(57)【要約】  【課題】  ａ−Ｓｉ感光体ドラムを露光する露光装置において、ａ−Ｓｉ感光体ドラムへの露光量を確保しつつ、省エネルギー化を可能にする。【解決手段】  本発明に係る露光装置７は、シリコンを主体とする非晶質材料からなる光導電層を有している感光体ドラム３の表面に帯電した電荷を露光して静電潜像を形成する。露光装置７は、基板の上に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる発光体を有する発光素子アレイを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを主体とする非晶質材料からなる光導電層を有している感光体ドラムの表面に帯電した電荷を露光して静電潜像を形成する露光装置であって、
該露光装置は、基板の上に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる発光体を有する発光素子アレイを備えている、露光装置。
【請求項２】
前記発光体から発する、ピーク波長が６００〜６５０〔ｎｍ〕の光によって、１００〜２００〔ｍ／ｍｉｎ〕の周速で回転する前記感光体ドラムの表面を露光する、請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記発光素子アレイは、前記基板と前記発光体との間にＤＢＲ層を有する、請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
ピーク波長が６００〜６５０〔ｎｍ〕の光を発する光源を有する除電装置で表面の電荷が除電されている前記感光体ドラムの表面を露光する、請求項１から３のいずれかに記載の露光装置。
【請求項５】
ＡｌＧａＩｎＰからなる第２の発光体を有する第２の発光素子を備える前記除電装置で表面の電荷が除電されている前記感光体ドラムの表面を露光する、請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記発光体は、第１のクラッド層と、該第１のクラッド層の上に設けられている第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層及び前記第２のクラッド層の間に設けられている発光層と、前記第２のクラッド層の上に設けられている電流拡散層と、を有しており、
前記発光層の周縁と、前記電流拡散層の周縁とを結んでなる線の該電流拡散層の側面に対する法線角度が臨界角を下回る領域を含んでいる、請求項１から５のいずれかに記載の発光素子アレイ。
【請求項７】
前記電流拡散層の光を吸収する帯域は、前記発光層で発する光の波長と異なっている、請求項６に記載の発光素子アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機，プリンターなどの画像形成装置において、シリコンを主体とする非晶質材料からなる光導電層を有する感光体ドラム（以下、ａ−Ｓｉ感光体ドラムという）が使用されている。ａ−Ｓｉ感光体ドラムは、例えば特許文献１に示されるように露光波長が６８０〜７００〔ｎｍ〕付近に露光感度が最大となる波長が存在している。そのため、ａ−Ｓｉ感光体ドラムの露光には、一般に、この６８０〜７００〔ｎｍ〕の付近で出力が最大となる波長を有するＡｌＧａＡｓを発光層とする半導体の発光素子が用いられていた。
【０００３】
しかしながら、ａ−Ｓｉ感光体ドラムには、特許文献１にも記載されているように光メモリが発生し易いという問題がある。この問題を解消するために、特許文献１では、ａ−Ｓｉ感光体ドラムの露光に用いる光の波長を短波長化する技術が提案されている。この特許文献１では、ａ−Ｓｉ感光体ドラムの周速が１１６〔ｍｍ／ｓｅｃ〕（約７〔ｍ／ｍｉｎ〕）である実施例に対して、光メモリを低減可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ａ−Ｓｉ感光体ドラムには、露光に用いる光の短波長化によって露光感度が低下し、露光量が不足し易くなるという問題がある。
【０００６】
また、例えば上記のＡｌＧａＡｓを発光層とする半導体の発光素子では、短波長化に伴って内部量子効率の低下が顕著となり、発光量の減少も顕著となる。そのため、ａ−Ｓｉ感光体ドラムの露光感度の低下とあわさって、ａ−Ｓｉ感光体ドラムの露光量がさらに不足し易くなる。
【０００７】
これに対し、発光量を増加させるために、露光光源である発光素子へ供給する電流量を増やすことも考えられるが、電流量を増やすと画像形成装置の電力消費効率が悪くなり、省エネルギー化を図れないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、ａ−Ｓｉ感光体ドラムを露光する露光装置において、ａ−Ｓｉ感光体ドラムへの露光量を確保しつつ、省エネルギー化を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る露光装置は、シリコンを主体とする非晶質材料からなる光導電層を有している感光体ドラムの表面に帯電した電荷を露光して静電潜像を形成する。そして、前記露光装置は、基板の上に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる発光体を有する発光素子アレイを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ａ−Ｓｉ感光体ドラムを露光する露光装置において、ａ−Ｓｉ感光体ドラムへの露光量を確保しつつ、省エネルギー化を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置を備える画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の画像形成装置におけるａ−Ｓｉ感光体ドラムの一実施形態を示す縦断面図である。
