JP2016143603A - 光源モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光源モジュールのハウジングに形成される給電回路の電気絶縁性を確保する一方で、発光素子の放熱効果を高める。【解決手段】ハウジング２と、ハウジング２に搭載される発光素子３と、ハウジングに形成されて発光素子３に給電するための給電回路（電子部品４、回路パターン５）とを備えており、ハウジング２は電気絶縁性を有する第１の部材（コア部２Ａ）と、第１の部材よりも熱伝導率の高い第２の部材（クラッド部２Ｂ）で構成される。給電回路（５）は第１の部材（２Ａ）に対するＭＩＤ技術の適用により形成される。【選択図】 図４

Description

本発明は光源としての発光素子を搭載し、当該発光素子への給電を行う給電回路を一体に構成した光源モジュールに関するものである。

自動車等の車両用灯具では、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を光源として用い、この発光素子に対して外部電力を給電するための給電回路を一体に構成した光源モジュールが提案されている。特許文献１には、給電コネクタを一体に設けたハウジングに、ＬＥＤを搭載したプリント配線基板を装着し、当該プリント配線基板に設けた給電回路を給電コネクタに電気接続してＬＥＤに対して給電を行うようにした構成の光源モジュールが提案されている。

特許文献１の技術は、ハウジングとプリント配線基板が別体であるため、光源モジュールの構成部品点数が２つとなり、またハウジングにプリント配線基板を装着するための機械的および電気的な組立作業が必要である。特に、プリント配線基板に搭載しているＬＥＤの発光光軸を光源モジュールにおける所要の方向に設定するために、プリント回路基板に対するＬＥＤの搭載方向と搭載位置、およびハウジングに対するプリント配線基板の搭載方向と搭載位置を高い精度で管理する必要があり、組立作業が煩雑なものになる。また、プリント配線基板とハウジングとを密着させることが難しく、ＬＥＤで発生した熱をプリント配線基板からハウジングへの熱の伝導性が低くなり、放熱効果が低下される。

このような特許文献１の光源ユニットにおける課題を解消するために、プリント配線基板に代えて、表面にメッキ等による回路パターンを形成し、この回路パターンで給電回路を構成した樹脂成形体を用いた光源モジュールが考えられている。特許文献２には、このような樹脂成形体の例として、金属錯体とベース樹脂をハイブリッド化した特殊樹脂を用いて射出成形し、得られた樹脂成形体の一部にレーザ光を照射して金属錯体の触媒活性を高め、レーザ光照射部のみに無電解メッキ膜を形成して回路パターンを構成したものが提案されている。このような回路パターンと樹脂構造体を複合化した樹脂成形体は、ＭＩＤ（Molded Interconnect Device）とも称せられる。

特開２０１４−４１７３８号公報 特開２０１４−２１３５７０号公報

特許文献２のＭＩＤ技術による回路パターンを設けた樹脂成形体を特許文献１のような光源モジュールのハウジングに適用し、当該ハウジングにＬＥＤを搭載すれば、樹脂成形体に形成した回路パターンを利用してＬＥＤの給電回路を構成することができ、光源モジュールを組み立てる際の作業の簡易化が実現できる。また、ハウジングに直接ＬＥＤを搭載することができるので、ＬＥＤの搭載方向や搭載位置を高精度に管理でき、しかもＬＥＤの発光時に発生した熱を直接的にハウジングに伝導させて当該ハウジングから放熱することができ、ＬＥＤの冷却効果を高め、ＬＥＤの発光特性を向上することも可能になる。

しかし、本発明者の検討によると、放熱効果を高めるためにハウジングを構成する樹脂成形体に熱伝導率の高い材料を用いると、通常この種の材料は導電率も高くなるため、ＭＩＤ技術で形成した回路パターンの電気的な絶縁性が低下し、当該回路パターン間が電気的に短絡し易くなる。熱伝導率が高く電気絶縁性の高い樹脂が存在すれば、それを用いることが好ましいが、現在のところＭＩＤ技術を適用する樹脂については、このような樹脂は存在しておらず、ＬＥＤの冷却効果を高めた光源モジュールを実現することは難しい。

本発明の目的は、ハウジングに形成される給電回路の電気絶縁性を確保する一方で、発光素子の放熱効果を高めた光源モジュールを提供するものである。

本発明の光源モジュールは、ハウジングと、このハウジングに搭載される発光素子と、前記ハウジングに形成されて前記発光素子に給電するための給電回路とを備えており、ハウジングは電気絶縁性を有する第１の部材と、第１の部材よりも熱伝導率の高い第２の部材で構成され、給電回路は前記第１の部材に形成されていることを特徴とする。ここで、給電回路は第１の部材に対するＭＩＤ技術により形成されることが好ましい。

