JP5197107B2 - 発光素子、これを備える発光素子アレイおよび、発光素子アレイを備える画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力が供給されて稼動することによって光を出射する発光素子、これを備える発光素子アレイおよび発光素子アレイを備え、記録シートに記録するために画像を形成する画像形成装置に関する。

図１０は、従来技術に係るＬＥＤチップ１の平面図である。従来技術に係る発光素子であるＬＥＤチップ１において、ＬＥＤ発光部２に関して基板と反対側の電極３は、各ＬＥＤ発光部２に対して１つずつ配置される。ＬＥＤ発光部２は、電極３と基板との間に電圧が印加されることによって、発光する（たとえば特許文献１参照）。

特開２００５−１６７０６２号公報

従来技術に係る発光素子では、電極３から印加される電圧の増大に伴って、ＬＥＤ発光部２からの光の強度は飽和し、電極３から印加される電圧を増大させても、ＬＥＤ発光部２からの発光強度は増大しないという問題点がある。また電極３からの電圧の印加によって、ＬＥＤ発光部２が劣化しやすいという問題点がある。

本発明の目的は、発光部から出射される発光強度を増大させることができ、また発光部の劣化を抑制することのできる発光素子、これを複数備える発光素子アレイおよびこれを備える画像形成装置を提供することである。

本発明の発光素子は、基板と、発光部と、発光部側電極とを含んで構成される。発光部は、基板上に設けられ、電力が供給されることによって発光する。発光部側電極は、発光部の、基板とは反対側の表面上に接続され、発光部に電力を供給するための供給路を形成する。また発光部側電極は、基部と２つの離間部分とを含み、２つの離間部分は、基板とは反対側の発光部の表面の中央部を挟んで、各電極間の電流密度が２つの離間部分の間の領域において幅方向に一様であり、発光部の中央部から光が出射されるように、前記発光部の幅方向に離間して形成され、前記基部の幅方向の端部は、２つの離間部分よりも幅方向に突出して形成される。

本発明の発光素子アレイは、複数の発光素子を備える。発光素子は、基板と、発光部と、発光部側電極とを含んで構成され、発光部は、電力が供給されることによって発光する。発光部側電極は、２つの離間部分を含み、２つの離間部分は、基板とは反対側の発光部の表面の中央部を挟んで、各電極間の電流密度が２つの離間部分の間の領域において幅方向に一様であり、発光部の中央部から光が出射されるように、前記発光部の幅方向に離間して形成され、前記基部の幅方向の端部は、前記２つの離間部分よりも幅方向に突出して形成される。

本発明の画像形成装置は、発光素子アレイと、電子写真感光体と、現像剤供給手段と、転写手段と、定着手段とを備える。電子写真感光体には、発光素子アレイから出射される光が照射される。現像剤供給手段は、電子写真感光体に現像剤を供給する。転写手段は、電子写真感光体に現像剤によって形成される画像を記録シートに転写する。定着手段は、記録シートに転写される現像剤を定着させる。

本発明の発光素子によれば、発光部に電力が供給されることで発光部に発生する電流束が、発光部の中で局在化することを抑制することができる。発光部に電力が供給されるときには、発光部側電極と基板との間で電圧が印加される。発光部側電極は、基部と２つの離間電極とを含み、基部は発光部の長手方向一方に位置する端部に接触して配置され、２つの離間部分は、発光部の幅方向に離れて設けられ、２つの離間部分の長手方向一方は、基部に連なって形成されるので、発光部に発生する電流束を分散させることができる。通常、発光部に発生する電流が増大すれば、それに応じて発光部から出射される光の強度も増大する。しかしながら、発光部に発生する電流が増大しつづければ、やがて発光部が発する光の強度が飽和する。本発明の発光素子によれば、発光部に発生する電流束が分散するので、発光部から出射される光の強度が飽和するときの、発光部を流れる全電流の電流値は、電流束が局在化する場合に比べて大きくなる。したがって、発光部からの光が、発光部の厚み方向一方の表面部のうち、発光部側電極に接触する部分を除く残余の表面部から均一に出射されて、飽和するときの発光強度を増大させることができ、発光部から出射される最大発光強度を増大させることができる。
また、各電極間の２つの離間部分の間の領域における電流密度が幅方向に一様であり、発光部の中央部から光が出射されるように、発光部の幅方向に離れて設けられるので、これによって、発光素子から出射される光が発散光となることを抑制し、発光素子から出射される光のビーム径を小さくすることができる。

また、電流束を分散させることができるので、発光部にかかる負荷も分散させることができ、発光部の劣化を抑制することができる。発光部からの発光が生じる範囲は、分散された電流束の範囲に対応するので、発光部から出射される光線束の進行の向きに垂直な断面における発光強度の分布を、平坦にすることができる。

