JP2008192940A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤなどの発光素子を用いて高輝度面状光源を実現し、発熱による影響を低減した発光装置を提供する。
【解決手段】面状の光源を形成するために、複数の高輝度ＬＥＤ１ａ〜１ｄをＬＥＤ実装基板２に実装し、これと階層状に積層されたＬＥＤ実装基板１０には複数の表面実装ＬＥＤ１１を高輝度ＬＥＤの非発光部分を埋めるように配置して実装する。２つのＬＥＤ実装基板の間及びＬＥＤ実装基板２とペルチエ素子４の間にはそれぞれ放熱板１２、３を配置し、ヒートシンク５による放熱を促進する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発光素子により面状の光源を形成する発光装置に関するものである。

近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）の中にはハロゲンランプや蛍光灯よりも発光効率の優れたものも登場し、ＬＥＤは一般照明や検査用照明の光源、フラットパネルディスプレイのバックライトなど様々な用途に採用されるようになってきた。従来、照明用の光源としてＬＥＤを使用する場合、１つのパッケージ内にＬＥＤを複数並べて実装し、大きな光量を確保するということが行われている。

図５は従来の発光装置の一例を示す図であり、（ａ）は発光装置の層構成を示す図、（ｂ）はＬＥＤの実装図である。１ａ〜１ｄは高輝度ＬＥＤであり、ＬＥＤ実装基板２に互いに隣接して配置されている。ＬＥＤ１ａ〜１ｄはこのＬＥＤ実装基板２にハンダ付け実装される。本図では、ＬＥＤ１ａ〜１ｄは正方形を成すように配置されており、この正方形部分が発光面を構成する。

ＬＥＤ実装基板２には、放熱性を高めるために、銅板やアルミニウム板などを加工した放熱板３が広い面積を接するようにして設けられている。なお、ＬＥＤ実装基板２と放熱板３の間に、放熱性の良いシリコングリースを薄く塗布したり、薄い伝熱シートなどを介在させると、ＬＥＤ実装基板２と放熱板３の密着性が良くなりさらに高い放熱性を得ることができる。

ＬＥＤ実装基板２には、ＬＥＤ１ａ〜１ｄの真下にこれらのＬＥＤの放熱部を避ける穴が設けられている。ＬＥＤ１ａ〜１ｄのそれぞれの放熱部には熱伝導性の良い伝熱材料６ａ〜６ｄが設けられ、この伝熱材料６ａ〜６ｄを介してＬＥＤ１ａ〜１ｄから放熱板３に直接熱を逃がす構造になっている。放熱板３にはペルチェ素子４の冷却側を固定し、ペルチェ素子４の加熱側にはヒートシンク５を密着させる。そして、ＬＥＤ実装基板２からヒートシンク５までを断熱性の良いねじ７で固定する。

なお、８は入射端面に入射した光を出射端面で均一化する均一化素子である。９は均一化素子８の断面形状である。均一化素子８は硝子や透明樹脂などでできた角柱のロッド、または内壁を反射率の良い鏡面としたものが考えられる。このような均一化素子８をＬＥＤ１の直近に配置すれば、均一化素子８の出射端面で非常に均一な面光源を得ることができる。図５では、発光面が正方形であるため、均一化素子８も断面形状が正方形のものを採用する。

ところで、このような高輝度のＬＥＤは発熱を伴うため、所定の間隔をあけて実装することが推奨されている。図５に記載されているＬＥＤ１ａ〜１ｄも、ＬＥＤの外形やリードフレームの干渉などから、正方格子状に実装することを想定して設計されたものであることが推測できる。（参考に、ＬＥＤ１ａ〜１ｄと同様の形状のＬＥＤが開示されている特許文献を特許文献１として記載する。）

図５ではＬＥＤを４個実装した場合を示しているが、同様なピッチで実装するＬＥＤの個数を多くしていくことで、広い面光源と実装数に比例した光量増加が見込める。このように、ＬＥＤを複数並べて実装することによって、必要とされる任意のサイズの面光源を実現することができる。

