JP2854556B2 - 自己走査形発光素子アレイおよびその駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子を同一基
板上に集積した発光素子アレイへの自己走査機能の付与
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】発光素子の代表的なものとしてＬＥＤ
（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）および
ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）が知られている。

【０００３】ＬＥＤは化合物半導体（ＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ、ＧａＡｌＡｓ等）のＰＮまたはＰＩＮ接合を形成
し、これに順方向電圧を加えることにより接合内部にキ
ャリアを注入し、その再結合の過程で生じる発光現象を
利用するものである。

【０００４】またＬＤはこのＬＥＤ内部に導波路を設け
た構造となっている。あるしきい値電流以上の電流をな
がすと注入される電子−正孔対が増加し反転分布状態と
なり、誘導放射による光子の増倍（利得）が発生し、へ
き開面などを利用した平行な反射鏡で発生した光が再び
活性層に帰還されレーザ発振が起こる。そして導波路の
端面からレーザ光が出ていくものである。

【０００５】これらＬＥＤ、ＬＤと同じ発光メカニズム
を有する発光素子として発光機能を持つ負性抵抗素子
（発光サイリスタ、レーザサイリスタ等）も知られてい
る。発光サイリスタは先に述べたような化合物半導体で
ＰＮＰＮ構造を作るものであり、シリコンではサイリス
タとして実用化されている（青木昌治編著、「発光ダイ
オード」工業調査会、ｐｐ１６７〜１６９参照）。

【０００６】この発光機能を持つ負性抵抗素子（ここで
は発光サイリスタと呼ぶ）の基本構造および電流−電圧
特性を図１５、図１６に示す。図１５に示す構造はＮ形
ＧａＡｓ基板上にＰＮＰＮ構造を形成したものでサイリ
スタとまったく同じ構成である。図１６も同様にサイリ
スタとまったく同じＳ字形負性抵抗を表している。また
この発光サイリスタは外部から光を入射することにより
そのしきい電圧が低下することが知られている。

【０００７】さらにこの発光サイリスタの中に導波路を
設けＬＤと全く同じ原理でレーザサイリスタを形成する
事もできる（田代他、１９８７年秋応用物理学会講演、
番号１８ｐ−ＺＧ−１０）。

【０００８】これらの様な発光素子、特にＬＥＤは化合
物半導体基板上に多数個作られ、切断されて一つずつの
発光素子としてパッケージングされ販売されている。ま
た密着イメージセンサ用およびプリンタ用光源としての
ＬＥＤは一つのチップ上に複数個のＬＥＤを並べたＬＥ
Ｄアレイとして販売されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一方、密着形イメージ
センサ、ＬＥＤプリンタ等では読み取るポイント、書き
込むポイントを指定するため、これら発光素子による発
光点の走査機能（光走査機能）が必要であった。

【００１０】しかし、これらの従来の発光素子を用いて
光走査を行うためには、ＬＥＤアレイのなかに作られて
いる一つ一つのＬＥＤをワイヤボンディング等の技術に
より駆動ＩＣに接続し、このＩＣで一つ一つのＬＥＤを
駆動させてやる必要があった。このためＬＥＤの数が多
い場合、同数のワイヤボンディングが必要で、かつ、駆
動ＩＣも数多く必要となりコストが高くなってしまうと
いう欠点があった。また、駆動ＩＣを設置するスペース
を確保することが必要となり、コンパクト化が困難とい
う欠点を誘発していた。またＬＥＤを並べるピッチもワ
イヤボンディングの技術で定まり、短ピッチ化が難しい
という欠点があった。

【００１１】本発明の目的は、このような欠点を解消し
た自己走査形発光素子アレイを提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、自己走査形発光素子
アレイの駆動方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は発光素子アレイ
自身に自己走査機能をもたせることにより、従来例で挙
げたワイヤボンディングの数の問題、駆動ＩＣの問題、
コンパクト化、短ピッチ化の問題を解決しようとするも
のである。発光素子アレイが自己走査することにより駆
動ＩＣは不必要となり、従ってワイヤボンディングが不
要となる。このため先に述べた不具合は解消される。

【００１４】本発明は、発光のためのしきい電圧もしく
はしきい電流が外部から光によって制御可能な発光素子
多数個を、一次元，二次元，もしくは三次元的に配列
し、各発光素子に、外部から電圧もしくは電流を印加さ
せるクロックラインを接続し、発光状態にある発光素子
から発生する光の少なくとも一部が、発光状態にある発
光素子近傍の複数の他の発光素子に入射すると、前記他
の発光素子は、発光のためのしきい電圧もしくはしきい
電流を下げ、前記他の発光素子に接続されたク子に入射
するように構成し、各発光素子に、外部から電圧もしく
は電流を印加させるクロックラインを接続した、自己走
査形発光素子アレイの駆動方法において、発光状態にあ
る或る発光素子の発生する光が、その発光素子近傍の複
数の他の発光素子に入射し、それらのしきい電圧もしく
はしきい電流を変化させ、しきい電圧もしくはしきい電
流を変化させられた次駆動発光素子を発光させ、かつ、
しきい電圧もしくはしきい電流を変化させられていない
かまたは変化させられた量が前記次駆動発光素子ほどで
はない発光素子を発光させない値の電圧パルスもしくは
電流パルスを、前記クロックラインを介して発光素子に
印加して、所望の発光素子を発光させ、発光状態を順次
転送させる自己走査形発光素子アレイの駆動方法。

