(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の下面に断面三角形状の溝を形成するとともに該溝の頂部領域の内表面に多孔質シリコン層を設けて成り、且つ前記多孔質シリコン層に一端が接続した電極を有する発光素子アレイチップと、
上面に前記発光素子アレイチップが搭載され、且つ前記電極に接続される回路配線が被着されている透明基板とから成り、
前記発光素子アレイチップの前記多孔質シリコン層に電力を印加することによって前記多孔質シリコン層より光が発光するようになした光プリンタヘッドであって、
前記透明基板の上面に設けた透明材料からなる凸条を前記発光素子アレイチップの前記溝の内壁面に当接させて、前記多孔質シリコン層より発光する光を前記凸条および前記透明基板を通して照射することを特徴とする光プリンタヘッド。
【請求項２】
前記凸条の断面が発光素子アレイチップの溝形状と合致する略三角形状であることを特徴とする請求項１に記載の光プリンタヘッド。
【請求項３】
前記凸条の断面が円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の光プリンタヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真プリンタ等の露光源として組み込まれる光プリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光プリンタヘッドは、例えば図５に示す如く、所定パターンの回路配線１２が被着されている基板１１の上面に複数個の発光素子アレイチップ１３を一列状に配列・搭載した構造を有しており、前記発光素子アレイチップ１３の各発光素子を外部からの画像データに基づいて個々に選択的に発光させるとともに該発光した光をセルフォックレンズや単眼レンズ等の光学系を介して感光体の表面に照射・結像させ、感光体に所定の潜像を形成することによって光プリンタヘッドとして機能する。
【０００３】
尚、前記発光素子アレイチップ１３は、通常、その一主面に直線状に配列された多数の発光素子と該素子に電気的に接続される端子電極１６とを有しており、従来周知のフェースダウンボンディング等により基板上面の所定位置に搭載される。尚、図５の従来例においては発光素子アレイチップ１３の発光面が基板１１と対面配置されているため、発光素子の発した光が感光体側（図５の下方）に良好に透過し得るように、基板１１はガラス等の透明材料により形成される。
【０００４】
また最近では、光プリンタヘッドの発光素子アレイチップ１３として、生産性や環境への配慮という点で優れた特性を持った多孔質シリコン発光素子が注目されている。この多孔質シリコン発光素子は、平坦な単結晶シリコン基板１４の一部表面を従来周知の陽極化成により多孔質化したものであり、該多孔質シリコン層１５に基板上面の回路配線１２等を介して外部からの電力を印加することにより、多孔質シリコン層１５内で量子効果が発生し、これによって多孔質シリコン層１５の形成領域が発光するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の発光素子アレイチップ13は、多孔質シリコン層15が形成されている単結晶シリコン基板14の一主面がほぼ平坦であることから、この平坦面に陽極化成処理を施して多孔質シリコン層15を形成しようとすると、多孔質シリコン層15の形成領域は断面半円状となる。このような発光素子の発光強度は一般に多孔質シリコン層15の体積に比例するため、発光強度を向上させるべく多孔質シリコン層15の体積を増やそうとすると、陽極化成の処理時間が長くなる上に多孔質シリコン層15が面方向に大きく広がり、その結果、シャープな発光出力が得られなくなる欠点を有している。またこの場合、個々の多孔質シリコン層15は単結晶シリコン基板14の面方向に大きく広がってしまうため、発光素子を高密度化して近時の高精細印画に適した光プリンタヘッドを構成することが困難であった。
【０００６】
更に上述した従来の光プリンタヘッドにおいては、通常、発光素子アレイチップ13や基板11の表面に位置合わせ用のマーカー（図示せず）が形成される。この位置合わせマーカーは発光素子アレイチップ13を基板11上に搭載する際、各チップ13を基板上面の所定位置に位置決めするための基準となるものであり、これらのマーカーを用いて各発光素子アレイチップ13を位置決めした後、チップ13の端子電極16と基板11上面の回路配線12とを半田等の導電性接着剤17でボンディングすることによりチップ13を搭載している。
