JP2008227467A - 発光素子アレイチップおよび露光光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精彩のプリンタ露光光源を実現するための、ワイヤーボンディングパッドを有する発光素子アレイチップを提供する。
【解決手段】基板上に複数の発光素子が二次元配列してなる発光素子アレイチップであって、発光素子アレイチップの形状は、各長辺と各短辺とが互いに鋭角または鈍角をなして構成される平行四辺形である。一つの共通電極に接続されている複数の前記発光素子が、前記長辺の方向に複数列、かつ前記短辺の方向に複数列並ぶことで１つのセグメントが形成され、前記セグメントが前記長辺の方向に沿って複数並ぶことで１つのブロックが形成され、更に前記ブロックが前記長辺の方向に沿って複数並ぶことにより発光素子アレイが形成されている。前記発光素子アレイチップの端部にある前記ブロックに対応する前記電極パッドは、前記発光素子アレイチップの形状を規定する前記長辺と前記短辺とが鋭角をなしている個所の該長辺の側に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子アレイチップおよびそれを用いた露光光源装置に関する。より詳細には、本発明は、ＬＥＤスキャナーやＬＥＤプリンタに使用される発光素子アレイチップおよびそれを用いた露光光源装置に関する。

最近の複写機の分野では、６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉといった高密度なドットを描画するためのプリンタで、ＬＥＤアレイを光源とするものが商品化されている。

１２００ｄｐｉを実現するためのＬＥＤアレイは、半導体上で発光点が一列に配列しており、そのピッチは２１．２μｍ程度、光源のサイズは１０μｍ程度で、微小スポットによる高精彩プリントが実現されている。

しかし、更なる高精細の要望から、２４００ｄｐｉに対応するのＬＥＤアレイの検討が進められており、その場合、半導体上で発光点のピッチは１０．６μｍ程度、光源のサイズは５μｍ程度が求められる。

現在、１２００ｄｐｉでの描画を実現するためのプリンタヘッドとしては、発光点が一列に並んだチップを複数配列したプリンタの露光光源装置が実現されている。図６はそれを模式的に示した上面図であり、複数の発光点１０１０を備えたチップ１０００が、その長手方向に沿って並べられている様子を示している。なお、符号１００１や符号１００２もチップを示しているが、発光点は省略している。また、チップはＬＥＤアレイチップという場合がある。

特許文献１には、１２００ｄｐｉに対応したＬＥＤアレイチップを実装の観点から工夫し、二次元配列した発光素子アレイを形成するアレイチップを平行四辺形形状にダイシングする形態が報告されている。二次元配列した発光点を有するアレイチップの隣接する端面を長辺に対して傾斜させることで、チップの端（切断面側）と発光部の距離を広げ、チップダイシング時のマージンを確保している。具体的には、発光素子アレイ列をチップの長手方向に沿って４列で構成している。

このような形態で１２００ｄｐｉのＬＥＤアレイチップを一列に配列した光源装置を構成すると、隣接するチップ間で近接する発光部の間隔が、約１０μｍから約２６μｍに広がるため、ダイシング時のマージンを確保できる。
特開平９−２６６３２９号公報

ところで、上述したように、２４００ｄｐｉとなると半導体上で発光点のピッチは１０．６μｍ程度、光源のサイズは５μｍ程度が求められる。このような発光点を一列に配列することは、現状のプロセス技術で実現できるが、ＬＥＤアレイチップの端部に課題が生じる。すなわち、チップ同士の接続部１５００で所定の発光点ピッチを実現するためには、以下のことが求められる。

つまり、チップダイシングを行った面が相対する位置で、ダイシングのマージン、チップの配列実装スペース、および発光点へのダメージ回避のためのダイシング位置からの距離などを、発光点の間隔１０．６μｍ以内に入れ込むことが求められる。以上のことは、ダイシングの位置合わせ精度やブレードのブレなどのため、実現は困難である。

