JP2002103678A

JP2002103678A - 発光素子および光書き込みヘッド

Info

Publication number: JP2002103678A
Application number: JP2000294065A
Authority: JP
Inventors: Fuminao Matsumoto; 文直松本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】充分な発光強度を有し、発光強度の均一性に
すぐれた発光素子および光書き込みヘッドを提供する。【解決手段】本発明の発光素子は、導光路３を有し、
導光路３内部に発光部が設けられており、発光部から放
射された光が導光路端部４より外部へ放出されるように
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ，ス
キャナ，プリンタなどに利用される発光素子および光書
き込みヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】発光素子は、さまざまな分野で利用され
ているが、インターネットやパーソナルコンピュータの
普及により情報のデジタル化が進むなか、スキャナやプ
リンタ，液晶ディスプレイ，プロジェクタといった、画
像情報をデジタル化したり、逆にデジタル情報を可視化
する装置に使用されるようになった。

【０００３】電子写真方式は、事務処理で使用するプリ
ンタ，ファクシミリ，複写機等に広く利用されてきた
が、最近では個人事務所や家庭などのパーソナル分野に
おいても普及しはじめている。

【０００４】電子写真方式では、帯電した感光体に光を
当てることによって静電的な潜像を感光体上に作成し、
この潜像をトナーによって可視化している。感光体に光
を照射する方式には、レーザーダイオードからのレーザ
ー光を高速で回転する多面体ミラーを用いて感光体上を
走査するＬＤ方式、アレイ状に並べた小さな半導体発光
ダイオード（ＬＥＤ）を使用するＬＥＤ方式、光電管の
光を液晶シャッターでオン，オフさせる液晶シャッター
方式の３つの方式がある。このうち、ＬＥＤ方式は、装
置を非常に小さくでき、また、光書き込み速度が他の２
つの方式よりも速いという利点を有しているものの、発
光ダイオードの発光特性にばらつきがあり、また、半導
体発光ダイオードが高価であることから、広く使用され
るには至っていない。一方、高速カラー印刷の要望が高
まりつつあることから、ＬＤ方式が再認識されている。

【０００５】感光体に光を照射する方式として、上記３
つの方式の他に、発光素子としてエレクトロルミネッセ
ンス（ＥＬ）素子を使用することが提案されている。Ｅ
Ｌ素子は半導体発光ダイオードに較べて安価であるもの
の、発光強度に劣る。この問題を回避するため、例えば
米国特許第４５３５３４１号には、光の取り出し方向を
発光面と垂直の方向とし、発光強度を高めた端面発光型
光プリントヘッドが提案されている。また、特開平５−
２６６９７９号には、クラッド層とコア層から成る導波
路構造により、発光強度をさらに高めたＥＬ素子が提案
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光導波路と発光素子を
組み合わせたデバイスの発光強度は非常に大きくなる
が、発光層をコア層として、その上下をクラッド層では
さむ構成の場合、クラッド層はコア層よりも小さな屈折
率である必要があり、使用できる材料や発光素子の層構
成に大きな制限ができてしまう。また、導波モードが存
在するためには、取り出せる光の波長や発光層の厚さも
限定されてしまう。

【０００７】また、クラッド層やコア層の厚さや屈折率
のばらつきによって発光強度が大きく変化するため、発
光強度の均一性が重要である光書き込みヘッド（例えば
光プリンタヘッド）にこれを適用することは難しい。

【０００８】また、従来の端面型発光ＥＬ素子では、放
射される光の形状が扁平であるが、光書き込みヘッド
（例えば光プリンタヘッド）として使用するには、放射
される光の形状は正方形もしくは円形であることが望ま
しい。

【０００９】本発明は、充分な発光強度を有し、発光強
度の均一性にすぐれた発光素子および光書き込みヘッド
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、導光路を有し、導光路内部
に発光部が設けられており、該発光部から放射された光
が導光路端部より外部へ放出されるように構成されてい
ることを特徴としている。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発光素子において、前記発光部は薄膜型エレクトロ
ルミネッセンス素子であることを特徴としている。

【００１２】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の発光素子において、前記導光路の内壁は、導光路を
形成している材料よりも小さな屈折率を有する材料で被
覆されていることを特徴としている。

【００１３】また、請求項４記載の発明は、請求項１記
載の発光素子において、前記導光路の内壁は、金属膜に
よって被覆されていることを特徴としている。

【００１４】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれか一項に記載の発光素子が複数個設
けられていることを特徴としている。

