JP5786027B2 - 高い光学的精度を有する交換可能な発光ダイオードモジュール - Google Patents

Description

本開示は、照明モジュールに関し、より詳細には、一体型の光学素子および熱管理機能を有する交換可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールに関する。本開示は、光学的精度が要求される自動車産業において特に適用されるが、選択された属性および特徴を、同様の課題に遭遇する可能性のある関連の環境および応用例において使用することができる。

一般的に、自動車応用例において前方照明に使用されるＬＥＤベースの照明アセンブリは、光源からの光出力を処理するための別個の光学素子アセンブリと協働するＬＥＤ光源を含む。光源を別個の光学素子アセンブリと別々に組み立てる結果として、光出力は、最適に満たない。

さらに、前方照明の応用例に組み込まれたＬＥＤ照明アセンブリは、容易に交換することはできない。したがって、ＬＥＤ光源が効率的であり、長い動作寿命を有するとしても、問題が発生したり光源が故障した場合、光源全体を取り除く必要がある。さらに、新しいＬＥＤ光源を関連の光学素子に対して正確に位置合わせするための用意がなされていない。

高効率ＬＥＤ光源を使用する別の重要な側面は、熱的課題に対処することが必要であることである。具体的には、ＬＥＤ光源が高い温度で動作し、効率的に熱を搬出することにより、高効率および長い寿命という、このタイプの光源の利点が維持される。

米国特許第２０１０／０６７２４８号

したがって、交換可能なモジュールでありかつ光学系と動作可能に一体化されたＬＥＤ光源を提供することが求められている。さらに、そのようなアセンブリは、熱的問題を適切に管理し、関連の自動車両に容易にかつ正確に取り付けられなければならない。

この新しいアセンブリによってもたらされる第一の恩恵は、光源と光学素子を共にユニットとして交換することができることにある。

別の利点は、ＬＥＤ光源と光学装置との間の正確な位置合わせを得ることに関する。

さらに別の恩恵は、交換可能なＬＥＤモジュールを、関連の車両に対して正確に位置決めすることができることにある。

さらに別の利点は、熱管理機能を交換可能なモジュール設計に組み込むことによって、総合的なランプの寿命および効率を改善することに関する。

さらに他の恩恵および利点は、以下の詳細な説明を読めば、当業者にはより明らかとなろう。

交換可能なＬＥＤモジュールの第１の好ましい実施形態の分解斜視図である。 図１の実施形態の立面分解図である。 図１の部分的に組み立てられたランプアセンブリの斜視図である。 図１の組み立てられた照明モジュールを通る断面図である。 交換可能なＬＥＤモジュールの第２の好ましい実施形態の分解斜視図である。 筐体上に設けられた電気接続の拡大斜視図である。 組み立てられた図５の照明モジュールの拡大斜視図である。 組み立てられた図５の照明モジュールの拡大断面図である。

たとえば自動車産業において要求されるような高い光学精度を有する、交換可能なＬＥＤモジュール１００の第１の好ましい実施形態が、図１〜図４に示される。照明モジュール１００は、交換可能であり、好ましくはＬＥＤ（発光ダイオード）光源を使用し、有利には関連の固定具に対して所望の熱的、機械的および電気接続を可能にしながら、依然として高い光学的精度の配光を達成する。

