JPH0418771A - 発光ダイオードアレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、複写機あるいはファクシミリの光源等に使・
用される発光ダイオードアレイ装置に関する。

（従来の技術） 一般的に、発光ダイオードアレイ装置は、金属板あるい
はカラス繊維入りエポキン樹脂などからなる基板」−に
発光ダイオード（ＬＥＤ）素−ｒまたとえば、Ｌ　Ｅ　
Ｄペレットをほぼ直線状に並べて配設し２、これら発光
ダイオード素子の上方に位置してその配列方向と平行に
プラスチックからなる棒状レンズを配設した構造になっ
ている。この棒状レンズは、発光ダイオード素子から放
射される光を来光するためのものである。

そして、従来の発光ダイオードアレイ装置においては、
たとえば特開昭５７−１４１１７４号公報に記載されて
いるように、棒状レンズの保持と発光ダイ」−ド素子か
らの光を反射させて有効に取り出すこととをｉｌ的とし
て、棒状レンズと配線基板との間に反射板を役目たり、
あるいは、特開昭５９１５Ｎ８６号公報に３己載されて
いるように、配線基板−１−に棒状レンズを直接固定し
たりしていたが、いずれにせよ、棒状レンズと配線基板
上の個々の発光ダイオード素子が隔壁で仕切られたり、
素子間に樹脂を隙間なく充填したほぼ密閉された構造が
採られていた。

しか［２、この従来の構造では、発光タイオード素■゛
−から発生する熱か、配線基板を介して棒状レンズに伝
わりやすいとともに、放熱されにくい。

そのため、棒状レンズの温度が上昇して、膨張あるいは
収縮により、棒状レンズが歪んで変形し２やすい。この
変形は、棒状レンズの中心から長手方向両端に向かうに
つれて著しくなるが、配線）、（板および棒状レンズの
長さの伸び縮みにより、発光ダイオードアレイ装置全体
が弓なりに反ってしまうことがある。このような棒状レ
ンズなとの変形が生じると、配光特性が悪くなって、照
度分布にむらが生じるとともに、棒状レンズや発光ダイ
オド素子が破壊される危険性がある。また、発光ダイオ
ードから発生する熱が放熱されにくいため、寿命特性に
も悪影響が出て、発光ダイオ−１この光量維持率が低下
しやすい。

なお、とくに配線基板に反射板を介して棒状レンズを取
付けたものでは、組み立て工数が多くなるとともに、棒
状レンズと反射板とを組み立てるときのばらつき、およ
び、これら棒状レンズと反射板とを組みヴてた部品を発
光ダイオード素子の配列された配線基板に取イτ１ける
ときのばらつきにより、棒状レンズの軸と発光ダイオー
ド素子の配列軸とが微妙にずれるため、それぞれの発光
ダイオ−ド素ｒからの光路が一定にならず、光軸のずれ
による照度のむらが大きくなることがある。

（発明が解決しようとする課題） 前述のように、従来の発光ダイオードアレイ装置では、
発光ダイオード素子と棒状レンズとの間に隙間がなかっ
たため、発光ダイオード素子から発生ずる熱が棒状レン
ズに伝わりやすいとともに、Ｉｎｋ熱か行なわれに＜＜
、その結果、棒状レンズの変形により、配光特性が悪く
なって、照度むらか生じたり、発光ダイオード素子や棒
状レンズの劣化や破壊を招いたりしやすい問題があった
。

また、とくに配線基板に反射板を介して棒状レンズを取
イ・１けたものでは、光軸のずれが生じやすいなとの問
題もあった。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、配線基板に棒状レンズを直接取付けることかでき、か
一つ、発光ダイオードから発生する熱の棒状レンズへの
伝達を抑えることができ、この棒状レンズの変形を少な
（することができて、配光特性の悪化を防１１−できる
とともに、発光ダイオード素子や棒状レンズなどの破壊
を防１１−できる発光ダイオードアレイ装置を提供する
ことを第１の目的とするものである。

