JP2007203555A - 発光素子アレイ、発光装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 少ない駆動用ICを用いて、時分割で駆動することができる発光素子アレイを提供する。
【解決手段】 発光選択素子Sがセレクト電極12に与えられるセレクト信号に応答して発光すると、この光は各発光素子Tに照射され、各発光素子Tにおいて受光される。各発光素子Tは、発光選択素子Sからの光を受光すると、しきい電圧またはしきい電流が低下し、しきい電圧またはしきい電流が低下した状態で、アノード電極2に第1駆動信号が与えられ、カソード電極3に第2駆動信号が与えられることによって、各発光素子Tをそれぞれ発光させることができる。各アレイチップのアノード電極2およびカソード電極3に共通の第1および第2駆動信号を与えても、セレクト信号が与えられ発光する発光選択素子Sからの光を受光している発光素子Tのみを発光させることができるので、複数の発光素子アレイを少ない駆動用ICで駆動することができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、複数の発光素子によって構成される発光素子アレイと、それを備え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。
電子写真プリンタなどの光プリンタヘッドとして用いられている発光装置として、発光ダイオード(Light Emitting Diode:略称LED)を多数配列して形成されるLEDアレイがある。このLEDアレイは、発光ダイオードと駆動回路とを個別に接続するために、多数のボンディングパッドを有する。たとえば電子写真プリンタを、A3サイズ、600dpi(dot par inch)の仕様にて構成した場合、ボンディングパッドと回路配線との接続箇所は、LEDのアノード電極またはカソード電極を導通基板によって共通電極とした場合であっても発光素子と同数が必要となり、約7300箇所にも及ぶ。このため両者を周知のワイヤボンディング法によって接続する作業に極めて長時間を要し、生産性を向上させることが困難である。また前記ボンディングパッドを形成するためには、発光素子を形成するよりも大きな面積が必要となる上、電子写真プリンタによって形成すべき画像が高精細になるほど、走査方向における単位長あたりの発光素子の数が増加するため、ボンディングパッド数も増加する。
第1の従来の技術として、ボンディングパッド数を減少させるために、各LEDにマトリックス状のマトリクス配線を接続し、また複数のLEDをコモン配線に共通にして、マトリクス配線に与える駆動ICの駆動信号を時分割で切り換え、各LEDを発光させるダイナミック駆動方式の発光素子アレイがある。このダイナミック駆動方式の発光素子アレイでは、各LEDと駆動回路とを個別に接続する前述したLEDアレイと比較して、ボンディングパッドの数を1/4程度に減少させることが可能である(たとえば特許文献1参照)。
また第2の従来の技術として、各LEDにトランジスタがそれぞれ接続されて構成される発光素子アレイを、時分割で駆動するダイナミック駆動方式の発光装置がある(たとえば特許文献2参照)。この発光装置では、発光素子アレイに、NANDゲートなどから成るスイッチ素子を内蔵した駆動用ICが接続され、この駆動用ICに内蔵されるスイッチ素子が、ストローブ信号(STB)とゲート信号との論理積をとり、このストローブ信号が真値をとる間のみゲート信号を出力することによって、発光素子アレイをダイナミック駆動することができる。
また第3の従来の技術として発光素子に接続される配線の占有面積を低減するために、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、アノード電極およびカソード電極のいずれか一方を導通基板によって共通に形成し、アノード電極およびカソード電極の他方と、ゲート電極とをマトリックス状に接続し、ほとんど電流の流れないゲート電極を発光素子アレイ全体にわたって電極配線を用いて接続することによって、電極配線の線幅を細くし、かつ電極配線を形成する面積を低減する発光素子アレイがある(たとえば特許文献3および4参照)。
第1および第3の従来の技術では、各発光素子アレイの数が増加すると、これらの発光素子アレイに駆動信号を与えるための各接続端子の数が、各発光素子アレイの端子数と等しい数だけ増加してしまうこととなる。発光素子アレイの端子数が増加すると、駆動用ICの端子数も各発光素子アレイの端子数と等しい数だけ増加させる必要があり、駆動用ICの端子数と1つの発光素子アレイの端子数とが等しい場合では、発光素子アレイの数だけ駆動用ICが必要となる。したがって複数の発光素子アレイを用いて発光装置を構成したときに、多くの駆動用ICが必要となり、また発光素子アレイと駆動用ICとを接続する配線数が増大して装置全体が複雑化したり、装置が大きくなったりするという問題点がある。
また第2の従来の技術では、スイッチ素子を内蔵した駆動用ICを、それぞれの発光素子アレイに接続することとなるが、発光素子アレイの数が増大するとそれに対して接続される駆動用ICの数が増大して装置全体が複雑化したり、大きくなったりするという問題点がある。また、各発光素子アレイに対して個別に駆動用ICを接続することとなるために発光素子アレイと駆動用ICとを接続する配線数が増大して装置全体が複雑化したり大きくなったりするという問題点もある。
本発明の目的は、発光素子を駆動する駆動用ICの数を増大させる必要がなく、少ない駆動用ICによって、時分割で駆動することができる発光素子アレイおよびそれを用いた小型な発光装置ならびにその発光装置を備える画像形成装置を提供することである。
本発明の発光素子アレイは、信号入力電極を有し、前記信号入力電極に与えられる選択信号に応答して発光する発光選択素子と、
アノード電極およびカソード電極を有し、相互に間隔をあけて配列され、かつ前記発光選択素子からの光を受光可能に設けられ、受光によってしきい電圧またはしきい電流が低下した状態で、前記アノード電極およびカソード電極の少なくともいずれか一方に与えられる駆動信号に応答して発光する複数の発光素子と、
前記各発光素子の前記アノード電極および前記カソード電極の少なくともいずれか一方に接続され、駆動信号を伝送する信号伝送用の配線部とを含むことを特徴とする。
アノード電極およびカソード電極を有し、相互に間隔をあけて配列され、かつ前記発光選択素子からの光を受光可能に設けられ、受光によってしきい電圧またはしきい電流が低下した状態で、前記アノード電極およびカソード電極の少なくともいずれか一方に与えられる駆動信号に応答して発光する複数の発光素子と、
前記各発光素子の前記アノード電極および前記カソード電極の少なくともいずれか一方に接続され、駆動信号を伝送する信号伝送用の配線部とを含むことを特徴とする。
また、本発明の発光素子アレイは、前記構成において、前記複数の発光素子は、前記アノード電極が相互に接続されるn個(nは2以上の整数)の発光素子から成る発光素子ブロックを複数構成し、
前記各発光素子ブロックに含まれる複数の前記発光素子のうちのいずれかの前記カソード電極が共通に接続されることを特徴とする。
前記各発光素子ブロックに含まれる複数の前記発光素子のうちのいずれかの前記カソード電極が共通に接続されることを特徴とする。
また、本発明の発光素子アレイは、前記各構成において、前記発光素子と前記発光選択素子との間に設けられ、前記発光選択素子が発する光を複数の発光素子に導く光導波体をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の発光素子アレイは、前記各構成において、前記発光素子および前記発光選択素子は、同じ層構成を有する発光サイリスタによって形成され、
前記発光選択素子を形成する発光サイリスタは、ゲート電極が前記アノード電極または前記カソード電極のいずれか一方に接続されることを特徴とする。
前記発光選択素子を形成する発光サイリスタは、ゲート電極が前記アノード電極または前記カソード電極のいずれか一方に接続されることを特徴とする。
本発明の発光装置は、前記発光素子アレイを複数備える発光素子アレイ体と、
前記各発光素子アレイの前記配線部に駆動信号を与える発光駆動回路と、
前記各発光素子アレイの前記信号入力電極に個別に接続され、前記信号入力電極に選択信号を与える選択駆動回路とを含むことを特徴とするものである。
前記各発光素子アレイの前記配線部に駆動信号を与える発光駆動回路と、
前記各発光素子アレイの前記信号入力電極に個別に接続され、前記信号入力電極に選択信号を与える選択駆動回路とを含むことを特徴とするものである。
本発明の画像形成装置は、前記発光装置と、
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み、
前記発光駆動回路および選択駆動回路は、画像情報に基づいて駆動信号および選択信号を出力することを特徴とするものである。
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み、
前記発光駆動回路および選択駆動回路は、画像情報に基づいて駆動信号および選択信号を出力することを特徴とするものである。
本発明によれば、発光選択素子が信号入力電極に与えられる予め定める信号に応答して発光すると、この光は隣接する各発光素子に照射され、各発光素子において受光される。各発光素子は、発光選択素子からの光を受光すると、しきい電圧またはしきい電流が低下する。受光によってしきい電圧またはしきい電流が低下した状態で、アノード電極およびカソード電極の少なくともいずれか一方に駆動信号が与えられることによって、各発光素子をそれぞれ発光させることができる。このような発光素子アレイを複数用いて発光装置を構成すると、各発光素子アレイごとに駆動信号を与える駆動用ICを接続せずに、1つの発光素子アレイが有する信号伝送用の配線部の端子数と同じ端子数の駆動用ICを、各発光素子アレイの配線部の端子を共通に接続し、各発光素子アレイの配線部に共通の駆動信号を与えても、各発光選択素子からの光を受光している発光素子アレイの発光素子のみを発光させることができるので、少ない駆動用ICで発光素子アレイを駆動することができる。
また各発光素子アレイが有する信号伝送用の配線部の端子の総数と、駆動用ICの端子数とを等しくする必要がないので、各発光素子アレイと駆動用ICとを接続する配線の数は、1つの発光素子アレイと駆動用ICとを接続する場合と比較して、発光素子アレイの数と配線部の配線の数とを乗算した値となるのではなく、各信号入力電極の数だけ、すなわち発光素子アレイの数だけしか増加しない。したがって複数の発光素子アレイを用いて発光装置を形成するときに、駆動用ICとを接続する配線が増大してしまうことを抑制することができ、配線に必要な実装面積を低減して装置を小型に形成することができるようになる。
本発明によれば、発光素子ブロックは、アノード電極が共通に接続されるn個(nは2以上の整数)の発光素子から成り、各発光素子ブロックに含まれる複数の発光素子のうちのいずれかの前記カソード電極が共通に接続される。発光素子アレイ内において、複数の発光素子ブロックを時分割で駆動をする方式として、各発光素子ブロックの所定の発光素子のカソード電極をそれぞれ共通化するので、1つの発光素子アレイ内に含まれる発光素子の数が多くなっても、配線部の配線数の増加を抑制することができ、発光素子アレイを小型に形成することができる。
