JP6711611B2 - 素子基板、及び液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は素子基板、及び液体吐出ヘッドに関し、特に、例えば、素子基板を組み込んだ液体吐出ヘッドをインクジェット方式に従って記録を行うために適用したフルライン記録ヘッド及びこれを用いて記録を行う記録装置に関する。また、本発明はより詳細には、複数の記録素子と、各記録素子を駆動するための駆動回路とが同一の素子基板上に設けられた素子基板を搭載する記録ヘッド及び記録装置に関する。

一般に、インクジェット方式に従う記録装置に搭載される記録ヘッドの電気熱変換素子（ヒータ）とその駆動回路は、例えば、特許文献１に示されているように半導体製造プロセス技術を用いて同一基板上に形成される。この素子基板を用いる一形態として、インク供給口がその素子基板の中央付近に形成され、これを挟んだ位置にヒータとこれに対応するインク吐出口が相対する形態の記録ヘッドが提案されている。

特許文献１に開示されているように、素子基板にはヒータとドライバトランジスタが隣接して配置されており、ヒータピッチとドライバトランジスタピッチは同じで１つのヒータに対して１つのドライバトランジスタが接続されているのが一般的であった。

また、特許文献２には、記録ヘッドに複数チップを搭載する場合の配置が開示されている。平行四辺形状の素子基板では、ヒータ列間方向にチップをずらして隣接して配置することができるので、矩形状の素子基板に複数のチップを千鳥状に配置する形態と比較してヘッド幅を短くできる。このため、隣接する素子基板とのヒータ距離が短くなりインク吐出口がより近づくので素子基板のつなぎ部での画像向上が期待できる。このような理由から、矩形以外の素子基板の形状が種々提案されている。

特開２００９−１６０８８３号公報 特表２０１０−５０５６４２号公報

さて、近年の記録の高速化・高画質化に伴い、記録ヘッドに実装する記録素子数が増加傾向にある。このため、それらの記録素子を駆動するための回路を実装する素子基板の面積増加や、複数の素子基板を記録ヘッドに搭載するために素子基板の形状が平行四辺形や台形等になった場合のヒータの配置などの最適化が問題となっている。

素子基板の面積増加は記録ヘッドサイズの増大となり、記録装置本体のサイズに影響してしまい、記録装置の小型化に相反する大きな課題となるため、素子基板の面積の縮小が要求される。

また、素子基板が平行四辺形や台形、凹凸形等の形状である場合、その基板端が斜めまたは凹形状となるため、従来のような素子や回路レイアウトでは、素子基板の端部付近のヒータに対応するドライバトランジスタを配置する領域がなくなってしまう。このため、素子基板の端部まで接近してヒータを配置することができず、所定の数のヒータを実装しようとすれば、矩形状の素子基板と比べて基板面積が増大してしまうため、基板形状に適した駆動回路の配置が求められている。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、種々の形状を考慮して最適なレイアウト構成が可能な素子基板とこれを用いた液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の素子基板は次のような構成からなる。

即ち、素子基板であって、予め定められた方向に配列される複数の電気熱変換素子と、前記複数の電気熱変換素子それぞれに対応し、前記複数の電気熱変換素子を駆動する複数のドライバトランジスタとを備え、前記複数のドライバトランジスタそれぞれを、該ドライバトランジスタのドレイン電極の拡散層を分割することにより、前記配列の方向とは交差する方向に複数の部分に分割し、前記素子基板の形状に基づいて、該分割された複数の部分を接続して１つのドライバトランジスタとし前記対応する電気熱変換素子に接続することを特徴とする。

あるいは、予め定められた方向に配列される複数の電気熱変換素子と、前記複数の電気熱変換素子それぞれに対応し、前記複数の電気熱変換素子を駆動する複数のドライバトランジスタとを備え、前記複数のドライバトランジスタそれぞれを、前記配列の方向とは交差する方向に複数の部分に分割し、該分割された複数の部分を接続して１つのドライバトランジスタとし前記対応する電気熱変換素子に接続する素子基板であって、前記配列の方向にＭ個の電気熱変換素子が配列される長さに前記Ｍよりも小さいＮ個のドライバトランジスタが配置される場合、前記Ｍと前記Ｎとの最小公倍数で前記Ｍ個の電気熱変換素子を駆動するドライバトランジスタを分割し、該分割された部分を、前記Ｎ個、前記配列の方向に配置する一方、前記Ｍ個、前記配列の方向とは垂直の方向に配置し、前記分割された部分を前記Ｎ個、接続して１つのドライバトランジスタを形成することを特徴としても良い。

