(57)【要約】  プリントヘッドは、支持体上に配列された複数の行導体(26)と、支持体上に配列された複数の列導体(28)と、支持体上に行及び列を成して配列された複数のエジェクタ(10)とを含む。複数のエジェクタのそれぞれは、支持体上に配列された抵抗素子(20)と、複数のエジェクタのそれぞれに専用の、支持体を通る供給通路とを含む。半導体デバイス(24)が各抵抗素子と組合わさっている。該半導体デバイスは、半導体デバイスと組合わさる抵抗素子を作動させるために、複数の行導体のうちの１つ又は複数の列導体のうちの１つからの信号に対して応答する。
2010505657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体；
該支持体上に配列された複数の行導体；
該支持体上に配列された複数の列導体；
該支持体上に行及び列を成して配列された複数のエジェクタ、
該複数のエジェクタのそれぞれは、該支持体上に配列された抵抗素子及び該複数のエジェクタのそれぞれに専用の、該支持体を通る供給通路を含む；及び
各抵抗素子と組合わさる半導体デバイス、
該半導体デバイスは、該半導体デバイスと組合わさる該抵抗素子を作動させるために、該複数の行導体のうちの１つ又は該複数の列導体のうちの１つからの信号に対して応答する、
を含んで成るプリントヘッド。
【請求項２】
該半導体デバイスが、第１及び第２の電気接点、並びにゲートを含み、各抵抗素子が、複数の行導体のうちの１つ又は複数の列導体のうちの１つと、該半導体デバイスの第１の電気接点とに電気的に接続されており、該半導体デバイスの該ゲートが、該複数の行導体のうちの該１つ又は該複数の列導体のうちの該１つの他の一方に接続されており、該半導体デバイスの該第２の電気接点が、該支持体に電気的に接続されている請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項３】
該支持体がステンレス鋼である請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項４】
該支持体がシリコンである請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項５】
該シリコンが、該エジェクタを作動させるのに十分な電流が該支持体を通って流れることを可能にするようにドープされている請求項４に記載のプリントヘッド。
【請求項６】
該半導体デバイスへの電力伝送回路を完結するように、該支持体に接続された導電性接点をさらに含む請求項２に記載のプリントヘッド。
【請求項７】
該導電性接点が、該複数のエジェクタのそれぞれに流体を提供する請求項６に記載のプリントヘッド。
【請求項８】
該支持体と該導電性接点との間に、物理的付着及び電気的接続を形成するように位置決めされた導電性接着剤をさらに含む請求項６に記載のプリントヘッド。
【請求項９】
該半導体デバイスが薄膜トランジスタを含む請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項１０】
該支持体が単結晶シリコンであり、そして該半導体デバイスが該単結晶シリコン内に形成されたトランジスタを含む請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項１１】
行及び列を成して該支持体上に配列された複数のエジェクタが、スタッガード状アレイを成して該支持体上に配列されている請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項１２】
該スタッガード状アレイが列ピッチと行ピッチとを含み、該列ピッチが該行ピッチよりも大きい請求項１１に記載のプリントヘッド。
【請求項１３】
行及び列を成して該支持体上に配列された該複数のエジェクタが、列ピッチと行ピッチとを含み、該列ピッチが該行ピッチよりも大きい請求項１１に記載のプリントヘッド。
【請求項１４】
支持体を用意すること；
該支持体上に配列された複数の行導体を用意すること；
該支持体上に配列された複数の列導体を用意すること；
該支持体上に行及び列を成して配列された複数のエジェクタを用意すること、
該複数のエジェクタのそれぞれは、該支持体上に配列された抵抗素子及び該複数のエジェクタのそれぞれに専用の、該支持体を通る供給通路を含む；
各抵抗素子と組合わさる半導体デバイスを用意すること、
該半導体デバイスは、該複数の行導体のうちの１つ又は該複数の列導体のうちの１つからのゲート信号、及び該複数の行導体のうちの他の導体又は該複数の列導体のうちの１つの導体からの電力に対して応答するようになっており、該半導体デバイスは該支持体に電気的に接続されている；
