JPH1148525A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の発光素子アレイを用いてカラー画像の記
録を行う場合に、発光素子アレイ同士を十分に近づけて
配置させることが難しく、発光装置の使用に伴って各発
光素子アレイ間に大きな位置ずれが生じたり、或いは、
発光装置の小型化が困難であったりしていた。 【解決手段】上面に帯状の多孔質シリコン層１ｂ，１
ｇ，１ｒが平行に３列形成されているシリコン基板１
と、該シリコン基板１の各多孔質シリコン層１ｂ，１
ｇ，１ｒ上に形成されている複数個の透明電極４と、前
記シリコン基板１の下面で、かつ各多孔質シリコン層１
ｂ，１ｇ，１ｒの直下に形成されている３個の帯状共通
電極５ｂ，５ｇ，５ｒとから成り、各透明電極４と各共
通電極５ｂ，５ｇ，５ｒとの間に電力を印加し、両電極
間に位置する多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒより光
を発光させるようになした発光装置であって、前記ｎ列
の多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒの各々の平均気孔
径が異なるように各多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒ
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感光材等にカラー
画像を記録するのに用いられる発光装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、感光材にカラー画像を記録す
るための発光装置として、例えばＬＥＤアレイを用いた
ものが知られている。

【０００３】前記ＬＥＤアレイは複数個の発光ダイオー
ド素子を直線状に配列させて成るもので、例えば、シリ
コン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）から成る半導
体基板の表面にｎ型半導体の単結晶とｐ型半導体の単結
晶とをｐｎ接合させてガリウム−砒素−リン（ＧａＡｓ
Ｐ）の化合物半導体層を形成することにより個々の発光
ダイオード素子を構成している。尚、前記化合物半導体
層は従来周知のＭＯＣＶＤ法やメサエッチング等によっ
て発光ダイオード素子毎に半導体基板の上面に島状に形
成される。

【０００４】そして前記ＬＥＤアレイをカラー画像の記
録に用いる場合、感光材の搬送路上に青色光、緑色光及
び赤色光を発光する３種類のＬＥＤアレイを順番に配置
させて発光装置を構成し、各ＬＥＤアレイからの光を各
カラー画像信号に基づいて感光材に順次、照射させると
ともに、感光材の表面に３色の画像を形成することによ
ってカラー画像の記録を行うようにしている。尚、ＬＥ
Ｄアレイの発光波長は半導体基板等の材料によって決定
されることから、発光波長の異なる３種類のＬＥＤアレ
イは別々の半導体基板上に形成されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の発光装置は別々の半導体基板上に形成されて
いる３種類のＬＥＤアレイを組み合わせることによって
構成されており、そのため、ＬＥＤアレイ同士を十分に
近づけて配置させることが難しく、発光装置の使用に伴
って各ＬＥＤアレイ間に大きな位置ずれが生じたり、或
いは、発光装置の小型化に適さないという欠点を有して
いる。

【０００６】また上述した従来の発光装置においては、
ＬＥＤアレイを構成するガリウム−砒素−リンの単結晶
が発光ダイオード素子毎に独立して形成されており、こ
れらを前述のＭＯＣＶＤ法等によって形成すると、その
内部に多数の格子欠陥がランダムに形成されたり、或い
は不純物が混入される等して各単結晶の特性が異なって
しまうことが多く、そのため、発光ダイオード素子間で
発光ばらつきが生じ易く、濃度むらの原因となってい
た。

【０００７】更に上述した従来の発光装置においては、
ＬＥＤアレイを構成する半導体基板や化合物半導体層が
砒素を含んで構成されており、その製造時にアルシン
（ＡｓＨ₃ ）等のガスが大量に使用されることから、有
害な砒素の分離，回収処理のために多額のコストと手間
が発生し、また有害ガスの使用は環境上、望ましくなか
った。