また本発明の発光素子アレイは、上述した本発明の構成を有する発光素子を複数個備える。したがって、この発光素子アレイから出射される最大発光強度も、増大させることができる。またそれぞれの発光素子から出射される光線束の発光強度分布が平坦となるので、発光素子アレイから出射される光の、進行方向に垂直な断面においても、発光強度の分布のムラを少なくすることができる。

また本発明の画像形成装置は、上述した本発明の構成を有する発光素子アレイおよび発光素子を備えるので、発光素子から出射させる光のビーム径を小さくすることができる。したがって、発光素子アレイにおいて、発光素子を密に配置することができるので、解像度の高い発光素子アレイを実現することができる。また発光素子アレイを備える画像形成装置が実現する解像度も高くすることができる。さらに、発光素子アレイから出射される最大の発光強度を増大させることができるので、画像形成装置の電子写真感光体に照射される単位時間当たりのエネルギー量を増大させることができる。したがって、画像形成の速度を高速化することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。

以下の説明は、発光素子１０、発光素子アレイ１１およびこれを備える画像形成装置１５についての説明をも含む。

図１は、本発明の第１実施形態に係る発光素子１０の平面図である。図２は、本発明に係る発光素子１０を、図１に示す切断面線Ａ−Ａで切断して見た断面図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１５の構成を表す側面図である。第１実施形態に係る発光素子１０は、電力が供給されて稼動することによって光を出射する。発光素子１０は、基板１２と、発光部１３と、発光部側電極１４とを含んで構成される。発光部側電極１４は、発光部１３の、基板１２とは反対側の表面上に接続され、発光部１３に電力を供給するための供給路を形成する。発光部１３は、基板１２上に配置され、電力が供給されることによって発光する。

また発光部側電極１４は、離間部分１７を含み、離間部分１７は、基板１２とは反対側の発光部の表面の中央部を挟んで相互に離間して形成される。発光部側電極１４は、基板１２と反対側から発光部１３に対して接続され、基板１２との電位差が、発光部１３に対して印加される。また発光部側電極１４は、複数の離間部分１７を有する。複数の離間部分１７は、基板１２と平行な長手方向に延びて形成され、長手方向に垂直かつ基板１２に平行な方向に離れて形成される。離間部分１７は、基板１２の厚み方向に見て発光部１３の外縁部寄りに配置される。

発光素子アレイ１１は、発光素子１０を複数備える。したがって、発光素子アレイ１１は、複数の発光部１３と、発光部側電極１４とを含み、発光部側電極１４の複数の離間部分１７を含んで構成される。発光素子アレイ１１は、電子写真方式の画像形成装置１５に含まれる光プリントヘッドに搭載され、感光体ドラムに向けて光を出射することによって、感光体ドラムの表面部を露光させる。発光素子アレイ１１は、複数のレンズが並べられたレンズアレイと共に、光プリントヘッドを構成する。

本実施形態において基板１２は、ｎ型半導体から成り、１つの基板１２上には、複数の発光部１３が列を成して配置される。複数の発光部１３は、基板１２の厚み方向に垂直な２つの表面のうち、一方の表面に、並べて配置される。基板１２の厚み方向のうち、発光部１３が配置される向きを「厚み方向一方」と称し、厚み方向一方と逆の向きを「厚み方向他方」と称する。基板１２の厚み方向他方には、裏面電極１８が設けられる。裏面電極１８は、基板１２に接して配置され、基板１２に対して電気的に接続される。

発光部１３は、複数種類の半導体が積層される半導体層１９を含む。発光部１３は、直方体の形状に形成され、各半導体層１９は平板状の形状に形成される。各半導体層１９は、その厚み方向を基板１２の厚み方向に一致させて、厚み方向に積層される。本実施形態において、発光部１３は第１ｎ型半導体層２１と、第１ｐ型半導体層２２と、第２ｎ型半導体層２３と、第２ｐ型半導体層２４と、オーミック接触層２５とを含む。第１ｎ型半導体層２１は、ｎ型半導体から成り、基板１２に対して厚み方向一方から接触して配置される。第１ｐ型半導体層２２は、ｐ型半導体から成り、第１ｎ型半導体層２１に厚み方向一方から接触して配置される。第２ｎ型半導体層２３は、ｎ型半導体から成り、第１ｐ型半導体層２２に厚み方向一方から接触して配置される。第２ｐ型半導体層２４は、ｐ型半導体から成り、第２ｎ型半導体層２４に厚み方向一方から接触して配置される。発光部側電極１４は、発光部１３よりも厚み方向一方から、発光部１３に接続される。

