JP5238228B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明はＬＥＤを光源とする水冷式のＬＥＤ照明装置に関する。

現在、車両用前照灯や屋外用照明灯等の照明装置の光源として、従来のキセノンランプやナトリウムランプ等の放電型ランプに替わって半導体発光装置（例えば、ＬＥＤ）を光源とする提案がなされている。

キセノンランプやナトリウムランプ等の放電型ランプは電気―光変換効率（以下、光変換効率と呼称する）が高いために発光出力（以下、出力と呼称する）が高く、多量の照射光量を必要とする照明装置においては優れた光源となるものであるが、寿命、発光色（不活性ガス固有の発光スペクトルに限定）、出力安定性（点灯開始から出力が安定するまでに時間を要する）等、多くの問題も有している。

その点、ＬＥＤは上記放電型ランプと比較して光変換効率は劣るものの、長寿命、白色光の生成、瞬時点灯等の多くの利点を有している。但し、ＬＥＤは温度上昇によって光変換効率が低下すると共に寿命が短くなるという、使用に対して不利に働く特性も有している。具体的にはＬＥＤの寿命は半導体材料にもよるが、ＬＥＤの温度が１０℃上昇すると約半減するという特性のものもあり、光変換効率はＬＥＤの温度が２５℃の時を１００％とすると、ＬＥＤの温度が１００℃を越えると９０％程度に低下し、１５０℃を超えると７０％程度まで低下することが知られている。

そこで、ＬＥＤの高出力化のために該ＬＥＤを大電力（大電流）で駆動するに際しては、ＬＥＤの点灯時の自己発熱による光変換効率の低下および寿命の低下が生じないように、放熱手段を施すことによってＬＥＤの温度上昇を抑制することが必要となる。従来、ＬＥＤの大電力化に対する放熱手段としては、基板に光源となるＬＥＤが実装されてなるＬＥＤ光源モジュールの放熱性を向上させることが図られてきた。

その結果、実装したＬＥＤに１０Ｗ以上の電力を供給することができるようなＬＥＤ光源モジュールも提案されており、該ＬＥＤ光源モジュールを使用することによりＬＥＤの駆動電流を直近の過去１０年間の間に数十ｍＡから数百ｍＡまで増加することが可能となってきている。

ＬＥＤ光源の更なる高出力化のためには、ＬＥＤ光源モジュールの更なる放熱性の向上と、発光源となるＬＥＤチップを構成する半導体材料の適正化が必要となる。また、ＬＥＤチップと蛍光物質の組み合わせにより白色光を生成するタイプのＬＥＤについては、蛍光物質の波長変換効率の向上もＬＥＤ光源の高出力化の重要な要素となる。

図１１は、上記ＬＥＤ光源の発熱の問題を考慮した従来の照明装置を示している。その構成は、複数のＬＥＤ５０が実装されたＬＥＤ実装基板５１が金属からなる放熱固定板５２に金属からなる放熱カバー５３によって押圧固定され、前記ＬＥＤ実装基板５１が固定された放熱固定板５２が透光性カバー５４と樹脂ケース５５で形成された密閉空間５６内に配置されている。

そして、放熱固定板５２の下面には複数の放熱フィン５７が形成され、該放熱フィン５７が樹脂ケース５５の底部に埋め込まれるように樹脂ケース５５と一体化されている。

このとき、ＬＥＤ５０で発生した熱は、ＬＥＤ実装基板５１を介して放熱固定板５２に伝導されると共に放熱カバー５３を介して放熱固定板５２に伝導され、放熱固定板５２に伝導された熱は放熱フィン５７から樹脂ケース５５の底部の樹脂に伝導されて該樹脂の表面から外部に放散されるものである。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２９９７００号公報

ところで、ＬＥＤは1個あるいは複数個のＬＥＤチップにより構成されるが、いずれの場合も発光光量が上述した従来のランプと比較して少なく、従来のランプと同等の光量を得るためにはＬＥＤを複数個配置することが必要となる。

その場合、灯具の大型化や製造コストの上昇等といった問題が生じることになり、これを回避するためにはＬＥＤの大電力化により発光出力の増大を図り、出来る限り少ないＬＥＤで光源を構成することが求められる。

