JP2000218862A - アレイ状発光装置 - Google Patents

アレイ状発光装置

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JP2000218862A
JP2000218862A JP2574399A JP2574399A JP2000218862A JP 2000218862 A JP2000218862 A JP 2000218862A JP 2574399 A JP2574399 A JP 2574399A JP 2574399 A JP2574399 A JP 2574399A JP 2000218862 A JP2000218862 A JP 2000218862A
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JP
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light emitting
substrate
light
array element
emitting device
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JP2574399A
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Tetsuo Saito
哲郎 齋藤
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58Optical field-shaping elements
    • H01L33/60Reflective elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
  • Printers Or Recording Devices Using Electromagnetic And Radiation Means (AREA)
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  • Led Device Packages (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な工程で光を有効に利用できるアレイ状発
光装置を得る。 【解決手段】LEDアレイ素子3の各発光部2の両端部
表面から外側に向かって幅が広くなるように傾斜した反
射面5を設け、基板4のLEDアレイ素子3側の表面に
は、表面が発光部2と反射面5に密着する円錐台状の凸
部6を設け、凸部6を反射面5に嵌合させてLEDアレ
イ素子3と基板4を接続し、発光部2から出射した光を
発光部2の光軸に沿って集光する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、プリンタ装置や
スキャナ,複写機等の画像形成装置のLEDヘッド等に
使用するアレイ状発光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】LEDアレイなどの発光アレイを電極基
板上に配設し、アレイの電極を電極配線にフリップチッ
プする画像形成装置の書込用の発光装置は、大量のバン
プを一括してフリップチップ接続できる点に特徴があ
る。このLEDアレイなどの発光アレイを電極基板上に
配設し、アレイの電極を電極配線にフリップチップする
発光装置の発光効率を向上させる装置が、例えば特開平
2−62256号公報や特開平7−131071号公報
に開示されている。特開平2−62256号公報に示さ
れた発光装置は、図9の断面図に示すように、基板4上
に実装されたLEDアレイ素子3の各発光部2の直下に
基板4を貫通して光ファイバ束31を設け、基板4の発
光部2と反対側の光ファイバ束31の先端にレンズ32
を形成し、発光部2から出射した光をレンズ32で集光
するようにしている。また、特開平7−131071号
公報に示された発光装置は、図10の断面図に示すよう
に、基板4に実装された発光アレイ素子3の発光部2に
対応する位置に外側に広がる開口33を設け、開口33
に透明樹脂を充填してレンズ34を形成して、光の通過
量を増大して集光効率や受光効率を向上させるようにし
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
2−62256号公報に示された発光装置は、基板を挟
んで両側に発光部と集光用のレンズがあるため、基板内
に中継用の光ファイバ束を設ける必要があるが、基板に
各発光部毎の中継用の光ファイバ束を設けることは容易
でなく、多くの費用がかかってしまう。また、各光ファ
