JP2006286981A - Light-emitting apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配列される発光ダイオード素子を選択的に発光させる発光装置およびこの発光装置を備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device that selectively emits light from a light emitting diode element that is arranged, and an image forming apparatus including the light emitting device.
発光素子としてPNPN構造を有する発光サイリスタを使用し、発光サイリスタによって発光の自己走査を実現することによって、光プリンタヘッドに供するときに、基板への実装が簡便となり、コンパクトに作製することができる発光装置がある(たとえば特許文献1,2,3,4,5参照)。
By using a light-emitting thyristor having a PNPN structure as a light-emitting element and realizing self-scanning of light emission by the light-emitting thyristor, light emission that can be easily mounted on a substrate when used in an optical printer head and can be made compact. There is a device (for example, see
図30は、自己走査機能を有する第1の従来の技術の発光装置1の基本構造の概略的な回路構成を示す回路図である。スタート発光サイリスタT0と、発光サイリスタT1,T2,…,Tn−1,Tnが略直線上に配列され、所定の発光サイリスタが発光すると、この発光サイリスタからの光が配列方向に隣接する発光サイリスタに入射するように構成される。スタート発光サイリスタT0と、発光サイリスタT1,T2,…,Tn−1,Tnとをまとめて、単に発光サイリスタTと記載する場合がある。
FIG. 30 is a circuit diagram showing a schematic circuit configuration of a basic structure of the
発光サイリスタTは、光を受光してそのしきい電圧が低下する特性を有する。このため、発光している発光サイリスタTに距離的に近接する発光サイリスタのしきい電圧が低下する。各発光サイリスタTのアノードには、3本の転送クロックラインCL1,CL2,CL3がそれぞれ3つの発光サイリスタごとに繰返し接続される。各転送クロックラインCL1,CL2,CL3には、それぞれ電流源I1、I2、I3が接続され、その電流量は発光クロックパルスφEによって制御される。 The light emitting thyristor T has a characteristic that light is received and a threshold voltage thereof is reduced. For this reason, the threshold voltage of the light emitting thyristor that is close in distance to the light emitting thyristor T that emits light is lowered. Three transfer clock lines CL1, CL2, CL3 are repeatedly connected to the anode of each light emitting thyristor T for each of the three light emitting thyristors. Current sources I 1 , I 2 , and I 3 are connected to the transfer clock lines CL1, CL2, and CL3, respectively, and the amount of current is controlled by the light emission clock pulse φE.
図31は、発光装置1の動作を説明するための波形図である。図31において、φSは、スタート発光サイリスタT0に与えられるスタートパルスを表し、φ1〜φ3は、転送クロックラインCL1〜CL3に与えられる第1〜第3クロックパルスをそれぞれ表し、L(T0)〜L(Tn)は、それぞれ発光サイリスタTの発光強度を表す。
FIG. 31 is a waveform diagram for explaining the operation of the light-
まず、スタートパルスφSがローレベルからハイレベルに変化し、これによって、スタート発光サイリスタT0がオフ状態からオン状態へ変化する。スタート発光サイリスタT0からの光は、隣接する発光サイリスタT1に入射し、これによって発光サイリスタT1のしきい電圧は低下する。発光サイリスタT2よりも走査方向下流側の発光サイリスタTは、発光サイリスタT1よりもスタート発光サイリスタT0から離間しているので、スタート発光サイリスタT0からの入射光は弱く、しきい電圧の低下は小さい。スタート発光サイリスタT0から離間するほど入射光は弱まり、しきい電圧の変化も小さくなる。この状態で、次に第1クロックパルスφ1がローレベルからハイレベルに変化すると、発光サイリスタT1のしきい電圧が、スタート発光サイリスタT0からの光を受光することによって低下しているので、発光サイリスタT1がオフ状態からオン状態へ変化する。転送クロックラインCL1に接続される発光サイリスタT4は、スタート発光サイリスタT0から十分離れているので、しきい電圧の低下はほとんどない。よって発光サイリスタT1のみオン状態となる。そしてスタートパルスφSをローレベルとすることによってスタート発光サイリスタT0はオン状態からオフ状態へ変化する。これによってオン状態がスタート発光サイリスタT0から発光サイリスタT1へ転送される。 First, the start pulse φS changes from the low level to the high level, whereby the start light emitting thyristor T0 changes from the off state to the on state. The light from the start light-emitting thyristor T0 enters the adjacent light-emitting thyristor T1, thereby reducing the threshold voltage of the light-emitting thyristor T1. Since the light emitting thyristor T on the downstream side in the scanning direction from the light emitting thyristor T2 is farther from the start light emitting thyristor T0 than the light emitting thyristor T1, the incident light from the start light emitting thyristor T0 is weak, and the threshold voltage decrease is small. As the distance from the start light-emitting thyristor T0 increases, the incident light becomes weaker and the change in threshold voltage becomes smaller. In this state, when the first clock pulse φ1 next changes from the low level to the high level, the threshold voltage of the light emitting thyristor T1 is lowered by receiving the light from the start light emitting thyristor T0. T1 changes from the off state to the on state. Since the light-emitting thyristor T4 connected to the transfer clock line CL1 is sufficiently away from the start light-emitting thyristor T0, the threshold voltage hardly decreases. Therefore, only the light emitting thyristor T1 is turned on. The start light emission thyristor T0 changes from the on state to the off state by setting the start pulse φS to a low level. As a result, the ON state is transferred from the start light-emitting thyristor T0 to the light-emitting thyristor T1.
同様に、図31に示すように転送クロックラインCL1〜CL3に与えられる第1〜第3クロックパルスφ1〜φ3が変化すると、発光サイリスタT1から発光サイリスタT2に、発光サイリスタT2から発光サイリスタT3に、時間とともにオン状態が、すなわち発光状態が転送される。ここで、第3クロックパルスφ3のみがハイレベルにあり、発光サイリスタT3がオン状態にあるとき、発光サイリスタT3からの光は、隣接する発光サイリスタT2,T4に最も強く入射し、これによって発光サイリスタT2,T4のしきい電圧が低下する。発光サイリスタT1,T5は、発光サイリスタT2,T4に比べ、発光サイリスタT3から遠方にあるため、発光サイリスタT3から入射する光は弱く、しきい電圧はあまり低下しない。 Similarly, when the first to third clock pulses φ1 to φ3 applied to the transfer clock lines CL1 to CL3 change as shown in FIG. 31, the light emitting thyristor T1 to the light emitting thyristor T2, the light emitting thyristor T2 to the light emitting thyristor T3, The on state, that is, the light emission state is transferred over time. Here, when only the third clock pulse φ3 is at a high level and the light-emitting thyristor T3 is in the on state, the light from the light-emitting thyristor T3 is most strongly incident on the adjacent light-emitting thyristors T2 and T4. The threshold voltage of T2 and T4 decreases. Since the light emitting thyristors T1 and T5 are farther from the light emitting thyristor T3 than the light emitting thyristors T2 and T4, the light incident from the light emitting thyristor T3 is weak, and the threshold voltage does not decrease much.
この状態で第1クロックパルスφ1がハイレベルに変化すると、発光サイリスタT4のしきい電圧VTH(T4)は、発光サイリスタT1のしきい電圧VTH(T1)に比べて、より低下しているので、クロックパルスのハイレベル電圧VHを、VTH(T4)<VH<VTH(T1)と設定することによって、発光サイリスタT4のみがオン状態となり、発光サイリスタT1はオフ状態を維持する。そして第3クロックパルスφ3をローレベルにすることによって、発光サイリスタT3はオフ状態になり、オン状態は発光サイリスタT3から発光サイリスタT4へ転送される。 In this state, when the first clock pulse φ1 changes to a high level, the threshold voltage V TH (T4) of the light emitting thyristor T4 is further lowered as compared with the threshold voltage V TH (T1) of the light emitting thyristor T1. Therefore, by setting the high level voltage V H of the clock pulse as V TH (T4) <V H <V TH (T1), only the light emitting thyristor T4 is turned on, and the light emitting thyristor T1 is maintained in the off state. . The light emitting thyristor T3 is turned off by setting the third clock pulse φ3 to a low level, and the on state is transferred from the light emitting thyristor T3 to the light emitting thyristor T4.
このように第1〜第3クロックパルスφ1,φ2,φ3のハイレベルを、互いに少しずつ重なるように設定することによって、発光サイリスタTのオン状態は、発光サイリスタTの配列方向に沿って順次転送されていく。 In this way, by setting the high levels of the first to third clock pulses φ1, φ2, and φ3 so as to slightly overlap each other, the ON state of the light emitting thyristor T is sequentially transferred along the arrangement direction of the light emitting thyristors T. It will be done.
このような発光装置1では、図31に示すように、たとえば発光サイリスタT3を強く発光させる場合、発光サイリスタT3が発光するタイミングに合わせて、発光クロックパルスφEをハイレベルにする。これによってオン状態の発光サイリスタT3のみ電流量が増加するので、発光サイリスタT3の発光強度を大きくすることができる。
In such a
しかしながら発光装置1では、図31に示される発光強度L(T0)〜L(T5)の波形図からも明らかなように、書き込みを行う発光サイリスタT以外の発光サイリスタTもある程度のバイアス光を生じる。これはオン状態を維持するための電流によって発光が生じるためであるが、発光装置1を光プリンタヘッドに適用する場合、画像品質を劣化させる原因となる。このような問題に鑑み、書き込み用の発光素子と、発光素子を選択するためにオン状態が転送されるサイリスタとを別々に設け、サイリスタを電気的に制御する第2の従来の技術の発光装置がある。
However, in the
第1の従来の技術の発光装置では、発光した発光サイリスタTの光を受光して、発光した発光サイリスタTに隣接する発光サイリスタTが光励起する構成であるので、発光サイリスタT間の光の伝達効率が高いことが要求される。また前述のように、発光サイリスタTのオン状態を転送するためのバイアス光の発生によって、光プリンタヘッドに適用した場合に画像品質が悪化するという問題がある。 In the light emitting device of the first conventional technique, the light emitted from the light emitting thyristor T is received, and the light emitting thyristor T adjacent to the light emitting thyristor T emits light, so that light is transmitted between the light emitting thyristors T. High efficiency is required. Further, as described above, there is a problem that image quality deteriorates when applied to an optical printer head due to generation of bias light for transferring the ON state of the light emitting thyristor T.
図32は、自己走査機能を有する第2の従来の技術の発光装置2の基本構造の概略的な回路構成を示す回路図である。発光装置2は、スイッチ用のサイリスタT1,T2,…,Tn−1,Tnが略直線状に配列されたスイッチサイリスタアレイと、発光用のサイリスタL1,L2,…,Ln−1,Lnが略直線状に配列された発光サイリスタアレイとを有する。スイッチサイリスタT1,T2,…,Tn−1,Tnを総称する場合は、単にスイッチサイリスタTと記載し、発光サイリスタL1,L2,…,Ln−1,Lnを総称する場合は、単に発光サイリスタLと記載する場合がある。
FIG. 32 is a circuit diagram showing a schematic circuit configuration of the basic structure of the
発光装置2では、スイッチサイリスタT1,T2,…,Tn−1,Tnおよび発光サイリスタL1,L2,…,Ln−1,Lnのうち、それぞれの対応したスイッチサイリスタTのゲートと、発光サイリスタLのゲートとが接続される。たとえば、走査方向の上流側からn番目に配置されるスイッチ用サイリスタTnと、同じく走査方向上流側からn番目に配置される発光サイリスタLnのゲートとが接続される。スイッチサイリスタT1のゲートは、第1信号入力ラインSに接続される。また、各々のスイッチサイリスタTのゲートは、負荷抵抗RLを介して制御用電源VGKに接続され、アノード電極には、2本の転送クロックラインCL1,CL2がそれぞれ2つのスイッチサイリスタごとに繰り返し接続される。たとえばスイッチサイリスタT1,T3は、転送クロックラインCL2に接続され、たとえばスイッチサイリスタT2,T4は、転送クロックラインCL1に接続される。
In the
またスイッチサイリスタT2のゲートと、スイッチサイリスタT1のゲートと、転送方向指定ダイオードDを介して接続され、以後、同様に隣接するスイッチサイリスタTのゲートは、転送方向指定ダイオードDを介して接続される。転送方向指定ダイオードDは、アノードが転送方向下流側のスイッチサイリスタのゲートと接続される。発光サイリスタLのアノードは、第2信号入力ラインEに接続され、カソードは、接地される。 Further, the gate of the switch thyristor T2, the gate of the switch thyristor T1, and the transfer direction designation diode D are connected, and thereafter the gates of the adjacent switch thyristors T are similarly connected via the transfer direction designation diode D. . The transfer direction designating diode D has an anode connected to the gate of the switch thyristor on the downstream side in the transfer direction. The anode of the light emitting thyristor L is connected to the second signal input line E, and the cathode is grounded.
図33は、発光装置2の動作を説明するための波形図である。図33において、φSは、第1信号入力ラインSに与えられるスタートパルスを表し、φ1およびφ2は、転送クロックラインCL1,CL2にそれぞれ与えられる第1、第2クロックパルスをそれぞれ表し、φEは、第2信号入力ラインEに与えられる発光クロックパルスを表し、Lは、発光サイリスタT1の発光強度を表す。
FIG. 33 is a waveform diagram for explaining the operation of the light-
転送のスタートは、スタートパルスφSがハイレベルからローレベルに変化することによって始まる。これによって、電気的にスイッチサイリスタT1のしきい電圧が低下げられる。このとき第2クロックパルスφ2をローレベルからハイレベルにすることによって、スイッチサイリスタT1がオン状態になる。スイッチサイリスタT2の走査方向下流側のスイッチサイリスタTは、転送方向指定ダイオードDによって、スイッチサイリスタT1から離れるほどダイオードDの順方向電圧降下分、スイッチサイリスタTのゲートにかかる電圧が上昇する。このため、同じ転送クロックラインCL2が接続されているスイッチサイリスタT3のゲートは、ダイオードDを2つ介してスイッチサイリスタT1のゲートと接続されるので、スイッチサイリスタT3のしきい電圧は、スイッチサイリスタT1のゲートよりもダイオードDの2つ分の電圧だけしきい電圧が上昇しており、第2クロックパルスφ2のハイレベルがスイッチサイリスタT3のしきい電圧以下となるようなスタートパルスを与えることによって、スイッチサイリスタT1のみがオン状態になる。 The transfer starts when the start pulse φS changes from the high level to the low level. As a result, the threshold voltage of the switch thyristor T1 is electrically reduced. At this time, the switch thyristor T1 is turned on by changing the second clock pulse φ2 from the low level to the high level. In the switch thyristor T on the downstream side of the switch thyristor T2, the voltage applied to the gate of the switch thyristor T increases by the forward voltage drop of the diode D as the distance from the switch thyristor T1 increases. For this reason, since the gate of the switch thyristor T3 to which the same transfer clock line CL2 is connected is connected to the gate of the switch thyristor T1 via two diodes D, the threshold voltage of the switch thyristor T3 is the switch thyristor T1. By giving a start pulse that the threshold voltage of the diode D is increased by two voltages from the gate of the transistor D2, and the high level of the second clock pulse φ2 is less than or equal to the threshold voltage of the switch thyristor T3, Only the switch thyristor T1 is turned on.
この状態で発光クロックパルスφEをローレベルからハイレベルにすると、ゲートがスイッチサイリスタT1のゲートに接続されている発光サイリスタL1のオン条件は、スイッチサイリスタT1のオン条件と同じになるため、発光サイリスタL1が点灯することになる。発光クロックパルスφEをハイレベルからローレベルに戻すことによって、発光サイリスタL1はオフ状態になり消灯する。 When the light emission clock pulse φE is changed from the low level to the high level in this state, the on condition of the light emitting thyristor L1 whose gate is connected to the gate of the switch thyristor T1 becomes the same as the on condition of the switch thyristor T1. L1 is lit. By returning the light emission clock pulse φE from the high level to the low level, the light emission thyristor L1 is turned off and turned off.
次にスイッチサイリスタT1からスイッチサイリスタT2へのオン状態の転送について説明する。発光サイリスタL1がオフ状態になっても第2クロックパルスφ2がハイレベルのままであれば、スイッチサイリスタT1のオン状態は保持される。このとき、スイッチサイリスタT2では、発光サイリスタT1に比べダイオードD1つ分だけゲートに印加される電圧が高くなり、同じ転送クロックラインCL1が接続されているスイッチサイリスタT4は、それよりもさらにダイオードD2つ分だけゲートに印加される電圧が高くなる。この状態で第1クロックパルスφ1を、ローレベルからハイレベルに変化させたとき、スイッチサイリスタT2のしきい電圧と、スイッチサイリスタT4のしきい電圧の間となるように、第1クロックパルスφ1のハイレベルを選べば、スイッチサイリスタT2のみがオン状態になる。 Next, on-state transfer from the switch thyristor T1 to the switch thyristor T2 will be described. If the second clock pulse φ2 remains at a high level even when the light emitting thyristor L1 is turned off, the on state of the switch thyristor T1 is maintained. At this time, in the switch thyristor T2, the voltage applied to the gate is higher by one diode D than in the light emitting thyristor T1, and the switch thyristor T4 to which the same transfer clock line CL1 is connected has two more diodes D. The voltage applied to the gate increases by the amount. In this state, when the first clock pulse φ1 is changed from the low level to the high level, the first clock pulse φ1 is set so as to be between the threshold voltage of the switch thyristor T2 and the threshold voltage of the switch thyristor T4. If the high level is selected, only the switch thyristor T2 is turned on.
スイッチサイリスタT2がオン状態となった後、第2クロックパルスφ2をハイレベルからローレベルに変化させることによって、スイッチサイリスタT1は発光サイリスタL1がオフ状態となるのと同様にオフ状態になる。このときスタートパルスφSがローレベルからハイレベルに変化しているので、転送方向指定ダイオードDによって、スイッチサイリスタT1のゲートに印加される電圧は、ほぼ制御用電源VGKの電圧に等しくなり、全てのスイッチサイリスタTのうちスイッチサイリスタT2のしきい電圧が、最も低くなる。このようにして、スイッチサイリスタTのオン状態は、スイッチサイリスタT1からスイッチサイリスタT2に移る。このとき、発光クロックパルスφEをローレベルからハイレベルにすると、発光サイリスタL2がオン状態となり、発光する。 After the switch thyristor T2 is turned on, the switch thyristor T1 is turned off similarly to the light emitting thyristor L1 being turned off by changing the second clock pulse φ2 from the high level to the low level. At this time, since the start pulse φS changes from the low level to the high level, the voltage applied to the gate of the switch thyristor T1 by the transfer direction designation diode D becomes substantially equal to the voltage of the control power supply V GK , Among the switch thyristors T, the threshold voltage of the switch thyristor T2 is the lowest. In this way, the ON state of the switch thyristor T moves from the switch thyristor T1 to the switch thyristor T2. At this time, when the light emission clock pulse φE is changed from the low level to the high level, the light emission thyristor L2 is turned on to emit light.
前記の動作を、スイッチサイリスタT1,T2,…,Tn−1,Tnにおいて、順次繰り返すことによってスイッチサイリスタTのオン状態が順次転送され、少ない配線で、発光サイリスタLを選択的に発光させることが可能になる(たとえば、特許文献2,3,4,5参照)。
By sequentially repeating the above operation in the switch thyristors T1, T2,..., Tn−1, Tn, the ON state of the switch thyristor T is sequentially transferred, and the light emitting thyristor L can selectively emit light with fewer wires. (For example, see
また第3の従来の技術として、第2の従来の技術の発光装置2においてスイッチサイリスタTを、サイリスタとダイオードとを積層した構成に置き代えた発光装置がある(たとえば特許文献6参照)。前述した発光装置1,2では、いずれもスイッチング信号を転送するためにサイリスタの機能である受光感度およびスイッチング動作を優先しなければならないため、このような受光感度またはスイッチング動作を優先して形成されるサイリスタは、外部発光出力が最大となる条件とは必ずしも一致しないが、スイッチサイリスタTをサイリスタとダイオードとを積層した構成に置き代えることによって、光出力を高めることができる。
As a third conventional technique, there is a light emitting apparatus in which the switch thyristor T is replaced with a laminated structure of a thyristor and a diode in the
第1の従来の技術の発光装置1では、前述のように、バイアス光の発生により、光プリンタヘッドなどに適用した場合に、画像品質が悪化するという問題点がある。また、第2の従来の技術の発光装置2および第3の従来の技術の発光装置では、スイッチング信号の転送のために電気的に駆動するスイッチ素子としてスイッチサイリスタ、またはサイリスタとダイオードとを積層した発光素子を用い、その電気的制御によって、発光素子としての発光サイリスタLの発光状態の転送を実現しているため、転送方向指定のための転送方向指定ダイオードDやスイッチ用サイリスタのゲート端子にかかる電圧を制御するための負荷抵抗RL等を必要としており、これらをサイリスタ構造の一部を使用して形成している。そのため各半導体層に必要とされる要求が多くなり、製造に際して工程管理が厳しくなってしまい、生産性に劣るという問題点がある。
As described above, the
したがって本発明の目的は、装置の構造を複雑にすることなく、可及的に少ない信号伝送路によって、複数配列される発光素子のうち所定の発光ダイオード素子のみを選択的に発光させることができ、生産性が向上された発光装置およびこれを備える画像形成装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to selectively emit only a predetermined light emitting diode element among a plurality of arranged light emitting elements with as few signal transmission paths as possible without complicating the structure of the apparatus. Another object is to provide a light emitting device with improved productivity and an image forming apparatus including the same.
本発明は、アノードおよびカソードのいずれか一方にトリガ信号が与えられた状態で、アノードまたはカソードの他方に発光信号が与えられたとき発光する発光素子を複数有し、複数の前記発光素子が相互に間隔をあけて配列された発光ダイオード素子アレイと、
各発光ダイオード素子のアノードおよびカソードのいずれか一方に接続され、発光ダイオード素子に前記発光信号を伝送する発光信号伝送路と、
受光によって予め定める部位にトリガ信号を発生して、走査信号の電圧または電流よりもしきい電圧またはしきい電流が低下し、かつ前記走査信号が与えられたとき発光するスイッチ素子を複数有し、各スイッチ素子が隣接するスイッチ素子からの光を受光するように相互に間隔をあけて配列されたスイッチ素子アレイと、
各発光ダイオード素子のアノードおよびカソードの他方と、各スイッチ素子の予め定める部位とを接続する接続手段と、
各スイッチ素子に接続され、配列方向に隣接するスイッチ素子毎に、異なるタイミングで与えられる前記走査信号を伝送する複数の走査信号伝送路とを含むことを特徴とする発光装置である。
The present invention includes a plurality of light emitting elements that emit light when a light emission signal is applied to the other of the anode or the cathode in a state where a trigger signal is applied to either the anode or the cathode, and the plurality of light emitting elements are mutually connected. A light emitting diode element array arranged at intervals,
A light-emitting signal transmission path that is connected to either the anode or the cathode of each light-emitting diode element and transmits the light-emitting signal to the light-emitting diode element;
A trigger signal is generated at a predetermined site by light reception, a threshold voltage or a threshold current is lower than a voltage or current of a scanning signal, and a plurality of switch elements emit light when the scanning signal is given, A switch element array arranged so as to be spaced from each other so that the switch elements receive light from adjacent switch elements;
Connection means for connecting the other of the anode and the cathode of each light emitting diode element and a predetermined part of each switch element;
A light emitting device comprising: a plurality of scanning signal transmission paths for transmitting the scanning signal provided at different timings for each switching element connected to each switching element and adjacent in the arrangement direction.
また本発明は、前記スイッチ素子は、
基板上に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第1の一方導電型半導体層または非発光性の半導体材料によって形成される一方導電型半導体基板と、
前記第1の一方導電型半導体層または前記一方導電型半導体基板に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第1の他方導電型半導体層と、
前記第1の他方導電型半導体層に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第2の一方導電型半導体層と、
前記第2の一方導電型半導体層に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第2の他方導電型半導体層と、
前記第2の他方導電型半導体層上に順次積層され、それぞれが発光性の半導体材料によって形成される第3の一方導電型半導体層および第3の他方導電型半導体層とを含むことを特徴とする。
In the present invention, the switch element is
A first conductive semiconductor layer formed on a substrate and formed of a non-light-emitting semiconductor material or a one-conductive semiconductor substrate formed of a non-light-emitting semiconductor material;
A first other-conductivity-type semiconductor layer that is stacked on the first one-conductivity-type semiconductor layer or the one-conductivity-type semiconductor substrate and is formed of a non-light-emitting semiconductor material;
A second one-conductivity-type semiconductor layer stacked on the first other-conductivity-type semiconductor layer and formed of a non-light-emitting semiconductor material;
A second other conductivity type semiconductor layer stacked on the second one conductivity type semiconductor layer and formed of a non-light emitting semiconductor material;
And a third one-conductivity-type semiconductor layer and a third other-conductivity-type semiconductor layer, each of which is sequentially stacked on the second other-conductivity-type semiconductor layer, each formed of a light-emitting semiconductor material. To do.
また本発明は、発光ダイオード素子は、それぞれが発光性の半導体材料によって形成される一方導電型の第1ダイオード構成半導体層および他方導電型の第2ダイオード構成半導体層とを有し、
第1ダイオード構成半導体層は、スイッチ素子の第3の一方導電型半導体層と同じ半導体材料によって形成され、第2ダイオード構成半導体層は、スイッチ素子の第3の他方導電型半導体層と同じ半導体材料によって形成されることを特徴とする。
Further, according to the present invention, the light emitting diode element includes a first conductive semiconductor layer of one conductive type and a second conductive semiconductor layer of the other conductive type, each formed of a light emitting semiconductor material,
The first diode constituent semiconductor layer is formed of the same semiconductor material as the third one-conductivity-type semiconductor layer of the switch element, and the second diode constituent semiconductor layer is the same semiconductor material as the third other-conductivity-type semiconductor layer of the switch element. It is characterized by being formed by.
また本発明は、発光ダイオード素子は、基板上に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第1の一方導電型半導体層または非発光性の半導体材料によって形成される一方導電型半導体基板と、前記第1の一方導電型半導体層または前記一方導電型半導体基板に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第1の他方導電型半導体層と、前記第1の他方導電型半導体層に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第2の一方導電型半導体層と、前記第2の一方導電型半導体層に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第2の他方導電型半導体層との積層体に、積層して形成されることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the light emitting diode element is laminated on the substrate, and the first one-conductivity-type semiconductor layer formed of the non-light-emitting semiconductor material or the one-conductivity-type semiconductor substrate formed of the non-light-emitting semiconductor material. A first other-conductivity-type semiconductor layer that is stacked on the first one-conductivity-type semiconductor layer or the one-conductivity-type semiconductor substrate and is formed of a non-light-emitting semiconductor material; and the first other-conductivity-type semiconductor A second one-conductivity-type semiconductor layer formed of a non-light-emitting semiconductor material and a second one-conductivity-type semiconductor layer formed of a non-light-emitting semiconductor material. The other conductive type semiconductor layer is laminated and formed.
また本発明は、前記非発光性の半導体材料は、不純物を含むシリコンであることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the non-light-emitting semiconductor material is silicon containing impurities.
また本発明は、前記発光ダイオード素子が発する光に、前記スイッチ素子が発する光が干渉しないように、前記スイッチ素子が発する光を遮光する遮光手段を含むことを特徴とする。 Further, the present invention is characterized by including a light shielding means for shielding the light emitted from the switch element so that the light emitted from the switch element does not interfere with the light emitted from the light emitting diode element.
また本発明は、前記発光装置と、
画像情報に基づいて前記発光装置を駆動する駆動手段と、
感光体ドラムに前記発光装置の発光素子からの光を集光する集光手段と、
前記発光装置からの光が前記集光手段によって前記感光体ドラムに集光されて露光された感光体ドラムに現像剤を供給する現像剤供給手段と、
感光体ドラムに現像剤によって形成された画像を記録シートに転写する転写手段と、
記録シートに転写された現像剤を定着させる定着手段とを含むことを特徴とする画像形成装置である。
The present invention also provides the light emitting device;
Driving means for driving the light emitting device based on image information;
Condensing means for condensing light from the light emitting element of the light emitting device on the photosensitive drum;
Developer supplying means for supplying the developer to the exposed photosensitive drum by which light from the light emitting device is condensed on the photosensitive drum by the condensing means;
Transfer means for transferring an image formed by a developer on the photosensitive drum to a recording sheet;
An image forming apparatus comprising: fixing means for fixing the developer transferred to the recording sheet.
本発明によれば、スイッチ素子アレイの複数のスイッチ素子のうち、1つのスイッチ素子が発光したときに、この発光したスイッチ素子の光は、配列方向に相互に間隔をあけて隣接するスイッチ素子に受光される。受光したスイッチ素子は、走査信号の電圧または電流よりも、しきい電圧またはしきい電流が低下し、このしきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子に接続された走査信号伝送路によって伝送される走査信号を与えられることによって発光する。複数の走査信号伝送路によって伝送される走査信号は、配列方向に隣接するスイッチ素子毎に、異なるタイミングで与えられるので、受光によってしきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子に、走査信号を与えることができ、これによってスイッチ素子を配列方向に順番に発光させることができる。 According to the present invention, when one switch element emits light among the plurality of switch elements of the switch element array, the light of the emitted switch element is transmitted to the adjacent switch elements at intervals in the arrangement direction. Received light. The received switch element has a lower threshold voltage or threshold current than the voltage or current of the scanning signal, and is transmitted by a scanning signal transmission line connected to the switch element having the lowered threshold voltage or threshold current. It emits light when given a scanning signal. Since the scanning signals transmitted by the plurality of scanning signal transmission paths are given at different timings for each switching element adjacent in the arrangement direction, the scanning signal is applied to the switching elements whose threshold voltage or threshold current has been reduced by light reception. Thus, the switch elements can emit light sequentially in the arrangement direction.
