JP5557363B1 - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の課題は、発光機能を確保し、加熱性能に優れた発光装置、及び、信号灯器を提供することである。
【解決手段】本発明に係る発光装置は、伝熱板21と、発光素子22とを含む。伝熱板21は、一面S211から他面S212に延びる貫通孔211を有している。発光素子22は、伝熱板21の一面S211の側に配置され、放熱面S222が一面S211の方向を向いている。
【選択図】図2

Description

本発明は、発光機能を確保し、加熱性能に優れた発光装置、及び、信号灯器に関する。
交通信号灯器に代表される信号灯器は、信号表示部に着雪が生じると視認性が低下し、本来の信号表示機能を十分に発揮できないという問題があった。
このような問題を解決する手段として、例えば、特許文献1は、光源として発光ダイオード(LED)を採用し、当該LEDから放熱される熱を保護部材(信号表示部)に伝導し、信号表示部を加熱することによって着雪を防止する発光装置を開示している。
特許文献1の発光装置は、LEDの発光を信号表示部に伝搬するために、LEDの発光面が信号表示部と対向するように配置されており、その結果、LEDの放熱面が当該発光装置の背面側を向いた状態で配置さている。
このようなLEDの配置では、LEDの放熱面が信号表示部から遠ざかってしまい、LEDの放熱する熱の信号表示部に至るまでの熱伝導経路が長いものとなる。
熱伝導におけるフーリエの法則によると、単位面積、単位時間あたりの熱の移動量(熱流束)は、温度勾配に比例するため、熱伝導経路の両端の温度差が一定であることを前提とした場合、熱流速は熱伝導経路が長いほど小さくなるという性質を有する。
したがって、特許文献1の発光装置は、LEDの放熱した熱の熱伝導経路を短縮化することによって、その熱伝導経路における熱流束を向上させ、信号表示部の加熱性能を向上させる余地が残っていると言える。
特開2012−256676号公報
本発明の課題は、発光機能を確保し、加熱性能に優れた発光装置、及び、信号灯器を提供することである。
上述した課題を解決するため、本発明に係る発光装置は、伝熱板と、発光素子とを含んでいる。伝熱板は、一面から他面に延びる貫通孔を有している。発光素子は、伝熱板の一面の側に配置され、放熱面が伝熱板の一面の方向を向いている。
発光装置は、伝熱板と、発光素子とを含んでおり、発光素子は、伝熱板の一面の側に配置され、放熱面が伝熱板の一面の方向を向いているので、発光素子の放熱面から伝熱板の他面に至るまでの発光素子が放熱した熱の熱伝導経路を最短化することができる。この熱伝導経路が最短化されると、熱伝導経路における熱流束が最大となり、伝熱板の他面における加熱性能も最大となる。
発光装置は、伝熱板が一面から他面に延びる貫通孔を有しているので、発光素子の発する光を、当該貫通孔を通じて伝熱板の一面側から伝熱板の他面側に導く。即ち、発光素子の発光は、伝熱板で遮断されることはなくなり、発光装置は、発光機能が確保される。
発光装置は、導光部と、表示部とを含み、導光部が発光素子を覆い、発光素子の発する光を伝熱板の貫通孔に導き、表示部が貫通孔を通じて伝搬してくる光を拡散する機能を有し、伝熱板の他面の側に設けられていることが好ましい。このような構成によると、発光装置は、発光素子の発光を表示部に効率的に導き、その発光の発光装置外部からの視認性を高めることができる。
発光装置は、発光素子の放熱面が伝熱板に直接に接触していることが好ましい。このような構成によると、発光装置は、前述した熱伝導経路が最短化されており、この熱伝導経路における熱流束が最大となり、伝熱板の他面における加熱性能も最大となる。
発光装置は、保温具を含み、その保温具が表示部を所定の温度以上に保持することが好ましい。このような構成によると、発光装置は、発光素子からの熱供給が行われない場合であっても、表示部を加熱し、表示部における着雪を防止することができる。