また本発明を別の側面から見れば、複数の素子基板を有する液体吐出ヘッドであって、前記複数の素子基板のおのおのは、予め定められた方向に配列される複数の電気熱変換素子と、前記複数の電気熱変換素子それぞれに対応し、前記複数の電気熱変換素子を駆動する複数のドライバトランジスタとを備え、前記複数のドライバトランジスタそれぞれを、該ドライバトランジスタのドレイン電極の拡散層を分割することにより、前記配列の方向とは交差する方向に複数の部分に分割し、各素子基板の形状に基づいて、該分割された複数の部分を接続して１つのドライバトランジスタとし前記対応する電気熱変換素子に接続し、前記複数の素子基板は、記録媒体の幅に対応した記録の幅があるフルライン記録ヘッドを形成するよう配置されることを特徴とする液体吐出ヘッドを備える。

従って本発明によれば、ドライバトランジスタが分割された多段配置となるため、素子基板の形状や回路レイアウトに対応して、そのドライバトランジスタを配置することができるという効果がある。これにより基板面積の増大も抑制することが可能になる。

本発明の代表的な実施例であるフルラインの記録ヘッドを備えた記録装置の構造を説明するための斜視透視図である。 Ａ０やＢ０サイズの記録媒体を用いる記録装置の外観斜視図である。 図１と図２に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。 実施例１に従う素子基板を説明するための図である。 ＭＯＳＦＥＴの断面図である。 実施例２に従う素子基板を説明するための図である。 ＭＯＳＦＥＴの断面図である。 実施例２の変型例に従う素子基板を説明するための図である。 実施例３に従う素子基板を説明するための図である。 実施例３の変型例であって、台形形状の素子基板のレイアウトを説明する図である。 実施例３の変型例であって、凹凸形状の素子基板のレイアウトを説明する図である。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。なお、既に説明した部分には同一符号を付し重複説明を省略する。

なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。

さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。

またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。

以下に用いる記録ヘッド用の素子基板（ヘッド基板）とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。

さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み（built-in）」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として配置することを指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。

＜フルライン記録ヘッドを搭載した記録装置（図１）＞
図１はフルラインのインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙと常に安定したインク吐出を保証するための回復系ユニットを備えた記録装置１の構造を説明するための斜視透視図である。

記録装置１において、記録用紙１５は、フィーダユニット１７から、これら記録ヘッドによる印刷位置に供給され、記録装置の筐体１８に具備された搬送ユニット１６によって搬送される。

記録用紙１５への画像の印刷は、記録用紙１５を搬送しながら、記録用紙１５の基準位置がブラック（Ｋ）インクを吐出する記録ヘッド１１Ｋの下に到達したときに、記録ヘッド１１Ｋからブラックインクを吐出する。同様に、シアン（Ｃ）インクを吐出する記録ヘッド１１Ｃ、マゼンタ（Ｍ）インクを吐出する記録ヘッド１１Ｍ、イエロ（Ｙ）インクを吐出する記録ヘッド１１Ｙの順に、各基準位置に記録用紙１５が到達すると各色のインクを吐出してカラー画像が形成される。こうして画像が印刷された記録用紙１５はスタッカトレイ２０に排出されて堆積される。

記録装置１は、更に搬送ユニット１６、記録ヘッド１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙにインクを供給するための各インク毎に交換可能なインクカートリッジ（不図示）を有している。またさらに、記録ヘッド１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙへのインク供給や回復動作のためのポンプユニット（不図示）、記録装置１全体を制御する制御基板（不図示）等を有している。またフロントドア１９は、インクカートリッジの交換用の開閉扉である。

＜大判の記録媒体を用いる記録装置（図２）＞
図２はＡ０やＢ０サイズの記録媒体を用いる記録装置の外観斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した記録装置のアッパカバーを取り外した状態を示す斜視図である。

図２（ａ）に示されるように、記録装置２の前面に手差し挿入口８８が設けられ、その下部に前面へ開閉可能なロール紙カセット８９が設けられており、記録紙等の記録媒体は手差し挿入口８８又はロール紙カセット８９から記録装置内部へと供給される。記録装置２は、２個の脚部９３に支持された装置本体９４、排紙された記録媒体を積載するスタッカ９０、内部が透視可能な透明で開閉可能なアッパカバー９１を備えている。また、装置本体９４の右側には、操作パネル１２、インク供給ユニット及びインクタンクが配設されている。

