JP2008166611A - 発光素子アレイ、それを用いた光プリントヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高くて、しかも量産性が良好である発光素子アレイ、それを用いた光プリントヘッドおよび画像形成装置を提供する。
【解決手段】 発光素子アレイ１は、基板２と、基板２の表面部に設けられている発光素子とを有する。発光素子は幅方向に一定の間隔をあけて配列されており、発光素子のうち配列方向最端の発光素子を最端素子３、また最端素子３に隣接する発光素子を隣接素子４と呼ぶ。最端素子３の幅を隣接素子４の幅よりも小さく形成し、最端素子３と隣接素子４との間に反射体６を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光プリンタ等の構成部品であって露光用の光源である発光ダイオード（ Light Emitting Diode：略称ＬＥＤ）アレイや発光サイリスタアレイなどの発光素子アレイ、それを用いた光プリントヘッドおよび画像形成装置に関するものである。

電子写真方式のプリンタ、ファクシミリおよび複写機などの画像形成装置における露光装置の一つとして、光プリントヘッドが用いられる。光プリントヘッドは、複数の発光素子を等間隔で配置して構成される発光素子アレイを駆動させて光源に用いる。光プリントヘッドは、発光素子アレイと、発光素子アレイから出射される光を電子写真感光体に照射させるレンズアレイとを含んで構成され、帯電されている電子写真感光体に光を照射して静電潜像を形成する。

発光素子アレイとしては、たとえば単結晶の基板にエピタキシャル成長によって形成される発光層を含むガリウム砒素（ＧａＡｓ）などから成る化合物半導体層を発光素子として備えるものが知られている。このような発光素子アレイを備える光プリントヘッドでは、チップ状に加工される発光素子アレイチップが複数個配列され、これら発光素子アレイチップに備えられる発光素子は全てが等間隔に配列されるように、隣接する発光素子アレイチップ間でチップ端から発光素子までの幅が調整される。その際その幅は発光素子の高密度化に従って小さくなるために、発光素子アレイチップをダイシング等によって切り出す時や発光素子アレイチップを回路基板等に実装する時に傷つけられやすいという問題がある。

このような問題に対しては、従来ダイシングの際の、端面の欠けつまりチッピングをなるべく小さくする方法（特許文献１参照）やチップ端に溝等を設ける方法（特許文献２および特許文献３参照）などが提案されている。

また特許文献４には、発光部に隣接して、その発光部から放射される光の一部を遮る遮光膜を設けた従来の発光素子アレイが開示されている。

特開平４−２９０２４８号公報 特開平６−２９５７２号公報 特開平６−３１４８１７号公報 特開２００２−４３６２２号公報

しかしながら、特許文献１〜特許文献３に開示されているような従来の発光素子アレイでは、発光素子の高密度化に対しては、チップ端側の発光素子とチップ端との間に設けられる余白の幅を確保することが、光の強度の低下や複数の発光素子間の光の強度の不均一を招くために困難となり、ダイシング等の精度による制限を受けてしまうので、さらなる高解像度化が難しいという問題点があった。

また特許文献４に開示されているような従来の発光素子アレイでは、光の強度の調整手段が遮光部材によるものであることから、光の強度を調整するために全体的に光の強度が低下してしまうので、単位時間当たりの露光量、つまり光の強度が低下することから印画速度が遅くなってしまう等の問題点があった。

本発明の目的は、上記の従来の問題点を解決して、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高くて、しかも量産性が良好である発光素子アレイ、それを用いた光プリントヘッドおよび画像形成装置を提供することにある。

本発明は、基板と、
前記基板の厚み方向一方側の表面部に形成され、通電されることによって発光する複数の発光素子であって、その幅方向に一定の間隔をあけて配列されるとともに、配列方向最端の前記発光素子である最端素子と、前記最端素子に隣接する前記発光素子である隣接素子とを含み、前記隣接素子の幅方向の長さよりも前記最端素子の幅方向の長さが小さく形成されている複数の発光素子と、
前記基板の厚み方向一方側の表面部であって、前記最端素子と前記隣接素子との間の表面部に設けられ、前記最端素子から出射される光を前記基板とは反対側の領域へ反射する反射体と、
を有することを特徴とする発光素子アレイである。

また本発明は、前記最端素子が、配列方向両端に設けられていることを特徴とする。
また本発明は、前記反射体の、前記最端素子と向かい合う面が、前記基板の厚み方向に前記基板から離れるほど、前記最端素子から離れるように、傾斜して形成されていることを特徴とする。

また本発明は、基板と、
前記基板の厚み方向一方側の表面部に形成され、通電されることによって発光する複数の発光素子であって、その幅方向に一定の間隔をあけて配列されるとともに、配列方向最端の前記発光素子である第１最端素子と、前記第１最端素子に隣接する第２最端素子と、前記第２最端素子に隣接する隣接素子とを含み、前記隣接素子の幅方向の長さよりも、前記第１最端素子および第２最端素子の幅方向の長さが小さく形成されている複数の発光素子と、
前記基板の厚み方向一方側の表面部であって、前記第１最端素子と前記第２最端素子との間の表面部に設けられ、前記第１最端素子と前記第２最端素子とから出射される光を、前記基板とは反対側の領域へ反射する反射体と、
を有することを特徴とする発光素子アレイである。

