JP4972976B2 - Self-scanning light-emitting element array chip, method for manufacturing self-scanning light-emitting element array chip, and optical writing head - Google Patents
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Description
本発明は、自己走査型発光素子チップ、特に配線抵抗の影響による発光素子の光量低下を補償した自己走査型発光素子アレイチップに関する。本発明は、また、このような自己走査型発光素子アレイチップを用いた光書込みヘッド、さらにはこのような光書込みヘッドを用いた光プリンタ,ファクシミリ,複写機に関する。
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光書込みヘッド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3端子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(特許文献1,2,3,4参照)し、光プリンタヘッドとして実装上簡便となること、発光素子配列ピッチを細かくできること、ボンディングパッドの数を少なくできるので、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。
The present invention relates to a self-scanning light-emitting element chip, and more particularly, to a self-scanning light-emitting element array chip that compensates for a reduction in light amount of a light-emitting element due to the influence of wiring resistance. The present invention also relates to an optical writing head using such a self-scanning light emitting element array chip, and further to an optical printer, a facsimile machine, and a copying machine using such an optical writing head.
A light emitting element array in which a large number of light emitting elements are integrated on the same substrate is used as an optical writing head such as an optical printer head in combination with a driving IC. The inventors have paid attention to a three-terminal light-emitting thyristor having a PNPN structure as a constituent element of the light-emitting element array, and have already filed a patent application (see
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(特許文献5参照)。 Furthermore, the present inventors have proposed a self-scanning light-emitting element array having a structure separated from the light-emitting element array that is a light-emitting part using the transfer element array as a shift part (see Patent Document 5).
図1に、シフト部アレイ8と発光部アレイ10を分離したタイプのダイオード結合自己走査型発光素子アレイチップの等価回路図を示す。この自己走査型発光素子アレイ(Self-scanning Light-emitting Device、以下SLEDと略記することがある)は、転送素子T1,T2,T3・・・、発光素子L1,L2,L3・・・からなる。転送素子および発光素子のいずれも3端子発光サイリスタが用いられる。すなわち、転送素子のゲート電極間は、ダイオードD1,D2,・・・で結合されている。VGAは電源(通常−5V)であり、VGAライン13から負荷抵抗RLを経て各スイッチ素子のゲート電極に接続されている。また、転送素子のゲート電極は、発光素子のゲート電極にも接続される。転送素子T1のゲート電極は、スタートパルス端子φSに接続されている。転送素子のカソード電極は、交互に転送用クロックパルスφ1,φ2配線11,12を経て、クロックパルス端子φ1,φ2に接続されている。抵抗R1,R2は配線11,12にそれぞれ挿入された電流制限用抵抗である。また、発光素子のカソード電極は、発光素子給電配線14を経て、発光素子給電端子φIに接続されている。抵抗RIは、配線14に挿入された電流制限用抵抗である。
FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of a diode-coupled self-scanning light emitting element array chip in which the
128個の発光素子の典型的な自己走査型発光素子アレイチップのパターンを図2に示す。図1と同一の要素には、同一の参照番号を付して示している。
また、1〜4はそれぞれのラインに接続されるボンディングパッドを示している。
A typical self-scanning light emitting element array chip pattern of 128 light emitting elements is shown in FIG. The same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
Reference numerals 1 to 4 denote bonding pads connected to the respective lines.
また、本出願人は、発光素子の上にマイクロレンズを設けたレンズ付き発光素子アレイを提案している(特許文献6参照)。 Further, the present applicant has proposed a light-emitting element array with a lens in which a microlens is provided on the light-emitting element (see Patent Document 6).
マイクロレンズを設ける理由を、以下に説明する。 The reason for providing the microlens will be described below.
従来の光プリンタに用いられる発光素子アレイ、ロッドレンズアレイ、感光ドラムの代表的な構成例を図3に示す。20は発光素子、22はロッドレンズアレイ、24は感光ドラムである。 A typical configuration example of a light emitting element array, a rod lens array, and a photosensitive drum used in a conventional optical printer is shown in FIG. 20 is a light emitting element, 22 is a rod lens array, and 24 is a photosensitive drum.