【図３】図１の画像形成装置におけるａ−Ｓｉ感光体ドラムの一実施形態を示す縦断面図である。
【図４】図１の画像形成装置におけるａ−Ｓｉ感光体ドラムの一実施形態を示す縦断面図である。
【図５】図１の画像形成装置の露光装置における発光素子の要部断面図である。
【図６】図１の画像形成装置におけるａ−Ｓｉ感光体ドラムの露光波長と光メモリとの関係を示すグラフである。
【図７】図１の画像形成装置におけるａ−Ｓｉ感光体ドラムの露光波長と光メモリとの関係を示すグラフである。
【図８】図１の画像形成装置におけるａ−Ｓｉ感光体ドラムの露光波長と感度との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の露光装置の他の実施形態の概略構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る露光装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置を備える画像形成装置の構成を示す概略図である。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１に示したように、画像形成装置１は、用紙Ｐを搬送する搬送方向に回転するように設けられたａ−Ｓｉ感光体ドラム３と、所定の電圧を印加することでａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面に一様な電荷を帯電させる帯電装置５と、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面に光を照射することによって静電潜像を形成する本実施形態の露光装置７と、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の上に形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を現像する現像装置９と、トナー像が現像されたａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面へ用紙Ｐを供給する給紙装置１１と、現像されたトナー像を用紙Ｐに転写する転写装置１３と、転写されたトナー像を用紙Ｐに定着させる定着装置１５と、トナー像を用紙Ｐに転写した後にａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置１７と、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面に残留した電荷を除去する除電装置１９と、を備えている。
【００１４】
ａ−Ｓｉ感光体ドラム３について、図２〜４を参照しつつ説明する。図２〜４は、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の縦断面図である。ａ−Ｓｉ感光体ドラム３は、図２に示したように、導電性基体３１の上に光導電層３２および表面保護層３３を積層した構造を基本とするものである。また、図３には、導電性基体３１の上にシリコン（Ｓｉ）を主体とする非晶質材料からなる電荷注入阻止層３４を設けたａ−Ｓｉ感光体ドラムを示している。さらに、図４には、導電性基体３１と電荷注入阻止層３４との間に、シリコンを主体とする非晶質材料からなる耐圧層３５を設けたａ−Ｓｉ感光体ドラムを示している。ここで「シリコンを主体とする」とは、シリコン元素が全体に対して５０質量％以上であるものをいい、例えば添加物を含んでいてもよい。
【００１５】
ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の支持母体となる導電性基体３１には、導電部材、絶縁体の表面を導電処理したものが用いられる。この導電部材としては、例えばＡｌ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｓｎ，Ａｕ，Ａｇなどの金属材料、およびステンレス鋼などのような、これら金属材料の合金材料などが挙げられる。この絶縁体としては、例えば樹脂、ガラス、セラミックなどが挙げられる。導電処理の方法としては、例えば絶縁体の表面に導電成膜を蒸着などによって形成する方法などが挙げられる。この導電成膜を形成する材料としては、ＩＴＯおよびＳｎＯ２などの透明導電性材料、上述の金属材料が挙げられる。特に、導電性基体３１としてＡｌ合金を用いる場合は、低コスト化と、軽量化とを両立することができる。加えて、Ａｌ合金を用いる場合は、光導電層３２、電荷注入阻止層３４にシリコンを主体とする非晶質材料を用いた場合に、これらの層との密着性が高くなって信頼性が向上するという点で好適となる。
【００１６】
導電性基体３１の上、または電荷注入阻止層３４の上に形成される光導電層３２としては、シリコンを主体とする非晶質材料を用いることができる。特に、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ），このａ−ＳｉにＣ，Ｎ，Ｏなどを加えたシリコンを主体とする非晶質材料を光導電層３２として用いると、良好な電子写真特性が安定して得られる。この電子写真特性としては、例えば光導電性，応答性，繰り返し安定性，耐熱性，耐久性などが挙げられる。さらに、このようにａ−Ｓｉ系を光導電層３２として採用すると、表面保護層３３を後述するａ−Ｓｉ：Ｈで形成した際に、整合性に優れるという点で好適となる。
