JP2004206947A - 発光ダイオード及び灯具並びにその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】灯具において、発光素子から発せられる光の大部分を有効利用できるとともに、発光時に発光素子から出る熱を効率良く放熱することができること。
【解決手段】灯具１において、銅製の支柱５の先端の円筒状部分には回路パターンが形成されたポリイミドフィルムが巻き付けられて接着されており、この回路パターンの上に６個の発光素子３がマウントされワイヤボンディングされて導通がとられ、これら６個の発光素子３は透明エポキシ樹脂製のレンズ４で封止されている。このレンズ４は発光素子３から出る光を支柱５の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御するので、側方から斜め後方の範囲内の光はリフレクタ７で前方へ反射され、発光素子３から出た大部分の光が灯具１の前方へ放射される。発光時に発光素子３から出た熱は、熱伝導性に優れた支柱５、ホルダ６を伝わって放熱フィン６ａから空気中に放熱される。
【選択図】 図１
【解決手段】灯具１において、銅製の支柱５の先端の円筒状部分には回路パターンが形成されたポリイミドフィルムが巻き付けられて接着されており、この回路パターンの上に６個の発光素子３がマウントされワイヤボンディングされて導通がとられ、これら６個の発光素子３は透明エポキシ樹脂製のレンズ４で封止されている。このレンズ４は発光素子３から出る光を支柱５の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御するので、側方から斜め後方の範囲内の光はリフレクタ７で前方へ反射され、発光素子３から出た大部分の光が灯具１の前方へ放射される。発光時に発光素子３から出た熱は、熱伝導性に優れた支柱５、ホルダ６を伝わって放熱フィン６ａから空気中に放熱される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用することができ、放熱性にも優れた発光ダイオード及び灯具並びにその製造方法に関するものである。
【０００２】
なお、本明細書中においては、ＬＥＤチップそのものは「発光素子」と呼び、ＬＥＤチップを搭載したパッケージ樹脂またはレンズ系等の光学装置を含む全体を「発光ダイオード」または「ＬＥＤ」と呼ぶこととする。
【０００３】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００１−１２６５１０号公報
自動車のテールランプ、ストップランプ等の従来の灯具について、図６を参照して説明する。図６は、従来の灯具の構造を示す断面図である。この灯具５０は、白熱電球５１、リフレクタ（反射鏡）５２、前面レンズ５３を備えている。そして、白熱電球５１から発せられる光のうち、範囲Ａの光は直接前面レンズ５３に至り、範囲Ｂの光はリフレクタ５２で反射されて前面レンズ５３に至り、規格で定められた所定角度範囲内に放射される。また、前面レンズ５３の全体が発光しているように視認される。
【０００４】
しかしながら、範囲Ａと範囲Ｂの範囲以外へ放射される光は有効な方向へ放射されず、無駄に消費される光となる。しかも、範囲Ａと範囲Ｂの範囲以外の光源に対する立体角は大きく、この範囲へ放射される光量は大きい。このため、白熱電球５１から発せられる光のうち一部の光のみしか有効に利用されていなかった。さらに、自動車のテールランプ、ストップランプ等では赤色光とする必要から、前面レンズ５３そのものを赤色材料で作るか、別に赤色フィルターを被せることになるが、これによって前面レンズ５３から有効に出射される赤色光は、範囲Ａと範囲Ｂの有効範囲内へ放射される白色光のさらに１／５から１／１０になる。
【０００５】
そこで、上記特許文献１に記載の技術においては、消費電力を低減するとともに光の効率的な利用を目的として、複数の赤色発光素子を略半円筒形状に形成した基板上に配設して、出射される光の配光特性を放射状としている。さらに、従来の白熱電球用のソケットに着脱自在な電力供給用の口金を有しており、これによって、白熱電球の反射鏡や前面レンズをそのまま利用して、安価で汎用性に優れ配光特性の良好なＬＥＤ灯具とすることができるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このＬＥＤ灯具においても白熱電球と類似の配光特性となっており、やはり図６の範囲Ａと範囲Ｂの有効範囲以外へ放射される無駄に消費される光量は大きい。さらに、複数の発光素子を基板上に配設しているため大量の熱が発生するが、この熱の逃げ場がないため発光素子が高温になって発光出力が低下する。
【０００７】
そこで、本発明は、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できるとともに、発光時に発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる発光ダイオード及び灯具並びにその製造方法の提供を課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる発光ダイオードは、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を保持して後方で支持される支柱と、光学系とを有し、前記複数の発光素子は前記支柱側面にマウントされ、前記支柱は高熱伝導部材を含むものである。
【０００９】
ここで、熱伝導性の高い材料としては、銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ），鉄（Ｆｅ）等の金属の他に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス等がある。
【００１０】
これによって、支柱は高熱伝導部材を含むため、支柱側面にマウントされた複数の発光素子の発する熱は、支柱を伝わって支柱後方に効率良く逃がされる。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、リフレクタの後方にはスペースの制限がないので、支柱がリフレクタを貫通した部分の後方に大きな放熱フィンを設けて、支柱を伝わって逃げてきた発光素子の熱を放散させることができる。
【００１１】
このようにして、発光時に複数の発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる発光ダイオードとなる。
【００１２】
請求項２の発明にかかる発光ダイオードは、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を保持して後方で支持される支柱と、光学系とを有し、前記複数の発光素子は前記支柱側面にマウントされ、前記光学系は前記発光素子が発する光を前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御するものである。
【００１３】
これによって、支柱側面にマウントされた複数の発光素子から発せられた光は、レンズ等の光学系によって前方及び側方から斜め後方の範囲内、即ち図６における範囲Ａ及び範囲Ｂのみに配光制御される。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００１４】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる発光ダイオードとなる。
【００１５】
請求項３の発明にかかる発光ダイオードは、請求項１または請求項２の構成において、前記光学系は前記複数の発光素子を全て覆うレンズからなり、前記レンズは前記支柱が支持される側の径が大きく、その反対側の径が小さく、両者の境界部分は平面となっているものである。
【００１６】
これによって、このレンズはＬＥＤの前方側の径が小さいので発光素子から前方へは眩し過ぎない適量の光が放射され、ＬＥＤの後方側の径は大きいのでＬＥＤの側方から斜め後方にかけては大量の光が放射される。また、発光素子からＬＥＤの側方から斜め前方にかけて放射された光は、ＬＥＤの後方側の境界部分の平面で全反射されてＬＥＤの斜め後方へ放射される。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００１７】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる発光ダイオードとなる。
【００１８】
請求項４の発明にかかる灯具は、請求項２または請求項３に記載の発光ダイオードと、前記側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射するリフレクタとを具備するものである。
【００１９】
請求項２または請求項３に記載のＬＥＤは、支柱側面にマウントされた複数の発光素子から発せられた光がＬＥＤの前方及び側方から斜め後方の範囲内に放射される。したがって、かかるＬＥＤと側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射するリフレクタとを組み合わせて灯具とすれば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００２０】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる灯具となる。
【００２１】
請求項５の発明にかかる灯具は、請求項４の構成において、前記支柱は高熱伝導部材を含むものであって、透明なフロントカバーと、該フロントカバーと前記発光ダイオードと前記支柱と前記リフレクタとを所定の位置に支持するハウジングと、前記支柱が前記リフレクタを貫通した位置において前記支柱に取付けられた放熱フィンとを追加したものである。
【００２２】
