TW201601596A - 掃描發光晶片及列印頭 - Google Patents

Abstract

一種掃描發光晶片及其列印頭。掃描發光晶片主要具有移位電路及發光電路。移位電路包含複數移位閘流體、複數第一二極體、第二二極體及複數移位訊號線。發光電路包含複數發光閘流體及一發光控制線。第一二極體依序串接，且各第一二極體分別電連接於兩相鄰的移位閘流體之間。第二二極體之第一端電連接於第一個第一二極體與其對應之移位閘流體之連接處。 第二二極體的第二端可連接至發光控制線或經由接地電阻連接至接地。藉此，可僅使用很少的控制線來啟動移位電路與控制發光閘流體發光 。

Description

掃描發光晶片及列印頭

本發明係關於一種發光晶片，特別是一種掃描發光晶片及列印頭。

影印機、印表機傳真機及多功能事務機係利用電子寫真技術（Electro-photography）作為列印文件的核心技術，意即藉由特定波長的光改變靜電荷（electrostatic charge）的分布而產生寫真（photographic）影像。

參照第1圖，係為彩色列印的發光二極體（LED）印表機100的構造示意圖。發光二極體印表機100具有分別對應於黑色、洋紅色、青色及黃色的感光鼓（Photoconductive drum）（110K、110M、110C、110Y，總稱110）、列印頭（Printing head）（120K、120M、120C、120Y，總稱120）及碳粉匣（Toner cartridge）（130K、130M、130C、130Y，總稱130）。經過佈電機構，感光鼓110表面會產生一層均勻的電荷。列印前之掃描程序係需經過曝光程序，使得欲列印的文件中的圖案像素轉換成可見光明暗資料。列印頭120中具有複數個一維排列的發光二極體，其發出的光照射到感光鼓110上時，未曝光區會維持原有電位，但曝光區的電荷則因曝光而產生差異。曝光區的電位變化差異可吸附碳粉匣130提供的帶有正/負電荷的碳粉，藉以達到列印目的。

第2圖係為印表機100之感光示意圖。如第2圖所示，列印裝置包含感光鼓110、列印頭120及透鏡150。透鏡150位於感光鼓110與列印頭120之間，用以將列印頭120發出的光聚焦在感光鼓110上，以實現前述之曝光程序。

第3圖為列印頭120的上視示意圖。如第3圖所示，列印頭120包含沿軸線140排列的複數個發光晶片122。一般而言，每一發光晶片122包含數百個直線排列的發光單元（如發光二極體）。當發光晶片122沿軸線140排列時，發光單元亦同樣沿軸線140排列，藉此可達到高DPI的列印解析度。例如，如欲達到600DPI的解析度，則需要在每英吋排列有600個發光單元。如第3圖所示，發光晶片122係根據軸線140交錯地上下擺放。

而在列印感光時，相鄰的二發光晶片122係由其相鄰之一端開始向二旁依序掃描發光，如第4圖所示。第4圖為感光掃描示意圖。然而，因相鄰的發光晶片係具有一垂直距離（一般為63μm），而發光晶片122若具有256個發光單元，整個發光晶片122的發光單元掃描一次，因感光股110滾動的關係，將造成21 μm的垂直偏移，因此理論上，第4圖右側之發光晶片122延遲三次掃描時間即可校正回與左側發光晶片掃描位置一致的地方。然而，工業製造不免會有精度誤差，往往二相鄰的發光晶片122間的實際垂直距離為63±10μm。因此，需要更精密的調整發光晶片122的掃描開始時間，以令列印結果不會造成垂直偏移。

