(57)【要約】【課題】チップ内の光量シェーディングを抑制して、外部駆動回路での光量補正に関する負荷を減らした自己走査型発光素子アレイチップを提供する。【解決手段】主走査方向に配列される複数個の発光素子よりなる発光素子アレイと、各発光素子に、給電用のボンディングパッド４から電流を供給する、主走査方向に延びる１本の給電線１４とを備え、ボンディングパッドから遠ざかるに従って、各発光素子の発光部２６の面積を増大させる。【選択図】図１４
2007273499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主走査方向に配列される複数個の発光素子よりなる発光素子アレイと、
前記各発光素子に、給電用のボンディングパッドから電流を供給する、主走査方向に延びる少なくとも１本の給電線とを備え、
前記ボンディングから遠ざかるに従って、各発光素子の発光部の面積を増大させた、自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項２】
前記面積の増大は、前記発光部が矩形状である場合に、前記発光部の主走査方向の寸法を増大させることにより行う、請求項１に記載の自己走査型発行素子アレイチップ。
【請求項３】
前記面積の増大は、前記発光部が矩形状である場合に、前記発光部の主走査方向に直交する副走査方向の寸法を増大させることにより行う、請求項１に記載の自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項４】
前記面積の増大は、前記発光部が矩形状である場合に、前記発光部の主走査方向の寸法と、前記発光部の主走査方向に直交する副走査方向の寸法とを増大させることにより行う、請求項１に記載の自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項５】
主走査方向に配列される複数個の発光素子よりなる発光素子アレイと、
各発光素子の発光部上に設けられたマイクロレンズよりなるレンズアレイと、
前記各発光素子に、給電用のボンディングパッドから電流を給電する、主走査方向に延びる少なくとも１本の給電線とを備え、
前記ボンディングパッドから遠ざかるに従って、各マイクロレンズの光電送効率を増大させた、自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項６】
前記マイクロレンズの光電送効率の増大は、各発光部の中心と前記各発光部に対応する各マイクロレンズの中心との主走査方向の位置ずれ量を、前記ボンディングパッドから遠ざかるに従って、減少させることにより行う、請求項５に記載の自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項７】
前記マイクロレンズの光電送効率の増大は、各発光部の中心と前記各発光部に対応する各マイクロレンズの中心との主走査方向に直交する副走査方向の位置ずれ量を、前記ボンディングパッドから遠ざかるに従って、減少させることにより行う、請求項５に記載の自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項８】
前記マイクロレンズの光電送効率の増大は、前記ボンディングパッドから遠ざかるに従って、前記マイクロレンズの形状を変えることにより行う、請求項５に記載の自己走査型発光素子アレイチップ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の発光素子アレイを有する光書込みヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の光書込みヘッドを備える光プリンタ。
【請求項１１】
請求項９に記載の光書込みヘッドを備えるファクシミリ。
【請求項１２】
請求項９に記載の光書込みヘッドを備える複写機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己走査型発光素子チップ、特に配線抵抗の影響による発光素子の光量低下を補償した自己走査型発光素子アレイチップに関する。本発明は、また、このような自己走査型発光素子アレイチップを用いた光書込みヘッド、さらにはこのような光書込みヘッドを用いた光プリンタ，ファクシミリ，複写機に関する。