本発明の光源モジュールでは、ハウジングはコネクタ電極を有するコネクタを備え、コネクタ電極は第１の部材に支持されるとともに、給電回路に電気接続される。また、本発明の光源モジュールは、第１の部材と第２の部材は密接状態に一体化される。例えば、第１の部材と第２の部材はそれぞれ樹脂で形成され、両樹脂は一体成形される。

本発明によれば、ハウジングに設けられる給電回路やコネクタ電極は電気絶縁性のある第１の部材に形成されるので、光源モジュールにおける給電回路の電気絶縁性を確保することができる。また、ハウジングを構成している第２の部材は熱伝導率が第１の部材よりも高いので、発光素子等で発生した熱を第２の部材から速やかに放熱し、光源モジュールの放熱効果を高めることができる。

実施形態の光源モジュールを適用したランプの一部の断面図。 実施形態の光源モジュールの外観斜視図。 図III-III線に沿う断面図。 実施形態の光源モジュールの一部を分解した分解斜視図。 実施形態の変形例の光源モジュールの断面図。 他の実施形態の光源モジュールの正面図とＢ−Ｂ線断面図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の光源ユニットを自動車のクリアランスランプＣＬに適用した実施形態の概略断面図である。このクリアランスランプＣＬは自動車のヘッドランプの一部として構成されており、図１では左ヘッドランプＨＬに組み込まれている。ランプボディ１０１と透光カバー１０２とでランプハウジング１００が構成されており、このランプハウジング１００内に図示を省略したハイビームランプとロービームランプが内装され、これらのランプと共にクリアランスランプＣＬが内装されている。

前記ランプボディ１０１の背面には光源モジュール装着用のバヨネット穴１０３が開口されており、このバヨネット穴１０３に実施形態の光源モジュール１が着脱可能に装着されている。また、前記ランプハウジング１００内にはリフレクタ１０４が内装されており、前記光源モジュール１が発光されたときに出射された光は、直接的に、あるいはこのリフレクタ１０４で反射されて前記透光カバー１０２を透過され、クリアランスランプＣＬの前方に向けて照射されることになる。

図２は前記光源モジュール１の外観斜視図である。この光源モジュール１は、特許文献２に記載したようなＭＩＤ技術を用いて樹脂成形体に給電回路を一体形成したモジュールハウジング２（以下、単にハウジングと称する）を主体に構成されており、このハウジング２に光源としての半導体発光素子、ここではチップ状をした１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）３と、当該ＬＥＤ３を発光するための給電回路、ここではＬＥＤ発光回路を構成する電子部品４が搭載されている。

前記ハウジング２の一方の端面は光源モジュール１の前端面２１として構成されており、この前端面２１に導電材料を所要のパターン形状に形成した回路パターン５が形成され、この回路パターン５に前記した１つのＬＥＤ３と、１以上の電子部品４が搭載されている。特に、この電子部品４は回路パターン５によって前記ＬＥＤ発光回路、すなわち給電回路が構成されることになる。

前記ハウジング２の周面の前記前端面２１に寄った位置には、円形フランジ２３とバヨネット片２４が形成されており、これら円形フランジ２３とバヨネット片２４とで公知のバヨネット構造が形成されている。このバヨネット構造は前記ランプボディ１０１に設けたバヨネット穴１０３に嵌合され、この嵌合により光源モジュール１は前記ランプハウジング１００に装着される。

前記ハウジング２の他端部はハウジング２の柱軸方向に突出されて先端が開口された角筒部２２として形成されている。この角筒部２２の内部には、後述するように複数、ここでは２つのコネクタ電極６１が配設されており、ハウジング２と一体に給電コネクタ６が形成されている。

図３は図２のIII-III線に沿った断面図、図４は当該光源モジュール１の分解斜視図である。前記ハウジング２は、概ね円柱状をしたコア部２Ａと、このコア部２Ａの外周を囲む概ね円筒状をしたクラッド部２Ｂとで構成されている。ここでは、前記コア部２Ａは所要の径寸法で所要の厚み寸法をした前端部２５と、この前端部２５よりも小径で柱軸方向に延長された円柱部２６とで構成されており、この円柱部２６が前記クラッド部２Ｂに内挿され、かつ一体化されている。また、前記円形フランジ２３と前記バヨネット片２４、さらに前記角筒部２２は前記クラッド部２Ｂに一体形成されている。

