JP5167872B2 - 発光素子アレイチップ、発光素子アレイチップの製造方法、発光素子ヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子アレイチップ等に関し、特に発光素子にマイクロレンズを形成した発光素子アレイチップ等に関する。

電子写真方式を採用した、プリンタや複写機、ファクシミリ等の画像形成装置では、一様に帯電された感光体上に、画像情報を光記録手段によって照射することにより静電潜像を得た後、この静電潜像にトナーを付加して可視化し、記録紙上に転写して定着することによって画像形成が行なわれる。かかる光記録手段として、レーザを用いて主走査方向にレーザ光を走査させて露光する光走査方式の他、近年では、ＬＥＤ(Light Emitting Diode：発光ダイオード)アレイ光源を主走査方向に多数、配列してなるＬＥＤヘッドを用いた光記録手段が採用されている。

このＬＥＤアレイ光源を用いた画像形成装置は、光走査方式の画像形成装置に比べて、スキャンする空間が不要となり、駆動系が不要となることから、画像形成装置全体が小型化し、信頼性が向上するという利点がある。また、振動や熱による光学系の変形に強いという利点もある。

一方、ＬＥＤアレイ光源における各ＬＥＤ素子は、光の放射角が広いので感光体ドラムに対して、効率よく光を入射させにくい。
例えば、特許文献１では、光学素子基板にその面内方向断面形状が発光素子アレイ側が先細のテーパ形状とされた開口部を各発光素子に対応させて直線状に配列して形成した微小反射光学素子アレイが提案されている。

また特許文献２では、各ＬＥＤアレイに対応させたマイクロレンズアレイを形成し、ＬＥＤアレイからの出射光はマイクロレンズアレイを通過することで拡がり角を小さくし、ロッドレンズアレイを使用して感光体に結像させるＬＥＤプリンタヘッドが提案されている。

特開平１１−２２７２４８号公報 特開２００１−２０５８４５号公報

発光素子アレイチップを発光素子ヘッドに組み込む際には、実装する位置について高い精度が求められる。
本発明の目的は、発光素子アレイチップを発光素子ヘッドに組み込むときに使用する治具でハンドリングする際に、片あたりを生じにくくすることで、高い位置精度で実装することができ、そして、効率よく発光素子ヘッドの生産を行うことができる発光素子アレイチップ等を提供することにある。

請求項１に係る発明は、矩形形状を有する基板と、前記基板上に形成され、前記矩形の一方の長辺側に直線状に配列する発光素子と、前記発光素子上に形成され、透明樹脂からなるマイクロレンズと、前記基板上に形成され、前記矩形の前記発光素子が配列されていない他方の長辺側に配される凸部と、を備え、前記凸部の前記矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状と前記マイクロレンズの当該矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状とは、線対称の関係にあることを特徴とする発光素子アレイチップである。

請求項２に係る発明は、前記凸部は、複数の領域に分割して配されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子アレイチップである。
請求項３に係る発明は、矩形形状を有する基板と、前記基板上に形成され、前記矩形の一方の長辺側に直線状に配列する発光素子と、前記発光素子上に形成され、透明樹脂からなるマイクロレンズと、前記基板上に形成され、前記矩形の前記発光素子が配列されていない他方の長辺側に配される凸部と、を備え、前記凸部の形状と前記マイクロレンズの形状とは、略同一であることを特徴とする発光素子アレイチップである。
請求項４に係る発明は、矩形形状を有する基板と、前記基板上に形成され、前記矩形の一方の長辺側に直線状に配列する発光素子と、前記発光素子上に形成され、透明樹脂からなるマイクロレンズと、前記基板上に形成され、前記矩形の前記発光素子が配列されていない他方の長辺側に配される凸部と、を備え、前記凸部は、前記透明樹脂とは異なる材料により形成されることを特徴とする発光素子アレイチップである。
請求項５に係る発明は、矩形形状を有する基板の当該矩形の一方の長辺側に直線状に発光素子を形成する工程と、前記発光素子に透明樹脂からなるマイクロレンズを形成する工程と、前記矩形の前記発光素子が配列されていない他方の長辺側に凸部を形成する工程と、を含み、前記凸部は、前記透明樹脂とは異なる材料により形成されることを特徴とする発光素子アレイチップの製造方法である。

請求項６に係る発明は、発光素子アレイチップを主走査方向に複数配列してなる発光素子アレイと、前記発光素子アレイの光出力を結像させる光学素子と、を有し、前記発光素子アレイチップは、矩形形状を有する基板と、当該基板上に形成され当該矩形の一方の長辺側に直線状に配列する発光素子と、当該発光素子上に形成され透明樹脂からなるマイクロレンズと、当該基板上に形成され当該矩形の当該発光素子が配列されていない他方の長辺側に配される凸部と、を備え、前記凸部の前記矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状と前記マイクロレンズの当該矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状とは、線対称の関係にあることを特徴とする発光素子ヘッドである。

