JP4367191B2 - Self-scanning light emitting device array - Google Patents

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JP4367191B2 JP2004084174A JP2004084174A JP4367191B2 JP 4367191 B2 JP4367191 B2 JP 4367191B2 JP 2004084174 A JP2004084174 A JP 2004084174A JP 2004084174 A JP2004084174 A JP 2004084174A JP 4367191 B2 JP4367191 B2 JP 4367191B2
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Description

本発明は、自己走査型発光素子アレイ、特に光プリンタ等に用いられて高精細化を可能にする自己走査型発光素子アレイに関する。   The present invention relates to a self-scanning light-emitting element array, and more particularly to a self-scanning light-emitting element array that can be used in an optical printer or the like to enable high definition.

自己走査型発光素子アレイの基本的な電気回路は、特許文献1および特許文献2に開示されている。これら文献に記載されている自己走査型発光素子アレイは、PNPN構造の3端子発光サイリスタを利用している。   The basic electric circuit of the self-scanning light emitting element array is disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. The self-scanning light emitting element arrays described in these documents use a three-terminal light emitting thyristor having a PNPN structure.

特許文献1に開示されている自己走査型発光素子アレイの回路構成では、転送用サイリスタ間の結合方式に抵抗結合を用いているので、転送クロックラインが少なくとも3本必要であったが、特許文献2に開示されている自己走査型発光素子アレイでは、転送用サイリスタ間の結合方式をダイオード結合に変えることで、必要最小限の転送クロックライン数を2本にまで減らし、回路構成の簡易化を実現している。   In the circuit configuration of the self-scanning light-emitting element array disclosed in Patent Document 1, resistance coupling is used as a coupling method between the transfer thyristors. Therefore, at least three transfer clock lines are required. In the self-scanning light-emitting element array disclosed in Fig. 2, the coupling method between transfer thyristors is changed to diode coupling, thereby reducing the minimum number of transfer clock lines to two and simplifying the circuit configuration. Realized.

図1は、特許文献2に開示されている自己走査型発光素子アレイの等価回路の一部分、および自己走査型発光素子アレイチップの上面のパターンの一部分を示す。図1(A)に示すように、転送用サイリスタTのゲート電極G間は、ダイオードDで結合されている。Lは発光部サイリスタを、RLはゲート負荷抵抗を示す。ゲート負荷抵抗は、電源電圧VGAラインに接続される。転送用サイリスタTのカソードは、転送用クロックパルスφ1,φ2ラインに交互に接続される。 FIG. 1 shows a part of an equivalent circuit of a self-scanning light-emitting element array disclosed in Patent Document 2 and a part of a pattern on an upper surface of the self-scanning light-emitting element array chip. As shown in FIG. 1A, the gate electrode G of the transfer thyristor T is coupled by a diode D. L indicates a light emitting unit thyristor, and RL indicates a gate load resistance. The gate load resistor is connected to the power supply voltage VGA line. The cathodes of the transfer thyristors T are alternately connected to the transfer clock pulse φ1 and φ2 lines.

転送用サイリスタTおよび発光部サイリスタLは、PNPN構造の3端子サイリスタを用いて構成されており、チップ上面のパターン構成は、図1(B)に示すようなものとなる。図1(B)において、図1(A)で示した素子に対応する部分は、図1(A)で用いた記号を付して示している。   The transfer thyristor T and the light emitting unit thyristor L are configured by using a three-terminal thyristor having a PNPN structure, and the pattern configuration on the chip upper surface is as shown in FIG. In FIG. 1B, portions corresponding to the elements shown in FIG. 1A are denoted by the symbols used in FIG.

ダイオードDは、PNPN構造の上部2層を用いて作製され、カソード電極6およびアノード電極8は、上面に表れている。隣接する一方のダイオードDのカソード電極6、他方のダイオードDのアノード電極8、および転送用サイリスタのゲート電極Gは、それぞれの上に開けられたコンタクトホールを介して、Al配線10で接続される。このAl配線の形状は、図からわかるようにZ形である。
特開平1−238962号公報「発光素子アレイおよびその駆動方法」 特開平2−14584号公報「発光素子アレイ」
The diode D is manufactured using the upper two layers of the PNPN structure, and the cathode electrode 6 and the anode electrode 8 appear on the upper surface. The cathode electrode 6 of one adjacent diode D, the anode electrode 8 of the other diode D, and the gate electrode G of the transfer thyristor are connected by an Al wiring 10 through a contact hole opened above each. . The shape of the Al wiring is Z-shaped as can be seen from the figure.
Japanese Patent Laid-Open No. 1-238962 “Light Emitting Element Array and Driving Method thereof” Japanese Patent Laid-Open No. 2-14584 “Light Emitting Element Array”

図1に示す従来の自己走査型発光素子アレイには、次のような問題点があった。すなわち自己走査型発光素子アレイを光プリンタ等に用いる場合には、高精細な画像印刷を目的として、例えば2400dpiのように発光点(発光部サイリスタ)ピッチの微細化が進められており、微細化のために発光部サイリスタが転送する方向、すなわち主走査方向(チップ長辺方向)の発光部サイリスタ1つの幅を小さくしなくてはならない。一方、自己走査型発光素子アレイチップの製造コストを低減するために、主走査方向に垂直な方向のチップサイズ、すなわち副走査方向の長さ(チップの短辺長)も小さくしなければならなくなってきている。   The conventional self-scanning light emitting element array shown in FIG. 1 has the following problems. That is, when the self-scanning light emitting element array is used for an optical printer or the like, the light emitting point (light emitting portion thyristor) pitch is being miniaturized, for example, 2400 dpi, for the purpose of high-definition image printing. Therefore, the width of one light emitting unit thyristor in the transfer direction of the light emitting unit thyristor, that is, the main scanning direction (chip long side direction) must be reduced. On the other hand, in order to reduce the manufacturing cost of the self-scanning light emitting element array chip, the chip size in the direction perpendicular to the main scanning direction, that is, the length in the sub-scanning direction (the short side length of the chip) must be reduced. It is coming.

