JP6553966B2 - 光源モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光源モジュールに関し、特に自動車などの車両の灯具に用いられる光源モジュールに関する。

従来、レーザ素子と、このレーザ素子が搭載される金属製のステムとを有するレーザ光源が、回路基板上に搭載された構造を有する光源モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２７８３６１号公報

上述した光源モジュールでは、光源を熱による損傷から保護するために、また低温であっても光源の光出力が過剰になる可能性があるために、光源の温度に応じて光源へ供給する電流を調節する、いわゆる温度ディレーティング制御が行われる場合がある。温度ディレーティング制御を高精度に実施するためには、光源の温度を高精度に検知する必要がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源の温度の検知精度を向上させるための技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は光源モジュールである。当該光源モジュールは、発光素子、及び一端側が発光素子に電気的に接続される端子を有する光源と、端子の他端側を外部給電端子に電気的に接続するための配線基板と、光源及び配線基板の間に配置され、発光素子に伝熱可能に接続される熱拡散部材と、配線基板に搭載され、光源の温度を検知する温度検知部と、絶縁性及び熱伝導性を有する充填材と、を備える。熱拡散部材は、配線基板側を向く面に凹部を有する。温度検知部は、凹部に収容される。充填材は、温度検知部と凹部の表面との間に介在する。この態様によれば、光源の温度の検知精度を向上させることができる。

上記態様において、熱拡散部材は、凹部の表面から熱拡散部材の外表面まで延在する充填材注入孔を有してもよい。この態様によれば、充填材を簡単に凹部内に注入することができる。上記態様において、充填材注入孔を塞ぐ閉塞部材をさらに備えてもよい。この態様によれば、充填材の漏出を抑制することができる。上記いずれかの態様において、凹部は、表面に凹凸を有してもよい。この態様によれば、光源の温度の検知精度をより高めることができる。

本発明によれば、光源の温度の検知精度を向上させるための技術を提供することができる。

実施の形態に係る光源モジュールの概略構造を示す断面図である。 光源の概略構造を示す断面図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、実施の形態に係る光源モジュールの概略構造を示す断面図である。図１では、光源１００及び外部給電端子６００の内部構造の図示を省略している。また、配線パターンの図示を省略している。図２は、光源の概略構造を示す断面図である。本実施の形態に係る光源モジュール１は、例えば車両用灯具に用いられる。図１に示すように、光源モジュール１は、光源１００と、配線基板２００と、熱拡散部材３００と、温度検知部４００と、充填材５００とを備える。

図１及び２に示すように、光源１００は、主な構成としてキャップ１０２と、発光素子１０４と、ステム１０６と、少なくとも２つの端子１０８，１１０とを有する。光源１００は、例えば従来公知のＣＡＮパッケージである。すなわち光源１００は、発光素子１０４が収容された空間から端子１０８，１１０がステム１０６を貫通して外部に延在する構造を有する。よって、端子１０８，１１０は、光源１００の主な放熱面となるステム１０６の主表面から突出する。光源１００は、レーザで蛍光体を励起して白色光を生成する。

具体的には、光源１００は、キャップ１０２とステム１０６とで形成される内部空間１０３を有する。この内部空間１０３に、発光素子１０４が収容される。内部空間１０３は、気密に封止される。発光素子１０４は、従来公知のレーザ素子であり、レーザ光の波長域は例えば３８０〜４７０ｎｍである。ステム１０６は、金属製の板状部材であり、発光素子１０４を支持する。具体的には、ステム１０６の内部空間１０３と接する表面に、放熱ブロック１１２が固定される。また、放熱ブロック１１２にはサブマウント１１４が固定され、サブマウント１１４に発光素子１０４が取り付けられる。したがって、ステム１０６は、放熱ブロック１１２及びサブマウント１１４を介して発光素子１０４を支持する。

発光素子１０４の一方の電極は、一方の端子１０８の一端側に電気的に接続される。発光素子１０４の他方の電極は、他方の端子１１０の一端側に電気的に接続される。端子１０８，１１０は、ステム１０６と電気的に絶縁された状態でステム１０６に固定される。キャップ１０２の上面には、発光素子１０４の光を外部に取り出すための窓１０２ａが設けられる。窓１０２ａには、発光素子１０４の光の少なくとも一部を波長変換する波長変換部１１６が設けられる。波長変換部１１６としては、粉体蛍光体を透明樹脂やガラスに分散させてなるものや、粉体蛍光体を焼結したセラミック等が例示される。発光素子１０４と波長変換部１１６との間における発光素子１０４の出射光の光路上には、レンズ１１８が設けられる。レンズ１１８は、例えば、発光素子１０４から出射される光を平行光に変換するコリメートレンズである。

