CN85108819A - 改进传真电报书写头 - Google Patents

Abstract

一个传真电报的书写头在高电压加到所选择的书写刻针上时，能够在记录介质上连续地划线。书写头包含有一个基片，在这个基片上采用薄膜沉积技术集成制作了刻针电极，多路驱动电路和有源器件，每根刻针有一个高压薄膜晶体管和一个锁定电路，用来在整行书写时间内保持高压晶体管状态。

Description

本发明提出一种薄膜高压传真电报书写头，它用来以连续书写的方式，把信息记录在记录介质上。特别是该书写头由各种薄膜元件组成，它包括集成在一块大面积基片上的刻针电极，驱动电路和晶体管开关元件等。上述连续书写过程是利用包括锁定电路在内的各种开关元件的排列来实现的，锁定电路是接在和每个刻针组合的高压晶体管上。

传真电报书写系统是大家熟悉的。它的书写头通常由成千个排成直线阵列的刻针组成，它利用高电压通过一个微细的空气气隙向导电电极放电，依次产生信息光栅线。假如在刻针和导电电极之间插入一张绝缘记录介质，那么在介质表面上保留着因放电形成的看不见的静电电荷区，而后利用“墨水”（液体或粉末状）使电荷区成为可见区，并且，在静电吸引的作用下把电荷区固定在介质上。然后，用任一种方法把可见的图象固定在介质上，以产生永久的记录。

一种通常形式的传真电报书写器是由一个双电极系统组成，其中书写头的刻针由第一列记录电极组成，该记录电报与分段的由支持电极组成的第二列电极相分开但又相互合作，这样的系统在Epstein等人的美国专利NO.2，919，171和Lamb发明的美国专利NO.3，771，634中有图示和说明。记录介质在与支持电极接触的导电层电极阵列和离开记录电极有一个空气气隙的电介质电荷保持层之间通过。为使记录介质充电而把重合电压统组合在一起的这种安排使寻址电路大为简化。

给定极性的讯号信息电压是加至新选择的刻针电极上，而相反极性的附加寻址电压是加到支持电极上。然而并不是单独的信号电压或者单独的寻址电压都是以使记录介质充电，只有把二个电压同时直接加到介质时，这个合成总电压才会在空气隙间引起放电或击穿，使静电电荷加到电介质层的表面，把数千个刻针电极分成组，再把每个组的相同编号的电极连在一起，以便在每个组的各个相同编号的刻针能接收到相同的信号信息电压，每个组都把单个分段的支持电极记录下来。在同时寻找正确支持电极地址时，只有通过电流的支持电极的那一组中的刻针会把电荷加到记录介质上，这样一来，就可以以相对短的书写时间利用每个电极逐组地寻找一行信息地址并书写一行讯息。

应当看到，因为需要复式电极阵列通常的双电极传真电报系统是一个相当复杂的结构，所以双电极传真电报系统造价昂贵，为了降低结构上的复杂性，在美国Tagana的专利NO4，030，107和美国B    Bronn等人的专利，4，058814to中曾经提出采用单电报书写头的传真电报系统，其中每个书写刻针有它自己的开关，并由一个合适的多路电路分别去驱动，虽然该利系统比以前的更复杂的方法是个进步，但是他们通常采用需要大量接线头和提高其造价的混合技术。

本发明的第一个目的是提供一个改进的传真电报书写头可以用薄膜制造技术制造，这样的书写头将是致密的、低廉的、高产的、同时还可以是极高的刻针密度，本发明的另一个目的是提供刻针寻址电路，它只需要最少的接线头来把电路外部接到书写头上。本发明的再一个目的是提供一个书写头，它的电极阵列中的每个刻针被一个锁定电路和一个高压薄膜晶体管所控制，该晶体管允许每个刻针在书写时间内，保持它的充电电压，直到晶体管不再被锁定，这样使得书写过程可以连续进行。

本发明是可以实现的，其中一个方案是要有一个具有一列划线电极的传真电报划线头，要有连到每个划线电极上的高压晶体管，该晶体管有一个源电极，一个漏电极和一个栅极，要有连到每个高压晶体管栅极上的锁定电路，以及要有数据输入装置，以便在很短的行频时间内通过锁定电路在高压晶体管栅极上有选择地装入写或不写的信息，而锁定装置则在整个行频时间内把信息维持在高压晶体管上。可以用薄膜制造技术把划线电极高压晶体管锁定电路和数据输入装置集成在一块大面积基片上。

