(57)【要約】  【課題】  迷光を抑制した発光素子アレイとそれを用いた画像形成装置を提供する。  【解決手段】  基板と、前記基板上に設けられ、電力が供給されることによって発光する複数の発光素子と、前記複数の発光素子の、前記基板とは反対側の表面上を連続して覆うように設けられ、金属から構成され、前記複数の発光素子に電力を供給するための共通金属電極であって、上面視したとき、前記発光素子の前記表面の一部が露出するように、前記発光素子毎に貫通孔を有する共通金属電極と、を具備する【選択図】  図１
2011114009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、電力が供給されることによって発光する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の、前記基板とは反対側の表面上を連続して覆うように設けられ、金属から構成され、前記複数の発光素子に電力を供給するための共通金属電極であって、上面視したとき、前記発光素子の前記表面の一部が露出するように、前記発光素子毎に貫通孔を有する共通金属電極と、
を具備する発光素子アレイ。
【請求項２】
上面視において前記貫通孔形状が円形または正多角形である請求項１記載の発光素子アレイ。
【請求項３】
上面視において前記表面は、前記貫通孔以外露出していない請求項１または２記載の発光素子アレイ。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記発光素子毎に１つずつ設けられる請求項１乃至３のいずれか記載の発光素子アレイ。
【請求項５】
前記貫通孔は、前記表面の中央が露出するように設けられる請求項４記載の発光素子アレイ。
【請求項６】
前記複数の発光素子において、前記発光素子の壁面を覆うように、隣接する発光素子間に設けられた絶縁層をさらに具備する請求項１乃至５のいずれか記載の発光素子アレイ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子アレイと、
前記発光素子アレイから出射される光が照射される電子写真感光体と、
前記電子写真感光体に現像剤を供給する現像剤供給手段と、
前記電子写真感光体に現像剤によって形成される画像を記録シートに転写する転写手段と、
前記記録シートに転写される現像剤を定着させる定着手段と、
を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プリンタ等の露光手段として用いられる発光素子アレイおよび画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリントヘッドは、例えば、所定パターンの配線導体が被着されているプリント基板の上面に、ＬＥＤなどの発光素子が複数配置された発光素子アレイ構造を有している。そして、このプリントヘッドは、各発光素子に外部からの印画信号に基づいて所定の電力を印加し、発光素子を個々に選択的に発光させるとともに、この光を、ロッドレンズアレイなどのレンズを介して外部の感光体ドラム上に照射させ、感光体ドラムの表面に所定の潜像を形成し、それを現像した後用紙等に転写するはたらきを示す。
【０００３】
例えば、特許文献１には、発光素子アレイを有するプリントヘッドが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般的に発光素子アレイは、発光素子の上面の一部に金属製の電極が設けられている。そして、発光素子の上面から放射状に発光した光は、隣接する発光素子の上部電極などにおいて反射し、その反射光が迷光となる傾向があった。これにより、プリントヘッドを具備するプリントヘッドを用いて印刷した場合、印画品質が十分ではない場合があった。
【０００６】
以上より、本発明の目的は、迷光を抑制した発光素子アレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態にかかる発光素子アレイは、基板と、前記基板上に設けられ、電力が供給されることによって発光する複数の発光素子と、前記複数の発光素子の、前記基板とは反対側の表面上を覆うように連続して設けられ、金属から構成され、前記複数の発光素子に電力を供給するための共通金属電極であって、上面視したとき、前記発光素子の前記表面が露出するように、前記発光素子毎に前記共通金属電極に設けられた貫通孔を複数有する共通金属電極と、を具備する。
【０００８】
上面視において前記貫通孔形状が円形または正多角形であることが好ましい。
【０００９】
