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発明の名称 LEDランプ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−128728(P2007−128728A)
公開日 平成19年5月24日(2007.5.24)
出願番号 特願2005−319968(P2005−319968)
出願日 平成17年11月2日(2005.11.2)
代理人 【識別番号】100079094
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 輝緒
発明者 宇井 和久 / 大和田 竜太郎
要約 課題
本発明は、放熱部材による放熱効果を積極的に高めることにより、放熱効率を向上させるようにして、筐体内の温度上昇を効果的に抑制するようにしたLEDランプを提供することを目的とする。

解決手段
前方が開放した筐体11内で前方に向かって光を照射する少なくとも一つのLED素子を有するLEDランプユニット12と、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズ13と、上記LEDランプユニットに対して熱的に接続された放熱部材14と、上記放熱部材に、自動車の走行時に走行風を導くためのダクト15と、を含んでいるLEDランプ10において、上記ダクトの断面積が、上記放熱部材の空気流に対する断面積に近いように選定されていると共に、上記ダクト内の放熱部材上流側に、空気流に乱流を付与する乱流板16が配置されるように、LEDランプ10を構成する。
特許請求の範囲
【請求項1】
前方が開放した筐体と、この筐体内で前方に向かって光を照射するように配置された少なくとも一つのLED素子を有するLEDランプユニットと、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズと、上記LEDランプユニットに対して熱的に接続され且つ筐体外に突出する放熱フィンを備えた放熱部材と、上記放熱部材の放熱フィンに自動車の走行時の走行風を導くためのダクトと、を含んでいるLEDランプにおいて、
上記ダクトの断面積が、上記放熱フィンの空気流に対する断面積に近いように選定されていると共に、
上記ダクト内の放熱フィン上流側に、空気流に乱流を付与する乱流板が配置されていることを特徴とする、LEDランプ。
【請求項2】
上記乱流板が、上記放熱フィンの根元側に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載のLEDランプ。
【請求項3】
上記乱流板が、上記放熱フィンの先端側に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載のLEDランプ。
【請求項4】
上記乱流板が、上記放熱フィンに近接して配置されていると共に、その高さが放熱フィンの高さの半分以下に選定されていることを特徴とする、請求項1から3の何れかに記載のLEDランプ。
【請求項5】
上記乱流板が、上記放熱フィンから離反して配置されていると共に、その高さが放熱フィンの高さの半分程度に選定されていることを特徴とする、請求項1から3の何れかに記載のLEDランプ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源としてLED素子を使用したヘッドランプ等の車両用灯具を含むLEDランプに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、光源としてLED素子を使用したLEDヘッドランプは、例えば図8に示すように構成されている。
即ち、図8において、LEDヘッドランプ1は、前面が開放した樹脂製の筐体2と、この筐体2内に設けられた複数個のLEDランプユニット3と、筐体2の前面を覆うように筐体2に取り付けられた透光性樹脂材料から成る前面レンズ4と、から構成されている。
上記各LEDランプユニット3は、それぞれ少なくとも一つのLED素子を含んでおり、前方に向かって光を出射するように、ランプユニット支持体3aにより筐体2の内側に支持されている。
【0003】
このような構成のLEDヘッドランプ1によれば、各LEDランプユニット3に対して外部から給電することにより、各LEDランプユニット3のLED素子が駆動され、発光する。そして、各LEDランプユニット3から出射した光が、上記前面レンズ4を介して前方に向かって照射される。
【0004】
このようなLEDヘッドランプ1においては、個々のLED素子の発光に伴って熱が発生する。
これに対して、LED素子は一般的に温度に対して負の特性を有している。即ち、LED素子は、温度が上昇するに従って発光効率が低減することが知られている。
従って、LEDヘッドランプにおいては、筐体2及び前面レンズ4が熱伝導性の低い樹脂製である場合が多いことから、特に各LED素子の発熱に対する対策が重要である。