ロッドレンズアレイ22の実効的な口径角θが半角として17〜20°であるのに対し、発光素子20は基本的にランバーシアン分布で発光しており、光利用効率は極めて低い。
While the effective aperture angle θ of the
この光利用効率を高めるために、図4に示すように、発光素子の発光部26の直上にマイクロレンズアレイ28を配置して、発光の指向性を少しでも狭めることによって、ロッドレンズアレイ22の口径角内に入射する光線を増やすことが考えられる。
In order to increase the light use efficiency, as shown in FIG. 4, a
しかしながら、一般に、光プリンタに使用される自己走査型発光素子アレイの発光部26は、図5に示されるように、電極27が発光部分の中央付近を塞いでしまっており、その結果、図5に示されるように発光部26は、略U字型の形状となる。図4に示すように、一般的なマイクロレンズアレイで指向性を狭めようとすると、マイクロレンズ28に入射させたい光軸近傍の光線29がちょうど電極遮光部からの発光位置に対応してしまい、その結果、十分に光利用効率を向上できない。
However, in general, in the light-emitting
そこで、図6に示すような複合マイクロレンズを用いた。図6(A)には、発光素子の略U字型の発光部26に対して、その上に、複合マイクロレンズ30を設けた状態を示し、図6(B)は複合マイクロレンズの形状を示す。
Therefore, a composite microlens as shown in FIG. 6 was used. FIG. 6A shows a state in which the
略U字型の発光部26の発光強度の極大位置を結ぶと、折れ線32が形成される。この折れ線32の3つの線分の各両端またはその近傍に中心が位置する4つの球面レンズの一部分を設け、その中間部分に3つの各線分に平行な軸を有する3つのシリンドリカルレンズの一部分を設け、それらを互いに隣接配置して複合レンズ30が形成される。このような複合レンズの材料には、エポキシ系またはアクリル系の樹脂が用いられる。複合レンズは、2P(Photopolymer)成形法により形成できる。
When the maximum position of the light emission intensity of the substantially U-shaped
図6(B)において、点33,34,35,36は、図6(A)に示す略U字型折れ線32の3つの線分32a,32b,32cの各両端を示す。複合レンズ30は、点33を中心とする球面レンズの一部分43と、点34を中心とする球面レンズの一部分44と、点35を中心とする球面レンズの一部分45と、点36を中心とする球面レンズの一部分46とを有している。複合レンズ30は、さらに、線分32aに平行な軸を有するシリントリカルレンズ48の一部分と、線分32bに平行な軸を有するシリンドリカルレンズ50の一部分と、線分32cに平行な軸を有するシリンドリカルレンズ52の一部分とを有している。これら4つの球面レンズの一部分と、3つのシリンドリカルレンズの一部分とは、図示のように隣接配置されている。
In FIG. 6B,
図6(B)には、複合レンズの形状を理解させるために、X−X’線断面図およびY−Y’線断面図も示している。 FIG. 6B also shows a cross-sectional view taken along the line X-X ′ and a cross-sectional view taken along the line Y-Y ′ for understanding the shape of the compound lens.
このように複合マイクロレンズ30は、略U字形発光部22の各部に球面レンズの光軸中心、または、シリンドリカルレンズの軸を一致させ、その球面レンズの一部分と、シリンドリカルレンズとを複合した特殊な形状のレンズである。
In this way, the
このような略U字型の発光部形状に合わせた複合レンズを用いることによって、略U字形発光部の各部分ごとに、複合レンズの各部分を用いて、発光光線を光軸方向、すなわち、ロッドレンズの方向に屈折させることができて、ロッドレンズの方向にランバーシアン発行の指向性を狭めることが可能になる。 By using a compound lens that matches such a substantially U-shaped light-emitting portion shape, for each portion of the substantially U-shaped light-emitting portion, each portion of the compound lens is used to direct the emitted light beam in the optical axis direction, that is, It can be refracted in the direction of the rod lens, and the directivity of Lambertian issuance can be narrowed in the direction of the rod lens.
図7に、発光部26の上に複合レンズ30が設けられた状態を示す。
FIG. 7 shows a state where the
以上のように、SLEDチップはボンディングパッドの数を少なくできるという点が大きな特徴の1つであるが、一方で、次のような問題点が存在する。すなわち、図8に示すように、発光点への給電配線14が最低で1本になるために、チップ部分の給電点となるボンディングパッド4から各発光部26への距離がそれぞれで異なってしまう。このため、ボンディングパッド4からの距離が長くなるほど配線抵抗による電圧降下の影響を受けて発光部への通電電流が減少する。図9に示したように、光量は電流におおよそ比例する。したがって図10に示すように、ボンディングパッドから距離が遠くなる発光部ほど光量が低下する現象が発生する。この現象を、光量のチップ内のシェーディングと呼ぶ。
As described above, one of the major features of the SLED chip is that the number of bonding pads can be reduced. However, the following problems exist. That is, as shown in FIG. 8, since the power supply wiring 14 to the light emitting point is at least one, the distance from the
このようなSLEDチップを光プリンタや複写機の光源として使用する場合には、外部の駆動回路に、SLEDチップ内のシェーディングをなくして光量が一定となるように補正回路を組み込む必要があり、コストアップの一因となっていた。 When such an SLED chip is used as a light source for an optical printer or a copying machine, it is necessary to incorporate a correction circuit in the external drive circuit so that the amount of light is constant by eliminating shading in the SLED chip. It contributed to the up.
本発明の目的は、チップ内の光量シェーディングを抑制して、外部駆動回路での光量補正に関する負荷を減らし、光書込みヘッド全体のコストダウンを達成できるSLEDチップを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an SLED chip that can suppress the light amount shading in the chip, reduce the load relating to the light amount correction in the external drive circuit, and achieve the cost reduction of the entire optical writing head.
本発明の他の目的は、SLEDチップを用いた光書込みヘッド、さらにはこのような光書込みヘッドを備える光プリンタ,ファクシミリ,複写機を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an optical writing head using an SLED chip, and an optical printer, a facsimile machine, and a copying machine including such an optical writing head.