多数個の発光素子を同一基板上に集積した発光素子アレイは、その駆動用ＩＣと組み合わせて光プリンタヘッド等の光書込みヘッドとして利用されている。本発明者らは、発光素子アレイの構成要素としてＰＮＰＮ構造を持つ３端子発光サイリスタに注目し、発光点の自己走査が実現できることを既に特許出願（特許文献１，２，３，４参照）し、光プリンタヘッドとして実装上簡便となること、発光素子配列ピッチを細かくできること、ボンディングパッドの数を少なくできるので、コンパクトな自己走査型発光素子アレイを作製できること等を示した。
【０００２】
さらに本発明者らは、転送素子アレイをシフト部として、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を提案している（特許文献５参照）。
【０００３】
図１に、シフト部アレイ８と発光部アレイ１０を分離したタイプのダイオード結合自己走査型発光素子アレイチップの等価回路図を示す。この自己走査型発光素子アレイ（Self-scanning Light-emitting Device、以下ＳＬＥＤと略記することがある）は、転送素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３・・・、発光素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３・・・からなる。転送素子および発光素子のいずれも３端子発光サイリスタが用いられる。すなわち、転送素子のゲート電極間は、ダイオードＤ１，Ｄ２，・・・で結合されている。ＶＧＡは電源（通常−５Ｖ）であり、ＶＧＡライン１３から負荷抵抗ＲＬを経て各スイッチ素子のゲート電極に接続されている。また、転送素子のゲート電極は、発光素子のゲート電極にも接続される。転送素子Ｔ１のゲート電極は、スタートパルス端子φＳに接続されている。転送素子のカソード電極は、交互に転送用クロックパルスφ１，φ２配線１１，１２を経て、クロックパルス端子φ１，φ２に接続されている。抵抗Ｒ１，Ｒ２は配線１１，１２にそれぞれ挿入された電流制限用抵抗である。また、発光素子のカソード電極は、発光素子給電配線１４を経て、発光素子給電端子φＩに接続されている。抵抗ＲＩは、配線１４に挿入された電流制限用抵抗である。
【０００４】
１２８個の発光素子の典型的な自己走査型発光素子アレイチップのパターンを図２に示す。図１と同一の要素には、同一の参照番号を付して示している。
また、１〜４はそれぞれのラインに接続されるボンディングパッドを示している。
【０００５】
また、本出願人は、発光素子の上にマイクロレンズを設けたレンズ付き発光素子アレイを提案している（特許文献６参照）。
【０００６】
マイクロレンズを設ける理由を、以下に説明する。
【０００７】
従来の光プリンタに用いられる発光素子アレイ、ロッドレンズアレイ、感光ドラムの代表的な構成例を図３に示す。２０は発光素子、２２はロッドレンズアレイ、２４は感光ドラムである。
【０００８】
ロッドレンズアレイ２２の実効的な口径角θが半角として１７〜２０°であるのに対し、発光素子２０は基本的にランバーシアン分布で発光しており、光利用効率は極めて低い。
【０００９】
この光利用効率を高めるために、図４に示すように、発光素子の発光部２６の直上にマイクロレンズアレイ２８を配置して、発光の指向性を少しでも狭めることによって、ロッドレンズアレイ２２の口径角内に入射する光線を増やすことが考えられる。
【００１０】
しかしながら、一般に、光プリンタに使用される自己走査型発光素子アレイの発光部２６は、図５に示されるように、電極２７が発光部分の中央付近を塞いでしまっており、その結果、図５に示されるように発光部２６は、略Ｕ字型の形状となる。図４に示すように、一般的なマイクロレンズアレイで指向性を狭めようとすると、マイクロレンズ２８に入射させたい光軸近傍の光線２９がちょうど電極遮光部からの発光位置に対応してしまい、その結果、十分に光利用効率を向上できない。
