JP7183979B2

JP7183979B2 - 発光装置

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Publication number: JP7183979B2
Application number: JP2019122740A
Authority: JP
Inventors: 諒早川; 英司小島; 達也松井; 弘貴福井
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2039-07-01
Also published as: JP2021009791A

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来、棒状の導光体を用いた、線状光源としての発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光装置は、車両の外部を照明するための車輌用灯具であり、例えば、車両前面のフロントグリルの縁部に沿って組み付けられる。

また、特許文献１に記載の発光装置は、連結されたケースとレンズの内部に棒状の導光体が収容されており、ケースとレンズの間に防水材を設置することにより、雨水などの水の内部への侵入を防いでいる。ケースとレンズは、レンズに設けられた爪部をケースに設けられた被係合部に係合させることにより連結される。

特開２０１６－４７５５号公報

特許文献１に記載された発光装置においては、レンズの爪部、ケースの被係合部、防水材の設置領域を確保する必要があり、また、導光体と空気層の界面で光を全反射させるために、ケースと導光体の間に隙間を設ける必要があるため、導光体の幅と比較した発光装置の幅が大きくなる。このため、幅が小さい部材には、発光装置を設置することが困難である。

また、レンズとケースを溶着する方法も考えられるが、この方法を用いる場合、取扱者の安全確保などのため、溶着により発生するバリが突出しないように溶着部の周囲にある程度の幅を有する保護部を設ける必要がある。また、この場合にも空気層を確保するためにケースと導光体の間に隙間を設ける必要がある。さらに、ケースと導光体は、溶着部分以外の部分が溶着治具に接触しないような形状を有する必要があるため、その様な形状をとるためにサイズが大きくなる場合がある。このため、やはり導光体の幅と比較した発光装置の幅が大きくなる。

本発明の目的の１つは、棒状の導光体を用いた線状光源としての発光装置であって、防水性を有する、幅の小さい発光装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］～［５］の発光装置を提供する。

［１］発光素子と、前記発光素子から入射する光を内部に伝播させる導光領域と、前記導光領域に連続して形成され前記導光領域の内部を伝播する前記光を外部に取り出すレンズ領域を有する導光体と、空気層を介して前記導光体の一部の表面を覆う第１のカバーと、前記第１のカバーと密着して接続されて前記導光体の残りの表面を覆って前記光を透過させる第２のカバーと、を有する、発光装置。
［２］前記第２のカバーは、前記第１のカバーに溶着されている、上記［１］に記載の発光装置。
［３］前記第１のカバーは、前記導光体を構成する材料とは異なる材料で形成されている、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。
［４］前記第２のカバーの溶融温度は、前記第１のカバーの溶融温度よりも高く設定されている、上記［１］から［３］のいずれか１項に記載の発光装置。
［５］前記導光体は棒状であり、前記発光素子は前記導光体の前記棒状の端部に対向して配置されている、上記［１］から［４］のいずれか１項に記載の発光装置。

本発明によれば、棒状の導光体を用いた線状光源としての発光装置であって、防水性を有する、幅の小さい発光装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置の上面図である。図２は、図１の切断線Ａ－Ａにおいて切断された発光装置の縦断面図である。図３は、図２を部分的に拡大した発光装置の縦断面図である。図４は、図１の切断線Ｂ－Ｂにおいて切断された発光装置の横断面図である。図５（ａ）は、図４で示した実施の形態の変形例を示す発光装置の横断面図であり、図５（ｂ）は、図４で示した実施の形態の他の変形例を示す発光装置の横断面図である。図６（ａ）は、発光装置１を車両に適用した場合の、発光装置１の取り付け対象の部材（意匠部材）の一例であって、車両のフロントグリル２０の模式図である。図６（ｂ）は、フロントグリル２０に設置された発光装置１の断面図である。

〔実施の形態〕
（本発明の実施の形態に係る発光装置の構成）
本発明の実施の形態に係る発光装置１は、線状の光を発することができる線状光源である。また、発光装置１は、それ自体の幅が小さいため、幅の小さい部材に取り付けることができるものである。

本発明の実施の形態に係る発光装置１は、発光素子１４と、発光素子１４から入射する光１４ａを内部に伝播させる導光領域１０ａと、導光領域１０ａに連続して形成され導光領域１０ａの内部を伝播する光１４ａを外部に取り出すレンズ領域１０ｂを有する導光体１０と、空気層１８を介して導光体１０の一部の表面を覆う第１のカバー１１と、第１のカバー１１と密着して接続されて導光体１０の残りの表面を覆って光を透過させる第２のカバー１２と、を有して構成されている。

