JP2012109147A - Ｌｅｄ発光ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子を発光源とし、照射光が均一な配光分布を有すると共に優れた放熱性能を有する信頼性の高いＬＥＤ発光ユニットを提供することにある。
【解決手段】ＬＥＤ２を載置した基台３と、ＬＥＤ２に対向する面を、頂点がＬＥＤ２の光軸Ｘ上に位置し光軸Ｘに対してＬＥＤ２と反対方向に向かって開く直円錐形状の鏡面反射面４ａとするリフレクタ４を、平板状の金属部材からなり、台座１５に固定されると共に光軸Ｘの周方向の所定の角度間隔をおいた位置に光軸Ｘに対して放射状に延びる複数の放熱板５に嵌合固定した構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ発光ユニットに関するものであり、詳しくは、ＬＥＤ素子を発光源とし、照射光が均一な配光分布を有すると共に優れた放熱性能を有する信頼性の高いＬＥＤ発光ユニットに関する。

従来、この種のＬＥＤ発光ユニットとしては、例えば、以下のような構成からなるものが開示されている。

それは、図１５に示すように、平板状の基板８０に複数のＬＥＤ８１を実装したＬＥＤモジュール（側面発光部用ＬＥＤモジュール）８２と円形の基板８３に複数のＬＥＤ８４を実装したＬＥＤモジュール（前面発光部用ＬＥＤモジュール）８５を形成し、多角筒状の枠体(図示せず)の各側面に沿ってＬＥＤモジュール８２を取り付けて側面発光部８６を構成すると共に、枠体の前方近傍にＬＥＤモジュール８５を配置して前面発光部８７を構成し、側面発光部８６と前面発光部８７を枠体を介して口金８８と一体化することにより発光ユニット８９を構成している。

そして、この発光ユニット８９を、反射体９０と前面カバー９１で形成された閉空間９２内に、口金８８を反射体９０の後部から突出させた状態で収容して灯器用ユニット９３を構成し、側面発光部８６からの発光量と前面発光部８７からの発光量の光量比を適宜設定することにより、灯器用ユニット９３としての所望の配光を実現することができるというものである（例えば、特許文献１参照。）。

また、図１６（ａ）、（ｂ）に示すＬＥＤランプ１００のように、基端部１０１に口金１０２が接続され、その口金１０２近傍に複数の放熱孔１０３が設けられた略円筒形状の支持部材１０４に、ＬＥＤ素子１０５が実装された実装基板１０６をホルダー１０７を介して支持し、その実装基板１０６を透光性材料からなるバルブ１０８内に収容した構成とするものもある。

これにより、ＬＥＤ素子１０５による発熱は実装基板１０６及びホルダー１０７を介して支持部材１０４に伝導され、支持部材１０４から該支持部材１０４内の空気に伝達されてその暖気が支持部材１０４内を移動して放熱孔１０３から外部に放散される。その結果、ＬＥＤ素子１０５がバルブ１０８で覆われた状態にあったとしても、ＬＥＤ素子１０５の温度上昇を抑制できるというものである（例えば、特許文献２参照。）。

特開平１０−８３７０９号公報 特開２００４−２９６２４５号公報

ところで、上記特許文献１に開示された発光ユニット８９及び灯器用ユニット９３は、基板８０に複数のＬＥＤ８１を実装したＬＥＤモジュール８２、及び基板８３に複数のＬＥＤ８４を実装したＬＥＤモジュール８５が、いずれも多点発光部で構成された光源となるものであり、この光源から照射される照射光はドットパターン状の不均一な光度分布を呈するものとなる。

また、発光ユニット８９及び灯器用ユニット９３は、ＬＥＤ８１、８４の発熱に対する放熱手段がほとんど施されておらず、多数のＬＥＤ８１、８４の同時点灯により発生する多量の熱が夫々のＬＥＤ８１、８４の温度上昇を誘発し、ＬＥＤ８１、８４の温度上昇に起因する発光効率の低下や寿命の低下等の性能劣化を招いて信頼性を損なうことになる。

一方、上記特許文献２に開示されたＬＥＤランプは、上述の特許文献１と同様に、ＬＥＤ素子１０５が実装された実装基板１０６が、多点発光部で構成された光源となるものであり、この光源から照射される照射光はドットパターン状の不均一な光度分布を呈するものとなる。

