(57)【要約】      （修正有）【課題】発光ダイオードアレイ構造及びそのプリントヘッドとプリンタを提供する。【解決手段】発光ダイオードアレイ構造であって、基板２３０と基板２３０に直線配列され、相互に連結する帯状部２１０と板状部２２０とを各々備え、且つ、隣接する板状部２２０が相互に交差する複数の発光サイリスタＴ1、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４とを含む。これを介して発光サイリスタの配列密度を維持すると共に発光サイリスタの分布面積を拡大する。発光ダイオードアレイ構造を備えたプリントヘッド、及び、プリンタも提供し、分布面積の拡大により発光サイリスタの出射光量を増大することでプリンタの感光と印刷速度をアップする。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に直線配列され、相互に連結する帯状部と板状部とを各々備え、且つ、隣接する前記板状部が相互に交差する複数の発光サイリスタと、を含むことを特徴とする、
発光ダイオードアレイ構造。
【請求項２】
奇数番目に配列される前記発光サイリスタの前記板状部は、前記帯状部の末端に位置し、偶数番目に配列される前記発光サイリスタの前記板状部が前記帯状部の中央セクションに位置することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ構造。
【請求項３】
Ｎ番目に配列される前記発光サイリスタの前記板状部は、前記帯状部の末端に位置し、Ｎ＋１番目に配列される前記発光サイリスタの前記板状部が前記帯状部の中央セクションに位置し、Ｎ＋２番目に配列される前記発光サイリスタの前記板状部が前記帯状部の先端に位置し、Ｎが正整数であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ構造。
【請求項４】
前記板状部は、概ね矩形を呈することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ構造。
【請求項５】
各前記発光サイリスタの間の前記板状部の分布面積と前記帯状部の分布面積の総和は、同じであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ構造。
【請求項６】
前記板状部、及び、前記帯状部は、いずれも順番通りスタックした第１の半導体層と第２の半導体層と第３の半導体層とを含み、前記板状部が前記第３の半導体層にスタックした第４の半導体層を更に含み、前記第１の半導体層と前記第３の半導体層が同じ導電型で、前記第２の半導体層と前記第４の半導体層が同じ導電型で、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層が異なる導電型とすることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ構造。
【請求項７】
両隣接する前記発光サイリスタの前記帯状部の間にそれぞれ位置する複数の抵抗器を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ構造。
【請求項８】
各前記発光サイリスタの前記帯状部は、前記第３の半導体層にスタックした第５の半導体層を更に含み、ダイオードを形成するため、前記第５の半導体層と前記第３の半導体層を異なる導電型とすることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ構造。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光ダイオードアレイ構造を含むことを特徴とするプリントヘッド。
【請求項１０】
感光体ドラムと、
請求項９に記載のプリントヘッドと、
前記感光体ドラムと前記プリントヘッドの間に位置し、前記プリントヘッドが発射した光を前記感光体ドラムに集光するためのレンズと、を含むことを特徴とする、
プリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイオードアレイ構造に関し、特に、発光ダイオードアレイ構造及びそのプリントヘッドとプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
コピー機、プリンタ、ファクシミリ及び多機能事務機は、電子写真技術（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ）を文書印刷のコア技術として利用し、つまり特定波長の光を通じて静電気電荷（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｃｈａｒｇｅ）の分布を変更して写真（ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ）画像を生成している。
