JP2009158672A - Light-emitting device, manufacturing method of the light-emitting device, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光デバイス、発光デバイスの製造方法、および発光デバイスを備えて構成される画像形成装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device, a method for manufacturing a light emitting device, and an image forming apparatus including the light emitting device.
従来より、例えば下記特許文献1に示すように、いわゆる帯電性ドラムの表面に潜像を形成するための光プリンタヘッド等において、複数の発光素子が列状に配置された発光素子アレイが利用されている。発光素子アレイには、各発光素子の発光を制御する制御電流を印加するためのボンディングワイヤが設けられており、回転する帯電性ドラムと、光プリンタヘッド(例えば、発光素子アレイやボンディングワイヤ等)との接触を回避するには、帯電性ドラムと発光素子アレイとの離間距離を、ある程度確保しておく必要がある。発光素子アレイからの発光を、発光素子アレイからある程度の距離離間した帯電性表面に結像するために、従来の光プリンタヘッドでは、例えば複数の屈折率分布型ロッドレンズが配列されたセルフォックレンズアレイが用いられている。 Conventionally, for example, as shown in Patent Document 1 below, in an optical printer head or the like for forming a latent image on the surface of a so-called charging drum, a light-emitting element array in which a plurality of light-emitting elements are arranged in a line has been used. ing. The light emitting element array is provided with a bonding wire for applying a control current for controlling light emission of each light emitting element, and a rotating charging drum and an optical printer head (for example, a light emitting element array or a bonding wire). In order to avoid contact with the photosensitive drum, it is necessary to secure a certain distance between the charging drum and the light emitting element array. In order to image light emitted from the light emitting element array on a chargeable surface separated from the light emitting element array by a certain distance, in a conventional optical printer head, for example, a SELFOC lens in which a plurality of gradient index rod lenses are arranged An array is used.
近年、例えば下記非特許文献1に記載されているような電子ペーパーなど、画像の形成に、帯電性ドラムよりも大きな光量を必要とする画像形成媒体が提案されている。
非特許文献1に記載されているような、上記セルフォックレンズアレイを用いた光プリンタヘッドを用いた場合、比較的大きな光量を必要とする画像形成媒体に対して、充分な光量の光を画像形成媒体に照射できないという問題があった。 When an optical printer head using the Selfoc lens array as described in Non-Patent Document 1 is used, a sufficient amount of light is imaged on an image forming medium that requires a relatively large amount of light. There was a problem that the forming medium could not be irradiated.
セルフォックレンズアレイの開口数は比較的小さく(例えば最大0.4程度)、例えばこの場合、比較的小さな入射角(例えば光軸方向に対して23.5度未満)でセルフォックレンズに入射した光しか、有効に伝搬できない。このため、セルフォックレンズアレイを用いた光照射ヘッドでは、発光素子から出射した光に対し、比較的少ない光量の光(例えば、発光した光量全体の10%程度)しか、画像形成媒体に結像させることはできなかった。また、セルフォックレンズアレイを用いた光照射ヘッドの場合、発光素子に対するセルフォックレンズの位置や傾きが、照射できる光量に比較的大きな影響を与える。このため、発光素子に対するセルフォックレンズアレイの位置や傾きを、比較的高い精度で設定するため、光プリンタヘッドの組み立てに、比較的大きな手間やコストが必要となるといった問題点もあった。本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、発光素子から離間した照射位置に対して、比較的高い光量の光を照射することができる発光デバイス、画像形成装置、および、かかる発光デバイスを比較的簡単に作製することができる発光デバイスヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 The numerical aperture of the SELFOC lens array is relatively small (for example, about 0.4 at the maximum). Only light can propagate effectively. For this reason, in the light irradiation head using the SELFOC lens array, only a relatively small amount of light (for example, about 10% of the total amount of emitted light) is imaged on the image forming medium with respect to the light emitted from the light emitting element. I couldn't make it. In the case of a light irradiation head using a Selfoc lens array, the position and inclination of the Selfoc lens with respect to the light emitting element have a relatively large influence on the amount of light that can be irradiated. For this reason, since the position and inclination of the SELFOC lens array with respect to the light emitting element are set with relatively high accuracy, there has been a problem that assembly of the optical printer head requires relatively large effort and cost. The present invention has been made in view of the above problems, and a light emitting device, an image forming apparatus, and such a light emitting device capable of irradiating a relatively high amount of light with respect to an irradiation position separated from the light emitting element. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a light emitting device head capable of manufacturing a device relatively easily.
上記目的を達成するために本発明は、発光素子と、前記発光素子の発光面に設けられた光ガイドと、を備え、前記光ガイドは、前記光ガイドの側面と接する周辺領域の屈折率に比べて高い屈折率を有し、第1の主面が前記光ガイドの上端面と当接して配置された透光性部材が、さらに設けられていることを特徴とする発光デバイスを提供する。 To achieve the above object, the present invention comprises a light emitting element and a light guide provided on a light emitting surface of the light emitting element, and the light guide has a refractive index in a peripheral region in contact with a side surface of the light guide. There is provided a light emitting device characterized in that a light transmissive member having a higher refractive index and having a first main surface in contact with an upper end surface of the light guide is further provided.
