(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方主面側に複数の光学素子を列状に有する長方形状の光学素子アレイを、前記一方主面側に凹状に湾曲させた状態で準備する工程と、
長尺の基板の上面に熱硬化性の接着剤を介して前記光学素子アレイを列状に複数個配列する工程と、
前記光学素子アレイが前記一方主面側に凸状に湾曲して接着されるように、前記接着剤を硬化させる工程とを含むことを特徴とする光学素子ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光素子または光学素子が列状に複数配置された光学素子ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真等の露光手段として用いられる光学素子ヘッドは、例えば特許文献１に記載されているように、多数の光学素子が配列された光学素子アレイを基板に複数個実装した構造を有している。このような光学素子ヘッドは、光学素子を外部からの画像データに基づいて選択的に発光させるとともに、その光をレンズアレイを介して外部の感光体に照射させ、感光体の表面に静電潜像を形成する機能を有する。そして、感光体に形成された静電潜像は、現像等のプロセスを経てトナー像となり、このトナー像を記録紙に転写および定着させることにより、記録紙に記録される。
【０００３】
しかしながら、このような光学素子ヘッドでは、光学素子アレイに配列された多数の光学素子のうち外端部に位置する光学素子の光量が連続通電により低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６８８７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、連続通電した場合でも光学素子の光量の低下が比較的小さい光学素子ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光学素子ヘッドの製造方法は、一方主面側に複数の光学素子を列状に有する長方形状の光学素子アレイを、前記一方主面側に凹状に湾曲させた状態で準備する工程と、長尺の基板の上面に熱硬化性の接着剤を介して前記光学素子アレイを列状に複数個配列する工程と、前記光学素子アレイが前記一方主面側に凸状に湾曲して接着されるように、前記接着剤を硬化させる工程とを含むことを特徴とする光学素子ヘッドの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学素子ヘッドによれば、基板への接着前に予め凹状に湾曲させた光学素子アレイは基板の上面に接着剤を介して配列され、接着剤の硬化後の応力によって凸状に湾曲していることにより、基板への接着後に光学素子アレイの内部に発生する応力を比較的小さくできることから、光学素子に連続通電を行なったとしても光学素子の光量変動を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る光学素子ヘッドの平面図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示した光学素子ヘッドを構成する光学素子アレイの断面図である。図２（ｂ）は光学素子アレイに形成された光学素子の断面図である。図２（ｃ）は光学素子アレイの平面図である。
【図３】図３は光学素子アレイの基板実装前後の湾曲状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（光学素子ヘッド）
以下、本発明の光学素子ヘッドについて、図面を参照しつつ説明する。以下の実施の形態は例示するものであって、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１に示す光学素子ヘッド１は、ページプリンター等の電子写真装置に組み込まれ、露光装置として機能する。
【００１５】
光学素子ヘッド１は、複数の長方形状の光学素子アレイ１０と長尺の基板２０とを備えている。複数の光学素子アレイ１０は、接着剤３０を介して長尺の基板２０の上面に、光学素子アレイ１０の長手方向と、基板２０の長手方向が平行となるように実装されている。本実施形態では光学素子アレイを一列に配列して実装している。
【００１６】
基板２０は光学素子アレイ１０を支持する支持体として、また光学素子アレイ１０と外部電源などとの電気的な接続を行う回路基板として機能する。
【００１７】
基板２０の構成材料としてはいかなる材料であってもよいが、基板２０の熱膨張係数は光学素子アレイ１０の熱膨張係数と異なっており、本実施形態では基板２０の熱膨張係数は、光学素子アレイ１０の熱膨張係数よりも大きい。本実施形態ではガラスエポキシ樹脂からなる回路基板を用いている。本実施形態では基板２０は矩形状であるが、このような形状に限られない。