【００１１】
そこで、図６に示すような複合マイクロレンズを用いた。図６（Ａ）には、発光素子の略Ｕ字型の発光部２６に対して、その上に、複合マイクロレンズ３０を設けた状態を示し、図６（Ｂ）は複合マイクロレンズの形状を示す。
【００１２】
略Ｕ字型の発光部２６の発光強度の極大位置を結ぶと、折れ線３２が形成される。この折れ線３２の３つの線分の各両端またはその近傍に中心が位置する４つの球面レンズの一部分を設け、その中間部分に３つの各線分に平行な軸を有する３つのシリンドリカルレンズの一部分を設け、それらを互いに隣接配置して複合レンズ３０が形成される。このような複合レンズの材料には、エポキシ系またはアクリル系の樹脂が用いられる。複合レンズは、２Ｐ（Photopolymer）成形法により形成できる。
【００１３】
図６（Ｂ）において、点３３，３４，３５，３６は、図６（Ａ）に示す略Ｕ字型折れ線３２の３つの線分３２ａ，３２ｂ，３２ｃの各両端を示す。複合レンズ３０は、点３３を中心とする球面レンズの一部分４３と、点３４を中心とする球面レンズの一部分４４と、点３５を中心とする球面レンズの一部分４５と、点３６を中心とする球面レンズの一部分４６とを有している。複合レンズ３０は、さらに、線分３２ａに平行な軸を有するシリントリカルレンズ４８の一部分と、線分３２ｂに平行な軸を有するシリンドリカルレンズ５０の一部分と、線分３２ｃに平行な軸を有するシリンドリカルレンズ５２の一部分とを有している。これら４つの球面レンズの一部分と、３つのシリンドリカルレンズの一部分とは、図示のように隣接配置されている。
【００１４】
図６（Ｂ）には、複合レンズの形状を理解させるために、Ｘ−Ｘ’線断面図およびＹ−Ｙ’線断面図も示している。
【００１５】
このように複合マイクロレンズ３０は、略Ｕ字形発光部２２の各部に球面レンズの光軸中心、または、シリンドリカルレンズの軸を一致させ、その球面レンズの一部分と、シリンドリカルレンズとを複合した特殊な形状のレンズである。
【００１６】
このような略Ｕ字型の発光部形状に合わせた複合レンズを用いることによって、略Ｕ字形発光部の各部分ごとに、複合レンズの各部分を用いて、発光光線を光軸方向、すなわち、ロッドレンズの方向に屈折させることができて、ロッドレンズの方向にランバーシアン発行の指向性を狭めることが可能になる。
【００１７】
図７に、発光部２６の上に複合レンズ３０が設けられた状態を示す。
【００１８】
【特許文献１】特開平１−２３８９６２号公報
【特許文献２】特開平２−１４５８４号公報
【特許文献３】特開平２−９２６５０号公報
【特許文献４】特開平２−９２６５１号公報
【特許文献５】特開平２−２６３６６８号公報
【特許文献６】特開２００５−３９１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
以上のように、ＳＬＥＤチップはボンディングパッドの数を少なくできるという点が大きな特徴の１つであるが、一方で、次のような問題点が存在する。すなわち、図８に示すように、発光点への給電配線１４が最低で１本になるために、チップ部分の給電点となるボンディングパッド４から各発光部２６への距離がそれぞれで異なってしまう。このため、ボンディングパッド４からの距離が長くなるほど配線抵抗による電圧降下の影響を受けて発光部への通電電流が減少する。図９に示したように、光量は電流におおよそ比例する。したがって図１０に示すように、ボンディングパッドから距離が遠くなる発光部ほど光量が低下する現象が発生する。この現象を、光量のチップ内のシェーディングと呼ぶ。
【００２０】
このようなＳＬＥＤチップを光プリンタや複写機の光源として使用する場合には、外部の駆動回路に、ＳＬＥＤチップ内のシェーディングをなくして光量が一定となるように補正回路を組み込む必要があり、コストアップの一因となっていた。
【００２１】