図1に示した従来のダイオード結合方式の自己走査型発光素子アレイでは、ダイオード
Dを主走査方向に並べて配置しなければならず、かつ、そのカソード電極6およびアノード電極8が主走査方向に並ぶので、主走査方向のチップサイズの縮小化には限界があった。すなわち、パターニング技術の点から見ると、従来からのウェットエッチング技術を用いて素子を作製するには、ウェットエッチング時のサイドエッチングを考慮すると、設計上のパターン間のマージンがなくなりつつある。さらに長期動作の信頼性を高めるため、ダイオードのアノード電極およびカソード電極上に開けられたコンタクトホールをAl配線で完全に被覆すること等の条件を満足させなければならない。具体的に述べると、コンタクトホールの1辺のサイズは最小でも2μm以上とする、コンタクトホール縁とAl配線縁との距離を3μm以上とする、アライメントのばらつきを±1μm考慮する等の制約条件である。したがって、ダイオードを主走査方向に並べて配置する構成を採用するには、主走査方向の発光点ピッチが21.15μmである解像度1200dpiの使用が、従来技術で作製できる限界であった。このため、更なる高解像度化、例えば、2400dpiなどの作製には、電気回路上やレイアウトパターン上の工夫が要求される。
In the conventional diode-coupled self-scanning light-emitting element array shown in FIG. 1, the diodes D must be arranged in the main scanning direction, and the cathode electrode 6 and the anode electrode 8 are arranged in the main scanning direction. Therefore, there is a limit to reducing the chip size in the main scanning direction. In other words, from the viewpoint of patterning technology, in order to fabricate an element using a conventional wet etching technology, there is no margin between designed patterns in consideration of side etching during wet etching. Furthermore, in order to increase the reliability of long-term operation, conditions such as completely covering the contact holes opened on the anode and cathode of the diode with Al wiring must be satisfied. More specifically, the size of one side of the contact hole should be at least 2 μm, the distance between the contact hole edge and the Al wiring edge should be 3 μm or more, and the variation of alignment should be taken into consideration such as ± 1 μm. is there. Therefore, in order to employ a configuration in which the diodes are arranged side by side in the main scanning direction, the use of a resolution of 1200 dpi with a light emitting point pitch of 21.15 μm in the main scanning direction is the limit that can be produced by the conventional technology. For this reason, in order to further increase the resolution, for example, 2400 dpi or the like, a device on an electric circuit or a layout pattern is required.

また、自己走査型発光素子アレイの電極には一般にAu電極が用いられるが、Au電極とAl配線のコンタクト部分に形成されるAu−Al合金は、電気的な回路開放の故障原因となりやすいことが明らかになっており、Au−Alの接合部分の数を減らすことが要求されてきている。   In addition, although an Au electrode is generally used as the electrode of the self-scanning light emitting element array, the Au—Al alloy formed at the contact portion of the Au electrode and the Al wiring is likely to cause a failure of the electrical circuit opening. It has become clear that there is a need to reduce the number of Au-Al junctions.

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、主走査方向の長さ(チップの長辺長)を現行の1200dpiチップと同等、すなわち、現行のチップサイズを大きくすることなく、更に高解像度化(例えば2400dpi)したチップを容易に作製できる自己走査型発光素子アレイの構造を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and its purpose is to make the length in the main scanning direction (long side length of the chip) equal to that of the current 1200 dpi chip, that is, the current chip. It is an object of the present invention to provide a structure of a self-scanning light-emitting element array that can easily manufacture a chip with higher resolution (for example, 2400 dpi) without increasing the size.

本発明の他の目的は、副走査方向の長さ(チップの短辺長)をさらに小さくすることのできる自己走査型発光素子アレイの構造を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a structure of a self-scanning light-emitting element array that can further reduce the length in the sub-scanning direction (the short side length of the chip).

また、本発明のさらに他の目的は、コンタクトホール部分の開放故障を減らすために、コンタクト部分の数を減らした構造の自己走査型発光素子アレイを提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a self-scanning light-emitting element array having a structure in which the number of contact portions is reduced in order to reduce the opening failure of the contact hole portions.

