JP2022053381A - 発光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】構成を簡素化し、コストの低減が可能な新たな発光モジュールを提供する。【解決手段】発光モジュール１２は、半導体発光素子と、半導体発光素子の点消灯を制御する点灯制御回路２２が設けられている回路基板２４と、半導体発光素子が搭載される金属板１８と、を備える。回路基板２４は、半導体発光素子と点灯制御回路２２とを接続する配線部が形成された樹脂基板である。【選択図】図５

Description

本発明は、発光モジュールに関する。

従来、放熱フィンを有するヒートシンクに、発光ダイオードおよび発光ダイオードの点灯制御を行うための駆動回路が内蔵されたドライバユニットが搭載された光源モジュールが考案されている（特許文献１参照）。この光源モジュールは、ドライバユニットと発光ダイオードとを電気的に接続するバスバーが埋設された給電アタッチメントがヒートシンクの上に搭載されている。

特開２０１６－１３９５１４号公報

しかしながら、上述の給電アタッチメントは、多くのバスバーを埋設するためにインサート成形されており、部品が多く製造も簡単ではない。そのため、コストという観点では更なる改善の余地がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、構成を簡素化し、コストの低減が可能な新たな発光モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光モジュールは、半導体発光素子と、半導体発光素子の点消灯を制御する点灯制御回路が設けられている回路基板と、半導体発光素子が搭載される素子用金属板と、を備える。回路基板は、半導体発光素子と点灯制御回路とを接続する配線部が形成された樹脂基板である。

この態様によると、点灯制御回路と半導体発光素子とを簡易な構成で接続できる。

回路基板は、配線部が内部にある多層基板であってもよい。樹脂基板は、例えば、ガラスエポキシ基板の表面や内部に配線部としての銅箔パターンが形成されている基板である。これにより、バスバーを内蔵した給電アタッチメントのように厚みが厚く、材料や製造コストも高いものと比較して、コストの低減が可能である。

回路基板は、素子用金属板の上に搭載されており、配線部は、点灯制御回路と素子用金属板との間に形成されていてもよい。点灯制御回路は、回路基板の表面に実装されていてもよい。

半導体発光素子は、回路基板に形成された開口に配置されていてもよい。これにより、半導体発光素子を素子用金属板の上に直接搭載することができる。

半導体発光素子は、配線部と金ワイヤやアルミワイヤ、アルミリボン等の金属ワイヤを介して接続されていてもよい。これにより、半導体発光素子の電極パッドと配線部との接続信頼性を向上できる。また、金属ワイヤを使うことで、電極パッドの面積を小さくできる。

該素子用金属板とは異なる回路用金属板を更に備えてもよい。回路基板は、素子用金属板および回路用金属板の上に渡すように搭載されており、素子用金属板と回路用金属板とは熱的に分離されていてもよい。これにより、素子用金属板の形状や大きさは、半導体発光素子が発する熱を考慮して設定し、回路用金属板の形状や大きさは、点灯制御回路が発する熱を考慮して設定することができ、設定の自由度が向上する。

素子用金属板は、一枚の板状部材であり、外周部に回路用金属板が入り込む切り欠き部が形成されており、素子用金属板と、切り欠き部に入り込んだ回路用金属板とにより全体として矩形になってもよい。これにより、２つの基板全体で単純な形状となり、レイアウトの自由度が増す。

素子用金属板は、厚みが１～２ｍｍであってもよい。これにより、発光モジュールを薄型にできる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、コストの低減が可能な新たな発光モジュールを提供できる。

第１の実施の形態に係る車両用灯具の正面図である。 第１の実施の形態に係る車両用灯具の分解斜視図である。 図１に示す車両用灯具のＡ－Ａ断面図である。 第１の実施の形態に係る車両用灯具の製造方法を説明するための模式図である。 第１の実施の形態に係る発光モジュールを上方から見た斜視図である。 第１の実施の形態に係る発光モジュールの背面図である。 図５に示す発光モジュールの開口部近傍を拡大した図である。 第１の実施の形態に係る発光モジュールの開口部を含む一断面の模式図である。 第２の実施の形態に係る発光モジュールを上方から見た斜視図である。 第２の実施の形態に係る発光モジュールの背面図である。 図９に示す発光モジュールの開口部近傍を拡大した図である。 図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、第２の実施の形態に係る発光モジュールにおける配線基板と回路基板との接続部近傍を拡大した図である。 図１３（ａ）は、第３の実施の形態に係る車両用灯具の正面図、図１３（ｂ）は、第３の実施の形態に係る車両用灯具の斜視図である。 第３の実施の形態に係る車両灯具の分解斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

