(57)【要約】  【課題】  全体の構造を簡便化することが可能であり信頼性にも優れた、光励起による転送スイッチ素子を受光効率を高めて集積した発光装置を提供する。  【解決手段】  しきい電圧またはしきい電流を外部から光を照射することによって制御可能な多数個の３端子発光スイッチ素子15を備え、各３端子発光スイッチ素子15に対応する３端子発光素子14をゲート端子間を電気的に接続して制御する発光装置であって、隣接する３端子発光スイッチ素子15間の基板１上に３端子発光スイッチ素子15からの発光を反射する反射層10を設けた発光装置である。基板１に吸収される光を反射して隣接する３端子発光スイッチ素子15の受光部に入射させることにより受光効率を高めることができ、３端子発光スイッチ素子15の発光出力を抑えても、光励起による発光状態の転送が可能となる。【選択図】  図２
2006007673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光のしきい電圧またはしきい電流を外部から光を照射することによって制御可能な、アノード端子とカソード端子とゲート端子とを有する３端子発光スイッチ素子を多数個、１つの前記３端子発光スイッチ素子からの発光が隣接する前記３端子スイッチ素子に入射するように基板上に直線状に配列するとともに、前記３端子発光スイッチ素子の各々の前記アノード端子にクロックラインを接続した３端子発光スイッチ素子アレイと、
発光のしきい電圧またはしきい電流を外部からゲート端子を介して電気的に制御可能な、アノード端子とカソード端子と前記ゲート端子とを有する３端子発光素子を多数個、前記３端子発光スイッチ素子に対応させて前記基板上に配列するとともに、前記３端子発光素子の前記ゲート端子をそれぞれ対応する前記３端子発光スイッチ素子の前記ゲート端子と電気的に接続し、前記３端子発光素子の前記アノード端子を発光のための電圧または電流を供給するラインに接続した３端子発光素子アレイとを具備しており、
前記３端子発光スイッチ素子および前記３端子発光素子は、それぞれｎ型半導体基板の上に、第１のｎ型半導体層と第１のｐ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが順次積層された受光部と、該受光部上に第３のｎ型半導体層と第２のｐ型半導体層とが積層された発光部とを有するとともに、前記第２のｐ型半導体層に前記アノード端子を、前記ｎ型半導体基板または前記第１のｎ型半導体層に前記カソード端子を、前記第２または第３のｎ型半導体層に前記ゲート端子をそれぞれ電気的に接続した発光サイリスタであり、
前記３端子発光スイッチ素子アレイは、隣接する前記３端子発光スイッチ素子間の前記基板上に前記発光を反射する反射層が設けられていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記３端子発光スイッチ素子アレイと前記３端子発光素子アレイとが基板上に並列に配設されているとともに、前記３端子発光スイッチ素子からの発光のうち前記基板の表面に垂直方向の発光と前記３端子発光素子方向の発光と前記３端子発光素子の反対方向の発光とを遮光する遮光層を設けたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の発光装置を感光体への露光装置に使用していることを特徴とする画像記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光サイリスタを具備した、光励起による転送スイッチ素子を集積した自己走査型の発光装置に関し、さらにこの発光装置を用いた画像記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像記録装置のうち電子写真プリンタの露光装置の一つである光プリンタヘッドとして用いられている発光装置として、ｐｎｐｎ構造を持つ負性抵抗素子である発光サイリスタを発光素子に使用し、これを発光素子列として配置して発光状態の転送が実現できる発光装置とするものが提案されており、これを光プリンタヘッドに用いることで、実装上簡便となること、発光素子アレイをコンパクトに作製できること等が示されている（例えば、特許文献１，２を参照。）。
【０００３】
図４に、このような発光状態の転送機能を有する従来の第１の発光装置の基本構造の概略回路構成を示す等価回路図ならびに各クロックパルスおよび発光強度の波形を示す線図を示す。発光サイリスタＴ０〜Ｔｎは略直線状に配列され、各発光サイリスタの発光が順次隣接する発光サイリスタに入射するように構成されている。発光サイリスタＴ０〜Ｔｎはそれぞれ光照射を受けることによってそのしきい電圧もしくはしきい電流が低下する特性を持つため、発光している発光サイリスタに隣接している発光サイリスタのしきい電圧が下がることとなる。また、各発光サイリスタのアノード端子に対して３本の転送クロックラインφ１，φ２，φ３がそれぞれ発光サイリスタ３個おきに繰返し接続されており、各転送クロックラインφ１，φ２，φ３にはそれぞれ電流源Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３が接続されており、その電流量を発光信号φＩが制御するように構成されている（例えば、特許文献２，特許文献３を参照。）。
