JP3784702B2

JP3784702B2 - 光書込みヘッド

Info

Publication number: JP3784702B2
Application number: JP2001356986A
Authority: JP
Inventors: 誠治大野
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: JP2003154700A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子アレイおよび光書込みヘッド、特に、発光素子アレイ・チップ内での発光光量が均一に分布し、かつ、基板上に実装するときに導電性接着材による汚染を防止し、さらには発光素子アレイ・チップの発光面の高さにばらつきがないようにした発光素子アレイおよび光書込みヘッドを提供することにある。
【０００２】
【従来の技術】
多数個の発光素子を同一基板上に集積した発光素子アレイは、その駆動用ＩＣと組み合わせて光プリンタヘッド等の書込み用光源として利用されている。本発明者ら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に注目し、発光点の自己走査が実現できることを既に特許出願（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）し、光プリンタ用光源として実装上簡便となること、発光素子ピッチを細かくできること、コンパクトな自己走査型発光素子アレイを作製できること等を示した。
【０００３】
さらに本発明者らは、転送素子アレイをシフト部として、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を提案している（特開平２−２６３６６８号）。
【０００４】
図１に、この自己走査型発光素子アレイの等価回路図を示す。この自己走査型発光素子アレイは、転送素子Ｔ₁ 〜Ｔ₄ 、書込み用発光素子Ｌ₁ 〜Ｌ₄ からなる。シフト部の構成は、ダイオード接続を用いている。Ｖ_GKは電源（通常５Ｖ）であり、負荷抵抗Ｒ_L を経て各転送素子のゲート電極Ｇ₁ 〜Ｇ₃ に接続されている。また、転送素子のゲート電極Ｇ₁ 〜Ｇ₃ は、書込み用発光素子のゲート電極にも接続される。転送素子Ｔ₁ のゲート電極にはスタートパルスφ_S が加えられ、転送素子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、書込み用発光素子のアノード電極には、書込み信号φ_I が加えられている。
【０００５】
なお図中、１，２，３，４は、それぞれ電流制限抵抗を示している。
【０００６】
動作を簡単に説明する。まず転送用クロックパルスφ１の電圧がハイレベルで転送素子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Ｖ_GK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。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（転送素子Ｔ₃ をオンさせるために必要な電圧）以上でありかつ約４Ｖ（転送素子Ｔ₅ 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素子Ｔ₃ のみがオンし、これ以外の転送素子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。
【０００７】
スタートパルスφ_S 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φ_S 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、転送素子Ｔ₁ をオンさせる。その後すぐ、スタートパルスφ_S はＨレベルに戻される。
【０００８】
いま、転送素子Ｔ₂ がオン状態にあるとすると、ゲート電極Ｇ₂ の電位は、Ｖ_GK（ここでは５ボルトと想定する）より低下し、ほぼ０Ｖとなる。したがって、書込み信号φ_I の電圧が、ｐｎ接合の拡散電位（約１Ｖ）以上であれば、発光素子Ｌ₂ を発光状態とすることができる。
【０００９】
