JP5734753B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置、特に、屋外で用いられる発光装置に関する。

近年、発光装置として、その低消費電力性、保守・管理の容易性という特徴を生かし、発光ダイオードを光源として用いたものが普及しつつある。

ところが、発光ダイオードを用いた発光装置、例えば信号灯器を豪雪地帯において使用した場合、電球を用いた装置に比べてその低消費電力性のために、着雪した雪を融雪できず、視認性の劣化を招くという問題があった。

また、発光ダイオードを用いた発光装置を街路灯に用いた場合には、着雪により照明効率が低下するという問題があった。

かかる問題に対処した従来技術として、特許文献１の発光装置がある。

特許文献１に記載された発光装置としての信号機では、ＬＥＤを複数配置した発光体を覆う透明カバーに、通電により発熱する発熱体を設け、透明カバーの温度を上げて、透明カバーに付着した雪を融かすようにしている。

しかしながら、特許文献１に記載された従来技術においては、別途融雪用の電力供給を必要とするので消費電力が増大するという問題があった。また発熱体内蔵という特殊なカバーを制作する必要があり、その分のコストアップが避けられないという問題があった。

特許文献１の発光装置に対し、別途の融雪手段を排した構成を有するものとして、本発明者らは、図１９に図示する発光装置１１００を考えた。

図１９において、１１１０は発光素子、１１２０は実装基板、１１３０は伝熱部材、１１４０は保護部材、１１５０は椀状のケース、１１６０は開口を示す。

発光装置１１００では、図１９の熱伝導経路で図示するように、発光素子１１１０で発生した熱を、実装基板１１２０および伝熱部材１１３０を介して、発光装置１１００の発光面を構成する保護部材１１４０に熱伝導させるようにしている。

発光装置１１００によれば、発光ダイオードの発熱を積極的に利用することにより、ヒータ等の別途の融雪手段を用いることなく速やかに融雪作用を奏し、効果的に着雪を防止することが可能となる。

しかしながら、発光素子としてＬＥＤを採用することを考えた場合、その低消費電力性ゆえ、発光面全体に熱を分布させると、発光面の温度を融雪するのに十分な温度まで高められないことが懸念される。この問題は、特に寒冷地において顕著になるものと想定される。

特開２００９−１４５９５２号公報

本発明は、以上のような背景技術に鑑み、ヒータ等の別途の融雪手段を用いることなく、発光素子で発生した熱を利用して融雪効果を発揮させる発光装置において、当該発光装置で発生する熱が比較的小さい場合においても、光源装置の発光面への着雪を防止することを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の発光装置は、発光素子を搭載した基板と、前記基板の発光素子搭載面側に設けられた伝熱部材と、前記発光素子および前記伝熱部材を覆って前記伝熱部材上に設けられた保護部材と、を有し、前記発光素子は、前記保護部材上に発光面を形成し、前記伝熱部材は、前記発光素子が発生した熱を前記保護部材に誘導し、前記伝熱部材と前記保護部材とが前記保護部材の周囲に沿う部分において接触し、前記発光面の周辺部に高温領域、中央部分に低温領域を形成したことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の発光装置は、前記伝熱部材と前記保護部材とが前記保護部材の中央部分において接触し、前記発光面の中央部分に高温領域、前記中央部分をとりまく周辺部に低温領域を形成したことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の発光装置は、前記伝熱部材と前記保護部材とが平面視複数の島状領域において接触し、前記発光面上に島状の高温領域および前記島状の高温領域を取り囲む低温領域を形成したことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の発光装置は、前記伝熱部材が金属であることを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の発光装置は、前記基板は金属であり、前記発光素子から発生した熱が、前記基板及び前記伝熱部材を経由して前記保護部材に伝わることを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の発光装置は、前記発光素子を覆う透光性部材をさらに有し、前記伝熱部材が、前記発光素子の直上部に位置する前記透光性部材を前記保護部材に接触させて形成されたことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の発光装置は、前記透光性部材の、前記発光素子の直上部以外の部分に非熱伝導性部材を配したことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の発光装置は、前記基板の発光素子搭載面とは反対側の面に接して、断熱部材を配したことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の発光装置は、口金として、ＧＸ５３口金を備えたことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の発光装置は、前記発光面が１つであることを特徴とする。

上記の発光装置によれば、発光素子点灯時に生ずる発熱を、効率よく保護部材すなわち発光装置前面の発光面に伝導するとともに、保護部材の特定箇所に集中するようにしている。したがって、当該特定箇所の温度は、伝導された熱を保護部材の全面に渡って分布させた場合よりも高くなり、当該特定箇所に着雪した雪を融かすことができる。この融雪作用により生じた水分が特定箇所以外の着雪も融かすことにより、結果的に発光面全体の着雪を防止することが可能となる。

しかも、本発明では、発光ダイオードの発熱を積極的に利用しているから、ヒータ等の別途の融雪手段を用いることがないので、融雪時および待機時に付加電力を要しない。したがって、発光装置全体としての消費電力を増加させることがなく、より低コスト化に有利であるという優れた効果を奏することもできる。

また、上記の発光装置によれば、発光素子点灯時に生ずる発熱を発光面すなわち保護部材に伝導し、保護部材の特定箇所に集中するようにする場合において、伝熱部の材質、形状、配置をさまざまに変えることにより、温度分布をさまざまに変えることができる。

したがって、発光装置に融雪効果を発揮させる場合において、視認性等を考慮して最適な温度分布を選択できるという効果がある。

また、上記の発光装置によれば、伝熱部材が透光性部材で形成されているので、透光性部材の形状、配置をさまざまに変えることにより、温度分布をさまざまに変えることができる。

