WO2007113947A1 - マイクロレンズ付き発光素子アレイ及び光書込みヘッド - Google Patents

マイクロレンズ付き発光素子アレイ及び光書込みヘッド Download PDF

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WO2007113947A1
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element array
emitting element
lens
shape
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Kenjiro Hamanaka
Takahiro Hashimoto
Original Assignee
Fuji Xerox Co., Ltd.
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Publication date
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    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/435Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/447Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources
    • B41J2/45Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources using light-emitting diode [LED] or laser arrays
    • B41J2/451Special optical means therefor, e.g. lenses, mirrors, focusing means
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    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • Y10S257/918Light emitting regenerative switching device, e.g. light emitting scr arrays, circuitry

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element array and an optical writing head, and more particularly to a light emitting element array with a micro lens whose light quantity is increased.
  • a light emitting element array and an optical writing head are used as a light source for exposing light to a photosensitive drum provided in an optical printer, a facsimile or a copying machine (for example, patent documents) 1).
  • the principle of an optical printer equipped with an optical writing head is shown in FIG.
  • a photoconductive material photosensitive member
  • This drum is rotating at the speed of printing.
  • the photosensitive drum surface of the rotating drum is uniformly charged by the charger 104.
  • the optical writing head 100 the light of the dot image to be printed is irradiated onto the photosensitive member to neutralize the electrification at the place where the light strikes.
  • the toner is applied on the photosensitive member in accordance with the charged state on the photosensitive member by the developing device 106.
  • the transfer device 108 transfers the toner onto the sheet 112 fed from the cassette 110.
  • the sheet is heated and fixed by a fixing unit 114 and sent to a fixing force 116.
  • the charge is neutralized over the entire surface by the erase lamp 118, and the toner remaining in the cleaner 120 is removed.
  • FIG. 26 shows the principle of a facsimile and copying machine equipped with an optical write head.
  • the same components as in FIG. 25 are shown with the same reference numerals.
  • a light source 124 irradiates light to a read original document 122 conveyed by a paper feed roller 130, and the reflected light is received by an image sensor 128 via an imaging lens 126.
  • the light emitting elements on the light emitting element array substrate 60 of the light writing head 100 are turned on by the printing or copying function of the facsimile or the copying function of the copying machine, and the photosensitive drum 102 is irradiated via the rod lens array 74. Printing on the paper 112 is as described for the optical printer.
  • FIG. 24 shows a typical structural diagram of an optical write head in the prior art.
  • FIG. 24 shows the direction orthogonal to the main scanning direction of the optical writing head mounted on the optical printer (hereinafter referred to as (Referred to as a scanning direction).
  • a scanning direction On the light emitting element array substrate 60, a plurality of light emitting element array chips 80 in which the light emitting elements are arranged in rows are mounted in the main scanning direction, and an optical path of light emitted by the light emitting elements of the light emitting element array chip 80.
  • a rod lens array 74 of erecting equal magnification long in the main scanning direction is disposed on The rod lens array 74 is fixed by a housing 63 having a function as an adjusting mechanism for adjusting the position in the optical axis direction.
  • FIG. 21 is a plan view when microlenses are arranged on the chip of the light emitting element array.
  • the light emitting elements are linearly arranged along the chip edge.
  • a light emitting element array chip 80 is shown. Bonding pads 82 are provided at both ends of the chip, and the light emitting portions 84 of the light emitting element array are linearly arranged along the edge of the chip.
  • FIG. 22 shows that micro lenses 30 c (spherical micro lenses are also referred to as spherical lenses) are connected and arranged on the light emitting elements with respect to the chip of the light emitting element array, and micro lenses are provided. It shows a partially enlarged view of the light emitting element array. This enlarged portion corresponds to the portion enclosed by the dotted line in FIG.
  • FIG. 23 is a side view of FIG.
  • Such microlenses and light emitting element arrays are disclosed as prior art (for example, Patent Document 3).
  • a technology in which a self-sustaining function is given to light emission of the light emitting part of the light emitting element array while enabling modulation of the light emission intensity of each light emitting part is raised as prior art (for example, Patent Document 4).
  • the self-sustaining type light emitting element array is also referred to as SLED (Sel f-scanning Light-emitting Device).
  • a self-sustaining light emitting element array chip is also referred to as an SLED chip.
  • the light emitting element with a micro lens has a micro lens (compound lens 30) on the substantially U-shaped light emitting portion 84 of the light emitting diode (LED) or the light emitting thyristor. Set up. Details of the compound lens 30 will be described later.
  • Light emission intensity of the substantially U-shaped light emitting portion When the maximum positions of are connected, a broken line 32 is formed. A portion of four spherical lenses centered at or near each end of the three line segments of the broken line 32 is provided, and a portion of three cylindrical lenses having axes parallel to the three line segments is provided in the middle portion thereof. These are arranged adjacent to each other to form a complex lens 30.
  • FIG. 18B is a plan view showing the structure of the compound lens 30.
  • Compound lens 30 comprises a portion 43 of a spherical lens centered at point 33, a portion 44 of a spherical lens centered at point 34, a portion 45 of a spherical lens centered at point 35, and a point 36 And a portion 46 of the spherical lens.
  • Compound lens 30 further has a part of cylindrical lens 48 having an axis parallel to line segment 32a, a part of cylindrical lens 50 having an axis parallel to line segment 32b, and an axis parallel to line segment 32c. And a part of the cylindrical lens 52. A portion of these four spherical lenses and a portion of the three cylindrical lenses are arranged adjacent to each other as shown.
  • FIG. 18B shows a cross-sectional view and a Y- ⁇ 'cross-sectional view for understanding the shape of the compound lens.
  • the optical axis center of the spherical lens or the axis of the cylindrical lens is made to coincide with each part of the substantially U-shaped light emitting portion 84, and a part of the spherical lens and the cylindrical lens are compounded. Is a specially shaped lens.
  • each part of the compound lens is used to The light can be refracted in the direction, that is, in the direction of the rod lens, which makes it possible to narrow the directivity of the Lambertian light emission in the direction of the rod lens.
  • FIG. 19 shows a process of manufacturing a light emitting element array with a microlens.
  • a lens shall form the compound lens demonstrated in FIG. 18B.
  • FIG. 19 (A) a Cr film 202 is applied on a quartz glass substrate 200, and then an array of openings 204 is formed in the Cr film by photolithography.
  • the pitch of the opening 204 corresponds to the resolution of the optical printer, for example, 42.3 zm for 600 dpi.
  • FIG. 20 is a plan view of a Cr film-attached quartz glass substrate patterned with such an aperture array.
  • the shape of each opening 204 is substantially U-shaped as shown, and the length of one line segment is 16 ⁇ m and the width is 2 ⁇ m.
  • the position of the opening was made to substantially coincide with the maximum position of the light quantity of the substantially U-shaped light emitting part region of the light emitting thyristor.
  • the opening may be a simple minute circular opening (opening diameter is about 1 to 5 ⁇ m).
  • the Cr film-attached quartz glass substrate 200 was subjected to liquid phase etching using hydrofluoric acid to produce a recess 206 as shown in FIG. 19 (B).
  • the shape of the recess corresponds to the shape of the complex lens in which the spherical surface lens and the cylindrical lens are closely arranged as described in FIG. 18B.
  • the ends and corners of the substantially U-shaped opening 204 are a, b, c, and d as illustrated.
  • the glass substrate is isotropically etched with hydrofluoric acid. Therefore, etching proceeds in a hemispherical shape from the ends a and d of the opening 204 and the corners b and c.
  • the etching proceeds in a cylindrical shape from the middle part between a and, the middle part between b and c, and the middle part between c and d. For this reason, a concave shape corresponding to the shape of the compound lens shown in FIG. 18B is formed.
  • Figure 19 (C) shows the state. This is used as a stamper (molding die) 208 in the following steps.
  • a light (ultraviolet ray) curable resin 210 is dropped by a dispenser so that bubbles are not trapped. Wear it.
  • a photocurable resin there are epoxy type and acrylic type, and any of them can be used.
  • the light emitting element array wafer 212 on which the process of forming the light emitting thyristors is finished is placed on the resin 210.
  • Ueno 212 is formed with a large number of self-propelled light emitting element array chips.
  • Bonding pads 82 are provided at both ends of the chip, and light emitting portions (generally U-shaped) 84 of the light emitting thyristors are linearly arranged along the edge of the chip. Align the shape of the light emitting part of the light emitting thyristor (approximately U-shaped) to form a compound lens
  • the wafer 212 and the stamper 208 need to be precisely aligned as they must be done. For this purpose, alignment marks are provided on the wafer 212 and the mold 208, respectively, and alignment is performed using this. At this time, the remaining Cr film 202 is made to face the bonding pad 82 of the chip.
  • the distance between the light emitting thyristor surface and the lens upper surface is optimized by selecting the resin application amount, pressing force and pressing time.
  • ultraviolet light 214 having a wavelength of 300 to 400 nm and an energy of 14000 mj / cm 2 is irradiated through the stamper 208 to cure the resin.
  • the energy of ultraviolet light varies in its optimum value depending on the resin used. About 5000 to 20000 mj Zcm 2 is a typical value to be used.
  • the ultraviolet rays emitted from the exit end of the fiber bundle are collimated by a quartz lens to form substantially parallel light rays, which are irradiated so as to be substantially perpendicular to the back surface of the stamper 208.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-170625
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-209703
  • Patent Document 3 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2005-311269
  • Patent Document 4 Patent No. 2577089
  • Patent document 5 Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-39195 gazette
  • FIG. 3 shows dimensional drawings of microlenses actually formed using the prior art described above.
  • a complex lens having a length of 20 ⁇ in the array direction (also referred to as the main scanning direction) of the micro lens and a length of 20 ⁇ in the sub-scanning direction was formed.
  • the size of the light emitting portion is equivalent to 1200 dpi used for an optical printer or the like when the light emitting element array is configured.
  • the focused spot shape 84d on the photosensitive drum at this time is shown by a dotted line in the figure.
  • the size of 84 d of the focused spot was 18 zm in the main flight direction and the side flight direction force was l8 x m.
  • the total light intensity of the focused spot was 1.5 times that of the lens without the microlens.