本発明は、さらに、信号灯器を開示する。この信号灯器は、前述した発光装置を含み、発光装置が信号表示部を構成することによって、信号表示部の加熱性能に優れ、信号表示部における着雪の防止機能に優れたものとなる。
以上に述べたように、本発明によれば、発光機能を確保し、加熱性能に優れた発光装置、及び、信号灯器を提供することができる。
本発明の構成、及び、利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単に、例示に過ぎない。
本発明の実施形態に係る発光装置の部分破断平面図である。 図1の2−2線における部分断面図である。 本発明のもう一つの実施形態に係る発光装置の平面図である。 図3の4−4線における部分断面図である。 図1及び図2に示した発光装置を含む信号灯器の平面図である。 図3及び図4に示した発光装置を含む信号灯器の正面図である。
図1〜図5において、同一又は対応部分には、同一の符号を付与してある。図1及び図2を参照すると、本発明に係る発光装置は、伝熱板21と、発光素子22と、導光部23と、表示部24と、保温具251,252とを含んでいる。
伝熱板21は、熱伝導率の高い金属板であり、例えば、アルミ板、銅板、又は、アルミや銅の合金板である。金属板は、必要に応じて、その表面に絶縁層が塗膜されており、絶縁機能が付与されたものであってもよい。伝熱板21は、セラミックス板であってもよい。セラミックス板は、絶縁性素材で構成されたもの、又は、導電性素材で構成されたものである。セラミックス板が導電性素材で構成されている場合、絶縁機能が付与されたものであることが好ましい。伝熱板21は、内部を伝導する熱の熱流束を高める観点から、厚みの小さい薄板であることが好ましい。図示した範囲において、伝熱板21は、平面視して四角形状であるが、これに限られるものではなく、発光装置の用途に応じて円形状や三角形状等の他の形状であっても構わない。
伝熱板21は、一面S211から一面S211とは反対側の他面S212に円筒状に延びる複数の貫通孔211を有している。図示した範囲において、貫通孔211は4つ設けられているが、その数はこれに限定されるものではなく、1つ、又は、5つ以上であってもよい。もっとも、貫通孔211の形状は、円筒状に限られるものではなく、任意の形状にすることができる。
発光素子22は、例えばLEDであって、外面が発光面S221と、放熱面S222とに区分けされている。LEDとしては、赤色LED、緑色LED、又は、青色LEDが採用される。発光素子22は、貫通孔211を塞ぐことのないように伝熱板21の一面S211の側に配置されており、放熱面S222が一面S211の方向を向いた状態で伝熱板21に直接に接触している。もっとも、放熱面S222と一面S211の間には、熱結合性に優れた接着剤が介在している。発光素子22は、例えば、伝熱板21に設けられた配線(図示省略)を介して外部電源(図示省略)に接続することができ、外部電源から電力を供給されると発光面S221から光L1を発し、その発光にともなう発熱を放熱面S222から放熱する。当該熱は、発光素子22の放熱面S222のうち伝熱板21に接触した部分から伝熱板21の一面S211に伝導し、発光素子22の放熱面S222から伝熱板21の他面S212に至るまでの熱伝導経路H1を経由して、伝熱板21の他面S212に伝導し、他面S212を加熱する。
導光部23は、光透過層231と、光反射層232とを含んでいる。光透過層231は、汎用の光透過材料(例えば、アクリル樹脂)で構成されており、発光素子22の発光面S221を覆っている。光反射層232は、汎用の光反射材料で構成されており、例えば光反射シートであって、光透過層231の外面を覆っている。発光素子22の発光面S221から発する光L1は、光透過層231を透過し、光反射層232で乱反射を繰り返すことによって、伝熱板21の貫通孔211に導かれる。光透過層231、及び、光反射層232は、光L1が貫通孔211を通じて、伝熱板21の他面S212の側に効率的に伝搬するように構成されている。光L1の伝搬率を高める観点から、光透過層231、又は、光反射層232は、貫通孔211に充填されていてもよい。
