(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ素子における発光層の端面から出射される光を利用して画像を記録する画像記録装置であって、
矩形状の基板と、当該基板上に形成された発光層を構成する矩形状の半導体積層構造部と、前記矩形状の半導体積層構造部の一部の角部を削って形成された第２電極と、前記矩形状の半導体積層構造部の最上面における、前記第２電極が形成された角部以外の角部に形成された第１電極と、を有し、前記半導体積層構造部の前記最上面および端面より光を出射するガリウムナイトライドＬＥＤ素子またはインジウムガリウムナイトライドＬＥＤ素子と、
前記ガリウムナイトライドＬＥＤ素子またはインジウムガリウムナイトライドＬＥＤ素子における、前記矩形状の半導体積層構造部の４つの端面のうち前記第１電極と近接した２つの端面のいずれか一方の端面と対向する位置であって、前記第２電極がそれと前記半導体積層構造部との間に配置されない状態で、その母線が前記発光層の長手方向と平行になるよう配設され、前記半導体積層構造部より発散する光を集光するコレクターレンズと、
を備えたことを特徴とする画像記録装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像記録装置において、
前記ＬＥＤ素子は、その発光層の端面の長手方向と平行な第１の方向に複数個列設されることによりＬＥＤ素子アレイを構成する画像記録装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像記録装置において、
前記ＬＥＤ素子アレイは、前記第１の方向と直交する第２の方向に複数列配設されている画像記録装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像記録装置において、
前記コレクターレンズは前記ＬＥＤ素子における発光層の長手方向に対して母線が平行であるアナモルフィクレンズより構成される画像記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ／発光ダイオード）素子から出射される光を利用して画像を記録する画像記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カラープリンターやイメージセッター等のラスター走査型画像記録装置においては、光学系を簡易化および小型化する目的からＬＥＤ素子が使用されている。
【０００３】
図８はこのようなＬＥＤ素子２の斜視図である。
【０００４】
このＬＥＤ素子２は、基板２１の表面上に発光層（活性層）２２を含む形で半導体の層を複数重ね合わせた半導体積層構造部２６を形成しており、この半導体積層構造部２６上に形成されたＰ電極２３と、基板２１の裏面側に形成されたＮ電極２４とを備える。このＬＥＤ素子２においては、基板２１に対して互いに逆側に形成されたＰ電極２３とＮ電極２４との間に電流を流すことにより、半導体積層構造部２６の表面２５または端面から光が出射する構成となっている。
【０００５】
このため、このＬＥＤ素子２における半導体積層構造部２６の表面２５を結像光学系等の光学系に向けて配置し、あるいは、特開昭６１−２９４８８０号公報に記載されているように、ＬＥＤ素子２における半導体積層構造部２６の端面を結像光学系等の光学系に向けて配置することにより、ＬＥＤ素子２から出射する光を利用して画像を記録することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ガリウム（Ｇａ）とナイトライド（Ｎ）とを利用したガリウムナイトライドＬＥＤ素子や、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とナイトライド（Ｎ）とを利用したインジウムガリウムナイトライドＬＥＤ素子等が開発されている（例えば、特開平４−１０６６６号公報または特開平８−３１６５２８号公報）。
【０００７】
図１はこれらのガリウムナイトライドまたはインジウムガリウムナイトライドＬＥＤ素子１（以下、これらを総称して「ＧａＮ系ＬＥＤ素子１」という）の斜視図である。また、図２はＧａＮ系ＬＥＤ素子１の三面図であり、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）はその正面図、また、図２（ｃ）はその右側面図である。
【０００８】
このＧａＮ系ＬＥＤ素子１は、基板１１の表面上に発光層（活性層）１２を含む形で半導体の層を複数重ね合わせた半導体積層構造部１６を形成しており、この半導体積層構造部１６の最上面に形成されたＰ電極１３と、半導体積層構造部１６の一部をエッチングにより削ったその上面に形成されたＮ電極１４とを備える。そして、このＬＥＤ素子１においては、Ｐ電極１３とＮ電極１４との間に電流を流すことにより、半導体積層構造部１６の表面１５または端面１７から光が出射する構成となっている。
【０００９】
このようなＧａＮ系ＬＥＤ素子１においては、Ｐ電極１３とＮ電極１４とが基板１１に対して同一側に形成されていることから、半導体積層構造部１６の表面１５から出射される光がこれらのＰ電極１３およびＮ電極１４によって遮られることになり、半導体積層構造部１６の表面１５から出射する光の輝度が低く、また、半導体積層構造部１６の表面１５における光出射領域の形状も略８の字状の形状になってしまうという特性を有する。
