JP2009129709A

JP2009129709A - 光源装置

Info

Publication number: JP2009129709A
Application number: JP2007303678A
Authority: JP
Inventors: Koji Takaku; 浩二田角; Yoshinobu Suehiro; 好伸末広; Kazue Tagata; 一恵田形
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: JP4893601B2

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が搭載される複数の線状光源部３と、線状光源部３ごとに設けられ線状光源部３の端面にそれぞれ接続される複数の放熱板４１、及び、各放熱板４１の主面と面接触する放熱体４２を有する放熱部４と、を備え、各ガラス封止ＬＥＤ２から生じた熱が放熱板４１及び放熱体４２の表面から放散されるようにした。
【選択図】図８

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複数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、ガラス及び樹脂は金属等に比べて熱伝導率が極めて小さく、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が搭載される複数の線状光源部と、前記線状光源部ごとに設けられ該線状光源部の端面にそれぞれ接続される複数の放熱板、及び、少なくとも２つの前記放熱板の主面と面接触する放熱体を有する放熱部と、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、前記放熱体は、該放熱体を所定方向に貫通する貫通孔を有することが好ましい。

また、上記光源装置において、前記放熱体は、直方体状に形成され、前記放熱体と面接触する前記放熱板は、互いに平行に配置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と、前記外壁と前記放熱部とを接続する支持部と、前記外壁に形成された通気口と、を有するケースを備える構成としてもよい。

また、上記光源装置において、前記光源部及び前記放熱部と間隔をおいて形成される外壁を有するケースと、前記ケースの外壁と前記放熱部との間に介在するばね材と、を備え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、前記放熱部よりも熱伝導率が小さいことが好ましい。

本発明の光源装置によれば、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、下端を閉塞した六角筒状に形成されるケース５と、ケース５の上端を閉塞するレンズ保持板８と、レンズ保持板８に保持される複数のレンズ７と、を有している。各レンズ７は、ケース５内にて出射された光を外部へ放射する。また、ケース５の所定の側面５ａには、ケース５の内外を連通する通気口５ｃが形成されている。

図２は光源装置の断面図である。
図２に示すように、光源装置１は、複数のガラス封止ＬＥＤ２が上面に搭載される線状光源部３と、線状光源部３の下面に接続され線状光源部３から下方向へ延びる放熱板４１及び放熱板４１に接合される放熱ブロック４２を有する放熱部４と、を備えている。また、ケース５は、線状光源部３と間隔をおいて形成される６つの側壁５ａと、所定の側壁５ａと放熱部４とを接続する支持部５ｂと、当該所定の側壁５ａに形成される通気口５ｃと、を有する。

レンズ７は、例えばアクリル樹脂からなり、上面視にて光源部３のガラス封止ＬＥＤ２を中心とした円形に形成される。すなわち、レンズ７は、光の出射側から見て円形を呈している、レンズ７は、光源部３からの白色光が入射する入射部７１と、入射部７１からレンズ７内に入射した光を反射する反射面７２と、レンズ７内の光を外部へ出射する出射面７３と、レンズ保持板８に保持される鍔部７４と、を有する。

入射部７１は、レンズ７の下部にて上方へ凹む凹状を呈し、ガラス封止ＬＥＤ２の上方を覆うよう形成される。入射部７１は、下方へ向かって凸の球面をなし光源部３の真上に形成される湾曲面７１ａと、湾曲面７１ａの周縁から下方へ延びる円筒面７１ｂと、を有する。反射面７２は、ガラス封止ＬＥＤ２のＬＥＤ素子２２を焦点とする放物面形状を呈する。鍔部７４は、反射面７２の上端に径方向外側へ突出するよう形成され、レンズ保持板８に保持される。レンズ保持板８は、ケース５の側壁５ａの上端側に形成された凹部５ｅと係合する。レンズ７の出射面７３は、レンズ７の上部にて平坦に形成される。

図３は光源装置の分解斜視図である。図３では、説明のため、ケース、レンズ及びレンズ保持板については省略して図示している。
図３に示すように、複数の線状光源部３及び放熱板４１が互いに平行に並べられ、放熱部４は各放熱板４１の間に配置され隣接する２つの放熱板４１を連結する放熱体としての放熱ブロック４２を有している。本実施形態においては、３つの線状光源部３が並べて設けられ、内側の線状光源部３が外側の２つの線状光源部３よりも長尺に形成される。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。放熱板４１及び放熱ブロック４２はともに銅（熱伝導率：３８０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１）により形成され、放熱ブロック４２は放熱板４１の主面と面接触している。

