特開 2024-36172 光源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024036172

(43)【公開日】2024-03-15

(54)【発明の名称】光源装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20240308BHJP

   F21V 29/56 20150101ALI20240308BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20240308BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 377

F21V29/56

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022140937

(22)【出願日】2022-09-05

(71)【出願人】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松島 竹夫

(57)【要約】

【課題】複数の発光素子間の光出力の均一性を高められる光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置は、一方の主面に複数の発光素子が配置された基板と、前記基板の他方の主面に接合され、冷媒が流通する渦巻状の流路を内部に含む冷却板と、を備え、前記冷却板は、前記冷媒の流入口と、前記冷媒の流出口と、前記流入口に接続され、前記冷媒が前記冷却板の外から内に向かって流れる第一流路と、前記第一流路と前記流出口に接続され、前記第一流路を通過した前記冷媒が前記冷却板の内から外に向かって流れる第二流路と、を含み、前記第一流路と前記第二流路は、前記冷却板の外から内に向かって交互に配置される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方の主面に複数の発光素子が配置された基板と、前記基板の他方の主面に接合され、冷媒が流通する渦巻状の流路を内部に含む冷却板と、を備え、
前記冷却板は、
前記冷媒の流入口と、
前記冷媒の流出口と、
前記流入口に接続され、前記冷媒が前記冷却板の外から内に向かって流れる第一流路と、
前記第一流路と前記流出口に接続され、前記第一流路を通過した前記冷媒が前記冷却板の内から外に向かって流れる第二流路と、を含み、
前記第一流路と前記第二流路は、前記冷却板の外から内に向かって交互に配置されることを特徴とする、光源装置。

【請求項2】

前記第一流路と前記第二流路は、
前記第一流路及び前記第二流路の前記冷媒の進行方向左側に位置する第一ストリップと、前記第一流路および前記第二流路の前記冷媒の進行方向右側に位置する第二ストリップによって区画されていることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記第一流路が前記第二流路に接続する接続領域において、前記第一ストリップと前記第二ストリップは、それぞれ端部を有し、
前記冷却板の主面の法線方向からみて、前記端部の少なくとも一つは、丸みのある形状を有することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記渦巻状の流路において、流路幅は、流路厚みより大きい形状であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項5】

前記基板の厚みと前記冷却板の基部の厚みの合計をｔ、前記流路のピッチをＰｗ、前記発光素子の寸法をＬ１とするとき、（１）式を満たすことを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。

【数1】

【請求項6】

前記流路のピッチＰｗは前記発光素子のピッチＰ_Ｌ以下であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項7】

前記渦巻状の流路部分において、前記第一流路の流路幅は、第二流路の流路幅と略同一であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項8】

前記流出口からの熱伝導が抑制されるように、前記流入口は前記流出口に対して離間した位置にあることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項9】

前記発光素子に電力を供給する電力供給部は、前記冷却板の主面上において、前記流路のない領域に重なることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項10】

前記冷却板は本体と蓋体とを含み、前記本体は金属無垢板から構成されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項11】

前記流路を区画するストリップの材料は、前記基板の他方の面に接合される基部の材料と同じであることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤやＬＤ等の発光素子を複数用いた光源装置が、様々な分野で利用されている。発光素子は発光とともに発熱する。発熱によって発光素子の温度が上昇すると、発光素子の発光効率が低下する。そこで、複数の発光素子を配置した基板を冷却板に接合し、発光素子の温度上昇を抑えることが知られている（特許文献１参照）。

【0003】

ところで、発光素子ではない半導体素子に視点を移すと、半導体素子の冷却機構には様々な種類が存在する。電力半導体素子を、冷媒を通流させる流路を有する冷却板で挟むように幾層にもわたって積層し、電力半導体素子を冷却する方法が知られている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１７５８７１号公報

【特許文献2】特開平７－３０７４２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＬＥＤやＬＤ等の発光素子を複数用いた光源装置は、印刷用インクの乾燥、紫外線硬化樹脂による電子部品等の接着、又は感光性レジストへの露光においても使用される。これらの技術分野では、市場から光源装置の被照射面における照度均一化が要求されている。照度均一化を図るには、複数の発光素子間の光出力を均一化する必要がある。