請求項７に係る発明は、前記発光素子アレイチップは、自己走査型発光素子アレイチップであることを特徴とする請求項６に記載の発光素子ヘッドである。

請求項８に係る発明は、トナー像を形成させるトナー像形成手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、を有し、前記トナー像形成手段は、矩形形状を有する基板と、当該基板上に形成され当該矩形の一方の長辺側に直線状に配列する発光素子と、当該発光素子上に形成され透明樹脂からなるマイクロレンズと、当該基板上に形成され当該矩形の当該発光素子が配列されていない他方の長辺側に配される凸部と、を形成した発光素子アレイチップを備え、前記凸部の前記矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状と前記マイクロレンズの当該矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状とは、線対称の関係にあることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１の発明によれば、発光素子ヘッドに組み込むときに使用する治具でハンドリングする際に、片あたりを生じにくくすることができ、そのため、より高い位置精度で発光素子ヘッドに実装することができる発光素子アレイチップが実現できる。
請求項２の発明によれば、位置合せのためのアライメントマークを発光素子アレイチップの中央部付近に配置したい場合でも容易に対応することができる。
請求項３の発明によれば、発光素子ヘッドに組み込むときに使用する治具でハンドリングする際に、片あたりを生じにくくすることができ、そのため、より高い位置精度で発光素子ヘッドに実装することができるとともに、凸部の形状をマイクロレンズの形状と略同一にすることで、より簡単に凸部の設計を行うことができる発光素子アレイチップが実現できる。
請求項４の発明によれば、発光素子ヘッドに組み込むときに使用する治具でハンドリングする際に、片あたりを生じにくくすることができ、そのため、より高い位置精度で発光素子ヘッドに実装することができるとともに、凸部に使用する材料について自由度を高くすることができる発光素子アレイチップが実現できる。
請求項５の発明によれば、マイクロレンズを形成した後に凸部をアドオンで形成することができ、また、凸部の修正が容易であるとともに、凸部に使用する材料について自由度を高くすることができる発光素子アレイチップの製造方法が提供できる。
請求項６の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、発光素子アレイチップを発光素子ヘッドにより高い位置精度で実装することができるため、より出射する光の光量のばらつきが小さい発光素子ヘッドが実現できる。
請求項７の発明によれば、発光素子アレイチップを自己走査型発光素子アレイチップとすることで、より小さい発光素子ヘッドが実現できる。
請求項８の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より出射する光の光量のばらつきが小さい発光素子ヘッドを備えるため、より高い画質を有する画像形成装置が実現できる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明は、以下の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するために使用するものであり、実際の大きさを表すものではない。

図１は本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図である。
図１に示す画像形成装置１は、一般にタンデム型と呼ばれる画像形成装置であって、各色の階調データに対応して画像形成を行う画像プロセス系１０、画像プロセス系１０を制御する画像出力制御部３０、例えばパーソナルコンピュータ(ＰＣ)２や画像読取装置(ＩＩＴ：Image Input Terminal)３に接続され、これらから受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理部(ＩＰＳ:Image Processing System)４０を備えている。

画像プロセス系１０は、水平方向に一定の間隔を置いて並列的に配置される複数のエンジンからなるトナー像形成手段の一例としての画像形成ユニット１１を備えている。この画像形成ユニット１１は、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋから構成されており、夫々、静電潜像を形成してトナー像を形成させる像保持体(感光体)である感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面を一様に帯電する帯電器１３、帯電器１３によって帯電された感光体ドラム１２を露光する発光装置である発光素子ヘッド１４、発光素子ヘッド１４によって得られた潜像を現像する現像器１５を備えている。また、画像プロセス系１０は、各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２にて画像形成された各色のトナー像を記録媒体の一例としての記録用紙に多重転写させるために、この記録用紙を搬送する用紙搬送ベルト２１、用紙搬送ベルト２１を駆動させるロールである駆動ロール２２、感光体ドラム１２のトナー像を記録用紙に転写させる転写手段の一例としての転写ロール２３を備えている。

ＰＣ２やＩＩＴ３から入力された画像信号は、画像処理部４０によって画像処理が施され、インタフェースを介して各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに供給される。画像プロセス系１０は、画像出力制御部３０から供給された同期信号等の制御信号に基づいて動作する。まず、イエローの画像形成ユニット１１Ｙでは、帯電器１３により帯電された感光体ドラム１２の表面に、画像処理部４０から得られた画像信号に基づき、発光素子ヘッド１４によって静電潜像を形成する。形成された静電潜像に対して現像器１５によってイエローのトナー像を形成し、形成されたイエローのトナー像は、図の矢印方向に回動する用紙搬送ベルト２１上の記録用紙に転写ロール２３を用いて転写される。同様にして、マゼンタ、シアン、黒のトナー像が各々の感光体ドラム１２上に形成され、用紙搬送ベルト２１上の記録用紙に転写ロール２３を用いて多重転写される。多重転写された記録用紙上のトナー像は、定着手段の一例としての定着器２４に搬送されて、熱および圧力によって記録用紙に定着される。

