JP2009104998A - 光源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のガラス封止ＬＥＤから生じる熱を的確に放散することのできる光源装置を提供する。
【解決手段】複数のガラス封止ＬＥＤ２が搭載される線状光源部３と、線状光源部３が端面に接続される放熱板４１を有する放熱部４と、線状光源部３及び放熱部４と間隔をおいて形成される外壁５ａ、外壁５ａと放熱部４とを接続する支持部５ｂ、及び、外壁５ａに形成された通気口５ｃを有するケース５と、を備え、装置を薄型としつつ、ケースの放熱性能を格段に向上させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のガラス封止ＬＥＤが搭載される線状光源部を備えた光源装置に関する。
従来から、複数の発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）素子を細長い配線基板に搭載し、各ＬＥＤを配線基板上にて樹脂封止材で封止した線状光源が知られている（例えば、特許文献１の段落[０００５]参照）。しかしながら、この線状光源では、各ＬＥＤ素子にて生じる熱に起因して、樹脂封止材が劣化により黄変して光量が経時的に低下したり、配線基板と樹脂封止材とが剥離して電気的不具合を生ずるといった問題点がある。
この問題点を解決すべく、配線基板と、配線基板上に配列した複数のＬＥＤ素子と、配線基板上に形成しＬＥＤ素子を被覆するガラス材と、を備えた線状光源が提案されている（例えば、特許文献１の段落[００２１]参照）。特許文献１には、従来の樹脂よりガラスは熱伝導率が５倍程度大きいので発光素子（ＬＥＤ素子）の熱を外へ放熱する量が増えて発光素子（ＬＥＤ素子）の温度上昇を抑えることができる、と記載されている。
特開２００６−３４４４５０号公報
しかしながら、ガラス及び樹脂の熱伝導率は金属等の熱伝導率に比べて極めて小さく、特許文献１の線状光源においては、ガラスの熱伝導率が樹脂よりも大きいとはいえ、封止材による放熱性能が低いことに変わりはない。すなわち、特許文献１の線状光源は、従来の樹脂封止の線状光源に対し放熱性に関して改善が図られておらず、装置全体として許容される各ＬＥＤ素子の発熱量は従来の樹脂封止の線状光源と同等である。従って、特許文献１の線状光源では、封止材をガラスとすることにより、封止材についてはＬＥＤ素子の発熱量の増大が許容されるにもかかわらず、装置全体としてはＬＥＤ素子の放熱性に問題があるため、結局はＬＥＤ素子に熱的負荷が加わってしまう。このため、各ＬＥＤ素子の光量を増大させたり各ＬＥＤ素子を密集させるなど発熱量が増大する構成をとることができず、各ＬＥＤ素子の性能を十分に引き出すことができない。
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数のガラス封止ＬＥＤから生じる熱を的確に放散することのできる光源装置を提供することにある。
本発明によれば、複数のガラス封止ＬＥＤが搭載される線状光源部と、前記線状光源部が端面に接続される放熱板を有する放熱部と、前記線状光源部及び前記放熱部と間隔をおいて形成される外壁、前記外壁と前記放熱部とを接続する支持部、及び、前記外壁に形成された通気口を有するケースと、を備える光源装置が提供される。
また、上記光源装置において、前記支持部及び前記通気口は、前記外壁の一部を前記ケースの内側へ曲げることにより形成されることが好ましい。
また、上記光源装置において、前記ケースは、前記放熱部よりも熱伝導率が小さいことが好ましい。
また、上記光源装置において、前記ケースの前記外壁は、前記放熱板と平行な一対の側壁を有し、前記支持部及び前記通気口は、少なくとも一方の前記側壁に形成される構成としてもよい。
また、上記光源装置において、前記ケースは、前記各側壁と連続して形成され前記放熱板における前記線状光源部と反対側の端部を支持する底壁を有する構成としてもよい。
また、上記光源装置において、前記底壁は、前記各側壁との接続部分よりも前記放熱板の支持部分が前記ケースの内側となるよう形成される構成としてもよい。
また、上記光源装置において、前記放熱部は、前記放熱板に固定される固定部と、前記固定部と連続的に形成され、前記線状光源部から離れる方向へ延び、前記線状光源部から発せられる光を反射する反射鏡部と、を含む反射鏡板を有する構成としてもよい。
また、上記光源装置において、前記ケースの前記外壁に固定され、前記線状光源部から発せられる光を光学的に制御するレンズを備える構成としてもよい。
本発明の光源装置によれば、線状に配置された複数のガラス封止ＬＥＤから生じる熱を的確に放散することができる。
図１から図８は本発明の第１の実施形態を示し、図１は光源装置の外観斜視図である。