本発明の第1の態様は、
主走査方向に配列される複数個の発光素子よりなる発光素子アレイと、
前記各発光素子に、給電用のボンディングパッドから電流を供給する、主走査方向に延びる少なくとも1本の給電線とを備え、
前記ボンディングから遠ざかるに従って、各発光素子の発光部の面積を増大させた、自己走査型発光素子アレイチップである。
The first aspect of the present invention is:
A light emitting element array comprising a plurality of light emitting elements arranged in the main scanning direction;
Each light emitting element includes at least one power supply line extending in the main scanning direction for supplying current from a power supply bonding pad,
This is a self-scanning light emitting element array chip in which the area of the light emitting portion of each light emitting element is increased as the distance from the bonding is increased.
本発明の第2の態様は、
主走査方向に配列される複数個の発光素子よりなる発光素子アレイと、
各発光素子の発光部上に設けられたマイクロレンズよりなるレンズアレイと、
前記各発光素子に、給電用のボンディングパッドから電流を給電する、主走査方向に延びる少なくとも1本の給電線とを備え、
前記ボンディングパッドから遠ざかるに従って、各マイクロレンズの光伝送効率を増大させた、自己走査型発光素子アレイチップである。
The second aspect of the present invention is:
A light emitting element array comprising a plurality of light emitting elements arranged in the main scanning direction;
A lens array composed of microlenses provided on the light emitting portion of each light emitting element;
Each light emitting element includes at least one power supply line extending in the main scanning direction for supplying current from a power supply bonding pad;
A self-scanning light emitting element array chip in which the light transmission efficiency of each microlens is increased as the distance from the bonding pad increases.
本発明によれば、チップ内のそれぞれの発光部の面積を少しずつ変えることで、給電用ボンディングパッドから離れるにつれて単位電流当たりの光出力を大きくさせ、これにより、配線抵抗の影響による光量低下を補償できる。 According to the present invention, by gradually changing the area of each light emitting portion in the chip, the light output per unit current increases as the distance from the power supply bonding pad increases, thereby reducing the amount of light due to the influence of wiring resistance. Can compensate.
また本発明によれば、発光部上にレンズを形成し、給電用ボンディングパッドから離れるにつれてレンズの光伝送効率をよくすることで、配線抵抗の影響による光量低下を補償できる。 In addition, according to the present invention, a lens is formed on the light emitting portion, and the light transmission efficiency of the lens is improved as the distance from the power supply bonding pad increases, so that it is possible to compensate for a decrease in light amount due to the influence of wiring resistance.
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
SLEDの発光光量を決める要素の1つに、発光部の面積がある。光量は光が外部に取り出される部分、すなわち、遮光領域となる電極や配線部分を除いた発光部カソード島の面積に比例する。この特性を利用すると、給電用ボンディングパッドから離れていくにしたがって、少しずつ発光部カソード島の面積を増大させていくことで、配線抵抗の影響による光量低下を補償し、光量チップ内シェーディングをなくすことができる。 One of the factors that determine the amount of light emitted by the SLED is the area of the light emitting portion. The amount of light is proportional to the area of the light emitting part cathode island excluding the part where the light is extracted to the outside, that is, the electrode and the wiring part serving as the light shielding area. By utilizing this characteristic, the area of the light emitting part cathode island is gradually increased as the distance from the power supply bonding pad increases, thereby compensating for the decrease in light amount due to the influence of wiring resistance and eliminating shading in the light amount chip. be able to.
光量低下の補償について詳しく説明する。 The compensation for the reduction in the amount of light will be described in detail.
a=(ρ/wd)×(25380/q)とすると、(2)式は次式で表される。
rn=a(n−1) ・・・・・(3)
n番目の発光部サイリスタLnがONしているときに流れる電流Inは、
Ln(S)=cSn ・・・・・(7)
配線抵抗による、光量低下を発光部面積で補完して、すべての発光点の発光光量をn=1番目の光量に合わせこむためには、以下で導出されるように、発光部の面積Sn変調して設計すればよい。
Ln=L1とするには、(8),(9),(6)式から、
Assuming that a = (ρ / wd) × (25380 / q), the equation (2) is expressed by the following equation.
r n = a (n−1) (3)
The current I n flowing when n-th light emitting unit thyristor L n are turned ON,
L n (S) = cS n (7)
In order to compensate the light amount reduction due to the wiring resistance by the light emitting portion area and to match the light emitting amount of all the light emitting points to the first light amount, the light emitting portion area Sn modulation is derived as will be derived below. And design.
