JP6558222B2 - 発光素子光源モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、ＬＥＤ（light emitting diode）素子などの発光素子を複数備えた発光素子光源モジュールに関する。
近年、紫外線硬化性樹脂を硬化する技術（ＵＶキュアリング技術）は、様々な分野、具体的には、例えば液晶パネルの製造工程（ＯＤＦ法）、プリント基板の製造工程（露光処理）および印刷インキの定着工程（乾燥処理）などに利用されている。このようなＵＶキュアリング処理（紫外線硬化処理）において用いられる紫外線照射装置には、光源として、ＬＥＤ素子などの発光素子を発光源とする発光素子光源モジュールが用いられている。そのＬＥＤ素子を発光源とする発光素子光源モジュールは、所期の発光強度を得るために、通常、多数のＬＥＤ素子が高密度に配置されて構成されている。
このような多数のＬＥＤ素子を備えた発光素子光源モジュールにおいては、多数のＬＥＤ素子の各々が自らの発熱あるいは周囲からの受熱によって温度上昇して高温となりやすく、それに起因して当該ＬＥＤ素子自体の発光効率が低下してしまう、という問題がある。また、ＬＥＤ素子が、温度特性や寿命特性に個体差があり、とりわけ発光波長によって寿命特性が大きく異なるものであることから、特に多数のＬＥＤ素子が発光波長の異なる複数種類のＬＥＤ素子によって構成されている場合においては、経時的に照度分布の一様性が悪化するおそれがある、という問題もある。
而して、多数のＬＥＤ素子を備えた発光素子光源モジュールとしては、複数のＬＥＤ素子が配設された基板の複数が、各々、ヒートシンク上に接合配置されており、これらの複数のヒートシンクの各々が、絶縁材料よりなるスペーサを介して金属よりなる支持台上に交換可能に配置されてなる構成のものが提案されている（特許文献１参照。）。この発光素子光源モジュールにおいて、各ヒートシンクの内部には、冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されている。また、支持台の内部には、複数のヒートシンクにおける冷却流路に供給される冷却媒体が流通する冷却媒体供給流路、および当該冷却流路から排出された冷却媒体が流通する排出流路が形成されている。また、スペーサには、複数のヒートシンクにおける冷却流路の各々と、支持台における冷却媒体供給流路および冷却媒体排出流路とに連通する冷却媒体供給用貫通孔および冷却媒体排出用貫通孔が形成されている。
この特許文献１に記載の発光素子光源モジュールによれば、ヒートシンクおよび冷却媒体によって多数のＬＥＤ素子を冷却することができる。また、交換が必要となったＬＥＤ素子が配設された基板が接合配置されたヒートシンクを、支持台から取り外して新たなヒートシンク（具体的には、基板が接合配置されたヒートシンク）を取り付けることにより、ＬＥＤ素子を交換することもできる。
而して、多数のＬＥＤ素子を備えた発光素子光源モジュールとしては、複数のＬＥＤ素子が配設された基板の複数が、各々、ヒートシンク上に接合配置されており、これらの複数のヒートシンクの各々が、絶縁材料よりなるスペーサを介して金属よりなる支持台上に交換可能に配置されてなる構成のものが提案されている（特許文献１参照。）。この発光素子光源モジュールにおいて、各ヒートシンクの内部には、冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されている。また、支持台の内部には、複数のヒートシンクにおける冷却流路に供給される冷却媒体が流通する冷却媒体供給流路、および当該冷却流路から排出された冷却媒体が流通する排出流路が形成されている。また、スペーサには、複数のヒートシンクにおける冷却流路の各々と、支持台における冷却媒体供給流路および冷却媒体排出流路とに連通する冷却媒体供給用貫通孔および冷却媒体排出用貫通孔が形成されている。
この特許文献１に記載の発光素子光源モジュールによれば、ヒートシンクおよび冷却媒体によって多数のＬＥＤ素子を冷却することができる。また、交換が必要となったＬＥＤ素子が配設された基板が接合配置されたヒートシンクを、支持台から取り外して新たなヒートシンク（具体的には、基板が接合配置されたヒートシンク）を取り付けることにより、ＬＥＤ素子を交換することもできる。
しかしながら、このような構成の発光素子光源モジュールにおいては、冷却流路の流路構造について十分に検討されておらず、よって多数のＬＥＤ素子を、効率的に、かつ均一に冷却することができない、という問題がある。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、複数の発光素子を効率的、かつ高い均一性をもって冷却することのできる発光素子光源モジュールを提供することにある。
本発明の発光素子光源モジュールは、熱伝導性材料よりなるヒートシンクの表面上に複数の発光素子が配置された光源ユニットの複数と、これらの複数の光源ユニットにおけるヒートシンクの裏面に配設された、当該複数の光源ユニットに共通の冷却ブロックとを備えており、
前記ヒートシンクには、その内部に、冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されており、
前記冷却流路は、流路幅が流路高さより大きく、前記ヒートシンクの表面に沿って伸びる扁平な断面形状を有し、当該冷却流路における冷却媒体供給口および冷却媒体排出口が、それぞれ前記冷却ブロックに形成された冷却媒体供給流路および冷却媒体排出流路に接続されており、
前記冷却流路は、前記ヒートシンクの表面上における複数の発光素子が配置される発光素子配置領域の直下領域において、互いに連続し、熱伝導性隔壁部を介して隣接する複数の流路部分を有しており、当該熱伝導性隔壁部の厚みが、当該冷却流路の流路幅より小さく、
前記冷却流路は、蛇行状の形状を有しており、
前記複数の光源ユニットにおける冷却流路の各々の冷却媒体供給口および冷却媒体排出口が、前記冷却ブロックにおける共通の冷却媒体供給流路および共通の冷却媒体排出流路に接続されており、
前記冷却ブロックは、ヒートシンクを構成する熱伝導性材料に比して熱伝導性が小さい金属よりなるものであることを特徴とする。
前記ヒートシンクには、その内部に、冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されており、
前記冷却流路は、流路幅が流路高さより大きく、前記ヒートシンクの表面に沿って伸びる扁平な断面形状を有し、当該冷却流路における冷却媒体供給口および冷却媒体排出口が、それぞれ前記冷却ブロックに形成された冷却媒体供給流路および冷却媒体排出流路に接続されており、
前記冷却流路は、前記ヒートシンクの表面上における複数の発光素子が配置される発光素子配置領域の直下領域において、互いに連続し、熱伝導性隔壁部を介して隣接する複数の流路部分を有しており、当該熱伝導性隔壁部の厚みが、当該冷却流路の流路幅より小さく、
前記冷却流路は、蛇行状の形状を有しており、
前記複数の光源ユニットにおける冷却流路の各々の冷却媒体供給口および冷却媒体排出口が、前記冷却ブロックにおける共通の冷却媒体供給流路および共通の冷却媒体排出流路に接続されており、
前記冷却ブロックは、ヒートシンクを構成する熱伝導性材料に比して熱伝導性が小さい金属よりなるものであることを特徴とする。
本発明の発光素子光源モジュールにおいては、前記冷却流路は、前記発光素子配置領域の一縁に沿って伸びる第１の流路部分と、当該第１の流路部分の冷却媒体流出口に連続し、前記熱伝導性隔壁部を介して当該第１の流路部分と同一方向に伸びる第２の流路部分とを有していることが好ましい。
このような構成の本発明の発光素子光源モジュールにおいては、前記冷却媒体供給口および冷却媒体排出口が、各々、前記直下領域外に設けられていることが好ましい。
このような構成の本発明の発光素子光源モジュールにおいては、前記冷却媒体供給口および冷却媒体排出口が、各々、前記直下領域外に設けられていることが好ましい。
本発明の発光素子光源モジュールにおいては、前記冷却流路は、流路高さに対する流路幅の比が１．５〜３．５であることが好ましい。
本発明の発光素子光源モジュールにおいては、前記光源ユニットを、前記ヒートシンクの表面に垂直な方向に透視したとき、前記発光素子配置領域における、前記冷却流路が占める領域部分の面積が、当該発光素子配置領域の面積に対して８０％以上であることが好ましい。