ところで、ＬＥＤを常温の２５℃で点灯させた場合、ＬＥＤ光源モジュールの熱抵抗を２．５℃／Ｗ、ＬＥＤ光源モジュールを載置した放熱体の熱抵抗を５℃／Ｗとすると、ＬＥＤの消費電力が１０Ｗ程度のときの該ＬＥＤの温度は約１００℃となる。

そこで、ＬＥＤの温度上昇を抑制するための放熱対策として、上述したような放熱固定板に一体化された樹脂を自然冷却する方法は灯具の構造が非常にシンプルなものとなると共に、１０Ｗ／（ＬＥＤ光源モジュール）程度の電力であれば放熱効果は良好であるが、放熱性能がほぼ放熱フィンの表面積と樹脂の熱伝導率で決まるために、更なるＬＥＤの大電力化に対応するために放熱性能を高めようとすると、放熱固定板（放熱フィンを含む）の大型化、重量化が避けられず、樹脂の熱伝導率が放熱性能の向上を阻害する。

また、ＬＥＤを大電力で駆動するためには、例えばトランジスタ、ＩＣ、抵抗等のＬＥＤを駆動するための電子部品も大量の熱を発生することになり、ＬＥＤと同様に電子部品についても放熱に対する考慮をする必要がある。そのため、電子部品を実装した電子部品実装回路基板をＬＥＤ実装基板を収容した灯具から分離して個別に冷却手段を設けることが考えられるが、その場合、照明装置全体が更に大型化してしまうことになる。

以上述べたように、従来のＬＥＤ照明装置における自然冷却放熱構造の課題は、
（１）放熱性能が放熱部材（ヒートシンク）の表面積によって決まるため、放熱性能を高めようとすると大型化、重量化となってしまう。
（２）樹脂の熱伝導率が放熱性能の向上を阻害する。
（３）放熱性能が１０Ｗ／（ＬＥＤ光源モジュール）程度までが限界であり、更なる大電力化に対しては対応が困難である。
（４）ＬＥＤを駆動する電子部品にＬＥＤとは別に放熱手段を設ける必要がある。
（動作保障温度がＬＥＤよりも低い電子部品もある）

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、ＬＥＤを光源とするＬＥＤ照明装置を放熱性の高い構造とすることでＬＥＤ光源の温度上昇を抑制し、よってＬＥＤ光源の大電力化において長寿命化による高信頼性を確保しつつＬＥＤ光源の発光効率の低下が抑制されて照射光量の増大化が可能となるＬＥＤ照明装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、カバーレンズとハウジングにより形成された閉空間内に少なくともＬＥＤ光源と該ＬＥＤ光源を冷却する水冷ジャケットを有してなる灯体部と、前記水冷ジャケット、冷却ファンを有するラジエータ、循環ポンプ、およびタンクが配管により環状に連結された循環経路内に冷媒液が封入されてなる放熱機構部を具備し、前記水冷ジャケットは、内部に冷媒液の流路となる中空部が形成されると共に、流入口及び排出口を設けた平板形状を呈しており、平板状の前記カバーレンズ側の面には、１個以上のＬＥＤ光源が実装されており、平板状の反対側の面には、前記流入口及び排出口が設けられると共に、前記ＬＥＤ光源を駆動するＬＥＤ光源駆動回路モジュールが載置され、前記循環経路は、前記冷媒液が前記水冷ジャケットの排出口から排出した後に、前記ラジエータに流入して前記冷却ファンの供給する風で外部に熱放散して冷却され、前記ラジエータから流出する前記冷媒液が、前記水冷ジャケットの流入口から前記中空部に流入する経路を有していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記ＬＥＤ光源は配線パターンが設けられてなる基板に実装されてＬＥＤ光源モジュールが構成され、前記ＬＥＤ光源モジュールの１個以上が前記水冷ジャケットの前記カバーレンズ側の面に配設されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１において、前記水冷ジャケットは前記カバーレンズ側の面に配線パターンが設けられ、該配線パターンが設けられた面に１個以上のＬＥＤ光源が実装されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記ＬＥＤ光源モジュールが、熱伝導性ベースプレートを介して前記水冷ジャケットに配設されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項２または３のいずれか１項において、前記水冷ジャケットの前記カバーレンズ側の面は多面体形状を呈しており、前記多面体の前記カバーレンズ側の各面に前記ＬＥＤ光源が配設されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載された発明は、請求項２において、前記基板は金属基板、セラミック基板、フレキシブル基板のうちから選ばれた一つの基板であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載された発明は、請求項１において、前記ＬＥＤ光源駆動回路モジュールは、定電流回路を含む回路部品を具備することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に記載された発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置の複数個を用いたＬＥＤ大型照明装置であって、前記ＬＥＤ照明装置は、複数の前記灯体部がマトリックス状に配置された灯体ユニットを構成し、前記各灯体部の水冷ジャケットが、互いに直列または並列に配管されていることを特徴とするものである。