イバ束の先端部にレンズを形成する必要があり、複雑な
作業工程が必要になり、発光装置が高価になってしま
う。
【0004】また、特開平7−131071号公報に示
す装置は、中継のファイバ側を使用しないかわりに、レ
ンズに入射する光を確保するためにレンズ面を大きくと
り、さらに、基板に設けたレンズに入る光の損失を少な
くするために、発光部から基板の反対側のレンズ表面側
に広がった傾斜した溝や穴を形成しているが、光を傾斜
した溝や穴を効率良く通すためには、レンズの曲率に応
じて溝や穴の傾斜角を定める必要があり、傾斜した溝や
穴とレンズの形成が容易でなかった。また、基板中にア
レイの並び方向に広い貫通領域が形成されるため、基板
の強度が損なわれるという短所もあった。さらに、基板
の溝や穴に大量の透明樹脂を流し込むときに、基板と樹
脂の熱膨張率の差から基板の変形や樹脂によるレンズの
歪みが発生しやすいという問題もある。また、レンズ面
を大きくとるため、アレイ並び方向でのレンズの面が重
なり合わないようにすると、アレイの間隔を十分に広く
とる必要が有り、密に並んだアレイへの適応は困難であ
る。このためアレイ並び方向には曲率をもたないシリン
ドリカルレンズ形状をとる必要があるが、このようなレ
ンズ形状ではアレイ並び方向でのレンズの集光効果は得
られず、高い効率は望めないという不具合がある。
【0005】この発明はかかる短所を改善し、簡単な工
程で光を有効に利用できるアレイ状発光装置を提供する
ことを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係るアレイ状
発光装置は、発光アレイ素子と少なくとも一部が透明な
基板とを有し、発光アレイ素子は基板側の表面に複数の
発光部と、各発光部の両端部表面から外側に向かって幅
が広くなるように傾斜した反射面を有し、基板の発光ア
レイ素子側の表面には、表面が発光部と反射面に密着す
る円錐台状の凸部を有し、該凸部を反射面に嵌合させて
発光アレイ素子と基板をフリップチップ接続したことを
特徴とする。
【0007】この発明に係る第2のアレイ状発光装置
は、発光アレイ素子と少なくとも一部が透明な基板とを
有し、発光アレイ素子は基板側の表面に複数の発光部を
有し、基板は発光アレイ素子側の表面の各発光部に対応
する位置に表面側が発光部の大きさにより定められ底面
側の径が大きい円錐台からなり、外周面に反射面を有す
る反射部を有し、反射部を発光部の位置に合わせて発光
アレイ素子と基板をフリップチップ接続したことを特徴
とする。
【0008】上記基板の反射部を角錐台形状に形成する
と良い。また、角錐台形状の反射部を基板に設けた溝内
に形成することが望ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】この発明の発光装置は、LEDの
発光部を表面に複数有するLEDアレイ素子と、透明な
ガラスで形成された基板を有する。LEDアレイ素子は
発光部の両端部から外側に向かって幅が広くなるように
傾斜した金属薄膜からなる反射面を有する。基板のLE
Dアレイ素子側の表面の反射面に対応する部分には、表
面が発光部と反射面に密着する円錐台状の凸部を有す
る。この基板の凸部を反射面に嵌合させて発光アレイ素
子と基板をフリップチップ接続して発光装置を形成す
る。
【0010】この発光装置の発光部から基板側に出射し
た光のうち、発光部の光軸方向に出射した光は、そのま
ま基板を通って出射し、発光部の光軸に対して一定角度
傾いて出射した光は反射面で反射し、ほぼ平行光束にな
って基板を通り出射し、発光部から出射した光は発光部
の光軸に沿って集光する。
【0011】
【実施例】図1はこの発明の一実施例の構成を示す断面
図である。図に示すように、発光装置1は、LEDの発
光部2を複数表面に有するLEDアレイ素子3と、透明
なガラスや合成樹脂で形成された基板4を有する。LE
Dアレイ素子3は発光部2の両端部から外側に向かって
幅が広くなるように傾斜した例えばアルミニウム等の金
属薄膜からなる反射面5を有する。基板4のLEDアレ
イ素子3側の表面の反射面5に対応する部分には、表面
が発光部2と反射面5に密着する円錐台状の凸部6を有
する。そして基板4の凸部6を反射面5に嵌合させた状
態でLEDアレイ素子3と基板4を、LEDアレイ素子
3に形成されたフリップチップボンティング用のアレイ
側バンプ7と基板4に形成された基板側バンプ8でフリ
ップチップボンティングして発光装置1を形成する。
【0012】上記のように構成された発光装置1の発光
部2から基板4側に出射した光のうち、発光部2の光軸
方向に出射した光は基板4を通って出射し、発光部2の
光軸に対して一定角度傾いて出射した光は反射面5で反
