(57)【要約】【課題】発光素子の内部と外部との界面における全反射を抑制し、効率よく外部に光を取り出すことができる発光素子等を提供する。【解決手段】基板２０２と、電流を供給することで発光し表面に第１の凹凸構造を有する発光層２０６と、第１の凹凸構造に対応して第２の凹凸構造を有し発光層２０６に接して形成され発光層２０６から発した光を透過する被覆層２０８と、基板２０２と発光層２０６との間に形成され発光層２０６から発した光を反射する反射層２０４と、を備えることを特徴とするＬＥＤ１０２。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
電流を供給することで発光し、表面に第１の凹凸構造を有する発光層と、
前記第１の凹凸構造に対応して第２の凹凸構造を有し、前記発光層に接して形成され、当該発光層から発した光を透過する被覆層と、
前記基板と前記発光層との間に形成され、当該発光層から発した光を反射する反射層と、
を備えることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記発光層は、ｐｎｐｎ型またはｎｐｎｐ型のサイリスタであることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記反射層は、ブラグミラーよりなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１の凹凸構造は、畝状に配列する凸部および凹部により構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の凹凸構造は、格子状に配列する凸部および凹部により構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１の凹凸構造は、千鳥状に配列する凸部および凹部により構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
基板と、電流を供給することで発光し表面に第１の凹凸構造を有する発光層と、当該第１の凹凸構造に対応した第２の凹凸構造を有し当該発光層に接して形成され当該発光層から発した光を透過する被覆層と、当該基板と当該発光層との間に形成され当該発光層から発した光を反射する反射層と、を有する発光素子を備える発光素子アレイチップを主走査方向に複数配列してなる発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの光出力を結像させる光学素子と、
を備えることを特徴とする発光素子ヘッド。
【請求項８】
前記発光素子アレイチップは、自己走査型発光素子アレイチップであることを特徴とする請求項７に記載の発光素子ヘッド。
【請求項９】
基板と、電流を供給することで発光し表面に第１の凹凸構造を有する発光層と、当該第１の凹凸構造に対応した第２の凹凸構造を有し当該発光層に接して形成され当該発光層から発した光を透過する被覆層と、当該基板と当該発光層との間に形成され当該発光層から発した光を反射する反射層と、を有する発光素子を備える発光素子ヘッドを備え、トナー像を形成させるトナー像形成手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子等に関し、例えば、発光素子ヘッドに使用することができる発光素子等に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を採用した、プリンタや複写機、ファクシミリ等の画像形成装置では、一様に帯電された感光体上に、画像情報を光記録手段によって照射することにより静電潜像を得た後、この静電潜像にトナーを付加して可視化し、記録紙上に転写して定着することによって画像形成が行なわれる。かかる光記録手段として、レーザを用いて主走査方向にレーザ光を走査させて露光する光走査方式の他、近年では、ＬＥＤ(Light Emitting Diode：発光ダイオード)アレイ光源を主走査方向に多数、配列してなるＬＥＤヘッドを用いた光記録手段が採用されている。
【０００３】
このＬＥＤアレイ光源を用いた画像形成装置は、光走査方式の画像形成装置に比べて、スキャンする空間が不要となり、駆動系が不要となることから、画像形成装置全体が小型化し、信頼性が向上するという利点がある。また、振動や熱による光学系の変形に強いという利点もある。
【０００４】
ここで、特許文献１では、発光した光の外部取り出し効率を大きくするため、ＧａＡｌＡｓ発光素子用ペレットの側面に対して加工歪のない平坦な表面を形成する処理を施した後、側面を微細な凹凸を有する面となす処理を行うＧａＡｌＡｓ発光素子の製造方法が提案されている。
