JP2019102398A - 車両用灯具 - Google Patents

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貞一郎 高野
Teiichiro Takano
貞一郎 高野
洋和 清水
Hirokazu Shimizu
洋和 清水
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Abstract

【課題】発光素子によって発生した熱の放熱性の向上を図ることにより、長寿命、かつ、出射光の色を安定的に維持することが可能な車両用灯具を提供する。【解決手段】車両用灯具10は、板状の基板20と、前記基板の一方の主面23a上及び他方の主面23b上に載置された発光部30と、基板の一方の側面に固定されているヒートパイプ40と、ヒートパイプに接続された放熱部材60と、を有する。基板の一方の側面24aは、一方の側面と対向する他方の側面24bに向かって一方の側面全体に亘って窪んだ凹部(ヒートパイプ収容部53)を有する。ヒートパイプは凹部に嵌入され、かつ、凹部に接合されている。【選択図】図1B

Description

本発明は、発光ダイオード(LED)などの発光素子を有する車両用灯具に関する。
車両用灯具である自動車の前照灯には、一般にハロゲンバルブが用いられている。近年、このようなハロゲンバルブの代替品として、ハロゲンバルブより消費電力が少なくかつ、長寿命であるLED(Light Emitting Diode)バルブが注目されている。
LEDを発光源とする車両用灯具は、発光素子の発熱によって、車両用灯具の回路や構成部材の劣化を招き車両用灯具の寿命が早まることがある。また、車両用灯具を前照灯に用いる場合、車両用灯具が発光する白色光には法定による保安基準を満たさなければならない。
一般に、白色光を発光するLEDは、青色を発光する発光素子上に、黄色い蛍光体粒子を載置することによって白色光を得ている。発光素子による発熱は、蛍光体粒子の劣化を招き、蛍光体粒子の劣化の進行によって車両用灯具が出射する光の色が変化することがある。
そこで、放熱性を高める車両用灯具として、例えば、LEDと、LEDの背面側の端子が半田付けされた帯状のヒートパイプと、ヒートパイプの一端側を挟み込む1対の保持部材と、保持部材が嵌合される嵌合穴を有する放熱部材と、車両用灯具を車両に取り付ける口金部とを備える車両用灯具が特許文献1に開示されている。
特開2015−050177号公報
ところで、LEDバルブは、ハロゲンバルブの代替品として用いられることもある。従って、ハロゲンバルブが収容されていた位置にLEDバルブを収めかつ、ハロゲンバルブと同じ配光を得ることを考慮すると、LEDバルブの基板の厚みは薄い方が好ましい。一方で放熱性を高めるためには、ヒートパイプはより大きいサイズであることが好ましい。
しかし、特許文献1に開示されている車両用灯具は、ヒートパイプを基板に挟み込んだ構造を有している。このため、上述のバルブの収容性や配光を考慮して、ヒートパイプを小さく(薄く)すると、ヒートパイプの放熱性が低くなる問題がある。また、ヒートパイプの放熱性を向上するために、ヒートパイプの厚さを厚くすると、バルブの収容性等に影響を及ぼす問題がある。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、発光素子によって発生した熱の放熱性の向上を図ることにより、長寿命かつ、出射光の色を安定的に維持することが可能な車両用灯具を提供することを目的としている。
上述した目的を達成するため、本発明の車両用灯具は、板状の基板と、前記基板の一方の主面上及び前記基板の他方の主面上に載置された発光部と、前記基板の一方の側面に固定されているヒートパイプと、前記ヒートパイプに接続された放熱部材と、を有し、前記基板の前記一方の側面は、前記一方の側面と対向する前記基板の他方の側面に向かって前記一方の側面全体に亘って窪んだ凹部を有し、前記ヒートパイプは前記凹部に嵌入されかつ、前記凹部に接合されていることを特徴とする。
