JP2011177974A - 発光素子アレイおよび印刷装置 - Google Patents

発光素子アレイおよび印刷装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 広範囲に照射できる発光素子アレイおよび印刷装置を提供する。
【解決手段】 光照射ヘッド10では、第1方向D1,D2および該第1方向D1,D2に交わる第2方向D3,D4に沿って配列されている複数の発光素子40と、該複数の発光素子40を収容し、当該複数の発光素子40の発する光を内周面で反射する複数の窪み部30aを有する複数の支持基板30と、を備えている。複数の支持基板30は、第1方向D1,D2に沿って配列されている。第1方向D1,D2に沿った第1配列における端に位置する窪み部30aは、第1方向D1,D2における外側に内周面が傾いている。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光素子アレイおよび印刷装置に関する。
近年、印刷媒体の多様化、環境に対する配慮、印刷スピードの高速化などの理由から、紫外線硬化型インク(UVインク)を用いた印刷手法が産業用途において注目されている。UVインクを用いた印刷では、UVインクを印刷媒体に付着させ、付着したインクに紫外光(UV光)を照射して、このUVインクを短時間で硬化させている。
従来、かかる紫外線硬化型インクを硬化するための紫外線照射ヘッドの光源としては、一般に高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプなどの蛍光ランプが使用されてきた。近年、例えば特許文献1に記載されたインクジェット式記録装置のように、UV光を発するUV−LED素子が基体の一方主面に複数配列されたUV−LEDアレイを照射光源として用いた印刷装置が提案されている。
特開2005−104108号公報
このUV−LEDアレイを照射光源として用いた印刷装置では、UVインクに対してUV光が照射されないと、UVインクが硬化せずに残ってしまう。UV光の照射範囲を広げようとして、複数の基板に実装されているUV−LEDアレイを接続しようとすると、UV光が照射されない隙間ができてしまう場合があった。
本発明は、このような従来の技術における課題に鑑みて案出されたものである。本発明の目的は、広範囲に照射できる発光素子アレイおよび印刷装置を提供することにある。
本発明の発光素子アレイは、第1方向および該第1方向に交わる第2方向に沿って配列されている複数の発光素子と、該複数の発光素子を収容し、当該複数の発光素子の発する光を内周面で反射する複数の窪み部を有する複数の支持基板と、を備えている。前記複数の支持基板は、前記第1方向に沿って配列されている。前記第1方向に沿った第1配列における端に位置する前記窪み部のうち少なくとも一方は、前記第1方向における外側に内周面が傾いている。
本発明の印刷装置は、上述の発光素子アレイと、記録媒体を第2方向に搬送する搬送機構と、前記発光素子の発する光で感光する感光性材料を前記記録媒体に付着させる付着機構と、を備えている。
本発明によれば、広範囲に照射できる発光素子アレイおよび印刷装置を提供することができる。
本発明の発光素子アレイの実施形態の一例を示す光照射ヘッドの概略構成図である。 図1に示した光照射ヘッドの要部を拡大した平面図である。 図2に示したIII−III線に沿った断面図である。 図3に示した光照射ヘッドの一部構成を省略した図である。 図3に示した光照射ヘッドの要部を拡大した図である。 本発明の発光素子アレイの実施形態の他の例を示す光照射ヘッドの概略構成図である。 図6に示した光照射ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の印刷装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。 図8に示した印刷装置の側面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施の形態は、例示するものであって、これらの実施の形態に本発明が限定されるものではない。
<発光素子アレイの第1の実施形態>
本実施形態では、発光素子アレイとして、図1〜5に示した光照射ヘッド10を採用している。この光照射ヘッド10は、支持基体20と、複数の支持基板30と、複数の発光素子40と、配線導体50と、封止材60とを含んで構成されている。
支持基体20は、複数の支持基板30を支持する機能を担っている。この支持基体20の上には、複数の支持基板30が第1方向D1,D2と、第2方向D3,D4とに沿って配列されている。この支持基体20の形成材料としては、例えば種々の金属材料、セラミックス、樹脂材料が挙げられる。この支持基体20としては、熱伝導率の大きい材料が好ましい。本実施形態の支持基体20は、銅によって形成されている。