本発明の目的は、チップ内の光量シェーディングを抑制して、外部駆動回路での光量補正に関する負荷を減らし、光書込みヘッド全体のコストダウンを達成できるＳＬＥＤチップを提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、ＳＬＥＤチップを用いた光書込みヘッド、さらにはこのような光書込みヘッドを備える光プリンタ，ファクシミリ，複写機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の第１の態様は、
主走査方向に配列される複数個の発光素子よりなる発光素子アレイと、
前記各発光素子に、給電用のボンディングパッドから電流を供給する、主走査方向に延びる少なくとも１本の給電線とを備え、
前記ボンディングから遠ざかるに従って、各発光素子の発光部の面積を増大させた、自己走査型発光素子アレイチップである。
【００２４】
本発明の第２の態様は、
主走査方向に配列される複数個の発光素子よりなる発光素子アレイと、
各発光素子の発光部上に設けられたマイクロレンズよりなるレンズアレイと、
前記各発光素子に、給電用のボンディングパッドから電流を給電する、主走査方向に延びる少なくとも１本の給電線とを備え、
前記ボンディングパッドから遠ざかるに従って、各マイクロレンズの光電送効率を増大させた、自己走査型発光素子アレイチップである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、チップ内のそれぞれの発光部の面積を少しずつ変えることで、給電用ボンディングパッドから離れるにつれて単位電流当たりの光出力を大きくさせ、これにより、配線抵抗の影響による光量低下を補償できる。
【００２６】
また本発明によれば、発光部上にレンズを形成し、給電用ボンディングパッドから離れるにつれてレンズの光伝送効率をよくすることで、配線抵抗の影響による光量低下を補償できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２８】
ＳＬＥＤの発光光量を決める要素の１つに、発光部の面積がある。光量は光が外部に取り出される部分、すなわち、遮光領域となる電極や配線部分を除いた発光部カソード島の面積に比例する。この特性を利用すると、給電用ボンディングパッドから離れていくにしたがって、少しずつ発光部カソード島の面積を増大させていくことで、配線抵抗の影響による光量低下を補償し、光量チップ内シェーディングをなくすことができる。
【００２９】
光量低下の補償について詳しく説明する。
【００３０】
2007273499.tif 000003
【数１】
2007273499.tif 000004
となる。したがって、発光部サイリスタＬｎまでの配線抵抗ｒｎは、
【数２】
2007273499.tif 000005
となる。ここで、ρは配線の抵抗率〔Ω・μｍ〕、ｗは配線幅〔μｍ〕、ｄは配線厚さ〔μｍ〕である。
ａ＝（ρ／ｗｄ）×（２５３８０／ｑ）とすると、（２）式は次式で表される。
ｒｎ＝ａ（ｎ−１）  ・・・・・（３）
ｎ番目の発光部サイリスタＬｎがＯＮしているときに流れる電流Ｉｎは、
【数３】
2007273499.tif 000006
１≫ａ（ｎ−１）／ＲＩ  であるので、（４）式は、次式で近似できる。
【数４】
2007273499.tif 000007
光量Ｌｎは電流Ｉｎに比例するから、比例係数をｂとすると、
【数５】
2007273499.tif 000008
となる。一方、光量Ｌｎは発光部面積Ｓｎに比例するから、比例係数をｃとすると、
Ｌｎ（Ｓ）＝ｃＳｎ  ・・・・・（７）
配線抵抗による、光量低下を発光部面積で補完して、すべての発光点の発光光量をｎ＝１番目の光量に合わせこむためには、以下で導出されるように、発光部の面積Ｓｎ変調して設計すればよい。
【数６】
2007273499.tif 000009
Ｌｎ＝Ｌｎ（Ｉ）＋Ｌｎ（Ｓ）  ・・・・・（９）
Ｌｎ＝Ｌ１とするには、（８），（９），（６）式から、
【数７】
2007273499.tif 000010
となる。
【００３１】