【０００８】しかも、ガリウム砒素等の単結晶から成る
発光ダイオード素子は、その使用時等に熱や電界による
転位の影響を受けやすく、そのため、発光特性が比較的
短時間のうちに変化し、使用に供しなくなる欠点も有し
ていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、本発明の発光装置は、上面に帯状の
多孔質シリコン層が平行にｎ列（ｎは２以上の自然数）
形成されているシリコン基板と、該シリコン基板の各多
孔質シリコン層上に形成されている複数個の透明電極
と、前記シリコン基板の下面で、かつ各多孔質シリコン
層の直下に形成されているｎ個の帯状共通電極とから成
り、各透明電極と各共通電極との間に電力を印加し、両
電極間に位置する多孔質シリコン層より光を発光させる
ようになした発光装置であって、前記ｎ列の多孔質シリ
コン層は、その各々の平均気孔径が異なることを特徴と
するものである。

【００１０】また本発明の発光装置は、上面に複数個の
多孔質シリコン層が直線状に配列されて成る多孔質シリ
コン層列を上面にｎ列（ｎは２以上の自然数）平行に配
置させて成るシリコン基板と、該シリコン基板の各多孔
質シリコン層上に形成されている透明電極と、前記シリ
コン基板の下面で、かつ前記各多孔質シリコン層列の直
下に形成されているｎ個の帯状共通電極とから成り、各
透明電極と各共通電極との間に電力を印加し、両電極間
に位置する多孔質シリコン層より光を発光させるように
なした発光装置であって、前記複数個の多孔質シリコン
層は、その平均気孔径が各多孔質シリコン層列毎に異な
ることを特徴とするものである。

【００１１】更に本発明の発光装置は、前記多孔質シリ
コン層の各上面に断面Ｖ字型の溝部が形成されているこ
とを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図１は本発明の発光装置の一形態を
示す平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図であり、１は
シリコン基板、１ｂ，１ｇ，１ｒは多孔質シリコン層、
４は透明電極、５ｂ，５ｇ，５ｒは共通電極である。

【００１３】前記シリコン基板１は、厚み方向に（１０
０）方位を配した単結晶シリコンから成り、従来周知の
ＣＺ法等によって製作される単結晶シリコンを２５０〜
３５０μｍの厚みでスライスして板状に加工することに
より形成される。

【００１４】また前記シリコン基板１の上面には帯状の
３個の多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒが略平行に３
列に並んで設けられている。前記多孔質シリコン層１
ｂ，１ｇ，１ｒは例えばシリコン基板１の上部領域に上
面より９μｍの深さのところまで形成されており、その
多孔度は全て５０〜６５％に設定され、平均気孔径は、
例えば、多孔質シリコン層１ｂが０．１〜１５ｎｍ、多
孔質シリコン層１ｇが１５〜３０ｎｍ、多孔質シリコン
層１ｒが３０〜４５μｍとなっている。

【００１５】前記多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒ
は、後述する透明電極４及び共通電極５ｂ，５ｇ，５ｒ
間に所定の電流（例えば数ｍＡ〜数１００ｍＡ）が流れ
ると、多孔質シリコン特有の量子効果によって、多孔質
シリコン層１ｂが波長３８０〜４８０ｎｍの青色光を、
多孔質シリコン層１ｇが波長４８０〜５８０ｎｍの緑色
光を、また多孔質シリコン層１ｒが波長５８０〜６８０
ｎｍの赤色光をそれぞれ発光するようになっている。