そこで、ＬＥＤアレイチップ（図６における符号１０００、符号１００１、符号１００２）の発光点を、図６のようにチップの長手方向１９９９に一列ではなく、複数列設ける構成を採用する。そして、さらに、チップの短辺１６００を長辺に対して傾斜した平行四辺形とすることにより、チップダイシングのために必要なチップ間のマージンを確保することが考えられる。

しかしながら、２４００ｄｐｉやそれ以上のものに対応するためのＬＥＤアレイチップとしては、チップに配置されている個々の素子を独立に駆動するための配線数が膨大になるため、従来技術以上の更なる改良が求められている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、２４００ｄｐｉ以上の高密度ＬＥＤアレイチップにおいて、各発光点が独立に駆動可能な形態を実現することを目的とする。

本発明に係る発光素子アレイチップは、基板上に複数の発光素子が二次元配列してなる発光素子アレイチップである。そして、該発光素子アレイチップの形状は、２つの長辺と２つの短辺を含み、各長辺と各短辺とが互いに鋭角または鈍角をなして構成される平行四辺形である。

ここで、一つの共通電極に接続されている複数の前記発光素子が、前記長辺の方向に複数列、かつ前記短辺の方向に複数列並ぶことで１つのセグメントが形成され、前記セグメントが前記長辺の方向に沿って複数並ぶことで１つのブロックが形成されている。そして、前記ブロックが前記長辺の方向に沿って複数並ぶことにより発光素子アレイが形成されており、互いに異なる前記セグメントに属する複数の前記発光素子同士を電気的に接続する配線を有する。更に、前記配線には、ワイヤーボンディング用の電極パッドが形成されている。そして、前記発光素子アレイチップの端部にある前記ブロックに対応する前記電極パッドは、該発光素子アレイチップの形状を規定する前記長辺と前記短辺とが鋭角をなしている個所の該長辺の側に設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、前記発光素子アレイチップを備え、かつ該発光素子アレイチップから放射される光を集光し結像するためのロッドレンズアレイを有することを特徴とする露光光源装置である。

本発明により、高密度ＬＥＤアレイ光源が実現できる。それと共に、チップの各ブロック内の各発光素子を独立駆動するために、時分割駆動のための駆動回路をワイヤーボンディングにより接続することが可能となり、高精細の露光光源を実現できる。なお、各ブロックは電気的に分離されるので、ブロックが異なる発光素子同士であれば同時駆動が可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本実施形態のチップの上面図であり、複数の二次元配列した発光点および電極が基板上に形成された、２４００ｄｐｉ発光素子アレイチップ１の端部の模式図である。発光素子アレイチップとは、既述のＬＥＤアレイチップを含む概念であり、ＬＥＤに限らず、レーザ素子であってもよい。

図１において、符号１は、基板上に複数の発光素子がアレイ状に並んだ発光素子アレイチップである。符号２は、８セグメント（６４発光素子）からなるブロックを示している。符号３は、各セグメントの共通電極（不図示）に接続しているワイヤーボンディング用の共有電極パッドである。符号４は、一方の電極を共通とする８素子からなる一つのセグメントを示している。符号５は、発光素子アレイチップ１の長手方向に沿って、４列に並ぶ発光点（発光素子）を示している。符号６は、異なるセグメントに属する発光素子同士を接続するための配線である。符号７は、該配線６に接続しているワイヤーボンディング用の電極パッドである。なお、発光素子アレイチップに設けられるブロック数、セグメント数、セグメント内の発光素子の数は、適宜定められるものである。

本実施形態は、図１に示したように、基板上に複数の発光素子が二次元配列してなる発光素子アレイチップに関するものである。そして、該発光素子アレイチップの形状は、２つの長辺（図１の符号１１、符号１２）と、２つの短辺（図１の符号１３）を含み構成される平行四辺形である。ここで、平行四辺形には長方形は含まれず、各長辺と各短辺とは鋭角または鈍角をなす。複数のブロック２が前記長辺１１に沿った方向である長辺方向に並んでおり、前記ブロック２は、複数のセグメント４が前記長辺方向に沿って並んでいる。そして、前記ブロックが前記長辺の方向に沿って複数並ぶことにより発光素子アレイが形成されている。