特開２００４−２３０９９号公報 特開２００１−３０８３９０号公報

しかしながら、ＬＥＤは、ハロゲンランプやキセノンランプ、メタルハライドランプなどの放電管と比べて入力が１／１００程度と大変小さく、全光束では遠く及ばない。

ＬＥＤを光源とした発光装置を広範囲の照明に用いる場合には、発光面を小さくする必要は無い。一方、検査用照明のように光源から平行光や任意の開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）で光を取り込むような場合には、光源は輝度の高い点光源であることが好ましい。これは光学系の小型化、低コスト化、光の利用効率向上などに有利なためである。

ＬＥＤの発光点は微小であるため、ＬＥＤを多く並べることで全光束は増やせるものの、ＬＥＤ自体の輝度を上げることはできない。発光装置全体としての輝度を上げるためには、ＬＥＤの実装密度を上げるか、発光輝度の高い超高輝度ＬＥＤチップを実装するしかない。

しかし、同一基板上でＬＥＤが高密度に実装されるほど、ＬＥＤはより多くの熱を発散し、放熱の問題が大きくなる。図５では、ペルチェ素子４とヒートシンク５を用いて強制冷却を行うという前提で、ＬＥＤ１ａ〜１ｄをその形状から標準的とされるピッチよりも狭いピッチで実装している。もしペルチェ素子や冷却ファンなどで強制冷却せず、ヒートシンクを放熱板３に直付けするような場合には、よりＬＥＤ同士の間隔をあけて実装する必要がある。

また、部品としてのＬＥＤは、発光点よりもはるかに大きいパッケージで封止された状態にあるのが通常である。特に１〜３Ｗクラスの大型ＬＥＤは、放熱を確保するためにパッケージ自体も大きい。そのため、ＬＥＤ部品を高密度に実装したとしても、ＬＥＤの発光点の輝度の高さがパッケージの大きさによって相殺されてしまう。

パッケージを排除してベアチップのみを放熱性の良い基板の上に実装することができれば良いが、ベアチップを１枚の基板上に並べたのでは発熱源が隣接することになり、周辺部に実装されたベアチップは良好に冷却されても、中央部に実装されたベアチップは隣のベアチップの発熱の影響を受けて冷却不足となってしまう。

また、装置にあわせた形状や装置の仕様により、その都度ＬＥＤの実装状態が異なる。そのため、多品種少量のアプリケーションに対して個々熱解析を行い、寿命に不安を残さない解を得るのはＬＥＤメーカーであっても容易ではない。

本発明は、上記のような従来技術の問題をなくし、ＬＥＤなどの発光素子を用いて高輝度の光源を得るとともに、発光素子からの発熱による影響を低減することができる発光装置を実現することを目的としたものである。

上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、複数の発光素子により面状の光源を形成する発光装置において、
前記複数の発光素子は、階層状に積層された複数の基板に分散して実装されたことを特徴とする。

請求項２では、請求項１に記載の発光装置において、前記複数の基板のうちより表層側に積層された基板は、その基板よりも深層側に積層された基板に実装された発光素子から出力された光を発光面まで到達させる逃げ部を有することを特徴とする。

請求項３では、請求項１または２に記載の発光装置において、前記複数の発光素子は、異なる種類の発光素子から構成され、
発熱量の小さい発光素子はより表層側に積層された基板に実装され、
発熱量の大きい発光素子は前記発熱量の小さい発光素子が実装された基板よりも深層側に積層された基板に実装されることを特徴とする。

請求項４では、請求項１または２に記載の発光装置において、前記複数の発光素子は、異なる種類の発光素子から構成され、
形状の大きい発光素子はより深層側に積層された基板に実装され、
形状の小さい発光素子は、前記形状の大きい発光素子が実装された基板よりも表層側に積層された基板において、前記形状の大きい発光素子の周辺に相当する位置に実装されることを特徴とする。

請求項５では、請求項１乃至４のいずれかに記載の発光装置において、前記複数の基板は、高い熱伝導特性を有する放熱板がそれぞれ設けられたことを特徴とする。

請求項６では、請求項１乃至５のいずれかに記載の発光装置において、最も表層側に積層された基板以外の基板に実装された発光素子からの光束を発光面まで到達させる導光部材が設けられたことを特徴とする。

請求項７では、請求項１乃至６のいずれかに記載の発光装置において、最も表層側に積層された基板の直近に設置され、入射した光を均一化する均一化素子が設けられたことを特徴とする。

請求項８では、請求項１乃至７のいずれかに記載の発光装置において、最も深層側に積層された基板に、前記発光素子から発生する熱を冷却する冷却部が設けられたことを特徴とする。

