JP2004095655A - Led装置およびled照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のLEDを集合して配設し、各LEDの放熱が十分に行われて温度上昇が抑制されるLED装置およびLED照明装置を提供する。
【解決手段】LED装置1は、一方の面2aが略平面状に形成され、他方の面2bに底部6aが一方の面2bに連通しているとともに内面6bが反射面に形成された複数の凹部6を有する基体2と、発光部が凹部6の内面6bに対向して配設されている発光ダイオード3と、凹部6で包囲されている基体2の他方の面2bおよび一方の面2aを貫通している貫通孔4とを具備している。
【選択図】図1
【解決手段】LED装置1は、一方の面2aが略平面状に形成され、他方の面2bに底部6aが一方の面2bに連通しているとともに内面6bが反射面に形成された複数の凹部6を有する基体2と、発光部が凹部6の内面6bに対向して配設されている発光ダイオード3と、凹部6で包囲されている基体2の他方の面2bおよび一方の面2aを貫通している貫通孔4とを具備している。
【選択図】図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の発光ダイオードを実装しているLED装置およびLED照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】複数の発光ダイオード(LED)を同時に点灯させると、多くの熱が発生する。この熱により、LEDは温度上昇し、樹脂の劣化による短寿命になりやすい。また、LEDは温度上昇すると、図5に示すように、光束が大きく減少する。そこで、放熱手段を設けて、LEDの温度上昇を抑制することが行われている。例えば、特開平5−218510号公報(従来技術1)、実開平6−21080号公報(従来技術2)および特開2002−153423号公報(従来技術3)に開示され、これらのLED装置の構成はそれぞれ図6〜図8に示すとおりである。
【0003】
図6に示すLED装置50は、LEDランプに形成され、複数の発光ダイオード51が配列された基板52をランプケース53に収納している。そして、ランプケース53の左右の側面には、それぞれ2つの溝54,54を上下方向に延びるように形成して、1つのフィン55が設けられている。そして、フィン55からの放熱により、発光ダイオード51の温度上昇が抑制されるものである。
【0004】
また、図7に示すLED装置56は、LEDディスプレイであり、プリント回路板57上の全てのLED58の粘着部を茶碗型の反射面59に形成し、さらに各LED58粘着部の付近に、それぞれ1つの貫通孔60を設け、これらが形成されている面の銅箔61が、回路の配置に影響を及ぼさない範囲で、できる限り面積を大きくしているものである。貫通孔60を形成したことにより、LED58の散熱面積を増加させることができ、このため、プリント回路板57上の銅箔61の熱を導通することができると記載されている。
【0005】
また、図8に示すLED装置62は、内視鏡用光源部に形成され、複数の発光ダイオード63が基板64上に配置され、基板64上には、面全体に、一定の間隔で通気孔65が形成され、基板64の背面に放熱用ファン66が設置されたものである。そして、放熱用ファン66から供給される冷却風は、通気孔65を介して基板64の正面に送られて、発光ダイオード63を冷却する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来技術1は、フィン55により自然冷却させるので、複数の発光ダイオード51の電気入力が大きいと、フィン55からの放熱が追随せず、発光ダイオード51の温度上昇が増大するおそれがある。
【0007】
また、従来技術2は、LED58および銅箔61等により1つの発光部(発光ダイオード)が形成され、プリント回路板57上の銅箔61の熱を導通させることにより放熱しているので、LED58を多数配設した小形のLED装置56を形成することができないという欠点を有する。
【0008】
また、従来技術3は、放熱用ファン66を配設しているので、LED装置62がコストアップするとともに、小形化が制約されるという欠点を有する。
【0009】
本発明は、複数のLEDを集合して配設し、各LEDの放熱が十分に行われて温度上昇が抑制されるLED装置およびLED照明装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載のLED装置の発明は、一方の面が略平面状に形成され、他方の面に底部が一方の面に連通しているとともに内面が反射面に形成された複数の凹部を有する基体と;発光部が凹部の内面に対向して配設されている発光ダイオードと;凹部で包囲されている基体の他方の面および一方の面を貫通している貫通孔と;を具備していることを特徴とする。
【0011】
本発明および以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。
【0012】
基体は、金属または樹脂のいずれであってもよく、熱伝導性が高いほど好ましい。
【0013】
凹部の配列は、特に問わないが、凹部は、マトリックス状、千鳥状または放物状に配列されると、密集できる。
【0014】
貫通孔の形状は、特に問わない。そして、貫通孔には、通気がなされる。この通気は、貫通孔の内壁から放熱された熱を基体の外部へ発散させる。すなわち、通気孔は、基体の放熱表面積を増大させている。
【0015】
また、貫通孔は、2つの凹部で包囲されていることを包含する。
【0016】
本発明によれば、発光ダイオードの熱は、基体に直ちに伝熱し、基体に形成されている貫通孔の内壁、基体の一方の面および他方の面から放熱される。したがって、所定面積を有する基体の他方の面に密集して発光ダイオードが配設されていても、発光ダイオードの温度上昇が抑制される。この結果、発光ダイオードの樹脂の劣化または光束の減少が抑制される。
【0017】