  • the laser beam diameter of a so-called laser beam printer for traveling a laser beam with a polygon mirror or the like is generally 50 to 60 / im on the photosensitive drum.
  • the pixel pitch corresponding to 1200 dpi of the laser beam printer for 1200 dpi is 21 ⁇ 2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , even if a beam considerably larger than this (that is, corresponding to the diameter of the focus spot) is used.
  • the fact is that the laser beam printer for 1200 dpi is used by performing appropriate signal processing. From this point as well, it can be understood that the increase in light intensity will be an issue.
  • the dimension of the light emitting unit itself may be increased in the sub scanning direction, or it may be considered as one solution, but it is possible to enlarge the light emitting unit as follows.
  • the drive current increases, the above problems can not be solved. That is, the increase in power consumption and the increase in load on the drive IC can be an obstacle to cost reduction.
  • An object of the present invention is to provide a light emitting element array capable of improving the luminous efficiency and reducing the variation of the light quantity in order to solve the above-mentioned problems.
  • a light emitting element array includes a light emitting portion array composed of a plurality of light emitting portions linearly arranged in the main scanning direction, and a microlens formed on the light emitting portion.
  • the micro lenses have different lengths in the main scanning direction and in the sub scanning direction, and The length in the scanning direction is 3.5 times or less the length in the main scanning direction which is longer than the length in the main scanning direction.
  • the microlens is formed based on any one of a spherical lens, an elliptical lens, an oval lens, and a compound lens, and the micro lens in the sub scanning direction is
  • the length shall be 1.5 or more times the length of the main running direction. Further, the length in the side running direction is not more than three times the length in the main running direction.
  • the center of gravity of the spherical lens corresponding to the light emitting portion is configured to be shifted in the side running direction with respect to the circumscribed circle center of the light emitting portion.
  • the lens center of gravity of the microphone lens is defined.
  • the lens center of gravity position is defined as the center position of the circle.
  • the “center of gravity position” is the position of the center of gravity determined by the shape, thickness of each part, and the like.
  • the light emitting element array includes light emitting element array chips arranged in a staggered manner, and each light emitting element array chip has the light emitting portion on the surface of each chip.
  • a bonding pad for feeding power through a wire, and a resin pattern, and the resin pattern blocks stray light that blocks light incident on the wire on the bonding pad of the other chip from the light emitting portion of one chip. It consists of a wall, the micro lens, and a resin surface located on the periphery of the micro lens.
  • the area occupied by both the stray light preventing wall and the resin surface be larger than the area occupied by the micro lens.
  • the stray light prevention wall is formed in the same shape as the lenticular or the microlens. Special In addition, if the stray light preventing wall is formed in the same shape as the microlens, it is possible to simplify the formation of the resin pattern in the chip manufacturing process.
  • the present invention it is possible to improve the light emission efficiency by increasing the dimension in the side scan direction of the micro lens formed on the light emitting portion while maintaining the shape of the light emitting portion. As a result, speeding up of the optical printer and the like can be realized.
  • the light quantity can be further increased by increasing the dimension in the sub scanning direction of the micro lens, and It is possible to realize a light emitting element array having a large light quantity transfer rate to the photosensitive drum without increasing the power consumption.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a micro lens formed on each light emitting portion of a SLED chip for 1200 dpi.
  • FIG. 2 is a view showing another example of a micro lens formed on each light emitting portion of an SLED chip for 1200 dpi.
  • FIG. 3 shows the dimensions of the microlenses actually formed using the prior art.
  • FIG. 4 is a diagram showing simulation results of the relationship between the increase in the shape of the micro lens and the increase in the light amount.
  • FIG. 5A is a plan view of a microlens using a spherical lens.
  • FIG. 5B is a plan view of a microlens in the case of using an elliptical lens.
  • FIG. 5C is a plan view of a microlens in the case of using an oval lens having a cylindrical surface between two semicircular lenses.
  • FIG. 6 is a view showing a state in which the lens center of gravity of the microlens and the center of the circumscribed circle of the light emitting portion are deviated in the light emitting element array using the compound lens.
  • FIG. 7 is a diagram showing a staggered arrangement of SLED chips.
  • FIG. 8 is a view showing an embodiment of a light emitting element array chip of the present invention.
  • 9A A schematic view of a wafer on which a light emitting element array chip of one embodiment according to the present invention is formed.
  • FIG. 9B A diagram showing a light emitting element array chip of one embodiment according to the present invention.
  • FIG. 9C A diagram showing a light emitting element array chip of one embodiment according to the present invention.
  • FIG. 18A A diagram in which a compound lens is formed on a substantially U-shaped light emitting portion of an LED.
  • 18B is a plan view showing a structure of a compound lens.
  • FIG. 21 is a plan view when microlenses are arranged on a chip of a light emitting element array. 22] FIG. 22 is a diagram showing an example in which compound lenses are connected to and arranged on a light emitting element with respect to the chip of the light emitting element array.
  • FIG. 23 is a side view showing an example in which compound lenses are connected to and arranged on the light emitting element with respect to the chip of the light emitting element array.
  • the amount of light can be further increased by increasing the dimension of the microlenses provided on the light emitting section in the side scan direction.
  • FIG. 19A a Cr film is formed on a quartz glass substrate, and a mask opening shape is patterned thereon using a photolithographic technique, and this is etched with hydrofluoric acid. Do. Then, after a predetermined etching time has elapsed, a concave shape corresponding to the shape of the composite lens 30 of FIG. 3 is obtained in the quartz glass substrate 200. If this is used as an original and lenses are formed in accordance with the process described in FIG. 19, the composite lens described in FIG. 3 is obtained.
  • FIG. 3 shows X- ⁇ line cross section and Y-Y 'line cross section in order to make the shape of the compound lens 30 understood.
  • the etching is further continued after the aforementioned predetermined etching time has elapsed.
  • the concave surfaces of the microlenses in the adjacent main scanning direction are in contact with each other, but the concave surface shape extended in the sub scanning direction in the main scanning direction or more is a quartz glass substrate as compared with the concave surface shape described above. It is obtained to 200. If a micro lens is formed according to the process described in FIG. 19 using this as an original, a complex lens shape expanded in the sub scanning direction in the main scanning direction or more can be obtained as compared with the composite lens described in FIG. The detailed dimensions of the complex lens will be described later.
  • FIG. 1 shows an example of a microphone lens formed on each light emitting portion of an SLED chip for 1200 dpi (pitch 21.2 ⁇ m).
  • the microlenses in FIG. 1 were formed to have a length of 21 ⁇ 2 ⁇ m in the main scanning direction and a length of 28 ⁇ in the sub scanning direction.
  • the focused spot shape 84d on the photosensitive drum using the optical writing head provided with this microlens is shown by a dotted line in FIG. Collection
  • the 84d total width of the light spot was 18 x m in the main flight direction and 24 ⁇ in the side flight direction.
  • the total light intensity of the focused spot on the light drum was 1.8 times that of the absence of the microlens.
  • FIG. 1 shows a linear cross section and Y- Y r line cross-sectional view. If a micro lens is formed according to the above-mentioned process, the X-ray sectional view and the Y- sectional view (FIG. 3) described in the prior art, the X- X 'sectional view of Example 1, and the ⁇ _ ⁇ ' sectional view In the figure (FIG. 1), the height directions of the microlenses (vertical direction shown in the plan views of FIGS. 1 and 3) are substantially the same height.
  • the beam diameter in the prior art laser beam printer is 50
  • the light quantity can be further increased while suppressing the diameter of the focused spot in the sub-scanning direction to 24 ⁇ . That is, it is possible to increase the amount of light while maintaining a virtually higher resolution than the prior art. Furthermore, according to the above-described microlens formation method, it can be relatively easily formed.
  • the present embodiment it is possible to improve the light emission efficiency by increasing the dimension in the sub scanning direction of the micro lens formed on the light emitting portion while maintaining the shape of the light emitting portion. As a result, speeding up of an optical printer or the like can be realized.
  • the amount of light can be further increased by increasing the dimension in the sub scanning direction of the micro lens. It is possible to realize a micro-lensed light emitting element array having a large light transmission rate to the photosensitive drum without increasing the power consumption.
  • Figure 2 shows another example of the microphone lens formed on each light emitting portion of the SLED chip for 1200 dpi (pitch 21.2 x m).
  • the microlenses in FIG. 2 were formed to have a length of 21.2 zm in the main running direction and a length of 34 xm in the side running direction.
  • Optical writing with this microlens The focused spot shape 84d on the photosensitive drum using the head is shown by a dotted line in FIG.
  • the 84d total width of the focused spot was 18 / m in the main scanning direction and 29 im in the side run direction.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view and a Y- ⁇ ′ cross-sectional view in order to understand the shape of the compound lens 30 b.
  • the light quantity can be further increased while suppressing the focused spot diameter in the side scan direction to 29 xm. ing. That is, it is possible to increase the amount of light while maintaining a virtually higher resolution than the prior art. Furthermore, according to the above-described microlens formation method, it can be relatively easily formed.
  • the present embodiment it is possible to improve the light emission efficiency by increasing the dimension in the sub scanning direction of the microlens formed on the light emitting portion while maintaining the shape of the light emitting portion. As a result, speeding up of an optical printer or the like can be realized.
  • the amount of light can be further increased by increasing the dimension in the sub scanning direction of the micro lens, and consumption It is possible to realize a micro-lensed light emitting element array having a large light transmission rate to the photosensitive drum without increasing the power.
  • the light amount can be increased by extending the shape of the micro lens in the secondary running direction. Therefore, the relationship between the increase of the micro lens shape in the side running direction and the increase in the amount of light was analyzed by simulation.
  • FIG. 4 shows a simulation result of the relationship between the increase in the shape of the microlens and the increase in the light amount.
  • the amount of light can be further increased by increasing the dimension in the sub scanning direction of the micro lens. It is possible to realize a micro-lensed light emitting element array having a large light transmission rate to the photosensitive drum without increasing the power consumption.
  • FIGS. 5A-5C show the types of shapes of microlenses other than complex lenses.
  • FIG. 5A is a plan view of a micro lens in the case of using a spherical lens 30c
  • FIG. 5B is a plan view of a micro lens in the case of using an elliptical lens 30d
  • FIG. 5C is a diagram of two semicircular lenses.
