JP2010080532A - Light emitting element, light emitting element head, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子等に関し、例えば、発光素子ヘッドに使用することができる発光素子等に関する。 The present invention relates to a light emitting element and the like, for example, a light emitting element that can be used in a light emitting element head.
電子写真方式を採用した、プリンタや複写機、ファクシミリ等の画像形成装置では、一様に帯電された感光体上に、画像情報を光記録手段によって照射することにより静電潜像を得た後、この静電潜像にトナーを付加して可視化し、記録紙上に転写して定着することによって画像形成が行なわれる。かかる光記録手段として、レーザを用いて主走査方向にレーザ光を走査させて露光する光走査方式の他、近年では、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)アレイ光源を主走査方向に多数、配列してなるLEDヘッドを用いた光記録手段が採用されている。 In image forming apparatuses such as printers, copiers, and facsimiles that employ an electrophotographic method, after obtaining an electrostatic latent image by irradiating image information onto a uniformly charged photoreceptor by optical recording means The electrostatic latent image is visualized by adding toner, and the image is formed by transferring and fixing on the recording paper. As such an optical recording means, in addition to an optical scanning method in which a laser beam is scanned in a main scanning direction using a laser for exposure, in recent years, a large number of LED (Light Emitting Diode) array light sources are arranged in the main scanning direction. An optical recording means using an LED head is employed.
このLEDアレイ光源を用いた画像形成装置は、光走査方式の画像形成装置に比べて、スキャンする空間が不要となり、駆動系が不要となることから、画像形成装置全体が小型化し、信頼性が向上するという利点がある。また、振動や熱による光学系の変形に強いという利点もある。 The image forming apparatus using the LED array light source does not require a scanning space and does not require a drive system, as compared with an optical scanning type image forming apparatus, so that the entire image forming apparatus is downsized and reliable. There is an advantage of improvement. There is also an advantage that it is strong against deformation of the optical system due to vibration and heat.
ここで、特許文献1では、発光した光の外部取り出し効率を大きくするため、GaAlAs発光素子用ペレットの側面に対して加工歪のない平坦な表面を形成する処理を施した後、側面を微細な凹凸を有する面となす処理を行うGaAlAs発光素子の製造方法が提案されている。
Here, in
また特許文献2では、n型GaAs基板上に、InGaAlP系材料からなるn型クラッド層、アンドープ活性層、p型クラッド層を成長形成し発光層とし、この発光層上に形成された、発光層或いは基板に対してプラスに格子不整格子、表面が粗面化された光散乱層を有する半導体発光素子が提案されている。
In
更に特許文献3では、基板層、バッファ層、n形クラッド層、活性層、p形クラッド層、アノード電極の下に配置する第1の電流ブロック層、側面に露出するように環状に形成する第2の電流ブロック層、コンタクト層から成る半導体基板の下面にカソード電極、上面の中央にアノード電極を形成し、上面及び側面を粗面化する半導体発光素子が提案されている。
Further, in
LED素子等の発光素子では、発光素子内部で発した光を、多く外部に取り出すことが求められる。
本発明の目的は、発光素子の内部と外部との界面における全反射を抑制し、効率よく外部に光を取り出すことができる発光素子等を提供することにある。
A light emitting element such as an LED element is required to extract a large amount of light emitted inside the light emitting element.
An object of the present invention is to provide a light emitting element that can suppress total reflection at the interface between the inside and the outside of the light emitting element and can efficiently extract light to the outside.