また本発明は、前記第１最端素子と前記第２最端素子とが、配列方向両端に設けられていることを特徴とする。

また本発明は、前記反射体の、前記第１最端素子または前記第２最端素子と向かい合う面が、前記基板の厚み方向に前記基板から離れるほど、前記第１最端素子または前記第２最端素子から離れるように、傾斜して形成されていることを特徴とする。

また本発明は、前記反射体が、前記基板の厚み方向に積層されている複数の層からなる積層体であって、
前記積層体の最上層がアルミニウム、金、銀、銅および白金のうちいずれか１つ以上を含んで構成されていることを特徴とする。

また本発明は、前記積層体の、前記基板と接する最下層がクロム、チタンおよび白金のうちいずれか１つ以上を含んで構成されていることを特徴とする。

また本発明は、前記基板の厚み方向に積層され、前記発光素子に通電するための配線層をさらに有し、
前記配線層と前記積層体との層構成が同じであるように形成されていることを特徴とする。

また本発明は、前記発光素子アレイと、
前記発光素子から出射される光を電子写真感光体に照射させるレンズアレイと、
を有することを特徴とする光プリントヘッドである。

また本発明は、前記光プリントヘッドと、
前記光プリントヘッドから出射される光が照射される前記電子写真感光体に現像剤を供給する現像剤供給手段と、
前記電子写真感光体に現像剤によって形成される画像を記録シートに転写する転写手段と、
前記記録シートに転写される現像剤を定着させる定着手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、発光素子アレイは、基板と通電されることによって発光する複数の発光素子とを有し、基板の厚み方向一方側の表面部に発光素子が複数形成され、これらは発光素子の幅方向に一定の間隔をあけて配列されている。基板の最端に位置する発光素子（以下「最端素子」という）は、隣接する発光素子（以下「隣接素子」という）よりも幅方向の長さが小さく形成されているので、発光素子を等間隔で配列させた上で、高解像度化のためにその間隔が狭められても、最端素子から発光素子アレイ端面までの間隔が十分大きく確保される。よって発光素子アレイの製造工程中のダイシング工程で、発光素子アレイ端面に端面の欠けつまりチッピングが発生しても、最端素子が損傷するおそれがなく、製造歩留まりが向上する。

ここで最端素子を隣接素子よりも小さくすると、発光素子アレイの最端部における光の強度は、発光素子アレイの中央部における光の強度よりも低くなってしまう。そこでさらに最端素子と隣接素子との間に、反射体を設けて最端素子から放射状に出射される光の一部を、基板側ではなく基板とは反対側の領域へ反射させて、最端素子の主出射方向への光の強度を高くする。これによって光の強度の低下を補正して隣接素子からの光の強度に近づけることができる。このような発光素子アレイは、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高くて、しかも量産性が良好である。

また本発明によれば、発光素子アレイは、両端に最端素子および反射体をそれぞれ有しているので、発光素子アレイ全体の光の強度を低下させることなく、各発光素子からの光の強度を均一にすることができる。このような発光素子アレイは、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高くて、しかも量産性が良好である。

また本発明によれば、発光素子アレイの反射体の最端素子と向かい合う面が、基板の厚み方向に基板から離れるほど、最端素子から離れるように傾斜しているので、最端素子から出射する光を、基板側ではなく基板とは反対側の領域へ反射させる。これによって効果的に最端素子の主出射方向への光の強度を高くする。

また本発明によれば、発光素子アレイは、基板と通電されることによって発光する複数の発光素子とを有し、基板の厚み方向一方側の表面部に発光素子が複数形成され、これらは発光素子の幅方向に一定の間隔をあけて配列されている。基板の最端に位置する発光素子（以下「第１最端素子」という）と、第１最端素子に隣接する発光素子（以下「第２最端素子」という）とは、第２最端素子に隣接する発光素子（以下「隣接素子」という）よりも幅方向の長さが小さく形成されている。第１最端素子の幅方向の長さが小さく形成されているので、発光素子を等間隔で配列させた上で、高解像度化のためにその間隔が狭められても、第１最端素子から発光素子アレイ端面までの間隔が十分大きく確保される。よって発光素子アレイの製造工程の中のダイシング工程で、発光素子アレイ端面に端面の欠けつまりチッピングが発生しても、第１最端素子が損傷するおそれがなく、製造歩留まりが向上する。