前記コア部２Ａとクラッド部２Ｂは、異なる２種類の素材の樹脂で構成されており、前記ハウジング２はこれらの樹脂を二色成形法、インサート成形法、アウトサート成形法等によって形成した複合樹脂成形体として構成されている。この実施形態では、前記コア部２Ａを構成する第１の樹脂としてナイロンＭＤＸ６を用いている。この第１の樹脂は導電率が低くていわゆる電気絶縁性のある樹脂であるが、熱伝導率は比較的に小さい。前記クラッド部２Ｂを構成する第２の樹脂としてＰＥＴを用いている。この第２の樹脂は、導電率は第１の樹脂よりも高くて電気絶縁性が低いが、熱伝導率は第１の樹脂よりも高い。因みに、第１の樹脂と第２の樹脂のそれぞれの熱伝導率は０．４Ｗ／ｍＫ，３０Ｗ／ｍＫである。

前記回路パターン５は、ＭＩＤ技術により前記コア部２Ａに形成されている。すなわち、前記コア部２Ａを構成している第１の樹脂に対してＭＩＤ技術が適用され、当該コア部２Ａの前端部２５の前端面、換言すれば前記ハウジング２の前端面２１に所要のパターン形状をした回路パターン５が形成されている。

この回路パターン５を形成しているＭＩＤ技術では、前記したように、金属錯体とベース樹脂をハイブリッド化した樹脂を射出成形した樹脂成形体の表面にレーザ光を所要のパターンに照射して金属錯体の触媒活性を高め、その上でレーザ光照射部のみに無電解メッキ膜を形成する。さらに、必要に応じてこの無電解メッキ膜を利用して電解メッキを行うことで、導電率の高い導電層からなる電解メッキ膜を形成し、回路パターン５を形成する。

前記回路パターン５は、ＬＥＤ搭載ランド５１、電子部品搭載ランド５２、コネクタ接続ランド５３、および配線部５４で構成されており、これらＬＥＤ搭載ランド５１と電子部品搭載ランド５２とコネクタ接続ランド５３は配線部５４により相互に電気接続されている。前記ＬＥＤ搭載ランド５１には、前記ＬＥＤ３が半田等の導電性ろう材によって搭載される。前記電子部品ランド５２には前記ＬＥＤ発光回路を構成するための１以上の電子部品４が導電性ろう材により搭載される。

一方、前記コネクタ接続ランド５３には金属等の導電材料で形成されたロッド状のコネクタ電極６１の一端部が導電性ろう材により接続されている。このコネクタ電極６１は、前記コア部２Ａを柱軸方向に貫通するコネクタ挿通穴２７に内挿されており、その他端部は前記コア部２Ａの後側の端面から突出されて前記角筒部２２の内部に位置されている。これにより、角筒部２２とコネクタ電極６１の他端部とで前記給電コネクタ６が構成されている。

この構成により、前記回路パターン５の電子部品搭載ランド５２に搭載した電子部品４と配線部５４によりＬＥＤ発光回路が構成される。このＬＥＤ発光回路は配線部５４を介してＬＥＤ搭載ランド５１に搭載されたＬＥＤ３に電気接続され、ＬＥＤ３を発光させる。また、このＬＥＤ発光回路は配線部５４を介してコネクタ接続ランド５３に接続されたコネクタ電極６１に電気接続される。

したがって、図には表れない外部コネクタが給電コネクタ６に嵌合され、当該外部コネクタを通して外部電力がコネクタ電極６１に給電されると、コネクタ電極６１から回路パターン５ないし電子部品４に給電されＬＥＤ発光回路が駆動される。これによりＬＥＤ３に駆動電流が給電され、ＬＥＤ３は所要の光度、タイミングで発光されることになる。この発光により光源モジュール１が発光状態となり、前記したクリアランスランプＣＬが点灯されることは言うまでもない。したがって、このＬＥＤ発光回路は本発明における給電回路となる。

