TWI488332B - 發光二極體陣列結構及其列印頭與列印裝置 - Google Patents

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Description

發光二極體陣列結構及其列印頭與列印裝置
本發明係關於一種二極體陣列結構，特別是一種發光二極體陣列結構及其列印頭與列印裝置。
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。
為了提高列印解析度，列印頭120中的發光二極體係緊密排列。例如，若欲達到600DPI(Dots Per Inch，點每英吋)的列印解析度，則需使發光二極體間距為42.3微米(μm)。進而限制了發光二極體的面積，使得發光二極體的出光量受到限制。因此，如何增進發光二極體的面積，以提升發光二極體的出光量，係為本領域的研究人員致力研究的課題。
鑒於以上的問題，本發明在於提供一種發光二極體陣列結構及其列印頭與列印裝置，藉以提升發光二極體的出光量，以增進感光與列印速度。
本發明之一實施例提供一種發光二極體陣列結構，包含基板及複數發光閘流體。發光閘流體位於基板上並線性排列。各發光閘流體包含彼此連接的帶狀部及板狀部，且相鄰的發光閘流體的板狀部彼此交錯。
本發明之一實施例另提供一種列印頭，包含前述的發光二極體陣列結構。
本發明之一實施例再提供一種列印裝置，包含感光鼓、透鏡及具有前述發光二極體陣列結構的列印頭。透鏡位於感光鼓與列印頭之間，用以將列印頭發出的光聚焦在感光鼓上。
綜上所述，根據本發明之發光二極體陣列結構及其列印頭與列印裝置，發光二極體陣列結構中二相鄰的發光閘流體的板狀部 分別位於對應的帶狀部上不同位置。藉此，可維持發光閘流體的排列密度並擴大發光閘流體的分佈面積，以提升發光閘流體的出光量，而增進列印裝置的感光與列印速度。
第2圖係為根據本發明一實施例之列印裝置的感光示意圖。
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。
於此，感光鼓110、列印頭120及透鏡150的數量可為一個，以進行黑白列印。但本發明之實施例非限於此，其亦可分別為四個，以分別對應黑色、洋紅色、青色及黃色之彩色列印用途。列印裝置可為印表機、影印機、多功能事務機等。
第3圖為根據本發明一實施例之列印頭120的外觀示意圖。
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包含數千個直線排列的發光閘流體。當發光晶片122沿軸線140排列時，發光閘流體亦同樣沿軸線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個發光閘流體。
第4圖為根據本發明一實施例之發光晶片122的電路示意圖。第5圖為根據本發明一實施例之發光晶片122接收的時脈訊號示意圖。
如第4圖所示，發光晶片122包含發光閘流體(T1、T2、T3 等，總稱T)、二極體(D1、D2、D3等，總稱D)、電阻(R1、R2、R3等，總稱R)及緩衝器(B1、B2)。
發光閘流體T具有閘極、陰極與陽極。當閘極與陰極間為順向偏壓且電壓差超過擴散電壓時，發光閘流體T點亮。與一般閘流體相同的是，發光閘流體T開啟後(即點亮)，閘極電位與陽極電位近乎相同，當閘極與陰極間的電位差回歸至零伏特時，發光閘流體T才關閉(即不發光)。
每一個發光閘流體T的閘極經由一相對應的二極體D耦接至另一個發光閘流體T(如發光閘流體T1經由二極體D1耦接至發光閘流體T2)。每一個發光閘流體T的陰極間隔地經由緩衝器(B1或B2)對應耦接訊號Φ11 與Φ12 或訊號Φ21 與Φ22 。例如，發光閘流體T1的陰極經由緩衝器B1耦接訊號Φ11 與Φ12 ；發光閘流體T2的陰極經由緩衝器B2耦接訊號Φ11 與Φ12 。每一個發光閘流體T的閘極與對應的二極體D的耦接處還各自經由一對應的電阻R而耦接至電壓VGA (如發光閘流體T1的閘極與二極體D1的耦接處經由電阻R1而耦接至電壓VGA )。