【０００４】
また、図５に、図４に等価回路図で示される発光装置の、発光サイリスタアレイ部の断面図を示す。図５において、21はＧａＡｓ等のｎ型半導体基板、22はｎ型半導体層、23はｐ型半導体層、24はｎ型半導体層、25はｐ型半導体層、26はオーミックコンタクト層、27は絶縁層、28はアノード端子、30は透光性の保護膜、32は発光サイリスタである。図５に示す例において、右側の発光サイリスタ32が発光状態のとき、その光は発光サイリスタ32の表面からだけでなく、同図中に矢印で示すように、半導体層の側面からも放射する。この側面から放射された光が隣接する発光サイリスタ32に照射されることにより、隣接する発光サイリスタ32が光励起状態となる。
【０００５】
図４を用いて、従来の第１の発光装置における発光状態の転送機能の動作について説明する。まず、スタートパルスラインφＳがローレベルからハイレベルに変化し、これによって、最初の発光サイリスタＴ０がオフ状態からオン状態へ変化して発光する。発光サイリスタＴ０からの発光は隣接する発光サイリスタＴ１に入射し、光励起によりその発光のしきい電圧を下げる。このとき、発光サイリスタＴ２以降は発光サイリスタＴ１よりも発光サイリスタＴ０から離れているため、それらへの入射光は弱く、発光のしきい電圧の低下は小さい。すなわち、発光サイリスタＴ０からの距離が大きいほど入射光は弱まり、その発光サイリスタにおけるしきい電圧の変化も小さくなる。この状態で、次に転送クロックラインφ１がローレベルからハイレベルに変化すると、発光サイリスタＴ１の発光のしきい電圧が発光サイリスタＴ０からの光照射により低下しているため、転送クロックラインφ１のハイレベルをそのしきい電圧に合わせたレベルとすることにより、発光サイリスタＴ１がオフ状態からオン状態へ変化して発光する。このとき、同じ転送クロックラインφ１が接続されている発光サイリスタＴ４は、発光サイリスタＴ０から十分離れているためその発光のしきい電圧の低下はほとんどないので、発光サイリスタＴ１を発光させるレベルのクロックラインφ１のハイレベルでは発光せず、よって発光サイリスタＴ１のみがオン状態となって発光する。次に、スタートパルスラインφＳをローレベルとすることで、発光サイリスタＴ０はオン状態からオフ状態へ変化して発光が終了する。これによりオン状態が発光サイリスタＴ０から隣接する発光サイリスタＴ１へ転送される。
【０００６】
以下同様に、各転送クロックラインφ１〜φ３のクロックパルスの波形を図４に示す線図のように変化させることにより、次に発光サイリスタＴ１から発光サイリスタＴ２へ、その次に発光サイリスタＴ２から発光サイリスタＴ３へと時間とともにオン状態（発光状態）が転送される。
【０００７】
例えば、転送クロックラインφ３のみがハイレベルにあり、発光サイリスタＴ３がオン状態にあるとき、発光サイリスタＴ３からの発光は隣接する発光サイリスタＴ２，Ｔ４に最も強く入射してこれらの発光のしきい電圧を低下させる。このとき、発光サイリスタＴ１，Ｔ５はそれぞれ発光サイリスタＴ２，Ｔ４に比べて発光サイリスタＴ３から遠方にあるためこれらに発光サイリスタＴ３から入射する光は弱く、これらの発光のしきい電圧はあまり低下しない。この状態で転送クロックラインφ１がローレベルからハイレベルに変化すると、発光サイリスタＴ４のしきい電圧ＶＴＨ（Ｔ４）は発光サイリスタＴ１のしきい電圧ＶＴＨ（Ｔ１）に比べてより低下しているため、転送クロックラインφ１のクロックパルスのハイレベル電圧ＶＨをＶＴＨ（Ｔ４）＜ＶＨ＜ＶＴＨ（Ｔ１）と設定することで発光サイリスタＴ４のみがオン状態となって発光し、発光サイリスタＴ１はオフ状態のままとなる。そして次に転送クロックラインφ３をハイレベルからローレベルにすることで発光サイリスタＴ３はオフ状態になり、オン状態（発光状態）は発光サイリスタＴ３から発光サイリスタＴ４へ転送される。
【０００８】
このように転送クロックラインφ１，φ２，φ３のクロックパルスのハイレベルを互いに少しずつ重なるように設定することで、発光サイリスタＴ０〜Ｔｎのオン状態（発光状態）は順次転送されていく。
【０００９】
また、図４の線図に示すように、発光サイリスタＴ３のみを強く発光させる場合には、発光サイリスタＴ３が発光するタイミングに合わせて発光信号φＩをハイレベルにする。これにより、その時のオン状態の発光素子である発光サイリスタＴ３のみが印加される電流量が増加し、発光強度Ｌ（Ｔ３）も大きくなる。
【００１０】
従来の第１の発光装置は、この発光サイリスタＴ３の発光を外部へ照射する光として利用するものである。
【００１１】
なお、転送クロックラインφ１〜φ３と３本必要とする理由は、発光状態の発光サイリスタの両隣りの発光サイリスタがともに光励起状態にあり、クロックラインが２本では転送方向の指定ができないためである。
【００１２】