射し、ほぼ平行光束になって基板4を通り出射し、発光
部2から出射した光は発光部2の光軸に沿って集光され
る。したがって発光部2から出射した光を有効に利用す
ることができる。
【0013】また、反射面5の表面が基板4の凸部6で
被覆されて外部雰囲気から保護されているから、反射面
5をアルミニウムのような雰囲気で酸化されやすい金属
で形成しても外部雰囲気に侵されず鏡面を保持すること
ができ、安価で良好な鏡面を得ることができる。さら
に、反射面5の鏡面を保護するためのコーティング等も
必要がないから、反射面5を簡単に形成することができ
る。
【0014】上記実施例はLEDアレイ素子3に反射面
5を設けた場合について説明したが基板4の表面に反射
面5を直接設けても良い。
【0015】図2は基板4に反射面5を設けた第2の実
施例の構成を示す斜視図であり、(a)はLEDアレイ
素子3を示し、(b)は基板4を示す。LEDアレイ素
子3の基板4側の表面には、図2(a)に示すように、
複数の発光部2とアレイ側バンプ7が配列されている。
透明なガラスや合成樹脂からなる基板4のLEDアレイ
素子3側の表面には、図2(b)に示すように、LED
アレイ素子3の各発光部2に対応する位置に表面側が発
光部2の大きさにより定められ、底面側の径が大きい円
錐台からなる反射部9が設けられ、反射部9の外周面に
内面が鏡面に形成された金属薄膜の反射面5を有する。
この反射部9の両側に基板側バンプ7と電極10が配列
されている。このLEDアレイ素子3と基板4をフリッ
プチップボンティングして発光装置1を形成する。この
ようにして発光装置1を簡単に形成することができる。
そして発光部2から出射した光は基板4の反射部9の外
周面の反射面5で反射して集光され、発光部2から出射
した光を効率良く利用することができる。
【0016】上記実施例は基板4に円錐台からなる反射
部9の外周面に反射面5を設けた場合について説明した
が、図3の断面図に示すように、LEDアレイ素子3の
発光部2と接触する基板4の円錐台からなる反射部9の
表面を除いた基板4のLEDアレイ素子3側の表面全体
に金属薄膜の反射面5を設け、反射部9の外周面以外の
反射面5の表面に絶縁膜11を積層し、絶縁膜11の表
面に基板側バンプ7と電極10を配列するようにしても
良い。
【0017】このように基板4の円錐台からなる反射部
9の表面を除いた基板4のLEDアレイ素子3側の表面
全体に金属薄膜の反射面5を設けることにより、基板4
を簡単に製作することができる。この基板4の作製プロ
セスを図4の工程図を参照して説明する。
【0018】まず、第1の工程(A)で透明なガラスの
基板4の母材20の反射部9に相当する部分にLEDア
レイ素子3の発光部2の大きさに応じたマスク21を写
真工程で形成する。次ぎに、第2の工程(B)でマスク
21を用い、エッチングにより円錐台形22を形成す
る。このとき円錐台形22の頂部にはLEDアレイ素子
3の発光部2の大きさに応じたマスク21が残るように
する。その後、第3の工程(C)で基板20の表面にア
ルミ薄膜23を蒸着し、第4の工程(D)で円錐台形2
2の頂部に残ったマスク21を用いてリフトオフ法によ
り円錐台形22頂部のアルミ薄膜を除去する。その後、
第5の工程(E)でアルミ薄膜23上に誘電体薄膜の絶
縁膜24を形成を形成する。この絶縁膜24として透明
なものを使用した場合には母材20の表面全体に形成し
ても良い。次に第6の工程(F)で絶縁膜24の表面に
電極10を写真工程で形成し、最終工程(G)で電極1
0上に基板側バンプ7を形成する。このようにして円錐
台形の反射部9を有する基板4を簡単に作製することが
できる。
【0019】上記実施例は基板4に円錐台形の反射部9
を設けた場合について説明したが、図5に示すように、
反射部9aを角錐台形状にしても良い。このように反射
部9aを角錐台形状にすることにより、反射部9aを切
削により簡単に作成することができる。すなわち、ま
ず、図6(a)に示すように、透明ガラスの母材20を
テーパを有する1対の研削砥石25で研磨することによ
り角錐台形26の斜面を形成し、次ぎに図6(b)に示
すように、角錐台形26と直交する方向から砥石27で
LEDアレイ素子3の発光部2に応じた位置の両側を研
削して反射部9aの残りの2面の研削整形を行う。この
ようにして角錐台形状の反射部9aを簡単に加工するこ
とができる。
【0020】上記実施例は基板4の表面に角錐台形状の
反射部9aを突出して設けた場合について説明したが、
図7の斜視図に示すように、角錐台形状の反射部9aの
周囲に溝12を設けて、角錐台形状の反射部9aを基板
4の表面から突出しないようにしても良い。このように
反射部9aを基板4の表面から突出させないようにする
