(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤを配列したＬＥＤアレイチップを複数直列配置するＬＥＤアレイの製造方法において、
各ＬＥＤアレイチップの両端に位置するＬＥＤとこれらよりチップ内側に位置するＬＥＤとのピッチがほぼ１８．６μｍになるように、前記チップの両端に位置するＬＥＤをほぼ２．６μｍだけチップ内側に偏らせるステップと、
前記チップの両端に位置するＬＥＤの発光セントロイドが前記ＬＥＤ発光領域の中心よりチップの外縁にほぼ２．６μｍだけ偏らせるように、前記チップの両端に位置するＬＥＤの電極を前記ＬＥＤ発光領域の中心から所定量だけチップ内側に偏らせるステップと、
各チップをウェハからダイシングするとき、前記チップの両端に位置するＬＥＤからほぼ５μｍ離れたところをチップの両端とし、それより外側のチップ材料を除去することによって、各ＬＥＤチップのサイズを低減するステップと、
ＬＥＤのピッチがほぼ２１．２μｍで均一となるようにギャップを介して２個以上直列配置するステップと、
を特徴とするプリントバー用のＬＥＤアレイの製造方法。
【請求項２】
複数のＬＥＤを配列したＬＥＤアレイチップをギャップを介して、複数直列配置したＬＥＤアレイを備えるプリントバーにおいて、
各ＬＥＤチップが、
発光中心が前記ＬＥＤの中央になるように配置された発光領域の上の電極とワイヤボンドパッドとそれらを接続する配線電極と
前記チップの両端のＬＥＤと、各端部に対応した電極と、
を備えており、
各ＬＥＤアレイチップの両端に位置するＬＥＤとこれらよりチップ内側に位置するＬＥＤとのピッチがほぼ１８．６μｍになるように、前記チップの両端に位置するＬＥＤをほぼ２．６μｍだけチップ内側に偏らせていることと、
前記チップの両端のＬＥＤの電極は前記ＬＥＤ発光領域の中心から内側に偏らせており、前記チップの両端に位置するＬＥＤの発光セントロイドが前記ＬＥＤ発光領域の中心よりチップの外縁にほぼ２．６μｍだけ近づけられていることと、
各チップの両端が、前記チップの両端に位置するＬＥＤからほぼ５μｍ離れたところであることと、
前記アレイにおける各ＬＥＤチップ間のギャップにより、ＬＥＤの発光ピッチがほぼ２１．２μｍで均一であることと、
を特徴とするプリントバー。
【請求項３】
チップの間にギャップを介して、直列配置された複数のＬＥＤアレイチップと、
各ＬＥＤを関連回路に電気的に接続するとともに、各ＬＥＤからの発光の強度分布中心を形成するように設定されている各チップ上の各ＬＥＤと関連がある電極と、
各チップ上の一対の端部ＬＥＤと、
を備えるＬＥＤアレイにおいて、ほぼ２１．２μｍの均一なピッチを各チップ上の各ＬＥＤの間で維持するために、各ＬＥＤアレイチップの両端に位置するＬＥＤとこれらよりチップ内側に位置するＬＥＤとのピッチがほぼ１８．６μｍになるように、前記チップの両端に位置するＬＥＤをほぼ２．６μｍだけチップ内側に偏らせるとともに、前記チップの両端に位置するＬＥＤの前記電極を前記ＬＥＤ発光領域の中心から所定量だけ内側に偏らせ、前記チップの両端に位置するＬＥＤの発光セントロイドが前記ＬＥＤ発光領域の中心よりチップの外縁にほぼ２．６μｍだけ偏らせており、さらに各チップの両端が、前記チップの両端に位置するＬＥＤからほぼ５μｍ離れたところであることを特徴とするＬＥＤアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤプリンタデバイスに関し、特に、高解像度ＬＥＤアレイバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（ＬＥＤ）バーはプリンタデバイスとしてよく用いられている。ＬＥＤバーは、制御可能な信頼性の高い光源を提供する。このバーは、一般に、複数の光源、すなわちピクセルを備える。これを作動させたり停止させたり（パルス状に）することにより、高速なスピードで、短い光バーストを発するようにすることが可能である。各々の光バーストを用いて、印刷される記号または文字の特定部分が形成される。より短い周期で、ピクセルをパルス状発光させるほど、記号／文字部分が、より早く画像化されるようになり、これに伴って、より微細であって高解像度の印刷が提供されることとなる。従って、商品化の観点からみて妥当な時間内で、かつ高解像度で、印刷を完了させるためには、高速パルシング特性を備える必要がある。
【０００３】
