JP2024036172A - light source device - Google Patents

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    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
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    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30Semiconductor lasers

Abstract

【課題】複数の発光素子間の光出力の均一性を高められる光源装置を提供する。【解決手段】光源装置は、一方の主面に複数の発光素子が配置された基板と、前記基板の他方の主面に接合され、冷媒が流通する渦巻状の流路を内部に含む冷却板と、を備え、前記冷却板は、前記冷媒の流入口と、前記冷媒の流出口と、前記流入口に接続され、前記冷媒が前記冷却板の外から内に向かって流れる第一流路と、前記第一流路と前記流出口に接続され、前記第一流路を通過した前記冷媒が前記冷却板の内から外に向かって流れる第二流路と、を含み、前記第一流路と前記第二流路は、前記冷却板の外から内に向かって交互に配置される。【選択図】図2The present invention provides a light source device that can improve the uniformity of light output between a plurality of light emitting elements. A light source device includes a substrate with a plurality of light emitting elements arranged on one main surface, and a cooling plate that is joined to the other main surface of the substrate and includes a spiral flow path through which a coolant flows. The cooling plate includes an inlet for the refrigerant, an outlet for the refrigerant, and a first flow path connected to the inlet, through which the refrigerant flows from outside to inward of the cooling plate. a second flow path connected to the first flow path and the outlet, through which the refrigerant that has passed through the first flow path flows from inside to outside of the cooling plate; The channels are arranged alternately from the outside to the inside of the cooling plate. [Selection diagram] Figure 2

Description

この発明は、光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device.

LEDやLD等の発光素子を複数用いた光源装置が、様々な分野で利用されている。発光素子は発光とともに発熱する。発熱によって発光素子の温度が上昇すると、発光素子の発光効率が低下する。そこで、複数の発光素子を配置した基板を冷却板に接合し、発光素子の温度上昇を抑えることが知られている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Light source devices using multiple light emitting elements such as LEDs and LDs are used in various fields. The light emitting element generates heat as it emits light. When the temperature of the light emitting element increases due to heat generation, the luminous efficiency of the light emitting element decreases. Therefore, it is known to bond a substrate on which a plurality of light emitting elements are arranged to a cooling plate to suppress the temperature rise of the light emitting elements (see Patent Document 1).

ところで、発光素子ではない半導体素子に視点を移すと、半導体素子の冷却機構には様々な種類が存在する。電力半導体素子を、冷媒を通流させる流路を有する冷却板で挟むように幾層にもわたって積層し、電力半導体素子を冷却する方法が知られている(特許文献2参照)。 By the way, if we shift our focus to semiconductor devices other than light emitting devices, there are various types of cooling mechanisms for semiconductor devices. 2. Description of the Related Art There is a known method of cooling a power semiconductor element by stacking the power semiconductor element in many layers so as to sandwich the power semiconductor element between cooling plates having channels through which a coolant flows (see Patent Document 2).

特開2019-175871号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-175871 特開平7-307423号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-307423

LEDやLD等の発光素子を複数用いた光源装置は、印刷用インクの乾燥、紫外線硬化樹脂による電子部品等の接着、又は感光性レジストへの露光においても使用される。これらの技術分野では、市場から光源装置の被照射面における照度均一化が要求されている。照度均一化を図るには、複数の発光素子間の光出力を均一化する必要がある。 A light source device using a plurality of light emitting elements such as LEDs and LDs is also used for drying printing ink, adhering electronic components with ultraviolet curable resin, or exposing photosensitive resists. In these technical fields, the market demands uniform illuminance on the irradiated surface of the light source device. In order to achieve uniform illuminance, it is necessary to equalize the light output between the plurality of light emitting elements.

そこで、複数の発光素子間の光出力の均一性を高められる光源装置を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a light source device that can improve the uniformity of light output between a plurality of light emitting elements.

本発明者は、発光素子の温度が発光素子の光出力に影響を与えることに着目し、発光素子間の温度均一化を図ることで、光出力の均一性を高めることを検討した。本発明者の鋭意研究の結果、発光素子間の温度均一化のために、複数の発光素子を配置した基板と接する冷却板の設計の最適化を着想し、以下の光源装置を案出した。 The present inventor has focused on the fact that the temperature of a light emitting element affects the light output of the light emitting element, and has considered increasing the uniformity of the light output by making the temperature uniform between the light emitting elements. As a result of intensive research by the present inventors, the inventor came up with the idea of optimizing the design of a cooling plate that is in contact with a substrate on which a plurality of light emitting elements are arranged, in order to equalize the temperature among the light emitting elements, and devised the following light source device.

本発明の光源装置は、一方の主面に複数の発光素子が配置された基板と、前記基板の他方の主面に接合され、冷媒が流通する渦巻状の流路を内部に含む冷却板と、を備え、
前記冷却板は、
前記冷媒の流入口と、
前記冷媒の流出口と、
前記流入口に接続され、前記冷媒が前記冷却板の外から内に向かって流れる第一流路と、
前記第一流路と前記流出口に接続され、前記第一流路を通過した前記冷媒が前記冷却板の内から外に向かって流れる第二流路と、を含み、
前記第一流路と前記第二流路は、前記冷却板の外から内に向かって交互に配置される。
The light source device of the present invention includes a substrate having a plurality of light emitting elements arranged on one main surface, and a cooling plate that is joined to the other main surface of the substrate and includes a spiral flow path through which a coolant flows. , comprising:
The cooling plate is
the refrigerant inlet;
an outlet for the refrigerant;
a first flow path connected to the inlet and through which the refrigerant flows from outside to inside of the cooling plate;
a second flow path connected to the first flow path and the outlet, through which the refrigerant that has passed through the first flow path flows from the inside to the outside of the cooling plate;
The first flow path and the second flow path are alternately arranged from the outside to the inside of the cooling plate.

はじめに、本明細書で用いられる用語について説明する。本明細書において、「主面」とは、板状の物体を構成する表面のうち、他の面よりもはるかに面積の広い面を指す。本明細書において、板状の物体である「基板」と「冷却板」は、それぞれ、対向する二つの主面を有する。 First, terms used in this specification will be explained. In this specification, the term "principal surface" refers to a surface that is much larger in area than other surfaces among the surfaces constituting a plate-shaped object. In this specification, a "substrate" and a "cooling plate" that are plate-shaped objects each have two opposing main surfaces.

本明細書において、単に、「流路」と表現するとき、「流路」は「第一流路」と「第二流路」を包含する。 In this specification, when simply expressed as a "flow path", the "flow path" includes a "first flow path" and a "second flow path".

基板と冷却板は他の物を介することなく直接接合する以外に、基板と冷却板との間に、熱伝導性グリスなどの熱伝導性を有する材料を介在させることがある。本明細書において、このような「熱伝導性を有する材料」は、冷却板を構成する一部として取り扱う。 In addition to directly joining the substrate and the cooling plate without using any other material, a thermally conductive material such as thermally conductive grease may be interposed between the substrate and the cooling plate. In this specification, such a "thermally conductive material" is treated as a part of the cooling plate.

上述した前記光源装置は、複数の発光素子が配置された基板のうち、発光素子の配置された主面と反対側の主面に冷却板を接合する。これにより、複数の発光素子の光を取り出しながら、複数の発光素子を冷却できる。さらに、各発光素子と冷却板との間隔が均一であるため、各発光素子に対して、より均一な冷却効果を得られる。 In the light source device described above, a cooling plate is bonded to the main surface of the substrate on which the plurality of light emitting elements are arranged, which is opposite to the main surface on which the light emitting elements are arranged. Thereby, the plurality of light emitting elements can be cooled while extracting light from the plurality of light emitting elements. Furthermore, since the intervals between each light emitting element and the cooling plate are uniform, a more uniform cooling effect can be obtained for each light emitting element.