ここで第１最端素子および第２最端素子を隣接素子よりも小さくすると、発光素子アレイの最端部における光の強度は、発光素子アレイの中央部の光の強度よりも低くなってしまう。そこでさらに第１最端素子と第２最端素子との間に、反射体を設けて第１最端素子および第２最端素子から放射状に出射される光の一部を、基板側ではなく基板とは反対側の領域へ反射させて、第１最端素子および第２最端素子の主出射方向への光の強度を高くする。これによって光の強度の低下を補正して隣接素子からの光の強度に近づけることができる。このような発光素子アレイは、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高くて、しかも量産性が良好である。

また本発明によれば、発光素子アレイは、両端に第１最端素子、第２最端素子および反射体をそれぞれ有しているので、発光素子アレイ全体の光の強度を低下させることなく、各発光素子からの光の強度を均一にすることができる。このような発光素子アレイは、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高くて、しかも量産性が良好である。

また本発明によれば、発光素子アレイの反射体の、第１最端素子または第２最端素子と向かい合う面が、基板の厚み方向に基板から離れるほど、第１最端素子または第２最端素子から離れるように、傾斜しているので、第１最端素子および第２最端素子から出射する光を、基板側ではなく基板とは反対側の領域へ反射させる。これによって効果的に第１最端素子および第２最端素子の主出射方向への光の強度を高くする。

また本発明によれば、発光素子アレイの反射体が、基板の厚み方向に積層されている複数の層からなる積層体であって、積層体の最上層がアルミニウム、金、銀、銅および白金のうちいずれか１つ以上を含んで構成されている。これらの層は、波長８５０ｎｍ程度の光をよく反射するので、効果的に最端素子、第１最端素子および第２最端素子から出射される光を、基板側ではなく基板とは反対側の領域へ反射させることができ、発光素子アレイから出射される光の強度が均一化される。

また本発明によれば、積層体すなわち反射体の、基板と接する最下層がクロム、チタンおよび白金のうちいずれか１つ以上を含んで構成されているので、基板との密着性が向上し、発光素子アレイの信頼性が向上するとともに、発光素子アレイの製造歩留まりが向上する。

また本発明によれば、発光素子アレイは、基板の厚み方向に積層され、発光素子に通電するための配線層をさらに有し、配線層と積層体すなわち反射体との層構成が同じであるように形成されているので、製造時に同一工程で配線層と積層体すなわち反射体とを同時に形成することができ、発光素子アレイの製造工程が短縮されるとともに、製造歩留まりが向上する。

また本発明によれば、光プリントヘッドは発光素子アレイと、発光素子から出射される光を電子写真感光体に照射させるレンズアレイとを有する。このような光プリントヘッドによれば、反射体によって反射される光が向かう、基板側ではなく基板とは反対側の領域にレンズアレイを配置することによって、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高い発光素子アレイから出射され、レンズアレイに受光される光の強度が高くなるので、レンズアレイから電子写真感光体に照射される光の照射強度を高くすることが可能になり、電子写真感光体に鮮明な静電潜像を形成することができる。

また本発明によれば、画像形成装置は、光プリントヘッドと、光プリントヘッドから出射される光が照射される電子写真感光体に現像剤を供給する現像剤供給手段と、電子写真感光体に現像剤によって形成される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る現像剤を定着させる定着手段とを有する。このような画像形成装置によれば、電子写真感光体に照射される光の照射強度を高くすることが可能になり、電子写真感光体に鮮明な静電潜像を形成することができる。

図１は本発明の実施の第１形態である発光素子アレイ１を示す平面図、図２は図１の切断面線Ａ−Ａからみた断面図である。発光素子アレイ１は、基板２と、基板２の厚み方向一方側の表面部に設けられている発光素子と、発光素子に通電するための制御電極５とを有する。発光素子は基板２上で、発光素子の幅方向に一定の間隔をあけて配列されており、各発光素子には制御電極５が接続されている。特に発光素子のうち配列方向最端の発光素子を最端素子３、また最端素子３に隣接する発光素子を隣接素子４と呼ぶ。最端素子３の幅は、隣接素子４の幅よりも小さく形成されている。最端素子３の幅方向に垂直な基板２の端面から最端素子３までの間隔を十分確保し、ダイシング工程において発光素子アレイをダイシングする際の、端面の欠けつまりチッピングの影響が最端素子３に及ぶことを防ぐためである。たとえば、発光素子が１２００ｄＰｉ（ドット／インチ）の素子密度で形成される場合、最端素子３の大きさは、幅方向６μｍ〜８μｍ、長手方向１０μｍ〜２０μｍ、厚み方向２μｍ〜６μｍ、隣接素子４の大きさは、幅方向７μｍ〜１０μｍ、長手方向１０μｍ〜２０μｍ、厚み方向２μｍ〜６μｍである。図では省略しているが、隣接素子４の最端素子３と反対側には、複数の発光素子が発光素子の幅方向に一定の間隔をあけて配列されており、その他の発光素子は全て隣接素子４と幅が同じである。たとえば１つの発光素子アレイには、最端素子３および隣接素子４を含めて６０個の発光素子が配列されている。