【００１５】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の光書き込みヘッドにおいて、各々の導光路の間に遮
光層が設けられていることを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明に係る発光素子の構成
例を示す図である。図１を参照すると、この発光素子
は、表面が平滑な基板１上にストライプ状の隔壁２が設
けられている。隔壁２の内部は、発光部（図１には図示
せず）から放射される光に対して透明な材料で充填さ
れ、導光路３が形成されている。すなわち、図１の構成
では、導光路３の内部に、発光部が設けられており、発
光部から放射された光は、導光路３内に充填された材料
と隔壁２の界面で反射し、導光路端面４から出射される
ようになっている。

【００１７】このような構成の導光路３は、クラッド
層，コア層からなる光導波路と比較すると光伝送効率は
小さくなるが、光プリンタヘッドのように光が伝搬する
距離が比較的短い（長くても数十ミリメーター）場合に
は有効である。また、図１の発光素子では、導光路端面
４の全面から光５が出射されるため、放射光の形状制御
が容易である。

【００１８】このように、本発明の発光素子は、導光路
３を有し、導光路３内部に発光部が設けられており、発
光部から放射された光が導光路端部４より外部へ放出さ
れるように構成されている。

【００１９】ここで、発光部には半導体ＬＥＤ素子を用
いることも可能であるが、発光部が薄膜状のエレクトロ
ルミネッセンス素子である場合には、より効果を発揮す
る。すなわち、薄膜状のエレクトロルミネッセンス素子
は、半導体ＬＥＤ素子と比較すると発光強度に劣るが、
大きな面積の素子を容易に作成することが可能であり、
光反射路の光伝搬方向に長い発光部を設けることによっ
て面発光で不足しがちな発光強度を大きくすることがで
きる。また、発光面内に何らかの劣化が発生し、部分的
に発光強度に変化が生じた場合においても、導光路端面
４からの出射光強度が変化しにくいという利点がある。

【００２０】なお、上記構成の発光素子において、スト
ライプ状の隔壁２の内壁を高反射率の材料でコーティン
グすることによって、光の伝搬効率を高くすることがで
きる。ここで、コーティング材料としては、銀，アルミ
ニュウム，ニッケル，クロム等の高反射率を有する金属
材料（金属反射膜）が適している。この金属反射膜は、
後述のように本発明の発光素子を用いて光書き込みヘッ
ドを構成するとき、隣接する発光部から放射された光の
侵入を防止する（すなわち、隣接する発光部から放射さ
れた光を遮光する）遮光層としての機能を有している。

【００２１】また、隔壁２の内壁をコーティングする金
属反射膜と隔壁２内を充填する材料との間に、隔壁２内
を充填する材料よりも小さい屈折率の膜をコーティング
することによって、光の伝送効率をより高いものするこ
とができる。

【００２２】また、隔壁２を基板１自体にもたせること
によって、生産性を向上し、デバイスを低価格で作成す
ることができる。

【００２３】また、発光素子を金属原子からの放射光を
利用する材料で作成することによって、発光素子が放射
する光の波長を容易に制御することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２５】実施例１実施例１の発光素子では、ＧａＡｓウエハ上に５つのＬ
ＥＤ発光部を有する発光ダイオードアレイ（ＬＥＤアレ
イ）を形成し、続いて、このウエハ上にフォトレジスト
を使用して高さ１０ミクロン，幅１０ミクロン，長さ１
００ミクロンのストライプ状の隔壁を２本形成した。隔
壁の間隔は１０ミクロンとした。この際、隔壁の長さ方
向は、ウエハに形成したＬＥＤアレイと平行に、また、
発光部が２つの隔壁の中央にくるように位置合わせを行
った。続いて、熱硬化型のアクリル樹脂をスピンコート
法によって塗布した。この際、アクリル樹脂が隔壁内を
充填するように硬化前のアクリル樹脂の粘度を調節して
導光路を形成した。樹脂を熱硬化した後、基板の表面に
対して垂直方向に出射する光を遮光するため、樹脂上に
アルミニウム膜を蒸着した。

【００２６】このような構成の発光素子では、ＬＥＤ発
光部から出射した光は、アクリル樹脂からなる導光路内
を伝わり、導光路の端面から放出される。また、この発
光素子は、５つのＬＥＤ発光部を有し、それぞれのＬＥ
Ｄ発光部の発光を制御できるようにしたため、発光素子
から放射される光量を５段階に調節することが可能であ
る。

【００２７】なお、導光路を形成する材料は、アクリル
樹脂に限定されるものではなく、発光素子から発せられ
る光に対して高い透過率を有する材料であればよい。

【００２８】実施例２図２は実施例２の発光素子の構成を示す図である。実施
例２では、厚さ１ｍｍのガラス基板１に、実施例１と同
様にして高さ１０ミクロン，幅１０ミクロン，長さ１０
０ミクロンのストライプ状の隔壁２を２本形成した。続
いて、実施例１と同様にして熱硬化型のアクリル樹脂を
スピンコート法によって塗布し、２本の隔壁２内を充填
して導光路３を形成した。アクリル樹脂を熱硬化した
後、スバッタ法により透明導電膜（膜厚１２０ｎｍ）を
成膜した。続いて、この透明導電膜を通常のフォトリソ
法で加工し幅１０μｍのストライプ状の下電極６を形成
した。次に、発光層７としてアルミニウムキノリール
（Ａｌｑ₃）を真空蒸着で５０ｎｍの厚さに成膜した。
続いて、マグネシュウムと銀を共蒸着して発光素子の上
電極８を形成した。