スイッチ素子が受光すると、このスイッチ素子の予め定める部位にトリガ信号が発生し、このトリガ信号は接続手段を介して対応する発光ダイオード素子のアノードおよびカソードのいずれか一方に与えられる。発光ダイオード素子は、アノードおよびカソードのいずれか一方にトリガ信号が与えられ、アノードまたはカソードの他方に発光信号が与えられたときに発光させることができる。 When the switch element receives light, a trigger signal is generated at a predetermined portion of the switch element, and this trigger signal is applied to one of the anode and the cathode of the corresponding light-emitting diode element via the connecting means. The light emitting diode element can emit light when a trigger signal is applied to either the anode or the cathode and a light emission signal is applied to the other of the anode or the cathode.
各スイッチ素子は、隣接するスイッチ素子から発する光を受光することによって、そのしきい電圧またはしきい電流を低下させることができ、各スイッチ素子の予め定める部位に、転送方向指定のためのダイオードおよび電源との間に接続される負荷抵抗などを接続する必要がない。したがって装置の構造を複雑にすることなく、可及的に少ない信号伝送路によって、複数配列される発光素子のうち所定の発光素子のみを選択的に発光させることができる。また第2の従来の技術の発光装置と比較して、装置の構造が簡素化されるので、製造工程を少なくすることができ、装置の生産性を向上させることができる。 Each switch element can reduce its threshold voltage or threshold current by receiving light emitted from an adjacent switch element. A diode for designating a transfer direction and a predetermined direction of each switch element There is no need to connect a load resistor or the like connected to the power source. Therefore, only a predetermined light emitting element among a plurality of light emitting elements arranged can be selectively caused to emit light with as few signal transmission paths as possible without complicating the structure of the apparatus. Further, since the structure of the device is simplified as compared with the light emitting device of the second prior art, the manufacturing process can be reduced and the productivity of the device can be improved.
本発明によれば、スイッチ素子は、一方導電型半導体基板または基板上に積層される第1の一方導電型半導体層と、第1の他方導電型半導体層と、第2の一方導電型半導体層と、第2の他方導電型半導体層とが、この順番で積層された4層の半導体層によって形成される非発光性のサイリスタ構造と、第2の他方導電型半導体層上に、第3の一方導電型半導体層と、第3の他方導電型半導体層とが、この順番で積層された2層の半導体層によって形成される発光ダイオード構造とを有する。このようにサイリスタ構造となる部分と、発光ダイオード構造となる部分とを、有することによって、サイリスタ構造の部分において、受光特性およびスイッチング特性が最適となるように形成し、発光ダイオード構造の部分において、発光特性が最適となるようにスイッチ素子を形成することができる。 According to the present invention, the switch element includes a first one-conductivity-type semiconductor substrate or a first one-conductivity-type semiconductor layer stacked on the substrate, a first other-conductivity-type semiconductor layer, and a second one-conductivity-type semiconductor layer. And a second light emitting thyristor structure formed by four semiconductor layers stacked in this order, and the second other conductive semiconductor layer, and the second other conductive semiconductor layer, On the other hand, a conductive semiconductor layer and a third other conductive semiconductor layer have a light emitting diode structure formed by two semiconductor layers stacked in this order. Thus, by having the portion that becomes the thyristor structure and the portion that becomes the light emitting diode structure, the light receiving characteristics and the switching characteristics are optimized in the thyristor structure portion, and in the light emitting diode structure portion, The switch element can be formed so that the light emission characteristics are optimized.
本発明によれば、発光ダイオード素子は、スイッチ素子の第3の一方導電型半導体層および第3の他方導電型半導体層と同じ半導体材料によって形成されるので、一連の製造工程において、同時に作製することができる。したがって、生産性を向上させることができる。たとえば、発光ダイオード素子を基板上に直接あるいは、バッファ層を介して作製することによって、寄生容量を可及的に低減することができる。 According to the present invention, the light-emitting diode element is formed of the same semiconductor material as that of the third one-conductivity-type semiconductor layer and the third other-conductivity-type semiconductor layer of the switch element. be able to. Therefore, productivity can be improved. For example, the parasitic capacitance can be reduced as much as possible by manufacturing the light-emitting diode element directly on the substrate or via the buffer layer.
本発明によれば、発光ダイオード素子は、第2の他方導電型半導体層に積層されるので、第2の他方導電型半導体層との間では、逆バイアスとなり、基板との絶縁性が向上する。また、一方導電型半導体基板または第1の一方導電型半導体層と、第1の他方導電型半導体層と、第2の一方導電型半導体層と、第2の他方導電型半導体層との積層体は、スイッチ素子のサイリスタ構造部分と同じ構造であるので、スイッチ素子と同じ構造として、発光ダイオード素子を形成することができ、発光ダイオード素子とスイッチ素子とを一連の製造工程において、同時に作製することができる。 According to the present invention, since the light-emitting diode element is stacked on the second other-conductivity-type semiconductor layer, it is reverse-biased with the second other-conductivity-type semiconductor layer, and the insulation from the substrate is improved. . Also, a stacked body of a one-conductivity-type semiconductor substrate or a first one-conductivity-type semiconductor layer, a first other-conductivity-type semiconductor layer, a second one-conductivity-type semiconductor layer, and a second other-conductivity-type semiconductor layer. Is the same structure as the thyristor structure portion of the switch element, so that the light-emitting diode element can be formed as the same structure as the switch element, and the light-emitting diode element and the switch element are manufactured simultaneously in a series of manufacturing processes. Can do.
本発明によれば、一方導電型半導体基板または第1の一方導電型半導体層と、第1の他方導電型半導体層と、第2の一方導電型半導体層と、第2の他方導電型半導体層とは、不純物を含むシリコンによって形成される。シリコンは、エネルギーギャップが小さく、受光したときに光励起によって受光感度を向上させることができる。 According to the present invention, the one-conductivity-type semiconductor substrate or the first one-conductivity-type semiconductor layer, the first other-conductivity-type semiconductor layer, the second one-conductivity-type semiconductor layer, and the second other-conductivity-type semiconductor layer. Is formed of silicon containing impurities. Silicon has a small energy gap and can improve light receiving sensitivity by photoexcitation when light is received.
また本発明によれば、各スイッチ素子は、配列方向に沿って順番に発光するので、この光を遮光手段によって遮光し、発光素子が発する光に干渉しないようにすることによって、発光素子が発光しているときには、発光素子の光量が小さくなったり大きくなったりしてしまうことが防止され、安定した光量を得ることができる。 Further, according to the present invention, each switch element emits light in order along the arrangement direction. Therefore, the light emitting element emits light by shielding this light by the light shielding means so as not to interfere with the light emitted by the light emitting element. In this case, the light quantity of the light emitting element is prevented from being reduced or increased, and a stable light quantity can be obtained.
また本発明によれば、画像情報に基づいて前記発光装置を駆動手段によって駆動して、発光装置からの光を集光手段によって、帯電した感光体ドラムに集光することによって、感光体ドラムは露光され、その表面に静電潜像が形成される。静電潜像が形成された感光体ドラムに、現像剤供給手段によって現像剤を供給すると、感光体ドラムに現像剤が付着して画像が形成される。転写手段によって、感光体ドラムに現像剤によって形成された画像を記録シートに転写して、定着手段によって記録シートに転写された現像剤を定着させることによって、記録シートに画像が形成される。 According to the invention, the photosensitive drum is driven by driving the light emitting device by a driving unit based on image information and condensing the light from the light emitting device on the charged photosensitive drum by the condensing unit. It is exposed to form an electrostatic latent image on its surface. When the developer is supplied to the photosensitive drum on which the electrostatic latent image is formed by the developer supplying means, the developer adheres to the photosensitive drum and an image is formed. An image formed with the developer on the photosensitive drum is transferred to the recording sheet by the transfer unit, and the developer transferred to the recording sheet is fixed by the fixing unit, whereby an image is formed on the recording sheet.
またスイッチ素子は走査方向に沿って順番に発光するが、スイッチ素子と発光素子とが離間しており、発光素子の発光によって感光体ドラムが露光され、スイッチ素子の発光によって感光体ドラムが露光させることがないので、優れた品質の記録画像を得ることができる。 The switch elements emit light in order along the scanning direction, but the switch elements and the light emitting elements are separated from each other, and the photosensitive drum is exposed by light emission of the light emitting elements, and the photosensitive drum is exposed by light emission of the switch elements. Therefore, a recorded image with excellent quality can be obtained.
また感光体ドラムへの露光を行うための発光素子と、信号転送のためのスイッチ素子とを一体的に集積化したものとすることができるので、発光装置を実装するための回路基板を小型化することができ、この回路基板とのワイヤボンディングの数および回路基板に搭載すべき駆動ICの数を低減することができるので、小型化および低コスト化を実現することができる。 In addition, the light-emitting element for exposing the photosensitive drum and the switch element for signal transfer can be integrated so that the circuit board for mounting the light-emitting device can be downsized. In addition, since the number of wire bondings with the circuit board and the number of drive ICs to be mounted on the circuit board can be reduced, downsizing and cost reduction can be realized.
図1は、本発明の第1の実施の形態の発光装置10の基本的構成を示す一部の平面図である。なお、同図は、各発光ダイオード素子Lの光の出射方向を紙面に垂直手前側として配置された発光装置10の平面を示し、発光信号伝送路12、走査信号伝送路15、スタート信号伝送路16、発光ダイオード素子Lの発光ダイオード素子一方導電型半導体層19、スイッチ素子Tのゲート24、接続手段14、発光素子遮光部23、表面電極25、スイッチ素子Tの第2の他方導電型半導体層44および第3の一方導電型半導体層45、スイッチ素子導電路27、走査スタート用スイッチ素子接続部68および基板接続部74は図解を容易にするため、斜線を付して示されている。
FIG. 1 is a partial plan view showing a basic configuration of a
発光装置10は、発光素子アレイ11と、発光信号伝送路12と、スイッチ素子アレイ13と、接続手段14と、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cと、走査スタート用スイッチ素子T0と、スタート信号伝送路16と、絶縁層17と、遮光層18と、発光素子遮光部23とを含んで構成される。スイッチ素子アレイ13と、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cと、駆動手段73とを含んで光走査型スイッチ装置が構成される。
The
発光素子アレイ11は、複数の発光ダイオード素子L1,L2,…,Li−1,Li(記号iは、2以上の正の整数)を含んで構成され、各発光ダイオード素子L1,L2,…,Li−1,Liが、相互に間隔W1をあけて配列される。以後、各発光ダイオード素子L1,L2,…,Li−1,Liを総称する場合、および発光ダイオード素子L1,L2,…,Li−1,Liのうち不特定のものを示す場合、単に発光ダイオード素子Lと記載する場合がある。発光ダイオード素子Lは、露光用の発光素子である。本実施の形態では、各発光ダイオード素子Lは、等間隔に配列され、かつ直線状に配列される。各発光ダイオード素子Lの配列方向Xは、図1において左右方向である。以後、各発光ダイオード素子Lの配列方向Xを、単に配列方向Xと記載する場合がある。各発光ダイオード素子Lの光の出射方向に沿う方向を厚み方向Zとし、前記配列方向Xおよび厚み方向Zに垂直な方向を幅方向Yとする。発光ダイオード素子Lは、600nm〜800nmの波長の光を発光可能に形成される。
The light emitting
発光ダイオード素子Lは、P型半導体層とN型半導体層とが積層されて構成されるPN構造を有する発光ダイオード素子によって実現される。発光ダイオード素子Lは、発光ダイオード素子Lは、第1ダイオード構成半導体層36に、トリガ信号が与えられた状態で、第2ダイオード構成半導体層47に前記発光信号φEが与えられ、発光ダイオード素子Lに順バイアスの電圧が印加されるか、または順バイアスの電流が流れたときに発光する。
The light emitting diode element L is realized by a light emitting diode element having a PN structure formed by stacking a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer. In the light emitting diode element L, the light emitting diode element L is supplied with the light emission signal φE to the second diode constituting
配列方向Xの各発光ダイオード素子Lの間隔W1と、発光ダイオード素子Lの配列方向Xの長さW2とは、発光装置10が搭載される後述する画像形成装置87において形成すべき画像の解像度によって決定され、たとえば画像の解像度が600ドットパーインチ(dpi)の場合、前記間隔W1は、約24μm(マイクロメートル)に選ばれ、前記長さW2は、約18μmに選ばれる。また前記長さW2は、隣接する発光ダイオード素子Lの間に、発光素子遮光部23を形成可能に選ばれる。発光ダイオード素子Lの配列方向Xの寸法は、発光ダイオード素子Lの幅方向Yの寸法よりも小さく選ばれる。これによって、各発光ダイオード素子Lを配列方向Xに近接させて、集積密度を高めたときに、発光ダイオード素子Lの光量が不足してしまうことが防止される。
The interval W1 between the light emitting diode elements L in the arrangement direction X and the length W2 of the light emitting diode elements L in the arrangement direction X depend on the resolution of an image to be formed in an image forming apparatus 87 described later on which the
発光信号伝送路12は、各発光ダイオード素子Lに接続され、各発光ダイオード素子Lに発光信号φEを伝送する。発光信号伝送路12は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって、発光ダイオード素子Lが発する波長の光を反射するように形成される。具体的には発光信号伝送路12は、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)、金と亜鉛との合金(AuZn)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)などによって形成される。
The light emission
発光信号伝送路12は、各発光ダイオード素子Lの幅方向Yに隣接して、発光素子アレイ11に沿って延びる信号路延在部21と、前記配列方向Xに相互に間隔をあけて信号路延在部21から幅方向他方Y2に突出して、各発光ダイオード素子Lの厚み方向一端部に接続される素子接続部22を有する。本実施の形態では、幅方向Yにおいて、発光素子伝送路12は、発光ダイオード素子Lの幅方向他方一方Y1に、発光素子Lから離間して配置される。
The light emission
スイッチ素子アレイ13は、複数のスイッチ素子T1,T2,…,Tj−1,Tj(記号jは、2以上の正の整数)を含んで構成され、各スイッチ素子T1,T2,…,Tj−1,Tjが、隣接するスイッチ素子T1,T2,…,Tj−1,Tjからの光を受光するように相互に間隔W3をあけて配列される。以後、各スイッチ素子T1,T2,…,Tj−1,Tjを総称する場合、およびスイッチ素子T1,T2,…,Tj−1,Tjのうち不特定のものを示す場合、単にスイッチ素子Tと記載する場合がある。スイッチ素子Tは、スイッチ用の発光素子である。本実施の形態では、各スイッチ素子Tは、等間隔に配置される。各スイッチ素子Tは、発光素子アレイ11の幅方向Yに隣接し、この発光素子アレイ11に沿って、複数の発光ダイオード素子Lに対向した状態で直線状に配列される。したがって、各スイッチ素子の配列方向は、前記各発光ダイオード素子Lの配列方向Xと同じである。スイッチ素子Tの配列方向Xの寸法は、スイッチ素子Tの幅方向Yの寸法よりも小さく選ばれる。これによって、各スイッチ素子Tを配列方向Xに近接させて、集積密度を高めたときに、スイッチ素子Tの光量が不足してしまうことが防止される。
The
スイッチ素子Tは、P型半導体層とN型半導体層とが交互に積層されて構成されるPNPN構造を有するサイリスタ構造部分TSと、サイリスタ構造部分TSに積層され、PN構造を有するダイオード構造部分TDとを有する。サイリス構造部分TSは、逆阻止3端子サイリスタと同様な負性抵抗特性を有する。スイッチ素子Tは、受光によって予め定める部位であるサイリスタ構造部分TSのゲート24にトリガ信号を発生して、走査信号伝送路15を介して与えられる走査信号φの電圧よりもしきい電圧が低下し、かつ前記走査信号φが与えられたとき、または走査信号φの電流よりもしきい電流が低下し、かつ前記走査信号φが与えられたとき発光する。走査信号φの電圧とは、走査信号φが与えられることによって、スイッチ素子Tのアノードおよびカソード間に印加される電圧であり、走査信号φの電流とは、走査信号φが与えられることによってスイッチ素子Tに与えられる電流である。
The switch element T includes a thyristor structure portion TS having a PNPN structure formed by alternately stacking P-type semiconductor layers and N-type semiconductor layers, and a diode structure portion TD having a PN structure stacked on the thyristor structure portion TS. And have. The thyris structure portion TS has negative resistance characteristics similar to those of the reverse blocking three-terminal thyristor. The switch element T generates a trigger signal at the
サイリスタ構造部分TSと、ダイオード構造部分TDとは、スイッチ素子導電路27によって接続される。スイッチ素子導電路27は、サイリスタ構造部分TSのうち、ダイオード構造部分TDに接する半導体層と、ダイオード構造部分TDのうち、サイリスタ構造部分TSに接する半導体層とを電気的に接続する。
The thyristor structure portion TS and the diode structure portion TD are connected by a switch element
本実施の形態では、発光ダイオード素子Lとスイッチ素子Tとの数は等しく、すなわち前記iと記号jとは等しい数に選ばれる。 In the present embodiment, the numbers of the light emitting diode elements L and the switch elements T are equal, that is, i and the symbol j are selected to be equal numbers.
配列方向Xの各スイッチ素子Tの間隔W3は、製造工程における制限を受けるので、スイッチ素子Tの厚み方向Zの高さの2倍以上に形成されるが、20μm未満に選ばれ、好ましくは10μm以下に選ばれる。本実施の形態では、スイッチ素子Tの高さを約4μmとしており、この場合には間隔W3は8μm程度になる。前記間隔W3が20μm以上になると、伝送効率が大きく低下してしまう。 Since the interval W3 between the switch elements T in the arrangement direction X is limited in the manufacturing process, it is formed at least twice the height in the thickness direction Z of the switch elements T, but is selected to be less than 20 μm, preferably 10 μm. Selected below. In the present embodiment, the height of the switch element T is about 4 μm, and in this case, the interval W3 is about 8 μm. When the interval W3 is 20 μm or more, the transmission efficiency is greatly reduced.
スイッチ素子Tの配列方向Xの長さW4は、前記配列方向Xの各発光ダイオード素子Lの間隔W1と、発光ダイオード素子Lの配列方向Xの長さW2と、配列方向Xの各スイッチ素子Tの間隔W3とによって決定される。すなわち配列方向Xの各発光ダイオード素子Lの間隔W1と、発光ダイオード素子Lの配列方向Xの長さW2とを加算した長さと、配列方向Xの各スイッチ素子Tの間隔W3とスイッチ素子Tの配列方向Xの長さW4とを加算した長さとが、等しく選ばれる。 The length W4 in the arrangement direction X of the switch elements T is defined by the interval W1 between the light emitting diode elements L in the arrangement direction X, the length W2 in the arrangement direction X of the light emitting diode elements L, and the switch elements T in the arrangement direction X. And the interval W3. That is, the length obtained by adding the interval W1 between the light emitting diode elements L in the arrangement direction X and the length W2 in the arrangement direction X of the light emitting diode elements L, and the interval W3 between the switch elements T in the arrangement direction X and the switch elements T The length obtained by adding the length W4 in the arrangement direction X is selected equally.
接続手段14は、各発光ダイオード素子Lの第1ダイオード構成半導体層35と、各発光ダイオード素子Lに対応する各スイッチ素子Tの前記予め定める部位であるゲート24とを、電気的に接続する。接続手段14は、具体的には発光ダイオード素子L1の第1ダイオード構成半導体層35と、スイッチ素子T1のゲート24とを電気的に接続し、発光ダイオード素子L2の第1ダイオード構成半導体層35と、スイッチ素子T2のゲート24とを電気的に接続し、…、発光ダイオード素子Li−1の第1ダイオード構成半導体層35と、スイッチ素子Tj−1のゲート24とを電気的に接続し、発光ダイオード素子Liの第1ダイオード構成半導体層35と、スイッチ素子Tjのゲート24とを電気的に個別に接続する。
The connection means 14 electrically connects the first diode
接続手段14は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成される導電路によって実現される。具体的には接続手段14は、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)金と亜鉛との合金(AuZn)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)などによって形成される。
The connection means 14 is realized by a conductive path formed of a conductive material such as a metal material and an alloy material. Specifically, the connecting
第1,第2および第3走査信号伝送路15a,15b,15cは、各スイッチ素子Tに接続され、配列方向Xに隣接するスイッチ素子T毎に、異なるタイミングで与えられる前記第1〜第3走査信号φ1〜φ3を伝送する。本実施の形態において、第1走査信号伝送路15aは、第1走査信号φ1を伝送し、第2走査信号伝送路15bは、第2走査信号φ2を伝送し、第3走査信号伝送路15cは、第3走査信号φ3を伝送する。第1、第2および第3走査信号伝送路15a,15b,15cを総称する場合、および第1、第2および第3走査信号伝送路15a,15b,15cのうち不特定のものを示す場合、単に走査信号伝送路15と記載し、第1〜第3走査信号φ1,φ2,φ3を総称する場合、および第1〜第3走査信号φ1,φ2,φ3のうち不特定のものを示す場合、単に走査信号φと記載する場合がある。走査信号伝送路15は、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)、金と亜鉛との合金(AuZn)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)などによって形成される。
The first, second, and third scanning
第1、第2および第3走査信号伝送路15a,15b,15cは、各スイッチ素子Tの厚み方向一方Z1で絶縁層17を介して各スイッチ素子Tに重なって形成され、配列方向Xに沿って延びる。第1、第2および第3走査信号伝送路15a,15b,15cは、幅方向Yに予め定める間隔W5をあけて配置される。予め定める間隔W5は、第1、第2および第3走査信号伝送路15a,15b,15c間で短絡が発生しない距離に選ばれ、たとえば10μmに選ばれる。
The first, second, and third scanning
前記各スイッチ素子Tは、厚み方向一方Z1の端部、すなわち図1の紙面に垂直な方向手前側に、表面電極25を有する。第1、第2および第3走査信号伝送路15a,15b,15cは、各スイッチ素子Tの前記表面電極25に順次1つずつ接続され、配列されるスイッチ素子Tに沿って、それぞれが3つおきにスイッチ素子Tに接続される。すなわち、第1走査信号伝送路15aは、スイッチ素子T1,T4,…,Tj−2に接続され(記号jは、整数かつ3×mであり、記号mは自然数)、第2走査信号伝送路15bは、スイッチ素子T2,T5,…,Tj−1に接続され、第3走査信号伝送路15cは、スイッチ素子T3,T6,…,Tjに接続される。したがって、スイッチ素子Tのうち、配列方向Xのn番目(記号nは、2以上j以下となる正の整数)に配置されるスイッチ素子Tnと、このスイッチ素子Tnの配列方向一方X1側に隣接するスイッチ素子Tn−1と、スイッチ素子Tnの配列方向他方X2側に隣接するスイッチ素子Tn+1とは、それぞれ異なる走査信号伝送路15に接続される。
Each switch element T has a
走査スタート用スイッチ素子T0は、スイッチ素子Tと同様な構造を有し、P型半導体層とN型半導体層とが交互に積層されて構成されるPNPN構造を有するサイリスタ構造部分T0Sと、サイリスタ構造部分T0Sに積層され、PN構造を有するダイオード構造部分T0Dとを有する。サイリスタ構造部分T0Sは、逆阻止3端子サイリスタと同様な負性抵抗特性を有する。走査スタート用スイッチ素子T0は、ダイオード構造部分T0Sに、順バイアスとなるようなスタート信号φが与えられたとき、発光する。走査スタート用スイッチ素子T0は、厚み方向一方Z1の端部、すなわち図1の紙面に垂直な方向手前側に、表面電極25を有する。
