JP2016154088A - 半導体発光バルブ及びこれを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 両面に半導体発光パッケージが設けられたプリント配線基板の厚さによる光むら（影）を解消しかつ照度を向上できる半導体発光バルブを提供する。【解決手段】 プリント配線基板１は透過率の低い（つまり、反射率の高い）白色樹脂よりなるリフレクタ２に挿入され、レンズ３はリフレクタ２に嵌め込められ、レンズ３の嵌合用枠３３がリフレクタ２の嵌合用爪部２５に嵌合する。プリント配線基板１の表側にはＬＥＤ素子及び蛍光体層よりなるトップビュー型のＬＥＤパッケージ１１Ｓ及びＬＥＤパッケージ１１Ｓの駆動回路パッケージ１２Ｆ等が搭載され、また、プリント配線基板１の裏側も、同様である。２つのＬＥＤパッケージはプリント配線基板１の両面に対向して対称に配置されている。【選択図】 図２

Description

本発明は発光ダイオード（LED）素子、レーザダイオード（LD）素子等の半導体発光素子よりなる半導体発光バルブ及びこれを用いた照明装置に関する。

自動車用灯具等においては、従来、ハロゲンバルブ及びＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）バルブが多く用いられているが、近年、省エネルギー、長寿命の発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を用いたＬＥＤバルブが注目されている。

第１の従来のＬＥＤバルブは、樹脂製のプリント配線基板と、プリント配線基板の表面に設けられた１つの垂直照射型（トップビュー型とも言う）ＬＥＤパッケージ及び２つの水平照射型（サイドビュー型とも言う）ＬＥＤパッケージと、プリント配線基板の裏面に設けられた２つのサイドビュー型ＬＥＤパッケージ、これらＬＥＤパッケージを被覆する球状のカバーとによって構成されている（参照：特許文献１）。これにより、全方向照射を実現している。

第２の従来のＬＥＤバルブは、アルミシャシのＴ字基板と、Ｔ字基板の表側に設けられたロービーム用の２つのＬＥＤパッケージと、Ｔ字基板の裏側に設けられたハイビーム用の１つのＬＥＤパッケージと、Ｔ字基板の先端に設けられた昼間走行用の３つのＬＥＤパッケージと、これらＬＥＤパッケージを囲むアクリルケースとによって構成されている（参照：特許文献２）。これにより、ロービーム、ハイビーム及び昼間走行用ビームを１つのＬＥＤバルブで実現している。

実用新案登録第３１５１３７０号公報 特開２０１０−２１２２２０号公報

しかしながら、上述の第１の従来のＬＥＤバルブにおいては、ＬＥＤパッケージからの光はそのまま出射されるので、プリント配線基板の厚みによる光むら（影）を解消できないという課題がある。また、各ＬＥＤパッケージはＬＥＤバルブの焦点に一致しておらず、また、対称に設けられていないので、従って、ＬＥＤバルブが不自然な光り方をするという課題もある。

また、第２の従来のＬＥＤバルブにおいても、ＬＥＤパッケージからの光はそのまま出射されるので、Ｔ字基板の厚みによる光むら（影）を解消できないという課題がある。また、各ＬＥＤパッケージはＬＥＤバルブの焦点に一致しておらず、しかも、対称に設けられていないので、ＬＥＤバルブが不自然な光り方をするという課題もある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る半導体発光バルブは、プリント配線基板と、プリント配線基板の両面に対向して対称に搭載された１対のトップビュー型の半導体発光パッケージと、１対のトップビュー型の半導体発光パッケージの中心を第１の焦点とする楕円反射面を有するリフレクタと、リフレクタの楕円反射面の第２の焦点近傍にレンズカットされた１次面を有するレンズとを具備するものである。

本発明によれば、半導体発光パッケージからの光はリフレクタの楕円反射面を反射して及び直接レンズに入射して拡散するので、プリント配線基板の厚みによる光むら（影）を解消できる。また、半導体発光パッケージの中心はリフレクタの楕円反射面の第１の焦点に一致し、かつ１対の半導体発光パッケージはプリント配線基板に対して対称となっているので、不自然な光り方がなくなる。

本発明に係るＬＥＤバルブの実施の形態を示す斜視図である。 図１のＬＥＤバルブの分解斜視図である。 図１のＬＥＤバルブの断面を示し、（Ａ）はＡ−Ａ線断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ線断面図である。 図３の（Ａ）の部分拡大断面図である。 図１のリフレクタの斜視図である。 図１のプリント配線基板の挿入を説明する図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はリフレクタの正面図、（Ｃ）はリフレクタの裏面図である。 図１のレンズの嵌合を説明する断面図である。 ＬＥＤバルブの光度、照度を説明する図であって、（Ａ）は図１のＬＥＤバルブの場合の光度を示し、（Ｂ）は比較例１の光度を示し、（Ｃ）は比較例２としての直射型ＬＥＤバルブの照度を示す。 図１のＬＥＤバルブ及び直射型ＬＥＤバルブの照度を比較する表である。 図１のＬＥＤバルブの変更例を示す断面図である。

