JP6217962B2 - 車両用照明装置、および車両用灯具 - Google Patents
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Description
この様な照明装置においては、発光ダイオードの点灯と消灯により、封止部に熱変形(温度変化による膨張と収縮)が生じる。そして、高光量とするために複数の発光ダイオードを用いる場合には、封止部のサイズ・体積が大きくなり、熱変形の影響はより大きくなる。また、車載用の照明装置では、雰囲気温度の変化が大きい(例えば、−40℃と+85℃の範囲)ことがさらに加わり、熱変形の影響はさらに大きくなる。
そして、封止部の熱変形が大きくなると、包囲壁部材、発光素子、および配線などが剥がれるなどの不具合が発生しやすくなる。
そのため、温度変化に対する耐性を向上させることができる照明装置の開発が望まれていた。
前記外壁面に設けられた前記凹部の内部には、前記接合部の一部が設けられている。
図1は、本実施の形態に係る照明装置1を例示するための模式斜視図である。
また、図1においては、図を見やすくするために封止部27および包囲壁部材28を省いて描いている。
図2は、発光部20の模式分解図である。
図3は、包囲壁部材28の作用を例示するための模式断面図である。
本体部10には、収納部11、フランジ部12、およびフィン13が設けられている。 収納部11は、円筒状を呈し、フランジ部12の一方の面から突出している。収納部11の内側には、発光部20が収納されている。また、収納部11の内側には、給電部30の給電端子31が突出している。
また、複数の凸部11aとフランジ部12との間には、ゴムやシリコーン樹脂などの材料からなるシール部材を設けることもできる。
フィン13は、フランジ部12の面から突出して複数設けられている。複数のフィン13は、板状を呈し、放熱フィンとして機能する。
そのため、熱を外部に放出することを考慮して、本体部10を熱伝導率の高い材料から形成することができる。例えば、本体部10は、アルミニウム、アルミニウム合金、高熱伝導性樹脂などから形成することができる。高熱伝導性樹脂は、例えば、PETやナイロン等の樹脂に、熱伝導率の高い炭素や酸化アルミニウム等の繊維や粒子を混合させたものである。
この場合、フィン13などの熱を外部に放出する部分を熱伝導率の高い材料から形成し、その他の部分を樹脂などから形成することもできる。
基板21は、本体部10の収納部11の内側に設けられている。
基板21は、板状を呈し、表面に配線パターン24が設けられている。
基板21は、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどセラミックス、紙フェノールやガラスエポキシなどの有機材料、金属板の表面を絶縁材料で被覆したものなどから形成することができる。
なお、金属板の表面を絶縁材料で被覆する場合には、絶縁材料は、有機材料からなるものであってもよいし、無機材料からなるものであってもよい。
また、基板21は、単層であってもよいし、多層であってもよい。
発光素子22は、配線パターン24に設けられる側とは反対側の面(上面)に図示しない電極を有したものとすることができる。なお、図示しない電極は、配線パターン24に設けられる側の面(下面)と、配線パターン24に設けられる側とは反対側の面(上面)とに設けられていてもよいし、どちらかの面のみに設けられていてもよい。
図3に示すように、発光素子22の光の出射面である上面は、照明装置1の正面側に向けられており、主に、照明装置1の正面側に向けて光を出射する。
発光素子22の数、大きさ、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく、照明装置1の大きさや用途などに応じて適宜変更することができる。
制御素子23は、発光素子22に流れる電流を制御する。すなわち、制御素子23は、発光素子22の発光を制御する。
制御素子23は、例えば、抵抗器とすることができる。
制御素子23は、例えば、スクリーン印刷法などを用いて形成された膜状の抵抗器とすることもできる。
制御素子23は、例えば、酸化ルテニウムを用いて形成された膜状の抵抗器とすることができる。
この場合、膜状の抵抗器の一部を除去すれば、抵抗値は増加することになる。
膜状の抵抗器の一部の除去は、例えば、膜状の抵抗器にレーザ光を照射することで行うことができる。
制御素子23の数や大きさなどは、例示をしたものに限定されるわけではなく、発光素子22の数や仕様などに応じて適宜変更することができる。
配線パターン24は、基板21の両方の面に設けることもできるが、製造コストを低減させるためには、基板21の一方の面に設けるようにすることが好ましい。
配線パターン24には、入力端子24aが設けられている。
入力端子24aは、複数設けられている。入力端子24aには、給電部30の給電端子31が電気的に接続されている。そのため、発光素子22は、配線パターン24を介して、給電部30と電気的に接続されている。
