JP5517418B2

JP5517418B2 - 発光装置

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Description

本発明は発光装置に関する。特に、プリンタの光源として用いられる、ＬＥＤプリンタヘッドに関する。

ＬＥＤプリンタヘッドには、ＳＬＡ（セルフォック・レンズ・アレイの略。なお、セルフォックレンズアレイは、日本板硝子の登録商標である。）と呼ばれる、屈折率分布型レンズ多数配列し、全体で１個の連続した像を形成する光学系が用いられている。

ところで、ＬＥＤプリンタヘッドを構成するＬＥＤ自体は発光と共に発熱することが知られている。斯かる課題に対応すべく、ＬＥＤがアレイ状に配置されているＬＥＤアレイ基板に、放熱のためのフィン付きの部材を隣接させて、ＬＥＤによる発熱の影響を低減しようとする試みが、特許文献１に記載されている。
特開昭６２−２４９７７８号公報

上述したＳＬＡ自体はガラス材料から構成されていること、及び、更なる軽量化やコスト削減を目指すことを踏まえ、本発明者らは、ガラス材料に替えてプラスチック材料を用いて、ＳＬＡに代表されるレンズアレイを構成するべきであるとの認識に至った。

更に、ガラス製のレンズアレイに替えて、プラスッチク材料でレンズアレイを構成した場合、最も近接して位置するＬＥＤ発光素子自体の発熱によるレンズアレイに対する影響が大きくなるのではないかという認識に至った。なお、ＳＬＡは日本板硝子の商標であり、屈折分布型ロッドレンズアレイがその上位概念であり、棒状（ロッド）レンズは光ファイバーに用いられている繊維状の透明レンズである。その表面から内部に向かって同心円状に屈折率を変えてレンズ効果を得る。迷光を避けるために各ロッド自身は夫々の隣接するロッドレンズとの干渉を減少させるため、各ロッドの側壁は樹脂などで遮光されている。
また、板状のガラスやプラスチック板の表面や裏面にマイクロレンズアレイをリソグラフィなどの手段を用いて積層して同様の正立等倍のレンズ効果を得ることが提案されている。この方法の優位点はロッド状のレンズを多数束ねてアレイ状に加工する際に生じる各ロッド間の光軸のズレなどの実装上の問題を低減できることである。本発明はこの両者のタイプのレンズアレイにも適応可能である。

そこで、本発明は、ＬＥＤなどの光源の発熱により、ロッドレンズアレイなどのレンズアレイに与える影響を軽減し得る、新規な構成を備えた発光装置を提供することを目的とする。

第１の本発明に係る、アレイ光源を有する発光装置は、
基板と、
前記基板上で、前記アレイ光源が第１の方向に複数個並んで構成されているアレイ光源群と、
前記アレイ光源を構成する前記発光素子から出力される光を集束させるためのレンズアレイと、
前記アレイ光源群と前記レンズアレイとの間に空洞を形成するためのレンズ支持体とを備え、
前記レンズ支持体には、前記空洞を流れる気体を、前記第１の方向に導入するための第１の孔と、前記空洞内に導入された前記気体を、前記第１の方向と交差し、前記基板に平行な第２の方向に排出するための第２の孔とを有し、
前記第１の孔には、前記空洞内の気体の圧力を上げるための陽圧手段が設けられていることを特徴とする。

第２の本発明に係る発光装置の冷却方法は、
基板上に並んでいる複数のアレイ光源と、レンズアレイと、前記アレイ光源及び前記レンズアレイとの間の位置関係を固定するためのレンズ支持体とで構成される間隙内に、複数の前記アレイ光源が並んでいる第１の方向に気体を流すと共に、前記第１の方向に流れている気体を、前記第１の方向と交差し、前記基板に平行な第２の方向に、複数に分けて排出することを特徴とする。

本発明によれば、流体による熱の拡散作用を利用することにより、発光素子による発熱がレンズアレイに及ぼす影響の低減が可能となる。

本発明に係る発光装置に関して、まず図１を用いてその技術的思想を説明する。

図１は、１０００は発光装置の上面図であり、１１００は、該発光装置の側面図である。１１０５はＡＡ’での切断面である。レンズ支持体１４９９は点線で描いている。１２００は、前記発光装置の別の側面図である。１２０５は、ＢＢ’での切断面であり、レンズ支持体は点線で描いている。いずれの図も、発光装置を模式的に示したものである。
なお、１１０５及び１２０５は、レンズ支持体１４００を点線１４９９で示し、内部の様子が分かるように示したものである。

