(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に第１の電極になる放熱ブロックを設け、前記放熱ブロックの先部外側に絶縁膜を挟んで第２の電極になるスリーブを熱伝達可能に設け、取り付けられた半導体発光素子に通電可能な光源ユニットの装着構造であって、
金属製の壁部に絶縁体を介して設けられ、前記スリーブが嵌入可能な取付孔が形成された取付板と、
前記壁部に形成され前記取付孔に連通する取付凹部と、
前記取付凹部の周壁に設けられ、嵌入する前記放熱ブロックを半径方向内側に付勢して固定する付勢部材と、
前記取付孔の周壁に設けられ、嵌入する前記スリーブを固定する固定部とを有することを特徴とする光源ユニットの装着構造。
【請求項２】
前記スリーブの外周には雄ねじが形成され、前記固定部は前記雄ねじに螺合する雌ねじであることを特徴とする請求項１記載の光源ユニットの装着構造。
【請求項３】
前記付勢部材は、屈曲した中間部が先側に突出する板ばねであって、複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の光源ユニットの装着構造。
【請求項４】
前記固定部は嵌入する前記スリーブを半径方向内側に付勢して固定する先部付勢部材であることを特徴とする請求項１記載の光源ユニットの装着構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤを利用した半導体発光による照明装置に係り、特に放熱性をよくし大電流の印加を可能として高輝度の発光が得られるようにした光源ユニットの装着構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用したさまざまな半導体発光装置が開発されている。この半導体発光装置の中で最も典型的なものは砲弾型のランプ状としたものと表面実装用のチップ型としたものであり、図４にランプ状の半導体発光装置の従来例を示す。
【０００３】
図４において、二股状のリードフレーム５１の一方のリード５１ａの上端にマウント部５１ｂを形成し、このマウント部５１ｂの上にサブマウント素子５２を介してフリップチップ型の半導体発光素子５３が導通接続されている。サブマウント素子５２はたとえば静電気保護素子であり、下面にマウント部５１ｂに導通させるための電極５２ａを形成し、上面の電極にはワイヤ５４をリード５１ｃとの間にボンディングしている。そして、ワイヤ５４を含めてリードフレーム５１の上端はエポキシの樹脂パッケージ５５によって封止されている。
【０００４】
リードフレーム５１を介して半導体発光素子５３に通電すると、半導体発光素子５３の基板に積層した化合物半導体の活性層から発光する。この通電の際には、半導体発光素子５３が発熱する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、半導体発光素子５３からの発熱は樹脂パッケージ５５やリードフレーム５１側に熱伝達されるが、樹脂パッケージ５５の放熱性は低く、半導体発光素子５３を搭載しているリード５１ａへの熱伝達量も少ない。特に、半導体発光素子５３がサファイアを基板としてＧａＮ系化合物半導体を積層した青色発光のものでは、サファイアの基板の熱伝導率が低いので放熱性は格段に低い。また、サブマウント素子５２にＳｉを用いることにより、これを経由した熱の流れはよくなるが、リードフレーム５１が細いので結果的に放熱性は悪くなる。
【０００６】
このように従来の半導体発光装置では、半導体発光素子５３から発生する熱の放熱性が低いので、現状では２０ｍＡ程度の電流しか印加できない。これよりも大きな電流を印加すると半導体発光素子５３の温度が上昇し、流す電流に比例して発光輝度が増加せず飽和してしまうし、特性が劣化して発光輝度が低下してしまう。したがって、半導体発光素子５３には小さな電流しか印加できず、その発光輝度にも限界がある。このため、たとえば植物栽培用の光源や照明用の光源として利用しようとする場合では、多数の半導体発光装置を備える必要があり、光源装置が複雑になるとともにコストも高くなるという問題がある。また、半導体発光素子の発熱をリードフレームに移動できたとしても、リードフレームから電源側に放熱する必要がある。
【０００７】
そこで、本発明は、半導体発光素子の放熱を促し大電流印加による高輝度化が可能な光源ユニットの装着構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内側に放熱ブロックを、外側にスリーブを熱伝達可能に設けた光源ユニットの装着構造であって、嵌入する放熱ブロックを半径方向内側に付勢して固定する付勢部材を有しているので、放熱ブロックの軸方向位置によって付勢力が変わらないので、放熱ブロックを壁部に安定して保持し、熱の流れがスムーズになる。
【０００９】
