JP4544316B2 - 光源及び光源実装方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、限られた領域で、より大きな光量を出力することの可能な光源が望まれていた。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、限られた領域でより大きな光量を出力することの可能な光源及び光源実装方法を提供することを目的としている。
発光体を平面内に配置する場合に比較して、発光体を多層に配置した方が、限られた範囲内により多くの発光体を配置することができ、すなわち単位面積あたりの発光体の配置数を増加させることができる。そして、導光手段により、発光体の出射光を光出射部表面まで導くようにしているから、光出射部側から見て上層の発光体の出射光も含めて光出射部から出射させることができる。したがって、より多くの発光体による出射光を光出射部から出射することができるため、限られた範囲内における光量をより増大させることができる。
また、多層構造の場合、発光体の発熱による熱がこもりやすいが、各層の発光体を冷却手段により冷却するための通風路を基体に設けることにより、容易に放熱させることができると共に、この通風路に光ファイバを設け且つ通風路と光ファイバとの間に隙間を形成するため、通風路を有効に活用することができ、その分、光源の小型化を図ることができる。
また、本発明の光源実装方法は、複数の発光体を有する光源の実装方法であって、略平面な出射面を有する表面実装型の発光体が埋め込み配置された基板を複数積層して基体を形成し、前記出射面を下としたとき最下層に位置する最下層基板よりも上層に位置する上層基板に配置された前記発光体の出射光を、前記最下層基板の前記出射面から出射するための光出射部表面まで光ファイバにより導くと共に、最上層基板の前記出射面とは反対側の非出射側に空冷式の冷却手段を設け、前記基体に、各層の前記基板に配置された前記発光体を前記冷却手段により冷却するための通風路を形成し、前記光ファイバを、前記通風路との間に隙間が形成されるように前記通風路に配置することを特徴としている。
また、発光体として、表面実装型の発光体を用い、これを基板に埋め込み配置しているから、単に基板を積層することにより、発光体が多層に配置された基体を容易に得ることができる。
さらに、多層構造の場合、発光体の発熱による熱がこもりやすいが、各層の発光体を冷却手段により冷却するための通風路を基体に設けることにより、容易に放熱させることができると共に、この通風路に、光ファイバを設けることにより、通風路を有効に活用することができ、その分、光源の小型化を図ることができる。
まず、第1の参考実施形態の構成を説明する。
図1は、本発明を適用した光源100の概略構成を示す断面図である。
光源100は略直方体形状を有し、基体1と、基体1の上に配置されるヒートシンク2
と、ヒートシンク2の上に配置されるファン3と、を備える。
基体1は、同一形状を有する長方形の板状の光源プレート11及び12が積層されて構
成され、光源プレート11の、光源プレート12と隣接する面とは逆側の面が、光源10
0の光出射面100aを形成している。
光源プレート11には、複数の発光素子21が配置される。
光源プレート11において、発光素子21は、例えば図2に示すように、前後左右に、発光素子1つ分程度の間隔を開けて配置される。
発光素子21は、表面実装型の発光ダイオード(LED)等、光出射面が平面である素子で形成される。発光素子21は略直方体形状を有しその一の端面が光出射面となり、発光素子21は、その光出射面の表面位置と光源プレート11又は12の表面位置とが同等程度となるように光源プレート11又は12に埋め込まれて配置される。
ヒートシンク2は、光源プレート12の、光源プレート11とは逆側の面に積層され、このヒートシンク2にさらにファン3が固定されている。
光源プレート11に配置された発光素子21の出射光は、光源100の出射光として光出射面100aからそのまま出射される。一方、光源プレート11に積層された光源プレート12の発光素子21の出射光は、導光路11aを通って光源プレート11中を通過し、光出射面100aに導かれて出射される。
ここで、発光素子21を用いる場合、発熱の点、或いは信号線の引き回しの点等から、発光素子21をある程度の隙間を開けて配置する必要がある。そのため、隙間を開ける分だけ発光素子21を配置可能な面積は減少し、また、光源プレートという限られた平面内に発光素子21を配置した場合、光源プレートに配置可能な発光素子21の数は、ある程度制限される。