この光源モジュール１によれば、ＬＥＤ３を発光させるための給電回路、すなわちＬＥＤ発光回路を構成している回路パターン５は、ＭＩＤ技術によりコア部２Ａ、すなわち第１の樹脂に一体的に形成されているので、回路パターン５をハウジング２とは別部材のフレキシブルプリント回路基板で構成する場合に比較して部品点数が削減できる。また、回路パターン５が形成されている第１の樹脂は電気絶縁性の高い樹脂であるので、回路パターン５における電気的な短絡を防いで電気絶縁性を確保することができる。同様に、ハウジング２に配設されているコネクタ電極６１は第１の樹脂に支持されているので、当該第１の樹脂の高い電気絶縁性によって相互の電気的な短絡が防止できる。これにより、電気的な特性に優れた光源モジュールとして機能する。

他方、この光源モジュール１では、ＬＥＤ３が発光したときに発生する熱は、回路パターン５が形成されているコア部２Ａ、すなわち第１の樹脂に伝熱されるが、第１の樹脂の熱伝導率が低いため第１の樹脂からのみでは放熱効果は必ずしも十分ではない。しかし、ハウジング２は、第１の樹脂を除く部位、すなわちコア部２Ａ以外のクラッド部２Ｂは第２の樹脂で形成されており、この第２の樹脂は熱伝導率が第１の樹脂よりも高く、しかも第１の樹脂と広い面で密接されている。そのため、第１の樹脂の熱は速やかに第２の樹脂にまで伝熱され、当該第２の樹脂を通してハウジング２の表面から放熱される。これにより、ＬＥＤ３で発生した熱をハウジング２によって速やかに放熱し、放熱効果の高い光源モジュールが構成できる。

このように、この光源モジュール１は第１の樹脂に対して施したＭＩＤ技術により回路パターン５を形成するとともに、当該回路パターン５の相互の電気絶縁性を確保する。また、第２の樹脂によってＬＥＤ３で発生した熱の放熱効果を高めることができる。第２の樹脂の絶縁性が低くても、第２の樹脂は回路パターン５には直接に接していないので、回路パターン５における短絡は防止できる。したがって、ハウジング２における給電回路の絶縁性を確保する一方でＬＥＤ３の放熱効果を高めた光源モジュールを得ることができる。

ここで、コア部２Ａを構成している第１の樹脂はＭＩＤ技術による回路パターン５が形成可能であればよいので、光源モジュール全体の放熱効果を考えたときにはハウジング２における第１の樹脂が占める体積割合は可及的に小さい方が好ましい。したがって、コア部２Ａでは前端部２５における厚み寸法を可能な限り薄くし、またコア部２Ａの円柱部２６の径寸法あるいは柱軸と直交する方向の断面積を可能な限り小さくすることが好ましい。

また、前後方向の寸法が小さい光源モジュールを構成する場合には、図５に示すように、コア部２Ａの形状として、ＬＥＤ３や電子部品４を搭載する前端部２５を除く円柱部２６の部位はコネクタ電極６１を支持する領域のみに形成してもよい。ここでは、コア部２Ａは２本のコネクタ電極６１をそれぞれ包囲した状態で支持する２つの細径の円柱部２６を備える構成としている。これにより、回路パターン５やコネクタ電極６１の電気絶縁性を保持しながらも、ハウジング２を構成しているクラッド部２Ｂ、すなわち第２の樹脂の体積割合を大きくし、光源モジュール１の放熱効果をより高めることができる。

図６（ａ）は本発明の光源モジュールの他の実施形態の正面図、図６（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。この光源モジュール１Ａは給電コネクタ６がハウジング２の側面に設けられたいわゆるＬ字型コネクタとして構成されたものである。ハウジング２のコア部２Ａを第１の樹脂で形成し、当該コア部２ＡにＭＩＤ技術で回路パターン５を形成することは前記実施形態と同じである。この回路パターン５にＬＥＤ３と電子部品４を搭載して給電回路、すなわちＬＥＤ発光回路を構成しているが、ここでは回路パターン５によって前記実施形態のコネクタ接続ランド５３は形成されていない。

その代わりに、コア部２Ａの内部、すなわち第１の樹脂の内部に前端部２５から円柱部２６にわたって柱軸方向に貫通し、かつ内部に導電材が充填された複数（ここでは２個）のコネクタ接続部５５が形成されている。このコネクタ接続部５５は、ＭＩＤ技術を適用して前記回路パターン５を形成する際に、前記第１の樹脂の内部に柱軸方向に貫通する孔を開口し、この孔内に回路パターン５の導電材の一部を充填状態に形成することにより実現できる。