【0006】

そこで、複数の発光素子間の光出力の均一性を高められ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】

【0007】

本発明者は、発光素子の温度が発光素子の光出力に影響を与えることに着目し、発光素子間の温度均一化を図ることで、光出力の均一性を高めることを検討した。本発明者の鋭意研究の結果、発光素子間の温度均一化のために、複数の発光素子を配置した基板と接する冷却板の設計の最適化を着想し、以下の光源装置を案出した。

【0008】

本発明の光源装置は、一方の主面に複数の発光素子が配置された基板と、前記基板の他方の主面に接合され、冷媒が流通する渦巻状の流路を内部に含む冷却板と、を備え、
前記冷却板は、
前記冷媒の流入口と、
前記冷媒の流出口と、
前記流入口に接続され、前記冷媒が前記冷却板の外から内に向かって流れる第一流路と、
前記第一流路と前記流出口に接続され、前記第一流路を通過した前記冷媒が前記冷却板の内から外に向かって流れる第二流路と、を含み、
前記第一流路と前記第二流路は、前記冷却板の外から内に向かって交互に配置される。

【0009】

はじめに、本明細書で用いられる用語について説明する。本明細書において、「主面」とは、板状の物体を構成する表面のうち、他の面よりもはるかに面積の広い面を指す。本明細書において、板状の物体である「基板」と「冷却板」は、それぞれ、対向する二つの主面を有する。

【0010】

本明細書において、単に、「流路」と表現するとき、「流路」は「第一流路」と「第二流路」を包含する。

【0011】

基板と冷却板は他の物を介することなく直接接合する以外に、基板と冷却板との間に、熱伝導性グリスなどの熱伝導性を有する材料を介在させることがある。本明細書において、このような「熱伝導性を有する材料」は、冷却板を構成する一部として取り扱う。

【0012】

上述した前記光源装置は、複数の発光素子が配置された基板のうち、発光素子の配置された主面と反対側の主面に冷却板を接合する。これにより、複数の発光素子の光を取り出しながら、複数の発光素子を冷却できる。さらに、各発光素子と冷却板との間隔が均一であるため、各発光素子に対して、より均一な冷却効果を得られる。

【0013】

しかしながら、冷却板をより詳細に分析すれば、冷媒が流通する流路を内部に含む冷却板の場合、冷却板の冷却効果は、前記流路の配置によって局所的に異なってくる。特に、流入口に近い冷媒は、未だ熱を吸収していないため温度が比較的低く、冷却効果が大きい。これに対し、流出口に近い冷媒は、既に多くの熱を吸収しているため温度が比較的高く、冷却効果が小さい。よって、流入口に近い第一流路に近い発光素子は、流出口に近い第二流路に近い発光素子に比べて冷却されやすく、この冷却効果の違いが発光素子の光出力差となるおそれがある。

【0014】

前記光源装置では、流入口に近い第一流路と流出口に近い第二流路を、冷却板の外から内に向かって交互に配置している。これにより、冷却板において、第二流路の冷媒から第一流路の冷媒へ熱の移動が発生し、第一流路を流れる冷媒と第二流路を流れる冷媒の温度差が小さくなる。その結果、冷却板の温度がより均一化し、前記複数の発光素子をより均等に冷却できる。

【0015】

前記第一流路と前記第二流路は、
前記第一流路及び前記第二流路の前記冷媒の進行方向左側に位置する第一ストリップと、前記第一流路および前記第二流路の前記冷媒の進行方向右側に位置する第二ストリップによって区画されていても構わない。本明細書において、「ストリップ」は、薄く細長い帯状の物体を表す。二つのストリップによって第一流路と第二流路が区画される。

【0016】

前記第一流路が前記第二流路に接続する接続領域において、前記第一ストリップと前記第二ストリップは、それぞれ端部を有し、
前記冷却板の主面の法線方向からみて、前記端部の少なくとも一つは、丸みのある形状を有しても構わない。これにより、冷媒が乱流になりにくく、冷却効率が向上する。

【0017】

前記渦巻状の流路において、流路幅は、流路厚みより大きい形状であっても構わない。流路幅が流路厚みより大きいと、冷却板の厚みが限られるなか、冷媒量を増やし、冷却効率を高めることができる。

【0018】

前記基板の厚みと前記冷却板の基部の厚みの合計をｔ、前記流路のピッチをＰｗ、前記発光素子の寸法をＬ１とするとき、（１）式を満たしても構わない。詳細は後述するが、このような冷却板の寸法設計により、第一流路３５ａと第二流路３５ｂ間の冷媒の温度差による冷却効率の違いが、発光素子の熱吸収に与える影響を抑えることができる。