本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ光源およびＬＥＤ光源を冷却する水冷ジャケットを有する灯体部と、水冷ジャケットでＬＥＤ光源からの熱を受熱した冷媒液をラジエータで冷却する放熱機構部で構成した。そして、ＬＥＤ光源の点灯時に発生した熱は水冷ジャケットを介して該水冷ジャケット内の冷媒液に受熱され、受熱した冷媒液はラジエータで熱放散されて冷却され、冷却された冷媒液が再度水冷ジャケットに戻される、水冷式冷媒液循環系を形成している。

その結果、ＬＥＤを光源とするＬＥＤ照明装置を放熱性の高い構造とすることでＬＥＤ光源の温度上昇を抑制し、よってＬＥＤ光源の大電力化において長寿命化による高信頼性を確保しつつＬＥＤ光源の発光効率の低下が抑制されて照射光量の増大化が可能となるＬＥＤ照明装置が実現できた。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１０を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。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、これらの実施形態に限られるものではない。

本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ光源およびＬＥＤ光源を冷却する水冷ジャケットを有する灯体部と、水冷ジャケットでＬＥＤ光源からの熱を受熱した冷媒液をラジエータで冷却する放熱機構部を備えたものである。ＬＥＤ光源の点灯時に発生する熱は水冷ジャケットを介して該水冷ジャケット内の冷媒液に受熱され、受熱した冷媒液は循環ポンプによってラジエータに輸送され、ラジエータで冷却ファンからの冷却風により熱放散されて強制冷却され、冷却された冷媒液は再度水冷ジャケットに戻される構成となっている。

上記放熱手段によりＬＥＤ光源の点灯時の温度上昇が抑制され、よって通常の自然空冷式の放熱機構の２倍以上の大電流駆動においても、長寿命化による高信頼性を確保しつつＬＥＤ光源の発光効率の低下が抑制されて照射光量の増大化が可能となるＬＥＤ照明装置が実現できる。

図１は、灯体部と放熱機構部で構成されたＬＥＤ照明装置に係わる実施例１の灯体部を示す分解立体図、図２は同じく灯体部の断面図である。図１より、ＬＥＤ照明装置１の灯体部２は光照射方向から反対方向に向かって順にカバーレンズ３、光源となるＬＥＤ（ＬＥＤ光源４）およびコネクタ５が基板６に実装されてなるＬＥＤ光源モジュール７、熱伝導性ベースプレート８、水冷ジャケット９、ＬＥＤ光源駆動回路モジュール（定電流回路を含む）１０、およびハウジング１１が位置している。

そして図２より、カバーレンズ３とハウジング１１で形成された閉空間１２内に、ＬＥＤ光源４およびコネクタ５が基板６に実装されてなるＬＥＤ光源モジュール７、熱伝導性ベースプレート８、水冷ジャケット９、ＬＥＤ光源駆動回路モジュール１０が収容されている。

ＬＥＤ光源は、セラミックもしくは銅など、熱伝導率の高い材料にＬＥＤチップをマウントして蛍光物質を混入した封止樹脂で樹脂封止した白色ＬＥＤであり、これにより低熱抵抗化を図っている。

なお、白色ＬＥＤに限定しない場合は、ＬＥＤチップから出射される光の波長と蛍光物質の種類とを適宜に組み合わせることにより白色光以外の種々の色調の光を生成することができる。

上記ＬＥＤ光源４を実装する基板６は、リジッド基板またはフレキシブル基板が使用され、リジッド基板の場合は基材に熱伝導性が良好な材料、例えば主材料が銅、アルミニウムなどからなる金属材料あるいはセラミック材料が採用され、フレキシブル基板の場合は基材にポリイミドが採用される。

