(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光ＬＥＤアレイを構成する各ＬＥＤの上に、ＬＥＤの光放射方向以外を取り囲み、垂直方向以外に放射される光を概ね垂直方向に反射するミラーを設けたミラー構造を有するＬＥＤアレイ素子を製造するＬＥＤアレイ素子の製造方法において、
前記ＬＥＤの発光部を覆うリフトオフパターンを形成する工程と、
前記ＬＥＤの発光部の周辺にミラー構造体を形成する工程と、
前記ミラー構造体に高反射ミラー材料を形成する工程と、
前記リフトオフパターンにより高反射ミラー材料をリフトオフする工程と
を有することを特徴とするＬＥＤアレイ素子の製造方法。
【請求項２】
面発光ＬＥＤアレイを構成する各ＬＥＤの上に、ＬＥＤの光放射方向以外を取り囲み、垂直方向以外に放射される光を概ね垂直方向に反射するミラーを設けたミラー構造を有するＬＥＤアレイ素子を製造するＬＥＤアレイ素子の製造方法において、
前記ＬＥＤの発光部の周辺にミラー構造体を形成する工程と、
前記面発光ＬＥＤアレイの基板を回転させて前記ＬＥＤの発光部を除いてミラー構造体に高反射ミラー材料を形成する工程と
を有することを特徴とするＬＥＤアレイ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＥＤアレイ素子の製造方法に関し、詳細には発光ダイオードアレイなどの微小光源アレイを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、スモールオフィスやホームオフィス向けの情報機器の発展により、各種紙情報の出力のための装置であるプリンタの需要が増加している。プリンタは、高解像度の画像や文字ををモノクロ、あるいはカラーで出力する必要がある。需要の増加とともに、これらの機器はより高解像度で高速出力、コンパクト、安価であることが要求されてきている。
【０００３】
これらの要求を満たすプリンタの例として、ＬＥＤを用いた電子写真式光プリンタがある。この方式ではＬＥＤアレイを光源にしているために、半導体レーザを用いた書き込み光学系を持つ光プリンタよりコンパクトに作りやすく、各ＬＥＤアレイが並列に書き込みを行うため、高速出力化も比較的容易である。
【０００４】
ＬＥＤを光源に用いる場合、ＬＥＤの出力光を感光面に高分解能かつ高効率に伝達する必要がある。高分解能を実現するために以前に比べて小径短焦点レンズ化が進んでいる。このような光学系の例としては、ロッドレンズを複数束ねたロッドレンズアレイが知られており、実際に各種ＬＥＤプリンタに搭載されている。このロッドレンズを用いた従来例を以下に説明する。
【０００５】
図３は従来におけるロッドレンズを利用した光学系の改良例を示す断面図である。同図において、ＬＥＤヘッド全体を支持するベースプレート４１上に直線状に配列された面発光ＬＥＤアレイ４２のＬＥＤ４２ａから出力された光が、レンズアレイ４３を構成する枠体４６内に配列搭載されたロッドレンズアレイ４７の集光作用で感光ドラム４５に投影され、感光面に微小な光の点像が結像される。ロッドレンズアレイ４７はＬＥＤと同様にベースプレート４１にハウジング４４で支えられている。レンズアレイ４３の底部には複数の穴４８が設けられている。この従来例によれば、ロッドレンズそのものは開口角が大きいため明るい光学系であり、ＬＥＤの出力光を比較的効率よく感光面に伝達できるがもともとＬＥＤの放射角が広いために、ＬＥＤからロッドレンズアレイへ至る間に光量のほとんどが利用されていない問題がある。
【０００６】
一方、同じＬＥＤアレイを用いた書き込みユニットとして、密着型の光学系が提案されている。図４に従来の密着型の書き込み光学系の一例を示す。同図において、ＬＥＤプリントヘッド５１は、基板５２の上にＬＥＤアレイチップ５５を搭載し、ＬＥＤアレイチップ５５の発光部５５ａの出力光が１つずつ照射されるので、ロッドレンズのピッチに依存した光量のムラや分解能のムラが生じない。しかし、このような構成の密着型の書き込み光学系によれば、ＬＥＤの光をパイプ状の細長い貫通孔５４で限定するので、外部に取り出される光量が少なく、暗い光学系であり、更に光路に集光作用がないために感光面を光学系に密着させないと感光面上の光像がたちまちぼけて分解能が下がるため焦点深度が非常に浅いという問題が生じる。