さて、（８）式から考察を加える。第１番目の光量は、外部駆動電圧と外部負荷抵抗の関数となっている。現在の駆動電圧は−５Ｖであるが、−３．３Ｖ駆動にしても同様の光量を得るためには、外部負荷抵抗を電圧と同様の比率で小さくしなければならない。（８）式からわかるように、光量の傾きは、１／Ｒ０２に比例するので、駆動電圧の低電圧側への変更は、シェーディングによる光量ばらつきを大きく悪化させることになる。このシェーディングをマスク設計だけで、（１０）式のように発光部の面積を変調し、従来の製造プロセスを一切変更することなく、シェーディングを簡単に補正することができる。
【００３２】
具体的には以下のようにＳＬＥＤチップを作製した。現在一般的に使用されている６００ｄｐｉで１２８個の発光点を有するＳＬＥＤの発光部給電配線（φＩ配線）１４は、厚さ１．２μｍ、幅２０μｍであり、第１発光点と第１２８発光点との間の距離は、４２．３μｍ×１２７＝５３７２μｍ、配線材料はＡｌ（抵抗率２．８μΩｃｍ）であるから、第１発光点と第１２８発光点との間には、５Ωの電気抵抗が存在する。この５Ωの抵抗分の電圧降下で生じる通電電流の差が、光量の差として発生する。実際に作製したＳＬＥＤチップのチップ内電流分布は、図１２に示したように各発光部の電流をｙ（ｍＡ）、発光点番号をｘとして、一次回帰直線で近似すると、
ｙ＝−０．００２６ｘ＋１３．２  ・・・・・（１１）
であった。図１２に、この一次回帰直線を示す。
【００３３】
この直線の傾きは、過去に生産した３００万個のチップでほとんどばらつかない。さて、式１１からわかるように、第１発光点で１３．２ｍＡ、第１２８発光点で１２．９ｍＡ、すなわち、第１発光点を基準にした場合、第１２８発光点は２．５％の電流低下となっていることがわかる（ＳＬＥＤを−５Ｖ駆動した場合の典型値である）。光量は電流に比例するから、同様に２．５％の光量低下となっている。一方、発光光量は光量が取り出される発光部の面積に比例することは既に述べた。
【００３４】
図１３に示すように、発光部２６の面積はカソード島の面積（Ｓ＝ａ×ｂ）に比例するから、第１発光点の発光部面積を基準にして、図１４に示すように、主走査方向の長さａを変えて、第１２８発光点の発光部面積が２．５％増となるように発光部カソード島の寸法を設計した。第１〜１２８発光点の間の発光点については、面積が均等に増加するように設計した。完成したＳＬＥＤチップの光量（３０００チップ分）を測定したところ、光量のシェーディング、すなわち、一次回帰直線の傾きはほぼゼロとなり、チップ内の光量ばらつきは、標準偏差σとして、３σ／平均光量＝０．０１４（１．４％）であった。
【００３５】
以上の結果から、一次回帰直線で近似できる配線抵抗による光量分布（シェーディング）を補正できることがわかった。
【００３６】
本発明を達成するために実施した発光部の面積変調は、カソード島形成時のマスクパターンの設計だけでよいため、従来の製造工程条件を一切変更することなく、光量ばらつきの点で優れたＳＬＥＤチップを作ることができる。
【実施例２】
【００３７】
実施例１では、現行生産している−５Ｖ駆動用のＳＬＥＤチップで発明の効果を確認した。今後は、外部駆動回路の駆動電圧である−３．３ＶでＳＬＥＤチップを駆動させることが、コストダウンのために必要となってくる。実際に１２００ｄｐｉで２５６個の発光点を有する−３．３Ｖ駆動ＳＬＥＤチップを作製した。その結果、実施例１の(１１)式と同様に、ＳＬＥＤチップのチップ内電流分布を調べてみると、各発光部の電流をｙ（ｍＡ）、発光点番号をｘとして
ｙ＝−０．００３９ｘ＋１３．１  （ｘ＝１・・・２５６）  ・・・（１２）
なる一時回帰直線で近似できた。図１２に、式１１と比較して式１２を示す。
【００３８】
第１発光点で１３．１ｍＡ、第２５６発光点で１２．１ｍＡ、すなわち、第１発光点を基準にした場合、第２５６発光点は７．６％の電流低下となっている。光量の実測値にも７．６％の低下が見られ、光量が電流に比例することと矛盾しない。
【００３９】
