(57)【要約】【課題】複数の面発光素子を利用して、安価な配線で高効率発光の光源を提供する。【解決手段】光源は、平面内に集合して並べた複数の発光モジュール１ａ、１ｂ、１ｃを含んでなる。発光モジュール１ａ、１ｂ、１ｃの各々は、平面内に集合して並べた複数の面発光素子と、該面発光素子を内部に収容するハウジングとを備える。ハウジングは、面発光素子と電気的に接続して該面発光素子へと電力を供給するための電気経路を形成する。複数の発光モジュール１ａ、１ｂ、１ｃは、複数のグループに分けられており、各グループに属する複数の発光モジュール１ａ、１ｂ、１ｃが、電気的に互いに直列に接続されて電力を供給されるようになされている。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面内に集合して並べた複数の発光モジュールを含んでなる光源であって、
前記発光モジュールの各々は、平面内に集合して並べた複数の面発光素子と、該面発光素子を内部に収容するハウジングとを備えており、
前記ハウジングは、前記面発光素子と電気的に接続して該面発光素子へと電力を供給するための電気経路を形成しており、
前記複数の発光モジュールは、複数のグループに分けられており、
各グループに属する前記複数の発光モジュールが、電気的に互いに直列に接続されて電力を供給されるようになされている、
光源。
【請求項２】
前記ハウジングが第１のハウジング部材と第２のハウジング部材とを有しており、
前記第１および第２のハウジング部材は、前記複数の面発光素子に対してそれぞれ電気的に接続され、且つ、互いに対して電気的に絶縁されており、
各グループに属する前記複数の発光モジュールのうち互いに隣接する２つの発光モジュール間の電気的接続は、一方の発光モジュールの前記第１のハウジング部材と他方の発光モジュールの前記第２のハウジング部材との間を電気的に接続する配線部材によって行われている、
請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記複数の発光モジュールは、電気特性の類似するものどうしが同じグループに属するようにして分けられている、請求項１または２に記載の光源。
【請求項４】
各グループに個別の電源が接続されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の光源。
【請求項５】
それぞれのグループが、一つの電源に対して電気的に並列に接続されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の光源。
【請求項６】
光学多角柱であって、その一方の端面が、前記複数の面発光素子に接近して配置されて該複数の面発光素子からの光を受けるようになされており、該光学多角柱の内部で照度を均一にされた光を他方の端面から発するようになされている、光学多角柱と、
前記光学多角柱の前記他方の端面から発せられる光を受けるレンズと、
をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載の光源。
【請求項７】
前記ハウジングが、前記複数の面発光素子を冷却するための冷却水の給排水口を有しており、前記発光モジュールが、電気絶縁材料で作られた冷却ヘッダの上面に取り付けられている、請求項１ないし６のいずれかに記載の光源。
【請求項８】
前記ハウジングが、前記複数の面発光素子を冷却するための冷却水の給排水口を有しており、前記発光モジュールが、電気絶縁材料で作られたシートを介して冷却ヘッダの上面に取り付けられている、請求項１ないし６のいずれかに記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の面発光素子を集合させて構成する光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランプに代わる光源として、複数の面発光素子を集合して並べて構成したものが知られている。発光ダイオードに代表される面発光素子は、一つの光出力が小さいので、複数を集合させて用いる。照度の均一性が求められる場合には、光学多角柱が併用される。また、光の放射角度等を調整するため、レンズが併用されることもある。
【０００３】
面発光素子の保護、交換などの取り扱いを容易にするため、複数の面発光素子をハウジング内に収容し、発光モジュールとして用いることが知られている。複数の発光モジュールを平面内に集合して並列させ、光源を構成する。複数の発光モジュールは、複数のグループに分けられている。
【０００４】
複数の面発光素子を収容するハウジングは、第１のハウジング部材と第２のハウジング部材とに分かれている。第１のハウジング部材および第２のハウジング部材は、それぞれ面発光素子に対して電気的に接続されるとともに、互いに対して電気的に絶縁されている。各グループにおける複数の発光モジュールのそれぞれの第１のハウジング部材は、一つの長方形電極板に電気的に接続され、それぞれの第２のハウジング部材は、一つの冷却ヘッダに電気的に接続されている。長方形電極板および冷却ヘッダが電気配線により一つの電源に接続されることにより、各グループにおける複数の発光モジュールは、並列配線で電力を供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３８２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特開２００９−３８２５５号公報に開示された光源においては、発光モジュールに対して電力供給するための配線を非常に簡素化させることができた。その理由の一つは、複数の面発光素子を収容するハウジングに電気経路機能をもたせたことであるが、さらに大きな理由は、複数の発光モジュールを載せる基台となり且つこれらを一括で冷却するための冷却ヘッダを、共用の電気経路としても活用したことにある。その結果、複数の発光モジュールは、簡素な配線で並列配線されることになった。
