JP2011131475A - 光プリントヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 手間のかかる作製工程を経ることなく発光素子アレイ同士の繋ぎ目からの接着剤の噴き出しを抑制し、かつ、発光素子アレイのサブピーク光のばらつきを低減できるプリントヘッドを提供する。
【解決手段】 化合物半導体基板の裏面は、接着剤が設けられた内側領域と、前記接着剤が設けられていない外側領域と、から構成され、前記化合物半導体基板は、発光素子からの光により励起されて発光する直接遷移型の化合物半導体基板であり、前記接着剤は、前記化合物半導体基板からの前記発光を吸収し、前記外側領域上に設けられ、前記化合物半導体基板からの前記発光を吸収する光吸収層を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真プリンター等の露光手段として用いられる光プリントヘッドおよび画像形成装置に関する。

電子写真プリンター等の露光手段として用いられる光プリントヘッドは、例えば、所定パターンの配線導体が被着されているプリント基板の上面に、複数個の発光素子アレイを実装させた構造を有している。これらの発光素子アレイの各発光素子に外部からの印画信号に基づいて所定の電力を印加し、発光素子を個々に選択的に発光させる。そして、発光した光を、レンズを介して外部の感光体ドラム上に照射させ、感光体ドラムの表面に所定の潜像を形成し、それを現像した後用紙等に転写する。

通常、発光素子アレイをプリント基板に接着するために、接着剤の液状体をプリント基板の上面の所定領域に塗布し、塗布面に発光素子アレイを押圧した状態で前記接着剤に含まれる樹脂成分を熱硬化させ取り付ける。

発光素子アレイをプリント基板上に接着剤で固定させる際、この接着剤の量が多いと発光素子アレイの重量、加重に押された余分の接着剤が毛細管現象等により発光素子アレイ同士の繋ぎ目から噴き出し、発光素子アレイの上面に流れこんで発光素子を覆うことで発光強度を低下させたり、継続使用により接着剤が変色し当該変色した接着剤により発光素子アレイの発光強度が部分的に変化したり、ワイヤボンド用パッドに流れ込んでワイヤの付きが悪くなったりしていた。

例えば、特許文献１に記載されたＬＥＤプリントヘッドによれば、ＬＥＤアレイの下面の外縁周部に枠状部が設けられ、当該枠状部の内部に接着剤が充填される。これにより、ダイマウント時における発光素子アレイ同士の繋ぎ目からの接着剤の噴き出しを低下することができる。

特開２００７−２６８８７５号公報

しかし特許文献１に記載のプリントヘッドでは、発光素子アレイの外周部に枠状部を別途設ける必要があった。

枠状部を設けずに接着剤の噴き出しを防止するための方法としては、発光素子アレイをプリント基板に接着した際、発光素子アレイの外周部まで広がらないように接着剤を設ける手法が挙げられるが、この手法により得られた光プリントヘッド内の発光素子アレイを構成する発光素子にとって、発光素子アレイの外周部および中央部で、プリントヘッドの裏面側の環境が異なる。具体的に、発光素子アレイの裏面側の中央部には接着剤が設けられているが、発光素子アレイの裏面側の外周部には接着剤が設けられていない。この構成で生じる課題は以下のとおりである。

例えば、ＧａＡｓ結晶等の基板上にＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＡｓ等の半導体層を積層して発光素子の発光層が構成された場合、発光層からのメインピーク光の波長とは異なる波長帯にサブピーク光が生じる。そして、このサブピーク光は、前記基板を透過してプリント基板で反射する。

前述のＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＡｓ等の半導体層が設けられたＧａＡｓ結晶等の基板を用い、かつ、発光素子アレイの外周部には接着剤を設けない場合、接着剤がサブピーク光を吸収すると、発光素子アレイを構成する発光素子のうち、発光素子アレイの外周部に設けられた発光素子およびそれ以外の発光素子のサブピーク光はそれぞれサブピーク強度にばらつきが生じる可能性がある。この発光素子アレイを、例えば、ページプリンタ用感光ドラムの露光光源等に用いる場合、印画ムラが生じる可能性があった。

本発明はこのような新規な課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光素子アレイ同士の繋ぎ目からの接着剤の噴き出しを抑制し、かつ、発光素子アレイのサブピーク光のばらつきを低減できる光プリントヘッドを提供することにある。