しかしながら、冷却板をより詳細に分析すれば、冷媒が流通する流路を内部に含む冷却板の場合、冷却板の冷却効果は、前記流路の配置によって局所的に異なってくる。特に、流入口に近い冷媒は、未だ熱を吸収していないため温度が比較的低く、冷却効果が大きい。これに対し、流出口に近い冷媒は、既に多くの熱を吸収しているため温度が比較的高く、冷却効果が小さい。よって、流入口に近い第一流路に近い発光素子は、流出口に近い第二流路に近い発光素子に比べて冷却されやすく、この冷却効果の違いが発光素子の光出力差となるおそれがある。 However, if a cooling plate is analyzed in more detail, in the case of a cooling plate that includes channels through which a refrigerant flows, the cooling effect of the cooling plate differs locally depending on the arrangement of the channels. In particular, the refrigerant near the inlet has not yet absorbed heat, so its temperature is relatively low and the cooling effect is large. On the other hand, the refrigerant near the outlet has already absorbed a lot of heat, so its temperature is relatively high and the cooling effect is small. Therefore, a light emitting element near the first flow path near the inlet is more easily cooled than a light emitting element near the second flow path near the outlet, and this difference in cooling effect may result in a difference in light output of the light emitting elements. be.

前記光源装置では、流入口に近い第一流路と流出口に近い第二流路を、冷却板の外から内に向かって交互に配置している。これにより、冷却板において、第二流路の冷媒から第一流路の冷媒へ熱の移動が発生し、第一流路を流れる冷媒と第二流路を流れる冷媒の温度差が小さくなる。その結果、冷却板の温度がより均一化し、前記複数の発光素子をより均等に冷却できる。 In the light source device, the first channel close to the inlet and the second channel close to the outlet are alternately arranged from the outside to the inside of the cooling plate. As a result, in the cooling plate, heat transfer occurs from the refrigerant in the second flow path to the refrigerant in the first flow path, and the temperature difference between the refrigerant flowing in the first flow path and the refrigerant flowing in the second flow path becomes small. As a result, the temperature of the cooling plate becomes more uniform, and the plurality of light emitting elements can be cooled more evenly.

前記第一流路と前記第二流路は、
前記第一流路及び前記第二流路の前記冷媒の進行方向左側に位置する第一ストリップと、前記第一流路および前記第二流路の前記冷媒の進行方向右側に位置する第二ストリップによって区画されていても構わない。本明細書において、「ストリップ」は、薄く細長い帯状の物体を表す。二つのストリップによって第一流路と第二流路が区画される。
The first flow path and the second flow path are
partitioned by a first strip located on the left side of the first flow path and the second flow path in the direction in which the refrigerant travels; and a second strip located on the right side of the first flow path and the second flow path in the direction of travel of the refrigerant. It doesn't matter if it is. As used herein, "strip" refers to a thin, elongated, strip-like object. The two strips define a first flow path and a second flow path.

前記第一流路が前記第二流路に接続する接続領域において、前記第一ストリップと前記第二ストリップは、それぞれ端部を有し、
前記冷却板の主面の法線方向からみて、前記端部の少なくとも一つは、丸みのある形状を有しても構わない。これにより、冷媒が乱流になりにくく、冷却効率が向上する。
In a connection region where the first channel connects to the second channel, the first strip and the second strip each have an end,
At least one of the ends may have a rounded shape when viewed from the normal direction of the main surface of the cooling plate. This makes it difficult for the refrigerant to become turbulent, improving cooling efficiency.

前記渦巻状の流路において、流路幅は、流路厚みより大きい形状であっても構わない。流路幅が流路厚みより大きいと、冷却板の厚みが限られるなか、冷媒量を増やし、冷却効率を高めることができる。 In the spiral flow path, the width of the flow path may be larger than the thickness of the flow path. When the channel width is larger than the channel thickness, the amount of refrigerant can be increased and the cooling efficiency can be improved even though the thickness of the cooling plate is limited.

前記基板の厚みと前記冷却板の基部の厚みの合計をt、前記流路のピッチをPw、前記発光素子の寸法をL1とするとき、(1)式を満たしても構わない。詳細は後述するが、このような冷却板の寸法設計により、第一流路35aと第二流路35b間の冷媒の温度差による冷却効率の違いが、発光素子の熱吸収に与える影響を抑えることができる。
When the sum of the thickness of the substrate and the thickness of the base of the cooling plate is t, the pitch of the flow path is Pw, and the dimension of the light emitting element is L1, equation (1) may be satisfied. Although the details will be described later, by designing the dimensions of the cooling plate as described above, it is possible to suppress the influence of the difference in cooling efficiency due to the temperature difference of the coolant between the first flow path 35a and the second flow path 35b on the heat absorption of the light emitting element. I can do it.

前記流路のピッチPwは前記発光素子のピッチP以下であっても構わない。 The pitch Pw of the flow paths may be less than or equal to the pitch PL of the light emitting elements.

前記渦巻状の流路部分において、前記第一流路の流路幅は、第二流路の流路幅と略同一であっても構わない。「略同一」とは、第一流路の流路幅の第二流路の流路幅の差異(絶対値)が、第一流路の流路幅に対して10%以内にあることを示す。なお、第一流路の流路幅の第二流路の流路幅の差異(絶対値)が、第一流路の流路幅に対して5%以内にあるとより好ましく、3%以内にあるとさらに好ましい。 In the spiral channel portion, the channel width of the first channel may be substantially the same as the channel width of the second channel. "Substantially the same" indicates that the difference (absolute value) between the channel width of the first channel and the channel width of the second channel is within 10% of the channel width of the first channel. In addition, it is more preferable that the difference (absolute value) between the channel width of the first channel and the channel width of the second channel is within 5%, and is within 3%. and even more preferable.

前記流出口からの熱伝導が抑制されるように、前記流入口は前記流出口に対して離間した位置にあっても構わない。流入口付近の第一流路を流れる冷媒が、流出口付近の第二流路を流れる冷媒から熱を受け取ることが抑制される。これにより、流入口付近の第一流路を流れる冷媒が、発光素子の温度低下に寄与しない熱の吸収を防ぐことができる。その結果、効果的な冷却を行うことができる。 The inlet may be located at a distance from the outlet so that heat conduction from the outlet is suppressed. The refrigerant flowing in the first flow path near the inlet is suppressed from receiving heat from the refrigerant flowing in the second flow path near the outlet. This can prevent the coolant flowing through the first flow path near the inlet from absorbing heat that does not contribute to lowering the temperature of the light emitting element. As a result, effective cooling can be performed.

前記発光素子に電力を供給する電力供給部は、前記冷却板の主面上において、前記流路のない領域に重なっても構わない。冷却板には、流路のある領域と流路のない領域がある。電力供給部が流路のない領域に重なることを許容することにより、流路の配置を、発光素子の冷却を優先した配置にできる。その結果、効果的な冷却を行うことができる。 A power supply unit that supplies power to the light emitting element may overlap an area without the flow path on the main surface of the cooling plate. The cooling plate has a region with a flow path and a region without a flow path. By allowing the power supply section to overlap an area without a flow path, the flow path can be arranged to give priority to cooling of the light emitting element. As a result, effective cooling can be performed.

前記冷却板は本体と蓋体とを含み、前記本体は金属無垢板から構成されても構わない。ここで、前記本体が、前記発光素子が配置された基板に接合されても構わないし、又は、前記蓋体が、前記発光素子が配置された基板に接合されても構わない。前記流路を区画するストリップの材料は、前記基板の他方の面に接合される基部の材料と同じであっても構わない。一例として、冷却板の本体を構成するストリップと基部は、一枚の金属板を削り出して形成される。これにより、本体内に材料の接合部がなく、本体の強度と熱伝導率が向上する。 The cooling plate may include a main body and a lid, and the main body may be made of a solid metal plate. Here, the main body may be joined to the substrate on which the light emitting element is arranged, or the lid body may be joined to the substrate on which the light emitting element is arranged. The material of the strip defining the flow path may be the same as the material of the base joined to the other surface of the substrate. As an example, the strips and base that constitute the main body of the cooling plate are formed by cutting out a single metal plate. This eliminates material joints within the body, increasing the strength and thermal conductivity of the body.

複数の発光素子間の光出力の均一性を高められる光源装置を提供できる。 A light source device that can improve the uniformity of light output between a plurality of light emitting elements can be provided.