図２は、本実施の形態が適用される発光素子ヘッド１４の構成を示した図である。発光素子ヘッド１４は、記録素子(発光素子)として多数のＬＥＤが配列された発光素子アレイ５１、発光素子アレイ５１を支持すると共に発光素子アレイ５１の駆動を制御するための回路が形成されたプリント基板５２、各ＬＥＤから出射された光出力を感光体ドラム１２上に結像させる光学素子であるセルフォックレンズアレイ(ＳＬＡ：登録商標)５３を備え、プリント基板５２およびセルフォックレンズアレイ５３は、ハウジング５４に保持されている。発光素子アレイ５１は、ＬＥＤが主走査方向に画素数分、配列されたものからなる。例えば、Ａ３サイズの短手(２９７ｍｍ)を主走査方向とする場合、６００ｄｐｉの解像度では、約４２.３μｍ毎に７０４０個のＬＥＤが配列されることになる。なお、本実施の形態では、ＬＥＤが一直線上に並べられており、実際にはサイドレジずれ等を考慮して７６８０個のＬＥＤが配列されている。

図３は、発光素子アレイ５１の構造を説明した概略図である。
図３に示した発光素子アレイ５１は、複数の発光素子アレイチップ１００が主走査方向に千鳥状に配列する。
発光素子アレイチップ１００は、基板１０５上に矩形形状であり両側に配線等を行うスペースであるボンディングパッド１０１を備える。このようにボンディングパッド１０１を配すれば、ほぼボンディングパッド１０１自体が必要とする幅までチップ幅を小さくできる利点がある。
また発光素子アレイチップ１００において両側のボンディングパッド１０１に挟まれる領域には、発光素子であるＬＥＤ１０２が主走査方向である矩形の長辺に沿って直線状に等間隔で配列する。ここで、ＬＥＤ１０２は、発光素子アレイチップ１００の長辺の一方に寄せて配置される。そして奇数番目の発光素子アレイチップ１００と偶数番目の発光素子アレイチップ１００とは、ＬＥＤ１０２が向かい合わせになるように、また、ボンディングパッド１０１を重ねるようにして配置される。このような配置により全てのＬＥＤ１０２を、主走査方向に対し等間隔に並べて配置することができる。
また各ＬＥＤ１０２上には図示しないマイクロレンズ１０３が取り付けられている。

図４（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第１の例を説明した図である。ここで、図４（ａ）は、発光素子アレイチップ１００をＬＥＤ１０２の光が出射する方向から見た図である。また図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

上述の通り、発光素子アレイチップ１００には、基板１０５の両側にボンディングパッド１０１が配され、また両側のボンディングパッド１０１に挟まれる領域には、ＬＥＤ１０２が矩形状の発光素子アレイチップ１００の一方の長辺側に直線状に、かつ等間隔に配されている。それぞれのＬＥＤ１０２には光が出射する側にマイクロレンズ１０３が形成されている。また、矩形状の発光素子アレイチップ１００のＬＥＤ１０２が配列されていない他方の長辺側には、凸部１０４が形成されている。

マイクロレンズ１０３は、ＬＥＤ１０２から出射した光を集光し、感光体ドラム１２（図２参照）に対して、効率よく光を入射させることができる。
このマイクロレンズ１０３は、光硬化性樹脂等の透明樹脂からなり、より効率よく光を集光するためその表面は非球面形状をとることが好ましい。また、マイクロレンズ１０３の大きさ、厚さ、焦点距離等は、使用されるＬＥＤ１０２の波長、使用される光硬化性樹脂の屈折率等により適宜決定される。

凸部１０４は、図４（ａ）〜（ｂ）に示した例では、マイクロレンズ１０３と略同一の形状を有するダミーレンズとしている。このダミーレンズは、マイクロレンズ１０３と線対称の関係にあり、基板１０５からの高さは同じとなる。
この凸部１０４を形成すると、発光素子ヘッド１４（図２参照）に発光素子アレイチップ１００を組み込むときに高い位置精度で実装することができ、実装ずれが生じにくくなる。

図５（ａ）〜（ｂ）は、発光素子アレイチップに凸部１０４を形成した場合と、形成しなかった場合とで、発光素子アレイチップを実装のためハンドリングするときの差異を説明した図である。
ここで、図５（ａ）では、発光素子アレイチップに凸部１０４を形成しなかった場合に、コレットと呼ばれる実装用の治具を利用して、発光素子アレイチップをハンドリングするときの状態を図示している。このコレット１１０は、図示しない吸引口を有し、この吸引口を通して真空引きをして、コレット１１０に形成されている凹部１１１を減圧状態にすることができる。そして凹部１１１を減圧状態にすることで発光素子アレイチップを吸引してハンドリングし、運ぶことができる。

ここで、発光素子アレイチップに凸部１０４がないと、発光素子アレイチップの吸引を行う際にマイクロレンズ１０３があるため、図５（ａ）に示したように発光素子アレイチップとコレット１１０とがいわゆる片あたりを起こし、所定の基準面に対し、水平に保持できないときがある。この場合、発光素子アレイチップを発光素子ヘッド１４（図２参照）に組み込む際に、所定の基準面に対し、傾いた状態で実装されやすくその位置精度が悪くなる。そして、そのまま発光素子ヘッド１４を製造した場合には、発光素子ヘッド１４から出射する光の光量のばらつきが大きくなるという問題が生じる。