本発明の一実施形態にかかる光プリントヘッドは、プリント基板と、接着剤を介して前記プリント基板上に設けられた化合物半導体基板および前記化合物半導体基板上に複数設けられた発光素子を有する複数の発光素子アレイと、具備する光プリントヘッドであって、前記化合物半導体基板の裏面は、前記接着剤が設けられた内側領域と、前記接着剤が設けられていない外側領域と、から構成され、前記化合物半導体基板は、前記発光素子からの光により励起されて発光する直接遷移型の化合物半導体基板であり、前記接着剤は、前記化合物半導体基板からの前記発光を吸収し、前記発光素子が設けられた前記化合物半導体基板の表面の裏側の前記外側領域に設けられ、前記化合物半導体基板からの前記発光を吸収する光吸収層を有する。

前記光吸収層は前記内側領域にも設けられ、前記接着剤は前記光吸収層の下に設けられることが好ましい。

前記光吸収層は、前記接着剤の周囲を囲むように設けられる段部を有することが好ましい。

本発明の一実施形態にかかる画像形成装置は、前記光プリントヘッドと、前記発光素子アレイから出射される光が照射される電子写真感光体と、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、を備える。

本実施形態によれば、化合物半導体基板の裏面であって接着剤が設けられていない外側領域に光吸収層を設けることにより、発光素子アレイ同士の繋ぎ目からの噴き出しを抑制し、かつ、発光素子アレイのサブピーク光のばらつきを低減できる。

（Ａ）は本発明の一実施形態である光プリントヘッド１の模式的な平面図であり、（Ｂ）は図１の光プリントヘッド１をＸ−Ｘ’にて切断した断面図である。 図１または図３において、光吸収層６および接着剤７が設けられた発光素子アレイ４をプリント基板側から見た平面図である。 本発明の一実施形態である光プリントヘッド１の模式的な断面図である。 図１の光プリントヘッドを具備する画像形成装置の基本的構成を示す側面図である。 従来の光プリントヘッドアレイにおける接着剤の噴き出しを示す要部断面概略図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１に示すように、光プリントヘッド１は、プリント基板５と発光素子アレイ４とから構成される。そして、図１（Ａ）におけるＸ−Ｘ’の断面図である図１（Ｂ）に示すように、光プリントヘッド１は、発光素子アレイ４を構成する化合物半導体基板２とプリント基板５との間に接着剤７を設けられている。

化合物半導体基板２の裏面のうち、接着剤７が設けられている領域を内側領域２ａとし、接着剤７が設けられておらず、内側領域２ａの外側に位置する領域を外側領域２ｂとする。具体的には、図１（Ｂ）に示すように、接着剤の端に接するように記載した２つの点線の内側を内側領域２ａ、外側を外側領域２ｂとする。

さらに、化合物半導体基板２のうち内側領域２ａと反対側の主面、つまり表面側に位置する発光素子を内側発光素子３ａ、また、化合物半導体基板２のうち外側領域２ｂと反対側の主面、つまり表面側に位置する発光素子を外側発光素子３ｂとする。本発明の一実施態様における光プリントヘッド１は、化合物半導体基板２の表面側に内側発光素子３ａおよび外側発光素子を設け、化合物半導体基板２の裏面側のうち、内側発光素子３ａの裏面側である内側領域２ａに接着剤７を設け、外側発光素子３ｂの裏面側である外側領域２ｂに光吸収層６を設ける。光吸収層６および接着剤７が設けられた発光素子アレイ４をプリント基板側から見た場合、図２に示すように、化合物半導体基板２の裏面のうち接着剤７が設けられていない領域に光吸収層６が設けられる。

接着剤７は、化合物半導体基板２とプリント基板５とを接着するだけでなく、外部からの光（例えば、発光素子３からの光）を受けて励起した化合物半導体基板２から発せられる光を吸収する役割をはたす。接着剤７としては、具体的に、エポキシ樹脂などの液状の樹脂が挙げられる。

接着剤７により、以下のようにして化合物半導体基板２とプリント基板５とを接着させる。

接着剤７を液状のまま、配線導体が被着されているプリント基板上面の中央付近に、従来周知の印刷技術やディスペンサー等を用いて塗布し、しかる後、裏面側に光吸収層６を有する複数個の発光素子アレイ４を接着剤７の塗布面に一列に並べる。そして、各発光素子アレイ４をプリント基板５側に押圧した状態で印加し、接着剤７中の樹脂を熱硬化させることによって発光素子アレイ４をプリント基板５の上面に取着する。

