(57)【要約】【課題】  本発明は、簡単な構成により、効率的に放熱を行なうことができるようにしたＬＥＤ集合体の放熱構造を提供することを目的とする。【解決手段】  熱伝導性の良好なベース１１と、上記ベース上に密着して形成された多層基板から成る点灯回路１２と、上記点灯回路に設けられた少なくとも一つのＬＥＤ実装部１２ａにそれぞれ実装されたＬＥＤ素子１３と、を含んでおり、上記各ＬＥＤ素子の一方の端子が接続される点灯回路の接続部１２ｂが、多層基板を上下に貫通する導通部１２ｃを介して上記ベース１１に熱的に接触するように、ＬＥＤ集合体１０を構成する。【選択図】        図１
2006165139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性の良好なベースと、
上記ベース上に密着して形成された多層基板から成る点灯回路と、
上記点灯回路に設けられた少なくとも一つのＬＥＤ実装部にそれぞれ実装されたＬＥＤ素子と、
を含んでおり、
上記各ＬＥＤ素子の一方の端子が接続される点灯回路の接続部が、多層基板を上下に貫通する導通部を介して上記ベースに熱的に接触していることを特徴とする、ＬＥＤ集合体。
【請求項２】
上記ベースが、所定厚さの銅板から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ集合体。
【請求項３】
上記ベースが上記点灯回路から突出した張り出し部を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載のＬＥＤ集合体。
【請求項４】
上記張り出し部が、各ＬＥＤ素子からの熱を放出する放熱部として機能することを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載のＬＥＤ集合体。
【請求項５】
上記張り出し部が、各ＬＥＤ素子からの光を光軸方向に反射させる反射枠として機能することを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載のＬＥＤ集合体。    
【請求項６】
上記張り出し部が、ＬＥＤ集合体を各種機器等の所定位置に固定保持するための取付部として機能することを特徴とする、請求項１から５の何れかに記載のＬＥＤ集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個のＬＥＤを隣接して配置したＬＥＤ集合体に関し、特にその放熱構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばスキャナー装置等におけるライン光源として、ライン状に複数個のＬＥＤを実装したＬＥＤ集合体が使用されている。
このようなＬＥＤ集合体は、例えば図８に示すように、構成されている。
図８において、ＬＥＤ集合体１は、細長い基板２上に一列に並んで搭載された複数個のチップＬＥＤ３から構成されている。
【０００３】
上記基板２は、例えばガラスエポキシ基板あるいはコンポジット基板として構成されており、その表面にチップＬＥＤ３の実装のための導電パターンが形成されている。
【０００４】
上記各チップＬＥＤ３は、表面実装型ＬＥＤとして構成されており、その下面に形成された表面実装用端子が、基板２上に形成された導電パターンによる接続ランドに対して、ハンダ付け等により電気的に接続されるようになっている。
【０００５】
このような構成のＬＥＤ集合体１によれば、各種機器への実装の際には、放熱効果を高めるために、図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、各種機器内の金属製のパネル４に対して、基板２の裏面が対向するように取り付けられる。
そして、各チップＬＥＤ３に対して基板２の導電パターンを介して駆動電圧が印加されることにより、各チップＬＥＤ３が発光し、その出射光が全体としてライン光として上方に向かって照射されるようになっている。
その際、各チップＬＥＤ３で発生する熱は、基板２を介して上記パネル４に対して放熱されるようになっている。