また、放熱手段において、略円筒形状の支持部材１０４の内部流路や放熱孔１０３は暖気の対流を阻害する抵抗となるものであり、良好な放熱性能を確保することは困難である。更に、支持部材１０４に設けられた複数の放熱孔１０３は機械加工によるものであり、そのため加工工数の増加による生産性の低下に伴って製造コストの上昇を招くことになる。

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素子を発光源とし、照射光が均一な配光分布を有すると共に優れた放熱性能を有する信頼性の高いＬＥＤ発光ユニットを提供することにある。

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、１つの第１のＬＥＤと、金属部材からなり、前記第１のＬＥＤが載置された基台と、前記第１のＬＥＤと対向する面を、頂点が前記第１のＬＥＤの光軸上に位置し該光軸に対して前記第１のＬＥＤと反対方向に向かって開く直円錐形状の鏡面反射面とする第１のリフレクタと、平板状の金属部材からなり、前記基台の前記第１のリフレクタと反対側に位置する金属部材からなる台座に固定されて前記光軸に対して放射状に延びる複数の放熱板を備え、前記基台及び前記リフレクタが前記複数の放熱板に固定支持されていることを特徴とするものである

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、前記第１のＬＥＤと前記第１のリフレクタの鏡面反射面の間に、前記第１のＬＥＤからの出射光を平行光に変換するコリメータレンズを配置したことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１において、前記台座から最も離れた位置の前記光軸上に、光出射方向を前記台座と反対方向に向けて１つの第２のＬＥＤが配置されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項３において、前記第１のリフレクタの鏡面反射面と前記第１のＬＥＤとの間に、光軸を前記第１のＬＥＤの光軸と共有し光出射方向を前記第１のリフレクタの鏡面反射面の方向に向けて１つの第３のＬＥＤが配置されると共に、前記第３のＬＥＤの光出射方向と反対側に前記第１のＬＥＤと対向する面を、頂点が前記第１のＬＥＤの光軸上に位置し該光軸に対して前記第１のＬＥＤと反対方向に向かって開く直円錐形状の鏡面反射面とする第２のリフレクタが前記複数の放熱板に固定支持されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項３又は請求項４において、前記複数の放熱板は、前記光軸の近傍に位置する部分を切除した形状であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載された発明は、前記台座と透明カバーで形成された気密空間内に、請求項１から請求項５に記載されたＬＥＤ発光ユニットのいずれかを収容すると共に透明で絶縁性を有する冷却液が充填されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載された発明は、請求項１から請求項６のいずれかにおいて、前記台座の前記放熱板が固定された側と反対側に口金が固定されていることを特徴とするものである。

本発明のＬＥＤ光学ユニットは、ＬＥＤを載置した基台と、ＬＥＤに対向する面を直円錐形状の鏡面反射面とするリフレクタを、平板状の金属部材からなり、口金に固定されると共にＬＥＤの光軸の周方向の所定の角度間隔をおいた位置に光軸に対して放射状に延びる複数の放熱板に嵌合固定した構成とした。

そのため、ＬＥＤからの直射光及びＬＥＤから出射されて鏡面反射面で反射された反射光が、光軸を中心軸とする放射状に配置されている複数の放熱板と同様に、光軸を中心軸とする放射状に照射される。

その結果、ＬＥＤからの直射光及び鏡面反射面による反射光のうち放熱板で遮蔽される範囲は放熱板の、直射光及び反射光が照射される側の端面の面積に相当する範囲のみであり、ＬＥＤからの出射光のほとんどが照射光として使用される。つまり、光の利用効率が高い光源として機能を発揮するものである。

また、１つのＬＥＤからの出射光が、直射光及び鏡面反射面による反射光として光軸を中心軸とする放射状に照射されため、照射光は光軸を中心軸とする円周方向に偏りのない均一な配光分布を有するものとなる。そこで、このＬＥＤ発光ユニットを灯具に光源として組み込む場合、灯具の光学設計が容易になると共に設計の自由度が高く、光学設計に忠実で高精度な配光を得ることができる。

