(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングとレンズとで形成された空間内に、基板に複数のＬＥＤが実装されたＬＥＤ実装基板と、基板に回路部品が実装された回路部品実装基板とが配置されたＬＥＤバルブユニット部を前記ハウジングを介して口金に取り付けると共に、前記レンズは前記ＬＥＤ実装基板を覆うように配置され、該レンズの前記ＬＥＤの上方に位置する部分に開口部が設けられており、前記開口部は該開口部の内周面の断面が前記ＬＥＤバルブの光軸に対して光出射方向に向かって開いた直線、凸形状の曲線及び凹形状の曲線のなかから選ばれた一つであることを特徴とする口金付ＬＥＤバルブ。
【請求項２】
前記ＬＥＤ実装基板はＬＥＤが少なくとも２種以上の異なる高さに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の口金付ＬＥＤバルブ。
【請求項３】
前記ＬＥＤ実装基板と前記回路部品実装基板とは前記ＬＥＤのリード及び／又は前記回路部品のリードによって締結され、且つ両実装基板間の電気的導通が図られていることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の口金付ＬＥＤバルブ。
【請求項４】
前記口金はＨＢ４型、又は、Ｈ１１型を使用することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の口金付ＬＥＤバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、口金付ＬＥＤバルブに関するものであり、詳しくは、ＬＥＤ以外の発光源を光源とする口金付バルブに使用される口金を備えた口金付ＬＥＤバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の白熱バルブ、ハロゲンバルブ或いはＨＩＤバルブ等に使用されているベース（口金）を利用して、ＬＥＤを発光源とする口金付ＬＥＤバルブが提案されている。それは例えば、図５に示すように、回路基板５０の両面にＬＥＤ５１ａ、５１ｂを実装したＬＥＤ実装基板を、口金５２と透明ケース５３と透明上蓋５４とで構成された密閉空間内に配置することによって、従来のタングステンフィラメントに替わるＬＥＤを発光源とする口金付ＬＥＤバルブ５５を実現したものである。
【０００３】
この場合、回路基板５０の両面に実装されているＬＥＤ５１ａ、５１ｂは、回路基板５０の夫々の面側によって方向が異なっている。具体的には、回路基板５０の上面（透明上蓋５４に対向する面）側に実装されたＬＥＤ５１ａは主光出射面を口金付ＬＥＤバルブ５５の前方（照射方向）に向け、回路基板５０の下面（口金５２に対向する面）側に実装されたＬＥＤ５１ｂは主光出射面を口金付ＬＥＤバルブ５５の側方（照射方向に垂直な方向）に向けられている。
【０００４】
そして、回路基板５０の上面側に実装されたＬＥＤ５１ａから出射された光は上方の透明上蓋５４内を導光されて口金付ＬＥＤバルブ５５の前方に向かって放出され、回路基板５０の下面側に実装されたＬＥＤ５１ｂから出射された光は側方の透明ケース５３内を導光されて口金付ＬＥＤバルブ５５の横方に向かって放出される。
【０００５】
そこで、上記構成の口金付ＬＥＤバルブを該口金付ＬＥＤバルブを包囲するようにリフレクタに取り付けて灯体を構成する場合、口金付ＬＥＤバルブから横方に向かって放出された光はリフレクタで反射されて口金付ＬＥＤバルブの前方に向けられ、口金付ＬＥＤバルブの照射光となって外部に放出される。つまり、口金付ＬＥＤバルブから出射した光が照射光として有効に利用されることになり、光の利用効率の高い灯体を実現することができる。
【０００６】