In order to set L n = L 1 , from the equations (8), (9), (6),
さて、(8)式から考察を加える。第1番目の光量は、外部駆動電圧と外部負荷抵抗の関数となっている。現在の駆動電圧は−5Vであるが、−3.3V駆動にしても同様の光量を得るためには、外部負荷抵抗を電圧と同様の比率で小さくしなければならない。(8)式からわかるように、光量の傾きは、1/R0 2に比例するので、駆動電圧の低電圧側への変更は、シェーディングによる光量ばらつきを大きく悪化させることになる。このシェーディングをマスク設計だけで、(10)式のように発光部の面積を変調し、従来の製造プロセスを一切変更することなく、シェーディングを簡単に補正することができる。 Now, let us consider the equation (8). The first light quantity is a function of the external drive voltage and the external load resistance. The current drive voltage is -5V, but in order to obtain the same amount of light even when driven at -3.3V, the external load resistance must be reduced at the same ratio as the voltage. As can be seen from the equation (8), since the gradient of the light amount is proportional to 1 / R 0 2 , changing the drive voltage to the low voltage side greatly deteriorates the light amount variation due to shading. This shading can be easily corrected without changing any conventional manufacturing process by modulating the area of the light emitting part as shown in equation (10) only by mask design.
具体的には以下のようにSLEDチップを作製した。現在一般的に使用されている600dpiで128個の発光点を有するSLEDの発光部給電配線(φI配線)14は、厚さ1.2μm、幅20μmであり、第1発光点と第128発光点との間の距離は、42.3μm×127=5372μm、配線材料はAl(抵抗率2.8μΩcm)であるから、第1発光点と第128発光点との間には、5Ωの電気抵抗が存在する。この5Ωの抵抗分の電圧降下で生じる通電電流の差が、光量の差として発生する。実際に作製したSLEDチップのチップ内電流分布は、図12に示したように各発光部の電流をy(mA)、発光点番号をxとして、一次回帰直線で近似すると、
y=−0.0026x+13.2 ・・・・・(11)
であった。図12に、この一次回帰直線を示す。
Specifically, an SLED chip was produced as follows. Now generally of being used SLED having 128 light-emitting points in 600dpi emitting portion feed line (phi I wiring) 14 has a thickness of 1.2 [mu] m, a width of 20 [mu] m, the first light emitting point and the 128 light-emitting The distance between the dots is 42.3 μm × 127 = 5372 μm, and the wiring material is Al (resistivity 2.8 μΩcm). Therefore, an electric resistance of 5Ω is provided between the first light emitting point and the 128th light emitting point. Exists. A difference in energization current caused by a voltage drop corresponding to the resistance of 5Ω is generated as a difference in light amount. The in-chip current distribution of the actually produced SLED chip is approximated by a linear regression line with the current of each light emitting part as y (mA) and the light emitting point number as x as shown in FIG.
y = −0.0026x + 13.2 (11)
Met. FIG. 12 shows this linear regression line.
この直線の傾きは、過去に生産した300万個のチップでほとんどばらつかない。さて、式11からわかるように、第1発光点で13.2mA、第128発光点で12.9mA、すなわち、第1発光点を基準にした場合、第128発光点は2.5%の電流低下となっていることがわかる(SLEDを−5V駆動した場合の典型値である)。光量は電流に比例するから、同様に2.5%の光量低下となっている。一方、発光光量は光量が取り出される発光部の面積に比例することは既に述べた。
The slope of this straight line hardly varies with the 3 million chips produced in the past. As can be seen from
図13に示すように、発光部26の面積はカソード島の面積(S=a×b)に比例するから、第1発光点の発光部面積を基準にして、図14に示すように、主走査方向の長さaを変えて、第128発光点の発光部面積が2.5%増となるように発光部カソード島の寸法を設計した。第1〜128発光点の間の発光点については、面積が均等に増加するように設計した。完成したSLEDチップの光量(3000チップ分)を測定したところ、光量のシェーディング、すなわち、一次回帰直線の傾きはほぼゼロとなり、チップ内の光量ばらつきは、標準偏差σとして、3σ/平均光量=0.014(1.4%)であった。
As shown in FIG. 13, since the area of the
以上の結果から、一次回帰直線で近似できる配線抵抗による光量分布(シェーディング)を補正できることがわかった。 From the above results, it was found that the light amount distribution (shading) due to the wiring resistance that can be approximated by the linear regression line can be corrected.
本発明を達成するために実施した発光部の面積変調は、カソード島形成時のマスクパターンの設計だけでよいため、従来の製造工程条件を一切変更することなく、光量ばらつきの点で優れたSLEDチップを作ることができる。 Since the area modulation of the light emitting portion implemented to achieve the present invention only needs to design the mask pattern at the time of forming the cathode island, the SLED is excellent in terms of light quantity variation without changing any conventional manufacturing process conditions. You can make chips.
