JP6648499B2 - Light source device - Google Patents
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Description
本発明は光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device.
光を照射することにより硬化する光硬化材が知られている。光硬化材は、短時間で硬化すること、被照射物の温度を上げずに硬化可能であること、環境にやさしい、などの利点がある。そのため、光硬化材は、電子部品や光学部品などの接着、光硬化材を印刷インクとして用いた印字技術など、様々な用途に利用されている。 2. Description of the Related Art A photocurable material that cures when irradiated with light is known. The photo-curing material has advantages such as curing in a short time, being curable without increasing the temperature of an irradiation target, and being environmentally friendly. Therefore, the photocurable material is used for various applications such as adhesion of electronic components and optical components, and printing technology using the photocurable material as printing ink.
また、光を用いた微細加工を行う露光技術が知られている。露光技術は、例えばLEDの電極パターンの作製や、加速度センサーに代表されるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の製造工程などに利用されている。 Also, an exposure technique for performing fine processing using light is known. The exposure technology is used, for example, for manufacturing an electrode pattern of an LED, a manufacturing process of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) represented by an acceleration sensor, and the like.
これらの技術において、以前から輝度の高い放電ランプが光源として用いられていた。しかし、近年の固体光源技術の進歩に伴い、放電ランプに代わり、複数の固体光源素子が配置されたものを光源として利用することが検討されてきている(例えば、下記特許文献1、2参照)。 In these techniques, a discharge lamp having a high luminance has been used as a light source before. However, with the progress of the solid-state light source technology in recent years, it has been studied to use, as a light source, a light source in which a plurality of solid-state light source elements are arranged instead of a discharge lamp (for example, see Patent Documents 1 and 2 below). .
図7に特許文献1における光源装置100を示す。光源装置100は、2行3列に配置された6個の発光部(103、104、105、106、107、108)を有する。各発光部は、直列に接続された8個のLED素子109からなる。直列に接続された8個のLED素子109は、1個のコネクタ110に接続される。各発光部は、コネクタ110によって電気的に並列に接続されている。また、基板112は、図示しないヒートシンクの上面にビス113によって固定されている。
FIG. 7 shows a
また、図示を省略するが特許文献2における光源装置は、複数のLED素子及び基板を有する。基板には、入力用のコネクタ及び出力用のコネクタが設けられている。LED素子は、当該コネクタにより電源に接続されている。また、基板は、ヒートシンクの上面に固定ネジによって固定されている(特許文献2の図6参照)。 Although not shown, the light source device in Patent Document 2 includes a plurality of LED elements and a substrate. The board is provided with an input connector and an output connector. The LED element is connected to a power supply by the connector. Further, the substrate is fixed to the upper surface of the heat sink by a fixing screw (see FIG. 6 of Patent Document 2).
上記二つの文献に示すように従来の技術では、固定ネジ等の固定部材を用いることによって基板及びヒートシンクの機械的な固定を実現するとともに、コネクタを用いることによって発光素子(LED素子)及び電源の電気的な接続を実現している。 As shown in the above two documents, in the related art, mechanical fixing of a substrate and a heat sink is realized by using a fixing member such as a fixing screw, and a light emitting element (LED element) and a power supply are realized by using a connector. Electrical connection is realized.
近年、光源装置の高照度化を達成すべく、光源に多数の発光素子を配置することが求められている。 In recent years, in order to achieve high illuminance of a light source device, it is required to arrange a large number of light emitting elements in a light source.
しかし、上記のように従来の技術では、基板の機械的な固定が固定ネジ等の固定部材によって実現されており、発光素子への給電がコネクタによって実現されている。そして、両部材は、それぞれ基板上の異なる領域に形成されている。即ち、従来の技術では基板に固定部材を配置する領域、及びコネクタを配置する領域を個別に設ける必要があり、基板に多数の発光素子を配置することができないという問題があった。 However, as described above, in the conventional technology, mechanical fixing of the substrate is realized by a fixing member such as a fixing screw, and power supply to the light emitting element is realized by the connector. The two members are formed in different regions on the substrate. That is, in the conventional technique, it is necessary to separately provide a region for disposing the fixing member and a region for disposing the connector on the substrate, and there is a problem that a large number of light emitting elements cannot be disposed on the substrate.
そこで本発明者は、発光素子の配置領域を拡大すべく、基板の機械的な固定、及び発光素子への給電を、基板上の同じ領域で実現する構成について検討した。具体的には、コネクタを用いることなく固定ネジ等の固定部材を用いて基板の機械的な固定、及び発光素子への給電の双方を実現する構成について検討した。 Therefore, the present inventor has studied a configuration in which mechanical fixing of the substrate and power supply to the light emitting element are realized in the same region on the substrate in order to enlarge the arrangement region of the light emitting element. Specifically, a configuration in which both the mechanical fixing of the substrate and the power supply to the light emitting element are realized using a fixing member such as a fixing screw without using a connector was studied.
しかし本発明者の鋭意研究によれば、上記の構成を採用した場合、部分的に全く発光しない素子が生じる、あるいは、点灯及び不点灯が不規則に切り替わる発光素子が生じる等、安定した素子の発光を実現できなくなるという問題が生じることが分かった。 However, according to the inventor's earnest research, when the above-described configuration is employed, a device that emits no light at all partially occurs, or a light-emitting device that switches between lighting and non-lighting irregularly occurs. It was found that a problem that light emission could not be realized occurred.