一方、図５（ｂ）は、凸部１０４を形成した発光素子アレイチップ１００を、コレット１１０を使用して実装のためハンドリングを行う場合を図示している。発光素子アレイチップ１００に凸部１０４があるために、図５（ａ）で説明したような発光素子アレイチップ１００とコレット１１０との片あたりが生じず、発光素子アレイチップ１００を、所定の基準面に対し、水平に保持したまま運びやすくなる。この状態で、発光素子アレイチップ１００を発光素子ヘッド１４に組み込むと発光素子アレイチップ１００を高い位置精度で実装しやすくなる。

上述の図４（ａ）〜（ｂ）に示した例では、凸部１０４は、マイクロレンズ１０３と略同一の形状を有するダミーレンズであったが、凸部１０４の形状は、これに限られるものではない。

図６（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第２の例を説明した図である。ここで、図６（ａ）は、発光素子アレイチップ１００をＬＥＤ１０２の光が出射する方向から見た図である。また図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

図６（ａ）〜（ｂ）に示した例では、凸部１０４として図４（ａ）〜（ｂ）に示したダミーレンズの替りにレンチキュラーレンズ形状のものを採用している。この凸部１０４は、図６（ｂ）に示すように凸部１０４を矩形状の発光素子アレイチップ１００の短辺と平行に切断したときに、マイクロレンズ１０３の最大断面形状と凸部１０４の最大断面形状とが線対称の関係となっている。この形状を採ることにより、上述のダミーレンズを凸部１０４として形成した場合と同様に、コレット１１０（図５参照）で発光素子アレイチップ１００をハンドリングする際に、片あたりが生じにくい。よって発光素子アレイチップ１００を、所定の基準面に対し、水平に保持したまま運びやすくなり、発光素子アレイチップ１００を高い位置精度で実装することができる。

また、図７（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第３の例を説明した図である。ここで、図７（ａ）は、発光素子アレイチップ１００をＬＥＤ１０２の光が出射する方向から見た図である。また図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図７（ａ）〜（ｂ）に示した例では、凸部１０４として、図４（ａ）〜（ｂ）に示した場合と同様にダミーレンズを使用するが、その個数を２個としている。コレット１１０（図５参照）で発光素子アレイチップ１００をハンドリングする際に、片あたりを生じにくくするという目的を達成するために、最低２個あれば足りるためである。この形態を採ることでダミーレンズにより形成され、複数の領域に形成された凸部１０４は、その間に隙間を取ることができる。そのため例えば、位置合せのためのアライメントマークを発光素子アレイチップ１００の中央部付近に配置したい場合でも容易に対応できる。

また更に、図８（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第４〜第６の例を説明した図である。ここで、図８（ａ）〜（ｃ）は、発光素子アレイチップ１００をＬＥＤ１０２の光が出射する方向から見た図である。また、図８（ｄ）は、図８（ａ）〜（ｃ）に示した発光素子アレイチップ１００のＤ−Ｄ断面図である。

図８（ａ）〜（ｄ）に示した例では、マイクロレンズ１０３として略半球形状のものではなく、コの字形状のマイクロレンズを使用している。マイクロレンズ１０３をこのような形状にすることで、より効率よくＬＥＤ１０２から出射した光を集光することができる。そして、この形状のマイクロレンズ１０３を採用した場合でもコレット１１０（図５参照）によりハンドリングする際に略半球形状のマイクロレンズ１０３を採用したのと同様の片あたりの問題が生じる。よって、マイクロレンズ１０３を形成する一方の長辺側とは異なる他方の長辺側に凸部１０４を設けることにより、片あたりが生じにくくなる。

このうち、図８（ａ）に示した本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第４の例では、凸部１０４としてコの字形状のマイクロレンズ１０３と略同一の形状を有するダミーレンズを配置している。また、図８（ｂ）に示した本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第５の例では、凸部１０４としてレンチキュラーレンズ形状のものを形成している。この凸部１０４の最大断面形状は、コの字形状のマイクロレンズ１０３の最大断面形状と線対称の関係となっている。そして、図８（ｃ）に示した本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第６の例では、図８（ａ）に示した場合と同様に凸部１０４としてダミーレンズを使用するが、その個数を２個としている。

凸部１０４を形成する材料としては、マイクロレンズ１０３と同様の材料である透明樹脂でもよいし、異なる材料であってもよい。
そして、マイクロレンズ１０３と同様の透明樹脂により凸部１０４を形成する場合は、凸部１０４をマイクロレンズ１０３と一体に成形することもできる。

図９（ａ）〜（ｄ）は、凸部１０４をマイクロレンズ１０３と一体に成形する場合の好ましい形態を説明した図であり、本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第７〜第９の例を示した。ここで、図９（ａ）〜（ｃ）は、発光素子アレイチップ１００をＬＥＤ１０２の光が出射する方向から見た図である。また、図９（ｄ）は、図９（ａ）〜（ｃ）に示した発光素子アレイチップ１００のＥ−Ｅ断面図である。

図９（ａ）に示した本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第７の例では、図４（ａ）〜（ｂ）に示した例と同様にマイクロレンズ１０３と略同一の形状を有するダミーレンズを形成し、凸部１０４としている。また、図９（ｂ）に示した本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第８の例では、図６（ａ）〜（ｂ）に示した例と同様にレンチキュラーレンズ形状のものを形成し、凸部１０４としている。また更に、図９（ｃ）に示した本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第９の例では、図７（ａ）〜（ｂ）に示した例と同様にダミーレンズを２個形成し、凸部１０４としている。