また本発明によれば、発光素子と発光選択素子との間に、発光選択素子が発する光を複数の発光素子に導く光導波体を設けることによって、発光選択素子からの光を複数の発光素子に効率的に照射することができ、発光選択素子の消費電力を抑制したり、発光素子を小型化したりすることができるので、発光素子アレイを小型に形成することができる。
また本発明によれば、発光サイリスタは発光機能およびスイッチ機能の両方を有しており、ゲート電極が前記アノード電極またはカソード電極のいずれか一方に接続して発光選択素子を形成することによって、同じ層構成を有する、すなわち積層されるP型およびN型半導体の積層構造が同じ発光サイリスタを、発光素子および発光選択素子のいずれにも用いることができる。したがって、同じ製造工程でスイッチ素子および発光素子の両方を安定に製造することでき、生産性の向上された発光素子アレイを実現することができる。発光選択素子は、ゲート電極が前記アノード電極または前記カソード電極のいずれか一方に接続されることによって、発光サイリスタのうち発光機能のみを用いることができる。
また本発明によれば、発光素子アレイに含まれる発光選択素子が選択信号に応答して、各発光素子を発光させることができる状態にするか否かを発光素子アレイ側で選択する働きをするので、複数の発光素子アレイにおいて配線部を共通の駆動用ICに接続しても、駆動用ICを共用して安定に動作させることができ、また駆動用ICを実装する基板の層数を少なくしたり、駆動用ICを実装する基板の面積を小さくしたりすることができるので、小型でかつ安定に動作する発光装置となる。
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。
発光装置は、小型であって、安定に動作する信頼性の高いものであるので、このような発光装置を備える画像形成装置を小型に形成することができ、また良好な画像を安定に形成することができる画像形成装置となる。
図1は、本発明の実施の一形態の発光素子アレイである発光素子アレイチップ1の概略的な回路構成を示す等価回路図である。以後、発光素子アレイチップ1を、単にアレイチップ1と記載する場合がある。
アレイチップ1は、複数の発光素子T1,T2,…,Tm−1,Tm(記号mは、2以上の整数)と、複数の発光選択素子S1,S2,…,Sm−1,Smと、複数のアノード電極配線AE1,AE2,…AEk−1,AEk(記号kは、2以上の整数)と、複数のカソード電極配線CE1,CE2,…,CEn,CEn−1(記号nは、2以上の整数)と、セレクト電極配線SEと、グランド電極配線GEと、複数のアノード配線接続用ボンディングパッドA1,A2,…Ak−1,Akと、複数のカソード配線接続用ボンディングパッドC1,C2,…,Cn−1,Cnと、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSと、図示しないグランド配線接続用ボンディングパッドGNDとを含んで構成される。
発光素子T1,T2,…,Tm−1,Tm、発光選択素子S1,S2,…,Sm−1,Sm、アノード電極配線AE1,AE2,…AEk−1,AEk、カソード電極配線CE1,CE2,…,CEn,CEn−1、アノード配線接続用ボンディングパッドA1,A2,…Ak−1,Ak、およびカソード配線接続用ボンディングパッドC1,C2,…,Cn,Cn−1のそれぞれについては、それぞれを総称して指す場合および不特定のものを指す場合に、単に発光素子T、発光選択素子素子S、アノード電極配線AE、カソード電極配線CE、アノード配線接続用ボンディングパッドA、カソード配線接続用ボンディングパッドCと記載する場合がある。本実施の形態では記号nは、「4」に選ばれ、すなわちカソード電極配線CEは、4つ設けられる。アノード配線接続用ボンディングパッドA、カソード配線接続用ボンディングパッドC、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSおよびグランド配線接続用ボンディングパッドGNDの各ボンディングパッドは、アレイチップ1の端子である。
各発光素子Tは、アノード電極2およびカソード電極3を有し、相互に間隔をあけて配列される。発光素子Tは、発光サイリスタによって実現される。発光素子Tのゲート電極4は、開放端としている。各発光素子Tは、受光によってしきい電圧またはしきい電流が低下し、アノード電極2およびカソード電極3間に、しきい電圧またはしきい電流よりも高い電圧または電流が与えられたとき発光する。
図2は、発光素子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2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。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。発光素子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、発光素子Tが受光していない状態のしきい電圧である。発光素子T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。発光素子Tのしきい電圧は、受光によってVBOから、図2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。また発光素子Tのしきい電流も同様に、受光によって低下する。
複数の発光素子Tは、アノード電極2が相互に接続されるn個(記号nは、2以上の整数)から成る複数の発光素子ブロックB1,B2,…,Bk−1,Bkを構成する。複数の発光素子ブロックB1,B2,…,Bk−1,Bkを総称して指す場合および不特定のものを指す場合には、単に発光素子ブロックBと記載する場合がある。発光素子ブロックBの数は、カソード電極配線CEの数に等しく選ばれる。本実施の形態では、n=4に選ばれるので、各発光素子ブロックBには4つの発光素子Tが含まれている。
アノード電極配線AEおよびカソード電極配線CEは、信号伝送用の配線部を構成する。アノード電極配線AEは、後述する第1駆動用IC61から与えられる第1駆動信号を伝送し、カソード電極配線CEは、第2駆動用IC62から与えられる第2駆動信号を伝送する。
アノード電極配線AEは、各発光素子ブロックB毎に前記アノード電極2に個別に接続される。
カソード電極配線CEは、各発光素子ブロックBに含まれる複数の発光素子Tのうちのいずれかのカソード電極3に共通に接続される。カソード電極配線CEj(記号jは、n以下の自然数)は、各発光素子ブロックBの発光素子Tうち、発光素子Tの配列方向Xの一方X1から他方X2に向かってj番目に配列される発光素子Tのカソード電極3にそれぞれ接続される。このようにアノード電極配線AEおよびカソード電極配線CEを発光素子Tに接続することによって、複数の発光素子Tのうち、所定の発光素子Tのアノード電極2およびカソード電極3間に電圧または電流を選択的に導くことができる。
発光選択素子Sは、信号入力電極であるセレクト電極12と、接地側電極13とを有する。各発光選択素子Sは、各発光素子Tに光を照射可能に設けられる。発光選択素子Sは、信号入力電極2に与えられる予め定める信号であるセレクト信号に応答して発光する。発光選択素子Sは、発光サイリスタによって実現され、セレクト電極12はアノード電極に対応し、接地側電極13はカソード電極に対応する。発光選択素子Sを形成する発光サイリスタのうちゲート電極14と、接地側電極13とが短絡配線11によって接続される。したがって発光選択素子Sは、ダイオードとして機能する。
各セレクト電極12は、セレクト電極配線SEに共通に接続される。各接地側電極13は、共通のグランド電極配線GEに接続され、接地される。
アノード電極配線AEは、対応するアノード配線接続用ボンディングパッドAにそれぞれ接続される。アノード電極配線AEi1(記号i1は、k以下の正の整数)は、アノード配線接続用ボンディングパッドAiに接続される。カソード電極配線CEi2(記号i2は、n以下の正の整数)は、対応するカソード配線接続用ボンディングパッドCi2にそれぞれ接続される。またセレクト電極配線SEは、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSに接続される。またグランド電極配線GEは、グランド配線接続用ボンディングパッドGNDに接続される。
図3は、発光素子アレイチップ1を示す平面図である。なお同図は、各発光素子T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素子アレイチップ1の平面を示し、アノード電極配線AE、カソード電極配線CEおよびグランド電極配線CSは、図解を用意するため斜線を付して示されている。また同図において絶縁膜28は、図解を容易にするため省略して示している。
発光素子Tと、発光選択素子Sと、アノード電極配線AEと、カソード電極配線CEと、セレクト電極配線SEと、グランド電極配線GEと、アノード配線接続用ボンディングパッドA、カソード配線接続用ボンディングパッドCと、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSと、グランド配線接続用ボンディングパッドGNDとは、基板21の厚み方向Zの一表面21a上に設けられる。
各発光素子Tは等間隔に配列され、相互に予め定める第1の間隔W1をあけて直線状に配列される。予め定める第1の間隔W1は、配列方向Xにおける最小間隔である。発光素子Tは、後述する画像形成装置87において感光体ドラム90の露光に用いられる。各発光素子Tの配列方向Xを、単に配列方向Xと記載する場合がある。各発光素子T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。発光素子Tは、600nm〜800nmの波長の光を発光可能に形成される。
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と記載する。発光素子Tは、アレイチップ1の幅方向Yの中央部6に設けられる。各発光素子Tの幅方向Yの一方Y1に、各発光素子Tから予め定める第2の間隔W2をあけて、各発光選択素子Sがそれぞれ設けられる。発光素子Tと発光選択素子Sとは、同様の大きさに選ばれる。発光選択素子Sは、配列方向Xに沿って、相互に予め定める第1の間隔W1をあけて直線状に配列される。発光素子Tの配列方向Xの中央をとおり、配列方向Xに垂直な仮想一平面上に、この発光素子Tに幅方向Yの一方に設けられる発光選択素子Sの配列方向Xの中央が配置される。
発光素子Tおよび発光選択素子Sは、厚み方向Zの一方Z1から見た形状が、略矩形状に形成され、厚み方向Zの一方Z1から見た各週縁辺が配列方向Xまたは幅方向Yに沿って延びる。
各発光素子Tの幅方向Yの他方Y2には、配列方向Xに沿って各カソード電極配線CEの一部を構成する配列方向接続配線GC1,GC2,GC3,GC4が基板21の厚み方向Zの一表面21aに積層して設けられる。配列方向接続配線GC1,GC2,GC3,GC4を総称する場合および不特定のものを指す場合に、単に接続配線GCと記載する場合がある。各配列方向接続配線GCは、発光素子Tの配列方向Xに沿って、発光素子アレイチップ1の配列方向Xの一端部8から他端部9間にわたって延びる。各配列方向接続配線GCは、幅方向Yに予め定める第3の間隔W3をあけて配列される。
本実施の形態では、発光素子Tに近接する側から順番に、配列方向接続配線GC1、配列方向接続配線GC2、配列方向接続配線GC3、配列方向接続配線GC4の順番に配列される。前記予め定める第3の間隔W3は、相互に隣接する接続配線GC間で短絡が生じない距離に選ばれ、たとえば10μmに選ばれる。
