JP2005167018A

JP2005167018A - 発光装置

Info

Publication number: JP2005167018A
Application number: JP2003404868A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kokubo; 秀幸小久保; Akira Mizuyoshi; 明水由
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】コスト上昇を招くことなく放熱性の高い発光装置を提供する。
【解決手段】アルミニウム製の基板１３には、ＬＥＤチップ１２を駆動するドライバＩＣが形成されたＩＣチップ１４が取り付けられる。ＩＣチップ１４には、ＬＥＤチップ１２を接続する接続パッド２９が形成されている。ＬＥＤチップ１２は、その上面に正負両極の電極が形成された片面電極型のチップであり、上面を下向きにして接続パッド２９にフェースダウン実装される。ＩＣチップ１４は、主として熱伝導性の高いシリコンで形成されるので、高い放熱性が得られる。さらに、ＩＣチップ１４をアルミニウム製の基板１３に取り付けることでより高い放熱性が確保される。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の発光素子を配列した発光装置に関するものである。

例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップなどの複数の発光素子を配列した発光装置が知られている。こうした発光装置は、発光面内で均一な照度分布を得ることができるとともに、環境への負荷も小さいため、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おり、さらに、光定着性を有するカラー感熱プリンタの光定着用光源として利用することも検討されている。ＬＥＤチップは、例えば、ドライバＩＣが組み込まれたＩＣチップとともに、回路パターンをプリントしたプリント基板上に取り付けられ、ＬＥＤチップの電極と前記回路パターンとはワイヤボンディングすることによって電気的に接続される。

しかし、ワイヤボンディングによる接続法は、チップ本体を取り付けた後、その電極と回路パターンとをワイヤによってボンディングする必要があるため、取り付け作業が繁雑であったり、ワイヤが光源の影になるおそれがあるなどのデメリットがある。そこで、チップの上面に正負両極の電極を備えた片面電極型のＬＥＤチップを使用し、このＬＥＤチップを、チップ上面が回路パターンと向かい合わせになるようにプリント基板にフェースダウン実装した発光装置が開発されている（例えば、下記特許文献１参照）。フェースダウン方式では、チップの電極と回路パターンの導電部とが直接接触して接続されることになるので、ワイヤが不要となり、取り付け作業も簡単化される。

特開平７−１７８９６１号公報

ＬＥＤチップは発熱が大きいので、それを実装するマウント基板としては放熱性の高い素材が望まれる。上記プリント基板の素材としては、一般に樹脂が使用されるが、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、放熱性の高い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、アルミニウム製の基板にエッチングにより回路パターンを形成する場合、樹脂に加工を加える場合と比較して、加工コストが非常に高いため、製造コストが上昇してしまうという問題があった。

本発明は、コスト上昇を招くことなく放熱性が高い発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、複数の発光素子が配列された発光装置において、主としてシリコンを素材としエッチングにより各発光素子を駆動するドライバＩＣが形成されたＩＣチップ上に、各発光素子を接続する接続パッドを設け、前記ＩＣチップに各発光素子をフェースダウン実装したことを特徴とする。

なお、前記ＩＣチップは、アルミニウム製の基板に取り付けられることが好ましい。

なお、前記ＩＣチップには、さらに、各発光素子の光量を検出する光検出素子が組み込まれていることが好ましい。

なお、前記光検出素子は、各発光素子毎に設けられていることが好ましい。

本発明の発光装置は、主としてシリコンを素材としエッチングにより各発光素子を駆動するドライバＩＣが形成されたＩＣチップ上に、各発光素子を接続する接続パッドを設け、前記ＩＣチップに各発光素子をフェースダウン実装したから、コスト上昇を招くことなく放熱性が高い発光装置を提供することができる。

図１及び図２に示す発光装置１０は、発光素子であるＬＥＤチップ１２が複数個ライン状に配列された発光素子アレイを備えており、例えば、スキャナやプリンタなどに組み込まれて、原稿照射用光源や光定着光源として使用される。基板１３には、各ＬＥＤチップ１２を駆動するドライバＩＣ１５が形成されたＩＣチップ１４が取り付けられており、複数のＬＥＤチップ１２は、ＩＣチップ１４上にマウントされる。

基板１３の素材としては、放熱性の高い金属、例えば、アルミニウムが使用されている。基板１３には、スキャナやプリンタなどの本体機器全体を制御するシステムコントローラ（図示せず）と接続される接続部１６が設けられている。発光装置１０は、この接続部１６を介して、システムコントローラからの制御信号や、本体電源から電力の供給を受ける。接続部１６は、導電部材で形成された端子１６ａ，１６ｂからなり、これらの端子１６ａ，１６ｂは、絶縁体１９を介して基板１３上に取り付けられる。接続部１６とＩＣチップ１４とは、ワイヤ１７ａ，１７ｂによって接続されており、各ワイヤ１７ａ，１７ｂの一端は、ＩＣチップ１４上に形成された端子１８ａ，１８ｂに接続される。このワイヤ１７ａ，１７ｂを介して、制御信号や電力がＩＣチップ１４へ供給される。

ＩＣチップ１４の基部２１には主としてシリコン（Ｓｉ）が使用されており、この基部２１の下面には、金（Ａｕ）メッキ２２が施されている。ＩＣチップ１４は、その下面を導電性の接着剤２３によって基板１３に接着することにより、基板１３に取り付けられる。ＩＣチップ１４へ供給された電流は、金メッキ２２及び接着剤２３を介してグランド電位となる基板１３へ流れる。また、ＩＣチップ１４の素材であるシリコンは、熱伝導性が高い素材であるため、ＩＣチップ１４をＬＥＤチップ１２のマウント基板として使用することで、高い放熱性が得られる。しかも、アルミニウム製の基板１３はＩＣチップ１４の放熱材として機能するので、より高い放熱性が確保される。

