JP5326629B2 - Ｌｅｄユニット及びｌｅｄ光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ユニット、及び当該ＬＥＤユニットを並べてなるＬＥＤ光源装置に関する。

従来、例えば液晶パネルのガラス基板等の平らな透明体に生じた傷等の欠陥の有無を検査する検査装置として、ラインセンサーに対して線状光源装置を対向配置し、それらの間を、検査対象の透明体を搬送し、透明体を透過した線状の光をラインセンサーで受光し、ラインセンサーにおける受光量の分布に基づいて欠陥を検出する装置が知られている。
また、近年では、長尺状の基板に、列状にＬＥＤを搭載した線状光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１９４１６１号公報

検査装置には、所望の照度を得て検査効率を上げるために、光出力が大きいＬＥＤが望まれている。しかしながら、光出力が大きいＬＥＤは、発熱量が大きく放熱対策を施さなければＬＥＤの寿命と照射効率が低下する欠点がある。
特に、近年では、液晶パネルの大型化に伴い、より多くのＬＥＤを並べて線状光源の全長を長くする傾向があり、全体の発熱量も大きくなっているため、上記の問題は深刻である。また、線状に並んだ各ＬＥＤが偏り無く均等かつ効率的に冷却されなければ、各ＬＥＤの照射効率のばらつきにより照度むらが生じる、という問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、複数のＬＥＤの冷却性を高め、なおかつ、均等に冷却することができるＬＥＤユニット及びＬＥＤ光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数のＬＥＤが列状に設けられた基板と、この基板の背面側に取り付けられる冷却ユニットとを有し、前記冷却ユニットは、前記基板の背面側に風路を形成し、当該風路の入口及び出口のそれぞれに吸気口及び排気口が設けられ、これら吸気口及び排気口への空気の流通により前記風路を空気が流れて前記基板の背面側を冷却する複数のＬＥＤユニットを備え、前記ＬＥＤユニット同士を直線状に配置し、各ＬＥＤユニットの吸気口及び排気口を直列に接続し、先端のＬＥＤユニットの吸気口に空気を導入して各ＬＥＤユニットの冷却ユニットに空気を導入可能にしたことを特徴とするＬＥＤ光源装置を提供する。

また本発明は、上記ＬＥＤ光源装置において、各ＬＥＤユニットの吸気口及び排気口の開口面積を前記風路の断面積と同程度としたことを特徴とする。

また本発明は、上記ＬＥＤ光源装置において、各ＬＥＤユニットの前記冷却ユニットは、前記基板の背面側に前記風路を構成する凹部が表面に形成された金属板材を有し、当該金属板材には、前記ＬＥＤの直下に対応する箇所を囲むように前記凹部による風路が設けられていることを特徴とする。
また本発明は、上記ＬＥＤ光源装置において、前記ＬＥＤユニット同士を直線状に配置して接続した一端のＬＥＤユニットの吸気口に吸気ファンを接続して空気を導入し、他端のＬＥＤユニットの排気口に排気ファンを接続して空気を排気することを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤユニットには、ＬＥＤが設けられた基板の背面側に風路を形成し、当該風路の入口及び出口のそれぞれに吸気口及び排気口が設けられ、これら吸気口及び排気口への空気の流通により前記風路を空気が流れて前記基板の背面側を冷却する冷却ユニットが設けられている。このため、各ＬＥＤユニットの冷却ユニットに空気を導入することで、それぞれのＬＥＤユニットを効率的かつ均等に冷却することができる。