なお、前記発光素子は複数配置され、前記光ガイドが前記発光素子の各発光面に設けられており、前記透光性部材の第1の主面は、複数の前記光ガイドそれぞれの前記上端面のいずれとも当接して配置されていることが好ましい。 A plurality of the light emitting elements are arranged, and the light guide is provided on each light emitting surface of the light emitting element, and the first main surface of the translucent member is the upper end surface of each of the plurality of light guides. It is preferable that any one of these is disposed in contact with each other.
また、前記発光素子の配置領域以外の領域に、前記発光素子の表面よりも高い位置に配置された基準面を備え、前記透光性部材は、一方の主面と前記基準面とが当接されて配置されていることが好ましい。 Further, a reference surface disposed at a position higher than the surface of the light emitting element is provided in a region other than the region where the light emitting element is disposed, and the translucent member is in contact with one main surface and the reference surface. Are preferably arranged.
また、前記光ガイドは、硬化された感光性樹脂からなることが好ましい。 The light guide is preferably made of a cured photosensitive resin.
また、前記光ガイドは、前記発光素子の表面に略垂直な側面で囲まれた柱形状であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said light guide is a column shape enclosed by the side surface substantially perpendicular | vertical to the surface of the said light emitting element.
また、ワイヤボンディングによって形成された導電性ワイヤと、前記導電性ワイヤを介して発光素子と電気的に接続された、各発光素子に制御電流を送るための駆動ICとを備え、前記導電性ワイヤの頂部が、前記光ガイド層の上端面よりも低い位置にあることが好ましい。 A conductive wire formed by wire bonding; and a driving IC that is electrically connected to the light emitting element through the conductive wire and sends a control current to each light emitting element. Is preferably at a position lower than the upper end surface of the light guide layer.
本発明は、また、上述の発光デバイスと、前記発光素子からの発光が照射されることで表面に画像が記録される記録媒体を、前記記録媒体の前記表面と、前記透光性基板の他方の主面とを対向させた状態で搬送する搬送機構と、複数の前記発光素子の発光を制御する制御機構と、を備えて構成された画像形成装置を、併せて提供する。 The present invention also provides a recording medium on which an image is recorded on the surface by irradiating light emitted from the light emitting device and the light emitting element, the surface of the recording medium, and the other of the translucent substrate. An image forming apparatus including a transport mechanism that transports the main surface of the light-emitting element and a control mechanism that controls light emission of the plurality of light-emitting elements is also provided.
本発明は、また、複数の発光素子が配置された基板の表面に、感光性樹脂層を形成する工程と、前記感光性樹脂層の、前記発光素子に対応する部分、または前記発光素子に対応する部分以外の部分を、選択的に露光する工程と、露光した前記感光性樹脂層を現像して、前記発光素子の各表面に、周囲よりも高い屈折率を有する光ガイド層を形成する工程と、前記光ガイド層を形成する工程の後、前記発光素子の配置領域以外の領域の、前記発光素子の表面よりも低い位置に備えられた基準面に、透光性基板の一方の主面を当接させて配置する工程と、を有することを特徴とする発光デバイスの製造方法を、併せて提供する。 The present invention also provides a step of forming a photosensitive resin layer on a surface of a substrate on which a plurality of light emitting elements are arranged, a portion of the photosensitive resin layer corresponding to the light emitting element, or the light emitting element. A step of selectively exposing a portion other than the portion to be developed, and a step of developing the exposed photosensitive resin layer to form a light guide layer having a higher refractive index than the surroundings on each surface of the light emitting element And after the step of forming the light guide layer, one main surface of the translucent substrate is provided on a reference surface provided at a position lower than the surface of the light emitting element in a region other than the region where the light emitting element is disposed A method of manufacturing a light-emitting device, comprising: a step of arranging the light-emitting device in contact with each other.
本発明の発光デバイスによれば、発光素子から離間した照射位置に対して、比較的高い光量の光を照射することができる。本発明の画像形成装置によれば、比較的大きな光量を必要とする画像形成媒体に対しても、比較的良質な画像を形成することができる。また、本発明の発光デバイスの製造方法によれば、かかる発光デバイスを比較的簡単に作製することができる。 According to the light emitting device of the present invention, it is possible to irradiate a relatively high amount of light with respect to an irradiation position separated from the light emitting element. According to the image forming apparatus of the present invention, it is possible to form a relatively good quality image even on an image forming medium that requires a relatively large amount of light. In addition, according to the method for manufacturing a light emitting device of the present invention, such a light emitting device can be relatively easily manufactured.
