WO2006107011A1 - 発光ユニット、該発光ユニットを用いた照明装置及び画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　放熱性能が優れた照明装置用発光ユニットを提供する。　 【解決手段】　発光素子と、 前記発光素子を搭載するための発光素子基板と、前記発光素子を露出するための開口窓を有する発光素子基板枠材と、前記発光素子に給電する電極とを有する発光ユニットにおいて、前記発光素子基板は金属であり、前記発光素子は前記発光素子基板に直接搭載されていることを特徴とする発光ユニット。または、前記発光素子基板は金属であり、前記発光素子基板上には金属酸化膜が設けられ、前記発光素子は、前記金属酸化膜上に形成された前記電極上に搭載されていることを特徴とする発光ユニット。

Description

明 細 書

発光ユニット、該発光ユニットを用いた照明装置及び画像読取装置 技術分野

[0001] 本発明は、発光ユニット、この発光ユニットを組み込んだ照明 '自動車'産業機器- 一般民生機器に用いられる発光装置やライン照明装置、及びこのライン照明装置を 組み込んだ画像読取装置に関する。

背景技術

[0002] イメージセンサは、ファクシミリ装置、複写機、イメージスキャナ装置等、原稿を読み 取るための画像読取装置に組み込まれている。イメージセンサには、密着型と縮小 型があるが、いずれも原稿面を主走査範囲に亘つて線状に照明するライン照明装置 を備えている。

[0003] そして、ライン照明装置としては導光体を用いたものが知られている。例えば、特開 平 8-163320号公報及び特開平 10-126581号公報（特許第 2999431号公報）に は、棒状または板状をなす導光体を用いたライン照明装置及びそれを用いた画像読 取装置が記載されている。

[0004] 上記ライン照明装置は、端面力 入射した光を内面で反射させながら長さ方向に沿 つて設けた出射面から出射せしめる導光体と、この導光体の端面側に設けられた発 光ユニットと力も構成されている。図 14に従来の発光ユニットの正面図、図 15に従来 のライン照明装置の斜視図を示す。発光ユニット 20は特開 2003-023525号公報や 、特開平 11-136449号公報に記載されているように、リードフレーム 22が配設され た榭脂製の発光素子基板枠材 21に発光素子 23a、 23b、 23cを搭載するための開 口窓 21aが設けられ、リードフレーム 22は外部接続端子となるリード端子部 22aと内 部リード部 22cと開口部窓内に露出される発光素子搭載'接続部 22bとを備え、開口 窓内に露出されたリードフレームに発光素子を接着するとともに発光素子の電極とリ ードフレームとを金属ワイヤ 24で結線し、開口窓を透明樹脂で封止してなる。

[0005] 特許文献 1：特開 2003- 023525号公報

特許文献 2：特開平 1卜 136449号公報 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 画像読取装置において、照明装置の照明光の輝度を上げることにより、読み取り画 像の品質を向上することができるが、照明光の輝度を上げるためには、発光ユニット の通電電流を上げて発光量を上げる必要がある。

[0007] 発光素子に通電すると、発光と同時にジャンクション温度が上昇する (発光素子自 体から発熱する)。発生した熱は発光素子基板側に逃げ、最後には空気中に放熱さ れるため、ジャンクション温度の上昇は発光素子基板の放熱特性に依存し、通電電 流にほぼ比例する。すなわち、発光ユニットに用いられている基板の放熱特性が良 ければジャンクション温度の上昇率は小さくなる。

[0008] 一方、発光素子を高温で通電 (点灯)することは発光素子の劣化を早めることになる ため、寿命を長くするためには発光素子の温度上昇を極力抑制することが望ましい。 このため、発光ユニットに流すことのできる最大電流は発光素子基板の放熱性能が 良いほど大きくなる。

[0009] 放熱性能が十分でな 、発光ユニットにお 、て、ライン照明装置の輝度を上げるため に発光素子の通電電流を増加すると、それに伴って発光素子の発熱量も多くなり発 光効率が低下するために、輝度が上がり難 、と 、う問題がある。

[0010] 技術の進歩に伴い、より高品質の画像読み取り性能が求められており、そのために 発光素子の通電電流を従来の 10倍程度に上げることが要求されている。しかし、従 来の発光ユニットを用いた場合、放熱性能が十分でな 、ために電流を 2〜3倍程度し か上げることができな 、と 、う問題がある。

[0011] 従来の発光ユニットは、榭脂製の発光素子基板枠材 21にリードフレーム 22を配設 し、リードフレーム上に発光素子 23a, 23b, 23cが搭載されている。しかし、榭脂製 基板を用いた場合、放熱性能が十分でないため、発光素子の通電電流を上げること ができな!/、。図 16に示すように榭脂枠材内に金属リードフレームを収納する代わりに 熱伝導率の大きい金属基板上に電極を設け、榭脂枠材は金属基板表面のみに設け ることで放熱性能を上げることができるが、金属基板 28に電極 27を配設する場合、 絶縁レジスト 281上に電極 27を設ける必要がある。この絶縁レジスト 281は熱伝導率 が小さいため、発光素子 23の熱が金属基板 28に効率良く伝わらず、十分な放熱性 能が得られな 、と 、う問題がある。