図１に示すように、光源装置１は、複数のガラス封止ＬＥＤ２が上面３ａに搭載される線状光源部３と、線状光源部３の下面３ｂに接続され線状光源部３から下方向へ延びる放熱板４１を有する放熱部４と、を備えている。また、光源装置１は、線状光源部３の左右方向外側に線状光源部３と間隔をおいて形成される一対の側壁５ａと、各側壁５ａと放熱部４とを接続する支持部５ｂと、各側壁５ａに形成され各側壁５ａの左右方向内外を連通する通気口５ｃと、を有するケース５を備えている。
図２は光源装置の分解斜視図である。図２では、説明のため、ケースについては省略して図示している。
図２に示すように、放熱部４は、金属からなり板面を左右に向けた放熱板４１と、金属からなる一対の反射板４２と、を有している。各反射板４２は、放熱板４１の左右方向外側に配置され、リベット６により放熱板４１と重なった状態で固定される。放熱板４１にはリベット６が挿通する挿通孔４１ａが、各反射板４２には、リベット６が挿通する挿通孔４２ｃが、それぞれ形成されている。線状光源部３は、放熱板４１と左右方向寸法が同じであり、放熱板４１の上側の端面にはんだ材（図示せず）を介して固定される。
図３は線状光源部の外観斜視図である。
図３に示すように、線状光源部３は、前後方向へ延びる実装基板３１と、実装基板３１の上面３ａに一列に実装される複数のガラス封止ＬＥＤ２と、を有している。本実施形態においては、計８つのガラス封止ＬＥＤ２が電気的に直列に実装されている。各ガラス封止ＬＥＤ２は、それぞれ、セラミック基板２１上に３つのＬＥＤ素子２２が前後方向に並んで搭載され、各ＬＥＤ素子２２が電気的に直列に接続されている。各ＬＥＤ素子２２は、順方向が４．０Ｖ、順電流が１００ｍＡの場合に、ピーク波長が４６０ｎｍの光を発する。この線状光源部３は、計２４個のＬＥＤ素子２２が直列に接続されていることから、家庭用のＡＣ１００Ｖの電源を利用すると、各ＬＥＤ素子２２に約４．０Ｖの順方向電圧が印加され、各ＬＥＤ素子２２が所期の動作をするようになっている。
図４は線状光源部の縦断面図である。
図４に示すように、ガラス封止ＬＥＤ２は、フリップチップ型のＧａＮ系半導体材料からなるＬＥＤ素子２２と、ＬＥＤ素子２２を搭載するセラミック基板２１と、セラミック基板２１に形成されＬＥＤ素子２２へ電力へ供給するための回路パターン２４と、ＬＥＤ素子２２をセラミック基板２１上にて封止するガラス封止部２３と、を備えている。
ＬＥＤ素子２２は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる成長基板の表面に、III族窒化物系半導体をエピタキシャル成長させることにより、バッファ層と、ｎ型層と、ＭＱＷ層と、ｐ型層とがこの順で形成されている。このＬＥＤ素子２２は、７００℃以上でエピタキシャル成長され、その耐熱温度は６００℃以上であり、低融点の熱融着ガラスを用いた封止加工における加工温度に対して安定である。また、ＬＥＤ素子２２は、ｐ型層の表面に設けられるｐ側電極と、ｐ側電極上に形成されるｐ側パッド電極と、を有するとともに、ｐ型層からｎ型層にわたって一部をエッチングすることにより露出したｎ型層に形成されるｎ側電極を有する。ｐ側パッド電極とｎ側電極には、それぞれバンプ２５が形成される。本実施形態においては、ＬＥＤ素子２２は、厚さ１００μｍで３４６μｍ角に形成される。
セラミック基板２１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の多結晶焼結材料からなり、厚さ方向（上下方向）寸法が０．２５ｍｍ、長手方向（前後方向）寸法が３．２５ｍｍ、幅方向（左右方向）寸法が０．９ｍｍに形成される。図４に示すように、回路パターン２４は、セラミック基板２１の上面に形成されてＬＥＤ素子２２と電気的に接続される上面パターン２４ａと、セラミック基板２１の下面に形成されて実装基板３１と電気的に接続される電極パターン２４ｂと、上面パターン２４ａと電極パターン２４ｂを電気的に接続するビアパターン２４ｃと、を有している。電極パターン２４ｂはセラミック基板２１の長手方向両端に形成され、一方が正電極、他方が負電極をなす。また、セラミック基板２１の裏面における各電極パターン２４ｂの間には、放熱パターン２６が形成される。
上面パターン２４ａ、電極パターン２４ｂ及び放熱パターン２６は、セラミック基板２１の表面に形成されるＷ層と、Ｗ層の表面を覆う薄膜状のＮｉメッキ層と、Ｎｉメッキ層の表面を覆う薄膜状のＡｇメッキ層と、を含んでいる。ビアパターン２４ｃは、Ｗからなり、セラミック基板２１を厚さ方向に貫通するビアホールに設けられる。本実施形態においては、電極パターン２４ｂ及び放熱パターン２６は、平面視にて矩形状に形成される。各電極パターン２４ｂは、セラミック基板２１の長手方向に０．４ｍｍ、セラミック基板２１の幅方向に０．６５ｍｍの寸法となるよう形成される。また、放熱パターン２６は、セラミック基板２１の長手方向に１．８ｍｍ、セラミック基板２１の幅方向に０．６５ｍｍの寸法となるよう形成される。各電極パターン２４ｂと放熱パターン２６は、セラミック基板２１の長手方向に０．２ｍｍ離れて形成されている。本実施形態においては、放熱パターン２６は、平面視にて各ＬＥＤ素子２２と重なるように、各ＬＥＤ素子２２の真下に形成されている。