と、図9の断面図に示すように、反射部9aの表面開口
部と電気的接続のための電極等のとの段差を小さくする
ことができ、LEDアレイ素子3の形状やバンプ構造の
形状の選択性を高めることができる。また、図9に示す
ように、電気的な接続を異方性導電接着剤13を用いて
LEDアレイ素子3と基板4を接合することもでき、バ
ンプ接続のような高さの調整が不要になり、製作工程を
簡略化することもできる。
【0021】
【発明の効果】この発明は以上説明したように、発光ア
レイ素子の各発光部の両端部表面から外側に向かって幅
が広くなるように傾斜した反射面を設け、基板の発光ア
レイ素子側の表面には、表面が発光部と反射面に密着す
る円錐台状の凸部を設け、この凸部を反射面に嵌合させ
て発光アレイ素子と基板を接続したから、発光部から出
射した光を発光部の光軸に沿って集光することができ、
発光部から出射した光を有効に利用することができる。
【0022】また、反射面の表面が基板の凸部で被覆さ
れて外部雰囲気から保護されているから、反射面をアル
ミニウムのような雰囲気で酸化されやすい金属で形成し
ても外部雰囲気に侵されず鏡面を保持することができ、
安価で良好な鏡面を得ることができる。さらに、反射面
の鏡面を保護するためのコーティング等も必要がないか
ら、反射面を簡単に形成することができる。
【0023】また、基板の発光アレイ素子側の表面の各
発光部に対応する位置に表面側が発光部の大きさにより
定められ、底面側の径が大きい円錐台からなり、外周面
に反射面を有する反射部を設け、この反射部を発光部の
位置に合わせて発光アレイ素子と基板を接続したから、
発光部から出射した光を発光部の光軸に沿って集光する
ことができ、発光部から出射した光を有効に利用するこ
とができるとともに反射部を簡単に形成することができ
る。
【0024】さらに、基板の反射部を角錐台形状に形成
することにより、基板の反射部を簡単に形成することが
できる。
【0025】また、角錐台形状の反射部を基板に設けた
溝内に形成することにより、反射部を基板から突出させ
ないですみ、発光アレイ素子の形状やバンプ構造の形状
の選択性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例の構成を示す断面図である。
【図2】第2の実施例の構成を示す斜視図である。
【図3】第3の実施例の基板の構成を示す断面図であ
る。
【図4】第3の実施例の基板の製作工程を示す工程図で
ある。
【図5】第4の実施例の基板の構成を示す斜視図であ
る。
【図6】第4の実施例の基板の製作工程を示す斜視図で
ある。
【図7】第5の実施例の基板の構成を示す斜視図であ
る。
【図8】第5の実施例の構成を示す断面図である。
【図9】従来例の構成を示す断面図である。
【図10】他の従来例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 発光装置 2 発光部 3 LEDアレイ素子 4 基板 5 反射面 6 凸部 7 アレイ側バンプ 8 基板側バンプ 9 反射部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光アレイ素子と少なくとも一部が透明
    な基板とを有し、 発光アレイ素子は基板側の表面に複数の発光部と、各発
    光部の両端部表面から外側に向かって幅が広くなるよう
    に傾斜した反射面を有し、基板の発光アレイ素子側の表
    面には、表面が発光部と反射面に密着する円錐台状の凸
    部を有し、該凸部を反射面に嵌合させて発光アレイ素子
    と基板をフリップチップ接続したことを特徴とするアレ
    イ状発光装置。
  2. 【請求項2】 発光アレイ素子と少なくとも一部が透明
    な基板とを有し、 発光アレイ素子は基板側の表面に複数の発光部を有し、
    基板は発光アレイ素子側の表面の各発光部に対応する位
    置に表面側が発光部の大きさにより定められ、底面側の
    径が大きい円錐台からなり、外周面に反射面を有する反
    射部を有し、該反射部を発光部の位置に合わせて発光ア
    レイ素子と基板をフリップチップ接続したことを特徴と
    するアレイ状発光装置。
  3. 【請求項3】 上記基板の反射部が角錐台形状に形成さ
    れた請求項2記載のアレイ状発光装置。
  4. 【請求項4】 上記角錐台形状の反射部を基板に設けた
    溝内に形成した請求項3記載のアレイ状発光装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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