JPH02178061A - 感熱記録ヘッド - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は感熱記録ヘッドに関し、さらに詳しくは光の照
射によって発熱させる感熱記録ヘッドに関する。

従来の技術 ］ンピュータやいわゆるワードプロセッサなどで、サー
マルプリントヘッドを用いる感熱記録装置が広く用、い
られている、第８図に典型的な従来例の感熱記録装置１
のブロックダイヤグラムを示す、感熱記録装置１のサー
マルプリントヘッド２には、たとえば８個または１６個
または３２個／ｍｍなどの密度で微小な発熱抵抗素子３
が多数配列されている。この発熱抵抗素子３は、駆動回
路４によって通電／遮断が行われる。駆動回路４には、
データおよびクロック信号が入力されるシフトレジスタ
５がらのパラレルデータを個別に保持する複数のラッチ
回路６からのデータが、イネーブルゲート７を介して与
えられる。ラッチ回路６にはラッチ動作を規定するラッ
チ信号が与えられ、イネーブルゲート７にはイネーブル
信号が与えられる。

発熱抵抗素子３に個別に電圧信号パルスを印加して、た
とえば３００℃程度に発熱させることにより、このサー
マルプリントヘッド２とプラテンローラとの間に挟まれ
る感熱紙に、あるいは感熱インクリボンを介して普通紙
に記録する。この発熱抵抗素子３の寸法および配置密度
は、実際に記録紙または普通紙に記録を行う際の記録ド
ツトの寸法および密度にほぼ近く、記録される画像の解
像度を規定するものである。たとえばＧｌ［型ファクシ
ミリ装置のようにドツト密度８ドツト／　ｍ　ｍの場き
、発熱抵抗素子３の寸法は一般に最大的１００μｍ程度
であり、したがって１２５μｍピッチで発熱抵抗素子３
を配列する必要がある。また各発熱抵抗素子３の間は相
互に電気的に絶縁されるのは勿論である。

このようなサーマルプリントへラド２を用いる従来技術
では、Ｑｌｌ／型ファクシミリ装置のように高速記録（
数秒／Ａ４［記録紙以下）や、高解像度（１６ドツト／
　ｍ　ｍ以上）が要求される場合には、これに対応でき
ないという問題がある。また近年、コストダウン等の目
的で電気絶縁性基板上へこのような発熱抵抗素子とその
駆動回路とを一体形成する技術が採用されつつある。こ
のような渇き、駆動回路は、電気絶縁性基板上に形成さ
れた半導体薄膜で形成されたいわゆる薄膜トランジスタ
（Ｔｈ１ｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ、以下Ｔ
ＦＴと称する）で構成される。前記半導体薄膜がポリシ
リコンやアモルファスシリコンで形成されるため、結晶
シリコンに比較してキャリアの移動度が低く、十分な動
作速度と駆動電流とが得られないことになる。

また発熱抵抗素子や駆動回路などの回路パターンを微細
化する必要があり、格段の集積度が要求される。したが
って大幅な製造コスト・の増大や信頼性の低下を来して
しまうことになる。特に発熱抵抗素子は、比較的大面積
の発熱抵抗層上に駆動用電極が、上記素子寸法程度の間
隔をあけて配列され、これらを摩擦保護膜が被覆する構
成となっている。したがって前記対向した電極の端部は
近で段差が形成されるため、このサーマルプリントヘッ
ド２に感熱紙などが押圧された際、前記摩擦保護膜に微
小なりラックが生じ、このような京擦保ｕｍの破損ひい
てはサーマルプリントヘッド２の損傷にまで至ってしま
う場きがある。

また感熱記録装置で、光学反射濃度りがＯまたは１、す
なわち白黒印字を実現するに必要な記録エネルギは１０
０ｍＪ／ｍｍ”程度であり・後述する電子写真記録技術
における記録エネルギ１０５〜１０−’ｍ　Ｊ　／　ｍ
　ｍ　２と比較し１０６倍以上のエネルギを要している
。