図２（ｂ）に示されているように、記録装置２はさらに、記録媒体を矢印Ｂ方向（副走査方向）に搬送するための搬送ローラ７０と、記録媒体の幅方向（矢印Ａ方向、主走査方向）に往復移動可能に案内支持されたキャリッジ４とを備えている。記録装置２はさらに、キャリッジ４を矢印Ａ方向に往復移動させるためのキャリッジモータ（不図示）とキャリッジベルト（以下、ベルト）２７０と、キャリッジ４に装着された記録ヘッド１１とを備えている。またさらに、インクを供給するとともに記録ヘッド１１の吐出口の目詰まりなどによるインク吐出不良を解消させるための吸引式インク回復ユニット９も備えられている。

この記録装置の場合、キャリッジ４には、記録媒体にカラー記録を行うために、４つのカラーインクに対応して４つのヘッドからなる記録ヘッド１１が装着されている。即ち、記録ヘッド１１は、例えば、Ｋ（ブラック）インクを吐出するＫヘッド、Ｃ（シアン）インクを吐出するＣヘッド、Ｍ（マゼンタ）インクを吐出するＭヘッド、Ｙ（イエロ）インクを吐出するＹヘッドで構成されている。

以上の構成で記録媒体に記録を行う場合、搬送ローラ７０によって記録媒体を所定の記録開始位置まで搬送する。その後、キャリッジ４により記録ヘッド１１を主走査方向に走査させる動作と、搬送ローラ７０により記録媒体を副走査方向に搬送させる動作とを繰り返すことにより、記録媒体全体に対する記録が行われる。

即ち、ベルト２７０およびキャリッジモータ（不図示）によってキャリッジ４が図２（ｂ）に示された矢印Ａ方向に移動することにより、記録媒体に記録が行われる。キャリッジ４が走査される前の位置（ホームポジション）に戻されると、搬送ローラによって記録媒体が副走査方向（図２（ｂ）に示された矢印Ｂ方向）に搬送され、その後、再び図２中の矢印Ａ方向にキャリッジを走査する。このようにして、記録媒体に対する画像や文字等の記録が行なわれる。さらに上記の動作を繰り返し、記録媒体の１枚分の記録が終了すると、その記録媒体はスタッカ９０内に排紙され、１枚分の記録が完了する。

＜制御構成の説明＞
次に、図１〜図２を用いて説明した記録装置の記録制御を実行するための制御構成について説明する。

図３は記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。図３において、１７００は記録データを入力するインタフェース、１７０１はＭＰＵ、１７０２はＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭ、１７０３は記録データや記録ヘッドに供給される記録信号等のデータを保存しておくＤＲＡＭである。１７０４は記録ヘッドに対する記録信号の供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）であり、インタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＤＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。コントローラ６００は、ＭＰＵ１７０１、ＲＯＭ１７０２、ＤＲＡＭ１７０３、ゲートアレイ１７０４を備えている。１７１０は記録ヘッド１１（１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙ）を搬送するためのキャリッジモータ、１７０９は記録紙搬送のための搬送モータである。１７０５は記録ヘッドを駆動するヘッドドライバ、１７０６、１７０７はそれぞれ搬送モータ１７０９、キャリッジモータ１７１０を駆動するためのモータドライバである。

なお、図１に示すようなフルライン記録ヘッドを用いる構成の記録装置では、キャリッジモータ１７１０やそのモータを駆動するモータドライバ１７０７は存在しない。このために、図３ではカッコ符号をつけた。

上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース１７００に記録データが入るとゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録データが記録用の記録信号に変換される。そして、モータドライバ１７０６、１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従って記録ヘッドが駆動され、記録が行われる。また、記録ヘッドで得られた転送エラー（後述）の情報はヘッドドライバ１７０５を介してＭＰＵ１７０１にフィードバックされ、記録制御に反映される。

次に、上記構成の記録装置に搭載する記録ヘッドに実装される素子基板に関しいくつかの実施例を説明する。

図４は実施例１に従う素子基板を説明する図である。

図４（ａ）において、１００はヒータ（電気熱変換素子）及び駆動回路を半導体製造プロセス技術により一体形成した素子基板、１０１は素子基板の裏面よりインク供給するためのインク供給口、１０２はヒータを複数個配置したヒータアレイである。また、１０３はインクを吐出するためにヒータに所望の電流を供給するためのドライバトランジスタを複数個配列したドライバトランジスタアレイである。そして、１０４はシフトレジスタとデコーダからヒータ及びドライバトランジスタアレイの個々のセグメントを選択するための信号を生成する論理回路部、１０５は電気信号を基板素子の外部との間で入力または出力するための接続端子（電極）である。

なお、インク供給口１０１は一列共通の構成例を示しているが、インク供給口は各ヒータに対応して独立に配置される構成や、ヒータの両側に配置される構成もある。

図４（ｂ）は図４（ａ）の破線枠で示された素子基板１００の端部のヒータアレイとドライバトランジスタアレイの一部を拡大した図である。図４（ｂ）には個別のヒータ１０２ａ、破線で囲まれた個別のドライバトランジスタ１０６が示されている。