しかしながら、この従来の第１の発光装置では、図４に示す発光強度Ｌ（Ｔ３）の線図からも分かるように、光プリンタヘッド等に適用する場合には、外部へ照射させる光を発光させる時以外でもスイッチング信号を転送するためのオン状態（発光状態）にある各発光サイリスタからある程度の発光（バイアス光）を生じる。これはオン状態を維持するための電流により各発光サイリスタから弱い発光が生じるためであるが、この従来の第１の発光装置を画像記録装置の光プリンタヘッド等に適用する場合は、このバイアス光も感光体に照射されてしまって本来の画像記録のための照射光に対してノイズとして作用するため、画像品質を悪化させる原因となるという問題点がある。
【００１３】
そこで、このような問題点を解消するため、スイッチング信号の転送のための素子を分離してそれらの素子を電気的に制御する構造のものが提案されている（例えば、特許文献４を参照。）。
【００１４】
図６にそのような発光状態の転送機能（自己走査機能）を有する従来の第２の発光装置の基本構造の概略回路構成を等価回路図で示す。この従来の第２の発光装置における発光サイリスタアレイは、信号転送のためのスイッチ用のスイッチ用サイリスタ（Ｔ１〜Ｔｎ）が略直線状に配列された部分と、外部へ照射する光の発光用の発光用サイリスタ（Ｌ１〜Ｌｎ）が略直線状に配列された部分とを有している。スイッチ用サイリスタと発光用サイリスタとはそれぞれの対応したゲート端子同士が電気的に接続されており（例えばｎ番目のスイッチ用サイリスタＴｎとｎ番目の発光用サイリスタＬｎとのゲート端子同士が接続される。）、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１のゲート端子はスタートパルスラインφＳに接続される。また、スイッチ用サイリスタＴ１〜Ｔｎの各々のゲート端子は負荷抵抗ＲＬを介して制御用電源ＶＧＫに接続され、アノード端子には２本のクロックラインφ１，φ２がそれぞれ１つおきに接続される。
【００１５】
また、２番目のスイッチ用サイリスタＴ２のゲート端子には１番目のスイッチ用サイリスタＴ１のゲート端子が転送方向指定ダイオードＤを介して電気的に接続され、以後、同様の接続の繰り返しで各ゲート端子が電気的に接続されている。
【００１６】
このような従来の第２の発光装置における、従来の電気制御によるスイッチ素子を用いた発光状態の転送および発光について説明する。
【００１７】
発光状態の転送はスタートパルスラインφＳがハイレベルからローレベルに変化することにより始まる。これにより、電気的に１番目のスイッチ用サイリスタＴ１の発光のしきい電圧が低下する。このときクロックラインφ２をローレベルからハイレベルにすることで、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１がオン状態になり発光する。２番目のスイッチ用サイリスタＴ２以降は、転送方向指定ダイオードＤにより、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１から離れるほど転送方向指定ダイオードＤの順方向電圧降下分に応じてスイッチ用サイリスタＴ２，Ｔ３・・のゲート端子にかかる電圧が上昇する。そのため、同じクロックラインφ２が接続されている３番目のスイッチ用サイリスタＴ３では発光のしきい電圧が転送方向指定ダイオードＤ２つ分の順方向電圧降下分だけ上昇することとなるので、クロックパルスφ２のハイレベルがこの３番目のスイッチ用サイリスタＴ３の発光のしきい電圧以下となるようなスタートパルスを用いることで、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１のみがオン状態になり発光することとなる。
【００１８】
この状態で発光用サイリスタＬ１〜Ｌｎ用の電源ラインφＩをローレベルからハイレベルにすると、１番目の発光用サイリスタＬ１においては発光のオン条件がゲート端子同士が電気的に接続されている１番目のスイッチ用サイリスタＴ１のオン条件と同じになるため、１番目の発光用サイリスタＬ１がオン状態になって発光し、１番目の発光部が発光して点灯することになる。次に、電源ラインφＩをローレベルに戻すことにより、１番目の発光用サイリスタＬ１はオフ状態になり発光が終了する。
【００１９】
次に、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１から２番目のスイッチ用サイリスタＴ２への発光状態の転送（オン条件の転送）について説明する。１番目の発光用サイリスタＬ１がオフ状態になってもクロックラインφ２がハイレベルのままなので、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１はオン状態（発光状態）を保持する。このとき、２番目のスイッチ用サイリスタＴ２では１番目のスイッチ用サイリスタＴ１に比べて転送方向指定ダイオードＤ１つ分の順方向電圧降下分だけゲート端子にかかる電圧が高くなり、同じクロックラインφ１が接続されている４番目のスイッチ用サイリスタＴ４はそれよりさらに転送方向指定ダイオードＤ２つ分の順方向電圧降下分だけゲート端子にかかる電圧が高くなる。この状態でクロックラインφ１をローレベルからハイレベルにしたとき、２番目のスイッチ用サイリスタＴ２の発光のしきい電圧と４番目のスイッチ用サイリスタＴ４の発光の電圧との間の電圧となるようにクロックパルスφ１のハイレベルを選べば、２番目のスイッチ用サイリスタＴ２のみがオン状態になり発光する。
【００２０】
