JP5537007B2 - 発光ヘッドおよび発光ヘッドを設けるための方法 - Google Patents

Description

発明の技術分野
本発明は、印刷機、ファックス機器、または複写機などの電子写真式マーキング装置においてドラムなどの感光面上に静電潜像を書込むための光源として使用されるＬＥＤアレイヘッドなどの発光ヘッドおよびこれを作製する方法に関する。本発明は、白黒および多色両方の銀塩写真技術におけるような感光膜または用紙を露光するための、ＬＥＤアレイヘッドなどの発光ヘッドの用途にも関する。ＬＥＤアレイの代替例として、ＶＣＳＥＬアレイなどのマイクロレーザのアレイを使用してもよい。

発明の背景
従来の電子写真式印刷機では、帯電装置が感光ドラムまたはベルトの表面を帯電させ、ＬＥＤアレイヘッドなどの露光ユニットが感光ドラムの帯電された面上に静電潜像を書込む。代替的に、ＶＣＳＥＬなどのマイクロレーザのアレイを使用してもよい。米国特許第５９４０１１３号は、印刷機において使用される全ページＶＣＳＥＬアレイについて記載している。

図１に示すように、ＬＥＤアレイヘッド１００は、配線基板１０２と、この配線基板上に搭載されたドライバＩＣ１０３とを含む。ドライバＩＣ１０３は、ＬＥＤアレイチップ１０４を駆動する。ＬＥＤアレイチップは集束ロッドレンズアレイ１０１を介して発光し、ＬＥＤアレイ画像１０５を供給し、かつ帯電された表面を印刷データに従って照射する。静電潜像はトナーによってトナー画像に現像され、その後印刷媒体に転写される。印刷媒体上のトナー画像は、定着ユニットによって定着される。

電子写真技術においては、複数のカラートナー画像を感光ドラムまたは無限長のベルト上に生成する多色印刷機が知られている。得られたトナー画像は、枚葉紙または紙ウェブ材料などの印刷用紙材料上に直接転写される。代替的な実施形態では、感光記録部材上に形成されたトナー画像は、別個の像形成ステーションから中間ベルトに転写され、受取り側の用紙またはウェブに同時に転写され、最終的には所望の印刷フレーム寸法を有する用紙に切断される。

ＬＥＤアレイヘッドによって実現することができる画質は、解像能力を含むいくつかの要因に依存し、集束ロッドレンズアレイのアドレス指定能力および光学性能によって決定される。

アドレス指定能力は、典型的に単位長さあたりの画素数、すなわち「ｄｐｉ」（１インチあたりのドット数）によって表わされる。発光素子が印刷ヘッド上に整列している方向（Ｘ方向）に沿ったアドレス指定能力数は、ＬＥＤアレイチップ上の発光領域の実装密度に直接起因する。画像データの性質、タイミングクロック、およびＬＥＤアレイヘッドコントローラの詳細によって、直交するＹ方向におけるアドレス指定能力がＸ方向におけるアドレス指定能力とは異なる撮像モードを選択することが可能になり得る。解像度はさらに、発光領域の１：１画像を感光ドラムまたはベルト上に投影する撮像光学素子の光学性能によって決定される。光学性能が低ければ、画素の像が典型的に過大となり、隣接する画素に重なる。

ＬＥＤアレイヘッドによって実現することができる画質レベルを決定する第２の重要な要因は、個々の画素素子のエネルギ出力を制御するための手段の存在および有効性である。エネルギ出力制御は、感光媒体における必然的な小さいエネルギ出力差を補償することが必要とされる（１：１画像レンズの効果を含む）。

一様性の補正は、典型的にＬＥＤへの電流、またはパルス長、または両者の組合せを調整する一様性参照用テーブルの使用によって実現される。この一様性の制御のためのさまざまな方法が説明されており、一様性制御のための好ましい方法は、欧州特許第０６２９９７４号に見出すことができる。

一様性補償手段を備えた高品質システムは、各画素素子について選択可能な出力エネルギレベルに変換される複数のビット画像データを各画素に供給する画像コントローラとの使用に適する。

発光の効率性すなわち輝度は、ＬＥＤの温度が上昇するにつれて低下することが知られている。温度上昇とともにＬＥＤの寿命も短くなる。輝度の低下は、ＬＥＤアレイ露光装置の撮像品質に影響する。４０℃を超えない温度、任意に２５℃〜３５℃の範囲の温度でＬＥＤ露光装置を動作させることが望ましい。信頼性の高い画素方向の撮像には、たとえば米国特許第５１７７５００号にあるように、個々のＬＥＤの間に本質的な温度差または温度勾配がないことが必要である。

一方、印刷物の幅方向の温度差または勾配を減少させるための有効な手段が存在しない場合は、所与のページレイアウトを有するメーリングなどの反復印刷ジョブから画像データを再現した結果、ＬＥＤアレイのうちのあるグループの画素が他よりも熱くなり得る。米国特許第５１７７５００号は、これらの作用による温度勾配を減少させるための熱分流器の使用について記載している。

一様でない加熱によって生じる作用を減少させるための一方法によれば、ヒートシンクに接続された熱伝導性担持バー上に搭載されたＬＥＤアレイを使用する。ヒートシンクは金属フィンが設けられた金属パネルを含み得、より大規模な冷却には、たとえば強制空気循環を付加することができる。欧州特許第０６２９５０８号は、ヒートシンクが設けられた改良されたＬＥＤアレイヘッドについて記載している。流体入口と流体出口との間に導管が延在し、水などの冷却流体がそこを流れる。この冷却流体は、その冷却流体について予め設定された温度を実現するように、循環経路に沿った加熱装置および冷却装置によって温度制御することができる。

大きな温度制御システムを設ける代わりに、小型軽量ＬＥＤアレイ印刷機設計は、典型的に発熱を制限しようとするものである。ＬＥＤの効率の改良は、その点で役立つ。Proceedings of IS&T NIP14, p405-408 (1998)において、ＡｌＧａＰ技術から固相拡散ＡｌＧａＡｓ技術への変化が実質的にＬＥＤ加熱を減少させたと報告されている。マトリックスアドレス指定技術においてパルス時間を短縮することによって、露光パワーと引き換えに、発熱をさらに減少させることができる。８×８配線によるマトリックスアドレス指定方式は、利用可能な最大デューティサイクルを８分の１に減少させる。デスクトップ印刷機用小型ＬＥＤプリントヘッドにおいては、ＬＥＤアレイチップは典型的にガラスエポキシベースの回路板に搭載される。このような回路板は熱伝導性が極めて低いことで知られており、上記のヒートシンクの意味では、基板を横切る有意な熱伝導が存在しない。

ＬＥＤアレイ技術を用いたデジタルカラー印刷は、１画素あたり６ビットまでの、画素ごとの多段階制御を行う６００ｄｐｉＬＥＤアレイ技術によって１９９４年に始まった。これらのＬＥＤアレイ技術に基づく印刷システムは、大容量／大量用途のデジタル印刷に使用される。Xeikon 5000デジタル印刷装置のようなシステムは温度制御を実施し、プリントヘッドの幅方向の温度差を平坦化するためにヒートシンクに熱伝導可能に連結された金属担持構造を含む。

この分野における発展について報告されている成果を含む既存の１２００ｄｐｉＬＥＤアレイヘッド解決法は、ＬＥＤアレイヘッドの温度をデジタル印刷装置のような大量／大容量用途に必要とされるレベルに制御するための十分な解決法を現在のところ提供していない。

アドレス指定能力が向上したページ幅ＬＥＤアレイヘッドの設計に関する一課題は、配線基板における複数のＬＥＤアレイチップの正確な位置決めおよび整列である。上記ＬＥＤアレイチップの各々は、その上面において複数の発光素子が整列し露出しており、連続するＬＥＤアレイチップは、上記発光素子が等間隔で整列している方向に上記中間担持バー上に整列される。

図２ａおよび図２ｂは米国特許第６５５９８７９号の像を表わし、先行技術から公知の典型的な構成を示す。各発光ダイオードに電流を供給するためのワイヤボンド（１１）を有する配線基板（８）上にＬＥＤアレイチップ（９）およびドライバチップ（１０）が配置されている。図２ａにおいて、ドライバチップ（１０）は一方側に設けられ、図２ｂにおいて、ドライバチップ（１０）はＬＥＤアレイチップ（９）の列の両側に設けられる。

図３は、H. Kipphan による“Handbook of Print Media”(Springer ISBN 3-540-67326-1 2001 p694) において発表されたOCE Printing Systems社製６００ｄｐｉＬＥＤアレイヘッドの２つのＬＥＤアレイチップ３０１および３０２の配置を示す。