【００１６】このような多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，
１ｒは従来周知の陽極化成処理によってシリコン基板１
の上面に形成される。具体的には、まず単結晶シリコン
から成るシリコン基板１の上面に３つの窓部２ｂ，２
ｇ，２ｒを有した絶縁膜２を従来周知のスパッタリング
法及びフォトリソグラフィー技術によって被着させ、次
に前記シリコン基板１を絶縁膜２が被着された状態のま
まフッ酸溶液中に浸漬する。次にフッ酸溶液中に配置さ
せた処理用の電極とシリコン基板下面の後述する共通電
極５ｂ，５ｇ，５ｒとの間に所定の電力を印加し、シリ
コン基板１の厚み方向に所定時間、通電することによっ
て陽極化成処理が行われる。ここで各窓部２ｂ，２ｇ，
２ｒ内のシリコン基板１に印加する電力の電流密度は、
窓部２ｂ内で１０ｍＡ・ｃｍ、窓部２ｇ内で３０ｍＡ・
ｃｍ、窓部２ｒ内で５０ｍＡ・ｃｍとなるように調整さ
れており、これによって所定の平均気孔径を有した３つ
の多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒが形成されること
となる。尚、前記絶縁膜２は各多孔質シリコン層１ｂ，
１ｇ，１ｒの形成領域を規定するマスクとして機能させ
るためのものであり、例えば窒化シリコン（Ｓｉ
_x Ｎ_y ）等の絶縁材料によって０．１〜０．３μｍの厚
みに形成される。

【００１７】また、このようなシリコン基板１の上面に
は各多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒの長さ方向に沿
って複数個の透明電極３が、また下面には各多孔質シリ
コン層１ｂ，１ｇ，１ｒに対応する３個の共通電極５
ｂ，５ｇ，５ｒがそれぞれ形成されており、この両電極
間に位置する多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒによっ
て複数個の発光部Ｂ，Ｇ，Ｒから成る３つの発光部列を
構成している。

【００１８】前記複数の透明電極４は、例えば、ＩＴＯ
等の透明な導電材料により０．０５〜０．２μｍの厚み
をもって形成されており、少なくとも一部を各窓部２
ｂ，２ｇ，２ｒ内の多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒ
上まで延在させて各多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒ
と電気的に接続させておくことにより発光部Ｂ，Ｇ，Ｒ
に電流を流すための一方の電極として機能する。

【００１９】また前記共通電極５ｂ，５ｇ，５ｒは、例
えば、金や銀，銅等の導電材料により０．０５〜０．２
μｍの厚みに形成されており、前記発光部Ｂ，Ｇ，Ｒに
電流を流すための他方の電極として機能する。

【００２０】尚、前述した絶縁膜２や透明電極４，共通
電極５ｂ，５ｇ，５ｒは、従来周知の薄膜手法、例え
ば、スパッタリング及びフォトリソグラフィー技術を採
用することによって所定厚み、所定パターンに被着・形
成される。

【００２１】かくして上述した発光装置は、３つの多孔
質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒの各透明電極４及び共通
電極５ｂ，５ｇ，５ｒ間に外部からのカラー画像信号に
基づいて所定の電力を印加し、両電極間の多孔質シリコ
ン層１ｂ，１ｇ，１ｒに形成した各発光部Ｂ，Ｇ，Ｒを
個々に選択的に発光させるとともに、該発光した光を感
光材に順次、照射させ、感光材の表面に３色の画像を形
成することによってカラー画像の記録が行われる。

【００２２】以上のような本形態の発光装置は、共通の
シリコン基板１上に平均気孔径の異なる３つの多孔質シ
リコン層１ｂ，１ｇ，１ｒを形成したもので、各多孔質
シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒに沿って設けられる発光部
列同士を相互に近づけて配置させることができるため、
発光装置の使用に伴って発生する各発光部列間の位置ず
れを極力小さくすることができ、また発光装置の小型化
にも供した構造をとることができる。

【００２３】また上述した本形態の発光装置において
は、発光部Ｂ，Ｇ，Ｒを構成する多孔質シリコン層１
ｂ，１ｇ，１ｒやシリコン基板１に格子欠陥が形成され
たり、或いは製造工程中に不都合な不純物が混入したり
することが一切無く、従来例として示したＬＥＤアレイ
のように、各発光部間で発光ばらつきを生じることもな
い。よって濃度むらの無い良好な印画が得ることがで
き、カラー画像記録用の露光源として良好に機能させる
ことができる。

【００２４】更に本形態の発光装置においては、前述の
多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒの製造時に砒素を含
んた化学物質等を用いることがなく、有害物質の分離，
回収処理等が一切不要となる。これにより、発光装置を
比較的低コストで製作することができる。

