(57)【要約】【課題】  発光素子から発せられた光を照射対象物に効率良く照射することができる発光装置、画像形成装置、及び発光装置の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る発光装置１は、発光素子５と、発光素子５上に設けられた集光レンズ７と、発光素子５と集光レンズ７との間に介在する光ガイド部材９と、を備えている。光ガイド部材９は、発光素子５及び集光レンズ７の双方に接合されるとともに、外部空間の屈折率より大きい屈折率を有する。【選択図】  図１
2010258291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子上に設けられた集光レンズと、
前記発光素子と前記集光レンズとの間に介在する光ガイド部材と、
を備え、
前記光ガイド部材は、前記発光素子及び前記集光レンズの双方に接合されるとともに、外部空間の屈折率より大きい屈折率を有することを特徴とする、発光装置。
【請求項２】
前記発光素子は、発光ダイオードであることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記光ガイド部材及び前記集光レンズは、フォトレジストで形成さ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。
【請求項４】
前記発光素子が複数並べて設けられており、前記集光レンズ及び前記光ガイド部材が前記各発光素子に対応して複数設けられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の発光装置と、
前記発光素子から発せられる光が照射されることで表面に画像が記録される記録媒体を、該記録媒体の前記表面と前記集光レンズとを対向させた状態で、該記録媒体の該表面と該集光レンズとを相対的に移動させる移動装置と、
を備えることを特徴とする、画像形成装置。
【請求項６】
発光素子と、該発光素子上に設けられた集光レンズと、該発光素子と該集光レンズとの間に介在し、該発光素子及び該集光レンズの双方に接合された光ガイド部材と、を備える発光装置の製造方法であって、
前記発光素子が一方の表面上に設けられた基板を準備する工程と、
前記基板の前記一方の表面上に第１のフォトレジストを塗布する工程と、
前記第１のフォトレジスト上に第２のフォトレジストを塗布する工程と、
前記第１のフォトレジスト及び前記第２のフォトレジストをパターニングして、前記発光素子上にそれぞれ、前記第１のフォトレジストからなる前記光ガイド部材と、前記第２のフォトレジストからなる前記集光レンズとを形成する工程と、
を備えることを特徴とする、発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１のフォトレジストは、化学増幅型フォトレジストであることを特徴とする、請求項６に記載の発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２のフォトレジストは、非化学増幅型フォトレジストであることを特徴とする、請求項６又は７に記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置、画像形成装置、及び発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード等の発光素子から発せられた光を、照射対象物へ照射するように構成された発光装置が種々提案されている。例えば、特許文献１には、複数の発光ダイオードを列状に並べて構成されたＬＥＤヘッドと、このＬＥＤヘッドに対向して配置されたレンズアレイとを備えた発光装置が記載されている。この発光装置では、発光ダイオードから発せられた光を、レンズアレイに入射させ、レンズアレイによって集光された光を照射対象物に照射するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３０５６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の発光装置では、ＬＥＤヘッドとレンズアレイとが離間して配置されているため、発光ダイオードから放射状に発せられる光をレンズアレイに効率良く入射させることができなかった。その結果、発光ダイオードの光を、照射対象物に効率良く照射することができないという問題があった。
【０００５】