図４は、位置パラメータＡおよびＢを図３に示した配置に概略的に導入する。ＬＥＤアレイチップ上の第１のまたは最後の発光領域の中心とＬＥＤアレイチップ端部との間の距離（Ａ）は、通常約１６ミクロンである。ＬＥＤアレイチップ同士の間隙Ｂは、通常約１０ミクロンである。図２ｂに示したようなＬＥＤアレイチップあたり２個のドライバを有する構成で、ワイヤボンディング用のボンドパッドがＬＥＤアレイチップのいずれかの側に交互に設けられる。この装置においては、１チップあたり１２８個の発光素子が存在し、チップ長は約５ｍｍとなる。

米国特許第４８２１０５１号は、ＬＥＤと配線基板との間の熱膨張差の局面について論じている。配線基板は、鋼からなる小さなタイルで構成される。

米国特許第６５５９８７９号は、製造工程による熱膨張および収縮作用について論じ、エポキシ樹脂型軟質接着剤によってガラスエポキシ回路板に接合されたＬＥＤアレイチップの使用を提案している。

硬質接着剤の薄い層によるＬＥＤアレイチップの接合は、チップのＣＴＥと配線基板のＣＴＥとが異なる場合、温度変化の結果としてＬＥＤアレイチップへの応力に帰結すると知られている。軟質接着剤のより厚い層を使用することで、そのような応力は緩和される。しかしこれは、米国特許第６５５９８７９号で論じられている意味で、収縮応力がほぼ完全に無くなるという作用を有する。

温度が変化すると、間隙Ｂは変化する。間隙Ｂは、絶対値において、チップの長さ、および配線基板とＬＥＤアレイチップとの間のＣＴＥの差によって決定される。

ＬＥＤアレイチップ３０１および３０２は発光領域３０５を有する。ＰＬＦ（pitch-last-first）は、左側のチップの最も右側の発光領域３０６の中心と、右側のチップの最も左側の発光領域の中心との間の距離を表わし、同じＬＥＤアレイチップの２つの隣接するＬＥＤ３０３および３０４の間で測定される所期のピッチＰと正確に同じであることが好ましい。この実施形態では、ピッチＰは４２．３μｍである。図３において、ボンディングワイヤ３１０および発光領域が接合される場所３１１をさらに示す。

隣接するチップの端部における発光ダイオード同士を印刷ピッチに適合する間隔で離間するためには、発光セルに非常に近い位置でチップをダイシングしなければならず、チップ内部においてクラックまたは他の欠陥は許容できない（http://www.oki.comから入手可能な沖テクニカルレビュー、２００３年４月、第１９４号、第７０巻、No.2参照）。図４の値Ａは理想的には印刷ピッチ（Ｐ）に対応するが、Ａ／Ｐの比率は典型的に、印刷ピッチの減少またはアドレス指定能力の向上とともに増大する。このＡ／Ｐの増大は、間隙Ｂの寸法に影響する。

間隙Ｂがわずか数ミクロンと小さい場合は、適度な温度低下でも間隙Ｂが０まで温度誘発減少することがあり、チップの長さ、および配線基板とＬＥＤアレイチップとの間のＣＴＥ差が大きいときは特に、ＬＥＤアレイチップ同士の衝突に繋がる。

従来のＣｕベースの配線基板は、等間隔で整列した発光素子の連続する発光素子間のピッチが４２．３ミクロンである５ミリのＬＥＤアレイチップ寸法について６００ｄｐｉで使用することができるが、わずかな限られた温度低下を受けると、間隙Ｂは０に減少する。連続する発光素子間のピッチが３５ミクロン未満に減少すると、４ミリより大きい合理的なＬＥＤアレイチップ寸法によって１チップあたり少なくとも１９２個の発光素子を実装する必要がある８００ｄｐｉシステムにおけるように、ＬＥＤアレイヘッドが過度の温度低下を受けると、たとえばヘッドが飛行機によって一体化されるＬＥＤアレイヘッドまたは装置を運搬する場合に、隣接するＬＥＤアレイチップ同士が衝突する危険性がある。例として、このような装置は、運搬中に−３０℃の温度に晒される場合があり、隣接するＬＥＤアレイチップ同士の衝突によってＬＥＤアレイヘッドが損傷を受ける恐れがある。
米国特許第５９４０１１３号 欧州特許第０６２９９７４号 米国特許第５１７７５００号 欧州特許第０６２９５０８号 米国特許第６５５９８７９号 米国特許第４８２１０５１号 Proceedings of IS&T NIP14, p405-408 (1998) "Handbook of Print Media" by H. Kipphan (Springer ISBN 3-540-67326-1 2001 p694) 沖テクニカルレビュー、２００３年４月、第１９４号、第７０巻、No.2 (http://www.oki.com)

発明の概要
６００ｄｐｉを超える解像度を有する高解像度発光素子、たとえばＬＥＤ素子のアレイと、そのようなアレイを製造する方法とが必要とされている。本発明の利点は、温度制御されたヒートシンク構造に対して良好な熱接点を有する配線基板上にＬＥＤアレイチップなどの発光素子の複数のブロックを整列させることができ、それにより発光ヘッドたとえばＬＥＤアレイヘッドは、動作状態および／または非動作状態における環境温度の変化に対して強固であることである。

本発明の実施形態の目的は、任意にＬＥＤアレイヘッドであり、任意に高い解像度を有し、すなわちたとえば６００ｄｐｉより大きい、さらに８００ｄｐｉより大きい、たとえば１２００ｄｐｉ以上の任意に高いｄｐｉを有する光素子、任意にＬＥＤアレイチップのブロックを含む良好な発光ヘッドと、これを作製する方法とを提供することである。アレイは、複写機、印刷機、またはファックス装置において使用し得る。本発明の実施形態の利点は、６００ｄｐｉ多段階技術から１２００ｄｐｉマルチレベル技術への移行を可能にするＬＥＤアレイヘッド技術などの発光ヘッドを使用することによって、大容量／大量デジタル印刷の画質をさらに向上させることである。

本発明に係る発光ヘッド、任意にＬＥＤアレイヘッドは、上記の目的の少なくとも一部を達成する。アレイは全ページプリントヘッドに適し得る。

本発明は、複写機または印刷機において使用される発光ヘッドを提供する。発光ヘッドはある照射長、たとえば印刷幅または複写幅を有する。発光ヘッドは、バルク材料から得られる一体の硬質担持構造を含み、硬質担持構造は、少なくともヘッドの照射長に及び、バルク材料は、１００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導係数と、ある熱膨張係数とを有する。発光ヘッドはさらに、長手方向のアレイに配列された光素子の複数のブロックを含み、ブロックはある熱膨張係数を有し、光素子のブロックの各々は第１の面と第２の面とを有し、光素子のブロックの各々はブロックの第１の面に露出した複数の発光素子を有し、複数のブロックは、第２の面において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的にかつ直接取付けられる。バルク材料の熱膨張係数は、ブロック材料の熱膨張係数とは最大５×１０^-6／Ｋだけ異なる。

別の局面において、本発明は、複写機または印刷機において使用される発光ヘッドを提供する。発光ヘッドはある照射長、たとえば全ページ用などの印刷幅または複写幅を有する。発光ヘッドは、バルク材料から得られる硬質担持構造を含み、硬質担持構造は少なくともヘッドの照射長に及び、バルク材料は１００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導係数と、ある熱膨張係数とを有する。発光ヘッドはさらに、長手方向のアレイに配列された光素子の複数のブロックを含み、ブロックはある熱膨張係数を有し、光素子のブロックの各々は第１の面と第２の面とを有し、光素子のブロックの各々はブロックの第１の面に露出した複数の発光素子を有し、複数のブロックは、第２の面において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付けられており、バルク材料の熱膨張係数は、ブロック材料の熱膨張係数とは最大５×１０^-6／Ｋだけ、たとえば４×１０^-6／Ｋ以下、たとえば１．１×１０^-6／Ｋというように３×１０^-6／Ｋ未満異なる。

任意に、複数のブロックは、光素子のブロックの第２の面の大部分において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付け得る。任意に、光素子のブロックの第２の面の全体またはほぼ全体に接着剤を塗布し得る。

さらなる局面において、本発明は、複写機または印刷機において使用される発光ヘッドを提供する。発光ヘッドはある照射長、たとえば印刷幅または複写幅を有する。発光ヘッドは、バルク材料から得られる硬質担持構造を含み、硬質担持構造は少なくともヘッドの照射長に及び、バルク材料は１００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導係数と、ある熱膨張係数とを有する。発光ヘッドはさらに、長手方向のアレイに配列された光素子の複数のブロックを含み、ブロックはある熱膨張係数を有し、光素子のブロックの各々は第１の面と第２の面とを有し、光素子のブロックの各々はブロックの第１の面に露出した複数の発光素子を有し、複数のブロックは、第２の面において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付けられており、バルク材料の熱膨張係数は、ブロック材料の熱膨張係数とは最大±３０％、たとえば最大±２０％というように最大±２５％、またはさらに最大±１５％、たとえば最大±１０％またはさらに最大±５％、任意に最大±３％だけ異なる。