また、この発光ダイオードアレイ装置において、発光ダ
イオードから発生する熱の放熱を効果的に行なえるよう
にし、熱による各種悪影響をより軽減することを第２の
目的とするものである。

さらに、熱により棒状レンズがある程度変形したとして
も、この変形を吸収することができ、照度分布の著しい
変化をより確実に防止できるとともに、発光ダイオード
素子や棒状レンズなどの破壊をより確実に防１Ｆできる
ようにすることを第３の［１的とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の請求項１の発光ダイオードアレイ装置は、配線
基板と、この配線基板上にほぼ直線状に配列された複数
の発光ダイオード素子と、これら発光ダイオード素子の
上方に位置してこれら発光ダイオード素子の配列方向と
平行に配設された棒状レンスとを具備し、前記第１の目
的を達成するために、前記棒状レンズにおける前記発光
ダイオ−ド素Ｊ″−の配列に対向する位置に、少なくと
もこれら発光クイオード素子の配列の全長に渡る空洞を
設（Ｊたものである。

・εｆｔに加えて、請求項２の発光タイオードアレイ装
置は、前記第２の１−１的を達成するために、前記棒状
Ｉ／レンズお（Ｊる発光ダイオード素−ｒの配列／、向
に沿う側面部と前記配線基板との間に前記空４＾］に連
通ずる間隙を設けたものである。

さらに、請求項３の発光ダイオードアレイ装置は、前記
棒状レンズが、この棒状レンズを前Ｊ己配線基板に取イ
１１けるための複数のビンを有し、前記配線基板は、前
記各ピンが対向する位置にこれらビンか挿入される（ｕ
数の取イ・１孔をそれぞれ有しているが、前記第３の［
“１的を達成するために、前記発光ダーｒオート素子の
配列のほぼ中心に位置するビン（４、取（ＮＩ孔に隙間
なく挿入し、他のピンは、取イ・１孔に前記発）しクイ
オート素ｊ′の配列方向へ摺動ｉｉＪ能に挿入１〜たも
のである。

（作用） 本発明の請求項１の発光タイオードアレイ装置では、棒
状レンズにおける発光ダイオード゛素子の配列に対向す
る位置に、少な（ともその配列の全長に渡る空洞がある
ことにより、棒状レンズを配線）、（板に直接取（ＮＩ
けることができ、その取イ（１け時のがたによる発光ダ
イオード素子の配列方向と棒状レンズの軸とのずれか少
なくなる。そして、配線基板上にほぼ直線状に配列され
た発光ダイオド素子からの光が、その上方に平行に位置
する棒状レンズにより集光されて照射される。このとき
、前記空洞があることにより、発光ダイオード素子の発
生する熱が棒状レンズに伝わりにくく、したがって、こ
の棒状レンズが変形しに＜＜、熱による配光特性の悪化
が防雨される。これとともに、棒状レンズが熱により若
干膨脂ないし伸縮したとしても、前記空洞があることに
より、棒状レンズが発光ダイオード素子に直接当たるこ
とはない。

また、請求項２の発光ダイオ−ドア１ノイ装置では、棒
状レンスにおける発光ダイオード素子の配列方向に沿う
側面部と配線基板との間に間隙があ−）で、棒状ｌ、・
ンズと配線基板との接触面積がより小さいことにより、
発光ダイオード素子から配線基板を介して棒状レンズに
伝わる熱はより少なくなる。これとともに、前記間隙が
発光ダイオド素−ｊ′−に臨む空胴に連通していること
により、発光ターｆオード素子の周辺に外部からの空気
の対流か取り入れられ、発光タイオード素子が発生ずる
熱か効果的に放散される。したかって、発光ダイオ−ド
の光蹴維持率が向上するとともに、発光ダ・ｒオード素
子から配線基板に伝わる熱そのものが少なくなり、棒状
レンズに伝わる熱はより少なくなる。これにより、棒状
レンズの膨脹、収縮が最小限に抑えられる。