【００１８】
また、接着剤３０は、例えばエポキシ系接着剤のような熱硬化性接着剤により形成されており、基板２０の長手方向に沿って基板２０の上面に帯状に被着されている。かかる接着剤３０は、その一部が基板２０と光学素子アレイ１０との間に介在され、基板２０と光学素子アレイ１０とを接着している。
【００１９】
一方、光学素子アレイ１０は、図２に示すように複数の光学素子１１、ベース基板１２、第１の電極４０、第１の電極パッド４０ａ、第２の電極４１、第２の電極パッド４１ａ、絶縁膜１５および絶縁保護膜１６とを一方主面側に有しており、露光装置の光源として機能する。かかる光学素子アレイ１０は、一方主面側が突出するように凸状に湾曲した状態で、基板２０に対して固着されている。複数の光学素子１１は、ベース基板１２の上面の中央領域に列状に配列されて形成されていて、外部からの画像データに基づいて選択的に発光させられる。なお、本実施形態ではベース基板１２の上面の中央領域に光学素子１
１を配列したが、ベース基板１２の上面における一方の長辺側に沿って配列されていてもよく、光学素子１１の配列方法は特に限定する必要はない。
【００２０】
ベース基板１２は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの単結晶半導体基板やサファイア（Ａｌ２Ｏ３）などの単結晶絶縁基板により形成される。
【００２１】
光学素子１１の主要部分は、一導電型半導体層１３および逆導電型半導体層１４より構成されている。
【００２２】
一導電型半導体層１３は、バッファ層１３ａ、第１のオーミックコンタクト層１３ｂ、電子の注入層１３ｃで構成され、本実施形態ではｎ型の導電型を有している。バッファ層１３ａは２〜４μｍ程度の厚みに形成され、第１のオーミックコンタクト層１３ｂは０．１〜１．０μｍ程度の厚みに形成され、電子の注入層１３ｃは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成される。バッファ層１３ａと第１のオーミックコンタクト層１３ｂとはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などで形成され、電子の注入層１３ｃはアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）などで形成される。また、第１のオーミックコンタクト層１３ｂはシリコン（Ｓｉ）などの一導電型半導体不純物を１×１０１６〜１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有し、電子の注入層１３ｃはシリコン（Ｓｉ）などの一導電型半導体不純物を１×１０１６〜１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有する。
【００２３】
バッファ層１３ａはベース基板１２と半導体層との格子定数の不整合に基づくミスフィット転位を防止するために設けるものであり、半導体不純物を含有させる必要はない。
【００２４】
この一導電型半導体層１３の第１のオーミックコンタクト層１３ｂには、第１の電極４０が接続される。第１の電極４０は更に第１の電極パッド４０ａと接続され、電極パッド４０ａと外部の駆動回路とが金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などのワイヤー５０を介して接続される。
【００２５】
また、逆導電型半導体層１４は、発光層１４ａ、クラッド層１４ｂおよび第２のオーミックコンタクト層１４ｃで構成され、本実施形態ではｐ型の導電型を有している。
【００２６】
発光層１４ａとクラッド層１４ｂは０．２〜０．４μｍ程度の厚みに形成され、第２のオーミックコンタクト層１４ｃは０．０２〜０．２μｍ程度の厚みに形成される。発光層１４ａとクラッド層１４ｂはアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）などで形成され、第２のオーミックコンタクト層１４ｃはガリウム砒素（ＧａＡｓ）などで形成される。発光層１４ａとクラッド層１４ｂは、電子の閉じ込め効果と光の取り出し効率を考慮してアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）とガリウム砒素（ＧａＡｓ）との混晶比を異ならしめる。発光層１４ａとクラッド層１４ｂは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０１６〜１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有し、第２のオーミックコンタクト層１４ｃは亜鉛（Ｚｎ）などの逆導電型半導体不純物を１×１０１９〜１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有する。
