CN1525579A - 发光二极管光源组件 - Google Patents

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Abstract

提供一种无需形成反射体的特别部件，能够实现在发光二极管元件设置方向上无波动的反射面的发光二极管光源组件。所述发光二极管光源组件，在备有安装发光二极管的印刷布线基板的光源组件中，由多个发光二极管元件9以列状被安装在上述印刷布线基板P经沟槽加工设置的直线状沟槽50的底面上，以上述沟槽的侧面52作为使上述发光二极管元件射出的光向照明对象物反射的反射面。

Description

发光二极管光源组件
技术领域
本发明涉及备有安装发光二极管的印刷布线基板的发光二极管的光源组件。
背景技术
上述那种发光二极管光源组件虽然可以作为传真和扫描仪等的光源使用，但是为了提高照度在几何光学上做了各种研究。在某种已有的发光二极管光源组件中(例如参见专利文献1)，将多个发光二极管元件以预定间隔沿着基板纵向阵列列在基板上，在这些发光二极管元件列的两侧形成白色树脂部分，在此白色树脂部分之间备有填充的透明树脂部分。各发光二极管元件被芯片焊接在基板的图案部分，而且在发光二极管元件的上面被导线搭接在基板的图案部分。白色树脂部分使用在透明树脂中添加了白色染料合成的，粘度高呈半液态，而且凝固速度快的树脂，两个白色树脂部分在靠近发光二极管元件两侧沿着基板纵向涂布成向上鼓起形状(断面为半椭圆状)，利用热处理使之凝固形成，此时白色树脂部分覆盖一部分导线搭接的导线(接合线)，并完全覆盖图案部分形成保护。其构成为从发光二极管元件横侧面出射的光被白色树脂部分所反射，这种反射光被透明树脂与大气之间的界面折射，使之能在发光二极管元件的上方聚焦。
此外其他发光二极管光源组件中(例如参见专利文献2)，将发光二极管元件以直线状安装的电路基板被安装在树脂安装台上，一部分安装台延伸至电路基板的发光二极管的安装面，其上部抵达发光二极管两侧，在其中形成朝着读取原稿方向扩展的倾斜面。这种倾斜面事先经镜面加工，形成发光二极管的光反射面。这种光反射面反射来自发光二极管元件横侧面或前面的光，有助于获得高的照度。
专利文献1：特开平5-029665号公报(段落号0010～0013、图2)
专利文献2：特开平6-291939号公报(段落号0029～0030、图3)
上述专利文献1记载的方案，作反射体的白色树脂部分由于是直接在印刷布线基板上涂布形成的，所以与各发光二极管元件的间隔和反射面形状容易产生波动，这将成为引起发光二极管阵列照度不均的主要原因。而且上述专利文献2记载的方案，形成反射体的安装台由于是将印刷布线基板全体包围支持的，所以其问题是发光二极管光源组件的全体结构增大，很难适用于对空间上限制大的光学装置上。
发明内容
鉴于上述实际情况，本发明课题在于提供一种无需形成反射体的特殊其他部件，就能实现在发光二极管元件延续方向没有波动的反射面形状的发光二极管光源组件。
了解决上述课题，在备有安装发光二极管的印刷布线基板的本发明的发光二极管光源组件中，由多个发光二极管，以列状被安装在所述的印刷布线基板经沟槽加工设置的直线状沟槽底面上，以所述的沟槽侧面作为使所述的发光二极管元件出射的光向照明对象物反射的反射面构成。
这种构成下，构成发光二极管光源组件的印刷布线基板，经沟槽加工得到的沟槽底面，具有作为发光二极管元件安装面的功能，而且沟槽的侧面具有安装发光二极管元件侧反射面的功能。通过实施可以获得高表面精度的沟槽加工，由于多个发光二极管元件可以沿着并列的发光二极管阵列准确形成反射特性良好的反射面，所以还能够抑制源于发光二极管阵列全体反射面的反射光照度不均。此外这种结构下，由于在印刷布线基板安装发光二极管的预定区域，仅经沟槽加工就能得到反射面，无需其他特别的反射部件，所以可以使全体结构紧凑化。
