(57)【要約】【課題】照射領域内において光の強度を均一とすることのできる光源装置を提供する。【解決手段】複数のＬＥＤ２が搭載される光源部３と、光源部３に接続される放熱部４と、光源部３及び放熱部４を収容するケース５と、光源部３及び放熱部４と離隔されるとともにケース５に直接的又は間接的に固定され各ＬＥＤ２ごとに独立して形成される複数のレンズ７と、を備え、各ＬＥＤ２から出射される光が互いに独立して光学制御されるようにした。【選択図】図１
2009111255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤが搭載される光源部と、
前記光源部に接続される放熱部と、
前記光源部及び前記放熱部を収容するケースと、
前記光源部及び前記放熱部と離隔されるとともに前記ケースに直接的又は間接的に固定され、複数の前記ＬＥＤごとに独立して形成される複数のレンズと、を備えた光源装置。
【請求項２】
前記レンズは光の出射側から見て円形を呈する請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記ケースは前記放熱部よりも熱伝導率が小さい請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤは、ＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子を封止するガラス封止部と、を含む請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記放熱部は、前記光源部に端面が接続される放熱板を有する請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記ケースは、前記光源部及び前記放熱部と間隔をおいて形成される外壁、及び、前記外壁に形成され前記放熱部へ向かって突出し前記放熱部と当接する凸部を有する請求項５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、複数のＬＥＤが搭載される光源部を備えた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）素子を細長い配線基板に搭載し、各ＬＥＤを配線基板上にて樹脂封止材で封止した線状光源が知られている（例えば、特許文献１の段落[０００５]参照）。また、配線基板と、配線基板上に配列した複数のＬＥＤ素子と、配線基板上に形成しＬＥＤ素子を被覆するガラス材と、を備えた線状光源が提案されている（例えば、特許文献１の段落[００２１]参照）。
【０００３】
このように複数のＬＥＤが搭載された光源においては、複数のＬＥＤの光学制御を行うシリンドリカルレンズを設ける構成が一般的である。
【特許文献１】特開２００６−３４４４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、シリンドリカルレンズは、長手方向について断面が一定であるので、当該長手方向についてはＬＥＤから発せられる光を光学的に制御することができず、光源装置の照射領域内において光の強度にムラが生じることは避けられない。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、照射領域内において光の強度を均一とすることのできる光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、複数のＬＥＤが搭載される光源部と、前記光源部に接続される放熱部と、前記光源部及び前記放熱部を収容するケースと、前記光源部及び前記放熱部と離隔されるとともに前記ケースに直接的又は間接的に固定され、複数の前記ＬＥＤごとに独立して形成される複数のレンズと、を備えた光源装置が提供される。
【０００７】
また、上記光源装置において、前記レンズは光の出射側から見て円形を呈することが好ましい。
【０００８】
また、上記光源装置において、前記ケースは前記放熱部よりも熱伝導率が小さいことが好ましい。
【０００９】
また、上記光源装置において、前記ＬＥＤは、ＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子を封止するガラス封止部と、を含むことが好ましい。
【００１０】
また、上記光源装置において、前記放熱部は、前記光源部に端面が接続される放熱板を有することが好ましい。
【００１１】
また、上記光源装置において、前記ケースは、前記光源部及び前記放熱部と間隔をおいて形成される外壁、及び、前記外壁に形成され前記放熱部へ向かって突出し前記放熱部と当接する凸部を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光源装置によれば、照射領域内において光の強度を均一とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１から図６は本発明の第１の実施形態を示し、図１は光源装置の外観斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、光源装置１は、複数のガラス封止ＬＥＤ２（図１中不図示）が上面に搭載される線状光源部３と、線状光源部３の下面に接続され線状光源部３から下方向へ延びる放熱板４１を有する放熱部４と、線状光源部３及び放熱部４を収容するケース５と、を備えている。ケース５は、放熱部４よりも熱伝導率が小さく、線状光源部３及び放熱部４と間隔をおいて形成される一対の側壁５ａと、各側壁５ａに形成され放熱部４へ向かって突出し放熱部４と当接する凸部５ｂを有している。さらに、光源装置１は、ケース５の各側壁５ａに固定され線状光源部３から発せられる光を光学的に制御する複数のレンズ７を備えている。各レンズ７は、線状光源部３及び放熱部４と離隔されるとともに、ケース５に直接的に固定され、複数のガラス封止ＬＥＤ２ごとに独立して形成される。