ガラス封止部２３は、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５−Ｎａ２Ｏ−Ｌｉ２Ｏ系の熱融着ガラスからなる。尚、ガラスの組成はこれに限定されるものではなく、例えば、熱融着ガラスは、Ｌｉ２Ｏを含有していなくてもよいし、任意成分としてＺｒＯ２、ＴｉＯ２等を含んでいてもよい。図４に示すように、ガラス封止部２３は、セラミック基板２１上に直方体状に形成され、セラミック基板２１の上面からの高さが０．５ｍｍとなっている。ガラス封止部２３の側面は、ホットプレス加工によってセラミック基板２１と接着された板ガラスが、セラミック基板２１とともにダイサー(dicer)でカットされることにより形成される。また、ガラス封止部２３の上面は、ホットプレス加工によってセラミック基板２１と接着された板ガラスの一面である。この熱融着ガラスは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４９０℃、屈伏点（Ａｔ）が５２０℃、１００℃〜３００℃における熱膨張率（α）が６×１０−６／℃、屈折率が１．７となっている。
また、ガラス封止部２３に蛍光体２３ａが分散されている。蛍光体２３ａは、ＭＱＷ層から発せられる青色光により励起されると、黄色領域にピーク波長を有する黄色光を発する黄色蛍光体である。本実施形態においては、蛍光体２３ａとしてＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体が用いられる。尚、蛍光体２３ａは、珪酸塩蛍光体や、ＹＡＧと珪酸塩蛍光体を所定の割合で混合したもの等であってもよい。
図４に示すように、実装基板３１は、金属からなる基板本体３２と、基板本体３２上に形成され樹脂からなる絶縁層３３と、絶縁層３３上に形成され金属からなる回路パターン３４と、回路パターン３４上に形成され樹脂からなるレジスト層３５と、を有している。
基板本体３２は、例えば銅（熱伝導率：３８０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）からなり、各ガラス封止ＬＥＤ２の放熱パターン２６とはんだ材３６を介して接続される。絶縁層３３は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等からなり、導電性を有する基板本体３２と回路パターン３４との絶縁を図る。回路パターン３４は、例えば表面（上面）に薄膜状の金を有する銅からなり、各ガラス封止ＬＥＤ２の電極パターン２４ｂとはんだ材３７を介して接続される。レジスト層３５は、例えば酸化チタンのフィラーが混入されたエポキシ系の樹脂からなり白色を呈する。これにより、線状光源部３の上面３ａの反射率の向上が図られている。
図５は実装基板の上面図である。
実装基板３１は、長手方向が８９．５ｍｍ、幅方向が１．０ｍｍ、厚さ方向が１．０ｍｍに形成される。すなわち、実装基板３１は、上面３ａに搭載されるガラス封止ＬＥＤ２よりも幅方向寸法が僅かに大きい。図５に示すように、実装基板３１は、長手方向（前後方向）両端に回路パターン３４が露出する第１パターン露出部３１ａを有する。本実施形態においては、実装基板３１の長手方向両端に、幅方向（左右方向）に間隔をおいて一対の第１パターン露出部３１ａが形成される。各第１パターン露出部３１ａは、前後方向へ延びる矩形状に形成される。
また、実装基板３１は、ガラス封止ＬＥＤ２が搭載される部位に、回路パターン３４が露出する第２パターン露出部３１ｂと、基板本体３２が露出する放熱用露出部３１ｃと、を有する。第２パターン露出部３１ｂはガラス封止ＬＥＤ２の電極パターン２４ｂに対応して形成され、放熱用露出部３１ｃはガラス封止ＬＥＤ２の放熱パターン２６に対応して形成される。放熱用露出部３１ｃは実装基板３１の幅方向中央にて長手方向へ延び、放熱用露出部３１ｃの長手方向外側に一対の第２パターン露出部３１ｂが形成されている。各放熱用露出部３１ｃ及び各第２パターン露出部３１ｂは、各ガラス封止ＬＥＤ２の放熱パターン２６及び各電極パターン２４ｂと平面視にて同寸法に形成される。本実施形態においては、隣接する放熱用露出部３１ｃ同士の中央部間の距離は１１．５ｍｍであり、長手方向両端の放熱用露出部３１ｃの中央部における実装基板３１の長手方向端部からの距離は４．５ｍｍである。、
図６は光源装置の正面図である。
図６に示すように、放熱部４の放熱板４１は左右方向寸法が実装基板３１と同じであり、実装基板３１及び放熱板４１の左右側面は面一となっている。具体的に、放熱板４１の厚さは１．０ｍｍである。実装基板３１と放熱板４１は、図示しないはんだ材により接合されている。また、放熱板４１の下端は、ケース５の底壁５ｄから離隔している。本実施形態においては、放熱板４１は銅により形成される。