これによって、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方からフロントカバーを通って外部へ放射されるだけでなく、複数の発光素子の発光時に発せられた熱が高熱伝導部材を含む支柱を伝わって逃がされて、リフレクタの後方において支柱に取付けられた放熱フィンから放熱される。したがって、複数の発光素子の温度が上がることもなく、良好な発光特性が維持される。また、フロントカバーによってＬＥＤが外部から保護される。
【００２３】
このようにして、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できるとともに、発光時に発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる灯具となる。
【００２４】
請求項６の発明にかかる発光ダイオード及び灯具の製造方法は、絶縁性のフレキシブルな薄膜の片面に回路パターンを形成する工程と、前記回路パターンの上に複数の発光素子をほぼ等間隔にマウントしてワイヤボンディングする工程と、高熱伝導材料からなる円柱または円筒に、前記複数の発光素子が円周方向に沿って並ぶように前記薄膜を巻き付けて固定する工程と、前記複数の発光素子から出る光を円柱または円筒の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける工程とを含むものである。
【００２５】
ここで、絶縁性のフレキシブルな薄膜の例としては、ポリイミドフィルム等がある。
【００２６】
かかる絶縁性のフレキシブルな薄膜に発光素子マウント用の回路パターンを形成するのは、プリント基板を製造するのと同様にして、容易かつ短時間でできる。そして、この回路パターンの発光素子マウント位置を等間隔になるように設定しておけば、複数の発光素子を回路パターンにマウントするだけでほぼ等間隔に並ぶことになる。ワイヤボンディングして発光素子の導通をとった後に、高熱伝導材料からなる円柱または円筒に薄膜を巻き付けて接着等によって固定する。後は、発光素子から出る光を円柱または円筒の前方（中心軸方向）及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける。
【００２７】
こうして製造されたＬＥＤ、またこのＬＥＤにリフレクタと放熱フィンを取付けてなる灯具は、円柱・円筒が高熱伝導材料からなるため発光素子から出る熱の放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を灯具の前方に有効に放射することができる。そして、本発明の製造方法は、回路パターンを形成するのも容易かつ短時間ででき、複数の発光素子をマウントしてワイヤボンディングする工程も回路パターンが平坦な状態で実施できるので非常に容易である。また、複数の発光素子をマウントした薄膜を円柱・円筒に巻き付けて接着等で固定するのも、薄膜がフレキシブルであるため簡単である。
【００２８】
このようにして、放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を有効利用できる発光ダイオード及び灯具を、容易にかつ短時間で製造することができる発光ダイオード及び灯具の製造方法となる。
【００２９】
請求項７の発明にかかる発光ダイオード及び灯具の製造方法は、絶縁性のフレキシブルな薄膜の片面に回路パターンを形成する工程と、前記回路パターンの上に複数の発光素子をほぼ等間隔にマウントしてワイヤボンディングする工程と、高熱伝導材料からなる前記複数の発光素子と同数の側面を有する正多角柱または正多角筒に、前記複数の発光素子が外周方向に沿って一側面に１個ずつ並ぶように前記薄膜を巻き付けて固定する工程と、前記複数の発光素子から出る光を正多角柱または正多角筒の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける工程とを含むものである。
【００３０】
これによって、本発明の製造方法は、請求項６の発明にかかる製造方法と同様に、回路パターンを形成するのも容易かつ短時間ででき、複数の発光素子をマウントしてワイヤボンディングする工程も回路パターンが平坦な状態で実施できるので非常に容易である。また、複数の発光素子をマウントした薄膜を正多角柱・正多角筒に巻き付けて接着等で固定するのも、薄膜がフレキシブルであるため簡単である。但し、角で薄膜を折り曲げなければならないので、折り曲げ位置の回路パターンが細くなるようにするのがより好ましい。
【００３１】
このようにして、放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を有効利用できる発光ダイオード及び灯具を、容易にかつ短時間で製造することができる発光ダイオード及び灯具の製造方法となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３３】
実施の形態１
まず、本発明の発光ダイオード及び灯具の実施の形態１について、図１を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１にかかる灯具の全体構成を示す断面図である。
【００３４】
図１に示されるように、本実施の形態１の灯具１はリフレクタ７を有するハウジング８と発光ダイオード（ＬＥＤ）２と、ＬＥＤ２をハウジング８に固定するホルダ６（ＬＥＤ２の支柱の後部を兼ねる）から構成されている。ホルダ６の後部には、放熱用のフィン６ａが接着されている。
【００３５】
ＬＥＤ２は、熱伝導性の高い銅（Ｃｕ）からなる支柱５を中心に構成されている。支柱５は、中心を貫通孔５ａが貫通しており、後方が太い円柱形で途中から円錐状にだんだん細くなって、前端部は細い円筒状になっている。この円筒状の部分の側面に、円周に沿って６個の発光素子３がほぼ等間隔でマウントされている。円筒状の部分にはポリイミド製のフィルム（図示省略）が巻き付けられて接着されており、支柱５と６個の発光素子３とを絶縁している。
【００３６】
そして、このポリイミド製のフィルムには回路パターンが形成されており、この回路パターンの上に６個の発光素子３がマウントされワイヤボンディングされて導通がとられている。これら６個の発光素子３に電力を供給するための２本のリード線（図示省略）は、貫通孔５ａを通って回路パターンの上端に接続されている。
【００３７】
さらに、これら６個の発光素子３は、透明エポキシ樹脂製のレンズ４によって封止されている。このレンズ４は円筒状の部分の周りを径の異なる２つの半球で取り巻いた形状をしており、発光素子３の発光軸を境として支柱５が支持される側即ちＬＥＤ２の後方側の径が大きく、その反対側即ちＬＥＤ２の前方側の径が小さくなっていて、両者の境界部分はリング状の平面になっている。これによって、ＬＥＤ２の前方には発光素子から前方へは眩し過ぎない適量の光が放射され、ＬＥＤ２の側方から斜め後方にかけては通常量の光が放射される。また、発光素子３からＬＥＤ２の側方から斜め前方にかけて放射された光は、境界部分の平面で全反射されてＬＥＤ２の斜め後方へ放射される。この結果、ＬＥＤ２の側方から斜め後方にかけてはより多くの光量が放射される。
【００３８】
かかるＬＥＤ２の支柱５に金属製のホルダー６を介して、リフレクタ７を有するハウジング８を取付ける。このリフレクタ７は、ＬＥＤ２の側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射する反射鏡であり、したがって上述のより多くの光量が全て前方へ放射されるので、発光素子３から発せられる光の大部分を有効に利用できる灯具１となる。
【００３９】
また、６個の発光素子３は、ポリイミド製のフィルムを介して銅製の支柱５の先端部分側面にマウントされているので、発光時に発光素子３から出る熱は銅製の支柱５を伝わってさらに金属製のホルダ６に伝達され、ホルダ６の後端に接着されている放熱フィン６ａから空気中に放熱される。このように、本実施の形態１の灯具１は極めて放熱性に優れた構成となっているので、長時間発光させても発光素子３に熱が溜まることはなく、良好な発光特性を維持することができる。さらに、大電流が流れる大出力タイプの発光素子を用いた場合でも、効率良く熱を放出することができる。
【００４０】
このようにして、本実施の形態１の灯具１は、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できるとともに、発光時に発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる。
【００４１】
なお、透明なフロントカバーをハウジング８の前面に取付ければ、ＬＥＤ２を外部から保護することができる。また、フロントカバーに凹凸等を施すことによって、灯具１から前方へ放出される光の配光特性を変えることもできる。
【００４２】
実施の形態２
次に、本発明の発光ダイオード及び灯具の実施の形態２について、図２を参照して説明する。図２は本発明の実施の形態２にかかる発光ダイオード及び灯具の発光部分の構成を示す断面図である。
【００４３】
図２に示されるように、本実施の形態２の発光部分も、実施の形態１と同様に金属製の円柱形の支柱９にポリイミド製のフィルム（図示省略）を巻き付けて絶縁し、フィルム上に形成された回路パターンに６個の発光素子３をマウントしてワイヤボンディングし、電源からの導通をとっている。そして、６個の発光素子３の周囲を透明エポキシ樹脂からなるレンズ１０で覆っている。
【００４４】
ここで、レンズ１０は、実施の形態１のレンズ４と形状が異なっている。即ち、レンズ１０においては発光素子３の発光面から４５度の位置にＬＥＤの前方側と後方側の境界を設けて、ＬＥＤの前方側の体積をより小さくしている。境界部分はリング状の平面とし、支柱９の前方は空間としている。これによって、ＬＥＤの前方へ直接放射される光量がさらに減り、平面部分で全反射して斜め後方へ放射される光量が増えるため、灯具にしたときリフレクタで反射されて前方へ放射される光量が一層増加する。また、発光部分の側方から斜め前方へ放射される利用されない光の量が著しく減少するので、発光素子３から発せられる光のほぼ全てを有効に利用できる発光ダイオード及び灯具となる。