最端素子３の幅が隣接素子４を含むその他の発光素子の幅よりも小さく形成されていることによって、発光素子アレイ１の最端部における光の強度は、発光素子アレイ１の中央部における光の強度よりも低くなってしまう。そこでさらに最端素子３と隣接素子４との間に反射体６を設けて、最端素子３から反射体６へ出射される光を、基板２側ではなく基板２とは反対側の領域へ反射させて、最端素子３の主出射方向への光の強度を高くする。これによって最端素子３の光の強度の低下を補正して、最端素子３からの光の強度を隣接素子４からの光の強度に近づけることができる。このような発光素子アレイ１は、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高くて、しかも量産性が良好である。

基板２は、板状であって、例えばｎ型半導体からなる、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）またはシリコン（Ｓｉ）等の半導体単結晶基板である。最端素子３は、基板２の厚み方向の一方側の表面部に、基板２の幅方向の一方の最端部寄りに形成され、隣接素子４は最端素子３に隣接して形成される。最端素子３および隣接素子を含む発光素子としては、たとえば発光ダイオード（Light Emitting Diode：略称ＬＥＤ）またはサイリスタ等が用いられる。発光素子アレイ１は、このような発光素子が複数個、半導体単結晶基板上に、発光素子の幅方向に一定の間隔で配列されて構成されている。発光素子の発光波長は、たとえば８５０ｎｍ程度である。本実施の形態において、発光素子は、ｐｎｐｎ構造を有する発光サイリスタからなる。また本実施の形態では、発光素子には、制御電極５が接合されており、制御電極５には、アノード電極、カソード電極およびゲート電極がある。発光素子は、しきい電圧を超える電位差をアノードとカソードとの間に与えることによって発光する。しきい電圧は、ゲートに印加する電圧に応じて変化する。

最端素子３および隣接素子４を含む発光素子は、第１のｎ型半導体層１１と、第１のｐ型半導体層１２と、第２のｎ型半導体層１３と、第２のｐ型半導体層１４と、オーミックコンタクト層１５とがこの順に積層されて、基板２の厚み方向の一方側の表面部に形成される。オーミックコンタクト層１５の、第２のｐ型半導体層１４と反対側の面には、制御電極５が形成される。

基板２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る。基板２は、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）またはゲルマニウム（Ｇｅ）などの半導体材料によって形成される。

第１のｎ型半導体層１１は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）または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ｎ型半導体層１１のキャリア密度は、１×１０^１８ｃｍ^−３程度であることが望ましい。

第１のｐ型半導体層１２は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成される。第１のｐ型半導体層１２を形成する半導体材料には、第１のｎ型半導体層１１を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じエネルギーギャップを有する材料、もしくは第１のｎ型半導体層１１を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりも小さいエネルギーギャップを有する材料が選ばれる。第１のｐ型半導体層１２のキャリア密度は、１×１０^１７ｃｍ^−３程度であることが望ましい。

第２のｎ型半導体層１３は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成される。第２のｎ型半導体層１３を形成する半導体材料には、第１のｐ型半導体層１２を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じエネルギーギャップを有する材料、もしくは第１のｐ型半導体層１２を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりも小さいエネルギーギャップを有する材料が選ばれる。第２のｎ型半導体層１３のキャリア密度は、第１のｎ型半導体層１１、第１のｐ型半導体層１２、第２のｎ型半導体層１３および第２のｐ型半導体層１４を含む全層の中でも小さい。第２のｎ型半導体層１３のキャリア密度は、１×１０^１６ｃｍ^−３〜１×１０^１７ｃｍ^−３程度であることが望ましい。第２のｎ型半導体層１３を、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成すると、高い内部量子効率を得ることができる。

第２のｐ型半導体層１４は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成される。第２のｐ型半導体層１４を形成する半導体材料には、第１のｐ型半導体層１２および第２のｎ型半導体層１３を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じエネルギーギャップを有する材料、もしくは第１のｐ型半導体層１２および第２のｎ型半導体層１３を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりも大きいエネルギーギャップを有する材料が選ばれる。第２のｐ型半導体層１４のキャリア密度は、１×１０^１８ｃｍ^−３程度であることが望ましい。

オーミックコンタクト層１５は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）または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ｎ型半導体層である。オーミックコンタクト層１５は、アノード電極である制御電極５とオーミック接合されるために形成される。オーミックコンタクト層１５のキャリア密度は、１×１０^１９ｃｍ^−３以上であることが望ましい。

なおゲート電極（不図示）は、第１のｐ型半導体層１２と接合されており、カソード電極（不図示）は、基板２と接合されている。

本実施の形態では、発光素子は、ｎ型半導体層からなる基板２の厚み方向の一方側の表面部にｎ型半導体層、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層がこの順に順次積層されて形成されることとしたが、ｎ型半導体層をｐ型半導体層に置換し、ｐ型半導体層をｎ型半導体層に置換した構成であってもよい。

