(57)【要約】【課題】全方向に均一に光を照射することができるとともに、放熱性を高めてＬＥＤチップの光量と耐久寿命の低下を防ぐことができるＬＥＤランプを提供すること。【解決手段】中空の三角錐台状に成形されたベース部材６と、該ベース部材６の上面と側面に直接実装された複数のＬＥＤチップ８と、ベース部材６の外表面に接着されたフレキシブル基板９とを備え、該フレキシブル基板９に形成された配線パターン１０と各ＬＥＤチップ８とをワイヤーボンディングによって電気的に接続して成るＬＥＤモジュール２と、該ＬＤモジュール２の周囲を覆う光学レンズ３と、ＬＥＤモジュール２のベース部材６の底面を貫通して一部が該ベース部材６の内部に差し込まれたリジッド基板４と、を備え、リジッド基板４の配線パターン１１とフレキシブル基板９の配線パターン１０とを接続するとともに、ベース部材６の内部に熱伝導性樹脂５を充填してＬＥＤランプ１を構成する。【選択図】図２
2015099640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性の高い金属によって中空錐台状に成形されたベース部材と、該ベース部材の上面と側面に直接実装された複数のＬＥＤチップと、前記ベース部材の外表面に接着されたフレキシブル基板とを備え、該フレキシブル基板に形成された配線パターンと前記各ＬＥＤチップとを電気的に接続して成るＬＥＤモジュールと、
該ＬＤモジュールの周囲を覆う光学レンズと、
前記ＬＥＤモジュールの前記ベース部材の底面を貫通して一部が該ベース部材の内部に差し込まれたリジッド基板と、
を備え、前記リジッド基板に形成された配線パターンと前記フレキシブル基板の配線パターンとを接続するとともに、前記ベース部材の内部に熱伝導性樹脂を充填したことを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項２】
前記ベース部材から延びて前記リジッド基板へと接続される前記フレキシブル基板の延長部の長さを、リジッド基板を前記ベース部材に対して位置決めする値に設定したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤランプ。
【請求項３】
前記ベース部材の底面に、前記リジッド基板が嵌合する貫通孔を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とするウェッジベース型のＬＥＤランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両にはフィラメントが発光する白熱電球が専ら使用されてきたが、近年、省電力で高輝度、且つ、長寿命であるＬＥＤを光源として用いるＬＥＤランプが使用されてきている。特に、車両用ＬＥＤランプには、ウェッジベース型の小型ランプが白熱電球の代替品として多用され、取り付けに関しては白熱電球と交換可能な互換品として商品化されている。
【０００３】
ところで、ＬＥＤは上記特長を有する反面、これから出射される光は指向性が強いため、広い領域に亘って均一に照明することができないという問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１には、図８の側断面図に示すように、２枚の基板２１を背中合わせに配置し、各基板２１に複数（図示例では各２つ）のＬＥＤ２２をそれぞれ実装したＬＥＤランプ２０が提案されている。
【０００５】
しかしながら、上記ＬＥＤランプ２０においては、各ＬＥＤ２２からの出射光の照射方向が２方向に限定され、他の方向には光が届かないため、全方向を均一に照明することができないという問題がある。
【０００６】
そこで、特許文献２には、図９の縦断面図に示すように、多角錐状の支持体３１の外表面に基板３２を取り付け、この基板３２に複数の発光モジュール３３を実装するとともに、支持体３１の内部に断熱材３４を充填して成る照明装置３０が提案されている。
【０００７】
又、特許文献３には、図１０の縦断面図に示すように、熱伝導性の高いアルミニウム等の金属から成る支持部４１の上面と周面に複数のＬＥＤ４２を直接実装して成るＬＥＤランプ４０が提案されている。
【０００８】