それと同時に、ＬＥＤ素子の発光時の熱は、ＬＥＤが載置された金属製の基台から金属製の複数の放熱板に伝導され、放熱板の平板部の表面から該表面に接する空気に伝達されて移動し、暖気が大気中に放散される。

その結果、ＬＥＤ素子の発光時の自己発熱による温度上昇が抑制されて温度上昇に起因する発光寿命の短縮及び発光効率の低下が抑制され、高い信頼性及び適切な照射光量を確保することが可能となる。

実施例１の斜視図である。 実施例１の側面図である。 実施例１の上面図である。 ＬＥＤ素子の説明図である。 実施例２の側面図である。 実施例３の側面図である。 実施例４の側面図である。 実施例５の側面図である。 他の実施形態の構成図である。 実施形態の斜視図である。 実施形態の側面図である。 実施形態の上面図である。 他の実施形態の斜視図である。 ＬＥＤ発光ユニットの使用例を示す説明図である。 従来例の説明図である 同じく、従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図１２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。

図１は、本発明に係わる実施例１のＬＥＤ発光ユニットの斜視図、図２はＬＥＤ発光ユニットの側面図、図３はＬＥＤ発光ユニットの上面図、図４はＬＥＤの説明図である。

ＬＥＤ発光ユニット１は、光源となる１つのＬＥＤ２、ＬＥＤ２を載置する基台３、ＬＥＤ２からの出射光の配光を制御するリフレクタ４、基台３とリフレクタ４を固定支持すると共にＬＥＤ２の点灯時の発熱を外部に放散することによりＬＥＤ２の温度上昇を抑制する複数の放熱板５、放熱板５を固定する台座１５、及び外部からの電力を受電する電極となる口金６を備えている。

そのうち、基台３は上面３ａを平坦面とする金属部材からなり、その上面３ａの中央部に熱伝導性が良好な接着剤（図示せず）を介してＬＥＤ２が載置されている。ＬＥＤ２は図４に示すように、ハウジング２ａ内にＬＥＤ素子２ｂが実装されると共にＬＥＤ素子２ｂの電極と電気的に接続された一対の電極２ｃがハウジング２ａの側壁を貫通して側方に延びた構造を有する表面実装型である。電極２ｃはハンダ等による導電接合部材２ｄにより接続されたワイヤハーネス２ｅを介して後述する口金６に電気的に接続されている。なお、ＬＥＤ素子２ｂは透光性樹脂２ｆで樹脂封止されている。

図１から図３に戻って、ＬＥＤ２の上方には、ＬＥＤ２に対向する面を、頂点がＬＥＤ２の光軸Ｘ上に位置し光軸Ｘに対してＬＥＤ２と反対方向に向かって開く直円錐形状の鏡面反射面４ａとするリフレクタ４が配置されている。

複数（本実施例では４枚）の放熱板５は、平板状の金属部材からなり、同様に金属部材からなる台座１５に固定されると共に光軸Ｘの周方向の所定の角度間隔をおいた位置に光軸Ｘに対して放射状に延びている。本実施例においては、等角度間隔で配置している。そして、夫々の放熱板５には光軸Ｘ側に、基台３を嵌合して固定するための基台嵌合用切欠部７及びリフレクタ４を嵌合して固定するためのリフレクタ嵌合用切欠部８が設けられている。

同時に、基台嵌合用切欠部７とリフレクタ嵌合用切欠部８の間には、ＬＥＤ２からの出射光がリフレクタ４の鏡面反射面４ａに到達するまでの光路が確保できるように光路用切欠部９が設けられている。

そして、放熱板５の基台嵌合用切欠部７に基台３がＬＥＤ２の光出射方向を上方に向けて嵌め込まれて固定され、リフレクタ嵌合用切欠部８にリフレクタ４が鏡面反射面４ａを下方（ＬＥＤ２の方向）に向けて嵌め込まれて固定されている。

口金６は、複数の放熱板５を固定する台座１５の放熱板５と反対側に固定されると共に、台座１５及び放熱板５を介して、ＬＥＤ２が載置された基台３とリフレクタ４を一体化するものである。それと同時に、ＬＥＤ発光ユニット１を光源として灯具に取り付けるときの取付部としての機能、外部電源からの電力を取り込んでＬＥＤ２を点灯させるための外部接続電極としての機能も有している。