このように、発光素子を階層状に積層された複数の基板に分散して実装することにより、高輝度の光源を得ることができる。小さな発光面で輝度を上げることができるため、光の利用効率が上がり、発光装置の小型化を図ることができる。また、発光素子を立体的に配置することにより、発熱源が分散し、隣接する発光素子からの影響を受けにくくなるため、発光素子からの発熱による影響を低減することができる発光装置を実現することができる。

また、表層側に積層された基板に、その基板よりも深層側に積層された基板に実装された発光素子から出力された光を発光面まで到達させる逃げ部を設けることによって、各層の基板に実装されているすべての発光素子の光を容易に発光面まで導くことができる。

発熱量の小さい発光素子を表層側の基板に、発熱量の大きい発光素子を発熱量の小さい発光素子が実装された基板よりも深層側の基板に実装すれば、発光素子からの発熱量が深層側に多くなり、深層側からも効率的に放熱できる。

形状の大きい発光素子を深層側の基板に、形状の小さい発光素子を形状の大きい発光素子が実装された基板よりも表層側の基板上であって形状の大きい発光素子の周辺に相当する位置に実装すれば、たとえば隣接する大きい発光素子同士の間、すなわち大きい発光素子の非発光部分に相当する部分を小さい発光素子でうめることができる。その結果、表層側から見たときの発光面の発光密度が上がり、発光装置の高輝度化が可能である。

基板に放熱板を設ければ、発光素子の熱を効果的に放熱できる。

最も表層側に積層された基板以外の基板に実装された発光素子からの光束を発光面まで到達させる導光部材を設ければ、各層の発光素子からの光束を無駄なく発光面まで導くことができ、発光装置としてより多くの光を利用することができる。

均一化素子を最も表層側に積層された基板の直近に設置すれば、発光素子から得られる光束を均一化して利用することができる。

最も深層側に積層された基板に冷却部を設ければ、表層側からの放熱に加えて深層側からも効果的に発光素子の熱を取り除くことができる。

以下、図面を用いて本発明の発光装置を説明する。

図１は本発明の発光装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は発光装置の層構成を示す図、（ｂ）は深層側の基板の実装図、（ｃ）は表層側の基板の実装図、（ｄ）は発光装置の分解図である。
図１は２層の基板を使用した場合を例示し、図５の従来の発光装置に対し、小型のＬＥＤ（１１）が複数実装されたＬＥＤ実装基板（１０）および放熱板（１２）が新たに１枚ずつ追加されている。なお、従来例と同じ構成物品には同じ符号を付す。

１０はＬＥＤ実装基板２よりも表層側に積層されたＬＥＤ実装基板である。ＬＥＤ実装基板１０は表層側に積層された基板、ＬＥＤ実装基板２は深層側に積層された基板ということになる。

ＬＥＤ実装基板１０には、ＬＥＤ実装基板２に実装されたＬＥＤ１ａ〜１ｄのレンズ部をよけるための逃げ部１０ａ〜１０ｄが、ＬＥＤ１ａ〜１ｄの位置に合わせて設けられている。これら逃げ部１０ａ〜１０ｄの間のリブに、小型の表面実装ＬＥＤ１１ができるだけ多く実装される。本実施例では、逃げ部１０ａと１０ｂの間に２個、逃げ部１０ｂと１０ｄの間に２個、逃げ部１０ｄと１０ｃの間に２個、逃げ部１０ａと１０ｃの間に２個、さらに逃げ部１０ａ〜１０ｄの中央部に４個、合計１２個の表面実装ＬＥＤ１１が実装されている。表面実装ＬＥＤ１１をこのようにＬＥＤ実装基板１０上に配置することにより、ＬＥＤ１ａ〜１ｄの非発光部分に相当する部分を表面実装ＬＥＤ１１でうめることができる。このとき、均一化素子８の断面形状９もしくは発光面の形状は正方形となる。

ＬＥＤ実装基板１０は、放熱性を持たせるために放熱板１２が設けられている。放熱板１２は、ＬＥＤ１ａ〜１ｄのレンズ部やパッケージの肩部、リードフレームと干渉しないような加工がされ、ＬＥＤ実装基板２に重ねるようにして合わせて置かれる。そして、ＬＥＤ実装基板１０からヒートシンク５までが断熱性の良いねじ７で固定される。