【００２７】
逆導電型半導体層１４の第２のオーミックコンタクト層１４ｃには、第２の電極４１が接続される。第２の電極４１は更に第２の電極パッド４１ａと接続され、電極パッド４１ａと外部の駆動回路とが金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などのワイヤー５０を介して接続される。
【００２８】
そして、ベース基板１２の上面における光学素子１１が配列された領域Ｌを挟んで、主に第１の電極４０が形成される領域Ｆおよび第２の電極４１が形成される領域Ｓには絶縁膜１５が形成される。絶縁膜１５はベース基板１２と第１の電極４０および第２の電極４
１とを電気的に絶縁する機能を有する。
【００２９】
絶縁膜１５は、酸化シリコンや窒化シリコンなどにより形成される。ベース基板材料がシリコン（Ｓｉ）である場合、基板表面の熱酸化処理により形成できる。また、その他の基板材料の場合には、シランガス（ＳｉＨ４）や必要に応じてアンモニアガス（ＮＨ３）を用いて従来周知のプラズマＣＶＤ法などにより被着形成する。
【００３０】
第１の電極４０および第２の電極４１は、ベース基板１２の上面に形成した平坦な面を有する絶縁膜１５の上面に、例えば、下地導体膜としてクロム（Ｃｒ）を１５０Å以上形成した後、アルミニウム（Ａｌ）層、そして金（Ａｕ）層などを順次積層形成した多層構造体から成る。第１の電極４０の厚みは、例えば１μｍである。なお、下地導体膜上に金（Ａｕ）層のみ、またはアルミニウム（Ａｌ）層のみを形成して、金／クロム（Ａｕ／Ｃｒ）、アルミニウム／クロム（Ａｌ／Ｃｒ）の多層構造体であってもよい。
【００３１】
絶縁保護膜１６は、第１の電極４０の形成領域Ｃおよび第２の電極４１の形成領域Ｓの一部、さらには、光学素子１１を覆うように形成されるものであり、例えば透明な材料で構成される。具体的には第１の電極形成領域Ｆ、第２の電極形成領域Ｓの一部とは、少なくとも第１の電極パッド４０ａおよび第２の電極パッド４１ａが形成される領域を除いて形成されていることをいう。絶縁保護膜１６を形成する材料は、ポリイミド合成樹脂、感光性樹脂、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミドシリコンなどから成る。絶縁保護膜１６は２０００〜２００００Å程度の厚みに形成する。
【００３２】
かくして、上述した光学素子ヘッド１０は、外部からの画像データに基づいて、複数の発光素子１１を選択的に発光させ、その光を電子写真装置内の感光体に照射する露光手段として機能する。
（光学素子ヘッドの製造方法）
次に、図３を用いて光学素子ヘッド１０の製造方法について説明する。
【００３３】
上述したように、光学素子アレイ１０は複数の光学素子１１を一方主面１０ａ側に一列に配列されて形成されている。基板２０に実装する前の光学素子アレイ１０は、図３（ａ）のように一方主面１０ａ側に凹状に湾曲している。光学素子アレイ１０は、従来周知のＭＯＣＶＤ法などにより半導体層を形成し、プラズマＣＶＤ法などにより絶縁膜や絶縁保護膜を形成する。
【００３４】
光学素子アレイ１０を一方主面１０ａ側に凹状に湾曲させるには、例えば、プラズマＣＶＤ法により絶縁膜１５および保護絶縁膜１６を形成する際、ＲＦパワー、温度、圧力、混合ガス比などを調整することにより絶縁膜１５や保護絶縁膜１６に引張応力を与えることにより実現される。
【００３５】
また、ベース基板の熱膨張係数が半導体層の熱膨張係数よりも低い材料とすることが好ましい。例えば、ベース基板をシリコン（Ｓｉ）とし、半導体層をガリウム砒素（ＧａＡｓ）などで形成するのが好ましい。なぜならば、半導体層の形成は比較的高温で行われるため、ベース基板の熱膨張係数が半導体層の熱膨張係数よりも小さければ、高温で半導体層の形成を行った後の冷却において、半導体層の収縮量がベース基板の収縮量よりも大きくなるため、半導体層側（光学素子アレイ１０の一方主面１０ａ側）に凹状に湾曲することとなる。
【００３６】
このように一方主面１０ａ側に凹状に湾曲した光学素子アレイ１０を複数個準備する。そして、基板２０の上面の所定の位置に接着剤３０をディスペンサーなどを用いて薄く均一に帯状に塗布する。ここで所定の位置とは、光学素子アレイ１０が配列される部分に対