  • FIG. 17 is a plan view of a microlens in the case of using an oval lens 30e having a cylindrical surface in between.
  • similar elements have been given the same reference numerals for convenience.
  • FIG. 5A shows a diagram in which the intersection point (ie, the lens center of gravity Osp) of the secondary running direction axis a and the main running direction axis b is aligned with the circumscribed circle center pp of the light emitting portion 84.
  • the contact portion with another spherical lens 30c in contact with P is shown as a substantially straight line in the sub scanning direction from the plan view of the microlens. Therefore, in the case of a microlens using a spherical lens, the length in the main running direction of the microlens can be shown as Xm, and the length in the secondary running direction as Ym, and the simulation shown in FIG. 4 as Ym / Xm. Based on the results, the effects of the present invention can be defined.
  • the length in the main scanning direction Xm can be defined as the length in the main scanning direction which is the maximum of the microlens.
  • FIG. 5B the intersection point (ie, lens center of gravity Osp) between the sub-scanning direction axis (ie, long axis) a and the main scanning direction axis (ie, short axis) b and the circumscribed circle center of the light emitting portion 84
  • the contact portion with the adjacent other elliptical lens 30d is shown as a substantially straight line in the sub-scanning direction from the plane view of the microphone lens.
  • the minor axis of the microlens can be indicated as Xm and the major axis as Ym, and Ym / Xm, based on the simulation results shown in FIG. Can define the effects of
  • the main sliding direction length Xm can be defined as the length of the main sliding direction which is the maximum of the micro lens.
  • FIG. 5C shows the circumscribed circle of the light emitting portion 84 and the intersection point (ie, lens center of gravity Osp) of the secondary running direction axis (ie, long axis) a and the main running direction axis (ie, short axis) b.
  • the figure shows that the center p p was done.
  • a cylindrical surface is provided between the two semicircular lenses (shown b-b), and the minor axis b is b and b Expressed as an axis parallel to the sub-scanning direction, passing through the mean (ie, midpoint).
  • the contact portion with the adjacent other oval lens 30e is shown as a substantially straight line in the sub scanning direction from the plan view of the microlens according to the forming method described in FIG. Therefore, in the case of a microlens using an oval lens, the minor axis of the microlens can be represented by Xm and the major axis by Ym, and the effect of the present invention can be obtained based on the simulation result shown in FIG. 4 as YmZXm. Can be defined.
  • the adjacent microlens has a contact portion, whereby a force whose length in the main scanning direction of the microlens is defined as Xm. Contact with another adjacent microlens. If there is no part, the length Xm of the main running direction can be defined as the length of the main running direction which is the maximum of the micro lens.
  • the lens center of gravity sp sp of the micro lens and the circumscribed circle center p p of the light emitting portion are described as being identical. Even if the circumscribed circle center pp is configured to be shifted, for example, in the sub scanning direction, the same effect as that of the embodiment:! To 3 can be obtained.
  • FIG. 6 shows how the lens center of gravity Osp of the microlens 30a and the circumscribed circle center ⁇ ⁇ p of the light emitting portion are deviated in the light emitting element array using the compound lens 30.
  • the line N ⁇ N ′ represents an axis in the direction of the secondary running direction passing through the circumscribed circle center pp of the light emitting portion 84.
  • the line _ _ ⁇ ⁇ represents an axis in the side running direction passing through the lens gravity center sp sp of the microphone lens.
  • the distance between the line N-N 'and the line _ _ 0 is only shifted.
  • a light emitting element array configured as shown in FIG. 6 can also be configured.
  • the SLED chips 80 are staggered as shown in FIG. 7 to form the light source of the optical write head.
  • the main running direction is The edges of the chips overlap when viewed in the direction (the chip alignment direction). For example, if the arrangement interval of bonding pads 82 per chip is 100 ⁇ and the chip length is 6 mm, spots concentrated in a range of about eight wire forces Sl mm appear every 12 mm, and printing is performed.
  • the effect of stray light is very noticeable in the shot image.
  • Such stray light is known to be mainly caused by the reflection of the raised loop of the wire 14 at a height of 50 ⁇ m or more and by the reflection on the surface of the Bonore 18 as described later. .
  • a resin pattern a stray light preventing wall 22, a micro lens 30b, a bonding pad 82 and a micro
  • a resin surface 26 made of the same resin as the microlens 30b was provided in all areas except the lens 30b.
  • the production method of the resin pattern is as described in FIG.
  • the side surfaces of the light prevention wall 22 and the surface of the resin surface 26 were roughened.
  • the microlens may have any shape described in the first to third embodiments.
  • FIG. 9A shows a schematic view of a wafer on which an SLED chip is formed and a resin pattern is formed on the top.
  • FIG. 9B is an enlarged view of an example showing an overview of the SLED chip in a part (view A) of FIG. 9A.
  • FIG. 9C is an enlarged view of another example showing an overview of the SLED chip in a part (view A) of FIG. 9A.
  • the force aspherical lens (30, 30a, 30b, 30d or 30e) in which the micro lens is typically shown as the spherical lens 30c in FIGS. 9B and 9C.
  • the stray light prevention wall 22, the micro lens 30c, and the resin surface 26 around the micro lens 30c are formed of the same photocurable resin, and the bonding pad 82 and its periphery are made of resin. I have not formed it.
  • the stray light preventing wall 22, the resin surface 26 around the micro lens 30c and the micro lens 30c are formed of the same photocurable resin, and the resin is formed on the bonding pad 82 and its periphery. Nah, The SLED chips shown in FIGS. 9B and 9C differ in the area of the resin surface 26 in the peripheral portion of the microlens 30c.
  • the uncured resin when forming a desired resin pattern on the surface of the SLED chip, it is important to ensure removal of the residue. For example, if the uncured resin remains on the bonding pad, it causes the conductive failure, and if the uncured resin remains attached to the microlens 30c, it also causes the variation of the light quantity or the decrease of the light quantity increase rate. .
  • the SLED chip shown in FIGS. 9B and 9C has a higher light intensity than the SLED chip shown in FIG. 9C. It has been confirmed that it improves by 30% as variation (PRNU). In other words, it was confirmed that when the cleaning time is relatively short, the uncured resin residue adheres to the micro lens 30c, which is a cause of the light amount variation. Therefore, having less area to be cleaned has the effect of shortening the time to be cleaned and reducing the manufacturing cost.
  • the resin pattern is the light emitting portion of one SLED chip, and the bonding of the other SLED chip.
  • the stray light prevention wall 22 for shielding light incident on the wire 14 on the pad 82, the resin surface 26 of the peripheral portion of the microlens 30c and the microlens 30c, and the stray light prevention wall 22 and the resin surface 26 on the surface of each SLED chip It is preferable that the area occupied by both is larger than the area occupied by the microlenses 30c.
  • Fig. 10 shows the case where the stray light prevention wall 22 on the surface of the SLED chip is formed at substantially the same height as the resin surface 26.
  • FIG. Similar components are described with the same reference numerals.
  • FIG. 11 shows an example in which a lenticular lens shaped dummy lens is provided as the stray light prevention wall 22 above the array of microphone lenses 30 c.
  • FIG. 12 shows an example in which a lenticular dummy lens as the stray light prevention wall 22 is formed offset from the alignment of the micro lenses 30c on the cross section of the SLED chip (in a direction away from the bonding pad area 82) Is shown.
  • the height and position of the stray light prevention wall 22 can be determined by shifting the central axis in the main running direction, which is the top of the lenti-cylindrical dummy lens, from the top of the array of microlenses 30c to the SLED chip cutting axis.
  • the central axis in the main running direction which is the top of the lenticular lens dummy light prevention wall (stray light prevention wall 22), be coincident with the SLED chip cutting axis.
  • the height of the lenticular lens shaped dummy lens is 25 / im, and the surface roughness Ra by cutting the chip is not less than 0.5 / im. It formed.
  • FIG. 13 shows an example in which a dummy lens having the same shape as the micro lens is provided as the stray light prevention wall 22 on the array of the micro lens 30 c. Further, in FIG. 14, a stray light prevention wall 22 having the same shape as the micro lens is formed offset from the alignment of the micro lens 30c on the cross section of the SLED chip (in the direction away from the bonding pad area 82). An example is shown. As described above, the resin pattern can be simplified in the manufacturing process by forming a microlens shape that is not lenti-cylindrical.
  • FIG. 15 shows an example in which a dummy lens having the same shape as the micro lens is formed on the resin surface 26 of the peripheral portion of the micro lens 30 c when provided as the stray light prevention wall 22 on the array of the micro lens 30 c. Indicate that.
  • FIGS. 10 to 15 may be a force aspherical lens (that is, a compound lens or an elliptical lens etc.) in which the micro lens 30c is typically shown as a spherical lens.
  • FIG. 16A is a cross-sectional view showing an example of a staggered light emitting element array using stitch bonding 78.
  • FIG. 16B is a cross-sectional view showing an example of a staggered light emitting element array using ball bonding 18.
  • the main cause of stray light is the reflection of balls or bonding wires. Therefore, it is preferable to provide the stray light preventing wall 22 so that the light emitted from the light emitting unit 84 does not directly irradiate the bonding wire.
  • Each of the SLED chips shown in FIGS. 16A and 16B is, for example, an SLED chip in which the light emitting portion pitch in the main scanning direction which is 1200 dpi (about 21.16 xm) is doubled. 42.3 zm faces each other This is an example of the case where the distance between the light emitting The distance between the light emitting units of the SLED chips facing each other is a value required in design for an image writing apparatus using a light emitting element array, etc., and generally an integer relative to the light emitting unit pitch in the main running direction. Double it. At this time, as shown in FIGS. 16A and 16B, the distance from the end face of the SLED chip to the center of the light emitting part is 27 ⁇ m.
  • the bonding height is illustrated as 50 ⁇ m in FIG. 16A and 100 ⁇ m in FIG. 16B, but is defined as the height required for the configuration of the light emitting element array.
  • the height of the stray light prevention wall 22 is preferably 15 ⁇ or more, and in the case of ball bonding (FIG. 16B), the height of the stray light prevention wall 22 is preferably 30 ⁇ or more It becomes.