任意に、複数のブロックは、光素子のブロックの第２の面の大部分において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付け得る。任意に、光素子のブロックの第２の面のほぼ全体に接着剤を塗布し得る。

さらに別の局面において、本発明は、複写機または印刷機において使用される発光ヘッドを提供する。発光ヘッドはある照射長、たとえば印刷幅または複写幅を有する。発光ヘッドは、バルク材料から得られる一体の硬質担持構造を含み、硬質担持構造は、少なくともヘッドの照射長に及び、バルク材料は１００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導係数と、ある熱膨張係数とを有する。発光ヘッドはさらに、長手方向のアレイに配列された光素子の複数のブロックを含み、ブロックはある熱膨張係数を有し、光素子のブロックの各々は第１の面と第２の面とを有し、光素子のブロックの各々はブロックの第１の面に露出した複数の発光素子を有し、複数のブロックは、第２の面において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付けられており、バルク材料の熱膨張係数は、５×１０^-6／Ｋ〜９×１０^-6／Ｋの範囲にある。

任意に、複数のブロックは、光素子のブロックの第２の面の大部分において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付け得る。任意に、光素子のブロックの第２の面のほぼ全体に接着剤を塗布し得る。

任意に、本発明の第１、第２、および第３の局面に係る発光ヘッドのバルク材料の熱膨張係数は、ブロック材料の熱膨張係数とは最大±２５％、たとえば最大±２０％、またはさらに最大±１５％、たとえば最大±１０％、またはさらに最大±５％、任意に最大±３％だけ異なり得る。バルク材料の熱膨張係数は、ブロック材料の熱膨張係数とは最大５×１０^-6／Ｋだけ、たとえば４×１０^-6／Ｋ以下だけ、たとえば１．１×１０^-6／Ｋというように３×１０^-6／Ｋ未満異なり得る。バルク材料の熱膨張係数は、５×１０^-6／Ｋ〜９×１０^-6／Ｋの範囲にあり得る。光素子、任意にＬＥＤアレイチップのブロックは、ＡｌＧａＡｓなどのガリウム砒素を有する半導体化合物を含み得る。

以下で第１の接着剤とも称する、硬質担持構造と光素子の複数のブロックとを物理的に取付けるための伝導性接着剤は、樹脂型接着剤たとえばエポキシ型樹脂接着剤であり得る。

第１の伝導性接着剤は、特に熱伝導特性を有し、任意に導電性も有する。特に、第１の伝導性接着剤はヒートシンクに適する熱伝導性と呼ばれる接着剤の種類に属し得る。

任意に、発光ヘッドはＬＥＤアレイヘッドであり、光素子の複数のブロックは複数のＬＥＤアレイチップであり得る。

代替的に、発光ヘッドは光素子の複数のブロックを含み得、光素子は、ＯＬＥＤまたはＶＣＳＥＬなどのレーザダイオードであり得る。

発光ヘッド、たとえばＬＥＤアレイヘッドはプリントヘッド用であり、印刷幅方向においてある印刷幅を有し得る。全ページプリントヘッドに適し得る。

光素子、任意にＬＥＤアレイチップの複数のブロックは、印刷幅にほぼ平行な方向において長手軸に沿って硬質担持構造上に整列される。

第１の面は上面と称し、第２の面は下面と称し得る。
光素子のブロックは、比較的遅い速度にて極めて高い精度で硬質担持体にたとえば、１個ずつ接合する、１時間あたりに光素子のブロック約６６個と２倍の数のドライバチップとを接合するなどしてダイボンディングし得る。高変調転写１：１セルフォック（登録商標）アレイの焦点深度は、数十ミクロンに限定される。動作温度に近い温度でダイボンディングするのに使用することができ、かつ発光ヘッドの動作温度の範囲の温度、たとえば４０℃未満で硬化させることができる接着剤を使用すると、発光ヘッドの製造精度が向上することがわかった。

任意に、複数のブロックは光素子のブロックの第２の面の大部分において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付け得る。最適には、接着剤は光素子のブロックの第２の面のほぼ全体に塗布し得る。

「第２の面の大部分における接着剤」とは、第２の面の表面積の５０％以上に塗布された接着剤と理解される。任意に、接着剤は第２の面の表面積の８０％以上に塗布し得る。ほぼ全体とは、通常の製造公差によってせいぜい表面積のわずかな部分だけが接着剤で覆われていないと理解される。

「取付けられた」という用語は、光素子のブロック、任意にＬＥＤアレイチップの第２の下面と硬質担持構造とを互いに固定するために当該２つの物体を取付けることと理解される。

バルク材料は、限定的な組成および特性を有する材料と理解され、この材料はどんな量でも同じ組成および特性を有する。バルク材料は導電性であり得、１０-9Ω×ｍ〜１０-15Ω×ｍの範囲、たとえば３４０×１０-9Ω×ｍの体積抵抗率を有し得る。

任意に、光素子たとえばＬＥＤアレイチップのブロックは半導体化合物を含む。半導体化合物の例は、ガリウムおよび砒化物である。

光素子たとえばＬＥＤアレイチップの各ブロックについて、発光素子は、隣接する発光素子同士の間をほぼ等間隔で整列させ得る。任意に、光素子たとえばＬＥＤアレイチップの複数のブロックは、光素子たとえばＬＥＤアレイチップの各ブロックにおいて発光素子が整列している方向において硬質担持構造上に整列される。

光素子たとえばＬＥＤアレイチップのブロックの１インチあたりの発光素子数は変動し得るが、１インチあたり６００素子以上、たとえば１インチあたり８００素子（それぞれ２３．６／ｍｍ、３１．５／ｍｍ）であり得る。光素子たとえばＬＥＤアレイチップのブロックの１インチあたりの発光素子数は、１インチあたり１２００素子またはそれ以上であり得る（４７．２５／ｍｍ以上）。

光素子のブロックたとえばＬＥＤアレイヘッドの印刷幅方向における印刷幅の長さは変動し得るが、たとえば２００ｍｍ〜１２００ｍｍの範囲、より詳細にはたとえば２７０ｍｍ以上、任意に３３０〜６４０ｍｍであり得る。

光素子たとえばＬＥＤアレイチップのブロックの長さは変動し得るが、たとえば３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲、たとえば４ｍｍ、５ｍｍ、または８ｍｍであり得る。

本発明の一部の実施形態によれば、光素子の各ブロックは、光素子の上記ブロックの下面に設けられた共通電極を有し得る。

任意に、光素子たとえばＬＥＤアレイチップの複数のブロックは、それらの下面に設けられた共通電極を介して、任意に導電性を有する伝導性接着剤によって硬質担持構造に電気的に接続される。

本発明の一部の実施形態によれば、硬質担持構造は担持バーであり得る。発光ヘッドは、発光ヘッドの少なくとも印刷幅に及ぶ金属ベース構造をさらに含み得、任意に冷却手段が設けられる。担持バーは、第２の伝導性接着剤、特に熱伝導性接着剤の可撓性層によって上記金属ベース支持部に物理的に取付けられることが好ましい。

第２の伝導性接着剤、とくに熱伝導性接着剤の層は、任意に１００μｍより大きい厚さを有し得る。

第２の伝導性接着剤、とくに熱伝導性接着剤の層は、２００μｍ〜５００μｍの厚さを有し得る。

任意に、第２の伝導性接着剤は導電性であり得る。
本発明で使用される熱伝導性接着剤、たとえば第１の伝導性接着剤または第２の伝導性接着剤のいずれかの熱伝導率は０．５Ｗ／ｍＫより大きい、たとえば１．５Ｗ／ｍＫまたは３０Ｗ／ｍＫと理解される。

導電性接着剤、たとえば第１の伝導性接着剤または第２の伝導性接着剤のいずれかの体積電気抵抗率は１０^-6Ω×ｍより大きく、任意に５０×１０^-6Ω×ｍというように１０^-5Ω×ｍより大きいと理解される。

伝導性接着剤、第１の伝導性接着剤および／または第２の伝導性接着剤の両方、任意にポリマー二成分接着剤または多成分接着剤などの二成分接着剤または多成分接着剤は、作業温度、すなわち印刷機または複写機の部品である発光ヘッドの所期動作温度の範囲にある温度、すなわち４０℃未満の温度で不可逆に硬化することが好ましい。このような温度で硬化する接着剤を使用することによって、硬質担持構造のゆがみおよび屈曲、または光素子のブロックに対する硬質担持構造のゆがみおよび屈曲などの膨張作用が回避される。これは、印刷または複写用途の発光ヘッドを製造するのに必要な精度において重要である。接着剤はいずれかの適切な種類のものであり得、シリコーンベースの接着剤、ブタジエンベースの接着剤、ビスマレイミドベースの接着剤、およびエポキシベースの接着剤は例にすぎない。

