JP4886548B2 - 多点光源集積体の光源配置構造 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）その他の点状光源を平面上に多数個、集積してモジュール化、あるいはユニット化した多点光源集積体における光源の配置構造に関する。

近年、高効率の白色ＬＥＤが実用化されたことにより、小型、省電力、長寿命などの特長を有するＬＥＤが、照明用の光源として様々な分野で活用されはじめている。しかし、個々のＬＥＤの光出力は未だ小さいため、照明器具としての実用的な照度を得るには、多数個のＬＥＤを集積化する必要がある。

多数個のＬＥＤを集積化した照明器具の例としては、例えば特許文献１等に記載された交通信号灯が挙げられる。該文献にかかる交通信号灯は、円形のプリント基板上に、数十個のＬＥＤを同心円状に配置したものである。

ところで、ＬＥＤについては、発光時の温度上昇によって光出力が低下することや、高温状態で継続的に使用すると寿命が短くなることが知られている。かかる観点から、上記特許文献１記載の同心円状配置における基板上の熱分布をみると、外周部付近に比べて中心部付近が相対的に高くなり、中心部付近の光出力が低下して、明るさにムラが生じるおそれがある。特許文献２は、上記の問題を指摘した上で、ＬＥＤの同心円状配置における熱分布を均一化しうる構成として、内周部分よりも外周部分のピッチ角を小さくした配置構造を提案している。
特開２００３−３６４９７号公報 特開２００４−２６５６６４号公報

上記特許文献２記載のような同心円状配置を採用した場合でも、内周部分から外周部分にかけてのピッチ角の設定値次第では、熱分布が不均一になり、特に中心部付近の発熱量が大きくなってしまうおそれがある。また、ＬＥＤその他の点状光源を集積化する形態としては、上記のような円形のほか、矩形や六角形等の多角形状も考えられる。さらに、個々の光源の配置パターンについても、同心円状配置のほか、アレイ状やマトリクス状に配列するパターン、あるいは、さらに複雑なパターンも考えられる。

そこで、本発明は、熱源となり得るＬＥＤその他の点状光源を集積化した多点光源集積体について、従来とは異なる配置パターンにより、様々な形態の集積面における熱分布を合理的に均一化しうる光源の配置構造を提案するものである。

上記した目的を達成するため、本発明の多点光源集積体の光源配置構造は、表面積Ｓの基板上に全体でＡ個の点状光源が集積される多点光源集積体において、基板の中心から基板の外縁各部までの距離をＮ等分（Ｎは２以上の整数）した点を外縁と略平行に結んだ分割ラインによって、基板の表面を、中心部から外周部までのＮ個の同心相似形状エリアに分割し、上記各エリア内での光源の配置密度がいずれもＡ／Ｓに近似するように、各エリアに光源を配置したことを特徴とする。

上述のように構成される本発明の多点光源集積体の光源配置構造によれば、基板の中心部付近から外周部付近までの光源の配置密度が均一化されて、特に熱が蓄積されやすい中心部付近への局部的な熱集中を防ぐことができるので、全体として明るさのムラが少ない良好な光出力を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の第一実施例を示す。この実施例にかかる多点光源集積体１１は、直径Ｒ３＝９ｃｍである円形の基板２１上に、ＬＥＤからなる点状光源３を全体で６４個、配置してユニット化したものである。ここで、基板２１の全表面積Ｓ＝４．５×４．５×３．１４≒６３．６ｃｍ² であるから、基板２１全体における光源３の配置密度＝６４個／６３．６ｃｍ² ≒１個／ｃｍ² となる。

本実施例においては、光源３の配置に際して、基板２１の表面を３個のエリアに分割している。すなわち、中心（＋印）から基板２１の外縁までの距離を３等分する同心円状の分割ライン（破線）を想定して、直径Ｒ１＝３ｃｍの円形状をなす中心エリア４１と、外側直径Ｒ２＝６ｃｍのドーナツ状をなす中間エリア５１と、外側直径Ｒ３＝９ｃｍのドーナツ状をなす外周エリア６１とに分割する。こうして分割された各エリアの面積は、中心エリア４１が約７．１ｃｍ² （全表面積Ｓの１／９）、中間エリア５１が約２１．２ｃｍ² （同、３／９）、外周エリア６１が３５．３ｃｍ² （同、５／９）となる。