図４（ｂ）に示されるように、１つのヒータ１０２ａに接続される１つのドライバトランジスタ１０６は４つの部分１０６ａ〜ｄに４分割して端部の斜め形状に対応して階段状に形成され接続されている。各部分１０６ａ〜ｄはドレイン電極の導電層が下層の拡散層と接続するためのコンタクトホール１０７が形成されている。また、図４（ｂ）の右側には１０８は各ヒータ１０２ａに接続されるドライバトランジスタ１０６の形状とドレイン電極の拡散層１０９を模式的に表している。

図５は一般的なＭＯＳＦＥＴの断面図である。

図５において、２００はシリコン基板、２０１は不純物がうち込まれドレイン電極となる拡散層、２０２はソース電極となる拡散層、２０３はゲート電極、２０４は絶縁膜、２０５は導電膜、２０６は保護膜である。また、２０７は導電膜２０５と拡散層２０１を接続するためのコンタクトホールである。

ゲート電極２０３に印加された電圧によってドレイン電極２０１とソース電極２０２の間にチャネルが形成され通電する。ヒータ１０２ａを駆動するドライバトランジスタ１０６には高電圧が印加されるので高耐圧トランジスタが使用されることがあり、拡散層の構造が異なることがあるが、基本的な構造と動作は同じである。

図４で示しているドライバトランジスタ１０６はゲートが２本でソース電極が外側に配置される構成であり、ソース電極を隣接するドライバトランジスタ１０６と共通化できる場合にレイアウト効率がよい。なお、図４において、ソース電極は図の簡単化のために接続配線とコンタクトホールを図示していない。

実施例１では１つのヒータ１０２ａに接続されるドライバトランジスタ１０６を分割して、図４（ｂ）に示すように階段状形成して接続する構成である。なお、ドライバトランジスタ１０６を分割するとは、ドレイン電極の拡散層が分割されていることである。素子基板１００の上面からでは拡散層が分割されていることが確認できないが、コンタクトホール１０７は拡散層と導電膜を接続するためのものであるので、コンタクトホール１０７が並んでいる領域が拡散層１０９の領域である。

なお、本実施例を次のような構成と捉えることもできる。即ち、分割されたドライバトランジスタ１０６ａ〜１０６ｄを夫々一つのドライバトランジスタとし、各ドライバトランジスタは分割されたドレイン電極の拡散層を備え、これらのドライバトランジスタにより一つのヒータ１０２ａを駆動する構成とする。

この実施例では、従来のようにドレイン電極の拡散層が一列の構成、または、ヒータの配列方向に一固まりに配列されておらず、ヒータアレイ１０２の方向とは垂直方向（直交する方向）に分割して配置されることを特徴としている。なお、ゲート幅（Ｗ）が大きいときＭＯＳトランジスタが細長くならないようにゲート電極を複数本（複数フィンガ）設けることがあり、このとき拡散層が複数個ゲート電極に並列に配置される。しかしながら、これは複数のゲート電極に対応して拡散層が並列に一固まりに配置されるものであり、この実施例のように垂直方向に分割して配置する構成とは異なるものである。

以上説明した実施例に従えば、ドライバトランジスタを分割して階段状に形成し、これらを接続することで従来例のようにドライバトランジスタを配置しようとすると素子基板からはみ出てしまう領域にもヒータとドライバトランジスタを配置することができる。これにより、平行四辺形のような形状の素子基板であっても、その面積を有効に使用することができ、結果として基板面積を縮小することができる。また、基板の端部まで接近してヒータを配置することができるので、隣接する別の素子基板とのヒータ間距離、即ち、インク吐出口間の距離が近くすることができる。これにより、特に、複数の素子基板を用いて記録ヘッドを形成する場合、素子基板のつなぎ部における画質向上も期待できる。

さらには、素子基板の形状に合わせてドライバトランジスタを斜めに配置することもできるが、この実施例のように階段状に配置することでトランジスタの能力に大きく影響するゲート幅（Ｗ）を長く確保できるという効果がある。また、斜めにトランジスタを配置すると半導体製造プロセス中での不純物の打ち込み角度が変わるためトランジスタ特性が変化してしまうが、この実施例ではトランジスタの角度は従来通りなので従来と同等のトランジスタ特性を確保することができる。