本発明は、発光素子の高密度実装を実現するとともに、安定した素子の発光を実現可能な技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technology capable of realizing high-density mounting of a light emitting element and realizing stable light emission of the element.
本発明の光源装置は、
基板と、
前記基板の主面に実装される複数の発光素子と、
前記基板の前記主面に実装され、複数の前記発光素子を電気的に接続する配線パターンと、
前記基板の裏面に設けられる熱伝導材と、
前記熱伝導材の前記基板とは反対側に設けられるヒートシンクと、
前記基板の前記配線パターン上に設けられる給電端子と、
前記給電端子に直接または他の部材を介して接触し、前記基板の前記主面に垂直方向に伸縮可能な弾性部材と、
前記基板及び前記ヒートシンクを固定する固定部材とを有し、
前記弾性部材の前記給電端子とは反対側の端部が、前記固定部材の前記ヒートシンクとは反対側の端部に接触することを特徴とする。
The light source device of the present invention
Board and
A plurality of light emitting elements mounted on the main surface of the substrate,
A wiring pattern mounted on the main surface of the substrate and electrically connecting a plurality of the light emitting elements;
A heat conductive material provided on the back surface of the substrate,
A heat sink provided on the opposite side of the heat conductive material from the substrate;
A power supply terminal provided on the wiring pattern of the substrate,
An elastic member that is in contact with the power supply terminal directly or via another member and that can expand and contract in a direction perpendicular to the main surface of the substrate,
Having a fixing member for fixing the substrate and the heat sink,
An end of the elastic member opposite to the power supply terminal is in contact with an end of the fixing member opposite to the heat sink.
上記構成によれば、弾性部材の一方の端部は固定部材に接触し、他方の端部は給電端子に直接または他の部材を介して接触する。即ち、固定部材は基板及びヒートシンクを固定するとともに、弾性部材を介して給電端子及び基板を固定する。これにより、基板の機械的な固定、及び発光素子への給電の双方を同じ領域で実現できるため、発光素子の高密度実装を実現できる。 According to the above configuration, one end of the elastic member contacts the fixing member, and the other end contacts the power supply terminal directly or via another member. That is, the fixing member fixes the substrate and the heat sink, and also fixes the power supply terminal and the substrate via the elastic member. Accordingly, both the mechanical fixing of the substrate and the power supply to the light emitting element can be realized in the same region, so that high density mounting of the light emitting element can be realized.
また、固定部材は弾性部材を押圧することによって給電端子及び基板を固定する。これにより、給電端子及び基板の間には互いに押し合う力が作用するため、給電端子及び基板の接触不良を改善できる。即ち、安定した素子の発光を実現できる。 The fixing member fixes the power supply terminal and the substrate by pressing the elastic member. Accordingly, a force for pressing each other acts between the power supply terminal and the substrate, so that poor contact between the power supply terminal and the substrate can be improved. That is, stable light emission of the element can be realized.
また、上記構成において、
前記弾性部材は、外力が働いていない自然状態から収縮しているものとしても構わない。
In the above configuration,
The elastic member may be contracted from a natural state where no external force acts.
上記構成によれば、弾性部材には自然状態に復元しようとする弾性力が働くため、給電端子及び基板の間には互いに押し合う力が作用する。これにより、給電端子及び基板の接触不良を改善することができ、安定した素子の発光を実現できる。 According to the above configuration, an elastic force for restoring a natural state acts on the elastic member, so that a pressing force acts between the power supply terminal and the substrate. As a result, poor contact between the power supply terminal and the substrate can be improved, and stable light emission of the element can be realized.
また、上記構成において、
前記固定部材は、頭部と、前記頭部から延伸し、前記頭部に比べて小さい径を有する軸部と、を含み、
前記基板及び前記ヒートシンクは、前記固定部材の前記軸部が挿入される固定孔を含み、
前記軸部のうち、前記頭部とは反対側の端部を含む一部の領域が、前記基板及び前記ヒートシンクの前記固定孔に挿入され、
前記弾性部材の前記給電端子とは反対側の端部が、前記固定部材の前記頭部に接触するものとしても構わない。
In the above configuration,
The fixing member includes a head and a shaft extending from the head and having a smaller diameter than the head,
The substrate and the heat sink include a fixing hole into which the shaft of the fixing member is inserted,
Of the shaft portion, a part of the region including the end opposite to the head is inserted into the fixing hole of the substrate and the heat sink,
An end of the elastic member opposite to the power supply terminal may be in contact with the head of the fixing member.
また、上記構成において、
前記固定部材の前記軸部のうち一部の外周を覆う絶縁材を有し、
前記給電端子は、前記絶縁材を介して前記固定部材に接触するものとしても構わない。
In the above configuration,
An insulating material covering a part of the outer periphery of the shaft portion of the fixing member,
The power supply terminal may be in contact with the fixing member via the insulating material.
上記構成によれば、給電端子は絶縁材を介して固定部材に接触する。即ち給電端子は固定部材に直接接触しない。これにより、給電端子及び固定部材の間に放電が生じることを抑制できる。 According to the above configuration, the power supply terminal contacts the fixing member via the insulating material. That is, the power supply terminal does not directly contact the fixing member. Accordingly, it is possible to suppress occurrence of discharge between the power supply terminal and the fixing member.