本発明の実施形態にかかるＬＥＤ光源装置の平面、正面及び左右測面を示す図である。 ＬＥＤ光源装置の内部構成を示す透視図である。 ＬＥＤユニットの平面、正面、底面及び左側面の透視図である。 ＬＥＤ及び基板を拡大して示す図である。 ＬＥＤが実装された基板の構成を示す平面図である。 冷却ユニットの平面、正面、底面及び左側面の透視図である。 本発明の変形例にかかるＬＥＤユニットの正面、平面、底面及び右側面の透視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかるＬＥＤ光源装置１の平面、正面及び左右測面を示す図である。
同図に示すように、ＬＥＤ光源装置１は、細長い箱型の金属製の筐体２を有し、この筐体２の上面２Ａには、長手方向の細長い矩形状に開口した照射開口４が設けられている。照射開口４には、多数のＬＥＤ６が一列に連接配置されて、ライン光を照射する線状光源が構成されている。筐体２の右側面２Ｂには、電源入力端子台８や、ＲＳ２３２Ｃ規格に準じた制御線が接続されるコネクター１０、ＬＥＤ６を調光する調光ボリューム１２が配設されている。また、筐体２の正面２Ｃの右端部側には吸気スリット１４が形成され、左側面２Ｄには排気ファン１６が設けられている。

図２は、ＬＥＤ光源装置１の内部構成を示す透視図である。
筐体２の中には、右端部に、上記電源入力端子台８やコネクター１０、調光ボリューム１２が接続される制御回路１８が設けられ、当該制御回路１８と隣接して吸気ファン２０が設けられている。そして、吸気ファン２０及び排気ファン１６の間に、多数のＬＥＤ６が直線状に配置されている。より具体的には、一列に配置された５個のＬＥＤ６を備えるＬＥＤユニット２２が、吸気ファン２０及び排気ファン１６の間に、並びに複数配置されて、上記線状光源が構成されている。

図３は、ＬＥＤユニット２２の平面、正面、底面及び左側面の透視図である。
ＬＥＤユニット２２は、複数のＬＥＤ６を有するＬＥＤモジュール２４と、これらのＬＥＤ６を冷却する冷却ユニット２６とを備えている。
ＬＥＤモジュール２４は、矩形の金属製の基板３０を備え、この基板３０の上面には上記ＬＥＤ６と反射体３２が設けられ、基板３０の底面には制御基板３４が設けられている。

図４はＬＥＤ６及び基板３０を拡大して示す図であり、図５はＬＥＤ６が実装された基板３０の平面図である。
ＬＥＤ６には、１０Ｗ（ワット）以上の高出力な表面実装型（ＳＭＤ）のパッケージ化されたデバイスが用いられている。すなわち、ＬＥＤ６は、図４及び図５に示すように、環状のパッケージケース３５を備え、このパッケージケース３５には、ＬＥＤチップ３６と、このＬＥＤチップ３６が実装され放熱手段としても機能するヒートシンク４０とが収められ、さらに、ＬＥＤチップ３６に電流を供給するリードフレーム３８が設けられ、ＬＥＤチップ３６の上部を覆う樹脂体４２を備えている。
ＬＥＤチップ３６は青色（波長４７０ｎｍ前後）の光を発し、樹脂体４２には当該青色の光の照射により黄色（波長５７０ｎｍ）を青色の補色光として発光する蛍光体が混合されており、これらの青色及び黄色の光が混ざることにより、ＬＥＤ６が白色に発光する。

基板３０は、ＬＥＤ６から発生する熱を放散させる機能を有する。すなわち、基板３０は、アルミニウムやアルミニウム合金等の高熱伝導性材から形成されたベース金属板４４と、このベース金属板４４の面上に形成された絶縁層４６と、この絶縁層４６の上に形成された配線パターン回路４８（図５）とを備えている。
絶縁層４６は各種セラミック、無機粉体又は無機繊維を含有する高分子樹脂又は耐熱性高分子樹脂により形成され、また、配線パターン回路４８は銅等により形成される。