本発明は、PNPN構造の3端子発光サイリスタを用いた自己走査型発光素子アレイにおいて、転送用の複数個の3端子発光サイリスタを主走査方向に配列した転送部と、発光用の複数個の3端子発光サイリスタを主走査方向に配列し、各ゲートを、転送用の複数個の対応する3端子発光サイリスタのゲートに接続した発光部とを備え、配列された複数個の発光サイリスタの隣接する発光サイリスタのゲート間を、結合用ダイオードと結合用抵抗とを交互に用いて接続したことを特徴とする。   The present invention relates to a self-scanning light-emitting element array using a PNPN-structured three-terminal light-emitting thyristor, a transfer section in which a plurality of three-terminal light-emitting thyristors for transfer are arranged in the main scanning direction, and a plurality of light-emitting three A light emitting section having terminal light emitting thyristors arranged in the main scanning direction and each gate connected to a gate of a plurality of corresponding three terminal light emitting thyristors for transfer, and adjacent light emission of the plurality of arranged light emitting thyristors. The gates of the thyristors are connected by alternately using coupling diodes and coupling resistors.

さらに、転送部の複数個の発光サイリスタのカソードまたはアノードは、2相のクロックパルスラインを交互に接続され、ゲートを負荷抵抗を経て電源に接続され、発光部の複数個の発光サイリスタのカソードまたはアノードを、発光信号ラインに接続されている。   Further, the cathodes or anodes of the plurality of light emitting thyristors in the transfer unit are alternately connected with two-phase clock pulse lines, the gates are connected to a power source through load resistors, and the cathodes or anodes of the plurality of light emitting thyristors in the light emitting unit are connected. The anode is connected to the light emission signal line.

本発明によれば、結合用ダイオードは、PNPN構造の上部2層の半導体層より形成され、結合用抵抗は、PNPN構造の上から2層目の半導体層より形成される。   According to the present invention, the coupling diode is formed from the upper two semiconductor layers of the PNPN structure, and the coupling resistor is formed from the second semiconductor layer from the top of the PNPN structure.

本発明は、以上の構成において、エッチングにより形成された複数個の島のそれぞれに、転送用の発光用サイリスタの各ゲート電極が形成され、島の1つおきに、結合用ダイオードが形成され、結合用ダイオードが形成されている島にあるゲート電極は、ダミーのゲート電極であり、結合用抵抗は、ダミーのゲート電極がある島と、この島の前段の島との間に形成されていることを特徴とする。   According to the present invention, in the above configuration, each gate electrode of a light emitting thyristor for transfer is formed on each of a plurality of islands formed by etching, and a coupling diode is formed on every other island. The gate electrode on the island where the coupling diode is formed is a dummy gate electrode, and the coupling resistor is formed between the island where the dummy gate electrode is located and the previous island of this island. It is characterized by that.

本発明は、また、エッチングにより形成された複数個の島の1つおきに、転送用の1つおきの発光用サイリスタのゲート電極が形成され、残りの島に、結合用ダイオードが形成され、結合用抵抗は、結合用ダイオードがある島と、この島の前段の島との間に形成され、ゲート電極と結合用ダイオードとは、主走査方向に配列されていることを特徴とする。   In the present invention, the gate electrode of every other light emitting thyristor for transfer is formed every other plurality of islands formed by etching, and a coupling diode is formed on the remaining islands. The coupling resistor is formed between an island having the coupling diode and an island in front of the island, and the gate electrode and the coupling diode are arranged in the main scanning direction.

本発明によれば、主走査方向の長さ、さらには副走査方向の長さを従来のものに較べて短くすることのでき、したがって高解像度化を可能とする自己走査型発光素子アレイを実現できる。また、コンタクト部分の数を減らすことができるので、コンタクトホール部分の開放故障を減らすことが可能となる。   According to the present invention, a self-scanning light-emitting element array can be realized in which the length in the main scanning direction, and further the length in the sub-scanning direction can be shortened compared to the conventional one, and thus high resolution can be achieved. it can. Further, since the number of contact portions can be reduced, it is possible to reduce the open failure of the contact hole portion.

本発明の自己走査型発光素子アレイの実施例を説明する。なお、以下の実施例は、アノードコモンタイプの自己走査型発光素子アレイの場合について説明するが、本発明はカソードコモンタイプの自己走査型発光素子アレイにも適用できる。   Examples of the self-scanning light emitting element array of the present invention will be described. In the following embodiments, a case of an anode common type self-scanning light emitting element array will be described, but the present invention can also be applied to a cathode common type self-scanning light emitting element array.

図2は、本発明の一実施例である自己走査型発光素子アレイの等価回路の一部分を示す図である。図中、T(−2)〜T(+3)は転送用サイリスタを、L(−2)〜L(+3)は発光部サイリスタを示す。これらサイリスタは、それぞれ主走査方向に一列に並べられた構成となっている。G(−2)〜G(+3)は、転送用サイリスタT(−2)〜T(+3)のそれぞれのゲートを示す。RLは転送用サイリスタのゲート電極の負荷抵抗を示し、D(−2),D(0),D(+2)はゲート間を結合するダイオード、R(−1),R(+1),R(+3)はゲート間を結合する抵抗を示す。また、VGAは電源電圧を示す。各転送用サイリスタのカソード電極には、2本の転送用クロックパルスφ1,φ2ラインがそれぞれ1素子おきに接続される。発光部サイリスタのカソードは、発光信号φラインに接続されている。φは、スタートパルスである。 FIG. 2 is a diagram showing a part of an equivalent circuit of a self-scanning light emitting element array according to an embodiment of the present invention. In the figure, T (−2) to T (+3) indicate transfer thyristors, and L (−2) to L (+3) indicate light emitting unit thyristors. These thyristors are arranged in a line in the main scanning direction. G (−2) to G (+3) denote the gates of the transfer thyristors T (−2) to T (+3). RL indicates the load resistance of the gate electrode of the transfer thyristor, D (−2), D (0), and D (+2) are diodes that couple the gates, and R (−1), R (+1), and R ( +3) indicates a resistance for coupling between the gates. V GA indicates a power supply voltage. Two transfer clock pulse φ1 and φ2 lines are connected to every other element to the cathode electrode of each transfer thyristor. The cathode of the light emitting unit thyristor is connected to the light emission signal phi I lines. φ S is a start pulse.