金属基板では基材上に絶縁層を挟んで配線パターンが貼着され、セラミック基板ではセラミック上に配線パターンが印刷され、フレキシブル基板ではポリイミド上に配線パターンが貼着され、いずれの場合もＬＥＤ光源４およびコネクタ５を実装する領域以外はレジスト層１８で被覆されている（図３のＬＥＤ光源モジュール７と熱伝導性ベースプレート８と水冷ジャケット９の位置関係を示す説明図参照）。

このように、本実施例では配線パターンが設けられた金属基板と、該金属基板上に実装されたＬＥＤ光源と、同様に金属基板上に実装されてＬＥＤ光源の駆動電力を受電するコネクタによってＬＥＤ光源モジュールが構成されている。

上記ＬＥＤ光源モジュールは、図２に戻って、例えば銅、アルミニウムなどの金属材料からなる熱伝導性ベースプレート８に、例えばシリコーン樹脂等からなる弾性を有する絶縁性熱伝導シート１９を介して取付けられている。熱伝導性ベースプレート８はＬＥＤ光源モジュール７が取付けられる側の夫々のＬＥＤ光源モジュール７を取付けたときにＬＥＤ光源４の直下となる領域に、絶縁性熱伝導シート１９の形状、大きさに相当し、且つ絶縁性熱伝導シート１９の厚みよりも多少浅い掘込部２０が設けられており、絶縁性熱伝導シート１９の配置にあたって該掘込部２０によって絶縁性熱伝導シート１９の位置決めが容易に、且つ正確に行なえるようになっている。

そして、絶縁性熱伝導シート１９の掘込部２０から突出した部分をＬＥＤ光源モジュール７の金属基板６で押圧して該ＬＥＤ光源モジュール７を熱伝導性ベースプレート８に取付けることにより、絶縁性熱伝導シート１９を挟んでＬＥＤ光源４が実装された金属基板６と熱伝導性ベースプレート８が一体に接続されている。

ＬＥＤ光源モジュールが取付けられた熱伝導性ベースプレート８の、前記ＬＥＤ光源の主光照射方向にはカバーレンズ３が位置している。このとき、ＬＥＤ光源４の光出射面の大きさはカバーレンズ３の大きさに対して比較的小さく、また互いに隣接するＬＥＤ光源４同士の距離はＬＥＤ光源４の光出射面の大きさに対して比較的長い。つまり、ＬＥＤ光源４はカバーレンズ３に対して粗に配置された点光源と見なすことができる。

そのため、カバーレンズ３には、各ＬＥＤ光源４の主光出射方向の該ＬＥＤ光源４に対応する位置に独立したレンズカット部２１が設けられ、個々のＬＥＤ光源４から出射された光が対応する個々のレンズカット部２１で個別に配光制御されるような構成となっている。本実施例においては、カバーレンズ３のレンズカット部２１は縦横夫々３つの行列数からなるマトリックス状に構成されており、９個のレンズカット領域の夫々に対応する位置にＬＥＤ光源４が位置している。

熱伝導性ベースプレート８の上記ＬＥＤ光源モジュール７が取付けられた側と反対側の面には水冷ジャケット９が取付けられ、熱伝導性ベースプレート８と水冷ジャケット９の夫々の面が互いに面接触をなしている。水冷ジャケット９は平板形状を呈しており、内部に冷媒液の流路となる中空部２２が形成されると共に、外部で冷却された冷媒液が流入する流入口２３ａと水冷ジャケット９で受熱した冷媒液を排出する排出口２３ｂが設けられている（図１参照）。冷媒液は水に所定の割合でＬＬＣを混入したものである。

水冷ジャケット９の熱伝導性ベースプレート８が取付けられた側と反対側の面には、ＬＥＤ光源４を駆動するための定電流電源回路を含む、電子部品および回路部品などで構成されたＬＥＤ光源駆動回路モジュール１０が取付けられ、ＬＥＤ光源４の駆動時に部品から発生する熱を水冷ジャケット９内の冷媒液に与熱することによって部品の温度上昇を抑制するようになっている。