表示部24は、伝熱板21の他面S212の側に設けられており、伝熱板21の他面S212を覆っている。図示した範囲において、表示部24は、伝熱板21の他面S212に一面S241が直接に接触しており、貫通孔211を塞いでいる。表示部24は光透過性を有しており、例えば、汎用のアクリル板の表面に特殊加工を施したものである。表示部24は、貫通孔211を通じて伝搬し、一面S241から入射してきた光L1を一面S241とは反対側の他面S242に拡散し、他面S242の全体を光L1によって面発光させる機能を有している。また、発光素子22の放熱した熱は、表示部24の一面S241から表示部24の内部に伝導し、伝熱板21の他面S212から表示部24の他面S242に至るまでの熱伝導経路H2を経由して、他面S242に伝導して、他面S242を加熱する。
保温具251,252は、表示部24の一面S241に設けられた凹部に配置されており、表示部24を所定の温度以上に保持する機能を備えている。保温具251,252は、例えば、ヒータ、及び、温度センサから構成することができる。保温具251,252は、
温度センサで表示部24の温度を測定し、表示部24の温度が所定の温度以上にするようにヒータを制御する。
図1及び図2に示した発光装置は、伝熱板21と、発光素子22とを含んでおり、発光素子22は、伝熱板21の一面S211の側に配置され、放熱面S222が伝熱板21の一面S211の方向を向いている。このような構成によると、発光装置は、発光素子22が放熱した熱の熱伝導経路H1を最短化することができる。熱伝導経路H1が最短化されると、熱伝導経路H1における熱流束が最大となり、伝熱板21の他面S212における加熱性能も最大となる。
図1及び図2において、発光装置は、発光素子22の放熱面S222が伝熱板21に直接に接触しているので、熱の熱伝導経路H1が最短化されており、熱伝導経路H1における熱流束が最大となり、伝熱板1の他面S212における加熱性能も最大となる。
発光装置は、伝熱板21が一面S211から他面S212に延びる貫通孔211を有しているので、発光素子22の発する光L1を、貫通孔211を通じて伝熱板21の一面S211の側から伝熱板1の他面S212の側に導くことができる。即ち、発光素子22の発光は、伝熱板21で遮断されることはなくなり、発光装置は、発光機能が確保される。
発光装置は、導光部23を含み、さらに、導光部23は、光透過層231と、光反射層232とを含んでいる。光透過層231が発光素子22の発光面S221を覆い、光反射層232が光透過層231の外面を覆っている。光透過層231、及び、光反射層232は、発光素子22の発光面S221から発する光L1が光透過層231を透過する性質、及び、光反射層232で乱反射を繰り返す性質を利用して、光L1を伝熱板21の貫通孔211に導く。このような構成によると、発光装置は、光L1を伝熱板21の他面S212の側に効率的に導くことができる。
発光装置は、表示部24を含み、表示部24は、貫通孔211を通じて伝搬して一面S241から入射してきた光L1を他面S242に拡散し、他面S242の全体を光L1によって面発光させる機能を有している。また、表示部24は、伝熱板21の他面S212の側に設けられており、貫通孔211を塞ぐように伝熱板21の他面S212を覆っている。このような構成によると、発光装置は、発光素子22の発光、即ち、光L1の発光装置の外部からの視認性を高めることができる。
表示部24の一面S241は、伝熱板21の他面S212に直接に接触しているので、発光装置は、熱伝導経路H2が最短化されており、発光素子22の放熱した熱の熱伝導経路H2における熱流速が最大となり、表示部24の他面S242における加熱性能も最大となる。
発光装置は、保温具251,252を含み、その保温具251,252が表示部24を所定の温度以上に保持するので、発光素子22からの熱供給が行われない場合(例えば、発光素子22に対する外部電源からの電力供給が遮断され、発光素子22が発光及び放熱しない場合)であっても、表示部24を加熱し、表示部24における着雪を防止できる。