実施例1では、現行生産している−5V駆動用のSLEDチップで発明の効果を確認した。今後は、外部駆動回路の駆動電圧である−3.3VでSLEDチップを駆動させることが、コストダウンのために必要となってくる。実際に1200dpiで256個の発光点を有する−3.3V駆動SLEDチップを作製した。その結果、実施例1の(11)式と同様に、SLEDチップのチップ内電流分布を調べてみると、各発光部の電流をy(mA)、発光点番号をxとして
y=−0.0039x+13.1 (x=1・・・256) ・・・(12)
なる一時回帰直線で近似できた。図12に、式11と比較して式12を示す。
In Example 1, the effect of the invention was confirmed with the currently produced SLED chip for driving -5V. In the future, it will be necessary to drive the SLED chip with -3.3 V, which is the drive voltage of the external drive circuit, for cost reduction. A -3.3V drive SLED chip having 256 emission points at 1200 dpi was actually produced. As a result, when the in-chip current distribution of the SLED chip was examined in the same manner as the expression (11) in Example 1, the current of each light emitting unit was y (mA), the light emitting point number was x, and y = −0. 0039x + 13.1 (x = 1... 256) (12)
It can be approximated by a temporary regression line. FIG. 12 shows
第1発光点で13.1mA、第256発光点で12.1mA、すなわち、第1発光点を基準にした場合、第256発光点は7.6%の電流低下となっている。光量の実測値にも7.6%の低下が見られ、光量が電流に比例することと矛盾しない。 When the first light emission point is 13.1 mA and the 256 light emission point is 12.1 mA, that is, based on the first light emission point, the 256 light emission point has a current decrease of 7.6%. A decrease of 7.6% is also seen in the measured value of the light quantity, which is consistent with the fact that the light quantity is proportional to the current.
実施例1と実施例2との大きな違いは、SLEDチップの駆動電圧であり、実施例1で述べた−5V駆動ではシェーディングによる光量変化は2.5%であったから、−3.3V駆動にすることで約3倍のシェーディングが発生していることがわかる。理由は、SLEDチップの発光部への供給電流を変えないように、駆動電圧を−5Vから−3.5Vにしようとすると、SLEDチップ外部のφI配線の外部負荷抵抗を小さくする必要がある。このため、チップ内の配線抵抗の影響が相対的に大きくなり、結果的に3倍のシェーディングが生じている。 The major difference between Example 1 and Example 2 is the drive voltage of the SLED chip. In the −5V drive described in Example 1, the change in the amount of light due to shading was 2.5%. By doing so, it can be seen that about three times as much shading has occurred. Reason, so as not to change the supply current to the light emitting portion of the SLED chips, when you try to -3.5V the drive voltage from -5V, it is necessary to reduce the external load resistance SLED chip external phi I wirings . For this reason, the influence of the wiring resistance in the chip becomes relatively large, and as a result, three times as much shading occurs.
実施例1と同様に、第1発光点の発光部面積を基準にして、第256発光点の発光部面積が7.6%増となるように発光部カソード島の寸法を設計した。第1〜256発光点の間の発光点については、面積増加が等差増加するように分配した。このようにマスク設計して完成したSLEDチップの光量(3000チップ分)を測定したところ、光量のシェーディング、すなわち、一時回帰直線の傾きはほぼゼロとなり、チップ内の光量ばらつきは、標準偏差σとして、3σ/平均光量=0.017(1.7%)となり、7.6%あったシェーディングによる光量ばらつきの抑制に格段の効果があった。 In the same manner as in Example 1, the dimensions of the light emitting portion cathode island were designed so that the light emitting portion area of the 256 light emitting point was increased by 7.6% based on the light emitting portion area of the first light emitting point. The light emission points between the first to 256 light emission points were distributed so that the area increase was increased by an equal difference. When the light amount (3000 chips) of the SLED chip completed by designing the mask in this way was measured, the shading of the light amount, that is, the slope of the temporary regression line was almost zero, and the variation in the light amount in the chip was the standard deviation σ. 3σ / average light quantity = 0.017 (1.7%), and there was a remarkable effect in suppressing light quantity variation due to shading that was 7.6%.
本発明を達成するために実施した発光部の面積変調は、カソード島形成時のマスクパターンの設計だけでよいため、従来の製造工程条件を一切変更することなく、光量ばらつきの点で優れたSLEDチップを作ることができる。 Since the area modulation of the light emitting portion implemented to achieve the present invention only needs to design the mask pattern at the time of forming the cathode island, the SLED is excellent in terms of light quantity variation without changing any conventional manufacturing process conditions. You can make chips.
本実施例では、発光部カソード島の面積を主走査方向の長さaを変えることで面積の変調を達成したが、副走査方向の長さb、あるいは、aとbを同時に変えることで面積変調しても同様の効果が得られる。 In this embodiment, the area of the light emitting part cathode island is changed by changing the length a in the main scanning direction, but the area b is changed by changing the length b in the sub scanning direction or a and b at the same time. The same effect can be obtained even if modulation is performed.
第1および第2の実施例では、発光部カソード島の面積を変調させたが、発光部の光量を遮光している給電電極の面積を変調させることでも、同様の効果が得られる。 In the first and second embodiments, the area of the light emitting unit cathode island is modulated. However, the same effect can be obtained by modulating the area of the feeding electrode that blocks the light amount of the light emitting unit.
第1および第2の実施例では、発光部カソード島の面積を変調させたが、発光部の光量を遮光している給電配線の面積を変調させることでも同様の効果が得られる。 In the first and second embodiments, the area of the light emitting unit cathode island is modulated. However, the same effect can be obtained by modulating the area of the power supply wiring that blocks the light amount of the light emitting unit.
もちろん、カソード島、給電電極面積、給電配線面積を組み合わせてもよい。 Of course, the cathode island, the feeding electrode area, and the feeding wiring area may be combined.
