发光器件及利用该器件的图象形成装置

本发明涉及一种发光器件，尤其涉及一种适用于诸如复印机、 传真机、或打印机之类的图象形成装置的发光器件。

一种LED记录头由安装在基片上的数个LED芯片和线性驱动 它们的驱动IC组成，使用时，例如在复印机中使用时，来自LED单元 的光施加于光敏鼓上，于是便形成潜象。

附图1A和1B分别是表示已有技术的LED头结构的电路简图 和剖面图。其中，由连接线2-1、2-2、…2-5将成直线排列于LED 芯片1中的LED单元1-1、1-2、…1-5与驱动IC10中的晶体管 4-1、4-2、…4-5一对一连接。限流电阻3-1、3-2、…3-5规定 驱动靠电荷起作用LED单元1-1、1-2、…1-5的电流。在驱动IC10 中，有限流电阻3-1、3-2、…3-5，有晶体管4-1、4-2、…4-5和控 制部分5.LED芯片1和驱动IC10置于同一基片6之上。

目前，大家知道，环境温度升高一度LED发光亮度减小大约1％， 要实现高品质图象复制，重要的是抑制包括驱动IC10在内的温度升 高。当该输出脉动很大时，其应用仅限于二进制记录。

在图1A和1B所示的已有LED记录头中，通常限流电阻3-1、 3-2…3-5基本上确定包括控制部分5的驱动IC10的温度升高。 由这些限流电阻产生的热通过连接线2传导到LED单元。结果减 小了光发射输出。

限流电阻一旦通过连接线降落到基片上，并通过连接线从基片 与LED芯片连接，那么热便排放到基片上，热传导作用减轻，但连接 线的量变成双倍，当要实现高分辨率和长持续时间的记录头时，从成 本来看是不实际的。

另外，要仅设置这些限流电阻于驱动IC10之外，并将它们置于 与LED芯片1热不相干的位置，必须与驱动IC分立地安装无数芯 片电阻，这样基片本身变得十分笨重，这也是不现实的。

本发明的目的是提供一种如LED头这样的发光器件，驱动该器 件与如LED这样的发光元件相比热效应被大大抑制，而且该器件的 输出起伏较小。

本发明的发光器件含有N个排列的被分成M个发光元件组的 发光元件。在发光元件排列顺序相同的发光元件组中的发光元件之 一端共同连接，并且与连续驱动排列顺序相同的发光元件组中的发 光元件的第一驱动装置相连。发光元件组中的发光元件的另一端以 每一发光元件组为单位共同连接，并且与为每一发光元件组提供的 电阻装置相连。本发明的发光器件还含有与连续驱动每个发光元件 组的第二驱装置相连的电阻装置。

在本发明的发光器件中，所设置的N个发光元件被分成M个发 光元件组，每个发光元件组的发光元件由第一驱动装置连续驱动，并 且发光元件还由每发光元件组的第二驱动装置连续驱动，这样便时 分式驱动N个发光元件使之发光，而且只给每个发光元件组(M)提 供用于发光元件的限制驱动电流的电阻便足够，电阻数可以为 M(＜N)，即使将电阻置于与发光元件分开的位置，与图1A和1B所示 的例子中的给每个发光元件提供电阻的情况相比，由电阻和布线产 生的面积增加可以被大大抑制。

在以上描述的本发明发光器件中，如果将电阻置于与发光元件 热隔离的位置，便可抑制由来自电阻的热而造成的发光元件特性的 起伏。

还有，在上面描述的本发明的发光器件中，如果至少将上述N个 发光元件置于基片的一个主表面上，将电阻置于基片的另一主表面 上，那么发光元件和电阻的热隔离作用会更有效。

另外，如果将发光元件和电阻置于分立基片上，它们间的热隔离 效果也会更有效。

再有，在上述的本发明的发光器件中，如果使把电阻和第二驱动 装置连接在一起的布线图形的宽度大于把发光元件组中的发光元 件与电阻连接在一起的布线图形的宽度，那么热可以主要排放给第 二驱动装置侧上的布线，这样便可抑制到发光元件侧上布线的热传 导。另外，通过给较厚布线图形附加一热辐射材料，可以增强热辐射 效应。