【００４５】
実施の形態３
次に、本発明の発光ダイオード及びその製造方法の実施の形態３について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は本発明の実施の形態３にかかる発光ダイオードの製造方法を説明する平面図、（ｂ）は支柱を示す斜視図である。
【００４６】
図３（ａ）に示されるように、本実施の形態３にかかるＬＥＤ１１の製造方法は、まず絶縁性のフレキシブルな薄膜としてのポリイミドフィルム１２に回路パターン１４を形成することから始まる。回路パターン１４は、放熱性を良くするためにできるだけ広い面積とした方が良い。なお、回路パターン１４が図のように複雑に入り組んだ形状をしているのは、支柱として正六角柱・正六角筒を用いた場合の折り曲げ易さを考慮したものであり、本実施の形態３のように支柱として円筒１５を用いる場合には、もっと単純な回路パターンでも良い。
【００４７】
かかる回路パターン１４の上に、６個の発光素子１３を巻き付ける方向に沿ってほぼ等間隔になるようにマウントして、ワイヤ１３ａでボンディングして導通をとる。このように６個の発光素子１３をマウントしたポリイミドフィルム１２を熱伝導性の高い銅製の円筒１５の表面に巻き付けて、接着等で固定する。後は、実施の形態１，２のような透明エポキシ樹脂からなるレンズを付けて、配光特性を調整する。
【００４８】
このようにして、本実施の形態３のＬＥＤの製造方法においては、放熱性に優れ、発光素子から発せられた光の大部分を有効に利用できるＬＥＤ１１を、容易にかつ短時間で製造することができる。
【００４９】
実施の形態４
次に、本発明の発光ダイオードの製造方法にかかる実施の形態４について、図４を参照して説明する。図４は本発明の実施の形態４にかかる発光ダイオードの支柱の組み立て前を示す平面図である。
【００５０】
図４に示されるように、この支柱１８は組み立てると正六角筒になるものである。この支柱１８は、やや厚手（０．５ｍｍｔ）の銅板でできており、支柱の側面になる部分１８ａに左右２枚の絶縁性のフレキシブルな薄膜としてのポリイミドフィルムを貼り付けて、図３（ａ）に示されるような回路パターンを発光素子３個分ずつ２枚のポリイミドフィルムに形成する。そして、各側面１８ａに１個ずつ計６個の発光素子をマウントし、ワイヤボンディングして導通をとる。このとき、単に作業面が平坦であるだけでなくやや厚手の銅板で支持されているため、軟らかいポリイミドフィルムだけの上で作業するよりもさらに作業がし易くなる。
【００５１】
その後、銅板を折り曲げて組み立て、正六角筒の支柱１８としてさらに必要な部分の配線を行い、後は、実施の形態１，２のような透明エポキシ樹脂からなるレンズを付けて、配光特性を調整する。
【００５２】
このようにして、本実施の形態４のＬＥＤの製造方法においては、放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を有効利用できるＬＥＤを、より容易にかつ短時間で製造することができる。
【００５３】
実施の形態５
次に、本発明の発光ダイオード及び灯具の実施の形態５について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は本発明の実施の形態５にかかる発光ダイオードを前方から見た正面図、（ｂ）は本発明の実施の形態５にかかる灯具の全体構成を示す断面図である。
【００５４】
図５に示されるように、本実施の形態５のＬＥＤ２２は、銅製の六角柱からなる支柱２５の各側面に熱伝導性が良く絶縁性の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）板２６を介して、１個ずつの発光素子２３をマウントしている。そして、ＡｌＮ板２６の表面に形成された回路パターンにワイヤボンディングで導通をとり、図示しないリード線で外部電源との接続を確保した後、発光素子２３を透明エポキシ樹脂２７で封止し、図５（ｂ）に示されるような断面形状を有する透明ポリカーボネート製のレンズ２４を支柱２５の前方から被せる。
【００５５】
このとき、樹脂３４の部分は未だ埋められていないため、透明エポキシ樹脂２７の封止部分まで通過することができる。また、支柱２５の前端やＡｌＮ板２６、透明エポキシ樹脂２７が当接するレンズ２４の穴の奥の部分も、極力隙間が生じないように精度良く形成されている。レンズ２４を嵌め終わったら、６箇所の空間部分に透明エポキシ樹脂３４を充填して熱硬化させ、発光部分を封止するとともにレンズ２４を支柱２５に固定する。このレンズ２４も、６個の発光素子２３から発せられた光を前方及び側方から斜め後方の範囲内に放射する配光特性を有している。このようにして、本実施の形態５のＬＥＤ２２が製造される。
【００５６】
なお、本実施の形態５においては、レンズ２４の後部に穴を開けて、この穴に支柱２５と発光部分を嵌め込み透明エポキシ樹脂で封止する構造としたが、レンズ２４を６分割して発光部分が入る穴だけを設けて、支柱５の周囲から６分割されたレンズ２４を一体に組み付ける構造としても良い。
【００５７】
続いて、リフレクタ３１を有するハウジング３３が、熱伝導材を兼ねた金属製の止め具３０によって支柱２５の後端に固定される。このリフレクタ３１もＬＥＤ２２の側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射する特性を有しているので、レンズ２４の前面から直接前方へ放射される光も合わせて、６個の発光素子２３から発せられる光の大部分が灯具２１の前方へ放射される。
【００５８】
また、発光時に発光素子２３から出る熱は、電気は通さないが熱伝導性の良いＡｌＮ板２６を介して銅製の支柱２５へ伝達され、さらに金属製の止め具３０に伝わって、止め具３０の後端に接着された放熱フィン３２から空気中に放熱される。このように、本実施の形態５の灯具２１は極めて放熱性に優れた構成となっているので、長時間発光させても発光素子２３に熱が溜まることはなく、良好な発光特性を維持することができる。さらに、大電流が流れる大出力タイプの発光素子を用いた場合でも、効率良く熱を放出することができる。
【００５９】
このようにして、本実施の形態５の灯具２１は、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できるとともに、発光時に発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる。
【００６０】
なお、透明なフロントカバーをハウジング３３の前面に取付ければ、ＬＥＤ２２を外部から保護することができる。また、フロントカバーに凹凸等を施すことによって、灯具２１から前方へ放出される光の配光特性を変えることもできる。
【００６１】
上記各実施の形態においては、灯具として自動車のテールランプ、ストップランプ等を想定したため、発光素子３，１３，２３としていずれも赤色発光素子を用いた場合を想定しているが、自動車のターンシグナルランプに用いるならアンバー（琥珀）色の発光素子を用い、バックアップランプ（後退灯）に用いるなら青色発光素子を青色を照射されると黄色の蛍光を発する蛍光体で覆って白色を発光させれば良い。その他、自動車用ランプに限らず、灯具の用途に応じて何色の発光素子を用いても構わない。そして、赤色発光素子を用いた場合には、赤色の反射率の高い金メッキでリフレクタを形成するのが望ましい。
【００６２】
また、上記各実施の形態においては、支柱として銅（Ｃｕ）を素材とした円柱・円筒・六角柱・六角筒を用いた場合について説明したが、支柱の素材としては他にもアルミニウム（Ａｌ），鉄（Ｆｅ）等の金属の他に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス等を用いることができる。支柱も発光素子の数に合わせれば、何角柱・何角筒でも構わない。また、複数の平面基板を組み合わせ支柱全体形状を多角柱形状としても良い。
【００６３】
また、金属に回路パターン形成されたポリイミド製フィルムを貼り付けたものとして説明したが、金属に絶縁層が形成された上に回路パターン形成されたもの等、良好な放熱性を得られるものであれば良い。
【００６４】
さらに、上記各実施の形態においては、６個の発光素子を用いた場合についてのみ説明したが、これに限られず複数であれば何個の発光素子を用いても構わない。
【００６５】
発光ダイオード及び灯具のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、また発光ダイオード及び灯具の製造方法のその他の工程についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明にかかる発光ダイオードは、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を保持して後方で支持される支柱と、光学系とを有し、前記複数の発光素子は前記支柱側面にマウントされ、前記支柱は高熱伝導部材を含むものである。
【００６７】
ここで、熱伝導性の高い材料としては、銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ），鉄（Ｆｅ）等の金属の他に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス等がある。
【００６８】
これによって、支柱は高熱伝導部材を含むため、支柱側面にマウントされた複数の発光素子の発する熱は、支柱を伝わって支柱後方に効率良く逃がされる。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、リフレクタの後方にはスペースの制限がないので、支柱がリフレクタを貫通した部分の後方に大きな放熱フィンを設けて、支柱を伝わって逃げてきた発光素子の熱を放散させることができる。
【００６９】
このようにして、発光時に複数の発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる発光ダイオードとなる。
