JP4395674B2

JP4395674B2 - 自己走査型発光素子アレイ

Info

Publication number: JP4395674B2
Application number: JP26684799A
Authority: JP
Inventors: 幸久楠田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: JP2001094155A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己走査型発光素子アレイチップの配線構造、特に発光素子の電流分布の変動による光出力のばらつきを抑えることができるようにした、自己走査型発光素子アレイチップの配線構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自己走査型発光素子アレイは、ボンディングパッドが少なくてよいのが大きな特徴である。転送部と発光部を分離した自己走査型発光素子アレイでは、発光部へ電流を流入させるためのボンディングパッドは１チップあたり少なくとも１つあればよい。そのチップ内での配置方法の自由度は高く、チップ端部に配置してもよく、またチップ中央部に配置してもよい。
【０００３】
図１は、転送部と発光部を分離した自己走査型発光素子アレイの等価回路図である。この発光装置は、ｐｎｐｎ構造の発光サイリスタよりなるスイッチ素子Ｔ（１）〜Ｔ（４）および書き込み用発光素子Ｌ（１）〜Ｌ（４）からなる。スイッチ素子部分の構成は、ダイオード接続を用いている。Ｖ_GKは電源であり、負荷抵抗Ｒ_L を経て各スイッチ素子のゲート電極Ｇ₁ 〜Ｇ₃ に接続されている。また、スイッチ素子のゲート電極Ｇ₁ 〜Ｇ₃ は、書き込み用発光素子のゲート電極にも接続される。スイッチ素子Ｔ（１）のゲート電極にはスタートパルスφ_S が加えられ、スイッチ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、書き込み用発光素子のアノード電極には、書き込み信号φ₁ が加えられている。このような自己走査型発光素子アレイは、本出願人に係る特開平２−２６３６６８号に既に開示されている種類のものである。
【０００４】
図２は、以上のような自己走査型発光素子アレイのチップ（１２８個の発光点を持つ）内の素子配置を示す。図中、Ｌは発光素子を、Ｔはスイッチ素子を、φ₁ ，φ₂ はクロックパルス用ボンディングパッドを、φ_S はスタートパルス用ボンディングパッドを、φ_I は書き込み信号用ボンディングパッドを、Ｖ_GKは電源用ボンディングパッドを、Ｄ_out は出力用ボンディングパッドを、それぞれ示している。この例では、書き込み信号用ボンディングパッドφ_I は、チップの中央部に配置されている。このボンディングパッドφ_I より、Ａｌ配線１０を経て、各発光素子Ｌのアノード電極８に電流を供給する。
【０００５】
図３は、Ａｌ配線１０の各発光素子Ｌの発光領域１６への接続を示す一部拡大図である。Ａｌ配線１０は、発光素子のアレイ方向に延びる幅ｄ₁ の線状部１２と、発光素子の発光領域１６上に延び、図示しないが絶縁膜に開けられたコンタクトホールを経て、発光領域上のアノード電極（図示せず）に接続される矩形状の接続部１４とからなる。
【０００６】
発光素子アレイチップは長尺な形状であるのでボンディングパッドφ_I から各発光素子までのＡｌ配線１０はかなり距離があり、各発光素子に対応する配線抵抗には発光素子の位置による分布が生じる。このため、発光素子に流れる電流は、チップ中央部の発光素子に流れる電流が最大となり、チップ両端の発光素子にいくほど、流れる電流は小さくなる。すなわち、電流分布は、図４に示すように、対称な山形となる。なお、図４において横軸は１２８個の発光点の位置を、縦軸はφ_I 電流（平均値規格化された）を示している。
【０００７】
また、ボンディングパッドφ_I をチップ端部に設けた場合、チップ両端の発光素子では、そこに至る配線長の差が最も大きくなり、これらの発光素子に流れる電流差は大きい。図５に、この場合の電流分布を示す。これによればチップ両端での電流は平均値に対して約１．６％異なる。
【０００８】
発光サイリスタを流れる電流と光出力の関係（Ｉ−Ｌ特性）は図６に示すように非線形な特性をもつ。Ｉ−Ｌ特性の直線部分の傾きは２０μＷ／ｍＡ程度であり、例えば、チップ両端での電流は平均値に対して約１．６％異なれば、光出力の変化率は３％程度と大きくなる。
【０００９】
ボンディングパッドφ_I が、チップ中央あるいはチップ端部のいずれに設けられていようとも、光出力分布が生じる。このようなチップを光プリントヘッドなどの書き込みに使用する場合は、光出力分布は画質に影響を与えるため好ましくない。
【００１０】
以上説明した光出力の変動は、発光素子の特性が理想的に揃っている場合である。光出力をばらつかせる要因は他にもあるので、電流変動による光出力変動は極力抑えておく必要がある。
【００１１】
また従来の配線構造では、次のような問題がある。図７は図３のＡ−Ａ′線断面を示すが、発光素子は基板上に形成されたｐｎｐｎ半導体構造のサイリスタよりなる。図では、４個の発光素子Ｌ（１），Ｌ（２），Ｌ（３），Ｌ（４）を示している。このような発光素子からの光は、その一部が側方に放射され、隣接する発光素子へ入射する。入射した光は発光素子のメサ面１８により、発光素子の正規の発光に近い方向に反射される。このような反射光は、画像の解像度を低下させるので好ましくない。
【００１２】