鑑於上述校正垂直偏移之精度需求，本發明提出一種掃描發光晶片及其列印頭。

在第一實施例中，列印頭包含複數掃描發光晶片。掃描發光晶片包含移位電路及發光電路。移位電路包含複數移位閘流體、複數第一二極體、一第二二極體及複數移位訊號線。複數移位閘流體間隔地區分為複數群組。複數第一二極體依序串接，且各第一二極體分別電連接於兩相鄰的移位閘流體之間。每一移位訊號線分別電性連接屬於該些群組其中之一的移位閘流體，其中移位訊號線的數量與群組的數量相同。第二二極體具有一第一端及一第二端，第二二極體之第一端電連接於第一個第一二極體與其對應之移位閘流體之連接處。發光電路包含複數發光閘流體及一發光控制線。各發光閘流體對應電連接移位閘流體的其中之一。發光控制線電性連接各發光閘流體，並電連接至第二二極體之第二端。藉此，發光控制線可接收一發光控制訊號而啟動移位電路之移位閘流體移位做動，同時控制發光電路之發光閘流體對應做動之移位閘流體是否發光。

在第二實施例中，列印頭包含複數掃描發光晶片。掃描發光晶片包含移位電路及發光電路。移位電路包含複數移位閘流體、複數第一二極體、一第二二極體、複數移位訊號線及接地電阻。複數移位閘流體間隔地區分為複數群組。複數第一二極體依序串接，且各第一二極體分別電連接於兩相鄰的移位閘流體之間。每一移位訊號線分別電性連接屬於該些群組其中之一的移位閘流體，其中移位訊號線的數量與群組的數量相同。第二二極體具有一第一端及一第二端，第二二極體之第一端電連接於第一個第一二極體與其對應之移位閘流體之連接處。接地電阻一端電連接至第二二極體的第二端，另一端接地。發光電路包含複數發光閘流體及一發光控制線。各發光閘流體對應電連接移位閘流體的其中之一。發光控制線電性連接各發光閘流體。

根據本發明實施例所提出之掃描發光晶片與列印頭，可僅藉由發光控制線及複數移位訊號線而致使發光閘流體於發光控制訊號之特定時脈區間發光，藉此精密的調整掃開始時間。同時，因僅需要一發光控制線即可控制，因此，除了移位訊號線外，僅需增加一個焊墊（bonding pad）來連接發光控制線，可減少列印頭體積。

第5圖為本發明第一實施例之掃描發光晶片之電路圖。第7圖為本發明第一實施例之掃描發光晶片之積體電路上視示意圖。

如第5圖及第7圖所示，掃描發光晶片包含移位電路300及發光電路400。移位電路300包含複數移位閘流體（T1、T2、T3及T4等，總稱T）、複數第一二極體（D1、D2、D3及D4等，總稱D）、一第二二極體Ds及複數移位訊號線（於此以二個移位訊號線φ1、φ2為例）。發光電路400包含複數發光閘流體（L1、L2、L3及L4等，總稱L）及一發光控制線φI。移位閘流體T與發光閘流體L係由PNPN半導體結構。第一二極體D亦由半導體結構製成。

移位閘流體T間隔地區分為複數群組。因此，本實施例中係以奇數的移位閘流體（T1、T3等）為一組（後稱「奇數組」），偶數的移位閘流體（T2、T4等）為一組（後稱「偶數組」）。各二極體D分別電連接於兩相鄰的移位閘流體T之間。每一移位訊號線分別電性連接屬於群組中之一的移位閘流體T。例如，移位訊號線φ1電連接至奇數組的每一移位閘流體（T1、T3等）；移位訊號線φ2電連接至偶數組的每一移位閘流體（T1、T3等）。因此，移位訊號線的數量與前述群組的數量相同。

各發光閘流體L對應電連接移位閘流體T的其中之一。亦即，發光閘流體Ln電連接移位閘流體Tn，n為正整數。例如：發光閘流體L1電連接移位閘流體T1，發光閘流體L2電連接移位閘流體T2）。發光控制線φI電性連接每一發光閘流體L。

每一移位閘流體T包含第一陽極端31、第一陰極端32及第一閘極端33；每一發光閘流體L包含第二陽極端34、第二陰極端35及第二閘極端36。彼此電性連接的移位閘流體T與發光閘流體L係分別以第一閘極端33與第二閘極端36電性連接。每一二極體D的二端分別電性連接於兩相鄰的移位閘流體T的第一閘極端33。例如，二極體D1的陽極端電性連接移位閘流體T1的第一閘極端33，其陰極端電性連接另一移位閘流體T2的第一閘極端33。每一移位閘流體T係以其第一陰極端32電性連接至對應的移位訊號線（φ1或φ2），且每一移位閘流體T的第一陽極端31接地。相似地，每一發光閘流體L的第二陰極端35電性連接至發光控制線φI，且每一發光閘流體L的第二陽極端34接地。

