KR910003735B1 - 발광장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

발광장치
제 1 도는 종래의 발광장치.
제 2 도는 본 발명 발광장치의 프린터 헤드 기판의 사시도.
제 3 도는 본 발명 발광장치의 단면도.
제 4 도는 본 발명 발광장치의 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,1-1,1-2,…,1-M : 배열형 발광소자 칩 2 : 각 발광도르의 발광부
3,3-11, 3-21,…,3-N1,…,3-NM : 각 발광 도트의 배선 본딩패드
4 : 공통전극용 배선 또는 본딩 패드
5 : 본딩 와이어 6 : 프린터 헤드의 기판
7,7-11, 7-21, 7-31, 7-N1,…7-NM : 배선 패턴
8 : 반사면 9 : 구동용 IC
10,10-1, 10-2,…, 10-M : 각 발광소자 칩의 공통전극
11 : 헤드기판의 배선면, 기판면 θ : 각도
본 발명은 배열형 반도체 발광소자등을 이용하는 비충격형 프린터 헤드에 사용되는 발광장치에 관한 것으로, 특히 기판면에 평행한 방향으로 방사광을 방출하는 발광장치에 관한 것이다.
종래의 복사기와 프린터에 있어서, 배열형 반도체 발광소자를 광원으로 하여 방사광을 선상으로 드럼에 방출시키는 방법들이 일본 특허공보 소39-25849호등에 제안되어져 있다.
상기의 방법들은 헤드기판면에 수직방향으로 빛이 방사되는 구조이므로 드럼, 렌즈계와 광원계의 거리 조절시 프린터헤드의 기판이 방사방향으로 움직여야 하고 상기 기판면이 빛의 방사방향에 대하여 수직을 유지해야 된다. 따라서 감광 드럼면에 전하충전기, 토너, 전사기등의 부품이 중심축을 향해 배열되는 종래의 프린터에 있어서, 주변장치가 복잡하게 됨에 따라 발광장치 삽입부의 공간이 협소하게 되어 종래의 발광장치를 부착하기 어려워지게 되므로 이를 해결하기 위하여 공간을 넓혀야 하는 문제가 생기게 된다.
제 1 도는 종래의 발광장치의 주요부분 사시도로서 배열형 표면 발광형 광소자의 발광부(2)의 면은 프린터 헤드 기판(6)의 배선면(11)과 평행하고, 배열형 광소자 칩(1-1, 1-2,…,1-M)은 프린터 헤드의 기판(6)의 소정영역에 다이본딩(Die Bonding)되어져 있고, 상기 칩에 형성되어 있는 발광소자 패드(3-11,3-21,…,3-N1,…3-NM)는 본딩 와이어(Bonding Wire; 5)에 의하여 헤드 기판(6)위의 배선(7-11,7-21,…,7-N1,…,7-NM)과 각각 연결되어져 있다. 프린터 헤드의 기판(6)은 배면에 히트 싱크가 부착되기도 하는 세라믹, 특히 알루미나 계통의 절연체기판으로 이루어지며, 배선(7-11,7-21,…,7-NM)은 금 또는 구리등의 단층 또는 복합층으로 형성되어지고, 발광소자 칩(1-1,1-2,…1-M)은 GaAs나 GaP등 Ⅲ-V족 화합물 반도체 기판위에 확산이나 적층성장등의 통상적인 방법으로 다수개의 p-n접합을 발광부(2)부분에 형성되어지며, 다른 일면에 박막증착등의 방법으로 도전층(Al등)이 형성되어진다. 따라서 상기 발광소자칩의 일면에 형성된 다수개의 p-n접합은 다른 일면에 형성된 상기 도전층에 대하여 공통으로 병렬 연결되어 있으므로 상기 도전층은 다수개의 p-n접합에 대하여 공통전극(10)이 되게 된다.
상기한 종래의 발광장치에서 방사되는 빛은 발광부(2)의 면에 수직방향, 즉 헤드 기판(6)의 면에 수직으로 방사되므로, 드럼, 렌즈기계와의 정렬시 상기 문제점들이 발생하게 된다.
