DE2349234A1 - Thermodruckkopf - Google Patents

Description

Thermodruckkopf

Die Erfindung betrifft einen Thermodruckkopf für .wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial.

Bei thermischem Druck wird die Erscheinung ausgenutzt, daß mit bestimmten Stoffen behandelte Papiere unter Wärmeeinfluß mit einem; Farbumschlag reagieren. Auf diese Weise ist es gelungen, Drucker mit hohen Druckgeschwindigkeiten zu realisieren, die zudem nahezu geräuschlos arbeiten, da außer dem Papiervorschub keinerlei bewegliche Teile benötigt werden.

Entscheidend für die Leistungsfähigkeit dieser Drucker ist der Druckkopf, der Teil also, in dem die Wärme erzeugt und von wo aus sie auf das wärmeempfindliche Papier übertragen wird. Eine hone Druckgeschwindigkeit läßt sich dann erreichen, wenn wenigstens für den Bereich einer ganzen Zeile soviel Druckköpfe vorhanden sind,

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daß die ganze Zeile in einem einzigen Vorgang gedruckt werden kann. Es gibt bereits Vorschläge, mehrere Zeilen zugleich zu drucken·

Bei der Realisierung dieser Aufgabe treten folgende Probleme auf. Die Heizelemente müssen so gestaltet sein* daß durch entsprechende Auswahl mehrerer zu einem Symbol gehörender Segmente jedes gewünschte Zeichen erzeugt werden kann. Zu jeder Druckstelle müssen also mehrere Zuleitungen geführt werden. Außerdem besteht die Forderung, die Druckstellen.möglichst klein zu gestalten und eng nebeneinander anzuordnen.

Bs ist bereits ein WärmeSchreibwerk mit einem System von Schreibelementen in Form von elektrischen Widerständen, die mittels einer Steuerschaltung in Abhängigkeit von Signalen von einem Zeichen-Signalgeber wahlweise mit Strom versorgt werden und durch die dadurch entwickelte Wärme auf einem in wärmeübertragender Verbindung gehaltenen wärmeempfindlichen Träger entsprechende Schriftelemente erzeugen, bekannt, wobei die Schreibelemente Stabmosaike bilden, die zusammen mit Stromversorgungsleitungen für die Schreibelemente aus i'ilmauftragen auf einer Oberfläche eines isolierenden Schreibgliedes bestehen. 4 0 9825/0707

Ferner ist eine thermische Druckeinrichtung bekannt mit wahlweise heizbaren Druckelementen aus elektrischem Widerstandsmaterial, in der jedes thermische Druckelement ein elektrisch isolierendes Substrat enthält sowie einen Körper aus halbleitendem Material eines ersten Leitungstyps, der auf dem Substrat montiert ist und in den eine Heizregion eines zweiten Leitungstype eindiffundiert ist. In der gleichen Weise sind auch die Dioden der Entkopplungsmatrix realisiert. Die leitenden Verbindungen innerhalb der Druck-.einrichtung sind durch Aufdampfen geeigneter Materialien aufgebracht.

Die bekannten Thermodruckköpfe lösen das Problem, auf kleinstem Raum möglichst viele getrennt ansteuerbare Heizelemente und die nötigen Zuleitungen unterzubringen mit Hilfe von in" der Mikroelektronik bereite bekannten Techniken, durch die leitende oder halbleitende und isolierende Schichten auf engstem Raum nach benötigten Mustern aufgetragen werden können.

Während bei dem ersten zitierten Thermodruokkopf auf diese Weise Heizwiderstände und die dazugehörigen Leitungen erzeugt werden, werden bei dem zweiten zitierten Druckkopf außerdem noch Dioden 409825/0707

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erzeugt, und zwar für jede Heizregion eine Diode. Dadurch verringert sich die Zahl der benötigten Zuleitungen, da äquivalente Heizsegmente der Druckstellen des Druckkopfes mit einer gemeinsamen Zuleitung versehen werden können, sofern jedes Heizelement über eine Diode angesteuert wird.