（第１の実施の形態）
［車両用灯具］
図１は、第１の実施の形態に係る車両用灯具の正面図である。図２は、第１の実施の形態に係る車両用灯具の分解斜視図である。図３は、図１に示す車両用灯具のＡ－Ａ断面図である。

車両用灯具１０は、発光モジュール１２と、レンズ１４と、ホルダ１６とを備える。発光モジュール１２は、アルミニウムや銅等からなる板状の金属板１８と、金属板１８に搭載された、別々の光源となる３つの半導体発光素子（発光ダイオード２０）とを有する。半導体発光素子は、レーザ素子やＥＬ素子であってもよい。レンズ１４は、発光ダイオード２０から出射した光Ｌが入射し、内部を透過して前方へ出射するように光路が制御される３つの光学制御領域Ｒ１～Ｒ３を有する。ホルダ１６は、レンズ１４がホルダ１６に対して位置決めされた状態で、レンズ１４を保持する。また、金属板１８は、ホルダ１６に対して位置決めされた状態で、３本のスクリュ１９によりホルダ１６に固定される。

このように、本実施の形態に係る車両用灯具１０は、金属板１８およびレンズ１４が、同じ部品であるホルダ１６に対して位置決めされているので、金属板１８とレンズ１４との位置決め精度が向上する。つまり、金属板１８とレンズ１４との相対位置の精度が向上し、車両前方へ投影される所望の配光パターンを精度良く形成できる。

レンズ１４は、ホルダ１６の開口部１６ａから前方に突出せず、全て開口部１６ａよりも金属板１８側に設けられている。つまり、レンズ１４の全ては、ホルダ１６と金属板１８との間の領域に収まっている。レンズ１４の光学制御領域Ｒ１～Ｒ３のそれぞれは、発光ダイオード２０の光Ｌを屈折して前方へ出射する中央部１４ａと、中央部１４ａの周囲であって、入射した発光ダイオード２０の光Ｌを内面反射して前方へ出射する外縁部１４ｂと、を有している。これにより、レンズ１４は、凸レンズのようにホルダから突出する形状でなくても、所望の配光パターンの形成が可能となり、車両用灯具１０の車両前後方向の厚みを薄くできる。

次に、本実施の形態に係る車両用灯具１０における各部品の位置決めについて説明する。ホルダ１６は、開口部１６ａを囲むようにフランジ部１６ｂを有している。レンズ１４は、フランジ部１６ｂの内側に設けられた位置決め部１６ｃに固定されている。これにより、レンズ１４をホルダ１６の後方から組み付けて位置決めできる。

また、金属板１８は、ホルダ１６の後方側端面１６ｄに設けられている位置決め用の突起１６ｅが挿入される位置決め穴１８ａが形成されている。そして、突起１６ｅが位置決め穴１８ａに嵌入することで、金属板１８がホルダ１６に対して位置決めされる。

なお、金属板１８は、厚みが１～２ｍｍの金属板であり、表面がアルマイト処理又は塗装等により黒色化されていることで、金属板１８からの熱の放射率が向上している。そして、発光ダイオード２０が搭載されている搭載面１８ｂと反対側の面１８ｃが外部に露出していること、金属板１８からの熱の放射率の向上、複数の発光ダイオード２０が間隔をおいて分散配置されていること、等が組み合わされることで、発光モジュール１２は、金属板１８を搭載するためのヒートシンクを必要とせずに所望の放熱性を満たすことができる。これにより、車両用灯具１０の車両前後方向の厚みを薄くできる。

図４は、第１の実施の形態に係る車両用灯具の製造方法を説明するための模式図である。なお、図４は、車両用灯具を側方から見た分解図である。

図４に示すように、本実施の形態に係る製造方法は、発光ダイオード２０の光が出射する開口部１６ａのある筒状のホルダ１６を準備する準備工程と、開口部１６ａを囲むように、開口部１６ａの内側（基板側）に形成されている位置決め部１６ｃにレンズ１４の前方端面１４ｃを位置決めするレンズ位置決め工程と、ホルダ１６の開口部１６ａと反対側の固定部（後方側端面１６ｄの突起１６ｅ）に、発光ダイオード２０が搭載された金属板１８を位置決めする基板位置決め工程と、を含む。