而して、特許文献２、３において提案された照明装置３０やＬＥＤランプ４０によれば、ほぼ全方向に亘って光が照射されるため、全方向を均一に照明することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２７７４７９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３４４４２号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３５３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２において提案された照明装置３０においては、ＬＥＤモジュール３３は基板３２上に実装されているため、ＬＥＤモジュール３３で発生した熱が基板３２を経て支持体３１へと伝導する。このため、熱の伝導性が悪い上、支持体３１がポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂等の熱伝導率の低い材料で構成され、しかも、支持体３１の内部に断熱材３４が充填されているため、放熱性が悪く、発光モジュール３３を効率良く冷却してその温度上昇を低く抑えることができないという問題がある、
又、特許文献３において提案されたＬＥＤランプ４０においては、ＬＥＤ４２が熱伝導率の高い金属から成る支持部４１の外表面に直接実装されているために、ＬＥＤ４２で発生した熱の支持部４１への熱伝導性は良いが、支持部４１の内部が空洞であって、その内部が熱伝導率の低い空気で満たされているために放熱性が悪く、ＬＥＤ４２の温度が上昇して発光時間の経過と共に光量低下を招く他、ＬＥＤ４２自体の耐久寿命の低下を招くという問題がある。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、全方向に均一に光を照射することができるとともに、放熱性を高めてＬＥＤチップの光量と耐久寿命の低下を防ぐことができるＬＥＤランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１記載のＬＥＤランプは、
熱伝導性の高い金属によって中空錐台状に成形されたベース部材と、該ベース部材の上面と側面に直接実装された複数のＬＥＤチップと、前記ベース部材の外表面に接着されたフレキシブル基板とを備え、該フレキシブル基板に形成された配線パターンと前記各ＬＥＤチップとを電気的に接続して成るＬＥＤモジュールと、
該ＬＤモジュールの周囲を覆う光学レンズと、
前記ＬＥＤモジュールの前記ベース部材の底面を貫通して一部が該ベース部材の内部に差し込まれたリジッド基板と、
を備え、前記リジッド基板に形成された配線パターンと前記フレキシブル基板の配線パターンとを接続するとともに、前記ベース部材の内部に熱伝導性樹脂を充填して成ることを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ベース部材から延びて前記リジッド基板へと接続される前記フレキシブル基板の延長部の長さを、リジッド基板を前記ベース部材に対して位置決めする値に設定したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ベース部材の底面に、前記リジッド基板が嵌合する貫通孔を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、中空錐台状のベース部材の上面と側面に実装された複数のＬＥＤチップから全方向に向けて光が出射するため、全方向に均一に光を照射することができる。又、ＬＥＤチップを熱伝導性の高い金属から成るベース部材の上面と側面に基板を介することなく直接実装するとともに、ベース部材の内部に熱伝導性樹脂を充填したため、各ＬＥＤチップで発生した熱がベース部材と熱伝導性樹脂を経てリジッド基板に効率良く伝導し、リジッド基板から周囲に効率良く放熱される。このため、各ＬＥＤチップが効率良く冷却されてその温度上昇が低く抑えられ、各ＬＥＤチップの光量と耐久寿命の低下が防がれる。、
請求項２記載の発明によれば、ベース部材から延びてリジッド基板へと接続されるフレキシブル基板の延長部によってリジッド基板をベース部材に対して正確に位置決めすることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、ベース部材の底面に形成された貫通孔にリジッド基板を嵌合させることによって、該リジッド基板をベース部材に対して確実に回り止めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るＬＥＤランプの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明に係るＬＥＤランプの光学レンズを取り外した状態を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るＬＥＤランプのＬＥＤモジュールの展開図である。