【0005】
例えば、特許文献1においては、筐体内温度を検出して、この筐体内温度に基づいて、LED素子に供給する駆動電流を制御することにより、温度上昇時には各LED素子の発熱量を抑制するようにした、車両用灯具が開示されている。
【0006】
また、特許文献2には、各LED素子をそれぞれ熱容量の大きな金属製支持部材上に支持して、各LED素子で発生する熱を金属製支持部材に伝導させて、各LED素子の放熱を行なうようにした、車両用前照灯が開示されている。
【0007】
さらに、特許文献3には、各LED素子をヒートパイプの一端付近に支持すると共に、このヒートパイプの他端を筐体外部に配置することにより、各LED素子で発生する熱をヒートパイプを介して筐体外部に放出するようにした、車両用灯具が開示されている。
【0008】
さらにまた、特許文献4には、LED素子を含む面光源を、ケース外に突出する放熱フィンを有するヒートシンクに固着すると共に、前方から放熱フィン付近に空気流を導入するための通気口を設けて、上記面光源の各LED素子で発生する熱をヒートシンクから放熱フィンを介して外部に伝導させて、通気口からの空気流により空冷して、各LED素子の放熱を行なうようにした、LEDランプが開示されている。
【0009】
また、特許文献5には、半導体発光素子が直接に平板上の放熱基板の上面に固定されており、半導体発光素子で発生する熱を放熱基板を介して外部に伝導させて、半導体発光素子の放熱を行なうようにした、灯具が開示されている。
【特許文献1】特開2004−276738号
【特許文献2】特開2004−311224号
【特許文献3】特開2004−127782号
【特許文献4】特開2005−063754号
【特許文献5】特開2005−209535号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ところで、これらの特許文献1から5による技術においては、いずれも各LED素子で発生する熱を筐体内または筐体外に伝導させることによって、筐体内部全体の温度を低下させるように構成されている。
しかしながら、何れの場合にも、放熱部材等を利用して放熱を行なうようになってはいるが、これら放熱部材等の放熱効率を積極的に高めるような対策はとられておらず、放熱効果に限界がある。
【0011】
さらに、筐体内に熱を伝導させて放熱を行なう場合には、筐体内全体の温度が上昇することになるため、LED素子の発光効率が低下してしまい、場合によってはLED素子のジャンクション温度を越えて、温度破壊が発生するおそれもある。
また、筐体外に熱を伝導させて放熱を行なう場合、放熱部材等が筐体を貫通して外部に引き出されることになるため、この引出し部分が雨水や粉塵等に対して曝されることになるので、信頼性が低下してしまうことになる。
【0012】
本発明は、以上の点から、放熱部材による放熱効果を積極的に高めることにより、放熱効率を向上させるようにして、筐体内の温度上昇を効果的に抑制するようにしたLEDランプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記目的は、本発明によれば、前方が開放した筐体と、この筐体内で前方に向かって光を照射するように配置された少なくとも一つのLED素子を有するLEDランプユニットと、上記筐体の開放した前面を閉じる透光性材料から成る前面レンズと、上記LEDランプユニットに対して熱的に接続され且つ筐体外に突出する放熱フィンを備えた放熱部材と、上記放熱部材の放熱フィンに、自動車の走行時の走行風を導くためのダクトと、を含んでいるLEDランプにおいて、上記ダクトの断面積が、上記放熱フィンの空気流に対する断面積に近いように選定されていると共に、上記ダクト内の放熱フィン上流側に、空気流に乱流を付与する乱流板が配置されていることを特徴とする、LEDランプにより、達成される。
【0014】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記乱流板が、上記放熱フィンの根元側に配置されている。
【0015】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記乱流板が、上記放熱フィンの先端側に配置されている。
【0016】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記乱流板が、上記放熱フィンに近接して配置されていると共に、その高さが放熱フィンの高さの半分以下に選定されている。
【0017】
本発明によるLEDランプは、好ましくは、上記乱流板が、上記放熱フィンからやや離反して配置されていると共に、その高さが放熱フィンの高さの半分程度に選定されている。
【発明の効果】
【0018】