課題を解決するための手段

[0012] 上記問題を解決するために、本発明は発光素子と、前記発光素子を搭載するため の発光素子基板と、前記発光素子を露出するための開口窓を有する発光素子基板 枠材と、前記発光素子に給電する電極と、を有する発光ユニットにおいて、前記発光 素子基板は金属であり、前記発光素子は前記発光素子基板に直接搭載されている ことを特徴とする発光ユニットである。本発明はまた、前記発光ユニットにおいて前記 発光素子基板は金属であり、前記発光素子基板上には金属酸ィヒ膜が設けられ、前 記発光素子は、前記金属酸ィ匕膜上に形成された前記電極上に搭載されていることを 特徴とする発光ユニットである。前記金属酸化膜は、酸ィ匕アルミニウム膜であることが 望ましい。

[0013] また本発明は、上記発光ユニットを用いた棒状照明装置であって、棒状導光体の 長さ方向の端面側に設けた発光ユニットから入射した光を棒状導光体の内面で反射 させながら長さ方向に沿って設けた出射面力 出射せしめるようにした照明装置であ る。本発明は、上記発光ユニットを用いた板状照明装置であって、板状導光体の厚 み方向の側面に設けた発光ユニットから入射した光を板状導光体の内面で反射させ ながら板状導光体の上面または下面力 出射せしめるようにした照明装置である。

[0014] 更に本発明は、上記照明装置と、ラインイメージセンサと、原稿からの反射光または 透過光を前記ラインイメージセンサに収束させるための光学系とを筐体に組み込ん だことを特徴とするイメージセンサおよび前記イメージセンサを組み込んだことを特徴 とする画像読取装置である。

発明の効果

[0015] 本発明によれば、発光素子を直接基板に搭載することができるため、発光素子のジ ヤンクシヨン力もの発熱を効率良く基板に逃がすことができ、高電流を流すことができ る。本発明によれば、金属基板上に絶縁膜として金属酸ィ匕膜を設けているので、従 来の榭脂レジスト膜よりも放熱効率が良ぐ高電流を流すことができる。

[0016] 榭脂基板力も成る大型発光ユニットを用いた場合、放熱性能が十分でないため、電 流を上げることができない。従って、大型化しても小型ユニットと同程度の電流しか流 すことができないが、本発明によれば、発光ユニットに用いられる基板の放熱性能を 上げることができるため、大型発光ユニットを用いて、照度の高い照明装置を提供す ることがでさる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明に係るライン照明装置を組み込んだ画像読取装置の断面図

[図 2]ライン照明装置の分解斜視図

[図 3]導光体の裏面に形成された光散乱パターンの一例を示す斜視図

[図 4]本発明の発光ユニットの正面透視図

[図 5]本発明の発光ユニットの側断面図

[図 6]本発明の発光ユニットの部分断面図

[図 7]本発明の別の形態の発光ユニットの部分断面図

[図 8]発光ユニット内の発光素子の結線図

[図 9]本発明の発光ユニットを用いた照明装置の斜視図

[図 10]発光ユニット開口窓部分の部分断面図

[図 11]画像読取装置の別実施例を示す断面図

[図 12]図 11に組み込んだ照明装置の分解斜視図

[図 13]縮小型イメージセンサの構造を示す模式図

[図 14]従来の発光ユニットの正面図

[図 15]従来のライン照明装置の斜視図

[図 16]従来の発光ユニットの部分断面図

発明を実施するための最良の形態

[0018] 以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図 1はライン照明装置を組み込んだ画像読取装置の断面図、図 2はライン照明装 置の分解斜視図、図 3は導光体の裏面に形成された光散乱パターンの一例を示す 斜視図である。

[0019] 図 1に示すように画像読取装置は、イメージセンサとガラス板とそれらを収める筐体 と力も構成される。イメージセンサは、イメージセンサのフレーム 1に各凹部 la, lb, 1 cを形成し、凹部 lcにライン照明装置 10を配置し、また凹部 lbに光電変換素子 (ライ ンイメージセンサ） 3を備えたセンサ基板 4を取り付け、更にフレーム 1内に等倍結像 用のロッドレンズアレイ 5を保持する。フレーム 1の上部にはガラス板 2が設けられてい る。そして、ライン照明装置 10の出射面 l ibから出射した光がガラス板 2を通して原 稿 Gに当てられ、原稿 G力 の反射光を正立等倍結像系のレンズアレイ 5を介して光 電変換素子 (ラインイメージセンサ） 3にて検出することで原稿 Gを読み取る。正立等 倍結像系としては、ロッドレンズアレイや平板型マイクロレンズアレイ等を用いることが できる。ガラス板 2に対してイメージセンサのフレーム 1を、図 2の副走査方向に移動さ せて原稿 Gの所望の領域の読み取りを行う。