移位電路300更包含一低位準線VGA 、複數負載電阻（R1、R2、R3及R4等，總稱R）及第二二極體Ds，負載電阻R與第二二極體Ds可由半導體結構製成。每一移位閘流體T的第一閘極端33電性連接負載電阻R（例如：移位閘流體T1的第一閘極端33電性連接負載電阻R1）。負載電阻R之一端與第一閘極端33電性連接，另一端電性連接一低位準線VGA。低位準線VGA對負載電阻R提供一下拉低電壓位準（於此為負電位），而可供正在做動的移位閘流體T的第一閘極端33與第一陽極端31之間具有順向偏壓。第二二極體Ds具有第一端37及第二端38。第二二極體Ds之第一端31電連接於第一個第一二極體D1與對應之移位閘流體T1之連接處。第二二極體Ds之第二端電連接至發光控制線φI。藉此，可僅使用發光控制線φI同時啟動移位電路300與控制發光閘流體L發光 。於此，第一端37為陰極端，第二端38為陽極端。

第6圖為本發明第一實施例之掃描發光晶片之訊號示意圖，係示意上述訊號線或控制線所饋送之訊號時序關係。

如第6圖所示，二移位訊號線φ1、φ2係分別饋送脈寬實質相同而相位相差約為90度至180度之間的脈波訊號。藉此，配合前述如第4圖所示之移位電路300，當發光控制線φI饋送第一個下拉時脈（即發光區間t1），可使移位閘流體T的第一陽極端32沿著二極體D的順向導通方向依序變為低電壓位準。由於發光閘流體L的第二閘極端36與移位閘流體T的第一閘極端33相連接，故發光閘流體L的第二閘極端36也可跟隨移位閘流體T依序做動。而當下一個移位閘流體T的第一陽極端32（或發光閘流體L的第二陽極端35）變為低電壓位準後一段時間，其前一個移位閘流體T的第一陽極端32（或發光閘流體L的第二陽極端35）恢復為高電壓位準。在此，文中所述之高電壓位準係為接地準位（即0伏特），低電壓位準係為負電壓準位（如-5伏特）。

如前述移位閘流體T與發光閘流體L之閘流體的特性是，當施加順向偏壓於陽極與陰極之間且閘極與陰極之間施予超過PN接面之崩潰電壓時，閘流體將會導通，並且當移除閘極與陰極之間的偏壓之後，閘流體仍可維持導通狀態，直至陽極與陰極間的順向偏壓消失才恢復為未導通狀態。因此，當移位閘流體T1的第一閘極端33接收到移位訊號線φ1的第一個低準位脈波而啟動時，對應的發光閘流體L1也因接收到發光控制線φI饋送的第一個低準位脈波（即發光區間t1）而啟動、發光，且當移位訊號線φ1的第一個低準位脈波結束後仍可持續發光，直至發光控制線φI饋送的第一個低準位脈波結束，而可於發光期間t1持續發光。相似地，發光閘流體L2、L3、L4分別於發光期間t2、t3、t4發光。

在此，雖然文中所述之高電壓位準係為接地準位（即0伏特），低電壓位準係為負電壓準位（如-5伏特）。然而，本發明所屬技術領域之人員可對前述元件之極性調換並而可將前述的高電壓位準改變為正電壓準位（如5伏特），低電壓準位改變為接地準位。

第8圖為本發明另一實施例之掃描發光晶片之積體電路上視示意圖。 相較於第7圖，第一個發光閘流體L1係覆蓋遮光片410。藉此可遮擋發光閘流體L1之發光。因發光區間t1係為啟動移位電路300做動之啟動時脈，因此，第一個發光閘流體L1必然發光，為了不影響曝光的選擇性，將其遮蓋住，使其發光之功能無效化。在此，遮光片410的材質為鋁。