【００１５】また本発明は、発光のためのしきい電圧も
しくはしきい電流が外部から光によって制御可能な発光
素子多数個を、一次元，二次元もしくは三次元的に配列
し、各発光素子から発生する光の少なくとも一部が、各
発光素子近傍の他の発光素子に入射するように構成し、
各発光素子に、外部から電圧パルスもしくは電流パルス
を印加させるクロックラインを接続した、自己走査形発
光素子アレイの駆動方法において、発光状態にある或る
発光素子の発生する光が、その発光素子近傍の複数の他
の発光素子に入射し、それらのしきい電圧もしくはしき
い電流を変化させ、しきい電圧もしくはしきい電流を変
化させられた駆動発光素子の中から、所望の発光素子を
発光させるために、前記クロックラインを介して印加す
る電圧パルスまたは電流パルスのオン時の値を制御し
て、前記所望の発光素子を発光させ、発光状態を順次転
送させる自己走査形発光素子アレイの駆動方法である。

【００１６】

【発明の実施の形態】

実施例Ａ ＜実施例Ａ−１＞実施例Ａ−１の自己走査形発光素子ア
レイの原理の等価回路図を図１に示す。これは発光しき
い電圧、電流が外部から制御できる発光素子の一例とし
て、最も標準的な三端子の発光サイリスタを用いた場合
を表している。

【００１７】発光サイリスタＴ_(-2)〜Ｔ₍₊₂₎は、一列に
並べられた構成となっている。各単体発光素子のアノー
ド電極に３本の転送クロックライン（φ₁ 、φ₂ 、φ
₃ ）がそれぞれ３素子おきに（繰り返される様に）接続
される。従来例にて説明したように発光サイリスタは光
を感じてそのターンオン電圧が低下する特性を持つ。発
光サイリスタをその発光が互いの素子に入射するよう構
成すると、発光素子に距離的に近い素子、または光がよ
くあたるように配置された素子はそのターンオン電圧が
下がることになる。

【００１８】図１の等価回路図の動作について説明す
る。今転送クロックラインφ₃ にハイレベルパルス電圧
が加わっており、発光サイリスタＴ₍₀₎ がＯＮ状態にな
っているとする。発光サイリスタＴ₍₀₎ からの発光は隣
接する発光サイリスタＴ_(-1)，Ｔ₍₊₁₎に入射し、これら
のＯＮ電圧を引き下げる。発光サイリスタＴ_(-2)，Ｔ_(+
2)は、発光サイリスタＴ_(-1)，Ｔ₍₊₁₎に比べ遠方にある
ため入射光は弱く、ＯＮ電圧はそれほど低下しない。こ
の状態で、次にクロックラインφ₁ にハイレベルパルス
電圧を印加する。発光サイリスタＴ₍₊₁₎のオン電圧は発
光サイリスタＴ_{(- 2)}のＯＮ電圧に比べ光の影響で低下し
ているため、発光サイリスタＴ₍₊₁₎のＯＮ電圧と発光サ
イリスタＴ_(-2)のＯＮ電圧の間の電圧に、転送クロック
のハイレベル電圧を設定すると発光サイリスタＴ₍₊₁₎の
みＯＮし、発光サイリスタＴ_(-2)はＯＮしないようにす
ることができる。よって発光サイリスタＴ₍₊₁₎，Ｔ₍₀₎
が同時にＯＮする状況が生まれる。そしてクロックライ
ンφ₃ をローレベル電圧に落とすと、発光サイリスタＴ
₍₀₎ はＯＦＦとなり、発光サイリスタＴ₍₊₁₎のみＯＮす
ることになる。よってＯＮ状態の転送が行われたことに
なる。

【００１９】上に述べたような原理から、転送クロック
φ₁ 、φ₂ 、φ₃ のハイレベル電圧を順番に互いに少し
ずつ重なるように設定すれば、発光素子のＯＮ状態は順
次転送されていく。即ち、発光点が順次転送される。

【００２０】本実施例によると、従来ではできなかった
自己走査形発光素子アレイを実現することができる。

【００２１】＜実施例Ａ−２＞実施例Ａ−１では自己走
査形発光素子アレイの等価回路を示し説明したが、実施
例Ａ−２では実施例Ａ−１の発光素子アレイを集積化し
て作成する場合の構成についての発明を説明するもので
ある。