【０００３】
カラー印刷の発光ダイオード（ＬＥＤ）プリンタ１００を示す図１を参照しながら説明する。発光ダイオードプリンタ１００は、それぞれブラック、マゼンタ、シアン及びイエローに対応する感光体ドラム（Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｄｒｕｍ）（１１０Ｋ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｙで、１１０と総称する）とプリントヘッド（Ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｈｅａｄ）（１２０Ｋ、１２０Ｍ、１２０Ｃ、１２０Ｙで、１２０と総称する）とトナーカートリッジ（Ｔｏｎｅｒ  ｃａｒｔｒｉｄｇｅ）（１３０Ｋ、１３０Ｍ、１３０Ｃ、１３０Ｙで、１３０と総称する）とを備える。
帯電機構を経由して感光体ドラム１１０の表面に均一な一層の電荷が発生できる。印刷前の走査プロセスは、露光プロセスを経由する必要があり、印刷しようとする文書内の画像画素を可視光の明暗データに変換する。プリントヘッド１２０の中に複数個一次元に配列した発光ダイオードを備え、発射した光で感光体ドラム１１０を照らすと、未露光域は既存の電位を維持するが、露光域の電荷は露光により差異が生じる。露光域の電位変化差異がトナーカートリッジ１３０が提供する正／負の電荷を帯びたトナーを吸着することで、印刷の目的を達成する。
【０００４】
印刷の解像度を上げるため、プリントヘッド１２０内の発光ダイオードを緊密に配列する。例えば、６００ＤＰＩ（Ｄｏｔｓ  Ｐｅｒ  Ｉｎｃｈ、１インチ当たりのドットの数）の印刷の解像度に達したい場合、発光ダイオードのピッチを４２．３マイクロメートル（μｍ）にさせなければならず、従って発光ダイオードの面積が制限されることで発光ダイオードの出射光量が制限される。
よって、如何にして発光ダイオードの面積を増やし、発光ダイオードの出射光量をアップさせるかが、本分野の研究人員が力を注いで研究している課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みて、発光ダイオードの出射光量を増大することで感光と印刷速度をアップする発光ダイオードアレイ構造及びそのプリントヘッドとプリンタ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】
【０００６】
本発明の一実施例は、基板と基板に直線配列され、相互に連結する帯状部と板状部とを各々備え、且つ隣接する板状部が相互に交差する複数の発光サイリスタと、を含む発光ダイオードアレイ構造を提供する。
【０００７】
本発明の一実施例は、また、前記発光ダイオードアレイ構造を含むプリントヘッドを提供する。
【０００８】
本発明の一実施例は、さらに感光体ドラムと、感光体ドラムとプリントヘッドの間に位置し、プリントヘッドから発射された光を感光体ドラムに集光するレンズ、と前記発光ダイオードアレイ構造を備えたプリントヘッドと、を含むプリンタを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る発光ダイオードアレイ構造及びそのプリントヘッドとプリンタは、発光ダイオードアレイ構造内の両隣接する発光サイリスタの板状部が対応する帯状部上の異なる位置に各々位置する。これを介して発光サイリスタの配列密度を維持すると共に発光サイリスタの分布面積を拡大して発光サイリスタの出射光量を増大することで、プリンタの感光と印刷速度をアップすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】カラー印刷の発光ダイオードプリンタを示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係るプリンタの感光を示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係るプリントヘッド外観図である。
【図４】本発明の一実施例に係る発光チップの回路を示す図である。
【図５】本発明の一実施例に係る発光チップが受信したクロック信号を示す図である。
【図６】本発明の一実施例に係る発光ダイオードアレイ構造を示す図である。
【図７】図６に基づくＡ−Ａ線の断面図である。
【図８】図６に基づくＢ−Ｂ線の断面図である。
【図９】図６に基づくＣ−Ｃ線の断面図である。
【図１０】本発明の一実施例に係る発光ダイオードアレイ構造の別のイメージ図である。