上面視において前記表面は、前記貫通孔以外露出していないことが好ましい。
【００１０】
前記貫通孔は、前記発光素子毎に１つずつ設けられることが好ましい。
【００１１】
前記貫通孔は、前記表面の中央が露出するように設けられることが好ましい。
【００１２】
前記複数の発光素子において、前記発光素子の壁面を覆うように、隣接する発光素子間に設けられた絶縁層をさらに具備することが好ましい。
【００１３】
本発明の一実施形態にかかる画像形成装置は、前記発光素子アレイと、前記発光素子アレイから出射される光が照射される電子写真感光体と、前記電子写真感光体に現像剤を供給する現像剤供給手段と、前記電子写真感光体に現像剤によって形成される画像を記録シートに転写する転写手段と、前記記録シートに転写される現像剤を定着させる定着手段と、
を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本実施形態によれば、発光素子の上面を露出する貫通孔を複数有する共通金属電極を、複数の発光素子上を覆うように設けることにより、発光素子から出射した光の一部が隣接した発光素子の電極にて反射光となることを抑制する。これにより、発光素子アレイからの光の発光強度ムラを低減できるため、この発光素子アレイをプリントヘッドに用いた場合、良好な印刷を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である発光素子アレイ１の模式的な平面図である。
【図２】（Ａ）は図１の発光素子アレイ１をＡ−Ａ’にて切断した断面図であり、（Ｂ）は図１の発光素子アレイ１をＢ−Ｂ’にて切断した断面図である。
【図３】接続パッドの具体的な構成を示す本発明の一実施形態である発光素子アレイ１の模式的な平面図である。
【図４】図１の光学装置を具備する画像形成装置の基本的構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【００１７】
＜発光素子アレイ１＞
本実施形態に係る発光素子アレイ１は、基板２、複数の発光素子３および共通金属電極４を具備する。共通金属電極４は、発光素子３を発光させるために電力を供給するために用いられる。図１において共通金属電極４は、４つの発光素子３上に連続して覆うように設けられている。そして、この共通金属電極４は、各発光素子３の表面３ａ１の一部が露出するように各発光素子３の上に貫通孔４ａが設けられている。なお、表面３ａ１とは、発光素子３の表面のうち、基板２とは反対側の表面をいう。
【００１８】
図２には、図１の発光素子アレイ１をＡ−Ａ’にて切断した断面図（Ａ）、およびＢ−Ｂ’にて切断した断面図（Ｂ）を示す。図２（Ａ）において、発光素子３は、ｐ型半導体層３ａおよびｎ型半導体層３ｂの積層構造から構成されている。そして、ｐ型半導体層３ａ上には電極としてアノード電極として前述の共通金属電極４が設けられる。また、ｎ型半導体層３ｂ上には、カソード電極として他方の電極５が設けられる。また、図２（Ｂ）において、隣接する発光素子３の隙間には、共通金属電極４が設けられる。なお、図２（Ｂ）において、ｐ型半導体層３ａおよびｎ型半導体層３ｂが短絡しないように、発光素子３の壁面を覆うように樹脂絶縁層６が設けられ、その上から共通金属電極４が設けられている。
【００１９】
図２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、発光素子３の表面３ａ１は、貫通孔４ａの底面として露出しており、その露出面の周囲には、共通金属電極４から構成される貫通孔４ａの内壁により囲まれている。
【００２０】
このような構成を採ることにより、発光素子３から光は放射状に広がろうとするが、共通金属電極４により発光素子３の表面３ａ１の周囲が覆われているため、実際に発光素子３から出される光は、主として発光素子３の表面３ａ１のうち貫通孔４ａから露出した面からの光に集約されることになる。よって、従来課題であった、隣接する発光素子上の上部電極における光の反射を低減させ、反射光の発生を抑制することができる。この効果が十分に得られるため、貫通孔４ａは発光素子３の表面３ａ１の中央が露出するように設けられることが好ましい。
【００２１】
また、発光素子３の表面３ａ１は、貫通孔４ａから露出した以外は露出していないことが好ましい。これにより、共通金属電極４の抵抗を低減し、さらに、発光素子３において発生した熱を十分に放出することが可能となる。
【００２２】
１つの発光素子３において、発光素子３の表面３ａ１（ｐ型半導体層３ａの上面）の面積に対して貫通孔４ａから露出している面の面積は、例えば３０〜６０％である。この範囲内であることで隣接する発光素子上の上部電極における光の反射を低減させる効果を十分に発揮することができる。
