JP2017004773A - 光源モジュール - Google Patents

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勉 町田
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Abstract

【課題】発光特性の異なるLED等の発光素子を用いた場合でも、発光素子を好適な状態で発光させることができ、汎用性かつ信頼性の高い光源モジュールを提供する。
【解決手段】光源(LEDチップ)32を含む光源アッシー3と、光源アッシー3が装着されるソケットハウジング2を備える光源モジュール1であって、ソケットハウジング2は光源アッシー3を係止する係止手段24a,24bと、光源アッシー3に電気接続されるコンタクト26を備える。コンタクト26により光源アッシー3に電気的に係合されて光源アッシー3に給電を行い、少なくとも係止手段24a,24bにおいて光源アッシー3に熱的に結合されて光源アッシー3の熱をソケットハウジング2から放熱する。
【選択図】 図2

Description

本発明は灯具等の照明装置に用いられる光源モジュールに関し、特に汎用性を高め、かつ信頼性を高めた光源モジュールに関するものである。
自動車等の車両に用いられる灯具では、灯具の機能や価格に応じて異なる光源、例えばバルブ(電球)やLED(発光ダイオード)を用いた灯具が用いられる。この場合、灯具全体を交換するのではなく、光源のみを交換可能に構成することによって、灯具ハウジングの共用化を図り、低価格化を実現することが考えられる。例えば、特許文献1は、ソケットに装着されるバルブに代えて当該ソケットに装着することが可能なLEDアッシーが提案されており、バルブとLEDを選択して用いることが可能とされている。
特開2003−212039号公報
近年、灯具の光源として用いることが可能なLEDとして発光色、光度、サイズ等々が異なる種々の規格のLEDが提供されており、これらの規格の異なるLEDを用いた光源モジュールも提案されている。特許文献1のLEDアッシーはバルブに対してLEDを互換可能とするものであるので、規格の異なるLEDアッシーの互換性については考慮されていない。そのため、規格の異なるLEDの発光時の特性の違いに対応した好適な光源モジュールが要求されている。
特に、LEDは発光時の発熱によってLED自身の発光性能が劣化され易いため、発光光度の高いLEDにおいては放熱効果の高い光源モジュールが要求される。特許文献1の技術では、光源モジュールにおける放熱については特に考慮されていないため、発光光度が高くかつ発熱量の大きなLEDアッシーを用いた光源モジュールでは、十分な発熱対策をとることが難しく、LEDの機能を十分に発揮させた好適な状態で光源モジュールを発光させることは難しい。
本発明の目的は、規格の異なる光源、特に発光特性の異なるLED等の発光素子を用いた場合でも、各発光素子を好適な状態で発光させることができ、汎用性がありかつ信頼性の高い光源モジュールを提供するものである。
本発明は、光源を含む光源アッシーと、光源アッシーが装着されるソケットハウジングを備える光源モジュールであって、ソケットハウジングは光源アッシーを係止する係止手段を備えており、光源アッシーはソケットハウジングに装着されたときに当該ソケットハウジングに対して電気的および熱的に結合される構成であることを特徴とする。
本発明の好ましい形態では、ソケットハウジングは光源アッシーに電気接続されるコンタクトを備え、少なくとも係止手段において光源アッシーに熱的に結合され、コンタクトにおいて電気的に結合される構成とする。
例えば、光源アッシーは光源を搭載した配線基板で構成され、当該配線基板をソケットハウジングに装着したとき記配線基板ないしは当該配線基板に設けた配線パターンがソケットハウジングに密接されて熱結合され、配線パターンが前記コンタクトに接触されて電気的に結合される構成とする。あるいは、光源アッシーは金属材からなるバスバーで構成され、当該バスバーをソケットハウジングに装着したときにバスバーの一部がソケットハウジングに密接されて熱結合され、他の一部がコンタクトに接触されて電気的に結合される構成とする。