ここで、前記セグメント４においては、一つの共通電極に接続されている複数の発光素子が、前記長辺方向に複数列、かつ前記短辺方向に複数列並んでいる。図１では、長辺方向に４列、短辺方向に２列並んでいる。

前記セグメント４には、互いに異なるセグメントに属する複数の前記発光素子同士を電気的に接続する配線６が設けられている。前記配線６には、ワイヤーボンディング用の電極パッド７が形成されている。前記発光素子アレイチップの端部にある前記ブロックに対応する前記電極パッド７は、前記発光素子アレイチップ１の形状を規定する前記長辺と前記短辺とが鋭角をなしている個所の長辺１１側に設けられている。特に、前記発光素子アレイチップの端部に位置する電極パッドは、前記長辺と前記短辺とが鋭角をなしている頂点近傍の該長辺側に設けられているのがよい。ここで、鋭角には、９０度未満の角度が含まれるものである。鋭角には、例えば、８５度から３０度、あるいは７０度から４５度が含まれるが、当該角度を有するアレイチップが形成できる限り特に制限されるものではない。なお、鈍角とは、平行四辺形構造が実現できる限り、上記鋭角に対応して定まるものである。

以上のような構成にすることにより、発光素子アレイチップ１の形状を（長方形ではない）平行四辺形とすることにより得られる領域を十分に活用した実装が可能である。

なお、前記発光素子アレイチップ１から放射される光を集光し結像するためのロッドレンズアレイ３０００を図５に示すように配線基板５０００上のチップ４０００に対向して配置することで、露光光源装置を実現することができる。図５において、符号５０００は配線基板であり、符号４０００は上述のチップであり、符号３０５０はドライバＩＣであり、符号３０００はロッドレンズアレイである。

ここで、同一のブロック２内に存在する複数の前記発光素子は、時分割で駆動することができる。また、互いに異なるブロックに属する各発光素子は、同時に駆動することができる。

本実施形態では、発光素子（発光点）がアレイチップの長辺に沿って複数列で構成されており、長辺に対して短辺は第一列目の発光点から第四列目の発光点の配列方向に傾斜している。すなわち、アレイチップの形状は平行四辺形形状となっている。この構成により、同一発光点列では、発光点のピッチが４倍になるので、チップの接続部（図２における符号２９９）におけるチップダイシングのマージンを十分確保することができる。

図２は、チップ端近傍の拡大図であり、１つのセグメント２４の発光素子アレイチップが隣り合っている（符号２０１と符号２０２とで指示されているアレイチップ）様子が示されている。そこでは、複数（本実施形態では８個）の発光点２５が１つの電極（不図示）を共有する。すなわち、図１と同じように、１つの電極を共有する複数の発光点２５の集まりを１つのセグメント２４としている。

そして、その共有される電極はワイヤーボンディング用の共有電極パッド２３に接続されている。複数のセグメントのそれぞれから（通常は１つづつ）選択された各発光点の個別電極が少なくとも１つ（通常は１セグメントあたりの発光点の数と同数）の配線２６によって接続されて１つのブロックを構成する。各配線２６には、それぞれワイヤーボンディング用の電極パッド２７が形成されている。

そして、図３および図４のように、ブロックはアレイチップの長手方向に沿って連続して直線的に複数形成されている。アレイチップの両端部にあるブロック内の複数のセグメント４に接続する配線６およびワイヤーボンディング用の電極パッド７は、平行四辺形形状をしたチップの鋭角である頂点近傍の長辺側に設けられる。その際、チップ端に配置しているブロック以外のブロックでは、セグメント間の配線６および電極パッド７は、図３に示されているようにチップ端のブロックと同じ側に配置されてもよいし、図４のように反対側に配置されてもよい。