図１において、１３００は基台、１４００はレンズ支持体、１５００はレンズアレイ（例えばロッドレンズアレイ）である。レンズアレイは、発光素子から出力される光を集束させるためのレンズである。そして、側面図１２０５には、第１の孔１４０６が示されている。切断面１１０５において、１６００は基台上に設けられるいわゆるプリント基板などの基板である。１７００は、当該基板１６００上に設けられるアレイ光源（このアレイ光源自体は、複数の発光素子（複数の発光点）を構成する。）であり、このアレイ光源１７００が基板１６００上に複数個並んでいる様子が、切断面１１０５により理解される。

側面図１１００に描かれているように、レンズ支持体１４００には複数の第２の孔１４０５が描かれている。なお、レンズ支持体１４００に複数の第２の孔が設けられている側とは対向する側面に、必要に応じて、複数の第３の孔を設けることもできる。かかる場合、図３に示すように、空洞内を流れる流体は、矢印２０５０の方向のみならず、矢印３０００の方向にも排出され、より効率的に放熱が可能となる。第１の孔１４０６から流体（例えば、空気や窒素などのガスや、冷却された気体など）を、前記レンズ支持体１４００とロッドレンズアレイ１５００と前記アレイ光源群（アレイ光源１７００が複数個配列して構成されている。）とで構成される空洞内に導入することができる。

そして、空洞内に導入された流体は、矢印２０００で示される第１の方向２０００に流れる。更に、第１の方向に流れる当該流体は、第２の孔１４０５（及び／または前記第３の孔）が設けられていることにより、前記第１の方向と交差する第２の方向２０５０（及び／又は第３の方向３０００）に向かって排出されることになる。

なお、第１の方向２０００と第２の方向２０５０とは互いに交差すればよく、例えば、第１の方向２０００に向かって流体が流れている時に、第２の方向が図示した向きではなく、紙面垂直方向に向かうような開口部を設けることもできる。第２の孔１４０５は、少なくとも複数のアレイ光源１７００それぞれに対応して設けるのがよい。

勿論、第２の孔１４０５を複数個設けるのではなく、１つの大きな開口部とすることもできる。但し、空洞内の気圧を外部より高くすることにより、例えば、空洞内部へのトナーなどのパーティクルの侵入を防止する場合などには、１つの大きな開口部とするよりも、なるべく小さな細孔（例えば、数十μｍ径から数ｍｍ径）を複数設けるのがよい。

また、第１の孔１４０６は、レンズ支持体１４００の一方の側面部に設ける構成を示しているが、両側側面部に設けることもできる。勿論、前述の第１の方向２０００に流体を流すことができれば、第１の孔１４０６を設ける位置も特に限定されるものではない。

斯かる構成により、アレイ光源１７００に包含される複数の発光素子（図示せず）からの発熱を流体の流れを利用して逃がすことができる。すなわち、発光素子を熱源として捉えた時に、ロッドレンズアレイの発光素子端部側（１５０１）が加熱されることを低減することができる。

例えば、発光素子として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用する場合には、素子の外部光取り出し効率に応じて約一素子辺り、数ｍＷに相当する熱量が放散される。

素子温度は、数℃から数十℃に上昇し、連続発光の場合には、百℃にも達する多量の熱エネルギー（ジュール熱）が放射されると考えられる。

レンズアレイとして、前述のガラス材料（例えば、石英ガラス）を利用した場合の温度は、以下のようになるであろう。ＬＥＤ素子側に対面するレンズ端面が、素子の輻射熱と介在する空気や、支持体からの熱伝導、及び空気層の対流によって、素子表面温度に近い、数℃から数十℃、或いは場合によっては百℃に達すると考えられる。この温度上昇によるレンズの屈折率や、熱膨張はもとより、材質が各種樹脂プラスッチックである場合には、樹脂が軟化して溶解を始める約６０℃に近づいてしまう。そのため、レンズ特性やレンズ光軸が正規の値からズレを生じ、その結果、感光ドラム表面に形成される潜像形成の位置精度に関する影響は甚大なものとなる。場合によっては、露光スポット位置が素子とレンズと昇温によって数百ミクロンもの位置ズレが検出されることも考えられる。

