WO2021149513A1 - Led照明装置 - Google Patents

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light
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謙治 梅田
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株式会社ニフコ
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    • F21W2106/00Interior vehicle lighting devices

Definitions

  • the present invention relates to an LED lighting device.
  • 11 (a) and 11 (b) show the LED lighting device disclosed in Patent Document 1.
  • the LED element 2 mounted on the substrate (printed substrate), the transparent covering body (transparent body) 3 covering the light emitting surface of the LED element, and the light emitting surface of the LED element provided on the covering body 3.
  • a fiber insertion hole 5 located directly above the LED element and an optical fiber 4 for inserting and fixing the light introduction end 41 side into the fiber insertion hole 5 are provided, and light emitted from the light emitting surface of the LED element is emitted. It is derived from the light LED end on the side opposite to the light introduction end 41 of the fiber 4 and used for illumination.
  • the fiber insertion hole 5 is formed substantially perpendicular to the light emitting surface of the LED element, has a bottom surface 51, and allows the optical fiber 4 to be inserted and fixed by an adhesive AT or the like.
  • the optical fiber 4 a general material such as plastic or glass is used, and among the light introduced into the light introduction end 41, only the light within a predetermined angle range (for example, 60 degrees) with respect to the fiber axis can be transmitted. To.
  • FIGS. 12 (a) and 12 (b) show the hole cap disclosed in Patent Document 2.
  • This hole cap detachably closes a maintenance service hole (hereinafter referred to as a mounting hole) provided in the door A of the vehicle as shown in FIG. 12 (b).
  • a light emitting unit 70 having a light emitting body 74 which is an LED element mounted on a substrate 71, a housing 91 for accommodating the light emitting unit 70 together with a power supply 92, and a housing 91 attached to the upper end of the housing 91 are attached.
  • It includes a receiving portion 60 having an insertion portion 61 to be inserted into a hole, and an upper lid 80 with a lens 81 for closing the upper opening of the receiving portion 60.
  • the receiving portion 60 has an annular groove 65 provided in the insertion portion 61, and is mounted in a state in which the hole edge portion is fitted into the annular groove 65 with respect to the mounting hole provided in the panel of the door A.
  • NS a maintenance service hole
  • the optical fiber 4 can be easily and accurately attached by providing the fiber insertion hole 5 in advance in the covering body 3 covering the LED element 2. It was done.
  • this structure requires an assembly step of joining the optical fiber 4 to the insertion hole 5 of the covering body 3 with an adhesive AT, which not only increases the cost but also inserts the optical fiber 4 into the fiber insertion hole 5 and bonds them. Even if it is fixed with an agent AT or the like, the depth of the fiber insertion hole 5 is restricted, so that the fiber insertion hole 5 may come off and lack reliability.
  • the coating body 3 for fixing the optical fiber is large and the degree of freedom of installation is low, and since it is premised that the existing optical fiber is used, the thickness (light amount) and length according to the application are used. Since it cannot be used, the degree of freedom in design is low. Moreover, in this structure, since there is a gap between the light emitting surface of the LED element 2 and the light introduction end 41 of the optical fiber 5, the light extraction efficiency is poor and the heat dissipation of the LED element is also poor.
  • the hole caps of FIGS. 12A and 12B add a light emitting function, and when the light emitting unit 70 detects the open state of the door A, the hole cap emits light to the car or person who comes behind the door A. Improve safety by warning you to know the open state.
  • the housing 91, the panel mounting receiving portion 60, the upper lid 80, and the like are indispensable together with the light emitting unit 70, which is complicated and expensive.
  • An object of the present invention is to eliminate the above problems and to provide an LED lighting device that does not require an assembly process, is compact, has a high degree of freedom in design, has high light extraction efficiency, and is easy to add value. be.
  • Other objectives will be clarified in the explanation below.
  • the LED lighting device is a transparent LED element mounted on a substrate and covering a light emitting surface of the LED element, which is arranged in an exterior portion or an interior portion of an automobile.
  • An LED lighting device including a covering body and a light guide body that introduces light emitted from a light emitting surface of the LED element from a light introduction end and functions as a light transmission passage, wherein the light guide body is together with the covering body. It is characterized in that it is integrated with the LED element mounted on the substrate by insert molding using a transparent resin material.
  • the "LED element mounted on the substrate” is also referred to as an LED chip, an LED structure, or the like, and is not limited to a commercially available product but has a coating body and a light guide body of the present invention. It is manufactured as a special product.
  • the "light guide body” is formed of a transparent resin integrally with the coating body, and introduces the emitted light from the light emitting surface of the LED element from the light introduction end to the light lead-out end side opposite to the light introduction end. It is a member that functions as a light transmitting element that guides light toward it. Further, “the light guide body together with the covering body” is used in substantially the same meaning as “the light guide body and the covering body”.
  • the LED lighting device of the above-described embodiment is embodied as described below.
  • the covering body has a configuration in which it covers the light emitting surface of the LED element, the periphery from the upper surface of the substrate, and the lower surface side excluding the feeding portion. In this configuration, the covering body covers almost the entire substrate including the light emitting surface of the LED element except for the feeding portion. According to this configuration, in addition to the excellent waterproof / dustproof effect, the joint of the light guide body integrated with the covering body also has high strength, and the possibility that the light guide body is inadvertently detached by an external force can be eliminated.
  • the light guide body has a structure formed in a long shape or a convex shape.
  • the light guide body has a flexible structure. According to this configuration, the arrangement can be made according to the shape of the attachment partner, and the degree of freedom of arrangement can be expanded.
  • the coating body and the light guide body are configured to be formed of a polyolefin-based polymer. According to this configuration, it is possible to impart characteristics particularly excellent in heat resistance, high transparency and optical characteristics.
  • the polyolefin-based polymer include polycarbonate, acrylic, polyamide, and polyurethane, and more preferably, cycloolefin polymer (COP) having excellent heat resistance, high transparency, and optical properties, and a resin similar thereto are preferable.
  • the light guide body is configured to be arranged at an energy inlet which is a power supply port or a fuel filler port provided in an automobile exterior portion. This configuration specifies the configuration according to the first embodiment of the invention described later.
  • the apparatus of the present invention may have a configuration applicable to the exterior and interior parts of an automobile, and is also suitable for, for example, headlights, fog lamps, combination lamps, winker lights, door warning lights and interior lights.
