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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine LED-Druckeinrichtung
und insbesondere auf eine Leuchtdiodenanordnung mit hoher Auflösung.
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2. Kurze Beschreibung verwandter
Entwicklungen
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Es
ist üblich,
Balken von Licht emittierenden Dioden (light emitting diode: LED)
in Druckeinrichtungen zu verwenden. Die Leuchtdiodenbalken stellen
zuverlässige
und steuerbare Lichtquellen bereit. Die Balken umfassen allgemein
eine Vielzahl von Lichtquellen, d. h. Bildelemente, die aktiviert
und deaktiviert werden können
(gepulst), um kurze Lichtfolgen bei einer hohen Geschwindigkeitsrate
zu emittieren. Jede Lichtfolge wird verwendet, um einen bestimmten
Abschnitt eines gedruckten Symbols oder Zeichens zu erzeugen. Je
häufiger ein
Bildelement gepulst wird, desto häufiger wird ein Abschnitt eines
Symbols oder Zeichens bildmäßig erzeugt,
wodurch ein Drucken mit genauerer Einzelheit und höherer Auflösung bereitgestellt
wird. Dass das Drucken innerhalb einer wirtschaftlich vernünftigen
Zeit mit hoher Auflösung
durchgeführt
wird, ist es daher notwendig, eine hohe Pulsrate zu verwenden.
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LED-Balken
werden in unterschiedlichen Segment- oder Bausteingrößen hergestellt.
Die Segmentgröße hängt von
der Anzahl der Bildelemente innerhalb des Segmentes ab. Zwei übliche Anzahlen
von Bildelementen pro Segment sind 64 Bildelemente und 128 Bildelemente.
Bei 424,26 Punkten pro inch (spot per inch: SPI) wären diese
Segmente 3,832 und 7,663 mm jeweils lang. Die jeweiligen Längen werden
bestimmt durch Dividieren der Anzahl der Bildelemente durch die
Anforderung Punkte pro inch und Umwandeln des Quotienten in Millimeter.
Beispielsweise:
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Die
Technologien, die lineare Anordnungen von LEDs erzeugen, die aus
diskreten Bausteinen zusammengesetzt sind, die Seite an Seite angeordnet
sind, haben sich dahin entwickelt, dass 600 SPI Dichten leicht erreicht
werden können.
Tatsächlich
ist diese Dichte in den meisten Druckern, die LED-Balken verwenden,
zu finden. Höhere
Dichten sind ebenso möglich
und es ist ein 1200 SPI-Balken auf dem Markt.
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Die
Untersuchung eines 1200 SPI-Balkens hat einen nicht-konsistenten
Regelabstand gezeigt. Der Abstand zwischen benachbarten Bildelementen
auf unterschiedlichen Bausteinen war um mehr als 4,3 μm oder 20%
größer als
der Regelabstand. Ein derartiger Fehler bewirkt unerwünschte Bandeffekte
auf den Drucken. Es ist klar, dass die Technologie, die LEDs erzeugt,
bis zu einem Punkt verbessert wurde, bei dem 1200 SPI LEDs möglich sind,
aber die Technologie, die die Bausteine anordnet, ist bei 600 SPI
zurückgeblieben.
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Fünf Auslegungsregeln
bestimmen die Erzeugung von wirklichen 1200 SPI-Anordnungen. Anordnungen
nach dem Stand der Technik, die durch den überprüften Balken dargestellt werden,
halten alle fünf
Regeln nicht ein. Die Regeln sind: (1) Die Emitter können nicht
zu groß sein.
Große
Emitter weisen optische und elektrische Querempfindlichkeit auf.
(2) Emitter können
nicht zu klein sein. Kleine Emitter erzeugen nur unwirksam Licht,
so dass diese einen hohen Strom erfordern und hohe Temperaturen
erzeugen. (3) Die Emitter können nicht
zu nahe an dem Bausteinrand sein. Nahe Emitter zeigen eine Kurzlebigkeit,
die durch Bruch verursacht wird, der erzeugt wird, wenn der Baustein
von der Scheibe abgeschnitten wird. (4) Der Zwischenraum zwischen
den Bausteinen kann nicht zu klein sein. Kleine Zwischenräume bedingen
eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass ein Baustein seinen Nachbarn
berühren
wird und während
des Aufbaus in der Anordnung zerbricht. Weiterhin ermöglicht der
Zwischenraum thermische Ausdehnung. Wenn sich die Bausteine während der
Ausdehnung berühren,
brechen dieselben oder es bricht die Verklebung. (5) Der Regelabstand
muss gleichmäßig sein oder
sonst treten Bänder
auf.