【０００５】
また特許文献２では、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなるｎ型クラッド層、アンドープ活性層、ｐ型クラッド層を成長形成し発光層とし、この発光層上に形成された、発光層或いは基板に対してプラスに格子不整格子、表面が粗面化された光散乱層を有する半導体発光素子が提案されている。
【０００６】
更に特許文献３では、基板層、バッファ層、ｎ形クラッド層、活性層、ｐ形クラッド層、アノード電極の下に配置する第１の電流ブロック層、側面に露出するように環状に形成する第２の電流ブロック層、コンタクト層から成る半導体基板の下面にカソード電極、上面の中央にアノード電極を形成し、上面及び側面を粗面化する半導体発光素子が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１５１９５９号公報
【特許文献２】特開平８−１０２５４８号公報
【特許文献３】特開平８−１６７７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＬＥＤ素子等の発光素子では、発光素子内部で発した光を、多く外部に取り出すことが求められる。
本発明の目的は、発光素子の内部と外部との界面における全反射を抑制し、効率よく外部に光を取り出すことができる発光素子等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、基板と、電流を供給することで発光し、表面に第１の凹凸構造を有する発光層と、前記第１の凹凸構造に対応して第２の凹凸構造を有し、前記発光層に接して形成され、当該発光層から発した光を透過する被覆層と、前記基板と前記発光層との間に形成され、当該発光層から発した光を反射する反射層と、を備えることを特徴とする発光素子である。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記発光層は、ｐｎｐｎ型またはｎｐｎｐ型のサイリスタであることを特徴とする請求項１に記載の発光素子である。
請求項３に係る発明は、前記反射層は、ブラグミラーよりなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子である。
請求項４に係る発明は、前記第１の凹凸構造は、畝状に配列する凸部および凹部により構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光素子である。
請求項５に係る発明は、前記第１の凹凸構造は、格子状に配列する凸部および凹部により構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光素子である。
請求項６に係る発明は、前記第１の凹凸構造は、千鳥状に配列する凸部および凹部により構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光素子である。
【００１１】
請求項７に係る発明は、基板と、電流を供給することで発光し表面に第１の凹凸構造を有する発光層と、当該第１の凹凸構造に対応した第２の凹凸構造を有し当該発光層に接して形成され当該発光層から発した光を透過する被覆層と、当該基板と当該発光層との間に形成され当該発光層から発した光を反射する反射層と、を有する発光素子を備える発光素子アレイチップを主走査方向に複数配列してなる発光素子アレイと、前記発光素子アレイの光出力を結像させる光学素子と、を備えることを特徴とする発光素子ヘッドである。
【００１２】
請求項８に係る発明は、前記発光素子アレイチップは、自己走査型発光素子アレイチップであることを特徴とする請求項７に記載の発光素子ヘッドである。
【００１３】
請求項９に係る発明は、基板と、電流を供給することで発光し表面に第１の凹凸構造を有する発光層と、当該第１の凹凸構造に対応した第２の凹凸構造を有し当該発光層に接して形成され当該発光層から発した光を透過する被覆層と、当該基板と当該発光層との間に形成され当該発光層から発した光を反射する反射層と、を有する発光素子を備える発光素子ヘッドを備え、トナー像を形成させるトナー像形成手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、発光素子の内部と外部との界面における全反射を抑制し、効率よく外部に光を取り出すことができる発光素子を実現できる。
請求項２の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、光出力の強度がより大きい発光素子を実現できる。