図１は本発明に係るＬＥＤバルブの実施の形態を示す斜視図、図２は図１のＬＥＤバルブの分解斜視図である。

図１、図２において、１はプリント配線基板、２はリフレクタ、３はレンズである。プリント配線基板１は透過率の低い（つまり、反射率の高い）白色樹脂よりなるリフレクタ２に挿入され、さらにレンズ３はリフレクタ２に嵌め込められ、レンズ３の嵌合用枠３３がリフレクタ２の嵌合用爪部２５に嵌合する。

図３は図１のＬＥＤバルブの断面を示し、（Ａ）はＡ−Ａ線断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ線断面図、図４は図３の（Ａ）の部分拡大断面図である。図３、図４を参照して図１のプリント配線基板１、リフレクタ２及びレンズ３を以下に詳細に説明する。

プリント配線基板１の表側にはＬＥＤ素子及び蛍光体層よりなるトップビュー型のＬＥＤパッケージ１１Ｓ及びＬＥＤパッケージ１１Ｓの駆動回路パッケージ１２Ｓ等が搭載され、また、プリント配線基板１の裏側にも、ＬＥＤ素子及び蛍光体層よりなるトップビュー型のＬＥＤパッケージ１１Ｂ及びＬＥＤパッケージ１１Ｂの駆動回路パッケージ１２Ｂ等が搭載されている。この場合、ＬＥＤパッケージ１１Ｓ、１１Ｂはプリント配線基板１の両面に対向して対称に配置されている。また、プリント配線基板１には、リフレクタ２との嵌合のための凹部１３が設けられている。

リフレクタ２は楕円反射面２１を形成している。この楕円反射面２１の第１焦点Ｆ１は２つのＬＥＤパッケージ１１Ｓ、１１Ｂの中心に位置し、他方、楕円反射面２１の第２焦点Ｆ２はレンズ３の１次面３１の中心近傍に位置する。従って、ＬＥＤパッケージ１１Ｓ、１１Ｂからの光はリフレクタ２の楕円反射面２１で反射し、レンズ３の１次面３１の中心近傍の第２焦点Ｆ２に集光する。また、リフレクタ２には、プリント配線基板１との嵌合のために、凸部２２が設けられている。

図３の（Ａ）の部分拡大断面図である図４を参照すると、レンズ３の１次面３１においては、中心部Ｐ１が凸となり、その周囲Ｐ２はステップ状をなし、最外縁部Ｐ３はストレート状をなし、これにより、ＬＥＤパッケージ１１Ｓ、１１Ｂからの光は約５°外側へ広がる。他方、レンズ３の２次面３２においては、中心部Ｑ１がストレート状、その周囲Ｑ２は円弧状をなしている。この結果、後述のごとく、レンズ３の１次面３１に入射したＬＥＤパッケージ１１Ｓ、１１Ｂからの光はレンズ３の２次面３２で拡散してたとえば照射距離６５０ｍｍでの照度においてプリント配線基板１の厚みによる光むら（影）を解消できる。

また、図５に示すように、リフレクタ２には、プリント配線基板１を通過させるための基板用貫通穴２３及びプリント配線基板１の駆動回路パッケージ１２Ｆ、１２Ｂを通過させる駆動回路パッケージ兼対流用貫通穴２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが設けられている。この駆動回路パッケージ兼対流用貫通穴２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは、プリント配線基板１の挿入後には、後述の図６の（Ａ）の矢印に示すごとく、ＬＥＤパッケージ１１Ｓ、１１Ｂからの熱を対流によって冷却するように作用する。

次に、図１のＬＥＤバルブの組立方法を図５、図６、図７を参照して説明する。尚、図６において、（Ａ）はプリント配線基板１の挿入を説明する組立図、（Ｂ）はリフレクタ２の正面図、（Ｃ）はリフレクタ２の裏面図である。また、図７はレンズ３の嵌合を説明する図である。

