DE3873651T2 - Ladungsniederschlagssteuerung in einem elektrographischen duennschicht-druckkopf. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrographische Dünnfilm-Hochspannungsschreibköpfe zum Aufnehmen von Information auf einem Aufzeichnungsmedium und insbesondere auf Verbesserungen bei der Kontrolle des als "Flackern" bezeichneten Phänomens, das bei der Elektrodenentladung bei elektrographischen Schreibvorgängen auftritt. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem elektrographischen Schreibkopf zum Bilden diskreter, elektrostatischer Ladungen auf einem Aufzeichnungsmedium, das in einer Ebene relativ zu dem Kopf bewegt wird, der ein Substrat, eine Mehrzahl von räumlich angeordneten Elektrodenleitungen, die auf dem Substrat geformt sind, eine Schreibfeder, die am Ende jeder der Elektrodenleitungen gebildet ist und ihre Schreibspitze entlang einer Kante des Substrats liegend hat, umfaßt.
• Es ist bei der elektrographischen Schreibkopftechnik bekannt, zum elektrographischen Schreiben eine Mehrzahl von räumlich angeordneten, leitfähigen Elektrodenleitungen, die auf einem isolierenden Substrat angeordnet sind und die in einer Schreibfeder oder einem Stift enden, zu verwenden. Die Schreibfedern können aus irgendeinem Metall bestehen, das unter Verwendung von zum Beispiel photolithographischer oder von Elektroformtechniken geeignet geformt ist, wie zum Beispiel aus Kupfer, Nickel oder Wolfram, oder kann auf einem Silizium- oder Keramiksubstrat geformtes Polysilizium sein. Beispiele derartiger elektrographischer Schreibkopfstrukturen sind in US-A-4 356 501 und 4 415 403 offengelegt. Diese elektrographischen Dünnfilm-Schreibkopfstrukturen umfassen außerdem eine Treiberlogik und auf demselben Kopfsubstrat geformte Schaltkreise, wie etwa den Multiplex-Treiberschaltkreis, Hoch- und Niederspannungs-Dünnfilmtransistoren und begleitende Adreß- und Datenbusleitungen. Niederspannungsadreßleitungen arbeiten zum selektiven Adressieren von Schreibfedern oder von Gruppen von Schreibfedern zum Entladen durch Anlegen einer hohen Spannung an den Stift über seinen damit verbunden Hochspannungs-Dünnfilmtransistor. Eine solche Anordnung ist in US-A-4 588 997 gezeigt. Impulsformschaltkreisanordnungen können ein R-C-Netzwerk zwischen einer Spannungsquelle und den Schreibfedern zum Zwecke des Bereitstellens niedrigerer Adreßspannungen für den Schreibfedern und zum Erleichtern der Spannungszuführung an die Schreibstifte, um eine ausreichende Entladung zum Schreiben latenter Bilder zu bewirken, umfassen. Beispiele solcher Netzwerke sind in US-A-4 030 107, 4 359 753 und 4 466 020 gezeigt.
• Eines der bei dieser Technologie auftretenden Probleme ist, daß die Entladung von den Schreibfedern nicht immer gleichmäßig ist, so daß die auf dem Aufzeichnungsmedium erzeugten, latenten Bildpunkte in der Form ungleichmäßig und in der Größe verglichen mit anderen latenten Bildpunkten vergrößert und irregulär sind. Dieses Phänomen ist in der Technik als "Flackern" bekannt. Das Flackern ist schädlich für die Qualität der gedruckten oder geplotteten Bilder auf dem Aufzeichnungsmedium, da die bei der Entladung der Schreibfedern auf dem Aufzeichnungsmedium geformten Punktgrößen nicht gleichmäßig sind und in einem unregelmäßigen Muster ausfransen. Außerdem verursacht die Lichtbogenbildung über die Schreibfedern auf das Aufzeichnungsmedium zusätzlich eine derartige Vergrößerung und destruktive Verformung der Gleichmäßigkeit der Punktgröße. Um das Auftreten des Flackerns zu Verhindern, wurden Begrenzungswiderstände in der Treiberlogik oder in den zu den Schreibfedern führenden Leitungen angeordnet, um den Stromfluß zu den Schreibfedern zu begrenzen und derartige Lichtbogenbildungen und Punktgrößenunregelmäßigkeiten zu verhindern. Beispiele von Widerständen, die insbesondere auf diese Weise arbeiten sind in der russischen Patentanmeldung Nr. 611 173 und in US-A-4415403 offengelegt, die jeweils Begrenzungswiderstände 3 und 82 in Elektrodenleitungen zum Stift oder zur Schreibfeder 1 und 88 zeigen.
• Jedoch bleibt das Problem des Flackern in der Technik ungeachtet der Verwendung solcher Begrenzungswiderstände bestehen. Flackern tritt immer noch auf und die Punktgrößen, auch wenn sie in der Größe gleichmäßiger sind, verbleiben immer nach mit gezackten Kanten und in ungleichmäßiger Größe.
• Die vorliegende Erfindung soll dieses Problem lösen und stellt einen elektrographischen Schreibkopf der beschriebenen Art zur Verfügung, der gekennzeichnet ist durch eine Impedanz, die in jeder der Federn gebildet ist, um den Kopplungskapazitätseffekt zwischen benachbart angeordneten Federn zu reduzieren, um dadurch das Auftreten von Flackern beim Abscheiden von Ladung von den Schreibspitzen auf das Aufzeichnungsmedium zu verhindern.