【００１０】
一方、このようなＧａＮ系ＬＥＤ素子１は、例えば緑乃至青色の波長域において高輝度の光を出射することから、このＧａＮ系ＬＥＤ素子１を有効に利用した画像記録装置の開発が要請されている。
【００１１】
このため、この発明は、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１等の基板の同一側に一対の電極が形成されたＬＥＤ素子から出射される光を有効に利用することができる画像記録装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ＬＥＤ素子における発光層の端面から出射される光を利用して画像を記録する画像記録装置であって、矩形状の基板と、当該基板上に形成された発光層を構成する矩形状の半導体積層構造部と、前記矩形状の半導体積層構造部の一部の角部を削って形成された第２電極と、前記矩形状の半導体積層構造部の最上面における、前記第２電極が形成された角部以外の角部に形成された第１電極と、を有し、前記半導体積層構造部の前記最上面および端面より光を出射するガリウムナイトライドＬＥＤ素子またはインジウムガリウムナイトライドＬＥＤ素子と、前記ガリウムナイトライドＬＥＤ素子またはインジウムガリウムナイトライドＬＥＤ素子における、前記矩形状の半導体積層構造部の４つの端面のうち前記第１電極と近接した２つの端面のいずれか一方の端面と対向する位置であって、前記第２電極がそれと前記半導体積層構造部との間に配置されない状態で、その母線が前記発光層の長手方向と平行になるよう配設され、前記半導体積層構造部より発散する光を集光するコレクターレンズとを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ＬＥＤ素子は、その発光層の端面の長手方向と平行な第１の方向に複数個列設されることによりＬＥＤ素子アレイを構成する。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記ＬＥＤ素子アレイは、前記第１の方向と直交する第２の方向に複数列配設されている。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記コレクターレンズは前記ＬＥＤ素子における発光層の長手方向に対して母線が平行であるアナモルフィクレンズより構成されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図３はこの発明に係る画像記録装置の斜視図である。
【００１７】
この画像記録装置は、光源ユニット３と集光光学系４とからなる記録ヘッド５と、その外周部に感光材料６を巻回した記録ドラム７とを備える。この画像記録装置においては、後述する光源ユニット３から、集光光学系４を介して、記録ドラム７に巻回された状態で回転する感光材料６に光ビームを照射するとともに、記録ヘッド５を記録ドラム７の軸線方向に移動させることにより、感光材料６に対して必要な画像を記録する構成となっている。
【００１８】
次に、この発明の特徴部分たる光源ユニット３の構成について説明する。図４はこの発明の第１実施形態に係る光源ユニット３の構成を示す斜視図である。
【００１９】
この光源ユニット３は、その基端部にコネクタ３１を備えた配線基板３２と、この配線基板３２の先端部に複数個列設されたＧａＮ系ＬＥＤ素子１と、これらのＧａＮ系ＬＥＤ素子１から出射された光を集光するコレクターレンズとして機能するアナモルフィックレンズの一形態であるシリンドリカルレンズ（ロッドレンズ）３３とを備える。
【００２０】
なお、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１から出射される光の臨界角を大きくする目的で、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１とシリンドリカルレンズ３３との間に、空気より大きい屈折率を有するシリコーン樹脂等の透明部材をポッティングするようにしてもよい。
【００２１】
配線基板３２の先端部に複数個列設されたＧａＮ系ＬＥＤ素子１は、各々、ボンディングワイヤー３４を介して、配線基板３２に形成された導電パターン３５とワイヤーボンディングされている。すなわち、各ＧａＮ系ＬＥＤ素子１は、配線としてのボンディングワイヤー３４および導電パターン３５を介して、コネクタ３１と電気的に接続されている。また、このコネクタ３１は、図示を省略したＧａＮ系ＬＥＤ素子１のドライバーと接続されている。
【００２２】
配線基板３２の先端部に列設された複数個のＧａＮ系ＬＥＤ素子１は、図１および図２に示す構成を有する。すなわち、これらのＧａＮ系ＬＥＤ素子１は、上述したように、基板１１の表面上に発光層（活性層）１２を含む形で半導体の層を複数重ね合わせた半導体積層構造部１６を形成しており、この半導体積層構造部１６の最上面に形成されたＰ電極１３と、半導体積層構造部１６の一部をエッチングにより削ったその上面に形成されたＮ電極１４とを備える。そして、このＬＥＤ素子１においては、Ｐ電極１３とＮ電極１４との間に電流を流すことにより、半導体積層構造部１６の表面１５または端面１７から光が出射する構成となっている。
