JP5279616B2

JP5279616B2 - 発光装置並びにこれを備える露光装置、画像形成装置及び光照射ヘッド

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Publication number: JP5279616B2
Application number: JP2009129336A
Authority: JP
Inventors: 明田口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-05-28
Also published as: JP2010278240A

Description

本発明は、発光装置並びにこれを備える露光装置、画像形成装置及び光照射ヘッドに関する。

従来、ＵＶインクやフォトレジスト等の感光性材料を露光するための露光装置や複写機等の画像形成装置等の光源として、広範囲に光を照射可能な発光装置が種々提案されている。例えば、特許文献１には、透明基板とこの透明基板上に形成された発光部とを備える光源片を、複数個つなぎ合わせて構成された発光装置が開示されている。

特開２００２−２９２９２２号公報

ところが、特許文献１に記載された発光装置では、透明基板の端面同士が接着剤で接着されており、発光部から発せられ透明基板内を伝播して接着剤層に入射した光が、この接着剤層で屈折し、その屈折光によって照射むらやフレアが生じるという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、照射むらやフレアを抑制することができる発光装置、並びにこれを備える露光装置、画像形成装置及び光照射ヘッドを提供することを目的とする。

本発明に係る発光装置は、透光性を有する基板、及び該基板の一方の主面上に設けられた複数の発光部を有する複数の発光素子と、前記基板の屈折率に対して±１５％の範囲以内の屈折率を有する第１の接合部材および第２の接合部材と、を備えている。そして、前記複数の発光素子は、前記基板側を同じ側にして、前記基板の端面を対向させるように並べられ、前記第１の接合部材は、隣接する前記基板の端面間に設けられ、該端面の双方に接合されており、前記第２の接合部材は、隣接する前記発光部間に設けられ、該発光部の双方に接合されてとともに、隣接する前記発光部の端面によって挟まれる空間を充填するように設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る露光装置は、上記発光装置を備え、前記発光装置から発せられる光によって被露光物を露光することを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記発光装置を備え、感光性を有する記録媒体に前記発光素子から発せられる光を照射し、該光が照射された領域を感光させて前記記録媒体に画像を形成することを特徴とする。

また、本発明に係る光照射ヘッドは、上記発光装置と、前記基板の前記他方の主面に対向して配置され、前記発光素子から発せられた光を被照射物上で結像する結像光学素子と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る発光装置、並びにこれを備える露光装置、画像形成装置及び光照射ヘッドによれば、照射むらやフレアを抑制することができる。

本発明に係る発光装置の一実施形態を示す概略平面図である。図１の発光装置のII−II線断面図である。図１の発光装置における発光素子の要部拡大図である。図３の発光素子のIV−IV線断面図である。図２の発光装置における光路を説明するための要部拡大図である。本発明に係る発光装置の他の実施形態を示す概略断面図である。図２の発光装置の変形例を示す断面図である。本発明に係る光照射ヘッドの一実施形態を示す概略断面図である。

以下、本発明に係る発光装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る発光装置１は、列状に複数並べられた発光素子３と、この複数の発光素子３を支持する支持基体５とを備えている。

支持基体５は、透光性を有しており、本実施形態ではガラス板で構成されている。これにより、後述するように発光部９から発せられた光が透過可能となっている。

発光素子３は、図３及び図４に詳細に示すように、基板７と、基板７の一方の主面７ａ上に列をなして設けられた複数の発光部９と、各発光部９に接続されたアノード電極１１と、複数の発光部９の配列方向に沿って千鳥状に並べて配置された電極パッド１３と、複数の発光部９の配列方向に沿って帯状に延びるカソード電極１５とを備えている。