特に、ロッドレンズアレイとしてのプラスチック材料には、例えば、熱可塑性のポリメチルメタクリレート、ポリカーボレート、環状オレフィンポリマー、或いは熱硬化性のジエチレングリコールジアリルカーボネート、シロキサニルメタクリレートがある。これらを利用した場合の温度は、素子特性の外部取り出し効率に応じて、数度℃から数十℃程度上昇し、この温度上昇によるレンズ光軸、屈折率、剛性などに関する影響は、潜像形成時、あるいは紙面への画像、印字転写過程で甚大な悪影響となる。そして、ガラスのロッドレンズアレイを利用する場合よりも、プラスッチックレンズアレイを用いた場合における本発明の効果は著しい。

また、第１の方向と第２の方向との交差する角度は、特に制限されるものではないが、好ましくは、なるべく直角に近い方がよい。

なお、ロッドレンズアレイの端部１５０１を効果的に冷却するという観点からは、第２の孔１４０５は、アレイ光源１７００上端とロッドレンズアレイ端部１５０１との間（図１の矢印３０００）に設けるのがよい。

ロッドレンズアレイとは、棒状のレンズを多数並列的に配列し，各レンズによる正立等倍像を重ね合わせて全体で１個の連続像を形成する光学レンズのことである。なお、レンズアレイの例として、ロッドレンズアレイを中心に説明した。勿論、ほかにも、屈折率分布型レンズを用いている収束性光ファイバーレンズアレイや、ＳＬＡ（商品名），屋根型のミラーとレンズを用いたて構成されるルーフミラーレンズアレイなどのレンズアレイを利用することもできる。レンズアレイは後述するように例えばプラスッチク材料で構成することができる。

（第１の孔、第２、第３の孔）
また、前記レンズ支持体１４００には、前記第２の孔１４０５が複数個、前記第１の方向２０００に沿って設けられている様子が図１の１１００に示されている。

前記第１の孔１４０６には、前記空隙内の前記流体による圧力を上げるための陽圧手段（例えば、ファン、更に積極的に加圧するためには、ポンプが好適である。）を設けることが可能である。

上述した発光装置は、プリンタや複写機などの画像形成装置のプリンタヘッドとして用いられ得る。画像形成装置内では、トナーなどの粉体が画像形成装置内を散乱している場合には、トナーが感光ドラム周辺に飛散している場合がある。そして、これは、上記発光装置内の空洞領域で露出している、レンズ表面や素子発光面に付着する可能性がある。かかる場合、レンズ表面や発光面を汚染したり、これらに曇りを生じ、結果的には光量減少を招来することとなる。更には、画像や印字品位を著しく損なうことに結びつくことになる。本発明のように、第１の孔に、例えば、粉体除去用のフィルタなどを設け、当該フィルタを介して、前記空洞内に流体を導入し、前記第２の孔から排気する構成にすれば、放熱の促進と発光素子の粉体による汚染の抑制との両方を実現することができる。

更には、ポンプを用いて、第１の孔から気体を圧送する場合には、ポンプと気体導入孔である第１の孔とをチューブの如き柔軟性を有するパイプで連結することも、素子、レンズ表面の汚染を防止する有効な手段である。更に、第２の孔にもチューブなどを接続し、ポンプ、第１の孔、発光装置内の空洞、及び第２の孔（、必要に応じて、第３の孔）とで、閉空間を構成することによりトナー等の粉塵の流入を抑制できる。

本発明に係る発光装置のレンズアレイ端部を、感光ドラムの外側表面に対向させて配置することで、当該感光ドラムに静電潜像を描画する画像形成装置を構成できる。なお、発光装置は、円柱状の感光ドラムの内側に配置することもできる。感光ドラムの内側に配置した場合により発光素子による発生した熱の放熱性を高めるためにも、本発明に係る発光装置は有用である。

また、プリンタヘッドとして画像形成装置内に組み込まれた状態ではなく、当該プリンタヘッドとして、市場に流通させる場合には、当該第１及び第２の孔等からのゴミの混入を防ぐ必要がある場合が想定される。斯かる場合には、前記第１及び第２の孔や第３の孔を塞ぐための部材（例えば粘着テープ、シール材や、細孔に対応した突起部を有する部材など）により前記の孔を塞ぐことが好ましい。

