JP2000114604A - 発光素子アレイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発光間隔を高精度に設定するとともに、高輝度
化を可能にする。 【解決手段】ＬＥＤアレイ１０は、基板１２とＬＥＤチ
ップ１４とを備え、この基板１２には、前記ＬＥＤチッ
プ１４を一つずつ収容するための複数の穴部１８が設け
られている。各ＬＥＤチップ１４から発生される光の発
光間隔は、各穴部１８同士の間隔により決定され、前記
ＬＥＤチップ１４のボンディング精度を高く維持する必
要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に複数の発光
素子を配置して構成される発光素子アレイおよびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、画像読み取り用スキャナや画
像出力（記録）用プリンタの光源として、ＳＬＤまたは
ＬＥＤ（以下、単にＬＥＤという）等の発光素子を、直
線状および／またはマトリックス状に複数個配列させた
発光素子アレイが採用されている。

【０００３】この種のＬＥＤ式発光素子アレイでは、Ｌ
ＥＤの光量のばらつきや配列間隔のばらつきが、直接、
すじや濃度むらになってプリント品質の低下が惹起され
てしまう。このため、プリント品質を向上させるべく、
光量が均一な複数のＬＥＤチップを基板上に等間隔で高
精度に配列する必要がある。その際、配列精度は、マイ
クロメータのオーダが要求されており、この配列精度を
数マイクロメータ以下のオーダにすることができれば、
プリンタ自体の安価化および安定化が可能になる。ま
た、プリント時間の短縮を図るべく、プリント速度を早
くするためには、高輝度であることが望ましい。

【０００４】そこで、従来から、半導体製造プロセスに
おいて、シリコン基板上に、直接、発光素子を一定間隔
で構成する方法が知られている（例えば、特開平９−４
５９５８号公報および特開平６−３１０７５号公報参
照）。しかしながら、上記の従来の方法では、各ＬＥＤ
チップの発光強度のばらつきが大きくなって光量補正が
困難になるとともに、前記ＬＥＤチップの数が多くなる
に従って得率が低下するという問題がある。さらに、モ
ノリシックＬＥＤアレイでは、ＰＮジャンクション全面
で発光する光のうち、前面に向かう光しか有効に使えな
いため、高強度を得ることが難しく、しかも、エネルギ
効率が悪いという不具合がある。

【０００５】一方、ＬＥＤチップを一個ずつプリント基
板上に一定間隔でボンディングする方法が、例えば、特
開平５−２１８４９号公報や特開平８−１５６３２０号
公報に開示されている。これらの技術では、例えば、図
２０に示すように、基板２上に複数のＬＥＤチップ３が
一定方向に向かって等間隔に配列されることにより、Ｌ
ＥＤアレイ４が構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＬＥＤ
チップ３は外径精度が悪い上に、このＬＥＤチップ３の
外径形状と発光中心とがずれている場合が多い。これに
より、上記のＬＥＤアレイ４では各ＬＥＤチップ３同士
の発光中心間隔を高精度に保つためには、構造が複雑で
かつ高価な光学的処理によって前記発光中心を認識する
必要があり、極めて不経済であるという問題が指摘され
ている。しかも、この種の光学的処理の精度が悪いとい
う問題がある。

【０００７】さらに、ＬＥＤチップ３は、一辺が０．２
５ｍｍ〜０．４ｍｍと相当に小さいものがあり、この種
のＬＥＤチップ３を基板２上に高精度にかつ安定してボ
ンディングすることは極めて困難なものとなっている。
さらにまた、図２１に示すように、ＬＥＤチップ３のＰ
Ｎジャンクション５から導出される光は、上下方向およ
び水平方向の全方向に向かって出力されるものの、特
に、図２１中、水平方向の強度がもっとも強いという性
質を有している。これにより、ＬＥＤチップ３から照射
される光を有効に使用することができないという問題が
指摘されている。

