JP2017010948A - 照明装置、および車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】包囲壁部材と基板との間における気密性、外部応力や熱衝撃に対する耐性、および光の取り出し効率の向上を図ることができる照明装置、および車両用灯具を提供することである。【解決手段】実施形態に係る照明装置は、本体部に設けられた基板と；前記基板の表面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；樹脂を含み、前記基板と前記包囲壁部材との間に設けられた第１の部分と、前記包囲壁部材の外側に設けられ、前記包囲壁部材の外壁の少なくとも一部を覆い、前記基板側になるに従い前記包囲壁部材の外壁から離れる方向に傾斜した凹状の曲面を有する第２の部分と、を有する接合部と；を具備している。【選択図】図３

Description

後述する実施形態は、概ね、照明装置、および車両用灯具に関する。

基板と、基板上に実装された複数の発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）と、複数の発光ダイオードを包囲するようにして基板上に設けられた円環状の包囲壁部材と、円環状の包囲壁部材の内側に充填された封止部材と、を備えた照明装置がある。
この様な照明装置においては、接着剤を用いて、包囲壁部材の一方の端面と基板とを接着するようにしている。

この様な場合、接着剤の塗布量にバラツキがあると、包囲壁部材と基板との間において接着剤が不足する部分が生じる。そして、接着剤が不足する部分が生じると接合強度（固着強度）にバラツキが生じ、外部応力や熱衝撃に対し部分的に弱い部分が形成される。そのため、包囲壁部材と基板との間における気密性が低下し、水分・ガスの侵入による性能低下や、封止部材の剥離に伴う導通不良などが発生するおそれがある。
また、包囲壁部材の内側に露出する基板の面積が小さいほうが、光の取り出し効率が高くなる。この場合、複数の発光ダイオードの実装や、包囲壁部材の接着の際に、それぞれの位置にバラツキが生じ得るため、複数の発光ダイオード同士の間や、複数の発光ダイオードと包囲壁部材との間には隙間が必要となる。そのため、包囲壁部材の内側に露出する基板の面積を小さくすることができず、光の取り出し効率を向上させることが難しいという問題もある。

特開２０１３−２５９３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、包囲壁部材と基板との間における気密性、外部応力や熱衝撃に対する耐性、および光の取り出し効率の向上を図ることができる照明装置、および車両用灯具を提供することである。

実施形態に係る照明装置は、本体部に設けられた基板と；前記基板の表面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；樹脂を含み、前記基板と前記包囲壁部材との間に設けられた第１の部分と、前記包囲壁部材の外側に設けられ、前記包囲壁部材の外壁の少なくとも一部を覆い、前記基板側になるに従い前記包囲壁部材の外壁から離れる方向に傾斜した凹状の曲面を有する第２の部分と、を有する接合部と；を具備している。

本発明の実施形態によれば、包囲壁部材と基板との間における気密性、外部応力や熱衝撃に対する耐性、および光の取り出し効率の向上を図ることができる照明装置、および車両用灯具を提供することができる。

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。 本実施の形態に係る照明装置１を例示するための模式分解図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 第３の部分２８ｃの形態を例示するための模式断面図である。 第３の部分２８ｃの形態を例示するための模式断面図である。

実施形態に係る発明は、本体部に設けられた基板と；前記基板の表面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；樹脂を含み、前記基板と前記包囲壁部材との間に設けられた第１の部分と、前記包囲壁部材の外側に設けられ、前記包囲壁部材の外壁の少なくとも一部を覆い、前記基板側になるに従い前記包囲壁部材の外壁から離れる方向に傾斜した凹状の曲面を有する第２の部分と、を有する接合部と；を具備した照明装置である。
この照明装置によれば、包囲壁部材と基板との間における気密性、外部応力や熱衝撃に対する耐性、および光の取り出し効率の向上を図ることができる。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１、図２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。
なお、図１は照明装置１の模式斜視図、図２は照明装置１の模式分解図である。
また、図１、および図２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３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。

図１、および図２に示すように、照明装置１には、本体部１０、発光部２０、給電部３０、およびソケット４０が設けられている。

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。

フランジ部１２は、円板状を呈し、一方の面には収納部１１が設けられ、他方の面にはフィン１３が設けられている。
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。

本体部１０は、発光部２０および給電部３０などを収納する機能と、発光部２０や給電部３０で発生した熱を照明装置１の外部に放出する機能とを有する。
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。
また、本体部１０の主要部分を導電性材料で構成する場合は、給電端子３１と本体部１０の導電性材料との間の電気的絶縁を確保するため、給電端子３１の周囲を絶縁材料（図示しない）で覆い、更に、その周囲に導電性材料を配置する構成としても良い。絶縁材料は、例えば、樹脂などであって、熱伝導率が高い材料が好ましい。また、本体部１０には、車両用灯具に脱着可能な取り付け部が設けられても良い。