また、特に表面実装型のLED等の場合には、発熱の点を考慮する必要があるが、上述のように、光源プレート12の上層にヒートシンク2及びファン3を設け、これらにより基体1の冷却を図っているため、光源100の温度上昇を抑制することができる。
また、発光素子21を、光源プレートに最低必要な隙間を開けて配置する場合に比較して、光源プレート内における発光素子21の間隔が広いから、発光素子21を冷却しやすい。
また、ヒートシンク2及びファン3を、基体1と一体に設ける必要はなく、例えば、ファン3を別体として設け、このファン3により冷却を図るようにしてもよい。
この第2の参考実施形態は、上記第1の参考実施形態において、基体1の構成が異なること以外は上記第1の参考実施形態と同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図3は、第2の参考実施形態における光源100の概略構成を示す断面図である。また、図4は、後述の基体41に配置される発光素子21の配置状況を表す説明図であって、図4(a)は基体41の断面図、図4(b)は基体41を上から見たときの各層の発光素子21を平面視で表した図、図4(c)は基体41を下から見たときの各層の発光素子21を平面視で表した図である。
基体41は、同一形状を有する長方形の板状の光源プレート51及び52が積層されて構成され、光源プレート51の、光源プレート52と隣接する面とは逆側の面が、光源100の光出射面100aを形成している。
また、図5に示すように、光源プレート51には、光源プレート52に配置された発光素子21の出射光を光源100の光出射面100aに導くための導光路51aが形成されている。さらに、光源プレート51には、光源プレート52と隣接する面から光源プレート51に配置された発光素子21を経由して、発光素子21の光出射面側に貫通する通風路51bと、導光路51aに連通する通風路51cとが形成されている。
なお、図5は、通風路51b及び51c、通風路52a及び52bの詳細を表す説明図であって、(a)は正面から見た断面図、(b)は下面図、(c)は側面から見た断面図である。
また、光源プレート52の通風路52bは、図5に示すように、光源プレート52を貫通して垂直に伸びて形成され、光源プレート51及び52を積層したときに光源プレート51の通風路51bと連通するように形成される。
また、光源プレート52の通風路52bと光源プレート51の通風路51bとが連通して、光源プレート52の、光源プレート51と隣接する面とは逆側の面から通風路52b、通風路51bを通り、光源プレート51の発光素子21の非出射面側及び側面を通って、光出射面100a側に連通する通風路が形成される。
図3に戻って、ファン42は、光源プレート52の、光源プレート51と隣接する面とは逆側の面に配置される。
上記第1の参考実施形態と同様に、光源プレート51に配置された発光素子21の出射光は、光源100の出射光として光出射面100aからそのまま出射される。また、光源プレート51に積層された光源プレート52の発光素子21の出射光は光源プレート51に形成された導光路51aを通って光源プレート51中を通過し、光出射面100aに導かれて出射される。
ここで、発光素子21を積層した場合、放熱効率が悪くなってしまうが、上述のように通風路及び導光路を利用して発光素子21を冷却しているから、効果的に冷却することができ、温度上昇を抑制することができる。
また、光源プレート52の発光素子21の出射光を光出射面100aに導くための導光路51aを、通風路として流用しているため、新たに通風路を設ける手間を省くことができると共に、その分、光源プレートの小型化を図ることができる。
なお、上記第1の参考実施形態と同等の作用効果を得ることができることはいうまでもない。
上記各参考実施形態においては、導光手段として、導光路11a、51aを形成し、導光路により、2層目の光源プレートに配置された発光素子21の出射光を光出射面100aに導く場合について説明したが、これに限るものではない。
導光手段として、導光路11a、51aに替えて光ファイバを配置し、光ファイバにより、発光素子21の出射光を光出射面100aに導くようにしてもよい。光ファイバを用いることにより、発光素子21の出射光を導光する際の、光の損失を低減することができるため、より効果的である。