ＬＥＤバーは、異なるセグメントサイズまたはチップサイズで構成される。セグメントサイズは、そのセグメント内に含まれるピクセル数による。セグメント当たりのピクセル数として普及している２つは、６４ピクセルおよび１２８ピクセルである。この場合のセグメントは、ＳＰＩ（Spot Per Inch：１インチ当たりのスポット数）が４２４．２６のとき、それぞれ約３．８３２ｍｍおよび約７．６６３ｍｍとなる。それぞれの長さは、ピクセル数をＳＰＩ規定値で割るとともに、その商をミリメートルに換算することによって算出される。例えば、次のとおりである。
６４（ピクセル）×１／４２４．２６（ＳＰＩ）＝０．１５０９インチ×２５．４ｍｍ／インチ＝３．８３２ｍｍ
１２８（ピクセル）×１／４２４．２６（ＳＰＩ）＝０．３０１７インチ×２５．４ｍｍ／インチ＝７．６６３ｍｍ
【０００４】
隣り合わせに設けられたディスクリートチップからなるＬＥＤの線形アレイを形成する技術が発達し、６００ＳＰＩの密度が容易に達成可能になっている。実際、この密度は、ＬＥＤバーを用いるほとんどのプリンタに見ることができる。さらに高い密度も実現可能であり、１２００ＳＰＩのバーが市販されている。
【０００５】
市販の１２００ＳＰＩのバーを評価した結果、発光中心のピッチが均一でないことが明らかになった。異なるチップ上の隣接ピクセルの間の距離は、４．３μｍ、つまりピッチの２０％以上も大きかった（図１参照）。この大きな誤差が、プリンタに、好ましくないバンディング（banding：帯状の濃度ムラ）を引き起こす。明らかに、ＬＥＤアレイチップを作製する技術は向上してきており、１２００ＳＰＩのＬＥＤアレイチップが実現可能になっているが、チップを配置する技術は、６００ＳＰＩのピッチ精度に留まっている。
【０００６】
５つの設計ルールにより、正確なピッチの１２００ＳＰＩのアレイの作製が実現される。現時点における最先端技術によるアレイも、評価されたバーによって示されているが、その５つ全てを満たていない。そのルールは、次のとおりである。（１）発光体が大きすぎてはならない。大きい発光体には、光学的・電気的なクロストークがある。（２）発光体が小さすぎてはならない。小さい発光体は、その発光が非効率的であるため、大電流を必要とするとともに、高温を発生させる。（３）発光体がチップ端に接近しすぎてはならない。接近した発光体は、チップをウェハからダイシングするときに形成された破損に起因する初期不良を起こす。（４）チップ間のギャップが小さすぎてはならない。小さいギャップは、チップがその隣のチップと接触して、アレイに配置する間に破損が生じる可能性を高める。さらに、そのギャップにより、チップおよび台座の熱膨張の許容が可能になる。膨張によりチップが接触すると、チップに破損が生じたり、チップの接着に用いた接着剤を破断したりする。（５）発光ピッチは均一でなければならない。そうでなければ、バンディングが生じる。
【０００７】
既存のやり方によれば、評価されたバーのチップやその他の試験チップにより証明されたように、ルール（１）および（２）は満たされている。チップは、実現性のある１０．５μｍ幅のＬＥＤからなるようにしてもよい。しかし、それにもかかわらず、ルール（３）、（４）、および（５）については、依然として問題がある。それらは互いに相容れないものである。チップを、発光体から５μｍ以上離してダイシングすることが望ましい。配置精度については、設計段階においては、良くても±１μｍであり、生産段階においては、ほぼ±２．５μｍである。実際の１２００ＳＰＩのチップは、図３に示すようにピッチ通りに（オンピッチ）配置される場合もあれば、図２に示すようにピッチ超過で（オーバーピッチ）配置される場合もある。オンピッチの場合には、チップ間のギャップは０．７μｍである。これは、設計精度さえも上回っており、生産段階での再現性を期待することは非現実的である。オーバーピッチが最小の場合には、２５．５μｍの間隔が与えられるが、これは、理想的なピッチである２１．２μｍよりも、４．３μｍ大きい。評価されたバーはこれの状態であったが、もちろん、不具合を伴う。
【０００８】