以上の構成から明らかなように、転送用サイリスタのゲートは、交互にダイオードおよび抵抗によって結合されていることがわかる。   As is apparent from the above configuration, the gates of the transfer thyristors are alternately coupled by diodes and resistors.

電源電圧VGAを−5Vとして、動作を説明する。まず、転送用クロックパルスφ2がローレベル(Lレベル)となり、転送用サイリスタT(0)がONしているとする。このとき、3端子サイリスタの特性から、ゲートG(0)は零ボルト近くまで引き上げられる。VGAを−5Vとしているので、抵抗RL、結合用ダイオード…,D(−2),D(0),D(+2),…、および結合用抵抗…,R(−1),R(+1),R(+3),…よりなるネットワークから、各転送用サイリスタのゲート電圧が決まる。 The operation will be described assuming that the power supply voltage VGA is -5V. First, it is assumed that the transfer clock pulse φ2 is at a low level (L level) and the transfer thyristor T (0) is ON. At this time, due to the characteristics of the three-terminal thyristor, the gate G (0) is pulled up to near zero volts. Since the V GA is set to -5V, the resistor RL, the coupling diode ..., D (-2), D (0), D (+2), ..., and the coupling resistor ..., R (-1), R (+1 ), R (+3),..., The gate voltage of each transfer thyristor is determined.

次の転送用クロックパルスφ1をLレベルにすると、サイリスタT(0)に近接するサイリスタT(+1),T(−1),T(+3),T(−3)等に印加されることになるが、一定の条件下で最もON電圧が低いサイリスタをT(+1)とすることができる。その理由は、次の通りである。サイリスタT(0)に最近接するサイリスタT(−1)とT(+1)のゲート電圧を考えると、ゲートG(−1)には、R(−1)/(RL+R(−1))×VGAの電圧が、ゲートG(+1)には、結合用ダイオードD(0)のON電圧をVD(0)とすると、−VD(0)の電圧が印加される。次式
R(n−1)/(RL+R(n−1))×|VGA|>|VD(n)|
n=0,±2,±4,… …(1)
を満たすように抵抗R(−1)の抵抗値を設定すれば、転送用サイリスタT(−1)とT(+1)の比較においては、サイリスタT(+1)が優先的にONすることになる。なお、上記(1)式におけるR(n−1)は、抵抗R(n−1)の抵抗値を、RLは負荷抵抗RLの抵抗値を表している。
When the next transfer clock pulse φ1 is set to the L level, it is applied to the thyristors T (+1), T (−1), T (+3), T (−3), etc. adjacent to the thyristor T (0). However, the thyristor with the lowest ON voltage under certain conditions can be T (+1). The reason is as follows. Considering the gate voltages of thyristors T (−1) and T (+1) closest to thyristor T (0), the gate G (−1) has R (−1) / (RL + R (−1)) × V. When the ON voltage of the coupling diode D (0) is VD (0), the voltage of −VD (0) is applied to the gate G (+1). R (n-1) / (RL + R (n-1)) × | V GA |> | VD (n) |
n = 0, ± 2, ± 4, ... (1)
If the resistance value of the resistor R (−1) is set so as to satisfy the above, the thyristor T (+1) is preferentially turned on in the comparison between the transfer thyristor T (−1) and T (+1). . In the above equation (1), R (n-1) represents the resistance value of the resistor R (n-1), and RL represents the resistance value of the load resistor RL.

転送用サイリスタT(+1)から右方向に配置された転送用サイリスタのゲート電圧については、結合用抵抗による電圧降下分と結合用ダイオードのON電圧分とで段階的に低下していく。一方、転送用サイリスタT(−1)の左方向へは、結合用ダイオードのダイオード特性の一方向性,非対称性から電圧を上げる効果は働かず、φ1ラインに接続されている転送用サイリスタのゲートには、電源電圧である−5Vとおおよそ同等の電圧が印加される。   The gate voltage of the transfer thyristor arranged in the right direction from the transfer thyristor T (+1) gradually decreases depending on the voltage drop due to the coupling resistor and the ON voltage of the coupling diode. On the other hand, to the left of the transfer thyristor T (-1), the effect of increasing the voltage does not work due to the unidirectionality and asymmetry of the diode characteristics of the coupling diode, and the gate of the transfer thyristor connected to the φ1 line. A voltage approximately equal to the power supply voltage of −5 V is applied to the capacitor.