そして、基板３０の上には、上述の通り、ＬＥＤ６が略等間隔で１列に並んで配置される。このとき、基板３０のベース金属板４４の上には絶縁層４６が形成されているため、ＬＥＤ６の発熱がベース金属板４４に放散され難くなり、ＬＥＤ６の温度が上昇し易くなる。特に、ＬＥＤ６が高出力になるほど発熱が大きくなるため、光出力が不安定になったり、ＬＥＤチップ３６の劣化が顕著になる。
そこで、本実施形態では、図４に示すように、基板３０に対して、ＬＥＤ６が実装される各箇所に、基板３０の表面から絶縁層４６を取り除いてベース金属板４４を露出させた金属露出面５０を形成している。この金属露出面５０は、少なくともＬＥＤ６のパッケージケース３５の底面内に収まり、かつ、ヒートシンク４０よりも大きく形成されている。この金属露出面５０には、絶縁層４６の除去による凹部分に熱伝導シート５２が埋め込まれている。

熱伝導シート５２は、例えば熱伝導シリコンを、シート状に形成したものであり、絶縁性と共に高い熱伝導性を有する。さらに、熱伝導シート５２は、絶縁層４６の除去によって金属露出面５０にできた凹の深さよりも若干厚く形成されており、ＬＥＤ６によって上から押圧させることで、当該ＬＥＤ６のヒートシンク４０に隙間無く密着する。また熱伝導シート５２は所定の弾力性を有し、ＬＥＤ６の押圧によって拡がることで金属露出面５０との間に隙間が無くなる。これにより、当該金属露出面５０の内部に空気溜まりが生じ難くなるから、ＬＥＤ６から発生する熱を基板３０に良好に放散されることになる。

図３に示す上記反射体３２は、直方体形状の例えばアルミニウム材に、長手方向に沿ってＬＥＤ６の配置間隔で回転楕円面或いは回転方物面の凹部を反射面５６として形成したものである。反射面５６の底部には開口部５８が形成されている。この反射体３２を基板３０に重ねて配置することで、反射体３２の開口部５８からＬＥＤ６の樹脂体４２が反射面５６内に挿入され、各ＬＥＤ６から放射された光が反射面５６によって略平行光化されて放射される。

かかる反射体３２は、ＬＥＤモジュール２４に設けられ、基板３０と結合された角型支持体６０に支持され、当該角型支持体６０の上端両側内方に形成された押圧片６２によって基板３０側に押し付けられている。これにより、反射体３２の底部によって、ＬＥＤ６のパッケージケース３５が押圧され、当該ＬＥＤ６の押圧によって、上述した熱伝導シート５２（図４）との密着が図られることとなる。
これら基板３０及び角型支持体６０が断面コ字状のフレーム体６４の内側底部に配置されて、上記ＬＥＤモジュール２４が構成されている。また、フレーム体６４には、上記反射体３２を覆い透過光の波形を成形する波形整形フィルター６６が配置されている。上記フレーム体６４は、例えばアルミニウム等の高熱伝導性の金属から形成されており、基板３０の熱が良好にフレーム体６４に伝導される。
また、フレーム体６４の下側には、上記ＬＥＤ６の点灯を制御する制御基板３４が離間して配置されている。
そして、フレーム体６４の底面には、上記冷却ユニット２６が密着して設けられている。

図６は、冷却ユニット２６の平面、正面、底面及び左側面の透視図である。
冷却ユニット２６は、ＬＥＤモジュール２４の底面に螺子止めされて密着し、当該底面の間に風路を形成し、この風路に空気（ドライエアー）を循環させることで、当該ＬＥＤモジュール２４が備える基板３０を裏側から冷却する。
より具体的には、冷却ユニット２６は、図６に示すように、ケース体を構成する１枚の金属板材７０を備える。この金属板材７０は、その上面７０Ａに、平面視コ字状に溝（凹部）７２が形成されている。そして、この金属板材７０の上面７０ＡをＬＥＤモジュール２４の底面に密接させることで溝７２が、上記基板３０の背面側に当該背面に沿って形成された風路７３として機能する。
この溝７２の端部のそれぞれには、吸気口７４及び排気口７６が開口し、それぞれに略Ｌ字状の管継手７８が取り付けられる。吸気口７４及び排気口７６の管継手７８のそれぞれには空気を流通させる空気流通チューブ８０（図２）が接続される。このとき、吸気口７４及び排気口７６の管継手７８のチューブ接続口７９は、互いに反対に向けられており、上記空気流通チューブ８０が互いに略平行に延在可能になされている。