Der Nachteil- der bekannten Thermodruckköpf e besteht darin, daß entweder eine zusätzliche Diodenmatrix benötigt wird, oder, indem man die Dioden unmittelbar den Thermoelementen zuordnet, man einen höheren technischen Aufwand zur Herstellung der Druckköpfe benötigt.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, den technischen Aufwand zur Herstellung selektiv aneteuerbarer Heizelemente bei Thermodruckköpfen wesentlich zu senken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thermodruckköpf für warmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial mit einer Vielzahl einzeln elektrisch heizbarer Schreibelemente, die aus Punkten oder Linienelementen zusammengesetzte Zeichen bilden, zu schaffen, der unter rationellstem Arbeitsund Materialaufwand durch Anwendung der an sich bekannten Dünnfilmtechnik hergestellt ist.

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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß jedes·Schreibelement aus einer Diode best_eht, bei der der halbleitende Teil zugleich den Heizwiderstand darstellt.

Gute Wärmeleitfähigkeit und thermische Festigkeit werden dadurch erreicht, daß die Dioden aus aneinandergrenzenden Schichten aus Metall und halbleitendem Widerstandsmaterial bestehen. Eine Möglichkeit besteht darin, daß die halbleitende Schicht monokristallin ist und vorzugsweise aus einem Plättchen besteht. Es ist aber auch möglich, die'Erfindung dadurch zu realisieren, daß die halbleitende Schicht polykristallin und vorzugsweise aufgedampft ist. JSine hohe mechanische, elektrische und chemische Festigkeit wird dadurch erreicht, daß auf der dem Aufzeichnungsträger zugewandten Seite der Schreibelemente eine abriebfeste Schicht, beispielsweise aus Quarz, vorhanden ist.

Bei der Erfindung wird von der an sich bekannten Dünnfilmtechnik Gebrauch gemacht. Dabei wurde eine Anwendung von Dioden, bestehend aus Schichten von Metall und Halbleitermaterial, bisher nicht als interessant angesehen, da für die Schaltungs-

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und verstärkertechn.ik die Sperrverhältnisse, Sperrspannungen und die exakte Reproduzierbarkeit dieser Dioden ungenügend sind.

Bei der Erfindung wird die Temperaturverträglichkeit der Metall-Halbleiter-Übergänge ausgenutzt, um eine bei pn-Übergängen infolge der Erwärmung notwendige Erholzeit einzusparen. Der Diodeneffekt dient wie bereits bekannt zur Reduzierung der Anschlußleitungen für zeichenseriellen oder segment-parallelen Druck.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Druckstelle eines Druckkopfes gemäß der Erfindung.

Auf einem isolierenden Grundkörper 1 sind mehrere Schichten so aufgebracht, daß eine Druckstelle für die Ziffern 0...9 entsteht. Die Grundform ist eine stilisierte 8. Diese stilisierte 8 besteht aus einzelnen Heizsegmenten 2 bis 8; die aus leitendem Material, zum Beispiel Chrom, Nickel oder Aluminium bestehen. Über den Heizsegmenten 2 bis 8 ist eine halbleitende Schicht 9, die zugleich als Wider Standsschicht, die erwärmt werden soll, dient. Als Material ist Germanium

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geeignet. Die Materialkombination Metall-Halbleiter ist derart gewählt, daß sich wenigstens an einer Kontaktfläche eine Diode ausbildet, um eine Reduzierung der Anschlußleitung zu erzielen. Ansonsten wird der Druckkopf mit acht Anschlüssen pro Druckstelle versehen. Über der Schicht 9 ist eine leitende Schicht 10 aufgetragen. Diese Schicht 10 dient als gemeinsamer Rückleiter für den durch die Heizsegmente 2 bis 8 fließenden Strom. Auf der dem zu bedruckenden Papier zugewandten Seite des Druckkopfes ist eine abriebfeste, elektrisch und chemisch beständige Schicht 11, die vorzugsweise^aus Quarz besteht, aufgebracht. Die Schichtfolge ist auch derart vertauschbar, daß zuerst der Rückleiter 10 und über die Widerstandsschicht 9 die.Heizelemente 2 bis 8 mit den Zuleitern 12 bis 18 aufgebracht werden.

Die einzelnen Schichten 2 bis 8 und 12 bis 18; 9; 10; 11 sind in einer aus· der Dünnfilmtechnik bekannten Technologie aufgebracht; sie sind entweder aufgestäubt, aufgedampft oder durch ein anderes Verfahren erzeugt, wobei auch von einem Halbleiterplättchen 9 ausgegangen werden kann, das beidseitig beschichtet wird.