特に、灯具への取付部として口金６を用いることにより、灯具に対するＬＥＤ発光ユニット１の位置決めを精度よく且つ再現性よく行うことができる。その結果、灯具からの照射光の配光特性（配光分布）を光学設計に基づき高精度で忠実に且つ良好な再現性で実現することができる。

そこで、一対の電極２ｃ間に外部電源により電圧を印加すると、図示しないＬＥＤ素子が発光してＬＥＤ２が点灯し、光を出射する。この出射光のうち、ＬＥＤ２の光出射方向の上方に位置しＬＥＤ２と対向する、リフレクタ４の鏡面反射面４ａに向かう光は、鏡面反射面４ａで反射されて反射光は光軸Ｘを中心軸とする放射方向に照射される。

この照射光が、中心軸に対する放射方向の、上斜め方向から水平方向を経て下斜め方向に至る範囲のうちのどの領域に照射されるかは、直円錐形状の鏡面反射面４ａの、光軸Ｘに対して開く傾斜角度を適宜な角度に設定することにより決められる。

一方、ＬＥＤ２からの出射光のうちリフレクタ４の鏡面反射面４ａに反射されることのない直射光は、光軸Ｘを中心軸とする放射方向の上斜め方向に照射される。

このとき、ＬＥＤ２からの直射光及びＬＥＤ２から出射されてリフレクタ４の鏡面反射面４ａで反射された反射光が、外部に照射されるまでの光路中に４枚の放熱板５が配置されているが、４枚の放熱板５はいずれも直射光及び反射光と同様に光軸Ｘを中心軸とする放射状に配置されている。そのため、直射光及び反射光のうち放熱板５で遮蔽される範囲は放熱板５の、直射光及び反射光が照射される側の端面５ａの面積に相当する範囲のみであり、平板部５ｂではほとんど遮蔽されることはない。

そのため、放熱板５の平板部５ｂの面積に対する遮蔽される端面５ａの面積の割合が極めて小さく、ＬＥＤ２からの出射光のほとんどが照射光として使用される。つまり、光の利用効率が高い光源として機能を発揮するものである。

また、１つのＬＥＤ２からの出射光が、直射光として及びＬＥＤ２の光軸Ｘを頂点とする直円錐形状の鏡面反射面４ａで反射された反射光として、光軸Ｘを中心軸とする放射状に照射される。そのため、照射光は光軸Ｘを中心軸とする円周方向に偏りのない均一な配光分布を有するものとなる。そこで、このＬＥＤ発光ユニット１を灯具に光源として組み込む場合、灯具の光学設計が容易になると共に設計の自由度が高く、光学設計に忠実で高精度な配光を得ることができる。

ところで、ＬＥＤ素子が発光すると、同時に熱も発生する。その場合、ＬＥＤ素子はＬＥＤ素子自体の自己発熱による温度上昇によって発光寿命が短縮すると共に発光効率が低下する。その結果、信頼性が低下すると共に照射光量が低減することになる。

これに対し、上記構成のＬＥＤ発光ユニット１においては、ＬＥＤ素子の発光時の熱はＬＥＤ２が載置された金属製の基台３に伝導され、基台３から金属製の複数の放熱板５に伝導される。そして、放熱板５に伝導された熱はおもに放熱板５の平板部５ｂの表面から該表面に接する空気に伝達されて移動し、暖気が大気中に放散される。

このとき、５枚の放熱板５の夫々は、ＬＥＤ２からの出射光が外部に照射されるまでの光路を妨げることのないように配置された、ＬＥＤ発光ユニットの大きさ一杯に形成された大面積の平板部５ｂを有しており、この平板部５ｂによってＬＥＤ素子の発熱が効率的に放熱される。

その結果、ＬＥＤ素子の発光時の自己発熱による温度上昇が抑制されて温度上昇に起因する発光寿命の短縮及び発光効率の低下が抑制され、高い信頼性及び適切な照射光量を確保することができる。

このように、上記構成のＬＥＤ発光ユニット１はＬＥＤ発光ユニット１自体に優れた放熱手段を有している。そのため、このＬＥＤ発光ユニット１を灯具に光源として組み込んだ場合、灯具側にヒートシンク等の放熱手段を設ける必要がない。そのため、ＬＥＤ発光ユニット１は光源として灯具に組み込むことにより灯具の低コスト化及び軽量化に大いに寄与するものとなる。

