JP3588208B2

JP3588208B2 - 光プリンタヘッド

Info

Publication number: JP3588208B2
Application number: JP31925796A
Authority: JP
Inventors: 俊次村野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: JPH10157194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式プリンタの露光装置として好適に用いられる光プリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光プリンタヘッドは、例えば、所定パターンの配線導体が形成された１個のベースプレート上に例えば４０個の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）アレイを直線状に配列実装させるとともに、これらＬＥＤアレイ上にレンズプレート等によって支持された４０個のレンズを、各レンズと各ＬＥＤアレイとが１対１に対応するように配置固定させた構造を有しており、前記各ＬＥＤアレイのＬＥＤ素子に駆動ＩＣの駆動に伴って一定の電力を印加し、各ＬＥＤ素子を個々に選択的に発光させるとともに、該各ＬＥＤ素子の発した光をレンズを介して外部の感光体面に結像させ、感光体に所定の潜像を形成することによって光プリンタヘッドとして機能する。
【０００３】
また前記ベースプレート上に直線状に配列実装される４０個のＬＥＤアレイはその内部に多数（例えば６４個）のＬＥＤ素子を直線状に配列して構成されており、このようなＬＥＤアレイは一般に従来周知の半導体製造技術を採用することによって製作されている。具体的には、例えばＧａＡｓＰ系のＬＥＤアレイを製作する場合、まずＧａＡｓから成るウエハーを高温に加熱した状態でＡｓＨ_３，ＰＨ_３，Ｇａを適量に含むガスを接触させてｎ型半導体のＧａＡｓＰの単結晶を成長させ、次に前記ウエハーの表面に多数の窓を有したＳｉ_３Ｎ_４膜を被着させるとともに該Ｓｉ_３Ｎ_４膜の各窓部にＺｎのガスを接触させてｐ型半導体を形成することによりｐｎ接合をもたせ、最後に前記ウエハーをダイヤモンドブレードを用いてダイジングし、所定数（例えば６４個）のＬＥＤ素子毎に切り出すことによって製作されており、かかる製法によって約１０００〜１５００個もの極めて多くのＬＥＤアレイが１枚のウエハーより得られている。
【０００４】
尚、前記４０個のＬＥＤアレイと駆動ＩＣとは、ベースプレート上に形成されている所定パターンの配線導体やボンディングワイヤ等を介して相互に電気的に接続される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来の光プリンタヘッドによれば、１０００〜１５００個もの極めて多くのＬＥＤアレイが上述の半導体製造技術によって１枚のウエハーより得られており、このとき、ＬＥＤ素子の発光特性は結晶やエピの欠陥、或いは寸法バラツキ等に起因してＬＥＤアレイ毎に異なったものとなっている。このため、同じウエハーより得られた複数個のＬＥＤアレイであっても、一定電力を印加したときの発光輝度はそれぞれ違い、光プリンタヘッドのＬＥＤアレイが全て均一に発光するようになすには、発光特性の比較的近いＬＥＤアレイのみを必要な数だけ選んで光プリンタヘッドを組み立てなければならなかった。
【０００６】