【００２２】本発明の構造概念図を図２に示す。接地さ
れたｎ形ＧａＡｓ基板（１）上にｐ形半導体層（２
３）、ｎ形半導体層（２２）、ｐ形半導体層（２１）の
各層を形成する。そしてホトリソグラフィ等およびエッ
チングにより、各単体発光素子Ｔ _(-2)〜Ｔ₍₊₁₎に分離す
る。電極（４０）はｐ形半導体層（２１）とオーミック
接触をしており、絶縁層（３０）は素子と配線との短絡
を防ぎ、同時に特性劣化を防ぐための保護膜として作用
する。ここで、絶縁層（３０）には発光サイリスタの発
光波長の光が通るような材質を用いている。

【００２３】ｐ形半導体層（２１）はこのサイリスタの
アノードであり、ｎ形ＧａＡｓ基板（１）はカソードで
ある。各単体発光素子のアノード電極（４０）に３本の
転送クロックライン（φ₁ 、φ₂ 、φ₃ ）がそれぞれ３
素子おきに接続される。

【００２４】発光サイリスタのＯＮ電圧が素子に入射す
る光量に依存して変化することは一般に知られている。
従ってＯＮ発光サイリスタの光の一部が隣接する発光サ
イリスタに入射するよう構成されていれば、ＯＮ発光サ
イリスタに近い発光サイリスタのＯＮ電圧は、光がない
場合に比べ低下する。

【００２５】図２の構造では絶縁層（３０）が発光波長
に対し透明な膜で形成されているため、光は容易に隣接
する素子に入りそのＯＮ電圧を低下させることができ
る。

【００２６】上記発光素子アレイの動作は、実施例Ａ−
１で説明した動作と全く同様である。

【００２７】上に述べたような原理から、転送クロック
φ₁ 、φ₂ 、φ₃ のハイレベル電圧を順番に互いに少し
ずつ重なるように設定すれば、発光サイリスタのＯＮ状
態は順次転送されていく。即ち、発光点が順次転送され
る。本実施例によると、従来ではできなかった集積化さ
れた光結合による自己走査形発光素子アレイを実現する
ことができる。

【００２８】＜実施例Ａ−３＞本実施例は実施例Ａ−２
の発光素子アレイの現実的な構造を示したものである。

【００２９】本実施例の平面図を図３に、図３のＸ−
Ｘ′およびＹ−Ｙ′ラインの断面図を、各々図４および
図５に示す。各発光素子Ｔ_(-2)〜Ｔ₍₊₁₎の間には、発光
素子の分離溝（５０）があり、分離溝（５０）の一部に
は発光素子からの光が両隣りの素子以外の素子に入らな
いようにするための光障壁（６１）が設けられている。

【００３０】本実施例では光障壁としてフィールド（６
０）の突起を用いているが、別の物質を用いてもよい
し、また形状も別の形状としてもよい。発光素子の上記
電極にはコンタクト穴Ｃ₁ が設けられ、電極（４０）と
電気的に接続される。コンタクト穴Ｃ₂ は、電極（４
０）と転送クロックラインφ₁ 、φ₂ 、φ₃ との接続用
スルーホールである。

【００３１】転送クロックラインφ₁ は発光素子Ｔ_(-2)
およびＴ₍₊₁₎に接続され、転送クロックラインφ₂ は発
光素子Ｔ_(-1)に、転送クロックラインφ₃ は発光素子Ｔ
₍₀₎に接続されている。

【００３２】図４に図３のＸ−Ｘ′ラインの断面図を示
す。これは発光素子アレイの配列方向に切ったラインで
あり、各発光素子が並んでいる様子がわかる。発光素子
の分離溝（５０）には、発光素子と電極（４０）との短
絡防止用の絶縁膜（３０）、および電極（４０）と転送
クロックラインとの短絡防止用の層間絶縁膜（３１）が
ある。これらの絶縁膜（３０）、（３１）は素子間の光
結合を妨げぬよう透光性の絶縁膜でできている。または
素子間の光結合を調節できるよう適度に光を吸収する絶
縁膜を用いてもよい。さらには適度に光を吸収する絶縁
膜と透光性の絶縁膜を適度の膜厚を調整し、重ねて用い
てもよい。このような構成にすると素子間の光結合が可
能となり、転送動作（光走査動作）が行える。

【００３３】図５に図３のＹ−Ｙ′ラインの断面図を示
す。これは発光素子アレイの配列方向に垂直に切ったラ
インであり、配線、電極の接続状況がわかる。発光素子
の上部電極との取り出し用コンタクト穴Ｃ₁ を絶縁膜
（３０）に設け、電極（４０）にて外部に取り出す。そ
してフィールド上にて転送クロックラインφ₃ とスルー
ホールを通じて接続される。

