JPS6099672A - 発光ダイオ−ドを用いたプリンタ - Google Patents

発光ダイオ−ドを用いたプリンタ

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JPS6099672A
JPS6099672A JP58207771A JP20777183A JPS6099672A JP S6099672 A JPS6099672 A JP S6099672A JP 58207771 A JP58207771 A JP 58207771A JP 20777183 A JP20777183 A JP 20777183A JP S6099672 A JPS6099672 A JP S6099672A
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led
light emitting
light
array
emitting diode
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Tadashi Yamakawa
正 山川
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は画像形成用露光装置として発光ダイオード(L
ight Ernitting Djode、以下LE
Dと称す)アレイを搭載したLEDプリンタヘッドを利
用した電子写真式光プリンタに関する。
この踵の電子写真式光プリンタは一般的な電子写真式複
写装置のスリット露光−原稿像結像光学系のかわシに、
主走査方向−列分の輝点列をドラム上に結像でき、任意
に輝点の点燈、消燈を可能にした画像形成用露光装置を
組み込んだものであシ、特にLEDアレイプリンタは、
11〜 輝点列発生の手段として、微少LEDを数十個−列もし
くは複数列に並べ、これの像をドラム面上に結像する結
像光学系と一体にしたものを画像形成用露光装置として
用いたものである。
第1図に従来のLEDアレイプリンタの概略構成図を示
す0101は感光ドラムで矢印aの向きに回転する。1
02は1次帯電器で感ブ0ドラム1010表面を均一に
帯電する。103は従来のLEDプリンタヘッドであシ
、ここで感光)パラム10117)表面において輝点が
j!’17像されj= ’r;B分の電荷のみ移動し、
その他の部分の電荷はそのままで残る。すなわち、静電
潜像が形成さtしる。次に現像器104を通過すると、
そのときの感光ドラム101の表面の電荷の有無に従い
、トナーの刺着、未着がおこり、感光トラム101上の
画像が顕像化する。以上の過程において、LEDプリン
タヘッド103によシ輝点を照射した感光ドラム101
の部分にトナーを付着させるか否かは、帯電器102の
極性および現像器104に入れたトナーの極性等の組合
せ如何により、任意に決定できるのは周知のとおシであ
る。
現像器104を通過して顕像化したトナーによる画像は
、転写帯電器105によりカセット106もしくはカセ
ット107よシ供給される紙に転写される。この紙の定
着器108の通過時に、感光ドラム101よす転写した
トナーが紙に定着する。109は感光ドラム101上に
残ったトナーのクリーナであり、110は除電ランプで
ある。
第2図はLEDプリンタヘッド103を構成するLED
7レイ基板201の斜視図である。
202は放熱板を兼ねた基板であり、203゜204、
 205はセラミック基板等で構成される配線手段であ
る。206. 207は画像信号や電源との接続を行う
ためのケーブルである。
208−1〜208−nは中央にLEDを1列に並べた
LEDアレイチップであり、209−1〜209−n及
び210 1〜210−nは、LEDアレイチップ20
8−1〜20B−nを駆動するドライバ回路、即ち、ケ
ーブル206,207よシ入力される画像信号のシリア