【００２５】また更に本形態の発光装置においては、前
記シリコン基板１や多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１ｒ
が単結晶シリコンにより形成されており、化学的に極め
て安定であることから、これを発光装置として使用する
際に熱や電界による転位の影響を受けにくく、その発光
特性を長期間にわたって良好な状態に維持することがで
きる。

【００２６】尚、本発明の発光装置は上述の形態に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の変更、改良が可能であり、例えば、各多孔
質シリコン層の上面に断面Ｖ字型の溝部３ｂ，３ｇ，３
ｒを形成しておけば、多孔質シリコン層１ｂ，１ｇ，１
ｒを前述の陽極化成処理によって形成する際に、シリコ
ン基板１の厚み方向にかかる電流の流れを溝部３ｂ，３
ｇ，３ｒの各底部に集中させて多孔質シリコン層１ｂ，
１ｇ，１ｒを縦長に半楕円状をなすように形成すること
ができ、これによって各発光部Ｂ，Ｇ，Ｒより発する光
をよりシャープになすことができ、しかも多孔質シリコ
ン層１ｂ，１ｇ，１ｒの形成領域がシリコン基板の面方
向に大きく広がることはないため、個々の発光部Ｂ，
Ｇ，Ｒを小さくしてこれらを高密度に配列させることも
可能となる。このような溝部３ｂ，３ｇ，３ｒは、シリ
コン基板１の上面に該基板１を形成する単結晶シリコン
の（１１０）方位に沿って例えば幅w1：２〜５μｍ、深
さh1：２〜６μｍ、角度θ：５４〜５５°の大きさでも
って形成され、具体的な形成方法としては、まず上面に
前述の絶縁膜２が被着されたシリコン基板１を所定の水
酸化カリウム溶液中に一定時間浸漬し、各窓部２ｂ，２
ｇ，２ｒ内のシリコン基板上面をエッチングすることに
より得られる。このとき、シリコン基板１を形成する単
結晶シリコンの（１００）方位はシリコン基板１の厚み
方向に、（１１１）方位は溝部３ｂ，３ｇ，３ｒの向き
と直交する方向にそれぞれ合致させてあり、このため、
シリコン基板１の厚み方向のエッチングレートは溝部３
ｂ，３ｇ，３ｒの向きと直交する方向のエッチングレー
トの約１０倍となり、形成される溝の断面形状は略Ｖ字
形状となる。尚、前記溝部はその形状が必ずしも図２の
ような鋭いＶ字型でなくても良く、深さ方向に向かって
先細り状に形成されていれば上述の形態と同様の効果を
奏する。例えば、溝部の側面に少し丸みをつけたり、或
いは溝部を四角錐状になしてこれを各発光部毎に形成す
るようにしても良く、このように溝部を四角錐状になし
ておけば、発光部Ｂ，Ｇ，Ｒからの光をよりシャープに
なすことができる。

【００２７】また上述の形態においてはシリコン基板の
上面に平均気孔径の異なる３列の帯状多孔質シリコン層
を平行に３列形成するようにしたが、これに代えてシリ
コン基板の上面に複数個の多孔質シリコン層が直線状に
配列されて成る多孔質シリコン層列を３列平行に配置さ
せ、多孔質シリコン層の平均気孔径を各多孔質シリコン
層列毎に異なるようにしても良い。この場合、透明電極
は各多孔質シリコン層上に設けられ、共通電極は各多孔
質シリコン層列の直下に形成されることとなる。

【００２８】更に上述の形態においては透明電極４を各
多孔質シリコン層毎に独立して設けるようにしたが、こ
れに代えて透明電極を複数の各多孔質シリコン層に共通
に設けるようにしても良い。この場合、各多孔質シリコ
ン層１ｂ，１ｇ，１ｒの発光部Ｂ，Ｇ，Ｒには透明電極
を介して共通の印画データが与えられ、この印画データ
により発光駆動させる多孔質シリコン層を共通電極５
ｂ，５ｇ，５ｒの選択によって決定する。尚、前記発光
部Ｂ，Ｇ，Ｒは時間順次的に発光・駆動されるように外
部の駆動回路によって制御される。

