KR20090124970A - 발광 장치, 광주사 장치 및 화상 형성 장치 - Google Patents

발광 장치, 광주사 장치 및 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

발광 장치는 면발광 레이저 및 세라믹 패키지를 포함한다. 이 면발광 레이저는, 후면에 공통 전극을 가지며, 이 공통 전극을 통하여 이 세라믹 패키지에 탑재된다. 면발광 레이저의 공통 전극은, 세리믹 패키지의 탑재부에 전기적으로 접속된다. 이 탑재부는 세라믹 패키지의 후면의 후면 전극에 전기적으로 접속된다. 또한, 탑재부는 세라믹 패키지를 관통하는 관통 전극을 통하여 세라믹 패키지의 후면의 후면 방열 전극에 열적으로 접속된다. 면발광 레이저는 관통 전극으로부터 이격되어 광 출사 방향으로의 경사를 방지한다. 후면 방열 전극은, 발광 장치가 땜납 접합에 의해 기판 상에 탑재되는 경우에 땜납된 부분의 파괴를 방지한다.
Figure P1020090046938
면발광 레이저

Description

발광 장치, 광주사 장치 및 화상 형성 장치{LIGHT EMITTING APPARATUS, OPTICAL SCANNING APPARATUS, AND IMAGE FORMING APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 발광 장치, 광주사 장치 및 화상 형성 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 개선된 방열 특성을 가지는 발광 장치, 광주사 장치 및 화상 형성 장치에 관한 것이다.
수직 공진기형 면발광 레이저(VCSEL; 이하, 면발광 레이저로 지칭됨)는 반도체 기판에 수직한 방향으로 레이저광을 출사한다. 반도체 기판에 평행한 방향으로 레이저광을 출사하는 단부면 발광 반도체 레이저와 비교하여, 상기 면발광 레이저는, 가격이 저렴하고, 전력을 덜 소비하며, 보다 좋게 기능하며, 크기가 더 작다. 따라서, 상기 면발광 레이저는 예를 들어 광통신용 광원 또는 프린터의 기록용 광원으로서 최근에 주목받고 있다.
특히, 면발광 레이저를 이용하면, 단부면 발광 반도체 레이저로는 불가능하였던 반도체 레이저 소자의 2 차원 어레이 구조를 형성할 수 있다. 상기 면발광 레이저 소자의 2 차원 어레이 구조는 광원을 고밀도로 집적하여, 고출력의 레이저광을 발진시킨다.
면발광 레이저 소자가 2차원적으로 배열되는 경우, 작은 면적으로부터 다량의 열이 발생되므로, 충분한 방열이 요구된다. 상기 면발광 레이저에서의 방열이 불충분하게 되면, 각각의 면발광 레이저 소자의 온도는 증가한다. 그 결과, 각각의 면발광 레이저 소자에서 캐리어의 유도 방출이 발생하기 어렵게 되어, 발광 효율이 저하한다. 또한, 발진 파장이 변동하거나, 또는 상기 소자 자체의 수명이 짧아지게 된다.
따라서, 면발광 레이저 소자의 온도 상승을 방지하기 위하여, 면발광 레이저 자체의 특성이 중요할 뿐 아니라 면발광 레이저의 패키지도 높은 내구성 및 우수한 방열 특성을 가져야 한다.
이 점에서, 세라믹 패키지는, 수지와 같은 유기계 재료로 이루어지는 유기계 패키지에 비하여 우수한 내구성, 방열 특성 그리고 내열성 및 내식성을 제공한다. 따라서, 세라믹 패키지는 면발광 레이저 소자를 탑재하기에 적합하다.
일본 공개 특허 공보 제2004-28549호는, 종래의 면발광 레이저 소자와 같은, 발광 소자를 탑재하기 위한 세라믹 패키지를 개시한다. 상기 세라믹 패키지는, 발광 소자가 배치되는 캐비티(이하,“개구부”라 함)를 상기 패키지의 상면의 중앙부에 포함한다. 상기 개구부의 바닥면의 대략 중앙부에, 도체층이 탑재부를 제공하기 위하여 금속화에 의해 형성되며, 상기 도체층 위에는 발광 소자가 접합되어 있다. 탑재부로서의 도체층 주위의 영역은 와이어 본딩용 도체층을 형성하기 위하여 금속화된다(금속 배선 형성 단계).
이러한 세라믹 패키지는, 이하의 단계들을 수반할 수도 있는 세라믹 그린 시 트(green sheet) 적층법에 의해 제조될 수도 있다. 먼저, 펀칭가공된 부분을 가지는 그린 시트는, 개구부가 형성될 수 있도록 적층되므로, 적층체를 획득한다. 상기 적층체의 개구부의 바닥면은, 예를 들어 스크린 인쇄법에 의해 금속화층(금속 배선층)을 형성하기 위한 도체 페이스트로 코팅된다. 따라서, 상기 도체 페이스트로 코팅된 그린 시트를 고온에서 소성하여 금속화층을 가지는 세라믹 소결체를 획득한다.
발광 장치가 상기 세라믹 패키지에 면발광 레이저를 탑재함으로써 구성되는 경우에, 이하의 문제점이 존재한다. 즉, 면발광 레이저가 상술된 세라믹 패키지의 탑재부에 탑재되는 경우, 방열은 수지를 이용한 유기계 패키지와 비교하여 우수한 방열 특성을 가지는 세라믹 재료 및 상기 탑재부의 공통 전극에만 의존한다. 방열 특성을 적극적으로 개선시키기 위한 다른 방안이 취해지지 않으므로, 방열이 불충분하게 된다.
전술한 공통 전극은, 복수의 면발광 레이저 소자가 배열된 면발광 레이저의 하부 전극들을 결합하는 단일 전극이다. 면발광 레이저가 상기 세라믹 패키지에 탑재되는 경우, 공통 전극은 일반적으로 바닥측에 배치되고, 땜납 접합에 의해 또는 전기 도전성 접착체를 이용함으로써 상기 세라믹 패키지의 그라운드 단자에 전기적 및 열적으로 접속된다. 따라서, 이 경우에, 면발광 레이저의 공통 전극은 세라믹 패키지의 그라운드 단자 및 그라운드 배선을 통하여 그라운드에 전기적으로 접속된다. 그러나, 그라운드 단자 및 그라운드 배선은 상기 면발광 레이저에 의해 생성되어 상기 그라운드 단자 및 그라운드 배선을 통하여 방열될 수 있는 열량을 제한하는 제한된 단면적을 가진다.
또한, 온도가 발광 개시 및 발광 정지에 대응하여 반복적으로 상승 및 하강함에 따라, 면발광 레이저를 가진 세라믹 패키지를 프린트 기판에 탑재하는 경우, 상기 세라믹 패키지와 프린트 기판 사이의 열팽창 계수의 차이에 의해 반복 응력이 발생된다. 상기 응력은 프린트 기판과 세라믹 패키지 사이에서 땜납 접합된 단자 전극의 주위에 집중되어, 땜납 접합 부분을 파괴한다.
또한, 면발광 레이저를 광통신용 광원 또는 프린터의 기록 광원으로 이용하는 경우에는, 광 출사 방향이 변하여, 광학 부품과 결합되는 경우에 개별적인 조정이 필요하게 되어, 생산성을 저하시킨다.
전술한 그린 시트 적층법에 의해 형성된 세라믹 패키지에서, 후면, 탑재면, 및 상면은 그린 시트면에 의해 형성되며, 여기서 평행도가 확보될 수 있다. 면발광 레이저는, 반도체 기판 표면에 수직한 방향으로 광을 출사하는 특징을 가진다. 따라서, 면발광 레이저가 세라믹 패키지의 개구부의 바닥면에 제공된 탑재부에 탑재되는 경우, 출사되는 광은 세라믹 패키지의 바닥면 또는 세라믹 패키지의 상면에 실질적으로 수직하게 된다.