第一実施形態の光源装置の斜視図である。It is a perspective view of the light source device of a first embodiment. 第一実施形態の光源装置の斜視図である。It is a perspective view of the light source device of a first embodiment. 冷却板の-Z側から冷却板の本体を見た図である。FIG. 3 is a view of the main body of the cooling plate viewed from the -Z side of the cooling plate. 図3の第一流路と第二流路の接続領域の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of the connection area between the first flow path and the second flow path in FIG. 3; 第一流路と第二流路の接続領域の参考形態を示す図である。It is a figure which shows the reference form of the connection area of a 1st flow path and a 2nd flow path. 第一実施形態の光源装置の断面図である。It is a sectional view of the light source device of a first embodiment. 基板の主面の法線方向に、+Z側から光源装置を見た図である。FIG. 3 is a view of the light source device viewed from the +Z side in the normal direction of the main surface of the substrate. 流入口が流出口に近接する冷却板の本体を示す図である。FIG. 6 is a view showing the main body of the cooling plate where the inlet is close to the outlet. 第二実施形態の冷却板の本体を示す図である。It is a figure which shows the main body of the cooling plate of 2nd embodiment. 第三実施形態の光源装置の断面図である。It is a sectional view of a light source device of a third embodiment. 第四実施形態の光源装置の断面図である。It is a sectional view of a light source device of a fourth embodiment.

図面を参照しながら光源装置の各実施形態を説明する。なお、本明細書に開示された各図面は、あくまで模式的に図示されたものである。すなわち、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しておらず、また、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。 Each embodiment of the light source device will be described with reference to the drawings. Note that each drawing disclosed in this specification is merely schematically illustrated. That is, the dimensional ratios on the drawings do not necessarily match the actual dimensional ratios, and the dimensional ratios do not necessarily match between the drawings.

図面はXYZ座標系を参照して説明される。本明細書において、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「+X方向」、「-X方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「X方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「X方向」と記載されている場合には、「+X方向」と「-X方向」の双方が含まれる。Y方向及びZ方向についても同様である。 The drawings are described with reference to an XYZ coordinate system. In this specification, when expressing directions, when distinguishing between positive and negative directions, they are described with positive and negative signs, such as "+X direction" and "-X direction." Furthermore, when expressing a direction without distinguishing between positive and negative directions, it is simply written as "X direction." That is, in this specification, when the term "X direction" is simply used, it includes both the "+X direction" and the "-X direction." The same applies to the Y direction and the Z direction.

<第一実施形態>
[光源装置の概要]
図1を参照しながら、光源装置の第一実施形態が説明される。図1は、光源装置100の斜視図である。図1に示されるように、光源装置100は、基板10と冷却板30を有する。基板10の主面及び冷却板30の主面は、それぞれ、XY平面に沿って延びるように示されている。そして、基板10及び冷却板30の厚み方向がZ方向となるように示されている。
<First embodiment>
[Overview of light source device]
A first embodiment of a light source device will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view of a light source device 100. As shown in FIG. 1, the light source device 100 includes a substrate 10 and a cooling plate 30. The main surface of the substrate 10 and the main surface of the cooling plate 30 are each shown extending along the XY plane. The thickness direction of the substrate 10 and the cooling plate 30 is shown in the Z direction.

基板10の一方の主面には複数の発光素子2が配置されている。図1では、複数の発光素子2のうちのひとつに対し、符号「2」を付している。詳細は後述するが、本実施形態の複数の発光素子2は、互いに等ピッチを形成するように配置されている。具体的には、基板10上で、一つの発光素子2を中心として、その周囲かつ前記一つの発光素子2から等距離に配置された6点に、隣の発光素子2が配置されている。6点に配置された発光素子2は正六角形の頂点を構成する。これにより、XY平面上において、各発光素子2が等ピッチで配置される。しかしながら、複数の発光素子2は、必ずしも、正六角形の頂点を構成するように配置されなくても構わない。例えば、複数の発光素子2は、正方形の頂点を構成するように配置されても構わない。さらに、複数の発光素子2は、等ピッチで配置されなくても構わない。例えば、複数の発光素子2は、正多角形でない多角形(正六角形でない六角形、又は、長方形等)の頂点を構成するように配置されても構わない。 A plurality of light emitting elements 2 are arranged on one main surface of the substrate 10. In FIG. 1, one of the plurality of light emitting elements 2 is designated by the symbol "2". Although details will be described later, the plurality of light emitting elements 2 of this embodiment are arranged at equal pitches. Specifically, on the substrate 10, adjacent light emitting elements 2 are arranged at six points around one light emitting element 2 and equidistant from the one light emitting element 2. The light emitting elements 2 arranged at six points constitute the vertices of a regular hexagon. As a result, the light emitting elements 2 are arranged at equal pitches on the XY plane. However, the plurality of light emitting elements 2 do not necessarily have to be arranged so as to constitute the vertices of a regular hexagon. For example, the plurality of light emitting elements 2 may be arranged to constitute the vertices of a square. Furthermore, the plurality of light emitting elements 2 do not have to be arranged at equal pitches. For example, the plurality of light emitting elements 2 may be arranged to constitute vertices of a polygon that is not a regular polygon (a hexagon that is not a regular hexagon, a rectangle, etc.).

基板10の他方の主面に、冷却板30が接合される。冷却板30は、その内部に、冷媒を通流させる流路を含む。流路の詳細は、後述する。冷媒は、供給管41から冷却板30に供給され、冷却板30の内部の流路を通り、冷却板30から排出管42へ排出される。供給管41及び排出管42は、光源装置100に含まれない。冷却板30は、本体30aと、本体30aに接合される蓋体30bとを有する。詳細は後述するが、本体30aと蓋体30bが接合されることにより、流路が内部に形成される。 A cooling plate 30 is bonded to the other main surface of the substrate 10. The cooling plate 30 includes therein a flow path through which a refrigerant flows. Details of the flow path will be described later. The refrigerant is supplied from the supply pipe 41 to the cooling plate 30 , passes through a flow path inside the cooling plate 30 , and is discharged from the cooling plate 30 to the discharge pipe 42 . The supply pipe 41 and the discharge pipe 42 are not included in the light source device 100. The cooling plate 30 includes a main body 30a and a lid 30b joined to the main body 30a. Although details will be described later, a flow path is formed inside by joining the main body 30a and the lid 30b.

発光素子2の光は、+Z方向に出射される。出射側(+Z側)から-Z方向に発光素子2をみたとき、発光素子2は正方形を呈する。しかしながら、発光素子2の形状は特に限定されず、例えば、矩形、円形又は楕円形を呈しても構わない。発光素子2は、図1に示されるような、基板上に複数の発光素子が実装されたチップタイプの発光素子に限らない。例えば、一個の発光素子、若しくは、複数の発光素子群がパッケージされたパッケージタイプの発光素子でも構わない。発光素子2の寸法L1は、特に限定されないが、チップタイプの場合、例えば、0.3mm以上3mm以下であっても構わないし、パッケージタイプの場合、1mm以上15mm以下であっても構わない。なお、発光素子2の寸法L1は、発光素子2の最長辺の長さ又は最大直径で表される。 Light from the light emitting element 2 is emitted in the +Z direction. When the light emitting element 2 is viewed from the emission side (+Z side) in the -Z direction, the light emitting element 2 has a square shape. However, the shape of the light emitting element 2 is not particularly limited, and may be rectangular, circular, or elliptical, for example. The light emitting element 2 is not limited to a chip type light emitting element in which a plurality of light emitting elements are mounted on a substrate as shown in FIG. 1. For example, a single light emitting element or a package type light emitting element in which a plurality of light emitting element groups are packaged may be used. The dimension L1 of the light emitting element 2 is not particularly limited, but in the case of a chip type, it may be, for example, 0.3 mm or more and 3 mm or less, and in the case of a package type, it may be 1 mm or more and 15 mm or less. Note that the dimension L1 of the light emitting element 2 is expressed by the length of the longest side or the maximum diameter of the light emitting element 2.