透明導光体 11に発光ユニット 20を取付ける方法は次の通りである。透明導光体 11 および発光ユニット 20に対応する凹部または凸部を設け、この凹部と凸部を嵌合さ せる。透明導光体 11と発光ユニット 20は、密着するように取付けてもよいし、隙間が 生じるようにある一定の距離だけ離して取付けても良い。取付け距離によって導光体 へ導出する光量を調節することが可能である。

[0020] 図 2に示すようにライン照明装置 10は、導光体 11を白色の導光体ケース 12に出射 面 l ibが露出するように装填し、また導光体ケース 12の一端には発光源として 1また は複数の発光素子 (例えば発光ダイオード) 23を備えた発光ユニットを取り付けてい る。導光体 11はガラスやアクリル等の透光性材料にて構成され、主走査方向（長手 方向）と直交する方向の断面形状は基本形状が矩形で、散乱パターンが設けられた 面 11aと側面 l ibがなす角部、および面 11aと面 11cがなす角部とを C面取りした形 状となっている。

[0021] 図 3に示すように導光体 11の裏面には、入射面力も入射した発光源からの光を散 乱させるための光散乱パターン 20が白色塗料のスクリーン印刷や凹凸を形成するこ と等によって形成されている。ライン照明装置 10は、発光源からの光を導光体 11の 一端 (入射面)から導光体 11内に導入し、導光体 11内を伝搬する光を導光体の裏 面に形成した光散乱パターン 20にて散乱し、この散乱した光を出射面 l ibから出射 する。

[0022] 入射面に近い側では発光源力 入射した光の強度が大きぐ入射面から遠くなるに 従って光の強度は小さくなる。そこで図 3に示すように、入射面力 遠くなるに従って 光散乱パターンの形成領域を広くすることで、出射面 l ibから出射する光が主走査 方向の全長に亘つて均一になるようにしている。

[0023] 図 1及び図 2に示すように、導光体 11を導光体ケース 12で覆うことで、導光体 11を 保護するとともに、散乱光が導光体外部に無駄に放出されるのを防止し、出射光の 強度を増加させている。

[0024] 図 4は発光ユニットの正面透視図、図 5は発光ユニットの側断面図である。発光ュニ ット 20は、金属基板 28上に、電極 27が設けられ、電極上に発光素子 23 (23a, 23b , 23c)が載置されている。電極 27を通して、発光素子 23に給電する。発光素子 23a は青色、 23bは赤色、 23cは緑色を発色する。金属基板 28は、発光素子 23を露出 するための開口窓 21aを有する枠材 29で覆われている。枠材 29の材質は、光を反 射しやすくするため、白色榭脂とするのが好ましい。開口窓 21aの内部は、透明榭脂 25で封止されている。金属基板としては、熱伝導率が高いものが好ましぐ例えば、 アルミニウム、銅、銀、金、ステンレスなどを用いることができる。

[0025] 図 6は、図 5の A部分の部分断面拡大図である。

金属基板 28上に、発光素子 23が直接載置され、発光素子 23以外の部分に、絶縁 レジスト膜 281と電極 27が設けられている。発光素子 23は、導電ペーストまたは榭脂 接着剤などで金属基板 28上に接着される。発光素子 23は、金属ワイヤ 24により、電 極 27と電気的に接続している。発光素子裏面からも給電する必要がある場合は、導 電ペーストを用いて発光素子を金属基板に接着するが、金属ワイヤからの給電のみ で足りる場合は、透明接着剤を用いて発光素子を金属基板に接着することが好まし い。透明接着剤を用いた方が、光が反射されやすくなり、出射光の有効利用が可能 となるからである。本実施例では、赤色発光素子 23bには導電ペーストを用い、青色 発光素子 23a、緑色発光素子 23cには透明榭脂接着剤を用いている。

[0026] 図 7は、本発明の別の実施形態を示す発光ユニットの部分断面拡大図である。

金属基板 28上に金属酸化膜層 282、電極 27、発光素子 23がこの順で設けられて いる。発光素子 23は、金属ワイヤ 24により電極 27と電気的に接続している。金属酸 化膜層 282は絶縁層として機能する。金属酸化膜層は、熱伝導率が高いものを用い ることが好ましい。金属基板としてアルミニウムを用いた場合は、表面を白色アルマイ ト処理して金属酸ィ匕膜とすることができる。白色としたのは、発光素子からの光を反射 することができ、出射効率を上げることができるからである。