実施例１と実施例２との大きな違いは、ＳＬＥＤチップの駆動電圧であり、実施例１で述べた−５Ｖ駆動ではシェーディングによる光量変化は２．５%であったから、−３．３Ｖ駆動にすることで約３倍のシェーディングが発生していることがわかる。理由は、ＳＬＥＤチップの発光部への供給電流を変えないように、駆動電圧を−５Ｖから−３．５Ｖにしようとすると、ＳＬＥＤチップ外部のφＩ配線の外部負荷抵抗を小さくする必要がある。このため、チップ内の配線抵抗の影響が相対的に大きくなり、結果的に３倍のシェーディングが生じている。
【００４０】
実施例１と同様に、第１発光点の発光部面積を基準にして、第２５６発光点の発光部面積が７．６％増となるように発光部カソード島の寸法を設計した。第１〜２５６発光点の間の発光点については、面積増加が等差増加するように分配した。このようにマスク設計して完成したＳＬＥＤチップの光量（３０００チップ分）を測定したところ、光量のシェーディング、すなわち、一時回帰直線の傾きはほぼゼロとなり、チップ内の光量ばらつきは、標準偏差σとして、３σ／平均光量＝０．０１７（１．７％）となり、７．６％あったシェーディングによる光量ばらつきの抑制に格段の効果があった。
【００４１】
本発明を達成するために実施した発光部の面積変調は、カソード島形成時のマスクパターンの設計だけでよいため、従来の製造工程条件を一切変更することなく、光量ばらつきの点で優れたＳＬＥＤチップを作ることができる。
【００４２】
本実施例では、発光部カソード島の面積を主走査方向の長さａを変えることで面積の変調を達成したが、副走査方向の長さｂ、あるいは、ａとｂを同時に変えることで面積変調しても同様の効果が得られる。
【００４３】
第１および第２の実施例では、発光部カソード島の面積を変調させたが、発光部の光量を遮光している給電電極の面積を変調させることでも、同様の効果が得られる。
【００４４】
第１および第２の実施例では、発光部カソード島の面積を変調させたが、発光部の光量を遮光している給電配線の面積を変調させることでも同様の効果が得られる。
【００４５】
もちろん、カソード島、給電電極面積、給電配線面積を組み合わせてもよい。
【実施例３】
【００４６】
複合レンズによって、ランバーシアン分布で発光する光の利用効率を高めることができることは、既に説明した。この複合レンズの光伝送効率を変調することで、チップ内の光量シェーディングを補正することができる。
【００４７】
図１５は、ＳＬＥＤチップの発光部に複合レンズ３０を形成した際の上面図である。複合レンズの最大効率は、発光部３０の中心線と複合レンズの中心線とが一致したときに得られる。
【００４８】
レンズ付きＳＬＥＤチップの作製は、次のようにして行う。
【００４９】
図１６には、自己走査型発光素子アレイの複合レンズ付きＳＬＥＤチップを作製する工程を示す。
【００５０】
まず、図１６（Ａ）に示すように、石英ガラス基板１００上にＣｒ膜１０２を塗布し、続いてフォトリソグラフィ技術によってＣｒ膜に開口１０４のアレイを形成する。図１７は、このような開口アレイをパターニングしたＣｒ膜付き石英ガラス基板の平面図である。
【００５１】
次に、Ｃｒ膜付き石英ガラス基板１００を、フッ酸を用いて液相エッチングし、図１６（Ｂ）に示されるような凹部１０６を作製する。凹部の形状は、図６で説明した球面レンズおよびシリンドリカルレンズが密接配置された複合レンズの形状に対応している。
【００５２】
その後、Ｃｒ膜１０２全部を除去する。図１６（Ｃ）に、その状態を示す。これを、スタンパ（成形型）１３０として以下の工程に用いる。
【００５３】
一方、図１６（Ｄ）に示すように、ＳＬＥＤウェハ１１２の表面は、ボンディングパッド８２を含む部分に対して、樹脂製の粘着テープ１３２によってライン状のマスクを施す。
【００５４】
このマスクの施されたＳＬＥＤウェハ１１２に、紫外線硬化性樹脂１１０を塗布した後、図１６（Ｅ）に示すように、表面に離型剤をコーティングしたスタンパ１３０を押し当てて、樹脂を加圧展開し、スタンパ側から紫外光１１４を照射して樹脂を硬化させる。
【００５５】
最後に、図１６（Ｆ）に示すように、スタンパ１３０を離型させた後、ＳＬＥＤウェハ１１２に施した粘着テープ１３２を、その上の硬化された樹脂ごと剥離することで、図１６（Ｇ）に示すように、所定位置にレンズアレイを作製し、ボンディングパッド８２からは樹脂を除去する。