従って、アレイサイズおよび隣接チップ間の距離を最小化しつつ、均一なピッチを備える１２００ＳＰＩのＬＥＤアレイを形成することが可能であれば、有用である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生産段階におけるＬＥＤアレイチップの実装精度では、１２００ＳＰＩのＬＥＤアレイに要求される発光ピッチ精度を実現することは困難であり、プリンタに、好ましくないバンディング（banding：帯状の濃度ムラ）を引き起こすという問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高解像度ＬＥＤアレイを形成する方法を提供している。第一の実施の形態の方法によれば、各ＬＥＤアレイチップの両端に位置するＬＥＤとこれらよりチップ内側に位置するＬＥＤとのピッチがほぼ１８．６μｍになるように、前記チップの両端に位置するＬＥＤをほぼ２．６μｍだけチップ内側に偏らせている。そして、前記チップの両端に位置するＬＥＤの発光セントロイドが前記ＬＥＤ発光領域の中心よりチップの外縁にほぼ２．６μｍだけ偏らせるように、前記チップの両端に位置するＬＥＤの電極は、このＬＥＤの発光領域の中心から所定量だけ内側に偏らせられている。各ＬＥＤアレイチップのサイズは、各チップをウェハからダイシングするとき、前記チップの両端に位置するＬＥＤからほぼ５μｍ離れたところをチップの両端とし、それより外側のチップ材料を除去することによって低減される。このアレイは、各チップの間にギャップを介して、各チップを直列に配置することによって形成される。このとき、ギャップは、実現可能な配置精度にふさわしい大きさであるとともに、ほぼ２１．２μｍの均一なピッチが、各チップ上の各ＬＥＤの間で維持される。前記ギャップは５μｍ以上、１１．２μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
もう１つの側面によれば、本発明は、高解像度ＬＥＤプリントバーの提供を目的としている。第一の実施の形態において、高解像度ＬＥＤプリントバーは、アレイを形成する隣接ＬＥＤの間にギャップを介して互いに接合された複数のＬＥＤチップを備える。各ＬＥＤチップは、一般に、各ＬＥＤが発光するように設定されている複数のＬＥＤを備える。中心電極が、各ＬＥＤから延在するとともに、前記ＬＥＤをワイヤボンドパッドに電気的に接続するように設定されている。この中心電極は、一般に、前記ＬＥＤの発光面を覆うように配置されており、各ＬＥＤからの光のセントロイド（発光中心、もしくは発光強度分布の中心）が前記ＬＥＤの中央になるようにする。各ＬＥＤアレイチップの両端に位置するＬＥＤは、これらよりチップ内側に位置するＬＥＤとのピッチがほぼ１８．６μｍになるように、チップの両端に位置するＬＥＤをほぼ２．６μｍだけチップ内側に偏らせて配置される。前記チップの両端に位置するＬＥＤは、各端部ＬＥＤの上で前記ＬＥＤ発光領域の中心から内側に偏らせている電極を有する。各端部ＬＥＤからの発光のセントロイドは、前記ＬＥＤ発光領域の中心より前記チップの外縁にほぼ２．６μｍだけ近づけられている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図示された実施の形態を参照しつつ、本発明について説明するが、本発明は、数多くの代替的な実施の形態により具体化できることは言うまでもない。さらには、ふさわしいサイズ、形状、または種類であれば、いかなる部材または材料を用いるようにしてもよい。
【００１３】
図６を参照すると、本発明により、隣接ピクセルの間で均一なピッチを有する線形ＬＥＤアレイが実現できる。これは、前述の１２００ＳＰＩのＬＥＤアレイの一般的な設計ルールに合致する。アレイ状のプリントヘッドの各チップにおける端部ＬＥＤデバイスの中心電極をＬＥＤ発光領域の中心から偏移させるのは、その発光強度分布の中心をＬＥＤ発光領域の中心よりもアレイの端部近くに出現させるためである。これにより、チップを、光のセントロイド（発光強度分布中心−light centroid）に、より接近した位置でダイシングすることが可能となり、そのアレイにおけるチップを、互いに、より接近した状態で配置／実装することが可能である。図６に示すように、端部ＬＥＤ５６上の電極５２を内側に偏らせることにより、発光のセントロイドをチップエッジに近づける。ＬＥＤ５６のセントロイドは、もはやＬＥＤの中央に位置しない。このため、チップ５１およびチップ５３の間のギャップ５８を、図２に示されたギャップ２７よりも大きくすることが可能であると同時に、異なるチップ上の隣接ピクセル間の適正な／理想的な距離を実質的に維持する。本発明に係るＬＥＤアレイは、図１に示されたＬＥＤピッチのスパイク状の変動を無くすとともに、それに起因するバンディングを回避する。本発明の１つの特徴は、隣接チップ間の破損または接触を伴うことなく、２１．２μｍの一定のピッチおよびＬＥＤチップ間の最小限のギャップを備える１２００ＳＰＩの線形ＬＥＤアレイを提供することである。