請求項３の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、反射層をより簡単に形成することができる。
請求項４の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、凹凸構造をより簡単に形成することができ、特に主走査方向に畝状に配列する凸部および凹部により凹凸構造を形成した場合に、集光する光の副走査方向の指向性を高めることができる。
請求項５の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、発光素子からより効率的に光を取り出すことができる。
請求項６の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、発光素子から更により効率的に光を取り出すことができる。
請求項７の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、光出力の強度がより大きい発光素子ヘッドが実現できる。
請求項８の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、発光素子アレイチップの大きさをより小さくすることができる。
請求項９の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、本構成を採用しない場合に比較して、光出力の強度がより大きい発光素子ヘッドを備え、画像形成をより高い画質で行うことができる画像形成装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明は、以下の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するために使用するものであり、実際の大きさを表すものではない。
【００１６】
図１は、本実施の形態の画像形成装置の全体構成を示した図である。
図１に示す画像形成装置１は、一般にタンデム型と呼ばれる画像形成装置であって、各色の階調データに対応して画像形成を行う画像プロセス系１０、画像プロセス系１０を制御する画像出力制御部３０、例えばパーソナルコンピュータ(ＰＣ)２や画像読取装置(ＩＩＴ：Image Input Terminal)３に接続され、これらから受信された画像データに対して画像処理を施す画像処理部(ＩＰＳ:Image Processing System)４０を備えている。
【００１７】
画像プロセス系１０は、水平方向に一定の間隔を置いて並列的に配置される複数のエンジンからなるトナー像形成手段の一例としての画像形成ユニット１１を備えている。この画像形成ユニット１１は、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋから構成されており、夫々、静電潜像を形成してトナー像を形成させる像保持体(感光体)である感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面を一様に帯電する帯電器１３、帯電器１３によって帯電された感光体ドラム１２を露光する発光装置である発光素子ヘッド１４、発光素子ヘッド１４によって得られた潜像を現像する現像器１５を備えている。また、画像プロセス系１０は、各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２にて画像形成された各色のトナー像を記録媒体の一例としての記録用紙に多重転写させるために、この記録用紙を搬送する用紙搬送ベルト２１、用紙搬送ベルト２１を駆動させるロールである駆動ロール２２、感光体ドラム１２のトナー像を記録用紙に転写させる転写手段の一例としての転写ロール２３を備えている。
【００１８】
ＰＣ２やＩＩＴ３から入力された画像信号は、画像処理部４０によって画像処理が施され、インタフェースを介して各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに供給される。画像プロセス系１０は、画像出力制御部３０から供給された同期信号等の制御信号に基づいて動作する。まず、イエローの画像形成ユニット１１Ｙでは、帯電器１３により帯電された感光体ドラム１２の表面に、画像処理部４０から得られた画像信号に基づき、発光素子ヘッド１４によって静電潜像を形成する。形成された静電潜像に対して現像器１５によってイエローのトナー像を形成し、形成されたイエローのトナー像は、図の矢印方向に回動する用紙搬送ベルト２１上の記録用紙に転写ロール２３を用いて転写される。同様にして、マゼンタ、シアン、黒のトナー像が各々の感光体ドラム１２上に形成され、用紙搬送ベルト２１上の記録用紙に転写ロール２３を用いて多重転写される。多重転写された記録用紙上のトナー像は、定着手段の一例としての定着器２４に搬送されて、熱および圧力によって記録用紙に定着される。