次に、上述の実施例１の構成を基本構成とする他の実施例２から実施例５について、夫々図５から図８を参照して説明する。

実施例２のＬＥＤ発光ユニット１は、上記実施例１のＬＥＤ発光ユニット１の構成に対して、ＬＥＤ２が載置された基台３と鏡面反射面４ａを有するリフレクタ４の上下の位置関係を反対にしたものである。

具体的には図５に示すように、放熱板５の基台嵌合用切欠部７に基台３が、ＬＥＤ２の光出射方向を下方に向けて嵌め込まれて固定され、リフレクタ嵌合用切欠部８にリフレクタ４が、ＬＥＤ２に対向する面を、頂点がＬＥＤ２の光軸Ｘ上に位置し光軸Ｘに対してＬＥＤ２と反対方向に向かって開く直円錐形状の鏡面反射面４ａを上方（ＬＥＤ２の方向）に向けて嵌め込まれて固定されている。

これにより、ＬＥＤ２からの出射光のうち、ＬＥＤ２の光出射方向の下方に位置しＬＥＤ２と対向する、リフレクタ４の鏡面反射面４ａに向かう光は、鏡面反射面４ａで反射されて反射光は光軸Ｘを中心軸とする放射方向に照射される。

この照射光が、中心軸に対する放射方向の、上斜め方向から水平方向を経て下斜め方向に至る範囲のうちのどの領域に照射されるかは、実施例１と同様に、直円錐形状の鏡面反射面４ａの、光軸Ｘに対して開く傾斜角度を適宜な角度に設定することにより決められる。

一方、ＬＥＤ２からの出射光のうちリフレクタ４の鏡面反射面４ａに反射されることのない直射光は、光軸Ｘを中心軸とする放射方向の下斜め方向に照射される。

実施例１と実施例２の光学的なおもな違いは、ＬＥＤ２からの直射光がＬＥＤ発光ユニット１の上斜め方向に照射されるのか、あるいは下斜め方向に照射されるのかの違いである。

実施例１のＬＥＤ発光ユニット１は直射光が上斜め方向に照射されるものであり、実施例２のＬＥＤ発光ユニット１は直射光が下斜め方向に照射されるものである。灯具の光源としていずれのＬＥＤ発光ユニットを用いるかは、灯具に求められる配光特性を考慮して決定される。

実施例３のＬＥＤ発光ユニット１は、上記実施例１のＬＥＤ発光ユニット１の構成に対して、ＬＥＤ２とリフレクタ４の鏡面反射面４ａの間にＬＥＤ２からの出射光を平行光に変換するコリメータレンズ１０を配置したものである。

具体的には図６に示すように、ＬＥＤ２とリフレクタ４の鏡面反射面４ａの間にコリメータレンズ１０を配置し、ＬＥＤ２からの出射光のほとんどをコリメータレンズ１０で平行光にして鏡面反射面４ａに投影し、鏡面反射面４ａで反射された平行反射光を照射光として外部に照射するものである。

そこで、このＬＥＤ発光ユニット１を光源として組み込んだ灯具において、灯具の配光制御を灯具を構成する光出射部に形成するレンズカットで行う場合、レンズカット面にＬＥＤ２からの平行光が照射されるためにレンズカットの光学設計が容易になると共に設計の自由度が高く、光学設計に忠実で高精度な配光を得ることができる。

また、灯具の光出射部を素通しとする場合、ＬＥＤ発光ユニット１からの平行光が灯具の光出射部をそのまま透過して外部に照射される。そのため、灯具からの照射光は灯具からの距離に係わらない一定の配光分布を有するものとなる。

実施例４のＬＥＤ発光ユニット１は、上記実施例１のＬＥＤ発光ユニット１の構成に対して更にもう１つのＬＥＤ１１を備え、このＬＥＤ１１からの出射光をＬＥＤ発光ユニットの上方に向けて照射するものである。

