KR20070117707A - 발광유닛, 이 발광유닛을 이용한 조명장치 및 화상판독장치 - Google Patents

Abstract

방열 성능이 우수한 조명장치용 발광유닛을 제공한다.

발광소자와, 상기 발광소자를 탑재하기 위한 발광소자 기판과, 상기 발광소자를 노출하기 위한 개구창을 가지는 발광소자 기판 프레임재와, 상기 발광소자에 급전(給電)하는 전극을 가지는 발광유닛에 있어서, 상기 발광소자 기판은 금속이고, 상기 발광소자는 상기 발광소자 기판에 직접 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 발광유닛이다. 또는, 상기 발광소자 기판은 금속이고, 상기 발광소자 기판 상에는 금속 산화막이 형성되고, 상기 발광소자는 상기 금속 산화막 위에 형성된 상기 전극 상에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 발광유닛이다.

Description

발광유닛, 이 발광유닛을 이용한 조명장치 및 화상 판독장치{Light-emitthing unit, illuminating device using such light-emitting unit, and image scanner}

본 발명은 발광유닛, 이 발광유닛을 짜 넣은 조명·자동차·산업기기·일반 민생기기에 이용되는 발광장치나 라인 조명장치, 및 이 라인 조명장치를 짜 넣은 화상 판독장치에 관한 것이다.

이미지 센서는 팩시밀리 장치, 복사기, 이미지 스캐너 장치 등, 원고를 읽어내기 위한 화상 판독장치에 짜 넣어져 있다. 이미지 센서에는 밀착형과 축소형이 있는데, 어느 것도 원고면을 주(主)주사 범위에 걸쳐 선 형상으로 조명하는 라인 조명장치를 구비하고 있다.

그리고, 라인 조명장치로서는 도광체를 이용한 것이 알려져 있다. 예를 들면, 일본국 공개특허공고 평 8-163320호 공보 및 일본국 공개특허공고 평 10-126581호 공보(특허 제2999431호 공보)에는 봉 형상 또는 판 형상을 이루는 도광체를 이용한 라인 조명장치 및 그것을 이용한 화상 판독장치가 기재되어 있다.

상기 라인 조명장치는 단면(端面)으로부터 입사한 광을 내면에서 반사시키면서 길이 방향을 따라 형성한 출사면으로부터 출사시키는 도광체와, 이 도광체의 단 면측에 형성된 발광유닛으로 구성되어 있다. 도 14에 종래의 발광유닛의 정면도, 도 15에 종래의 라인 조명장치의 사시도를 나타낸다. 발광유닛(20)은 일본국 공개특허공고 2003-023525호 공보나, 일본국 공개특허공고 평 11-136449호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 리드 프레임(lead frame)(22)이 배치된 수지제의 발광소자 기판 프레임재(21)에 발광소자(23a, 23b, 23c)를 탑재하기 위한 개구창(21a)이 형성되고, 리드 프레임(22)은 외부 접속 단자가 되는 리드 단자부(22a)와 내부 리드부(22c)와 개구부 창내에 노출되는 발광소자 탑재·접속부(22b)를 구비하고, 개구창 내에 노출된 리드 프레임에 발광소자를 접착함과 동시에 발광소자의 전극과 리드 프레임을 금속 와이어(24)로 결선(結線)하고, 개구창을 투명 수지로 봉지하여 이루어진다.

[문헌 1] 일본국 공개특허공고 2003-023525호 공보

[문헌 2] 일본국 공개특허공고 평 11-136449호 공보

화상 판독장치에 있어서, 조명장치의 조명광의 휘도를 높임으로써, 판독 화상의 품질을 향상할 수 있지만, 조명광의 휘도를 높이기 위해서는 발광유닛의 통전(通電) 전류를 높여 발광량을 올릴 필요가 있다.