本発明の目的は、発光素子の電流分布の変動による光出力のばらつき、および発光素子のメサ面による反射光による画像解像度の低下を抑えることができるようにした、自己走査型発光素子アレイの配線構造を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、配線構造を有する自己走査型発光素子アレイを用いた光プリントヘッドを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、しきい電圧もしくはしきい電流が外部から制御可能な制御電極を有する３端子スイッチ素子多数個を配列した３端子スイッチ素子アレイの各スイッチ素子の制御電極を互いに第１の電気的手段にて接続すると共に、各スイッチ素子の制御電極に電源ラインを第２の電気的手段を用いて接続し、かつ各スイッチ素子の残りの２端子の一方にクロックラインを接続して形成した自己走査型スイッチ素子アレイと、しきい電圧もしくはしきい電流が外部から制御可能な制御電極を有する３端子発光素子多数個を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と前記スイッチ素子の制御電極とを接続し、各発光素子の残りの２端子の一方に発光のための電流を印加する書き込み信号ラインを設けた自己走査型発光素子アレイにおける、前記発光素子に電流を供給する配線構造に関するものである。本発明の配線構造は、前記発光素子の発光領域を取り囲む梯子状形状を有している。
【００１５】
また、この配線構造は、前記発光素子の配列方向に、前記発光素子の発光領域を挟むようにして平行に延びる２本の線状部と、隣接する前記発光素子間の各溝部にそれぞれ設けられ、前記２本の線状部を橋渡しする複数の橋絡部と、一方の線状部から延び、前記各発光素子の発光領域に電流を供給する接続部とから構成されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図８は、本発明の配線構造の実施例を示す図であり、図９は、図８のＢ−Ｂ′線断面図である。
【００１７】
本実施例をＡｌ配線２０によれば、発光素子周辺のＡｌ配線形状を梯子状にする。すなわち、図３に示した従来の構造に加えて、ｄ₁ と同じ幅であるｄ₂ の幅を有する線状部２２を、発光領域１６を挟んで、線状部１２と平行に設け、線状部１２と２２との間であって、発光素子間の溝部２４に、橋絡部２６を設ける。これら橋絡部２６は、図９に示すように、垂直に近い側面２８を有している。
【００１８】
Ａｌ配線２０は、このような２つの平行な線状部１２，２２と、発光素子の溝部に設けられ、線状部１２と２２とを橋渡しする橋絡部２６とにより梯子状配線構造を形成する。
【００１９】
このようにＡｌ配線２０を梯子状にすると、図３の従来構造に比べて、配線抵抗を１／２に抑えることができる。したがってφ_I 電流分布の変動も従来構造に比べて１／２となる。図１０はチップ中央にφ_I ボンディングパッドを設けた場合の電流分布を、図１１はチップ端部にφ_I ボンディングパッドを設けた場合の電流分布を示す。なお、図１０，１１においては、比較のために、図４，５に示した従来の場合の電流分布をも示している。従来に比べて電流分布の変動量は１／２になっている。したがって、光出力のチップ内の分布も低減される。
【００２０】
以上の実施例では、ｄ₁ ＝ｄ₂ としたが、幅ｄ₂ をｄ₁ よりさらに大きくすれ
ば、配線抵抗をさらに低下させることができ、チップ内の光出力分布をさらに小さくすることができる。
【００２１】
本実施例の梯子状配線形状は次のような効果も有する。すなわち、図９において、例えば発光素子Ｌ（２）が発光していると、Ａｌ橋絡部２６の側面２８は、発光素子の半導体メサ面１８に比べて、基板に対して垂直に近い面をもつため、Ｌ（２）から側方に放射される光を、上方に反射しない。したがって橋絡部２６は、発光素子間の遮光壁として働く。このため、隣接発光素子の反射による発光が防止され、解像度の低下を防ぐ効果がある。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の自己走査型発光素子アレイの配線構造によれば、アレイ状に配列された発光素子の発光領域を囲むようにＡｌ配線が設けられるので、配線抵抗が小さくなり、発光素子を流れる書き込み電流の分布が小さくなる。したがって、光出力分布を小さくできるので、光プリンタに用いられる場合には、高い画質を得ることができる。
【００２３】
また、Ａｌ配線の橋絡部は、隣接する発光素子間の溝に設けられるので、遮光壁としても働き、発光素子から側方に放射された光を、発光素子の正規の発光に近い方向に反射させることがないので、光プリンタの画像解像度の低下を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】転送部と発光部を分離した自己走査型発光素子アレイの等価回路図である。
【図２】自己走査型発光素子アレイのチップ内の素子配置を示す図である。
【図３】Ａｌ配線の各発光素子の発光領域への接続を示す一部拡大図である。
【図４】ボンディングパッドφ_I をチップ中央に設けた場合のφ_I 電流の分布を示す図である。
【図５】ボンディングパッドφ_I をチップ端部に設けた場合のφ_I 電流の分布を示す図である。
【図６】発光サイリスタを流れる電流と光出力の関係を示す図である。
【図７】図３のＡ−Ａ′線断面図である。
【図８】本発明の配線構造の実施例を示す図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ′線断面図である。
【図１０】ボンディングパッドφ_I をチップ中央に設けた場合のφ_I 電流の分布を、実施例と従来例とを比較して示す図である。
【図１１】ボンディングパッドφ_I をチップ端部に設けた場合のφ_I 電流の分布を、実施例と従来例とを比較して示す図である。
【符号の説明】
１０，２０Ａｌ配線
１２，２２線状部
１４接続部
１６発光領域
１８メサ部
２４溝部
２６橋絡部
２８橋絡部の側面

