帶有微透鏡的發光元件陳列以及光寫入頭的製作方法

2023-05-27 03:30:16

專利名稱：帶有微透鏡的發光元件陳列以及光寫入頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及發光元件陣列以及光寫入頭，特別涉及提高光量的帶 有微透鏡的發光元件陣列。
背景技術：
已知發光元件陣列以及光寫入頭在光印表機、傳真機或複印機中 所具備的感光鼓中，被用作用於使光曝光的光源的技術(例如專利文
獻l)。圖25示出具備光寫入頭的光印表機的原理圖。在圓筒形的感 光鼓102的表面上，形成有非晶Si等具有光導電性的材料(感光體)。 該鼓以列印的速度旋轉。利用帶電器104，使所旋轉的鼓的感光體表 面均勻地帶電。然後，使用光寫入頭100向感光體上照射要列印的點 影像的光，對光所到達的位置的帶電進行中和。接下來，使用顯影器 106按照感光體上的帶電狀態，將調色劑附到感光體上。然後，使用 轉印器108在從盒110中送來的紙112上轉印調色劑。對於紙，通過 定影器114進行加熱等而定影后，送到堆疊器116。另一方面，對轉 印結束的鼓，利用消除燈118在整個面上中和帶電，使用清掃器120 去除殘留的調色劑。
進而，圖26示出具備光寫入頭的傳真機、複印機的原理圖。對 與圖25相同的結構要素，標註相同參照序號來表示。
從光源124向通過送紙輥130搬送的讀取原稿122照射光，經由 成像透鏡126在影像傳感器128接收其反射光。由於傳真機的列印或 複印功能、或複印機的複印功能，光寫入頭100的發光元件陣列基板 60上的發光元件點亮，經由柱透鏡陣列74照射到感光鼓102。關於 對紙122的列印，如在光印表機中進行的說明。
圖24示出現有技術中的光寫入頭的代表性的結構圖。圖24是與搭載於光印表機中的光寫入頭的主掃描方向正交的方向(以下稱為副
掃描方向)的剖面圖。在發光元件陣列基板60上，沿著主掃描方向 安裝有以列向配置有發光元件的多個發光元件陣列晶片80,在該發光 元件陣列晶片80的發光元件所發出的光的光路上，配置有在主掃描 方向上長尺寸的正立等倍的柱透鏡陣列74。柱透鏡陣列74通過外殼 63而固定，該外殼63具有作為實現光軸方向的位置調整的調整機構 的功能。從發光元件發出的光經由光柱透鏡陣列74成像於感光鼓102 上。另外，在發光元件陣列基板60的基底上設置有用於釋放發光元 件陣列的晶片80的熱的散熱器65，外殼63和散熱器65將發光元件 陣列基板60夾在中間並通過鉗具66而固定。關於這樣的光寫入頭的 代表性的結構圖，已作為現有技術公開(例如專利文獻2)。
圖21是在發光元件陣列的晶片上配置了微透鏡時的平面圖。發 光元件沿著晶片邊緣部以直線狀排列。示出發光元件陣列晶片80。在 晶片兩端設置有鍵合焊盤82,發光元件陣列的發光部84沿著晶片的 邊緣部以直線狀排列。圖22示出對於發光元件陣列的晶片設置有微 透鏡的發光元件陣列的部分放大圖，示出微透鏡30c (將球面形狀的 微透鏡還稱為球面透鏡)在發光元件上連結而排列的情況。該放大部 分相當於圖21中用虛線包圍的部分。圖23是圖22的側面圖。這樣 的微透鏡以及發光元件陣列，作為現有技術已公開(例如專利文獻3 )。
另外，作為發光元件陣列，作為現有技術可以舉出能夠對各發光 部的發光強度進行調製，並且使發光元件陣列的發光部的發光具有自 掃描功能的技術(例如專利文獻4)。以下，將自掃描型發光元件陣 列還稱為SLED ( Self - scanning Light - emitting Device )。 同樣地， 將自掃描型發光元件陣列晶片還稱為SLED晶片。
帶有微透鏡的發光元件如圖18A所示，對於發光二極體(LED) 或發光可控矽(thyristor )的大致U字形的發光部84，在其上設置微 透鏡(複合透鏡30)。關於複合透鏡30在後面詳細說明。如果連接 大致U字形的發光部的發光強度的最大位置，則形成折線32。設置 中心位於該折線32的3個線段的各兩端或其附近的4個球面透鏡的一部分，並在其中間部分設置具有與3個各線段平行的軸的3個柱面 透鏡的一部分，將這些相互鄰接配置而形成複合透鏡30。
圖18B是示出複合透鏡30的結構的平面圖。在圖中，點33、34、 35以及36表示圖18A所示的大致U字形折線32的3個線段32a、 32b、以及32c的各兩端。複合透鏡30具有以點33為中心的球面透 鏡的一部分43、以點34為中心的球面透鏡的一部分44、以點35為 中心的球面透鏡的一部分45、以點36為中心的球面透鏡的一部分46。 複合透鏡30還具備具有與線段32a平行的軸的柱面透鏡48的一部分、 具有與線段32b平行的軸的柱面透鏡50的一部分、具有與線段32c 平行的軸的柱面透鏡52的一部分。這些4個球面透鏡的一部分與3 個柱面透鏡的 一部分如圖所示那樣被鄰接配置。
在圖18B中，為了理解複合透鏡的形狀，示出X-X，線剖面圖 以及Y-Y，線剖面圖。
這樣，複合透鏡30是使球面透鏡的光軸中心或柱面透鏡的軸與 大致U字形的發光部84的各部一致，並複合該球面透鏡的一部分和 柱面透鏡而得到的特殊形狀的透鏡。
通過使用這樣的與大致U字形的發光部形狀相配的複合透鏡， 針對大致U字形的發光部的各部分的每一個，可以利用複合透鏡的各 部分，使發光光線向光軸方向、即柱透鏡的方向折射，從而能夠使朗 伯(lambertian)發光的指向性向柱透鏡的方向集中。