발광소자에 통전하면, 발광과 동시에 접합부 온도(junction temperature)가 상승한다(발광소자 자체로부터 발열한다). 발생한 열은 발광소자 기판측으로 달아나고, 마지막에는 공기 중에 방열되기 때문에, 접합부 온도의 상승은 발광소자 기판의 방열 특성에 의존하여, 통전 전류에 거의 비례한다. 즉, 발광유닛에 사용되고 있는 기판의 방열 특성이 좋다면 접합부 온도의 상승률은 작아진다.

한편, 발광소자를 고온에서 통전(점등)하는 것은 발광소자의 열화를 재촉하게 되므로, 수명을 길게 하기 위해서는 발광소자의 온도 상승을 극력 억제하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 발광유닛에 흘릴 수 있는 최대 전류는 발광소자 기판의 방열 성능이 좋을수록 커진다.

방열 성능이 충분하지 않은 발광유닛에 있어서, 라인 조명장치의 휘도를 높이기 위해 발광 소자의 통전 전류를 증가하면, 그것에 따라 발광소자의 발열량도 많아져 발광 효율이 저하하기 때문에, 휘도가 높아지기 어렵다는 문제가 있다.

기술의 진보에 따라, 보다 고품질의 화상 판독 성능이 요구되고 있고, 따라서, 발광소자의 통전 전류를 종래의 10배 정도로 높이는 것이 요구되고 있다. 그러나, 종래의 발광유닛을 이용한 경우, 방열 성능이 충분하지 않기 때문에, 전류를2∼3배 정도밖에 높일 수 없다는 문제가 있다.

종래의 발광유닛은, 수지제의 발광소자 기판 프레임재(21)에 리드 프레임(22)을 배치하고, 리드 프레임 상에 발광소자(23a, 23b, 23c)가 탑재되어 있다. 그러나, 수지제 기판을 이용한 경우, 방열 성능이 충분하지 않기 때문에, 발광소자의 통전 전류를 높일 수가 없다. 도 16에 나타내는 바와 같이 수지 프레임재 내에 금속 리드 프레임을 수납하는 대신에 열전도율이 큰 금속 기판 상에 전극을 형성하고, 수지 프레임재는 금속 기판 표면에만 형성함으로써 방열 성능을 높일 수 있지만, 금속 기판(28)에 전극(27)을 배치하는 경우, 절연 레지스트(281) 상에 전극(27)을 형성할 필요가 있다. 이 절연 레지스트(281)는 열전도율이 작기 때문에, 발광소자(23)의 열이 금속 기판(28)에 효율 좋게 전해지지 않고, 충분한 방열 성능을 얻을 수 없다는 문제가 있다.

상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 발광소자와, 상기 발광소자를 탑재하기 위한 발광소자 기판과, 상기 발광소자를 노출하기 위한 개구창을 가지는 발광소자 기판 프레임재와, 상기 발광소자에 급전하는 전극을 가지는 발광유닛에 있어서, 상기 발광소자 기판은 금속이며, 상기 발광소자는 상기 발광소자 기판에 직접 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 발광유닛이다. 본 발명은 또한, 상기 발광유닛에 있어서 상기 발광소자 기판은 금속이며, 상기 발광소자 기판 상에는 금속 산화막이 형성되고, 상기 발광소자는 상기 금속 산화막 상에 형성된 상기 전극 상에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 발광유닛이다. 상기 금속 산화막은 산화 알루미늄막인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 발광유닛을 이용한 봉 형상의 조명장치이며, 봉 형상 도광체의 길이 방향의 단면측에 형성한 발광유닛으로부터 입사한 광을 봉 형상 도광체의 내면에서 반사시키면서 길이 방향을 따라 형성한 출사면으로부터 출사하게 하도록 한 조명장치이다. 본 발명은, 상기 발광유닛을 이용한 판 형상 조명장치로서, 판 형상 도광체의 두께 방향의 측면에 형성한 발광유닛으로부터 입사한 광을 판 형상 도광체의 내면에서 반사시키면서 판 형상 도광체의 상면 또는 하면으로부터 출사하게 하도록 한 조명장치이다.