第9圖為本發明第一實施例之移位訊號線φ1、φ2及發光控制線φI之訊號時序圖。如第9圖所示，根據發光控制線φI(1010)係可使發光閘流體L1、L2、L4依序發光，然由前述發光閘流體L1覆蓋遮光片410之結構，使得實際出光至感光鼓的是發光閘流體L2、L4。相似地，根據發光控制線φI(0101)係可使發光閘流體L3、L5依序實際出光至感光鼓。而根據發光控制線φI(0101’)，係示意僅根據發光控制線φI可任意決定發光閘流體L於特定的時脈區間開始。

於此，前述之掃描發光晶片可應用於列印頭，可如前述第3圖所示之排列方式，設置多個掃描發光晶片於列印頭。

根據本發明第一實施例所提出之掃描發光晶片與列印頭，可僅藉由發光控制線而致使發光閘流體於發光控制訊號之特定時脈區間發光，藉此精密的調整掃開始時間。同時，因僅需要一發光控制線φI即可控制，因此，除了移位訊號線外，僅需增加一個焊墊（bonding pad），可減少列印頭體積。

第10圖為本發明第二實施例之掃描發光晶片之電路圖。如第10圖所示，相較於前述第一實施例之第5圖，本實施例之掃描發光晶片同樣具有移位電路300及發光電路400，不同的是，本實施例之移位電路300更包含接地電阻RS。接地電阻Rs之一端電連接至第二二極體Ds之第二端38，另一端連接至接地。在本實施例中，第二二極體Ds無須連接至發光控制線φI，將使得線路設計更為簡單，也無須將第一個發光閘流體L1遮蓋住，並且僅需二移位訊號線φ1、φ2及一發光控制線φI即可微調發光閘流體L何時開始發光及各發光閘流體L的發光時間。

在此，移位電路300負載電阻R相對於接地電阻Rs具有一比例關係，亦即接地電阻Rs與負載電阻R之比值位於0.01至1.5之範圍內。在一實施例中， 接地電阻Rs與負載電阻R之比值位於0.1至0.5之範圍內。在此，接地電阻Rs可為1k歐姆（Ohm），負載電阻R可為10k歐姆，第一二極體D與第二二極體Ds之障壁電壓約為1.5伏特（Volt）。

請參見第11圖，第11圖為本發明第二實施例之掃描發光晶片之移位訊號線φ1、φ2訊號示意圖。與前述第一實施例相同，移位訊號線φ1、φ2之訊號為兩相互交錯之時脈，而在初始期間t0內，每一發光閘流體L都不發光。在第一個發光期間t1內，第一個發光閘流體L1發光；在第二個發光期間t2內，第二個發光閘流體L2發光；在第三個發光期間t3內，第三個發光閘流體L3發光，以此類推。

第12圖至第15圖分別為本發明第二實施例之初始期間t0及發光時間t1、t2、t3之移位閘流體T之閘極端電位示意圖。請先合併參照第11圖與第12圖，於初始期間t0內，由於第一個移位閘流體T1尚未作動，而低位準線VGA之電壓約為-3.3伏特。因此，第一個移位閘流體T1之閘極端G1電位約為-1.67伏特。而其後的移位閘流體T2之閘極端G2電位則因第一二極體D1之障壁電壓而為-3.1伏特，而其餘的移位閘流體T3、T4等之閘極端（如G3、G4）電位則為-3.3伏特。

再請參照第11圖及第13圖，在發光期間t1中，由於移位訊號線φ1轉變為-3.3伏特，使得第一個移位閘流體T1得以作動，因此第一個移位閘流體T1的閘極端G1電位為0伏特。因第一二極體D之障壁電壓的緣故，移位閘流體T2的閘極端G2、移位閘流體T3的閘極端G3及移位閘流體T4的閘極端G4的電位分別為-1.5伏特、-3.1伏特及-3.3伏特。