【数1】

【0019】

前記流路のピッチＰｗは前記発光素子のピッチＰ_Ｌ以下であっても構わない。

【0020】

前記渦巻状の流路部分において、前記第一流路の流路幅は、第二流路の流路幅と略同一であっても構わない。「略同一」とは、第一流路の流路幅の第二流路の流路幅の差異（絶対値）が、第一流路の流路幅に対して１０％以内にあることを示す。なお、第一流路の流路幅の第二流路の流路幅の差異（絶対値）が、第一流路の流路幅に対して５％以内にあるとより好ましく、３％以内にあるとさらに好ましい。

【0021】

前記流出口からの熱伝導が抑制されるように、前記流入口は前記流出口に対して離間した位置にあっても構わない。流入口付近の第一流路を流れる冷媒が、流出口付近の第二流路を流れる冷媒から熱を受け取ることが抑制される。これにより、流入口付近の第一流路を流れる冷媒が、発光素子の温度低下に寄与しない熱の吸収を防ぐことができる。その結果、効果的な冷却を行うことができる。

【0022】

前記発光素子に電力を供給する電力供給部は、前記冷却板の主面上において、前記流路のない領域に重なっても構わない。冷却板には、流路のある領域と流路のない領域がある。電力供給部が流路のない領域に重なることを許容することにより、流路の配置を、発光素子の冷却を優先した配置にできる。その結果、効果的な冷却を行うことができる。

【0023】

前記冷却板は本体と蓋体とを含み、前記本体は金属無垢板から構成されても構わない。ここで、前記本体が、前記発光素子が配置された基板に接合されても構わないし、又は、前記蓋体が、前記発光素子が配置された基板に接合されても構わない。前記流路を区画するストリップの材料は、前記基板の他方の面に接合される基部の材料と同じであっても構わない。一例として、冷却板の本体を構成するストリップと基部は、一枚の金属板を削り出して形成される。これにより、本体内に材料の接合部がなく、本体の強度と熱伝導率が向上する。

【発明の効果】

【0024】

複数の発光素子間の光出力の均一性を高められる光源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】第一実施形態の光源装置の斜視図である。

【図2】第一実施形態の光源装置の斜視図である。

【図3】冷却板の－Ｚ側から冷却板の本体を見た図である。

【図4A】図３の第一流路と第二流路の接続領域の拡大図である。

【図4B】第一流路と第二流路の接続領域の参考形態を示す図である。

【図5】第一実施形態の光源装置の断面図である。

【図6】基板の主面の法線方向に、＋Ｚ側から光源装置を見た図である。

【図7】流入口が流出口に近接する冷却板の本体を示す図である。

【図8】第二実施形態の冷却板の本体を示す図である。

【図9】第三実施形態の光源装置の断面図である。

【図10】第四実施形態の光源装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図面を参照しながら光源装置の各実施形態を説明する。なお、本明細書に開示された各図面は、あくまで模式的に図示されたものである。すなわち、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しておらず、また、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。

【0027】

図面はＸＹＺ座標系を参照して説明される。本明細書において、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。

【0028】

＜第一実施形態＞
［光源装置の概要］
図１を参照しながら、光源装置の第一実施形態が説明される。図１は、光源装置１００の斜視図である。図１に示されるように、光源装置１００は、基板１０と冷却板３０を有する。基板１０の主面及び冷却板３０の主面は、それぞれ、ＸＹ平面に沿って延びるように示されている。そして、基板１０及び冷却板３０の厚み方向がＺ方向となるように示されている。

【0029】

基板１０の一方の主面には複数の発光素子２が配置されている。図１では、複数の発光素子２のうちのひとつに対し、符号「２」を付している。詳細は後述するが、本実施形態の複数の発光素子２は、互いに等ピッチを形成するように配置されている。具体的には、基板１０上で、一つの発光素子２を中心として、その周囲かつ前記一つの発光素子２から等距離に配置された６点に、隣の発光素子２が配置されている。６点に配置された発光素子２は正六角形の頂点を構成する。これにより、ＸＹ平面上において、各発光素子２が等ピッチで配置される。しかしながら、複数の発光素子２は、必ずしも、正六角形の頂点を構成するように配置されなくても構わない。例えば、複数の発光素子２は、正方形の頂点を構成するように配置されても構わない。さらに、複数の発光素子２は、等ピッチで配置されなくても構わない。例えば、複数の発光素子２は、正多角形でない多角形（正六角形でない六角形、又は、長方形等）の頂点を構成するように配置されても構わない。