【図５】本発明に係るＬＥＤランプのＬＥＤモジュールの側面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図７】本発明に係るＬＥＤランプにおけるＬＥＤチップの配線図である。
【図８】特許文献１において提案されたＬＥＤランプの側断面図である。
【図９】特許文献２において提案された照明装置の縦断面図である。
【図１０】特許文献３において提案されたＬＥＤランプの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明に係るＬＥＤランプの平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は同ＬＥＤランプの光学レンズを取り外した状態を示す斜視図、図４は同ＬＥＤランプのＬＥＤモジュールの展開図、図５は同ＬＥＤモジュールの側面図、図６は図５のＢ−Ｂ線拡大断面図、図７はＬＥＤチップの配線図である。
【００２０】
本発明に係るＬＥＤランプ１は、口金を有しないウェッジベース型の小型ランプであって、図１及び図２に示すように、ＬＥＤモジュールと、該ＬＥＤモジュール２の周囲を覆う光学レンズ３と、前記ＬＥＤモジュール２の後述のベース部材６の底面を貫通して一部が該ベース部材の内部に差し込まれたリジッド基板４を備え、前記ベース部材６の内部に熱伝導性樹脂５（図２参照）を充填することによって構成されている。
【００２１】
上記ＬＥＤモジュール２は、熱伝導性の高い銅等の金属によって中空の三角錐台状に成形されたベース部材６と、該ベース部材６の上面と３つの斜面状の側面に導電性フィラー７（図６参照）を用いてそれぞれ直接実装されたＬＥＤチップ８と、前記ベース部材６の外表面に接着されたフレキシブル基板９とを備え、該フレキシブル基板９に形成された配線パターン１０と前記各ＬＥＤチップ８とを図６に示すようにワイヤーボンディングによって電気的に接続して構成されている。ここで、フレキシブル基板９とリジッド基板４には、配線パターン１０、１１が銅箔のプリント等によってそれぞれ形成されており、図６に示すように、フレキシブル基板９に形成された配線パターン１０とＬＥＤチップ８の電極（Ｐ，Ｎ）８ａとがワイヤー１２を用いて接続されることによって（ワイヤーボンディング）、前述のように配線パターン１０とＬＥＤチップ８とが電気的に接続される。
【００２２】
ここで、ベース部材６は、これを折り曲げて組み立てる前の状態では、板厚０．５ｍｍの銅板を図４に示す形状に打ち抜き、打ち抜かれた銅板を折り曲げることによって図３に示すように中空の三角錐台状に成形される。ここで打ち抜かれた銅板には、組立後はベース部材６の上面となる小さな１つの三角形部分６Ａと、ベース部材６の側面となる３つの台形部分６Ｂが形成されており、これらの三角形部分６Ａと台形部分６Ｂとは別に、組立後はベース部材６の底面となる大きな三角形部分６Ｃが小さな三角形部分６Ａと台形部分６Ｂとは切り離された状態で独立に形成されている。そして、互いに連なる三角形部分６Ａと台形部分６Ｂの境界には、この境界部分で折り曲げられるように複数のスリット６ａがそれぞれ形成されている。又、三角形部分６Ａと台形部分６Ｂとは切り離されて独立に形成された大きな三角形部分（組立後にベース部材６の底面となる部分）６Ｃの中央部には、前記リジッド基板４が嵌合するための長方形の貫通孔６ｂが形成されている。尚、三角形部分６Ｃは、三角形部分６Ａと台形部分６Ｂの関係と同様に複数のスリットを介して接続されていても良い。
【００２３】
そして、打ち抜かれた平面状の銅板の互いに連なる三角形部分６Ａと台形部分６Ｂの表面（組み立てられたベース部材６の外表面となる面）には、図４に示すように、配線パターン１０が予め形成されたフレキシブル基板９が接着されるとともに、各ＬＥＤチップ８が熱伝導フィラー７（図６参照）によって直接実装される。その後、各ＬＥＤチップ８とフレキシブル基板９の配線パターン１０とが前述のように（図６参照）ワイヤーボンディングによって電気的に接続される。このように各ＬＥＤチップ８とフレキシブル基板９の配線パターン１とが電気的に接続されると、図７に示すように、直列の接続された各２つずつのＬＥＤチップ８同士が互いに並列に接続される電気回路が形成される。この場合の各ＬＥＤチップ８とフレキシブル基板９の配線パターン１０とのワイヤーボンディングによる電気的な接続は、平面上での作業となるため、作業性が良く、高い作業効率が得られる。