また、上記構成において、
前記絶縁材の上面にワッシャを有し、
前記弾性部材の前記固定部材とは反対側の端部は、前記ワッシャに接触するものとしても構わない。
In the above configuration,
Having a washer on the upper surface of the insulating material,
An end of the elastic member opposite to the fixing member may be in contact with the washer.
上記構成によれば、弾性部材がワッシャを介して絶縁材に接触するため、弾性部材が絶縁材に陥没することを抑制できる。これにより、絶縁材が弾性部材の伸縮を妨げることを抑制できる。 According to the above configuration, since the elastic member contacts the insulating material via the washer, it is possible to suppress the elastic member from sinking into the insulating material. Thereby, it can suppress that an insulating material hinders expansion-contraction of an elastic member.
また、上記構成において、
前記弾性部材は皿バネであるものとしても構わない。
In the above configuration,
The elastic member may be a disc spring.
上記構成によれば、固定部材は皿バネを押圧することによって給電端子及び基板を固定する。これにより、皿バネには自然状態に復元しようとする弾性力が働くため、給電端子及び基板の間には互いに押し合う力が作用する。その結果、給電端子及び基板の接触不良を改善することができ、安定した素子の発光を実現できる。 According to the above configuration, the fixing member fixes the power supply terminal and the substrate by pressing the disc spring. As a result, an elastic force that attempts to restore the natural state acts on the disc spring, so that a pressing force acts between the power supply terminal and the substrate. As a result, poor contact between the power supply terminal and the substrate can be improved, and stable light emission of the element can be realized.
本発明の光源装置によれば、発光素子の高密度実装を実現するとともに、安定した素子の発光を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the light source device of this invention, while implementing high-density mounting of a light emitting element, it can implement | achieve stable light emission of an element.
本実施形態の光源装置につき、図面を参照して説明する。以下では、一例として印刷装置や露光装置の光源として使用される光源装置について説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。 The light source device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. Hereinafter, a light source device used as a light source of a printing device or an exposure device will be described as an example. In each of the drawings, the dimensional ratio in the drawings does not always match the actual dimensional ratio.
[光源装置の構成]
本実施形態における光源装置1の構成を説明する。図1(a)に光源装置1の模式的な平面図を示し、図1(b)に光源装置1をA−A線で切断したときの模式的な断面図を示す。
[Configuration of light source device]
The configuration of the light source device 1 according to the present embodiment will be described. FIG. 1A is a schematic plan view of the light source device 1, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the light source device 1 taken along line AA.
図1(a)及び図1(b)に示すように、光源装置1は、発光部4、ヒートシンク5、及び水冷ブロック7を備える。本実施形態では、一例として、光源装置1の発光部4は5個の発光部(41、43、45、47、49)によって構成される。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the light source device 1 includes a
なお、図1では5個の発光部(41、43、45、47、49)が並ぶ方向、即ち光源装置1の長手方向をx方向とし、光源装置1の短手方向をy方向とし、x方向及びy方向に直交する方向をz方向としている。 In FIG. 1, the direction in which the five light emitting units (41, 43, 45, 47, 49) are arranged, that is, the longitudinal direction of the light source device 1 is defined as the x direction, the short direction of the light source device 1 is defined as the y direction, and x The direction orthogonal to the direction and the y direction is defined as the z direction.
発光部(41、49)は、x方向に並んで配置された3個の基板8を含む。発光部(43、45、47)は、x方向に並んで配置された2個の基板8を含む。このように発光部4は、12個の基板8を含む。一例として、基板8はAlN(セラミック)によって構成される。
The light emitting units (41, 49) include three
各基板8には、多数のLED素子(図示略)が配置されている。図1では、LED素子が配置される領域を便宜的に矩形9で示している。発光部(41、45、49)の基板8には、一例として365nmの波長である紫外光を出射するLED素子が配置され、発光部(43、47)の基板8には、一例として405nmの波長である紫外光を出射するLED素子が配置されている。
A number of LED elements (not shown) are arranged on each
本実施形態では、発光部(41、43、45、47、49)は、それぞれ異なる電源に接続されている。なお、発光部(41、43、45、47、49)は1個または複数の電源を共有しても構わない。 In the present embodiment, the light emitting units (41, 43, 45, 47, 49) are connected to different power supplies. The light emitting units (41, 43, 45, 47, 49) may share one or a plurality of power supplies.