各反射板４２は、厚さが０．５ｍｍのアルミニウム（熱伝導率：２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）により形成される。各反射板４２は、放熱板４１の側面に固定される固定部４２ａと、固定部４２ａと連続的に形成され線状光源部３から離れる方向へ延び線状光源部３から発せられる光を反射する反射鏡部４２ｂと、を有する。本実施形態においては、反射鏡部４２ｂは、固定部４２ａの上端から左右方向外側へ傾斜して斜め上方へ延びる。固定部４２ａは、平板状に形成され、上端が実装基板３１の上面と同じ高さで放熱板４１の下面と同じ高さに形成される。各反射板４２は、固定部４２ａの左右内側が実装基板３１及び放熱板４１と当接した状態で、リベット６により放熱板４１に固定される。
各反射鏡部４２ｂは、正面視にて、内面がガラス封止ＬＥＤ２のＬＥＤ素子２２を焦点とする放物線形状に形成されている。これにより、ガラス封止ＬＥＤ２から出射された光のうち、各反射鏡部４２ｂの内面へ入射するものについては上方へ向かうよう反射する。反射鏡部４２ｂは、上端がケース５の側壁５ａの上端と同じ高さとなるよう形成される。本実施形態においては、反射鏡部４２ｂの外面の上端側は、ケース５の側壁５ａと当接している。
ケース５は、放熱部４よりも熱伝導率の小さな部材により構成される。ケース５は、例えばステンレス鋼（熱伝導率：２５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）からなり、線状光源部３及び放熱部４の幅方向外側を覆う外壁としての一対の側壁５ａと、各側壁５ａの下端を連結し線状光源部３及び放熱部４の下側を覆う底壁５ｄと、を有する。ケース５は、ガラス封止ＬＥＤ２の光がケース５から上方へ出射されるように上側が開放されている。
図７は図６のＡ−Ａ断面図である。
図７に示すように、各側壁５ａの一部を左右内側へ曲げることにより、各側壁５ａと放熱部４とを接続する複数の支持部５ｂが形成される。各支持部５ｂは、側壁５ａから左右内側へ延びる延在部５ｂ１と、延在部５ｂ１の先端から前後方向外側へ延びる当接部５ｂ２と、を有する。本実施形態においては、１つの側壁５ａに前後方向に間隔をおいて計４つの支持部５ｂが形成され、前後中央より前側に位置する２つの支持部５ｂの当接部５ｂ２が前方へ延び、前後中央より後側に位置する２つの支持部５ｂの当接部５ｂ２が後方へ延びている。また、各支持部５ｂは、２つのガラス封止ＬＥＤ２あたり１つ設けられており、前後方向についてガラス封止ＬＥＤ２の中間にて放熱部４と接続されている。
図８は光源装置の側面図である。
図８に示すように、各支持部５ｂは、反射板４２の固定部４２ａよりも上下に短く形成され、固定部４２ａの上下中央側にて放熱部４を支持する。また、各側壁５ａには支持部５ｂの形成に伴って通気口５ｃが形成される。各通気口５ｃは、上下に延びる矩形状に形成される。
以上のように構成された光源装置１では、線状光源部３の第１パターン露出部３１ａに電圧を印加すると、各ガラス封止ＬＥＤ２の各ＬＥＤ素子２２から青色光が発せられる。そして、青色光の一部が蛍光体２３ａにより黄色に変換され、各ガラス封止ＬＥＤ２からは青色光と黄色光の組合せにより白色光が発せられる。各ガラス封止ＬＥＤ２は実装基板３１に前後方向に並べられているので線状光源部３は線状に発光する。本実施形態においては、各ガラス封止ＬＥＤ２の内部においても複数のＬＥＤ素子２２が前後方向に並べられているので、線状光源部３をはじめ装置全体を左右方向に薄型とすることができる。
ガラス封止ＬＥＤ２から発せられた白色光のうち、反射板４２の内面へ入射するものは当該内面にて反射して上方へ向かうよう制御される。これにより、左右方向に所定の幅をもった白色光が光源装置１から外部へ照射される。尚、ガラス封止ＬＥＤ２から発せられた白色光のうち、僅かながら実装基板３１へ入射するものも存在するが、白色のレジスト層３４の表面で反射するので光学的な損失は殆どない。
ここで、ＬＥＤが従来のように樹脂封止であれば、光のみならず熱によっても黄変等の劣化が生じるため、経時的に光量低下や色度変化が生じる。また、封止材の熱膨張率が大きい（例えば、シリコーンでは１５０〜２００×１０−６／℃）ことにより、温度変化による膨張収縮が生じるため、ＬＥＤ素子等の電気接続箇所にて断線が生じてしまう。
これに対し、本実施形態のようなガラス封止であれば、光や熱に対して劣化がなく、また熱膨張率がＬＥＤ素子２２と比較的近い値であるため、電気的断線が生じない。尚、ガラスは低融点のガラスに限定されず、例えば、アルコキシドを出発原料として形成されるゾルゲルガラスであってもよい。