【０００７】
そこで、このような問題点を解決するために、従来より結像光学系とＬＥＤアレイを組み合わせた光学系においてＬＥＤから放射される光を効率よく結像光学系に伝達できるＬＥＤアレイが提案されている。このＬＥＤアレイの構成を図５に示して同図に基づいて当該構成を以下に説明すると、面発光ＬＥＤ６２のアレイを形成した基板６１の上には、ポリイミド６３でミラー構造が形成され、アルミニウム反射膜６４を全面に形成されており、更に反射膜６４は面発光ＬＥＤ６２の発光部のみエッチング等により除去されている。例えば６００〜１２００ｄｐｉのＬＥＤアレイにこのミラー構造を適用すると、ミラー構造の大きさは例えば厚さ１０〜４０μｍ、直径２０〜４０μｍの範囲となるため、エッチングでアルミニウム反射膜を形成するためにはミラー構造の厚い段差を考慮した工程を行う必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ミラー構造の厚い段差を考慮した工程を行うためにエッチングマスクを形成するためのフォトレジストを塗布すると、ミラー構造部分にレジストがたまって、１０〜４０μｍの厚さのフォトレジストに露光を行うので露光精度が低下し、通常のプレナープロセスより難しくなることが避けられないという問題がある。
【０００９】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、面発光ＬＥＤアレイの各ＬＥＤの上にＬＥＤの放射方向以外を取り囲み、垂直方向以外に放射される光を概ね垂直方向に反射するミラーを設けたミラー構造を有するＬＥＤアレイ素子のミラー部分を容易に製造することができるＬＥＤアレイ素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記問題点を解決するために、面発光ＬＥＤアレイを構成する各ＬＥＤの上に、ＬＥＤの光放射方向以外を取り囲み、垂直方向以外に放射される光を概ね垂直方向に反射するミラーを設けたミラー構造を有するＬＥＤアレイ素子を製造するＬＥＤアレイ素子の製造方法において、ＬＥＤの発光部を覆うリフトオフパターンを形成する工程と、ＬＥＤの発光部の周辺にミラー構造体を形成する工程と、ミラー構造体に高反射ミラー材料を形成する工程と、リフトオフパターンにより高反射ミラー材料をリフトオフする工程とを有することに特徴がある。よって、リラー構造体を形成する前には基板がほぼ平坦であることを利用してＬＥＤの発光部の上にミラー材料をリフトオフするリフトオフパターンを形成しておき、厚いミラー構造体をその上に形成するがＬＥＤの発光部だけは構造体で覆われていないためにリフトオフパターンも露出しており、蒸着方法などでミラー材料を形成しリフトオフパターンによりＬＥＤの発光部の上だけに選択的にミラー材料を除去できる。従って、ミラー構造体を形成する前にリフトオフパターンを形成しているため、ミラー構造体の厚さに無関係にリフトオフでき、ミラー構造体の形成後のミラー反射膜の形成工程が容易であり、ＬＥＤアレイの製造を低コスト化できる。
【００１１】
また、別の発明としての製造方法において、ＬＥＤの発光部の周辺にミラー構造体を形成する工程と、面発光ＬＥＤアレイの基板を回転させてＬＥＤの発光部を除いてミラー構造体に高反射ミラー材料を形成する工程とを有することに特徴がある。よって、厚いミラー構造体を形成した後でＬＥＤの発光部だけは光を取り出すために構造体で覆われず、また基板に垂直な回転軸で基板を回転させ、この回転軸に対して傾いた方向から蒸着方法でミラー材料を形成することにより、ミラー構造体の底のＬＥＤの発光部にはミラー材料が到達せず、ミラー構造体の側面と上面のみにミラー材料が到達する条件を選択することができる。従って、ミラー構造体の幾何学的形状だけに依存し、ミラー構造体の厚さによらず、選択的に反射ミラーを形成することができ、ミラー構造体の形成後のミラー反射膜の形成工程が容易であり、ＬＥＤアレイの製造を低コスト化できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