請求項2に記載のLED装置の発明は、請求項1記載のLED装置において、発光ダイオードはプリント基板に実装され、このプリント基板は、貫通孔に対向する孔が形成されて基体の一方の面に密着するようにして配設されていることを特徴とする。
【0018】
本発明によれば、発光ダイオードはプリント基板に実装されるので、プリント基板の銅箔パターンにより、発光ダイオードへの電源入力が容易化される。また、発光ダイオードを基体の凹部に固定させる必要がないので、LED装置の組立性が向上される。
【0019】
請求項3に記載のLED装置の発明は、請求項1または2記載のLED装置において、貫通孔は、内接する円の最小の直径が5mm以上であることを特徴とする。
【0020】
貫通孔が円柱状であれば、基体の一方の面および他方の面を貫通する貫通方向に対して直交する方向の断面は円であり、この円の直径は5mm以上である。
【0021】
当該直径を5mm以上とする理由は、以下のとおりである。すなわち、当該直径が5mmを下回ると、空気の粘性により貫通孔における自然通気の流れが遅くなり、放熱が損なわれる。したがって、当該直径を5mm以上とする。5mm以上の上限は、基体の他方の面に形成された凹部に制限され、基体に形成可能な最大の大きさである。
【0022】
本発明によれば、貫通孔は、内接する円の最小の直径が5mm以上となるように形成されるので、空気の粘性による通気が損なわれることがなく、内壁から継続的に放熱される。
【0023】
請求項4に記載のLED照明装置の発明は、請求項1ないし3いずれか一記載のLED装置と;LED装置を配設しているLED照明装置本体と;発光ダイオードを点灯させる点灯装置と;を具備していることを特徴とする。
【0024】
点灯装置は、発光ダイオードを発光(点灯)させるAC−DC変換装置や電圧調整装置などにより構成され、LED照明装置本体内に設けてもよく、LED照明装置本体と別置であってもよい。
【0025】
本発明によれば、請求項1ないし3いずれか一記載のLED装置を具備するので、発光ダイオードの温度上昇が抑制され、光束の減少が抑制されるLED照明装置が提供される。
【0026】
請求項5に記載のLED照明装置の発明は、請求項4記載のLED照明装置において、LED照明装置本体は、基体の縁部を支持している枠体からなることを特徴とする。
【0027】
本発明によれば、LED照明装置本体は、基体の縁部を支持している枠体からなるので、LED照明装置が軽量化および簡素化される。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
【0029】
図1は、本発明の第1の実施形態を示すLED装置であり、(a)は正面図、(b)は(a)のA−A方向の断面図、(c)は(a)のB−B方向の断面図である。
【0030】
LED装置(LEDモジュール)1は、基体2、発光ダイオード3、貫通孔4およびプリント基板5を有して構成されている。
【0031】
基体2は、例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂からなり、その外形は120×120mm、厚さ約10mmに形成されている。そして、一方の面2aおよび他方の面2bが略平面状に形成されているとともに、他方の面2bに複数の凹部6が形成されている。凹部6は、縦横に(マトリックス状に)それぞれ10個(計100個)形成されている。なお、基体2は、PBT樹脂に限らず、熱伝導率が約1W/m・K以上の樹脂であればよい。
【0032】
凹部6は、放物面状に形成され、他方の面2b上において円状(直径12mm)である。そして、底部6aには、一方の面2aに連通している挿通孔7が形成され、発光ダイオード3が挿通されている。また、内面6bは、Al蒸着等により反射面(鏡面)に形成されている。
【0033】
発光ダイオード3は、例えば白色光を放射するものであり、発光部の被覆樹脂がほぼ砲弾状に形成されるなど、周知の構成により形成されている。そして、発光ダイオード3は、凹部6の底部6aに形成されている挿通孔7に挿通可能な位置にして、かつ発光部が凹部6の内面6bに光学的に対向するようにしてプリント基板5に実装されている。発光ダイオード3は、凹部6と同数の100個がリードフレーム(図示しない。)を介してプリント基板5に実装されている。
【0034】
貫通孔4は、基体2の凹部6で包囲されている他方の面2bおよび一方の面2aを円柱状に貫通して形成され、その内径は5mmである。他方の面2bにおいて、貫通孔4は4個の凹部6で包囲され、縦横にそれぞれ9個(計81個)形成されている。そして、各貫通孔4の表面積は1.57cm2であり、全貫通孔4で127cm2の表面積となっている。この全貫通孔4の表面積は、基体2の凹部6等を設けていない素体に対して、約38%表面積を増加させている。貫通孔4は、基体2の一方の面2a側または他方の面2b側から通気がなされ、この通気に対して内壁(表面)から放熱する。
【0035】
そして、発光ダイオード3を実装しているプリント基板5は、貫通孔4に対する孔8が形成されている。プリント基板5は、発光ダイオード3を実装している実装面が基体2の一方の面2aに密着するようにして接着材または螺子等により基体2に結合されている。プリント基板5および基体2の結合状態において、貫通孔4および孔8は、互いに連通している。ここで、基体2の一方の面2aは、プリント基板5と少なくとも30%以上密着するように平面状または略平面状に形成されている。そして、プリント基板5の前記実装面には、可能な限り面積が大きくなるように、面状の銅箔パターンが形成されている。また、プリント基板5の背面5aには、複数の発光ダイオード3の共通入力部(図示しない。)が形成されている。
【0036】
プリント基板5は、複数の発光ダイオード3を実装するとともに電源の共通入力部を形成しているので、プリント基板5の銅箔パターンにより、発光ダイオード3への電源入力が容易化されている。また、プリント基板5と基体2は別体であり、発光ダイオード3を基体2の凹部6に固定させる必要がないので、LED装置1の組立性が向上されている。なお、発光ダイオード3への電源入力は、各光ダイオード3に例えば30mAの電流が通電されるようにすればよく、発光ダイオード3の個々に直流電圧を入力してもよく、あるいは直列接続された複数の発光ダイオード3の両端間に直流電圧を入力してもよい。
