JP2007123160A - 光源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のLED素子と、LED素子が実装された基板2と、LED素子からの出射光を集光するための反射面を有する反射板3と、を備えた光源装置1であって、基板2の実装面は、反射板3と共に出射光を集光するための反射面を構成していることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
ただし、上記の改良されたLED素子を用いた場合でも、照明器具を実現するためには光束が不足するため、複数のLED素子を搭載する必要がある。
したがって、投光器などの大光量を必要とする照明器具に関しては、大光量が得られる従来の光源(キセノンランプや水銀ランプなど)に代えて、LED素子からなる光源装置を用いることは未だ実現されていなかった。
この場合、発光量を増やすことはできてもLED素子実装面積の増大と放物面反射鏡の占有面積の増加とにより、光源装置は非常に大きなものになっていた。したがって、プロジェクターに代表される投光器のように、装置の小型化を要する分野においては、光源装置を収納できないという問題があった。
本発明者は、この実装方法における革新および上記課題の解決を目指して種々検討を重ねた。その結果、基板に実装されたLED素子を取り囲むように放物面などの反射面を有する集光用反射板を設け、それのみで集光していた従来の光源装置に対し、基板のLED素子実装面が反射面を有して集光用反射板と共に集光するようにしたことにより、上記課題を解決した。
すなわち、本発明の光源装置は、(1)複数のLED素子と、前記LED素子が実装された基板と、前記LED素子からの出射光を集光するための反射面を有する反射板とを備えた光源装置であって、前記基板の実装面は、前記反射板と共に前記出射光を集光するための反射面を構成していることを特徴とするものである。
LED実装基板と反射板とが別体であり、かつ基板の実装面が反射面を有していなかった従来の場合には、LED素子から出射する光のうち、実装基板自身の方向に向かう分はその実装面に吸収されるため、有効利用されないという欠点があった。本発明では、基板の実装面が集光用反射面としても機能するため、全ての出射光がもれなく反射集光され、発光効率を上げることができる。
したがって、本発明は、上記の光源装置においてさらに、(2)前記基板および前記反射板のそれぞれの反射面が、角錐の錐体面を構成していることを特徴とするものである。
本発明では、集光のための反射面が角錐の錐体面を構成するようにし、基板実装面がその一面となるようにしたことにより、超小型の光源装置を構成することができる。
すなわち、本発明は、上記の光源装置においてさらに、(3)前記基板は、金属ベース基板またはセラミック基板からなることを特徴とするものである。
本発明では、金属ベース基板またはセラミック基板からなるLED実装基板を、集光用反射面としても機能するように配置することにより、集光効率を高めつつ放熱性をも高めることができる。
光反射率の高い材料としては、銀、アルミニウム、銅、ニッケルなど主に実装基板の電極に用いられる金属材料や、酸化チタンやアルミナなどのセラミック白色顔料を混入した電極保護用の絶縁性コーティング材があり、これらを光反射材料として使用することが有効である。
本発明は、上記の光源装置においてさらに、(4)前記基板の実装面は、前記LED素子が実装された箇所を除き、配線用電極によって覆われていることを特徴とするものである。
同様に本発明は、上記の光源装置においてさらに、(5)前記基板の実装面は、前記LED素子が実装された箇所を除き、電極保護用の絶縁性コーティング材によって覆われていることを特徴とするものである。
本発明は、上記(5)の光源装置においてさらに、(6)前記絶縁性コーティング材は、その表面が金属材料でコーティングされていることを特徴とするものである。
本発明では、上記のように構成することにより、光反射面を最大限に設けて発光効率を向上させることができる。
本発明では、上記金属ベース基板やセラミック基板へのフリップチップ接合法を開発することにより、発光効率の高い高密度LED実装技術を開発した。フリップチップ接合法によるLED素子の実装の場合、チップサイズ以外に実装面積を必要としないため、実装密度を最大にできることは公知である。このことにより、LEDチップ実装部以外の基板実装面を光反射面とすることにおいて、最大の反射面が得られる。
したがって、本発明は、上記の光源装置においてさらに、(7)前記LED素子は、フリップチップ実装方式によって前記基板に実装されていることを特徴とするものである。
すなわち本発明は、上記の光源装置においてさらに、(8)前記基板は、前記LED素子の実装面と反対側の面に放熱部材を備えていることを特徴とするものである。
また、錐体の「底面」とは、上記曲線Cが囲む領域のことをいう。
フリップチップ接合法は、パッケージを使用せずベアチップと内部配線だけで接続し実装密度を最大限に高めるためのものであり、ワイヤを使用せずに、金やハンダの小粒(バンプ)を用いて接続する実装法である。
一実施例によれば、直径3cmの光源装置において、30lm/Wの発光効率の表面実装型LED素子を16個実装し、素子あたり1Wの出力を与えた状態で、光源中心部の素子ジャンクション(接合部)温度を、冷却温度25℃に対し50℃に抑えることができる(後記実施形態1、図1および図2参照)。