上記構成において、導光体１０は図１、図２に示すように、棒状、すなわち、長尺状であり、発光素子１４は導光体１０の棒状の端部に対向して配置されている。

（導光体１０）
導光体１０は、導光領域１０ａ及びレンズ領域１０ｂを有する。導光領域１０ａ及びレンズ領域１０ｂは、導光体１０の長さ方向の両端の間に連続する。図１、２に示す、棒状の延びる方向に中心軸ＣＬをとると、中心軸ＣＬに直交する断面は、図４に示すように、導光領域１０ａ及びレンズ領域１０ｂで形成される形状が、中心軸ＣＬの方向に所定の棒状の長さだけ連続する。すなわち、導光領域１０ａ及びレンズ領域１０ｂの形状も棒状であり、導光領域１０ａ及びレンズ領域１０ｂの長さ方向は導光体１０の長さ方向と一致又はほぼ一致する。

なお、導光体１０の形状である棒状の「棒」は、一直線状の棒だけでなく、折れ線状の棒や曲線状の棒も含み、導光体１０は、発光装置１の取り付け対象の部材の形状に応じた形状をとることができる。

発光素子１４から出射し、光取込面１０ｃから導光体１０内に取り込まれた光１４ａは、光取込面１０ｃと導光領域１０ａをつなぐ領域１０ｊを通って導光領域１０ａへ入射し、導光領域１０ａの内部をその長さ方向に沿って伝播する。光取込面１０ｃは、典型的には、図２に示されるように、導光体１０の長さ方向の一端に、導光領域１０ａとほぼ同じ高さ（図２における上下方向の位置）に設けられる。

導光領域１０ａの形状は、例えば、円筒形又は角筒形（例えば直方体）であるが、発光装置１の発光強度の経時的変化を抑えるため、図４に示されるように、円筒形であることが好ましい。導光領域１０ａが円筒形である場合、導光領域１０ａ内で反射した光は導光領域１０ａの中心軸を通るため、導光距離が一定となり、発光装置１の発光強度の経時的変化が小さくなる。一方で、導光領域１０ａが角筒形である場合、導光領域１０ａ内で反射した光は必ずしも導光領域１０ａの中心を通らないため、導光距離が一定とならず、発光装置１の発光強度が経時的に増減しやすい。なお、導光領域１０ａが円筒形と角筒形のいずれであっても、発光装置１の発光強度分布の均一性（均斉度）については、後述のように、複数のステップ１０ｅにより補正することができる。

レンズ領域１０ｂは、導光領域１０ａの内部を伝播する光を外部に取り出すための光取出面１０ｄを導光領域１０ａの反対側に有する領域である。

レンズ領域１０ｂの形状は、典型的には、図１、図２、図４に示されるように、直方体である。

また、導光領域１０ａ内に効率的に導光させるために、レンズ領域１０ｂの幅（図１における上下方向、図４における左右方向の長さ）は、導光領域１０ａの幅よりも小さいことが好ましい。

導光領域１０ａは、図２、図３に示されるように、レンズ領域１０ｂの反対側に複数のステップ１０ｅを有することが好ましい。複数のステップ１０ｅは、導光領域１０ａの長さ方向に沿って連続的に設けられる。ステップ１０ｅは、例えば、図３に示すように、光取出面１０ｄと反対側に位置する導光領域１０ａの底面において、外側から内側に向けて、凹形状の連続するステップとして形成されている。凹形状は、例えば、山型凹形状、円筒凹形状、円錐凹形状、角錐凹形状等の種々の形状が可能である。

ステップ１０ｅは、導光領域１０ａ内を伝播する光１４ａをレンズ領域１０ｂの光取出面１０ｄへ向けて反射しやすくすることができる。また、光取込面１０ｃから離れるほどステップ１０ｅに反射される光が多くなるように複数のステップ１０ｅの形状を調整することにより、発光装置１の発光強度分布の均一性（均斉度）を向上させることができる。

導光体１０は、ポリカーボネート（ＰＣ）やポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの、発光素子１４から発せられる光を透過させることができる透明な材料で形成されている。