基板７は、透光性を有しており、本実施形態ではサファイアで形成されている。これにより、後述するように発光部９から発せられた光が透過可能となっている。

図４に示すように、基板７上には、複数の半導体層を積層して形成された半導体積層部１７が設けられている。本実施形態では、半導体積層部１７は、基板７側から順次積層されたｎ型コンタクト層１９、ｎ型クラッド層２１、活性層２３、ｐ型クラッド層２５及びｐ型コンタクト層２７によって構成されている。より詳細には、基板７上に形成されたｎ型コンタクト層１９上の一部分である第１領域Ｓ１に、ｎ型クラッド層２１、活性層２３、ｐ型クラッド層２５及びｐ型コンタクト層２７からなる積層体が形成されており、この積層体が発光部９を構成している。

ｎ型コンタクト層１９は、ｎ型の不純物がドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなり、１０〜１０００ｎｍの厚さを有している。ｎ型の不純物としては、例えばシリコン（Ｓｉ）が挙げられ、ｎ型コンタクト層１９のドーピング濃度を１×１０^１７〜５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３としている。

ｎ型クラッド層２１は、ｎ型の不純物がドーピングされた窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなり、１０〜１０００ｎｍの厚さを有している。ｎ型の不純物としては、例えばシリコン（Ｓｉ）が挙げられ、ｎ型クラッド層２１のドーピング濃度を１×１０^１７〜５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３としている。

活性層２３は、ノンドープの窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなり、１０〜１００ｎｍの厚さを有している。

ｐ型クラッド層２５は、ｐ型の不純物がドーピングされたＡｌＧａＮからなり、１０〜１００ｎｍの厚さを有している。ｐ型の不純物としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）が挙げられ、ｐ型クラッド層２５のドーピング濃度を１×１０^１７〜１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３としている。

ｐ型コンタクト層２７は、ｐ型の不純物がドーピングされたＧａＮからなり、１０〜１００ｎｍの厚さを有している。ｐ型の不純物としては、例えばＭｇが挙げられ、ｐ型コンタクト層２７のドーピング濃度を１×１０^１７〜１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３としている。

上記の半導体積層部１７を構成する各半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長：Metal-organic Chemical Vapor Deposition）法、またはＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長：Molecular Beam Epitaxy）法を用い、基板７上にエピタキシャル成長させることによって形成される。また、半導体積層部１７の発光部９は、例えば、基板７上に積層した半導体層をエッチングによりパターニングすることで形成することができる。

図３及び図４に示すように、アノード電極１１は、各発光部９のｐ型コンタクト層２７に接続されており、ｐ型コンタクト層２７上に接合されるコンタクト部１１ａと、複数の発光部９の配列方向と直交する方向にコンタクト部１１ａから延びるリード部１１ｂとを備えている。本実施形態では、アノード電極１１は、銀（Ａｇ）を主成分とする材料で形成されている。なお、図４に示すように、リード部１１ｂと発光部９及びｎ型コンタクト層１９との間には、後述する絶縁膜３１が介在しており、これらの間の電気的絶縁性が確保されている。

各リード部１１ｂの先端部には、接合層２９が接続されている。この接合層２９は、電極パッド１３と、ｎ型コンタクト層１９上に形成された後述する絶縁膜３１との間に介在し、電極パッド１３と絶縁膜３１とを接合している。この接合層２９は、絶縁膜３１との密着性がアノード電極１１より高くなる材料で形成されており、絶縁膜３１の材質にもよるが、例えば、チタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）を主成分とする材料で形成される。なお、絶縁膜３１が接合層２９とｎ型コンタクト層１９との間に介在することによって、これらの間の電気的絶縁性が確保されている。

図３及び図４に示すように、電極パッド１３は、ｎ型コンタクト層１９上における発光部９の形成されていない第２領域Ｓ２に千鳥状に並べて配置されており、接合層２９を介して各アノード電極１１のリード部１１ｂの先端部に接続されている。

また、電極パッド１３は、図示しないバリアメタル層及びボンディングパッド層をこの順に接合層２９側から積層して構成されている。バリアメタル層は、アノード電極１１を構成するＡｇがボンディングパッド層内へ拡散するのを抑制するためのものであり、例えば、タンタル（Ｔａ）又はタングステン（Ｗ）を主成分とする材料で形成される。ボンディングパッド層は、ワイヤボンディング等により電極パッド１３を外部接続するためのものであり、例えば、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）で形成される。