• Erfindungsgemäß kann das Flackern im wesentlichen eliminiert oder deutlich reduziert werden, wodurch gleichmäßige, latente Bildpunkte gebildet werden, indem ein Widerstand in den Schreibfedern selbst oder in einer Fläche in den Schreibfedern in der Nähe der Federenden zur Verfügung gestellt wird. Flackern wird durch eine übermäßige Form der Entladung aufgrund von Energie erzeugt, die durch die Kapazität, die inhärent zwischen räumlich benachbarten Schreibfedern existiert, gespeichert wird. Beim Entladen einer benachbarten Schreibfeder wird die in dieser Kapazität gespeicherte Energie ebenfalls entladen, was zu einer Lichtbogenentladung führt, die von keiner für die Strombegrenzung bestimmten Impedanz kontrolliert wird, wie es im Stand der Technik gelehrt wird. Bei Verwendung einer Impedanz an oder neben dem Federende wird eine Strombegrenzung der inhärenten Kapazität zwischen benachbarten Schreibfedern aufgezwungen, um die Möglichkeit eines Flackerns einer benachbarten Schreibfeder zu eliminieren oder wesentlich zu reduzieren, wodurch die Schreibqualität des elektrographischen Schreibkopfes verbessert wird.
• Ein weiterer Vorteil durch die Verwendung der Impedanz an der Schreibfeder ist, daß im Falle eines elektrischen Kurzschlusses zwischen benachbarten Schreibfedern oder einer unerwarteten Verbindung zwischen Schreibfedern von stark unterschiedlichem Potential der dazwischen resultierende Stromfluß hinreichend klein sein wird, so daß kein Schaden an der Elektrodenstruktur oder der Treiberlogik auftreten wird, welcher katastrophal wäre und die weitere Verwendung des elektrographischen Schreibkopfes verhindern würde.
• Ein elektrographischer Schreibkopf entsprechend der Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der im Stand der Technik bekannten Schaltkreisanordnung.
• Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der diese Erfindung umfassenden Schaltkreisanordnung.
• Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles einer Schreibfederstruktur für einen elektrographischen Schreibkopf nach dieser Erfindung.
• Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Schreibfederstruktur für einen elektrographischen Schreibkopf nach dieser Erfindung.
• Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Schreibfederstruktur für einen elektrographischen Schreibkopf nach dieser Erfindung.
• Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine typische Schaltkreisanordnung für die Elektrodenschreibfedern eines elektrographischen Schreibkopfes ohne Spannungsquellen und Treibern gezeigt ist. Nur drei Schreibfedern und ihre dazugehörende Schaltkreisanordnung sind der Einfachheit halber gezeigt, wenngleich es mehrere Hundert von Schreibfedern im Kopf gibt. Die Schaltkreisanordnung für jede Schreibfeder 10 im Kopf umfaßt einen Impulsformschaltkreis mit einem Kondensator 12 und einem Lastwiderstand oder einer Impedanz 14, die zusammen mit der Schreibfeder 10 verbunden sind. Die Impedanz 14 ist im allgemeinen wegen des hohen Kapazitätswerts des Kondensators 12 erforderlich. Die R-C- Zeitkonstante dieser Anordnung ist so ausgewählt, daß eine hinreichend kurze Antwortzeit und -dauer zum Beenden eines Impulses, der einen Paschenspannungsdurchbruch in der Lücke 15 zwischen dem Ende der Feder 10 und dem Aufzeichnungsmedium 18 erzeugt, was zu einer Entladung und dem Abscheiden eines Schreibpunktes auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums führt, zur Verfügung gestellt wird. Der Begrenzungswiderstand 16 ist zur Strombegrenzung beigefügt, um eine Lichtbogenbildung zu verhindern, die zu einer Vergrößerung und einer ungleichförmigen Veränderung des Schreibpunktes führt. Diese Art von Anordnung ist allgemein zum Beispiel aus den oben zitierten US-A-4 359 753 und 4 415 403 bekannt.
• Trotz der Verwendung von Begrenzungswiderständen 16 bleibt das Problem des Flackerns bestehen, so daß klar ist, daß allein die Verwendung von solchen Widerständen 16 in der Leitung zu den Schreibfedern nicht ausreicht, das Flackern in einem Maße zu verhindern, daß die Schreibauflösung auf einen annehmbaren Wert verbessert wird.
• Die Lösung des Problems erhält man zunächst durch richtige Isolation und Identifikation der Quelle des Problems. Die Überprüfung der elektrischen Eigenschaften der Schreibkopfelektrodengeometrie zeigt, daß aufgrund der sehr nahe beieinander liegenden Anordnung der Schreibfedern 10 die Kopplungskapazität 20 dazwischen sehr hoch ist, zum Beispiel in der Größenordnung von 1 bis 5 pF. Diese Kapazität ist ausreichend groß und stellt einen Energiespeicher in der Nähe des Elektrodenpunktes oder der Schreibfederentladung zum Erzeugen zusätzlicher Energie bei der Schreibfederentladung dar. Da die Kapazität in einer Reihe zwischen den Schreibspitzen 10 liegt, wird die resultierende Entladungsgeometrie auf dem Aufzeichnungsmedium 18 wesentlich beeinflußt und ein Flackern zu benachbarten Schreibspitzen 10 hin aufweisen. Als Ergebnis wird trotz der Anwesenheit eines Begrenzungswiderstands 16 ein irregulärer Schreibpunkt gebildet.