本発明の発光素子光源モジュールにおいては、ヒートシンクの内部に形成された冷却流路を、当該ヒートシンクの表面上における複数の発光素子が配置される発光素子配置領域の直下領域において、複数の流路部分が密に配置された流路構造のものとすることができる。そのため、冷却流路の流路幅を過度に大きくすることなく、ヒートシンクと冷却媒体との接触面積を大きくできることから、複数の発光素子を高い効率で冷却することができる。しかも、互いに隣接する流路部分を流通する冷却媒体の間において熱交換が行われることから、複数の流路部分における温度均一化が図られるため、冷却流路に大きな温度勾配が生じることがない。
また、本発明の発光素子光源モジュールにおいては、冷却流路に供給される冷却媒体が流通する冷却媒体供給流路、および当該冷却流路から排出された冷却媒体が流通する冷却媒体排出流路が、ヒートシンクの裏面に配設された冷却ブロックに形成されている。そのため、冷却媒体供給流路を流通する冷却媒体が、発光素子からの受熱によって温度上昇することが抑制されることから、冷却媒体供給流路に大きな温度勾配が生じることがない。また、冷却流路を流通する冷却媒体が、冷却媒体排出流路を流通する、発光素子からの受熱によって加熱された冷却媒体からの受熱によって温度上昇することを抑制することができる。
従って、本発明の発光素子光源モジュールによれば、複数の発光素子を効率的、かつ高い均一性をもって冷却することができる。
また、本発明の発光素子光源モジュールにおいては、冷却流路に供給される冷却媒体が流通する冷却媒体供給流路、および当該冷却流路から排出された冷却媒体が流通する冷却媒体排出流路が、ヒートシンクの裏面に配設された冷却ブロックに形成されている。そのため、冷却媒体供給流路を流通する冷却媒体が、発光素子からの受熱によって温度上昇することが抑制されることから、冷却媒体供給流路に大きな温度勾配が生じることがない。また、冷却流路を流通する冷却媒体が、冷却媒体排出流路を流通する、発光素子からの受熱によって加熱された冷却媒体からの受熱によって温度上昇することを抑制することができる。
従って、本発明の発光素子光源モジュールによれば、複数の発光素子を効率的、かつ高い均一性をもって冷却することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の発光素子光源モジュールの構成の一例を示す説明用断面図であり、図２は、図１の発光素子光源モジュールを構成する冷却ブロックと光源ユニットとの組立体の表面（発光面）側を示す説明用図であり、図３は、図１の発光素子光源モジュールを構成する冷却ブロックと光源ユニットとの組立体の断面を示す説明図であり、図４は、図１の発光素子光源モジュールを構成するヒートシンクを示す説明図である。
この発光素子光源モジュール１０は、複数の発光素子２１が表面（図１における下面であって図３における上面）に配設された矩形平板状の基板２２が、略矩形平板状のヒートシンク３１の表面（図１における下面であって図３における上面）に位置されてなる構成の光源ユニット２０を、複数（図の例においては、３個）備えたものである。これらの複数の光源ユニット２０の各々において、ヒートシンク３１の内部には、例えば水などの冷却媒体を流通させるための冷却流路３５が形成されている。また、複数の光源ユニット２０は、略矩形平板状の冷却ブロック４０の表面（図１における下面であって図３における上面）に、当該冷却ブロック４０の長手方向（図２および図３における左右方向）に並列配置されている。この冷却ブロック４０の内部には、複数の光源ユニット２０における冷却流路３５の各々に連通する、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４が形成されている。そして、複数のヒートシンク３１と冷却ブロック４０とにより、多数の発光素子２１（複数の光源ユニット２０の各々を構成する複数の発光素子２１）を、冷却媒体によって冷却するための水冷構造体が構成されている。
また、複数の光源ユニット２０と冷却ブロック４０とは、略直方体状の外観形状を有するアルミニウム製のカバー部材１２によって覆われている。このカバー部材１２には、当該カバー部材１２の底面（図１における下面）における多数の発光素子２１と対向する領域に、矩形状の開口が形成されており、この開口はホウケイ酸ガラス製の窓部材１３によって閉塞されている。また、カバー部材１２の一側面には、外部電源に接続する電源供給部（図示省略）が設けられていると共に、冷却媒体供給用開口（図示省略）および冷却媒体排出用開口（図示省略）が形成されている。
ここに、カバー部材１２においては、当該カバー部材１２の内周面における、複数の基板２２から窓部材１３までの領域、すなわち複数の基板２２の各々に設けられた複数の発光素子２１からの光が窓部材１３に至るまでの光路が形成される空間を囲繞する領域１２Ａに、それらの発光素子２１からの光を高い効率で窓部材１３から放射させる観点から、鏡面加工が施される場合もある。また、発光素子光源モジュール１０は、所望の照度や照度分布を得るために、複数の発光素子２１からの光を、ミラーおよびレンズなどの光学部材によって、反射あるいは屈折させる構成のものであってもよい。
この図の例において、複数の発光素子２１と窓部材１３とは、当該複数の発光素子２１から放射角（半角）６０°程度で放射される光の大部分が、窓部材１３を透過するように、可及的に近接して配置されている。
図１は、本発明の発光素子光源モジュールの構成の一例を示す説明用断面図であり、図２は、図１の発光素子光源モジュールを構成する冷却ブロックと光源ユニットとの組立体の表面（発光面）側を示す説明用図であり、図３は、図１の発光素子光源モジュールを構成する冷却ブロックと光源ユニットとの組立体の断面を示す説明図であり、図４は、図１の発光素子光源モジュールを構成するヒートシンクを示す説明図である。
この発光素子光源モジュール１０は、複数の発光素子２１が表面（図１における下面であって図３における上面）に配設された矩形平板状の基板２２が、略矩形平板状のヒートシンク３１の表面（図１における下面であって図３における上面）に位置されてなる構成の光源ユニット２０を、複数（図の例においては、３個）備えたものである。これらの複数の光源ユニット２０の各々において、ヒートシンク３１の内部には、例えば水などの冷却媒体を流通させるための冷却流路３５が形成されている。また、複数の光源ユニット２０は、略矩形平板状の冷却ブロック４０の表面（図１における下面であって図３における上面）に、当該冷却ブロック４０の長手方向（図２および図３における左右方向）に並列配置されている。この冷却ブロック４０の内部には、複数の光源ユニット２０における冷却流路３５の各々に連通する、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４が形成されている。そして、複数のヒートシンク３１と冷却ブロック４０とにより、多数の発光素子２１（複数の光源ユニット２０の各々を構成する複数の発光素子２１）を、冷却媒体によって冷却するための水冷構造体が構成されている。
また、複数の光源ユニット２０と冷却ブロック４０とは、略直方体状の外観形状を有するアルミニウム製のカバー部材１２によって覆われている。このカバー部材１２には、当該カバー部材１２の底面（図１における下面）における多数の発光素子２１と対向する領域に、矩形状の開口が形成されており、この開口はホウケイ酸ガラス製の窓部材１３によって閉塞されている。また、カバー部材１２の一側面には、外部電源に接続する電源供給部（図示省略）が設けられていると共に、冷却媒体供給用開口（図示省略）および冷却媒体排出用開口（図示省略）が形成されている。
ここに、カバー部材１２においては、当該カバー部材１２の内周面における、複数の基板２２から窓部材１３までの領域、すなわち複数の基板２２の各々に設けられた複数の発光素子２１からの光が窓部材１３に至るまでの光路が形成される空間を囲繞する領域１２Ａに、それらの発光素子２１からの光を高い効率で窓部材１３から放射させる観点から、鏡面加工が施される場合もある。また、発光素子光源モジュール１０は、所望の照度や照度分布を得るために、複数の発光素子２１からの光を、ミラーおよびレンズなどの光学部材によって、反射あるいは屈折させる構成のものであってもよい。
この図の例において、複数の発光素子２１と窓部材１３とは、当該複数の発光素子２１から放射角（半角）６０°程度で放射される光の大部分が、窓部材１３を透過するように、可及的に近接して配置されている。
複数の光源ユニット２０は、各々、ヒートシンク３１の表面に、複数の発光素子２１が表面に配設された基板２２が、当該基板２２の裏面と当該ヒートシンク３１の表面とが対向した状態で接合されたものである。そして、ヒートシンク３１と基板２２との間には、熱伝導性接合材よりなる接合層（図示省略）が形成されている。熱伝導性接合材としては、例えば熱伝導性接着剤および熱伝導性両面接着シートなどが用いられる。