【００３４】本実施例を実現するための製造工程として
は次のような工程が挙げられる。

【００３５】まずｎ⁺ 形ＧａＡｓ基板上にｎ形ＧａＡｓ
層（２４ｂ）、ｎ形ＡｌＧａＡｓ層（２４ａ）、ｐ形Ｇ
ａＡｓ層（２３）、ｎ形ＧａＡｓ層（２２）、ｐ形Ａｌ
ＧａＡｓ層（２１ｂ）、ｐ形ＧａＡｓ層（２１ａ）を順
次積層して成膜（エピタキシャル成長）する。次にホト
エッチング法を用いて、分離溝（５０）を形成する。こ
の後、絶縁膜（３０）を成膜し、コンタクト穴（Ｃ₁ ）
をホトエッチング法を用いて形成する。次に電極用金属
を蒸着法またはスパッタ法にて成膜し、ホトエッチング
法を用いて電極（４０）を形成する。さらに層間絶縁膜
（３１）を成膜し、ホトエッチング法を用いてスルーホ
ール（Ｃ₂ ）を形成する。そして配線用金属を蒸着法ま
たはスパッタ法にて成膜し、ホトエッチング法を用いて
転送クロックライン（φ₁ 、φ₂ 、φ₃ ）を形成する。
以上の工程により本実施例の構造が完成する。

【００３６】本実施例で特に述べなかったが、転送クロ
ックライン上に透光性の保護膜を設けてもよく、また絶
縁膜が厚くなり光の透過率が悪化し外部に取り出せる光
量が低下するのを嫌うなら、発光素子の上部絶縁膜の一
部または全部をホトエッチング法等の方法により除去し
てもよい。

【００３７】本実施例によると集積形自己走査発光素子
アレイを製造することができる。

【００３８】＜実施例Ａ−４＞実施例Ａ−２、Ａ−３は
発光素子として発光サイリスタを考えた場合の実施例で
あったが、本発明はこれに限られるものでなく他の種類
の発光素子であってもよい。

【００３９】その一例として本実施例ではレーザサイリ
スタを使用する場合について述べる。

【００４０】図６に発光素子としてレーザサイリスタを
使用した場合の断面構成図を示す。各発光素子（レーザ
サイリスタ）Ｔ_(-1)〜Ｔ₍₊₁₎は以下の構成で作成され
る。ｎ形ＧａＡｓ基板（１）上にｎ形ＡｌＧａＡｓ（２
５）、ｐ形ＡｌＧａＡｓ（２４）、Ｉ形（ノンドウプ）
ＧａＡｓ（２３）、ｎ形ＡｌＧａＡｓ（２２）、ｐ形Ａ
ｌＧａＡｓ（２１）を順次積層した構造とし、ｎ形Ａｌ
ＧａＡｓ（２１）、ｐ形ＡｌＧａＡｓ（２２）の層を図
のように加工する。これは通常ストライプ形のレーザダ
イオードの形状と同じである。このｎ形ＡｌＧａＡｓ
（２１）およびｐ形ＡｌＧａＡｓ（２２）の一部の幅は
１０μｍ以下とした。その他の部分は今までの図２〜図
５と同じである。

【００４１】レーザサイリスタの動作として、レーザ発
振電流に達するまでは通常の発光サイリスタと同じ動作
であり、レーザ発振電流以下の電流成分による発光は等
方的に出ていく。レーザ光は図６の紙面に垂直に出てい
く。従ってレーザ光は本発明の光結合には寄与せず、レ
ーザ発振電流以下の電流成分による発光のみが光結合に
寄与する事になる。これ以外の転送動作の機構は実施例
Ａ−２と同じである。

【００４２】本実施例によると、自己走査形半導体レー
ザアレイを構成することができる。

【００４３】＜実施例Ａ−５＞図７および図８に本発明
の実施例Ａ−５を示す。これは実施例Ａ−４の自己走査
形半導体レーザアレイのより現実的な構造を示したもの
である。図７は平面図を表し、図８は図７のラインＸ−
Ｘ′に沿っての断面図を示したものである。本実施例の
製造法を概説する。ｎ形ＧａＡｓ基板（１）上にｎ形Ａ
ｌＧａＡｓ（２５）、ｐ形ＡｌＧａＡｓ（２４）、Ｉ形
（ノンドウプ）ＧａＡｓ（２３）、ｎ形ＡｌＧａＡｓ
（２２）、ｐ形ＡｌＧａＡｓ（２１）、上部電極（２
０）を順次積層する（ｐ形ＡｌＧａＡｓ（２１）と上部
電極（２０）との間にオーミック接触を良好にするため
ｐ形ＧａＡｓ層を挟む場合もある。）。次にホトエッチ
ングにより上部電極（２０）を図中ｎ形ＡｌＧａＡｓ層
（２５）の幅と同じ幅を持つ長方形に加工し、これをマ
スクとして、ｐ形ＡｌＧａＡｓ（２１）〜ｎ形ＡｌＧａ
Ａｓ（２５）の層をエッチングする。この時に素子間の
分離溝（５０）が形成される。次にホトエッチングによ
り同じ上部電極（２０）をさらにエッチングし、１０μ
m 以下の幅を持つストライプ状とし、これをマスクとし
て、ｐ形ＡｌＧａＡｓ（２１），ｎ形ＡｌＧａＡｓ（２
２）の層をエッチングする。ｎ形ＡｌＧａＡｓ（２２）
は全部除去せず一部残すようにする。さらに絶縁膜（３
０）を成膜し、ホトエッチングによりスルーホール（Ｃ
₂ ）を形成する。この後、転送クロックライン用の配線
金属を蒸着またはスパッタ等により形成し、ホトエッチ
ングにより転送クロックライン（φ₁ 、φ₂ 、φ₃ ）を
形成する。そして最後にへき開等の手法によりレーザ光
出力側の端面を平行度よく形成し、本実施例の構造がで
きあがる。