本发明提出了一种以配置发光二极管的沟槽侧面作为发光二极管元件的反射面，这种沟槽形状比仅制成矩形断面的沟槽形状反射特性优良。其一是上述沟槽的侧面是以从上述底面向上部扩展的倾斜面形式形成的。这样一来，自发光二极管元件横向出射的光束方向，朝着发光二极管元件的前方光轴(一般设有聚光透镜)改变。此外，作为优选的沟槽形状，可以举出使上述沟槽的侧面从上述底面以向上扩展的凹状弯曲面形式形成的。通过将这样的反射弯曲面设置在发光二极管元件的横向侧，能够使从发光二极管出射的光束得到良好的约束。
在印刷布线基板上设置的沟槽底面上形成印刷布线区(布线图案)是困难的，而且即使形成也是成本升高的主要原因，所以希望仅将沟槽的底面作为承载发光二极管的安装面使用。考虑到这一点，在本发明的一种优选实施方式中，在所述的印刷布线基板表面上形成的所述发光二极管元件用的印刷布线区，和所述发光二极管元件用搭接线连接。采用搭接法不必在沟槽底面上形成印刷布线。
安装面侧有接线柱，所以必须根据发光二极管的种类进行芯片焊接。这种情况下必须在安装面上形成印刷布线区(印刷布线图案)，在印刷布线基板设置的沟槽上难于安装发光二极管。在使用以这种芯片焊接法进行印刷布线连接的发光二极管元件的发光二极管光源组件中，为了解决上述课题，印刷布线基板由第一印刷布线基板和在此第一印刷布线基板上面重合的第二印刷布线基板构成，在上述第二印刷布线基板上经沟槽加工设置的、以直线状贯通沟槽形式表现的上述第一印刷布线基板的发光二极管元件用装配面上，以列状安装有多个发光二极管元件，并使所述的沟槽侧面作为反射面构成，以朝着照明对象物反射从所述的发光二极管元件出射的光。
这种结构下，将印刷布线基板制成两级重叠型，上侧印刷布线基板(第二印刷布线基板)上设置的贯通沟槽的侧面，具有在下侧印刷布线基板(第一印刷布线基板)上安装了发光二极管元件侧反射面的功能。这种方式中，通过采用可以得到高表面精度的沟槽加工方法制成这种贯通沟槽，使多个发光二极管元件可以沿着并列的发光二极管阵列准确形成反射特性良好的反射面，所以能够抑制源于发光二极管阵列全体反射面的反射光照度波动。而且制成了两极重叠型的印刷布线基板，由于采用上侧印刷布线基板制成反射面，所以无需其他特别的反射体部件。另外，发光二极管元件的一方接线柱，虽然采用芯片焊接法与安装面上设置的印刷布线区连接，但是当在此发光二极管元件上面设置其他接线柱的情况下，这种接线柱与上侧印刷布线基板上形成的印刷布线区之间可以采用导线搭接。
为了形成优选的反射面形状，其中还提出：贯通沟槽的侧面是以从发光二极管安装面向上部扩展的倾斜面形式形成的，以及贯通沟槽侧面是以从发光二极管的安装面向上部扩展的凹状弯曲面形式形成的，这两种方案都具有上述那种效果。
本发明的其他特征和优点，通过对采用以下附图的实施例的说明将会更加清楚。
附图说明
图1是采用本发明发光二极管光源组件的胶片扫描仪外观图
图2是图1胶片扫描仪的分解图
图3是图1的胶片扫描仪的剖面图
图4是光源组件的分解剖面图
图5是表示本发明发光二极管光源组件制作顺序的示意图
图6是表示将发光二极管元件安装在印刷布线基板上之前的外观图
图7是表示将发光二极管元件安装在印刷布线基板上之后的外观图
图8是表示发光二极管元件在印刷布线基板上安装区的剖面图
图9是表示其他实施方式中将发光二极管元件安装在印刷布线基板上之后的外观图
图10是表示其他实施方式中发光二极管光源组件制作顺序的示意图图中，
9…发光二极管，45…基材，46…绝缘层，47…抗蚀剂，50…沟槽，51…底面，52…侧面，61…接合线，LED…发光二极管，P…印刷布线基板，Pu…第一印刷布线基板，Po…第二印刷布线基板，W…图案布线(布线区)，X…表面安装填料，150…贯通沟槽，152…侧面
具体实施方式