第１の孔は第２の孔よりも大きくしておいた方がよい。第１の孔のサイズとしては、孔径（直径）は数ミリメートルから数十ミリメータ、好ましくは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。第２、第３の孔のサイズとしては、セルホックレンズと素子表面の間隔がレンズの共役長によって決定される範囲であることを考慮して、孔径（直径）０．３ミリメータ以上、十ミリメータ以下、好ましくは、１ミリメータ以上５ｍｍ未満が好ましい。

（アレイ光源１７００（アレイチップ））
アレイ光源チップ１７００が複数個配列することによるアレイ光源群となる。そして、このアレイ光源チップ１７００自体は、複数個の発光素子から構成される。発光素子としては、通常のＬＥＤは勿論、光放射側（アレイ光源からみてロッドレンズアレイ側）と反対側、即ち、基板１６００側に金属等の反射ミラーや半導体多層膜ミラーを設けたＬＥＤが好適である。更に、いわゆるレーザを発光素子として採用することもできる。

従来からＬＥＤが熱源として作用してしまうことは知られていたが、これは、熱伝導性がシリコンに対して極めて悪いＧａＡｓ基板上にＬＥＤ層を形成しているからである。そして、当業者の間では、発光素子層をシリコン部材（例えば駆動回路付き）上に配置することで、シリコンの熱伝導性の良さ（ＧａＡｓ基板の約三倍）によりＬＥＤの発熱は問題にならないであろうと考えられていた。確かに、ロッドレンズアレイとして、ガラス材料を用いた場合には、既述のように当該レンズに与えるＬＥＤの発熱はそれほど考慮する必要はない。しかしながら、ロッドレンズアレイをプラスチック材料で構成した場合は、シリコン部材上に配置することで解消されていたと考えられるＬＥＤの発熱問題が再浮上し、本発明が極めて効果的に発熱の影響低減に寄与するのである。

なお、発光素子に関しては、後述する実施例において、一例を説明する。

（基板１６００）
基板１６００とは、いわゆるプリント基板である。特に、高熱伝導性プリント基板（高熱伝導性セラミック基板、あるいは、ガラスエポキシ系の基板、あるいは、メタルベース基板）が好ましい。

（ロッドレンズアレイ１５００）
ロッドレンズアレイ１５００としては、石英ファイバーにイオン交換によって、不純物を拡散させて、屈折率分布を形成するガラス材料からなるロッドレンズアレイがある。さらに、熱可塑性プラスチックや熱硬化性プラスチックなどを原料として、紡糸工程を応用して屈折分布を形成するプラスッチク・ロッドレンズアレイなどが適用できる。また、ロッド状のレンズを集積するロッドレンズアレイにかかわらず、正立等倍の同様の光学的効果を得ることができる板状マイクロレンズアレイにも適応される。

（レンズ支持体１５００）
レンズ支持体は、高熱伝導性樹脂（例えば、ポリカーボネート）や金属（例えば、アルミニウム）を用いて構成することができる。

第１の孔には、空洞内に空気などの流体を導入するためのファンや圧送ポンプなどを設けることができる。特に、第１の孔１４０６と、第２、第３の孔１４０５とをチュウブでつなぎ、第２、第３の孔から排気された気体を第１の孔に送り込む構成にすることも可能である。斯かる場合、空洞内へのパーティクルなどの侵入を効果的に抑制できる。

特に、第１の孔１４０６から空洞内に気体などの流体を導入し、空洞内を陽圧し、第２の孔から流体を排気して陰圧にする構成も好ましい。

また、レンズ支持体１５００をロッドレンズアレイ１５００に固着するために、高熱伝導性接着層（金属やセラミックを充填させたエポキシなど）を利用することができる。

（基台）
基台１３００は、アルミニウムなどの金属材料で構成することが好ましく、更に、放熱あるいは冷却用のフィンを基台下部や側面に設けることも可能である。

以上、本発明は、空洞内を第１の方向に流れる流体をつくり、複数のアレイ光源に対応して設けられた開口部を通して、前記第１の方向と交差する第２の方向に流れるように流体の流れを制御できればよく、本発明は上述の装置に限定されるものではない。