こうして２番目のスイッチ用サイリスタＴ２がオン状態（発光状態）となった後、クロックラインφ２をハイレベルからローレベルにすることにより、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１は１番目の発光用サイリスタＬ１がオフ状態となったのと同様にオフ状態になり発光か終了する。このとき、スタートパルスラインφＳがローレベルからハイレベルに変化しているため、転送方向指定ダイオードＤにより１番目のスイッチ用サイリスタＴ１のゲート端子にかかる電圧はほぼ制御用電源ＶＧＫの電圧に等しくなり、発光のしきい電圧が最も低いスイッチ用サイリスタは２番目のスイッチ用サイリスタＴ２となる。こうして、スイッチ用サイリスタのオン状態（発光状態）は１番目のスイッチ用サイリスタＴ１から２番目のスイッチ用サイリスタＴ２に転送される。そして、このとき電源ラインφＩをローレベルからハイレベルにすると、２番目の発光用サイリスタＬ２のみがオン状態となり発光する。
【００２１】
以上の操作を順次繰り返すことにより、スイッチ用サイリスタＴ０〜Ｔｎの発光状態が順次転送され、それに対応させて発光用サイリスタＬ１〜Ｌｎの発光状態の制御を行なうことができる。
【特許文献１】特開昭49−124992号公報
【特許文献２】特許第2577034号公報
【特許文献３】特許第3020177号公報
【特許文献４】特許第2577089号公報
【特許文献５】特開2003−243696号公報
【特許文献６】特許第2683781号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上記の従来の第１の発光装置では、発光サイリスタが発光する光を受光して隣接する発光サイリスタが光励起する構成のため、受光する発光サイリスタの受光効率が高いことが要求される。しかしながら、図５中に破線の矢印で示すように、発光サイリスタ32からの光放射のうちには隣接する発光サイリスタ32に照射されずｎ型半導体基板21に吸収されたり外部へ放射されたりする光等があるため、隣接する発光サイリスタ32で受光できる光量は少なくなるという問題点がある。また、外部へ放射されてしまう光があるのと同時にバイアス光が発生することにより、光プリンタヘッド等へ適用した場合に画像品質が悪くなるという問題点がある。
【００２３】
また、上記の従来の第２の発光装置では、スイッチ用サイリスタでの信号転送に発光サイリスタの光励起を利用しない構成のため、スイッチ用サイリスタ間での受光効率は重要ではない。しかしながら、信号転送用に電気的に駆動するスイッチ素子としてスイッチ用サイリスタを用い、その電気的制御により発光素子としての発光用サイリスタの発光状態の転送を実現しているため、転送方向指定のための転送方向指定ダイオードＤやスイッチ用サイリスタのゲート電圧を制御するための負荷抵抗ＲＬ等を必要としており、これらをサイリスタ（ｐｎｐｎ）構造の一部を使用して形成している。そのためスイッチ用サイリスタ部の構造が複雑となり、製造に際しても工程数が多くなってしまい生産性に劣るという問題点がある。
【００２４】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、全体構造を簡便化することが可能であり、信頼性にも優れた、光励起による転送スイッチ素子を集積した発光装置において、スイッチ用サイリスタにおける隣接する発光サイリスタの受光効率を高めることができる発光装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、本発明の発光装置を用いた、画像品質の良好な記録画像を得られる画像記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の発光装置は、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部から光を照射することによって制御可能な、アノード端子とカソード端子とゲート端子とを有する３端子発光スイッチ素子を多数個、１つの前記３端子発光スイッチ素子からの発光が隣接する前記３端子スイッチ素子に入射するように基板上に直線状に配列するとともに、前記３端子発光スイッチ素子の各々の前記アノード端子にクロックラインを接続した３端子発光スイッチ素子アレイと、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部からゲート端子を介して電気的に制御可能な、アノード端子とカソード端子と前記ゲート端子とを有する３端子発光素子を多数個、前記３端子発光スイッチ素子に対応させて前記基板上に配列するとともに、前記３端子発光素子の前記ゲート端子をそれぞれ対応する前記３端子発光スイッチ素子の前記ゲート端子と電気的に接続し、前記３端子発光素子の前記アノード端子を発光のための電圧または電流を供給するラインに接続した３端子発光素子アレイとを具備しており、前記３端子発光スイッチ素子および前記３端子発光素子は、それぞれｎ型半導体基板の上に、第１のｎ型半導体層と第１のｐ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが順次積層された受光部と、この受光部上に第３のｎ型半導体層と第２のｐ型半導体層とが積層された発