【０００８】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、各発光素子の発光間隔を高精度に維持するととも
に、高輝度および均一光量を有することが可能な発光素
子アレイおよびその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る発光素子ア
レイおよびその製造方法では、基板に複数の穴部が設け
られ、各穴部毎に発光素子が一つずつ収容されている。
これにより、発光素子同士の発光間隔が穴部同士の間隔
精度で決まるため、各発光素子を高精度にボンディング
する必要がなく、発光間隔精度を良好に維持することが
できる。

【００１０】ここで、穴部が発光素子を周回する略放物
面を有しており、前記発光素子から導出される光は、こ
の略放物面で反射して前記穴部から外部に確実に照射さ
れる。従って、発光素子から発生する光を有効に使用す
ることが可能になる。特に、略放物面に鏡面処理が施さ
れることにより、高輝度および高強度の光を得ることが
できる。

【００１１】また、発光素子が略放物面の焦点位置に対
応して配置されるため、この発光素子から発生される光
の有効利用が一層確実に遂行される。さらに、基板の表
面あるいは穴部からこの基板の裏面に向かって駆動電流
供給用配線が設けられることにより、前記基板の表面配
線を不要にすることができ、例えば、密着露光方式にも
活用することが可能になる。

【００１２】さらにまた、基板を穴部が形成される板材
と発光素子が実装される底板とに分割構成し、この板材
とこの底板とが一体的に固定される。これにより、底板
に板材を固定した後に発光素子を実装する手順の他、こ
の底板に予め前記発光素子を実装した後、前記板材を固
定する手順を行うことができ、作業性の向上が容易に図
られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る発光素子アレイであるＬＥＤアレイ１０の概略斜
視説明図である。ＬＥＤアレイ１０は、基板１２と、こ
の基板１２に等間隔ずつ離間して配置される複数のＬＥ
Ｄチップ（発光素子）１４とを備える。

【００１４】基板１２は、銅やアルミニウム等の金属の
他、シリコンウエハやガラス等の材料により構成されて
おり、前記基板１２の表面１６側には、所定の深さにか
つ互いに等間隔離間して複数の穴部１８が設けられてい
る。各穴部１８は、ＬＥＤチップ１４が配置される底面
２０と、前記ＬＥＤチップ１４を周回する略放物面２２
とを有するとともに、前記略放物面２２に鏡面処理部２
４が設けられる。この鏡面処理部２４は、略放物面２２
に銀、アルミニウムまたはクロム等の金属を蒸着あるい
はメッキ処理することにより形成されている。ＬＥＤチ
ップ１４は、略放物面２２の焦点位置に対応して底面２
０に配置されている（図２参照）。

【００１５】基板１２には、穴部１８の開口２６に対応
してマイクロレンズ２８が配置される。マイクロレンズ
２８を、それぞれ単独で接着剤により基板１２の表面１
６に固定するようにしてもよいが、第１の実施形態で
は、複数の前記マイクロレンズ２８を一体的に構成した
マイクロレンズアレイ３０を、前記表面１６に接着剤等
により固定している。

【００１６】図２に示すように、各穴部１８を構成する
底面２０に貫通穴３２が形成され、この貫通穴３２に絶
縁材３４を介してリード（駆動電流供給用配線）３６が
施される。このリード３６の一端とＬＥＤチップ１４と
がワイヤ３８によりボンディングされる一方、前記リー
ド３６の他端が基板１２の裏面側に導出されて配線され
ている。

【００１７】図３は、ＬＥＤアレイ１０を組み込むプリ
ント装置４０の概略構成説明図である。プリント装置４
０は、ロール状に巻回された感光材料Ｆに画像を露光記
録するための露光部４２と、露光後の前記感光材料Ｆに
現像処理を施す現像部４４と、現像後の前記感光材料Ｆ
を集積する集積部４６とを備える。