図１に示すように、配線基板２００は、光源１００の端子１０８，１１０を外部給電端子６００に電気的に接続するための部材である。配線基板２００は、例えば従来公知のプリント配線基板である。配線基板２００は、ガラスエポキシ基板等の樹脂製の基板２０２と、当該基板２０２の表面に形成された導電性の配線パターン（図示せず）とを有する。基板２０２は、光源１００が搭載される領域に貫通孔２０２ａを有する。貫通孔２０２ａには、端子１０８，１１０の他端側が挿通される。端子１０８，１１０の他端側と配線パターンの一端側とは、はんだ等の接続部材２０４ａにより固定されて互いに電気的に接続される。これにより、配線基板２００と端子１０８，１１０との接続部２０４が形成される。

基板２０２の所定領域、例えば周縁部には、外部給電端子６００が設けられる。接続部２０４と外部給電端子６００とが並ぶ方向、すなわち配線基板２００の延在方向は、光源１００、熱拡散部材３００及び配線基板２００の積層方向に対して交わる方向である。また、本実施の形態では、外部給電端子６００はコネクタ形状を有する。外部給電端子６００には、外部電源が接続される。また、外部給電端子６００には配線パターンの他端側が電気的に接続される。したがって、外部電源が外部給電端子６００に接続されると、外部給電端子６００、配線パターン、接続部２０４及び端子１０８，１１０を介して、発光素子１０４に電力が供給される。また、配線基板２００には、発光素子１０４の出力を制御する制御回路（図示せず）や、温度検知部４００が搭載される。

温度検知部４００は、光源１００の温度を検知する。光源１００の温度とは、例えば、光源１００の周囲温度やジャンクション温度（Ｔｊ）である。温度検知部４００は、サーミスタ、半導体温度センサ、白金温度センサ等の公知の温度センサで構成することができる。本実施の形態では、温度検知部４００は、表面実装型（surface mount device：ＳＭＤ）のサーミスタで構成される。温度検知部４００は、光源１００の近傍、あるいは配線基板２００が備える光源１００の点灯回路内に設けられる。温度検知部４００は、光源１００の温度に応じて抵抗値が変化する。したがって、温度検知部４００は、光源１００の温度を抵抗値として検知することができる。発光素子１０４の出力を制御する制御回路は、温度検知部４００の抵抗値に基づいて、発光素子１０４の出力を制御する。

熱拡散部材３００は、金属等の熱伝導性の高い材料で構成される。熱拡散部材３００として用いられる金属としては、アルミニウム等が挙げられる。熱拡散部材３００は、少なくとも一部が光源１００のステム１０６と、配線基板２００との間に配置され、発光素子１０４に熱的に、言い換えれば伝熱可能に接続される。すなわち、熱拡散部材３００は、配線基板２００とステム１０６とで挟持される。したがって、熱拡散部材３００は、ステム１０６の主表面と面接触する。熱拡散部材３００は、例えばねじ等の締結具（図示せず）により配線基板２００に固定される。

熱拡散部材３００により、発光素子１０４で発生する熱を拡散させることができる。発光素子１０４で発生する熱は、サブマウント１１４、放熱ブロック１１２及びステム１０６を介して熱拡散部材３００に伝達される。熱拡散部材３００は、ヒートシンク（図示せず）を有する。熱拡散部材３００に伝達された熱は、主にヒートシンク部分から放熱される。なお、熱拡散部材３００は、熱拡散部材３００とは別体のヒートシンクに搭載されてもよい。