実施例1に係る車両用灯具の正面図である。 実施例1に係る車両用灯具の分解斜視図である。 図1の基板の一方の主面を示す平面図である。 図1の基板の他方の主面を示す平面図である。 図1の基板の左側面図である。 図1の基板で発生した熱の移動を説明する説明図である。 図1の基板で発生した熱の移動を説明する説明図である。 実施例2に係る車両用灯具の基板の左側面図である。 図6の基板で発生した熱の移動を説明する説明図である。 実施例3に係る車両用灯具の基板の左側面図である。 図8の基板で発生した熱の移動を説明する説明図である。
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。尚、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。
図1Aは、本実施例に係る車両用灯具10の正面を示している。図1Bは、本実施例に係る車両用灯具10の分解斜視図を示している。図1A及び図1Bにおいて、基板20は、全体として矩形の板状に形成されている。具体的には、基板20は、第1の基板21a及び第2の基板21bを互いに接合することにより構成されている。尚、本実施例においては、基板20を第1の基板21a及び第2の基板21bによって構成したが、このような構成には限定されず、例えば、1枚の基板によって基板20を構成してもよい。
第1の基板21a及び第2の基板21bは、それぞれ同一の厚さを有する矩形板状の基板である。第1の基板21a及び第2の基板21bは、それぞれ銅を母材とし、この母材上に絶縁層(図示せず)が形成され、絶縁層上に銅によって形成されたパターン配線(図示せず)が形成され、パターン配線上にレジスト層22が形成されている。
尚、基板20の一端側には、車両の電源(図示せず)と接続する接続電極CEが設けられている。基板20は、この接続電極CEに接続部材CEを接続することで、車両の電源と電気的に接続されている。
レジスト層22が形成されている基板20の一方の主面である上面23a及び他方の主面である下面23bには、発光部30が載置されている。発光部30は、第1の配光パターンを有する第1の発光部31と、第1の配光パターンとは異なる第2の配光パターンを有する第2の発光部32と、を有する。第1の発光部31は、第2の発光部32よりも基板20の長手方向に沿った一方の側面24a側に配されている。
第1の配光パターンは、例えば、走行ビームの配光パターンである。第2の配光パターンは、例えば、すれ違いビームの配光パターンである。
第1の発光部31及び第2の発光部32は、一の発光素子又は複数の発光素子群によって構成されている。本実施例においては、3つの発光素子群によって第1の発光部31及び第2の発光部32を構成した例を示している。
第1の発光部31及び第2の発光部32の発光素子群は、それぞれ基板20の長手方向に沿って配設されている。第1の発光部31及び第2の発光部32の発光素子群は、ワイヤボンディング又はフリップチップ実装により、第1の基板21a及び第2の基板21bにそれぞれ実装されている。
尚、本実施例においては、発光部30を第1の発光部31及び第2の発光部32によって構成したが、このような構成には限定されず、例えば、第1の発光部31又は第2の発光部32のみによって発光部30を構成してもよい。
第1の発光部31及び第2の発光部32は、例えば、白色光を出射光として射出する。第1の発光部31及び第2の発光部32は、例えば、青色光を発する発光素子と、この発光素子上に発光素子から出射された光を受光して黄色光を発する蛍光体粒子を含む蛍光体層と、を有して構成されている。発光素子は、LED(Light Emitting Diode)等の半導体発光素子である。
ヒートパイプ40は、基板20の長手方向に形成されている基板20の一方の側面24aに接合されている。ヒートパイプ40は、基板20の長手方向に沿って延伸して筒状に形成されている。ヒートパイプの長手方向(延伸方向)に垂直な断面は、円形状、楕円形状又は円の上下が部分的に平坦な扁平形状を有する。ヒートパイプ40の大きさは、適宜選択されるが、本実施例では、長手方向に垂直な断面の厚さが、基板20の厚みより大きいものを用いている。
ヒートパイプ40の内部には、流体が封止されている。流体としては、例えば、水、代替フロン等を用いることができる。