より詳細には、モジュール１００は光源を含み、光源は、この構成では、少なくとも１つの発光ダイオード１０２であり、好ましくは前方照明装置など特定の応用例に必要とされるような複数のＬＥＤである。自動車産業では、そのような前方照明装置は、昼間走行用ライト（ＤＲＬ）、または位置標示灯もしくは指針灯などの他の類似の応用例としてモジュールを使用することを含む。この実施形態では、各ＬＥＤ１０２は、関連のそれぞれのプリント回路板１０４を含み、プリント回路板は、ＬＥＤの動作のための所望の電子回路を提供する。光源１０２は、関連のプリント回路板１０４上に取り付けられた後で、金属ブロック１０６などの熱伝導性ブロック上に取り付けられ、金属ブロックは、本装置では、ＬＥＤ１０２およびＰＣＢ１０４からの熱を伝えるための所望の熱質量をもたらすために、かなりの円盤状の寸法を有する。ＬＥＤベースのランプは、典型的には、２００℃未満、より好ましくはいくつかの例では１００℃以下の温度で動作するので、放射熱伝達経路が重要となる。対流および伝導は、ヒートシンクの使用によって強化され得る熱伝達の主たる形態である。ヒートシンク、すなわちこの例では金属ブロックは、熱をＬＥＤデバイスから放射および対流で取り去るために大きな表面積をもたらすコンポーネントである。巧みに設計された大表面積を有する、比較的大きな塊からなる金属エレメントが、ＬＥＤデバイスおよび放射と対流によって効率的な熱出口を設けられた大面積の塊からの熱を、効率的に伝導する。このようにして、有利なことに、ＬＥＤによって伝導された熱が、モジュール１００の後部に位置する金属ブロック１０６に伝達され、さらに熱は、ブロック１０６の、光源から反対の端部に配置された熱伝導箔または熱伝導層１０８に伝えられる。それにより、照明モジュール１００を効率的に熱管理するために、熱は、ＬＥＤ１０２から金属ブロック１０６を通って熱伝導箔１０８に、それゆえ周囲環境に、効率的に伝えられる。照明モジュール１００の熱を伝える特性をさらに向上させるために、ＬＥＤ１０２を担持するプリント回路板１０４は、金属ブロック１０６に熱伝導性接着剤で接続されることが好ましい。

筐体１２０が、好ましい装置において、第１の壁すなわち後壁１２４内に形成された開口１２２を有する、全体的に環状の構造として示される。開口１２２は、そこを通して金属ブロック１０６の先端部１２６を受けるように寸法を決められる。さらに、小寸法の開口１２８が壁１２４の中に設けられ、ねじ１３２などの締結具を受けるために、スペーサ１３０と協働する。締結具は、取付け板１４０を通って、特にスペーサ１３０によって後壁１２４（図４）から所定の寸法をおいて支持される取付け板内の開口１４２を通って延び、筐体壁１２４内の開口１２８を貫通して、金属ブロック１０６に固定される。具体的には、締結具は、ブロック内のねじを切られた開口１４４に固定される。

図４でやはり明らかであるように、取付け板１４０はまた、配光レンズ１５０の、軸方向に延びる取付け脚１４８に関連付けられた締結具１４６を受ける。おそらく図２および図４にもっとも良く示されるように、レンズ１５０は、断面が全体的に半球状であり、ＬＥＤから外向きに誘導される光を捉えるように配向された凹所１５４を有する大型のレンズ部１５２を含む。筐体１２０の第２の部分１６０は、配光レンズ１５０を保持的に係合するように寸法決めされた開口１６２を有する、ほぼ環状のリングであるカバーを形成する。好ましくは、第２の部分は、筐体１２０（図４）の残部にスナップ篏合するかまたは接着で固定される。

周方向に離隔されて位置するフランジまたはタブ１６４が、筐体１２０の外周の周りに設けられたリム１６６から半径方向に外向きに延びるように示される。３つ以上の離隔されたタブ１６４が、高精度の筐体の位置合わせをもたらし、すなわち３つのタブが、関連の固定具（図示せず）の１つまたは複数の表面１６８（図２）に当接することによって、所望の基準面を画定する。ＬＥＤ光源１０２および配光レンズ１５０が筐体に対して固定されるので、タブ１６４により基準面が画定された後で、光出力は、タブ１６４に当接する関連の固定具に関連して精度が高くなる。１つまたは複数のＬＥＤ１０２が故障した場合、モジュール１００の全体が固定具から容易を取り外し、光の出力、配光および精度を損なうことなく、類似の交換可能なＬＥＤモジュールを所定の場所に固定することができる。

図１〜図４の実施形態における電気接続は、コネクタ１７０を介してもたらされる。コネクタ１７０は、周囲の筐体中に一体的に形成されたスナップ篏合ショルダー１７２を有し、それにより、電気接続の雄コンポーネント（図示せず）が、確実で有効な機械接触および電気接触を確立することができることが好ましい。さらに、関連の固定具（図示せず）と封止するように相互作用するように、シールリング１８０が筐体１２０の外周に沿って設けられることが好ましい。シールは、モジュールが固定具に固定されるときに、水分が照明モジュール内に侵入するのを防ぐように働く。