【００２３】
本発明においては、図１に示すように、発光素子アレイ１を上面視したとき、貫通孔の上面形状が円形または正多角形であることが好ましく、円形がさらに好ましい。なお、円形は、完全な円形のものだけでなく、扁平率が０．０５以下の楕円形も含むこととする。扁平率とは、楕円の長半径をａ、短半径をｂとしたとき、（１−ｂ／ａ）で表すことができる。また、正多角形についても同様に、一辺の長さが完全に同一なものだけでなく、誤差が±５％以内であればよい。
【００２４】
正多角形としては、点対称を示す正多角形（正方形、正六角形、正八角形など角の数が偶数のもの）が好ましい。また、正多角形としては、角の数が多いほど好ましい。
【００２５】
従来の発光素子アレイにおける発光素子は、その表面上の一部に電極が設けられていた。そして、発光素子の上面形状は一般的に矩形であるため、従来の発光素子アレイから発光した光をロッドレンズアレイなどのレンズにて結像させた場合、特開２００８−２９６４４３号公報の図６に示すように、ビームスポット形状は楕円形になり、その楕円形のビームスポットは一定周期で傾斜する傾向があった。そして、これらのビームスポットにおけるスクリーン角が４５°のときの印画ドットは、前述の同公報における図１０に示す形成例のようになり、印画濃度には濃淡が濃く出るという課題が生じる傾向があった。
【００２６】
しかし、上述のように貫通孔４ａの上面形状が円形の共通金属電極４を用いることで、レンズにて結合されて得られたビーム形状はいずれも円形または正多角形であるため、レンズの収差により傾きの影響が小さく、均一なビーム形状にそろえることができる。
【００２７】
以下に各構成について説明する。
【００２８】
（基板２）
本実施形態において基板２は、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮのような化合物半導体基板、シリコン基板、サファイア基板などが挙げられる。基板２としては他にプリント基板を用いることもできる。プリント基板としては、いかなる材料から構成されても良いが、例えばガラスエポキシ樹脂等の電気絶縁材料から構成されていてもよい。
【００２９】
基板２として化合物半導体基板を用いた場合、発光素子３から発光された光の波長により基板２が励起され、サブピークが発生していると考えられるが、図２（Ｂ）に示すように、発光素子３間を覆うようにして共通金属電極４が設けられていることにより、発光素子３から発生した光が基板２に対して出射することを低減させ、サブピークの発生を抑制することができる。
【００３０】
（発光素子３）
発光素子３を構成するｐ型半導体層３ａおよびｎ型半導体層３ｂは、例えば、ＧａＡｓ系化合物などから形成される。
【００３１】
ｐ型半導体層３ａおよびｎ型半導体層３ｂは他に、窒化物半導体も用いることができる。ここで、窒化物半導体とは、例えば、元素周期律表におけるＩＩＩＢ族（１３族）元素の窒化物から構成される半導体をいう。ＩＩＩＢ族窒化物半導体は、化学式ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表すことができる。ＩＩＩＢ族窒化物半導体としては、たとえば、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などが挙げられる。
【００３２】
発光素子３の厚みは、約３〜５μｍであり、ｐ型半導体層３ａの厚みは約１〜３μｍ、およびｎ型半導体層３ｂの厚みは約１〜３μｍである。
【００３３】
なお、発光素子３としてＬＥＤ素子を具体例として用いてきたが、発光素子３としては例えば、発光サイリスタを用いることも可能であることは言うまでもない。
【００３４】
また、発光素子３は、６００ｄｐｉまたは１２００ｄｐｉのいずれの解像度にも対応することも可能である。
【００３５】
発光素子３は、例えば周知の半導体製造技術によって製造することができる。具体的には、例えばＧａＡｓＰ系の発光素子３を製作する場合、まずＧａＡｓから成る基板２を炉中にて高温に加熱するとともにＡｓＨ３とＰＨ３とＧａを適量に含むガスを接触させて基板２の表面にｎ型半導体３ｂのＧａＡｓＰの単結晶を成長させる。その後、引き続いてｎ型半導体３ｂのＧａＡｓＰ単結晶表面にＳｉＮの窓付膜を被着させるとともに該窓部にＺｎのガスをさらし、ｎ型半導体３ｂのＧａＡｓＰ単結晶の一部にＺｎを拡散させてｐ型半導体３ａを形成することによってｐｎ接合を形成する。
【００３６】
（共通金属電極４および他方の電極５）