また、各ガラス封止ＬＥＤ２の各ＬＥＤ素子２２にて生じた熱は、放熱パターン２６を介して基板本体３２に伝達される。このとき、ガラス封止ＬＥＤ２の各ＬＥＤ素子２２は、放熱パターン２６の形成部位の真上に位置しており、さらに熱抵抗が大きな絶縁層２３を介さず基板本体３２と接合されているので、各ＬＥＤ素子２２にて生じた熱は的確に放熱パターン２６から基板本体３２へ伝達される。そして、基板本体３２へ伝達された熱は、放熱部４の放熱板４１へ伝達される。このとき、基板本体３２及び放熱板４１は、ともに熱伝導率の比較的高い銅により形成され金属材料で接合されていることから、これらの間でスムースに熱が伝達される。放熱板４１へ伝達された熱は、さらに反射板４２へと伝達されて反射板４２の表面から空気中に放散される。
反射板４２は、放熱板４１と当接する固定部４２ａに加えて、光学的な制御のための反射鏡部４２ｂが形成されていることから、放熱部４と空気との接触面積を大きくすることができ、高い放熱効果を得ることができる。また、ケース５の側壁５ａに通気口５ｃが形成されていることから、ケース５の内側と外側とで空気が流出入しやすく、放熱部４における空気との熱交換を促進することができる。
ここで、放熱板４１は、板面を線状光源部３の幅方向（左右方向）に向けているため、光源装置１の幅方向寸法を拡げることなく、ケース５内に放熱用の空間が確保される。従って、装置全体を幅方向に狭いコンパクトな構成としつつ、所定の放熱性能が担保されている。
このように、本実施形態の光源装置１によれば、線状光源部３の放熱性能を格段に向上させて、線状に配置された複数のガラス封止ＬＥＤから生じる熱を的確に放散することができる。従って、各ＬＥＤ素子２２の光量を増大させたり各ＬＥＤ素子２２を密集させるなど発熱量が増大する構成をとることができ、各ＬＥＤ素子２２の性能を十分に引き出すことができる。
ここで、仮に放熱板４１が存在しない構成とすると、ＬＥＤ素子２２の温度が信頼性に影響を及ぼす程度に上昇するおそれがある。信頼性に影響を及ぼす温度は、ＬＥＤ素子２２によって異なるが、例えば１５０℃以上、２００℃以上等である。また、ＬＥＤ素子２２は、高温になるほど発光効率が低下するため、ＬＥＤ素子２２の温度が過度に上昇すると安定した光量を得ることができない。また、実装基板３１そのもので放熱性能を確保しようとしても、実装基板３１の厚さは製造上の要件により制限される（例えば、幅寸法の２倍程度）ので、放熱面積が小さくなってしまう。これにより、ＬＥＤ素子２２への供給電力が制限され、大光量を得ることができない。
これに対し、本実施形態のように放熱板４１を備えることにより、ＬＥＤ素子２２自体の信頼性に影響が生じず大光量を得るものとできる。尚、放熱板４１は、ＬＥＤ素子２２自体の信頼性に影響がない範囲で高温になっており、雰囲気温度との差によって放熱効果を得ている。
また、電極パターン２４ｂの形成された線状光源部３を、放熱板４１の端面と接続する構成としたため、例えば所望の光量を得る回路構成とする際には光源の回路パターン２４ｂのみ変更すれば良い。そして、この効果は、単に放熱板４１にＬＥＤ素子２２をマウントした場合は得られない。
また、ケース５の各側壁５ａは線状光源部３と間隔をおいて配置されているので、線状光源部３から直接的に熱が伝わることはない。反射板４２の固定部４２ａと側壁５ａは支持部５ｂにより接続されているものの、支持部５ｂは反射板４２よりも熱伝導率の小さいステンレス鋼により形成されているため、反射板４２から側壁５ａへの熱の伝達が抑制される。従って、ケース５の温度上昇を抑制することができ、例えば、ケース５を手で直接把持しても安全である。
さらに、支持部５ｂによりケース５の側壁５ａと放熱部４とが接続されるので、放熱部４を側壁５ａに対して左右方向について位置決めすることができる。また、支持部５ｂを側壁５ａの一部を曲げることにより形成したので、部品点数を低減するとともに、ケース５を簡単容易に作製することができ、製造コストの低減を図ることができる。
尚、第１の実施形態においては、放熱部４の下端とケース５の底壁５ｄとが離隔した光源装置１を示したが、放熱部４の下端とケース５の底壁５ｄとを接触させ、放熱部４がケース５に対して上下方向に位置決めされるようにしてもよい。図９及び図１０は第１の実施形態の変形例を示す光源装置の正面図である。
図９の光源装置１０１は、ケース５の底壁１０５ｄの形状が第１の実施形態の発光装置１と異なっている。図９に示すように、この光源装置１０１の底壁１０５ｄは、各側壁５ａとの接続部分よりも放熱板４１の支持部分が上方となるよう形成されている。底壁１０５ｄの上面には、放熱部４を受容する溝状の支持部１０５ｅが前後方向にわたって形成されている。ここで、底壁１０５ｄの支持部１０５ｅは、放熱部４と直接接しているので熱が伝わり易いが、底壁１０５ｄの他の部分よりも上方に位置し、ケース５の外部から直接触れ難い構成となっている。