또한, 프린터 헤드당 M개의 발광소자 칩(1-1,1-2,…,1-M)으로 구성되어 있고, 각 칩당 N개의 발광요소가 존재하게 되어 전체적으로 N×M번의 와이어 본딩이 필요하게 된다. 400DPI의 15인치 발광소자 프린터 헤드는 N=128dots/chip, M=48chips/head로 구성되어 있으므로 패드에 대하여 6144(128×48)번의 와이어 본딩이 필요하게 되어 와이어 본딩을 위해서는 특수 기술을 필요로 하게 되는 문제점이 생기게 되며 400DPI이상의 고해상도 프린팅의 경우에는 상기 문제점들이 더욱 커지게 되며, 와이어 본딩이 가능하게 되어도 단락, 단선등이 쉽게 발생할 수 있게 되어 제품의 신뢰성을 저하시키게 되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 와이어 본딩의 수를 줄이거나 없애고 헤드 기판과 평행한 방향으로 빛을 방사하는 구조를 채택하여 헤드기판, 렌즈계, 드럼등의 정렬에 따른 문제점을 해결할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 프린터 헤드기판(6)의 한쪽 모서리에 기판면(11)과 소정의 각도(θ)를 이루는 반사면(8)을 형성하고, 발광소자 칩(1)의 일면에 다수개의 본딩 패드(3)와 발광부(2)를 형성하고, 상기 칩의 다른 일면에 공통전극(10)을 형성하고, 상기 본딩 패드와 같은 피치폭의 배선(7)을 상기 기판면(11)의 반사면(8)경계까지 형성하고, 상기 각 칩의 공통전극용 배선(4)을 상기 기판면(11)의 소정영역에 형성하고, 헤드 기판(6)위의 배선(7)에 배열형 발광소자 칩(1)의 본딩 패드(3)를 페이스 다운 본딩(face-downbonding)하고, 기판(6)위의 공통배선(4)과 상기 각 칩의 공통전극(10)을 와이어 본딩(wire-bonding)하거나 공통배선(4)없이 상기 각 칩의 공통전극(10)을 리본 본딩하여 서로 연결한 후 외부와 연결하고, 기판면(11)의 다른 한쪽에 구동용 IC(9)를 본딩되게 하여 칩(1)의 발광부(2)에서 방사되는 빛을 반사면(8)에서 반사되게 함을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부도면을 참조하여 일실시예를 들어 상세히 설명한다.
제 2 도 및 제 3 도와 제 4 도는 본 발명 발광장치 헤드 기판의 사시도 및 발광장치의 단면도와 사시도이다.
본 발명 발광장치의 헤드 기판(6)은 종래의 헤드 기판과 마찬가지로 절연, 열방출, 지지등이 용이한 세라믹 박막 또는 후막이나, 박막 또는 후막의 패턴 형성이 가능한 유리판 절연막이 코팅된 Cu 또는 Al기판등을 사용한다.
반사면(8)은 프레스, 절삭연마 또는 소성 가공등의 일반적인 방법으로 기판의 한쪽 모서리를 기판면(11)과 일정한 각도(θ)로 가공하고, 반사율이 좋은 Au, 혹은 Al등의 박막을 증착등의 방법으로 상기 반사면(8)에 코팅하거나 질화규소(Si3N4), 산화규소(SiO2), 또는 산화세슘(CeO3)등의 박막을 코팅한다. 통상적으로 일정한 각도(θ)는 45°로 하며, 필요에 따라서 임의의 각도(0°-90°)로 한다.
발광소자 칩(1-1,1-2,…,1-M)은 CaAs나 GaP등의 Ⅲ-V족 화합물 반도체 기판위에 확산이나 적층성장등의 통상적인 방법으로 다수개의 p-n접합을 발광부(2)부분에 형성되어지며, 다른 일면에 박막증착등의 방법으로 도전층(Al등)이 형성되어진다. 따라서 상기 발광소자 칩의 일면에 형성된 다수개의 p-n접합은 다른 일면에 형성된 상기 도전층에 대하여 공통으로 병렬 연결되어 있으므로 상기 도전층은 다수개의 p-n접합에 대하여 공통전극(10)이 되게 된다.
발광소자 칩(1)의 패드(3)와 접착될 부분은 AuSn을 접착하거나 별도의 솔더링(soldering)용 페이스트(paste)재료로 패드부분을 형성하게 되는데 양 패드의 전극 재료가 Au/Au이면 AuSn이나 Au 혹은 Ag 에폭시를 사용하고 Cu/Au 혹은 Al/Au이면 AuSn이나 PbSn, Ag 에폭시 혹은 기타재료를 사용한다.
상기 기판(6)의 일면에 박막 또는 후막 형성기술을 구사하여 도전성이 좋은 Cu, Au, Al등의 단층막 혹은 다층막을 형성한 후 사진 식각, 전사등의 방법으로 기판의 절연체 위에 발광소자 칩(1) 및 구동용 IC들(9)의 연결등을 위한 배선(7-11,7-21,7-31,…,7-N1, 7-12,…7-NM,4)등의 패턴을 형성한다. 이때 상기 발광소자 칩을 페이스 다운 본딩할 수 있도록 하기 위하여 상기 본딩 패드와 같은 피치폭의 배선(7,7-11,7-21,…)을 상기 기판면(11)의 반사면(8)경계까지 형성한다.