ル・々ラレル変換回路、等を内蔵したL E、Dドライ
ブ集積回路(Integrated C1cuit s
以下ICと称す)である。
このLEDアレイチップ208−m とL E Dドラ
イブI C209−m、210−mの部分を拡大したも
のを第3図に示す。301−1,301−2.301−
3,301−4・・・・はLEDであり、L−EDアレ
イチップ208−mのほぼ中央に一列に並べである。奇
数番のLEI)301−1゜301−3.・−・は上側
に、偶数番のLEI)301−m、 210−mの各L
 E D Ail 励用瑞子3(12−1、302−2
,・・・303−1.303−2+・・・・にそれぞれ
ワイヤボンディングしである。
以上の様にLEDアレイ基板201は414成されてお
9、ケーブル20fi、207より画像信号を1列外逐
次、LEDドライブIC209−1〜209−n、21
0−1−210−nが入力し、1列分のデータをシフト
した後、これを並列にLED+駆動端子302−1.3
02−2.・、303−i、303−2.・・・・・に
出力し、これに従い、各LEDが点燈、消燈し、−列外
の画像形成用のか1を点が発生する。
第4−1図にLED発光部とドラム面結像点の関係図を
示す。LEDアレイナツプ208−mはセルフォックレ
ンズアレイ等の結像系401によって感光ドラム101
上に結像される。ここでLED301−1からの光束L
1は角度θが小さいと、結像系401により光束Ll−
tとなり入射するが角度θが犬さくなると、光束の一部
が入射しなくなる。そして入射した光束Ll−tのみが
感光ドラム101上に到達し、結像される。LED30
1−1の光の配光特性は、第4−2図の様になっておシ
、角度θがかなり大きな方向にまで光束密度が高くなっ
ている。との様に球にほぼ等しい配向特性を有する発光
体からの光束を角度θまではすべて結像系401に入射
し、0以上は入射しないと近似し、発光体の出力光エネ
ルギに対する入力エネルギの比を計算し、まとめたもの
が表1である。
一方、現行の結像器401で比較的θの大きくとれるも
のでも第4−1図におけるtI及びもが3−、ムが90
程度であり、θは15°程度である。従って結像器40
1中の光の減衰を無視してもLED301−1の全党エ
ネルギの約133(、Lか感光ドラム101上に伝達す
ることができない。
第5図にLED発光部の形状を示す。図中501はLE
Dチップであり1,502が有効発光面、503が電極
であり、504が電極とLEDの接続面である。従って
、1画素分のLEDのPN接合面の大きさは、有効発光
面502と接続面504を加えたものになっている〇一
方LEDの発光は有効発光面502に垂直方向を0°と
して、第4−2図の配光特性の様になっている0そして
、光の出力は、有効発光面502下のPN接合面の電流
密度にほぼ比例する。一方、各画素に対応するLED発
光面は一列に並べであるので、隣接する画素との区切シ
を形成するために、L E Dの有効発光面502の一
辺の大きさは、画素ピッチより小さくなる。たとえば1
酊当シ10画素を形成するLEDアレイでは、画素ピッ
チは100μmであるが、有効発光面の大きさは80μ
m×80μm程度になる。すなわち、画素間の区切りに
20μmが必要なのである。一方、鮮血なデジタル画像
をイIIるだめには一般にl mm当916画素以上を
形成する必要があシ、この場合には画素ピッチは62.
5μmとなp1有効発光面は40μm×40μm月程に
なってしまう。このように、画素密度を10画素/悶か
ら16画素/ffl+I+に1.6倍にすると有効発光
面積は1/4になってしまう。
第2図で示しだ様にドライブ用のICをLEDアレイチ
ップと供に実装し1列分のLEDの各々を同時に点灯す
る方式のとき、プロセススピードを同じとしたとき、1
ピンチ間の点灯時間が10画素/加の場合よ、!216
