JP2012113943A - Ｌｅｄ発光ユニット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性が良好で高い信頼性を有する廉価なＬＥＤ発光ユニットを提供することにある。
【解決手段】基台６に透光性を有するバルブ３を気密嵌合して気密空間４を形成し、気密空間４内に、光源となるＬＥＤ５、ＬＥＤ５を実装して基台６上に載置されたマウントプレート１１、基台６に支持固定されてＬＥＤ５の点灯時の発熱を放散することによりＬＥＤ５の温度上昇を抑制する複数の放熱板７を収容すると共に、所定量の冷却液９を充填してその冷却液９にＬＥＤ５、マウントプレート１１、基台６、放熱板７を浸漬するようにした。気密空間４内は冷却液９が充填されると共に大気圧に対して所定の負圧状態にある中空部１０が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ発光ユニット及びその製造方法に関するものであり、詳しくは、発光源のＬＥＤ素子に対して優れた放熱性能を有するＬＥＤ発光ユニット及びその製造方法に関する。

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１１に示すように、ガラス球８０がガラスラッパ管８１に溶接されて中空室８２が形成され、中空室８２内に、ガラスラッパ管８１に固定された熱の良導体（例えば金属）からなる支持部品８３及び支持部品８３に載置されたＬＥＤライト芯８４が配置されている。

そして、中空室８２内に注入された光乱反射樹脂８５にＬＥＤライト芯８４が浸漬されると共に中空室８２内に注入された透光性液体８６に支持部品８３が浸漬され、中空室８２内の光乱反射樹脂８５及び透光性液体８６が注入された領域以外の領域を真空領域８７とする構成としたものである。（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−２３１２７６号公報

ところで、上記特許文献１に開示されたＬＥＤ電球８８においては、ＬＥＤライト芯８４による発熱はＬＥＤライト芯８４が載置された支持部品８３に伝導されるか、あるいはＬＥＤライト芯８４が浸漬された光乱反射樹脂８５に伝導される。

そのうち、熱良導体からなる支持部品８３に伝導された熱は、ガラスラッパ管８１に伝導されるか、或いは支持部品８３が浸漬された透光性液体８６に伝達される。

熱伝導性が例えば金属に対して非常に低いガラスラッパ管８１に伝導された熱はその後ライトヘッド（口金）８９に伝導され、ライトヘッド８９を介して外部に放熱される。そのため、ＬＥＤライト芯８４の発熱が良好な熱伝導によってライトヘッド８９に伝わることはなく、ライトヘッド８９による放熱効果は期待できない。

また、透光性液体８６に伝達された熱は、対流により熱伝導性が例えば金属に対して非常に低いガラス球８０に伝達され、ガラス球８０を介して外部に放熱される。そのため、ＬＥＤライト芯８４の発熱がガラス球８０を介して効率的に外部に放熱されることはなく、透光性液体８６及びガラス球８０による熱経路での放熱効果は期待できない。

一方、発熱源であるＬＥＤライト芯８４が浸漬された光乱反射樹脂８５に伝導された熱は、熱伝導性が例えば金属に対して非常に低い光乱反射樹脂８５から熱伝導性が例えば金属に対して非常に低いガラス球８０に伝導され、ガラス球８０を介して外部に放出される。そのため、ＬＥＤライト芯８４の発熱がガラス球８０を介して効率的に外部に放熱されることはなく、光乱反射樹脂８５及びガラス球８０による熱経路での放熱効果は期待できない。

つまり、ＬＥＤ電球８８全体がＬＥＤライト芯８４からの発熱を効率よく放熱することを期待できないものであり、ＬＥＤライト芯８４はＬＥＤライト芯８４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は避けられないものである。

また、特許文献１の構成では、中空室８２内に予め真空領域８７を設けて、ＬＥＤライト芯８４の点灯時の発熱による透光性液体８６の温度上昇によって透光性液体８６の体積が増加しても、真空領域８７の容積が減少することにより、中空室８２の内圧が大気圧を超えないようにしている。

但し、この場合、特許文献１で開示された製造方法によって中空室８２内に予め真空領域８７を設ける方法は、製造設備の増設や製造工程の増加、製造時間の増加などを招き、製造コストを上昇させる要因となる。