ここで、ＬＥＤ集合体１の温度管理が必要な場合には、基板２の少なくとも一端に、サーミスタ等の温度センサ５が設けられており、この温度センサ５により基板２の表面付近の温度を検出するようになっている。
【０００６】
また、面光源として、図９に示すようなＬＥＤ集合体６も知られている。
図９において、ＬＥＤ集合体６は、同様の平坦な基板７上に縦横方向に整列して複数個のチップＬＥＤ３が搭載されており、各チップＬＥＤ３からの熱を放熱するために、基板７の裏面に、金属製の放熱フィン８が取り付けられている。
特許文献１には、アルミベース基板により絞り加工等の方法によりライン状の窪みを設け、長手方向の光出力ムラを可及的に解消し得るＬＥＤライン光源が開示されている。
【特許文献１】特開平１０ー３０８５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような構成のＬＥＤ集合体１，６においては、以下のような問題がある。
例えばＬＥＤ集合体１において、基板２がガラスエポキシ基板またはコンポジット基板が使用されており、基板２の熱伝導性が比較的低いことから、基板２の長手方向に関して、温度分布が不均一となってしまう。即ち、チップＬＥＤ３が隣接する基板２上面の長手方向中央付近では、両端付近や基板裏面と比較して温度が高くなってしまうことになる。
【０００８】
ところで、チップＬＥＤ３は一般的に温度が高くなると発光効率が低下することから、図１０に示すように、ＬＥＤ集合体１の長手方向に関する発光光量分布は、符号Ａで示す点灯初期のほぼ均一な光量分布から、中央付近での温度上昇に伴って、符号Ｂで示すように、中央付近の光量が低下することになる。
その際、前述したように、基板２の両端付近で温度センサ５により温度を検出しても、基板２の中央付近の温度を検出することが困難であるため、正確な温度を検出することができず、従って正しい温度管理を行なうことができなくなってしまう。
【０００９】
これに対して、基板２としてアルミニウム基板を使用することも可能であり、温度分布の不均一を低減して、ある程度均一化することができるが、アルミニウム基板の場合、複雑な回路を構成することは困難であり、高密度にチップＬＥＤを搭載することはできない。
【００１０】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、効率的に放熱を行なうことができるようにしたＬＥＤ集合体の放熱構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、本発明によれば、熱伝導性の良好なベースと、上記ベース上に密着して形成された多層基板から成る点灯回路と、上記点灯回路に設けられた少なくとも一つのＬＥＤ実装部にそれぞれ実装されたＬＥＤ素子と、を含んでおり、上記各ＬＥＤ素子の一方の端子が接続される点灯回路の接続部が、多層基板を上下に貫通する導通部を介して上記ベースに熱的に接触していることを特徴とする、ＬＥＤ集合体により、達成される。
【００１２】
本発明によるＬＥＤ集合体は、好ましくは、上記ベースが、所定厚さの銅板から構成されている。
【００１３】
本発明によるＬＥＤ集合体は、好ましくは、上記ベースが上記点灯回路から突出した張り出し部を備えている。
【００１４】
本発明によるＬＥＤ集合体は、好ましくは、上記張り出し部が、各ＬＥＤ素子からの熱を放出する放熱部として機能する。
【００１５】
本発明によるＬＥＤ集合体は、好ましくは、上記張り出し部が、各ＬＥＤ素子からの光を光軸方向に反射させる反射枠として機能する。
【００１６】
本発明によるＬＥＤ集合体は、好ましくは、上記張り出し部が、ＬＥＤ集合体を各種機器等の所定位置に固定保持するための取付部として機能する。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成によれば、点灯回路の各ＬＥＤ実装部にＬＥＤ素子が実装された状態にて、各ＬＥＤ素子の端子が、対応するＬＥＤ実装部の接続部に接続されることになる。