  • the covering has a configuration in which an insertion portion to be inserted into a mounting hole provided in a vehicle body panel or a door panel and an engaging portion for allowing the insertion portion to be removed from the mounting hole are integrally formed.
  • This configuration specifies a configuration according to a second embodiment of the present invention, which will be described later. According to this configuration, it becomes easy to add value by minimizing the number of members.
  • the structure also serves as a hole cap or a hole plug that is detachably attached to the mounting hole. According to this configuration, it is possible to improve the commercial value while realizing light weight and miniaturization.
  • the hole cap is the name used in Patent Document 1 and the like
  • the hole plug is the name used in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-72896 and the like.
  • the LED lighting device has the following advantages as an LED lighting device suitable for being arranged in an exterior portion or an interior portion of an automobile.
  • the light guide body constituting the LED lighting device is insert-molded into the LED element, that is, the LED structure, which is mounted on the substrate by using a transparent resin material together with the coating body covering the light emitting surface of the LED element. Since it is integrated with the LED element, it is not necessary to assemble the light guide body, it is easy to reduce the size, and the LED element has an excellent waterproof / dustproof effect.
  • the light guide body is integrated with the LED structure mounted on the substrate together with the coating material covering the light emitting surface of the LED element by insert molding, there is a gap between the light emitting surface of the LED element and the light guide body. Therefore, the light extraction efficiency can be improved.
  • (A) is a schematic external view of the LED lighting device according to the first embodiment of the present invention, and (b) is an enlarged view of part A shown by a two-dot chain line in (a).
  • (A) is a schematic top view of the LED lighting device, and (b) and (c) are schematic views of the device of (a) viewed from the B direction and the C direction shown in (a).
  • An LED element hereinafter referred to as an LED structure mounted on a substrate constituting the LED lighting device is schematically shown, (a) is a top view, (b) is a front view, and (c) is a bottom view. Is. It is a partial schematic diagram which shows the state which the said LED structure is arranged in an injection molding die.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the state which the molten resin was injected into the cavity of the injection molding mold, and is the schematic diagram which shows the state which the LED lighting apparatus was released after the injection.
  • An example of using the LED lighting device arranged in the power supply port of the automobile is shown, (a) is a schematic view showing a state where the filling portion on the vehicle body side is exposed, and (b) is a case with the LED lighting device removed on the back side.
  • the schematic view seen from the above, (c) is a partially enlarged cross-sectional view along the ZZ line of (a).
  • (A) and (b) are schematic external views showing modified examples 1 and 2 in which the shape of the light guide body of the LED lighting device of the first embodiment is changed.
  • FIG. 3C is a schematic cross-sectional view showing a mounted state in which the LED lighting device is engaged with the mounted member.
  • A) is a schematic front view of the LED lighting device according to the modified example of the second embodiment shown in FIG. 8 (b), and (b) is a cross section and mounting of the LED lighting device along the line EE of (a).
  • a schematic cross-sectional view showing the relationship between the members, (c) is a schematic cross-sectional view showing a mounting state in which the LED lighting device is engaged with the mounted member.
  • (A) and (b) show the lighting apparatus disclosed in Patent Document 1 (FIGS. 3 and 4 of Document 1).
  • (A) and (b) show hole caps disclosed in Patent Document 2 (FIGS. 3 and 6 of Document 2).
  • the LED lighting device 1 of the first embodiment covers the LED element 3 mounted on the substrate 2 and the light emitting surface of the LED element 3. It is the same as Patent Document 1 in that it includes the transparent covering body 8 and the light guide body 9 that introduces the emitted light from the light emitting surface of the LED element 3 from the light introduction end and functions as a light transmission path. ..
  • the ingenuity is that the LED lighting device 1 is optimized for the exterior and interior parts of the automobile as a development goal, and the light guide body 9 is mounted on the substrate 2 together with the coating body 8 using the same transparent resin material.
  • the LED element 3, that is, the LED structure is integrally formed by insert molding in a manner in which the LED structure is arranged in the injection molding mold 30 as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the "LED element 3 mounted on the substrate 2" is referred to as an LED structure as necessary.
  • this LED structure includes a rectangular plate-shaped substrate 2 made of ceramics or the like, an LED element 3 which is a light emitting element mounted on the upper surface of the substrate 2, and a resistor 4.
  • the connector 5 and the like are integrally erected on the lower surface of the substrate 2.
  • a wiring pattern (not shown) is printed on the substrate 2, and the LED element 3 and the resistor 4 are mounted at a fixed position of the wiring pattern.
  • the LED element 3 is a light emitting element called a surface mount type.
  • Reference numeral SD in FIG. 3C is solder fixing the resistor 4.
  • the connector 5 has a pair of pin-shaped power supply terminals 7 and 7 erected in the holder via an insulator 6 and the like, and external power is supplied via both power supply terminals 7. Then, the LED element 3 emits light by the voltage applied through the resistor 4.
  • Reference numeral 7a in FIG. 3A is a base end of the power feeding terminal 7 protruding from the upper surface of the substrate.
  • the injection molding die 30 is composed of a plurality of divided dies, and forms a fitting space for fitting the LED structure and an injection space, that is, a cavity 31 corresponding to the covering body 8 and the light guide body 9. There is. Then, in a state where the LED structure is fitted into the fitting space, the molten transparent resin material is injected into the cavity 31 from a nozzle of an injection molding machine (not shown) via a spool or the like at high pressure. In the left figure of FIG. 5, the injected transparent resin material is shown in black for easy understanding. After that, the injection-molded product becomes an LED lighting device in which the covering body 8 and the light guide body 9 are integrated with the LED structure as shown on the right side of FIG. 5 by being released from the mold.
  • the resin material used is preferably a cycloolefin polymer (COP) or a similar resin as the polyolefin-based polymer.
  • COP cycloolefin polymer
  • cycloolefin units are randomly or alternately bonded to the polymer backbone, and the polymer is amorphous.
  • material properties it is excellent in high optical transparency, heat resistance, low shrinkage, low hygroscopicity, and flexibility.
  • the covering body 8 and the light guide body 9 are formed by using COP of the trade name ZEONOR (registered trademark) manufactured by Nippon Zeon Corporation.
  • the covering body 8 covers the light emitting surface of the LED element 3, the periphery from the upper surface of the substrate 2, and the lower surface side excluding the feeding portion.