以下、本発明に係る発光デバイスおよび発光デバイスの製造方法について、添付図面を参照しつつ具体的に説明する。図1は、本発明の発光デバイスの第1の実施形態である光照射ヘッド1を備えて構成される、本発明の画像形成装置の一実施形態について説明する概略構成図である。また、図2は、図1に示す画像形成装置のうち、光照射ヘッド1の発光素子18近傍を拡大して示す部分側面図である。
Hereinafter, a light emitting device and a method for manufacturing the light emitting device according to the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention, which includes a light irradiation head 1 that is a first embodiment of a light emitting device according to the present invention. 2 is an enlarged partial side view showing the vicinity of the
図1に示す画像形成装置100は、光照射ヘッド1と、平板状の記録媒体Pを副走査方向(図1に矢印で示す)に搬送する搬送機構102と、光照射ヘッド1の駆動IC15に画像信号を供給するとともに、搬送機構102の動作を制御する制御装置104とを備えて構成されている。本実施形態の記録媒体Pは、例えば、第1の波長の光が照射されることで発色するとともに、第2の波長の光が照射されることで消色する特性を有するフォトクロミック化合物を用いた、公知の電子ペーパーからなる。一般的に、フォトクロミック化合物を用いた公知の電子ペーパーにおける発色には、公知のプリンタにおける例えば感光体ドラム表面への潜像の形成に必要な光量に比して、より大きな光量を必要とする。本実施形態の画像形成装置100は、平板状の記録媒体Pに対して、比較的大きな光量の光を照射するための装置である。なお、画像記録媒体は、フォトクロミック化合物を用いた公知の電子ペーパーに限定されず、その他の種類の電子ペーパーは、各種感光体などを用いてもよい。本発明において画像を形成する対象である画像記録媒体は、特に限定されない。
An
光照射ヘッド1は、上面に光ガイド層16が設けられた発光素子18が、基板11上に主走査方向(副走査方向と直交する方向)に複数配列されてなる発光素子アレイ体10と、各発光素子18の発光動作を制御する制御用信号を発する駆動IC15が表面に配置された回路基板14と、発光素子アレイ体10が設置された金属筐体20と、光ガイド層16の上端面16Aおよび金属筐体20の後述する基準面20Aと当接して配置された透光性基板12と、を備えて構成されている。
The light irradiation head 1 includes a light emitting
発光素子アレイ10の基板11は、例えばガリウム砒素(GaAs)基板であり、基板11上には、公知の半導体製造技術によって、複数の発光素子18が形成されている。本実施形態の発光素子18は、2種類の半導体層の境界部分(いわゆるp−n接合部分)が発光し、発光素子18の上面(図1および図2における上側の面)から光を照射する、公知のLED素子である。発光素子18は、基板11上に、極性の異なる半導体膜が複数成膜し、成膜された複数の半導体層を、ドライエッチングやウェットエッチング等の手法を用いて所定形状にパターニングして、形成している。基板11への成膜層は、アルミガリウム砒素(AlGaAs)、或いはアルミインジウムガリウム燐(AlInGaP)、或いはアルミインジウムガリウム砒素(AlInGaAs)、或いはガリウム燐(GaP)、或いはアルミインジウム燐(AlInP)、インジウムガリウム燐(InGaP)など、その組成は特に限定されず、所望する発光の波長に応じて適宜選択すればよい。また、半導体基板の組成についても特に限定されず、例えば、ガリウム燐(GaP)や珪素(Si)等も、使用可能である。また、本発明における発光素子の組成や構成なども、特に限定されない。
The
基板11の表面には電極19が形成されており、電極19を介して発光素子18に電流が供給されることで発光素子18は発光する。電極19も、発光素子18と同様、公知の半導体製造技術を用いて、基板11上に形成されている。電極19は、熱処理が施されており、各発光素子18とのコンタクト状態が比較的良好なものとされている。電極19は、公知のワイヤボンディング手法を用いて形成された金属ワイヤ17を介して、回路基板14に形成された図示しない導線パターンと電気的に接続しており、この図示しない導線パターンは、回路基板14に配置された駆動IC15と接続されている。
An
基板11上に形成された複数の発光素子18の上面18Aそれぞれには、光ガイド層16が形成されている。光ガイド層16は、発光素子18の光照射領域、すなわち上面の形状に応じた断面形状を有し、本実施形態では断面は略四角形状となっている。光ガイド層16は、発光素子18の上面18Aから発せられた光を、発光素子18の上面18Aに略垂直方向(図1中の上側方向)に伝搬する。本実施形態の光ガイド層16は、発光素子18から発せられた光を集光したり、この発光の位相を変換する機能を備えている必要はなく、発光素子18の上面18Aから発生られた光のエネルギーを、比較的少ないエネルギー損失で、発光素子18の上面18Aに略垂直方向(図1中の上側方向)に伝搬する。なお、本実施形態では、光ガイド層の断面形状は、発光素子の光照射領域(すなわち上面)の形状に応じた形状となっている。本発明において、光ガイドの断面形状は、発光素子の光照射領域に対応する形状である必要はなく、光ガイドの形状について特に限定されない。例えば、略四角形状の光照射領域に対し、光ガイドの断面形状は略円形であってもよく、また、三角形や四角形以上の多角形状であってもよい。
A
光ガイド層16は、所望の波長範囲の光について、周囲よりも屈折率の高い材料で構成されている。本実施形態では、光ガイド層16は、少なくとも波長600nmの光について空気よりも屈折率の高い材料、すなわち屈折率が1よりも大きい材料で形成されている。本実施形態では、光ガイド層16は、少なくとも波長600nmの光について、屈折率が例えば1.49とされている。本実施形態の光ガイド層16は、感光性樹脂、具体的には、いわゆるネガ型レジストで形成されている。光ガイド層16の形成方法、および光照射ヘッド1の作製方法については、後に詳述する。