【００１４】
線形ＬＥＤアレイは、一般に、一連のＬＥＤチップを備える。例えば、図２を参照すると、ＬＥＤアレイ２０は、少なくとも２つのＬＥＤチップ２２（２２ａ、２２ｂ）を備える。各ＬＥＤチップ２２は、一般に、複数のＬＥＤ２６を備える。各ＬＥＤ２６は、従来の方法で、ＬＥＤチップ２２に配置されている。図２に示すように、各ＬＥＤ２６は、それに対応する中心電極２８を有しており、これを用いて、例えば、ＬＥＤ２６をワイヤボンドパッド２４に電気的に接続することが可能である。図２に示された中心電極は、発光セントロイドをＬＥＤ２６の中央に生じさせる。電極２８は、中央の光を遮るが、光のセントロイドは変えない。
【００１５】
図２は、１２００ＳＰＩのＬＥＤアレイバーに応用された典型的な６００ＳＰＩチップ構造を示す説明図である。端部ＬＥＤ２１とチップエッジ２３の間に少なくとも５μｍの緩衝域を維持すると同時に、チップ２２ａとチップ２２ｂの間に少なくとも５μｍのギャップ２７を維持するために、異なるチップ上の隣接ピクセル間のピッチ２９は、平均ピッチ２５と比べて、かなり大きい。これは、好ましくないことである。図２と同様な構造のＬＥＤバーのピクセル間隔の評価を行った。図１は、沖データ（Okidata）社製の１２００ＳＰＩのＬＥＤバーにおけるピクセル間隔をプロットしたグラフである。同一チップ上のピクセル間のオンピッチ平均間隔は、２１．２μｍである。ところが、異なるチップ上の隣接ピクセルの間隔は、４．３μｍのオーバーピッチであった。グラフに示されたスパイク（ピーク）は、チップの境界ごとに現れる。
【００１６】
ピッチ誤差を低減するために、ＬＥＤチップを、図３に示すように互いに近づけるようにしてもよい。ところが、ピッチ誤差をなくすためには、図２で説明したように、チップ２２ａおよびチップ２２ｂの間のギャップ３４は０．７μｍしか許されない。これは、既存のチップ配置装置の能力からして現実的ではない。さらに、そのように接近した配置では、隣接チップの衝突や破損の原因となる。さらには、そのように小さいギャップでは、チップとその台座の熱膨張のための余地が与えられない。
【００１７】
ＬＥＤサイズが減少するにつれて、例えば、図２に示されたＬＥＤチップ２２のようなＬＥＤの構造が、ますます発光強度分布に影響を及ぼす。例えば、図２に示された上部電極２８は、そのサイズが（ＬＥＤサイズに）比例して変わるわけではないことが、１つの要因となる。金メッキと電流容量による制約のため、電極のサイズは制限される。１２００ＳＰＩ用のＬＥＤに覆い被さる電極は、ＬＥＤ発光体領域を６００ＳＰＩ用のＬＥＤより大きい割合で被覆し、光をより大きい割合で吸収するので、発光強度分布に、６００ＳＰＩ用より大きな影響を及ぼすことになる。
【００１８】
本発明を用いることにより、ＬＥＤの発光強度分布を変えることができる。図６に示すように、電極２８を発光体の側方に向かって動かすと、側方電極５２は、その下部のＬＥＤの光を遮るので、セントロイドを側方電極５２の位置の反対側に向かって押しやることになる。図４に、２つの電極構造を有する１２００ＳＰＩサイズのＬＥＤを示す。
【００１９】
図４のプロット４１および図５のプロット４３は、１２００ＳＰＩサイズのＬＥＤの顕微鏡写真である。図中下方のプロット４２および４４は、ＬＥＤ領域上の近接場発光走査データ（near field emission scans）である。プロット４２において、発光強度を示す線は４２３であり、ＬＥＤ分布図を示す線は４２１である。プロット４４において、発光強度を示す線は４４１であり、ＬＥＤ分布図を示す線は４４３である。図６の側方電極（ＬＥＤの中心から偏らせて配置した電極）５２は、ＬＥＤの中央よりも右側にセントロイドを生じさせる（光をチップのエッジに向かって押しやる）。図４および図５に示すように、各プロット４２，４４におけるＬＥＤ領域のセントロイドは、２０．８μｍの位置にある。図４の中心電極を備えたＬＥＤにより生じる発光セントロイドは、２０．８μｍの位置にある。すなわち隣接するＬＥＤの発光中心との距離は２０．８μｍである。図６の側方電極を備えるＬＥＤ５６により生じる発光セントロイドは、１８．２μｍの位置にある。図６の側方電極５２は、ＬＥＤ５６の中心を基準として２．６μｍ、セントロイドを動かす。