配線25は、例えば、金を主成分とする線とすることができる。ただし、配線25の材料は、金を主成分とするものに限定されるわけではなく、例えば、銅を主成分とするものや、アルミニウムを主成分とするものなどであってもよい。
接合部26は、例えば、シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤を硬化させることで形成されたものとすることができる。
また、接合部26は、包囲壁部材28の外壁面の一部を覆っている。
まず、基板21の表面の包囲壁部材28が設けられる領域に、シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤を塗布する。
例えば、ディスペンサなどを用いて、基板21の表面の包囲壁部材28が設けられる領域に接着剤を塗布する。
次に、溶剤などを蒸発させることで接着剤を硬化させ、接合部26を形成するとともに、包囲壁部材28と、基板21とを接合する。
例えば、まず、塗布された接着剤の上に包囲壁部材28を載置する。
続いて、包囲壁部材28を押圧して接着剤を包囲壁部材28に密着させるとともに、包囲壁部材28の位置(接着剤の厚み)を調整する。
その後、溶剤などを蒸発させることで接着剤を硬化させる。
また、この様な粘度とすれば、接着剤を硬化させる際に、包囲壁部材28の位置を安定させることができる。
封止部27は、透光性を有する材料から形成されている。封止部27は、例えば、シリコーン樹脂などから形成することができる。
封止部27は、例えば、包囲壁部材28の内側に樹脂を充填することで形成することができる。樹脂の充填は、例えば、ディスペンサなどの液体定量吐出装置を用いて行うことができる。
例えば、発光素子22が青色発光ダイオード、蛍光体がYAG系蛍光体である場合には、発光素子22から出射した青色の光によりYAG系蛍光体が励起され、YAG系蛍光体から黄色の蛍光が放射される。そして、青色の光と黄色の光が混ざり合うことで、白色の光が照明装置1から出射される。なお、蛍光体の種類や発光素子22の種類は例示をしたものに限定されるわけではなく、照明装置1の用途などに応じて所望の発光色が得られるように適宜変更することができる。
なお、包囲壁部材28に関する詳細は後述する。
複数の給電端子31は、収納部11およびフランジ部12の内側を延びている。複数の給電端子31の一方の端部は、収納部11の底面から突出し、配線パターン24の入力端子24aと電気的に接続されている。複数の給電端子31の他方の端部は、本体部10の基板21が設けられる側とは反対の側から露出している。
また、給電部30は、図示しない基板や、コンデンサや抵抗などの回路部品を備えたものとすることもできる。なお、図示しない基板や回路部品は、例えば、収納部11またはフランジ部12の内部に設けることができる。
本体部40aは、樹脂などの絶縁材料から形成されている。本体部40aの内部には図示しないめす型端子が延びている。図示しないめす型端子の一方の端部は、本体部40aの一方の端面に露出している。本体部40aの一方の端面に露出している図示しないめす型端子の端部には、給電端子31が嵌め合わされる。
配線40bには、図示しない電源などが電気的に接続される。
そのため、ソケット40を給電端子31に嵌め合わせることで、図示しない電源などと、発光素子22とが電気的に接続される。
ソケット40は、例えば、接着剤などを用いて本体部10側の要素に接合することができる。
包囲壁部材28は、例えば、環状形状を有し、内側に複数の発光素子22が配置されるようになっている。
包囲壁部材28は、例えば、PBT(polybutylene terephthalate)やPC(polycarbonate)などの樹脂、セラミックス、金属などから形成することができる。
なお、酸化チタンの粒子に限定されるわけではなく、発光素子22から出射した光に対する反射率が高い材料からなる粒子を混合させるようにすればよい。
また、包囲壁部材28は、例えば、白色の樹脂から形成することもできる。
また、発光素子22から照明装置1の正面側に向けて出射された光の一部であって封止部27の上面(封止部27と外気との界面)で全反射した光は、包囲壁部材28の内壁面28aで反射して、再び照明装置1の正面側に向けて出射される。
複数の凹部28bは、内壁面28aに沿って、包囲壁部材28の厚み方向に延びている。複数の凹部28bは、内壁面28aに等間隔に設けられている。
この場合、例えば、基板21をセラミックスを用いて形成すると、基板21の線膨張係数は、7ppm/K程度となる。配線25を金を用いて形成すると、配線25の線膨張係数は、14ppm/K程度となる。包囲壁部材28をPBTを用いて形成すると、包囲壁部材28の線膨張係数は、90ppm/K程度となる。包囲壁部材28をPCを用いて形成すると、包囲壁部材28の線膨張係数は、65ppm/K程度となる。封止部27をシリコーン樹脂を用いて形成すると、封止部27の線膨張係数は、200ppm/K程度となる。
そのため、温度変化による膨張量と収縮量は、封止部27が最も大きくなる。例えば、封止部27の膨張量と収縮量は、基板21の膨張量と収縮量の29倍程度となる。