つまり、R(−1)/(RL+R(−1))×|VGA|>|VD(0)|となるようにR(−1)の抵抗を設定すれば、φ1ラインに接続されている転送用サイリスタの中でサイリスタT(+1)のゲートへの印加電圧が最も高くなり、ON電圧が最も低くなる。したがって、サイリスタT(0)がON状態のときに、クロックパルスφ1をLレベルにすると、必ず右隣のサイリスタT(1)がONすることになり、転送動作を行わせることができる。 That is, if the resistance of R (−1) is set so that R (−1) / (RL + R (−1)) × | V GA |> | VD (0) |, it is connected to the φ1 line. Among the transfer thyristors, the voltage applied to the gate of the thyristor T (+1) is the highest, and the ON voltage is the lowest. Accordingly, when the clock pulse φ1 is set to L level when the thyristor T (0) is in the ON state, the thyristor T (1) on the right side is always turned on, and the transfer operation can be performed.

次に、サイリスタT(+1)がONしているときを考える。先に説明したのと同様に、3端子サイリスタの特性から、ゲートG(+1)は零ボルト近くまで引き上げられる。VGAを−5Vとしているので、負荷抵抗RL、結合用ダイオード…,D(−2),D(0),D(+2),…、および結合用抵抗R…,(−1),R(+1),R(+3),…のネットワークから、各転送用サイリスタのゲート電圧が決まる。 Next, consider a case where the thyristor T (+1) is ON. As described above, the gate G (+1) is pulled up to near zero volts due to the characteristics of the three-terminal thyristor. Since the V GA is set to -5V, the load resistor RL, the coupling diode ..., D (-2), D (0), D (+2), ..., and the coupling resistor R ..., (- 1), R ( +1), R (+3),..., The gate voltage of each transfer thyristor is determined.

次の転送クロックパルスφ2をLレベルにすると、サイリスタT(+1)に近接するサイリスタT(0),T(+2),T(−2),T(+4)等に印加されることになるが、一定の条件下で最もON電圧が低い素子をサイリスタT(+2)とすることができる。その理由は、次の通りである。今現在ONしているサイリスタT(+1)から右方向に離れるに従い、転送用サイリスタのゲート電圧は、結合用抵抗による電圧降下分と結合用ダイオードのON電圧分とで段階的に低下していく。一方、サイリスタT(+1)の左方向へは、結合用ダイオードのダイオード特性の一方向性,非対称性から電圧を上げる効果は働かず、φ2ラインに接続されている転送用サイリスタのゲートには、電源電圧である−5Vとおおよそ同等の電圧が印加される。つまり、φ2ラインに接続されている転送用サイリスタの中でサイリスタT(+2)のゲートへの印加電圧が最も高くなり、ON電圧が最も低くなる。したがって、サイリスタT(+1)がONのときに、クロックパルスφ2をLレベルにすると、必ず右隣のサイリスタT(+2)がONすることになる。この場合、結合用抵抗R(+1)の抵抗値が大きすぎると、サイリスタT(+2)のON電圧が高くなってしまうので、(1)式を満たすR(n)で小さい抵抗値を選択することが、動作電圧を過大にしないためには必要である。   When the next transfer clock pulse φ2 is set to L level, it is applied to thyristors T (0), T (+2), T (−2), T (+4) and the like adjacent to thyristor T (+1). The element having the lowest ON voltage under a certain condition can be the thyristor T (+2). The reason is as follows. As the thyristor T (+1) that is currently turned on moves to the right, the gate voltage of the transfer thyristor gradually decreases depending on the voltage drop due to the coupling resistor and the ON voltage of the coupling diode. . On the other hand, in the left direction of the thyristor T (+1), there is no effect of increasing the voltage due to the unidirectionality and asymmetry of the diode characteristics of the coupling diode, and the gate of the transfer thyristor connected to the φ2 line is A voltage approximately equal to the power supply voltage of −5 V is applied. That is, among the transfer thyristors connected to the φ2 line, the voltage applied to the gate of the thyristor T (+2) is the highest and the ON voltage is the lowest. Therefore, if the clock pulse φ2 is set to L level when the thyristor T (+1) is ON, the thyristor T (+2) on the right side is always turned ON. In this case, if the resistance value of the coupling resistor R (+1) is too large, the ON voltage of the thyristor T (+2) becomes high. Therefore, a small resistance value is selected with R (n) satisfying the expression (1). This is necessary in order not to increase the operating voltage.

以上から、転送用サイリスタのゲート間を、交互にダイオードおよび抵抗で接続したタイプの自己走査型発光素子アレイにおいて、クロックパルスφ1,φ2を交互にLレベルにすることで、一定方向へサイリスタを転送動作させていくことができる。   From the above, in the self-scanning light emitting element array in which the gates of the transfer thyristors are alternately connected by diodes and resistors, the clock pulses φ1 and φ2 are alternately set to the L level to transfer the thyristors in a fixed direction. It can be operated.

図2で示した等価回路をもとに作製した自己走査型発光素子アレイチップの上面図を図3に示す。図2で示した素子に対応する部分は、図2で用いた記号を付して示している。   FIG. 3 shows a top view of a self-scanning light emitting element array chip manufactured based on the equivalent circuit shown in FIG. Portions corresponding to the elements shown in FIG. 2 are shown with the symbols used in FIG.

本実施例の自己走査型発光素子アレイの転送用サイリスタおよび発光部サイリスタは、PNPN構造を用いて作製されるので、結合用サイリスタおよび結合用抵抗、さらに負荷抵抗は、PNPN構造の一部を用いて作製している。   Since the transfer thyristor and the light emitting unit thyristor of the self-scanning light emitting element array of this embodiment are manufactured using the PNPN structure, the coupling thyristor and the coupling resistance, and the load resistance use a part of the PNPN structure. Are made.