請求項1に係る発明は、基板と、電流を供給することで発光し、表面に第1の凹凸構造を有する発光層と、前記第1の凹凸構造に対応して第2の凹凸構造を有し、前記発光層に接して形成され、当該発光層から発した光を透過する被覆層と、前記基板と前記発光層との間に形成され、当該発光層から発した光を反射する反射層と、を備えることを特徴とする発光素子である。
The invention according to
請求項2に係る発明は、前記発光層は、pnpn型またはnpnp型のサイリスタであることを特徴とする請求項1に記載の発光素子である。
請求項3に係る発明は、前記反射層は、ブラグミラーよりなることを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子である。
請求項4に係る発明は、前記第1の凹凸構造は、畝状に配列する凸部および凹部により構成されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の発光素子である。
請求項5に係る発明は、前記第1の凹凸構造は、格子状に配列する凸部および凹部により構成されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の発光素子である。
請求項6に係る発明は、前記第1の凹凸構造は、千鳥状に配列する凸部および凹部により構成されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の発光素子である。
The invention according to
The invention according to
The invention according to claim 4 is the light emitting device according to any one of
The invention according to
The invention according to claim 6 is the light-emitting element according to any one of
請求項7に係る発明は、基板と、電流を供給することで発光し表面に第1の凹凸構造を有する発光層と、当該第1の凹凸構造に対応した第2の凹凸構造を有し当該発光層に接して形成され当該発光層から発した光を透過する被覆層と、当該基板と当該発光層との間に形成され当該発光層から発した光を反射する反射層と、を有する発光素子を備える発光素子アレイチップを主走査方向に複数配列してなる発光素子アレイと、前記発光素子アレイの光出力を結像させる光学素子と、を備えることを特徴とする発光素子ヘッドである。 The invention according to claim 7 includes a substrate, a light emitting layer that emits light when current is supplied and has a first uneven structure on a surface, and a second uneven structure corresponding to the first uneven structure. A light emitting device having a coating layer formed in contact with the light emitting layer and transmitting light emitted from the light emitting layer, and a reflective layer formed between the substrate and the light emitting layer and reflecting light emitted from the light emitting layer. A light emitting element head comprising: a light emitting element array in which a plurality of light emitting element array chips each including an element are arranged in a main scanning direction; and an optical element that forms an image of a light output of the light emitting element array.
請求項8に係る発明は、前記発光素子アレイチップは、自己走査型発光素子アレイチップであることを特徴とする請求項7に記載の発光素子ヘッドである。 The invention according to claim 8 is the light emitting element head according to claim 7, wherein the light emitting element array chip is a self-scanning light emitting element array chip.
請求項9に係る発明は、基板と、電流を供給することで発光し表面に第1の凹凸構造を有する発光層と、当該第1の凹凸構造に対応した第2の凹凸構造を有し当該発光層に接して形成され当該発光層から発した光を透過する被覆層と、当該基板と当該発光層との間に形成され当該発光層から発した光を反射する反射層と、を有する発光素子を備える発光素子ヘッドを備え、トナー像を形成させるトナー像形成手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。 The invention according to claim 9 includes a substrate, a light emitting layer that emits light when current is supplied and has a first uneven structure on a surface, and a second uneven structure corresponding to the first uneven structure. A light emitting device having a coating layer formed in contact with the light emitting layer and transmitting light emitted from the light emitting layer, and a reflective layer formed between the substrate and the light emitting layer and reflecting light emitted from the light emitting layer. A toner image forming unit for forming a toner image, a transfer unit for transferring the toner image to a recording medium, and a fixing unit for fixing the toner image to the recording medium. The image forming apparatus is characterized.
請求項1の発明によれば、発光素子の内部と外部との界面における全反射を抑制し、効率よく外部に光を取り出すことができる発光素子を実現できる。
請求項2の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、光出力の強度がより大きい発光素子を実現できる。
請求項3の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、反射層をより簡単に形成することができる。
請求項4の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、凹凸構造をより簡単に形成することができ、特に主走査方向に畝状に配列する凸部および凹部により凹凸構造を形成した場合に、集光する光の副走査方向の指向性を高めることができる。
請求項5の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、発光素子からより効率的に光を取り出すことができる。
請求項6の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、発光素子から更により効率的に光を取り出すことができる。
請求項7の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、光出力の強度がより大きい発光素子ヘッドが実現できる。
請求項8の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、発光素子アレイチップの大きさをより小さくすることができる。
請求項9の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、本構成を採用しない場合に比較して、光出力の強度がより大きい発光素子ヘッドを備え、画像形成をより高い画質で行うことができる画像形成装置が実現できる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to realize a light emitting element capable of suppressing total reflection at the interface between the inside and the outside of the light emitting element and efficiently extracting light to the outside.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to realize a light emitting device having a higher light output intensity than when the present configuration is not adopted.
According to the invention of
According to the invention of claim 4, the concavo-convex structure can be formed more easily as compared with the case where this configuration is not adopted, and in particular, the concavo-convex structure is formed by the convex portions and the concave portions arranged in a bowl shape in the main scanning direction. When formed, the directivity of the condensed light in the sub-scanning direction can be improved.
According to the invention of
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to extract light from the light emitting element even more efficiently than in the case where this configuration is not adopted.
According to the invention of claim 7, it is possible to realize a light emitting element head having a higher light output intensity as compared with the case where this configuration is not adopted.
According to the eighth aspect of the present invention, the size of the light emitting element array chip can be further reduced as compared with the case where this configuration is not adopted.
According to the ninth aspect of the present invention, a light emitting element head having a higher light output intensity than that in the case where the present configuration is not employed, as compared with the case where the present configuration is not employed, is provided, and image formation is performed with higher image quality. Thus, an image forming apparatus that can be performed in the above manner can be realized.