また、外部から供給される電力をＬＥＤバルブに導入する電極と、ＬＥＤバルブの実装に係わるソケットとの両方の機能が求められる口金には、従来のタングステンフィラメントを発光源とするバルブに使用されている口金をそのまま採用している。よって、従来の口金付バルブと互換性のある口金付ＬＥＤバルブを実現するに当たっては従来の口金を共用しているために新たな投資コストが発生することがなく、容易にＬＥＤ光源の優位性を生かすことができる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】登録実用新案第３１０６５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記構成の口金付ＬＥＤバルブに於いては、該口金付ＬＥＤバルブをリフレクタに実装したときに口金付ＬＥＤバルブを包囲するリフレクタにＬＥＤ光が向かうように、ＬＥＤが回路基板の下面側に、該ＬＥＤの主光出射面を口金付ＬＥＤバルブの側方に向けて実装されている。
【０００８】
そのため、ＬＥＤ実装基板では回路基板の両面にＬＥＤが実装されることになり、ＬＥＤの実装数が多くなると共に実装工数も増えてコストアップの要因となる。
【０００９】
また、ＬＥＤから出射する光は指向性を有しており、回路基板の下面側に放射状に実装されたＬＥＤから出射されてリフレクタに至るＬＥＤ光には連続性がなく、リフレクタに口金付ＬＥＤバルブを取り付けた灯体から放出される照射光（ＬＥＤからの直接光とリフレクタで反射された反射光との合成光）は輝度ムラを含んだものとなる。
【００１０】
また、１素子当たりの発光光量が少ないＬＥＤを発光源として所定の光量を得るためには、ＬＥＤの実装数を増やすことが必要であるが、その場合ＬＥＤバルブの外径が大きくなって互換部品として使用できない場合が生じる可能性がある。
【００１１】
更に、従来の口金付ＬＥＤバルブには回路部品が内蔵されておらず、当然、整流回路のように印加電圧の極性に係わらずＬＥＤを点灯させることができるような手段が施されていない。つまり、従来の口金付ＬＥＤバルブは極性を有するため、口金付ＬＥＤバルブを車両用灯体に取り付けても車種によっては点灯しない場合があることが考えられる。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、ＬＥＤを発光源とする口金付ＬＥＤバルブに於いて、投資コストを殆んどかけないで他の発光源で構成された口金付バルブに対する互換が容易であり、小型で、輝度ムラが少なく、極性を有しない口金付ＬＥＤバルブを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、ハウジングとレンズとで形成された空間内に、基板に複数のＬＥＤが実装されたＬＥＤ実装基板と、基板に回路部品が実装された回路部品実装基板とが配置されたＬＥＤバルブユニット部を前記ハウジングを介して口金に取り付けると共に、前記レンズは前記ＬＥＤ実装基板を覆うように配置され、該レンズの前記ＬＥＤの上方に位置する部分に開口部が設けられており、前記開口部は該開口部の内周面の断面が前記ＬＥＤバルブの光軸に対して光出射方向に向かって開いた直線、凸形状の曲線及び凹形状の曲線のなかから選ばれた一つであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記ＬＥＤ実装基板はＬＥＤが少なくとも２種以上の異なる高さに配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は２の何れか１項において、前記ＬＥＤ実装基板と前記回路部品実装基板とは前記ＬＥＤのリード及び／又は前記回路部品のリードによって締結され、且つ両実装基板間の電気的導通が図られていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３の何れか１項において、前記口金はＨＢ４型、又は、Ｈ１１型を使用することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の口金付ＬＥＤバルブは、複数のＬＥＤが立体的に且つ高密度で配置されたＬＥＤ実装基板と、整流ダイオード、抵抗等の回路部品が実装された回路部品実装基板とを締結してハウジングとレンズとで形成された空間内に配置し、ハウジングをハロゲンランプで使用される口金に取り付けて口金付ＬＥＤバルブを構成した。そして、レンズはＬＥＤ実装基板を覆うように配置され、ＬＥＤの上方に設けられたレンズの開口部を内周面の断面形状が口金付ＬＥＤバルブの光軸Ｘに対して光出射方向に向かって開いた凸形状の曲線とした。
