ8へと電流が供給され、各LEDチップ8が駆動されて発光する。この場合、三角錐台状のベース部材6の上面に実装されたLEDチップ8から前方(図2に上方)に向かう光は、光学レンズ3の凹球面3aによって構成される凹レンズを通過することによって拡散しながら出射し、ベース部材6の斜面状の3つの側面にそれぞれ実装されたLEDチップ8から側方に向かう光は、光学レンズ3の凹曲面3bによって構成される凹レンズを通過することによって拡散しながら周囲の120°の角度範囲を出射するとともに、内部反射によってLEDチップ8側に戻ってくる一部の光は、光学レンズ3の内面に形成された反射膜3cによって反射して前方へと出射する。
Thus, in the
従って、本発明に係るLEDランプ1においては、中空の三角錐台状のベース部材6の上面と側面にそれぞれ実装された計4つのLEDチップ8から上方及び側方を含む全方向に向けて光が出射することとなるため、全方向に均一に光を照射することができ、従来の白熱電球と同等の配光特性を得ることができる。
Therefore, in the
又、本発明に係るLEDランプ1においては、LEDチップ8を熱伝導性の高い金属から成る三角錐台状のベース部材6の上面と側面に基板を介することなく直接実装するとともに、ベース部材6の内部に熱伝導性樹脂5を充填したため、各LEDチップ8で発生した熱がベース部材6と熱伝導樹脂5を経てリジッド基板4に効率良く伝導し、リジッド基板4から周囲に効率良く放熱される。このため、各LEDチップ8が効率良く冷却されてその温度上昇が低く抑えられ、各LEDチップ8の光量と耐久寿命の低下が防がれる。この結果、LEDランプ1が容積の小さい小型のものであっても、高い放熱性が確保され、各LEDチップ8に供給される電流を増やして大きな光量を得ることができる。
Further, in the
更に、本発明に係るLEDランプ1においては、ベース部材6から延びてリジッド基板4へと接続されるフレキシブル基板9の延長部9aの長さを、リジッド基板4をベース部材6に対して位置決めする値に設定したため、この延長部9aの弛みがなくなって該延長部9aが緊張状態となる位置までリジッド基板4をベース部材6の内部へと差し込むことによって、該リジッド基板4をベース部材6に対して正確に位置決めすることができる。
Furthermore, in the
又、本発明に係るLEDランプ1によれば、ベース部材6の底面に形成された貫通孔6bにリジッド基板4を嵌合させて該リジッド基板4をベース部材6の内部に差し込むようにしたため、該リジッド基板4をベース部材6に対して確実に回り止めすることができる。
Further, according to the
尚、以上の実施の形態においては、ベース部材6を中空の三角錐台状に成形したが、四角錐台以上の多角錐台状或いは円錐台状のベース部材を用いても良い。又、以上の実施の形態では、リジッド基板4のベース部材6への固定を熱伝導性樹脂5によって固定する方式を採用したが、金属スタックとネジ止め等によってリジッド基板4をベース部材6に固定する方式を採用しても良い。更に、LEDチップ8とフレキシブル基板9との電気的な導通は、ワイヤーボンディングに限らず、導電ペーストの塗布等の接続手段を用いても良い。
In the above embodiment, the
1 LEDランプ
2 LEDモジュール
3 光学レンズ
3a,3b 光学レンズの凹球面
3c 光学レンズの反射膜
4 リジッド基板
5 熱伝導性樹脂
6 ベース部材
6A,6C ベース部材の三角形部分
6B ベース部材の台形部分
6a ベース部材のスリット
6b ベース部材の貫通孔
7 導電性フィラー
8 LEDチップ
8a LEDチップの電極
9 フレキシブル基板
9a フレキシブル基板の延長部
10,11 配線パターン
12 ワイヤー
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該LDモジュールの周囲を覆う光学レンズと、
前記LEDモジュールの前記ベース部材の底面を貫通して一部が該ベース部材の内部に差し込まれたリジッド基板と、
を備え、前記リジッド基板に形成された配線パターンと前記フレキシブル基板の配線パターンとを接続するとともに、前記ベース部材の内部に熱伝導性樹脂を充填したことを特徴とするLEDランプ。 A base member formed into a hollow frustum shape with a metal having high thermal conductivity, a plurality of LED chips mounted directly on the top and side surfaces of the base member, and a flexible substrate bonded to the outer surface of the base member; An LED module formed by electrically connecting a wiring pattern formed on the flexible substrate and each of the LED chips;
An optical lens covering the periphery of the LD module;
A rigid board that penetrates the bottom surface of the base member of the LED module and is partially inserted into the base member;
The LED lamp is characterized in that a wiring pattern formed on the rigid board and a wiring pattern on the flexible board are connected, and the inside of the base member is filled with a heat conductive resin.
The LED lamp according to claim 1, wherein a through hole into which the rigid board is fitted is formed on a bottom surface of the base member.
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