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素子及びＬＥＤ素子に熱的に接続された放熱部材を冷却液に浸漬してＬＥＤ素子の放熱効率を高めると共に、冷却液がＬＥＤ素子の発熱による温度上昇に伴って熱膨張を生じたときにも、気密空間を構成する構成部材に変形が生じたり構成部材を破損したりすることのない廉価なＬＥＤ発光ユニット及びその製造方法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、金属製の基台と前記基台の一方の側に固定された透光性を有するバルブで気密空間が形成され、前記気密空間内に、大気圧に対して所定の負圧状態にある中空部を残して透明性を有する冷却液が充填されており、前記基台の中央部に載置されたＬＥＤと、前記基台の前記ＬＥＤを囲む位置に固定支持されて該ＬＥＤの光軸に沿って且つ前記光軸に対して放射状に延びる複数の平板状の放熱板と、が前記冷却液に浸漬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、前記中空部は不活性ガスが封入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３に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記冷却液は絶縁性を有す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１から請求項３のいずれかにおいて、前記放熱板の表面は鏡面反射面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５に記載された発明は、請求項１から請求項４のいずれかにおいて、前記基台の前記バルブ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。

また、本発明の請求項６に記載された発明は、請求項１から請求項５のいずれかにおいて、前記口金の内部に前記ＬＥＤを点灯するためのＬＥＤ点灯回路が収容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、金属製の基台の一方の側の中央部にＬＥＤを載置する工程と、前記基台の前記ＬＥＤを囲む位置に該ＬＥＤの光軸に沿って且つ前記光軸に対して放射状に延びる複数の平板状の放熱板を固定支持する工程と、前記基台に透光性を有するバルブを固定して前記基台と前記バルブで形成される閉空間内に前記ＬＥＤと前記複数の放熱板を収容する工程と、前記ＬＥＤの高温側の絶対最大定格温度近傍の温度環境の下で、前記閉空間内に大気圧に対して所定の負圧状態にある中空部を残して所定量の透明性を有する冷却液を充填する工程と、を有し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８に記載された発明は、請求項７において、前記冷却液は絶縁性を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項９に記載された発明は、請求項７又は請求項８において、前記放熱板の表面は鏡面反射面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１０に記載された発明は、請求項７から請求項９のいずれかにおいて、前記閉空間内に所定量の透明性を有する冷却液を充填する工程の後工程に、前記基台の前記バルブが固定された側と反対側に口金を固定する工程を設けたことを特徴とするものである。

本発明のＬＥＤ発光ユニットは、金属製の基台と透光性を有するバルブで気密空間を形成し、前記気密空間内に、大気圧に対して所定の負圧状態にある中空部を残して透明性を有する冷却液を充填すると共に、基台の中央部に載置されたＬＥＤと、基台のＬＥＤを囲む位置に固定支持されてＬＥＤの光軸に沿って且つ前記光軸に対して放射状に延びる複数の平板状の放熱板が冷却液に浸漬するようにした。

その結果、ＬＥＤから出射された出射光のほとんどが放熱板に光路を妨げられることなく外部に対する照射光として活用され、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、ＬＥＤからの発熱が基台を経て複数の放熱板に伝導され、放熱板から冷却液に伝達される。そして、受熱した冷却液は気密空間内の自然対流によりその熱がバルブに伝達され、バルブ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。

そのため、ＬＥＤ素子からの発熱が複数の伝熱経路を経て効率よく放熱され、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。

本発明の実施形態に係わるＬＥＤ発光ユニットの構成図である。 ＬＥＤ発光ユニットの上面図である。 ＬＥＤ発光ユニットの側面図である。 ＬＥＤの説明図である。 配線の説明図である。 冷却液の状態を示す説明図である。 ＬＥＤ発光ユニットの製造工程図である。 ＬＥＤ発光ユニットの製造工程図である。 ＬＥＤ発光ユニットの製造工程図である。 ＬＥＤ発光ユニットの製造工程図である。 他の実施形態に係わるＬＥＤ発光ユニットの上面図である。 ＬＥＤ発光ユニットの側面図である。 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。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図１０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、本発明の実施形態に係わるＬＥＤ発光ユニットの構成図、図２は上面図、図３は側面図、図４はＬＥＤの説明図、図５は配線の説明図、図６は冷却液の状態を示す説明図、図７はＬＥＤ発光ユニットの製造工程図である。