本発明によれば、規格の異なる光源アッシーをソケットハウジングに装着した場合でも、ソケットハウジングに対する電気的な結合によって光源アッシーに対する給電を行なって発光させることができ、同時にソケットハウジングに対する熱的な結合により光源アッシーで発生した熱をソケットハウジングを介して放熱することができる。これにより、規格の異なる光源、特に発光特性の異なるLED等の発光素子を用いた場合でも、各発光素子を好適な状態で発光させることが可能になり、汎用性があり、かつ信頼性の高い光源モジュールが得られる。
光源モジュールを配設したランプの一部の断面図。 実施形態1の光源モジュールの部分分解斜視図。 図2のIII−III線に沿った組立状態と組付状態の断面図。 LEDアッシーの表面側および裏面側の斜視図。 LEDアッシーの放熱作用を説明する模式図。 実施形態2の光源モジュールの部分分解斜視図。 図6のVII−VII線に沿った組立状態の断面図。
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は本発明の実施形態1の光源モジュール1を装着したランプの一部の断面図である。ここではランプはテールランプ等の標識ランプとして構成されており、ランプボディ101と、前面レンズ102とでランプハウジング100が構成され、ランプボディ101に開口された光源取付穴103に光源モジュール1が装着されている。この光源モジュール1はランプの点灯時に赤色光を発光するようになっており、発光されて光源モジュール1から出射された赤色光の一部は直接前面レンズ102を透過されて自動車の外部の所定の方向に向けて照射される。
図2は前記光源モジュール1の部分分解斜視図であり、図3(a)は当該光源モジュール1の図2におけるIII−III線に沿った断面図である。これらの図に示すように、光源モジュール1は、ソケットハウジング2と、発光素子アッシー3とで構成されている。
ソケットハウジング2はコネクタを一体化した構成であり、成形により形成されたベース21を備えている。このベース21は、短円筒状に形成され、その周面には円形フランジ22と、円周複数箇所に径方向に突設されたバヨネット片23が形成されている。これら円形フランジ22とバヨネット片23とでバヨネット構造が形成されており、ハウジング部2はこのバヨネット構造により前記ランプボディ101の光源取付穴103に着脱可能とされている。
前記ベース21は、筒軸方向の一方(図2,3の上側)がほぼ長円形に開口され、開口された筒内がアッシー収容室24として構成され、前記LEDアッシー3が内装されるようになっている。また、前記ベース21の筒軸方向の他方(図2,3の下側)には筒軸方向に凹設した凹部25が形成されている。そして、前記アッシー収容室24の底壁を貫通して当該アッシー収容室24から前記凹部25内にまで筒軸方向に沿って延長配置された所要本数、ここでは2本のコンタクト26が前記ベース21に支持されている。このコンタクト26はベース21を成形した後に組み込む構成としてもよく、あるいはコンタクト26をベース21と一体成形(インサート成形)してもよい。
このコンタクト26は弾性を有し、かつ金属等の導電材料で細片状に形成されており、当該コンタクト26の一端部26aは所要の長さの部分が前記凹部25内に突出されており、ソケットコンタクトとして構成されている。また、前記コンタクト26の他端部26bは逆U字型に曲げ加工され、前記アッシー収容室24内に筒軸方向と垂直な平面上に並んで配置されている。
前記アッシー収容室24の内周面の複数箇所、ここでは筒径方向に対向する2箇所に、内径方向に向けて突出された板座24aが形成されている。この板座24aは内径側が径方向に沿った直線を有する円弧形状に形成されている。また、前記アッシー収容室24の内周面の当該板座24aに対して筒軸方向に微小の寸法をおいて対向された位置には、楔型をした係止爪24bが一体に形成されている。ここでは各板座24aに対してそれぞれ1つの係止爪24bが形成されている。これら板座24aと係止爪24bは、前記ソケットコンタクト26の他端部26bの筒軸方向の位置とほぼ同じ位置に配設されている。