【００７０】
請求項２の発明にかかる発光ダイオードは、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を保持して後方で支持される支柱と、光学系とを有し、前記複数の発光素子は前記支柱側面にマウントされ、前記光学系は前記発光素子が発する光を前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御するものである。
【００７１】
これによって、支柱側面にマウントされた複数の発光素子から発せられた光は、レンズ等の光学系によって前方及び側方から斜め後方の範囲内、即ち図６における範囲Ａ及び範囲Ｂのみに配光制御される。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００７２】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる発光ダイオードとなる。
【００７３】
請求項３の発明にかかる発光ダイオードは、請求項１または請求項２の構成において、前記光学系は前記複数の発光素子を全て覆うレンズからなり、前記レンズは前記支柱が支持される側の径が大きく、その反対側の径が小さく、両者の境界部分は平面となっているものである。
【００７４】
これによって、このレンズはＬＥＤの前方側の径が小さいので発光素子から前方へは眩し過ぎない適量の光が放射され、ＬＥＤの後方側の径は大きいのでＬＥＤの側方から斜め後方にかけては大量の光が放射される。また、発光素子からＬＥＤの側方から斜め前方にかけて放射された光は、ＬＥＤの後方側の境界部分の平面で全反射されてＬＥＤの斜め後方へ放射される。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００７５】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる発光ダイオードとなる。
【００７６】
請求項４の発明にかかる灯具は、請求項２または請求項３に記載の発光ダイオードと、前記側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射するリフレクタとを具備するものである。
【００７７】
請求項２または請求項３に記載のＬＥＤは、支柱側面にマウントされた複数の発光素子から発せられた光がＬＥＤの前方及び側方から斜め後方の範囲内に放射される。したがって、かかるＬＥＤと側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射するリフレクタとを組み合わせて灯具とすれば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００７８】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる灯具となる。
【００７９】
請求項５の発明にかかる灯具は、請求項４の構成において、前記支柱は高熱伝導部材を含むものであって、透明なフロントカバーと、該フロントカバーと前記発光ダイオードと前記支柱と前記リフレクタとを所定の位置に支持するハウジングと、前記支柱が前記リフレクタを貫通した位置において前記支柱に取付けられた放熱フィンとを追加したものである。
【００８０】
これによって、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方からフロントカバーを通って外部へ放射されるだけでなく、複数の発光素子の発光時に発せられた熱が高熱伝導部材を含む支柱を伝わって逃がされて、リフレクタの後方において支柱に取付けられた放熱フィンから放熱される。したがって、複数の発光素子の温度が上がることもなく、良好な発光特性が維持される。また、フロントカバーによってＬＥＤが外部から保護される。
【００８１】
このようにして、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できるとともに、発光時に発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる灯具となる。
【００８２】
請求項６の発明にかかる発光ダイオード及び灯具の製造方法は、絶縁性のフレキシブルな薄膜の片面に回路パターンを形成する工程と、前記回路パターンの上に複数の発光素子をほぼ等間隔にマウントしてワイヤボンディングする工程と、高熱伝導材料からなる円柱または円筒に、前記複数の発光素子が円周方向に沿って並ぶように前記薄膜を巻き付けて固定する工程と、前記複数の発光素子から出る光を円柱または円筒の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける工程とを含むものである。
【００８３】
絶縁性のフレキシブルな薄膜に発光素子マウント用の回路パターンを形成するのは、プリント基板を製造するのと同様にして、容易かつ短時間でできる。そして、この回路パターンの発光素子マウント位置を等間隔になるように設定しておけば、複数の発光素子を回路パターンにマウントするだけでほぼ等間隔に並ぶことになる。ワイヤボンディングして発光素子の導通をとった後に、高熱伝導材料からなる円柱または円筒に薄膜を巻き付けて接着等によって固定する。後は、発光素子から出る光を円柱または円筒の前方（中心軸方向）及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける。
【００８４】
こうして製造されたＬＥＤ、またこのＬＥＤにリフレクタと放熱フィンを取付けてなる灯具は、円柱・円筒が高熱伝導材料からなるため発光素子から出る熱の放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を灯具の前方に有効に放射することができる。そして、本発明の製造方法は、回路パターンを形成するのも容易かつ短時間ででき、複数の発光素子をマウントしてワイヤボンディングする工程も回路パターンが平坦な状態で実施できるので非常に容易である。また、複数の発光素子をマウントした薄膜を円柱・円筒に巻き付けて接着等で固定するのも、薄膜がフレキシブルであるため簡単である。
【００８５】
このようにして、放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を有効利用できる発光ダイオード及び灯具を、容易にかつ短時間で製造することができる発光ダイオード及び灯具の製造方法となる。
【００８６】
請求項７の発明にかかる発光ダイオード及び灯具の製造方法は、絶縁性のフレキシブルな薄膜の片面に回路パターンを形成する工程と、前記回路パターンの上に複数の発光素子をほぼ等間隔にマウントしてワイヤボンディングする工程と、高熱伝導材料からなる前記複数の発光素子と同数の側面を有する正多角柱または正多角筒に、前記複数の発光素子が外周方向に沿って一側面に１個ずつ並ぶように前記薄膜を巻き付けて固定する工程と、前記複数の発光素子から出る光を正多角柱または正多角筒の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける工程とを含むものである。
【００８７】
これによって、本発明の製造方法は、請求項６の発明にかかる製造方法と同様に、回路パターンを形成するのも容易かつ短時間ででき、複数の発光素子をマウントしてワイヤボンディングする工程も回路パターンが平坦な状態で実施できるので非常に容易である。また、複数の発光素子をマウントした薄膜を正多角柱・正多角筒に巻き付けて接着等で固定するのも、薄膜がフレキシブルであるため簡単である。但し、角で薄膜を折り曲げなければならないので、折り曲げ位置の回路パターンが細くなるようにするのがより好ましい。
【００８８】
このようにして、放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を有効利用できる発光ダイオード及び灯具を、容易にかつ短時間で製造することができる発光ダイオード及び灯具の製造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態１にかかる灯具の全体構成を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態２にかかる発光ダイオード及び灯具の発光部分の構成を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の実施の形態３にかかる発光ダイオードの製造方法を説明する平面図、（ｂ）は支柱を示す斜視図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態４にかかる発光ダイオードの支柱の組み立て前を示す平面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の実施の形態５にかかる発光ダイオードを前方から見た正面図、（ｂ）は本発明の実施の形態５にかかる灯具の全体構成を示す断面図である。
【図６】図６は、従来の灯具の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２１ 灯具
２，１１，２２ 発光ダイオード
３，１３，２３ 発光素子
４，１０，２４ レンズ
５，６，９，１５，１８，２５ 支柱
６ａ，３２ 放熱フィン
７，３１ リフレクタ
８，３３ ハウジング
１２ 薄膜
１４ 回路パターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用することができ、放熱性にも優れた発光ダイオード及び灯具並びにその製造方法に関するものである。
【０００２】
なお、本明細書中においては、ＬＥＤチップそのものは「発光素子」と呼び、ＬＥＤチップを搭載したパッケージ樹脂またはレンズ系等の光学装置を含む全体を「発光ダイオード」または「ＬＥＤ」と呼ぶこととする。
