JP5811960B2 - 発光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は発光モジュールに関するものである。
特許文献1には、接触区域をもつ基板と、基板に搭載されて接触区域と電気的に接続されたLEDとを備え、基板を電灯保持体の上に載置し、接触素子をもつ電気接続用接続素子を基板の上に被着し、基板の接触区域に電気接続用接続素子の接触素子を接触させて電気的に接続し、接触素子に接続ケーブルを接続し、基板および電気接続用接続素子を電灯保持体にネジ止めし、光学系を保持した光学系保持体を電気接続用接続素子に取付固定するようにしたLED電灯が開示されている。
特許文献2には、配線パターンが設けられた給電板に発光装置を固着し、導線を給電板に接合し、配線パターンを介して導線を発光装置に電気的に接続し、給電板を基体にネジ止めし、スペーサを介して光学レンズを基体に設け、光学レンズの周縁部を覆う円筒体を基体に螺着させることにより光学レンズを基体に取付固定するようにした照明装置が開示されている。
特開2009−176733号公報 特開2008−130532号公報
特許文献1の技術では、電灯保持体(ヒートシンク)と、LED(発光素子)が搭載された基板(絶縁基板)と、電気接続用接続素子(コネクタハウジング)と、光学系(照明用レンズ)を保持した光学系保持体(ホルダ)とを、この順番で重ねて取付固定している。
すなわち、LEDと光学系との間に電気接続用接続素子が介在していることから、LEDと光学系との距離が電気接続用接続素子の分だけ長くなるため、LEDの放射光が光学系に入射される入射効率が低下し、LEDの放射光の利用率も低下するという問題がある。
また、基板と電気接続用接続素子と光学系とのそれぞれに位置ズレが生じ易いため、光学精度が低下するという問題がある。
さらに、光学系を電気接続用接続素子よりも大きくする必要があるため、LED電灯(発光モジュール)全体の小型化が困難であるという問題がある。
加えて、電気接続用接続素子の分だけ構成部材が多くなるため、部品コストが増大する上に、組み立てに要する製造コストも増大するという問題がある。
特許文献2には、導線(給電ケーブル)を給電板(絶縁基板)に接合する接合方法について具体的な記載は無いが、どのような接合方法(例えば、はんだ付け、圧着など)を用いたとしても、一旦接合した導線を給電板から取り外すことは困難であるため、導線を容易に着脱することができず汎用性が低いという問題がある。
本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、光学精度および発光素子の光利用率が高く、給電ケーブルの着脱が容易で小型な発光モジュールを低コストに提供することにある。
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。
<第1の局面>
第1の局面は、
基板と、
前記基板上に搭載された発光素子と、
前記基板における前記発光素子と同一面上に配置形成され、前記発光素子に接続された外部電極と、
前記発光素子に対向配置された照明用レンズと、
前記照明用レンズに取付固定され、前記外部電極と接触して電気的に接続される接続端子と、
前記接続端子に対して着脱自在に取付固定され、前記接続端子と接触して電気的に接続される給電ケーブルとを備えた発光モジュールである。
第1の局面では、特許文献1の電気接続用接続素子(コネクタハウジング)に相当する構成部材を用いないため、電気接続用接続素子に起因する前記問題を解決できる。
すなわち、電気接続用接続素子を設けた場合に比べて、第1の局面によれば、発光素子と照明用レンズとの距離を短くすることが可能になるため、発光素子の放射光が照明用レンズに入射される入射効率を向上させて、発光素子の放射光の利用率を高めることができる。
また、第1の局面によれば、電気接続用接続素子に相当する構成部材を備えないため、当該構成部材と基板と照明用レンズとの位置ズレについて考慮する必要が無く、基板と照明用レンズとの位置合わせを行うだけで光学精度を高めることができる。
さらに、電気接続用接続素子を設けた場合に比べて、第1の局面によれば、発光モジュールを全体として小型化することができる。
加えて、電気接続用接続素子を設けた場合に比べて、第1の局面によれば、構成部材を少なくすることが可能になるため、部品コストを低減できる上に、組み立てに要する製造コストも低減できる。
そして、第1の局面では、特許文献2のように導線(給電ケーブル)を給電板(絶縁基板)に接合せず、接続端子に対して給電ケーブルを着脱自在に取付固定しているため、汎用性を高めることができる。
<第2の局面>
第2の局面は、第1の局面において、
前記接続端子は、第1接触部と第2接触部とを備え、