  • Reference numeral 8a is an upper covering portion covering the upper surface side of the substrate 2
  • reference numeral 8b is a peripheral covering portion covering the periphery of the substrate 2
  • 8c is a lower covering portion covering the lower surface side of the substrate 2.
  • reference numerals 8d and 8e are due to the presence of the resistor 4 and the base end 7a of the feeding terminal in the upper coating portion 8a
  • reference numeral 8f is due to the presence of the solder SD fixing the resistor 4 to the substrate 2 in the lower coating portion.
  • the overhanging portion, reference numeral 8g is a covering portion that covers the periphery of the lower end of the connector 5.
  • the light guide body 9 has an elongated shape that is elongated in a state of being integrally coupled to a portion of the upper coating portion 8a that covers the light emitting surface of the LED element 3. Further, the light guide body 9 has a rectangular cross section, and is formed in a substantially ring shape as a whole to have flexibility. In the light guide body 9, the portion covering the light emitting surface of the LED element 3 is the light introduction end 9a, and the end surface on the opposite side thereof is the light extraction end 9b, and the emitted light from the light emitting surface of the LED element 3 is emitted.
  • the light guide body 9 makes it possible to understand the shape of the light guide body, for example, the ring-shaped contour, instead of the point shape, by the brightness of the light emission transmission passage that transmits the emitted light of the LED element 3.
  • FIG. 6 shows an example of using the above LED lighting device.
  • the LED lighting device 1 is used for the energy injection port 10 which is a power supply port provided in the automobile.
  • the energy injection port 10 is provided in a recess on the rear side wall of the vehicle body, which is an exterior portion of the electric vehicle, which is opened and closed by a lid (not shown).
  • the filling port 20 of the electric introduction connector that contacts the charging gun on the power supply device side is exposed and arranged in the case 11.
  • the case 11 has a cover 18 that is rotated around the hinge 19 as a fulcrum, the charging port 20 is exposed when the cover 18 is open, and the charging port 20 is covered when the cover 18 is closed.
  • Such a structure is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-226873.
  • a light source that illuminates the charging port 20 is arranged on the outside of the charging port, and is irradiated through a through hole provided on the hinge base end side of the cover or on the locking portion side for engaging and disengaging the cover. Therefore, for example, if the filling operation is performed in a dark place, it becomes difficult to accurately and quickly touch the charging port with the charging gun.
  • the LED lighting device 1 of the embodiment is optimal as a structure for solving such a problem.
  • the cases 11 shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c) are provided with a flange-shaped flange 12 projecting from the upper edge, and are provided with a light-transmitting portion 17 provided in a ring shape on the inner peripheral edge of the flange 12.
  • the vertical wall 13 projecting from the back surface of the flange and partitioning the groove 15 from the peripheral wall of the case 11 and the light guide 9 provided at the lower end of the vertical wall 13 and arranged in the groove 15 are removed. It has a plurality of locking portions 13a for stopping and supporting, and a frame portion 16 for mounting a substrate 2 and a connector 5 provided on one end side of the vertical wall 13 and constituting the LED lighting device 1.
  • the translucent portion 17 is formed by two-color molding as a transparent or milky white wall portion when the case 11 is manufactured by injection molding, for example.
  • Reference numeral 14 is a positioning shaft portion 14 projecting from the back surface of the flange portion.
  • the substrate 2 side and the connector 5 of the LED lighting device 1 are fitted to the frame portion 16, and the light guide body 9 is fitted and held to the groove portion 15 via the locking portion 13a. Will be done.
  • the LED lighting device 1 when the power source is energized from the ballast via the power supply terminals 7 and the resistor 4 of the connector 5 in the holding state shown in FIG. 6C, the LED element 3 emits light by the voltage.
  • the emitted light from the light emitting surface of the LED element 3 is introduced from the light introduction end 9a, travels through the light guide body 9 as a light transmission passage, reaches the light extraction end 9b, and is led out to the outside.
  • the light guide body 9 is illuminated as a light transmission passage, and the light passes through the transparent or milky white wall portion which is the light transmission unit 17 and the contour of the charging unit 20. Is recognized, and the filling gun on the power supply device side can be quickly and accurately connected to the charging unit 20.
  • the LED lighting device 1 since the light emitting surface of the LED element 3 is covered with the covering body 8 and the light guide body 9 is integrally formed with the covering portion 8, the conventional LED structure is guided. The assembly work of the body 9 can be omitted, and an excellent waterproof / dustproof effect can be obtained. Further, since the light guide body 9 is integrated with the covering body 8 that covers almost the entire substrate 2, the bonded state with the covering body 8 can be stably maintained. These make it possible to prevent inadvertent failures and improve quality and reliability even when the LED lighting device 1 is used for an exterior portion other than the interior portion of an automobile.
  • the light guide body 9 is long and has flexibility, it can be arranged according to the shape of the attachment partner as in the usage examples of FIGS. 6A to 6C, and the degree of freedom of arrangement is increased. Can be expanded. Specifically, as the LED lighting device 1, the light guide body 9 is not point-shaped due to the brilliance of the light emission transmission passage that transmits the emitted light of the LED element 3, but is a translucent portion as shown in FIGS. The ring-shaped contour is brightly illuminated through the 17 so that the charging gun can be reliably and accurately joined to, for example, the charging unit 20.
  • FIGS. 7 (a) and 7 (b) show modified examples 1 and 2 in which the shape of the light guide body constituting the LED lighting device is changed.
  • the same members and parts as those in the above embodiment are designated by the same reference numerals, duplicate explanations are omitted, and only the changes will be described in detail.
  • the light guide body 9A of FIG. 7A has a rectangular cross section and is formed in a straight rod shape.
  • the light guide body 9B of FIG. 7B has a rectangular cross section and an L-shaped curved shape on the tip side. These are assumed to be for lighting the direction indicator attached to the exterior of the automobile, for lighting the door mirror, and for lighting the bonnet and the inside of the vehicle, but the shape of the light guide may be other than this. It is arbitrarily designed according to the purpose of use, the arrangement part, and the like.
  • the LED lighting device 1A of the second embodiment of the present invention has a mounting hole 25a provided in a vehicle body or a door panel 25 as shown in FIGS. 8A to 9C. It also serves as a removable hole cap or hole plug.
