(57)【要約】【課題】発光ダイオードチップの温度上昇による発光効率の低下を抑制しつつ、複数の基板を用いる場合でも放熱装置のメンテナンスが面倒になることなく、また、修理に掛かるコストを従来構成よりも低く抑えることができる光源装置を提供する。【解決手段】光源装置１は、熱伝導性に優れた良熱伝導性材料からなる基板２と、基板２の一表面に設けられた複数の発光ダイオードチップ３とを備え、基板２の他表面側に配置され発光ダイオードチップ３で発生した熱を基板２から吸収し強制的に放熱する１つの放熱装置４に対し、基板２が複数並べて結合された状態で使用される。放熱装置４は、基板２との間に基板２の他表面よりも低温の熱媒を流す流路５を形成し、基板２から吸収した熱を放熱する放熱手段６を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
良熱伝導性材料からなる基板と、基板の一表面に設けられた複数の発光ダイオードチップとを備え、基板の他表面側に配置され発光ダイオードチップで発生した熱を基板から吸収し強制的に放熱する１つの放熱装置に対し、前記基板が複数並べて結合された状態で使用されることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記放熱装置は、前記基板との間に基板の前記他表面よりも低温の熱媒を流す流路を形成し、基板から吸収した熱を放熱する放熱手段を有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記基板は前記一表面を下方に向けるように前記放熱装置に結合され、放熱装置は、基板から吸収した熱を放熱する放熱手段と、当該放熱手段と基板との間に設けられた伝熱手段とを有し、前記伝熱手段は、中空の熱拡散空間を備え、熱拡散空間を減圧するとともに熱拡散空間の一部に液体を封入して成り、熱拡散空間において前記液体を気化させることにより基板の熱を放熱手段に伝達することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記基板は、前記一表面を下方に向けるように前記放熱装置に結合され、一部に中空の伝熱空間を有し、伝熱空間は、減圧されるとともに一部に液体が封入されており、前記液体を気化させることにより前記発光ダイオードチップの熱を基板の前記他表面側に伝達することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
【請求項５】
複数の前記基板は、一直線上に並ぶように前記放熱装置に結合されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードチップを用いた光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、低消費電力化や長寿命化などを目的として、従来から使用されている放電ランプ等に代えて発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）チップを用いた光源装置が種々提案されている。このような光源装置は、たとえば紫外線を放射するＬＥＤチップを用いることにより、紫外線を受けて硬化する紫外線硬化型のインク等を硬化させる印刷システムなどに使用される。
【０００３】
この種の光源装置としては、放電ランプ等の従来の光源装置と同程度の光量を得るために、複数のＬＥＤチップを１枚の基板の一表面上に搭載して成るものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。ただし、複数のＬＥＤチップを１枚の基板に搭載した構成を採用する場合、ＬＥＤチップの発光時に発生する熱の処理が問題となる。
【０００４】
すなわち、ＬＥＤチップに通電してＬＥＤチップを発光させると、周知のようにＬＥＤチップ自体が発熱するが、上述のように複数のＬＥＤチップを１枚の基板に搭載した構成では、発熱量は１個のＬＥＤチップの数倍となる。ここにおいて、ＬＥＤチップの発光効率は負の温度係数を持つので、ＬＥＤチップは温度が上昇すると発光効率が著しく低下する。
【０００５】