第１実施形態において発光部１３は、発光サイリスタであり、ダイナミック駆動方式で駆動され、発光する。陰極は、裏面電極で共通端子とし、陽極は、ｍ×ｎ（ｍおよびｎは、自然数）のマトリックス状に接続し、駆動信号を時分割で切換えて、各ＬＥＤを発光させる。発光サイリスタには、陽極および陰極に接続される端子以外に、ほとんど電流の流れることのないゲートに接続されるゲート用端子が設けられる。ゲートは、各発光サイリスタにそれぞれ設けられ、発光のための電流が流れる状態と流れない状態とを切換えるための電圧が印加される。これによって、それぞれの発光部を個別に制御することができる。

オーミック接触層２５は、発光部側電極１４と半導体層１９との間に介在し、発光部側電極１４と半導体層１９との間に生じる抵抗を、印加される電圧および発生する電流に関わらず一定に保つ。たとえば他の実施形態において、オーミック接触層２５を配置することなく、発光部側電極１４と半導体層１９とを直接接触させて接続する構成とすることも可能である。しかし、発光部側電極１４と半導体層１９との接触界面に発生する抵抗は、発光部側電極１４と半導体層１９との間に印加される電圧および電流に依存して変化する場合がある。半導体層１９に発生する電流の大きさは、発光部側電極１４が発光部１３に対して印加する電圧に対して比例関係にある方が、非線形関係にある場合よりも、発光部１３に発生する電流を制御しやすい。オーミック接触層２５を介在させることによって、発光部側電極１４と半導体層１９との間に生じる抵抗の値を一定に保ち、発光部側電極１４からの電圧の印加によって、半導体層１９に発生する電流の値を制御しやすくすることができる。

厚み方向に見て発光部１３は、２０μｍ×１８μｍの長方形である。２０μｍの辺は、離間部分１７の長手方向に一致して配置される。発光部側電極１４の離間部分１７の長手方向を、単に「長手方向」と称することがある。発光素子アレイ１１に含まれるいずれの発光素子１０についても、長手方向および２０μｍの辺が延びる方向は、一致する。１８μｍの辺が延びる方向は、長手方向に垂直であり、長手方向および１８μｍの辺が延びる方向は、基板１２の厚み方向に垂直に配置される。１８μｍの辺が延びる方向を「幅方向」と称する。複数の発光素子１０は、幅方向に並べられる。発光素子１０の厚み方向の寸法は、２μｍ〜６μｍに設定され、幅方向に並ぶいずれの発光部１３も、同じ大きさに形成される。

発光部側電極１４は、発光部１３に対して厚み方向一方から接触して配置される。発光部側電極１４は、基部１６と離間部分１７とを含み、基部１６は、発光部１３の長手方向一方に位置する端部に接触して配置される。離間部分１７は、細長い平板状の形状に形成され、離間部分１７の厚み方向は、基板１２の厚み方向に一致して配置される。離間部分１７の長手方向の寸法は、２０μｍ以下であり、離間部分１７の厚み方向他方の表面は、発光部１３に接触している。離間部分１７は、幅方向に離れて平行に２つ設けられ、離間部分１７の長手方向一方は、基部１６に連なる。基部１６の幅方向の寸法は、幅方向に離れる離間部分１７の間隔以上の長さに設定され、基部１６と離間部分１７とは、厚み方向に見てコの字形状を成す。各離間部分１７の幅方向の寸法は、２μｍに設定される。

発光部側電極１４は発光部１３に対して、発光部側電極１４を陽極、裏面電極１８を陰極として電圧の印加を行う。発光部１３を流れる電流束は、基部１６および離間部分１７と基板１２との間に発生し、離間部分１７が１つ形成される場合に比べて、電流束は分散する。厚み方向に垂直な発光部１３の断面において、電流束の面積は、仮に離間部分１７が１つ形成されるならば、局在化する。それに比べて本実施形態では離間部分１７が２つ形成されるので、電流束の面積は広く形成される。発光部１３は、厚み方向に電流が流れることによって、厚み方向に光を出射する。発光部１３の厚み方向他方は、基板１２に接触しているので、実際には発光部１３からの光は、厚み方向一方に向けて出射される。発光部側電極１４は金属製で、光を遮断するので、発光部１３からの光は、発光部１３の厚み方向一方の表面部のうち、発光部側電極１４に接触する部分を除く残余の表面部から出射される。

発光部１３の１８μｍの辺の長さを、幅方向に４等分し、幅方向に垂直な仮想平面２６を想定すると、仮想平面２６は３つ設定される。３つの仮想平面２６のうち中央の仮想平面２６を「中央仮想平面」２７と称すると、発光部１３は、中央仮想平面２７に関して、面対称に形成される。２つの離間部分１７は、３つの仮想平面２６のうちの両側の仮想平面２６の位置に配置され、各離間部分１７を幅方向に二等分する平面が、３つの仮想平面２６のうち両側の仮想平面２６に一致する。