【0030】

基板１０の他方の主面に、冷却板３０が接合される。冷却板３０は、その内部に、冷媒を通流させる流路を含む。流路の詳細は、後述する。冷媒は、供給管４１から冷却板３０に供給され、冷却板３０の内部の流路を通り、冷却板３０から排出管４２へ排出される。供給管４１及び排出管４２は、光源装置１００に含まれない。冷却板３０は、本体３０ａと、本体３０ａに接合される蓋体３０ｂとを有する。詳細は後述するが、本体３０ａと蓋体３０ｂが接合されることにより、流路が内部に形成される。

【0031】

発光素子２の光は、＋Ｚ方向に出射される。出射側（＋Ｚ側）から－Ｚ方向に発光素子２をみたとき、発光素子２は正方形を呈する。しかしながら、発光素子２の形状は特に限定されず、例えば、矩形、円形又は楕円形を呈しても構わない。発光素子２は、図１に示されるような、基板上に複数の発光素子が実装されたチップタイプの発光素子に限らない。例えば、一個の発光素子、若しくは、複数の発光素子群がパッケージされたパッケージタイプの発光素子でも構わない。発光素子２の寸法Ｌ１は、特に限定されないが、チップタイプの場合、例えば、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下であっても構わないし、パッケージタイプの場合、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であっても構わない。なお、発光素子２の寸法Ｌ１は、発光素子２の最長辺の長さ又は最大直径で表される。

【0032】

発光素子２は、固体発光素子であるとよい。本実施形態では、発光素子２はＬＥＤであるが、発光素子２として半導体レーザ素子（ＬＤ）を使用しても構わない。発光素子２の発光波長は特に限定されず、例えば、可視光、紫外光、又は赤外光を発光しても構わない。

【0033】

発光素子２がチップタイプの場合、又は、パッケージタイプの場合に拘わらず、基板１０に配置される発光素子２の数は、特に限定されない。両方の場合において、一つの冷却板に接合される基板に積載される発光素子２の総数は、２０個以上であるとよく、好ましくは５０個以上であるとよく、より好ましくは１００個以上であるとよい。基板１０に配置される発光素子２の数は、５０００個以下であるとよく、好ましくは、１０００個以下であるとよく、より好ましくは５００個以下であるとよい。

【0034】

一つの冷却板に接合される基板１０の寸法は、Ｘ／Ｙ方向それぞれに５０ｍｍ以上であるとよく、８０ｍｍ以上であるとより好ましい。基板１０の寸法は、Ｘ／Ｙ方向それぞれに５００ｍｍ以下であるとよく、２００ｍｍ以下であるとより好ましい。

【0035】

光源装置１００は、発光素子２の各々に電力を供給するための電力供給部５を有する。本実施形態において、電力供給部５は、外部電源に接続可能に構成される給電コネクタである。光源装置１００は、光源装置１００を構成する複数の発光素子２に対し、分担して電力を供給できるように、４つの電力供給部５を備える。

【0036】

図２は、光源装置１００の斜視図である。ただし、図２では、流路３５が確認できるように、蓋体３０ｂを取り去った状態を示す。冷却板３０の本体３０ａは、冷媒の流入口３１と、冷媒の流出口３２と、を有する。流入口３１は供給管４１に接続され、流出口３２は排出管４２に接続される。使用する冷媒は限定されない。冷媒は、液体であると好ましく、例えば、水であると好ましい。しかしながら、冷媒は、水以外の液体であっても構わない。冷媒は気体を含む液体であっても構わない。冷媒は、気体であっても構わない。

【0037】

図３は、冷却板３０の主面の法線に沿って、冷却板３０の－Ｚ側から＋Ｚ方向に本体３０ａを見た図である。流入口３１、流出口３２及び流路３５を認識し易くするため、水が流れない部分にハッチングを施している。後述する図４Ａ、図４Ｂ、図７及び図８も、同様のハッチングを施している。