しかしながら、上述のようにして光プリンタヘッドを組み立てる場合、発光特性の近いＬＥＤアレイが４０個に満たなければこれらのＬＥＤアレイは使用されず、またこれらを有効に使用するには発光特性の近いＬＥＤアレイが見つかるまで良好な状態で保管しておく必要があり、これによって光プリンタヘッドの製造工程が煩雑化する欠点を有していた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、本発明の光プリンタヘッドは、支持基板上に、複数個の発光素子アレイを搭載した複数個の小基板と、前記発光素子アレイへの電力印加を外部電気信号に基づいて制御する駆動ＩＣとを設けて成るとともに、前記小基板の上面側に複数個のレンズが前記発光素子アレイに対応させて併設固定されている光プリンタヘッドであって、前記小基板上に搭載された各発光素子アレイ間の発光輝度の誤差が±２．５％以内であり、且つ前記駆動ＩＣはアノード駆動ＩＣとカソード駆動ＩＣとから成っており、前記アノード駆動ＩＣ内に画像データに応じて所定の出力を発する定電流源を設けるとともに、前記カソード駆動ＩＣ内に、全ての発光素子アレイの発光エネルギーを実質的に等しくするように夫々の小基板上の発光素子アレイに印加される電力を可変とし得る、補正データメモリおよびプリセットカウンタから成る電力調整手段と補正データに対応して制御されるスイッチングトランジスタとを設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の光プリンタヘッドの一形態を示す縦断面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図、図３は図１の光プリンタヘッドの電気的構成を示すブロック図、図４は図１の小基板を下面側から見た平面図であり、１は支持基板、２ａ〜２ｃは小基板、３は発光素子アレイとしてのＬＥＤアレイ、４，５は駆動ＩＣ、Ｅは電力調整手段である。
【０００９】
前記支持基板１は液晶ポリマーや結晶化ガラス，ソーダガラス，無アルカリガラス，セラミックス等の電気絶縁性材料によって形成されており、その上面には１５個のＬＥＤアレイ３を３つのグループに分けて５個ずつ搭載した３個の小基板２ａ〜２ｃが、また下面には前記小基板２ａ〜２ｃ上の各ＬＥＤアレイ３への電力印加を制御する２個の駆動ＩＣ４，５が搭載され、これらは支持基板１の上面及び下面に形成されている多数の配線導体（図示せず）を介して相互に電気的に接続されている。
【００１０】
また前記支持基板１の上面に搭載された３個の小基板２ａ〜２ｃは石英やサファイア，結晶化ガラス，ホウケイ酸系ガラス等の透光性材料によって形成されており、その下面で後述するＬＥＤアレイ３を５個ずつ支持して、これらＬＥＤアレイ３からの光を小基板２ａ〜２ｃの上面側に配置される外部の感光体Ｐに向けて透過させるようになっている。
【００１１】
また前記小基板２ａ〜２ｃ上に搭載されたＬＥＤアレイ３はその各々が多数のＬＥＤ素子を直線状に配列して構成されており、該ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ素子を後述する駆動ＩＣ４，５の駆動に伴って個々に選択的に発光させ、該発光した光を外部の感光体面Ｐに照射させることによって感光体Ｐに所定の潜像を形成するようになっている。
【００１２】
ここで前記ＬＥＤアレイ３は、その発光特性に応じて予めランク付けされたものが使用され、小基板２ａ〜２ｃの各々に搭載された５個のＬＥＤアレイ３は同一ランクのもののみで構成されている。具体的には、前記ＬＥＤアレイ３は、一定電流（例えば５ｍＡの電流）を流した際の平均発光輝度が基準値（例えば２．９μＷ，３．１μＷ，３．３μＷ，…，４．７μＷ，４，９μＷ，５．１μＷ）に対して±２．５％以内となるように１２階級にランク分けされ、このようなＬＥＤアレイ３の中から同一ランクのＬＥＤアレイ３のみを使用してそれぞれの小基板２ａ〜２ｃ上に搭載する。このように、同一の小基板上に搭載されているＬＥＤアレイ３間の発光輝度の誤差を±２．５％以内となしておくことによって、後述する駆動ＩＣ５内の電力調整手段Ｅを用いてＬＥＤアレイ３への印加電力を小基板単位に調整することができ、全てのＬＥＤアレイ３の発光エネルギーを簡単な方法によって実質的に等しくなすことができる。
【００１３】