【００１８】露光部４２は、感光材料Ｆを繰り出して水
平方向（矢印Ａ方向）に搬送する搬送系４８を有すると
ともに、この搬送系４８を構成するニップローラ対５０
同士の間に位置してＬＥＤ露光ヘッド５２、５４および
５６が配設される。ＬＥＤ露光ヘッド５２、５４および
５６は、感光材料Ｆにカラー画像を露光記録するため
に、それぞれＲ、ＧおよびＢの三原色に対応して設定さ
れている。

【００１９】図４に示すように、ＬＥＤ露光ヘッド５
２、５４および５６は、それぞれＬＥＤアレイ１０とセ
ルフォックレンズアレイ５８とを備えており、感光材料
Ｆ上に集光させるように構成されている。プリント装置
４０には、画像処理装置６０および画像入力装置６２が
接続されており、感光材料Ｆ上に所定の画像が記録再生
される。

【００２０】図５は、本発明の第１の実施形態に係るＬ
ＥＤアレイ１０が組み込まれるスキャナ装置７０の概略
構成説明図である。スキャナ装置７０は、読み取り用の
原稿７２を載置するガラステーブル７４を備え、このガ
ラステーブル７４の下方側には、矢印Ｂ方向に移動自在
なスキャニングテーブル７６が配置されている。

【００２１】スキャニングテーブル７６には、ＬＥＤア
レイ１０_R 、１０_G および１０_B がそれぞれの傾斜角度
を異にして配置されるとともに、各ＬＥＤアレイ１
０_R 、１０_G および１０_B から照射された光が原稿７２
で反射されて受光素子アレイ７８に導入される。ＬＥＤ
アレイ１０_R 、１０_G および１０_B は、それぞれ、Ｒ、
ＧおよびＢの三原色に対応して設定されている。受光素
子アレイ７８に受光信号処理装置８０が接続され、この
受光信号処理装置８０に画像情報記憶装置８２が接続さ
れている。

【００２２】このように構成されるＬＥＤアレイ１０を
製造する方法について、以下に説明する。

【００２３】先ず、図６に示すように、基板１２を構成
する基板素材１２ａが用意される。この基板素材１２ａ
の表面１６ａには、等間隔ずつ離間して複数の穴部１８
が所定の深さまでエッチング処理あるいは機械加工等に
よって形成される（図７参照）。次いで、穴部１８を構
成する略放物面２２には、銀、アルミニウムまたはクロ
ム等の金属がコーティングされ、鏡面処理部２４が形成
される（図８参照）。

【００２４】さらに、図９に示すように、穴部１８を構
成する底面２０には、ＬＥＤチップ１４が略放物面２２
の焦点位置に対応して実装される。ここで、穴部１８の
底面２０には、予め銀ペーストおよび導電性接着剤が設
けられており、ＬＥＤチップ１４がこの底面２０に固定
される。そして、図１０に示すように、基板１２の表面
１６には、複数のマイクロレンズ２８を一体的に構成し
たマイクロレンズアレイ３０が固定され、ＬＥＤアレイ
１０が製造されることになる。

【００２５】なお、基板１２の裏面側に配線を施す際に
は、図２に示すように、予めリード３６が絶縁材３４を
介して貫通穴３２に装着されており、ＬＥＤチップ１４
を底面２０に固定する際、ワイヤ３８を介してこのリー
ド３６と前記ＬＥＤチップ１４とをボンディングする処
理が行われる。

【００２６】このように構成されるＬＥＤアレイ１０で
は、図１１に示すように、ＬＥＤチップ１４のＰＮジャ
ンクション面１４ａで発生した光が、穴部１８の略放物
面２２に設けられた鏡面処理部２４で反射されるため、
略全ての光がこの穴部１８の開口２６から外部に放射さ
れる。このため、ＬＥＤチップ１４から発生する光を有
効に使用することができ、高輝度および高強度の光をＬ
ＥＤアレイ１０から照射することが可能になるという効
果が得られる。