【0038】

［渦巻状の流路］
図３を参照しながら流路３５について説明する。流路３５は、流入口３１に接続される第一流路３５ａと、流出口３２に接続される第二流路３５ｂを有する。流路３５のうち、流入口３１の近傍及び流出口３２の近傍を除く大部分は、渦巻状を呈する。第一流路３５ａは、冷媒が冷却板３０の外から内に向かって流れる部分を含み、第二流路３５ｂは、冷媒が冷却板３０の内から外に向かって流れる部分を含む。第一流路３５ａは、点Ｐ１で第二流路３５ｂに接続される。点Ｐ１は、渦巻の中心点といえる。

【0039】

第一流路３５ａと第二流路３５ｂは、冷却板３０の外から中心点Ｐ１に向かって、交互に配置される。この理由を説明する。流路３５を流れる冷媒は、下流に向かうほど熱を吸収し、高温になる。よって、第二流路３５ｂを流れる冷媒は、第一流路３５ａを流れる冷媒よりも高温となりやすい。しかしながら、第一流路３５ａと第二流路３５ｂが交互に配置されると、第二流路３５ｂの冷媒から第一流路３５ａの冷媒へ熱の移動が発生し、第一流路３５ａを流れる冷媒と第二流路３５ｂを流れる冷媒の温度差が小さくなる。二つの流路（３５ａ，３５ｂ）を流れる冷媒の温度差が小さくなると、冷却板３０に接合される基板１０、延いては複数の発光素子２を均等に冷却できる。

【0040】

図３に示されるように、渦巻状の流路３５は、冷却板３０の－Ｚ側から＋Ｚ方向に本体３０ａを見たとき、全体として角がない略円形（又は、略楕円形）の渦巻状を呈する。渦巻状の流路３５は全体として角がないために、冷媒が円滑に流れることができる。しかしながら、渦巻状の流路に、全体として角のある部分を含む形状（例えば、多角形）を呈しても構わない。

【0041】

第一流路３５ａと第二流路３５ｂは、薄く長い、渦巻状のストリップによって区画されることで形成される。図３に示されるように、ストリップは、第一流路３５ａ及び第二流路３５ｂの進行方向左側（冷媒の進む方向に対して左側）に位置する第一ストリップ３６と、第一流路３５ａおよび第二流路３５ｂの進行方向右側（冷媒の進む方向に対して右側）に位置する第二ストリップ３７と、を有する。

【0042】

図３に示されるように、第一ストリップ３６及び第二ストリップ３７は、それぞれ、本体３０ａの一部から突出し、中心点Ｐ１の回りを巻かれる形状を呈する。第一ストリップ３６及び第二ストリップ３７が、第一流路３５ａ及び第二流路３５ｂを区画する。なお、三つ以上のストリップによって流路３５が区画されても構わない。例えば、流入口３１と流出口３２の組み合わせを２セット設けるようにストリップを配置しても構わない。

【0043】

図４Ａは、図３の、第一流路３５ａが第二流路３５ｂに接続する接続領域Ｃ１の拡大図である。第一ストリップ３６は、接続領域Ｃ１において端部３６ｅを有する。第二ストリップ３７は、接続領域Ｃ１において端部３７ｅを有する。流路（３５ａ，３５ｂ）の渦巻の中心点Ｐ１は、端部３６ｅと端部３７ｅとを結ぶ線分ＬＳの中点に位置する。

【0044】

二つの端部（３６ｅ，３７ｅ）は、いずれも、丸みのある形状であり、角がない。端部が角形状である場合（図４Ｂ）、冷媒の流れは急峻にその方向を転換し、乱流化しやすい。これに対し、図４Ａに示される丸みのある端部（３６ｅ，３７ｅ）の場合、冷媒の流れは滑らかにその方向を転換し、乱流化しにくい。

【0045】

流路幅Ｗｎは、流路３５を形成するために対向配置される第一ストリップ３６と第二ストリップ３７から等距離にある中間線ＬＩに直交する線ＬＯ上における、第一ストリップ３６と第二ストリップ３７の間隔で表される。流路幅の偏差は小さい方が好ましい。流路幅の偏差が大きいと、流路幅の狭いところで流速が上がり、流路幅の広いところで流速が下がるため、乱流化しやすい。これに対し、流路幅の偏差が小さいと、流速が一定になり、乱流化しにくい。

【0046】

図４Ａに示す、Ｗ１、Ｗ２及びＷ３はいずれも流路幅である。流路幅（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）の偏差（それぞれの位置における流路幅と平均流路幅Ｗｘとの差）は、小さいほど好ましい。端部（３６ｅ，３７ｅ）の丸みが流路幅の偏差を小さくする。なお、平均流路幅Ｗｘは、渦巻状部分の流路における流路幅を複数個所（例えば、５箇所）測定した平均値によって求められる。

