JP5803835B2 - 光源ユニット - Google Patents

Description

この発明は光源ユニットに関するものであり、特に、基板上に複数のＬＥＤ素子を備えた光源ユニットに係わるものである。

従来から、印刷業界や電子工業界などにおいては、被処理対象物である保護膜、接着剤、塗料、インキ、フォトレジスト、樹脂、配向膜等に対して、硬化、乾燥、溶融、あるいは軟化、改質処理などを行う光源として紫外線を放射する光源が多用されているが、近年においては、この紫外線領域の光を発光するＬＥＤ素子が利用されてきており、このような紫外線領域の光を放射するＬＥＤ素子を用いた紫外線光源ユニットが開発されている。
上記ＬＥＤ素子を用いた光源ユニットをインクジェットプリンターのインクジェットヘッドと組み合わせた構成が、特開２００４−３５８７６９号公報（特許文献１）に開示されている。

図３にその構成が示されている。
インクジェットプリンター２０は、紙などのプリントメディアＭにインクを噴出するインクジェットヘッド２１と、その片側、若しくは、両側に備えられた紫外線光源ユニット２２とを有している。これらのインクジェットヘッド２１および光源ユニット２２は、プリントメディアＭより所定間隔だけ上方に配置され、ガイドレール２３に懸架されてプリントメディアＭに対して横断方向Ｘに走査される。
前記インクジェットヘッド２１から噴射されてプリントメディアＭの表面に付着したＵＶインク滴は、光源ユニット２２から照射される紫外線により硬化される。これにより、インクジェットヘッド２１の走査方向Ｘにおいて、プリントメディアＭ表面にＵＶインクが着色される。
上記のＵＶインク滴の硬化後に、プリントメディアＭは長さ方向Ｙに、決められた距離だけ移動し、上記印刷動作が繰り返される。これにより、プリントメディア表面に絵図又は文字を形成できるものである。

ところで、前記特許文献１においては、インクジェットプリンターに備え付けられる紫外線光源ユニットについて、ＬＥＤ素子を千鳥状に配置したものが示されている。図４にその配置構造が示されていて、紫外線光源ユニット２２の光照射面には、ＬＥＤ素子２２１を備えた基板２２２が設けられており、このＬＥＤ素子２２１は基板２２２上で縦横に千鳥格子状に配置されている。このような千鳥配置構造により、紫外線光源ユニット２２を移動させた際、該紫外線光源ユニット２２がたどる移動幅分の範囲に対して、隙間をあけず万遍なく紫外線を照射することができるものとしている。

ところで、このようなインクジェットプリンターにおいて、印刷の速度を増して処理スピードをアップしようとする場合、インクジェットおよび光源ユニットを横断方向Ｘに素早く動かすことが必要となる。しかしながら、光源ユニットをＸ方向に素早く動かすと、インクジェットヘッドから噴射されたＵＶインク滴に照射される単位時間当たりの紫外線照射量が少なくなり、インクを十分に硬化させることができなくなる。処理のスピードアップを図ったうえで、インクの硬化を完全にするには、紫外線照射量を増大させることが必要であり、そのためには、基板上の同一面積内に、ＬＥＤ素子を高密度に実装することが必要となってくる。

そこで、本発明者は、光源ユニットにおけるＬＥＤ素子の高密度な実装を実現すべく、基板上で高密度に実装可能なＬＥＤ素子の配置及び帯状配線について検討した。
前記特許文献１に開示されたＬＥＤ素子を千鳥配置したものにおいては、該ＬＥＤ素子を基板上に実装する場合には、基板上にその長さ方向に延びる複数の帯状配線を設けて、この各帯状配線上にＬＥＤ素子を配置し、基板全体としてＬＥＤ素子を千鳥配置する構成を採用することが考えられる。

そのような例が図５に示されていて、（Ａ）に示されるように、基板１１上には一方向に沿って伸びる線状の帯状配線１２、１２が複数並列配置されている。そして、この帯状配線１２上に複数のＬＥＤ素子１３、１３が半田付けなどによって接続されていて、基板１１全体としてＬＥＤ素子１３、１３が千鳥状になるよう配置されている。そして、帯状配線１２上の各ＬＥＤ素子１３はワイヤー１６によって隣接する帯状配線１２に電気的に接続されている。
しかして、各ＬＥＤ素子１３の全てが直列配線された場合には、結線が１個所でも断線すると全てのＬＥＤ素子１３が点灯不能となってしまうが、上記のように、帯状配線１２上に複数のＬＥＤ素子１３、１３を並列配置した場合には、これらＬＥＤ素子１３、１３は電気的に並列接続されたことになり、ＬＥＤ素子１３から隣接する帯状配線１２へのワイヤー６結線の１個所が断線しても、それ以外のＬＥＤ素子は点灯可能であって、全てのＬＥＤ素子が不点灯となってしまうことがないという利点がある。