また、吸気口７４及び排気口７６の開口面積のそれぞれは、風路７３の断面積と同程度とされている。これにより、風路７３への空気導入／排出に伴う流路抵抗が小さくなることから、空気流が阻害されることなく、空気流による良好な冷却性能が維持される。

吸気口７４から冷却ユニット２６の中への空気導入により、溝７２による風路７３に空気流が生じ、当該空気流によってＬＥＤモジュール２４の底面が冷却される。図３に示したように、ＬＥＤモジュール２４の内の基板３０と上記冷却ユニット２６とは、それぞれ金属から成る高熱伝導性のフレーム体６４の表裏に密接しているため、ＬＥＤモジュール２４の底面の冷却に伴って基板３０が冷却され、これにより、当該基板３０に実装された各ＬＥＤ６が良好に冷却される。

ここで、冷却ユニット２６の金属板材７０においては、図６の平面図に示す通り、ＬＥＤ６の直下に対応する箇所に接触するＬＥＤ直下接触部７１を有し、このＬＥＤ直下接触部７１の周囲を囲むように上記溝（凹部）７２による風路７３が形成されている。かかる構成により、ＬＥＤ６から発生する熱がＬＥＤ直下接触部７１に伝えられ、当該ＬＥＤ直下接触部７１が風路７３の空気流に曝されることで、ＬＥＤモジュール２４の底面の冷却に加えてＬＥＤ６の冷却効果が相乗的に高められる。

さて、図２に示すように、ＬＥＤ光源装置１においては、筐体２の中に、かかる冷却ユニット２６を備えたＬＥＤユニット２２が横並びに一列に配列されており、各冷却ユニット２６の吸気口７４及び排気口７６の管継手７８同士が空気流通チューブ８０により直列に接続されている。このように直列接続されてなる空気流通経路の空気導入側端部は、筐体２の右側面に設けられた空気導入口８２に接続され、また、空気排出側端部は、筐体２の左側面に設けられた空気排出開口８４に面して配置される。そして、外部から空気導入口８２に空気を送り込むことで、各ＬＥＤユニット２２の冷却ユニット２６を空気が循環し、各ＬＥＤユニット２２のＬＥＤ６が均等かつ効率的に冷却されることとなる。このとき、ＬＥＤユニット２２の後段側（空気流通経路の下流側）で空気温度が高くＬＥＤユニット２２の冷却性能が不十分になる場合には、これらＬＥＤユニット２２を前段と後段の２系統に分け、各系統に並列に空気を送り込む構成としても良い。これにより、ＬＥＤユニット２２の数が多くなり、ＬＥＤ光源装置１の全長が長くなる場合でも、各ＬＥＤユニット２２を均等かつ効率的に冷却することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＬＥＤユニット２２には、ＬＥＤ６が設けられた基板３０の背面側に風路７３を形成する冷却ユニット２６が設けられている。このため、ＬＥＤ光源装置１が備える各ＬＥＤユニット２２の冷却ユニット２６に空気を導入し風路７３に空気を循環させることで、それぞれのＬＥＤユニット２２を効率的かつ均等に冷却することができる。

また本実施形態によれば、各冷却ユニット２６に設けた吸気口７４及び排気口７６の開口面積を風路７３の断面積と同程度としたため、流路抵抗が抑えられる。これにより、空気の流通が阻害される事が無く、冷却性能を良好に維持することができる。

また本実施形態によれば、冷却ユニット２６は、ケース体として、基板３０の背面側に風路７３を構成する溝（凹部）７２が表面に形成された金属板材７０を有し、当該金属板材７０には、ＬＥＤ６の直下に対応する箇所に設けたＬＥＤ直下接触部７１を囲むように風路７３を設けた。この構成により、ＬＥＤ６から発生する熱がＬＥＤ直下接触部７１に伝えられ、当該ＬＥＤ直下接触部７１が風路７３の空気流に曝されることで、ＬＥＤモジュール２４の底面の冷却に加えてＬＥＤ６の冷却効果を相乗的に高めることができる。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形及び応用が可能である。

