JP2725214B2 - 発光ダイオード行を作るための組立方法 - Google Patents

発光ダイオード行を作るための組立方法

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特に非機械的印刷機の文字発生器のため
のLED（発光ダイオード）行を作るための組立方法に関
する。
LED行とは通常LEDの行形配置を指す。初期には個別部
品を行となるように組み立てた。そのため完成封止され
たLEDから成る例えば1/10インチ、1/20インチの粗いラ
スタしか実現できなかった。後に個々の封止されていな
いLEDチップを行となるように組み立て、それにより著
しく細かくラスタを実現することができた。現在はウェ
−ハ上に集積することにより、LEDを極めて高い点密度
例えば300dpi（ドット パー インチ）又は600dpiで配
置することが可能である。
ウェーハの大きさの限界のためと歩留まりの理由とか
ら、この種の集積LED行の比較的小さい帯状部分しか作
ることができない。例えば印刷用の長いLED行を作るた
めには、複数のかかる部分を非常に正確に相互に調和さ
せて組み立てなければならない。
通常LEDは表示のために用いられる。しかし例えばド
イツ連邦共和国特許出願公開第3534338号公報から、LED
を印刷の目的で非機械的印刷機のための文字発生器に使
用することが既に知られている。前記公報に記載の文字
発生器は露光行の中に、例えば発光ダイオードとして構
成された多数の光源を備える。これらの光源を用いなが
ら転写ドラム上に潜在的な静電像が作られる。この公知
の文字発生器の場合には、発光ダイオード、制御回路及
びリード線のような露光行を形成するすべての部分が共
通の支持体上に強固に取り付けられ、その際発光ダイオ
ードと制御回路との取り付けは接着により行われる。そ
の際支持体は少なくとも露光行全体の幅と同じ大きさの
長さを有する。
文字発生器の場合に600dpiまでの高い点密度の像形成
要素としてLEDを用いるためには、すべての三方向従っ
てピッチ、真直度及び表面平坦度において極めて狭い公
差の維持が必要である。他方ではLEDからの大きい損失
熱の放散のために、金属から成る支持体への最適な熱結
合が必要となる。しかしこれらの要求は従来知られた製
造方法を用いては全く又は容易には満たすことができな
い。確かに支持体上へのLEDチップの接着は事前の調節
により三方向すべての極めて狭い公差を要求されるよう
に維持できる。しかしながらここでは接着剤が損失熱の
放散のために必要な最適の熱結合を妨げる。他方では金
属製支持体上へのLEDチップのろう付けは最適な熱結合
を可能にするが、しかしながらここではLEDチップをろ
う付けする際に、隣接するLEDチップのろう結合部の軟
化又は再溶融が起こるために、必然的にLEDチップの調
節不良をもたらす。
この発明の課題は、一方ではピッチ、真直度及び表面
平坦度に関する極めて狭い公差の維持を可能にし、他方
では金属製支持体への最適な熱結合によりLEDからの大
きい損失熱の放散を保証するような、LED行を作るため
の組立方法を提供することにある。
この課題は前記の種類の組立方法において、請求項１
に記載の工程により解決される。
換言すればこの発明に基づく組立方法の場合に、LED
は移し替え法により金属製支持体上に取り付けられる。
この移し替え法により一方ではLEDをすべての三方向に
高い精度で行の形に補助支持体上に取り付けることがで
き、他方ではろう付けにより金属製支持体との良伝熱性
の結合が保証される。その際LEDの厚さの差が行表面上
に段として現れることなく、LEDの厚さの比較的大きい
差を補償することが可能である。
この発明の有利な実施態様は請求項２以下に記載され
ている。
この発明の実施例が図面に示されており、これを次に
詳細に説明する。
第１図は、潜在的な静電像を作るための電子写真式印
刷機の原理的な部分構造を断面で示し、 第２図は、第１図に示す印刷機のLED行を備えた露光
モジュールの平面図を、 第３図は、補助支持体上に第２図に示す露光モジュー
ルのために必要な行の形にLEDチップを取り付けた状態
を、 第４図は、第３図に示す補助支持体上に配置された二
つのLEDチップの継目部分を、 第５図は、補助支持体の第２の実施例上に配置された
二つのLEDチップの継目部分を、 第６図は、補助支持体上に行の形に配列されたLEDチ
ップを金属製支持体上へ移し替えるときの状態を、 第７図は、金属製支持体上に第２図に示す露光モジュ
ールのために必要なLED行を配置完了した状態を示す。