【００２９】薄膜エレクトロルミネッセンス素子は面型
の発光デバイスであるが、図２の構成をとることによっ
て、面から無指向に放射される光を一定の方向に集光す
ることが可能となる。また、発光面の面積を変化させる
ことによって駆動電圧を高めることなしに発光素子から
放射される光量を増加させることができる。また、エレ
クトロルミネッセンス素子において部分的に発光強度に
変化が生じた場合においても導光路端面からの出射光強
度を変化しにくものにすることができる。

【００３０】なお、実施例２では、発光素子を図２の構
成としたが、発光素子を図３のような構成にすることも
可能である。すなわち、図３の構成は、厚さ１ｍｍのガ
ラス基板１に、実施例１と同様にして高さ１０ミクロ
ン，幅１０ミクロン，長さ１００ミクロンのストライプ
状の隔壁２を２本形成した後、下電極６，発光層７，上
電極８を形成し、続いて、導光路３を形成し、しかる
後、遮光層９を形成したものとなっている。

【００３１】実施例３実施例３では、厚さ１ｍｍのガラス基板に、実施例１と
同様にして高さ１０ミクロン，幅１０ミクロン，長さ１
００ミクロンのストライプ状の隔壁を２本形成した。続
いて、プラズマＣＶＤ法によって窒化珪素膜（Ｓｉ
Ｎ_x）（膜厚１００ｎｍ）を隔壁内にコーティングし
た。この際、窒化珪素膜の屈折率が１．５となるように
成膜条件を制御した。続いて、実施例１と同様にして熱
硬化型のアクリル樹脂をスピンコート法によって塗布し
導光路を形成した。続いて、アクリル樹脂を熱硬化した
後、スバッタ法により透明導電膜（膜厚１２０ｎｍ）を
成膜した。続いて、この透明導電膜を通常のフォトリソ
法で加工し幅１０μｍのストライプ状の下電極を形成し
た。次に発光層としてアルミニウムキノリール（Ａｌｑ
₃）を真空蒸着で厚さ５０ｎｍに成膜した。続いて、マ
グネシュウムと銀を共蒸着して発光素子の上電極を形成
した。なお、実施例３で使用している熱硬化型のアクリ
ル樹脂の屈折率は約１．６である。実施例３では、隔壁
内側に屈折率１．５の窒化珪素膜をコーティングするこ
とによって（すなわち、導光路の内壁を、導光路を形成
している材料よりも小さな屈折率を有する材料で被覆す
ることによって）、アクリル樹脂との界面における臨界
反射角を小さくし、その結果、導光路における光伝達効
率を高くすることができる。

【００３２】実施例４実施例４では、厚さ１ｍｍのガラス基板に実施例１と同
様にして高さ１０ミクロン，幅１０ミクロン，長さ１０
０ミクロンのストライプ状の隔壁を２本形成した。次に
スパッタ法によりアルミニウム膜（膜厚１００ｎｍ）を
隔壁内壁にコーティングした。続いて、スパッタ法によ
って酸化珪素膜（ＳｉＯ_x）（膜厚１００ｎｍ）を隔壁
内にコーティングした。続いて、実施例１と同様にして
熱硬化型のアクリル樹脂をスピンコート法によって塗布
して導光路を形成した。続いて、アクリル樹脂を熱硬化
した後、スバッタ法により透明導電膜（膜厚１２０ｎ
ｍ）を成膜した。続いて、この透明導電膜を通常のフォ
トリソ法で加工し幅１０μｍのストライプ状の下電極を
形成した。次に発光層としてアルミニウムキノリール
（Ａｌｑ₃）を真空蒸着で厚さ５０ｎｍに成膜した。続
いて、マグネシュウムと銀を共蒸着して発光素子の上電
極を形成した。実施例４では、隔壁内に金属コーティン
グを行うことによって（導光路の内壁を、金属膜によっ
て被覆することによって）、導光路における光伝達効率
を大きくするとともに、導光路端部以外からの光漏れの
発生を防ぐことができる（すなわち、導光路の内壁を被
覆する金属膜を遮光層として機能させることができ
る）。