画素/口の場合が青に短くなる。従ってドラムの感度を
同じとすれば単位面積当りの照度は16画素/fiの方
が1.6倍必要となる。−ツバ一画素分の面積は、16
!l1Ll素/調の方が10画素/WTmに対しく一1
→2になるため、16画素/咽の発光部の1.6 1画素当りの発光出力は、10画画素−に比較して上と
なる。一方、前述の通シ有効発光面1.6 積は16画素/1mの方がIAになるため、16また。
LEDアレイチップをnXmのマトリクスに電極を47
4成し、m時分釧で同時にn個のLEDのみを点灯する
ドライブの方式が、ドライブ回路数を減少させ、低コス
トにするために用いられる場合もある。この方式におい
て10画素/#から16画画素部に高密度化し、同時駆
動するLEDの数nを同じにすると時分割数は1.6倍
になる0従ってこの場合にも、プロセススピードを同じ
にするとしたときには、1ピンチ間すなわち、1ドツト
を形成するときの時間が10画素/■に比較して、(−
T7)に短くなる。よって、この場合、発光部の1画素
当シの発光出力は10画素/因のものも16画素/−の
ものも同じだけ必要となシ、16画素/−の各LEDの
電流密度は4倍必要になる。
LEDの発光効率は、電流密度が高くなると低下する傾
向にあ凱LEDの寿命は電流密度が高くなると短くなる
。さらに、製造上の臘問題で画素密展を高めると発光効
率が低下することは周知の通シである。
すなわち、画素密度を高くすると、それにともない発光
効率の低下があるので電流密度を上げる必要があシ、上
述の通り画素密度を1.6倍にするためには、さらに電
流密度を2.5〜4倍に上けなければならない。これに
ともないLEDの寿命は短くなってしまう0 この様に従来のLEDアレイテップを用いて、結像系に
よシトラム面上にLED発光面の像を結像するときには
、LEDの発光全エネルギの約10%程度しか利用する
ことができない。従って光量を増加させるためにLED
のドライブ電流を増加させる必要があり、そのためにL
EDアレイ208−1〜208− nやLEDドライブ
I C209−1〜209−n、 210−1〜210
−nの電力消費が大きくなってしまい、ドライブ能力の
あるICを使わざるをえなくなシ、放熱板202も大型
にする必要があり、コスト上昇と大型化という問題が発
生する。
本発明は、上述のように従来のプリンタにおいて発光エ
ネルギーの利用効率が低いことに起因する様々な弊害を
除去し、LEDプリンタヘッドを小型化し、低コス斗な
プリンタを提供することを目的とする。
以下、本発明を図面を用いて更に詳細に説明す°る。
第6図に本発明を適用し得るLEDアレイ基板601の
斜視図を示す。602は放熱板をかねた基板であり、6
03はセラミック基板等で構成される配線手段であるj
+ 604は画像信号や電源との接続を行なうためのケ
ーブルである0605−1,605−2.・・・・・・
は端面発光のLEDをチップの端に複数個並べたLED
アレイチップであり、606−”1,606−2.・・
・・・は、LEDアレイチップ605−1.’ 605
−22・・・・を駆動するドライバ回路、即ち、ケーブ
ル604より入力される画像信号の7リアルパラレル変
換回路等を内蔵したLEDドライブICである○このL
EDアレイチップ605−mとLEDドライブI C6
06−mの部分を拡大したものを第7図に示す。
LEDアレイチップ605−mは、端面発光形式LED
7(Jl−1,701−2,を1列に並べたモノリシッ
クLEDアレイで、それぞれのT、ED701−1.7
01−2.・・・・・・のPN接合面は、LEDアレイ
チップ605−mと配線基板603との接着面と平行に
なっている。そして光は、端面702−1,702−2
,702−3よシ矢印すの方向に出射する。LED70
1−1,701−2°・・の電極は上面にあシ、これと
LEDドライバICのLEDドライブ端子703−1.