ハウジング50は、略円筒状に形成されている。ハウジング50の先端から基端までの長さは、少なくとも基板20の長手方向の長さよりも長く形成されている。ハウジング50は、第1のハウジング部材51a及び第2のハウジング部材51bを接合することによって構成されている。第1のハウジング部材51a及び第2のハウジング部材51bは、熱伝導性の高い、例えばアルミ、マグネシウム等の金属部材で形成されている。第1のハウジング部材51a及び第2のハウジング部材51bは、その接合面(ハウジング接合面52)において対称となるように形成されている。
第1のハウジング部材51a及び第2のハウジング部材51bは、ボルト等の締結部材(図示せず)によって互いに接合可能となっている。具体的には、第1のハウジング部材51aには、締結部材を挿通する挿通孔(図示せず)が外側面から内部に向かって形成されている。第2のハウジング部材51bには、挿通孔の延長上、すなわち、挿通孔と対応する位置に締結部材と螺合する螺合穴(図示せず)が形成されている。従って、第1のハウジング部材51a及び第2のハウジング部材51bを互いに内側を向かい合わせて、締結部材で第1のハウジング部材51a及び第2のハウジング部材51bを締結することによって、第1のハウジング部材51a及び第2のハウジング部材51bが互いに接合されている。
第1のハウジング部材51a及び第2のハウジング部材51bの内側には、ヒートパイプ40を収容するヒートパイプ収容部53と、基板20を収容する基板収容部54と、が形成されている。
ヒートパイプ収容部53は、ヒートパイプ40と嵌合可能にヒートパイプ40の外面形状に沿って内壁面が形成されている。ヒートパイプ収容部53は、ハウジング50の先端側から基端側に向かって窪んで形成されている。
第1のハウジング部材51aに形成されている基板収容部54は、第1の基板21aと嵌合可能に基板20の外面形状に沿って形成されている。基板収容部54は、ハウジング50の先端側から基端側に向かって窪んで形成されている。
第2のハウジング部材51bに形成されている基板収容部54は、第2の基板21bと嵌合可能に基板20の外面形状に沿って形成されている。基板収容部54は、ハウジング50の先端側から基端側に向かって窪んで形成されている。
第1のハウジング部材51a及び第2のハウジング部材51bの基板収容部54には、基板20上の発光部30が搭載される位置に対応して、ハウジング50の外面まで貫通して形成された窓孔55がハウジング50の一端側に形成されている。当該窓孔55には、第2の配光パターン、すなわち、すれ違いビームのカットラインを形成するシェードが第2の発光部32からの出射光の一部を遮るように形成されている。
放熱部材60は、ハウジング50の基端において設けられている。放熱部材60は、例えば、ヒートシンクを採用することができる。また、放熱部材60は、ヒートシンクに限られず、例えば、冷却ファンを備え、冷却ファンの冷却風によってヒートパイプ40の一端側を冷却する、いわゆるファンを採用するようにしてもよいし、ヒートシンクと冷却ファンとの両方を備えるようにしてもよい。
尚、放熱部材60は、ハウジング50と一体に形成されていてもよいし、ハウジング50と別体に構成されていてもよい。本実施例においては、放熱部材60は、ハウジング50と一体に形成されている。また、本実施例において、放熱部材60は、ヒートシンクが採用されている。
すなわち、第1のハウジング部材51a及び第2のハウジング部材51bの他端側に半円板状の複数のフィンが一定間隔を有して設けられている。また、第1のハウジング部材51a及び第2のハウジング部材51bのヒートパイプ収容部53は、放熱部材60の形成位置まで延びて形成されている。また、車両用灯具10は、基板20のヒートパイプ40が接続された側(一方の側面24a側)が下(鉛直方向の下方)となる図1Bに示す姿勢で灯具ユニットや車体に取り付けられる。従って、基板20と接合されたヒートパイプ40がヒートパイプ収容部53に収容されると、ヒートパイプ40と放熱部材60とが互いに接触する。
図2Aは、基板20の一方の主面すなわち、上面23aを示す平面図である。図2Bは、基板20の他方の主面すなわち、下面23bを示す平面図である。図2A及び図2Bにおいて、第1の発光部31と、第2の発光部32とは、第1の基板21aと第2の基板21bの対称となる位置にそれぞれ載置されている。従って、第1の基板21aと第2の基板21bとが互いに発光素子が搭載されている面の裏側の背面同士で接合されることにより、それぞれ対称となる位置に第1の発光部31と第2の発光部32とが基板20上に配される。