前記コア部２Ａの円柱部２６の周面には、これを囲むように筒状をした第２の樹脂からなるクラッド部２Ｂが一体に形成されており、このクラッド部２Ｂの後端寄りの周面一部に柱軸方向と直交する方向に向けて開口された角筒部２２が形成されている。この角筒部２２の内部には金属等の導電材料で形成された２つのコネクタ電極６１が配設されている。前記コネクタ電極６１の内端は前記コア部２Ａの周面一部から略中心方向に向けて圧入状態に内挿されており、この内挿によって各コネクタ電極６１はコア部２Ａに支持され、これと同時に各コネクタ電極６１の内端は前記コネクタ接続部５５に電気接続されている。各コネクタ電極６１の外端部は前記角筒部２２の内部に配置されており、これによりハウジング２に対して側方に向けられた給電コネクタ６が構成されている。

この実施形態の光源モジュール１Ａでは、コネクタ電極６１はコア部２Ａに設けたコネクタ接続部５５を介して回路パターン５に電気接続されており、給電コネクタ６に嵌合される外部コネクタを通して外部電力を回路パターン５に給電することができる。したがって、回路パターン５に搭載されている電子部品４とで構成されるＬＥＤ発光回路でＬＥＤ３を発光することができる。コネクタ電極６１とコネクタ接続部５５はコア部２Ａを構成している第１の樹脂にのみ接しているので電気絶縁性が確保される。また、このコネクタ接続部５５を含む回路パターン５はＭＩＤ技術により形成されるので、部品点数の削減が可能である。

一方、コア部２Ａ、すなわち第１の樹脂の周囲に密接状態に一体化されているクラッド部２Ｂを構成している第２の樹脂は、第１の樹脂よりも熱伝導率が高いので、ＬＥＤ３で発生した熱を第１の樹脂から第２の樹脂まで伝熱させ、第２の樹脂から速やかに放熱させることができる。これにより放熱性の高い光源モジュールが構成できる。

これらの実施形態の光源モジュールでは、本発明における第１の部材と第２の部材をそれぞれ第１の樹脂と第２の樹脂で構成しているが、第２の部材は熱伝導率が高い材料であればよく、例えば金属であってもよい。金属で形成する場合には、二色成形やインサート成形が難しいため、第１の部材を第２の部材に対して嵌合あるいは接着等によって一体化すればよい。

本発明の光源モジュールは、発光素子や電子部品を搭載して給電回路を構成するための回路パターンが形成されたハウジングを導電率の低い第１の部材と、熱伝導率の高い第２の部材とで構成し、回路パターンを第１の部材に形成すればよいので、この条件を満たす構成であれば実施形態の構造に限られるものではない。また、発光素子はＬＥＤに限られるものではなく、発光時の発熱を考慮することが要求される発光素子であれば他の発光素子を用いた光源モジュールに適用してもよい。

以上の実施形態は、本発明の光源モジュールを自動車のＣＬの光源モジュールに適用した例を示したが、他の灯具の光源モジュールとしての適用も可能である。

１，１Ａ 光源モジュール
２ ハウジング
２Ａ コア部（第１の樹脂、第１の部材）
２Ｂ クラッド部（第２の樹脂、第２の部材）
３ ＬＥＤ（発光素子）
４ 電子部品（ＬＥＤ発光回路、給電回路）
５ 回路パターン（ＬＥＤ発光回路、給電回路）
６ 給電コネクタ
５１ ＬＥＤ搭載ランド
５２ 電子部品搭載ランド
５３ コネクタ電極接続ランド
５４ 配線部
５５ コネクタ接続部
６１ コネクタ電極

Claims (5)

1. ハウジングと、このハウジングに搭載される発光素子と、前記ハウジングに形成されて前記発光素子に給電するための給電回路とを備える光源モジュールであって、前記ハウジングは電気絶縁性を有する第１の部材と、前記第１の部材よりも熱伝導率の高い第２の部材で構成され、前記給電回路は前記第１の部材に形成されていることを特徴とする光源モジュール。
2. 前記給電回路は前記第１の部材に対するＭＩＤ技術により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
3. 前記ハウジングはコネクタ電極を有するコネクタを備え、前記コネクタ電極は前記第１の部材に支持されるとともに、前記給電回路に電気接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源モジュール。
4. 前記第１の部材と前記第２の部材は密接状態に一体化されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光源モジュール。
5. 前記第１の部材と前記第２の部材はそれぞれ樹脂で形成され、両樹脂は一体成形されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光源モジュール。
   
   

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