【0047】

図４Ｂは、接続領域Ｃ１における流路形状の参考形態である。図４Ｂでは、図４Ａの場合とは異なり、第一ストリップ３６の端部３６ｅ及び第二ストリップ３７の端部３７ｅは角を有する。端部（３６ｅ，３７ｅ）が角を有する場合、冷媒の流れる方向に対して流路幅が変化する。つまり、流路幅の偏差が図４Ａの場合と比べて大きくなる。そのため、図４Ｂに示す接続領域Ｃ１では、図４Ａに比べて冷媒が乱流化しやすい。

【0048】

接続領域Ｃ１に限らず、第一流路３５ａ及び第二流路３５ｂの全体において、流路幅は一定である方が好ましい。第一流路３５ａの流路幅は、第二流路３５ｂの流路幅と略同一であると好ましい。渦巻状の流路部分において、流路幅の偏差は、５ｍｍ以内であると好ましく、３ｍｍ以内であるとより好ましく、１ｍｍ以内であるとさらに好ましい。

【0049】

第二ストリップ３７の端部３７ｅと、第一ストリップ３６の端部３６ｅのいずれか一方が丸みのある形状を呈しても構わない。

【0050】

図５は、光源装置１００の一部分を拡大して示した断面図である。図５は、冷却板３０の主面に直交し、かつ、流路３５における冷媒の進行方向に直交する面における断面図である。

【0051】

図５に示されるように、冷却板３０の本体３０ａは、厚み方向に、ストリップ（３６，３７）と、ストリップ（３６，３７）の基部３０ｄを含む。本実施形態において、本体３０ａは金属無垢板から構成されている。即ち、ストリップ（３６，３７）と、ストリップ（３６，３７）の基部３０ｄは、一枚の金属板を削り出して形成されている。よって、ストリップ（３６，３７）及び基部３０ｄは同じ材料であるから、両者の間に熱膨張差が存在せず、熱膨脹差の違いによる熱歪みを受けない。さらに、ストリップ（３６，３７）と基部３０ｄの間に接合部が存在しないから、接合部における強度低下がなく、基板１０の熱を冷却板３０に熱伝導しやすい。

【0052】

冷却板３０の本体３０ａは、他の方法で製造されても構わない。本体３０ａは、例えば、第一ストリップ３６及び第二ストリップ３７を基部３０ｄに溶接や接着剤などで接合されても構わない。基部３０ｄに第一ストリップ３６及び第二ストリップ３７を嵌入する溝を形成し、本体３０ａは、当該溝に、第一ストリップ３６及び第二ストリップ３７を嵌入することにより構成しても構わない。第一ストリップ３６及び第二ストリップ３７及び基部３０ｄを３Ｄ造形法により形成しても構わない。

【0053】

上述した本体３０ａの形成方法を、冷却板３０の蓋体３０ｂに適用しても構わない。図５では、ストリップ（３６，３７）を有する本体３０ａが、基板１０に接合されているが、これに限らない。本体３０ａに代えて、ストリップ（３６，３７）を有さない蓋体３０ｂが、基板１０に接合されても構わない。

【0054】

流路厚みＨ２は、流路幅Ｗ４よりも小さい。すなわち、各流路間の間隔を相対的に狭めることで、流路間の熱輸送を維持しやすい。例えば、図５に示すように流路断面を扁平形状にすることで、流路幅を拡大して熱輸送を促進させつつ、流路厚みＨ２を相対的に小さくすることで流路間の熱輸送を維持しやすい。また、流路３５を形成する断面形状は、円形など、任意の形状が採用できる。しかしながら、流路間の熱輸送を促進させる観点から、流路間を隔てる第一ストリップ３６及び第二ストリップ３７は、主面に直行する方向に平坦な形状を有することが望ましい。また、第一ストリップ３６及び第二ストリップ３７により形成される各流路は、等間隔に形成されることが望ましい。

【0055】

基板１０の厚みＴ１と冷却板３０の基部３０ｄの厚みＴ３の合計厚みをｔ、流路３５のピッチをＰｗ、発光素子２の寸法をＬ１とするとき、光源装置１００は、（１）式を満たしても構わない。