このような第１の従来技術の感熱記録装置に対して、第
２の従来技術として光プリンタ記録装置と称される技術
が採用されている。これは電子写真記録技術において感
光体に静電潜像を形成するに当たって、半導体レーザや
発光ダイオード（ＬＥＤ）や、あるいは液晶シャッタア
レイなどを用いる技術である。すなわち、予め帯電され
た感光ドラム上を微小なスポット状光束により走査し、
静電潜像を形成する。これに現像装置の現像剤を吸引さ
せ顕像化して決、普通紙に転写装置にて転写する。転写
後の普通紙は定着装置を経て排出され、感光ドラムでは
残留したトナーや静電気が除去される。を子写真技術で
の記録エネルギは通常１０−５〜１０−’ｍＪ／ｍｍ２
程度である。

発明が解決しようとする課題 このような第２の従来例では、サーマルプリントヘッド
を用いる場合と比較し、高速、高画質といった優れた特
徴を発揮できる一方、感光ドラ１１やこれに付随する前
記現像装置、転写装置、定着装置および廃トナー回収装
置などが必要となり、構成が大形化してしまう、また構
成が複雑になるため、保守作業も煩雑になってしまうと
いう課題があった。

本発明の目的は、上述の技術的課題を解消し、構成が格
段に小形化できるとともに、解像度を格段に向上するこ
とができる感熱記録ヘッドを提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、透光性を有する基板と、 基板の一表面上に形成される一方電極と、一方電極上に
形成され、透光性を有する光導電層と、 光導電層上に形成される他方電極とを含み、上記一方電
極と他方電極との間に電圧を印加した状りで、基板に光
導電層とは反対側から光を照射し、光導電層の光照射領
域におけるインピーダンスを低減して通電させ、発熱さ
せるようにしたことを特徴とする感熱記録ヘッドである
。

作　　用 本発明に従う感熱記録ヘッドは透光性を有する基板上に
、一方電極と光導電層と他方電極とがこの順序に積層さ
れて構成される。一方電極と他方電極との間に電圧を印
加した状態で、基板に光導電層と反対側から光を照射す
る。光導電層において基板からの光が照射された照射領
域ではインピーダンスが低下し、上記一方電極および他
方電極の間で通電する。これにより照射領域の光導ｔＪ
ｌ！１がＱ熱し感熱記録を行うことができる。

このような構成では、表示上の記録ドツトに対応する大
きさの微細加工を行う必要がなく、構成が格段に簡略化
される。またこのような感熱記録ヘッドの走査は、基板
に照射される光により行われるので可及的に高速化する
ことができる。また解像度は照射される光のビーム径に
依存し、適切な光学系を採用することにより、このよう
なビーム径を適宜選ぶことができる。

実施例 第１図は本発明の一実施例に従う感熱記録装置１１の構
成を示す系統図である。第１図を参照して、感熱記録装
置１１について説明する。感熱記録装置１１は、プラテ
ン１２に後述するような構成と作用とを有する本発明の
一実施例の！５熱記録ヘッド１３を押圧し、これら、に
挾まれる感熱記録紙（以下、記録紙と略す）１４に記録
を行う。

感熱記録装置１１には、レーザ光を発生するレーザ光発
振器１５が備えられ１発生されたレーザ光はコリメート
レンズ１６およびシリンダレンズ１７を介してポリゴン
ミラー１８に入射する。ポリゴンミラー１８は、図示し
ない駆動装置によって第１図矢符Ａ１の方向に回転駆動
され、反射されたレーザ光はｆθレンズ１９およびシリ
ンダレンズ２０を介して、感熱記録ヘッド１３を第１［
２Ｉ左右方向に走査する。このレーザ光はたとえばコン
ピュータやワードプロセッサなどのデータ入力部２１か
ら入力されるデータが、タイミ〉・グ制御部２２で変調
されてレーザ光発振器１５に供給され、照射／停止を断
続する状態に発生される。

