JP4359964B2

JP4359964B2 - 発光素子アレイ装置

Info

Publication number: JP4359964B2
Application number: JP19740899A
Authority: JP
Inventors: 誠治大野
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2019-07-12
Also published as: JP2001024231A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子アレイ装置、特に、光プリンタヘッドに用いられる発光素子アレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光プリンタヘッドを備える光プリンタの原理図を図１に示す。円筒形の感光ドラム２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。回転しているドラムの感光体表面を、帯電器４で一様に帯電させる。そして、光プリンタヘッド６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。続いて、現像器８で感光体上の帯電状態にしたがって、トナーを感光体上につける。そして、転写器１０でカセット１２中から送られてきた用紙１４上に、トナーを転写する。用紙は、定着器１６にて熱等を加えられ定着され、スタッカ１８に送られる。一方、転写の終了したドラムは、消去ランプ２０で帯電が全面にわたって中和され、清掃器２２で残ったトナーが除去される。
【０００３】
光プリンタヘッド６の構造を図２に示す。光プリンタヘッドは発光素子アレイ２４とロッドレンズアレイ２６で構成され、レンズの焦点が感光ドラム２上に結ぶようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発光素子アレイが、線状に配列された発光素子よりなる場合、各発光素子の発光光量が同じならば、光プリンタにより得られる、発光素子の配列方向の画像濃度分布にムラは生じないはずである。しかし、発光素子アレイの構造によっては、ムラを生じることがある。
【０００５】
本出願の発明者は、その原因を究明したところ、次のことが判明した。すなわち、発光素子アレイ２４からの光をロッドレンズアレイ２６を介して取り出そうとするとき、発光素子からの光の一部は、ロッドレンズの透過率が高くないのでロッドレンズのレンズ面で反射し、発光素子アレイが形成されたチップの表面を照射する。チップ表面の金属配線は、光の反射率が高いので、光は金属配線により反射される。この反射された光が、ロッドレンズに再び入射し、これが感光ドラム２上の光量ムラ、すなわち画像濃度のムラを生じることがわかった。
【０００６】
このように、ロッドレンズから取り出される光は、発光素子の発光点からの光出力のほかに、ロッドレンズのレンズ面で反射された光がチップ表面の金属配線でさらに反射された光とが重畳されたものである。
【０００７】
このような画像濃度ムラは、金属配線の繰り返し周期が発光点の繰り返し周期と一致する場合は、目立ちにくいが、発光点の繰り返し周期と異なる場合は、ムラが目立つということもわかった。
【０００８】
金属配線の繰り返し周期が発光点の繰り返し周期と一致する場合の例としては、例えば１個の発光点に対しこれを駆動する外部駆動回路への接続のためのボンディングパッドが１個対応して設けられているような発光素子アレイがある。
【０００９】
また、金属配線の繰り返し周期が発光点の繰り返し周期と異なる場合の例としては、本出願人が既に提案している自己走査型発光素子アレイ装置がある（特開平２−２６３６６８号公報参照）。この自己走査型発光素子アレイ装置は、スイッチ素子アレイをシフトレジスタとして、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装置である。
【００１０】
