(57)【要約】【課題】  コストの上昇を招くことなく放熱性を高め、かつ、発光素子の配光ムラの拡大を防止する。【解決手段】  複数のＬＥＤがライン状に配列された発光素子アレイ１８，１９は、ヒートシンク４１と一体に形成された取り付け台２２に取り付けられる。取り付け面には、照射効率を高めるための反射面として機能する略Ｖ字形状の溝４６〜４８が形成される。各アレイ１８，１９と、ワイヤ３６によってボンディングされるプリント基板２０，２１とは、分離されており、各アレイ１８，１９は、前記各溝４６〜４８の底面に配置され、プリント基板２０，２１は、溝４６〜４８の壁面の一部に形成された段５６〜５８に配置される。アレイ１８，１９は、熱伝導性が低い樹脂性のプリント基板２０，２１と分離されるので、高い放熱効果が得られる。また、各アレイ１８，１９と各溝４６〜４８の壁面との間隔を狭めることができるので、各ＬＥＤの配光ムラの拡大が防止される。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子がライン状に配列された発光素子アレイと、この発光素子を取り付ける取り付け台とを備えた光源装置において、
前記発光素子アレイとは別に設けられ、前記発光素子アレイとワイヤによってボンディングされる回路パターンをプリントしたプリント基板を有し、
前記発光素子アレイの長手方向に沿って反射面が配置されるように、前記取り付け台に断面が略Ｖ字形をした溝を形成し、この溝の底面に前記発光素子アレイを配置するとともに、
前記溝の壁面の一部に前記プリント基板を設置する段を設けたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記発光素子アレイは、複数の発光素子を固定するプレート又はシートを有しており、このプレート又はシートを介して前記取り付け台に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記各発光素子は、前記溝の底面に直接取り付けられることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
前記溝は、金属や誘電体で形成した反射膜で覆われていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光源装置。
【請求項５】
前記各発光素子は、略直方体形状をしたチップ型の素子であり、隣接する各発光素子の対面する側面同士が平行にならないように、各発光素子の配置角度を傾けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の光源装置。
【請求項６】
前記取り付け台とヒートシンクとを一体に成形したことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の光源装置。
【請求項７】
異なる波長を照射する少なくとも２種類の発光素子アレイを備えたことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光素子をライン状に配列した光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の発光素子（例えば、ＬＥＤ）をライン状に配列した発光素子アレイを備えた光源装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。発光素子アレイは、例えば、駆動用電源と接続される回路パターンをプリントしたプリント基板上に、複数の発光素子を並べて実装し、各発光素子の電極と前記回路パターンとをワイヤボンディングによって電気的に導通可能に接続することにより構成される。
【０００３】
こうした光源装置は、発光素子アレイの長手方向に沿って均一な照度分布を得ることができるため、従来利用されていた直管型の蛍光ランプに代わって、スキャナやコピー機などの原稿照射用光源として使用されるようになってきている。この光源装置を原稿照射用光源として用いる場合には、原稿の幅方向（主走査方向）と発光素子アレイの長手方向が一致するように配置される。