しかもこの場合、各小基板２ａ〜２ｃ上に搭載されるＬＥＤアレイ３の数は比較的少なくて済むことから、同一ランクのＬＥＤアレイ３が１個の光プリンタヘッドを組み立てるのに必要な数に満たない場合であっても、１個の小基板上に搭載される数だけＬＥＤアレイ３が揃えば発光バラツキの殆どない光プリンタヘッドを構成することができ、より多くのＬＥＤアレイ３を有効に使用することができる。従って、使用できないＬＥＤアレイ３の保管等によって光プリンタヘッドの製造工程が煩雑化することはない。
【００１４】
尚、前記ＬＥＤアレイ３は従来周知の半導体製造技術を採用することによって製作され、具体的には、例えばＧａＡｓＰ系のＬＥＤアレイを製作する場合には、まずＧａＡｓから成るウエハーを高温に加熱した状態でＡｓＨ_３，ＰＨ_３，Ｇａを適量に含むガスを接触させてｎ型半導体のＧａＡｓＰの単結晶を成長させ、次に前記ウエハーの表面に多数の窓を有したＳｉ_３Ｎ_４膜を被着させるとともに該Ｓｉ_３Ｎ_４膜の各窓部にＺｎのガスを接触させてｐ型半導体を形成することによりｐｎ接合をもたせ、最後に前記ウエハーをダイヤモンドブレードを用いてダイシングし、所定数のＬＥＤ素子毎に切り出すことによって製作され、かかる製法によって約１０００〜１５００個もの極めて多くのＬＥＤアレイ３が１枚のウエハーより得られることとなる。
【００１５】
そして上述の製法によって製作された多数のＬＥＤアレイ３は上述のランク分けを経た後、同一ランクのＬＥＤアレイ３を５個ずつ、３グループに分けて選びだし、これらをグループ毎に各小基板２ａ〜２ｃ上にフリップチップ実装すること、具体的には、ＬＥＤアレイ３の発光面と同一面に形成した端子電極（図示せず）を小基板２ａ〜２ｃの下面に被着させておいた複数個の配線導体（図示せず）に対し半田等のロウ材を介して電気的・機械的に接続させることによって各小基板２ａ〜２ｃ上に発光輝度の誤差が±２．５％以内のＬＥＤアレイ３がそれぞれ５個ずつ搭載されることとなる。
【００１６】
また一方、前記支持基板１の下面に取着されている２個の駆動ＩＣ（４，５）はアノード駆動ＩＣ４とカソード駆動ＩＣ５とから成っており、これらの２個の駆動ＩＣ４，５によってＬＥＤアレイ３への電力印加を制御し、全てのＬＥＤ素子を選択的に発光駆動させるようになっている。
【００１７】
前記アノード駆動ＩＣ４は、外部のプリンタ制御装置等からの画像データをシリアル転送するためのシフトレジスタSaやこれらの画像データを一時的に格納するためのラッチ回路Ｌ，ストローブ信号が供給されている間、ラッチ回路Ｌの画像データに応じて所定の出力を発するためのゲート回路Ga，定電流源Ｒ等によって構成されており、その一主面には各ＬＥＤアレイ３を構成するＬＥＤ素子の数と同数の出力端子（図示せず）が設けられ、該各出力端子を全てのＬＥＤアレイ３の端子電極の一つに並列的に接続している。
【００１８】
また前記カソード駆動ＩＣ５は、補正データメモリＭ及びプリセットカウンタＣ等から成る電力調整手段Ｅやプリンタ制御装置等からのブロック切換信号をシリアル転送するためのシフトレジスタSb，前記電力調整手段Ｅからの出力信号(B1〜B2)が供給されている間、ブロック切換信号に応じて所定の出力を発するためのゲート回路Gb，該ゲート回路Gbの出力に応じて開閉するスイッチングトランジスタTR等によって構成されており、各トランジスタTRのコレクタ端子にはＬＥＤアレイ３のカソード端子が共通に接続され、またエミッタ端子は接地される。尚、前記補正データメモリＭには各小基板２ａ〜２ｃ上のＬＥＤアレイ３の発光特性に応じてパルス幅を補正するための補正データが例えば４〜６ビットのＢＣＤデータとなって予め格納されており、外部より供給されるクロック信号をプリセットカウンタＣによってカウントし、そのカウント値がメモリＭ内にセットされている補正データと等しくなるまでの間、補正データに対応するゲート回路Gbに対して所定の出力信号(B1〜B3)を発するようになっている。
【００１９】