The
一般に、ある屈折率n1を有する媒体から、より小さい屈折率n0を有する媒体へ光が入射するとき、両者媒質界面における光の入射角が全反射角θ以上の場合、入射した光は全反射する。全反射角θについては、sinθ=n0/n1が成り立つ。本実施形態では、波長600nmの光について、n1=1.49、n0=1.0であるから、全反射角θ=42.1度である。すなわち、発光素子18の上面から発せられる光のうち、発光素子18の上面に略垂直な光の主線L(図2参照)に対して、放射角度θ´(図2参照)=(90−θ)=47.9度以内の光は、光ガイド層16の内部を、比較的少ない光量損失で、図1および図2の上側方向に導光していく。一般に、発光素子18のようなLED素子からの出射光強度I(φ)は、I(φ)=I0・cos(φ)で表される、いわゆるランバード分布となる。なお、I0は主線L方向の光強度、φは主線L方向に対してなす角度である。ランバード分布にしたがう発光素子18からの発光は、φ=θ´=47.9度以内の範囲に、全発光量のうちの約55.0%の光量が含まれている。本実施形態では、発光素子18からの発光量のうち、約55.0%もの光は、光ガイド層16を全反射しつつ伝搬(導光)する。
In general, when light is incident from a medium having a certain refractive index n 1 to a medium having a smaller refractive index n 0 , if the incident angle of light at the interface between the two is equal to or greater than the total reflection angle θ, reflect. For the total reflection angle θ, sin θ = n 0 / n 1 holds. In this embodiment, for light having a wavelength of 600 nm, n 1 = 1.49 and n 0 = 1.0, so the total reflection angle θ is 42.1 degrees. That is, of the light emitted from the upper surface of the
透光性基板12は、例えばガラス基板からなり、一方の主面12Bが、光ガイド層16の上端面16Aと当接している。透光性基板12としては、例えば、膜厚50μmの薄片ガラスを用いればよい。本ガラスの材質はBK7、フリントガラス、F2、BaK1、フェーズドシリカ、クラウンガラス、サファイヤ、セレンカ亜鉛、フッ化カルシウム等の光学透明材料を使用すればよい。透光性基板12は、金属筐体20の基準面20Aと当接し、例えば接着剤等によって、金属筐体20の基準面20Aと比較的強固に結合されている。これにより、画像形成装置100において、透光性基板12と記録媒体Pとが接触した場合の、金属筐体20に配置された発光素子アレイ体10と透光性基板12との位置ずれの発生を抑制している。これにより、光ガイド層16が発光素子18から脱落することも抑制している。
The
透光性基板12は、発光素子18から発せられる光のうち、所望の波長範囲の光に対し、光ガイド層16とほぼ同等の屈折率を備えていることが好ましい。本実施形態では、例えば、波長600nmの光に対して、屈折率が約1.49となっている。光ガイド層16と透光性基板12との屈折率が、ほぼ同等であることで、光ガイド層16から透光性基板12に入射する光の、光ガイド層16と透光性基板12との界面における反射を、比較的少なく設定することができる。なお、ほぼ同等とは、光ガイド層16の屈折率に対して、±30%以内の範囲にあることという。なお、本発明における透光性基板の屈折率は、光ガイド層16の屈折率に対して、±10%以内の範囲にあることが好ましい。発光素子18の上面18Aから発せられた光は、光ガイド層16を伝搬して、一方の主面12Bから透光性基板12に入射し、透光性基板12の他方の主面12Bから出射する。本実施形態では、画像形成装置100において、発光素子18の上面18Aから発せられた光のうち、約55%と比較的大きな割合の光量が、光ガイド層16および透光性基板12を伝搬して記録媒体Pに照射される。
The
上述のように、例えばフォトクロミック化合物を用いた電子ペーパーからなる記録媒体Pに、画像を形成するには、この電子ペーパーに比較的大きな光量の光を照射する必要がある。発光素子18の上面18Aから発せられる光は、この上面18Aに近いほど強い(光量が大きい)。例えば記録媒体Pに、なるべく大きな光量を照射したい場合、電子ペーパーと発光素子18の上面18Aとは、なるべく近接されることが望まれる。しかし、発光素子18と記録媒体Pとの接触を防ぐためには、発光素子18の上面18Aと記録媒体Pとは、ある程度の距離だけ離間させておく必要がある。また、各発光素子18の電極19には、画像信号を送るための金属ワイヤ17が設けられており、この金属ワイヤ17と記録媒体Pとの接触を防止するためには、比較的大きな離間距離を保つ必要がある。仮に、光ガイド層16および透光性基板12が配置されていない場合、金属ワイヤ17と記録媒体Pとが接触しない程度に、発光素子18と記録媒体Pとを十分に離間させると、記録媒体Pに照射される光は比較的弱いものとなる。また、光強度の空間的分布も、光強度の中心ピークの急峻性が低く、なだらかに広がった分布となる。このため、仮に、光ガイド層16および透光性基板12が配置されていない場合、記録媒体Pに形成される画像は、発色が弱く、かつ、ぼやけた画像となる。
As described above, in order to form an image on the recording medium P made of electronic paper using a photochromic compound, for example, it is necessary to irradiate the electronic paper with a relatively large amount of light. The light emitted from the