第1の発光部31は、ハロゲンバルブの走行ビームの光源の位置に対応するように配設するとよい。また、第2の発光部32は、ハロゲンバルブのすれ違いビームの光源の位置に対応するように配設するとよい。これによって、車両用灯具10は、ハロゲンバルブの光と同じ位置から出射光を出射することが可能となる。従って、車両用灯具10は、ハロゲンバルブと同一の配光パターンを得ることが可能となる。
図3は、基板20の短手方向(一方の側面24aに沿った方向)から見た基板20の左側面図である。図3において、基板20の一方の側面24aは、この一方の側面24aと対向する基板20の他方の側面24bに向かって、一方の側面24a全体に亘って略V字状に窪んだ凹部25aを有する。
凹部25aは、基板20の一方の側面24aに沿った方向から見た形状が略V字形状を有する溝として形成されている。凹部25aの深さは、基板20の厚み方向の中心において最も深く形成されている。
凹部25aは、基板20の主面23a,23bに平行な中心面、すなわち、本実施例において第1の基板21aと第2の基板21bの接合面(基板接合面26)に対して対称な形状を有する。具体的には、第1の基板21aの凹部25aの内壁面と基板接合面26とがなす角度は、第2の基板21bの凹部25aの内壁面と基板接合面26とがなす角度と同一である。
図4は、発光部30から発生した熱がヒートパイプ40に伝わる態様を概念的に示している。尚、図中の破線矢印は熱の移動を示している。図4において、ヒートパイプ40は、基板20の凹部25aに嵌入されかつ、はんだ層SLを介して凹部25aに接合されている。言い換えれば、ヒートパイプ40の外面と凹部25aの内壁面とは、はんだ層SLを介して互いに熱移動可能に接続されている。
すなわち、凹部25aの内壁面とヒートパイプ40の外面とによって空間が画成される。この空間は、はんだ層SLで満たされており、ヒートパイプ40と基板20とは、はんだ層SLによって接合される。従って、第1の基板21aと第2の基板21bの発光部30から発生した熱は、基板20内部に伝わった後にヒートパイプ40に伝わる。
図5は、発光部30から発生した熱がヒートパイプ40を介して放熱部材60に伝わる態様を概念的に示している。尚、図中の破線矢印は熱の移動を示している。図5において、基板20の発光部30から発生した熱は、ヒートパイプ40を介して放熱部材60に伝わり、放熱部材60から車両用灯具10の外部に放熱される。このように、基板20の長手方向の一方の側面24aの全体に亘ってヒートパイプ40が接合されているため、基板20の熱を効率的に放熱することができる。
以上のように、本実施例の車両用灯具10によれば、発光部30の発光によって発生した熱は、基板20からヒートパイプ40を介して放熱部材60に伝わって車両用灯具10の外部に放熱される。この結果、効率よく発光部30から発生した熱を車両用灯具10の外部に放熱することが可能となる。従って、本実施例の車両用灯具10によれば、発光部30の熱によって車両用灯具10の寿命が短くなることを防止することができ、長寿命かつ、出射光の色を安定的に維持することが可能となる。
また、本実施例の車両用灯具10の基板20の一方の側面24aには、凹部25aが設けられている。従って、単に基板20に凹部25aを設けずに基板20の一方の側面24aにヒートパイプ40を接合した場合と比べて、基板20とヒートパイプ40との接合面の面積をより広くすることができる。この結果、接合安定性を向上し、接合強度を増大し、放熱経路を拡大することができ、より効率よくヒートパイプ40側に基板20の熱を移動させることが可能となる。
ところで、基板20に凹部25aを設けずに基板20の一方の側面24aにヒートパイプ40を接合する場合、ヒートパイプ40の基板20との接合面積を増やすために、はんだ層SLの量を増加すると溶融したはんだ層SLの表面張力によって所望の接合位置からヒートパイプ40がずれることがある。また、基板20とヒートパイプ40を接合する余剰のはんだ層SLは、基板20のレジスト層22上まで溶融移動することもある。この場合、車両用灯具10の使用時の熱によりレジスト層22上のはんだ層SLが再溶融して、ショート等を引き起こす恐れもある。