複合レンズによって、ランバーシアン分布で発光する光の利用効率を高めることができることは、既に説明した。この複合レンズの光伝送効率を変調することで、チップ内の光量シェーディングを補正することができる。 It has already been described that the use efficiency of light emitted with a Lambertian distribution can be increased by the compound lens. By modulating the light transmission efficiency of this compound lens, the light amount shading in the chip can be corrected.
図15は、SLEDチップの発光部に複合レンズ30を形成した際の上面図である。複合レンズの最大効率は、発光部30の中心線と複合レンズの中心線とが一致したときに得られる。
FIG. 15 is a top view when the
レンズ付きSLEDチップの作製は、次のようにして行う。 The SLED chip with lens is manufactured as follows.
図16には、自己走査型発光素子アレイの複合レンズ付きSLEDチップを作製する工程を示す。 FIG. 16 shows a process of manufacturing an SLED chip with a compound lens of a self-scanning light emitting element array.
まず、図16(A)に示すように、石英ガラス基板100上にCr膜102を塗布し、続いてフォトリソグラフィ技術によってCr膜に開口104のアレイを形成する。図17は、このような開口アレイをパターニングしたCr膜付き石英ガラス基板の平面図である。
First, as shown in FIG. 16A, a
次に、Cr膜付き石英ガラス基板100を、フッ酸を用いて液相エッチングし、図16(B)に示されるような凹部106を作製する。凹部の形状は、図6で説明した球面レンズおよびシリンドリカルレンズが密接配置された複合レンズの形状に対応している。
Next, the
その後、Cr膜102全部を除去する。図16(C)に、その状態を示す。これを、スタンパ(成形型)130として以下の工程に用いる。
Thereafter, the
一方、図16(D)に示すように、SLEDウェハ112の表面は、ボンディングパッド82を含む部分に対して、樹脂製の粘着テープ132によってライン状のマスクを施す。
On the other hand, as shown in FIG. 16D, the surface of the
このマスクの施されたSLEDウェハ112に、紫外線硬化性樹脂110を塗布した後、図16(E)に示すように、表面に離型剤をコーティングしたスタンパ130を押し当てて、樹脂を加圧展開し、スタンパ側から紫外光114を照射して樹脂を硬化させる。
After the UV
最後に、図16(F)に示すように、スタンパ130を離型させた後、SLEDウェハ112に施した粘着テープ132を、その上の硬化された樹脂ごと剥離することで、図16(G)に示すように、所定位置にレンズアレイを作製し、ボンディングパッド82からは樹脂を除去する。
Finally, as shown in FIG. 16 (F), after the
以上のような複合レンズ形成工程において、レンズの形成位置をずらすことによって、レンズの光伝送効率を調整できる。 In the compound lens forming process as described above, the light transmission efficiency of the lens can be adjusted by shifting the lens forming position.
図18は、複合レンズの形成位置を主走査方向(x方向)にずらしたときのレンズ光伝送効率の変化を表したもので、レンズ形成位置を変えることで発光光量の調整ができることがわかる。レンズ形成位置はフォトマスクの設計で簡単に調整できるため、従来のスタンパの形成条件も変える必要がないためコストアップとはならない。 FIG. 18 shows a change in lens light transmission efficiency when the formation position of the compound lens is shifted in the main scanning direction (x direction). It can be seen that the amount of emitted light can be adjusted by changing the lens formation position. Since the lens formation position can be easily adjusted by the design of the photomask, it is not necessary to change the conventional stamper formation conditions, so the cost does not increase.
実施例2で説明したように解像度1200dpi、256個の発光点を有するSLEDチップでは、第1発光点から第256発光点の方向へ、7.6%の光量低下(シェーディング)が存在する。複合レンズと発光部の中心を一致させることで、約1.5倍の光量となることがわかっているが、図18に示すように、中心付近では、レンズの位置ずれ量と光量との間に比例関係がないので、スタンパ設計が難しい。 As described in the second embodiment, in the SLED chip having a resolution of 1200 dpi and 256 light emitting points, there is a light amount reduction (shading) of 7.6% from the first light emitting point to the 256 light emitting point. It is known that the amount of light is about 1.5 times greater by matching the center of the compound lens and the light emitting unit, but as shown in FIG. Since there is no proportional relationship, stamper design is difficult.
本実施例では、レンズのずれ量が1〜2μmの範囲で、位置ずれ量に対して光量が直線的に変化する領域を使用した。1〜2μmの範囲でx方向に複合レンズをずらすと光量が7.5%低下することがわかる。第256発光点のレンズのx方向へのずれ量を+1μm、第1発光点のレンズの中心のx方向へのずれ量が+2μmとなるように、レンズ形成のためのスタンパを設計した。256個の複合レンズの間隔は等間隔で設計してあるため、SLEDチップ上に形成された複合レンズは、第256発光点から第1発光点に向かって、少しずつレンズのずれ量が発生することになる。 In the present embodiment, an area where the light amount linearly changes with respect to the positional deviation amount in the range of the lens deviation amount of 1 to 2 μm is used. It can be seen that the amount of light is reduced by 7.5% when the compound lens is shifted in the x direction in the range of 1 to 2 μm. The stamper for lens formation was designed so that the deviation amount in the x direction of the lens of the 256th emission point was +1 μm and the deviation amount in the x direction of the center of the lens of the first emission point was +2 μm. Since the intervals between the 256 compound lenses are designed to be equal, the compound lens formed on the SLED chip has a slight lens shift amount from the 256 light emitting point to the first light emitting point. It will be.