前記ソケットハウジング2、すなわち前記ベース21は電気絶縁性を有する一方で熱伝導率の高い材料で形成されている。この実施形態ではアルミナで形成されているが、樹脂に熱伝導率の高いカーボン等の材料を混入させたものであってもよい。ただし、この場合には前記ソケットコンタクト26における電気絶縁性を保持するための構成を採用することが必要である。
前記LEDアッシー3は、図4(a)と(b)に表面側と裏面側の各斜視図を示すように、配線基板31と、この配線基板31に搭載されたLED素子、ここではLEDチップ32および発光制御回路34を構成する複数の電子部品33で構成されている。前記配線基板31はアルミナ等の熱伝導率の高い絶縁材料で形成されることが好ましく、対角線の長さが前記アッシー収容室24の内径よりも小さい寸法を有するほぼ正方形をした平板状に形成されている。
前記配線基板31の表面と裏面に導電膜からなる回路配線35が形成されている。この回路配線35は一部がLEDランド35aとして形成されており、このLEDランド35aに前記LEDチップ32が搭載されている。また、前記表面および裏面の回路配線35には前記した電子部品33として抵抗、コンデンサ等の電子部品が実装されており、これらの電子部品33によって発光制御回路34が構成されている。
前記配線基板31の裏面の回路配線35は、その一部に2つのコンタクトパッド35bが形成されている。このコンタクトパッド35bは前記配線基板31の一方向に沿って所要の間隔で配置され、前記ソケットコンタクト26の他端部26aが当接されて相互に電気接続されるようになっている。
前記配線基板31の表面および裏面には、回路配線35の一部としていわゆる接地パターン35cが形成されており、特に、裏面の接地パターン35cは発光制御回路に影響を与えることがない範囲で可及的に広い面積領域にわたって形成されている。これら表裏面の接地パターン35cは互いに導通され、あるいは一体に形成されている。さらに、この接地パターン35cの一部は前記配線基板31の前記一方向に直交する他方向に対向する2つの辺部に沿った領域に配設されている。
この実施形態1の光源モジュール1では、LEDアッシー3をソケットハウジング2に装着して一体化することにより構成される。すなわち、図3(b)に示すように、LEDアッシー3の配線基板31をソケットハウジング2のベース21に設けた開口からアッシー収容室24に内挿する。配線基板31の裏面をソケットハウジング2に向けた状態で、かつ当該裏面を筒軸と垂直な状態にしてアッシー収容室24に内挿すると、配線基板31の一方向に対向する2つの辺部は係止爪24bに当接される。配線基板31をさらに押し込むと、係止爪24bは外径方向に弾性変形され、当該辺部は係止爪24bを乗り越え、板座24aの前面に当接される。
これにより、配線基板31は一方向の辺部が弾性復帰された係止爪24bによって板座24aの前面との間に挟持された状態で係止され、アッシー収容室24内に装着される。この状態では、配線基板31の一方向の辺部の裏面領域に形成されている接地パターン35cが板座24aの前面に密接された状態とされる。これにより、接地パターン35cと板座24aとの間での伝熱が可能になり、配線基板31は接地パターン35cと板座24aを介してソケットハウジング2に熱的に結合されることになる。
また、配線基板31がアッシー収容室24に装着されることにより、LEDアッシー3はソケットハウジング2に一体化され、前記した光源モジュール1が構成される。このとき、装着されたLEDアッシー3は、配線基板31の裏面に設けられているコンタクトパッド35bがソケットハウジング2に配設されているソケットコンタクト26の他端部26bに弾接され、相互に電気接続される。この他端部26bは逆U字型に曲げ加工されていて弾性変形力と弾性変形量か大きくされているので、コンタクトパッド35bに対する弾接力が十分であり、良好な電気接続が行なわれる。