本発明に係る発光装置は、図3及び図4に示すようにもう一つの形態を採用することができる。図3は、本発明のもう一つの実施形態に係る発光装置の平面図である。図4は、図3の4−4線における部分断面図である。図3及び図4については、図1及び図2の発光装置と相違する点を中心に説明する。図3及び図4の発光装置は、図1及び図2の発光装置とは、伝熱板21、発光素子22、及び、導光部23の態様が異なっており、また、配線基板26と、断熱層27とを含んでいる点で異なっている。
伝熱板21は、一面S211から他面S212に円筒状に延びる複数の貫通孔211を有しており、平面形状が円形となっている。貫通孔211は、伝熱板21の全体にわたって略均一に設けられている。貫通孔211の数や形状、及び、伝熱板21の平面形状などは図示したものに限られる訳ではない。
配線基板26は、汎用のものであって、絶縁性基板に電極(図示省略)と、配線パターン(図示省略)とが設けられたものである。配線基板26は、電極に外部電源の端子(図示省略)を接続することによって、配線基板の一面S261に搭載された電子部品に対して配線パターンを介して電力を供給することができる。また、配線基板26は、一面S261から一面S261とは反対側の他面S262に円筒状に延びる複数の貫通孔261を有しており、貫通孔261が伝熱板21の貫通孔211に重なる、即ち、連続するようにして、他面S262が伝熱板21の一面S211に着脱可能に取り付けられている。配線基板26の形状は、任意の形状にすることができるが、伝熱板21と同形とすることが好ましい。
発光装置は、複数の発光素子22を含んでいる。複数の発光素子22のそれぞれは、図1及び図2に示した発光素子22と同じものである。複数の発光素子22は、配線基板26の一面S261の側において、貫通孔261を塞ぐことのないように配置されている。複数の発光素子22は、放熱面S222が一面S261の方向を向いた状態で配線基板26に直接に接触しており、配線基板26によって一体化されている。もっとも、放熱面S222と一面S261の間には、熱結合性に優れた接着剤が介在している。
複数の発光素子22のそれぞれは、配線基板26に設けられた配線パターンを介して外部電源(図示省略)に接続することができ、外部電源から電力を供給されると発光面S221から光L1を発し、その発光にともなう発熱を放熱面S222から放熱する。当該熱は、発光素子22の放熱面S222のうち配線基板26に接触した部分から配線基板26の一面S261に伝導し、発光素子22の放熱面S222から配線基板26を通過して伝熱板21の他面S212に至るまでの熱伝導経路H3を経由して、伝熱板21の他面S212に伝導し、他面S212を加熱する。
導光部23は、光透過層231と、光反射層232とを含んでいる。光透過層231、及び、光反射層232は、図1及び図2に示したものと同様の素材で構成できる。光透過層231は、複数の発光素子22の全ての発光面S221を覆っている。光反射層232は、光透過層231の外面を覆っている。複数の発光素子22が発光面S221から発する光L1は、光透過層231を透過し、光反射層232で乱反射を繰り返して、伝熱板21、及び、配線基板26に設けられた貫通孔211,261に導かれる。光透過層231、及び、光反射層232は、光L1が貫通孔211,261を通じて、伝熱板21の他面S212の側に効率的に伝搬するように構成されている。光L1の伝搬率を高める観点から、光透過層231、又は、光反射層232は、貫通孔211,261に充填されていてもよい。
断熱層27は、伝熱板21の側面の全体、配線基板26の側面の全体、及び、導光部23の外面の全体を覆っている。断熱層27は、熱伝導率の小さい素材で構成されている。断熱層27は、公知の無機繊維系断熱材、発泡プラスチック系断熱材、又は、天然素材系断熱材で構成することができる。
図3及び図4において発光装置は、複数の発光装置22を含んでおり、導光部23が複数の発光素子22の全ての発光面S221を覆っているので、図1及び図2の発光装置よりも多くの光源を確保し、表示部24の他面S242における面発光量を高めることができる。