【０００７】
しかしながら、上述した如く、発光素子アレイチップ１３を１個ずつマーカーを用いて位置決めしながら搭載する場合、画像認識精度やメカ精度の問題がある上に、接着剤による逃げや外部からの振動等に起因したチップ１３の位置ずれが発生し易く、しかもこの場合、全ての発光素子アレイチップ１３を基板１１上に搭載するには比較的長時間を要するため、光プリンタヘッドの生産性が著しく低いものとなる欠点を有している。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、本発明の光プリンタヘッドは、シリコン基板の下面に断面三角形状の溝を形成するとともに該溝の頂部領域の内表面に多孔質シリコン層を設けて成り、且つ前記多孔質シリコン層に一端が接続した電極を有する発光素子アレイチップと、上面に前記発光素子アレイチップが搭載され、且つ前記電極に接続される回路配線が被着されている透明基板とから成り、前記発光素子アレイチップの前記多孔質シリコン層に電力を印加することによって前記多孔質シリコン層より光が発光するようになした光プリンタヘッドであって、前記透明基板の上面に設けた透明材料からなる凸条を前記発光素子アレイチップの前記溝の内壁面に当接させて、前記多孔質シリコン層より発光する光を前記凸条および前記透明基板を通して照射することを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明の光プリンタヘッドは、前記凸条の断面が発光素子アレイチップの溝形状と合致する略三角形状であることを特徴とするものである。
【００１０】
更に本発明の光プリンタヘッドは、前記凸条の断面が円弧状であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一形態に係る光プリンタヘッドの断面図、図２は図１の光プリンタヘッドに使用される透明基板の斜視図、図３は図１の光プリンタヘッドに使用される透明基板の平面図であり、１  は透明基板、２  は回路配線、３  は凸条、４  は発光素子アレイチップ、５  はシリコン基板、６  は溝、７  は多孔質シリコン層、８，９  は電極である。
【００１２】
前記透明基板１  は、例えばホウ珪酸ガラスや石英，サファイア，結晶化ガラス等の透明な電気絶縁性材料から成り、その上面には給電用の回路配線２  や凸条３  等が設けられ、この凸条３  に沿って複数個の発光素子アレイチップ４  が一列状に配列・搭載される。
【００１３】
前記透明基板１  はその上面で、発光素子アレイチップ４  等を支持するための支持母材として機能するものであり、また凸条３  は、後述する発光素子アレイチップ４  の溝形状と合致する略三角形状をなし、発光素子アレイチップ４  を透明基板１  上に搭載する際、各チップ４  を基板上面の所定位置に位置決めする作用を為す。
【００１４】
前記透明基板１  は、例えばホウ珪酸ガラスから成る場合、従来周知のフローティング法等によって所定厚みの板体を形成し、これを所定の矩形状に切断・加工することにより製作される。
【００１５】
尚、基板１  を透明材料により形成するのは、その上面に搭載される発光素子アレイチップ２  からの光を感光体（図示せず）が配置される基板１  の下面側に透過させるためであり、発光素子アレイチップ４  の直下に配設される基板上面の凸条３  もまた、同様の理由により、基板１  と同質の透明材料で形成される。
【００１６】
そして前記透明基板１  の上面には、複数個の発光素子アレイチップ４  が前記凸条３  に沿って一列状に配列・搭載されている。
【００１７】
前記発光素子アレイチップ4は、単結晶シリコンから成るシリコン基板5の下面に断面三角形状の溝6と該溝6の頂部領域の内表面に多孔質シリコン層7とを有し、且つシリコン基板5の下面に一端が溝6内の多孔質シリコン層7上まで延在して多孔質シリコン層7に接する透明な個別電極8と、上面に共通電極9とを被着・形成した構造を有しており、前記溝6の内壁面を透明基板1上面の凸条3に当接させた状態で、フェースダウンボンディングにより搭載される。
【００１８】
前記発光素子アレイチップ４  は、その個別電極８  等が透明基板上面の回路配線２  に異方性導電接着剤や半田等の導電性接着剤１０を介して電気的に接続され、これによって外部からの電力が回路配線２  及び個別電極８  等を介して発光素子アレイチップ４  の多孔質シリコン層７  に供給されるようになっている。
【００１９】