支持基板30は、複数の発光素子40を支持する機能を担っている。この支持基板30は、支持基体20の上に複数配列されている。複数の支持基板30、第1方向D1,D2と、第2方向D3,D4とに沿って配列されている。複数の支持基板30の側面は、第2方向D3,D4に沿って延びている。支持基板30には、上面より窪んでいる複数の窪み部30aが形成されている。この窪み部30aは、第1方向D1,D2と、第2方向D3,D4とに沿って配列されている。
本実施形態の支持基板30は、第1基板31と、第2基板32とを含んで構成されている。第2基板32は、第1基板31の上に形成されている。
第2基板32は、厚み方向D5,D6に貫いている貫通孔32aを有している。この貫通孔32aは、第2基板32の上面と下面とに開口を有している。この貫通孔32aは、下面側の開口が第1基板31で塞がれている。支持基板30の窪み部30aは、第2基板32の貫通孔32aと、当該貫通孔32aの開口の一方を塞いでいる第1基板31とで形成されている。
本実施形態の窪み部30aは、第1方向D1,D2に沿った配列における端に位置するものの内周面が、第1方向D1,D2における外側に傾いている。また、窪み部30aは、内周面が第1方向D1,D2における外側に傾いている。この「第1方向D1,D2における外側」とは、第1方向D1,D2に沿った配列における中央よりもD1方向側に位置するものはD1方向を、当該中央よりもD2方向側に位置するものはD2方向をいう。本実施形態の窪み部30aは、第1方向D1,D2における形状が異なっている。具体的には、窪み部30aの内周面の延在方向と、窪み部30aの底面の法線方向との交差角度
θが、第1方向D1,D2において異なっている。ここで、窪み部30aの第1方向D1,D2におけるD1方向側の交差角度を第1交差角度θとし、窪み部30aの第1方向D1,D2におけるD2方向側の交差角度を第2交差角度θとする。内周面が第1方向D1,D2におけるD1方向側に傾いている場合、この第1交差角度θは、第2交差角度θよりも大きくなっている。D2方向側に傾いている場合、この第2交差角度θは、第1交差角度θよりも大きくなっている。本実施形態の窪み部30aの内周面の傾きは、被照射物において、隣接する支持基板30の間を含めた所定の範囲に光が照射されるように調整される。この調整に際しては、第1方向D1,D2において、光を広範囲に照射することが重要である。この窪み部30aは、複数の支持基板30に配置されている発光素子40の発する光が同じ領域に反射するように構成されていてもよい。
支持基板30は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、およびガラスセラミックスなどのセラミックス、ならびにエポキシ樹脂、および液晶ポリマー(LCP)などの樹脂、などによって形成される。
支持基板30がセラミックスなどから成る場合の当該支持基板30の製造方法では、まず、焼成することで支持基板30となる複数のグリーンシートを準備する。次に、発光素子40と入力端子との電気的な接続を介する配線導体50となる金属ペーストをグリーンシートの間に配置する。この配線導体50となる金属ペーストとしては、例えばタングステン(W)、モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)、および銅(Cu)などの金属を含有させたものが挙げられる。次に、支持基板30を焼成するのと同時に、金属ペーストを併せて焼成することによって、配線導体50を有する支持基板30を形成することができる。このような配線導体50は、上記周知のメタライズ法、メッキ法などを用いて形成すればよい。
また、支持基板30が樹脂から成る絶縁体の場合の当該支持基板30の製造方法では、まず、硬化することで支持基板30となる樹脂の前駆体を準備する。次に、発光素子40と入力端子との電気的な接続を介する配線導体50となるリード端子を支持基板30となる樹脂の前駆体の中に埋設する。この前駆体の中に埋設する際に、リード端子の一端を発光素子40の側に搭載部に導出して、他端を支持基板30の側面、下面から露出させることによって、他の素子と電気的に接続することができる。このリード端子の形成材料としては、例えばCu、Ag、Al、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金、およびFe−Ni合金などの金属材料が挙げられる。
発光素子40は、光を照射する機能を担っている。この発光素子40は、支持基板30の上に複数配置されている。この発光素子40は、窪み部30aの中に収容されている。この発光素子40は、窪み部30aの底面における中央に配置されている。また、この発光素子40は、窪み部30aの開口における中央よりも、第1方向D1,D2におけるD2方向側に位置している。内周面の第1方向D1,D2における外側への傾きが大きいほど、窪み部30aの底面における中央と、窪み部30aの開口における中央との距離が長くなっている。
