CN1525580A - 发光二极管光源组件 - Google Patents

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Abstract

提供一种在备有表面安装发光二极管元件的印刷配线基板的发光二极管光源组件中，能尽量避免连接发光二极管元件和图案部分的接合线干扰的、能使反射体靠近发光二极管元件的结构。在印刷配线基板表面安装的发光二极管元件(9)和在印刷配线基板P上形成的配线W之间，表面安装能使发光二极管元件出射的光线朝向照明对象物的反射体(52)，发光二极管元件与配线面之间用接合线(61)连接。

Description

发光二极管光源组件
技术领域
本发明涉及备有表面安装了发光二极管元件的发光二极管光源组件。
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)，将多数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合成了白色染料的，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。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，作反射体用的白色树脂部分由于直接在印刷配线基板上涂布形成，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。而且由于这种白色树脂是向上鼓起状形成的，将发光二极管元件与图案部分连接的一部分接合线完全覆盖，所以若不仔细操作就有损伤接合线的危险。
上述专利文献2记载的形成反射体的安装台，由于是将印刷配线基板全体包围支持的，所以必须使反射体处于避开连接发光二极管元件和图案的接合线等的位置，所以发光二极管与反射体之间必须有一定距离。这不利于反射体的聚光能力。
发明内容
鉴于上述实际情况，本发明课题在于提供一种在备有表面安装发光二极管元件的印刷配线基板的发光二极管光源组件中，在能避免连接发光二极管元件和图案的接合线干扰的同时，还能尽可能能使反射体靠近发光二极管元件的结构。
为了解决上述课题，本发明在备有表面安装发光二极管元件的印刷配线基板的发光二极管光源组件中，在上述印刷配线基板上表面安装的发光二极管元件与在上述印刷配线基板上形成的配线面之间将反射体表面安装，以使上述发光二极管元件出射的光线对着照明对象物，上述发光二极管元件与上述的配线面之间用接合线连接。
这种构成下，在发光二极管元件与上述印刷配线基板上形成的配线面之间的区域内将反射体安装得尽可能靠近发光二极管元件，然后可以用接合线将发光二极管元件与配线面之间连接。因此不必担心存在连接发光二极管元件和配线面的接合线的情况下，就能将反射体设置得靠近发光二极管元件。
在将反射体高度以某种程度压低的箱体中，作为本发明的一种优选实施方式，可以提出将上述接合线跨过上述反射体敷设的方案。而且，在反射体高度较高，用通常导线搭接技术不能跨过反射体的场合下，作为本发明的优选实施方式之一，提出在上述反射体的上面形成中继区，将上述接合线中继敷设在此中继区的方案。例如，第一步在发光二极管元件与中继区之间敷设第一接合线，第二步在中继区与配线面(land)之间敷设第二接合线。这样与反射体形状对应选择适当接合线的敷设方法，在任何情况下都能将反射体尽可能敷设在靠近发光二极管元件处。
由于反射体必须沿着发光二极管元件被配置成列状的发光二极管阵列纵向延伸，所以为细长形状。因此，为了顺利实现表面安装操作，必须提高反射体的刚性。为解决这个问题，在本发明的一种优选实施方式中，将连接支持着上述反射体的框架，与上述反射体一起表面安装在上述印刷配线基板上，在上述反射体与上述框架之间的区域上敷设上述配线。框架经过这样结构改造的反射体，也能对于形成发光二极管阵列延伸方向没有波动的、稳定的反射面形状作出贡献。
本发明的其他特征和优点，通过用以下附图对实施例的说明而会更加清楚。
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的外观图
图2是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是光源装置的分解剖面图
图5是表示本发明发光二极管光源组件的制作顺序的示意图
图6是表示本发明发光二极管光源组件的另外制作顺序的示意图
图7是表示将发光二极管元件和反射体单元表面安装在印刷配线基板上之前的外观图
图8是表示将发光二极管元件和反射体单元表面安装在印刷配线基板上之后的外观图
图9是表示将发光二极管元件和反射体单元表面安装在印刷配线基板上之后的外观图
图10是反射体单元的立体图
图11是印刷配线基板中发光二极管元件安装区域的剖面图
图中，
9…发光二极管，40a…定位孔，45…基材，46…陶瓷层，47…抗蚀剂层，50…反射体单元，50a…定位孔，50b…定位销钉，51…框架，52…反射体，52a…反射面，52b…中继区，61…接合线，LED…发光二极管，P…印刷配线基板，W…图案配线(配线面)，X…表面安装填料
发明的实施方式
图1和图2分别表示采用本发明发光二极管光源组件的胶片扫描仪的外观图和分解图。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、光电变换单元D和控制装置E构成。使来自光源装置A的光线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的光线经透镜单元C导向光电变换单元D，此光电变换单元D中内藏的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)将因照相胶片F上的伤痕和灰尘而产生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，如后述那样，备有沿着主扫描方向将发出三原色和红外光线的多数发光二极管元件，以列状配置成发光二极管阵列LED(后述的绿色发光二极管阵列G-LED、蓝色发光二极管阵列B-LED和红色发光二极管阵列R-LED的总称)。上述胶片输送单元B是沿着副扫描方向往返输送照相胶片F的单元，其结构能使与135、240、120和220尺寸的胶片等多种胶片F对应的胶片输送单元B自由交换。