始めに、図５、図６を参照すると、ＬＥＤパッケージ１１Ｓ、１１Ｂ及び駆動回路パッケージ１２Ｓ、１２Ｂを搭載したプリント配線基板１をリフレクタ２の基板用貫通穴２３に挿入させる。このとき、駆動回路パッケージ１２Ｓ、１２Ｂは、基板用貫通穴２３に連続した駆動回路パッケージ兼対流用貫通穴２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを通過する。また、プリント配線基板１の凹部１３とリフレクタ２の凸部２２とが嵌合してプリント配線基板１のリフレクタ２への挿入が完了する（図３の（Ｃ）参照）。そして、後述のごとく、駆動回路パッケージ１２Ｓ、１２Ｂの通過後には、駆動回路パッケージ兼対流用貫通穴２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄはＬＥＤパッケージ１１Ｓ、１１Ｂからの熱を対流させる作用をなす。

最後に、図７を参照すると、レンズ３をリフレクタ２に嵌合させ、リフレクタ２の嵌合用爪部２５をレンズ３の嵌合用枠３３に嵌め込む。これにより、図１のＬＥＤバルブは完成する。尚、図７において、２４はリフレクタ２の立壁であり、点線枠内はＬＥＤパッケージ１１Ｓ、１１Ｂ及び駆動回路パッケージ１２Ｓ、１２Ｂの放熱範囲である。

図８は図１のＬＥＤバルブの光度を説明する図である。図８の（Ａ）に示すように、図１のリフレクタ２の反射面２１を楕円反射面とし、レンズ３の１次面３１を図４のごとくレンズカットした場合、プリント配線基板１の厚さによる光むら（影）を解消できると共に、照射距離６５０ｍｍにおける４２０ｍｍ×２９７ｍｍ（Ａ３用紙）の照射範囲の照度も向上できる。これに対し、図８の（Ｂ）に示すように、リフレクタの反射面を楕円反射面とするが、レンズの１次面３１はレンズカットなしの場合、楕円反射面によってプリント配線基板の厚さによる光むら（影）を解消できるが、上記照射範囲の照度を向上できなかった。さらに、図８の（Ｃ）に示すように、リフレクタなしかつレンズカットなしの直射型の場合、上記照射範囲の照度を向上できなかった。すなわち、図９に示すごとく、照射距離６５０ｍｍの２９７ｍｍ×４２０ｍｍ照射範囲において、図１のＬＥＤバルブの照度は直射型ＬＥＤバルブの照度より大きかった。

図１０は図１のＬＥＤバルブの変更例を示す断面図である。図１０においては、図１のリフレクタ２を２色成形リフレクタ２’に代えてある。２色成形リフレクタ２’は透過率の低い（つまり、反射率の高い）白色樹脂部２Ａ及びレンズ３に接触する透過率の高い（つまり、反射率の低い）白色樹脂部２Ｂよりなる。これにより、ＬＥＤバルブの周縁部からも光が出射される。特に、この周縁部からの光は自動車用室内灯の場合に有効である。

上述の実施の形態においては、発光素子としてＬＥＤ素子を用いたが、本発明はレーザダイオード（ＬＤ）素子等の他の発光素子にも適用し得る。

また、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲内でのいかなる変更にも適用し得る。

本発明に係る照明装置は、車両用灯具、たとえば室内灯に利用できる。

１：プリント配線基板
１１Ｓ、１１Ｂ：ＬＥＤパッケージ
１２Ｓ、１２Ｂ：駆動回路パッケージ
１３：凹部
２：リフレクタ
２’：２色リフレクタ
２１：楕円反射面
２２：凸部
２３：基板用貫通穴
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ：駆動回路パッケージ兼対流用貫通穴
２５：嵌合用爪部
３：レンズ
３１：１次面
３２：２次面
３３：嵌合用枠

Claims (4)

1. プリント配線基板と、
   前記プリント配線基板の両面に対向して対称に搭載された１対のトップビュー型の半導体発光パッケージと、
   前記１対のトップビュー型の半導体発光パッケージの中心を第１の焦点とする楕円反射面を有するリフレクタと、
   前記リフレクタの楕円反射面の第２の焦点近傍にレンズカットされた１次面を有するレンズと
   を具備する半導体発光バルブ。
2. 前記リフレクタに、前記プリント配線基板を挿入するための第１の貫通穴を設けると共に、該第１の貫通穴に連続して前記プリント配線基板に搭載された駆動回路パッケージを通過させかつ前記半導体発光パッケージからの熱に対して対流作用させるための第２の貫通穴を設けた請求項１に記載の半導体発光バルブ。
3. 前記リフレクタは透過率の低い白色樹脂部及び前記レンズに接触する透過率の高い白色樹脂部よりなる請求項１に記載の半導体発光バルブ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の前記半導体発光バルブと、
   前記半導体発光バルブを装着し、前記半導体発光バルブの出射光を所定方向に投影する投影光学ユニットと
   を具備する照明装置。