(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植栽された植物に対向して配置され、冷却水を通水可能で、且つ内部に通電可能な金属壁と、前記金属壁に取り付けられる、半導体発光素子と、前記半導体発光素子に熱伝達可能に連接されると共に電気的に接続されて第１の電極になる放熱ブロックと、前記放熱ブロックの周囲に絶縁膜を挟んで熱伝達可能に設けられ、前記半導体発光素子に電気的に接続されて第２の電極になるスリーブと、前記スリーブに設けられたねじ部と、前記半導体発光素子、放熱ブロック及びスリーブの一部を封止する樹脂部と、前記放熱ブロックに当接する板ばねにて形成される光源ユニットを有することを特徴とする植物栽培用の半導体発光照明装置。
【請求項２】
前記金属壁は複数段に設けられ、前記植物は各金属壁に対向する位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培用の半導体発光照明装置。
【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植物栽培用の半導体発光照明装置に関する。
【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３にランプ状の半導体発光装置の従来例を示す。
【０００３】
図３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し、半導体発光素子５３が発熱する。
【０００５】
多数の半導体発光装置を用いることによって、植物栽培用の光源として利用することができる。
【０００６】
【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。
【０００７】
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、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、その熱をリードフレームから他の場所に放熱しなければならないという問題が残る。
【０００８】
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植物栽培用の半導体発光照明装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、植栽された植物に対向して配置され、冷却水を通水可能で、且つ内部に通電可能な金属壁と、金属壁に取り付けられる光源ユニットとを有する植物栽培用の半導体発光照明装置である。
【００１０】
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植物栽培用の半導体発光照明装置が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、植栽された植物に対向して配置され、冷却水を通水可能で、且つ内部に通電可能な金属壁と、前記金属壁に取り付けられる、半導体発光素子と、前記半導体発光素子に熱伝達可能に連接されると共に電気的に接続されて第１の電極になる放熱ブロックと、前記放熱ブロックの周囲に絶縁膜を挟んで熱伝達可能に設けられ、前記半導体発光素子に電気的に接続されて第２の電極になるスリーブと、前記スリーブに設けられたねじ部と、前記半導体発光素子、放熱ブロック及びスリーブの一部を封止する樹脂部と、前記放熱ブロックに当接する板ばねにて形成される光源ユニットを有することを特徴とする植物栽培用の半導体発光照明装置であり、金属壁内に通電されるので配線を別途用意する必要がなく構造を簡単にでき、また、光源ユニットの熱を金属壁に移動させ、さらに水冷するので、放熱を確実に行うことができるため、光源ユニットの輝度の低下を防止し、植物の育成を効率よく行うことができる。また、放熱ブロックの交換を容易に行うことができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、前記金属壁は複数段に設けられ、前記植物は各金属壁に対向する位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培用の半導体発光照明装置なので、空間を有効利用して植物を効率よく育成することができる。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態に係る植物栽培用の半導体発光照明装置に用いる光源ユニット及びその取付構造の縦断面図である。
【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を備えたものである。植物栽培用の光源としては、青色と赤色が必要であり、青色発光はＧａＮ系化合物半導体が、赤色発光はＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｌＰ化合物半導体が用いられる。
【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部の一例である樹脂パッケージ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（図１では上部）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の基端面を取付凹部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】
図２は本発明の実施の形態に係る植物栽培用の半導体発光照明装置の縦断面図である。
【００２５】
半導体発光照明装置２０は、２段に設けられた水平板状の金属壁２１，２２を備え、それぞれの金属壁２１，２２の下側に植物２５が植栽された栽培容器２３，２４を有している。また、金属壁２１，２２の上側には冷却水３１がそれぞれ通水されている。前述した光源ユニット１１は、各金属壁２１，２２の下側の複数箇所の壁部１２に設けられている。すなわち光源ユニット１１は、図１を用いて説明した装着構造Ａを上下逆にした状態でそれぞれ設けられている。上、下段の複数の取付板１５は、各段ごとに電気的に並列に接続されて直流電源２９，３０に接続される。また、金属壁２１，２２も直流電源２９，３０にそれぞれ接続される。
【００２６】
栽培容器２３，２４は、貯水部２６と、貯水部２６の上側に被せられる平板状の支持部２８とを有している。支持部２８には、所定間隔おきに貫通孔２７が形成されている。栽培される植物２５は支持部２８に固定され、貫通孔２７の下側に根を伸ばして水分を吸収し、上側に葉を広げて光源ユニット１１からの光を受ける。
【００２７】
光源ユニット１１が発生する熱は取付板１５を介して、又は直接的に壁部１２に伝達される。壁部１２の上部は冷却水３１に接しているので、壁部１２の有する熱を効率よく排出することができる。かかる構成によって、光源ユニット１１に大電流を流すことができ、半導体発光素子１の輝度を高くすることができるので、金属壁２１，２２に配置する光源ユニット１１の間隔を大きくしてその設置数を減らすことができ、装置を簡略化できると共に運転費用を節約することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明では、植栽された植物に対向して配置され、冷却水を通水可能で、且つ内部に通電可能な金属壁を有しているので、配線を別途用意する必要がなく構造を簡単にでき、また、光源ユニットの熱を金属壁に移動させ、さらに水冷するので、放熱を確実に行うことができる。
【００２９】
また、光源ユニットに第１の電極になる放熱ブロックと、放熱ブロックの周囲に絶縁膜を挟んで熱伝達可能に設けられ第２の電極になるスリーブとを備えることにより、両電極から金属壁への放熱を確実に行うことができ、光源ユニットの輝度の低下を防止し、植物の育成を効率よく行うことができる。
【００３０】
さらに、金属壁を複数段に設けることにより、空間を有効利用して植物を効率よく育成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる光源ユニットの装着構造の縦断面図
【図２】本発明の一実施の形態における植物栽培用の半導体発光照明装置の縦断面図
【図３】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（樹脂部）
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
２０  半導体発光照明装置
２１，２２  金属壁
２３，２４  栽培容器
２５  植物
２６  貯水部
２７  貫通孔
２８  支持部
２９，３０  直流電源
３１  冷却水
Ａ  装着構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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