【０００３】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００１−１２６５１０号公報
自動車のテールランプ、ストップランプ等の従来の灯具について、図６を参照して説明する。図６は、従来の灯具の構造を示す断面図である。この灯具５０は、白熱電球５１、リフレクタ（反射鏡）５２、前面レンズ５３を備えている。そして、白熱電球５１から発せられる光のうち、範囲Ａの光は直接前面レンズ５３に至り、範囲Ｂの光はリフレクタ５２で反射されて前面レンズ５３に至り、規格で定められた所定角度範囲内に放射される。また、前面レンズ５３の全体が発光しているように視認される。
【０００４】
しかしながら、範囲Ａと範囲Ｂの範囲以外へ放射される光は有効な方向へ放射されず、無駄に消費される光となる。しかも、範囲Ａと範囲Ｂの範囲以外の光源に対する立体角は大きく、この範囲へ放射される光量は大きい。このため、白熱電球５１から発せられる光のうち一部の光のみしか有効に利用されていなかった。さらに、自動車のテールランプ、ストップランプ等では赤色光とする必要から、前面レンズ５３そのものを赤色材料で作るか、別に赤色フィルターを被せることになるが、これによって前面レンズ５３から有効に出射される赤色光は、範囲Ａと範囲Ｂの有効範囲内へ放射される白色光のさらに１／５から１／１０になる。
【０００５】
そこで、上記特許文献１に記載の技術においては、消費電力を低減するとともに光の効率的な利用を目的として、複数の赤色発光素子を略半円筒形状に形成した基板上に配設して、出射される光の配光特性を放射状としている。さらに、従来の白熱電球用のソケットに着脱自在な電力供給用の口金を有しており、これによって、白熱電球の反射鏡や前面レンズをそのまま利用して、安価で汎用性に優れ配光特性の良好なＬＥＤ灯具とすることができるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このＬＥＤ灯具においても白熱電球と類似の配光特性となっており、やはり図６の範囲Ａと範囲Ｂの有効範囲以外へ放射される無駄に消費される光量は大きい。さらに、複数の発光素子を基板上に配設しているため大量の熱が発生するが、この熱の逃げ場がないため発光素子が高温になって発光出力が低下する。
【０００７】
そこで、本発明は、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できるとともに、発光時に発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる発光ダイオード及び灯具並びにその製造方法の提供を課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる発光ダイオードは、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を保持して後方で支持される支柱と、光学系とを有し、前記複数の発光素子は前記支柱側面にマウントされ、前記支柱は高熱伝導部材を含むものである。
【０００９】
ここで、熱伝導性の高い材料としては、銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ），鉄（Ｆｅ）等の金属の他に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス等がある。
【００１０】
これによって、支柱は高熱伝導部材を含むため、支柱側面にマウントされた複数の発光素子の発する熱は、支柱を伝わって支柱後方に効率良く逃がされる。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、リフレクタの後方にはスペースの制限がないので、支柱がリフレクタを貫通した部分の後方に大きな放熱フィンを設けて、支柱を伝わって逃げてきた発光素子の熱を放散させることができる。
【００１１】
このようにして、発光時に複数の発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる発光ダイオードとなる。
【００１２】
請求項２の発明にかかる発光ダイオードは、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を保持して後方で支持される支柱と、光学系とを有し、前記複数の発光素子は前記支柱側面にマウントされ、前記光学系は前記発光素子が発する光を前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御するものである。
【００１３】
これによって、支柱側面にマウントされた複数の発光素子から発せられた光は、レンズ等の光学系によって前方及び側方から斜め後方の範囲内、即ち図６における範囲Ａ及び範囲Ｂのみに配光制御される。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００１４】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる発光ダイオードとなる。
【００１５】
請求項３の発明にかかる発光ダイオードは、請求項１または請求項２の構成において、前記光学系は前記複数の発光素子を全て覆うレンズからなり、前記レンズは前記支柱が支持される側の径が大きく、その反対側の径が小さく、両者の境界部分は平面となっているものである。
【００１６】
これによって、このレンズはＬＥＤの前方側の径が小さいので発光素子から前方へは眩し過ぎない適量の光が放射され、ＬＥＤの後方側の径は大きいのでＬＥＤの側方から斜め後方にかけては大量の光が放射される。また、発光素子からＬＥＤの側方から斜め前方にかけて放射された光は、ＬＥＤの後方側の境界部分の平面で全反射されてＬＥＤの斜め後方へ放射される。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００１７】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる発光ダイオードとなる。
【００１８】
請求項４の発明にかかる灯具は、請求項２または請求項３に記載の発光ダイオードと、前記側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射するリフレクタとを具備するものである。
【００１９】
請求項２または請求項３に記載のＬＥＤは、支柱側面にマウントされた複数の発光素子から発せられた光がＬＥＤの前方及び側方から斜め後方の範囲内に放射される。したがって、かかるＬＥＤと側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射するリフレクタとを組み合わせて灯具とすれば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００２０】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる灯具となる。
【００２１】
請求項５の発明にかかる灯具は、請求項４の構成において、前記支柱は高熱伝導部材を含むものであって、透明なフロントカバーと、該フロントカバーと前記発光ダイオードと前記支柱と前記リフレクタとを所定の位置に支持するハウジングと、前記支柱が前記リフレクタを貫通した位置において前記支柱に取付けられた放熱フィンとを追加したものである。
【００２２】
これによって、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方からフロントカバーを通って外部へ放射されるだけでなく、複数の発光素子の発光時に発せられた熱が高熱伝導部材を含む支柱を伝わって逃がされて、リフレクタの後方において支柱に取付けられた放熱フィンから放熱される。したがって、複数の発光素子の温度が上がることもなく、良好な発光特性が維持される。また、フロントカバーによってＬＥＤが外部から保護される。
【００２３】
このようにして、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できるとともに、発光時に発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる灯具となる。
【００２４】
請求項６の発明にかかる発光ダイオード及び灯具の製造方法は、絶縁性のフレキシブルな薄膜の片面に回路パターンを形成する工程と、前記回路パターンの上に複数の発光素子をほぼ等間隔にマウントしてワイヤボンディングする工程と、高熱伝導材料からなる円柱または円筒に、前記複数の発光素子が円周方向に沿って並ぶように前記薄膜を巻き付けて固定する工程と、前記複数の発光素子から出る光を円柱または円筒の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける工程とを含むものである。
【００２５】
ここで、絶縁性のフレキシブルな薄膜の例としては、ポリイミドフィルム等がある。
【００２６】
かかる絶縁性のフレキシブルな薄膜に発光素子マウント用の回路パターンを形成するのは、プリント基板を製造するのと同様にして、容易かつ短時間でできる。そして、この回路パターンの発光素子マウント位置を等間隔になるように設定しておけば、複数の発光素子を回路パターンにマウントするだけでほぼ等間隔に並ぶことになる。ワイヤボンディングして発光素子の導通をとった後に、高熱伝導材料からなる円柱または円筒に薄膜を巻き付けて接着等によって固定する。後は、発光素子から出る光を円柱または円筒の前方（中心軸方向）及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける。
【００２７】