図３に示すように、発光部２０には、基板２１、発光素子２２、包囲壁部材２６、封止部２７、および接合部２８が設けられている。
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の材料や構造には特に限定はない。例えば、基板２１は、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどの無機材料（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などから形成することができる。また、基板２１は、金属板の表面を絶縁体で被覆したものであってもよい。なお、金属板の表面を絶縁体で被覆する場合には、絶縁体は、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。

この場合、発光素子２２の発熱量が多い場合には、放熱の観点から熱伝導率の高い材料を用いて基板２１を形成することが好ましい。熱伝導率の高い材料としては、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミックス、高熱伝導性樹脂、金属板の表面を絶縁体で被覆したものなどを例示することができる。
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、基板２１の表面に設けられた配線パターン２４の上に複数実装されている。
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。

発光素子２２の下面に設けられた電極は、銀ペーストなどの導電性の熱硬化材を介して配線パターン２４に設けられた図示しない実装パッドと電気的に接続されている。発光素子２２の上面に設けられた図示しない電極は、配線２５を介して配線パターン２４に設けられた図示しない配線パッドと電気的に接続されている。

発光素子２２は、例えば、発光ダイオード、有機発光ダイオード、レーザダイオードなどとすることができる。
発光素子２２の光の出射面は、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、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。

配線パターン２４は、基板２１の少なくとも一方の表面に設けられている。
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、発光素子２２の上面に設けられた図示しない電極と、配線パターン２４に設けられた図示しない配線パッドとを電気的に接続する。
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。

配線２５は、例えば、超音波溶着または熱溶着により、発光素子２２の上面に設けられた図示しない電極と、配線パターン２４に設けられた図示しない配線パッドとに電気的に接続される。配線２５は、例えば、ワイヤボンディング法を用いて、発光素子２２の上面に設けられた図示しない電極と、配線パターン２４に設けられた図示しない配線パッドとに電気的に接続することができる。

その他、発光素子２２に流れる電流を制御する図示しない制御素子などの回路部品を適宜設けることができる。図示しない制御素子などの回路部品は、配線パターン２４上に実装することができる。

包囲壁部材２６は、複数の発光素子２２を取り囲むようにして、基板２１上に設けられている。包囲壁部材２６は、例えば、環状形状を有し、中央部２６ａに複数の発光素子２２が露出するようになっている。
包囲壁部材２６の形状は、その他に、楕円形状や、四角形、六角形、八角形等の多角形状としてもよく、特に、形状には限定されない。
包囲壁部材２６は、例えば、ＰＢＴ（polybutylene terephthalate）やＰＣ（polycarbonate）などの樹脂や、セラミックスなどから形成することができる。
また、包囲壁部材２６の材料を樹脂とする場合には、酸化チタンなどの粒子を混合して、発光素子２２から出射した光に対する反射率を向上させるようにすることができる。
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。

包囲壁部材２６の中央部２６ａ側の側壁面は斜面となっている。発光素子２２から出射した光の一部は、包囲壁部材２６の中央部２６ａ側の側壁面で反射されて、照明装置１の正面側に向けて出射される。すなわち、包囲壁部材２６は、リフレクタの機能を併せ持つものとすることができる。なお、包囲壁部材２６の形態は、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。

封止部２７は、包囲壁部材２６の中央部２６ａに設けられている。封止部２７は、包囲壁部材２６の内側を覆うように設けられている。
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２６の中央部２６ａ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。

包囲壁部材２６の中央部２６ａに樹脂を充填すれば、発光素子２２、包囲壁部材２６の中央部２６ａに露出する配線パターン２４、および配線２５などに対する外部からの機械的な接触を抑制することができる。また、空気・水分などが、発光素子２２、包囲壁部材２６の中央部２６ａに露出する配線パターン２４、および配線２５などに付着することを抑制することができる。そのため、照明装置１に対する信頼性を向上させることができる。

また、封止部２７には、蛍光体を含めることができる。蛍光体は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体（イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）とすることができる。
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。

接合部２８は、包囲壁部材２６と、基板２１とを接合する。
なお、接合部２８に関する詳細は、後述する。

給電部３０には、複数の給電端子３１が設けられている。
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。

なお、給電端子３１の数、配置、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、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の内側に設けることができる。

ソケット４０は、本体部１０の基板２１が設けられる側とは反対の側に露出している複数の給電端子３１の端部に嵌め合わされる。
ソケット４０には、図示しない電源などが電気的に接続されている。
そのため、ソケット４０を給電端子３１の端部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。

