(57)【要約】【課題】低コストかつ高効率に発光ダイオードを発光させて上記道路標識の分野におけるニーズとシーズのマッチングを取ること。【解決手段】発光素子が載置されるマウント部が、放熱面を有する放熱手段に対して伝熱可能に設置された発光ダイオードを、内面に微小な凹凸を設けた光透過性を有する管材の両端に設けたことを特徴とする照明具とすること。およびこの発光ダイオードを標識用光源として使用すること。このとき、発光ダイオードを発光素子単独における発光素子溶損電流よりも大きな電流によって発光させること。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が載置されるマウント部が、放熱面を有する放熱手段に対して伝熱可能に設置された発光ダイオードを、内面に微小な凹凸を設けた光透過性を有する管材の両端に設けたことを特徴とする照明具。
【請求項２】
発光素子単独における発光素子溶損電流よりも大きな電流によって発光させることを特徴とする請求項１記載の照明具。
【請求項３】
請求項２記載の照明具を用いたことを特徴とする標識。
【請求項４】
発光素子が載置されるマウント部が、放熱面を有する放熱手段に対して伝熱可能に設置された発光ダイオードを用いたことを特徴とする標識。
【請求項５】
発光素子単独における発光素子溶損電流よりも大きな電流によって発光させる駆動回路を有することを特徴とする請求項４記載の標識。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自発光や照射照明方式の道路標識、街路灯などの照明器具などについて、少ない数量の発光ダイオードによって簡便かつ低電力で視認性に優れた明るさを得ることを可能とする技術を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
夜間における道路交通上の安全性を確保するという観点から、自発光や照射照明式の道路標識が広く普及している。このような道路標識は、例えば山間部などにおいては商用電源が確保できないことから、発光ダイオードが用いられている。発光ダイオードは蛍光灯や白熱灯と異なり、低電力で最低限の発光を得ることができるため太陽電池システムとの組み合わせが可能であり、商用電源が確保できない場所での利用に適しているからである。一方、都市部においては商用電源が容易に確保できるので、蛍光灯などを内部に設けた「内照式」と呼ばれる自発光標識を用いることが可能である。視認性は内照式のものが圧倒的に高く、本来は、危険度の高い山間部において、簡便に設置可能な内照式が望まれているところである。しかし、消費電力が大きいことにより、太陽電池などの独立電源では不可能である。
【０００３】
従って発光ダイオード式のものは、デリニエータと呼ばれるカーブサインや「止まれ」などの規制標識を対象とした、数個から十数個の発光ダイオードを用いたものに限定されているのが現状である。自発光道路標識には、消費電力が低い赤色発光ダイオードが多用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来技術には、次のような問題点があった。先ず発光ダイオードを用いる場合全般について述べる。発光ダイオードは、民生機器のインジケータなどに多用されているように、本来は「明るさ」を得ることを目的としていない。発光ダイオードは簡単な発振回路による高周波点灯が可能で、発光時間を間引く「デューティ駆動」が一般的である。従って消費電力を低くできるという利点があり、小規模の太陽電池システムとの組み合わせによって自発光式の道路標識として普及してきた。低電力で発光可能ということに着目し、最近では発光ダイオードを面状に並べて蛍光灯のような照明として利用することが試みられている。しかし照明に要求される面照度を確保しようとすれば多くの発光ダイオードが必要となり、しかも白色の発光ダイオードを用いなくてはならず、コストが嵩むことになって広く普及していないのが現状である。また多くの発光ダイオードを用いると、消費電力も自ずと大きくなる。さらに、多数の発光ダイオードを使用する場合、一個当たりの発光損失が重なるため、全体としての電力損失が大きくなってしまうという問題点も指摘できる。
【０００５】
次に現状の道路標識についてその問題点を説明する。すでに述べたように、商用電源が確保できない山間僻地などではカーブなどの危険箇所が多く、視認性を考えると蛍光灯式の内照式照明が好ましい。しかし前述のように、数個の発光ダイオードを用いたスポット的な発光に止まっている。一方、商用電源の確保が容易な都市部では、内照式が多く設置されている。都市部では周辺の住宅や商業ビル、街頭の存在などによって全体的に夜間でも明るく、内照式でなくとも道路標識の視認性は高くなる。
このように道路標識の分野においては、本来は内照式が要求される危険箇所には発光ダイオード式、それほど危険ではなく発光ダイオード式で十分な都市部には内照式が用いられるという、ニーズとシーズのミスマッチが起こっているのが現状である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような現状を鑑み、低コストかつ高効率に発光ダイオードを発光させて上記道路標識の分野におけるニーズとシーズのマッチングを取ることを可能とする、照明具および標識を提供することを目的としたものである。