発光部4の詳細については後述する。
The details of the
ヒートシンク5の上面には、熱伝導性シート37が設けられている(図1(b)参照)。発光部4の基板8は、熱伝導性シート37を介してヒートシンク5に取り付けられる。熱伝導性シート37は熱伝導率が高い材料からなり、ヒートシンク5及び基板8の密着性を高める。より具体的には、熱伝導性シート37は、発光に伴う発光部4の温度上昇に起因して軟化することにより、ヒートシンク5及び基板8を密着させる。熱伝導性シート37は、発光部4が発光する際に生じる熱を効率的にヒートシンク5に伝導する。熱伝導性シート37は一例としてシリコン樹脂、アクリル系樹脂によって形成される。なお、熱伝導性シート37が「熱伝導材」に対応する。
A heat
ヒートシンク5は、熱伝導性シート37からの熱を水冷ブロック7へ伝導する。一例として、ヒートシンク5は、Cu(銅)によって構成される。本実施形態では、発光部(41、43、45、47、49)は基板8と同数のヒートシンク5を備える。なお複数の基板8が1個のヒートシンク5上に取り付けられる構成であっても構わない。
The
水冷ブロック7の上面には、ヒートシンク5が取り付けられている(図1(b)参照)。水冷ブロック7は、ヒートシンク5からの熱を光源装置1の外部へ排出する。具体的には、冷却水が一方の配管継手11から流入し、水冷ブロック7内を通って他方の配管継手13へと循環することにより、発光部4が冷却される。
A
[発光部の構成]
続いて発光部4について説明する。一例として、図2を参照して発光部43について説明する。他の発光部(41、45、47、49)も同様の構成であるため説明を省略する。なお図2では説明の都合上、発光部43がヒートシンク5上に固定された状態を示している。
[Configuration of Light Emitting Unit]
Next, the
上述のように、発光部43は、x方向に並ぶ2個の基板(81、83)を含む。なお、図2における基板(81、83)等を総称して、図1では「基板8」と称している。発光部43は、2個の基板(81、83)上に、LED素子15、配線パターン17、及びツェナーダイオード19を備える。なお、基板(81、83)の上面(ヒートシンク5とは反対側の面であり、図面上z方向側の面、以下同様)が「主面」に対応し、下面(ヒートシンク5側の面であり、図面上−z方向側の面、以下同様)が「裏面」に対応する。
As described above, the
LED素子15は、基板(81、83)に多数配置される。本実施形態では、一例として、LED素子15は各基板(81、83)に160個ずつ配置される。各基板(81、83)においてLED素子15は、y方向に10個、x方向に16個並んでいる。なお、y方向に並ぶ10個のLED素子15は、隣り合う10個のLED素子15と、y方向における座標がずれるように配置されている。なお、LED素子15が「発光素子」に対応する。
The
配線パターン17は、一例としてCu(銅)などの金属材料を用いて基板(81、83)の上面に形成される金属配線である。配線パターン17は、LED素子15を電気的に接続する。図3に発光部43における配線パターン17を示す。
The
図3に示すように配線パターン17は、配置領域25及び4個の給電領域27を含む。配置領域25は、LED素子15が配置される領域である。各基板(81、83)にはy方向に延伸する16列の金属配線が形成されており、配線領域25は32列の金属配線により構成されている。LED素子15は、配置領域25の各列に10個ずつ配置される。給電領域27は、後述する給電端子と接触する領域であり、図示しない電源から電力を受電するための領域である。なお一例として、基板81上の給電領域27は電源のアノード側、即ち高電位側に接続され、基板83上の給電領域27は電源のカソード側、即ち低電位側に接続される。
As shown in FIG. 3, the
図2に戻って説明を続ける。各基板(81、83)においてy方向に一列に並ぶ10個のLED素子15は、−x方向に隣接する配線パターン17に図示しないワイヤによって接続されている。即ち、x方向に並ぶ16個のLED素子は電気的に直列に接続されている。また、基板(81、83)は、導電性を有する連結部材21によって連結されている。連結部材21は、基板(81、83)の配線パターン17に接触している。即ち、x方向に並ぶ32個のLED素子は、直列回路を形成している。さらに本実施形態では、10個の直列回路が並列接続されている。
Returning to FIG. 2, the description will be continued. In each substrate (81, 83), ten
ツェナーダイオード19は、LED素子15を過電圧や静電気から保護するための素子である。ツェナーダイオード19は、x方向に並ぶ32個のLED素子15からなる直列回路に並列に接続される。なお、発光部43はツェナーダイオード19を備えなくても構わない。
The
続いて発光部43及びヒートシンク5の固定について説明する。図2に示すように、発光部43は固定ネジ29、給電端子32、絶縁ブッシュ33、ワッシャ35を備える。また発光部43は、図示されない皿バネを備える。固定ネジ29は、ヒートシンク5、基板(81、83)、給電端子32、絶縁ブッシュ33、ワッシャ35、及び、図示されない皿バネを固定している。以下、図4を参照して具体的に説明する。
Subsequently, fixing of the
[固定ネジによる固定]
図4(a)は、図2におけるB−B線で切断したときの模式的な断面図である。図4(b)は、図4(a)の断面図においてヒートシンク5及び基板8のみを図示し他の部材の図示を省略したものである。
[Fixed with fixing screw]
FIG. 4A is a schematic cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 4B is a cross-sectional view of FIG. 4A, in which only the
図4(a)に示すように、固定ネジ29は、頭部30及び軸部31からなる。軸部31は頭部30から延伸し、頭部30の径d1に比べて小さい径d2を有する。軸部31には溝(図示略)が形成されている。
As shown in FIG. 4A, the fixing
ヒートシンク5には、固定ネジ29の軸部31が挿入される固定孔51が形成されている(図4(b)参照)。固定孔51は、固定ネジ29の軸部31の溝に嵌合するよう形成されている。なお固定孔51は、切欠きにより形成されても構わない。なお、固定ネジ29が「固定部材」に対応する。
A fixing
ヒートシンク5の上面には、熱伝導性シート37が設けられる。
A heat
熱伝導性シート37の上面には、基板8が設けられる。基板8には、ヒートシンク5と同様に固定ネジ29の軸部31が挿入される固定孔53が形成されている(図4(b)参照)。なお固定孔53は、切欠きにより形成されても構わない。基板8は、固定孔53がヒートシンク5の固定孔51の上部に重なるよう配置されている。
The
基板8上の給電領域27上には、給電端子32が配置される。図示を省略するが、給電端子32には固定ネジ29の軸部31が挿入される固定孔が形成されている。なお当該固定孔は、切欠きにより形成されても構わない。給電端子32は、当該固定孔がヒートシンク5及び基板8の固定孔(51、53)の上部に重なるように配置されている。給電端子32は、図示しない電源に図示しない配線により接続される。給電端子32は、当該電源及び給電領域27を電気的に接続する。
A
絶縁ブッシュ33は固定ネジ29の軸部31の一部の外周を覆う。具体的には、絶縁ブッシュ33は軸部31のうち給電端子32に近い領域を覆う。このように絶縁ブッシュ33は、給電端子32が固定ネジ29の頭部30及び軸部31に直接接触することを防ぐ。換言すれば、給電端子32は絶縁ブッシュ33を介して固定ネジ29に接触している。絶縁ブッシュ33は、一例としてテフロン(登録商標)等の絶縁性材料からなる。なお、絶縁ブッシュ33が「絶縁材」に対応する。