前記第1接触部の先端部は、前記照明用レンズの出射面とは反対側から突出して前記外部電極と接触し、
前記第2接触部は、前記照明用レンズの側面側から露出して前記給電ケーブルと接触する。
第2の局面によれば、接続端子と外部電極とを確実に接触させると共に、接続端子と給電ケーブルとを確実に接触させた上で両者の着脱を容易にできる。
<第3の局面>
第3の局面は、第2の局面において、
前記基板と前記照明用レンズとの間に介在するホルダと、
前記基板と前記ホルダと前記照明用レンズとを取付固定する固定手段とを備え、
前記固定手段により前記基板と前記ホルダと前記照明用レンズとを取付固定した状態では、前記第1接触部の先端部が前記外部電極に対して付勢されて接触する。
第3の局面によれば、固定手段により基板とホルダと照明用レンズとを取付固定するだけで、第1接触部の先端部が外部電極に対して付勢されて接触するため、接続端子と外部電極との接触を更に確実なものにできる。
<第4の局面>
第4の局面は、第3の局面において、前記照明用レンズと前記ホルダとが一体形成されている。
第4の局面によれば、発光モジュールの構成部材を減らすことが可能になるため、更なる低コスト化を図ることができる。
<第5の局面>
第5の局面は、第3または第4の局面において、前記固定手段により前記基板に取付固定されたヒートシンクを備える。
第5の局面によれば、発光素子が発生する熱を基板を介してヒートシンクへ伝導させた後にヒートシンクから放熱させることが可能になるため、発光素子の過熱を防止して故障や寿命低下を回避できる。
また、第5の局面では、ヒートシンクの取付固定に固定手段を流用できるため、ヒートシンクの取付固定に専用部材を用いる必要が無く、低コスト化を図ることができる。
<第6の局面>
第6の局面は、第3〜5の局面において、前記固定手段は、前記基板と前記ホルダと前記照明用レンズとに挿通された雄ネジを備える。
第6の局面によれば、固定手段を雄ネジによる簡易な構成で実現可能であるため、更なる低コスト化を図ることができる。
本発明を具体化した一実施形態の発光モジュール10の概略縦断面図であり、図2におけるX−X矢示断面図。 発光モジュール10の上面図。 発光モジュール10の照明用レンズ20の右側面図。 発光モジュール10の照明用レンズ20の下面図。 本発明を具体化した別の実施形態の発光モジュール100の概略縦断面図。
以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略する。
また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは異なっている。
図1〜図4に示すように、本実施形態の発光モジュール(照明装置)10は、ヒートシンク11(雌ネジ穴11a〜11d)、雄ネジ12a〜12d、絶縁基板13(挿通孔13a〜13d)、発光素子14、外部電極15a,15b、ホルダ16(挿通孔16a〜16f)、給電ケーブル17a,17b、照明用レンズ20(レンズ部21、リフレクタ部22、出射面23、凹部24、フランジ部25、挿通孔25a〜25d)、接続端子30a,30b、第1接触部31(先端部31a)、第2接触部32(円筒内面32a)、光軸Lなどを備えている。
ヒートシンク11は、矩形板状を成しており、放熱性の高い材料(例えば、アルミニウム合金などの金属材料、金属粉末を混入した合成樹脂材料など)によって形成されている。
ヒートシンク11の平坦な表面には、雄ネジ12a〜12dの先端部を螺着させるための雌ネジ穴11a〜11dが螺設されている。
絶縁基板13は、矩形板状を成しており、絶縁材料(例えば、窒化アルミニウムなどのセラミックス材料、合成樹脂材料など)のバルク材から成る基板や、金属材料(例えば、アルミニウム合金など)の表面に絶縁層が形成された基板などによって形成されている。
絶縁基板13には、雄ネジ12a〜12dを挿通するための挿通孔13a〜13dが板厚方向に貫通形成されている。
発光素子14は、半導体発光素子(例えば、LEDチップ、有機ELチップなど)から成り、絶縁基板13の表面上に搭載(実装)されている。
外部電極(電極パッド)15a,15bは、導電性の高い金属材料(例えば、アルミニウム合金、銅など)の薄膜層から成り、絶縁基板13における発光素子14と同一面上に配置形成されている。
発光素子14は絶縁基板13上に形成された配線層から成る配線パターン(図示略)に接続されて点灯回路が構成され、その配線パターンのうち絶縁基板13上から露出した部分が外部電極15a,15bとなる。換言すれば、発光素子14と外部電極15a,15bとは、外部電極15a,15bをその一部とする配線パターンを介して接続されている。