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、発光素子から発せられた光を照射対象物に効率良く照射することができる発光装置、画像形成装置、及び発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子上に設けられた集光レンズと、前記発光素子と前記集光レンズとの間に介在する光ガイド部材と、を備えている。そして、前記光ガイド部材は、前記発光素子及び前記集光レンズの双方に接合されるとともに、外部空間の屈折率より大きい屈折率を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る画像形成装置は、上記発光装置と、上記発光素子から発せられる光が照射されることで表面に画像が記録される記録媒体を、該記録媒体の前記表面と前記集光レンズとを対向させた状態で、該記録媒体の該表面と該集光レンズとを相対的に移動させる移動装置と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る発光装置の製造方法は、発光素子と、該発光素子上に設けられた集光レンズと、該発光素子と該集光レンズとの間に介在し、該発光素子及び該集光レンズの双方に接合された光ガイド部材と、を備える発光装置を製造する方法である。この発光装置の製造方法は、前記発光素子が一方の表面上に設けられた基板を準備する工程と、前記基板の前記一方の表面上に第１のフォトレジストを塗布する工程と、前記第１のフォトレジスト上に第２のフォトレジストを塗布する工程と、前記第１のフォトレジスト及び前記第２のフォトレジストをパターニングして、前記発光素子上にそれぞれ、前記第１のフォトレジストからなる前記光ガイド部材と、前記第２のフォトレジストからなる前記集光レンズとを形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発光素子から発せられた光を照射対象物に効率良く照射することができる発光装置、画像形成装置、及び発光装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る発光装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の発光装置の製造工程の一実施形態を示す断面図である。
【図３】図２に示す製造工程に対する比較例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。なお、ここでは、本発明に係る発光装置を画像形成装置に適用した場合の一実施形態について説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態に係る発光装置１は、画像形成装置１０に適用されたものである。本実施形態における画像形成装置１０は、発光装置１から所定の離間位置に記録媒体１１を保持しつつ、記録媒体１１を発光装置１に対して移動させる移動装置１３を備えている。
【００１３】
本実施形態では、記録媒体１１として、フォトクロミック化合物を用いた公知の電子ペーパーを使用している。また、移動装置１３は、記録媒体１１を挟持する対をなすローラー１３ａと、このローラー１３ａを回転させる図示しない駆動装置とを備えている。そして、このローラー１３ａを回転させることで、記録媒体１１が搬送されるようになっている。
【００１４】
発光装置１は、基板３と、基板３上に列をなして複数（図示例では、７個）並べて設けられた発光素子５と、各発光素子５上に設けられた複数の集光レンズ７と、各発光素子５と各集光レンズ７との間に介在する複数の光ガイド部材９とを備えている。
【００１５】
基板３は、例えば、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）からなる半導体基板で構成される。そして、本実施形態では、この基板３上に発光素子５として、公知の半導体製造プロセスを用いて、複数の発光ダイオードが形成されている。この発光ダイオードにおける半導体積層構造は、所望の発光波長に応じて適宜形成すればよく、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ等のIII−V族化合物半導体によって形成することができる。また、発光素子５の形状は、平面視矩形状や平面視円形状等、適宜設定すればよい。
【００１６】
また、図示しないが、各発光素子５を形成する各発光ダイオードのｐ型半導体領域及びｎ型半導体領域にはそれぞれ電極が接続されており、この電極から発光ダイオードに電流を供給することで、発光ダイオードが発光するようになっている。また、複数の発光ダイオードのうちから電流を供給する発光ダイオードを選択することで、発光ダイオードで形成される発光素子５を選択的に発光させることができる。
【００１７】
集光レンズ７は、後述するように第２のフォトレジストで形成されている。この集光レンズ７は、発光素子５から発せられ、光ガイド部材９を透過した光を、対向して配置された記録媒体１１へ集光させるようになっている。また、この集光レンズ７の屈折率は、後述する光ガイド部材９の屈折率より小さく、且つ、光を放出する外部空間の屈折率より大きいことが好ましい。こうすることで、発光素子５からの光が集光レンズ９を介して外部空間へ効率良く出射される。
【００１８】
光ガイド部材９は、各発光素子５と各集光レンズ７との間に介在するとともに、各発光素子５及び各集光レンズ７の双方に接合されている。また、光ガイド部材９は、後述するように第１のフォトレジストで形成され、外部空間の屈折率（空気の場合は、約１．０）より大きい屈折率を有している。なお、集光レンズ７及び光ガイド部材９の形状は、平面視矩形状や平面視円形状等、適宜設定すればよく、発光素子５の形状と同一形状にしてもよいし、異形状にしてもよい。
