JP2010067680A

JP2010067680A - 光源装置

Info

Publication number: JP2010067680A
Application number: JP2008230774A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nanba; 修難波
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】複数の半導体光源を有する表示装置において、半導体光源の温度上昇を防止し、信頼性を高め、また、半導体光源から発した光を光効率で利用し、さらに、組み立て性を向上させた光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数個の半導体光源１を保持する穴７ａが設けられた面７ｂと、ペルチェ素子１２の吸熱面１２ａが密着する面７ｅとが略直角となるＬ字形状の金属部材７に、半導体光源１の電気接続端子５が通る穴８ａを有したグラファイトシート８を密着させている。半導体光源１で発生する熱は金属部材７に伝わり、次いでペルチェ素子１２の吸熱面１２ａ、発熱面１２ｂ、そして放熱器１３に伝わり、環境中に放熱し、半導体光源１の温度上昇を防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、表示装置等の照明光源として用いられる光源装置に関し、詳しくは半導体光源等を冷却する手段を備えた光源装置に関するものである。

近年、表示装置等の照明光源として、ＬＥＤやレーザーなどの半導体光源が用いられてきている。このような半導体光源はランプなどに比べて発熱は少ないものの、半導体素子自身に与える影響が大きいため、放熱対策が必要となっている。

このため、缶タイプのパッケージに封止された半導体光源が複数個ある場合の放熱構造として、特許文献１に記載されているような構造が取られていた。

図５は特許文献１に記載された半導体光源の放熱構造を示している。

図５における放熱構造では、複数個の半導体光源１０１の端子を途中から互いに接触しない方向に曲げている。同図の例では、左右方向に４個ずつ上下２列に並べられた半導体光源１０１は、それぞれの端子を、上の列は上方向に、下の列は下方向にそれぞれ折り曲げられており、各端子は互いに接触しないように、折り曲げた後も相互の間隔がほぼ等間隔になるように離してある。

そして、半導体光源１０１の駆動回路等が搭載された配線板１０２が、それぞれの列に対応して上下に分かれて配置されている。

また、半導体光源１０１押さえの機能を兼ねる熱伝導板１０３が、半導体光源１０１の折り曲げた端子に接触しないよう、それぞれの半導体光源１０１に対応する位置に端子が逃げるための溝が形成してある。熱伝導板としての機能を損なわないよう、溝の幅や深さは極力小さくしてある。熱伝導板１０３の溝の縁は半導体光源１０１のつば部を後ろから押えることができる幅に選んである。

半導体光源１０１は、半導体光源ホルダ１０４と熱伝導板１０３により挟まれている。熱電変換部材１０５の吸熱面は熱伝導板１０３の裏面の平面部に、発熱面は放熱器１０６に密着させてある。

半導体光源１０１からの熱の伝熱経路は２つある。半導体光源１０１のパッケージ側面とつば部前面からの熱は半導体光源ホルダ１０４に伝わり、次いで熱伝導板１０３に伝わる。パッケージのつば部裏面からの熱は熱伝導板１０３に直接伝わる。熱伝導板１０３の背面の平面部に拡がった熱は熱電変換部材１０５の吸熱面に伝わり、発熱面からの熱は、放熱器１０６に伝わり、そこから環境中に放熱される。
特開２００７−５７１５号公報

しかしながら上記従来の構成では、半導体光源１０１の数がさらに多くなると、熱伝導板１０３の溝も増えてしまう。もしくは、熱伝導板１０３の溝の深さを深くし、同じ溝に複数個の半導体光源１０１の端子が入るようにしなければならない。

そのため、熱伝導板１０３の熱を伝える効率が悪くなり、熱伝導板１０３、熱電変換部材１０５、放熱器１０６の大きさを大きくする必要があった。

また、缶タイプの半導体光源の場合、つば部前面とパッケージ内部の発光点との位置関係が規定されている場合が多い。特許文献１のような構成では、つば部裏面が取り付けの基準になってしまうため、半導体光源１０１とその直後のレンズ（図示せず）との相対的な位置精度が出ず、半導体光源１０１から発した光を効率よく利用することができなかった。

さらに、半導体光源１０１の端子が接触しても障害を起こさないように、熱伝導板１０３の少なくとも溝部分の表面には、絶縁性の処理を施さねばならず、部品点数の増加、コストアップの要因になっていた。

本発明は、上記課題を解決するために、複数の半導体光源を用いた光源装置において、半導体光源の温度上昇を防止し、信頼性を高め、また、半導体光源から発した光を光効率で利用し、さらに、組み立て性を向上させた光源装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の光源装置は、半導体発光素子を内蔵し、電気接続端子が前記半導体発光素子の発光方向と反対方向から本体の外部に出ている半導体光源が複数個配列される光源装置において、前記半導体光源本体を保持する穴が設けられており、かつ、前記複数の半導体光源が平面的に配列されている面と略直角の面が一体で形成された金属部材と、前記略直角の面に取り付けられる吸熱部材と、を備えたものである。

