JP2004193031A - Led照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単一の高輝度白色LED2から成るLED発光部3と、LED発光部3が中央部に熱的に結合されて配置されかつLED発光部3からの光をほぼ一方向に向けて反射するように前面開口11aに向けて湾曲した放熱手段兼用の反射部材11と、反射部材11の前面開口11aに配設した集光用のレンズ12と、レンズ12と反射部材11との間に介装した断熱部材17とを備えた構成とした。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、LED照明装置に関し、特に単一若しくは極少数の高輝度白色LEDを用いた携帯型照明装置や自転車の前照灯などに好適に適用できるLED照明装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の携帯型照明装置や自転車の前照灯における光源には、所定の輝度を確保するために、300mA〜1000mAの電流を流すことができる豆電球が用いられていたが、フィラメントを用いているため寿命が短く、また光変換効率も低いために電池寿命も短いという問題があった。
【0003】
一方、LEDは寿命が長くかつ光変換効率も高いという利点があるが、最大でも30mA程度の電流しか流すことができないため、所望の輝度を得難く、そのため、照明装置としてではなく単体若しくは複数のLED素子を配設した信号灯などに主に適用されていた。
【0004】
また、LED素子を用いた照明用の光源としては、一端に口金が設けられ、他端の開口部に向けてラッパ状に拡がるラッパ状金属放熱部と、ラッパ状金属放熱部の開口部に取付けられた透光性カバーと、これらラッパ状金属放熱部と透光性カバーにより形成された略球体の内部に配設された金属基板と、金属基板の透光性カバーに対向する面に実装された複数のLED素子とを備えた構成により、LED素子の発熱を金属基板からラッパ状金属放熱部に伝熱して大きな放熱面から放熱し、発熱を抑制して高い発光効率を確保するとともに寿命を向上するようにしたLED電球が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
また、照明用や表示用の光源として、多数のLED素子を用いた大掛かりな構成のLED光源も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−243809号公報
【0007】
【特許文献2】
特開平11−162660号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、LED素子を用いた携帯型照明装置を実現するためには、コンパクトな構成とするために単体若しくは極少数のLED素子を用いる必要があり、そのためには豆電球並みの大電流を流すことができて、単体で輝度の高いLED素子を用いる必要があるが、そのようなLED素子は発熱量が大きいために、コンパクトな構成でありながら放熱性能の高い構成にする必要がある。また、LED素子からの発光はその放射角が広いために、携帯型照明装置に必要な照明領域において所定の照度を確保する工夫が必要であり、これらの必要要件を矛盾を生じることなく満たすことが求められる。
【0009】
しかしながら、上記特許文献1に記載のLED電球や特許文献2に記載のLED光源では、当然そのままでコンパクトな携帯型照明装置に適用することはできない。また、特許文献1の電球形状の一部を構成するラッパ状金属放熱部と金属基板を放熱手段とすることで発熱を抑制することが開示されているが、その放熱手段をそのまま携帯型照明装置に適用することもできず、また所望の照明領域の照度を確保する手段も開示されていない。
【0010】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、コンパクトな構成にてLED素子の過熱を防止するのに必要な放熱性能を確保できるLED照明装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のLED照明装置は、LED発光部と、LED発光部が中央部に熱的に結合されて配置されかつLED発光部からの光をほぼ一方向に向けて反射するように前面開口に向けて湾曲した反射部材とを備えたものである。
【0012】
このような構成によれば、LED発光部からの光が反射部材にてその前面開口からほぼ一方向に向けて出射されて所望領域を効果的に照明することができ、かつその照明領域で所要の照度が得られるようにLED素子に大電流を流すことによってLED素子の発熱量が大きくなっても、LED発光部で発生した熱は反射部材にてその周囲に伝熱されて効果的に放熱されることで、大きな放熱手段を別途に設けることなく、コンパクトな構成にてLED素子の過熱を確実に防止でき、LED素子を用いた長寿命の携帯型照明装置を得ることができる。
【0013】