또한 본 발명은, 상기 조명장치와, 라인 이미지 센서와, 원고로부터의 반사광 또는 투과광을 상기 라인 이미지 센서에 수속(收束)시키기 위한 광학계를 케이스에 짜 넣은 것을 특징으로 하는 이미지 센서 및 상기 이미지 센서를 짜 넣은 것을 특징으로 하는 화상 판독장치이다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, 발광소자를 직접 기판에 탑재할 수 있기 때문에, 발광소자의 접합부(junction)로부터의 발열을 효율 좋게 기판에 내보낼 수 있어, 고전류를 흘릴 수 있다. 본 발명에 의하면, 금속 기판 상에 절연막으로서 금속 산화막을 형성하고 있으므로, 종래의 수지 레지스트막보다 방열 효율이 좋고, 고전류를 흘릴 수 있다.

수지 기판으로 이루어지는 대형 발광유닛을 이용한 경우, 방열 성능이 충분하지 않기 때문에, 전류를 높일 수가 없다. 따라서, 대형화하더라도 소형 유닛과 동일한 정도의 전류밖에 흘릴 수가 없지만, 본 발명에 의하면, 발광유닛에 이용되는 기판의 방열 성능을 높일 수 있기 때문에, 대형 발광유닛을 이용하여, 조도가 높은 조명장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 라인 조명장치를 짜 넣은 화상 판독장치의 단면도.

도 2는 라인 조명장치의 분해 사시도.

도 3은 도광체의 이면(裏面)에 형성된 광산란 패턴의 일례를 나타내는 사시도.

도 4는 본 발명의 발광유닛의 정면 투시도.

도 5는 본 발명의 발광유닛의 측단면도.

도 6은 본 발명의 발광유닛의 부분 단면도.

도 7은 본 발명의 다른 형태의 발광유닛의 부분 단면도.

도 8은 발광유닛 내의 발광소자의 결선도.

도 9는 본 발명의 발광유닛을 이용한 조명장치의 사시도.

도 10은 발광유닛 개구창 부분의 부분 단면도.

도 11은 화상 판독장치의 다른 실시예를 나타내는 단면도.

도 12는 도 11에 짜 넣은 조명장치의 분해 사시도.

도 13은 축소형 이미지 센서의 구조를 나타내는 모식도.

도 14는 종래의 발광유닛의 정면도.

도 15는 종래의 라인 조명장치의 사시도.

도 16은 종래의 발광유닛의 부분 단면도.

이하에 본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 라인 조명장치를 짜 넣은 화상 판독장치의 단면도, 도 2는 라인 조명장치의 분해 사시도, 도 3은 도광체의 이면(裏面)에 형성된 광산란 패턴의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이 화상 판독장치는, 이미지 센서와 유리판과 그것들을 담는 케이스로 구성된다. 이미지 센서는, 이미지 센서의 프레임(1)에 각 오목부(1a, 1b, 1c)를 형성하고, 오목부(1c)에 라인 조명장치(10)를 배치하고, 또한 오목부(1b)에 광전변환 소자(라인 이미지 센서)(3)를 구비한 센서 기판(4)을 부착 하고, 또한, 프레임(1) 내에 등배결상(等倍結像)용의 로드 렌즈 어레이(5)를 보유한다. 프레임(1)의 상부에는 유리판(2)이 설치되어 있다. 그리고, 라인 조명장치(10)의 출사면(11b)으로부터 출사한 광이 유리판(2)을 통하여 원고(G)에 닿게 되고, 원고(G)로부터의 반사광을 정립(正立) 등배결상계의 렌즈 어레이(5)를 통하여 광전변환 소자(라인 이미지 센서)(3)에 의해 검출함으로써 원고(G)를 판독한다. 정립 등배결상계로서는, 로드 렌즈 어레이나 평판형 마이크로 렌즈 어레이 등을 이용할 수 있다. 유리판(2)에 대하여 이미지 센서의 프레임(1)을 도 2의 부(副)주사 방향으로 이동시켜 원고(G)의 소망의 영역의 판독을 행한다.