【００１７】
かかるシリコンを主体とする非晶質材料としては、例えばａ−Ｓｉ，ａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯ，ａ−ＳｉＧｅ，ａ−ＳｉＣＮ，ａ−ＳｉＮＯ，ａ−ＳｉＣＯ，ａ−ＳｉＣＮＯなどが挙げられる。これらは、例えばグロー放電分解法，ＥＣＲ法，光ＣＶＤ法，触媒ＣＶＤ法，反応性蒸着法などによって成膜形成することができる。また、これらのシリコンを主体とする非晶質材料は、成膜形成に当たってダングリングボンド終端用に水素（Ｈ），ハロゲン元素（Ｆ，Ｃｌ）を膜中に１〜４０〔原子％〕含有している。また、各層の暗導電率，光導電率などの電気的特性、および光学的バンドギャップなどについて所望の特性を得るために、周期表第１３族元素（以下、「第１３族元素」と略す），周期表第１５族元素（以下、「第１５族元素」と略す）を含有させたり、Ｃ，Ｎ，Ｏなどの元素の含有量を調整したりして、光導電層３２との上記の諸特性を調整する。ここで「シリコンを主体とする」とは、シリコン元素が全体に対して５０質量％以上であるものをいい、例えば添加物を含んでいてもよい。
【００１８】
上記の第１３族元素および第１５族元素としては、ホウ素（Ｂ）およびリン（Ｐ）が共有結合性に優れて半導体特性を敏感に変えられ、優れた光感度が得られるという点で好適となる。そして、Ｃ，Ｎ，Ｏなどの元素とともに含有させる場合は、第１３族元素を０．１〜２０×１０３〔ｐｐｍ〕の範囲で含有させるのがよく、第１５族元素を０．１〜１０×１０３〔ｐｐｍ〕の範囲で含有させるのがよい。また、Ｃ，Ｎ，Ｏなどの元素を含有させないか、または微量含有させる場合は、第１３族元素を０．０１〜２００〔ｐｐｍ〕の範囲で含有させるのが良く、第１５族元素を０．０１〜１００〔ｐｐｍ〕の範囲で含有させるのがよい。これらの元素は、層厚方向にわたって含有量に勾配を設けてもよい。含有量に勾配を設ける場合には、光電層３２の全体の平均含有量が上記の範囲内であればよい。
【００１９】
また、シリコンを主体とする非晶質材料には、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を含んでもよく、このμｃ−Ｓｉを含んだ場合には、暗／光導電率を高めることができるので、光導電層３２の設計自由度を高めるうえで好適である。このようなμｃ−Ｓｉは、上記と同様の形成法を採用するものの、成膜条件を変えることによって形成することができる。例えばグロー放電分解法では、導電性基体３１の温度、および高周波電力を高めに設定し、希釈ガスとしての水素流量を増すことによって形成できる。また、μｃ−Ｓｉを含む場合にも上記と同様の不純物元素を添加させてもよい。
【００２０】
上記の光導電層３２の厚みは、使用する光導電性材料および所望の電子写真特性に応じて適宜設定される。また、シリコンを主体とする非晶質材料を用いた場合には、通常、５〜１００〔μｍ〕の範囲に設定され、好適には８〜６０〔μｍ〕の範囲に設定される。
【００２１】
電荷注入阻止層３４は、図３，４に示したように、導電性基体３１と、光導電層３２との間に必要に応じて設けられる。この電荷注入阻止層３４は、導電性基体３１からの電荷の注入を阻止するうえで設けることが好ましい。すなわち、電荷注入阻止層３４によって、所定方向の電荷の流れを制御し、ひいては、表面保護層３３における電子の横流れなどをさらに厳密に制御して、解像度がさらに優れた電子写真用の感光体とすることができる。
【００２２】
また、電荷注入阻止層３４は、上述のようにａ−Ｓｉなどのシリコンを主体とする非晶質材料によって形成されるが、特に、ａ−Ｓｉに、Ｃ，Ｎ，Ｏなどを加えたシリコンを主体とする非晶質材料を用いるのが好ましい。シリコンを主体とする非晶質材料を採用することで、優れた上記の電子写真特性が安定して得られる。さらに、シリコンを主体とする非晶質材料を採用した場合は、シリコンを主体とする非晶質材料によって形成される表面保護層３３との整合性に優れたものとなる。ここで、ａ−ＳｉにＣ，Ｎ，Ｏなどを加えたシリコンを主体とする非晶質材料としては、例えばａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯ，ａ−ＳｉＧｅ，ａ−ＳｉＣＮ，ａ−ＳｉＮＯ，ａ−ＳｉＣＯ，ａ−ＳｉＣＮＯなどを挙げることができる。
【００２３】
これらのシリコンを主体とする非晶質材料による電荷注入阻止層３４は、例えばグロー放電分解法，各種スパッタリング法，各種蒸着法，ＥＣＲ法，光ＣＶＤ法，触媒ＣＶＤ法，反応性蒸着法などによって成膜形成することができる。この電荷注入阻止層３４としてシリコンを主体とする非晶質材料を採用した場合、成膜形成に当たってダングリングボンド終端用に水素（Ｈ），ハロゲン元素（Ｆ，Ｃｌ）を、膜全体を１００〔原子％〕としたときに、１〜４０〔原子％〕の範囲で含有している。
【００２４】
また、電荷注入阻止層３４の成膜にあたっては、各層の暗導電率，光導電率などの電気的特性、および光学的バンドギャップなどについて所望の特性を得るために、周期表第１３族元素，周期表第１５族元素を含有させたり、Ｃ，Ｎ，Ｏなどの元素の含有量を調整したりして、上記の諸特性を調整することもできる。
【００２５】
また、第１３族元素および第１５族元素としては、共有結合性に優れて半導体特性を敏感に変え得る点、および優れた光感度が得られるという点でホウ素（Ｂ）およびリン（Ｐ）を用いるのが望ましい。
【００２６】