ａ．  作動状態又は非作動状態に相当する電圧を各列導体に提供すること；及び
ｂ．  可能化ゲート信号を該行導体のうちの１つに提供すること
によりエジェクタ行を作動させること；そして
別のエジェクタ行のために工程ａ及びｂを繰り返すことにより、別のエジェクタ行を作動させること
を含んで成るプリントヘッド・エジェクタを作動させる方法。
【請求項１５】
各エジェクタ行のために工程ａ及びｂを連続して繰り返すことをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ねデジタル制御式印刷装置の分野に関し、そして具体的には、複数のエジェクタが行及び列を成して配列された大面積アレイ・プリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷システムは基材にインクを適用する。インクは典型的には流体の形態の染料及び顔料である。インク受容基材は、所定の材料又は物品から成ることができる。最も典型的には、基材は、紙、ポリマー、又はいずれかのタイプの材料から成る複合体であってよい軟質のシートである。基材の表面とインクとは、インクのレイダウンを最適化するように調製される。
【０００３】
インク液滴は、インク流の変調された偏位（コンティニュアス）によって、又は液滴発生器からの選択的な放出（ドロップ・オン・デマンド）によって、基材に適用することができる。ドロップ・オン・デマンド（ＤＯＤ）システムは、抵抗器によって供給される熱パルス、又は圧電アクチュエータによる中空壁の機械的偏位を用いてインクを放出する。液滴の放出は、コントローラによって基材の動きに対して同期される。コントローラは、画像を形成するのに好適なタイミングで各エジェクタに電気信号を送る。
【０００４】
米国特許第６，４９１，３８５号明細書には、連続的なインクジェット・ヘッド及びその動作が記載されている。エジェクタの直線アレイは支持体上に配置されている。各ノズルは、支持体を通る固有の供給孔を有している。供給孔は、供給孔の前面を横切る膜内のノズルを通して流体を放出する。膜は、各ノズルの周りに一対の半円形抵抗素子を形成する層を支持している。各抵抗器対は、流体流を不連続液滴に分解するようにパルス制御される。抵抗器の非対称的な加熱は、液滴を種々異なる経路に選択的に指向させることができる。液滴を選択するためのフィルタリングを行うのに、溝を使用して、印刷に有用な選択液滴流を提供することができる。この変調流印刷システムは、流体流を管理するためにかなりの追加の機器を必要とする。
【０００５】
圧電作動式ヘッドは、流体含有キャビティを加圧するために電気的に収縮される膜を使用する。これらの膜は、放出方向に対して平行又は垂直に配向することができる。米国特許第６，９６９，１５８号明細書には、流体を強制的にノズルに通す電気応答性圧電膜を有する圧電式ドロップ・オン・デマンド型インクジェット・ヘッドが記載されている。このインクジェット・ヘッドは、圧電膜を含む板のスタックから形成されている。膜は大きい表面積を必要とし、そして複数のエジェクタ行が、ヘッド全域の所定の深さに配列されている。エジェクタは、５０ｄｐｉのピッチで印刷方向を横切るように配列されていて、印刷方向においてエジェクタ１２個分の深さにシータ角で配列されることにより、有効ピッチ６００ｄｐｉを有するヘッドを形成している。このようなヘッドは複雑であり、ノズルへの通路を形成するために互いに結合されなければならない複数の層を必要とする。このヘッドを含む材料及び構造は、半導体切り換え素子を内蔵するのに役立たない。
【０００６】
米国特許第６，９２６，２８４号明細書には、単一パスを可能にするドロップ・オン・デマンド型インクジェット・ヘッドが開示されている。単一パス・プリントヘッドは、共通のマニホルド／オリフィス板集成体に取り付けられた１２個の直線アレイ・モジュール集成体を含む。圧電体集成体を支持する１２個のスタッガード状直線アレイ集成体によってオリフィスから液滴が放出され、これによりインクがオリフィス・アレイを通ってドロップ・オン・デマンド放出されるのが可能になる。圧電システムは、ノズルのピッチを互いに密に形成することはできず、例えば、各帯モジュールのピッチは５０ｄｐｉである。１２個のアレイ集成体は、垂直方向及び鉛直方向にスタッガード状に６００ｄｐｉ分解能を提供するために必要である。
【０００７】