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、発光素子Ｌ₁ の書込み電圧は約６Ｖ、発光素子Ｌ₃ の書込み電圧は約２Ｖとなる。これから、発光素子Ｌ₂ のみに書き込める書込み信号φ_I の電圧は、１〜２Ｖの範囲となる。発光素子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φ_I 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φ_I ラインの電圧を一度０Ｖまでおとし、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。
【００１０】
以上のような構成の自己走査型発光素子アレイは、チップに形成されるが、裏面は、図１の各転送素子および各発光素子のカソードが共に接続される共通電極（または裏面電極）になっている。このような裏面電極は、各転送素子および発光素子の電流の戻り経路を構成する。
【００１１】
このような自己走査型発光素子アレイを光プリンタヘッドに実装する場合、金属パターンを持った基板の上に、裏面電極全面を導電性接着材により張り付けている。
【００１２】
図２に、１個の自己走査型発光素子アレイ・チップを基板の上に張り付けた状態を示す。図中、１０は基板、１２は基板上に形成された金属パターンである。１４は自己走査型発光素子アレイ・チップ、１６はチップ表面に形成された書込み信号ライン、１８はチップ裏面に形成された裏面電極である。２０は、チップ表面に形成されたφ１，φ２，φ_I ，φ_S 用パッドに接続されたボンディングワイヤである。
【００１３】
自己走査型発光素子アレイの裏面電極１８として、Ｐ−ＧａＡｓ／Ｃｒ（１０ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を使用した。チップ１４の形状は、１７０μｍ（幅）×６．０ｍｍ（長さ）×３００μｍ（高さ）である。
【００１４】
このようなチップ１４は、裏面電極１８の全面を、導電性接着材２２により、基板１０の上の金属パターン１２上に張り付けた。外付け抵抗４（図１参照）の値を２５０Ωとし、各発光素子を流れる電流の分布を調べた。その結果、発光素子の位置により、電流値は約２％の差があり、書込み信号ライン５は、約５Ωの配線抵抗を有することがわかった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
自己走査型発光素子アレイを駆動すると、自己走査型発光素子アレイの各発光素子の発光光量は、発光素子に供給される書込み信号により決まるが、図１に示すように、書込み信号φ_I は、書込み信号ライン５を経て各発光素子に供給されている。図２で説明したように、この書込み信号ラインの配線抵抗により、発光素子に供給される書込み信号の大きさが異なる結果、発光光量がチップ内で分布する。この分布は、チップに固有であり、チップ長の周期となり、目立つという問題点がある。
【００１６】
また、チップを基板上に並べるときに、チップの間の狭い隙間に導電性接着材がはい上がってきて、チップを汚染したり、電気的に短絡してしまうという問題点があった。また、導電性接着材の厚さのムラがチップ発光面の高さのばらつきとなり、画質を低下させていた。
【００１７】
本発明の目的は、このような問題点を解決した発光素子アレイおよび光書込みヘッドを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、書込み信号ラインの配線抵抗による光量分布の影響を緩和するために、電流の戻り経路である裏面電極の抵抗値を規定し、さらには、裏面電極と基板上の金属パターンとの接続位置を規定することにより、発光素子に位置によらず書込み信号ラインの配線抵抗が一定となるようにしている。
【００１９】
裏面電極の抵抗値は、次のように規定される。すなわち、裏面電極の単位長さあたりの抵抗値が、発光素子に電流を供給する発光面側の書込み信号ラインの単位長さあたりの抵抗値の１／２〜３／２倍となるようにする。
【００２０】
また、裏面電極と基板上の金属パターンとの接続位置は、次のように規定される。すなわち、発光素子アレイの裏面電極を導電性接着材で、基板の金属パターンに固定する場合に、書込み信号ラインの終端側にあたる部分の直下を含む、裏面電極の面積の半分より小さい領域に導電性接着材が接触するようにする。あるいは、発光素子アレイの裏面電極を、基板に固定する場合、前記発光素子に電流を供給する配線の終端側にあたる部分の直下を含む、裏面電極の面積の半分より小さい領域を導電性接着材で基板上の第１の金属パターンに接触させ、前記配線の電流供給側にあたる部分の直下を含む、裏面電極の面積の半分以下の領域を導電性接着剤で基板上の第２の金属パターンと接触させる。
【００２１】