그러나, 관통 전극이 세라믹 패키지의 개구부의 바닥면으로부터 세라믹 패키지의 후면까지 상기 세라믹 패키지를 관통하는 방열 전극으로서 형성되면, 상기 관통 전극 주위의 영역은 그린 시트에 비어 홀을 형성하는 공정에 의해 상승하게 되므로, 표면 요철이 발생한다. 면발광 레이저가 이러한 상승 부분에 탑재되는 경우, 면발광 레이저가 경사지게 되어, 광의 출사 방향도 상기 세라믹 패키지의 상면의 법선에 대하여 경사지게 된다.
본 발명의 일반적인 목적은, 하나 이상의 전술한 문제점들을 제거하는 발광 장치, 광주사 장치 및 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 더욱 구체적인 목적은, 열팽창 계수의 차이로 인한 땜납 접합 부분의 파괴를 방지하고 광 출사 방향의 경사가 발생하지 않게 되는, 우수한 방열 특성을 가지는 발광 장치, 광주사 장치, 및 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 발광 장치는, 상면에 배치된 복수의 개별 전극 및 하면에 배치된 공통 전극을 포함하는 면발광 레이저; 및 개구부, 및 상기 개구부의 바닥면에 상기 면발광 레이저를 탑재하기 위하여 배치된 금속 탑재부를 포함하는 세라믹 패키지를 구비한다.
상기 면발광 레이저의 상기 공통 전극은, 상기 금속 탑재부와 전기적으로 접속된다. 상기 세라믹 패키지는 상기 세라믹 패키지의 후면의 가장자리에 배치되는 제1 후면 전극 및 상기 세라믹 패키지의 후면의 중앙부에 배치되는 후면 방열 전극을 포함한다. 상기 공통 전극이 전기적으로 접속되는 상기 금속 탑재부는, 공통 전극 리드(lead)를 통하여 상기 세라믹 패키지의 후면의 가장자리에 배치되는 제 2 후면 전극에 전기적으로 접속된다. 상기 제 2 후면 전극은 그라운드에 접속된다.
상기 금속 탑재부는, 또한 상기 세라믹 패키지의 상기 개구부의 바닥면과 상기 세라믹 패키지의 후면 사이에서 상기 세라믹 패키지를 관통하는 관통 전극을 통하여 상기 후면 방열 전극에 열적으로 접속된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 피주사면을 광으로 주사하는 광주사 장치 는, 상기 발광 장치; 상기 발광 장치에 의해 출사된 광을 편향시키도록 구성되는 편향기; 및 상기 편향기에 의해 편향된 광을 상기 피주사면 상에 집광하도록 구성되는 주사 광학계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 화상 형성 장치는 상기 광주사 장치 및 피주사면을 가지는 화상 캐리어(carrier)를 포함한다. 상기 광주사 장치는 상기 화상 캐리어의 피주사면을 화상에 대한 정보를 가진 광으로 주사하여 상기 화상 캐리어의 피주사면 상에 화상을 형성한다.
본 발명에 의하면, 방열 특성이 우수하고, 프린트 기판과의 열팽창 계수 차이에 기인하는 파괴를 방지하며, 광의 출사 방향의 경사가 발생하지 않는 발광 장치, 광주사 장치 및 화상 형성 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시형태들을 도면을 참조하여 설명하며, 여기서 동일한 참조 부호는 일부 도면들 전반에 걸쳐서 동일한 또는 대응 부분을 나타낸다.
(제 1 실시형태)
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 발광 장치(50)를 설명한다. 도 1은 발광 장치(50)의 개략적인 평면도이다. 도 2는 상기 발광 장치(50)의 후면을 나타낸다. 도 3은 도 1의 라인 A-A에 따라 취해진 단면을 나타낸다. 도 4는 발광 장치(50)의 평면도로서, 도 1의 파선에 의해 둘러싸인 영역 S의 확대도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 발광 장치(50)는 면발광 레이저 어레이(10) 및 상기 면발광 레이저 어레이(10)를 탑재하기 위한 세라믹 패키지(20)를 포함한다. 상기 면발광 레이저 어레이(10)는 복수의 면발광 레이저 소자(11), 상기 복수의 면발광 레이저 소자(11)에 대응하는 복수의 개별 전극(12), 및 공통 전극(13)을 포함한다. 상기 세라믹 패키지(20)는 패키지 기판(21); 탑재부(31); 후면 전극(32); 후면 방열 전극(33); 개별 전극 리드(34); 공통 전극 리드(35); 및 관통 전극(36)을 포함한다. 상기 면발광 레이저 어레이(10)는 상기 탑재부(31)에 탑재되어, 전기 도전성 접착제를 통하여 또는 땜납 접합에 의해 상기 탑재부(31)에 전기적으로 그리고 열적으로 접속된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 면발광 레이저 소자(11)는 일체의 반도체 기판 상에 2차원으로 배열된다. 제 2 실시형태를 참조하여 후술하는 바와 같이, 발광 장치(50)는 광주사 장치(900)의 광원 유닛(110)으로서 기능할 수도 있다.
본 실시형태에 따르면, 면발광 레이저 소자(11)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 4행 × 10열의 어레이로 배열될 수도 있다. 행 방향 및 열 방향은, 면발광 레이저 어레이(10)가 제 2 실시형태에 따른 광주사 장치(900)에 통합되는 경우의 피주사면에서, 각각 주주사 방향 및 부주사 방향에 대응한다. 면발광 레이저 소자(11)는 부주사 방향으로 계단 형상의 방식으로 어긋나게 배치된다. 상기 면발광 레이저 어레이(10)는 각 변이 1.2㎜인 정방형의 칩 크기를 가질 수도 있다. 각각의 면발광 레이저 소자(11)는 각 변이 25㎛인 정방형의 소자 크기를 가질 수도 있다.
도 3을 참조하면, 상기 패키지 기판(21)은 기판 바닥부(24)와 상기 기판 바닥부(24)의 상부 외주면에 일체적으로 형성되는 기판 상승부(raised portion)(25)를 포함한다. 상기 기판 상승부에 의해 둘러싸인 기판 바닥부(24) 위의 공간은 상기 패키지 기판(21)의 개구부(22)를 제공한다. 로킹 방식으로 패키지 덮개(23)를 고정시키는 상기 기판 상승부(25)에 단차부를 형성하여, 개구부(22)를 폐쇄한다.
상기 기판 상승부(25)에 의해 둘러 싸이고 개구부(22)를 규정하는 기판 바닥부(24)의 상부면은, 개구부(22)의 바닥면(26)으로 지칭된다.
상기 패키지 기판(21)은, 알루미나 소결체 또는 질화 알루미늄 소결체와 같이, 유기계 재료 보다 더 높은 열도전성을 가지는 재료로 이루어져 있다.
패키지 덮개(23)는 면발광 레이저 어레이(10)를 보호할 뿐만 아니라 상기 면발광 레이저 어레이(10)로부터의 레이저광을 세라믹 패키지(20)에서부터 상측으로 출사시키기 위한 윈도우를 제공한다. 상기 패키지 덮개(23)는 단지 면발광 레이저 어레이(10)에 의해 출사되는 레이저광에 대하여 투명해야 하지만, 특히 다른 점에 있어서는 한정되지 않는다. 패키지 덮개(23)는, 광학용 유리, 석영 유리 또는 알루미나 단결정(소위 “사파이어 유리”)과 같은, 투명한 무기 재료의 기판을 포함할 수도 있다.