この図の例において、ヒートシンク３１は、矩形平板状の大径部３１Ａと、この大径部３１Ａ上に積重された矩形平板状の小径部３１Ｂとにより構成されている。大径部３１Ａは、長手方向において、基板２２の長手方向の寸法よりも大きな寸法を有しており、一方、短手方向においては、基板２２の短手方向の寸法よりも僅かに小さい寸法を有している。また、小径部３１Ｂは、長手方向において、基板２２の長手方向の寸法と同等の寸法を有しており、一方、短手方向においては、大径部３１Ａの短手方向の寸法と同等の寸法を有している。この小径部３１Ｂは、大径部３１Ａの表面（図１における下面であって図３における上面）における長手方向の中央部に位置されており、その大径部３１Ａの表面における長手方向の両端部は、当該表面が露出した状態とされている。このヒートシンク３１において、基板２２は、小径部３１Ｂの表面に、当該表面を覆い、かつ当該基板２２における短手方向の両縁部がヒートシンク３１から僅かに突出した状態で配置されている。そして、互いに隣接する光源ユニット２０は、基板２２が近接した状態とされ、ヒートシンク３１が僅かに離間した状態とされている。
この図の例において、ヒートシンク３１は、矩形平板状の大径部３１Ａと、この大径部３１Ａ上に積重された矩形平板状の小径部３１Ｂとにより構成されている。大径部３１Ａは、長手方向において、基板２２の長手方向の寸法よりも大きな寸法を有しており、一方、短手方向においては、基板２２の短手方向の寸法よりも僅かに小さい寸法を有している。また、小径部３１Ｂは、長手方向において、基板２２の長手方向の寸法と同等の寸法を有しており、一方、短手方向においては、大径部３１Ａの短手方向の寸法と同等の寸法を有している。この小径部３１Ｂは、大径部３１Ａの表面（図１における下面であって図３における上面）における長手方向の中央部に位置されており、その大径部３１Ａの表面における長手方向の両端部は、当該表面が露出した状態とされている。このヒートシンク３１において、基板２２は、小径部３１Ｂの表面に、当該表面を覆い、かつ当該基板２２における短手方向の両縁部がヒートシンク３１から僅かに突出した状態で配置されている。そして、互いに隣接する光源ユニット２０は、基板２２が近接した状態とされ、ヒートシンク３１が僅かに離間した状態とされている。
また、複数のヒートシンク３１と冷却ブロック４０とにより構成される水冷構造体は、当該冷却構造体の内部に、冷却媒体の流通流路が形成されたものである。この流通流路は、複数のヒートシンク３１における冷却流路３５と、冷却ブロック４０における冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４とを有している。
また、水冷構造体には、流通流路に対して冷却媒体を供給するための供給部１７と、当該流通流路から冷却媒体を排出するための排出部１８とが、冷却ブロック４０の外表面における光源ユニット２０が位置されている領域以外の領域に設けられている。
この図の例において、供給部１７および排出部１８は、継手部材によって構成されており、冷却ブロック４０における、カバー部材１２に形成された冷却媒体供給用開口（図示省略）および冷却媒体排出用開口（図示省略）に対向する一側面に設けられている。また、供給部１７の先端部分は、冷却媒体供給用開口からカバー部材１２の外方に突出しており、排出部１８の先端部分は、冷却媒体排出用開口からカバー部材１２の外方に突出している。
また、水冷構造体には、流通流路に対して冷却媒体を供給するための供給部１７と、当該流通流路から冷却媒体を排出するための排出部１８とが、冷却ブロック４０の外表面における光源ユニット２０が位置されている領域以外の領域に設けられている。
この図の例において、供給部１７および排出部１８は、継手部材によって構成されており、冷却ブロック４０における、カバー部材１２に形成された冷却媒体供給用開口（図示省略）および冷却媒体排出用開口（図示省略）に対向する一側面に設けられている。また、供給部１７の先端部分は、冷却媒体供給用開口からカバー部材１２の外方に突出しており、排出部１８の先端部分は、冷却媒体排出用開口からカバー部材１２の外方に突出している。
この水冷構造体は、複数の光源ユニット２０の各々が、ヒートシンク３１の裏面が冷却ブロック４０の表面に密着した状態で交換可能に配設されることによって形成されている。
具体的に説明すると、複数の光源ユニット２０は、各々、ヒートシンク３１の裏面が冷却ブロック４０の表面に密着した状態となるように、複数（この図の例においては４個）の固定ネジ２８によって当該冷却ブロック４０に固定されている。
そして、水冷構造体においては、複数の冷却流路３５の各々と冷却媒体供給流路４２との間に、ヒートシンク３１と冷却ブロック４０との積重方向に伸びる供給連通路２６が形成されており、これらの供給連通路２６により、複数の冷却流路３５の各々と冷却媒体供給流路４２とが連通されている。供給連通路２６は、ヒートシンク３１における供給連通路用孔２６Ａと冷却ブロックにおける供給連通路用孔２６Ｂとによって構成されている。また、複数の冷却流路３５の各々と冷却媒体排出流路４４との間には、ヒートシンク３１と冷却ブロック４０との積重方向に伸びる排出連通路２７が形成されており、これらの排出連通路２７により、複数の冷却流路３５の各々と冷却媒体排出流路４４とが連通されている。排出連通路２７は、ヒートシンク３１における排出連通路用孔２７Ａと冷却ブロック４０における排出連通路用孔２７Ｂとによって構成されている。
また、複数の光源ユニット２０の各々と冷却ブロック４０との間には、供給連通路２６および排出連通路２７の各々を囲むように環状のシール部材２９が配置されている。
このようにして、複数の光源ユニット２０が冷却ブロック４０に交換可能に固定されると共に、供給連通路２６および排出連通路２７の液密性が実現されることにより、水冷構造体が形成されている。
この図の例において、複数の光源ユニット２０の各々は、ヒートシンク３１の表面（大径部３１Ａの表面）の四隅の各々において固定ネジ２８によって冷却ブロック４０に固定されている。また、冷却ブロック４０の表面には、供給連通路用孔２６Ｂに連通する開口および排出連通路用孔２７Ｂに連通する開口を一巡するように、円環状のシール部材配置用溝４１が形成されており、このシール部材配置用溝４１に、Ｏリングよりなるシール部材２９が配置され、当該シール部材２９が挟圧されている。
具体的に説明すると、複数の光源ユニット２０は、各々、ヒートシンク３１の裏面が冷却ブロック４０の表面に密着した状態となるように、複数（この図の例においては４個）の固定ネジ２８によって当該冷却ブロック４０に固定されている。
そして、水冷構造体においては、複数の冷却流路３５の各々と冷却媒体供給流路４２との間に、ヒートシンク３１と冷却ブロック４０との積重方向に伸びる供給連通路２６が形成されており、これらの供給連通路２６により、複数の冷却流路３５の各々と冷却媒体供給流路４２とが連通されている。供給連通路２６は、ヒートシンク３１における供給連通路用孔２６Ａと冷却ブロックにおける供給連通路用孔２６Ｂとによって構成されている。また、複数の冷却流路３５の各々と冷却媒体排出流路４４との間には、ヒートシンク３１と冷却ブロック４０との積重方向に伸びる排出連通路２７が形成されており、これらの排出連通路２７により、複数の冷却流路３５の各々と冷却媒体排出流路４４とが連通されている。排出連通路２７は、ヒートシンク３１における排出連通路用孔２７Ａと冷却ブロック４０における排出連通路用孔２７Ｂとによって構成されている。
また、複数の光源ユニット２０の各々と冷却ブロック４０との間には、供給連通路２６および排出連通路２７の各々を囲むように環状のシール部材２９が配置されている。
このようにして、複数の光源ユニット２０が冷却ブロック４０に交換可能に固定されると共に、供給連通路２６および排出連通路２７の液密性が実現されることにより、水冷構造体が形成されている。
この図の例において、複数の光源ユニット２０の各々は、ヒートシンク３１の表面（大径部３１Ａの表面）の四隅の各々において固定ネジ２８によって冷却ブロック４０に固定されている。また、冷却ブロック４０の表面には、供給連通路用孔２６Ｂに連通する開口および排出連通路用孔２７Ｂに連通する開口を一巡するように、円環状のシール部材配置用溝４１が形成されており、このシール部材配置用溝４１に、Ｏリングよりなるシール部材２９が配置され、当該シール部材２９が挟圧されている。