투명도광체(11)에 발광유닛(20)을 부착하는 방법은 다음과 같다. 투명도광체(11) 및 발광유닛(20)에 대응하는 오목부 또는 볼록부를 형성하여, 이 오목부와 볼록부를 끼워 맞춘다. 투명도광체(11)와 발광유닛(20)은 밀착하도록 부착하여도 좋고, 간극이 생기도록 어느 일정한 거리만큼 떨어뜨려 부착하여도 좋다. 부착 거리에 따라 도광체에 도출하는 광량을 조절하는 것이 가능하다.

도 2에 나타내는 바와 같이 라인 조명장치(10)는 도광체(11)를 백색의 도광체 케이스(12)에 출사면(11b)이 노출하도록 장전하고, 또한 도광체 케이스(12)의 일단에는 발광원으로서 하나 또는 복수의 발광소자(예를 들면, 발광 다이오드)(23)를 구비한 발광유닛을 부착하고 있다. 도광체(11)는 유리나 아크릴 등의 투광성 재료로 구성되고, 주주사 방향(길이 방향)과 직교하는 방향의 단면 형상은 기본 형상이 직사각형이고, 산란 패턴이 형성된 면(11a)과 측면(11b)이 이루는 각부(角部), 및 면(11a)과 면(11c)이 이루는 각부를 C 모따기 가공한 형상으로 되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 도광체(11)의 이면에는, 입사면으로부터 입사한 발광원으로부터의 광을 산란시키기 위한 광산란 패턴(20)이 백색 도료의 스크린 인쇄나 요철을 형성하는 것 등에 의해 형성되어 있다. 라인 조명장치(10)는, 발광원으로부터의 광을 도광체(11)의 일단(입사면)으로부터 도광체(11) 내에 도입하고, 도광체(11) 내를 전파하는 광을 도광체의 이면에 형성한 광산란 패턴(20)으로 산란하고, 이 산란한 광을 출사면(11b)으로부터 출사한다.

입사면에 가까운 측에서는 발광원으로부터 입사한 광의 강도가 크고, 입사면에서 멀어짐에 따라 광의 강도는 작아진다. 따라서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 입사면에서 멀어짐에 따라 광산란 패턴의 형성 영역을 넓게 함으로써, 출사면(11b)으로부터 출사하는 광이 주주사 방향의 전체 길이에 걸쳐 균일하게 되도록 하고 있다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 도광체(11)를 도광체 케이스(12)로 덮음으로써, 도광체(11)를 보호함과 동시에, 산란광이 도광체 외부로 쓸데없이 방출되는 것을 방지하여, 출사광의 강도를 증가시키고 있다.

도 4는 발광유닛의 정면 투시도, 도 5는 발광유닛의 측단면도이다. 발광유닛(20)은 금속 기판(28) 상에 전극(27)이 형성되고, 전극 상에 발광소자(23)(23a, 23b, 23c)가 재치(載置)되어 있다. 전극(27)을 통하여, 발광소자(23)에 급전한다. 발광소자(23a)는 청색, 발광소자(23b)는 적색, 발광소자(23c)는 녹색을 발색한다. 금속 기판(28)은 발광소자(23)를 노출하기 위한 개구창(21a)을 가지는 프레임재(29)로 덮여 있다. 프레임재(29)의 재질은 광을 반사하기 쉽게 하기 위하여, 백 색 수지로 하는 것이 바람직하다. 개구창(21a)의 내부는 투명 수지(25)에 의해 봉지되어 있다. 금속 기판으로서는 열전도율이 높은 것이 바람직하고, 예를 들면, 알루미늄, 구리, 은, 금, 스테인리스 스틸 등을 이용할 수 있다.