【００４４】従来の集積化された発光素子アレイは、Ｐ
Ｎ接合ダイオードを同一基板上にそれぞれ独立に形成し
ておき、ワイヤボンディング等を用いて一つ一つ外部に
取り出し、駆動用のＩＣで電圧を加え動作させるもの
で、ワイヤボンディング等の組立が面倒でコストが高く
なっていた。これに対し、本発明の自己走査形発光素子
アレイは転送クロックの３端子のみを外部に取り出せば
良く、組立が相当簡単になる。同時に駆動ＩＣを設ける
スペースが不要となり、全体でみてよりコンパクトな自
己走査形発光素子アレイを作ることができる。さらに発
光素子を並べるピッチが従来はボンディングの技術から
定まっていたが、上述の実施例Ａ−１〜Ａ−５によると
その規制がなくなり、よりピッチの小さい発光素子アレ
イを作ることができ、解像度の非常に高い機器に応用が
可能である。

【００４５】また、上記実施例Ａ−１〜Ａ−５では転送
クロックパルスとして、φ₁ 、φ₂、φ₃ の３相を想定
したが、より安定な転送動作を求める場合にはこれを４
相、５相と増加させてもよい。また発光サイリスタＴ
₍₀₎ の発光を発光サイリスタＴ _(-1)より発光サイリスタ
Ｔ₍₊₁₎の方へより多く入射させることにより２相のクロ
ックにて動作させることも可能である。

【００４６】また上記実施例では発光サイリスタの構造
を最も簡単な場合について示したが、発光効率を上げる
ために、より複雑な構造、層構成を導入することも本発
明の範囲に含まれる。その具体的な例としてダブルヘテ
ロ構造の採用が挙げられる。一例を図９に示す（田代他
１９８７年春応用物理学会講演、番号２８ｐ−ＺＥ−
８）。これはｎ形ＧａＡｓ基板上に（０．５μｍの）ｎ
形ＧａＡｓ層を積み、その上にバンドギャップの広いｎ
形ＡｌＧａＡｓ（１μｍ）、ｐ形ＧａＡｓ層（５ｎ
ｍ）、ｎ形ＧａＡｓ層（１μｍ）、バンドギャップの広
いｐ形ＡｌＧａＡｓ（１μｍ）、そして取り出し電極と
のオーミック接触をとるためのｐ形ＧａＡｓ層（０．１
５μｍ）積層した構成である。発光層は間に挟まれた、
（１μｍの）ｎ形ＧａＡｓ層である。これは注入された
電子、正孔がバンドギャップの狭いＧａＡｓ層に閉じ込
められ、この領域で再結合し発光する。

【００４７】発光素子は発光サイリスタである必要はな
く、光によって自らのターンオン電圧が変化する発光素
子であれば、特に限定されない。上述のレーザサイリス
タであってもよい。

【００４８】また、上記実施例ではＰＮＰＮのサイリス
タ構成を例に説明したが、この光によってしきい電圧が
低下し、これを利用して転送動作を行わせるという構成
は、ＰＮＰＮ構成のみに限られず、その機能が達成でき
る素子であれば特に限定されない。例えば、ＰＮＰＮ４
層構成でなく、６層以上の構成でも同様な効果を期待で
き、全く同様な自己走査機能を達成することが可能であ
る。さらには静電誘導（ＳＩ）サイリスタまたは電界制
御サイリスタ（ＦＣＴ）と呼ばれるサイリスタを用いて
も全く同様である。このＳＩサイリスタまたはＦＣＴは
電流ブロックとして働く中央のｐ形半導体層を空乏層で
置き換えた構造となっている（Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ著、Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ，２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ ｐｐ．２３８−
２４０）。

【００４９】さらに、上記実施例Ａ−１〜Ａ−５では、
発光素子を一列に並べているが、配列を直線にする必要
はなく、応用によって蛇行させてもよいし、途中から二
列以上に増やすことも可能である。