図５〜図８は、交換可能なＬＥＤモジュールの第２の実施形態を示す。可能であれば、「２００」シリーズにおける同様の参照番号が同様のコンポーネントを同定するために使用されるが、新しい参照番号は、新しいコンポーネントを特定する。したがって、交換可能なＬＥＤモジュール２００は、１つまたは複数のＬＥＤ２０２からなる光源を含む。ＬＥＤ２０２は、単一のプリント回路板２０４と動作可能に結合されてもよく、プリント回路板２０４は、一方の表面上にＬＥＤを受け、反対の表面上で熱伝導シートまたは熱伝導箔の層２０８と接触し、シートまたは層２０８は次いで、追加の熱伝導性の塊２８２と熱的に接触する。図８にもっとも良く示されるように、熱的コンポーネント２８２はまた、金属ブロック２８８の陥凹した面２８６と協働する、全体的に凸状の面２８４を有する。凸面２８４および凹面２８６は、それらが当接する接触面に沿って異なる曲率を有することに起因して、選択的調節をもたらす。配光の方向の所望の設定が確定した後で、リング２９２から延びる延長部２９０すなわち金属タブを溶解または溶接し、コンポーネントを適所に保持することができる。

さらに、前の実施形態において使用されたような、リム１６６に関連付けられた一体型のフランジまたはタブ１６４を有するのではなく、関連の固定具の基準面２８６（図８）と当接することによって、交換可能なＬＥＤモジュールの基準面を確定するために、３つ以上の突出部２９６（図５）を有する単独の板２９４によって、位置合わせがもたらされる。

さらに、図５、図６および図７にもっとも良く示されるように、電気コネクタ２７０は、ばねクリップ構成の中に電気コネクタ２７０を受ける筐体部２９８を含む。筐体２２０に固定されると、コネクタ２７０は、半径方向に外向きに延びてばね接点をもたらし、関連の固定具（図示せず）と適切な電気接続をもたらす。やはり、この実施形態は、高精度の位置合わせを提供し、同様に、突出部２９６ならびに調節ブロック２８２、２８８および関連の凸面２８４および凹面２８６それぞれを介してランプの光軸面を確定するための手段を提供する。ＬＥＤ２０２によって生成された熱は、同様に、金属ブロック２８２、２８８によって照明モジュール２００の後部に伝導され、そこで、熱伝導箔２０８が、第１の実施形態に関して説明されたのと同様にして、熱を周囲環境に分散させるのを助ける。このことが、照明モジュールの熱管理を向上させる。

また、それらの接触面に沿ってわずかに異なる曲率を有する凸面２８４および凹面２８６を使用し、後で、所望の方式で位置合わせするときにこれら２つのコンポーネントの位置を調整することによって、配光の方向を設定することが簡素化される。同様に、全体的に円筒形の筐体の表面に設けられたばね接点２７０を用いて、電気接続が効率的に達成される。端子または接点２７０が２つだけ示されているが、たとえば減光用オプションと共に使用するために追加のソケットまたは端子が設けられてもよく、モジュールは、異なる応用例の要件を満足することができることは、当業者には理解されよう。

効率的な前方照明を設けられたＬＥＤベースのアセンブリは、交換可能であることが有利である。このアセンブリは、光学素子を持たない光源だけを交換することによって、交換に関連する問題を取り除き、それにより正確な位置合わせと所望の配光とが達成される。さらに、交換可能なモジュールが、熱をモジュールの後部に伝導するのに十分な熱質量を提供することによって、複雑な熱管理の懸念事項に対処する。

本開示が、好ましい実施形態を参照して説明された。明らかに、改変形態および変更形態が、上記の詳細な説明を読んで理解した人々に想到するであろう。本開示は、すべてのそのような改変形態および変形形態を含むものと解釈すべきものとする。