図１０の光源装置２０１も、底壁２０５ｄが各側壁５ａとの接続部分よりも放熱板４１の支持部分が上方となるよう形成されている。底壁２０５ｄの上面には、放熱部４と当接する平坦な支持部２０５ｅが前後方向にわたって形成されている。また、ケース５の各側面２０５ａの上端には、左右内側へ突出する爪部２０５ｇが形成される。爪部２０５ｇの内面は、下方へ向かって左右内側へ傾斜するテーパ面をなしている。また、爪部２０５ｇの下面は、反射板４２の反射鏡部４２ｂの上端面と当接する。
この光源装置２０１では、製造時に、線状光源部３が搭載された放熱部４を、爪部２０５ｇのテーパ面に反射鏡部４２ｂの外面を当接させて各側壁５ａを弾性変形により拡開させつつケース５内へ挿入し、放熱部４の下端を支持部２０５ｅに接触させる。そして、放熱部４の上端面が爪部２０５ｇの下面よりも下方へ移動した際に、各側壁５ａが弾性力により元の位置に復帰し、爪部２０５ｇの下面により各反射鏡部４２の上端面が規制されるようになっている。従って、放熱部４のケース５に対する組み付けが容易であるし、放熱部４のケース５に対する位置決めをさらに的確に行うことができる。尚、放熱部４をケース５内へ挿入し易いように、各支持部５ｂの左右内側の面もテーパ状に形成しておくことが好ましい。
図１１から図１３は本発明の第２の実施形態を示し、図１１は光源装置の外観斜視図である。
図１１に示すように、光源装置３０１は、複数のガラス封止ＬＥＤ２が上面３ａに搭載される線状光源部３と、線状光源部３の下面３ｂに接続され線状光源部３から下方向へ延びる放熱板４１を有する放熱部３０４と、を備えている。また、光源装置３０１は、線状光源部３の左右方向外側に線状光源部３と間隔をおいてそれぞれ配置される一対の側壁３０５ａと、各側壁３０５ａと放熱部３０４とを接続する支持部３０５ｂと、各側壁３０５ａに形成され各側壁３０５ａの左右方向内外を連通する通気口３０５ｃと、を有するケース３０５を備えている。さらに、光源装置３０１は、ケース３０５の各側壁３０５ａに固定され線状光源部３から発せられる白色光を光学的に制御するレンズ３０９を備えている。
図１２は光源装置の正面図である。
図１２に示すように、本実施形態においては、放熱部４は放熱板４１のみからなり、線状光源部３から発せられる白色光はレンズ３０９により光学的に制御される。線状光源部３及び放熱板４１の構成は第１の実施形態の光源装置１と同様である。
レンズ３０９は、例えばアクリル樹脂からなり、線状光源部３の長手方向に沿って延びるシリンドリカルタイプである。図１２に示すように、レンズ３０９は、線状光源部３からの白色光が入射する入射部３９１と、入射部３９１からレンズ３０９内に入射した光を反射する反射面３９２と、レンズ３０９内の光を外部へ出射する出射面３９３と、ケース３０５の側壁３０５ａと嵌合する嵌合部３９４と、を有する。
入射部３９１は、レンズ３０９の下部にて上方へ凹む凹状を呈し、線状光源部３の上方を覆うよう形成される。入射部３９１は、線状光源部３の真上に形成され下方へ向かって凸の湾曲面３９１ａと、湾曲面３９１ａの幅方向両端から下方へ延びる一対の平坦面３９１ｂと、を有する。反射面３９２は、レンズ３０９の左右側部に形成され、正面視にて、ガラス封止ＬＥＤ２のＬＥＤ素子２２を焦点とする放物線形状を呈する。嵌合部３９４は、反射面３９２の上端に左右方向外側へ突出するよう形成され、ケース３０５の側壁３０５ａの上端側に形成された凹部３０５ｈに嵌め込まれている。出射面３９３は、レンズ３０９の上部にて平坦に形成される。本実施形態においては、レンズ３０９によりケース５の上側が塞がれ、レンズ３０９、各側壁３０５ａ及び底壁３０５ｄにより閉断面をなしている。
ケース３０５は、例えばステンレス鋼からなり、線状光源部３及び放熱部３０４の幅方向外側を覆う一対の側壁３０５ａと、各側壁３０５ａの下端を連結し線状光源部３及び放熱部３０４の下側を覆う底壁３０５ｄと、を有する。底壁３０５ｄは、各側壁３０５ａとの接続部分よりも放熱板４１の支持部分が上方となるよう形成されている。底壁３０５ｄの上面には、放熱部３０４を受容する溝状の支持部３０５ｅが前後方向にわたって形成されている。
また、各側壁３０５ａの一部を左右内側へ曲げることにより、各側壁３０５ａと放熱部３０４とを接続する複数の支持部３０５ｂが形成される。各支持部３０５ｂは、側壁３０５ａから左右内側へ延びる延在部３０５ｂ１と、延在部３０５ｂ１の先端から下方へ延びる当接部３０５ｂ２と、を有する。延在部３０５ｂ１は、正面視にて湾曲して形成され、側壁３０５ａから斜め下方へ延びる。
図１３は光源装置の側面図である。
図１３に示すように、各支持部３０５ｂは、前後方向に等間隔で形成される。また、各支持部３０５ｂは、２つのガラス封止ＬＥＤ２あたり１つ設けられており、前後方向についてガラス封止ＬＥＤ２の中間にて放熱部３０４と接続されている。
各側壁３０５ａには支持部３０５ｂの形成に伴って通気口３０５ｃが形成される。各通気口３０５ｃは、上下に延びる矩形状に形成される。