【０００７】
しかしながら、複数の発光モジュールを並列配線にして電力を供給すると、発光モジュールが増えるほど電流が大きくなるため、非常に太い配線が必要になる。すると、簡素化されたはずの配線に高価な太いものを使用することになり、また、配線作業を含む取り扱いが難しくなる。
【０００８】
また、複数の発光モジュールを並列配線すると、定電圧制御になるため、各発光モジュールに対して自身が持つ個体差に適合した電流を流すことができない。個々の発光モジュールをその個体差に合わせて高効率で発光させることができれば、光源全体としても高い発光効率を実現することができよう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明によれば、
平面内に集合して並べた複数の発光モジュールを含んでなる光源であって、
前記発光モジュールの各々は、平面内に集合して並べた複数の面発光素子と、該面発光素子を内部に収容するハウジングとを備えており、
前記ハウジングは、前記面発光素子と電気的に接続して該面発光素子へと電力を供給するための電気経路を形成しており、
前記複数の発光モジュールは、複数のグループに分けられており、
各グループに属する前記複数の発光モジュールが、電気的に互いに直列に接続されて電力を供給されるようになされている、
光源が提供される。
【００１０】
前記ハウジングが第１のハウジング部材と第２のハウジング部材とを有しており、
前記第１および第２のハウジング部材は、前記複数の面発光素子に対してそれぞれ電気的に接続され、且つ、互いに対して電気的に絶縁されており、
各グループに属する前記複数の発光モジュールのうち互いに隣接する２つの発光モジュール間の電気的接続は、一方の発光モジュールの前記第１のハウジング部材と他方の発光モジュールの前記第２のハウジング部材との間を電気的に接続する配線部材によって行われるようにすることができる。
【００１１】
前記複数の発光モジュールは、電気特性の類似するものどうしが同じグループに属するようにして分けられていることが好ましい。
各グループには個別の電源を接続することができる。
【００１２】
あるいはまた、それぞれのグループが、一つの電源に対して電気的に並列に接続されるようにしてもよい。
【００１３】
光学多角柱であって、その一方の端面が、前記複数の面発光素子に接近して配置されて該複数の面発光素子からの光を受けるようになされており、該光学多角柱の内部で照度を均一にされた光を他方の端面から発するようになされている、光学多角柱と、
前記光学多角柱の前記他方の端面から発せられる光を受けるレンズと、
をさらに備えるようにしてもよい。
【００１４】
前記ハウジングが、前記複数の面発光素子を冷却するための冷却水の給排水口を有しており、前記発光モジュールが、電気絶縁材料で作られた冷却ヘッダの上面に取り付けられるようにすることができる。
【００１５】
あるいはまた、前記ハウジングが、前記複数の面発光素子を冷却するための冷却水の給排水口を有しており、前記発光モジュールが、電気絶縁材料で作られたシートを介して冷却ヘッダの上面に取り付けられるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の発光モジュールを複数のグループに分け、各グループに属する複数の発光モジュールが電気的に互いに直列に接続されて電力を供給されるようにしたことにより、過大な電流が流れず、細い配線を使用できる。したがって、配線は安価ですみ、配線作業を含む取り扱いも容易である。
【００１７】
また、複数の発光モジュールを直列配線したことにより、定電流制御ができるので、複数の発光モジュールの抵抗値にそれぞれ個体差があっても、個々の発光モジュールに印加される電圧が自動的に変わるので、全ての発光モジュールを高効率で発光させることができる。
【００１８】
さらに、低電圧で大きな電流を流す必要がないので、市販の安価な電源を使用することができる。その結果、実用的で信頼性が高く、高性能な光源として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による光源に用いられる発光モジュールの構造を示す側面図であり、上半分は断面で示してある。
【図２】発光モジュール１の平面図。
【図３】発光モジュール１の底面図。
【図４】本発明による光源の一実施態様の平面図。
【図５】本発明による光源における電気配線の一態様を示す側面図であり、一部は断面で示してある。
【図６】本発明による光源における電気配線に用いられるそれぞれの配線部材の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は本発明の光源に用いられる発光モジュール１の構造を示す側面図であり、上半分は断面をとってある。面発光素子２への電圧供給の態様を説明するため、電源とともに模式的配線図も示されている。図２は発光モジュール１の平面図、図３は同じく底面図である。
【００２１】
一つの発光モジュール１は、平面内に集合して並列させた複数（図示例では９個）の面発光素子２を有する。具体的には、９個の面発光素子２は、絶縁層を含む基板３の上に正方形状に並べられている。
【００２２】