画像形成装置１５は、発光素子アレイ１１と、電子写真感光体と、現像剤供給手段と、転写手段と、定着手段とを備える。現像剤供給手段は、電子写真感光体に現像剤を供給する。電子写真感光体は、円柱状の感光体ドラム９０に含まれ、感光体ドラムの外側面の表面として形成される。電子写真感光体には、発光素子１０から出射される光が照射される。転写手段は、画像を記録シートに転写する。記録シートに転写される画像は、電子写真感光体に、現像剤によって形成される。定着手段は、記録シートに転写される現像剤を定着させる。第１実施形態において、画像形成装置１５は、電子写真方式の画像形成装置であり、複数の発光素子アレイ１１を備える光プリントヘッド８５を、感光体ドラム９０への露光装置に使用している。発光素子アレイ１１は、回路基板８６に実装され、レンズアレイ８８とともに発光装置である光プリントヘッド８５を構成する。

画像形成装置１５は、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の４色のカラー画像を形成するタンデム方式を採用した装置であり、大略的に、４つの発光素子アレイ１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋがそれぞれ実装された回路基板８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋ、集光手段であるレンズアレイ８８Ｙ、８８Ｍ、８８Ｃ、８８Ｋおよびレンズアレイ８８を保持する第１ホルダ８９Ｙ、８９Ｍ、８９Ｃ、８９Ｋ、４つの感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋ、４つの現像剤供給手段９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋ、転写手段である転写ベルト９２、４つのクリーナ９３Ｙ、９３Ｍ、９３Ｃ、９３Ｋ、４つの帯電器９４Ｙ、９４Ｍ、９４Ｃ、９４Ｋ、定着手段９５および制御手段９６を含んで構成される。

各回路基板８６に実装されている各発光素子アレイ１１は、駆動手段（図示せず）によって各色のカラー画像情報に基づいて駆動される。発光素子アレイ１１からの光は、光プリントヘッド８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃ、８５Ｋのレンズアレイ８８Ｙ、８８Ｍ、８８Ｃ、８８Ｋを介して各感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋに集光して照射される。レンズアレイ８８は、たとえば発光素子アレイ１１からの光の光軸上にそれぞれ配置される複数のレンズを含み、これらのレンズを一体的に集約して構成される。

発光素子アレイ１１が実装される回路基板８６およびレンズアレイ８８は、第１ホルダ８９によって保持される。第１ホルダ８９によって、発光素子アレイ１１の光照射方向と、レンズアレイ８８のレンズの光軸方向とがほぼ一致するようにして位置合わせされる。

各感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋは、たとえば円筒状の基体表面に感光体層を被着してなり、その外周面には光プリントヘッド８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃ、８５Ｋの各発光素子アレイ１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋからの光を受けて静電潜像が形成される静電潜像形成位置が設定される。

各感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋの周辺部には、各静電潜像形成位置を基準として回転方向下流側に向かって順番に、露光された感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋに現像剤を供給する現像剤供給手段９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋ、転写ベルト９２、クリーナ９３Ｙ、９３Ｍ、９３Ｃ、９３Ｋおよび帯電器９４Ｙ、９４Ｍ、９４Ｃ、９４Ｋがそれぞれ配置される。感光体ドラム９０に現像剤によって形成された画像を記録シートに転写する転写ベルト９２は、４つの感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋに対して共通に設けられる。

感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋは、第２ホルダ（図示せず）によって保持され、この第２ホルダと第１ホルダ８９とは、相対的に固定される。

転写ベルト９２によって、記録シートを搬送し、現像剤によって画像が形成された記録シートは、定着手段９５に搬送される。定着手段９５は、記録シートに転写された現像剤を定着させる。感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋは、回転駆動手段（図示せず）によって回転される。

制御手段９６は、駆動手段（図示せず）にクロック信号および画像情報を与えるとともに、感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋを回転駆動する回転駆動手段、現像剤供給手段９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋ、転写ベルト９２、帯電器９４Ｙ、９４Ｍ、９４Ｃ、９４Ｋおよび定着手段９５の各部を制御する。

本実施の形態の発光素子アレイ１１は、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高いので、このような発光素子アレイ１１と、レンズアレイ８８とを含んで構成される光プリントヘッド８５では、発光素子アレイ１１から出射され、レンズアレイ８８に受光される光の強度が高く、レンズアレイ８８から感光体ドラム９０に照射される光の強度を高くすることが可能になり、感光体ドラム９０に鮮明な静電潜像を形成することができる。

さらにこのような光プリントヘッドを備える画像形成装置１５では、感光体ドラム９０に照射される光の強度を高くすることができ、感光体ドラム９０に鮮明な静電潜像を形成することができるので、記録シートに鮮明な画像を形成することが可能になる。