図６は実施例２に従う素子基板を説明するための図である。

図６（ａ）において、３００は回路基板、３０１はインク供給口、３０２はヒータアレイ、３０３はドライバトランジスタアレイ、３０４は論理回路部、３０５は接続端子（電極）である。なお、図６（ａ）に示すインク供給口３０１は各ヒータに対応して独立に配置される構成である。また、図６（ａ）に示す素子基板３００の形状は平行四辺形であるが、台形や長方形、その他の形状でもよく、電極３０５が配置される位置も短辺側でも長辺側でもよい。

図６（ｂ）は図６（ａ）の破線で囲まれたヒータアレイ３０２、ドライバトランジスタアレイ３０３を拡大した図である。図６（ｂ）には１つのヒータに対応した個別インク供給口３０１ａと、個別のヒータ３０２ａと、個別のドライバトランジスタ３０６が図示されている。１つのヒータ３０２ａに接続されるドライバトランジスタ３０６は２つの部分３０６ａ〜ｂに分割され、ヒータ３０２ａの下層と個別インク供給口３０１の間の領域に配置され接続されている。なお、図６（ｂ）の右側には、１つのヒータに接続されるドライバトランジスタ３０６の形状を模式的に表している。

図７はヒータ３０２ａの下層にＭＯＳトランジスタが配置される場合（一部）の構造を示す断面図である。

図７において、４００はシリコン基板、４０１はドレイン電極の拡散層、４０２はソース電極の拡散層、４０３はゲート電極、４０４は絶縁膜、４０５は導電膜、４０６はコンタクトホール、４０７は絶縁膜、４０８はヒータ層、４０９は保護膜である。なお、この例では、導電膜４０５が一層の構造を示しているが、二層、三層など複数層となる場合もある。また、この例では、ヒータ層４０８は単独に構成される場合を示しているが、導電膜４０５と接して重なった構成となっていて、ヒータとなる部分のみ導電膜がエッチングされている構成の場合もある。

さて、このような素子基板を用いて記録ヘッドを構成する場合、ヒータ３０２ａの上部にはインク吐出口とこれに連通するインク液室が形成され、１つのヒータに対応した個別インク供給口との間にインクを供給するためのインク流路が形成される。このインク流路の距離はインク吐出後にインクを再充填する時間と次の吐出タイミングとの関係で設計され、距離が長くなってしまうとインク充填に時間がかかってしまい、次の吐出に間に合わなくなる。一方、図６（ｂ）に示すように、個別インク供給口３０１ａがヒータ３０２ａの両側にある場合には個別インク供給口間の距離（ヒータアレイ３０２の方向に対して垂直方向）に制限がある。このため、ヒータ３０２の下層にドライバトランジスタ３０６を形成しようとする場合、従来と同等の大きさのものを形成することができなかった。

そこで、この実施例ではドライバトランジスタ３０６を分割して配置する構成を取り入れる。即ち、個別インク供給口３０１ａの間（ヒータアレイ方向に対して水平方向）の梁部に分割したドライバトランジスタの一部３０６ａを配置し、ヒータ３０２の下層に配置した分割したもう一方のドライバトランジスタの一部３０６ｂと接続する。このような配置構成をとることで、従来はヒータアレイ３０２と論理回路部３０４の間に配置されていたドライバトランジスタアレイの領域を削減することができ、基板面積を大幅に縮小することができる。

なお、個別インク供給口３０１ａの間が短いため、図６（ｂ）に示すようにドライバトランジスタ３０６を２分割し、ヒータ３０２ａの下部と個別インク供給口３０１ａの間とにそれぞれを形成しても従来と同等のトランジスタサイズを確保できない場合がある。このような場合には、インク供給口と論理回路部との間にも配置することもできる。

図８は実施例２の変型例に従う素子基板を説明するための図である。

図８（ａ）において、５００は回路基板、５０１はインク供給口、５０２はヒータアレイ、５０３はドライバトランジスタアレイ、５０４は論理回路部、５０５は接続端子（電極）である。なお、この構成ではインク供給口は各ヒータに対応して配置される個別構成である。また、図８（ａ）に示す素子基板５００は平行四辺形の形状をしているが、台形や長方形、その他の形状でもよく、電極を配置する位置も短辺側でも長辺側でもよい。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の破線で囲まれた部分のヒータアレイ、ドライバトランジスタアレイを拡大した図である。図８（ｂ）には１つのヒータに対応した個別インク供給口５０１ａと、個別のヒータ５０２ａと、個別のドライバトランジスタ５０６が図示されている。１つのヒータ５０２ａに接続されるドライバトランジスタ５０６は３つの部分５０６ａ〜ｃに分割される。そして、ヒータ５０２ａの下層の領域部分５０６ｂと個別インク供給口５０１の間の領域部分５０６ａと個別インク供給口５０１ａと論理回路部５０４との間の領域部分５０６ｃに配置され接続されている。