【００２１】
その結果、投資コストを殆んどかけないで光学的及び電気的にハロゲンバルブと互換可能な口金付ＬＥＤバルブを容易に実現することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図４を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００２３】
図１は本発明の口金付ＬＥＤバルブに係わる実施形態を示す断面図である。本実施形態の口金付ＬＥＤバルブ１は、ＬＥＤバルブユニット部２と口金部３（本実施形態ではＨＢ４型口金を使用）とで構成されている。
【００２４】
ＬＥＤバルブユニット部２は、ハウジング４とレンズ５とが嵌合されて内部に空間６が形成され、該空間６内には回路基板７ａにＬＥＤ８ａ〜８ｆを実装したＬＥＤ実装基板と基板７ｂに整流ブリッジ９や抵抗１０等の回路部品を実装した回路部品実装基板とが配置されている。そして、ＬＥＤバルブユニット部２のハウジング４が口金部３の開口空間１１に挿入されて圧入または接着され、口金部３にＬＥＤバルブユニット部２が固定されている。また、ＬＥＤ実装基板及び回路部品実装基板に外部から電力を供給するための給電線１２が該給電線１２の一方の端部を回路基板７ｂに接続され、他方の端部が口金部３内に設けられた給電端子（図示せず）に接続されている。
【００２５】
そこで、上記口金付ＬＥＤバルブの構成要素について詳細に説明する。まず、図２に示すように、ＬＥＤ実装基板１３は、略円形状の回路基板７ａに６個のＬＥＤ８ａ〜８ｆが同一方向を向けて実装されている。
【００２６】
ここで使用される回路基板７ａはガラスエポキシ基板、紙フェノール基板などの樹脂をベースにしたものや、セラミックをベースにしたものなどが可能であり、基板の回路構成、基板が晒される使用環境、基板の特性及びコストなどを考慮して適宜最適な部材が選択される。
【００２７】
また、ＬＥＤ８ａ〜８ｆは砲弾型と称されるものであり一般的な構造は、一列に、且つ平行に配置された複数本のリードフレームのうちの少なくとも１本以上のリードフレームの先端部に導電性部材を介して発光源となるＬＥＤチップが載置され、ＬＥＤチップの下側電極と該ＬＥＤチップが載置されたリードフレームとが電気的に導通されている。一方、ＬＥＤチップの上側電極はボンディングワイヤを介して他のリードフレームに接続され、ＬＥＤチップの上側電極とリードフレームとが電気的に導通されている。そして、ＬＥＤチップを含むリードフレームの先端部が透光性樹脂によって砲弾形に樹脂封止され、ＬＥＤチップの上方に封止樹脂による球面或いは非球面のレンズ面が形成されている。
【００２８】
本実施形態に於いて使用されるＬＥＤ８ａ〜８ｆは具体的には、上記一般的な砲弾型ＬＥＤの構造に基づき、リードフレームのみを一対のリードフレームで構成したものである。なお、ＬＥＤを構成するリードフレームの数は、ＬＥＤの明るさや発光色などの光学特性に基づくＬＥＤチップの使用数や、ＬＥＤチップの素子構造などを考慮して適宜決定される。
【００２９】
なお、本実施形態では光源として砲弾型ＬＥＤを使用しているが、ＬＥＤはこれに限定されるものではなく、表面実装型ＬＥＤ等の他の形状或いは他の実装方法のＬＥＤを使用することも可能である。
【００３０】
そして、回路基板７ａに実装された６個のＬＥＤ８ａ〜８ｆは、回路基板７ａの略中央部に１個、それを囲むように中央部のＬＥＤ８ａを中心とする略同一円上に夫々略等間隔に５個配置されており、これら６個のＬＥＤ８ａ〜８ｆによって口金付ＬＥＤバルブから放出される照射光の配光は口金付ＬＥＤバルブの光軸Ｘを中心とする略点対称に連続的に形成され、よって照射光は輝度バラツキが少なく、口金付ＬＥＤバルブを灯具に組み込んだときの配光制御を容易に行なえるようになっている。
【００３１】
更に、中央部の１個のＬＥＤ８ａは周囲の５個のＬＥＤ８ｂ〜８ｆに対して上方に位置するように配置されており、それによって中央部のＬＥＤ８ａから出射される光が周囲のＬＥＤ８ｂ〜８ｆに阻害されることなく口金付ＬＥＤバルブ１の放出光として活用され、光の利用効率が高められる。
【００３２】