以下、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明は、以下の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するために使用するものであり、実際の大きさを表すものではない。 Embodiments of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist. Also, the drawings used are used to describe the present embodiment and do not represent the actual size.
図1は、本実施の形態の画像形成装置の全体構成を示した図である。
図1に示す画像形成装置1は、一般にタンデム型と呼ばれる画像形成装置であって、各色の階調データに対応して画像形成を行う画像プロセス系10、画像プロセス系10を制御する画像出力制御部30、例えばパーソナルコンピュータ(PC)2や画像読取装置(IIT:Image Input Terminal)3に接続され、これらから受信された画像データに対して画像処理を施す画像処理部(IPS:Image Processing System)40を備えている。
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment.
An
画像プロセス系10は、水平方向に一定の間隔を置いて並列的に配置される複数のエンジンからなるトナー像形成手段の一例としての画像形成ユニット11を備えている。この画像形成ユニット11は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の4つの画像形成ユニット11Y,11M,11C,11Kから構成されており、夫々、静電潜像を形成してトナー像を形成させる像保持体(感光体)である感光体ドラム12、感光体ドラム12の表面を一様に帯電する帯電器13、帯電器13によって帯電された感光体ドラム12を露光する発光装置である発光素子ヘッド14、発光素子ヘッド14によって得られた潜像を現像する現像器15を備えている。また、画像プロセス系10は、各画像形成ユニット11Y,11M,11C,11Kの感光体ドラム12にて画像形成された各色のトナー像を記録媒体の一例としての記録用紙に多重転写させるために、この記録用紙を搬送する用紙搬送ベルト21、用紙搬送ベルト21を駆動させるロールである駆動ロール22、感光体ドラム12のトナー像を記録用紙に転写させる転写手段の一例としての転写ロール23を備えている。
The
PC2やIIT3から入力された画像信号は、画像処理部40によって画像処理が施され、インタフェースを介して各画像形成ユニット11Y,11M,11C,11Kに供給される。画像プロセス系10は、画像出力制御部30から供給された同期信号等の制御信号に基づいて動作する。まず、イエローの画像形成ユニット11Yでは、帯電器13により帯電された感光体ドラム12の表面に、画像処理部40から得られた画像信号に基づき、発光素子ヘッド14によって静電潜像を形成する。形成された静電潜像に対して現像器15によってイエローのトナー像を形成し、形成されたイエローのトナー像は、図の矢印方向に回動する用紙搬送ベルト21上の記録用紙に転写ロール23を用いて転写される。同様にして、マゼンタ、シアン、黒のトナー像が各々の感光体ドラム12上に形成され、用紙搬送ベルト21上の記録用紙に転写ロール23を用いて多重転写される。多重転写された記録用紙上のトナー像は、定着手段の一例としての定着器24に搬送されて、熱および圧力によって記録用紙に定着される。
Image signals input from the
次に、発光素子ヘッド14について詳細に説明する。図2は、本実施の形態の発光素子ヘッド14の拡大断面図を示している。この発光素子ヘッド14は、後述するように多数の発光素子としてのLEDを直線上に配列した発光素子アレイチップ100を千鳥状に配列してなる発光素子アレイ51、発光素子アレイ51を支持すると共に発光素子アレイ51の駆動を制御するための回路が形成されたプリント基板52、プリント基板52を支持する支持部材53、各発光素子アレイの光出力を感光体ドラム12上に結像させる光学素子としての結像光学素子54、プリント基板52が取り付けられた支持部材53および結像光学素子54を保持するハウジング55を備えている。
Next, the light
図3は、発光素子ヘッド14の斜視図を示している。この発光素子ヘッド14では、結像光学素子54の主走査方向両端部よりも外側までハウジング55が突出形成されている。なお、ハウジング55のうち、これら突出形成される部位を第1の突出部55a、第2の突出部55bと呼ぶことにする。ここで、第1の突出部55aは突出する部位としての機能を有しており、第1の突出部55aは第2の突出部55bよりも長く設定されている。そして、これら突出部55a,55bには、画像形成装置1(図1参照)に設けられたフレーム(図示せず)に対して発光素子ヘッド14を位置決めするためのボルト58a,58bが上下方向にそれぞれ貫通配置されている。また、発光素子ヘッド14の主走査方向一端部側、具体的には、ハウジング55に設けられた第1の突出部55aの上部には、発光素子アレイ51(図2参照)が取り付けられるプリント基板52が延設配置されている。そして、第1の突出部55a上に露出しているプリント基板52の上面には、発光素子アレイ51を駆動するためのドライバIC64が取り付けられている。
FIG. 3 is a perspective view of the light emitting
また、ドライバIC64とボルト58aの取り付け位置との間のプリント基板52上面には、ドライバIC64や発光素子アレイ51等に給電を行う電源ケーブル61が取り付けられている。さらに、ボルト58aの取り付け位置よりも外側のプリント基板52の上面には、画像処理部40(図1参照)からのビデオデータ、画像出力制御部30(図1参照)からのクロックおよび同期信号等を受け取るためのハーネス62が取り付けられている。このように、本実施の形態では、発光素子ヘッド14の主走査方向一端部側であって結像光学素子54(発光素子アレイ51)と略直列の位置に、発光素子アレイ51を駆動するためのドライバIC64、電源ケーブル61が取り付けられる電源供給用の電源線コネクタやハーネス62が取り付けられる通信用の信号線コネクタが配置される。