図３に、この自己走査型発光素子アレイ装置の等価回路図を示す。この自己走査型発光素子アレイ装置は、シフトレジスタを構成するスイッチ素子アレイＴ（−１）〜Ｔ（２）、書き込み用発光素子アレイＬ（−１）〜Ｌ（２）からなる。隣接するスイッチ素子のゲート電極間は、ダイオードを用いて接続している。スイッチ素子の各アノード電極は交互に転送クロックラインφ₁，φ₂に接続されている。スイッチ素子のゲート電極Ｇ_-1〜Ｇ₁は、書き込み用発光素子のゲートにも接続される。書き込み用発光素子のアノード電極には、書き込み信号Ｓ_inが加えられている。初段のスイッチ素子のゲート電極には、スタートパルスφ_sが印加され、スイッチ素子がオン状態にされる。
【００１１】
いま、スイッチ素子Ｔ（０）がオン状態にあるとすると、ゲート電極Ｇ₀の電圧は、電源電圧Ｖ_GK（ここでは５ボルトとする）より低下し、ほぼ零ボルトとなる。したがって、書き込み信号Ｓ_inの電圧が、ＰＮ接合の拡散電位（約１ボルト）以上であれば、発光素子Ｌ（０）の発光状態とすることができる。
【００１２】
これに対し、ゲート電極Ｇ_-1は約５ボルトであり、ゲート電極Ｇ₁は約１ボルト（ダイオードＤ０の順方向立上り電圧）となる。したがって、発光素子Ｌ（−１）の書き込み電圧は約６ボルト、発光素子Ｌ（１）の書き込み電圧は約２ボルトとなる。これから、発光素子Ｌ（０）のみに書き込める書き込み信号Ｓ_inの電圧は、１〜２ボルトの範囲となる。発光素子Ｌ（０）がオン、すなわち発光状態に入ると、書き込み信号Ｓ_inラインの電圧は約１ボルトに固定されてしまうので、他の発光素子が選択されてしまう、というエラーは防ぐことができる。
【００１３】
発光強度は書き込み信号Ｓ_inに流す電流量で決められ、任意の強度にて画像書き込みが可能となる。また、発光状態を次の発光素子に転送するためには、書き込み信号Ｓ_inラインの電圧を一度零ボルトまでおとし、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。
【００１４】
このような発光素子アレイ装置を光プリンタ等に応用する場合、ある一定数のスイッチ素子および発光素子を集積した１つの発光チップの形として発光素子アレイ装置を構成し、この発光チップを例えば一列に配列し、所定のサイズの線状光源を形成する。
【００１５】
１つの発光チップの全体像を図４に示す。１チップの中には、１２８個のスイッチ素子アレイＴ（１）〜Ｔ（１２８）と、１２８個の発光素子アレイＬ（１）〜Ｌ（１２８）とが配列され、スイッチ素子アレイ中に、φ_s，φ₁，φ₂，Ｖ_GK，Ｓ_in用のボンディングパッドが配列されている。
【００１６】
図５は、図４の発光チップの具体的な配線パターンのレイアウト図を示す。図中、２８はボンディングパッドを示す。このようなボンディングパッドを含む金属配線は、発光部３０の繰り返し周期と異なるため、画像濃度のムラが目立つ。
【００１７】
図６は、図５に示した発光チップにより構成された発光素子アレイ装置を用いた光プリンタヘッドによる画像濃度分布を示す。図６において、横軸は発光素子アレイの配列方向の位置（ｍｍ）を、縦軸は画像濃度を示している。図６に示す画像濃度のムラは、約１ｍｍの周期で繰り返していることがわかる。この周期は、ボンディングパッドの配列周期に一致している。すなわち、ボンディングパッドにより反射された光により画像濃度のムラが生じていることがわかった。
【００１８】
本発明の目的は、発光素子アレイが形成されたチップの表面の光反射率の分布が均一になるようにして、ロッドレンズアレイから出力される光量にムラがないようにした発光素子アレイ装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
カラープリンタ用の光プリンタヘッドに関しては、視覚の色度空間周波数特性は、明暗周波数特性の１／５以下の分解能である（テレビジョン・画像工学ハンドブックｐ．５０図１・７６／テレビジョン学会編（Ｓ．５５））。このため、反射光による目立った光量のムラは、発光素子アレイ発光点ピッチΛの５倍を一辺とする正方形に囲まれた領域の反射光で決まると考えられる。
【００２０】