탑재부(31)는 상기 바닥부(26)의 중앙부를 금속화함으로써 형성된다. 상기 탑재부(31)는 상기 면발광 레이저 어레이(10)에 대한 베이스를 제공할 뿐만 아니라 면발광 레이저 어레이(10)의 후면의 공통 전극(13)과 전기적으로 접속되는 전극으로서 기능한다. 상기 탑재부(31)는 평면에서 볼 때 상기 면발광 레이저 어레 이(10)의 후면 전체를 커버하도록 하는 크기를 가진다. 평면에서 볼 때의 상기 탑재부(31)의 크기는 각 변이 2.4 ㎜인 정방형일 수도 있다.
도 2를 참조하면, 복수의 후면 전극(32)은 세라믹 패키지(20)의 후면의 주변 가장자리에 미리 결정된 간격으로 배치될 수도 있다. 상기 후면 전극(32)은 외부 기판에 상기 발광 장치(50)를 탑재하거나 또는 외부 접속선에 접속하는데 사용될 수도 있다. 상기 후면 전극(32)의 개수는 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어, 정방형 패키지 기판(21)의 측면 마다 미리 결정된 간격으로 12개의 후면 전극(32)을 제공한다. 12 개 중, 내부의 10개는 대응하는 개별 전극(12)과의 접속에 사용될 수 있다. 이 경우에, 전체 40개의 개별 전극(12)은 측면 주위 일대의 후면 전극(32)에 접속된다.
이 경우, 상기 정방형의 지정된 각 측면의 단부(32a)이거나 전체 8개의 후면 전극(32a) 중 하나에서의 후면 전극들 중 2개는, 면발광 레이저 소자(11)의 개별 전극(12) 대신에 공통 전극(13)에 접속된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 후면 방열 전극(33)은 실질적으로 상기 세라믹 패키지(20)의 후면 전반에 걸쳐서 연장된다. 후면 방열 전극(33)은, 이후에 상세히 설명되는 바와 같이, 관통 전극(36)을 통해 탑재부(31)에 열적으로 접속되어, 상기 발광 장치(50)에 의해 생성된 열을 방열시킨다. 후면 방열 전극(33) 전체가, 프린트 기판으로부터 열을 방열시키기 위한 단자 전극에 접속되는 경우에, 후면 방열 전극(33)은, 또한 상기 세라믹 패키지(20)의 후면 전극(32)과 프린트 기판의 단자 전극 사이의 땜납 접합의 파괴 또는 박리를 방지하도록 기능한다. 땜납 접합 부분 의 이러한 파괴 또는 박리는, 발광의 개시 및 정지에 대응하여 온도가 상승 및 하강함에 따라, 세라믹 패키지(20)와 프린트 기판 사이의 열 팽창 계수의 차이에 의해 야기된다.
후면 방열 전극(33)은 세라믹 패키지(20)의 후면 가장자리에 있는 후면 전극(32)으로부터 미리 결정된 거리로 이격된다. 따라서, 후면 방열 전극(33)은 형상에 있어서 세라믹 패키지(20)와 유사하다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 개별 전극 리드(34)는 기판 바닥부(24)의 상면에 배치되며, 탑재부(31)로부터 이격되어 있다. 특히, 각각의 개별 전극 리드(34)는, 탑재부(31)의 외주로부터 미리 결정된 거리로 떨어진 포인트로부터 서로 교차하지 않고 세라믹 패키지(20)의 가장자리를 향하여 연장된다. 상기 개별 전극 리드(34)는 상기 패키지 기판(21)의 측면에 도달할 때 까지 추가로 연장된 후, 상기 패키지 기판(21)의 하부 가장자리를 돌아서, 최종적으로 상기 패키지 기판(21)의 후면의 가장자리에서 후면 전극(32)에 도달한다.
상기 개별 전극 리드(34)는 복수의 면발광 레이저 소자(11)의 개별 전극(12)을 상기 패키지 기판(21)의 후면의 가장자리에서의 복수의 후면 전극(32)에 1 대 1 관계로 접속한다. 각각의 개별 전극(12)은 와이어(37)를 통하여 대응하는 전극 리드(34)에 와이어 본딩된다. 평면에서 볼 때의 개별 전극 리드(3)의 패턴 형상은 특별히 한정되지 않는다. 도 1 내지 도 4에 도시된 방사 패턴은 단지 일례이며, 여기서 개별 전극 리드(34)는 패키지 기판의 중앙으로부터 가장자리를 향하여 방사상으로 연장되어 배선 거리를 감소시킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공통 전극 리드(35)는, 기판 바닥부(24)에 배치되고, 탑재부(31)에 전기적으로 접속된다. 특히, 공통 전극 리드(35)는, 대략 정방형 탑재부(31)의 4 코너의 각각의 선단 부근으로부터 인출된다. 상기 공통 전극 리드(35)는 패키지 기판(21)의 측면 위로 인출될 때 까지, 개별 전극 리드(34) 중 어느 것과 교차하지 않고 상기 선단 부근으로부터 추가적으로 연장된다. 그 후, 상기 공통 전극 리드(35)는 상기 패키지 기판(21)의 측면의 하부 가장자리를 돌아서, 결국에는 상기 패키지 기판(21)의 후면 전극의 가장자리에 있는 후면 전극(32)에 접속된다.
상기 공통 전극 리드(35)는, 면발광 레이저 어레이(10)의 후면에 형성된 면발광 레이저 소자(11)의 공통 전극(13)을 패키지 기판(21)의 후면의 각 측면의 단부에 있는 전체 8 개의 후면 전극(32a)에 접속된다. 평면에서 볼 때의 상기 공통 전극 리드(35)의 패턴 형상은 특별히 한정되지 않는다. 도 1 내지 도 4에 도시된 방사 패턴은 단지 일례이며, 여기서 공통 전극 리드(35)는 상기 패키지 기판의 중앙으로부터 가장자리를 향하여 방사상으로 연장되어 배선 거리를 감소시킨다.
상기 관통 전극(36)은 세라믹 패키지(20)의 개구부의 바닥면(26)과 세라믹 패키지(20)의 후면 사이의 기판 바닥부(24)를 관통한다. 상기 관통 전극(36)은 상기 탑재부(31)를 후면 방열 전극(33)에 열적으로 접속시킨다. 상기 관통 전극(36)은 면발광 레이저 어레이(10)가 탑재되어 있지 않은 상기 탑재부(31)의 영역 아래에 배치된다. 특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 관통 전극(36)은, 평면에서 볼 때, 상기 탑재부(31)의 중앙에 탑재된 면발광 레이저 어레이(10)를 둘러싸도록 배치된다. 본 실시형태에 따르면, 총 8 개의 관통 전극(36)이 도 1에 도시된 바와 같이 형성될 수도 있다.
상술된 바와 같이, 상기 면발광 레이저 어레이(10)의 공통 전극(13)은 먼저 탑재부(31)에 전기적 및 열적으로 접속된다. 상기 탑재부(31)는 관통 전극(36)을 통하여 후면 방열 전극(33)에 전기적 및 열적으로 접속된다. 따라서, 상기 면발광 레이저 어레이(10)에 의해 생성된 열은 상기 탑재부(31) 및 상기 관통 전극(36)을 통하여 후면 방열 전극(33)으로 전달된다.
상기 관통 전극(36) 및 후면 방열 전극(33)이 없는 상태로, 상기 면발광 레이저 어레이(10)에 의해 생성된 열은, 상기 탑재부(31) 및 상기 공통 전극 리드(35)를 통하여 그라운드에 접속된 후면 전극(32a)으로 전달된다. 이 경우에, 열 전달 경로는 단면적이 더 작아지며, 열을 효율적으로 방열시킬 수 없다.