表面実装ＬＥＤ１１の発熱は、ＬＥＤ実装基板１０、放熱板１２、ＬＥＤ実装基板２、 放熱板３に順に伝わり、ペルチェ素子４によりヒートシンク５側に送られる。ＬＥＤ実装基板１０からヒートシンク５までの層数が多いため、各層間で熱抵抗が高くならないようシリコングリースなどを薄く塗布しておくのが望ましい。

本実施例の発光装置には、表面実装ＬＥＤ１１が１２個と、高輝度のＬＥＤ１ａ〜１ｄの４個が実装されており、同一の発光面内に合計１６個のＬＥＤが存在することになる。従来の発光装置に比べ、単位面積当たりのＬＥＤ発光密度が上がり、光源の高輝度化が可能になる。

本実施例において、表面実装ＬＥＤ１１ひとつあたりの光量を高輝度ＬＥＤであるＬＥＤ１ａの１／６程度と仮定する。すると、ＬＥＤ実装基板１０には表面実装ＬＥＤ１１が１２個実装されているため、光量１／６×１２個＝高輝度ＬＥＤ２個相当の光量増加となる。全体としては、従来例の発光装置の１.５倍の輝度を得ることができる。

また、ＬＥＤの数が４個から１６個になることから、例えば各ＬＥＤを色分けして使用した場合に、色の数を４色から１６色に増やすことも可能になる。発光波長によって光量が異なることから、１６個を任意に組み合わせられるようにすれば所望のスペクトラムも得やすい。

ベアチップを１枚の基板上に並べたのでは発熱源が隣接することになり、周辺部に実装されたベアチップは良好に冷却されても、中央部に実装されたベアチップは隣のベアチップの発熱の影響を受けて冷却不足となってしまう。
ＬＥＤを複数の基板に分散して実装すれば、発熱源を分散させることができ、隣の発熱源からの影響を受けずに良好な冷却が可能となる。そのため、従来の発光装置に比べて小さな発光面で輝度を上げることができ、光の利用効率が上がり、検査装置や照明装置の小型化を図ることができる。
なお、本実施例では２層の基板の場合を示したが、基板は２層に限られず、３層以上であってもよい。

ところで、従来の発光装置と比較して、ＬＥＤ実装基板が１枚から２枚に増えると、生産性の悪化やコストアップを招く可能性がある。
図２は、図１の発光装置の変形例を示す図である。１ａ’は、図１に示した発光装置の高輝度ＬＥＤ１ａのリードフレームを反対側にフォーミングし直したものである。ＬＥＤ１ａ’のリードフレームはレンズ部側に向いている。同様に、図１のＬＥＤ１ｂ〜１ｄのリードフレームを反対側にフォーミングしたものをＬＥＤ１ｂ’〜１ｄ ’とする。

ＬＥＤ実装基板１０の深層側の面に、逃げ部１０ａ〜１０ｄにＬＥＤ１ａ’〜１ｄ’のレンズ部がくるようにＬＥＤ１ａ’〜１ｄ’を位置決めする。ＬＥＤ実装基板１０の深層側の面にはＬＥＤ１ａ’〜１ｄ’を、表層側の面には図１（ｃ）と同じように表面実装ＬＥＤ１１をハンダ付けする。
このように、図１におけるＬＥＤ１ａ〜１ｄをＬＥＤ実装基板１０の深層側の面に実装すれば、ＬＥＤ実装基板２を省略することができ、ＬＥＤ実装基板を１枚、放熱板を２枚の構成とすることも考えられる。ＬＥＤ実装基板が１枚で済むため、生産性の悪化やコストアップの恐れが低い。

前記実施例１では発光面が正方形の例を示した。しかし、照明装置においては必ずしも正方形の発光面が最適ということはなく、長方形が望まれる場合もある。

図３は本発明の発光装置の他の一例を示す図であり、（ａ）は発光装置の層構成を示す図、（ｂ）は深層側および中間層の基板に実装されたＬＥＤの実装位置および導光ロッドの位置を示す図、（ｃ）は表層側の基板の実装図である。
本図は発光面が縦横比１０：６の長方形となるようにした構成例である。使用する高輝度のＬＥＤと小型の表面実装ＬＥＤは前記実施例１と同じ種類のものとする。