【００２４】
次に、図４に示すように互いに連なって平面状を成す銅板を三角形部分６Ａと台形部分６Ｂの境界部分（スリット６ａが形成された部分）で、表面（フレキシブル基板９が接着され、且つ、ＬＥＤチップ８が実装された側の面）が外側になるように折り曲げると、図３及び図５に示すように、下面が開口する三角錐台状のベース部材６が得られる。三角形部分６Ｃが台形部分６Ｂと接続されている場合は、下面が開口するように、三角形部分６Ｃと台形部分６Ｂの接続部を折り曲げず次の工程に進む。ここで、フレキシブル基板９の一部は、図４に示すように、ベース部材６の外へと延びて延長部９ａを構成しており、この延長部９ａと前記リジッド基板４とが接続され、フレキシブル基板９の配線パターン１０とリジッド基板４の配線パターン１１とが電気的に接続される。
【００２５】
そして、この状態から、図２に示すように、ベース部材６の下面開口部からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂等の熱伝導樹脂５を低圧封止によって充填し、ベース部材６の下面開口部を銅板の三角形部分６Ｃ（図４参照）で覆い、熱伝導樹脂５をベース部材６の内部に閉じ込めると、図３に示すような三角錐台状のＬＥＤモジュール２が得られる。三角形部分６Ｃと台形部分６Ｂが接続されている場合は、熱伝導樹脂５を充填した後に三角形部分６Ｃと台形部分６Ｂを折り曲げて底面を塞ぐ。
【００２６】
その後、図２に示すように、リジッド基板４の上端部をベース部材６の底面に形成された長方形の貫通孔６ｂ（図４参照）に嵌合させてベース部材６の内部へと押し込めば、熱伝導性樹脂５が冷却されて固化することによってリジッド基板４のベース部材６の内部に差し込まれた上端部が熱伝導性樹脂５を介してベース部材６に垂直に固定される（図２参照）。この場合、リジッド基板４をベース部材６の内部に差し込めば、該リジッド基板４に接続されたフレキシブル基板９の延長部９ａが図２に示すように緊張するが、フレキシブル基板９の延長部９ａの長さは、これがリジッド基板４によって弛み無く緊張された状態でリジッド基板４をベース部材６に対して所定の位置に位置決めする長さに設定されている。従って、リジッド基板４をフレキシブル基板９の延長部９ａが弛み無く緊張するまでベース部材６の内部へと押し込めば、該リジッド基板４がベース部材６に対して正確に位置決めされる。尚、本実施の形態では、リジッド基板４は、厚さ２ｍｍの細長い矩形板状に成形されており、そのベース部材６から延出する端部は、不図示のソケットを介して１２Ｖ電源に接続されている。
【００２７】
以上のように構成されるＬＥＤモジュール２においては、三角錐台状のベース部材６の上面と３つの側面にＬＥＤチップ８がそれぞれ配置されるが、図１及び図２に示すように、ＬＥＤモジュール２の周囲は半球状の前記光学レンズ３によって覆われている。この光学レンズ３の内面頂部には、図２に示すように、ベース部材６の上面に実装されたＬＥＤチップ８から出射する光を広げて前方（図２の上方）に向けて照射するための凹球面３ａが形成され、この凹球面３ａによって光学レンズ３の頂部には凹レンズが形成されている。又、光学レンズ３の内面のベース部材６の側面に実装された各ＬＥＤチップ８に対向する部分には、各ＬＥＤチップ８から出射する光を広げて側方（１２０°の角度範囲）に向けて照射するためめの凹球面３ｂが形成され、この凹球面３ｂによって光学レンズ３の側部には凹レンズが形成されている。そして、光学レンズ３の内面の凹球面３ａと凹球面３ｂとの境界部分には、内部反射によってＬＥＤチップ８側に戻ってくる光を反射させて前方に向けて照射するための反射膜３ｃが白塗装や２色成型によって形成されている。尚、図１において、破線にて示す１つの円ｃ１と３つの楕円ｃ２は、光学レンズ３の各ＬＥＤチップ８の拡散角に合わせた凹球面３ａ，３ｂの形状を示すラインである。
【００２８】