板上のオリフィス・アレイは、ノズル・アレイを形成するために、オリフィスの単一２次元アレイ又はオリフィスの組み合わせとなることができる。印刷用途において、オリフィスは、隣接するラインにおけるオリフィス間の距離が、印刷ライン間のピッチよりも少なくとも１桁（１０倍超）大きいように位置決めされなければならない。集成体は極めて複雑であり、数多くの別個のアレイ集成体をオリフィス板に、サブフレーム、補剛材、クランプバー、ワッシャ及びねじを使用することにより取り付けることが必要となる。組み込まれたオリフィス板を有する一体的な集成体においてスタッガード状アレイを提供すると有利となる。ノズル間の間隔が、上記特許明細書中に開示されている深さよりも１桁小さいと有用になるであろう。
【０００８】
米国特許第６，７２２，７５９号明細書には、一般のサーマル・ドロップ・オン・デマンド型インクジェット・ヘッド構造が記載されている。液滴発生器は、インク室、インク室への入口、キャビティからの液滴を指向させるためのノズル、及びインク放出気泡を形成するための抵抗素子から成る。液滴発生器の直線アレイは、インク供給スロットの両側に位置決めされている。２つの直線アレイには、共通のインク供給スロットによってインクが供給される。スロットから出たインクは、流れを制限するインク通路を通ってインク室に達する。室内で気泡を形成し、そして室の頂部に設けられたノズルを通してインク液滴を放出するために、インク室の底部に設けられたヒータ抵抗器が励起される。各抵抗器に３端子切り換えデバイスを提供するために、各抵抗器に隣接して、整合するトランジスタ集合が形成される。電力、電力返還、及び切り換え論理を各トランジスタに提供するように、トレース集合がトランジスタに隣接して提供される。この構造は、インクジェット供給スロットの両側に直線状の行を成して配置されるようにノズルを制限する。上記特許明細書は給電線路及び返還線路の両方を使用し、デバイスの複雑さを増す。
【０００９】
米国特許第５，１３４，４２５号明細書には、ヒータ抵抗器のパッシブ２次元アレイが開示されている。液滴発生器の構造及び配列は開示されていない。上記特許明細書は、ヒータ抵抗器の２次元アレイにおける抵抗器間の電力クロストークの問題を開示している。抵抗器を発動させる電圧はまた、発動させられていない抵抗器間に部分電圧を印加する。行数が最大５行まで増大するのに伴って、寄生電圧も増大する。前記特許明細書は、電圧クロストークを低減するために、所定の線路上に部分電圧を印加する。この部分エネルギーは液滴を放出せず、発射させられたノズル及び発射させられていないノズルの両方のための共通の高い温度を維持する。抵抗器のパッシブマトリックス・アレイは、寄生抵抗によりアレイの深さが制限される。上記特許明細書は、行数が５行未満に制限されることを示唆している。
【００１０】
米国特許第６，９２１，１５６号明細書には、非シリコン・フラットパネル支持体上にインクジェット・ヘッドを形成することが開示されている。インクジェット液滴発生器のアレイに、薄膜トランジスタがカップリングされている。このモノリシック支持体は、任意の好適な材料（好ましくは低い膨張率を有する）から形成されているものとして記述されており、セラミックである好ましい態様を開示している。このデバイスは、はんだによって導体に結合されたフリップチップ・デバイスを使用して多重化駆動される。単一のインク供給通路は２つのノズル行にインクを供給する。抵抗器及び室は、薄膜法を用いて形成されている。複数の供給孔は、２行のエジェクタのための単一の共通のマニホルドから各エジェクタにインクを供給することができる。支持体上の薄膜トランジスタに関する言及は限られており、これらを、抵抗器を駆動するものとして記述している。薄膜デバイスは、支持体から薄膜デバイスを絶縁するためのバリヤ及び／又は平滑化層上に形成されている。
【００１１】
高速印刷に有用なアレイ構造を成すようにノズルを分散させたインクジェット・ヘッドのための構造を有することが有用であろう。３つ以上の列を成すようにエジェクタを分散させることは有用であろう。寄生抵抗を有していないことが、多数の行を有するエジェクタ・アレイにとって有用であろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、コンパクトでシンプルな大面積プリントヘッドを提供することである。本発明の目的は、行及び列を成して編成されたエジェクタを有するヘッドにおける接続部数を最小限にすることである。本発明の別の目的は、アレイの深さ及びサイズ、並びに構築過程の複雑さを最小限にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１観点によれば、プリントヘッドは、支持体上に配列された複数の行導体と、支持体上に配列された複数の列導体と、支持体上に行及び列を成して配列された複数のエジェクタとを含む。複数のエジェクタのそれぞれは、支持体上に配列された抵抗素子と、複数のエジェクタのそれぞれに専用の、支持体を通る供給通路とを含む。半導体デバイスが各抵抗素子と組合わさっている。該半導体デバイスは、半導体デバイスと組合わさる抵抗素子を作動させるために、複数の行導体のうちの１つ又は複数の列導体のうちの１つからの信号に対して応答する。