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Bei
Verwendung bestehender Praxis werden die Regeln (1) und (2) eingehalten,
wie durch die Bausteine des geprüften
Balkens oder durch weitere experimentelle Bausteine belegt ist.
Die Bausteine können aus
zuverlässigen
LEDs mit 10,5 μm
Breite hergestellt werden. Die Regeln (3), (4) und (5) bleiben trotzdem problematisch.
Sie schließen
sich gegenseitig aus.
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Bausteine
können
nicht näher
als 5 μm
von dem Emitter geschnitten werden. Das Aufbauen ist nicht besser
als ±1 μm für das Entwicklungsstück und in
der Nähe
von ±2,5 μm für die Produktion.
Daher können Bausteine
mit 1200 SPI im Regelabstand aufgebaut werden, wie in 2 gezeigt
oder größer als
der Regelabstand, wie in 3 gezeigt. Im Regelabstand ergibt
sich ein Zwischenraum von 0,7 μm.
Dies übersteigt
sogar die Planungsgenauigkeit, so dass dies nicht praktikabel ist.
Das geringste Überschreiten
des Regelabstands ergibt einen Abstand von 25,5 μm, was um 4,3 μm größer ist
als der ideale Regelabstand von 21,2 μm. Der geprüfte Balken verwendet diesen,
aber natürlich
mit dem Fehler.
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Daher
wäre es
hilfreich, in der Lage zu sein, LED-Anordnungen mit 1200 SPI mit
einem gleichmäßigen Regelabstand
zu bauen, während
die Feldgröße und der
Abstand zwischen benachbarten Bausteinen minimiert wird.
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US 5,821,567 beschreibt
Licht erfassende und Licht emittierende Diodenanordnung von hoher
Auflösung.
Ein Baustein mit Licht erfassender/emittierender Diodenanordnung
weist Fehlstellen-Diffusionsgebiete mit einer Tiefe von mindestens
0,5 μm aber
nicht mehr als 2 μm
in einem Halbleitersubstrat auf. Jedes Fehlstellen-Diffusionsgebiet
ist vorzugsweise in ein erstes Gebiet, das für die Aussendung oder Erfassung
von Licht verwendet wird, und ein breiteres, zweites Gebiet unterteilt,
das für
den Elektrodenkontakt verwendet wird. Die zweiten Gebiete sind auf
abwechselnden Seiten einer Feldleitung angeordnet, wodurch ermöglicht wird,
dass ein geringer Regelabstand der Anordnung mit einem großen Kontaktgebiet
kombiniert wird.
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EP-A-0510274 beschreibt
einen Licht emittierenden Diodendruckkopf. Ein Druckkopf für einen
Licht emittierenden Diodendrucker weist ein transparentes Substrat
mit einer Zeile von LED-Würfeln
auf, die mit ihren Licht emittierenden Übergängen benachbart zu dem Substrat
angebracht sind. Jeder Würfel
weist eine Zeile aus LEDs entlang seiner Länge und eine Zeile von Verbindungsstellen
an bekannten Stellen zur Herstellung der elektrischen Verbindung
zu den LED-Anoden auf. Metallleitungen werden auf dem transparenten
Substrat an bekannten Stellen abgelagert.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine LED-Anordnung insbesondere
in Bezug auf die Bereitstellung eines gleichmäßigen Regelabstands zu verbessern.
Dieses Ziel wird durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Ausbilden
einer LED-Anordnung mit hoher Auflösung gemäß Anspruch 1 und eines LED-Druckbalkens
von hoher Auflösung
gemäß An spruch
4 erreicht. Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden Überlegungen
und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden
Beschreibung erläutert,
die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu sehen ist.
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1 ist
ein Diagramm, das die Unterschiede im Regelabstand zwischen dem
Bildelementabstand in einem herkömmlichen
LED-Balken von 1200 SPI veranschaulicht.