複数の光源ユニット２０の各々において、基板２２の表面には、複数（図の例においては１６０個）の発光素子２１が、一定間隔で２次元的に配置されている。
この図の例において、複数の発光素子２１は、基板２２の表面における、当該基板２２の長手方向の中央部に位置する略矩形状の発光素子配置領域に、当該発光素子配置領域の短手方向（図２における上下方向）に１０個、当該発光素子配置領域の長手方向（図２における左右方向）に１６個で千鳥格子状に配置されている。また、基板２２の表面には、当該基板２２の長手方向の両端部の各々に、複数（図の例においては２個）の電気接続部２３が配設されている。この電気接続部２３には、基板２２上の全ての発光素子２１が電気的に接続されている。
この図の例において、複数の発光素子２１は、基板２２の表面における、当該基板２２の長手方向の中央部に位置する略矩形状の発光素子配置領域に、当該発光素子配置領域の短手方向（図２における上下方向）に１０個、当該発光素子配置領域の長手方向（図２における左右方向）に１６個で千鳥格子状に配置されている。また、基板２２の表面には、当該基板２２の長手方向の両端部の各々に、複数（図の例においては２個）の電気接続部２３が配設されている。この電気接続部２３には、基板２２上の全ての発光素子２１が電気的に接続されている。
発光素子２１としては、ＬＥＤ素子およびＬＤ（laser diode）素子などが用いられ、ＬＥＤ素子としては、具体的に、例えばピーク発光波長が３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、３９５ｎｍ、４０５ｎｍおよび４５０ｎｍのものが用いられる。
この図の例においては、発光素子２１として、ピーク発光波長が３６５ｎｍのＬＥＤ素子が用いられている。
この図の例においては、発光素子２１として、ピーク発光波長が３６５ｎｍのＬＥＤ素子が用いられている。
基板２２を構成する基材としては、発光素子２１の種類などに応じた適宜のものが用いられる。基板２２の材質の具体例としては、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの熱伝導性セラミックが挙げられる。
この図の例において、基板２２の基材としては、窒化アルミニウム製のものが用いられている。
この図の例において、基板２２の基材としては、窒化アルミニウム製のものが用いられている。
複数の光源ユニット２０の各々において、ヒートシンク３１の内部には、１本の冷却流路３５が形成されている。
この冷却流路３５は、ヒートシンク３１の表面に沿って冷却媒体を流通させることができるよう、ヒートシンク３１の表面に平行に設けられており、一端に冷却媒体供給口３５Ａが形成され、他端に冷却媒体排出口３５Ｂが形成されたものである。
冷却流路３５においては、複数の発光素子２１の熱が基板２２およびヒートシンク３１を介して冷却媒体に受熱され、これにより、当該発光素子２１が冷却されることとなる。
この冷却流路３５は、ヒートシンク３１の表面に沿って冷却媒体を流通させることができるよう、ヒートシンク３１の表面に平行に設けられており、一端に冷却媒体供給口３５Ａが形成され、他端に冷却媒体排出口３５Ｂが形成されたものである。
冷却流路３５においては、複数の発光素子２１の熱が基板２２およびヒートシンク３１を介して冷却媒体に受熱され、これにより、当該発光素子２１が冷却されることとなる。
また、冷却流路３５は、流路幅が流路高さより大きく、ヒートシンク３１の表面に沿って伸びる扁平な断面形状を有している。この冷却流路３５においては、冷却効率の観点から、流路高さに対する流路幅の比が１．５〜３．５であることが好ましい。
この図の例において、冷却流路３５は、その断面形状が、幅（流路幅）５ｍｍ、高さ（流路高さ）２．５ｍｍであって、流路高さに対する流路幅の比が２の扁平矩形状のものである。
この図の例において、冷却流路３５は、その断面形状が、幅（流路幅）５ｍｍ、高さ（流路高さ）２．５ｍｍであって、流路高さに対する流路幅の比が２の扁平矩形状のものである。
そして、冷却流路３５は、ヒートシンク３１の表面上における複数の発光素子２１が位置される発光素子配置領域の直下領域（以下、「光源直下領域」ともいう。）において、発光素子配置領域の一縁に沿って伸びる第１の流路部分と、当該第１の流路部分の冷却媒体流出口に連続し、熱伝導性隔壁部３９Ａを介して当該第１の流路部分と同一方向に伸びる第２の流路部分と有する、蛇行状の形状とされている。
具体的に説明すると、冷却流路３５は、光源直下領域において、当該光源直下領域の領域縁（具体的には、ヒートシンク３１の短手方向に伸びる領域縁）３３Ａ，３３Ｃに沿って平行に伸びる複数（図４においては３つ）の直線状流路部分（以下、「内方直線状部分」ともいう。）３６を有している。ここに、「内方直線状部分」とは、その全体が光源直下領域に位置している直線状の流路部分を示す。そして、これらの複数の内方直線状部分３６においては、熱伝導性隔壁部３９Ａを介して互いに隣接した内方直線状部分３６が、一方の内方直線状部分３６の冷却媒体流出口に、他方の内方直線状部分３６の冷却媒体流入口が連続するように、屈曲流路部分（以下、単に「屈曲部分」ともいう。）３８Ａを介して連通されている。
この図の例において、光源直下領域におけるヒートシンク３１の長手方向の両端側に位置する内方直線状部分３６は、当該光源直下領域の領域縁（具体的には、ヒートシンク３１の短手方向に伸びる領域縁）３３Ａ，３３Ｃよりも僅かに内方側に位置している。また、互いに隣接する内方直線状部分３６に連通する屈曲部分３８Ａは、当該光源直下領域の領域縁（具体的には、ヒートシンク３１の長手方向に伸びる領域縁）３３Ｂ，３３Ｄよりも僅かに内方側に位置している。
また、光源直下領域におけるヒートシンク３１の長手方向の両端側に位置する内方直線状部分３６は、各々、屈曲流路部分（屈曲部分）３８Ｂを介して、一部分が光源直下領域外に位置する直線状流路部分（以下、「外方直線状部分」ともいう。）３７に連通されている。これらの２つの外方直線状部分３７は、内方直線状部分３６に沿って平行に配置されている。この外方直線状部分３７と内方直線状部分３６との間に位置する熱伝導性隔壁部３９Ｂは、光源直下領域内に位置している。そして、一方の外方直線状部分３７の冷却媒体流入口によって、冷却媒体供給口３５Ａが形成されており、他方の外方直線状部分３７の冷却媒体流出口によって、冷却媒体排出口３５Ｂが形成されている。これらの２つの外方直線状部分３７の流路長は、各々、冷却媒体供給口３５Ａおよび冷却媒体排出口３５Ｂがヒートシンク３１の短手方向の中央部に位置するよう、内方直線状部分３６の流路長の略半分とされている。このようにして、冷却流路３５は、その全体形状が蛇行状の形状とされている。
図４には、冷却流路３５における冷却媒体の流動方向が矢印によって示されている。また、同図において、光源直下領域は、一点鎖線によって囲まれた領域である。
具体的に説明すると、冷却流路３５は、光源直下領域において、当該光源直下領域の領域縁（具体的には、ヒートシンク３１の短手方向に伸びる領域縁）３３Ａ，３３Ｃに沿って平行に伸びる複数（図４においては３つ）の直線状流路部分（以下、「内方直線状部分」ともいう。）３６を有している。ここに、「内方直線状部分」とは、その全体が光源直下領域に位置している直線状の流路部分を示す。そして、これらの複数の内方直線状部分３６においては、熱伝導性隔壁部３９Ａを介して互いに隣接した内方直線状部分３６が、一方の内方直線状部分３６の冷却媒体流出口に、他方の内方直線状部分３６の冷却媒体流入口が連続するように、屈曲流路部分（以下、単に「屈曲部分」ともいう。）３８Ａを介して連通されている。
この図の例において、光源直下領域におけるヒートシンク３１の長手方向の両端側に位置する内方直線状部分３６は、当該光源直下領域の領域縁（具体的には、ヒートシンク３１の短手方向に伸びる領域縁）３３Ａ，３３Ｃよりも僅かに内方側に位置している。また、互いに隣接する内方直線状部分３６に連通する屈曲部分３８Ａは、当該光源直下領域の領域縁（具体的には、ヒートシンク３１の長手方向に伸びる領域縁）３３Ｂ，３３Ｄよりも僅かに内方側に位置している。
また、光源直下領域におけるヒートシンク３１の長手方向の両端側に位置する内方直線状部分３６は、各々、屈曲流路部分（屈曲部分）３８Ｂを介して、一部分が光源直下領域外に位置する直線状流路部分（以下、「外方直線状部分」ともいう。）３７に連通されている。これらの２つの外方直線状部分３７は、内方直線状部分３６に沿って平行に配置されている。この外方直線状部分３７と内方直線状部分３６との間に位置する熱伝導性隔壁部３９Ｂは、光源直下領域内に位置している。そして、一方の外方直線状部分３７の冷却媒体流入口によって、冷却媒体供給口３５Ａが形成されており、他方の外方直線状部分３７の冷却媒体流出口によって、冷却媒体排出口３５Ｂが形成されている。これらの２つの外方直線状部分３７の流路長は、各々、冷却媒体供給口３５Ａおよび冷却媒体排出口３５Ｂがヒートシンク３１の短手方向の中央部に位置するよう、内方直線状部分３６の流路長の略半分とされている。このようにして、冷却流路３５は、その全体形状が蛇行状の形状とされている。