１００ 交換可能なＬＥＤモジュール
１０２ 発光ダイオード
１０４ プリント回路板
１０６ 金属ブロック
１０８ 熱伝導箔、熱伝導層
１２０ 筐体
１２２ 開口
１２４ 後壁、筐体壁
１２６ 金属ブロックの先端部
１２８ 開口
１３０ スペーサ
１３２ ねじ
１４０ 取付け板
１４２ 開口
１４４ 開口
１４６ 締結具
１４８ 取付け脚
１５０ 配光レンズ
１５２ レンズ部
１５４ 凹所
１６０ 筐体の第２の部分
１６２ 開口
１６４ タブ
１６６ リム
１６８ 表面
１７０ コネクタ
１７２ スナップ篏合ショルダー
１８０ シールリング
２００ 交換可能なＬＥＤモジュール、照明モジュール
２０２ ＬＥＤ
２０４ プリント回路板
２０８ 熱伝導シート、熱伝導箔、熱伝導層
２２０ 筐体
２７０ 電気コネクタ、ばね接点
２８２ 熱伝導性の塊、調節ブロック、金属ブロック
２８４ 凸面
２８６ 凹面
２８８ 金属ブロック、調節ブロック
２９０ リングから延びる延長部
２９２ リング
２９４ 単独の板
２９６ 突出部
２９８ 筐体部

Claims (12)

1. 車両のための交換可能な照明アセンブリであって、
   筐体と、
   前記筐体内に配置される少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリと、
   前記ＬＥＤアセンブリの上に配置され、前記ＬＥＤアセンブリに固定されたレンズと、
   前記ＬＥＤアセンブリからの熱を伝導するベースと、
   前記車両に対して前記筐体を光学的に位置合わせし、位置決めするための位置決め機構と
   を備え、
   前記ベースが、前記レンズに対して前記ＬＥＤアセンブリを配向するための選択的な調整を提供する、協働する凸面および凹面をそれぞれ有する第１および第２の部材を含み、
   前記第１および第２の部材が互いに接合される、
   交換可能な照明アセンブリ。
2. 車両のための照明アセンブリであって、
   筐体と、
   前記筐体内に配置される少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリと、
   前記ＬＥＤアセンブリの上に配置され、前記ＬＥＤアセンブリに固定されたレンズと、
   前記車両に対して前記筐体を光学的に位置合わせし、位置決めするための位置決め機構と、
   前記筐体内で少なくとも部分的に配置され、前記ＬＥＤアセンブリがそこから熱を伝導するために前記筐体上に取り付けられた金属ベースと
   を備え、
   前記ベースが、前記レンズに対して前記ＬＥＤアセンブリを配向するための選択的な調整を提供する、協働する凸面および凹面をそれぞれ有する第１および第２の部材を含み、
   前記第１および第２の部材が互いに接合される、
   照明アセンブリ。
3. 前記ＬＥＤアセンブリと熱的に接触する熱伝導材料の塊を備える、請求項１または２に記載の交換可能な照明アセンブリ。
4. 前記位置決め機構が、前記照明アセンブリを配向するために前記筐体上に配置された少なくとも３つの位置決めタブを含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の交換可能な照明アセンブリ。
5. 前記ＬＥＤおよび前記レンズを前記筐体に固定するための機械的締結具を備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の交換可能な照明アセンブリ。
6. 前記レンズが、別個のＬＥＤを囲む全体的に半球状の凹所をそれぞれ有する別個のレンズ部を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の交換可能な照明アセンブリ。
7. 溶解することにより前記第１および第２の部材が互いに固定する金属タブを含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の交換可能な照明アセンブリ。
8. 前記ベースが、熱伝導パッドと協働する金属ブロックを含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の交換可能な照明アセンブリ。
9. 前記凸面および前記凹面が異なる曲率を有する、請求項１乃至８のいずれかに記載の交換可能な照明アセンブリ。
10. 前記筐体上に電気コネクタを備える、請求項１乃至９のいずれかに記載の交換可能な照明アセンブリ。
11. 前記電気コネクタが、前記筐体の外周部に沿って設置される、請求項１０記載の交換可能な照明アセンブリ。
12. 前記ベースに固定されたプリント回路板を備え、ＬＥＤアセンブリが前記プリント回路板に動作可能に接続される、請求項１乃至１１のいずれかに記載の交換可能な照明アセンブリ。