レンズ位置決め工程および基板位置決め工程においては、ホルダ１６に対してレンズ１４および金属板１８を同じ方向から組み付けることができる。また、ホルダ１６に対するレンズ１４の溶着固定は、前方端面１４ｃをホルダ１６の位置決め部１６ｃに突き当てた状態で、その突き当てた領域にレンズ１４の後方側からレーザを照射することで行われる。また、ホルダ１６に対する金属板１８の溶着固定は、金属板１８をホルダ１６の後方側端面１６ｄに突き当て、突起１６ｅが位置決め穴１８ａに入り込んだ状態で、金属板１８の裏面側に突き出た突起１６ｅ近傍に後方側からレーザを照射することで行われる。あるいは、突起１６ｅを位置決め穴１８ａに挿入して位置決め後、固定用に設置した別の穴を用いてスクリュ等により締結する事で行われる。

この態様によると、レンズ位置決め工程および基板位置決め工程を、同じ側から出射したレーザによる溶着で行えるので、製造の際にレーザ溶着装置の向きを変えたり、レンズやホルダ等の部品を回転させたりすることを低減できる。また、レンズ１４をホルダ１６に溶着した部分が、フランジ部１６ｂの内側（裏側）になるため、車両用灯具１０を正面から見て溶着部分が見えなくなり、外観の見映えが良くなる。また、溶着部分を通る光はフランジ部１６ｂで遮蔽されるため、グレア等の制御されない光が外部に漏れることを低減できる。あるいは、スクリュ等の締結においても同じ方向から組付け作業ができるため、作業性が向上し、組付けミスによる不良発生を抑制することができる。

［発光モジュール］
次に、発光モジュールの好ましい形態について説明する。図５は、第１の実施の形態に係る発光モジュールを上方から見た斜視図である。図６は、第１の実施の形態に係る発光モジュールの背面図である。図７は、図５に示す発光モジュールの開口部近傍を拡大した図である。図８は、第１の実施の形態に係る発光モジュールの開口部を含む一断面の模式図である。

発光モジュール１２は、３つの発光ダイオード２０と、発光ダイオード２０の点消灯を制御する点灯制御回路２２、外部のコネクタが接続されるコネクタ２３とが設けられている回路基板２４と、発光ダイオード２０が搭載される素子用金属板としての金属板１８と、を備える。回路基板２４は、発光ダイオード２０と点灯制御回路２２とを接続する配線部２６が内部に形成された多層樹脂基板である。これにより、図８に示すように、点灯制御回路２２と発光ダイオード２０とを簡易な構成で接続できる。ここで、点灯制御回路２２は、発光ダイオード２０を駆動するために必要な受動素子（例えば、抵抗、コイル、コンデンサ等）や能動素子（例えば、トランジスタ、ＩＣ、ダイオード、オペアンプ等）を含んで回路が構成されている。

本実施の形態に係る回路基板２４は、配線部２６が内部及び表層にある多層基板であり、例えば、ガラスエポキシ基板の表面や内部に配線部としての銅箔パターンが形成されている基板である。これにより、バスバーを内蔵した給電アタッチメントのように厚みが厚く、材料や製造コストも高いものと比較して、コストの低減が可能である。なお、回路基板は、フェノール樹脂またはポリイミド樹脂で構成されていてもよい。また、開口部２４ｂに露出している配線部２６は、金属表面処理（ニッケルメッキ処理又は金メッキ処理等）されている。これにより、金ワイヤやアルミワイヤ、アルミリボン等の金属ワイヤ２８の接合性が良くなる。また、回路基板２４の金属板１８と接する裏面側表層は、絶縁材料のみで構成されている。これにより、回路基板２４を、導電性の金属板１８に対して接着する際に、絶縁性の放熱性の良い接着剤だけでなく、導電性接着剤を用いることができる。

図８に示すように、回路基板２４の少なくとも一部は、金属板１８の上に搭載されており、配線部２６は、基板の厚み方向において、点灯制御回路２２と金属板１８との間に形成されている。点灯制御回路２２は、回路基板２４の表面２４ａに実装されている。これにより、点灯制御回路２２に用いられている部品（例えば、ＩＣ）が発する熱は、回路基板２４の配線部２６を介して、厚み方向だけでなく水平方向にも移動するため、放熱性が向上する。

また、発光ダイオード２０は、回路基板２４に形成された開口部２４ｂに配置されていている。これにより、発光ダイオード２０を金属板１８の上に直接搭載することができる。開口部２４ｂは、間隔を空けて複数設けられており、それぞれに発光ダイオード２０が配置されている。そして、発光ダイオード２０ごとにレンズ１４の異なる光学制御領域Ｒ１～Ｒ３が対応している。これにより、一つの発光モジュールに配光の異なる複数の光源を設けることができる。