The scan start switch element T0 has the same structure as the switch element T, and has a thyristor structure portion T0S having a PNPN structure in which P-type semiconductor layers and N-type semiconductor layers are alternately stacked, and a thyristor structure. A diode structure portion T0D having a PN structure is stacked on the portion T0S. The thyristor structure portion T0S has a negative resistance characteristic similar to that of the reverse blocking three-terminal thyristor. The scanning start switch element T0 emits light when the diode structure portion T0S is supplied with a start signal φ that is forward biased. The scanning start switch element T0 has a
走査スタート用スイッチ素子T0は、スイッチ素子アレイ13の前記配列方向Xの端部に配置されるスイッチ素子Tに光を照射するように配置される。本実施の形態では、走査スタート用スイッチ素子T0は、スイッチ素子T1に光を照射するように配置される。したがって、走査スタート用スイッチ素子T0が配置される配列方向一方X1が、光走査装置における光の走査方向の上流側となる。
The scanning start switch element T0 is disposed so as to irradiate the switch element T disposed at the end of the
スタート信号伝送路16は、走査スタート用スイッチ素子T0の表面電極25に接続され、走査スタート用スイッチ素子T0にスタート信号φSを伝送する。スタート信号伝送路16は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成される。具体的にはスタート信号伝送路16は、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)、金と亜鉛との合金(AuZn)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)などによって形成される。
The start
前述した発光ダイオード素子L、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0は、絶縁層17によって覆われる。
The light emitting diode element L, the switch element T, and the scan start switch element T0 described above are covered with an insulating
遮光層18は、各スイッチ素子Tの厚み方向Zの一方側、すなわち各スイッチ素子Tの図1の紙面に垂直手前側から、各スイッチ素子Tを覆い、発光ダイオード素子Lが発する光に、スイッチ素子Tが発する光が干渉しないように、スイッチ素子Tが発する光を遮光する。
The
発光素子遮光部23は、各発光ダイオード素子Lの間と、発光素子アレイ11の配列方向他端部の発光ダイオード素子Lの配列方向Xの外方とに設けられ、発光ダイオード素子Lから配列方向Xに向かう光を遮光する。発光素子遮光部23は、発光信号伝送路12から離間して設けられ、発光信号伝送路12とは、絶縁層17によって電気的に絶縁される。
The light-emitting element light-shielding
前述した発光ダイオード素子L、発光信号伝送路12、スイッチ素子T、接続手段14、走査信号伝送路15、走査スタート用スイッチ素子T0、スタート信号伝送路16、絶縁層17、遮光層18および発光素子遮光部23は、1つの基板30に集積されて形成される。
The light emitting diode element L, the light emitting
以下、発光装置10の各構成について、さらに具体的に説明する。
図2は、図1の切断面線D1−D1から見た発光装置10の基本的構成を示す一部の断面図である。発光素子Lは、第1ダイオード構成半導体層35および第2ダイオード構成半導体層36を含んで構成される。
Hereinafter, each configuration of the
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the basic configuration of the
本実施の形態において、基板30は、一方導電型の半導体材料によって形成される。基板30の厚み方向Zの一表面部は、凹凸形状に形成され、半導体層が積層される部分が厚み方向一方Z1に突出して形成されている。以後、基板30のうち、厚み方向に突出し、発光素子Lが積層される部分を基板凸部30Aと記載し、厚み方向に基板凸部30Aの厚み方向一表面30Aaから厚み方向他方Z2に退避している部分を基板凹部30Bと記載する。基板凸部30Aは、略矩形状に形成される。基板凸部30Aの厚み方向Zの一表面30Aaおよび基板凹部30Bの厚み方向Zの一表面30Baは、平面に形成される。厚み方向Zにおいて、基板凸部30Aの、基板凹部30Bの一表面30Baからの厚みは、たとえば0.1μm〜1μmに選ばれる。本実施の形態において、基板30は、シリコン材料によって形成されるシリコン基板である。基板30のキャリア密度は、1×1018cm−3程度のものが望ましい。
In the present embodiment, the
基板30の厚み方向Zの他表面30b上には、裏面電極29が形成される。裏面電極29は、基板30の厚み方向Zの他表面30bの全面にわたって形成される。裏面電極29は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成される。具体的には裏面電極29は、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)および金と亜鉛との合金(AuZn)などによって形成される。
On the
発光素子Lは、発光素子形成部28に積層して形成される。発光素子形成部28は、基板凸部30Aの厚み方向Zの一表面30Aa上に順次積層される第1の他方導電型半導体層32、第2の一方導電型半導体層33、第2の他方導電型半導体層34を含んで構成される。基板凸部30Aの厚み方向Zの一表面30Aa上に第1の他方導電型半導体層32が積層され、第1の他方導電型半導体層32の厚み方向Zの一表面32aに第2の一方導電型半導体層33が積層され、第2の一方導電型半導体層33の厚み方向一表面33aに第2の他方導電型半導体層34が積層されて、発光素子形成部28が形成される。
The light emitting element L is formed by being stacked on the light emitting
発光素子形成部28の第2の他方導電型半導体層34に積層して、発光素子Lが形成される。発光素子Lは、発光性の半導体材料によって形成され、一方導電型の第1ダイオード構成半導体層35と、発光性の半導体材料によって形成され、他方導電型の第2ダイオード構成半導体層36とを含んで構成される。第2の他方導電型半導体層34の厚み方向Zの一表面34a上に、発光素子Lの第1ダイオード構成半導体層35が積層され、35の厚み方向一表面35aに第2ダイオード構成半導体層36が積層される。第2ダイオード構成半導体層36の厚み方向一表面36aには、オーミックコンタクト層37が積層される。
The light emitting element L is formed by being stacked on the second other conductivity
第1ダイオード構成半導体層35および第2ダイオード構成半導体層36は、たとえばガリウム砒素(GaAs)、アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)およびインジウムガリウムリン(InGaP)などによって形成される。
The first diode constituting
オーミックコンタクト層37は、ガリウム砒素(GaAs)およびインジウムガリウムリン(InGaP)などの半導体材料によって形成される他方導電型の半導体層であり、発光信号伝送路12とのオーミック接合を行うためのものである。オーミックコンタクト層37のキャリア密度は1×1019cm−3以上のものが望ましい。
The
第1の他方導電型半導体層32、第2の一方導電型半導体層33、第2の他方導電型半導体層34、第3の一方導電型半導体層である第1ダイオード構成半導体層35、第3の他方導電型半導体層である第2ダイオード構成半導体層36およびオーミックコンタクト層37が積層された積層体は、略直方体形状を有する。第1の他方導電型半導体層32、第2の一方導電型半導体層33、第2の他方導電型半導体層34、第1ダイオード構成半導体層35、第2ダイオード構成半導体層36およびオーミックコンタクト層37は、絶縁層17によって覆われる。絶縁層17は、電気絶縁性および透光性ならびに平坦性を有する樹脂材料によって形成される。絶縁層17は、ポリイミドおよびベンゾシクロブテン(BCB)などによって形成される。
The first other-conductivity-
絶縁層17のうち、隣接する発光素子Lの間の部分、および隣接する発光素子形成部分28の間の部分には、幅方向Yに垂直な仮想一平面において、V字形状となり、基板30の一表面30aまで達する溝部38が形成され、この溝部38に前記発光素子遮光部23が形成される。発光素子遮光部23は、溝部38の表面に沿って形成され、基板30の一表面30aからオーミックコンタクト層37の配列方向Xの側方にわたって設けられる。発光素子遮光部23は、発光素子Lの幅方向Yの一端部および他端部間にわたって形成され、発光素子Lの幅方向Yの端部よりも発光素子Lの幅方向一方Y1および幅方向他方Y2まで延びる。このような発光素子遮光部23を形成することによって、隣接する発光素子Lが発光したときにこの光が配列方向Xに拡がらないので、後述する画像形成装置87において露光装置として用いるときに、露光すべき部分のみを、より確実に露光させることができる。
A portion of the insulating
オーミックコンタクト層37の厚み方向Zの一表面37aには、発光信号伝送路12の素子接続部22が接続される。絶縁層17のうち、オーミックコンタクト層37の厚み方向Zの一表面37a上に形成される部分には、貫通孔39が形成され、この貫通孔39に前記素子接続部22の一部が形成されて、素子接続部22がオーミックコンタクト層37に接触している。前記貫通孔39は、発光素子Lの配列方向Xの中央で、かつ発光素子Lの幅方向Yの中央が絶縁層17から露出するように形成されており、発光信号伝送路12からの電流を、発光素子Lの中央部に効率的に供給して、発光素子Lを発光させることができる。
The
発光信号伝送路12の素子接続部22の配列方向Xの長さW6は、発光素子Lの配列方向Xの長さW2の1/3以下に形成される。素子接続部22は、発光素子Lの光の出射方向の一部を覆うが、長さW6を前述したように選ぶことによって、発光素子Lから発せられ、厚み方向一方Z1に向かう光を、遮ってしまうことを可及的に防止する。また発光素子Lから発せられ、厚み方向一方Z1に向かい、発光信号伝送路12によって反射された光の一部は、発光素子遮光部23および基板30などによって反射されることによって、厚み方向一方Zへと向かう。
The length W6 in the arrangement direction X of the
図3は、図1の切断面線D2−D2から見た発光装置10の基本的構成を示す一部の断面図である。基板30のうち、厚み方向に突出し、スイッチ素子Tが積層される部分を基板凸部40Aと記載する。基板凸部40Aは、基板凹部30Bから厚み方向一方Z1に突出している。基板凸部40Aは、略矩形状に形成される。スイッチ素子Tが積層される基板凸部40Aは、発光素子Lが積層される前述した基板凸部30Aの厚みと等しく形成される。基板凸部40Aの厚み方向一表面40Aaは、平面に形成される。基板凸部40Aと基板凸部30Aとは、離間して設けられる。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the basic configuration of the
スイッチ素子Tは、基板30の基板凸部40Aの一表面40Aa上に形成される第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43、第2の他方導電型半導体層44、第3の一方導電型半導体層45、および第3の他方導電型半導体層46を含む。スイッチ素子Tは、基板30の基板凸部41Aの厚み方向Zの一表面41Aa上に、第1の他方導電型半導体層42が積層され、第1の他方導電型半導体層42の厚み方向Zの一表面42a上に第2の一方導電型半導体層43が積層され、第2の一方導電型半導体層43の厚み方向Zの一表面43a上に第2の他方導電型半導体層44が積層され、第2の他方導電型半導体層44の厚み方向Zの一表面44a上に第3の一方導電型半導体層45が積層され、第3の一方導電型半導体層45の厚み方向Zの一表面45aに第3の他方導電型半導体層46が積層され、第3の他方導電型半導体層46の厚み方向Zの一表面46a上にオーミックコンタクト層47が積層され、オーミックコンタクト層47の厚み方向Zの一表面47a上に表面電極25が積層されて構成される。第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43、第2の他方導電型半導体層44、第3の一方導電型半導体層45、第3の他方導電型半導体層46、オーミックコンタクト層47および表面電極25の積層体は、略直方体形状を有する。
The switch element T includes a first other-conductivity-
基板30、第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43および第2の他方導電型半導体層44を含んでサイリスタ構造部分TSが形成され、第3の一方導電型半導体層45、および第3の他方導電型半導体層46を含んでダイオード構造部分TDが形成される。
A thyristor structure portion TS is formed including the
スイッチ素子Tを構成する各半導体層を形成する半導体材料のエネルギーギャップおよびキャリア密度は、サイリスタ構造部分TSにおいて、受光感度を高めるように、またダイオード構造部分TDにおいて、発光効率および外部発光強度を高めるように、それぞれ設計することが好ましい。具体的には、第3の一方導電型半導体層45および第3の他方導電型半導体層46を形成する半導体材料のエネルギーギャップに比べ、基板30、第1の他方導電型半導体層42および第2の一方導電型半導体層43を形成する半導体材料のエネルギーギャップを小さくすればよい。このようなエネルギーギャップとすることによって第3の一方導電型半導体層45と第3の他方導電型半導体層46とを含むダイオード構造部分TDにおいて発生した光を、隣接するスイッチ素子Tのサイリスタ構造部分TSにおいて吸収しやすくなり、スイッチ素子Tの受光感度の高めることができる。
The energy gap and carrier density of the semiconductor material forming each semiconductor layer constituting the switch element T increase the light receiving sensitivity in the thyristor structure portion TS, and increase the light emission efficiency and the external light emission intensity in the diode structure portion TD. Thus, it is preferable to design each. Specifically, compared with the energy gap of the semiconductor material forming the third one-conductivity-
基板30、第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43および第2の他方導電型半導体層44は、第3の一方導電型半導体層45および第2の他方導電型半導体層46を形成する半導体材料よりもエネルギーギャップが小さく、かつ非発光性の半導体材料によって形成され、本実施の形態では、シリコン(Si)材料によって形成される。基板30としてシリコン基板を用いるので、エピタキシャル成長法を用いて、第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43および第2の他方導電型半導体層44をシリコン材料によって形成することによって、結晶欠陥のきわめて少ないシリコン材料の積層体が得られ、サイリスタ構造部分TSに受光効率を向上させることができる。また第1の他方導電型半導体層42および第2の一方導電型半導体層43を、ダイオード構造部分TDの第3の一方導電型半導体層45および第3の他方導電型半導体層46を形成する半導体材料よりもエネルギーギャップが小さい半導体材料に形成することによって、サイリスタ構造部分TSでは、ダイオード構造部分TDから受光する光のエネルギーによって、光励起しやすくなり、サイリスタ構造部分TSにおける受光効率を向上させることができる。
The
第1の他方導電型半導体層42の厚みは、100Å〜2000Å(オングストローム)に選ばれる。このような厚みにすることによって、基板30と、第1の他方導電型半導体層42および第2の一方導電型半導体層43との接合部において空乏層の幅を可及的に薄くすることによって、サイリスタ構成部分TSにおける受光効率を向上させることができる。
The thickness of the first other conductivity
第1の他方導電型半導体層42のキャリア密度は、1×1016cm−3程度以下、具体的には1×1014cm−3〜1×1016cm−3に選ばれる。基板31、第1の他方導電型半導体層42、第2の他方導電型半導体層43および第2の一方導電型半導体層44をシリコンによって形成すると、キャリア密度の制御性が向上され、第1の他方導電型半導体層42のキャリア密度を前述の範囲に制御することも容易である。
The carrier density of the first other conductivity
第3の一方導電型半導体層45のキャリア密度は、1×1016cm−3〜1×1017cm−3程度のものであることが望ましい。第3の一方導電型半導体層45を、アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)およびガリウム砒素(GaAs)などの半導体材料によって形成することによって、高い内部量子効率を得ることができる。第3の他方導電型半導体層46のキャリア密度は、1×1018cm−3程度のものであることが望ましい。
The carrier density of the third one-conductivity-
オーミックコンタクト層47は、ガリウム砒素(GaAs)およびインジウムガリウムリン(InGaP)などの半導体材料によって形成される他方導電型の半導体層であり、表面電極25とのオーミック接合を行うためのものである。オーミックコンタクト層47のキャリア密度は1×1019cm−3以上のものが望ましい。
The
スイッチ素子Tの第1の他方導電型半導体層42と、発光素子形成部28の第1の他方導電型半導体層32とは、同じ半導体材料によって形成され、厚みが等しく形成される。またスイッチ素子Tの第2の一方導電型半導体層43と、発光素子形成部28の第2の一方導電型半導体層33とは、同じ半導体材料によって形成され、厚みが等しく形成される。またスイッチ素子Tの第2の他方導電型半導体層44と、発光素子形成部28の第2の一方導電型半導体層34とは、同じ半導体材料によって形成され、厚みが等しく形成される。またスイッチ素子Tの第3の一方導電型半導体層45と、発光素子Lの第1ダイオード構成層35とは、同じ半導体材料によって形成され、厚みが等しく形成される。またスイッチ素子Tの第3の他方導電型半導体層46と、発光素子Lの第2ダイオード構成層36とは、同じ半導体材料によって形成され、厚みが等しく形成される。またスイッチ素子Tのオーミックコンタクト層47と、発光素子Lのオーミックコンタクト層37とは、同じ半導体材料によって形成され、厚みが等しく形成される。
The first other conductivity
オーミックコンタクト層47の厚み方向Zの一表面47a上には、表面電極25がオーミック接合されて設けられる。表面電極25は、オーミックコンタクト層47の厚み方向Zの一表面47aの周縁部を除き、走査方向の下流側寄り、言い換えれば配列方向他方X2寄りで、一表面47aの面積の約半分の領域に形成される。このように表面電極25を形成することによってスイッチ素子Tの各半導体層への電界を可及的に均一化することができ、スイッチ素子Tから放射される光の発光強度を増加させることができるとともに、配列方向一方X1に隣接するスイッチ素子Tから出射され、遮光層18によって反射されて厚み方向一方Z1から到来する光を、各半導体層により多く入射させることができる。したがって、スイッチ素子Tの走査方向の下流側である配列方向他方X2では、表面電極25によって光を反射することによって、配列方向他方X2のスイッチ素子Tにより強い光を与えることができ、スイッチ素子Tの走査方向の上流側である配列方向一方X1では、表面電極25が形成されていないので、走査信号伝送路15または遮光層18によって反射して、厚み方向一方Z1から到来する光を効率よく受光することができる。表面電極25は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成される。具体的には表面電極25は、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)および金と亜鉛との合金(AuZn)などによって形成される。
On the one
第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43、第2の他方導電型半導体層44、第3の一方導電型半導体層45、第3の他方導電型半導体層46、オーミックコンタクト層47および表面電極25は、絶縁層17によって覆われ、隣接するスイッチ素子Tと電気的に絶縁される。前述したように絶縁層17は、透光性を有するので、スイッチ素子Tが発光すると、この光は絶縁層17を透過して、配列方向Xに隣接するスイッチ素子Tに入射する。絶縁層17は、スイッチ素子Tが発する波長の光の95%以上を透過する樹脂材料によって形成される。
A first other conductivity
図3の矢符で示すように、スイッチ素子Tは、ダイオード構成部分TD、すなわち第3の一方導電型半導体層45および第3の他方導電型半導体層46の界面付近で、第3の一方導電型半導体層45寄りの領域で発光する。スイッチ素子Tは、光を全方向に放射する。
As indicated by the arrows in FIG. 3, the switch element T includes the third one-conductive layer in the diode component TD, that is, in the vicinity of the interface between the third one-
絶縁層17を平坦性を有する樹脂材料によって形成することによって、絶縁層17を形成するときに、各スイッチ素子Tの間にも樹脂材料を充填して、絶縁層17を各スイッチ素子Tの間に確実に形成することができる。絶縁層17は、樹脂材料を塗付し、この樹脂材料を硬化させて形成される。樹脂材料が硬化時に収縮することによって、各スイッチ素子Tの間に形成される絶縁層17の厚み方向一方Z1の表面部には、幅方向Yに延びる凹所48が形成される。
By forming the insulating
絶縁層17を、ポリイミドおよびベンゾシクロブテン(BCB)などによって形成することによって、各スイッチ素子Tの間隔W3を前述のように選んでも、この空隙に絶縁層17を確実に形成することができ、また第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43、第2の他方導電型半導体層44、第3の一方導電型半導体層45、第3の他方導電型半導体層46、オーミックコンタクト層47、表面電極25および基板30に絶縁層17を密着して形成することができる。絶縁層17が、スイッチ素子Tの表面から剥離してしまうと、この剥離した部分の界面によって、光が反射されてしまい、隣接するスイッチ素子Tからの光の受光量が低下してしまうおそれがあるが、このような問題が発生しない。
By forming the insulating
表面電極25の厚み方向Zの一表面25aには、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cのうちの、いずれか1つが接続される。絶縁層17のうち、表面電極25の厚み方向Zの一表面25a上に形成される部分には、貫通孔49が形成され、この貫通孔49を介して第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cのうちの、いずれか1つが接続され、スイッチ素子Tと第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cのうちの他の2つの走査信号伝送路15とは、絶縁層17によって電気的に絶縁される。スイッチ素子Tは絶縁層17によって覆われているので、スイッチ素子Tの厚み方向一方Z1側に、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cを積層することができる。
Any one of the first to third scanning
本実施の形態では、一方導電型はN型であり、他方導電型はP型である。発光素子Lおよびスイッチ素子Tにおいて、一方導電型をN型とし、他方導電型をP型とすると、発光信号伝送路12および走査信号伝送路15が、発光素子Lおよびスイッチ素子Tの各素子のアノードに接続される構成となり、カソード電位を0ボルト(V)にすると、発光素子Lおよびスイッチ素子Tに電圧または電流を印加する電源に、正電源を用いることができるので好ましい。本実施の形態では、発光素子Lにおいては発光信号伝送路12がアノード端子として機能し、裏面電極29がカソード端子として機能する。またスイッチ素子Tにおいては、表面電極25が走査信号伝送路15とともにアノード端子として機能し、裏面電極29がカソード端子として機能する。
In the present embodiment, one conductivity type is N-type, and the other conductivity type is P-type. In the light emitting element L and the switch element T, when one conductivity type is N type and the other conductivity type is P type, the light emission
各スイッチ素子Tの厚み方向Zの一方側において、絶縁層17および走査信号伝送路15は遮光層18によって覆われる。遮光層18の材料としては、電気絶縁性を有し、スイッチ素子Tから発せられる波長の光を、2μm〜3μm程度の厚みでほぼ完全に吸収するようなものであれば種々ものが使用可能である。本実施の形態では遮光層18は、緑色のポリイミドによって形成される。遮光層18の厚みは、5μm〜10μm程度に選ばれる。
On one side in the thickness direction Z of each switch element T, the insulating
スイッチ素子Tから発せられ、厚み方向一方Z1へ向かう光は、絶縁層17と走査信号伝送路15と界面、走査信号伝送路15、絶縁層17と遮光層18との界面などによって反射されるか、遮光層18によって吸収される。各走査信号伝送路15および絶縁層17によって反射手段が形成される。これによって、スイッチ素子Tからの光が、発光素子Lから厚み方向一方Z1に出射される光に干渉してしまうことが防止される。したがって発光装置10を、後述する画像形成装置87の露光装置として用いた場合に、スイッチ素子Tからの漏れ光によって、画像の劣化が発生せず、優れた品質の画像を形成することができる。
Is the light emitted from the switch element T and directed toward one side Z1 in the thickness direction reflected by the interface between the insulating
図4は、図1の切断面線D3−D3から見た発光装置10の基本的構成を示す一部の断面図である。発光素子Lと、スイッチ素子Tとは、幅方向Yに隣接して配置される。発光素子Lの第1の他方導電型半導体層32と、第2の一方導電型半導体層33と、第2の他方導電型半導体層34と、第1ダイオード構成半導体層35とのスイッチ素子T寄りの端部は、第2のダイオード構成半導体層36と、オーミックコンタクト層37とのスイッチ素子T寄りの端部よりも、スイッチ素子Tに向かって突出し、発光素子接続部51を構成する。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the basic configuration of the
またスイッチ素子Tの、第1の他方導電型半導体層42と、第2の一方導電型半導体層43と、第2の他方導電型半導体層44と、第3の一方導電型半導体層45との発光素子L寄りの端部は、第3の他方導電型半導体層46と、オーミックコンタクト層47との発光素子L寄りの端部よりも、スイッチ素子Tに向かって突出する。また第1の他方導電型半導体層42と、第2の一方導電型半導体層43と、第2の他方導電型半導体層44との発光素子L寄りの端部は、第3の一方導電型半導体層45の発光素子L寄りの端部よりも、スイッチ素子Tに向かって突出する。また第1の他方導電型半導体層42と、第2の一方導電型半導体層43との発光素子L寄りの端部は、第2の他方導電型半導体層44の発光素子L寄りの端部よりも、スイッチ素子Tに向かって突出する。スイッチ素子Tは、絶縁層17によって覆われるので、スイッチ素子Tの幅方向Yにおいて、発光素子L側の端部で、第2の一方導電型半導体層43の厚み方向Zの一表面43aと、第2の他方導電型半導体層44の厚み方向Zの一表面44aと、第3の一方導電型半導体層45の厚み方向Zの一表面第3の一方導電型半導体層45とにも絶縁層17が積層される。
The switch element T includes a first other conductivity
幅方向Yにおいて、第3の一方導電型半導体層45の第3の他方導電型半導体層46のよりも幅方向一方Y1に突出する部分と、第2の他方導電型半導体層44の第3の一方導電型半導体層45よりも幅方向一方Y1に突出する部分が、スイッチ素子導電路27によって接続される。スイッチ素子導電路27は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成される。具体的にはスイッチ素子導電路27は、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)、金と亜鉛との合金(AuZn)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)などによって形成される。スイッチ素子導電路27は、サイリスタ構造部分TSのアノードとなる第2の他方導電型半導体層44、ダイオード構造部分TDのカソードとなる第3の一方導電型半導体層45とを電気的に接続する。第2の他方導電型半導体層44と第3の一方導電型半導体層45とは積層されているが、第2の他方導電型半導体層44は、非発光性の半導体材料によって形成され、第3の一方導電型半導体層45は発光性の半導体材料によって形成されており、第2の他方導電型半導体層44と第3の一方導電型半導体層45とは異なる種類の半導体材料によって形成されているので、界面において電気抵抗が大きい。スイッチ素子導電路27によって、第2の他方導電型半導体層44と第3の一方導電型半導体層45とを接続することによって、第2の他方導電型半導体層44と第3の一方導電型半導体層45との間における電気抵抗を小さくして、電流を流れやすくすることができる。
In the width direction Y, the portion of the third one-conductivity-
絶縁層17のうち、第3の一方導電型半導体層45の第3の他方導電型半導体層46よりも幅方向一方Y1に突出する部分に積層される部分には、貫通孔57が形成され、絶縁層17のうち、第2の他方導電型半導体層44の第3の一方導電型半導体層45よりも幅方向一方Y1に突出する部分に積層される部分には、貫通孔58が形成される。前記貫通孔57,58にスイッチ素子導電路27の一部が形成され、スイッチ素子導電路27は、第2の他方導電型半導体層44と第3の一方導電型半導体層45とに接触する。
A through
第1の他方導電型半導体層42と、第2の一方導電型半導体層43との第2の他方導電型半導体層44よりも幅方向一方Y1に突出する部分は、スイッチ素子接続部52を構成する。スイッチ素子接続部52の配列方向Xの長さは、スイッチ素子Tの配列方向Xの長さと等しく選ばれる。
The portion of the first other conductivity
絶縁層17は、発光素子Lおよびスイッチ素子Tの表面に沿って形成されており、発光素子Lとスイッチ素子Tと間にも形成され、発光素子Lとスイッチ素子Tとが絶縁層17によって電気的に絶縁される。絶縁層17のうち、発光素子Lとスイッチ素子Tと間に設けられる部分は、幅方向Yにおいて、発光素子Lの第1ダイオード構成半導体層35に積層される部分から、スイッチ素子Tの第2の一方導電型半導体層43に積層される部分に向かって基板30側に傾斜する。
The insulating
絶縁層17のうち、前記発光素子接続部51の第1ダイオード構成半導体層35の厚み方向Zの一表面35aに積層されている部分には貫通孔54が形成され、前記スイッチ素子接続部52の第2の一方導電型半導体層43の厚み方向Zの一表面43aに積層される部分には貫通孔55がそれぞれ形成される。
In the insulating
発光素子Lの第1ダイオード構成半導体層35と、この発光素子Lに対応するスイッチ素子Tのゲート24とを接続する接続手段14は、発光素子接続部51とスイッチ素子接続部52とにわたって、発光素子Lとスイッチ素子Tとの間で、絶縁層17に積層して設けられる。接続手段14は、前記貫通孔54,55にこの接続手段14の一部が形成され、発光素子接続部51の第1ダイオード構成半導体層35の厚み方向Zの一表面35aと、前記スイッチ素子接続部52の第2の一方導電型半導体層43の厚み方向Zの一表面43aとに接続される。発光素子Lの第1ダイオード構成半導体層35は、発光素子Lのカソードであり、スイッチ素子Tの第2の一方導電型半導体層43は、スイッチ素子Tのゲート24である。
The connection means 14 for connecting the first diode-constituting
接続手段14の抵抗値は、10Ω(オーム)以下に選ばれる。抵抗値が高すぎると、スイッチ素子Tから発光素子Lへのトリガ信号が減衰されてしまう、言い換えれば、スイッチ素子Tが導通したときにスイッチ素子Tのゲート24である第2の一方導電型半導体層43の電圧がほぼ零(0)ボルトVになっても、接続手段14の抵抗によって、発光ダイオード素子Lに電流が流れないおそれがあるが、接続手段14の抵抗値を前記範囲に選ぶことによって、スイッチ素子Tから発光素子Lへのトリガ信号が減衰することなく伝達され、言い換えれば、スイッチ素子Tのゲート24の電位と発光ダイオード素子Lのカソードの電位とをほぼ等しくすることができる。
The resistance value of the connecting
発光素子Lの各半導体層の、幅方向他方Y2の端部は、絶縁層17を介して前述した発光信号伝送路12の信号路延在部21によって覆われる。信号路延在部21は、発光素子Lのスイッチ素子Tとは反対側の側部に臨んで設けられ、厚み方向Zにおいて、基板凸部30の一表面30Aa付近から、オーミックコンタクト層37の一表面37aよりも上方まで延びる。信号路延在部21によって、発光素子Lから、幅方向Yの他方に向かう光を反射することができ、これによって発光素子Lの光を、厚み方向一方Z1に集めることができ、発光素子Lの発光強度を可及的に増加させることができる。
The end of the other Y2 in the width direction of each semiconductor layer of the light emitting element L is covered with the signal
またスイッチ素子Tのダイオード構造部分TDの、発光素子L寄りの端部は、絶縁層17に積層される遮光層18によって覆われる。これによって、スイッチ素子Tから、発光素子Lに向かう光を遮光することができる。またスイッチ素子Tの、発光素子Lとは反対側の端部は、絶縁層17を介して遮光層18によって覆われる。遮光層18は、スイッチ素子接続部52の厚み方向Zの一方を覆い、スイッチ素子Tと発光素子Lの間の中央よりも、発光素子L寄りまで延びる。
Further, the end of the diode structure portion TD of the switch element T near the light emitting element L is covered with a
図5は、図1の切断面線D4−D4から見た発光装置10の基本的構成を示す一部の断面図である。図6は、図1の切断面線D5−D5から見た発光装置10の基本的構成を示す一部の断面図である。基板30のうち、厚み方向に突出し、走査スタート用スイッチ素子T0が積層される部分を基板凸部60Aと記載する。基板凸部60Aは、基板凹部30Bから厚み方向一方Z1に突出している。基板凸部60Aは、略矩形状に形成される。走査スタート用スイッチ素子T0が積層される基板凸部60Aは、発光素子Lが積層される前述した基板凸部30Aの厚みと等しく形成される。基板凸部60Aの厚み方向一表面60Aaは、平面に形成される。基板凸部60Aは、基板凸部30Aおよび基板凸部30
Aと、離間して設けられる。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the basic configuration of the
A is provided apart from A.