この構成では、図６の構成と比較すると基板面積は拡大するが、個別インク供給口５０１ａと論理回路部５０４との間に形成されるドライバトランジスタの一部５０６ｃは個別インク供給口５０１ａに挟まれていない。このため、上層に幅広い電源配線を配置する空間を確保することができる。なお、図８（ｂ）の右側には、１つのヒータに接続されるドライバトランジスタ５０６の形状を模式的に表している。

また、図８（ｃ）は個別インク供給口５０１ａの間にドライバトランジスタの一部を配置できない場合のドライバトランジスタ５０６の分割構成を示した図である。この場合には、ドライバトランジスタ５０６の２分割し、ヒータ５０２ａの下層にその一部５０６ａを個別インク供給口５０１ａと論理回路部との間に残りの一部５０６ｂが配置される。なお、図８（ｃ）の右側には１つのヒータに接続されるドライバトランジスタ５０６の形状を模式的に表している。この構成では、ヒータアレイ方向の個別インク供給口の間にドライバトランジスタを配置しないので、個別インク供給口とドライバトランジスタとの間の距離を十分にとることができ、信頼性を確保することができると考えられる。なお、図８（ｂ）と図８（ｃ）において、５０８はドレイン電極の拡散層である。

従って以上説明した実施例に従えば、ヒータの下層にドライバトランジスタ一部を配置することが可能となり、素子基板の面積を縮小させることができる。また、各ドライバトランジスタの形状が同一ではないため、一体のドライバトランジスタでこのような形状を形成しようとすると特性が変化してしまう。しかしながら、この実施例のようにドライバトランジスタを分割して配線接続構成をとることで、各トランジスタの特性を揃えることが可能となる。

図９は実施例３に従う素子基板を説明するための図である。

図９（ａ）において、６００は回路基板、６０１はインク供給口、６０２はヒータアレイ、６０３はドライバトランジスタアレイ、６０４は論理回路部、６０５は接続端子（電極）である。なお、このインク供給口は一列共通のインク供給口でも各ヒータに対応して配置される個別インク供給口でもよく、ヒータアレイの片側に形成された構成でも両側に形成された構成でもよい。また、図９（ａ）に示す素子基板６００の形状は平行四辺形をしているが、台形や長方形、その他の形状でもよく、電極が配置される位置も短辺側でも長辺側でもよい。

図９（ｂ）は図９（ａ）の破線で囲まれた領域のヒータアレイとドライバトランジスタアレイを拡大した図である。図９（ｂ）には個別のヒータ６０２ａ、ヒータ６０２ａに対応した個別のドライバトランジスタ６０６が示されている。１つのヒータ６０２ａに接続される破線で囲まれたドライバトランジスタ６０６は３つの部分６０６ａ〜ｃに分割されて形成され接続されている。なお、図９（ｂ）の右側には、４つのヒータに接続される４つのドライバトランジスタ６０６の構成を模式的に表している。

ヒータ６０２ａを駆動するドライバトランジスタ６０６には高電圧が印加される。高電圧が印加されても正常に動作するようにドライバトランジスタ６０６はゲート長や各拡散層とゲート電極との距離などを十分に確保する必要があり、印加電圧に対する耐圧を確保するため最小トランジスタサイズは制限される。

一方、記録装置が記録する画像は高解像度化が要求されるので、これに対応するため記録ヘッドに含まれる素子基板のヒータピッチも短くすることが要求される。しかしながら、そのヒータピッチが短くなり、ドライバトランジスタを配置する最小ピッチよりも小さくなってしまい、ヒータとドライバトランジスタを１：１で配置できなくなる可能性がある。

図９（ｂ）はヒータピッチがドライバトランジスタのピッチより狭い場合を例示しており、４個のヒータに対してドライバトランジスタが３個しか配置できない場合を示している。このような場合に対応するため、この実施例では、ヒータに対応するドライバトランジスタを分割構成とする。即ち、図９（ｂ）に示すように、各ドライバトランジスタを３分割し、この分割された部分６０６ａ〜ｃを４つのヒータが並ぶ方向（ヒータアレイ方向）に配置し、ヒータアレイ方向とは垂直の（交差する）方向に４つのドライバトランジスタを配置するのである。そして、１つのヒータに対して分割された３つの各部分を互いに接続して対応させる。

このように、ヒータアレイ方向にＭ個のヒータが配列する長さに、Ｎ（Ｎ＜Ｍ）個分のドライバトランジスタしか配置できない場合、ＭとＮの最小公倍数（ＬＣＭ）（Ｍ＝４、Ｎ＝３ではＬＣＭ＝１２）を単位として分割されたドライバトランジスタを形成する。そして、分割されたドライバトランジスタをヒータアレイ方向とその垂直（交差する）方向に配置する。このように分割されたドライバトランジスタを配置することで、限られた領域に配置される各ヒータに対応するドライバトランジスタの幅（Ｗ）を最大にし、レイアウト効率が良くすることができる。