発光装置は、配線基板26の貫通孔261と伝熱板21の貫通孔211が互い重なる、即ち、貫通孔211,261が連続しているので、発光素子22の発する光L1を貫通孔211,261を通じて伝熱板21の他面S212の側に導くことができる。即ち、複数の発光素子22の発する光L1は、伝熱板21、及び、配線基板26で遮断されることはなくなり、発光装置は発光機能が確保される。
発光装置は、配線基板26が、伝熱板21の一面S211に着脱可能に取り付けられており、複数の発光素子22が配線基板26によって一体化されているので、複数の発光素子22を一体的に取り扱うことができる。
複数の発光素子22は、配線基板26の一面S261の側に配置され、放熱面S222が一面S261の方向を向いた状態で配線基板26に直接に接触しており、配線基板26は、他面S262が伝熱板21の一面S211に取り付けられている。このような構成によると、発光装置は、熱伝導経路H3が最短化され、発光素子22の放熱した熱に関する熱伝導経路H3における熱流束が最大となり、伝熱板21の他面S212における加熱性能も最大となる。
発光装置は、断熱層27を含み、断熱層27が伝熱板21の側面の全体、配線基板26の側面の全体、及び、導光部23の外面の全体を覆っている。断熱層27は、熱伝導率が小さい。このような構成によると、複数の発光素子22の放熱する熱は、表示部24に伝導しやすくなり、発光装置は、表示部24の加熱性能がより一層高まる。
図3及び図4から必ずしも明らかではないが、発光装置は、複数の発光素子22が配線基板6を介さずに伝熱板21の一面S211に直接に接触し、伝熱板21によって一体化された構成とすることもできる。このような構成によると、熱伝導経路H3が配線基板26の厚み分だけ短縮化されるため、熱伝導経路H3における熱流束は一層高まる。
図5は、図1及び図2に示した発光装置を含む信号灯器の平面図である。図5を参照すると、信号灯器は、配線基板6と、複数の発光装置111〜1NMとを含んでいる。
配線基板6は、汎用のものであって、絶縁性基板に電極(図示省略)と、配線パターン(図示省略)とが設けられている。配線基板6は、電極に外部電源の端子(図示省略)を接続することによって、配線基板6の一面S61に搭載された電子部品に対して配線パターンを介して電力を供給することができる。
複数の発光装置111〜1NMは、N行M列(N及びMは、N+M≧3,N≧1,及び、M≧1の関係を満たす整数)のマトリクス状に配線基板6の一面S61に配置されている。
複数の発光装置111〜1NMのそれぞれは、図1及び図2に示した発光装置と同様の構成を有しており、配線基板6によって一体化されている。複数の発光装置111〜1NMは、必ずしもマトリクス状に配置される必要は無く、ランダムな配置とすることもできる。
複数の発光装置111〜1NMのそれぞれは、配線基板6の配線パターンに接続されており、また、配線基板6の一面S61の側を平面視すると表示部24の他面S242が視認される状態になっている。また、複数の発光装置111〜1NMは、信号灯器の信号表示部を構成する。より具体的には、各表示部S242が全体として信号表示部として機能する。
複数の発光装置111〜1NMのそれぞれは、配線パターンを介して電力供給されると表示部24が発光する。図5から必ずしも明らかではないが、複数の発光装置111〜1NMのそれぞれは、内蔵する発光素子(図1及び図2に示す発光素子22に対応)として、赤色LED、緑色LED、又は、青色LEDのいずれかを採用しており、採用したLEDに特有の色で表示部24の他面S242が面発光する。
複数の発光装置111〜1NMは、信号灯器の用途に応じて、各表示部24の発光を制御することができる。例えば、信号灯器が信号表示部分に矢印信号を表示する必要がある場合においては、複数の発光装置111〜1NMは、面発光した表示部24が全体として矢印信号として認識されるように発光が制御される。