上述の本発明は、発光装置の冷却方法として捉えなおすことができる。

即ち、基板上に並んでいる複数のアレイ光源と、ロッドレンズアレイとを用意し、該アレイ光源及び該ロッドレンズアレイとの間の位置関係を固定する。具体的には、そのためのレンズ支持体と前記光源とレンズアレイで構成される間隙内に、前記複数のアレイ光源が並んでいる第１の方向に流体を流す。さらに、第１の方向に流体を流すと共に、前記第１の方向に流れている流体を、前記第１の方向と交差する第２の方向に、且つ複数に分けて排出する。このようにすることが本発明に係る冷却方法の特徴となる。第１の孔から流体を導入し、レンズ支持体の該第１の方向と対向する位置（反対側の面）に孔を設け、前述の空洞内の流体をフローさせることも勿論できる。そして、第１の方向と交差する第２の方向に気体等の流体をフローさせることで、より効果的に発光素子表面付近の気体を拡散（排気）することができる。特に、第２の孔の位置は複数の光源アレイの位置に対応する位置に設けることが好ましい。また、前記第１の孔と対向する前記レンズ支持体の側面にも二つ目の第１の孔を設け、そこから、気体などを導入することができる。かかる場合、レンズ支持体等で構成される空洞内の両側からアレイ光源の配列方向に沿って気体が導入され、それと交差する方向に排気されることになる。

勿論、必要に応じて、第２の方向と第３の方向の両方に排出することも可能である。

（発光素子の作製方法）
本実施形態に係る発明適用できる発光素子の作製方法について、貼りあわせ法により作製する場合の例を図４から図７を用いて説明する。

図４（ａ）、（ｂ）に示したように、まずＬＥＤ形成用の第１の基板と、発光層の移設先である第２の基板について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、第１の基板７００上に分離層７１０１を介して、活性層を含み構成される発光層７１０２、ＤＢＲ層７１０３を形成する。なお、このＤＢＲ層は必要に応じて省略でき、あるいはＤＢＲ層に代えて、金属ミラーを用いることもできる。

ここで、第１の基板７００は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を形成するための基板であり、ここではＬＥＤ用の化合物半導体膜が成長可能な基板が用いられる。第１の基板の材料としては、ＧａＡｓを基本とするＩＩＩ−Ｖ属化合物系を成長する場合には、ＧａＡｓ基板、または格子定数が近いＧｅ基板などが挙げられる。ＧａＡｓ基板の場合、当該基板にＡｌ、Ｐなどの同属系元素を含むものでも構わない。また、デバイスの構成に応じて、Ｐ型、Ｎ型を形成するための不純物を含んでいても構わない。

この第１の基板７００上に、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などの手法により、分離層７１０１、発光層７１０２、ＤＢＲ層７１０３を順次エピタキシャル成長する。ここで、分離層７１０１とは、発光層７１０２に対して選択的にエッチング可能な材料からなる層のことであり、例えばＡｌＡｓ、あるいはＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（１＜ｘ＜０．７）からなる。このような組成からなる分離層は、フッ酸溶液により選択的にエッチングされる。

発光層７１０２は、発光素子として機能する化合物半導体層からなり、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰなどが可能であり、前記層中にｐｎ接合を有している。また、発光層７１０２の具体的な構成としては、例えば、２つのクラッド層に挟まれた活性層から構成される。

ＤＢＲ層７１０３は、第１の基板７００に対してエピタキシャル成長可能なものであり、目的とするＬＥＤの波長に対して、屈折率の異なる層のペアを複数段重ねた構造からなる。

このペアは屈折率の高い高屈折率層と低屈折率層からなる。そして、このペアを複数回積層したものが、ブラッグ反射膜、あるいはＤＢＲミラー（ＤＢＲ層）と呼ばれる。

このブラッグ反射膜は、屈折率の異なる２種類の膜の膜厚ｄ１，ｄ２を、光学膜厚ｎ×ｄがそれぞれ１／４波長になるように設定し、その２種類の膜のｍ組倍（ｍは２以上の自然数）にすることで、組数ｍに対応した反射率が得られるものである。その場合に、ブラッグ反射膜を構成する層の屈折率の差が大きいほど、組数が小さくても高反射率が得られるものである。なお、本発明においては、上記ＤＢＲを構成する際の条件を最適化して、特定波長の光を７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上の効率で反射できるように設計するのがよい。

例えばＡｌＧａＡｓのＡｌ含有量の異なる層を交互に積層することによりＤＢＲ層が得られる。このとき、前述の分離層を選択的に除去する際に、ＤＢＲ層へのダメージを抑制するため、Ａｌ_ｘＧａ_１‐ｘＡｓと記載される場合の、Ａｌの含有量、即ち、ｘは０．８以下にするのがよい。ｘは、好ましくは０．７以下、より好ましくは０．６以下、更に好ましくは、０．４以下にするのがよい。ｘの下限値としては例えば、ゼロである。