【００１９】
次に、発光素子ヘッド１４について詳細に説明する。図２は、本実施の形態の発光素子ヘッド１４の拡大断面図を示している。この発光素子ヘッド１４は、後述するように多数の発光素子としてのＬＥＤを直線上に配列した発光素子アレイチップ１００を千鳥状に配列してなる発光素子アレイ５１、発光素子アレイ５１を支持すると共に発光素子アレイ５１の駆動を制御するための回路が形成されたプリント基板５２、プリント基板５２を支持する支持部材５３、各発光素子アレイの光出力を感光体ドラム１２上に結像させる光学素子としての結像光学素子５４、プリント基板５２が取り付けられた支持部材５３および結像光学素子５４を保持するハウジング５５を備えている。
【００２０】
図３は、発光素子ヘッド１４の斜視図を示している。この発光素子ヘッド１４では、結像光学素子５４の主走査方向両端部よりも外側までハウジング５５が突出形成されている。なお、ハウジング５５のうち、これら突出形成される部位を第１の突出部５５ａ、第２の突出部５５ｂと呼ぶことにする。ここで、第１の突出部５５ａは突出する部位としての機能を有しており、第１の突出部５５ａは第２の突出部５５ｂよりも長く設定されている。そして、これら突出部５５ａ,５５ｂには、画像形成装置１(図１参照)に設けられたフレーム(図示せず)に対して発光素子ヘッド１４を位置決めするためのボルト５８ａ,５８ｂが上下方向にそれぞれ貫通配置されている。また、発光素子ヘッド１４の主走査方向一端部側、具体的には、ハウジング５５に設けられた第１の突出部５５ａの上部には、発光素子アレイ５１（図２参照）が取り付けられるプリント基板５２が延設配置されている。そして、第１の突出部５５ａ上に露出しているプリント基板５２の上面には、発光素子アレイ５１を駆動するためのドライバＩＣ６４が取り付けられている。
【００２１】
また、ドライバＩＣ６４とボルト５８ａの取り付け位置との間のプリント基板５２上面には、ドライバＩＣ６４や発光素子アレイ５１等に給電を行う電源ケーブル６１が取り付けられている。さらに、ボルト５８ａの取り付け位置よりも外側のプリント基板５２の上面には、画像処理部４０(図１参照)からのビデオデータ、画像出力制御部３０(図１参照)からのクロックおよび同期信号等を受け取るためのハーネス６２が取り付けられている。このように、本実施の形態では、発光素子ヘッド１４の主走査方向一端部側であって結像光学素子５４(発光素子アレイ５１)と略直列の位置に、発光素子アレイ５１を駆動するためのドライバＩＣ６４、電源ケーブル６１が取り付けられる電源供給用の電源線コネクタやハーネス６２が取り付けられる通信用の信号線コネクタが配置される。
【００２２】
図４は、発光素子アレイ５１の構造を説明した概略図である。
図４に示した発光素子アレイ５１は、複数の発光素子アレイチップ１００が主走査方向に千鳥状に配列して形成される。
発光素子アレイチップ１００は、矩形形状の基板の両側に配線等を行うスペースであるボンディングパッド１０１を備える。このようにボンディングパッド１０１を配すれば、ほぼボンディングパッド１０１自体が必要とする幅までチップ幅を小さくできる利点がある。
【００２３】
また発光素子アレイチップ１００において両側のボンディングパッド１０１に挟まれる領域には、発光素子であるＬＥＤ１０２が主走査方向である矩形の長辺に沿って直線状に等間隔で配列する。ここで、ＬＥＤ１０２は、発光素子アレイチップ１００の一方の長辺側に寄せて配置される。そして奇数番目の発光素子アレイチップ１００と偶数番目の発光素子アレイチップ１００とは、ＬＥＤ１０２が向かい合わせになるように、また、ボンディングパッド１０１を重ねるようにして配置される。このような配置により全てのＬＥＤ１０２を、主走査方向に対し等間隔に並べて配置することができる。
また各ＬＥＤ１０２が形成される発光素子部およびこの発光素子部に隣接する隣接部には、透明樹脂よりなる図示しないマイクロレンズ１０３が取り付けられている。
【００２４】
図５（ａ）〜（ｂ）は、発光素子アレイチップ１００の構造を説明した図である。
図５（ａ）は、発光素子アレイチップ１００をＬＥＤ１０２の光が出射する方向から見た図である。また図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