【００５０】また本発明は、発光素子を単体の個別部品
で構成してもよく、またなんらかの方法で集積化するこ
とにより実現してもよい。

【００５１】尚、本発明の一連の実施例Ａは基板として
半導体基板を用い、その電位を零ボルト（接地）とした
例を示してきたが、本発明はこれに限られず基板として
他の物質を用いてもよい。もっとも近い例でいえばクロ
ム（Ｃｒ）等をドウプした半絶縁性ＧａＡｓ基板上に実
施例のｎ形ＧａＡｓ基板に相当するｎ形ＧａＡｓ層を形
成し、この上に実施例で説明した構造を形成してもよ
い。また例えばガラス、アルミナ等の絶縁基板上に半導
体膜を形成し、この半導体を用いて実施例の構造を形成
してもよい。

【００５２】尚レーザの構造は本構造に限られるもので
はなく、例えばＴＪＳ形、ＢＨ形、ＣＳＰ形、ＶＳＩＳ
形等を用いてももちろんよい（Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ著、Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ，２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ ｐｐ．７２４−
７３０）。また材料についてもＡｌＧａＡｓを主体に説
明したが、これ以外の材料（例えばＡｌＧａＩｎＰ、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＧａＰ等）であってもよい。

【００５３】また、上記実施例Ａにおいては、発光中の
発光素子が隣接する発光素子に最もその影響を与え、隣
接発光素子が次駆動発光素子となる様に構成していた
が、本発明は上記に限らず、例えば１つおきに最もその
影響を与えるように構成し、１つおきの発光素子に転送
駆動可能とすることもできる。

【００５４】実施例Ｂ ここで説明する実施例Ｂは先に述べた実施例Ａにより構
成された発光素子アレイの駆動方法に関するものであ
る。

【００５５】＜実施例Ｂ−１＞発光素子アレイの駆動方
法 実施例Ｂ−１の説明図を図１０に示す。図１０には、駆
動原理を表す等価回路図および各端子に印加するパルス
波形を示している。

【００５６】本実施例は転送クロックパルスφ₁ 、φ
₂ 、φ₃ に並列にそれぞれ電流源Ｉ₁、Ｉ₂ 、Ｉ₃ を併
置し、その電流量を発光信号φ_I により制御するように
構成したものである。

【００５７】動作について説明する。まずスタートパル
スφ_S により発光素子Ｔ₍₀₎ がＯＮする。そして次々に
転送パルスφ₁ 、φ₂ 、φ₃ を印加することにより、Ｏ
Ｎ状態の転送が行われる。この機構については実施例Ａ
によりすでに説明した通りである。

【００５８】今発光素子Ｔ₍₃₎ の位置をより強く発光さ
せたい場合、発光点がＴ₍₃₎ に来た時刻を見計らって発
光信号φ₁ をハイレベルとする。この時φ₁ に同期して
電流源Ｉ₁ 、Ｉ₂ 、Ｉ₃ から電流が流れ込む。しかしＯ
ＮしているＴ₍₃₎ のアノードは電流源からの電流を吸い
込むが、これ以外の発光素子はＯＦＦ状態のため電流を
吸い込めず、流れ込んだ電流は転送クロックパルスを出
している駆動回路側に流れ出てしまう。従ってＯＮして
いる発光素子のアノード電流が増加し、発光強度もまた
大きくなる。

【００５９】発光強度Ｌの図も同時に示したが、電流源
からの電流なしの場合の発光強度に対し、発光素子Ｔ
₍₃₎ の発光強度のみ強くなっている様子がわかる。この
駆動方法を用いると任意の場所の発光強度を強くするこ
とができ、場所的な光書き込みが可能となる。

【００６０】本実施例の発光素子としてレーザサイリス
タを使用した場合、転送クロックによるアノード電流を
レーザ発振のしきい電流以下にしておけば、通常転送状
態ではレーザ光は出ず、発光信号が出た時のみレーザ光
を出せるようにすることができる。

【００６１】応用例 ここで説明する応用例は先に述べた実施例Ａにより構成
された発光素子アレイ、および実施例Ｂで述べたその駆
動方法の応用に関するものである。

【００６２】＜応用例１＞密着形イメージセンサへの応
用 図１１に本発明の第一の応用例である密着形イメージセ
ンサの原理図を示す。これは本発明によって発光点がシ
フトするという機能が実現でき、それを場所走査に適用
した場合に相当する。

【００６３】図１１ではガラス基板上にアモルファスＳ
ｉによる光センサが形成されている。従来はこの光セン
サを１００μｍ程度の画素に分離し、それを読み取り用
ＩＣで走査し、取り出す方式をとっていた。そして照明
をＬＥＤで均一に行っていた。ここで示す方式はアモル
ファスＳｉによる光センサを画素分離せず、代わりに照
明の方で走査するものである。