図４は線状光源部の外観斜視図である。
図４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、内側の線状光源部３については３つのガラス封止ＬＥＤ２が電気的に直列に実装され、外側の線状光源部３については２つのガラス封止ＬＥＤ２が電気的に直列に実装されている。図４には、３つのガラス封止ＬＥＤ２が実装された線状光源部３を図示している。各ガラス封止ＬＥＤ２は、それぞれ、後述するセラミック基板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。

図５は線状光源部の縦断面図である。
図５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（Ａｌ_２Ｏ_３）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（Ａｌ_２Ｏ_３）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５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−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５−Ｎａ_２Ｏ−Ｌｉ_２Ｏ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、Ｌｉ_２Ｏを含有していなくてもよいし、任意成分としてＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２等を含んでいてもよい。さらに、熱融着ガラスは、金属アルコキシドを出発原料としたゾルゲルガラスであってもよい。図５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には蛍光体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５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の上面の反射率の向上が図られている。

図６は実装基板の上面図である。
実装基板３１は、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。尚、３つのガラス封止ＬＥＤ２が搭載される実装基板３１は長手方向が５０ｍｍ、２つのガラス封止ＬＥＤ２が搭載される実装基板３１は長手方向が３０ｍｍとなっている。図６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７は光源装置の上面図である。
図７に示すように、光源装置１は、上面視にて正六角形状に形成され、７つのレンズ７を有している。各レンズ７のうち、１つが上面視中央に配置され、他の６つが中央に配置されたものと外接して配置される。各レンズ７は、レンズ保持板８を介してケース５に固定される。レンズ保持板８は、上面視にて正六角形状に形成され、ケース５の側壁５ａの凹部５ｅに嵌め込まれている。レンズ保持板８は、レンズ７を保持する保持孔８ａが形成されている。

図８はレンズ及びレンズ保持板を省略した光源装置の上面図である。
図８に示すように、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を覆う６つの側壁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、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。

図８に示すように、所定の側壁５ａの一部をケース５の内側へ曲げることにより、側壁５ａと放熱部４とを接続する支持部５ｂが形成される。本実施形態においては、各線状光源部３と平行に延び互いに対向する一対の側壁５ａに支持部５ｂがそれぞれ形成されている。各支持部５ｂは、側壁５ａからケース５の内側へ延びる延在部と、延在部の先端から放熱板４１の表面に沿って線状光源部３の長手方向へ延びる当接部と、を有する。

図８に示すように、各支持部５ｂは、平行に並ぶ３つの放熱板４１のうち、外側の放熱板４１とそれぞれ接続される。各支持部５ｂは、放熱板４１よりも上下に短く形成され（図２参照）、放熱板４１の上下中央側にて放熱部４を支持する。また、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。

図８に示すように、各放熱ブロック４２は、直方体状に形成され、平行に並ぶ３つ放熱板４１の間に配置される。各放熱ブロック４２は、中央側の線状光源部３及び放熱板４１と長手方向寸法が等しく、放熱板４１よりも上下に短く形成され（図２参照）、放熱板４１の上下中央側にて放熱板４１と接続される。各放熱ブロック４２には、上下に貫通して形成される複数の放熱孔４２ａが形成される。本実施形態においては、各放熱孔４２ａは、線状光源部３の長手方向に並んで形成される。

また、底壁５ｄには、放熱板４１を支持する凸部５ｅが形成される。凸部５ｅは、底壁５ｄにおける各側壁５ａとの接続部分よりも各放熱板４１の支持部分が上方となるように、各放熱板４１ごとに形成されている。各凸部５ｅは、線状光源部３の長手方向に延びる突条をなし、上面が放熱板４１を受容するよう僅かに湾曲している（図２参照）。底壁５ｄの凸部５ｅ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５ｄの他の部分よりも上方に位置しているので、ケース５の外部から直接触れ難い構成となっている。

以上のように構成された光源装置１では、各線状光源部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に長手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が長手方向に並べられている。

ガラス封止ＬＥＤ２から発して入射部７１からレンズ７内部へ進入した白色光のうち、レンズ７の反射面７２へ入射するものは当該反射面７２にて反射して上方へ向かうよう制御される。これにより、各レンズ７ごとに平面視円形に制御された白色光が、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。

本実施形態においては、レンズ７がガラス封止ＬＥＤ２ごとに設けられているので、各ガラス封止ＬＥＤ２から発せられた光をガラス封止ＬＥＤ２ごとに独立して光学的に制御することができ、照射領域内における光の強度のばらつきを抑制して光の強度を均一とすることができる。また、各ガラス封止ＬＥＤ２ごとに制御されることから、各ガラス封止ＬＥＤ２から発せられた光を効率よく取り出すことができる。また、ガラス封止ＬＥＤ２は、複数のＬＥＤ素子２２の搭載方向に長尺な光源となるので、レンズ７が軸対称形状であっても、所定方向の配光角を広くすることができる。