【００１５】
図２は光源装置の分解斜視図である。図２では、説明のため、ケース及びレンズについては省略して図示している。
図２に示すように、放熱部４は、金属からなり板面を左右に向けた放熱板４１と、金属からなり複数のフィン４２ａが形成された一対のフィン部材４２と、を有している。各フィン部材４２は、放熱板４１の左右外側に配置され、リベット６により放熱板４１に固定される。放熱板４１にはリベット６が挿通する挿通孔４１ａが、各フィン部材４２には、リベット６が挿通する挿通孔４２ｃが、それぞれ形成されている。線状光源部３は、放熱板４１と左右方向寸法が同じであり、放熱板４１の上側の端面にはんだ材（図示せず）を介して固定される。
【００１６】
図３は線状光源部の上面図である。
図３に示すように、線状光源部３は、前後方向へ延びる実装基板３１と、実装基板３１の上面に一列に実装される複数のガラス封止ＬＥＤ２と、を有している。各ガラス封止ＬＥＤ２は後述するセラミック基板２１上に前後及び左右に３列ずつ並ぶ計９つのＬＥＤ素子２２が搭載される。各ＬＥＤ素子２２は、順方向が４．０Ｖ、順電流が１００ｍＡの場合に、ピーク波長が４６０ｎｍの光を発する。本実施形態においては、実装基板３１に３つのガラス封止ＬＥＤ２が実装されている。
【００１７】
実装基板３１は、上面に搭載されるガラス封止ＬＥＤ２よりも幅方向寸法が僅かに大きく、長手方向（前後方向）両端に後述する回路パターン３４が露出するパターン露出部３１ａを有する（図１参照）。本実施形態においては、実装基板３１の長手方向両端に、幅方向（左右方向）に間隔をおいて一対のパターン露出部３１ａが形成される。各パターン露出部３１ａは、前後方向へ延びる矩形状に形成される。
【００１８】
図４は線状光源部の縦断面図である。
図４に示すように、ガラス封止ＬＥＤ２は、フリップチップ型のＧａＮ系半導体材料からなるＬＥＤ素子２２と、ＬＥＤ素子２２を搭載するセラミック基板２１と、セラミック基板２１に形成されＬＥＤ素子２２へ電力へ供給するための回路パターン２４と、ＬＥＤ素子２２をセラミック基板２１上にて封止するガラス封止部２３と、を備えている。
【００１９】
ＬＥＤ素子２２は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる成長基板の表面に、III族窒化物系半導体をエピタキシャル成長させることにより、バッファ層と、ｎ型層と、ＭＱＷ層と、ｐ型層とがこの順で形成されている。このＬＥＤ素子２２は、７００℃以上でエピタキシャル成長され、その耐熱温度は６００℃以上であり、低融点の熱融着ガラスを用いた封止加工における加工温度に対して安定である。また、ＬＥＤ素子２２は、ｐ型層の表面に設けられるｐ側電極と、ｐ側電極上に形成されるｐ側パッド電極と、を有するとともに、ｐ型層からｎ型層にわたって一部をエッチングすることにより露出したｎ型層に形成されるｎ側電極を有する。ｐ側パッド電極とｎ側電極には、それぞれバンプ２５が形成される。本実施形態においては、ＬＥＤ素子２２は、厚さ１００μｍで３４６μｍ角に形成される。
【００２０】
セラミック基板２１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の多結晶焼結材料からなり、厚さ方向（上下方向）寸法が０．２５ｍｍ、長手方向（前後方向）寸法が２．５ｍｍ、幅方向（左右方向）寸法が２．５ｍｍに形成される。図４に示すように、回路パターン２４は、セラミック基板２１の上面に形成されてＬＥＤ素子２２と電気的に接続される上面パターン２４ａと、セラミック基板２１の下面に形成されて実装基板３１と電気的に接続される電極パターン２４ｂと、上面パターン２４ａと電極パターン２４ｂを電気的に接続するビアパターン２４ｃと、を有している。電極パターン２４ｂはセラミック基板２１の長手方向両端に形成され、一方が正電極、他方が負電極をなす。また、セラミック基板２１の裏面における各電極パターン２４ｂの間には、放熱パターン２６が形成される。
【００２１】
上面パターン２４ａ、電極パターン２４ｂ及び放熱パターン２６は、セラミック基板２１の表面に形成されるＷ層と、Ｗ層の表面を覆う薄膜状のＮｉメッキ層と、Ｎｉメッキ層の表面を覆う薄膜状のＡｇメッキ層と、を含んでいる。ビアパターン２４ｃは、Ｗからなり、セラミック基板２１を厚さ方向に貫通するビアホールに設けられる。本実施形態においては、電極パターン２４ｂ及び放熱パターン２６は、平面視にて矩形状に形成される。各電極パターン２４ｂは、セラミック基板２１の長手方向に０．４ｍｍ、セラミック基板２１の幅方向に０．６５ｍｍの寸法となるよう形成される。また、放熱パターン２６は、セラミック基板２１の長手方向に１．８ｍｍ、セラミック基板２１の幅方向に１．８ｍｍの寸法となるよう形成される。各電極パターン２４ｂと放熱パターン２６は、セラミック基板２１の長手方向に０．２ｍｍ離れて形成されている。本実施形態においては、放熱パターン２６は、平面視にて各ＬＥＤ素子２２と重なるように、各ＬＥＤ素子２２の真下に形成されている。