これにより、各ＬＥＤ素子には、点灯回路からそれぞれＬＥＤ実装部の接続部を介して駆動電圧が印加され、各ＬＥＤ素子が駆動されて、発光する。
そして、各ＬＥＤ素子の一方の端子が接続されるＬＥＤ実装部の接続部が、多層基板を上下に貫通する導通部を介してベースに熱的に接触していることにより、駆動時に各ＬＥＤ素子に発生する熱が、その一方の端子から対応するＬＥＤ実装部の接続部、そして上記導通部を通って、ベース全体にほぼ均一に伝達され、さらにこのベースを介して外部に放熱されることになる。
【００１８】
この場合、各ＬＥＤ素子の点灯回路が多層基板により構成されているので、複雑な回路構成も容易に実現可能となると共に、各ＬＥＤ素子からの熱がベースを介して効率的に放熱されることにより、各ＬＥＤ素子が互いに隣接して配置されていたとしても、全体の温度分布がほぼ均一となり、各ＬＥＤ素子の発光強度もほぼ均一になる。
このため、両端付近で温度センサによりベースの温度を検出することにより、ＬＥＤ集合体全体の温度を検出することが可能となり、正確な温度管理を行なうことができる。
また、各ＬＥＤ素子が効率的に放熱されることにより、各ＬＥＤ素子の温度の経時変化が少なくなり、発光効率の低下が抑制されることになると共に、発光効率の低下が互いにほぼ均一になる。
例えば多数のＬＥＤ素子を列状に並べたスキャナー用の読み取り光源の場合、点灯初期の状態と点灯から時間を経過した状態を比べたときにおいて、端部と中央部の温度分布の均一性が向上する。これにより光源の光量変化にともなう補正を簡略化することができる。
【００１９】
上記ベースが、所定厚さの銅板から構成されている場合には、銅が高い熱伝導率を有していることから、各ＬＥＤ素子からの熱が銅板から成るベースに伝達され、ベース内にて効果的に熱伝導され、さらに外部に対してより効率的に放熱され得ることになる。
【００２０】
上記ベースが上記点灯回路から突出した張り出し部を備えている場合には、この張り出し部が、点灯回路に対してベース部をやや大きく形成しておくことにより容易に構成されることになると共に、この張り出し部を放熱部，反射枠，取付部等として利用することができる。
【００２１】
上記張り出し部が、各ＬＥＤ素子からの熱を放出する放熱部として機能する場合には、各ＬＥＤ素子からの熱がベース部に伝達されると、ベース部から上記張り出し部を介して冷却フィンと同様に大気中に放熱されることになる。
【００２２】
上記張り出し部が、各ＬＥＤ素子からの光を光軸方向に反射させる反射枠として機能する場合には、各ＬＥＤ素子から大きな出射角で後方斜めに出射される光が、張り出し部の表面により光軸方向に反射されることになり、ＬＥＤ集合体の光の取出し効率が向上することになる。
【００２３】
上記張り出し部が、ＬＥＤ集合体を各種機器等の所定位置に固定保持するための取付部として機能する場合には、この張り出し部を利用して、各種機器のフレーム，ハウジング等に対して本ＬＥＤ集合体を容易に取り付けることができる。      
【００２４】
このようにして、本発明によれば、銅等の熱伝導性の良好なベース上に、多層基板により点灯回路を構成すると共に、上記点灯回路の各ＬＥＤ素子の一方の端子が接続される接続部が、多層基板を貫通してベースに熱的に接続されている。これにより、各ＬＥＤ素子からの熱が、上記点灯回路を構成する多層基板を貫通する接続部を介してベースに伝達され、ベース全体から外部に放熱されることになる。
【００２５】
これにより、各ＬＥＤ素子からの熱が、それぞれ対応する点灯回路の接続部を介してベースに伝達され、ベース全体から外部に効率的に放熱されることになる。
従って、点灯回路上にて複数個のＬＥＤ素子が互いに密接して配置され実装されていたとしても、各ＬＥＤ素子からの熱が効率的に放熱されることにより、点灯回路を含む多層基板そしてベース全体がほぼ均一な温度分布となる。
このようにして、本発明によるＬＥＤ集合体によれば、各ＬＥＤ素子からの熱が効率的に放熱されることにより、各ＬＥＤ素子の温度上昇が低減されるので、発光強度の低下が抑制される。