上記課題のうち、発光手段については、発光素子が載置されるマウント部が、放熱面を有する放熱手段に対して伝熱可能に設置された発光ダイオードを、内面に微小な凹凸を設けた光透過性を有する管材の両端に設けたことを特徴とする照明具とすることで解決できる。このとき、発光素子単独における発光素子溶損電流よりも大きな電流によって発光させることが好ましい形態となる。
また標識としては、発光素子が載置されるマウント部が、放熱面を有する放熱手段に対して伝熱可能に設置された発光ダイオードを、内面に微小な凹凸を設けた光透過性を有する管材の両端に設けたことを特徴とする照明具を用いた標識とすればよい。この構成の場合は、少ない個数の発光ダイオードによって、蛍光灯と同様の発光形態を得ることができる。
さらに、発光素子が載置されるマウント部が、放熱面を有する放熱手段に対して伝熱可能に設置された発光ダイオードを用いたことを特徴とする標識とすることも有効である。この場合は、投光式標識の投光手段として好ましい利用形態となる。このとき、発光素子単独における発光素子溶損電流よりも大きな電流によって発光させる駆動回路を有する標識とすればより好ましい。
【０００７】
次に本発明の作用を説明する。本発明では、発光ダイオードの構造と駆動形態、およびそれらによる発光ダイオードでの蛍光灯類似の発光形態を得るという点が特徴である。発光ダイオードとは、主に直接遷移型半導体のｐｎ接合に順方向電流を流すことで、そのバンドギャップに応じた波長の発光を得るものである。従って発光効率が高く、省電力で大きな輝度を得られることが特徴である。ダイオードの順方向における電流電圧特性は、電圧を変数とする指数関数であるため、立ち上がり電圧を超えると急激に流れる電流が大きくなる。一般に、通常の発光ダイオードでは、２０ｍＡ程度の電流を上限として使用されることが一般的である。この電圧は、立ち上がり電圧よりも若干高い程度の電圧である。電圧を高くすると、電流密度が高くなりすぎ、発光強度が上がる一方で、熱によって発光ダイオード素子そのものが溶損してしまうことになる。立ち上がり電圧は、バンドギャップが大きいほど、つまり発光する光の波長が短くなるほど高くなるため、発光色によって使用時の駆動電圧が決められている。
本発明の作用は、従来の発光ダイオードが溶損する電流よりも大きな電流、例えば通常の１０〜２０倍、あるいはそれ以上の電流を流して超高輝度を得ることで、照明具や標識としての機能を得るところにある。そのために、放熱手段を有する発光ダイオードを、照明具や標識として利用するものである。
一般に従来の発光ダイオードは、合成樹脂で発光素子をモールドして端子を外部に取り出した構造であり、熱伝導性能が悪い。従って大電流が流れた時に発光素子が溶損してしまうのである。これに対して本発明は、放熱手段を有する発光ダイオードを用いて通常の発光ダイオードが溶損する電流密度以上の電流を流し、それによって得られる超高輝度の光と標識との機能マッチングを考えたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に用いる発光ダイオードの構図例を示している。図は、発光素子１が載置されるマウント部３が、放熱面５を有する放熱手段７に対して伝熱可能に設置された発光ダイオード９を表している。マウント部３は一方の電極を兼ねており、熱伝導性の高い金属などによって構成されている。このマウント部３は放熱面５を有する放熱手段７と伝熱可能に密着設置されている。放熱手段７としてはアルミニウム板などが好ましい利用例である。従って、この放熱手段７そのものが一方の電極となる。また発光素子１からの他方の電極１１は、絶縁層１３を介して放熱手段７の表面まで導かれている。そして発光素子１は、先端が広がってレンズ状の形状とするモールド樹脂１７によって封入された構造になっている。このような構成により、プラスマイナスの両電極１５，１９が、放熱手段７の表面に形成される構造となる。放熱手段７を、厚さ１．５ｍｍ、２０ｍｍ×２０ｍｍのアルミニウムとし、マウント部３として金メッキした銅を用いた白色発光ダイオードの場合には、５〜６Ｖで約３５０ｍＡの電流を得ることができる。この電流値でも冷却効果によって発光素子１が溶損することはなく、きわめて高い輝度を得ることができる。
【０００９】
この作用を図２によって説明する。図２はダイオードの順方向特性を模式的に表したものである。電圧（Ｖ）の上昇とともに低い電流領域を経て、急激に電流（Ｉ）が立ち上がる。通常はＡ点近傍で動作させるが、冷却効果があると、動作電圧を高く設定してＢ点のような高い電流値でも溶損することなく発光動作を継続させることができるのである。従来の発光ダイオードは全体が熱伝導の悪い合成樹脂で封入されていることから、例えば溶損電流量がＣ点であったとすると、本発明に用いる発光ダイオードは放熱手段があることによって、Ｂ点（Ｃ点以上の電流）での動作が可能となる。発光ダイオードの発光強度は流れる電流量に比例するため、きわめて高い発光強度（輝度）を得ることができる。
【００１０】