これに対して、本実施例の車両用灯具10によれば、基板20とヒートパイプ40を接合するはんだ層SLが余剰となった場合であっても、基板20の一方の側面24aに形成された凹部25aにはんだ層SLを収容することができかつ、基板20とヒートパイプ40との接触面積をより広く確保することが可能となる。
また、凹部25aが基板20の主面に平行な中心面に対して対称な形状を有することにより、基板20の上面23a側で発生した熱と、基板20の下面23b側で発生した熱と、を均等に放熱することが可能となる。特に、第1の基板21a及び第2の基板21bは、同一の厚さを有することにより、放熱効果をより均等にすることが可能となる。
さらに、第1の発光部31は、第2の発光部32よりも基板20の一方の側面24a側に配されていることにより、より発熱量が高い第1の発光部31から発生した熱を効率よく放熱することが可能となる。
図6は、実施例2に係る車両用灯具10の基板20の左側面を示している。実施例2に係る車両用灯具10は、実施例1と同様の構成であり、基板20の断面の形状が異なる。従って、実施例1の車両用灯具10と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
図6において、基板20の一方の側面24aは、この一方の側面24aと対向する基板20の他方の側面24bに向かって、一方の側面24a全体に亘って略円弧状に窪んだ凹部25bを有する。
凹部25bの内壁面は、ヒートパイプ40の表面に沿って凹面状に形成されている。具体的には、本実施例においてヒートパイプ40は円筒形状に形成されている。従って、凹部25bは、基板20の一方の側面24aに沿った方向から見た形状が、ヒートパイプ40の外面形状に沿った円弧形状を有する溝として形成されている。凹部25bの深さは、基板20の厚み方向の中心において最も深く形成されている。
凹部25bは、基板20の主面23a,23bに平行な中心面、すなわち、本実施例において第1の基板21aと第2の基板21bの接合面(基板接合面26)に対して対称な形状を有する。具体的には、第1の基板21aの凹部25bの内壁面と基板接合面26とがなす角度は、第2の基板21bの凹部25bの内壁面と基板接合面26とがなす角度と同一である。
図7は、発光部30から発生した熱がヒートパイプ40に伝わる態様を概念的に示している。尚、図中の破線矢印は熱の移動を示している。図7において、ヒートパイプ40は、基板20の凹部25aに嵌入されかつ、凹部25aにはんだ層SLを介して接合されている。従って、実施例1の車両用灯具と同様に、第1の基板21aと第2の基板21bの発光部30から発生した熱は、基板20内部に伝わった後にヒートパイプ40に伝わる。
すなわち、凹部25bの内壁面とヒートパイプ40の外面とによって空間が画成される。この空間は、はんだ層SLで満たされており、ヒートパイプ40と基板20とは、はんだ層SLによって接合される。従って、第1の基板21aと第2の基板21bの発光部30から発生した熱は、基板20内部に伝わった後にヒートパイプ40に伝わる。
以上のように本実施例の車両用灯具10によれば、実施例1の車両用灯具10と同様に、発光部30の熱によって車両用灯具10の寿命が短くなることを防止することができ、長寿命かつ、出射光の色を安定的に維持することが可能となる。
また、基板20の凹部25aの内壁面は、ヒートパイプ40の表面の曲率に沿った凹面状に形成されていることにより、凹部25bとヒートパイプ40間の距離を短くしつつ、ヒートパイプ40との接合面積を高めることが可能となる。このため本実施例の車両用灯具によれば、放熱効率の向上をさらに図ることが可能となる。
図8は、実施例3に係る車両用灯具10の基板20の左側面を示している。実施例3に係る車両用灯具10は、実施例1と同様の構成であり、基板20の断面の形状が異なる。従って、実施例1の車両用灯具10と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
図8において、基板20の一方の側面24aは、この一方の側面24aと対向する基板20の他方の側面24bに向かって、一方の側面24a全体に亘って略C字状に窪んだ凹部25cを有する。