第２の伝導性接着剤、特に熱伝導性接着剤は硬化後に可撓性を有し得る。
第２の接着剤は、光素子たとえばＬＥＤアレイチップのブロックを硬質担持構造に接続するのに使用される第１の伝導性接着剤である接着剤と同様または同一であり得る。

一部の実施形態によれば、第２の伝導性接着剤は、上記複数のブロックを上記硬質担持構造に物理的に取付ける伝導性接着剤の弾性係数より小さい弾性係数を有し得る。第２の接着剤は、光素子たとえばＬＥＤアレイチップのブロックを硬質担持構造に接続するのに使用される第１の伝導性接着剤である接着剤とは異なっていてもよい。第１の伝導性接着剤は、第２の伝導性接着剤の弾性係数より大きい弾性係数を有し得る。第１の伝導性接着剤は、１０００ＭＰａより大きい弾性係数を有し得、たとえばエポキシ型接着剤またはアクリル酸ベースの接着剤であり、ベース構造と担持バーとを連結させるための第２の伝導性接着剤は、任意に弾性係数が小さく、たとえばシリコーンベースの接着剤またはブタジエンベースの接着剤のように、弾性係数は１０ＭＰａ未満であり、たとえば弾性係数が約１ＭＰａの接着剤である。任意に、第２の伝導性接着剤は厚さ１００〜５００μｍの層が設けられたシリコンベースの接着剤である。

本発明の一部の実施形態によれば、金属ベース構造は冷却手段を含み得る。
本発明の一部の実施形態によれば、冷却手段は冷却された流体、たとえば冷却液体を循環させるための１本以上の流路を有し得る。

冷却された液体は、強制冷却液体であり得る。
本発明の一部の実施形態によれば、伝導性接着剤に接触するよう意図される硬質担持構造の少なくとも１つの表面には、銀、金、白金、銅、水銀、アルミニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウムおよびオスミウムからなるグループから選択される金属、またはこのグループの金属の組合せからなるコーティングが設けられ得る。

これらの金属のうち、酸化がないことと空気における耐久性とにより、貴金属が好ましい。

本発明の一部の実施形態によれば、光素子のブロックの少なくとも１つは、１２８個より多い発光素子を含み得る。

本発明の一部の実施形態によれば、光素子のブロックの少なくとも１つは、ほぼ等間隔に整列した発光素子を含み得、光素子のブロックの隣接する発光素子間のピッチは３５ミクロン未満である。

「ピッチ」という用語は、光素子の１ブロックの一部である２個の隣接する発光素子の外形の中心間、たとえばＬＥＤアレイチップの隣接するＬＥＤ間の平均距離と理解される。
光素子のブロック、たとえばＬＥＤアレイチップは、６００ｄｐｉまたはさらに１２００ｄｐｉのチップであり得る。「ｄｐｉ」は１インチあたりのドット数を意味し、各ドットは発光素子である。

本発明の一部の実施形態によれば、バルク材料は焼成Ａｌ−Ｓｉ合金であり得る。
本発明の一部の実施形態によれば、伝導性接着剤、特に光素子のブロックと硬質担持構造とを物理的に取付けるための第１の伝導性接着剤は、銀充填型エポキシ樹脂ベースの接着剤であり得る。

銀充填型エポキシ樹脂ベースの接着剤は、硬化後に可撓性を有し得る。充填材は、銀から得られる短繊維の銀粉末として与えられ得る。代替的にまたは追加的に、繊維または粉末状の他の伝導性充填材を使用してもよい。このような銀充填型エポキシ樹脂ベースの接着剤は、第２の伝導性接着剤として使用し得る。しかし一部の実施形態では、第２の接着剤はエポキシ接着剤より大きい可撓性を有し得る。

本発明の別の局面によれば、発光ヘッドを提供する方法が提供される。当該方法は、バルク材料から得られる硬質担持構造を設けるステップを含み、硬質担持構造は少なくともヘッドの照射長に及び、バルク材料は１００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導係数と、ある熱膨張係数とを有する。当該方法はさらに、長手方向のアレイに配列された光素子の複数のブロックを設けるステップを含み、ブロックはある熱膨張係数を有し、光素子のブロックの各々は第１の面と第２の面とを有し、光素子のブロックの各々はブロックの第１の面に露出した複数の発光素子を有しバルク材料の熱膨張係数は、ブロック材料の熱膨張係数とは最大５×１０^-6／Ｋだけ異なり、さらに、複数のブロックを、第２の面において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付けるステップを含む。

任意に、複数のブロックは、光素子のブロックの第２の面の大部分において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付け得る。任意に、接着剤は、光素子のブロックの第２の面のほぼ全体に塗布し得る。

本発明の一部の実施形態によれば、ブロックを硬質担持構造に物理的に取付けるステップは、ブロックの第２の面において伝導性接着剤を塗布し、６０℃未満の温度で伝導性接着剤を硬化させ、それによってブロックを硬質担持構造に取付けるステップを含む。任意に、４０℃未満の硬化温度が使用される。伝導性接着剤は特に熱伝導性であり、任意に導電性でもある。任意に、複数のブロックは、光素子のブロックの第２の面の大部分において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付け得る。任意に、接着剤は、光素子のブロックの第２の面のほぼ全体に塗布し得る。

本発明の一部の実施形態によれば、物理的に取付けるステップは、複数のブロックを硬質担持構造にダイボンディングするステップを含み得る。

本発明の一部の実施形態によれば、硬質担持構造は担持バーであり得る。当該方法はさらに、少なくとも発光ヘッドの印刷幅に及ぶ金属ベース構造を設けるステップを含み、ベース構造は冷却手段を有し、さらに、伝導性接着剤の可撓性層によって担持バーを金属ベース支持部に物理的に取付けるステップをさらに含み得る。

伝導性接着剤は特に熱伝導性であり、任意に導電性である。
本発明の第４の局面に係る方法は、硬質担持構造上に光素子のブロックが向上した精度で設けられた発光ヘッド、たとえばＬＥＤアレイヘッドを得ることができるという利点を有する。

本発明の一部の実施形態によれば、任意にＬＥＤアレイヘッドである発光ヘッドは、剛性および／または細長い硬質担持構造などの担持構造を含み、硬質担持構造は任意にＬＥＤアレイヘッドである発光ヘッドの少なくとも印刷幅に及ぶバルク材料で構成され、またはバルク材料からなり、ある熱膨張率と１００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率とを有する。発光ヘッドはさらに、任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックを含み、任意にＬＥＤアレイチップである光素子のブロックの各々は、その上面に整列され露出した複数の発光素子を有し、任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックは、（任意に発光素子が等間隔で整列される）長手方向に硬質担持構造上に整列され、任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックの下面は、伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付けられ、バルク材料の熱膨張係数は、ブロック材料の熱膨張係数とは最大５×１０^-6／Ｋだけ、たとえば４×１０^-6／Ｋ以下だけ、たとえば１．１×１０^-6／Ｋというように３×１０^-6／Ｋ未満異なり得る。

任意に、複数のブロックは光素子のブロックの第２のまたは「下」面の大部分において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付け得る。任意に、接着剤は、光素子のブロックの第２の面のほぼ全体に塗布し得る。バルク材料の熱膨張係数は、５×１０^-6／Ｋ〜９×１０^-6／Ｋの範囲にあり得る。

接着剤は、特に熱伝導性接着剤である。接着剤は、任意に導電性でもある。任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックは、ＡｌＧａＡｓなどのガリウム砒素を有する半導体化合物を含み得る。

本発明の一部の実施形態によれば、任意にＬＥＤアレイヘッドである発光ヘッドは、任意にＬＥＤアレイヘッドである発光ヘッドの少なくとも印刷幅に及び、かつ冷却手段を有する金属ベース構造と、任意にＬＥＤアレイヘッドである光素子のブロックの少なくとも印刷幅に及び、かつバルク材料からなり、ある熱膨張係数および１００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導係数を有する中間担持バーと、任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックとを含み得る。任意にＬＥＤアレイチップである光素子のブロックの各々は、その上面に複数の発光素子が整列し露出しており、任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックは、発光素子が等間隔で整列している長手方向において硬質担持構造上に整列し、任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックの下面は、伝導性接着剤によって担持バーに物理的に取付けられ、バルク材料の熱膨張係数は、ブロック材料の熱膨張係数とは最大５×１０^-6／Ｋだけ、たとえば４×１０^-6／Ｋ以下だけ、たとえば１．１×１０^-6／Ｋというように３×１０^-6／Ｋ未満異なり得る。担持バーは、硬化後に可撓性を維持する、または可撓性となる硬化可能な第２の伝導性接着剤の少なくとも厚さ１００ミクロンの層によって金属ベース支持部に物理的に取付けられる。

任意に、複数のブロックは、光素子のブロックの第２のまたは「下」面の大部分において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付け得る。任意に、接着剤は光素子のブロックの第２の面のほぼ全体に塗布し得る。