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2 ist
eine Veranschaulichung der 600 SPI-Architektur, die auf einen Balken
mit LED-Anordnung von 1200 SPI angewandt wird.
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3 ist
eine Veranschaulichung von LED-Bausteinen von 1200 SPI, die näher zusammengerückt sind,
um Regelabstandsfehler zu vermeiden.
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4 ist
ein Diagramm, das die Emissionsleistung einer Mittelelektrode und
einer Seitenelektrode vergleicht.
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5 ist
ein Diagramm, das die Emissionsleistung einer Seitenelektrode vergleicht.
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6 ist
eine Veranschaulichung einer Ausführung einer LED-Bausteinarchitektur
von 1200 SPI, die die Merkmale der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNG
(AUSFÜHRUNGEN)
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Mit
Bezug auf 1 wird eine perspektivische
Ansicht eines Systems gezeigt, das die Merkmale der vorliegenden
Erfindung beinhaltet. Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug
auf die in den Zeichnungen gezeigte Ausführung beschrieben wird, ist
anzumerken, dass die vorliegende Erfindung in vielen unterschiedlichen
Formen von Ausführungen
umgesetzt werden kann. Weiterhin kann jede passende Größe, Form oder
Typ von Elementen oder Materialien verwendet werden.
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Mit
Bezug auf 6 umfasst die vorliegende Erfindung
allgemein eine lineare LED-Anordnung, die einen gleichmäßigen Regelabstand
zwischen benachbarten Bildelementen aufweist, der die allgemeinen
Auslegungsregeln für
LED-Anordnungen von 1200 SPI erfüllt.
Die Lichtintensität
der endständigen
LED-Einrichtungen auf jedem Baustein eines Druckkopfs ist in einer
Anordnung verschoben, um das Licht näher an dem Ende der Anordnung
erscheinen zu lassen, als dieses tatsächlich ist. Dies ermöglicht,
dass der Baustein näher an
dem Lichtschwerpunkt geschnitten wird und die Bausteine in der Anordnung
können
näher zueinander
aufgebracht oder angebracht werden. Wie in 6 gezeigt,
ist die Elektrode 52 auf der endständigen LED 56 nach
innen verschoben, um den Schwerpunkt des ausgesendeten Lichtes näher an den
Rand des Bausteins zu schieben. Der Schwerpunkt der LED 56 liegt
nicht mehr mittig auf der LED. Dies ermöglicht, dass der Zwischenraum 58 zwischen
den Bausteinen 51 und 53 größer ist als der in 2 gezeigte
Zwischenraum 27, während
im Wesentlichen der korrekte oder ideale Abstand zwischen benachbarten
Bildelementen auf verschiedenen Bausteinen eingehalten wird. Die
LED-Anordnung der vorliegenden Erfindung vermeidet die in 1 gezeigten
Spitzen und entfernt die damit verbundenen Bänder. Es ist ein Merkmal der
vorliegenden Erfindung, eine lineare LED-Anordnung mit 1200 SPI
mit einem konstanten Regelabstand von 21,2 μm und einem minimalen Zwischenraum
zwischen den LED-Bausteinen ohne Bruch oder Berührung zwischen benachbarten Bausteinen
bereitzustellen.
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Eine
lineare LED-Anordnung umfasst allgemein eine Folge von LED-Bausteinen.
Mit Bezug auf 2 umfasst die LED-Anordnung 20 beispielsweise
mindestens zwei LED-Bausteine 22. Jeder LED-Baustein 22 umfasst
allgemein eine Vielzahl von LEDs 26. Jede LED 26 ist
in herkömmlicher
Weise mit dem LED-Baustein 22 verbunden. Wie in 2 gezeigt,
weist jede LED 26 eine zugehörige Mittelelektrode 28 auf,
die dazu verwendet werden kann, die LED 26 beispielsweise
zu einer Drahtverbindungsstelle 24 zu verbinden. Die in 2 gezeigte
Mittelelektrode erzeugt einen Emissionsschwerpunkt, der mittig auf
der LED 26 angeordnet ist. Die Elektrode 28 blockiert
Licht an dem Mittelpunkt, ändert
jedoch den Schwerpunkt des Lichtes nicht.