（第１のカバー１１）
第１のカバー１１は、空気層１８を介して導光領域１０ａの表面を覆う。このため、導光領域１０ａの表面は空気層１８に覆われている。第１のカバー１１は、導光領域１０ａの表面の全体を覆うため、図４に示されるように、その端部がレンズ領域１０ｂの側面１０ｆの導光領域１０ａ側の一部の領域を覆うことが好ましい。ここで、側面１０ｆは、光取出面１０ｄの両側の、レンズ領域１０ｂの長さ方向に沿う面である。

空気の屈折率は１．０であり、導光体１０の屈折率（例えば、ＰＣからなる場合はおよそ１．６、ＰＭＭＡからなる場合はおよそ１．５）よりも小さく、導光体と空気層１８の界面で光を全反射させることにより、導光領域１０ａ内を伝播する光の減衰を抑えることができる。また、空気の屈折率は第１のカバー１１の屈折率（例えば、ＰＰからなる場合はおよそ１．５）よりも小さいため、導光体１０の屈折率との差が大きく、第１のカバー１１が導光体１０に密着している場合よりも臨界角が小さくなり、全反射の条件を満たし易くなる。そのため、光取込面１０ｃから離れた領域における発光強度の低下を抑えることができる。

第１のカバー１１は、導光体１０への密着性の悪い材料を用いて、導光体１０をベース部材とするインサート成型又は二色成型により形成することができる。この方法によれば、導光体１０と第１のカバー１１が密着しないため、導光体１０と第１のカバー１１の間に隙間、すなわち空気層１８が自然に形成される。

導光体１０への密着性の悪い材料は、例えば、導光体１０を構成する材料とは異なる材料である。例えば、導光体１０がＰＣやＰＭＭＡからなる場合は、密着性の悪さや、コストの観点から、ポリプロピレン（ＰＰ）を第１のカバー１１の材料として用いることが好ましい。

導光体１０と空気層１８との界面で反射されなかった光を効率的に反射するため、第１のカバー１１は、酸化チタン等の白色染料を含む白色の部材であることが好ましい。なお、発光装置１の非点灯時に白色が見えることを避けたい場合には、第１のカバー１１は、カーボンブラック等の黒色染料を含む黒色の部材などであってもよい。

（第２のカバー１２）
第２のカバー１２は、第１のカバー１１と密着して接続されて導光体１０の残りの表面を覆って光１４ａを透過させる。第２のカバー１２は、第１のカバー１１にそれぞれの端部で溶着されている。

図４に示すように、第１のカバー１１と導光体１０の間の空気層１８が形成されていない残りの表面１０ｇは、第２のカバー１２で覆われる。これにより、導光体１０の表面のすべては、第１のカバー１１及び第２のカバー１２で覆われることになる。

第２のカバー１２は、図４に示すように、第２のカバー１２の端部１２ａが第１のカバー１１の端部１１ａに溶着される。これにより、第２のカバー１２は、第１のカバー１１と密着して接続され、空気層１８を密閉することができる。また、空気層１８内への水の侵入を防ぐことができる。水は空気よりも屈折率が高いため、水が空気層１８に浸入すると全反射の条件を満たしにくくなるが、上記した密閉構造により、全反射の条件を維持することができる。

また、第２のカバー１２は、導光体１０のレンズ領域１０ｂ、光取出面１０ｄを覆うので、導光体１０をキズ等から保護することができる。

第２のカバー１２の溶融温度は、第１のカバー１１の溶融温度よりも高く、設定されている。

第２のカバー１２は、第１のカバー１１に覆われた導光体１０をベース部材とするインサート成型により形成することができる。この方法によれば、第１のカバー１１と第２のカバー１２が密着するため、導光体１０と第１のカバー１１の間の空気層１８が密閉され、防水性を確保することができる。

第２のカバー１２は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの、発光素子１４から発せられる光を透過させることができる透明な材料を使用することができる。

（発光装置１の製造方法）
発光装置１の製造方法は、まず、導光体１０において、発光素子１４から入射する光を内部に伝播させる導光領域１０ａと、導光領域１０ａに連続して形成され導光領域１０ａの内部を伝播する光を外部に取り出すレンズ領域１０ｂを有する導光体１０のレンズ領域１０ｂに、第１のカバー１１を溶着させて空気層を介して導光領域１０ａを覆い、導光領域１０ａからレンズ領域１０ｂまでの表面を第１のカバー１１で覆う。第１のカバー１１は、導光体１０への密着性の悪い材料、例えば、導光体１０を構成する材料とは異なる材料を使用することにより、導光体１０と第１のカバー１１が密着せずに導光体１０と第１のカバー１１の間に隙間、すなわち空気層１８が自然に形成される。