各配列方向接続配線GCには、幅方向Yに沿って各カソード電極配線CEの残部を構成する幅方向接続配線WC1,WC2,WC3,WC4が接続される。幅方向接続配線WC1,WC2,WC3,WC4を総称する場合および不特定のものを指す場合に、単に幅方向接続配線WCと記載する場合がある。幅方向接続配線CWは、図示しない絶縁膜28に積層されて所定の配列方向接続配線GCと電気的に絶縁され、絶縁膜28に形成される貫通孔40aを介して各発光素子Tの幅方向Yの他方Y2の端部15に接続され、この端部15から幅方向Yの他方Y2に延び、対応する配列方向接続配線GC1,GC2,GC3,GC4に貫通孔40bを介して接続される。すなわち幅方向接続配線WC1と配列方向接続配線GC1とが接続され、幅方向接続配線WC2と配列方向接続配線GC2とが接続され、幅方向接続配線WC3と配列方向接続配線GC3とが接続され、幅方向接続配線WC4と配列方向接続配線GC4とが接続される。また各発光素子ブロックBに含まれる発光素子Tのうち配列方向Xの一方Z1側の発光素子Tから順番に、幅方向接続配線WC1,WC2,WC3,WC4がそれぞれ接続される。幅方向接続配線WCは、カソード電極3と一体に形成され、配列方向Xに相互に間隔をあけて設けられる。
配列方向接続配線GC1の幅方向Yの他方Y2には、アレイチップ1の幅方向Yの他方Y2の端部15に、配列方向Xに沿ってアノード配線接続用ボンディングパッドA、カソード配線接続用ボンディングパッドCと、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSと、グランド配線接続用ボンディングパッドGNDとが配列方向Xに所定の間隔をあけて設けられる。アノード配線接続用ボンディングパッドA、カソード配線接続用ボンディングパッドCと、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSと、グランド配線接続用ボンディングパッドGNDとは、絶縁膜28に積層して設けられ、厚み方向Zの一方Z1から見て矩形状に形成され、その各辺が配列方向Xまたは幅方向Yに平行に延びる。
各幅方向接続配線WC1のうちのいずれか1つは、アレイチップ1の幅方向Yの他方Y2の端部15まで延び、カソード配線接続用ボンディングパッドC1に接続される。また各幅方向接続配線WC2のうちのいずれか1つは、アレイチップ1の幅方向Yの他方Y2の端部15まで延び、カソード配線接続用ボンディングパッドC2に接続される。各幅方向接続配線WC3のうちのいずれか1つは、アレイチップ1の幅方向Yの他方Y2の端部15まで延び、カソード配線接続用ボンディングパッドC3に接続される。各幅方向接続配線WC4のうちのいずれか1つは、アレイチップ1の幅方向Yの他方Y2の端部15まで延び、カソード配線接続用ボンディングパッドC4に接続される。
各発光素子Tは、発光素子発光部16を有する。発光素子発光部16は、幅方向Yの一方Y1寄りに設けられる。発光素子Tの厚み方向Zの一方Z1の表面部のうち、前記発光素子発光部16には、アノード電極2と一体に形成されるアノード電極配線AEが接続される。アノード電極配線AEは、図示しない絶縁膜28に積層してカソード電極配線CEと電気的に絶縁される。アノード電極配線AEは、各発光素子T上に設けられ、絶縁膜28に形成される貫通孔40cを介して発光素子発光部16と接続される第1アノード電極配線部分17aと、配列方向Xに沿って延び、発光素子ブロックBに含まれる各第1アノード電極配線部分17aを相互に接続する第2アノード電極配線部分17bと、第2アノード電極配線部分17bの配列方向Xの中央部から幅方向Yの他方Y2に、アレイチップ1の幅方向Yの他方Y2の端部15まで延びて、アノード配線接続用ボンディングパッドAに接続される第3アノード電極配線部分17cとを含んで構成される。第1〜第3アノード電極配線部分17a〜17cおよびアノード配線接続用ボンディングパッドAとは、一体に形成される。
発光選択素子Sは、発光選択素子発光部18を有する。発光選択素子発光部18は、幅方向Yの一方Y2寄りに設けられる。発光素子Tの厚み方向Zの一方Z1の表面部のうち、前記発光選択素子発光部18には、セレクト電極12と一体に形成されるセレクト電極配線SEが接続される。セレクト電極配線SEは、図示しない絶縁膜28に積層して、アレイチップ1の長手方向Xの両端部8,9間にわたって形成され、かつ厚み方向Zの一方Z1から見て発光選択素子発光部18の幅方向Yの両端部間にわたって設けられて、発光選択素子発光部18を厚み方向Zの一方Z1から覆う。セレクト電極配線SEは、絶縁膜28に形成される貫通孔40dを介して発光選択素子発光部18に接続される。またセレクト電極配線SEの幅方向Yの他方Y2の端部51は、幅方向Yにおいて発光素子発光部16と発光選択素子発光部18との中間部まで延びて形成される。セレクト電極配線SEは、発光選択素子Sから厚み方向Zの一方に向かう光を遮光する。
セレクト電極配線SEには、セレクト電極配線接続部19が接続される。セレクト電極配線接続部19は、隣接する所定の発光選択素子Sの間および隣接する所定の発光素子Tの間をとおってセレクト電極配線SEから、幅方向Yの他方Y2の端部15まで延びて、セレクト電極CSに接続される。セレクト電極配線接続部19は、基板21の一表面21aに積層され、隣接する所定の発光選択素子Sの間および隣接する所定の発光素子Tの間に形成される第1セレクト電極配線接続部分19aと、図示しない絶縁膜28に積層されて配列方向接続配線GCと電気的に絶縁される第2セレクト電極配線接続部分19bと、絶縁膜28に形成される貫通孔40eに形成され第1セレクト電極配線接続部分19aとセレクト電極配線SEとを接続する第1セレクト電極配線部分19cと、絶縁膜28に形成される貫通孔40fに形成され第1セレクト電極配線接続部分19aと第2セレクト電極配線接続部分19bとを接続する第4セレクト電極配線部分19dとを含んで構成される。セレクト電極配線接続部19を設けることによって、セレクト電極配線SEをアレイチップ1の幅方向Yの他端部15に設けられるセレクト配線接続用ボンディングパッドCSに接続することができる。
グランド電極配線GEは、発光選択素子Sの幅方向Yの他方Y2で、アレイチップ1の幅方向Yの他端部20に設けられる。グランド電極配線GEは、接地側電極13と一体に形成される。発光選択素子Sの幅方向Yの他端部41およびグランド電極配線GEは、短絡配線11によって接続される。グランド電極配線GEは、アレイチップ1の配列方向Xの両端部8,9にわたって配列方向Xに沿って延びて形成される。短絡配線14は、図示しない絶縁膜28に積層して設けられ、幅方向Yに沿って延びて絶縁膜28に形成される貫通孔40g,40hを介して、グランド電極配線GEと、発光選択素子Sのゲート電極14とにそれぞれ接続される。
またグランド電極配線GEには、グランド電極配線接続部43が接続される。グランド電極配線接続部43は、隣接する所定の発光選択素子Sの間および隣接する所定の発光素子Tの間をとおってセレクト電極配線SEから、幅方向Yの他方Y2の端部15まで延びて、グランド電極GNDに接続される。グランド電極配線接続部43は、基板21の一表面21aに積層され、隣接する所定の発光選択素子Sの間および隣接する所定の発光素子Tの間に形成される第1グランド電極配線接続部分43aと、図示しない絶縁膜28に積層されて配列方向接続配線GCと電気的に絶縁される第2グランド電極配線接続部分43bと、第1セレクト電極配線接続部分43aとグランド電極配線GEとを接続する第2グランド電極配線部分43cと、絶縁膜28に形成される貫通孔40iに形成され、第1グランド電極配線接続部分43aと第2グランド電極配線接続部分43bとを接続する第4グランド電極配線部分43dとを含んで構成される。グランド電極配線接続部43を設けることによって、グランド電極配線GEをアレイチップ1の幅方向Yの他端部15に設けられるグランド配線接続用ボンディングパッドGNDに接続することができる。
アノード電極配線AEと、カソード電極配線CEと、セレクト電極配線SEと、グランド電極配線GEと、アノード配線接続用ボンディングパッドAと、カソード配線接続用ボンディングパッドCと、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSと、グランド配線接続用ボンディングパッドGNDと、セレクト電極配線接続部19と、グランド電極配線接続部43とは、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料を用いて形成され、具体的には、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)、金と亜鉛との合金(AuZn)、クロム(Cr)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。セレクト電極配線SEの厚みは、0.1μm〜1.5μm程度に選ばれる。これによって、発光選択素子Sからの光を好適に遮光することができる。
図4は、図3の切断面線IV−IVから見た発光素子アレイチップ1を示す断面図であり、図5は図3の切断面線V−Vから見た発光素子アレイチップ1を示す断面図である。発光素子Tおよび発光選択素子Sは、同じ層構成を有し、すなわち積層されるP型およびN型半導体の積層構造が同じ発光サイリスタによって実現される。
発光素子Tおよび発光選択素子Sは、高抵抗率を有する半絶縁性の半導体基板21の厚み方向Zの一表面21a上に、第1の一方導電型半導体層22,32と、第1の他方導電型半導体層23,33と、第2の一方導電型半導体層24,34と、第2の他方導電型半導体層25,35と、オーミックコンタクト層27,37とが、前記一表面21側からこの順番で積層されるPNPN構造を有する発光サイリスタを含んで実現される。発光素子Tおよび発光選択素子Sは、P型半導体と、N型半導体とを相互に積層した単純な構成で実現することができるので、装置の作成が容易となる。
発光素子Tは、発光機能およびスイッチ機能の両方を兼ね備える発光サイリスタによって実現され、発光選択素子Sは、発光機能およびスイッチ機能の両方を兼ね備える発光サイリスタのうち、発光機能のみを用いるように、ゲート電極14と接地側電極13とを短絡配線14によって短絡させて実現される。発光素子Tと発光選択素子Sとを同じ層構成である発光サイリスタを用いて形成するので、製造時に発光素子Tと発光選択素子Sとを同じ条件下で作製しやすくなり、発光特性にばらつきが生じにくく、各発光素子Tおよび発光選択素子Sの発光特性が安定化する。すなわち、発光選択素子Sおよび発光素子Tを、同じ薄膜形成プロセスによって、同時に作製することができるので、生産性を向上させることができる。
基板21は、III−V族化合物半導体およびII−VI族化合物半導体などの結晶成長が可能な半導体基板であり、たとえば、ガリウム砒素(GaAs)、インジウムリン(InP)、ガリウムリン(GaP)、シリコン(Si)およびゲルマニウム(Ge)などの半導体材料によって形成される。基板21の一表面21aのうち、発光素子Tおよび発光選択素子Sが積層される部分は、残余の部分よりも厚みが大きく形成される。本実施の形態では、基板21は半絶縁性を有するガリウム砒素によって形成される。
発光素子Tおよび発光選択素子Sは、基板21の厚み方向Zの一表面上に形成される第1の一方導電型半導体層22,32、第1の他方導電型半導体層23,33、第2の一方導電型半導体層24,34および第2の他方導電型半導体層25,35を少なくとも含んで構成される。本実施の形態では、P型およびN型のうち、N型を一方導電型とし、P型を他方導電型に選んでおり、これによって発光素子Tおよび発光選択素子S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。