本发明的其他一些目的，深入的特点以及各种优点将在下面各条中连同相应的图在一起将有更具体的说明：

图1所示为传真电报书写系统的充电装置透视图。

图2所示为和图1相同的放大透视图，图中表示了书写头和记录介质的关系。

图3所示为本发明完整的薄膜书写头的示意图，示出刻针电极薄膜开关元件和多路开关装置。

图4所示为在本发明书写头中所使用的薄膜高压晶体管的侧视立视面。

图5和图6所示为另一形式完整的薄膜书写头示意图。

注意参考这些图。图1说明了传真电报书写系统10的各有关部件，书写头12是用来把静电电荷图象沉积在记录介质14表面，其沉积方法将在下面作较详细地说明。从图2中能够看到，记录介质由一层电介质层16和一层导体层18组成，这个结构仅仅是记录介质的一种型式，记录介质可以采用传统的型式，只要为了保持电荷记录介质层毗速书写头，而且为了沟通参考电位源的电气通道，导电支持层连接电介质层的话。

记录介质带14是用来放松补给卷筒20并按箭头22的方向前进。跳滚24为记录带提供了合适的伸长长度，在书写头12两侧的导滚26和28控制着该处记录介质带的合适导角，参考电位源30（图示为接地）通过合适的极靴32和导电返回层20在电气上相联接。

如上所述，我们的书写头由一个三明治式的夹层组成，它包括一个基片层34和保护绝缘外层38，在基片34上附有一组薄膜导电刻针电极36，在书写头的边缘和记录介质接触处，导电刻刻针两端暴露于外，并和介质表面保持一条空气间隙，通过过道间隙发生选择性的电离放电。

薄膜刻针的尺寸可按照打印机所希望的分辨率而变化，当分辨率为每英寸400条线时，每根针大约1.5米尔（mils）宽，每个刻针之间的间距约为1.0米尔，它们沉积在基片上的厚度约为1000埃（1000A°）到10微米之间，很明显本发明的电子驱动器使得连续的书写过程允许使用具有改进划线性能的极薄刻针电极。只有薄膜制造技术才能提供更高的分辨率，应当记住，传统的传真电报书写方法不连续书写，要求刻针电极的纵横比大约为1∶1（通常为几个米尔厚），以便当送进记录介质时，能使从一行到另一行的标记有足够的重选。

由于全部书写头元件都采用标准的薄膜沉积方法集成制造在基片34上（见图3）所以书写头12造价十分便宜。每根刻针36都和高压薄膜晶体管40薄膜负载电阻41和低压薄膜晶体管42相联接，书写数据是通过由地址母线（A）44和数据母线（D）46组成的多路驱动电路装置。

在有关专利申请书中，美国专利号639，983以Hsing    C，Tuan和Malcotm    J.Thompson名义于1984年8月13日申请的题为“流体喷射助推离子投影成象系统”一文中，揭示了一种供不同划线过程用的把类似的多路驱动电路组合在一起的划线头。在另外有关的专利申请号NO，588488，以Hsing    C、Tuan于1984年三月二十一日申请的题为“改进高压薄膜晶体管”一文中揭示了新型高压薄膜晶体管结构。为叙述方便这里只说明一种这类器件，如图4所示。

我们已经发现非晶半导体材料〔如非晶硅（a-si∶H）〕是唯一适用于新型高压和低压晶体管所要求的运行特性和制造特性。就大面积有源和无源薄膜器件（例如在玻璃聚酸胺或其它合适基片上）的制造成本相对便宜这一点看，就有可能提供一种成本低的书写头，其中在阵列上的每个刻针是分开寻址的。因而，我们设计了一种把高压薄膜晶体管（前面已提到这种类型和锁定装置组成在一起的电路，它同每一刻针联系在一起，以便把书写信号加到有关的刻针电极上和在开关之前继续把电荷维持在刻针上。

简单地说，高压薄膜晶体管40（见图4）的工作原理基于电荷载流子的流动，在栅极54控制下，电荷载流子从邻近的源极50经过电荷载流子转移层48到达横向偏移的漏极52，栅极和源电极被相互调准在转移层的两边，而栅极则通过电介质层55和转移层隔开。采用这种唯一的结构，在源极和漏极之间流过转移层的电流是由加加到栅极54上的电压从0伏或10伏到30伏的开关转换数据位来控制。

如图3所示，高压薄膜晶体管40的锁定部件是低压薄膜晶体管42。高压薄膜晶体管40的栅极54接到低压薄膜晶体管42的漏极56上，而低压晶体管的栅极58接到地址母线44上，它的源极60接到数据母线46上。于是，加到数据线路上的信号信息有选择地锁定高压晶体。