上記の工程により形成された、第１のカバー１１で覆われた導光体１０をインサート部品として金型（図示省略）にセットして、第２のカバー１２をインサート成形する。第２のカバー１２は、導光体１０のレンズ領域１０ｂ、光取出面１０ｄを覆うと共に、第１のカバー１１にそれぞれの端部に溶着される。

上記の工程の他に、発光素子１４、ヒートシンク１６等を装着することで、発光装置１として完成する。

（発光素子１４）
発光素子１４としては、典型的には、ＬＥＤが用いられる。ＬＥＤは、小型の発光素子であり、また、消費電力、発熱量が小さく、かつ長寿命であるため、発光素子１４としての使用に適している。なお、発光素子１４は、導光体１０の長さ方向の両端に設置されてもよい。その場合、導光体１０の長さ方向の両端に光取込面１０ｃが設けられる。

発光素子１４は、基板１３上に搭載される。基板１３は、発光素子１４の電極に接続される配線を有する配線基板である。

基板１３は、位置決めのための孔１３ａを有する。孔１３ａには、導光体１０の一部である突起１０ｉが挿入され、導光体１０に対する基板１３の位置、すなわち導光体１０に対する発光素子１４の位置が決まる。導光体１０に対する発光素子１４の位置決めは、発光素子１４から発せられる光を効率的に導光体１０内へ導くために重要である。

なお、基板１３の位置決め用の、突起１０ｉを第１のカバー１１（の一部である筐体１５）の一部として設けてもよいが、上述のように、導光体１０に対する発光素子１４の位置が重要であるため、突起１０ｉは導光体１０の一部であることが好ましい。

発光素子１４を収容する筐体１５は、第１のカバー１１の一部であり、外部への光漏れを防ぐ。

ヒートシンク１６は、発光素子１４から発生する熱を放出するための放熱用部材であり、筐体１５に固定される。基板１３は、直接又は他の層を介してヒートシンク１６に固定される。

また、筐体１５内の空間は、筐体１５とヒートシンク１６の間に設置される環状のシール部材１７によって密閉されることが好ましい。シール部材１７は、例えば、Ｏリングやパッキンであり、シール部材１７を筐体１５とヒートシンク１６で挟み込んで適度に圧縮することにより、シール機能を発揮する。

（変形例１）
図５（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例を示す、図４相当図である。第１のカバー１１は、空気層１８を介して導光領域１０ａ及びレンズ領域１０ｂの表面を覆う。第２のカバー１２は、第１のカバー１１と密着して接続されて導光体１０の残りの表面を覆って光１４ａを透過させる。第２のカバー１２は、図５（ａ）に示すように、第２のカバー１２の端部１２ｂが第１のカバー１１の端部１１ｂに溶着される。これにより、第２のカバー１２は、第１のカバー１１と密着して接続され、空気層１８を密閉することができる。

また、第２のカバー１２は、導光体１０のレンズ領域１０ｂ、光取出面１０ｄを覆う。これにより、導光体１０の表面のすべては、第１のカバー１１及び第２のカバー１２で覆われることになり、第１のカバー１１及び第２のカバー１２による密閉性が確保でき、また、導光体１０をキズ等から保護することができる。

（変形例２）
図５（ｂ）は、本発明の実施の形態の他の変形例を示す、図４相当図である。図５（ｂ）で示す変形例２は、図５（ａ）で示した変形例１と同様の構成であるが、第２のカバー１２の形状が異なる。図５（ｂ）に示すように、第２のカバー１２の光出射部１２ｃの幅が、所定の幅Ｗに設定されている。

所定の幅Ｗは、例えば、導光体１０のレンズ領域１０ｂ、すなわち、光取出面１０ｄの幅Ｗ_１０と略同じ幅に設定することにより、光の拡散を抑制して必要とする幅の光を取り出すことができる。また、後述する車両１００のフロントグリル２０のメッシュ２２に設置する場合は、図６（ｂ）に示すように、所定の幅Ｗを、メッシュ幅Ｗ_２２に合わせることにより設計の自由度が向上する。また、種々の車種等にも第２のカバー１２の形状の変更のみで対応可能となる。