高輝度のＬＥＤを同一基板上で横方向に詰めて配置して発光面の縦横比１０：６を実現しようとすると、図３（ｂ）からも読み取れるように、ＬＥＤのリードフレームが干渉してしまい、実装することができない。そこで、高輝度のＬＥＤを横方向により詰めて実装するために、表層側の基板と深層側の基板の間に新たに中間層の基板を設け、高輝度のＬＥＤを深層側と中間層の２枚の基板に分散して実装する。
前記実施例１よりも構造は複雑となるが、基板を３枚とした、いわば３階建ての構造にすることにより、正方格子以外でも実装密度を高く保つことが可能となる。図３の発光装置の発光面の面積は図１と同じであり、扁平率のみが異なる。

２１は深層側に積層されたＬＥＤ実装基板、２３は中間層のＬＥＤ実装基板、２５は表層側のＬＥＤ実装基板である。２０ａ〜２０ｄは高輝度のＬＥＤである。ＬＥＤ２０ａとＬＥＤ２０ｂはＬＥＤ実装基板２１に実装され、ＬＥＤ２０ｃとＬＥＤ２０ｄはＬＥＤ実装基板２３に実装されている。３２は小型の表面実装ＬＥＤであり、ＬＥＤ実装基板２５に実装されている。

ＬＥＤ実装基板２１は、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂの真下にこれらのＬＥＤの放熱部を避ける穴が設けられている。ＬＥＤ２０ａ、２０ｂはこの放熱用の穴の真上に配置されるように位置決めされ、ハンダ付け実装される。

ＬＥＤ実装基板２１には、放熱性を高めるために放熱板２２が設けられている。放熱板２２は、電気的絶縁が必要なところは非接触となるようにするとともにＬＥＤ２０ａ、２０ｂの放熱部と直接伝熱できるように加工された銅板やアルミニウム板製などの放熱板であり、ＬＥＤ実装基板２１と広い面積が接するように合わせられる。
ＬＥＤ２０ａ、２０ｂの放熱部には熱伝導性の良い伝熱材料３１ａ、３１ｂが設けられる。伝熱材料３１ａ、３１ｂは熱抵抗のきわめて小さい放熱シートをＬＥＤ放熱部の形状に合わせてカットしたものであり、この伝熱材料３１ａ、３１ｂによってＬＥＤの放熱部から放熱板２２に直接熱を逃がす構造になっている。

ＬＥＤ実装基板２１の表層側に、ＬＥＤ実装基板２１と広い面積が接するように放熱板２４が重ね合わされ、さらに放熱板２４の表層側にＬＥＤ実装基板２３が設けられている。

ＬＥＤ実装基板２３は、ＬＥＤ２０ｃ、２０ｄの真下にこれらのＬＥＤの放熱部を避ける穴と、高輝度ＬＥＤ２０ａ、２０ｂのレンズ部を避ける逃げ部が設けられている。ＬＥＤ２０ｃ、２０ｄはこの放熱用の穴の真上に配置されるように位置決めされ、ハンダ付け実装される。

放熱板２４は、放熱板２２と同様に、電気的絶縁が必要なところは非接触となるようにするとともにＬＥＤ２０ｃ、２０ｄの放熱部と直接伝熱できるように加工された銅板やアルミニウム板製の放熱板であり、ＬＥＤ実装基板２３と広い面積が接するように合わせられる。
ＬＥＤ２０ｃ、２０ｄの放熱部には、伝熱材料３１ａ、３１ｂと同様に、熱伝導性の良い伝熱材料３１ｃ、３１ｄが設けられる。伝熱材料３１ｃ、３１ｄによってＬＥＤ２０ｃ、２０ｄの放熱部から放熱板２４に直接熱を逃がす構造になっている。

さらに、ＬＥＤ実装基板２３の表層側に、ＬＥＤ実装基板２３と広い面積が接するように放熱板２６が重ね合わされる。さらに放熱板２６の表層側にＬＥＤ実装基板２５が広い面積を接するように重ね合わせられ、放熱板３枚とＬＥＤ実装基板とで隙間なく密着したサンドイッチ構造ができあがる。この状態で隙間が開かないように小ねじ（図示せず）で一体化しておくと密着性が高まる。