【0037】
こうして構成されたLED装置1は、それぞれの発光ダイオード3に30mAの電流が通電され、全入力電力が約10Wである。そして、通常の周囲温度(25℃)において、約200ルーメン(lm)の光束が得られる。
【0038】
次に、本発明の第1の実施形態の作用について述べる。
【0039】
プリント基板5の背面5aに設けられた共通入力部が給電されると、それぞれの発光ダイオード3のリードフレーム間に直流電圧が印加されて30mAの電流が流れ、発光ダイオード3が点灯(発光)する。
【0040】
発光ダイオード3が点灯(発光)すると、発光ダイオード3からの熱は、リードフレームを介してプリント基板5の面状の銅箔パターンに拡散して伝熱され(ヒートスプレッダー効果)、さらにプリント基板5および基体2の密着部または近接部を介して基体2に伝熱される。また、発光ダイオード3からの熱は、発光ダイオード3が配設されている凹部6の底部6aおよび内面6bに直接的に伝熱または輻射されて、基体2に伝熱される。このように、発光ダイオード3が点灯すると、発光ダイオード3からの熱は、直接的または間接的に基体2に伝熱される。
【0041】
基体2の一方の面2aにプリント基板5が結合されているので、基体2に伝熱された発光ダイオード3からの熱は、主として他方の面2b、側面2cおよび貫通孔4の表面(内壁)から放熱される。ここで、全貫通孔4の表面積は、基体2の素材の約38%であり、基体2の放熱表面積を大きく増加させている。また、貫通孔4の直径は5mmであるので、空気の粘性によって貫通孔4における空気の流れが損なわれることがなく、貫通孔4および孔8には、基体2の他方の面2bおよびプリント基板5の背面5a間に通気がなされる。これにより、貫通孔4の内壁から放熱された熱は、LED装置1の外部へ放出され、基体2が自然冷却され、発光ダイオード3の温度上昇が抑制される。この結果、発光ダイオード3からの光束の減少が抑制され、被覆樹脂の劣化が防止されて長寿命化される。
【0042】
そして、貫通孔4は、4個の凹部6で包囲されている他方の面2bを貫通して形成されているので、基体2の他方の面2bに凹部6同士を互いに接近させ、凹部6を密集(集合)させることができる。すなわち、基体2の他方の面2bに発光ダイオード3は密集して配設される。これにより、LED装置1より出射される光束が増大される。
【0043】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
【0044】
図2は、本発明の第2の実施形態を示すLED装置であり、(a)は正面図、(b)は(a)のC−C方向の断面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【0045】
図2に示すLED装置9は、図1に示すLED装置1において、基体2の他方の面2bに凹部6が千鳥状に形成され、貫通孔4は、主として3個の凹部6で包囲されている他方の面2bを貫通して形成されている。
【0046】
LED装置9は、貫通孔4を流れる通気により、基体2が放熱され、発光ダイオード3の温度上昇が抑制される。また、貫通孔4は、直近の凹部6同士を結ぶ直線上に形成されないので、基体2の他方の面2bに凹部6を密集(集合)して形成可能であり、発光ダイオード3が密に配設される。これにより、LED装置9より出射される光束が増大される。
【0047】
上述したように、貫通孔4は、基体2の主として3個の凹部6で包囲されている他方の面2bおよび一方の面2aを貫通して形成されるものであり、これにより、他方の面2bに発光ダイオード3を密集して配設可能である。
【0048】
なお、上記第1および第2の実施形態において、基体2は、金属例えばアルミニウムを用いて形成してもよい。この場合、基体2とプリント基板5の間に、熱伝導率が高い絶縁材が介在される。アルミニウムは、熱伝導率が約240W/m・Kであるので、発光ダイオード3の温度上昇は効果的に低減される。
【0049】
また、凹部6は放物面に形成される必要はなく、発光ダイオード3を配設可能な凹みを有していればよい。また、内面6bは、鏡面に形成する必要はなく、光が反射される程度の反射面に形成されていればよい。
【0050】
また、貫通孔4は円柱状に形成される必要はなく、角柱状など、その形状は特に問わない。しかし、基体2の一方の面2aおよび他方の面2bを貫通する貫通方向に対して直交する方向の仮想断面積が、直径5mmの円の面積以上であることが好ましい。これにより、空気の粘性によって貫通孔4内の空気の流れが損なわれることが抑制される。
【0051】
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
【0052】
図3は、本発明の第3の実施形態を示すLED照明装置であり、(a)は概略正面図、(b)は下面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【0053】
図3に示すLED照明装置10は、天井面11に配設される直付け照明器具であり、LED装置1、LED照明装置本体としての照明器具本体12、点灯装置13およびアダプタ14を有して構成されている。
【0054】
照明器具本体12は、上面および下面に開口15,15を有して箱状に形成され、内部にLED装置1を配設している。すなわち、LED装置1の縁部は、照明器具本体12に支持され、基体2の一方の面2aおよび他方の面2bは、それぞれ開口15,15に臨んでいる。そして、照明器具本体12は、上面側に設けられた所定長の連結管16,16によりアダプタ14に支持されている。
【0055】
アダプタ14は、略円柱状に形成され、内部に点灯装置13を収納している。そして、上面側に一対の電極刃(図示しない。)が設けられている。この電極刃は、天井面11に配設された引掛シーリング17の電極刃挿入穴(図示しない。)に挿入され、アダプタ14が回動されることにより、引掛シーリング17の電源極(図示しない。)に載置されて電気的に接続される。引掛シーリング17の電源極は、天井面11の裏側に配線された電源コード(図示しない。)により商用交流電源に電気的に接続されている。