この中央部のＬＥＤ８ａは、フランジ２２を有するＬＥＤである場合、他のＬＥＤ８ｂ〜８ｆのフランジ２２に対して、このフランジ２２の高さ分だけ少なくとも上方にずらすことにより高密度化が可能である。なお、本実施形態ではＬＥＤ８ｂ〜８ｆは、いずれもフランジ２２の高さ位置を同一のものとしている。
【００３３】
また、ＬＥＤ８ａ〜８ｆが立体配置されることによってＬＥＤ８ａ〜８ｆの実装密度が高められ、ＬＥＤ８ａ〜８ｆから出射される光の単位面積当たりの光量が増加すると共に、ＬＥＤ実装基板の小型化が可能になり、これにより後述するレンズ５の外形（ＬＥＤランプユニット部の外形）を口金部３の環状リブ１９の外形と略同一のものとすることができ、従来の口金付バルブに対する互換の可能性を増大させることになる。
【００３４】
このような構成のＬＥＤ実装基板１３と、図１に示すように少なくとも整流ブリッジ９や抵抗１０を実装した回路部品実装基板とがＬＥＤ８ａ〜８ｆのリードや抵抗１０のリードをそのまま使用してＴ字形に締結され、同時に両基板間が電気的に接続されている。整流ブリッジ９は口金付ＬＥＤバルブに印加される電圧の極性に無関係にＬＥＤ８ａ〜８ｆが点灯するように無極性化を図り、抵抗１０はＬＥＤ８ａ〜８ｆに流れる電流を制御する働きをする。
【００３５】
Ｔ字形に一体化されたＬＥＤ実装基板と回路部品実装基板とは、ハウジングとレンズとによって形成された空間内に、ハウジングの環状側壁の端面にＬＥＤ実装基板を当接させた状態で配置されている。
【００３６】
ＬＥＤ実装基板を覆うように配置されるレンズ５は透光性部材で形成され、ＬＥＤ８ａ〜８ｆの上方中央部が開口された環状側壁１４を有する形状をしており、開口部１５の内周面１６の断面形状は、口金付ＬＥＤバルブの光軸Ｘに対してＬＥＤ８ａ〜８ｆの光出射方向に向かって開いた凸形状の曲線からなっている。
【００３７】
レンズ５の開口部１５はＬＥＤ８ａ〜８ｆから発せられる熱を外部に放出する働きも有しており、そのためＬＥＤ８ａ〜８ｆの温度上昇が抑制されることによって一定の発光効率が確保され、ＬＥＤ８ａ〜８ｆの発熱による発光光量の低下が抑制される。
【００３８】
レンズ５と一体化されるハウジング４は非透光性樹脂で形成され、一方の端部が開口され他方の端部が閉口された環状側壁１７の内部に空間を有している。
【００３９】
そして、一体化されたハウジング４とレンズ５とで形成された空間６内にＴ字形に締結されたＬＥＤ実装基板と回路部品実装基板とが配置されたＬＥＤバルブユニット部２が、ハウジング４の閉口部の外周面１８を口金部３の環状リブ１９の内周面２０に圧入または接着して口金部３に固定されている。
【００４０】
回路部品実装基板に一方の端部を接続した給電線１２の他方の端部はハウジング４の閉口部を貫通して口金部３に導入され、口金部３に設けられた給電端子（図示せず）に接続されて外部から供給された電力を口金付ＬＥＤバルブに導くようになっている。
【００４１】
なお、ＬＥＤバルブユニット部はＨ１１型ハロゲンランプの置換え及び明るさの確保を前提に、回路基板に実装されるＬＥＤは直径５ｍｍの砲弾型を採用し、ＬＥＤバルブユニット部の外形は直径１９ｍｍ以内に設定した。
【００４２】
ここで、本実施形態の口金付ＬＥＤバルブの光学系について図３によって説明する。ＬＥＤ実装基板の中央部に位置するＬＥＤ８ａから出射した光のうちの多くの光ｈ〜ｊは、前方に配置されたレンズ５の開口部１５を経て減衰されることなく直接口金付ＬＥＤバルブの外部に放出される。
【００４３】
また、ＬＥＤ実装基板の中央部に位置するＬＥＤ８ａを囲むように配置されたＬＥＤ８ｂ〜８ｆは、ＬＥＤ８ｂ〜８ｆから出射した光のうち一部の光ｋはレンズ５の開口部１５を経て直接口金付ＬＥＤバルブの外部に放出され、一部の光ｌはレンズ５内に入射してレンズ５内を導光されて外部に放出され、一部の光ｍ、ｎはレンズ５内に入射してレンズ５内を導光されて開口部１５の内周面１６に至り、内周面１６で反射（全反射）されて口金付ＬＥＤバルブの側方或いは斜め側方に向けて外部に放出される。
【００４４】