• Diese Flackern kann im wesentlichen eliminiert werden durch die Verwendung einer Impedanz, wie etwa durch einen Widerstand 22, in der Schreibfeder 10, wie in Fig. 2 gezeigt, die sich vorzugsweise entweder in der Nähe des Schreibendes der Schreibfeder 10 oder am Schreibende der Schreibfeder 10 befindet. Der Widerstand 22 stellt eine lokale Impedanz an oder in der Nähe der Quelle der Entladung und Ladungsabscheidung dar, so daß die Wirkung der gespeicherten Energie in der Form der Kopplungskapazität 20 zwischen Schreibfedern sehr gering ist und daher wirkungsvoll eliminiert wird, und ist daher als Ergebnis wirkungsvoll bei der wesentlichen Elimination des herkömmlichen Schreibfederflackerns. Experimente haben gezeigt, daß der Wert des Widerstands 22 bei einigen Megaohm, typischerweise zwischen 50-1000 Megaohm ausgewählt wird, auch wenn dieser Wert noch größer sein kann. Dieser Wert kann jedoch nicht zu groß gemacht werden, da die Entladungsgeschwindigkeit benachbarter Schreibfedern aufgrund einer hohen RC-Zeitkonstante zwischen benachbarten Schreibfedern beeinflußt wird. Mit anderen Worten wird die Antwortzeit einer Schreibfeder von der RC-Zeitkonstanten mit benachbarten Schreibfedern beeinflußt. Es wurde auch die Interelektrodenkapazität zwischen Schreibfedern entlang der gesamten Länge der Elektroden bis zum Treiberschaltkreis 13 gemessen, und es wurde herausgefunden, daß sie in der Größenordnung von 0,1 pF liegt.
• In Fig. 2 kann der Treiberschaltkreis 13 jeden in der Technik bekannten Schaltkreis zum Betreiben von Schreibfedern 10 umfassen, einschließlich des Kondensator/Widerstandnetzwerks der Fig. 1. Derartige bekannte Schaltkreise umfassen Dünnfilm-Halbleitertreiber, Widerstandsnetzwerke, Kondensatornetzwerke, integrierte Halbleiterschaltkreise, diskrete Schreibfedertreiber oder Schaltertreiber.
• Das prinzipielle Konzept zum Verringern der Bildung von Flackern besteht in einer Verringerung der bei den Schreibfedern aufgrund der Existenz einer Kopplungskapazität 20 gespeicherten Energie. Diese Kapazität dient als Energiespeicher, der die Energie zum Erweitern des Einflusses des Flackerns auf die Entladung zur Verfügung stellt. Durch Verringern dieses Energiespeichers kann keine große Energieentladung, die ein Flackern erzeugen würde, entstehen.
• Die Fig. 3-5 beziehen sich auf bestimmte Geometrien zum Einfügen des Widerstands 22 in der Schreibfeder 24 oder in der Nähe des Endes der Schreibfeder 24. In jeder dieser drei vergrößerten Figuren sind nur die Schreibfedern ohne ihre auf dem Träger 25, also einem Glasfasersubstrat, geformten Leitungen gezeigt. Die Schreibfedern können zum Beispiel 1 um dick sein und aus einem Streifen aus Al auf einer sehr dünnen Cr-Schicht zur Substrathaftung bestehen. Die Cr- Schicht kann zum Beispiel zwanzig mal dünner sein als die Al-Schicht. Der Widerstand 26 kann aus amorphem n+-Silizium bestehen. Der Widerstand 26 kann auch ein Oxyd von Al, Ni oder Co sein. In Fig. 3 ist der Widerstand 26 in jeder Schreibfeder 24 neben dem Schreibende 28 angeordnet. Jedoch ist der Widerstand entsprechend nahe dem Ende jeder Schreibfeder 24. In Fig. 5 ist der Widerstand in jeder Schreibfeder neben dem Schreibende 28A der Feder angeordnet, wie in Fig. 3. Jedoch sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Schreibenden 28A dünner, um die Kopplungskapazität an diesem Punkt 20 zwischen benachbarten Schreibspitzen 24 weiter zu reduzieren. Mit der Kombination des Schreibfederwiderstands 26 und den Dünnschichtschreibfedern 28A wird die Kopplungskapazität aufgrund der verringerten Querschnittsfläche der Schreibfedern an diesem Punkt im wesentlichen eliminiert.
• In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde herausgefunden, daß das Ende 28 der Schreibfeder etwa 1 um dick und etwa 0,43 mm lang sein kann, um eine ausreichende Abnutzungsdauer zur Verfügung zu stellen. Der Dickebereich für die Schreibfeder 28 oder 28A (oder für den Schreibfederwiderstand 26 im Falle der Fig. 4) kann etwa von 0,5 um bis 5 pm betragen. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 kann die Dicke des Schreibfedernendes 28A zum Beispiel 0,5 um betragen.
• Die untere Grenze der Schreibfederdicke wird bestimmt durch die katastrophale Beschädigung an dem Schreibfedernende aufgrund einer Zerstörung beim Anlegen einer hohen Spannung und einer anschließenden Entladung, wenn es nicht möglich ist, die an die Schreibfeder gebrachte Energie zu verringern und immer noch eine geeignete Schreibentladung zu erhalten. Jedoch gibt es eine Grenze bis zu der die Spannung reduziert werden kann und immer noch eine geeignete Schreibentladung erhalten werden kann. Außerdem wird eine Schreibfeder, die zu dünn ist, nicht einen ausreichenden mechanischen Kontakt mit dem Aufzeichnungsmedium haben.
• Die obere Grenze für die Dicke des Schreibendes der Schreibfeder wird durch eine Dicke bestimmt, die zu groß ist und eine zu hohe Kapazität erzeugt und die in dieser Erfindung verfolgten Ziele zunichte macht.
• Zusammengefaßt kann die Kopplungskapazität zwischen Schreibfedern in einem elektrographischen Kopf wirkungsvoll beseitigt werden, um das Flackern des Schreibkopfes deutlich zu verringern, indem ein Widerstand an die Schreibspitze der Feder oder neben der Schreibspitze der Feder angeordnet wird. Die Wirksamkeit kann noch gesteigert werden durch eine Verringerung der Dicke des schreibendes der Feder.
• Während diese Erfindung in Verbindung mit einigen wenigen, speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist für den Fachmann klar, daß viele Alternativen, Modifikationen und Änderungen im Lichte der vorstehenden Beschreibung offensichtlich sind.