第１３族元素および第１５族元素をＣ，Ｏなどの元素とともに含有させる場合には、第１３族元素の含有量は０．１〜２０×１０３〔ｐｐｍ〕の範囲、第１５族元素の含有量は０．１〜１０×１０３〔ｐｐｍ〕の範囲であるのが好ましい。また、Ｃ，Ｏなどの元素を含有させないか、または微量含有させる場合は、第１３族元素の含有量は０．０１〜２００〔ｐｐｍ〕の範囲、第１５族元素の含有量は０．０１〜１００〔ｐｐｍ〕の範囲であることが好ましい。さらに、これらの元素は、層厚方向にわたって含有量に勾配を設けてもよい。含有量に勾配を設ける場合には、電荷注入阻止層３４の全体の平均含有量が上記の範囲内であればよい。
【００２７】
また、電荷注入阻止層３４の膜厚を０．５〜１２〔μｍ〕の範囲内の値とすることが好ましい。この理由は、かかる電荷注入阻止層３４の膜厚が０．５〔μｍ〕未満の値になると、導電性基体３１に対する電荷注入を阻止する効果が著しく低下したり、均一な厚さに形成したりすることが困難となる場合があるためである。一方、電荷注入阻止層３４の膜厚が１２〔μｍ〕を超えると、製造管理が困難となったり、著しい残留電位の増大を招いたりする場合があるためである。したがって、かかる電荷注入阻止層３４の膜厚を１〜１０〔μｍ〕の範囲内の値とすることがより好ましく、２〜７〔μｍ〕の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００２８】
次に、光導電層３２の上に形成される表面保護層３３について説明する。
【００２９】
表面保護層３３に求められる特性として、まず、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３に照射される光が表面保護層３３を良好に透過して光導電層３２に到達する為に、照射される光に対して十分広い光学バンドギャップを有することが挙げられる。
【００３０】
また、画像形成における静電潜像を保持し得る抵抗値が必要である。この静電潜像を保持し得る抵抗値としては、一般的に１×１０１１〜１０１２〔Ω・ｃｍ２〕の範囲以上であるとされている。
【００３１】
さらに、摺擦による摩耗に耐え得る高い硬度を持った材料であることが求められる。このような材料としては、例えばａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮなどが実用化されている。
【００３２】
以下、表面保護層３３にａ−ＳｉＣを用いた場合について説明する。
【００３３】
表面保護層３３に求められる特性を得るには、ａ−ＳｉＣに水素を含有させたａ−ＳｉＣ：Ｈによって形成することが望ましい。
【００３４】
ａ−ＳｉＣ：Ｈは、元素比率を組成式ａ−Ｓｉ１−ＸＣＸ：Ｈと表した場合、例えばＸ値が０．５５以上０．９３未満の範囲が好ましいとされる。Ｘ値を０．５５以上にすることで表面保護層として適切な硬度を得ることが可能となり、表面保護層３３、ひいてはａ−Ｓｉ感光体ドラム３の耐久性を確保でき、Ｘ値を０．９３未満にすることで同様に表面保護層としての硬度を得ることができる。このＸ値の好適な範囲としては、０．６以上０．８５以下の範囲とされる。表面保護層３３をａ−ＳｉＣ：Ｈによって形成する場合のＨ含有量は、１原子％以上７０原子％以下の範囲に設定するとよい。この範囲内では、Ｓｉ−Ｈ結合がＳｉ−Ｃ結合に比して少なくなり、表面保護層３３に光が照射されたときに生じた電荷のトラップを抑えることができる。また、残留電位を防止することができる点で好ましい。また、このＨ含有量を４５原子％以下の範囲とすると、より良好な結果が得られる。
【００３５】
また、表面保護層３３の膜厚を０．３〜２〔μｍ〕の範囲内の値とすることが好ましい。この理由は、かかる表面保護層３３の膜厚が０．３〔μｍ〕未満の値になると、著しく耐久性が低下するためである。一方、表面保護層３３の膜厚が２〔μｍ〕を超えると、製造管理が困難となったり、著しい残留電位の増大を招いたりする場合があるためである。したがって、かかる表面保護層３３の膜厚を０．４〜１．５〔μｍ〕の範囲内の値とすることがより好ましく、０．５〜１．２〔μｍ〕の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００３６】
耐圧層３５は、電気的な耐圧を向上させる為に設けられ、導電性基体３１と電荷注入阻止層３４との間に設けられることが望ましい。この理由は、電荷注入阻止層３４に比べて導電性基体３１側に設けることで電子写真特性に必要な帯電性，感度，残留電位などの電気特性、解像度、"かぶり"などの画像特性が大きく低下するの抑えつつ、耐圧性を向上することができる為である。
【００３７】
この耐圧層３５の構造としては、シリコンを主体とする非晶質材料ではａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯ，ａ−ＳｉＮＯ，ａ−ＳｉＣＮなどの抵抗値の高い材料を単層で設けたり、ａ−Ｓｉと、ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＣなどとを積層する構造などが用いられる。
【００３８】
次に、露光装置７について説明する。露光装置７は、図５に示した発光素子７１を基板７３の上に列をなして複数形成した発光素子アレイ（不図示）を備えており、例えば、各発光素子７１から発せられる光をレンズアレイを介してａ−Ｓｉ感光体ドラム３に照射可能に構成されたＬＥＤプリントヘッドの形態とすることができる。
【００３９】