 703−2.・・とけワイヤボンディングしである。
第8図にLED701−1の発光面702−1と感光ド
ラム101の面上の結像点の関係図を示す。本図は基本
的に第4−1図と同様であシ、発光部分のLEDの形状
がかわったものである。
すなわち、端面発光形式のLEDを用いた場合において
も発光面の結像形態は従来のままである。一方、L E
 D 701 1の光の配光特性は第9図の様になって
お9角度θがある程度大きく゛なると光束密度が急激に
小壜くなる。この様に、端面発光形式にLEDを41゛
7成すると発光面と垂直な方向に比較的光放出が集中し
、垂直な方向からずれた光はあまり放出されなくなる0
このような配光特性を持つ発光体からの光線を角度θま
ではすべて結像器401に入射し、0以上は入射しない
と近似し、発光体の出力光エネルギの全てに対する入力
エネルギの比を計算しまとめたものが表2である。
この様に端面発光形式のLEDを作ることにより、θが
15°くらいの結像系401を用いたときに全エネルギ
の18.1%をも感光ドラム101の面上に集光するこ
とが可能となる。感光ドラム101の感度を従来と同じ
とすれば、LED701−1をドライブする駆動電路し
は約7@りでよいことになる0 てのLED発光面が同じ大きさになるようにしなければ
ならない。この様な個々のLEDを同一チップ上に形成
するには従来のLEDアレイにおいては、気相成長法を
用いたプロセスでモノリシックなLEDアレイを作る必
要カニあシ、これには発光効率の悪いGa As Pの
LED利゛拳)を用いなければならなかった。しかし本
発明において用いるLET)アレイチップは第7図に示
した様にLEDのPN接合面を削り取る様にして分離し
、複数個のLED発光面702−1,702−2.・・
・を形成したLEDアレイチップ605−mであるので
、気相成長法を用いて複数個のLEDをチップ上に植成
する必要はなく、液相成長法により形成した大きな端面
発光LEDチップにPN接合面をえぐりとる溝を掘り、
複数個のLEDに分離する等の手段によって作成するこ
とができるため、発光効率の非電に高いGakl As
等のL E D U IIでモノリシックなLEDプレ
イを作成できる。従って、従来のLEDアレイに比較し
、数倍の効率で発光が可能となる。
すなわち、同一光量を得るためには数F等分の1の電流
しか必要でなくなる。
従来のLsEDアレイ基板においてi:、LED駆動電
流が大きいため、LEDドライブICのドライブ回路を
バイポーラトランジスタにする必要があり、他のシリア
ル−パラレル変換等の論理回路は電流を最小にしたいが
ためI2L等を利用する必要があったため駆動周波数は
、せいぜいI MHz程度にとどまシ、高速な画像形成
ができなく、あえて実用可能なまでに高速化するには全
体性を複数部分に分割し、それぞれの部分行への画像信
号を並列にし、各部分ごとにシリアル入力する方法を用
いねばならなかった。
そのために、このLEDアレイ基板への入力信号の補正
が必要となり、この補正回路が高価なものとなシ実用化
のさまたげとなっていたが、本発明により、LEDの駆
動電流を小さくできたので、高速低消費電力のICでL
EDドライブICを構成することが可能となシ、入力信
号の補正回路を必要とせず、LEDアレイ基板に信号を
送シ込むことができるようになった。
また、従来のLEDプレイにおいては、画素密度を上げ
ていくと、1つあたシのLEDのPN接合面を小さくし
なければならず、1画素当りすなわち1つのLED当シ
の電流値を一定にしても、LEDの発光面を小さくする
仁とでPN接合面も小さくなり、電流密度が上昇し、寿
命を短くする原因となっていた。そのために、なるべく
LEDは発光させないように、光のあたった所を黒く現
像する反転現像方式に応用が限られていた。しかし本発
明のごとく端面発光形式のLEDを用いる場合には、画
素密度を上げるために発光面を小さくしてもその分だけ
LEDの端面から反対側の端面までの長さを長くするこ
とによfi、PN接合面の面積を小さくしないようにす
ることが可能となシ、電流密度は上がらず、寿命を長く
することができ、LEDを点j!(2即之 灯させる時間の多い正転現像を利用した電子写真式プリ
ンタにも応用できるようになった。
ただし、本発明において用いるζ11°6面発光式のL
EDを機械加工により、P N 接合面より深t−前を
形成することにより、作成した場合には、第7図で示す
様に、発光面702−1 、702−2 、702−6
の間が空洞になる0従って、((”rjを堀ったままで
あると、矢印すの方向のみでなく、これと垂直の方向に
も元が出力される。この側面にもれる光は反射等によっ