  • the angle (elevation angle s s) at which the bonding wire is looked up from the light emitting part is a stray light when a predetermined value is required as the distance between the light emitting parts of the SLED chips facing each other.
  • the height required for the prevention wall 22 will be determined.
  • the mold for providing the resin pattern on the SLED chip can be configured extremely easily.
  • the light emission efficiency can be improved by increasing the dimension in the side direction of the micro lens formed on the light emitting portion while maintaining the shape of the light emitting portion. Therefore, by using the optical write head provided with the light emitting element array according to the present invention, it is possible to realize speeding up of optical printers, facsimiles, and copiers, which is useful.

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Abstract

 発光効率の向上及び光量ばらつきを低減させる発光素子アレイを提供する。  発光素子アレイは、主走査方向に直線状に配列された複数個の発光部からなる発光部列と、前記発光部上に形成されるマイクロレンズとを備え、前記マイクロレンズは、主走査方向の長さと副走査方向の長さとが異なり、前記副走査方向の長さが、前記主走査方向の長さより長く、前記主走査方向の長さの3.5倍以下となる形状を有する。

Description

明 細 書
マイクロレンズ付き発光素子アレイ及び光書込みヘッド
技術分野
[0001] 本発明は、発光素子アレイ及び光書込みヘッド、特に、光量アップしたマイクロレン ズ付発光素子アレイに関する。
背景技術
[0002] 発光素子アレイ及び光書込みヘッドは、光プリンタ、ファクシミリ又は複写機に備え られた感光ドラムに、光を露光させるための光源として用いられていることが知られて いる(例えば、特許文献 1)。光書込みヘッドを備える光プリンタの原理図を図 25に示 す。円筒形の感光ドラム 102の表面に、アモルファス Siなどの光導電性を持つ材料( 感光体)が形成されている。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 104で一様に帯電させる。そして、光書込みヘッド 10 0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 106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 108でカセット 110中から送られてきた用紙 112上に、 トナーを転写する。用紙は、定着器 114にて熱等を加えられ定着され、スタツ力 116 に送られる。一方、転写の終了したドラムは、消去ランプ 118で帯電が全面にわたつ て中和され、清掃器 120で残ったトナーが除去される。
[0003] 更に、光書込みヘッドを備えるファクシミリ、複写機の原理図を図 26に示す。図 25 と同一の構成要素には、同一の参照番号を付して示す。
[0004] 紙送りローラ 130で搬送される読取り原稿 122に光源 124から光を照射し、その反 射光を、結像レンズ 126を介し、イメージセンサ 128で受光する。ファクシミリの印字 又は複写機能、或いは複写機の複写機能によって、光書込みヘッド 100の発光素子 アレイ基板 60上の発光素子が点灯し、ロッドレンズアレイ 74を介して感光ドラム 102 に照射される。用紙 112への印字は、光プリンタで説明したとおりである。
[0005] 図 24に、先行技術における光書込みヘッドの代表的な構造図を示す。図 24は、光 プリンタに搭載される光書込みヘッドの主走査方向に対して直交する方向(以下、副 走査方向と称する)の断面図である。発光素子アレイ基板 60上に、発光素子を列上 に配置した複数個の発光素子アレイチップ 80が主走査方向に実装されており、この 発光素子アレイチップ 80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 74が配置されている。ロッドレンズアレイ 74は、光 軸方向の位置調整を図る調整機構としての機能を有するハウジング 63により固定さ れている。発光素子から発光される光は、光ロッドレンズアレイ 74を介して感光ドラム 102に結像される。また、発光素子アレイ基板 60の下地には発光素子アレイのチッ プ 80の熱を放出するためのヒートシンク 65が設けられており、ハウジング 63とヒートシ ンク 65は、発光素子アレイ基板 60を間に挟んで止め金具 66により固定されている。 そのような光書込みヘッドの代表的な構造図については、先行技術として開示されて いる(例えば、特許文献 2)。
[0006] 図 21は、発光素子アレイのチップにマイクロレンズを配置したときの平面図である。
発光素子は、チップ縁部に沿って直線状に配列されている。発光素子アレイチップ 8 0を示す。チップ両端にボンディングパッド 82が設けられ、発光素子アレイの発光部 8 4がチップの縁部に沿って直線状に配列されている。図 22は、発光素子アレイのチッ プに対し、マイクロレンズ 30c (球面形状のマイクロレンズを球面レンズとも称する)が 発光素子上に連結して配列されている様子を示しており、マイクロレンズを設けた発 光素子アレイの一部拡大図を示している。この拡大部分は、図 21の点線で囲った部 分に相当している。図 23は、図 22の側面図である。そのようなマイクロレンズ及び発 光素子アレイは、先行技術として開示されている(例えば、特許文献 3)。
[0007] また、発光素子アレイとしては、各発光部の発光強度の変調を可能としつつ、発光 素子アレイの発光部の発光について自己走查機能を持たせた技術が先行技術とし て上げられる(例えば、特許文献 4)。以下、 自己走查型発光素子アレイを SLED (Sel f- scanning Light -emitting Device)とも称する。同様に、 自己走查型発光素子アレイ チップを SLEDチップとも称する。
[0008] マイクロレンズ付き発光素子は、図 18Aに示すように、発光ダイオード(LED)又は 発光サイリスタの略 U字形の発光部 84に対して、その上に、マイクロレンズ (複合レン ズ 30)を設ける。複合レンズ 30の詳細は、後述する。略 U字形の発光部の発光強度 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。
[0009] 図 18Bは、複合レンズ 30の構造を示す平面図である。図中、点 33、 34、 35、及び
36は、図 18Aに示す略 U字形折れ線 32の 3つの線分 32a、 32b,及び 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、更に、線 分 32aに平行な軸を有するシリンドリカルレンズ 48の一部と、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。
[0010] 図 18Bには、複合レンズの形状を理解させるために、 線断面図および Y— Ύ' 線断面図を示している。
[0011] このように複合レンズ 30は、略 U字形の発光部 84の各部に球面レンズの光軸中心 、又は、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。
[0012] このような、略 U字形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字形の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、即ち、ロッドレンズの方向に屈折させることができ、ロッドレンズの方向にランバー シアン発光の指向性を狭めることが可能になる。
[0013] 図 19には、マイクロレンズ付き発光素子アレイを作製する工程を示す。尚、レンズ は図 18Bで説明した複合レンズを形成するものとする。
[0014] まず、図 19 (A)に示すように、石英ガラス基板 200上に Cr膜 202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 204のアレイを形成する。開口 204のピッ チは、光プリンタの解像度に対応させ、例えば 600dpiであれば 42. 3 z mとしている [0015] 図 20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。各開口 204の形状は、図示のように略 U字形であり、 1線分の長さは 16 μ m、幅 2 μ mである。この開口は、発光用サイリスタの略 U字形の発光部領域の光量 の極大位置にその位置がほぼ一致するようにした。一般的な球面レンズの場合、開 口は単純な微小円開口(開口径は 1〜5 β m程度)でよい。
[0016] 次に、 Cr膜付き石英ガラス基板 200を、フッ酸を用いて液相エッチングし、図 19 (B )に示されるような凹部 206を作製した。凹部の形状は、図 18Bで説明したような、球 面レンズ及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レヽ る。
[0017] 図 20において、略 U字形の開口 204の端部および角部を、図示のように a、 b、 c、 及び dとする。ガラス基板は、フッ酸により等方的にエッチングされる。従って、開口 2 04の端部 a及び dと角部 b及び cからは、半球状にエッチングが進む。また、 aと との 中間部、 bと cとの中間部、 cと dとの中間部からはシリンドリカル状にエッチングが進む 。このため、図 18Bに示した複合レンズの形状に対応した凹部形状が形成されること になる。