発光素子40は、素子基板41の第1主面の上に発光層42が設けられて構成されている。この素子基板41としては、例えばサファイアなどが挙げられる。この発光層42としては、例えばGaNなどの化合物半導体からなるものが挙げられる。本実施形態では、発光素子40をフリップチップ接続すべく、素子基板41の2つの主面のうち、第1基板31の上面と対向している側の主面の上に発光層42が設けられている。
本実施形態では、発光層42が発する光の波長のピークスペクトルが380〔nm〕以下のUV光を発するものを採用している。つまり、本実施形態では、発光素子40として
UV−LED素子を採用している。発光層42は、素子基板41の第1主面に複数の半導体層が積層されている(なお、この半導体層は、個別に図示していない)。より具体的には、発光層42は、例えば、素子基板41の第1主面から、n型およびp型のうちの一方の導電型の第1の半導体層と、第1のコンタクト層と、第1半導体層と逆の型の第2の導電型の半導体層と、第2のコンタクト層と、がこの記載の順番で積層されて形成されている。
また、発光層42の第1基板31と対向する側の表面には、例えばAgを主成分とする素子電極43,44が設けられている。発光層42の表面に設けられた、これらの素子電極43,44が、支持基板30に設けられた配線導体50に接続されている。本実施形態の発光素子40は、第1基板31の一方主面にフリップチップされた状態で配置されている。発光層42は、素子電極43,44間に流れる電流の量に応じた光量の光を発する。本実施形態の素子基板41は、サファイアによって形成されており、発光層42の発する光に対して比較的良好な透明性を有する。なお、本実施形態では、発光素子40を電流の量で制御しているが、電圧の大きさで制御してもよい。
本実施形態では、例えば発光層42が平面視において約0.6〔mm〕×0.6〔mm〕の大きさの発光素子40が、第1基板31の第1主面に、約2.6〔mm〕と比較的小さな実装間隔で配列されている。
光照射ヘッド10では、発光素子40から放射される光のうち第2基板32の第1窪み部30aの内周面に向かう光が、第1窪み部30aの内周面で上方に反射されて、図中の上方に向けて効率的に照射されるように構成されている。本実施形態の第2基板32は、白色光源の下で白色に視認される、多孔質のセラミックスからなる。このセラミックスは、例えば紫外線領域の光に対して、比較的良好な反射性を有するように選択される。この第2基板32として採用されるセラミックスとしては、例えば酸化アルミニウム質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体、および窒化アルミニウム質焼結体などが挙げられる。また、第2基板32は、エポキシ樹脂、および液晶ポリマー(LCP)などの樹脂で構成されてもよい。また、所望の反射性を達成するために、第2基板32の材質、発光素子40から発する光の波長などに応じて、第2基板32の貫通孔32aの内周面に金属性の反射膜が設けられていてもよい。このような金属製の反射膜は、例えば金属メッキ、蒸着などによって形成することができる。
配線導体50は、複数の発光素子40の電気的な接続を担っている。本実施形態の配線導体50は、窪み部30aの底面に配線電極50aが設けられている。この配線電極50aは、発光素子40の素子電極43,44に電気的に接続されている。
封止材60は、発光素子40が発する光を良好に透過する材料が選択される。この封止材60としては、例えばシリコーン樹脂が挙げられる。また、封止材60の屈折率は、空気の屈折率である約1.0と比較して、素子基板41の屈折率により近い材料が選択される。本実施形態の封止材60は、屈折率が約1.4のシリコーン樹脂で形成されており、屈折率が約1.0の空気に比べて、屈折率が1.7のサファイアで形成されている素子基板41に近い値となっている。
光照射ヘッド10では、第1方向D1,D2および該第1方向D1,D2に交わる第2方向D3,D4に沿って配列されている複数の発光素子40と、該複数の発光素子40を収容し、当該複数の発光素子40の発する光を内周面で反射する複数の窪み部30aを有する複数の支持基板30と、を備えている。複数の支持基板30は、第1方向D1,D2に沿って配列されている。第1方向D1,D2に沿った第1配列における端に位置する窪み部30aは、第1方向D1,D2における外側に内周面が傾いている。そのため、この
光照射ヘッド10では、窪み部30aによって反射された光を、第1方向D1,D2における外側に照射することができる。したがって、この光照射ヘッド10では、複数の支持基板30を配列しても、広い範囲に光を照射することができる。
<発光素子アレイの第2の実施形態>
図6,7に示した本実施形態の光照射ヘッド10Aでは、支持基板30Aを採用している点が、光照射ヘッド10と異なっている。なお、本実施形態においては、光照射ヘッド10と異なる点のみについて説明する。また、光照射ヘッド10と同様の構成要素については、同一の参照符号を用いて重複する説明を省略する。