第１図は、文字発生器１及び転写ドラム２が印刷機の
印刷機ハウジング３の中にどのように組み込まれている
かを示す。転写ドラム２はこのために印刷機ハウジング
３の中に回転可能に軸受支持された軸20上に軸方向に固
定されている。回転可能に軸受支持された転写ドラム２
の下方には、文字発生器１が印刷機ハウジング３の中に
取り付けられている。このために文字発生器１の両端は
調節可能な固定要素30,31上に強固に組み立てられてい
る。
文字発生器１の結像光学系10はLEDの画素を転写ドラ
ム２上に再現する。これらのLEDはそれぞれ露光モジュ
ール11上に配置され、露光モジュールはＴ字形に形成さ
れたモジュール支持体13のウェブに形状的に結合されて
いる。モジュール支持体13のウェブ上には更にストッパ
要素12が設けられ、このストッパ要素は露光モジュール
11の移動を文字発生器１の運転状態では水平方向に阻止
する。Ｔ字形に形成されたモジュール支持体13のフラン
ジは更に走行ローラ130を有し、これらの走行ローラは
それぞれ対を成してフランジの両長手側面に相互に向か
い合って取り付けられている。更にフランジの底面は、
二つの支持面131、132及びこれらの両支持面131、132に
より区切られた段面133に分かれ、その段面上には冷却
体14を形成する複数の冷却フィン140が例えばろう付け
により取り付けられている。
印刷機の運転にあたって文字発生器１は、走行ローラ
130が印刷機ハウジング３の案内レール32に水平方向に
可動であることにより、印刷機ハウジング３の中へ押し
込まれ、文字発生器１の支持面131、132が固定面300、3
10上で固定要素30、31に接触するに至る。
文字発生器１により転写ドラム２上に潜在的な静電像
を発生させ、それにより最終的に記録媒体上に任意の文
字を印刷できるようにするために、露光モジュール11上
には第２図に示すようにLED行又は露光行114の形で規則
的な間隔を置いてLED113が、対を成して並行な辺を備え
印刷ラスタごとに64個又は128個のLEDを含むLEDチップ1
12としてモノリシックに集積されている。これを代表し
て第２図には点がLEDとして記入されている。露光行114
の中の又はLEDチップ112上の個々のLEDは、等間隔に延
びる二つの列上にそれぞれずらして配置されている。こ
のずれは印刷ラスタに関係して決定される。一般に用い
られる印刷ラスタは例えば240dpi、300dpi及び600dpiで
ある。LED113のこのずれは特に前記印刷ラスタのための
LED113の直径がラスタから決まるずれより大きいために
必要であり、それゆえLED113を一列の連続する露光行11
4上に配置することができない。ちなみに文字発生器１
のモジュール11上のLEDチップ112当たりのLED113の数64
個又は128個は任意に選ぶことができず、LED113のディ
ジタル制御と関係する条件に対応して選ばれる。このデ
ィジタル制御のために第２図に示すように、モジュール
11上のLEDチップ112の各LED列に対しては集積回路111が
設けられている。これらの各集積回路111はバス装置110
を介して可とう性のフラットケーブル４に結合されるば
かりでなく、図示されていないドライバモジュールを介
してデータ兼制御線60に結合され、それにより同様に図
示されていない電源又はマイクロプロセッサ制御された
装置に接続されている。この装置の中で露光行114のLED
113のすべての印刷データが記憶されかつ編集される。
上側列のLED113と下側列のLED113との間の前記のずれ
に関して第２図に示すように、LEDチップ112はその突き
合わせ面の範囲をα＝76゜の角度で斜めに切られてい
る。モジュール区分に応じて個々の露光モジュール11の
素材は角度αのもとで露光行114の範囲を特に入念に切
断され、その後更に極めて高い公差精度で機械的に加工
される。このことが必要である理由は、水平方向にモジ
ュール11を固定する場合に文字発生器１のすべての露光
モジュール11にわたる露光行114全体の均一性に対し、
機械加工により生じる継目面116が不利に影響しないた
めである。この継目面116が均一性に不利に作用しない
ことは、他方では各モジュール11上の個々のチップ112
の間の十分に大きい継目間隙115によって初めて与えら
れる。
LED行114の製作の根底に有る問題は、最適な熱結合の
ためにLEDがろう付けされ、特に高さの偏差の狭い公差
を維持するために、LEDが移し替え法で金属製支持体上
へ移されることにより解決される。このためにLEDはま