放熱板２６は、ＬＥＤ２０ｃ、２０ｄのパッケージに合わせて肩部やリード部の絶縁間隔を加工した銅板やアルミニウム板製などの放熱板である。
この放熱板２６には、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂからの光束を効率よく発光面に到達させるための導光ロッド２７ａ，２７ｂが設けられている。導光ロッド２７ａ、２７ｂはＬＥＤ２０ａ、２０ｂの光軸上に一致するように加工されており、光硬化型の接着剤や、エポキシ系樹脂にてＬＥＤ実装基板２５に接着されている。導光ロッド２７ａ、２７ｂは硝子の円柱形状で、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂのレンズ部と同径でかつレンズ部に接するか近傍に配置される。

ＬＥＤ実装基板２５は、図３（ｃ）に示すように、丸い逃げ部が４箇所（２５ａ〜２５ｄ）設けられている。逃げ部２５ｃ、２５ｄはＬＥＤ２０ｃ、２０ｄのレンズ部のみが直接顔を出し、逃げ部２５ａ、２５ｂは導光ロッド２７ａ、２７ｂが高さを揃えて顔を出す。
これら逃げ部２５ａ〜２５ｄの間のリブに、小型の表面実装ＬＥＤ３２ができるだけ多く実装される。本実施例では、逃げ部２５ａと２５ｂの間に２個、逃げ部２５ｃと２５ｄの間に２個、さらに、発光面の右下および左上に位置する部分に４個ずつ、合計１２個の表面実装ＬＥＤ３２が実装されている。表面実装ＬＥＤ３２をこのようにＬＥＤ実装基板２５上に配置することにより、ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの非発光部分に相当する部分を表面実装ＬＥＤ３２でうめることができる。

こうして基板と放熱板を互い違いに組合せてユニットとし、放熱板２２にはペルチェ素子２８の冷却側を固定し、ペルチェ素子２８の加熱側にはヒートシンク２９を密着させる。そして、ＬＥＤ実装基板２５からヒートシンク２９までを断熱性の良いねじ３０で固定する。
なお、各層間に、放熱性の良いシリコングリースを薄く塗布したり、薄い伝熱シートなどを介在させると、密着性が良くなりさらに高い放熱性を得ることができる。

３３は入射した光を均一化する均一化素子である。３３ａは均一化素子３３の断面形状である。前記実施例１と異なり本実施例では発光面が長方形であるため、均一化素子３３も断面形状が長方形のものを採用する。

ところで、ＬＥＤ（２０ａ〜２０ｄ）を高密度に実装するために層数を増やしてＬＥＤの実装密度を上げても、均一化素子３３の入射端面からＬＥＤまでの距離が離れると、均一化素子３３の入射端面まで到達するＬＥＤの放射角は狭くなってしまう。すると、ＬＥＤ正面の僅かな範囲の光束しか均一化素子３３の入射端面に到達せず、有効な光として取り出せる量は増えないことになってしまう。
そこで、このような３層の構造を実現するために導光ロッド２７を用いている。導光ロッド２７をＬＥＤ２０ａ、２０ｂの直近まで寄せることで、取り込み角を大きくし、２倍以上の光束を得ている。

それでも、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂから光が漏れ、導光ロッド２７ａ、２７ｂに入りきらない光束も少なくない。

図４は、図３に示した発光装置の構造においてＬＥＤから導光ロッドへの光束の漏れを説明する図である。本図は、ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄ、ＬＥＤ実装基板２１，２３，２５、導光ロッド２７ａ、２７ｂを抜き出して記載したものである。

図４（ａ）では、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂからの光束のうち、一部の光Ｌ１は導光ロッド２７ａ、２７ｂに入射せず、導光ロッド２７ａ、２７ｂの外部に漏れてしまっている。また、ＬＥＤ２０ｃ、２０ｄについても、一部の光Ｌ２は均一化素子３３に入射せず、均一化素子３３の外部に漏れてしまっている。