図１から図３より、ＬＥＤ発光ユニット１は、基台６に透光性を有するバルブ３が気密嵌合して気密空間４が形成され、気密空間４内に、光源となるＬＥＤ５、ＬＥＤ５が実装されてなると共に基台６上に載置されたマウントプレート１１、基台６に支持固定されてＬＥＤ５の点灯時の発熱を放散することによりＬＥＤ５の温度上昇を抑制する複数の放熱板７を収容し、基台６に固定されて内部にＬＥＤ点灯回路８（図示せず）を備えた口金による構成となっている。

更に、気密空間４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９が充填されており、その冷却液９に上記ＬＥＤ５、マウントプレート１１、基台６、放熱板７が浸漬されている。

上記ＬＥＤ発光ユニット１の構成部材のうち、マウントプレート１１は上面１１ａを平坦面とする金属部材からなり、基台６も上面６ａを平坦面とする金属部材からなっている。マウントプレート１１の上面１１ａの中央部には熱伝導性が良好な接着剤（図示せず）を介して光源となるＬＥＤ５が載置されている。また、基台６は、口金２に物理的に接合固定されると同時に熱的にも接続状態となっている。

ＬＥＤ５は図４に示すように、ハウジング５ａ内にＬＥＤ素子５ｂが実装されると共にＬＥＤ素子５ｂの電極と電気的に接続された一対の電極５ｃがハウジング５ａ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５ｃはハンダ等による導電接合部材５ｄにより接続されたワイヤハーネス５ｅを介して後述するＬＥＤ点灯回路８に電気的に接続されている。なお、ＬＥＤ素子５ｂは透光性樹脂５ｆで樹脂封止されている。

図１から図３に戻って、複数の放熱板７は平板状の金属部材からなり、基台６に物理的に支持固定されると同時に熱的にも接続状態となっており、口金２の中心軸と同一直線上に位置するＬＥＤ５の光軸Ｘに対して、光軸Ｘの周方向の所定の角度間隔をおいた位置に、ＬＥＤ５の周囲を囲むように光軸Ｘに沿って基台６から上方に延びると共に光軸Ｘを中心軸とする放射方向に延びている。本実施例においては、６枚の放熱板７が等角度間隔で配置されている。

口金２は、金属部材からなり、例えば外周側に雄ねじが形成されており、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受電してＬＥＤ５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２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をもって実現することができる。

基台６とバルブ３で形成された気密空間４内は、ＬＥＤ５の消灯状態においては全てが完全に冷却液９によって満たされているわけではなく、一部に中空部１０が設けられている。この中空部１０は、ＬＥＤ５の点灯時に冷却液９の温度がＬＥＤ５の高温側の絶対最大定格温度近傍の温度になったときを想定し、そのときの冷却液９の熱膨張による体積増加に対して内圧が大気圧を超えないように、予めＬＥＤ５の消灯状態において所定の容積に且つ大気圧に対して所定の負圧状態となるように設定されている。

但し、その場合、中空部１０の容積は冷却液９の容積に比べて極めて小さい。そのため、中空部１０の内圧が大気圧に対して負圧状態であったとしても、冷却液９が充填された気密空間４の内圧としてはほぼ大気圧と同圧に保たれている。

そこで、口金２が外部電源からの電力を受電すると内部配線を通してＬＥＤ点灯回路８に給電され、ＬＥＤ点灯回路８から出力されたＬＥＤ駆動電圧がワイヤハーネス５ｅを介してＬＥＤ５の一対の電極５ｃ間に印加される。すると、ＬＥＤ素子５ｂに駆動電流が給電されて発光し、ＬＥＤ５が点灯する（図４及び図５参照）。

そこで、ＬＥＤ５からの出射光のうち、略光軸Ｘ方向に向かう光は遮蔽物がないためそのままバルブ３に到達し、バルブ３を透過して外部に向けて照射される。一方、光軸Ｘを中心軸とする放射方向の上斜め方向から水平方向の範囲の領域に向かう光は、バルブ３に到達するまでの光路中に複数の放熱板７が配置されているため、その一部が放熱板７によって遮蔽される。

但し、この場合、複数の放熱板７はいずれもＬＥＤ５からの出射光と同様に光軸Ｘを中心軸とする放射状に延設されている。そのため、放熱板７で遮蔽される範囲は放熱板７の、ＬＥＤ５からの出射光が照射される側の端面７ａの面積に相当する範囲のみであり、平板部７ｂの平面部７ｄではほとんど遮蔽されることはない。