本実施形態の支持基板30Aは、第1方向D1,D2に2つ並べて配置されている。この支持基板30Aは、窪み部30Aaを有している。
本実施形態の窪み部30Aaは、第1方向D1,D2に並べて配置されている2つの支持基板30Aで形状が異なっている。ここで、D1方向側に位置する支持基板30Aの窪み部を第1窪み部30Abとし、D2方向側に位置する支持基板30Aの窪み部を第2窪み部30Acとする。
この第1窪み部30Abは、内周面が第1方向D1,D2におけるD2方向側に傾いている。この内周面の傾きは、D2方向側に位置する第1窪み部30Abであるほど、傾きが大きくなっている。
この第2窪み部30Acは、内周面が第1方向D1,D2におけるD1方向側に傾いている。この内周面の傾きは、D1方向側に位置する第2窪み部30Acであるほど、傾きが大きくなっている。
本実施形態の光照射ヘッド10Aでは、第1窪み部30AbがD1方向側からD2方向側に向かうにつれて、内周面が第1方向D1,D2におけるD2方向側へ大きく傾いている。本実施形態の光照射ヘッド10Aでは、第2窪み部30AcがD2方向側からD1方向側に向かうにつれて、内周面が第1方向D1,D2におけるD1方向側へ大きく傾いている。そのため、この光照射ヘッド10Aでは、第1窪み部30Aaによって反射された光を、第1方向D1,D2におけるD2方向側に照射することができる。また、この光照射ヘッド10Aでは、第2窪み部30Aaによって反射された光を、第2方向D3,D4におけるD1方向側に照射することができる。したがって、この光照射ヘッド10Aでは、2つの支持基板30Aを配列しても、広い範囲に光を照射することができる。
<印刷装置>
本発明の印刷装置の実施形態として、図8,9に示した印刷装置1を例に挙げて説明する。この印刷装置1は、発光素子アレイとしての光照射ヘッド10と、搬送機構11と、付着機構としてのインクジェットヘッド12と、制御機構13とを備えている。本実施形態の印刷装置1は、発光素子アレイとして光照射ヘッド10を採用しているが、光照射ヘッド10Aを採用してもよい。
搬送機構11は、記録媒体90を第2方向D3,D4に搬送する機能を担っている。この搬送機構11は、インクジェットヘッド12、光照射ヘッド10の順で記録媒体90が通過するように構成されている。この搬送機構11は、載置台111と、搬送ローラ112とを含んで構成されている。この載置台111は、記録媒体90を載置するものであり、この搬送ローラ112は、記録媒体90を第2方向D3,D4に移動させるものである。
インクジェットヘッド12は、搬送機構11を介して搬送される記録媒体90に対して、感光性材料を付着させる機能を有している。このインクジェットヘッド12は、この感光性材料を含む液滴を記録媒体90に向けて吐出し、記録媒体90に被着させるように構成されている。本実施形態では、感光性材料として紫外線硬化型インク(UVインク)を採用している。この感光性材料としては、UVインクの他に、例えば感光性レジスト、光硬化型樹脂などが挙げられる。
本実施形態では、インクジェットヘッド12としてライン型のインクジェットヘッドを採用している。このインクジェットヘッド12は、第2方向D3,D4に交差する第1方向D1,D2において、記録媒体90よりも長くなっており、記録媒体90の第1主面の全体にUVインクを付着させるように構成されている。本実施形態では、第1方向D1,D2と第2方向D3,D4とが直交している。また、この第2方向は、記録媒体90の第1主面が広がる方向に沿っている。言い換えると、記録媒体90の第1主面は、第1方向D1,D2と第2方向D3,D4とで構成される面方向に広がっている。
このインクジェットヘッド12は、複数の吐出孔12aを有しており、この吐出孔12aからUVインクを吐出するように構成されている。インクジェットヘッド12は、記録媒体90の第1主面に付着したUVインクが、第1方向D1,D2において間隔を空けないような間隔で、複数の吐出孔12aが設けられている。
なお、本実施形態では、付着機構としてインクジェットヘッド12を例に挙げたが、これに限られるものではない。例えば、付着機構として、シリアル型のインクジェットヘッドを採用していてもよい。また、付着機構として、ライン型またはシリアル型の噴霧ヘッドを採用してもよい。さらに、付着機構として、記録媒体90の静電気を蓄え、かかる静電気で感光性材料を付着させる静電式ヘッドを採用してもよい。さらに、付着機構として、記録媒体90を液状の感光性材料に浸して、かかる感光性材料を付着させる浸液装置を採用してもよい。さらに、付着機構として刷毛、ブラシ、およびローラを採用してもよい。
印刷装置1において光照射ヘッド10は、搬送機構11を介して搬送される、感光性材料が付着した記録媒体90を感光させる機能を担っている。この光照射ヘッド10は、第2方向D3,D4において、インクジェットヘッド12の下流側に設けられている。また、印刷装置1において発光素子40は、記録媒体90に付着した感光性材料を露光する機能を担っている。