そのため、上記光源装置を使用するにあたっては、ＬＥＤチップで発生する熱を強制的に放熱する放熱装置を用いる必要がある。特許文献１に記載された光源装置では、ＬＥＤチップと同じ基板に設けられＬＥＤチップの並ぶ方向に延長され、各々のＬＥＤチップに対応する各位置に開口を形成したパイプを有し、パイプの一端から冷却風を吹き込むことでパイプの開口から吹出す冷却風によってＬＥＤチップの熱を強制的に放熱する放熱装置を採用している。なお、放熱装置としては、冷却風によってＬＥＤチップの熱を放熱する空冷式の他、ＬＥＤチップの近傍に敷設したパイプに冷却水を流し、冷却水によってＬＥＤチップの熱を放熱する水冷式のものもある。
【特許文献１】特開２００４−３６２９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した光源装置において、光の照射範囲の拡大や光量の増大を図るため、複数のＬＥＤチップを搭載した基板をさらに複数並べて配置し、これら複数の基板のＬＥＤチップを同時に発光させる場合がある。このように複数の基板を用いる場合、基板ごとに設けられている放熱装置も当然ながら複数必要になるため、たとえばパイプ詰まり等を予防するための放熱装置のメンテナンスを基板ごとにそれぞれ行わなければならず、放熱装置のメンテナンスが面倒になる。
【０００７】
また、上述したように放熱装置がＬＥＤチップと同一の基板に設けられていると、たとえばＬＥＤチップが断線等により発光不能となった場合、基板の交換に伴い、何ら異常のない放熱装置も交換せざるを得なくなり、結果的に、放熱装置の交換が不要な場合に比べて光源装置の修理に掛かるコストが高くなる。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、発光ダイオードチップの温度上昇による発光効率の低下を抑制しつつ、複数の基板を用いる場合でも放熱装置のメンテナンスが面倒になることなく、また、修理に掛かるコストを従来構成よりも低く抑えることができる光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明では、良熱伝導性材料からなる基板と、基板の一表面に設けられた複数の発光ダイオードチップとを備え、基板の他表面側に配置され発光ダイオードチップで発生した熱を基板から吸収し強制的に放熱する１つの放熱装置に対し、前記基板が複数並べて結合された状態で使用されることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、発光ダイオードチップが良熱伝導性材料からなる基板の一表面に複数の位置表面に設けられているので、発光ダイオードチップで発生した熱は基板の他表面側に配置された放熱装置に伝達され、放熱装置で放熱されることとなり、結果的に、発光ダイオードチップの温度上昇が防止され、発光ダイオードチップの温度上昇による発光効率の低下が抑制される。しかも、光源装置は、１つの放熱装置に対し、基板が複数並べて結合された状態で使用されるので、複数の基板の熱を１つの放熱装置で放熱することができる。したがって、複数の基板を用いる場合でも放熱装置は１つでよいから、放熱装置のメンテナンスが面倒になることはない。また、発光ダイオードチップを設けた基板が放熱装置に結合されるので、発光ダイオードチップが断線等により発光不能となった場合、基板を交換することで対処でき、放熱装置については交換の必要がない。そのため、基板の交換に伴って放熱装置も交換される場合に比べて、光源装置の修理に掛かるコストを低く抑えることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記放熱装置が、前記基板との間に基板の前記他表面よりも低温の熱媒を流す流路を形成し、基板から吸収した熱を放熱する放熱手段を有することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、発光ダイオードチップで発生した熱は基板を介して流路を流れる熱媒に吸収されることになるから、発光ダイオードチップで発生した熱が基板の他表面側に留まることはなく、発光ダイオードチップの熱を効率的に放熱することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記基板が前記一表面を下方に向けるように前記放熱装置に結合され、放熱装置が、基板から吸収した熱を放熱する放熱手段と、当該放熱手段と基板との間に