しかしながら、図９（ｂ）に示すレイアウト構成では、ヒータから離れて配置される３個のドライバトランジスタへヒータから配線を延長して接続しなければならないので、隣接するドライバトランジスタとの間に３本の配線を通す必要がある。一方、ドライバトランジスタ同士は短い距離で隣接しているため、３本の配線を通すには細い配線となってしまい、その結果、配線抵抗が高くなってしまう。

これを解決するために、この実施例では、図９（ｃ）に示すドライバトランジスタの分割構成を用いる。図９（ｂ）に示す構成では、４つのドライバトランジスタは同じ形状であるが、図９（ｃ）に示す構成では、１つのドライバトランジスタを３分割する構成という点では同じであるものの、その形状は異なる。即ち、ヒータアレイ方向とは垂直方向にドライバトランジスタを３個接続したもの、かぎ型に３個接続したものを組み合わせた構成となっている。これにより、ヒータアレイ方向とは垂直方向にはドライバトランジスタは２分割構成となるため、ヒータより離れて配置されるドライバトランジスタへ接続する配線は１本でよくなり、比較的太い配線を用いることが可能になる。なお、図９（ｂ）と図９（ｃ）において６０８はドレイン電極である。

従って以上説明した実施例に従えば、ヒータアレイ方向にＭ個のヒータが配列する長さに、Ｎ個（Ｎ＜Ｍ）分のドライバトランジスタしか配置できない場合でも、効率的にドライバトランジスタを分割して素子基板に配置することができる。

なお、この実施例では平行四辺形の形状の素子基板を用いたが上述のように、その形状は平行四辺形に限定されるものではなく、素子基板の形状が台形や凹凸でも良い。

図１０は台形形状の素子基板のレイアウトを示す図であり、図１１は凹凸形状の素子基板のレイアウトを示す図である。これらの例において、インク供給口は一列共通のインク供給口でも各ヒータに対応して配置される個別インク供給口でもよく、ヒータアレイの片側に形成された構成でも両側に形成された構成でもよい。

なお、図１０（ａ）において、７００は回路基板、７０１はインク供給口、７０２はヒータアレイ、７０３はドライバトランジスタアレイ、７０４は論理回路部、７０５は接続端子（電極）である。図１０（ｂ）は図１０（ａ）の破線で囲まれた領域のヒータアレイとドライバトランジスタアレイを拡大した図である。図１０（ｂ）には個別のヒータ７０２ａ、ヒータ７０２ａに対応した個別のドライバトランジスタ７０６が示されている。１つのヒータ７０２ａに接続される破線で囲まれたドライバトランジスタ７０６は３つの部分７０６ａ〜ｃに分割されて形成され接続されている。なお、図１０（ｂ）の下側には、各ヒータに接続されるドライバトランジスタ７０６の構成を模式的に表している。

また、図１１（ａ）において、８００は回路基板、８０１はインク供給口、８０２はヒータアレイ、８０３はドライバトランジスタアレイ、８０４は論理回路部、８０５は接続端子（電極）である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）の破線で囲まれた領域のヒータアレイとドライバトランジスタアレイを拡大した図である。図１１（ｂ）には個別のヒータ８０２ａ、ヒータ８０２ａに対応した個別のドライバトランジスタ８０６が示されている。１つのヒータ８０２ａに接続される破線で囲まれたドライバトランジスタ８０６は３つの部分８０６ａ〜ｃに分割されて形成され接続されている。なお、図１１（ｂ）の下側には、各ヒータに接続されるドライバトランジスタ８０６の構成を模式的に表している。また、８０７はドレイン電極の拡散層である。

以上説明したように、台形形状や凹凸形状のように素子基板端の両側にもドライバトランジスタを分割して効率的に配置できる。つまり、ヒータアレイ方向にＭ個のヒータが配列する長さに、Ｎ個（Ｎ＜Ｍ）分のドライバトランジスタを配置とした場合、ＭとＮの最小公倍数にドライバトランジスタを分割して配置する。このようにして、各ヒータに対応するドライバトランジスタの幅を同一としつつ、最大にすることができる。

なお、複数の素子基板を配置してフルライン記録ヘッドを構成する場合、ヒータアレイ方向と同じ方向に複数の素子基板を配置したりすることができる。特に、素子基板の形状が平行四辺形や台形の場合、隣接する素子基板同士のつなぎ部分のヒータ間の距離を小さくするために、ヒータアレイ方向に対して複数の素子基板の配置方向がわずかに斜めになるようにしたりすることができる。