また、前記電気接続端子が貫通する穴を有し、前記電気接続端子側から前記金属部材面に密着させたグラファイトシートと、を備えたものである。

また、前記半導体光源の外形形状に合わせた穴により、前記半導体光源の回転方向の向きを規制する回転方向規制板を備えたものである。

また、前記半導体光源の前記外形形状より小さく、かつ、前記電気接続端子と接触しない大きさの穴を有し、前記半導体光源を前記金属部材に押し当てる半導体光源押え部品を備えたものである。

また、前記吸熱部材はペルチェ素子であることを特徴とするものである。

これにより、半導体光源で発生する熱は金属部材に伝わり、次いで吸熱部材であるペルチェ素子の吸熱面、発熱面、そして放熱器に伝わり、環境中に放熱し、半導体光源の温度上昇を防止する。

以上のように、本発明の光源装置によれば、半導体光源の温度上昇を防止することができ、半導体光源の信頼性を高めることができる。また、光学レンズとの相対的な位置精度を確保することができ、半導体光源から発した光を高効率で利用することができる。更に、半導体光源の背面方向に空間を確保することができ、結線が容易になり、組み立て性が向上し、半導体光源の交換も容易にできる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は缶タイプの半導体光源の形状を説明する図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図、図２は本発明の実施の形態１における光源装置を示す図で、図２（ａ）は分解斜視図、図２（ｂ）は組み立て状態を示す斜視図である。

図１において、缶タイプの半導体光源１は、パッケージ２内に半導体発光素子３が配置され、光が発する面のガラス部材４で封止されている。半導体発光素子３の発光方向と反対方向に複数の電気接続端子５が設けられており、ここから電力を供給し、半導体発光素子３が光を発する。半導体光源１には、回転方向の位置を規制する切り欠き部６ａが設けられたつば部６が形成されており、このつば部６もしくは缶パッケージ２の側面を利用して半導体光学素子３の熱を外部に伝え、放熱することになる。また、一般に缶タイプの半導体光源１の場合、つば部６前面６ｂとパッケージ２内部の半導体光学素子３との位置関係が規定されている場合が多い。

次に本実施の形態の光源装置について説明する。

図２において、略Ｌ字の形状を持つ金属部材７のＬ字形の縦方向には、穴７ａが平面的に複数形成され、内側の面７ｂに、前述の半導体光源１がそれぞれつば部６の前面６ｂを当て付けて保持するように複数配置されている。

また、半導体光源１のつば部６の形状に穴８ａ、９ａがあけられたグラファイトシート８及び回転方向規制板９が、半導体光源１の切り欠き部６ａが合致するように、半導体光源１が取り付けられた側から、金属部材７に取り付けられている。

また、半導体光源１のつば部６より径が小さく、電気接続端子５と接触しないような穴１０ａのあいた半導体光源押え部品１０により、半導体光源１が金属部材７の面７ｂに押し当てられている。

また、金属部材７の半導体光源１が当て付けられていない外側の面７ｃには、半導体光源１から発した光を集光もしくは平行光にする光学レンズ１１を取り付ける穴７ａと同心の凹部７ｄがそれぞれ形成されている。

一方、金属部材７の半導体光源１が配置されていないＬ字形の横方向の外側の面７ｅに、ペルチェ素子１２の吸熱面１２ａが密着され、ペルチェ素子１２の発熱面１２ｂには放熱器１３が密着されている。

以上のように構成された光源装置において、半導体光源１で発生した熱は、つば部６前面６ｂから面７ｂを経て金属部材７に伝わり、面７ｅからペルチェ素子１２の吸熱面１２ａ、発熱面１２ｂを通り、放熱器１３により環境中に放熱する。

これによって、半導体光源１の温度上昇を防止することができる。

また、半導体光源１と光学レンズ１１の相対的な位置は、金属部材７の一つの部品により決まり、精度が管理しやすく、半導体光源１から発した光を効率よく利用できる構造となっている。

さらに、半導体光源１のつば部６の切り欠き部６ａに回転方向規制板９の穴９ａが合致する構造になっているため、半導体光源１の半導体発光素子３から発する光の発散角方向を合わせたり、任意の方向に向かせることが可能である。

半導体光源１のつば部６の切り欠き部６ａに合致する部分は金属部材７に形成しても同様の効果が得られる。

また、金属部材７にはグラファイトシート８が密着されて配置されているので、複数の半導体光源１におけるペルチェ素子１２からの距離の違いによる温度差を緩和することができる。