第1の一方導電型半導体層22,32は、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22のキャリア密度は、1×1018cm−3程度のものが望ましい。本実施の形態では、第1の一方導電型半導体層22は、基板21側に形成される第1領域22A,32Aと、基板21から離反する側に形成される第2領域22B,32Bとを含み、第1領域22A,32Aはガリウム砒素によって形成され、第2領域22B,32Bはアルミニウムガリウム砒素によって形成される。
第1の他方導電型半導体層23,33は、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される。第1の他方導電型半導体層23,33を形成する半導体材料には、第1の一方導電型半導体層22,32を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じ、もしくは第1の一方導電型半導体層22,32を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりもエネルギーギャップが小さいものが選ばれる。第1の他方導電型半導体層33のキャリア密度は1×1017cm−3程度のものが望ましい。
第2の一方導電型半導体層24,34は、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される。第2の一方導電型半導体層24,34を形成する半導体材料には、第1の他方導電型半導体層23,33を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じ、もしくは第1の他方導電型半導体層23,33を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりもエネルギーギャップが小さいものが選ばれる。第2の一方導電型半導体層24,34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。第2の一方導電型半導体層24,34は、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。本実施の形態では、第2の一方導電型半導体層24,34は、基板21側に形成される第3領域24A,34Aと、基板21から離反する側に形成される第4領域24B,34Bとを含み、第3および第4領域24A,34A,24B,34Bは、アルミニウムガリウム砒素によって形成される。第4領域24B,34Bの不純物濃度を、第3領域24A,34Aの不純物濃度よりも高濃度にする。
第2の他方導電型半導体層25,35は、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される。第2の他方導電型半導体層25,35を形成する半導体材料には、第1の他方導電型半導体層23,33および第2の一方導電型半導体層24,34を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じ、もしくは第1の他方導電型半導体層23,33および第2の一方導電型半導体層24,34を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりもエネルギーギャップが大きいものが選ばれる。第2の他方導電型半導体層25,35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。本実施の形態では、第2の他方導電型半導体層25,35は、基板21側に形成される第5領域25A,35Aと、基板21から離反する側に形成される第6領域25B,35Bとを含み、第5および第6領域25A,35A,26B,36Bは、アルミニウムガリウム砒素によって形成される。第6領域25B,35Bのバンドギャップは、第5領域25A,35Aのバンドギャップと略同一またはそれよりも広幅に設定され、第6領域25B,35Bの不純物濃度は、第5領域25A,35Aの不純物濃度と略同一またはそれよりも高濃度に設定される。
第1の他方導電型半導体層23,33と第2の一方導電型半導体層24,34のバンドギャップが略同一に選ばれ、第1の一方導電型半導体層22,32と第2の他方導電型半導体層25,35のバンドギャップは、第1の他方導電型半導体層23,33と第2の一方導電型半導体層24,34のバンドギャップよりも広く選ばれる。
オーミックコンタクト層27,37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、アノード電極2およびセレクト電極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27,37のキャリア密度は1×1019cm−3以上のものが望ましい。
絶縁膜28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28は、発光素子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、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。絶縁膜28は、厚み方向Zの一方Z1側から発光素子T、発光選択素子Sおよび配列方向接続配線GCを覆って設けられる。
発光素子Tのうち第1の他方導電型半導体層23、第2の一方導電型半導体層24、第2の他方導電型半導体層25およびオーミックコンタクト層27は、第1の一方導電型半導体層22の幅方向Yの他方Y2の端部を除く部分に積層される。絶縁膜28のうち、第1の一方導電型半導体層22の幅方向Yの他端Y2に積層される部分に前記貫通孔40aが形成されて、この貫通孔40aを介して幅方向接続配線WCが第1の一方導電型半導体層22に接続される。
また第2の他方導電型半導体層25は、第2の一方導電型半導体層24の厚み方向Zの一方Z1の表面の外周の一部から内側にわずかに退避して形成され、第1の他方導電型半導体層24の厚み方向Zの一方Z1の表面のうち、幅方向Yの一方Y1他端部および配列方向Xの両端部を除いた部分に積層される。これによって、発光素子Tに流れる暗電流を抑制することができ、発光素子Tの受光感度を向上させることができる。
発光選択素子Sのうち第1の他方導電型半導体層33、第2の一方導電型半導体層34、第2の他方導電型半導体層35およびオーミックコンタクト層37は、第1の一方導電型半導体層32の幅方向Yの一方Y1の端部を除く部分に積層される。第1の一方導電型半導体層32の幅方向Yの一方Y1の端部には、グランド電極配線GEの一部が積層して設けられる。第1の一方導電型半導体層32とグランド電極配線GEとが接続される。また第2の他方導電型半導体層35およびオーミックコンタクト層37は、第2の一方導電型半導体層34の幅方向Yの一方Y1の端部を除く部分に積層される。絶縁膜28のうち、第1の一方導電型半導体層32の幅方向Yの一方Y1の端部に積層される部分に、前記グランド電極配線GEに臨んで前記貫通孔40hが形成され、第2の一方導電型半導体層34の幅方向Yの一方Y1の端部に積層される部分に前記貫通孔40gが形成されて、これら貫通孔40h,40gを介して短絡配線11がグランド電極配線GEと、第2の一方導電型半導体層34の厚み方向Zの一方Z1の表面とにそれぞれ接続される。また第2の他方導電型半導体層35は、第1の他方導電型半導体層34の厚み方向Zの一方の表面のうち、幅方向Yの他方Y2の端部および配列方向Xの両端部を除いて積層される。
オーミックコンタクト層27の厚み方向Zの一表面27aには、アノード電極2が接続され、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、セレクト電極12が接続される。絶縁層28のうち、オーミックコンタクト層27,37の厚み方向Zの一表面27a,37a上に形成される部分には、貫通孔40c,40dがそれぞれ形成され、この貫通孔40c,40dに第1アノード電極配線部分17aと一体に形成されるアノード電極2、セレクト電極配線SEと一体に形成されるセレクト電極12の一部がそれぞれ形成されて、オーミックコンタクト層27,37に接触している。貫通孔40cは、発光素子Tの配列方向Xの中央で、かつ発光素子Tの幅方向Yの中央が絶縁膜28から露出するように形成されており、アノード電極2からの電流を、発光素子Tの中央部に効率的に供給して、発光素子Tを発光させることができる。第1アノード電極配線部分17aの配列方向Xの長さW4は、発光素子Lの配列方向Xの長さW5の1/3以下に形成される。これによって第1アノード電極配線部分17aを設けても発光素子Tからの光を厚み方向Zの一方Z1に出射させることができる。発光素子Lの配列方向Xの長さW5は、発光素子Lの配列方向Xにおける最大寸法である。
発光素子Tと発光選択素子Sとの間には、絶縁膜28が充填されている。セレクト電極配線SEの幅方向Yの他方Y2の端部51は、幅方向Yにおいて発光素子発光部16と発光選択素子発光部18との中央まで延び、幅方向Yの一方Y1の端部51は、第2の他方導電型半導体層35のオーミックコンタクト層37寄りの一部およびオーミックコンタクト層37を、幅方向Yの一方Y1側から覆う。
発光素子Tおよび発光選択素子Sでは、主に第2の一方導電型半導体層24,34と、第2の他方導電型半導体層25,35との界面付近で、第2の一方導電型半導体層24,34寄りの領域において光が発生する。したがって第2の一方導電型半導体層24,34と、第2の他方導電型半導体層25,35が、発光部をそれぞれ構成する。また発光素子Tでは、第1の一方導電型半導体層22と第1の他方導電型半導体層23と第2の一方導電型半導体層24とによって主として受光する受光部、言い換えればフォトトランジスタ部が形成される。
各発光素子Tおよび発光選択素子Sは、基板21の一表面21aに、第1の一方導電型半導体層22と、第1の他方導電型半導体層23と、第2の一他方導電型半導体層24と、第2の他方導電型半導体層25およびオーミックコンタクト層27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Tおよび発光選択素子S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。
絶縁層28は、各半導体層を形成した後、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、発光素子Tまたは発光選択素子Sとの接続に必要な各貫通孔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。
セレクト配線接続用ボンディングパッドCSには、予め定める信号であるセレクト信号が与えられる。グランド配線接続用ボンディングパッドGNDは、接地される。各発光選択素子Sは、セレクト電極配線CSを介して与えられるセレクト信号に応答して発光する発光状態または発光しない非発光状態となる。各発光選択素子Sが発光すると、各発光選択素子Sの光はそれぞれ隣接する発光素子Tに照射される。各発光選択素子Sが発光する発光状態を、セレクト状態と記載する場合がある。各発光選択素子Sが発光しない非発光状態を、非セレクト状態と記載する場合がある。各発光素子Tは、各発光選択素子Sからの光を受光すると、前述したようにしきい電圧またはしきい電流が低下する。本実施の形態では、1つの発光素子Tに対し、1つの発光選択素子Sが隣接して配置されるので、発光素子Tが、発光選択素子Sの発する光を確実に受光することができ、発光選択素子Sが発光したときに発光素子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、安定した動作を実現することができる。