【００２７】従って、プリント装置４０では、露光部４
２で矢印Ａ方向に繰り出されている感光材料ＦにＬＥＤ
露光ヘッド５２、５４および５６から光の照射を行え
ば、この感光材料Ｆには、所望のカラー画像を高品質か
つ迅速に形成することができる。

【００２８】一方、スキャナ装置７０では、スキャニン
グテーブル７６を介して矢印Ｂ方向に移動しながら、各
ＬＥＤアレイ１０_R 、１０_G および１０_B から原稿７２
に所望の光を照射することにより、この原稿７２に把持
されているカラー画像情報を受光素子アレイ７８に確実
に導入することができる。これにより、画像情報記憶装
置８２には、受光信号処理装置８０を介して原稿７２に
把持されているカラー画像を高品質かつ正確に記憶する
ことが可能になる。

【００２９】さらに、第１の実施形態では、図１２に示
すように、ＬＥＤチップ１４の中心が穴部１８の中心か
ら距離Ｈだけずれていても、前記ＬＥＤチップ１４から
発生する光を鏡面処理部２４で反射させて確実に外部へ
と導出することができる。すなわち、各ＬＥＤチップ１
４から発生される光同士の間隔は、各穴部１８同士の間
隔精度で決定されることになり、底面２０での前記ＬＥ
Ｄチップ１４のボンディング位置を高精度に設定する必
要がない。このため、ＬＥＤチップ１４のボンディング
作業が簡素化し、特に、寸法の小さいＬＥＤチップ１４
のボンディング作業が一挙に簡素化するという効果が得
られる。

【００３０】このように、第１の実施形態では、ＬＥＤ
チップ１４の高精度なボンディングが不要になり、簡単
な作業および構成で、発光間隔精度に優れるＬＥＤアレ
イ１０を得ることができるとともに、高輝度および高強
度な光を確実に発生させることが可能になる。しかも、
予め性能検査によって輝度の揃ったＬＥＤチップ１４を
用いることができ、光量の均等なＬＥＤアレイ１０を製
造することにより、光量保証制御装置等が不要になって
プリント装置４０やスキャナ装置７０全体を安価かつ小
型に構成することが可能になるという利点が得られる。

【００３１】また、図２に示すように、ＬＥＤアレイ１
０の表面配線が不要になることにより、密着露光方式に
採用することもできる。その際、各マイクロレンズ２８
が用紙とＬＥＤアレイ１０との密着を防ぎ、ＬＥＤアレ
イ１０をスムーズに走行させることが可能になる。さら
にまた、例えば、Ａ３版用の長尺なＬＥＤ露光ヘッド５
２、５４および５６等にも容易に適用することができ
る。

【００３２】なお、マイクロレンズ２８は、必要に応じ
て用いればよく、装置側の光学系の設計等によってこの
マイクロレンズ２８を不要にすることができる。ここ
で、マイクロレンズアレイ３０を基板１２に固定する
際、窒素置換された雰囲気中で前記マイクロレンズアレ
イ３０の接合を行えば、湿気等によるＬＥＤチップ１４
の劣化を防止することが可能である。また、鏡面処理部
２４が略放物面２２に設けられているが、用途によって
は放物面に近い曲面乃至平面で構成してもよい。

【００３３】図１３は、本発明の第２の実施形態に係る
ＬＥＤアレイ９０の概略説明図である。なお、第１の実
施形態に係るＬＥＤアレイ１０と同一の構成要素は同一
の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

【００３４】ＬＥＤアレイ９０は、基板９２を備えると
ともに、この基板９２は、穴部１８が形成される板材９
４と、ＬＥＤチップ１４が実装される底板９６とを有す
る。板材９４と底板９６とは、接着剤あるいはねじ止め
等により一体的に固定されている。