【００１９】
この光ガイド部材９は、このように発光素子５に接合されているため、発光素子５から発せられた光を、外部空間を介さずに直接的に光ガイド部材９内へ取り入れることが可能となっている。さらに、この光ガイド部材９は、外部空間の屈折率より大きい屈折率を有しているため、内部に取り入れられた光を外部空間へ漏らし難くなっている。そのため、発光素子５から発せられた光を集光レンズ７へ効率良く案内することが可能になっている。
【００２０】
本実施形態に係る画像形成装置では、発光素子５から発せられた光が、光ガイド部材９によって集光レンズ７へ案内され、集光レンズ７に到達した光が集光レンズ７によって集光されて記録媒体１１へ照射される。こうすることで、発光した発光素子５に対応する記録媒体１１の表面上の位置に光が照射され、記録媒体１１表面の光照射部分が発色する。そして、記録媒体１１上に形成したい文字や線図等の所望の画像に応じて、発光素子５を選択的に発光させつつ、移動装置１３によって記録媒体１１を搬送することによって、記録媒体１１上に所望の画像が形成される。
【００２１】
次に、本実施形態に係る発光装置１の製造方法の一実施形態について、図２（ａ）〜図２（ｈ）を参照しつつ説明する。
【００２２】
まず、図２（ａ）に示すように、複数の発光素子５が一方の表面上に設けられた基板３を準備する。複数の発光素子５は、例えば、上記のように公知の半導体製造プロセスを用いて形成されている。各発光素子５の高さは、例えば、１〜１０μｍとする。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、複数の発光素子５が設けられた基板３の表面上に、第１のフォトレジストＲ１を塗布する。本実施形態では、第１のフォトレジストＲ１として、化学増幅型のネガ型レジストを用い、例えばスピンコート法で、基板３表面からの膜厚が１００〜１５０μｍとなるように塗布する。そして、例えば、ホットプレート等を用いて、第１のフォトレジストＲ１を、６０〜１２０℃の温度で１０〜２０分間プリベークする。なお、この化学増幅型のネガ型レジストとしては、例えば、東京応化工業株式会社製、製品名：ＴＭＭＲ−Ｓ２０００を用いることができ、この場合、波長が６００ｎｍの光に対する屈折率が１．４９となる。
【００２４】
そして、図２（ｃ）に示すように、第１のフォトレジストＲ１上に、発光素子５の形成領域に対応する領域が開口する第１のレジストマスクＭ１を設け、第１のフォトレジストＲ１を露光した後、ホットプレート等を用いてベークする。これにより、第１のフォトレジストＲ１における発光素子５の形成領域に対応する領域Ｒ１’だけが露光され、この露光領域Ｒ１’に酸が発生する。そして、露光後のベークによって、この酸を触媒とする化学反応が生じ、この露光領域Ｒ１’だけが後述する現像液に対して不溶性を有するようになる。このとき、例えば、第１のフォトレジストＲ１の露光強度を４００ｍＪ／ｃｍ２程度とし、露光後のベークを、ホットプレートを用い、９０℃程度の温度で１０分間程度行う。なお、第１のフォトレジストＲ１は、膜厚が１００〜１５０μｍと比較的厚く、膜厚方向全体が露光され難いが、化学増幅型のフォトレジストであるため、露光後のベークによって露光領域における膜厚方向全体の溶解性を変化させることができる。露光後のベークが完了した後、第１のレジストマスクＭ１を除去する。
【００２５】
次いで、図２（ｄ）に示すように、第１のフォトレジストＲ１上に、第２のフォトレジストＲ２を塗布する。本実施形態では、第２のフォトレジストＲ２として、ポジ型レジスト（非化学増幅型）を用い、例えばスピンコート法で、膜厚が１〜４μｍとなるように塗布する。そして、例えばオーブン等を用いて、第２のフォトレジストＲ２を、１００℃程度の温度で３０分程度プリベークする。なお、このポジ型レジストとしては、例えば、東京応化工業株式会社製、製品名：ＴＭＲ−Ｐ１０ＰＭを用いることができる。
【００２６】
次に、図２（ｅ）に示すように、第２のフォトレジストＲ２上に、発光素子５の形成領域に対応する領域以外が開口する第２のレジストマスクＭ２を設け、第２のフォトレジストＲ２を露光する。これにより、第２のフォトレジストＲ２における発光素子５の形成領域以外に対応する領域Ｒ２’だけが露光されて感光し、この露光領域Ｒ２’だけが後述する現像液に対して可溶性を有するようになる。このとき、例えば、第２のフォトレジストＲ２の露光強度を４００〜８００ｍＪ／ｃｍ２程度とする。なお、このとき、第２のフォトレジストＲ２の露光領域Ｒ２’直下の第１のフォトレジストＲ１の表面付近が露光されることがあるが、露光後のベークを行わないため、第１のフォトレジストＲ１の後述する現像液に対する溶解性は変化しない。すなわち、第２のフォトレジストＲ２の露光領域Ｒ２’直下における第１のフォトレジストＲ１は可溶性のままである。第２のフォトレジストＲ２の露光が完了した後、第２のレジストマスクＭ２を除去する。
【００２７】