水冷ジャケット９のＬＥＤ光源駆動回路モジュール１０が位置する方向にはハウジング１１が位置しており、上記ＬＥＤ光源モジュール７、熱伝導性ベースプレート８、水冷ジャケット９、およびＬＥＤ光源駆動回路モジュール１０がカバーレンズ３とハウジング１１によって形成された閉空間１２内に収容されている。

このとき、ハウジング１１には配管連結用の２つの配管ジョイント２５ａ、２５ｂが取付けられており、一方の配管ジョイント２５ａには水冷ジャケット９の流入口２３ａに連結されて閉空間１２内を引き回された配管２６ａが連結され、他方の配管ジョイント２５ｂには水冷ジャケット９の排出口２３ｂに連結されて閉空間１２内を引き回された配管２６ｂが連結されている（図１参照）。

図４は、灯体部と放熱機構部で構成されたＬＥＤ照明装置に係わる実施例１の斜視図である。なお、ＬＥＤ照明装置を構成する灯体部については上記で詳細に説明しているのでここでは説明は省略し、放熱機構部についてのみ以下に説明する、

放熱機構部は３０は、水冷ジャケット９で受熱した冷媒液の熱を外部に放散して冷媒液を冷却するラジエータ３１、ラジエータ３１に冷却風を供給する冷却ファン３２、冷媒液を循環させる循環ポンプ３３、および冷媒液を貯留するリザーブタンク３４で構成されており、冷却ファン３２はラジエータ３１と対向する位置に配置されている。

そして、水冷ジャケット９の冷媒液排出口２３ｂに配管２６ｂを介して連結された配管ジョイント２５ｂに連結された配管２６ｃはラジエータ３１の冷媒液流入口３１ａに連結され、ラジエータ３１の冷媒液流出口３１ｂに連結された配管２６ｄは循環ポンプ３３の冷媒液吸入口３３ａに連結されている。循環ポンプ３３の冷媒液吐出口３３ｂに連結された配管２６ｅはリザーブタンク３４の冷媒液流入口３４ａに連結され、リザーブタンク３４の冷媒液流出口３４ｂに連結された配管２６ｆは水冷ジャケット９の冷媒液流入口２３ａに配管２６ａを介して連結された配管ジョイント２５ａに連結されている。これにより、水冷ジャケット９、ラジエータ３１、循環ポンプ３３、およびリザーブタンク３４が配管２６ａ〜２６ｆによって連結され、その循環経路内に冷媒液が封入されている。

このような、冷媒液の循環経路において、冷媒液は水冷ジャケット９でＬＥＤ光源４の発熱を受熱してＬＥＤ光源４の温度上昇を抑制し、受熱した冷媒液は配管２６ｃ内を輸送されてラジエータ３１に送られる。そして、ラジエータ３１で冷却ファン３２の供給する冷却風で外部に熱放散されて冷却され、配管２６ｄ、２６ｅ内を輸送されて循環ポンプ３３を介してリザーブタンク３４に貯留され、リザーブタンク３４から配管２６ｆ内を輸送されて水冷ジャケット９に送られる。

図５は、上記水冷式のＬＥＤ照明装置の実施例１を実施例とし、実施例１の放熱機構部の替わりに図６に示すハウジングを兼ねたヒートシンク３５を備えた自然空冷式のＬＥＤ照明装置を比較例として両者の放熱効果を比較したグラフである。放熱効果を検証するために測定した温度は、発光源となるＬＥＤチップのジャンクション温度ＴｊとＬＥＤ光源が実装された基板裏面の該ＬＥＤ光源が実装された直下部温度Ｔｐであり、比較例の自然空冷式ＬＥＤ照明装置のジャンクション温度をＡＴｊ、基板温度をＡＴｐとし、実施例の水冷式ＬＥＤ照明装置のジャンクション温度をＷＴｊ、基板温度をＷＴｐで示している。周囲温度Ｔａも同時に測定している。

図５より、ＬＥＤチップに０．７Ａの電流が流れると、その時点で比較例の基板温度ＡＴｐは実施例の基板温度ＷＴｐより約３０℃高く、比較例のＬＥＤチップのジャンクション温度ＡＴｊも実施例のＬＥＤチップのジャンクション温度ＷＴｊより約３０℃高い。また、ＷＴｊの温度上昇率はＷＴｐの温度上昇率よりも大きい。そして、ＬＥＤチップに０．７Ａの２倍の１．４Ａの電流を流すと、その時のＷＴｊはＬＥＤチップに０．７Ａの電流を流したときのＡＴｊとほぼ同じとなっている。