面発光ＬＥＤアレイを構成する各ＬＥＤの上に、ＬＥＤの光放射方向以外を取り囲み、垂直方向以外に放射される光を概ね垂直方向に反射するミラーを設けたミラー構造を有するＬＥＤアレイ素子を製造するＬＥＤアレイ素子の製造方法において、ＬＥＤの発光部を覆うリフトオフパターンを形成する工程と、ＬＥＤの発光部の周辺にミラー構造体を形成する工程と、ミラー構造体に高反射ミラー材料を形成する工程と、リフトオフパターンにより高反射ミラー材料をリフトオフする工程とを有する。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例に係るＬＥＤアレイ素子の製造方法の各工程を示す断面図である。同図の（ａ）に示すように、ＧａＡｓＰエピ基板１１に亜鉛拡散で製造したＬＥＤ１２のアレイの上にＳｉＯ２  の犠牲層１３とＳｉＮのリフトオフ層１４を積層する。次に、同図の（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィーによるエッチングマスクを形成し、その後緩衝フッ酸によるエッチングによって、犠牲層１３とリフトオフ層１４をエッチングし、リフトオフパターン１５が形成される。つまり、緩衝フッ酸に対するエッチングレートはＳｉＮよりＳｉＯ２  の方が大きいため犠牲層１３にアンダーカットを有するリフトオフパターンが形成されるのである。そして、同図の（ｃ）に示すように、ＬＥＤ１２を取り囲む反射構造の構造材１６としてネガレジストを塗布する。例えばＬＥＤ１２が６００ｄｐｉの場合ＬＥＤの大きさが概ね２０μｍ前後であり、構造材１６の厚さは２０〜４０μｍと厚いものとなる。更に、同図の（ｄ）に示すように、構造材１６を露光・結像し、ＬＥＤ１２の上に逆円錐台構造１７を形成する。この逆円錐台構造１７の形状は構造材１６であるネガレジストの厚さ、露光量、露光するマスクの形状、現像条件、現像後の加熱による変形などの形成パラメータで制御することができる。次に、同図の（ｅ）に示すように、基板全面に渡ってアルミニウムを蒸着すると、構造材１６の上と、逆円錐台構造１７の側面と、リフトパターン１５の上に、それぞれ反射膜１８が形成される。そして、同図の（ｆ）に示すように、緩衝フッ酸でエッチングすることでリフトオフパターン１５をリフトオフすると、ＬＥＤ１２の上を除いて反射膜１８を形成できる。最後に、同図の（ｇ）に示すように、全体を保護するためにＳｉＯ２  の保護膜１９を形成して、ＬＥＤの発光を垂直方向に曲げるミラー構造体を設けたＬＥＤチップが完成する。このようにして製造されたＬＥＤチップにおいて、ＬＥＤ１２から基板垂直方向へ放射された直接光２０は、同図の（ｈ）に示すように、結像光学系（図示せず）を介して感光ドラム（図示せず）に結像する。更に、ＬＥＤ１２から斜めに放射された光のうち、反射膜１８によって反射された光も概ね基板垂直方向に反射されて結像光学系に入射するので逆円錐台の反射膜がない場合に比べて有効にＬＥＤの放射光を感光面に結像させることができる。
【００１４】
以上説明したように、本実施例によれば、厚い構造材１６を形成する前にリフトオフパターン１５を形成しているのでリフトオフにより反射膜１８の選択形成が容易にできる。
【００１５】