図７は、本発明の変形例にかかるＬＥＤユニット１２２の平面、正面、底面及び右側面の透視図である。なお、この図において、上記実施形態と同様の部材については同一の符号を付して、その説明を省略する。
ＬＥＤユニット１２２は、アルミニウム等の高熱伝導性を有する金属から形成された箱型金属ケース１９０を備えている。この箱型金属ケース１９０には、複数のＬＥＤ６が２列に配列されて実装された基板３０と、制御基板３４が収められている。
より具体的には、箱型金属ケース１９０の底面、背面及び上面に沿って側面視略コ字状に折れ曲がった放熱板１９１が箱型金属ケース１９０に設けられている。基板３０は、箱型金属ケース１９０の底面側の開口１９３に臨んで放熱板１９１に取り付けられている。なお、この開口１９３には石英ガラス１９４が嵌め込まれている。

一方、箱型金属ケース１９０の上面側には、吸気口７４及び排気口７６が開口し、それぞれに管継手７８が接続されている。各管継手７８の先端部は、箱型金属ケース１９０の上面側内部で上記放熱板１９１を貫通し、当該箱型金属ケース１９０の内部への空気の流通を可能にしている。
この箱型金属ケース１９０の内部には、図７の正面図の矢印Ａで示すように、吸気口７４から導入された空気を基板３０の背面側に導き、当該基板３０の背面に沿って移動させ、排気口７６から排出させる風路１７３が形成されており、当該箱型金属ケース１９０が上記ＬＥＤ６の基板３０を冷却する冷却ユニットを構成することとなる。このとき、上記制御基板１３４を風路１７３に臨むように箱型金属ケース１９０に収めることで、当該制御基板１３４の冷却も合せて行うことが可能になる。

１ ＬＥＤ光源装置
６ ＬＥＤ
２２、１２２ ＬＥＤユニット
２４ ＬＥＤモジュール
２６ 冷却ユニット
３０ 基板
３２ 反射体
３４、１３４ 制御基板
３５ パッケージケース
４０ ヒートシンク
４４ ベース金属板
４６ 絶縁層
４８ 配線パターン回路
５０ 金属露出面
５２ 熱伝導シート
７０ 金属板材
７１ ＬＥＤ直下接触部
７２ 溝（凹部）
７３、１７３ 風路
７４ 吸気口
７６ 排気口
７８ 管継手

Claims (4)

1. 複数のＬＥＤが列状に設けられた基板と、この基板の背面側に取り付けられる冷却ユニットとを有し、前記冷却ユニットは、前記基板の背面側に風路を形成し、当該風路の入口及び出口のそれぞれに吸気口及び排気口が設けられ、これら吸気口及び排気口への空気の流通により前記風路を空気が流れて前記基板の背面側を冷却する複数のＬＥＤユニットを備え、
   前記ＬＥＤユニット同士を直線状に配置し、各ＬＥＤユニットの吸気口及び排気口を直列に接続し、先端のＬＥＤユニットの吸気口に空気を導入して各ＬＥＤユニットの冷却ユニットに空気を導入可能にしたことを特徴とするＬＥＤ光源装置。
2. 各ＬＥＤユニットの吸気口及び排気口の開口面積を前記風路の断面積と同程度としたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
3. 各ＬＥＤユニットの冷却ユニットは、前記基板の背面側に前記風路を構成する凹部が表面に形成された金属板材を有し、当該金属板材には、前記ＬＥＤの直下に対応する箇所を囲むように前記凹部による風路が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ光源装置。
4. 前記ＬＥＤユニット同士を直線状に配置して接続した一端のＬＥＤユニットの吸気口に吸気ファンを接続して空気を導入し、他端のＬＥＤユニットの排気口に排気ファンを接続して空気を排気することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＬＥＤ光源装置。

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