一方、チップ実装時に、導電性接着材によるチップの汚染などの問題は、チップの接続部分に導電性接着材を塗らないようにすることで、導電性接着材のはい上がりを抑えることができる。さらに、この導電性接着材を塗っていない裏面電極の一部を、基板の金属パターン面に押し当てることで、裏面電極の位置決めを行い、高さ方向の精度を確保することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
【００２３】
【実施例１】
図３は、本発明の自己走査型発光素子アレイおよびこの自己走査型発光素子アレイを用いた光書込みヘッドの第１の実施例を説明するための、光書込みヘッドの断面図である。なお、図２と同一の要素には、同一の参照番号を付して示す。
【００２４】
この光書込みヘッドでは、基板１０上の、チップ裏面電極１８と接触すべき金属パターンは、書込み信号ライン１６の電流供給側、およびこれとは反対側の終端側にあたる両方の部分の直下に分けて設けられており、これら２つの金属パターンを１２ａ，１２ｂで示している。
【００２５】
図３に示すように、チップ１４の裏面電極１８の両端を、幅５００μｍの導電性接着材２２ａ，２２ｂで、金属パターン１２ａ，１２ｂに張り付けた。このとき、導電性接着材は、書込み信号ライン１６の電流供給側および終端側にあたる部分の直下を含む、裏面電極の面積の半分以下の領域に接触するようにする。導電性接着材により裏面電極１８は、金属パターン１２ａ，１２ｂに電気的に接続され、金属パターン１２ａ−１２ｂ間の抵抗値は５．０Ωであった。
【００２６】
次に、金属パターン１２ａ，１２ｂのいずれかを、基板１０上の電流戻り経路（図示せず）に接続して、書込み信号ライン１６の電流分布を調べた。図４に、金属パターン１２ａを電流戻り経路に接続した場合の電流分布と、金属パターン１２ｂを電流戻り経路に接続した場合の電流分布を示す。
【００２７】
図４より、金属パターン１２ａを電流戻り経路に接続した場合、金属パターン１２ａに近い発光素子が点灯した場合と、最も遠い発光素子が点灯した場合では、約５Ωの抵抗値の差が見られた。このことから、電流は、発光素子から基板の厚み方向を横切り裏面電極に達した後、裏面電極内を流れていると見なせることがわかった。
【００２８】
また、図４より、金属パターン１２ｂを電流戻り経路に接続した場合、発光素子の位置に拘わらず電流値が一定となった。このことは、書込み信号ライン１６の単位長さあたりの抵抗値が、裏面電極の単位長さあたりの抵抗値にほぼ等しいことを意味している。
【００２９】
そこで、第１の実施例である光書込みヘッドでは、書込み信号ラインの終端側に当たる部分の直下にある側の金属パターン１２ｂ側のみ電流の戻り経路として配線し、一方の金属パターン１２ａの方は、機械的な固定のために用いるものとし、金属パターン１２ｂとは電気的に切り離した。複数のチップ１４を千鳥状に配置した光書込みヘッドの平面図を図５に示す。なお、図５において、図３と同一の要素には、同一の参照番号を付して示す。チップは千鳥状に置かれているため、２つのチップとも発光素子へ電流を供給するボンディングパッドのある電流供給側同士が乗る金属パターン１２ａと、終端側同士が乗る金属パターン１２ｂとが交互に配置されることになる。そして、金属パターン１２ｂは、チップ１４の長手方向にチップの両側に延びる２本の電流戻り配線２４に接続されている。図５において、３０は金属配線パターン、２０はボンディングワイヤである。
【００３０】
なお、本発明の効果である、裏面電極抵抗と書込み信号ライン抵抗の相殺という点では、裏面電極１８と金属パターン１２ｂとの接触面積は小さい方が望ましいが、裏面電極１８と金属パターン１２ｂとの間の接触抵抗を小さくするためにはある程度の接触面積が必要である。この点を鑑みて、裏面電極面積の半分以下の領域で導電性接着材を接触させることが望ましい。
【００３１】
以上の例では、裏面電極の単位長さあたりの抵抗値が、書込み信号ラインの単位長さあたりの抵抗値にほぼ等しくなっているが、必ずしも等しくする必要はなく、裏面電極の単位長さあたりの抵抗値が、書込み信号ラインの単位長さあたりの抵抗値の１／２〜３／２倍の範囲であれば、書込み信号ラインの配線抵抗の影響を半減以下にできる。
【００３２】
【実施例２】
実施例１では、書込み信号ラインが１本であったが、本実施例では、２本の書込み信号ラインがあり、チップの両側から給電されている場合である。図６に、書込み信号ラインが２本ある発光素子のアレイを示す。２本の書込み信号ライン６，７は、チップの中央部で分断されており、ライン６，７には、それぞれチップの両端から書込み信号φ_I が供給される。
【００３３】
図７は、本実施例の光書込みヘッドの平面図、図８は図７のＡ−Ａ′線断面図を示す。なお、図７および図８において、図３と同一の要素には、同一の参照番号を付して示す。自己走査型発光素子アレイ・チップ１４は、図６に示すように、基板上に千鳥状に配列される。