従って、ベースそして点灯回路全体の温度分布が均一化されると共に、経時的な温度変化が低減され、一箇所で温度を検出して、容易に温度管理を行なうことができることになる。これにより、温度分布が均一化されることにより、発光効率も均一化され、光出力のバラツキが低減され得ることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図７を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明によるＬＥＤ集合体の第一の実施形態の構成を示している。
図１において、ＬＥＤ集合体１０は、ベース１１と、ベース１１上に設けられた点灯回路１２と、点灯回路１２上に実装された複数個のＬＥＤ素子１３と、から構成されている。
【００２８】
上記ベース１１は、熱伝導性の良好な材料、例えば銅から構成されており、細長い板状に形成されている。
【００２９】
上記点灯回路１２は、多層基板から構成されており、図示の場合、上記ベース１１の長手方向に一列に並んだ複数個のＬＥＤ実装部１２ａを備えている。
ここで、上記点灯回路１２を構成する多層基板は、例えばＡｎｙ  Ｌａｙｅｒ  ＡＧＳＰ工法によって形成されており、各ＬＥＤ実装部１２ａの接続部１２ｂに対する一対の給電ラインを備えると共に、各ＬＥＤ実装部１２ａの接続部１２ｂから多層基板を上下に貫通する導通部１２ｃを備えている。
この導通部１２ｃは、その下方のベース１１に当接することにより、上記接続部１２ｂとベース１１とを熱的に接続するようになっている。
【００３０】
上記各ＬＥＤ素子１３は、上記点灯回路１２の対応するＬＥＤ実装部１２ａに対してそれぞれ実装されている。
具体的には、各ＬＥＤ素子１３は、その二つの端子が、それぞれ対応するＬＥＤ実装部１２ａの一対の接続部１２ｂに対してハンダ付けにより電気的に接続されている。
【００３１】
本発明実施形態によるＬＥＤ集合体１０は、以上のように構成されており、各ＬＥＤ素子１３は、点灯回路１２を介して外部から駆動電圧が印加されることにより、それぞれ駆動され、点灯することにより、光を出射する。
そして、各ＬＥＤ素子１３にて駆動により発生する熱は、その端子から点灯回路１２の接続部１２ｂに伝達され、さらにこの接続部１２ｂから導通部１２ｃを通って、上記点灯回路１２を構成する多層基板を上下に貫通することにより、ベース１１に伝達され、ベース１１から外部に放熱されることになる。
【００３２】
このようにして、本発明によるＬＥＤ集合体１０によれば、点灯駆動の際に各ＬＥＤ素子１３で発生する熱が、その端子から点灯回路１２の接続部１２ｂを介して、さらに点灯回路１２の導通部１２ｃを介して、直接にベース１１に伝達され、ベース１１全体に広がると共に、外部に放熱されるので、ベース１１そして各ＬＥＤ素子１３が効率良く放熱され得ることになる。
従って、ＬＥＤ集合体１０全体がほぼ均一な温度分布となり、各ＬＥＤ素子の発光強度もほぼ均一となる。これにより、本ＬＥＤ集合体１０の長手方向の光量分布は、点灯から所定時間経過後に、図２にて符号Ａで示すように、ほぼ均一になると共に、図２にて符号Ｂで示す点灯初期の光量に比較して、光量低下が抑制され、より高い発光効率が得られることになる。
【００３３】
図３は、上述したＬＥＤ集合体１０の具体例における温度分布をシミュレーションした結果を示している。
図３は、上記ＬＥＤ集合体１０と、従来の０．８ｍｍ厚のガラスエポキシ基板を使用したＬＥＤ集合体によりスキャナ用光源を構成した場合の温度分布比較を示しており、詳細には各部、即ち基板表面中央，基板裏面中央，基板裏面端部におけるＬＥＤ素子の温度を基準とした温度差Δｔの時間変化を示している。
図３において、符号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、それぞれＬＥＤ集合体１０における基板表面中央，基板裏面中央，基板裏面端部の温度差Δｔを示しており、符号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、それぞれ従来のＬＥＤ集合体における基板表面中央，基板裏面中央，基板裏面端部の温度差Δｔを示している。