图1A和1B分别是表示已有技术中LED头结构的示意电路图 和剖面图。

图2A是表示本发明LED头的一个实施例的示意电路图，图2B 是相应的剖面图。

图3A是表示一组LED头结构的示意图。图3B是相应的剖面 图。图3C是相应的局部放大图。

图4是表示应用本发明的LED实施例的一个单元电路图。

图5是表示图4LED整个结构的电路图。

图6表示控制LED的控制信号和时序。

图7是表示应用本发明LED头的彩色复印机结构的示意图。

图8包括表示数字图象处理单元312详细结构的框图8A和 8B。

图9是表示LED图象记录单元结构的框图。

图10表示本发明LED头的另一实施例。

下面对一些实施例作详细说明。

图2A是表示本发明LED头的一个实施例的示意电路图，图2B 是相应的剖面图。这里，所示的LED元件每五个为一组(即，假定 LED芯片1上的LED元件数为N个。将它们分成M组，N/M＝5)。

如这些图所示，各发光元件组中的LED元件(1-1到1-5，1-6到 1-10…1-N)是所谓每个发光元件组共负极连接的矩阵式连接，并且 各排列顺序相同(如：1-1，1-6…)的发光元件组中的各个LED元件其 共正极连接。

把各排列顺序相同的发光元件组中的共连接的LED元件的正 极一侧与用于连续时分式驱动各排列顺序相同的发光元件组中的 LED元件的第一驱动装置80(例如：包括移位寄存器和晶体管)连 接。另一方面，把各发光元件组的共连接的负极连接到GND中间限 流电阻(6-1，6-2…6-M)和晶体管(7-1，7-2…7-M)上。由用于分时式 驱动每个发光元件组的控制单元8控制晶体管(7-1，7-2…7-M)。晶 体管7-1到7-M和控制单元8共同构成第二驱动装置。将第一驱动 装置80象LED元件(1-1到1-5，1-6到1-10…)一样置于LED芯片1 上。在驱动IC9中提供晶体管(7-1，7-2…7-M)和控制单元8。

为导通LED元件1-1，由第一驱动装置80扫描LED元件1-1 连接到其上的阳极侧，并给阳极侧施加预定电压，在该时序，由第二 驱动装置8把晶体管7-1导通。同样地，为导通LED元件1-2，由第 一驱动装置80扫描LED元件1-2连接于其上的阳极侧，并给阳极一 预定电压，在该时序，由第二驱动装置8把晶体管7-1导通。用相同 的方式连续导通LED元件1-3到1-5，接着连续给下一发光元件组中 的LED元件1-6到1-10的阳极施加预定电压，在该时序，晶体管7-2 导通。所有LED元件(1-1到1-5，1-6到1-10…1-N)以这种方式连 续导通。控制单元8控制这种时分式驱动。根据给LED元件1-1 到1-5的阳极施加预定电压的时序，控制单元8导通晶体管7-1，但另 外，在给LED元件1-1到1-5连续施加预定电压期间内，晶体管7-1 可一直处于导通状态。在任何情况下，晶体管7-1和控制单元8都驱 动LED元件1-1到1-5组。另外，如图2B所示，LED芯片1、驱动 IC9和限流电阻6-1皆被置于相同的基片60上。

根据这种结构，驱动晶体管7-1在其充电期间承担LED元件1- 1，1-2…1-5，即5元件，限流电阻6的总数(M)可以减少到LED元件 总数(N)的1/5，即是已有技术中限流电阻数的1/5。

结果，如图2B所示，能够把限流电阻6-1置于驱动IC9之外，并 将它与LED芯片1热隔离。在这里，限流电阻置于与设置LED芯 片1的表面相反的基片60的表面上，但该电阻自然也可置于设置 LED芯片1的表面上，条件是在此处由电阻产生的热不会造成问 题。

在使用环氧树脂玻璃基片60时，将安装在驱动IC9之外的限流 电阻6-1安装在LED芯片1的相反表面上，所以基片本身便减轻了 热传输作用。另外，通过把限流电阻安装在同一表面上，利用其它辐 射器冷却限流电阻和使芯片本身防止LED元件的光作用于其它部 分而不是光敏元件才成为可能。

即使在实际安装中，限流电阻芯片6-1仍与LED芯片1本身保 持一定距离，由布线图形来传导热，但要减小热传导作用，有效的是 使从限流电阻到LED芯片1的布线图形区足够大足够厚。另外，在 基片的两表面情况下，要减小热传递作用，有效的是利用布线图形上 靠近限流电阻芯片处的通孔。