ホルダ16は矩形枠状を成しており、ホルダ16の四隅部分には雄ネジ12a〜12dを挿通するための挿通孔16a〜16dが貫通形成され、ホルダ16の周壁部には給電ケーブル17a,17bを挿通するための挿通孔16e,16fが貫通形成されている。
照明用レンズ20は、レンズ部21、リフレクタ部22、出射面23、凹部24、フランジ部25を備えた円形レンズであり、ガラスや合成樹脂(例えば、アクリル樹脂)などの光透過性材料によって一体形成されたコリメータレンズである。
レンズ部21およびリフレクタ部22の出射面は連接して同一平面を形成し、その同一平面が照明用レンズ20の正面側に位置する出射面23となる。
レンズ部21およびリフレクタ部22の入射面によって囲まれた空間は、照明用レンズ20の背面側に位置する凹部24を形成している。
出射面23の外周縁は、矩形平板状のフランジ部25に連接されている。
フランジ部25には、雄ネジ12a〜12dを挿通するための挿通孔25a〜25dが板厚方向に貫通形成されている。
レンズ部21は、発光素子14に向けて膨らんだ非球面状の入射面と、入射面に正対した平面状の出射面とを備えた円形非球面凸レンズであり、入射面が発光素子14に正対し、レンズ部21の中心軸である光軸と発光素子14の光軸Lとが合致するように、発光素子14に対して位置決めされている。
レンズ部21は、発光素子14の放射光を入射し、入射面および出射面における屈折により、光軸Lを囲繞する円周方向(360゜方向)の放射角を平行光に近づけるよう変化させて出射する。
リフレクタ部22は、レンズ部21を囲繞するリング状を成し、光軸L方向に対して僅かに所定角度傾斜して外周縁が広がる略円錐内面状の入射面と、入射面に正対した平面状の出射面と、入射面からの入射光を反射して出射面方向に導く反射面とを備えており、入射面が発光素子14に正対すると共に、入射面の内周縁がレンズ部21の入射面の外周縁に連接され、反射面はリフレクタ部22の中心軸を回転軸とする略回転放物面状を成し、リフレクタ部22の中心軸である光軸と発光素子14の光軸Lとが合致している。
リフレクタ部22は、発光素子14の放射光を入射し、入射面および出射面における屈折や、反射面における全反射などにより、光軸Lを囲繞する円周方向の放射角を平行光に近づけるよう変化させて出射する。
接続端子30a,30bは同一寸法形状を成し、照明用レンズ20の入射面の近傍にてリフレクタ部22内に埋設されて取付固定されており、第1接触部31および第2接触部32を備えている。
第1接触部31は略円柱状を成し、その先端部31aは照明用レンズ20の背面側(出射面23の反対側)にてリフレクタ部22から突出している。
第2接触部32は略円筒状を成し、その円筒内面32aは照明用レンズ20の側面側にてリフレクタ部22に開口された開口部から露出されている。
接続端子30a,30bを照明用レンズ20内に埋設する方法には、例えば、照明用レンズ20の形成時に接続端子30a,30bをインサート成形する方法、照明用レンズ20に形成しておいた取付孔に接続端子30a,30bを嵌め込む方法などがある。
[発光モジュール10の組み立て方]
ヒートシンク11上に絶縁基板13を載置し、絶縁基板13上にホルダ16を載置し、ホルダ16の上方から照明用レンズ20の背面側を差し入れ、照明用レンズ20のフランジ部25をホルダ16に当接させる。
そして、ヒートシンク11の雌ネジ穴11a〜11dと、絶縁基板13の挿通孔13a〜13dと、ホルダ16の挿通孔16a〜16fと、フランジ部25の挿通孔25a〜25dとを合致させた状態で、ホルダ16の上方から雄ネジ12a〜12dを挿通し、雄ネジ12a〜12dの先端部を雌ネジ穴11a〜11dに螺着させることにより、ヒートシンク11と絶縁基板13とホルダ16と照明用レンズ20とを一体に取付固定する。
すると、絶縁基板13上に搭載されている発光素子14は、照明用レンズ20の凹部24に対向配置され、発光素子14の光軸Lと照明用レンズ20のレンズ部21およびリフレクタ部22の光軸とが合致する。
また、絶縁基板13上に配置形成されている外部電極15a,15bの表面に対して、照明用レンズ20の背面側から突出している接続端子30a,30bにおける第1接触部31の先端部31aが付勢されて接触し、外部電極15a,15bと接続端子30a,30bとが電気的に接続される。
そして、照明用レンズ20の側面側から露出している接続端子30a,30bにおける第2接触部32の円筒内面32aと、ホルダ16の挿通孔16e,16fとが合致する。
そこで、給電ケーブル17a,17bを、ホルダ16の側方から挿通孔16e,16fを介して、接続端子30a,30bにおける第2接触部32の円筒内面32a内に挿通して取り付け、給電ケーブル17a,17bの先端部と円筒内面32aとを接触させることにより、給電ケーブル17a,17bと接続端子30a,30bとが電気的に接続される。