The insulating
絶縁ブッシュ33の上面には、ワッシャ35が設けられる。図示を省略するが、ワッシャ35には固定ネジ29の軸部31が挿入される固定孔が形成されている。なお当該固定孔は、切欠きにより形成されても構わない。ワッシャ35は、当該固定孔がヒートシンク5及び基板8の固定孔(51、53)の上部に重なるように配置されている。ワッシャ35は、一例としてステンレス等の絶縁性材料からなる。
A
ワッシャ35の上面には、皿バネ39が設けられる。皿バネとは、中央に孔のある円盤を円錐状に形成したものであり、中心軸方向(即ち、図4の−z方向)に押圧することにより、外力が働いていない自然状態に復元しようとする弾性力が発生するバネである。皿バネ39は、中央にある上記の孔がヒートシンク5及び基板8の固定孔(51、53)の上部に重なるように配置されている。なお、皿バネ39が「弾性部材」に対応する。
A
以上のように、ヒートシンク5、基板8、給電端子32、絶縁ブッシュ33、ワッシャ35、及び皿バネ39は、固定ネジ29の軸部31が挿入される固定孔を有する。固定ネジ29は、当該固定孔に軸部31が挿入された状態で所定のトルクによって締め付けられることにより各部材を固定する。このように、本実施形態の光源装置1によれば、固定ネジ29はヒートシンク5及び基板8を固定するとともに、基板8及び給電端子32を固定する。これにより、基板8の機械的な固定及びLED素子15への給電の双方を同一の領域で実現することができ、基板8に多数のLED素子15を配置することが可能になる。
As described above, the
なお図4に示す皿バネ39は、固定ネジ29により−z方向に押圧されており自然状態から収縮した状態である。そのため、皿バネ39には自然状態に復元しようとする弾性力が作用している。即ち、皿バネ39にはz方向に固定ネジ29の頭部30を押し返す力が作用するとともに、−z方向にワッシャ35を押圧する力が作用する。
The
このように、固定ネジ29及び皿バネ39の間には互いに押し合う力が作用する。同様に、皿バネ39及びワッシャ35の間、ワッシャ35及び絶縁ブッシュ33の間、絶縁ブッシュ33及び給電端子32の間、給電端子32及び基板8の間、基板8及ヒートシンク5の間においても、互いに押し合う力が作用する。
As described above, a pressing force acts between the fixing
[作用効果]
続いて、実施形態の光源装置1による作用効果について説明する。まず初めに参考例の光源装置の構成、及び参考例の光源装置に生じた問題について説明する。
[Effects]
Next, the operation and effect of the light source device 1 of the embodiment will be described. First, the configuration of the light source device of the reference example and the problems that occur in the light source device of the reference example will be described.
参考例の光源装置は、図示を省略するが、実施形態の光源装置1とワッシャ35及び皿バネ39を備えない点のみ相違し、他の構成は同様である。本発明者は、参考例の光源装置への電力供給を一定時間継続すると、部分的に全く発光しないLED素子15が生じる、あるいは、点灯及び不点灯が不規則に切り替わる発光素子が生じる等、安定した素子の発光を実現できなくなるという問題が生じることを確認した。即ち、参考例の光源装置では、突発的な照度の低下や照度均一性の低下が生じることが分かった。本発明者は、参考例の光源装置において安定したLED素子15の発光が実現できなくなる原因を次のように考察している。
Although not shown, the light source device of the reference example is different from the light source device 1 of the embodiment only in that the light source device does not include the
参考例の光源装置おいて、電力供給を一定時間継続すると、ヒートシンク及び基板の間に介在する熱伝導性シート(図4(a)参照)の厚みが減少することが確認された。上述のように、発光に伴う発光部の温度上昇により、熱伝導性シートは軟化する。ここで比較例の光源装置では、1個の基板上に多数のLED素子(一例として、160個)が配置されている。そのため、発光部の温度が比較的高温になり、軟化した熱伝導性シートが硬化する温度まで低下するのに時間を要する。そのため、熱伝導性シートが硬化する前に固定ネジの締め付けによって押し出され、その結果、当該熱伝導性シートの厚みが減少したものと考えられる。なお、一例として熱伝導性シートが軟化する温度は50℃であり、発光部の発光時における動作温度(以下、「発光時の温度」と呼ぶ)は85〜100℃である。 In the light source device of the reference example, it was confirmed that when power supply was continued for a certain period of time, the thickness of the heat conductive sheet (see FIG. 4A) interposed between the heat sink and the substrate was reduced. As described above, the heat conductive sheet softens due to a rise in the temperature of the light emitting portion due to light emission. Here, in the light source device of the comparative example, a large number of LED elements (for example, 160) are arranged on one substrate. Therefore, it takes time for the temperature of the light emitting portion to become relatively high and to decrease to a temperature at which the softened heat conductive sheet hardens. Therefore, it is considered that the heat conductive sheet was extruded by the fastening of the fixing screw before being cured, and as a result, the thickness of the heat conductive sheet was reduced. In addition, as an example, the temperature at which the heat conductive sheet softens is 50 ° C., and the operating temperature of the light emitting unit during light emission (hereinafter, referred to as “temperature during light emission”) is 85 to 100 ° C.