第１実施形態によれば、発光部側電極１４は、複数の離間部分１７を有する。複数の離間部分１７は、基板１２と平行な長手方向に延びて形成され、長手方向に垂直かつ基板１２に平行な方向に離れて形成される。これによって、発光部１３に電力が供給されることで発光部１３に発生する電流束が、発光部１３の中で局在化することを抑制することができる。発光部１３に電力が供給されるときには、発光部側電極１４と裏面電極１８との間で電圧が印加され、具体的には、発光部側電極１４と基板１２との間で電圧が印加される。発光部側電極１４の離間部分１７が離れて形成されるので、発光部１３に発生する電流束を分散させることができる。

発光部１３に発生する電流の増大に対して、発光部１３から出射される光の強度は増大するけれども、発光部１３に発生する電流が増大しつづければ、発光部１３が発する光の強度は、飽和する。第１実施形態において発光部１３に発生する電流束は分散するので、発光部１３から出射される光の強度が飽和するときの、発光部１３を流れる全電流の電流値は、電流束が局在化する場合に比べて大きくなる。したがって、飽和するときの発光強度を増大させることができ、発光部１３から出射される最大発光強度を増大させることができる。

また、電流束を分散させることができるので、発光部１３に係る負荷も分散させることができ、発光部１３の劣化を抑制することができる。発光部１３からの発光が生じる範囲は、分散された電流束の範囲に対応するので、発光部１３から出射される光線束の進行の向きに垂直な断面における発光強度の分布を、平坦にすることができる。

また第１実施形態によれば、離間部分１７は、基板１２の厚み方向に見て発光部１３の外縁部近傍に配置される。これによって、基板１２の厚み方向に見たときの発光部１３の中央部から、光を出射させることができる。離間部分１７による印加によって発光部１３の中に電流束を発生させるので、電流束を、発光部１３全体に分散させることができる。したがって、電流束が発光部１３の一部分に発生する場合に比べて、発光部１３から出射される最大発光強度を増大させることができる。また電流束を、発光部１３全体に分散させることができるので、発光部１３からの光線束の進行の向きに垂直な断面において、発光強度分布を平坦にすることができる。

また光線束の進行方向に垂直な断面における発光強度の分布を平坦にすることができるので、レンズアレイなどで集光したときに、レンズアレイから出射される光のビーム径を細くすることができる。

また発光素子アレイ１１は、前記発光素子１０を複数備える。したがって、発光素子アレイ１１は、複数の発光部１３と、発光部側電極１４とを含み、発光部側電極１４の複数の離間部分１７を含んで構成される。これによって、１つの発光部１３に対して、複数の離間部分１７が離れて形成され、発光部１３から出射される最大発光強度が増大されることによって、発光素子アレイ１１から出射される最大発光強度も、増大させることができる。またそれぞれの発光素子１０から出射される光線束の発光強度分布が平坦となるので、発光素子アレイ１１から出射される光の、進行方向に垂直な断面においても、発光強度の分布のムラを少なくすることができる。

また画像形成装置１５は、発光素子アレイ１１を備え、発光素子アレイ１１は、発光素子１０を備える。発光素子１０から出射させる光のビーム径を小さくすることができるので、発光素子アレイ１１において、発光素子１０を密に配置することができる。したがって、発光素子１０から出射される光のビーム径が大きい場合に比べて、解像度の高い発光素子アレイ１１を実現することができる。また発光素子アレイ１１を備える画像形成装置１５が実現する解像度も高くすることができる。さらに、発光素子アレイ１１から出射される最大の発光強度を増大させることができるので、画像形成装置１５の電子写真感光体に照射される単位時間当たりのエネルギー量を増大させることができる。したがって、画像形成の速度を高速化することができる。

第１実施形態において、発光部１３は、第１ｎ型半導体層２１と第１ｐ型半導体層２２と、第２ｎ型半導体層２３と、第２ｐ型半導体層２４と、オーミック接触層２５とを、基板１２側から厚み方向一方に向かうにつれて、この順番で含むものとしたけれども、たとえば他の実施形態において発光部は、基板側から厚み方向一方に向かうにつれて、第１ｐ型半導体層、第１ｎ型半導体層、第２ｐ型半導体層、第２ｎ型半導体層、およびオーミック接触層の順番で形成されてもよい。この場合には、基板１２はｐ型半導体から成る。またさらに他の実施形態においては、オーミック接触層を除く構成とすることも可能である。

図４は、本発明の第２実施形態に係る発光素子１０の平面図である。第２実施形態に係る発光素子１０は、第１実施形態に係る発光素子１０に類似しており、以下、第１実施形態に対する第２実施形態の相違点を中心に説明する。第２実施形態においても、発光部１３の１８μｍの辺の長さを幅方向に４等分し、幅方向に垂直な仮想平面２６を想定し、３つ設定される仮想平面２６のうち中央の仮想平面２６を「中央仮想平面」２７と称する。発光部側電極１４の離間部分１７は、発光部１３の幅方向の両端面から２μｍ離れて、中央仮想平面２７寄りに形成される。