また、接続端子30a,30bにおける第2接触部32の円筒内面32a内から、給電ケーブル17a,17bの先端部を引き抜くことにより、接続端子30a,30bから給電ケーブル17a,17bを取り外すことができる。
このように組み立てられた発光モジュール10を使用するには、外部電源(図示略)から、給電ケーブル17a→接続端子30aの第2接触部32→接続端子30aの第1接触部31→外部電極15a→発光素子14→外部電極15b→接続端子30bの第1接触部31→接続端子30bの第2接触部32→給電ケーブル17bの経路で電流を流すことにより、発光素子14に電源を供給して点灯させる。
[発光モジュール10の作用・効果]
本実施形態の発光モジュール10によれば、以下の作用・効果を得ることができる。
[1]発光モジュール10は、絶縁基板13と、絶縁基板13上に搭載された発光素子14と、絶縁基板13上に配置形成されて発光素子14と接続された外部電極15a,15bと、発光素子14に対向配置された照明用レンズ20と、外部電極15a,15bと接触して電気的に接続される接続端子30a,30bと、接続端子30a,30bと接触して電気的に接続される給電ケーブル17a,17bとを備える。
そして、接続端子30a,30bは照明用レンズ20に取付固定されており、給電ケーブル17a,17bは接続端子30a,30bに対して着脱自在に取付固定されている。
このように、発光モジュール10では、特許文献1の電気接続用接続素子(コネクタハウジング)に相当する構成部材を用いないため、電気接続用接続素子に起因する前記問題を解決できる。
すなわち、電気接続用接続素子を設けた場合に比べて、発光モジュール10では、発光素子14と照明用レンズ20との距離を短くすることが可能になるため、発光素子14の放射光が照明用レンズ20に入射される入射効率を向上させて、発光素子14の放射光の利用率を高めることができる。
また、発光モジュール10では、電気接続用接続素子に相当する構成部材を備えないため、当該構成部材と絶縁基板13と照明用レンズ20との位置ズレについて考慮する必要が無く、絶縁基板13と照明用レンズ20との位置合わせを行うだけで光学精度を高めることができる。
さらに、電気接続用接続素子を設けた場合に比べて、発光モジュール10を全体として小型化することができる。
加えて、電気接続用接続素子を設けた場合に比べて、発光モジュール10では、構成部材を少なくすることが可能になるため、部品コストを低減できる上に、組み立てに要する製造コストも低減できる。
そして、発光モジュール10では、特許文献2のように導線(給電ケーブル17a,17b)を給電板(絶縁基板13)に接合せず、接続端子30a,30bに対して給電ケーブル17a,17bを着脱自在に取付固定しているため、汎用性を高めることができる。
[2]接続端子30a,30bは、第1接触部31と第2接触部32とを備える。
第1接触部31の先端部31aは、照明用レンズ20の出射面23とは反対側から突出して外部電極15a,15bと接触する。
第2接触部32は、照明用レンズ20の側面側から露出して給電ケーブル17a,17bと接触する。
そのため、発光モジュール10では、接続端子30a,30bと外部電極15a,15bとを確実に接触させると共に、接続端子30a,30bと給電ケーブル17a,17bとを確実に接触させた上で両者の着脱を容易にできる。
[3]ホルダ16は、絶縁基板13と照明用レンズ20との間に介在する。
また、絶縁基板13とホルダ16と照明用レンズ20とを取付固定する固定手段として、ヒートシンク11に螺設された雌ネジ穴11a〜11dと、その雌ネジ穴11a〜11dに螺着される雄ネジ12a〜12dとを備える。
そして、固定手段により絶縁基板13とホルダ16と照明用レンズ20とを取付固定した状態では、接続端子30a,30bにおける第1接触部31の先端部が、外部電極15a,15bに対して付勢されて接触するため、接続端子30a,30bと外部電極15a,15bとの接触を更に確実なものにできる。
また、固定手段を雄ネジ12a〜12dによる簡易な構成で実現可能であるため、低コスト化を図ることができる。
尚、雄ネジ12a〜12dとヒートシンク11の雌ネジ穴11a〜11dとの螺合による固定手段に限らず、発光モジュール10の各部材11,13,16,20を確実に取付固定することが可能であれば、どのような固定手段を用いてもよい。
例えば、発光モジュール10の各部材11,13,16,20のそれぞれに、係合凸部と、その係合凸部に対応した係合凹部とを形成しておき、係合凸部を係合凹部に嵌合させることにより、各部材11,13,16,20を相互に取付固定させてもよい。
また、発光モジュール10の各部材11,13,16,20を接着剤を用いて接着固定してもよい。