Claims

しきい電圧もしくはしきい電流が外部から制御可能な制御電極を有する３端子スイッチ素子複数個を配列し、当該３端子スイッチ素子の当該制御電極を互いにダイオード接続にて接続すると共に、当該３端子スイッチ素子の当該制御電極に電源ラインを負荷抵抗を用いて接続し、かつ当該３端子スイッチ素子の当該制御電極以外の残りの２端子の一方にクロックラインを接続して形成した自己走査型スイッチ素子アレイと、
しきい電圧もしくはしきい電流が外部から制御可能な制御電極を有する３端子発光素子複数個を配列し、当該３端子発光素子の当該制御電極と前記３端子スイッチ素子の前記制御電極とを接続し、当該３端子発光素子の当該制御電極以外の残りの２端子の一方に発光のための電流を供給する書き込み信号ラインを接続した発光素子アレイと、
を備える自己走査型発光素子アレイにおいて、
前記３端子発光素子に発光のための電流を供給する配線構造は、
前記３端子発光素子の配列方向に、当該３端子発光素子の発光領域を挟むようにして平行に延びる２本の線状部と、
隣接する前記３端子発光素子間の各溝部にそれぞれ設けられ、前記２本の線状部を橋渡しする複数の橋絡部と、
一方の前記線状部から前記３端子発光素子の発光領域上まで延び、当該３端子発光素子の発光領域に電流を供給する接続部と、
を有することを特徴とする自己走査型発光素子アレイ。
前記２本の線状部の幅は同じであることを特徴とする請求項１記載の自己走査型発光素子アレイ。
前記線状部，橋絡部，接続部は、Ａｌよりなることを特徴とする請求項１または２記載の自己走査型発光素子アレイ。
前記スイッチ素子および前記発光素子は、ｐｎｐｎ構造の発光サイリスタよりなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自己走査型発光素子アレイ。
請求項４に記載の自己走査型発光素子アレイを用いた光プリントヘッド。