負荷抵抗RLおよび結合用抵抗R(−1),R(+1)は、PNPN構造の上から2層目のP形半導体層を用いて形成している。また、結合用ダイオードD(−2),D(0),D(+2)は、PNPN構造の上部2層のN形およびP形の半導体層を用いて形成している。結合用ダイオードは、実査信号および自己走査型発光素子アレイの作成上、カソードエッチングした島上にカソード電極を形成した素子で作られる。図3からわかるように、結合用ダイオードは、1つおきに島に作成されている。   The load resistor RL and the coupling resistors R (−1) and R (+1) are formed using the second P-type semiconductor layer from the top of the PNPN structure. The coupling diodes D (−2), D (0), and D (+2) are formed using N-type and P-type semiconductor layers in the upper two layers of the PNPN structure. The coupling diode is made of an element in which a cathode electrode is formed on a cathode-etched island in order to create an inspection signal and a self-scanning light emitting element array. As can be seen from FIG. 3, every other coupling diode is formed on the island.

一方、結合用抵抗は、結合用ダイオードが形成されていない島と、結合用ダイオードが形成されている島との間に形成されている。このような抵抗は、島をエッチングする際に同時に作製することができる。   On the other hand, the coupling resistor is formed between an island where the coupling diode is not formed and an island where the coupling diode is formed. Such a resistor can be created simultaneously when the island is etched.

図中、12は、ダイオードのカソード電極6と転送用サイリスタのゲート電極とを接続するAl配線を示す。このAl配線12の形状は矩形である。   In the figure, reference numeral 12 denotes an Al wiring connecting the cathode electrode 6 of the diode and the gate electrode of the transfer thyristor. The shape of the Al wiring 12 is rectangular.

また、本実施例ではゲート電極は、図1で示した従来のパターンと同様に、各島に形成しているが、電極として実際に機能させるのは、結合用ダイオードが作製されていない島のゲート電極のみである。したがって、結合用ダイオードが作製されている島のゲート電極は、ダミーである。図3では、このダミーゲート電極を14で示す。したがってこのダミーのゲート電極を設けないようにしてもよい。   In this embodiment, the gate electrode is formed on each island as in the conventional pattern shown in FIG. 1. However, the gate electrode is actually made to function on the island where the coupling diode is not formed. Only the gate electrode. Therefore, the gate electrode of the island where the coupling diode is manufactured is a dummy. In FIG. 3, this dummy gate electrode is indicated by 14. Therefore, the dummy gate electrode may not be provided.

なお、ゲート電極と発光部サイリスタとの間には、半導体抵抗が存在する。この半導体抵抗は、負荷抵抗RLに直列に挿入されるので、半導体抵抗を小さくするには、ゲート電極を転送部サイリスタ側へ延ばせばよい。このようにゲート電極は、半導体抵抗の調整する機能をも有している。   A semiconductor resistor exists between the gate electrode and the light emitting unit thyristor. Since this semiconductor resistance is inserted in series with the load resistance RL, the gate electrode may be extended to the transfer unit thyristor side in order to reduce the semiconductor resistance. Thus, the gate electrode also has a function of adjusting the semiconductor resistance.

本実施例の自己走査型発光素子アレイチップによれば、図1に示した従来のチップに較べて結合用ダイオードの数を半分にすることができ、かつ、結合用ダイオードの電極はカソード電極のみ形成すればよいので、図1に示した従来のパターンにおいて結合用ダイオードの部分でカソード電極およびアノード電極が主走査方向に並んでいるものに較べて、ダイオード部分の主走査方向サイズを小さくすることができる。したがって、全体として主走査方向のチップサイズを小さくすることができる。Al配線の形状は、図1のAl配線のZ形状とは異なり、矩形状であるので、主走査方向の素子幅の縮小化にも余裕を持って対応できる。   According to the self-scanning light-emitting element array chip of this embodiment, the number of coupling diodes can be halved compared to the conventional chip shown in FIG. 1, and only the cathode electrode is the electrode of the coupling diode. The size of the diode portion in the main scanning direction should be smaller than that of the conventional diode pattern shown in FIG. 1 where the cathode and anode electrodes are arranged in the main scanning direction in the coupling diode portion. Can do. Therefore, the chip size in the main scanning direction can be reduced as a whole. Since the shape of the Al wiring is rectangular unlike the Z shape of the Al wiring in FIG. 1, it is possible to cope with a reduction in the element width in the main scanning direction with a margin.

本実施例によれば、サイリスタのゲート結合用ダイオード部分を、パターン上簡易化することができたので、設計上のパターン間のマージンが格段に大きくなった。   According to the present embodiment, the gate coupling diode portion of the thyristor can be simplified in terms of pattern, so that the margin between the designed patterns is significantly increased.