走査スタート用スイッチ素子T0と、スイッチ素子Tとは、同様な構成であるので、同様の部分には、同様の参照符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。走査スタート用スイッチ素子T0は、基板30の基板凸部60Aの一表面60Aa上に形成される第1の他方導電型半導体層62、第2の一方導電型半導体層63、第2の他方導電型半導体層64、第3の一方導電型半導体層65、および第3の他方導電型半導体層66を含む。走査スタート用スイッチ素子T0は、基板30の基板凸部60Aの厚み方向Zの一表面60Aa上に、第1の他方導電型半導体層62が積層され、第1の他方導電型半導体層62の厚み方向Zの一表面62a上に第2の一方導電型半導体層63が積層され、第2の一方導電型半導体層63の厚み方向Zの一表面63a上に第2の他方導電型半導体層64が積層され、第2の他方導電型半導体層64の厚み方向Zの一表面64a上に第3の一方導電型半導体層65が積層され、第3の一方導電型半導体層65の厚み方向Zの一表面65aに第3の他方導電型半導体層66が積層され、第3の他方導電型半導体層66の厚み方向Zの一表面66a上にオーミックコンタクト層67が積層され、オーミックコンタクト層67の厚み方向Zの一表面67a上に表面電極65が積層されて構成される。第1の他方導電型半導体層62、第2の一方導電型半導体層63、第2の他方導電型半導体層64、第3の一方導電型半導体層65、第3の他方導電型半導体層66、オーミックコンタクト層67および表面電極25の積層体は、略直方体形状を有する。走査スタート用スイッチ素子T0の表面電極25は、オーミックコンタクト層67の一表面67aの周縁部を除く全領域に形成される。
Since the scanning start switch element T0 and the switch element T have the same configuration, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. The scanning start switch element T0 includes a first other-conductivity-
走査スタート用スイッチ素子T0の第1の他方導電型半導体層62とスイッチ素子Tの第1の他方導電型半導体層42とは、同じ半導体材料によって形成され、同じ厚みに形成される。走査スタート用スイッチ素子T0の第2の一方導電型半導体層63とスイッチ素子Tの第2の一方導電型半導体層43とは、同じ半導体材料によって形成され、同じ厚みに形成される。走査スタート用スイッチ素子T0の第2の他方導電型半導体層64とスイッチ素子Tの第2の他方導電型半導体層44とは、同じ半導体材料によって形成され、同じ厚みに形成される。走査スタート用スイッチ素子T0の第3の一方導電型半導体層65とスイッチ素子Tの第3の一方導電型半導体層45とは、同じ半導体材料によって形成され、同じ厚みに形成される。走査スタート用スイッチ素子T0の第3の他方導電型半導体層66とスイッチ素子Tの第3の他方導電型半導体層46とは、同じ半導体材料によって形成され、同じ厚みに形成される。走査スタート用スイッチ素子T0のオーミックコンタクト層67と、スイッチ素子Tのオーミックコンタクト層47とは、同じ半導体材料によって形成され、同じ厚みに形成される。
The first other
また走査スタート用スイッチ素子T0の、基板30の基板凸部60Aの一表面60Aa上に形成される第1の他方導電型半導体層62と、第2の一方導電型半導体層63と、第2の他方導電型半導体層64と、第3の一方導電型半導体層65との発光アレイ11寄りの端部は、第3の他方導電型半導体層66と、オーミックコンタクト層67との発光素子アレイ11寄りの端部よりも、発光素子アレイ11側に向かって突出し、走査スタート用スイッチ素子接続部68を構成する。
In addition, the first other-conductivity-
走査スタート用スイッチ素子T0は、絶縁層17および遮光層18に覆われる。走査スタート用スイッチ素子T0の厚み方向一方に積層される絶縁層17に積層して走査信号伝送路15およびスタート信号伝送路16が形成される。スタート信号伝送路16は、幅方向Yにおいて、走査信号伝送路15の発光素子L側に設けられる。走査スタート用スイッチ素子T0の幅方向Yの他端と、各スイッチ素子Tの幅方向Yの他端とは、配列方向Xに揃う。走査スタート用スイッチ素子T0の第3の他方導電型半導体層66およびオーミックコンタクト層67は、幅方向Yにおいてスイッチ素子Tの第3の他方導電型半導体層46およびオーミックコンタクト層47よりも、発光素子L側に延びて形成され、この幅方向Yにおいてスイッチ素子Tの第3の他方導電型半導体層46およびオーミックコンタクト層47よりも、発光素子L側に延びる部分に、スタート信号伝送路16が積層される。
The scanning start switch element T0 is covered with the insulating
絶縁層17のうち走査スタート用スイッチ素子T0の厚み方向一方に積層される部分には、貫通孔69が形成される。この貫通孔69にスタート信号伝送路16の一部が形成されて、前記貫通孔69を介して、スタート信号伝送路16が走査スタート用スイッチ素子T0の表面電極25に接続される。
A through
また絶縁層17のうち、走査スタート用スイッチ素子接続部68に積層される部分には、貫通孔71が形成され、この貫通孔71に導電性を有する基板接続部74の一部が形成されて、基板接続部74が第3の一方導電型半導体層65の厚み方向Zの一表面65aに接続される。基板接続部74は、絶縁層17の表面に沿って基板31まで延び、基板30の一表面30aに接続される。基板接続部74は、発光信号伝送路12、走査信号伝送路15およびスタート信号伝送路16と同じ導電性材料によって形成される。基板接続部74は、絶縁層17によって、第1の他方導電型半導体層62と、第2の一方導電型半導体層63と、第2の他方導電型半導体層64と絶縁され、また基板接続部74は、遮光層18によって覆われる。基板接続部74を設けることによって、走査スタート用スイッチ素子T0は、第3の一方導電型半導体層65および第3の他方導電型半導体層66を含むダイオードとして機能する。
In addition, a through
各発光素子L、各スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0は、基板30の基板凸部30A,40A,60Aの一表面30Aa,40Aa,60Aaに、第1の他方導電型半導体層32,42,62と、第2の一方導電型半導体層33,43,63と、第2の他方導電型半導体層34,44,64と、第1ダイオード構成半導体層35および第3の一方導電型半導体層45,65と、第2ダイオード構成半導体層36および第3の他方導電型半導体層46,66と、オーミックコンタクト層37,47,67とを、それぞれ形成するための半導体材料を、エピタキシャル成長および化学気相成長(CVD)法などによって順次積層した後、フォトリソグラフィによってパターニングおよびエッチングして形成される。したがって、一連の製造プロセスにおいて、発光素子L、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0を同時に形成することができるので、製造コストを低減することができる。各半導体層を形成した後、導電体層を蒸着法などによって形成し、フォトリソグラフィによってパターニングおよびエッチングして、表面電極25を形成する。
Each light emitting element L, each switch element T, and scanning start switch element T0 are formed on the first surfaces 30Aa, 40Aa, 60Aa of the
絶縁層17は、表面電極25を形成した後、前述したポリイミドなどの樹脂材料をスピンコーティングした後、塗付した樹脂材料を硬化させ、発光信号伝送路12と、接続手段14と、スイッチ素子導電路27と、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cと、スタート信号伝送路16と、基板接続部74と、発光素子L、スイッチ素子Tまたは走査スタート用スイッチ素子T0との接続に必要な各貫通孔39,49,54,55,57,58,69,71をフォトリソグラフィによってパターニングおよびエッチングして形成される。
After the
発光信号伝送路12と、接続手段14と、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cと、スタート信号伝送路16と、発光素子遮光部23と、基板接続部74とは、絶縁層17を形成した後、発光信号伝送路12と、接続手段14と、スイッチ素子導電路27と、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cと、スタート信号伝送路16と、基板接続部74とを形成するための導電性材料を、蒸着法などによって絶縁層17の表面に積層した後、フォトリソグラフィによってパターニングおよびエッチングして、同時に形成される。したがって、発光信号伝送路12と、接続手段14と、スイッチ素子導電路27と、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cと、スタート信号伝送路16と、発光素子遮光部23と、基板接続部74との厚みは、ほぼ等しく形成される。
The light emission
図7は、スイッチ素子Tの、アノード電圧とアノード電流との関係である順方向電圧−電流特性を示すグラフである。なお、図7では、横軸をアノード電圧とし、縦軸をアノード電流として示されている。また図7には、負荷線72も示されている。スイッチ素子Tは、電圧電流特性を表す特性曲線と、負荷線72とが交わるオフ状態のb点と、特性曲線と負荷線72とが交わるオン状態のa点とを遷移する。アノード電圧は、カソードの電位を0(零)ボルト(V)としたときのアノードの電位を表し、アノード電流は、アノードに流れる電流を表す。 FIG. 7 is a graph showing a forward voltage-current characteristic that is a relationship between the anode voltage and the anode current of the switch element T. In FIG. 7, the horizontal axis represents the anode voltage, and the vertical axis represents the anode current. In FIG. 7, a load line 72 is also shown. The switch element T makes a transition between a characteristic curve representing voltage-current characteristics, an off-state point b where the load line 72 intersects, and an on-state point a where the characteristic curve and the load line 72 intersect. The anode voltage represents the anode potential when the cathode potential is 0 (zero) volts (V), and the anode current represents the current flowing through the anode.
スイッチ素子Tの初期のしきい電圧(ブレークオーバ電圧)をVBOとする。初期のしきい電圧とは、受光していない状態のしきい電圧であり、走査スタート用スイッチ素子T0では、ゲート26にトリガ信号が与えられていない状態のしきい電圧である。スイッチ素子Tでは、受光することによって、しきい電圧が、VBOから、図7の矢符P1で示すように、このVBOよりも小さな電圧であるVTHへと低下する。 An initial threshold voltage (breakover voltage) of the switch element T is set to V BO . The initial threshold voltage is a threshold voltage in a state where no light is received, and is a threshold voltage in a state where a trigger signal is not applied to the gate 26 in the scanning start switch element T0. In the switch element T, by receiving the threshold voltage has V BO, as indicated by the arrow P1 in FIG. 7 decreases to V TH is smaller voltage than the V BO.
図8は、図1に示される発光装置10の基本的構成を示す一部の等価回路を示す回路図である。発光装置10は、駆動手段73をさらに含む。駆動手段73は、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cと、発光信号伝送路12と、スタート信号伝送路16とに接続され、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cに走査信号φを与え、スタート信号伝送路16にスタート信号φSを与え、発光信号伝送路12に発光信号φEをそれぞれ与える。駆動手段73は、駆動用ドライバーIC(Integrated Circuit)によって実現される。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a part of an equivalent circuit showing a basic configuration of the
駆動手段73は、外部から基準となるクロックパルス信号を入力して、このクロックパルス信号に基づいて、第1〜第3走査信号φ1〜φ3およびスタート信号φSを同期して出力し、走査信号伝送路15およびスタート信号伝送路16にそれぞれ与える。前記クロックパルス信号は、後述する画像形成装置87の制御手段96から与えられる。クロックパルス信号のクロック周期は、後述する画像形成装置87の制御手段96における制御周期よりも長く選ばれる。また駆動手段73は、クロックパルス信号とともに与えられる画像情報に基づいて、第1〜第3走査信号φ1〜φ3と同期させて、発光信号φEを出力して、発光信号伝送路12に与える。
The driving means 73 receives a clock pulse signal as a reference from the outside, and outputs the first to third scanning signals φ1 to φ3 and the start signal φS in synchronization with the clock pulse signal to transmit the scanning signal. Are provided to the
第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cには、各スイッチ素子Tと直列に接続される抵抗素子Rφがそれぞれ接続され、駆動手段73は、抵抗素子Rφを介して第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cに接続される。抵抗素子Rφは、駆動手段73から走査信号伝送路15に過電流が流れてしまうことを防止するとともに、各スイッチ素子Tに印加される電圧を分圧する分圧抵抗としての機能を有する。
The first to third scanning
また発光信号伝送路12にも、各発光素子Lと直列に接続される抵抗素子Rφがそれぞれ接続され、駆動手段73は、抵抗素子Rφを介して発光信号伝送路12に接続される。抵抗素子Rφは、駆動手段73から発光信号伝送路12に過電流が流れてしまうことを防止するとともに、各発光素子Lに印加される電圧を分圧する分圧抵抗としての機能を有する。
Also, the light emitting
図8の等価回路図に示すように、各スイッチ素子Tは、ダイオード構造部分TDとサイリスタ構造部分TSとが直列に接続されて構成されており、言い換えればダイオードのカソードと、サイリスタのアノードが接続され、サイリスタのゲート26が発光ダイオード素子Lのカソードに接続された構成となっている。 As shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 8, each switch element T is configured by connecting a diode structure portion TD and a thyristor structure portion TS in series. In other words, the diode cathode and the thyristor anode are connected. Thus, the gate 26 of the thyristor is connected to the cathode of the light emitting diode element L.
図9は、駆動手段73が、スタート信号伝送路16に与えるスタート信号φS、第1走査信号伝送路15aに与える第1走査信号φ1、第2走査信号伝送路15bに与える第2走査信号φ2、第3走査信号伝送路15に与える第3走査信号φ3および発光信号伝送路12に与える発光信号φEと、発光素子L1の発光強度と、走査スタート用スイッチ素子T0およびスイッチ素子T1〜T4の発光強度とを示す波形図である。発光素子L1および走査スタート用スイッチ素子T0ならびにスイッチ素子T1〜T4の発光強度は、ハイ(H)レベルのとき発光していることを表し、ロー(L)レベルのとき発光していないことを表す。図9において、横軸は時間であって、基準時刻からの経過時間を表す。
FIG. 9 shows that the drive means 73 gives a start signal φS to the start
またスタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEについて、縦軸は、信号レベルを表す。信号レベルは、電圧または電流の大きさを表し、スタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEがハイ(H)レベルのとき、高電圧または高電流が信号伝送路に供給され、スタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEがロー(L)レベルのとき、低電圧または低電流が信号伝送路に供給される。スタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEがLレベルのとき、伝送路に供給される電圧または電流は、各素子のしきい電圧またはしきい電流よりも小さい。電圧の場合では、ハイレベルは、たとえば3ボルト(V)〜10ボルト(V)である。電圧の場合では、ローレベルは、たとえば0(零)ボルト(V)である。 For the start signal φS, the first to third scanning signals φ1 to φ3, and the light emission signal φE, the vertical axis represents the signal level. The signal level represents the magnitude of voltage or current. When the start signal φS, the first to third scanning signals φ1 to φ3, and the light emission signal φE are at a high (H) level, a high voltage or high current is applied to the signal transmission line. When the start signal φS, the first to third scanning signals φ1 to φ3, and the light emission signal φE are at the low (L) level, a low voltage or a low current is supplied to the signal transmission line. When the start signal φS, the first to third scanning signals φ1 to φ3, and the light emission signal φE are at the L level, the voltage or current supplied to the transmission line is smaller than the threshold voltage or threshold current of each element. In the case of voltage, the high level is, for example, 3 volts (V) to 10 volts (V). In the case of voltage, the low level is, for example, 0 (zero) volts (V).
本実施の形態では、Hレベルのときのスタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEの電圧をたとえば5ボルト(V)とし、Lレベルのスタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEの電圧をたとえば0ボルト(V)とする。第1〜第3走査信号φ1〜φ3の波形は同じであり、それぞれ位相が異なる。 In the present embodiment, the voltage of the start signal φS, the first to third scanning signals φ1 to φ3, and the light emission signal φE at the H level is, for example, 5 volts (V), and the L level start signal φS, The voltages of the third scanning signals φ1 to φ3 and the light emission signal φE are set to 0 volts (V), for example. The waveforms of the first to third scanning signals φ1 to φ3 are the same and have different phases.
発光装置10では、発光させるべき発光素子Lのしきい電圧またはしきい電流を低下させるために、スイッチ素子Tの発光状態を、配列方向Xに沿って転送する。
In the
以後、駆動手段73の動作について説明する。まず時刻t0で、駆動手段73は、スタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEをローレベルとする。駆動手段73は、発光信号φE、スタート信号φSおよび走査信号φについて、信号レベルをローレベルからハイレベルにすると、次に信号レベルをハイレベルからローレベルにするまで、信号レベルをハイレベルとなるように維持する。また駆動手段73は、発光信号φE、スタート信号φSおよび走査信号φについて、信号レベルをハイレベルからローレベルにすると、次に信号レベルをローレベルからハイレベルにするまで、信号レベルをローレベルとなるように維持する。
Hereinafter, the operation of the driving
時刻t1で、駆動手段73は、スタート信号φSのみをローレベルからハイレベルに変化させる。時刻t1において、第1〜第3走査信号φ1,φ2,φ3および発光信号φEは、ローレベルである。これによって、走査スタート用スイッチ素子T0が、発光する。
At time t1, the driving
走査スタート用スイッチ素子T0の光は、隣接するスイッチ素子アレイ13の配列方向Xの端部に配置されるスイッチ素子T1に最も強く入射する。スイッチ素子アレイ13の他のスイッチ素子Tでは、配列方向Xに走査スタート用スイッチ素子T0から離間した位置に配置されるスイッチ素子Tほど、走査スタート用スイッチ素子T0から照射される光の強度が小さくなる。スイッチ素子Tでは、受光すると光励起によって各半導体層に、受光強度に応じたキャリアが生成される。キャリアの生成によって、第2の一方導電型半導体層43に蓄積される電子が、第2の一方導電型半導体層43のフェルミ準位を下げ、これによって第1の他方導電型半導体層42と第2の一方導電型半導体層43との接合部分において、なだれ現象が発生しやすくなる。このため、スイッチ素子Tは、光を受光することによってしきい電圧またはしきい電流が低下し、また受光する光強度が大きくなるほど、しきい電圧またはしきい電流の降下が大きくなるという特性を有する。
The light of the scanning start switch element T0 is most strongly incident on the switch element T1 arranged at the end portion in the arrangement direction X of the adjacent
次に走査スタート用スイッチ素子T0からスイッチ素子T1への発光状態の転送について説明する。走査スタート用スイッチ素子T0が発光すると、この光をスイッチ素子T1が受光し、スイッチ素子T1のしきい電圧が低下する。 Next, the transfer of the light emission state from the scanning start switch element T0 to the switch element T1 will be described. When the scanning start switch element T0 emits light, the switch element T1 receives this light, and the threshold voltage of the switch element T1 decreases.
時刻t2において、スイッチ素子T1のしきい電圧はVTH(T1)となっている。第1走査信号伝送路15aには、スイッチ素子T1,T4,…,Tj−2が接続されているが、スイッチ素子T4,…,Tj−2は、走査スタート用スイッチ素子T0から十分に離れているので、走査スタート用スイッチ素子T0からの光を受光しても、その光は微弱であるので、しきい電圧はほとんど変化しない。
At time t2, the threshold voltage of the switch element T1 is V TH (T1). Switch elements T1, T4,..., Tj-2 are connected to the first scanning
時刻t2で、駆動手段73は、第1走査信号φ1をローレベルからハイレベルにする。時刻t2において、スタート信号φSはハイレベルであり、第2および第3走査信号φ2,φ3、発光信号φEはローレベルである。第1走査信号φ1のハイレベルは、第1走査信号伝送路15aに接続されるスイッチ素子T1を除く他のスイッチ素子T4,…,Tj−2のしきい電圧またはしきい電流うちの最低値よりも、高い電圧または高い電流に選ばれる。
At time t2, the driving
隣接するスイッチ素子Tからの光を受光することによってしきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子Tが接続される前記走査信号伝送路15に、この走査信号伝送路15に接続される他のスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流の最低値よりも高い電圧または電流の走査信号φを与えると、走査信号φは抵抗素子Rφを介して、走査信号伝送路15に与えられ、スイッチ素子Tには、抵抗素子Rφによって分圧された電圧が与えられる。各スイッチ素子Tには、抵抗素子Rφによって分圧された電圧が徐々に印加されることとなり、同じ走査信号伝送路15に接続される複数のスイッチ素子Tのうち、隣接しているスイッチ素子Tからの光を受光したスイッチ素子Tに与えられる電圧または電流が、最も早くこのスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流よりも大きくなる。これによって、しきい電圧またはしきい電流が最も低いスイッチ素子Tのみが発光し、他のスイッチ素子Tは、発光しない。これによって、時刻t2で、スイッチ素子T1がオン状態となり、すなわちターンオンし、発光する。
The scanning
スイッチ素子T1がオン状態となった後、時刻t3で、駆動手段73は、スタート信号φSをローレベルにする。これによって、走査スタート用スイッチ素子T0は、オフ状態、すなわちターンオフして、消灯する。
After the switch element T1 is turned on, at time t3, the
このようにして、走査スタート用スイッチ素子T0から、スイッチ素子T1へと発光状態が遷移する。また時刻t3において、駆動手段73は、スタート信号φSをハイレベルからローレベルにし、次にスイッチ素子T1を発光させるときまで、走査スタート用スイッチ素子T0のオフ状態を維持させる。
In this way, the light emission state transitions from the scanning start switch element T0 to the switch element T1. At time t3, the
時刻t2と時刻t3との間の時間は、第1走査信号φ1がハイレベルとなる時間の1/10程度に選ばれる。このように、隣接するスイッチ素子Tにおいて与えられる走査信号φがハイレベルとなる時間が重なるように駆動手段73が走査信号φを与えることによって、隣接するスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流が確実に低下している間に、走査信号φをハイレベルとすることができ、光走査を確実に行うことができる。 The time between the time t2 and the time t3 is selected to be about 1/10 of the time when the first scanning signal φ1 becomes high level. In this way, the drive means 73 provides the scanning signal φ so that the time when the scanning signal φ applied to the adjacent switch element T is at the high level overlaps, whereby the threshold voltage or threshold current of the adjacent switch element T is applied. Is reliably lowered, the scanning signal φ can be set to a high level, and optical scanning can be performed reliably.
本実施の形態では、第1〜第3走査信号φ1〜φ3がハイレベルとなる時間は、1μ秒(μsecond)程度に選ばれる。したがって、時刻t2と時刻t3との間の時間は、0.1μ秒(μsecond)程度に選ばれる。 In the present embodiment, the time during which the first to third scanning signals φ1 to φ3 are at a high level is selected to be about 1 μsecond (μsecond). Accordingly, the time between time t2 and time t3 is selected to be about 0.1 μsecond (μsecond).
スイッチ素子T1は、時刻t2においてオン状態となると、ハイレベルとされた走査信号φがローレベルになるまでは、オン状態を維持する。 When the switch element T1 is turned on at time t2, the switch element T1 is kept on until the high-level scanning signal φ becomes low level.
スイッチ素子T1は、受光によってゲート24にトリガ信号を発生し、時刻t2においてオン状態となると、ハイレベルとされた走査信号φがローレベルになるまでは、オン状態を維持する。オン状態となると、スイッチ素子T1のゲート24の電圧は、ほぼ0(零)ボルト(V)になる。ここで前記スイッチ素子T1のゲート24の電圧とは、このゲート24と接地される裏面電極29との電位差である。スイッチ素子T1のゲート24は、発光素子L1のカソードである第3の一方導電型半導体層35に接続されているので、スイッチ素子T1のゲート24の電位は、発光素子L1のカソードの電位とほぼ等しくなる。このようにスイッチ素子T1によって、発光素子L1のカソードの電圧、つまり第3の一方導電型半導体層35と裏面電極29との間に印加される電圧を変化させることができる。
The switch element T1 generates a trigger signal at the
発光素子L1を発光させる場合、駆動手段73は、発光信号φEをハイレベルからローレベルにした時刻t3が経過した後、時刻t4で、発光信号φEをローレベルからハイレベルにする。
When the light emitting element L1 is caused to emit light, the driving
発光素子L1は、スイッチ素子T1がオン状態であるので、前述したように発光素子LL1のカソードは、ほぼ0(零)ボルト(V)となる。このときスイッチ素子T2,…,Tj−1,Tjは、オフ状態であり、時刻t4における発光素子L1のカソードの電圧をVca(L1)とし、時刻t4における発光素子L2,…,Li−1,Liのカソードの電圧をそれぞれVca(L2),…,Vca(Li−1),Vca(Li)とすると、発光信号φEのハイレベルVHを、発光素子Lのカソードの電圧以上であって、発光素子L2,…,Li−1,Liのカソードの電圧うち、最低値のものよりも小さな値に選ぶことによって、発光素子L1のみを選択的にオン状態として、発光させることができる。 In the light emitting element L1, since the switch element T1 is in the ON state, as described above, the cathode of the light emitting element LL1 is approximately 0 (zero) volts (V). At this time, the switch elements T2,..., Tj−1, Tj are in an off state, and the cathode voltage of the light emitting element L1 at time t4 is V ca (L1), and the light emitting elements L2,. , Li cathode voltages V ca (L2),..., V ca (Li-1), V ca (Li), respectively, the high level V H of the light emission signal φE is equal to or higher than the cathode voltage of the light emitting element L. Then, by selecting a value smaller than the lowest value among the cathode voltages of the light emitting elements L2,..., Li-1, Li, only the light emitting element L1 can be selectively turned on to emit light. it can.
時刻t5において、駆動手段73が発光信号φEをローレベルにすると、発光素子L1は、消灯する。後述する感光体ドラム90への露光量は、発光素子Lの発光強度は一定として、発光素子Lの発光する時間によって調整される。すなわち、発光信号φEがハイレベルとなる時刻t4から時刻t5までの間の時間を決定することによって、露光量が決定される。発光素子Lの発光強度によって露光量を変更する場合、発光素子L1に与える電圧または電流を細かく制御する必要があるので困難であるが、発光時間によって露光量を変更することによって、発光信号φEがハイレベルとなる時間を調整するだけでよいので、露光量の制御がしやすく、また定電圧または定電流が発光素子Lに与えられるので、発光素子L1を安定して発光させることができる。発光素子Lが発光する時間、言い換えれば発光信号φEがハイレベルとなる時間は、走査信号φがハイレベルとなる時間の80%以下に選ばれる。
At time t5, when the driving
時刻t5が経過した後、駆動手段73は、時刻t6で第2走査信号φ2をハイレベルにすると、スイッチ素子T2が発光し、時刻t6が経過した後、時刻t7で、第1走査信号φ1をローレベルにすると、スイッチ素子T1が消灯する。これによって、スイッチ素子T1からスイッチ素子T2へと発光状態が移る。
After the time t5 has elapsed, when the driving
時刻t7が経過した後、駆動手段73は、時刻t8で第3走査信号φ3をハイレベルにすると、スイッチ素子T3が発光し、時刻t8が経過した後、時刻t9で、第2走査信号φ2をローレベルにすると、スイッチ素子T2が消灯する。これによって、スイッチ素子T2からスイッチ素子T3へと発光状態が移る。
After the elapse of time t7, when the driving
時刻t9が経過した後、駆動手段73は、時刻t10で再び第1走査信号φ1をハイレベルにすると、スイッチ素子T4が発光する。
After the time t9 has elapsed, when the driving
時刻t6と時刻t7との間の時間は、第2走査信号φ2がハイレベルとなる時間の1/10程度に選ばれ、時刻t8と時刻t9との間の時間は、第3走査信号φ3がハイレベルとなる時間の1/10程度に選ばれる。 The time between the time t6 and the time t7 is selected to be about 1/10 of the time when the second scanning signal φ2 becomes high level, and the time between the time t8 and the time t9 is determined by the third scanning signal φ3. It is selected to be about 1/10 of the time for high level.
このように駆動手段73が、第1〜第3走査信号φ1〜φ3を繰り返して与えることによって、スイッチ素子T4,…,Tj−1,Tjにおいても、オン状態が配列方向Xに沿って順次転送される。スイッチ素子Tが発光しているとき、発光信号伝送路12の発光信号φEをローレベルからハイレベルにすることによって、この発光しているスイッチ素子Tに対応する、すなわち発光しているスイッチ素子Tに接続されている発光素子Lのみを選択的に発光させることができる。
Thus, the driving means 73 repeatedly applies the first to third scanning signals φ1 to φ3, so that the ON state is sequentially transferred along the arrangement direction X also in the switch elements T4,..., Tj−1, Tj. Is done. When the switch element T emits light, the light emission signal φE of the light emission
発光しているスイッチ素子Tの配列方向Xの両側に位置するスイッチ素子Tは、いずれも励起状態となってしまうが、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cによって、前述したように第1〜第3走査信号φ1〜φ3を伝送させて、各スイッチ素子Tに第1〜第3走査信号φ1〜φ3を与えることによって、配列方向Xの一方から他方へと、スイッチ素子Tの発光状態の転送を行うことができ、言い換えれば光走査することができる。
The switch elements T positioned on both sides in the arrangement direction X of the switch elements T that are emitting light are all excited, but as described above by the first to third scanning
図10は、第1走査信号伝送路15に接続されるスイッチ素子T1,T4,T7のしきい電圧の変化を表す波形図である。図10において、横軸は時間であって、基準時刻からの経過時間を表す。なお同図には、スタート信号φSおよび第1〜第3走査信号φ1〜φ3も示している。同図に示す時刻t1,t2,t7,t8,t10は、前述した図9に示す時刻t1,t2,t7,t8,t10にそれぞれ対応する。各スイッチ素子T1,T4,T7の初期のしきい電圧をVBOとし、隣接するスイッチ素子Tまたは走査スタート用スイッチ素子T0から受光することによって低下したしきい電圧をV1とする。
FIG. 10 is a waveform diagram showing a change in threshold voltage of the switch elements T1, T4, T7 connected to the first scanning
時刻t1で走査スタート用スイッチ素子T0が発光するので、走査スタート用スイッチ素子T0の光を受光することによって、スイッチ素子T1のしきい電圧が徐々に低下し、時刻taでスイッチ素子T1のしきい電圧は、V1になる。走査スタート用スイッチ素子T0の発光状態が維持される時刻t3まで、スイッチ素子T1のしきい電圧はV1に維持される。 Since the scan start switch element T0 emits light at time t1, the threshold voltage of the switch element T1 gradually decreases by receiving the light of the scan start switch element T0, and the threshold of the switch element T1 at time ta. voltage, it becomes V 1. Until time t3 at which the light emitting state of the scan start switch element T0 is maintained, threshold voltage of the switching element T1 is maintained at V 1.
時刻t2で、第1走査信号φ1がローレベルからハイレベルになることによって、スイッチ素子T1が発光し、スイッチ素子T1のしきい電圧は、さらに低下して時刻tbで、V2となる。時刻tbにおいて、スイッチ素子T4,T7のしきい電圧は、VBOである。 At time t2, by the first scan signal φ1 changes from low level to high level, and the light-emitting switch element T1 is the threshold voltage of the switching element T1 is further at time tb decreases, the V 2. At time tb, the threshold voltage of the switch elements T4 and T7 is V BO .
時刻t7で、第1走査信号φ1がハイレベルからローレベルになると、スイッチ素子T1のしきい電圧は、時間の経過にともなって、V2から徐々に上昇する。 In time t7, the when the first scan signal φ1 changes from high level to low level, the threshold voltage of the switching element T1 is with time, gradually rises from V 2.
時刻t8でスイッチ素子T3が発光するので、スイッチ素子T3の光を受光することによって、スイッチ素子T4のしきい電圧が徐々に低下し、時刻tcでスイッチ素子T3のしきい電圧は、V1になる。 Since the switch element T3 emits light at time t8, the threshold voltage of the switch element T4 gradually decreases by receiving light from the switch element T3, and the threshold voltage of the switch element T3 becomes V 1 at time tc. Become.
時刻t10では、スイッチ素子T4のしきい電圧は、V1であり、スイッチ素子T1のしきい電圧は、V1よりも高くVBOよりも低いV3であり、スイッチ素子T7のしきい電圧は、VBOである。 At time t10, the threshold voltage of the switch element T4 is V 1, the threshold voltage of the switch element T1 is a lower V 3 than higher V BO than V 1, the threshold voltage of the switch element T7 is , V BO .
時刻t10で、第1走査信号φ1をローレベルからハイレベルにするが、このハイレベルの電圧を、第1走査信号伝送路15aに接続されているスイッチ素子Tのうち、隣接する発光素子Lからの光の受光していない発光素子Lのうちで、最もしきい電圧の低い発光素子L1のしきい電圧V3よりも高くすることによって、スイッチ素子T4のみを発光させることができる。スイッチ素子T4は、発光するとしきい電圧がさらに低下して時刻tdで、V2となる。 At time t10, the first scanning signal φ1 is changed from the low level to the high level. This high level voltage is applied from the adjacent light emitting element L among the switch elements T connected to the first scanning signal transmission path 15a. in one of the light emitting element L which is not receiving light, by higher than the threshold voltage V 3 of the most the threshold voltage of low luminous element L1, it is possible to emit only the switch element T4. When the switch element T4 emits light, the threshold voltage further decreases and becomes V 2 at time td.