Claims (8)

1. Elektrographischer Schreibkopf zum Bilden von diskreten, elektrostatischen Ladungen auf einem Aufzeichnungsmedium, das in einer Ebene relativ zu diesem Kopf bewegt wird, mit:

einem Substrat (25),

einer Mehrzahl von räumlich angeordneten Elektrodenlinien, die auf diesem Substrat gebildet sind, und

einer Schreibfeder (24), die am Ende jeder der Elektrodenlinien gebildet ist und ihre Schreibspitze entlang einer Kante des Substrats liegend hat,

gekennzeichnet durch eine Impedanz (26), die in jeder der Federn gebildet ist, um den Kopplungskapazitätseffekt zwischen benachbart angeordneten Federn zu reduzieren, um dadurch das Auftreten von Flackern beim Abscheiden von Ladung von den Schreibspitzen auf das Aufzeichnungsmedium zu verhindern.

2. Elektrographischer Schreibkopf nach Anspruch 1, wobei die Impedanz (26) im Bereich von 50-1000 Megaohm liegt.

3. Elektrographischer Schreibkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Impedanz (26) an der Schreibspitze der Feder ist.

4. Elektrographischer Schreibkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Impedanz (26) neben der Schreibspitze (28 oder 28A) der Feder ist.

5. Elektrographischer Schreibkopf nach Anspruch 4 wobei die Schreibspitze (28A) dünner ist als die benachbarte Impedanz (26).

6. Elektrographischer Schreibkopf nach Anspruch 5 wobei die Schreibspitze (28A) ein Metallstreifen ist.

7. Elektrographischer Schreibkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 6 wobei die Schreibspitze (28A) 0,5 bis 5 um dick ist.

8. Elektrographischer Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Impedanz n+ amorphes Silizium umfaßt.