発光素子2は、固体発光素子であるとよい。本実施形態では、発光素子2はLEDであるが、発光素子2として半導体レーザ素子(LD)を使用しても構わない。発光素子2の発光波長は特に限定されず、例えば、可視光、紫外光、又は赤外光を発光しても構わない。 The light emitting device 2 is preferably a solid state light emitting device. In this embodiment, the light emitting element 2 is an LED, but a semiconductor laser element (LD) may also be used as the light emitting element 2. The emission wavelength of the light emitting element 2 is not particularly limited, and for example, visible light, ultraviolet light, or infrared light may be emitted.

発光素子2がチップタイプの場合、又は、パッケージタイプの場合に拘わらず、基板10に配置される発光素子2の数は、特に限定されない。両方の場合において、一つの冷却板に接合される基板に積載される発光素子2の総数は、20個以上であるとよく、好ましくは50個以上であるとよく、より好ましくは100個以上であるとよい。基板10に配置される発光素子2の数は、5000個以下であるとよく、好ましくは、1000個以下であるとよく、より好ましくは500個以下であるとよい。 Regardless of whether the light emitting elements 2 are of a chip type or a package type, the number of light emitting elements 2 arranged on the substrate 10 is not particularly limited. In both cases, the total number of light emitting elements 2 mounted on the substrate bonded to one cooling plate may be 20 or more, preferably 50 or more, and more preferably 100 or more. Good to have. The number of light emitting elements 2 arranged on the substrate 10 may be 5000 or less, preferably 1000 or less, and more preferably 500 or less.

一つの冷却板に接合される基板10の寸法は、X/Y方向それぞれに50mm以上であるとよく、80mm以上であるとより好ましい。基板10の寸法は、X/Y方向それぞれに500mm以下であるとよく、200mm以下であるとより好ましい。 The dimensions of the substrate 10 to be joined to one cooling plate are preferably 50 mm or more in each of the X and Y directions, and more preferably 80 mm or more. The dimensions of the substrate 10 are preferably 500 mm or less in each of the X and Y directions, and more preferably 200 mm or less.

光源装置100は、発光素子2の各々に電力を供給するための電力供給部5を有する。本実施形態において、電力供給部5は、外部電源に接続可能に構成される給電コネクタである。光源装置100は、光源装置100を構成する複数の発光素子2に対し、分担して電力を供給できるように、4つの電力供給部5を備える。 The light source device 100 includes a power supply section 5 for supplying power to each of the light emitting elements 2. In this embodiment, the power supply section 5 is a power supply connector configured to be connectable to an external power source. The light source device 100 includes four power supply units 5 so that power can be shared and supplied to the plurality of light emitting elements 2 that constitute the light source device 100.

図2は、光源装置100の斜視図である。ただし、図2では、流路35が確認できるように、蓋体30bを取り去った状態を示す。冷却板30の本体30aは、冷媒の流入口31と、冷媒の流出口32と、を有する。流入口31は供給管41に接続され、流出口32は排出管42に接続される。使用する冷媒は限定されない。冷媒は、液体であると好ましく、例えば、水であると好ましい。しかしながら、冷媒は、水以外の液体であっても構わない。冷媒は気体を含む液体であっても構わない。冷媒は、気体であっても構わない。 FIG. 2 is a perspective view of the light source device 100. However, FIG. 2 shows a state in which the lid 30b is removed so that the flow path 35 can be confirmed. The main body 30a of the cooling plate 30 has a refrigerant inlet 31 and a refrigerant outlet 32. The inlet 31 is connected to the supply pipe 41 and the outlet 32 is connected to the discharge pipe 42. The refrigerant used is not limited. The refrigerant is preferably a liquid, for example water. However, the refrigerant may be a liquid other than water. The refrigerant may be a liquid containing gas. The refrigerant may be a gas.

図3は、冷却板30の主面の法線に沿って、冷却板30の-Z側から+Z方向に本体30aを見た図である。流入口31、流出口32及び流路35を認識し易くするため、水が流れない部分にハッチングを施している。後述する図4A、図4B、図7及び図8も、同様のハッチングを施している。 FIG. 3 is a view of the main body 30a viewed from the −Z side of the cooling plate 30 in the +Z direction along the normal to the main surface of the cooling plate 30. In order to make it easier to recognize the inlet 31, the outlet 32, and the flow path 35, hatching is applied to areas where water does not flow. Similar hatching is applied to FIGS. 4A, 4B, 7, and 8, which will be described later.

[渦巻状の流路]
図3を参照しながら流路35について説明する。流路35は、流入口31に接続される第一流路35aと、流出口32に接続される第二流路35bを有する。流路35のうち、流入口31の近傍及び流出口32の近傍を除く大部分は、渦巻状を呈する。第一流路35aは、冷媒が冷却板30の外から内に向かって流れる部分を含み、第二流路35bは、冷媒が冷却板30の内から外に向かって流れる部分を含む。第一流路35aは、点P1で第二流路35bに接続される。点P1は、渦巻の中心点といえる。
[Spiral-like flow path]
The flow path 35 will be explained with reference to FIG. The flow path 35 has a first flow path 35a connected to the inlet 31 and a second flow path 35b connected to the outlet 32. Most of the flow path 35 except for the vicinity of the inlet 31 and the outlet 32 has a spiral shape. The first flow path 35a includes a portion where the refrigerant flows from the outside to the inside of the cooling plate 30, and the second flow path 35b includes a portion where the refrigerant flows from the inside of the cooling plate 30 toward the outside. The first flow path 35a is connected to the second flow path 35b at point P1. Point P1 can be said to be the center point of the spiral.

第一流路35aと第二流路35bは、冷却板30の外から中心点P1に向かって、交互に配置される。この理由を説明する。流路35を流れる冷媒は、下流に向かうほど熱を吸収し、高温になる。よって、第二流路35bを流れる冷媒は、第一流路35aを流れる冷媒よりも高温となりやすい。しかしながら、第一流路35aと第二流路35bが交互に配置されると、第二流路35bの冷媒から第一流路35aの冷媒へ熱の移動が発生し、第一流路35aを流れる冷媒と第二流路35bを流れる冷媒の温度差が小さくなる。二つの流路(35a,35b)を流れる冷媒の温度差が小さくなると、冷却板30に接合される基板10、延いては複数の発光素子2を均等に冷却できる。 The first flow path 35a and the second flow path 35b are arranged alternately from outside the cooling plate 30 toward the center point P1. The reason for this will be explained. The refrigerant flowing through the flow path 35 absorbs more heat and becomes hotter as it goes downstream. Therefore, the refrigerant flowing through the second flow path 35b tends to have a higher temperature than the refrigerant flowing through the first flow path 35a. However, when the first flow path 35a and the second flow path 35b are arranged alternately, heat transfer occurs from the refrigerant in the second flow path 35b to the refrigerant in the first flow path 35a, and the refrigerant flowing in the first flow path 35a The temperature difference of the refrigerant flowing through the second flow path 35b becomes smaller. When the temperature difference between the coolant flowing through the two channels (35a, 35b) becomes smaller, the substrate 10 bonded to the cooling plate 30 and, by extension, the plurality of light emitting elements 2 can be evenly cooled.

図3に示されるように、渦巻状の流路35は、冷却板30の-Z側から+Z方向に本体30aを見たとき、全体として角がない略円形(又は、略楕円形)の渦巻状を呈する。渦巻状の流路35は全体として角がないために、冷媒が円滑に流れることができる。しかしながら、渦巻状の流路に、全体として角のある部分を含む形状(例えば、多角形)を呈しても構わない。 As shown in FIG. 3, when the main body 30a is viewed from the −Z side of the cooling plate 30 in the +Z direction, the spiral flow path 35 is a generally circular (or approximately elliptical) spiral with no corners as a whole. exhibits a condition. Since the spiral flow path 35 has no corners as a whole, the refrigerant can flow smoothly. However, the spiral flow path may have a shape (for example, a polygon) including an angular portion as a whole.