圖19示出製作帶有微透鏡的發光元件陣列的工序。在此，關於 透鏡，假設形成圖18B中說明的複合透鏡。
首先，如圖19(A)所示，在石英玻璃基板200上塗敷Cr膜202， 接下來利用光刻(photolithography)技術在Cr膜上形成開口 2(M的 陣列。開口 204的間距與光印表機的解析度對應，如果光印表機的分 辨率例如為600dpi，則將開口 204的間距i殳為42.3nm。
圖20是對這樣的開口陣列進行了圖案化的帶有Cr膜的石英玻 璃基板的平面圖。如圖所示，各開口 204的形狀是大致U字形， 一個 線段的長度為16nm,寬度為2nm。該開口設為其位置與發光用可控矽的大致u字形的發光部區域的光量最大的位置大致一致。在一般的
球面透鏡的情況下，開口也可以是單純的微小圓開口 (開口直徑為1 ~
5pm左右)。
接下來，使用氫氟酸對帶有Cr膜的石英玻璃基板200進行液相 蝕刻，製作圖19 (B)所示的凹部206。凹部的形狀對應於如在圖18B 中說明的緊密配置球面透鏡以及柱面透鏡的複合透鏡的形狀。
在圖20中，將大致U字形的開口 204的端部以及角部如圖所示 設為a、 b、 c以及d。對於玻璃基板，利用氫氟酸各向同性地進行蝕 刻。因此，從開口 204的端部a以及d、和角部b以及c，按照半球 狀進行蝕刻。另外，從a與b的中間部、b與c的中間部、c與d的 中間部，按照柱面狀進行蝕刻。因此，形成與圖18B所示的複合透鏡 的形狀對應的凹部形狀。
之後，對於蝕刻而浮起的Cr膜202，在粘貼粘接膜(未圖示) 之後，按壓彈性體基板而破裂，並剝離粘接膜，去除蝕刻部的Cr膜。 圖19 (C)示出其狀態。將其作為壓模(成形模)208而用於以下的 工序。
在壓模208的表面塗上分型劑之後，如圖19(D)所示，利用滴 注器(dispenser)以不會巻入泡的方式滴落光(紫外線)硬化性樹脂 210，並粘著。作為光硬化性樹脂的種類，有環氧類或丙烯酸類，都 可以使用。
接下來，如圖19(E)所示，在樹脂210上載置已結束髮光可控 矽的形成工序的發光元件陣列晶片212。在晶片212中，形成有多個 自掃描型發光元件陣列晶片。在晶片兩端上設置有鍵合焊盤82，發光 用可控矽的發光部(大致U字形)84沿著晶片的邊緣部以直線狀排 列。由於必須與發光可控矽的發光部的形狀(大致U字形)對位地形 成複合透鏡，所以晶片212與壓模208需要精密地對位。為此，在晶 片212和成形才莫208中分別設置對位標記，利用該對位標記來進行對 位。此時，殘留的Cr膜202與晶片的鍵合焊盤82對置。
在將光硬化性樹脂210與晶片212接觸之後，施加壓力而展開樹脂。在此，通過選擇樹脂塗敷量、加壓力、加壓時間，對發光可控矽 面與透鏡上面的距離進行最優化。
為了使樹脂210硬化，隔著壓模208照射波長為300 ~400nm、 能量為14000mJ/cn^的紫外光214,使樹脂硬化。紫外線的能量的最 佳值根據所使用的樹脂而不同。5000 ~ 20000mJ/cm2左右是所使用的 代表性的值。
關於紫外線，通過使用石英透鏡對從光纖束的射出端射出的紫外 線進行校準，從而成為大致平行的光線，並將其大致垂直地向壓模208 的背面照射。
如圖19 (F)所示，在將壓模分型之後，使用溶劑將未硬化的樹 脂(由於除了透鏡部分的Cr膜去除部分以外，紫外光被Cr膜遮擋， 所以樹脂未硬化)洗淨去除。圖19 (G)示出結果。可知在發光可控 矽的發光部84上形成複合透鏡30，露出鍵合焊盤82。
作為現有技術已公開了圖18A、圖18B、圖19以及圖20所示的 發光元件陣列及其製造方法(例如專利文獻5)。
專利文獻1:日本特開2003 - 170625號〃>才艮
專利文獻2:日本特開2004 - 209703號7>才艮
專利文獻3:日本特開2005-311269號7>淨艮
專利文獻4:日本專利第2577089號
專利文獻5:日本特開2005 - 39195號公才艮
圖3示出使用上述現有技術實際形成的微透鏡的尺寸圖。在該圖 中，形成了微透鏡的陣列方向(還稱為主掃描方向)的長度為20nm、 副掃描方向的長度為20nm的複合透鏡。在構成了發光元件陣列時， 該發光部尺寸相當於光印表機等中使用的1200dpi。在該圖中用虛線 表示此時的感光鼓上的聚光點形狀84dh聚光點84di的尺寸，主掃 描方向成為18nm，副掃描方向成為18nm。感光鼓上的聚光點的全部 光量與沒有微透鏡時相比，成為1.5倍。
但是，對於光印表機等中具備的感光鼓，如果照射更多的光量， 即聚光點的光量多，則相應地可以實現光印表機等的高速化。進而，如果光量增大，則可以因發光元件的低功耗化以及驅動IC削減而實
現低成本化。因此，進一步的光量提高成為課題。
另一方面，使用多面鏡等掃描雷射束的所謂的雷射束印表機的
1200dpi用雷射束直徑在感光鼓上一般為50 6(Him左右。具體而言， 1200dpi用雷射束印表機的與1200dpi相當的像素間距為21.2nm，但 實際上，即使使用與其相比相當大的束(即與聚光點直徑相當)，也 可以通過進行相應的信號處理來用作1200dpi用的雷射束列印^L。由 此也可以理解，進一步的光量提高成為課題。