熱拡散部材３００は、基板２０２の貫通孔２０２ａに対応する位置に、すなわち配線基板２００と熱拡散部材３００との積層方向において貫通孔２０２ａと重なる位置に、貫通孔３００ａを有する。端子１０８，１１０は、貫通孔３００ａ及び貫通孔２０２ａに挿通され、接続部２０４において先端部が配線パターンに電気的に接続される。また、熱拡散部材３００は、配線基板２００側を向く面に凹部３１０を有する。凹部３１０の開口が配線基板２００で塞がれることで、閉鎖空間が形成される。凹部３１０は、表面３１０ａに凹凸３１４を有する。本実施の形態では、複数のフィンが凹部３１０の表面３１０ａに設けられることで、凹凸３１４が形成されている。フィンは、熱拡散部材３００と一体的に形成されている。なお、凹凸３１４は、例えば凹部３１０の表面３１０ａに公知の粗面化処理が施されることで形成されてもよい。

さらに、熱拡散部材３００は、凹部３１０の表面３１０ａから熱拡散部材３００の外表面３００ｂまで延在する充填材注入孔３１２を有する。充填材注入孔３１２によって、凹部３１０の内部空間と、熱拡散部材３００の外部空間とが連通される。本実施の形態では、充填材注入孔３１２は、熱拡散部材３００のステム１０６と接する外表面３００ｂ、すなわち、配線基板２００とは反対側の外表面３００ｂと、凹部３１０の底面とを連通する。したがって、充填材注入孔３１２は、配線基板２００と熱拡散部材３００との積層方向に対して平行に延在する。また、熱拡散部材３００は、充填材注入孔３１２を塞ぐ閉塞部材３１６を備える。

温度検知部４００は、配線基板２００に搭載された状態で凹部３１０に収容される。また、温度検知部４００と凹部３１０の表面との間には、充填材５００が介在する。充填材５００は、絶縁性及び熱伝導性を有する材料で構成される。例えば、充填材５００は、電気絶縁性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等に、電気絶縁性を有し且つ熱伝導性の高いアルミナ等の無機物を混合した材料で構成される。充填材５００は、好ましくはゲル状である。充填材５００が凹部３１０内に充填されているため、温度検知部４００と熱拡散部材３００とは、充填材５００を介して熱的に接続される。充填材５００は、少なくとも空気より高い熱伝導性を有する。

充填材５００は、充填材注入孔３１２を介して凹部３１０内に注入される。例えば、配線基板２００に温度検知部４００が搭載された状態で、熱拡散部材３００が配線基板２００に搭載される。これにより、凹部３１０内に温度検知部４００が収容される。この状態で、充填材注入孔３１２から充填材５００が注入され、凹部３１０内に充填材５００が充填される。充填材５００は、凹部３１０の表面３１０ａと温度検知部４００との間にほぼ隙間なく充填される。充填材５００の充填が完了した後、充填材注入孔３１２に外表面３００ｂ側から閉塞部材３１６が嵌め込まれて、充填材注入孔３１２が塞がれる。

以上説明したように、本実施の形態に係る光源モジュール１は、光源１００と配線基板２００との間に配置され、発光素子１０４に伝熱可能に接続される熱拡散部材３００を有する。これにより、光源１００のステム１０６の側面に熱拡散部材３００を接触させる場合に比べて、ステム１０６と熱拡散部材３００との接触面積を増やすことができる。その結果、光源１００の放熱性を向上させることができる。

また、熱拡散部材３００は、配線基板２００側を向く面に凹部３１０を有する。そして、温度検知部４００は、配線基板２００に搭載された状態で、凹部３１０に収容される。これにより、光源モジュール１が置かれる環境の影響を温度検知部４００が受けて温度検知部４００による光源１００の温度の検知精度が低下することを抑制することができる。

温度検知部４００が受ける環境の影響としては、例えば光源１００を冷却するファン（図示せず）の送風が考えられる。例えば、ファンから温度検知部４００への送風によって温度検知部４００が冷却される場合、温度検知部４００は、光源１００よりも冷却される可能性がある。あるいは、温度検知部４００は、光源１００の冷却とは独立して若しくは先行して冷却される可能性がある。これに対し、温度検知部４００を凹部３１０に収容することで、ファンからの風が温度検知部４００に直に当たることを抑制することができる。これにより、温度検知部４００による光源１００の温度の検知精度を向上させることができる。また、温度検知部４００及びファンの設置自由度を高めることができる。

また、温度検知部４００と凹部３１０の表面との間には、絶縁性及び熱伝導性を有する充填材５００が介在する。充填材５００が介在することで、光源１００の熱を熱拡散部材３００及び充填材５００を介して温度検知部４００に伝達させることができる。温度検知部４００は、熱拡散部材３００に直に当接させると両者間で短絡が生じるおそれがあるため、温度検知部４００と凹部３１０の表面３１０ａとは離間させることが好ましい。しかしながら、温度検知部４００と凹部３１０の表面３１０ａとの間に空間があると、熱拡散部材３００から温度検知部４００への熱伝導が阻害される。