【００３３】実施例５実施例５では、本発明の発光素子の構成を応用して光書
き込みヘッド（光プリンタヘッド）を作製した。図４
（ａ）乃至（ｄ）は光プリンタヘッドの作製工程例を示
す図である。図４を参照すると、厚さ１ｍｍのガラス基
板１上に高さ１０ミクロン，幅１０ミクロン，長さ１０
０ミクロンのストライプ状の隔壁２を２１．２ミクロン
のピッチで形成した（図４（ａ））。なお、実施例５で
は、実施例１と同様にフォトレジストを使用して隔壁２
を形成したが、サンドブラスト法やケミカルエッチング
によって基板を削り、基板自身に凹凸を設け、これを隔
壁２として使用することもできる。また、基板１が整形
可能なプラスチック材料の場合には、基板１の形成時に
隔壁２を作成することもできる。

【００３４】このようにして隔壁２を形成した後、熱硬
化型のアクリル樹脂をスピンコート法によって塗布して
導光路３を作成した（図４（ｂ））。なお、実施例５で
は、実施例１と同様に熱硬化型のアクリル樹脂を使用し
たが、光感光性を有する樹脂を用いて、導光路３を形成
することもできる。この場合、必要とする箇所にのみ樹
脂層を形成することができる。

【００３５】樹脂を熱硬化した後、スパッタ法により透
明導電膜（膜厚１２０ｎｍ）を成膜した。続いて、この
透明導電膜を通常のフォトリソ法で加工し幅１０μｍの
ストライプ状の下電極６を形成した。次に、発光層７と
してアルミニウムキノリール（Ａｌｑ₃）を真空蒸着で
厚さ５０ｎｍに成膜した（図４（ｃ））。続いて、マグ
ネシュウムと銀を共蒸着して発光素子の上電極８を形成
した（図４（ｄ））。

【００３６】光プリンタヘッドとして使用する場合、発
光形状は円もしくは方形が好ましい。本発明においては
隔壁２の高さとピッチを調整することによって、発光形
状を縦長にしたり、横長にしたりすることが可能であ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、導光路を有し、導光路内部に発光部が設
けられており、該発光部から放射された光が導光路端部
より外部へ放出されるように構成されているので、導光
路内に設けた複数の発光素子からの光を１つの光として
使用することができる。

【００３８】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の発光素子において、前記発光部は薄膜型エレ
クトロルミネッセンス素子であり、薄膜型エレクトロル
ミネッセンス素子を導光路内に設けることにより、薄膜
エレクトロルミネッセンス素子から出射される無指向性
の光を一定の方向に集光することができる。また、エレ
クトロルミネッセンス素子において部分的に発光強度に
変化が生じた場合においても導光路端部からの出射光強
度を変化しにくものとすることができる。

【００３９】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１記載の発光素子において、導光路の内壁が、導光路
を形成している材料よりも小さな屈折率を有する材料で
被覆されているので、導光路における光伝達効率を大き
くすることができる。

【００４０】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項１記載の発光素子において、導光路の内部が金属膜に
よって被覆されているので、導光路における光伝達効率
を大きくするとともに導光路端部以外からの光漏れの発
生を防ぐことができる。

【００４１】また、請求項５記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項４のいずれか一項の発光素子を使用し
て、コンパクトな光書き込みヘッドを提供することがで
きる。また、発光形状を制御することも可能である。

【００４２】また、請求項６記載の発明によれば、請求
項５記載の光書き込みヘッドにおいて、各々の導光路の
間に遮光層が設けられているので、隣接する発光部への
光の侵入を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発光素子の構成例を示す図であ
る。

【図２】実施例２の発光素子の講成を示す図である。

【図３】実施例２の発光素子の他の構成を示す図であ
る。

【図４】本発明の発光素子を使用した光プリンタヘッド
の作製工程例を示す図である。

【符号の説明】

１基板２隔壁３導光路４導光路端面５出射光６下電極７発光層８上電極９遮光層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 33/22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導光路を有し、導光路内部に発光部が設
けられており、該発光部から放射された光が導光路端部
より外部へ放出されるように構成されていることを特徴
とする発光素子。
【請求項２】請求項１記載の発光素子において、前記
発光部は薄膜型エレクトロルミネッセンス素子であるこ
とを特徴とする発光素子。
【請求項３】請求項１記載の発光素子において、前記
導光路の内壁は、導光路を形成している材料よりも小さ
な屈折率を有する材料で被覆されていることを特徴とす
る発光素子。
【請求項４】請求項１記載の発光素子において、前記
導光路の内壁は、金属膜によって被覆されていることを
特徴とする発光素子。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
記載の発光素子が複数個設けられていることを特徴とす
る光書き込みヘッド。
【請求項６】請求項５記載の光書き込みヘッドにおい
て、各々の導光路の間に遮光層が設けられていることを
特徴とする光書き込みヘッド。