【００２２】
ガラス封止部２３は、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５−Ｎａ２Ｏ−Ｌｉ２Ｏ系の熱融着ガラスからなる。尚、ガラスの組成はこれに限定されるものではなく、例えば、熱融着ガラスは、Ｌｉ２Ｏを含有していなくてもよいし、任意成分としてＺｒＯ２、ＴｉＯ２等を含んでいてもよい。図４に示すように、ガラス封止部２３は、セラミック基板２１上に直方体状に形成され、セラミック基板２１の上面からの高さが０．５ｍｍとなっている。ガラス封止部２３の側面は、ホットプレス加工によってセラミック基板２１と接着された板ガラスが、セラミック基板２１とともにダイサー(dicer)でカットされることにより形成される。また、ガラス封止部２３の上面は、ホットプレス加工によってセラミック基板２１と接着された板ガラスの一面である。この熱融着ガラスは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４９０℃、屈伏点（Ａｔ）が５２０℃、１００℃〜３００℃における熱膨張率（α）が６×１０−６／℃、屈折率が１．７となっている。
【００２３】
また、ガラス封止部２３に蛍光体２３ａが分散されている。蛍光体２３ａは、ＭＱＷ層から発せられる青色光により励起されると、黄色領域にピーク波長を有する黄色光を発する黄色蛍光体である。本実施形態においては、蛍光体２３ａとしてＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体が用いられる。尚、蛍光体２３ａは、珪酸塩蛍光体や、ＹＡＧと珪酸塩蛍光体を所定の割合で混合したもの等であってもよい。
【００２４】
図４に示すように、実装基板３１は、金属からなる基板本体３２と、基板本体３２上に形成され樹脂からなる絶縁層３３と、絶縁層３３上に形成され金属からなる回路パターン３４と、回路パターン３４上に形成され樹脂からなるレジスト層３５と、を有している。
【００２５】
基板本体３２は、例えば銅（熱伝導率：３８０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）からなり、各ガラス封止ＬＥＤ２の放熱パターン２６とはんだ材３６を介して接続される。絶縁層３３は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等からなり、導電性を有する基板本体３２と回路パターン３４との絶縁を図る。回路パターン３４は、例えば表面（上面）に薄膜状の金を有する銅からなり、各ガラス封止ＬＥＤ２の電極パターン２４ｂとはんだ材３７を介して接続される。レジスト層３５は、例えば酸化チタンのフィラーが混入されたエポキシ系の樹脂からなり白色を呈する。これにより、線状光源部３の上面の反射率の向上が図られている。
【００２６】
図５は光源装置の正面断面図である。
図５に示すように、放熱部４の放熱板４１は左右方向寸法が実装基板３１と同じであり、実装基板３１及び放熱板４１の左右側面は面一となっている。具体的に、放熱板４１の厚さは３．０ｍｍである。実装基板３１と放熱板４１は、図示しないはんだ材により接合されている。本実施形態においては、放熱板４１は銅により形成される。
【００２７】
各フィン部材４２は、アルミニウム（熱伝導率：２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）により形成される。各フィン部材４２は、放熱板４１の側面に密着する平板状の固定部４２ａと、固定部４２ａの外面から左右外側へ延びる複数のフィン４２ｂと、を有する。固定部４２ａは、上端が放熱板４１の上面と略面一であり、下端が放熱板４１の下面よりも上側となっている。各フィン部材４２は、固定部４２ａの左右内側が放熱板４１と当接した状態で、リベット６により放熱板４１に固定される。また、各フィン４２ｂは、板面を前後に向けた平板状であり、左右外縁部分にてケース５の凸部５ｂと当接している。
【００２８】
ケース５は、放熱部４よりも熱伝導率の小さな部材により構成される。ケース５は、例えばステンレス鋼（熱伝導率：２５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）からなり、線状光源部３及び放熱部４の幅方向外側を覆う一対の外壁としての側壁５ａと、各側壁５ａの下端を連結し線状光源部３及び放熱部４の下側を覆う外壁としての底壁５ｃと、を有する。ケース５は、ガラス封止ＬＥＤ２の光がケース５から上方へ出射されるように上側が開放されている。底壁５ｃの幅方向中央には、各側壁５ａとの接続部分よりも放熱板４１の支持部分が上方となるように凸部５ｄが形成されている。本実施形態においては、凸部５ｄの上面は、放熱板４１を受容するよう溝状に形成されている。底壁５ｃの凸部５ｄは、放熱部４と直接接しているので熱が伝わり易いが、底壁５ｃの他の部分よりも上方に位置しているので、ケース５の外部から直接触れ難い構成となっている。
【００２９】
レンズ７は、例えばアクリル樹脂からなり、上面視にて光源部３のガラス封止ＬＥＤ２を中心とした円形に形成される。すなわち、レンズ７は、光の出射側から見て円形を呈している、レンズ７は、光源部３からの白色光が入射する入射部７１と、入射部７１からレンズ７内に入射した光を反射する反射面７２と、レンズ７内の光を外部へ出射する出射面７３と、ケース５の側壁５ａと嵌合する鍔部７４と、を有する。
【００３０】