【００１４】
本発明の別の観点によれば、プリントヘッド・エジェクタを作動させる方法は、支持体を用意すること；支持体上に配列された複数の行導体を用意すること；支持体上に配列された複数の列導体を用意すること；支持体上に行及び列を成して配列された複数のエジェクタを用意すること、該複数のエジェクタのそれぞれは、支持体上に配列された抵抗素子と、該複数のエジェクタのそれぞれに専用の、該支持体を通る供給通路とを含む；各抵抗素子と組合わさる半導体デバイスを用意すること、該半導体デバイスは、複数の行導体のうちの１つ又は複数の列導体のうちの１つからのゲート信号、及び複数の行導体のうちの他の導体又は該複数の列導体のうちの１つの導体からの電圧に対して応答するようになっており、半導体デバイスが支持体に電気的に接続されている；（ａ）作動状態又は非作動状態に相当する電力を各列導体に提供すること；及び（ｂ）可能化ゲート信号を行導体のうちの１つに提供することによりエジェクタ行を作動させること；そして別のエジェクタ行のために工程ａ及びｂを繰り返すことにより、別のエジェクタ行を作動させることを含んで成る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の態様の下記詳細な説明において、添付の図面を参照する。
【図１】図１は、本発明によるエジェクタを示す頂面概略図である。
【図２】図２は、図１のエジェクタを示す側断面図である。
【図３】図３は、従来技術によるインク・エジェクタのアレイを示す頂面図である。
【図４】図４は、従来技術によるインクジェット・プリントヘッド集成体を示す頂面図である。
【図５】図５は、本発明によるエジェクタを示す頂面図である。
【図６】図６は、本発明による、支持体上のトランジスタを示す側断面図である。
【図７】図７は、本発明の１つの態様に基づくエジェクタ・アレイを示す概略図である。
【図８】図８は、本発明によるインクジェット・ヘッドを示す電気的な概略図である。
【図９】図９は、本発明によるヘッド集成体を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明によるヘッドを使用するプリンタを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明によるエジェクタ１０を示す頂面概略図である。図２は、図１のエジェクタを示す側断面図である。支持体３はポリマー層５を支持している。支持体３は最も一般的にはシリコン・ウェハーであるが、しかし支持体３はガラス又は金属、例えばステンレス鋼、インバール、又はニッケルから形成することができる。印刷インクを保持するためにポリマー層５内のキャビティとして、インク室１２が形成されている。真空蒸着セラミック、ポリマー、又は金属を使用して、ポリマー層５の真上に、インク室１２に被さるカバー７を形成することができる。インク室１２に被さるカバー７は、インク室１２を画定するポリマー層５に結合された、セラミック、ポリマー又は金属から形成された別個の板であってもよい。カバー７は、インク室１２が加圧されたときに、放出されたインク液滴を特定の方向に指向させるためのノズル１４を形成する開口を有している。
【００１７】
支持体３内にヒータ抵抗器２０が埋め込まれている。ヒータ抵抗器２０への電気エネルギーのパルスによって、インク室１２内部のインクが気体状態に瞬時に変換されることになる。気泡がヒータ抵抗器２０の上方でインク室１２内部に形成され、この気泡はインク室１２を加圧する。インク室１２内部の圧力は、インク室１２内部のインクに作用し、そしてインク液滴を、ノズル１４を通して強制的に放出させる。入口１６がインクをインク室１２に供給する。圧力パルスの大部分をインク室１２に制限することにより発射効率を改善するように、制限部材１８を入口１６に形成することができる。制限部材１８は、入口１６内部に形成された１つ又は２つ以上の柱の形状を成すことができ、或いは、インク室１２の入口１６でポリマー層５内の側壁を狭めることにより形成することもできる。
【００１８】