图1表示本发明使用的发光二极管光源组件的胶片扫描仪外观。这种胶片扫描仪由光源装置A、胶片输送单元B、透镜单元C、光电变换器D和控制装置E构成。使来自光源装置A的光照射在被胶片输送单元B支持的显影后的照相胶片F上，透过此照相胶片F的光经透镜单元C导向光电变换单元D，此光电变换单元D内藏的CCD(电荷偶合装置)型行传感器中，以与R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)三原色对应的数字信号化的图像数据形式取得照相胶片F的图像，同时利用红外光(IR)将源于照相胶片F上伤痕和灰尘而波动的光强度数字信号化后以伤痕补正用图像形式取得。
上述光源装置A，像后述那样，备有沿着主扫描方向将发出三原色和红外光的多个发光二极管元件9配置成发光二极管阵列LED(后述的三种发光二极管阵列的总称)。所述胶片输送单元B是沿着副扫描方向往返输送照相胶片F的单元，准备与135、240、120和220尺寸的胶片等数种照相胶片F对应的胶片输送单元B，其结构可以将各自选择***换。所述的透镜单元C，其作用是将被胶片输送单元B支持的照相胶片F的图像，成像在所述光电变换单元D内藏的所述CCD型行传感器上，其中备有能根据取得的像素数目更改放大倍数的变焦型光学透镜。所述光电变换单元，内藏有感知与R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)三原色对应的三行型CCD的行传感器和感知红外线(IR)的1行型CCD行传感器。
如图2和图3所示，所述的光源装置A备有由树脂成形品制成的上框架10和由铝合金制成的下框架20。上框架10具有将平坦的上平台部分11和朝着此上平台部分11的下面侧突出的盒子部分12一体成形的结构，而且在上平台部分11的下面有树脂制盖板13。所述下框架20，底壁部分21与侧壁部分22形成一体，这些底壁部分21和侧壁部分22的外面，一体成形有作散热体用的多个散热片23。此外，这种光源装置A还备有对着散热片23供给冷却风的一对风扇24。
在上述上框架10的上平台部分11上，形成向上照射光线用的沿着主扫描方向的姿势设定宽度的开口11A，此开口11A的内部备有圆柱形聚光透镜30，此聚光透镜30的下方位置配有可退出的ND滤光片31。这种ND滤光片31由滑块支持得在聚光透镜30下方的状态和容纳在上述盖板13内部的状态之间自由移动，并与上述盖板13备有的电磁线圈型电动促动器14发出的驱动力作用下动作的曲柄机构15相连。此外，这种ND滤光片31，当调整光电变换单元D的CCD时通过配置在主聚光透镜30的下方位置，从光源装置A发出光的光量减小，将所述光电变换单元D调整到适当光量。
此外，上述箱体12内部，在上述聚光透镜30光轴L延长线的下方位置上，备有二向色型第一反射镜M1和圆柱形第一透镜Le1，与第一反射镜M1横向相邻的位置备有二向色型第二反射镜M2，此第二反射镜M2的反射侧备有引导光用圆柱形第二透镜Le2，此第二反射镜M2的透过侧备有引导光用圆柱形第三透镜Le3。
上述下框架20的底壁部分21备有第一印刷布线基板P1，其上设有沿主扫描方向以直线状配置的芯片状多个绿色发光二极管元件9形成的发光二极管阵列G-LED，和沿着主扫描方向直线状配置的芯片状多个蓝色发光二极管元件9形成的发光二极管阵列B-LED，此外下框架20的侧壁部分备有第二印刷布线基板P2，其上设有按以下顺序沿主扫描方向以直线状配置的由第一红色、第二红色、红外光的发光二极管元件元件9形成的发光二极管阵列R1 R2IR-LED。而且通过将上框架10与下框架20重叠组合，可以所述绿色发光二极管阵列G-LED设置在上述第一透镜Le1的焦点位置上，将所述蓝色发光二极管阵列B-LED设置在上述第2透镜Le2的焦点位置上，将所述第一红色、第二红色、红外光的发光二极管阵列R1  R2IR-LED设置在上述第三透镜Le3的焦点位置上。