制御機構13は、光照射ヘッド10の発光を制御する機能を担っている。この制御機構13のメモリには、インクジェットヘッド12から吐出されるインク滴を硬化するのが比較的良好になるような光の特徴を示す情報が格納されている。この格納情報の具体例を挙げると、吐出するインク滴を硬化するのに適した波長分布特性、および発光強度(各波長域の発光強度)を表す数値が挙げられる。本実施形態の印刷装置1では、この制御機構13を有することによって、制御機構13の格納情報に基づいて、複数の発光層42に入力する駆動電流の大きさを調整することもできる。このことから、印刷装置1によれば、使用するインクの特性に応じた適正な光量で光を照射することができ、比較的低エネルギーの光で、インク滴を硬化させることができる。
この印刷装置1では、搬送機構11が記録媒体90を第2方向D3,D4に搬送している。インクジェットヘッド12は、搬送されている記録媒体90に対してUVインクを吐出して、記録媒体90の表面にUVインクを付着させる。このとき、記録媒体90に付着させるUVインクは、全面付着であっても、部分付着であっても、所望パターンでの付着であってもよい。この印刷装置1では、記録媒体90に付着したUVインクに光照射ヘッ
ド10の発するUV光を照射して、UVインクを硬化させている。
本実施形態の印刷装置1は、光照射ヘッド10の有する効果を享受することができる。そのため、印刷装置1では、記録媒体90に対してUV光を広い範囲に照射することができる。したがって、印刷装置1では、感光性材料に対してUV光を照射することができる。
本実施形態の印刷装置1では、支持基板30の間の領域にもUV光を照射することができるので、記録媒体90に対して光照射ヘッド10を近づけて配置することできる。そのため、この印刷装置1は、小型化を図るうえで好適である。
以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
本実施形態では、インクジェットヘッド12を用いた印刷装置1に光照射ヘッドを適用した例を示している。この光照射ヘッド10は、例えば対象体表面にスピンコートした光硬化樹脂を硬化させる専用装置など、各種類の光硬化樹脂の硬化に適用することができる。また、例えば、露光装置における照射光源などに用いてもよい、。
また、印刷装置1の実施形態は、以上の実施形態に限定されない。例えば、軸支されたローラを回転させ、このローラ表面に沿って記録媒体を搬送する、いわゆるオフセット印刷型のプリンタであってもよく、同様の効果を奏する。
1・・・印刷装置
10・・・光照射ヘッド
11・・・搬送機構
111・・・載置台
112・・・搬送ローラ
12・・・インクジェットヘッド
12a・・・吐出孔
13・・・制御機構
20・・・支持基体
30・・・支持基板
30a・・・窪み部
31・・・第1基板
32・・・第2基板
32a・・・貫通孔
40・・・発光素子
41・・・素子基板
42・・・発光層
43,44・・・素子電極
50・・・配線導体
50a・・・配線電極
60・・・封止材
90・・・記録媒体

Claims (6)

  1. 第1方向および該第1方向に交わる第2方向に沿って配列されている複数の発光素子と、該複数の発光素子を収容し、当該複数の発光素子の発する光を内周面で反射する複数の窪み部を有する複数の支持基板と、を備えており、
    前記複数の支持基板は、前記第1方向に沿って配列されており、
    前記第1方向に沿った第1配列における端に位置する前記窪み部のうち少なくとも一方は、前記第1方向における外側に内周面が傾いている、発光素子アレイ。
  2. 前記第1配列における端に位置する前記窪み部のうち少なくとも一方は、前記第1方向に沿った断面において、当該配列の中央側に位置する方に比べて外側に位置する方の前記内周面の傾斜角が大きい、請求項1に記載の発光素子アレイ。
  3. 前記第1配列における中央から一方側に位置する複数の前記窪み部の内周面は、前記中央から端に向かうにつれて、第1方向における外側への傾きが大きくなっていている、請求項1または2に記載の発光素子アレイ。
  4. 前記第1配列における複数の前記窪み部は、前記一方側から他方側に向かうにつれて、内周面が第1方向における外側へ大きく傾いている、請求項1または2に記載の発光素子アレイ。
  5. 前記第1配列における複数の前記窪み部が前記他方側から前記一方側に向かうにつれて、内周面が第1方向における外側へ大きく傾いている他の支持基板を有している、請求項4に記載の発光素子アレイ。
  6. 請求項1から5のいずれかに記載の発光素子アレイと、
    記録媒体を第2方向に搬送する搬送機構と、
    前記発光素子の発する光で感光する感光性材料を前記記録媒体に付着させる付着機構と、を備えている印刷装置。
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