信号灯器は、複数の発光装置111〜1NMのそれぞれが、図1及び図2に示した発光装置と同じ構成となっているため、表示部24の加熱性能が最大化される。また、各表示部24は、全体として信号表示部分として機能する。このような構成によると、信号灯器は、信号表示部の加熱性能に優れ、信号表示部における着雪の防止機能に優れたものとなる。したがって、信号灯器は、雪国において使用しても、信号表示部の視認性が低下するという不具合を防止できる。
図6は、図3及び図4に示した発光装置を複数含む信号灯器の正面図である。図6を参照すると、信号灯器は、3つの発光装置31〜33と、ケーシング8と、3つのバイザ81〜83とを含んでいる。
発光装置31〜33のそれぞれは、図3及び図4に示した発光装置と同様の構成となっている。紙面左側の発光装置31は、表示部24が青色に面発光するように構成されている。紙面中央の発光装置32は、表示部24が黄色に面発光するように構成されている。紙面右側の発光装置33は、表示部24が赤色に面発光するように構成されている。
ケーシング8は、発光装置31〜33の各表示部24が露出するように発光装置31〜33を包囲し、且つ、支持している。バイザ81〜83のそれぞれは、発光装置31〜33の上方に配置されており、ケーシング8に取り付けられている。バイザ81〜83がケーシング8設けられていることによって、信号灯器は、発光装置31〜33の表示部4に雪が付着する不具合を軽減することができる。
信号灯器は、発光装置31〜33で信号表示部を構成しており、所定の時間単位で発光装置31〜33の表示部24の面発光を切り替えることによって、この面発光が交通信号として認識される。即ち、信号灯器は、発光装置31〜33の表示部24が信号表示部として機能する。
信号灯器は、複数の発光装置31〜33のそれぞれが、図3及び図4に示した発光装置と同様の構成を有するため、表示部24の加熱性能が最大化される。また、各表示部24は、信号表示部分として機能する。このような構成によると、信号灯器は、信号表示部の加熱性能に優れ、信号表示部分における着雪の防止機能に優れたものとなる。したがって、信号灯器は、雪国において使用しても、信号表示部の視認性が低下するという不具合を防止することができる。
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想、及び、教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
111〜1NM 発光装置
21 伝熱板
211 貫通孔
S211 一面
S212 他面
22 発光素子
S221 一面
S222 他面
23 導光部
231 光透過層
232 光反射層
24 表示部
S241 一面
S242 他面
251,252 保温具
26 配線基板
261 貫通孔
S261 一面
S262 他面
27 断熱層
31〜33 発光装置
6 配線基板
S61 一面
8 ケーシング
81〜83 バイザ
H1〜H3 熱伝導経路
L1 光

Claims (4)

  1. 伝熱板と、発光素子と、導光部と、表示部とを含む発光装置であって、
    前記伝熱板は、一面から他面に延びる貫通孔を有しており、
    前記発光素子は、前記伝熱板の一面の側に配置され、放熱面が前記一面の方向を向いており、
    前記導光部は、前記発光素子を覆い、前記発光素子の発する光を前記貫通孔に導き、
    前記表示部は、前記貫通孔を通じて伝搬してくる前記光を拡散する機能を有し、前記伝熱板の他面の側に設けられている、
    発光装置。
  2. 請求項1に記載された発光装置であって、
    前記発光素子は、前記放熱面が前記伝熱板に直接に接触している、
    発光装置。
  3. 請求項1又は2の何れかに記載された発光装置であって、保温具を含んでおり、
    前記保温具は、前記表示部を所定の温度以上に保持する、
    発光装置。
  4. 発光装置を含む信号灯器であって、
    前記発光装置は、請求項1乃至3の何れかに記載された発光装置であり、信号表示部を構成する、
    信号灯器。
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