このように、カソード駆動ＩＣ５内に補正データメモリＭ及びプリセットカウンタＣから成る電力調整手段Ｅを設け、この電力調整手段Ｅからの出力（Ｂ１〜Ｂ３）に応じて夫々の小基板２ａ〜２ｃ上のＬＥＤアレイ３に印加される電力を可変するようにしたことから、発光輝度と時間の積で決定される発光エネルギーが略等しく（±２．５％以内）となるように出力信号（Ｂ１〜Ｂ３）のパルス幅を選択することにより、全てのＬＥＤアレイ３の発光エネルギーを実質的に等しくして濃度むらのない良好な印画を形成することができる。例えば、前記信号（Ｂ１〜Ｂ３）は、補正データが５ビットのＢＣＤデータから成る場合、３１段階に設定されたパルス幅（例えば、１６．０μｓ，１６．５μｓ，…３０．５μｓ，３１．０μｓ）の中から最適なものが選ばれ、具体的には、発光輝度の小さなＬＥＤアレイ３にはパルス幅の広い信号を、発光輝度の大きなＬＥＤアレイ３にはパルス幅の狭い信号を選択する。
【００２０】
尚、前記ＬＥＤアレイ３が搭載されている小基板２ａ〜２ｃの上面側には更に、複数個のレンズ７が該レンズ７とＬＥＤアレイ３とを１対１に対応させるようにして併設固定され、該レンズ７によって各ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ素子が発した光を所定の倍率で拡大し、これを感光体面Ｐに照射・結像させるようになっている。
【００２１】
次に、上述した光プリンタヘッドの印画動作について図５のタイミングチャートを用いて説明する。
まず、外部のプリンタ制御装置等からアノード駆動ＩＣ４のシフトレジスタＳａにＬＥＤアレイ３を構成するＬＥＤ素子の数と同一ビット数の画像データ（ＤＡ１）をクロック信号（ＣＬＫ）に同期させてシリアルに与え、これをラッチ回路Ｌに取り込んだ後、ストローブ信号（ＳＴＢ）のタイミングで画像データ（ＤＡ１）をラッチ回路Ｌからパラレルに出力する。一方、カソード駆動ＩＣ５内のシフトレジスタＳｂからは小基板２ａ〜２ｃ上のＬＥＤアレイ３の中から駆動すべきＬＥＤアレイ３を１個だけ選択するためのブロック切換信号が出力されており、電力調整手段Ｅからの出力（Ｂ１）が供給されている間、対応するスイッチングトランジスタＴＲをオン状態にしてブロック切換信号で選択されたＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ素子を画像データ（ＤＡ１）に基づいて選択的に発光させる。尚、このとき、各ＬＥＤ素子に印加される電圧値は略一定であるため、各ＬＥＤ素子への印加電力は出力信号（Ｂ１）のパルス幅に応じた大きさとなる。
【００２２】
以後、小基板２ａ〜２ｃ上に搭載されている残りのＬＥＤアレイ３を画像データ（ＤＡ２）〜（ＤＣ５）に基づいて１個ずつ順番に発光駆動させるように上述の動作を繰り返すことで小基板２ａ〜２ｃ上に搭載されている全てのＬＥＤアレイ３を電力調整手段Ｅからの出力信号（Ｂ１〜Ｂ３）に応じた最適な印加電力でそれぞれ発光駆動させ、この一連の印画動作を１ライン毎に次々と繰り返すことによって感光体Ｐに所定の潜像が形成されることとなる。
【００２３】
尚、本発明は上述した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能であり、例えば上述した形態においては説明の簡略化のために、５個のＬＥＤアレイ３を搭載した３個の小基板２ａ〜２ｃを支持基板１上に設けた例について説明したが、支持基板１上に搭載される小基板や各小基板上に搭載されるＬＥＤアレイの個数は複数個（２個以上）であればいくつであっても構わない。例えばＡ４サイズ、３００ｄｐｉの光プリンタヘッドを形成する場合であれば、８個のＬＥＤアレイを搭載した５個の小基板を支持基板上に設けて光プリンタヘッドを構成しても良い。この場合、ＬＥＤアレイは６４個のＬＥＤ素子により構成されることとなる。
【００２４】