【0056】

【数2】

【0057】

各発光素子２の熱は、－Ｚ方向に拡散すると同時に±Ｙ方向に拡散する。合計厚みｔが大きくなるほど、熱は±Ｙ方向に拡散する。（１）式を満たすとき、熱の±Ｙ方向への拡散は、流路３５のピッチＰｗ以上に拡大することになる。その結果、いずれの発光素子２においても発生した熱は±Ｙ方向への拡散により、隣接する二つの流路（第一流路３５ａ及び第二流路３５ｂ）に到達し、第一流路３５ａを流れる冷媒と第二流路３５ｂを流れる冷媒の両方に吸収される。このような寸法設計により、第一流路３５ａと第二流路３５ｂにおける冷媒の温度差による冷却効率の違いが発光素子２の熱吸収に与える影響を抑えることができる。合計厚みｔは、例えば、１．８ｍｍ以上あるとよい。

【0058】

光源装置１００は、さらに、（２）式を満たしても構わない。

【数3】

【0059】

第一流路３５ａと第二流路３５ｂにおける冷媒の温度差による冷却効率の違いが発光素子２の熱吸収に与える影響を抑えるためには、各発光素子２からの熱が、隣接する二つの流路（第一流路３５ａ及び第二流路３５ｂ）の全体に拡散するような合計厚みｔであればよい。また、合計厚みｔが厚くなるほどコストが上昇し、空間を占有することから、合計厚みが（２）式を満たすように光源装置１００を設計すると効果に冷却できる。合計厚みｔは、例えば、４．７ｍｍ以下であるとよい。

【0060】

流路３５のピッチＰｗは、発光素子２のピッチＰ_Ｌ（図５参照）以下であっても構わない。流路３５のピッチＰｗは、例えば、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であると好ましい。発光素子２のピッチＰ_Ｌは、例えば、４ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であると好ましく、６ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるとより好ましい。

【0061】

隣り合う発光素子２間の距離Ｄ１は、例えば、４ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、６ｍｍ以上１０ｍｍ以下であると好ましい。流路幅Ｗ４（又は、平均流路幅Ｗｘ）は、例えば、５ｍｍ以上１９ｍｍ以下であり、６ｍｍ以上１０ｍｍ以下であると好ましい。ストリップ（３６，３７）の厚みＴ２は、例えば、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であるとより好ましい。

【0062】

図５に示されるように、光源装置１００における冷却板の本体３０ａの流路（３５ａ，３５ｂ）の断面において、流路（３５ａ，３５ｂ）の角部３９は丸く形成されている。これにより、冷媒は、流路（３５ａ，３５ｂ）内を円滑に流れるようになる。

【0063】

図６は、基板１０の主面の法線方向に、＋Ｚ側から光源装置１００を見た図である。冷却板３０の内部にある流路を破線で示す。流路３５は冷却板３０の全域に配置できるとは限らない。本実施形態では、図６に示されるように、冷却板３０の四隅に、流路３５が配置されない領域が存在する。なお、流路３５の配置されない領域が、冷却板３０の四隅以外に存在しても構わない。

【0064】

図６の基板１０に視点を移すと、基板１０上の電力供給部５は、冷却板３０の主面上において、主に、流路３５のない領域（冷却板３０の四隅）に重なるような位置にある。電力供給部５の発熱量は発光素子２の発熱量に比べて無視できる程度であることから、できるだけ、発熱量の大きい発光素子２を、流路３５のある領域に重なるように配置する一方で、電力供給部５を、流路３５のない領域にまで重なるように配置する。つまり、流路３５を、発光素子２の冷却を優先した配置にすることにより、効果的な冷却を行うことができる。

【0065】

［流入口と流出口の配置］
図３に示されるように、本実施形態の光源装置１００において、流入口３１は流出口３２に対して渦巻状の流路を挟んだ位置にある。つまり、流入口３１は流出口３２から離間した位置にある。流入口３１を流出口３２から離間させることの効果を、図７を参照しながら説明する。

【0066】

図７は、流入口３１が流出口３２から離間していない冷却板の本体４０ａを示す図である。流入口３１が流出口３２に近接するため、領域Ｒ１内で、それぞれの流路（３５ａ，３５ｂ）を流れる冷媒間で熱移動Ｔｍが生じる。図７では、熱移動の方向を太い矢印で示し、太い矢印のうちの一つに「Ｔｍ」を付している。