第一流路35aと第二流路35bは、薄く長い、渦巻状のストリップによって区画されることで形成される。図3に示されるように、ストリップは、第一流路35a及び第二流路35bの進行方向左側(冷媒の進む方向に対して左側)に位置する第一ストリップ36と、第一流路35aおよび第二流路35bの進行方向右側(冷媒の進む方向に対して右側)に位置する第二ストリップ37と、を有する。 The first flow path 35a and the second flow path 35b are formed by being partitioned by a thin and long spiral strip. As shown in FIG. 3, the strips include a first strip 36 located on the left side of the first flow path 35a and the second flow path 35b in the traveling direction (left side with respect to the refrigerant traveling direction), and a first strip 36 located on the left side of the first flow path 35a and the second flow path 35b (left side with respect to the refrigerant traveling direction); A second strip 37 is located on the right side of the second flow path 35b in the traveling direction (right side with respect to the direction in which the refrigerant travels).

図3に示されるように、第一ストリップ36及び第二ストリップ37は、それぞれ、本体30aの一部から突出し、中心点P1の回りを巻かれる形状を呈する。第一ストリップ36及び第二ストリップ37が、第一流路35a及び第二流路35bを区画する。なお、三つ以上のストリップによって流路35が区画されても構わない。例えば、流入口31と流出口32の組み合わせを2セット設けるようにストリップを配置しても構わない。 As shown in FIG. 3, the first strip 36 and the second strip 37 each protrude from a portion of the main body 30a and have a shape wound around the center point P1. The first strip 36 and the second strip 37 define a first flow path 35a and a second flow path 35b. Note that the flow path 35 may be divided by three or more strips. For example, the strips may be arranged so as to provide two sets of inflow ports 31 and outflow ports 32.

図4Aは、図3の、第一流路35aが第二流路35bに接続する接続領域C1の拡大図である。第一ストリップ36は、接続領域C1において端部36eを有する。第二ストリップ37は、接続領域C1において端部37eを有する。流路(35a,35b)の渦巻の中心点P1は、端部36eと端部37eとを結ぶ線分LSの中点に位置する。 FIG. 4A is an enlarged view of the connection region C1 in FIG. 3 where the first flow path 35a connects to the second flow path 35b. The first strip 36 has an end 36e in the connection region C1. The second strip 37 has an end 37e in the connection area C1. The center point P1 of the spiral of the flow path (35a, 35b) is located at the midpoint of the line segment LS connecting the end portion 36e and the end portion 37e.

二つの端部(36e,37e)は、いずれも、丸みのある形状であり、角がない。端部が角形状である場合(図4B)、冷媒の流れは急峻にその方向を転換し、乱流化しやすい。これに対し、図4Aに示される丸みのある端部(36e,37e)の場合、冷媒の流れは滑らかにその方向を転換し、乱流化しにくい。 The two ends (36e, 37e) are both rounded and have no corners. When the end portion is square (FIG. 4B), the flow of the refrigerant changes its direction sharply and tends to become turbulent. On the other hand, in the case of the rounded ends (36e, 37e) shown in FIG. 4A, the flow of the refrigerant changes its direction smoothly and is less likely to become turbulent.

流路幅Wnは、流路35を形成するために対向配置される第一ストリップ36と第二ストリップ37から等距離にある中間線LIに直交する線LO上における、第一ストリップ36と第二ストリップ37の間隔で表される。流路幅の偏差は小さい方が好ましい。流路幅の偏差が大きいと、流路幅の狭いところで流速が上がり、流路幅の広いところで流速が下がるため、乱流化しやすい。これに対し、流路幅の偏差が小さいと、流速が一定になり、乱流化しにくい。 The channel width Wn is defined as the width of the first strip 36 and the second strip 37 on a line LO perpendicular to the intermediate line LI that is equidistant from the first strip 36 and the second strip 37 that are arranged opposite to form the channel 35. It is represented by the spacing of the strips 37. It is preferable that the deviation in channel width is smaller. If the deviation in channel width is large, the flow velocity increases where the channel width is narrow and the flow velocity decreases where the channel width is wide, which tends to cause turbulence. On the other hand, when the deviation of the channel width is small, the flow velocity becomes constant and turbulence is less likely to occur.

図4Aに示す、W1、W2及びW3はいずれも流路幅である。流路幅(W1,W2,W3)の偏差(それぞれの位置における流路幅と平均流路幅Wxとの差)は、小さいほど好ましい。端部(36e,37e)の丸みが流路幅の偏差を小さくする。なお、平均流路幅Wxは、渦巻状部分の流路における流路幅を複数個所(例えば、5箇所)測定した平均値によって求められる。 In FIG. 4A, W1, W2, and W3 are all channel widths. The smaller the deviation of the channel widths (W1, W2, W3) (the difference between the channel width at each position and the average channel width Wx), the better. The roundness of the ends (36e, 37e) reduces deviation in channel width. Note that the average channel width Wx is determined by the average value obtained by measuring the channel width at a plurality of locations (for example, five locations) in the channel of the spiral portion.

図4Bは、接続領域C1における流路形状の参考形態である。図4Bでは、図4Aの場合とは異なり、第一ストリップ36の端部36e及び第二ストリップ37の端部37eは角を有する。端部(36e,37e)が角を有する場合、冷媒の流れる方向に対して流路幅が変化する。つまり、流路幅の偏差が図4Aの場合と比べて大きくなる。そのため、図4Bに示す接続領域C1では、図4Aに比べて冷媒が乱流化しやすい。 FIG. 4B is a reference form of the flow path shape in the connection region C1. In FIG. 4B, unlike in FIG. 4A, the end 36e of the first strip 36 and the end 37e of the second strip 37 have corners. When the ends (36e, 37e) have corners, the channel width changes with respect to the direction in which the refrigerant flows. In other words, the deviation in channel width becomes larger than in the case of FIG. 4A. Therefore, in the connection region C1 shown in FIG. 4B, the refrigerant is more likely to flow turbulently than in FIG. 4A.

接続領域C1に限らず、第一流路35a及び第二流路35bの全体において、流路幅は一定である方が好ましい。第一流路35aの流路幅は、第二流路35bの流路幅と略同一であると好ましい。渦巻状の流路部分において、流路幅の偏差は、5mm以内であると好ましく、3mm以内であるとより好ましく、1mm以内であるとさらに好ましい。 It is preferable that the channel width is constant not only in the connection region C1 but also in the entire first channel 35a and second channel 35b. The width of the first flow path 35a is preferably approximately the same as the width of the second flow path 35b. In the spiral channel portion, the deviation in channel width is preferably within 5 mm, more preferably within 3 mm, and even more preferably within 1 mm.

第二ストリップ37の端部37eと、第一ストリップ36の端部36eのいずれか一方が丸みのある形状を呈しても構わない。 Either one of the end 37e of the second strip 37 and the end 36e of the first strip 36 may have a rounded shape.

図5は、光源装置100の一部分を拡大して示した断面図である。図5は、冷却板30の主面に直交し、かつ、流路35における冷媒の進行方向に直交する面における断面図である。 FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the light source device 100. As shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken on a plane perpendicular to the main surface of the cooling plate 30 and perpendicular to the direction of movement of the coolant in the flow path 35.

図5に示されるように、冷却板30の本体30aは、厚み方向に、ストリップ(36,37)と、ストリップ(36,37)の基部30dを含む。本実施形態において、本体30aは金属無垢板から構成されている。即ち、ストリップ(36,37)と、ストリップ(36,37)の基部30dは、一枚の金属板を削り出して形成されている。よって、ストリップ(36,37)及び基部30dは同じ材料であるから、両者の間に熱膨張差が存在せず、熱膨脹差の違いによる熱歪みを受けない。さらに、ストリップ(36,37)と基部30dの間に接合部が存在しないから、接合部における強度低下がなく、基板10の熱を冷却板30に熱伝導しやすい。 As shown in FIG. 5, the main body 30a of the cooling plate 30 includes strips (36, 37) and base portions 30d of the strips (36, 37) in the thickness direction. In this embodiment, the main body 30a is made of a solid metal plate. That is, the strips (36, 37) and the base portion 30d of the strips (36, 37) are formed by cutting out a single metal plate. Therefore, since the strips (36, 37) and the base 30d are made of the same material, there is no difference in thermal expansion between them, and they are not subject to thermal distortion due to the difference in thermal expansion. Furthermore, since there is no joint between the strips (36, 37) and the base 30d, there is no decrease in strength at the joint, and the heat of the substrate 10 is easily conducted to the cooling plate 30.