抵抗ヘッドは一般に、支持体３のためにシリコンを使用して形成される。ヒータ抵抗器２０及び関連する層が、支持体３上に形成され、続いてポリマー層５が形成される。ポリマー層５がパターン化され、続いてノズル１４を形成するようにパターン化されたカバー７が形成される。これらの層が形成された後、反応性イオン・ミリング法を用いて、支持体３を通してインク供給スロット２２が形成される。反応性イオン・ミリング法は、シリコン支持体３を通してほぼ鉛直方向の壁を形成するという特徴を有している。イオン・ミリング法は、この方法がシリコンに対して固有であり、また、支持体３上のエジェクタ１０と組合わさる構造に損傷を与えることなしに、インク供給スロット２２を形成できるという利点を有している。支持体３はヘッド・ホルダ３１に結合される。ヘッド・ホルダ３１は、支持体３上に形成されたエジェクタ１０のうちのいくつか又は全てにインクを供給するための１つ又は２つ以上のキャビティを有している。本発明において、抵抗器２０に給電するために使用された電流は支持体３を通って戻される。１つの態様の場合、ヘッド・ホルダ３１は、導電性金属、例えば鋼又はアルミニウムから形成されており、そして支持体３からの電力は導電性接着剤３３を通過する。導電性接着剤３３は、支持体３をヘッド・ホルダ３１に固定する。導電性接着剤３３は、ヘッド・ホルダ３１と支持体３との間の電流フローに対して０．１オーム未満の低い電気抵抗を有するのがよい。或いは、支持体３の周囲に形成された接点を使用して、電力を支持体３から除去することもできる。ヘッド・ホルダ３１内のキャビティによって、支持体３内のインク供給スロット２２を通して、各エジェクタ１０にインクが供給される。各インク供給スロット２２は個々のエジェクタ１０と組合わさっており、支持体３を形成する材料によって他のエジェクタ１０から物理的に分離されている。
【００１９】
図３は、従来技術によるインク・エジェクタのアレイを示す頂面図である。エジェクタ１０には、支持体３の後ろ側からインクを供給しなければならない。米国特許第６，７２２，７５９号明細書は、サーマル・ドロップ・オン・デマンド型プリントヘッドと関連する従来技術の優れた説明である。エジェクタ１０は、共通のインク供給スロット２２を共有する２つの密に充填された行を成して配列されている。インク供給スロット２２は支持体３を貫通し、支持体はインクを複数のエジェクタ１０に供給する。インク供給スロット２２の両側にエジェクタ１０の２つの直線状の行を配列することにより、コンパクトなインクジェット・ヘッドが提供される。ノズルが互いに隣接するので、エジェクタ１０間に流体クロストークが発生するおそれがある。ノズルの密な充填は、隣接するノズル間でヘッドの熱クロストークを被りやすくする。支持体３がシリコンではなく、熱伝導率がより低い材料、例えばグラス、セラミック、ポリマー又は金属である場合に、過熱はより顕著になるおそれがある。
【００２０】
図４は、従来技術によるインクジェット・プリントヘッドを示す頂面図である。説明はここでもまた、米国特許第６，７２２，７５９号明細書に見いだされた構造に概ね従う。プリントヘッド３２は２つのインク供給スロット２２を有しており、各インク供給スロットは２行のエジェクタ１０にインクを供給する。エジェクタ１０の各行に隣接して１組のエジェクタ・ドライバ５２が形成されている。各エジェクタ・ドライバ５２は、各エジェクタ１０内部の各ヒータ抵抗器２０に取り付けられた半導体切り換え素子である。サーマル・ドロップ・オン・デマンド型インクジェットの所要電力は高く、典型的にはほぼ１マイクロ秒で１ワットを上回る電力である。エジェクタ・ドライバ５２は典型的にはＰＭＯＳ又はＮＭＯＳトランジスタから形成されている。これらのトランジスタは、ヒータ抵抗器２０に選択的に給電するようにアクティブ化される。或いは、エジェクタ・ドライバ５２は、エジェクタ１０から液滴を熱的に放出するのに必要な電力及び切り換え回数に適合できるという特徴を有する薄膜トランジスタ素子から形成することもできる。
【００２１】
エジェクタ・ドライバ５２への電力は、支持体３の両側又は支持体３の中央の下側に配置された導体線路５４によって提供される。導体線路５４はエジェクタ・ドライバ５２のための電力及びデータを供給する。プリンタ・コントローラ３８（図示せず）からのデータ信号をデコードするために、支持体３の両側に制御論理５８が配置されている。データ及び電力は、ボンドパッド６０を介して制御論理５８に送られる。ワイヤボンド部６２は、支持体３上のボンドパッド６０とフレックス回路６４とを接続する。制御論理５８からのデータは、フレックス回路６４を介してワイヤボンド部６２を通して制御論理５８に送られる。制御論理５８は、プリンタ・コントローラ３８（図示せず）からの制御データに応答する。
【００２２】