鑑於這樣的情況，雖然還可以將在副掃描方向上增大發光部自身 的尺寸的作法考慮成一個解決手段，但由於增大發光部時驅動電流也 增加，所以無法解決上述課題。即，導致功耗增大、驅動IC的負擔 增大，而且還妨礙低成本化。

發明內容
本發明的目的在於，為了解決上述課題，提供一種提高發光效率 以及降低光量偏差的發光元件陣列。
本發明的一個方式的發光元件陣列具備由在主掃描方向上以直 線狀排列的多個發光部構成的發光部列；以及形成在上述發光部上的 微透鏡，上述微透鏡具有如下形狀主掃描方向的長度和副掃描方向 的長度不同，上述副掃描方向的長度比上述主掃描方向的長度長，為 上述主掃描方向的長度的3.5倍以下。
另外，根據本發明的一個方式，上述微透鏡根據球面透鏡、橢圓 形透鏡、長圓形透鏡以及複合透鏡中的任意一個形成，上述副掃描方 向的長度為上述主掃描方向的長度的1.5倍以上。進而，上述副掃描 方向的長度為上述主掃描方向的長度的3倍以下。
另外，根據本發明的一個方式，其構成為，與上述發光部對應的 上述球面透鏡的重心，相對上述發光部的外接圓中心在副掃描方向上 偏移。此處，定義"微透鏡的透鏡重心"。如果是單純的圓形狀的球面 透鏡或非球面透鏡，則透鏡重心位置定義為該圓的中心位置。當微透鏡為均質介質時，"重心位置"成為根據其形狀、各部分的厚度等而決
定的重心的位置。例如，即使是圖6所示的複合透鏡，也同樣是根據 其形狀、各部分的厚度等而決定的重心的位置(Osp)，其內容將在 實施例中詳細"i兌明。進而，定義"發光部84外接的圓的中心"。在現 有技術中(例如專利文獻5)，使發光部84外接的圓的中心Op (以 下還稱為外接圓中心)與微透鏡的重心Osp—致(參照圖18A)。
另外，根據本發明的一個方式，上述發光元件陣列具有相互交錯 排列的發光元件陣列晶片，各發光元件陣列晶片在各晶片的表面上具 有用於經由焊絲對上述發光部供電的鍵合焊盤、以及樹脂圖案，上述 樹脂圖案由遮蔽從一個晶片的發光部向另一個晶片的鍵合焊盤上的 焊絲入射的光的雜散光防止壁、位於上述微透鏡以及上述微透鏡的周 圍部分的樹脂面構成。由此，與以往相比，可以增大晶片的表面中的 樹脂的比率，從而可以容易洗淨所剩餘的樹脂，並且可以降低因剩餘
樹脂附著到微透鏡而引起的發光元件陣列的光量偏差。
特別優選地，上述雜散光防止壁以及上述樹脂面這雙方所佔的面 積比上述微透鏡所佔的面積大。
進而，雜散光防止壁以雙凸透鏡狀或與微透鏡相同的形狀形成。 特別地，如果以與微透鏡相同的形狀形成雜散光防止壁，則可以簡化 晶片的製造工序中的樹脂圖案的製成。
根據本發明，通過仍維持發光部的形狀的情況下，增大在發光部 上形成的微透鏡的副掃描方向的尺寸，從而可以提高發光效率，由此 可以實現光印表機等的高速化。
另外，由於發光元件的低功耗化以及驅動IC削減，還可以實現 帶有微透鏡的發光元件陣列的低成本化。
進而，即使在光印表機等中所要求的聚光點直徑的範圍內，也可 以通過增大微透鏡的副掃描方向的尺寸來進一步增大光量，在不會伴 隨功耗的增大的情況下，可以實現向感光鼓的光量傳達率大的發光元 件陣列。


圖1是示出在1200dpi用的SLED晶片的各發光部上形成的微透 鏡的一個例子的圖。
圖2是示出在1200dpi用的SLED晶片的各發光部上形成的微透 鏡的另一個例子的圖。
圖3是示出使用現有技術實際形成的微透鏡的尺寸的圖。
圖4是示出微透鏡形狀的增大和光量提高的關係的模擬結果的圖。
圖5A是使用了球面透鏡時的微透鏡平面圖。
圖5B是使用了橢圓形透鏡時的微透鏡平面圖。
圖5C是使用了在2個半圓狀透鏡之間具有圓柱面的長圓形透鏡 時的微透鏡平面圖。
圖6是關於使用了複合透鏡的發光元件陣列，示出微透鏡的透鏡 重心與發光部的外接圓中心偏移的情況的圖。
圖7是示出SLED晶片的交錯排列的圖。
圖8是示出本發明的發光元件陣列晶片的 一個實施例的圖。
圖9 A是形成了本發明的 一 個實施例的發光元件陣列晶片的晶片 的概略圖。
圖9B是示出本發明的一個實施例的發光元件陣列晶片的圖。 圖9C是示出本發明的 一個實施例的發光元件陣列晶片的圖。 圖10是示出本發明的一個實施例的發光元件陣列晶片的圖。 圖11是示出本發明的一個實施例的發光元件陣列晶片的圖。 圖12是示出本發明的一個實施例的發光元件陣列晶片的圖。 圖13是示出本發明的一個實施例的發光元件陣列晶片的圖。 圖14是示出本發明的 一個實施例的發光元件陣列晶片的圖。 圖15是示出本發明的一個實施例的發光元件陣列晶片的圖。 圖16A是示出本發明的一個實施例的發光元件陣列晶片的圖。 圖16B是示出本發明的 一個實施例的發光元件陣列晶片的圖。 圖17是示出從發光部仰望鍵合焊絲(bonding wire)的角度與雜散光防止壁的高度之間的關係的圖。
圖18A是對於LED的大致U字形的發光部形成了複合透鏡的圖。
圖18B是示出複合透鏡的結構的平面圖。
圖19是示出製作帶有微透鏡的發光元件陣列的工序的圖。
圖20是製成工序中的對開口陣列進行圖案化的帶有Cr膜的石
英玻璃基板的平面圖。
圖21是在發光元件陣列的晶片上配置了微透鏡時的平面圖。 圖22是示出對於發光元件陣列的晶片，複合透鏡在發光元件上
連結而排列的一個例子的圖。
圖23是示出對於發光元件陣列的晶片，複合透鏡在發光元件上