[0018] その後、エッチングされて浮いた Cr膜 202を、粘着フィルム(図示せず)を貼った後 で、弾性体基板を押し当てて破断し、粘着フィルムを剥がして、エッチング部の Cr膜 を除去する。図 19 (C)に、その状態を示す。これを、スタンパ (成形型) 208として以 下の工程に用いる。
[0019] スタンパ 208の表面に離型剤をコーティングした後、図 19 (D)に示すように、光(紫 外線)硬化性樹脂 210をディスペンサーにより、泡の巻き込みがないように滴下し、付 着する。光硬化性樹脂の種類としてはエポキシ系またはアクリル系があり、いずれも 使用できる。
[0020] 次に、図 19 (E)に示すように、樹脂 210上に発光サイリスタの形成工程を終了した 発光素子アレイウェハ 212を載せる。ウエノ、 212には、多数個の自己走查型発光素 子アレイチップが形成されている。チップ両端にボンディングパッド 82が設けられ、発 光用サイリスタの発光部(略 U字形) 84がチップの縁部に沿って直線状に配列されて いる。発光サイリスタの発光部の形状(略 U字形)に位置を合わせて複合レンズを形 成しなければならないので、ウェハ 212とスタンパ 208は精密に位置合わせする必要 がある。このためには、ウェハ 212と成形型 208とにそれぞれ位置合わせマークを設 け、これを利用して位置合わせする。このとき、残った Cr膜 202が、チップのボンディ ングパッド 82と対向するようにする。
[0021] 光硬化性樹脂 210とウェハ 212とを接触した後、圧力をかけて樹脂を展開する。尚
、発光サイリスタ面とレンズ上面との距離は、樹脂塗布量、加圧力、加圧時間を選択 することによって、最適化する。
[0022] 樹 S旨 210を硬ィ匕させるため、波長 300〜400nm、エネノレギー 14000mj/cm2の 紫外光 214をスタンパ 208を通して照射し、樹脂を硬化させる。紫外線のエネルギー は、使用する樹脂によってその最適値が異なる。 5000〜20000mjZcm2程度が使 用される代表的な値である。
[0023] 紫外線は、ファイババンドルの射出端から射出させた紫外線を、石英レンズでコリメ ートすることによって、略平行な光線とし、これをスタンパ 208の裏面に略垂直になる ように照射する。
[0024] 図 19 (F)に示すように、スタンパを離型させた後、未硬化の樹脂(レンズ部分の Cr 膜除去部分以外は、 Cr膜で紫外光が遮光されているため、樹脂は硬化しない)を溶 媒で洗浄除去する。結果を、図 19 (G)に示す。発光サイリスタの発光部 84上には複 合レンズ 30が形成され、ボンディングパッド 82は露出してレ、ることがわ力る。
[0025] 図 18A、図 18B、図 19及び図 20に示す発光素子アレイ及びその製法は、先行技 術として開示されている (例えば、特許文献 5)。
[0026] 特許文献 1 :特開 2003— 170625号公報
特許文献 2 :特開 2004— 209703号公報
特許文献 3 :特開 2005— 311269号公報
特許文献 4:特許第 2577089号
特許文献 5 :特開 2005— 39195号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0027] 図 3は、上述の先行技術を用いて、実際に形成したマイクロレンズの寸法図を示す 。同図において、マイクロレンズのアレイ方向(主走査方向とも称する)の長さ 20 μ ΐη 、副走査方向の長さ 20 μ ΐηの複合レンズを形成した。この発光部寸法は、発光素子 アレイを構成したときに、光プリンタ等に用いられる 1200dpi相当である。このときの 感光ドラム上の集光スポット形状 84dを同図に点線で示してある。集光スポットの 84 dのサイズは、主走查方向が 18 z m、副走查方向力 l8 x mとなった。感光ドラム上
1
の集光スポットの全光量は、マイクロレンズ無しに比べて、 1. 5倍になった。
[0028] し力 ながら、光プリンタ等に備えられる感光ドラムにとって、より多くの光量を照射 すれば、即ち、集光スポットの光量が多ければ、それだけ光プリンタ等の高速化を実 現すること力 S可能となる。更には、光量が増大すれば、発光素子の低消費電力化及 び駆動 IC削減による低コストィ匕を図ることもできる。従って、更なる光量アップが課題 となっている。
[0029] 他方では、レーザビームをポリゴンミラーなどで走查する、いわゆるレーザビームプ リンタの 1200dpi用レーザビーム径は、感光ドラム上で 50〜60 /i mくらいであること が一般的である。具体的には、 1200dpi用レーザビームプリンタの、 1200dpiに相当 する画素ピッチは 21 · 2 μ ΐηではあるが、これより相当に大きなビーム(即ち、集光ス ポット径に相当する)を用いても、相応の信号処理を行うことによって、 1200dpi用の レーザビームプリンタと利用しているのが実情である。そのことからも、更なる光量アツ プが課題となってレヽることが理解される。
[0030] このような実情を鑑みて、発光部自体の寸法を、副走査方向に大きくしてレ、くことも 、 1つの解決手段として考えることもできるが、発光部を大きくすることは、駆動電流の 増加が伴うため、前述の課題を解決できない。即ち、消費電力の増大、駆動 ICの負 担の増大を招き、低コスト化の妨げにもなりうる。
[0031] 本発明の目的は、上記課題を解決するために、発光効率の向上及び光量ばらつき を低減させる発光素子アレイを提供する。
課題を解決するための手段
[0032] 本発明の一態様による発光素子アレイは、主走査方向に直線状に配列された複数 個の発光部からなる発光部列と、前記発光部上に形成されるマイクロレンズとを備え 、前記マイクロレンズは、主走査方向の長さと副走査方向の長さとが異なり、前記副 走査方向の長さが、前記主走査方向の長さより長ぐ前記主走査方向の長さの 3. 5 倍以下となる形状を有する。
[0033] また、本発明の一態様によれば、前記マイクロレンズは、球面レンズ、楕円形レンズ 、長円形レンズ、及び複合レンズのいずれかに基づいて形成されており、前記副走 查方向の長さが、前記主走查方向の長さの 1. 5倍以上とする。更に、前記副走查方 向の長さが、前記主走查方向の長さの 3倍以下とする。
[0034] また、本発明の一態様によれば、前記発光部に対応する前記球面レンズの重心は 、前記発光部の外接円中心に対し、副走查方向にずらして構成する。ここで、「マイク 口レンズのレンズ重心」を定義しておく。単純な円形状の球面レンズ又は非球面レン ズであれば、レンズ重心位置は、その円の中心位置と定義する。マイクロレンズが均 質媒質であるとしたとき、「重心位置」は、その形状、各部分の厚みなどから決まる重 心の位置となる。例えば、実施例において詳しく説明するが、図 6に示した複合レン ズであっても、同様に、その形状、各部分の厚みなどから定まる重心の位置(Osp)を いう。更に、「発光部 84の外接する円の中心」を定義しておく。先行技術において (例 えば、特許文献 5)、発光部 84の外接する円の中心 Op (以下、外接円中心とも称す る)と、マイクロレンズの重心 Ospは、一致させている(図 18A参照)。
[0035] また、本発明の一態様によれば、前記発光素子アレイは、互いに千鳥配列された 発光素子アレイチップを有し、各発光素子アレイチップは、各チップの表面に前記発 光部にワイヤを介して給電するためのボンディングパッド、及び、樹脂パターンを有し 、前記樹脂パターンは、一方のチップの発光部から他方のチップのボンディングパッ ド上のワイヤに入射する光を遮蔽する迷光防止壁、前記マイクロレンズ及び前記マイ クロレンズの周囲部分に位置する樹脂面からなるようにする。これにより、従来に比べ 、チップの表面における樹脂の割合を増大させることができ、余剰となる樹脂の洗浄 を容易にさせ、且つ、余剰の樹脂がマイクロレンズに付着することによる発光素子ァ レイの光量ばらつきを低減できる。
[0036] 特に、前記迷光防止壁及び前記樹脂面の双方が占める面積は、前記マイクロレン ズが占める面積より大きレ、ことが好適となる。
[0037] 更に、迷光防止壁は、レンチキユラ状又はマイクロレンズと同一形状で形成する。特 に、マイクロレンズと同一形状で迷光防止壁を形成すれば、チップの製造工程にお ける樹脂パターンの作成を簡略化することができる。
発明の効果
[0038] 本発明によれば、発光部の形状を維持したままで、発光部上に形成するマイクロレ ンズの副走查方向の寸法を増大させることにより、発光効率を向上させることができ、 これにより、光プリンタ等の高速化を実現することができる。
[0039] また、発光素子の低消費電力化及び駆動 IC削減により、マイクロレンズ付き発光素 子アレイの低コストィ匕を図ることもできる。
[0040] 更には、光プリンタ等の要求される集光スポット径の範囲内であっても、マイクロレン ズの副走査方向の寸法を増大させることにより、より光量を増大させることができ、消 費電力の増大を伴うことなぐ感光ドラムへの光量伝達率の大きな発光素子アレイを 実現すること力できる。
図面の簡単な説明
[0041] [図 1] 1200dpi用の SLEDチップの各発光部上に形成したマイクロレンズの一例を示 す図である。
[図 2] 1200dpi用の SLEDチップの各発光部上に形成したマイクロレンズの別の一例 を示す図である。
[図 3]先行技術を用いて、実際に形成したマイクロレンズの寸法を示す図である。
[図 4]マイクロレンズ形状の増大と光量アップとの関係のシミュレーション結果を示す 図である。
[図 5A]球面レンズを用いた場合のマイクロレンズ平面図である。
[図 5B]楕円形レンズを用いた場合のマイクロレンズ平面図である。
[図 5C]2つの半円状レンズの間に円柱面を有する長円形レンズを用いた場合のマイ クロレンズ平面図である。
[図 6]複合レンズを用いた発光素子アレイについて、マイクロレンズのレンズ重心と発 光部の外接円中心とがずれている様子を示す図である。
[図 7]SLEDチップの千鳥配列を示す図である。
[図 8]本発明の発光素子アレイチップの一実施例を示す図である。 園 9A]本発明による一実施例の発光素子アレイチップを形成したウェハの概略図で ある。
園 9B]本発明による一実施例の発光素子アレイチップを示す図である。
園 9C]本発明による一実施例の発光素子アレイチップを示す図である。
園 10]本発明による一実施例の発光素子アレイチップを示す図である。
園 11]本発明による一実施例の発光素子アレイチップを示す図である。
園 12]本発明による一実施例の発光素子アレイチップを示す図である。
園 13]本発明による一実施例の発光素子アレイチップを示す図である。
園 14]本発明による一実施例の発光素子アレイチップを示す図である。