発光部１３の幅方向の寸法は１８μｍであり、発光部１３および発光部側電極１４は中央仮想平面２７に対して面対称に形成されるので、離間部分１７と中央仮想平面２７とは、幅方向に５μｍ離れる。第２実施形態における２つの離間部分１７間の間隔は、幅方向に１０μｍ離れ、第１実施形態に比べて広い間隔に設定される。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２実施形態では、幅方向に離れる離間部分１７の間隔は、第１実施形態に比べて広く設定されるので、発光部１３の厚み方向一方の表面部のうち、離間部分１７よりも中央仮想平面２７に近い表面部から厚み方向一方に出射される光の発光強度を、第１実施形態に比べて大きくすることができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る発光素子１０の断面図である。第２実施形態において、発光部１３はｎ型半導体層２８と、ｐ型半導体層２９と、オーミック接触層２５とを含む。ｎ型半導体層２８は、ｎ型半導体から成り、基板１２に対して厚み方向一方から接触して配置される。ｐ型半導体層２９は、ｐ型半導体から成り、ｎ型半導体層２８に厚み方向一方から接触して配置される。オーミック接触層２５は、ｐ型半導体層２９に対して厚み方向一方から接触して配置される。発光部側電極１４は、発光部１３よりも厚み方向一方から、発光部１３に接続される。第２実施形態において、発光部１３は、発光ダイオード（light emitting diode, 略称「ＬＥＤ」）である。

（実施例）
図６は、比較例に係る発光素子１０の平面図である。厚み方向に見て比較例における発光部１３の大きさは、第１および第２実施形態と同じとし、長手方向に２０μｍ、幅方向に１８μｍとした。比較例の発光部側電極１４は、発光部１３に対して厚み方向一方から接触して配置される。発光部側電極１４は、基部１６と離間部分１７Ａとを含み、基部１６は、発光部１３の長手方向一方に位置する端部に接触して配置される。離間部分１７Ａは、細長い板状の形状に形成される。離間部分１７Ａの長手方向の寸法は、２０μｍ以下であり、第１および第２実施形態における各離間部分１７の長さと同じとする。比較例の離間部分１７Ａは、１つの発光部１３に対して１つ配置され、離間部分１７Ａの長手方向一方は、基部１６に連なる。離間部分１７Ａは、発光部１３の幅方向の中央に配置され、基部１６と離間部分１７ＡとはＴ字形状を成す。離間部分１７Ａの幅方向の寸法は、３．５μｍに設定される。

図７は、各発光素子１０の平面図、各発光素子１０が発光しているときの発光強度を表す平面図および各発光強度を表すグラフである。図７（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態と第２実施形態および比較例に係る発光素子１０の平面図である。図７（ｄ）〜（ｆ）は、第１実施形態と第２実施形態および比較例に係る発光素子１０に、通電を行って発光させたときの平面写真である。図７（ｇ）〜（ｉ）は、第１実施形態と第２実施形態および比較例に係る発光素子１０から出射される発光強度を表すグラフである。図７（ａ）と図７（ｄ）と図７（ｇ）とは、第１実施形態に係る発光素子１０に対応し、図７（ｂ）と図７（ｅ）と図７（ｈ）とは、第２実施形態に係る発光素子１０に対応している。図７（ｃ）と図７（ｆ）と図７（ｉ）とは、比較例に係る発光素子１０に対応している。

発光強度の測定器としては、電荷結合素子（charge coupled device, 略称「ＣＣＤ」）、光電子増倍管（photomultiplier）またはフォトダイオードアレイ（photo diode
array）などを使用することができる。図７に示される結果を得た実験では、発光強度の測定器として、ＣＣＤを使用した。

図７（ａ）〜（ｆ）のこれら平面図は、各発光素子１０を厚み方向一方から観測した結果を示したものである。図７（ｄ）〜（ｆ）において、白い部分ほど発光強度の大きい部分を表している。図７（ｇ）〜（ｉ）において横軸は、図７（ａ）〜（ｆ）に示す発光素子１０の幅方向の位置に対応しており、縦軸は、発光強度を表している。縦軸において、矢符で示された向きに向かうほど、発光強度が大きいことを表している。図７では、（ａ）と（ｄ）と（ｇ）、（ｂ）と（ｅ）と（ｈ）、（ｃ）と（ｆ）と（ｉ）とがそれぞれ対応しており、（ｇ）〜（ｉ）とは、それぞれ（ａ）〜（ｃ）において直線Ｂ−Ｂで示された位置における発光強度を表す。