連結而排列的一個例子的側面圖。
圖24是光寫入頭的代表性的結構圖。
圖25是具備光寫入頭的光印表機的基本結構圖。
圖26是具備光寫入頭的傳真機或複印機的基本結構圖。
具體實施方式

(實施例1 )
在根據參照圖3說明的現有技術，形成了微透鏡的陣列方向長度 為2(Him、副掃描方向長度為20nm的微透鏡的情況下，感光鼓上的 聚光點的全部光量與沒有微透鏡時相比，成為1.5倍。
與此相對，根據實施例l,通過增大設置在發光部上的微透鏡的 副掃描方向的尺寸，可以進一步增大光量。
作為增大微透鏡的副掃描方向的尺寸的方法，以下進行說明。首 先，使用在圖20中說明的作為現有技術的用於製作透鏡原版的光掩 模的掩模開口形狀。接下來，如圖19 (A)中說明，在石英玻璃基板 上形成Cr膜，對其使用光刻技術，對掩模開口形狀進行圖案化，並 使用氫氟酸對其進行蝕刻。從此經過規定的蝕刻時間之後，在石英玻 璃基板200上得到與圖3的複合透鏡30的形狀相當的凹面形狀。如果將其作為原版，按照圖19中說明的工序形成透鏡，則得到圖3中 說明的複合透鏡。在圖3中，為了理解複合透鏡30的形狀，示出X -X，線剖面圖以及Y-Y，線剖面圖。
根據實施例1，經過上述的規定蝕刻時間之後，進一步繼續蝕刻。 由此，在石英玻璃基板200上得到鄰接的主掃描方向的微透鏡的凹面 彼此接觸，但與上述的凹面形狀相比，以主掃描方向以上在副掃描方 向上延伸的凹面形狀。如果將其作為原版，按照圖19中說明的工序 形成微透鏡，則得到與圖3中說明的複合透鏡相比，以主掃描方向以 上在副掃描方向上延伸的複合透鏡形狀。關於詳細的複合透鏡的形狀 尺寸，在後面敘述。
如上所述，通過改變蝕刻時間長度，可以從相同的掩模開口形狀 製成多種微透鏡原版。與此不同，還可以在副掃描方向上延長掩模開 口本身的形狀，或者變更掩模開口形狀的大致U字形的3個線狀開口 (相當於圖18A所示的32a、 32b以及32c)的間隔以及位置關係。
接下來，對複合透鏡的形狀尺寸進行詳細說明。
圖1示出在1200dpi(間距21.2pm)用的SLED晶片的各發光部 上形成的微透鏡的一個例子。圖1中的微透鏡形成為主掃描方向長度 21.2nm、副掃描方向長度28nm。使用了具備該微透鏡的光寫入頭的 感光鼓上的聚光點形狀84d2，用圖1的虛線表示。關於聚光點84d2 的全部寬度，主掃描方向成為18nm,副掃描方向成為24nm。感光鼓 上的聚光點的全部光量與沒有微透鏡時相比，成為1.8倍。在圖1中， 為了理解複合透鏡30a的形狀，示出X-X，線剖面圖以及Y-Y，線剖 面圖。如果按照上述的工序形成微透鏡，則關於現有技術中說明的X -X，線剖面圖以及Y-Y，線剖面圖(圖3)、和實施例1的X-X，線 剖面圖以及Y-Y，線剖面圖(圖1)，微透鏡的高度方向(在圖1以 及圖3的平面圖中示出的垂直方向)成為大致相同的高度。
如現有技術中說明，相對於現有技術的雷射束印表機中的束直徑 50nm，可以一邊將副掃描方向的聚光點直徑抑制成24jim, —邊進一 步增大光量。即，與現有技術相比，可以維持實際上的高解析度化，並且可以增大光量提高。進而，根據上述的微透鏡形成方法，還可以 比較容易地形成。
因此，根據本實施例，通過仍維持發光部的形狀的情況下，增大 在發光部上形成的微透鏡的副掃描方向的尺寸，從而能夠提高發光效 率，由此能夠實現光印表機等的高速化。
另外，因發光元件的低功耗化以及驅動IC削減，還能夠實現帶
有微透鏡的發光元件陣列的低成本化。進而，即使在光印表機等中所 要求的聚光點直徑的範圍內，也可以通過增大微透鏡的副掃描方向的 尺寸來進一步增大光量，在不會伴隨功耗的增大的情況下，可以實現 向感光鼓的光量傳達率大的帶有微透鏡的發光元件陣列。
(實施例2)
圖2示出在1200dpi(間距21.2itim)用的SLED晶片的各發光部 上形成的微透鏡的另一個例子。圖2中的微透鏡形成為主掃描方向長 度21.2nm，副掃描方向長度34jim。使用了具備該微透鏡的光寫入頭 的感光鼓上的聚光點形狀84d3,用圖2的虛線表示。關於聚光點84d3 的全部寬度，主掃描方向成為18pm，副掃描方向成為29nm。感光鼓 上的聚光點的全部光量與沒有微透鏡時相比，成為2.1倍。在圖2中， 為了理解複合透鏡30b的形狀，而示出X-X，線剖面圖以及Y-Y， 線剖面圖。如果按照上述的工序形成微透鏡，則關於現有技術中說明 的X-X，線剖面圖以及Y-Y，線剖面圖(圖3)、和實施例2的X-X，線剖面圖以及Y-Y，線剖面圖(圖2)，微透鏡的高度方向(圖2 以及圖3的平面圖中示出的垂直方向)成為大致相同的高度。
如現有技術中說明，相對於現有技術的雷射束印表機中的束直徑 50(1in，可以一邊將副掃描方向的聚光點直徑抑制成29nm， 一邊進一 步增大光量。即，與現有技術相比，可以維持實際上的高解析度化， 並且可以增大光量提高。進而，根據上述的微透鏡形成方法，還可以 比較容易地形成。
因此，根據本實施例，通過仍維持發光部的形狀的情況下，增大 在發光部上形成的微透鏡的副掃描方向的尺寸，從而可以提高發光效率，由此可以實現光印表機等的高速化。
另外，因發光元件的低功耗化以及驅動IC削減，還可以實現帶