また、参考例の光源装置おいて、電力供給を一定時間継続すると、絶縁ブッシュが変形することが確認された。絶縁ブッシュは、発光部の温度上昇により加熱された状態で固定ネジによって押さえ付けられたためと考えられる。一例として荷重を受ける状態で絶縁ブッシュを使用可能な温度は50℃以下であり、「発光時の温度」である85〜100℃に比べて低い。 Further, in the light source device of the reference example, it was confirmed that the insulation bush was deformed when the power supply was continued for a certain time. It is considered that the insulating bush was pressed by the fixing screw in a state where the insulating bush was heated by the temperature rise of the light emitting unit. As an example, the temperature at which the insulating bush can be used under a load is 50 ° C. or lower, which is lower than the “temperature at the time of light emission” of 85 to 100 ° C.
このように、参考例の光源装置おいて、電力供給を一定時間継続すると、熱伝導シートの厚みが減少する、また、絶縁ブッシュが変形するという現象が起こった。本発明者は、当該現象に起因して、電力供給前において接触していた各部材の間に隙間が生じ、当該各部材間で互いに押し合う力が作用しなくなったものと考察した。即ち、ヒートシンク、基板、給電端子、絶縁ブッシュ、固定ネジの間で、互いに押し合う力が作用せず、基板及び給電端子の間で接触不良が生じた結果、安定したLED素子15の発光を実現できなくなったものと考察した。
As described above, in the light source device of the reference example, when the power supply is continued for a certain period of time, a phenomenon occurs in which the thickness of the heat conductive sheet is reduced and the insulating bush is deformed. The present inventor considered that a gap was formed between the members that were in contact with each other before the power was supplied due to the phenomenon, and that a pressing force between the members did not work. That is, the pressing force does not act between the heat sink, the substrate, the power supply terminal, the insulating bush, and the fixing screw, and a contact failure occurs between the substrate and the power supply terminal. As a result, stable light emission of the
上記の問題を解決するために、「発光時の温度」(一例として85〜100℃)よりも高温で軟化する熱伝導性シートを採用することが予想される。しかし、上述のように熱伝導性シートは軟化することによってヒートシンク及び基板の密着性を高める。そのため、熱伝導性シートが軟化する温度が「発光時の温度」よりも高温である場合、熱伝導性シートを軟化させるために、発光部の温度が「発光時の温度」(一例として85〜100℃)よりもさらに高温になるまで加熱する必要が生じる。発光部の温度が「発光時の温度」よりも上昇すると、LED素子15が劣化する虞がある。従って、「発光時の温度」よりも高温で軟化する熱伝導性シートを採用することはできない。
In order to solve the above problem, it is expected that a heat conductive sheet that softens at a temperature higher than the “temperature at the time of light emission” (for example, 85 to 100 ° C.) will be adopted. However, as described above, the heat conductive sheet is softened to enhance the adhesion between the heat sink and the substrate. Therefore, when the temperature at which the heat conductive sheet softens is higher than the “temperature at the time of light emission”, the temperature of the light emitting unit is set to “the temperature at the time of light emission” (for example, 85 to 85) in order to soften the heat conductive sheet. (100 ° C.). If the temperature of the light emitting unit rises above the “temperature at the time of light emission”, the
そのため本発明者は、上記考察に鑑み実施形態の光源装置1を構成した。そして、実施形態の光源装置1への電力供給を一定時間継続したところ、安定したLED素子15の発光を実現できることを確認した。即ち、実施形態の光源装置1によれば、基板及び給電端子の間の接触不良を改善できることが分かった。以下、図5を参照して実施形態の光源装置1による作用効果について説明する。
Therefore, the present inventor has constructed the light source device 1 of the embodiment in view of the above consideration. Then, when the power supply to the light source device 1 of the embodiment was continued for a certain period of time, it was confirmed that stable light emission of the
図5に、図2におけるB−B線で切断したときの模式的な断面図を示す。なお図5(a)は発光部43に電力を供給する前の状態であり、図5(b)は発光部43への電力供給を一定時間継続した後の状態である。なお、以下では電力供給を一定時間継続した後の状態を、「電力供給後」と称する。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line BB in FIG. Note that FIG. 5A shows a state before power is supplied to the