【0056】
そして、アダプタ14の電極刃は、点灯装置13の入力端子に電気的に接続されている。また、点灯装置13の出力端子からリード線(図示しない。)が導出され、このリード線は、連結管16,16内を挿通してプリント基板5の共通入力部に接続されている。
【0057】
点灯装置13は、AC−DC変換装置や電圧調整装置などにより構成され、各発光ダイオード3に30mAの電流を通電させて発光ダイオード3を点灯(発光)させる。
【0058】
LED照明装置10は、発光ダイオード3が点灯すると、照明器具本体12の開口15から白色光を出射する。そして、連結管16,16が所定長を有するので、基体2の貫通孔4には、照明器具本体12の下面側から上面側に通気がなされる。これにより、基体2は、主として貫通孔4から放熱され、自然冷却される。そして、発光ダイオード3の温度上昇が抑制され、照明器具本体12の開口15から出射される光束の減少が抑制される。
【0059】
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
【0060】
図4は、本発明の第4の実施形態を示すLED照明装置であり、(a)は概略正面図、(b)は下面図である。なお、図3と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【0061】
図4に示すLED照明装置18は、天井面11に配設される吊り下げ照明器具であり、LED装置1、LED照明装置本体としての枠体19、点灯装置13およびアダプタ20を有して構成されている。
【0062】
枠体19は、基体2の縁部を覆って支持している。そして、上面19aの4隅にワイヤ20が取付けられている。このワイヤ20は、所定長を有してアダプタ20に設けられた突出片21に取付けられている。すなわち、ワイヤ20は、LED装置1および枠体19をアダプタ20に吊り下げて支持している。
【0063】
アダプタ20は、図3に示すアダプタ14と同様に形成され、側面20aに突出片21を形成しているとともに、下面20bに先端に雌コネクタ22を有する電源コード23を配設している。この電源コード23は、点灯装置13の出力端子に電気的に接続されている。また、LED装置1には、プリント基板5の共通入力部に電気的に接続されている雄コネクタ24付きの電源コード25が設けられている。そして、雌コネクタ22に雄コネクタ24が接続されることにより、点灯装置13の出力端子は、プリント基板5の共通入力部に電気的に接続されている。
【0064】
LED照明装置18は、発光ダイオード3が点灯すると、枠体19の開口15から白色光を出射する。そして、基体2が主として貫通孔4から放熱され、自然冷却されるので、発光ダイオード3の温度上昇が抑制されて、開口15から出射される光束の減少が抑制される。
【0065】
また、LED照明装置18は、LED照明装置本体を基体2の縁部を支持している枠体19により構成しているので、軽量化され、簡素化される。
【0066】
なお、アダプタ20は、雌コネクタ22を有する電源コード23を設けず、下面20bにコンセント部を設け、このコンセント部にLED装置1から導出される電源コード25の雄コネクタ24を接続してもよい。また、点灯装置13の出力端子とプリント基板5の共通入力部を電源コードにより直接的に接続するように構成してもよい。
【0067】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、発光ダイオードの熱は、基体に形成された貫通孔から放熱されるので、基体の他方の面に密集して発光ダイオードが配設されていても、発光ダイオードの温度上昇を抑制することができ、この結果、発光ダイオードの樹脂の劣化または光束の減少を抑制することができる。
【0068】
請求項2の発明によれば、発光ダイオードはプリント基板に実装されるので、プリント基板の銅箔パターンにより、発光ダイオードへの電源入力を容易化することができる。また、発光ダイオードを基体の凹部に固定させる必要がないので、LED装置の組立性を向上させることができる。
【0069】
請求項3の発明によれば、貫通孔は、内接する円の最小の直径が5mm以上となるように形成されるので、空気の粘性による通気が損なわれることがなく、基体から継続的に放熱させることができる。
【0070】
請求項4の発明によれば、請求項1ないし3いずれか一記載のLED装置を具備するので、発光ダイオードの温度上昇が抑制され、光束の減少が抑制されるLED照明装置を提供することができる。
【0071】
請求項5の発明によれば、LED照明装置本体は、基体の縁部を支持している枠体からなるので、LED照明装置を軽量化および簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示すLED装置であり、(a)は正面図、(b)は(a)のA−A方向の断面図、(c)は(a)のB−B方向の断面図。
【図2】本発明の第2の実施形態を示すLED装置であり、(a)は正面図、(b)は(a)のC−C方向の断面図。
【図3】本発明の第3の実施形態を示すLED照明装置であり、(a)は概略正面図、(b)は下面図。
【図4】本発明の第4の実施形態を示すLED照明装置であり、(a)は概略正面図、(b)は下面図。
【図5】発光ダイオードのPN接合温度に対する光束の変化図。
【図6】従来技術1のLED装置の一部切り欠き斜視図。
【図7】従来技術2のLED装置を示し、(a)は一部断面視した斜視図、(b)は一部断面図。
【図8】従来技術3のLED装置の位置関係を示す正面図。
【符号の説明】
1,9…LED装置、2…基体、3…発光ダイオード、4…貫通孔、5…プリント基板、10,18…LED照明装置、12…LED照明装置本体としての照明器具本体、13…点灯装置、19…LED照明装置本体としての枠体