도 6은, 도 5의 A 부분의 부분 단면 확대도이다. 금속 기판(28) 상에, 발광소자(23)가 직접 재치되고, 발광소자(23) 이외의 부분에, 절연 레지스트막(281)과 전극(27)이 형성되어 있다. 발광 소자(23)는 도전 페이스트 또는 수지 접착제 등에 의해 금속 기판(28) 상에 접착된다. 발광소자(23)는 금속 와이어(24)에 의해, 전극(27)과 전기적으로 접속하고 있다. 발광소자 이면으로부터도 급전할 필요가 있는 경우에는 도전 페이스트를 이용하여 발광 소자를 금속 기판에 접착하지만, 금속 와이어로부터의 급전만으로 충분한 경우에는, 투명 접착제를 이용하여 발광소자를 금속 기판에 접착하는 것이 바람직하다. 투명 접착제를 이용하는 것이 광이 반사되기 쉽게 되어, 출사광의 유효 이용이 가능하게 되기 때문이다. 본 실시예에서는 적색 발광소자(23b)에는 도전 페이스트를 이용하고, 청색 발광소자(23a), 녹색 발광소자(23c)에는 투명 수지 접착제를 이용하고 있다.

도 7은, 본 발명의 다른 실시 형태를 나타내는 발광유닛의 부분 단면 확대도이다. 금속 기판(28) 상에 금속 산화막층(282), 전극(27), 발광소자(23)가 이 순서대로 형성되어 있다. 발광소자(23)는 금속 와이어(24)에 의해 전극(27)과 전기적으로 접속하고 있다. 금속 산화막층(282)은 절연층으로서 기능한다. 금속 산화막층은 열전도율이 높은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 금속 기판으로서 알루미늄을 이용한 경우에는, 표면을 백색 알루마이트 처리하여 금속 산화막으로 할 수 있다. 백색으로 한 것은, 발광소자로부터의 광을 반사할 수 있고, 출사 효율을 높일 수 있기 때문이다.

도 8은 발광유닛 내의 발광소자의 결선도이다. 도 8은 컬러 판독용의 라인 조명장치의 예를 나타내고 있다. 발광유닛(20) 내에 탑재하는 발광소자(23)의 색, 개수, 결선은 판독의 목적에 따라 다양하게 조합시킬 수 있다. 발광유닛(20)에 통전하면 발광소자(23)가 발광한다. 통전 전류를 늘림으로써 발광 휘도도 커진다.

도 9는, 대형 발광소자를 탑재한 발광유닛을 짜 넣은 조명장치를 나타내는 사시도이다. 대형 발광유닛을 이용하는 경우, 도 10(D)에 나타내는 바와 같이, 봉 형상 도광체의 입사 단면의 면적보다, 발광소자 기판 프레임재의 개구창 상부의 면적이 커지게 되기 때문에, 도 10(A), (B), (C)에 나타내는 바와 같이, 개구창 내부에, 명도가 높은 유색 수지(26)를 충전하여, 개구 면적을 조정하는 것이 바람직하다.

도 11은 화상 판독장치의 다른 실시예를 나타내는 단면도, 도 12는 도 11에 짜 넣은 조명장치의 분해 사시도이며, 도 11에 나타낸 화상 판독장치에 있어서는, 원고(G)로부터의 반사광을 로드 렌즈 어레이(5)를 통하여 광전변환 소자(라인 이미지 센서)(3)로 검출함으로써 원고(G)를 판독하도록 하고 있지만, 이 실시예에 있어서는, 상기의 기능 외에, 조명장치(30)를 OHP 원고(G) 등의 위에 배치하여, 원고(G)의 투과광을 광전변환 소자(3)에 의해 판독할 수도 있도록 하고 있다. 이들 실시예도 도 1의 판독장치와 마찬가지로, 유리판(2)에 대하여 프레임(1)을 이동시켜 원고(G)의 소망의 영역의 판독을 행한다.