設けられた伝熱手段とを有し、前記伝熱手段が、中空の熱拡散空間を備え、熱拡散空間を減圧するとともに熱拡散空間の一部に液体を封入して成り、熱拡散空間において前記液体を気化させることにより基板の熱を放熱手段に伝達することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、伝熱手段は、基板の熱を、液体が気化する際の潜熱を利用して放熱手段に伝達するものであるから、伝熱手段を設けたことによって基板から放熱手段への熱の伝達効率が向上し、その結果、発光ダイオードチップで発生した熱を放熱装置で効率的に放熱することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記基板が、前記一表面を下方に向けるように前記放熱装置に結合され、一部に中空の伝熱空間を有し、伝熱空間が、減圧されるとともに一部に液体が封入されており、前記液体を気化させることにより前記発光ダイオードチップの熱を基板の前記他表面側に伝達することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、伝熱空間は、発光ダイオードチップの熱を、液体が気化する際の潜熱を利用して基板の他表面側に伝達するから、伝熱空間のない構成に比べて発光ダイオードチップから基板の他表面側への熱の伝達効率が向上し、その結果、発光ダイオードチップで発生した熱を放熱装置で効率的に放熱することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、複数の前記基板が、一直線上に並ぶように前記放熱装置に結合されることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、基板に設けられた発光ダイオードチップを発光させることで線光源を形成することができ、当該線光源の長さ寸法を放熱装置に結合させる基板の枚数によって調節することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、発光ダイオードチップで発生した熱が放熱装置で放熱されることにより、発光ダイオードチップの温度上昇による発光効率の低下が抑制される。しかも、光源装置は、１つの放熱装置に対し、基板が複数並べて結合された状態で使用されるので、複数の基板を用いる場合でも放熱装置のメンテナンスが面倒になることはない。また、発光ダイオードチップを設けた基板が放熱装置に結合されるので、発光ダイオードチップが断線等により発光不能となった場合に基板を交換することで対処でき、基板の交換に伴って放熱装置も交換される場合に比べて、光源装置の修理に掛かるコストを低く抑えることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施形態１）
本実施形態の光源装置１は、図Ａ１に示すように基板２と、基板２の一表面（以下、前面という）に設けられた複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）チップ３とを備えている。この光源装置１は、ＬＥＤチップ３の発光時にＬＥＤチップ３で発生する熱を基板２から吸収し強制的に放熱する１つの放熱装置４に対し、基板２が結合された状態で使用される。放熱装置４は基板２の他表面（以下、背面という）側に配置される。
【００２１】
基板２は、前面が一方向に長い長方形状（いわゆる短冊状）に形成されており、複数のＬＥＤチップ３はこの基板２の前面の縦横にそれぞれ複数個ずつ並ぶように格子点状に配列されている。基板２は、熱伝導性に優れた良熱伝導性材料（たとえば銅）からなる。しかして、ＬＥＤチップ３の発光時にはＬＥＤチップ３で発生した熱が基板２に伝わり、さらに熱伝導により基板２内を移動して基板２の背面側に伝達される。ここでは、基板２に導電性材料を用い、ＬＥＤチップ３を基板２にダイボンド接続することによって、基板２をＬＥＤチップ３の一方の電極（たとえばアノード）と電気的に接続し、ＬＥＤチップ３の電極と外部回路との接続を容易にしてある。
【００２２】
一方、放熱装置４は、基板２の背面側に移動したＬＥＤチップ３の熱を基板２から吸収して放熱するように、基板２との間に基板２の背面よりも低温の冷却水の流路５を形成する放熱手段６を有している。つまり、冷却水は基板２の熱を移動させるための熱媒として用いられる。