另外，发光二极管元件9的波长使用400～480nm的，蓝色发光二极管元件9的波长使用520～560nm的，第一红色发光二极管元件9与第二红色发光二极管元件9的组合波长使用620～750nm的，红外光发光二极管元件9的波长使用830～950nm的。所述第一反射镜M1使用具有使绿色发光二极管元件9出射波长(400～480nm)的光线透过，将其以外波长光线反射的性能的，所述第二反射镜M2使用具有使第一红色、第二红色、红外光、红外光发光二极管元件9出射的波长(620～750nm，和830～950nm)的光线透过，将蓝色发光二极管元件9出射波长(520～560nm)的光线反射的性能的。
通过这种结构，来自绿色发光二极管阵列G-LED的光线，在被第一透镜Le1平行光线化的状态下，透过第一反射镜M1被引导至聚光透镜30；来自蓝色发光二极管阵列B-LED的光线，在被第二透镜Le2平行光线化的状态下经第二反射镜M2反射，再经第一反射镜M1反射后被引导至聚光透镜30；来自第一红色、第二红色、红外光的发光二极管阵列R1 R2 IR-LED的光线，在被第三透镜Le3平行光线化的状态下，透过第二反射镜M2后，被第一反射镜M1反射的情况下被引导至聚光透镜30。这些光将被聚光透镜30聚光到胶片输送单元B中的照相胶片F的扫描区域。
正如图4表明的那样，为了确定与印刷布线基板P(第一印刷布线基板P1、第二印刷布线基板P2的总称)上形成的发光二极管阵列LED(所述的三种发光二极管阵列的总称)对应透镜Le(所述三种透镜的总称)的焦点位置，在所述上框架10的箱体部分12上突出设置定位用销钉17，形成与透镜Le接触的定位面18。此外箱体部分12中，在与上述底壁面21和侧壁面22相对部位上形成与印刷布线基板P对接的基准面19。在所述透镜Le(第一透镜Le1、第二透镜Le2、第三透镜Le3)的各自两端，一体形成与上述定位面18对接的支持片33，同时形成与所述销钉17吻合的销孔部分34和固定用螺钉35贯通的螺孔部分36。将所述聚光透镜30支持在上框架10的结构，除了没有使用定位用销钉17以外，与在箱体部分12上支持透镜Le的结构相同，将螺钉35贯穿在聚光透镜30两端形成的支持片33上形成的螺孔36后螺纹结合在上框架10上。
在所述第一印刷布线基板P1上也形成有与上述销钉17吻合的销钉孔部分40，这种第一印刷布线基板P1，用螺钉41固定在底壁部分21上，第二印刷布线基板P2，用螺钉41以定位状态固定在侧壁部分22上(参见图2)。此外，当将第一和第二印刷布线基板P1、P2支持在下框架的底壁部分21和侧壁部分22上时，为了提高其界面的导热性可以涂布硅润滑脂。
通过上述结构，当将第一、第二、第三透镜Le1、Le2和Le3支持在箱体部分12上时，在将销钉17***透镜端部支持片33的销钉孔34中的状态下，利用螺钉35旋入螺孔36的紧固力，分别将Le1、Le2和Le3高精度相对支持在箱体部分12上。此后，使上框架10与下框架20重合下互相连接，将箱体部分12底面侧形成的销钉17***被对应的底壁部分21支持的第一印刷布线基板P1上的销钉孔，使第一印刷布线基板P1的相对位置得到固定，上框架10与下框架20的相对位置得到固定，其结果第三透镜Le3与第二印刷布线基板P2的相对位置也得到固定。
所述印刷布线基板P使用有较厚厚度的铝材45作为导热率高的材料，在这种印刷布线基板P上设有将上述芯片状发光二极管元件9沿着主扫描方向以列状设置用的沟槽50，在此沟槽50内安装发光二极管元件9。而且将多个芯片电阻器CR沿着沟槽50的延续方向安装在印刷布线基板P的表面上。这种芯片电阻器CR使用电阻值相等、尺寸相等的，对芯片电阻器CR通电时产生的热量传递给印刷布线基板P，进而传递给发光二极管元件9，这样能使多个发光二极管元件9的温度分布在适当温度下均匀化。