チップは、たとえばガリウム砒素を有する半導体化合物、またはその化合物、たとえばＡｌＧａＡｓから作製し得る。接着剤は熱伝導性であり得る。任意に、接着剤は導電性であり得る。

バルク材料の熱膨張係数は、５×１０^-6／Ｋ〜９×１０^-6／Ｋの範囲にあり得る。接着剤は、特に熱伝導性接着剤であり、任意に導電性でもある。

本発明の一部の実施形態によれば、任意にＬＥＤアレイヘッドである発光ヘッドは、任意にＬＥＤアレイヘッドである発光ヘッドの少なくとも印刷幅に及び、かつ５×１０^-6／Ｋ〜９×１０^-6／Ｋの範の熱膨張係数および１００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有するバルク材料からなる硬質担持構造と、任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックとを含み得る。任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックの各々は、その上面に複数の発光素子が整列し露出しており、その下面に共通電極が設けられている。任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックは、発光素子が等間隔で整列している方向において硬質担持構造上に整列し、任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックの下面は、その上に設けられた共通電極を介して導電性接着剤によって硬質担持構造に電気的に接続され、伝導性接着剤はさらに、任意にＬＥＤアレイチップである光素子のブロックを中間担持構造に物理的に取付け、バルク材料の熱膨張係数は、ブロック材料の熱膨張係数とは最大５×１０^-6／Ｋだけ、たとえば４×１０^-6／Ｋ以下だけ、たとえば１．１×１０^-6／Ｋというように３×１０^-6／Ｋ未満異なり得る。

接着剤は熱伝導性接着剤であり得る。バルク材料の熱膨張係数は、５×１０^-6／Ｋ〜９×１０^-6／Ｋの範囲にあり得る。

任意に、複数のブロックは、光素子のブロックの第２のまたは「下」面の大部分において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付け得る。任意に、接着剤は光素子のブロックの第２の面のほぼ全体に塗布し得る。

本発明の一部の実施形態によれば、任意にＬＥＤアレイヘッドである発光ヘッドは、任意にＬＥＤアレイヘッドである発光ヘッドの少なくとも印刷幅に及び、冷却手段を有する金属ベース構造と、任意にＬＥＤアレイヘッドである発光ヘッドの少なくとも印刷幅に及び、かつある熱膨張係数および１００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導係数を有するバルク材料からなる中間担持バーと、任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックとを含み得る。任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックの各々は、その上面に複数の発光素子が整列し露出しており、その下面に共通電極が設けられており、任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックは、発光素子が等間隔で整列している方向において中間担持バー上に整列し、任意にＬＥＤアレイチップである光素子の複数のブロックの下面は、その上に設けられた共通電極を介して伝導性接着剤によって中間担持バーに電気的に接続され、伝導性接着剤はさらに、任意にＬＥＤアレイチップである光素
子のブロックを中間担持バーに物理的に取付け、バルク材料の熱膨張係数は、ブロック材料の熱膨張係数とは最大５×１０^-6／Ｋだけ、たとえば４×１０^-6／Ｋ以下だけ、たとえば１．１×１０^-6／Ｋというように３×１０^-6／Ｋ未満異なり得る。中間担持バーは、硬化後に可撓性を有する第２の伝導性接着剤の少なくとも厚さ１００ミクロンの層によって金属ベース支持部に物理的に取付けられる。

任意に、複数のブロックは、光素子のブロックの第２のまたは「下」面の大部分において伝導性接着剤によって硬質担持構造に物理的に取付け得る。任意に、接着剤は光素子のブロックの第２の面のほぼ全体に塗布し得る。接着剤は熱伝導性接着剤であり得る。バルク材料の熱膨張係数は、５×１０^-6／Ｋ〜９×１０^-6／Ｋの範囲にあり得る。

発明の特定の局面および好ましい局面を、添付の独立請求項および従属請求項に記載する。従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と適宜組合せることができ、請求項に明白に記載しているだけではない。

この分野における装置は絶え間なく改良され、変化し、かつ進化してきたが、本概念は、先行手法からの逸脱を含めて実質的に新しい新規な改良を表わしており、より効率が高く、安定し、かつ信頼性が高いこの種の装置が提供されることになると考えられる。

本発明の教示によって改良された電子写真式印刷機の設計が可能となり、本発明に係るＬＥＤアレイヘッドは、感光ドラム上に静電潜像を書込むための光源として使用される。

本発明の上記および他の特徴、機能、および利点は、発明の原則を例として図示する添付の図面と併せて読まれると、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。この説明は例示のためにすぎず、発明の範囲を制限するものではない。以下で引用する参照符号は添付の図面に言及する。

異なる図面において、同じ参照符号は同じまたは類似の要素を指す。

例示的な実施形態の説明
特定の実施形態について、一部の図面を参照して本発明を説明するが、発明はそれに限定されず、請求項によってのみ限定される。記載する図面は概略的なものに過ぎず、限定的なものではない。図面において、一部の要素の寸法を例示の目的で誇張し、縮尺通りに描いていない場合がある。寸法および相対的な寸法は、発明の実際の具体化には対応しない。

さらに、説明および請求項における第１、第２、第３などの用語は、同様の要素同士を区別するためであり、必ずしも時間的、空間的いずれかの順序について説明するために用いられているとは限らない。このように用いられる用語は適切な状況の下で置き換え可能であり、ここに記載する発明の実施形態は、ここに記載または例示した以外の順序で動作することもできると理解される。

さらに、説明および請求項における上部、底部、上、下などの用語は説明の目的であり、必ずしも相対的な位置を説明するために用いられているとは限らない。このように用いられる用語は適切な状況の下で置き換え可能であり、ここに記載する発明の実施形態は、ここに記載または例示した以外の向きで動作することができると理解される。

請求項で用いられる「備える」という用語は、その後に列挙される手段に制限されると解釈すべきではなく、他の要素またはステップを排除するものではない。したがって、定義される特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を、言及されているように特定していると解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップもしくは構成要素、またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。したがって、「手段ＡおよびＢを備える装置」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなる装置に限定されるべきではない。これは、本発明に関して、装置のうち唯一関連する構成要素はＡおよびＢであることを意味する。

同様に、請求項で用いられる「連結」という用語は、直接的な接続のみに制限されると解釈すべきではない。「連結された」、「接続された」という用語、およびそれらの派生語を使用し得る。これらの用語は互いに同義語として意図されていないと理解すべきである。したがって、「装置Ｂに連結された装置Ａ」という表現の範囲は、装置Ａの出力が装置Ｂの入力に直接接続されている装置またはシステムに限定されるべきではない。これは、Ａの出力とＢの入力との間に、他の装置または手段を含む経路が存在し得ることを意味する。「連結」という用語は、２つ以上の要素が物理的もしくは電気的に直接接触していること、または２つ以上の要素は互いに直接接触していないが協働もしくは相互作用することを意味し得る。

本明細書中の「一実施形態」は、実施形態に関連する特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書のさまざまな箇所において出現する「一実施形態において」という語句は、必ずしもすべて同じ実施形態を指すとは限らないが、指すこともある。さらに、１つ以上の実施形態においてこの開示から当業者に明らかなように、特定の機能、構造、または特徴をいずれかの適切な方法で組合せることができる。

同様に、発明の例示的な実施形態の説明において、開示を簡素化し、１つ以上のさまざまな発明の局面の理解を補助する目的で、発明のさまざまな特徴が単一の実施形態、図、または説明にまとめて分類されることがあると理解すべきである。しかし、開示の方法は、クレームされている発明が各クレームに明白に記載されている以上の特徴を必要とするという意図を反映していると解釈すべきではない。むしろ以下の請求項が反映しているように、発明の局面は、上で開示した１つの実施形態のすべての特徴に存在するとは言えない。したがって、詳細な説明に続く請求項を、この詳細な説明に明白に引用する。各請求項は、本発明の別個の実施形態として自立している。

さらに、ここに説明する一部の実施形態はいくつかの特徴を有するが、他の実施形態に含まれる他の特徴は有さず、当業者によって理解されるように、種々の実施形態の特徴の組合せが発明の範囲内にあり、種々の実施形態を構成することが意図される。たとえば、添付の請求項においては、請求されている実施形態のいずれかをどの組合せでも使用することができる。

ここに示す説明において、多くの具体的な詳細を示す。しかし、これらの具体的な詳細なしに発明の実施形態を実行し得ると理解される。別の例では、本記載の理解を妨げないように周知の方法、構造および技術は示していない。

発明のいくつかの実施形態の詳細な説明によって、発明を説明する。発明の真の精神または技術的教示から逸脱することなく当業者の知識に従って発明の他の実施形態を構成することができることは明らかであり、発明は添付の請求項の用語によってのみ限定される。

特に熱伝導性の伝導性接着剤について言及する。一部の実施形態については、特に共通電極が下面に設けられている複数の発光素子を使用する場合、伝導性接着剤に導電性も与えられる。導電性接着剤は、複数の発光素子を電気的に連結し得る。