【００３４】
チップ１４上には、図８に示すように、チップの両端を乗せるための金属パターン３４ａ，３４ｂと、チップ１４の長手方向にチップの両側に延びる２本の金属パターンおよび２本の金属パターン間をつなぐ金属パターンとからなるはしご状の電流戻り配線３６とが形成されている。電流戻り配線３６は、後述するように、チップの裏面電極１８と電気的に接続される。一方、チップの両端を乗せる金属パターン３４ａ，３４ｂは、裏面電極１８に電気的に接続されるものではないので、電流戻り配線３６とは電気的に分離されている。
【００３５】
チップ中央部に２ｍｍの幅で配置される２本の金属パターン（電流戻り配線）の間に、導電性接着材２２を塗布し、ブレードで掻き取った後、チップ１４を接着する。チップの裏面電極１８は、導電性接着材２２を介して電流戻り配線３６に導通がとられる。その結果、２本の書込み信号ライン６，７の配線抵抗の影響はほとんどなくなった。また、チップの両端の１ｍｍ部分は、金属パターン３４ａ，３４ｂ上に乗る。これら金属パターン３４ａ，３４ｂには、導電性接着材のついていない状態のチップ裏面電極１８を押しつけて高さを決めるため、チップの高さをそろえることができる。
【００３６】
導電性接着材２２を焼成することにより、チップ１４が基板上に実装される。そして、チップのボンディングパッドと基板１０上の金属配線パターン３０とが、ボンディングワイヤ２０により接続される。このとき、チップ１４は金属パターン３４ａ，３４ｂに密着しているため、ワイヤボンディング時の超音波の印加が可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、チップ内で発光光量が均一に分布する自己走査型発光素子アレイが得られる。
【００３８】
また本発明によれば、導電性接着材によるチップ汚染がなく、チップ高さのばらつきのない光書込みヘッドを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自己走査型発光素子アレイの等価回路図である。
【図２】１個の自己走査型発光素子アレイ・チップを基板の上に張り付けた状態を示す図である。
【図３】本発明の自己走査型発光素子アレイを用いた光書込みヘッドを説明するための断面図である。
【図４】書込み信号ラインの電流分布を示す図である。
【図５】本発明の光書込みヘッドの第１の実施例を示す平面図である。
【図６】書込み信号ラインが２本の場合の発光素子のアレイを示す図である。
【図７】本発明の光書込みヘッドの第２の実施例を示す平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ′線断面図である。
【符号の説明】
１０基板
１２ａ，１２ｂ金属パターン
１４自己走査型発光素子アレイ・チップ
６，７，１６書込み信号ライン
１８裏面電極
２０ボンディングワイヤ
２２ａ，２２ｂ，２２導電性接着材
２４，３６電流戻り配線
３０金属配線パターン
３４ａ，３４ｂ金属パターン

Claims

複数の発光素子と、前記発光素子に電流を供給する発光面側の配線と、前記発光素子に共通の裏面電極とを有し、順次発光素子が走査される自己走査型発光素子アレイチップと、
前記チップが実装され、前記裏面電極が導電性接着剤により固定される金属パターンを有する基板とを備え、
前記裏面電極の単位長さあたりの抵抗値が、前記配線の単位長さあたりの抵抗値の１／２〜３／２倍である光書込みヘッド。
前記自己走査型発光素子アレイの裏面電極を、導電性接着材で基板上の金属パターンに固定する場合に、前記配線の終端側にあたる部分の直下を含む、裏面電極の面積の半分以下の領域に導電性接着材が接触するようにした請求項１に記載の光書込みヘッド。
前記金属パターンが、電気的に分離された第１および第２の金属パターンよりなり、前記自己走査型発光素子アレイの裏面電極を、基板に固定する場合、前記配線の終端側にあたる部分の直下を含む、裏面電極の面積の半分より小さい領域を導電性接着材で基板上の第１の金属パターンに接触させ、前記配線の電流供給側にあたる部分の直下を含む、裏面電極の面積の半分より小さい領域を導電性接着剤で基板上の第２の金属パターンと接触させた請求項１に記載の光書込みヘッド。
前記金属パターンが、電気的に分離された第１および第２の金属パターンよりなり、前記自己走査型発光素子アレイの裏面電極を、基板に固定する場合に、前記裏面電極の中央部を導電性接着材で基板上の第１の金属パターンに接触させ、前記裏面電極の両端を基板上の第２の金属パターンに接触させた請求項１に記載の光書込みヘッド。