発光ダイオード２０は、配線部２６と金属ワイヤ２８を介して接続されている。これにより、発光ダイオード２０の電極パッド２０ａと配線部２６との接続信頼性を向上できる。また、金属ワイヤ２８を使うことで、電極パッド２０ａの面積を小さくできる。また、本実施の形態に係る電極パッド２０ａは、発光ダイオード２０の発光面２０ｂよりも面積が小さい。このように、発光ダイオード２０の発光面２０ｂが車両前方に向いている場合、車両用灯具１０を正面から見たときに、細い金属ワイヤ２８や小さい電極パッド２０ａであれば目立ちにくい。

発光モジュール１２は、図６に示すように、金属板１８とは異なる回路用金属板３０を更に備えている。回路基板２４は、金属板１８および回路用金属板３０の上に渡すように搭載されており、金属板１８と回路用金属板３０とは熱的に分離されている。これにより、素子用金属板である金属板１８の形状や大きさは、発光ダイオード２０が発する熱を考慮して設定し、回路用金属板３０の形状や大きさは、点灯制御回路２２が発する熱を考慮して設定することができ、設定の自由度が向上する。

金属板１８は、一枚の板状部材であり、外周部１８ｄに矩形の回路用金属板３０が入り込む矩形の切り欠き部１８ｅが形成されており、金属板１８と、切り欠き部１８ｅに入り込んだ回路用金属板３０とにより全体として矩形になっている。これにより、２つの金属板全体で単純な矩形形状となり、他の部材との干渉やスペースの取り合いが減ることで、レイアウトの自由度が増す。

なお、金属板１８や回路用金属板３０は、厚みが１～２ｍｍのアルミニウム又は銅等の金属板である。これにより、発光モジュール１２を薄型にできる。また、図５に示すように、ＩＣといった比較的発熱が大きい素子を含む点灯制御回路２２を、３個配置された発光ダイオード２０のうち放熱性が比較的劣る中央の発光ダイオード２０Ａから離れた位置に設けることで、点灯制御回路２２の発熱が発光ダイオード２０Ａに与える影響を低減できる。また、図２や図３に示すように、レンズ１４と金属板１８とホルダ１６とで囲まれた領域は、ある程度のデッドスペースが存在するため、そのデッドスペースに点灯制御回路２２を構成する部品が位置するようにしている。これにより、点灯制御回路２２が原因で車両用灯具１０が車両前後方向に厚くなることを抑制できる。

（第２の実施の形態）
図９は、第２の実施の形態に係る発光モジュールを上方から見た斜視図である。図１０は、第２の実施の形態に係る発光モジュールの背面図である。図１１は、図９に示す発光モジュールの開口部近傍を拡大した図である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、第２の実施の形態に係る発光モジュールにおける配線基板と回路基板との接続部近傍を拡大した図である。

発光モジュール３２は、３つの発光ダイオード２０と、発光ダイオード２０が搭載される素子用金属板としての金属板１８と、金属板１８の上に配置される配線基板３４と、発光ダイオード２０の点灯を制御する点灯制御回路（不図示）が設けられている回路基板３６と、を備える。配線基板３４は、発光ダイオード２０を金属板１８に搭載するための開口部３４ａが形成されており、開口部３４ａは、配線基板３４の内部にある配線（バスバー）３８の一部３８ａが露出しており、発光ダイオード２０と露出している配線３８の一部３８ａとを接続する接続部材としての金属ワイヤ２８を囲むような深さを有する。

これにより、点灯制御回路と発光ダイオード２０とを簡易な構成で接続できる。また、開口部３４ａが金属ワイヤ２８を囲むような深さＤ（図８参照）を有するため、金属ワイヤ２８が他の部品と接触しにくくなる。

開口部３４ａは、金属ワイヤ２８が配線基板３４の表面から突出しないように構成されている。これにより、金属ワイヤ２８が非接触であるべき他の部品と接触することが回避され、例えば、絶縁性の保護樹脂で金属ワイヤ２８を被覆する必要がなくなる。その結果、発光モジュール３２のコストの低減が図られる。