図５ａは発光アレイ、たとえば発光ヘッド５００を示し、この特定の実施形態において、ＬＥＤアレイヘッドはＬＥＤである発光素子を有する。このアレイは、印刷機または複写機、たとえば静電印刷機または複写機において使用し得る。アレイは全ページ印刷用または複写用であり得る。以下ではプリントヘッドに言及するが、本発明に係るいずれのアレイも複写機にも使用し得ると理解すべきである。

ヘッド５００は、好ましくはバルク材料から一体に作製される剛性の細長い硬質担持構造５２０を含み、バルク材料の熱特性は、発光素子の良好な熱転移および冷却をもたらすように選択されていることが好ましい。たとえば硬質担持構造は、フィン、たとえば接合されたプレート５２１の形態であり得、空気冷却のための広い表面積をもたらし、かつ冷却ガスまたは液体などの冷却材を循環させるための内部流路５２２を任意に有する（図５ｂも参照）。バルク材料の熱特性は、ＣＴＥの不整合によって生じる上記の先行技術装置の問題が減少するかまたはなくなる範囲に熱膨張係数（ＣＴＥ）をもたらすように選択することもできる。

硬質担持構造に使用することができる材料は、Ｃｕ−Ｗ合金、金属マトリックス複合物、およびＡｌ−Ｓｉ焼成合金を含む。Ｃｕ−Ｗ合金は重く、高価であり、かつ剛性を欠くため、金属マトリックス複合物および焼成Ａｌ−Ｓｉ合金が好ましい材料である。Ａｌ−Ｓｉ合金は、たとえばオランダ、デルフザイルのRSP technology社から購入することができる。Ａｌ−Ｓｉ材料は、機械加工することができ、かつ比重がより低いというさらなる利点を有する。

バルク材料の良好な熱伝達によって適切な温度制御が可能となり、結果として、図５ａに示したように、熱膨張係数（ＣＴＥ）が５×１０^-6〜９×１０^-6／Ｋの範囲、たとえば７×１０^-6Ｋ-1の値であり、熱伝導係数が少なくとも１００Ｗ／ｍＫ、たとえば１７０ｗ／ｍＫである焼成Ｓｉ−３０％Ａｌ合金の硬質担持構造５２０の形態の配線基板を有するＬＥＤアレイヘッドテスト機構によって判明したように、印刷幅方向の温度が一様となる。硬質担持構造５２０は、空気冷却のために冷却フィンとともに成形されたヒートシンクとして機能する焼成Ａｌ−Ｓｉ合金プレートから組立てられる。

さらに代替的なＬＥＤアレイヘッド５０１を図５ｂに示す。同じまたは同等の材料がＬＥＤアレイヘッドの部品に使用される。硬質担持構造５３０は硬質担持構造５２０と同じバルク材料から得られ、好ましくは一体であり、液体または気体などの強制冷却流体を循環させるための１本以上の流路５３１である冷却手段を含む。流路は熱パイプの形態であり得る。

発光ヘッド５００は、ＬＥＤアレイチップである光素子５１０の複数のブロックを含む。ＬＥＤの代わりに、レーザダイオードたとえばＶＣＳＥＬなどの他の発光装置を使用することができる。ＬＥＤアレイチップ５１０は、たとえばガリウム砒素をベースとする化合物半導体を含む。ＬＥＤアレイチップ５１０の各々はブロックの形態であり、複数の発光素子がその上面５１１上に整列し露出している。ＬＥＤアレイチップ５１０は、配線基板である硬質担持構造５２０、５３０上に整列している。ＬＥＤアレイチップは、上記発光素子がＬＥＤアレイチップの上面に等間隔に整列している方向５９０に整列している。この方向は、印刷幅の方向、すなわち細長いプリントヘッドの長手方向でもある。

使用されるＬＥＤアレイチップ５１０は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓエピタキシャルヘテロ構造であり得る。この種のＬＥＤアレイチップは、荻原他による“High speed 1200 dpi print head” in Proceedings of the Pan Pacific Imaging Conference/Japan Hardcopy1998、257-260ページ、1998年に記載されており、これらのＬＥＤアレイチップ５１０は共通カソード設計を有する設計であり、この共通電極は典型的にＬＥＤアレイチップ５１０の下面５１２上に設けられている。

ＬＥＤチップを硬質担持構造５２０、５３０に直接かつ物理的に接合するのに適した伝導性接着剤５４０は、エポキシベースの接着剤を含む。これらは、たとえば充填材の種類に依存して、熱伝導性および／または導電性であり得る。良好な熱伝導のために、導電性を向上させることもできる小さな金属粒子で接着剤５４０を充填することができる。代替的な接着剤は、ビスマレイミドベース、ブタジエンベース、アクリル酸ベース、またはシリコーンベースであり得る。このような金属充填材の１つは銀粒子である。

硬化後に軟質である接着剤は応力緩和においてさらなる利点を有し、修復の観点においてはドライバチップ５８０またはＬＥＤチップの機械的な除去が容易になる。硬化後に軟質の接着剤が好ましい。硬化後に弾性の接着剤は有利であり得る。

配線基板である硬質担持構造５２０または５３０にＬＥＤアレイチップ５１０を接合するのに適した可撓性エポキシ樹脂は、たとえばダイマー酸ジグリシジルエステル（Shell chemical Co.製、商品名エピコート（登録商標）８７１，８７２）、ビスフェノール側鎖型エポキシ樹脂（旭電化工業（株）（現社名（株）ＡＤＥＫＡ）製、商品名ＡＤＥＫＡ（登録商標）レジンＥＰ４０００）、およびポリオキシアルキレングリコールジグリシジルエーテル（Dow Chemical Company製ＤＥＲ７３２，７３６）を含み得る。

可撓性硬化剤は、ダイマー酸および余剰ジアミンのポリアミド、ＥＨ６３１およびＥＨ６５１、エポメート（登録商標）（味の素（株）製）、ならびにドデセニル無水コハク酸を含む。

無水酸硬化のための可撓性付与剤は、末端に水酸基を有するポリエステルおよびポリオキシアルキレングリコールを含み、アミン硬化のための可撓性硬化剤は、チオール基を有するポリスルフィド（たとえばチオコールＬＰ−３）を含む。

可撓性付与剤および反応性希釈剤の両方として機能する他の薬剤は、第三脂肪酸グリシジルエステルのグリシジルエステル（Shell chemical Co.製）およびアルキルフェノールのグリシジルエーテルを含む。

共通電極を介して電気的に接続されるＬＥＤアレイチップ５１０については、物理的にかつ直接取付けるために熱伝導性および導電性を有する接着剤５４０を使用することができる。たとえば、熱伝導性および導電性を有する接着剤５４０は、硬化後に可撓性となる導電性エポキシ樹脂型接着剤５４０によって、ＬＥＤアレイチップ５１０を硬質担持構造５２０である配線基板の伝導性回路に電気的に接続する。熱伝導性および導電性を有するエポキシ樹脂型接着剤はさらに、ＬＥＤアレイチップを硬質担持構造５２０である配線基板に物理的に取付ける。好ましい銀充填型軟質伝導性接着剤５４０の体積電気抵抗率が５０×１０^-6Ωｍ未満であることが判明したため、共通電極を介して電気的に接続されているＬＥＤアレイチップ５１０は、この導電性接着剤５４０と組合せて使用し得る。

好ましい銀充填型軟質伝導性接着剤５４０の熱伝導率は、１．５Ｗ／ｍＫより大きいと確認された。

共通電極ＬＥＤについての本発明の代替的な実施形態は、多端子カソードＬＥＤアレイチップ設計によって実現することができ、ＬＥＤのグループのためのカソード接点は、小泉他による「LED print head for Use in High-speed, High image Quality Color Printer」において論じられ、http://www.oki.comから入手可能な沖テクニカルレビュー１８９、２００２年４月、３８〜４３頁として発表されているように、ボンディングパッドの形態で設けられる。この場合、基板への接着剤接合は熱接点を設けるためにすぎず、接着剤を流れるＬＥＤ電流は存在しない。したがって接着剤５４０は熱伝導性であり得るが、必ずしも導電性とは限らない。

カソード接点が導電性接着剤５４０接合によって作製され、かつＬＥＤ電流が硬質担持構造５２０を流れる共通電極ＬＥＤアレイチップ５１０と併用して、電流注入を向上させ、かつ硬質担持構造５２０と接着剤５４０との界面を横切る電圧降下を減少させるべく、担持構造５２０の表面５２３をＡｕなどの貴金属で被覆することが有利であるとわかっている。Ａｌ−Ｓｉ焼成合金である硬質担持構造について、約３４０×１０-9Ωｍであるバルク材料の電気体積抵抗率によって良好な結果が得られる。