アノード配線接続用ボンディングパッドAには、第1駆動信号が与えられ、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSには、第2駆動信号が与えられる。第1駆動信号および第2駆動信号が与えられることによって各発光素子Tのアノード電極2およびカソード電極3間に印加される電圧の最大値または電流の最大値は、発光素子Tが発光駆動素子Sからの光を受光していないときのしきい電圧(初期しきい電圧)またはしきい電圧(初期しきい電流)よりも小さく、かつ発光素子Tが発光駆動素子Sからの光を受光しているときのしきい電圧またはしきい電圧よりも大きく選ばれる。これによって各発光選択素子Sがセレクト状態のときのみ、各発光素子Tが発光可能な発光可能状態となる。
発光素子ブロックBは、アノード電極2が共通に接続されるn個の発光素子Tから成り、各発光素子ブロックBに含まれる複数の発光素子Tのうちのいずれかの前記カソード電極3が共通に接続される。発光素子アレイ1内において、複数の発光素子ブロックBを時分割で駆動をする方式として、各発光素子ブロックBの所定の発光素子Tのカソード電極3をそれぞれ共通化するので、1つの発光素子アレイ1内に含まれる発光素子Tの数が多くなっても、アノード電極配線AEおよびカソード電極配線CEの増加、およびアノード配線接続用ボンディングパッドAおよびカソード配線接続用ボンディングパッドCの増加を抑制することができ、発光素子アレイ1を小型に形成することができる。
図6は、本発明の実施の一形態の発光装置60を模式的に示すブロック回路図である。発光装置60は、複数のアレイチップL1,L2,…,Lg−1,Lg(記号gは、2以上の正の整数)と、発光用駆動回路である第1駆動用IC(Integrated Circuit)61および第2駆動用IC62と、選択用駆動回路である選択駆動用IC63とを含んで構成される。各アレイチップL1,L2,…,Lg−1,Lgについて、それぞれを総称して指す場合および不特定のものを指す場合に、単にアレイチップLと記載する。各アレイチップLは、前述した図1に示すアレイチップ1である。各アレイチップL1,L2,…,Lg−1,Lgに含まれるセレクト配線接続用ボンディングパッドCSをそれぞれCS1,CS2,…,CSg−1,CSgと記載する。
各アレイチップLは、配列方向Xに沿って発光素子Tが一列に配列されて、各発光素子Tからの光の出射方向を揃えて図示しない回路基板に実装される。また第1および第2駆動用IC61,62と、選択駆動用IC63とは、前記回路基板に実装される。第1駆動用IC61は、1つのアレイチップLに含まれるアノード配線接続用ボンディングパッドAと同数の第1信号出力端子a1,a2,…,ak−1,akを有し、各第1信号出力端子a1,a2,…,ak−1,akは、各アレイチップLの前記アノード配線接続用ボンディングパッドA1,A2,…Ak−1,Akにそれぞれ接続される。すなわち所定の第1信号出力端子ai3(記号i3は、k以下の自然数)は、各アレイチップLのアノード配線接続用ボンディングパッドAi3にそれぞれ接続される。第1信号出力端子a1,a2,…,ak−1,akは、回路基板に形成されるパターン配線およびこのパターン配線とアノード配線接続用ボンディングパッドA1,A2,…Ak−1,Akとを接続するボンディングワイヤとを介して、アノード配線接続用ボンディングパッドA1,A2,…Ak−1,Akと接続される。第1信号出力端子a1,a2,…,ak−1,akについて、それぞれを総称して指す場合および不特定のものを指す場合に、単に第1信号出力端子aと記載する場合がある。
第2駆動用IC62は、カソード配線接続用ボンディングパッドC1,C2,…,Cn−1,Cnと同数の第2信号出力端子c1,c2,…,cn−1,cnを有し、第2信号出力端子c1,c2,…,cn−1,cnは、各アレイチップLのカソード配線接続用ボンディングパッドC1,C2,…,Cn−1,Cnにそれぞれ接続される。本実施の形態では、n=4であり、第2駆動用IC62は、第2信号出力端子c1,c2,c3,c4を有する。すなわち所定のカソード配線接続用ボンディングパッドCi4(記号i4は、n以下の自然数)は、各アレイチップLの信号出力端子ci4にそれぞれ接続される。第2信号出力端子c1,c2,…,cn−1,cnは、回路基板に形成されるパターン配線およびこのパターン配線とカソード配線接続用ボンディングパッドC1,C2,…,Cn−1,Cnとを接続するボンディングワイヤとを介して、カソード配線接続用ボンディングパッドC1,C2,…,Cn−1,Cnと接続される。第2信号出力端子c1,c2,…,cn−1,cnについて、それぞれを総称して指す場合および不特定のものを指す場合に、単に第2信号出力端子cと記載する場合がある。
選択駆動用IC63は、セレクト配線接続用ボンディングパッドCS1,CS2,…,CSg−1,CSgと同数のセレクト信号出力端子cs1,cs2,…,csg−1,Ccsgを有し、セレクト信号出力端子cs1,cs2,…,csg−1,csgは、各アレイチップLのセレクト配線接続用ボンディングパッドCS1,CS2,…,CSg−1,CSgにそれぞれ接続される。すなわち所定のセレクト信号出力端子csi5(記号i5は、g以下の自然数)は、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSi5に接続される。セレクト信号出力端子cs1,cs2,…,csg−1,csgは、回路基板に形成されるパターン配線およびこのパターン配線とセレクト配線接続用ボンディングパッドCS1,CS2,…,CSg−1,CSgとを接続するボンディングワイヤとを介して、セレクト配線接続用ボンディングパッドCS1,CS2,…,CSg−1,CSgと接続される。セレクト信号出力端子cs1,cs2,…,csg−1,csgについて、それぞれを総称して指す場合および不特定のものを指す場合に、単にセレクト信号出力端子csと記載する場合がある。
第1駆動用IC61は、後述する制御手段96から与えられる画像情報に基づいて各第1信号出力端子a1,a2,…,ak−1,akから第1駆動信号を出力する。第2駆動用IC62は、後述する制御手段96から与えられる画像情報に基づいて各第2信号出力端子c1,c2,c3,c4から第2駆動信号を出力する。また選択駆動用IC63は、後述する制御手段96から与えられる画像情報に基づいて各セレクト信号出力端子cs1,cs2,…,csg−1,csgからセレクト信号を出力する。
図7は、発光装置60の動作を示すタイミングチャートである。図7では、第1および第2駆動用IC61,62ならびに選択駆動用IC63のぞれぞれの出力端子、すなわち第1信号出力端子a、第2信号出力端子c、およびセレクト信号出力端子csから出力される第1および第2駆動信号およびセレクト信号の波形、ならびにグランド配線接続用ボンディングパッドGNDに与えられる電位を表す。図6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し、縦軸は、信号レベルを表す。信号レベルは、電圧の大きさを表し、第1および第2駆動用IC61,62は、定電流を出力する。また選択駆動用IC63は、定電圧を出力する。
第1駆動信号(アノード信号)がハイ(H)レベルのとき、予め定める電流が第1信号出力端子aから出力され、第1駆動信号がロー(L)レベルのとき、第1信号出力端子aから電流は出力されない。第1駆動信号がHレベルのとき、5mAの定電流が第1信号出力端子aから出力される。また第2駆動信号(カソード信号)がHレベルのとき、予め定める電流が第2信号出力端子cから出力され、第2駆動信号がLレベルのとき、第2信号出力端子cから出力されない。第2駆動信号がHレベルのとき、1mAの定電流が第2信号出力端子cから出力される。またセレクト信号がHレベルのとき、予め定める電圧がセレクト信号出力端子csから出力され、Lレベルのとき零(0)Vがセレクト信号出力端子csから出力される。セレクト信号がHレベルのとき、接地電位に対して5Vの電圧がセレクト信号出力端子csから出力される。第1および第2駆動信号の信号レベルがハイレベルとのときに、各発光素子Tのアノード電極2およびカソード電極3間に与えられる電圧およびアノード電極2またはカソード電極3に流れる電流は、各発光素子Tが発光選択素子Sからの光を受光して低下したしきい電圧またはしきい電流よりも大きく、かつ各発光素子Tが受光していないときの初期のしきい電圧またはしきい電流よりも小さく選ばれる。
各発光素子Tは、セレクト状態であって、かつ第1駆動信号がHレベルであって、かつ第2駆動信号がLレベルのときに、しきい電流よりも高い電流が流れて発光する。また各発光素子Tは、セレクト状態であっても、第1および第2駆動信号がLレベルであれば電流が与えられないので、発光しない。また各発光素子Tは、セレクト状態であり、第1駆動信号がHレベルであっても、第2駆動信号がHレベルであれば、発光素子に与えられる電流がしきい電流よりも小さな電流となり、発光しない。また発光素子Tは、セレクト状態でないときは、第1および第2駆動信号の信号レベルにかかわらず発光しない。
第1駆動用IC61,62ならびに選択駆動用IC63がそれぞれ出力する第1駆動信号ならびにセレクト信号の信号レベルをそれぞれLレベルとし、かつ第2駆動用IC62が出力する第2駆動信号の信号レベルをHレベルとしている状態から、時刻t0で、選択駆動用IC63が、セレクト信号出力端子cs1から出力されるセレクト信号をHレベルにすると、アレイチップL1の各発光選択素子Sが発光して、各発光素子Tがセレクト状態となり、すなわちアレイチップL1の各発光素子Lのしきい電圧またはしきい電流が低下する。
時刻t0が経過した後、時刻t1で、第2駆動用IC62が第2信号出力端子c1から出力される第2駆動信号をLレベルにする。
時刻t1が経過した後、時刻t2で、第1駆動用IC61が、Lレベルの第2駆動信号が与えられている発光素子Tのうち、発光させるべき発光素子Tに電気的に接続される第1信号出力端子aから出力される第1駆動信号をHレベルにする。たとえば時刻t3の第1駆動用IC61の各第1信号出力端子a1から出力される第1駆動信号をHレベルにすると、アレイチップL1の各発光素子ブロックBのうち、カソード配線接続用ボンディングパッドC1に接続される全ての発光素子Tを発光させることができる。アレイチップL1を除くアレイチップLの所定の発光素子Tにも、Hレベルの第1駆動信号およびLレベルの第2駆動信号が与えられるが、アレイチップL1を除くアレイチップL1では、発光素子Tは、セレクト状態ではないので発光しない。
時刻t2が経過した後、時刻t3で、第1駆動用IC61が前記時刻t3においてLレベルにしている第2駆動信号を、Hレベルにする。これによって、各発光素子Tは消灯する。
時刻t3が経過した後、時刻t4で、時刻t1において第2駆動用IC62が第2信号出力端子c1から出力される第2駆動信号をHレベルにして、また第2信号出力端子c2から出力される第2駆動信号をLレベルにする。