[0027] 図 8は発光ユニット内の発光素子の結線図である。図 8はカラー読み取り用のライン 照明装置の例を示している。発光ユニット 20内に搭載する発光素子 23の色、個数、 結線は、読み取りの目的により種々の組み合わせがある。発光ユニット 20に通電する と発光素子 23が発光する。通電電流を増すことで発光輝度も大きくなる。

[0028] 図 9は、大型発光素子を搭載した発光ユニットを組み込んだ照明装置を示す斜視 図である。大型発光ユニットを用いる場合、図 10 (D)に示すように、棒状導光体の入 射端面の面積よりも、発光素子基板枠材の開口窓上部の面積が大きくなつてしまうた め、図 10 (A) , (B) , (C)に示すように、開口窓内部に、明度の高い有色榭脂 26を 充填して、開口面積を調整することが望ましい。

[0029] 図 11は画像読取装置の別実施例を示す断面図、図 12は図 11に組み込んだ照明 装置の分解斜視図であり、図 11に示した画像読取装置にあっては、原稿 Gからの反 射光をロッドレンズアレイ 5を介して光電変換素子 (ラインイメージセンサ） 3にて検出 することで原稿 Gを読み取るようにしている力 この実施例にあっては、上記の機能の 他に、照明装置 30を OHP原稿 Gなどの上に配置し、原稿 Gの透過光を光電変換素 子 3で読み取ることもできるようにして 、る。これらの実施例も図 1の読取装置と同様 に、ガラス板 2に対してフレーム 1を移動させて原稿 Gの所望の領域の読み取りを行う

[0030] 上記の照明装置 30は透明アクリル榭脂からなる板状導光体 31の厚み方向側面に 発光ユニット 20を取り付け、この板状導光体 31を白色ケース 32内に収納するととも に、反射面となる上面には白色反射板 33を、出射面となる下面には拡散シート 34を 設けている。

[0031] 上記は、密着型イメージセンサ（コンタクトイメージセンサ）における実施形態を示し たが、本発明の照明装置は、縮小型イメージセンサに用いることもできる。図 13に示 すように、縮小型イメージセンサ 8を用いた画像読取装置 9は、ガラス等透明な原稿 台に置かれた原稿を照明装置 10で照明し、原稿面から反射した光をミラー 7で反射 させ、レンズ 6で収束させて光電変換素子 3で検出する。なお、縮小型イメージセンサ において、イメージセンサ部というのは、光電変換素子 3のみを意味する場合がある 力 本明細書におけるイメージセンサは、縮小型イメージセンサにおいては、照明装 置、ミラー、光電変換素子、レンズから構成される部分を意味する。

Claims

請求の範囲

[1] 発光素子と、

前記発光素子を搭載するための発光素子基板と、

前記発光素子を露出するための開口窓を有する発光素子基板枠材と、 前記発光素子に給電する電極と、を有する発光ユニットにおいて、

前記発光素子基板は金属であり、前記発光素子は前記発光素子基板に直接搭載 されて 、ることを特徴とする発光ユニット。

[2] 発光素子と、

前記発光素子を搭載するための発光素子基板と、

前記発光素子を露出するための開口窓を有する発光素子基板枠材と、 前記発光 素子に給電する電極と、を有する発光ユニットにおいて、

前記発光素子基板は金属であり、前記発光素子基板上には金属酸化膜が設けら れ、前記発光素子は、前記金属酸化膜上に形成された前記電極上に搭載されてい ることを特徴とする発光ユニット。

[3] 前記金属酸化膜は、酸ィ匕アルミニウム膜であることを特徴とする請求項 2に記載の 発光ユニット。

[4] 棒状導光体の長さ方向の端面側に設けた発光ユニットから入射した光を棒状導光 体の内面で反射させながら長さ方向に沿って設けた出射面から出射せしめるようにし た照明装置であって、前記発光ユニットは請求項 1乃至請求項 3にて特定されるもの であることを特徴とする照明装置。

[5] 板状導光体の厚み方向の側面に設けた発光ユニットから入射した光を板状導光体 の内面で反射させながら板状導光体の上面または下面から出射せしめるようにした 照明装置であって、前記発光ユニットは請求項 1乃至請求項 3にて特定されるもので あることを特徴とする照明装置。

[6] 請求項 4に記載の照明装置と、ラインイメージセンサと、原稿力 の反射光または透 過光を前記ラインイメージセンサに収束させるための光学系とを筐体に組み込んだこ とを特徴とするイメージセンサ。

[7] 請求項 6に記載のイメージセンサを組み込んだことを特徴とする画像読取装置。 イメージセンサと、原稿を載置するための透明体と、前記透明体の上方に設けられ た照明装置とを備える画像読取装置であって、前記照明装置は請求項 4で特定され るものであることを特徴とする画像読取装置。