図２は本発明の第２の実施例に係るＬＥＤアレイ素子の製造方法の各工程を示す断面図である。同図の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＧａＡｓＰエピ基板３１に亜鉛拡散で製造したＬＥＤ３２のアレイの上に、ネガレジストの構造材３３を積層する。更に、同図の（ｃ）に示すように、構造材３３を露光・結像し、ＬＥＤ３２の上に逆円錐台構造３４を形成する。次に、同図の（ｄ）に示すように、基板３１に垂直な回転軸３５で基板３１を回転させ、基板３１の斜め上方の蒸着方向３６からアルミニウムを蒸着させて、同図の（ｅ）に示すように反射膜３７を形成する。蒸着方向３６は、逆円錐台構造３４の端がちょうどＬＥＤ３２の部分だけを遮断する角度とし、逆円錐台構造３４の構造が決まれば一意に決定される。また、蒸着源に対して基板３１は十分離れて配置され、蒸着雰囲気は高真空であり、蒸着材料であるアルミニウムはビーム状に飛来することにより、蒸着された部分と蒸着されない部分の境界は非常にはっきりしている。そして、蒸着が終了すると、同図の（ｆ）に示すように、全体を保護するためにＳｉＯ２  の保護膜３８を形成して、ＬＥＤの発光を垂直方向に曲げるミラー構造体を設けたＬＥＤチップが完成する。このようにして製造されたＬＥＤチップにおいて、ＬＥＤ３２から放射された光が反射膜の無い場合に比べて有効に結像光学系（図示せず）を介して感光ドラム（図示せず）に結像する。更に、本実施例の製造方法は逆円錐台構造３４の形状と、蒸着などのビーム状に反射膜３７を形成できる方法を組み合わせることで、フォトリソグラフィーせずにＬＥＤ３２を除いた、選択的に反射膜の形成ができるので反射膜の形成工程が非常に簡単である。
【００１６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、面発光ＬＥＤアレイを構成する各ＬＥＤの上に、ＬＥＤの光放射方向以外を取り囲み、垂直方向以外に放射される光を概ね垂直方向に反射するミラーを設けたミラー構造を有するＬＥＤアレイ素子を製造するＬＥＤアレイ素子の製造方法において、ＬＥＤの発光部を覆うリフトオフパターンを形成する工程と、ＬＥＤの発光部の周辺にミラー構造体を形成する工程と、ミラー構造体に高反射ミラー材料を形成する工程と、リフトオフパターンにより高反射ミラー材料をリフトオフする工程とを有することに特徴がある。従って、ミラー構造体を形成する前にリフトオフパターンを形成しているため、ミラー構造体の厚さに無関係にリフトオフでき、ミラー構造体の形成後のミラー反射膜の形成工程が容易であり、ＬＥＤアレイの製造を低コスト化できる。
【００１８】
また、別の発明としての製造方法において、ＬＥＤの発光部の周辺にミラー構造体を形成する工程と、面発光ＬＥＤアレイの基板を回転させてＬＥＤの発光部を除いてミラー構造体に高反射ミラー材料を形成する工程とを有することに特徴がある。従って、ミラー構造体の幾何学的形状だけに依存し、ミラー構造体の厚さによらず、選択的に反射ミラーを形成することができ、ミラー構造体の形成後のミラー反射膜の形成工程が容易であり、ＬＥＤアレイの製造を低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るＬＥＤアレイ素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係るＬＥＤアレイ素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】従来におけるロッドレンズを利用した光学系の改良例を示す断面図である。
【図４】従来の密着型の書き込み光学系の一例を示す図である。
【図５】従来のミラー構造体を有するＬＥＤアレイの構成を示す図である。
【符号の説明】
１１    基板
１２    ＬＥＤ
１３    犠牲層
１４    リフトオフ層
１５    リフトオフパターン
１６    構造材
１７    逆円錐台構造
１８    反射膜
１９    保護膜
【図１】
0003560487.tif 000002
【図２】
0003560487.tif 000003
【図３】
0003560487.tif 000004
【図４】
0003560487.tif 000005
【図５】
0003560487.tif 000006