光部とを有するとともに、前記第２のｐ型半導体層に前記アノード端子を、前記ｎ型半導体基板または前記第１のｎ型半導体層に前記カソード端子を、前記第２または第３のｎ型半導体層に前記ゲート端子をそれぞれ電気的に接続した発光サイリスタであり、前記３端子発光スイッチ素子アレイは、隣接する前記３端子発光スイッチ素子間の前記基板上に前記発光を反射する反射層が設けられていることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の発光装置は、上記構成において、前記３端子発光スイッチ素子アレイと前記３端子発光素子アレイとが基板上に並列に配設されているとともに、前記３端子発光スイッチ素子からの発光のうち前記基板の表面に垂直方向の発光と前記３端子発光素子方向の発光と前記３端子発光素子の反対方向の発光とを遮光する遮光層を設けたことを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の画像記録装置は、上記各構成のいずれかの本発明の発光装置を感光体への露光装置に使用していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の発光装置によれば、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部から光を照射することによって制御可能な、アノード端子とカソード端子とゲート端子とを有する３端子発光スイッチ素子を多数個、１つの３端子発光スイッチ素子からの発光が隣接する３端子スイッチ素子に入射するように基板上に直線状に配列するとともに、３端子発光スイッチ素子の各々のアノード端子にクロックラインを接続した３端子発光スイッチ素子アレイと、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部からゲート端子を介して電気的に制御可能な、アノード端子とカソード端子とゲート端子とを有する３端子発光素子を多数個、３端子発光スイッチ素子に対応させて基板上に配列するとともに、３端子発光素子のゲート端子をそれぞれ対応する３端子発光スイッチ素子のゲート端子と電気的に接続し、３端子発光素子のアノード端子を発光のための電圧または電流を供給するラインに接続した３端子発光素子アレイとを具備しており、３端子発光スイッチ素子および３端子発光素子は、それぞれｎ型半導体基板の上に、第１のｎ型半導体層と第１のｐ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが順次積層された受光部と、この受光部上に第３のｎ型半導体層と第２のｐ型半導体層とが積層された発光部とを有するとともに、第２のｐ型半導体層にアノード端子を、ｎ型半導体基板または第１のｎ型半導体層にカソード端子を、第２または第３のｎ型半導体層にゲート端子をそれぞれ電気的に接続した発光サイリスタであることから、スイッチ用サイリスタによる信号転送を発光サイリスタの光励起により行なう構成としたことで、スイッチ用サイリスタ部に転送方向指定ダイオードやゲート電圧制御のための負荷抵抗等を必要とせず、従来の発光装置に比べて簡便なアレイ構造でスイッチ用サイリスタ部を構成することができ、製造に際しても工程数を削減することができる。さらに、３端子発光スイッチ素子アレイは、隣接する３端子発光スイッチ素子間の基板上に発光を反射する反射層が設けられていることから、この反射層によって基板に向かって放射された発光を隣接する３端子発光スイッチ素子の受光部に入射させることができ、隣接する３端子発光スイッチ素子間の受光効率を高めることができるので、３端子発光スイッチ素子の発光出力を抑えることができ、３端子発光スイッチ素子アレイにおける消費電力を低減することができるとともに、３端子発光スイッチ素子の劣化を抑えて長期にわたって安定して動作させることができる。また、３端子発光スイッチ素子の発光出力を抑えても、隣接する３端子発光スイッチ素子への光励起による発光状態の転送が可能となる。
【００２９】
また、本発明の発光装置によれば、３端子発光スイッチ素子アレイと３端子発光素子アレイとが基板上に並列に配設されているとともに、３端子発光スイッチ素子からの発光のうち基板の表面に垂直方向の発光と３端子発光素子方向の発光と３端子発光素子の反対方向の発光とを遮光する遮光層を設けたときには、３端子発光スイッチ素子アレイからの漏れ光のうち基板の表面に垂直方向の発光と３端子発光素子方向の発光と３端子発光素子の反対方向の発光とはこの遮光層によって十分に遮光されるので、３端子発光スイッチ素子アレイにおいて発光状態を転送すべき隣接した３端子発光スイッチ素子方向への発光のみを効率良く利用することができ、漏れ光の影響を抑制することができるとともに、３端子発光素子アレイからの出力光のみを外部に効率良く取り出すことができるものとなる。
【００３０】