【００２３】
具体的には、放熱装置４の放熱手段６は、一方向に長い帯状の後壁７と、後壁７の幅方向の両端部から前方に突出する一対の側壁８とを有し、前面開口の断面コ字状に形成された放熱ダクト９を備えており、放熱ダクト９の前面側に光源装置１の基板２が取り付けられることにより基板２と共に冷却水の流路５となる角筒を形成する。つまり、放熱ダクト９と基板２とで形成される角筒の内部空間が冷却水の流路５として用いられるのであって、そのため、基板２と放熱ダクト９との継目には冷却水の漏洩を防止するパッキン１０が装着される。ここでは、基板２の幅方向の両端部の厚み寸法が他の部位よりも小さくなるように基板２の背面における幅方向の両端部に凹所１１が形成されており、各凹所１１の底面と放熱ダクト９における各側壁８の前端面との間にパッキン１０を挟持する形で基板２が放熱ダクト９に取り付けられる。このとき、基板２の一部（後部における凹所１１以外の部分）は、放熱ダクト９における一対の側壁８の間に嵌め込まれる。基板２は放熱ダクト９に対してたとえばねじ（図示せず）を用いて結合される。また、上述したように基板２はＬＥＤチップ３の一方の電極と電気的に接続されているので、基板２に接触する冷却水としては短絡防止のため純水を用いることが望ましい。なお、放熱ダクト９はたとえばアルミ等の金属材料から形成される。
【００２４】
放熱装置４は、基板２の背面側に形成した上記流路５に冷却水を流すためのポンプ（図示せず）を有している。しかして、基板２の背面に接する形で冷却水を流すことにより、ＬＥＤチップ３で発生して基板２に伝わった熱は基板２の背面側から冷却水に伝達され、さらに、基板２の熱を吸収した冷却水は流路５内を流れることにより基板２から離れた位置に運ばれるので、結果的に、ＬＥＤチップ３および基板２の温度は低下することになる。本実施形態では、冷却水はポンプによって流路５を循環させられており、流路５の一部に設けた除熱手段（たとえば放熱ダクト９の一部に冷却風を吹き付ける構造）により冷却される。
【００２５】
ところで、本実施形態で例示する光源装置１は、紫外線を放射するＬＥＤチップ３を採用しており、たとえば紫外線硬化型のインクを硬化させる印刷システムなどに使用される。すなわち、光源装置１は、光照射対象（たとえば印刷物）を搬送する搬送手段（たとえばベルトコンベア）の上方に設置され、下方を通過する光照射対象に略均一に光を照射する。この種の光源装置１には、従来、キセノンランプが主に用いられており、本実施形態では、複数のＬＥＤチップ３を設けた基板２をさらに複数並べて配置した状態で使用することにより、キセノンランプに近い光の照射範囲や光量を実現している。
【００２６】
ここでは、複数の基板２は、放熱ダクト９の長手方向に沿って一直線上に並ぶように、１つの放熱装置４の前面側に結合される。これにより、各基板２に設けられたＬＥＤチップ３を発光させることで線光源を形成することができる。ここに、光源装置１は線光源の長手方向が光照射対象の搬送方向と交わるように配置される。線光源の長さ寸法は、放熱装置４に結合させる基板２の枚数によって調節することができるので、光照射対象の大きさに合わせて線光源の長さを調節することができる。本実施形態では一例として、基板２の厚み寸法を１ｍｍ程度に設定し、複数の基板２を並べて形成される線光源の長さ寸法を３０〜７０ｃｍ程度に設定する。
【００２７】
なお、本実施形態では、隣接する基板２同士の継目からの冷却水の漏洩を防止するために、基板２同士の継目にもパッキン（図示せず）を介在させているが、このパッキンを省略し、基板２同士を隙間なく結合するための結合手段（図示せず）を各基板２の長手方向の各端部に設けるようにしてもよい。
【００２８】
上述した構成の光源装置１によれば、ＬＥＤチップ３の発光時にＬＥＤチップ３で発生した熱は、良熱伝導性材料からなる基板２内を熱伝導により伝達し、さらに基板２の背面側から放熱装置４に吸収され、放熱装置４において強制的に放熱される。したがって、ＬＥＤチップ３の温度上昇を防止することができ、温度上昇に起因したＬＥＤチップ３の発光効率の低下を抑制することができる。
【００２９】
