面発光光源

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【発明の名称】	面発光光源
【発明者】	【氏名】石井健一【氏名】明道成【氏名】今井康雄【氏名】北村恵美子
【要約】	【課題】屋外、屋内の一般照明用として使用される照明器具や透過形看板等の光源に最適な面発光光源を提供することである。【解決手段】一端をヒートシンク２に熱伝導可能に接続され、かつ電気絶縁層５で覆われた複数のＬＥＤ素子４が片面に電気絶縁物３を介して載置された板状の熱伝導板１と、前記熱伝導板１の片面と離間して配置した薄板状の拡散透過層６を備えたものである。

【特許請求の範囲】
【請求項１】一端をヒートシンクに熱伝導可能に接続され、かつ電気絶縁層で覆われた複数のＬＥＤ素子が片面に電気絶縁物を介して載置された板状の熱伝導板と、前記片面と離間して配置した薄板状の拡散透過層とを備えたことを特徴とする面発光光源。
【請求項２】一端をヒートシンクに熱伝導可能に接続された板状の熱伝導板と、複数のＬＥＤ素子が電気絶縁物を介して載置された前記熱伝導板の片面と一体的に設けた電気絶縁層とを備えたことを特徴とする面発光光源。
【請求項３】熱伝導板を中空板状で内部に液相、気相の相変化する常温で液体の作動液を封入したヒートパイプ又はサーモサイフォンとしたことを特徴とする請求項１または２記載の面発光光源。
【請求項４】ＬＥＤ素子を熱伝導板の両面に載置したことを特徴とする請求項１、２または３記載の面発光光源。
【請求項５】ＬＥＤ素子を面状に複数列並べたことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の面発光光源。
【請求項６】拡散透過層の片面に蛍光体を塗布したことを特徴とする請求項１、３、４または５記載の面発光光源。
【請求項７】熱伝導板の表面を鏡面としたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の面発光光源。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は例えば長寿命光源であるＬＥＤ素子を使用した大光束の面発光光源に関し、特に屋外、屋内の一般照明用として使用可能な照明器具或いは透過形看板等の光源に適する面発光光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より照明器具或いは透過形看板の光源として、白熱電球、蛍光ランプ、ＨＩＤランプが使われている。その他の光源としてＬＥＤ素子を使用したものがある。例えば、図１１はＬＥＤ素子を光源に使用した従来の照明器具を示す断面図である。図において、７は光が透過可能な中空筒状の端面を平滑にした導光板である。８は前記導光板７の内表面に形成され、例えば拡散反射率５０％、拡散透過率４０％の拡散層である。４は導光板７の上側端面に円状に配置されたＬＥＤ素子である。９は導光板７の中心軸に配置された中空の支柱で、所望の場所に固定される。１０は導光板１の内側に位置する支柱９の外表面に形成された反射層、１１はＬＥＤ素子４を電気的、機械的に結合している基板、１２は外殻である。
【０００３】上記のように構成されたＬＥＤ素子を光源に使用した従来の照明器具においては、中空円筒状の導光板７の上端面より入射したＬＥＤ素子４からの光は、導光板７の内側を全反射により下端面に向かって進行する。このとき、導光板７の内表面に形成された拡散層８に到達した光は、全反射がくずれ、一部は導光板７の外表面に向かい、一部は導光板７の内側に配置された反射層１０に向かう。この反射層１０に到達した光は、反射層１０の反射面で反射して導光板７に向かい、拡散層８の拡散透過率に見合った分が、導光板７の外表面から器具外に放射される。導光板７の上端面より入射したＬＥＤ素子４からの光のうち拡散層８に到達しない光は、下端面から下方に放射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、白熱電球、蛍光ランプ、ＨＩＤランプは十分な光束があるが、寿命がそれぞれ１０００～２０００時間、６０００～１２０００時間、６０００～１２０００時間程度で、長くはない寿命の度に交換しなければならない欠点を有している。
【０００５】また、上記のようにＬＥＤ素子を光源に使用した従来の照明器具は、導光板７が円筒形のため、導光板７の側面から放射される水平方向の光の強さがほぼ均一で方向性がないものである。また、導光板７の下端面から放射される光により足下の照明も可能である。しかし、ＬＥＤ素子４の光束が小さいため、一般の照明に使用するには被照射面の照度不足などの問題も存在する。