ところで、図５（Ｂ）に示すように、このＬＥＤ素子１３は上面と下面にそれぞれ電極１４、１５を有しており、この下面の電極１５が帯状配線１２上に半田付け等により接続されていて、上面の電極１４がワイヤー１６を介して隣り合う帯状配線１２上のＬＥＤ素子１３間に結線される。
また、各々の帯状配線１２、１２は電気回路的に絶縁されていなければならず、当然その間には所定の絶縁間隔が設けられている。
そして、前記基板１１の下面にはヒートシンク１７が当接されていて、冷却ファンからの冷却風によってヒートシンク１７から放熱し、これにより基板１１が冷却されている。このような構成により、ＬＥＤ素子１３から発生する熱は、下面電極１５−帯状配線１２−基板１１−ヒートシンク１７の経路を経て放熱されている。

ところで、上記図５の構成によれば、帯状配線１２、１２間に所定の絶縁距離が必要であり、結局このことが障壁となって、この帯状配線１２上のＬＥＤ素子１３を、図５（Ａ）における帯状配線１２と直交するＸ方向において密に配設することが困難となっている。
そこで、上記帯状配線１２の幅をＬＥＤ素子１３よりも小さくして配列し、その上に複数個のＬＥＤ素子１３を設ける構成とすることによって、Ｘ方向でのＬＥＤ素子１３の配設密度を高めることが考えられる。

図６にその態様が示されている。同図において、基板１１上に設けられる帯状配線１２は、ＬＥＤ素子１３の幅よりも小幅にされていて、各配線１２上に複数のＬＥＤ素子１３が配列されている。
帯状配線１２の幅を小さくしたことによって、隣接する各配線１２の間に所定の絶縁距離をとったとしても、その間隔を前記図５の構成よりも小さくして配列できて、この配線１２上に配置されるＬＥＤ素子１３を、前記配線１２と直交するＸ方向において密に配置できるものである。
しかしながら、このような構成を採用すると、図６（Ｂ）に示されるように、基板１１上の帯状配線１２の幅Ｌ１が、ＬＥＤ素子１３の幅よりも小さくなり、更に図６（Ａ）におけるＸ方向の実装密度をより小さなものとする場合、その幅Ｌ１は、ＬＥＤ素子１３の下面電極１５の幅Ｌ２よりも小さくなり（Ｌ１＜Ｌ２）、ＬＥＤ素子１３からヒートシンク１７に至る熱の放熱経路が前記帯状配線１２部分で狭くなって放熱機能が妨げられてしまい、ＬＥＤ素子に対して十分な冷却効果が得られず、該ＬＥＤ素子の発光効率が低下するという問題が生じてくる。

特開２００４−３５８７６９号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、基板上に複数の帯状配線が並列して形成され、該帯状配線上に複数のＬＥＤ素子が配置されていて、同一の前記帯状配線上のＬＥＤ素子は、隣接する帯状配線にワイヤーを介して電気的に接続され、前記ＬＥＤ素子は、基板上で全体として千鳥状に配置されている光源ユニットにおいて、前記基板上での前記ＬＥＤ素子の実装密度を高めるとともに、該ＬＥＤ素子の冷却を十分に行えて発光効率の低下を防止することができる構造を提供せんとするものである。

上記課題を解決するために、この発明の光源ユニットは、前記帯状配線は、配線方向において大幅部と小幅部とが形成されていて、前記ＬＥＤ素子が該帯状配線の大幅部上に配置されていることを特徴とする。
また、前記帯状電極の大幅部は、前記ＬＥＤ素子の下面に設けられて前記帯状配線に当接する下面電極よりも大幅に形成されていることを特徴とする。
また、前記帯状電極の小幅部は、前記ＬＥＤ素子よりも小幅に形成されていることを特徴とする。
また、前記ＬＥＤ素子は正方形状であり、その一辺が、前記帯状配線の配線方向と平行に配置されていることを特徴とする。
また、前記ＬＥＤ素子は正方形状であり、その対角線が前記帯状配線の配線方向に一致するように配置されていることを特徴とする。

この発明の光源ユニットによれば、帯状配線に大幅部と小幅部を形成したので、帯状配線相互をより近接させて配置することができて、該帯状配線上のＬＥＤ素子を基板上でより高密度に配置することができるとともに、前記大幅部上にＬＥＤ素子を配置したので、その冷却効果を損なうことなく、発光効率の低下を防止できるという効果を奏するものである。
また、前記大幅部をＬＥＤ素子よりも大幅にすることで、前記ＬＥＤ素子からの熱を効果的に放熱できて、前記ＬＥＤ素子の発熱を抑制し、その発光効率の低下を防止できる。
また、前記小幅部をＬＥＤ素子よりも小幅とすることで、基板上の配線方向と直交する方向で、より一層高密度な実装が実現できる。

本発明の光源ユニットの平面図（Ａ）とＡ−Ａ部分断面図（Ｂ）。 他の実施例の平面図。 従来技術の斜視図。 従来技術の光源ユニットの説明図。 中間例の平面図（Ａ）と部分断面図（Ｂ）。 別の中間例の平面図（Ａ）と部分断面図（Ｂ）。