  • a mounting hole 25a provided in a vehicle body or a door panel 25 as shown in FIGS. 8A to 9C. It also serves as a removable hole cap or hole plug.
  • the same members and parts as those in the above embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted as much as possible.
  • the LED lighting device 1A introduces the LED element 3 mounted on the substrate 2, the transparent coating body 8A covering the light emitting surface of the LED element 3, and the light emitted from the light emitting surface of the LED element 3. It is provided with a light guide body 9A to be led out from the lead-out end. Further, the covering body 8A integrally integrates an insertion portion 8h to be inserted into the mounting hole 25a of the panel 25, an engaging claw 8i which is an engaging portion which enables the insertion portion 8h to be removed from the mounting hole 25a, and a flange portion 8j. Is formed in.
  • the covering body 8A covers the light emitting surface of the LED element 3, the periphery from the upper surface of the substrate 2, and the lower surface side excluding the feeding portion, and in addition, the engaging claw 8i
  • the insertion portion 8h and the flange portion 8j are integrally formed.
  • Reference numeral 8a is an upper covering portion covering the upper surface side of the substrate 2
  • reference numeral 8b is a peripheral covering portion covering the periphery of the substrate 2
  • 8c is a lower surface covering portion covering the lower surface side of the substrate 2.
  • the upper end side of the connector 5 is embedded in the lower surface covering portion 8c. That is, the connector 5 is erected on the substrate 2 with the upper end side covered with the lower surface covering portion 8c.
  • the insulator 6 and the power supply terminal 7 in the connector 5 are not shown.
  • the insertion portion 8h is projected in a substantially bottomed tubular shape while maintaining a predetermined gap S1 with the covering portion 8A in a state of being integrated with the lower surface covering portion 8c.
  • a flange portion 8j is integrated in an umbrella shape on the outer periphery of the tip of the insertion portion 8h.
  • the flange portion 8j is elastically pressure-welded to the upper surface of the panel 25 when the insertion portion 8h is inserted into the mounting hole 25a, and the excessive insertion amount of the insertion portion 8h with respect to the mounting hole 25a is regulated in the pressure-welded state. It is possible to prevent the ingress of liquid or the like from the mounting hole 25a.
  • Engagement claws 8i project from the outer periphery of the insertion portion 8h.
  • the engaging claw 8i is displaced in diameter in the process of inserting the insertion portion h into the mounting hole 25a, and when it passes through the mounting hole 25a, it elastically returns to the original state and returns to the mounting hole 25a. It is elastically engaged so that it can be pulled out.
  • the engaging claws 8i project from the entire circumference of the insertion portion 8h, a configuration in which the engagement claws 8i project from a plurality of locations of the insertion portion 8h may be used.
  • the light guide body 9A is convexly integrated with a portion of the upper coating portion 8a that covers the light emitting surface of the LED element 3.
  • the light guide body 9A has a light introduction end on the inside covering the light emitting surface of the LED element 3 and a flat light extraction end 9a on the outer end surface, and emits light emitted from the light emitting surface of the LED element 3 at the light introduction end. Introduce more and irradiate light from the light lead-out end side to the outside.
  • the LED lighting device 1A has a configuration that also serves as a hole cap or a hole plug, and when the door is opened, the light of the LED element 3 is irradiated through the light guide body 9a to come to the rear. Improve safety by alerting people to know when the door is open.
  • the LED lighting device 1A is similar to Patent Document 2 in this respect, but can be provided simply and at a lower cost than the configuration of Document 2.
  • FIGS. 8B and 10A to 10C show a modification in which the shape of the covering body constituting the LED lighting device 1A and the connector 5 are omitted. ing. Also in this description, the same members and parts as in each of the above embodiments are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted as much as possible.
  • the gap S2 between the covering portion 8A and the insertion portion 8h is narrower than that of the LED lighting device 1A of the second embodiment, and the light lead-out end 9a of the light guide body 9B is not a flat surface but a spherical surface. That is, they differ in that they are formed in a concave shape and that the connector 5 is omitted.
  • the size of the gap S2 is designed according to the shape of the insertion portion 8h and the like. If the light lead-out end 9a is formed in a concave shape or a concave lens shape, a light diffusion effect can be expected.
  • the connector 5 can be omitted as in this example, and the cost can be reduced by omitting the connector 5.
  • an LED lighting device is used for an energy inlet which is a power supply port of an electric vehicle
  • the present invention is not limited to this, and refueling as an energy inlet for a gasoline vehicle. It may be used for lighting the mouth, and may be used for lighting the trunk or the interior of the vehicle.
  • the application of the second embodiment is not limited to the door panel of an automobile, and may be a hole cap or a hole plug that is attached to and detached from a mounting hole of a vehicle body panel.
  • the LED element mounted on the substrate that is, the LED structure, in addition to the surface mount type, it can be applied to the bullet type by devising the head shape of the bullet type.