接著如第11圖及第14圖所示，在發光期間t2中，由於移位閘流體T2的閘極端G2電位為-1.5伏特，而當由於移位訊號線φ2轉變為-3.3伏特，造成第二個移位閘流體T2啟動，使得其閘極端G2電位變為0伏特。因第一二極體D之障壁電壓的緣故，移位閘流體T3的閘極端G3及移位閘流體T4的閘極端G4的電位分別為-1.5伏特及-3.1伏特。此時，第一個移位閘流體T1之閘極端G1電位再回復到-1.67伏特。

如第11圖及第15圖所示，在發光期間t3中，由於移位閘流體T3的閘極端G3電位為-1.5伏特，而當由於移位訊號線φ1轉變為-3.3伏特，造成第三個移位閘流體T3啟動，使得其閘極端G3電位變為0伏特。此時，因第一個移位閘流體T1不作動，因此其閘極端G1電位仍維持為-1.67伏特。同樣地，因第一二極體D之障壁電壓的緣故，移位閘流體T2的閘極端G2及移位閘流體T4的閘極端G4的電位分別為-3.17伏特及-1.5伏特。

由上述說明可以理解，藉由接地電阻Rs與負載電阻R之阻值設計讓第二二極體Ds之第一端37電位在初始期間達到可使移位閘流體T作動的電位，配合適當的第一二極體D障壁電壓，使得作動的移位閘流體T的下一個移位閘流體T的閘極端33維持在可使移位閘流體T作動的電位，配合移位訊號線之時脈，移位閘流體T便可依序作動。於此，第二二極體Ds之第一端37電位（即第一個移位閘流體T1的閘極端G1電位，於此為-1.67伏特）低於作動之移位閘流體T所連接之第一電極體D之陰極端電位（於此為-1.5伏特）。

在此，如同前述，本實施例之掃描發光晶片亦可應用於列印頭，可如前述第3圖所示之排列方式，設置多個掃描發光晶片於列印頭。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧發光二極體印表機
110K、110M、110C、110Y、110‧‧‧感光鼓
120K、120M、120C、120Y、120‧‧‧列印頭
122‧‧‧發光晶片
130K、130M、130C、130Y‧‧‧碳粉匣
140‧‧‧軸線
150‧‧‧透鏡
31‧‧‧第一陽極端
32‧‧‧第一陰極端
33‧‧‧第一閘極端
34‧‧‧第二陽極端
35‧‧‧第二陰極端
36‧‧‧第二閘極端
37‧‧‧第一端
38‧‧‧第二端
300‧‧‧移位電路
400‧‧‧發光電路
410‧‧‧遮光片
t0‧‧‧初始期間
t1、t2、t3、t4、t5、t6‧‧‧發光期間
T1、T2、T3、T4‧‧‧移位閘流體
D1、D2、D3、D4‧‧‧第一二極體
Ds‧‧‧第二二極體
L1、L2、L3、L4‧‧‧發光閘流體
R1、R2、R3、R4‧‧‧負載電阻
Rs‧‧‧接地電阻
G1、G2、G3、G4‧‧‧閘極端
V_GA‧‧‧低位準線
φ1、φ2‧‧‧移位訊號線
φI‧‧‧發光控制線
φI₍₁₀₁₀₎‧‧‧發光控制線
φI₍₀₁₀₁₎‧‧‧發光控制線
φI_(0101’)‧‧‧發光控制線

[第1圖]為習知彩色列印的發光二極體印表機的構造示意圖。 [第2圖]為習知印表機之感光示意圖。 [第3圖]為習知列印頭的上視示意圖。 [第4圖]為習知感光掃描示意圖。 [第5圖]為本發明第一實施例之掃描發光晶片之電路圖。 [第6圖]為本發明第一實施例之掃描發光晶片之訊號示意圖。 [第7圖]為本發明第一實施例之掃描發光晶片之積體電路上視示意圖。 [第8圖]為本發明另一實施例之掃描發光晶片之積體電路上視示意圖。 [第9圖]為本發明第一實施例之移位訊號線及發光控制線之訊號時序圖。 [第10圖]為本發明第二實施例之掃描發光晶片之電路圖。 [第11圖]為本發明第二實施例之掃描發光晶片之移位訊號線訊號示意圖。 [第12圖]為本發明第二實施例之移位閘流體於初始期間之閘極端電位示意圖。 [第13圖]為本發明第二實施例之移位閘流體於第一移位閘流體發光時間之閘極端電位示意圖。 [第14圖] 為本發明第二實施例之移位閘流體於第二移位閘流體發光時間之閘極端電位示意圖。 [第15圖] 為本發明第二實施例之移位閘流體於第三移位閘流體發光時間之閘極端電位示意圖。