図４には、冷却流路３５における冷却媒体の流動方向が矢印によって示されている。また、同図において、光源直下領域は、一点鎖線によって囲まれた領域である。
この冷却流路３５において、互いに隣接する内方直線状部分３６の間に位置する熱伝導性隔壁部３９Ａは、その厚みが、冷却流路３５の流路幅より小さいものである。
熱伝導性隔壁部３９Ａの厚みが冷却流路３５の流路幅より小さいことにより、互いに隣接する内方直線状部分３６が近接して位置した状態とされ、これらの互いに隣接する内方直線状部分３６を流通する冷却媒体の間において熱交換が行われることとなる。
そして、熱伝導性隔壁部３９Ａの厚みは、熱伝導性（熱拡散）の観点からは、冷却流路３５の流路幅の半分以下であることが好ましい。
この図の例において、互いに隣接する外方直線状部分３７と内方直線状部分３６との間に位置する熱伝導性隔壁部３９Ｂは、その厚みが冷却流路３５の流路幅より小さく、当該流路幅の半分以下とされている。
熱伝導性隔壁部３９Ａの厚みが冷却流路３５の流路幅より小さいことにより、互いに隣接する内方直線状部分３６が近接して位置した状態とされ、これらの互いに隣接する内方直線状部分３６を流通する冷却媒体の間において熱交換が行われることとなる。
そして、熱伝導性隔壁部３９Ａの厚みは、熱伝導性（熱拡散）の観点からは、冷却流路３５の流路幅の半分以下であることが好ましい。
この図の例において、互いに隣接する外方直線状部分３７と内方直線状部分３６との間に位置する熱伝導性隔壁部３９Ｂは、その厚みが冷却流路３５の流路幅より小さく、当該流路幅の半分以下とされている。
この熱伝導性隔壁部３９Ａの厚みは、具体的には、冷却流路３５を流通する冷却媒体からの圧力に耐え得る厚み以上であることが必要とされており、更にはヒートシンク３１の材質および冷却流路３５の流路幅に応じ、また発光素子２１の種類などを考慮して適宜に定められるが、例えば０．５〜２．５ｍｍである。
この図の例において、熱伝導性隔壁部３９Ａの厚みは１ｍｍとされている。また、互いに隣接する外方直線状部分３７と内方直線状部分３６との間に位置する熱伝導性隔壁部３９Ｂの厚みも、１ｍｍとされている。
この図の例において、熱伝導性隔壁部３９Ａの厚みは１ｍｍとされている。また、互いに隣接する外方直線状部分３７と内方直線状部分３６との間に位置する熱伝導性隔壁部３９Ｂの厚みも、１ｍｍとされている。
また、冷却流路３５においては、光源ユニット２０を、ヒートシンク３１の表面に垂直な方向（図２における紙面に垂直な方向）に透視したとき、発光素子配置領域（光源直下領域）における、当該冷却流路３５が占める領域部分の面積（以下、「冷却流路形成面積」ともいう。）が、当該発光素子配置領域の面積（以下、「発光素子配置面積」ともいう。）に対して８０％以上であることが好ましい。
冷却流路形成面積が発光素子配置面積の８０％以上であることにより、複数の発光素子２１と冷却流路３５との位置関係によらず、具体的には、基板２２上における全ての発光素子２１が冷却流路３５の直上位置に配置されていない場合であっても、それらの発光素子２１の全てをより効率的、かつより高い均一性をもって冷却することができる。
この図の例において、冷却流路形成面積は、発光素子配置面積の８３．３％である。
冷却流路形成面積が発光素子配置面積の８０％以上であることにより、複数の発光素子２１と冷却流路３５との位置関係によらず、具体的には、基板２２上における全ての発光素子２１が冷却流路３５の直上位置に配置されていない場合であっても、それらの発光素子２１の全てをより効率的、かつより高い均一性をもって冷却することができる。
この図の例において、冷却流路形成面積は、発光素子配置面積の８３．３％である。
また、光源直下領域における形状が蛇行状である冷却流路においては、図４に示されているように、冷却媒体供給口３５Ａおよび冷却媒体排出口３５Ｂは、各々、光源直下領域外に設けられていることが好ましい。
冷却媒体供給口３５Ａおよび冷却媒体排排出口３５Ｂが光源直下領域外に設けられていることにより、複数の内方直線状部分３６においてより一層の温度均一化を図ることができる。そのため、複数の発光素子２１をより一層高い均一性をもって冷却することができる。
冷却媒体供給口３５Ａおよび冷却媒体排排出口３５Ｂが光源直下領域外に設けられていることにより、複数の内方直線状部分３６においてより一層の温度均一化を図ることができる。そのため、複数の発光素子２１をより一層高い均一性をもって冷却することができる。
また、冷却流路３５は、発光素子２１との間における熱抵抗を小さくすることによって冷却効率の高効率化を図る観点から、ヒートシンク３１の表面に近接した位置レベルに設けられていることが好ましい。
この図の例において、冷却流路３５は、ヒートシンク３１の表面（小径部３１Ｂの表面）からの深さが２．５ｍｍの位置レベルに、すなわちヒートシンク３１の表面との離間距離が２．５ｍｍとなるように形成されている。
この図の例において、冷却流路３５は、ヒートシンク３１の表面（小径部３１Ｂの表面）からの深さが２．５ｍｍの位置レベルに、すなわちヒートシンク３１の表面との離間距離が２．５ｍｍとなるように形成されている。
ヒートシンク３１は、熱伝導性材料よりなるものである。
ヒートシンク３１に用いられる熱伝導性材料としては、例えば銅およびアルミニウムなどの高熱伝導性金属が挙げられる。
また、ヒートシンク３１の厚みは、複数の発光素子２１の配置間隔、冷却流路３５の断面形状（具体的には、流路高さおよび流路幅）などに応じて、適宜に定められる。
ヒートシンク３１に用いられる熱伝導性材料としては、例えば銅およびアルミニウムなどの高熱伝導性金属が挙げられる。
また、ヒートシンク３１の厚みは、複数の発光素子２１の配置間隔、冷却流路３５の断面形状（具体的には、流路高さおよび流路幅）などに応じて、適宜に定められる。
このような構成のヒートシンク３１は、熱伝導性材料よりなる２枚の略矩形板状の基材（具体的には、大径部用基材と小径部用基材）がろう付けによって接合されたものであり、一方の基材の接合面に形成された溝が、当該２枚の基材が接合されることによって密閉されることにより、冷却流路３５が形成されたものである。
具体的に説明すると、小径部用基材の接合面には、冷却流路用溝が形成されている。また、大径部用基材には、供給連通路用孔２６Ａおよび排出連通路用孔２７Ａが、当該大径部用基材が小径部用基材と接合された状態において、当該供給連通路用孔２６Ａが冷却流路用溝の一端部上に位置し、当該排出連通路用孔２７Ａが冷却流路用溝の他端部上に位置するように形成されている。そして、小径部用基材と大径部用基材とがろう付けによって接合されることにより、小径部用基材における冷却流路用溝が大径部用基材によって密閉される。以って、内部に冷却流路３５が形成されたヒートシンク３１が得られる。
ここに、ヒートシンク３１を構成する２枚の基材は、同一種類の熱伝導性材料よりなるものであってもよく、異なる種類の熱伝導性材料よりなるものであってもよい。
この図の例において、ヒートシンク３１を構成する、小径部用基材および大径部用基材は、いずれも銅よりなるものである。
具体的に説明すると、小径部用基材の接合面には、冷却流路用溝が形成されている。また、大径部用基材には、供給連通路用孔２６Ａおよび排出連通路用孔２７Ａが、当該大径部用基材が小径部用基材と接合された状態において、当該供給連通路用孔２６Ａが冷却流路用溝の一端部上に位置し、当該排出連通路用孔２７Ａが冷却流路用溝の他端部上に位置するように形成されている。そして、小径部用基材と大径部用基材とがろう付けによって接合されることにより、小径部用基材における冷却流路用溝が大径部用基材によって密閉される。以って、内部に冷却流路３５が形成されたヒートシンク３１が得られる。
ここに、ヒートシンク３１を構成する２枚の基材は、同一種類の熱伝導性材料よりなるものであってもよく、異なる種類の熱伝導性材料よりなるものであってもよい。
この図の例において、ヒートシンク３１を構成する、小径部用基材および大径部用基材は、いずれも銅よりなるものである。