ずその活性面を下に向けて、高精度の光学的調節手段を
利用しながら一行となるように平らな補助支持体上に接
着される。そしてLED行を備えたこの補助支持体が、あ
らかじめ帯状に区切ってろうを被覆された中実の金属製
支持体上に、LED行のろう付け可能な裏面がろう付けの
ために金属製支持体上に向くように位置決めされる。そ
して金属製支持体と補助支持体とから成る固定された結
合体が熱源例えば気相ろう付け装置にさらされる。その
際金属製支持体上のろうが溶けLED裏面を濡らし結合部
を形成する。補助支持体はろう付けの後に接着剤を溶解
することにより取り除かれる。清浄工程の後にいまやLE
D行を備えた金属製支持体はその後の処理に対する準備
を完了する。
次にLEDチップ112を行の形に第２図に示す露光モジュ
ール11の金属製支持体Ｍ上に取り付ける際の前記方法の
主な段階を、第３図ないし第７図により詳細に説明す
る。
第３図に示すように剛性の補助支持体H1が用いられ、
この補助支持体は例えば1mmの厚さを有し透明なガラス
から成る。帯状の補助支持体H1の両端には位置決め孔Ｐ
が設けられ、その機能は第６図に関連して後述する。補
助支持体H1の平らな表面Ｏ上には個々のLEDチップの活
性面が次々に位置決めされ、接着により固定される。す
なわちLEDチップ112のろう付け可能な裏面Ｒは上に向い
ている。取り付けは、まず第１のLEDチップ112が補助支
持体H1の表面Ｏ上に位置決めされ、そして紫外線硬化形
接着剤Ｋにより固定され、それに続いて第２のLEDチッ
プ112が表面Ｏ上に位置決めされ、第１のLEDチップ112
に対して調節され、紫外線硬化形接着剤Ｋにより固定さ
れるように行われる。この工程は最後のLEDチップ112が
補助支持体H1上に固定されるまで続けられる。LEDチッ
プ112の調節は、補助支持体H1の下方に配置されたカメ
ラKaと画像処理装置BVとから成るオプトエレクトロニク
調節装置Ｊにより行われる。この種のオプトエレクトロ
ニク調節装置Ｊの作動方式は、例えばアメリカ合衆国特
許第4305097号明細書に記載されている。調節されたLED
チップ112の接着による固定は第３図においてLED行114
の最後から二番目のLEDチップ112で示されている。紫外
線硬化形接着剤Ｋは固定しようとするLEDチップ112の両
側面で滴状に投与され、接着剤は毛管作用により自動的
にLEDチップ112の活性面Ａと補助支持体H1の表面Ｏとの
間に引き込まれ、その直後に紫外線により補助支持体H1
を貫通して下方から硬化することができる。
調節の際にカメラKaは第４図に示すように、それぞれ
透明な補助支持体H1を通して二つのLEDチップ112の継目
部とこの継目部の活性面Ａ上のLED113とを検出する。本
来の調節工程の場合には、まだ固定されていないLEDチ
ップ112が先に既に接着されたLEDチップ112に対して例
えば二重像比較により、LED113の両列の中に中断部が継
目部で生じないように整列される。
第５図に示された変形例によれば、符号H2を付けられ
た補助支持体がLEDチップ112の継目部にLEDチップ112の
調節のためののぞき孔Ｓが設けられるときに、この補助
支持体は例えば合金鋼のような金属又はセラミックから
成ることができる。
第６図は、補助支持体H1上に取り外し可能に固定され
たLED行114を露光行11（第２図参照）の金属製支持体Ｍ
上へ移し替えるところを示す。金属製支持体Ｍに対する
補助支持体H1の位置決めは、位置決め孔Ｐの中にはまり
込んでいる位置決めピンPSだけを示す装置により行われ
る。12mmの厚さを有する金属製支持体Ｍは熱的理由から
銅から成り、この銅は予定されたLEDチップ112との結合
領域に、図示されていない電気めっきされた約1.5μｍ
厚の金層を備えている。金層上には薄いろう層Ｌが設け
られ、このろう層は例えばスズ／鉛ろうである。帯状に
金属製支持体Ｍ上の結合領域に配置されたろう層Ｌは、
まずろうペスートの形でスクリーン印刷により塗布され
そして溶かし直される。ろう層Ｌ上にはLEDチップ112の
ろう付け可能な裏面Ｒが載せられ、その際ろう付け可能
な層として真空中で裏面Ｒ上に蒸着され図示されていな
い金層が用いられる。
第６図に示され金属製支持体Ｍと補助支持体H1とから
成る結合体は既に述べたように、ろうＬが溶けLEDチッ
プ112の裏面Ｒと金属製支持体Ｍとの間の確実なろう結
合が保証されるまで、気相ろう付け設備の中で加熱され
る。ろう付けの際にたまたま流出するろうＬは金属製支
持体Ｍの溝の中に捕そくすることができ、この溝は例え