上述の通り、発光素子アレイチップ１００には、その両側にボンディングパッド１０１が配され、また両側のボンディングパッド１０１に挟まれる領域には、ＬＥＤ１０２が直線状に等間隔に配されている。それぞれのＬＥＤ１０２には光が出射する側にマイクロレンズ１０３が形成されている。このマイクロレンズ１０３は、ＬＥＤ１０２から出射した光を集光し、感光体ドラム１２（図１、図２参照）に対して、効率よく光を入射させることができる。
このマイクロレンズ１０３は、光硬化性樹脂等の透明樹脂からなり、より効率よく光を集光するためその表面は非球面形状をとることが好ましい。また、マイクロレンズ１０３の大きさ、厚さ、焦点距離等は、使用されるＬＥＤ１０２の波長、使用される光硬化性樹脂の屈折率等により決定される。
【００２５】
なお、本実施の形態では、発光素子アレイチップ１００として自己走査型発光素子アレイチップを使用するのが好ましい。自己走査型発光素子アレイチップは、発光素子アレイの構成要素としてｐｎｐｎ構造を持つ発光サイリスタを用い、発光素子の自己走査が実現できるように構成したものであり、特開平１−２３８９６２号公報、特開平２−１４５８４号公報、特開平２−９２６５０号公報、特開平２−９２６５１号公報に開示されている。また、特開平２−２６３６６８号公報には、転送素子アレイを転送部として、発光部である発光素子アレイと分離した構造の自己走査型発光素子アレイが開示されている。
【００２６】
図６は、分離タイプの自己走査型発光素子アレイの等価回路図である。この自己走査
型発光素子アレイは、転送用サイリスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，…、書込み用発光サイリスタＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…からなる。転送部の構成は、ダイオード接続を用いている。ＶＧＫは電源（通常５Ｖ）であり、電源ライン７２から各負荷抵抗ＲＬを経て各転送用サイリスタのゲート電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，…に接続されている。また、転送用サイリスタのゲート電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，…は、書込み用発光サイリスタのゲート電極にも接続される。転送用サイリスタＴ１のゲート電極にはスタートパルスφＳが加えられ、転送用サイリスタのアノード電極には、交互に転送用クロックパルスφ１，φ２が加えられる。これら転送用クロックパルスφ１，φ２は、クロックパルスライン７４，７６を経て供給される。書込み用発光サイリスタのアノード電極には、信号ライン７８を経て、書込み信号φＩが加えられている。
【００２７】
次に動作を簡単に説明する。まず転送用クロックパルスφ１の電圧がＨレベルで転送用サイリスタＴ２がオン状態であるとする。このとき、ゲート電極Ｇ２の電位はＶＧＫの５Ｖからほぼ０Ｖにまで低下する。この電位降下の影響はダイオードＤ２によってゲート電極Ｇ３に伝えられ、その電位を約１Ｖに（ダイオードＤ２の順方向立上り電圧（拡散電位に等しい））に設定する。しかし、ダイオードＤ１は逆バイアス状態であるためゲート電極Ｇ１への電位の接続は行われず、ゲート電極Ｇ１の電位は５Ｖのままとなる。書込み用発光サイリスタのオン電位は、ゲート電極電位＋ｐｎ接合の拡散電位（約１Ｖ）で近似されるから、次の転送用クロックパルスφ２のＨレベル電圧は約２Ｖ（転送用サイリスタＴ３をオンさせるために必要な電圧）以上でありかつ約４Ｖ（転送用サイリスタＴ４をオンさせるために必要な電圧）以下に設定しておけば転送用サイリスタＴ３のみがオンし、これ以外の転送用サイリスタはオフのままにすることができる。従って２本の転送用クロックパルスでオン状態が転送されることになる。
【００２８】
スタートパルスφＳは、このような転送動作を開始させるためのパルスであり、スタートパルスφＳをＬレベル（約０Ｖ）にすると同時に転送用クロックパルスφ２をＨレベル（約２〜約４Ｖ）とし、転送用サイリスタＴ１をオンさせる。その後すぐ、スタートパルスφＳはＨレベルに戻される。
【００２９】
いま、転送用サイリスタＴ２がオン状態にあるとすると、ゲート電極Ｇ２の電位は、ＶＧＫ（ここでは５Ｖと想定する）より低下し、ほぼ０Ｖとなる。したがって、書込み信号φＩの電圧が、ｐｎ接合の拡散電位（約１Ｖ）以上であれば、書込み用発光サイリスタＬ２を発光状態とすることができる。
【００３０】