本実施形態にかかる光源装置1は主に、図1または図2に示す如く、複数のLED素子7と、LED素子7が実装された基板2と、LED素子7からの出射光を反射するための反射板3と、反射した出射光をさらに集光するための集光レンズ4と、基板2の実装面と反対側の面に取り付けられた放熱フィン5とにより、構成されている。
そして、銅箔2c上には、コネクタ6およびLED素子7が実装されている。なお、基板2の実装面における光反射面(図2Aにおいて破線に囲まれた領域)以外の面には、銅箔2c上にレジスト層2eが設けられている。
また、放熱フィン5が、基板2におけるLED素子実装面とは反対側の面(アルミ薄板2a)に、熱伝導効果を高めるために取り付けられている。
また、反射板3は、図1に示す如く、その反射面が基板2の反射面と共に角錐の錐体面を構成するように、形成かつ配置されている。本実施形態では、角錐として最小の錐体面数である正四面体の三角錐を用い、錐体面の一面を基板2の反射面、残り2面を反射板3の反射面とし、さらに、その底面側に平面視円形状の集光レンズ4を配置するように構成されている。
ただし、正四面体の三角錐を利用した場合、張り出した頂点が占有体積を増加させるため、小型化には不利である。ここで、反射面によって反射させた光は、集光レンズ4に導かれる分だけが有効であることから、図4に示す如く正四面体の三角錐の頂部をカットしても、集光効果には影響しないことは明らかである。よって本実施形態では、基板2および反射板3の反射面が構成する形状は、図4に示す如く、錐体面11と底面12とにかかる頂部10をカットした形状になっている。
本実施形態にかかる光源装置(不図示)は、表面実装型のLED素子ではなく、1mm角のベアチップLED素子7’をフリップチップ接合法により、直接基板2上の銅箔2cに実装して構成したものである(図3参照)。そして、銅箔2c上のLED実装部以外の部分において、そのほぼ全面をアルミ層2dで覆うことにより、光反射面(図3Aにおいて破線に囲まれた領域)を構成している。この場合、アルミニウムと銅のクラッド箔を用いているため、銅箔2cの実装部のアルミ層2dをエッチングにより除去し、実装部以外のアルミ層を残すことにより、上記構成を容易に実現できる。
なお、それ以外の構成は上記実施形態1と同様であるため説明は省略する。
上記実施形態では、基板および反射板が有する反射面の3次元的構成として正四面体の三角錐を用いたが、これに限定するものではなく、四角錐以上を用いてもよい。例えば、正八面体を二つに割ってできる四角錐を用いた場合、角錐頂点から底面への垂線と各錐体面とのなす角(以下、頂角と称する)が大きくなる分だけ大きな照射面積となり、光拡散効果を得ることができる。
なお、より頂角を小さくした三角錐を用いれば、光収束性が求められる場合には有効である。一方、正四面体の三角錐の錐体面の1面をLED実装基板の実装面としたことにより、最大の実装面積が得られ、もっとも小型でありながら最大の放熱面積を得られることにもなる。
2 基板
2a アルミ薄板
2b 絶縁層
2c 銅箔
2d アルミ層
2e レジスト層
3 反射板
4 集光レンズ
5 放熱フィン
6 コネクタ
7、7’ LED素子
10 頂部
11 錐体面
12 底面
Claims (8)
- 複数のLED素子と、前記LED素子が実装された基板と、前記LED素子からの出射光を集光するための反射面を有する反射板とを備えた光源装置であって、
前記基板の実装面は、前記反射板と共に前記出射光を集光するための反射面を構成していることを特徴とする光源装置。 - 前記基板および前記反射板のそれぞれの反射面が、角錐の錐体面を構成していることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記基板は、金属ベース基板またはセラミック基板からなることを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。
- 前記基板の実装面は、前記LED素子が実装された箇所を除き、配線用電極によって覆われていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記基板の実装面は、前記LED素子が実装された箇所を除き、電極保護用の絶縁性コーティング材によって覆われていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記絶縁性コーティング材は、その表面が金属材料でコーティングされていることを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
- 前記LED素子は、フリップチップ実装方式によって前記基板に実装されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記基板は、前記LED素子の実装面と反対側の面に放熱部材を備えていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光源装置。
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