この光源モジュール1は、ベース21に設けたバヨネット構造を利用して、図1に示したようにランプボディ101の光源取付穴103に装着される。その上で、車載バッテリーに接続されている外部電源コネクタ4をベース21の凹部25に嵌入すると、ソケットコンタクト26の一端部26aが外部電源コネクタ4の図には表れないコンタクトに電気接続される。
これにより、自動車等に設けられている図示を省略したスイッチ操作により、車載バッテリーの電力が図1に示した外部電源コネクタ4からソケットコンタクト26に供給され、さらにこのソケットコンタクト26の他端部26bに電気接触しているコンタクトパッド35bを介して配線基板31の回路配線35に供給される。したがって、配線基板31に構成されている発光制御回路34によって所要の電流が生成されてLEDチップ32に給電され、LEDチップ32が発光されランプが点灯されることになる。
LEDチップ32の発光に伴い、LEDチップ32自身が発熱するとともに、発光制御回路34の電子部品33、特に電流制限抵抗において発熱する。この発熱によりLEDアッシー3の温度が上昇し、LEDチップ32の発光特性が低下するおそれが生じる。この光源モジュール1では、図5に模式図を示すように、発生した熱の大部分は配線基板31の接地パターン35cから、これに接触されている板座24aおよび係止爪24bに伝熱され、これら板座24aおよび係止爪24bと一体のソケットハウジング2に伝熱され、ソケットハウジング2の外面から放熱される。また、LEDアッシー3で発生した熱の他の一部はコンタクトパッド35bからソケットコンタクト26の他端部26bに伝熱され、このソケットコンタクト26の一端部26aにまで伝熱された後に外部電源コネクタ4を通して放熱されることになる。これにより、LEDチップ32の温度上昇を抑制し、LEDチップ32を好適な状態で発光させることができる。
また、この光源モジュール1は、LEDアッシー3を異なる発光特性のLEDアッシーと交換することが容易である。すなわち、ソケットハウジング2のアッシー収容室24に装着されているLEDアッシー3の配線基板31を治具、例えばドライバ(ネジ回し)等でアッシー収容室24の開口側に向けて力を加えると、配線基板31の辺部は係止爪24bによる係止が外れてアッシー収容室24から取り出すことが可能である。
しかる上で、図示は省略するが、同一形状および同一寸法の配線基板に構築された規格の異なるLEDアッシーをアッシー収容室24に装着する。このときの内装手順は前記したと同じであり、LEDアッシーを開口からアッシー収容室24に向けて内挿させる作業だけでよい。これにより、LEDアッシーの配線基板をいわゆるワンタッチ操作で装着することができ、規格の異なる光源モジュール、特に発光色や発光光度等の発光特性が異なる光源モジュールを極めて容易に構成でき、発光形態の異なるランプが構築できる。
規格の異なるLEDアッシーに交換した場合でも、当該LEDアッシーを構成する配線基板を同一またはほぼ同一に形成しておくことで、LEDチップや発光制御回路において発生した熱をソケットハウジングやソケットコンタクトを介して好適に放熱し、LEDチップを好適な状態で発光させることが可能であることは同じである。
図6は実施形態2の光源モジュール1Aの一部の部分分解斜視図、図7はその組付状態を示すVII−VII線に沿った断面図である。実施形態1の光源モジュール1と等価な部分には同一符号を付してある。実施形態2はソケットハウジング2の一部の構成と、LEDアッシー5の構成が実施形態1とは異なっている。
実施形態2のソケットハウジング2Aは、アッシー収容室24Aは開口形状がほぼ正方形に形成されている。このアッシー収容室24Aに配設されているソケットコンタクト26は他端部26bがアッシー収容室24Aの内周面に近接された位置、すなわち一方向に対向する2つの側面にそれぞれ近接した状態で配置されている。換言すれば、実施形態1の場合よりもアッシー収容室24Aの外方側の位置に配置されている。また、LEDアッシー3Aを支持するための係止爪24bを備えているが、板座は設けられておらず、板座に代えてアッシー収容室24Aの内底面の中心領域を開口側に向けて突出させた台座24cが一体に形成されている。