この発明によれば、半導体発光素子の放熱を促し大電流印加による高輝度化が可能な光源ユニットの装着構造が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、内側に第１の電極になる放熱ブロックを設け、前記放熱ブロックの先部外側に絶縁膜を挟んで第２の電極になるスリーブを熱伝達可能に設け、取り付けられた半導体発光素子に通電可能な光源ユニットの装着構造であって、金属製の壁部に絶縁体を介して設けられ、前記スリーブが嵌入可能な取付孔が形成された取付板と、前記壁部に形成され前記取付孔に連通する取付凹部と、前記取付凹部の周壁に設けられ、嵌入する前記放熱ブロックを半径方向内側に付勢して固定する付勢部材と、前記取付孔の周壁に設けられ、嵌入する前記スリーブを固定する固定部とを有することを特徴とする光源ユニットの装着構造なので、付勢部材が放熱ブロックを側方から押圧することになり、付勢部材の軸方向位置によらず均一な力で放熱ブロックを保持することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記スリーブの外周には雄ねじが形成され、前記固定部は前記雄ねじに螺合する雌ねじであることを特徴とする請求項１記載の光源ユニットの装着構造なので、光源ユニットの抜け落ちを防止して、確実に固定することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記付勢部材は、屈曲した中間部が先側に突出する板ばねであって、複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の光源ユニットの装着構造であり、光源ユニットを先側から嵌入させようとすると、放熱ブロックの先端が板ばねに当接、摺動しながら徐々に大きな力を受けるので、取付時に必要な力の変化を小さくして容易に取り付けることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記固定部は嵌入する前記スリーブを半径方向内側に付勢して固定する先部付勢部材であることを特徴とする請求項１記載の光源ユニットの装着構造であり、光源ユニットの軸方向の２カ所を半径方向に固定して容易に着脱することができる。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る光源ユニットの装着構造の縦断面図である。まず、光源ユニット１１について説明する。
【００１５】
光源ユニット１１は、ＧａＮ系化合物半導体をサファイア基板に積層した青色発光の４台の半導体発光素子１の表面をたとえば（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ等の蛍光物質を含む樹脂パッケージで封止した光源を備えたものである。このように青色発光の半導体発光素子１を蛍光物質を含む樹脂パッケージで封止することにより、半導体発光素子１からの光が波長変換されて白色発光として取り出される。
【００１６】
４台の半導体発光素子１は静電気保護用のツェナーダイオードなどを利用したサブマウント素子２にそれぞれ導通搭載されている。このサブマウント素子２は熱伝導のよいＳｉから成り、図示のように放熱ブロック３の上端にＡｇペーストを介して導通搭載されている。この放熱ブロック３はＡｌやＡｇやＣｕまたはこれらの金属を少なくとも１つ含む合金等のように熱伝導率の高い金属を素材としたもので、下端部を除く外周には絶縁膜４を介して円筒状の金属のスリーブ５を放熱ブロック３に対して熱伝達可能に外挿している。このスリーブ５は外周に雄ねじ５ａを形成したもので、各サブマウント素子２との間をワイヤ２ａによってボンディングしている。なお、放熱ブロック３は半導体発光素子１のｐ側電極と導通する第１の電極になり、スリーブ５は半導体発光素子１のｎ側電極と導通する第２の電極になる。
【００１７】
また、放熱ブロック３及びスリーブ５の上端には、半導体発光素子１及びワイヤ２ａを含んで封止するエポキシの樹脂パッケージ６が一体化されている。
【００１８】
次に光源ユニットの装着構造Ａについて説明する。
【００１９】
光源ユニット１１は金属製の壁部１２に取り付けられる。壁部１２は導電性を有し、少なくとも一部（例えば上部）に平面を備え、平面には放熱ブロック３より外径が大きい取付凹部１６が形成されている。
【００２０】
壁部１２の上部には、取付凹部１６に重合する孔部を備えた絶縁体１３が設けられ、絶縁体１３の上部には、取付凹部１６に連通する取付孔１４を備え、導電性を有する取付板１５が設けられている。取付孔１４の周壁には、スリーブ５の雄ねじ５ａに螺合する固定部の一例である雌ねじ１７が形成されている。
【００２１】
取付凹部１６の周壁の対向する２箇所以上には、付勢部材の一例である板ばね１８が設けられている。それぞれの板ばね１８は、屈曲した中間部が先側に突出する逆Ｖ字状又は逆Ｕ字状に形成され、嵌入する放熱ブロック３を半径方向内側に付勢して固定することができる。
【００２２】
光源ユニット１１を壁部１２に取り付ける時には、まず、放熱ブロック３を取付孔１４に挿通させ、取付凹部１６に少し嵌入させる。次いで、スリーブ５の雄ねじ５ａを取付孔１４の雌ねじ１７に螺合させる。このとき、放熱ブロック３は、回転しながら取付凹部１６の底部に向かって徐々に移動し、当接する板ばね１８から半径方向内側に向かって付勢される。このようにして取付を行うことによって、壁部１２は、板ばね１８を介して放熱ブロック３に通電可能に接続し、取付板１５は、スリーブ５に通電可能に接続される。
【００２３】