それぞれのカーブは上から順にＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３である。      
【００３４】
これにより、従来のＬＥＤ集合体の場合、上記温度差Δｔが比較的大きく、温度差Δｔがプラス値となることから、ＬＥＤ素子１３で発生する熱が効果的に放熱されていないことが分かる。
これに対して、本ＬＥＤ集合対１０の場合には、ＬＥＤ素子１３との温度差Δｔが小さく、而もマイナス値であることから、ＬＥＤ素子１３からの熱が効果的に放熱されていることが分かる。
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は温度差Δｔが大きいが、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は殆ど温度差Δｔが小さい。
【実施例２】
【００３５】
図４は、本発明によるＬＥＤ集合体の第二の実施形態の構成を示している。
図４において、ＬＥＤ集合体２０は、図１に示したＬＥＤ集合体１０と同様に構成されていると共、そのベース１１が長手方向に垂直な両側にて、図４（Ｂ）に示すように、ベース１１から垂直に下方に向かって延びる張り出し部２１を備えている。
この張り出し部２１は、ベース１１と一体に構成されており、放熱フィンとして機能するようになっている。
【００３６】
このような構成のＬＥＤ集合体２０によれば、図１に示したＬＥＤ集合体１０と同様に作用すると共に、各ＬＥＤ素子１３からベース１１に伝達された熱は、さらに張り出し部２１に伝達され、その広い表面から大気中に放熱され得ることになる。これにより、ベース１１からの放熱効率が向上するので、ＬＥＤ集合体１０の放熱効率も向上することになる。
【実施例３】
【００３７】
図５は、本発明によるＬＥＤ集合体の第三の実施形態の構成を示している。
図５において、ＬＥＤ集合体３０は、図１に示したＬＥＤ集合体１０と同様に構成されていると共、そのベース１１が長手方向に垂直な両側にて、図５（Ｂ）に示すように、ベース１１から斜め上方に広がるように延びる張り出し部３１を備えている。
この張り出し部３１は、ベース１１と一体に構成されており、各ＬＥＤ素子１３から側方に出射する光を上方に向かって反射させる反射枠として、さらに放熱フィンとして機能するようになっている。
【００３８】
このような構成のＬＥＤ集合体３０によれば、図１に示したＬＥＤ集合体１０と同様に作用すると共に、各ＬＥＤ素子１３から側方に出射した光Ｌ１が図５（Ｂ）に示すように、張り出し部３１によって反射され、上方に向かって進むことにより、ＬＥＤ集合体３０の光の取出し効率が向上することになり、さらに前記ＬＥＤ集合体２０と同様にして、各ＬＥＤ素子１３からベース１１に伝達された熱が、さらに張り出し部３１に伝達され、その広い表面から大気中に放熱され得ることになる。
【実施例４】
【００３９】
図６は、本発明によるＬＥＤ集合体の第四の実施形態の構成を示している。
図６において、ＬＥＤ集合体４０は、図１に示したＬＥＤ集合体１０と同様に構成されていると共、そのベース１１が長手方向及びこれに垂直な側方に、図６に示すように、延長された張り出し部４１を備えている。
この張り出し部４１は、ベース１１と一体に構成されており、各種機器のフレーム，ハウジングまたはケース等に組み込む際に、取付部として機能するようになっている。
【００４０】
このような構成のＬＥＤ集合体４０によれば、図１に示したＬＥＤ集合体１０と同様に作用すると共に、各種機器への組み込みの際には、上記張り出し部４１が、各種機器のフレーム，ハウジングまたはケース等への取付部として、螺着，接着等の適宜の手段により、容易に取り付けることができる。
【実施例５】
【００４１】
図７は、本発明によるＬＥＤ集合体の第五の実施形態の構成を示している。
図７において、ＬＥＤ集合体５０は、面光源として、同様に例えば銅板から成るベース５１上に形成された多層基板から成る点灯回路５２の縦横方向に整列したＬＥＤ実装部５１ａにそれぞれ実装された複数個のＬＥＤ素子５３から構成されている。