つまり、本発明の水冷式のＬＥＤ照明装置のＬＥＤチップに、自然空冷式のＬＥＤ照明装置のＬＥＤチップに流す電流の２倍の電流を流しても、水冷式のＬＥＤチップジャンクション温度ＷＴｊは空冷式のＬＥＤチップジャンクション温度ＡＴｊとほぼ同等の温度にしかならないことを示している。なお、このときの水冷式のＬＥＤ照明装置のＬＥＤチップの出力は自然空冷式のＬＥＤ照明装置のＬＥＤチップの出力の１．６倍以上となる。

従って、水冷式のＬＥＤ照明装置は、放熱性の高い構造であり、そのため発光源となるＬＥＤチップの温度上昇の抑制が図られて信頼性を確保しながら従来の自然空冷式のＬＥＤ照明装置の２倍以上の電流をＬＥＤチップに流すことが可能であることが確認できた。その結果、ＬＥＤ光源の大電力化によって、長寿命化による信頼性を確保しながら照射光量の多い（明るい）照明装置の実現性が検証された。

図７は、実施例２のＬＥＤ光源モジュール７と水冷ジャケット９の関係を示す説明図である。実施例２は上記実施例１に対して、ＬＥＤ光源モジュール７が熱伝導性ベースプレート８を介さないで熱伝導性接着剤（図示せず）によって直接水冷ジャケット９に貼着されていることが異なり、その他の構成は実施例１と同様となっている。この場合、ＬＥＤ光源４が実装される基板６は実施例１と同様に金属基板、セラミック基板、フレキシブル基板が使用可能であるが、接着剤によって貼着する構造上、薄型で柔軟性を有するフレキシブル基板を使用するのが好ましい。

基板はいずれの場合も、ＬＥＤ光源４およびコネクタ（図示せず）を実装する領域以外はレジスト層１８で被覆されており、配線パターンのレジスト層１８が設けられていない領域にＬＥＤ光源４と該ＬＥＤ光源４の駆動電力を受電するコネクタが実装されている。

このように、ＬＥＤ照明装置の灯体部を熱伝導性ベースプレートが不要な構成とすることにより、ＬＥＤ光源の発熱が効率良く水冷ジャケットに伝導されて該ＬＥＤ光源の温度上昇の抑制が向上すると共に、ＬＥＤ照明装置の薄型化および製造コストの低減化を図ることができる。

図８は、実施例３のＬＥＤ光源４と水冷ジャケット９の関係を示す説明図である。実施例３は上記実施例２に対して、ＬＥＤ光源４が基板に実装されることなく直接水冷ジャケット９に実装されていることが異なり、その他の構成は実施例２と同様となっている。この場合、水冷ジャケット９の一方の面上には絶縁層を挟んで配線パターンが貼着され、ＬＥＤ光源４およびコネクタ（図示せず）を実装する領域以外はレジスト層１８で被覆されている。

そして、配線パターンのレジスト層１８が設けられていない領域にＬＥＤ光源４と該ＬＥＤ光源４の駆動電力を受電するコネクタが実装されている。

このように、水冷ジャケット９に直接ＬＥＤ光源４を実装した構成とすることにより、ＬＥＤ光源４の発熱が効率良く水冷ジャケット９に伝導されて該ＬＥＤ光源４の温度上昇の抑制が更に向上すると共に、製造コストの更なる低減化を図ることができる。

なお、上述した実施例１〜実施例３においては、水冷ジャケット９のＬＥＤ光源４が位置する側と反対側の面に直接ＬＥＤ光源駆動回路モジュール１０が取付けられているが、ＬＥＤ光源駆動回路モジュール１０は必ずしも水冷ジャケット９に取付ける必要はなく、ＬＥＤ照明装置と分離して別個の位置に設けることも可能である。

そうすることにより、ＬＥＤ照明装置の薄型化が可能となると共に、複数のＬＥＤ照明装置によって大型の照明設備を構成する場合、各ＬＥＤ照明装置のＬＥＤ光源駆動回路モジュールを1箇所に集めることにより集中管理することができ、発生した不具合に対して迅速に且つ効率的に対処することができる。