図１において、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ部分拡大断面図である。
図１（Ａ）に示されるように、例えば窒化アルミニウム等の絶縁性かつ熱伝導率の高い物質からなる基板１上には、金属からなる複数の帯状配線２、２が所定の絶縁間隔をもって配置されている。該帯状配線２を構成する金属は、例えば銅や金などの熱伝導率の高い材料が用いられる。
前記帯状配線２は、その配線方向に沿って、大幅部２ａと小幅部２ｂとが繰り返し形成されており、隣接する帯状配線２、２ではその大幅部２ａが一定間隔だけずれるように配置されていて、隣接する帯状配線２、２間では互いに大幅部２ａと小幅部２ｂとが対向するように配置されている。
これら帯状配線２、２の大幅部２ａ上にＬＥＤ素子３、３が接続されることにより、基板１全体でＬＥＤ素子３、３は千鳥状に配置される。
なお、この例では、前記ＬＥＤ素子３は正方形状であって、その一辺が前記帯状配線２の配線方向と平行に配置されている。

図１（Ｂ）に示されるように、前記ＬＥＤ素子３には、その上下面に上面電極４と下面電極５が設けられていて、前記下面電極４が前記帯状配線２の大幅部２ａ上に当接されてハンダ付け等により接続され、前記ＬＥＤ素子３と帯状配線２が電気的に接続されている。
そして、上面電極４には、例えば金からなるワイヤー６の一端が結線され、該ワイヤー６の他端は隣設する帯状配線２の小幅部２ｂに結線されている。
これにより、各帯状電極２は、その上に設けられたＬＥＤ素子２およびワイヤー６を介して、隣接する帯状電極２と電気的に接続されている。
そして、基板１の下面にはヒートシンク７が当接されており、ＬＥＤ素子３からの熱は基板１を介して該ヒートシンク７から放熱される。

前記構成において、前記帯状配線２の大幅部２ａは、ＬＥＤ素子３との接続強度、および基板１を介したヒートシンク７への熱伝導性の観点から、図１（Ｂ）に示されるように、その幅Ｌ１が、少なくとも、ＬＥＤ素子３の下面電極５の幅Ｌ２よりも大きい（Ｌ１＞Ｌ２）ことが望ましい。
また、帯状配線２の小幅部２ｂの幅は、ＬＥＤ素子３の幅よりも小さくすれば、隣接する配線２、２の間隔をより一層小さくして配置することができ、基板１上でのＬＥＤ素子３、３の実装密度、特に、配線２と直行するＸ方向での密度を高めることができる。

図２に他の実施例が示されている。この実施例では、図１の実施例と比較して、帯状配線２上に配置されるＬＥＤ素子３の向きが異なっている。ＬＥＤ素子３は正方形状であり、その対角線が帯状配線２の配線方向と一致するように配置されている。この場合、帯状配線２の大幅部２ａもその対角線が配線方向に一致するように傾けられている。
上記構成により、図１の実施例との比較において、ＬＥＤ素子３は、帯状配線２の配線方向でも高密度に配置でき、帯状配線２の配線方向およびこれと直行する方向の両方向で高密度に実装することができる。

なお、上記実施例においては、基板にヒートシンクを当接させて冷却するものとしたが、基板に冷却風を当てるのみでＬＥＤ素子の冷却が図られる場合には、必ずしもヒートシンクを必要とはしない。

以上説明したように、本発明のＬＥＤ素子を用いた光源ユニットでは、基板上の帯状配線に、配線方向において大幅部と小幅部とが形成され、隣接する帯状配線間で前記大幅部と小幅部がそれぞれ対向するように配置されていて、ＬＥＤ素子が該帯状配線の大幅部上に配置されて、基板上の全体で千鳥状に配置されているので、特に、ＬＥＤ素子を帯状配線の配線方向と直交する方向で高密度に実装することができ、また、ＬＥＤ素子からの熱を基板に伝達することを抑制せずに、該ＬＥＤ素子の冷却を効果的に行えてその発光効率の低下を防止できるものである。

１ 基板
２ 帯状配線
２ａ 大幅部
２ｂ 小幅部
３ ＬＥＤ素子
４ 上面電極
５ 下面電極
６ ワイヤー
７ ヒートシンク

Claims (5)

1. 基板上に複数の帯状配線が並列して形成され、
   該帯状配線上に複数のＬＥＤ素子が配置されていて、同一の前記帯状配線上のＬＥＤ素子は、隣接する帯状配線にワイヤーを介して電気的に接続され、
   前記ＬＥＤ素子は、基板上で全体として千鳥状に配置され、
   ている光源ユニットにおいて、
   前記帯状配線は、配線方向において大幅部と小幅部とが形成されていて、前記ＬＥＤ素子が該帯状配線の大幅部上に配置されていることを特徴とする光源ユニット。
2. 前記帯状配線の大幅部は、前記ＬＥＤ素子の下面に設けられて前記帯状配線に当接する下面電極よりも大幅に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
   
   
3. 前記帯状配線の小幅部は、前記ＬＥＤ素子よりも小幅に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源ユニット。
   
   
4. 前記ＬＥＤ素子は正方形状であり、その一辺が、前記帯状配線の配線方向と平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光源ユニット。
5. 前記ＬＥＤ素子は正方形状であり、その対角線が前記帯状配線の配線方向に一致するように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光源ユニット。
   
   
   

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