【００３５】このように構成されるＬＥＤアレイ９０を
製造する作業について、以下に説明する。

【００３６】先ず、図１４に示すように、板材素材９４
ａが用意される。この板材素材９４ａは、底板９６と同
様に、銅やアルミニウム等の金属あるいはシリコンウエ
ハやガラス等の材料で構成されている。板材素材９４ａ
には、等間隔ずつ離間して穴部１８に相当する貫通孔９
８が形成され（図１５参照）、この貫通孔９８が形成さ
れた板材９４が底板９６上に接着剤やねじ止め等によっ
て固定される（図１６参照）。これにより、板材９４と
底板９６との間に穴部１８が形成されるとともに、基板
９２が構成される。

【００３７】次に、図１７に示すように、穴部１８を構
成する略放物面２２に銀、アルミニウムまたはクロム等
の金属がコーティングされて鏡面処理部２４が形成され
た後、底板９６の上面である底面２０にＬＥＤチップ１
４が銀ペーストおよび導電性接着剤を介して実装される
（図１８参照）。さらに、窒素雰囲気中において、マイ
クロレンズアレイ３０が板材９４の表面に固定されてＬ
ＥＤアレイ９０が製造される（図１９参照）。

【００３８】なお、図１４〜図１９に示す手順の他、予
め、底板９６にＬＥＤチップ１４をボンディングしてお
き、板材素材９４ａに穴加工を施した後、鏡面処理によ
って鏡面処理部２４が設けられた板材９４を、前記ＬＥ
Ｄチップ１４がボンディングされた前記底板９６上に接
着剤またはねじ止め等によって固定してもよい。

【００３９】このように、第２の実施形態では、基板９
２を板材９４と底板９６とに分割するため、必要に応じ
て作業手順を入れ換えることができ、作業の自由度が向
上するという効果が得られる。しかも、ＬＥＤチップ１
４のボンディング精度を高く維持する必要がなく、ＬＥ
Ｄアレイ９０の製造作業が一挙に簡素化される等、第１
の実施形態と同様の効果が得られる。

【００４０】なお、第１および第２の実施形態では、マ
イクロレンズ２８を用いているが、このマイクロレンズ
２８に代替して平面ガラス等を用いることも可能であ
る。

【００４１】また、第２の実施形態では、板材９４を絶
縁材で構成し、あるいは、底板９６の表面（底面２０に
相当する）を絶縁処理しておき、この底板９６のボンデ
ィング面に予め配線パターンを形成することができる。
これにより、深い位置でのワイヤボンディング作業が不
要になり、生産性の向上が図られる。

【００４２】

【発明の効果】本発明に係る発光素子アレイおよびその
製造方法では、基板に複数の穴部を設けておき、この穴
部毎に発光素子を一つずつ収容している。このため、穴
部同士の間隔に対応して発光間隔が決定されるため、発
光素子を高精度にボンディングする必要がなく、発光間
隔精度に優れた発光素子アレイを、簡単な工程で確実に
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤアレイの
概略斜視説明図である。