また前記発光素子アレイチップ４  の溝６  は、例えば、角度５０°〜６０°、開口幅５μｍ〜１０μｍ、深さ５μｍ〜１０μｍの寸法で形成されており、該溝６  の頂部領域の多孔質シリコン層７  は各々が断面縦長状をなし、シリコン基板５  の長手方向に直線状に配列される。尚、多孔質シリコン層７  の多孔度は５０〜６５％に、平均気孔径は１×１０−７〜１×１０−４μｍに設定され、これによって間接遷移型よりも直接遷移型に近い形になっているものと考えられている。
【００２０】
前記発光素子アレイチップ４  は、外部からの画像データに基づいて個別電極８  及び共通電極９  間に所定の電力が印加されると各多孔質シリコン層７  の形成領域が量子効果によって個々に選択的に発光（波長６００〜７８０ｎｍ）し、これらの光を図示しないレンズ等の光学系を介して外部の感光体表面に照射・結像させることによって感光体に所定の潜像が形成される。
【００２１】
このように発光素子アレイチップ４  の多孔質シリコン層７  が三角溝６  の頂部領域に形成されており、その断面は縦長状をなしているため、多孔質シリコン層７  の形成領域をシリコン基板５  の面方向に大きく広げることなく発光素子アレイチップ４  の発光出力を向上させることができ、これによって個々の発光領域を小さく、且つ高密度に配列させることができる。よって極めてシャープな発光出力が得られるようになり、かかる発光素子アレイチップ４  を搭載した光プリンタヘッドを近時の高精細印画に適したプリンタ用露光源として使用することが可能となる。
【００２２】
またこの場合、各発光素子アレイチップ4は、その下面に設けられている三角溝6の内壁面に透明基板1上面の凸条3を当接させた状態で透明基板1上に搭載されていることから、発光素子アレイチップ4を透明基板1上に搭載して光プリンタヘッドを組み立てる際、複数個の発光素子アレイチップ4を凸条3に沿って並べるだけでチップ4の位置決めを正確、且つ簡単に行なうことができ、これによって光プリンタヘッドの組み立て時間を短縮することが可能となり、しかもこのようにして発光素子アレイチップ4を透明基板1上に搭載する場合、各発光素子アレイチップ4の溝6は凸条3に係止されているので各発光素子アレイチップ4は透明基板1上面の所定位置に良好に保持され、接着剤による逃げが発生したり外部からの振動等が印加されても発光素子アレイチップ4が大きく位置ずれすることは少ない。従って光プリンタヘッドの生産性を大幅に向上させることもできる。
【００２３】
尚、前記発光素子アレイチップ4は、厚み方向に１００方位を配した単結晶シリコン基板5の下面長手方向（単結晶シリコンの１１０方位）にわたってカッターを用いて所定の溝6を形成し、しかる後、溝6の頂部領域を露出させた状態で陽極化成処理を施すことによりシリコン基板5の一部表面を多孔質化する。この陽極化成処理は、まず溝6の頂部領域のみを露出させるようにしてシリコン基板5下面の表面をマスクで被覆し、これを所定のフッ酸溶液中に浸漬するとともにシリコン基板5の露出部に電流密度３０ｍＡ・ｃｍの電流を約５分間流し続けることにより行なわれ、この場合、陽極化成処理時にシリコン基板5の厚み方向に流れる電流は溝6の頂部領域に集中するため、多孔質シリコン層7の断面は幅３〜５μｍ、深さ５〜１０μｍの縦長の半楕円状となる。そして最後に、シリコン基板5の下面にＩＴＯ等から成る透明な個別電極8を、上面にＡｕ（金）やＡｇ（銀），Ｃｕ（銅）等から成る共通電極9を従来周知の薄膜手法等を採用し所定パターンに被着させることによって発光素子アレイチップ4が製作される。
【００２４】
また前記凸条３  は、透明基板１  の上面に所定のガラスペーストをスクリーン印刷等によって印刷し、これをダイシングや研磨等により成形した後、ガラスペーストを５００℃〜６００℃の高温で焼き付けることにより透明基板１  と一体的に形成される。
【００２５】
かくして上述した光プリンタヘッドは、発光素子アレイチップ４  の各発光素子を外部からの画像データに基づいて個々に選択的に発光させるとともに該発光した光をセルフォックレンズや単眼レンズ等の図示しない光学系を介して外部の感光体表面に照射・結像させ、感光体に所定の潜像を形成することによって光プリンタヘッドとして機能する。
【００２６】
尚、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。
【００２７】