こうして製造されたＬＥＤ、またこのＬＥＤにリフレクタと放熱フィンを取付けてなる灯具は、円柱・円筒が高熱伝導材料からなるため発光素子から出る熱の放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を灯具の前方に有効に放射することができる。そして、本発明の製造方法は、回路パターンを形成するのも容易かつ短時間ででき、複数の発光素子をマウントしてワイヤボンディングする工程も回路パターンが平坦な状態で実施できるので非常に容易である。また、複数の発光素子をマウントした薄膜を円柱・円筒に巻き付けて接着等で固定するのも、薄膜がフレキシブルであるため簡単である。
【００２８】
このようにして、放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を有効利用できる発光ダイオード及び灯具を、容易にかつ短時間で製造することができる発光ダイオード及び灯具の製造方法となる。
【００２９】
請求項７の発明にかかる発光ダイオード及び灯具の製造方法は、絶縁性のフレキシブルな薄膜の片面に回路パターンを形成する工程と、前記回路パターンの上に複数の発光素子をほぼ等間隔にマウントしてワイヤボンディングする工程と、高熱伝導材料からなる前記複数の発光素子と同数の側面を有する正多角柱または正多角筒に、前記複数の発光素子が外周方向に沿って一側面に１個ずつ並ぶように前記薄膜を巻き付けて固定する工程と、前記複数の発光素子から出る光を正多角柱または正多角筒の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける工程とを含むものである。
【００３０】
これによって、本発明の製造方法は、請求項６の発明にかかる製造方法と同様に、回路パターンを形成するのも容易かつ短時間ででき、複数の発光素子をマウントしてワイヤボンディングする工程も回路パターンが平坦な状態で実施できるので非常に容易である。また、複数の発光素子をマウントした薄膜を正多角柱・正多角筒に巻き付けて接着等で固定するのも、薄膜がフレキシブルであるため簡単である。但し、角で薄膜を折り曲げなければならないので、折り曲げ位置の回路パターンが細くなるようにするのがより好ましい。
【００３１】
このようにして、放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を有効利用できる発光ダイオード及び灯具を、容易にかつ短時間で製造することができる発光ダイオード及び灯具の製造方法となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３３】
実施の形態１
まず、本発明の発光ダイオード及び灯具の実施の形態１について、図１を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１にかかる灯具の全体構成を示す断面図である。
【００３４】
図１に示されるように、本実施の形態１の灯具１はリフレクタ７を有するハウジング８と発光ダイオード（ＬＥＤ）２と、ＬＥＤ２をハウジング８に固定するホルダ６（ＬＥＤ２の支柱の後部を兼ねる）から構成されている。ホルダ６の後部には、放熱用のフィン６ａが接着されている。
【００３５】
ＬＥＤ２は、熱伝導性の高い銅（Ｃｕ）からなる支柱５を中心に構成されている。支柱５は、中心を貫通孔５ａが貫通しており、後方が太い円柱形で途中から円錐状にだんだん細くなって、前端部は細い円筒状になっている。この円筒状の部分の側面に、円周に沿って６個の発光素子３がほぼ等間隔でマウントされている。円筒状の部分にはポリイミド製のフィルム（図示省略）が巻き付けられて接着されており、支柱５と６個の発光素子３とを絶縁している。
【００３６】
そして、このポリイミド製のフィルムには回路パターンが形成されており、この回路パターンの上に６個の発光素子３がマウントされワイヤボンディングされて導通がとられている。これら６個の発光素子３に電力を供給するための２本のリード線（図示省略）は、貫通孔５ａを通って回路パターンの上端に接続されている。
【００３７】
さらに、これら６個の発光素子３は、透明エポキシ樹脂製のレンズ４によって封止されている。このレンズ４は円筒状の部分の周りを径の異なる２つの半球で取り巻いた形状をしており、発光素子３の発光軸を境として支柱５が支持される側即ちＬＥＤ２の後方側の径が大きく、その反対側即ちＬＥＤ２の前方側の径が小さくなっていて、両者の境界部分はリング状の平面になっている。これによって、ＬＥＤ２の前方には発光素子から前方へは眩し過ぎない適量の光が放射され、ＬＥＤ２の側方から斜め後方にかけては通常量の光が放射される。また、発光素子３からＬＥＤ２の側方から斜め前方にかけて放射された光は、境界部分の平面で全反射されてＬＥＤ２の斜め後方へ放射される。この結果、ＬＥＤ２の側方から斜め後方にかけてはより多くの光量が放射される。
【００３８】
かかるＬＥＤ２の支柱５に金属製のホルダー６を介して、リフレクタ７を有するハウジング８を取付ける。このリフレクタ７は、ＬＥＤ２の側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射する反射鏡であり、したがって上述のより多くの光量が全て前方へ放射されるので、発光素子３から発せられる光の大部分を有効に利用できる灯具１となる。
【００３９】
また、６個の発光素子３は、ポリイミド製のフィルムを介して銅製の支柱５の先端部分側面にマウントされているので、発光時に発光素子３から出る熱は銅製の支柱５を伝わってさらに金属製のホルダ６に伝達され、ホルダ６の後端に接着されている放熱フィン６ａから空気中に放熱される。このように、本実施の形態１の灯具１は極めて放熱性に優れた構成となっているので、長時間発光させても発光素子３に熱が溜まることはなく、良好な発光特性を維持することができる。さらに、大電流が流れる大出力タイプの発光素子を用いた場合でも、効率良く熱を放出することができる。
【００４０】
このようにして、本実施の形態１の灯具１は、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できるとともに、発光時に発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる。
【００４１】
なお、透明なフロントカバーをハウジング８の前面に取付ければ、ＬＥＤ２を外部から保護することができる。また、フロントカバーに凹凸等を施すことによって、灯具１から前方へ放出される光の配光特性を変えることもできる。
【００４２】
実施の形態２
次に、本発明の発光ダイオード及び灯具の実施の形態２について、図２を参照して説明する。図２は本発明の実施の形態２にかかる発光ダイオード及び灯具の発光部分の構成を示す断面図である。
【００４３】
図２に示されるように、本実施の形態２の発光部分も、実施の形態１と同様に金属製の円柱形の支柱９にポリイミド製のフィルム（図示省略）を巻き付けて絶縁し、フィルム上に形成された回路パターンに６個の発光素子３をマウントしてワイヤボンディングし、電源からの導通をとっている。そして、６個の発光素子３の周囲を透明エポキシ樹脂からなるレンズ１０で覆っている。
【００４４】
ここで、レンズ１０は、実施の形態１のレンズ４と形状が異なっている。即ち、レンズ１０においては発光素子３の発光面から４５度の位置にＬＥＤの前方側と後方側の境界を設けて、ＬＥＤの前方側の体積をより小さくしている。境界部分はリング状の平面とし、支柱９の前方は空間としている。これによって、ＬＥＤの前方へ直接放射される光量がさらに減り、平面部分で全反射して斜め後方へ放射される光量が増えるため、灯具にしたときリフレクタで反射されて前方へ放射される光量が一層増加する。また、発光部分の側方から斜め前方へ放射される利用されない光の量が著しく減少するので、発光素子３から発せられる光のほぼ全てを有効に利用できる発光ダイオード及び灯具となる。
【００４５】
実施の形態３
次に、本発明の発光ダイオード及びその製造方法の実施の形態３について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は本発明の実施の形態３にかかる発光ダイオードの製造方法を説明する平面図、（ｂ）は支柱を示す斜視図である。
【００４６】
図３（ａ）に示されるように、本実施の形態３にかかるＬＥＤ１１の製造方法は、まず絶縁性のフレキシブルな薄膜としてのポリイミドフィルム１２に回路パターン１４を形成することから始まる。回路パターン１４は、放熱性を良くするためにできるだけ広い面積とした方が良い。なお、回路パターン１４が図のように複雑に入り組んだ形状をしているのは、支柱として正六角柱・正六角筒を用いた場合の折り曲げ易さを考慮したものであり、本実施の形態３のように支柱として円筒１５を用いる場合には、もっと単純な回路パターンでも良い。
【００４７】
かかる回路パターン１４の上に、６個の発光素子１３を巻き付ける方向に沿ってほぼ等間隔になるようにマウントして、ワイヤ１３ａでボンディングして導通をとる。このように６個の発光素子１３をマウントしたポリイミドフィルム１２を熱伝導性の高い銅製の円筒１５の表面に巻き付けて、接着等で固定する。後は、実施の形態１，２のような透明エポキシ樹脂からなるレンズを付けて、配光特性を調整する。
【００４８】
このようにして、本実施の形態３のＬＥＤの製造方法においては、放熱性に優れ、発光素子から発せられた光の大部分を有効に利用できるＬＥＤ１１を、容易にかつ短時間で製造することができる。
【００４９】
実施の形態４
次に、本発明の発光ダイオードの製造方法にかかる実施の形態４について、図４を参照して説明する。図４は本発明の実施の形態４にかかる発光ダイオードの支柱の組み立て前を示す平面図である。
【００５０】
図４に示されるように、この支柱１８は組み立てると正六角筒になるものである。この支柱１８は、やや厚手（０．５ｍｍｔ）の銅板でできており、支柱の側面になる部分１８ａに左右２枚の絶縁性のフレキシブルな薄膜としてのポリイミドフィルムを貼り付けて、図３（ａ）に示されるような回路パターンを発光素子３個分ずつ２枚のポリイミドフィルムに形成する。そして、各側面１８ａに１個ずつ計６個の発光素子をマウントし、ワイヤボンディングして導通をとる。このとき、単に作業面が平坦であるだけでなくやや厚手の銅板で支持されているため、軟らかいポリイミドフィルムだけの上で作業するよりもさらに作業がし易くなる。