しかも、本実施形態の光源装置１は、１つの放熱装置４に対して複数の基板２が並べて結合された状態で使用されるので、複数の基板２の熱を１つの放熱装置４で放熱することが可能となる。言い換えれば、放熱装置４は複数の基板２に共用されることとなる。したがって、複数の基板２を用いる場合でも放熱装置４は１つでよく、放熱装置４のメンテナンスが面倒になることがない。特に本実施形態では、基板２を放熱装置４から取り外せば、冷却水の流路５が露出した状態となるから、当該流路５の清掃などのメンテナンスも容易に行うことができる。
【００３０】
また、基板２は放熱装置４に結合されるものであるから、ＬＥＤチップ３が断線等により発光不能となった場合、基板２を放熱装置４から取り外して交換することで対処でき、放熱装置４については交換する必要がない。そのため、基板２の交換に伴って放熱装置４も交換せざるを得ない従来構成に比べて、光源装置１の修理に掛かるコストを低く抑えることができる。
【００３１】
なお、放熱装置４の放熱手段６として、上述したように冷却水を流路５に流す水冷式のものに代えて、放熱フィンを有したヒートシンク（図示せず）を用いることも考えられるが、水冷式としたほうが放熱効率を高めることができ、ＬＥＤチップ３の温度上昇を確実に防止できる。
【００３２】
ところで、本実施形態では、光源装置１の一例として、紫外線を放射するＬＥＤチップ３を採用し、紫外線硬化型のインク等を硬化させる印刷システムに使用される光源装置１について説明したが、この例に限るものではなく、ＬＥＤチップ３を用いた種々の光源装置１に本発明を適用することができる。たとえば可視光を放射するＬＥＤチップ３を用いれば、文字や映像を表示する表示装置用の光源装置１を構成することもできる。
【００３３】
（実施形態２）
本実施形態の光源装置１は、図２に示すように基板２がＬＥＤチップ３の設けられた前面を下方に向けるように放熱装置４に結合され、基板２と結合される放熱装置４が、基板２から吸収した熱を放熱する放熱手段６に加え、放熱手段６と基板２との間に設けられた伝熱手段１２を有する点が実施形態１の光源装置１とは相違する。
【００３４】
伝熱手段１２は、放熱ダクト９の前面（図２の下面）を閉塞する形で放熱ダクト９に装着されるダクトカバー１３を有する。ダクトカバー１３は、実施形態１における基板２に代えて、放熱ダクト９と共に冷却水１６の流路５を形成するものであって、そのため、ダクトカバー１３と放熱ダクト９との継目にはパッキン１０が装着される。ここでは、ダクトカバー１３の幅方向の両端部の厚み寸法が他の部位よりも小さくなるようにダクトカバー１３の背面（図２の上面）における幅方向の両端部に凹所１１が形成されており、各凹所１１の底面と放熱ダクト９における各側壁８の前端面との間にパッキン１０を挟持する形でダクトカバー１３が放熱ダクト９に取り付けられる。ここに、ダクトカバー１３は熱伝導性に優れた良熱伝導性材料からなる。
【００３５】
本実施形態の光源装置１の基板２は、図２に示すようにダクトカバー１３の前面よりも幅方向の寸法が小さく設定されており、ダクトカバー１３における幅方向の略中央部に取り付けられる。基板２はダクトカバー１３に対してはたとえば接着剤により固着される。このように、放熱装置４（ダクトカバー１３）の幅方向の寸法を基板２よりも大きくしたことによって、実施形態１のように放熱装置４（放熱ダクト９）と基板２とを同程度の幅寸法とする場合に比べて、基板２の熱が放熱装置４に伝達されやすくなるという利点がある。しかも、基板２の一部が放熱ダクト９における一対の側壁８の間に嵌め込まれる実施形態１と比べて、基板２の厚み寸法を小さくすることができ、結果的にＬＥＤチップ３で発生した熱が基板２の背面（図２の上面）側に伝達されやすくなる。
【００３６】
ところで、ダクトカバー１３は気密空間からなる熱拡散空間１４を備えるように中空に形成されており、この熱拡散空間１４を減圧するとともに熱拡散空間１４の一部に液体（たとえば水）１５が封入された構成を有する。伝熱手段１２は、熱拡散空間１４において液体１５を気化させることにより基板２の熱を放熱手段６に伝達するものである。
【００３７】