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。

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へ伝達された熱の一部はさらに放熱ブロック４２へと伝達されて、放熱ブロック４２の表面から空気中に放散される。

ここで、放熱ブロック４２が放熱板４１の主面と面接触していることから、放熱板４１と放熱ブロック４２の間でもスムースに熱が伝達される。また、各放熱ブロック４２は、複数の放熱孔４２ａ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、放熱ブロック４２の放熱孔４２ａは、上方及び下方が開放されているため上下方向に空気が流通しやすい。これにより、放熱孔４２ａ内の空気が放熱ブロック４２との熱交換により加熱されると、加熱された空気が上昇して放熱孔４２ａから上方へ流出し、比較的低い温度の空気が下方から放熱孔４２ａに流入する。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。

このように、本実施形態の光源装置１によれば、放熱部４が剥き出しとならないようにしつつ、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ＬＥＤ２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。放熱板４１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。
また、底壁５ｄにおける凸部５ｅから他の部分へも熱の伝達が抑制され、凸部５ｅは外側からみれば窪んで外部と接触することは殆どないことから、実質的にケース５の底部の温度上昇も抑制することができる。

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、ガラス封止ＬＥＤ２は、ＬＥＤ素子２２を複数搭載しているものの、放熱パターン２６が各ＬＥＤ素子２２の真上にある放熱性の高い構成であり、かつ、ＬＥＤ素子２２が直列に配列されていることから、アノード及びカソードの電極面積を抑えた小型の光源とすることができる。この結果、ガラス封止ＬＥＤ２に電流を比較的多く流しても、各ＬＥＤ素子２２の温度上昇を抑え、高光出力化を図るとともに、コンパクトな高輝度光源とすることができる。このように、コンパクトな高輝度光源とすることで、レンズ７による光学制御精度を高めることができ、実用に際して極めて有利である。

図９から図１１は本発明の第２の実施形態を示し、図９は光源装置の上面図である。
図９に示すように、この光源装置１０１は、上面視にて四角形状を呈するケース１０５と、ケース１０５の上面を閉塞するレンズ保持板１０８と、レンズ保持板１０８の保持孔１０８ａに保持されるレンズ１０７と、を備えている。レンズ１０７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。本実施形態においては、複数のレンズ１０７が互いに平行に配置されている。

図１０は、レンズ保持板及びレンズを省略した光源装置の上面図である。
図１０に示すように、光源装置１０１の各線状光源部３は、５つのガラス封止ＬＥＤ２が等間隔で搭載され、第１の実施形態の線状光源部３よりも長手方向に長く形成される。本実施形態においては、互いに長手方向寸法が等しい３つの線状光源部３及び放熱板４１が備えられ、隣接する放熱板４１は上面視四角形状の放熱ブロック４２により連結される。放熱ブロック４２は、それぞれ、放熱板４１の主面に面接触している。尚、光源装置１０１の各放熱板４１は、左右方向外側の線状光源部３と接続されるものについては当該線状光源部３と長手方向寸法が等しく、中央の線状光源部３と接続されるものについては当該線状光源部３よりも長手方向に長く形成されている。

放熱ブロック４２は、上下に貫通する複数の放熱孔４２ａを有する。本実施形態においては、各放熱孔４２ａは、線状光源部３の幅方向に延び、線状光源部３の長手方向に並んで形成されている。放熱ブロック４２は、線状光源部３と長手方向寸法について等しく、長手方向端面が左右方向外側の放熱板４１と面一となっている。

図１０に示すように、光源装置１０１は、ケース１０５の各側壁１０５ａと放熱部１０４との間に介在するばね材１０６，１０９を備えている。
ケース１０５の左右の側壁１０５ａと当接する２つのばね材１０６は、鉄合金（熱伝導率：５０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１）からなり、左右方向外側の放熱板４１の長手方向中央にビス１１０により固定される。このばね材１０６は、放熱板４１の側面に固定される固定端１６２と、ケース１０５の側壁１０５ａと当接する一対の当接端１６３と、固定端１６２及び当接端１６３を接続する一対の傾斜部１６４と、から構成される。ばね材１０６は、一枚の板材を曲成することにより形成され、放熱部１０４と側壁１０５ａを互いに離隔する方向へ付勢する。