時刻t11で、第1走査信号φ1がハイレベルからローレベルになると、スイッチ素子T3のしきい電圧は、時間の経過にともなって、V2から徐々に上昇する。 In time t11, the when the first scan signal φ1 changes from high level to low level, the threshold voltage of the switching element T3 is with the passage of time, gradually rises from V 2.
図11は、スイッチ素子Tの順方向電圧−電流特性と、各走査信号伝送路15に供給される第1〜第3走査信号φ1〜φ3のハイレベルの電圧VHの範囲とを示すグラフである。なお、図11では、横軸をアノード電圧とし、縦軸をアノード電流として示されている。同図の特性曲線によって示されるように、スイッチ素子Tは、一般的なサイリスタと同様のS字形負性抵抗を有している。スイッチ素子Tは、このスイッチ素子Tを構成する半導体層に光を照射することによって、しきい電圧またはしきい電流を低下させることできる。これによって前述したように、スイッチ素子Tは、特性曲線と負荷線72とが交わるオフ状態のb点から、特性曲線と負荷線72とが交わるオン状態のa点に遷移するので、スイッチとして機能する。
FIG. 11 is a graph showing the forward voltage-current characteristics of the switch element T and the range of the high-level voltage V H of the first to third scanning signals φ 1 to φ 3 supplied to each scanning
スイッチ素子Tの初期のしきい電圧をVB0とし、スイッチ素子Tに光を照射することによって最もしきい電圧が低下した状態のしきい電圧をV1とし、同じ走査信号伝送路15に接続されているスイッチ素子Tのうち、2番目にしきい電圧が低いスイッチ素子Tのしきい電圧をV3とする。このV3は、光を受光することによって、わずかにしきい電圧が低下した状態のスイッチ素子T、またはターンオフ時、すなわちいったんオン状態となった後、初期状態に回復しつつあるスイッチ素子Tのしきい電圧である。
The initial threshold voltage of the switch element T is set to V B0, and the threshold voltage in the state where the threshold voltage is most lowered by irradiating the switch element T with light is set to V 1, and is connected to the same scanning
スイッチ素子Tに接続される各走査信号伝送路15に供給される第1〜第3走査信号φ1〜φ3のハイレベルの電圧VHは、図11の符号P2で示す範囲、すなわち前記電圧V3よりも高く設定される。また電圧VHは、前記スイッチ素子Tの定格電圧よりも低く選ばれる。たとえば電圧VHを高くすると、スイッチ素子Tのオフ状態からオン状態へのスイッチング速度を高くすることができ、これによってスイッチ素子Tにおける発光状態の遷移を高速化することができるので、光走査を高速化することができる。たとえば5ミリアンペア(mA)で、1メガヘルツ(MHz)のクロック信号で動作させる場合、前記電圧VHは10V程度に選ばれ、抵抗素子Rφの抵抗値は、1.6kΩに選ばれる。走査信号φの電圧は、高くなるほど、スイッチ素子Tに流入する電流を制限する必要があるので、抵抗素子Rφの抵抗値を大きくする必要がある。このため抵抗素子Rφの抵抗値は、光走査の速度をより高速化する必要がある場合、抵抗素子Rφの抵抗値と光スイッチ素子Tの容量値とによって決定される時定数を考慮して決定される。
The high level voltage V H of the first to third scanning signals φ1 to φ3 supplied to each scanning
本実施の形態では、前述のように走査信号φのハイレベルの電圧を設定するので、スイッチ素子Tが受光して光励起した状態のときのしきい電圧もしくはしきい電流が、初期のしきい電圧またはしきい電流の80%程度にしかならない場合であっても、スイッチ素子Tによって発光状態の転送を実現することができる。したがって、スイッチ素子Tは、高い受光感度を備えていなくても、発光状態の転送を行うことができる。 In the present embodiment, since the high level voltage of the scanning signal φ is set as described above, the threshold voltage or threshold current when the switch element T receives light and is photoexcited is the initial threshold voltage. Or even if it is only about 80% of the threshold current, transfer of the light emission state can be realized by the switch element T. Therefore, even if the switch element T does not have a high light receiving sensitivity, the light emitting state can be transferred.
図12は、図1の発光装置10を構成する発光体チップ75の構成を示す平面図である。なお、図1に示される発光装置10の基本的構成を示す一部は、同図においてa1,a2,a3,a4,a5およびa6によって外囲される部分である。また図12では、各発光素子Lの光の出射方向を紙面に垂直手前側として配置された発光体チップ75の平面を示し、発光素子L、スイッチ素子T、接続手段14および信号伝送路接続部76は図解を容易にするため、斜線を付して示されている。
FIG. 12 is a plan view showing a configuration of the
発光体チップ75は、第1発光体チップ部77と第2発光体チップ部78と、信号伝送路接続部76とを有する。第1発光体チップ部77は、前述した図1に示す部分であり、a1,a2,a3,a4,a5およびa6によって外囲される部分である。第2発光体チップ部78は、第1発光体チップ部77と同様な構成であって、第1発光体チップ部77を紙面に垂直なZ方向に延びる軸線周りに180度角変位させた形状を有する。第1発光体チップ部77と第2発光体チップ部78との発光素子アレイ11は、発光体チップ75の幅方向Yの中央で、直線状に配列されている。したがって発光体チップ75の各スイッチ素子Tは、各発光素子Lの配列方向Xおよびこの配列方向Xに垂直な幅方向Yに、発光素子アレイ11の一方側および他方側に分割して配置されている。発光体チップ75は、図1に示す発光装置10の基本的構成を示す一部と、この基本的構成を示す一部を紙面に垂直なZ方向に延びる軸線周りに180度角変位させて、発光素子アレイ11を直線状に配列させた形状を有する。
The
発光素子アレイ11の幅方向Yの他方側に配置される第1発光体チップ部77のスイッチ素子アレイ13を、第1スイッチ素子アレイ13aと記載し、発光素子アレイ11の幅方向の一方側に配置される第2発光体チップ部78のスイッチ素子アレイ13を第2スイッチ素子アレイ13bと記載する。本実施の形態では、第1および第2スイッチ素子アレイ13a,13bのスイッチ素子Tの数は等しく選ばれる。第1スイッチ素子アレイ13aは、発光体チップ75の配列方向Xの他端部75bから、配列方向Xの中央部75cまで延びる。第2スイッチ素子アレイ13bは、発光体チップ75の配列方向Xの一端部75aから、配列方向Xの中央部75cまで延びる。
The
第1スイッチ素子アレイ13aの配列方向Xの一方に第1走査スタート用スイッチ素子T0が設けられ、第2スイッチ素子アレイ13bの配列方向Xの他方に第2走査スタート用スイッチ素子T0が設けられる。第1スイッチ素子アレイ13aでは、配列方向Xの一端部から他端部に向かってスイッチ素子T1,T2,…,Tj−1,Tjがこの順番で配列され、第2スイッチ素子アレイ13bでは、配列方向Xの他端部から一端部に向かってT1,T2,…,Tj−1,Tjがこの順番で配列される。
The first scanning start switch element T0 is provided on one side in the arrangement direction X of the first
発光体チップ75は、略直方体形状を有し、厚み方向Zの一表面部79に、信号伝送路接続部76が設けられる。
The
第1および第2発光体チップ部77,78の発光素子アレイ11が配列されて成る発光素子アレイ11は、配列方向Xにおいて発光体チップ75の一端部75aおよび他端部75b間にわたって、形成される。配列方向Xにおける発光体チップ75の一端から配列方向Xの一端の発光素子Lまでの距離と、配列方向Xにおける発光体チップ75の他端から配列方向Xの他端の発光素子Lまでの距離とは、距離W7に選ばれ、かつ隣接する発光素子Lの間の距離W1よりも小さく選ばれ、好ましくは距離W1の1/2程度に選ばれる。
The light emitting
幅方向Yにおいて、第1および第2発光体チップ部77,78の各スイッチ素子Tの発光素子Lとは反対側の端部から、発光体チップ75の幅方向Yの一端までの距離W8は、スイッチ素子Tの発光素子Lとは反対側の端部を覆う前記絶縁層17および前記遮光層18を設けることができるように選ばれる。
In the width direction Y, the distance W8 from the end of each of the first and second light
第1および第2スイッチ素子アレイ13a,13bの配列方向Xに沿ってそれぞれ隣接した領域80A,80Bには、信号伝送路接続部76が第1および第2発光素子アレイ11に沿って設けられる。信号伝送路接続部76は、走査信号伝送路15、発光信号伝送路12およびスタート信号伝送路16と外部からの信号伝送路であるボンディングワイヤとをそれぞれ接続する部分であり、ワイヤボンディングに用いられるボンディングパッドである。
In
信号伝送路接続部76は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成され、具体的には、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)および金と亜鉛との合金(AuZn)などによって形成される。
The signal transmission
信号伝送路接続部76は、第1および第2スタート信号伝送路接続部81a,81bと、第1および第2走査信号伝送路接続部82a,82bと、第1および第2発光信号伝送路接続部83a,83bとを含んで構成される。第1および第2スタート信号伝送路接続部81a,81bと、第1および第2走査信号伝送路接続部82a,82bと、第1および第2発光信号伝送路接続部83a,83bとは、厚み方向Zの一方側から見て矩形状に形成され、それぞれ等しい大きさに形成される。
The signal transmission
第1スイッチ素子アレイ13aの配列方向一方X1に隣接する領域80Aには、第1スタート信号伝送路接続部81aと、第1走査信号伝送路接続部82aと、第2発光信号伝送路接続部83bとが設けられる。第1スイッチ素子アレイ13の配列方向一方X1には、走査スタート用スイッチ素子T0の配列方向一端から配列方向Xに距離W9離間して、第1スタート信号伝送路接続部81aが設けられる。第1スタート信号伝送路接続部81aの配列方向一方X1に第1走査信号伝送路接続部82aが設けられる。第1走査信号伝送路接続部82aは、第1〜第3伝送路接続部84a,84b,84cを含んで構成される。第1スタート信号伝送路接続部81a、および第1〜第3伝送路接続部84a,84b,84cは、配列方向Xに相互に間隔をあけて設けられ、等間隔に設けられる。
In the
本実施の形態では、配列方向一方X1から配列方向他方X2に向かって第1伝送路接続部84a、第2伝送路接続部84bおよび第3伝送路接続部84cがこの順番で配列される。第1発光体チップ部77のスタート信号伝送路16は、第1スタート信号伝送路接続部81aに接続され、第1発光体チップ部77の第1走査信号伝送路15aは、第1伝送路接続部84aに接続され、第1発光体チップ部77の第2走査信号伝送路15bは、第2伝送路接続部84bに接続され、第1発光体チップ部77の第3走査信号伝送路15cは、第3伝送路接続部84cに接続される。このように接続することによって、各伝送路接続部84a,84b,84cから各スイッチ素子Tまでの伝送路の長さのばらつきを抑えることができる。
In the present embodiment, the first transmission
また第1走査信号伝送路接続部82aの配列方向Xの一方で、発光体チップ75の配列方向Xの一端部75aには、第2発光信号伝送路接続部83bが設けられる。第2発光信号伝送路接続部83bは、第2発光体チップ部78の発光信号伝送路12に接続される。第2発光信号伝送路接続部83bは、発光体チップ75の配列方向Xの一端から距離W10離間して設けられる。前記距離W10は、前記距離W7よりも大きく選ばれる。
A second light emission signal transmission line connection portion 83b is provided at one
第1スタート信号伝送路接続部81a、第1走査信号伝送路接続部82aおよび第2発光信号伝送路接続部83bは、発光素子Lが設けられる領域外に設けられており、発光素子アレイ11から幅方向Yに距離W11離間して設けられている。距離W11は、発光素子Lが発光したときに、この光が信号伝送路接続部76によって遮光されてしまい、光量が低下してしまわないように選ばれる。
The first start signal transmission
第2スイッチ素子アレイ13の配列方向他方X2に隣接する領域80Bには、第2スタート信号伝送路接続部81bと、第2走査信号伝送路接続部82bと、第1発光信号伝送路接続部83aとが設けられる。第2スイッチ素子アレイ13の配列方向他方X2には、走査スタート用スイッチ素子Tの配列方向Xの一端から配列方向Xに距離W9離間して、第2スタート信号伝送路接続部81bが設けられる。第2スタート信号伝送路接続部81bの配列方向他方X2に第2走査信号伝送路接続部82bが設けられる。第2走査信号伝送路接続部82bは、第4〜第6伝送路接続部85a,85b,85cを含んで構成される。第2スタート信号伝送路接続部82bおよび第4〜第6伝送路接続部85a,85b,85cは、配列方向Xに相互に間隔をあけて設けられ、ここでは等間隔に設けられる。
In the
本実施の形態では、配列方向他方X2から配列方向一方X1に向かって第4伝送路接続部85a、第5伝送路接続部85bおよび第6伝送路接続部85cがこの順番で配列される。第2発光体チップ部78のスタート信号伝送路16は、第2スタート信号伝送路接続部81bに接続され、第2発光体チップ部78の第1走査信号伝送路15aは、第4伝送路接続部85aに接続され、第2発光体チップ部78の第2走査信号伝送路15bは、第5伝送路接続部85bに接続され、第2発光体チップ部78の第3走査信号伝送路15cは、第6伝送路接続部85cに接続される。このように接続することによって、各信号伝送路接続部76から各スイッチ素子Tまでの伝送路の長さのばらつきを抑えることができる。
In the present embodiment, the fourth transmission
また第2走査信号伝送路接続部82bの配列方向他方X2で、発光体チップ75の配列方向Xの他端部75bには、第1発光信号伝送路接続部83aが設けられる。第1発光信号伝送路接続部83aは、第1発光体チップ部77の発光信号伝送路12に接続される。第1発光信号伝送路接続部83aは、発光体チップ75の配列方向他端から距離W10離間して設けられる。
A first light emission signal transmission
第2スタート信号伝送路接続部81b、第2走査信号伝送路接続部82bおよび第1発光信号伝送路接続部83aは、発光素子Lが設けられる領域外に設けられており、発光素子アレイ11から幅方向に距離W11離間して設けられる。
The second start signal transmission path connection portion 81b, the second scanning signal transmission path connection portion 82b, and the first light emission signal transmission
信号伝送路接続部76が形成される領域80A,80Bにおいて、各発光信号伝送路12と、各第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cと、各スタート信号伝送路16とである各信号伝送路は、それぞれ電気絶縁性を有する絶縁膜によって相互に絶縁される。信号伝送路接続部76と各信号伝送路とは、絶縁膜に形成される貫通孔を介して接続される。
In the
このように本実施の形態の発光装置10における発光体チップ75の各スイッチ素子アレイ13は、発光素子アレイ11の配列方向Xおよびこの配列方向Xに垂直な幅方向Yに、発光素子アレイ11の一方側および他方側に分割して配置され、各スイッチ素子アレイ13の前記配列方向Xに沿って隣接した領域80A,80Bに、発光素子アレイ11に沿って信号伝送路接続部76が設けられるので、発光素子アレイ11の配列方向Xの端部を、発光体チップ75の端部に配置することができるとともに、前記幅方向Yに発光素子アレイ11の一方側および他方側に信号伝送路接続部76を設ける構成としたときに、配列方向Xに垂直な方向の発光体チップ75の大きさを、可及的に小さくする形成することができる。
As described above, each
発光素子アレイ11を発光体チップ75の幅方向Yの一端部に形成すると、発光体チップ75を、このウエハから切り出すときに、発光素子Lの配列方向Xである長辺部の形状を、発光素子Lにダメージが与えられないように、精密にかつチッピングが生じないようにダイシングするか、あるいは切り出し後にラッピングを行うなどの工程を追加する必要がある。本実施の形態では、発光素子アレイ11は、発光体チップ75の幅方向Yの中央部に形成されるので、ウエハからの切り出しの際に、発光素子Lがダメージを受けにくいので、ダイシングが容易となり、また歩留まりを向上させることができるとともに、製造工程を増加させることがない。
When the light emitting
図13は、発光体チップ75を複数有する発光体チップ組立体86の基本的構成を示す一部の平面図である。なお、同図は、各発光素子Lの光の出射方向を紙面に垂直手前側として配置された発光体チップ組立体86の平面を示し、発光素子アレイ11、第1および第2スイッチ素子アレイ13a,13bおよび信号伝送路接続部76は図解を容易にするため、斜線を付して示されている。
FIG. 13 is a partial plan view showing a basic configuration of a light emitter chip assembly 86 having a plurality of light emitter chips 75. This figure shows a plane of the light-emitting chip assembly 86 arranged with the light emitting direction of each light-emitting element L as a front side perpendicular to the paper surface, and shows the light-emitting
発光体チップ組立体86は、前記図12に示される発光体チップ75を複数有し、各発光体チップ75の各発光素子Lを直線状に配列して構成される。発光体チップ組立体86は、プリント配線基板などの回路基板に、発光体チップ75の裏面電極29を臨ませて、各発光体チップ75の各発光素子Lを直線状に並べて実装される。
The light emitter chip assembly 86 includes a plurality of light emitter chips 75 shown in FIG. 12 and is configured by linearly arranging the light emitting elements L of the light emitter chips 75. The light emitter chip assembly 86 is mounted by arranging the light emitting elements L of the light emitter chips 75 in a straight line with the
複数の発光体チップ75では、配列方向Xの一端部75aおよび他端部75bに発光素子Lが配置されるので、発光素子アレイ11を配列方向Xに沿って並べたときに、隣接する発光体チップ75の配列方向Xの端部の発光素子Lを可及的に近づけることができ、発光体チップ75を1列に並べても、隣接する発光体チップ75の発光素子Lの間の距離W12を所定の範囲内とすることができるので、発光体チップ75を千鳥状に配列する必要がなく、発光体チップ75を回路基板上に配列する工程を簡便化できる。距離W12は、前記間隔W1程度に選ばれる。正確には、W12=W1−2×W7である。
In the plurality of light emitter chips 75, since the light emitting elements L are arranged at the one
また発光体チップ75を配列して後述する画像形成装置87の露光装置として用いるときに、各発光体チップ75の発光素子Lを1列に並べることができるので、レンズアレイ88を介した感光体ドラム90への露光では、発光体チップ75ごとに光軸ズレが生じない。これによって複数の発光体チップ75の感光体ドラム90への露光特性を揃えることができるので、形成される画像の画質を向上させることができる。さらに、感光体ドラム90を露光するときに配列方向に沿って、複数の発光体チップ75は同じラインのデータを読み込めばよいので、発光装置10に複数のラインデータを記憶するためのメモリ機能が必要なく、装置の構成を簡素化することができる。
Further, when the
発光体チップ組立体86は、電子写真方式の画像形成装置用の光プリンタヘッドなどのラインヘッドとしての露光装置に用いられる。発光体チップ組立体86の配列方向Xの幅W13は、画像形成装置87において形成する画像の幅によって決定される。 The light emitting chip assembly 86 is used in an exposure apparatus as a line head such as an optical printer head for an electrophotographic image forming apparatus. The width W13 of the light emitting chip assembly 86 in the arrangement direction X is determined by the width of the image formed in the image forming apparatus 87.
各発光体チップ75の信号伝送路接続部76は、外部信号伝送路であるボンディングワイヤによって、回路基板の接続すべき部分に電気的に接続される。回路基板には、前述した駆動手段73が実装される。駆動手段73は、ボンディングワイヤを介して、各信号伝送路接続部76に信号を与える。駆動手段73を、発光体チップ75が実装される回路基板に設けることによって、駆動手段73から各発光素子L、各スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0までの信号伝送路の距離を短くして、駆動手段73から信号伝送路接続部76までの信号伝送路によって伝送される信号にノイズが重畳されてしまうことを抑制することができる。
The signal transmission
図14は、発光装置10を有する画像形成装置87の基本的構成を示す側面図である。画像形成装置87は、電子写真方式の画像形成装置であり、発光装置10を、感光体ドラム90への露光装置に使用している。発光装置10は、発光体チップ組立体86および駆動手段73を含んで構成される。発光体チップ組立体86および駆動手段73は、回路基板に実装される。
FIG. 14 is a side view showing a basic configuration of an image forming apparatus 87 having the
画像形成装置87は、Y(イエロ)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の4色のカラー画像を形成するタンデム方式を採用した装置であり、大略的に、4つの発光装置10Y,10M,10C,10K、集光手段であるレンズアレイ88C,88M,88Y,88k、前記発光体チップ組立体86および駆動手段73が実装された回路基板31およびレンズアレイ88を保持する第1ホルダ89C,89M,89Y,89K、4つの感光体ドラム90C,90M,90Y,90K、4つの現像剤供給手段91C,91M,91Y,91K、転写手段である転写ベルト92、4つのクリーナ93C,93M,93Y,93K、4つの帯電器94C,94M,94Y,94K、定着手段95および制御手段96を含んで構成される。
The image forming apparatus 87 is an apparatus that employs a tandem system that forms four color images of Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black), and is roughly divided into four light emitting elements. The
各発光体チップ組立体86は、駆動手段73によって各色のカラー画像情報に基づいて駆動される。たとえば、4つ発光体チップ組立体86の配列方向Xの長さW11は、たとえば200mm〜400mmに選ばれる。 Each light emitting chip assembly 86 is driven by the driving means 73 based on the color image information of each color. For example, the length W11 of the four light emitter chip assemblies 86 in the arrangement direction X is selected from 200 mm to 400 mm, for example.
各発光体チップ組立体86の発光素子Lからの光は、レンズアレイ88を介して各感光体ドラム90C,90M,90Y,90Kに集光して照射される。レンズアレイ88は、たとえば発光素子Lの光軸上にそれぞれ配置される複数のレンズを含み、これらのレンズを一体的に形成して構成される。
The light from the light emitting element L of each light emitting chip assembly 86 is condensed and irradiated onto the respective
発光体チップ組立体86が実装される回路基板およびレンズアレイ88は、第1ホルダ89によって保持される。ホルダ89によって、発光素子Lの光照射方向と、レンズアレイ88のレンズの光軸方向とがほぼ一致するようにして位置合わせされる。 The circuit board on which the light emitting chip assembly 86 is mounted and the lens array 88 are held by the first holder 89. By the holder 89, the light irradiation direction of the light emitting element L and the optical axis direction of the lens of the lens array 88 are aligned so as to be substantially aligned.
各感光体ドラム90C,90M,90Y,90Kは、たとえば円筒状の基体表面に感光体層を被着して成り、その外周面には各発光装置10Y,10M,10C,10Kからの光を受けて静電潜像が形成される静電潜像形成位置が設定される。
Each of the photoconductor drums 90C, 90M, 90Y, and 90K is formed by, for example, attaching a photoconductor layer to the surface of a cylindrical substrate, and the outer peripheral surface receives light from each of the
各感光体ドラム90C,90M,90Y,90Kの周辺部には、各静電潜像形成位置を基準として回転方向下流側に向かって順番に、露光された感光体ドラム90C,90M,90Y,90Kに現像剤を供給する現像剤供給手段91C,91M,91Y,91K、転写ベルト92、クリーナ93C,93M,93Y,93K、および帯電器94C,94M,94Y,94Kがそれぞれ配置される。感光体ドラム90に現像剤によって形成された画像を記録シートに転写する転写ベルト92は、4つの感光体ドラム90C,90M,90Y,90Kに対して共通に設けられる。
In the peripheral portions of the
前記感光体ドラム90C,90M,90Y,90Kは、第2ホルダによって保持され、この第2ホルダと第1ホルダ89とは、相対的に固定される。各感光体ドラム90C,90M,90Y,90Kの回転軸方向と、各発光体チップ組立体86の前記配列方向Xとがほぼ一致するようにして位置合わせされる。
The
転写ベルト92によって、記録シートを搬送し、現像剤によって画像が形成された記録シートは、定着手段95に搬送される。定着手段95は、記録シートに転写された現像剤を定着させる。感光体ドラム90C,90M,90Y,90Kは、回転駆動手段によって回転される。
The recording sheet is conveyed by the
制御手段96は、前述した駆動手段73にクロック信号および画像情報を与えるとともに、感光体ドラム90C,90M,90Y,90Kを回転駆動する回転駆動手段、現像剤供給手段91C,91M,91Y,91K、転写手段92、帯電手段94C,94M,94Y,94Kおよび定着手段95の各部を制御する。
The
このような構成の画像形成装置87では、露光装置として使用される発光装置10からバイアス光および漏れ光が発生しないので、高画質の画像を形成することができる。また発光サイリスタによるスイッチ素子Tおよび発光素子Lを集積化した発光装置10を露光装置に用いているので、このような露光装置は、安価に製造することができ、これによって画像形成装置87の製造コストを低減することができる。
In the image forming apparatus 87 having such a configuration, bias light and leakage light are not generated from the
以上のように発光装置10によれば、各スイッチ素子Tは、隣接するスイッチ素子Tから発する光を受光することによって、そのしきい電圧またはしきい電流を低下させることができ、各スイッチ素子Tのゲート24に、転送方向指定のためのダイオードおよび電源との間に接続される負荷抵抗などを接続する必要がない。したがって発光装置10の構造を複雑にすることなく、可及的に少ない信号伝送路によって、複数配列される発光素子Lのうち所定の発光素子Lのみを選択的に発光させることができる。
As described above, according to the
またスイッチ素子Tは、基板30上に、第1の他方導電型半導体層42と、第2の一方導電型半導体層43と、第2の他方導電型半導体層44とが、この順番で積層された非発光性のサイリスタ構造部分TSと、第2の他方導電型半導体層44上に、第3の一方導電型半導体層45と、第3の他方導電型半導体層46とが、この順番で積層された2層の半導体層によって形成される発光ダイオード構造部分TDとを有することによって、サイリスタ構造部分TSにおいて、受光特性およびスイッチング特性が最適となるように形成し、発光ダイオード構造部分TDにおいて、発光特性が最適となるように形成することができる。
The switch element T includes a first other-conductivity-
また基板30上には、発光ダイオード素子Lは、発光素子形成部28の第2の他方導電型半導体層34に積層されるので、つまり第1ダイオード形成層35と、第2の他方導電型半導体層34とが逆バイアスとなるので、基板30との絶縁性が向上する。また、発光ダイオード素子Lを形成するときに、発光素子形成部28は、スイッチ素子Tのサイリスタ構造部分TSと同じ構造であるので、発光素子形成部28および発光素子Lと、スイッチ素子Tとを一連の製造プロセスによって同時に形成することができる。
On the
またP型半導体層とN型半導体層とが交互に積層される単純な構成で、スイッチ素子Tおよび発光素子Lならびにスタート用スイッチ素子T0を実現することによって、発光装置10の作製が容易である。スイッチ素子Tと発光素子Lとスタート用スイッチ素子T0とを基板31上に同一の製造プロセスによって形成することができ、発光装置10の製造工程を可及的に少なくすることができる。
Further, the
さらに、同一の基板31上にスイッチ素子Tおよび発光素子Lならびにスタート用スイッチ素子T0が集積されて構成されるので、各素子を高密度に形成することができ、スイッチ素子アレイ13では配列方向Xに隣接するスイッチ素子T同士を密接させることができる。これによって各スイッチ素子Tは、隣接するスイッチ素子Tからの光を効率的に受光することができ、隣接するスイッチ素子Tの発光強度が小さい場合であっても、発光したスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流を低下させることができる。したがって、スイッチ素子Tを発光させるために必要な電力を小さくすることができ、より消費電力の小さな発光装置10を実現することができる。また発光素子Lにおいても、配列方向に隣接する発光素子L同士を密接させることができるので、画像形成装置87に用いて画像の解像度を向上させることができる。
Further, since the switch element T, the light emitting element L, and the start switch element T0 are integrated on the same substrate 31, each element can be formed with high density. In the
また各スイッチ素子Tは、配列方向Xに沿って順番に発光するので、この光を遮光層18によって遮光し、発光素子Lが発する光に干渉しないようにすることによって、発光素子Lが発光しているときには、発光素子Lの光量が小さくなったり大きくなったりしてしまうことが防止され、安定した光量を得ることができる。また遮光層18によって、バイアス光が漏れることが防止されるので、画像形成装置87では、画像の品位を低下させることがなく、良好な品質の画像を形成することができる。
Since each switch element T emits light in order along the arrangement direction X, the light emitting element L emits light by shielding this light by the
また絶縁層17は、各発光素子Lおよび各スイッチ素子Tと各走査信号伝送路15および発光信号伝送路12との間に設けられ、各発光素子Lおよび各スイッチ素子Tと各走査信号伝送路15および発光信号伝送路12が短絡してしまうことが防止される。
The insulating
各走査信号伝送路15および絶縁層17によって反射手段が形成されるので、反射手段を作製するために特別に反射層などを形成する必要がなく、既存の構成を利用して形成することができる。したがって、発光装置10の作製工程が増加することなく、反射手段を形成することができる。
Since each scanning
また発光装置10では、隣接するスイッチ素子Tからの光を受光したときのしきい電圧またはしきい電流を、隣接するスイッチ素子Tからの光を受光していない状態におけるしきい電圧またはしきい電流の80%程度まで下げることができれば、受光によってしきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子Tを選択的に発光させることができるので、スイッチ素子が高い受光感度を有さなくても、スイッチ素子Tを配列方向に沿って、順番に発光させることができる。したがって、スイッチ素子Tの受光感度に影響されず、スイッチ素子Tの発光状態を、スイッチ素子Tの配列方向に沿って順番に遷移させることができ、光走査の信頼性が向上される。
Further, in the
図15は、本発明の第2の実施の形態の発光装置において駆動手段73がスタート信号伝送路16に与えるスタート信号φS、および走査信号伝送路15に与える第1〜第3走査信号φ1,φ2,φ3、発光信号伝送路12に与える発光信号φEと、発光素子L1の発光強度と、走査スタート用スイッチ素子T0およびスイッチ素子T1〜T4の発光強度とを示す波形図である。発光素子L1および走査スタート用スイッチ素子T0ならびにスイッチ素子T1〜T4の発光強度は、ハイ(H)レベルのとき発光していることを表し、ロー(L)レベルのとき発光していないことを表す。図15において、横軸は時間であって、基準時刻からの経過時間を表す。
FIG. 15 shows a start signal φS given to the start
本実施の形態の発光装置と、図1に示される前述の第1の実施の形態の発光装置10とは、装置の駆動方法が異なるのみ、すなわち駆動手段73から出力される各信号のタイミングが異なるのみであって、その他の構成は、発光装置10と同様であるので、同様な構成については説明を省略する。
The light emitting device of the present embodiment and the
またスタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEについて、縦軸は、信号レベルを表す。信号レベルは、電圧または電流の大きさを表し、スタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEがハイ(H)レベルのとき、高電圧または高電流が信号伝送路に供給され、スタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEがロー(L)レベルのとき、低電圧または低電流が信号伝送路に供給される。スタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEがLレベルのとき、伝送路に供給される電圧または電流は、各素子のしきい電圧またはしきい電流よりも小さい。電圧の場合では、ハイレベルは、たとえば3V〜10Vである。電圧の場合では、ローレベルは、たとえば0Vである。 For the start signal φS, the first to third scanning signals φ1 to φ3, and the light emission signal φE, the vertical axis represents the signal level. The signal level represents the magnitude of voltage or current. When the start signal φS, the first to third scanning signals φ1 to φ3, and the light emission signal φE are at a high (H) level, a high voltage or high current is applied to the signal transmission line. When the start signal φS, the first to third scanning signals φ1 to φ3, and the light emission signal φE are at the low (L) level, a low voltage or a low current is supplied to the signal transmission line. When the start signal φS, the first to third scanning signals φ1 to φ3, and the light emission signal φE are at the L level, the voltage or current supplied to the transmission line is smaller than the threshold voltage or threshold current of each element. In the case of voltage, the high level is, for example, 3V to 10V. In the case of voltage, the low level is, for example, 0V.