其中，發光閘流體T1的閘極還耦接訊號ΦS。二極體D的陽極端耦接鄰近訊號ΦS的相鄰的發光閘流體T，其陰極端耦接相鄰的另一發光閘流體T。例如，二極體D1的陽極端耦接發光閘流體T1，其陰極端耦接發光閘流體T2。
訊號Φ11 、Φ12 、Φ21 、Φ22 、ΦS以及電壓VGA 係由列印裝置中的控制模組提供(如第5圖所示之時脈訊號)，以控制每一個發光閘流體T的點亮時間(如發光閘流體T1的點亮時間t1、發光閘流 體T2的點亮時間t2及發光閘流體T3的點亮時間t3)。也就是說，控制模組可根據所欲曝光的點依序使對應的發光閘流體T點亮一段時間。於此，控制模組可為控制晶片、驅動電路或其組成來實現。
在一實施例中，於同一列印頭120中，複數個發光晶片122可共用同一緩衝器B1與同一緩衝器B2，以接收訊號Φ1與訊號Φ2。
第6圖為根據本發明一實施例之發光二極體陣列結構的示意圖。
合併參照第3圖、4圖及第6圖，列印頭120之發光二極體陣列結構可包含基板230及複數發光閘流體T。如第6圖所示，發光閘流體T係線性排列於基板230上，即沿一維方向排列。各發光閘流體T包含彼此連接的帶狀部210及板狀部220。相鄰的發光閘流體T的板狀部220彼此交錯。藉由發光閘流體T中帶狀部210與板狀部220連接所形成的凹部與相鄰的另一發光閘流體T的板狀部220凹凸對應，以於增加發光閘流體T的面積之餘，有效利用基板230上的空間。其中，帶狀部210的長軸係與發光閘流體T的排列方向垂直。
在一實施例中，板狀部220係概呈矩形，但本發明之實施例非以此為限。
如第6圖所示，發光閘流體T(如發光閘流體T1、T2、T3、T4等)的板狀部220位於帶狀部210的末端。其中，排列位置在奇數的發光閘流體T(如發光閘流體T1、T3等)相較於排列位置 在偶數的發光閘流體(如發光閘流體T2、T4等)，具有較長的帶狀部210，以使奇數與偶數的發光閘流體T之間可以其板狀部220彼此交錯。
於此，本發明之實施例非以相鄰的發光閘流體T具有長度不同的帶狀部210為限，亦可具有相同長度的帶狀部210，惟於垂直於發光閘流體T的排列方向上，相鄰的發光閘流體T係交錯排列。
第7圖為根據第6圖所示之A-A線之剖面圖，係顯示奇數的發光閘流體T的剖面圖。如第7圖所示，帶狀部210及板狀部220均包含依序堆疊的第一半導體層231、第二半導體層232及第三半導體層233，板狀部220更包含堆疊於第三半導體層233上的第四半導體層234。也就是說，發光閘流體T係為由下往上依次層疊的第一半導體層231、第二半導體層232、第三半導體層233及第四半導體層234所堆疊而成。其中，第四半導體層係位於板狀部220。
於此，第一半導體層231與第三半導體層233為相同導電型；第二半導體層232與第四半導體層234為相同導電型。且第一半導體層231與第二半導體層232為不同導電型。舉例而言，第一半導體層231與第三半導體層233可為P型半導體，第二半導體層232與第四半導體層234可為N型半導體。
如此一來，各發光閘流體T包含陽極電極(圖未示)、陰極電極261及閘極電極262。陰極電極261設置於板狀部220上。閘極電極262設置於帶狀部210上。陽極電極則設置於發光閘流體T與基板230的接觸面上。
如第6圖及第7圖所示，各發光閘流體T的帶狀部210更包含堆疊於第三半導體層233上的第五半導體層235。第五半導體層235與第三半導體層233為不同導電型，以形成前述之二極體D。例如，當第三半導體層233為P型半導體時，第五半導體層235為N型半導體。此時，二極體D的陰極電極264位於第五半導體層235上，以打線(wire-bonding)至其他電子元件。