下面描述在保证从限流电阻芯片到LED芯片的布线图形区足 够大时的一种结构实例。

在图3A是表示一组LED头结构的示意图，图3B是相应的剖视 图，图3C是相应的局部放大图。

图3A所示的一组LED头中检验到发生热时，如果LED的正向 电压VF是1.6V，电源电压为5V，那么当驱动IC9中的晶体管导通时 加到电阻上的电压为3.4V，这个压降被电阻用来产生热而消耗掉，电 阻的这种热被传导到LED元件，于是形成减小LED元件发光量的 因素。

本实施例的结构主要是通过布线图形传导限流电阻芯片的热 并将之辐射。如图3A和3B所示，使与LED元件邻近的限流电阻芯 片布线图形11a薄一些，使在对侧上的布线图116形厚一些，于是限 流电阻芯片的热便可以尽可能不传到LED元件，具有这种厚度比率， 热便传到较厚的布线图形。如图3B所示这个较厚布线图形侧附加 有散热器10，所以才可能在热传导到LED元件之前将它辐射。

为抑制来自电阻的热传导到布线图形的一种结构是：将电阻置 于基片的背面或使另一布线图形的宽度较大或给另一布线图形侧 附加一散热器，这种结构并不限于图3A-3C所示的LED头，但当它 与温度特性变化较大的发光元件连接时是有效的。

在上述实施例中，公开简化描述了5时分驱动，但如果将本发明 应用到已公开的具有所谓自扫描功能的能以时分方式扫描周围 LED元件的LED时，128时分驱动也是可能的，所以当获得能完成 600DPI～1200DPI数量级的高密度记录的记录头时，实现热隔离是 很有可能的。本段中所说已公开的LED在1990年5月第5期的《电 子信息通信世界》(Electronics Information Communication Society) 中的技术报告OQE89-141″用PNPN晶闸管结构的自扫描型发光器 件”一文中公开过。

图4是表示使用本发明的具有自扫描功能的LED实施例的一 个单元电路图，图5是表示相应的整个结构的电路图。图6表示控 制这种LED的控制信号和时序，还表示一组中的发光元件导通状态 下的实例。

图4中的VGA相当于发光元件的LED单元的电源电压，将该 电源接到通过图4中的电阻R11-R15级联到φS1的二极管D11 -D15的正极。根据本发明，电阻R11-R15、二极管D11-D15转 换发光晶闸管11-15构成第一驱动装置，发光晶闸管21-25构成发光 元件，连接到发光晶闸管21-25共同端的电阻RI1构成有关本发 明的限流电阻。

如图4和5所示，通过应用启动脉冲φ51-3，LED单元1-3开 始运行，来自各个LED单元1-3的发光晶闸管的电流流过电阻 RI1-3。

如图4所示的一个单元LED包含以阵列设置的转换发光晶闸 管11-15和以阵列设置的发光晶闸管21-25，各发光晶闸管共发光控 制极连接，第一发光晶闸管11和21的控制极与φS1的信号输入部 分相连。第二发光晶闸管12和22控制极与连接到φS1端点的二 极管D11的负极相连，第三发光晶闸管13和23与下一二极管D12 的负极相连等等。下面参照图5的时序图说明转换和发光操作。将 φS1从-3V变到0V而开始转换。由于φS1变为 0V，Va＝0V，Vb＝-1.3V(二极管的正向压降为1.3V)、Vc＝-2.6V，Vd和 后续电压变为-3V，转换发光晶闸管11和12的控制极信号分别从- 3V变到0V和-1.3V。由于φ1从0V变到-3V状态，转换发光晶闸 管11的电位在正极变为0V、在负极变为-3V、在控制极变为0V， 这便是发光晶闸管导通条件，即使在转换发光晶闸管11导通状态下 φS1变到-3V，因为转换发光晶闸管11是导通的，Va几乎为0V(因 为通过一电阻给发光晶闸管施加脉冲，当发光晶闸管变为导通时，正 极和控制极间电位变为几乎相等)。因此，即使φS1变为-3V，第一晶 闸管的导通条件不变，并且第一晶闸管的转移操作完成。在这种状 态下，供给发光晶闸管的信号φI1从0V变到-3V，这变得与转换发光 晶闸管11变成导通的条件相同，因此，发光晶闸管21变为导通，于是 第一LED导通。关于第一LED，由于φI1恢复到0V，发光晶闸管 的正负电极间的电位差变为零，发光晶闸管的最低维持电流变得不 能流动，因此，发光晶管21变为关断。