따라서, 관통 전극(36) 및 후면 방열 전극(33)은, 면발광 레이저 어레이(10)에 의해 생성된 열을 상기 탑재부(31)와 상기 관통 전극(36)을 통하여 효율적으로 전달할 수 있다. 그 결과, 면발광 레이저 어레이(10)의 온도 증가를 제어하고, 면발광 레이저 어레이(10)의 열화를 방지할 수 있어, 면발광 레이저 어레이(10)의 수명을 연장시킬 수 있다.
이하, 패키지 기판(21)의 금속화를 포함한 세라믹 패키지의 제조 방법을 설명한다.
패키지 기판(21)은 특별히 한정되지 않으며, 공지의 세라믹 패키지를 구비할 수도 있다. 상기 패키기 기판의 재료의 일례는, 주성분으로서 알루미나를 함유하 는 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramic); 유리 및 알루미나의 복합 재료인 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic); 및 주성분으로서 질화 알루미늄을 함유하는 AlN 패키지를 포함한다.
HTCC 패키지의 경우에, 재료 분말은, 소결 보조제로서의 산화 망간, 실리카, 마그네시아 및 칼시아(calcia)의 분말 각각의 일정 중량%를 알루미나 분말과 혼합시킴으로써 제조될 수도 있다. LTCC 패키의 경우에, 분산된 형태로 유리와 세라믹 분말을 포함하는 혼합 분말을 사용할 수도 있다. AlN 패키지의 경우에, 재료 분말은 소결 보조제로서의 Y2O3 및 CaO의 분말 각각의 일정 중량%를 AlN 분말과 혼합시킴으로써 제조될 수도 있다.
당해 분야에 공지된 유기 바인더 및 용제를 상기 재료 분말에 첨가하고 혼련하여 슬러리를 준비한다. 그 후, 공지의 닥터 블레이드법에 의해 상기 슬러리로부터 그린 시트를 제조한다. 대안적으로, 당해 분야에 공지된 바와 같이, 상기 혼합 분말에 유기 바인더를 첨가하여, 프레스 성형 및 압연(rolling)에 의해 그린 시트를 제조할 수도 있다.
패키지 기판에 관통 전극을 형성하기 위하여, 그린 시트을 제조한 이후에, 50 내지 250㎛의 직경을 가진 비어 홀을, 마이크로 드릴을 이용하거나 또는 몰드를 이용한 펀칭에 의해 형성할 수 있다. 본 실시형태에서, 200㎛의 직경을 가지는 비어 홀을 형성할 수도 있다.
그 후, 상기 그린 시트에 이와 같이 제공된 비어 홀을, 도체 페이스트로 충 전시키고, 상기 도체 페이스트를 예를 들어 스크린 인쇄법 또는 그라비아 인쇄법에 의해 도포하여 원하는 배선 패턴을 형성할 수 있다.
상기 도체 페이스트는, 도체 성분으로서 텅스텐 또는 몰리브덴을 포함할 수도 있다. 알루미나 소결체와 도체층 사이의 부착성을 더 향상시키기 위하여, 10 중량%의 알루미나 분말을 도체 페이스트에 첨가할 수도 있다. LTCC 패키지의 경우에, 은 또는 구리를 사용할 수도 있다.
그 후, 도체 페이스트를 인쇄도포한 그린 시트를 적절히 배치하면서 적층 및 압착시켜 적층체를 획득한다. 그 후, 상기 적층체를 소성하여 상기 그린 시트를 세라믹 형태로 만듦으로서 패키지 기판을 획득한다. HTCC 패키지의 경우에, 소성은 약 1600℃의 온도에서 수행될 수도 있다. LTCC 패키지의 경우에, 소성 온도는 약 850℃일 수도 있다. AlN 패키지의 경우에, 소성 온도는 약 1800℃일 수도 있다.
일례로서, 상기 패키지 기판에 형성된 도체층의 표면에 니켈 도금을 한 후, 그 표면을 추가적으로 Au 도금하여 금속화를 행하였다. 그 후, 이와 같이 준비된 패키지 기판(21)의 탑재부(31)를 전기 도전성 페이스트로 코팅하고, 면발광 레이저 어레이(10)를 상기 탑재부(31) 위에 탑재하였다. 그 후, 경화(오븐을 이용하여 100℃ 내지 200℃의 온도에서 수십 분 동안)를 수행함으로써, 면발광 레이저 어레이(10)를 상기 탑재부(31)에 부착하였다. 그 후, 상기 개구부(22)의 바닥면의 개별 전극 리드(34)를, 와이어(37)를 통하여 면발광 레이저 어레이(10)의 개별 전극(12)에 와이어 본딩함으로써 전기적으로 접속시켰다.
최종적으로, 투명 기판으로 이루어질 수도 있는 패키지 덮개(23)로 개구부(22)를 폐쇄한다. 그 후, 상기 패키지 덮개(23)는, 수지로 밀봉될 수도 있다. 따라서, 상기 세라믹 패키지(20)에 면발광 레이저 어레이(10)가 탑재된 발광 장치를 획득한다.
도 1, 도 5 및 도 6을 참조하여, 레이저광의 출사 방향을 상기 세라믹 패키지의 개구부의 바닥면의 법선 방향으로 평행하게 정렬시키기 위한 본 실시형태에 따른 발광 장치 기구를 설명한다.
도 5는 본 실시형태에 따른 발광 장치의 개략적인 단면을 나타낸다. 도 6은 발광 장치의 관통 전극 부근의 높이를 도시하는 그래프를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 관통 전극(36)의 100 내지 150㎛ 내에서, 약 5㎛의 높이를 가진 상승 부분 R이 존재한다. 이 상승 부분 R은, 그린 시트의 제조에 이어서 마이크로 드릴 또는 몰드를 사용한 펀칭에 의한 비어 홀의 형성시,또는 상기 비어 홀이 도체 페이스트로 충전되고 상기 도체 페이스트가 인쇄 도포되는 경우에 발생된다.
상기 면발광 레이저 어레이(10)가, 면발광 레이저 어레이(10)의 후면이 상기 관통 전극(36) 주위의 상승 부분 R에 부분적으로 놓여지도록 탑재되는 경우에, 상기 면발광 레이저 어레이(10)의 후면은, 개구부의 바닥면(26)에 대하여 경사지게 된다. 그 결과, 상기 면발광 레이저 어레이(10)로부터 출사된 광은, 상기 세라믹 패키지(20)의 상면 또는 후면의 법선 방향에 대하여 경사지게 된다. 따라서, 상기 면발광 레이저 어레이(10)는, 상기 면발광 레이저 어레이(10)의 후면의 일부가 상 기 관통 전극(36) 주위의 상승 부분 R에 놓이지 않도록 설치되어야 한다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 상기 관통 전극(36)은, 상부에 상기 면발광 레이저 어레이(10)가 탑재되지 않는 탑재부(31)의 영역에 제공된다.
또한, 관통 전극(36) 주위의 상승부 R의 영향을 완전히 제거하기 위하여, 상기 면발광 레이저 어레이(10)의 후면의 일부가 상기 관통 전극(36) 주위의 상승 부분 R에 놓이지 않도록 하는 것만으로는 충분하지 않다. 도 6에 도시된 바와 같이, 관통 전극(36)이 0.2㎜의 직경을 가진 경우, 상기 관통 전극(36) 주위의 100㎛ 내지 150㎛의 영역에서 약 5㎛의 높이를 가진 상승 부분 R이 존재한다. 따라서, 관통 전극(36)과 면발광 레이저 어레이(10)는, 도 5에서 도시된 바와 같이, 평면에서 볼 때 거리 L 만큼 이격된다. 특히, 거리 L은 0.2㎜ 이상이 될 수도 있다.