また本実施の形態では、発光素子は発光サイリスタから成るとしたが、ＬＥＤによって構成されてもよい。この場合には、発光素子の第１のｎ型半導体層１１と第１のｐ型半導体層１２とをｎ型半導体層に置換し、第２のｎ型半導体層１３と第２のｐ型半導体層１４とをｐ型半導体層に置換するとともに、基板２を絶縁性を有する半導体層に置換すればよい。

反射体６は、最端素子３から制御電極５が引き出される部位を避け、最端素子３と隣接素子４との間に設けることが望ましい。また反射体６は積層体である場合もあり、この場合の層構成や材質は、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）等の、波長８５０ｎｍ程度の光をよく反射するものを最上層として、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）等を必要に応じて下層として用いることが望ましい。下地としての下層を設けることによって、基板２と反射体６との密着性が向上し、発光素子アレイの信頼性が向上するとともに、発光素子アレイの製造歩留まりが向上する。ただしクロム（Ｃｒ）およびチタン（Ｔｉ）は光を吸収する性質を有するので、密着性と反射効率とを勘案して下層の厚み寸法を決定することが必要である。

またこの場合、反射体６の層構成や材質を、制御電極５等の配線と同じにすれば、製造時に同一工程で制御電極５と積層体すなわち反射体６とを同時に形成することができるので、発光素子アレイの製造工程が短縮されるとともに、製造歩留まりが向上する。

制御電極５の材質としては、Ｐ型半導体層とのコンタクトであれば下層にクロム（Ｃｒ）、上層に金（Ａｕ）や下層にチタン（Ｔｉ）、上層に金（Ａｕ）が望ましく、また下層と上層の間に白金（Ｐｔ）を入れてもよい。Ｎ型半導体層とのコンタクトであれば下層に金ゲルマニウム合金（ＡｕＧｅ）中層にクロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）、上層に金（Ａｕ）が望ましい。

反射体６の最端素子３と向かい合う面は、基板２の厚み方向に基板２から離れるほど、最端素子３から離れるように、傾斜して構成されることが望ましい。最端素子３から出射して反射体６に入射する光を、基板２側ではなく基板２とは反対側の領域へ反射させるように、最端素子３に対して傾斜して設けられているので、最端素子３からの距離および傾斜角度を調節して、効果的に最端素子３の主出射方向への光の強度を高くする。

たとえば発光素子アレイ１が、後述する画像形成装置に用いられる場合、発光素子からの光の主出射方向にそれぞれ複数のロッドレンズが配置される。ロッドレンズを設けることによって等倍正立像を得ることができる。効果的に発光素子によって感光体ドラムに照射される光の強度を高くするためには、発光素子からの光の主出射方向とロッド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する必要がある。反射体６を配置する位置、反射体６の大きさおよび材質ならびに反射体６の傾斜角度を適宜調整することによって、反射される光が向かう、基板２側ではなく基板２とは反対側の領域を、ロッドレンズ等の集光部品が配置される領域に一致させることができる。これによって最端素子３から出射され、ロッドレンズ等の集光部品に入射する光の強度を高くすることができる。反射体６の側面は、傾斜した平面状に限られるものではなく、曲面状であっても構わない。いずれの形状の反射体６も、効果的に主出射方向への光の強度を高くする。

発光素子アレイ１の製造方法について説明する。最端素子３および隣接素子４を含む発光素子は、基板２の厚み方向の一方の側の表面部に第１のｎ型半導体層１１、第１のｐ型半導体層１２、第２のｎ型半導体層１３、第２のｐ型半導体層１４およびオーミックコンタクト層１５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または有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：略称ＭＯＣＶＤ）等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し、エッチングして形成される。

制御電極５は、蒸着法等によって導電性材料を積層し、フォトリソグラフィによってエッチングマスクをパターニングし、エッチングして形成される。

反射体６は、制御電極５が形成された後、蒸着法等によって反射体形成材料を積層した後、フォトリソグラフィによってエッチングマスクをパターニングし、エッチングして形成される。反射体６と制御電極５との構成が同じである場合は、制御電極５の形成と同時に形成されてもよい。

制御電極５は、エッチングではなくリフトオフプロセスで形成される場合、制御電極５と反射体６とは全く同じプロセスで同時形成されることも可能である。またエッチングで形成される場合は、制御電極５の上にさらに反射体６と同じ層構成が形成されても支障はない。

図３は、発光素子アレイ１を製造するダイシング工程を説明する平面図である。最端素子３の幅を隣接素子４の幅よりも小さくすることによって、ダイシング工程において発光素子アレイをダイシングする際の、端面の欠けつまりチッピングの影響が最端素子３に及ぶのを防ぐことができる。本発明の実施の第１形態である発光素子アレイ１を製造する際、最端素子３および隣接素子４を含む発光素子が、発光素子の幅方向に互いに一定の間隔ａごとに配列されている基板２を、２つの最端素子３の間の幅方向の長さがｂである切断線１７において、発光素子アレイ１ごとに切断する。たとえば、発光素子が１２００ｄＰｉ（ドット／インチ）の素子密度で形成される場合、間隔ａは、２１．１５μｍ、切断線１７の幅ｂは、１μｍ〜１０μｍである。また最端素子３と隣接素子４との間には、最端素子３から出射される光を基板２側ではなく基板２とは反対側の領域に反射するための反射体６が設けられている。