入射部７１は、レンズ７の下部にて上方へ凹む凹状を呈し、ガラス封止ＬＥＤ２の上方を覆うよう形成される。入射部７１は、下方へ向かって凸の球面をなし光源部３の真上に形成される湾曲面７１ａと、湾曲面７１ａの周縁から下方へ延びる円筒面７１ｂと、を有する。反射面７２は、ガラス封止ＬＥＤ２のＬＥＤ素子２２を焦点とする放物面形状を呈する。鍔部７４は、反射面７２の上端に径方向外側へ突出するよう形成され、ケース５の側壁５ａの上端側に形成された凹部５ｅと係合している。出射面７３は、レンズ７の上部にて平坦に形成される。
【００３１】
図６は図５のＡ−Ａ断面図である。
図６に示すように、各側壁５ａの一部が左右内側へ突出することにより、放熱部４と当接する複数の凸部５ｂが形成される。本実施形態においては、凸部５ｂは、前後方向に延びる突条であり、各側壁５ａに上下一対に形成される。各凸部５ｂは、各フィン４２ｂと直交し、各フィン４２ｂを跨いで各フィン４２ｂの端部と当接する。各凸部５ｂにより各フィン部材４２の上側及び下側が左右に位置決めされる。
【００３２】
以上のように構成された光源装置１では、線状光源部３の第１パターン露出部３１ａに電圧を印加すると、各ガラス封止ＬＥＤ２の各ＬＥＤ素子２２から青色光が発せられる。そして、青色光の一部が蛍光体２３ａにより黄色に変換され、各ガラス封止ＬＥＤ２からは青色光と黄色光の組合せにより白色光が発せられる。各ガラス封止ＬＥＤ２は実装基板３１に前後方向に並べられているので線状光源部３は線状に発光する。本実施形態においては、各ガラス封止ＬＥＤ２の内部においても複数のＬＥＤ素子２２が前後方向に並べられているので、線状光源部３をはじめ装置全体を左右方向に薄型とすることができる。
【００３３】
ガラス封止ＬＥＤ２から発して入射部７１からレンズ７内部へ進入した白色光のうち、レンズ７の反射面７２へ入射するものは当該反射面７２にて反射して上方へ向かうよう制御される。これにより、左右方向に所定の幅をもった白色光が光源装置１から外部へ照射される。尚、ガラス封止ＬＥＤ２から発せられた白色光のうち、僅かながら実装基板３１へ入射するものも存在するが、白色のレジスト層３４の表面で反射するので光学的な損失は殆どない。
【００３４】
本実施形態においては、レンズ７がガラス封止ＬＥＤ２ごとに設けられているので、各ガラス封止ＬＥＤ２から発せられた光をガラス封止ＬＥＤ２ごとに独立して光学的に制御することができ、照射領域内における光の強度のばらつきを抑制して光の強度を均一とすることができる。また、各ガラス封止ＬＥＤ２ごとに制御されることから、各ガラス封止ＬＥＤ２から発せられた光を効率よく取り出すことができる。
【００３５】
ここで、ＬＥＤが従来のように樹脂封止であれば、光のみならず熱によっても黄変等の劣化が生じるため、経時的に光量低下や色度変化が生じる。また、封止材の熱膨張率が大きい（例えば、シリコーンでは１５０〜２００×１０−６／℃）ことにより、温度変化による膨張収縮が生じるため、ＬＥＤ素子等の電気接続箇所にて断線が生じてしまう。
これに対し、本実施形態のようなガラス封止であれば、光や熱に対して劣化がなく、また熱膨張率がＬＥＤ素子２２と比較的近い値であるため、電気的断線が生じない。
【００３６】
また、各ガラス封止ＬＥＤ２の各ＬＥＤ素子２２にて生じた熱は、放熱パターン２６を介して基板本体３２に伝達される。このとき、ガラス封止ＬＥＤ２の各ＬＥＤ素子２２は、放熱パターン２６の形成部位の真上に位置しており、さらに熱抵抗が大きな絶縁層２３を介さず基板本体３２と接合されているので、各ＬＥＤ素子２２にて生じた熱は的確に放熱パターン２６から基板本体３２へ伝達される。そして、基板本体３２へ伝達された熱は、放熱部４の放熱板４１へ伝達される。このとき、基板本体３２及び放熱板４１は、ともに熱伝導率の比較的高い銅により形成され金属材料で接合されていることから、これらの間でスムースに熱が伝達される。放熱板４１へ伝達された熱は、さらにフィン部材４２へと伝達されて各フィン４２ｂの表面から空気中に放散される。
【００３７】
ここで、放熱板４１は、板面を線状光源部３の幅方向（左右方向）に向けているため、光源装置１の幅方向寸法を拡げることなく、ケース５内に放熱用の空間が確保される。従って、装置全体を幅方向に狭いコンパクトな構成としつつ、所定の放熱性能が担保されている。
【００３８】
また、各フィン４２ｂにより形成される空隙は、上方及び下方が開放されているため上下方向に空気が流通しやすい。これにより、空隙内の空気が各フィン４２ｂとの熱交換により加熱されると、加熱された空気が上昇して空隙から上方へ流出し、比較的低い温度の空気が下方から空隙に流入する。
【００３９】
このように、本実施形態の光源装置１によれば、線状光源部３の放熱性能を格段に向上させて、線状に配置された複数のガラス封止ＬＥＤ２から生じる熱を的確に放散することができる。従って、各ＬＥＤ素子２２の光量を増大させたり各ＬＥＤ素子２２を密集させるなど発熱量が増大する構成をとることができ、各ＬＥＤ素子２２の性能を十分に引き出すことができる。
【００４０】
ここで、仮に放熱板４１が存在しない構成とすると、ＬＥＤ素子２２の温度が信頼性に影響を及ぼす程度に上昇するおそれがある。信頼性に影響を及ぼす温度は、ＬＥＤ素子２２によって異なるが、例えば１５０℃以上、２００℃以上等である。また、ＬＥＤ素子２２は、高温になるほど発光効率が低下するため、ＬＥＤ素子２２の温度が過度に上昇すると安定した光量を得ることができない。また、実装基板３１そのもので放熱性能を確保しようとしても、実装基板３１の厚さは製造上の要件により制限される（例えば、幅寸法の２倍程度）ので、放熱面積が小さくなってしまう。これにより、ＬＥＤ素子２２への供給電力が制限され、大光量を得ることができない。