상기의 조명장치(30)는 투명 아크릴 수지로 이루어지는 판 형상 도광체(31)의 두께 방향 측면에 발광유닛(20)을 부착하고, 이 판 형상 도광체(31)를 백색 케이스(32) 내에 수납함과 동시에, 반사면이 되는 상면에는 백색 반사판(33)을, 출사면이 되는 하면에는 확산 시트(34)를 제공하고 있다.

상기는, 밀착형 이미지 센서(콘택트 이미지 센서)에 있어서의 실시 형태를 나타내었지만, 본 발명의 조명장치는 축소형 이미지 센서에 이용할 수도 있다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 축소형 이미지 센서(8)를 이용한 화상 판독장치(9)는 유리 등 투명한 원고대에 놓여진 원고를 조명장치(10)로 조명하고, 원고면으로부터 반사한 광을 미러(7)로 반사시키고, 렌즈(6)로 수속시켜 광전변환 소자(3)로 검출한다. 또한, 축소형 이미지 센서에 있어서, 이미지 센서부라고 하는 것은, 광전변환 소자(3)만을 의미하는 경우가 있지만, 본 명세서에서의 이미지 센서는 축소형 이미지 센서에서는 조명장치, 미러, 광전변환 소자, 렌즈로 구성되는 부분을 의미한다.

Claims (8)

1. 발광소자와,

   상기 발광소자를 탑재하기 위한 발광소자 기판과,

   상기 발광소자를 노출하기 위한 개구창을 가지는 발광소자 기판 프레임재와,

   상기 발광소자에 급전하는 전극을 가지는 발광유닛에 있어서,

   상기 발광소자 기판은 금속이며, 상기 발광소자는 상기 발광소자 기판에 직접 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 발광유닛.
2. 발광소자와,

   상기 발광소자를 탑재하기 위한 발광소자 기판과,

   상기 발광소자를 노출하기 위한 개구창을 가지는 발광소자 기판 프레임재와, 상기 발광소자에 급전하는 전극을 가지는 발광유닛에 있어서,

   상기 발광소자 기판은 금속이며, 상기 발광소자 기판 상에는 금속 산화막이 형성되고, 상기 발광소자는 상기 금속 산화막 상에 형성된 상기 전극 상에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 발광유닛.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 금속 산화막은 산화알루미늄막인 것을 특징으로 하는 발광유닛.
4. 봉 형상 도광체의 길이 방향의 단면측에 형성한 발광유닛으로부터 입사한 광을 봉 형상 도광체의 내면에서 반사시키면서 길이 방향을 따라 형성한 출사면으로부터 출사하게 하도록 한 조명장치로서, 상기 발광유닛은 제 1 항 내지 제 3 항으로 특정되는 것인 것을 특징으로 하는 조명장치.
5. 판 형상 도광체의 두께 방향의 측면에 형성한 발광유닛으로부터 입사한 광을 판 형상 도광체의 내면에서 반사시키면서 판 형상 도광체의 상면 또는 하면으로부터 출사하게 하도록 한 조명장치로서, 상기 발광유닛은 제 1 항 내지 제 3 항으로 특정되는 것인 것을 특징으로 하는 조명장치.
6. 제 4 항에 기재된 조명장치와, 라인 이미지 센서와, 원고로부터의 반사광 또는 투과광을 상기 라인 이미지 센서에 수속시키기 위한 광학계를 케이스에 짜 넣은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
7. 제 6 항에 기재된 이미지 센서를 짜 넣은 것을 특징으로 하는 화상 판독장치.
8. 이미지 센서와, 원고를 재치하기 위한 투명체와, 상기 투명체의 상방에 형성된 조명장치를 구비한 화상 판독장치로서, 상기 조명장치는 제 4 항으로 특정되는 것인 것을 특징으로 하는 화상 판독장치.

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