さらに、請求項３の発光タイオードアレイ装置−〇は、
棒状レンズの複数のピンが配線基板の複数の取付孔にぞ
れぞれ挿入されて、この配線基板に棒状レンズが取付け
られる。そして、発光ダイオ−ド素子の発生ずる熱によ
る膨脹あるいは収縮によって、棒状レンズが配線基板に
対し、て伸びたり縮んだりしたとき、発光ダイオード素
子の配列のほぼ中心に位置するピンは、取付孔に隙間な
く挿入されていて動かないものの、他のビンは、取付孔
内で発光ダイオード素子の配列方向へ摺動する。これに
より、棒状レンズの全長の変化が吸収されて、装置全体
が弓状に反るようなことが防雨され、照度分布の著しい
変化がより確実に防ＩＩ−されるとともに、発光ダイオ
ード素子や棒状レンズなどの破壊がｊ；り確実に防１１
−される。

（実施例） 以下、本発明の発光ダイオードアレイ装置の一実施例の
構成を第１図ないし第４図を参照して説明する。

図面において、１はプリント配線基板、２はこの配線基
板１上に直線状に配列された複数の発光ダイオード素子
としてのＬＥＤペレット、３はこれら１．　Ｅ　Ｉ）ペ
レット２の−１一方に位置してこれらＬＥＤペレット２
の配列方向と平行に配設されたプラスチックからなる透
明な棒状レンズである。

ｔ’ｒｒｉ記配線！、−Ｕ　＆　ｆには、その長手方向
すなわちＬ　Ｅ　ＤぺＬ／ソト２の配列方向に沿って２
列に並べて複数の取ｆ＝Ｊ孔１１　１２が交互に形成さ
れでいる。

そし、て、Ｌ　ＥＤペレット２の配列のほぼ中心に位置
する取付孔１１は丸孔になっているが、他の取（＝１孔
１２は配線基板１の長手方向に沿う長孔になっている。

また、前記棒状レンズ３は、材質がたとえばアクリルで
、ｒンジ工りション成形により成形できるものである。

そして、棒状レンズ３の下ｔｒＩ７におＣするＬ　ＩＥ
　Ｉ）ペレット２の配列方向に沿う両側部には、配線ノ
Ｉζ板■の各取付孔１１．　１２にぞれぞれ対向する位
置に凸部３ｏが−・体に形成されでいるとともに、これ
ら凸部３ｏがら下方へ向がって円柱形状のピン３１．３
２がそれぞれ一体に突出形成されている。１つのピン３
１は、対応する丸孔状の取付孔１１に隙間なく挿入され
るものであるが、他の複数のピン３２は、長孔状の取介
Ｉ孔１２にＩ−Ｅ　Ｄペレット２の配列方向へ摺動可能
に挿入されるものである。

さらに、前記棒状レンズ３におけるＬ　Ｅ　Ｄぺ１ル ブト２の配列に対向する短手方向中央Ｂ（ｔ、の位置に
は、これらＥ　Ｔ）ペレット２が棒状レンズ３．Ｊ：の
間に隙間を保持し、っつ収納される凹部状の空洞３３が
形成されている。この空洞３３は、」二側底面か凸面状
になっているとともに、棒状レンズ３の長手方向両端面
に抜けていて、Ｌ　Ｅ　Ｄベレット？の配列の全長以上
に渡っている。そして、棒状レンズ３は、凸部３０およ
びピン３１．３２を除き、長手方向において−様な形状
になっている。