上記構成によれば、LEDランプユニットの各LED素子に対して外部から給電することにより、個々のLED素子が駆動され、LEDランプユニットが発光する。そして、LEDランプユニットから出射した光が、上記前面レンズを介して前方に向かって照射される。
【0019】
この場合、各LEDランプユニットのLED素子で発生した熱は、上記放熱部材に伝達され、この放熱部材の放熱フィンが、自動車の走行時に上記ダクト内に導入される空気流によって、強制的に空冷されることになる。
その際、上記ダクトの内面と上記放熱フィンの外縁との間の間隔が狭く設定されていることにより、上記ダクト内に導入される空気流が効率良く上記放熱フィンを空冷することになる。
【0020】
さらに、上記ダクト内にて上記放熱フィンの上流側にて、好ましくは上記放熱フィンの根元側または先端側に、乱流板が配置されていることにより、ダクト内を放熱フィンに向かって流れる層流としての空気流が上記乱流板にぶつかることによって乱流となる。これにより、放熱フィンに対してより多くの空気流が触れることから、空冷がより一層効果的に行なわれ得ることになる。
これにより、各LED素子の温度上昇が抑制され得ることになるので、各LED素子の発光効率が低下するようなことはなく、高輝度の光が前方に向かって照射され得ることになる。
【0021】
上記乱流板が、上記放熱フィンに近接して配置されていると共に、その高さが放熱フィンの高さの半分以下に選定されている場合には、上記乱流板により発生した乱流が、近接している上記放熱フィン全体に導かれ、効率良く空冷を行なうことになる。
【0022】
上記乱流板が、上記放熱フィンから離反して配置されていると共に、その高さが放熱フィンの高さの半分程度に選定されている場合には、上記乱流板によりダクトの中間高さ付近で発生した乱流が、やや離反している上記放熱フィン全体に導かれ、効率良く空冷を行なうことになる。
【0023】
このようにして、本発明によれば、少なくとも一つのLED素子から成るLEDランプ、例えば自動車用LEDヘッドランプ等の車両用のLEDランプにおいて、各LED素子からLEDランプユニットを介して放熱部材まで熱が移動されると共に、この放熱部材の放熱フィンがダクト内に導入される空気流により強制的に空冷され、さらに上記空気流が上記放熱フィンの上流側に設けられた乱流板により乱流となる。
これにより、上記放熱フィンの周囲にて生じる乱流によって、より多量の空気が上記放熱フィンに接触することになるので吸熱効果が高くなり、上記乱流によって効率的に空冷が行なわれることになる。
従って、上記各LED素子の温度上昇が効率的に抑制され得るので、LED素子の適切な駆動温度が維持でき、LEDランプユニットの個々のLED素子の発光効率の低下が抑制され、より明るい光が照射され得ることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下、この発明の好適な実施形態を図1〜7を参照しながら、詳細に説明する。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、これらの態様に限られるものではない。[実施例1]
【0025】
図1は、本発明によるLEDランプの一実施形態の構成を示している。
図1において、LEDランプ10は、自動車用のLEDヘッドランプであって、前面が開放した樹脂製の筐体11と、この筐体11内に設けられた複数個のLEDランプユニット12と、筐体11の前面を覆うように筐体11に取り付けられた透光性樹脂材料から成る前面レンズ13と、放熱部材14と、ダクト15と、乱流板16と、から構成されている。
【0026】
各LEDランプユニット12は、それぞれ少なくとも一つのLED素子(図示せず)を含んでおり、前方に向かって光を出射するように、ランプユニット支持体12aにより後述する放熱部材14に対して支持されている。
ここで、上記ランプユニット支持体12aは、LEDランプユニット12の放熱を促進するために、熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウム等の金属から形成されている。
【0027】
以上の構成は、図8に示した従来のLEDランプ1と同様の構成であるが、本発明実施形態によるLEDランプ10においては、さらに放熱部材14,ダクト15及び乱流板16を含んでいる。
ここで、上記放熱部材14は、上述したランプユニット支持体12aと同様に、高熱伝導性材料、例えばアルミニウム等から板状に構成されており、上記筐体11の開放した後面を閉塞するように、弾性材14aを介して筐体11に対して取り付けられている。
【0028】
そして、上記放熱部材14の筐体11内に露出する前面に対して、上述したLEDランプユニット12が、ランプユニット支持体12aを介して、支持されていると共に、熱的に接続されている。
【0029】
さらに、上記放熱部材14は、図1にて後方に突出する放熱フィン14bを備えており、この放熱フィン14bが実際の放熱部材(ヒートシンク)として機能するようになっている。