【図１１】本発明の一実施例に係る発光ダイオードアレイ構造の他のイメージである。
【図１２】本発明の一実施例に係る発光ダイオードアレイ構造の更なるイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図２は、本発明の一実施例に係るプリンタの感光を示す図である。
【００１２】
図２に示すように、プリンタは感光体ドラム１１０とプリントヘッド１２０とレンズ１５０とを含む。前記露光プロセスを実現するため、レンズ１５０は感光体ドラム１１０とプリントヘッド１２０の間に位置し、プリントヘッド１２０から発射された光を感光体ドラム１１０に集光する。
【００１３】
ここで、モノクロ印刷を行うには、感光体ドラム１１０、プリントヘッド１２０及びレンズ１５０の数量は１個とすることができるが、本発明の実施例はこれに限らず、ブラック、マゼンタ、シアン及びイエローといったカラー印刷用途に各々対応するため、それぞれ４個とすることもできる。プリンタは、プリンタ、コピー機、多機能事務機等とすることができる。
【００１４】
図３は、本発明の一実施例に係るプリントヘッド１２０の外観図である。
【００１５】
図３に示すようにプリントヘッド１２０は軸線１４０に沿って配列する複数の発光チップ１２２を備える。一般的に言うと、各発光チップ１２２は数千個の直線配列する発光サイリスタを備える。発光チップ１２２が軸線１４０に沿って配列された時、発光サイリスタも同じように軸線１４０に沿って配列され、これを介して印刷の高ＤＰＩ解像度を実現できる。例えば６００ＤＰＩの解像度を実現しようとする場合、１インチ当たり６００個の発光サイリスタを配列しなければならない。
【００１６】
図４は、本発明の一実施例に係る発光チップ１２２の回路を示す図である。図５は、本発明の一実施例に係る発光チップ１２２が受信したクロック信号を示す図である。
【００１７】
図４に示すように、発光チップ１２２は発光サイリスタ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３等で、Ｔと総称する）とダイオード（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３等で、Ｄと総称する）と抵抗器（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３等で、Ｒと総称する）とバッファー（Ｂ１、Ｂ２）と、を含む。
【００１８】
発光サイリスタＴは、ゲート電極と陰極と陽極を備える。ゲート電極と陰極の間が順方向バイアスとなり、且つ電圧の差が拡散電圧を超えた時、発光サイリスタＴが点灯する。一般的なサイリスタと同じなのは、発光サイリスタＴがオンになった後（つまり点灯）、ゲート電極の電位と陽極の電位がほぼ同じとする。ゲート電極と陰極の間の電位差がゼロボルトになった時、発光サイリスタＴがオフになる（つまり消灯）。
【００１９】
各発光サイリスタＴのゲート電極は、対応するダイオードＤを通じて別の発光サイリスタＴ（例えば、発光サイリスタＴ１がダイオードＤ１を通じて発光サイリスタＴ２に結合）に結合される。各発光サイリスタＴの陰極はバッファー（Ｂ１或いはＢ２）を通じて信号φ11とφ12又は信号φ21とφ22に対応して結合される。
例えば、発光サイリスタＴ１の陰極は、バッファーＢ１を通じて信号φ11とφ12に結合される。発光サイリスタＴ２の陰極はバッファーＢ２を通じて信号φ11とφ12に結合される。各発光サイリスタＴのゲート電極と対応するダイオードＤの結合部は対応する抵抗器Ｒを各自通じて電圧ＶGAに結合される（例えば発光サイリスタＴ１のゲート電極とダイオードＤ１の結合部は抵抗器Ｒ１を通じて電圧ＶGAに結合）。
【００２０】
発光サイリスタＴ１のゲート電極は、更に信号φＳに結合される。ダイオードＤの陽極端は信号φＳに近い隣接の発光サイリスタＴに結合される。その陰極端は隣接する別の発光サイリスタＴに結合される。例えば、ダイオードＤ１の陽極端は発光サイリスタＴ１に結合され、その陰極端が発光サイリスタＴ２に結合される。
【００２１】
信号φ11、φ12、φ21、φ22、φＳ及び電圧ＶGAはプリンタ内の制御モジュールが提供（例えば図５に示すクロック信号）することで、各発光サイリスタＴの点灯時間（例えば発光サイリスタＴ１の点灯時間ｔ１、発光サイリスタＴ２の点灯時間ｔ２及び発光サイリスタＴ３の点灯時間ｔ３）を制御する。
つまり制御モジュールは、露光したい点によって順番通り対応する発光サイリスタＴを一定時間点灯させることができる。そこで、制御モジュールは、制御チップ、駆動回路或いはこれらの組合せで実現できる。
【００２２】
一実施例において信号φ１と信号φ２を受信するため、同一プリントヘッド１２０内の複数の発光チップ１２２は、同一バッファーＢ１と同一バッファーＢ２を共用できる。