【００２３】
このＧａＮ系ＬＥＤ素子１においては、Ｐ電極１３とＮ電極１４とが基板１１に対して同一側に形成されていることから、半導体積層構造部１６の表面１５から出射される光がこれらのＰ電極１３およびＮ電極１４によって遮られることになり、半導体積層構造部１６の表面１５から出射する光の輝度が低く、また、半導体積層構造部１６の表面１５における光出射領域の形状も略８の字状の形状となる。このため、このＧａＮ系ＬＥＤ素子１においては、半導体積層構造部１６の端面１７から出射される光を有効に利用することが好ましい。
【００２４】
このとき、このＧａＮ系ＬＥＤ素子１においては、図２（ｃ）に示すように、Ｎ電極１４が半導体積層構造部１６の一部を削ったその上面に形成されていることから、半導体積層構造部１６の４方の端面１７のうち２方の端面１７から出射された光の一部は、Ｎ電極１４により遮られる。また、半導体積層構造部１６の４方の端面１７のうち２方の端面１７から出射された光の一部は、Ｎ電極１４にワイヤーボンディングされたボンディングワイヤー３４（図４参照）によっても遮られる。このため、このＧａＮ系ＬＥＤ素子１における４方の端面１７から出射する光のうち、図１および図２に示す矢印ア方向に出射する光は、図１および図２に示す矢印イ方向に出射される光よりもその光量が小さいことになる。
【００２５】
このため、この実施形態に係る光源ユニット３においては、図１および図２に示す矢印イ方向の光がシリンドリカルレンズ３３に有効に入射するように、各ＧａＮ系ＬＥＤ素子１を、そのＮ電極１４およびこのＮ電極１４にワイヤーボンディングされたボンディングワイヤー３４が、半導体積層構造部１６とシリンドリカルレンズ３３との間に配置されない方向に配置している。
【００２６】
従って、図４に示す配線基板３２の先端部における複数個のＧａＮ系ＬＥＤ素子１は、そのＮ電極１４およびＮ電極１４にワイヤーボンディングされたボンディングワイヤー３４が半導体積層構造部１６とシリンドリカルレンズ３３との間に配置されない状態で、その発光層１２の長手方向と平行な方向に列設されることにより、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１によるアレイを構成することになる。また、シリンドリカルレンズ３３は、その母線（長軸）が発光層１２の長手方向に対して平行であるように配置される。
【００２７】
以上のような構成を有する光源ユニット３においは、各ＧａＮ系ＬＥＤ素子１からその発光層１２と直交する方向に大きな角度で発散する光は、シリンドリカルレンズ３３により集光され、図３に示す集光光学系４に効率的に入射する。そして、集光光学系４に入射した光は、この集光光学系４によりさらに集光され、記録ドラム７に巻回された感光材料６に照射される。
【００２８】
このとき、この実施形態に係る光源ユニット３においては、各ＧａＮ系ＬＥＤ素子１を、そのＮ電極１４およびこのＮ電極１４にワイヤーボンディングされたボンディングワイヤー３４が半導体積層構造部１６とシリンドリカルレンズ３３との間に配置されない方向に配置していることから、半導体積層構造部１６における４方の端面１７のうち輝度の高い端面１７から出射された光を、有効に感光材料６に照射することが可能となる。
【００２９】
また、この実施形態に係る光源ユニット３においては、各ＧａＮ系ＬＥＤ素子１を配線基板３２の先端部に列設する構成であることから、各ＧａＮ系ＬＥＤ素子１をその発光層１２の長手方向に精度よく配置することができ、その位置精度が良好なＧａＮ系ＬＥＤ素子１によるアレイを構成することが可能となる。
【００３０】
そして、このアレイを構成する複数のＧａＮ系ＬＥＤ素子１から発散する光を、単一のシリンドリカルレンズ３３を利用して集光する構成であることから、複数のＧａＮ系ＬＥＤ素子１から発散する光を集光するために必要な構成を簡略化し、部品点数を削減することが可能となる。
【００３１】
次に、光源ユニット３の他の実施形態について説明する。図５はこの発明の第２実施形態に係る光源ユニット３の構成を示す斜視図であり、図６はその正面図である。
【００３２】
この第２実施形態に係る光源ユニット３は、上述した第１実施形態に係る配線基板３２、この配線基板３２の先端部に複数個列設されたＧａＮ系ＬＥＤ素子１、およびこれらのＧａＮ系ＬＥＤ素子１から出射された光を集光するシリンドリカルレンズ３３を、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１の列設方向と直交する方向、すなわち、各ＧａＮ系ＬＥＤ素子１の発光層１２の長手方向と直交する方向に３列配設した構成を有する。
【００３３】
すなわち、図５に示すように、３個の配線基板３２の先端部は、左右一対の櫛歯状位置決め部材３６に形成された凹部３７内に挿入され、固定される。このため、これらの配線基板３２は、左右一対の櫛歯状位置決め部材３６により、互いに等間隔離隔した平行な姿勢で精度よく位置決めされる。
【００３４】
また、図６に示すように、３個の配線基板３２は、各配線基板３２の先端部に列設されたＧａＮ系ＬＥＤ素子１のピッチＰの１／３の距離［Ｐ／３］だけ、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１の列設方向（その発光層１２の長手方向）に互いにずれた位置に配置されている。