これに対し、本実施形態のように放熱板４１を備えることにより、ＬＥＤ素子２２自体の信頼性に影響が生じず大光量を得るものとできる。尚、放熱板４１は、ＬＥＤ素子２２自体の信頼性に影響がない範囲で高温になっており、雰囲気温度との差によって放熱効果を得ている。
【００４１】
また、レンズ７が線状光源部３及び放熱部４と離隔されているので、レンズ７にガラス封止ＬＥＤ２にて生じた熱が直接伝わることはない。また、レンズ７が熱伝導率の比較的小さいケース５に固定されるので、レンズ７に熱が殆ど伝わることはない。従って、ガラス封止ＬＥＤ２の発熱に起因する熱可塑性樹脂で形成されたレンズ７の変形及び劣化を抑制することができる。
また、レンズ７に熱が殆ど伝わらないため、ヒートサイクルによるレンズ７と側壁５ａの膨張収縮でのストレスは殆ど生じない。さらに、レンズ７はガラス封止ＬＥＤ２ごとに分割して設けられているので、このストレスをより小さいものとすることができる。従って、レンズ７の鍔部７４等の破損が生じないものとできる。
【００４２】
また、ケース５の各側壁５ａは線状光源部３と間隔をおいて配置されているので、線状光源部３から直接的に熱が伝わることはない。また、各フィン４２ｂの形成方向と、これに当接する凸部５ｂの形成方向とが直交していることから、各フィン４２ｂと凸部５ｂの接触面積が小さく、放熱部４から各側壁５ａへの熱の伝達が抑制される。さらに、凸部５ｂが各フィン４２ｂよりも熱伝導率の小さいステンレス鋼により形成されていることからも、放熱部４から各側壁５ａへの熱の伝達が抑制される。従って、ケース５の温度上昇を抑制することができ、例えば、ケース５を手で直接把持しても安全である。
【００４３】
さらに、凸部５ｂによりケース５の側壁５ａと放熱部４とが接続されるので、放熱部４を側壁５ａに対して左右方向について位置決めすることができる。また、凸部５ｂを側壁５ａの一部を突出させることにより形成したので、部品点数を低減するとともに、ケース５を簡単容易に作製することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００４４】
図７及び図８は本発明の第２の実施形態を示し、図７は光源装置の正面断面図である。第２の実施形態においては、第１の実施形態と放熱部とケースとが異なっている。
【００４５】
図７に示すように、光源装置１０１は、ガラス封止ＬＥＤ２が上面に搭載される線状光源部３と、線状光源部３の下面に接続され線状光源部３から下方向へ延びる第１放熱板１４１及び第２放熱板１４２を有する放熱部１０４と、線状光源部３及び放熱部１０４を収容するケース１０５と、を備えている。ケース１０５は、放熱部１０４よりも熱伝導率が小さく、線状光源部３及び放熱部１０４と間隔をおいて形成される４つの側壁５ａ，１０５ａと、線状光源部３及び放熱部１０４と間隔をおいて形成され各側壁５ａ，１０５ａと連続的に形成される底壁１０５ｃと、底壁１０５ｃに形成され放熱部１０４へ向かって突出し放熱部１０４と当接する凸部１０５ｄと、を有している。さらに、光源装置１０１は、ケース１０５の各側壁５ａに固定され線状光源部３から発せられる光を光学的に制御するレンズ７を備えている。
【００４６】
放熱部１０４は、例えば銅からなり左右内側に配置される一対の第１放熱板１４１と、例えば銅からなり左右外側に配置される一対の第２放熱板１４２と、を有している。各第１放熱板１４１は、図示しないはんだ材により互いに接続されている。各放熱板１４１，１４２は、板面を左右に向けた固定部１４１ａ，１４２ａと、固定部１４１ａ，１４２ａの下端から左右外側へ延びる延在部１４１ｂ，１４２ｂと、を有している。第２放熱板１４２の延在部１４２ｂは、第１放熱板１４１の延在部１４１ｂよりも上側に形成される。
【００４７】
また、各放熱板１４１，１４２にはねじ１０６が挿通する雌ねじ部１４１ｃ，１４２ｃがそれぞれ形成される。また、各側壁５ａには、ねじ１０６ａが挿通する挿通孔１０５ｆがそれぞれ形成される。左右一対のねじ１０６ａを、各側壁５ａの挿通孔１０５ｆに挿通させて、雌ねじ部１４１ｃ，１４２ｃに螺合させることにより、放熱部１０４が側壁５ａに対して固定されるようになっている。また、各第１放熱板１４１の下端は、ケース１０５の底壁１０５ｃの凸部１０５ｄと当接している。
【００４８】
ケース１０５は、例えばステンレス鋼からなり、光源部１０３及び放熱部１０４の幅方向外側を覆う一対の側壁５ａに加え、光源部１０３及び放熱部１０４の長手方向外側を覆う一対の側壁１０５ａを有するとともに、各側壁１０５ａの下端を連結し光源部１０３及び放熱部１０４の下側を覆う底壁１０５ｃと、を有する。ケース１０５は、ガラス封止ＬＥＤ２の光がケース１０５から上方へ出射されるように上側が開放されている。底壁１０５ｃの幅方向中央には、各側壁１０５ａとの接続部分よりも第１放熱板１４１の支持部分が上方となるように凸部１０５ｄが形成されている。
【００４９】
本実施形態においては、凸部１０５ｄは、前後方向に延びる突条であり、底壁１０５ｃの左右中央に形成される。凸部１０５ｄは、上面が平坦に形成され、この平坦な部分で第１放熱板１４１の下端を支持している。凸部１０５ｄにより放熱部１０４が上下に位置決めされる。底壁１０５ｃの凸部１０５ｄは、放熱部１０４と直接接しているので熱が伝わり易いが、底壁１０５ｃの他の部分よりも上方に位置しているので、ケース１０５の外部から直接触れ難い構成となっている。