また、反射部材の前面開口に集光用のレンズを配設しかつレンズと反射部材との間に断熱部材を介装すると、LED素子の発光部が点光源でなくかつ光の放射角度が大きいために反射部材だけでは照明範囲が拡がってしまって所望領域において所定の照度が得られないという問題を、レンズによって集光することで解消して所要の照明領域の照度を確保することができ、かつ反射部材とレンズの間に断熱部材を介装していることで、放熱部材としての反射部材が高温になってもレンズが熱で悪影響を受けたり、損傷したりするのを防止することができる。
【0014】
また、LED発光部が、定格電流値が100mA〜1000mA、好適には350mA〜500mAの単一の高輝度白色LEDから成ると、LED発光部が単一のLED素子からなるコンパクトな構成にて携帯型照明装置等として必要な所望の輝度を確保することができる。
【0015】
また、レンズに光を拡散する拡散材料を含有させると、LED素子からの光をレンズ内で乱反射させることで、LED素子の発光部が点光源でないために輝度むらや色むらが発生し、そのまま照明すると照明光にむらを生じてしまうという問題を解消でき、均一な照明を得ることができる。
【0016】
また、レンズの集光パターンを楕円形にすると、その楕円形の長軸方向を水平方向にすることで、斜め前方下方に向けて照明する場合に略水平な照明対象面上での照明領域を略円形にしてその照明領域内の照度を確保することができ、自転車の前照灯などとして大きな効果を発揮する。
【0017】
また、LED発光部とレンズの間の空間と外部空間を連通する放熱口を設けると、LED発光部とレンズの間の空間の加熱雰囲気が放熱口を通して外部に放出されることで、レンズが熱で悪影響を受けたり、損傷したりするのを一層確実に防止することができる。
【0018】
また、本発明の他のLED照明装置は、LED発光部と、LED発光部が一側に熱的に結合されて配置されかつLED発光部からの光を略平行光にして前面開口から放射させる反射部材とを備えたものであり、反射部材によってLED発光部からの光が略平行光とされることで、集光用のレンズを設けることなく、所要の照明領域の照度を確保することができる。
【0019】
また、以上のLED照明装置において、LED発光部または反射部材に放熱手段を熱的に結合させて配置すると、反射部材だけでなく放熱フィンやその他の適宜放熱手段にて放熱することで、LED発光部の過熱をより確実に防止することができる。
【0020】
また、放熱手段が、LED発光部または反射部材と電池収容部を熱的に結合する熱伝達部材を有すると、LED発光部の熱を放熱できるだけでなく、LED発光部で発生した熱によって電池収容部を加熱して電池温度を高くすることができ、特に低温下での使用時に、電池の起電力を高くでき、電池の使用効率を向上することができる。
【0021】
また、放熱手段が、LED発光部の発熱に伴って熱電変換素子で発生した電力をLED発光部の駆動電力として利用可能とする熱電変換素子を有すると、LED発光部で発生した熱を熱電変換素子で電力に変換して電源として利用することで、電池の利用効率を向上することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のLED照明装置を適用した携帯型照明装置の第1の実施形態について、図1、図2を参照して説明する。
【0023】
図1において、1は小型電池を電源とする懐中電灯などの携帯型照明装置であって、光源として単一の高輝度白色LED2から成るLED発光部3を有し、電源用の電池4がケース5内に配設されている。
【0024】
ケース5は、電池4を収容する電池収容部6と、LED発光部3とその基板7とLED発光部3に対する通電制御を行う制御部8とを収容する光源収容部9とを有する本体ケース10を備えており、その光源収容部9の前部に、反射部材11と集光用のレンズ12を収容保持する前ケース13が螺合して装着され、また電池収容部6の後端面に開口された電池挿入口を電池蓋14にて開閉するように構成されている。
【0025】
LED発光部3を構成する高輝度白色LED2は、定格電流値が350mA程度で、最大500mAの電流が流すことができる性能を有しているもので、これによって懐中電灯や自転車の前照灯などに使用できる輝度の光を放射することができる。なお、高輝度白色LED2の定格電流値としては、100mA〜1000mAのものを適用することができ、350mA〜500mAのものが必要な輝度が得られるとともに消費電力が過大とならず好適である。
【0026】
反射部材11は、LED発光部3からの光をほぼ一方向に向けて反射するように前面開口11aに向けて湾曲した椀形状に形成されるとともに、熱伝達係数の高い金属材料にて構成されており、その中央部にLED発光部3が熱的に結合されて配置されている。また、LED発光部3の基板7も熱伝達係数の高い金属材料にて構成されており、反射部材11の中央部はこの基板7にも熱的に結合されている。また、反射部材11の外面には、放熱手段として放熱フィン15が熱的に結合して設けられ、また反射部材11の適所に、LED発光部3とレンズ12の間の空間と外部空間を連通する放熱口16が開口されている。
【0027】