一方、実施形態2のLEDアッシー5は、金属板を打抜き・曲げ加工したリードフレーム51を主体に構成されている。このリードフレーム51はバスバーとも称されるので、ここではバスバーと称する。このバスバー51はLEDチップ52および発光制御回路を構成する電子部品53を搭載するように所要の回路パターン形状に形成された素子搭載部54と、この素子搭載部54の周囲4箇所において外側方向に延出された細片状をした4つのリード部55(551〜554)で構成されている。これら素子搭載部54とリード部55は樹脂等から平板状に形成された絶縁支持部56によって一体化されている。
前記絶縁支持部56は前記ソケットハウジング2Aのアッシー収容室24Aの内法寸法よりも小さい寸法のほぼ正方形に形成されている。前記4つのリード部55は素子搭載部54に対して垂直に曲げ加工されて、バスバー51全体として断面形状がコ字型に形成されている。
前記4つのリード部55のうち、前記素子搭載部54と一体で、かつ当該素子搭載部54の一方向に対向する各辺部から延長された2つのリード部551,552は支持リード部として構成されている。この2つの支持リード部551,552には延長方向の中間位置に係止穴55aが開口されており、この係止穴55aは前記アッシー収容室24内の係止爪24bに嵌合可能とされている。
一方、前記素子搭載部54の他方の対向する辺部からそれぞれ延長された2つのリード部553,554はそれぞれ導電リード部として構成されている。すなわち、一方のリード部553は正導電リード部として構成され、他方のリード部554は負導電リード部として構成されている。これら正負の各リード部553,554は素子搭載部54と別体に形成され、前記絶縁支持部56により素子搭載部54に一体化されている。なお、負リード部554については素子搭載部54と一体であってもよい。
前記素子搭載部54の表面にはLEDチップ52や発光制御回路を構成する電子部品53が搭載されており、特にLEDチップ52の負電極は負リード部554に直接又は間接に電気接続され、正電極は正リード部553に直接又は間接に電気接続されている。発光制御回路を構成する電子部品53については、素子搭載部54を構成しているバスバー51の回路パターンでの電気接続によって所要の回路を構成する電気接続が行なわれる。
実施形態2の光源モジュール1Aでは、図7に示すように、LEDアッシー5をソケットハウジング2Aの開口側からアッシー収容室24Aに内挿する。内挿により2つの支持リード部551,552はアッシー収容室24Aの内壁に沿って筒軸方向に移動され、自身の弾性によって係止爪24bを乗り越えた後、係止穴55aが係止爪24bに嵌合され、かつ支持される。これによりLEDアッシー5はソケットハウジング2Aのアッシー収容室24A内に装着される。このとき、素子搭載部54の裏面は台座24cの表面に当接され、この台座24cによって裏面側においてもアッシー収容室24A内に支持される。
LEDアッシー5がアッシー収容室24A内に内挿されると同時に、正負の導電リード部553,554はそれぞれソケットコンタクト26の他端部26bとアッシー収容室24Aの内周面との間に挿入され、当該他端部26bに接触されることによりソケットコンタクト26に電気接続される。これにより、図1に示したと同様に、外部電源コネクタ4の外部電力はソケットコンタクト26を介してバスバー51、すなわち正負の導電リード部553,554に供給され、素子搭載部54に搭載されている電子部品53からなる発光制御回路に給電され、LEDチップ52が発光される。
LEDチップ52の発光に伴って発生する熱はリード部55、すなわち支持リード部551,552と正負の導電リード部553,554からソケットハウジング2Aに伝熱され、ソケットハウジング2Aから放熱される。さらに、素子搭載部54の裏面に接している台座24cにも直接に伝熱され、ソケットハウジング2Aから放熱される。このとき、台座24cの表面に高熱伝導性樹脂を塗布しておくことにより、素子搭載部54から台座24cへの伝熱性を高めて放熱性を高めることができる。これにより、LEDチップ52の温度上昇を抑制し、LEDチップ52を好適な状態で発光させることができる。