【００５０】
図８は光源装置の側面断面図である。
図８に示すように、ケース１０５の各側壁１０５ａには、放熱部１０４へ向かって突出し放熱部１０４と当接する凸部１０５ｂがそれぞれ形成される。本実施形態においては、各凸部１０５ｂは、左右方向に延びる突条であり、各放熱板１４１，１４２の固定部１４１ａ，１４２ａと当接する。本実施形態においては、各固定部１４１ａ，１４２ａには、各凸部１０５ｂの先端を受容するよう切欠１４２ｄが形成されている。各凸部１０５ｂにより放熱部１０４が前後に位置決めされる。
【００５１】
本実施形態においても、レンズ７がガラス封止ＬＥＤ２ごとに設けられているので、各ガラス封止ＬＥＤ２から発せられた光をガラス封止ＬＥＤ２ごとに独立して光学的に制御することができ、照射領域内における光の強度のばらつきを抑制することができる。また、各ガラス封止ＬＥＤ２ごとに制御されることから、各ガラス封止ＬＥＤ２から発せられた光を効率よく取り出すことができる。
【００５２】
また、各ガラス封止ＬＥＤ２の各ＬＥＤ素子２２にて生じた熱は、放熱パターン２６を介して基板本体３２に伝達される。このとき、ガラス封止ＬＥＤ２の各ＬＥＤ素子２２は、放熱パターン２６の形成部位の真上に位置しており、さらに熱抵抗が大きな絶縁層２３を介さず基板本体３２と接合されているので、各ＬＥＤ素子２２にて生じた熱は的確に放熱パターン２６から基板本体３２へ伝達される。そして、基板本体３２へ伝達された熱は、放熱部４の各放熱板１４１，１４２へ伝達される。このとき、基板本体３２及び各放熱板１４１，１４２は、ともに熱伝導率の比較的高い銅により形成され金属材料で接合されていることから、これらの間でスムースに熱が伝達される。各放熱板１４１，１４２へ伝達された熱は、各放熱板１４１，１４２の表面から空気中に放散される。
【００５３】
このように、本実施形態の光源装置１によれば、線状光源部３の放熱性能を格段に向上させて、線状に配置された複数のガラス封止ＬＥＤ２から生じる熱を的確に放散することができる。従って、各ＬＥＤ素子２２の光量を増大させたり各ＬＥＤ素子２２を密集させるなど発熱量が増大する構成をとることができ、各ＬＥＤ素子２２の性能を十分に引き出すことができる。
【００５４】
また、レンズ７が線状光源部１０３及び放熱部１０４と離隔されているので、レンズ７にガラス封止ＬＥＤ２にて生じた熱が直接伝わることはない。また、レンズ７が熱伝導率の比較的小さいケース５に固定されるので、レンズ７に熱が殆ど伝わることはない。従って、ガラス封止ＬＥＤ２の発熱に起因するレンズ７の変形及び劣化を抑制することができる。
【００５５】
また、ケース１０５の各側壁５ａ，１０５ａは線状光源部３と間隔をおいて配置されているので、線状光源部３から直接的に熱が伝わることはない。また、各放熱板１４１，１４２の固定部１４１ａ，１４２ａの形成方向と、これに当接する凸部１０５ｂの形成方向とが直交していることから、各放熱板１４１，１４２と凸部１０５ｂの接触面積が小さく、放熱部１０４から各側壁１０５ａへの熱の伝達が抑制される。さらに、凸部１０５ｂが各放熱板１４１，１４２よりも熱伝導率の小さいステンレス鋼により形成されていることからも、放熱部１０４から各側壁１０５ａへの熱の伝達が抑制される。従って、ケース１０５の温度上昇を抑制することができ、例えば、ケース１０５を手で直接把持しても安全である。
【００５６】
図９から図１１は本発明の第３の実施形態を示し、図９は光源装置の側面断面図である。
図９に示すように、光源装置２０１は、複数のガラス封止ＬＥＤ２０２が上面に搭載される光源部２０３と、光源部２０３の下面に接続され光源部２０３に接続される放熱部２０４と、光源部２０３及び放熱部２０４を収容するケース２０５と、を備えている。ケース２０５は、放熱部２０４よりも熱伝導率が小さく、光源部２０３及び放熱部２０４と間隔をおいて形成される側壁２０５ａと、光源部２０３及び放熱部２０４と間隔をおいて形成され各側壁２０５ａと連続的に形成される底壁２０５ｃと、底壁２０５ｃに形成され放熱部２０４へ向かって突出し放熱部２０４と当接する凸部２０５ｄと、を有している。さらに、光源装置２０１は、ケース２０５の各側壁２０５ａに固定され光源部２０３から発せられる光を光学的に制御する複数のレンズ７を備えている。各レンズ７は、光源部２０３及び放熱部２０４と離隔されるとともに、ケース２０５に間接的に固定され、複数のガラス封止ＬＥＤ２０２ごとに独立して形成される。
【００５７】
光源部２０３は、上面視にて六角形に形成される実装基板２３１と、実装基板２３１の上面に実装される複数のガラス封止ＬＥＤ２０２と、を有している。実装基板２３１は、金属からなる基板本体と、基板本体上に形成され樹脂からなる絶縁層と、絶縁層上に形成され金属からなる回路パターンと、回路パターン上に形成され樹脂からなるレジスト層と、を有している。各ガラス封止ＬＥＤ２０２は、フリップチップ型のＧａＮ系半導体材料からなるＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を搭載するセラミック基板と、セラミック基板に形成されＬＥＤ素子へ電力へ供給するための回路パターンと、ＬＥＤ素子をセラミック基板上にて封止し蛍光体が分散されたガラス封止部と、を備えている。本実施形態においては、１つのガラス封止ＬＥＤ２０２に、１つのＬＥＤ素子が封止されている。
【００５８】