このようにして設けられた接着剤７の厚みは１〜３μｍである。

また、光吸収層６は、前述した接着剤７の外側に設けられ、外部からの光（例えば、発光素子３からの光）を受けて励起した化合物半導体基板２から発せられる光を、接着剤７とともに吸収する役割をはたす。光吸収層６は特に、内側発光素子３ａからの光により励起されて化合物半導体基板２の外側領域２ｂから発せられた光を吸収する。

光吸収層６としては、具体的に、アモルファスシリコン層、単結晶ゲルマニウム層、単結晶シリコン層などが挙げられる。とくに、発光素子への応力を抑制できる点で、光吸収層６としてはアモルファスシリコン層が好ましい。

光吸収層６が例えばアモルファスシリコン層である場合、化合物半導体基板２上に化学気相成長させることにより（ＣＶＤ法）、光吸収層６を作製することができる。光吸収層６の厚みは１〜１０μｍである。

図１（Ｂ）の場合、外側領域２ｂだけでなく、内側領域２ａにも光吸収層６を設け、内側領域２ａにおける光吸収層６上に接着剤７を設ける構成をとっている。

接着剤７は、シランカップリング剤を含むことが好ましい。このような接着剤７を用い、さらに、光吸収層６がアモルファスシリコン層である場合、接着剤７と光吸収層６との間の接着性が向上するため、上述のように、外側領域２ｂだけでなく、内側領域２ａにも光吸収層６を設け、内側領域２ａにおける光吸収層６上に接着剤７を設けることが好ましい。

また、光吸収層６中に空隙が存在しやすくなることで、接着剤７との間でアンカー効果を示すことができるため、光吸収層６の厚みは薄いほど（１〜４μｍ）好ましい。

光吸収層６の融点は接着剤７の融点よりも高いことが好ましい。これにより、図１（Ｂ）のように内側領域２ａにおける光吸収層６上に接着剤７を設ける場合、接着剤７による接着工程時に光吸収層６が融けることを抑制し、さらに、発光素子３ｂからの熱が接着剤に伝達することを抑制する。

図１（Ｂ）に示す光プリントヘッド１とは別の実施形態として他に、図３に示すような光プリントヘッド１が挙げられる。図３に示す光プリントヘッド１は、化合物半導体基板２の外側領域２ｂ上における光吸収層６に段部６ａを有することが好ましい。段部６ａは、接着剤７の周囲を囲むように設けられ、接着剤７が、化合物半導体基板２同士の繋ぎ目から噴き出すことを低減させる効果を示す。前述の効果が十分に得られることから、段部６ａとプリント基板５とが接するように設けられることが好ましい。

以下に各構成について示す。

（プリント基板５）
プリント基板５は、如何なる材料から構成されても良いが、例えばガラスエポキシ樹脂等の電気絶縁材料から構成されていることが好ましい。プリント基板５の上面は、複数個の配線導体、複数個の発光素子アレイ等を支持する。

（化合物半導体基板２）
本実施形態において化合物半導体基板２は、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮのような化合物半導体基板２などが挙げられる。これらは直接遷移型の化合物半導体であり、特定の波長の光を吸収して励起され、長波長側の光を発する。

例えば、化合物半導体基板２としてＧａＡｓを用い、発光素子３としてＡｌＧａＡｓ（たとえば、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ）を用いた場合、発光素子３からは約７７０ｎｍの吸収極大を示す発光が得られるが、化合物半導体基板２のＧａＡｓがこの発光を吸収して励起し、サブピークとして約８６０ｎｍの発光を示す。

化合物半導体基板の裏面は、内側領域２ａと外側領域２ｂとから構成される。

（発光素子３）
発光素子３はｐ型半導体層およびｎ型半導体層から構成され、これらの半導体層は、例えば、ＧａＡｓ系化合物などから形成される。

ｐ型半導体層およびｎ型半導体層は他に、窒化物半導体も用いることができる。ここで、窒化物半導体とは、例えば、元素周期律表におけるＩＩＩＢ族（１３族）元素の窒化物から構成される半導体をいう。ＩＩＩＢ族窒化物半導体は、化学式Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表すことができる。ＩＩＩＢ族窒化物半導体としては、たとえば、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などが挙げられる。