図５には、発光点ピッチΛの５倍を一辺とする正方形の領域を、Ａ，Ｂで示す。Ａはスイッチ素子アレイの金属配線部分における領域を、Ｂはボンディングパッド２８を含む金属配線部分における正方形の領域を示している。
【００２１】
領域Ｂは金属配線のない部分が多いので、領域Ａに比べて反射率は低い。そこで、本発明では、領域Ａの反射率が領域Ｂの反射率と同程度となるように、領域Ａを光吸収膜や反射防止膜で隠すようにする。
【００２２】
本発明は、発光素子が１次元または２次元に配列され、金属配線が形成された複数個のチップよりなり、発光素子からの光がロッドレンズアレイを介して取り出される発光素子アレイ装置において、チップ表面の反射率が均一に分布しない場合に、高い反射率の領域上に低反射化膜を設けて、均一化したことを特徴とする発光素子アレイ装置である。
【００２３】
前記低反射化膜は、光吸収膜または反射防止膜とするのが好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００２５】
【第１の実施例】
図７は、第１の実施例である発光素子アレイ装置３２の平面図、図８は、図７のＸ−Ｙ線断面図である。この発光素子アレイ装置３２は、図５に示した自己走査型発光素子アレイ装置の表面に光吸収膜を設けたものである。
【００２６】
この発光素子アレイ装置３２は、ＧａＡｓ基板３４上にエピタキシャル膜（ｐｎｐｎ構造）３６および層間絶縁膜３８を介して、金属配線４０が形成されている発光素子アレイ本体を備えている。この発光素子アレイ本体上に、ボンディングパッド２８上と発光部３０上とを除いて、光吸収膜４４が全面に形成されている。光吸収膜４４の表面より入射した光は、金属配線４０で反射し、再び表面から出てくる。したがって、光は光吸収膜４４の２倍の膜厚の光路を通る。この間の吸収率によって、領域Ａの総合的な反射率が低下して、領域Ｂの反射率に同じになるようにする。例えば、光吸収膜を設けない領域Ｂの反射率を０．８，領域Ａの反射率を０．６とすると、光吸収膜の往復分で光が約２５％吸収されるように設定すればよい。
【００２７】
一例として、膜厚１μｍのポリイミドを光吸収膜として形成した。使用したポリイミドはＲＮ−８１２（日産化学）であり、３４３０ｒｐｍで３０ｓｅｃ間のスピンコートにより形成し、１８０℃で３０分焼成した。これに、フォトレジスト１４００−２７（シプレー）を塗布し、露光し、ＭＦ３１９（シプレー）現像液で、レジスト現像およびポリイミドエッチングを同時に行った。できあがった膜の発光波長７８０ｎｍでの透過率は、０．８６であった。前述したように光は膜厚の２倍の光路を通るので、吸収率は０．８６²＝０．７５となり、光吸収膜が設けられた領域Ａの実質的な反射率は０．８×（０．８６）²＝０．５９となり、ほぼ０．６に等しくなる。
【００２８】
光吸収膜の材料としては、上記の他に、炭素粒子を分散させた光加工性の樹脂（富士写真製カラーモザイクシステム（商品名））、Ｃｒ−ＳｉＯやＡｕ−ＳｉＯといったサーメットや、高抵抗のアモルファスシリコン薄膜を用いてもよい。
【００２９】
【第２の実施例】
図９は、第２の実施例である発光素子アレイ装置４６の平面図、図１０は、図９のＸ−Ｙ線断面図である。なお図１０には発光部の拡大図をも含んでいる。この発光素子アレイ装置４２は、図５に示した自己走査型発光素子アレイ装置の表面に反射防止膜を設けたものである。
【００３０】
この発光素子アレイ装置４６は、第１の実施例と同様に、ＧａＡｓ基板３４上にエピタキシャル膜（ｐｎｐｎ構造）３６および層間絶縁膜３８を介して、金属配線４０が形成されている発光素子アレイ本体を備えている。この発光素子アレイ本体上に、ボンディングパッド２８上を除いて、反射防止膜４８が全面に形成されている。
【００３１】
層間絶縁膜３８の厚さをｔ₁，反射防止膜４８の厚さをｔ₂とし、層間絶縁膜と反射防止膜とを同じＳｉＯ₂で形成すると、発光部３０から出てくる光にとっての膜厚は、ｔ₁＋ｔ₂となり、チップで反射される光にとっての膜厚はｔ₂となる。すなわち、ｔ₁＋ｔ₂を透過率最大に、また、ｔ₂を反射率最小に独立に設定できる。透過率極大の条件は、
【００３２】
【数１】