次に、接合部２８についてさらに説明する。
図３に示すように、接合部２８は、第１の部分２８ａ、第２の部分２８ｂ、および第３の部分２８ｃを有している。
第１の部分２８ａ、第２の部分２８ｂ、および第３の部分２８ｃは、一体に形成されている。

第１の部分２８ａは、包囲壁部材２６と、基板２１との間に設けられている。
第１の部分２８ａは、膜状を呈している。

第２の部分２８ｂは、包囲壁部材２６の外壁２６ｂの外側に設けられ、包囲壁部材２６の外壁２６ｂの少なくとも一部を覆っている。
第２の部分２８ｂの厚み寸法Ｔｂは、第１の部分２８ａの厚み寸法Ｔａよりも長くなっている。
第２の部分２８ｂの厚み寸法Ｔｂ、および第２の部分２８ｂの幅寸法Ｗｂには、特に限定はない。

なお、第２の部分２８ｂの厚み寸法Ｔｂは、基板２１の表面から、包囲壁部材２６の外壁２６ｂに付着した最も高い位置までの寸法である。
第２の部分２８ｂの幅寸法Ｗｂは、包囲壁部材２６の外壁２６ｂから、基板２１の表面に付着した外壁２６ｂから最も遠い位置までの寸法である。

第２の部分２８ｂの幅寸法Ｗｂ、および第２の部分２８ｂの厚み寸法Ｔｂを長くすれば、包囲壁部材２６と、基板２１との間における接合強度（固着強度）を高くすることができる。ただし、第２の部分２８ｂの幅寸法Ｗｂ、および第２の部分２８ｂの厚み寸法Ｔｂを余り長くすると、包囲壁部材２６の外側に設けられる回路部品などとの間の距離が長くなりすぎて照明装置１の小型化が図れなくなるおそれがある。そのため、第２の部分２８ｂの幅寸法Ｗｂ、および第２の部分２８ｂの厚み寸法Ｔｂは、必要となる接合強度（固着強度）に応じてなるべく短くすることが好ましい。

第２の部分２８ｂは、基板２１側になるに従い包囲壁部材２６の外壁２６ｂから離れる方向に傾斜した面２８ｂ１を有している。
面２８ｂ１は、曲面とすることもできるし、平面とすることもできる。また、面２８ｂ１を曲面とする場合には、図３に示したような凹状の曲面とすることもできるし、凸状の曲面とすることもできる。
なお、後述するように、樹脂を硬化させて接合部２８を形成する場合には、面２８ｂ１を凹状の曲面とすることができる。

第３の部分２８ｃは、包囲壁部材２６の内壁２６ｃの内側に設けられ、包囲壁部材２６の内壁２６ｃの少なくとも一部を覆っている。
第３の部分２８ｃの厚み寸法Ｔｃは、第１の部分２８ａの厚み寸法Ｔａよりも長くなっている。
第３の部分２８ｃの厚み寸法Ｔｃは、第２の部分２８ｂの厚み寸法Ｔｂよりも短くすることができる。
なお、第３の部分２８ｃの厚み寸法Ｔｃは、基板２１の表面から、包囲壁部材２６の内壁２６ｃに付着した最も高い位置までの寸法である。

第３の部分２８ｃは、基板２１側になるに従い包囲壁部材２６の内壁２６ｃから離れる方向に傾斜した面２８ｃ１を有している。
面２８ｃ１は、曲面とすることもできるし、平面とすることもできる。また、面２８ｃ１を曲面とする場合には、図３に示したような凹状の曲面とすることもできるし、凸状の曲面とすることもできる。
なお、後述するように、樹脂を硬化させて接合部２８を形成する場合には、面２８ｃ１を凹状の曲面とすることができる。

接合部２８（第１の部分２８ａ、第２の部分２８ｂ、および第３の部分２８ｃ）は、シリコーンやエポキシなどの樹脂に酸化チタンなどの粒子を混合させたものからなる。
接合部２８は、発光素子２２から出射した光に対する反射率が基板２１または配線パターン２４よりも高い。
このような材料を用いて接合部２８を形成すれば、発光素子２２から出射した光に対する反射率を基板２１または配線パターン２４よりも高めることができるので、光の取り出し効率を向上させることができる。
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。