図５は、本発明によるエジェクタを示す頂面概略図である。本発明において、エジェクタ１０は、ヒータ抵抗器２０によって作動させられるインク室１２を含む。インクチャンバ１２は入口１６によってインク供給され、そして抵抗器２０の上方のノズル１４（図示せず）を通して流体を放出する。専用のインク供給スロット２２がエジェクタ１０と一体的に形成されている。支持体３がシリコンから形成されている場合には、反応性イオン・エッチング法が、支持体３を貫通する実質的に柱状のインク供給スロット２２を形成する。インク供給スロット２２は、支持体３の後ろに面するヘッド・ホルダ３１内の共通のキャビティを共有する。本発明によるエジェクタ１０は完全な集成体を形成し、この集成体は、流体クロストークを排除し、そして冷却効率を改善するために、隣接するエジェクタ１０から任意の距離を置いて位置決めすることできる。支持体３がシリコンではない場合、より大きい間隔を置くことにより、より低伝導率の支持体３上にエジェクタ１０が互いに近接したスペースを置いて設けられることから生じるであろう過熱を防止する。
【００２３】
米国特許第５，１３４，４２５号明細書には、ヒータ抵抗器のパッシブ２次元アレイが開示されている。上記特許明細書は、ヒータ抵抗器の２次元アレイにおける抵抗器間の電力クロストークの問題を開示している。１つの抵抗器に印加される電圧は、発動させられていない抵抗器間に部分電圧を印加し、所要の電流及び電力が著しく増大する。本発明の場合、一般にはトランジスタ２４と呼ばれる３端子デバイスが、複数のエジェクタ１０が、行導体２６と列導体２８とから成るマトリックスに取り付けられるのを可能にし、電力クロストークを排除する。行導体２６は、列導体２８によって供給されるゲート電力にデジタル論理信号を提供する。こうして、トランジスタ２４は、行導体２６又は列導体２８を使用して、電力及び論理の両方を多重化することにより、ゲート電圧が他方の導体に印加されるときに電力を抵抗器２０に提供する。
【００２４】
トランジスタ２４は、いくつかの方法で製作することができる。例えば、支持体３が単結晶半導体材料、例えばシリコンである場合、トランジスタ２４は、支持体３を形成する単結晶半導体材料の部分を適切にドープすることにより、支持体３内に含むことができる。或いは、トランジスタ２４は支持体３上に配列し、そして支持体３上の複数の薄膜材料層によって形成することもできる。
【００２５】
図６は、本発明による、支持体上のトランジスタを示す側断面図である。この例では、トランジスタ２４は、支持体３に被さる誘電層７８上に形成された薄膜トランジスタである。２つのドープ領域７０は、半導体材料、例えばポリシリコン中の電荷プールを提供する。ドープ領域７０間にチャネル７２が配置されており、このチャネル７２は、ゲート電極７４に印加された電界に対して応答する。ゲート電極７４上の電界の存在は、電流がドープ領域７０間に流れるのを可能にする。トランジスタ２４の特徴を変化するために、種々のレベル及びタイプのｎ型又はｐ型ドーパントをドープ領域７０及びチャネル７２に適用することができる。トランジスタ２４を通して電力を供給するために、誘電層７８を通してトランジスタ接点７６が取り付けられる。本発明の場合、トランジスタ接点７６、例えば第１電気接点及び第２電気接点が、層を最小限にするために行導体２６を含む材料から形成されている。支持体３がシリコンである場合、ドープ領域７０及びチャネル７２が、拡散法により支持体内に形成される。
【００２６】
この態様の場合、ゲート電極７４及びトランジスタ接点７６は、行導体２６を提供する材料の絶縁領域である。１つのトランジスタ接点７６と支持体３との間に支持体接点８０を提供するために、誘電層７８を貫通するように開口が形成されている。本発明の場合、デバイス端子のうちの２つは切り換え手段及び電力手段を提供する。これらの手段は、ゲート電極７４、及び支持体３に接続されていないトランジスタ接点７６を通る。電力返還は、支持体接点８０を使用して支持体を通って行われる。本発明の場合、複数のエジェクタ１０に送られる電力が支持体３を通して伝送されるのに十分な導電率を支持体が提供することが重要である。極めて広幅のヘッドの場合、エジェクタの数は多くてよく、また印加される電力は高くてよい。支持体３がシリコンである場合、シリコンをｐ型又はｎ型ドーパントで重度にドープすることにより、ウェハーの導電率を１オーム−センチメートル未満、好ましくは０．０１オーム−センチメートル未満に上昇させなければならない。ｎ型ドーピング又はｐ型ドーピング（ｎ型ドーピングが、支持体の抵抗の低減に対してより大きい効果を有する）が、このような低い抵抗を有するドープ型シリコン材料を形成することができる。