図７において、各発光素子１０は、６００ｄｐｉ（dots per inch）のプリンタヘッド用の発光素子１０であり、通電を行ったときの電流値は、２２ｍＡである。図７（ｄ）および（ｇ）に示す結果は、図７（ａ）に示すように、図１に示す第１実施形態の発光素子１０に対応する。図７（ｅ）および（ｈ）に示す結果は、図７（ｂ）に示すように、図４に示す第２実施形態の発光素子１０に対応する。図７（ｆ）および（ｉ）に示す結果は、図７（ｃ）に示すように、図６に示す比較例の発光素子１０に対応する。

図８は、各発光素子１０に通電を行ったときの、電流密度の分布を表すグラフである。図８において、横軸は、幅方向の位置を表しており、単位はμｍである。縦軸は、発光素子の各部位における相対的な電流密度の比を表す。黒丸で示す線Ｌ１は、第１実施形態に係る発光素子１０の２つの電極間における電流密度である。黒い菱形で表す線Ｌ２は、第２実施形態に係る発光素子１０の２つの電極間における電流密度である。

図８の線Ｌ３〜Ｌ５は、比較例に係る発光素子１０の電極からの位置と、この位置に対応する電流密度の変化とを表している。白丸で示す線Ｌ３は、横軸の零μｍの位置に配置される電極端面から、幅方向に離れるにつれて変化する電流密度の変化を表している。白三角で示す線Ｌ４は、横軸の６μｍの位置に配置される電極端面に、幅方向から近づくにつれて変化する電流密度の変化を表している。白い菱形で示す線Ｌ５は、横軸の１０μｍの位置に配置される電極端面に、幅方向から近づくにつれて変化する電流密度の変化を表している。図８において示す実験結果は、図７に記載の実験結果の幅方向への電流の拡散から求めた電流密度の比であるので、実際の印加電圧および電流値には、依存しない。

図８の線Ｌ１およびＬ２において、各位置における電流密度の変化はわずかであるが、図８の線Ｌ２における電流密度の変化は、図７（ｄ）に示した発光強度の分布に、およそ対応していることが確認できる。図８の線Ｌ１〜Ｌ５においては、電極から離れるにつれて、電流密度は低下しており、このことは図７（ｆ）における発光強度の分布によく対応している。電極を従来技術と同様に配置した比較例においては、図８の線Ｌ３〜Ｌ５に示されるように、電極からの距離が大きくなるにつれて、各位置における電流密度は大きく下がり、また発光強度の分布にも、大きな差が生じる。これに対し第１および第２実施形態においては、図８の線Ｌ１およびＬ２に示されるように、発光素子の位置が異なることによる電流密度の差が小さく、発光強度の分布にほとんど差がない。図８は、第１および第２実施形態において、電流束が局在化せず、分散していることを、よく表している。

図７および図８に示すように、発光部側電極１４の離間部分１７Ａを、従来技術と同様に各発光素子１０に対して１つ配置した比較例においては、中央部に配置された離間部分１７Ａの周囲から光が出射されており、これに対し第１および第２実施形態に係る発光素子１０では、発光部１３の中央部から光が出射される。このように、発光部側電極１４が、幅方向に離れる２つの離間部分１７を含むことによって、光を発光部１３の中央部から出射させることができる。したがって、発光素子１０から出射される光が発散光となることを抑制し、発光素子１０から出射される光のビーム径を小さくすることができる。

また、光線束の進行方向に垂直な断面における発光強度の分布が平坦であるので、レンズアレイなどで集光したときに、レンズアレイから出射される光のビーム径を細くすることができる。

なお、「ビーム径」は次のように定義される。すなわち、光線束の進行方向に垂直な断面において、最大となる発光強度を基準として、発光強度が１３．５％以上または５０％以上となる範囲の光線束の外径を「ビーム径」と称する。１３．５％は、「１／（ｅ^２）」に対応する値であり、１３．５％および５０％の値は、閾値として用いる。

図９は、各発光素子１０に電流を発生させたときの電流量と、各発光素子１０から出射される光の強度を表すグラフである。図９の横軸は、各発光素子１０全体に厚み方向に発生した電流量を表し、縦軸は、各発光素子１０全体から出射された発光強度を表す。横軸の電流量の単位はｍＡであり、縦軸の発光強度の単位はμＷである。図９において、実線で表した発光強度の結果は、第１実施形態に係る発光素子１０の発光強度の結果であり、二点鎖点で表した結果は、第２実施形態に係る発光素子１０の発光強度の結果であり、破線で表した結果は、比較例に係る発光素子１０の発光強度の結果である。

発光部側電極１４の離間部分１７Ａを、従来技術と同様に各発光素子１０に対して１つ配置した比較例においては、およそ３５ｍＡの電流が発生したときに、発光強度は最大値となり、電流値が４０ｍＡ以上に大きくなると、電流値の増加に伴い、発光強度は逆に減少した。第１実施形態および第２実施形態に係る各発光素子１０においては、５０ｍＡを超える電流を発生させても、電流値の増加に伴って発光強度は上昇することが確認された。