すなわち、ＬＥＤチップ３で発生した熱が基板２を介して伝熱手段１２（ダクトカバー１３）に伝達されると、伝熱手段１２に伝わった熱は熱拡散空間１４において液体１５が気化する際の潜熱として利用される。そして、気化された液体１５（たとえば水蒸気）は、熱拡散空間１４内を移動しダクトカバー１３の後壁に接触して凝縮され、凝縮時に放出される顕熱が放熱手段６に伝達される。このように、伝熱手段１２は、基板２の熱を、液体１５が気化する際の潜熱を利用して放熱手段６に伝達するから、伝熱手段１２を設けたことによって基板２から放熱手段６への熱の伝達効率が向上し、したがって、ＬＥＤチップ３で発生した熱を放熱装置４で効率的に放熱することが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態の他の例として、図３に示すように放熱ダクト９に、冷却水１６の流路を形成する放熱手段６の機能と、熱拡散空間１４を形成する伝熱手段１２の機能とを持たせるようにしてもよい。
【００３９】
図３の例では、放熱ダクト９内において後壁７に沿って配置され放熱ダクト９の内部空間を２分割する隔壁１８が設けられている。この例では、光源装置１の基板２は、実施形態１と同様、背面における幅方向の両端部に凹所１１が形成されており、各凹所１１の底面と放熱ダクト９における各側壁８の前端面との間にパッキン１０を挟持する形で放熱ダクト９に取り付けられる。ここで、隔壁１８と一対の側壁８と後壁７とは放熱手段６として冷却水１６の流路５を形成し、隔壁１８と一対の側壁８と光源装置１の基板２とは熱拡散空間１４を形成する。すなわち、隔壁１８と一対の側壁８と基板２とで囲まれた熱拡散空間１４は、減圧されるとともに一部に液体（たとえば水）１５が封入された気密空間であって、液体１５を気化させることにより基板２の熱を放熱手段６に伝達する機能を持つ。
【００４０】
なお、図３に示す例では、放熱手段６と伝熱手段１２とを同一の放熱ダクト９に一体に備えているが、放熱ダクト９のうち放熱手段６を構成する部分と、伝熱手段１２を構成する部分とを分離可能としてもよい。
【００４１】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００４２】
（実施形態３）
本実施形態の光源装置１は、図４に示すように基板２がＬＥＤチップ３の設けられた前面を下方に向けるように放熱装置４に結合される点、および基板２の一部に中空の気密空間からなる伝熱空間１７を有する点が実施形態１の光源装置１とは相違する。
【００４３】
伝熱空間１７は、減圧されるとともに一部に液体（たとえば水）１５が封入された構成を有するものであって、液体１５を気化させることによりＬＥＤチップ３の熱を基板２の背面（図４の上面）側に伝達する。
【００４４】
すなわち、ＬＥＤチップ３で発生した熱が基板２に伝達されると、基板２に伝わった熱は伝熱空間１７において液体１５が気化する際の潜熱として利用される。そして、気化された液体１５（たとえば水蒸気）は、伝熱空間１７内を移動し基板２の後壁に接触して凝縮され、凝縮時に放出される顕熱が基板２の背面側に伝達される。このように、伝熱空間１７は、ＬＥＤチップ３の熱を、液体１５が気化する際の潜熱を利用して基板２の背面側に伝達するから、伝熱空間１７のない構成に比べてＬＥＤチップ３から基板２の背面側への熱の伝達効率が向上し、したがって、ＬＥＤチップ３で発生した熱を放熱装置４で効率的に放熱することが可能となる。
【００４５】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態１の構成を示す要部の概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態２の構成を示す概略断面図である。
【図３】同上の他の例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態３の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  光源装置
２  基板
３  発光ダイオードチップ
４  放熱装置
５  流路
６  放熱手段
１２  伝熱手段
１４  熱拡散空間
１５  液体
１６  冷却水（熱媒）
１７  伝熱空間
【図１】
2008288456.tif 000003
【図２】
2008288456.tif 000004
【図３】
2008288456.tif 000005
【図４】
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