第２図は感熱記録ヘッド１３の平面図であり、第３図は
第２図の切断面線■−■から見た断面図であり、第４１
１Ｚは第３図の切断面線ＩＶ’−４から見た断面図であ
る。これらの図面を併せて参照して、感熱記録へラド１
３について説明する。！８熱記録ヘッド１３は、たとえ
ばサファイヤなどの材料から形成される基板２３を含む
、基板２３は、その他にガラス板、石英板、水晶板など
、使用される波長の光に対して十分な透過性を有し、か
つ十分な放熱ｆｌＥ用を有する比較的高い熱伝導率を有
する任意の材料から形成されてもよい、また基板２３を
形成する材料の熱伝導率が高い場き、基板２３の表面に
比較的熱伝導率の低い蓄熱層２４を、層厚ｄｉ（たとえ
ば数μｍ〜数十μｍ）で形成してもよい、このような蓄
熱層２４は、たとえばＳｉＯ２ガラスなどから形成され
る。

このような感熱記録ヘッド１３がいわゆるラインヘッド
の場合、基板２３の主走査方向く記録紙１４め幅方向）
の長さＬｌは使用される記録紙１４の最大幅より長く、
たとえば数十ｍｍ〜数千ｍｒｎ　、好ましくは１００　
ｒｎ　ｍ　〜１　、５　ｒｎの範囲内に選ばれ、また基
板２３の幅（副走査方向すなわち、記録紙１４の通過方
向に沿う長さ）Ｗｌは、記録紙１４上の記録ドっトサイ
ズより長く、数百μｒｎ〜数百ｒｎ　ｍ　、好ましくは
１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内に選ばれる。

このような基Ｗ、２３の蓄熱層２４ｇに、蒸着技術やス
パッタリング技術などによって、全面にわたって透明電
極２５を形成する。この透明１極２５はたとえばＩＴＯ
（インジュウムｎ酸化物）、ＳｎＯ□、ＩｎｚＯ，など
から形成される。この透明電極２５上に、プラズマＣＶ
Ｄ法などの各種成長技術やスパッタリング技術、蒸着技
術などの成膜技術によって、比較的高い抵抗率ρ（１を
有する光導電層２６を形成する。この光導電層２６は、
たとえばアモルファスシリコン、アモルファスシリコン
合金系材料や、また微結晶シリコンやボリシリコンなど
から形成される。この光導電層２６は後述するように光
が照射されたｉ８ｉ域で、その抵抗率が１桁〜５桁（本
実施例では３桁〉減少する牛用を有する。

光導電層２６上に全面にわたって上部電ｇｉ２７を、想
定される光ビーム３６のビーノ、径Ｒ１とほぼ同程度の
幅Ｗ２（たとえば数μｒｎ〜数百μｍ、好ましくは３０
μｍ〜２００μｒｎ　）に形成する。

この上部電極２７は、たとえばＡｕ、Ａ１．Ｃｒ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｎｉなとの金属材料から形成される。

その長さＬ２は、実際の記録に預かる記録領域２８の長
さＬ３と、後述するようにリード線が接続される接続鎖
酸２９の長さＬ４とを併せた程度となる。

また上記上部電（至）２７の記録領域２８を被覆して、
通常のナーマルプリントヘッドを製造する際に一最に用
いられる耐摩耗膜と保護膜とが、スパッタリング技術な
どによって一体的に形成された摩耗保護膜３０を形成す
る。耐摩耗性材料としては、たとえばＴ　ａ　２０　ｓ
、Ｓ　ｉ　Ｃ、Ａ　ｌ　２ｏ　ｓなどであり、また閑譚
膜材料としてはたとえばＳｉＯ□、Ｓ　ｉ　。