凹部25cは、基板20の一方の側面24aに沿った方向から見た形状が略C字形状を有する溝として形成されている。凹部25cの深さは、基板20の厚み方向の中心において最も深く形成されている。
凹部25cは、基板20の主面23a,23bに平行な中心面、すなわち、本実施例において第1の基板21aと第2の基板21bの接合面(基板接合面26)に対して対称な形状を有する。具体的には、第1の基板21aの凹部25bの内壁面と基板接合面26とがなす角度は、第2の基板21bの凹部25bの内壁面と基板接合面26とがなす角度と同一である。
図9は、発光部30から発生した熱がヒートパイプ40に伝わる態様を概念的に示している。尚、図中の破線矢印は熱の移動を示している。図9において、ヒートパイプ40は、基板20の凹部25cに嵌入されかつ、凹部25cにはんだ層SLを介して接合されている。従って、実施例1の車両用灯具と同様に、第1の基板21aと第2の基板21bの発光部30から発生した熱は、基板20内部に伝わった後にヒートパイプ40に伝わる。
すなわち、凹部25cの内壁面とヒートパイプ40の外面とによって空間が画成される。この空間は、はんだ層SLで満たされており、ヒートパイプ40と基板20とは、はんだ層SLによって接合される。従って、第1の基板21aと第2の基板21bの発光部30から発生した熱は、基板20内部に伝わった後にヒートパイプ40に伝わる。
尚、上記実施例では、ヒートパイプ40を基板20の一方の側面24aに接合したが、他方の側面24bにも接合することも可能である。この場合においても、ヒートパイプ40の接合される基板20の側面24a,24bに凹部25a,25b,25cを形成し、ヒートパイプ40を嵌入させて接合することが望ましい。
以上のように本実施例の車両用灯具10によれば、実施例1の車両用灯具と同様に、発光部30の熱によって車両用灯具10の寿命が短くなることを防止することができ、長寿命かつ、出射光の色を安定的に維持することが可能となる。
また、凹部25cは、基板20の主面23a,23b及び一方の側面24aに垂直な面に沿った断面が略C字状であることによって、凹部25cの内壁面とヒートパイプ40の外面とによって画成される空間の体積を確保することができる。これにより、余剰のはんだ層SLが設けられた場合であっても、はんだ層SLが、その溶融時に一部がレジスト層に22に付着することを防止することが可能となる。この結果、本実施例の車両用灯具10によれば、製品の信頼性の向上を図ることが可能となる。
10 車両用灯具
20 基板
21a 第1の基板
21b 第2の基板
23a 一方の主面
23b 他方の主面
24a 一方の側面
24b 他方の側面
25a、25b、25c 凹部
26 中心面
30 発光部
31 第1の発光部
32 第2の発光部
40 ヒートパイプ
60 放熱部材

Claims (4)

  1. 板状の基板と、
    前記基板の一方の主面上及び前記基板の他方の主面上に載置された発光部と、
    前記基板の一方の側面に固定されているヒートパイプと、
    前記ヒートパイプに接続された放熱部材と、を有し、
    前記基板の前記一方の側面は、前記一方の側面と対向する前記基板の他方の側面に向かって前記一方の側面全体に亘って窪んだ凹部を有し、
    前記ヒートパイプは前記凹部に嵌入されかつ、前記凹部に接合されていることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記発光部は、第1の配光パターンを有する第1の発光部と、前記第1の配光パターンとは異なる第2の配光パターンを有する第2の発光部と、を有し、
    前記第1の発光部は、前記第2の発光部よりも前記基板の前記一方の側面側に配されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記凹部は、前記基板の前記主面に平行な中心面に対して対称な形状を有することを特徴とする請求項1又は2の車両用灯具。
  4. 前記基板は、互いに接合された板状の第1の基板及び第2の基板とからなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の車両用灯具。
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