一方、図９（ａ）〜（ｄ）に示した発光素子アレイチップ１００は、図４（ａ）〜（ｂ）、図６（ａ）〜（ｂ）、図７（ａ）〜（ｂ）に示した例とは異なり、マイクロレンズ１０３の成形を行う際にマイクロレンズ１０３と凸部１０４との間を透明樹脂で埋め、一体化させる構造を採っている。マイクロレンズ１０３と凸部１０４とを一体成形することにより、工程条件が容易になると共に、透明樹脂による保護膜としての効果が期待できる。

また、図１０（ａ）〜（ｂ）は、凸部１０４をマイクロレンズ１０３とは異なる材料で、形成する形態を説明した図であり、本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第１０の例を示した。ここで、図１０（ａ）は、発光素子アレイチップ１００をＬＥＤ１０２の光が出射する方向から見た図である。また図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。

図１０（ａ）〜（ｂ）に示した本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００は、図４（ａ）〜（ｂ）に示した例と同様にマイクロレンズ１０３と略同一の形状を有するダミーレンズを形成し、凸部１０４としている。一方、図４（ａ）〜（ｂ）で説明した例とは異なり、凸部１０４をマイクロレンズ１０３を形成する透明樹脂とは異なる樹脂により形成している。この場合は、凸部１０４をマイクロレンズ１０３の成形後にアドオンで形成することができる。このため凸部１０４の修正が容易であり、材料の制限も特にないため、コストの安い材料等を使用するなど材料の選択の自由度が高くなる。なお本実施の形態では好ましい形態として樹脂を使用しているが、樹脂を使用する場合は、透明樹脂である必要はない。また紫外線硬化性樹脂、自然硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の種々の樹脂が使用可能である。例えば、ポリカーボネート樹脂を使用することができる。

また、図１１（ａ）〜（ｃ）も、凸部１０４をマイクロレンズ１０３とは異なる材料で、形成する形態を説明した図であり、本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第１１〜１２の例を示した。ここで、図１１（ａ）〜（ｂ）は、発光素子アレイチップ１００をＬＥＤ１０２の光が出射する方向から見た図である。また図１１（ｃ）は、図１１（ａ）〜（ｂ）のＧ−Ｇ断面図である。

図１１（ａ）に示した本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第１１の例では、レンチキュラーレンズ形状のものを形成し、凸部１０４としている。この際に凸部１０４およびマイクロレンズ１０３がコレット１１０（図５参照）と接触する部分の基板１０５からの高さを一致するようにしている。このようにすることで発光素子アレイチップ１００を、所定の基準面に対し、水平に保持したまま運びやすくなり、発光素子アレイチップ１００を位置精度よく実装することができる。
また更に、図１１（ｂ）に示した本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第１２の例では、凸部１０４を２つの領域に分割して配置している。この場合においても、凸部１０４およびマイクロレンズ１０３がコレット１１０（図５参照）と接触する部分の基板１０５からの高さは一致するようにする。

また更に、図１２（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態が適用される発光素子アレイチップ１００の第１３の例である。ここで、図１２（ａ）は、発光素子アレイチップ１００をＬＥＤ１０２の光が出射する方向から見た図である。また図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。

図１２（ａ）〜（ｂ）に示した発光素子アレイチップ１００は、凸部１０４をマイクロレンズ１０３を形成する透明樹脂とは異なる樹脂により形成するのは、上述の図１０（ａ）〜（ｂ）、図１１（ａ）〜（ｃ）に挙げた例と同様である。しかし、凸部１０４の下部を透明樹脂により形成し、その上にマイクロレンズ１０３を形成する透明樹脂とは異なる樹脂を積層し、凸部１０４としている。このような構成を採ることにより、上述の図１０（ａ）〜（ｂ）で説明した利点の他に、図９（ａ）〜（ｃ）で説明した透明樹脂による保護膜としての効果が期待できる。
なお、図１２（ａ）〜（ｂ）では、ダミーレンズを２個形成し、凸部１０４としているが、上述したように３個以上にしてもよく、レンチキュラーレンズ形状のものを使用してもよい。

次にＬＥＤ１０２にマイクロレンズ１０３および凸部１０４を形成し、発光素子アレイチップ１００を製造する方法について説明する。
図１３（ａ）〜（ｅ）および図１４（ａ）〜（ｅ）は、ＬＥＤ１０２にマイクロレンズ１０３を形成し、発光素子アレイチップ１００を製造する工程を説明した図である。
この工程は、大きく分けてマイクロレンズ１０３を形成するためのマイクロレンズ成形型２００を作成する工程（図１３（ａ）〜（ｅ））と、そのマイクロレンズ成形型２００を使用して、実際にＬＥＤ１０２にマイクロレンズ１０３を形成し、発光素子アレイチップ１００を作成する工程（図１４（ａ）〜（ｅ））とからなる。そして、本実施の形態では、図１０〜図１２で説明を行った、凸部１０４をマイクロレンズ１０３の成形後に形成する場合を例として説明を行う。