【００６４】図１１ではガラス基板（Ａ１）上に光遮蔽
を兼ねた電極（Ａ２）、アモルファスＳｉ（Ａ３）、透
明電極（Ａ４）、電極（Ａ５）が形成されている。この
構成では光によってアモルファスＳｉ（Ａ３）の電気伝
導率が上昇するため、電極（Ａ２）と電極（Ａ５）との
抵抗が光に当たることによって低下する現象を利用して
いる。さてこれらの上に透明保護層（Ａ６）が設けら
れ、これに密着して原稿（Ａ７）がくる。さて本実施例
の発光素子アレイ（Ａ１０）はガラス基板（Ａ１）の反
対側に設けられ、その光はロッドレンズアレイ（Ａ９）
を通し、光センサの中央部に設けられた光を導入するた
めの窓（Ａ８）を通して、原稿（Ａ７）上に結像するよ
うに構成されている。

【００６５】発光素子アレイ（Ａ１０）は本発明に従
い、発光点が順次移動する機能を持ち、それに従って、
原稿上の結像点も順次移動していく。いま原稿上の文字
等による濃淡があると原稿からの反射光もそれに従い変
化する。これをアモルファスＳｉによる光センサで読み
取る。

【００６６】またこの発光素子アレイとしてレーザサイ
リスタを用いると、その高い量子効率から光量の多い発
光素子アレイを得ることができ、低消費電力または高速
の読み出しを行うことができる。

【００６７】このようにして本発明による自己走査形発
光素子アレイは原稿等の文字、画像の読み取りに応用で
き、ファクシミリ、バーコードリーダ、複写機等への幅
広い応用が期待できる。

【００６８】＜応用例２＞光プリンタおよびディスプレ
イへの応用 本発明の第２の応用例として光プリンタへの応用につい
て述べる。従来ＬＥＤアレイの各画素に駆動用ＩＣを接
続したモジュールを使って光プリンタへ応用した例が知
られている。光プリンタの原理図を図１２に示す。まず
円筒形の感光ドラム（Ｂ１）の表面にアモルファスＳｉ
等の光導電性を持つ材料（感光体）が作られている。こ
のドラムはプリントの速度で回転している。まず帯電器
（Ｂ７）で感光体表面を一様に帯電させる。そして発光
素子アレイ光プリントヘッド（Ｂ８）で印字するドット
イメージの光を感光体上に照射し、光の当たったところ
の帯電を中和する。次に現像器で感光体上の帯電状態に
従って、トナーを感光体上に付ける。そして転写器（Ｂ
２）でカセット（Ｂ１１）中から送られてきた用紙（Ｂ
９）上にトナーを転写する。そしてその用紙は定着器
（Ｂ３）にて熱等を加えられ定着される。一方、転写の
終了したドラムは消去ランプ（Ｂ５）で帯電が全面に渡
って中和され、清掃器（Ｂ６）で残ったトナーが除去さ
れる。

【００６９】さて本発明による自己走査形発光素子アレ
イを実施例Ｂ−１で示した駆動方法で動作させたもの
を、発光素子アレイ光プリントヘッドに応用する。光プ
リントヘッドの構造を図１３に示す。これは発光素子ア
レイとロッドレンズアレイで構成されレンズの焦点が感
光ドラム上に結ぶようになっている。実施例Ｂ−１で示
した駆動方法を用いると、本発明の自己走査形発光素子
アレイではＯＮ状態が転送しながら光を書き込みたい位
置で、発光強度を大きくできるので感光ドラム上に画像
情報を書き込むことができる。

【００７０】またこの発光素子アレイとしてレーザサイ
リスタを用いると、その高い量子効率から光量の多い発
光素子アレイを得ることができ、低消費電力または高速
の書き込み即ちプリントを行うことができる。

【００７１】以上より本発明の自己走査形発光素子アレ
イは光プリンタへも適用可能である。

【００７２】この光プリンタ用発光素子アレイは一次元
方向に一列に並べた構成であった。このアレイを平面的
に並べるとディスプレイを作ることができる。この構成
を図１４に示す。アレイがＮ個並んでいるとすると映像
信号はφ₁ （１）〜φ_I （Ｎ）から書き込めばよい。集
積化した発光素子アレイを用いれば高密度の表示素子を
作ることができるし、単体発光素子を組み合わせて作る
ならば大面積のディスプレイを作ることができる。

【００７３】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明は発光素
子アレイ自身に自己走査機能をもたせることにより、従
来例で挙げたワイヤボンディングの数の問題、駆動ＩＣ
の問題、コンパクト化、短ピッチ化の問題を解決するこ
とができる。発光素子アレイが自己走査することにより
駆動ＩＣは不必要となり、従ってワイヤボンディングが
不要となる。

【００７４】また本発明の自己走査形発光素子アレイ
は、密着イメージセンサ、光プリンタ、ディスプレイ等
へ応用でき、これらの機器の性能向上、低価格化に大き
く寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例Ａ−１にて説明した自己走査形発光素子
アレイの概略を示す回路図である。