そして、本発明の画像記録装置によれば、電子写真方式の画像記録装置であって、本発明の発光装置を感光体への露光装置に使用していることから、露光装置としての発光装置において感光体への画像露光を行なうための発光素子と信号転送のためのスイッチ素子とを一体的に集積化したものとすることができるので、発光装置を実装して露光装置を構成する回路基板を小型化することができ、またこの回路基板とのワイヤボンディングの数や回路基板に搭載すべき駆動ＩＣの数を低減することができるので、小型化が可能で、かつ低コストの露光装置を備えた画像記録装置を提供することができるものとなる。また、従来の発光装置におけるようなバイアス光の問題もないので、電子写真方式の画像記録によって優れた画像品質の画像を得ることができるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の発光装置の実施の形態の例について説明する。
【００３２】
図１は本発明の発光装置の実施の形態の例を示す要部平面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【００３３】
図１および図２に示す例のように、本発明の発光装置は、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部から光を照射することによって制御可能な、アノード端子とカソード端子とゲート端子とを有する３端子発光スイッチ素子15を多数個、１つの３端子発光スイッチ素子15からの発光が隣接する３端子スイッチ素子15に入射するように基板１上に直線状に配列するとともに、３端子発光スイッチ素子15の各々のアノード端子にクロックライン（φ１，φ２，φ３）８を接続した３端子発光スイッチ素子アレイと、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部からゲート端子を介して電気的に制御可能な、アノード端子とカソード端子とゲート端子とを有する３端子発光素子14を多数個、３端子発光スイッチ素子15に対応させて基板１上に配列するとともに、３端子発光素子15のゲート端子をそれぞれ対応する３端子発光スイッチ素子14のゲート端子とゲート間配線13によって電気的に接続し、３端子発光素子14のアノード端子を発光のための電圧または電流を供給するライン（φＩ）12に接続した３端子発光素子アレイとを具備しており、３端子発光スイッチ素子15および３端子発光素子14は、それぞれｎ型半導体基板１の上に、第１のｎ型半導体層２と第１のｐ型半導体層３と第２のｎ型半導体層４とが順次積層された受光部と、この受光部上に第３のｎ型半導体層５と第２のｐ型半導体層６とが積層された発光部とを有するとともに、第２のｐ型半導体層６にアノード端子を、ｎ型半導体基板１または第１のｎ型半導体層２、この例ではｎ型半導体基板１にカソード端子を、第２または第３のｎ型半導体層４，５にゲート端子をそれぞれ電気的に接続した発光サイリスタであり、３端子発光スイッチ素子アレイは、隣接する３端子発光スイッチ素子15間の基板１上に発光を反射する反射層10が設けられているものである。
【００３４】
この例において、発光サイリスタを発光素子として用いた素子アレイは、信号転送のためのスイッチ用の発光サイリスタである３端子発光スイッチ素子15が直線状に配列され、これに同様の発光サイリスタからなるスタート用スイッチサイリスタ16が接続された部分と、発光用の発光サイリスタである３端子発光素子14が直線状に配列された部分とからなり、それぞれの素子アレイの対応した３端子発光スイッチ素子15のゲート端子と、３端子発光素子14のゲート端子とがゲート間配線13で電気的に接続されている。また、スタート用スイッチサイリスタ16のゲート端子は信号入力部であるスタートパルスラインφＳに接続されており、３端子発光スイッチ素子15のアノード端子には３本のクロックライン（φ１，φ２，φ３）８がそれぞれ順次３個おきに１本ずつ接続されている。
【００３５】
そして、３端子発光スイッチ素子アレイと３端子発光素子アレイとが基板１上、例えばｎ型半導体基板１上に並列に配設されることにより、電子写真方式の画像記録装置用の光プリンタヘッド等のラインヘッドとしての発光装置に用いられる。
【００３６】
なお、図２において、ＳｉやＧａＡｓ等から成るｎ型半導体基板１と、第１のｎ型半導体層２との間には、ｎ型バッファ層を介在させてもよい。また、第２のｐ型半導体層６とアノード端子としてのクロックライン８との間には、ｐ型オーミックコンタクト層を介在させてもよい。
【００３７】
絶縁層７は、クロックライン８あるいは発光のための電圧または電流を供給するライン12と、各半導体層との電気的絶縁を確保するためのものであり、ポリイミド等の透光性があり、かつ平坦性のある絶縁性膜が用いられる。
【００３８】
11は、カソード端子として機能する裏面電極である。
【００３９】
発光部のうち主として発光する層である第２のｐ型半導体層６から発生する光は図２中に矢印で示すように、隣接する３端子発光スイッチ素子15の受光部に直接に入射する他、本発明の発光装置によれば、基板１に向かって放射された光が、その隣接する３端子発光スイッチ素子15との間の基板１上に設けられた反射層10によって反射された受光部に入射することとなる。また、この例のように、３端子発光スイッチ素子アレイを覆うように基板１の表面に垂直方向の発光を遮光する遮光層９を設けることにより、外部へ放射される光もこの遮光層９によって反射して隣接する３端子発光スイッチ素子15の受光部へ入射させることができる。これらの反射によって隣接する３端子発光スイッチ素子15へ入射される光量がより多くなるので、本発明の発光装置によれば、隣接する３端子発光スイッチ素子15による受光効率が極めて高いものとなる。