通过多路电路把地址母线和数据母线的根数减到最少，其结果就把和外部联结的所需的接线头数降到最低值接线头决定于外部集成电路地址母线驱动器62和地址母线44之间的需要和外部集成电路数据母线驱动器64和数据母线46之间的需要情况。

具有n根刻针《每根刻针都与一对高低压开关相连）的书写头阵列的多路排列组成了p组刻针，每组有q个刻针（这里n＝p×q）;因而有p根地址母线（A₁到A_p）每一根地址线都用来对所选定的组进行寻址，而q根数据母线（D到D_q）中的每一根母线都可以将信号加到相同编号的刻针电极（E）上。

地址母线44是按顺序通电流的，例如当一个工作信号加到地址线Am，即第m（1≤m≤p）根地址母线上时，为了导通（导电条件）在第m组中每一根q低压开关，在低电压晶体管栅极58₁到58_q上加一个5到40伏的电位。其余各组低压开关保持截止（非导通条件）。因此，在数据线D₁到D_q的信号信息通过在第m组的低压晶体管送到在第m组的高压晶体管40的栅极54上α在这种情况下，信息从一个组到另一个组按顺序输入而后重复。这里能够看到，在书写的全部时间内，即在给定组的编址和重新编地址的书写这段时间内锁定了，给定组的高压晶体管40。采用图5所示电路，同时给全部高压晶体管加负载也是可能的。由n条地址线44和p条数据线46所组成的多路器被许多薄膜移位寄存器66所代替，这些寄存器集成在书写头基片34上，包括晶体管在内的移位寄存器亦用非晶体半导体材料制成。从理论上看，将采用级数和刻针数（例如一个11英寸宽头大约有3000到4000个刻针一致的单一移位寄存器，更现实的做法，移位寄存器由几个较小的移位寄存器组成，其中每一个只有很少级数，每个都和数据线68相连接。数据并联送给每个移位寄存器，并由公共时钟线70上产生的时钟脉冲逐级移位选通线72接到低压晶体管的全部栅极58上，一旦数据被送到移位寄存器各级上时，选通脉冲同时接通全部低压开关，以便把整个数据线路加载，并通过低压晶体管锁定高压晶体管40的栅极54，由此可见，在全部书写时间内即在一个选通脉冲和下一个选通脉冲之间的时间内高压晶体管40是被锁住的。这个信息输入具体电路要比多路输入电路具有几个优点：它可以大大减少数据线的交叉，它可进一步减少接在外部的接线头以及它使书写头更紧凑。

现在转向高压晶体管。由此可以看到每个高压晶体管的源电极50通过一根接地母线（G）78接到参考电位76（如地电位）上，而漏电极52则是通过合适的负载电阻41接到高压压母线（HV）80上。刻针36接到高压晶体管40的漏电极上。电压0伏（截止）或10到40伏（导通）的数据电位将通过低压晶体管从数据母线46（见图3）或74（见图5）流入高压晶体管的栅极。电荷贮存在高压晶体管的栅极电容里，由于低压晶体管的漏电流很低，其电荷将始终保持不变直到被低压晶体管重新更改地址为止。

在导通状态不进行书写。由于电流可以流过受栅电极54控制的电荷转移层，因而从高压电源经高压晶体管到接地存在一条电流通道。这时，在负载电阻上将有一个很大的电压降，而高压晶管漏电极的电位，和在刻针电极上的电位将小于书写所要求的电位，例如，当高压晶体管处于导通状态时，由于加在母线70上的高压约600伏，负载电阻41大约100兆欧姆，因而刻针电极上的电压约50伏。

相反，在截止状态进行书写，从高压电源到接地不存在电流通道，所以在负载电阻41上没有什么电位降，而500到600伏的高压电位将加到刻针电极36上以允许书写头书写。

虽然上述高压晶管代表一个反相器，该晶体管在截止状态时引起书写，但是在本发明中设计了一个更完善的电路。这种电路可以使高压晶体管在相反状态中（即导通）下进行划线。例如，可以采用如图6所示的方法排列。高压支持电极82是和记录介质14接触并与书写头相反的方向全面伸展。记录介质稍微离开电极阵，正像传统的划线方法那样。电极82被接到约600伏的高压电源84上。高压薄膜晶体管40有连接到刻针上的漏电极52，晶体管的源电极50接到地线86上，栅电极54接到锁定电路上。锁定电路类似于受选通母线72控制的低压薄膜晶体管44。虽然有关图5中所示的信息输入示意图的实例已经作了具体叙述，但是必须指出，图3所示的信息输入方案或其他别的类似方案也可以使用。