そして、高光量とするために複数の発光素子22を用いる場合には、封止部27のサイズ・体積が大きくなるので、熱変形の影響はより大きくなる。また、照明装置1が車載用である場合には、雰囲気温度の変化が大きい(例えば、−40℃と+85℃の範囲)ことがさらに加わり、熱変形の影響はさらに大きくなる。
なお、図4においては、図を見やすくするために、封止部27を省いて描いている。
図4に示すように、発光部120には、基板21、発光素子22、制御素子23、配線パターン24、配線25、接合部26、封止部27、および包囲壁部材128が設けられている。
包囲壁部材128は、例えば、環状形状を有し、内側に複数の発光素子22が配置されるようになっている。
包囲壁部材128は、前述した包囲壁部材28と同様の構造を有しているが、内壁面128aには凹部が設けられていない。
なお、図4に例示をした応力Fは、封止部27が膨張した場合である。
そして、発生した応力Fは、包囲壁部材128、配線25、発光素子22などに作用する。
そのため、包囲壁部材128や発光素子22が剥がれたり、配線25が断線したりするおそれがある。
なお、図5においては、図を見やすくするために、封止部27を省いて描いている。
本実施の形態に係る発光部20においても、封止部27に熱変形が生じると、図5中の矢印に示すように、包囲壁部材28により囲まれた部分の中心位置から放射状の方向に向かう応力Fが封止部27中に生じる。
なお、図5に例示をした応力Fは、封止部27が膨張した場合である。
そして、発生した応力Fは、包囲壁部材28、配線25、発光素子22などに作用する。
そのため、複数の凹部28bの近傍において、包囲壁部材28が弾性変形しやすくなる。 また、発生した応力Fにより、複数の凹部28bには応力fが作用することになる。 この場合、応力fにより包囲壁部材28が弾性変形するため、発生した応力Fが緩和されることになる。
その結果、包囲壁部材28や発光素子22が剥がれたり、配線25が断線したりすることを抑制することができる。
そのため、包囲壁部材28により囲まれた部分の中心位置から放射状の方向に向かう応力Fを均等に緩和させることができる。
そのため、包囲壁部材28の剥離を抑制することができる。
なお、図6においては、図を見やすくするために、封止部27を省いて描いている。
図6に示すように、発光部20aには、基板21、発光素子22、制御素子23、配線パターン24、配線25、接合部26、封止部27、および包囲壁部材38が設けられている。
包囲壁部材38は、例えば、環状形状を有し、内側に複数の発光素子22が配置されるようになっている。
複数の凸部38bは、内壁面38aに沿って、包囲壁部材38の厚み方向に延びている。複数の凸部38bは、内壁面38aに等間隔に設けられている。
なお、図6に例示をした応力Fは、封止部27が膨張した場合である。
そして、発生した応力Fは、包囲壁部材38、配線25、発光素子22などに作用する。
この場合、複数の凸部38bは弾性変形しやすい。
また、発生した応力Fにより、複数の凸部38bには応力fが作用することになる。 この場合、応力fにより複数の凸部38bが弾性変形するため、発生した応力Fが緩和されることになる。
その結果、包囲壁部材38や発光素子22が剥がれたり、配線25が断線したりすることを抑制することができる。
そのため、包囲壁部材38により囲まれた部分の中心位置から放射状の方向に向かう応力Fを均等に緩和させることができる。
そのため、包囲壁部材38の剥離を抑制することができる。
なお、凹部28bおよび凸部38bの数や形態などは例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、凹部28bまたは凸部38bの配置間隔が等間隔の場合を例示したが、配置間隔が等間隔でない、すなわち配置間隔が可変とされた配置とすることもできる。
また、凹部28bまたは凸部38bを設ける場合を例示したが、凹部28bおよび凸部38bを設けることもできる。
環境温度は、−40℃から+115℃まで変化させた。
そして、発光素子22と実装パッドとの間に発生する引張応力および圧縮応力、配線25と配線パッドとの間に発生する引張応力および圧縮応力、および、発光素子22と配線25との間に発生する引張応力および圧縮応力をシミュレーションすることでそれぞれ求めた。
また、凸部38bを設けるようにすれば、引張応力および圧縮応力を10%〜15%程度低減させることができる。
なお、図7においては、図を見やすくするために、接合部26を省いて描いている。
図8は、発光部20bの模式分解図である。
図9は、図7におけるA−A線断面図である。
図7〜図9に示すように、発光部20bには、基板21、発光素子22、制御素子23、配線パターン24、配線25、接合部26、封止部27、および包囲壁部材48が設けられている。
包囲壁部材48は、例えば、環状形状を有し、内側に複数の発光素子22が配置されるようになっている。
なお、前述した包囲壁部材28と同様に、包囲壁部材48の内壁面48aにも、複数の凹部48bが設けられている。
凹部48bは、前述した凹部28bと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