【図２】実施例Ａ−２にて説明した自己走査形発光素子
アレイの概略を示す断面図である。

【図３】実施例Ａ−３にて説明した自己走査形発光素子
アレイの概略を示す平面図である。

【図４】実施例Ａ−３にて説明した自己走査形発光素子
アレイの概略を示す断面図である。

【図５】実施例Ａ−３にて説明した自己走査形発光素子
アレイの概略を示す断面図である。

【図６】実施例Ａ−４にて説明した自己走査形発光素子
アレイの概略を示す断面図である。

【図７】実施例Ａ−５にて説明した自己走査形発光素子
アレイの概略を示す平面図である。

【図８】実施例Ａ−５にて説明した自己走査形発光素子
アレイの概略を示す断面図である。

【図９】ダブルヘテロ構造の発光サイリスタの概略を示
す断面図である。

【図１０】実施例Ｂにて説明した発光素子アレイの駆動
方法の概略を示す回路図および各パルスの波形を示す図
である。

【図１１】応用例１で説明した密着形イメージセンサの
概略を示す断面図である。

【図１２】応用例２で説明した光プリンタの概略を示す
断面図である。

【図１３】応用例２で説明した光プリンタヘッドの概略
を示す側面図である。

【図１４】応用例２で説明した光ディスプレイの概略を
示す平面図である。

【図１５】発光サイリスタの概略構造を示す断面図であ
る。

【図１６】発光サイリスタの電流−電圧特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

Ｔ 発光サイリスタ φ₁ ，φ₂ ，φ₃ 転送クロック １ ｎ形ＧａＡｓ基板 ２１，２３ ｐ形半導体基板 ２２ ｎ形半導体基板 ３０ 絶縁層 ４０ 電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 修平 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11 号 日本板硝子株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−238962（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−96291（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−124992（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/44 B41J 2/45 B41J 2/455 H01L 27/10 451 H01L 27/15

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光のためのしきい電圧もしくはしきい電
   流が外部から光によって制御可能な発光素子多数個を、
   一次元，二次元，もしくは三次元的に配列し、 各発光素子に、外部から電圧もしくは電流を印加させる
   クロックラインを接続し、 発光状態にある発光素子から発生する光の少なくとも一
   部が、発光状態にある発光素子近傍の複数の他の発光素
   子に入射すると、前記他の発光素子は、発光のためのし
   きい電圧もしくはしきい電流を下げ、前記他の発光素子
   に接続されたクロックラインに電圧もしくは電流を印加
   することによって、前記他の発光素子のうちの少なくと
   も１つの発光素子を発光状態にし、 前記各クロックラインに電流源を接続し、前記電流源の
   発生する電流を制御して、電流を前記発光状態にある発
   光素子に流し、その発光強度を増大させることのでき
   る、自己走査形発光素子アレイ。
2. 【請求項２】前記発光状態にある発光素子からの光が、
   一定方向の隣接発光素子により多く入射するよう構成さ
   れている請求項１記載の自己走査形発光素子アレイ。
3. 【請求項３】前記発光素子が、Ｐ導電形半導体領域およ
   びＮ導電形半導体領域を複数積層してなり負性抵抗を有
   する発光素子である、請求項１または２記載の自己走査
   形発光素子アレイ。
4. 【請求項４】前記発光素子は、発光サイリスタ、レーザ
   サイリスタ、静電誘導サイリスタ、または電界制御サイ
   リスタである、請求項１または２記載の自己走査形発光
   素子アレイ。
5. 【請求項５】前記発光素子が、ＰＮＰＮ構造の発光サイ
   リスタである、請求項４記載の自己走査形発光素子アレ
   イ。
6. 【請求項６】前記発光素子がレーザサイリスタである場
   合に、前記クロックラインに印加される電流は、レーザ
   発振電流以下である、請求項４記載の自己走査形発光素
   子アレイ。
7. 【請求項７】発光のためのしきい電圧もしくはしきい電
   流が外部から光によって制御可能な発光素子多数個を、
   一次元，二次元もしくは三次元的に配列し、 各発光素子から発生する光の少なくとも一部が、各発光
   素子近傍の他の発光素子に入射するように構成し、 各発光素子に、外部から電圧パルスもしくは電流パルス
   を印加させるクロックラインを接続した、自己走査形発
   光素子アレイの駆動方法において、 発光状態にある或る発光素子の発生する光が、その発光
   素子近傍の複数の他の発光素子に入射し、それらのしき
   い電圧もしくはしきい電流を変化させ、 しきい電圧もしくはしきい電流を変化させられた駆動発
   光素子の中から、所望の発光素子を発光させるために、
   前記クロックラインを介して印加する電圧パルスまたは
   電流パルスのオン時の値を制御して、前記所望の発光素
   子を発光させ、発光状態を順次転送させる自己走査形発
   光素子アレイの駆動方法。
8. 【請求項８】前記所望の発光素子の発光強度を増大させ
   るように、前記電圧パルスもしくは電流パルスに同期さ
   せて電圧および電流を発光素子に印加させる、請求項７
   記載の自己走査形発光素子アレイの駆動方法。