機械的により強固なＬＥＤアレイヘッド６００は、２７０ｍｍを超える印刷幅に特に適しており、硬質担持構造に加えて、以下で中間担持バー６２０と言及する別個の金属ベース構造６６０を有する。図６はＬＥＤアレイヘッド６００の大まかな図を示し、図７はベース構造６６０および担持バー６２０の詳細な図を示す。この実施形態は、Ａｌなどの軽金属の押出によって金属ベース構造６６０を形成することができ、２本または４本の冷却流路６０３などの予め形成された冷却流路がベース構造６６０に一体化されているという利点を有する。図６に示すように、光学素子ホルダ６０４によって保持されたロッドレンズアレイ６０５を担持バー６２０上に搭載し、発光素子からの光をたとえば印刷ドラムなどの感光半導体面上に集束させることができる。

図５ａに示した実施形態の硬質担持構造５２０と同様に、担持バー６２０は、熱膨張係数（ＣＴＥ）が５×１０^-6〜９×１０^-6／Ｋの範囲、たとえば７×１０^-6Ｋ-1の値であり、熱伝導係数が少なくとも１００Ｗ／ｍＫ、たとえば１７０Ｗ／ｍＫであるバルク材料、たとえば焼成Ｓｉ−３０％Ａｌ合金から作製され得る。担持バー６２０は、少なくとも１００ミクロン厚さの熱伝導性接着剤６７０、たとえば硬化後に可撓性を有するエポキシ型またはシリコーン樹脂型接着剤の層によって、金属ベース支持部６６０に物理的に取付けられる。担持バー６２０および金属ベース構造６６０のＣＴＥが異なるため、たとえば軟質接着剤、任意に弾性接着剤である接着剤６７０の比較的厚い層は、温度変化を受けても担持バー６２０および金属ベース構造６６０が両方とも直線を維持するように、相対的な膨張／収縮に対応することができる。

印刷幅が２７０ｍｍを超えるＬＥＤアレイヘッドについて除外はしないが、好ましくは軟質で熱伝導性を有し、任意に導電性を有する接着剤層６７０の厚さは２００〜５００ミクロンの範囲であり得ることがわかった。大部分の用途について、厚さ１００ミクロン未満の軟質伝導性接着剤層は、特定の状況においては依然として故障が生じ得るため、相対的な膨張／収縮に対応するにはあまり好都合ではないことがわかった。

任意に軟質であり熱伝導性を有し、任意に導電性を有するさまざまな接着剤で厚い弾性ボンドを作製することができる。体積電気抵抗率がおよそ４５×１０^-6Ωｍである単一成分銀ペーストＲＴＶシリコーンによって良好な結果が得られた。

導電性接着剤である（物理的にかつ直接取付けられる）第１の接着剤６４０を介してカソード接点が生じる共通電極ＬＥＤアレイチップ６１０と、担持バー６２０と、導電性接着剤である第２の接着剤６７０と、冷却手段を含むベース構造６６０とを使用すると、上面６２３および下面６２４それぞれの上の担持バーを金などの貴金属で被覆またはめっきすることが有利であるとわかった。自然酸化物表面層を構成するＡｌなどの材料からなる冷却基板については、接着剤６７０に係合した少なくとも表面６６１上に不活性金属コーティングを設けたときに最良の結果が得られた。

本発明の一局面は、発光アレイを構成する構造の異なる位置において異なる種類の接着剤を使用することに関する。接着剤に関してＣＴＥが発光ブロックによりよく整合する支持材料を使用してもＣＴＥ不整合問題が必ずしも解消されるとは限らず、単に問題がブロックと担持体との界面から担持体と支持部との界面に移動するだけである。ＣＴＥが異なる２つの材料を互いに接合するのに硬質接着剤を使用すれば、当該組合せはバイメタルストリップのように作用する。温度変化に伴うゆがみおよび屈曲は、高解像度印刷機または複写機にとって有利ではない。したがって、発明のこの局面によれば、使用される接着剤の剛性はＣＴＥの差に基づいて選択される。ＣＴＥの差が小さい場合は、温度変化によって生じる機械的応力は小さく、したがってより剛性が高い接着剤を使用することができる。より剛性が高い接着剤は、発光ブロックが確実に保持されるという利点を有し得る。一方ＣＴＥの差が大きい場合は、たとえば係数がより小さい、より軟質の接着剤が好ましい。したがって本発明は、発光ブロックと、支持構造たとえば担持体の第１の層との間のＣＴＥの差が小さく保たれ、かつ使用される接着剤の係数がより大きい多層構造を含むが、当該構造の、発光ブロックからより離れた層同士のＣＴＥの差はより大きく、使用される接着剤はより小さい係数をし得る。第１の伝導性接着剤は１０００ＭＰａより大きい弾性係数を有し得、たとえばエポキシ型接着剤またはアクリル酸ベースの接着剤であるが、ベース構造と担持バーとを連結するための第２の伝導性接着剤は任意に弾性係数がより小さく、たとえばシリコーンベースの接着剤またはブタジエンベースの接着剤のように弾性係数は１０ＭＰａ未満であり、たとえば弾性係数が約１ＭＰａの接着剤である。任意に、第２の伝導性接着剤は、層厚が１００〜５００μｍであるシリコンベースの接着剤である。

強制励起され温度制御された液体で冷却流路を使用することは、多色印刷機の別個の像形成ステーションに使用されるＬＥＤアレイヘッドが同じ基準温度に熱的に連結されるというさらなる利点を有する。これは、別個のＬＥＤアレイヘッドの熱膨張の差を大幅に減少させることができるため、色同士の重ね合わせエラーをなくすのに役立つ。

図６および図７では、印刷幅方向６９０に垂直な面によって生じる断面がほぼ長方形の担持バー６２０を示すが、他の断面も使用し得ると理解される。

硬質担持バー６２０を設けるために、図５ａ、図５ｂに示した実施形態において使用される硬質担持構造５２０および/または５３０の場合と同じまたは同一の材料を使用することができ、同じ利点を有すると理解される。硬質担持バー６２０は一体形成することができる。

図５ａおよび図５ｂに示した実施形態において使用される第１の面５１１および第２の面５１２を有するＬＥＤアレイチップ５１０の場合のように、第１の面６１１および第２の面６１２を有する同じまたは同一のＬＥＤアレイチップ６１０を使用することができ、同じ利点を有すると理解される。

同様に、図６および図７の実施形態の接着剤６４０は、図５ａおよび図５ｂの実施形態の接着剤５４０と同様または同一であり、同じまたは同様の利点を有し、たとえば物理的にかつ直接取付けられる。

同様に、図６および図７の実施形態のドライバチップ６８０は、図５ａおよび図５ｂの実施形態のドライバチップ５８０と同様または同一であり、同じまたは同様の利点を有する。

図８は、本発明に係るＬＥＤアレイヘッドの能力を表わす実験データを示す。
図６および図７の実施形態に係るベース構造に搭載された担持バー上に搭載されたＬＥＤアレイチップの光出力が測定されている。

データ点は、ＬＥＤアレイチップの６６個のＬＥＤの各々に対応する投影画像の中央におけるロッドレンズアレイの画像面において行われた光出力（縦軸８１０）測定を表わす。横軸８２０は、印刷幅方向においてＬＥＤアレイヘッド上に整列している順番に付されたＬＥＤアレイチップ番号を表わす。

×印のデータ点８０１は、各ＬＥＤアレイチップ（印刷幅方向においてＬＥＤアレイヘッド上に整列している順番の番号１〜６６）の光出力を表わし、光出力は、３８４個のＬＥＤの各々に対して、（番号によって参照される）特定の１個のＬＥＤアレイチップに３００ｍＡのパルス電流（全体で１１５ｍＡの電流）が同時に供給されたときに得られる。グラフの値は、アレイ全体について平均値（×印８０１の平均値）と比較した百分率として表わされる。

黒丸のデータ点８０２は、３８４個のＬＥＤの各々に対して６６個のＬＥＤアレイチップのすべてに３００μＡの電流（全体で７．６Ａの電流）を供給したときの（データ点８０１の曲線の平均値に関する）同じ種類の測定を表わす。

ＬＥＤアレイチップの光出力は平均値のほぼ１％の偏差内にあることが観察でき、これは、第１の接着剤６４０、担持バー６２０、第２の接着剤６７０、およびベース構造６６０を介する導電性が高品質ＬＥＤアレイヘッド印刷システムについて十分許容し得ることを示す。

完成したＬＥＤを１０分間十分に露光した後で１個のＬＥＤの光出力をさらに測定すると、長い空き時間後に同じ測定を行った場合と比較して、局所的な４℃の温度上昇と一致する２％の光出力低下を示す。完全に平坦化されていない局所的な加熱によって生じ得るこの局所的な温度上昇は、数秒後に回復されることがわかる。この結果は、高品質多段階印刷の要件に十分に一致する。