いずれにせよ、前記ＤＢＲ層を構成する屈折率が他方よりも低い低屈折率層は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜０．８）、ＡｌＩｎＧａＰ系材料、あるいはＡｌＧａＰ系材料から選択する。そして、前記分離層が、ＡｌＡｓあるいはＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．７＜ｘ＜１．０）から選択しておき、該分離層を選択的にエッチング除去する際に、前記低屈折率層にダメージが入り難い材料の組わせとしておくことが重要である。なお、分離層として、ＡｌＡｓ層を選択し、低屈折率層として、ＡｌＩｎＧａＰ系材料、あるいはＡｌＧａＰ系材料を用いる場合には、Ａｌの含有量に大きく依存せず、選択的な分離層の除去が可能である。

なお、ＤＢＲ層の構成としては、（高屈折率層／低屈折率層）の組み合わせとして、特に、フッ酸耐性の高いＤＢＲ構成として、下記の３例が挙げられる。
１）Ａｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ／Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ
２）ＡｌＩｎＧａＰ／Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ
３）ＡｌＧａＰ／Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ
なお、ペア数はレーザーを作製する場合では、９９．９％以上の反射率を求めるために３０層、４０層、或いはそれ以上の形成が必要となるが、例えば９０％以上の反射率で足りるＬＥＤの場合は、数層から１０層程度でも構わない。

図４（ｂ）に示すように、発光層７１０２の移設先の基板である第２の基板７１０は、シリコン基板、或いはＬＥＤを駆動するための半導体駆動回路７８００が形成されたシリコン基板を示す。ここでは駆動回路７８００が形成されたシリコン基板を基本として示すこととする。

この基板７１０の表面には、ＬＥＤと電気的に接続するための電極パッド７９００、７９０１が形成されている。そして、移設されてくるＬＥＤ部と、駆動回路とを電気的に分離するために、有機絶縁膜７１１１が形成されている。

なお、駆動回路がない、単なるシリコン基板を用いる場合には、図中の「駆動回路７８００」と「電極パッド７９００、７９０１」を省略して考えればよい。

有機絶縁膜７１１１は、第１基板７００と第２基板７１０とを接着するための接着剤を兼ね、そして粘着性があり且つ平坦な膜であることが好ましい。

例えば、この有機絶縁膜としては、ポリイミドなどの有機物をスピンコート形成した膜が用いられる。勿論、ポリイミド以外の材料であっても、絶縁性、粘着性、熱可塑性などの条件が整っていれば使用可能である。なお、有機絶縁膜を例に挙げたが、無機系（ＳＯＧなど）の絶縁膜も発明に適用できる。

図５では、前記第１の基板７００と第２の基板７１０とのの貼り合わせ工程について説明する。

第１の基板７００の表面に形成されている前記ＤＢＲ層７１０３と発光層７１０２とを島状領域に分かれるように溝を形成することでパターニングする。具体的には、ＤＢＲ層と発光層とをエッチングして分離層７１０４を露出させる。エッチングは分離層が露出したところでストップするのが好ましいが、分離層を貫通して基板に達しても後のプロセスは可能である。分離層中でエッチングがストップできれば、分離した後の（第１の）基板は再利用可能となる。なお、第１の基板１１０と分離層１１０１との間にエッチングストップ層として機能する層を設けておいてもよい。

図５のように、ＤＢＲ層７１０３、発光層７１０２が島状にパターニングされた面を、第２の基板の有機絶縁膜７１１１と接着する。この際、後にＬＥＤと駆動回路とを電気的に接続するためにアライメントしてから貼り合わせるのがよい。貼り合わせ工程は、互いの面を接触させた後、加熱をして接着強度を高めることが好ましい。加熱温度に関しては絶縁膜の材料によって異なるが、有機絶縁膜の場合は概ね数十℃から３００℃程度である。貼り合わせの結果、その貼り合わせ界面に表層を島状に分離した溝による空間が形成される。

図６では、分離層７１０１のエッチングによる転写工程を説明する。

上記貼り合わせにより形成された空間（溝）がエッチング液を導入する流路となる。この流路にエッチング液であるフッ酸溶液を注入する。溶液の注入方法としては、基板全体を溶液の中に浸漬するだけでも構わないが、より溶液の浸透を促進するためには貼り合わせ界面に向けて溶液のジェットを照射したり、超音波をかけるのが好ましい。