이 경우에, 관통 전극(36)은 도 1에 도시된 바와 같이 배열될 수도 있으며, 여기서, 직사각형의 면발광 레이저 어레이(10)가, 평면에서 볼 때 상기 탑재부(31)의 중앙에, 전체 8개의 관통 전극(36)에 의해 둘러싸여 탑재된다. 상기 8 개의 관통 전극(36)은 면발광 레이저 어레이(10)의 4 코너에 4개가 위치되며, 나머지 4개는 상기 4 코너의 상기 4 개의 관통 전극들 중 인접한 관통 전극들의 중간점에 위치된다.
면발광 레이저 어레이(10)가 한 변이 1.2㎜인 정방형으로 되며, 상기 면발광 레이저 어레이(10)의 측면들 중 하나의 단부 사이에 5㎛의 높이 차가 생성되는 경우, tan-1(5/1200)=0.24°의 경사각이 발생하며, 이는 출사각의 변동을 ± 0.5° 이 내로 감소시켜야 하는 경우에 불량의 주요 원인이 된다. 한편, 면발광 레이저 어레이(10) 및 관통 전극(36)이 평면에서 볼 때 0.2㎜ 이상 이격되어 있는 경우, 면발광 레이저 어레이(10)의 측면의 단부들 사이의 높이 차는 1㎛ 이내로 감소될 수 있으므로, 경사각은 tan-1(1/1200)=0.05°이내에 포함될 수 있다.
도 7을 참조하여, 본 실시형태에 따른 발광 장치(50)가 프린트 기판(40)에 탑재된 조립체를 설명한다. 또한, 상기 프린트 기판에 탑재된 이후의 땜납 접합 부분의 열 이력으로 인한 박리를 방지하는 효과를 설명한다.
도 7의 개략적인 단면에 도시된 바와 같이, 프린트 기판(40)은 프린트 기판(“PB”) 기체(41)를 포함한다. PB 기체(41)의 상면에, 각각 상기 발광 장치(50)의 후면 전극(32) 및 후면 방열 장치(33)에 대응하는, PB 상면 전극(42) 및 PB 상면 방열 전극(43)이 형성되어 있다. 상기 PB 기체(41)의 하면에, PB 후면 방열 전극(44)이 형성되어 있다. 또한, 관통 전극(45)은 상기 PB 상면 방열 전극(43) 및 상기 PB 후면 방열 전극(44)과 열적으로 접속하도록 상기 PB 기체(41)을 통하여 형성된다.
상기 발광 장치(50)는, 상기 후면 전극(32)과 PB 상면 전극(42)이 땜납(46)을 이용하여 땜납 접합되는 상태로, 상기 프린트 기판(40) 상에 탑재된다. 상기 후면 방열 전극(33) 및 상기 PB 상면 방열 전극(43)은 또한 땜납(46)에 의해 접속된다. 그 결과, 면발광 레이저 어레이(10)의 개별 전극(12)은, 상기 세라믹 패키지(20)의 개별 전극 리드(34)와 상기 세라믹 패키지(20) 후면의 후면 전극(32)을 통하여 상기 PB 상면 전극(42)과 전기적으로 접속된다.
상기 면발광 레이저 어레이(10)의 공통 전극(13)은, 상기 세라믹 패키지(20)의 탑재부(31) 및 공통 전극 리드(35) 그리고 그라운드에 접속되는 상기 세라믹 패키지(20) 후면의 후면 전극(미도시)을 통하여, 그라운드에 접속되는 PB 상면 전극(미도시)에 전기적으로 접속된다.
또한, 상기 면발광 레이저 어레이(10)의 공통 전극(13)은, 상기 세라믹 패키지(20)의 탑재부(31), 관통 전극(36), 및 후면 방열 전극(33)을 통하여 상기 PB 상면 방열 전극(43)에 열적으로 접속된다. 또한, 상기 공통 전극(13)은 상기 PB 관통 전극(45)을 통하여 상기 PB 후면 방열 전극(44)에 열적으로 접속된다.
실질적으로 상기 세라믹 패키지(20)의 후면 전반에 걸쳐서 형성되는 후면 방열 전극(33)은, 땜납 접합에 의해 상기 PB 상면 방열 전극(43)에 열적으로 접속된다. 예를 들어, 상기 프린트 기판(40)의 땜납 접합 전극 부분에 땜납 페이스트를 도포하고, 개별 땜납 전극 위치를 정렬시키도록 상기 프린트 기판(40)에 상기 발광 장치(50)를 탑재하고, 이어서 리플로우 처리를 수행한다.
상기 PB 기체(41)의 재료는 특별히 한정되지는 않지만, FR-4와 같은 범용의 유리 에폭시 수지를 사용할 수도 있다.
면발광 레이저 어레이(10)의 개별 전극(12)과 공통 전극(13) 사이에서 전압 인가를 개시 또는 정지하는 경우, 발광이 개시 또는 정지된다. 이에 따라, 상기 면발광 레이저 어레이(10)는 열을 발생시키는 것을 개시 또는 정지하여, 온도의 상승 및 하강을 반복시키므로, 열 이력이 생성된다. 상기 세라믹 패키지의 알루미나 세라믹스의 열팽창 계수는 7ppm/℃인 반면에, 상기 PB 기체(41)의 유리 에폭시 수지의 열팽창 계수는 14ppm/℃ 내지 16ppm/℃이다. 상기 열팽창 계수에서의 이러한 큰 차이는, 세라릭 패키지(20)의 후면 전극(32)과 PB 상면 전극(42)이 결합되는 땜납 부분(46)에 인가되는 반복 응력을 생성한다. 그 결과, 상기 땜납 부분에 피로가 발생하여 결국에는 상기 땜납 부분을 파괴시킬 수도 있다.
본 발명의 이 실시형태에 따르면, 세라믹 패키지(20) 및 프린트 기판(40)은, 후면 전극(32 및 32a)과 PB 상면 전극(42) 사이 뿐만 아니라 후면 방열 전극(33)과 PB 상면 방열 전극(43) 사이에서 땜납 접합에 의해 접속된다. 이 경우에, 후면 방열 전극(33)이 실질적으로 상기 세라믹 패키지(20)의 후면 전반에 걸쳐서 형성되기 때문에, 상기 세라믹 패키지(20)와 상기 프린트 기판(40) 사이의 접합 면적이 현저하게 증가한다.
예를 들어, 상기 세라믹 패키지(20)의 후면이 각 변이 14㎜인 정방형이고, 48 개의 후면 전극(32 및 32a) 각각이 각 변이 1㎜인 정방형이며, 상기 후면 방열 전극(33)이 각 변이 10㎜인 정방형인 경우, 상기 후면 전극(32 및 32a) 단독의 전체 면적은 48㎟이 된다. 한편, 상기 48 개의 후면 전극(32 및 32a)의 전체 면적과 상기 후면 방열 전극(33)의 면적은 148㎟이고, 이는 접합 면적이 약 3 배 증가되었음을 나타낸다.
단위 면적 당 땜납 접합 강도는 변하지 않는다고 가정하면, 접합 면적에서의 3 배 증가는 또한 접합 강도에서의 3 배 증가로 전환된다. 상기 후면 방열 전극(33)을 또한 땜납접합시킨 경우에 열 이력에 의해 생성된 응력은 변하지 않기 때 문에, 상기 후면 방열 전극(33)과 프린트 기판(40) 사이의 추가적인 땜납 접합은, 상기 세라믹 패키지(20)와 상기 프린트 기판(40)의 조립체가 열 이력에서의 더 큰 반복 횟수의 온도의 상승 및 하강을 견딜수 있게 한다.
따라서, 본 실시형태에 따른 발광 장치는, 개선된 방열 특성을 나타내며, 상기 세라믹 패키지(20)와 프린트 기판(40) 사이의 열팽창 차이로 인한 파괴에 견딜 수 있어, 광 출사 방향이 경사지는 것이 방지된다.