Ｎ、などである、一方、基板２３の蓄熱層２４とは反対
側表面には、反射防止膜３１を形成してもよい、この後
、上部電極２７の前記接続領域２９と透明電極２５とに
リード線３２．３３を接続し、その間にｒＭ閏スイッチ
３４および定電圧源３５を接続する。リード線３３は接
地される。

このように構成された感熱記録ヘッド１３を、感熱記録
装置１１内の暗所に配置し、開閉スイッチ３４を導通状
態として光導電層２６に電圧を印加する。感熱記録ヘッ
ド１３が十分に暗い環境にあれば、光導電層２６には微
小な暗電流が流れるのみであり、光導電、１１２６の発
熱は防がれる。

一方、記録紙１４に記録を行うに当たっては、データ入
力部２１からのデータに基づいてレーザ光発振器１５か
らレーザ光を発生する。上記感熱記録ヘッド１３の基板
２３にレーザ光の光ビーム３６を照射して、光導電７１
１２６中に局所的に通電部位を形成し、当該部位にて発
熱を得る。

第５１１Ｊは感熱記録ヘッド１３に光が照射されて発熱
するメカニズムを説明する断面図であり、第６１１ｆｆ
ｉは本実施例の動作を説明するタイミングチャートであ
る。第５図および第６図を併せて参照して、第６１１（
３＞の時刻ｔ１で開閉スイッチ３４を導通状態とし、透
明電極２５および上部電極２７の間に電圧■を印加する
。光導電層２６は前述したように比較的大きな抵抗率ρ
ｄを有しており、微小な暗電流が流れるのみである。こ
こで第６図（１）に示すように、記録紙上の記録ドツト
サイズに対応するサイズに選ばれる光導電層２６におけ
る照射領域３８に、光キャリアを発生するに充分な期間
Ｔｌ（たとえば０．０１μｓｅｃ〜数μｓｅｃ、具体的
には１μｓｅｃ程度）だけ、基板２３を介して光導電層
２６に光ビーム３６を照射する。

照射領域３８には、第５Ｉ２！（１）に示すように電子
と正孔からなる光キャリア３７が発生し、照射領域３８
は前記抵抗率ρｄよりも格段に小さな抵抗率ρρを有す
ることになる。したがって照射領域３８において、透明
電１１！２５と上部電極２７との間に電流が流れてジュ
ール熱が発生する。

第６（２Ｉ（１）の時刻上３で光ビーム３６が遮断され
ても照射領域３８は高温であり、したがって第５図（２
）で示すように電子と正札からなる熱キャリア３つが発
生する。これ以降、記録データに対応した位置毎で、第
６図（２）に示すように時刻ｔ４〜ｔ５の期間Ｔ１で光
ビーム３６の照射が行われる。

ここで前記照射領域３８が、第２図示のような平面視に
おいてたとえば１００μｍ×１００μｍの大きさであっ
て、このような照射領域３８が感熱記録ヘッド１３上に
たとえば２０００ドツト設定される渇きを想定する。こ
のようなＪ％き、前記光ビーム３６の感熱記録ヘッド１
３の全長にわたる走査時間は約０．２ｍ５ｅｃである。

前記時刻ｔ２以降、光導電７Ｉ２６の発熱により感熱記
録紙や感熱記録リボンなどの発色に必要な時間Ｔ３（た
とえば２ｍ５ｅｃ）を経過後、時刻ｔ６で前記開閉スイ
ッチ３４を遮断する。

また、発色開始時間はドツトによりｔ２やｔ、となり、
最大ビーム走査時間だけ異なってくる０発色終了時間が
閉じであるため、濃度ムラが生じないよう予め光導電層
作成時に抵抗値ρｐに勾配をつけておいた方がよい。

これにより、前述した熱キャリア３９へ対する励起電圧
が消去されたことになり、放熱による温度低下により光
導電層２６における熱キャリアは消滅する。これにより
光導電７１２６は全面にわたって前記抵抗率ρｄとなり
、初期状態に復帰する。