以上のように構成された光源装置３０１では、線状光源部３の第１パターン露出部３１ａに電圧を印加すると、各ガラス封止ＬＥＤ２から白色光が発せられて線状光源部３は線状に発光する。本実施形態においても、各ガラス封止ＬＥＤ２の内部においても複数のＬＥＤ素子２２が前後方向に並べられているので、線状光源部３をはじめ装置全体を左右方向に薄型とすることができる。
ガラス封止ＬＥＤ２から発せられた白色光のうち、レンズ３０９の反射面３９２へ入射するものは当該反射面３９２にて反射して上方へ向かうよう制御される。これにより、左右方向に所定の幅をもった白色光が光源装置３０１から外部へ照射される。
また、各ガラス封止ＬＥＤ２の各ＬＥＤ素子２２にて生じた熱は、放熱パターン２６を介して基板本体３２に伝達される。このとき、ガラス封止ＬＥＤ２の各ＬＥＤ素子２２は、放熱パターン２６の形成部位の真上に位置しているので、各ＬＥＤ素子２２にて生じた熱は的確に放熱パターン２６から基板本体３２へ伝達される。そして、基板本体３２へ伝達された熱は、放熱部３０４の放熱板４１へ伝達され放射板４１の表面から空気中に放散される。このとき、基板本体３２及び放熱板４１は、ともに熱伝導率の比較的高い銅により形成されていることから、これらの間でスムースに熱が伝達される。また、ケース３０５の側壁３０５ａに通気口３０５ｃが形成されていることから、ケース３０５の内側と外側とで空気が流出入しやすく、放熱部３０４における空気との熱交換を促進することができる。
また、ケース３０５の各側壁３０５ａは線状光源部３と間隔をおいて配置されているので、線状光源部３から直接的に熱が伝わることはない。放熱板４１と側壁３０５ａは支持部３０５ｂにより接続されているものの、支持部３０５ｂは放熱板４１よりも熱伝導率の小さいステンレス鋼により形成されているため、放熱板４１から側壁３０５ａへの熱の伝達が抑制される。従って、ケース３０５の温度上昇を抑制することができ、例えば、ケース３０５を手で直接把持しても安全である。
さらに、支持部３０５ｂによりケース３０５の側壁３０５ａと放熱部３０４とが接続されるので、放熱部３０４を側壁３０５ａに対して左右方向について位置決めすることができる。また、支持部３０５ｂを側壁３０５ａの一部を曲げることにより形成したので、部品点数を低減するとともに、ケース３０５を簡単容易に作製することができ、製造コストの低減を図ることができる。
尚、第１及び第２の実施形態においては、線状光源部３の長手方向を前後方向、線状光源部３の幅方向を左右方向、線状光源部３の厚さ方向を上下方向として説明しているが、光源装置１，３０５は任意の姿勢で使用することができ、例えば下方向、水平方向等に光を出射する姿勢としてもよいことは勿論である。
また、前記各実施形態においては、各側壁５ａ，３０５ａにそれぞれ支持部５ｂ，３０５ｂ及び通気口５ｃ，３０５ｃが形成されるものを示したが、これらは少なくとも一方の側壁５ａ，３０５ａに形成されていてもよい。一方の側壁５ａ，３０５ａにのみ支持部５ａ，３０５ａ及び通気口５ｃ，３０５ｃが形成される場合、他方の側壁５ａ，３０５ａと放熱部４，３０４とは、例えばねじのような締結部材等によって位置決めを行えばよい。しかし、光源装置１，３０１の部品点数、組立性を考慮すると、両側壁５ａ，３０５ａに支持部５ｂ，３０５ｂを形成する構成が好ましい。また、支持部５ｂ，３０５ｂを曲げることにより形成される通気口５ｃ，３０５ｃとは別個に、各側壁５ａ，３０５ａに通気用の孔を形成してもよい。さらには、第１の実施形態のように、底壁５ｄが線状光源部３及び放熱部４と間隔をおいて形成されていれば、底壁５ｄに支持部及び通気口を形成してもよい。
また、前記各実施形態においては、ケース５，３０５としてステンレス鋼を用いたものを示したが、例えば樹脂材を用いてもよく、ケース５，３０５の材質は任意である。ただし、支持部５ｂ，３０５ｂを側壁５ａ，３０５ａを曲げることによって形成することを考慮すると、ケース５，３０５に金属材を使用することが好ましい。また、放熱部からの伝熱を抑制する観点からは、ケースは放熱部よりも熱伝導率が小さい材料が好ましい。
また、前記各実施形態においては、放熱板４１として銅板を示したが、例えばアルミ板、真鍮板のような他の金属材からなる板材を用いてもよい。また、放熱板４１が矩形状を呈するものを示したが、放熱板４１の形状は任意である。さらに、放熱部４の構成も任意であり、例えば放熱板４１に接続されるフィン等を有していてもよく、要は線状光源部３を端面に搭載する放熱板４１を有していればよい。
また、前記各実施形態においては、実装基板３１として基板本体３２が銅である銅ベース基板を示したが、実装基板は例えばアルミベース基板のように他の金属をベースとした基板であってもよい。さらに、実装基板を、ポリイミドや液晶ポリマーをベースとしたフレキシブル基板とし、ガラス封止ＬＥＤ２と放熱板４１との間に配置してもよい。実装基板として比較的薄いフィルム状の基板を用いる場合、ガラス封止ＬＥＤ２の放熱パターン２６に対応した位置に孔を形成する等により、ガラス封止ＬＥＤ２の放熱パターン２６と放熱板４１とをはんだ等を介して直接接合することが、放熱性の観点から好ましい。ここで、銅やアルミニウムなどの金属ベース基板の絶縁層や、ポリイミドや液晶ポリマーなどの比較的薄いフィルム状の絶縁部は、ガラスエポキシ基板などの板厚が比較的大きい絶縁部に比べると、孔形成のための形状制約が小さい。このため、前記実施形態のように、サイズが比較的小さいガラス封止ＬＥＤの放熱パターンや、幅が比較的狭い実装基板に対応した孔形成をすることができる。