본 실시형태에 따르면, 상기 세라믹 패키지의 후면 전반에 걸쳐서 실질적으로 후면 방열 전극이 형성되는 반면에, 상기 후면 방열 전극은, 충분한 방열을 확보할 수 있는 한, 세라믹 패키지 후면 전극의 중앙부에 제공될 수도 있다.
(제 1 실시형태의 제 1 변형예 )
이하, 본 발명의 제 1 실시형태의 제 1 변형예에 따른 발광 장치를 도 8a 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8a 및 도 8b는 면발광 레이저 어레이를 탑재하기 이전에, 본 변형예에 따른 발광 장치의 세라믹 패키지의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 9는 도 8a의 라인 B-B에 따라 취해진 발광 장치의 단면도이다.
본 변형예에 따른 발광 장치는, 상기 관통 전극이 면 발광 레이저 아래에 제공될 수도 있다는 점에서 제 1 실시형태에 따른 발광 장치와는 다르다.
도 8a 및 도 9를 참조하면, 본 변형예에 따른 발광 장치(50a)에서, 관통 전극(36a)은, 면발광 레이저 어레이(10)가 탑재되는 부분의 아래의 탑재부(31)에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 상기 관통 전극(36a)의 전체 개수는 도시된 바와 같 이 9개 이며, 이는 제 1 실시형태에 따른 8 개보다 하나 더 많다. 각각의 관통 전극(36a)의 직경은, 제 1 실시형태에서와 같이 0.2㎜일 수도 있다.
상기 면발광 레이저 어레이(10) 바로 아래에 관통 전극(36a)을 제공함으로써, 상기 면발광 레이저 어레이(10)가 탑재되는 부분에 약 5㎛의 높이차가 발생될 수 있다. 그러나, 상기 면발광 레이저 어레이(10) 바로 아래의 관통 전극(36a)은, 상기 탑재부(31)로부터 상기 후면 방열 전극(33)까지의 열전달 경로의 단면적을 증가시켜, 방열을 더욱 좋게 한다. 따라서, 온도 상승으로 인한 면발광 레이저 어레이(10)의 특성 열화 또는 수명 저하를 방지할 수 있다.
관통 전극(36a)의 개수는 방열 특성을 개선시키기 위하여 추가로 증가될 수도 있다. 예를 들어, 도 8b에 도시된 바와 같이 13개의 관통 전극(36a)이 사용될 수도 있다.
(제 1 실시형태의 제 2 변형예)
이하, 본 발명의 제 1 실시형태의 제 2 변형예에 따른 발광 장치를 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한다.
도 10은 제 1 변형예에 따른 발광 장치의 후면을 개략적으로 나타낸다. 도 11은 제 2 변형예에 따른 발광 장치의 개략적인 단면을 나타낸다. 도 12는 제 2 변형예에 따른 발광 장치가 프린트 기판에 탑재되는 조립체의 개략적인 단면을 나타낸다.
제 2 변형예에 따른 발광 장치는, 후면 방열 전극이 5 개 부분으로 분할되어 있다는 점에서 제 1 실시형태와 다르다.
도 10 및 도 11을 참조하여, 5 개로 분할된 후면 방열 전극(33b)을 세라믹 패키지(20b)의 후면에 형성한다. 5 개로 분할된 후면 방열 전극(33b) 각각은, 관통 전극(36b)을 통하여 탑재부(31)에 열적으로 접속된다. 따라서, 후면 방열 전극들이 분리되더라도, 제 2 변형예에 따른 발광 장치는 제 1 실시형태에서와 같이 높은 방열 특성을 나타낸다.
이하, 프린트 기판에 탑재되는 세라믹 패키지(20b)의 조립체를 도12를 참조하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 세라믹 패키지(20b)는 땜납(46)을 통한 땜납 접합에 의해 프린트 기판(40b) 상에 탑재되므로 5 개로 분할된 후면 방열 전극(33b)은 PB(printed-board) 상면 방열 전극(43b)과 열적으로 접속된다. 복수의 후면 방열 전극(33b)과 상기 PB 상면 방열 전극(43b) 사이의 갭을 언더필 재료(47)로 충전시킨다. 따라서, 발광 장치(50b)의 후면 전체는 복수의 후면 방열 전극(33b) 및 언더필 재료(47)를 통하여 프린트 기판(40b)과 결합된다.
상기 발광 장치(50b)의 후면 전체와 프린트 기판(40b)과의 결합은, 상기 발광 장치(50b)와 상기 프린트 기판(40b) 사이의 열적 접속을 개선시킨다. 또한, 이 결합은 열팽창차에 의해 땜납 접합 부분이 파괴되는 것을 방지한다.
제 2 변형예에서, 후면 방열 전극은 5개로 분리된 부분으로 이루어져 있는 반면에, 상기 후면 전극은, 방열이 상기 세라믹 패키지에 대하여 전체적으로 균일하게 발생할 수 있도록 상기 분리된 부분이 대략 2회 대칭 또는 4회 대칭의 형상을 가지는 한, 어떤 개수 또는 형상으로 분할될 수도 있다.
(제 1 실시형태의 제 3 변형예)
이하, 도 13을 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태의 제 3 변형예에 따른 발광 장치를 설명한다.
도 13은 제 3 변형예에 따른 발광 장치의 개략적인 단면을 나타내며, 이는 히트싱크가 상기 후면 방열 전극에 접속되어 있다는 점에서 제 1 실시형태와 다르다.
도 13에 도시된 바와 같이, 발광 장치(50c)에서, 히트싱크(48)는 제 1 실시형태에서의 프린트 기판(40c) 대신에 후면 방열 전극(33)에 접속된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 히트싱크(48)는 외부와 열을 교환하는 것을 촉진시키기 위한 핀(fin)(49)을 포함한다. 따라서, 면발광 레이저 어레이(10)에 의해 생성되어 공통 전극(13), 탑재부(31) 및 관통 전극(36)을 통하여 히트싱크(48)로 전달된 열은 외부로 효율적으로 방열될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 히트싱크(48)에는 수냉식 또는 공랭식(미도시)의 냉각 기구가 추가적으로 제공될 수도 있으므로, 발광 장치로부터의 열은 더욱 더 효율적으로 외부로 방열될 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 발광 장치에 따르면, 후면 방열 전극의 프린트 기판에 설치된 히트싱크는 방열 효과를 개선시킬 수 있다.
(제 2 실시형태)
도 14 및 도 15를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 다른 광주사 장치를 설명한다.
본 실시형태에 따른 광주사 장치는, 광원 유닛으로서, 제 1 실시형태 및 상기 제 1 실시형태의 제 1 내지 제 3 변형예 중 어느 하나에 따른 발광 장치를 포함한다. 발광 장치에 의해 출사된 광은 편향기 및 주사 광학계에 의해 피주사면 상에 집광된다.
도 14는 제 2 실시형태에 따른 광주사 장치의 구조의 개략도를 나타낸다. 도 15는 면발광 레이저 어레이에 형성된 각각의 면발광 레이저 소자 및 광주사 장치가 주사하는 방향 사이의 관계를 개략적으로 나타낸다.
도 14를 참조하면, 광주사 장치(900)는 면발광 레이저 어레이(10)를 포함하는 광원 유닛(110); 커플링 렌즈(111); 애퍼처(112); 원통형 렌즈(113); 다각형 미러(114); fθ 렌즈(115); 토로이달 렌즈(116); 미러(117 및 118); 및 전술한 유닛들을 통괄적으로 제어하는 주 제어기(미도시)를 포함한다.