ケース１０５の前後の側壁１０５ａと当接する４つのばね材１０９は、鉄合金からなり、左右中央の放熱板４１の長手方向端部にビス１１０により固定される。本実施形態においては、放熱板４１の長手方向端部に、左右対称の２つのばね材１０９がそれぞれ取り付けられる。このばね材１０９は、放熱板４１の側面に固定される固定端１９２と、ケース１０５の側壁１０５ａと当接する当接端１９３と、固定端１９２及び当接端１９３を接続する湾曲部１９４と、から構成される。ばね材１０９は、一枚の板材を曲成することにより形成され、放熱部１０４と側壁１０５ａを互いに離隔する方向へ付勢する。

図１１は、光源装置の縦断面図である。
図１１に示すように、光源装置１０１は、複数のガラス封止ＬＥＤ２が上面に搭載される線状光源部３と、線状光源部３の下面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１０４と、線状光源部３及び放熱部１０４を収容するケース１０５と、を備えている。本実施形態においては、複数の線状光源部３及び放熱板４１が互いに平行に並べられ、放熱部１０４は各放熱板４１の間に配置され隣接する２つの放熱板４１を連結する放熱ブロック４２を有している。ケース１０５は、放熱部１０４よりも熱伝導率が小さく、線状光源部３及び放熱部１０４と間隔をおいて形成される４つの側壁１０５ａと、各側壁１０５ａの下端を連結する底壁１０５ｂと、を有している。さらに、光源装置１０１は、ケース１０５の各側壁１０５ａにレンズ保持板１０８を介して固定され各線状光源部１０３から発せられる光を光学的に制御する複数のレンズ１０７を備えている。

各レンズ１０７は、線状光源部３からの白色光が入射する入射部１７１と、入射部１７１からレンズ１０７内に入射した光を反射する反射面１７２と、レンズ１０７内の光を外部へ出射する出射面１７３と、レンズ保持板１０８に保持される鍔部１７４と、を有する。

入射部１７１は、レンズ１０７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１７１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１７１ａと、湾曲面１７１ａの幅方向両端から下方へ延びる一対の平坦面１７１ｂと、を有する。反射面１７２は、レンズ１０７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。鍔部１７４は、反射面１７２の上端に左右方向外側へ突出するよう形成され、ケース１０５の側壁１０５ａの上端側に形成された凹部１０５ｅに嵌め込まれている。出射面１７３は、レンズ１０７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１０７及びレンズ保持板１０８によりケース１０５の上側が塞がれ、レンズ１０７、レンズ保持板１０８、各側壁１０５ａ及び底壁１０５ｄにより閉断面をなしている。

以上のように構成された光源装置１０１では、互いに平行な線状光源部３及びレンズ１０７が複数並んでいることから、左右方向に所定の幅をもった互いに平行な複数の白色光が光源装置１０１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、基板本体３２を介して放熱部１０４の放熱板４１及び放熱ブロック４２へ伝達される。ここで、放熱ブロック４２が放熱板４１の主面と面接触していることから、放熱板４１と放熱ブロック４２の間でもスムースに熱が伝達される。放熱板４１及び放熱ブロック４２へ伝達された熱は、放熱板４１及び放熱ブロック４２の表面から空気中に放散される。このとき、放熱ブロック４２の放熱孔４２ａは、上方及び下方が開放されているため上下方向に空気が流通しやすい。これにより、放熱孔４２ａ内の空気が放熱ブロック４２との熱交換により加熱されると、加熱された空気が上昇して放熱孔４２ａから上方へ流出し、比較的低い温度の空気が下方から放熱孔４２ａに流入する。

このように、本実施形態の光源装置１０１によれば、放熱部１０４が剥き出しとならないようにしつつ、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ＬＥＤ２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。

また、ばね材１０６，１０９によりケース１０５の側壁１０５ａと放熱部１０４とが接続されるので、放熱部１０４を側壁１０５ａに対して前後方向及び左右方向について位置決めすることができる。さらに、ばね材１０６，１０９が弾性変形することで、各部品の寸法誤差、各部品を組み付ける際の組み付け誤差等を吸収することができ、装置の歩留まりを向上させることができる。さらにまた、各ガラス封止ＬＥＤ２にて生じた熱により、放熱部１０４の各部品が熱膨張した際に、ばね材１０６，１０９が弾性変形することにより、各部品の内部に生じる応力を緩和することができる。特に、ばね材１０６，１０９はケース１０５に対して拘束されず、ばね材１０６，１０９に過度の負荷が生じた場合は、ばね材１０６，１０９の当接端１６３，１９３が側壁１０５ａに対して摺動することができ、過大な応力がばね材１０６，１０９をはじめ、放熱部１０４、ケース１０５等に生じることはない。従って、各ガラス封止ＬＥＤ２の通電時に生じる各部品の応力を低減して、各部品の変形を抑制することができるし、通電時及び非通電時の繰り返し応力の差を低減して、各部品の信頼性を向上させることができる。