カソード電極１５は、複数の発光部９の配列方向に沿って延びるように形成され、ｎ型コンタクト層１９に接合されている。カソード電極１５は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ等で形成される。

上記のアノード電極１１、電極パッド１３及びカソード電極１５は、例えば、それぞれを構成する金属膜を蒸着法等によって形成した後、エッチングやリフトオフ法によりパターニングして形成することができる。

図４に示すように、半導体積層部１７上には、アノード電極１１とｐ型コンタクト層２７との接合部分、及びカソード電極１５とｎ型コンタクト層１９との接合部分を除いて、絶縁膜３１が形成されている。なお、図1では、説明の便宜上、絶縁膜３１を図示していない。絶縁膜３１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）又は酸化チタン（ＴｉＯ_２）によって形成され、半導体積層部１７とリード部１１ｂ及び電極パッド１３との間の電気的絶縁性を確保している。また、絶縁膜３１は、例えば、スパッタリング法、蒸着法、プラズマＣＶＤ法等により形成した後、エッチングによりパターニングすることで形成することができる。

以上のように構成された複数の発光素子３は、図１に示すように、基板７側を同じ側に配置し、隣接する発光素子３の発光部９を一列に整列させるように支持基体５上に複数（図示例では３個）並べて配置されている。そして、図２に示すように、各発光素子３は、基板７の他方の主面７ｂが接着剤等によって支持基体５上に接着されることで、支持基体５に支持されている。

図１及び図２に示すように、隣接する発光素子３における基板７の端面間には、透光性を有する第１の接合部材３３が設けられている。この第１の接合部材３３は、隣接する発光素子３における基板７の対向する端面７ｃの双方に接合されており、より詳細には、隣接する基板７の対向する端面７ｃによって挟まれる空間のみを充填するように設けられている。

また、第１の接合部材３３は、基板７の屈折率と同等の屈折率を有しており、基板７の屈折率に対して、±１５％の範囲以内の屈折率を有している。例えば、基板７がサファイア（屈折率＝１．７５〜１．８）からなる場合、第１の接合部材３３をエピスルフィド系樹脂（屈折率＝１．７〜１．８）又はチオウレタン系樹脂（屈折率＝１．６〜１．７）で形成することで、この屈折率の範囲を満たすことができる。なお、第１の接合部材３３の屈折率が、基板７の屈折率に対して±１５％の範囲より大きいときは、後述するように発光部９から第１の接合部材３３に到達した光の屈折が大きくなり好ましくない。第１の接合部材３３は、例えば、支持基体５に発光素子３を接着した後、隣接する基板７の端面７ｃ間に、上記樹脂を充填して固化させることで形成することができる。

発光素子３は、各電極パッド１３及びカソード電極１５をワイヤボンディング等により、例えば支持基体５上に設けられた駆動装置（不図示）と接続し、アノード電極１１とカソード電極１５との間に順方向電圧を印加することで、発光部９に電流が供給され、ｐｎ接合を有する発光部９が発光する。なお、順方向電圧を印加するアノード電極１１を選択することによって、発光部９を選択的に発光させることができる。

本実施形態では、発光素子３の発光部９から発せられた光は、基板７及び支持基体５を透過して、発光装置１の支持基体５側から取り出される。そして、本実施形態の発光装置１は、支持基体５側から取り出された光を利用して、露光装置、光照射装置、画像形成装置、表示装置、照明装置等の各種装置の光源として用いられる。