発光素子７１は、基板７３の上に形成されたＤＢＲ層７５と、このＤＢＲ層７５の上の一部分に形成された発光部分となる活性層７７とを備えている。なお、このＤＢＲは、Distributed Bragg. Reflector（分布ブラッグ反射体）の略称である。また、活性層７７の上面には、コンタクト層７９が設けられている。そして、これらの各半導体層は、後述する共通電極８１とＤＢＲ層７５との接点部分、および後述する個別電極８３とコンタクト層７９との接点部分を除いて、絶縁膜８５によって全体的に被覆されている。また、共通電極８１、個別電極８３、および絶縁膜８５の上には、これらの各部材を部分的に被覆する保護膜８７が設けられている。
【００４０】
基板７３は、高抵抗性のＧａＡｓ基板であり、２×１０３〜６×１０３〔Ω・ｃｍ〕程度の電気抵抗率を有している。
【００４１】
ＤＢＲ層７５は、屈折率の異なる２種類の層を交互に複数層積層することで形成され、本実施形態では、膜厚が約５００〔Å〕のＡｌＡｓ層と、膜厚が約５００〔Å〕のＡｌＧａＡｓ層と、を１組として、５〜２０組を交互に積層することで形成されている。このように組成の異なる２つの層を交互に積層することで、後述する発光層７７ｂで発光した光をＤＢＲ層７５で反射させることによって、この光が基板７３に吸収されてしまうのを低減し、光出力を実質的に向上させている。また、このＤＢＲ層７５は、オーミックコンタクト層としても機能するように、半導体不純物としてＳｉを１．５×１０１８〔ａｔｏｍｓ（原子）／ｃｍ３〕程度含有している。
【００４２】
上記のように、ＤＢＲ層７５の上面の一部分には、活性層７７が形成されている。また、ＤＢＲ層７５の上面において活性層７７が形成されていない部分には、共通電極８１が接続されている。
【００４３】
共通電極８１は、例えばＣｒとＡｕとを交互に２層ずつ積層して、１〔μｍ〕程度の厚さで形成されている。また、共通電極８１および個別電極８３は、図示しない駆動回路に接続されている。この駆動回路によって、共通電極８１と個別電極８３との間に電圧が印加されることによって、発光素子７１に電流が流れて、発光素子７１が発光する。
【００４４】
活性層７７は、ＤＢＲ層７５の上に、ｎ型クラッド層７７ａ、発光層７７ｂ、およびｐ型クラッド層７７ｃをこの順に積層して構成されている。ｎ型クラッド層７７ａは、例えば膜厚が約５×１０３〔Å〕のＡｌＩｎＰ層であり、半導体不純物としてのＳｉを８×１０１７〔ａｔｏｍｓ（原子）／ｃｍ３〕程度含有している。発光層７７ｂは、例えば膜厚が約３×１０３〔Å〕のＡｌＧａＩｎＰ層であり、半導体不純物は含有していない。ｐ型クラッド層７７ｃは、例えば、膜厚が約４×１０３〔Å〕のＡｌＩｎＰ層であり、半導体不純物としてＭｇを７×１０１７〔ａｔｏｍｓ（原子）／ｃｍ３〕程度含有している。なお、発光層７７ｂが本発明における発光体に相当する。
【００４５】
活性層７７の上面、つまり、ｐ型クラッド層７７ｃの上面には、コンタクト層７９が形成されている。コンタクト層７９は、例えば、膜厚が約１１×１０３〔Å〕のＧａＰ層であり、半導体不純物としてのＭｇを１．５×１０１８〔ａｔｏｍｓ（原子）／ｃｍ３〕程度含有している。
【００４６】
コンタクト層７９の上には、個別電極８３が形成されている。この個別電極８３は、例えばＣｒとＡｕとを交互に積層して、１〔μｍ〕程度の厚さで形成されている。
【００４７】
基板７３の上に列をなして複数並べられた各発光素子７１は、上記の共通電極８１と個別電極８３とによって選択的に電流が供給されることで、選択的に発光するように構成されている。
【００４８】
次に、除電装置１９について説明する。除電装置１９は、複数の発光素子を基板７３の上に配置することで構成された光源を備えている。この除電用の発光素子としては、例えば、上記の露光装置７と同様、ＡｌＧａＩｎＰを発光層とする発光素子を用いることができる。
【００４９】
以上、画像形成装置１を構成するａ−Ｓｉ感光体ドラム３、露光装置７、および除電装置１９の構成の一部について説明したが、説明を省略した構成や帯電装置５などのこれら以外の各装置は、公知のものを適用すればよい。
【００５０】
次に、画像形成装置１の動作について説明する。画像形成装置１において、画像形成動作が開始されると、まずａ−Ｓｉ感光体ドラム３が図１の矢印Ｒ方向に回転を始める。次いで、所定の電圧が印加された帯電装置５によって、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３への放電が行われ、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面に一様な電荷が帯電される。そして、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面に露光装置７によって光が照射され、画像となる部分の表面電位を所定の電位とすることによって、形成する画像に対応する静電潜像が形成される。
【００５１】
現像装置９は、ハウジング９ａに充填されたトナーをａ−Ｓｉ感光体ドラム３表面に形成された静電潜像に付着させ、トナー像を形成する。そして、このトナー像は、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の回転によって転写装置１３へ搬送される。
【００５２】
続いて、給紙装置１１によってａ−Ｓｉ感光体ドラム３と転写装置１３との間に用紙Ｐが供給され、転写装置１３によってａ−Ｓｉ感光体ドラム３の上のトナー像が用紙Ｐの上に転写される。そして、トナー像が転写された用紙Ｐは、図示しない分離装置によってａ−Ｓｉ感光体ドラム３から分離されて定着装置１５に搬送され、この定着装置１５によってトナー像が用紙Ｐの上に定着される。
【００５３】