上記のように、アレイチップ端部に位置するブロックのセグメント間の接続配線が平行四辺形形状をしたチップの鋭角である頂点近傍の長辺側に設けられることにより、アレイチップ端部においても、余計な隙間をつくることなく発光点を整列させることができる。したがって、複数のアレイチップ間においても所定のピッチの発光点を実現することが可能である。

図１のブロック２において、左端のセグメント４の共通電極パッド３と配線６に接続された電極パッド７の左から順に電圧を印加することにより、左端セグメントの対応する発光点が順に点灯する。同様に、左から２番目のセグメントの共通電極パッドを選択すれば、２番目のセグメントを点灯できる。このように、ブロック内の任意の発光点は、時分割で独立に駆動できる。なお、各ブロックは電気的に分離されるので、異なるブロックに属する発光点であれば同時駆動が可能である。

上記説明の２４００ｄｐｉのＬＥＤアレイチップをＡ４サイズに渡って一列に配列して用いるとともに駆動ＩＣや制御回路、感光ドラム上に結像するための光学系を配置することにより、２４００ｄｐｉのＬＥＤアレイ光源装置が実現できる。それはプリンタや複写機の露光用光源装置として利用できる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。しかし、本発明はこれから述べる例に限定されることはない。

まず、公知の方法によりＧａＡｓ基板上に、ｎ−ＧａＡｓ層、ｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層、ｐ−Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ層、ｐ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層、ｐ−ＧａＡｓ層（ｙ＜ｘ）を順次エピタキシャル成長させる。

エピタキシャル成長層の不純物濃度や厚さは、デバイスの設計に依存するが、典型的な構成は以下の通りである。

ｎ−ＧａＡｓ層：０．０５〜０．５μｍ；Ｓｉドーピング
ｎ−Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ａｓ層：〜１μｍ；Ｓｉドーピング
ｐ−Ａｌ_０．１３Ｇａ_０．８７Ａｓ層：〜０．５μｍ；Ｃドーピング
ｐ−Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ａｓ層：〜１μｍ；Ｃドーピング
ｐ−ＧａＡｓ層：０．１〜０．５μｍ；Ｃドーピング

続いて、このエピタキシャル層に公知の技術を用いて、半導体プロセスにより二次元配列した面発光型ＬＥＤを形成する。

ウエハプロセス終了後に、ダイシング装置により半導体チップに分離するが、半導体チップのサイズは、長辺方向の長さ約８．１４ｍｍ、短辺方向の幅約０．８ｍｍに切り出した。

図１は、２４００ｄｐｉＬＥＤアレイチップ１の端部の模式図であり、アレイチップ１には、時分割駆動により各発光点を独立に発光させるための配線やワイヤーボンディングパッドも設けられている。発光点は半導体チップのチップ長辺に沿って複数段で構成されており、長辺に対して短辺は第一列目の発光点から第四列目の発光点の配列方向に傾斜しており、チップ形状は平行四辺形形状をなしている。

図２は、チップ端近傍の拡大図であり、ＬＥＤの発光点の大きさは約５μｍで、配列パターンはチップの長辺方向に１０．６μｍピッチ、長辺と垂直方向に２１．２μｍピッチの４列とした。これにより、同じ列における発光点のピッチは、４倍の４２．４μｍとなる。したがって、図２に示すように、チップダイシングを行った面が相対する位置で、ダイシングのマージン、チップの配列実装スペース、ダイシングによる発光点へのダメージ回避のための距離確保が可能になる。

８個の発光点５は一方の電極を共有し、セグメント４を構成する。その共有電極はワイヤーボンディング用の共有電極パッド３に接続されている。８個のセグメントのそれぞれから選択された各１素子の個別電極が配線６によって接続されてブロック２を構成する。各配線には、それぞれワイヤーボンディング用の電極パッド７が形成されている。チップ端にあるブロック内の８個のセグメントに接続する配線６およびワイヤーボンディング用の電極パッド７は、平行四辺形形状のチップの鋭角である角側に設けられる。