冷却板30の本体30aは、他の方法で製造されても構わない。本体30aは、例えば、第一ストリップ36及び第二ストリップ37を基部30dに溶接や接着剤などで接合されても構わない。基部30dに第一ストリップ36及び第二ストリップ37を嵌入する溝を形成し、本体30aは、当該溝に、第一ストリップ36及び第二ストリップ37を嵌入することにより構成しても構わない。第一ストリップ36及び第二ストリップ37及び基部30dを3D造形法により形成しても構わない。 The main body 30a of the cooling plate 30 may be manufactured using other methods. In the main body 30a, for example, the first strip 36 and the second strip 37 may be joined to the base 30d by welding, adhesive, or the like. A groove into which the first strip 36 and the second strip 37 are fitted may be formed in the base 30d, and the main body 30a may be constructed by fitting the first strip 36 and the second strip 37 into the groove. The first strip 36, the second strip 37, and the base portion 30d may be formed by a 3D modeling method.

上述した本体30aの形成方法を、冷却板30の蓋体30bに適用しても構わない。図5では、ストリップ(36,37)を有する本体30aが、基板10に接合されているが、これに限らない。本体30aに代えて、ストリップ(36,37)を有さない蓋体30bが、基板10に接合されても構わない。 The method for forming the main body 30a described above may be applied to the lid 30b of the cooling plate 30. In FIG. 5, the main body 30a having strips (36, 37) is bonded to the substrate 10, but the present invention is not limited thereto. Instead of the main body 30a, a lid 30b without strips (36, 37) may be joined to the substrate 10.

流路厚みH2は、流路幅W4よりも小さい。すなわち、各流路間の間隔を相対的に狭めることで、流路間の熱輸送を維持しやすい。例えば、図5に示すように流路断面を扁平形状にすることで、流路幅を拡大して熱輸送を促進させつつ、流路厚みH2を相対的に小さくすることで流路間の熱輸送を維持しやすい。また、流路35を形成する断面形状は、円形など、任意の形状が採用できる。しかしながら、流路間の熱輸送を促進させる観点から、流路間を隔てる第一ストリップ36及び第二ストリップ37は、主面に直行する方向に平坦な形状を有することが望ましい。また、第一ストリップ36及び第二ストリップ37により形成される各流路は、等間隔に形成されることが望ましい。 The channel thickness H2 is smaller than the channel width W4. That is, by relatively narrowing the interval between each flow path, it is easy to maintain heat transport between the flow paths. For example, as shown in Figure 5, by making the cross section of the flow channel flat, the width of the flow channel is expanded to promote heat transport, while the thickness H2 of the flow channel is made relatively small, allowing the heat to be transferred between the flow channels. Easy to maintain transportation. Further, the cross-sectional shape forming the flow path 35 can be any shape such as a circle. However, from the viewpoint of promoting heat transport between the channels, it is desirable that the first strip 36 and the second strip 37 separating the channels have a flat shape in a direction perpendicular to the main surface. Furthermore, it is desirable that the flow paths formed by the first strip 36 and the second strip 37 be formed at equal intervals.

基板10の厚みT1と冷却板30の基部30dの厚みT3の合計厚みをt、流路35のピッチをPw、発光素子2の寸法をL1とするとき、光源装置100は、(1)式を満たしても構わない。 When the total thickness of the thickness T1 of the substrate 10 and the thickness T3 of the base 30d of the cooling plate 30 is t, the pitch of the flow path 35 is Pw, and the dimension of the light emitting element 2 is L1, the light source device 100 calculates the equation (1). It doesn't matter if you fill it.

各発光素子2の熱は、-Z方向に拡散すると同時に±Y方向に拡散する。合計厚みtが大きくなるほど、熱は±Y方向に拡散する。(1)式を満たすとき、熱の±Y方向への拡散は、流路35のピッチPw以上に拡大することになる。その結果、いずれの発光素子2においても発生した熱は±Y方向への拡散により、隣接する二つの流路(第一流路35a及び第二流路35b)に到達し、第一流路35aを流れる冷媒と第二流路35bを流れる冷媒の両方に吸収される。このような寸法設計により、第一流路35aと第二流路35bにおける冷媒の温度差による冷却効率の違いが発光素子2の熱吸収に与える影響を抑えることができる。合計厚みtは、例えば、1.8mm以上あるとよい。 The heat of each light emitting element 2 is diffused in the −Z direction and simultaneously in the ±Y direction. As the total thickness t increases, heat diffuses in the ±Y direction. When formula (1) is satisfied, the diffusion of heat in the ±Y direction expands beyond the pitch Pw of the flow paths 35. As a result, the heat generated in any of the light emitting elements 2 diffuses in the ±Y direction, reaches the two adjacent channels (first channel 35a and second channel 35b), and flows through the first channel 35a. It is absorbed by both the refrigerant and the refrigerant flowing through the second flow path 35b. Such dimensional design can suppress the influence of the difference in cooling efficiency due to the temperature difference between the coolant in the first flow path 35a and the second flow path 35b on the heat absorption of the light emitting element 2. The total thickness t is preferably 1.8 mm or more, for example.

光源装置100は、さらに、(2)式を満たしても構わない。
The light source device 100 may further satisfy equation (2).

第一流路35aと第二流路35bにおける冷媒の温度差による冷却効率の違いが発光素子2の熱吸収に与える影響を抑えるためには、各発光素子2からの熱が、隣接する二つの流路(第一流路35a及び第二流路35b)の全体に拡散するような合計厚みtであればよい。また、合計厚みtが厚くなるほどコストが上昇し、空間を占有することから、合計厚みが(2)式を満たすように光源装置100を設計すると効果に冷却できる。合計厚みtは、例えば、4.7mm以下であるとよい。 In order to suppress the influence of the difference in cooling efficiency due to the temperature difference between the coolant in the first flow path 35a and the second flow path 35b on the heat absorption of the light emitting elements 2, the heat from each light emitting element 2 must be It is sufficient that the total thickness t is such that it is diffused throughout the channels (the first channel 35a and the second channel 35b). Further, as the total thickness t increases, the cost increases and the space is occupied. Therefore, if the light source device 100 is designed so that the total thickness satisfies equation (2), it can be effectively cooled. The total thickness t may be, for example, 4.7 mm or less.

流路35のピッチPwは、発光素子2のピッチP(図5参照)以下であっても構わない。流路35のピッチPwは、例えば、3mm以上15mm以下であり、5mm以上10mm以下であると好ましい。発光素子2のピッチPは、例えば、4mm以上20mm以下であり、5mm以上15mm以下であると好ましく、6mm以上10mm以下であるとより好ましい。 The pitch Pw of the flow paths 35 may be equal to or less than the pitch P L of the light emitting elements 2 (see FIG. 5). The pitch Pw of the flow paths 35 is, for example, 3 mm or more and 15 mm or less, and preferably 5 mm or more and 10 mm or less. The pitch P L of the light emitting elements 2 is, for example, 4 mm or more and 20 mm or less, preferably 5 mm or more and 15 mm or less, and more preferably 6 mm or more and 10 mm or less.

隣り合う発光素子2間の距離D1は、例えば、4mm以上20mm以下であり、6mm以上10mm以下であると好ましい。流路幅W4(又は、平均流路幅Wx)は、例えば、5mm以上19mm以下であり、6mm以上10mm以下であると好ましい。ストリップ(36,37)の厚みT2は、例えば、0.5mm以上3mm以下であり、0.8mm以上1.5mm以下であるとより好ましい。 The distance D1 between adjacent light emitting elements 2 is, for example, 4 mm or more and 20 mm or less, and preferably 6 mm or more and 10 mm or less. The channel width W4 (or average channel width Wx) is, for example, 5 mm or more and 19 mm or less, and preferably 6 mm or more and 10 mm or less. The thickness T2 of the strips (36, 37) is, for example, 0.5 mm or more and 3 mm or less, and more preferably 0.8 mm or more and 1.5 mm or less.