て、発光面702−1 、702−3 。
706の間の溝より矢印すの方向にもれ出てくる0する
ともれ出た光がlff1音となり画像を形成するための
発光面と発光面の光の分離が悪化し、鮮明な印刷ができ
な(なる。
本発明は上記問題を解決したものであり、第10図に実
施例を示す。第10図に示した様に光を吸収する部材2
201により、L E D 701−1 、701−2
 。
701−3の少なくとも側面をおおう様にコーティング
すれば良い。これは、光吸収する樹脂等をLEDチッグ
605− nの溝に流し込んでもよ(・し、蒸着を行な
っても良い。
このときの光吸収は少なくてもL E I)の発光波長
の分のみを吸収するものであれば良いので黒でなくても
かまわない。
また、駆動用回路と各りに、Dを配線したのちに、]、
 E Dアレイチン1部分に光吸収する樹脂を流し込ん
でも良い。この場合には、配線部分にもオーバーラツプ
するので絶縁性の部羽を用いる必要がある。
以上の様に、LEDアレイチップ上の個々のLJJD 
、!: ]、 1す1)の間の溝に少なくともLEDの
発光波長を吸収するブ0吸収部Iをうめこむことにょ9
、端面発光L E 1)の側面がらのもれ光が、前面に
出力されることによる、画像品質の励下を防止するとい
う効果がある。
第11図に本発明の他の実施例を示した。端面発光式L
EDアレイチッフ6o5−1.・・・、6o5−nを基
板602上にとシっけたl、EL)アレイ基板601、
jと感光紙1101と対面させ、結像光学系401によ
って、LEDアレイチップ605−1 、・・・。
605−ルの発光面を感光紙11o1上に結像する様に
+1゛q成しである。また、感光紙11o1は矢印11
o2の方向に移動する様になってお、9、LEI)アレ
イ基板601上の各LED発光面の点燈、消燈による輝
点の集合としてのiiu像が逐次、作成される様になっ
ている。1016は現1或器であり、LED)アレイ基
板601によりドツト分割した像を露光された感光紙1
101を現像定着するものである。
この様に、本発明は電子写真式のプリンタに限らず露光
によって像を形成し、それを必要あらば現像、定着する
プリンタに適用できる。特に、感度の悪い感光紙等を用
いたシステムでは、従来光量不足のためLEDアレイを
用いたヘッドが応用できなかったが、本発明のLEI)
ヘッドを用いることにより、実現可能になる。
また、第12図′に他の実施例を示す。本災施例では、
第11図に示した実施例における結像系401を除去し
、LEDアレイ基板601を感光紙1101に密着もし
くは非常に接近させ、LED発光面の点燈、消燈パター
ンを直接感光紙1101に露光し、像を形成させるもの
である。
電子写真式、とくに感光ドラムや感光ベルトを用いる方
法であると、トナーが感光ドラム等に多少残ってしまう
ため、L、El)プレイ基板をvH溜したり近接したり
すると、LEJg光面にずぐにドブ−が付層し、使用に
たえなくなってしまうが九本実ノー&例の様に感光量に
直接する場合には上記の問題はおこらず)結會系を用、
いないためさらに安価なプリンタを提供できる株になる
ただし、A+、<光風の表面が荒かったりすると、L 
JG D発光面と感光紙面とのまさっにより、l、EI
)発光面が破損しやす(なる。この様に表面の荒い感光
紙を用いる場合、もしくは非常に破損しゃず箇 い打鋲で]、 E Dアレイを作成したときは第13図
の様にファイバーグンーN301を用いてl、EDの発
光面の光をj&−光量1101まで導(様にしておけば
よい。
また、マイクロフィルム等にドツト分割した像を露光す
る様なプリンタにおいて、LED7レイを用いる場合、
セルフォック)ンズアレイ等の結像系を用(・るために
は、発光面を非常に小さくしなければならない。
マイクロフィルムでは、1)JC’l尚を1/20程艮
まで石白小するために、マイクロフィルムからもとの大
きさに拡大投射したときのドツト密度を16ドツト/m
mとすると、フィルム上では、620ドツト/ mm 
<らいのドツトを作成しなければならない0従って、こ
の様な高密度なL E Dアレイを作成するのは現在の
ところ不可能であるため、縮小光学系を用いて、LED
発光面列を縮小し、そこにフィルムを通過させることに
より実現せざるを得ない。この実施例におけるLED発
光部1401と感光フィルム1402上の結像点との関
係を第14図に示した。縮小光学系1406によシ焦点
をfx 、/2 とすると、距離1z上におかれたl、
 JD 1)発光部1401は、距離11をへだてて反
対側に結像される0また、LED発光部1401は副走
査方向、すなわち、LEDアレイ列と直角方向には数十
μmと短いが主走査方向は数百mmと非常に長いQそし