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Abstract

自動車の外装部や内装部に配設されて、基板に実装されたLED素子及び該LED素子の発光面を覆っている透明の被覆体と、前記LED素子の発光面からの射出光を光導入端より導入し光伝達通路として機能する導光体とを備えたLED照明装置であって、前記導光体が前記被覆体と共に透明の樹脂材を用いて前記基板に実装されたLED素子にインサート成形により一体化している構成である。

Description

LED照明装置
 本発明は、LED照明装置に関する。
 図11(a)(b)は特許文献1に開示のLED照明装置を示す。この装置構造では、基板(プリント基板)に実装されたLED素子2及びLED素子の発光面を覆っている透明の被覆体(透明体)3と、被覆体3に設けられてLED素子の発光面の真上に位置したファイバ挿入穴5と、そのファイバ挿入穴5に光導入端41側を挿入し固定される光ファイバ4とを備えており、LED素子の発光面から射出される光を光ファイバ4の光導入端41と反対側の光導出端から導出して照明に利用される。ここで、ファイバ挿入穴5は、LED素子の発光面に対し略垂直に形成され、底面51を備え、光ファイバ4を挿入して接着剤ATなどにより固定可能にする。光ファイバ4は、プラスチックやガラス等の一般的なものが用いられて、光導入端41に導入される光のうち、ファイバ軸に対して所定角度範囲(例えば60度)内の光のみ伝達可能にする。
 また、図12(a)(b)は特許文献2に開示のホールキャップを示す。このホールキャップは、図12(b)のごとく車のドアAに設けられたメンテナンス用サービスホール(以下、取付穴という)を着脱可能に塞ぐものである。キャップ構造としては、基板71に実装されたLED素子である発光体74を有した発光ユニット70と、発光ユニット70を電源92と共に収容する筐体91と、筐体91の上端に取り付けられて取付穴に差し込む差込部61を有した受け部60と、受け部60の上開口を閉じるレンズ81付きの上蓋80とを備えている。また、受け部60は、差込部61に設けられた環状溝65を有し、ドアAのパネルに設けられた取付穴に対しその穴縁部を環状溝65に嵌合した状態に装着される。
特開2000-149608号公報 実用新案登録第3215198号公報
 上記した図11(a)(b)のLED照明装置は、LED素子2を覆う被覆体3にファイバ挿入穴5を予め設けておくことによって、光ファイバ4を簡単にかつ正確に取り付けられるようにしたものである。しかしながら、この構造では、光ファイバ4を被覆体3の挿入穴5に接着剤ATで接合する組立工程が必要となりコスト的に高くなるだけではなく、光ファイバ4をファイバ挿入穴5に挿入し接着剤ATなどで固定したとしてもファイバ挿入穴5の深さが制約されるため外れる虞があり信頼性に欠ける。また、この構造では、光ファイバ固定用の被覆体3により大型となり設置の自由度が低いと共に、既存の光ファイバを使用することを前提としているため用途に応じた太さ(光量)や長さにできないので設計自由度が低い。しかも、この構造では、LED素子2の発光面と光ファイバ5の光導入端41の間に隙間があるため光取り出し効率が悪く、LED素子の放熱性も悪い。
 また、図12(a)(b)のホールキャップは、発光機能を追加することにより、発光ユニット70がドアAの開状態を検知すると、光を発して後方にくる車や人にドアAの開状態を分かるよう警告して安全性を向上する。しかし、この構造では、発光ユニット70と共に筐体91、パネル装着用受け部60、上蓋80などを必須としているため、複雑で高価となる。
 本発明の目的は、以上のような問題を一掃して、組立工程が不要であり、小型で設計自由度が高く、光取り出し効率が高く付加価値を付与し易いLED照明装置を提供することにある。他の目的は以下の説明のなかで明らかにする。
 上記目的を達成するため本発明の一態様によるLED照明装置は、自動車の外装部や内装部に配設されて、基板に実装されたLED素子及び該LED素子の発光面を覆っている透明の被覆体と、前記LED素子の発光面からの射出光を光導入端より導入し光伝達通路として機能する導光体とを備えたLED照明装置であって、前記導光体が前記被覆体と共に透明の樹脂材を用いて前記基板に実装されたLED素子にインサート成形により一体化していることを特徴としている。
 この態様のLED照明装置において、「基板に実装されたLED素子」は、LEDチップやLED構造体などとも称されており、又、市販品に限られず本発明の被覆体及び導光体を有した専用品として作製される。「導光体」は、透明樹脂で被覆体と一体に形成されており、LED素子の発光面からの射出光を光導入端より導入し、光導入端の反対側である光導出端側へ向けて光を導く光伝達要素として機能する部材である。また、「前記導光体が前記被覆体と共に」とは、「前記導光体及び前記被覆体が」と実質的に同じ意味で使用している。
 前記態様のLED照明装置は、下記の態様のように具体化されることがより好ましい。
(ア)、前記被覆体は前記LED素子の発光面と共に前記基板の上面から周囲、更に給電部を除いた下面側を被覆している構成である。この構成では、被覆体が給電部を除いてLED素子の発光面を含む基板のほぼ全体を覆っている。この構成によれば、優れた防水・防塵効果に加え、被覆体と一体化している導光体の接合も高強度となり導光体が外力により不用意に外れるというような虞を解消できる。
(イ)、前記導光体は長尺状又は凸状に形成されている構成である。この構成によれば、導光体が長尺状に形成されている場合、照明態様として光伝達通路を利用した斬新なものを実現でき、また、導光体が凸状に形成されている場合、点照明に好適となる。
(ウ)、前記導光体は柔軟性を有している構成である。この構成によれば、取付相手形状に追従して配置可能となり、配置自由度を拡大できる。
(エ)、前記被覆体及び前記導光体はポリオレフィン系ポリマーにより形成されている構成である。この構成によれば、特に耐熱性及び高透明性と光学特性に優れた特性を付与できる。このポリオレフィン系ポリマーとしては、ポリカーボネート、アクリル、ポリアミド、ポリウレタン等が例示され、より好ましくは耐熱性及び高透明性、更に光学特性に優れたシクロオレフィンポリマー(COP)及びそれに類似の樹脂が好ましい。
(オ)、前記導光体は自動車外装部に設けられた給電口又は給油口であるエネルギー注入口に配置される構成である。この構成は、後述する発明の第1実施形態である構成を特定したものである。この構成によれば、給電口等の形状に合わせて最適な照明態様で設置でき、優れた照明効果及び斬新性を付与できる。但し、本発明装置は、自動車の外装部や内装部に適用される構成であればよく、例えばヘッドライト、フォグランプ、コンビネーションランプ、ウインカライト、ドア用警告灯や室内灯などにも好適である。