図5に示されるように、光源装置100における冷却板の本体30aの流路(35a,35b)の断面において、流路(35a,35b)の角部39は丸く形成されている。これにより、冷媒は、流路(35a,35b)内を円滑に流れるようになる。 As shown in FIG. 5, in the cross section of the channel (35a, 35b) of the main body 30a of the cooling plate in the light source device 100, the corner 39 of the channel (35a, 35b) is rounded. This allows the refrigerant to flow smoothly within the flow paths (35a, 35b).

図6は、基板10の主面の法線方向に、+Z側から光源装置100を見た図である。冷却板30の内部にある流路を破線で示す。流路35は冷却板30の全域に配置できるとは限らない。本実施形態では、図6に示されるように、冷却板30の四隅に、流路35が配置されない領域が存在する。なお、流路35の配置されない領域が、冷却板30の四隅以外に存在しても構わない。 FIG. 6 is a diagram of the light source device 100 viewed from the +Z side in the normal direction of the main surface of the substrate 10. The flow paths inside the cooling plate 30 are shown with broken lines. The flow path 35 cannot necessarily be arranged over the entire area of the cooling plate 30. In this embodiment, as shown in FIG. 6, there are regions at the four corners of the cooling plate 30 where the flow paths 35 are not arranged. Note that the region where the flow path 35 is not arranged may exist other than the four corners of the cooling plate 30.

図6の基板10に視点を移すと、基板10上の電力供給部5は、冷却板30の主面上において、主に、流路35のない領域(冷却板30の四隅)に重なるような位置にある。電力供給部5の発熱量は発光素子2の発熱量に比べて無視できる程度であることから、できるだけ、発熱量の大きい発光素子2を、流路35のある領域に重なるように配置する一方で、電力供給部5を、流路35のない領域にまで重なるように配置する。つまり、流路35を、発光素子2の冷却を優先した配置にすることにより、効果的な冷却を行うことができる。 Shifting the viewpoint to the substrate 10 in FIG. 6, the power supply section 5 on the substrate 10 is located on the main surface of the cooling plate 30 in a manner that mainly overlaps an area where there is no flow path 35 (the four corners of the cooling plate 30). in position. Since the amount of heat generated by the power supply section 5 is negligible compared to the amount of heat generated by the light emitting element 2, it is possible to arrange the light emitting element 2, which has a large amount of heat, so as to overlap with a certain area of the flow path 35. , the power supply unit 5 is arranged so as to overlap an area where there is no flow path 35. In other words, by arranging the flow path 35 to give priority to cooling the light emitting element 2, effective cooling can be performed.

[流入口と流出口の配置]
図3に示されるように、本実施形態の光源装置100において、流入口31は流出口32に対して渦巻状の流路を挟んだ位置にある。つまり、流入口31は流出口32から離間した位置にある。流入口31を流出口32から離間させることの効果を、図7を参照しながら説明する。
[Arrangement of inlet and outlet]
As shown in FIG. 3, in the light source device 100 of this embodiment, the inlet 31 is located at a position across the spiral flow path from the outlet 32. In other words, the inlet 31 is located at a distance from the outlet 32. The effect of separating the inlet 31 from the outlet 32 will be explained with reference to FIG. 7.

図7は、流入口31が流出口32から離間していない冷却板の本体40aを示す図である。流入口31が流出口32に近接するため、領域R1内で、それぞれの流路(35a,35b)を流れる冷媒間で熱移動Tmが生じる。図7では、熱移動の方向を太い矢印で示し、太い矢印のうちの一つに「Tm」を付している。 FIG. 7 shows a main body 40a of the cooling plate in which the inlet 31 is not separated from the outlet 32. Since the inlet 31 is close to the outlet 32, heat transfer Tm occurs between the refrigerants flowing through the respective flow paths (35a, 35b) within the region R1. In FIG. 7, the direction of heat transfer is indicated by thick arrows, and "Tm" is attached to one of the thick arrows.

具体的には、流入口31及び流出口32を含む領域R1内で第一流路35aを流れる冷媒は、領域R1内の第二流路35bを流れる冷媒から熱を受け取る。これによって、第一流路35aにおける冷媒の温度が上昇する。領域R1内で第二流路35bを流れる冷媒は、領域R1内で第一流路35aを流れる冷媒に熱を与える。これによって、第二流路35bにおける冷媒の温度が低下する。 Specifically, the refrigerant flowing through the first channel 35a within the region R1 including the inlet 31 and the outlet 32 receives heat from the refrigerant flowing through the second channel 35b within the region R1. This increases the temperature of the refrigerant in the first flow path 35a. The refrigerant flowing through the second flow path 35b within the region R1 gives heat to the refrigerant flowing through the first flow path 35a within the region R1. As a result, the temperature of the refrigerant in the second flow path 35b decreases.

しかしながら、領域R1内の第二流路35bの近くに、発光素子2はない。それゆえ、領域R1内において、第二流路35bにおける冷媒の温度を低下させる必要性がない。それどころか、領域R1内で第一流路35aにおける冷媒の温度が上昇するため、冷媒の冷却能力を低下させることになる。 However, there is no light emitting element 2 near the second flow path 35b in the region R1. Therefore, there is no need to lower the temperature of the refrigerant in the second flow path 35b within the region R1. On the contrary, since the temperature of the refrigerant in the first flow path 35a increases within the region R1, the cooling ability of the refrigerant is reduced.

これに対し、図3に示すように、流入口31が流出口32から離間した位置にあると、流入口31付近を流れる冷媒が、流出口32付近を流れる冷媒から熱を受け取ることがない。そして、均一に冷却させたい領域で、第一流路35aと第二流路35bを隣接させることができる。その結果、第一流路35aを流れる冷媒が、発光素子2の温度低下に寄与しない熱の吸収を防ぎ、冷却能力の低下を抑えられる。 On the other hand, as shown in FIG. 3, when the inlet 31 is located apart from the outlet 32, the refrigerant flowing near the inlet 31 does not receive heat from the refrigerant flowing near the outlet 32. The first flow path 35a and the second flow path 35b can be placed adjacent to each other in a region where uniform cooling is desired. As a result, the coolant flowing through the first flow path 35a is prevented from absorbing heat that does not contribute to a decrease in the temperature of the light emitting element 2, and a decrease in cooling capacity can be suppressed.

<第二実施形態>
第二実施形態の光源装置を説明する。第一実施形態の光源装置と相違する事項を中心に説明する。以下に説明の無い事項については、第一実施形態の光源装置と同様の特徴を有する。第三実施形態以降も同様に、既出の光源装置と同様の特徴を有する事項については、説明を省略する。
<Second embodiment>
A light source device according to a second embodiment will be described. The following description focuses on the differences from the light source device of the first embodiment. Items not described below have the same characteristics as the light source device of the first embodiment. Similarly, in the third embodiment and subsequent embodiments, descriptions of features similar to those of the previously described light source devices will be omitted.

図8は、第二実施形態の光源装置における冷却板の本体50aを示す図である。本体50aでは、図7と同様に流入口31が流出口32から離間していない状態であるが、流入口31と流出口32との間に、断熱部51を有する。断熱部51は、断熱部51以外の本体50aの材料に比べて、熱伝導率の小さい材料で構成されている。断熱部51が存在するため、流出口32付近の第二流路35bの冷媒から、流入口31付近の第一流路35aの冷媒への熱移動が妨げられる。これにより、第一流路35aを流れる冷媒が、発光素子2の温度低下に寄与しない熱の吸収を防ぎ、冷却能力の低下を抑えられる。 FIG. 8 is a diagram showing the main body 50a of the cooling plate in the light source device of the second embodiment. In the main body 50a, although the inlet 31 is not separated from the outlet 32 as in FIG. 7, a heat insulating portion 51 is provided between the inlet 31 and the outlet 32. The heat insulating part 51 is made of a material having a lower thermal conductivity than the material of the main body 50a other than the heat insulating part 51. The presence of the heat insulating portion 51 prevents heat transfer from the refrigerant in the second flow path 35b near the outlet 32 to the refrigerant in the first flow path 35a near the inlet 31. This prevents the coolant flowing through the first flow path 35a from absorbing heat that does not contribute to a decrease in the temperature of the light emitting element 2, thereby suppressing a decrease in cooling capacity.