応する領域である。接着剤３０の材料としては、導電性のＡｇペーストやエポキシ樹脂など、非導電性のエポキシ樹脂などが挙げられる。
【００３７】
次に、基板２０の上面に塗布された接着剤３０を介して、複数の光学素子アレイ１０を光学素子アレイ１０の長手方向と、基板２０の長手方向が略平行となるように並べて配列する。本実施形態では光学素子アレイ１０は一列状に配列されている。
【００３８】
そして、基板２０に熱を加えることにより接着剤を硬化させる。基板２０に熱を加える方法としては、接着剤の硬化温度よりも高い温度に設定したホットプレートに基板２０を一定時間載置してもよいし、オーブンに基板２０を一定時間載置してもよく、いかなる方法を選択してもよい。
【００３９】
光学素子アレイ１０と基板２０を接着する過程で、光学素子アレイ１０を接着剤３０を介して配列した基板２０を硬化温度まで温度上昇させた場合に、光学素子アレイ１０と基板２０の熱膨張係数差により、光学素子アレイ１０よりも基板２０が全体として大きく伸びる。この状態で接着剤３０を硬化させ、光学素子アレイ１０を接着剤３０を介して実装した基板２０を冷却すると、光学素子アレイ１０および基板２０は収縮する。このとき、光学素子アレイ１０と基板２０の熱膨張係数差により、光学素子アレイ１０よりも基板２０が全体として大きく収縮する。冷却後の収縮量の差により、光学素子アレイ１０には応力がかかる。この応力が光学素子アレイ１０の湾曲方向や湾曲度合いに影響を与える。
【００４０】
また、接着剤３０の弾性率も湾曲度合いに影響を与える。なぜならば、弾性率の比較的高い接着剤３０により光学素子アレイ１０を基板２０へ実装した場合には、光学素子アレイ１０と基板２０は比較的強固に接着されるため、基板２０の収縮に伴い光学素子アレイ１０も比較的大きく湾曲する。
【００４１】
一方、弾性率の比較的低い接着剤３０により光学素子アレイ１０を基板２０へ実装した場合には、光学素子アレイ１０と基板２０は比較的柔軟に接着されるため、基板２０が大きく収縮したとしても、接着剤３０が緩衝材としての役割を果たし、光学素子アレイ１０への影響を抑え、光学素子アレイ１０の湾曲量は比較的小さく抑えられる。
【００４２】
そして、光学素子アレイ１０に形成された第１の電極パッド４０ａと第２の電極パッド４１ａとを、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などのワイヤー５０を介して外部の駆動回路にワイヤーボンディングすることにより光学素子ヘッド１は完成する。
【００４３】
本実施形態の光学素子ヘッド１によれば、予め一方主面１０ａ側に凹状に湾曲した光学素子アレイ１０を、基板２０に接着剤３０を介して配列し、接着剤を硬化させるときの熱応力によって一方主面１０ａ側に凸状に湾曲した光学素子アレイ１０とすることができるため、光学素子１１に連続通電を行なったとしても光学素子１１の光量の低下を小さくすることが可能となる。
【００４４】
光学素子１１の連続通電による光量の低下が小さくなる理由を次のように考える。
【００４５】
光学素子アレイ１０の製造過程や光学素子ヘッド１の製造過程で、光学素子１１には内部応力が多かれ少なかれ発生する。特に、光学素子アレイ１０が長尺になればなるほど、光学素子アレイ１０の光学素子１１の配列方向の両端部には応力が集中しやすくなる。その原因は、ベース基板１２の熱膨張係数と光学素子１１の熱膨張係数の差であったり、絶縁膜１５や絶縁保護膜１６を形成するときに保護膜の有する内部応力であったり、光学素子アレイ１０を基板２０に実装する際の応力などが考えられる。
【００４６】
上記の原因により、光学素子アレイ１０の内部に応力が発生し、さらに連続通電を行うことにより、光学素子アレイ１０の内部に空孔などの欠陥が増加し、最終的には空孔などの欠陥が結合して光学素子アレイ１０の内部クラックを誘発し、結果として発光機能を失うものと考えられる。
【００４７】
そこで、光学素子アレイ１０の製造過程で光学素子１1に印加される応力を、光学素子
ヘッド１の製造過程で緩和することで、光学素子１１の連続通電による光量低下が抑えられるものと考える。
【００４８】
光学素子１１の連続通電による光量低下を少なくするためには、光学素子アレイ１０を予め一方主面１０ａ側に凹状に湾曲させ、基板２０に対して実装した後の一方主面側に凸状の湾曲量は３μｍ以下であり、かつ基板２０へ実装する前後の湾曲量の変化量が３μｍ以上とするのが好ましい。
【００４９】
ここで湾曲量とは、光学素子アレイ１０の一方主面１０ａの反り量のことであり、レーザーなどを利用した非接触型反り測定装置、プローブピンなどを利用した接触型反り測定装置などで測定する。
【００５０】