そして、本発光ダイオードアレイ装置の組め立てにあた
っては、たとえば、まずアルミニウムをベースとした配
線基板１上に各ＬＥＤペレット２を直線状に配列すると
ともに、導電性ペーストを使って接着し、金属導線で配
線を施す。ついで、配線基板１の各取付孔Ｉｆ、　１２
に棒状レンズ３の対応する各ピン３］、　３２をそれぞ
れ挿入するとともに、これらピン３１．３２の先端をか
しめるなと１〜で、配線基板１上に棒状レンズ３を直接
固定的に取付ける。

この状態で、棒状レンズ３のピン３１．３２のある各凸
部３０が配線基板１の表面に接触するので、ピン３１．
３２の周辺部の凸部３０を除いて、棒状レンズ；３にお
ｌｌるＩ−、Ｅ　Ｉ）ペレッ）・２の配列方向に沿う両
側面部と配線基板１の表面との間に前記空洞３３に連通
ずる間隙３４が形成される。

つぎに、＋’＋ｉｉ記実施例の作用について説明する。

配線基板１十に配列さイ］た各Ｌ　Ｅ　Ｄベレット２は
、基板１の配線を通じて選択的に点灯される。

そし、−Ｃ１この点灯されたＬＥＤベレット２かラノ光
は、その−１゜方に平行に位置する棒状レンズ３により
集光されて照射される。

このとき、棒状レンズ３は離散的に存在する凸部３０で
のみ配線基板１に接触し、ているので、■。

Ｅ　Ｉ）ベレッ）・２から配線基板」に伝わった熱は、
凸部３０のみを通じて棒状レンズ３に伝わる。すなわち
、棒状レンズ３におけるＬ　Ｅ　Ｄペレット２の配列に
対向する（九′１置にその全長に渡る空洞３３があると
ともに、棒状レンズ３の両側面部と配線基板１との間に
間隙３４があって、棒状レンズ３と配線基板１との接触
面積が非常に小さいことにより、棒状レンズ３が配線基
板１に直接固定されているにもかかわらず、ＬＥＤペレ
ット２の発生ずる熱か棒状レンズ３に伝わりにくい。

これとともに、ＬＥＤペレット２に臨む空洞３３に連通
ずる間隙３４を介して、外部がらＬ　Ｅ　Ｄペレット２
の周辺部に空気の対流が取り入れられる。

これにより、ＬＥＤペレット２の発生ずる熱が効果的に
放散され、これらＬＥＤペレット２の熱による寿命特性
の劣化が低減され、これらＬ　Ｅ　Ｄペレット２の光量
維持率が改善される。これとともに、Ｌ　Ｅ　Ｄペレッ
ト２から配線基板１に伝わる熱そのものが少なくなる。

そして、このようにＬＥＤペレット２の放熱性がよいと
ともに、これらＬＥＤペレット２がら棒状レンズ３に伝
わる熱が非常に少ないことにより、この棒状レンズ３の
熱による膨張、収縮を最小限に抑えることができ、棒状
レンズ３が変形、歪みを生じにくい。これにより、棒状
レンズ３による配光特性の悪化が防１１−され、照度分
布の著しい変化が生じることがない。これとともに、変
形による棒状Ｉレンズ３の破壊なども防［にされる。

また、前記構成によれは、棒状レンズ３におけるＬ　Ｅ
　Ｄベレット２の配列に対向する位置にその全長に渡る
空洞３３かあるので、前述のように、１にｑ・Ｉ板ある
いはプーンス千ツク）ｒ−スなとを介さずに、配線基板
１に棒状レンズ３を直接取（＝Ｊけることかｉ１ｆ能に
なる。、そ（−５で、配線基板１に棒状レンズ３を直接
取イ・１けられることにより、部品点数が少な（なり、
組み立で作業工程か簡素化される。

（二、　ｆ”１とともに、配線基板１への棒状レンズ；
３の取イ・１けのはら−〕きによるこの棒状レンズ３の
軸とＬ　Ｉ’：　ｌ）べｌノット２の配列軸とのずれを
最小限に抑えることかできる。したかって、それぞれの
Ｉ。