本実施の形態では、Hレベルのときのスタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEの電圧をたとえば5ボルト(V)とし、Lレベルのスタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEの電圧をたとえば0(零)ボルト(V)とする。第1〜第3走査信号φ1〜φ3の波形は同じであって、それぞれ位相が異なる。 In the present embodiment, the voltage of the start signal φS, the first to third scanning signals φ1 to φ3, and the light emission signal φE at the H level is, for example, 5 volts (V), and the L level start signal φS, The voltages of the third scanning signals φ1 to φ3 and the light emission signal φE are set to 0 (zero) volts (V), for example. The waveforms of the first to third scanning signals φ1 to φ3 are the same and have different phases.
本実施の形態では、駆動手段73は、第1〜第3走査信号φ1〜φ3のハイレベルとなる部分が重ならないように第1〜第3走査信号φ1〜φ3を、走査信号伝送路15に与える。すなわち、第1走査信号φ1がハイレベルのとき、第2および第3走査信号φ2,φ3は、ローレベルであり、第2走査信号φ2がハイレベルのとき、第1および第3走査信号φ1,φ3は、ローレベルであり、第3走査信号φ3がハイレベルのとき、第1および第2走査信号φ1,φ2は、ローレベルとなるように駆動手段73は各信号を出力する。
In the present embodiment, the driving means 73 applies the first to third scanning signals φ1 to φ3 to the scanning
以後、駆動手段73の動作について説明する。まず時刻t0で、駆動手段73は、スタート信号φS、第1〜第3走査信号φ1〜φ3および発光信号φEをローレベルとする。駆動手段73は、発光信号φE、スタート信号φSおよび走査信号φについて、信号レベルをローレベルからハイレベルにすると、次に信号レベルをハイレベルからローレベルにするまで、信号レベルをハイレベルとなるように維持する。また駆動手段73は、発光信号φE、スタート信号φSおよび走査信号φについて、信号レベルをハイレベルからローレベルにすると、次に信号レベルをローレベルからハイレベルにするまで、信号レベルをローレベルとなるように維持する。
Hereinafter, the operation of the driving
時刻t1で、駆動手段73は、スタート信号φSのみをローレベルからハイレベルに変化させる。これによって、走査スタート用スイッチ素子T0が、オン状態になり、すなわちターンオンし、発光する。
At time t1, the driving
走査スタート用スイッチ素子T0の光は、隣接するスイッチ素子アレイ13の配列方向Xの端部に配置されるスイッチ素子T1に最も強く入射する。スイッチ素子アレイ13の他のスイッチ素子Tでは、配列方向Xに走査スタート用スイッチ素子T0から離間した位置に配置されるスイッチ素子Tほど、走査スタート用スイッチ素子T0から照射される光の強度が小さくなる。スイッチ素子Tでは、受光すると光励起によって各半導体層に、受光強度に応じたキャリアが生成される。キャリアの生成によって、第2の一方導電型半導体層44に蓄積される電子が、第2の一方導電型半導体層44のフェルミ準位を下げ、これによって第1の他方導電型半導体層43と第2の一方導電型半導体層44との接合部分において、なだれ現象が発生しやすくなる。このため、スイッチ素子Tは、光を受光することによってしきい電圧またはしきい電流が低下し、また受光する光強度が大きくなるほど、しきい電圧またはしきい電流の降下が大きくなるという特性を有する。
The light of the scanning start switch element T0 is most strongly incident on the switch element T1 arranged at the end portion in the arrangement direction X of the adjacent
次に走査スタート用スイッチ素子T0からスイッチ素子T1への発光状態の転送について説明する。走査スタート用スイッチ素子T0が発光すると、この光をスイッチ素子T1が受光し、スイッチ素子T1のしきい電圧が低下する。 Next, the transfer of the light emission state from the scanning start switch element T0 to the switch element T1 will be described. When the scanning start switch element T0 emits light, the switch element T1 receives this light, and the threshold voltage of the switch element T1 decreases.
時刻t2において、スイッチ素子T1のしきい電圧はVTH(T1)となっている。第1走査信号伝送路15aには、スイッチ素子T1,T4,…,Tj−2が接続されているが、スイッチ素子T4,…,Tj−2は、走査スタート用スイッチ素子T0から十分に離れているので、走査スタート用スイッチ素子T0からの光を受光することによって、しきい電圧は、ほとんど変化しない。
At time t2, the threshold voltage of the switch element T1 is V TH (T1). Switch elements T1, T4,..., Tj-2 are connected to the first scanning
時刻t2において、スタート信号φSをハイレベルからローレベルにする。これによって時刻t2で、走査スタート用スイッチ素子T0がオフ状態となり、すなわちターンオフし、消灯する。 At time t2, the start signal φS is changed from the high level to the low level. Accordingly, at time t2, the scanning start switch element T0 is turned off, that is, turned off and extinguished.
時刻t2が経過した後、時刻t3で、駆動手段73は、第1走査信号φ1をローレベルからハイレベルにする。走査スタート用スイッチ素子T0は消灯しているが、スイッチ素子T1の受光によって低下したしきい電圧は、時刻t2から時刻の経過とともに徐々に上昇する。発光状態のスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tでは、受光によってしきい電圧またはしきい電流が低下し、発光状態のスイッチ素子Tが発光状態から非発光状態となると、隣接するスイッチ素子Tでは、受光しないので低下したしきい電圧またはしきい電流が、徐々に上昇する。時刻t2から時刻t3までの予め定める時間を発光状態にあったスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流が上昇し、同じ走査信号伝送路15に接続される他のスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流の最低値と等しくなる時刻までの時間よりも短く選ぶことによって、この受光によってしきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子Tに、走査信号φを与えて発光させることができる。
After the elapse of time t2, at time t3, the driving
第1走査信号φ1のハイレベルは、前述の実施の形態と同様に、第1走査信号伝送路15aに接続されるスイッチ素子T1を除く他のスイッチ素子T4,…,Tj−2のしきい電圧またはしきい電流うちの最低値よりも、高い電圧または高い電流に選ばれる。
The high level of the first scanning signal φ1 is the threshold voltage of the other switching elements T4,..., Tj-2 except the switching element T1 connected to the first scanning
このようにして、走査スタート用スイッチ素子T0から、スイッチ素子T1へと発光状態が遷移する。また時刻t2において、駆動手段73は、スタート信号φSをハイレベルからローレベルにし、以後、スイッチ素子T1を発光させる必要があるときまで、走査スタート用スイッチ素子T0はオフ状態を維持する。
In this way, the light emission state transitions from the scanning start switch element T0 to the switch element T1. At time t2, the driving
スイッチ素子T1は、時刻t3においてオン状態となると、ハイレベルとされた走査信号φがローレベルになるまでは、オン状態を維持する。 When the switch element T1 is turned on at time t3, the switch element T1 is kept on until the high-level scanning signal φ becomes low level.
スイッチ素子T1は、受光によってゲート24にトリガ信号を発生し、時刻t3においてオン状態となると、ハイレベルとされた走査信号φがローレベルになるまでは、オン状態を維持する。オン状態となると、スイッチ素子T1のゲート24の電圧は、ほぼ0(零)ボルト(V)になる。ここで前記スイッチ素子T1のゲート24の電圧とは、このゲート24と接地される裏面電極29との電位差である。スイッチ素子T1のゲート24は、発光素子L1のカソードである第3の一方導電型半導体層35に接続されているので、スイッチ素子T1のゲート24の電圧は、発光素子L1のカソードの電圧とほぼ等しくなる。このようにスイッチ素子T1は、発光素子L1のカソードと裏面電極29とに印加される電圧を変化させることができる。
The switch element T1 generates a trigger signal at the
発光素子L1を発光させる場合、駆動手段73は、第1走査信号φ1をローレベルからハイレベルにした時刻t3が経過した後、時刻t4で、発光信号φEをローレベルからハイレベルにする。
When the light emitting element L1 emits light, the driving
発光素子L1は、スイッチ素子T1がオン状態であるので、前述したように発光素子LL1のカソードは、ほぼ0(零)ボルト(V)となる。このときスイッチ素子T2,…,Tj−1,Tjは、オフ状態であり、時刻t4における発光素子L1のカソードの電圧をVca(L1)とし、時刻t4における発光素子L2,…,Li−1,Liのカソードの電圧をそれぞれVca(L2),…,Vca(Li−1),Vca(Li)とすると、発光信号φEのハイレベルVHを、発光素子Lのカソードの電圧以上であって、発光素子L2,…,Li−1,Liのカソードの電圧うち、最低値のものよりも小さな値に選ぶことによって、発光素子L1のみを選択的にオン状態として、発光させることができる。 In the light emitting element L1, since the switch element T1 is in the ON state, as described above, the cathode of the light emitting element LL1 is approximately 0 (zero) volts (V). At this time, the switch elements T2,..., Tj−1, Tj are in an off state, and the cathode voltage of the light emitting element L1 at time t4 is V ca (L1), and the light emitting elements L2,. , Li cathode voltages V ca (L2),..., V ca (Li-1), V ca (Li), respectively, the high level V H of the light emission signal φE is equal to or higher than the cathode voltage of the light emitting element L. Then, by selecting a value smaller than the lowest value among the cathode voltages of the light emitting elements L2,..., Li-1, Li, only the light emitting element L1 can be selectively turned on to emit light. it can.
時刻t5において、駆動手段73が発光信号φEをローレベルにすると、発光素子L1は、オフ状態となり、消灯する。感光体ドラム90への露光量は、発光素子L1の発光強度は一定として、発光素子L1の発光する時間によって調整される。すなわち、発光信号φEがハイレベルとなる時刻t4から時刻t5までの間の時間を決定することによって、露光量が決定される。発光素子L1の発光強度によって露光量を変更する場合、発光素子L1に与える電圧または電流を細かく制御する必要があるので困難であるが、発光時間によって露光量を変更することによって、発光信号φEがハイレベルとなる時間を調整するだけでよいので、露光量の制御がしやすく、また定電圧または定電流が発光素子Lに与えられるので、発光素子L1を安定して発光させることができる。発光素子Lが発光する時間、言い換れば発光信号φEがハイレベルとなる時間は、走査信号φがハイレベルとなる時間の80%以下に選ばれる。
At time t5, when the driving
時刻t5が経過した後、駆動手段73は、時刻t6で第1走査信号φ1をローレベルにすると、スイッチ素子T1が消灯し、時刻t6が経過した後、時刻t7で、第2走査信号φ2をハイレベルにすると、スイッチ素子T2が点灯する。これによって、スイッチ素子T1からスイッチ素子T2へと発光状態が移る。
After the time t5 has elapsed, when the driving
時刻t7が経過した後、駆動手段73は、時刻t8で第2走査信号φ2をローレベルにすると、スイッチ素子T2が消灯し、時刻t8が経過した後、時刻t9で、第3走査信号φ3をハイレベルにすると、スイッチ素子T3が点灯する。これによって、スイッチ素子T2からスイッチ素子T3へと発光状態が移る。
After the time t7 has elapsed, when the driving
時刻t9が経過した後、駆動手段73は、時刻t10で第3走査信号φ3をローレベルにすると、スイッチ素子T3が消灯し、時刻t10が経過した後、時刻t11で再び第1走査信号φ1をハイレベルにすると、スイッチ素子T4が発光する。
After the time t9 has elapsed, when the driving
第1〜第3走査信号φ1〜φ3がハイレベルとなる時間は、たとえば1μ秒に選ばれる。 The time during which the first to third scanning signals φ1 to φ3 are at the high level is selected, for example, as 1 μsec.
時刻t6と時刻t7との間の時間、時刻t8と時刻t9との間の時間、および時刻t10と時刻t11との間の時間は、前述した時刻t2と時刻t3との間の時間と等しく選ばれ、たとえば0.1μ秒〜1μ秒程度に選ばれる。 The time between the time t6 and the time t7, the time between the time t8 and the time t9, and the time between the time t10 and the time t11 are selected to be equal to the time between the time t2 and the time t3 described above. For example, it is selected from about 0.1 μsec to 1 μsec.
このように駆動手段73が、第1〜第3走査信号φ1〜φ3を繰り返して与えることによって、スイッチ素子T4,…,Tj−1,Tjにおいても、オン状態が配列方向Xに沿って順次転送される。スイッチ素子Tが発光しているとき、発光信号伝送路12の発光信号φEをローレベルからハイレベルにすることによって、この発光しているスイッチ素子Tに対応する、すなわち発光しているスイッチ素子Tに接続されている発光素子Lのみを選択的に発光させることができる。
Thus, the driving means 73 repeatedly applies the first to third scanning signals φ1 to φ3, so that the ON state is sequentially transferred along the arrangement direction X also in the switch elements T4,..., Tj−1, Tj. Is done. When the switch element T emits light, the light emission signal φE of the light emission
発光しているスイッチ素子Tの配列方向Xの両側に位置するスイッチ素子Tは、いずれも励起状態となってしまうが、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cによって、前述したように第1〜第3走査信号φ1〜φ3を伝送させて、各スイッチ素子Tに第1〜第3走査信号φ1〜φ3を与えることによって、配列方向Xの一方から他方へと、スイッチ素子Tの発光状態の転送を行うことができる。
The switch elements T positioned on both sides in the arrangement direction X of the switch elements T that are emitting light are all excited, but as described above by the first to third scanning
図16および図17は、第1および第2走査信号伝送路15a,15bに第1および第2走査信号φ1,φ2をそれぞれ与えたときに、隣接する2つのスイッチ素子Tに与えられる電圧を測定した実験結果を示す波形図である。図16は、駆動手段73が走査信号伝送路15に出力する第1および第2走査信号φ1,φ2の波形を示す。図16に示すように、第1走査信号伝送路15aには、予め定める第1の周期Taでハイレベルとローレベルとを繰り返す第1走査信号φ1を与え、第2走査信号伝送路15bには、予め定める第2の周期Tbでハイレベルとローレベルとを繰り返す第2走査信号φ2を与える。ここでは実験のため、予め定める第1周期Taおよび予め定める第2周期Tbとは異なる間隔にしており、第1走査信号φ1のハイレベルの電圧Vaは、スイッチ素子Tのしきい電圧よりも高く設定され、第2走査信号φ2のハイレベルの電圧Vbは、スイッチ素子Tの初期のしきい電圧よりも低く設定される。予め定める第1周期Taは、5μ秒とし、予め定める第2周期Tbは、2.5μ秒としている。第1および第2走査信号φ1,φ2がハイレベルとなる時間は、1μ秒としている。
16 and 17 measure the voltage applied to two adjacent switch elements T when the first and second scanning signals φ1 and φ2 are applied to the first and second scanning
図17は、図16に示す第1走査信号φ1と、第2走査信号φとを相対的に変位させ、すなわち位相を変えて各走査信号伝送路15に与えたときに、走査信号伝送路15において測定した第1走査信号φ1および第2走査信号φ2の波形を表す。
17 shows that when the first scanning signal φ1 and the second scanning signal φ shown in FIG. 16 are relatively displaced, that is, the phase is changed and applied to each scanning
時刻t1で、第1走査信号φ1をローレベルからハイレベルとすると、時刻t2で第1走査信号φ1が与えられているスイッチ素子Tが点灯し、時刻t3で第1走査信号φ1をハイレベルからローレベルとすると、第1走査信号φ1が与えられているスイッチ素子Tは消灯する。 When the first scanning signal φ1 is changed from the low level to the high level at time t1, the switch element T to which the first scanning signal φ1 is applied is turned on at time t2, and the first scanning signal φ1 is changed from the high level at time t3. When the level is low, the switch element T to which the first scanning signal φ1 is applied is turned off.
第2走査信号φ2をローレベルからハイレベルにし、スイッチ素子Tが点灯したときに測定される第2走査信号φ2の電圧はVcとなり、第2走査信号φ2がローレベルからハイレベルにしたときに、スイッチ素子Tが消灯したままのときに測定される第2走査信号φ2の電圧はVdとなる。 When the second scanning signal φ2 is changed from the low level to the high level and the switch element T is turned on, the voltage of the second scanning signal φ2 is Vc, and when the second scanning signal φ2 is changed from the low level to the high level. The voltage of the second scanning signal φ2 measured when the switch element T remains off is Vd.
時刻t2と時刻t3との間で、第2走査信号φ2をハイレベルにすると、第2走査信号φ2が与えられるスイッチ素子Tは、点灯し、測定される第2走査信号φ2の電圧は、Vcであった。これは時刻t3までは、第1走査信号φ1が与えられるスイッチ素子Tが点灯しているので、当然の結果である。 When the second scanning signal φ2 is set to the high level between the time t2 and the time t3, the switch element T to which the second scanning signal φ2 is applied is turned on, and the voltage of the second scanning signal φ2 to be measured is Vc Met. This is a natural result because the switch element T to which the first scanning signal φ1 is applied is lit until time t3.
しかしながら、時刻t3が経過した後の、時刻t4で第2走査信号φ2をローレベルからハイレベルにしても、第2走査信号φ2が与えられるスイッチ素子Tは、点灯し、測定される第2走査信号φ2の電圧は、Vcとなった。 However, even if the second scanning signal φ2 is changed from the low level to the high level at the time t4 after the time t3 has elapsed, the switch element T to which the second scanning signal φ2 is applied is lit and measured for the second scanning. The voltage of the signal φ2 is Vc.
時刻t3以降、時刻t4までの間は、第1走査信号φ1が与えられたスイッチ素子Tは、消灯している。しかしながら、時刻t4においても、第2走査信号φ2が与えられるスイッチ素子Tは、点灯した。 From time t3 to time t4, the switch element T to which the first scanning signal φ1 is applied is turned off. However, at time t4, the switch element T to which the second scanning signal φ2 is applied is lit.
したがって、時刻t3から、時刻t4までの間では、受光していないにもかかわらず、第2走査信号φ2が与えられるスイッチ素子Tのしきい電圧は、第2走査信号φ2の電圧よりも低下していることがわかる。 Therefore, between time t3 and time t4, the threshold voltage of the switch element T to which the second scanning signal φ2 is applied is lower than the voltage of the second scanning signal φ2 even though no light is received. You can see that
したがって、第1走査信号φ1および第2走査信号φ2のハイレベルを重ねず、すなわち、第1走査信号φ1の電圧をハイレベルからローレベルにした後、第2走査信号φ2の電圧をローレベルからハイレベルにしても、スイッチ素子Tの発光状態は、転送される。
前記時刻t3から、時刻t4までの間の時間Tdは、1μ秒程度である。
Therefore, the first scanning signal φ1 and the second scanning signal φ2 do not overlap with each other, that is, after the voltage of the first scanning signal φ1 is changed from the high level to the low level, the voltage of the second scanning signal φ2 is changed from the low level. Even if the level is high, the light emission state of the switch element T is transferred.
The time Td from the time t3 to the time t4 is about 1 μsec.
本実施の形態の発光装置は、前述の実施の形態の発光装置10と同様な効果を達成することができる。さらに本実施の形態の発光装置によれば、駆動手段73は、複数の走査信号伝送路15に電圧または電流を供給するとき、隣接する2つのスイッチ素子Tにおいて、一方のスイッチ素子Tへの電圧または電流の供給を停止した後、予め定める時間をあけて他方のスイッチ素子Tへの電圧または電流の供給を開始するので、隣接する2つのスイッチ素子Tに同時に電圧および電流を供給することがない。したがって、スイッチ素子Tにおける電力の消費量を低減することができ、装置の消費電力を低減することができる。
The light emitting device of the present embodiment can achieve the same effect as the
図18は、本発明の第3の実施の実施の形態の発光装置におけるスイッチ素子Tの順方向電圧−電流特性と、各スイッチ素子Tに与えられる走査信号φの電圧の範囲を示す図である。本実施の形態の発光装置は、前述した第1または第2の実施の形態の発光装置において、駆動手段73が出力する走査信号φのハイレベルの範囲のみが異なり、他の構成は同じであるのでその説明を省略する。 FIG. 18 is a diagram illustrating forward voltage-current characteristics of the switch elements T and a voltage range of the scanning signal φ applied to each switch element T in the light emitting device according to the third embodiment of the present invention. . The light emitting device of this embodiment is different from the light emitting device of the first or second embodiment described above only in the high level range of the scanning signal φ output by the driving means 73, and the other configurations are the same. Therefore, the description is omitted.
本実施の形態では、同じ走査信号伝送路15に接続されているスイッチ素子Tのうち、隣接するスイッチ素子Tが発光することによって、この光を受光してしきい電圧が最も低下したスイッチ素子Tのしきい電圧V1と、2番目に低いしきい電圧V3を有するスイッチ素子Tのしきい電圧との間の電圧、すなわち図18の符号P3で示される範囲の電圧を、走査信号φのハイレベルの電圧に選ぶ。
In the present embodiment, among the switch elements T connected to the same scanning
このように走査信号φのハイレベルの電圧を選ぶことによって、受光によって最もしきい電圧が低下しているスイッチ素子Tのみを、選択的に発光させることができる。このような構成であっても、前述した各実施の形態の発光装置と同様な効果を得ることができる。 As described above, by selecting the high level voltage of the scanning signal φ, it is possible to selectively emit only the switch element T having the lowest threshold voltage due to light reception. Even if it is such a structure, the effect similar to the light-emitting device of each embodiment mentioned above can be acquired.