以下用图5详细说明印刷布线基板P的结构。图5表示印刷布线基板P的制造顺序和零件表面安装顺序，但是此顺序只表示一个实例，并不限制本发明。
首先对铝制基材45的表面进行沟槽加工，制成深度约1毫米、底面51宽度0.5～1毫米、长度与发光二极管阵列LED的长度对应的、安装发光二极管元件9用的沟槽50。沟槽50的断面为反台状，其侧面52形成有90的开口角度45倾斜面。
这种方式中由于基材45使用铝，对基材45表面涂布陶瓷材料形成的绝缘层46(图5(b))，由其上面形成的铜箔膜和金箔膜构成的印刷布线W，可以在沟槽50的底面51上形成表面安装用填料X(图5(c))。进而在此印刷布线基板P的上面形成由绝缘性树脂组成的抗蚀剂膜47，此时该沟槽50区域上的抗蚀剂膜47被除去(图5(d))。
将发光二极管元件9表面安装在这样制成的印刷布线基板P的沟槽50的底面51上(图5(e))。最后在发光二极管元件9与印刷布线W之间焊接接合线61(图5(f))。这样能够制成发光二极管光源组件的基本结构。此外上述材料45除使用铝以外，还可以使用铜板和金属合金。当然也可以使用树脂材料。
在印刷布线基板P上表面安装发光二极管元件9或反射体单元50之前的外观图示于图6，表面安装后的平面图示于7，表面安装后安装了发光二极管元件9的区域的剖面图示于图8，尤其如图8所示，安装了发光二极管元件9的后方和两侧被陶瓷层46所包围，这种陶瓷层46形成发光二极管元件9出射光的反射层。所以应当选择具有优良反射特性的陶瓷作为在金属材料45表面上涂布的绝缘性材料，或者尽可能选择可以得到镜面表面的涂布方法。
而且当沟槽50上不涂布陶瓷的情况下，可以选择能在沟槽加工时可以获得充分反射特性的表面光洁度的表面加工技术，或者对沟槽50进行电镀加工，这样也能获得高的反射特性。
如图8所示看出，将发光二极管元件9安装在沟槽50的底面51上时，使其完全处于此沟槽50内，以便使发光二极管元件9发出的光仅从此沟槽50的开***出。
这种实施方式下，虽然使沟槽50的侧面形成有90开口的45倾斜面，但是为了获得更好的反射特性，也可以以弯曲面形式形成此侧面52，使两侧弯曲面组合形成类似的抛物面。
正如图7所示的那样，印刷布线W形成向发光二极管元件9供电的发光布线部分53、向芯片电阻器CR供电的加热布线部分54、和对作为温度测量方式的芯片热敏电阻S施加电压的测量布线部分55。发光二极管阵列LED备有多个单位，以7个芯片状发光二极管元件9电学上串联连接的部分作为一个发光单位。在所述发光印刷布线部分53，形成向发光二极管9的一个发光单位供电的供电接线柱53a、和沿着发光二极管元件9的阵列方向独立形成的中继接线柱53b。在所述加热布线部分54上，形成用焊料60与芯片电阻器CR两端电极CRa连接的接线柱54a。此外，热敏电阻S的两端电极Sa用焊料60连接在测量布线部分55的接线柱上。
图9表示印刷布线基板P由第一印刷布线基板Pu和重合在第一印刷布线基板Pu上面的第二印刷布线基板Po构成的发光二极管光源组件。采用沟槽加工使此第二印刷布线基板Po上形成直线状贯通沟槽150，可以看见从这种贯通沟槽150露出的在所述第一印刷布线基板Pu的发光二极管元件用安装面上以列状安装的多个发光二极管组成的发光二极管阵列LED。
以下利用图10详细说明这种类型印刷布线基板P的结构。图10虽然表示印刷布线基板P的制作顺序和器件的表面安装顺序，但是此顺序仅示出一个实例，本发明并不限于此。
首先准备在铝制基材45表面上通过涂布陶瓷材料，在表面上形成了绝缘陶瓷层46的第一印刷布线基板Pu(图5(a))。在此第一印刷布线基板Pu的表面上形成由铜箔膜或金箔膜形成的印刷布线W后，再于此印刷布线基板P的上面形成由绝缘性树脂形成的抗蚀剂膜47(图5(b))。