一方、転写装置１３によるトナー像の転写後にａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面に残留するトナーは、クリーニング装置１７によって除去される。次いで、残留トナーが除去されたａ−Ｓｉ感光体ドラム３は、複数の発光素子を除電用光源として有する除電装置１９によって、表面の残留電荷が除去される。
【００５４】
次に、上記のように構成された画像形成装置１と同様に構成された実験機を用いて、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の周速の変化に対する露光波長と光メモリとの関係を実験によって求めた。なお、光メモリとは、一定の光量の下で発生する帯電電位の減少量をいう。また、本実験では、露光装置７の露光光源としてハロゲンランプを用い、分光器を使用して所望の波長の光を抽出している。
【００５５】
［実験例１］
図６は、露光によってａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面電位を３００〔Ｖ〕から３０〔Ｖ〕に減少させるのに必要な光量（本実験条件では、１．１〔μＪ／ｃｍ２〕）に対する帯電電位の減少量（光メモリ）を示している。ここで用いたａ−Ｓｉ感光体ドラム３は、直径が３０〔ｍｍ〕であり、図３に示すように、導電性基体３１の上に、電荷注入阻止層３４、光導電層３２、および表面保護層３３をこの順に積層したものである。また、導電性基体３１は、Ａｌ合金からなり、電荷注入阻止層３４は膜厚が７〔μｍ〕のａ−ＳｉＮＯからなり、光導電層３２は膜厚が１７〔μｍ〕のａ−Ｓｉからなり、表面保護層３３は膜厚が１〔μｍ〕のａ−ＳｉＣからなる。
【００５６】
［実験例２］
図７は、露光によってａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面電位を６５０〔Ｖ〕から１００〔Ｖ〕に減少させるのに必要な光量（本実験条件では、０．７〔μＪ／ｃｍ２〕）に対する帯電電位の減少量（光メモリ）を示している。ここで用いたａ−Ｓｉ感光体ドラム３は、直径が２４２〔ｍｍ〕である。このａ−Ｓｉ感光体ドラム３では、図４に示したように、導電性基体３１の上に、耐圧層３５、電荷注入阻止層３４、光導電層３２、および表面保護層３３をこの順に積層したものである。また、導電性基体３１はＡｌ合金からなり、耐圧層３５はａ−ＳｉＮとａ−Ｓｉとを積層して形成され、電荷注入阻止層３４はａ−ＳｉＮＯからなり、光導電層３２はａ−Ｓｉからなり、表面保護層３３はａ−ＳｉＣからなる。ここでは、耐圧層３５の膜厚を２〔μｍ〕に設定し、電荷注入阻止層３４の膜厚を３〔μｍ〕に設定し、光導電層３２の膜厚を３５〔μｍ〕に設定し、表面保護層３３の膜厚を１〔μｍ〕に設定している。
【００５７】
なお、実験例１および実験例２では、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の直径が互いに異なっているので、同じ回転数でも周速が異なっている。実験例１および実験例２では、ａ−Ｓｉ感光体ドラムの回転数を同条件に設定し、具体的には、１．９７４〔ｒｐｓ〕，２．１９３〔ｒｐｓ〕，２．６３２〔ｒｐｓ〕，３．２９０〔ｒｐｓ〕，３．７２９〔ｒｐｓ〕，４．３８７〔ｒｐｓ〕に設定し、それぞれの周速を異ならせている。この「ｒｐｓ」は、単位秒当たりの回転数（roll per second）を意味している。
【００５８】
図６および図７から明らかなように、露光波長が大きくなるにつれて、光メモリが大きくなることがわかる。ここで、光メモリの大きさが１６〔Ｖ〕に比べて大きくなると、用紙Ｐに形成される画像にゴースト画像などが現れ、画像品質が悪くなることがわかっている。したがって、光メモリを考慮した場合、露光波長としては、６５０〔ｎｍ〕以下の波長を用いると好適であることがわかる。
【００５９】
次に、実験例１で使用したａ−Ｓｉ感光体ドラム３の分光感度特性を図８に示す。図８に示した感度は、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面電位を露光によって５００〔Ｖ〕から２５０〔Ｖ〕へと減少させるのに必要な光量の逆数で示したものである。なお、実験例２で使用したａ−Ｓｉ感光体ドラムも同様の結果を示していたので、記載を省略する。
【００６０】
図８から明らかなように、実験例１で使用したａ−Ｓｉ感光体ドラム３の感度は、７００〔ｎｍ〕付近でピークを示し、露光波長が短くなるにつれて感度が低くなっている。また、露光波長が６００〔ｎｍ〕に比べて短くなると感度の低下がより顕著となっている。したがって、ａ−Ｓｉ感光体ドラムの感度を考慮した場合、露光波長としては、６００〜７００〔ｎｍ〕の範囲の波長を用いることが好適であることがわかる。
【００６１】
以上のことから、ａ−Ｓｉ感光体ドラムの光メモリおよび感度を考慮すると、ピーク波長が６００〜６５０〔ｎｍ〕の光によってａ−Ｓｉ感光体ドラム表面を露光することで、光メモリによる画像品質の低下を解消するとともに、ａ−Ｓｉ感光体ドラムの感度の低下を小さくすることができる。
【００６２】
なお、上記の実験例１および実験例２では、ハロゲンランプを露光光源として用い、分光器によって露光波長を変化させているが、上記の実施形態のように、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層７７ｂを有する発光素子７１を露光光源として用いた場合であっても、ピーク波長を６００〜６５０〔ｎｍ〕の範囲にすることで図６および図７と同様の結果を得ることができる。また、発光素子７１を用いる場合は、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層７７ｂの組成、より具体的には、Ａｌの混晶比を変えることで露光波長を変化させることができる。例えば、格子定数が５．６５〔Å〕であるＧａＡｓ基板に格子整合する（ＡｌｘＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐでは、Ａｌの混晶比Ｘの値をＸ＝０．０１〜０．７の範囲で変化させることで、６５３．５〜５５６〔ｎｍ〕の波長の光を直接遷移領域で得ることができる。