本実施形態に係る発光装置１によれば、図５に光路を矢印で模式的に示すように、発光部９から光が放射状に発せられるため、一部の光（Ｌ１，Ｌ２）が基板７から第１の接合部材３３に入射する。このとき、基板７と第１の接合部材３３の屈折率の差が大きいと、第１の接合部材３３に入射した光の屈折が大きくなり、その屈折光（破線矢印で示す）に起因して照射むらやフレアが生じる。これに対し、本実施形態の発光装置１によれば、第１の接合部材３３が、基板７の屈折率と同等の屈折率を有しているため、図５の２点鎖線矢印で示すように、第１の接合部材３３に入射した光の屈折を抑制することができ、ひいては照射むらやフレアの発生を抑制することができる。

また、上記実施形態では、図１及び図２に示すように、第１の接合部材３３が、隣接する基板７の対向する端面７ｃによって挟まれる空間のみを充填するように設けられている。そのため、隣接する基板７の対向する端面７ｃ間の領域が、基板７の横断面（図１のII−II線断面に直交する断面）形状と同じ形状の断面によって連続する。これにより、発光部９から放射された光が、基板７を透過するときと略同様の軌跡で第１の接合部材３３を透過する。したがって、基板７及び第１の接合部材３３から放出される光が略均一となり、照射むらやフレアの発生を抑制することができる。

以上、本発明の発光装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、図２に示すように、発光素子３を支持基体５上にフェイスアップ実装しているが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、発光素子３を支持基体５上にフリップチップ実装してもよい。この場合、例えば、支持基体５を駆動回路基板として形成し、電極パッド１３及びカソード電極１５（図４参照）を駆動回路の接続端子にバンプ接続すればよい。

また、図７に示すように、発光素子３における隣接する発光部９の間に、透光性を有する第２の接合部材３５を設けてもよい。この第２の接合部材３５は、隣接する発光部９の双方に接合されている。こうすることで、発光部９から発せられる光を効率良く外部へ取り出すことができる。また、この第２の接合部材３５が基板７の屈折率と同等の屈折率を有するようにすると、発光部９から基板７へ入射する光の屈折が小さくなり、ひいては照射むらやフレアの発生を抑制することができる。したがって、例えば、第２の接合部材３５は、基板７の屈折率に対して、±１５％の範囲以内の屈折率を有するようにすることが好ましい。例えば、基板７がサファイア（屈折率＝１．７５〜１．８）からなる場合、第２の接合部材３５をエピスルフィド系樹脂（屈折率＝１．７〜１．８）又はチオウレタン系樹脂（屈折率＝１．６〜１．７）で形成することで、この屈折率の範囲を満たすことができる。なお、第２の接合部材３５の屈折率が、基板７の屈折率に対して±１５％の範囲より大きいときは、発光部９から基板７に入射する光の屈折が大きくなり好ましくない。

また、第２の接合部材３５をシリコーン系樹脂（屈折率＝１．４〜１．５）で形成すると、紫外線に対する化学的安定性が高くなる。したがって、例えば、上記実施形態のように発光部９がＧａＮ系半導体による発光ダイオードを構成する場合、この発光部９から紫外線が放射されるため好適である。

また、第１の接合部材３３と第２の接合部材３５とを同一の材料で一体化して形成すると構成を簡略化することができる。

また、上記実施形態では、発光素子３が支持基体５によって支持されているが、これに限定されるものではない。例えば、複数の発光素子３同士をその基板７の端面７ｃ間の第１の接合部材３３によって固定できる場合は、支持基体５を設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、基板７上に複数の発光部９が１列のアレイ状に設けられた発光素子３を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、発光部９の列数は１列に限定されず、複数列にしてもよい。また、発光部９が千鳥状やマトリクス状に配置されていてもよい。また、発光部９の数は適宜変更すればよい。また、発光部９の数は複数に限定されず、例えば、一枚の基板７上に発光部９を１つだけ設けてもよい。

また、上記実施形態では、発光部９を構成する各半導体層が、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮ等の少なくともＧａを含む窒化物半導体で構成され、発光ダイオードを形成しているが、これに限定されるものではない。例えば、発光部９を構成する各半導体層を、その他のIII−V族化合物半導体で構成し、発光ダイオードを形成してもよい。