そのため、放熱板７の平板部７ｂの平面部７ｄの面積に対する遮蔽される端面７ａの面積の割合が極めて小さく、ＬＥＤ５から出射されて光軸Ｘを中心軸とする放射方向の上斜め方向から水平方向の範囲の領域に向かう光は、そのほとんどがバルブ３の斜め上方及び側方に到達し、バルブ３を透過して外部に向けて照射される。

つまり、ＬＥＤ５から出射された出射光のほとんどが放熱板７に光路を妨げられることなく外部に対する照射光として活用され、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、ＬＥＤ５からの出射光は、光軸Ｘを中心軸とする放射状に照射され、ＬＥＤ５からの出射時の配光特性を保ったまま照射光として外部に照射される。そのため、外部への照射光は光軸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特性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５ｂの発光時の熱はＬＥＤ５が実装された金属製のマウントプレート１１及びマウントプレート１１が載置された金属製の基台６に順次伝導され、その一部は基台６から金属製の口金２に伝導されて口金２を介してＬＥＤ発光ユニット１が取り付けられた灯具の側に移動する。

また、他の一部は金属製の複数の放熱板７に伝導され、放熱板７に伝導された熱はおもに放熱板７の平板部７ｂの表面から該表面に接する冷却液９に伝達される。そして、受熱した冷却液９は気密空間４内の自然対流により熱の一部がバルブ３に伝達され、バルブ３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。

それと同時に、冷却液９の自然対流により熱の一部は、基台６の、ＬＥＤ５が載置された位置から離れた、ＬＥＤ５からの発熱による温度上昇が少ない部分（バルブ３に近い部分）に伝達され、基台６から金属製の口金２に伝導されて口金２を介してＬＥＤ発光ユニット１が取り付けられた灯具の側に移動する。

その結果、ＬＥＤ素子からの発熱が複数の伝熱経路を経て効率よく放熱され、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。

ところで、冷却液９はＬＥＤ５の点灯時の発熱を受熱すると温度上昇によって膨張し、体積が増加する。すると、図６（ｂ）のように、中空部１０の容積が減少してその分中空部１０の内圧が上昇する。ところが、中空部１０は図６（ａ）のように予めＬＥＤ５の消灯状態において所定の容積に且つ大気圧に対して所定の負圧状態となるように設定されており、少なくとも、ＬＥＤ５の温度が高温側の絶対最大定格温度を超えない範囲においては中空部１０の内圧が大気圧を超えることはない。

中空部１０の内圧が大気圧を超えないということは、冷却液９が充填された気密空間４の内圧も大気圧を超えることがないということであり、この状態においても、気密空間４の内圧はほぼ大気圧と同圧に保たれていることになる。

そしてその後、ＬＥＤ５が消灯して冷却液９の温度が下がると冷却液９の体積が減少する。すると、図６（ａ）のように、中空部１０の容積が復元して予め設定された容積及び負圧状態に戻り、気密空間４の内圧も元の消灯時の内圧に戻る。

つまり、予めＬＥＤ５の消灯状態において大気圧に対して所定の負圧状態に設定された中空部１０が、ＬＥＤ５の点灯時の気密空間４の内圧緩和手段として機能することになり、それによりＬＥＤ５の点灯時及び消灯時のいずれの場合においても冷却液９が充填された気密空間４の内圧がほぼ大気圧と同圧に保持される。その結果、冷却液９が充填された気密空間４を構成する構成部材（本実施形態においては、例えばバルブ３）に変形が生じたり構成部材を破損したりすることがなく、信頼性の高いＬＥＤ発光ユニット１を実現することができる。

上記構成のＬＥＤ発光ユニット１は、以下のような製造工程を経て作製される（図７参照）。

まず、図７（ａ）の基台の準備工程において、ＬＥＤ５を搭載する台座部６ａ、バルブ３を気密固定するフランジ部６ｂ、ＬＥＤ５の電極５ｃとＬＥＤ点灯回路８を接続するワイヤハーネス５ｅを通すハーネス挿通孔６ｃ、バルブ３と基台６で形成された気密空間４に冷却液９を注入するときの注入口となる冷却液注入孔６ｄが設けられた金属製の基台６を準備する。