【０００４】
また、この光源装置を、光定着性を有する感熱記録紙の光定着用光源としても使用することが検討されている。光定着用光源として使用する場合には、原稿照射用光源として用いる場合と比較して、より高い照度が要求される。そのため、光定着用光源として用いる場合には、より高い照度の発光素子を用いるとともに、発光素子アレイの両脇に、その長手方向に沿って反射面を設けるなどの工夫が施される。また、高出力を追求すれば発熱量も大きくなるので、それに応じた発熱対策も要求される。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２５０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の発光素子アレイでは、各発光素子と、これら各発光素子とワイヤボンディングされる回路パターンとが一つのプリント基板上にマウントされている。プリント基板の素材としては、一般に樹脂が用いられるが、樹脂は金属と比較して熱伝導性が低い。そこで、樹脂の代わりにアルミニウムなどの金属で形成されたプリント基板を用いることも考えられる。しかし、アルミニウムの基板は樹脂の基板と比較して部品単価が高価であるのに加えて、エッチングなどの加工コストも高いため、コストが上昇してしまうという問題がある。
【０００７】
また、回路パターンは、発光素子アレイの長手方向に沿って各発光素子の両脇に配置される。したがって、各発光素子と前記反射面との間には、前記回路パターンが位置することになるので、各発光素子と反射面とを接近させることができなかった。各発光素子と反射面の間隔が広いと、長手方向（主走査方向）の配光ムラが拡大してしまうという問題が生じる。というのは、発光素子アレイは、巨視的に見ればライン光源として捉えることができるが、微細に見れば、点光源（発光素子）の集合に過ぎない。このため、各発光素子の配列ピッチに応じて主走査方向に多少の配光ムラが生じる。この配光ムラは、各発光素子と反射面との間隔が広がれば広がるほど、拡大して顕在化する。
【０００８】
本発明は、発光素子アレイを備えた光源装置について、コスト上昇を招くことなく放熱性を高めるとともに、発光素子アレイの配光ムラの拡大を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光源装置は、複数の発光素子がライン状に配列された発光素子アレイと、この発光素子を取り付ける取り付け台とを備えた光源装置において、前記発光素子アレイとは別に設けられ、前記発光素子アレイとワイヤによってボンディングされる回路パターンをプリントしたプリント基板を有し、前記発光素子アレイの長手方向に沿って反射面が配置されるように、前記取り付け台に断面が略Ｖ字形をした溝を形成して、この溝の底面に前記発光素子アレイを配置するとともに、前記溝の壁面の一部に前記プリント基板を設置する段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
なお、前記発光素子を、複数の発光素子を固定するプレート又はシートを介して前記取り付け台に取り付けてもよいし、プレート又はシートを使用することなく直接取り付けてもよい。なお、前記溝を、金属や誘電体で形成した反射膜で覆ってもよい。
【００１１】
なお、前記各発光素子として、略直方体形状をしたチップ型の素子を使用した場合には、隣接する各発光素子の対面する側面同士が平行にならないように、各発光素子の配置角度を傾けることが好ましい。
【００１２】