したがって、別途伝熱部材を設ける必要がなく、製造が簡略化され、低コスト化が一層有利になるという効果を奏することができる。

また、上記の発光装置によれば、伝熱部以外の部分に非熱伝導性部材を配したので、より集熱効果を高めることができるという効果を奏する。

また、上記の発光装置によれば、基板の裏面側に断熱部材を配したので、発光素子から実装基板へと伝達された熱が、実装基板の裏面側、すなわち発光面とは反対側に熱伝導、対流、熱放射により熱伝達するのを防止する。したがって、効率よく保護部材すなわち発光装置の発光面に熱を熱伝導させることができるので、一層融雪作用を効果的に行わせることができるという効果を奏することができる。

また、上記の発光装置によれば、口金として、ＧＸ５３口金を備えたので、発光装置を薄型化できるという効果を奏する。

また、上記の発光装置によれば、発光面が１つであってもよく、これにより、発光面が常時発熱をすることとなり、消灯する期間がなくなるので、保護部材の温度をより高くすることができる。

本発明の実施例１にかかる発光装置の平面図である。 本発明の実施例１にかかる発光装置の断面図である。 本発明の実施例１にかかる伝熱部材の斜視図である。 本発明の実施例１にかかる発光装置の熱伝導経路を示す説明図である。 本発明の実施例１にかかる発光装置の発光面の温度分布を示す概念図である。 本発明の実施例２にかかる発光装置の平面図である。 本発明の実施例２にかかる発光装置の断面図である。 本発明の実施例２にかかる発光装置の発光面の温度分布を示す概念図である。 本発明の実施例３にかかる発光装置の平面図である。 本発明の実施例３にかかる発光装置の断面図である。 本発明の実施例３にかかる発光装置の発光面の温度分布を示す概念図である。

本発明の実施例４にかかる発光装置の平面図である。 本発明の実施例４にかかる発光装置の断面図である。 本発明の実施例４にかかる発光装置の発光面の温度分布を示す概念図である。 本発明の実施例５にかかる発光装置の断面図である。 本発明の実施例６にかかる発光装置の断面図である。 本発明の実施例７にかかる発光装置の斜視図である。 本発明の実施例７にかかる発光装置の背面斜視図である。 背景技術にかかる発光装置の一例の断面図である。

本発明は、発光素子から発生した熱を効率的に発光装置の保護部材すなわち発光面に熱伝達するともに、保護部材の特定箇所に集中するようにして、発光装置の発光面に着雪した雪などを融かすことを趣旨としており、以下、本発明の趣旨を実現する各実施例について図面を参照して詳細に説明する。

以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。したがって、それらの名称および機能も同じであるので、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

また、以下の図面においては、各部構成の寸法比率は説明に応じて適宜誇張して描かれており、必ずしも実際の寸法比率を示すものではない。

図１は本実施例にかかる発光装置１００の平面図、図２は本実施例にかかる発光装置１００の、図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は本実施例にかかる伝熱部材の斜視図である。

図１、図２を参照して、符号１１０は内部に発光素子２１０を配置した開口、１２０ｂは熱伝導シート、１３０は保護部材、１４０はケース、１５０は伝熱部材のない領域、２３０は伝熱部材、２６０はドーナツ状の領域を示す。なお、保護部材１３０は、発光装置１００の前面の全面にあるが、図１ではその一部を切欠いた状態を示し、内部構成が分かるようにしてある。

以下の説明において明らかとなるが、図１における、熱伝導シート１２０ｂ、または、伝熱部材２３０が配されたドーナツ状の領域２６０が、保護部材１３０すなわち発光面の高温領域となり、伝熱部材のない領域１５０が発光面の自然の温度状態である低温領域となる。

図２を参照して、１２０a、１２０ｂは熱伝導シート、２１０は発光素子、２１２ははんだ、２１４ａ、ｂはアルミベース基板の配線層、２２０はアルミベース基板、２２２は
ねじ、２３０は伝熱部材、２４０は断熱部材、２５０は発光装置駆動回路を示す。また、白抜き上向きの矢印は、発光素子から発せられた光の出射方向を示す。

アルミベース基板２２０上には複数の発光素子２１０が搭載されており、各発光素子２１０は、図中白抜き矢印で示す紙面上方へ光を出射する。本実施例においては、アルミベース基板が実装基板を構成する。

アルミベース基板とは、アルミニウム製メタルベースと銅箔配線層を、絶縁層を介して一体化した基板であり、熱伝導性に優れた基板である。アルミベース基板の厚さは、例えば１〜２ｍｍ程度とする。

発光素子２１０としては、例えばパッケージに封入したＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）、すなわち表面実装タイプの発光ダイオード（ＬＥＤ）を好適に用いることができる。

ＬＥＤのパッケージは、直接アルミベース基板２２０のアルミベース部分にはんだ付け、あるいは熱伝導性接着剤を用いた接着などの方法で固定する。熱伝導性接着剤としては、エポキシ系、シリコーン系接着剤、ＡｕＳｎペーストなどを挙げることができる。

本実装形態の場合には、放熱性を重視したパッケージを使用しているが、通常の樹脂パッケージを用いてもよい。放熱性に優れたパッケージを用いるのはＬＥＤ素子のジャンクション温度を上昇させないためである。

発光素子２１０の端子（図示せず）は、はんだ２１２により配線層２１４ａにはんだ付け接続する。

ふたたび図２を参照して、アルミベース基板２２０の上には、伝熱部材２３０が設けられている。図３で図示されるように、伝熱部材２３０は発光素子２１０を取り囲む開口１１０を有したドーナツ状の板よりなり、本実施例では保護部材１３０の外径と略同径に形成されて、保護部材１３０の周辺部に配置されている。そのため、発光装置１００の中心から所定の範囲は、伝熱部材のない領域１５０となる。