ば1mmの深さであり図面には示されていない。
ろう付け後に補助支持体H1と用いられた接着剤Ｋとは
除去されるので、第７図に示すように完成されたLED行1
14が金属製支持体Ｍ上に配置され、その際活性面Ａが上
に向いている。補助支持体H1の取り外しは適当な溶媒の
中で接着剤Ｋを溶解することにより行われる。例えばヒ
ドロキシアルキルフェノンをベースとし紫外線硬化剤を
有する市販の紫外線硬化形接着剤に対しては、例えばエ
チルメチルケトンが溶媒として適している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウンガー、グレゴール ドイツ連邦共和国 Ｄ‐8034 ゲルメリ ング シユライシユトラーセ 51 (72)発明者 ウイルプザー、オスカール ドイツ連邦共和国 Ｄ‐8034 ゲルメリ ング クロイツリンガーシユトラーセ 73 (56)参考文献 特開 昭55−22848（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−17384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−18708（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−207076（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】次の工程すなわち、 ａ） 少なくとも一つのLED（113）を備えたLEDチップ
    （112）がその活性面（Ａ）を行の形に補助支持体（H1;
    H2）の平らな表面（Ｏ）上に位置決めされ、相互に調節
    され、そして接着剤（Ｋ）により取り外し可能に補助支
    持体（H1;H2）に結合され、 ｂ） 補助支持体（H1;H2）に固定されたLED行（114）
    がLEDチップ（112）の裏面（Ｒ）を金属製支持体（Ｍ）
    上に位置決めされ、 ｃ） LEDチップ（112）の裏面（Ｒ）が金属製支持体
    （Ｍ）とろう付けにより結合され、 ｄ） 補助支持体（H1;H2）と接着剤（Ｋ）とが取り除
    かれる ことを特徴とする特に非機械的印刷機の文字発生器用LE
    D行を作るための組立方法。
  2. 【請求項２】ガラスから成る補助支持体（H1）が用いら
    れることを特徴とする請求項１記載の組立方法。
  3. 【請求項３】金属又はセラミックから成る補助支持体
    （H2）が用いられ、この補助支持体がLEDチップ（112）
    の継目部にLEDチップ（112）の調節のためののぞき孔
    （Ｓ）を備えることを特徴とする請求項１記載の組立方
    法。
  4. 【請求項４】LEDチップ（112）の調節がオプトエレクト
    ロニク調節装置（Ｊ）により行われることを特徴とする
    請求項１ないし３の一つに記載の組立方法。
  5. 【請求項５】LEDチップが個々に補助支持体（H1、H2）
    上に位置決めされ調節され、そして接着剤（Ｋ）の投与
    と続いて接着剤（Ｋ）の硬化とにより固定されることを
    特徴とする請求項１ないし４の一つに記載の組立方法。
  6. 【請求項６】紫外線硬化形接着剤（Ｋ）が用いられ、そ
    れぞれ次のLEDチップ（112）の位置決めの前に紫外線照
    射により硬化されることを特徴とする請求項５記載の組
    立方法。
  7. 【請求項７】接着剤（Ｋ）が滴状に投与され、接着剤が
    毛管作用により自動的にLEDチップ（112）の活性面
    （Ａ）と補助支持体（H1）の表面（Ｏ）との間に引き込
    まれることを特徴とする請求項１ないし６の一つに記載
    の組立方法。
  8. 【請求項８】結合領域に帯状にろう（Ｌ）を被覆された
    金属製支持体（Ｍ）が用いられることを特徴とする請求
    項１ないし７の一つに記載の組立方法。
  9. 【請求項９】LEDチップ（112）を備えた補助支持体（H
    1）を金属製支持体（Ｍ）上に位置決めした後に、装置
    全体がろう（Ｌ）の溶けるまで加熱されることを特徴と
    する請求項８記載の組立方法。
  10. 【請求項１０】ろう付け後に補助支持体（H1;H2）が接
    着剤（Ｋ）の溶解により取り除かれることを特徴とする
    請求項１ないし９の一つに記載の組立方法。
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