【0030】
また、上記ダクト15は、エンジン熱からの断熱,雨水や粉塵等に対する暴露軽減,走行風の効果的利用,停止時の煙突効果による放熱のために、上記筐体11の下面及び後面に沿って空気流の通路を画成するように、備えられており、好ましくは断熱材料から構成されている。
その際、上記ダクト15は、その入口15aができるだけ前方に延びるように、また出口15bができるだけ放熱部材14から遠くなるように、配置されている。
これにより、自動車の走行時に、上記ダクト15の入口15aから空気流が流入し、ダクト15内に沿って出口15bまで流れるようになっている。
【0031】
ここで、上記放熱部材14は、このダクト15内に配置されるようになっており、その際、ダクト15は、その断面の高さが、放熱部材14に対して効率良く空気流を導くように、放熱部材14の放熱フィン14bの断面の高さに対して、0から20mmだけ大きく選定されるようになっている。
【0032】
また、上記乱流板16は、使用環境に合わせて適宜の材料から構成されており、上記ダクト15内にて、上記放熱部材14の上流側にて、放熱部材14と放熱フィン14bとの結合部分における根元側または放熱フィン14bの先端側(ダクト15側)に配置されている。
図示の場合には、上記乱流板16は、上記放熱部材14の根元側に配置されている。
【0033】
尚、上記乱流板16は、上記放熱部材14の上流側の端部から所定距離D、例えば0〜15mm程度だけ離れて配置されている。
また、上記乱流板16の高さHは、上記所定距離に応じて適宜に、例えば上記所定距離Dが0mmと放熱部材14に近接している場合には、ダクト15の断面高さに対して半分以下、あるいは上記所定距離Dが15mmと放熱部材14から比較的離反している場合には、ダクト15の断面高さの半分程度に選定されている。
【0034】
本発明実施形態によるLEDランプ10は、以上のように構成されており、各LEDランプユニット12に対して外部から給電することにより、各LEDランプユニット12の個々のLED素子が駆動され、発光する。
そして、各LEDランプユニット12から出射した光が、上記前面レンズ13を介して前方に向かって照射される。
【0035】
この場合、各LEDランプユニット12の個々のLED素子で発生した熱は、ランプユニット支持体12aを介して放熱部材14に伝達され、この放熱部材14の放熱フィン14bに達する。
そして、自動車の走行時には、上記ダクト15の入口15aから上記ダクト15内に空気流が導入され、この空気流が上記ダクト15を通って出口15bまで流れる。これにより、上記放熱部材14は、上記ダクト15内を流れる空気流によって強制的に空冷されることになる。
【0036】
その際、上記ダクト15内を流れる空気流は、所謂層流として流れているが、上記放熱部材14の上流側に設けられた乱流板16の存在により、乱流となって、上記放熱部材14の周囲を流れることになる。
従って、乱流が生じることによる高い吸熱効果によって、上記放熱部材14がより効率的に空冷されることになる。
【0037】
このようにして、LEDランプユニット12の個々のLED素子で発生した熱は、ランプユニット支持体12aを介して放熱部材14に伝達される。そして、放熱部材14の放熱フィン14bが上記ダクト15内を流れる空気流により強制的に空冷される。その際、上記ダクト15内の放熱部材14の上流側に設けられた乱流板16によって、上記放熱部材14の周囲を流れる空気流が乱流となる。これにより、上記放熱部材14は、吸熱効果の高い乱流によって空冷されることになり、通常の層流の場合と比較して、放熱効果が向上することになる。
【0038】
このようなLEDランプ10におけるLEDランプユニット12,放熱部材14の放熱フィン14bと周囲温度は、図2のグラフにてそれぞれ符号A,B,Cで示すように変化する。
従って、例えば測定開始から約4000秒経過後にて、LEDランプユニット12の温度Aが約70℃であるのに対して、放熱フィン14bの温度Bは、約60℃まで冷却されていることが分かる。
【0039】
上述した実施形態によるLEDランプ10の放熱効果を確認するため、以下のように、上記乱流板16の取付位置を種々に変化させた場合の擬似的な確認実験(実験例1)を行なった。
放熱部材14の放熱フィン14bに対して断面が+5mmとなるように、180×40mmの断面を有するダクト15を設け、実験的にはファンにより0.6m/秒の空気流を流すようにしている。そして、LEDランプユニット12への電力投入は、全体で42Wとした。
【0040】
また、乱流板16は、高さHが9mm及び18mmのものを用意し、それぞれ取付板を、放熱部材14の放熱フィン14bの端部からの距離Dが0mm及び15mmの位置に取り付けた。