これに対し、ゲート電極Ｇ１は約５Ｖであり、ゲート電極Ｇ３は約１Ｖとなる。したがって、書込み用発光サイリスタＬ１の書込み電圧は約６Ｖ、書込み用発光サイリスタＬ３の書込み電圧は約２Ｖとなる。これから、書込み用発光サイリスタＬ２のみに書き込める書込み信号φＩの電圧は、１〜２Ｖの範囲となる。書込み用発光サイリスタＬ２がオン、すなわち発光状態に入ると、発光強度は書込み信号φＩに流す電流量で決められ、任意の強度にて画像書込みが可能となる。また、発光状態を次の発光素子に転送するためには、書込み信号φＩラインの電圧を一度０Ｖまで落とし、発光している発光素子をいったんオフにしておく必要がある。
【００３１】
次にＬＥＤ１０２について詳細に説明する。
図７は、ＬＥＤ１０２の一例を説明した断面図である。
図７はＬＥＤ１０２の構造を示している。このＬＥＤ１０２は、基本的には、基板２０２と、電流を供給することで発光する発光層２０６とからなる。また、本実施の形態では、発光層２０６に接して形成され発光層２０６から発した光を透過する被覆層２０８と、基板２０２と発光層２０６との間に形成され発光層２０６から発した光を反射する反射層２０４が形成されている。
【００３２】
基板２０２は、反射層２０４や発光層２０６をエピタキシャル成長させるためのベースとなるものである。本実施の形態では、反射層２０４や発光層２０６にＧａＡｌＡｓからなる結晶膜を用いるため、これと格子定数がほぼ同じＧａＡｓからなるものが好適に用いられる。
【００３３】
反射層２０４は、発光層２０６から発した光のうち基板２０２の側に向かう光を反射し、光の取り出し側である被覆層２０８側に光の経路を変更させるためのものである。本実施の形態では、反射層は、ｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、組成が異なる化合物半導体層を交互に積層して構成された半導体多層ミラー層であるブラグミラーである。具体的には、Ａｌ組成比が異なるＡｌＧａＡｓ層が交互に積層された半導体多層構造を用いることができる。この反射層２０４は、例えば、MOCVD（metalorganic chemical vapor deposition）法によるエピタキシャル成長を行うことで形成することができる。
【００３４】
発光層２０６は、本実施の形態では、ｐｎｐｎ型のサイリスタである。具体的には、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ａ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｃ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｄが順次積層する構造を採る。そして、本実施の形態では、ｐ型ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）を、ｎ型ドーパントとしてテルル（Ｔｅ）を用いている。この発光層２０６は、例えば、MOCVD（metalorganic chemical vapor deposition）法によるエピタキシャル成長を行うことで形成することができる。
【００３５】
このｐｎｐｎ型構造のサイリスタは、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｂとｐ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｃの間で主に発光が生じ、予め設定された波長の光が発せられる。この光の指向性はなく、球対称である。基板２０２側に発した光は、上述のように反射層２０４により反射され、被覆層２０８側に向かう。それと共に被覆層２０８側に発した光は、本来は被覆層２０８を通して、外部に出射すべきものである。しかし、前述の通り、発光層２０６を構成する半導体層と外部の空気との屈折率の差は大きい。そのため、発光層２０６の最上部であるｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｄの表面部において、多くの光が全反射を生じて、反射層２０４の側に反射されてしまう。この場合、再び反射層２０４により反射が生じるが、この反射角は変化しないため、このｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｄで全反射を生ずる角度で発した光は、そのまま内部に留まり、何らかの形で反射角が変化しない限り外部に出射することはない。
【００３６】
そこで、本実施の形態では、発光層２０６の最上部であるｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｄの表面に第１の凹凸構造を形成している。