【００２９】

【発明の効果】本発明の発光装置は、共通のシリコン基
板上に平均気孔径の異なる３つの多孔質シリコン層を形
成したもので、各多孔質シリコン層に沿って設けられる
発光部列同士を相互に近づけて配置させることができる
ため、発光装置の使用に伴って発生する各発光部列間の
位置ずれを極力小さくすることができ、また発光装置の
小型化にも供した構造をとることができる。

【００３０】また本発明の発光装置によれば、発光部を
構成する多孔質シリコン層やシリコン基板には格子欠陥
が形成されたり、或いは製造工程中に不都合な不純物が
混入したりすることが一切無く、各発光部間で発光ばら
つきを生じることもない。よって濃度むらの無い良好な
印画が得ることができ、カラー画像記録用の露光源とし
て良好に機能させることができる。

【００３１】更に本発明の発光装置によれば、前記多孔
質シリコン層の製造時に砒素を含んた化学物質等を用い
ることがなく、有害物質の分離，回収処理等が一切不要
であるため、発光装置を比較的低コストで製作すること
ができる。

【００３２】また更に本発明の発光装置によれば、前記
シリコン基板や多孔質シリコン層が単結晶シリコンによ
り形成されており、化学的に極めて安定していることか
ら、使用時に熱や電界による転位の影響を受けにくく、
その発光特性を長期間にわたって良好な状態に維持する
ことができる。

【００３３】更にまた本発明の発光装置によれば、各多
孔質シリコン層の上面に断面Ｖ字型の溝部を形成するこ
とにより、各発光部の発する光をよりシャープになすこ
とができ、しかも多孔質シリコン層の形成領域がシリコ
ン基板の面方向に大きく広がることはないため、個々の
発光部を小さくしてこれらを高密度に配列させることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発光装置の一形態を示す平面図であ
る。

【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】各発光部Ｂ，Ｇ，Ｒの発光特性を示す線図であ
る。

【符号の説明】

１・・・・・・・・・・シリコン基板 １ｂ，１ｇ，１ｒ・・・多孔質シリコン層 ３ｂ，３ｇ，３ｒ・・・溝部 ４・・・・・・・・・・透明電極 ５ｂ，５ｇ，５ｒ・・・共通電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面に帯状の多孔質シリコン層が平行にｎ
   列（ｎは２以上の自然数）形成されているシリコン基板
   と、 該シリコン基板の各多孔質シリコン層上に形成されてい
   る複数個の透明電極と、 前記シリコン基板の下面で、かつ各多孔質シリコン層の
   直下に形成されているｎ個の帯状共通電極とから成り、 各透明電極と各共通電極との間に電力を印加し、両電極
   間に位置する多孔質シリコン層より光を発光させるよう
   になした発光装置であって、 前記ｎ列の多孔質シリコン層は、その各々の平均気孔径
   が異なることを特徴とする発光装置。
2. 【請求項２】上面に複数個の多孔質シリコン層が直線状
   に配列されて成る多孔質シリコン層列を上面にｎ列（ｎ
   は２以上の自然数）平行に配置させて成るシリコン基板
   と、 該シリコン基板の各多孔質シリコン層上に形成されてい
   る透明電極と、 前記シリコン基板の下面で、かつ前記各多孔質シリコン
   層列の直下に形成されているｎ個の帯状共通電極とから
   成り、 各透明電極と各共通電極との間に電力を印加し、両電極
   間に位置する多孔質シリコン層より光を発光させるよう
   になした発光装置であって、 前記複数個の多孔質シリコン層は、その平均気孔径が各
   多孔質シリコン層列毎に異なることを特徴とする発光装
   置。
3. 【請求項３】前記多孔質シリコン層の各上面に断面Ｖ字
   型の溝部が形成されていることを特徴とする請求項１も
   しくは請求項２に記載の発光装置。