伝熱部材２３０の材料としては、熱伝導性に優れた金属、例えばアルミニウム板などを用いる。

伝熱部材２３０は、後述するように、発光素子２１０で発生しアルミベース基板２２０を介して伝導された熱を、保護部材１３０に誘導するための部材である。

伝熱部材２３０の厚さは、ＬＥＤの配光角等を考慮し、例えば２〜４ｍｍ程度とする。

伝熱部材２３０は、アルミベース基板２２０のアルミニウム製メタルベースの上に、熱伝導シート１２０ａを挟み込んだ構造として説明したが、これに限られるものではない。例えば、アルミベース基板２２０のアルミニウム製メタルベース、絶縁層、銅箔配線層の上に、熱伝導シート１２０ａを挟み込んだ構造としてもよい。

アルミベース基板２２０と伝熱部材２３０とは、適宜な位置に配されたねじ２２２によって一体的に固定される。

アルミベース基板２２０と伝熱部材２３０との固定は、ねじに限られるものではなく、適宜はんだ付け、熱伝導性接着剤による接着などにより相互を固定してもよい。

図２を参照して、アルミベース基板２２０と伝熱部材２３０との間には、熱伝導シート１２０ａを設けたり、熱伝導グリースを塗布してもよい。熱伝導シートは、アルミベース基板２２０と伝熱部材２３０との接触面積を大きくすることにより熱抵抗を下げ、発光素子２１０で発生した熱をアルミベース基板２２０を介して、伝熱部材２３０へ効率よく誘導するためのシートである。

熱伝導シートとしては、シリコーンゴム製シート、シリコーンにセラミックフィラーを充填したシートなどを好適に用いることができる。

熱伝導シート１２０ａには、発光素子２１０に対応して穴を設け、発光素子２１０から出射した光の進行を妨げないようにする。

なお、当該熱伝導シートは熱伝導設計に応じ、熱伝導グリースなどにより代替することが可能であり、またこれらシートあるいはグリースを省略してもさしつかえない。

伝熱部材２３０の上には保護部材１３０が設けられている。保護部材１３０としては、熱伝導性の良好な材料を選択することが好ましく、熱伝導率が高いガラスが適している。他には、光透過性が必要とされるので、ポリカーボネートやアクリル等の透光性樹脂などを用いることができる。

保護部材１３０は、アルミベース基板２２０と伝熱部材２３０とにより、発光素子２１０を取り囲んで形成された開口１１０および伝熱部材のない領域１５０を覆うように設けられ、発光素子２１０を外気から保護する役割を果たしているのである。

保護部材１３０は、水などの侵入を防止するパッキンにより伝熱部材２３０と一体的に固定してもよいし、また伝熱部材に（あるいは、熱伝導シート１２０ｂに）熱伝導性接着剤で接着固定してもよい。

この保護部材１３０が発光装置１００の発光面として外気と直接接することになる。

伝熱部材２３０と保護部材１３０との間には、熱伝導シート１２０ｂが設けられている。熱伝導シート１２０ｂは、伝熱部材２３０と保護部材１３０との間の熱伝導を良好にするもので、熱抵抗を下げる。発光素子２１０で発生した熱をアルミベース基板２２０および伝熱部材２３０を介して、保護部材１３０へ効率よく熱伝導するためのシートである。

熱伝導シート１２０ｂとしては、上述の熱伝導シート１２０ａと同様の材料を好適に用いることができる。

また、発光素子２１０に対応して熱伝導シート１２０ｂに穴を設け、発光素子２１０から出射した光の進行を妨げないようにすることも、熱伝導シート１２０ａと同様である。

なお、当該熱伝導シート１２０ｂは熱伝導設計に応じ、熱伝導グリースなどにより代替することが可能であり、またこれらシートあるいはグリースを省略してもさしつかえない。

アルミベース基板２２０の裏面、つまり、発光素子２１０搭載面とは反対側の面には、発光装置駆動回路２５０が搭載されている。発光装置駆動回路２５０を構成する各部品は配線層２１４ｂ上に配されており、例えばアルミベース基板２２０に貫通孔（図示せず）を設けて、配線層２１４ａと接続し、各発光素子２１０に駆動電力を供給する。

なお、本発明の発光装置においては、発光装置駆動回路は必須のものではなく、用途によっては内蔵しなくともよい。

アルミベース基板２２０の、発光素子２１０搭載面とは反対側の面には、断熱部材２４０が設けられている。

発光素子２１０から発生した熱は、後述するように、アルミベース基板２２０により横方向に拡散されて伝熱部材２３０へと導かれるが、本断熱部材２４０は、アルミベース基板２２０に伝導した熱がケース１４０内で発光面とは反対側に熱伝導、対流、熱放射により熱伝達するのを防止し、発光装置１００の発光面側への熱伝導を強化するための部材である。

断熱部材２４０の材料としては、発泡プラスチック系断熱材、いわゆる発泡スチロールや、ＣＲ（クロロプレンゴム）スポンジ、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンゴム）スポンジ、シリコンゴムスポンジなどを好適に用いることができる。

なお、本断熱部材２４０は付加的なものであり、省略してもさしつかえない。

図２を参照して、椀状のケース１４０が発光装置１００の本体を取り囲んで設けられている。
ケース１４０は、発光素子２１０から発生した熱をケース１４０を介して外側に熱伝達させないように、例えば熱伝導率が低いプラスチックで形成する。

開口１１０および伝熱部材のない領域１５０には特に何も充填せず内部が空気層のままであってもよいし、光透過率の高い封止樹脂で封止してもよい。光透過性封止樹脂としては、エポキシ系の熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂、熱硬化性のシリコーン樹脂などを用いることができる。