(発光装置１の使用例)
図６（ａ）は、発光装置１を車両に適用した場合の、発光装置１の取り付け対象の部材（意匠部材）の一例であって、車両のフロントグリル２０の模式図である。図６（ｂ）は、フロントグリル２０に設置された発光装置１の断面図である。

フロントグリル２０は、枠２１と、枠内に設置されるメッシュ２２を有する。メッシュ２２の開口部は、車両のエンジンやラジエーターに空気を取り込むための吸気口として機能する。

図６（ａ）に示される例では、メッシュ２２は鉛直方向に伸びる線状部分２２ａと、水平方向に伸びる線状部分２２ｂにより構成され、線状部分２２ａに発光装置１が設置される。図６（ａ）には、発光装置１の設置位置の例が点線で模式的に示されている。

発光装置１は、メッシュ２２の線状部分２２ａの裏側に設置され、線状部分２２ａに設けられた線状の開口部分から発光装置１の第２のカバー１２が露出する。これにより、線状部分２２ａを線状に発光させることができる。

発光装置１がフロントグリル２０に設置される場合、発光装置１の幅が小さいため、線状部分２２ａからはみ出て美観を低下させることがない。また、メッシュ２２の開口面積を狭めることがないため、フロントグリルの吸気機能を低下させることがない。

発光装置１は、例えば、図６（ｂ）に示されるように、メッシュ２２の線状部分２２ａと線状部分２２ｂの交差部分にネジ止めにより固定される。具体的には、メッシュ２２の線状部分２２ａと線状部分２２ｂの交差部分の裏側に設けられたネジ固定部２４と、第１のカバー１１の一部であるネジ止め用の突出部１１ｃとが、ネジ２５により固定される。

発光装置１は、防水性に優れるため、車両の外装部品など、水が付着する場所に設置することができる。車両の設置場所の例としては、フロントグリルの他に、例えば、メッキモール、ガーニッシュなどの意匠部材や、ガーニッシュとボディの間の隙間などが挙げられる。

（実施の形態の効果）
上記実施の形態の発光装置１によれば、第１のカバー１１により棒状の導光体１０を覆う空気層１８を薄くかつ容易に形成することができ、第２のカバー１２と第１のカバー１１との密着により防水性を確保することができる。このため、棒状の導光体を用いた線状光源としての発光装置であって、防水性を有する、幅の小さい発光装置を提供することができる。

導光体１０、第１のカバー１１、第２のカバー１２により構成される発光装置１は、レンズとケースの内部に導光体が収容される従来の発光装置と比較して幅を小さくすることができ、幅の小さい部材にも、その機能や美観を損ねることなく設置することができる。

以上、本発明の実施の形態及びその変形例を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…発光装置
１０…導光体、１０ａ…導光領域、１０ｂ…レンズ領域、１０ｃ…光取込面、１０ｄ…光取出面、１０ｅ…ステップ、１０ｆ…側面、１０ｇ…残りの表面、１０ｉ…突起、１０ｊ…領域
１１…第１のカバー、１１ａ…端部、１１ｂ…端部、１１ｃ…突出部
１２…第２のカバー、１２ａ…端部、１２ｂ…端部、１２ｃ…光出射部
１３…基板、１３ａ…孔
１４…発光素子、１４ａ…光
１５…筐体
１６…ヒートシンク
１７…シール部材
１８…空気層
２０…フロントグリル
２１…枠
２２…メッシュ、２２ａ…線状部分、２２ｂ…線状部分
２４…ネジ固定部
２５…ネジ
Ｗ、Ｗ_１０…幅
Ｗ_２２…メッシュ幅

Claims

発光素子と、
前記発光素子から入射する光を内部に伝播させる導光領域と、前記導光領域に連続して形成され前記導光領域の内部を伝播する前記光を外部に取り出すレンズ領域を有する導光体と、
空気層を介して前記導光体の一部の表面に沿って前記表面を覆う第１のカバーと、
前記第１のカバーと密着して接続されるとともに前記導光体の残りの表面に密着して覆う、前記光を透過させる第２のカバーと、
を有する、発光装置。
前記第２のカバーは、前記第１のカバーに溶着されている、請求項１に記載の発光装置。
前記第１のカバーは、前記導光体を構成する材料とは異なる材料で形成されている、請求項１又は２に記載の発光装置。
前記第２のカバーの溶融温度は、前記第１のカバーの溶融温度よりも高く設定されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記導光体は棒状であり、前記発光素子は前記導光体の前記棒状の端部に対向して配置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。