【００４０】
このような反射層10は、３端子発光スイッチ素子15間に、0.1μｍ〜２μｍの厚みで、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ａｕ等からなる層を真空蒸着法やスパッタリング法等により形成すればよい。
【００４１】
また、遮光層９は、特に３端子発光スイッチ素子アレイと３端子発光素子アレイとが基板上に並列に配設されているときに、３端子発光スイッチ素子15からの発光のうち基板１の表面に垂直方向の発光と３端子発光素子14方向の発光とを遮光するものとして設けられる。このような遮光層９を設けることにより、３端子発光スイッチ素子アレイからの漏れ光のうち基板１の表面に垂直方向の発光と３端子発光素子14方向の発光と３端子発光素子14の反対方向の発光とはこの遮光層９によって十分に遮光されるので、本発明の発光装置を電子写真方式の画像記録装置に露光装置として用いた場合に、そのような漏れ光による画像の劣化が発生せず優れた画像品質を得ることができるものとなる。このような遮光層９は、３端子発光スイッチ素子15からの発光を２〜３μｍ程度の厚みでほぼ完全に吸収するようなものであれば種々の材料が使用可能であり、例えば、ポリイミド等をスピンコーティングし、フォトエッチングで所定のパターンに加工して形成すればよい。また、この遮光層９によって３端子発光スイッチ素子15からの発光を反射して隣接する３端子発光スイッチ素子15の受光部に効率よく入射させるには、遮光層９は、３端子発光スイッチ素子15の発光波長（600〜800ｎｍ）をほぼ完全に吸収し、あるいは発光波長に対して反射率が高く、絶縁層７より屈折率が低いポリイミド等の絶縁材料から成るものを用いるのが好ましい。
【００４２】
図３は本発明の発光装置の実施の形態の例における概略回路構成を示す等価回路図である。３端子発光スイッチ素子アレイを構成する３端子発光スイッチ素子15としての発光サイリスタＴ１〜Ｔｎと、３端子発光素子アレイを構成する３端子発光素子14としての発光サイリスタＬ１〜Ｌｎとが、それぞれ直線状に配列されて並列に配設されており、それぞれの素子アレイの対応した発光サイリスタＴ１〜Ｔｎのゲート端子と発光サイリスタＬ１〜Ｌｎのゲート端子とが電気的に接続されており（例えば、３端子発光スイッチ素子アレイのｉ番目（ｉ＜ｎ）の発光サイリスタＴｎのゲート端子と、３端子発光素子アレイのｉ番目の発光サイリスタＬｎのゲート端子とが接続される。）、スタート用のスイッチサイリスタＴ０のゲート端子にはスタートパルスラインφＳが接続されて信号入力部とされている。このスタート用のスイッチサイリスタＴ０を含めて、３端子発光スイッチ素子アレイの発光サイリスタのアノード端子には、３本のクロックライン（φ１，φ２，φ３）がそれぞれ順次３個おきに１本ずつ接続されている。
【００４３】
このように構成された例を基に、本発明の発光装置におけるスイッチング信号の転送および発光の動作について説明する。
【００４４】
スイッチング信号の転送のスタートは、スタート用のスイッチサイリスタＴ０のアノード端子に接続されたクロックラインφ３がハイレベルになり、スタートパルスラインφＳがハイレベルからローレベル（発光サイリスタＴ０の発光条件を満たすゲート電圧以下の電圧）に変化することにより始まる。これによりスタート用のスイッチサイリスタＴ０がオン状態になり、発光する。このスタート用のスイッチサイリスタＴ０からの発光は、その一部が近傍の次の発光サイリスタＴ１に最も強く入射するよう構成されており、この光照射により発光サイリスタＴ１の発光のしきい電圧が低下する。
【００４５】
次に、発光サイリスタＴ０から発光サイリスタＴ１へのオン条件の転送について説明する。発光サイリスタＴ０からの発光による光照射により、発光サイリスタＴ１の発光のしきい電圧が低下し、この状態で発光サイリスタＴ１のゲート端子に接続されているクロックラインφ１をローレベルからハイレベルに変化させる。このとき、同じクロックラインφ１がゲート端子に接続されている発光サイリスタＴ４は、スタート用のスイッチサイリスタＴ０から十分離れているため、スタート用のスイッチサイリスタＴ０の発光の光照射による発光のしきい電圧の低下はほとんどない。そこで、クロックラインφ１のハイレベルＶＨ（φ１）を、発光サイリスタＴ４の発光のしきい電圧ＶＴＨ（Ｔ４）と発光サイリスタＴ１の発光のしきい電圧ＶＴＨ（Ｔ１）との間の電圧となるように設定すれば（すなわち、ＶＨ（φ１）をＶＴＨ（Ｔ１）＜ＶＨ（φ１）＜ＶＴＨ（Ｔ４）と設定すれば）、発光サイリスタＴ１のみがオン状態になり発光する。
【００４６】