工作时，当高压晶体管导通时刻针进行书写，此时它像电流一样从高压电极经气隙到接地。当高压晶体管截止时没有电流流动并且常常不发生书写，这是由于不能维持气隙放电的缘故。

信号信息被送到高压晶体管40的栅电极54，以控制刻针电极书写（或不书写）状态，同时为了控制电极在书写下一条线时的工作状态，信号将保留这种状态直到它下一次被编址为止。因此，锁定高压晶体管允许连续有效地书写（或不书写）直到栅极信号发生变化，所以能够使用以低廉价格制造的薄膜刻针。必须指出，本发明要比传统的电极传真书写有了重大的改进，在传统的书写头中，刻针只有被寻址时，才能进行书写。

利用本发明的新型薄膜划线头将可获得了有意义的利益。刻针电极可以和可希望的电路元件，诸如母线、移位寄存器，有源和无源器件和全部所以用标准薄膜沉积技术在低廉大面积基片材料，（如玻璃陶瓷并可能某些印制电路板材料）制成的全部元件组合在一起。这种制造方法可以降低集成头的价格，和提高分辨率（比传统电报传真书写头的分辨率高些）。另外，薄膜刻针是唯一可以和上面叙述的连续书写过程兼容。

应该注意，本发明是以实例的方式进行揭示的，同时还提请注意，在不违反本发明权利要求所规定的实质精神和范围的条件下，可以多次改变结构详图和各部件的组合和排列。

Claims (13)

1、改进的传真电报划线头，其特征在于它由如下几部分组成：划线电极；

连接到到每个划线电极上的高压晶体管，每个高压晶体管包括一个源极，一个漏极和一个栅极；

锁定装置接到每个高压晶体管栅极上的锁定装置；

数据输入装置，它用来在极短的行频时间内通过上述锁定装置有选择的把书写的或非书写的信息输入上述栅极上上述锁定装置在全部行频时间内把上述信息维持在上述高压晶体管上；

上述划线电极，上述高压晶体管，上述锁定装置和上述数据输入装置集成在一个基片上。

2、根据权利要求1中所规定的改进的传真划线头，其特征在于此划线电极，高压晶体管、锁定装置和数据输入装置都是薄膜元件。

3、根据要求1中所规定的改进的传真划线头，其特征在于上述锁定装置由低压晶体管组成该晶体管包括连接到上述高压晶体管栅极上的漏极，连接到上述数据输入装置上的源极和低晶体管的栅极。

4、根据权利要求3中所定义的改进的电报传真划线头，其特征在于，上述高压晶体管和上述低压晶体管都是由薄膜非晶半导体材料制成的。

5、根据权利要求4中所定义的，改进的传真划线头，其特征在于，上述非晶体半导体材料是非晶硅。

6、根据权利要求3中所定义的改进的传真划线头，其特征在于，它包含有一个连到上述低压晶体管栅极上的低压晶体管开关装置。

7、根据权利要求1或2中所定义的改进的传真划线头，其特征在于它包括把一个高电位加到上述划线电极上的装置所说的高电位电源是接到上述高压晶体管漏极上，此外，还包含向上述高压晶体管提供参考电位的装置，上述参考电位源装置是接到上述高压晶体管源极上。

8、根据权利要求7中所定义的改进的传真划线头，其特征在于，它包含电阻元件，这些元件是插在上述高电位电源和上述高压晶体管漏极之间。

9、根据权利要求1或要求3中所定义的改进的传真划线头，其特征在于，它包含有把参考电位提供给高压晶体的装置，上述参考电位装置接到上述高压晶体管源极上。

10、根据权利要求1和要求3所定义的改进的传真划线头，其特征在于，上述划线电极及其有关的高压晶体管锁定装置被分成几个组，上述数据输入装置包含有用来把上述信息每次一组按顺序输入到上述锁定装置上的装置。

11、根据权利要求10中所定义的改进的传真划线头，其特征在于，上述顺序输入装置是由组数相等的低压晶体管开关装置组成，上述开关装置接到每一组中的全部上述晶体管的栅极上。

12、根据权利要求1或要求3中所定义的改进的传真划线头，其特征在于，上述数据输入装置把上述信息同时输入到上述锁定装置上。

13、根据权利要求12中所定义的改进的传真划线头，其特征在于，上述数据输入装置至少由一个移位寄存器组成。

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