[4]ヒートシンク11を絶縁基板13に取付固定することにより、発光素子14が発生する熱を絶縁基板13を介してヒートシンク11へ伝導させた後にヒートシンク11から放熱させることが可能になるため、発光素子14の過熱を防止して故障や寿命低下を回避できる。
また、ヒートシンク11と絶縁基板13とホルダ16と照明用レンズ20とは雄ネジ12a〜12dによって取付固定されて一体化されているため、ヒートシンクの取付固定のためだけの専用部材を用いる場合に比べて、低コスト化を図ることができる。
<別の実施形態>
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
[A]図5に示す発光モジュール100のように、ホルダ16とレンズ20とを一体成形してもよい。
この場合には、発光モジュール100の構成部材を減らすことが可能になるため、更なる低コスト化を図ることができる。
[B]接続端子30a,30bの第1接触部31に、外部電極15a,15bに対する付勢力を高めるための弾性部材(例えば、特許文献1に記載の「ばね脚片40」のような折り曲げバネなど)を設けてもよく、この場合には第1接触部31と外部電極15a,15bとの接触を更に確実なものにできる。
[C]接続端子30a,30bの第2接触部32に、給電ケーブル17a,17bとの接触を確実にするための固定部材(例えば、特許文献1に記載の「接触締付け片(締付け脚辺41、接触脚辺42)」のような折り曲げバネなど)を設けてもよい。
[D]給電ケーブル17a,17bの先端部に雄側コネクタ端子を取付固定すると共に、接続端子30a,30bの第2接触部32に雌側コネクタ端子を設けておき、雄側コネクタ端子を雌側コネクタ端子に嵌合固定させることにより、給電ケーブル17a,17bと接続端子30a,30bとを電気的に接続させるようにしてもよい。
この場合には、給電ケーブル17a,17bと接続端子30a,30bとの電気的接続を良好にした上で、接続端子30a,30bに対する給電ケーブル17a,17bの着脱を更に容易にできる。
[E]接続端子30a,30bに光反射機能をもたせることにより、発光素子14の放射光を接続端子30a,30bによって反射させるようにしてもよい。
この場合には、発光素子14の放射光の利用率を更に高めることができる。
[F]照明用レンズ20は、コリメータレンズに限らず、どのような形式の照明用レンズであってもよい。
本発明は、前記各局面および前記各実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
10,100…発光モジュール
11…ヒートシンク
11a〜11d…雌ネジ穴(固定手段)
12a〜12d…雄ネジ(固定手段)
13…絶縁基板
14…発光素子
15a,15b…外部電極
16…ホルダ
17a,17b…給電ケーブル
20…照明用レンズ
23…出射面
30a,30b…接続端子
31…第1接触部
31a…第1接触部31の先端部
32…第2接触部
32a…接触部32の円筒内面
L…光軸

Claims (4)

  1. 基板と、
    前記基板上に搭載された発光素子と、
    前記基板における前記発光素子と同一面上に配置形成され、前記発光素子に接続された外部電極と、
    前記発光素子に対向配置された照明用レンズと、
    前記照明用レンズに取付固定され、前記外部電極と接触して電気的に接続される接続端子と、
    前記接続端子に対して着脱自在に取付固定され、前記接続端子と接触して電気的に接続される給電ケーブルと
    前記基板と前記照明用レンズとの間に介在するホルダと、
    前記基板と前記ホルダと前記照明用レンズとを取付固定する固定手段と、を備え、
    前記接続端子は、第1接触部と第2接触部とを備え、
    前記第1接触部の先端部は、前記照明用レンズの出射面とは反対側から突出して前記外部電極と接触し、
    前記第2接触部は、前記照明用レンズの側面側から露出して前記給電ケーブルと接触し、
    前記固定手段により前記基板と前記ホルダと前記照明用レンズとを取付固定した状態では、前記第1接触部の先端部が前記外部電極に対して付勢されて接触する、
    発光モジュール。
  2. 前記照明用レンズと前記ホルダとが一体形成されている、請求項1に記載の発光モジュール。
  3. 前記固定手段により前記基板に取付固定されたヒートシンクを備える、請求項1または請求項2に記載の発光モジュール。
  4. 前記固定手段は、前記基板と前記ホルダと前記照明用レンズとに挿通された雄ネジを備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光モジュール。
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