次に、図３を用いて、本発明の照明具の実施形態を示す。図例は、発光素子が載置されるマウント部が、面的な放熱用接触部を有する放熱手段に対して伝熱可能に設置された発光ダイオード９（図１に記載のもの）を、内面に微小な凹凸を設けた光透過性を有する管材２１の両端に設けたことを特徴とする照明具２３である。ポリカーボネートなどの管材２１の内面に、サンドブラスト処理などによって微小凹凸を形成し、両端に図１に示した発光ダイオード９を配置する。両端の発光ダイオード９から発せられた光が内面の凹凸で乱反射することで、管材２１の全体が発光ダイオード９の発色光で光ることになる。本発明で用いる発光ダイオード９は前述のように超高輝度で動作するため、白色発光ダイオードを用いることで、蛍光灯のような光を得ることができる。発光ダイオードはその立ち上がりと立ち下がり特性が優れることから、きわめて短いＯＮ時間のパルス発光が可能である。１回のＯＮ時間が数ミリ秒であっても、５０〜６０Ｈｚで動作させれば、連続光として視認できる。このときには、平均負荷電流が極めて低くなり、太陽電池システムをベースにした従来の太陽電池式などの発光システムと同等もしくは若干大きい消費電力で、蛍光灯と同等の視認性で連続点灯させることが可能となる。
【００１１】
このような照明具は、通常の蛍光灯が用いられている標識に広く適用可能である。しかも負荷電力が小さいため、太陽電池システムや大型の一次電池との組み合わせにより、長期間にわたる安定的な連続点灯が可能となる。標識への実施形態としては、次のようなものが考えられる。
【００１２】
▲１▼一次電池（マンガン電池やアルミ空気電池など）との組み合わせによる内照式道路標識。アルミ空気電池は極めて多くの電気量を取り出すことができるが、その詳細については後述する。これは本発明の照明具を用いた、一次電池駆動式の内照式道路標識である。商用電源が取れない山間部の危険箇所などに対して、内照式の標識を設置することによって事故防止につながる。「落石注意」などの警戒標識は、夜間において遠方から視認しにくく危険であるため、本発明により安全性が向上することがわかる。
【００１３】
▲２▼一次電池（マンガン電池やアルミ空気電池など）との組み合わせによる道路工事用標識。アルミ空気電池については後述する。道路工事は臨時的に行われるので、工事に伴う車線規制などの標識のために商用電源を引くことはない。しかし夜間では標識の視認性が悪いので、非発光の通常標識に、発電機などからの電源によって白熱灯から投光する場合が多い。発電機を使用するために排気ガスや環境への影響があり、改善が望まれるところである。本発明によれば、超高輝度の発光ダイオードを用いた前述の照明具を用いて内照式の標識とすることや、超高輝度の発光ダイオードによって非発光標識を照らし出す投光式の標識が考えられる。
【００１４】
▲３▼一次電池（マンガン乾電池やアルミ空気電池など）や、二次電池を用いた太陽電池システムとの組み合わせによる街路灯。アルミ空気電池については後述する。本発明の照明具は、発光ダイオードを用いながら蛍光灯と同等の光を発することができるので、常時設置型や非常時の避難場所などにおける臨時設置型の街路灯として幅広い用途が考えられる。
【００１５】
▲４▼小型のアルミ空気電池との組み合わせによる自発光道路標識。アルミ電池は、アルミを負極、グラファイトを正極にし、負極側にセパレータを介装して両電極を対向配置するとともに、対向配置した空隙内に空気流通用の多孔質充填材を充填し、少なくとも電解液によってセパレータを湿潤させた構造において動作可能である。アルミニウムは３価であり、１モルでファラデー定数の３倍の電気量を取り出すことができる。電解液としては塩化アルミニウム水溶液、塩化カルシウム水溶液、硝酸アルミニウム水溶液、硝酸ナトリウム水溶液などが適しており、充填材としては、電気伝導度を確保する必要性から活性炭などが適している。自発光道路標識は、カーブ案内用のデリニエータやランプウェイ用のブリンカーなどが考えられる。いずれも発光ダイオードが用いられているので、本発明により、視認性を飛躍的に向上させることができる。またこれらの標識は明るさを得るためのものではないため、消費電流を小さくできることから、アルミ空気電池によって数年にわたっての長期連続動作が可能となる。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、素子の溶損電流以上で動作させる発光ダイオードを用いて照明具を構成したことにより、低電力での照明用や内照式道路標識用として優れたものになる。これは、最低２個の発光ダイオードを用いて蛍光灯のような光を発する照明具を実現するものであり、従来に無い照明具の実現による効果である。また発光ダイオード単独での使用は、投光式の道路標識用として優れたものになる。従って、道路標識の分野におけるニーズとシーズのミスマッチが解消できる。
このように、本発明は、従来の概念とはまったく異なる照明具や標識を提供するという優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる発光ダイオードの構図例の説明図
【図２】本発明に用いる発光ダイオードの動作を説明するための電流電圧特性の模式図。
【図３】本発明の照明具の実施形態例を表す説明図
【符号の説明】
１  発光素子
３  マウント部
５  放熱面
７  放熱手段
９  発光ダイオード
１１  他方の電極
１３  絶縁層
１５  電極
１７  モールド樹脂
１９  電極
２１  管材
２３  照明具
【図１】
2004165103.tif 000003
【図２】
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【図３】
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