【０００６】さらに、ＬＥＤ素子から放射された光は、比較的指向性の少ない光であるが、ＬＥＤ素子が不連続に配置されているために生ずる輝度の不均一さを、従来例に示す導光板の利用などにより均一輝度の発光面を実現することが考えられるが、上記のようにＬＥＤ素子は、寿命は長いが光束が低く一般の照明には難があるのでこれを解消するべく、一般的に数ｍＡ～２０ｍＡで発光させている電流の増加によって光束を増加すると、素子部の温度が高くなり効率の低下と寿命の低下を来すため、十分に電流を増加することができないという問題点がある。
【０００７】この発明は上記のような課題を解決するべくなされたもので、長寿命、均一な輝度、大光束の面発光光源を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る面発光光源の第１の発明は、一端をヒートシンクに熱伝導可能に接続され、かつ電気絶縁層で覆われた複数のＬＥＤ素子が片面に電気絶縁物を介して載置された板状の熱伝導板と、前記片面と離間して配置した薄板状の拡散透過層を備えたものである。
【０００９】また、第２の発明は、一端をヒートシンクに熱伝導可能に接続された板状の熱伝導板と、複数のＬＥＤ素子が電気絶縁物を介して載置された前記熱伝導板の片面と一体的に設けた電気絶縁層とを備えたものである。
【００１０】また、第３の発明は、熱伝導板を中空板状で内部に液相、気相の相変化する常温で液体の作動液を封入したヒートパイプ又はサーモサイフォンとしたものである。
【００１１】また、第４の発明は、ＬＥＤ素子を熱伝導板の両面に載置したものである。
【００１２】また、第５の発明は、ＬＥＤ素子を面状に複数列並べたものである。
【００１３】また、第６の発明は、拡散透過層の片面に蛍光体を塗布したものである。
【００１４】また、第７の発明は、熱伝導板の表面を鏡面としたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す断面図、図２は同じく斜視図である。図において、１は方形の薄板状に形成された熱伝導板で、アルミニウム、銅等の熱伝導性に優れた金属材から構成されている。２は放熱フィンを有しアルミニウム、銅等の熱伝導性に優れた金属からなるブロック状のヒートシンクで、熱伝導板１の端部へ良好に熱伝導可能に固定されている。３は熱伝導板１の片側の表面に形成された電気絶縁物である。４はＬＥＤ素子で、前記熱伝導板１の片面に形成した電気絶縁物３を介して所望間隔に載置されている。５は透明な電気絶縁層で、ＬＥＤ素子４の周囲を包み込んで覆うように設けられている。６は薄板状の所望拡散率で光が透過する拡散透過層で、前記熱伝導板１の片面と所望の間隔を有して略平行になるように配置される。上記構成の面発光光源を一つのユニットとしている。
【００１６】上記のように構成された実施の形態１においては、ＬＥＤ素子４に電流を流すと、ＬＥＤ素子４は発熱し温度が上昇する。この熱は電気絶縁部３に伝導により伝わり、さらに、この電気絶縁物３を介して熱伝導板１に移動する。この熱伝導板１は一端に固定されたヒートシンク２側に流れが生じ、大気中に放散される。また、複数のＬＥＤ素子３から放射された光は、ＬＥＤ素子が不連続に配置されているため不連続な光となり、全体として輝度が一様な平面光源にならない。透明な電気絶縁層５を透過し外方に位置する拡散透過層６に到達し、拡散透過して輝度が平均化する。
【００１７】熱伝導板１の熱抵抗は非常に小さいので、ＬＥＤ素子４から放出された熱は効率よく外方に放出され、結果としてＬＥＤ素子４の温度が低く押さえられる。個々のＬＥＤ素子４から放射された光は拡散透過層を透過することにより、外側から見るとこの拡散透過層６全体が発光しているように見える。なお、ＬＥＤ素子４の配置状態は、同一間隔、直線配置である必然性はなく、必要に応じて適宜設計変更してよいものである。
【００１８】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形態２を示す断面図である。以下実施の形態１と同様の形状、機能を有する構成要素につては、同一符号を付し説明を省略する。実施の形態１においては、ＬＥＤ素子４が電気絶縁層５で個別に覆われている。この実施の形態２では、透明な電気絶縁層５がＬＥＤ素子４だけでなく、熱伝導板１と一体的に設け全面を覆っている。前記電気絶縁層５の外表面は、凹凸形状の拡散透過面としている。
【００１９】上記のように構成された実施の形態２においては、ＬＥＤ素子４と電気絶縁物とに空間が存在しないので熱伝導性に優れる。