園 15]本発明による一実施例の発光素子アレイチップを示す図である。
園 16A]本発明による一実施例の発光素子アレイチップを示す図である。
園 16B]本発明による一実施例の発光素子アレイチップを示す図である。
園 17]発光部からボンディングワイヤを見上げた角度と迷光防止壁の高さとの間の関 係を表す図である。
[図 18A]LEDの略 U字形の発光部に対して、複合レンズを形成させた図である。 園 18B]複合レンズの構造を示す平面図である。
園 19]マイクロレンズ付き発光素子アレイを作製する工程を示す図である。
園 20]作成工程における開口アレイをパターエングした Cr膜付き石英ガラス基板の 平面図である。
[図 21]発光素子アレイのチップにマイクロレンズを配置したときの平面図である。 園 22]発光素子アレイのチップに対し、複合レンズが発光素子上に連結して配列さ れてレ、る一例を示す図である。
園 23]発光素子アレイのチップに対し、複合レンズが発光素子上に連結して配列さ れてレ、る一例を示す側面図である。
園 24]光書込みヘッドの代表的な構造図である。
園 25]光書込みヘッドを備える光プリンタの基本構造図である。
園 26]光書込みヘッドを備えるファクシミリ又は複写機の基本構造図である。
発明を実施するための最良の形態 [0042] (実施例 1)
図 3を参照して説明した先行技術に基づいて、マイクロレンズのアレイ方向長さ 20 / m、副走査方向長さ 20 μ ΐηのマイクロレンズを形成した場合、感光ドラム上の集光 スポットの全光量は、マイクロレンズなしに比べて、 1. 5倍であった。
[0043] これに対して、実施例 1によれば、発光部上に設けられたマイクロレンズの副走查 方向の寸法を増大させることにより、より光量を増大させることができる。
[0044] マイクロレンズの副走查方向の寸法を増大させる方法として、以下に説明する。ま ず、図 20で説明した先行技術であるレンズ原版を作製するためのフォトマスクのマス ク開口形状を用いる。次に、図 19 (A)で説明したように、石英ガラス基板上に Cr膜を 成膜し、これにフォトリソグラフィ技術を用いて、マスク開口形状をパターユングし、こ れをフッ酸でエッチングする。それから所定のエッチング時間経過後、図 3の複合レ ンズ 30の形状に相当する凹面形状が、石英ガラス基板 200に得られる。これを原版 として、図 19で説明した工程に従ってレンズ形成すれば、図 3で説明した複合レンズ が得られる。図 3には、複合レンズ 30の形状を理解させるために、 X—^ 線断面図 及び Y— Y' 線断面図を示している。
[0045] 実施例 1によれば、前述の所定のエッチング時間経過後、更にエッチングを続ける 。それにより、隣接する主走査方向のマイクロレンズの凹面同士は接触することにな るが、上述の凹面形状と比較して、主走査方向以上に副走査方向に伸張した凹面 形状が、石英ガラス基板 200に得られる。これを原版として、図 19で説明した工程に 従ってマイクロレンズを形成すれば、図 3で説明した複合レンズと比較して、主走査 方向以上に副走査方向に伸張した複合レンズ形状が得られる。詳細な複合レンズの 形状寸法については、後述する。
[0046] このように、エッチング時間長を変えることによって、同一のマスク開口形状から、複 数の種類のマイクロレンズ原版を作成することができる。それとは別に、マスク開口自 身の形状を、副走查方向に長くすること、又は、マスク開口形状の略 U字形の 3つの 線状開口(図 18Aに示す 32a、 32b、及び 32cに相当する)の間隔及び位置関係を 変更することちできる。
[0047] 次に、詳細な複合レンズの形状寸法について説明する。 [0048] 図 1に、 1200dpi (ピッチ 21. 2 μ m)用の SLEDチップの各発光部上に形成したマ イク口レンズの一例を示す。図 1におけるマイクロレンズは、主走査方向長さ 21 · 2 μ m、副走査方向長さ 28 μ ΐηとして形成した。このマイクロレンズを備えた光書込みへ ッドを用いた、感光ドラム上の集光スポット形状 84dは、図 1の点線で示してある。集
2
光スポットの 84d全幅は、主走查方向が 18 x m、副走查方向が 24 μ πιとなった。感
2
光ドラム上の集光スポットの全光量は、マイクロレンズ無しに比べて、 1. 8倍になった 。図 1には、複合レンズ 30aの形状を理解させるために、 線断面図及び Y— Yr 線断面図を示している。前述した工程に従ってマイクロレンズを形成すれば、先 行技術で説明した X— 線断面図及び Y— 線断面図(図 3)と、実施例 1の X— X' 線断面図及び Υ_Υ' 線断面図(図 1 )について、マイクロレンズの高さ方向(図 1及び図 3の平面図で示す垂直方向)は、ほぼ同一の高さになる。
[0049] 従来技術で説明したように、従来技術のレーザビームプリンタにおけるビーム径 50
/i mに対し、副走査方向の集光スポット径を 24 μ ΐηに抑えていながら、光量を更に 増大させることができている。即ち、従来技術よりも事実上の高解像度化を維持しつ つ、光量アップを増大することができている。更に、前述のマイクロレンズ形成方法に よれば、比較的容易に形成させることもできる。
[0050] 従って、本実施例によれば、発光部の形状を維持したままで、発光部上に形成する マイクロレンズの副走査方向の寸法を増大させることにより、発光効率を向上させるこ とができ、これにより、光プリンタ等の高速化を実現することができる。
[0051] また、発光素子の低消費電力化及び駆動 IC削減により、マイクロレンズ付き発光素 子アレイの低コストィ匕を図ることもできる。更には、光プリンタ等の要求される集光スポ ット径の範囲内であっても、マイクロレンズの副走查方向の寸法を増大させることによ り、より光量を増大させることができ、消費電力の増大を伴うことなぐ感光ドラムへの 光量伝達率の大きな、マイクロレンズ付き発光素子アレイを実現することができる。
[0052] (実施例 2)
図 2に、 1200dpi (ピッチ 21. 2 x m)用の SLEDチップの各発光部上に形成したマ イク口レンズの別の一例を示す。図 2におけるマイクロレンズは、主走查方向長さ 21. 2 z m、副走查方向長さ 34 x mとして形成した。このマイクロレンズを備えた光書込み ヘッドを用いた、感光ドラム上の集光スポット形状 84dは、図 2の点線で示してある。
3
集光スポットの 84d全幅は、主走査方向が 18 / m、副走查方向が 29 i mとなった。
3
感光ドラム上の集光スポットの全光量は、マイクロレンズ無しに比べて、 2. 1倍になつ た。図 2には、複合レンズ 30bの形状を理解させるために、 線断面図及び Y -Υ' 線断面図を示している。前述した工程に従ってマイクロレンズを形成すれば、 先行技術で説明した X— 線断面図及び Υ— 線断面図(図 3)と、実施例 2の X —Ύ1 線断面図及び Y_y 線断面図(図 2)について、マイクロレンズの高さ方向( 図 2及び図 3の平面図で示す垂直方向)は、ほぼ同一の高さになる。
[0053] 従来技術で説明したように、従来技術のレーザビームプリンタにおけるビーム径 50 z mに対し、副走查方向の集光スポット径を 29 x mに抑えていながら、光量を更に 増大させることができている。即ち、従来技術よりも事実上の高解像度化を維持しつ つ、光量アップを増大することができている。更に、前述のマイクロレンズ形成方法に よれば、比較的容易に形成させることもできる。
[0054] 従って、本実施例によれば、発光部の形状を維持したままで、発光部上に形成する マイクロレンズの副走査方向の寸法を増大させることにより、発光効率を向上させるこ とができ、これにより、光プリンタ等の高速化を実現することができる。
[0055] また、発光素子の低消費電力化及び駆動 IC削減により、マイクロレンズ付き発光素 子アレイの低コストィ匕を図ることもできる。更には、光プリンタ等の要求される集光スポ ット径の範囲内であっても、マイクロレンズの副走査方向の寸法を増大させることによ り、より光量を増大させることができ、消費電力の増大を伴うことなぐ感光ドラムへの 光量伝達率の大きな、マイクロレンズ付き発光素子アレイを実現することができる。
[0056] 実施例 1及び実施例 2によって、副走查方向にマイクロレンズ形状を伸張させること で、光量アップできることが実際に確認できている。そこで、副走查方向のマイクロレ ンズ形状の増大と、光量アップとの関係をシミュレーションにより解析した。
[0057] 図 4に、マイクロレンズ形状の増大と光量アップとの関係のシミュレーション結果を示 す。同図のシミュレーションは、 1200dpi用の発光素子アレイを想定しており、マイク 口レンズの主走查方向の長さを Xm、マイクロレンズの副走查方向の長さを Ymとした とき、横軸は、その比率 YmZXmで表している。また、縦軸は、 Ym/Xm= l . 0に おける光量値を基準とした比率として、感光ドラム上の焦点スポットに相当する光量 比を示している。
[0058] 図 4の結果から、マイクロレンズの形状寸法は、主走査方向の長さ Xmに対し、副走 查方向の長さ Ymの比(YmZXm)が、 1. 5〜3. 0の範囲内であれば、従来技術(Y m/Xm= l . 0)に対し、確実に光量アップすることが分かった。尚、本手法による光 量アップは、図 4の結果から、光量アップの効果と副走查方向の実解像度の低下と 比較考量して、 Ym/Xm> 3. 5は、好ましくないと判断される。
[0059] また、図 1〜3を参照して、本シミュレーション結果の整合性を検討してみる。図 3に 示すマイクロレンズは、 Ym/Xm=20/20 = 1. 0に相当し、マイクロレンズ無しと比 較して 1. 5倍の光量アップが得られていた。図 1に示すマイクロレンズは、 YmZXm = 28. 2/21. 2 = 1. 32に相当し、 1. 8倍の光量アップが得られていた。従って、実 施例 1に従って得られた効果は、 1. 8倍 /1. 5倍 = 1. 2となり、図 4に示すシミュレ一 シヨン結果 (Ym/Xm= l . 32で、光量アップ比が約 1. 18)と酷似した結果となって いる。図 2に示すマイクロレンズは、 Ym/Xm= 34. 0/21. 2 = 1. 60に相当し、マ イク口レンズ無しと比較して 2. 1倍の光量アップが得られていた。従って、実施例 2に 従って得られた効果は、 2. 1倍 /1. 5倍 = 1 · 4となり、図 4に示すシミュレーション結 果(Ym/Xm= l . 60で、光量アップ比が約 1. 22)以上の効果が得られていること になる。従って、本シミュレーションから、 Ym/Xmとして評価したとき、マイクロレンズ の光量アップについて十分に信用できる結果が得られている。