【００５１】
その後、銅板を折り曲げて組み立て、正六角筒の支柱１８としてさらに必要な部分の配線を行い、後は、実施の形態１，２のような透明エポキシ樹脂からなるレンズを付けて、配光特性を調整する。
【００５２】
このようにして、本実施の形態４のＬＥＤの製造方法においては、放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を有効利用できるＬＥＤを、より容易にかつ短時間で製造することができる。
【００５３】
実施の形態５
次に、本発明の発光ダイオード及び灯具の実施の形態５について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は本発明の実施の形態５にかかる発光ダイオードを前方から見た正面図、（ｂ）は本発明の実施の形態５にかかる灯具の全体構成を示す断面図である。
【００５４】
図５に示されるように、本実施の形態５のＬＥＤ２２は、銅製の六角柱からなる支柱２５の各側面に熱伝導性が良く絶縁性の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）板２６を介して、１個ずつの発光素子２３をマウントしている。そして、ＡｌＮ板２６の表面に形成された回路パターンにワイヤボンディングで導通をとり、図示しないリード線で外部電源との接続を確保した後、発光素子２３を透明エポキシ樹脂２７で封止し、図５（ｂ）に示されるような断面形状を有する透明ポリカーボネート製のレンズ２４を支柱２５の前方から被せる。
【００５５】
このとき、樹脂３４の部分は未だ埋められていないため、透明エポキシ樹脂２７の封止部分まで通過することができる。また、支柱２５の前端やＡｌＮ板２６、透明エポキシ樹脂２７が当接するレンズ２４の穴の奥の部分も、極力隙間が生じないように精度良く形成されている。レンズ２４を嵌め終わったら、６箇所の空間部分に透明エポキシ樹脂３４を充填して熱硬化させ、発光部分を封止するとともにレンズ２４を支柱２５に固定する。このレンズ２４も、６個の発光素子２３から発せられた光を前方及び側方から斜め後方の範囲内に放射する配光特性を有している。このようにして、本実施の形態５のＬＥＤ２２が製造される。
【００５６】
なお、本実施の形態５においては、レンズ２４の後部に穴を開けて、この穴に支柱２５と発光部分を嵌め込み透明エポキシ樹脂で封止する構造としたが、レンズ２４を６分割して発光部分が入る穴だけを設けて、支柱５の周囲から６分割されたレンズ２４を一体に組み付ける構造としても良い。
【００５７】
続いて、リフレクタ３１を有するハウジング３３が、熱伝導材を兼ねた金属製の止め具３０によって支柱２５の後端に固定される。このリフレクタ３１もＬＥＤ２２の側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射する特性を有しているので、レンズ２４の前面から直接前方へ放射される光も合わせて、６個の発光素子２３から発せられる光の大部分が灯具２１の前方へ放射される。
【００５８】
また、発光時に発光素子２３から出る熱は、電気は通さないが熱伝導性の良いＡｌＮ板２６を介して銅製の支柱２５へ伝達され、さらに金属製の止め具３０に伝わって、止め具３０の後端に接着された放熱フィン３２から空気中に放熱される。このように、本実施の形態５の灯具２１は極めて放熱性に優れた構成となっているので、長時間発光させても発光素子２３に熱が溜まることはなく、良好な発光特性を維持することができる。さらに、大電流が流れる大出力タイプの発光素子を用いた場合でも、効率良く熱を放出することができる。
【００５９】
このようにして、本実施の形態５の灯具２１は、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できるとともに、発光時に発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる。
【００６０】
なお、透明なフロントカバーをハウジング３３の前面に取付ければ、ＬＥＤ２２を外部から保護することができる。また、フロントカバーに凹凸等を施すことによって、灯具２１から前方へ放出される光の配光特性を変えることもできる。
【００６１】
上記各実施の形態においては、灯具として自動車のテールランプ、ストップランプ等を想定したため、発光素子３，１３，２３としていずれも赤色発光素子を用いた場合を想定しているが、自動車のターンシグナルランプに用いるならアンバー（琥珀）色の発光素子を用い、バックアップランプ（後退灯）に用いるなら青色発光素子を青色を照射されると黄色の蛍光を発する蛍光体で覆って白色を発光させれば良い。その他、自動車用ランプに限らず、灯具の用途に応じて何色の発光素子を用いても構わない。そして、赤色発光素子を用いた場合には、赤色の反射率の高い金メッキでリフレクタを形成するのが望ましい。
【００６２】
また、上記各実施の形態においては、支柱として銅（Ｃｕ）を素材とした円柱・円筒・六角柱・六角筒を用いた場合について説明したが、支柱の素材としては他にもアルミニウム（Ａｌ），鉄（Ｆｅ）等の金属の他に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス等を用いることができる。支柱も発光素子の数に合わせれば、何角柱・何角筒でも構わない。また、複数の平面基板を組み合わせ支柱全体形状を多角柱形状としても良い。
【００６３】
また、金属に回路パターン形成されたポリイミド製フィルムを貼り付けたものとして説明したが、金属に絶縁層が形成された上に回路パターン形成されたもの等、良好な放熱性を得られるものであれば良い。
【００６４】
さらに、上記各実施の形態においては、６個の発光素子を用いた場合についてのみ説明したが、これに限られず複数であれば何個の発光素子を用いても構わない。
【００６５】
発光ダイオード及び灯具のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、また発光ダイオード及び灯具の製造方法のその他の工程についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明にかかる発光ダイオードは、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を保持して後方で支持される支柱と、光学系とを有し、前記複数の発光素子は前記支柱側面にマウントされ、前記支柱は高熱伝導部材を含むものである。
【００６７】
ここで、熱伝導性の高い材料としては、銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ），鉄（Ｆｅ）等の金属の他に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス等がある。
【００６８】
これによって、支柱は高熱伝導部材を含むため、支柱側面にマウントされた複数の発光素子の発する熱は、支柱を伝わって支柱後方に効率良く逃がされる。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、リフレクタの後方にはスペースの制限がないので、支柱がリフレクタを貫通した部分の後方に大きな放熱フィンを設けて、支柱を伝わって逃げてきた発光素子の熱を放散させることができる。
【００６９】
このようにして、発光時に複数の発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる発光ダイオードとなる。
【００７０】
請求項２の発明にかかる発光ダイオードは、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を保持して後方で支持される支柱と、光学系とを有し、前記複数の発光素子は前記支柱側面にマウントされ、前記光学系は前記発光素子が発する光を前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御するものである。
【００７１】
これによって、支柱側面にマウントされた複数の発光素子から発せられた光は、レンズ等の光学系によって前方及び側方から斜め後方の範囲内、即ち図６における範囲Ａ及び範囲Ｂのみに配光制御される。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００７２】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる発光ダイオードとなる。
【００７３】
請求項３の発明にかかる発光ダイオードは、請求項１または請求項２の構成において、前記光学系は前記複数の発光素子を全て覆うレンズからなり、前記レンズは前記支柱が支持される側の径が大きく、その反対側の径が小さく、両者の境界部分は平面となっているものである。
【００７４】
これによって、このレンズはＬＥＤの前方側の径が小さいので発光素子から前方へは眩し過ぎない適量の光が放射され、ＬＥＤの後方側の径は大きいのでＬＥＤの側方から斜め後方にかけては大量の光が放射される。また、発光素子からＬＥＤの側方から斜め前方にかけて放射された光は、ＬＥＤの後方側の境界部分の平面で全反射されてＬＥＤの斜め後方へ放射される。したがって、かかる発光ダイオードをリフレクタを備えた灯具に組み込めば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００７５】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる発光ダイオードとなる。
【００７６】
請求項４の発明にかかる灯具は、請求項２または請求項３に記載の発光ダイオードと、前記側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射するリフレクタとを具備するものである。
【００７７】