【００３５】
この第２実施形態に係る光源ユニット３においては、上述した第１実施形態に係る光源ユニット３による効果に加え、多数のＧａＮ系ＬＥＤ素子１を２次元に配置することにより、多チャンネルの光ビームを利用して画像を記録することが可能となる。このとき、各ＧａＮ系ＬＥＤ素子１については、左右一対の櫛歯状位置決め部材３６における凹部３７を高精度に形成することにより、これらを高精度に位置決めすることが可能となる。
【００３６】
なお、上述した第１、第２実施形態に係る光源ユニット３においては、ベアチップ状のＧａＮ系ＬＥＤ素子１を配線基板３２の先端部に列設した構成を有するが、図７に示すように、複数個のＧａＮ系ＬＥＤ素子１を連結したバーチップ状のＧａＮ系ＬＥＤ素子アレイ１０を使用するようにしてもよい。
【００３７】
このＧａＮ系ＬＥＤ素子アレイ１０は、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１を複数個多面付けして製造される光源ウエハから、必要な数のＧａＮ系ＬＥＤ素子１をバーチップ状に切り出すことにより製造される。このようなＧａＮ系ＬＥＤ素子アレイ１０を使用した場合においては、各ＧａＮ系ＬＥＤ素子１の配置をより高精度に維持することが可能となるという効果を奏する。
【００３８】
また、上述した第１、第２実施形態に係る光源ユニット３においては、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１の発光層１２より発散する光を集光するコレクターレンズとして、シリンドリカルレンズ、ロッドレンズを含むアナモルフィックレンズを使用しているが、これに換えてフレネルゾーンプレート等の回折光学素子を使用してもよい。また、ボールレンズやその他の通常のレンズ等を使用することも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、矩形状の基板と、当該基板上に形成された発光層を構成する矩形状の半導体積層構造部と、前記矩形状の半導体積層構造部の最上面に形成された第１電極と、前記半導体積層構造部の一部を削って形成された第２電極とを有し、前記半導体積層構造部の端面より光を出射するガリウムナイトライドＬＥＤ素子またはインジウムガリウムナイトライドＬＥＤ素子と、前記ガリウムナイトライドＬＥＤ素子またはインジウムガリウムナイトライドＬＥＤ素子における、前記半導体積層構造部における前記第１電極と近接した端面と対向する位置に配設され、前記半導体積層構造部より発散する光を集光するコレクターレンズとを備えたことから、ガリウムナイトライドＬＥＤ素子またはインジウムガリウムナイトライドＬＥＤ素子から出射される光を、画像記録装置に有効に利用することが可能となる。
【００４０】
請求項２に記載の発明によれば、ＬＥＤ素子が、その発光層の端面の長手方向と平行な第１の方向に複数個列設されることによりＬＥＤ素子アレイを構成することから、複数チャンネルの光ビームを利用して画像を記録することが可能となる。
【００４１】
請求項３に記載の発明によれば、ＬＥＤ素子アレイが第１の方向と直交する第２の方向に複数列配設されていることから、さらに多チャンネルの光ビームを利用して画像を記録することが可能となる。
【００４２】
請求項４に記載の発明によれば、コレクターレンズはＬＥＤ素子における発光層の長手方向に対して母線が平行であるアナモルフィクレンズより構成されていることから、ＬＥＤ素子からその発光層と直交する方向に大きな角度で発散する光を有効に集光させることが可能となる。このため、ＬＥＤ素子から出射される光をさらに有効に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＧａＮ系ＬＥＤ素子１の斜視図である。
【図２】  ＧａＮ系ＬＥＤ素子１の三面図である。
【図３】  この発明に係る画像記録装置の斜視図である。
【図４】  この発明の第１実施形態に係る光源ユニット３の構成を示す斜視図である。
【図５】  この発明の第２実施形態に係る光源ユニット３の構成を示す斜視図である。
【図６】  この発明の第２実施形態に係る光源ユニット３の正面図である。
【図７】  ＧａＮ系ＬＥＤ素子アレイ１０の斜視図である。
【図８】  ＬＥＤ素子２の斜視図である。
【符号の説明】
１      ＧａＮ系ＬＥＤ素子
３      光源ユニット
４      集光光学系
５      記録ヘッド
６      感光材料
７      記録ドラム
１０    ＧａＮ系ＬＥＤ素子アレイ
１１    基板
１２    発光層
１３    Ｐ電極
１４    Ｎ電極
１５    表面
１６    半導体積層構造部
１７    端面
３２    配線基板
３３    シリンドリカルレンズ
３４    ボンディングワイヤー
３５    導電パターン
３６    櫛歯状位置決め部材
３７    凹部
【図１】
0003798574.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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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