切断線１７に隣接する２つの最端素子３の幅は隣接素子４の幅よりも小さく形成されているので、すべての発光素子は一定の間隔ａごとに配列されているが、互いに向き合う幅方向に垂直な端面間の間隔は、２つの最端素子３の間隔のほうが、最端素子３と隣接素子４との間隔よりも長い。

切断線１７に隣接する２つの最端素子３は、隣接素子４を含むその他の発光素子と同じ間隔ａで配列されるので、最端素子３の端から切断線１７までの間隔ｄは最端素子３の幅および切断線１７の幅によって決まり、間隔ｄは１μｍ〜５μｍである。発光素子の高密度化すなわち発光素子間の間隔ａが小さくなるほど、間隔ｄは小さくなり、切断線１７における端面の欠けつまりチッピング等の影響を強く受ける。

そこで最端素子３の大きさ、特に幅を、隣接素子４を含むその他の発光素子の幅よりも小さくすることによって、発光素子間の間隔ａが狭くなっても、最端素子３の端面から切断線１７までの間隔ｄが十分確保されるようにすることによって、切断線１７における端面の欠けつまりチッピング等の影響で最端素子３が損傷することを防ぎ、製造歩留まりが向上する。

しかし最端素子３が隣接素子４を含むその他の発光素子よりも幅、つまり大きさが小さくなることによって、最端素子３から出射される光の強度は低下する。そこで最端素子３と隣接素子４との間に反射体６を設け、最端素子３の光の一部を反射体６で反射させることによって光の強度を補正する。

図４は、本発明の実施の第１形態における光の経路を示す概略図である。最端素子３等が形成されている基板２の厚み方向一方側の表面部に対向する位置に、ロッドレンズ等の集光部品（不図示）が設けられている。最端素子３から出射され直接集光部品に入射する主出射方向への出射光２２だけでは、隣接素子４を含むその他の発光素子から出射され集光部品に直接入射する出射光２４に比べて、光の強度が低いので、光の強度が均一な発光素子アレイを得るためには、光の強度を補正しなければならない。そこで上記のような反射体６を設けることによって、反射光２３が向かう、基板２側ではなく基板２とは反対側の領域を、ロッドレンズ等の集光部品が配置される領域に一致させることができる。これによって最端素子３から出射され、ロッドレンズ等の集光部品に入射する光の強度を高くすることができる。反射体６の断面形状は、台形状に限られるものではなく、三角形状または半円形状であっても構わない。いずれの形状の反射体６も、効果的に主出射方向への光の強度を高くする。

反射体６の断面形状が台形状の場合、反射体６の基板２の厚み方向の高さｈは１μｍ〜３μｍ、基板２と接する底面の幅ｆは３μｍ〜６μｍ、傾斜角度θは４５°程度、また最端素子３と反射体６との幅方向の間隔Ｌは、２μｍ〜５μｍであることが望ましい。特に高さｈは発光素子の厚みの２分の１程度であることが望ましい。

たとえば反射体６を、リフトオフプロセスで形成することによって、反射体６の断面形状を台形状にすることができる。リフトオフプロセスでは、目的とする反射体６のパターンの逆パターンを、基板上にフォトレジスト等で構成し、反射体６の形成材料を蒸着後、不用部分をフォトレジストと共に除去し目的とする反射体６のパターンを残す。このフォトレジストの凹部の断面形状は台形状となるので、反射体６の形成材料を蒸着する際、フォトレジストの凹部のパターンが三次元的に転写されて、反射体６も台形状となる。このようなフォトレジストの凹部構造は、表面側から露光されたフォトレジストの表面側が基板側よりも硬化が早く進むという原理を利用することによって得ることができる。

反射体６の傾斜角度θは、フォトレジストの厚みと露光量を調整することによって制御することができる。フォトレジストの厚みは反射体６の厚み方向の高さｈよりも大きくなるように選ばれ、例えば、ｈの１．５〜３倍程度の範囲とするのが良い。フォトレジストの厚みが小さいときや露光量が大きいときは、表面側と基板側の硬化の度合いの差が少なくなるため、傾斜角度θは大きくなる傾向にある。逆に、フォトレジストの厚みが大きいときや露光量が小さいときは、傾斜角度θは小さくなる傾向にある。フォトレジストの種類、露光機の特性（露光波長・照射される光の平行度合いなど）が異なれば、得られる傾斜角度θも変わるが、基本的な傾向は上述したとおりであり、傾斜角度θを最適値に合わせることは容易である。