そして、図２（ｆ）に示すように、第１の現像液を用いて第２のフォトレジストＲ２の露光領域Ｒ２’を溶解させて、発光素子５の形成領域に対応する領域の第２のフォトレジストＲ２のみを残存させる。本実施形態では、第１の現像液として、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含むアルカリ現像液（東京応化工業株式会社製，製品名：ＮＭＤ−Ｗ）を使用することができる。
【００２８】
次いで、図２（ｇ）に示すように、第２の現像液を用いて第１のフォトレジストＲ１の非露光領域を溶解させて、露光領域Ｒ１’のみを残存させる。こうすることで、第１のフォトレジストＲ１（露光領域Ｒ１’）からなる光ガイド部材９が形成される。なお、本実施形態では、第２の現像液として、シンナー（例えば、東京応化工業株式会社製，製品名：ＰＭシンナー）を用いることができる。
【００２９】
続いて、残存した第２のフォトレジストＲ２の全面を露光することで、第２のフォトレジストＲ２に含有される感光剤を感光させて脱色（ブリーチング）し、光の透過率を高くする。このとき、例えば、第２のフォトレジストＲ２の露光強度を、１０００ｍＪ／ｃｍ２程度とする。なお、この全面露光工程は、図２（ｆ）に示す第２のフォトレジストＲ２の露光領域の除去工程に続いて行ってもよい。この場合も、第１のフォトレジストＲ１の表面付近が露光されるが、露光後のベークを行わないため、第１のフォトレジストＲ１の溶解性は変化しない。
【００３０】
次に、図２（ｈ）に示すように、例えば、オーブン等を用いて、発光素子５上に残存した第１のフォトレジストＲ１（露光領域Ｒ１’）及び第２のフォトレジストＲ２を、２００℃程度の温度で６０分程度ポストベークして硬化させる。こうすることで、第２のフォトレジストＲ２がその表面張力によって凸レンズ形状となり、集光レンズ７が形成される。
【００３１】
以上の工程によって、本実施形態の発光装置１が製造される。
【００３２】
本実施形態に係る発光装置１によれば、光ガイド部材９が、発光素子５及び集光レンズ７の双方に接合されるとともに、外部空間の屈折率より大きい屈折率を有している。そのため、発光素子５から放射された光を集光レンズ７へ効率良く案内し、集光レンズ７に到達した光を集光して、照射対象物である記録媒体１１へ照射することができる。したがって、記録媒体１１上の微細な領域の露光を可能にするとともに、記録媒体１１の露光強度を増大させることできる。また、このように発光素子５から放射される光を、集光レンズ７によって集光して記録媒体１１へ照射するため、隣接する発光素子５から放射される光との干渉を減少させることができる。したがって、複数の発光素子５を高密度に配置して、記録媒体１１へ描画する画像の解像度を高めることができる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、発光素子５と集光レンズ７との間に光ガイド部材９を介在させているため、発光源である発光素子５と集光レンズ７との間の距離が長くなっている。このように、発光源である発光素子５と集光レンズ７との間の距離を長くすることで、集光レンズ７の集光距離を長く設定することが可能となる。そのため、集光レンズ７と記録媒体１１との間の距離を長くとることができ、記録媒体１１が移動する際の干渉等の問題を抑制することができる。
【００３４】
また、本実施形態に係る発光装置１の製造方法によれば、図２（ｄ）に示すように、基板３の一方の表面上に第１のフォトレジストＲ１を塗布した後、第１のフォトレジストＲ１をパターニングして光ガイド部材９を形成する前に、第１のフォトレジストＲ１上に第２のフォトレジストＲ２を塗布している。そのため、第１のフォトレジストＲ１上に塗布する第２のフォトレジストＲ２の膜厚を容易に制御することができ、その結果、後の図２（ｈ）に示す工程で形成する集光レンズ７を所望の形状に形成し易くなる。
【００３５】
つまり、例えば図３に示すように、第１のフォトレジストＲ１をパターニングして光ガイド部材９を形成した後、第１のフォトレジストＲ１上に第２のフォトレジストＲ２を塗布すると、隣接する光ガイド部材９間に第２のフォトレジストＲ２が流れ込み、第１のフォトレジストＲ１上の第２のフォトレジストＲ２の膜厚を制御することが難しくなる。その結果、後の工程で形成する集光レンズ７を所望の形状に形成し難くなる。
【００３６】
また、図３に示すように第２のフォトレジストＲ２が塗布された場合、隣接する光ガイド部材９間に溜まった第２のフォトレジストＲ２には、膜厚の厚い部分が形成される。本実施形態では上記のように第２のフォトレジストＲ２として、非化学増幅型のポジ型レジストを用いており、露光感度が比較的小さい。そのため、第２のフォトレジストＲ２の露光時に、この膜厚の厚い部分を感光しきれず、後の工程での現像液による現像の際に、この部分を除去できないという問題があった。このように、隣接する光ガイド部材９間の第２のフォトレジストＲ２を除去できない場合は、発光素子５からの光がこの部分に漏れ、予定しない方向に光が放出されるという問題が発生する。
【００３７】