これを繰返し行うことにより、感熱記録紙１４上に１ラ
イン毎の印字を逐次的に行うことができる。

第７図は光導電層２６における発熱現象に要する記録エ
ネルギを説明する図である。光導電層２６の層厚をｄ ｄ＝１μｍ＝１０−’ｃｍ　　　　　　　　　、、、　
（１）とし、また光ビーム３６による照射領域３８の前
記主走査方向のドツト幅ｌを １　＝１００．ｕｍ＝０．０１ｃｍ　　　　　　　−（
２）とし、また副走査方向のドツト幅ｍを ｍ＝１００μｍ＝０．０１ｃｍ　　　　　　　＝１３）
とする。

光導電層２６の光伝導度を暗中で、 σｄ＝１０”’Ω−’ｃｍ−’　　　　　　　　　・−
（４）また、照射された光工本ルギが１０１〜１０−’
ｍＪ／バｌ　ｍ　２のときの光伝導度を、σｐ＝１０−
’Ω−’ｃｍ−’　　　　　　　　　　＝１５＞とする
、第３式および第４式から、前記抵抗率ρｐ　、ρ（１
は、 ρｐ＝１／σｐ　　　　　　　　　　　　　・・・（６
）ρｄ＝１／σｄ　　　　　　　　　　　・・・（７）
であり、したがって照射領域３８における抵抗値ｒ、お
よび非照射領域における抵抗値ｒ　４は、で示される。

一般に、サーマルプリントヘッドの記録エネ・ルギは１
００　ｍ　Ｊ　／　ｍ　ｍ　”であると言われており、
これは１発熱抵抗素子（ドツト）あたりｌ　ｒｎ　Ｊ　
、／ｄｏｔ　（ただし１ドツトの寸法を１００μｒｎ　
Ｘ　１００μｍとする）である、ここで１ドツトの通電
時間が２ｍｓ　ｅ　ｃのとき、１ドツト当たりの記録電
力は０．５ｗａｔｔ／ｄａｔとなる。

一方、本実施例においては、照射領域３８の発熱に必要
な印加電圧■は、 ■２７′ｒ＃＝Ｗ１１．（ｌＯ） から、 Ｖ＝　Ｊ７７７Ｗ＝　、１ズＰフて７１崎７０　［Ｖ］
　　　・・・（１１）となる、このとき非照射領域の消
費電力は、Ｗ＝Ｖ２／ｒ、　　　　　　　　　　　　　
−（１２）から、 Ｗ＝４．９ンン１０３／１０’ ’ｖｏ、５　Ｘ　１０−’　ｗａｔｔ／ｄｏｔ　　　　
　　　　・−（１３）これにより、光導電層２６の第７
図左右方向長さかだとえば２００ｍｍであれば、暗電流
による全体の電力消費量ΔＷは、照射領域３８が２００
０ドツト配列されることから、 ΔＷ＝０．５Ｘ１０弓Ｘ２０００＝１ｗａｔｔ　　　　
−（１４）程度に抑制される。この暗電流による消費電
力をさらに抑制したい場き、光導電層２６を半導体ダイ
オードのＰＮ構造またはＰＩＮｆｌｌ造とし、印加電圧
３５の極性がダイオードの阻止方向になるようにすれば
よい。

以上のような構成と作用の感熱記録ヘッド１３を有する
感熱記録装置１１では、下記のような利点が得られる。

（ａ）高解像度、高画質が得られる。すなわち感熱記録
ヘッド１３への画像の書込みの際の照射領域３８の大き
さおよび、感熱記録ヘッド１３から記録紙１４への記録
時の記録ドツトの大きさなどは、光ビーム３６のビーム
径Ｒ１で決定される。したがって適切な光学系を選択す
ることにより、所望の解像度および画質を得ることがで
きる。