なお、前記取り付け台とヒートシンクとを一体に成形することが好ましい。また、用途に応じて、異なる波長を照射する少なくとも２種類の発光素子アレイを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光源装置は、複数の発光素子がライン状に配列された発光素子アレイと、この発光素子を取り付ける取り付け台とを備えた光源装置において、前記発光素子アレイとは別に設けられ、前記発光素子アレイとワイヤによってボンディングされる回路パターンをプリントしたプリント基板を有し、前記発光素子アレイの長手方向に沿って反射面が配置されるように、前記取り付け台に断面が略Ｖ字形をした溝を形成して、この溝の底面に前記発光素子アレイを配置するとともに、前記溝の壁面の一部に前記プリント基板を設置する段を設けたから、反射面と発光素子との間隔を狭めることが可能となり、配光ムラの拡大を防止することができる。また、発光素子アレイとプリント基板とを分離したことにより、放熱性の高い高価なプリント基板を使用することなく、放熱性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の光源装置を、光定着光源として用いたカラー感熱プリンタ１０を示す。カラー感熱プリンタ１０は、カラー感熱記録紙１１を順方向と、その逆方向とに往復搬送しながら、フルカラー画像の熱記録と、熱記録済みのカラー感熱記録紙１１の光定着とを行う。
【００１５】
周知のように、カラー感熱記録紙１１は、支持体上に、上層から順に、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン）の各色に発色する３つの感熱発色層を層設したものである。カラー感熱記録紙１１は、最上層となるイエロー感熱発色層の熱感度が最も高く、最下層のシアン感熱発色層の熱感度が最も低い。
【００１６】
深層の感熱発色層を加熱する際に上層の感熱発色層の未発色部分が発色しないように、イエロー及びマゼンタの各感熱発色層には、それぞれ特有な波長域の光による光定着性が付与されており、各感熱発色層は、画像が熱記録された後、それぞれの波長の光が照射されることにより光定着される。イエロー感熱発色層は、発光ピークの波長が約４２０ｎｍの青紫色の光であるイエロー定着光が照射されると発色能力を消失し、マゼンタ感熱発色層は、発光ピークの波長が約３６５ｎｍの近紫外線であるマゼンタ定着光が照射されると発色能力を消失する。
【００１７】
カラー感熱記録紙１１の搬送路上には、サーマルヘッド１２と、このサーマルヘッド１２と対向する位置に配置されカラー感熱記録紙１１を裏面から支持するプラテンローラ１３が配置されている。サーマルヘッド１２は、周知のように、多数の発熱素子を主走査方向（カラー感熱記録紙の幅方向）に沿ってライン状に並べた発熱素子アレイ１２ａを備えている。各発熱素子は、画素の濃度に応じた熱エネルギーを発生する。この発熱素子アレイ１２ａをカラー感熱記録紙１１に圧接させて、各感熱発色層を加熱することで、イエロー，マゼンタ，シアンの各色の画像を熱記録する。
【００１８】
サーマルヘッド１２の順方向下流側には、搬送ローラ対１４と、光定着光源である光定着器１６が配置されている。搬送ローラ対１４は、給紙されたカラー感熱記録紙１１をニップして副走査方向へ搬送する。この搬送中に、カラー感熱記録紙１１がサーマルヘッド１２及び光定着器１６を通過して、熱記録及び光定着が行われる。光定着器１６は、図示しない配線によって光源電源回路１７に接続される。符号１５は、放熱用のファンであり、光定着器１６に取り付けられる。
【００１９】
図２に示すように、光定着器１６は、Ｙ用及びＭ用の各発光素子アレイ１８，１９，プリント基板２０及び２１，取り付け台２２，側板２３，照射パネル２４からなる。照射パネル２４は、例えば、透明なアクリル板が使用され、各発光素子アレイ１８，１９から発光される光を透過する。光定着器１６は、この照射パネル２４とカラー感熱記録紙１１とが対面するように配置される。側板２３は、側方への光の漏光を防止する遮光板である。
【００２０】
Ｙ用及びＭ用の各発光素子アレイ１８，１９は、Ｙ用及びＭ用のそれぞれの複数個のＬＥＤ（Light Emitting Diode）２６，２７をライン状に配列したものである。光定着器１６は、これらアレイ１８，１９の長手方向と主走査方向とが一致する向きで配置される。
【００２１】
ＬＥＤ２６，２７は、Ｙ定着光及びＭ定着光のそれぞれに対応した発光波長を持つ。Ｙ用発光素子アレイ１８は、１列分設けられており、Ｍ用発光素子アレイ１９は、２列分設けられている。これは、イエロー感熱発色層よりもマゼンタ感熱発色層の感度が低く、イエロー定着光と比較してマゼンタ定着光の方がより高い照度が求められるためである。