【００２３】
図６は、本発明の一実施例に係る発光ダイオードアレイ構造を示す図である。
【００２４】
図３と図４と図６を一緒に参照しながら説明する。プリントヘッド１２０の発光ダイオードアレイ構造は、基板２３０と複数の発光サイリスタＴとを含む。図６に示すように発光サイリスタＴは、基板２３０に直線配列され、つまり１次元方向に沿って配列する。
各発光サイリスタＴは、相互に連結する帯状部２１０と板状部２２０とを含む。隣接する発光サイリスタＴの板状部２２０は相互に交差する。発光サイリスタＴ内の帯状部２１０と板状部２２０の連結で形成された凹部を通じて隣接する別の発光サイリスタＴの板状部２２０の凹凸と対応することで、発光サイリスタＴの面積が増える以外に、基板２３０上のスペースを効果的に利用することができる。帯状部２１０の長軸は発光サイリスタＴの配列方向に直交する。
【００２５】
一実施例において板状部２２０は、概ね矩形を呈するが、本発明の実施例はこれに限らない。
【００２６】
図６に示すように発光サイリスタＴ（例えば発光サイリスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４等）の板状部２２０は、帯状部２１０の末端に位置する。奇数番目に配列される発光サイリスタＴ（例えば発光サイリスタＴ１、Ｔ３等）は、偶数番目に配列される発光サイリスタ（例えば発光サイリスタＴ２、Ｔ４等）に比べて、比較的長い帯状部２１０を有し、奇数番目と偶数番目の発光サイリスタＴの間をその板状部２２０で相互に交差させることができる。
【００２７】
ここで、本発明の実施例は、隣接する発光サイリスタＴに長さが違う帯状部２１０がある場合に限らず、同じ長さの帯状部２１０も有することができる。ただし発光サイリスタＴの配列に直交する方向において、隣接する発光サイリスタＴは交差配列する。
【００２８】
図７は、図６に基づくＡ−Ａ線の断面図で、奇数番目の発光サイリスタＴを示す断面図である。図７に示すように帯状部２１０及び板状部２２０は、いずれも順番通りスタックした第１の半導体層２３１と第２の半導体層２３２と第３の半導体層２３３とを含む。板状部２２０は、第３の半導体層２３３にスタックした第４の半導体層２３４を更に含む。つまり発光サイリスタＴは、下から上へ順番通り積層した第１の半導体層２３１と第２の半導体層２３２と第３の半導体層２３３と板状部２２０に位置する第４の半導体層２３４をスタックしてなる。
【００２９】
そこで、第１の半導体層２３１と第３の半導体層２３３は、同じ導電型とし、第２の半導体層２３２と第４の半導体層２３４が同じ導電型とする。且つ第１の半導体層２３１と第２の半導体層２３２は異なる導電型とする。例えば、第１の半導体層２３１と第３の半導体層２３３は、Ｐ型半導体とし、第２の半導体層２３２と第４の半導体層２３４がＮ型半導体とすることができる。
【００３０】
ここで、各発光サイリスタＴは陽極電極（図示略）と陰極電極２６１とゲート電極２６２とを含む。陰極電極２６１は板状部２２０に設置される。ゲート電極２６２が帯状部２１０に設置される。陽極電極が発光サイリスタＴと基板２３０の接触面に設置される。
【００３１】
図６及び図７に示すように、各発光サイリスタＴの帯状部２１０は第３の半導体層２３３にスタックされた第５の半導体層２３５を更に含む。前記ダイオードＤを形成するため、第５の半導体層２３５と第３の半導体層２３３は異なる導電型とする。例えば、第３の半導体層２３３がＰ型半導体の場合、第５の半導体層２３５はＮ型半導体とする。この場合、ダイオードＤの陰極電極２６４は第５の半導体層２３５に位置し、ワイヤボンディング（ｗｉｒｅ−ｂｏｎｄｉｎｇ）でその他の電子素子に接続する。
【００３２】
図８は、図６に基づくＢ−Ｂ線の断面図で、偶数番目の発光サイリスタＴ断面図を表示する。図８に示すように偶数番目に配列される発光サイリスタＴは、図７に示す奇数番目に配列される発光サイリスタＴと類似し、４層の導電型がお互いに異なるように交差積層する導電層も備える。
図７と図８の相違点は、偶数番目に配列される発光サイリスタＴの帯状部２１０が、奇数番目に配列される発光サイリスタＴの帯状部２１０より短いことである。ただし本発明の実施例はこれに限らず、奇数番目の発光サイリスタＴの帯状部２１０が偶数番目の発光サイリスタＴの帯状部２１０より短くできる。
【００３３】
図９は、図６に示すＣ−Ｃ線の断面図である。図６と図９に示すものを一緒に参照しながら説明する。発光ダイオードアレイ構造は、前記複数の抵抗器Ｒを更に含む。各抵抗器Ｒは両隣接する発光サイリスタＴの帯状部２１０の間に位置し、つまり板状部２２０が帯状部２１０の幅の間から突出する。
【００３４】