【００６３】
また、上記のように発光素子７１の発光層７７ｂをＡｌＧａＩｎＰで構成した場合には、ピーク波長を６００〜６５０〔ｎｍ〕の範囲に設定することで、内部量子効率を８０〔％〕以上にすることが可能である。これに対し、従来のように発光層をＡｌＧａＡｓで構成した場合は、６００〜６５０〔ｎｍ〕の波長範囲で内部量子効率が１０〔％〕を下回る。したがって、上記の実施形態のように、発光素子７１における発光層７７ｂをＡｌＧａＩｎＰで構成することによって、画像形成装置の省エネルギー化を図ることができる。また、このように内部量子効率を高くすることができるので、発光層７７ｂに同じ量の電流を与えた場合でも、発光層７７ｂからの発光量を従来に比べて増加させることができる。したがって、露光波長の短波長化に伴うａ−Ｓｉ感光体ドラムの露光感度の低下を補って露光量を確保することができ、露光量が不足するという問題を解消することができる。
【００６４】
また、図６および図７の結果から、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の回転数が同じであっても、周速が大きくなるほど、光メモリの値が大きくなることがわかる。特に、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の周速が１００〔ｍ／ｍｉｎ〕に比べて大きくなると光メモリが増加する傾向がある。これに対し、図７から明らかなように、上記のように露光波長を６００〜６５０〔ｎｍ〕の範囲にすることで、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の周速が１００〜２００〔ｍ／ｍｉｎ〕の場合であっても、光メモリを１６〔Ｖ〕以下にすることができ、画像品質の低下の問題を解消することができる。したがって、近年、市場から要望されているプリント速度の高速化への対応も可能となる。
【００６５】
なお、上記の各実験例では、除電装置１９によってａ−Ｓｉ感光体ドラム３の表面の残留電荷を除去する場合に、ピーク波長が６５０〔ｎｍ〕の光を用いているが、この場合に、露光装置７による露光波長と同じか、露光波長に比べて短い波長を用いることで、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の光導電層３２の内部にトラップされるキャリアが必要以上に発生せず、光メモリによる電位ムラの発生を軽減することができる。したがって、除電装置１９による除電工程においても、露光装置７による露光工程と同様、ピーク波長が６００〜６５０〔ｎｍ〕の光を用いることが好ましい。
【００６６】
また、上記の実施形態においては、発光層７７ｂと基板７３との間にＤＢＲ層７５を設けているので、発光素子７１からの光出力を向上させることができる。特に、波長が６００〜６５０〔ｎｍ〕の光の反射率が他の波長範囲の光の反射率に比べて高くなるようにＤＢＲ層を形成することで、波長が６００〜６５０〔ｎｍ〕の光の出力を主に向上させることができる。これにより、ａ−Ｓｉ感光体ドラム３の光メモリを低減しつつ、露光量を増やすことができる。
【００６７】
＜第２の実施形態＞
図９に本発明の露光装置の他の実施形態の概略構成を示す。図９に示した露光装置７Ａは、この露光装置７Ａは、露光装置７と基本構成が共通している。本実施形態の露光装置７Ａの発光層７７ｂ、ｐ型クラッド層７７ｃ、コンタクト層７９、および絶縁膜８５の構成について詳述する。なお、図９では、保護膜８７を省略している。
【００６８】
本実施形態の発光層７７ｂは、ＡｌＧａＩｎＰからなり、不純物がドーピングされていない。この発光層７７ｂの厚さは、例えば０．３〔μｍ〕程度の厚みとされる。また、この発光層７７ｂは、屈折率が３．２となるように形成されている。この発光層７７ｂは、平面方向に沿った幅Ｗ７７が５〔μｍ〕となるように設けられている。
【００６９】
ｐ型クラッド層７７ｃは、発光層７７ｂの上に接して設けられている。このｐ型クラッド層７７ｃには、ｐ型不純物がドープされている。このｐ型不純物としては、例えばＢｅ（ベリリウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｍｎ（マンガン），Ｃｒ（クロム），Ｍｇ（マグネシウム），Ｃａ（カルシウム）などの元素が挙げられる。本実施形態のｐ型クラッド層７７ｃは、ＡｌＩｎＰにｐ型不純物としてＭｇがドーピングされている。Ｍｇのドーピング濃度は、例えば、７×１０１７〔ａｔｏｍｓ／ｃｃ〕程度の濃さとされる。このｐ型クラッド層７７ｃの厚さは、例えば０．４〔μｍ〕程度の厚みとされる。また、このｐ型クラッド層７７ｃは、屈折率が３．２となるように形成されている。このｐ型クラッド層７７ｃは、厚みを０．２〔μｍ〕以上にすることで、電荷の閉じ込め効果を高めることが好ましい。
【００７０】