上述的透镜单元C的作用是将被胶片输送单元B支持的照相胶片F的图像聚焦在上述光电变换单元D中内藏的上述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。上述光电变换单元，内藏有能感知与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，上述的光源装置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的下侧突出的盒子部分一体成形的结构，而且在上平台部分11的下面有树脂制盖板13。上述下框架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还备有向散热片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，形成向上照射光线用沿着主扫描方向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由滑块被支持得能处于配置在聚光透镜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，在调整光电变换单元D的CCD时，通过将其配置在主聚光透镜30的下方位置，能使光源装置A发出光线的光量减小，对上述光电变换单元D作适当光量的调整。
此外上述箱体12内部，在上述聚光透镜30的光轴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横向相邻的位置上备有二向色型第二反射镜M2，在此第二反射镜M2的反射侧备有引导光线用圆柱形第二透镜Le2，在此第二反射镜M2的透过侧备有引导光线用圆柱形第三透镜Le3。
相对于上述下框架20的底壁部分21备有第一印刷配线基板P1，其上设有沿主扫描方向以直线状配置的由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由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配线基板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9形成的发光二极管阵列R1·R2·IR-LED。而且通过将上框架10与下框架20重叠组合，可以将上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，将上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，将上述第一红色、第二红色、红外光的发光二极管阵列R1·R2·IR-LED设置在上述第三透镜Le3的焦点位置上。
此外，上述绿色发光二极管元件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。上述第一反射镜M1使用具有能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，上述第二反射镜M2使用具有能使自第一红色、第二红色、红外光发光二极管元件9出射波长(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。
利用这种结构，来自绿色发光二极管阵列G-LED的光线，在被第一透镜Le1平行光线化后的状态下，透过第一反射镜M1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平行光线化后的状态下被第二反射镜M2反射后，再经第一反射镜M1反射被引导至聚光透镜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平行光线化后的状态下，透过第二反射镜M2后，经第一反射镜M1反射被引导至聚光透镜30。这些光线将被聚光透镜30聚焦到胶片输送单元B的照相胶片F扫描区域。
正如图4表明的那样，为了确定印刷配线基板P(第一印刷配线基板P1和第二印刷配线基板P2的总称)上形成的发光二极管阵列LED(上述三种发光二极管阵列的总称)对应透镜Le(上述三种透镜的总称)的焦点位置，在上述上框架10的箱体部分12上突出设置定位销钉17，形成与透镜Le对接的定位面18。此外，箱体部分12中，与上述底壁面21和侧壁面22相对向部位上形成与印刷配线基板P对接的基准面19。上述透镜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，同时形成与上述销钉17吻合的销孔部分34和固定用的螺钉35贯通的螺孔部分36。将上述聚光透镜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，与箱体部分12上支持透镜Le的结构相同，使螺钉35贯穿在聚光透镜30两端形成的在支持片33上形成的螺孔36后，与上框架10螺纹连接。
上述第一印刷配线基板P1上也形成与上述销钉17吻合的销钉孔部分40，这种第一印刷配线基板P1，用螺钉41固定在底壁部分21上，第二印刷配线基板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，将第一和第二印刷配线基板P1、P2支持在下框架20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。
通过这种结构将第一、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，将上框架10与下框架20重合连接，这样一来，在箱体部分12的底面侧形成的销钉17，***被对应的底壁部分21支持的第一印刷配线基板P1上的销钉孔40中，将第一印刷配线基板P1的相对位置固定的同时，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与第二印刷配线基板P2的相对位置也得到固定。
上述印刷配线基板P，使用有较厚厚度的铝材45作为导热率高的材料，将所述芯片状发光二极管元件9沿着主扫描方向以列状设置在这种印刷配线基板P上，同时沿着这种发光二极管元件9的形成方向备有多个芯片电阻器CR。这种芯片电阻器CR使用电阻值相等、尺寸相等的，向这种芯片电阻器CR通电时产生的热量传递给印刷配线基板P，进而传递给发光二极管元件9，这样能使多数发光二极管元件9的温度分布在适当温度下均匀化。