放熱部２０４は、実装基板２３１の下面に図示しないはんだ材を介して接続されるフィン部材２４１からなる。フィン部材２４１は、例えばアルミニウムからなり、実装基板２３１の下面と接続される接続板部２４１ａと、接続板部２４１ａから下方へ延びる複数のフィン２４１ｂと、を有する。各フィン２４１ｂは所定間隔で互いに平行に並べられ、並び方向外側に位置する各フィン２４１ｂには、ねじ２０６が挿通する雌ねじ部２４１ｃが形成される。また、並び方向外側の各フィン２４１ｂに隣接する側壁２０５ａには、ねじ２０６が挿通する挿通孔２０５ｆがそれぞれ形成される。当該並び方向について一対のねじ２０６を、各側壁２０５ａの挿通孔２０５ｆに挿通させて、フィン２４１ｂと螺合させることにより、放熱部２０４が側壁２０５ａに対して固定されるようになっている。また、一部のフィン２４１ｂの下端は、ケース２０５の底壁２０５ｃの凸部２０５ｄと当接している。
【００５９】
ケース２０５は、例えばステンレス鋼からなり、ガラス封止ＬＥＤ２０２の光がケース２０５から上方へ出射されるように上側が開放されている。底壁２０５ｃの中央には、各側壁２０５ａとの接続部分よりもフィン部材２４１の支持部分が上方となるように凸部２０５ｄが形成されている。凸部２０５ｄは、フィン２４１ｂの並び方向に延び、一部のフィン２４１ｂと当接する。凸部２０５ｄは、放熱部２０４と直接接しているので熱が伝わり易いが、底壁２０５ｃの他の部分よりも上方に位置しているので、ケース２０５の外部から直接触れ難い構成となっている。また、底壁２０５ｃの中央には、ケース２０５の内外を連通する連通孔２０５ｇが設けられている。
【００６０】
図１０は光源装置の上面図である。
図１０に示すように、光源装置２０１は、上面視にて正六角形状に形成され、７つのレンズ７を有している。各レンズ７のうち、１つが上面視中央に配置され、他の６つが中央に配置されたものと外接して配置される。各レンズ７は、レンズ保持板２０８を介してケース２０５に固定される。レンズ保持板２０８は、上面視にて正六角形状に形成され、ケース２０５の側壁２０５ａに嵌め込まれている。レンズ保持板２０８は、レンズ７を保持する保持孔２０８ａが形成されている。
【００６１】
図１１はケースの展開図である。
ケース２０５は、１枚のステンレス鋼板に折り曲げ加工を施すことにより形成される。図１１に示すように、６つの側壁２０５ａが同方向に連続的に連結され、底壁２０５ｃは対向する１組の側壁２０５ａに分割して連結されている。このように、底壁２０５ｃを所定方向に予め分割しておくことにより、折り曲げ加工した際に底壁２０５ｃに連通孔２０５ｇが自動的に形成されるようになっている。また、底壁２０５ｃの凸部２０５ｄは、ケース２０５の折り曲げ加工時に底壁２０５ｃを折り曲げることに形成される。
【００６２】
本実施形態においても、レンズ７がガラス封止ＬＥＤ２０２ごとに設けられているので、各ガラス封止ＬＥＤ２０２から発せられた光をガラス封止ＬＥＤ２０２ごとに独立して光学的に制御することができ、照射領域内における光の強度のばらつきを抑制することができる。また、各ガラス封止ＬＥＤ２０２ごとに制御されることから、各ガラス封止ＬＥＤ２０２から発せられた光を効率よく取り出すことができる。
【００６３】
また、各ガラス封止ＬＥＤ２０２にて生じた熱は、実装基板２３１を介して放熱部２０４のフィン部材２４１へ伝達される。このとき、基板本体及びフィン部材２４１は、ともに熱伝導率の比較的高い金属により形成され金属材料で接合されていることから、これらの間でスムースに熱が伝達される。フィン部材２４２へ伝達された熱は、各フィン２４２ｂの表面から空気中に放散される。また、ケース２０５の底壁２０５ｄｃに連通孔２０５ｇが形成されていることから、ケース２０５の内側と外側とで空気が流出入しやすく、放熱部２０４における空気との熱交換を促進することができる。
【００６４】
このように、本実施形態の光源装置１によれば、光源部２０３の放熱性能を格段に向上させて、複数のガラス封止ＬＥＤ２０２から生じる熱を的確に放散することができる。従って、各ＬＥＤ素子の光量を増大させたり各ＬＥＤ素子を密集させるなど発熱量が増大する構成をとることができ、各ＬＥＤ素子の性能を十分に引き出すことができる。
【００６５】
また、レンズ７が光源部２０３及び放熱部２０４と離隔されているので、レンズ７にガラス封止ＬＥＤ２０２にて生じた熱が直接伝わることはない。また、レンズ７が熱伝導率の比較的小さいケース２０５に固定されるので、レンズ７に熱が殆ど伝わることはない。従って、ガラス封止ＬＥＤ２０２の発熱に起因するレンズ７の変形及び劣化を抑制することができる。
【００６６】
また、ケース２０５の各側壁２０５ａは光源部２０３と間隔をおいて配置されているので、光源部２０３から直接的に熱が伝わることはない。また、フィン部材２４１の各フィン２４１ｂの形成方向と、これに当接する凸部２０５ｄの形成方向とが直交していることから、フィン部材２４１と凸部２０５ｄの接触面積が小さく、放熱部２０４から底壁２０５ｃへの熱の伝達が抑制される。さらに、凸部２０５ｄがフィン部材２４１よりも熱伝導率の小さいステンレス鋼により形成されていることからも、放熱部２０４から底壁２０５ｃへの熱の伝達が抑制される。従って、ケース２０５の温度上昇を抑制することができ、例えば、ケース２０５を手で直接把持しても安全である。
【００６７】