発光サイリスタＴ１がオン状態となって発光した後、クロックラインφ３をハイレベルからローレベルに変化させることにより、発光サイリスタＴ０はオフ状態になり発光が終了する。こうして３端子発光スイッチ素子アレイを構成する発光サイリスタのオン状態はスタート用のスイッチサイリスタＴ０から次の発光サイリスタＴ１に転送される。このとき、スタートパルスラインφＳをローレベルからハイレベルに変化させることにより、再度クロックラインφ３をハイレベルに変化させても、スタート用のスイッチサイリスタＴ０はオフ状態を保つ。ここで、発光のための電圧または電流を供給するラインφＩをローレベルからハイレベルにする。３端子発光素子アレイの１番目の発光サイリスタＬ１は対応する３端子発光スイッチ素子アレイの発光サイリスタＴ１がオン状態のため、そのゲート端子にかかる電圧はほぼ０Ｖとなるが、３端子発光素子アレイの２番目の発光サイリスタＬ２は３端子発光スイッチ素子アレイの対応する発光サイリスタＴ２がオフ（光励起）状態であり、３端子発光素子アレイの１，２番目の発光サイリスタＬ１，Ｌ２の発光のしきい電圧をそれぞれＶＴＨ（Ｌ１），ＶＴＨ（Ｌ２）とすると、前述したようにクロックラインφ１のハイレベルＶＨ（φＩ）をＶＴＨ（Ｌ１）＜ＶＨ（φＩ）＜ＶＴＨ（Ｌ２）となるように設定すれば、発光サイリスタＬ１のみオン状態となり、発光する。そして、発光のための電圧または電流を供給するラインφＩをハイレベルからローレベルにすると、３端子発光素子アレイの１番目の発光サイリスタＬ１はオフになり発光は終了する。
【００４７】
以上のようにして３端子発光スイッチ素子アレイによるスイッチング信号の転送とそれに対応させた３端子発光素子アレイによる発光の動作とを順次繰り返すことにより、スタート用のスイッチサイリスタＴ０のオン状態（発光状態）がスイッチング信号として発光サイリスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・へと順次転送され、それに対応して発光サイリスタＬ１，Ｌ２，Ｌ３・・・の発光動作の制御が行なわれる。
【００４８】
なお、３端子発光スイッチ素子アレイの動作のためにクロックパルスを供給するクロックラインとしてφ１，φ２，φ３の３本が必要な理由は、３端子発光スイッチ素子アレイにおいてスイッチング信号が転送されて発光状態にある例えば発光サイリスタＴ２に対しては、その発光による光が両隣の発光サイリスタＴ１およびＴ３に照射されてこれらが共に発光のしきい電圧またはしきい電流が低下した状態にあるため、クロックラインが２本では発光サイリスタＴ２の次にＴ１およびＴ３の両方が発光状態になってしまい、Ｔ１からＴ２へ、Ｔ２からＴ３へと順次転送していくことができないためである。
【００４９】
そして、本発明の画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置であって、本発明の発光装置を感光体への露光装置に使用しているものである。その構成例は、例えば、感光体と帯電装置と露光装置と現像装置と転写装置と定着装置とを有しており、その感光体への露光装置を、本発明の発光サイリスタによる３端子発光スイッチ素子および３端子発光素子を集積化したアレイを、回路基板上に直線状に配置してそれぞれ３端子発光スイッチ素子アレイおよび３端子発光素子アレイを有する発光装置とし、これを用いて同じ回路基板に駆動用ドライバーＩＣ等を搭載して構成する。
【００５０】
このような構成の本発明の画像形成装置によれば、本発明の発光装置を感光体への露光装置に使用していることから、本発明の発光サイリスタによる３端子発光スイッチ素子および３端子発光素子を集積化したアレイを用いて露光装置を安価に製造することができ、また、露光装置からバイアス光や漏れ光も発生しないので、安価で高画質の画像が形成できる露光装置を備えた画像形成装置を提供できるものとなる。
【００５１】
なお、本発明は上述の実施の形態の例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・改良等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の発光装置の実施の形態の例を示す要部平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】本発明の発光装置の実施の形態の例における概略回路構成を示す等価回路図である。
【図４】従来の第１の発光装置の基本構造の概略回路構成を示す等価回路図ならびに各クロックパルスおよび発光強度の波形を示す線図である。
【図５】図４に等価回路図で示される発光装置の、発光サイリスタアレイ部の断面図である。
【図６】従来の第２の発光装置の基本構造の概略回路構成を示す等価回路図である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・ｎ型半導体基板
２・・・第１のｎ型半導体層
３・・・第１のｐ型半導体層
４・・・第２のｎ型半導体層
５・・・第３のｎ型半導体層（発光層）
６・・・第２のｐ型半導体層
７・・・絶縁層
８・・・クロックライン
９・・・遮光層
10・・・反射層
11・・・裏面電極
12・・・発光のための電圧または電流を供給するライン
13・・・ゲート間配線
14・・・３端子発光素子
15・・・３端子発光スイッチ素子
16・・・スタート用スイッチサイリスタ
【図１】
2006007673.tif 000003
【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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