図19は、本発明の第4の実施の形態の発光装置100における発光体チップ101の基本的構成を示す平面図である。本実施の形態の発光装置100と前述の図1に示される第1の実施の形態の発光装置10とは、装置の基本構成は同様であって、発光体チップにおける発光素子アレイ11、スイッチ素子アレイ13、走査スタート用スイッチ素子T0の配置構成と、信号伝送路接続部72の構成が異なるのみであるので、発光装置10と同様の構成には、同様の参照符号を付してその説明を省略する。
FIG. 19 is a plan view showing a basic configuration of the light-emitting
なお、図1に示される発光装置10の基本的構成を示す一部は、同図においてb1,b2,b3,b4,b5およびb6によって外囲される部分である。また図19では、各発光素子Lの光の出射方向を紙面に垂直手前側として配置された発光体チップ101の平面を示し、発光素子L、スイッチ素子T、接続手段14および信号伝送路接続部104は図解を容易にするため、斜線を付して示されている。
1 is a part surrounded by b1, b2, b3, b4, b5 and b6 in the same drawing. FIG. 19 shows a plane of the light-emitting
発光体チップ101は、第1発光体チップ部102と、第2発光体チップ部103と、信号伝送路接続部104とを有する。第1発光体チップ部102は、前述した図1に示す部分であり、b1,b2,b3,b4,b5およびb6によって外囲される部分である。第2発光体チップ部103は、第1発光体チップ部102と同様な構成であって、走査スタート用スイッチ素子T0を発光素子アレイ13の配列方向一方X1ではなく発光素子アレイ13の配列方向他方X2側に配置した構成である。第1発光体チップ部102の発光素子アレイ11を第1発光素子アレイ11aと記載し、第1発光体チップ部102のスイッチ素子アレイ13を第1スイッチ素子アレイ13aと記載し、第2発光体チップ部103の発光素子アレイ11を第2発光素子アレイ11bと記載し、第2発光体チップ部103のスイッチ素子アレイ13を第2スイッチ素子アレイ13bと記載する。
The
第1発光素子アレイ11aと、第2発光素子アレイ11bとは、配列方向Xに沿って直線状に配列される。第1スイッチ素子アレイ13aと、第2スイッチ素子アレイ13bとは、配列方向Xに沿って直線状に配列される。
The first light emitting
発光体チップ101は、略直方体形状を有し、この厚み方向Zの一表面部105に、信号伝送路接続部104が設けられる。
The
第1発光体チップ部102は、発光体チップ101の配列方向Xの他端部101bに設けられ、第2発光体チップ部103は、配列方向Xにおいて発光体チップ101の一端部101aに設けられる。
The first light
第1発光素子アレイ11の配列方向Xの長さW14と、第2発光素子アレイ11の配列方向Xの長さW15と、第1発光素子アレイ11の配列方向Xの他端の発光素子Lと、第2発光素子アレイ11の配列方向の一端の発光素子Lとの間の距離W16とが等しくなるように各発光素子アレイ11が配置される。配列方向Xにおいて、第1および第2発光素子アレイ11a,11bの間の発光体チップ101の中央部101cに信号伝送路接続部104が設けられる。
A length W14 in the arrangement direction X of the first light emitting
信号伝送路接続部104は、走査信号伝送路接続部106、発光信号伝送路接続部107およびスタート信号伝送路接続部108を含んで構成される。走査信号伝送路接続部106、発光信号伝送路接続部107およびスタート信号伝送路接続部108は、ワイヤボンディングによって、外部信号伝送路であるボンディングワイヤが接続されるボンディングパッドである。信号伝送路接続部104は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成され、具体的には、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)および金と亜鉛との合金(AuZn)などによって形成される。信号伝送路接続部104である走査信号伝送路接続部106、発光信号伝送路接続部107およびスタート信号伝送路接続部108は、厚み方向Zの一方から見た形状が略矩形状に形成される。
The signal transmission
走査信号伝送路接続部106、発光信号伝送路接続部107およびスタート信号伝送路接続部108は、配列方向Xに間隔をあけて配列され、発光素子Lが設けられる領域外に設けられている。発光体チップ101の中央部101cに走査信号伝送路接続部106が設けられる。
The scanning signal transmission
走査信号伝送路接続部106は、第1〜第3走査信号伝送路接続部106a,106b,106cを有する。第1〜第3走査信号伝送路接続部106a,106b,106cは、配列方向Xに間隔をあけて配列される。発光体チップ101には、前述した抵抗素子Rφが形成され、第1走査信号伝送路接続部106aには、第1および第2発光体チップ部102,103の第1走査信号伝送路15aがそれぞれ抵抗素子Rφを介して接続される。第2走査信号伝送路接続部106bには、第1および第2発光体チップ部102,103の第2走査信号伝送路15bが抵抗素子Rφを介して接続される。第3走査信号伝送路接続部106cには、第1および第2発光体チップ部102,103の第3走査信号伝送路15cが抵抗素子Rφを介して接続される。
The scanning signal transmission
各抵抗素子Rφは、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cと第1〜第3走査信号伝送路接続部106a,106b,106cとをそれぞれ接続する信号伝送路によって形成され、その抵抗値は、電流の流路の断面積によって決定される。抵抗素子Rφを発光体チップ101に形成することによって、発光体チップ101が実装される回路基板などに抵抗素子Rφを別途形成する必要がなく、装置を小型化することができる。抵抗素子Rφは、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cと同じ材料によって形成され、第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cをフォトリソグラフィによって形成するときに、同時に形成される。
Each resistance element Rφ is formed by a signal transmission path that connects the first to third scanning
第1発光体チップ部102および第2発光体チップ部103とは、配列方向Xに垂直な仮想一平面に関して面対称に設けられる。すなわち、第1スイッチ素子アレイ13aでは、配列方向Xの一端部から他端部に向かってスイッチ素子T1,T2,…,Tj−1,Tjがこの順番で配列され、第2スイッチ素子アレイ13bでは、配列方向Xの他端部から一端部に向かってスイッチ素子T1,T2,…,Tj−1,Tjが、この順番で配列される。
The first light
第2走査信号伝送路接続部106bは、配列方向Xにおける発光体チップ101の中央に設けられ、第2走査信号伝送路接続部106bの配列方向一方X1に第3走査信号伝送路接続部106cが設けられ、第2走査信号伝送路接続部106bの配列方向他方X2に第1走査信号伝送路接続部106aが設けられる。
The second scanning signal transmission
第1〜第3走査信号伝送路接続部106a,106b,106cに、駆動手段73からの第1〜第3走査信号φ1〜φ3がそれぞれ与えられると、この第1〜第3走査信号φ1〜φ3は、第1および第2発光体チップ部102,103の第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cに同時に与えられる。したがって、走査信号伝送路接続部106の数を可及的に少なく構成することができる。
When the first to third scanning signals φ1 to φ3 from the driving
発光信号伝送路接続部107は、第1および第2発光信号伝送路接続部107a,107bを含んで構成され、走査信号伝送路接続部106の配列方向Xの他方に第1発光信号伝送路接続部107aが設けられ、走査信号伝送路接続部106の配列方向Xの一方に第2発光信号伝送路接続部107bが設けられる。第1発光信号伝送路接続部107aは、第1発光体チップ部102の発光信号伝送路12に接続される。第2発光信号伝送路接続部107bは、第2発光体チップ部103の発光信号伝送路12に接続される。
The light emission signal transmission line connection unit 107 includes first and second light emission signal transmission
走査信号伝送路接続部106の配列方向Xの他方で、発光信号伝送路接続部107との間には、スタート信号伝送路接続部108が設けられる。第1および第2発光体チップ部102,103のスタート信号伝送路16は、スタート信号伝送路接続部108に接続される。スタート信号伝送路接続部108に、駆動手段73からスタート信号φSが与えられると、このスタート信号φSは、第1および第2発光体チップ部102,103のスタート信号伝送路16に同時に与えられる。したがって、スタート信号伝送路接続部108の数を可及的に少なく構成することができる。
A start signal transmission
信号伝送路接続部104が形成される第1発光体チップ部102および第2発光体チップ部103の間の領域において、各発光信号伝送路12と、各第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cと、各スタート信号伝送路16とは、それぞれ電気絶縁性を有する絶縁膜によって相互に絶縁される。信号伝送路接続部104と各発光信号伝送路12、各第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cおよび各スタート信号伝送路16の各信号伝送路とは、絶縁膜に形成される貫通孔を介して接続される。
In the region between the first light emitting
発光装置100では、走査信号伝送路接続部106およびスタート信号伝送路接続部108は、第1発光体チップ部102および第2発光体チップ部103において共通に用いられ、発光信号伝送路接続部107は、第1発光体チップ部102および第2発光体チップ部103に、別々に設けられる。これによって、第1発光体チップ部102と第2発光体チップ部103とで、共通の走査信号φを用いてスイッチ素子Tのオン状態を転送しながら、第1発光体チップ部102と第2発光体チップ部103とにおいて、それぞれ別々に発光信号φEを与えることができるので、第1発光体チップ部102と第2発光体チップ部103との各発光素子Lを個別に発光させることができる。これによって、画像形成装置において感光体ドラムを露光する時間を短縮することができる。
In the
発光体チップ101の幅方向Yの寸法は、発光素子Lの幅方向Yの一端からスイッチ素子Tの幅方向Yの他端までの距離よりもわずかに大きく形成される。発光素子Lの幅方向Yの一端から発光体チップ101の幅方向Yの一端までの距離W17と、スイッチ素子Tの幅方向Yの他端から、発光体チップ101の幅方向Yの他端までの距離W18とは、略等しく選ばれ、前述した絶縁層17および遮光層18を設けるために必要な大きさに選ばれる。前記信号伝送路接続部104は、幅方向で、発光素子Lの幅方向Yの一端からスイッチ素子Tの幅方向Yの他端まで間の領域に形成される。
The dimension of the
図20は、発光体チップ101を複数有する発光体チップ組立体109の基本的構成を示す一部の平面図である。なお、同図は、各発光素子Lの光の出射方向を紙面に垂直手前側として配置された発光体チップ組立体109の平面を示し、第1および第2発光素子アレイ11a,11b、第1および第2スイッチ素子アレイ13a,13bおよび信号伝送路接続部104は図解を容易にするため、斜線を付して示されている。
FIG. 20 is a partial plan view showing a basic configuration of a light emitter chip assembly 109 having a plurality of light emitter chips 101. This figure shows a plane of the light emitting chip assembly 109 arranged with the light emitting direction of each light emitting element L as a front side perpendicular to the paper surface, and the first and second light emitting
発光体チップ組立体109は、前記図19に示される発光体チップ101を複数有し、各発光体チップ101が、前記発光素子Lの配列方向Xを揃えて、発光素子アレイ11の配列方向Xの長さW14,W15と略等しい間隔W19をあけて2列に配列され、一方の列の発光体チップ101の間の領域111に、他方の列の発光体チップ101の発光素子アレイ11が臨むように千鳥状に配置される。発光体チップ組立体109は、プリント配線基板などの回路基板に、発光体チップ101の裏面電極29を臨ませて実装される。前記間隔W19は、所定の発光体チップ101の配列方向Xの配列方向一端に設けられる発光素子Lの配列方向Xの一端から、前記所定の発光体チップ101の配列方向Xの一方に隣接して配置される発光体チップ101の、配列方向Xの他端に設けられる発光素子Lの配列方向Xの他端までの距離である。各発光体チップ101は、幅方向一方Y1の列の発光体チップ101の幅方向Yの他端部と、幅方向他方Y2の列の発光体チップ101の幅方向Yの一端部とが、幅方向Yに予め定める間隔、たとえば前記間隔W1程度あけて配置される。
The light emitting chip assembly 109 has a plurality of
発光体チップ組立体109の発光体チップ101の幅方向一方Y1で、配列される各発光チップ101は、幅方向他方Y2に発光素子アレイ11が設けられ、幅方向一方Y1にスイッチ素子アレイ13が設けられるように配列される。また発光体チップ組立体109の発光体チップ101の幅方向他方Y2で、配列される発光チップ101は、幅方向一方Y1に発光素子アレイ11が設けられ、幅方向他方Y2にスイッチ素子アレイ13が設けられるように配列される。各列の半導体チップ101は、他方の列側に発光素子Lを臨ませて配置される。これによって、一方の列の発光体チップ101の発光素子アレイ11と、他方の列の発光体チップ101の発光素子アレイ11とを可及的に近接させることができる。幅方向Yに隣接する発光体チップ101の発光素子アレイ11の間隔ΔYは、発光素子Lの配列方向Xの間隔W1の1または2倍程度に選ばれる。たとえば600dpiのとき、間隔ΔYは42.3μmに選ばれる。前記間隔ΔYは、発光素子Lの光軸間の距離である。
Each
発光体チップ組立体109は、プリント配線基板などの回路基板に、発光チップ101を前述のように並べて形成される。発光体チップ組立体109は、電子写真方式の画像形成装置用の光プリンタヘッドなどのラインヘッドとしての露光装置に用いられる。発光体チップ組立体109の配列方向Xの幅W20は、画像形成装置87において形成する画像の幅によって決定される。
The light emitting chip assembly 109 is formed by arranging the
各発光体チップ101の信号伝送路接続部104は、外部信号伝送路であるボンディングワイヤによって、回路基板の接続すべき部分に電気的に接続される。回路基板には、前述した駆動手段73が実装される。駆動手段73は、ボンディングワイヤを介して、各信号伝送路接続部104に信号を与える。駆動手段73を、発光体チップ101が実装される回路基板に設けることによって、駆動手段73から各発光素子L、各スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0までの信号伝送路の距離を短くして、駆動手段73から信号伝送路接続部104までの信号伝送路によって伝送される信号にノイズが重畳されてしまうことを抑制することができる。
The signal transmission
図21および図22は、コレット112に吸着させた発光体チップ101を示す断面図である。発光体チップ組立体109を作製するため、発光体チップ101を回路基板113に実装するとき、すなわちダイピックアップおよびダイボンディングするときに、発光体チップ101は、取り付け装置114によって搬送される。取り付け装置114は、コレット112、コレット112に吸引力を導く真空ポンプなどの吸引源115、およびコレット112を移動させるロボットアームなどの搬送手段116を含む。
21 and 22 are cross-sectional views showing the
図21は、発光体チップ101の配列方向Xに垂直な仮想一平面における断面を概略的に示す図であり、図22は発光体チップ101の幅方向Yに垂直な仮想一平面における断面を概略的に示す図である。
21 is a diagram schematically showing a cross section in a virtual one plane perpendicular to the arrangement direction X of the
図22に示すように発光体チップ101は、配列方向Xの中央部101cに発光素子Lおよびスイッチ素子Tが存在しない領域が設けられている。発光素子Lおよびスイッチ素子Tが設けられていない中央部101cの、厚み方向Zの表面部105にコレット112を当接させて、吸引源115からの吸引力をコレット112に導き、コレット112に吸着させることによって、発光素子Lおよびスイッチ素子Tにダメージを与えることがなくコレット112に吸着させて保持させることができる。またコレット112が当接することによって、発光体チップ101の中央部101cの側面部117が欠けたとしても、発光素子Lおよびスイッチ素子Tにダメージを与えることがない。
As shown in FIG. 22, the
発光体チップLの厚み方向Zの寸法W21に比べて幅方向Yの寸法W22が小さくなるほど、発光体チップ101を回路基板113上に並べる時に倒れやすくなるが、本発明では複数の発光体チップ101を、2列の千鳥状に並べて回路基板31に実装された発光体チップ組立体109では、一方の列の各発光体チップ101と他方の列の各発光体チップ101とは、配列方向Xの2/3の領域が、幅方向Yに重なるので、コレット112によって回路基板31上に発光体チップ101を載置したときに、発光体チップ101が倒れにくくなる。これによって発光体チップ組立体109の組み立て時間を短縮して、生産性を向上させることができる。
As the dimension W22 in the width direction Y is smaller than the dimension W21 in the thickness direction Z of the light emitting chip L, the
発光体チップ101は、ウエハに形成された複数の発光体チップ101の前駆体を、ダイシングによって切り出して形成される。このため前述した間隔ΔYを可及的に小さくするためには、発光チップ101の発光素子アレイ11の各発光素子Lの幅方向Yの端部が、発光体チップ101の幅方向Yの端面に可及的に近づくように切り出さなければならない。このため、図21および図22に示すように発光体チップ101をダイピックアップおよびダイマウントするために、発光体チップ101の中央部101cをコレット112によって真空吸着させた時、発光素子Lの表面を汚染したり、発光体チップ101の側面部117が欠けたりすることによって発光素子Lにダメージを与えることない。
The
図23は、本発明の第5の実施の形態の発光装置120の基本的構成を示す一部の平面図である。なお、同図は、各発光ダイオード素子Lの光の出射方向を紙面に垂直手前側として配置された発光装置120の平面を示し、発光信号伝送路12、走査信号伝送路15、スタート信号伝送路16、発光ダイオード素子Lの発光ダイオード素子一方導電型半導体層19、スイッチ素子Tのゲート24、接続手段14、発光素子遮光部23、表面電極25、スイッチ素子Tの第2の他方導電型半導体層44および第3の一方導電型半導体層45、スイッチ素子導電路27、走査スタート用スイッチ素子接続部68、基板接続部74、および共通導電路122は図解を容易にするため、斜線を付して示されている。
FIG. 23 is a partial plan view showing the basic configuration of the light-emitting
本実施の形態の発光装置120と、前述の実施の形態の発光装置10とは、同様の構成であるので、同様の部分には、同様の参照符号を付してその説明を省略する場合がある。
Since the light-emitting
本実施の形態の発光装置120では、基板30は、高抵抗の一方導電型の半導体基板および半絶縁性の半導体基板などの、抵抗値の高い基板によって実現される。したがって基板30は、ほとんど電流を流さない。本実施の形態においても、一方導電型はN型であり、他方導電型はP型である。前記基板30は、たとえば半絶縁性のガリウム砒素(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)、サファイアなどによって形成される。
In the
発光装置120のスイッチ素子アレイ13の各スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0には、発光素子Tとは反対側に突出する共通導電路接続部123が設けられる。共通導電路接続部123には、共通導電路122が接続される。共通導電路122は、幅方向Yにおいて、走査信号伝送路15の幅方向他方Y2に設けられ、配列方向Xに沿って延びる。共通導電路122は、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0のカソード電極となる。
Each switch element T and scan start switch element T0 of the
図24は、図23の切断面線D6−D6から見た発光装置120の基本的構成を示す一部の断面図である。本実施の形態では、基板30の一表面30aは、平面に形成される。本実施の形態では、基板30の他表面30bには、裏面電極29が形成されない。前述の実施の形態の発光装置10では、発光素子Lは、発光素子形成部28に積層されて形成されるが、本実施の形態の発光装置120では、発光素子Lは、発光素子形成部28に積層されて形成されるのではなく、基板30の一表面30a上に積層して形成される。
FIG. 24 is a partial cross-sectional view showing the basic configuration of the
基板30aの厚み方向Zの一表面30a上に、発光素子Lの第1ダイオード構成半導体層35が積層され、第1ダイオード構成半導体層35の厚み方向Zの一表面35aに第2ダイオード構成半導体層36が積層される。第2ダイオード構成半導体層36の厚み方向Zの一表面36aには、オーミックコンタクト層37が積層される。第1ダイオード構成半導体層35、第2ダイオード構成半導体層36およびオーミックコンタクト層37は、絶縁層17によって覆われる。発光素子Lの間の部分には、溝部38が形成され、この溝部38に素子遮光部23が設けられる。
The first diode
図25は、図23の切断面線D7−D7から見た発光装置120の基本的構成を示す一部の断面図である。前述の実施の形態の発光装置10では、基板30がスイッチ素子Tのサイリスタ構成部分TSの一部を構成しているが、本実施の形態の発光装置120では、基板30は、スイッチ素子Tのサイリスタ構成部分TSの一部を構成せず、スイッチ素子Tの第1の他方導電型半導体層42との間に、第1の一方導電型半導体層41を設けている。
FIG. 25 is a partial cross-sectional view showing the basic configuration of the
本実施の形態では、スイッチ素子Tは、基板30の一表面30a上に形成される第1の一方導電型半導体層41、第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43、第2の他方導電型半導体層44、第3の一方導電型半導体層45、および第3の他方導電型半導体層46を含む。スイッチ素子Tは、基板30の厚み方向Zの一表面30a上に、第1の一方導電型半導体層41が積層され、第1の一方導電型半導体層41の厚み方向一表面41aに第1の他方導電型半導体層42が積層され、第1の他方導電型半導体層42の厚み方向Zの一表面42a上に第2の一方導電型半導体層43が積層され、第2の一方導電型半導体層43の厚み方向Zの一表面43a上に第2の他方導電型半導体層44が積層され、第2の他方導電型半導体層44の厚み方向Zの一表面44a上に第3の一方導電型半導体層45が積層され、第3の一方導電型半導体層45の厚み方向Zの一表面45aに第3の他方導電型半導体層46が積層され、第3の他方導電型半導体層46の厚み方向Zの一表面46a上にオーミックコンタクト層47が積層され、オーミックコンタクト層47の厚み方向Zの一表面47a上に表面電極25が積層されて構成される。第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43、第2の他方導電型半導体層44、第3の一方導電型半導体層45、第3の他方導電型半導体層46、オーミックコンタクト層47および表面電極25の積層体は、略直方体形状を有する。
In the present embodiment, the switch element T includes a first one-conductivity-
第1の一方導電型半導体層41、第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43および第2の他方導電型半導体層44を含んでサイリスタ構造部分TSが形成され、第3の一方導電型半導体層45、および第3の他方導電型半導体層46を含んでダイオード構造部分TDが形成される。
A thyristor structure portion TS is formed including the first one-conductivity-
スイッチ素子Tを構成する各半導体層を形成する半導体材料のエネルギーギャップおよびキャリア密度は、サイリスタ構造部分TSにおいて、受光感度を高めるように、またダイオード構造部分TDにおいて、発光効率および外部発光強度を高めるように、それぞれ設計することが好ましい。具体的には、第3の一方導電型半導体層45および第3の他方導電型半導体層46を形成する半導体材料のエネルギーギャップに比べ、第1の一方導電型半導体層41、第1の他方導電型半導体層42および第2の一方導電型半導体層43を形成する半導体材料のエネルギーギャップを小さくすればよい。このようなエネルギーギャップとすることによって第3の一方導電型半導体層45と第3の他方導電型半導体層46とを含むダイオード構造部分TDにおいて発生した光を、隣接するスイッチ素子Tのサイリスタ構造部分TSにおいて吸収しやすくなり、スイッチ素子Tの受光感度の高めることができる。
The energy gap and carrier density of the semiconductor material forming each semiconductor layer constituting the switch element T increase the light receiving sensitivity in the thyristor structure portion TS, and increase the light emission efficiency and the external light emission intensity in the diode structure portion TD. Thus, it is preferable to design each. Specifically, the first one conductivity
第1の一方導電型半導体層41、第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43および第2の他方導電型半導体層44は、第3の一方導電型半導体層45および第2の他方導電型半導体層46を形成する半導体材料よりもエネルギーギャップが小さく、かつ非発光性の半導体材料であって、本実施の形態では、シリコン(Si)材料によって形成される。基板30としてシリコン基板を用いているので、エピタキシャル成長法を用いて、第1の一方導電型半導体層41、第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43および第2の他方導電型半導体層44をシリコン材料によって形成することによって、結晶欠陥のきわめて少ないシリコン材料の積層体が得られ、サイリスタ構造部分TSに受光効率を向上させることができる。また第1の一方導電型半導体層41、第1の他方導電型半導体層42および第2の一方導電型半導体層43を、ダイオード構造部分TDの第3の一方導電型半導体層45および第3の他方導電型半導体層46を形成する半導体材料よりもエネルギーギャップが小さい半導体材料に形成することによって、サイリスタ構造部分TSでは、ダイオード構造部分TDから受光する光のエネルギーによって、光励起しやすくなり、サイリスタ構造部分TSにおける受光効率を向上させることができる。
The first one-conductivity-
また基板30、第1の一方導電型半導体層41、第1の他方導電型半導体層42、第2の他方導電型半導体層43および第2の一方導電型半導体層44をシリコンによって形成すると、第1の他方導電型半導体層42のキャリア密度を1×1016cm−3程度以下、具体的には1×1014cm−3〜1×1016cm−3に制御することも容易である。基板30、第1の一方導電型半導体層41、第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43、第2の他方導電型半導体層44をシリコン材料によって形成することによって、キャリア密度の制御性が向上され、第1の他方導電型半導体層42を前述のキャリア密度に精度よく形成することができる。
When the
図26は、図23の切断面線D8−D8から見た発光装置120の基本的構成を示す一部の断面図である。発光素子Lと、スイッチ素子Tとは、幅方向Yに隣接して配置される。発光素子Lの第1ダイオード構成半導体層35のスイッチ素子T寄りの端部は、第2の第2のダイオード構成半導体層36と、オーミックコンタクト層37とのスイッチ素子T寄りの端部よりも、スイッチ素子Tに向かって突出し、発光素子接続部51を構成する。
FIG. 26 is a partial cross-sectional view showing the basic configuration of the
またスイッチ素子Tの、第1の一方導電型半導体層41と、第1の他方導電型半導体層42と、第2の一方導電型半導体層43と、第2の他方導電型半導体層44と、第3の一方導電型半導体層45との発光素子L寄りの端部は、第3の他方導電型半導体層46と、オーミックコンタクト層47との発光素子L寄りの端部よりも、スイッチ素子Tに向かって突出する。第1の一方導電型半導体層41と、第1の他方導電型半導体層42と、第2の一方導電型半導体層43と、第2の他方導電型半導体層44との発光素子L寄りの端部は、第3の一方導電型半導体層45の発光素子L寄りの端部よりも、スイッチ素子Tに向かって突出する。第1の一方導電型半導体層41と、第1の他方導電型半導体層42と、第2の一方導電型半導体層43との発光素子L寄りの端部は、第2の他方導電型半導体層44の発光素子L寄りの端部よりも、スイッチ素子Tに向かって突出する。スイッチ素子Tは、絶縁層17によって覆われるので、スイッチ素子Tの幅方向Yにおいて、発光素子L側の端部で、第2の一方導電型半導体層43の厚み方向Zの一表面43aと、第2の他方導電型半導体層44の厚み方向Zの一表面44aと、第3の一方導電型半導体層45の厚み方向Zの一表面45aとにも絶縁層17が積層される。幅方向Yにおいて、第3の一方導電型半導体層45の第3の他方導電型半導体層46のよりも幅方向一方Y1に突出する部分と、第2の他方導電型半導体層44の第3の一方導電型半導体層45よりも幅方向一方Y1に突出する部分が、スイッチ素子導電路27によって接続される。
The switch element T includes a first one-conductivity-
第1の一方導電型半導体層41と、第1の他方導電型半導体層42と、第2の一方導電型半導体層43との第2の他方導電型半導体層44よりも幅方向一方Y1に突出する部分は、スイッチ素子接続部52を構成する。スイッチ素子接続部52の配列方向Xの長さは、スイッチ素子Tの配列方向Xの長さと等しく選ばれる。
The first one-conductivity-
絶縁層17は、発光素子Lおよびスイッチ素子Tの表面に沿って形成されており、発光素子Lとスイッチ素子Tと間にも形成され、発光素子Lとスイッチ素子Tとが絶縁層17によって電気的に絶縁される。絶縁層17のうち、発光素子Lとスイッチ素子Tと間に設けられる部分は、幅方向Yにおいて、発光素子Lの第1ダイオード構成半導体層35に積層される部分から、スイッチ素子Tの第2の一方導電型半導体層43に積層される部分に向かって基板30から離間する方向に傾斜する。
The insulating
絶縁層17のうち、前記発光素子接続部51の第1ダイオード構成半導体層35の厚み方向Zの一表面35aに積層されている部分には貫通孔54が形成され、前記スイッチ素子接続部52の第2の一方導電型半導体層43の厚み方向Zの一表面43aに積層される部分には貫通孔55がそれぞれ形成される。
In the insulating
発光素子Lの第1ダイオード構成半導体層35と、この発光素子Lに対応するスイッチ素子Tのゲート24とを接続する接続手段14は、発光素子接続部51とスイッチ素子接続部52とにわたって、発光素子Lとスイッチ素子Tとの間で、絶縁層17に積層して設けられる。接続手段14は、前記貫通孔54,55にこの接続手段14の一部が形成され、発光素子接続部51の第1ダイオード構成半導体層35の厚み方向Zの一表面35aと、前記スイッチ素子接続部52の第3の一方導電型半導体層45の厚み方向Zの一表面45aとに接続される。
The connection means 14 for connecting the first diode-constituting
発光素子Lの各半導体層の、幅方向一方Y1の端部は、絶縁層17を介して前述した発光信号伝送路12の信号路延在部21によって覆われる。信号路延在部21は、発光素子Lのスイッチ素子Tとは反対側の側部に臨んで設けられ、厚み方向Zにおいて、第1ダイオード構成半導体層35の一表面35a付近から、オーミックコンタクト層37の一表面37aよりも上方まで延びる。信号路延在部21によって、発光素子Lから、幅方向Yの他方に向かう光を反射することができ、これによって発光素子Lの光を、厚み方向一方Z1に集めることができ、発光素子Lの発光強度を可及的に増加させることができる。
The end of one side Y <b> 1 in the width direction of each semiconductor layer of the light emitting element L is covered by the signal
またスイッチ素子Tのダイオード構造部分TDの発光素子L寄りの端部は、絶縁層17に積層される遮光層18によって覆われる。これによって、スイッチ素子Tから、発光素子Lに向かう光を遮光することができる。またスイッチ素子Tの、発光素子Lとは反対側の端部のうち、厚み方向Zにおいてスイッチ素子Tの厚み方向一方から、第2の一方導電型半導体層43付近までは、絶縁層17を介して遮光層18によって覆われる。遮光層18は、スイッチ素子接続部52の厚み方向Zの一方を覆い、スイッチ素子Tと発光素子Lの間の中央よりも、発光素子L寄りまで延びる。
Further, an end portion of the diode structure portion TD of the switch element T near the light emitting element L is covered with a
第1の一方導電型半導体層41の発光素子Tとは反対側の端部は、積層される第1の他方導電型半導体層42、第2の一方導電型半導体層43、第2の他方導電型半導体層44、第3の一方導電型半導体層45、第3の他方導電型半導体層46、オーミックコンタクト層47の発光素子Tとは反対側の端面よりも、幅方向他方Y2に突出し、共通導電路接続部123を構成する。第1の一方導電型半導体層41のうち、共通導電路接続部123の厚み方向Zの一表面44aには、共通導電路122が積層されて設けられる。共通導電路122は、各スイッチ素子Tの共通伝送路接続部123に電気的に接続される。
The end of the first one-conductivity-
共通導電路122は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成される。具体的には共通導電路122は、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)、金と亜鉛との合金(AuZn)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)などによって形成される。共通導電路122は、各スイッチ素子Tのカソード電極として機能する。
The common
走査スタート用スイッチ素子T0は、スイッチ素子T0と同様な構成であって、基板30と第1の他方導電型半導体層62との間に、第1の一方導電型半導体層41が形成される構成であるので、その説明を省略する。走査スタート用スイッチ素子T0においても、第1の一方導電型半導体層41の幅方向Yの他端部に共通導電路接続部123が設けられ、共通導電路122が積層して形成される。
The scanning start switch element T0 has the same configuration as that of the switch element T0, and the first one-conductivity-
本実施の形態の発光装置120では、まず基板30の一表面30aに、第1の一方導電型半導体層41と、第1の他方導電型半導体層42,62と、第2の一方導電型半導体層43,63と、第2の他方導電型半導体層44,64とを、それぞれ形成するための半導体材料を、エピタキシャル成長および化学気相成長(CVD)法などによって順次積層した後、フォトリソグラフィによってパターニングおよびエッチングして形成するとともに、発光素子Lを形成すべき部分に積層される半導体層を除去する。そして、第1ダイオード構成半導体層35および第3の一方導電型半導体層45,65と、第2ダイオード構成半導体層36および第3の他方導電型半導体層46,66と、オーミックコンタクト層37,47,67とを、それぞれ形成するための半導体材料を、エピタキシャル成長および化学気相成長(CVD)法などによって順次積層した後、フォトリソグラフィによってパターニングおよびエッチングして、各発光素子L、各スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0が形成される。
In the
本実施の形態の発光装置120では、発光ダイオード素子Lは、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0の第3の一方導電型半導体層45,65および第3の他方導電型半導体層46,66と同じ半導体材料によって形成されるので、一連の製造工程において、同時に作製することができる。したがって、生産性を向上させることができる。
In the
また、発光ダイオード素子Lを基板30の一表面30a上に直接積層することによって、発光ダイオード素子Lの寄生容量を可及的に低減することができ、発光信号φEを与えたときの、応答性を向上させることができる。これによって、発光ダイオード素子Lの点灯および消灯の反応速度を向上させることができるので、画像形成装置の露光装置として用いたときに、露光量の制御性が向上されるので、画像形成装置において、より画質の向上された画像を形成することができる。
Further, by directly laminating the light emitting diode element L on the one
図27は、本発明の第6の実施の形態の発光装置130の基本的構成を示す一部の平面図である。なお、同図は、各発光ダイオード素子Lの光の出射方向を紙面に垂直手前側として配置された発光装置130の平面を示し、発光信号伝送路12、走査信号伝送路15、スタート信号伝送路16、発光ダイオード素子Lの発光ダイオード素子一方導電型半導体層19、スイッチ素子Tのゲート24、接続手段14、発光素子遮光部23、表面電極25、スイッチ素子Tの第2の他方導電型半導体層44および第3の一方導電型半導体層45、スイッチ素子導電路27、走査スタート用スイッチ素子接続部68、基板接続部74および反射手段131は図解を容易にするため、斜線を付して示されている。
FIG. 27 is a partial plan view showing the basic configuration of the light-emitting
本実施の形態の発光装置130は、前述の図1に示す発光装置10の構成に反射手段131を付加した構成であって、その他の構成は、発光装置10と同様であるので同様の構成には、同様の参照符号を付してその説明を省略する。
The
反射手段131は、各スイッチ素子Tが発する光を反射して、隣接するスイッチ素子Tに導く。反射手段131は、スイッチ素子アレイ13の配列方向Xに沿って、スイッチ素子アレイ13の幅方向Yで、発光素子アレイ11とは、反対側に形成される。図27では、反射手段131は、スイッチ素子アレイ13と走査スタート用スイッチ素子T0との幅方向他方Y2に配置される。反射手段131は、スイッチ素子アレイ13の配列方向Xの一端部と他端部との間にわたって形成される。
The reflection means 131 reflects the light emitted from each switch element T and guides it to the adjacent switch element T. The reflection means 131 is formed on the opposite side of the light emitting
図28は、図27の切断面線D9−D9から見た発光装置130の基本的構成を示す一部の断面図である。反射手段131は、絶縁層17のうち、基板31の基板凹部30Bに積層される部分から、厚み方向Zの一方Z1に立ち上がり、基板31の一表面31aから、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0の厚み方向Zの一端部に形成される表面電極25よりも、厚み方向一方Z1まで延び、その厚み方向Zの一端部131aは、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0の厚み方向一方Z1に形成される第1〜第3走査信号伝送路15a,15b,15cの幅方向Yに対向する位置まで延びる。反射手段131の基板30寄りの端部は、第1の他方導電型半導体層42の側方に形成される。
FIG. 28 is a partial cross-sectional view showing the basic configuration of the
反射手段131は、スイッチ素子Tが発する波長の光の反射率が高い材料によって形成される。具体的には反射手段131は、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)、金と亜鉛との合金(AuZn)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)などによって形成される。 The reflection means 131 is formed of a material having a high reflectance of light having a wavelength emitted from the switch element T. Specifically, the reflecting means 131 is formed of gold (Au), an alloy of gold and germanium (AuGe), an alloy of gold and zinc (AuZn), nickel (Ni), aluminum (Al), or the like.