Ｅ　Ｄペレット２からの光路が一定になるので、棒状レ
ンズ３の光軸のすれによる照度のむらを大幅に敗色する
ことかできる。

しかも、棒状レンズ３は、その長手方向において、しメ
ンズ形成部すなわちＥＤペレット２からの光が通る部分
の形状が−様であるととともに空洞３３の形状も−様な
ので、棒状レンズ３の温度上昇により、この棒状レンズ
３の全長が若干変化したとしても、Ｌ　Ｅ　Ｉ）ペレツ
ｌ−２から棒状レンズ３に入射する先の光路がほとんと
変化し２ない。したがって、前述のように棒状レンズ３
の温度上昇自体が抑えられることとあいまって、熱によ
る温度分布のむらの発生がきわめて少なくなる。

また、棒状レンズ３とＬ　Ｅ　Ｄベレット２との間にそ
の配列の全長に渡る空洞３３があることにより、棒状レ
ンズ３が熱により着工膨張ないし収縮し、たとし５ても
、棒状レンズ３がＬ　Ｅ　Ｉ）ペレット２に直接当たる
ことはなく、これらＬ　Ｅ　＋１）ベレット２か損傷し
たり破壊されたりする危険性がない。

さらに、Ｌ　Ｅ　Ｉ）ぺｌノット３の発生する熱による
膨張あるいは収縮によって、棒状レンズ３が配線基板１
に対して伸びたり縮んだりしたとき、棒状レンズ３のほ
ぼ中心に位置するピン３１は、配線基板１の丸孔状の取
イー１孔１１に隙間なく挿入されていて動かないものの
、他のピン３２は、長孔状の取付孔１２内でＬＥＤぺｌ
ノット２の配列方向へ摺動する。これにより、棒状レン
ズ３の全長の変化が吸Ｇ 収されて、発光ダイオードアレイ装置全体が弓状に反る
ようなことが防１１−され、照度分布の著しい変化がよ
り確実に防１１−されるとともに、ＬＥＤペレット２や
棒状レンズ３などの破壊がより確実に防１１される５、 第５図およＯ第６図は本発明の他の実施例を示すもので
、この実施例は、棒状レンズ３を配線基板に取イ・ｊ目
るｔ−めのピン３６．３７を棒状レンズ３の下面の長子
方向中心部と両端部とにそわぞれ一対ずつ形成したもの
である。また、前記ピン３６゜３７は、ぞれぞ才１棒状
レンズ３のト“面に形成された凸部３８．３９から突出
しているが、特に棒状レンズ３の両端部の凸部３９はそ
れぞれほぼコ字形状にな・〕ている。

なお、前記両実流側では、ピン３１．３２．３６３７の
周辺部でのみ棒状レンズ３を配線基板１に接触させたが
、ピン３１．３２．３６．３７の周辺部以外の位置でも
棒状レンズ３を配線基板１に接触させてもよい。ただし
、棒状レンズ３と配線基板１との接触部は離散的なもの
であることが望ましい。

［発明の効果］ 本発明によれは、つぎのような効果が得られる。

請求項１の発光ダイオードアレイ装置では、棒状レンズ
における配線基板−にの複数の発光ダイオ−ド素子の配
列に対向する位置に、少なくともこれら発光ダイオード
素子の配列の全長に渡る空洞を設けたので、配線基板に
棒状レンズを直接取イ（］けることが可能になり、これ
により、発光タイオード素子の配列方向と棒状レンズの
軸とのずれを少なくできて、光軸のずれによる照度分布
のむらを少なくすることができる。また、発光ダイオー
ド素子の発生する熱が棒状レンズに伝わりにくくなるの
で、熱による棒状レンズの変形を抑えることができ、熱
による配光特性の悪化も防止できるとともに、棒状レン
ズの破損も防１できる。また、棒状レンズが熱により若
干伸縮したとしても、前記空洞により棒状レンズが発光
ダイオード素子に直接当たらないので、これら発光ダイ
オード素子の破壊も防止できる。