また、本実施例によれば、前述したように結合用ダイオードの数を従来の自己走査型発光素子アレイに較べて半分に減らすことができ、さらには結合用ダイオードの電極はカソード電極のみ形成すればよいので、結合用ダイオードの電極の数は従来のものに較べて1/4に減少した。また、ゲート電極の数も従来のものに較べて1/2に減少した。したがって本実施例の自己走査型発光素子アレイでは、Au電極とAl配線との結合部分の数が減るので、Au−Al合金による電気的な回路開放による故障を低減することができる。   In addition, according to this embodiment, as described above, the number of coupling diodes can be reduced by half compared to the conventional self-scanning light emitting element array, and only the cathode electrode is formed as the electrode of the coupling diode. Therefore, the number of electrodes of the coupling diode is reduced to ¼ compared with the conventional one. In addition, the number of gate electrodes is reduced to ½ compared to the conventional one. Therefore, in the self-scanning light-emitting element array of this embodiment, the number of coupling portions between the Au electrode and the Al wiring is reduced, so that it is possible to reduce failures due to the electrical circuit opening due to the Au—Al alloy.

図4は、図3中のダミーゲート電極14を省略し、ゲート電極G(−1),G(+1)と、結合用ダイオードD(0),D(+2)のカソード電極とを、主走査方向に並べたものである。このパターンを採用することで、実施例2と比較して、チップ短辺長を15μm短縮することができ、チップ面積の縮小化、すなわち、コストダウンを実現できた。   In FIG. 4, the dummy gate electrode 14 in FIG. 3 is omitted, and the gate electrodes G (−1) and G (+1) and the cathode electrodes of the coupling diodes D (0) and D (+2) are subjected to main scanning. They are arranged in the direction. By adopting this pattern, the chip short side length can be reduced by 15 μm as compared with Example 2, and the chip area can be reduced, that is, the cost can be reduced.

本実施例の構造にて、2400dpiの自己走査型発光素子アレイの設計はパターンのマージンに余裕を持って設計をすることができた。また、従来の1200dpi用パターニング条件に変更等を加えずに、全く問題なく自己走査型発光素子アレイを作製することができ、その転送動作を確認することができた。   With the structure of this example, the 2400 dpi self-scanning light emitting element array could be designed with a margin in the pattern. In addition, a self-scanning light-emitting element array could be produced without any problem without changing the conventional 1200 dpi patterning conditions, and the transfer operation could be confirmed.

実施例1,2で説明した自己走査型発光素子アレイチップ複数個を配列して光プリンタ用の光ヘッドを構成し、このような光プリンタヘッドを用いた光プリンタについて説明する。図5は、光プリンタヘッド40を備える光プリンタの構成を示す。円筒形の感光ドラム42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、帯電気44で一様に帯電させる。そして、光プリンタヘッド40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48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50でカセット52中から送られてきた用紙54上に、トナーを転写する。用紙は、定着器46にて熱等を加えられ定着され、スタッカ58に送られる。一方、転写の終了したドラムは、消去ランプ60で帯電が全面にわたって中和され、清掃器62でのこったトナーが除去される。   An optical head for an optical printer is configured by arranging a plurality of self-scanning light emitting element array chips described in the first and second embodiments, and an optical printer using such an optical printer head will be described. FIG. 5 shows a configuration of an optical printer including the optical printer head 40. A photoconductive material (photosensitive member) such as amorphous Si is formed on the surface of the cylindrical photosensitive drum 42. This drum rotates at the speed of printing. The surface of the photosensitive drum of the rotating drum is uniformly charged with the electric charge 44. Then, the optical printer head 40 irradiates the photosensitive member with the light of the dot image to be printed, and neutralizes the charging where the light hits. Subsequently, the developing unit 48 applies toner to the photoconductor according to the charged state on the photoconductor. Then, the toner is transferred onto the paper 54 sent from the cassette 52 by the transfer device 50. The sheet is heated and fixed by the fixing device 46 and sent to the stacker 58. On the other hand, the drum after the transfer is neutralized by the erasing lamp 60 over the entire surface, and the toner remaining on the cleaner 62 is removed.

従来の自己走査型発光素子アレイの等価回路の一部分、および自己走査型発光素子アレイチップの上面のパターンの一部分を示す図である。It is a figure which shows a part of equivalent circuit of the conventional self-scanning light emitting element array, and a part of pattern of the upper surface of a self-scanning light emitting element array chip | tip. 本発明の一実施例である自己走査型発光素子アレイの等価回路の一部分を示す図である。It is a figure which shows a part of equivalent circuit of the self-scanning light emitting element array which is one Example of this invention. 図2で示した等価回路をもとに作製した自己走査型発光素子アレイチップの上面図である。FIG. 3 is a top view of a self-scanning light emitting element array chip manufactured based on the equivalent circuit shown in FIG. 2. 他の構成の自己走査型発光素子アレイチップの上面図である。It is a top view of the self-scanning light emitting element array chip of another configuration. 光プリンタの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an optical printer.