配線基板３４は、金属板１８および金属のバスバーと一体成形された樹脂基板である。開口部３４ａは、発光ダイオード２０が収容される凹部であり、バスバーの一部が凹部の側壁から露出している。これにより、金属ワイヤ２８は、配線基板３４の表面から突出しないで、バスバーの一部と接続される。なお、配線基板３４は、エンジニアリングプラスチックで構成されている外装部や筐体と、その内部に設けられたバスバーとを有しているが、これに限らず、配線として銅箔パターンが埋め込まれた多層樹脂基板であってもよい。

なお、配線基板３４と回路基板３６との間の接続は、図１２（ａ）に示すように、配線３８であるバスバーの端部と、回路基板３６の配線４０である銅箔パターンの端部と、を金属のジャンパー線４２で結んでいる。あるいは、図１２（ｂ）に示すように、配線３８の端部が回路基板３６の配線４０の上まで延びるように形成し、配線３８がばね性により配線４０を付勢するように加工されていてもよい。なお、配線基板３４と回路基板３６とは共通の一枚の基板であってもよい。これにより、基板の数が減り、基板同士を接続するジャンパー線等の部材コストの低減や組立て工数の削減ができる。

（第３の実施の形態）
図１３（ａ）は、第３の実施の形態に係る車両用灯具の正面図、図１３（ｂ）は、第３の実施の形態に係る車両用灯具の斜視図である。図１４は、第３の実施の形態に係る車両灯具の分解斜視図である。なお、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。

車両用灯具１１０は、発光モジュール１１２と、レンズ１１４と、ホルダ１１６とを備える。発光モジュール１１２は、アルミニウムや銅等からなる板状の金属板１１８と、金属板１１８に搭載された、別々の光源となる３つの半導体発光素子（発光ダイオード２０）とを有する。３つの発光ダイオード２０は、三角形（正三角形または二等辺三角形）の頂点の位置に配置されている。

レンズ１１４は、発光ダイオード２０から出射した光Ｌが入射し、内部を透過して前方へ出射するように光路が制御される３つの光学制御領域Ｒ４～Ｒ６を有する。光学制御領域Ｒ４～Ｒ６のそれぞれは、対応する３つの発光ダイオード２０の前方に三角形を成すように設けられている。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０ 車両用灯具、 １２ 発光モジュール、 １４ レンズ、 １４ａ 中央部、 １４ｂ 外縁部、 １４ｃ 前方端面、 １６ ホルダ、 １６ａ 開口部、 １６ｂ フランジ部、 １６ｃ 位置決め部、 １６ｄ 後方側端面、 １６ｅ 突起、 １８ 金属板、 １８ａ 位置決め穴、 １８ｂ 搭載面、 １８ｃ 面、 １８ｄ 外周部、 １８ｅ 切り欠き部、 ２０ 発光ダイオード、 ２０ａ 電極パッド、 ２０ｂ 発光面、 ２２ 点灯制御回路、 ２３ コネクタ、 ２４ 回路基板、 ２４ａ 表面、 ２４ｂ 開口部、 ２６ 配線部、 ２８ 金属ワイヤ、 ３０ 回路用金属板、 ３２ 発光モジュール、 ３４ 配線基板、 ３４ａ 開口部、 ３６ 回路基板、 ３８ 配線。

Claims (8)

1. 半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子の点消灯を制御する点灯制御回路が設けられている回路基板と、
   半導体発光素子が搭載される素子用金属板と、を備え、
   前記回路基板は、前記半導体発光素子と前記点灯制御回路とを接続する配線部が形成された樹脂基板であることを特徴とする発光モジュール。
2. 前記回路基板は、前記配線部が内部にある多層基板であることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記回路基板は、前記素子用金属板の上に搭載されており、
   前記配線部は、前記点灯制御回路と前記素子用金属板との間に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の発光モジュール。
4. 前記半導体発光素子は、前記回路基板に形成された開口に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
5. 前記半導体発光素子は、前記配線部と金属ワイヤを介して接続されていることを特徴とする請求項４に記載の発光モジュール。
6. 該素子用金属板とは異なる回路用金属板を更に備え、
   前記回路基板は、前記素子用金属板および前記回路用金属板の上に渡すように搭載されており、
   前記素子用金属板と前記回路用金属板とは熱的に分離されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光モジュール。
7. 前記素子用金属板は、一枚の板状部材であり、外周部に前記回路用金属板が入り込む切り欠き部が形成されており、
   前記素子用金属板と、前記切り欠き部に入り込んだ前記回路用金属板とにより全体として矩形になることを特徴とする請求項６に記載の発光モジュール。
8. 前記素子用金属板は、厚みが１～２ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光モジュール。

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