また、このように、光ファイバを用いて導光する場合には、必ずしも、発光素子21間の隙間を、他の層の発光素子21により補完するように配置しなくてもよい。すなわち、各層の発光素子21の出射光を、光出射面100aに均等に導光することができればどのように配置してもよい。
上記各参考実施形態においては、光源プレートを2層積層して基体1又は41を形成する場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば図7に示すように、光源プレートを3層積層してもよく、また、3層以上積層してもよい。
このように、光源プレートを3層以上積層することにより、その分、一つの光源プレートに配置される発光素子21の数が削減されるため、熱が分散されることになり、また一つの光源プレートに導光路や通風路がより多く形成されるため、その分、冷却効率をより向上させることができる。
上記各参考実施形態においては、平面視で見て発光素子21が千鳥格子状に配置される場合について説明したが、これに限るものではなく、発光素子21どうしの間隔は、1つの発光素子21の照射可能領域の大きさや、必要とする光量等に基づいて任意に設定すればよい。また、必ずしも整列配置する必要はなく、平面視で重ならないように配置し、且つ光出射面100a内で、光度に偏りが生じないように配置すればよい。
上記各参考実施形態においては、表面実装型の発光素子21を光源プレートに埋め込み、光源プレートどうしを密着させて積層する場合について説明したが、必ずしも密着させて積層する必要はない。複数の層を例えばスペーサを介して積層するようにしてもよく、この場合には、層間に、上層の光源プレートに配置された発光素子21の出射光を出射面まで導くための導光路を設ければよい。また、このように、スペーサ等を介して積層する場合には、発光素子21として、表面実装型の発光素子に限らず、砲弾型等の発光素子を適用することも可能である。
また、発光素子21を光源プレートに埋め込み配置する際に、発光素子21と光源プレートとの間に、熱伝導率の高い絶縁材料を注入して冷却性を高めるようにしてもよい。
なお、上記参考実施形態において、光出射面100aが光出射部に対応し、発光素子21が発光体に対応し、導光路11a、51aが導光手段に対応している。また、光源プレート11、12、51、52が基板に対応し、ファン3が冷却手段に対応している。
Claims (3)
- 略平面な出射面を有する表面実装型の発光体が埋め込み配置された基板が複数積層されてなる基体と、
前記基板の前記出射面側の面を下としたとき最下層に位置する最下層基板の前記出射面側に形成され且つ当該最下層基板よりも上層に位置する上層基板に配置された前記発光体の出射光を前記最下層基板の前記出射面側から出射するための光出射部と、
前記基体に配置され且つ前記上層基板に配置された前記発光体の出射光を前記光出射部表面まで導く導光手段と、
最上層に位置する最上層基板の前記出射面側とは逆側に配置された空冷式の冷却手段と、
を備え、
前記基体には、各層の前記基板に配置された前記発光体を前記冷却手段により冷却するための通風路が形成され、
前記通風路には前記導光手段として光ファイバが配置され且つ前記通風路と前記光ファイバとの間には隙間が形成されていることを特徴とする光源。 - 前記通風路は、前記発光体の非出射側に通じ且つ前記発光体の側部を通って前記最下層基板の前記出射面側に抜けるように形成されることを特徴とする請求項1記載の光源。
- 複数の発光体を有する光源の実装方法であって、
略平面な出射面を有する表面実装型の発光体が埋め込み配置された基板を複数積層して基体を形成し、
前記出射面を下としたとき最下層に位置する最下層基板よりも上層に位置する上層基板に配置された前記発光体の出射光を、前記最下層基板の前記出射面から出射するための光出射部表面まで光ファイバにより導くと共に、
最上層基板の前記出射面とは反対側の非出射側に空冷式の冷却手段を設け、前記基体に、各層の前記基板に配置された前記発光体を前記冷却手段により冷却するための通風路を形成し、
前記光ファイバを、前記通風路との間に隙間が形成されるように前記通風路に配置することを特徴とする光源の実装方法。
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