本実施形態の画像形成装置1では、光ガイド層16および透光性基板12が設けられており、金属ワイヤ17と記録媒体Pとが接触しない程度に、発光素子18と記録媒体Pとが十分に離間されており、金属ワイヤ17と記録媒体Pとが接触することが防止されている。また、上述のように、透光性基板12によって、光ガイド層16が発光素子18から脱落することも、防止されている。その上で、本実施形態の画像形成装置1では、発光素子18の上面18Aから発せられた光のうち、約55%と比較的大きな割合の光量が、光ガイド層16および透光性基板12を伝搬して記録媒体Pに照射される。また、光ガイド層16を伝搬した光は、光ガイド層16の上端面から、発光素子18の上面18Aからの放射角度θ´を維持したまま放射される。画像形成装置1では、金属ワイヤ17などが記録媒体Pに接触することを抑制しつつ、記録媒体Pに照射される光の光量を比較的大きくし、かつ、記録媒体Pに照射される光の空間分布を、比較的急峻な中心ピークを有するものとすることができる。本発明の画像形成装置1を用いれば、記録媒体Pに、色再現性が比較的良く、かつ解像度が比較的高い画像を形成することができる。
In the image forming apparatus 1 of the present embodiment, the
本実施形態において、発光素子アレイ体10は、例えばアルミニウムからなる金属筐体20表面に設置されている。具体的には、発光素子アレイ体10の基板11の下面が、金属筐体20上に載置され、基板11と金属筐体20とが、例えば接着剤により接合されている。金属筐体は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、鉄(Fe)、炭素(C)、ニッケル銅(Ni、Cu)、ニッケルマンガン鋼(含Ni、Mn)、クロムバナジウム鋼(含Cr、V)、ステンレス鋼(含C、Ni、Cr、Mo)、アルミニウム合金(含Mn、Mg、Cr、Si、Zn、Cu)、銅合金(含Mn、Ni、P)等の合金が使用可能であり、材質については特に限定されないが、熱伝導に優れたアルミニウム、あるいは銅が好ましい。なお、筐体は、金属からなることに限定されない。
In the present embodiment, the light emitting
本実施形態では、基板11と金属筐体20との接合には、例えば熱伝導性に優れたシリコーン系接着剤が用いられている。上述のように、例えばフォトクロミック化合物を用いた電子ペーパーからなる記録媒体Pに、画像を形成するには、この電子ペーパーに比較的大きな光量の光を照射する必要がある。比較的大きな光量の光を照射するためには、LEDである発光素子18に供給する電流エネルギーも比較的大きくする必要がある。本実施形態では、発光素子アレイ10の比較的小さな領域に比較的大きな電流エネルギーを投入し、比較的大きな発光光量を得ている。すなわち、本実施形態の発光素子アレイ10では、エネルギー密度が比較的高く、発光素子18の発熱量も比較的高い。本実施形態では、発光素子アレイ10を金属筐体20表面に載置しており、発光素子18における発熱は、金属筐体20に比較的良好に伝熱し、金属筐体20の表面から比較的高い効率で放熱される。基板11と金属筐体20との接合に用いる接着剤は、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤等、特に限定されないが、発光素子18における発熱の熱エネルギーを、金属筐体20に比較的良好に伝熱して放熱するには、熱伝導性に優れたシリコーン系接着剤を用いることが好ましい。
In the present embodiment, for example, a silicone adhesive having excellent thermal conductivity is used for joining the
上記実施形態では、発光素子18が基板11上に複数配列されてなる発光素子アレイ体10が、基準面20Aを備える金属筐体20に設置され、この金属筐体20が回路基板14に固定されている。回路基板14には、金属筐体20の外形上に対応した貫通孔が形成されており、この貫通孔に金属筐体20が配置され、金属筐体20と貫通孔との内壁面とが、例えば接着剤等によって固定されている。本発明の発光デバイスの構成は、係る実施形態に限定されない。図3は、本発明の発光デバイスの第2の実施形態である、光照射ヘッド2について説明する概略斜視図である。以下、光照射ヘッド2について説明するが、第1の実施形態と同様の部位については、第1の実施形態と同様の符号を用いて説明している。
In the above embodiment, the light emitting
光照射ヘッド2では、発光素子18が配列された基板11上に、駆動IC15(図3では図示せず)や配線パターンを直接形成し、この基板11を金属板40表面に直接配置している。基板11の表面には、複数の発光素子18を囲むように、例えば金属製の枠体42が設けられており、この枠体42の上面である基準面20Aに、透過光性基板12が当接・接合されている。第1の実施形態と同様、透光性基板12は、一方の主面12Bが、光ガイド層16の上端面16Aと当接している。第2の実施形態では、第1の実施形態と比して金属製部材の割合が多く、発光素子18で発生した熱エネルギーの放熱効果は、比較的大きい。本発明の発光デバイスの構成は、特に限定されない。
In the light irradiation head 2, a driving IC 15 (not shown in FIG. 3) and a wiring pattern are directly formed on the
光照射ヘッド1の駆動IC15は、制御装置104と接続されており、制御装置104から送られる画像信号を受け取る。制御装置104は、データ入出力ポートを備えた例えば公知のコンピュータからなり、外部から入力された画像データに応じた画像信号を、駆動IC15に送信する。駆動IC15では、制御装置104から受け取った画像信号に応じて、各発光素子18それぞれに電流を供給し、形成する画像に応じて各発光素子18を発光させる。制御装置104は、搬送機構102とも接続されており、画像信号に応じた速度で記録媒体Pを副走査方向に搬送させる。なお、搬送機構102は、例えば複数のローラおよびローラ対を備えて構成された公知の紙面搬送機構などであればよく、構成については特に限定されない。本発明の画像形成装置では、例えば、フォトクロミック化合物を用いた電子ペーパーなど、画像形成に比較的大きな光量を必要とする記録媒体であっても、この記録媒体の表面に、色再現性が比較的高く、かつ、比較的高精細な2次元画像を形成することができる。
The driving