上記ベース５１及び点灯回路５２は、前述したＬＥＤ集合体１０におけるベース１１及び点灯回路１２と同様に構成されている。
【００４２】
ここで、上記ベース５１は、図７（Ａ）にて上下の両側縁から延びる張り出し部５４を備えている。
この張り出し部５４は、ベース５１と一体に構成されており、各種機器のフレーム，ハウジングまたはケース等に組み込む際に、取付部として機能するようになっている。
【００４３】
このような構成のＬＥＤ集合体５０によれば、図１に示したＬＥＤ集合体１０と同様に、各ＬＥＤ素子５３が点灯することにより、面光源として作用すると共に、各種機器への組み込みの際には、上記張り出し部５４が、各種機器の例えばフレーム５５への取付部として、螺着，接着等の適宜の手段により、上記フレーム５５に対して容易に取り付けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
上述した実施形態においては、ベース１１及び５４は、銅板から構成されているが、これに限らず、熱伝導性の良好な他の材料から構成されていてもよいことは明らかである。
また、上述した実施形態においては、実施例１乃至実施例４では、ＬＥＤ素子１３が一列に整列しており、また実施例５ではＬＥＤ素子５３が縦横方向に並んでいるが、これに限らず、点灯回路１２または５２のＬＥＤ実装部１２ａまたは５２ａ上に実装されていれば、任意の配置が可能である。
【００４５】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、効率的に放熱を行なうことができるようにしたＬＥＤ集合体の放熱構造が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明によるＬＥＤ集合体の第一の実施形態の構成を示す要部断面図である。
【図２】図１のＬＥＤ集合体における長手方向の光量分布を示すグラフである。
【図３】図１のＬＥＤ集合体におけるシミュレーションによる温度差の変化を示すグラフである。
【図４】本発明によるＬＥＤ集合体の第二の実施形態の構成を示す（Ａ）部分平面図及び（Ｂ）側面図である。
【図５】本発明によるＬＥＤ集合体の第三の実施形態の構成を示す（Ａ）部分平面図及び（Ｂ）側面図である。
【図６】本発明によるＬＥＤ集合体の第四の実施形態の構成を示す部分平面図である。
【図７】本発明によるＬＥＤ集合体の第五の実施形態の構成を示す（Ａ）部分平面図及び（Ｂ）側面図である。
【図８】従来のＬＥＤ集合体の一例の構成を示す（Ａ）部分平面図，（Ｂ）部分正面図及び（Ｃ）側面図である。
【図９】従来のＬＥＤ集合体の他の例の構成を示す（Ａ）平面図及び（Ｂ）側面図である。
【図１０】図８のＬＥＤ集合体における長手方向の光量分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１０，２０，３０，４０，５０    ＬＥＤ集合体
１１    ベース
１２    点灯回路（多層基板）
１２ａ  ＬＥＤ実装部
１２ｂ  接続部
１２ｃ  導通部
１３    ＬＥＤ素子
２１    張り出し部（放熱フィン）
３１    張り出し部（反射枠）
４１    張り出し部（取付部）
５１    ベース
５２    点灯回路
５３    ＬＥＤ素子
５４    張り出し部（取付部）
５５    フレーム
【図１】
2006165139.tif 000003
【図２】
2006165139.tif 000004
【図３】
2006165139.tif 000005
【図４】
2006165139.tif 000006
【図５】
2006165139.tif 000007
【図６】
2006165139.tif 000008
【図７】
2006165139.tif 000009
【図８】
2006165139.tif 000010
【図９】
2006165139.tif 000011
【図１０】
2006165139.tif 000012