以後、同様に第2駆動用IC62は、第2信号出力端子c2,c3,c4から出力される第2駆動信号のHレベルとLレベルとを順番に切換え、すなわち第2信号出力端子c2から出力される第2駆動信号をHレベルにするとき、第2信号出力端子c3から出力される第2駆動信号をLレベルにして、第2信号出力端子c3から出力される第2駆動信号をHレベルにするとき、第2信号出力端子c4から出力される第2駆動信号をLレベルにする。第2信号出力端子c1,c2,c3,c4からカソード電極3に与えられる第2駆動信号がそれぞれLレベルのときに、アノード電極3にHレベルの第1駆動信号が与えられた発光素子Tを選択的に発光させることができる。第2駆動用IC62が各第2信号出力端子c1,c2,c3,c4から出力される第2駆動信号がLレベルとなる時間およびHレベルとなる時間は等しく選ばれる。第2駆動用IC62は、第2信号出力端子c1,c2,c3,c4からそれぞれ出力される各第2駆動信号が、予め定める周期でHレベルおよびLレベルを繰返すように出力する。
第2駆動用IC62が第2信号出力端子c1,c2,c3,c4から出力される第2駆動信号のHレベルとLレベルとを順番に切換え、時刻t5で第2信号出力端子c4から出力される第2駆動信号をHレベルにした後、時刻t6で、時刻t0において選択駆動用IC63が、セレクト信号出力端子cs1から出力されるセレクト信号をLレベルにするとともに、セレクト信号出力端子cs2から出力されるセレクト信号をHレベルにする。これによって、アレイチップL2の各発光選択素子Sが消灯して、非セレクト状態となり、アレイチップL2の各発光選択素子Sが発光して、各発光素子Tがセレクト状態となり、すなわちアレイチップL2の各発光素子Lのしきい電圧またはしきい電流が低下する。
以後、同様に選択駆動用IC63は、各セレクト信号出力端子csから出力されるセレクト信号のHレベルとLレベルとを順番に切換える。選択駆動用IC63が各セレクト信号出力端子csから出力されるセレクト信号がHレベルとなる時間およびLレベルとなる時間は等しく選ばれる。選択駆動用IC63は、セレクト信号出力端子csからそれぞれ出力される各セレクト信号が、予め定める周期でHレベルおよびLレベルを繰返すように出力する。
第2駆動用IC62は、g個のアレイチップLで共有される1組の接続配線GC1〜GC4に共通に接続されており、g個のアレイチップLで共有する接続配線GCに、複数のアレイチップLのいずれかで受け取られる第2駆動信号を出力する。この第2駆動信号を受け取るか否かは、各アレイチップLに設けられたセレクト配線接続用ボンディングパッドCSに入力されるセレクト信号に応答してアレイチップLで選択される。
アレイチップLは、このアレイチップLに含まれる発光選択素子Sがセレクト信号によって選択される時間、すなわち発光選択素子Sが発光している時間に、発光素子Tがアノード電極2およびカソード電極3にそれぞれ与えられる第1および第2の駆動信号を受けて発光することができるセレクト状態となるように動作する。発光素子Tは、セレクト状態であるときにのみ、第1駆動信号および第2駆動信号に応答して発光素子Tは発光する。各アレイチップLに発光選択素子Sを設けて、この発光選択素子SによってアレイチップLにおいて、第1駆動信号および第2駆動信号に応答して発光素子Tを発光させるか否かを選択することができる。
1つのアレイチップLが有するアノード配線接続用ボンディングパッドAと同じ数の第1駆動信号出力端子aを有する第1駆動用IC61と、カソード配線接続用ボンディングパッドCと同じ数の第2駆動信号出力端子cを備える第2駆動用IC62と、複数のアレイチップL1と同数のセレクト信号出力端子scを備える選択駆動用IC63とによって、各発光素子Tを選択的に発光させることができる。第1駆動用ICと第2駆動用ICとを、各アレイチップLに共通に接続し、各アレイチップLの発光素子Tのアノード電極2に共通の第1駆動信号を与え、カソード電極3に共通の第2駆動信号を与えても、各選択素子からの光を受光しているアレイチップLの発光素子Tのみを選択的に発光させることができるので、第1および第2駆動用IC61,62から時分割で第1および第2駆動信号を各アレイチップLに共通に与えて、各アレイチップLの発光素子Tを時分割で駆動することができ、少ない駆動用ICで発光素子アレイを駆動することができる。
またアノード配線接続用ボンディングパッドAの総数と第1駆動用IC61の第1駆動信号出力端子aとを等しくする必要がなく、カソード配線接続用ボンディングパッドCの総数と、第2駆動用IC62の第2駆動信号出力端子cの総数とを等しくする必要がないので、各アレイチップLと第1および第2駆動用IC61,62とを接続する配線の数は、1つのアレイチップLと第1および第2駆動用IC61,62とを接続する場合と比較して、アレイチップLの数と1つのアレイチップLに含まれるアノード配線接続用ボンディングパッドAの数およびカソード配線接続用ボンディングパッドCの数を加算した数とを乗算した値となるのではなく、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSの数だけ、アレイチップLの数だけしか増加しない。したがって複数のアレイチップLを用いて発光装置60を形成するときに、アレイチップと駆動用ICとを接続する配線が増大してしまうことを抑制することができ、配線に必要な実装面積を低減して装置を小型に形成することができる。
以上のように本実施の形態の発光装置60は、駆動用ICおよび駆動用ICを実装する多層配線基板の層数を少なくしたり、駆動用ICを実装する基板の表面積を小さくしたりすることができるので小型に形成され、複数のアレイチップLに同じ駆動用ICから出力される駆動信号を与えることができるので、複数のアレイチップLにおける動作のばらつきがなく、安定に動作させることができる。また駆動用ICの数が低減されると、駆動用ICを接続する接続箇所が低減されるので、生産性を向上させ、また接続箇所の不具合によって発生する歩留まりの低下を抑制することができる。
本発明の他の実施の形態では、前述の図1に示す実施の形態において、1つの発光選択素子Sからの光を複数の発光素子Tが受光する構成としてもよい。発光選択素子Sによって、1つのアレイチップ1に含まれる全ての発光素子Tのしきい電圧またはしきい電流を、第1および第2駆動信号に応答して発光することができる程度に低下させることができればよく、1つの発光選択素子Sであっても複数の発光素子Tをセレクト状態にすることができるのであれば、1つの発光選択素子Sからの光を複数の発光素子Tが受光する構成としても同様の効果を達成することができる。この場合には、発光選択素子Sの数を低減することができるので、消費電力を低減することができる。
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において、発光選択素子Sを発光サイリスタではなく発光ダイオード(LED)によって実現してもよい。
図8は、本発明の実施の一形態の画像形成装置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、前述した発光装置60を備え、この発光装置60を、感光体ドラム90への露光装置に使用している。
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60Y,60M,60C,60K、集光手段であるレンズアレイ88Y,88M,88C,88K、前記各色に対応する4つの発光装置60Y,60M,60C,60Kが実装された回路基板およびレンズアレイ88を保持する第1ホルダ89Y,89M,89C,89K、4つの感光体ドラム90Y,90M,90C,90K、4つの現像剤供給手段91Y,91M,91C,91K、転写手段である転写ベルト92、4つのクリーナ93Y,93M,93C,93K、4つの帯電器94Y,94M,94C,94K、定着手段95および制御手段96を含んで構成される。
各発光装置60は、第1および第2駆動用IC61,62ならびに選択駆動用IC63に各色のカラー画像情報が与えられて動作する。たとえば、4つ発光装置60の配列方向Xの長さは、たとえば200mm〜400mmに選ばれる。
各発光装置60の発光素子Tからの光は、レンズアレイ88を介して各感光体ドラム90Y,90M,90C,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。
発光装置60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T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。
各感光体ドラム90Y,90M,90C,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60Y,60M,60C,60K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。
各感光体ドラム90Y,90M,90C,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90Y,90M,90C,90Kに現像剤を供給する現像剤供給手段91Y,91M,91C,91K、転写ベルト92、クリーナ93Y,93M,93C,93K、および帯電器94Y,94M,94C,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90Y,90M,90C,90Kに対して共通に設けられる。
前記感光体ドラム90Y,90M,90C,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90Y,90M,90C,90Kの回転軸方向と、各発光装置60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。
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90Y,90M,90C,90Kは、回転駆動手段によって回転される。
制御手段96は、前述した第1および第2駆動用IC61,62ならびに選択駆動用IC63に画像情報を与えるとともに、感光体ドラム90Y,90M,90C,90Kを回転駆動する回転駆動手段、現像剤供給手段91Y,91M,91C,91K、転写手段92、帯電手段94Y,94M,94C,94Kおよび定着手段95の各部を制御する。
このような構成の画像形成装置87では、発光装置60が、小型であって、安定に動作する信頼性の高いものであるので、良好な画像を安定に形成することができるものとなる。
図9は、本発明の他の実施の形態の発光素子アレイである発光素子アレイチップ100の概略的な構成を示す等価回路図である。本実施の形態において、前述した実施の形態と同様な構成については、同様の参照符号を付してその説明を省略する。以後、発光素子アレイチップ100を単にアレイチップ100と記載する場合がある。
アレイチップ100は、複数の発光素子T1,T2,…,Tm−1,Tm(記号mは、2以上の整数)と、1つの発光選択素子Sと、アノード電極配線AE1,AE2,…AEm−1,AEmと、1つのカソード電極配線CEと、セレクト電極配線SEと、グランド電極配線GEと、複数のアノード配線接続用ボンディングパッドA1,A2,…Am−1,Amと、カソード配線接続用ボンディングパッドCと、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSと、グランド配線接続用ボンディングパッドGNDと、短絡配線11を含んで構成される。本実施の形態では、記号m=4に選ばれ、すなわちアレイチップ100は、4つの発光素子T1〜T4を備える。