流路に入ったフッ酸溶液により、流路内部に露出している分離層が選択的にエッチングされ、図６に示すようにＤＢＲ層７１０３と発光層７１０２が第２の基板７１０に転写（あるいは移設）される。

こうして、本実施形態に係るＬＥＤアレイが製造されることになる。

以下では、第２の基板７１０に駆動回路７８００が設けられている場合に、発光層と当該駆動回路とを電気的に接続する方法の一例を述べる。

図７は、ＬＥＤと駆動回路７９００とを電気的に接続する工程を説明するための図である。

転写された発光層７１０２は、Ｐ層とＮ層で構成されている（Ｐ、Ｎは導電型を示す）。表面の導電型と反対の導電型の層が露出するまで発光層の一部をエッチングし、その後絶縁膜で全体を覆う。そして電極コンタクトを取る部分にコンタクトホールを形成する。この際、駆動回路の電極パッドとＬＥＤを接続するために、有機絶縁膜を貫通するビアホールを形成し、電極材料をデポジション及びパターニングすることにより、ＬＥＤと駆動回路を接続する。

この際、ＬＥＤを複数個パターニングしておくことで、駆動回路により制御されるＬＥＤアレイが出来上がる。

なお、図７では、発光層と駆動回路とをＤＢＲ層７１０３を介して、電気的に接続する様子を示しているが、勿論、発光層の表面側に位置する導電型と反対の導電型からなる層を露出させて、当該露出部と、駆動回路とを電気的に直接接続することもできる。

なお、図４においては、前記第１の基板７００上には、前記分離層を介して、該分離層側から前記発光層と前記ＤＢＲ層とがこの順番で形成されている場合を示したが、該分離層側から前記ＤＢＲ層と前記発光層とをこの順番で形成しておくこともできる。斯かる場合は、一旦、別な仮基板に貼り合わせた後、更に、第２の基板に貼り合わせる工程が必要となる。仮基板を用いない場合には、前記貼り合わせ工程（前記ＤＢＲ層と第２の基板との貼りあわせ工程）を経た後、前記分離工程を行うことになる。また、仮基板を用いる場合には、前記パターニング工程後、前記発光層と仮貼り合わせ基板とを貼り合わせた後、前記分離工程を行い、その後、前記貼り合わせ工程（前記ＤＢＲ層と第２の基板との貼りあわせ工程）を行うことになる。

なお、図１において、第１の基板７１０と分離層７１０１との間に、あるいは、分離層と発光層７１０２との間に別な層が介在することも可能である。

前記パターニング工程は、島状に素子分離された前記発光層が、複数の発光部を含むようにパターニングする工程であり、前記分離工程後に、前記複数の発光部を、個々の発光点に対応する素子分離を行うこともできる。

発光素子基板としては、化合物半導体基板（あるいはＧｅ基板）を用いることができる。

そして、上述したように表面のＤＢＲ層を絶縁膜を介してシリコン基板、或いは駆動回路が形成されたシリコン基板に貼り合わせる。その後、分離層をエッチング分離することで発光層とＤＢＲ層をシリコン基板或いは駆動回路が形成されたシリコン基板に転写する構成をとる。

これにより従来の化合物半導体基板をそのまま使用するＤＢＲ法よりも熱放散特性の改善が可能になる。さらに、駆動回路が形成されたシリコン基板に発光層及びＤＢＲ層を転写する場合には、ＬＥＤアレイを実装する際の化合物半導体基板と駆動回路間のワイヤーボンディング実装を大幅に軽減できる。

以上、本発明に適用されうる発光素子の製造方法に関して説明したが、本発明は同方法により作成された発光素子のみならず、他の方法により作製されたＬＥＤなどの発光素子にも適用されうる。

（実施例：ＬＥＤヘッド）
発光装置としてのＬＥＤヘッドを図２を用いて説明する。

図２において、６３００は基台であり、５４０６は基台６３００に設けられている冷却のためのフィン構造である。６５９９は基台６３００と高熱伝導性プリント基板６６００との間に設けられている高熱伝導性接着層である。６７００はＳｉ部材上にＬＥＤ発光層が設けられなるＬＥＤアレイチップ（アレイ光源）である。排熱・排気孔としての第２の孔とそれに対向する第３の孔、５４０５と、送風孔としての第１の孔６４０６が設けられている。本実施例においては、第１の孔６４０６が、レンズ支持体６４００（高熱伝導性の樹脂や金属により構成される。）に２箇所設けられている。そして、アレイ光源６７００とロッドレンズアレイ６５００とレンズ支持体とで構成される空洞を第１の方向（アレイ光源が並んでいる方向）に平行に第１の孔から、相対する方向に空気が導入される様子がしめされている。この送風により空洞内の圧力は陽圧となり、第２、第３の孔５４０５により排気される。なお、図３に排気の様子を示しているように、３０００は第３の孔から排出される第３の方向を示している。なお、図３において、図１の参照符合と同じ符合を付している場合には、同じ部材等を意味する。