具体的には図７に示すように、リフレクタ４の鏡面反射面４ａと反対側に、ＬＥＤ１１を、光軸がＬＥＤ２の光軸Ｘと共有すると共に光出射方向を上方に向けて載置したものである。これにより、上記実施例１及び実施例２が光の照射方向を上斜め方向から水平方向を経て下斜め方向に至る範囲のうちの適宜な領域とするのに対し、実施例３はそれと同時に照射方向を上方にまで拡大するものである。これにより、実施例１及び実施例２のＬＥＤ発光ユニットよりも広範囲の配光特性を有するＬＥＤ発光ユニット１が実現する。

この場合、新たに備えられたＬＥＤ１１の放熱対策として、このＬＥＤ１１が載置されるリフレクタ４を金属部材で形成することが好ましい。これにより、ＬＥＤ素子の発光時の熱はＬＥＤ１１が載置された金属製のリフレクタ４に伝導され、リフレクタ４から金属製の複数の放熱板５に伝導されて平板部５ｂの表面から該表面に接する空気に伝達されて移動し、暖気が大気中に放散される。

その結果、ＬＥＤ素子の発光時の自己発熱による温度上昇が抑制されて温度上昇に起因する発光寿命の短縮及び発光効率の低下が抑制され、高い信頼性及び適切な照射光量を確保することができる。

なお、夫々の放熱板５は、光軸Ｘの近傍を切除した形状としている。これにより、ＬＥＤ１１から上方に向かう出射光が遮蔽されることなく上方に向けて照射され、照射光の光量確保と遮蔽物の影による局部的な陰影を有しない平準な配光分布を確保している。

実施例５のＬＥＤ発光ユニット１は、上記実施例４のＬＥＤ発光ユニット１の構成に対して更にもう１つのＬＥＤ１２と、もう１つのリフレクタ１３を備え、このＬＥＤ１２からの出射光をＬＥＤ発光ユニット１の光軸Ｘを中心軸とする放射方向に向けて照射するものである。

具体的には図８に示すように、ＬＥＤ１１が載置されたリフレクタ４とＬＥＤ２が載置された基台３との間に、一方の側を直円錐形状の鏡面反射面１３ａとし、他方の側にＬＥＤ１２が載置されたリフレクタ１３を配置したものである。

リフレクタ１３は、ＬＥＤ２に対向する面を、頂点がＬＥＤ２の光軸Ｘ上に位置し光軸Ｘに対してＬＥＤ２と反対方向に向かって開く直円錐形状の鏡面反射面１３ａとし、ＬＥＤ１２を、光軸がＬＥＤ２及びＬＥＤ１１の光軸Ｘと共有すると共に光出射方向を上方（リフレクタ４の鏡面反射面４ａの方向）に向けて載置したものである。

これにより、ＬＥＤ２からの出射光と共にＬＥＤ１２からの出射光がＬＥＤ発光ユニット１の光軸Ｘを中心軸とする放射方向に向けて照射される。これにより、上記実施例４に対して光軸Ｘを中心軸とする放射方向に向けて照射される照射光の光量が約２倍となり、このＬＥＤ発光ユニット１を灯具の光源として使用することにより、明るい灯具が実現する。

この場合、実施例４のＬＥＤ発光ユニットと同様に、新たに備えられたＬＥＤ１２の放熱対策として、このＬＥＤ１２が載置されるリフレクタ１３を金属部材で形成することが好ましい。これにより、ＬＥＤ素子の発光時の熱はＬＥＤ１２が載置された金属製のリフレクタ１３に伝導され、リフレクタ１３から金属製の複数の放熱板５に伝導されて平板部５ｂの表面から該表面に接する空気に伝達されて移動し、暖気が大気中に放散される。

その結果、ＬＥＤ素子の発光時の自己発熱による温度上昇が抑制されて温度上昇に起因する発光寿命の短縮及び発光効率の低下が抑制され、高い信頼性及び適切な照射光量を確保することができる。

また、夫々の放熱板５も実施例４と同様に、光軸Ｘの近傍を切除した形状としている。
これにより、ＬＥＤ１１から上方に向かう出射光が遮蔽されることなく上方に向けて照射され、照射光の光量確保と遮蔽物の影による局部的な陰影を有しない平準な配光分布を確保している。