次に、図４を参照して、本発明の要点である、発光素子で発生した熱伝導経路を説明する。図４は本実施例にかかる発光装置の熱伝導経路を示す説明図、図５は本実施例にかかる発光装置の発光面の温度分布を示す概念図である。

発光素子２１０から発生した熱は、上述のように発光素子２１０、アルミベース基板２２０間の熱抵抗が小さくなるように設計されているから、図４に図示するように、まず下方へ熱伝導する。なぜなら、上方へは対流と熱放射で熱伝達されるが、その熱抵抗は大きく、上方への熱流量が極めて少ないからである。

下方へ伝導された熱は、一様に熱伝導率の高いアルミベース基板２２０によって横方向へ拡散される。そして、横方向へ拡散された熱は、アルミベース基板２２０、伝熱部材２３０間の熱抵抗が小さいため、伝熱部材２３０へと誘導され、伝熱部材２３０の下面から上面に熱伝導される。

伝熱部材２３０は、図４に図示するように発光装置２１０の発光面の周囲に沿って配置されているため、発光素子２１０で発生した熱は発光面の周辺部へと誘導される。

伝熱部材２３０により上方へと誘導された熱は保護部材１３０の周辺部へと熱伝導し、保護部材１３０の周辺部の温度を上昇させる。

保護部材１３０は熱伝導率の高い材料が選ばれているので、図４の白抜き矢印で図示す
るように、保護部材１３０の中心に向かう熱の移動もあるが、周辺部との関係においては温度分布を生ずる。

図５に本実施例の発光装置の発光面すなわち保護部材１３０表面における温度分布を概念的に示す。同図に図示するように、発光面すなわち保護部材１３０の表面には、ドーナツ状の比較的温度の高い高温領域３１０と、その内側に円形の比較的温度の低い低温領域３２０が形成される。

ここで、保護部材１３０上での温度分布を細かく制御するために、保護部材１３０の材料を、伝熱部材２３０に対応するドーナツ状の領域２６０と伝熱部材のない領域１５０に対応する部分で異ならせてもよい。すなわち、伝熱部材２３０に対応するドーナツ状の領域２６０には比較的熱伝導率の高い材料を、伝熱部材のない領域１５０に対応する部分には比較的熱伝導率の低い材料を用い、これらを一体に形成して保護部材を構成してもよい。

このような保護部材を用いることにより、例えば発光面の周辺部分の温度を相対的により高めるなど、保護部材上での温度分布を細かく制御することが可能である。

さらに、ドーナツ状の伝熱部材は、発光面の周辺部だけでなく任意の位置に配することができ、また、円形の伝熱部材を中心部に配してもよい。さらに、伝熱部材を複数配してもよい。

このように伝熱部材を適宜な位置に適宜な数だけ配することにより、発光面の温度分布をさまざまに形成することが可能となる。これらの伝熱部材の配置の具体例については、実施形態２以下で明らかにする。

以上の説明で明らかなように、本実施例による発光装置は、発光素子点灯時に生ずる発熱を、効率よく保護部材すなわち発光装置前面の発光面に伝導するとともに、保護部材の特定箇所に集中するようにしている。したがって、当該特定箇所の温度は、伝導された熱を保護部材の全面に渡って分布させた場合よりも高くなり、当該特定箇所に着雪した雪を融かすことができる。この融雪作用により生じた水分が特定箇所以外の着雪も融かすことや滑り落とすことによりにより、結果的に発光面全体の着雪を防止することが可能となる。

しかも本実施例による発光装置は、発光ダイオードの発熱を積極的に利用しているから、ヒータ等の別途の融雪手段を用いることがないので、融雪時に付加電力を要しない。したがって、発光装置全体としての消費電力を増加させることがなく、低コスト化に有利であるという優れた効果を奏することもできる。

さらに、実装基板の裏面に断熱部材を配した場合には、発光素子から実装基板へと伝達された熱が、実装基板の裏面側、すなわち発光面とは反対側に熱伝導、対流、熱放射されるのを防止する。したがって、発光素子から発生した熱が保護部材以外に熱伝達される伝達ロスを減少させ、さらに効率よく保護部材すなわち発光装置の発光面に熱を熱伝導させることができるので、一層着雪の融解除去作用を効果的に行わせることができるという効果を奏することができる。

図６は本実施例にかかる発光装置４００の平面図であり、図７は本実施例にかかる発光装置４００の、図６におけるＢ−Ｂ断面図であり、図８は本実施例にかかる発光装置４００の発光面の温度分布を示す概念図である。

図６および図７において、符号４１０は実装基板、４１２は伝熱部、４３０はプリント基板、４６０は高温領域を示す。

本実施例では、発光素子２１０で発生した熱を保護部材１３０まで導く経路を、伝熱部４１２として実装基板４１０と一体に形成している。実装基板４１０および伝熱部４１２の材料は、熱伝導性の良好な金属、例えばアルミニウムを用いることができ、一体に形成する方法は、切削あるいは押出成型等を用いることができる。

図６を参照して、本実施例の伝熱部４１２は、４つの平面視Ｌ字状の凸部一組として発光素子２１０を取り囲むように島状領域を形成し、実装基板４１０に突出して形成される。

そして、本実施例では、保護部材１３０の表面上において温度分布を形成する方法として、上記伝熱部４１２を５×５＝２５個の発光素子２１０について一つ置きに形成している。

図７を参照して、プリント基板４３０は、伝熱部４１２に対応させて開口を設け実装基板４１０上に配されている。プリント基板４３０と伝熱部４１２の一体化は、例えばエポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤などの、熱伝導性接着剤を用いて接着固定する。