[0060] 本シミュレーションに基づく結果から、発光部の形状を維持したままで、発光部上に 形成するマイクロレンズの副走査方向の寸法を増大させることにより、発光効率を向 上させることができ、これにより、光プリンタ等の高速化を実現することができる。
[0061] また、発光素子の低消費電力化及び駆動 IC削減により、マイクロレンズ付き発光素 子アレイの低コストィ匕を図ることもできる。更には、光プリンタ等の要求される集光スポ ット径の範囲内であっても、マイクロレンズの副走查方向の寸法を増大させることによ り、より光量を増大させることができ、消費電力の増大を伴うことなぐ感光ドラムへの 光量伝達率の大きな、マイクロレンズ付き発光素子アレイを実現することができる。
[0062] (実施例 3) 実施例 1及び 2では、複合レンズのマイクロレンズを説明した力 図 20のエッチング マスクの形状を変更して、様々な形状のマイクロレンズの形状を形成させることもでき る。図 5A〜5Cに、複合レンズ以外のマイクロレンズの形状の種類を示す。図 5Aは、 球面レンズ 30cを用いた場合のマイクロレンズ平面図であり、図 5Bは、楕円形レンズ 30dを用いた場合のマイクロレンズ平面図であり、図 5Cは、 2つの半円状レンズの間 に円柱面を有する長円形レンズ 30eを用いた場合のマイクロレンズ平面図である。図 5A〜Cにおいて、便宜上、同様な要素には同一の参照番号を付してある。
[0063] 図 5Aは、副走查方向軸 aと主走查方向軸 bとの交点(即ち、レンズ重心 Osp)と発光 部 84の外接円中心〇pがー致した図を示している。尚、図 19で説明した形成方法に より、 P 接する他の球面レンズ 30cとの接触部分は、マイクロレンズ平面図から副走 查方向に略直線で示されている。従って、球面レンズを用いた場合のマイクロレンズ では、マイクロレンズの主走查方向長さを Xm、副走查方向の長さを Ymと示すことが でき、 Ym/Xmとして、図 4に示すシミュレーション結果に基づいて、本発明の効果 を定義づけることができる。ここで、隣接する他のマイクロレンズとの接触部分が存在 しない場合には、主走査方向長さ Xmは、マイクロレンズの最大となる主走査方向の 長さとして定義づけることができる。
[0064] 図 5Bは、副走査方向軸(即ち、長軸) aと主走査方向軸(即ち、短軸) bとの交点 (即 ち、レンズ重心 Osp)と発光部 84の外接円中心〇pがー致した図を示している。尚、図 19で説明した形成方法により、隣接する他の楕円形レンズ 30dとの接触部分は、マ イク口レンズ平面図から副走査方向に略直線で示されている。従って、楕円形レンズ を用いた場合のマイクロレンズでは、マイクロレンズの短軸を Xm、長軸を Ymと示すこ とができ、 Ym/Xmとして、図 4に示すシミュレーション結果に基づいて、本発明の効 果を定義づけることができる。ここで、隣接する他のマイクロレンズとの接触部分が存 在しない場合には、主走查方向長さ Xmは、マイクロレンズの最大となる主走查方向 の長さとして定義づけることができる。
[0065] 図 5Cは、副走查方向軸(即ち、長軸) aと主走查方向軸(即ち、短軸) bとの交点 (即 ち、レンズ重心 Osp)と発光部 84の外接円中心〇pがー致した図を示している。ここで 、 2つの半円状レンズの間には、円柱面を有しており(図示 b -b )、短軸 bは、 bと b 平均 (即ち、中点)を通り、副走査方向に平行な軸として表される。尚、図 19で説明し た形成方法により、隣接する他の長円形レンズ 30eとの接触部分は、マイクロレンズ 平面図から副走査方向に略直線で示されている。従って、長円形レンズを用いた場 合のマイクロレンズでは、マイクロレンズの短軸を Xm、長軸を Ymと示すことができ、 YmZXmとして、図 4に示すシミュレーション結果に基づいて、本発明の効果を定義 づけることができる。
[0066] 図 5A〜5Cにおいて、隣接するマイクロレンズは接触部分を有し、それによつてマイ クロレンズの主走查方向の長さが Xmとして規定されている力 隣接する他のマイクロ レンズとの接触部分が存在しない場合には、主走查方向の長さ Xmは、マイクロレン ズの最大となる主走查方向の長さとして定義づけることができる。
[0067] 図 5A〜5Cにおいて、感光ドラム上の集光スポット形状 84d、 84d、及び 84dは、
4 5 6 マイクロレンズ形状によって対応するように変化するが、光プリンタ等の設計上に要 求される実解像度が得られていればよぐ集光スポット形状そのものを問題とはならな レ、。
[0068] (実施例 4)
実施例:!〜 3では、図 5に示されるように、マイクロレンズのレンズ重心〇spと発光部 の外接円中心〇pを同一として説明したが、マイクロレンズのレンズ重心 Ospを、発光 部の外接円中心〇pに対し、例えば副走査方向にずらして構成させても、実施例:!〜 3と同様の効果を得ることができる。
[0069] 図 6に、複合レンズ 30を用いた発光素子アレイについて、マイクロレンズ 30aのレン ズ重心 Ospと発光部の外接円中心〇pとがずれている様子を示す。線 N— N'は、発 光部 84の外接円中心〇pを通る副走查方向の軸を表す。また、線〇_〇'は、マイク 口レンズのレンズ重心〇spを通る副走查方向の軸を表す。同図において、線 N— N' と線〇_〇'との距離は のみずれていることを示している。図 19で説明した形成方 法によれば、図 6で示すような構成とした発光素子アレイも構成させることができる。
[0070] (実施例 5)
SLEDチップ 80は、図 7に示すように千鳥配列されて、光書込みヘッドの光源を構 成する。このように SLEDチップ 80が千鳥配列された発光素子アレイでは、主走查方 向(チップの配列方向)に見てチップの端部が重なっている。例えば、 1チップあたり のボンディングパッド 82の配列間隔を 100 μ ΐη、チップ長さを 6mmとした場合、 8本 のワイヤ力 Slmm程度の範囲に集中した箇所が 12mm毎に現れることとなり、印刷さ れた画像において迷光の影響が非常に目立つ。そのような迷光は、後述するように、 ワイヤ 14の立ち上がったループの 50 μ m以上の高さの部分での反射、およびボー ノレ 18表面での反射によって主に起こっていることが解っている。
[0071] そこで、そのような迷光の影響を防止するために、本実施例は、図 8に示すように、 樹脂パターンとして、迷光防止壁 22、マイクロレンズ 30b、更に、ボンディングパッド 8 2及びマイクロレンズ 30bを除くすべての領域に、マイクロレンズ 30bと同一の樹脂か らなる樹脂面 26を設けた。樹脂パターンの製法は、図 19で説明したとおりである。迷 光防止壁 22の側面、及び樹脂面 26の表面は、粗面とした。尚、マイクロレンズは、実 施例 1〜 3で説明した如何なる形状であつてもよい。
[0072] まず、迷光防止壁について説明する前に、マイクロレンズ及びマイクロレンズの周 囲部分の樹脂面を形成することが更なる効果を生じさせることについて説明する。図 9Aに、 SLEDチップを形成し、上部に樹脂パターンを成形したウェハの概略図を示 す。図 9Bは、図 9Aの一部(A視)における、 SLEDチップの概観を示す一例の拡大 図である。図 9Cは、図 9Aの一部(A視)における、 SLEDチップの概観を示す別の 一例の拡大図である。尚、本実施例の説明において、図 9B及び図 9Cでは、マイクロ レンズを代表的に球面レンズ 30cとして示している力 非球面レンズ(30、 30a、 30b 、 30d又は 30e)でもよレヽ。
[0073] 図 9Bにおいて、迷光防止壁 22、マイクロレンズ 30c及びマイクロレンズ 30cの周囲 部分の樹脂面 26は、同一の光硬化性樹脂で形成され、ボンディングパッド 82及びそ の周囲には、樹脂を形成させていなレ、。図 9Cにおいて、迷光防止壁 22、マイクロレ ンズ 30c及びマイクロレンズ 30cの周囲部分の樹脂面 26は、同一の光硬化性樹脂で 形成され、ボンディングパッド 82及びその周囲には、樹脂を形成させていなレ、。図 9 B及び図 9C示す SLEDチップでは、マイクロレンズ 30cにおける周囲部分の樹脂面 26の面積において相違する。
[0074] 一方、所望の樹脂パターンを SLEDチップ表面に形成させる際に、未硬化樹脂の 残留物を確実に取り除くことが重要になる。例えば、ボンディングパッド上に未硬化榭 脂が残留すると導電不良の原因となり、未硬化樹脂がマイクロレンズ 30cに付着残留 した場合には、光量ばらつき又は光量アップ率の低下の原因にもなるためである。
[0075] し力、しながら、洗浄すべき未硬化樹脂の残留物を確実に取り除くためには、細心の 洗浄調整が必要とされる。一般的には、洗浄時間を細力べ制御することによって未硬 化樹脂を除去することになる (例えば、分単位で制御する)。従って、未硬化樹脂によ る影響を軽減するには、 SLEDチップ表面上において、洗浄すべき未硬化樹脂の面 積をより少なくすることが好適となる。即ち、図 9B及び図 9Cにそれぞれ示す SLED チップにおいて、図 9Bに示す SLEDチップは、図 9Cに示す SLEDチップに対して、 洗浄すべき領域が少なくなる。更には、図 9Cに示す SLEDチップは、マイクロレンズ 30cのみを形成した SLEDチップ(図示せず)に対して、洗浄すべき領域が少なくな る。洗浄すべき領域が少ないことは、洗浄される樹脂量が少ないことを意味し、洗浄 を容易にさせるとレ、う効果を生じさせる。
[0076] また、実際に、図 9B及び図 9Cにそれぞれ示す SLEDチップを、洗浄時間 3分とし て形成したところ、図 9Bに示す SLEDチップは、図 9Cに示す SLEDチップと比較し て、光量ばらつき(PRNU)として 30%改善することを確かめた。換言すれば、洗浄 時間を比較的短くすると、未硬化樹脂の残留物がマイクロレンズ 30cに付着してしま レ、、光量ばらつきの原因になっていることが確かめられた。従って、洗浄すべき領域 が少ないことは、洗浄すべき時間を短縮させ、製造コストを低下させるという効果を生 じさせる。
[0077] 洗浄すべき領域が少なくとも従来の 1/2以下とするために、千鳥配列された SLE Dチップでは、樹脂パターンは、一方の SLEDチップの発光部 84力、ら他方の SLED チップのボンディングパッド 82上のワイヤ 14に入射する光を遮蔽する迷光防止壁 22 、マイクロレンズ 30c及びマイクロレンズ 30cの周囲部分の樹脂面 26力 構成させ、 各 SLEDチップの表面における迷光防止壁 22及び樹脂面 26の双方が占める面積 は、マイクロレンズ 30cが占める面積より大きくすることが好適となる。
[0078] 次に、迷光防止壁 22を樹脂で形成する、具体的な幾つかの例を説明する。図 10 は、 SLEDチップ表面の迷光防止壁 22を樹脂面 26と略同一の高さで形成した場合 の平面図である。同様な構成要素には、同一の参照番号を付して説明する。