冷却ブロック４０において、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４は、冷却ブロック４０の表面に平行に設けられており、この冷却媒体供給流路４２は、供給部１７から供給された冷却媒体を、複数の冷却流路４５の冷却媒体供給口３５Ａの各々に向かって流通させるものであり、一方、排出流路４４は、複数の冷却流路４５の冷却媒体排出口３５Ｂの各々から排出された冷却媒体を、排出部１８に向かって流通させるものである。冷却媒体供給流路４２には、一端に供給用開口が形成されており、この供給用開口に継手部材が挿設されることによって供給部１７が構成されている。また、冷却媒体排出流路４４には、一端に排出用開口が形成されており、この排出用開口に継手部材が挿設されることによって排出部１８が構成されている。
また、この図の例のように、水冷構造体が冷却ブロック４０と複数のヒートシンク３１とによって構成されている場合、すなわち複数の冷却流路３５が設けられている場合においては、これらの複数の冷却流路３５を共通の冷却媒体供給流路４２および共通の冷却媒体排出流路４４に接続することにより、当該複数の冷却流路３５を並列に接続することができる。
冷却媒体供給流路４２と冷却媒体排出流路４４とは、同一の形状（具体的には、全体形状および断面形状）を有すると共に、平行に設けられていることが好ましい。
この図の例において、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４は、各々、全体形状が、冷却ブロック４０の長手方向、すなわち複数の光源ユニット２０が並列する方向に伸びる直線状であり、断面形状が、直径６ｍｍの円形状のものである。また、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４は、各々、冷却ブロック４０に形成された直線状の貫通孔の他端側に封止部材４８が挿設されることによって構成されている。
また、この図の例のように、水冷構造体が冷却ブロック４０と複数のヒートシンク３１とによって構成されている場合、すなわち複数の冷却流路３５が設けられている場合においては、これらの複数の冷却流路３５を共通の冷却媒体供給流路４２および共通の冷却媒体排出流路４４に接続することにより、当該複数の冷却流路３５を並列に接続することができる。
冷却媒体供給流路４２と冷却媒体排出流路４４とは、同一の形状（具体的には、全体形状および断面形状）を有すると共に、平行に設けられていることが好ましい。
この図の例において、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４は、各々、全体形状が、冷却ブロック４０の長手方向、すなわち複数の光源ユニット２０が並列する方向に伸びる直線状であり、断面形状が、直径６ｍｍの円形状のものである。また、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４は、各々、冷却ブロック４０に形成された直線状の貫通孔の他端側に封止部材４８が挿設されることによって構成されている。
冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４においては、各々、流通流路内における冷却媒体の圧力制御の観点から、緩衝部４６が設けられていることが好ましい。
この図の例において、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４には、各々、緩衝部４６が設けられている。
この図の例において、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４には、各々、緩衝部４６が設けられている。
冷却ブロック４０は、機械的強度および耐電食性などの観点から、ヒートシンク３１の材質に応じて適宜の金属が用いられる。
また、冷却ブロック４０を構成する金属は、ヒートシンク３１を構成する熱伝導性材料に比して熱伝導性が小さいものであることが好ましい。
冷却ブロック４０が熱伝導性の小さい金属よりなるものであることにより、冷却媒体供給流路４２と冷却媒体排出流路４４との間において熱の授受が行われることを抑制することができる。そのため、冷却媒体排出流路４４を流通する冷却媒体からの受熱に起因して冷却媒体供給流路４２において冷却媒体の温度が上昇し、温度勾配が生じることを抑制することができることから、より効率的に多数の発光素子２１を冷却することができる。
この図の例において、冷却ブロック４０は、ステンレス鋼よりなるものである。
また、冷却ブロック４０を構成する金属は、ヒートシンク３１を構成する熱伝導性材料に比して熱伝導性が小さいものであることが好ましい。
冷却ブロック４０が熱伝導性の小さい金属よりなるものであることにより、冷却媒体供給流路４２と冷却媒体排出流路４４との間において熱の授受が行われることを抑制することができる。そのため、冷却媒体排出流路４４を流通する冷却媒体からの受熱に起因して冷却媒体供給流路４２において冷却媒体の温度が上昇し、温度勾配が生じることを抑制することができることから、より効率的に多数の発光素子２１を冷却することができる。
この図の例において、冷却ブロック４０は、ステンレス鋼よりなるものである。
また、発光素子光源モジュール１０においては、この図の例のように、水冷構造体が冷却ブロック４０と複数のヒートシンク３１によって構成されている場合には、供給部１７から供給された冷却媒体が排出部１８に至るまでの経路が、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４によって並列接続されている冷却流路３５の数分だけ形成されることとなる。而して、これらの複数の経路については、冷却媒体供給流路４２の最上流位置である供給用開口（供給部１７）から、冷却流路３５を介して、冷却媒体排出流路４４の最下流位置である排出用開口（排出部１８）に至るまでの経路の長さが、複数の冷却流路３５の各々について、同一であることが好ましい。
供給用開口から、複数の冷却流路３５の各々を介して、排出用開口に至るまでの経路のすべての長さが同一であることにより、設計上、各経路における流路抵抗が同等となることから、複数の冷却流路３５の各々に対して同等量の冷却媒体を流入、すなわち供給部１７を介して冷却媒体供給流路４２に供給された冷却媒体を、複数の冷却流路４５の各々に対して均一に配分して流入させることができる。
以上のような発光素子光源モジュール１０においては、多数の発光素子２１が発光している状態においては、水冷構造体に対して供給部１７から冷却媒体が供給され、この供給部１７から供給された冷却媒体が、冷却媒体供給路４２および供給連通路２６を介して複数の冷却流路３５の各々に分配して流入される。そして、冷却媒体は、複数の冷却流路３５の各々を通過した後、排出連通路２７および冷却媒体排出流路４４を介して排出部１７から水冷構造体外に排出される。このようにして、冷却媒体が水冷構造体内を流通することにより、複数の光源ユニット２０の各々において、ヒートシンク３１および冷却流路３５を流通する冷却媒体によって複数の発光素子２１が冷却されることとなる。
而して、発光素子光源モジュール１０においては、ヒートシンク３１の内部に形成された冷却流路３５が、光源直下領域およびその周辺領域において、複数の内方直線状部分３６および複数の外方直線状部分３７が密に配置された流路構造を有するものとされている。そのため、冷却流路３５の流路幅を過度に大きくすることなく、ヒートシンク３１と冷却媒体との接触面積を大きくできることから、複数の発光素子２１を高い効率で冷却することができる。また、互いに隣接する内方直線状部分３６および外方直線状部分３７を流通する冷却媒体の間において、熱伝導性隔壁部３９Ａ，３９Ｂを介して熱交換が行われることから、複数の内方直線状部分３６および複数の外方直線状部分３７における温度均一化が図られるため、冷却流路３５に大きな温度勾配が生じることがない。
また、本発明の発光素子光源モジュール１０においては、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４が、冷却ブロック４０に形成されている。そのため、冷却媒体供給流路４２を流通する冷却媒体が、発光素子２１からの受熱によって温度上昇することが抑制されることから、冷却媒体供給流路４２に大きな温度勾配が生じることがない。また、冷却流路を流通する冷却媒体が、冷却媒体排出流路４４を流通する、発光素子２１からの受熱によって加熱された冷却媒体からの受熱によって温度上昇することを抑制することもできる。
従って、発光素子光源モジュール１０によれば、多数の発光素子２１の全てが冷却流路３５の直上位置に配置されていない場合であっても、当該多数の発光素子２１を効率的、かつ高い均一性をもって冷却することができる。