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の発光ダイオードを実装しているLED装置およびLED照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】複数の発光ダイオード(LED)を同時に点灯させると、多くの熱が発生する。この熱により、LEDは温度上昇し、樹脂の劣化による短寿命になりやすい。また、LEDは温度上昇すると、図5に示すように、光束が大きく減少する。そこで、放熱手段を設けて、LEDの温度上昇を抑制することが行われている。例えば、特開平5−218510号公報(従来技術1)、実開平6−21080号公報(従来技術2)および特開2002−153423号公報(従来技術3)に開示され、これらのLED装置の構成はそれぞれ図6〜図8に示すとおりである。
【0003】
図6に示すLED装置50は、LEDランプに形成され、複数の発光ダイオード51が配列された基板52をランプケース53に収納している。そして、ランプケース53の左右の側面には、それぞれ2つの溝54,54を上下方向に延びるように形成して、1つのフィン55が設けられている。そして、フィン55からの放熱により、発光ダイオード51の温度上昇が抑制されるものである。
【0004】
また、図7に示すLED装置56は、LEDディスプレイであり、プリント回路板57上の全てのLED58の粘着部を茶碗型の反射面59に形成し、さらに各LED58粘着部の付近に、それぞれ1つの貫通孔60を設け、これらが形成されている面の銅箔61が、回路の配置に影響を及ぼさない範囲で、できる限り面積を大きくしているものである。貫通孔60を形成したことにより、LED58の散熱面積を増加させることができ、このため、プリント回路板57上の銅箔61の熱を導通することができると記載されている。
【0005】
また、図8に示すLED装置62は、内視鏡用光源部に形成され、複数の発光ダイオード63が基板64上に配置され、基板64上には、面全体に、一定の間隔で通気孔65が形成され、基板64の背面に放熱用ファン66が設置されたものである。そして、放熱用ファン66から供給される冷却風は、通気孔65を介して基板64の正面に送られて、発光ダイオード63を冷却する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来技術1は、フィン55により自然冷却させるので、複数の発光ダイオード51の電気入力が大きいと、フィン55からの放熱が追随せず、発光ダイオード51の温度上昇が増大するおそれがある。
【0007】
また、従来技術2は、LED58および銅箔61等により1つの発光部(発光ダイオード)が形成され、プリント回路板57上の銅箔61の熱を導通させることにより放熱しているので、LED58を多数配設した小形のLED装置56を形成することができないという欠点を有する。
【0008】
また、従来技術3は、放熱用ファン66を配設しているので、LED装置62がコストアップするとともに、小形化が制約されるという欠点を有する。
【0009】
本発明は、複数のLEDを集合して配設し、各LEDの放熱が十分に行われて温度上昇が抑制されるLED装置およびLED照明装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載のLED装置の発明は、一方の面が略平面状に形成され、他方の面に底部が一方の面に連通しているとともに内面が反射面に形成された複数の凹部を有する基体と;発光部が凹部の内面に対向して配設されている発光ダイオードと;凹部で包囲されている基体の他方の面および一方の面を貫通している貫通孔と;を具備していることを特徴とする。
【0011】
本発明および以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。
【0012】
基体は、金属または樹脂のいずれであってもよく、熱伝導性が高いほど好ましい。
【0013】
凹部の配列は、特に問わないが、凹部は、マトリックス状、千鳥状または放物状に配列されると、密集できる。
【0014】
貫通孔の形状は、特に問わない。そして、貫通孔には、通気がなされる。この通気は、貫通孔の内壁から放熱された熱を基体の外部へ発散させる。すなわち、通気孔は、基体の放熱表面積を増大させている。
【0015】
また、貫通孔は、2つの凹部で包囲されていることを包含する。
【0016】
本発明によれば、発光ダイオードの熱は、基体に直ちに伝熱し、基体に形成されている貫通孔の内壁、基体の一方の面および他方の面から放熱される。したがって、所定面積を有する基体の他方の面に密集して発光ダイオードが配設されていても、発光ダイオードの温度上昇が抑制される。この結果、発光ダイオードの樹脂の劣化または光束の減少が抑制される。
【0017】
請求項2に記載のLED装置の発明は、請求項1記載のLED装置において、発光ダイオードはプリント基板に実装され、このプリント基板は、貫通孔に対向する孔が形成されて基体の一方の面に密着するようにして配設されていることを特徴とする。
【0018】
本発明によれば、発光ダイオードはプリント基板に実装されるので、プリント基板の銅箔パターンにより、発光ダイオードへの電源入力が容易化される。また、発光ダイオードを基体の凹部に固定させる必要がないので、LED装置の組立性が向上される。
【0019】
請求項3に記載のLED装置の発明は、請求項1または2記載のLED装置において、貫通孔は、内接する円の最小の直径が5mm以上であることを特徴とする。
【0020】
貫通孔が円柱状であれば、基体の一方の面および他方の面を貫通する貫通方向に対して直交する方向の断面は円であり、この円の直径は5mm以上である。
【0021】
当該直径を5mm以上とする理由は、以下のとおりである。すなわち、当該直径が5mmを下回ると、空気の粘性により貫通孔における自然通気の流れが遅くなり、放熱が損なわれる。したがって、当該直径を5mm以上とする。5mm以上の上限は、基体の他方の面に形成された凹部に制限され、基体に形成可能な最大の大きさである。