【００２０】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形態３を示す断面図である。図において、２１は方形の薄板状に形成されたヒートパイプまたはサーモサイフォンで、前記熱伝導板１に替えて、中空板状で内部に液相、気相の相変化する常温で液体の作動液を封入している。
【００２１】上記のように構成された実施の形態３においては、熱抵抗値が実施の形態１の熱伝導板１に比べて１０％以下の熱抵抗を実現できる。したがって、大きな熱流を流すことができるとともに、実施の形態１に同じくヒートシンク２が一体なので放熱効率がさらに向上できる。
【００２２】実施の形態４．図５はこの発明の実施の形態４を示す断面図である。上記実施の形態１～３においては、ＬＥＤ素子４を熱伝導板１の片側に設けているが、実施の形態４はＬＥＤ素子４を熱伝導板１の両面に複数載置したのものである。
【００２３】上記のように構成された実施の形態４においては、両面灯に適用できる。なお、ＬＥＤ素子４は、両面が同一の配置間隔、配置状態である必然性はなく、必要に応じて適宜設計変更してよいものである。
【００２４】実施の形態５．図６～図８はこの発明の実施の形態５を示す斜視図である。この実施の形態５は実施の形態１～４でＬＥＤ素子４を一列配置としているユニットを、複数列配置したもので、図６は拡散透過層６が一枚のもので全体を覆う状態に形成されている。また、図７は拡散透過層６を一枚のもので形成するとともに、ヒートシンク２が一本の連続したもので形成されている。図８は拡散透過層６を一枚のものとするとともに、ヒートシンク２も一本の連続したものとし、さらに一枚の熱伝導板１にＬＥＤ素子４を複数配列したものである。
【００２５】上記のように構成された実施の形態５においては、ＬＥＤ素子４が一列のユニットを面状に複数列並べてたので、発光部面積を広げるという所期の目的を達成できる。
【００２６】実施の形態６．図９はこの発明の実施の形態６を示す断面図である。この実施の形態６は、実施の形態１、３～５において配置される薄板状の所望拡散率で光が透過する拡散透過層６が、ＬＥＤ素子４と対向する面に蛍光体２２を塗布したものである。
【００２７】上記のように構成された実施の形態６においては、照度の増加またはおよび光色を変更することができる。
【００２８】実施の形態７．図１０はこの発明の実施の形態７を示す断面図である。この実施の形態７は、実施の形態１～６において熱伝導板１のＬＥＤ素子４が載置される面を、鏡面２２としたもので、拡散反射率の高い鏡面仕上げ、または拡散反射率の高い鏡面を有するように他の材料を貼付することによって達成できる。
【００２９】上記のように構成された実施の形態７においては、熱伝導板１の表面は光の拡散反射率が向上し発光効率をさらに高めることができる。
【００３０】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、一端をヒートシンクに熱伝導可能に接続した熱伝導板にＬＥＤ素子を載置したので、ＬＥＤ素子温度を低く押さえることができるため、ＬＥＤ素子を大きな電流で駆動しても効率が落ちず、寿命が低下することもない。さらに、拡散透過層を有するため複数のＬＥＤ素子から出た光を平均化することができ、発光面の輝度の均一化が図れる。
【００３１】また、一端をヒートシンクに熱伝導可能に接続された板状の熱伝導板と、複数のＬＥＤ素子が電気絶縁物を介して載置された前記熱伝導板の片面と一体的に設けた電気絶縁層とを備えたのでので、熱伝導性に優れ、ＬＥＤ素子の寿命、効率の何れも向上する。
【００３２】また、熱伝導板をヒートパイプまたはヒートシンクとしたので、放熱効率がさらに向上し大きな熱流を流すことができるので、ＬＥＤ素子個々の温度も所定温度に保つことができる。
【００３３】また、ＬＥＤ素子４を熱伝導板１の両面に複数載置したので、両面灯に適用できる。
【００３４】また、ＬＥＤ素子を面状に複数列並べたので、発光部面積を広げることができる。
【００３５】また、拡散透過層の片面に蛍光体を塗布したので、照度の増加またはおよび光色を変更することができ、用途の拡大等が図れる。
【００３６】また、熱伝導板の表面を鏡面としたので、熱伝導板の表面は光の拡散反射率が向上し、発光効率をさらに高めることができ照度が増加する。

【出願人】	【識別番号】０００００６０１３【氏名又は名称】三菱電機株式会社【識別番号】３９００１４５４６【氏名又は名称】三菱電機照明株式会社
【出願日】	平成１０年７月８日（１９９８．７．８）
【代理人】	【識別番号】１０００６１２７３【弁理士】【氏名又は名称】佐々木宗治（外３名）
【公開番号】	特開２０００－３０５２１（Ｐ２０００－３０５２１Ａ）
【公開日】	平成１２年１月２８日（２０００．１．２８）
【出願番号】	特願平１０－１９２５２２