そこで、図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂのレンズ部と導光ロッド２７ａ、２７ｂの間にチューブ状の内面反射筒４０ａ、４０ｂを入れれば、ＬＥＤ２０ａ、２０ｂからの光はほぼ漏れなく導光ロッド２７ａ、２７ｂに導かれる。この内面反射筒４０ａ、４０ｂは反射率の良いアルミ合金やステンレス合金の薄板で形成され、ほぼ全周を覆い更にばね性を持たせることでＬＥＤ２０ａ、２０ｂの光軸と導光ロッド２７ａ、２７ｂの光軸に習って自動調芯された位置で安定する。
また、内面反射筒４０ａ、４０ｂを導光ロッド２７ａ、２７ｂの出射端まで伸ばし、導光ロッド２７ａ、２７ｂを省略してもよい。

さらに、ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄから漏れる光Ｌ１，Ｌ２を均一化素子３３に入れるために、均一化素子３３の周辺をほぼ全周覆うようにスカート４１を着けてもよい。このようなスカート４１を設ければ、ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄから漏れる光Ｌ１，Ｌ２を反射板で反射させ均一化素子３３内に取り込むことができる。この反射板４１は内面反射筒４０ａ、４０ｂと同じ方法で作られる。スカート４１は均一化素子３３に接着しても良い。

このように、導光ロッドと反射板を設ければ、３層構造に限らず、通常の１層、２層構造であっても、従来漏れてしまい利用できなかった光を利用可能な光として集光することが可能となる。

以上のように構成することで、前記実施例１と同様に、高輝度ＬＥＤ４個、表面実装ＬＥＤ１２個が実装可能である。扁平率を変更しても単位面積当たりの光束を同じにすることができる。

図１は本発明の発光装置の一実施例を示す図。 図２は、図１の発光装置の変形例を示す図。 図３は本発明の発光装置の他の一例を示す図。 図４は、図３に示した発光装置の構造においてＬＥＤから導光ロッドへの光束の漏れを説明する図。 図５は従来の発光装置の一例を示す図。

符号の説明

１ａ〜１ｄ 高輝度ＬＥＤ
２ ＬＥＤ実装基板
３ 放熱板
４ ペルチェ素子
５ ヒートシンク
６ 伝熱素材
７ ねじ
８ 均一化素子
９ 均一化素子の断面形状
１０ ＬＥＤ実装基板
１０ａ〜１０ｄ 逃げ部
１１ 表面実装ＬＥＤ
１２ 放熱板
２０ａ〜２０ｄ 高輝度ＬＥＤ
２１ ＬＥＤ実装基板（深層側）
２３ ＬＥＤ実装基板（中間層）
２５ ＬＥＤ実装基板（表層側）
２２，２４，２６ 放熱板
２５ａ〜２５ｄ 逃げ部
２７ａ、２７ｂ 導光ロッド
２８ ペルチェ素子
２９ ヒートシンク
３０ ねじ
３１ａ〜３１ｄ 伝熱素材
３２ 表面実装ＬＥＤ
３３ 均一化素子
３３ａ 均一化素子の断面形状
４０ａ、４０ｂ 内面反射筒
４１ スカート
Ｌ１、Ｌ２ 漏れ光

Claims (8)

1. 複数の発光素子により面状の光源を形成する発光装置において、
   前記複数の発光素子は、階層状に積層された複数の基板に分散して実装されたことを特徴とする発光装置。
2. 前記複数の基板のうちより表層側に積層された基板は、その基板よりも深層側に積層された基板に実装された発光素子から出力された光を発光面まで到達させる逃げ部を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記複数の発光素子は、異なる種類の発光素子から構成され、
   発熱量の小さい発光素子はより表層側に積層された基板に実装され、
   発熱量の大きい発光素子は前記発熱量の小さい発光素子が実装された基板よりも深層側に積層された基板に実装されることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記複数の発光素子は、異なる種類の発光素子から構成され、
   形状の大きい発光素子はより深層側に積層された基板に実装され、
   形状の小さい発光素子は、前記形状の大きい発光素子が実装された基板よりも表層側に積層された基板において、前記形状の大きい発光素子の周辺に相当する位置に実装されることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
5. 前記複数の基板は、高い熱伝導特性を有する放熱板がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発光装置。
6. 最も表層側に積層された基板以外の基板に実装された発光素子からの光束を発光面まで到達させる導光部材が設けられたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の発光装置。
7. 最も表層側に積層された基板の直近に設置され、入射した光を均一化する均一化素子が設けられたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の発光装置。
8. 最も深層側に積層された基板に、前記発光素子から発生する熱を冷却する冷却部が設けられたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の発光装置。

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