さらに、凸部２０５ｄによりケース５の底壁２０５ｃと放熱部２０４とが接続されるので、放熱部２０４を底壁２０５ｃに対して上下方向について位置決めすることができる。また、凸部２０５ｄを底壁２０５ｃの一部を突出させることにより形成したので、部品点数を低減するとともに、ケース２０５を簡単容易に作製することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００６８】
尚、第３の実施形態においては、ケース２０５が上面視にて六角形状を呈する光源装置２０１を示したが、例えば、図１２に示すように、ケース３０５が上面視にて四角形状を呈するようにしてもよい。図１２の光源装置３０１においては、レンズ保持板３０８も上面視にて四角形状を呈している。
【００６９】
また、第１から第３の実施形態においては実装基板３１，１３１，２３１の厚さ方向を上下方向として説明し、第１及び第２の実施形態においては実装基板３１，１３１の長手方向を前後方向、実装基板３１，１３１の幅方向を左右方向として説明しているが、光源装置１，１０１，２０１は任意の姿勢で使用することができ、例えば下方向、水平方向等に光を出射する姿勢としてもよいことは勿論である。
【００７０】
また、前記各実施形態においては、ケース５，１０５，２０５としてステンレス鋼を用いたものを示したが、例えば樹脂材を用いてもよく、ケース５，１０５，２０５の材質は任意である。ただし、放熱部からの伝熱を抑制する観点からは、ケースは放熱部よりも熱伝導率が小さい材料が好ましい。
【００７１】
また、前記各実施形態においては、実装基板３１，１３１，２３１として基板本体が銅である銅ベース基板を示したが、実装基板は例えばアルミベース基板、ガラスエポキシ基板等であってもよい。また、各ガラス封止ＬＥＤ２，２０２の搭載状態は任意であり、各ガラス封止ＬＥＤ２，２０２は電気的に直列であっても並列であってもよい。
【００７２】
また、前記各実施形態においては、ガラス封止ＬＥＤ２，２０２から白色光が発せられるものを示したが、例えば、ガラス封止部２３に蛍光体２３ａが含まれない構成として、ガラス封止ＬＥＤ２から青色光が発せられるようにしてもよい。また、ＬＥＤ素子２２をフリップチップ型としたものを示したが、フェイスアップ型としてもよい。さらに、１つのガラス封止ＬＥＤ２，２０２に搭載されるＬＥＤ素子２２の個数、ＬＥＤ素子２２の配置状態は任意である。このように、ガラス封止ＬＥＤ２０２の細部構成、発光色等については適宜に変更が可能である。さらにまた、ガラス封止のＬＥＤより信頼性等が劣るものの、樹脂封止のＬＥＤを用いてもよい。
【００７３】
また、前記各実施形態においては、各レンズ７が独立して形成されたものを示したが、各レンズ７を連続的に形成してもよいことは勿論である。さらに、前記各実施形態においては、レンズ７が上面視にて円形を呈するものを示したが、レンズ７の形状は任意である。また、レンズ７の材料としてアクリル樹脂を示したが、例えばポリカーボネート樹脂のような他の樹脂材料を用いてもよいし、さらにはガラス等の無機材料を用いてもよく、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す光源装置の外観斜視図である。
【図２】光源装置の分解斜視図である。
【図３】線状光源部の上面図である。
【図４】線状光源部の縦断面図である。
【図５】光源装置の正面断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す光源装置の正面断面図である。
【図８】光源装置の側面断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態を示す光源装置の側面断面図である。
【図１０】光源装置の上面図である。
【図１１】ケースの展開図である。
【図１２】第３の実施形態の変形例を示す光源装置の上面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１        光源装置
２        ガラス封止ＬＥＤ
３        線状光源部
４        放熱部
５        ケース
５ａ      側壁
５ｂ      凸部
５ｃ      底壁
５ｄ      凸部
７        レンズ
２２      ＬＥＤ素子
２３      ガラス封止部
４１      放熱板
４２      フィン部材
１０１    光源装置
１０４    放熱部
１０５    ケース
１０５ａ  側壁
１０５ｂ  凸部
１０５ｃ  底壁
１０５ｄ  凸部
１４１    第１放熱板
１４２    第２放熱板
２０１    光源装置
２０２    ガラス封止ＬＥＤ
２０３    光源部
２０４    放熱部
２０５    ケース
２０５ａ  側壁
２０５ｃ  側壁
２０５ｄ  凸部
３０１    光源装置
３０５    ケース
【図１】
2009111255.tif 000003
【図２】
2009111255.tif 000004
【図３】
2009111255.tif 000005
【図４】
2009111255.tif 000006
【図５】
2009111255.tif 000007
【図６】
2009111255.tif 000008
【図７】
2009111255.tif 000009
【図８】
2009111255.tif 000010
【図９】
2009111255.tif 000011
【図１０】
2009111255.tif 000012
【図１１】
2009111255.tif 000013
【図１２】
2009111255.tif 000014