各発光素子Tのカソード電極3は、1つのカソード電極配線CEに共通に接続される。発光選択素子Sは、各発光素子Tに隣接し、各発光素子に光を照射可能に設けられる。各発光素子Tは、発光選択素子Sがセレクト信号に応答して発光するとこの光を受光してセレクト状態になる。発光素子Tは、セレクト状態となったときに、アノード電極配線AE1を介してアノード電極2に駆動信号が与えられるか、カソード電極配線CEを介してカソード電極3に駆動信号が与えられるか、またはカソード電極配線CEおよびアノード電極配線AE1をそれぞれ介して駆動信号がアノード電極2またはカソード電極3に駆動信号がそれぞれ与えられることによって発光する。
図10は、発光素子アレイチップ100を示す平面図である。なお同図は、各発光素子T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素子アレイチップ100の平面を示し、絶縁膜28は、図解を容易にするため省略して示している。発光素子アレイチップ100は、光導波体102を含んで構成される。
各発光素子Tは等間隔に配列され、相互に予め定める第1の間隔W1をあけて直線状に配列される。発光素子Tは、配列方向Xにおいて基板21の両端部8,9にわたって形成される。スイッチ素子Sは、複数の発光素子Tから成る発光素子群101の幅方向Yの一方Y1に設けられ、配列方向Xの中央が、前記発光素子群101の配列方向Xの中央を通る仮想一平面上に設けられる。
各発光素子Tと発光選択素子Sとの間には、光導波体102が設けられる。光導波体102は、基板21の一表面21aに積層して設けられる。光導波体102は、光導波体102は、前記各発光素子Tの幅方向Yの一方Y1の端面103と、発光選択素子Sの幅方向Yの他方Y2の端面104とに密着して設けられ、発光選択素子Sの発光による光を、各発光素子Tに導波させる。光導波体102は、発光素子側導波部102aと、発光選択素子側導波部102bと、共通導波部102cとを含む。発光素子側導波部102aは、各発光素子Tに個別に設けられ、各発光素子Tの幅方向Yの一方Y1の端面103に密着して設けられ、配列方向Xにおいて発光素子Tに対向し、配列方向Xの長さが発光素子Tの配列方向Xの長さと等しく選ばれ、かつ厚み方向Zの長さが発光素子Tの厚み方向Zの長さと等しく選ばれる。発光素子側導波部102aは、発光選択素子Sの幅方向Yの他方Y2の端面104に密着して設けられ、配列方向Xにおいて発光選択素子Sに対向し、配列方向Xの長さが発光選択素子Tの配列方向Xの長さと等しく選ばれ、かつ厚み方向Zの長さが発光選択素子Sの厚み方向Zの長さと等しく選ばれる。共通導波部102cは、各発光素子側導波部102aと発光選択素子側導波部102bとの間に設けられ、配列方向Xに延びて各発光素子側導波部102aの幅方向Yの一方Y1の端部と、発光選択素子側導波部102bの幅方向Yの他方Y2の端部とにそれぞれ連なって設けられる。共通導波部102cの厚み方向Zの長さは、各発光素子側導波部102aと発光選択素子側導波部102bの厚み方向の長さと等しく選ばれる。また各発光素子側導波部102aと発光選択素子側導波部102bと、共通導波部102cとは、一体形成される。
光導波体102を単に直方体形状とするのではなく、発光素子側導波部102aと、発光選択素子側導波部102bとを設けることによって、発光選択素子Sの発光を複数の発光素子Tに効果的に分岐して導波させることができるため、1つの発光選択素子Sで多くの発光素子Tの選択状態を制御することができ、発光選択素子Sの駆動用の電力を低減することができる。
光導波体102は、光導波体102の屈折率は、この光導波体102の発光素子Tおよび発光選択素子Sならびに基板21を除く周囲の屈折率よりも大きく選ばれ、かつ絶縁膜28よりも、発光選択素子Sから出射された波長の光に対して透過率の高い材料を用いて形成される。また光導波体102は、良好な電気絶縁性を有し、これによって光導波体102に積層して電気配線を形成することができる。このような導波体102は、たとえばポリイミド樹脂によって形成される。また光導波体102の前記周囲には、空気層および反射率の高い金属層のうちの少なくともいずれかが形成される。このようにすれば、発光選択素子Sから出射して光導波体102に入射した光は、光導波体102の外周面と周囲の空気層または金属層との界面で反射を繰り返しながら各発光素子Tに導波する。
各発光素子Tの幅方向Yの他方Y2には、配列方向Xに沿って各カソード電極配線CEの一部を構成する配列方向接続配線GCが基板21の厚み方向Zの一表面21aに積層して設けられる。各配列方向接続配線GCには、幅方向Yに沿って各カソード電極配線CEの残部を構成する幅方向接続配線WC1,WC2,WC3,WC4が接続される。幅方向接続配線CWは、図示しない絶縁膜28に積層されて各配列方向接続配線GCと電気的に絶縁され、絶縁膜28に形成される貫通孔40aを介して各発光素子T1,T2,T3,T4の幅方向Yの他方Y2の端部15にそれぞれが接続され、この端部15から幅方向Yの他方Y2に延び、共通の配列方向接続配線GCに貫通孔40bを介して接続される。
配列方向接続配線GCの幅方向Yの他方Y2には、アレイチップ100の幅方向Yの他方Y2の端部15に、配列方向Xに沿ってアノード配線接続用ボンディングパッドA2,A3と、カソード配線接続用ボンディングパッドCとが配列方向Xに所定の間隔をあけて設けられる。
光導波体102の幅方向Yの一方Y1には、アレイチップ100の配列方向Yの両端部8,9にそれぞれアノード配線接続用ボンディングパッドA1,A4と、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSと、グランド配線接続用ボンディングパッドGNDとが、互いに間隔をあけて設けられる。アノード配線接続用ボンディングパッドA1,A4は、光導波路102に隣接して、発光選択素子Sの配列方向Xの両側にそれぞれ設けられる。セレクト配線接続用ボンディングパッドCSと、グランド配線接続用ボンディングパッドGNDとは、アレイチップ100の幅方向Yの一方Y1の端部で、前記アノード配線接続用ボンディングパッドA1,A4の幅方向Yの一方Y1にそれぞれ設けられる。
アノード電極配線AE1〜AE4は、対応する発光素子T1〜T4と、アノード配線接続用ボンディングパッドA1〜A4にそれぞれ接続される。
セレクト電極配線SEは、図示しない絶縁膜28に積層して、発光選択素子Sを厚み方向Zの一方Z1側から覆うように設けられる。セレクト電極配線SEと、セレクト電極CSとは、セレクト電極配線接続部19によって電気的に接続される。セレクト電極配線SEと、セレクト電極CSと、セレクト電極配線接続部19とは一体形成される。
発光選択素子Sの幅方向Yの一方Y1の端部41には、接地側電極13と一体に形成されるグランド電極GEが接続される。グランド電極配線GEと、グランド電極GNDとは一体形成される。
アレイチップ100は、セレクト配線接続用ボンディングパッドCSから入力されるセレクト信号に応じて、発光選択素子Sが発光し、この発光による光を発光素子Tが受光して発光素子Tがセレクト状態になったときにのみ、アノード電極用ボンディングパッドA1〜A4およびカソード配線接続用ボンディングパッドC1,C2,…,Cn,Cn−1の少なくともいずれか一方から入力される駆動信号に応じて発光素子T1〜T4のいずれかが発光するように動作する。駆動信号の電圧または電流は、各発光素子Tが発光選択素子Sからの光を受光して低下したしきい電圧またはしきい電流よりも大きく、かつ各発光素子Tが受光していないときの初期のしきい電圧またはしきい電流よりも小さく選ばれる。
たとえばアノード電極用ボンディングパッドAおよびカソード配線接続用ボンディングパッドCのうち、いずれか一方を接地すると、アノード電極用ボンディングパッドAおよびカソード配線接続用ボンディングパッドCのいずれか他方にのみ駆動信号を与えればよいので、発光装置の構成を簡略化することができる。
アレイチップ100によれば、前述したアレイチップ1と同様に、アレイチップ100に設けられた発光選択素子Sが、セレクト信号によって選択される時間にのみ、発光素子Tがアノード電極用ボンディングパッドA1〜A4およびカソード配線接続用ボンディングパッドC1,C2,…,Cn,Cn−1の少なくともいずれか一方から入力される駆動信号に応じて発光することができるセレクト状態となる。したがって、複数のアレイチップ100を並べて発光装置を構成するときに、各アレイチップ100に駆動信号を出力する駆動用ICをそれぞれ個別に用意しなくても、駆動用ICと、駆動用ICおよびアレイチップ100を接続する配線とを共用して、時分割で駆動することができる。これによって、少ない駆動用ICで、複数のアレイチップ100を時分割で駆動することができる。また発光選択素子Sと発光素子Tとの間に光導波体102を設けることによって、1つの発光選択素子Sからの光を複数の発光素子Tに導波させて発光選択素子Sからの光を複数の発光素子Tに効率的に照射することができるので、発光選択素子Sの数を少なくすることでき、これによって消費電力の抑制し、また発光素子アレイを小型化することができる。
図11は、本発明のさらに他の実施の形態の発光素子アレイである発光素子アレイチップ120の概略的な回路構成を示す等価回路図である。以後、発光素子アレイチップ120を、単にアレイチップ120と記載する場合がある。本実施の形態のアレイチップ120と、前述の図1に示す実施の形態のアレイチップ1とは、各発光素子Tと、カソード電極配線CEとの接続の形態が異なるのみであって、その他の構成は同様であるので、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。
相互に隣接する発光素子ブロックBによって、発光素子ブロック体D1,D2,…,Dq−1,Dq(記号qは、正の整数であって、かつq=k/2)が形成される。以後、発光素子ブロック体D1,D2,…,Dq−1,Dqを総称する場合および不特定のものを示す場合、単に発光素子ブロック体Dと記載する。本実施の形態では、発光素子ブロック体D1は、発光素子ブロックB1,B2によって形成され、発光素子ブロック体Dqは、発光素子ブロックBk−1,Bkによって形成される。
アレイチップ120は、n+1本のカソード電極配線CE1,CE2,…,CEn,CEn+1を有する。発光素子ブロック体Dにおける発光素子Tの配列方向Xに沿う一方から他方に向かって第h(1≦h≦2×n)番目の発光素子Thのカソード電極3と、n+1本のカソード電極配線CEのうちの、第r(1≦r≦n+1)番目のカソード電極配線CErとが、以下の条件(1)および(2)を満たすように接続される。
条件(1) hが、1≦h≦nのとき、rが、r=h
条件(2) hが、n+1≦h≦2×nのとき、rが、r=2×n+2−h
条件(1) hが、1≦h≦nのとき、rが、r=h
条件(2) hが、n+1≦h≦2×nのとき、rが、r=2×n+2−h