次に、上記実施例１から実施例５のＬＥＤ発光ユニットを、更に冷却効率を向上させるような構成としたＬＥＤ発光ユニットの例について説明する。

図９は、実施例１のＬＥＤ発光ユニットを更に冷却効率を向上させる構成としたＬＥＤ発光ユニットの構成図、図１０は、ＬＥＤ発光ユニットの斜視図、図１１はＬＥＤ発光ユニットの側面図、図１２はＬＥＤ発光ユニットの上面図である。

ＬＥＤ発光ユニット２０は図９のように、実施例１のＬＥＤ発光ユニット１の台座１５に透明カバー２１に気密嵌合してＬＥＤ発光ユニット１と透明カバー２１を一体化したものである。このとき、図１０から図１２に示すように、台座１５と透明カバー２１とで気密空間２２が形成され、気密空間２２内に台座１５に固定された複数の放熱板５を介して実施例１のＬＥＤ発光ユニット１が収容されている。

それと同時に、気密空間２２内には冷却媒体として、例えばパラフィン油等の透明で絶縁性を有する冷却液２３が充填されており、ＬＥＤ素子の発光時の熱がＬＥＤ２が載置された金属製の基台３及び金属製の複数の放熱板５に伝導され、放熱板５に伝導された熱はおもに放熱板５の平板部５ｂの表面から該表面に接する冷却液２３に伝達される。そして、受熱した冷却液２３は気密空間２２内の自然対流により透明カバー２１に熱伝達され、透明カバー２１の外面から該表面に接する空気に伝達されて移動し、暖気が大気中に放散される。

このように、実施例１のＬＥＤ発光ユニット１を組み込んだＬＥＤ発光ユニット２０は、ＬＥＤ２から熱放散が行われる放熱板５までの伝熱経路に熱伝導性が良好な金属部材を配置することにより放熱性を高めたＬＥＤ発光ユニット１を、台座１５と透明カバー２１で形成された気密空間２２内に充填された冷却液２３中に浸漬することにより更に放熱性を高めるような構成とした。

その結果、ＬＥＤ発光ユニット２０は、組み込んだＬＥＤ発光ユニット１の発光源であるＬＥＤ素子の発光時の自己発熱による温度上昇が大幅に抑制されて温度上昇に起因する発光寿命の短縮及び発光効率の低下が効果的に抑制され、極めて高い信頼性及び適切な照射光量を確保することができる。

なお、実施例２から実施例５のＬＥＤ発光ユニット１を、台座１５と透明カバー２１で気密嵌合して一体化したＬＥＤ発光ユニットについては、実施例１を組み込んだ上述のＬＥＤ発光ユニット２０と同様に、台座１５と透明カバー２１で構成された気密空間２２内に冷却液２３を充填して該冷却液２３中に実施例２から実施例５のＬＥＤ発光ユニット１を浸漬した構成とするものである。そのため、図示及び詳細な説明は省略する。

なお、放熱性についても、実施例１を組み込んだ上述のＬＥＤ発光ユニット２０と同様に、組み込んだＬＥＤ発光ユニットの発光源であるＬＥＤ素子の発光時の自己発熱による温度上昇が大幅に抑制されて温度上昇に起因する発光寿命の短縮及び発光効率の低下が効果的に抑制され、極めて高い信頼性及び適切な照射光量を確保することができる。

ところで、上記実施例１から実施例５は放熱板５の数を４枚としたが、必ずしもこの枚数に限定されるものではなく、求められる放熱性を考慮して適宜決定されるものである。

なお、上記実施例１から実施例５のＬＥＤ発光ユニット１（図１〜図３、図５〜図８参照）、及び実施例１から実施例５のＬＥＤ発光ユニット１を、台座１５と透明カバー２１で気密嵌合して一体化し、気密空間２２内に冷却液２３を充填したＬＥＤ発光ユニット２０（図１０〜図１２参照）については、口金６を取り付けない状態においてもＬＥＤ発光ユニットとしての機能を果たすことができる。

例えば、実施例１のＬＥＤ発光ユニット１から口金６を取り除いた例として図１３に示すように、光源となる１つのＬＥＤ２、ＬＥＤ２を載置する基台３、ＬＥＤ２からの出射光の配光を制御するリフレクタ４、基台３とリフレクタ４を固定支持すると共にＬＥＤ２の点灯時の発熱を外部に放散することによりＬＥＤ２の温度上昇を抑制する複数の放熱板５、及び放熱板５を固定する台座１５を備えた構成とするものである。