尚、第１及び第２の実施形態においては実装基板３１の厚さ方向を上下方向、長手方向を前後方向、幅方向を左右方向として説明しているが、光源装置１，１０１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、第２の実施形態においては、ケース１０５と放熱部１０４とがばね材１０６，１０９により接続されるものを示したが、第１の実施形態と同様に、ケースと放熱部をケースから突出する支持部により接続するものであってもよい。また、第１の実施形態の光源装置１において、ケース５と放熱部４とを支持部５ｂでなくばね材により接続してもよい。また、ばね材及び支持部の形状、個数、配置等については、適宜変更することができる。

また、第１及び第２の実施形態においては、光源装置１，１０１がケース５，１０５を有するものを示したが、例えば図１２に示すように、光源装置２０１が建物等の壁部２０５と一体に構成されたものであってもよい。この光源装置２０１は、レンズ保持板２０８を収容する隙間が形成された壁部２０５を有し、レンズ保持板２０８の保持孔２０８に複数のレンズ７を保持させている。図１３に示すように、この光源装置２０１は、複数の線状光源部３が平行に並べられ、隣接する各線状光源部３の放熱板（図示せず）を放熱ブロック４２により接続するとともに、壁部２０５側の線状光源部３の放熱板（図示せず）と壁部２０５も放熱ブロック４２により接続されている。この光源装置２０１によれば、壁部２０５と接続される放熱ブロック４２により放熱効率がさらに高くなることに加え、壁部２０５へ熱を逃がすことができるので放熱性能が飛躍的に向上する。

また、前記各実施形態においては、ケース５，１０５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５，１０５の材質は任意である。また、ケース５，１０５の形状も任意である。

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。さらにまた、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４，１０４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い。

また、前記各実施形態においては、放熱ブロック４２が直方体に形成されたものを示したが、放熱ブロック４２の形状は任意である。また、各放熱板４１が互いに平行に配置されるものを示したが、例えば直交する２つの放熱板４１の主面に直方体の放熱ブロック４２が面接触する構成であってもよい。要は、放熱ブロック４２が少なくとも２つの放熱板４１の主面と面接触していればよい。また、放熱ブロック４２の貫通孔４２ａの形状、形成方向等も任意であるし、貫通孔４２ａを形成しない構成としてもよい。

また、前記各実施形態においては、、ケース５，１０５の内部にて空気が自然に対流するものを示したが、例えば、電動ファンを設けて強制的に空気を循環させるようにしてもよい。これにより、放熱部４，１０４と空気との熱交換効率が向上するので、各ガラス封止ＬＥＤ２により大きな電力を投入することができる。

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ＬＥＤ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ＬＥＤ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。さらにまた、ガラス封止のＬＥＤより信頼性等が劣るものの、樹脂封止のＬＥＤを用いてもよいし、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。光源装置の断面図である。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。光源装置の上面図である。レンズ及びレンズ保持板を省略した光源装置の上面図である。本発明の第２の実施形態を示す光源装置の上面図である。レンズ保持板及びレンズを省略した光源装置の上面図である。光源装置の縦断面図である。変形例を示す光源装置の上面図である。変形例を示すレンズ保持板及びレンズを省略した光源装置の上面図である。

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
４１放熱板
４２放熱ブロック
１０１光源装置
１０４放熱部
２０１光源装置

Claims

複数のガラス封止ＬＥＤが搭載される複数の線状光源部と、
前記線状光源部ごとに設けられ該線状光源部の端面にそれぞれ接続される複数の放熱板、及び、少なくとも２つの前記放熱板の主面と面接触する放熱体を有する放熱部と、を備える光源装置。
前記放熱体は、該放熱体を所定方向に貫通する貫通孔を有する請求項１に記載の光源装置。
前記放熱体は、直方体状に形成され、
前記放熱体と面接触する前記放熱板は、互いに平行に配置される請求項２に記載の光源装置。
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と、前記外壁と前記放熱部とを接続する支持部と、前記外壁に形成された通気口と、を有するケースを備える請求項３に記載の光源装置。
前記光源部及び前記放熱部と間隔をおいて形成される外壁を有するケースと、
前記ケースの外壁と前記放熱部との間に介在するばね材と、を備える請求項３に記載の光源装置。
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４または５に記載の光源装置。