而して、以上のように構成されたＬＥＤランプ１において、不図示の電源から当該ＬＥＤランプ１に電流が供給されると、リジッド基板４の配線パターン１１からフレキシブル基板９の配線パターン１０を経て計４つのＬＥＤチップ８へと電流が供給され、各ＬＥＤチップ８が駆動されて発光する。この場合、三角錐台状のベース部材６の上面に実装されたＬＥＤチップ８から前方（図２に上方）に向かう光は、光学レンズ３の凹球面３ａによって構成される凹レンズを通過することによって拡散しながら出射し、ベース部材６の斜面状の３つの側面にそれぞれ実装されたＬＥＤチップ８から側方に向かう光は、光学レンズ３の凹曲面３ｂによって構成される凹レンズを通過することによって拡散しながら周囲の１２０°の角度範囲を出射するとともに、内部反射によってＬＥＤチップ８側に戻ってくる一部の光は、光学レンズ３の内面に形成された反射膜３ｃによって反射して前方へと出射する。
【００２９】
従って、本発明に係るＬＥＤランプ１においては、中空の三角錐台状のベース部材６の上面と側面にそれぞれ実装された計４つのＬＥＤチップ８から上方及び側方を含む全方向に向けて光が出射することとなるため、全方向に均一に光を照射することができ、従来の白熱電球と同等の配光特性を得ることができる。
【００３０】
又、本発明に係るＬＥＤランプ１においては、ＬＥＤチップ８を熱伝導性の高い金属から成る三角錐台状のベース部材６の上面と側面に基板を介することなく直接実装するとともに、ベース部材６の内部に熱伝導性樹脂５を充填したため、各ＬＥＤチップ８で発生した熱がベース部材６と熱伝導樹脂５を経てリジッド基板４に効率良く伝導し、リジッド基板４から周囲に効率良く放熱される。このため、各ＬＥＤチップ８が効率良く冷却されてその温度上昇が低く抑えられ、各ＬＥＤチップ８の光量と耐久寿命の低下が防がれる。この結果、ＬＥＤランプ１が容積の小さい小型のものであっても、高い放熱性が確保され、各ＬＥＤチップ８に供給される電流を増やして大きな光量を得ることができる。
【００３１】
更に、本発明に係るＬＥＤランプ１においては、ベース部材６から延びてリジッド基板４へと接続されるフレキシブル基板９の延長部９ａの長さを、リジッド基板４をベース部材６に対して位置決めする値に設定したため、この延長部９ａの弛みがなくなって該延長部９ａが緊張状態となる位置までリジッド基板４をベース部材６の内部へと差し込むことによって、該リジッド基板４をベース部材６に対して正確に位置決めすることができる。
【００３２】
又、本発明に係るＬＥＤランプ１によれば、ベース部材６の底面に形成された貫通孔６ｂにリジッド基板４を嵌合させて該リジッド基板４をベース部材６の内部に差し込むようにしたため、該リジッド基板４をベース部材６に対して確実に回り止めすることができる。
【００３３】
尚、以上の実施の形態においては、ベース部材６を中空の三角錐台状に成形したが、四角錐台以上の多角錐台状或いは円錐台状のベース部材を用いても良い。又、以上の実施の形態では、リジッド基板４のベース部材６への固定を熱伝導性樹脂５によって固定する方式を採用したが、金属スタックとネジ止め等によってリジッド基板４をベース部材６に固定する方式を採用しても良い。更に、ＬＥＤチップ８とフレキシブル基板９との電気的な導通は、ワイヤーボンディングに限らず、導電ペーストの塗布等の接続手段を用いても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１          ＬＥＤランプ
２          ＬＥＤモジュール
３          光学レンズ
３ａ，３ｂ  光学レンズの凹球面
３ｃ        光学レンズの反射膜
４          リジッド基板
５          熱伝導性樹脂
６          ベース部材
６Ａ，６Ｃ  ベース部材の三角形部分
６Ｂ        ベース部材の台形部分
６ａ        ベース部材のスリット
６ｂ        ベース部材の貫通孔
７          導電性フィラー
８          ＬＥＤチップ
８ａ        ＬＥＤチップの電極
９          フレキシブル基板
９ａ        フレキシブル基板の延長部
１０，１１  配線パターン
１２        ワイヤー
【図１】
2015099640.tif 000003
【図２】
2015099640.tif 000004
【図３】
2015099640.tif 000005
【図４】
2015099640.tif 000006
【図５】
2015099640.tif 000007
【図６】
2015099640.tif 000008
【図７】
2015099640.tif 000009
【図８】
2015099640.tif 000010
【図９】
2015099640.tif 000011
【図１０】
2015099640.tif 000012