<第三実施形態>
図9は、第三実施形態の光源装置の断面図である。光源装置300における冷却板の本体30aの流路(35a,35b)の断面において、流路(35a,35b)の角部39は丸く形成されておらず、角張っている。隣り合う流路との間隔T2が、冷却板の厚み方向(Z方向)で一様となり、隣り合う流路間の熱の移動を促進できる。
<Third embodiment>
FIG. 9 is a cross-sectional view of the light source device of the third embodiment. In the cross section of the channel (35a, 35b) of the main body 30a of the cooling plate in the light source device 300, the corner 39 of the channel (35a, 35b) is not rounded but angular. The distance T2 between adjacent flow channels becomes uniform in the thickness direction (Z direction) of the cooling plate, and the transfer of heat between the adjacent flow channels can be promoted.

<第四実施形態>
図10は、第四実施形態の光源装置の断面図である。光源装置400における冷却板の本体30aの流路(35a,35b)の断面において、流路(35a,35b)は略円形である。流路(35a,35b)の断面において角がない形状であるため、流路(35a,35b)内の冷媒の流れは、乱流になりにくい。
<Fourth embodiment>
FIG. 10 is a cross-sectional view of the light source device of the fourth embodiment. In the cross section of the flow path (35a, 35b) of the main body 30a of the cooling plate in the light source device 400, the flow path (35a, 35b) is approximately circular. Since the cross section of the flow path (35a, 35b) has no corners, the flow of the refrigerant in the flow path (35a, 35b) is less likely to become turbulent.

以上で第一実施形態~第四実施形態と各実施形態の変形例を説明した。しかしながら、本発明は、上述した各実施形態及び各実施形態の変形例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上述の各実施形態又は変形例を組み合わせることができる。さらに、各実施形態及び変形例に対して、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更又は改良を加えても構わない。 The first to fourth embodiments and modifications of each embodiment have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications of the embodiments, and the above-described embodiments or modifications may be combined without departing from the spirit of the present invention. can. Furthermore, various changes or improvements may be made to each embodiment and modification without departing from the spirit of the present invention.

2 :発光素子
5 :電力供給部
10 :基板
30 :冷却板
30a,40a,50a :(冷却板の)本体
30b :(冷却板の)蓋体
30d :(冷却板の)基部
31 :流入口
32 :流出口
35 :流路
35a :第一流路
35b :第二流路
36 :第一ストリップ
36e :(第一ストリップの)端部
37 :第二ストリップ
37e :(第二ストリップの)端部
39 :流路断面における流路の角部
41 :供給管
42 :排出管
51 :断熱部
100,300,400 :光源装置
C1 :(第一流路と第二流路の)接続領域
P1 :中心点
2: Light emitting element 5: Power supply section 10: Substrate 30: Cooling plates 30a, 40a, 50a: Main body 30b (of the cooling plate): Lid body 30d (of the cooling plate): Base 31 (of the cooling plate): Inflow port 32 : Outlet port 35 : Channel 35a : First channel 35b : Second channel 36 : First strip 36e : End 37 (of the first strip) : Second strip 37e : End 39 (of the second strip): Corner part 41 of the channel in the channel cross section: Supply pipe 42: Discharge pipe 51: Heat insulating section 100, 300, 400: Light source device C1: Connection area P1 (of the first channel and second channel): Center point

Claims (11)

一方の主面に複数の発光素子が配置された基板と、前記基板の他方の主面に接合され、冷媒が流通する渦巻状の流路を内部に含む冷却板と、を備え、
前記冷却板は、
前記冷媒の流入口と、
前記冷媒の流出口と、
前記流入口に接続され、前記冷媒が前記冷却板の外から内に向かって流れる第一流路と、
前記第一流路と前記流出口に接続され、前記第一流路を通過した前記冷媒が前記冷却板の内から外に向かって流れる第二流路と、を含み、
前記第一流路と前記第二流路は、前記冷却板の外から内に向かって交互に配置されることを特徴とする、光源装置。
A substrate having a plurality of light emitting elements arranged on one main surface, and a cooling plate that is joined to the other main surface of the substrate and includes a spiral flow path through which a coolant flows,
The cooling plate is
the refrigerant inlet;
an outlet for the refrigerant;
a first flow path connected to the inlet and through which the refrigerant flows from outside to inside of the cooling plate;
a second flow path connected to the first flow path and the outlet, through which the refrigerant that has passed through the first flow path flows from the inside to the outside of the cooling plate;
The light source device, wherein the first flow path and the second flow path are alternately arranged from outside to inside of the cooling plate.
前記第一流路と前記第二流路は、
前記第一流路及び前記第二流路の前記冷媒の進行方向左側に位置する第一ストリップと、前記第一流路および前記第二流路の前記冷媒の進行方向右側に位置する第二ストリップによって区画されていることを特徴とする、請求項1に記載の光源装置。
The first flow path and the second flow path are
partitioned by a first strip located on the left side of the first flow path and the second flow path in the direction in which the refrigerant travels; and a second strip located on the right side of the first flow path and the second flow path in the direction of travel of the refrigerant. The light source device according to claim 1, characterized in that:
前記第一流路が前記第二流路に接続する接続領域において、前記第一ストリップと前記第二ストリップは、それぞれ端部を有し、
前記冷却板の主面の法線方向からみて、前記端部の少なくとも一つは、丸みのある形状を有することを特徴とする、請求項2に記載の光源装置。
In a connection region where the first channel connects to the second channel, the first strip and the second strip each have an end,
The light source device according to claim 2, wherein at least one of the ends has a rounded shape when viewed from the normal direction of the main surface of the cooling plate.
前記渦巻状の流路において、流路幅は、流路厚みより大きい形状であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の光源装置。 4. The light source device according to claim 1, wherein the spiral channel has a channel width larger than a channel thickness. 前記基板の厚みと前記冷却板の基部の厚みの合計をt、前記流路のピッチをPw、前記発光素子の寸法をL1とするとき、(1)式を満たすことを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の光源装置。
Claim: wherein formula (1) is satisfied, where t is the sum of the thickness of the substrate and the thickness of the base of the cooling plate, Pw is the pitch of the flow path, and L1 is the dimension of the light emitting element. 4. The light source device according to any one of 1 to 3.
前記流路のピッチPwは前記発光素子のピッチP以下であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 3, wherein a pitch Pw of the flow paths is less than or equal to a pitch P L of the light emitting elements. 前記渦巻状の流路部分において、前記第一流路の流路幅は、第二流路の流路幅と略同一であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の光源装置。 According to any one of claims 1 to 3, in the spiral channel portion, the channel width of the first channel is substantially the same as the channel width of the second channel. light source device. 前記流出口からの熱伝導が抑制されるように、前記流入口は前記流出口に対して離間した位置にあることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 3, wherein the inlet is located apart from the outlet so that heat conduction from the outlet is suppressed. . 前記発光素子に電力を供給する電力供給部は、前記冷却板の主面上において、前記流路のない領域に重なることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の光源装置。 The light source according to any one of claims 1 to 3, wherein the power supply unit that supplies power to the light emitting element overlaps an area without the flow path on the main surface of the cooling plate. Device. 前記冷却板は本体と蓋体とを含み、前記本体は金属無垢板から構成されることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the cooling plate includes a main body and a lid, and the main body is made of a solid metal plate. 前記流路を区画するストリップの材料は、前記基板の他方の面に接合される基部の材料と同じであることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 3, wherein the material of the strip defining the flow path is the same as the material of the base joined to the other surface of the substrate.
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