【００２２】
図３（Ａ）は、ＬＥＤ２６，２７を上面から見た平面図であり、図３（Ｂ）は、側面から見た側面図である。ＬＥＤ２６，２７は、例えば、結線のためのリード部を持たないチップ型のＬＥＤが使用される。ＬＥＤ２６，２７は、略直方体形状をしており、上面にｐ(positive)及びｎ(negative)の両方の電極３１，３２が設けられており、これら両電極間の接合形式として、ＭＱＷ（多重量子井戸：multiple-quantum well ）型を採用したものである。ＭＱＷ型のチップは、ホモ接合形式やダブルヘテロ接合形式のチップと比較してエネルギー効率が高い。チップ基板３３としては、例えば、サファイヤ基板が使用されており、このサファイヤ基板上に、ＧａＮ（窒化ガリウム）系の窒化物半導体材料で各種の膜が層設されている。これら各ＬＥＤ２６，２７は、上面及び側面から光を放射する。
【００２３】
サファイヤ基板は、ガリウム系材料の製膜において優れた特長を持つことから、紫外線や青色光を放射する青色ＬＥＤに多く用いられている。サファイヤ基板を使用したチップではなく、基板の素材として、ガリウム燐，ガリウム砒素，インジューム燐，ＳｉＣ（炭化ケイ素），ＧａＮなどを使用したチップでもよいし、これらの混合した素材を使用したチップでもよい。
【００２４】
各ＬＥＤ２６，２７は、それぞれ細長い薄板状をしたプレート３４にライン状に配列して固定される。各ＬＥＤ２６，２７は、チップ基板３３の下面とプレート３４の上面とを接着剤によって接着することによりプレート３４に固定される。接着剤としては、熱伝導性の高い接着剤が使用される。プレート３４としては、例えば、熱伝導性の高い銅板が使用される。なお、プレートの代わりに、肉厚の薄いシートを使用してもよい。
【００２５】
図４（Ａ）に示すように、Ｙ用発光素子アレイ１８は１列なので、プラス（＋）側とマイナス（−）側のプリント基板２０が、それぞれ１つずつ設けられる。他方、図４（Ｂ）に示すように、Ｍ用発光素子アレイ１９は２列なので、２列分のプラス（＋）側に２列、マイナス（−）側に１列で、合計３つのプリント基板２１が設けられる。マイナス（−）側のプリント基板２１は、２列のＭ用発光素子アレイ１９の共用基板として用いられる。もちろん、マイナス（−）側のプリント基板２１を各列毎に設けてもよい。
【００２６】
各発光素子アレイ１８，１９と、各プリント基板２０，２１とは別体で設けられている。各プリント基板２０，２１には、各発光素子アレイ１８，１９と光源電源回路１７とを電気的に接続するための回路パターン３７がプリントされている。各発光素子アレイ１８，１９と、回路パターン３７とは、ワイヤ３６によって結線（ボンディング）されて、電気的な導通が確保される。回路パターン３７は、各ＬＥＤ２６，２７のｐ又はｎの各電極３１，３２と結線されるボンディングパッド３８と、これらパッド３８と電気的に接続される導電部３９とからなる。この導電部３９には、光源電源回路１７への配線取り出し用のパッドが含まれる。本例では、この回路パターン３７により、各ＬＥＤ２６，２７を、５個ずつ直列に接続して、これを一組としたものを複数組並列に接続している。もちろん、接続方式としては種々変更が可能であり、これ以外の方式で接続してもよい。
【００２７】
プリント基板２０，２１の素材としては、コストの安い樹脂が使用される。プリント基板２０，２１と各発光素子アレイ１８，１９とは分離されているから、プリント基板２０，２１の素材としては、ＬＥＤ２６，２７の放熱を考慮してコストの高い金属を選択する必要が無くなる。
【００２８】
図５に示すように、取り付け台２２は、放熱性の高い金属、例えば、銅やアルミニウムなどで形成される。この取り付け台２２には、ヒートシンク４１が一体に成形されている。一体成形とすることで接着に要する接着剤が不要となり放熱性が向上する。なお、本例では、取り付け台の素材として銅やアルミニウムなどの金属を使用しているが、熱ひずみによる影響が無視できない程の精度が要求される場合には、アルミナや窒化アルミナなどのセラミックを使用してもよい。また、放熱性を多少犠牲にしても部品コストを切り詰めたい場合には、熱伝導性の高いプラスチックを使用することも可能である。