代表的な面発光素子としては、面発光ダイオードが挙げられるが、その他の面発光素子を利用することもできる。
【００２３】
発光モジュール１は、基板３を挟むように設けられた、上側に位置する第１のハウジング部材４ａおよび下側に位置する第２のハウジング部材４ｂからなるハウジング４を有する。第１のハウジング部材４ａおよび第２のハウジング部材４ｂは、絶縁層を含む基板３によって互いに電気的に絶縁されているが、面発光素子２とはそれぞれ電気的に接続されている。
【００２４】
第１のハウジング部材４ａの上面には開口５が形成されており、該開口５には円形の透明板６が嵌め込まれている。透明板６の上面には、光学多角柱（図示例では光学四角柱）７が配置されている。光学多角柱７の下端面は、透明板６の上面に接するようにしてもよいし、わずかな隙間をもって離れているようにしてもよい。このように光学多角柱の端面を面発光素子２に接近して配置することにより、面発光素子２から発せられた光は効率良く光学多角柱７内に入射し、光学多角柱７内で照度を均一化され、光学多角柱７の他方の端面から出射される。光学多角柱７の他方の端面の側には、出射光の放射角度等を調整するためのレンズ（図示せず）を設けてもよい。
【００２５】
第２のハウジング４ｂの下面には、面発光素子２を冷却するための冷却水を第２のハウジング４ｂ内に取り入れ且つ排出するための給水口８および排水口９が設けられている。
【００２６】
ハウジング４は全体として面発光素子２を囲むようにして保護する機能を果たす。また、ハウジング４は、発光モジュール１を個々の部品として取り扱いやすくしている。例えば、交換は発光モジュールを１単位として容易に行うことができる。さらに、ハウジング４は、面発光素子２へと電力を供給するための電気経路を形成することになる。電源１０からの配線１１および１２を第１のハウジング部材４ａおよび第２のハウジング部材４ｂにそれぞれ接続することにより、面発光素子２に電力が供給される。
【００２７】
光源を構成するため、複数個の発光モジュール１が平面内に集合して並べられる。図４に示す実施態様では、９個の発光モジュール１を、冷却ヘッダとして使用される１台の給排水ヘッダ１３の上面に正方形状に並べて取り付けてある。給排水ヘッダ１３は、電気絶縁材料で作られる。あるいは、給排水ヘッダ１３を導電材料で作った場合には、発光モジュール１は、電気絶縁材料で作られたシートを介して給排水ヘッダ１３の上面に並べて取り付けられる。給排水ヘッダ１３は給水口１３ａおよび排水口１３ｂを有している。説明の便宜上、図４で見て上段の３個の発光モジュール１を第１のグループとし、中段および下段の３個の発光モジュール１をそれぞれ第２および第３のグループとする。
【００２８】
各グループに属する発光モジュール１ａ、１ｂ、１ｃは、図５に示すように、配線部材１４，１５，１６によって電気的に互いに直列に接続され、各グループに個別に用意された電源１７から配線１８，１９を介して電力を供給されている。
【００２９】
各グループには、電気特性の類似する発光モジュール、例えば抵抗値が類似する発光モジュールどうしが属するようにすることが好ましい。
【００３０】
また、各グループごとに電源を用意せず、一つの電源ですべての発光モジュールに電力を供給するようにしてもよい。この場合、それぞれのグループが一つの電源に対して電気的に並列に接続されるようにする。
【００３１】
配線部材１４は、平らな金属板で作られ、発光モジュール１ａの第１のハウジング部材４ａの上面と端子台２０とに接している。配線部材１４に形成された開口１４ａは、面発光素子２から光学多角柱７への光の伝達を妨げないために設けられている。
【００３２】
配線部材１５は、平らな金属板を折り曲げた形状をしており、配線部材１４と同様に開口１５ａが形成されている。配線部材１５は、互いに隣接する２つの発光モジュール間の電気的接続をなすものであり、一方の発光モジュールの第１のハウジング部材４ａと他方の発光モジュールの第２のハウジング部材４ｂとに接している。
【００３３】
配線部材１６は、平らな金属板を折り曲げた形状をしており、発光モジュール１ｃの第２のハウジング部材４ｂと端子台２１の上面とに接している。
【００３４】
図４および図５に示すように、各グループに属する３個の発光モジュール１ａ、１ｂ、１ｃと配線部材１４，１５，１６とは、給排水ヘッダ１３の上面と押さえ板２２とによって挟まれ、ネジ２３によって固定される。
【００３５】
各発光モジュール１の第２のハウジング部材４ｂと配線部材１５，１６との間の接触を良好に維持するため、ゴムのような弾性体２４を用いて付勢力を与えるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１（１ａ、１ｂ、１ｃ）  発光モジュール、２  面発光素子、３  基板、４  ハウジング、４ａ  第１のハウジング部材、４ｂ  第２のハウジング部材、５  開口、６  透明板、７  光学多角柱、８  給水口、９  排水口、１０  電源、１１  配線、１２  配線、１３  給排水ヘッダ（冷却ヘッダ）、１３ａ  給水口、１３ｂ  排水口、  １４  配線部材、１４ａ  開口、１５  配線部材、１５ａ  開口、１６  配線部材、１７  電源、１８  配線、１９  配線、２０  端子台、２１  端子台、２２  押さえ板、２３  ネジ、２４  弾性体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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