本実施の形態では、n=4に選ばれる。したがって発光素子ブロック体Cに含まれ、配列方向Xに沿う一方X1から他方X2に向かって第h番目(1≦h≦8)の発光素子Thのカソード電極3と、カソード電極配線CEとの接続については、hが、1≦h≦4のとき、すなわち発光素子ブロック体C1に含まれる発光素子ブロックBのうち、配列方向Xの一方X1の発光素子ブロックBに含まれる発光素子Tについては、第h番目の発光素子Thのカソード電極3と第h番目のカソード電極配線CEhとが接続される。たとえば発光素子ブロックB1において、発光素子T1のカソード電極3は、カソード電極配線CE1と接続され、発光素子T2のカソード電極3は、カソード電極配線CE2と接続され、発光素子T3のカソード電極3は、カソード電極配線CE3と接続され、発光素子T4のカソード電極3は、カソード電極配線CE4と接続される。またhが、5≦h≦8のとき、すなわち発光素子ブロック体Dに含まれる発光素子ブロックBのうち、配列方向Xの他方Y2の発光素子ブロックBに含まれる発光素子Tについては、第h番目の発光素子Thのカソード電極3と第2×n+2−h番目のカソード電極配線CE2×n+2−hとが接続される。たとえば発光素子ブロックB2において、発光素子T5のカソード電極3は、カソード電極配線CE5と接続され、発光素子T6のカソード電極3は、カソード電極配線CE4と接続され、発光素子T7のカソード電極3は、カソード電極配線CE3と接続され、発光素子T8のカソード電極3は、カソード電極配線CE2と接続される。
以上のようにアレイチップ120では、発光素子ブロックBに含まれ、相互に隣接する発光素子Tでは、それぞれの一方の発光素子Tのカソード電極3が第r番目のカソード電極配線CEに接続され、他方の発光素子Tのカソード電極3が第r+1番目のカソード電極配線CEに接続されるので、第1番目〜第N+1番目のカソード電極配線CEに時分割で順番にHレベルの第2駆動信号を伝送させて、各発光素子ブロックBのアノード電極14に同じタイミングでHレベルの第1駆動信号を与えても、相互に隣接する発光素子Tが同時に発光してしまうことがなく、また相互に隣接する発光素子Tの発光するタイミングの時間的なずれが大きくなってしまうことを抑制することができる。
また相互に隣接する発光素子ブロックBで、相互に隣接する発光素子Tについても、同様にそれぞれのカソード電極3が第r番目および第r+1番目のカソード電極配線CEに個別に接続されることになるので、アレイチップ120の全域にわたって、相互に隣接する発光素子T間における発光するタイミングが大きくずれてしまうことを抑制するとともに、同じタイミングでの発光が防止される。チップアレイ120を、感光体ドラム90を露光する露光装置として用いると、相互に隣接する発光素子T間における発光するタイミングが大きくずれてしまうことが抑制されることによって、感光体ドラム90に露光される露光位置に不連続点が発生せず、かつ相互に隣接する発光素子Tが同時に発光することが抑制される。したがって各発光素子Tの発光した時の発熱のムラを抑制して、各発光素子Tの温度変化による発光特性を揃えることができ、さらに相互に隣接する発光素子Tから発生する光が干渉することが防止することができる。したがってチップアレイ120では、チップアレイ1と同様な効果を達成することができるだけではなく、さらに感光体ドラム90を精度よく露光することができ、これによって画像形成装置87において、優れた画像品質の記録画像を得ることができる。
図12は、本発明の他の実施の形態の発光装置130を模式的に示すブロック回路図である。本実施の形態の発光装置130は、前述した実施の形態の発光装置60と同様な構成であって、発光装置60とは第1駆動用IC61の第1信号出力端子aの端子数と、選択駆動用IC63の選択信号出力端子csの端子数と、発光素子アレイLと第1駆動用IC61および第2駆動用ICとの接続形態が異なるのみであるので、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。
発光装置130は、複数のアレイチップL1,L2,…,Lg−1,Lgと、2つの第1駆動用IC61a,61bと、第2駆動用IC62と、選択駆動用IC63とを含んで構成される。本実施の形態では、記号g,kは、偶数に選ばれる。また、g=4×kに選ばれる。
第1駆動用IC61a,61bの端子数は、それぞれ前述した実施の形態の第1駆動用IC61の端子数の2倍に選ばれる。すなわち第1および第2駆動用IC61a,61bは、それぞれ第1信号出力端子a1,a2,…,a2×k−1,a2×kを有する。第1駆動用IC61a,61bは、g個のアレイチップLのうち、2/g個のアレイチップLと接続される。
第1駆動用IC61aの所定の第1信号出力端子ai5(記号i6は、k以下の自然数)は、各アレイチップLのうち、アレイチップL1,L2,…,Lg/4−1,Lg/4のアノード配線接続用ボンディングパッドAi5にそれぞれ接続される。また第1駆動用IC61aの所定の第1信号出力端子ai6(記号i6は、k+1以上、2×k以下の自然数)は、各アレイチップLのうち、アレイチップLg/4+1,Lg/4+2,…,Lg/2−1,Lg/2のアノード配線接続用ボンディングパッドAi6−kにそれぞれ接続される。
また第2駆動用IC61bの所定の第1信号出力端子ai7(記号i7は、k以下の自然数)は、各アレイチップLのうち、アレイチップLg/2+1,Lg/2+2,…,Lg×3/4−1,Lg×3/4のアノード配線接続用ボンディングパッドAi7にそれぞれ接続される。また第1駆動用IC61bの所定の第1信号出力端子ai8(記号i8は、k+1以上、2×k以下の自然数)は、各アレイチップLのうち、Lg3/4+1,Lg3/4+2,…,Lg−1,Lgのアノード配線接続用ボンディングパッドAi8−kにそれぞれ接続される。
選択駆動用IC63の端子数は、前述した実施の形態の選択駆動用IC63の端子数の1/4に選ばれる。すなわち選択駆動用IC63は、それぞれセレクト信号出力端子cs1,cs2,…,csg/4−1,csg/4を有する。また選択駆動用IC63の所定のセレクト信号出力端子csi9は(記号i9は、g/4以下の自然数)は、各発光素子アレイLのうち発光素子アレイLi9,Lk+i9,Lg/2+i9,Lg/2+k+i9にそれぞれ接続される。各発光素子アレイLのうち発光素子アレイLi9,Lk+i9,Lg/2+i9,Lg/2+k+i9のカソード配線接続用ボンディングパッドCには共通の第2駆動信号が与えられるが、アノード配線接続用ボンディングパッドAが、異なる第1信号出力端子aに接続されるので、共通の第2駆動信号が与えられたとしても、選択駆動用IC63からのセレクト信号によってアレイチップLi9,Lk+i9,Lg/2+i9,Lg/2+k+i9の全ての発光素子Tがセレクト状態となったとしても、これらの発光素子Tを発光させるか否かを個別に選択することができる。
本実施の形態の発光装置130では、第1駆動用IC61a,61bならびに選択駆動用IC63によって、各アレイチップLi9,Lk+i9,Lg/2+i9,Lg/2+k+i9を同時にセレクト状態として、これらのアレイチップLi9,Lk+i9,Lg/2+i9,Lg/2+k+i9に共通に与えられる第2駆動信号に合わせて、信号レベルの異なる第1駆動信号を与えることができるので、全ての発光素子Tを選択的に発光させるために要する時間を、図6に示す前述の実施の形態の発光装置60と比較して、4分の1に低減することができる。感光体ドラム90を露光するときの露光速度を向上させることができ、画像形成装置において画像形成に要する時間を短縮することができる。
本発明の他の実施の形態の発光装置において、第1駆動用IC61の数は、2個に限らず、3つ以上の複数個であってもよい。
また本発明の他の実施の形態では、前述した実施の形態の画像形成装置87の発光装置60を、図12に示される実施の形態の発光装置130に代えて画像形成装置を構成してもよい。これによって、前述した効果に加えて、より短時間で画像を形成することができる。また本発明の他の実施の形態では、前述した実施の形態の発光装置60,120において、発光素子アレイ1を、前述した実施の形態の発光素子アレイ100に代えて構成してもよい。
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。
1,100 発光素子アレイチップ
T 発光素子
S 発光選択素子
B 発光素子ブロック
2 アノード電極
3 カソード電極
102 導波体
61 第1駆動用IC
62 第2駆動用IC
63 選択駆動用IC
T 発光素子
S 発光選択素子
B 発光素子ブロック
2 アノード電極
3 カソード電極
102 導波体
61 第1駆動用IC
62 第2駆動用IC
63 選択駆動用IC
Claims (6)
- 信号入力電極を有し、前記信号入力電極に与えられる選択信号に応答して発光する発光選択素子と、
アノード電極およびカソード電極を有し、相互に間隔をあけて配列され、かつ前記発光選択素子からの光を受光可能に設けられ、受光によってしきい電圧またはしきい電流が低下した状態で、前記アノード電極および前記カソード電極の少なくともいずれか一方に与えられる駆動信号に応答して発光する複数の発光素子と、
前記各発光素子の前記アノード電極および前記カソード電極の少なくともいずれか一方に接続され、駆動信号を伝送する信号伝送用の配線部とを含むことを特徴とする発光素子アレイ。 - 前記複数の発光素子は、前記アノード電極が相互に接続されるn個(nは2以上の整数)の発光素子から成る発光素子ブロックを複数構成し、
前記各発光素子ブロックに含まれる複数の前記発光素子のうちのいずれかの前記カソード電極が共通に接続されることを特徴とする請求項1記載の発光素子アレイ。 - 前記発光素子と前記発光選択素子との間に設けられ、前記発光選択素子が発する光を複数の発光素子に導く光導波体をさらに含むことを特徴とする請求項1または2記載の発光素子アレイ。
- 前記発光素子および前記発光選択素子は、同じ層構成を有する発光サイリスタによって形成され、
前記発光選択素子を形成する発光サイリスタは、ゲート電極が前記アノード電極または前記カソード電極のいずれか一方に接続されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光素子アレイ。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光素子アレイを複数備える発光素子アレイ体と、
前記各発光素子アレイの前記配線部に駆動信号を与える発光用駆動回路と、
前記各発光素子アレイの前記信号入力電極に個別に接続され、前記信号入力電極に選択信号を与える選択用駆動回路とを含むことを特徴とする発光装置。 - 請求項5記載の発光装置と、
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み、
前記発光駆動回路および選択駆動回路は、画像情報に基づいて駆動信号および選択信号を出力することを特徴とする画像形成装置。
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JP2006023952A JP2007203555A (ja) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | 発光素子アレイ、発光装置および画像形成装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7852364B2 (en) | 2007-11-30 | 2010-12-14 | Seiko Epson Corporation | Line head and an image forming apparatus using the line head |
-
2006
- 2006-01-31 JP JP2006023952A patent/JP2007203555A/ja active Pending
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