また、以上説明した３つの実施例では素子基板がインクを吐出して記録を行う記録ヘッドに実装され、その記録ヘッドが記録装置に搭載されるものとして説明した。しかしながら、その素子基板は必ずしも、記録ヘッドそして記録装置に用いられるものでなくても良い。例えば、その素子基板が何らかの薬剤や液体を吐出する液体吐出ヘッドに実装されるものであっても良い。

１００ 素子基板、１０１ インク供給口、１０２ ヒータアレイ、１０２ａ ヒータ、
１０３ ドライバトランジスタアレイ、１０４ 論理回路部、１０５ 接続端子、
１０６ ドライバトランジスタ

Claims (11)

1. 素子基板であって、
   予め定められた方向に配列される複数の電気熱変換素子と、
   前記複数の電気熱変換素子それぞれに対応し、前記複数の電気熱変換素子を駆動する複数のドライバトランジスタとを備え、
   前記複数のドライバトランジスタそれぞれを、該ドライバトランジスタのドレイン電極の拡散層を分割することにより、前記配列の方向とは交差する方向に複数の部分に分割し、
   前記素子基板の形状に基づいて、該分割された複数の部分を接続して１つのドライバトランジスタとし前記対応する電気熱変換素子に接続することを特徴とする素子基板。
2. 前記分割された複数の部分は階段状に配置されることを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
3. 前記分割された複数の部分のいずれかは前記対応する電気熱変換素子の下層に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の素子基板。
4. 前記複数の電気熱変換素子の配列の方向に沿って設けられた液体を供給する複数の供給口をさらに備え、
   前記複数の供給口の間に前記分割された複数の部分のいずれかが設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の素子基板。
5. 予め定められた方向に配列される複数の電気熱変換素子と、
   前記複数の電気熱変換素子それぞれに対応し、前記複数の電気熱変換素子を駆動する複数のドライバトランジスタとを備え、
   前記複数のドライバトランジスタそれぞれを、前記配列の方向とは交差する方向に複数の部分に分割し、
   該分割された複数の部分を接続して１つのドライバトランジスタとし前記対応する電気熱変換素子に接続する素子基板であって、
   前記配列の方向にＭ個の電気熱変換素子が配列される長さに前記Ｍよりも小さいＮ個のドライバトランジスタが配置される場合、前記Ｍと前記Ｎとの最小公倍数で前記Ｍ個の電気熱変換素子を駆動するドライバトランジスタを分割し、該分割された部分を、前記Ｎ個、前記配列の方向に配置する一方、前記Ｍ個、前記配列の方向とは垂直の方向に配置し、前記分割された部分を前記Ｎ個、接続して１つのドライバトランジスタを形成することを特徴とする素子基板。
6. 前記分割された部分を前記Ｎ個、前記配列の方向に接続して前記１つのドライバトランジスタを形成することを特徴とする請求項５に記載の素子基板。
7. 前記分割された部分を前記Ｎ個、前記配列の方向とは垂直の方向に接続するか、又は、前記Ｎ個の一部を前記配列の方向に前記Ｎ個の残りを前記垂直の方向に接続することにより前記１つのドライバトランジスタを形成することを特徴とする請求項５に記載の素子基板。
8. 前記素子基板の形状は、平行四辺形、台形、又は、凹凸形状であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の素子基板。
9. 前記ドレイン電極の前記分割された拡散層は前記交差する方向に配列されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の素子基板。
10. 前記素子基板は前記複数の電気熱変換素子の前記配列の方向に対して斜めに延びる基板端を有し、
    前記基板端の近傍に設けられた前記分割された複数の部分は、前記基板端の形状に対応して階段状に配置されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の素子基板。
11. 複数の素子基板を有する液体吐出ヘッドであって、
    前記複数の素子基板のおのおのは、
    予め定められた方向に配列される複数の電気熱変換素子と、
    前記複数の電気熱変換素子それぞれに対応し、前記複数の電気熱変換素子を駆動する複数のドライバトランジスタとを備え、
    前記複数のドライバトランジスタそれぞれを、該ドライバトランジスタのドレイン電極の拡散層を分割することにより、前記配列の方向とは交差する方向に複数の部分に分割し、
    各素子基板の形状に基づいて、該分割された複数の部分を接続して１つのドライバトランジスタとし前記対応する電気熱変換素子に接続し、
    前記複数の素子基板は、記録媒体の幅に対応した記録の幅があるフルライン記録ヘッドを形成するよう配置されることを特徴とする液体吐出ヘッド。

Images