集光用のレンズ12は、反射部材11の前面開口11aに配設され、透明樹脂にて構成されるとともに反射部材11とこのレンズ12との間に断熱部材17が介装されている。また、レンズ12には、図2に詳細に示すように、光を乱反射して拡散する拡散材料18が含有されている。この拡散材料18としては、光だけでなく、熱も放射させる窒化ホウ素などが好適に用いられる。
【0028】
以上の構成の携帯型照明装置1によれば、LED発光部3からの光が反射部材11にてその前面開口11aからほぼ一方向に向けて出射され、所望領域を効果的に照明することができる。また、その照明領域で所要の照度が得られるようにLED発光部3として高輝度白色LED2を用いて大電流を流すことによって、発熱量が大きくなっても、LED発光部3で発生した熱は反射部材11にてその周囲に伝熱されて効果的に放熱することができ、したがって大きな放熱手段を別途に設けることなく、コンパクトな構成にてLED発光部3の過熱を確実に防止し、LED発光部3を用いた長寿命の携帯型照明装置1を得ることができる。
【0029】
また、LED発光部3として、定格電流値が350mA、最大電流値が500mAの単一の高輝度白色LED2を用いているので、単一のLED素子からなるコンパクトな構成にて携帯型照明装置1として必要な所望の輝度を確保することができる。
【0030】
また、反射部材11の前面開口11aに集光用のレンズ12を配設しているので、高輝度白色LED2の発光部が点光源でなくかつ光の放射角度が大きいために反射部材11だけでは照明範囲が拡がって所定の照度が得られなくなるのに対して、レンズ12で集光することで所要の照明領域において所定の照度を確保することができ、かつレンズ12と反射部材11との間に介装された断熱部材17にて放熱部材としての反射部材11が高温になってもレンズ12が熱で悪影響を受けたり、損傷したりするのを防止することができる。
【0031】
さらに、LED発光部3または反射部材11に放熱フィン15などの放熱手段を熱的に結合させて配設し、また反射部材11に放熱口16を設けているので、さらに効果的に放熱でき、LED発光部3の過熱をより確実に防止することができる。
【0032】
また、レンズ12に光を拡散する拡散材料18を含有させているので、LED発光部3からの光をレンズ12内で乱反射し、LED発光部3からの光では避けられない輝度むらや色むらを無くして均一な照明光を得ることができる。
【0033】
次に、本発明のLED照明装置を携帯型照明装置に適用した第2の実施形態について、図3を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、先行する実施形態と実質的に同一の構成要素については、同じ参照符号を付して説明を省略し、主として相違点について説明する。
【0034】
本実施形態では、図3に示すように、反射部材11が前ケース13を兼用しており、レンズ12が反射部材11の前面開口部外周に螺合して装着した断熱材料から成るキャップ19にて保持されている。また、電池収容部6を有する本体ケース10が金属材料などの熱伝達係数の大きい材料にて構成されており、かつこの本体ケース10の開口部に熱的に結合されて円筒状の熱伝達部材20が固定されている。そして、この熱伝達部材20にLED発光部3の基板7が接触配置されるとともに制御部8を内蔵するとともにLED発光部3の基板7に一体的に固定された制御ケース21が螺合されて熱的に結合されている。かくして、LED発光部3及び反射部材11と本体ケース10の電池収容部6とが熱的に結合されている。
【0035】
このような構成により、LED発光部3や反射部材11と本体ケース10の電池収容部6が熱伝達部材20を介して熱的に結合されているので、LED発光部3の熱を本体ケース10にて放熱できるだけでなく、LED発光部3で発生した熱によって電池収容部6を加熱して電池4の温度を高くすることができ、特に低温下での使用時に、電池4の起電力を高くでき、電池4の使用効率を向上することができる。
【0036】
次に、本発明のLED照明装置の第3の実施形態について、図4を参照して説明する。
【0037】
本実施形態におけるLED照明装置は、自転車の前照灯22であり、そのレンズ12は、図4に示すように、長軸方向を水平方向に向けた楕円形の集光パターン23となるように構成されている。
【0038】
このような構成によれば、自転車の前照灯22において、斜め前方下方に向けて照明したときに、照明対象面である略水平な地面24上での略円形の照明領域25が形成され、その照明領域内の照度を確保することができ、LED発光部3の輝度が比較的小さくても、自転車の前照灯22の規格として設定されている自転車の夜間走行に必要な照度とその分布、即ち円形照明領域の中央部で400カンデラ、周縁部で100カンデラ以上という照度が確保され、自転車の前照灯22として大きな効果を発揮する。
【0039】
次に、本発明のLED照明装置の第4の実施形態について、図5を参照して説明する。
【0040】