プリント基板４３０としては、ガラスエポキシ基板ＦＲ４、フレキシブル基板等の一般的な基板の他、熱伝導性に優れたアルミベース基板等を好適に用いることができる。

プリント基板４３０上には搭載された発光素子２１０より下方に伝導した熱は、実装基板４１０において横方向に拡散され、伝熱部４１２へと誘導される。伝熱部４１２に達した熱は上方に伝導し、伝熱部材１３０へと誘導される。

かかる構成により、伝熱部４１２が配された部位には、当該伝熱部４１２で囲まれた部分に存在する発光素子２１０と、その周囲に配された伝熱部４１２で囲まれていない発光素子２１０の熱が集中する。保護部材１３０において、伝熱部４１２で囲まれた領域から外に伝導する熱も存在するものの、伝熱部が局所的に配されているため、保護部材１３０の表面で温度分布を生ずることになり、図７の符号４６０で示される、伝熱部４１２で囲まれた領域の直上部分が比較的高温な高温領域となる。

図８に、本実施例の発光装置４００の発光面すなわち保護部材１３０の表面上の温度分布を概念的に示す。図８において、符号４６０は高温領域、４７０は低温領域を示す。

本実施例では伝熱部を一つ置きに配したので、同図に図示されたように、高温領域４６０、低温領域４７０が市松模様状に交互に配されることになる。

上記説明では、発光素子をプリント基板上に実装した例を示したが、実施例１と同様本実施例でも発光素子を直接実装基板上に実装することも可能である。

また、高温領域、低温領域に対応させて、保護部材１３０の材質を変えてもよいことも実施例１と同様である。

以上の説明で明らかなように、本実施例による発光装置は、発光素子点灯時に生ずる発熱を発光面すなわち保護部材に伝導し、保護部材の特定箇所に集中させる場合において、伝熱部の形状、配置をさまざまに変えることにより、温度分布をさまざまに変えることが
できる。

したがって、発光装置に融雪効果を発揮させる場合において、視認性等を考慮して最適な温度分布を選択できるという効果がある。

また、本実施例では、実装基板と伝熱部を一体的に形成しているので、部品点数が少なく、製造が簡略化され、低コスト化が一層有利になるという効果も奏することができる。

図９は本実施例にかかる発光装置８００の平面図であり、図１０は本実施例にかかる発光装置８００の、図９におけるＣ−Ｃ断面図であり、図１１は本実施例にかかる発光装置８００の発光面の温度分布を示す概念図である。

本実施例の基本的な構造は実施例２と同様であるが、本実施例では伝熱部の配置により、発光面すなわち保護部材の中央付近の温度を相対的に高めている点に特徴がある。

図９および図１０において、符号８１０は実装基板、８１２は伝熱部、８３０はプリント基板、８６０は高温領域を示す。

実装基板８１０への伝熱部８１２への形成方法、実装基板８１０へのプリント基板８３０の搭載方法等は実施例２と同様である。

本実施例では、実装基板２１０の中央付近に伝熱部８１２を凸状に形成しているため、保護部材１３０のうち当該凸部と接している部分が比較的温度が高くなり、高温領域８６０を形成する。

図１１に、保護部材１３０の温度分布の様子を概念的に示す。同図に図示するように、本実施例では、保護部材１３０の中央付近に比較的温度の高い高温領域８６０が形成され、その高温領域８６０を取り囲むように比較的低温である低温領域８７０が形成される。

以上の説明のように、本実施例による発光装置は、発光素子点灯時に生ずる発熱を発光面すなわち保護部材に伝導し、保護部材の特定箇所に集中させる場合において、伝熱部の形状、配置をさまざまに変えることにより、温度分布をさまざまに変えることができるという効果を奏する。

図１２は本実施例にかかる発光装置５００の平面図であり、図１３は本実施例にかかる発光装置５００の、図１２におけるＤ−Ｄ断面図であり、図１４は本実施例にかかる発光装置の発光面の温度分布を示す概念図である。

図１２および図１３において、符号５１０は透光性部材、５１２は凸部、５１４は空洞、５２０は実装基板、５３０はプリント基板、５６０は高温領域、５７０は低温領域を示す。

本実施例は、発光素子を封止する透光性部材により伝熱部を構成するところに特徴がある。

図１２および図１３を参照して、本実施例では、プリント基板５３０上には搭載された発光素子２１０を覆うように透光性部材５１０が設けられている。透光性部材５１０の材料としては、透明シリコーン樹脂、透明ウレタン樹脂、透明アクリル樹脂、透明エポキシ
樹脂等を用いることができる。透光性部材５１０は、熱伝導性の良好なものを選択するのが好ましい。

本実施例では、この透光性部材５１０を、発光素子２１０の直上において円筒状に突出させて加工し凸部５１２を形成する。そして、この凸部５１２を保護部材１３０に密着するように配置している。本形態のように透光性部材５１０を形成する方法としては、型加工した透光性部材をプリント基板上に接着剤により接着する方法、ケース１４０内に型枠を配し、透光性部材を充填して形成する方法等を挙げることができる。

図１３には、以上のようにして構成した発光装置５００の熱伝導経路を示す。

図１３において、透光性部材５１０の凸部５１２以外の部分には熱伝導率の低い、例えば空気が充填された空洞５１４が存在するため熱の伝導が阻害される。そのため、発光素子２１０で発生した熱は、発光素子２１０の直上部分に集中し、直接発光面を構成する保護部材へと誘導される。