また、請求項２の発光ダイオードアレイ装置では、棒状
レンズにおける発光ダ・イオード素子の配列ｂ゛向に沿
う側面部と配線基板との間に前記空洞に連通・）−る間
隙を設けたので、発光タイオード素子の放熱（’ｌか向
ト１−１したがって、発光ダイオード素子の熱による寿
命特性の劣化を防＋Ｉ−できて、発光やｒ　−ｔ　−１
・の）に６士維持率を改善することができる。また、Ｉ
ｔ’ｌ熱１ノｌの向上とあいまって、棒状レンズと配線
基板との接触面積が小さいことにより、発）に々イ：、
１１・素■′から配線ノ、（板を介し、て棒状レンズに
伝わる熱か非常に少なくなるので、熱膨張ないし収縮に
よる棒状レンズの変形をより少なくすることができ、し
、たがって、熱による照度むらの発生などｔ）より確実
に防Ｉ卜することができる。

さらに、請求項３の発光ダイオ−ドア１ノイ装置では、
棒状Ｌ／レンズ設けられこれを配線基板に取付けるｌＺ
　Ａ’）の（ｕ数のピンのうち、発光ダイオード＝’ｆ
：　ｒ−の配列（〕）はぼ中心に位置するピンは、配線
基板の対応する取（（Ｉ孔に隙間なく挿入し、他のピン
は、配線基板の他の取付孔に発光ダ・ｒオード素子の配
列方向へ摺動可能に挿入しまたので、発光ダイオード素
子の発生する熱による膨脂あるいは収縮によって、棒状
レンズが配線基板に対して伸びたり縮んだりしても、棒
状レンズの全長の変化を吸収することかできて、装置全
体が反るようなことを防雨でき、したがって、照度分布
のむらを、Ｊ−り確実に改善することができるとともに
、発光ダイオード素子や棒状レンズなどの破壊もより確
実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の発光ダイオードアレイ装置の一実施例
を示す側面図、第２図は同１−第１図の■ｒ−■線に沿
う断面図、第３図は同Ｉ−底面図、第４図は同上棒状レ
ンズの側面図、第５図は本発明の他の実施例を示す棒状
レンズの側面図、第６図は同上棒状レンズの底面図であ
る。 １・・配線基板、２・・発光ダイオード素子としてのＬ
　Ｅ　Ｄペレット、３・・棒状レンズ、１１１２・・取
イ；ｊ孔、３１．３２・・ピン、３３・・空洞、３４・
間隙、３６．３７・・ピン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）配線基板と、この配線基板上にほぼ直線状に配列
   された複数の発光ダイオード素子と、これら発光ダイオ
   ード素子の上方に位置してこれら発光ダイオード素子の
   配列方向と平行に配設された棒状レンズとを具備し、 前記棒状レンズにおける前記発光ダイオード素子の配列
   に対向する位置に、少なくともこれら発光ダイオード素
   子の配列の全長に渡る空洞を設けたことを特徴とする発
   光ダイオードアレイ装置。
2. （２）前記棒状レンズにおける発光ダイオード素子の配
   列方向に沿う側面部と前記配線基板との間に前記空洞に
   連通する間隙を設けたことを特徴とする請求項１記載の
   発光ダイオードアレイ装置。
3. （３）前記棒状レンズは、この棒状レンズを前記配線基
   板に取付けるための複数のピンを有し、前記配線基板は
   、前記各ピンが対向する位置にこれらピンが挿入される
   複数の取付孔をそれぞれ有し、 前記発光ダイオード素子の配列のほぼ中心に位置するピ
   ンは、取付孔に隙間なく挿入し、他のピンは、取付孔に
   前記発光ダイオード素子の配列方向へ摺動可能に挿入し
   たことを特徴とする請求項１または２記載の発光ダイオ
   ードアレイ装置。