請求項２または請求項３に記載のＬＥＤは、支柱側面にマウントされた複数の発光素子から発せられた光がＬＥＤの前方及び側方から斜め後方の範囲内に放射される。したがって、かかるＬＥＤと側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射するリフレクタとを組み合わせて灯具とすれば、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方から外部へ放射される。
【００７８】
このようにして、複数の発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できる灯具となる。
【００７９】
請求項５の発明にかかる灯具は、請求項４の構成において、前記支柱は高熱伝導部材を含むものであって、透明なフロントカバーと、該フロントカバーと前記発光ダイオードと前記支柱と前記リフレクタとを所定の位置に支持するハウジングと、前記支柱が前記リフレクタを貫通した位置において前記支柱に取付けられた放熱フィンとを追加したものである。
【００８０】
これによって、複数の発光素子から発せられた光は大部分が直接にまたはリフレクタで反射されて、灯具前方からフロントカバーを通って外部へ放射されるだけでなく、複数の発光素子の発光時に発せられた熱が高熱伝導部材を含む支柱を伝わって逃がされて、リフレクタの後方において支柱に取付けられた放熱フィンから放熱される。したがって、複数の発光素子の温度が上がることもなく、良好な発光特性が維持される。また、フロントカバーによってＬＥＤが外部から保護される。
【００８１】
このようにして、発光素子から発せられる光の大部分を有効に利用できるとともに、発光時に発光素子から出る熱を効率良く放熱することができる灯具となる。
【００８２】
請求項６の発明にかかる発光ダイオード及び灯具の製造方法は、絶縁性のフレキシブルな薄膜の片面に回路パターンを形成する工程と、前記回路パターンの上に複数の発光素子をほぼ等間隔にマウントしてワイヤボンディングする工程と、高熱伝導材料からなる円柱または円筒に、前記複数の発光素子が円周方向に沿って並ぶように前記薄膜を巻き付けて固定する工程と、前記複数の発光素子から出る光を円柱または円筒の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける工程とを含むものである。
【００８３】
絶縁性のフレキシブルな薄膜に発光素子マウント用の回路パターンを形成するのは、プリント基板を製造するのと同様にして、容易かつ短時間でできる。そして、この回路パターンの発光素子マウント位置を等間隔になるように設定しておけば、複数の発光素子を回路パターンにマウントするだけでほぼ等間隔に並ぶことになる。ワイヤボンディングして発光素子の導通をとった後に、高熱伝導材料からなる円柱または円筒に薄膜を巻き付けて接着等によって固定する。後は、発光素子から出る光を円柱または円筒の前方（中心軸方向）及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける。
【００８４】
こうして製造されたＬＥＤ、またこのＬＥＤにリフレクタと放熱フィンを取付けてなる灯具は、円柱・円筒が高熱伝導材料からなるため発光素子から出る熱の放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を灯具の前方に有効に放射することができる。そして、本発明の製造方法は、回路パターンを形成するのも容易かつ短時間ででき、複数の発光素子をマウントしてワイヤボンディングする工程も回路パターンが平坦な状態で実施できるので非常に容易である。また、複数の発光素子をマウントした薄膜を円柱・円筒に巻き付けて接着等で固定するのも、薄膜がフレキシブルであるため簡単である。
【００８５】
このようにして、放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を有効利用できる発光ダイオード及び灯具を、容易にかつ短時間で製造することができる発光ダイオード及び灯具の製造方法となる。
【００８６】
請求項７の発明にかかる発光ダイオード及び灯具の製造方法は、絶縁性のフレキシブルな薄膜の片面に回路パターンを形成する工程と、前記回路パターンの上に複数の発光素子をほぼ等間隔にマウントしてワイヤボンディングする工程と、高熱伝導材料からなる前記複数の発光素子と同数の側面を有する正多角柱または正多角筒に、前記複数の発光素子が外周方向に沿って一側面に１個ずつ並ぶように前記薄膜を巻き付けて固定する工程と、前記複数の発光素子から出る光を正多角柱または正多角筒の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける工程とを含むものである。
【００８７】
これによって、本発明の製造方法は、請求項６の発明にかかる製造方法と同様に、回路パターンを形成するのも容易かつ短時間ででき、複数の発光素子をマウントしてワイヤボンディングする工程も回路パターンが平坦な状態で実施できるので非常に容易である。また、複数の発光素子をマウントした薄膜を正多角柱・正多角筒に巻き付けて接着等で固定するのも、薄膜がフレキシブルであるため簡単である。但し、角で薄膜を折り曲げなければならないので、折り曲げ位置の回路パターンが細くなるようにするのがより好ましい。
【００８８】
このようにして、放熱性に優れ、発光素子から発せられる光の大部分を有効利用できる発光ダイオード及び灯具を、容易にかつ短時間で製造することができる発光ダイオード及び灯具の製造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態１にかかる灯具の全体構成を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態２にかかる発光ダイオード及び灯具の発光部分の構成を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の実施の形態３にかかる発光ダイオードの製造方法を説明する平面図、（ｂ）は支柱を示す斜視図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態４にかかる発光ダイオードの支柱の組み立て前を示す平面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の実施の形態５にかかる発光ダイオードを前方から見た正面図、（ｂ）は本発明の実施の形態５にかかる灯具の全体構成を示す断面図である。
【図６】図６は、従来の灯具の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２１ 灯具
２，１１，２２ 発光ダイオード
３，１３，２３ 発光素子
４，１０，２４ レンズ
５，６，９，１５，１８，２５ 支柱
６ａ，３２ 放熱フィン
７，３１ リフレクタ
８，３３ ハウジング
１２ 薄膜
１４ 回路パターン
Claims (7)
- 複数の発光素子と、前記複数の発光素子を保持して後方で支持される支柱と、光学系とを有し、
前記複数の発光素子は前記支柱側面にマウントされ、また、前記支柱は高熱伝導部材を含むことを特徴とする発光ダイオード。 - 複数の発光素子と、前記複数の発光素子を保持して後方で支持される支柱と、光学系とを有し、
前記複数の発光素子は前記支柱側面にマウントされ、
前記光学系は前記発光素子が発する光を前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御するものであることを特徴とする発光ダイオード。 - 前記光学系は前記複数の発光素子を全て覆うレンズからなり、前記レンズは前記支柱が支持される側の径が大きく、その反対側の径が小さく、両者の境界部分は平面となっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光ダイオード。
- 請求項２または請求項３に記載の発光ダイオードと、
前記側方から斜め後方の範囲内に放射される光を前方へ反射するリフレクタとを具備することを特徴とする灯具。 - 前記支柱は高熱伝導部材を含むものであって、
透明なフロントカバーと、
該フロントカバーと前記発光ダイオードと前記支柱と前記リフレクタとを所定の位置に支持するハウジングと、
前記支柱が前記リフレクタを貫通した位置において前記支柱に取付けられた放熱フィンと
を追加したことを特徴とする請求項４に記載の灯具。 - 絶縁性のフレキシブルな薄膜の片面に回路パターンを形成する工程と、
前記回路パターンの上に複数の発光素子をほぼ等間隔にマウントしてワイヤボンディングする工程と、
高熱伝導材料からなる円柱または円筒に、前記複数の発光素子が円周方向に沿って並ぶように前記薄膜を巻き付けて固定する工程と、
前記複数の発光素子から出る光を円柱または円筒の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける工程と
を含むことを特徴とする発光ダイオード及び灯具の製造方法。 - 絶縁性のフレキシブルな薄膜の片面に回路パターンを形成する工程と、
前記回路パターンの上に複数の発光素子をほぼ等間隔にマウントしてワイヤボンディングする工程と、
高熱伝導材料からなる前記複数の発光素子と同数の側面を有する正多角柱または正多角筒に、前記複数の発光素子が外周方向に沿って一側面に１個ずつ並ぶように前記薄膜を巻き付けて固定する工程と、
前記複数の発光素子から出る光を正多角柱または正多角筒の前方及び側方から斜め後方の範囲内に配光制御する光学系を取付ける工程と
を含むことを特徴とする発光ダイオード及び灯具の製造方法。
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050330 |
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| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20060927 |