図１４は、このような構成のＬＥＤ発光ユニット１の使用例を示したものであり、複数のＬＥＤ発光ユニット１を所定の間隔で基板２５に取り付けたものである。これは例えば、電光表示板のような大型表示板の表示部として用いることができ、組み立てにおける実装性及び確実性が良好であり、口金がない分、薄型化が可能となる。また、複数のＬＥＤ発光ユニット１のＬＥＤ点灯回路も１つにまとめられるため、全体として小型化及び低コスト化を図ることができる。

なお、口金を備えたＬＥＤ発光ユニットは、口金内にＬＥＤ点灯回路を内蔵することもできるし、口金の大きさ等の諸条件によっては外部に設けることも可能である。

また、放熱板は、少なくとも平板部の表面を鏡面反射面とすることも可能である。これにより、ＬＥＤからの乱反射光を有効に外部に取り出すことができ、照射光としての光の利用効率を高めることができる。

１… ＬＥＤ発光ユニット
２… ＬＥＤ
２ａ… ハウジング
２ｂ… ＬＥＤ素子
２ｃ… 電極
２ｄ… 導電接合部材
２ｅ… ワイヤハーネス
２ｆ… 透光性樹脂
３… 基台
３ａ… 上面
４… リフレクタ
４ａ… 鏡面反射面
５… 放熱板
５ａ… 端面
５ｂ… 平板部
６… 口金
７… 基台嵌合用切欠部
８… リフレクタ嵌合用切欠部
９… 光路用切欠部
１０… コリメータレンズ
１１… ＬＥＤ
１２… ＬＥＤ
１３… リフレクタ
１３ａ… 鏡面反射面
１５… 台座
２０… ＬＥＤ発光ユニット
２１… カバー
２２… 気密空間
２３… 冷却液
２５… 基板

Claims (7)

1. １つの第１のＬＥＤと、
   金属部材からなり、前記第１のＬＥＤが載置された基台と、
   前記第１のＬＥＤと対向する面を、頂点が前記第１のＬＥＤの光軸上に位置し該光軸に対して前記第１のＬＥＤと反対方向に向かって開く直円錐形状の鏡面反射面とする第１のリフレクタと、
   平板状の金属部材からなり、前記基台の前記第１のリフレクタと反対側に位置する金属部材からなる台座に固定されて前記光軸に対して放射状に延びる複数の放熱板を備え、
   前記基台及び前記リフレクタが前記複数の放熱板に固定支持されていることを特徴とするＬＥＤ発光ユニット。
2. 前記第１のＬＥＤと前記第１のリフレクタの鏡面反射面の間に、前記第１のＬＥＤからの出射光を平行光に変換するコリメータレンズを配置したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光ユニット。
3. 前記台座から最も離れた位置の前記光軸上に、光出射方向を前記台座と反対方向に向けて１つの第２のＬＥＤが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光ユニット。
4. 前記第１のリフレクタの鏡面反射面と前記第１のＬＥＤとの間に、光軸を前記第１のＬＥＤの光軸と共有し光出射方向を前記第１のリフレクタの鏡面反射面の方向に向けて１つの第３のＬＥＤが配置されると共に、前記第３のＬＥＤの光出射方向と反対側に前記第１のＬＥＤと対向する面を、頂点が前記第１のＬＥＤの光軸上に位置し該光軸に対して前記第１のＬＥＤと反対方向に向かって開く直円錐形状の鏡面反射面とする第２のリフレクタが前記複数の放熱板に固定支持されていることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ発光ユニット。
5. 前記複数の放熱板は、前記光軸の近傍に位置する部分を切除した形状であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のＬＥＤ発光ユニット。
6. 前記台座と透明カバーで形成された気密空間内に、請求項１から請求項５に記載されたＬＥＤ発光ユニットのいずれかを収容すると共に透明で絶縁性を有する冷却液が充填されていることを特徴とするＬＥＤ発光ユニット。
7. 前記台座の前記放熱板が固定された側と反対側に口金が固定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ発光ユニット。

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