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Der Druckkopf sei am Beispiel des Drückens der Ziffer "8" erläutert. Von der Steuereinrichtung des Druckers gelangen über die Zuleitungen Stromimpulse an die Heizsegmente 2 bis 8. Die Ströme fließen im Bereich dieser Heizsegmente 2 bis 8 durch die halbleitende Schicht 9 (Dickenleitung) zu der leitenden Schicht 10. Dabei erwärmt sich die halbleitende Schicht 9 in einem solchen Maße, daß die von ihm ausgehende, die Schichten 10 und 11 durchdringende Wärme einen Farbumschlag auf dem hier nicht dargestellten wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger in Form einer "8" hervorruft. Der Strom fließt in die leitende Schicht 10 und über den gemeinsamen Rückleiter zum Steuerteil zurück. Um beispielsweise eine "3" zu drucken, werden Stromimpulse nur über die Zuleitungen 13; 14; 15; 16; 18 geleitet.

Eine weitere AnwendungBmöglichkeit der Erfindung besteht im sogenannten Mosaikdruck. Hier werden Zeichen und Buchstaben aus einzelnen Punkten zusammengesetzt. Den prinzipiellen Aufbau einer entsprechenden Druckstelle zeigt Fig. 2. Auf einem Grundkörper 20, zum Beispiel einem Glassubstrat, sind parallel zueinander verlaufende Zeilen 21 aus leitendem, auf dem Grundkörper 20 gut haftendem Material, zum Beispiel Gold, auf-

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gedampft. Darüber, in gleicher Breite oder als geschlossene Schicht, wird eine Halbleiterschicht 22, zum Beispiel Cadmiumsulfit (GdS), gedampft. Senkrecht dazu verlaufen die Spalten 23» die wieder aus leitendem Material, vorzugsweise Tellur oder Gold bestehen. Über das Ganze ist eine Schutzschicht 24 gezogen, die aus Quarz bestehen kann. Die Wirkungsweise eines solchen Punktrasterdruckkopfes besteht darin, daß die vom Druckersteuerungsgerät ankommenden Stromimpulse über die Zeilen 21, die Halbleiterschicht 22 zu den Spalten 23 und von dort zurück fließen. Dabei erwärmt sich die Halbleiterschicht 22 im Kreuzungsbereich zwischen den Zeilen 21 und den. Spalten 23. Die in der FIg₀ schraffiert gezeichneten Stellen bezeichnen die Punkte, die beim Drucken erwärmt werden. Durch entsprechende Auswahl von Zeilen 21 und Spalten können beliebige Buchstaben oder Ziffern mosaikartig dargestellt werden. Die Halbleiterschicht 22, die zusammen mit den Spalten 23 Dioden ergibt, gestattet zugleich, die für die Selektierung notwendige Diodenmatrix zu realisieren. Der Übergang zwischen den Zeilen 21 und der Halbleiterschicht 22 kann, obwohl die Zeilen 21 und die Spalten 23 aus dem gleichen Material bestehen,

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wegen der spezifischen Aufdampfeigenschaften des CdS sperrschichtfrei sein. An einer Kontaktfläche ist bei dieser Bauform eine Diode unerläßlich.

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Claims (5)

- 11 - Patentansprüche:

1.JThermodruckkopf für wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial mit einer Vielzahl einzeln elektrisch heizbarer Schreibelemente, die aus Punkten oder Linienelementen zusammengesetzte · Zeichen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß· jedes Schreibelement aus einer Diode besteht, bei der der halbleitende Teil zugleich den Heizwiderstand darstellte

2. Thermodruckkopf n,ach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden aus aneinandergrenzenden Schichten aus Metall und halbleitendem Widerstandsmaterial bestehen.

Thermodruckkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht monokristallin ist und vorzugsweise aus einem Plättchen besteht.

4. Thermodruckkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht polykristallin und vorzugsweise aufgedampft ist.

5. Thermodruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Aufzeichnungsträger zugewandten Seite der Schreibelemente eine abriebfeste Schicht, beispielsweise aus Quarz,, vorhanden ist» .

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