(カ)、前記被覆体は、車体パネル又はドアパネルに設けられた取付穴に差し込む差込部、及び前記差込部を前記取付穴から抜止可能にする係合部を一体に形成している構成である。この構成は、後述する本発明の第2実施形態である構成を特定したものである。この構成によれば、部材数を最小に抑えて付加価値を付与し易くなる。
(キ)、前記取付穴に対し着脱可能に装着されるホールキャップないしはホールプラグを兼ねる構成である。この構成によれば、軽量・小型化を実現しながら商品価値を向上できる。なお、ホールキャップは特許文献1等で使用された名称、ホールプラグは特開2012-72896号公報等で使用されている名称である。
 本発明によるLED照明装置は、自動車の外装部や内装部に配設されるのに適したLED照明装置として以下に挙げるような利点を有している。
 第1に、LED照明装置を構成している導光体がLED素子の発光面を覆っている被覆体と共に透明の樹脂材を用いて基板に実装されたLED素子、つまりLED構造体にインサート成形により一体化しているため、導光体の組付け作業が不要となり、小型化を図り易く、LED素子に対して防水・防塵効果に優れた構成となる。
 第2に、導光体がLED素子の発光面を覆っている被覆体と共に基板に実装されたLED構造体にインサート成形により一体化しているためLED素子の発光面と導光体の間に隙間が無く、それにより光取り出し効率を向上できる。
 第3に、小型化により設置態様の制約をなくしたり、導光体の形状を相手側である使用箇所に合わせて任意に設定でき、それらにより設計自由度を拡大できる。
(a)は、本発明の第1実施形態のLED照明装置の模式外観図、(b)は(a)において2点鎖線で示すA部を拡大した拡大図である。 (a)は上記LED照明装置の模式上面図、(b)及び(c)は(a)の装置を(a)に示すB方向とC方向から見た模式図である。 上記LED照明装置を構成している基板に実装されたLED素子(以下、LED構造体という)を模式的に示し、(a)は上面図、(b)は正面図、(c)は下面図である。 上記LED構造体を射出成形型に配置した状態を示す部分模式図である。 上記射出成形型のキャビティに溶融樹脂を射出した状態を示す模式図及び射出後にLED照明装置を離型した状態を示す模式図である。 上記LED照明装置を自動車の給電口に配置した使用例を示し、(a)は車体側の充填部を露出した状態を示す模式図、(b)はLED照明装置を外した状態でケースを裏側から見た模式図、(c)は(a)のZ-Z線に沿った部分拡大断面図である。 (a)と(b)は第1実施形態のLED照明装置の導光体の形状を変更した変形例1と2を示す模式外観図である。 (a)は、本発明の第2実施形態のLED照明装置の模式外観図、(b)は第2実施形態の形状を変更した変形例を示す模式外観図である。 (a)は図8(a)に示す第2実施形態によるLED照明装置の模式正面図、(b)は(a)のD-D線に沿ったLED照明装置の断面と被取付部材の関係を示す模式断面図、(c)はLED照明装置を被取付部材に係合した取付状態を示す模式断面図である。 (a)は図8(b)に示す第2実施形態の変形例によるLED照明装置の模式正面図、(b)は(a)のE-E線に沿ったLED照明装置の断面と被取付部材の関係を示す模式断面図、(c)はLED照明装置を被取付部材に係合した取付状態を示す模式断面図である。 (a),(b)は特許文献1に開示の照明装置(文献1の図3と図4)を示している。 (a),(b)は特許文献2に開示のホールキャップ(文献2の図3と図6)を示している。
 以下、本発明に係るLED照明装置の特徴について図面を参照し説明する。この説明では、LED照明装置の第1実施形態及びその変形例1と2、第2実施形態及びその変形例を作動と共に明らかにする。
(第1実施形態)第1実施形態のLED照明装置1は、図2(a)~(c)に示すように、基板2に実装されたLED素子3及び該LED素子3の発光面を覆っている透明の被覆体8と、LED素子3の発光面からの射出光を光導入端より導入し光伝達通路として機能する導光体9とを備えている点で特許文献1と同じである。工夫点は、LED照明装置1の開発目標として自動車の外装部や内装部用として最適化したものであり、導光体9が被覆体8と共に同じ透明の樹脂材を用いて基板2に実装されたLED素子3、つまりLED構造体を図4及び図5に示されるごとく射出成形型30に配置した態様でインサート成形により一体に形成される構成にある。
 ここで、「基板2に実装されたLED素子3」は必要に応じてLED構造体と称する。このLED構造体は、図3(a)~(c)に示されるごとくセラミックス等からなる矩形板状の基板2と、基板2の上面に実装された発光素子であるLED素子3及び抵抗4と、基板2の下面に一体的に立設されたコネクタ5等を有している。基板2には、不図示の配線パターンが印刷されており、LED素子3及び抵抗4がその配線パターンの定位置に実装されている。LED素子3は表面実装型と称される発光素子である。図3(c)中の符号SDは抵抗4を固定している半田である。コネクタ5は、ホルダー内に絶縁体6などを介して立設された対をなすピン状の給電端子7,7を有し、外部電力が両給電端子7を介して供給される。すると、LED素子3は抵抗4を介して加えられる電圧により発光する。図3(a)中の符号7aは基板上面に突出されている給電端子7の基端である。
 図4及び図5は、被覆体8及び導光体9をインサート成形により上記LED構造体に一体に形成する射出成型機を構成している射出成形金型30の一部を模式的に示している。射出成形金型30は、複数の分割金型にて構成されており、LED構造体を嵌め込む嵌合空間及び被覆体8と導光体9に対応した射出空間つまりキャビティ31を区画形成している。そして、キャビティ31には、LED構造体を嵌合空間に嵌め込んだ状態で、溶融された透明の樹脂材が図示しない射出成型機のノズルからスプール等を介して高圧注入される。図5の左図では注入された透明の樹脂材を理解し易くするため黒色で示している。その後、この射出成形品は、離型されることにより図5の右側に示したごとくLED構造体に被覆体8及び導光体9が一体化されたLED照明装置となる。
 使用される樹脂材は、熱可塑性樹脂のうち、ポリオレフィン系ポリマーとして、特にシクロオレフィンポリマー(COP)及びそれに類似の樹脂が好ましい。COPは、シクロオレフィンユニットがポリマー骨格にランダム又は交互に結合しており、その重合体は非晶質である。材料特性としては高い光学的透明性、耐熱性、低収縮性、低吸湿性、柔軟性に優れている。この例では、被覆体8及び導光体9が日本ゼオン(株)製の商品名ZEONOR(登録商標)のCOPを使用して形成されている。