【００３３】
であり、
反射率極小の条件はおよそ
【００３４】
【数２】

【００３５】
である。但し、ｎ_SはＳｉＯ₂の屈折率、λは発光波長である。
【００３６】
いま、ＳｉＯ₂の屈折率ｎ_S＝１．４６とし、発光波長λを７８０ｎｍとすると、Ｎ＝３のとき、ｔ₁＋ｔ₂＝６７０ｎｍであり、また、Ｍ＝１のときのｔ₂＝１３４ｎｍとなる。この厚さにおける反射防止膜４８の反射率は、シミュレーションによれば、反射防止膜が無いときの約９１％になる。
【００３７】
図５の領域Ａの反射率が約０．６，領域Ｂの反射率が約０．８であったので、反射防止膜４８が設けられた領域Ａの実質的な反射率は０．８×０．９１＝０．７３となり、０．６に近付けることができた。
【００３８】
なお、反射防止膜の膜厚は、反射率が極小となる膜厚の±２０％以内に選ぶのが好適である。
【００３９】
反射防止膜の他の材料としては、ＳｉＯ₂以外に、ＳｉＮ，Ｔａ₂Ｏ₅，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂を用いることができる。反射防止膜は、これらの材料よりなる単層膜、あるいはこれらの材料を組み合わせた多層膜とすることができる。
【００４０】
以上の各実施例は、自己走査型発光素子アレイ装置について説明したが、本発明は、自己走査型発光素子アレイ装置に限定されるものではなく、発光素子が１次元あるいは２次元に配列された発光素子アレイについて、金属配線からの反射光が、ロッドレンズから出射される光量にムラを生じさせるような発光素子アレイ装置に適用できることは明らかである。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、金属配線の上に金属配線を低反射化する膜を設けているので、チップの表面反射分布を実効上小さくでき、チップ表面反射による画像への悪影響を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光プリンタヘッドを備える光プリンタの原理を示す図である。
【図２】光プリンタヘッドの構造を示す図である。
【図３】自己走査型発光素子アレイ装置の等価回路を示す図である。
【図４】発光チップの全体像を示す図である。
【図５】発光チップの具体的なレイアウトを示す図である。
【図６】図５に示した発光チップにより構成された発光素子アレイ装置を用いた光プリンタヘッドによる画像濃度分布を示す図である。
【図７】第１の実施例である発光素子アレイ装置の平面図である。
【図８】図７のＸ−Ｙ線断面図である。
【図９】第２の実施例である発光素子アレイ装置の平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｙ線断面図である。
【符号の説明】
２８ボンディングパッド
３０発光部
３２，４６発光素子アレイ装置
３４ＧａＡｓ基板
３６エピタキシャル膜
３８層間絶縁膜
４０金属配線
４４光吸収膜
４８反射防止膜

Claims

発光素子が１次元または２次元に配列され、金属配線が形成された複数個のチップよりなり、発光素子からの光がロッドレンズアレイを介して取り出される発光素子アレイ装置において、
前記チップは、前記金属配線が密な高い反射率の領域と、当該高い反射率の領域に比べて反射率の低いボンディングパッドを含む領域とを有し、
前記ボンディングパッドを含む領域を除いて、前記高い反射率の領域と前記発光素子を含む領域とに反射防止膜を設けたことを特徴とする発光素子アレイ装置。
前記反射防止膜は、ＳｉＯ_２，ＳｉＮ，Ｔａ_２Ｏ_５，Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２の単層膜、またはこれらの多層膜よりなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子アレイ装置。
前記発光素子アレイ装置は、
スイッチング動作のためのしきい電圧またはしきい電流の制御電極を有するスイッチ素子を複数個配列し、各スイッチ素子の前記制御電極をその近傍に位置する少なくとも１つのスイッチ素子の制御電極に、接続用抵抗または電気的に一方向性を有する電気素子を介して接続するとともに、各スイッチ素子の制御電極に電源ラインを負荷抵抗を介して接続し、かつ各スイッチ素子にクロックパルスラインを接続して形成したスイッチ素子アレイと、
発光動作のためのしきい電圧またはしきい電流の制御電極を有する発光素子を複数個配列した発光素子アレイとからなり、
前記発光素子アレイの各制御電極を前記スイッチ素子の制御電極と電気的手段にて接続し、各発光素子に発光のための電流を供給するラインを設けた自己走査型発光装置であ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装置。