【0022】
本発明によれば、貫通孔は、内接する円の最小の直径が5mm以上となるように形成されるので、空気の粘性による通気が損なわれることがなく、内壁から継続的に放熱される。
【0023】
請求項4に記載のLED照明装置の発明は、請求項1ないし3いずれか一記載のLED装置と;LED装置を配設しているLED照明装置本体と;発光ダイオードを点灯させる点灯装置と;を具備していることを特徴とする。
【0024】
点灯装置は、発光ダイオードを発光(点灯)させるAC−DC変換装置や電圧調整装置などにより構成され、LED照明装置本体内に設けてもよく、LED照明装置本体と別置であってもよい。
【0025】
本発明によれば、請求項1ないし3いずれか一記載のLED装置を具備するので、発光ダイオードの温度上昇が抑制され、光束の減少が抑制されるLED照明装置が提供される。
【0026】
請求項5に記載のLED照明装置の発明は、請求項4記載のLED照明装置において、LED照明装置本体は、基体の縁部を支持している枠体からなることを特徴とする。
【0027】
本発明によれば、LED照明装置本体は、基体の縁部を支持している枠体からなるので、LED照明装置が軽量化および簡素化される。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
【0029】
図1は、本発明の第1の実施形態を示すLED装置であり、(a)は正面図、(b)は(a)のA−A方向の断面図、(c)は(a)のB−B方向の断面図である。
【0030】
LED装置(LEDモジュール)1は、基体2、発光ダイオード3、貫通孔4およびプリント基板5を有して構成されている。
【0031】
基体2は、例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂からなり、その外形は120×120mm、厚さ約10mmに形成されている。そして、一方の面2aおよび他方の面2bが略平面状に形成されているとともに、他方の面2bに複数の凹部6が形成されている。凹部6は、縦横に(マトリックス状に)それぞれ10個(計100個)形成されている。なお、基体2は、PBT樹脂に限らず、熱伝導率が約1W/m・K以上の樹脂であればよい。
【0032】
凹部6は、放物面状に形成され、他方の面2b上において円状(直径12mm)である。そして、底部6aには、一方の面2aに連通している挿通孔7が形成され、発光ダイオード3が挿通されている。また、内面6bは、Al蒸着等により反射面(鏡面)に形成されている。
【0033】
発光ダイオード3は、例えば白色光を放射するものであり、発光部の被覆樹脂がほぼ砲弾状に形成されるなど、周知の構成により形成されている。そして、発光ダイオード3は、凹部6の底部6aに形成されている挿通孔7に挿通可能な位置にして、かつ発光部が凹部6の内面6bに光学的に対向するようにしてプリント基板5に実装されている。発光ダイオード3は、凹部6と同数の100個がリードフレーム(図示しない。)を介してプリント基板5に実装されている。
【0034】
貫通孔4は、基体2の凹部6で包囲されている他方の面2bおよび一方の面2aを円柱状に貫通して形成され、その内径は5mmである。他方の面2bにおいて、貫通孔4は4個の凹部6で包囲され、縦横にそれぞれ9個(計81個)形成されている。そして、各貫通孔4の表面積は1.57cm2であり、全貫通孔4で127cm2の表面積となっている。この全貫通孔4の表面積は、基体2の凹部6等を設けていない素体に対して、約38%表面積を増加させている。貫通孔4は、基体2の一方の面2a側または他方の面2b側から通気がなされ、この通気に対して内壁(表面)から放熱する。
【0035】
そして、発光ダイオード3を実装しているプリント基板5は、貫通孔4に対する孔8が形成されている。プリント基板5は、発光ダイオード3を実装している実装面が基体2の一方の面2aに密着するようにして接着材または螺子等により基体2に結合されている。プリント基板5および基体2の結合状態において、貫通孔4および孔8は、互いに連通している。ここで、基体2の一方の面2aは、プリント基板5と少なくとも30%以上密着するように平面状または略平面状に形成されている。そして、プリント基板5の前記実装面には、可能な限り面積が大きくなるように、面状の銅箔パターンが形成されている。また、プリント基板5の背面5aには、複数の発光ダイオード3の共通入力部(図示しない。)が形成されている。
【0036】
プリント基板5は、複数の発光ダイオード3を実装するとともに電源の共通入力部を形成しているので、プリント基板5の銅箔パターンにより、発光ダイオード3への電源入力が容易化されている。また、プリント基板5と基体2は別体であり、発光ダイオード3を基体2の凹部6に固定させる必要がないので、LED装置1の組立性が向上されている。なお、発光ダイオード3への電源入力は、各光ダイオード3に例えば30mAの電流が通電されるようにすればよく、発光ダイオード3の個々に直流電圧を入力してもよく、あるいは直列接続された複数の発光ダイオード3の両端間に直流電圧を入力してもよい。
【0037】
こうして構成されたLED装置1は、それぞれの発光ダイオード3に30mAの電流が通電され、全入力電力が約10Wである。そして、通常の周囲温度(25℃)において、約200ルーメン(lm)の光束が得られる。
【0038】
次に、本発明の第1の実施形態の作用について述べる。
【0039】
プリント基板5の背面5aに設けられた共通入力部が給電されると、それぞれの発光ダイオード3のリードフレーム間に直流電圧が印加されて30mAの電流が流れ、発光ダイオード3が点灯(発光)する。
【0040】
発光ダイオード3が点灯(発光)すると、発光ダイオード3からの熱は、リードフレームを介してプリント基板5の面状の銅箔パターンに拡散して伝熱され(ヒートスプレッダー効果)、さらにプリント基板5および基体2の密着部または近接部を介して基体2に伝熱される。また、発光ダイオード3からの熱は、発光ダイオード3が配設されている凹部6の底部6aおよび内面6bに直接的に伝熱または輻射されて、基体2に伝熱される。このように、発光ダイオード3が点灯すると、発光ダイオード3からの熱は、直接的または間接的に基体2に伝熱される。