これに対し、温度検知部４００と凹部３１０の表面３１０ａとの間に充填材５００を介在させることで、温度検知部４００と熱拡散部材３００との間の短絡を回避しながら、熱拡散部材３００から温度検知部４００への熱伝導を促進することができる。よって、温度検知部４００による光源１００の温度の検知精度をより高めることができる。すなわち、光源１００の温度変化に対して、温度検知部４００の抵抗値をより短時間で安定させることができる。これにより、任意の出力強度について光源１００が許容温度範囲外にある状態において当該出力強度以上の強度で光源１００を点灯させるといった、光源１００の点灯制御の遅延を抑制することができる。したがって、光源モジュール１の信頼性を向上させることができる。

また、凹部３１０の表面３１０ａには、凹凸３１４が設けられている。これにより、熱拡散部材３００と充填材５００との接触面積を増やすことができるため、温度検知部４００による光源１００の温度の検知精度をより一層高めることができる。

また、熱拡散部材３００は、充填材注入孔３１２を有し、充填材５００は充填材注入孔３１２から凹部３１０内に充填される。このため、充填材５００を簡単に凹部３１０内に充填することができる。よって、光源モジュール１の製造工程の簡略化を図ることができる。また、充填材注入孔３１２は閉塞部材３１６によって塞がれる。これにより、凹部３１０内の充填材５００が熱拡散部材３００の外部に漏れ出すことを、より確実に抑制することができる。

充填材注入孔３１２は、熱拡散部材３００のステム１０６と接する外表面３００ｂと、凹部３１０の底面とを連通している。温度検知部４００は、検知精度向上の観点から、できる限り光源１００の近くに配置したいという要求がある。このため、凹部３１０は、熱拡散部材３００の２つの主表面をつなぐ側面から離間する傾向にある。これに対し、本実施の形態では、外表面３００ｂと凹部３１０の表面３１０ａとを連通するように充填材注入孔３１２が設けられているため、熱拡散部材３００の側面と凹部３１０の表面３１０ａとを連通する場合に比べて、充填材注入孔３１２の長さを短くすることができる。これにより、凹部３１０内に充填材５００を充填し易くすることができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などのさらなる変形を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る。上述した実施の形態と変形との組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態及び変形それぞれの効果をあわせもつ。

光源１００は、ＣＡＮパッケージ以外のレーザ光源であってもよい。また、発光素子１０４は、ＬＥＤ等であってもよい。また、外部給電端子６００の位置に対する光源１００の姿勢、すなわち端子１０８，１１０の並ぶ方向は、図示されたものに限定されない。

１ 光源モジュール、 １００ 光源、 １０４ 発光素子、 １０８，１１０ 端子、 ２００ 配線基板、 ３００ 熱拡散部材、 ３１０ 凹部、 ３１０ａ 表面、 ３１２ 充填材注入孔、 ３１４ 凹凸、 ３１６ 閉塞部材、 ４００ 温度検知部、 ５００ 充填材、 ６００ 外部給電端子。

Claims (3)

1. 発光素子、及び一端側が前記発光素子に電気的に接続される端子を有する光源と、
   前記端子の他端側を外部給電端子に電気的に接続するための配線基板と、
   前記光源及び前記配線基板の間に配置され、前記発光素子に伝熱可能に接続される熱拡散部材と、
   前記配線基板に搭載され、前記光源の温度を検知する温度検知部と、
   絶縁性及び熱伝導性を有する充填材と、を備え、
   前記熱拡散部材は、配線基板側を向く面に凹部を有し、
   前記温度検知部は、前記凹部に収容され、
   前記充填材は、前記温度検知部と前記凹部の表面との間に介在し、
   前記熱拡散部材は、前記凹部の表面から前記熱拡散部材の外表面まで延在する充填材注入孔を有することを特徴とする光源モジュール。
2. 前記充填材注入孔を塞ぐ閉塞部材をさらに備える請求項１に記載の光源モジュール。
3. 前記凹部は、表面に凹凸を有する請求項１または２に記載の光源モジュール。

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