상기 각 칩의 공통전극용 배선(4)을 상기 각 칩에 대하여 1개이상 설정되어지게 한다.
다음에 통상적인 방법으로 제조된 발광소자 배열을 통상적인 정렬기 또는 적외선 정렬기를 사용하여 각 칩(1-1,1-2,…1-M)별로 기판위의 배선 패턴(7-11,7-21,…7-NM)과 정렬하고 페이스 다운 본딩하며 각 칩의 공통전극(10-1,10-2,…10-M)을 본딩 와이어(5)로 공통배선(4)에 연결하거나, 공통배선(4)없이 각 공통전극끼리 리본 본딩을 하여 외부로 도출한다.
구동용 IC(9)에서 나온 전기신호는 배선(7-11,7-21,…7-NM)을 통하여 발광소자 패드(3-11,3-21,…3-NM)에 전달되고 상기 신호는 각각의 p-n접합을 통하여 공통전극(10-1,10-2,…10-M)에 연결되어 각각의 발광부(2)에서 빛이 나오게 된다. 상기 빛은 광학계를 통하여 프린터계에 입사되어진다.
따라서 본딩 와이어 수가 대폭 감소하여 N×M개에서 칩수(M)의 수배로 줄어들거나, 극소수 혹은 1-2개의 본딩 리본으로 되며 발광부(2)에서 나온 빛은 45°의 반사면(8)에서 반사되어 헤드 기판(6)면에 평행한 방향으로 나올수 있게 된다.
300DPI인 인자의 경우 A3(297mm용)에서 헤드당 55칩, 3520도트 즉 3520패드에 대하여 와이어 본딩이 필요한 종래의 발광장치에 비하여 같은 조건의 실시의 경우 칩당 공통 전극배선 2회이면 와이어 본딩수를 2×55=110회로 줄일 수 있게 된다. 400DPI의 경우 패드의 2열 배열시 종래에는 폭이 100㎛였으나 본 발명의 경우는 폭이 약 55㎛되어 현재의 기술수준이 배선폭 20㎛, 간격 20㎛로 성장하였을때 635DPI정도까지 해상도를 높일 수 있게 된다. 또한 발광부인 pn접합부에서 대부분의 열이 발생되므로 방열부인 헤드 기판쪽에 pn접합을 가까이 할 수 있어 방열을 용이하게 하여 방열효과에 의한 안정된 동작을 할 수 있으며, 빛의 방사방향을 기판면과 평행하게 하여 헤드 기판의 취부 정렬등을 용이하게 할 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 기판(6)의 한쪽 모서리에 기판면(11)과 소정의 각도(θ)를 이루는 반사면(8)을 형성하고, 상기 기판(6)의 면(11)에 배선(7,7-11,…)및 공통전극용 배선(4)을 형성하고 그 위에 다수개의 발광부(2)의 배열을 갖는 발광소자 칩(1,1-1,…,1-M)을 본딩하되 상기 발광부가 반사면(8)과 서로 마주보도록 본딩하여 각 발광부(2)의 패드(3,3-1,…)가 배선(7,7-1,…)과 서로 마주보게 하고, 공통전극(10,10-1,10-2,…)을 본딩하여 서로 연결됨을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 공통전극 배선(4)이 없고 칩의 전극(10,10-1,10-2,…)이 1개이상의 본딩 와이어 또는 본딩 리본으로 본딩되어 공통전극으로 연결됨을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 반사면(8)은 세라믹 등의 절연체 헤드 기판(6)인 경우 Al, Cu, Au 또는 Ag등의 박막 또는 후막으로 코팅되고, 도전성 방열판위에 절연체가 코팅된 헤드 기판의 경우에는 상기 박막이 코팅되거나 방열판 자체가 경면 연마됨을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 반사면(8)위에 질화규소, 산화규소, 또는 산화세륨등이 피막 코팅되어 있음을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 헤드 기판(6)의 재질이 절연물이 코팅된 도전성 기판의 경우, 도전성 기판의 재료가 Al, 두랄루민, Cu, Cu합금계 등의 충분한 지지강도 및 방열 특성을 갖고, 절연물은 PCB용 절연수지나 SOG(Spin on glass)등의 절연체를 사용함을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 발광부(2) 혹은 기판면(11)과 반사면(8)이 이루는 각도(θ)은 0°-90°사이의 일정한 각이 됨을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 발광부(2)에서 방사되는 방사광은 기판면(11)과 45°의 각도로 이루어진 반사면(8)에 반사되어 기판면(11)에 평행하게 나아감을 특징으로 하는 발광장치.
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