【００５６】
以上のような複合レンズ形成工程において、レンズの形成位置をずらすことによって、レンズの光伝送効率を調整できる。
【００５７】
図１８は、複合レンズの形成位置を主走査方向（ｘ方向）にずらしたときのレンズ光伝送効率の変化を表したもので、レンズ形成位置を変えることで発光光量の調整ができることがわかる。レンズ形成位置はフォトマスクの設計で簡単に調整できるため、従来のスタンパの形成条件も変える必要がないためコストアップとはならない。
【００５８】
実施例２で説明したように解像度１２００ｄｐｉ、２５６個の発光点を有するＳＬＥＤチップでは、第１発光点から第２５６発光点の方向へ、７．６％の光量低下（シェーディング）が存在する。複合レンズと発光部の中心を一致させることで、約１．５倍の光量となることがわかっているが、図１８に示すように、中心付近では、レンズの位置ずれ量と光量との間に比例関係がないので、スタンパ設計が難しい。
【００５９】
本実施例では、レンズのずれ量が１〜２μｍの範囲で、位置ずれ量に対して光量が直線的に変化する領域を使用した。１〜２μｍの範囲でｘ方向に複合レンズをずらすと光量が７．５％低下することがわかる。第２５６発光点のレンズのｘ方向へのずれ量を＋１μｍ、第１発光点のレンズの中心のｘ方向へのずれ量が＋２μｍとなるように、レンズ形成のためのスタンパを設計した。２５６個の複合レンズの間隔は等間隔で設計してあるため、ＳＬＥＤチップ上に形成された複合レンズは、第２５６発光点から第１発光点に向かって、少しずつレンズのずれ量が発生することになる。
【００６０】
このようにして形成したレンズ付きＳＬＥＤチップ２５００個の光量を測定したところ、チップ内の光量は、光量ばらつきの標準偏差σとすると、３σ／平均光量＝０．０２５（２．５％）となり、７．６％あったシェーディングによる光量ばらつきの抑制に格段の効果があった。
【００６１】
なお、本実施例では、＋方向にレンズをずらしたが、−方向にずらしても同様の効果が得られる。
【００６２】
また、複合レンズを副走査方向（ｙ方向）にずらしても、同様の効果が得られる。図１９に、複合レンズの形成位置をｙ方向にずらしたときのレンズ光伝送効率の変化を示す。
【００６３】
以上の説明では、複合レンズの位置を主走査方向（ｘ方向）あるいは副走査方向（ｙ方向）にわずかにずらすことによって、光量変調させるものであるが、これ以外にも、レンズ形状を変化させて、光量変調させることもできる。図１４のＵ字形状をした複合レンズ３０は、Ｕ字形のマスク開口を用いて、ガラス基板をウェットエッチングして作成したＵ字形状のスタンパを用いて、ＳＬＥＤ発光部上に樹脂成型して作製されるが、このときのＵ字形のマスク開口寸法、すなわち開口長さ，幅，Ｕ字の縦開口と横開口の位置関係を変えることによっても、光量変調が可能である。
【００６４】
また、レンズが図１５のようなＵ次形状ではなく、通常の略円形形状であるような場合には、レンズ径，曲率半径を少し変化させたり、少し楕円にするなど形状を変化させたりすることでも光量変調することは可能である。
【００６５】
これらは、いずれもフォトマスクの設計によって決められるものであり、コストアップすることなしに、精度よく実現することができる。
【００６６】
本発明の自己走査型発光素子アレイチップは、光プリンタ、ファクシミリ、複写機などに用いられる光書込みヘッドの光源として利用できる。
【００６７】
図２０に、本発明の自己走査型発光素子アレイチップを用いた光書込みヘッドの一例を示す。チップ実装基板７０上に、発光素子を列状に配置した複数個の発光素子アレイチップ７１が、主走査方向に実装され、この発光素子アレイチップ７１の発光素子が発光する光の光路上には、主走査方向に長尺な正立等倍のロッドレンズアレイ７２が、樹脂ハウジング７３により固定されている。ロッドレンズアレイ７２上には、感光ドラム７４が設けられる。また、チップ実装基板７０の下地には発光素子アレイチップ７１の熱を放出するためのヒートシンク７５が設けられ、ハウジング７３とヒートシンク７５は、チップ実装基板７０を間に挟んで止め金具７６により固定されている。