レーザーやプローブピンを利用した測定装置では、光学素子アレイ１０の長手方向に光学素子アレイ１０の一端から他端までレーザーやプローブピンを走査させ、光学素子アレイの表面プロファイルを測定する。そして、光学素子アレイ１０の両端を基準とする仮想の基準線を作成し、該基準線から最も離れた表面プロファイルまでの距離を反り量（湾曲量）とすればよい。反り量（湾曲量）の正負は、光学素子アレイ１０の一方主面側に凸状の場合を正、凹状の場合を負とする。
【００５１】
以上、本実施形態について説明したが、本発明は実施形態に示したものだけ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で改良や変更することができることは言うまでもない。
【００５２】
例えば、本実施形態では基板２０の上面には光学素子アレイ１０のみが実装されているが、光学素子アレイ１０と光学素子１１の発光を制御する駆動ＩＣを基板２０の上面に実装し、光学素子アレイ１０とワイヤーボンディング接続を行ってもよい。
【００５３】
また、光学素子１１（光学素子アレイ１０）の一方主面１０ａに第１の電極パッド４０ａおよび第２の電極パッド４ａ１の両方を形成したが、光学素子１１（光学素子アレイ１０）の一方主面１０ａに第２の電極パッドを形成し、光学素子１１（光学素子アレイ１０）の他方主面に第１の電極パッドを形成し、接着剤３０を導電性にすることにより基板２０に形成された接続パッド（不図示）と接続してもよい。
【実施例】
【００５４】
ベース基板、半導体層ともにガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなる０．３ｍｍ×８．１ｍｍの光学素子アレイを２６個、９×２６０ｍｍのエポキシ樹脂基板に実装した光学素子ヘッドを作製した。光学素子アレイにはそれぞれ１９２個の光学素子が形成されている。光学素子アレイをエポキシ基板に接着する接着剤として、高弾性率（６４００N／ｍｍ２）
のエポキシ系接着剤と、低弾性率（２５００N／ｍｍ２）のエポキシ系接着剤の２種類を
用いた。
【００５５】
光学素子アレイの湾曲量（反り量）は、エポキシ基板への実装前後のそれぞれにおいてレーザーによる非接触型反り測定装置により測定した。そして、実装後の湾曲量（反り量）から実装前の湾曲量（反り量）を引いた値を湾曲量の変化量とした。
【００５６】
また、光学素子のそれぞれに１７ｍＡを５００時間連続通電し、連続通電前後の光量低下を評価した。フォトセンサーにより通電前後の各光学素子の光量を測定し、通電前後の光量変動率（＝通電前の光量÷通電後の光量×１００［％］）が、すべての光学素子において５％以内であれば光量低下◎、５％を超え１０％以内であれば光量低下○、１０％を超えれば光量低下×と判断した。評価結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
0005805987.tif 000002
【００５８】
表１のＮｏ．１、２および６が実施例であり、Ｎｏ．３〜５は比較例である。
【００５９】
光学素子アレイの基板への実装前湾曲量が正の値を持つ場合、つまり光学素子アレイの一方主面側に凸状となる湾曲を有している光学素子ヘッドはいずれも連続通電による光学素子の光量変動率が１０％を超え、光量低下×の判定であった。
【００６０】
光学素子アレイの基板への実装前湾曲量が負の値を持つ場合、つまり光学素子アレイの一方主面側に凹状となる湾曲を有している光学素子ヘッドであっても、実装前後の湾曲量の変化量が３μｍ以下である場合には、連続通電による光学素子の光量変動が５％を超え１０％以内であり、光量低下○の判定であった。
【００６１】
光学素子アレイの基板への実装前の湾曲量が負の値を持ち、つまり光学素子アレイが一方主面側に凹状となる湾曲を有し、実装後の湾曲量が３μｍ以下であり、かつ実装前後の湾曲量の変化量が３μｍ以上である場合には連続通電による光学素子の光量低下は５％以内であり、光量低下◎の判定であった。
【符号の説明】
【００６２】
１  光学素子ヘッド
１０  光学素子アレイ
１０ａ  一方主面
１１  光学素子
１２  ベース基板
１３  一導電型半導体層
１３ａ  バッファ層
１３ｂ  第１のオーミックコンタクト層
１３ｃ  電子の注入層
１４  逆導電型半導体層
１４ａ  発光層
１４ｂ  クラッド層
１４ｃ  第２のオーミックコンタクト層
１５  絶縁膜
１６  絶縁保護膜
２０  基板
３０  接着剤
４０  第１の電極
４０ａ  第１の電極パッド
４１  第２の電極
４１ａ  第２の電極パッド
５０  ワイヤー
【図１】
0005805987.tif 000003
【図２】
0005805987.tif 000004
【図３】
0005805987.tif 000005