次に、本発明の発光デバイスの製造方法の一例について説明する。図4は、上記光照射ヘッド1の製造方法について説明する概略断面図である。また、図5は、光照射ヘッド1の製造方法のフローチャート図である。まず、複数の発光素子18が表面に形成された基板11を用意する(ステップS102)。発光素子18は、例えば公知の半導体製造手法を用い、基板11上に作製すればよい。この段階では、基板11は、光照射ヘッド1の1つに配置されるようなチップサイズではなく、ウエハサイズで取り扱われている。
Next, an example of a method for manufacturing a light emitting device of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the light irradiation head 1. FIG. 5 is a flowchart of the method for manufacturing the light irradiation head 1. First, the
次に、発光素子18が配置された基板11表面に、ネガ型レジストを塗布し、レジスト膜52を形成する(ステップS104)。本実施形態では、例えば、東京応化(株)製TMMR S2000厚膜レジストを、スピンコート法によって基板11表面に塗布する。レジスト膜52の膜厚は、例えば100μmとした。この膜厚は、後述するステップS108において、基板11を金属筐体20に載置した際、金属筐体20の基準面20Aに対し、光ガイド層16の表面がより上側(図4における上側)になるように設定された膜厚である。なお、レジストの種類については特に限定されず、発光素子18からの発光波長や、記録媒体P表面へ照射させたい波長範囲等に応じて、適宜選択すればよい。また、レジストは、ネガ型であってもポジ型であってもよい。
Next, a negative resist is applied to the surface of the
次に、ウエハ状態の基板11に形成されたレンジスト膜52について、公知のフォトリソグラフィー処理を行い、レジストを材質とする光ガイド層16を形成する(ステップS106)。本実施形態では、レジスト膜52はネガ型レジストであり、レジスト膜52の発光素子18に対応する領域に光を照射した後、現像およびポストベークを行い、発光素子18表面に柱状の光ガイド層16を形成する。
Next, a well-known photolithography process is performed on the
ポストベークでは、ウエハ状態の基板11全体を、摂氏200度から300度の範囲で熱処理することで硬化安定化させた。
In post-baking, the
次に、光ガイド層16が形成されたウエハ状態の基板11を、例えば公知のダイシング処理等によってチップサイズに切り分け、各チップサイズの基板11を金属筐体20に設置する(ステップS108)。上述のように、基板11と金属筐体20とは、シリコーン系の接着剤を用いて接合する。この状態において、金属筐体20の基準面20Aに対し、光ガイド層16の上端面16Aがより上側(図4における上側)となっている。
Next, the wafer-
次に、基板11が設置された金属筐体20を回路基板14に固定し、公知のワイヤボンディング手法を用いて形成された金属ワイヤ17によって、発光素子18毎に設けられた電極19と図示しない導線パターンとが接続される(ステップS110)。この際、金属ワイヤ17の最頂部17Aは、基準面20Aよりも下側に位置するよう設定されている。
Next, the
次に、透光性基板12が、金属筐体20の基準面20Aと当接し、例えば接着剤等によって、金属筐体20の基準面20Aと接合される(ステップS112)。なお、透光性基板12と基準面20Aとを、例えば光硬化性樹脂によって接合しても構わない。上述のように、金属筐体20の基準面20Aに対し、光ガイド層16の表面がより上側(図4における上側)となっており、透光性基板12が光ガイド層16の上端面16Aを押し付けるような状態となり、透光性基板12と光ガイド層16の上端面16Aとは、隙間なく密着される。本発明の発光デバイスは、例えば、以上のような工程を経て製造することができる。
Next, the
図6(a)および(b)は、本発明の発光デバイスの効果について説明するための図である。図6(a)は、本発明の発光デバイスの一実施形態の発光強度分布を計測したグラフであり、図6(b)は従来の光照射ヘッドの一実施形態の発光強度分布を計測したグラフである。具体的には、図6(a)は、図1に示す光照射ヘッド1の透光性基板12の表面に、光強度センサの受光面を当接させて計測した、光強度分布のデータである。図6(a)で表されるデータの取得に用いた光照射ヘッド1は、光ガイド層16の厚さが140μm、透光性基板12の厚さが50μmのものを用いた。すなわち、図6(a)に示すデータは、発光素子18の上面18Aから略垂直方向に210μm離間した位置における、光強度分布のデータである。図6(a)の縦軸は光の強さ(単位;W/m2)、図6(a)の横軸は、空間上の位置を示している。なお、図6(a)のデータは、複数の発光素子18を、1つおきに発光させている。具体的には、図6(a)の矢印P1〜P7の各位置に配置された発光素子18のうち、矢印P2、P4、およびP6の、各発光素子18のみを選択的に発光させている。
6 (a) and 6 (b) are diagrams for explaining the effect of the light emitting device of the present invention. FIG. 6A is a graph obtained by measuring the light emission intensity distribution of an embodiment of the light emitting device of the present invention, and FIG. 6B is a graph obtained by measuring the light emission intensity distribution of an embodiment of a conventional light irradiation head. It is. Specifically, FIG. 6A shows light intensity distribution data measured by bringing the light receiving surface of the light intensity sensor into contact with the surface of the