A
図4は、発光素子アレイ51の構造を説明した概略図である。
図4に示した発光素子アレイ51は、複数の発光素子アレイチップ100が主走査方向に千鳥状に配列して形成される。
発光素子アレイチップ100は、矩形形状の基板の両側に配線等を行うスペースであるボンディングパッド101を備える。このようにボンディングパッド101を配すれば、ほぼボンディングパッド101自体が必要とする幅までチップ幅を小さくできる利点がある。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the structure of the light emitting
The light emitting
The light emitting
また発光素子アレイチップ100において両側のボンディングパッド101に挟まれる領域には、発光素子であるLED102が主走査方向である矩形の長辺に沿って直線状に等間隔で配列する。ここで、LED102は、発光素子アレイチップ100の一方の長辺側に寄せて配置される。そして奇数番目の発光素子アレイチップ100と偶数番目の発光素子アレイチップ100とは、LED102が向かい合わせになるように、また、ボンディングパッド101を重ねるようにして配置される。このような配置により全てのLED102を、主走査方向に対し等間隔に並べて配置することができる。
また各LED102が形成される発光素子部およびこの発光素子部に隣接する隣接部には、透明樹脂よりなる図示しないマイクロレンズ103が取り付けられている。
In the region between the
In addition, a microlens 103 (not shown) made of a transparent resin is attached to a light emitting element portion where each
図5(a)〜(b)は、発光素子アレイチップ100の構造を説明した図である。
図5(a)は、発光素子アレイチップ100をLED102の光が出射する方向から見た図である。また図5(b)は、図5(a)のA−A断面図である。
上述の通り、発光素子アレイチップ100には、その両側にボンディングパッド101が配され、また両側のボンディングパッド101に挟まれる領域には、LED102が直線状に等間隔に配されている。それぞれのLED102には光が出射する側にマイクロレンズ103が形成されている。このマイクロレンズ103は、LED102から出射した光を集光し、感光体ドラム12(図1、図2参照)に対して、効率よく光を入射させることができる。
このマイクロレンズ103は、光硬化性樹脂等の透明樹脂からなり、より効率よく光を集光するためその表面は非球面形状をとることが好ましい。また、マイクロレンズ103の大きさ、厚さ、焦点距離等は、使用されるLED102の波長、使用される光硬化性樹脂の屈折率等により決定される。
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating the structure of the light emitting
FIG. 5A is a view of the light emitting
As described above, the
The
なお、本実施の形態では、発光素子アレイチップ100として自己走査型発光素子アレイチップを使用するのが好ましい。自己走査型発光素子アレイチップは、発光素子アレイの構成要素としてpnpn構造を持つ発光サイリスタを用い、発光素子の自己走査が実現できるように構成したものであり、特開平1−238962号公報、特開平2−14584号公報、特開平2−92650号公報、特開平2−92651号公報に開示されている。また、特開平2−263668号公報には、転送素子アレイを転送部として、発光部である発光素子アレイと分離した構造の自己走査型発光素子アレイが開示されている。
In the present embodiment, it is preferable to use a self-scanning light emitting element array chip as the light emitting
図6は、分離タイプの自己走査型発光素子アレイの等価回路図である。この自己走査
型発光素子アレイは、転送用サイリスタT1,T2,T3,…、書込み用発光サイリスタL1,L2,L3,…からなる。転送部の構成は、ダイオード接続を用いている。VGKは電源(通常5V)であり、電源ライン72から各負荷抵抗RLを経て各転送用サイリスタのゲート電極G1,G2,G3,…に接続されている。また、転送用サイリスタのゲート電極G1,G2,G3,…は、書込み用発光サイリスタのゲート電極にも接続される。転送用サイリスタT1のゲート電極にはスタートパルスφSが加えられ、転送用サイリスタのアノード電極には、交互に転送用クロックパルスφ1,φ2が加えられる。これら転送用クロックパルスφ1,φ2は、クロックパルスライン74,76を経て供給される。書込み用発光サイリスタのアノード電極には、信号ライン78を経て、書込み信号φIが加えられている。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a separation type self-scanning light emitting element array. This self-scanning light emitting element array includes transfer thyristors T 1 , T 2 , T 3 ,... And write light emitting thyristors L 1 , L 2 , L 3 ,. The configuration of the transfer unit uses a diode connection. V GK is a power supply (usually 5 V), and is connected to the gate electrodes G 1 , G 2 , G 3 ,... Of each transfer thyristor through the load resistance RL from the