광원 유닛(110)에 의해 출사된 광빔은 커플링 렌즈(111)에 의해 실질적으로 평행한 광으로 변경된다. 상기 커플링 렌즈(111)를 통과한 광빔의 크기는 애퍼처(112)에 의해 규정되고, 상기 애퍼처(112)를 통과한 광빔은 원통형 렌즈(113)에 의해 미러(117)를 통해 다각형 미러(114)의 반사면에 집광된다.
상기 다각형 미러(114)는 높이가 낮은 6각 기둥이며, 측면에 형성된 6개의 편향면을 가진다. 다각형 미러(114)는 도 14의 화살표 방향으로 일정한 각속도로 회전 기구(미도시)에 의해 회전된다. 따라서, 광원 유닛(110)에 의해 출사되어 원통형 렌즈(113)에 의해 다각형 미러(114)의 편향면에 집광된 광빔은, 다각형 미러(114)가 회전함에 따라 일정한 각속도로 편향된다.
fθ 렌즈(115)는 다각형 미러(114)로부터의 광빔의 입사각에 비례한 상(image) 높이를 가진다. 따라서, fθ 렌즈(115)는, 다각형 미러(114)에 의해 일정한 각속도로 편향되는, 광빔의 상(image)면을 주주사 방향에 대하여 일정한 속도로 이동시킨다. 토로이달 렌즈(116)는 상기 fθ 렌즈(115)로부터의 광빔을 미러(118)를 통하여 광감체 드럼(901)의 표면 상에 결상한다.
광주사 장치(900)에서, 면발광 레이저 어레이(10)가 도 15에 도시된 바와 같이 배열되는 경우, 면발광 레이저 소자(11)의 중심은 부주사 방향으로 등간격(d2)으로 배치된다. 따라서, 각각의 면발광 레이저 소자(11)의 점등 타이밍을 조정함으로써, 광원들이 부주사 방향으로 등간격으로 감광체 드럼(901) 위에 배열되는 경우와 동일한 효과를 획득할 수 있다.
예를 들어, 면발광 레이저 소자(11)가 부주사 방향으로 26.5㎛의 피치 d1을 가지는 경우, 간격 d2는 2.65㎛이다. 광학계가 2배인 배율을 가지는 경우, 기록 도트는 부주사 방향으로 5.3㎛의 간격으로 감광체 드럼(901) 위에 형성될 수 있다. 이는 4800 dpi(dots per inch)의 고밀도 기록에 대응한다. 주주사 방향의 면발광 레이저 소자(11)의 개수를 증가시키고, 피치 d1 및 간격 d2를 감소시키거나 또는 광학계의 배율을 감소시키는 것 중 어느 하나에 의해 더 높은 해상도에서의 인쇄를 수행할 수 있다. 주주사 방향의 기록 간격은 광원의 점등 타이밍을 제어함으로써 용이하게 제어될 수 있다.
이 경우에, 기록 도트 밀도가 증가하는 경우에도 면발광 레이저 소자(11)는 높은 단일 기본 횡모드 출력을 발생시킬 수 있기 때문에, 인쇄 속도를 저하시키지 않고 인쇄를 수행할 수 있다. 즉, 기록 도트 밀도가 동일한 경우에 인쇄 속도를 더욱 증가시킬 수 있다.
본 실시형태에 따른 광주사 장치(900)는, 제 1 실시형태 및 상기 제 1 실시형태의 제 1 내지 제 3 변형예 중 어느 하나에 따른 발광 장치를 포함한다. 따라서, 상기 면발광 레이저 어레이(10)의 각각의 면발광 레이저 소자(11)에서의 온도 상승이 감소되므로, 피치 d1=26.5㎛ 및 간격 d2=2.65㎛의 경우에도, 각각의 면발광 레이저 소자(11)는 고출력 광빔을 출력할 수 있다. 또한, 광주사 장치(900)의 장기간 신뢰성(소자 수명)이 개선될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 실시형태의 광주사 장치(900)에 따르면, 광원 유닛(110)은 면발광 레이저 어레이(10)를 포함하며, 고해상도 잠상(latent image)은 감광체 드럼(901)의 표면 상에 고속으로 형성될 수 있다.
(제 3 실시형태)
도 16을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 화상 형성 장치를 설명한다.
본 발명의 제 3 실시형태에 따른 화상 형성 장치는, 도 16에 도시된 레이저 프린터(500)를 구비할 수도 있다. 상기 레이저 프린터(500)는 제 2 실시형태에 따른 광주사 장치(900) 및 상기 광주사 장치에 의해 광학적으로 주사된 피주사면을 가지는, 감광체 드럼과 같은 하나 이상의 화상 캐리어를 포함한다.
도 16을 참조하면, 레이저 프린터(500)는 광주사 장치(900); 감광체 드럼(901); 차저(charger)(902); 현상 롤러(903); 토너 카트리지(904); 클리닝 블레 이드(905); 급지 트레이(906); 급지 롤러(907); 레지스트 롤러쌍(908); 전사 차저(911); 제전(neutralizing) 유닛(914); 정착 롤러(909); 배지 롤러(912); 및 배지 트레이(910)를 포함한다.
상기 차저(902), 현상 롤러(903), 전사 차저(911), 제전 유닛(914) 및 클리닝 블레이드(905)는, 감광체 드럼(901)의 표면 부근에, 상기 감광체 드럼(901)의 회전 방향으로, 차저(902)→현상 롤러(903)→전사 차저(911)→제전 유닛(914)→클리닝 블레이드(905)의 순서로 배치된다.
감광체 드럼(901)의 표면에, 감광층을 형성한다. 도 16에 도시된 예시적인 일례에서, 감광체 드럼(901)은 시계 방향(화살표에 의해 표시된 방향)으로 회전된다. 차저(902)는 감광체 드럼(901)의 표면을 균일하게 대전시킨다.
그 후, 상기 광주사 장치(900)로부터 상위 장치(퍼스널 컴퓨터 등)로부터의 화상 정보에 기초하여 변조된 광을 이용하여 상기 광감체 드럼(901)의 대전된 표면을 조사한다. 그 결과, 화상 정보에 대응하는 잠상은 상기 감광체 드럼(901)의 표면 상에 형성된다. 그 후, 상기 잠상은 상기 감광체 드럼(901)이 회전함에 따라 상기 현상 롤러(903)로 이송된다.
토너 카트리지(904)는 현상 롤러(903)에 공급되는 토너를 저장한다. 현상 롤러(903)는 토너를 상기 감광체 드럼(901) 상의 잠상에 부착시켜 화상 정보를 현상한다. 그 후, 상기 현상된 화상은, 감광체 드럼(901)이 회전함에 따라 상기 전사 차저(911)로 이송된다.
급지 트레이(906)는 기록지(913)를 포함한다. 기록지(913)는 급지 트레 이(906) 부근에 배치되는 급지 롤러(907)에 의해 급지 트레이(906)로부터 한번에 한 장씩 취출된다. 그 후, 상기 급지 롤러(907)에 의해 취출된 기록지(913)를, 상기 전사 차저(911) 부근에 배치된 레지스트 롤러쌍(901)에 의해 유지하면서 상기 감광체 드럼(901)의 회전과 보조를 맞추어 상기 감광체 드럼(901)과 상기 전사 차저(911) 사이의 갭으로 송출한다.
전사 차저(911)에는 토너와 반대 극성의 전압이 공급되어 감광체 드럼(901)의 표면 상의 토너는 기록지(913)를 향하여 전기적으로 인출된다. 따라서, 상기 전압은, 상기 감광체 드럼 표면 상의 현상된 화상을 기록지(913)에 전사시키게 한다. 상부에 전사된 화상을 가지는 기록지(913)를 정착 롤러(909)로 송출한다.