図6(a)は、図6(a)に示すデータを取得した光照射ヘッド1から、光ガイド層16および透光性基板12を除去した構成の光照射ヘッドからの発光強度分布を計測したグラフである。図6(b)に示すデータは、発光素子18の上面18Aから略垂直方向に100μm離間した位置に、強度センサの受光面を配置して計測した、光強度分布のデータである。すなわち、図6(b)に示すデータは、発光素子18の上面18Aから略垂直方向に100μm離間した位置における、光強度分布のデータである。なお、図6(b)のデータも、複数の発光素子18を、1つおきに発光させて取得したデータである。具体的には、図6(b)の矢印P´1〜P´7の各位置に配置された発光素子18のうち、矢印P´2、P´4、およびP´6の、各発光素子18のみを選択的に発光させている。なお、図6(a)に示すグラフと図6(b)に示すグラフとでは、縦軸の1つの補助目盛り間隔は、同一の大きさの光量差となっている。
In FIG. 6A, the light emission intensity distribution from the light irradiation head having the configuration in which the
図6(a)と図6(b)とを比較して分かるように、図6(b)に示す従来の光照射ヘッドの場合、発光素子18の表面から100μmと、比較的近い領域であっても、照射される光量の絶対値は比較的小さく、かつ、光強度分布も急峻ではない。例えば、図6(b)に示すデータでは、選択的に発光させた発光素子18に対応する、矢印P2、P3、P4に対応する部分のみでなく、発光させなかった部分(矢印P1、P3、P5、P7)の部分にまで、ある程度の光量が照射されている。一方、図6(a)に示す光ガイド層16と透光性基板12とを備えた光照射ヘッド1では、発光素子18から250μmと充分に離間した場所でも、充分な強度の光が照射され、かつ発光素子18の配列位置P2、P4、およびP6をピーク中心とした急峻な光分布を有している。本発明の発光デバイスを用いれば、例えば、フォトクロミック化合物を用いた電子ペーパーなど、画像形成に比較的大きな光量を必要とする記録媒体であっても、この記録媒体の表面に、色再現性が比較的高く、かつ、比較的高精細な2次元画像を形成することができる。
As can be seen by comparing FIG. 6A and FIG. 6B, in the case of the conventional light irradiation head shown in FIG. 6B, the area is relatively close to 100 μm from the surface of the
以上、本発明の発光デバイス、発光デバイスの製造方法、および画像形成装置について説明したが、本発明の発光デバイス、発光デバイスの製造方法、および画像形成装置は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。 The light emitting device, the light emitting device manufacturing method, and the image forming apparatus of the present invention have been described above. However, the light emitting device, the light emitting device manufacturing method, and the image forming apparatus of the present invention are not limited to the above embodiments. Of course, various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
1 光照射ヘッド
10 発光素子アレイ体
11 基板
12 透光性基板
14 回路基板
15 駆動IC
16 光ガイド層
16A 上端面
17 金属ワイヤ
17A 最頂部
18 発光素子
18A 上面
19 電極
20 金属筐体
20A 基準面
25 レジスト膜
100 画像形成装置
102 搬送機構
104 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
16
Claims (8)
前記発光素子の発光面に設けられた光ガイドと、を備え、
前記光ガイドは、前記光ガイドの側面と接する周辺領域の屈折率に比べて高い屈折率を有し、
第1の主面が前記光ガイドの上端面と当接して配置された透光性部材が、さらに設けられていることを特徴とする発光デバイス。 A light emitting element;
A light guide provided on the light emitting surface of the light emitting element,
The light guide has a higher refractive index than the refractive index of the peripheral region in contact with the side surface of the light guide,
A light-emitting device, further comprising a translucent member disposed such that the first main surface is in contact with the upper end surface of the light guide.
前記透光性部材の第1の主面は、複数の前記光ガイドそれぞれの前記上端面のいずれとも当接して配置されていることを特徴とする請求項1記載の発光デバイス。 A plurality of the light emitting elements are arranged, and the light guide is provided on each light emitting surface of the light emitting element,