このようにして形成したレンズ付きSLEDチップ2500個の光量を測定したところ、チップ内の光量は、光量ばらつきの標準偏差σとすると、3σ/平均光量=0.025(2.5%)となり、7.6%あったシェーディングによる光量ばらつきの抑制に格段の効果があった。 When the light amount of 2500 SLED chips with a lens formed in this way was measured, the light amount in the chip was 3σ / average light amount = 0.025 (2.5%), assuming that the standard deviation σ of the light amount variation is There was a remarkable effect in suppressing variation in the amount of light due to the shading of 7.6%.
なお、本実施例では、+方向にレンズをずらしたが、−方向にずらしても同様の効果が得られる。 In this embodiment, the lens is shifted in the + direction, but the same effect can be obtained by shifting in the-direction.
また、複合レンズを副走査方向(y方向)にずらしても、同様の効果が得られる。図19に、複合レンズの形成位置をy方向にずらしたときのレンズ光伝送効率の変化を示す。 Also, the same effect can be obtained by shifting the compound lens in the sub-scanning direction (y direction). FIG. 19 shows changes in lens light transmission efficiency when the formation position of the compound lens is shifted in the y direction.
以上の説明では、複合レンズの位置を主走査方向(x方向)あるいは副走査方向(y方向)にわずかにずらすことによって、光量変調させるものであるが、これ以外にも、レンズ形状を変化させて、光量変調させることもできる。図14のU字形状をした複合レンズ30は、U字形のマスク開口を用いて、ガラス基板をウェットエッチングして作成したU字形状のスタンパを用いて、SLED発光部上に樹脂成型して作製されるが、このときのU字形のマスク開口寸法、すなわち開口長さ,幅,U字の縦開口と横開口の位置関係を変えることによっても、光量変調が可能である。
In the above description, the light amount is modulated by slightly shifting the position of the compound lens in the main scanning direction (x direction) or the sub scanning direction (y direction). However, in addition to this, the lens shape is changed. Thus, the amount of light can be modulated. The
また、レンズが図15のようなU次形状ではなく、通常の略円形形状であるような場合には、レンズ径,曲率半径を少し変化させたり、少し楕円にするなど形状を変化させたりすることでも光量変調することは可能である。 Further, when the lens is not a U-shaped shape as shown in FIG. 15 but a normal substantially circular shape, the lens diameter and the radius of curvature are slightly changed, or the shape is changed to be slightly elliptical. It is possible to modulate the amount of light.
これらは、いずれもフォトマスクの設計によって決められるものであり、コストアップすることなしに、精度よく実現することができる。 These are all determined by the design of the photomask, and can be realized with high accuracy without increasing the cost.
本発明の自己走査型発光素子アレイチップは、光プリンタ、ファクシミリ、複写機などに用いられる光書込みヘッドの光源として利用できる。 The self-scanning light-emitting element array chip of the present invention can be used as a light source of an optical writing head used in an optical printer, a facsimile machine, a copying machine or the like.
図20に、本発明の自己走査型発光素子アレイチップを用いた光書込みヘッドの一例を示す。チップ実装基板70上に、発光素子を列状に配置した複数個の発光素子アレイチップ71が、主走査方向に実装され、この発光素子アレイチップ71の発光素子が発光する光の光路上には、主走査方向に長尺な正立等倍のロッドレンズアレイ72が、樹脂ハウジング73により固定されている。ロッドレンズアレイ72上には、感光ドラム74が設けられる。また、チップ実装基板70の下地には発光素子アレイチップ71の熱を放出するためのヒートシンク75が設けられ、ハウジング73とヒートシンク75は、チップ実装基板70を間に挟んで止め金具76により固定されている。
FIG. 20 shows an example of an optical writing head using the self-scanning light emitting element array chip of the present invention. A plurality of light emitting element array chips 71 in which light emitting elements are arranged in a row are mounted on the
次に、このような光書込みヘッドを用いた光プリンタについて説明する。光プリンタの基本構造を図21に示す。 Next, an optical printer using such an optical writing head will be described. A basic structure of the optical printer is shown in FIG.
光プリンタには、光書込みヘッド200が設置される。円筒形の感光ドラム202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204で一様に帯電させる。そして、光書込みヘッド200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し、潜像を形成する。続いて、現像器、206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208でカセット210中から送られてきた用紙212上に、トナーを転写する。用紙は、定着器214にて熱等を加えられ定着され、スタッカ215に送られる。一方、転写の終了したドラムは、消去ランプ218で帯電が全面にわたって中和され、清掃器220で残ったトナーが除去される。
An
このような光書込みヘッドは、プリンタのみならずファクシミリ、複写機にも利用することができる。図22は、ファクシミリまたは複写機の基本構造を示す。図21と同一の構成要件には、同一の参照番号を付して示す。 Such an optical writing head can be used not only for printers but also for facsimile machines and copying machines. FIG. 22 shows the basic structure of a facsimile or copying machine. The same constituent elements as those in FIG. 21 are denoted by the same reference numerals.