また上述の形態においては、ＬＥＤアレイに印加される電圧値は全て一定とし、その印加時間（パルス幅）のみを変化させることによって印加電力の調整を行ったが、これに代えてＬＥＤアレイに印加される電流値を変化させることによって印加電力の調整を行っても構わない。
【００２５】
更に上述の形態においては、ＬＥＤアレイとレンズとを１対１に対応させたが、小基板上に搭載される複数個のＬＥＤアレイに対して１個のレンズを対応させるようにしても良く、この場合、レンズの絞りの直径を変化させることで明るさを簡単に調整することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、小基板上に搭載される発光素子アレイ間の発光輝度の誤差を±２．５％以内として、これを複数個、支持基板上に搭載することによって光プリンタヘッドを構成するとともに、発光素子アレイへの電力印加を外部電気信号に基づいて制御する駆動ＩＣを設け、この駆動ＩＣをアノード駆動ＩＣとカソード駆動ＩＣとから成るものとし、アノード駆動ＩＣ内に画像データに応じて所定の出力を発する定電流源を設け、カソード駆動ＩＣ内に、全ての発光素子アレイの発光エネルギーを実質的に等しくするように夫々の小基板上の発光素子アレイに印加される電力を可変とし得る、補正データメモリおよびプリセットカウンタから成る電力調整手段と補正データに対応して制御されるスイッチングトランジスタとを設けたことから、アノード駆動ＩＣによって画像データに応じて所定の出力を供給するとともにカソード駆動ＩＣ内の電力調整手段を用いて発光素子アレイへの印加電力を小基板単位に調整することができ、全ての発光素子アレイの発光エネルギーを実質的に等しくして濃度むらのない良好な印画を形成することができる。しかも、各小基板上に搭載される発光素子アレイの数は比較的少なくて済むことから、発光特性の近い発光素子アレイが１個の光プリンタヘッドを組み立てるのに必要な数に満たない場合であっても、１個の小基板上に搭載される数だけ発光素子アレイが揃えば発光バラツキの殆どない光プリンタヘッドを構成することができ、より多くの発光素子アレイが有効に使用されるようになる。従って、使用できない発光素子アレイの保管等によって光プリンタヘッドの製造工程が煩雑化することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光プリンタヘッドの一形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図１の光プリンタヘッドの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図１の光プリンタヘッドに搭載される小基板を下面側から見た平面図である。
【図５】図１の光プリンタヘッドの印画動作時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１・・・支持基板
２・・・小基板
３・・・発光素子アレイ
４・・・アノード駆動ＩＣ
５・・・カソード駆動ＩＣ
Ｅ・・・電力調整手段

Claims

支持基板上に、複数個の発光素子アレイを搭載した複数個の小基板と、前記発光素子アレイへの電力印加を外部電気信号に基づいて制御する駆動ＩＣとを設けて成るとともに、前記小基板の上面側に複数個のレンズが前記発光素子アレイに対応させて併設固定されている光プリンタヘッドであって、
前記小基板上に搭載された各発光素子アレイ間の発光輝度の誤差が±２．５％以内であり、且つ前記駆動ＩＣはアノード駆動ＩＣとカソード駆動ＩＣとから成っており、前記アノード駆動ＩＣ内に画像データに応じて所定の出力を発する定電流源を設けるとともに、前記カソード駆動ＩＣ内に、全ての発光素子アレイの発光エネルギーを実質的に等しくするように夫々の小基板上の発光素子アレイに印加される電力を可変とし得る、補正データメモリおよびプリセットカウンタから成る電力調整手段と補正データに対応して制御されるスイッチングトランジスタとを設けたことを特徴とする光プリンタヘッド。