下面说明从发光晶闸管11到12的导通条件的变换。即使在发 光晶闸管21变为关断时，φ1仍为-3V，因此，转换发光晶闸管11保 持导通，转换发光晶闸管11的控制极电压Va几乎为0V，Vb＝-1.3V， 在这种状态下，φ2从0V变到-3V，因而转换发光晶闸管12的电位 在正极为0V、在负极为-3V、在控制极为-1.3V，这样转换发光晶闸 管12变为导通，Vb几乎变为0V。转换发光晶闸管12导通后，φ1 从-3V变为0V，因而象发光晶闸管21变成关断一样转换发光晶闸管 11变为关断。这样转换发光晶闸管的导通态就从11转移到12。在 后来φI1由0V变到-3V时，发光晶闸管22变为导通并发光。因为 除了与导通的发光晶闸管邻近的发光晶闸管之外，控制极电压为- 3V，所以能使发光晶闸管在转换发光晶闸管导通期间一直独自发光 的因素没有变成发光晶闸管的导通条件。关于邻近的发光晶闸管， 由于发光晶闸管变成导通，φI1的电位变为-1.6V(相当于发光晶闸 管的正向压降)，因此，因为在控制极和负极间没有电位差，所以邻近 发光晶闸管不能变成导通。

下面说明应用上述本发明LED头的一种图象形成装置的具体 实施例。

图7是表示应用本发明LED头的彩色复印机的结构示意图，图 8A和8B是表示数字图象处理单元312的结构框图，图9是表示LED 图象记录单元的结构框图。

把图7的彩色复印机分成彩色阅读器部分和打印机部分。本发 明的LED头构成打印机部分的LED驱动单元和LED单元。对此 将在后文中说明。

(彩色阅读器部分)

7的上面部分为彩色阅读器部分。在图7中，附图标记101表示 CCD，附图标记311表示安装CCD101的基片，附图标记312表示包 括除图9的201、202-205部分和图8A中图象处理单元的101部 分之外的其他部分的图象处理单元，附图标记301表示原件支撑台 面玻璃(台板)，附图标记302表示原件供给装置(DF)(还有一种安装 镜面压力板来代替这种原件供给装置302构造)，附图标记303和304 表示照亮原件的光源(卤素灯或荧光灯)，附图标记305和306表示将 光源303和304的光聚集到原件上的反射器，附图标记307-309表示 反射镜，附图标记310表示将来自原件的反射光或投射光聚集到 CCD101上的透镜，附图标记314表示容纳卤素灯303和304、反射 器305和306、反射镜307的托架，附图标记315表示容纳反射308 和309的托架，附图标记313表示与其它IPU连接的接口(I/F)等等。 使托架314和315分别以速度V和V/2沿垂直于CCD101的电扫 描(主扫描)方向的方向运动，从而扫描(子扫描)原件的整个表面。附 图标记300表示复印机的操作部分，附图标记316表示托架314和 315的驱动装置。