発光素子３の厚みは、約３〜５μｍであり、ｐ型半導体層３ａの厚みは約１〜３μｍ、およびｎ型半導体層３ｂの厚みは約１〜３μｍである。

なお、発光素子３としてＬＥＤを具体例として用いるが、発光素子３としては例えば、発光サイリスタを用いることも可能であることは言うまでもない。

また、発光素子３は、６００ｄｐｉまたは１２００ｄｐｉのいずれの解像度にも対応することも可能である。

発光素子３は、例えば周知の半導体製造技術によって製造することができる。具体的には、例えばＧａＡｓ系の発光素子３を製作する場合、まずＡｌＧａＡｓから成る化合物半導体基板２を炉中にて高温に加熱するとともにＡｓＨ_３とＧａとＡｌを適量に含むガスを接触させて化合物半導体基板２の表面にｎ型半導体のＡｌＧａＡｓの単結晶を成長させる。その後、引き続いてｎ型半導体のＡｌＧａＡｓ単結晶表面にＳｉＮの窓付膜を被着させるとともに該窓部にＺｎのガスをさらし、ｎ型半導体のＡｌＧａＡｓ単結晶の一部にＺｎを拡散させてｐ型半導体を形成することによってｐｎ接合を形成する。

本発明の一実施態様の光プリントヘッド１には、上述以外に、発光素子３と電気的に接続した接続パッド８を設けることができる（具体的な配線は図示していない）。とくに、図１（Ａ）に示すように、接続パッド８は、プリント基板５のうち発光素子３が設けられた側とは反対側に並べて設けられることが好ましい。

＜画像形成装置１５＞
以下に本発明の実施態様の一つである画像形成装置１５を示す。

画像形成装置１５は、光プリントヘッドと、電子写真感光体と、現像剤供給手段と、転写手段と、定着手段とを備える。現像剤供給手段は、電子写真感光体に現像剤を供給する。電子写真感光体は、円柱状の感光体ドラム９０に含まれ、感光体ドラムの外側面の表面として形成される。電子写真感光体には、発光素子３から出射される光が照射される。転写手段は、画像を記録シートに転写する。記録シートに転写される画像は、電子写真感光体に、現像剤によって形成される。定着手段は、記録シートに転写される現像剤を定着させる。第１実施形態において、画像形成装置１５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。光プリントヘッド８５は、発光素子アレイ（不図示）および回路基板８６（前述のプリント基板５）とともに、レンズアレイ８８をさらに具備する。

画像形成装置１５に対して、前述した光プリントヘッドを用いることにより、発光素子からのサブピーク光のばらつきを抑制することで、印画ムラの発生を抑制することができる。

画像形成装置１５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、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ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。

プリント基板である各回路基板８６に実装されている各発光素子アレイは、駆動手段（図示せず）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、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ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（図示せず）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（図示せず）によって回転される。

制御手段９６は、駆動手段（図示せず）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。

本実施の形態にて用いられる光プリントヘッド８５では、発光素子アレイから出射され、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１５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。

なお、上述したそれぞれの実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。

実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

１，８５ 光プリントヘッド
２，１２ 化合物半導体基板
２ａ 化合物半導体基板２の裏面の内側領域
２ｂ 化合物半導体基板２の裏面の外側領域
３，１３ 発光素子
３ａ 内側領域６ａの反対側の発光素子
３ｂ 外側領域６ａの反対側の発光素子
４ 発光素子アレイ
５，１５ プリント基板
６ 光吸収層
６ａ 光吸収層６の段部
７，１７ 接着剤
８ 接続パッド

Claims (4)

1. プリント基板と、
   接着剤を介して前記プリント基板上に設けられた化合物半導体基板および前記化合物半導体基板上に複数設けられた発光素子を有する複数の発光素子アレイと、
   具備する光プリントヘッドであって、
   前記化合物半導体基板の裏面は、前記接着剤が設けられた内側領域と、前記接着剤が設けられていない外側領域と、から構成され、
   前記化合物半導体基板は、前記発光素子からの光により励起されて発光する直接遷移型の化合物半導体基板であり、
   前記接着剤は、前記化合物半導体基板からの前記発光を吸収し、
   前記発光素子が設けられた前記化合物半導体基板の表面の反対側の前記外側領域に設けられ、前記化合物半導体基板からの前記発光を吸収する光吸収層を有する
   光プリントヘッド。
2. 前記光吸収層は前記化合物半導体基板の裏面の内側領域にも設けられ、
   前記接着剤は前記光吸収層上に設けられる請求項１記載の光プリントヘッド。
3. 前記光吸収層は、前記接着剤の周囲を囲むように設けられる段部を有する請求項１または２記載の光プリントヘッド。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光プリントヘッドと、
   前記発光素子アレイから出射される光が照射される電子写真感光体と、
   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、
   を備える画像形成装置。
   

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