【００２９】
取り付け台２２の取り付け面には、断面が略Ｖ字形状をした溝４６〜４８が形成されている。これら各溝４６〜４８の底面４９に、各発光素子アレイ１８，１９が１列ずつ配置される。これら各溝４６〜４８は、各発光素子アレイ１８，１９の照射効率を向上させるために形成されるもので、各溝４６〜４８の各壁面５１，５２，５３は、各発光素子アレイ１８，１９から放射される光をカラー感熱記録紙１１に向けて反射する反射面として機能する。上述したように、ＬＥＤ２６，２７は側面からも発光する。しかも、側面からの発光量は、上面よりも多いので、その両脇に反射面を設けることは非常に有効である。
【００３０】
なお、反射面の反射率を高めるために、各溝４６〜４８の表面に、金，銀，アルミニウムなどの金属や、二酸化シリコンや酸化チタン，酸化タンタル，酸化錫，酸化インジュームなどの誘電体で反射膜を形成してもよい。反射膜は、単一の素材で形成しなくてもよく、複数の素材を混合して形成してもよい。これら反射膜の素材の選択は、使用するＬＥＤの発光波長に応じて適宜選択される。また、発光素子アレイ１８，１９との接着性を高めるために、ニッケルなどをメッキしてもよい。
【００３１】
Ｙ用発光素子アレイ１８が設けられる溝４６の両壁面５１ａ，ｂには、それぞれの中腹に、プリント基板２０を配置するための段５６が設けられている。こうすることで、ＬＥＤ２６と反射面との間にプリント基板２０を配置しなくても済むため、ＬＥＤ２６と壁面５１との間隔を狭めることができる。これにより、各ＬＥＤ２６の配光ムラの拡大を防止することができる。
【００３２】
Ｍ用発光素子アレイ１９が設けられる２つの溝４７，４８には、これら２列の溝４７，４８からなる溝全体の両側端に位置する壁面，すなわち、壁面５２ａ，５３ａの中腹に、段５７，５８が形成されている。これら段５７，５８には、プラス側のプリント基板２１が配置される。また、各溝４７，４８の仕切壁となる壁面５２ｂ，５３ｂは、その高さＴ１が溝全体の高さＴ０よりも低くなるように形成されている。この仕切壁の上面５９にマイナス側のプリント基板２１が配置される。これにより、ＬＥＤ２７と反射面となる壁面との間隔を狭めることができるので、Ｙ用発光素子アレイ１８と同様に、配光ムラの拡大が防止される。
【００３３】
また、この取り付け台２２は、ヒートシンク及び各溝を含めて、押し出し型を使用して成形することができるので、加工コストが上昇することはない。
【００３４】
上記実施形態は１例であり、種々の変形が可能である。上記実施形態では、隣接するＬＥＤを、それらの側面同士が平行になるように配置しているが、図６に示すように、隣接する各ＬＥＤ２６の側面同士が平行にならないように、配置角度を傾けてもよい。ＬＥＤ２６の側面は、発光面を構成するので、隣接するＬＥＤ２６の側面同士が対面すると、照射効率が低下するおそれがある。配置角度を傾ければ、側面同士が対面するを防ぐことができるので、照射効率の低下を防止することができる。なお、配置角度の傾斜角は、各ＬＥＤ２６の４つの側面が均等に反射面（溝の壁面）と対面する角度、すなわち、４５度が好ましい。
【００３５】
図７に示すように、各溝４６〜４８の壁面に、取り付け台２２よりも熱伝導性の高い材料で膜６１を形成してもよい。こうすれば、より高い放熱効果が得られる。また、図８に示すように、シリコーンやエポキシの透明樹脂６２を溝内に注入して各発光素子アレイ１８，１９を封止してもよい。こうすれば、各発光素子アレイ１８，１９及びプリント基板２０，２１を確実に固定することができる。
【００３６】
また、図９に示すように、プレートを使用せずに、ＬＥＤ２６，２７を、各溝４６〜４７の底面に直接マウントしてもよい。この場合には、ＬＥＤ２６，２７の接着には熱伝導性の高い接着剤を使用するとよい。このように、プレートを使用せずに、ＬＥＤ２６，２７をマウントする場合には、プレートを使用した場合と比較して、組み付け時間が増加してコスト上昇の懸念が生じるというデメリットがあるが、より高い放熱性が得られるというメリットがある。
【００３７】