次に、図７（ｂ）の放熱板の支持固定工程において、円弧状の連接部７ｃを介して上方に且つ放射方向に延びる２枚の平板部７ｂを備えた金属製の放熱板７を、台座部６ａを囲むように基台６上に支持固定する。

次に、図７（ｃ）のＬＥＤ搭載工程において、基台６の中央部に、放熱板７の平板部７ｂに囲まれるように位置する台座部６ａ上に、金属製で平板状のマウントプレート１１上に実装されたＬＥＤ５を該マウントプレート１１を介して載置し、ＬＥＤ５の電極５ｃに接続されたワイヤハーネス５ｅをハーネス挿通孔６ｃに挿通させ、その後ハーネス挿通孔６ｃとワイヤハーネス５ｅとの間の隙間をシール部材で塞ぐ。

次に、図７（ｄ）のバルブ取付工程において、基台６のフランジ部６ｂにバルブ３の開口端部３ａを当接させて気密に接合し、気密空間４を形成する。但し、この時点では冷却液注入孔６ｄを介して外気との通気はある。

次に、図７（ｅ）の冷却液充填工程において、ＬＥＤ５の高温側の絶対最大定格温度近傍の温度環境下で、バルブ３を下に向けた状態で基台６の冷却液注入孔６ｄから所定量の冷却液９を気密空間４内に注入して中空部１０を確保した状態に充填し、その後冷却液注入孔６ｄをネジや栓等で塞いで冷却液９の漏れを防止する。符号６ｅは空気孔であり、冷却液９注入時の空気の抜け孔となるものである。

この時点においては、気密空間４内が完全な気密状態とされると共に、冷却液９は熱膨張により常温時よりも体積が増大しているが、中空部１０の内圧及び気密空間４全体の内圧はいずれも大気圧と同圧となっている。

最後に、図７（ｆ）の基台と口金の一体化工程において、図示はしないが、一端がＬＥＤ５の電極５ｃに接続されたワイヤハーネス５ｅの他端を、口金２内に配設されたＬＥＤ点灯回路の出力端子に接続し、口金２の開口端部に該開口端部を塞ぐように基台６を取り付けて一体化してＬＥＤ発光ユニット１が完成する。

この時点においては、ＬＥＤ発光ユニット１は常温環境下にある。そのため、冷却液充填工程時に比べて気密空間４内に充填された冷却液９の体積は減少し、中空部１０の容積は増えている。その結果、中空部１０の内圧は却液充填工程時に比べて減圧となっており、大気圧に対して負圧状態となっている。

但し、気密空間４全体の内圧は上述したように、中空部１０の容積が冷却液９の容積に比べて極めて小さいため、中空部１０の内圧が大気圧に対して負圧状態であったとしても、はほぼ大気圧と同圧に保たれている。

中空部１０は、冷却液９の特性に悪影響を及ぼさないように、窒素ガスなどの不活性ガスで形成することも有効である。

図８（上面図）及び図９（側面図）のＬＥＤ発光ユニット１は、上記構成のＬＥＤ発光ユニットを基本構成として、更に配光制御手段を付加した構成としたものである。

具体的には、ＬＥＤ５の上方に、ＬＥＤ５に対向する面を、頂点がＬＥＤ５の光軸Ｘ上に位置し光軸Ｘに対してＬＥＤ５と反対方向に向かって開く直円錐形状の鏡面反射面１２ａとするリフレクタ１２を配置したものである。

これにより、ＬＥＤ５からの出射光のうち、リフレクタ１２の鏡面反射面１２ａに向かう光Ｌ１は、鏡面反射面１２ａで反射されて反射光が光軸Ｘを中心軸とする放射方向に照射される。

このとき照射光が、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１２ａ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、ＬＥＤ５からの出射光のうちリフレクタ１２の鏡面反射面１２ａに反射されることのない直射光Ｌ２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、ＬＥＤ５からの直射光Ｌ２及びＬＥＤ５から出射されてリフレクタ１２の鏡面反射面１２ａで反射された反射光Ｌ１が、外部に照射されるまでの光路中に放熱板７の複数の平板部７ｂが配置されているが、複数の平板部７ｂはいずれも直射光Ｌ２及び反射光Ｌ１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Ｌ２及び反射光Ｌ１のうち放熱板７の平板部７ｂで遮蔽される範囲は平板部７ｂの、直射光Ｌ２及び反射光Ｌ１が照射される側の端面７ａの面積に相当する範囲のみであり、平面部７ｄではほとんど遮蔽されることはない。