この凹凸構造は、例えば、矩形形状をなし、その凸部２１０の幅Ｌ１は、１μｍとすることができる。また凹部２１２の幅Ｌ２は、同様に１μｍとすることができる。また凹部２１２と凸部２１０の段差Ｈは、例えば０．１μｍ〜０．２μｍとすることができる。幅Ｌ１、幅Ｌ２はもっと小さい値でもよいが、本実施の形態では、後述の通りフォトリソグラフィ法により作製するため、フォトリソグラフィ法により作製するために、幅Ｌ１、幅Ｌ２は、１μｍ以上であることが好ましい。また各箇所における幅Ｌ１はこの矩形状の凹凸構造が形成される領域で、ほぼ同じ長さであることが好ましい。各箇所における幅Ｌ１の長さに大きなばらつきがあるとＬＥＤ１０２から取り出される光の光量が各箇所によりばらつきが生じやすくなり、そのため輝度ムラが生じやすくなる。また、これは幅Ｌ２においても同様である。つまり、この矩形状の凹凸構造が形成される領域で、各箇所における幅Ｌ２は、ほぼ同じ長さであることが好ましい。
【００３７】
このよう凹凸構造を形成することにより、発光層２０６から発し、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｄの表面に達した光は、全反射されにくくなる。即ち、凸部２１０および凹部２１２があることで、全反射が生じる角度から外れた角度でｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｄの表面に入射する成分が多くなる。この効果は、特に凸部２１０および凹部２１２の角部２１８ａ，２１８ｂにおいて起こりやすい。このため全反射が生じるのを抑制しやすくなり、光が外部に出射されやすくなる。
【００３８】
この第１の凹凸構造をフォトリソグラフィ法により作製するには、例えば、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｄの表面にまず、フォトレジスト液をスピンコートにより塗布してレジスト層を形成する。そして、そのレジスト層を第１の凹凸構造のパターンに対応した微細パターンが描画されたマスクをかぶせ、紫外線（ＵＶ：Ultraviolet）、電子線（ＥＢ：Electron Beam）等により露光を行うと、レジスト層に微細パターンが露光される。次に現像液を用いてレジスト層の露光部分を除去すると、微細パターンに対応した部分のレジスト層が除去され、レジスト層に孔部が形成される。そして、エッチングによりこの孔部の底部であるｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｄの表面を除去することで凹部２１２が形成される。最後に残存したレジスト層を除去すると第１の凹凸構造がｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｄの表面に形成される。なおエッチングとしては、乾式エッチング、湿式エッチングいずれの手法も使用することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、凹凸構造を矩形形状としたが、これに限られるものではなく他の形状であってもよい。具体的には、紡錘形状、円錐形状、円錐台形状、多角錐形状、多角錐台形状等が挙げられる。
また、本実施の形態では、発光層２０６としてｐｎｐｎ型のサイリスタを例にとり説明を行ったが、ｎｐｎｐ型のサイリスタでもよい。
【００４０】
被覆層２０８は、発光層２０６で発した光を透過する透明膜により構成される。
被覆層２０８は、第１の凹凸構造に対応して第２の凹凸構造を表面に有している。即ち、図７に示したように、発光層２０６のｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０６ｄの表面に形成された第１の凹凸構造の凸部２１０の上部に積層して、被覆層２０８の凸部２１４が形成される。また、凹部２１２の上部に積層して、被覆層２０８の凹部２１６が形成される。よって、本実施の形態の場合、第２の凹凸構造は、第１の凹凸構造と同様に矩形形状となる。一方、第２の凹凸構造の凸部２１４は、第１の凹凸構造の凸部２１０に対して、その角部２２０ａが丸くなっている。このような第２の凹凸構造は、被覆層２０８を形成する際に、第１の凹凸構造の段差Ｈと同じ程度かそれより少し厚い程度で成膜することによりを形成することができる。具体的には、ＳｉＯ２をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜することで形成することができる。
【００４１】
この被覆層２０８は透明膜であるため、発光層２０６を通り抜けてきた光は、被覆層２０８も透過し、外部に出射することができる。被覆層２０８を成膜することで、発光層２０６と外部の空気との屈折率の差がより小さくなり、更に反射が抑えられるため、光の取り出し効率を更に高くすることができる。
【００４２】
次に第１の凹凸構造について更に詳細に説明する。
図８（ａ）〜（ｄ）は、凹凸構造について説明した斜視図である。
図８（ａ）〜（ｄ）に示したＬＥＤ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄは、説明を簡単にするため、被覆層２０８を描いていない。そして、第１の凹凸構造の種々のパターンについて図示している。
【００４３】
ここで、図８（ａ）に示したＬＥＤ１０２ａは、副走査方向に畝状に配列する凸部２１０および凹部２１２により構成される。また、図８（ｂ）に示したＬＥＤ１０２ｂは、主走査方向に畝状に配列する凸部２１０および凹部２１２により構成される。ＬＥＤ１０２ａおよびＬＥＤ１０２ｂは、図示したように互いに略平行な畝状に配列する凸部２１０および凹部２１２を繰り返すパターンにより凹凸構造が形成されている。また凸部２１０の幅は、凸部２１０が形成されるどの箇所でもほぼ同一である。また凹部２１２の幅も同様にほぼ同一である。
【００４４】
また、図８（ｃ）に示したＬＥＤ１０２ｃは、格子状に配列する凸部２１０および凹部２１２により構成される。また、図８（ｄ）に示したＬＥＤ１０２ｄは、千鳥状に配列する凸部２１０および凹部２１２により構成により構成される。ＬＥＤ１０２ｃおよびＬＥＤ１０２ｄは、図示したように凸部２１０の頂部の形状はほぼ正方形形状である。即ち、凸部２１０の頂部の主走査方向および副走査方向の幅がほぼ等しい。また、凸部２１０の主走査方向および副走査方向の幅は、凸部２１０が形成されるどの箇所でもほぼ同一である。
【００４５】
図８（ａ）〜（ｄ）で示したいずれの形態においても、発光素子としてのＬＥＤ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ内部から発する光の取り出し効率を高めることができる。しかし、凸部２１０および凹部２１２により形成される角部２１８ａ，２１８ｂが多いほど、より全反射が生じにくくなり、より効率的に光を取り出すことができる。例えば、ＬＥＤ１０２ｃおよびＬＥＤ１０２ｄの構造の場合は、ＬＥＤ１０２ａおよびＬＥＤ１０２ｂの構造の場合よりも凸部２１０と凹部２１２により形成される角部２１８ａ，２１８ｂの数が多くなる。そのため、より全反射が生じにくくなり、より効率的に光を取り出すことができる。また、ＬＥＤ１０２ａの構造よりＬＥＤ１０２ｂの構造の方が、副走査方向に対し、光が集まりやすい。即ち、結像光学素子５４（図２参照）の光を集めることができる有効角の関係により、結像光学素子５４で集光できる光の量が多くなる。そのため、副走査方向の指向性を高めることができる。よって図２で説明した形態のような発光素子ヘッド１４においては、より効率よく光を集光しやすいため、より多くの光出力を感光体ドラム１２（図２参照）上に結像させやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施の形態の画像形成装置の全体構成を示した図である。
【図２】本実施の形態の発光素子ヘッドの拡大断面図を示している。
【図３】発光素子ヘッドの斜視図を示している。
【図４】発光素子アレイの構造を説明した概略図である。
【図５】発光素子アレイチップの構造を説明した図である。
【図６】分離タイプの自己走査型発光素子アレイの等価回路図である。
【図７】ＬＥＤの一例を説明した断面図である。
【図８】凹凸構造について説明した斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…画像形成装置、１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙ…画像形成ユニット、１４…発光素子ヘッド、２３…転写ロール、２４…定着器、５１…発光素子アレイ、５４…結像光学素子、１００…発光素子アレイチップ、１０１…ボンディングパッド、１０２…ＬＥＤ、２０２…基板、２０４…反射層、２０６…発光層、２０８…被覆層、２１０，２１４…凸部、２１２，２１６…凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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