凸部５１２は図１２に図示するように分散して配置されているため、保護部材１３０の表面上において、温度分布が生ずることになる。

なお、空洞５１４に相当する部分には、断熱性樹脂など非熱伝導性部材を配してもよい。このようにすれば、より集熱効果を高めることができる。

発光面すなわち保護部材１３０の表面上における温度分布の様子を図１４に図示する。

図１４において、符号５６０は高温領域、５７０は低温領域を示す。

本実施例では、伝熱部を構成する凸部５１２が離散的に配置されているため、保護部材の表面上には、高温領域５６０が島状に分布することになる。

なお、本実施例では、プリント基板５３０および実装基板５２０で熱を拡散する必要がないから、それらについての熱伝導率を考慮する必要はなく、実装基板５２０はむしろ断熱性の部材で構成することが好ましい。

以上の説明で明らかなように、本実施例による発光装置は、発光素子点灯時に生ずる発熱を発光面すなわち保護部材に伝導し、保護部材の特定箇所に集中させる場合において、発光素子を覆う透光性樹脂の形状、配置をさまざまに変えることにより、温度分布をさまざまに変えることができる。

したがって、別途伝熱部材を設ける必要がなく、製造が簡略化され、低コスト化が一層有利になるという効果を奏することができる。

本実施例にかかる発光装置６００の断面図を図１５に図示する。同図において、符号６１０は透光性部材、６１２は伝熱部、６１４は空洞、６２０は実装基板、６３０はプリント基板、６６０は高温領域、６７０は低温領域を示す。

本実施例は、実施例４における空洞５１４（図１３参照）を空洞６１４として透光性部材６１０の内部に設けたものである。その他の構成は実施例５と同様である。空洞６１４に相当する部分に、断熱性樹脂など非熱伝導性部材を配してもよいことも実施例４と同様である。

本実施例では、非伝熱領域である空洞６１４を発光素子２１０の近くに配することができるので、より集熱効果を高めることができる。

本実施例にかかる発光装置７００の断面図を図１６に図示する。同図において、符号７１０は樹脂成型タイプ発光素子、７１２はＬＥＤチップ、７３０はプリント基板、７３２ははんだ、７６０は高温領域、７７０は低温領域を示す。

本実施例では、伝熱部として、樹脂成型タイプ発光素子自体を使用することに特徴がある。

図１６を参照して、プリント基板７３０に、樹脂成型タイプ発光素子７１０が搭載されている。樹脂成型タイプ発光素子７１０はＬＥＤチップ７１２を内蔵したリードタイプのものであり、プリント基板にリード用の穴を設け裏面ではんだ７３２により該リードが固定されている。

むろん樹脂成型タイプ発光素子７１０はリードタイプのものに限らず、ＳＭＤタイプのものであってもよい。また、ＳＭＤタイプの発光素子２１０と混在させて実装することも可能である。

樹脂成型タイプ発光素子７１０は、伝熱部を効果的に形成することができるように、その頂部が底面より幅広に構成されている。樹脂成型タイプ発光素子７１０の外形は、円筒状であっても、角柱状であってもよいが、幅広部分は熱の誘導を効果的に行わせるために、図１６に図示するようにテーパ状に形成することが好ましい。

そして、樹脂成型タイプ発光素子７１０の頂部は、保護部材１３０と密着するように配置されている。樹脂成型タイプ発光素子７１０の上面と保護部材１３０とは、熱伝導性グリースなどを介して接するようにすると熱伝導の上から好ましい。

以上のように構成された発光装置７００は、樹脂成型タイプ発光素子７１０から発生した熱が、保護部材１３０の温度を局所的に上昇させることになる。その結果、保護部材１３０上には、高温領域７６０、低温領域７７０が形成され温度分布を生ずる。

本実施例によれば、発光素子自体で伝熱部を構成するため、伝熱部として特に付加的な構成を必要としない。したがって、製造がさらに簡略化され、低コスト化が一層有利になるという効果を奏することができる。

本実施例では、本発明による融雪効果を発揮させた発光装置の例として、本発明を交通信号灯器に適用した例を説明する。

図１７は、本発明の実施例にかかる交通信号灯器９００の斜視図である。

図１７において、９１０Ｂ、９１０Ｙ、９１０Ｒは発光部、９２０は庇、９３０は蓋、９４０はねじ、９５０は筐体を示す。

図１７を参照して、発光部９１０Ｂ、９１０Ｙ、９１０Ｒには、上述の各実施形態の発光装置の任意の形態のものを組み込むことが可能であるが、ここでは、実施例１の周辺部高温型のものにＧＸ５３口金を採用した場合を例示して説明する。

また、ここでは、横型の交通信号灯器を例示しているが、豪雪地帯において一般的である縦型にも同様に適用可能であることはいうまでもない。

ふたたび図１７を参照して、発光部９１０Ｂ、９１０Ｙ、９１０Ｒはそれぞれ青緑色、橙色、赤色に発光するものであり、当該各色に対応する公知のＬＥＤを採用して構成することができる。

筐体９５０はアルミダイカストなどにより形成し、３個の発光部を一体的に固定する。

庇９２０は、発光部９１０Ｂ、９１０Ｙ、９１０Ｒに直接上方から太陽光が照射された場合に、発光部９１０Ｂ、９１０Ｙ、９１０Ｒの点灯する色の識別が困難になることを防止するとともに、雨や雪よけの用にも供するためのものである。

蓋９３０は発光部９１０Ｂ、９１０Ｙ、９１０Ｒを固定し、ねじ９４０は蓋を開放するためのねじである。すなわち、ねじ９４０を緩め外すことによって、蓋９３０が蓋の上方に配された蝶番１０２０（図１８）を中心として、図１７の黒矢印で示す方向に開放される。

蓋９３０を開放した状態を図１８に示す。図１８は、本実施例にかかる交通信号灯器９００の背面斜視図である。

図１８を参照して、蓋９３０に固定された発光部９１０Ｂの背面が図示されており、符号１０３０はＧＸ５３口金を、１０４０はＧＸ５３口金に嵌合するソケットを示す。

ＧＸ５３とは、薄型化を目的とし、ＩＥＣ（国際電気標準会議）において、７００４−１４２−１として規定された照明装置の規格であり、日本では、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｃ７７０９−１として規定されている。