第8圖為根據第6圖所示之B-B線之剖面圖，係顯示偶數的發光閘流體T的剖面圖。如第8圖所示，排列位置在偶數的發光閘流體T係與第7圖所示之排列位置在奇數的發光閘流體T相似，亦具有四層導電型互異交錯層疊的導電層。第7圖與第8圖的差異在於，排列位置在偶數的發光閘流體T的帶狀部210較排列位置在奇數的發光閘流體T的帶狀部210短。但本發明之實施例非以此為限，亦可為奇數的發光閘流體T的帶狀部210較偶數的發光閘流體T的帶狀部210短。
第9圖為根據第6圖所示之C-C線之剖面圖。合併參照第6圖與第9圖所示，發光二極體陣列結構更包含前述之複數電阻R。各電阻R位於二相鄰的發光閘流體T的帶狀部210之間，即板狀部220凸出於帶狀部210的寬度之間。
如第9圖所示，電阻R亦可包含前述之第一半導體層231、第二半導體層232及第三半導體層233。因此，在製作發光二極體陣列結構結構時，可依序與基板上230形成第一半導體層231、第二半導體層232及第三半導體層233，再將此三層半導體層切割而形成前述的發光閘流體T與電阻R。
於此，第三半導體層233上可設置電阻電極263，以打線連接電阻R至其他電子元件。
第10圖為根據本發明一實施例之發光二極體陣列結構的另一示意圖。
如第10圖所示，排列位置在奇數的發光閘流體T(如發光閘流體T1、T3等)的板狀部220位於帶狀部210的末端，即奇數的發光閘流體T的一端的寬度較另一端的寬度窄。排列位置在偶數的發光閘流體T(如發光閘流體T2、T4等)的板狀部220位於(即跨越)帶狀部210的中段。也就是說，偶數的發光閘流體T的二端的寬度較中間的寬度窄。
於此，排列位置在奇數的發光閘流體T的分佈面積與排列位置在偶數的發光閘流體T的分佈面積相同。也就是說，各發光閘流體T之間，板狀部220的分佈面積與帶狀部210的分佈面積的總和相同。藉此，各發光閘流體T的寄生電容將為相同，使得點亮各發光閘流體T所需的時間相同。因此，各發光閘流體T的出光量可為一致。
第11圖為根據本發明一實施例之發光二極體陣列結構的再一示意圖。第11圖係與第10圖大致相同，差異在於各發光閘流體T的板狀部220位置與第10圖所示不同。
如第11圖所示，排列位置在第N個發光閘流體T的板狀部220位於帶狀部210的末端；排列位置在第N+1個發光閘流體T的板狀部220位於帶狀部210的中段；排列位置在第N+2個發光閘流體T的板狀部220位於帶狀部210的頭端，其中N為正整數。
第12圖為根據本發明一實施例之發光二極體陣列結構的又一示意圖。第12圖係與第11圖大致相同，差異在於各發光閘流體T的板狀部220位置與第11圖所示不同。
如第12圖所示，排列位置在偶數的發光閘流體T的板狀部220位於帶狀部210的中段；排列位置在第4M+1個發光閘流體T的板狀部220位於帶狀部210的末端；排列位置在第4M+3個發光閘流體T的板狀部220位於帶狀部210的頭端，其中M為0或正整數。
綜上所述，根據本發明之發光二極體陣列結構及其列印頭120與列印裝置，發光二極體陣列結構中二相鄰的發光閘流體T的板狀部220分別位於對應的帶狀部210上不同位置。藉此，可維持發光閘流體T的排列密度並擴大發光閘流體的分佈面積，以提升發光二極體的出光量，而增進列印裝置的感光與列印速度。
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
110、110K、110M、110C、110Y‧‧‧感光鼓
120、120K、120M、120C、120Y‧‧‧列印頭
122‧‧‧發光晶片
130K、130M、130C、130Y‧‧‧碳粉匣
140‧‧‧軸線
150‧‧‧透鏡
210‧‧‧帶狀部