紙送りローラ230で搬送される読取り原稿222に光源224から光を照射し、反射光を結像レンズ226を介して、イメージセンサ228で受光する。イメージセンサ228の出力に基づいて、光書込みヘッド200の発光素子アレイ232が点灯し、ロッドレンズアレイ234を介して感光ドラム202に照射される。用紙212への印字は、光プリンタで説明したとおりである。
Light is emitted from the
14 給電配線
26 発光部
27 電極
30 複合レンズ
102 Cr膜
104 開口
130 スタンパ
200 光書込みヘッド
14
Claims (8)
各発光素子の発光部上に設けられたマイクロレンズよりなるレンズアレイと、
前記各発光素子に、給電用のボンディングパッドから電流を給電する、主走査方向に延びる少なくとも1本の給電線とを備え、
各発光部の中心と当該各発光部に対応する各マイクロレンズの中心との主走査方向の位置ずれ量を前記ボンディングパッドから遠ざかるに従って減少させることにより、当該ボンディングパッドから遠ざかるに従って当該各マイクロレンズの光伝送効率を増大させた、自己走査型発光素子アレイチップ。 A light emitting element array comprising a plurality of light emitting elements arranged in the main scanning direction;
A lens array composed of microlenses provided on the light emitting portion of each light emitting element;
Each light emitting element includes at least one power supply line extending in the main scanning direction for supplying current from a power supply bonding pad;
By reducing farther the position displacement amount in the main scanning direction and the center of each microlens corresponding to the center and the light-emitting portions of the light emitting portion from the bonding pad, of each of the microlenses as the distance from the bonding pad Self-scanning light-emitting element array chip with increased light transmission efficiency .
各発光素子の発光部上に設けられたマイクロレンズよりなるレンズアレイと、
前記各発光素子に、給電用のボンディングパッドから電流を給電する、主走査方向に延びる少なくとも1本の給電線とを備え、
各発光部の中心と当該各発光部に対応する各マイクロレンズの中心との主走査方向に直交する副走査方向の位置ずれ量を前記ボンディングパッドから遠ざかるに従って減少させることにより、当該ボンディングパッドから遠ざかるに従って当該各マイクロレンズの光伝送効率を増大させた、自己走査型発光素子アレイチップ。 A light emitting element array comprising a plurality of light emitting elements arranged in the main scanning direction;
A lens array composed of microlenses provided on the light emitting portion of each light emitting element;
Each light emitting element includes at least one power supply line extending in the main scanning direction for supplying current from a power supply bonding pad;
By reducing farther positional deviation amount in the sub-scanning direction perpendicular to the main scanning direction and the center of each microlens corresponding to the center and the light-emitting portions of the light emitting portion from the bonding pad, away from the bonding pad A self-scanning light emitting element array chip in which the light transmission efficiency of each microlens is increased according to
各発光素子の発光部上に設けられたマイクロレンズよりなるレンズアレイと、
前記各発光素子に、給電用のボンディングパッドから電流を給電する、主走査方向に延びる少なくとも1本の給電線とを備え、
前記ボンディングパッドから遠ざかるに従って前記マイクロレンズの形状を変えることにより、当該ボンディングパッドから遠ざかるに従って当該各マイクロレンズの光伝送効率を増大させた、自己走査型発光素子アレイチップ。 A light emitting element array comprising a plurality of light emitting elements arranged in the main scanning direction;
A lens array composed of microlenses provided on the light emitting portion of each light emitting element;
Each light emitting element includes at least one power supply line extending in the main scanning direction for supplying current from a power supply bonding pad;
A self-scanning light-emitting element array chip in which the light transmission efficiency of each microlens is increased as the distance from the bonding pad is changed by changing the shape of the microlens as the distance from the bonding pad is increased .
前記発光素子の上にマイクロレンズを成形するための成形型を前記樹脂に押し当てて、当該樹脂を当該マイクロレンズの形状に成形するマイクロレンズの形成工程と、
を含み、
前記マイクロレンズの形成工程で使用する前記成形型は、複数個の前記発光素子の各発光部の中心と当該各発光部に対応する各マイクロレンズの中心との主走査方向または副走査方向の少なくとも一方の位置ずれ量が、ボンディングパッドから遠ざかるに従って減少するように成形できる凹部を有することを特徴とする自己走査型発光素子アレイチップの製造方法。 Applying resin to a plurality of light emitting elements arranged in the main scanning direction;
Forming a microlens on the light emitting element by pressing a molding die against the resin and forming the resin into the shape of the microlens; and
Including
The mold used in the forming step of the microlens is at least in the main scanning direction or the sub-scanning direction between the center of each light emitting portion of the plurality of light emitting elements and the center of each microlens corresponding to each light emitting portion. A method of manufacturing a self-scanning light-emitting element array chip, comprising a recess that can be shaped so that the amount of positional deviation on one side decreases as the distance from the bonding pad increases.
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