また、ＬＥＤ照明装置に広範囲の照明が求められる場合、各ＬＥＤ光源の主光照射方向を異なる方向に向けた状態に配置することにより対応できる。この場合、水冷ジャケット９を図９のような多面体形状に形成し、多面体の外側の各面にＬＥＤ光源を位置させる。

具体的には、多面体形状の水冷ジャケット９の外側の各面に熱伝導性接着剤を介してＬＥＤ光源モジュールを貼着するか、あるいは、水冷ジャケットの外側の各面に絶縁層を挟んで配線パターンを貼着して該配線パターンのＬＥＤ光源およびコネクタを実装する領域以外をレジスト層で被覆し、水冷ジャケットの配線パターンのレジスト層が設けられていない領域に直接ＬＥＤ光源と該ＬＥＤ光源の駆動電力を受電するコネクタを実装する。

そして、この多面体形状の水冷ジャケット９を使用して灯体部を構成するときには、ＬＥＤ光源が位置する側の面（外側の面）をカバーレンズに向けた状態でカバーレンズとハウジンクで形成される閉空間内に収容する。

ＬＥＤ照明装置の灯体部をこのような構成にすることにより、各ＬＥＤ光源の照射光が異なる方向に向かい、被照射面の広範囲の領域を照射することができる。このとき、ＬＥＤ光源駆動回路モジュールは直接水冷ジャケットに取付けることもできるし、あるいは、ＬＥＤ照明装置と分離して別個の位置に設けることもできる。

図１０は本発明のＬＥＤ照明装置を応用した大型照明設備の構成を示している。カバーレンズ３とハウジング１１で形成された閉空間内にＬＥＤ光源（図示せず）と水冷ジャケット（図示せず）が収容された灯体部２が所定の行列数（本応用例では縦５×横６の行列）からなるマトリックス状に配置されて灯体部ユニット４０が構成され、各灯体部２に収容された水冷ジャケットが互いに直列または並列に配管されている。

そして、灯体部ユニット４０の水冷ジャケットで受熱した冷媒液の熱を外部に放散して冷媒液を冷却するラジエータ３１が複数個（本応用例では３個）平行に並設されると共に、ラジエータ３１に冷却風を供給する冷却ファ３２ンが各ラジエータ３１に対向する位置に配置され、冷媒液を循環させる循環ポンプ３３および冷媒液を貯留するリザーブタンク（図示せず）も配設されて放熱機構部が構成されている。なお、水冷ジャケット（図示せず）、ラジエータ３１、循環ポンプ３３、およびリザーブタンクを連結する配管は省略されている。

放熱機構部をこのような構成にすることにより、ラジエータ、ラジエータに冷却風を供給する冷却ファン、循環ポンプ、およびリザーブタンクを共有して複数の灯体部を同時に冷却することが可能になり、大型照明設備の小型化、製造コストの低価格化が実現できる。

以上説明したように、本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ光源の放熱構造を水冷式の放熱構造にすることにより、該ＬＥＤ光源の発熱による温度上昇を極めて低く抑制することができるようになった。

その結果、ＬＥＤ光源の大電力化において、長寿命化による高信頼性を確保しつつＬＥＤ光源の発光効率の低下が抑制されて照射光量の増大化が可能となるＬＥＤ照明装置が実現できた。

また、従来の空冷式のＬＥＤ照明装置がＬＥＤ光源の冷却用に３０ｍｍ程度の高さのフィンを有するヒートシンクを必要とするのに対して、本発明の水冷式のＬＥＤ照明装置はＬＥＤ光源を冷却する水冷ジャケットの厚みが数ｍｍと極めて薄く、ＬＥＤ照明装置の大幅な薄型化が可能となった。

更に、水冷ジャケットに直接ＬＥＤ光源駆動回路モジュールを取付けることにより、回路素子に対する熱の影響が抑制され、安定した回路動作が確保できる。特に、ＬＥＤ光源駆動回路モジュールにはＬＥＤ光源に一定の電流を供給して明るさの変動を抑えるための定電流回路が備えられており、温度依存性を有する回路部品が温度変化の影響から逃れられることにより定電流回路からは変化量の少ない電流がＬＥＤ光源に供給され、明るさ変動の少ないＬＥＤ照明装置が実現できた。