ＩＣチップ１４には、ドライバＩＣ１５に加えて、各ＬＥＤチップ１２の調光を行うための光量検出素子２８が形成されている。光量検出素子２８としては、例えば、フォトトランジスタが使用される。光量検出素子２８は、各ＬＥＤチップ１２に対して１つずつ設けられており、これにより、個々のＬＥＤチップ１２の光量を検出できるようにしている。各ＬＥＤチップ１２の光量は、それぞれに対応する光量検出素子２８を通じてフィードバック制御される。各ＬＥＤチップ１２は、その配列方向の光量分布が均一になるように、各々の光量が所定の光量になるように制御される。これらドライバＩＣ１５と光量検出素子２８とは、エッチング加工によって形成される。

さらに、ＩＣチップ１４には、ＬＥＤチップ１２を接続するための接続パッド２９が設けられている。接続パッド２９は、ＬＥＤチップ１２の正負それぞれの電極と接続する各部位が絶縁されるように、中央に溝が形成されている。接続パッド２９は、金（Ａｕ）メッキ２９ａと、この金メッキ２９ａの上面に、Ａｕ（金）とＳｎ（錫）の合金によるメッキ２９ｂを層設したものである。ＬＥＤチップ１２と接続パッド２９とは、例えば、鉛（Ｐｂ）と錫（Ｓｕ）を含む半田３１を介して接続される。この半田３１と、Ｓｎ（錫）を含むメッキ２９ｂとが融着されるので、濡れ性が高くなり、半田３１が取れにくくなる。

また、ＬＥＤチップ１２と、シリコンとは熱膨張率が近似しているので、ＬＥＤチップ１２をＩＣチップ１４に接合することで、半田３１に対して働く熱応力が軽減される。また、ＩＣチップ１４をマウント基板として使用したことで、従来のように、プリント基板上に、ＩＣチップとＬＥＤチップとをそれぞれ取り付ける場合と比較して、装置構成を簡素化することができるとともに、アルミニウム基板にコストが高いエッチング加工を施す場合と比較して、製造コストも抑えられる。

ＬＥＤチップ１２は、略直方体形状をしており、その上面にｐ(positive)及びｎ(negative)の両方の電極１２ａ，１２ｂが設けられた片面電極型のチップであり、ＩＣチップ１４上に、フェースダウン方式で、すなわち、電極１２ａ，１２ｂが接続パッド２９と対面するように上面を下に向けて取り付けられる。フェースダウン方式の実装方法は、ワイヤによるボンディングが不要となるため取り付け作業が簡素化できるとともに、高い光取り出し効率も得られる。

ＬＥＤチップ１２のチップ基板としては、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。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。もちろん、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。

図３に示すように、ドライバＩＣ１５は、光量制御部３６と電源回路部３７とからなる。光量検出素子２８は、各ＬＥＤチップ１２が放射した光を受光して、その光量に応じたレベルの検出信号を出力する。光量制御部３６は、検出信号のレベルに基づいて、各ＬＥＤチップ１２の光量が所定光量になるように駆動電流値を決定する。電源回路部３７は、システムコントローラから供給される２４Ｖの電圧を１２Ｖに変換した電圧を各ＬＥＤ１２へ印加して、光量制御部３６で決定された値の電流を、各ＬＥＤ１２へ供給する。この電流値は、例えば、２０ｍＡ〜１００ｍＡの間で調節される。

以下、上記構成による作用について説明する。シリコンベース上に、エッチング加工によりドライバＩＣ１５及び光量検出素子２８を形成してＩＣチップ１４が形成される。この際に、接続パッド２９を形成する。完成したＩＣチップ１４に対して、各ＬＥＤ１２をフェースダウン実装する。このＩＣチップ１４を基板１３に取り付けて、ワイヤ１７ａ，１７ｂによって、ＩＣチップ１４と基板１３とをボンディングすることにより、発光装置１０が完成する。

ＩＣチップ１４にＬＥＤチップ１２をフェースダウン実装したことで、取り付け作業が簡素化されて、製造コストが抑えられるとともに、高い放熱性が得られる。また、ＩＣチップ１４には、ドライバＩＣ１５、光量検出素子２８、ＬＥＤ１２が集約されて形成されるので、装置本体の小型化にも寄与する。さらに、ＩＣチップ１４にＬＥＤチップ１２を実装したことで、光量検出素子２８と、ＬＥＤチップ１２との間隔も狭められるので、より正確な調光が可能となる。

なお、上記実施形態では、発光素子としてＬＥＤチップを使用しているが、発光素子はＬＥＤチップに限らず、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他の発光素子を使用してもよい。

上記実施形態では、発光装置をスキャナやプリンタに組み込む例で説明しているが、単体で動作する照明装置として使用してもよい。

発光装置の外観図である。発光装置の側面図である。電気構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０発光装置
１２ＬＥＤチップ
１３基板
１４ＩＣチップ
１５ドライバＩＣ
２８光量検出素子
３６光量制御部
３７電源回路部

Claims

複数の発光素子が配列された発光装置において、
主としてシリコンを素材としエッチングにより各発光素子を駆動するドライバＩＣが形成されたＩＣチップ上に、各発光素子を接続する接続パッドを設け、前記ＩＣチップに各発光素子をフェースダウン実装したことを特徴とする発光装置。
前記ＩＣチップは、アルミニウム製の基板に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記ＩＣチップには、さらに、各発光素子の光量を検出する光検出素子が組み込まれていることを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
前記光検出素子は、各発光素子毎に設けられていることを特徴とする請求項３記載の発光装置。