[0079] これに対し、図 11は、レンチキユラ状のダミーレンズを迷光防止壁 22として、マイク 口レンズ 30cの並び上に設けた例を示している。図 12は、迷光防止壁 22としてのレン チキユラ状のダミーレンズを、マイクロレンズ 30cの並び上から SLEDチップ断面上に ずらして形成し (ボンディングパッド領域 82から遠くなる方向)、後にチップ切断した 例を示している。このように、レンチキユラ状のダミーレンズの頂点となる主走查方向 の中心軸を、マイクロレンズ 30cの並び上から SLEDチップ切断軸上にずらすことに より、迷光防止壁 22の高さ及び位置を好適に合わせることができ、そのような好適な 高さ及び位置については、後述の説明で明らかになる。図 12に関連して、レンチキ ユラ状のダミーレンズ (迷光防止壁 22)の頂点となる主走查方向の中心軸は、 SLED チップ切断軸上と一致させることが好適である。
[0080] また、実際に、図 12に示す SLEDチップについて、レンチキユラ状のダミーレンズ( 迷光防止壁 22)の高さを 25 /i m、チップ切断による表面粗さ Raを 0. 5 /i m以上とし て形成した。この SLEDチップを用いて千鳥配列の発光素子アレイをステッチボンデ イングで構成させたところ、迷光は検出されなくなることを確かめた。
[0081] 図 13は、マイクロレンズと同一形状のダミーレンズを迷光防止壁 22として、マイクロ レンズ 30cの並び上に設けた例を示している。また、図 14は、マイクロレンズと同一形 状の迷光防止壁 22を、マイクロレンズ 30cの並び上から SLEDチップ断面上にずら して形成し (ボンディングパッド領域 82から遠くなる方向)、後にチップ切断した例を 示している。このように、レンチキユラ状ではなぐマイクロレンズ形状で構成させること により、製造工程における樹脂パターンの作成を簡略化することができる。
[0082] 図 15は、マイクロレンズと同一形状のダミーレンズを迷光防止壁 22として、マイクロ レンズ 30cの並び上に設ける際に、マイクロレンズ 30cの周囲部分の樹脂面 26に重 ねて形成した例を示してレ、る。
[0083] また、図 10〜: 15にそれぞれ示す例から様々な変形例を構成させることができること は明らかである。尚、図 10〜15において、マイクロレンズ 30cを代表的に球面レンズ として示している力 非球面レンズ (即ち、複合レンズ又は楕円形レンズなど)でもよい [0084] 次に、如何にして迷光防止壁 22の高さ及び位置を好適に合わせるかについて説 明する。図 16Aは、ステッチボンディング 78を用いた千鳥配列の発光素子アレイの 一例を示す断面図である。図 16Bは、ボールボンディング 18を用いた千鳥配列の発 光素子アレイの一例を示す断面図である。まず、千鳥配列の発光素子アレイの場合
、迷光の主原因は、ボール又はボンディングワイヤの反射による場合が多レ、。従って 、発光部 84から照射される光が、直接ボンディングワイヤを照射することがないように 、迷光防止壁 22を設けることが好ましい。
[0085] 図 16A及び図 16Bに示す各 SLEDチップは、例えば 1200dpi (約 21. 16 x m)の 主走查方向の発光部ピッチに対し、 2倍となる 42. 3 z mを互いに向き合う SLEDチ ップの発光部の距離とした場合の例である(図 8参照)。尚、互いに向き合う SLEDチ ップの発光部の距離は、発光素子アレイを用いる画像書込装置などで設計上要求さ れる値であり、一般的には主走查方向の発光部ピッチに対し整数倍にする。この際、 図 16A及び図 16Bに示すように、 SLEDチップ端面から発光部中心までの距離が 2 7 μ mとなる。ボンディングの高さは、図 16Aでは 50 μ m、図 16Bでは 100 μ mとして 例示したが、発光素子アレイの構成上、必要される高さとして規定されるものである。 ステッチボンディングの場合(図 16A)、迷光防止壁 22の高さは、 15 μ ΐη以上が好適 となり、ボールボンディングの場合(図 16B)、迷光防止壁 22の高さは、 30 μ ΐη以上 が好適となる。
[0086] 従って、図 17に示すように、発光部からボンディングワイヤを見上げた角度(仰角 Θ s)は、互いに向き合う SLEDチップの発光部の距離として所定の値が要求される場 合に、迷光防止壁 22として必要とされる高さが定まることになる。このように、 SLED チップに樹脂パターンを設けるための成形型を、極めて容易に構成させることができ る。
[0087] 上述の実施例については代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内 で、多くの変更及び置換することができることは当業者に明らかである。例えば、図 6 においては、複合レンズについて説明した力 図 5で説明した球面レンズ、楕円形レ ンズ、及び長円形レンズについても同様に実現することができる。従って、本発明は 、上述の実施例によって制限するものと解するべきではなぐ特許請求の範囲によつ てのみ制限される。
産業上の利用可能性
本発明により、発光部の形状を維持したままで、発光部上に形成するマイクロレン ズの副走查方向の寸法を増大させることにより、発光効率を向上させることができる。 従って、本発明による発光素子アレイを備えた光書込みヘッドを用いることにより、光 プリンタ、ファクシミリ、及び複写機の高速化を実現することができるようになり、有用 である。

Claims

請求の範囲
[1] 主走查方向に直線状に配列された複数個の発光部からなる発光部列と、
前記発光部上に形成されるマイクロレンズとを備え、
前記マイクロレンズは、主走查方向の長さと副走查方向の長さとが異なり、前記副 走查方向の長さが、前記主走查方向の長さより長ぐ前記主走查方向の長さの 3. 5 倍以下となる形状を有する、発光素子アレイ。
[2] 前記マイクロレンズは、球面レンズに基づく形状を有し、
前記副走査方向の長さは、前記主走査方向の長さの 1. 5倍以上である、請求項 1 に記載の発光素子アレイ。
[3] 前記副走査方向の長さは、前記主走査方向の長さの 3倍以下である、請求項 2に 記載の発光素子アレイ。
[4] 前記発光部に対応する前記球面レンズの重心の位置は、前記発光部の外接円中 心の位置に対して、副走査方向にずれて構成されている、請求項 2に記載の発光素 子アレイ。
[5] 前記マイクロレンズは、楕円形レンズに基づく形状を有し、
前記楕円形レンズの形状の長軸は、副走查方向となるように構成されている、請求 項 1に記載の発光素子アレイ。
[6] 前記楕円形レンズの形状の長軸の長さは、主走查方向の短軸の長さの 1. 5倍以 上である、請求項 5に記載の発光素子アレイ。
[7] 前記楕円形レンズの形状の長軸の長さは、主走查方向の短軸の長さの 3倍以下で ある、請求項 6に記載の発光素子アレイ。
[8] 前記発光部に対応する前記楕円形レンズの重心の位置は、前記発光部の外接円 中心の位置に対し、副走查方向にずれて構成されている、請求項 6に記載の発光素 子アレイ。
[9] 前記マイクロレンズは、 2つの半円状レンズの間に円柱面を有する、長円形レンズ に基づく形状を有し、
前記長円形レンズの形状の長軸は、副走査方向となるように構成されている、請求 項 1に記載の発光素子アレイ。
[10] 前記長円形レンズの形状の長軸の長さは、短軸の長さの 1. 5倍以上である、請求 項 9に記載の発光素子アレイ。
[11] 前記長円形レンズの形状の長軸の長さは、短軸の長さの 3. 0倍以下である、請求 項 10に記載の発光素子アレイ。
[12] 前記発光部に対応する前記長円形レンズの重心の位置は、前記発光部の外接円 中心の位置に対し、副走查方向にずれて構成されている、請求項 10に記載の発光 素子アレイ。
[13] 前記発光部は、略 U字形の形状を有し、
前記マイクロレンズは、前記発光部の形状に対応する形状を有する複合レンズから なる、請求項 1に記載の発光素子アレイ。
[14] 前記複合レンズの形状の副走查方向の長さは、主走查方向の長さの 1. 5倍以上 である、請求項 13に記載の発光素子アレイ。
[15] 前記複合レンズの形状の副走査方向の長さは、主走査方向の長さの 3倍以下であ る、請求項 14に記載の発光素子アレイ。
[16] 前記発光部の外接円中心は、前記発光部に対応する前記複合レンズの重心に対 し、副走査方向にずれて構成されている、請求項 14に記載の発光素子アレイ。
[17] 前記マイクロレンズは、マイクロレンズアレイとして、前記発光素子アレイ上に樹脂で 一体成型されている、請求項 1に記載の発光素子アレイ。
[18] 前記発光素子アレイは、 自己走査型発光素子アレイである、請求項:!〜 17のいず れかに記載の発光素子アレイ。
[19] 前記発光部は、発光ダイオード又は発光サイリスタである、請求項:!〜 17のいずれ 力、に記載の発光素子アレイ。
[20] 請求項 1〜: 17のいずれかに記載の発光素子アレイを備える、光書込みヘッド。
[21] 請求項 20に記載の光書込みヘッドを備える、光プリンタ。
[22] 請求項 20に記載の光書込みヘッドを備える、ファクシミリ。
[23] 請求項 20に記載の光書込みヘッドを備える、複写機。
[24] 互いに千鳥配列された発光素子アレイチップを有し、
各発光素子アレイチップは、各チップの表面に前記発光部にワイヤを介して給電 するためのボンディングパッド、及び、樹脂パターンを有し、
前記樹脂パターンは、一方のチップの発光部から他方のチップのボンディングパッ ド上のワイヤに入射する光を遮蔽する迷光防止壁、前記マイクロレンズ及び前記マイ クロレンズの周囲部分に位置する樹脂面からなる、請求項 1〜: 17のいずれかに記載 の発光素子アレイ。
[25] 前記迷光防止壁及び前記樹脂面の双方が占める面積は、前記マイクロレンズが占 める面積より大きい、請求項 24に記載の発光素子アレイ。
[26] 前記迷光防止壁は、レンチキユラ状又は前記マイクロレンズと同一形状で形成する
、請求項 24に記載の発光素子アレイ。
[27] 前記発光素子アレイは、 自己走查型発光素子アレイである、請求項 24に記載の発 光素子アレイ。
[28] 前記発光部は、発光ダイオード又は発光サイリスタである、請求項 24に記載の発 光素子アレイ。
[29] 請求項 24に記載の発光素子アレイを備える、光書込みヘッド。
[30] 請求項 29に記載の光書込みヘッドを備える、光プリンタ。
[31] 請求項 29に記載の光書込みヘッドを備える、ファクシミリ。
[32] 請求項 29に記載の光書込みヘッドを備える、複写機。
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