また、各ガラス封止ＬＥＤ２が電気的に直列に接続されるものを示したが、各ガラス封止ＬＥＤ２が並列に接続されるものであってもよい。また、ガラス封止ＬＥＤ２と放熱板４１とが絶縁層２３を介さずに接合されている例を示したが、通電電流等の制約は大きくなるものの、絶縁層やフレキシブル基板を介したものであってもよい。
また、前記各実施形態においては、ガラス封止ＬＥＤ２から白色光が発せられるものを示したが、例えば、ガラス封止部２３に蛍光体２３ａが含まれない構成として、ガラス封止ＬＥＤ２から青色光が発せられるようにしてもよい。また、ＬＥＤ素子２２をフリップチップ型としたものを示したが、フェイスアップ型としてもよい。さらに、１つのガラス封止ＬＥＤ２に３つのＬＥＤ素子２２が一列に搭載されるものを示したが、１つのガラス封止ＬＥＤ２に搭載されるＬＥＤ素子２２の個数、ＬＥＤ素子２２の配置状態は任意である。このように、ガラス封止ＬＥＤ２の細部構成、発光色等については適宜に変更が可能である。
また、第２の実施形態においては、レンズ３０９が長手方向について同一断面となるシリンドリカルタイプであるものを示したが、レンズの光学制御部分が各ガラス封止ＬＥＤ２ごとに別個に形成されたものであってもよい。例えば、レンズの光学制御部分は、各ガラス封止ＬＥＤ２ごとに、上面視にて円形を呈するようにしてもよい。また、前記各実施形態においては、反射板４２の反射鏡部４２ｂ及びレンズ３０９の反射面３０９が、ともに放物線形状を呈するものを示したが、これらの表面形状は例えば断面直線状であってもよいし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
本発明の第１の実施形態を示す光源装置の外観斜視図である。 光源装置の分解斜視図である。 線状光源部の外観斜視図である。 線状光源部の縦断面図である。 実装基板の上面図である。 光源装置の正面図である。 図６のＡ−Ａ断面図である。 光源装置の側面図である。 第１の実施形態の変形例を示す光源装置の正面図である。 第１の実施形態の変形例を示す光源装置の正面図である。 本発明の第２の実施形態を示す光源装置の外観斜視図である。 光源装置の正面図である。 光源装置の側面図である。
符号の説明
１ 光源装置
２ ガラス封止ＬＥＤ
３ 線状光源部
４ 放熱部
５ ケース
５ａ 側壁
５ｂ 支持部
５ｃ 通気口
５ｄ 底壁
４１ 放熱板
４２ 反射板
１０１ 光源装置
１０５ ケース
１０５ｄ 底壁
２０１ 光源装置
２０５ ケース
２０５ａ 側壁
２０５ｄ 底壁
３０１ 光源装置
３０４ 放熱部
３０５ ケース
３０５ａ 側壁
３０５ｂ 支持部
３０５ｃ 通気口
３０５ｄ 底壁
３０９ レンズ

Claims (8)

  1. 複数のガラス封止ＬＥＤが搭載される線状光源部と、
    前記線状光源部が端面に接続される放熱板を有する放熱部と、
    前記線状光源部及び前記放熱部と間隔をおいて形成される外壁、前記外壁と前記放熱部とを接続する支持部、及び、前記外壁に形成された通気口を有するケースと、を備える光源装置。
  2. 前記支持部及び前記通気口は、前記外壁の一部を前記ケースの内側へ曲げることにより形成される請求項１に記載の光源装置。
  3. 前記ケースは、前記放熱部よりも熱伝導率が小さい請求項２に記載の光源装置。
  4. 前記ケースの前記外壁は、前記放熱板と平行な一対の側壁を有し、
    前記支持部及び前記通気口は、少なくとも一方の前記側壁に形成される請求項３に記載の光源装置。
  5. 前記ケースは、前記各側壁と連続して形成され前記放熱板における前記線状光源部と反対側の端部を支持する底壁を有する請求項４に記載の光源装置。
  6. 前記底壁は、前記各側壁との接続部分よりも前記放熱板の支持部分が前記ケースの内側となるよう形成される請求項５に記載の光源装置。
  7. 前記放熱部は、
    前記放熱板に固定される固定部と、
    前記固定部と連続的に形成され、前記線状光源部から離れる方向へ延び、前記線状光源部から発せられる光を反射する反射鏡部と、を含む反射鏡板を有する請求項５または６に記載の光源装置。
  8. 前記ケースの前記外壁に固定され、前記線状光源部から発せられる光を光学的に制御するレンズを備える請求項５または６に記載の光源装置。
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