共通金属電極４および他方の電極５としては、例えば、金（Ａｕ）、金とゲルマニウムとの合金（ＡｕＧｅ）、および金と亜鉛との合金（ＡｕＺｎ）などが用いられる。図１では省略したが、図３に示すように共通金属電極４と電気的に接続した第１の接続パッド７、および他方の電極５と電気的に接続した第２の接続パッド８を設けることができる。とくに、図３に示すように、第１の接続パッド７および第２の接続パッド８は、基板２のうち発光素子３が設けられた側とは反対側に並べて設けられることが好ましい。
【００３７】
共通金属電極４は、図２（Ｂ）に示すような絶縁層６を有する発光素子アレイ１の場合、絶縁層６を作製したのち、例えば、リフトオフ法を用いて所望の形状に作製される。
【００３８】
共通金属電極４および他方の電極５の厚みは、０．５〜２μｍ程度である。
【００３９】
（絶縁層６）
絶縁層６としては、例えば、ポリエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁樹脂層が好ましく用いられる。絶縁層６としての絶縁樹脂層が透光性の場合、図２（Ｂ）に示すように、絶縁層６は共通金属電極４と発光素子３との間に介在していることで、発光素子３の横から出射した光は、透光性の樹脂絶縁層を透過し、共通金属電極４にて反射して貫通孔４ａから出射することが可能となる。よって、従来であれば発光素子３の横に逃げていた光を有効に集めることができ、結果として発光素子アレイ１の発光強度を向上させることができる。
【００４０】
絶縁層６は、発光素子３を作製した後に、例えば、絶縁材料を塗布したのち、フォトレジスト工程を経ることで所望の形状に作製される。
【００４１】
絶縁層６の厚みは、０．５〜２μｍ程度である。
【００４２】
＜画像形成装置１５＞
以下に本発明の実施態様の一つである画像形成装置１５を示す。
【００４３】
画像形成装置１５は、発光素子アレイ１と、電子写真感光体と、現像剤供給手段と、転写手段と、定着手段とを備える。現像剤供給手段は、電子写真感光体に現像剤を供給する。電子写真感光体は、円柱状の感光体ドラム９０に含まれ、感光体ドラムの外側面の表面として形成される。電子写真感光体には、発光素子３から出射される光が照射される。転写手段は、画像を記録シートに転写する。記録シートに転写される画像は、電子写真感光体に、現像剤によって形成される。定着手段は、記録シートに転写される現像剤を定着させる。第１実施形態において、画像形成装置１５は、電子写真方式の画像形成装置であり、複数の発光素子アレイ１を備える光プリントヘッド８５を、感光体ドラム９０への露光装置に使用している。発光素子アレイ１は、回路基板８６に実装され、レンズアレイ８８とともに発光装置である光プリントヘッド８５を構成する。
【００４４】
画像形成装置１５は、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の４色のカラー画像を形成するタンデム方式を採用した装置であり、大略的に、４つの発光素子アレイ１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋがそれぞれ実装された回路基板８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋ、集光手段であるレンズアレイ８８Ｙ、８８Ｍ、８８Ｃ、８８Ｋおよびレンズアレイ８８を保持する第１ホルダ８９Ｙ、８９Ｍ、８９Ｃ、８９Ｋ、４つの感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋ、４つの現像剤供給手段９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋ、転写手段である転写ベルト９２、４つのクリーナ９３Ｙ、９３Ｍ、９３Ｃ、９３Ｋ、４つの帯電器９４Ｙ、９４Ｍ、９４Ｃ、９４Ｋ、定着手段９５および制御手段９６を含んで構成される。
【００４５】
各回路基板８６に実装されている各発光素子アレイ１は、駆動手段（図示せず）によって各色のカラー画像情報に基づいて駆動される。発光素子アレイ１からの光は、光プリントヘッド８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃ、８５Ｋのレンズアレイ８８Ｙ、８８Ｍ、８８Ｃ、８８Ｋを介して各感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋに集光して照射される。レンズアレイ８８は、たとえば発光素子アレイ１からの光の光軸上にそれぞれ配置される複数のレンズを含み、これらのレンズを一体的に集約して構成される。