図5に示すように、電力供給後(図5(b))では電力供給前(図5(a))に比べて熱伝導性シート37及び絶縁ブッシュ33の厚みが薄い。そのためヒートシンク5の下面からワッシャ35の上面までの距離についても、電力供給後(図5(b)のd4)は電力供給前(図5(a)のd3)に比べて小さい。なお、本明細書ではz方向における長さを「厚み」と表現している。
As shown in FIG. 5, the thickness of the heat
ここで、実施形態の光源装置1は、固定ネジ29の頭部30及びワッシャ35の間に皿バネ39を備える。上述のように、皿バネ39には固定ネジ29によって−z方向に押圧されることにより、自然状態に復元しようとする弾性力が働いている。そのため、発光部43の温度上昇によって熱伝導シート37や絶縁ブッシュ33の厚みが減少しても、皿バネ39が当該減少分自然状態に向かって復元する(図5(b)参照)。即ち、熱伝導シート37や絶縁ブッシュ33の厚みの減少分(即ち、d3−d4)、皿バネ39のz方向の長さが伸長する。その結果、ヒートシンク5及び基板8、基板8及び給電端子32、給電端子32及び絶縁ブッシュ33、絶縁ブッシュ33及びワッシャ35、ワッシャ35及び皿バネ39、皿バネ39及び固定ネジ29は、空間を介することなく直接接触し、互いに押し合うことが可能となる。
Here, the light source device 1 of the embodiment includes a
このように実施形態の光源装置1によれば、電力供給前後において各部材が接触し、互いに押し合うことが可能となる。これにより、基板8及び給電端子32の間の接触不良を改善することができ、LED素子15の発光を安定させることができる。
As described above, according to the light source device 1 of the embodiment, the members come into contact with each other before and after the power is supplied, and can press each other. Thereby, poor contact between the
なお本発明者は、実施形態における光源装置1に採用する皿バネ39を以下のように決定した。初めに本発明者は参考例の光源装置において熱伝導性シート37及び絶縁ブッシュ33の厚みの減少量の総和量を測定した。そして、固定ネジ29を所定のトルクによって締め付けた場合に、自然状態から当該総和量よりも大きく収縮した皿バネ39を選択した。即ち、皿バネの収縮量>d3−d4となる皿バネ39を選択した(図5参照)。
The inventor has determined the
これにより、電力供給後に皿バネ39が熱伝導性シート37及び絶縁ブッシュ33の厚みの減少分伸長しても、皿バネ39が自然状態に比べて収縮した状態が保持される。即ち、電力供給後においても皿バネ39には自然状態に復元しようとする弾性力が働く。そのため、固定ネジ29及び皿バネ39の間、皿バネ39及びワッシャ35の間に互いに押し合う力が作用し、同様に、ワッシャ35及び絶縁ブッシュ33の間、絶縁ブッシュ33及び給電端子32の間、給電端子32及び基板8の間、基板8及びヒートシンク5の間にも、互いに押し合う力が作用する。その結果、給電端子32及び基板8の接触不良を改善することができる。
As a result, even if the
また、実施形態の光源装置1によれば、給電端子32は固定ネジ29に直接接触せず絶縁ブッシュ33を介して固定ネジ29に接触する。これにより、給電端子32と固定ネジ29との間で放電が生じることを防止でき、電源から供給される電流がリークすることを防止できる。
According to the light source device 1 of the embodiment, the
また、実施形態の光源装置1によれば、皿バネ39は絶縁ブッシュ33に直接接触せずワッシャ35の上面に設けられる。これにより、固定ネジ29を締め付ける際に皿バネ39が絶縁ブッシュ33に陥没することを防止できる。即ち、絶縁ブッシュ33が皿バネ39の収縮及び伸長を妨げることを防止でき、皿バネ39の収縮量を確保することができる。
Further, according to the light source device 1 of the embodiment, the
[別実施形態]
なお、光源装置は、上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の別実施形態に係る構成を任意に選択して、上記の実施形態に係る構成に採用してもよいことは勿論である。
[Another embodiment]
It should be noted that the light source device is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, it goes without saying that a configuration according to another embodiment described below may be arbitrarily selected and employed in the configuration according to the above embodiment.
〈1〉実施形態の光源装置1では、図4に示すように、固定ネジ29の軸部31が基板8を貫通するがこれに限らない。図6に別実施形態の光源装置1aの模式的な断面図を示す。別実施形態の光源装置1aは、実施形態の光源装置1と、給電端子32に代わり給電端子32aを備える点、及び、固定ネジ29の軸部31が基板8を貫通しない点で相違し、他の構成は同様である。以下、別実施形態の光源装置1aについて実施形態の光源装置1と相違する点を重点的に説明する。
<1> In the light source device 1 of the embodiment, as shown in FIG. 4, the
図6は、別実施形態の光源装置1aを当該光源装置1aの短手方向(即ち、y方向)に沿って切断したときの模式的な断面図である。図6に示すように、基板8はヒートシンク5上に熱伝導性シート37を介して設けられる。また、固定ネジ29は、ヒートシンク5、給電端子32a、絶縁ブッシュ33、ワッシャ35、及び皿バネ39を固定する。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view when the
給電端子32aは、一方の端部が基板8上の給電領域27に接触し、他方の端部がヒートシンク5に接触した状態で、固定ネジ29によって固定される。即ち固定ネジ29は、基板8に直接接触することなく、給電端子32aを介して基板8を固定する。このように別実施形態の光源装置1aでは、固定ネジ29の軸部31が基板8を貫通しない。
The
別実施形態の光源装置1aにおいても、実施形態の光源装置1と同様に、電力供給を一定時間継続すると、熱伝導性シート37及び絶縁ブッシュ33の厚みが減少し得る。ここで別実施形態の光源装置1aは、固定ネジ29の頭部30とワッシャ35との間に皿バネ39を備える。そのため、実施形態の光源装置1と同様の理由により、固定ネジ29及び皿バネ39の間、皿バネ39及びワッシャ35の間、ワッシャ35及び絶縁ブッシュ33の間、絶縁ブッシュ33及び給電端子32aの間、給電端子32a及び基板8の間、基板8及びヒートシンク5の間にも、互いに押し合う力が作用する。その結果、給電端子32a及び基板8の接触不良を改善することができる。
In the