本発明のＬＥＤ照明装置は主に、街路灯、庭園灯、各種競技場照明灯等の屋外照明機器用の照明装置として利用できる。

本発明に係わる実施例１の灯体部を示す分解立体図である。 本発明に係わる実施例１の灯体部を示す断面図である。 本発明に係わる実施例１の灯体部の構成を示す説明図である。 本発明に係わる実施例１の斜視図である。 （電流―温度）の関係を示すグラフである。 比較例のヒートシンクの斜視図である。 実施例２の構成の一部を示す概略図である。 実施例３の構成の一部を示す概略図である。 灯体部の構成の一部示す概略図である。 本発明の応用例を示す概略図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ照明装置
２ 灯体部
３ カバーレンズ
４ ＬＥＤ光源
５ コネクタ
６ 基板
７ ＬＥＤ光源モジュール
８ 熱伝導性ベースプレート
９ 水冷ジャケット
１０ ＬＥＤ光源駆動回路モジュール
１１ ハウジング
１２ 閉空間
１８ レジスト層
１９ 絶縁性熱伝導シート
２０ 掘込部
２１ レンズカット部
２２ 中空部
２３ａ 流入口
２３ｂ 排出口
２５ａ 配管ジョイント
２５ｂ 配管ジョイント
２６ａ 配管
２６ｂ 配管
２６ｃ 配管
２６ｄ 配管
２６ｅ 配管
２６ｆ 配管
３０ 放熱機構部
３１ ラジエータ
３１ａ 流入口
３１ｂ 流出口
３２ 冷却ファン
３３ 循環ポンプ
３３ａ 吸入口
３３ｂ 吐出口
３４ リザーブタンク
３４ａ 流入口
３４ｂ 流出口
３５ ヒートシンク
４０ 灯体部ユニット

Claims (8)

1. カバーレンズとハウジングにより形成された閉空間内に少なくともＬＥＤ光源と該ＬＥＤ光源を冷却する水冷ジャケットを有してなる灯体部と、
   前記水冷ジャケット、冷却ファンを有するラジエータ、循環ポンプ、およびタンクが配管により環状に連結された循環経路内に冷媒液が封入されてなる放熱機構部を具備し、
   前記水冷ジャケットは、内部に冷媒液の流路となる中空部が形成されると共に、流入口及び排出口を設けた平板形状を呈しており、
   平板状の前記カバーレンズ側の面には、１個以上のＬＥＤ光源が実装されており、
   平板状の反対側の面には、前記流入口及び排出口が設けられると共に、前記ＬＥＤ光源を駆動するＬＥＤ光源駆動回路モジュールが載置され、
   前記循環経路は、前記冷媒液が前記水冷ジャケットの排出口から排出した後に、前記ラジエータに流入して前記冷却ファンの供給する風で外部に熱放散して冷却され、前記ラジエータから流出する前記冷媒液が、前記水冷ジャケットの流入口から前記中空部に流入する経路を有していることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記ＬＥＤ光源は配線パターンが設けられてなる基板に実装されてＬＥＤ光源モジュールが構成され、前記ＬＥＤ光源モジュールの１個以上が前記水冷ジャケットの前記カバーレンズ側の面に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記水冷ジャケットは前記カバーレンズ側の面に配線パターンが設けられ、該配線パターンが設けられた面に１個以上のＬＥＤ光源が実装されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記ＬＥＤ光源モジュールが、熱伝導性ベースプレートを介して前記水冷ジャケットに配設されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記水冷ジャケットの前記カバーレンズ側の面は多面体形状を呈しており、前記多面体の前記カバーレンズ側の各面に前記ＬＥＤ光源が配設されていることを特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
6. 前記基板は金属基板、セラミック基板、フレキシブル基板のうちから選ばれた一つの基板であることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
7. 前記ＬＥＤ光源駆動回路モジュールは、定電流回路を含む回路部品を具備することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
8. 前記請求項１〜６のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置の複数個を用いたＬＥＤ大型照明装置であって、
   前記ＬＥＤ照明装置は、複数の前記灯体部がマトリックス状に配置された灯体ユニットを構成し、前記各灯体部の水冷ジャケットが、互いに直列または並列に配管されていることを特徴とするＬＥＤ大型照明装置。

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