本実施例では、ロッドレンズアレイは、プラスッチックロッドレンズアレイを用いる。このレンズの材料としては、線膨張係数が約１×１０^−５／ｃｍ程度の樹脂を用いる。例えば、三菱レーヨンから市販され読み取り系スキャナーに多用されているものが好適である。

このようにＬＥＤプリントヘッドの両端に送風孔を設けて、その孔を通して、陽圧された冷却風をファンや、圧送ポンプなどの手段でヘッド内部のレンズ、ＬＥＤ素子アレイの間隙に導入する。

ＬＥＤ素子アレイの発光と同時に起こるジュール熱による発熱と、その赤外線による発光による輻射と素子表面上部の気体の熱伝導と対流により、レンズアレイの下部、素子に対向するレンズ面とその内部の温度が上昇する。この送風により、上記の暖められた気体を移動させ、その結果素子とレンズの昇温を抑制できる。移動させられた気体は側面に多数設けられた排気孔から外部へ排熱、排気される。

この際に送風孔を周辺から隔離して、チューブなどを介して送風すれば、周辺に漂うトナーなどの塵埃から素子、レンズ表面を防塵することが可能となる。また、送風孔に防塵のフィルターを設置することも有効である。

なお、レンズ支持体６４００への第１及び第２、第３の孔の形成は、アルミニウムの金属の成形時あるいは成形後に別途開口することにより行なうことができる。

また、いわゆる感光ドラムと、上述のＬＥＤヘッドとを対向して配置することにより画像形成装置を構成することができる。

本発明に斯かる発光装置は、スキャナヘッドやプリンタヘッドとして、産業上利用することができる。

本発明を説明するための模式図である。本発明を説明するための模式図である。本発明を説明するための模式図である。本発明に適用され得る発光素子の作製方法を示す模式図である。本発明に適用され得る発光素子の作製方法を示す模式図である。本発明に適用され得る発光素子の作製方法を示す模式図である。本発明に適用され得る発光素子の作製方法を示す模式図である。

符号の説明

１０００発光装置
１３００基台
１４００レンズ支持体
１５００レンズアレイ
１７００アレイ光源

Claims

アレイ光源を有する発光装置であって、
基板と、
前記基板上で、前記アレイ光源が第１の方向に複数個並んで構成されているアレイ光源群と、
前記アレイ光源を構成する発光素子から出力される光を集束させるためのレンズアレイと、
前記アレイ光源群と前記レンズアレイとの間に空洞を形成するためのレンズ支持体とを備え、
前記レンズ支持体には、前記空洞を流れる気体を、前記第１の方向に導入するための第１の孔と、前記空洞内に導入された前記気体を、前記第１の方向と交差し、前記基板に平行な第２の方向に排出するための第２の孔とを有し、
前記第１の孔には、前記空洞内の気体の圧力を上げるための陽圧手段が設けられていることを特徴とする発光装置。
前記レンズ支持体には、前記第２の孔が複数個、前記第１の方向に沿って設けられている請求項１記載の発光装置。
前記発光素子がＬＥＤであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
前記レンズ支持体には、複数の前記第２の孔が形成されている側面と対向する位置に、複数の第３の孔が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置、及び前記発光装置により光が照射され、静電潜像が形成される感光ドラムを有することを特徴とする画像形成装置。
発光装置の冷却方法であって、
基板上に並んでいる複数のアレイ光源と、レンズアレイと、前記アレイ光源及び前記レンズアレイとの間の位置関係を固定するためのレンズ支持体とで構成される間隙内に、複数の前記アレイ光源が並んでいる第１の方向に気体を流すと共に、前記第１の方向に流れている気体を、前記第１の方向と交差し、前記基板に平行な第２の方向に、複数に分けて排出することを特徴とする発光装置の冷却方法。