また、比較例に係る発光素子１０で得られた最大の発光強度は、およそ１４００μＷであったのに対し、第１および第２実施形態に係る発光素子１０では、少なくとも１８００μｗ程度または２１００μＷ程度の発光強度が得られることが確認された。第１および第２実施形態において発光部１３に発生する電流束は分散するので、局所的に電流が発生する比較例に比べて、飽和するときの発光強度を増大させることができる。したがって、発光部１３から出射される最大発光強度を増大させることができる。

なお、上述したそれぞれの実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。

実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

第２実施形態において、発光部１３は、ｎ型半導体層２１とｐ型半導体層２２と、オーミック接触層２５とを、基板１２側から厚み方向一方に向かうにつれて、この順番で含むものとしたけれども、たとえば他の実施形態において発光部は、基板側から厚み方向一方に向かうにつれて、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、オーミック接触層の順番で形成されてもよい。この場合には、基板１２はｐ型半導体から成る。またさらに他の実施形態においては、オーミック接触層を除く構成とすることも可能である。

第１および第２実施形態において発光部１３は、いずれも１８μｍ×２０μｍの大きさとした例について示したが、発光部の長手方向および幅方向の寸法については特に限定されるものではない。また発光素子アレイ１１に含まれる発光素子１０は、６００ｄｐｉの解像度に対応して配置される例について示したが、これに限定されるものではなく、１２００ｄｐｉに対応する間隔で発光素子を配置することも可能である。

第１および第２実施形態において離間部分１７は、幅方向に離れる２つの部分であるものとしたけれども、本発明において離間部分１７は、発光部が接続される表面の中央部を挟んで離間して形成される部分であれば、足りる。たとえば他の実施形態において、幅方向に対して角度を成す方向に離れる部分として形成されてもよく、３つ以上、たとえば４つの部分として形成されてもよい。また第１および第２実施形態において離間部分１７は、長手方向に直線的に長く延びて形成される部分としたけれども、他の実施形態において離間部分は、湾曲して長く延びる形状に形成されてもよい。

本発明の第１実施形態に係る発光素子の平面図である。 本発明に係る発光素子を、図１に示す切断面線Ａ−Ａで切断して見た断面図である。 本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の構成を表す側面図である。 本発明の第２実施形態に係る発光素子の平面図である。 本発明の第２実施形態に係る発光素子の断面図である。 比較例に係る発光素子の平面図である。。 （ａ）〜（ｃ）は第１実施形態と第２実施形態および比較例に係る各発光素子の平面図であり、（ｄ）〜（ｆ）は、各発光素子が発光しているときの発光状態を表す写真であり、（ｇ）〜（ｉ）は、各発光素子の発光強度を表すグラフである。 発光素子に通電を行ったときの、規格化された電流密度の分布を計算したグラフである。 各発光素子に電流を発生させたときの電流量と、各発光素子から出射される光の強度を表すグラフである。 従来技術に係る発光ダイオードアレイチップの平面図である。

符号の説明

１０ 発光素子
１１ 発光素子アレイ
１２ 基板
１３ 発光部
１４ 発光部側電極
１６ 基部
１７ 離間部分
１８ 裏面電極
１９ 半導体層
２１ 第１ｎ型半導体層
２２ 第１ｐ型半導体層
２３ 第２ｎ型半導体層
２４ 第２ｐ型半導体層
２５ オーミック接触層
２６ 仮想平面
２７ 中央仮想平面
２８ ｎ型半導体層
２９ ｐ型半導体層

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられ、電力が供給されることによって発光する発光部と、
   前記発光部の、前記基板とは反対側の表面上に接続され、前記発光部に電力を供給するための供給路を形成する発光部側電極であって、前記表面の中央部を挟んで相互に離間して形成される離間部分を有する発光部側電極とを含み、
   前記発光部側電極は、基部と２つの離間部分とを含み、
   前記基部は、前記発光部の長手方向一方に位置する端部に接触して配置され、
   前記２つの離間部分は、各電極間の電流密度が２つの離間部分の間の領域において幅方向に一様であり、発光部の中央部から光が出射されるように、前記発光部の幅方向に離れて前記表面の外縁部寄りに設けられ、
   前記２つの離間部分の長手方向一方は、前記基部に連なって形成され、
   前記基部の幅方向の端部は、前記２つの離間部分よりも幅方向に突出して形成される発光素子。
2. 請求項１に記載の発光素子を複数備える発光素子アレイ。
3. 請求項２に記載の発光素子アレイと、
   前記発光素子アレイから出射される光が照射される電子写真感光体と、
   前記電子写真感光体に現像剤を供給する現像剤供給手段と、
   前記電子写真感光体に現像剤によって形成される画像を記録シートに転写する転写手段と、
   前記記録シートに転写される現像剤を定着させる定着手段とを備える画像形成装置。