接合部２８は、例えば、以下の手順により形成することができる。
まず、シリコーンやエポキシなどの樹脂と、酸化チタンなどの粒子と、溶剤などとを混合し、流動性を有する接合剤を形成する。
次に、ディスペンサなどを用いて、基板２１の所定の位置に接合剤を塗布する。
続いて、塗布された接合剤に包囲壁部材２６を押し付け、包囲壁部材２６の外側および内側に接合剤を流出させる。
この際、包囲壁部材２６の外壁２６ｂおよび包囲壁部材２６の内壁２６ｃに接合剤が這い上がり、面２８ｂ１および面２８ｃ１が形成される。
その後、溶剤などを蒸発させることで接合剤を硬化させ、接合部２８を形成するとともに、接合部２８を介して基板２１と包囲壁部材２６を接合する。
なお、接合剤は、シリコーンやエポキシなどの樹脂を含む接着剤に、酸化チタンなどの粒子を混合させたものとすることもできる。

次に、第３の部分２８ｃについてさらに説明する。
図４および図５は、第３の部分２８ｃの形態を例示するための模式断面図である。
なお、図４および図５は、図３におけるＢ部の模式拡大図である。
図４および図５に示すように、包囲壁部材２６の内壁２６ｃは、光の出射方向（照明装置１の正面方向）に対してほぼ平行となっている。
そのため、発光素子２２から出射し、包囲壁部材２６の内壁２６ｃに入射した光は、照明装置１の正面側に出射されにくくなり、ひいては光取り出し効率の向上が図れなくなるおそれがある。

図４および図５に示すように、第３の部分２８ｃにより、包囲壁部材２６の内壁２６ｃを覆うようにすれば、包囲壁部材２６の内壁２６ｃで反射する光を少なくすることができる。また、前述したように、包囲壁部材２６は、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形成されている。その結果、光取り出し効率を高めることができる。

近年、発光素子２２の厚み寸法Ｔｄが短くなる（発光素子２２の厚みが薄くなる）傾向にある。
また、成形型などを用いて包囲壁部材２６を形成することを考慮すると、内壁２６ｃの高さ寸法Ｈは、ある程度の長さが必要となる。
そのため、図５に示すように、光の出射面である発光素子２２の上面が、内壁２６ｃの上端位置よりも低くなる。

その結果、発光素子２２から出射した光が包囲壁部材２６の内壁２６ｃに入射しやすくなる傾向にある。
本実施の形態においては、第３の部分２８ｃにより、包囲壁部材２６の内壁２６ｃを覆うようにしているので、発光素子２２の厚み寸法Ｔｄが短くなったとしても、光取り出し効率を向上させることが可能となる。

また、一般的には、基板２１の表面は、発光素子２２から出射した光に対する反射率が低い。そのため、第３の部分２８ｃの幅寸法Ｗｃを長くすれば、光取り出し効率を向上させることができる。
なお、第３の部分２８ｃの幅寸法Ｗｃは、包囲壁部材２６の内壁２６ｃから、基板２１の表面に付着した内壁２６ｃから最も遠い位置までの寸法である。

本発明者の得た知見によれば、包囲壁部材２６の内壁２６ｃと発光素子２２の端面との間の距離をＬとした場合に、Ｗｃ≧Ｌ／２とすれば、光取り出し効率の向上を図ることができる。
なお、包囲壁部材２６の内側に露出する基板２１の表面を第３の部分２８ｃにより覆うようにしてもよい。

以上に例示をした実施形態によれば、包囲壁部材と基板との間における気密性、外部応力や熱衝撃に対する耐性、および光の取り出し効率の向上を図ることができる照明装置を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ 照明装置、１０ 本体部、１１ ソケット、２０ 発光部、２１ 基板、２２ 発光素子、２４ 配線パターン、２４ａ 入力端子、２６ 包囲壁部材、２６ａ 中央部、２７ 封止部、２８ 接合部、２８ａ 第１の部分、２８ｂ 第２の部分、２８ｃ 第３の部分、３０ 給電部、３１ 給電端子、４０ ソケット、Ｔａ〜Ｔｃ 厚み寸法、Ｗｂ 幅寸法、Ｗｃ 幅寸法

Claims (5)

1. 本体部に設けられた基板と；
   前記基板の表面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；
   樹脂を含み、前記基板と前記包囲壁部材との間に設けられた第１の部分と、前記包囲壁部材の外側に設けられ、前記包囲壁部材の外壁の少なくとも一部を覆い、前記基板側になるに従い前記包囲壁部材の外壁から離れる方向に傾斜した凹状の曲面を有する第２の部分と、を有する接合部と；
   を具備した照明装置。
2. 前記包囲壁部材は、環状形状、楕円形状、または多角形状を有している請求項１記載の照明装置。
3. 前記接合部は、前記発光素子から出射した光に対する反射率が前記基板または配線パターンよりも高い請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記発光素子は、前記基板の表面に設けられた配線パターンと電気的に接続され、
   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１〜３のいずれか１つに記載の照明装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の照明装置を具備した車両用灯具。

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