有微透鏡的發光元件陣列的低成本化。進而，即使在光印表機等中所 要求的聚光點直徑的範圍內，也可以通過增大微透鏡的副掃描方向的 尺寸來進一步增大光量，在不會伴隨功耗的增大的情況下，可以實現 向感光鼓的光量傳達率大的帶有微透鏡的發光元件陣列。
根據實施例1以及實施例2，的確可以確認通過在副掃描方向 上延長微透鏡形狀，可以實現光量提高。在此，通過模擬對副掃描方 向的微透鏡形狀的增大和光量提高的關係進行分析。
圖4示出微透鏡形狀的增大和光量提高的關係的模擬結果。在該 圖的模擬中，假設1200dpi用的發光元件陣列，將微透鏡的主掃描方 向的長度設為Xm、將微透鏡的副掃描方向的長度設為Ym時，用其 比率Ym/Xm表示橫軸。另外，縱軸用以Ym/Xm-1.0時的光量值為 基準的比率，表示與感光鼓上的焦點相當的光量比。
從圖4的結果可知，如果微透鏡的形狀尺寸為，副掃描方向的長 度Ym相對主掃描方向的長度Xm的比(Ym/Xm)在1.5 ~ 3.0的範 圍內，則相對於現有技術(Ym/Xm-1.0)，可靠地提高光量。另夕卜， 從圖4的結果比較並考慮光量提高的效果與副掃描方向的實際解析度 的降低可以判斷，對於根據本方法的光量提高，在Ym/Xm>3.5時並 非優選。
另外，參照圖1 圖3，研究本模擬結果的一致性。圖3所示的 微透鏡相當於Ym/Xm-20/20=1.0，與沒有微透鏡時相比得到1.5倍 的光量提高。圖1所示的微透鏡相當於Ym/Xm = 28.2/21.2=1.32,得 到1.8倍的光量提高。因此，根據實施例1得到的效果為1.8倍/1.5 倍=1.2，成為與圖4所示的模擬結果(Ym/Xm-1.32，且光量提高比 約為1.18)非常相似的結果。圖2所示的微透鏡相當於Ym/Xm = 34.0/21.2=1.60，與沒有微透鏡時相比得到2.1倍的光量提高。因此， 根據實施例2得到的效果為2.1倍/1.5倍=1.4，得到勝於圖4所示的 模擬結果(Ym/Xm-1.60，且光量提高比約為1.22 )的效果。因此，根據本模擬，在作為Ym/Xm進行評價時，針對微透鏡的光量提高， 得到能夠充分信任的結果。
根椐基於本模擬的結果，通過仍維持發光部的形狀的情況下，增 大在發光部上形成的微透鏡的副掃描方向的尺寸，從而可以提高發光 效率，由此可以實現光印表機等的高速化。
另外，因發光元件的低功耗化以及驅動IC削減，還可以實現帶 有微透鏡的發光元件陣列的低成本化。進而，即使在先印表機等中所 要求的聚光點直徑的範圍內，也可以通過增大微透鏡的副掃描方向的 尺寸來進一步增大光量，在不會伴隨功耗的增大的情況下，可以實現 向感光鼓的光量傳達率大的帶有微透鏡的發光元件陣列。
(實施例3 )
在實施例1以及2中，對複合透鏡的微透鏡進行了說明，但也可 以變更圖20的蝕刻掩模的形狀，形成各種形狀的微透鏡的形狀。圖 5A ~ 5C示出複合透鏡以外的微透鏡的形狀的種類。圖5A是使用了球 面透鏡30c時的微透鏡平面圖，圖5B是使用了橢圓形透鏡30d時的 微透鏡平面圖，圖5C是使用了在2個半圓狀透鏡之間具有圓柱面的 長圓形透鏡30e時的微透鏡平面圖。在圖5A~C中，為便於說明對同 樣的要素附加相同的參照序號。
圖5A示出副掃描方向軸a和主掃描方向軸b的交點(即透鏡重 心Osp)與發光部84的外接圓中心Op—致的圖。另外，根據圖19 中說明的形成方法，對於與所鄰接的其他球面透鏡30c的接觸部分， 從微透鏡平面圖來看，在副掃描方向上以大致直線來表現。因此，在 使用了球面透鏡時的微透鏡中，可以將微透鏡的主掃描方向長度表示 成Xm，將副掃描方向的長度表示成Ym，設為Ym/Xm，根據圖4所 示的模擬結果，可以定義本發明的效果。在此，在不存在與所鄰接的 其他微透鏡的接觸部分的情況下，主掃描方向長度Xm可以定義為微 透鏡的最大的主掃描方向的長度。
圖5B示出副掃描方向軸(即長軸)a和主掃描方向軸(即短軸) b的交點(即透鏡重心Osp)與發光部84的外接圓中心Op —致的圖。另外，根據圖19中說明的形成方法，對於與所鄰接的其他橢圓形透 鏡30d的接觸部分，從微透鏡平面圖來看在副掃描方向上以大致直線 來表現。因此，在使用了橢圓形透鏡時的微透鏡中，可以將微透鏡的 短軸表示成Xm，將長軸表示成Ym，設為Ym/Xm，根據圖4所示的 模擬結果，可以定義本發明的效果。在此，在不存在與所鄰接的其他 微透鏡的接觸部分的情況下，主掃描方向長度Xm可以定義為微透鏡 的最大的主掃描方向的長度。
圖5C示出副掃描方向軸(即長軸)a和主掃描方向軸(即短軸) b的交點(即透鏡重心Osp)與發光部84的外接圓中心Op —致的圖。 在此，在2個半圓狀透鏡之間具有圓柱面(圖示l^-b2)，短軸b表 示成通過&與h的平均(即中點)並與副掃描方向平行的軸。另外， 根據圖19中說明的形成方法，對於與所鄰接的其他長圓形透鏡30e 的接觸部分，從微透鏡平面圖來看在副掃描方向上以大致直線來表 現。因此，在使用了長圓形透鏡時的微透鏡中，可以將微透鏡的短軸 表示成Xm，將長軸表示成Ym，設為Ym/Xm，根據圖4所示的模擬 結果，可以定義本發明的效果。
在圖5A~5C中，所鄰接的微透鏡具有接觸部分，據此將微透鏡 的主掃描方向的長度規定成Xm，但在不存在與所鄰接的其他微透鏡 的接觸部分的情況下，主掃描方向的長度Xm可以定義為微透鏡的最 大的主掃描方向的長度。