最初にマイクロレンズ成形型２００を作成する工程について説明を行う。
まず石英ガラスからなる基板２０１にクロム膜２０２を形成する。このクロム膜２０２は、蒸着等の方法で成膜することができ、厚さは０．２μｍ〜１μｍ程度とするのが好ましい（図１３（ａ））。

次に、クロム膜２０２に開口部２０３を設ける（図１３（ｂ））。この開口部２０３の中央部の間隔は、マイクロレンズ１０３（図４参照）の中央部の間隔と同一であり、例えば約４２.３μｍとすることができる。開口部２０３を設けるには、フォトリソグラフィ法により行うことができる。即ち、開口部２０３に対応したレジスト層を形成させ、このレジスト層をマスクとして、ドライエッチングやウェットエッチングによりクロム膜２０２の開口部２０３に相当する部分を除去する。ドライエッチングとしては、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）や誘導結合プラズマエッチング法が利用でき、またウェットエッチングとしては、希塩酸や希硫酸への浸漬を行う方法などが利用できる。そして、残ったレジスト層をレジスト除去液等を利用することにより除去すると開口部２０３が形成される。

次に、基板２０１のウェットエッチングを行う。エッチング液としては、フッ酸水溶液等が使用できる。このときクロム膜２０２は、マスクとして機能し、開口部２０３の部分が等方的にエッチングされる。その結果、石英ガラスの基板２０１に略半球形状の孔部２０４が形成される（図１３（ｃ））。この略半球形状の孔部２０４の形状は、マイクロレンズ１０３の転写形状である。

次に、クロム膜２０２を部分的に除去する（図１３（ｄ））。クロム膜２０２の除去には、上記の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）や誘導結合プラズマエッチング法等のドライエッチング法や、希塩酸や希硫酸への浸漬を行うウェットエッチング法が利用できるが、例えば粘着テープを貼りつけ、それを剥ぎ取る方法でも除去可能である。
そして、マイクロレンズ１０３を形成する際にマイクロレンズ成形型２００との離型性をよりよくするため、離型処理をし、マイクロレンズ１０３を形成する際にマイクロレンズ成形型２００を所定の位置に規定するためのスペーサ２０５を形成する（図１３（ｅ））。
この離型処理は、例えば、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂等をコーティングすることで離型膜２０６を形成させるような方法により行うことができる。また、スペーサ２０５は、例えば、プラスチック等からなる１０μｍ前後の粒径を有する球状のビーズを１層塗布することにより形成させることができる。
以上のような一連の工程によりマイクロレンズ成形型２００が作成できる。

次に上記のようにして作成したマイクロレンズ成形型２００を使用し、ＬＥＤ１０２にマイクロレンズ１０３を作成する工程について説明を行う。
まず、ＬＥＤ１０２が形成され、マイクロレンズ１０３を形成する前の発光素子アレイチップである発光素子アレイチップ３０１に紫外線（ＵＶ：Ultra Violet）により硬化する光硬化性樹脂３０２を滴下する（図１４（ａ））。またこの際に、スピンコート等を行うことにより光硬化性樹脂３０２が発光素子アレイチップ３０１上で均一になるようにしてもよい。使用される光硬化性樹脂としては、ＬＥＤ１０２から出射された光を透過するものであれば、特に限定されるものではないが、一般的なエポキシ系の光硬化性樹脂やアクリル系の光硬化性樹脂が使用できる。

次に、マイクロレンズ成形型２００を発光素子アレイチップ３０１に押付けることにより光硬化性樹脂３０２を展開させ、水平方向および高さ方向に対し、微少位置合せを行う（図１４（ｂ））。このとき、光硬化性樹脂３０２は、マイクロレンズ成形型２００に形成された孔部２０４に侵入し、マイクロレンズ１０３の形状となる。
高さ方向の位置合せは、マイクロレンズ成形型２００を発光素子アレイチップ３０１に所定の圧力で押圧を行い、発光素子アレイチップ３０１とスペーサ２０５とを接触させることにより行う。マイクロレンズ成形型２００の高さ方向の位置は、スペーサ２０５により規定され、光硬化性樹脂３０２の厚さを全体で均一にすることができる。また、水平方向への位置合せは、図示しない所定のマーカに位置合せをする方法で行うことができる。

マイクロレンズ成形型２００の位置合せの完了後、紫外線を照射し、光硬化性樹脂３０２を硬化させる。このときクロム膜２０２が遮光膜としての機能を果たし、必要な部分のみを選択的に硬化させる（図１４（ｃ））。
光硬化性樹脂３０２の硬化後、マイクロレンズ成形型２００を離型させる（図１４（ｄ））。そして、硬化させなかった光硬化性樹脂３０２を洗浄により除去すると、ＬＥＤ１０２上に硬化した光硬化性樹脂３０２よりなるマイクロレンズ１０３が形成される（図１４（ｅ））。

そして次に、凸部１０４の形成を行うと本実施の形態の発光素子アレイチップ１００が製造できる。この場合、凸部１０４の形成は、凸部１０４を形成する樹脂を塗布し、凸部１０４を形成するための成形型を押しつけることにより成形をする等の方法により行うことができる。