次に動作を簡単に説明する。まず転送用クロックパルスφ1の電圧がHレベルで転送用サイリスタT2がオン状態であるとする。このとき、ゲート電極G2の電位はVGKの5Vからほぼ0Vにまで低下する。この電位降下の影響はダイオードD2によってゲート電極G3に伝えられ、その電位を約1Vに(ダイオードD2の順方向立上り電圧(拡散電位に等しい))に設定する。しかし、ダイオードD1は逆バイアス状態であるためゲート電極G1への電位の接続は行われず、ゲート電極G1の電位は5Vのままとなる。書込み用発光サイリスタのオン電位は、ゲート電極電位+pn接合の拡散電位(約1V)で近似されるから、次の転送用クロックパルスφ2のHレベル電圧は約2V(転送用サイリスタT3をオンさせるために必要な電圧)以上でありかつ約4V(転送用サイリスタT4をオンさせるために必要な電圧)以下に設定しておけば転送用サイリスタT3のみがオンし、これ以外の転送用サイリスタはオフのままにすることができる。従って2本の転送用クロックパルスでオン状態が転送されることになる。 Next, the operation will be briefly described. First voltage of the transfer clock pulses φ1 to the transfer thyristor T 2 at the H level is on. At this time, the potential of the gate electrode G 2 is lowered to approximately 0V from 5V to V GK. The effect of this potential drop is transmitted by the diode D 2 to the gate electrode G 3, it is set to the potential of about 1V (forward threshold voltage of the diode D 2 (equal to the diffusion potential)). However, the connection of the potential of the gate electrode G 1 for the diode D 1 is reverse biased state is not performed, the potential of the gate electrode G 1 remains at 5V. ON potential of the write light emitting thyristor, since is approximated by a diffusion potential of the gate electrode potential + pn junction (approximately 1V), H-level voltage of the next transfer clock pulse φ2 turns on about 2V (the transfer thyristor T 3 and a voltage) than necessary and about 4V (only the transfer thyristor T 3 by setting the voltage) or less necessary to turn on the transfer thyristor T 4 is turned on, other than the transfer thyristor for Can be left off. Therefore, the ON state is transferred by two transfer clock pulses.
スタートパルスφSは、このような転送動作を開始させるためのパルスであり、スタートパルスφSをLレベル(約0V)にすると同時に転送用クロックパルスφ2をHレベル(約2〜約4V)とし、転送用サイリスタT1をオンさせる。その後すぐ、スタートパルスφSはHレベルに戻される。
The start pulse φ S is a pulse for starting such a transfer operation. At the same time, the start pulse φ S is set to L level (about 0 V), and at the same time, the transfer
いま、転送用サイリスタT2がオン状態にあるとすると、ゲート電極G2の電位は、VGK(ここでは5Vと想定する)より低下し、ほぼ0Vとなる。したがって、書込み信号φIの電圧が、pn接合の拡散電位(約1V)以上であれば、書込み用発光サイリスタL2を発光状態とすることができる。 Assuming that the transfer thyristor T 2 is in the ON state, the potential of the gate electrode G 2 is, lower than V GK (here assumed to 5V), becomes substantially 0V. Accordingly, the voltage of the write signal phi I is, if the diffusion potential of the pn junction (approximately 1V) above, it is possible to write for the light-emitting thyristors L 2 and the light-emitting state.