【図２】前記ＬＥＤアレイの一部断面説明図である。

【図３】前記ＬＥＤアレイを組み込むプリント装置の概
略構成説明図である。

【図４】前記プリント装置に組み込まれたＬＥＤ露光ヘ
ッドの説明図である。

【図５】前記ＬＥＤアレイが組み込まれるスキャナ装置
の概略構成説明図である。

【図６】前記ＬＥＤアレイを構成する基板を製造するた
めの基板素材の正面図である。

【図７】前記基板素材を穴加工する際の説明図である。

【図８】前記穴加工により得られた略放物面に鏡面処理
を施す際の説明図である。

【図９】前記基板にＬＥＤチップを実装する際の説明図
である。

【図１０】前記基板にマイクロレンズアレイを固定する
際の説明図である。

【図１１】前記穴部内での前記ＬＥＤチップの発光状態
説明図である。

【図１２】前記穴部内で前記ＬＥＤチップの中心がずれ
た場合の発光状態説明図である。

【図１３】本発明の第２の実施形態に係る発光素子アレ
イの概略斜視説明図である。

【図１４】前記発光素子アレイを構成する基板の一方の
要素である板材を製造する板材素材の正面説明図であ
る。

【図１５】前記板材素材に穴加工を施す際の断面説明図
である。

【図１６】前記板材を前記基板の他方の要素である底板
に固着した状態の説明図である。

【図１７】前記穴加工により得られた略放物面に鏡面処
理を施す際の説明図である。

【図１８】前記底板上にＬＥＤチップを実装する際の説
明図である。

【図１９】前記板材上に前記マイクロレンズアレイを固
定する際の説明図である。

【図２０】従来技術に係るＬＥＤアレイの斜視説明図で
ある。

【図２１】図２０に示すＬＥＤアレイを構成するＬＥＤ
チップの動作説明図である。

【符号の説明】

１０、１０_R 、１０_G 、１０_B 、９０…ＬＥＤアレイ １２、９２…基板 １４…ＬＥＤチッ
プ １６…表面 １８…穴部 ２０…底面 ２２…略放物面 ２４…鏡面処理部 ２６…開口 ２８…マイクロレンズ ３０…マイクロレ
ンズアレイ ３６…リード ４０…プリント装
置 ４２…露光部 ５２、５４、５６
…ＬＥＤ露光ヘッド ５８…セルフォックレンズアレイ ６０…画像処理装
置 ６２…画像入力装置 ７０…スキャナ装
置 ７４…ガラステーブル ８０…受光信号処
理装置 ８２…画像情報記憶装置 ９４…板材 ９６…底板

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に複数の発光素子を配置して構成され
   る発光素子アレイであって、 前記基板は、前記発光素子を一つずつ収容するための複
   数の穴部を設けることを特徴とする発光素子アレイ。
2. 【請求項２】請求項１記載の発光素子アレイにおいて、
   前記穴部は、前記発光素子が配置される底面と、 前記発光素子を周回する略放物面と、 を有することを特徴とする発光素子アレイ。
3. 【請求項３】請求項２記載の発光素子アレイにおいて、
   前記略放物面には、鏡面処理が施されていることを特徴
   とする発光素子アレイ。
4. 【請求項４】請求項２または３記載の発光素子アレイに
   おいて、前記発光素子は、前記略放物面の焦点位置に対
   応して前記底面に配置されることを特徴とする発光素子
   アレイ。
5. 【請求項５】請求項１記載の発光素子アレイにおいて、
   前記基板の表面あるいは前記穴部から該基板の裏面に向
   かって駆動電流供給用配線が設けられることを特徴とす
   る発光素子アレイ。
6. 【請求項６】請求項１記載の発光素子アレイにおいて、
   前記基板は、前記穴部が形成された板材と、 前記発光素子が実装される底板と、 を備え、 前記板材と前記底板とが一体的に固定されることを特徴
   とする発光素子アレイ。
7. 【請求項７】基板に複数の発光素子を配置して発光素子
   アレイを製造する方法であって、 前記基板の表面から所定の深さに複数の穴部を設ける工
   程と、 前記穴部の各底面毎に前記発光素子を一つずつ実装する
   工程と、 を有することを特徴とする発光素子アレイの製造方法。
8. 【請求項８】基板に複数の発光素子を配置して発光素子
   アレイを製造する方法であって、前記基板を構成する板
   材に複数の穴部を設ける工程と、 前記基板を構成する底板と前記板材とを一体的に固定す
   る工程と、 前記底板と前記板材とを固定する前、あるいは固定した
   後、前記底板に前記穴部に対応して前記発光素子を実装
   する工程と、 を有することを特徴とする発光素子アレイの製造方法。
9. 【請求項９】請求項７または８記載の製造方法におい
   て、前記発光素子を周回する前記穴部の略放物面に鏡面
   処理を施す工程を有することを特徴とする発光素子アレ
   イの製造方法。