【0041】
基体2の一方の面2aにプリント基板5が結合されているので、基体2に伝熱された発光ダイオード3からの熱は、主として他方の面2b、側面2cおよび貫通孔4の表面(内壁)から放熱される。ここで、全貫通孔4の表面積は、基体2の素材の約38%であり、基体2の放熱表面積を大きく増加させている。また、貫通孔4の直径は5mmであるので、空気の粘性によって貫通孔4における空気の流れが損なわれることがなく、貫通孔4および孔8には、基体2の他方の面2bおよびプリント基板5の背面5a間に通気がなされる。これにより、貫通孔4の内壁から放熱された熱は、LED装置1の外部へ放出され、基体2が自然冷却され、発光ダイオード3の温度上昇が抑制される。この結果、発光ダイオード3からの光束の減少が抑制され、被覆樹脂の劣化が防止されて長寿命化される。
【0042】
そして、貫通孔4は、4個の凹部6で包囲されている他方の面2bを貫通して形成されているので、基体2の他方の面2bに凹部6同士を互いに接近させ、凹部6を密集(集合)させることができる。すなわち、基体2の他方の面2bに発光ダイオード3は密集して配設される。これにより、LED装置1より出射される光束が増大される。
【0043】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
【0044】
図2は、本発明の第2の実施形態を示すLED装置であり、(a)は正面図、(b)は(a)のC−C方向の断面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【0045】
図2に示すLED装置9は、図1に示すLED装置1において、基体2の他方の面2bに凹部6が千鳥状に形成され、貫通孔4は、主として3個の凹部6で包囲されている他方の面2bを貫通して形成されている。
【0046】
LED装置9は、貫通孔4を流れる通気により、基体2が放熱され、発光ダイオード3の温度上昇が抑制される。また、貫通孔4は、直近の凹部6同士を結ぶ直線上に形成されないので、基体2の他方の面2bに凹部6を密集(集合)して形成可能であり、発光ダイオード3が密に配設される。これにより、LED装置9より出射される光束が増大される。
【0047】
上述したように、貫通孔4は、基体2の主として3個の凹部6で包囲されている他方の面2bおよび一方の面2aを貫通して形成されるものであり、これにより、他方の面2bに発光ダイオード3を密集して配設可能である。
【0048】
なお、上記第1および第2の実施形態において、基体2は、金属例えばアルミニウムを用いて形成してもよい。この場合、基体2とプリント基板5の間に、熱伝導率が高い絶縁材が介在される。アルミニウムは、熱伝導率が約240W/m・Kであるので、発光ダイオード3の温度上昇は効果的に低減される。
【0049】
また、凹部6は放物面に形成される必要はなく、発光ダイオード3を配設可能な凹みを有していればよい。また、内面6bは、鏡面に形成する必要はなく、光が反射される程度の反射面に形成されていればよい。
【0050】
また、貫通孔4は円柱状に形成される必要はなく、角柱状など、その形状は特に問わない。しかし、基体2の一方の面2aおよび他方の面2bを貫通する貫通方向に対して直交する方向の仮想断面積が、直径5mmの円の面積以上であることが好ましい。これにより、空気の粘性によって貫通孔4内の空気の流れが損なわれることが抑制される。
【0051】
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
【0052】
図3は、本発明の第3の実施形態を示すLED照明装置であり、(a)は概略正面図、(b)は下面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【0053】
図3に示すLED照明装置10は、天井面11に配設される直付け照明器具であり、LED装置1、LED照明装置本体としての照明器具本体12、点灯装置13およびアダプタ14を有して構成されている。
【0054】
照明器具本体12は、上面および下面に開口15,15を有して箱状に形成され、内部にLED装置1を配設している。すなわち、LED装置1の縁部は、照明器具本体12に支持され、基体2の一方の面2aおよび他方の面2bは、それぞれ開口15,15に臨んでいる。そして、照明器具本体12は、上面側に設けられた所定長の連結管16,16によりアダプタ14に支持されている。
【0055】
アダプタ14は、略円柱状に形成され、内部に点灯装置13を収納している。そして、上面側に一対の電極刃(図示しない。)が設けられている。この電極刃は、天井面11に配設された引掛シーリング17の電極刃挿入穴(図示しない。)に挿入され、アダプタ14が回動されることにより、引掛シーリング17の電源極(図示しない。)に載置されて電気的に接続される。引掛シーリング17の電源極は、天井面11の裏側に配線された電源コード(図示しない。)により商用交流電源に電気的に接続されている。
【0056】
そして、アダプタ14の電極刃は、点灯装置13の入力端子に電気的に接続されている。また、点灯装置13の出力端子からリード線(図示しない。)が導出され、このリード線は、連結管16,16内を挿通してプリント基板5の共通入力部に接続されている。
【0057】
点灯装置13は、AC−DC変換装置や電圧調整装置などにより構成され、各発光ダイオード3に30mAの電流を通電させて発光ダイオード3を点灯(発光)させる。
【0058】
LED照明装置10は、発光ダイオード3が点灯すると、照明器具本体12の開口15から白色光を出射する。そして、連結管16,16が所定長を有するので、基体2の貫通孔4には、照明器具本体12の下面側から上面側に通気がなされる。これにより、基体2は、主として貫通孔4から放熱され、自然冷却される。そして、発光ダイオード3の温度上昇が抑制され、照明器具本体12の開口15から出射される光束の減少が抑制される。