The light emitting device according to claim 1, wherein the first main surface of the translucent member is disposed in contact with any one of the upper end surfaces of each of the plurality of light guides.
前記透光性部材は、一方の主面と前記基準面とが当接されて配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の発光デバイス。 In a region other than the region where the light emitting element is disposed, a reference surface disposed at a position higher than the surface of the light emitting element,
The light-emitting device according to claim 1, wherein the translucent member is disposed such that one main surface and the reference surface are in contact with each other.
前記導電性ワイヤを介して発光素子と電気的に接続された、各発光素子に制御電流を送るための駆動ICとを備え、
前記導電性ワイヤの頂部が、前記光ガイド層の上端面よりも低い位置にあることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の発光デバイス。 A conductive wire formed by wire bonding;
A drive IC electrically connected to the light emitting element via the conductive wire, and for sending a control current to each light emitting element;
The light emitting device according to claim 1, wherein a top portion of the conductive wire is located at a position lower than an upper end surface of the light guide layer.
前記発光素子からの発光が照射されることで表面に画像が記録される記録媒体を、前記記録媒体の前記表面と、前記透光性基板の他方の主面とを対向させた状態で搬送する搬送機構と、
複数の前記発光素子の発光を制御する制御機構と、
を備えて構成された画像形成装置。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 6,
A recording medium on which an image is recorded on the surface by being irradiated with light emitted from the light emitting element is conveyed in a state where the surface of the recording medium and the other main surface of the translucent substrate face each other. A transport mechanism;
A control mechanism for controlling light emission of the plurality of light emitting elements;
An image forming apparatus comprising:
前記感光性樹脂層の、前記発光素子に対応する部分、または前記発光素子に対応する部分以外の部分を、選択的に露光する工程と、
露光した前記感光性樹脂層を現像して、前記発光素子の各表面に、周囲よりも高い屈折率を有する光ガイド層を形成する工程と、
前記光ガイド層を形成する工程の後、
前記発光素子の配置領域以外の領域の、前記発光素子の表面よりも低い位置に備えられた基準面に、透光性基板の一方の主面を当接させて配置する工程と、
を有することを特徴とする発光デバイスの製造方法。 Forming a photosensitive resin layer on a surface of a substrate on which a plurality of light emitting elements are disposed;
Selectively exposing a portion of the photosensitive resin layer corresponding to the light emitting element or a portion other than the portion corresponding to the light emitting element;
Developing the exposed photosensitive resin layer to form a light guide layer having a higher refractive index than the surroundings on each surface of the light emitting element;
After the step of forming the light guide layer,
A step of placing one main surface of the translucent substrate in contact with a reference surface provided at a position lower than the surface of the light emitting element in a region other than the region where the light emitting element is disposed;
A method for manufacturing a light-emitting device, comprising:
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