板ばね１８は放熱ブロック３を半径方向内側に付勢するので、放熱ブロック３が所定位置より取付凹部１６の底側に移動しすぎても、塑性変形することがなく、付勢力を一定にして通電状態を安定的に保持すると共に板ばねの寿命を長くすることができる。また、放熱ブロック３を取付凹部１６の底部に当接させることができるので、放熱ブロック３から壁部１２への放熱を効率よく行うことができる。
【００２４】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係る光源ユニットの装着構造の縦断面図である。装着構造Ｂは、前述した装着構造Ａで用いたねじ結合の代わりに付勢手段による結合方式を用いたもので、その他の同一部材については同一番号を付して説明は省略する。
【００２５】
光源ユニット１９は、スリーブ５の雄ねじ５ａを省略した円筒形のスリーブ２０を有している。また、取付板２１の取付孔２２には雌ねじ１７が形成されておらず、スリーブ２０の外径より大きな周壁には、板ばね１８と同形状の先部付勢部材の一例である板ばね２３が設けられている。
【００２６】
光源ユニット１９を壁部１２に取り付ける時には、まず、放熱ブロック３を取付孔２２に挿通させ、取付凹部１６に少し嵌入させる。このとき、放熱ブロック３は、板ばね１８に当接し、スリーブ２０は板ばね２３に当接する。次に、光源ユニット１９を取付凹部１６の底部に向けて押圧すると、放熱ブロック３及びスリーブ２０は、当接する板ばね１８，２３から半径方向内側に向かって付勢される。
【００２７】
このようにして取付を行うことによって、壁部１２は、板ばね１８を介して放熱ブロック３に通電可能に接続し、取付板２１は、板ばね２３を介してスリーブ２０に通電可能に接続される。光源ユニット１９を回転させずに軸方向に移動することができるので、放熱ブロック及びスリーブの外形を断面円形に限らず任意の形状に形成することができ、例えば、正方形や六角形に形成することができ、また、外周に突起部等を設けて取付の向きを規制することもできる。また、取付凹部１６及び取付孔２２の周壁には、放熱ブロック３及びスリーブ５の半径方向への位置ずれを防止する板状突起を設けることも可能である。さらに絶縁体２４を硬質の板状部材で形成し、取付凹部１６及び取付孔２２に連通する貫通孔の大きさを、放熱ブロック３を位置決めしながら嵌入可能な大きさに形成することも可能である。
【００２８】
（第３実施形態）
図３は本発明の第３の実施の形態に係る光源ユニットの装着構造の縦断面図である。装着構造Ｃは、前述した装着構造Ｂの放熱ブロックと壁部の固定に用いた付勢手段の代わりにねじ結合を用いたもので、その他の同一部材については同一番号を付して説明は省略する。
【００２９】
光源ユニット２９の放熱ブロック２５の基部には雄ねじ２６が形成され、壁部２７には雄ねじ２６に螺合する雌ねじ２８が形成されている。
【００３０】
かかる構成によって、放熱ブロック２５と壁部２７の接触面積が広くなり、放熱がさらに大きくなる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明では、取付凹部の周壁に設けられ、嵌入する前記放熱ブロックを半径方向内側に付勢して固定する付勢部材を有しているので、付勢部材が放熱ブロックを側方から押圧することになり、付勢部材の軸方向位置によらず均一な力で放熱ブロックを保持することができ、また、付勢部材の大きな変形を防止して装置寿命を長くすることができる。
【００３２】
前記取付凹部の底部に放熱ブロックを当接させることにより、放熱効率を向上させることができる。
【００３３】
また、スリーブの外周に雄ねじを形成し、固定部を雌ねじにすることにより、光源ユニットの抜け落ちを防止し確実に固定することができる。
【００３４】
前記付勢部材を板ばねで構成することにより構造を簡単にし、取付時に必要な力の変化を小さくして容易に取り付けることができる。
【００３５】
前記固定部を先部付勢部材にして、光源ユニットの軸方向の２カ所を半径方向に固定することにより、着脱を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態における光源ユニットの装着構造の縦断面図
【図２】本発明の第２実施の形態における光源ユニットの装着構造の縦断面図
【図３】本発明の第３実施の形態における光源ユニットの装着構造の縦断面図
【図４】従来の半導体発光装置の縦断面図
【符号の説明】
１  半導体発光素子
２  サブマウント素子
２ａ  ワイヤ
３  放熱ブロック
４  絶縁膜
５  スリーブ
５ａ  雄ねじ
６  樹脂パッケージ
１１  光源ユニット
１２  壁部
１３  絶縁体
１４  取付孔
１５  取付板
１６  取付凹部
１７  雌ねじ（固定部）
１８  板ばね（先部付勢部材）
１９  光源ユニット
２０  スリーブ
２１  取付板
２２  取付孔
２３  板ばね（先部付勢部材）
２４  絶縁体
２５  放熱ブロック
２６  雄ねじ
２７  壁部
２８  雌ねじ
２９  光源ユニット
Ａ  装着構造
Ｂ  装着構造
Ｃ  装着構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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