図９に示すように、抵抗器Ｒも前記第１の半導体層２３１と第２の半導体層２３２と第３の半導体層２３３とを含む。よって、発光ダイオードアレイ構造を製作する時、順番通り基板２３０に第１の半導体層２３１と第２の半導体層２３２と第３の半導体層２３３とを形成してからこの３層の半導体層をカットして前記発光サイリスタＴと抵抗器Ｒを形成できる。
【００３５】
ここで、第３の半導体層２３３に抵抗器の電極２６３を設置し、ワイヤボンディングで抵抗器Ｒをその他の電子素子に接続できる。
【００３６】
図１０は、本発明の一実施例に係る発光ダイオードアレイ構造の別のイメージ図である。
【００３７】
図１０に示すように奇数番目に配列される発光サイリスタＴ（例えば発光サイリスタＴ１、Ｔ３等）の板状部２２０は、帯状部２１０の末端に位置し、つまり奇数番目の発光サイリスタＴ一端の幅が他端の幅より狭い。偶数番目に配列される発光サイリスタＴ（例えば発光サイリスタＴ２、Ｔ４等）の板状部２２０は帯状部２１０の中央セクションに位置（即ち横断）する。つまり偶数番目の発光サイリスタＴの両端の幅は中央の幅より狭い。
【００３８】
ここで、奇数番目に配列される発光サイリスタＴの分布面積と偶数番目に配列される発光サイリスタＴの分布面積は同じである。つまり各発光サイリスタＴの間の板状部２２０の分布面積と帯状部２１０の分布面積の総和は同じである。これによって各発光サイリスタＴの寄生容量は同じで、各発光サイリスタＴを点灯するために必要な時間は同じとなる。よって、各発光サイリスタＴの出射光量を一致できる。
【００３９】
図１１は、本発明の一実施例に係る発光ダイオードアレイ構造の他のイメージ図である。図１１は図１０と凡そ同じで、その相違点は各発光サイリスタＴの板状部２２０位置が図１０に示すものと違う点である。
【００４０】
図１１に示すように、Ｎ番目に配列される発光サイリスタＴの板状部２２０は、帯状部２１０の末端に位置する。Ｎ＋１番目に配置される発光サイリスタＴの板状部２２０は、帯状部２１０の中央セクションに位置する。Ｎ＋２個目に配置される発光サイリスタＴの板状部２２０は、帯状部２１０の先端に位置し、Ｎが正整数である。
【００４１】
図１２は、本発明の一実施例に係る発光ダイオードアレイ構造の更なるイメージ図である。図１２は、図１１と凡そ同じで、その相違点は各発光サイリスタＴの板状部２２０位置が図１１に示すものと違う点である。
【００４２】
図１２に示すように、偶数番目に配置される発光サイリスタＴの板状部２２０は帯状部２１０の中央セクションに位置する。４Ｍ＋１番目に配置される発光サイリスタＴの板状部２２０は帯状部２１０の末端に位置する。４Ｍ＋３番目に配置される発光サイリスタＴの板状部２２０は帯状部２１０の先端に位置し、Ｍは０或いは正整数である。
【００４３】
上記に説明してきたとおり、本発明に係る発光ダイオードアレイ構造及びそのプリントヘッド１２０とプリンタは、発光ダイオードアレイ構造内の両隣接する発光サイリスタＴの板状部２２０が対応する帯状部２１０上の異なる位置に各々位置する。これを介して発光サイリスタの配列密度を維持すると共に発光サイリスタの分布面積を拡大して発光サイリスタＴの出射光量を増大することでプリンタの感光と印刷速度をアップする。
【符号の説明】
【００４４】
１００  発光ダイオードプリンタ
１１０、１１０Ｋ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｙ  感光体ドラム
１２０、１２０Ｋ、１２０Ｍ、１２０Ｃ、１２０Ｙ  プリントヘッド
１２２  発光チップ
１３０Ｋ、１３０Ｍ、１３０Ｃ、１３０Ｙ  トナーカートリッジ
１４０  軸線
１５０  レンズ
２１０  帯状部
２２０  板状部
２３０  基板
２３１  第１の半導体層
２３２  第２の半導体層
２３３  第３の半導体層
２３４  第４の半導体層
２３５  第５の半導体層
２６１  陰極電極
２６２  ゲート電極
２６３  抵抗器の電極
２６４  陰極電極
Ｂ１、Ｂ２  バッファー
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５  ダイオード
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５  抵抗器
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５  発光サイリスタ
ｔ１、ｔ２、ｔ３  点灯時間
φ11、φ12、φ21、φ22、φ１、φ２、φＳ  信号
ＶGA  電圧
【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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