本実施形態のLED照明装置においては、図5に示すように、LED発光部3で発生した熱が伝熱される部位、例えば基板7や反射部材11や熱伝達部材20に熱的に結合させて熱電変換素子26を配設し、LED発光部3の発熱に伴って熱電変換素子26で発生した電力をLED発光部3の制御部8に入力させることでLED発光部3の駆動電力として利用するようにしている。
【0041】
このような構成により、LED発光部3で発生した熱を熱電変換素子26で電力に変換して電源として利用することができるので、電池4の利用効率を向上することができる。
【0042】
次に、本発明のLED照明装置を携帯型照明装置に適用した第5の実施形態について、図6を参照して説明する。
【0043】
本実施形態の携帯型照明装置1においては、図6に示すように、本体ケース30の前部に、一側に配設された光源からの光を略平行光にして前面開口27aから放射させる放物面鏡から成る反射部材27が配設され、この反射部材27の一側にLED発光部3が熱的に結合されて配置されている。反射部材27の前面開口27aには透明板28が配置されてキャップ29にて本体ケース30に装着されている。
【0044】
このような構成によれば、略平行光とするための放物面鏡から成る反射部材27を用いているために、反射部材27が比較的大きくなるが、LED発光部3からの光を集光するためのレンズ12を設ける必要がなくなるため、安価に構成することができるという利点がある。
【0045】
【発明の効果】
本発明のLED照明装置によれば、LED発光部からの光が反射部材にてその前面開口からほぼ一方向に向けて出射されて所望領域を効果的に照明することができ、かつその照明領域で所要の照度が得られるようにLED素子に大電流を流すことによってLED素子の発熱量が大きくなっても、LED発光部で発生した熱は反射部材にてその周囲に伝熱されて効果的に放熱されることで、大きな放熱手段を別途に設けることなく、コンパクトな構成にてLED素子の過熱を確実に防止でき、LED素子を用いた長寿命の携帯型照明装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のLED照明装置の第1の実施形態の携帯型照明装置の概略構成を示す断面図である。
【図2】同実施形態の携帯型照明装置のレンズの詳細断面図である。
【図3】本発明のLED照明装置の第2の実施形態の携帯型照明装置の概略構成を示す断面図である。
【図4】本発明のLED照明装置の第3の実施形態の前照灯における照明領域の説明図である。
【図5】本発明のLED照明装置の第4の実施形態の要部の構成図である。
【図6】本発明のLED照明装置の第5の実施形態の携帯型照明装置の要部の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 携帯型照明装置(LED照明装置)
2 高輝度白色LED
3 LED発光部
4 電池
6 電池収容部
11 反射部材
11a 前面開口
12 レンズ
15 放熱フィン(放熱手段)
16 放熱口
17 断熱部材
18 拡散材料
20 熱伝達部材
23 楕円形の集光パターン
26 熱電変換素子
27 反射部材
Claims (10)
- LED発光部と、LED発光部が中央部に熱的に結合されて配置されかつLED発光部からの光をほぼ一方向に向けて反射するように前面開口に向けて湾曲した反射部材とを備えたことを特徴とするLED照明装置。
- 反射部材の前面開口に集光用のレンズを配設しかつレンズと反射部材との間に断熱部材を介装したことを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
- LED発光部は、定格電流値が100mA〜1000mA、好適には350mA〜500mAの単一の高輝度白色LEDから成ることを特徴とする請求項1または2記載のLED照明装置。
- レンズに光を拡散する拡散材料を含有させたことを特徴とする請求項2又は3記載のLED照明装置。
- レンズは、その集光パターンを楕円形にしたことを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載のLED照明装置。
- LED発光部とレンズの間の空間と外部空間を連通する放熱口を設けたことを特徴とする請求項2〜5の何れかに記載のLED照明装置。
- LED発光部と、LED発光部が一側に熱的に結合されて配置されかつLED発光部からの光を略平行光にして前面開口から放射させる反射部材とを備えたことを特徴とするLED照明装置。
- LED発光部または反射部材に放熱手段を熱的に結合させて配置したことを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載のLED照明装置。
- 放熱手段が、LED発光部または反射部材と電池収容部を熱的に結合する熱伝達部材を有することを特徴とする請求項8記載のLED照明装置。
- 放熱手段が、LED発光部の発熱に伴って熱電変換素子で発生した電力をLED発光部の駆動電力として利用可能とする熱電変換素子を有することを特徴とする請求項8記載のLED照明装置。
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