图8A和8B是表示数字图象处理单元312的详细构造的框图。 原件支撑台面玻璃上的原件反射来自光源303和304的光，反射光 射向CCD101，并转换成电信号(CCD101、当它是彩色传感器时，它 可以是一种按红、绿、兰顺序一排放置在单行CCD上的红、绿、 兰滤色器结构，或可以是红、绿、兰滤色器置于各自的CCD的三行 CCD，或是一种制成单片的滤色器结构或滤光器是与CCD分立 的)。将电信号(模拟图象信号)输入到图象处理单元312，由钳位和放 大  和S/H和A/D部分102将电信号取样保持，电信号具有钳位在 参考电位的暗级。将电信号放大到预定量(并不限于上述处理顺序)， 再进行A/D转换，例如将R、G和B都转换成8位数字信号。由电 信号补偿部分103对RGB信号作图象黑点调整和黑斑校正，在级连 和MTF校正和原件检测部分104，当CCD101为三行CCD时，在级 连处理时，每行的延迟量是根据读速度调整的，对信号时序作校正， 这样便会因三行读出位置的互不相同而可将它们的读出位置变为 相同；在MTF校正时，因为依赖于读出速度的读出变化的MTF和可 变功率比，可对这种变化作校正；在原件检测时，扫描原件支撑台面 玻璃上的原件，由此识别原件的尺寸。通过输入屏蔽部分105，由已 经校正了读出位置时序的数字信号校正CCD101的光谱特性和光 源303、304及反射器305、306的光谱特性。将输入屏蔽部分105 的输出输入到能随来自I/F部分313的外部I/F单元114的外部I/F 信号而转换的选择器106。将从选择器106输出的信号输入到色空 间压缩和接地照明和LOG转换部分107及接地消除部分115。输 入到接地消除部分115的信号的接地得到消除，此后将它输入到识 别原件中的字是否为黑字的黑字识别部分116，并从原件产生黑字 信号。另外，在输入了选择器106的另一输出的色空间压缩和接地 消除和LOG转换部分107中，色空间压缩判断读图象信号是否在打 印机能复制的范围内，如果在范围内，那么因为图象信号在所说范围 内而被输出；如果它不在范围内，那么校正图象信号，从而使它在打 印机能复制的范围内。然后，色空间压缩和接地消除和LOG转换部 分107进行接地消除处理，并由LOG转换将RGB信号转换成CMY 信号。为了校正由黑字识别部分116产生的信号和时序，通过延迟 部分108，色空间压缩和接地消除和LOG转换部分107的输出信号 的时序得到调整。通过波纹消除部分，这两种信号的波纹得到消除， 并通过可变功率处理部分110，对这两种信号在主扫描方向作可变 功率处理。附图标记111表示UCR和屏蔽和黑字反射部分，关于由 可变功率处理部分110处理的信号，把CMY信号UCR处理以产生 CMYK信号，该CMYK信号由屏蔽处理部分校正成适应打印机输 出的信号，把黑字识别部分116产生的识别信号反馈给CMYR信 号。由γ校正部分112把UCR和屏蔽和黑字反射部分111产生的 信号进行密度调节，然后是由滤波器部分113对其做平滑处理或边 缘处理。由如图9所示的二进制转换单元201将上述处理过的信号 从8位多值信号转换成二进制信号。(转换方法可以是高频脉动法， 误差扩散法和改进误差扩散法之一。)

(打印机部分)

图7的较下面部分表示的是打印机部分。附图标记317表示M 图象形成单元。318表示C图象形成单元，319表示Y图象形成单 元，320表示K图象形成单元。这些单元的结构都是相同的，因而在 这里只详细说明M图象形成单元317，而不再对其它图象单元作说 明。本发明的LED头构成图9所示的驱动装置206-209和LED部 分210-213。

如图7所示，在M图象形成单元317中，附图标记342表示光敏 鼓，在其上由来自LED部分210的光形成潜象。附图标记321表示 将光敏鼓342表面充电到预定电位和预备形成潜象的主充电器。附 图标记322表示将光敏鼓342上的潜象显影来形成调色剂图象的显 影装置。显影装置322包括用来施加偏置而将潜象显影的套管 345。附图标记323表示实现从转印带333背面进行放电的转印充 电器，其中所说转印带可将光敏鼓342上的调色剂图象送到转印带 333上的记录纸之类的东西上。在本实施例中，转印效果很好，因此 不设清洁器单元(当然，即便安装清洁器，也不会有问题)。

下面说明形成图象的过程和记录纸等类似物的作业过程。在拾 取辊339和338的帮助下，纸供应辊336和337把存于盒340和341 中的记录纸等类似物一张一张供给转印带333。所供记录纸由吸附 充电器346充电。附图标记348表示驱动传印带333并与吸附充电 器346成对的给记录纸等类似物充电(以把记录纸等类似类吸附到 传送带333)的转印带辊。附图标记347表示探测转印带辊333上记 录纸前端的纸前端传感器。把纸前端传感器的探测信号作为子扫描 同步信号从打印机部分送至彩色阅读器部分，同时把一视频信号从 彩色阅读器部分送至打印机部分。