コンタクト層７９は、ｐ型クラッド層７７ｃの上に接して設けられている。このコンタクト層７９は、個別電極８３から発光素子７１に流れる電流を拡散して、ｐ型クラッド層７７ｃの広い領域に電流を流すのに寄与している。このコンタクト層７９には、ｐ型不純物がドープされている。本実施形態のコンタクト層７９は、ＧａＰにｐ型不純物としてＭｇがドーピングされている。Ｍｇのドーピング濃度は、例えば、１．５×１０１８〔ａｔｏｍｓ／ｃｃ〕程度の濃さとされる。このコンタクト層７９の厚さは、例えば１．１〔μｍ〕程度の厚みとされる。このコンタクト層７９は、厚みを０．０５〔μｍ〕以上にすることで、ｐ型クラッド層７７ｃの上に個別電極８３を設ける際に当該個別電極８３がｐ型クラッド層７７ｃに拡散するのを低減することが好ましい。また、このコンタクト層７９は、屈折率が３．２となるように形成されている。さらに、このコンタクト層７９は、発光層７７ｂから発する光の波長に対する減衰量が小さいものが好ましい。ＧａＰが５４５．７７〔ｎｍ〕以下の波長の光を吸収することから、発光層７７ｂから発する光の波長は、５４５．７７〔ｎｍ〕に比べて大きいことが好ましい。
【００７１】
また、このコンタクト層７９は、厚みを厚くすることによって、個別電極８３から供給される電力を発光層７７ｂの広い領域に供給したり、側面を全反射させて光強度を高めたりすることができる。そのため、コンタクト層７９は、照明などの光強度を大きくする用途の場合、厚くすることが求められており、一般的に８〔μｍ〕以上の厚みが用いられている。しかしながら、発光層７７ｂを広い領域で発光させると、隣り合う発光素子７１の間で光の漏れが生じてしまい、結果として、各発光素子７１が発する光の分離性が低下してしまい、高密度化が困難になる場合がある。
【００７２】
絶縁膜８５は、発光素子７１を保護する機能を有するものである。この絶縁膜８５は、発光素子７１を覆うように形成されている。この絶縁膜８５を形成する材料としては、例えばＳｉＮ系材料，ＳｉＯ２系材料などが挙げられる。本実施形態の絶縁膜８５は、電気絶縁性及び透光性を有するＳｉＯ２によって形成されており、屈折率が１．４１となるように形成されている。本実施形態では、この絶縁膜８５と、コンタクト層７９との境界条件によって、活性層４３の中央領域で発する光がコンタクト層７９の上面の外周領域で全反射が生じるように設けられている。そのため、本実施形態では、発光層７７ｂの中央領域で発する光の強度を高めることができる。
【００７３】
さらに、コンタクト層７９の屈折率ｎ４が３．２であり、絶縁膜８５の屈折率ｎ５が１．４１であることから、臨界角θｌｉｍは、“ｓｉｎθｌｉｍ＝ｎ５／ｎ４”を基に算出され、２５．９°となる。本実施形態では、発光層７７ｂの周縁と、コンタクト層７９の周縁とを結んでなる仮想線ＬＶの当該コンタクト層７９の側面に対する法線角度θＶが臨界角θｌｉｍを下回る領域を含んでいる。よって、ｐ型クラッド層７７ｃ及びコンタクト層７９の積層厚みの最大厚さＴＭＡＸは、“ｔａｎθｌｉｍ≧ＴＭＡＸ／Ｗ７７”を基に算出され、２．４３〔μｍ〕以下の厚みとなる。よって、ｐ型クラッド層７７ｃ及びコンタクト層７９の積層厚みの最小厚さは、２．４３〔μｍ〕以下の厚みとなる。このように、発光層７７ｂの周縁と、コンタクト層７９の周縁とを結んでなる仮想線ＬＶの当該コンタクト層７９の側面に対する法線角度θＶが臨界角θｌｉｍを下回る領域を含んでいるようにすると、発光層７７ｂの周縁からコンタクト層７９の側面に向かうエスケープコーンがコンタクト層７９の上面を横切ることとなる。つまり、コンタクト層７９の側面方向に発する光の一部が上面方向に照射されることとなる。これによって、側面方向に発光層７７ｂの発する光が照射されるのを低減するとともに、上面方向に発光層７７ｂの発する光を増やすことができる。したがって、本実施形態の構成では、隣り合う発光素子７１の発する光の分離性を高めることができる。
【００７４】
なお、ｐ型クラッド層７７ｃ及びコンタクト層７９の積層厚みの最小厚さの範囲は、発光素子７１及び絶縁膜８５の材料によって変動するのは勿論のこと、コンタクト層７９の側面の傾きによっても変動する。例えばコンタクト層７９がメサ構造である場合と、逆メサ構造である場合とでは異なっている。
【００７５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。また、上記の実験例１および実験例２はａ−Ｓｉ感光体ドラムを用いた画像形成装置による実験結果の一例を示すものであり、本発明はａ−Ｓｉ感光体ドラムを用いた種々の画像形成装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・画像形成装置
３・・・ａ−Ｓｉ感光体ドラム
３１・・・導電性基体
３２・・・光導電層
３３・・・表面保護層
３４・・・電荷注入阻止層
３５・・・耐圧層
５・・・帯電装置
７・・・露光装置
７１・・・発光素子
７３・・・基板
７５・・・ＤＢＲ層
７７・・・活性層
７７ａ・・・ｎ型クラッド層
７７ｂ・・・発光層
７７ｃ・・・ｐ型クラッド層
７９・・・コンタクト層
８１・・・共通電極
８３・・・個別電極
８５・・・絶縁膜
８７・・・保護膜
９・・・現像装置
１１・・・給紙装置
１３・・・転写装置
１５・・・定着装置
１７・・・クリーニング装置
１９・・・除電装置
Ｐ・・・用紙
【図１】
2010134447.tif 000003
【図２】
2010134447.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010134447.tif 000007
【図６】
2010134447.tif 000008
【図７】
2010134447.tif 000009
【図８】
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【図９】
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