実施形態2においても、同一構成のバスバー、特に素子搭載部の形状およびサイズ、とリード部の構成をほぼ同じにしたバスバーを用いてLEDアッシーを構成すれば、規格の異なるLEDアッシー、すなわち発光色や発光光度が異なるLEDアッシーを交換することによって発光特性の異なる光源モジュールを構築することができる。
前記各実施形態では、配線基板又はバスバーの光源搭載部にLEDチップと電子部品を搭載しているが、発光制御回路の全体あるいは一部はLEDアッシーとは別体に構成し、これをソケットハウジングに独立した状態で組み込むようにしてもよい。この場合には別体に構成したものをソケットハウジングに対して交換できないように固定的に組み込むようにしてもよい。規格が異なるLEDアッシーを交換する場合でも、発光制御回路の共通する部品をLEDアッシーと別体に構成することで、LEDアッシーの構成の簡略化と小型化が可能になる。
前記各実施形態では光源として表面実装型のLEDチップを用いた例を示したが、砲弾型LED、あるいはチップオンボード型のLEDを用いてもよい。さらには、LED以外の発光体を用いてもよい。また、光源モジュールをテールランプ等の標識ランプの光源に用いた例を示したが、ヘッドランプや補助照明ランプ等の他のランプの光源として用いる光源モジュールとして用いることも可能である。
また、実施形態では、コネクタを兼ねたソケットハウジングに光源アッシーを装着しているが、コンタクトに対して外部電源に接続する電気コードを直接に接続した構成のソケットハウジングであってもよい。
本発明の光源モジュールは、光源を備える光源アッシーと、この光源アッシーを装着するソケットハウジングとで構成される光源モジュールであれば適用できる。光源アッシーとソケットハウジングの形態が実施形態1,2に記載の構成に限定されるものでないことは言うまでもない。
1, 1A 光源モジュール
2, 2A ソケットハウジング
3 LEDアッシー
4 外部電源コネクタ
5 LEDアッシー
21 ベース
24,24A アッシー収容室
24a 板座
24b 係止爪
24c 台座
26 ソケットコンタクト
31 配線基板
32 LEDチップ
33 電子部品
35 回路配線
35a LEDランド
35b コンタクトパッド
35c 接地パターン
51 バスバー
52 LEDチップ
53 電子部品
54 素子搭載部
55 リード部
56 絶縁支持部
551,552 支持リード部
553,554 導電リード部

Claims (5)

  1. 光源を含む光源アッシーと、前記光源アッシーが装着されるソケットハウジングを備える光源モジュールであって、前記ソケットハウジングは前記光源アッシーを係止する係止手段を備え、前記光源アッシーは前記ソケットハウジングに装着されたときに当該ソケットハウジングに対して電気的および熱的に結合される構成であることを特徴とする光源モジュール。
  2. 前記ソケットハウジングは前記光源アッシーに電気接続されるコンタクトを備え、少なくとも前記係止手段において前記光源アッシーに熱的に結合され、前記コンタクトにおいて電気的に結合される請求項1に記載の光源モジュール。
  3. 前記光源アッシーは光源を搭載した配線基板で構成され、当該配線基板を前記ソケットハウジングに装着したときに前記配線基板ないしは当該配線基板に設けた配線パターンが前記ソケットハウジングに密接されて熱結合され、前記配線パターンが前記コンタクトに接触されて電気的に結合される請求項2に記載の光源モジュール。
  4. 前記光源アッシーは金属材からなるバスバーで構成され、当該バスバーを前記ソケットハウジングに装着したときに前記バスバーの一部が前記ソケットハウジングに密接されて熱結合され、他の一部が前記コンタクトに接触されて電気的に結合される請求項2に記載の光源モジュール。
  5. 前記光源アッシーは光源としての発光素子と、当該発光素子を発光させる発光制御回路を備え、前記発光素子と、前記発光制御回路を構成する電子部品の少なくとも一部を前記配線基板又は前記バスバーに搭載している請求項3又は4に記載の光源モジュール。


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