例えば上述の形態では透明基板1上面の凸条3を発光素子アレイチップ4の溝形状と合致する略三角形状になしたが、これに代えて図４に示す如く、透明基板1上面の凸条3'を断面円弧状になしても良い。この場合、凸条3'の屈折率を１．４４〜１．４９に設定し、その曲率半径を２μｍ〜５μｍに設定しておけば、凸条3'が集光用のレンズ部材としても機能するようになり、発光素子アレイチップ4からの光をよりシャープになすことができる。従って凸条3'は屈折率１．４４〜１．４９の透明材料を用いて断面円弧状に形成することが好ましい。
【００２８】
また上述の形態ではシリコン基板５  の溝６  をカッターにより形成したが、これに代えて単結晶シリコンの異方性エッチングにより形成することもできる。その場合、まずシリコン基板５  の表面に上面の所定領域のみが露出されるようにしてマスクを被着させ、これを所定濃度の水酸化カリウム溶液中に所定時間浸漬してシリコン基板５  の露出部をエッチングすることにより溝６  が形成される。このとき、シリコン基板５  を形成する単結晶シリコンの１００方位はシリコン基板５  の厚み方向に、１１１方位は溝６  の向きと直交する方向にそれぞれ合致させておけばシリコン基板５  の厚み方向にかかるエッチングレートが溝６  の向きと直交する方向にかかるエッチングレートの約１０倍となるので溝６  の角度は５４°〜５５°となる。
【００２９】
更に上述の形態において、溝６  の下部領域の内表面にアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ），金（Ａｕ）等の反射率９０％以上の金属を従来周知のスパッタリング等により０．１〜０．５μｍの厚みに被着させておけば、該金属層が溝６  内で拡散しようとする光を溝６  の下方に反射させて溝６  の真下に効率良く集めることができる。従って発光素子アレイの発光出力をより効果的に向上させることができる。
【００３０】
また更に上述の形態においては凸条３  をガラスペーストの印刷、焼き付けによって形成したが、これに代えて凸条３  を液状に成した透明樹脂前駆体の印刷、重合により形成しても構わない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の光プリンタヘッドによれば、発光素子アレイチップの多孔質シリコン層が溝内に形成されており、その断面は縦長状をなすため、多孔質シリコン層の形成領域をシリコン基板の面方向に大きく広げることなく発光素子アレイチップの発光出力を向上させることができ、これによって個々の発光領域を小さく、且つ高密度に配列させることができる。よって極めてシャープな発光出力が得られるようになり、かかる発光素子アレイチップを搭載した光プリンタヘッドを近時の高精細印画に適したプリンタ用露光源として使用することが可能となる。
【００３２】
また本発明の光プリンタヘッドによれば、各発光素子アレイチップの下面に断面三角形状の溝が設けられており、この溝の内壁面を透明基板上面の凸条に当接させた状態でチップを搭載していることから、発光素子アレイチップを透明基板上に搭載して光プリンタヘッドを組み立てる際、複数個の発光素子アレイチップを凸条に沿って並べるだけで該チップの位置決めを正確、且つ簡単に行なうことができ、これによって光プリンタヘッドの組み立て時間を短縮することが可能となる。
【００３３】
しかも上述のようにして発光素子アレイチップを透明基板上に搭載する場合、各発光素子アレイチップは凸条を溝に係止させておくことにより所定位置に保持されており、発光素子アレイチップが大きく位置ずれすることは少ない。従って光プリンタヘッドの生産性を大幅に向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係る光プリンタヘッドの断面図である。
【図２】図１の光プリンタヘッドに使用される透明基板の斜視図である。
【図３】図１の光プリンタヘッドに使用される透明基板の平面図である。
【図４】本発明の他の形態に係る光プリンタヘッドの断面図である。
【図５】従来の光プリンタヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１  ・・・透明基板、２  ・・・回路配線、３，３’・・・凸条、４  ・・・発光素子アレイチップ、５  ・・・シリコン基板、６  ・・・溝、７  ・・・多孔質シリコン層、８，９  ・・・電極
【図１】
0003631626.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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