（ｂ）感熱記録ヘッド１３におけるデータの書込み走査
は、たとえば半導体レーザなどによる光ビーム３６によ
って行うため、電気的構成による走査よりも格段に高速
化が容易である。

（ｃ）従来技術で述べたようなサーマルプリント・ヘッ
ドのように、発熱抵抗素子３をドツト毎に電気的に分離
して製造する必要がなく、製造過程を格段に簡略化でき
る。とりわけ、記録ドツト密度が高いほど効果が大きく
なる。

（ｄ）従来技術の項で指摘したような、サーマルプリン
トへノド２における耐久性を阻害する表面の凹凸が解消
されるため、耐久性および信頼性を格段に向上できる。

（ｅ）たとえば、電子写真記録装置などと比較し、現像
装置や転写装置および定着装置などが不要となり、構成
が格段に簡略化される。

（ｆ）電子写真装置などと比較し、現像剤の補給や各種
放電装置などに関する保守作業が不要となり、フリーメ
ンテナンスが達成される。

（ｇ）感熱記録ヘッド１３を製造するに当たって、たと
えば、サーマルプリントへ・７ドを製造するように多数
回のフォトエツチング処理を必要とせず汚染が防止され
る。すなわち薄膜のパターン化には、ホトレジストを用
いてパターン形成する。このようなホトレジストは水洗
いなどで清掃されるが、このような渇きに表面が汚染さ
れたり、または変質されたりする渇きが多い０本実施例
では、このような変質低下要因が解消される。

（ｈ）本実施例では、感熱記録ヘッド１３へのデータの
書込みと記録紙１４へ５の印字が同時となり、データ入
力と記録紙１４への記録の応答性が格段に向上される。

感熱記録ヘッド１３への書込みを行う光は、レーザ光に
限らず発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイや液晶シャッタ
アレイなどを感熱記録ヘッド１３に近接または密着させ
て配置して得るようにしてもよい、この渇き、各発光ま
たは照射ドツトの照射時間は各ドツトが独立して同時刻
動作可能であるため、前記１７時間より十分に長い発色
時間Ｔ。

近くまで利用することができる。そして、どのドツトに
対しても同一発色時間が得られる。

発明の効果 以上のように本発明に従えば、表示上のドツトに対応す
る大きさの微細加工を行う必要がなく、構成が格段に簡
略化される。またこのような感熱記録ヘッドの走査は、
基板に照射される光により行われるので、可及的に高速
化することができる。

また解像度は照射される光のビーム径に依存し、適切な
光学系を採用することにより、このようなビーム径を適
宜選択することができ、高解像度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１１２１は本発明に従う感熱記録装置１１の構成を示
す系統図、第２図は感熱記録ヘッド１３の平面図、第３
図は第２図の切断面線■−■から見た断面図、第４図は
第３図の切断面線■−■から見た断面図、第５（２Ｉは
本実施例の原理を説明する断面図、第６図は本実施例の
動作を説明するタイミングチャート、第７図は本実施例
の効果を説明する口、第８図は典型的な従来技術の感熱
記録装置１の構成を説明するブロック図である。 １１・・・！８熱記録装置、１３・・・感熱記録ヘッド
、１５・・・レーザ光発振器、２３・・・基板、２５・
・・透明電極、２６・・・光導電層、２７・・・上部電
極、３６・・・光ビーム、３８・・・照射領域 代理人　　弁理士　画数　圭一部 第　１　図 第　５　＝ 第 ６ニ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 透光性を有する基板と、 基板の一表面上に形成され、透光性を有する一方電極と
   、 一方電極上に形成される光導電層と、 光導電層上に形成される他方電極とを含み、上記一方電
   極と他方電極との間に電圧を印加した状態で、基板に光
   導電層とは反対側から光を照射し、光導電層の光照射領
   域におけるインピーダンスを低減して通電させ、発熱さ
   せるようにしたことを特徴とする感熱記録ヘッド。