図５は本発明の実施の第２形態である発光素子アレイ２８を示す平面図、図６は図５の切断面線Ｂ−Ｂからみた断面図である。発光素子アレイ２８には、発光素子アレイ１と同様に発光素子が設けられている。特に発光素子のうち配列方向最端の発光素子を第１最端素子２９、第１最端素子２９に隣接する発光素子を第２最端素子３０、また第２最端素子３０に隣接する発光素子を隣接素子４と呼ぶ。第１最端素子２９のみならず、第２最端素子３０の幅も、発光素子アレイ１における最端素子３と同様に、隣接素子４の幅よりも小さく形成されている。第１最端素子２９の幅と第２最端素子３０の幅とは同じである。たとえば、発光素子が１２００ｄＰｉ（ドット／インチ）の素子密度で形成される場合、第１最端素子２９および第２最端素子３０の大きさは、幅方向６μｍ〜８μｍ、長手方向１０μｍ〜２０μｍ、厚み方向２μｍ〜６μｍ、隣接素子４の大きさは、幅方向７μｍ〜１０μｍ、長手方向１０μｍ〜２０μｍ、厚み方向２μｍ〜６μｍである。

第１最端素子２９と第２最端素子３０との間に反射体３１を設けて、第１最端素子２９および第２最端素子３０から反射体３１へ出射される光を、基板２側ではなく基板２とは反対側の領域へ反射させて、第１最端素子２９および第２最端素子３０からの主出射方向への光の強度を高くする。図では省略しているが、第１最端素子２９、第２最端素子３０および隣接素子４の層構成は、最端素子３と同じである。

反射体３１の第１最端素子２９および第２最端素子３０と向かい合う面は、反射体６の最端素子３と向かい合う面と同様に、基板２の厚み方向に基板２から離れるほど、第１最端素子２９および第２最端素子３０から離れるように、傾斜して構成されることが望ましい。反射体３１の層構成は、反射体６と同じである。

図７は、本発明の実施の第２形態における光の経路を示す概略図である。第１最端素子２９と第２最端素子３０との間に上記のような反射体３１を設けることによって、実施の第１形態と同様の効果が得られる。

反射体３１の断面形状が台形状の場合、反射体３１の基板２の厚み方向の高さｈは１μｍ〜３μｍ、基板２と接する底面の幅ｆは３μｍ〜６μｍ、傾斜角度θは４５°程度、また第１最端素子２９および第２最端素子３０と反射体３１との幅方向の間隔Ｌは、２μｍ〜５μｍであることが望ましい。特に高さｈは発光素子の厚みの２分の１程度であることが望ましい。

図８は、本発明の実施の第３形態である発光素子アレイ３５を示す平面図である。発光素子アレイ３５は、図１に示す本発明の実施の第１形態の構成を、両端に有する。発光素子アレイ３５は、各発光素子から集光部品へ出射される光の強度が均一になるので、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高くて、しかも量産性が良好である。

図９は、本発明の実施の第４形態である発光素子アレイ３６を示す平面図である。発光素子アレイ３６は、図５に示す本発明の実施の第２形態の構成を、両端に有する。発光素子アレイ３６は、各発光素子から集光部品へ出射される光の強度が均一になるので、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高くて、しかも量産性が良好である。

図１０は、発光素子アレイ１を有する画像形成装置８４の基本的構成を示す側面図である。画像形成装置８４は、電子写真方式の画像形成装置であり、複数の発光素子アレイ１を備える光プリントヘッド８５を、感光体ドラム９０への露光装置に使用している。発光素子アレイ１は、回路基板８６に実装され、レンズアレイ８８とともに発光装置である光プリントヘッド８５を構成する。

画像形成装置８４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つの発光素子アレイ１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋがそれぞれ実装された回路基板８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋ、集光手段であるレンズアレイ８８Ｙ、８８Ｍ、８８Ｃ、８８Ｋ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。

各回路基板８６に実装されている各発光素子アレイ１は、駆動手段（不図示）によって各色のカラー画像情報に基づいて駆動される。発光素子アレイ１からの光は、光プリントヘッド８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃ、８５Ｋのレンズアレイ８８Ｙ、８８Ｍ、８８Ｃ、８８Ｋ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、たとえば発光素子アレイ１からの光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集約して構成される。

発光素子アレイ１が実装される回路基板８６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。第１ホルダ８９によって、発光素子アレイ１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なり、その外周面には光プリントヘッド８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃ、８５Ｋの各発光素子アレイ１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ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。

感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋは、第２ホルダ（不図示）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。

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（不図示）によって回転される。

制御手段９６は、駆動手段（不図示）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、転写ベルト９２、帯電器９４Ｙ、９４Ｍ、９４Ｃ、９４Ｋおよび定着手段９５の各部を制御する。

本実施の形態の発光素子アレイ１は、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高いので、このような発光素子アレイ１と、レンズアレイ８８とを含んで構成される光プリントヘッド８５では、発光素子アレイ１から出射され、レンズアレイ８８に受光される光の強度が高く、レンズアレイ８８から感光体ドラム９０に照射される光の強度を高くすることが可能になり、感光体ドラム９０に鮮明な静電潜像を形成することができる。