そして、温度測定は、LEDランプユニット12のパッケージ下面,放熱フィン14b及び周囲温度について行ない、測定時間を2時間とした。
【0041】
図3の図表において、条件Aは、乱流板16がない場合、条件B〜Eは、乱流板16が放熱部材14の放熱フィン14bの先端側に配置されている場合、条件F〜Iは、乱流板16が放熱部材14の放熱フィン14bの根元側に配置されている場合を示している。
【0042】
条件B〜Eは、それぞれ乱流板の高さHを9mm及び18mmとし、それぞれ放熱フィン14bの端部からの距離Dを0mm及び15mmとした場合である。 また、条件F〜Iも、同様にそれぞれ乱流板の高さHを9mm及び18mmとし、それぞれ放熱フィン14bの端部からの距離Dを0mm及び15mmとした場合である。
【0043】
即ち、例えば条件Bは、図4に示すように、高さHが9mmの乱流板16を放熱フィン14bの先端側にて距離Dが0mmの位置に配置した。
また、条件Eは、図5に示すように、高さHが18mmの乱流板16を放熱フィン14bの先端側にて距離Dが15mmの位置に配置した。
さらに、条件Fは、図6に示すように、高さHが9mmの乱流板16を放熱フィン14bの根元側にて距離Dが0mmの位置に配置した。
また、条件Iは、図7に示すように、高さHが18mmの乱流板16を放熱フィン14bの根元側にて距離Dが15mmの位置に配置した。
【0044】
これらの条件A〜Iにて、測定開始から1時間後の各温度は、図3に示す通りであり、それぞれ放熱フィン14bの温度Bから周囲温度Cを引いた温度差ΔTを計算した。
その結果、乱流板16を取り付けない条件Aにおいては、温度差ΔTが21.4℃であるのに対して、高さH=9mmの乱流板16を距離D=0mmで放熱フィン14bの先端側及び根元側に取り付けた条件B及び条件Fでは、温度差ΔTが、それぞれ20.2℃及び20.9℃と小さくなった。
また、高さH=18mmの乱流板16を距離D=15mmで放熱フィン14bの先端側及び根元側に取り付けた条件E及び条件Iでは、温度差ΔTが、それぞれ20.6℃及び21.2℃と小さくなった。
【0045】
これに対して、高さH=9mmの乱流板16を距離D=15mmで放熱フィン14bの先端側及び根元側に取り付けた条件C及び条件G、そして高さH=18mmの乱流板16を距離D=0mmで放熱フィン14bの先端側及び根元側に取り付けた条件D及び条件Hでは、温度差ΔTは、乱流板16がない場合とほぼ同じであり、場合によっては逆に温度差ΔTが大きくなってしまう場合もある。
【0046】
従って、乱流板16が放熱フィン14bに近接(D=0mm)している場合には、乱流板16の高さHを、ダクト15の断面高さの半分以下にすることが好ましく、また乱流板16が放熱フィン14bから離反(D=15mm)している場合には、乱流板16の高さHを、ダクト15の断面高さの半分程度にすることが好ましいことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0047】
本発明によるLEDランプ10は、自動車用LEDヘッドランプとして構成されているが、これに限らず、補助前照灯等を含む他の種類の車両用LEDランプや、さらには照明用等の各種LEDランプに本発明を適用することが可能である。
【0048】
このようにして、本発明によれば、放熱部材による放熱効果を積極的に高めることにより、放熱効率を向上させるようにして、筐体内の温度上昇を効果的に抑制するようにした、極めて優れたLEDランプが提供され得ることになる。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】本発明によるLEDランプの一実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図2】図1のLEDランプによるLEDランプユニット,放熱フィン及び周囲の温度の変化を示すグラフである。
【図3】図1のLEDランプにおける実験例の各条件及び各温度及び温度差ΔTを示す図である。
【図4】図3の条件Bによる乱流板の配置を示す(A)背面図及び(B)側面図である。
【図5】図3の条件Eによる乱流板の配置を示す(A)背面図及び(B)側面図である。
【図6】図3の条件Fによる乱流板の配置を示す(A)背面図及び(B)側面図である。
【図7】図3の条件Iによる乱流板の配置を示す(A)背面図及び(B)側面図である。
【図8】従来のLEDランプの一例の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【0050】
10 LEDランプ
11 筐体
12 LEDランプユニット
12a ランプユニット支持体
13 前面レンズ
14 放熱部材
14a 弾性材
14b 放熱フィン(ヒートシンク)
15 ダクト
16 乱流板




 

 


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