これに対し、ゲート電極G1は約5Vであり、ゲート電極G3は約1Vとなる。したがって、書込み用発光サイリスタL1の書込み電圧は約6V、書込み用発光サイリスタL3の書込み電圧は約2Vとなる。これから、書込み用発光サイリスタL2のみに書き込める書込み信号φIの電圧は、1〜2Vの範囲となる。書込み用発光サイリスタL2がオン、すなわち発光状態に入ると、発光強度は書込み信号φIに流す電流量で決められ、任意の強度にて画像書込みが可能となる。また、発光状態を次の発光素子に転送するためには、書込み信号φIラインの電圧を一度0Vまで落とし、発光している発光素子をいったんオフにしておく必要がある。 In contrast, the gate electrode wherein G 1 is about 5V, the gate electrode G 3 are approximately 1V. Accordingly, the write voltage of the write light-emitting thyristor L 1 of about 6V, the write voltage of the write light-emitting thyristor L 3 is about 2V. Now, the voltage of the write signal phi I can write only to the write light-emitting thyristor L 2 is a range of 1 to 2 V. When the write light-emitting thyristor L 2 is turned on, i.e., enters the emission state, the light emission intensity is decided to the amount of current flowing to the write signal phi I, it is possible to image writing at any intensity. Further, in order to transfer the light-emitting state to the next light emitting element is dropped voltage of the write signal phi I line once to 0V, it is necessary to once turn off the light-emitting element that emits light.
次にLED102について詳細に説明する。
図7は、LED102の一例を説明した断面図である。
図7はLED102の構造を示している。このLED102は、基本的には、基板202と、電流を供給することで発光する発光層206とからなる。また、本実施の形態では、発光層206に接して形成され発光層206から発した光を透過する被覆層208と、基板202と発光層206との間に形成され発光層206から発した光を反射する反射層204が形成されている。
Next, the
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an example of the
FIG. 7 shows the structure of the
基板202は、反射層204や発光層206をエピタキシャル成長させるためのベースとなるものである。本実施の形態では、反射層204や発光層206にGaAlAsからなる結晶膜を用いるため、これと格子定数がほぼ同じGaAsからなるものが好適に用いられる。
The
反射層204は、発光層206から発した光のうち基板202の側に向かう光を反射し、光の取り出し側である被覆層208側に光の経路を変更させるためのものである。本実施の形態では、反射層は、p型のAlGaAsからなり、組成が異なる化合物半導体層を交互に積層して構成された半導体多層ミラー層であるブラグミラーである。具体的には、Al組成比が異なるAlGaAs層が交互に積層された半導体多層構造を用いることができる。この反射層204は、例えば、MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)法によるエピタキシャル成長を行うことで形成することができる。
The
発光層206は、本実施の形態では、pnpn型のサイリスタである。具体的には、p型AlGaAs層206a、n型AlGaAs層206b、p型AlGaAs層206c、n型AlGaAs層206dが順次積層する構造を採る。そして、本実施の形態では、p型ドーパントとして亜鉛(Zn)を、n型ドーパントとしてテルル(Te)を用いている。この発光層206は、例えば、MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)法によるエピタキシャル成長を行うことで形成することができる。
In the present embodiment, the
このpnpn型構造のサイリスタは、n型AlGaAs層206bとp型AlGaAs層206cの間で主に発光が生じ、予め設定された波長の光が発せられる。この光の指向性はなく、球対称である。基板202側に発した光は、上述のように反射層204により反射され、被覆層208側に向かう。それと共に被覆層208側に発した光は、本来は被覆層208を通して、外部に出射すべきものである。しかし、前述の通り、発光層206を構成する半導体層と外部の空気との屈折率の差は大きい。そのため、発光層206の最上部であるn型AlGaAs層206dの表面部において、多くの光が全反射を生じて、反射層204の側に反射されてしまう。この場合、再び反射層204により反射が生じるが、この反射角は変化しないため、このn型AlGaAs層206dで全反射を生ずる角度で発した光は、そのまま内部に留まり、何らかの形で反射角が変化しない限り外部に出射することはない。
This pnpn-type thyristor emits light mainly between the n-
そこで、本実施の形態では、発光層206の最上部であるn型AlGaAs層206dの表面に第1の凹凸構造を形成している。