【0067】

具体的には、流入口３１及び流出口３２を含む領域Ｒ１内で第一流路３５ａを流れる冷媒は、領域Ｒ１内の第二流路３５ｂを流れる冷媒から熱を受け取る。これによって、第一流路３５ａにおける冷媒の温度が上昇する。領域Ｒ１内で第二流路３５ｂを流れる冷媒は、領域Ｒ１内で第一流路３５ａを流れる冷媒に熱を与える。これによって、第二流路３５ｂにおける冷媒の温度が低下する。

【0068】

しかしながら、領域Ｒ１内の第二流路３５ｂの近くに、発光素子２はない。それゆえ、領域Ｒ１内において、第二流路３５ｂにおける冷媒の温度を低下させる必要性がない。それどころか、領域Ｒ１内で第一流路３５ａにおける冷媒の温度が上昇するため、冷媒の冷却能力を低下させることになる。

【0069】

これに対し、図３に示すように、流入口３１が流出口３２から離間した位置にあると、流入口３１付近を流れる冷媒が、流出口３２付近を流れる冷媒から熱を受け取ることがない。そして、均一に冷却させたい領域で、第一流路３５aと第二流路３５bを隣接させることができる。その結果、第一流路３５ａを流れる冷媒が、発光素子２の温度低下に寄与しない熱の吸収を防ぎ、冷却能力の低下を抑えられる。

【0070】

＜第二実施形態＞
第二実施形態の光源装置を説明する。第一実施形態の光源装置と相違する事項を中心に説明する。以下に説明の無い事項については、第一実施形態の光源装置と同様の特徴を有する。第三実施形態以降も同様に、既出の光源装置と同様の特徴を有する事項については、説明を省略する。

【0071】

図８は、第二実施形態の光源装置における冷却板の本体５０ａを示す図である。本体５０ａでは、図７と同様に流入口３１が流出口３２から離間していない状態であるが、流入口３１と流出口３２との間に、断熱部５１を有する。断熱部５１は、断熱部５１以外の本体５０ａの材料に比べて、熱伝導率の小さい材料で構成されている。断熱部５１が存在するため、流出口３２付近の第二流路３５ｂの冷媒から、流入口３１付近の第一流路３５ａの冷媒への熱移動が妨げられる。これにより、第一流路３５ａを流れる冷媒が、発光素子２の温度低下に寄与しない熱の吸収を防ぎ、冷却能力の低下を抑えられる。

【0072】

＜第三実施形態＞
図９は、第三実施形態の光源装置の断面図である。光源装置３００における冷却板の本体３０ａの流路（３５ａ，３５ｂ）の断面において、流路（３５ａ，３５ｂ）の角部３９は丸く形成されておらず、角張っている。隣り合う流路との間隔Ｔ２が、冷却板の厚み方向（Ｚ方向）で一様となり、隣り合う流路間の熱の移動を促進できる。

【0073】

＜第四実施形態＞
図１０は、第四実施形態の光源装置の断面図である。光源装置４００における冷却板の本体３０ａの流路（３５ａ，３５ｂ）の断面において、流路（３５ａ，３５ｂ）は略円形である。流路（３５ａ，３５ｂ）の断面において角がない形状であるため、流路（３５ａ，３５ｂ）内の冷媒の流れは、乱流になりにくい。

【0074】

以上で第一実施形態～第四実施形態と各実施形態の変形例を説明した。しかしながら、本発明は、上述した各実施形態及び各実施形態の変形例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上述の各実施形態又は変形例を組み合わせることができる。さらに、各実施形態及び変形例に対して、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更又は改良を加えても構わない。

【符号の説明】

【0075】

２ ：発光素子
５ ：電力供給部
１０ ：基板
３０ ：冷却板
３０ａ，４０ａ，５０ａ ：（冷却板の）本体
３０ｂ ：（冷却板の）蓋体
３０ｄ ：（冷却板の）基部
３１ ：流入口
３２ ：流出口
３５ ：流路
３５ａ ：第一流路
３５ｂ ：第二流路
３６ ：第一ストリップ
３６ｅ ：（第一ストリップの）端部
３７ ：第二ストリップ
３７ｅ ：（第二ストリップの）端部
３９ ：流路断面における流路の角部
４１ ：供給管
４２ ：排出管
５１ ：断熱部
１００，３００，４００ ：光源装置
Ｃ１ ：（第一流路と第二流路の）接続領域
Ｐ１ ：中心点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】