此后，由转印带333输送记录纸等类似物，在图象形成单元317 -320中，以MCYK顺序在其表面上形成调色剂图象。通过了K图 象形成单元320的记录纸等类似物靠电荷消除充电器349得以把电 荷去除，从而促使记录纸等从转印带333的分离，此后记录纸等与转 印带333分离。附图标记350表示在记录纸等与转印带333分离后 通过删除(peeling)放电防止图象偏差的删除充电器。然后，分离 后的记录纸等由预定影充电器351和352充电以增加色料的吸附力 和防止图象偏差，然后靠定影装置334记录纸等得以使色料图象热 定影，之后将其送到纸送出盘335。

下面说明LED头的图象记录。如图9所示，由图8A和8B的图 象处理单元产生的二进制CMYK图象信号和由二进制转换单元 201根据纸前端传感器347的纸前端信号产生的信号，能根据纸前端 传感器和由延迟部分202-205调整的各图象形成单元317-320间的 距离差在预定位置印制四种颜色。IED驱动装置部分206-209产生 驱动LED中分210-213的驱动信号。以排排列的发光射元件(LED 部分)发光或根据记录信号(图象信号)关断，由此实现在光敏鼓上的 记录。

图10表示本发明LED头的另一实施例。

图10表示的LED头是一个具有包括多个按排设置记录元件的 记录元件阵列的记录头，根据要记录的记录信号，通过控制记录元件 该记录头能实现记录，其中记录元件阵列和驱动记录元件的驱动元 件载于分立基片上，承载记录元件的阵列的基片和承载驱动元件的 基片靠布线连接在一起。

在图10中，附图标记401表示一个发光元件阵列芯片，其中在相 同晶片上按排形成多个发光元件(LED元件)。发光元件阵列芯片 401有带自扫描电路的第一驱动装置，该发光元件阵列芯片401是能 够由每个发光阵列芯片的发光信号和三个扫描信号来连续发光 的。在基片402上按排载有多个这种发光元件阵列芯片401。

附图标记404表示有驱动发光阵列芯片401的第二驱动装置的 驱动IC。在本实施例中，设计成由驱动IC404驱动五个发光元件阵 列芯片401。这些驱动IC404由与承载发光元件阵列芯片401的基 片402分立的基片406承载。在基片406上，除载有驱动IC404外， 还载有限制驱动电流的限流电阻R。一个这样的限流电阻R是一 个发光阵列芯片401所必需的，这正如先前对图2A和2B所作说明， 给相应的每个发光元件阵列芯片401提供一个这样的限流电阻R。 在基片406上，还有用于与外部连接的连接器和聚光器(未示出)。基 片402和406由布线连接在一起，这里利用柔性电缆403连接。

如上所述，发光元阵件列芯片401具有自扫描功能。因此，安装 发光元件阵列芯片401的基片402和安装驱动IC404的基片406间 的连线数能减小到已有技术的几十分之一。因此，一般的电线束、 电缆等可用于两基片402和406间的连线，这能使发光元件阵列芯 片401的基片402和驱动IC404的基片406保持距离等等。

另外，不仅基片406上的限流电阻R和驱动IC404的热要传导 到基片402是困难的，而且限流电阻R和驱动IC芯片404还能与光 发射元件阵列芯片401保持距离，这样与已有技术相比其对发光元 件阵列芯片401上的影响便能明显减少。因此，在发光元件阵列芯 片401中可获得热稳定的发光输出。另外，由于承载发光元件阵列 芯片的基片402不必用热膨胀系数特别小的基片制作，所以成本可 以降低。

如上所述，根据本发明，与已有技术相比，电阻数可大大减小；即 使把电阻置于与发光元件分开的位置，与给每个发光元件提供电阻 的情况比，电阻和布线面积的增加也能得以抑制。

如果电阻和发光元件分别在分离基片上，并处于热隔离的位置， 那么由来自电阻的热引起的特性起伏便能得到抑制。

另外，如果把前述所设的至少N个发光元件置于基片的一个主 表面，电阻置于该基片的另一主表面，那么发光器件和电阻的热隔离 效果会更有效。

再者，如果使连接电阻和第二驱动装置的布线图形的宽度大于 把发光元件和电阻连接在一组中的布线图形宽度，那么热能主要排 放到第二驱动装置侧上的布线上，对发光元件侧上布线的热传导 可得以抑制。