また、図9に示すように、複数の凸部48dは、接合部26により覆われている。すなわち、複数の凸部48dの端部48d1は、接合部26の内部に設けられている。
本実施の形態に係る包囲壁部材48の外壁面48cには、複数の凸部48dが設けられている。そのため、接合部26と包囲壁部材48との接触面積の増加やアンカー効果などを生じさせることができる。
またさらに、複数の凸部48dは、接合部26により覆われているので、包囲壁部材48を引きはがす方向の力に対する耐性をさらに高めることができる。
また、複数の凸部48dは、外壁面48cに等間隔に設けられているので、包囲壁部材48を引きはがす方向の力に対する耐性を均等なものとすることができる。
そのため、包囲壁部材48の剥離を抑制することができる。
すなわち、包囲壁部材48の外壁面48cに凸部48dを設けるようにすれば、温度変化に対する耐性を向上させることができる。
なお、図10においては、図を見やすくするために、接合部26を省いて描いている。 図11は、発光部20cの模式分解図である。
図12は、図10におけるB−B線断面図である。
図10〜図12に示すように、発光部20cには、基板21、発光素子22、制御素子23、配線パターン24、配線25、接合部26、封止部27、および包囲壁部材58が設けられている。
包囲壁部材58は、例えば、環状形状を有し、内側に複数の発光素子22が配置されるようになっている。
なお、前述した包囲壁部材28と同様に、包囲壁部材58の内壁面58aにも、複数の凹部58bが設けられている。
凹部58bは、前述した凹部28bと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
また、図12に示すように、複数の凹部58dの基板21側の端部58d1は、接合部26により覆われている。すなわち、複数の凹部58dの基板21側の端部58d1は、接合部26の内部に設けられている。
本実施の形態に係る包囲壁部材58の外壁面58cには、複数の凹部58dが設けられている。そのため、接合部26と包囲壁部材58との接触面積の増加やアンカー効果などを生じさせることができる。
またさらに、複数の凹部58dの基板21側の端部58d1は、接合部26により覆われているので、包囲壁部材58を引きはがす方向の力に対する耐性をさらに高めることができる。
また、複数の凹部58dは、外壁面58cに等間隔に設けられているので、包囲壁部材58を引きはがす方向の力に対する耐性を均等なものとすることができる。
そのため、包囲壁部材58の剥離を抑制することができる。
なお、凸部48dおよび凹部58dの数や形態などは例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、凸部48dまたは凹部58dの配置間隔が等間隔の場合を例示したが、配置間隔が等間隔でない、すなわち配置間隔が可変とされた配置とすることもできる。
また、凸部48dまたは凹部58dを設ける場合を例示したが、凸部48dおよび凹部58dを設けることもできる。
また、包囲壁部材の外壁面に凸部48dや凹部58dを設けるようにすれば、放熱面積を大きくすることができる。そのため、発光装置22などにおいて生じた熱の放熱性を向上させることができる。
すなわち、包囲壁部材の内壁面および外壁面の少なくともいずれかには、包囲壁部材の厚み方向および周方向の少なくともいずれかに延びる凹部および凸部の少なくともいずれかが設けられていればよい。
Claims (9)
- 基板と;
前記基板の表面に設けられた配線パターンと;
前記配線パターンの上に設けられた発光素子と;
前記発光素子を囲むように設けられた包囲壁部材と;
前記包囲壁部材と、前記基板と、の間に設けられ、前記包囲壁部材の外壁面の少なくとも一部を覆う接合部と;
前記包囲壁部材の内側に設けられ、前記発光素子を覆う封止部と;
を具備し、
前記包囲壁部材の内壁面および外壁面、または、外壁面には、前記包囲壁部材の厚み方向に延びる凹部が設けられ、
前記外壁面に設けられた前記凹部の内部には、前記接合部の一部が設けられている車両用照明装置。 - 前記凹部は、等間隔で設けられている請求項1記載の車両用照明装置。
- 前記包囲壁部材の外壁面に設けられた前記凹部の前記基板側の端部は、前記接合部により覆われている請求項1または2に記載の車両用照明装置。
- 本体部をさらに備え、
前記基板は、前記本体部に設けられている請求項1〜3のいずれか1つに記載の車両用照明装置。 - 前記本体部は、フィンを有する請求項4記載の車両用照明装置。
- 前記本体部は、高熱伝導性樹脂を含む請求項4または5に記載の車両用照明装置。
- 前記包囲壁部材は、樹脂を含む請求項1〜6のいずれか1つに記載の車両用照明装置。
- 前記配線パターンと電気的に接続された給電端子と;
前記給電端子と嵌め合わされるソケットと;
をさらに具備した請求項1〜7のいずれか1つに記載の車両用照明装置。 - 請求項1〜8のいずれか1つに記載の車両用照明装置を具備した車両用灯具。
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