なお、凸部１０４をマイクロレンズ１０３と一体に成形する場合は、上述の図１３（ａ）〜（ｅ）工程において、凸部１０４に対応する位置及び大きさの孔部をマイクロレンズ成形型２００に形成する。そして、このマイクロレンズ成形型２００を使用して上述の図１４（ａ）〜（ｅ）の工程で説明した作業を行うと、硬化した光硬化性樹脂３０２によりマイクロレンズ１０３が形成されると共に凸部１０４を形成することができる。

本実施の形態では、発光素子アレイチップ１００として自己走査型発光素子アレイを使用するのが好ましい。自己走査型発光素子アレイは、発光素子アレイの構成要素としてｐｎｐｎ構造を持つ発光サイリスタを用い、発光素子の自己走査が実現できるように構成したものであり、特開平１−２３８９６２号公報、特開平２−１４５８４号公報、特開平２−９２６５０号公報、特開平２−９２６５１号公報に開示されている。また、特開平２−２６３６６８号公報には、転送素子アレイを転送部として、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が開示されている。

図１５は、分離タイプの自己走査型発光素子アレイの等価回路図である。この自己走査
型発光素子アレイは、転送用サイリスタＴ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，…、書込み用発光サイリスタＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，…からなる。転送部の構成は、ダイオード接続を用いている。Ｖ_ＧＫは電源（通常５Ｖ）であり、電源ライン７２から各負荷抵抗Ｒ_Ｌを経て各転送用サイリスタのゲート電極Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，…に接続されている。また、転送用サイリスタのゲート電極Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，…は、書込み用発光サイリスタのゲート電極にも接続される。転送用サイリスタＴ_１のゲート電極にはスタートパルスφ_Ｓが加えられ、転送用サイリスタのアノード電極には、交互に転送用クロックパルスφ１，φ２が加えられる。これら転送用クロックパルスφ１，φ２は、クロックパルスライン７４，７６を経て供給される。書込み用発光サイリスタのアノード電極には、信号ライン７８を経て、書込み信号φ_Ｉが加えられている。

次に動作を簡単に説明する。まず転送用クロックパルスφ１の電圧がハイレベルで転送用サイリスタＴ_２がオン状態であるとする。このとき、ゲート電極Ｇ_２の電位はＶ_ＧＫの５Ｖからほぼ０Ｖにまで低下する。この電位降下の影響はダイオードＤ_２によってゲート電極Ｇ_３に伝えられ、その電位を約１Ｖ（ダイオードＤ_２の順方向立上り電圧（拡散電位に等しい））に設定する。しかし、ダイオードＤ_１は逆バイアス状態であるためゲート電極Ｇ_１への電位の接続は行われず、ゲート電極Ｇ_１の電位は５Ｖのままとなる。書込み用発光サイリスタのオン電位は、ゲート電極電位＋ｐｎ接合の拡散電位（約１Ｖ）で近似されるから、次の転送用クロックパルスφ２のＨレベル電圧は約２Ｖ（転送用サイリスタＴ_３をオンさせるために必要な電圧）以上でありかつ約４Ｖ（転送用サイリスタＴ_４をオンさせるために必要な電圧）以下に設定しておけば転送用サイリスタＴ_３のみがオンし、これ以外の転送用サイリスタはオフのままにすることができる。従って２本の転送用クロックパルスでオン状態が転送されることになる。

スタートパルスφ_Ｓは、このような転送動作を開始させるためのパルスであり、スタートパルスφ_ＳをＬレベル（約０Ｖ）にすると同時に転送用クロックパルスφ２をＨレベル（約２〜約４Ｖ）とし、転送用サイリスタＴ_１をオンさせる。その後すぐ、スタートパルスφ_ＳはＨレベルに戻される。

いま、転送用サイリスタＴ_２がオン状態にあるとすると、ゲート電極Ｇ_２の電位は、Ｖ_ＧＫ（ここでは５Ｖと想定する）より低下し、ほぼ０Ｖとなる。したがって、書込み信号φ_Ｉの電圧が、ｐｎ接合の拡散電位（約１Ｖ）以上であれば、書込み用発光サイリスタＬ_２を発光状態とすることができる。

これに対し、ゲート電極Ｇ_１は約５Ｖであり、ゲート電極Ｇ_３は約１Ｖとなる。したがって、書込み用発光サイリスタＬ_１の書込み電圧は約６Ｖ、書込み用発光サイリスタＬ_３の書込み電圧は約２Ｖとなる。これから、書込み用発光サイリスタＬ_２のみに書き込める書込み信号φ_Ｉの電圧は、１〜２Ｖの範囲となる。書込み用発光サイリスタＬ_２がオン、すなわち発光状態に入ると、発光強度は書込み信号φ_Ｉに流す電流量で決められ、任意の強度にて画像書込みが可能となる。また、発光状態を次の書込み用発光サイリスタに転送するためには、書込み信号φ_Ｉラインの電圧を一度０Ｖまでおとし、発光している書込み用発光サイリスタをいったんオフにしておく必要がある。