支持体３がシリコンであり、また支持体が高導電性である場合、行導体２６及び列導体２８が、誘電層７８によって導電性支持体から絶縁される。埋め込まれたトランジスタ２４も、“Microchip Manufacturing”（Stanley Wolf, ISBN 0-9616721-8-8）の第306頁に示されているようなエピタキシャル層の使用によって、導電性シリコン支持体３から絶縁することができる。支持体３が非シリコン支持体である場合、金属が好ましい材料である。好ましい金属は、歪み取り処理され研磨されたステンレス鋼である。支持体を通して電力を元に戻すことは、追加の層及び成分を無くする。この構造は、行導体２６及び列導体２８が薄いことを可能にし、またエジェクタ１０は互いに密に充填することができる。
【００２７】
列導体２８は、誘電層７８上に形成されており、導体２６の絶縁領域に接続するためのビアを有している。この導体２６は回路を完結するためのトランジスタ接点７６を形成する。本発明のマトリックス電気バックプレーン構造は、誘電層７８によって支持体３からスペースを置き、また誘電層７８によって互いにスペースを置いて形成された２つの金属層を使用する。この構造は、最小限の数の層を有する論理・電力マトリックス・インクジェットアレイ・バックブレーンを提供する。
【００２８】
図７は、本発明の１つの態様によるエジェクタ・アレイを示す概略図である。座標系が示されており、この座標系は第１の方向Ｘを含み、Ｘは、一般に印刷方向と呼ばれる、プリントヘッドとインク受容面との間の運動軸である。第２の方向Ｙも示されており、Ｙは横断印刷方向である。方向Ｚも示されており、Ｚはプリントヘッドに対して垂直方向である。これは一般に、プリントヘッドからのインク液滴放出方向と呼ばれる。
【００２９】
エジェクタ１０が、個々の供給ポート２２及びノズル１４及びトランジスタ２４を有するボックスとして概略的に示されている。エジェクタ１０は、横方向にスタッガード状に配置されたエジェクタ列１０を形成するように、行導体２６と列導体２８とから成るマトリックスに取り付けられている。エジェクタ列１０の各エジェクタ１０は、典型的にはｄｐｉ又はミクロンで表される所望のピッチでスタッガード状に配置されている。このピッチは、エジェクタ列のピッチよりも細かい。例えば、各列は、各エジェクタに対して必要とされる面積により、６００ミクロン離れるようにピッチ形成することができる。所要印刷ピッチが４０ミクロンである場合、列内の各エジェクタを４０ミクロンだけ、エジェクタ１５個分の深さ（４０×１５＝６００）まで横方向にスタッガード状にずらすことにより、所要の４０ミクロン印刷ピッチを達成することができる。本発明は、スタッガード状マトリックス・アレイが単一の支持体上に配置されるのを可能にする。ゲート線路として行導体２６を使用し、給電線路として列導体２８を使用してエジェクタ１０にトランジスタ２４を取り付けることにより、密に充填された、印刷方向Ｘに沿った多数の行を有するサーマル・ドロップ・オン・デマンド型プリントヘッドを可能にする。
【００３０】
図７に示された態様は、大面積アレイを有するプリントヘッド、例えばＹ方向を横切る印刷幅１００ミリメートル超、及び印刷深さＹ次元１８ミリメートルのプリントヘッドに特に適している。但し、大面積アレイ・プリントヘッドは他の長さ及び幅の寸法を有することもできる。１つのヘッド（又は縫い合わされた複数の大面積アレイ・プリントヘッド）を使用することにより、ページ幅のプリントヘッドを形成することができる。ページ幅のプリントヘッドの場合、プリントヘッドの長さは好ましくは、受容体の幅に少なくとも等しく、印刷中に「走査」することはない。ページ幅のプリントヘッドの長さは、考えられる具体的な用途に応じて拡大縮小可能であり、そのようなものとして、１インチ未満から２０インチを上回る長さまでの範囲であってよい。
【００３１】
図８は、本発明によるインクジェット・ヘッドを示す電気的な概略図である。プリントヘッド３２は、複数の行コンダクタ及び複数の列コンダクタに電気的に接続された複数のドライバを含む。複数のドライバは、各抵抗素子行に電流を順次提供するために動作可能である。図８では、各列導体２８は列ドライバ３６に接続されている。列ドライバ３６は、例えば、各列コンダクタ２８に接続されたST Microelectronics STV 7612 Plasma Display Panel Diverチップであってよい。このチップは、各列導体に駆動電圧又は接地電圧を印加するために、デジタル信号に対して応答する。各行導体２６は行ドライバ３４に接続されている。行ドライバ３４は、各行導体２６にゲート電圧（Ｖｄｄ）又は接地電圧を提供するように、同じST Microelectronics STV 7612 Plasma Display Panel Diverチップであってよい。各エジェクタ１０を備えたトランジスタ２４が論理及び電力の状態に対して応答することにより、プリントヘッド３２が寄生抵抗効果を及ぼすことなしに行毎に順次に論理的に駆動されるのが可能になる。