【００４６】
発光素子アレイ１が実装される回路基板８６およびレンズアレイ８８は、第１ホルダ８９によって保持される。第１ホルダ８９によって、発光素子アレイ１の光照射方向と、レンズアレイ８８のレンズの光軸方向とがほぼ一致するようにして位置合わせされる。
【００４７】
各感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋは、たとえば円筒状の基体表面に感光体層を被着してなり、その外周面には光プリントヘッド８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃ、８５Ｋの各発光素子アレイ１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋからの光を受けて静電潜像が形成される静電潜像形成位置が設定される。
【００４８】
各感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋの周辺部には、各静電潜像形成位置を基準として回転方向下流側に向かって順番に、露光された感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋに現像剤を供給する現像剤供給手段９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋ、転写ベルト９２、クリーナ９３Ｙ、９３Ｍ、９３Ｃ、９３Ｋおよび帯電器９４Ｙ、９４Ｍ、９４Ｃ、９４Ｋがそれぞれ配置される。感光体ドラム９０に現像剤によって形成された画像を記録シートに転写する転写ベルト９２は、４つの感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋに対して共通に設けられる。
【００４９】
感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋは、第２ホルダ（図示せず）によって保持され、この第２ホルダと第１ホルダ８９とは、相対的に固定される。
【００５０】
転写ベルト９２によって、記録シートを搬送し、現像剤によって画像が形成された記録シートは、定着手段９５に搬送される。定着手段９５は、記録シートに転写された現像剤を定着させる。感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋは、回転駆動手段（図示せず）によって回転される。
【００５１】
制御手段９６は、駆動手段（図示せず）にクロック信号および画像情報を与えるとともに、感光体ドラム９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｋを回転駆動する回転駆動手段、現像剤供給手段９１Ｙ、９１Ｍ、９１Ｃ、９１Ｋ、転写ベルト９２、帯電器９４Ｙ、９４Ｍ、９４Ｃ、９４Ｋおよび定着手段９５の各部を制御する。
【００５２】
本実施の形態の発光素子アレイ１は、高解像度でかつアレイ間で光の強度が均一に高いので、このような発光素子アレイ１と、レンズアレイ８８とを含んで構成される光プリントヘッド８５では、発光素子アレイ１から出射され、レンズアレイ８８に受光される光の強度が高く、レンズアレイ８８から感光体ドラム９０に照射される光の強度を高くすることが可能になり、感光体ドラム９０に鮮明な静電潜像を形成することができる。
【００５３】
さらにこのような光プリントヘッドを備える画像形成装置１５では、感光体ドラム９０に照射される光の強度を高くすることができ、感光体ドラム９０に鮮明な静電潜像を形成することができるので、記録シートに鮮明な画像を形成することが可能になる。
【００５４】
なお、上述したそれぞれの実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
【００５５】
実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１      発光素子アレイ
２      基板
３      発光素子
３ａ    ｐ型半導体層
３ａ１  基板２とは反対側の発光素子３（ｐ型半導体層３ａ）の表面
３ｂ    ｎ型半導体層
４      共通金属電極
４ａ    貫通孔
５      他方の電極
６      絶縁層
７      第１の接続パッド
８      第２の接続パッド
【図１】
2011114009.tif 000003
【図２】
2011114009.tif 000004
【図３】
2011114009.tif 000005
【図４】
2011114009.tif 000006