また、上記実施形態では、発光部９を発光ダイオードによって構成しているが、発光可能な要素を適用する限り、これに限定されるものではなく、例えば、有機ＥＬ等によって構成してもよい。

上記実施形態に係る発光装置１は、各種装置の光源として適用可能である。例えば、露光装置の露光光源として発光装置１を適用し、発光装置１から発せられる光によって被露光物を露光してもよい。このような露光装置としては、例えば、ＵＶインクやフォトレジスト等の感光性材料を露光する露光装置が挙げられる。また、本実施形態の発光装置１の発光部９を選択的に発光させて、フォトレジストを露光することによって、フォトマスクが不要ないわゆるマスクレス露光を行うこともできる。

また、例えば、電子写真装置等の画像形成装置における感光性記録媒体への画像書き込み用光源として、本実施形態の発光装置１を適用してもよい。この場合、発光素子３から発せられる光を記録媒体に照射し、光が照射された領域を感光させてその記録媒体に画像を形成する。このような画像形成装置としては、感光性の記録媒体である感光体ドラムや転写ベルト等を感光させて画像を形成するように構成されたプリンタや複写機等が挙げられる。

また、本実施形態に係る発光装置１は、例えば、図８に示すように、発光部９から発せられた光を被照射物Ｘ上で結像する結像光学素子３７と組み合わせることで、光照射ヘッド３９として構成することができる。この場合、結像光学素子３７は、基板７の他方の主面７ｂに対向して配置される。このような結像光学素子３７としては、例えば、ロッドレンズアレイを用いることができる。また、このように構成された光照射ヘッド３９は、上記のプリンタや複写機等における感光性の記録媒体への画像書き込みや、半導体露光装置におけるフォトレジストの露光等に用いることができる。

１発光装置
３発光素子
５支持基体
７基板
７ａ一方の主面
９発光部
３３第１の接合部材
３５第２の接合部材

Claims

透光性を有する基板、及び該基板の一方の主面上に設けられた複数の発光部を有する複数の発光素子と、
前記基板の屈折率に対して±１５％の範囲以内の屈折率を有する第１の接合部材および第２の接合部材と、
を備え、
前記複数の発光素子は、前記基板側を同じ側にして、前記基板の端面を対向させるように並べられ、
前記第１の接合部材は、隣接する前記基板の端面間に設けられ、該端面の双方に接合されており、
前記第２の接合部材は、隣接する前記発光部間に設けられ、該発光部の双方に接合されているとともに、隣接する前記発光部の端面によって挟まれる空間を充填するように設けられていることを特徴とする、発光装置。
前記基板は、サファイアからなり、
前記第１の接合部材および前記第２の接合部材は、エピスルフィド系樹脂、チオウレタン系樹脂又はシリコーン系樹脂からなることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
前記第１の接合部材は、隣接する前記基板の前記端面によって挟まれる空間のみを充填するように設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発光装置。
前記発光部は、少なくともガリウムを含む窒化物半導体で形成される発光ダイオードを備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
前記各発光素子における前記発光部が複数並べて設けられており、
前記第２の接合部材は、前記各発光素子における隣接する前記発光部間に、該発光部の双方に接合して設けられていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。
前記第１の接合部材と前記第２の接合部材とが同一の材料で一体化されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の発光装置。
請求項１から６のいずれかに記載の発光装置を備え、
前記発光装置から発せられる光によって被露光物を露光することを特徴とする、露光装
置。
請求項１から６のいずれかに記載の発光装置を備え、
感光性を有する記録媒体に前記発光素子から発せられる光を照射し、該光が照射された領域を感光させて前記記録媒体に画像を形成することを特徴とする、画像形成装置。
請求項１から６のいずれかに記載の発光装置と、
前記基板の前記他方の主面に対向して配置され、前記発光素子から発せられた光を被照射物上で結像する結像光学素子と、
を備えることを特徴とする、光照射ヘッド。