【００３２】
プリントヘッド３２は行毎に順次に発射させられる。デジタル信号は、各列導体２８に駆動電圧（Ｖｄｄ）又は接地電圧を印加する。駆動電圧を印加された列導体２８は、列導体２８及び接地された行導体２６に取り付けられたエジェクタにエネルギーを提供する。接地電圧にある列導体２８は発射させられない。所与の行の給電されたエジェクタ１０の発射を可能にする一方、残りの行が、組合わさる列導体２８に印加される電力の有無にかかわらず接地電圧のままであることを可能にするように、行ドライバ３４はエジェクタ１０の行にゲート電圧（Ｖｄｄ）を印加する。この過程を繰り返すことにより、プリントヘッド３２からインク液滴の像様パターンを適用する。
【００３３】
所与の列導体２８上の単一のエジェクタ１０だけがいずれの時点においてもアクティブである。このことは、列導体２８が薄いことを可能にする。しかし、選択された行導体２６上の全てのエジェクタ１０を発射させることもでき、このことは、多量の電流及び電力を、支持体３を通して戻さなければならないことを意味する。１ライン上に３０個のアクティブ化されたヒータ抵抗器２０を有するヘッドの場合、それぞれのヒータ抵抗器は５０ミリアンペア低下し、１．５アンペアが支持体３を通過することになる。電力がヘッド・ホルダ３１を通って伝送される場合、各エジェクタ１０からの電力は接点８０、支持体３、及び導電性接着剤３３を通過しなければならない。支持体３の縁部は、電力を伝送するために大きい表面積を提供することができ、特に広幅プリントヘッドは、幅に対応する広い接触面積を有することになる。
【００３４】
図９は、本発明によるヘッド集成体を示す概略図である。プリントヘッド３２はヘッド・ホルダ３１に取り付けられており、ヘッド・ホルダ３１は、支持体３の背後のキャビティ内にインク供給量を保持することにより、支持体３の前面に取り付けられたエジェクタ１０に、支持体３を介してインクを供給する。行ドライバ３４及び列ドライバ３６はヘッド・ホルダ３１に取り付けられており、そしてドライバのためのフレックス回路と、プリントヘッド３２上の行・列導体との間にワイヤボンド部が形成されている。ヘッドの幅は単一の列ドライバ３６に制限されない。幅は拡張することができ、また追加の列ドライバ３６を加えることにより、電力を追加の列に提供することができる。
【００３５】
図１０は、本発明によるヘッドを使用するプリンタを示す概略的な側面図である。コントローラ３８が、受容体ドライバ４２を使用してインク受容体４０を動かす。受容体ドライバ４２は、プリントヘッド３２の下でインク受容体４０を駆動するために板又はローラ上で動作するモータである。コントローラ３８は、プリントヘッド３２に接続された行ドライバ３４及び列ドライバ３６に駆動信号を提供することにより、インク受容体４０の動作と同期して、インク受容体４０上にインク液滴の像様パターンを適用する。
【符号の説明】
【００３６】
３    支持体
５    ポリマー層
７    カバー
１０    エジェクタ
１２    インク室
１４    ノズル
１６    入口
１８    制限部材
２０    ヒータ抵抗器
２２    インク供給スロット
２４    トランジスタ
２６    行導体
２８    列導体
３０    スペース距離
３１    ヘッド・ホルダ
３２    プリントヘッド
３３    導電性接着剤
３４    行ドライバ
３６    列ドライバ
３８    プリンタ・コントローラ
４０    インク受容体
４２    受容体ドライバ
５２    エジェクタ・ドライバ
５４    導体線路
５８    制御論理
６０    ボンドパッド
６２    ワイヤボンド部
６４    フレックス回路
７０    ドープ領域
７２    チャネル
７４    ゲート電極
７６    トランジスタ接点
７８    誘電層
８０    支持体接点
【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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【国際調査報告】
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