ここに、この図の例の発光素子光源モジュール１０によれば、後述する実験例からも明らかなように、基板２１の表面温度を、平均温度が６０℃以下の±３℃の温度範囲内とすることができる。
また、本発明の発光素子光源モジュール１０においては、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４が、冷却ブロック４０に形成されている。そのため、冷却媒体供給流路４２を流通する冷却媒体が、発光素子２１からの受熱によって温度上昇することが抑制されることから、冷却媒体供給流路４２に大きな温度勾配が生じることがない。また、冷却流路を流通する冷却媒体が、冷却媒体排出流路４４を流通する、発光素子２１からの受熱によって加熱された冷却媒体からの受熱によって温度上昇することを抑制することもできる。
従って、発光素子光源モジュール１０によれば、多数の発光素子２１の全てが冷却流路３５の直上位置に配置されていない場合であっても、当該多数の発光素子２１を効率的、かつ高い均一性をもって冷却することができる。
ここに、この図の例の発光素子光源モジュール１０によれば、後述する実験例からも明らかなように、基板２１の表面温度を、平均温度が６０℃以下の±３℃の温度範囲内とすることができる。
また、発光素子光源モジュール１０においては、冷却媒体供給口３５Ａおよび冷却媒体排出口３５Ｂが、各々、光源直下領域外に設けられていることから、複数の内方直線状部分３６においてより一層の温度均一化を図ることができる。
また、発光素子光源モジュール１０においては、水冷構造体が、銅よりなるヒートシンク３１とステンレス鋼よりなる冷却ブロック４０とによって構成されていることから、電食が生じることが防止または十分に抑制される。しかも、ステンレス鋼が銅に比して熱伝導率が小さいものであることから、冷却媒体供給流路４２と冷却媒体排出流路４４との間、冷却媒体供給流路４２と冷却流路３５との間、および冷却媒体排出流路４４と冷却流路３５との間の各々において、熱の授受が行われることが抑制される。そのため、冷却媒体供給流路４２および冷却流路３５において、温度勾配が生じることを抑制することができることから、より効果的に発光素子を冷却することができる。
また、発光素子光源モジュール１０においては、冷却媒体供給流路４２および冷却媒体排出流路４４によって複数の冷却流路３５が配列に接続されており、その複数の冷却流路３５の各々に対して、冷却媒体供給流路４２における供給用開口を流通する冷却媒体と同等温度の冷却媒体を流入させることができる。そのため、発光素子光源モジュール１０が複数の光源ユニット２０を備えた構成のものであっても、これらの複数の光源ユニット２０を構成する多数の発光素子２１を、効率的、かつ高い均一性をもって冷却することができる。
また、発光素子光源モジュール１０においては、複数の光源ユニット２０が、各々、冷却ブロック４０に対して、交換可能に固定されていることから、交換が必要となった発光素子２１を備えた光源ユニット２０を、冷却ブロック４０から取り外して新たな光源ユニット２０を取り付けることにより、発光素子２１を交換することができる。
この発光素子光源モジュール１０は、例えば液晶パネルの製造工程（ＯＤＦ法）、プリント基板の製造工程（露光処理）および印刷インキの定着工程（乾燥処理）などに用いられる紫外線照射装置の光源として、好適に用いることができる。
本発明の発光素子光源モジュールにおいては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、冷却流路は、光源直下領域において、互いに連続し、隔壁部を介して隣接した複数の流路部分を有しており、互いに隣接する流路部分の間に位置する熱伝導性隔壁部の厚みが、当該冷却流路の流路幅より小さい形状を有するものであれば、図１に示した形状以外の形状を有するものであってもよい。すなわち、冷却流路は、屈曲部または湾曲部を有しており、光源直下領域において、冷却流路の流路幅より小さい厚みの熱伝導性隔壁部を介して並走する複数の流路部分を有するものであればよい。具体的には、冷却流路の光源直下領域の形状は、発光素子配置領域の一縁に沿って伸びる第１の流路部分と、当該第１の流路部分の冷却媒体流出口に連続し、熱伝導性隔壁部を介して当該第１の流路部分と同一方向に伸びる第２の流路部分と有するＵ字状であってもよい。また、冷却流路の光源直下領域の形状は、図４におけるヒートシンクの短手方向に沿って蛇行して伸びる蛇行状であってもよく、また渦巻き状（具体的には、円形渦巻き状および矩形渦巻き状と等）であってもよい。
ここに、冷却流路の光源直下領域の形状が、Ｕ字状である場合には、冷却効率の観点から、冷却媒体供給口および冷却媒体排出口が、当該光源直下領域外に設けられていることが好ましい。また、冷却流路の光源直下領域の形状が、渦巻き状である場合には、冷却効率の観点から、冷却媒体供給口が、当該光源直下領域内に設けられ、冷却媒体排出口が、当該光源直下領域外に設けられていることが好ましい。
例えば、冷却流路は、光源直下領域において、互いに連続し、隔壁部を介して隣接した複数の流路部分を有しており、互いに隣接する流路部分の間に位置する熱伝導性隔壁部の厚みが、当該冷却流路の流路幅より小さい形状を有するものであれば、図１に示した形状以外の形状を有するものであってもよい。すなわち、冷却流路は、屈曲部または湾曲部を有しており、光源直下領域において、冷却流路の流路幅より小さい厚みの熱伝導性隔壁部を介して並走する複数の流路部分を有するものであればよい。具体的には、冷却流路の光源直下領域の形状は、発光素子配置領域の一縁に沿って伸びる第１の流路部分と、当該第１の流路部分の冷却媒体流出口に連続し、熱伝導性隔壁部を介して当該第１の流路部分と同一方向に伸びる第２の流路部分と有するＵ字状であってもよい。また、冷却流路の光源直下領域の形状は、図４におけるヒートシンクの短手方向に沿って蛇行して伸びる蛇行状であってもよく、また渦巻き状（具体的には、円形渦巻き状および矩形渦巻き状と等）であってもよい。
ここに、冷却流路の光源直下領域の形状が、Ｕ字状である場合には、冷却効率の観点から、冷却媒体供給口および冷却媒体排出口が、当該光源直下領域外に設けられていることが好ましい。また、冷却流路の光源直下領域の形状が、渦巻き状である場合には、冷却効率の観点から、冷却媒体供給口が、当該光源直下領域内に設けられ、冷却媒体排出口が、当該光源直下領域外に設けられていることが好ましい。
また、発光素子光源モジュールは、冷却ブロックの上面に１つの光源ユニットが配設されてなる構成のものであってもよい。
また、発光素子光源モジュールにおいては、発光素子がヒートシンクの表面に直接配置されており、当該ヒートシンクの表面に配線パターンが施されてなる構成、すなわちヒートシンクが基板としての機能を兼ね備えた構成のものであってもよい。
このような場合においては、発光素子がヒートシンクによって直接冷却されることとなるため、より効果的に発光素子を冷却することができる。
このような場合においては、発光素子がヒートシンクによって直接冷却されることとなるため、より効果的に発光素子を冷却することができる。
以下、本発明の実験例を示す。
〔実験例１〕
図１の構成を有する発光素子光源モジュール（以下、「発光素子光源モジュール（１）」ともいう。）を作製した。
この発光素子光源モジュール（１）において、基板は、ピーク発光波長が３６５ｎｍのＬＥＤ素子１６０個が、１０個×１６個で千鳥格子状に配置されてなる窒化アルミニウム製のものである。
また、ヒートシンクは、銅よりなる２枚の略矩形板状の基材がろう付けによって接合されたものであり、当該ヒートシンクの内部には、断面形状が、幅（流路幅）５ｍｍ、高さ（流路高さ）２．５ｍｍであって、流路高さに対する流路幅の比が２の扁平矩形状であり、全体形状が蛇行状の冷却流路が形成されている。この冷却流路において、互いに隣接する内方直線状部分の間の熱伝導性隔壁部の厚み、および互いに隣接する内方直線状部分と外方直線状部分との間の熱伝導性隔壁部の厚みは、いずれも１ｍｍである。また、冷却流路形成面積は、発光素子配置面積の８３．３％である。また、冷却媒体供給口および冷却媒体排出口は、直径６ｍｍの円形状である。
また、冷却ブロックは、ステンレス鋼よりなるものであり、当該冷却ブロックの内部には、断面形状が、直径６ｍｍの円形状であって、全体形状が直線状の冷却媒体供給流路および冷却媒体排出流路が形成されている。
図１の構成を有する発光素子光源モジュール（以下、「発光素子光源モジュール（１）」ともいう。）を作製した。