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2 ist
eine Veranschaulichung einer typischen Architektur für 600 SPI,
die auf 1200 SPI angewandt wird. Um mindestens eine Pufferzone von
5 μm zwischen
der endständigen
LED 21 und dem Bausteinrand 23 aufrecht zu erhalten,
ebenso wie mindestens einen Zwischenraum 27 von 5 μm zwischen
den Bausteinen 22a, 22b, ist der Regelabstand 29 zwi schen
benachbarten Bildelementen von verschiedenen Bausteinen erheblich größer als
der mittlere Regelabstand 25. Dies ist nicht wünschenswert.
Der LED-Balken, der für
das Diagramm der 1 untersucht wurde, ist ähnlich zu
der in 2 gezeigten Architektur. 1 ist ein
Diagramm der Differenzen für
den Bildelementabstand eines LED-Balkens für 1200 SPI, der durch Okidata
hergestellt wurde. Der mittlere Abstand für den Regelabstand zwischen
den Bildelementen auf demselben Baustein beträgt 21,2 μm. Der Abstand von benachbarten
Bildelementen auf unterschiedlichen Bausteinen ist jedoch 4,3 μm über dem
Regelabstand. Die in dem Diagramm gezeigten Spitzen treten an jeder
Bausteingrenze auf.
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Um
den Fehler im Regelabstand zu verringern, können die LED-Bausteine näher zueinander
gerückt werden,
wie in 3 gezeigt. Um den Fehler im Regelabstand, wie
er in 2 veranschaulicht ist, zu vermeiden, müssten die
Bausteine 22a und 22b beabstandet sein oder einen
Zwischenraum 34 von 0,7 μm
aufweisen. Unter den gegebenen Fähigkeiten
von bestehenden Maschinen für
die Chipausrichtung ist dies nicht realistisch. Weiterhin würde eine
derart nahe Anordnung Berührung
und Bruch von benachbarten Bausteinen bedingen. Weiterhin stellt
ein derartig kleiner Zwischenraum keinen Platz für die thermische Ausdehnung
der Bausteine bereit.
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Wenn
die LED-Größe abnimmt,
beeinflussen Strukturen, die die LED aufbauen, wie beispielsweise den
in 2 gezeigten LED-Baustein 22, verstärkt das
Profil des emittierten Lichtes. Beispielsweise wird die in 2 gezeigte
Deckelektrode 28 ein Faktor, weil deren Größe nicht
proportional skalliert. Die Einschränkungen für Goldablagerung und Stromkapazität begrenzen
die Größe der Elektrode.
Die Elektrode über
einer LED für
1200 SPI bedeckt einen größeren Prozentsatz
des LED-Emittergebiets, absorbiert einen größeren Prozentsatz des Lichtes
und beeinflusst das Profil des emittierten Lichtes stärker.
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Die
vorliegende Erfindung wird verwendet, um das Profil für emittiertes
Licht einer LED zu verändern. Wenn
die Elektrode 28 zu einer Seite des Emitters bewegt wird,
wie in 6 gezeigt, blockiert die Seitenelektrode 52 Licht
an dessen Seite, so dass dies den Schwerpunkt zu der entgegengesetzten
Seite von der Position der Seitenelektrode 52 verschiebt. 4 zeigt
LEDs, die eine Größe für 1200 SPI
aufweisen mit zwei Elektrodenkonfigurationen.
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Die
Bilder 41 und 43 der 4 und 5 sind
Mikrodiagramme von LEDs mit Größe für 1200 SPI. Die
unteren Diagramme 42 und 43 sind entsprechende
Messungen der Emission im Nahfeld, die dem LED-Gebiet überlagert
sind. In dem Diagramm 42 ist 423 die Emissionslinie
und 421 die Linie des LED-Profils. Im Diagramm 44 ist 441 die
Emissionskurve und 443 ist die Kurve des LED-Profils. Die
Seitenelektrode 52 der 6 erzeugt
einen Schwerpunkt rechts von der Mitte (verschiebt das Licht zu
dem Rand des Bausteins). Wie in 4 und 5 gezeigt,
ist der Schwerpunkt des LED-Profils für jedes der Diagramme 42 und 44 bei
20,8 μm.