ＧＸ５３口金１０３０には凸部１０３４が設けられており、該突部は上面、下面を円形にして構成され、その厚さは２０ｍｍ程度と比較的薄く、その内部に発光装置の駆動回路を配する構成となっている。

このため、従来のように照明装置本体側に電源回路を設ける必要がなくなり（つまり、本規格では、照明装置本体側には、商用電源が直接接続されているだけであり、ＬＥＤ駆動回路は発光装置に内蔵される）、また全体が平面的であるため薄型化を実現しやすい。

電源ターミナル１０３２は、交通信号灯器９００に電源を供給するための電源端子であり、適宜な配線系により発光装置本体に接続されている。

ＧＸ５３口金１０３０に嵌合するソケット１０４０は、電源ターミナル挿入孔１０４４、嵌込凹部１０４２を有するとともに、商用電源を供給するための電源線１０１０が接続されている。

この嵌込み凹部１０４２にＧＸ５３口金１０３０の凸部１０３４を嵌合させ、電源ターミナル１０３２を電源ターミナル挿入孔１０４４に挿入してソケットを回転させ、発光部９１０Ｂをソケット１０４０に、着脱可能に係合させる。

ソケット１０４０内部には商用電源に接続された接触金具（図示せず）が配されており、この接触金具が電源ターミナルと接触することによって、発光部９１０Ｂに電源が供給
される。

本交通信号灯器９００では、発光部９１０Ｂ、９１０Ｙ、９１０Ｒのいずれかを交換する場合に、ソケット１０４０を外し、蓋に固定された発光部を取り外して交換すればよいので、メンテナンスが容易である。

また、本実施例ではＧＸ５３口金を採用しているので、交通信号灯器９００全体の厚みを約６０ｍｍ程度と薄型に構成することが可能である。

以下、本実施例の融雪効果について説明する。

本発明によれば、前述のように、発光素子から発生した熱エネルギーを効率的に発光面を構成する保護部材（図２においては保護部材１３０）に誘導し、かつ、その熱エネルギーを保護部材の特定箇所に集中させ、当該特定箇所が相対的に高温領域になるようにしている。

本実施例では、図１７に図示するように、その高温領域９６０は発光部９１０Ｂ、９１０Ｙ、９１０Ｒの発光面の周辺部に存在している。

一方、交通信号灯器の発光部の表示面のサイズは例えば約３００ｍｍφと規格で定められているので、当該サイズと発光部の発光輝度等を考慮して、適宜な個数のＬＥＤを発光部に配することになるが、例えば０．０５ＷのＬＥＤパッケージを２００個程度とすることができる。ＬＥＤの種別はとくに限定されない。

発明者らの知見によれば、前記条件で図１９に図示したような背景技術の発光部を構成すると、駆動回路を含めたＬＥＤに供給される電力は、１色当たり１０〜２０Ｗ程度となり、保護部材の温度は、気温に対してプラス１０℃〜１５℃程度に上昇するものと見込まれる。例えば、気温が−１０℃なら保護部材の温度は０℃〜＋５℃程度となる。

本実施例では、この熱エネルギーを発光部９１０Ｂ、９１０Ｙ、９１０Ｒの発光面の周辺部に集中させているので、保護部材の周辺部の温度がさらに上昇する。

したがって、発光面を構成する保護部材の温度を均一に温度上昇させた場合よりも、局所的に着雪した雪を融かす能力を向上させることができるので、この融雪作用により生じた水分が特定箇所以外の着雪も融かすことにより、結果的に発光面全体の着雪を防止する能力を高めることが可能となる。

本実施例では、本発明による融雪効果を発揮させた発光装置の例として、本発明を一灯型交通信号灯器に適用した例を説明する。

青色、黄色、赤色の三色のＬＥＤを一組の発光単位とし、この発光単位を発光表示部に複数配した一灯型交通信号灯器が知られている（例えば、特開２００９−３０１５１９号公報）。この一灯型交通信号灯器では、三色のＬＥＤのうち必要な色の発光時間を制御し、一灯で青色、黄色、赤色の交通信号を表示可能なようにしている。

本発明は、上記のような一灯型交通信号灯器にも適用が可能である。

具体的には、例えば、実施例１の図１において、開口１１０内に配した単一の発光素子２１０の代わりに、青色、黄色、赤色の三色のＬＥＤを発光単位として配すればよい。あ
るいは、開口１１０内に青色、黄色、赤色のいずれかのＬＥＤを配し、３個の開口１１０を一組として発光単位を構成してもよい。

上記の発光装置について、青色、黄色、赤色のＬＥＤの各群を必要な時間だけ巡回点灯させることにより、一灯型交通信号灯器を構成することができる。点灯時間の制御は、例えば、図２に図示された発光装置駆動回路２５０により行うことができる。

通常の三灯型交通信号灯器では、１個の発光装置で見た場合に消灯している時間が存在するが、本実施例では、その構成上、１個の発光装置がほぼ常時点灯しているので、常時発熱している。つまり、保護部材１３０は、常時発光素子から発生した熱の供給を受けることになり、結果として、保護部材１３０の温度は、三灯型交通信号灯器に比べてより上昇する。