この凹凸構造は、例えば、矩形形状をなし、その凸部210の幅L1は、1μmとすることができる。また凹部212の幅L2は、同様に1μmとすることができる。また凹部212と凸部210の段差Hは、例えば0.1μm〜0.2μmとすることができる。幅L1、幅L2はもっと小さい値でもよいが、本実施の形態では、後述の通りフォトリソグラフィ法により作製するため、フォトリソグラフィ法により作製するために、幅L1、幅L2は、1μm以上であることが好ましい。また各箇所における幅L1はこの矩形状の凹凸構造が形成される領域で、ほぼ同じ長さであることが好ましい。各箇所における幅L1の長さに大きなばらつきがあるとLED102から取り出される光の光量が各箇所によりばらつきが生じやすくなり、そのため輝度ムラが生じやすくなる。また、これは幅L2においても同様である。つまり、この矩形状の凹凸構造が形成される領域で、各箇所における幅L2は、ほぼ同じ長さであることが好ましい。
Therefore, in the present embodiment, the first concavo-convex structure is formed on the surface of the n-
This concavo-convex structure has, for example, a rectangular shape, and the width L1 of the
このよう凹凸構造を形成することにより、発光層206から発し、n型AlGaAs層206dの表面に達した光は、全反射されにくくなる。即ち、凸部210および凹部212があることで、全反射が生じる角度から外れた角度でn型AlGaAs層206dの表面に入射する成分が多くなる。この効果は、特に凸部210および凹部212の角部218a,218bにおいて起こりやすい。このため全反射が生じるのを抑制しやすくなり、光が外部に出射されやすくなる。
By forming such a concavo-convex structure, the light emitted from the
この第1の凹凸構造をフォトリソグラフィ法により作製するには、例えば、n型AlGaAs層206dの表面にまず、フォトレジスト液をスピンコートにより塗布してレジスト層を形成する。そして、そのレジスト層を第1の凹凸構造のパターンに対応した微細パターンが描画されたマスクをかぶせ、紫外線(UV:Ultraviolet)、電子線(EB:Electron Beam)等により露光を行うと、レジスト層に微細パターンが露光される。次に現像液を用いてレジスト層の露光部分を除去すると、微細パターンに対応した部分のレジスト層が除去され、レジスト層に孔部が形成される。そして、エッチングによりこの孔部の底部であるn型AlGaAs層206dの表面を除去することで凹部212が形成される。最後に残存したレジスト層を除去すると第1の凹凸構造がn型AlGaAs層206dの表面に形成される。なおエッチングとしては、乾式エッチング、湿式エッチングいずれの手法も使用することができる。
In order to produce the first concavo-convex structure by a photolithography method, for example, a photoresist solution is first applied to the surface of the n-
なお、本実施の形態では、凹凸構造を矩形形状としたが、これに限られるものではなく他の形状であってもよい。具体的には、紡錘形状、円錐形状、円錐台形状、多角錐形状、多角錐台形状等が挙げられる。
また、本実施の形態では、発光層206としてpnpn型のサイリスタを例にとり説明を行ったが、npnp型のサイリスタでもよい。
In the present embodiment, the concavo-convex structure is a rectangular shape, but the present invention is not limited to this and may have other shapes. Specific examples include a spindle shape, a cone shape, a truncated cone shape, a polygonal pyramid shape, and a polygonal truncated cone shape.
In this embodiment mode, a pnpn type thyristor is described as an example of the
被覆層208は、発光層206で発した光を透過する透明膜により構成される。
被覆層208は、第1の凹凸構造に対応して第2の凹凸構造を表面に有している。即ち、図7に示したように、発光層206のn型AlGaAs層206dの表面に形成された第1の凹凸構造の凸部210の上部に積層して、被覆層208の凸部214が形成される。また、凹部212の上部に積層して、被覆層208の凹部216が形成される。よって、本実施の形態の場合、第2の凹凸構造は、第1の凹凸構造と同様に矩形形状となる。一方、第2の凹凸構造の凸部214は、第1の凹凸構造の凸部210に対して、その角部220aが丸くなっている。このような第2の凹凸構造は、被覆層208を形成する際に、第1の凹凸構造の段差Hと同じ程度かそれより少し厚い程度で成膜することによりを形成することができる。具体的には、SiO2をCVD(Chemical Vapor Deposition)法により成膜することで形成することができる。
The
The
この被覆層208は透明膜であるため、発光層206を通り抜けてきた光は、被覆層208も透過し、外部に出射することができる。被覆層208を成膜することで、発光層206と外部の空気との屈折率の差がより小さくなり、更に反射が抑えられるため、光の取り出し効率を更に高くすることができる。
Since the
次に第1の凹凸構造について更に詳細に説明する。
図8(a)〜(d)は、凹凸構造について説明した斜視図である。
図8(a)〜(d)に示したLED102a,102b,102c,102dは、説明を簡単にするため、被覆層208を描いていない。そして、第1の凹凸構造の種々のパターンについて図示している。
Next, the first uneven structure will be described in more detail.
FIGS. 8A to 8D are perspective views illustrating the concavo-convex structure.