図３は、ＬＥＤアレイチップの全体模式図である。図３に示してあるように、チップ長手方向の両端部に配置しているブロックでは、セグメント間の配線６は、平行四辺形形状のチップの鋭角である角側に配置されている。

図１のブロック２において、左端のセグメント４の共通電極パッド３と配線６に接続された電極パッド７の左から順に電圧を印加することにより、左端セグメントの対応する発光点が順に点灯する。同様に、左から２番目のセグメントの共通電極パッドを選択すれば、２番目のセグメントを点灯できる。このように、ブロック内の任意の発光点は、時分割で独立に駆動できる。なお、各ブロックは電気的に分離されるので、ブロックが異なる発光点であれば同時駆動が可能である。

これまで、本発明について実施形態を用いて記載してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載した請求項にしたがうのであり、全ての変更および同等の構造および機能を包含することが可能な最も広い解釈と一致する。

本発明の一実施形態である二次元配列ＬＥＤアレイチップ端部のパターン概略図である。 互いに隣接する本発明の一実施形態であるアレイチップ端部の拡大図である。 本発明の一実施形態であるアレイチップの配線の配置を示す概略図である。 本発明の一実施形態であるアレイチップの別の配線の配置を示す概略図である。 本発明の一実施形態である露光光源装置の概略図である。 従来技術を示す概略図である。

符号の説明

１ 発光素子アレイチップ
２ ８セグメント（６４発光素子）からなるブロック
３ ワイヤーボンディング用の共有電極パッド
４ ８素子からなるセグメント
５ 発光点（発光素子）
６ 異なるセグメントに属する発光素子の電極を接続する配線
７ ワイヤーボンディング用の電極パッド
１１ 長辺
１２ 長辺
１３ 短辺
２３ ワイヤーボンディング用の共有電極パッド
２４ ８素子からなるセグメント
２５ 発光点（発光素子）
２６ 異なるセグメントに属する発光素子の電極を接続する配線
２７ ワイヤーボンディング用の電極パッド
２０１ 発光素子アレイチップ
２０２ 発光素子アレイチップ
２９９ 接続部
１０００ チップ
１００１ チップ
１００２ チップ
１０１０ 発光点
１５００ 接続部
１６００ チップの短辺
１９９９ チップの長手方向
３０００ ロッドレンズアレイ
３０５０ ドライバＩＣ
４０００ 発光素子チップアレイ
５０００ 配線基板

Claims (4)

1. 基板上に複数の発光素子が二次元配列してなる発光素子アレイチップであって、
   該発光素子アレイチップの形状は、２つの長辺と２つの短辺を含み、各長辺と各短辺とが互いに鋭角または鈍角をなして構成される平行四辺形であり、
   一つの共通電極に接続されている複数の前記発光素子が、前記長辺の方向に複数列、かつ前記短辺の方向に複数列並ぶことで１つのセグメントが形成され、
   前記セグメントが前記長辺の方向に沿って複数並ぶことで１つのブロックが形成され、
   前記ブロックが前記長辺の方向に沿って複数並ぶことにより発光素子アレイが形成されており、
   互いに異なる前記セグメントに属する複数の前記発光素子同士を電気的に接続する配線を有し、
   前記配線には、ワイヤーボンディング用の電極パッドが形成されており、
   前記発光素子アレイチップの端部にある前記ブロックに対応する前記電極パッドは、前記発光素子アレイチップの形状を規定する前記長辺と前記短辺とが鋭角をなしている個所の該長辺の側に設けられていることを特徴とする発光素子アレイチップ。
2. 請求項１に記載の発光素子アレイチップを備え、かつ該発光素子アレイチップから放射される光を集光し結像するためのロッドレンズアレイを有することを特徴とする露光光源装置。
3. 同一の前記ブロック内に存在する複数の前記発光素子は、時分割で駆動されることを特徴とする請求項２に記載の露光光源装置。
4. 互いに異なる前記ブロックに属する各発光素子は、同時に駆動されることを特徴とする請求項２または３に記載の露光光源装置。