〈2〉また光源装置1は、皿バネ39に代わり皿バネ座金、バネ座金、コイルバネ、または板バネ等を使用しても構わない。即ち、弾性を有する部材を採用すれば構わない。なお、皿バネ39は押圧されたときの復元性が比較的維持され易いという利点がある。
<2> The light source device 1 may use a disc spring washer, a spring washer, a coil spring, a leaf spring, or the like instead of the
〈3〉また実施形態において皿バネ39は、熱伝導性シート37の厚みの減少分と、絶縁ブッシュ33の厚みの減少分の総和量より大きく収縮可能なものを選択すると説明したがこれに限らない。例えば、絶縁ブッシュ33が熱耐性に優れる場合、即ち絶縁ブッシュ33を使用可能な温度が発光部の「発光時の温度」(一例として85〜100℃)よりも高温である場合、発光部への電力供給を継続しても絶縁ブッシュ33は変形しない。この場合、皿バネ39に代わり、熱伝導性シート37の厚みの減少分よりも大きく収縮可能な皿バネを選択しても構わない。
<3> In the embodiment, it has been described that the
〈4〉また光源装置1は、ヒートシンク5及び基板8の間に熱伝導性シート37を備えるが、シート状のものに限られない。例えば、ヒートシンク5の上面にドット状に熱伝導性シート37と同質の材料が塗布されても構わない。
<4> The light source device 1 includes the heat
〈5〉また光源装置1は、水冷ブロック7、絶縁ブッシュ33、ワッシャ35を備えないものとしても構わない。また、発光部4は5個の発光部(41、43、45、47、49)により構成されるが、発光部の個数はこれに限らない。また、5個の発光部(41、43、45、47、49)のそれぞれは、2個または3個の基板8を含むが、1個の基板により構成されても構わない。また、発光部(41、43、45、47、49)ごとに基板8が異なる構成に限らず、1個の基板8に5個の発光部が形成されても構わない。なお、本実施形態の光源装置1のように各発光部を複数の基板8によって構成することにより、発光部4の多波長化や照度分布の改善を図ることができる。また、ある基板8に破損等が生じた場合、当該基板について修理、交換等の対応が可能となる。
<5> The light source device 1 may not include the water-
1:実施形態の光源装置
1a:別実施形態の光源装置
4:発光部
41、43、45、47、49:発光部
5:ヒートシンク
7:水冷ブロック
8:基板
81、83:基板
11、13:配管継手
15:LED素子
17:配線パターン
19:ツェナーダイオード
21:連結部材
25:配置領域
27:給電領域
29:固定ネジ
30:頭部
31:軸部
32:給電端子
32a:別実施形態の給電端子
33:絶縁ブッシュ
35:ワッシャ
37:熱伝導性シート
39:皿バネ
51、53:固定孔
1: Light source device of
Claims (5)
前記基板の主面に実装される複数の発光素子と、
前記基板の前記主面に実装され、複数の前記発光素子を電気的に接続する配線パターンと、
前記基板の裏面に設けられる熱伝導材と、
前記熱伝導材の前記基板とは反対側に設けられるヒートシンクと、
前記基板の前記配線パターン上に設けられる給電端子と、
前記給電端子に直接または他の部材を介して接触し、前記基板の前記主面に垂直方向に伸縮可能な弾性部材と、
頭部と、前記頭部から延伸し、前記頭部に比べて小さい径を有する軸部と、を含んでなり、前記基板及び前記ヒートシンクを固定する固定部材と、
前記固定部材の前記軸部のうち一部の外周を覆う絶縁材とを有し、
前記弾性部材は、前記固定部材の前記軸部の軸方向に関して前記固定部材の頭部と前記絶縁材との間に配置され、一端が前記固定部材の頭部に接触し、他端が前記絶縁材に直接または他の部材を介して接触することを特徴とする光源装置。 Board and
A plurality of light emitting elements mounted on the main surface of the substrate,
A wiring pattern mounted on the main surface of the substrate and electrically connecting a plurality of the light emitting elements;
A heat conductive material provided on the back surface of the substrate,
A heat sink provided on the opposite side of the heat conductive material from the substrate;
A power supply terminal provided on the wiring pattern of the substrate,
An elastic member that is in contact with the power supply terminal directly or via another member and that can expand and contract in a direction perpendicular to the main surface of the substrate,
A fixing member for fixing the substrate and the heat sink , comprising: a head, a shaft extending from the head, and having a smaller diameter than the head ;
An insulating material covering a part of the outer periphery of the shaft portion of the fixing member ,
The elastic member is disposed between the head of the fixing member and the insulating member in the axial direction of the shaft of the fixing member, one end of which contacts the head of the fixing member, and the other end of which is the insulating member. A light source device, which comes into contact with a material directly or via another member .
前記弾性部材の前記他端は、前記ワッシャを介して前記絶縁材に接触することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光源装置。 Having a washer on the upper surface of the insulating material,
The other end of the elastic member, a light source device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in contact with the insulating material through said washer.
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