発明を具体化するＬＥＤアレイヘッドの目的を達成するための他の配置は、当業者にとって自明であろう。

本発明に係るＬＥＤアレイヘッドは、電子写真式印刷機の感光ドラム上に静電潜像を書込むための光源として使用し得る。印刷機が多色印刷機である場合、ＬＥＤアレイヘッドは、冷却流体を使用してＬＥＤアレイヘッドを冷却する冷却手段を含むときには、冷却回路で使用される冷却流体によって熱的に連結されることができ、冷却流体はＬＥＤアレイヘッドの各々に供給される。

本発明に係る装置について好ましい実施形態、特定の構造および構成、ならびに材料をここに記載したが、添付の請求項によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更または修正を形状および詳細において行ない得ると理解される。たとえば、上記のいずれかの配合は、使用し得る処理の代表例にすぎない。

従来技術で公知である、発光領域の画像を投影するためのロッドレンズ光学素子とともにＬＥＤ、ドライバ、配線基板を示す図である。 米国特許第６５５９８７９号の像を表わし、当該分野で公知であるＬＥＤアレイチップおよびドライバチップの典型的な構成を示す図である。 米国特許第６５５９８７９号の像を表わし、当該分野で公知であるＬＥＤアレイチップおよびドライバチップの典型的な構成を示す図である。 当該分野で公知である２個のＬＥＤチップの接合部の顕微鏡図である。 図３に示した２個のＬＥＤチップの接合部の概略図である。 本発明に係るＬＥＤアレイヘッドの第１の実施形態を概略的に示す図である。 本発明に係るＬＥＤアレイヘッドの第１の実施形態の代替的変形例を概略的に示す図である。 本発明に係るＬＥＤアレイヘッドの第２の実施形態を概略的に示す図である。 図６の実施形態の詳細を示す図である。 図６および図７に示したＬＥＤアレイヘッドの実施形態についての光出力測定の結果を示すグラフである。

５００ 発光ヘッド、５１０ ＬＥＤアレイチップ、５１１ 上面、５１２ 下面、５２０ 硬質担持構造、５２１ プレート、５２２ 内部流路、５２３ 表面、５４０ 伝導性接着剤、５８０ ドライバチップ、５９０ 方向。

Claims (21)

1. 複写機または印刷機において使用される発光ヘッド（５００，５０１）であって、前記発光ヘッドはある照射長を有し、
   前記発光ヘッド（５００，５０１）は、バルク材料から得られる一体の硬質担持構造（５２０，５３０）を備え、前記硬質担持構造は少なくとも前記照射長に及び、前記バルク材料は１００Ｗ／ｍ・Ｋより大きい熱伝導係数と、ある熱膨張係数とを有し、さらに、
   前記発光ヘッド（５００，５０１）は、前記硬質担持構造の長手方向軸に沿ってアレイ状に配列された光素子の複数のブロック（５１０）を備え、該複数のブロックは、互いに離れているとともに、ある熱膨張係数を有し、光素子の前記複数のブロックの各々は第１の面（５１１）と第２の面（５１２）とを有し、光素子の前記複数のブロックの各々は前記ブロック（５１０）の第１の面（５１１）に露出した複数の発光素子を含み、前記複数のブロックの各々は、第２の面（５１２）において伝導性接着剤（５４０）によって、個別に前記硬質担持構造に物理的に直接取付けられており、
   前記光素子の個々の前記ブロックはＬＥＤアレイチップであり、
   前記バルク材料の熱膨張係数と前記ブロックの前記熱膨張係数との差は５×１０^-6／Ｋ以下であり、
   前記伝導性接着剤は、２５℃以上４０℃未満の温度で不可逆に硬化している、発光ヘッド（５００，５０１）。
2. 伝導性接着剤（５４０）は、第２の面（５１２）の少なくとも大部分に設けられる、請求項１に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
3. 伝導性接着剤（５４０）の熱伝導率は０．５Ｗ／ｍ・Ｋより大きい範囲にある、請求項１または２に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
4. バルク材料の熱膨張係数は、ブロック（５１０）材料の熱膨張係数の−３０％から＋３０％の範囲内である、請求項１から３のいずれか１項に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
5. バルク材料の熱膨張係数は５×１０^-6／Ｋ〜９×１０^-6／Ｋの範囲にある、請求項１から４のいずれか１項に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
6. 光素子の前記ブロック（５１０）の各々は、光素子の前記ブロックの下面に設けられた共通電極を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
7. 前記硬質担持構造（５２０，５３０）は担持バー（６２０）である、請求項１から６のいずれか１項に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
8. 前記発光ヘッドは、少なくとも発光ヘッドの印刷幅に及ぶ金属ベース構造（６６０）をさらに備え、担持バー（６２０）は、第２の伝導性接着剤（６７０）の可撓性層によって前記金属ベース構造（６６０）に物理的に取付けられる、請求項７に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
9. 前記第２の伝導性接着剤（６７０）の弾性係数は、前記複数のブロック（５１０，６１０）を前記硬質担持構造に物理的に取付ける伝導性接着剤（５４０，６４０）の弾性係数よりも小さい、請求項８に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
10. 前記金属ベース構造（６６０）は冷却手段を含む、請求項８または９に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
11. 前記冷却手段は、冷却された液体を循環させるために１本以上の流路を有する、請求項１０に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
12. 伝導性接着剤（５４０）に接触するように意図された前記硬質担持構造（５２０，５３０）
    の少なくとも１つの面（５２３）には、銀、金、白金、銅、水銀、アルミニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、およびオスミウムからなるグループから選択される金属、またはこのグループの金属の組合せからなるコーティングが設けられる、請求項１から１１のいずれか１項に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
13. 光素子の前記ブロック（５１０）の少なくとも１つは１２８個より多い発光素子を含む、請求項１から１２のいずれか１項に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
14. 光素子の前記ブロック（５１０）の少なくとも１つはほぼ等間隔で整列された発光素子を含み、光素子のブロックは、隣接する発光素子間のピッチが３５ミクロン未満である、請求項１から１３のいずれか１項に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
15. 前記バルク材料は焼成Ａｌ−Ｓｉ合金である、請求項１から１４のいずれか１項に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
16. 前記複数のブロック（５１０）を前記硬質担持構造に物理的に取付ける伝導性接着剤（５４０）は、銀充填型エポキシ樹脂ベースの接着剤である、請求項１から１５のいずれか１項に記載の発光ヘッド（５００，５０１）。
17. ある照射長を有する発光ヘッド（５００，５０１）を設けるための方法であって、前記方法は、
    前記発光ヘッドを構成する、バルク材料からなる硬質担持構造（５２０，５３０）を設けるステップを備え、前記硬質担持構造は、少なくとも前記照射長に及び、前記バルク材料は１００Ｗ／ｍ・Ｋより大きい熱伝導係数と、ある熱膨張係数とを有し、さらに、
    前記硬質担持構造の長手方向軸に沿ってアレイ状に配列された光素子の複数のブロック（５１０）を設けるステップを備え、該複数のブロックは、互いに離れているとともに、ある熱膨張係数を有し、光素子のブロック（５１０）の各々は第１の面（５１１）と第２の面（５１２）とを有し、光素子の前記複数のブロック（５１０）の各々は前記ブロックの第１の面（５１１）に露出した複数の発光素子を含み、前記光素子の個々の前記ブロックはＬＥＤアレイチップであり、さらに、
    前記複数のブロック（５１０）を個別に、第２の面（５１２）において伝導性接着剤（５４０）によって前記硬質担持構造に物理的に直接取付けるステップを備え、
    前記バルク材料の熱膨張係数と前記ブロックの前記熱膨張係数との差は５×１０^-6／Ｋ以下であり、
    前記伝導性接着剤は、２５℃以上４０℃未満の温度で不可逆に硬化している、方法。
18. 伝導性接着剤（５４０）は、第２の面（５１２）の大部分に塗布される、請求項１７に記載の方法。
19. ブロック（５１０）を前記硬質担持構造（５２０，５３０）に物理的に取付けるステップは、ブロック（５１０）の第２の面（５１２）において伝導性接着剤（５４０）を塗布し、６０℃未満の温度で伝導性接着剤を硬化させ、それによってブロック（５１０）を前記硬質担持構造（５２０，５３０）に取付けるステップを含む、請求項１７または１８に記載の方法。
20. 物理的に取付けるステップは、前記複数のブロックを前記硬質担持構造にダイボンディングするステップを含む、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記硬質担持構造は担持バー（６２０）であり、前記方法はさらに、
    少なくとも発光ヘッドの印刷幅に及ぶ金属ベース構造（６６０）を設けるステップを備え、ベース構造（６６０）は冷却手段を有し、さらに、
    第２の伝導性接着剤（６７０）の可撓性層によって担持バー（６２０）を前記金属ベース支持部（６６０）に物理的に取付けるステップを備える、請求項１７から２０のいずれか１項に記載の方法。

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