【００２０】
本発明によれば、側方電極構造を応用することで、隣接ＬＥＤチップ５１および５３の間のギャップ５８を最小化すると同時に、ピクセル間の一定のピッチを維持できる。例えば、図６に示すように、側方電極５２は、ほぼ２．６μｍ、発光セントロイドをエッジに向かって偏らせる。ＬＥＤ５６をそれと同じだけ内側に配置することにより、チップ５１上のその他のピクセル５１ａ〜５１ｄとの適正な間隔が維持される。ＬＥＤ５６を内側に動かす／偏移させることで、チップ５１をそれと同じだけ小さくすることが可能となる。これは、アレイにおける各チップの両側について行われる。隣接アレイ間のギャップ５８は、ＬＥＤ５６の偏移量のほぼ２倍、つまり、図６に示すように、５．２μｍ広げられる。図６に示すように、ほぼ５．９μｍのギャップ５８を隣接チップ５１および５３の間に設けるようにしてもよい。これは、チップの配置精度および熱膨張に対する許容にふさわしい大きさである。図６に示した構造は、１２００ＳＰＩアレイのその他の設計ルールにも適合するとともに、ほぼ２１．２μｍの均一なピッチを備える正確な１２００ＳＰＩアレイを実現する。ここでは、１２００ＳＰＩアレイに言及しつつ、開示される実施の形態について説明しているが、開示される実施の形態の特徴は、ＩＣを接合（butting）してアレイを形成することからなる、あらゆる高解像度イメージャ／スキャナに応用することが可能である。
【００２１】
代替的な実施の形態においては、図６に示された電極構造が、異なるＬＥＤ材料群および波長に合わせることを必要とする場合もある。これは、図５に示された側方電極ＬＥＤの分布図４４が、電極材料を通り抜ける光透過性も１つの要因となる場合もあるからである。非対称ピクセルの出力（power）については、その幅が、他と同等になるように設定してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
ＬＥＤの電極を発光体の側方に偏移させることで、光のセントロイドが反対側に向かって押しやられる。このように発光強度の分布を偏移させることで、アレイ状のプリントヘッドの各チップにおける端部ＬＥＤデバイスが実際よりも、その端部の近くに見えるようにすることが可能である。これにより、チップをより小さくするとともに、チップ間のギャップを広げることが可能となる一方で、アレイにおけるチップのピクセル間で、例えば、２１．２μｍの一定のピッチが維持される。結果として得られるギャップは、例えば、チップの衝突、アームの破損、あるいはチップの配置誤差のような、より小さいギャップに関連した問題を克服する。本発明は、１２００ＳＰＩ以上の線形アレイを提供するが、これには、チップ接合部に実質的なピッチ誤差が全くなく、より良い画質特性を有する。
【００２３】
上述の説明が単に本発明の例示にすぎないということは言うまでもない。種々の代替例および修正例が、本発明からはずれることなく、当業者によって考えられることが可能である。従って、本発明は、添付された特許請求の範囲に含まれる全てのそのような代替例、修正例、および変形例を包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の１２００ＳＰＩのＬＥＤバーにおけるピクセル間隔を示すグラフである。
【図２】  １２００ＳＰＩのＬＥＤアレイバーに応用された６００ＳＰＩ構造ＬＥＤアレイチップを示す説明図である。
【図３】  ピッチ誤差をなくすために互いに近づけられた１２００ＳＰＩのＬＥＤアレイチップを示す説明図である。
【図４】  中心電極を備えたＬＥＤの発光特性を示すグラフである。
【図５】  側方電極を備えたＬＥＤの発光特性を示すグラフである。
【図６】  本発明の特徴を用いた１２００ＳＰＩのＬＥＤチップ構造の１つの実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
５１，５３  ＬＥＤチップ、５１ａ〜５１ｄ  ＬＥＤ、５２  側方電極、５６端部ＬＥＤ（側方電極ＬＥＤ）、５８  ギャップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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