在圖5A 5C中，感光鼓上的聚光點形狀84d4、 84€15以及84(16 根據微透鏡形狀而對應地變化，但得到在光印表機等的設計上所要求 的實際解析度即可，聚光點形狀本身不成為問題。 (實施例4)
在實施例1~3中，如圖5所示，以微透鏡的透鏡重心Osp與發 光部的外接圓中心Op相同為例進行了說明，但即使構成為相對發光 部的外接圓中心Op，例如在副掃描方向上偏移微透鏡的透鏡重心 Osp，也可以得到與實施例1~3同樣的效果。
在圖6中，關於使用了複合透鏡30的發光元件陣列，示出微透鏡30a的透鏡重心Osp與發光部的外接圓重心Op偏移的情況。線N -N，表示通過發光部84的外接圓中心Op的副掃描方向的軸。另外， 線O-O，表示通過微透鏡的透鏡重心Osp的副掃描方向的軸。在該圖 中，示出線N-N，與線O-O，的距離僅偏移Aq的情況。根據圖19 中說明的形成方法，還可以構成為具有圖6所示的結構的發光元件陣 列。
(實施例5)
如圖7所示，SLED晶片80交錯排列，構成光寫入頭的光源。 在這樣SLED晶片80交錯排列的發光元件陣列中，在主掃描方向(芯 片的排列方向)上觀察時晶片的端部重疊。例如，在將每個晶片的鍵 合焊盤82的排列間隔設為100pm，將晶片長度設為6mm的情況下， 每隔12mm出現8根焊絲集中於1mm左右的範圍內的部分，在所印 刷的圖像中雜散光的影響非常顯著。可知這樣的雜散光是如後所述那 樣，主要由於在焊絲14所突起的迴路的50nm以上的高度部分上的反 射、以及在球18表面上的反射而引起的。
因此，為了防止這樣的雜散光的影響，在本實施例中，如圖8 所示，作為樹脂圖案，設置了雜散光防止壁22、微透鏡30b，進而在 除了鍵合焊盤82以及微透鏡30b以外的全部區域設置了由與微透鏡 30b相同的樹脂構成的樹脂面26。樹脂圖案的製作方法如圖19中說 明。雜散光防止壁22的側面以及樹脂面26的表面設為粗糙面。另夕卜， 微透鏡也可以是實施例1~3中說明的任意形狀。
首先，在對雜散光防止壁進行說明之前，說明在形成微透鏡以及 微透鏡的周圍部分的樹脂面時產生更佳的效果的情況。圖9A示出形 成SLED晶片並在上部形成樹脂圖案的晶片的概略圖。圖9B是示出 圖9A的一部分(A視)中的SLED晶片的概觀的一個例子的放大圖。 圖9C是示出圖9A的一部分(A視)中的SLED晶片的概觀的另一 個例子的放大圖。另夕卜，在本實施例的說明中，在圖9B以及圖9C中， 將微透鏡代表性地設為球面透鏡30c而示出，但也可以是非球面透鏡 (30、 30a、 30b、 30d或30e)。在圖9B中，雜散光防止壁22、微透鏡30c以及微透鏡30c的周 圍部分的樹脂面26由相同的光硬化性樹脂形成，在鍵合焊盤82及其 周圍未形成樹脂。在圖9C中，雜散光防止壁22、微透鏡30c以及微 透鏡30c的周圍部分的樹脂面26由相同的光硬化性樹脂形成，在鍵 合焊盤82及其周圍未形成樹脂。在圖9B以及圖9C所示的SLED芯 片中，微透鏡30c的周圍部分的樹脂面26的面積不同。
另一方面，在SLED晶片表面上形成期望的樹脂圖案時，重要的 是可靠地去除未硬化樹脂殘留物。這是因為，例如，如杲在鍵合焊盤 上殘留未硬化樹脂，則成為導電不良的原因，在未硬化樹脂附著殘留 於微透鏡30c上的情況下，還成為光量偏差或光量提高率降低的原因。
但是，為了可靠地去除應洗淨的未硬化樹脂的殘留物，需要細心 的洗淨調整。 一般情況下，通過細緻地控制洗淨時間來去除未硬化樹 脂(例如以分鐘單位進行控制)。因此，為了減輕由於未硬化樹脂而 引起的影響，優選在SLED晶片表面上，使應洗淨的未硬化樹脂的面 積較少。即，在圖9B以及圖9C中分別示出的SLED晶片中，圖9B 所示的SLED晶片相對圖9C所示的SLED晶片，應洗淨的區域少。 進而，圖9C所示的SLED晶片相對僅形成有微透鏡30c的SLED芯 片(未圖示)，應洗淨的區域少。應洗淨的區域少意味著要洗淨的樹
脂量少，具有易於洗淨這樣的效果。
另外，實際上，在將洗淨時間設為3分鐘而形成了圖9B以及圖 9C中分別示出的SLED晶片時，驗證了圖9B所示的SLED晶片與圖 9C所示的SLED晶片相比，光量偏差(PRNU)改善了 30%。換言 之，驗證了如果將洗淨時間設為較短，則未硬化樹脂的殘留物會附著 到微透鏡30c，成為光量偏差的原因。因此，應洗淨的區域少，會使 應洗淨的時間縮短，帶來降低製造成本這樣的效果。
為了使應洗淨的區域至少為以往的1/2以下，在交錯排列的 SLED晶片中，樹脂圖案由遮蔽從一個SLED晶片的發光部84向另 一個SLED晶片的鍵合焊盤82上的焊絲14入射的光的雜散光防止壁 22 、微透鏡30c以及微透鏡30c的周圍部分的樹脂面26構成，各SLED晶片的表面中的雜散光防止壁22以及樹脂面26這雙方所佔的面積優 選為大於微透鏡30c所佔的面積。
接下來，說明利用樹脂形成雜散光防止壁22的具體的幾個例子。 圖10是以與樹脂面26大致相同的高度形成了 SLED晶片表面的雜散 光防止壁22時的平面圖。對同樣的結構要素，附上相同的參照序號 而進行說明。