さらに、半導体光源１の背面方向に空間が形成されるため、半導体光源１の電気接続端子５に電力を供給する結線が容易になり、組み立て性が向上し、かつ、半導体光源１の交換も容易にできる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における光源装置の斜視図である。図３において、実施の形態１の図２と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。

本実施の形態では、金属部材１４は略コ字形状をしており、対向する２面の外側の面にそれぞれペルチェ素子１２の吸熱面１２ａが密着され、ペルチェ素子１２の発熱面１２ｂ側に放熱器１３が取り付けられている。

これによって、ペルチェ素子１２、放熱器１３のサイズを大きくすること無く、放熱能力を上げることが可能となる。

なお、本実施の形態において、ペルチェ素子１２の取り付けを２面としたが、複数の半導体光源１が配置された面と略直角の複数の面をさらに形成し、ペルチェ素子１２をそれぞれ配置してもよい。

こうすれば、さらに放熱能力を上げることができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における光源装置の断面図である。図４において、実施の形態１の図２と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。

本実施の形態では、実施の形態１と同様の構成の光源装置のペルチェ素子１２の発熱面１２ｂに、シール部材１５を介し、下ケース１６が配置され、前面ガラス１７が取り付けられた上ケース１８が、シール部材１５を挟んで下ケース１６に取り付けられている。下ケース１６の開口した部分を通し、放熱器１３がペルチェ素子１２の発熱面１２ｂに密接し、放熱する構造となっている。

半導体光源１の背面側には空間２０があり、ここで半導体光源１の電気接続端子５を一旦結線し、上ケース１８、下ケース１６の外部に引き出す線を少なくすることが可能であり、密閉処理が容易になり、ペルチェ素子１２で冷却する場合の結露対策を行うことが容易となる。前面ガラス１７は、光学レンズ１１を通ってきた光を集光もしくは平行光とする光学レンズであっても良い。

なお、これらの実施の形態において、ペルチェ素子を吸熱部材として用いたが、これを、例えば液冷装置としてもよく、要するに吸熱が可能なものあれば何でもよい。

本発明にかかる光源装置によれば、半導体光源の温度上昇を防止することができ、半導体光源の信頼性を高めることができる。また、光学レンズとの相対的な位置精度を確保することができ、半導体光源から発した光を高効率で利用することができる。更に、半導体光源の背面方向に空間を確保することができ、結線が容易になり、組み立て性が向上し、半導体光源の交換も容易にできるので、複数個の半導体光源を要する光源装置として、表示装置等の照明光源の用途に有用である。

缶タイプの半導体光源の形状を説明する図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図本発明の実施の形態１における光源装置を示す図で、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は組み立て状態を示す斜視図本発明の実施の形態２における光源装置の分解斜視図本発明の実施の形態３における光源装置の断面図従来の光源装置の分解斜視図

符号の説明

１半導体光源
２パッケージ
３半導体発光素子
４ガラス部材
５電気接続端子
６つば部
６ａ切り欠き部
７、１４金属部材
７ａ、８ａ、９ａ、１０ａ穴
７ｂ、７ｃ、７ｅ面
７ｄ凹部
８グラファイトシート
９回転方向規制板
１０半導体光源押え部品
１１光学レンズ
１２ペルチェ素子
１３放熱器
１５シール部材
１６下ケース
１７前面ガラス
１８上ケース

Claims

半導体発光素子を内蔵し、電気接続端子が前記半導体発光素子の発光方向と反対方向から本体の外部に出ている半導体光源が複数個配列される光源装置において、
前記半導体光源本体を保持する穴が設けられており、かつ、前記複数の半導体光源が平面的に配列されている面と略直角の面が一体で形成された金属部材と、前記略直角の面に取り付けられる吸熱部材と、を備えたことを特徴とする光源装置。
前記電気接続端子が貫通する穴を有し、前記電気接続端子側から前記金属部材面に密着させたグラファイトシートと、を備えたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記半導体光源の外形形状に合わせた穴により、前記半導体光源の回転方向の向きを規制する回転方向規制板を備えたことを特徴とする請求項１もしくは２記載の光源装置。
前記半導体光源の前記外形形状より小さく、かつ、前記電気接続端子と接触しない大きさの穴を有し、前記半導体光源を前記金属部材に押し当てる半導体光源押え部品を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光源装置。
前記吸熱部材はペルチェ素子であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記金属部材は、Ｌ字形状の断面を有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記金属部材は、コ字形状の断面を有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記金属部材は、前記半導体光源の前記電気接続端子が出る反対側の面に、前記半導体発光素子から発した光を集光もしくは平行光にするレンズを保持する凹部を有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記凹部は、前記半導体光源本体を保持する穴と同心であることを特徴とする請求項８記載の光源装置。
少なくとも２つ以上の部品で略密閉形状に囲われることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の光源装置。