反射手段131は、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0に幅方向Yに、離間して形成される。反射手段131とスイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0との間には、前述した絶縁層17が形成される。反射手段131は、絶縁層17に覆われる。すなわち反射手段131は、前記した絶縁層17と遮光層18とに挟まれて形成される。
The reflection means 131 is formed apart from the switch element T and the scan start switch element T0 in the width direction Y. The insulating
本実施の形態では、反射手段131は、発光信号伝送路12、接続手段14、走査信号伝送路15、スイッチ素子導電路27、基板接続部78を形成するときに、同時に形成される。すなわち、絶縁層17を形成した後、導電性を有する材料から成る層を積層し、フォトリソグラフィによって、発光信号伝送路12、接続手段14、走査信号伝送路15、スイッチ素子導電路27および基板接続部74と同時に反射手段131は、形成される。したがって、反射手段131は、発光信号伝送路12、接続手段14、走査信号伝送路15、スイッチ素子導電路27、基板接続部74と同じ材料によって形成されるので、導電性を有するが、絶縁層17に積層されるので、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0と電気的に絶縁されている。図28に示される反射手段131は、厚み方向Zにほぼ平行に延びているが、実際には、基板31から厚み方向一方Z1に向かうに連れて、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0に向かう方向に傾斜している。このため、反射手段131を、発光信号伝送路12、接続手段14および走査信号伝送路15、スイッチ素子導電路27、基板接続部74を作製するときに同時に絶縁層17に積層して作製することができる。
In the present embodiment, the reflection means 131 is formed at the same time when the light emission
反射手段131は、走査信号伝送路15と離間し、遮光層18によって電気的に絶縁されている。反射手段131は、絶縁層17と遮光層18との間に形成されるので、剥離してしまうことがなく、また絶縁層17および遮光層18は、電気絶縁性を有するので、反射手段131が帯電してしまい、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0の動作特性に影響を与えてしまうといった、不具合が発生しない。
The reflecting means 131 is separated from the scanning
図29は、図27の1点鎖線で囲まれる領域132を拡大して示す平面図である。なお、同図において、表面電極25は理解を容易にするため、斜線を付して示されている。反射手段131は、反射面133を有する。反射面133は、反射手段131の絶縁層17と接触する面によって形成される。反射面133は、第1反射面133aおよび第2反射面133bを有する。第1反射面133aおよび第2反射面133bは、略平面に形成される。第1反射面133aは、配列方向Xに垂直であって、スイッチ素子Tの配列方向Xの中央をとおる仮想一平面から、配列方向一方X1に向かうにつれて、幅方向Yにスイッチ素子Tから離間し、配列方向Xに垂直であって、隣接するスイッチ素子Tの間隙の中央をとおる仮想一平面まで延びる。第2反射面133bは、配列方向Xに垂直であって、スイッチ素子Tの配列方向Xの中央をとおる第1仮想一平面から、配列方向他方X2に向かうにつれて、幅方向Yにスイッチ素子Tから離間し、配列方向Xに垂直であって、隣接するスイッチ素子Tの間隙の中央をとおる仮想一平面まで延びる。
FIG. 29 is an enlarged plan view showing a
第1反射面133aおよび第2反射面133bは、配列方向Xに連なり、連続して形成され、各スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0にそれぞれ臨む。スイッチ素子Tk(kは、2以上の整数)にその一部が臨む第1反射面133aの配列方向他方X2の端部134は、スイッチ素子Tkにその一部が臨む第2反射面133bの配列方向一方X1の端部135に連なる。またスイッチ素子Tkにその一部が臨む前記第1反射面133aの配列方向一方X1の端部134は、スイッチ素子Tk−1にその一部が臨む第2反射面133bの配列方向他方X2の端部137に連なる。またスイッチ素子Tkにその一部が臨む前記第2反射面133bの配列方向他方X2の端部138は、スイッチ素子Tk+1にその一部が臨む第1反射面133aの配列方向一方Xの端部139に連なる。
The first reflecting
スイッチ素子Tkが発光すると、図27に示すように、スイッチ素子Tkは、このスイッチ素子Tkの配列方向Xの端部から隣接するスイッチ素子Tに向かって矢符F1,F2で示すように光りを出射するとともに、スイッチ素子Tkの幅方向Yの端部からも幅方向Yの外方に向かって光りを出射する。このスイッチ素子Tkの幅方向Yの端部から出射される光のうち、反射手段131へ向かう光は、透光性を有する絶縁層17を透過して、スイッチ素子Tkにその一部が臨む第1反射面133aおよび第2反射面133bによって反射される。
When the switch element Tk emits light, as shown in FIG. 27, the switch element Tk emits light as indicated by arrows F1 and F2 from the end in the arrangement direction X of the switch element Tk toward the adjacent switch element T. At the same time, light is emitted from the end in the width direction Y of the switch element Tk toward the outside in the width direction Y. Of the light emitted from the end in the width direction Y of the switch element Tk, the light traveling toward the reflecting means 131 is transmitted through the light-transmitting insulating
スイッチ素子Tkにその一部が臨む第1反射面133aによって反射された光の一部は、隣接するスイッチ素子Tk−1に直接向かい、また前記第1反射面133aによって反射された光の一部は、スイッチ素子Tk−1にその一部が臨む第2反射面133bへと向かって、第2反射面133bによって反射されてスイッチ素子Tk−1へ向かう。
A part of the light reflected by the first reflecting
スイッチ素子Tkにその一部が臨む第2反射面133bによって反射された光の一部は、隣接するスイッチ素子Tk+1に直接向かい、また前記第2反射面133bによって反射された光の一部は、スイッチ素子Tk+1にその一部が臨む第2反射面133bへと向かって、第2反射面133bによって反射されてスイッチ素子Tk+1へ向かう。
A part of the light reflected by the second reflecting
ここでは、反射手段131のうち、スイッチ素子Tに臨む部分について説明したが、走査スタート用スイッチ素子T0はスイッチ素子Tと同様の構成を有しており、前述の説明においてスイッチ素子Tk−1またはスイッチ素子Tk+1を、走査スタート用スイッチ素子T0に置き換えた構成と同じである。 Here, the portion of the reflecting means 131 that faces the switch element T has been described. However, the scan start switch element T0 has the same configuration as the switch element T, and in the above description, the switch element Tk-1 or This is the same as the configuration in which the switch element Tk + 1 is replaced with the scan start switch element T0.
このように発光装置130では、反射手段131によって、発光したスイッチ素子Tからの光を反射して、発光したスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tに導くので、発光したスイッチ素子Tから、この発光したスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tに伝達する光の伝達効率を向上させることができ、発光したスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tは、可及的に多くの光を受光することができる。これによって、発光したスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流を、より確実に低下させることができ、スイッチ素子Tの光走査をより安定して行うことができる。また、発光したスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tのしきい電圧およびしきい電流を迅速に低下させることができるので、スイッチ素子Tを配列方向に順番に発光させるスイッチ素子Tの光走査の速度を向上させることができる。
In this way, in the
またスイッチ素子Tが発する光量を小さくても、隣接するスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流を下げることができるので、スイッチ素子Tの発光に必要な電力を可及的に抑制して光走査を行うことができ、発光装置130の消費電力を抑制することができる。
Further, even if the amount of light emitted by the switch element T is small, the threshold voltage or threshold current of the adjacent switch element T can be lowered, so that the power required for light emission of the switch element T can be suppressed as much as possible. Scanning can be performed and power consumption of the
スイッチ素子Tにその一部が臨む第1反射面133aと、前記スイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子にその一部が臨む第2反射面133bのなす角度θ1は、たとえば90°〜140°に選ばれる。前記角度θ1が、140°よりも大きいと、発光しているスイッチ素子Tからの光が、反射手段131によって反射されて、再びこの発光しているスイッチ素子Tに入射する光が多くなり、前記角度θ1が、90°よりも小さいと、発光している反射手段131の幅方向Yの寸法が大きくなるとともに、反射角が下限値よりも小さい場合と同様に、発光しているスイッチ素子Tからの光が、反射手段131によって反射されて、再びこの発光しているスイッチ素子Tに入射する光が多くなる。前記角度θ1を前述した範囲に選ぶことによって、発光したスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tに伝達する光の伝達効率をより向上させることができる。
The angle θ1 formed by the first reflecting
反射手段131によって、発光するスイッチ素子Tから隣接するスイッチ素子Tに照射される光量は、発光装置130と同様な構成であって反射手段131を設けない構成のものと比較して、20%〜40%向上させることができる。
The amount of light emitted from the switch element T that emits light to the adjacent switch element T by the reflecting means 131 is 20% to that of the structure that is similar to the
また前記反射手段131の第1反射面133aおよび第2反射面133bは、基板31から厚み方向Zの一方に向かうに連れて、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0に向かう方向、すなわち幅方向Yの一方Y1に傾斜しているので、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0の第3の一方導電型半導体層45,65および第3の他方導電型半導体層46,66の界面付近から出射される光を、この界面付近よりも基板31側に設けられるサイリスタ構造部分TSに向かって反射することができる。スイッチ素子Tでは、基板31寄りのサイリスタ構造部分TSによって受光部が形成されるので、反射手段131によってより多くの光りを受光部に導くことができる。
The first reflecting
前記反射手段131を形成するには、スイッチ素子アレイ13および走査スタート用スイッチ素子T0の幅方向Yの一方を覆う絶縁層17の表面部を、前記反射面133に沿うように波形に形成しておく。これによって前記金属層を絶縁層17に積層して、フォトリソグラフィによって反射面133を形成することができる。フォトリソグラフィによって、絶縁層17を成形することによって、反射面133を精度よく形成することができる。
In order to form the reflecting means 131, the surface portion of the insulating
本実施の形態の発光装置130によれば、前述した実施の形態の発光装置10と同様な効果を達成することができ、また反射手段131によって、発光したスイッチ素子Tからの光を反射して、発光したスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tに導くので、発光したスイッチ素子Tから、この発光したスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tに伝達する光の伝達効率を向上させることができ、発光したスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tは、可及的に多くの光を受光することができる。これによって、発光したスイッチ素子Tに隣接するスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流を、確実に低下させることができ、スイッチ素子Tの光走査をより安定して行うことができる。また、発光したスイッチ素子に隣接するスイッチ素子Tのしきい電圧およびしきい電流を迅速に低下させることができるので、スイッチ素子Tを配列方向に順番に発光させるスイッチ素子Tの走査速度を向上させることができる。
According to the
またスイッチ素子Tが発する光量を小さくても、隣接するスイッチ素子のしきい電圧またはしきい電流を下げることができるので、スイッチ素子Tの発光に必要な電力を可及的に抑制して光走査を行うことができ、装置の消費電力を抑制することができる。 Even if the amount of light emitted by the switch element T is small, the threshold voltage or threshold current of the adjacent switch element can be lowered, so that the power required for the light emission of the switch element T is suppressed as much as possible to perform optical scanning. And the power consumption of the apparatus can be suppressed.
また反射手段10は、発光信号伝送路12、接続手段14および走査信号伝送路15を形成する工程において同時に形成することができるので、反射手段131を形成するために製造工程が増加してしまうことがない。
Further, since the reflecting means 10 can be formed at the same time in the process of forming the light emission
本発明のさらに他の実施の形態では、前述の各実施の形態の発光装置において、発光素子Lの第1および第2ダイオード構成半導体層35,36のうち、少なくともいずれか一方を2層の半導体層によって形成して、発光素子Lを、たとえばダブルへテロ構造など、量子閉じ込め効果を有する多層構造としてもよい。このような構成とすると、電子と正孔の閉じ込め効果を高めて外部発光強度が向上された発光素子Lを実現することができる。 In still another embodiment of the present invention, in the light-emitting device of each of the above-described embodiments, at least one of the first and second diode-configured semiconductor layers 35 and 36 of the light-emitting element L is a two-layer semiconductor. The light emitting element L may be formed of a layer and may have a multilayer structure having a quantum confinement effect, such as a double hetero structure. With such a configuration, it is possible to realize the light emitting element L in which the effect of confining electrons and holes is enhanced and the external light emission intensity is improved.
本発明のさらに他の実施の形態では、前述の各実施の形態の発光装置において、スイッチ素子Tのダイオード構造部分TDの第3の一方導電型半導体層45および第3の他方導電型半導体層46のうち、少なくともいずれか一方を2層の半導体層によって形成して、ダイオード構造部分TDを、たとえばダブルへテロ構造など、量子閉じ込め効果を有する多層構造としてもよい。このような構成とすると、電子と正孔の閉じ込め効果を高めて外部発光強度が向上されたスイッチ素子Tを実現することができる。
In still another embodiment of the present invention, the third one-conductivity-
本発明のさらに他の実施の形態では、前述の各実施の形態の発光装置において、走査スタート用スイッチ素子T0のダイオード構造部分TDの第3の一方導電型半導体層65および第3の他方導電型半導体層66のうち、少なくともいずれか一方を2層の半導体層によって形成して、ダイオード構造部分TDを、たとえばダブルへテロ構造など、量子閉じ込め効果を有する多層構造としてもよい。このような構成とすると、電子と正孔の閉じ込め効果を高めて外部発光強度が向上された走査スタート用スイッチ素子T0を実現することができる。
In still another embodiment of the present invention, in the light emitting device of each of the above-described embodiments, the third one-conductivity-
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前述した各実施の形態の発光装置において、発光信号伝送路12と発光素子遮光部23とを一体に形成してもよい。この場合、発光素子遮光部23と、基板31とが接触しないように、発光素子遮光部23が形成される溝部23の底部を絶縁層17の一部によって形成することによって、発光信号伝送路12と基板31との短絡を防止する。発光素子遮光部23は、厚み方向Zにおいて、オーミックコンタクト層37から発光素子Lよりも基板31側まで延びるように形成されれば、同様の効果を達成することができる。
In the light emitting device according to still another embodiment of the present invention, the light emitting
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前述した各実施の形態の発光装置において、第2の他方導電型半導体層34と発光素子Lの第1ダイオード構成半導体層35との間、および第2の他方導電型半導体層44,64と第3の一方導電型半導体層45,65との間に、一方導電型の半導体材料によって形成されるバッファ層を設けてもよい。バッファ層を設けることによって、非発光性の半導体材料によって形成される第2の他方導電型半導体層34,44,64と、発光性の半導体材料によって形成される第1ダイオード構成半導体層35および第3の一方導電型半導体層45,65との格子不整合を可及的に抑制して、結晶性の向上された第1ダイオード構成半導体層35および第3の一方導電型半導体層45,65を形成することができるので、発光素子L、スイッチ素子Tおよび走査スタート用スイッチ素子T0の発光強度を向上させることができる。
In the light emitting device according to still another embodiment of the present invention, in the light emitting device according to each embodiment described above, between the second other conductivity
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前述した各実施の形態の発光装置において、基板30と第1の一方導電型半導体層31,41,61との間に、第1の一方導電型半導体から成るバッファ層を設ける構成としてもよく、また基板30と第1の他方導電型半導体層32,42,62との間に、第1の他方導電型半導体から成るバッファ層を設ける構成としてもよい。このような構成とすることによって、基板31上により結晶性の向上された半導体層を形成することができ、発光素子Lおよびスイッチ素子Tならびに走査スタート用スイッチ素子T0の特性をより均一にすることができる。
In the light emitting device according to still another embodiment of the present invention, the first one is disposed between the
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前述した各実施の形態の発光装置において、発光素子Lのオーミックコンタクト層37に積層して、発光信号伝送路12とともにアノード端子として機能する金属層を形成してもよい。このような構成とすると、発光素子Lの各半導体層への電界を均一化することができ、発光素子Lから放射される光の発光強度を増加させることができる。
In the light emitting device according to yet another embodiment of the present invention, the metal functioning as the anode terminal together with the light emitting
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前述した各実施の形態の発光装置において、遮光層18を、スイッチ素子Tが発する波長の光の反射率が高く、絶縁層17よりも屈折率の低い材料によって形成してもよい。たとえば絶縁層17は、ポリイミドによって形成される。遮光層18によって、光が吸収されるのではなく、光が反射されるので、スイッチ素子Tからの光が、スイッチ素子Tから厚み方向一方Z1に出射される光に干渉してしまうことを防止するだけでなく、隣接するスイッチ素子Tに入射される光量がより多くなるので、スイッチ素子Tの受光効率を高めることができる。
In the light emitting device according to yet another embodiment of the present invention, in the light emitting device according to each of the embodiments described above, the
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前述した各実施の形態の発光装置において、一方導電型をP型とし、他方導電型をN型としてもよい。一方導電型をP型とし他方導電型をN型としても、バイアス電圧の極性を、一方導電型をN型とし他方導電型とP型としたときとは反対とすることによって、前述の各実施の形態の発光装置と同様の効果を得ることができる。 In the light emitting device of still another embodiment of the present invention, in the light emitting device of each of the embodiments described above, one conductivity type may be a P type and the other conductivity type may be an N type. On the other hand, even if the conductivity type is P type and the other conductivity type is N type, the polarity of the bias voltage is opposite to that when the one conductivity type is N type and the other conductivity type is P type. The same effect as that of the light emitting device of the form can be obtained.
本発明のさらに他の実施の形態では、前述した各実施の形態の発光装置において、前記駆動手段73が出力する走査信号φのハイレベルは、隣接するスイッチ素子Tからの光を受光することによってしきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子Tが接続される走査信号伝送路15に、この走査信号伝送路15に接続される他のスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流の平均値よりも高い電圧または電流に選ばれる。隣接するスイッチ素子Tからの光を受光することによってしきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子Tが接続される前記走査信号伝送路15に、この走査信号伝送路15に接続される他のスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流の平均値よりも高い電圧または電流の走査信号φを与えると、走査信号φは抵抗素子Rφを介して、走査信号伝送路15に与えられ、スイッチ素子Tには、抵抗素子Rφによって分圧された電圧が与えられる。各スイッチ素子Tには、抵抗素子Rφによって分圧された電圧が徐々に印加されることとなり、同じ走査信号伝送路15に接続される複数のスイッチ素子Tのうち、隣接しているスイッチ素子Tからの光を受光したスイッチ素子Tに与えられる電圧または電流が、最も早くこのスイッチ素子Tのしきい電圧またはしきい電流よりも大きくなる。これによって、しきい電圧またはしきい電流が最も低いスイッチ素子Tのみが発光し、他のスイッチ素子Tは、発光しない。
In still another embodiment of the present invention, in the light emitting device of each embodiment described above, the high level of the scanning signal φ output by the driving means 73 is obtained by receiving light from the adjacent switch element T. The average value of the threshold voltage or threshold current of the other switching elements T connected to the scanning
駆動手段73が出力する走査信号φのハイレベルを前述のように前記平均値よりも高い電圧または電流にするので、しきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子Tに、より高電圧または高電流を与えて、オン状態に移行させることができ、光走査の速度を向上させることができる。
Since the high level of the scanning signal φ output from the driving
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前記各実施の形態の発光装置において、前記駆動手段73が出力する走査信号φのハイレベルは、走査信号伝送路15に接続される全てのスイッチ素子Lのしきい電圧またはしきい電流よりも高く選ばれてもよい。このような構成であっても、同様の効果を達成することができ、さらに駆動手段73によって走査信号φのハイレベルの電圧または電流を、スイッチ素子Tの変動するしきい電圧またはしきい電流に関係なく決定することができるので、駆動手段73の設計が容易となる。
In the light emitting device according to yet another embodiment of the present invention, the high level of the scanning signal φ output from the driving
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前記各実施の形態の発光装置において、駆動手段73を発光体チップ75,101が実装される回路基板に設けるのではなく、画像形成装置本体の制御手段96が設けられる回路基板などに設ける構成としてもよい。駆動手段73を発光体チップ75,101が設けられる回路基板とは異なる場所に設けることによって、発光体チップ75,101が設けられる回路基板をより小型化することができ、感光体ドラム90の周囲において配置しやすくなる。
In the light emitting device according to still another embodiment of the present invention, in the light emitting device according to each of the above embodiments, the driving
本発明の各実施の形態の発光装置では、発光素子Liと、スイッチ素子Tjとの数を等しく構成しているが、本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、スイッチ素子Tに複数の発光素子Lを対応させてもよい。すなわち、1つのスイッチ素子Tのゲート24と、複数の発光素子Lのカソードとを接続してもよい。このような構成とすることによって、複数の発光素子Lを同時に発光させることができる。
In the light emitting device of each embodiment of the present invention, the numbers of the light emitting elements Li and the switch elements Tj are configured to be equal. However, in the light emitting device of still another embodiment of the present invention, a plurality of switch elements T are provided. The light emitting elements L may be made to correspond. That is, the
本発明のさらに他の実施の形態では、前述の各実施の形態の発光装置において、各半導体層は、それぞれが多層に形成されてもよい。たとえば、第1の一方導電型半導体層は、一方導電型の半導体層が、複数積層されて構成されてもよく、第1の他方導電型半導体層は、他方導電型の半導体層が、複数積層されて構成されてもよく、第2の一方導電型半導体層は、一方導電型の半導体層が、複数積層されて構成されてもよく、第2の他方導電型半導体層は、他方導電型の半導体層が、複数積層されて構成されてもよい。 In still another embodiment of the present invention, each semiconductor layer may be formed in multiple layers in the light emitting device of each of the above embodiments. For example, the first one-conductivity-type semiconductor layer may be formed by laminating a plurality of one-conductivity-type semiconductor layers, and the first other-conductivity-type semiconductor layer is composed of a plurality of other-conductivity-type semiconductor layers. The second one-conductivity-type semiconductor layer may be formed by stacking a plurality of one-conductivity-type semiconductor layers, and the second other-conductivity-type semiconductor layer may be composed of the other-conductivity-type semiconductor layer. A plurality of semiconductor layers may be stacked.
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前述した各実施の形態の発光装置の構成を組合せて構成されてもよい。たとえば第3〜第6の実施の形態の発光装置の駆動手段は、第2の実施の形態の発光装置における駆動手段であってもよく、第5および第6の各実施の形態の発光装置は、第4の実施の形態の発光装置における発光体チップのような構成を有していてもよい。また各実施の形態の発光装置は、第6の実施の形態の反射手段131を有していてもよい。 The light emitting device according to still another embodiment of the present invention may be configured by combining the configurations of the light emitting devices according to the respective embodiments described above. For example, the driving means of the light emitting devices of the third to sixth embodiments may be the driving means in the light emitting device of the second embodiment, and the light emitting devices of the fifth and sixth embodiments are The light emitting device of the fourth embodiment may have a configuration like a light emitting chip. Moreover, the light-emitting device of each embodiment may have the reflection means 131 of 6th Embodiment.
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前述した各実施の形態の発光装置において、発光素子遮光部23を設けない構成としてもよい。
In the light emitting device according to still another embodiment of the present invention, the light emitting element
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned form, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
10,100,120,130 発光装置
11 発光素子アレイ
12 発光信号伝送路
13 スイッチ素子アレイ
14 接続手段
15 走査信号伝送路
16 スタート信号伝送路
17 絶縁層
18 遮光層
L 発光素子
T スイッチ素子
T0 走査スタート用スイッチ素子
10, 100, 120, 130 Light-emitting
Claims (7)
各発光ダイオード素子のアノードおよびカソードのいずれか一方に接続され、発光ダイオード素子に前記発光信号を伝送する発光信号伝送路と、
受光によって予め定める部位にトリガ信号を発生して、走査信号の電圧または電流よりもしきい電圧またはしきい電流が低下し、かつ前記走査信号が与えられたとき発光するスイッチ素子を複数有し、各スイッチ素子が隣接するスイッチ素子からの光を受光するように相互に間隔をあけて配列されたスイッチ素子アレイと、
各発光ダイオード素子のアノードおよびカソードの他方と、各スイッチ素子の予め定める部位とを接続する接続手段と、
各スイッチ素子に接続され、配列方向に隣接するスイッチ素子毎に、異なるタイミングで与えられる前記走査信号を伝送する複数の走査信号伝送路とを含むことを特徴とする発光装置。 A plurality of light emitting elements that emit light when a light emission signal is applied to the other of the anode or the cathode while a trigger signal is applied to either the anode or the cathode, and the plurality of light emitting elements are spaced apart from each other. An array of light emitting diode elements arranged
A light-emitting signal transmission path that is connected to either the anode or the cathode of each light-emitting diode element and transmits the light-emitting signal to the light-emitting diode element;
A trigger signal is generated at a predetermined site by light reception, a threshold voltage or a threshold current is lower than a voltage or current of a scanning signal, and a plurality of switch elements emit light when the scanning signal is given, A switch element array arranged so as to be spaced from each other so that the switch elements receive light from adjacent switch elements;
Connection means for connecting the other of the anode and the cathode of each light emitting diode element and a predetermined part of each switch element;
A light emitting device comprising: a plurality of scanning signal transmission paths for transmitting the scanning signal provided at different timing for each switching element connected to each switching element and adjacent in the arrangement direction.
基板上に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第1の一方導電型半導体層または非発光性の半導体材料によって形成される一方導電型半導体基板と、
前記第1の一方導電型半導体層または前記一方導電型半導体基板に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第1の他方導電型半導体層と、
前記第1の他方導電型半導体層に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第2の一方導電型半導体層と、
前記第2の一方導電型半導体層に積層され、非発光性の半導体材料によって形成される第2の他方導電型半導体層と、
前記第2の他方導電型半導体層上に順次積層され、それぞれが発光性の半導体材料によって形成される第3の一方導電型半導体層および第3の他方導電型半導体層とを含むことを特徴とする請求項1記載の発光装置。 The switch element is
A first conductive semiconductor layer formed on a substrate and formed of a non-light-emitting semiconductor material or a one-conductive semiconductor substrate formed of a non-light-emitting semiconductor material;
A first other-conductivity-type semiconductor layer that is stacked on the first one-conductivity-type semiconductor layer or the one-conductivity-type semiconductor substrate and is formed of a non-light-emitting semiconductor material;
A second one-conductivity-type semiconductor layer stacked on the first other-conductivity-type semiconductor layer and formed of a non-light-emitting semiconductor material;
A second other conductivity type semiconductor layer stacked on the second one conductivity type semiconductor layer and formed of a non-light emitting semiconductor material;
And a third one-conductivity-type semiconductor layer and a third other-conductivity-type semiconductor layer, each of which is sequentially stacked on the second other-conductivity-type semiconductor layer, each formed of a light-emitting semiconductor material. The light-emitting device according to claim 1.
第1ダイオード構成半導体層は、スイッチ素子の第3の一方導電型半導体層と同じ半導体材料によって形成され、第2ダイオード構成半導体層は、スイッチ素子の第3の他方導電型半導体層と同じ半導体材料によって形成されることを特徴とする請求項2記載の発光装置。 Each of the light emitting diode elements has a first conductive semiconductor layer of one conductivity type and a second semiconductor semiconductor layer of the other conductive type, each formed of a light emitting semiconductor material,
The first diode constituent semiconductor layer is formed of the same semiconductor material as the third one-conductivity-type semiconductor layer of the switch element, and the second diode constituent semiconductor layer is the same semiconductor material as the third other-conductivity-type semiconductor layer of the switch element. The light emitting device according to claim 2, wherein the light emitting device is formed by:
画像情報に基づいて前記発光装置を駆動する駆動手段と、
感光体ドラムに前記発光装置の発光素子からの光を集光する集光手段と、
前記発光装置からの光が前記集光手段によって前記感光体ドラムに集光されて露光された感光体ドラムに現像剤を供給する現像剤供給手段と、
感光体ドラムに現像剤によって形成された画像を記録シートに転写する転写手段と、
記録シートに転写された現像剤を定着させる定着手段とを含むことを特徴とする画像形成装置。 The light emitting device according to any one of claims 1 to 6,
Driving means for driving the light emitting device based on image information;
Condensing means for condensing light from the light emitting element of the light emitting device on the photosensitive drum;
Developer supplying means for supplying the developer to the exposed photosensitive drum by which light from the light emitting device is condensed on the photosensitive drum by the condensing means;
Transfer means for transferring an image formed by a developer on the photosensitive drum to a recording sheet;
An image forming apparatus comprising: fixing means for fixing the developer transferred to the recording sheet.
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CN109564930B (en) * | 2016-05-13 | 2023-08-15 | 原子能与替代能源委员会 | Method for producing an optoelectronic device comprising a plurality of gallium nitride diodes |
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