정착 롤러(909)는 상기 기록지(913)에 열과 압력을 인가하여 상기 기록지(913) 상의 토너를 정착시킨다. 상부에 정착된 토너를 가지는 기록지(913)는 최종적으로 배지 롤러(912)를 통하여 배지 트레이(910)로 배지되어 상기 배지 트레이(910)에 적층된다.
상기 감광체 드럼(901)의 표면은 제전 유닛(914)에 의해 제전된다. 감광체 드럼(901)의 표면 상의 나머지 토너(잔류 토너)를 클리닝 블레이드(905)에 의해 제거한다. 제거된 잔류 토너는 재사용될 수도 있다. 그 후, 상기 잔류 토너를 제거한 감광체 드럼(901)의 표면은 차저(902)의 위치로 되돌아간다.
본 실시형태에 따르면, 레이저 프린터(500)는 제 2 실시형태에 따른 광주사 장치(900)를 포함한다. 광주사 장치(900)의 광원 유닛(110)은 제 1 실시형태에 따른 발광 장치(50)를 포함한다. 따라서, 광원 유닛(110)은 상기 광감체 드럼(901) 의 표면 상에 고해상도의 잠상을 고속으로 형성할 수 있다.
바람직하게, 광원 유닛(110)은 제 1 실시형태의 제 1 내지 제 3 변형예 중 어느 하나에 따른 발광 장치를 포함할 수도 있다. 이 경우에도, 상기 감광체 드럼(901)의 표면 상에 고해상도의 잠상을 고속으로 형성할 수 있다.
전술한 실시형태는 하나의 감광체 드럼(901)을 사용하므로 화상 형성 장치는 예를 들어 흑색 토너를 이용하여 흑백 화상만을 형성할 수 있다. 그러나, 또 다른 실시형태에 따른 화상 형성 장치는, 컬러 화상을 형성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 화상 형성 장치는, 컬러 화상에 적합한 광주사 장치를 포함하는 텐덤형 컬러 레이저 프린터를 포함할 수도 있으며, 여기서 흑색(K), 청록색(C), 심홍색(M) 및 노란색(Y)용의 복수의 감광체 드럼이 제공된다.
본 발명을 어떤 실시형태들을 참조하여 상세히 설명하였지만, 이하의 청구범위에 기술되고 규정된 바와 같이 본 발명의 범위 및 사상 내에서 변형 및 변경이 존재한다.
본 발명의 이러한 및 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부 도면들과 함께 읽혀질 때, 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 발광 장치의 평면도.
도 2는 제 1 실시형태에 따른 발광 장치의 후면을 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 도 1의 라인 A-A에 따라 취해진, 제 1 실시형태에 따른 발광 장치의 단면도.
도 4는 도 1의 파선에 의해 둘러싸인 영역 S의 확대 평면도.
도 5는 제 1 실시형태에 따른 발광 장치의 또 다른 단면도.
도 6은 제 1 실시형태에 따른 발광 장치의 관통 전극 주위의 높이 변화를 도시하는 그래프.
도 7은 제 1 실시형태에 따른 발광 장치가 프린트 기판 상에 탑재되는 조립체의 단면도.
도 8a는 제 1 실시형태의 제 1 변형예의 일례를 나타내는 도면.
도 8b는 제 1 실시형태의 제 1 변형예의 또 다른 일례를 나타내는 도면.
도 9는 도 8a의 라인 B-B에 따라 취해진, 제 1 실시형태의 제 1 변형예에 따른 발광 장치의 단면도.
도 10은 제 1 실시형태의 제 2 변형예에 따른 발광 장치의 후면을 개략적으로 나타내는 도면.
도 11은 제 1 실시형태의 제 2 변형예에 따른 발광 장치의 단면도.
도 12는 제 1 실시형태의 제 2 변형예에 따른 발광 장치가 프린트 기판 상에 탑재되는 조립체의 단면도.
도 13은 제 1 실시형태의 제 3 변형예에 따른 발광 장치의 단면도.
도 14는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광주사 장치의 단면도.
도 15는 면발광 레이저 소자가 배치되는 제 2 실시형태에 따른 광주사 장치의 면발광 레이저 어레이에서, 면발광 레이저 소자와 피주사면 사이의 관계를 나타내는 도면.
도 16은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 화상 형성 장치로서의 레이저 프린터를 개략적으로 나타내는 도면.

Claims (10)

  1. 발광 장치로서,
    상면에 배치된 복수의 개별 전극 및 하면에 배치된 공통 전극을 포함하는 면발광 레이저; 및
    개구부 및 상기 개구부의 바닥면에 상기 면발광 레이저를 탑재하기 위하여 배치된 금속 탑재부를 포함하는 세라믹 패키지를 구비하며,
    상기 면발광 레이저의 상기 공통 전극은, 상기 금속 탑재부와 전기적으로 접속되며,
    상기 세라믹 패키지는 상기 세라믹 패키지의 후면의 가장자리에 배치되는 제1 후면 전극 및 상기 세라믹 패키지의 후면의 중앙부에 배치되는 후면 방열 전극을 포함하며,
    상기 공통 전극이 전기적으로 접속되는 상기 금속 탑재부는, 그라운드에 접속되고 공통 전극 리드(lead)를 통하여 상기 세라믹 패키지의 후면의 가장자리에 배치되는 제 2 후면 전극에 전기적으로 접속되며,
    상기 금속 탑재부는, 상기 세라믹 패키지의 상기 개구부의 바닥면과 상기 세라믹 패키지의 상기 후면 사이에서 상기 세라믹 패키지를 관통하는 관통 전극을 통하여 상기 후면 방열 전극에 열적으로 접속되는 것인 발광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통 전극 리드는, 상기 세라믹 패키지의 상기 개구부의 바닥면으로부터 상기 세라믹 패키지의 측면으로 인출되고, 상기 세라믹 패키지의 측면의 하부 가장자리 주위로 추가적으로 연장되어 상기 세라믹 패키지의 후면에 도달하는 것인 발광 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 후면 방열 전극은 상기 세라믹 패키지의 후면 전반에 걸쳐서 형성되는 것인 발광 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 면발광 레이저가 탑재되지 않은 상기 금속 탑재부의 영역 아래에 복수의 관통 전극이 제공되는 것인 발광 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 관통 전극 각각은, 평면에서 볼 때 상기 면발광 레이저로부터 0.2㎜ 이상 이격되어 있는 것인 발광 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 후면 방열 전극은, 복수의 후면 방열 전극 부분을 포함하고, 상기 복수의 후면 방열 전극 부분 각각은, 상기 관통 전극을 통하여 상기 금속 탑재부에 열 적으로 접속되는 것인 발광 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 세라믹 패키지는, 프린트 기판에 땜납 접합되며,
    상기 세라믹 패키지의 상기 복수의 후면 방열 전극 부분과, 상기 세라믹 패키지의 후면의 가장자리에 있는 상기 상기 제 1 및 제 2 후면 전극 사이의 갭은 언더필 재료로 충전되는 것인 발광 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 후면 방열 전극에는 히트싱크가 부착되는 것인 발광 장치.
  9. 피주사면을 광으로 주사하는 광주사 장치로서,
    제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 발광 장치;
    상기 발광 장치에 의해 출사된 광을 편향시키도록 구성되는 편향기; 및
    상기 편향기에 의해 편향된 광을 상기 피주사면 상에 집광하도록 구성되는 주사 광학계를 포함하는 광주사 장치.
  10. 화상 형성 장치로서,
    제 9 항에 기재된 광주사 장치; 및
    피주사면을 가지는 화상 캐리어를 포함하며,
    상기 광주사 장치는 상기 화상 캐리어의 피주사면을 화상에 대한 정보를 가지는 광으로 조사하여 상기 화상 캐리어의 상기 피주사면 상에 화상을 형성하는 것인 화상 형성 장치.
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