 被覆体8は、図1(b)及び図5の右図に示されるごとくLED素子3の発光面と共に、基板2の上面から周囲、更に給電部を除いた下面側を被覆している。符号8aは基板2の上面側を覆っている上被覆部、符号8bは基板2の周囲を覆っている周囲被覆部、8cは基板2の下面側を覆っている下被覆部である。また、符号8dと8eは上被覆部8aにおいて抵抗4と給電端子の基端7aの存在により張り出した箇所、符号8fは下被覆部において抵抗4を基板2に固定している半田SDの存在により張り出した箇所、符号8gはコネクタ5の下端周囲を被覆している被覆部である。
 導光体9は、上被覆部8aのうち、LED素子3の発光面を覆っている箇所に一体に結合した状態で細長く延びた長尺状となっている。また、導光体9は、断面矩形からなり、全体が略リング状に形成されて柔軟性を有している。そして、導光体9は、LED素子3の発光面を覆っている箇所が光導入端9a、その反対側の端面が光導出端9bであり、LED素子3の発光面からの射出光を光導入端9aより導入し、光導出端9b側へ向けて光を導くため、両端面9a,9bの間を形成している部分が光伝達通路となる。この例では、後述するごとく導光体9がLED素子3の射出光を伝達する発光伝達通路の輝きにより点状ではなく導光体の形状、例えば、リング状の輪郭が分かるようにする。
 ここで、図6は以上のLED照明装置の使用例を示している。この例では、LED照明装置1が自動車に設けられた給電口であるエネルギー注入口10に用いられている。このエネルギー注入口10は、図示を簡略化したが、電気自動車の外装部である車体の後方側壁にあって不図示のリッドで開閉される凹所に設けられている。凹所内には、電源供給装置側の充電ガンを接触させる電気導入用コネクタの充填口20がケース11内に露出配置されている。ケース11は、ヒンジ19を支点として回動されるカバー18を有し、カバー18の開状態で充電口20を露出し、カバー18の閉状態で充電口20が覆われる。
 なお、このような構造は、例えば、特開2012-226873号公報に開示されている。但し、同公報のものは、充電口20を照らす光源が充電口外側に配設されて、カバーのヒンジ基端側、又は、カバーを係脱する係止部側に設けられた貫通孔を通して照射する構造であるため、例えば充填操作を暗いようなときに行うと、充電ガンを正確で素早く充電口に接触操作し難いものとなる。実施形態のLED照明装置1は、そのような問題を解決する構造として最適なものとなる。
 すなわち、図6(a)~(c)に示すケース11は、上縁に張り出した鍔状のフランジ12を備えており、フランジ12に対し内周縁にリング状に設けられた透光部17と、フランジ裏面に突設されてケース11の周囲壁との間に溝部15を区画している縦壁13と、縦壁13の下端に設けられて溝部15に配置された導光体9を抜け止め支持する複数の係止部13aと、縦壁13の一端側に設けられてLED照明装置1を構成している基板2及びコネクタ5を取り付ける枠部16とを有している。透光部17は、例えば、ケース11を射出形成により作製する際、透明や乳白色の壁部分として二色成形により形成される。符号14はフランジ部裏面に突設された位置決め用軸部14である。
 そして、この構造では、LED照明装置1のうち、基板2側及びコネクタ5が枠部16に対し嵌合されると共に、導光体9が溝部15に対し係止部13aを介して嵌合保持される。LED照明装置1は、図6(c)の保持状態において、電源が安定器からコネクタ5の各給電端子7及び抵抗4などを介して通電されると、LED素子3がその電圧により発光する。この構造では、LED素子3の発光面からの射出光が光導入端9aより導入され、導光体9を光伝達通路として進み光導出端9bに達し外へ導出される。このため、エネルギー供給部を区画形成しているケース10としては、導光体9が光伝達通路として照らされ、その光が透光部17である透明や乳白色の壁部分を通して充電部20の輪郭を認識されるようにし、電源供給装置側の充填ガンを充電部20に素早く正確に接続操作可能となる。
(作動)次に、以上のLED照明装置の主な作動ないしは利点を明らかにする。まず、LED照明装置1は、LED素子3の発光面を被覆体8により覆っていることと、導光体9を被覆部8と一体に形成しているため、従来LED構造体に対し導光体9の組み付け作業を省略できると共に優れた防水・防塵効果が得られる。また、導光体9は、基板2のほぼ全体を覆っている被覆体8に一体化されているため、被覆体8との結合状態を安定保持できる。これらは、LED照明装置1が自動車の内装部以外に外装部に用いられる場合にも不用意な故障を未然に防いで品質や信頼性を向上できるようにする。
 また、導光体9は、長尺で柔軟性を有していることから、図6(a)~(c)の使用例のごとく取付相手形状に追従して配置可能となり、配置自由度を拡大できる。具体的には、LED照明装置1として、導光体9がLED素子3の射出光を伝達する発光伝達通路の輝きにより点状ではなく、図6(a)~(c)のごとく透光部17を介してリング状の輪郭を明るく照らし、それにより例えば充電部20に充電ガンを確実かつ正確に接合操作できるようにする。
(第1実施形態の2つの変形例)図7(a)と(b)は、上記LED照明装置を構成している導光体の形状を変更した変形例1と2を示している。この説明では、上記実施形態と同じ部材や部位に同一符号を付して重複説明を省き、変更点だけを詳述する。
 図7(a)の導光体9Aは断面が矩形で真っ直ぐな棒状に形成されている。これに対し、図7(b)の導光体9Bは断面が矩形で先端側がL形に湾曲形成されている。これらは、例えば自動車の外装部に付設される方向指示器点灯用、ドアミラー点灯用、ボンネットや車室内側の点灯用を想定したものであるが、導光体の形状はこれ以外でも差し支えなく、使用目的や配置部等に応じて任意に設計されるものである。
(第2実施形態)本発明の第2実施形態のLED照明装置1Aは、図8(a)~図9(c)に示されるごとく車体やドアのパネル25に設けられた取付穴25aに対し着脱可能なホールキャップないしはホールプラグを兼ねる構成である。なお、この説明でも、上記実施形態と同じ部材や部位に同一符号を付して重複説明を極力省く。
 すなわち、LED照明装置1Aは、基板2に実装されたLED素子3及び該LED素子3の発光面を覆っている透明の被覆体8Aと、LED素子3の発光面からの射出光を導入し光導出端より導出する導光体9Aとを備えている。また、被覆体8Aは、パネル25の取付穴25aに差し込む差込部8h、及び差込部8hを取付穴25aから抜止可能にする係合部である係合爪8i、並びにフランジ部8jを一体に形成している。