與其相對，圖11示出將雙凸透鏡狀的假透鏡(dummy lens)作 為雜散光防止壁22，設置在微透鏡30c的排列上的例子。圖12示出 將作為雜散光防止壁22的雙凸透鏡狀的假透鏡從微透鏡30c的排列 上向SLED晶片斷面上偏移而形成(遠離鍵合焊盤區域82的方向)， 然後切斷晶片的例子。這樣，通過將成為雙凸透鏡狀的假透鏡的頂點 的主掃描方向的中心軸從微透鏡30c的排列上向SLED晶片切斷軸上 偏移，由此可以恰當地對準雜散光防止壁22的高度以及位置，關於 這樣的優選的高度以及位置，在後述的說明中會變得明確。與圖12 關聯地，優選地，使成為雙凸透鏡狀的假透鏡(雜散光防止壁22)的 頂點的主掃描方向的中心軸與SLED晶片切斷軸一致。
另外，實際上，關於圖12所示的SLED晶片，將雙凸透鏡狀的 假透鏡(雜散光防止壁22)的高度設為25nm,並將由於晶片切斷而 引起的表面粗糙度Ra設為0.5nm以上而形成。在使用該SLED晶片 以針腳式鍵合(stitch bonding )方式構成交錯排列的發光元件陣列時， 驗證了未檢測出雜散光。
圖13示出將與微透鏡相同形狀的假透鏡作為雜散光防止壁22， 設置在微透鏡30c的排列上的例子。另外，圖14示出將與微透鏡相 同形狀的雜散光防止壁22從微透鏡30c的排列上向SLED晶片斷面 上偏移而形成(遠離鍵合焊盤區域82的方向)，然後切斷晶片的例 子。這樣，不是以雙凸透鏡狀而是以微透鏡形狀構成，從而可以簡化 製造工序中的樹脂圖案的製成。
圖15示出在將與微透鏡相同形狀的假透鏡作為雜散光防止壁22 而設置於微透鏡30c的排列上時，與微透鏡30c的周圍部分的樹脂面26重疊而形成的例子。
另外，從圖10~圖15中分別示出的例子可知，可以構成各種變 形例。另外，在圖10~圖15中，將微透鏡30c代表性地設為球面透 鏡而示出，但也可以是非球面透鏡(即複合透鏡或橢圓形透鏡等)。
接下來，對如何恰當地對準雜散光防止壁22的高度以及位置進 行說明。圖16A是示出使用了針腳式鍵合78的交錯排列的發光元件 陣列的一個例子的剖面圖。圖16B是示出使用了球鍵W ball bonding ) 18的交錯排列的發光元件陣列的一個例子的剖面圖。首先，在交錯排 列的發光元件陣列的情況下，雜散光的主要原因多數情況下是由於球 或鍵合焊絲的反射而引起的。因此，優選地，以從發光部84照射的 光不直接照射鍵合焊絲的方式設置雜散光防止壁22。
圖16A以及圖16B所示的各SLED晶片是將相互對置的SLED 晶片的發光部的距離設為相對例如1200dpi (約21.16nm)的主掃描 方向的發光部間距為2倍的42.3nm時的例子(參照圖8)。另外，相 互對置的SLED晶片的發光部的距離是在使用發光元件陣列的圖像寫 入裝置等中在設計上要求的值， 一般設為相對主掃描方向的發光部間 距的整數倍。此時，如圖16A以及圖16B所示，從SLED晶片端面 到發光部中心的距離為27nm。鍵合的高度在圖WA中例示成50nm, 在圖16B中例示成10(Him，但規定成在發光元件陣列的結構上所需的 高度。在針腳式鍵合的情況下(圖16A),雜散光防止壁22的高度 優選為15nm以上，在球鍵合的情況下(圖16B)，雜散光防止壁22 的高度優選為30jim以上。
因此，如圖17所示，在要求相互對置的SLED晶片的發光部的 距離為規定值的情況下，作為雜散光防止壁22所需的高度是由從發 光部仰望鍵合焊絲的角度(仰角0s)確定的。這樣，可以極其容易地 構成用於在SLED晶片上設置樹脂圖案的成形模。
關於上述的實施例以代表性的例子進行了說明，但對於本領域的 技術人員來說，在本發明的宗旨以及範圍內可以進行多種變更以及置 換是顯而易見的。例如，在圖6中，對複合透鏡進行了說明，但對於圖5中說明的球面透鏡、橢圓形透鏡以及長圓形透鏡，同樣也可以實 現。因此，本發明不應理解為被上述實施例所限制，而僅被權利要求 書所限制。
(產業上的可利用性) 根據本發明，通過仍維持發光部的形狀的情況下，增大在發光部 上形成的微透鏡的副掃描方向的尺寸，從而可以提高發光效率。因此， 通過使用具備本發明的發光元件陣列的光寫入頭，由此可以實現光打 印機、傳真機以及複印機的高速化，從而是有用的。
權利要求
1. 一種發光元件陣列，具備由在主掃描方向上以直線狀排列的多個發光部構成的發光部列；以及形成在上述發光部上的微透鏡，上述微透鏡具有如下形狀主掃描方向的長度和副掃描方向的長度不同，上述副掃描方向的長度比上述主掃描方向的長度長，為上述主掃描方向的長度的3.5倍以下。
2. 根據權利要求1所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述微 透鏡具有基於球面透鏡的形狀，上述副掃描方向的長度為上述主掃描方向的長度的1.5倍以上。
3. 根據權利要求2所述的發光元件陣列，其特徵在於，上迷副 掃描方向的長度為上述主掃描方向的長度的3倍以下。
4. 根據權利要求2所述的發光元件陣列，其特徵在於，其構成 為，與上述發光部對應的上述球面透鏡的重心的位置，相對上述發光 部的外接圓中心的位置在副掃描方向上偏移。
5. 根據權利要求1所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述微 透鏡具有基於橢圓形透鏡的形狀，其構成為，上述橢圓形透鏡的形狀的長軸成為副掃描方向。