この発光素子光源モジュール（１）において、基板は、ピーク発光波長が３６５ｎｍのＬＥＤ素子１６０個が、１０個×１６個で千鳥格子状に配置されてなる窒化アルミニウム製のものである。
また、ヒートシンクは、銅よりなる２枚の略矩形板状の基材がろう付けによって接合されたものであり、当該ヒートシンクの内部には、断面形状が、幅（流路幅）５ｍｍ、高さ（流路高さ）２．５ｍｍであって、流路高さに対する流路幅の比が２の扁平矩形状であり、全体形状が蛇行状の冷却流路が形成されている。この冷却流路において、互いに隣接する内方直線状部分の間の熱伝導性隔壁部の厚み、および互いに隣接する内方直線状部分と外方直線状部分との間の熱伝導性隔壁部の厚みは、いずれも１ｍｍである。また、冷却流路形成面積は、発光素子配置面積の８３．３％である。また、冷却媒体供給口および冷却媒体排出口は、直径６ｍｍの円形状である。
また、冷却ブロックは、ステンレス鋼よりなるものであり、当該冷却ブロックの内部には、断面形状が、直径６ｍｍの円形状であって、全体形状が直線状の冷却媒体供給流路および冷却媒体排出流路が形成されている。
作製した発光素子光源モジュール（１）において、温度２５℃の環境条件下にて、３つの光源ユニットを構成する１６０個の発光素子を発熱量１．８２Ｗの条件で発光させると共に、水冷構造体の流通流路に対して、温度２５±５℃の冷却水よりなる冷却媒体を、流量３Ｌ／ｍｉｎの条件によって供給した。ここに、各光源ユニットにおける発熱量は、２９１．２Ｗであった。そして、基板の表面温度を測定すると共に、冷却媒体供給口における冷却媒体の温度および冷却媒体排出口における冷却媒体の温度を測定したところ、基板の表面温度は、５９±３℃であり、冷却媒体供給口における冷却媒体の温度は３７℃であり、冷却媒体排出口における冷却媒体の温度は３８℃であった。
〔比較実験例１〕
実験例１の発光素子光源モジュール（１）において、ヒートシンクの冷却流路が、ヒートシンクの長手方向に伸びる直線状の形状であること以外は当該発光素子光源モジュール（１）と同様の構成の発光素子光源モジュール（以下、「比較用発光素子光源モジュール（１）」ともいう。）を作製した。
実験例１の発光素子光源モジュール（１）において、ヒートシンクの冷却流路が、ヒートシンクの長手方向に伸びる直線状の形状であること以外は当該発光素子光源モジュール（１）と同様の構成の発光素子光源モジュール（以下、「比較用発光素子光源モジュール（１）」ともいう。）を作製した。
比較用発光素子光源モジュール（１）について、実験例１と同様にして、基板の表面温度、冷却媒体供給口における冷却媒体の温度および冷却媒体排出口における冷却媒体の温度を測定したところ、基板の表面温度は８０±１６℃であり、冷却媒体供給口における冷却媒体の温度は４５℃であり、冷却媒体排出口における冷却媒体の温度は４８℃であった。
〔比較実験例２〕
実験例１の発光素子光源モジュール（１）において、ヒートシンクの冷却流路が、ヒートシンクの長手方向に伸びる直線状の３つの分岐路を有する形状であること以外は当該発光素子光源モジュール（１）と同様の構成の発光素子光源モジュール（以下、「比較用発光素子光源モジュール（２）」ともいう。）を作製した。
実験例１の発光素子光源モジュール（１）において、ヒートシンクの冷却流路が、ヒートシンクの長手方向に伸びる直線状の３つの分岐路を有する形状であること以外は当該発光素子光源モジュール（１）と同様の構成の発光素子光源モジュール（以下、「比較用発光素子光源モジュール（２）」ともいう。）を作製した。
比較用発光素子光源モジュール（２）について、実験例１と同様にして、基板の表面温度、冷却媒体供給口における冷却媒体の温度および冷却媒体排出口における冷却媒体の温度を測定したところ、基板の表面温度は７２±８℃であり、冷却媒体供給口における冷却媒体の温度は４７℃であり、冷却媒体排出口における冷却媒体の温度は５０℃であった。
以上の実験例１、比較用実験例１および比較用実験例２の結果から、本発明に係る発光素子光源モジュール（１）によれば、発光源を構成する複数の発光素子を効率的、かつ高い均一性をもって冷却することができることが確認された。
１０ 発光素子光源モジュール
１２ カバー部材
１２Ａ 領域
１３ 窓部材
１７ 供給部
１８ 排出部
２０ 光源ユニット
２１ 発光素子
２２ 基板
２３ 電気接続部
２６ 供給連通路
２６Ａ，２６Ｂ 供給連通路用孔
２７ 排出連通路
２７Ａ，２７Ｂ 排出連通路用孔
２８ 固定ネジ
２９ シール部材
３１ ヒートシンク
３１Ａ 大径部
３１Ｂ 小径部
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ 領域縁
３５ 冷却流路
３５Ａ 冷却媒体供給口
３５Ｂ 冷却媒体排出口
３６ 直線状流路部分（内方直線状部分）
３７ 直線状流路部分（外方直線状部分）
３８Ａ，３８Ｂ 屈曲流路部分（屈曲部分）
３９Ａ，３９Ｂ 熱伝導性隔壁部
４０ 冷却ブロック
４１ シール部材配置用溝
４２ 冷却媒体供給流路
４４ 冷却媒体排出流路
４６ 緩衝部
４８ 封止部材
１２ カバー部材
１２Ａ 領域
１３ 窓部材
１７ 供給部
１８ 排出部
２０ 光源ユニット
２１ 発光素子
２２ 基板
２３ 電気接続部
２６ 供給連通路
２６Ａ，２６Ｂ 供給連通路用孔
２７ 排出連通路
２７Ａ，２７Ｂ 排出連通路用孔
２８ 固定ネジ
２９ シール部材
３１ ヒートシンク
３１Ａ 大径部
３１Ｂ 小径部
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ 領域縁
３５ 冷却流路
３５Ａ 冷却媒体供給口
３５Ｂ 冷却媒体排出口
３６ 直線状流路部分（内方直線状部分）
３７ 直線状流路部分（外方直線状部分）
３８Ａ，３８Ｂ 屈曲流路部分（屈曲部分）
３９Ａ，３９Ｂ 熱伝導性隔壁部
４０ 冷却ブロック
４１ シール部材配置用溝
４２ 冷却媒体供給流路
４４ 冷却媒体排出流路
４６ 緩衝部
４８ 封止部材
Claims (5)
- 熱伝導性材料よりなるヒートシンクの表面上に複数の発光素子が配置された光源ユニットの複数と、これらの複数の光源ユニットにおけるヒートシンクの裏面に配設された、当該複数の光源ユニットに共通の冷却ブロックとを備えており、
前記ヒートシンクには、その内部に、冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されており、
前記冷却流路は、流路幅が流路高さより大きく、前記ヒートシンクの表面に沿って伸びる扁平な断面形状を有し、当該冷却流路における冷却媒体供給口および冷却媒体排出口が、それぞれ前記冷却ブロックに形成された冷却媒体供給流路および冷却媒体排出流路に接続されており、
前記冷却流路は、前記ヒートシンクの表面上における複数の発光素子が配置される発光素子配置領域の直下領域において、互いに連続し、熱伝導性隔壁部を介して隣接する複数の流路部分を有しており、当該熱伝導性隔壁部の厚みが、当該冷却流路の流路幅より小さく、
前記冷却流路は、蛇行状の形状を有しており、
前記複数の光源ユニットにおける冷却流路の各々の冷却媒体供給口および冷却媒体排出口が、前記冷却ブロックにおける共通の冷却媒体供給流路および共通の冷却媒体排出流路に接続されており、
前記冷却ブロックは、ヒートシンクを構成する熱伝導性材料に比して熱伝導性が小さい金属よりなるものであることを特徴とする発光素子光源モジュール。 - 前記冷却流路は、前記発光素子配置領域の一縁に沿って伸びる第１の流路部分と、当該第１の流路部分の冷却媒体流出口に連続し、前記熱伝導性隔壁部を介して当該第１の流路部分と同一方向に伸びる第２の流路部分とを有していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子光源モジュール。
- 前記冷却媒体供給口および冷却媒体排出口が、各々、前記直下領域外に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の発光素子光源モジュール。
- 前記冷却流路は、流路高さに対する流路幅の比が１．５〜３．５であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光素子光源モジュール。
- 前記光源ユニットを、前記ヒートシンクの表面に垂直な方向に透視したとき、前記発光素子配置領域における、前記冷却流路が占める領域部分の面積が、当該発光素子配置領域の面積に対して８０％以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発光素子光源モジュール。
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