以下用图5和图6详细说明印刷配线基板P的结构。图5和图6分别表示印刷配线基板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。
上述印刷配线基板P，以所述方式对铝制基材45的表面涂布陶瓷材料形成绝缘层46(图5(a)和图(b))，在其上面形成由铜箔膜和金箔膜构成的印刷配线W或表面安装用填料X(图5(c))，进而在此印刷配线基板P的上面形成由绝缘性树脂组成的光刻胶膜47(图5(d))。
将由发光二极管元件9，和一体形成的矩形框架51与反射体52构成的反射体单元50表面安装在这样制成的印刷配线基板P上。另外，在此实施方式中，反射体单元50在印刷配线基板上安装时，也采用销钉与销孔使位置吻合。因此，在反射体单元50的框体51的两处设置反射体基准孔50a，同时在印刷配线基板的对应位置上也设置基板基准孔40a。当将共用销钉50b***这两种孔50a和40a的情况下，就能将反射体单元50准确安装在印刷配线基板P的预定位置上(图5(e))。当然，在印刷配线基板P上安装反射体单元50时，不采用销钉—销孔位置吻合的方法的情况下，也可以仅将印刷配线基板P的基板基准孔40a或反射体单元50的反射体基准孔50a作为定位参照点。而且，还可以利用印刷配线基板P的定位固定孔40a与反射体基准孔50a定位安装。
在发光二极管元件9与配线面W之间敷设接合线61有两种方法。一种方法是在发光二极管元件9与配线面W之间跨越反射体52焊接接合线61(图5(f))。另一种方法，如图6所示，是在此实施方式中的反射体52的顶部形成平面，在该面上事先形成中继区52b，首先在发光二极管元件9与中继区52b之间铺设第一接合线61a，然后在中继区52b与配线面W之间铺设第二接合线61b(图6(f))。图6(a)～(e)所示的顺序，由于与图5(a)～(E)一样，所以省略对其说明。无论哪种情况下，在发光二极管元件9与配线面W之间通过用接合线61或者61a、61b连接，都能实现发光二极管光源组件的基本结构。
在印刷配线基板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7，表面安装后的平面图示于8，表面安装后的平面图虽然示于图8，但是特别是如图7所示那样，在表面安装发光二极管元件9用的填料X的周围，残留有比上述表面安装填料X更大面积的空白区域使陶瓷层46露出，在此情况下形成抗蚀剂层47。这种陶瓷层46，事先采用涂布陶瓷材料的方法在铝制基材45上形成，其反射特性比抗蚀剂等高得多。因此，这种从表面安装填料X的外侧露出的陶瓷层46具有作为来自发光二极管元件9的光线的背反射面的功能，与以下说明的反射体单元50的反射面52a共同对发光二极管阵列LED对照明对象物的亮度提高具有贡献。为了强化此目的，应当选择具有特别优良反射特性的陶瓷，作为在金属基材45表面涂布用的绝缘材料，或者尽可能选择能够得到镜面表面的涂布方法。此外，上述基材45除铝之外，也可以使用铜版或金属合金。当然还可以使用树脂材料。
图10(a)所示的反射体单元50是液晶性聚合物制的，是由分别相对向的长边部分51a和短边部分51b构成的矩形状框架51与两个反射体52构成的。截面大体呈三角形的反射体52，长度仅能覆盖发光二极管阵列LED形成方向(主扫描方向)的长度，此反射体52的两端连接在包围反射体52的矩形上框架51的相对向的两个短边51b上。长边部分51a与短边部分51b的截面积比反射体52大，由于构成矩形所以其刚性高，能够牢靠地支持反射体52。在上述反射体52上，在安装状态下形成朝着发光二极管元件9相对向侧倾斜的反射面52a，这种倾斜面52a将来自发光二极管元件9的光线反射到照明对象物体上。
图10(b)所示的反射体单元50，在反射体52的顶部事先形成平面，在该平面上设置由上述铜等导体形成的中继区52b，与图10(a)所示的反射体单元50不同。
正如本身是在印刷配线基板P上安装了发光二极管元件9区域的剖面图的图11所示的那样，从发光二极管元件9至印刷配线(配线面)W的接合线61，被设置得跨过反射体52。因此，发光二极管元件9和由接合线61连接的配线面W被设置在处于被安装的反射单元52与框架51之间形成的间隙位置上。顺便指出，本实施方式中，反射体52的高度约为1毫米，反射体52与发光二极管元件9之间的间隙为0.5毫米左右。
正如图8和图9所显示的那样，印刷配线W形成向发光二极管元件9供电的发光配线部分53、向芯片电阻器CR供电的加热配线部分54、向作温度测量装置用的芯片状热敏电阻S施加电压的测量配线部分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电串联连接的部分作为一个发光单位。上述发光配线部分53上形成向发光二极管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阵列方向独立形成的中继接线柱53b。上述加热配线部分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。此外在测量配线部分55上形成有热敏电阻S的两端电极Sa上用焊料60连接的接线柱55a。
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 (4)

1.一种发光二极管光源组件，其特征在于，在备有表面安装发光二极管的印刷配线基板的发光二极管光源组件中，在上述印刷配线基板上表面安装的发光二极管元件与在上述印刷配线基板上形成的配线面之间，将反射体表面安装，以使上述发光二极管元件出射的光线对着照明对象物，上述发光二极管元件与上述配线面之间用接合线连接。
2.根据权利要求1上述的发光二极管光源组件，其特征在于，所说的接合线跨过上述反射体铺设。
3.根据权利要求1上述的发光二极管光源组件，其特征在于，事先在上述反射体上面形成中继区，上述接合线中继铺设在上述中继区。
4.根据权利要求1～3中任何一项上述的发光二极管光源组件，其特征在于，与上述反射体连接支持框架与上述反射体一起被表面安装在上述印刷配线基板上，上述反射体与上述框架之间的区域内设有上述配线面。
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