さらにこのような光プリントヘッドを備える画像形成装置８４では、感光体ドラム９０に照射される光の強度を高くすることができ、感光体ドラム９０に鮮明な静電潜像を形成することができるので、記録シートに鮮明な画像を形成することが可能になる。

本発明の実施の第１形態である発光素子アレイ１を示す平面図である。 図１の切断面線Ａ−Ａからみた断面図である。 発光素子アレイ１を製造するダイシング工程を説明する平面図である。 本発明の実施の第１形態における光の経路を示す概略図である。 本発明の実施の第２形態である発光素子アレイ２８を示す平面図である。 図５の切断面線Ｂ−Ｂからみた断面図である。 本発明の実施の第２形態における光の経路を示す概略図である。 本発明の実施の第３形態である発光素子アレイ３５を示す平面図である。 本発明の実施の第４形態である発光素子アレイ３６を示す平面図である。 発光素子アレイ１を有する画像形成装置８４の基本的構成を示す側面図である。

符号の説明

１，２８，３５，３６ 発光素子アレイ
２ 基板
３ 最端素子
４ 隣接素子
５ 制御電極
６，３１ 反射体
１１ 第１のｎ型半導体層
１２ 第１のｐ型半導体層
１３ 第２のｎ型半導体層
１４ 第２のｐenpawdenpawd型半導体層
１５ オーミックコンタクト層
１７ 切断線
２２ 出射光
２３ 反射光
２４ 出射光
２９ 第１最端素子
３０ 第２最端素子
８４ 画像形成装置
８５ 光プリントヘッド
８６ 回路基板
８８ レンズアレイ
８９ 第１ホルダ
９０ 感光体ドラム
９１ 現像剤供給手段
９２ 転写ベルト
９３ クリーナ
９４ 帯電器
９５ 定着手段
９６ 制御手段

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板の厚み方向一方側の表面部に形成され、通電されることによって発光する複数の発光素子であって、その幅方向に一定の間隔をあけて配列されるとともに、配列方向最端の前記発光素子である最端素子と、前記最端素子に隣接する前記発光素子である隣接素子とを含み、前記隣接素子の幅方向の長さよりも前記最端素子の幅方向の長さが小さく形成されている複数の発光素子と、
   前記基板の厚み方向一方側の表面部であって、前記最端素子と前記隣接素子との間の表面部に設けられ、前記最端素子から出射される光を前記基板とは反対側の領域へ反射する反射体と、
   を有することを特徴とする発光素子アレイ。
2. 前記最端素子が、配列方向両端に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子アレイ。
3. 前記反射体の、前記最端素子と向かい合う面が、前記基板の厚み方向に前記基板から離れるほど、前記最端素子から離れるように、傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子アレイ。
4. 基板と、
   前記基板の厚み方向一方側の表面部に形成され、通電されることによって発光する複数の発光素子であって、その幅方向に一定の間隔をあけて配列されるとともに、配列方向最端の前記発光素子である第１最端素子と、前記第１最端素子に隣接する第２最端素子と、前記第２最端素子に隣接する隣接素子とを含み、前記隣接素子の幅方向の長さよりも、前記第１最端素子および第２最端素子の幅方向の長さが小さく形成されている複数の発光素子と、
   前記基板の厚み方向一方側の表面部であって、前記第１最端素子と前記第２最端素子との間の表面部に設けられ、前記第１最端素子と前記第２最端素子とから出射される光を、前記基板とは反対側の領域へ反射する反射体と、
   を有することを特徴とする発光素子アレイ。
5. 前記第１最端素子と前記第２最端素子とが、配列方向両端に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の発光素子アレイ。
6. 前記反射体の、前記第１最端素子または前記第２最端素子と向かい合う面が、前記基板の厚み方向に前記基板から離れるほど、前記第１最端素子または前記第２最端素子から離れるように、傾斜して形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の発光素子アレイ。
7. 前記反射体が、前記基板の厚み方向に積層されている複数の層からなる積層体であって、
   前記積層体の最上層がアルミニウム、金、銀、銅および白金のうちいずれか１つ以上を含んで構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光素子アレイ。
8. 前記積層体の、前記基板と接する最下層がクロム、チタンおよび白金のうちいずれか１つ以上を含んで構成されていることを特徴とする請求項７に記載の発光素子アレイ。
9. 前記基板の厚み方向に積層され、前記発光素子に通電するための配線層をさらに有し、
   前記配線層と前記積層体との層構成が同じであるように形成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の発光素子アレイ。
10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載の発光素子アレイと、
    前記発光素子から出射される光を電子写真感光体に照射させるレンズアレイと、
    を有することを特徴とする光プリントヘッド。
11. 請求項１０に記載の光プリントヘッドと、
    前記光プリントヘッドから出射される光が照射される前記電子写真感光体に現像剤を供給する現像剤供給手段と、
    前記電子写真感光体に現像剤によって形成される画像を記録シートに転写する転写手段と、
    前記記録シートに転写される現像剤を定着させる定着手段と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。

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