220‧‧‧板狀部
230‧‧‧基板
231‧‧‧第一半導體層
232‧‧‧第二半導體層
233‧‧‧第三半導體層
234‧‧‧第四半導體層
235‧‧‧第五半導體層
261‧‧‧陰極電極
262‧‧‧閘極電極
263‧‧‧電阻電極
264‧‧‧陰極電極
B1、B2‧‧‧緩衝器
D1、D2、D3、D4、D5‧‧‧二極體
R1、R2、R3、R4、R5‧‧‧電阻
T1、T2、T3、T4、T5‧‧‧發光閘流體
t1、t2、t3‧‧‧點亮時間
Φ11 、Φ12 、Φ21 、Φ22 、Φ1、Φ2、ΦS‧‧‧訊號
VGA ‧‧‧電壓
第1圖為彩色列印的發光二極體印表機的示意圖。
第2圖係為根據本發明一實施例之列印裝置的感光示意圖。
第3圖為根據本發明一實施例之列印頭的外觀示意圖。
第4圖為根據本發明一實施例之發光晶片的電路示意圖。
第5圖為根據本發明一實施例之發光晶片接收的時脈訊號示意圖。
第6圖為根據本發明一實施例之發光二極體陣列結構的示意圖。
第7圖為根據第6圖所示之A-A線之剖面圖。
第8圖為根據第6圖所示之B-B線之剖面圖。
第9圖為根據第6圖所示之C-C線之剖面圖。
第10圖為根據本發明一實施例之發光二極體陣列結構的另一示意圖。
第11圖為根據本發明一實施例之發光二極體陣列結構的再一示意圖。
第12圖為根據本發明一實施例之發光二極體陣列結構的又一示意圖。
210‧‧‧帶狀部
220‧‧‧板狀部
230‧‧‧基板
D1、D2、D3、D4‧‧‧二極體
R1、R2、R3、R4‧‧‧電阻
T1、T2、T3、T4‧‧‧發光閘流體
Φ1、Φ2、ΦS‧‧‧訊號
VGA ‧‧‧電壓

Claims (10)

  1. 一種發光二極體陣列結構，包含：一基板；及複數發光閘流體，線性排列於該基板上，各該發光閘流體包含彼此連接的一帶狀部及一板狀部，且相鄰的該發光閘流體的該板狀部彼此交錯，部分之該些發光閘流體的板狀部位於其帶狀部的中段。
  2. 如請求項1所述之發光二極體陣列結構，其中排列位置在奇數的該些發光閘流體的該板狀部位於該帶狀部的末端，排列位置在偶數的該些發光閘流體的該板狀部位於該帶狀部的中段。
  3. 如請求項1所述之發光二極體陣列結構，其中排列位置在第N個該些發光閘流體的該板狀部位於該帶狀部的末端，排列位置在第N+1個該些發光閘流體的該板狀部位於該帶狀部的中段，排列位置在第N+2個該些發光閘流體的該板狀部位於該帶狀部的頭端，N為正整數。
  4. 如請求項1所述之發光二極體陣列結構，其中該板狀部概呈矩形。
  5. 如請求項1所述之發光二極體陣列結構，其中各該發光閘流體之間，該板狀部的分佈面積與該帶狀部的分佈面積的總和相同。
  6. 如請求項1所述之發光二極體陣列結構，其中該板狀部及該帶狀部均包含依序堆疊的一第一半導體層、一第二半導體層 及一第三半導體層，該板狀部更包含堆疊於該第三半導體層上的一第四半導體層，其中該第一半導體層與該第三半導體層為相同導電型，該第二半導體層與該第四半導體層為相同導電型，該第一半導體層與該第二半導體層為不同導電型。
  7. 如請求項1所述之發光二極體陣列結構，更包含複數電阻，各該電阻位於二相鄰的該些發光閘流體的該帶狀部之間。
  8. 如請求項1所述之發光二極體陣列結構，其中各該些發光閘流體的該帶狀部更包含一第五半導體層，堆疊於該第三半導體層上，該第五半導體層與該第三半導體層為不同導電型，以形成一二極體。
  9. 一種列印頭，包含如請求項1至8中任一項所述之發光二極體陣列結構。
  10. 一種列印裝置，包含：一感光鼓；一個如請求項9所述之列印頭；及一透鏡，位於該感光鼓與該列印頭之間，用以將該列印頭發出的光聚焦在該感光鼓上。
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