そして、各エリアにおける光源３の配置密度が、基板２１全体における光源３の配置密度（≒１個／ｃｍ² ）と近似するように、各エリアに配置すべき光源３の個数を設定する。すると、中心エリア４１には７〜８個、中間エリア５１には２１〜２２個、外周エリア６１には３５〜３６個という値になる。この値に基づき、各エリア内での配置バランスを考慮しながら、概ね等間隔となるように光源３を分散させて配置したものが、図示の実施例である。

図２は本発明の第二実施例を示す。この実施例にかかる多点光源集積体１２は、横Ｘ３＝９ｃｍ、縦Ｙ３＝９ｃｍである正方形の基板２２上に、ＬＥＤからなる点状光源３を全体で６４個、配置してユニット化したものである。基板２２の全表面積Ｓ＝９×９＝８１ｃｍ² であるから、基板２２全体における光源３の配置密度＝６４個／８１ｃｍ² ≒０．８個／ｃｍ² となる。

本実施例においても、光源３の配置に際して、基板２２の表面を３個のエリアに分割している。すなわち、中心（＋印）から基板２２の外縁までの距離を３等分する点を外縁と略平行に結んだ同心正方形状の分割ライン（破線）を想定して、横Ｘ１＝３ｃｍ、縦Ｙ１＝３ｃｍの中心エリア４２と、その四周を囲む横Ｘ２＝６ｃｍ、縦Ｙ２＝６ｃｍの中間エリア５２と、さらにその四周を囲む横Ｘ３＝９ｃｍ、縦Ｙ３＝９ｃｍの外周エリア６２とに分割する。こうして分割された各エリアの面積は、中心エリア４２が９ｃｍ² （全表面積Ｓの１／９）、中間エリア５２が２７ｃｍ² （同、３／９）、外周エリア６２が４５ｃｍ² （同、５／９）となる。

そして、各エリアにおける光源３の配置密度が、基板２２全体における光源３の配置密度（≒０．８個／ｃｍ² ）と近似するように、各エリアに配置すべき光源３の個数を設定する。すると、中心エリア４２には７〜８個、中間エリア５２には２１〜２２個、外周エリア６２には３５〜３６個という値になる。この値に基づき、各エリア内での配置バランスを考慮しながら、概ね等間隔となるように光源３を分散させて配置したものが、図示の実施例である。

本発明は、このようにして、基板の表面を複数のエリアに分割し、各エリア内での光源の配置密度を基板全体における光源の配置密度に近似させることにより、光源が局部的に密集することを回避したものである。分割される各エリアの形状は、原則として基板の外形と相似形状をなすものとし、例えば基板が正六角形ならば、分割ラインも正六角形とする。なお、分割ラインは、実際の装置表面に明確に形状化されずともよい。

エリアの分割数については、光源の個数が概ね２０個程度までなら２分割、上記実施例のような数十個程度であれば３分割、１００個前後であれば４分割くらいを目安とし、さらに光源の個数が多くなれば、基板の全体形状や実際の大きさも考慮して適宜増やすものとする。各エリア内での光源の配置は、原則として略等間隔とし、全体の配置バランスを考慮しつつ決定する。

点状光源の種類については、ＬＥＤの場合、砲弾型、表面実装型、高出力型など、いずれのタイプも利用可能であり、特にその種類は限定しない。また、発熱を伴うものであれば、例えば小型の白熱灯ランプやハロゲンランプなど、ＬＥＤ以外の他の光源についても本発明を適用することができる。

かかる構成により、基板の中心部付近から外周部付近までの光源の配置密度を合理的に均一化することができ、局部的な熱集中を回避して、全体として明るさのムラが少ない良好な光出力を得ることができる。

本発明の第一実施例に係る多点光源集積体の正面図である。 本発明の第二実施例に係る多点光源集積体の正面図である。

符号の説明

１１，１２ 多点光源集積体
２１，２２ 基板
３ 光源
４１，４２ 中心エリア
５１，５２ 中間エリア
６１，６２ 外周エリア

Claims (1)

1. 表面積Ｓの基板上に全体でＡ個の点状光源が集積される多点光源集積体において、
   基板の中心から基板の外縁各部までの距離をＮ等分（Ｎは２以上の整数）した点を外縁と略平行に結んだ分割ラインによって、基板の表面を、中心部から外周部までのＮ個の同心相似形状エリアに分割し、
   上記各エリア内での光源の配置密度がいずれもＡ／Ｓに近似するように、各エリアに光源を配置したことを特徴とする多点光源集積体の光源配置構造。

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