符号の説明Explanation of symbols

T 転送用サイリスタ
L 発光部サイリスタ
RL 負荷抵抗
G ゲート電極
D ダイオード
GA 電源電圧
φ1,φ2 クロックパルス
φ 発光信号
6 カソード電極
8 アノード電極
10,12 Al配線
T transfer thyristor L light emitting unit thyristor RL load resistance G gate electrode D diode V GA power supply voltage φ1, φ2 clock pulse φ I light emission signal 6 cathode electrode 8 anode electrode 10, 12 Al wiring

Claims (8)

PNPN構造の3端子発光サイリスタを用いた自己走査型発光素子アレイにおいて、
転送用の複数個の3端子発光サイリスタを主走査方向に配列した転送部と、
発光用の複数個の3端子発光サイリスタを主走査方向に配列し、各ゲートを、前記転送用の複数個の対応する3端子発光サイリスタのゲートに接続した、発光部とを備え、
前記配列された複数個の発光サイリスタの隣接する発光サイリスタのゲート間を、結合用ダイオードと結合用抵抗とを交互に用いて接続したことを特徴とする自己走査型発光素子アレイ。
In a self-scanning light emitting element array using a PNPN structure three-terminal light emitting thyristor,
A transfer unit in which a plurality of three-terminal light-emitting thyristors for transfer are arranged in the main scanning direction;
A plurality of three-terminal light-emitting thyristors for light emission arranged in the main scanning direction, and a light-emitting unit in which each gate is connected to the gate of the corresponding plurality of three-terminal light-emitting thyristors for transfer,
A self-scanning light-emitting element array, wherein gates of adjacent light-emitting thyristors of the plurality of light-emitting thyristors arranged are connected by alternately using coupling diodes and coupling resistors.
前記転送部の複数個の発光サイリスタのカソードまたはアノードを、2相のクロックパルスラインを交互に接続し、ゲートを負荷抵抗を経て電源に接続し、
前記発光部の複数個の発光サイリスタのカソードまたはアノードを、発光信号ラインに接続した、ことを特徴とする請求項1に記載の自己走査型発光素子アレイ。
The cathodes or anodes of the plurality of light emitting thyristors of the transfer unit are alternately connected to two-phase clock pulse lines, and the gate is connected to a power source through a load resistor,
2. The self-scanning light-emitting element array according to claim 1, wherein cathodes or anodes of a plurality of light-emitting thyristors of the light-emitting unit are connected to a light-emitting signal line.
前記転送部の複数個の発光サイリスタのうちn番目の発光サイリスタがONしているときに、(n−1)番目の結合用抵抗の抵抗値R(n−1)は、
R(n−1)/(RL+R(n−1))×|VGA|>|VD(n)|
ただし、n=0,±2,±4,…
RLは、前記負荷抵抗の抵抗値、
GAは前記電源の電圧、
VD(n)は、n番目の結合用ダイオードのON電圧、
を満たすように選ばれる、ことを特徴とする請求項2に記載の自己走査型発光素子アレイ。
When the nth light emitting thyristor is turned on among the plurality of light emitting thyristors of the transfer unit, the resistance value R (n−1) of the (n−1) th coupling resistor is:
R (n-1) / (RL + R (n-1)) × | V GA |> | VD (n) |
However, n = 0, ± 2, ± 4, ...
RL is the resistance value of the load resistor,
V GA is the voltage of the power source,
VD (n) is the ON voltage of the nth coupling diode,
The self-scanning light-emitting element array according to claim 2, wherein the self-scanning light-emitting element array is selected so as to satisfy.
前記結合用ダイオードは、前記PNPN構造の上部2層の半導体層より形成され、
前記結合用抵抗は、前記PNPN構造の上から2層目の半導体層より形成されることを特徴とする請求項1,2または3に記載の自己走査型発光素子アレイ。
The coupling diode is formed of two upper semiconductor layers of the PNPN structure,
4. The self-scanning light emitting element array according to claim 1, wherein the coupling resistor is formed of a second semiconductor layer from the top of the PNPN structure.
エッチングにより形成された複数個の島のそれぞれに、前記転送用の発光用サイリスタの各ゲート電極が形成され、
前記島の1つおきに、前記結合用ダイオードが形成され、前記結合用ダイオードが形成されている島にある前記ゲート電極は、ダミーのゲート電極であり、
前記結合用抵抗は、前記ダミーのゲート電極がある島と、この島の前段の島との間に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の自己走査型発光素子アレイ。
Each of the plurality of islands formed by etching is formed with each gate electrode of the light emitting thyristor for transfer,
The coupling diode is formed on every other island, and the gate electrode on the island where the coupling diode is formed is a dummy gate electrode,
5. The self-scanning light-emitting element array according to claim 4, wherein the coupling resistor is formed between an island having the dummy gate electrode and an island preceding the island.
エッチングにより形成された複数個の島の1つおきに、前記転送用の1つおきの発光用サイリスタのゲート電極が形成され、
前記残りの島に、前記結合用ダイオードが形成され、
前記結合用抵抗は、前記結合用ダイオードがある島と、この島の前段の島との間に形成され、
前記ゲート電極と前記結合用ダイオードとは、主走査方向に配列されている、ことを特徴とする請求項4に記載の自己走査型発光素子アレイ。
A gate electrode of every other light emitting thyristor for transfer is formed on every other island formed by etching,
The coupling diode is formed on the remaining island,
The coupling resistor is formed between an island having the coupling diode and an island in front of the island,
The self-scanning light-emitting element array according to claim 4, wherein the gate electrode and the coupling diode are arranged in a main scanning direction.
請求項1〜6のいずれかに記載の自己走査型発光素子アレイを備えることを特徴とする光プリンタヘッド。An optical printer head comprising the self-scanning light emitting element array according to claim 1. 請求項7に記載の光プリンタヘッドを備えることを特徴とする光プリンタ。An optical printer comprising the optical printer head according to claim 7.
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