 ここで、被覆体8Aは、図9(b)に示されるごとくLED素子3の発光面と共に、基板2の上面から周囲、更に給電部を除いた下面側を被覆し、加えて係合爪8i付きの差込部8h及びフランジ部8jを一体に形成している。符号8aは基板2の上面側を覆っている上被覆部、符号8bは基板2の周囲を覆っている周囲被覆部、8cは基板2の下面側を覆っている下面被覆部である。下面被覆部8cにはコネクタ5の上端側が埋設されている。つまり、コネクタ5は、上端側が下面被覆部8cで覆われた状態で基板2に立設されている。コネクタ5内の絶縁体6や給電端子7は図示を省略している。
 差込部8hは、下面被覆部8cに一体化された状態で被覆部8Aと所定の隙間S1を保って概略有底筒状に突出されている。差込部8hの先端外周にはフランジ部8jが傘状に一体化されている。フランジ部8jは、差込部8hを取付穴25aに差し込んだ際にパネル25の上面に弾性圧接し、その圧接状態で取付穴25aに対する差込部8hの過剰な差込量を規制したり、取付穴25aから液などの浸入を阻止可能にする。差込部8hの外周には係合爪8iが突出されている。係合爪8iは、図9(c)のごとく差込部hを取付穴25aに差し込む過程で縮径変位し、取付穴25aを通過したときに元の状態に弾性復帰して取付穴25aに対し抜止可能に弾性係合する。なお、係合爪8iは、差込部8hの全周に突出しているが、差込部8hの複数箇所に突出する構成でも差し支えない。
 導光体9Aは、上被覆部8aのうち、LED素子3の発光面を覆っている箇所に凸状に一体化されている。そして、導光体9Aは、LED素子3の発光面を覆っている内側が光導入端、外端面が平面の光導出端9aであり、LED素子3の発光面からの射出光を光導入端より導入し、光導出端側から外へ向けて光を照射する。
 以上のLED照明装置1Aは、使い方の一例としてホールキャップないしはホールプラグを兼ねる構成であり、ドアが開いたときにLED素子3の光を導光体9aを介して照射して後方にくる車や人にドアの開状態を分かるよう警告して安全性を向上する。LED照明装置1Aは、この点で特許文献2と同様であるが、文献2の構成に比べて簡易かつ低コストで提供できる。
(第2実施形態の変形例)図8(b)と図10(a)~(c)は、上記LED照明装置1Aを構成している被覆体の形状及びコネクタ5を省略した変形例を示している。この説明でも、上記各実施形態と同じ部材や部位に同一符号を付して重複説明を極力省く。
 この変形例は、第2実施形態のLED照明装置1Aに比べ被覆部8Aと差込部8hの間の隙間S2が狭くなっている点、導光体9Bの光導出端9aが平面ではなく球面つまり凹状に形成されている点、上記コネクタ5が省略されている点などで異なっている。このうち、隙間S2の大きさは差込部8hの形状などに応じて設計される。光導出端9aは、凹状ないしは凹レンズ状に形成されていると光の拡散効果が期待できる。コネクタ5はこの例のごとく省略可能であり省略によりコスト低減が図られる。
 なお、以上の本発明は、請求項で特定される構成を備えておればよく、細部は以上の各実施形態や変形例を参考にして更に変更したり展開可能なものである。その例として、第1実施形態の用途としては、LED照明装置を電気自動車の給電口であるエネルギー注入口に使用した例を挙げたが、これに限られずガソリン車であればエネルギー注入口として給油口の照明用であってもよく、更にトランクや車室内の照明用でもよい。
 第2実施形態の用途としては、自動車のドアパネルに限られず、車体パネルの取付穴に着脱されるホールキャップないしはホールプラグでも差し支えない。また、基板に実装されたLED素子つまりLED構造体としては表面実装型以外にも、砲弾型の頭部形状を工夫することで砲弾型への適用も可能である。
 1・・・・・LED照明装置
 1A・・・・LED照明装置(ホールキャップ)
 2・・・・・基板
 3・・・・・LED素子
 4・・・・・抵抗
 5・・・・・コネクタ
 6・・・・・絶縁体
 7・・・・・給電端子(給電部)
 8・・・・・被覆体
 8A・・・・被覆体
 8a・・・・基板上面側被覆部
 8b・・・・基板周囲側被覆部
 8c・・・・基板下面側被覆部
 8h・・・・差込部
 8i・・・・係合爪(係合部)
 8j・・・・フランジ部
 9・・・・・導光体
 9A・・・・導光体
 9B・・・・導光体
 10・・・・ケース(エネルギー注入部)
 11・・・・筒部
 12・・・・フランジ
 13・・・・縦壁
 13a・・・係止部
 14・・・・軸部
 15・・・・溝部
 16・・・・枠部
 17・・・・透光部
 18・・・・カバー(19はヒンジ)
 20・・・・充電部
 25・・・・パネル(25aは取付穴)
 30・・・・射出成形型(31はキャビティ)
 S1・・・・隙間
 S2・・・・隙間
 SD・・・・半田
 
 なお、2020年1月22日に出願された日本国特願2020-008489号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
 

Claims (8)

  1.  自動車の外装部や内装部に配設されて、基板に実装されたLED素子及び該LED素子の発光面を覆っている透明の被覆体と、前記LED素子の発光面からの射出光を光導入端より導入し光伝達通路として機能する導光体とを備えたLED照明装置であって、
     前記導光体が前記被覆体と共に透明の樹脂材を用いて前記基板に実装されたLED素子にインサート成形により一体化していることを特徴とするLED照明装置。
  2.  前記被覆体は、前記LED素子の発光面と共に前記基板の上面から周囲、更に給電部を除いた下面側を被覆していることを特徴とする請求項1に記載のLED照明装置。
  3.  前記導光体は長尺状又は凸状に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のLED照明装置。
  4.  前記導光体は柔軟性を有していることを特徴とする請求項1から3の何れか1に記載のLED照明装置。
  5.  前記被覆体及び前記導光体はポリオレフィン系ポリマーにより形成されていることを特徴とする請求項1から4の何れか1に記載のLED照明装置。
  6.  前記導光体は自動車外装部に設けられた給電口又は給油口であるエネルギー注入口に配されることを特徴とする請求項1から5の何れか1に記載のLED照明装置。
  7.  前記被覆体は、車体パネル又はドアパネルに設けられた取付穴に差し込む差込部、及び前記差込部を前記取付穴から抜止可能にする係合部を一体に形成していることを特徴とする請求項1から5の何れか1に記載のLED照明装置。
  8.  前記取付穴に対し着脱可能に装着されるホールキャップないしはホールプラグを兼ねることを特徴とする請求項7に記載のLED照明装置。
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