このとき、ＬＥＤ８ａ〜８ｆから出射した光は、レンズ５の開口部１５から直接外部に放出される光の光量と、レンズ５内に入射してレンズ５の開口部１５の内周面１６で反射して口金付ＬＥＤバルブの側方或いは斜め側方に向けて外部に放出される光の光量が約１：１の比率になるように設定されている。
【００４５】
上記比率や口金付ＬＥＤバルブから放出される光の配光特性は種々の要因によって決まるものであるが、レンズの開口部の内周面の形状も一つの要因となる。本実施形態では内周面の形状を該内周面の断面が口金付ＬＥＤバルブの光軸に対して光出射方向に向かって開いた凸形状の曲線としている。しかしながら内周面の形状はこれに限られるものではなく、口金付ＬＥＤバルブの光軸に対して光出射方向に向かって開いた凹形状の曲線或いは直線が可能であり、所望する配光特性等を考慮して適宜最適な形状が採用される。
【００４６】
このような光学系を有する口金付ＬＥＤバルブをリフレクタに組み込んだ場合、図４に示すように、口金付ＬＥＤバルブの側方或いは斜め側方に向けて出射された光ｍ、ｎは口金付ＬＥＤバルブを取り囲むように配置されたリフレクタ２１至り、リフレクタ２１で反射されて口金付ＬＥＤバルブの照射光として外部に出射されることになる。特に、ＬＥＤ実装基板の中央部に配置されたＬＥＤ８ａは周囲のＬＥＤ８ｂ〜８ｆに対して上方に位置するように配置されており、それによって中央部のＬＥＤ８ａから出射された光が周囲のＬＥＤ８ｂ〜８ｆに阻害されることなく灯具の照射光として活用され、光の利用効率が高められることになる。
【００４７】
以上説明したように、本発明の口金付ＬＥＤバルブは発光源に指向性を有するＬＥＤを使用し、該ＬＥＤを回路基板に高密度に且つ立体的に配置してＬＥＤバルブユニットを構成した。その結果、小型化されたＬＥＤバルブユニットを従来のＨＩＤランプに使用されているの口金に取り付けることによって、従来のＨＩＤランプと互換可能な口金付ＬＥＤバルブを容易に実現することができるようになった。
【００４８】
そして、ＨＩＤランプを口金付ＬＥＤバルブに置換えることによって、ＬＥＤの発光スペクトルに基づく鮮明な光や、複数のＬＥＤ光の混合光や、ＬＥＤ光と蛍光体による励起光との混合光等のＬＥＤ固有の色調の光を放出するようになると共に、発光源の少エネルギー化が実現できる。
【００４９】
また、回路基板に実装されるＬＥＤは回路基板の片側のみに実装され、且つＬＥＤを側方に向けて実装する代わりにレンズの全反射面を利用してＬＥＤ光を側方或いは斜め側方に向けるようにした。その結果、実装するＬＥＤの少数化、及び実装工数の削減が図られ、製造コストの低減に寄与すると同時に、配光特性の良好な光源となるものである。
【００５０】
なお、口金は本実施形態で採用したＨＢ４型に限られるものではなく、口金付ＬＥＤバルブの用途、仕様等に基づいてＨ１１型、Ｇ１８型、Ｓ２５型等の他の型の口金から適宜選択使用される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の口金付ＬＥＤバルブに係わる実施形態の断面図である。
【図２】同じく、本発明の口金付ＬＥＤバルブに係わる実施形態を構成するＬＥＤ実装基板の斜視図である。
【図３】同じく、本発明の口金付ＬＥＤバルブに係わる光学系を示す説明図である。
【図４】同じく、本発明の口金付ＬＥＤバルブをリフレクタに取り付けた状態を示す部分断面図である。
【図５】従来例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    口金付ＬＥＤバルブ
２    ＬＥＤバルブユニット部
３    口金部
４    ハウジング
５    レンズ
６    空間
７ａ、７ｂ    回路基板
８ａ〜８ｆ    ＬＥＤ
９    整流ブリッジ
１０    抵抗
１１    開口空間
１２    給電線
１３    ＬＥＤ実装基板
１４    環状側壁
１５    開口部
１６    内周面
１７    環状側壁
１８    外周面
１９    環状リブ
２０    内周面
２１    リフレクタ
２２    フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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