そのため、放熱板７の平板部７ｂの平面部７ｄの面積に対する遮蔽される端面７ａの面積の割合が極めて小さく、ＬＥＤ５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、ＬＥＤ５からの出射光が、直射光として及びＬＥＤ５の光軸Ｘを頂点とする直円錐形状の鏡面反射面１２ａ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。

なお、ＬＥＤ発光ユニットは、口金２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。つまり、上述の製造工程において、図７（ｅ）の冷却液充填工程が完了した段階のものをＬＥＤ発光ユニットとするものである。

具体的な構成としては、基台６に透光性を有するバルブ３が気密嵌合して気密空間４が形成され、気密空間４内に、光源となるＬＥＤ５、ＬＥＤ５が実装されてなると共に基台６上に載置されたマウントプレート１１、基台６に支持固定されてＬＥＤ５の点灯時の発熱を放散することによりＬＥＤ５の温度上昇を抑制する複数の放熱板７が収容され、同時に、気密空間４内に所定の量の冷却液９を充填してＬＥＤ５、マウントプレート１１、基台６、放熱板７を浸漬する構成としたものである（図７（ｅ）参照）。

図１０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１３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、必ずしも口金内にＬＥＤ点灯回路を内蔵する必要はなく、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… 口金
３… バルブ
３ａ… 開口端部
４… 気密空間
５… ＬＥＤ
５ａ… ハウジング
５ｂ… ＬＥＤ素子
５ｃ… 電極
５ｄ… 導電接合部材
５ｅ… ワイヤハーネス
５ｆ… 透光性樹脂
６… 基台
６ａ… 台座部
６ｂ… フランジ部
６ｃ… ハーネス挿通孔
６ｄ… 冷却液注入孔
６ｅ… 空気孔
７… 放熱板
７ａ… 端面
７ｂ… 平板部
７ｃ… 連接部
７ｄ… 平面部
８… ＬＥＤ点灯回路
９… 冷却液
１０… 中空部
１１… マウントプレート
１１ａ… 上面
１２… リフレクタ
１２ａ… 鏡面反射面
１３… 基板

Claims (10)

1. 金属製の基台と前記基台の一方の側に固定された透光性を有するバルブで気密空間が形成され、
   前記気密空間内に、大気圧に対して所定の負圧状態にある中空部を残して透明性を有する冷却液が充填されており、
   前記基台の中央部に載置されたＬＥＤと、前記基台の前記ＬＥＤを囲む位置に固定支持されて該ＬＥＤの光軸に沿って且つ前記光軸に対して放射状に延びる複数の平板状の放熱板と、が前記冷却液に浸漬されていることを特徴とするＬＥＤ発光ユニット。
2. 前記中空部は不活性ガスが封入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。
3. 前記冷却液は絶縁性を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ発光ユニット。
4. 前記放熱板の表面は鏡面反射面であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ発光ユニット。
5. 前記基台の前記バルブ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４のいずれかに記載のＬＥＤ発光ユニット。
6. 前記口金の内部に前記ＬＥＤを点灯するためのＬＥＤ点灯回路が収容されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ発光ユニット。
7. 金属製の基台の一方の側の中央部にＬＥＤを載置する工程と、
   前記基台の前記ＬＥＤを囲む位置に該ＬＥＤの光軸に沿って且つ前記光軸に対して放射状に延びる複数の平板状の放熱板を固定支持する工程と、
   前記基台に透光性を有するバルブを固定して前記基台と前記バルブで形成される閉空間内に前記ＬＥＤと前記複数の放熱板を収容する工程と、
   前記ＬＥＤの高温側の絶対最大定格温度近傍の温度環境の下で、前記閉空間内に大気圧に対して所定の負圧状態にある中空部を残して所定量の透明性を有する冷却液を充填する工程と、を有していることを特徴とするＬＥＤ発光ユニットの製造方法。
8. 前記冷却液は絶縁性を有することを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ発光ユニットの製造方法。
9. 前記放熱板の表面は鏡面反射面であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のＬＥＤ発光ユニットの製造方法。
10. 前記閉空間内に所定量の透明性を有する冷却液を充填する工程の後工程に、前記基台の前記バルブが固定された側と反対側に口金を固定する工程を設けたことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載のＬＥＤ発光ユニットの製造方法。

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