本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図である。 本実施の形態が適用される発光素子ヘッドの構成を示した図である。 発光素子アレイの構造を説明した概略図である。 本実施の形態が適用される発光素子アレイチップの第１の例を説明した図である。 発光素子アレイチップに凸部を形成した場合と、形成しなかった場合とで、発光素子アレイチップを実装のためハンドリングするときの差異を説明した図である。 本実施の形態が適用される発光素子アレイチップの第２の例を説明した図である。 本実施の形態が適用される発光素子アレイチップの第３の例を説明した図である。 本実施の形態が適用される発光素子アレイチップの第４〜第６の例を説明した図である。 凸部をマイクロレンズと一体に成形する場合の好ましい形態を説明した図であり、本実施の形態が適用される発光素子アレイチップの第７〜第９の例を示した図である。 凸部をマイクロレンズとは異なる材料で、形成する形態を説明した図であり、本実施の形態が適用される発光素子アレイチップの第１０の例を示した図である。 凸部をマイクロレンズとは異なる材料で、形成する形態を説明した図であり、本実施の形態が適用される発光素子アレイチップの第１１〜１２の例を示した図である。 本実施の形態が適用される発光素子アレイチップの第１３の例である。 マイクロレンズを形成するためのマイクロレンズ成形型を作成する工程を説明した図である。 マイクロレンズ成形型を使用して、マイクロレンズを形成し、発光素子アレイチップを作成する工程を説明した図である。 分離タイプの自己走査型発光素子アレイの等価回路図である。

符号の説明

１…画像形成装置、１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ…画像形成ユニット、１４…発光素子ヘッド、２３…転写ロール、２４…定着器、５１…発光素子アレイ、５３…セルフォックレンズアレイ、１００…発光素子アレイチップ、１０１…ボンディングパッド、１０２…ＬＥＤ、１０３…マイクロレンズ、１０４…凸部、１０５…基板

Claims (8)

1. 矩形形状を有する基板と、前記基板上に形成され、前記矩形の一方の長辺側に直線状に配列する発光素子と、
   前記発光素子上に形成され、透明樹脂からなるマイクロレンズと、
   前記基板上に形成され、前記矩形の前記発光素子が配列されていない他方の長辺側に配される凸部と、
   を備え、
   前記凸部の前記矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状と前記マイクロレンズの当該矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状とは、線対称の関係にあることを特徴とする発光素子アレイチップ。
2. 前記凸部は、複数の領域に分割して配されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子アレイチップ。
3. 矩形形状を有する基板と、前記基板上に形成され、前記矩形の一方の長辺側に直線状に配列する発光素子と、
   前記発光素子上に形成され、透明樹脂からなるマイクロレンズと、
   前記基板上に形成され、前記矩形の前記発光素子が配列されていない他方の長辺側に配される凸部と、
   を備え、
   前記凸部の形状と前記マイクロレンズの形状とは、略同一であることを特徴とする発光素子アレイチップ。
4. 矩形形状を有する基板と、前記基板上に形成され、前記矩形の一方の長辺側に直線状に配列する発光素子と、
   前記発光素子上に形成され、透明樹脂からなるマイクロレンズと、
   前記基板上に形成され、前記矩形の前記発光素子が配列されていない他方の長辺側に配される凸部と、
   を備え、
   前記凸部は、前記透明樹脂とは異なる材料により形成されることを特徴とする発光素子アレイチップ。
5. 矩形形状を有する基板の当該矩形の一方の長辺側に直線状に発光素子を形成する工程と、
   前記発光素子に透明樹脂からなるマイクロレンズを形成する工程と、
   前記矩形の前記発光素子が配列されていない他方の長辺側に凸部を形成する工程と、
   を含み、
   前記凸部は、前記透明樹脂とは異なる材料により形成されることを特徴とする発光素子アレイチップの製造方法。
6. 発光素子アレイチップを主走査方向に複数配列してなる発光素子アレイと、
   前記発光素子アレイの光出力を結像させる光学素子と、を有し、
   前記発光素子アレイチップは、
   矩形形状を有する基板と、当該基板上に形成され当該矩形の一方の長辺側に直線状に配列する発光素子と、当該発光素子上に形成され透明樹脂からなるマイクロレンズと、当該基板上に形成され当該矩形の当該発光素子が配列されていない他方の長辺側に配される凸部と、
   を備え、
   前記凸部の前記矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状と前記マイクロレンズの当該矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状とは、線対称の関係にあることを特徴とする発光素子ヘッド。
7. 前記発光素子アレイチップは、自己走査型発光素子アレイチップであることを特徴とする請求項６に記載の発光素子ヘッド。
8. トナー像を形成させるトナー像形成手段と、
   前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
   前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、を有し、
   前記トナー像形成手段は、
   矩形形状を有する基板と、当該基板上に形成され当該矩形の一方の長辺側に直線状に配列する発光素子と、当該発光素子上に形成され透明樹脂からなるマイクロレンズと、当該基板上に形成され当該矩形の当該発光素子が配列されていない他方の長辺側に配される凸部と、を形成した発光素子アレイチップを備え、
   前記凸部の前記矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状と前記マイクロレンズの当該矩形の短辺と平行に切断したときの最大断面形状とは、線対称の関係にあることを特徴とする画像形成装置。

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