31‧‧‧第一陽極端

32‧‧‧第一陰極端

33‧‧‧第一閘極端

34‧‧‧第二陽極端

35‧‧‧第二陰極端

36‧‧‧第二閘極端

37‧‧‧第一端

38‧‧‧第二端

300‧‧‧移位電路

400‧‧‧發光電路

T1、T2、T3、T4‧‧‧移位閘流體

D1、D2、D3、D4‧‧‧第一二極體

Ds‧‧‧第二二極體

L1、L2、L3、L4‧‧‧發光閘流體

R1、R2、R3、R4‧‧‧負載電阻

V_GA‧‧‧低位準線

φ 1、φ 2‧‧‧移位訊號線

φI‧‧‧發光控制線

Claims (10)

1. 一種掃描發光晶片，包含： 一移位電路，包含： 複數移位閘流體，間隔地區分為複數群組； 複數第一二極體，依序串接，且各該第一二極體分別電連接於兩相鄰的該些移位閘流體之間； 複數移位訊號線，每一該移位訊號線分別電性連接屬於該些群組其中之一的該些移位閘流體，其中該些移位訊號線的數量與該些群組的數量相同；及 一第二二極體，具有一第一端及一第二端，該第二二極體之該第一端電連接於該些第一二極體中的第一個該第一二極體與對應之該移位閘流體之連接處；及 一發光電路，包含： 複數發光閘流體，各該發光閘流體對應電連接該些移位閘流體的其中之一；及 一發光控制線， 電性連接該些發光閘流體，並電連接至該第二二極體之該第二端。
2. 如請求項1所述之掃描發光晶片，其中該第二二極體的該第一端為陰極端，該第二二極體的該第二端為陽極端。
3. 如請求項1所述之掃描發光晶片，其中該發光電路更包含一遮光片，該遮光片係覆蓋於該些發光閘流體中相鄰於該第二二極體的該發光閘流體上。
4. 如請求項3所述之掃描發光晶片，其中該遮光片的材質為鋁。
5. 一種掃描發光晶片，包含： 一移位電路，包含： 複數移位閘流體，間隔地區分為複數群組； 複數第一二極體，依序串接，且各該第一二極體分別電連接於兩相鄰的該些移位閘流體之間； 複數移位訊號線，每一該移位訊號線分別電性連接屬於該些群組其中之一的該些移位閘流體，其中該些移位訊號線的數量與該些群組的數量相同； 一第二二極體，具有一第一端及一第二端，該第二二極體之該第一端電連接於該些第一二極體中的第一個該第一二極體與對應之該移位閘流體之連接處；及 一接地電阻，一端電連接至該第二二極體的該第二端，另一端接地；及 一發光電路，包含： 複數發光閘流體，各該發光閘流體對應電連接該些移位閘流體的其中之一；及 一發光控制線， 電性連接該些發光閘流體。
6. 如請求項5所述之掃描發光晶片，其中該移位電路更包含複數負載電阻，各該複數負載電阻分別電連接各該第一二極體與對應之該移位閘流體與該發光閘流體之連接處。
7. 如請求項6所述之掃描發光晶片，其中該接地電阻與該負載電阻之電阻值的比值位於0.01至1.5之範圍內。
8. 如請求項7所述之掃描發光晶片，其中該接地電阻與該負載電阻之電阻值的比值位於0.1至0.5之範圍內。
9. 如請求項5所述之掃描發光晶片，其中該複數移位閘流體依序作動，該第二二極體之該第一端電位低於作動之該移位閘流體所連接之該第一電極體之陰極端電位。
10. 一種列印頭，包含複數個如請求項1至9中任一項所述之掃描發光晶片。