【００６８】
次に、このような光書込みヘッドを用いた光プリンタについて説明する。光プリンタの基本構造を図２１に示す。
【００６９】
光プリンタには、光書込みヘッド２００が設置される。円筒形の感光ドラム２０２の表面に、アモルファスＳｉ等の光導電性を持つ材料（感光体）が作られている。このドラムは、プリントの速度で回転している。回転しているドラムの感光体表面を、帯電器２０４で一様に帯電させる。そして、光書込みヘッド２００で、印字するドットイメージの光を感光体上に照射し、光の当たったところの帯電を中和し、潜像を形成する。続いて、現像器、２０６で感光体上の帯電状態にしたがって、トナーを感光体上につける。そして、転写器２０８でカセット２１０中から送られてきた用紙２１２上に、トナーを転写する。用紙は、定着器２１４にて熱等を加えられ定着され、スタッカ２１５に送られる。一方、転写の終了したドラムは、消去ランプ２１８で帯電が全面にわたって中和され、清掃器２２０で残ったトナーが除去される。
【００７０】
このような光書込みヘッドは、プリンタのみならずファクシミリ、複写機にも利用することができる。図２２は、ファクシミリまたは複写機の基本構造を示す。図２１と同一の構成要件には、同一の参照番号を付して示す。
【００７１】
紙送りローラ２３０で搬送される読取り原稿２２２に光源２２４から光を照射し、反射光を結像レンズ２２６を介して、イメージセンサ２２８で受光する。イメージセンサ２２８の出力に基づいて、光書込みヘッド２００の発光素子アレイ２３２が点灯し、ロッドレンズアレイ２３４を介して感光ドラム２０２に照射される。用紙２１２への印字は、光プリンタで説明したとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】自己走査型発光素子アレイチップの等価回路図である。
【図２】自己走査型発光素子アレイチップのパターンを示す図である。
【図３】従来の光プリンタに用いられる光発光素子アレイ、屈折率分布型ロッドレンズアレイ，感光ドラムの代表的な構成例を示す図である。
【図４】従来のレンズ付き発光素子アレイを用いた場合の感光ドラムへの光線の状態を示す図である。
【図５】発光部領域の形状を示す図である。
【図６】複合レンズの形状を示す図である。
【図７】複合レンズアレイを設けた発光素子アレイの一部拡大図である。
【図８】発光部アレイのパターンを示す図である。
【図９】光量と電流との関係を示すグラフである。
【図１０】第１〜第１２８発光部の光量を示すグラフである。
【図１１】発光部アレイの駆動回路を簡単に示す図である。
【図１２】一次回帰直線を示す図である。
【図１３】発光部の面積の寸法を示す図である。
【図１４】発光部の面積を変える実施例を示す図である。
【図１５】ＳＬＥＤチップの発光部に複合レンズを形成した状態の上面図である。
【図１６】レンズ付きＳＬＥＤチップの作製を示す図である。
【図１７】開口アレイをパターニングしたＣｒ膜付き石英ガラス基板の平面図である。
【図１８】複合レンズの形成位置をｘ方向にずらしたときのレンズ光伝送効率の変化を表したグラフである。
【図１９】複合レンズの形成位置をｙ方向にずらしたときのレンズ光伝送効率の変化を表したグラフである。
【図２０】光書込みヘッドの構造を示す図である。
【図２１】光プリンタの基本構造を示す図である。
【図２２】ファクシミリまたは複写機の基本構造を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１４  給電配線
２６  発光部
２７  電極
３０  複合レンズ
１０２  Ｃｒ膜
１０４  開口
１３０  スタンパ
２００  光書込みヘッド
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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