同时对第二印刷布线基板Po的基材45(也可以不是铝)进行贯通沟槽加工，在其上形成作发光二极管阵列LED光出射口用的贯通沟槽150。此贯通沟槽150的长度与发光二极管阵列LED的长度对应。由于这种基材45的厚度约为1毫米，所以贯通沟槽的深度也约为1毫米。贯通沟槽150底面侧宽度为0.5～1毫米，贯通沟槽150的截面呈反台状，其侧面152为45倾斜面，形成90上面开口角(图5(c))。
必要时也可以在这种第二印刷布线基板Po的表面上形成由铜箔膜或金箔膜组成的印刷布线W后，再于此印刷布线基板P的上面形成由绝缘性树脂组成的光刻胶膜47(图5(d))。
将第二印刷布线基板Po重合在第一印刷布线基板Pu上，用螺钉连接，使作发光二极管阵列LED的安装面用的印刷布线区列恰好与贯通沟槽150的底面侧开口一致(图5(e))。
利用接合线可以将发光二极管元件9穿过发光第二印刷布线基板Po的贯通沟槽连接在这样制成印刷布线基板P的第一印刷布线基板Pu的发光二极管元件用安装面(印刷布线区W)上，再于发光二极管元件的上面接线柱与第二印刷布线基板Po的印刷布线W之间铺设接合线61(图5(f))。
由此，被安装在第一印刷布线基板Pu上的发光二极管元件9的两侧，被贯通沟槽150的侧面152所包围，使发光二极管元件9射出的光能够从此贯通沟槽150的上方开口出射。此时，贯通沟槽150的侧面152，将形成发光二极管元件9出射光的反射面。因此，为了获得具有优良反射特性的反射面，应当尽可能选择表面加工技术以便能够得到镜面反射面的表面光洁度，或者对贯通沟槽150内进行电镀加工以得到高的反射特性。当然，也可以在第二印刷布线基板Po上形成与第一印刷布线基板Pu同样的陶瓷层，这种情况下也可以将其作为反射层使用。
这种实施方式中，虽然是将贯通沟槽150的侧面152制成具有90上面开口角的45倾斜面，但是为了获得更好的反射特性，也可以将此侧面152制成弯曲面，将两侧弯曲面吻合后形成类似的抛物面。
本发明的发光二极管光源组件，除上述实施方式以外，例如还可以设想在静电复印机和平板扫描仪的光源上使用。

Claims (7)

1.一种发光二极管光源组件，其特征在于，在备有安装发光二极管的印刷布线基板的光源组件中，由多个发光二极管以列状被安装在所述的印刷布线基板经沟槽加工设置的直线状沟槽底面上，以所述的沟槽侧面作为使所述的发光二极管元件出射的光，向照明对象物反射的反射面构成。
2.根据权利要求1所述的发光二极管光源组件，其特征在于，所述的沟槽的侧面是以从所述的底面向上部扩展的倾斜面形式形成的。
3.根据权利要求1所述的发光二极管光源组件，其特征在于，所述的沟槽侧面是以所述的底面向上部扩展的凹状弯曲面形式形成的。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的发光二极管光源组件，其特征在于其中在所述的印刷布线基板表面上形成的所述的发光二极管元件用的印刷布线区，由接合线与所述的发光二极管元件连接。
5.一种发光二极管光源组件，其特征在于，在备有安装发光二极管的印刷布线基板的光源组件中，所述的印刷布线基板由第一印刷布线基板和在此第一印刷布线基板上面重合的第二印刷布线基板构成；在所述的第二印刷布线基板上经沟槽加工设置的、以直线状贯通沟槽形式表现的所述的第一印刷布线基板的发光二极管元件用的装配面上，以列状安装有多个发光二极管元件；并使所述的沟槽侧面作为反射面构成，以朝着照明对象物反射从所述的发光二极管元件出射的光。
6.根据权利要求5所述的发光二极管光源组件，其特征在于，所述的沟槽的侧面是以从所述的底面向上部扩展的倾斜面形式形成的。
7.根据权利要求5所述的光源二极管光源组件，其特征在于，所说的沟槽侧面是以所述的底面向上部扩展的凹状弯曲面形式形成的。
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