また、図１０に示すように、溝６３の壁面６３ａのうち、発光素子アレイ６４に近い下方部分を階段状に形成し、発光素子アレイ６４から被照射物に向けて放射され被照射物の表面で反射された光を再度被照射物に向けて反射するようにしてもよい。
【００３８】
また、図１１に示すように、フリップチップタイプのＬＥＤ７１を使用して、ＬＥＤ７１のｐ及びｎの各電極７２，７３をプレート７４に直接取り付けるようにしてもよい。この場合には、プレート７４には、各電極７２，７３とプリント基板７７とを電気的に接続するための導電部７６を設ける必要がある。しかし、フリップチップタイプのＬＥＤ７１を使用すれば、プリント基板７７と発光素子アレイとをボンディングするワイヤ３６の本数を減らすことができるので、ワイヤが接触してショートするなどのトラブルの発生が防止される。
【００３９】
また、図１２に示すように、上面及び下面のそれぞれにｐ電極８１及びｎ電極８２が設けられたＬＥＤ８３を使用してもよい。この場合には、ｎ電極８２と接続する導電部８４を有するマイナス側のプリント基板８６が、ＬＥＤ８３をマウントするプレートとして兼用される。このため、取り付け台８７の各溝９１〜９３には、プラス側のプリント基板８８を配置する段９４のみを形成すればよい。なお、本例では、導電部８４をマイナス側の共通電極として使用しているので、各ＬＥＤ８３は、並列接続となる。
【００４０】
また、図１３に示す光定着器１０１のように、各溝１０２に送風するための吸気ファン１０３を設けてもよい。吸気ファン１０３は、各溝１０２の数に応じて設けられる。この吸気ファン１０３が設けられる側板と反対側の側板１０４には、排気口１０６が形成される。もちろん、吸気ファンの代わりに排気ファンを設けてもよい。その場合には、排気口が吸気口として機能する。
【００４１】
なお、上記実施形態では、本発明の光源装置を光定着光源として使用する例で説明しているが、原稿読み取り光源など別の用途に使用してもよい。その場合には、発光波長は、それぞれの用途に応じて適宜選択される。また、発光素子としてＬＥＤを使用した例で説明しているが、ＬＥＤに限らず、ＥＬ（エレクトロルミネセンス），面発光する半導体レーザー素子など各種の発光素子を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】光定着光源として光源装置が組み込まれたカラー感熱プリンタの構成図である。
【図２】光定着器の分解斜視図である。
【図３】チップ型ＬＥＤの説明図である。
【図４】発光素子アレイとプリント基板の説明図である。
【図５】取り付け台の側面図である。
【図６】ＬＥＤの配置角度を傾けた例の説明図である。
【図７】溝に、熱伝導性の高い膜を形成した例の説明図である。
【図８】溝に、透明樹脂を注入した例の説明図である。
【図９】ＬＥＤを取り付け台に直接マウントした例の説明図である。
【図１０】溝の壁面を階段状にした例を示す説明図である。
【図１１】フリップチップタイプのＬＥＤを使用した例の説明図である。
【図１２】上面及び下面に各電極が設けられたＬＥＤを使用した例の説明図である。
【図１３】側面に吸気ファンを設けた例の説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１６  光定着器
１８  Ｙ用発光素子アレイ
１９  Ｍ用発光素子アレイ
２０，２１  プリント基板
２２  取り付け台
２６，２７  ＬＥＤ
３４  プレート
３６  ワイヤ
４１  ヒートシンク
４６，４７，４８  溝
５６，５７，５８  段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005056653.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005056653.tif 000012
【図１１】
2005056653.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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