これに対し、本実施形態に係る発光装置１の製造方法によれば、図２（ｄ）に示すように第１のフォトレジストＲ１のパターニング前に第２のフォトレジストＲ２を塗布している。そのため、第２のフォトレジストＲ２の塗布面が平坦となるので、露光感度に応じて所望の膜厚で第２のフォトレジストＲ２を塗布することができる。その結果、露光後の現像の際に、第２のフォトレジストＲ２を所望の形状にパターニングすることができる。
【００３８】
したがって、本実施形態に係る発光装置１の製造方法によれば、第２のフォトレジストＲ２のパターニング不良を抑制するとともに、集光レンズ７を所望の形状に形成し易くなる。
【００３９】
以上、本発明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、発光素子５を列状に配置しているが、その列は一列であってもよいし、複数列であってもよい。また、列状に限定されるものではなく、例えば、発光素子５を千鳥状に配置してもよいし、マトリクス状に配置してもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、基板３上に複数（図示例では、７個）の発光素子５を形成しているが、形成する画像の解像度等に応じて発光素子５の個数を適宜決定すればよく、例えば１個の場合であっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、発光素子５が１個の場合、発光素子５と基板３とを分離して、発光素子５、光ガイド部材９及び集光レンズ７からなる構造体によって発光装置を形成してもよい。
【００４１】
また、上記実施形態に係る発光装置１の製造方法では、第１のフォトレジストＲ１として化学増幅型のネガ型レジスト、第２のフォトレジストＲ２として非化学増幅型のポジ型レジストを用いているが、ネガ型とポジ型を逆にし、第１のフォトレジストＲ１として化学増幅型のポジ型レジスト、第２のフォトレジストＲ２として非化学増幅型のネガ型レジストを用いてもよい。この場合、第１のレジストマスクＭ１と第２のレジストマスクＭ２のマスクパターンを逆にする。
【００４２】
また、第１のフォトレジストＲ１は、その膜厚方向に十分に露光可能であれば、非化学増幅型フォトレジストを使用してもよい。この場合、第１のフォトレジストＲ１及び第２のフォトレジストＲ２の双方が非化学増幅型フォトレジストとなるため、上側に位置する第２のフォトレジストＲ２の露光によって、直下の第１のフォトレジストＲ１が感光して溶解性が変化することを考慮して、同極性（ネガ型又はポジ型）のフォトレジストを用いる。また、このように同極性のフォトレジストを用いる場合、第１のフォトレジストＲ１及び第２のフォトレジストＲ２を露光する際のマスクパターンは同一にすることができる。さらに、この場合は、第１のフォトレジストＲ１の露光と第２のフォトレジストＲ２の露光とをそれぞれ別途行うのではなく、同じレジストマスクを用いて一括して行ってもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、第２のフォトレジストＲ２として、非化学増幅型フォトレジストを用いているが、化学増幅型フォトレジストを用いてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態に係る画像形成装置１０では、記録媒体１１を移動させる移動装置１３としてローラー１３ａを使用しているが、発光装置１上で記録媒体１１を移動可能な装置であれば、これに限定されるものではない。例えば、記録媒体１１を把持する把持手段を設け、この把持手段を移動させることで、記録媒体１１を移動させてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態に係る画像形成装置１０では、発光装置１を固定し、記録媒体１１を移動させているが、記録媒体１１及び発光装置１の少なくともいずれかを移動させ、記録媒体１１の表面とこれに対向する集光レンズ７とを相対的に移動させることができる限り、これに限定されるものはない。したがって、例えば、記録媒体１１を固定し、発光装置１を移動させるように移動装置を構成してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、電子ペーパーを記録媒体として使用した画像形成装置について説明したが、本発明に係る画像形成装置はこれに限定されるものではない。例えば、複写機やプリンタ等に用いられる感光体ドラムや転写ベルト等を記録媒体とするものであってもよい。また、フォトレジストを記録媒体として、本発明に係る画像形成装置を半導体露光装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１  発光装置
３  基板
５  発光素子
７  集光レンズ
９  光ガイド部材
１０  画像形成装置
１１  記録媒体
１３  移動装置
Ｒ１  第１のフォトレジスト
Ｒ２  第２のフォトレジスト
【図１】
2010258291.tif 000003
【図２】
2010258291.tif 000004
【図３】
2010258291.tif 000005