て、レンズの様な光学系を用いて縮少光学系1406を
構成すると、LEDアレイ列全体の倒立縮少像を結像し
なければならないので、LEDアレイからの光を有効に
結lぶしようとすると、非常に大ぎなレンズを使わざる
を杓なくなる。この様にたとえt、・3度の非常に良い
銀塩式の感ブCフィルムを用いたものであっても、発光
エネルギーの利用率が小さいために、]ノJs JJア
レイによる光書込みが)1m t、かった分野にも、本
発明により、]、El)アレイを光プリンタに適用でき
る様になる。
【図面の簡単な説明】
al)1図は従来のL E I)プリンタの構成を示す
概略図、nS2図、第6図は夫々の来のLI[Dプリン
タヘッドの構成を示す概略図−[’+4−1図は従来の
LKI)プリンタにオ、3しする1、 B D発光部と
感光ドラムとの結像関係を示す図、第4−2図は従来の
LEDの配光特性を示す図、第5図は従来のLgDアレ
イの発光面形状を示す図、2:% 61XI 、第7図
は夫々本発明に適用し14)る1、 Li8Dアレイ基
板のMl成を示す概略図、第8図は本発明のプリンタの
一実施例におけるLED発光部と感光ドラムとの結像関
係を示す図、第9図は本発明に用いるL E Dの配光
特性を示す図、第10図をま本−発明の実施例における
LEDアレイ基板の構成を示す概略図、第11図、第1
2図、第16図、 +:i!、’ 14図(は夫々本発
明の他の実施例を示す概略図である0601・・・LE
Dアレイ基板、602・・・放熱板をかねた基板、60
3・・・配線手段、604・・・ケーブル、605−1
.605−2.−−−.605−n −−−Via面発
光)]、E+)アレイチップ、606−1,606−2
.・・・、606−ル・―・LEDドライブI C,7
01−1,701−2,701−3・・・端面発光のL
ED、 702−1,702−2,702−3・・・端
面、703−1.703−2,703−3・・・L1弓
Dドライブ端子、2201・・・光吸収部I0 出願人 キャノン株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)発光ダイオードを核数個少なくとも1列配置した
    発光ダイオードアレ・イの各発光ダイオードを選択的に
    点燈させ、感光体上にドツト分割した像を形成する発光
    ダイオードを用いたプリンタにおいて、 前記発光ダイオードアレイを、端面発光するモノリシッ
    ク発光ダイオードアレイチップにより構成し、該アレイ
    チップの各発光ダイオード間に光吸収部Iを設けた事を
    特徴とする発光ダイオードを用いたプリンタ。
JP58207771A 1983-10-25 1983-11-04 発光ダイオ−ドを用いたプリンタ Pending JPS6099672A (ja)

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DE3438949A DE3438949C2 (de) 1983-10-25 1984-10-24 Druckvorrichtung
GB08427039A GB2150395B (en) 1983-10-25 1984-10-25 Image formation apparatus
US07/004,318 US4700206A (en) 1983-10-25 1987-01-08 Image formation apparatus

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5250957A (en) * 1991-07-29 1993-10-05 Alps Electric Co., Ltd. Method of detecting an ink residual quantity in an ink jet printer
US5606181A (en) * 1994-03-29 1997-02-25 Ricoh Company, Ltd. Edge emitting type light emitting diode array heads
US5714434A (en) * 1994-09-28 1998-02-03 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Thermal transfer sheet
JP2007308927A (ja) * 2006-05-17 2007-11-29 Sekisui Jushi Co Ltd 門扉

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