The
ここで、図8(a)に示したLED102aは、副走査方向に畝状に配列する凸部210および凹部212により構成される。また、図8(b)に示したLED102bは、主走査方向に畝状に配列する凸部210および凹部212により構成される。LED102aおよびLED102bは、図示したように互いに略平行な畝状に配列する凸部210および凹部212を繰り返すパターンにより凹凸構造が形成されている。また凸部210の幅は、凸部210が形成されるどの箇所でもほぼ同一である。また凹部212の幅も同様にほぼ同一である。
Here, the
また、図8(c)に示したLED102cは、格子状に配列する凸部210および凹部212により構成される。また、図8(d)に示したLED102dは、千鳥状に配列する凸部210および凹部212により構成により構成される。LED102cおよびLED102dは、図示したように凸部210の頂部の形状はほぼ正方形形状である。即ち、凸部210の頂部の主走査方向および副走査方向の幅がほぼ等しい。また、凸部210の主走査方向および副走査方向の幅は、凸部210が形成されるどの箇所でもほぼ同一である。
Further, the
図8(a)〜(d)で示したいずれの形態においても、発光素子としてのLED102a,102b,102c,102d内部から発する光の取り出し効率を高めることができる。しかし、凸部210および凹部212により形成される角部218a,218bが多いほど、より全反射が生じにくくなり、より効率的に光を取り出すことができる。例えば、LED102cおよびLED102dの構造の場合は、LED102aおよびLED102bの構造の場合よりも凸部210と凹部212により形成される角部218a,218bの数が多くなる。そのため、より全反射が生じにくくなり、より効率的に光を取り出すことができる。また、LED102aの構造よりLED102bの構造の方が、副走査方向に対し、光が集まりやすい。即ち、結像光学素子54(図2参照)の光を集めることができる有効角の関係により、結像光学素子54で集光できる光の量が多くなる。そのため、副走査方向の指向性を高めることができる。よって図2で説明した形態のような発光素子ヘッド14においては、より効率よく光を集光しやすいため、より多くの光出力を感光体ドラム12(図2参照)上に結像させやすくなる。
In any of the forms shown in FIGS. 8A to 8D, the extraction efficiency of light emitted from the
1…画像形成装置、11K,11C,11M,11Y…画像形成ユニット、14…発光素子ヘッド、23…転写ロール、24…定着器、51…発光素子アレイ、54…結像光学素子、100…発光素子アレイチップ、101…ボンディングパッド、102…LED、202…基板、204…反射層、206…発光層、208…被覆層、210,214…凸部、212,216…凹部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
電流を供給することで発光し、表面に第1の凹凸構造を有する発光層と、
前記第1の凹凸構造に対応して第2の凹凸構造を有し、前記発光層に接して形成され、当該発光層から発した光を透過する被覆層と、
前記基板と前記発光層との間に形成され、当該発光層から発した光を反射する反射層と、
を備えることを特徴とする発光素子。 A substrate,
A light emitting layer that emits light by supplying current and has a first uneven structure on the surface;
A coating layer that has a second concavo-convex structure corresponding to the first concavo-convex structure, is formed in contact with the light emitting layer, and transmits light emitted from the light emitting layer;
A reflective layer that is formed between the substrate and the light emitting layer and reflects light emitted from the light emitting layer;
A light-emitting element comprising:
前記発光素子アレイの光出力を結像させる光学素子と、
を備えることを特徴とする発光素子ヘッド。 A substrate, a light-emitting layer that emits light by supplying current and has a first uneven structure on a surface, and a second uneven structure corresponding to the first uneven structure, is formed in contact with the light-emitting layer, and A light-emitting element array chip comprising a light-emitting element having a covering layer that transmits light emitted from a light-emitting layer, and a reflective layer that is formed between the substrate and the light-emitting layer and reflects light emitted from the light-emitting layer A plurality of light emitting element arrays arranged in the main scanning direction;
An optical element for imaging the light output of the light emitting element array;
A light-emitting element head comprising:
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 A substrate, a light-emitting layer that emits light by supplying current and has a first uneven structure on a surface, and a second uneven structure corresponding to the first uneven structure, is formed in contact with the light-emitting layer, and A light emitting element head comprising: a light emitting element having a coating layer that transmits light emitted from the light emitting layer; and a reflective layer that is formed between the substrate and the light emitting layer and reflects light emitted from the light emitting layer. Toner image forming means for forming a toner image;
Transfer means for transferring the toner image to a recording medium;
Fixing means for fixing the toner image on a recording medium;
An image forming apparatus comprising:
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WO2013161655A1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-10-31 | 三洋電機株式会社 | Power-supply device, vehicle provided therewith, and electricity-storage device |
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