【0059】
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
【0060】
図4は、本発明の第4の実施形態を示すLED照明装置であり、(a)は概略正面図、(b)は下面図である。なお、図3と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【0061】
図4に示すLED照明装置18は、天井面11に配設される吊り下げ照明器具であり、LED装置1、LED照明装置本体としての枠体19、点灯装置13およびアダプタ20を有して構成されている。
【0062】
枠体19は、基体2の縁部を覆って支持している。そして、上面19aの4隅にワイヤ20が取付けられている。このワイヤ20は、所定長を有してアダプタ20に設けられた突出片21に取付けられている。すなわち、ワイヤ20は、LED装置1および枠体19をアダプタ20に吊り下げて支持している。
【0063】
アダプタ20は、図3に示すアダプタ14と同様に形成され、側面20aに突出片21を形成しているとともに、下面20bに先端に雌コネクタ22を有する電源コード23を配設している。この電源コード23は、点灯装置13の出力端子に電気的に接続されている。また、LED装置1には、プリント基板5の共通入力部に電気的に接続されている雄コネクタ24付きの電源コード25が設けられている。そして、雌コネクタ22に雄コネクタ24が接続されることにより、点灯装置13の出力端子は、プリント基板5の共通入力部に電気的に接続されている。
【0064】
LED照明装置18は、発光ダイオード3が点灯すると、枠体19の開口15から白色光を出射する。そして、基体2が主として貫通孔4から放熱され、自然冷却されるので、発光ダイオード3の温度上昇が抑制されて、開口15から出射される光束の減少が抑制される。
【0065】
また、LED照明装置18は、LED照明装置本体を基体2の縁部を支持している枠体19により構成しているので、軽量化され、簡素化される。
【0066】
なお、アダプタ20は、雌コネクタ22を有する電源コード23を設けず、下面20bにコンセント部を設け、このコンセント部にLED装置1から導出される電源コード25の雄コネクタ24を接続してもよい。また、点灯装置13の出力端子とプリント基板5の共通入力部を電源コードにより直接的に接続するように構成してもよい。
【0067】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、発光ダイオードの熱は、基体に形成された貫通孔から放熱されるので、基体の他方の面に密集して発光ダイオードが配設されていても、発光ダイオードの温度上昇を抑制することができ、この結果、発光ダイオードの樹脂の劣化または光束の減少を抑制することができる。
【0068】
請求項2の発明によれば、発光ダイオードはプリント基板に実装されるので、プリント基板の銅箔パターンにより、発光ダイオードへの電源入力を容易化することができる。また、発光ダイオードを基体の凹部に固定させる必要がないので、LED装置の組立性を向上させることができる。
【0069】
請求項3の発明によれば、貫通孔は、内接する円の最小の直径が5mm以上となるように形成されるので、空気の粘性による通気が損なわれることがなく、基体から継続的に放熱させることができる。
【0070】
請求項4の発明によれば、請求項1ないし3いずれか一記載のLED装置を具備するので、発光ダイオードの温度上昇が抑制され、光束の減少が抑制されるLED照明装置を提供することができる。
【0071】
請求項5の発明によれば、LED照明装置本体は、基体の縁部を支持している枠体からなるので、LED照明装置を軽量化および簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示すLED装置であり、(a)は正面図、(b)は(a)のA−A方向の断面図、(c)は(a)のB−B方向の断面図。
【図2】本発明の第2の実施形態を示すLED装置であり、(a)は正面図、(b)は(a)のC−C方向の断面図。
【図3】本発明の第3の実施形態を示すLED照明装置であり、(a)は概略正面図、(b)は下面図。
【図4】本発明の第4の実施形態を示すLED照明装置であり、(a)は概略正面図、(b)は下面図。
【図5】発光ダイオードのPN接合温度に対する光束の変化図。
【図6】従来技術1のLED装置の一部切り欠き斜視図。
【図7】従来技術2のLED装置を示し、(a)は一部断面視した斜視図、(b)は一部断面図。
【図8】従来技術3のLED装置の位置関係を示す正面図。
【符号の説明】
1,9…LED装置、2…基体、3…発光ダイオード、4…貫通孔、5…プリント基板、10,18…LED照明装置、12…LED照明装置本体としての照明器具本体、13…点灯装置、19…LED照明装置本体としての枠体
Claims (5)
- 一方の面が略平面状に形成され、他方の面に底部が一方の面に連通しているとともに内面が反射面に形成された複数の凹部を有する基体と;
発光部が凹部の内面に対向して配設されている発光ダイオードと;
凹部で包囲されている基体の他方の面および一方の面を貫通している貫通孔と;
を具備していることを特徴とするLED装置。 - 発光ダイオードはプリント基板に実装され、このプリント基板は、貫通孔に対向する孔が形成されて基体の一方の面に密着するようにして配設されていることを特徴とする請求項1記載のLED装置。
- 貫通孔は、内接する円の最小の直径が5mm以上であることを特徴とする請求項1または2記載のLED装置。
- 請求項1ないし3いずれか一記載のLED装置と;
LED装置を配設しているLED照明装置本体と;
発光ダイオードを点灯させる点灯装置と;
を具備していることを特徴とするLED照明装置。 - LED照明装置本体は、基体の縁部を支持している枠体からなることを特徴とする請求項4記載のLED照明装置。
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