したがって、本実施例では、保護部材１３０の温度をより高めることにより、より融雪効果を効果的に行わせることが可能となる。

なお、本発明の発光装置は、上記の構成に限定されるものではなく、種々の変形例や応用例が可能である。

例えば、上記各実施形態では、発光装置の本体形状として円形、矩形を例示して説明したが、他に楕円等任意の形状を採用することが可能である。

また、口金としてＧＸ５３を例示して説明したが、Ｅ２６等の従来から一般的である口金を適用することもできる。

上記各実施形態の説明では、駆動回路の形式については触れなかったが、ダイオードブリッジによる整流回路、スイッチング型のＡＣ／ＤＣコンバータ等、一般的な回路形式の適用が可能である。

上記各実施形態では、発光素子として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を例示して説明したが、半導体レーザ、有機ＬＥＤ等他の半導体発光素子の適用も可能である。

また、上記各実施形態では、発光素子の実装として、パッケージ封入タイプのＬＥＤによる実装を例示して説明したが、ベアチップの発光ダイオード素子を直接基板に実装する、いわゆるＣＯＢ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｂｏａｒｄ）実装の適用も可能である。

さらに、本実施形態では、融雪効果を発揮させた発光装置の例として交通信号灯器を例示して説明したが、その他、道路照明、街路灯、表示灯、道路標識、電光掲示板、道路情報板、玄関外灯、屋外防犯灯、ヘッドライトなど、屋外で用いられるあらゆる形態の発光装置に適用が可能である。

１００ 発光装置
１１０ 開口
１２０ａ、１２０ｂ 熱伝導シート
１３０ 保護部材
１４０ ケース
１５０ 伝熱部材のない領域
２１０ 発光素子
２１２ はんだ
２１４ａ，ｂ 配線層
２２０ アルミベース基板
２２２ ねじ
２３０ 伝熱部材
２４０ 断熱部材
２５０ 発光装置駆動回路
２６０ ドーナツ状の領域
３１０ 高温領域
３２０ 低温領域
４００ 発光装置
４１０ 実装基板
４１２ 伝熱部
４３０ プリント基板
４６０ 高温領域
４７０ 低温領域
５００ 発光装置
５１０ 透光性部材
５１２ 凸部
５１４ 空洞
５２０ 実装基板
５３０ プリント基板
５６０ 高温領域
５７０ 低温領域
６００ 発光装置
６１０ 透光性部材
６１２ 伝熱部
６１４ 空洞
６２０ 実装基板
６３０ プリント基板
６６０ 高温領域
６７０ 低温領域
７００ 発光装置
７１０ 樹脂成型タイプ発光素子
７１２ ＬＥＤチップ
７３０ プリント基板
７３２ はんだ
７６０ 高温領域
７７０ 低温領域
８００ 発光装置
８１０ 実装基板
８１２ 伝熱部
８３０ プリント基板
８６０ 高温領域
８７０ 低温領域
９００ 交通信号灯器
９１０Ｂ、９１０Ｙ、９１０Ｒ 発光部
９２０ 庇
９３０ 蓋
９４０ ねじ
９５０ 筐体
９６０ 高温領域
１０１０ 電源線
１０２０ 蝶番
１０３０ ＧＸ５３口金
１０３２ 電源ターミナル
１０３４ 凸部
１０４０ ソケット
１０４２ 嵌込凹部
１０４４ 電源ターミナル挿入孔
１１００ 発光装置
１１１０ 発光素子
１１２０ 実装基板
１１３０ 伝熱部材
１１４０ 保護部材
１１５０ ケース
１１６０ 開口

Claims (10)

1. 発光素子を搭載した基板と、
   前記基板の発光素子搭載面側に設けられた伝熱部材と、
   前記発光素子および前記伝熱部材を覆って前記伝熱部材上に設けられた保護部材と、を有し、
   前記発光素子は、前記保護部材上に発光面を形成し、
   前記伝熱部材は、前記発光素子が発生した熱を前記保護部材に誘導し、
   前記伝熱部材と前記保護部材とは前記保護部材の周囲に沿う部分において接触し、前記発光面の周辺部に高温領域、中央部分に低温領域を形成したことを特徴とする発光装置。
2. 発光素子を搭載した基板と、
   前記基板の発光素子搭載面側に設けられた伝熱部材と、
   前記発光素子および前記伝熱部材を覆って前記伝熱部材上に設けられた保護部材と、を有し、
   前記発光素子は、前記保護部材上に発光面を形成し、
   前記伝熱部材は、前記発光素子が発生した熱を前記保護部材に誘導し、
   前記伝熱部材と前記保護部材とは前記保護部材の中央部分において接触し、前記発光面の中央部分に高温領域、前記中央部分をとりまく周辺部に低温領域を形成したことを特徴とする発光装置。
3. 発光素子を搭載した基板と、
   前記基板の発光素子搭載面側に設けられた伝熱部材と、
   前記発光素子および前記伝熱部材を覆って前記伝熱部材上に設けられた保護部材と、を有し、
   前記発光素子は、前記保護部材上に発光面を形成し、
   前記伝熱部材は、前記発光素子が発生した熱を前記保護部材に誘導し、
   前記伝熱部材と前記保護部材とは平面視複数の島状領域において接触し、前記発光面上に島状の高温領域および前記島状の高温領域を取り囲む低温領域を形成したことを特徴とする発光装置。
4. 前記伝熱部材が金属であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記基板は金属であり、前記発光素子から発生した熱が、前記基板及び前記伝熱部材を経由して前記保護部材に伝わることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 前記発光素子を覆う透光性部材をさらに有し、
   前記伝熱部材が、前記発光素子の直上部に位置する前記透光性部材を前記保護部材に接触させて形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記透光性部材の、前記発光素子の直上部以外の部分に非熱伝導性部材を配したことを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記基板の発光素子搭載面とは反対側の面に接して、断熱部材を配したことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の発光装置。
9. 口金として、ＧＸ５３口金を備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の発光装置。
10. 前記発光面が１つであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の発光装置。