6. 根據權利要求5所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述橢 圓形透鏡的形狀的長軸的長度為主掃描方向的短軸的長度的1.5倍以 上。
7. 根據權利要求6所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述橢 圓形透鏡的形狀的長軸的長度為主掃描方向的短軸的長度的3倍以 下。
8. 根據權利要求6所述的發光元件陣列，其特徵在於，其構成 為，與上述發光部對應的上述橢圓形透鏡的重心的位置，相對上述發 光部的外接圓中心的位置在副掃描方向上偏移。
9. 根據權利要求1所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述孩吏 透鏡具有基於長圓形透鏡的形狀，該長圓形透鏡在兩個半圓狀透鏡之 間具有圓柱面，其構成為，上述長圓形透鏡的形狀的長軸成為副掃描方向。
10. 根據權利要求9所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述長 圓形透鏡的形狀的長軸的長度為短軸的長度的1,5倍以上。
11. 根據權利要求10所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述 長圓形透鏡的形狀的長軸的長度為短軸的長度的3.0倍以下。
12. 根據權利要求10所述的發光元件陣列，其特徵在於，其構 成為，與上述發光部對應的上述長圓形透鏡的重心的位置，相對上述 發光部的外接圓中心的位置在副掃描方向上偏移。
13. 根據權利要求1所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述發 光部具有大致U字形的形狀，上述微透鏡由具有與上述發光部的形狀對應的形狀的複合透鏡構成。
14. 根據權利要求13所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述 複合透鏡的形狀的副掃描方向的長度為主掃描方向的長度的1.5倍以 上。
15. 根據權利要求14所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述 複合透鏡的形狀的副掃描方向的長度為主掃描方向的長度的3倍以 下。
16. 根據權利要求14所述的發光元件陣列，其特徵在於，其構 成為，上述發光部的外接圓中心，相對與上述發光部對應的上述複合 透鏡的重心在副掃描方向上偏移。
17. 根據權利要求1所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述微 透鏡在上述發光元件陣列上由樹脂一體成型為微透鏡陣列。
18. 根據權利要求1 ~ 17中的任一項所述的發光元件陣列，其特 徵在於，上述發光元件陣列是自掃描型發光元件陣列。
19. 根據權利要求1 ~ 17中的任一項所述的發光元件陣列，上述發光部是發光二極體或發光可控矽。
20. —種光寫入頭，具備權利要求1~17中的任一項所述的發光 元件陣列。
21. —種光印表機，具備權利要求20所述的光寫入頭。
22. —種傳真機，具備權利要求20所述的光寫入頭。
23. —種複印機，具備權利要求20所述的光寫入頭。
24. 根據權利要求1 ~ 17中的任一項所述的發光元件陣列， 具有相互交錯排列的發光元件陣列晶片，述發光部供電的鍵合焊盤、以及樹脂圖案，上述樹脂圖案由遮蔽從一個晶片的發光部向另 一個晶片的鍵合 焊盤上的焊絲入射的光的雜散光防止壁、位於上述微透鏡以及上述微 透鏡的周圍部分的樹脂面構成。
25. 根據權利要求24所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述 雜散光防止壁以及上述樹脂面這雙方所佔的面積比上述微透鏡所佔 的面積、大。
26. 根據權利要求24所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述 雜散光防止壁以雙凸透鏡狀或與上述微透鏡相同的形狀形成。
27. 根據權利要求24所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述 發光元件陣列是自掃描型發光元件陣列。
28. 根據權利要求24所述的發光元件陣列，其特徵在於，上述 發光部是發光二極體或發光可控矽。
29. —種光寫入頭，具備權利要求24所述的發光元件陣列。
30. —種光印表機，具備權利要求29所述的光寫入頭。
31. —種傳真機，具備權利要求29所述的光寫入頭。
32. —種複印機，具備權利要求29所述的光寫入頭。
全文摘要
本發明提供一種提高發光效率以及降低光量偏差的發光元件陣列。發光元件陣列具備由在主掃描方向上以直線狀排列的多個發光部構成的發光部列；以及形成在上述發光部上的微透鏡，上述微透鏡具有如下形狀主掃描方向的長度和副掃描方向的長度不同，上述副掃描方向的長度比上述主掃描方向的長度長，為上述主掃描方向的長度的3.5倍以下。
文檔編號B41J2/455GK101443925SQ200780017468
公開日2009年5月27日 申請日期2007年2月21日 優先權日2006年4月4日
發明者橋本隆寬, 浜中賢二郎 申請人:富士施樂株式會社