Der Emissionsschwerpunkt, der durch die mittige Elektrode der LED 26 der 2 erzeugt
wird, liegt bei 20,8 μm.
Der Emissionsschwerpunkt, der durch die Seitenelektrode der LED 56 der 6 erzeugt
wird, liegt bei 18,2 μm.
Die Seitenelektrode 52 der 6 verschiebt
den Schwerpunkt 26 μm
relativ zu der LED 56.
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Die
vorliegende Erfindung wendet eine Konfiguration mit Seitenelektrode
an, um den Zwischenraum 58 zwischen benachbarten LED-Bausteinen 51 zu
minimieren, während
ein konstanter Regelabstand zwischen den Bildelementen aufrechterhalten
wird. Wie in 6 gezeigt, verschiebt beispielsweise
die Seitenelektrode 52 den Schwerpunkt zu dem Rand um ungefähr 2,6 μm. Der Emitter 56 wird
um denselben Betrag nach innen angeordnet, um den richtigen Abstand
mit anderen Bildelementen 51a bis 51d auf dem
Baustein 21 aufrecht zu erhalten. Das Bewegen oder Verschieben
des Emitters 56 nach innen ermöglicht, dass der Baustein 51 um
denselben Betrag kleiner ist. Dies wird für beide Seiten von jedem Baustein
in der Anordnung vorgenommen. Der Zwischenraum 58 zwischen
benachbarten Anordnungen wird ungefähr durch das Doppelte des Betrages,
um den der Emitter 56 verschoben wird, verbreitert, oder
um 5,2 μm,
wie in 6 gezeigt. Wie in 6 gezeigt,
kann ein Zwischenraum 58 von ungefähr 6,4 μm zwischen benachbarten Bausteinen 51 und 53 eingerichtet
werden, der eine geeignete Größe für die Genauigkeit
der Bausteinmontage und für
thermische Ausdehnung aufweist. Die in 6 gezeigte
Konfiguration ist ebenso im Einklang mit den anderen Formauslegungsregeln
für Anordnungen
mit 1200 SPI und erreicht eine wirkliche Anordnung von 1200 SPI
mit einem konsistenten Regelabstand von ungefähr 21,2 μm. Wenngleich die veranschaulichten
Ausführungen
hier mit Bezug auf eine Anordnung mit 1200 SPI beschrieben werden,
können
die Merkmale der offenbarten Ausführungen auf jede bildgebende
oder abtastende Einrichtung von hoher Auflösung angewandt werden, die
durch Aneinanderreihen von ICs hergestellt wird, um ein Feld auszubilden.
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In
alternativen Ausführungen
kann die in 6 gezeigte Elektrodenkonfiguration
ein Verfeinern für
unterschiedliche Sätze
von LED-Materialien und Wellenlängen
erfordern, weil das in 4 gezeigte Profil 44 für die Seitenelektrode
beinhaltet, dass Lichttransmission durch ein Material ebenso ein
Faktor sein könnte.
Die Leistung des unsymmetrischen Bildelements könnte ebenso eingestellt werden,
so dass dessen Breite vergleichbar mit den anderen ist.
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Durch
das Verschieben der Elektrode einer LED an die Seite des Emitters
wird der Lichtschwerpunkt zu der entgegengesetzten Seite verschoben.
Diese Verschiebung in der Lichtintensität kann die endständigen LED-Einrichtungen
auf jedem Baustein eines Druckkopfes in einem Feld näher an dem
Ende erscheinen lassen, als diese tatsächlich sind. Dies ermöglicht,
dass die Bausteine kleiner sind und der Zwischenraum zwischen den
Bausteinen vergrößert wird,
während
ein konstanter Regelabstand von beispielsweise 21,2 μm zwischen
den Bildelementen der Bausteine in der Anordnung konstant gehalten
wird. Der resultierende Zwischenraum überwindet die Probleme, die
mit einem engeren Zwischenraum verbunden sind, wie etwa Zusammenstoßen der
Bausteine, Bruch der Arme oder Fehler bei der Bausteinplatzierung.
Die vorliegende Erfindung stellt lineare Felder von 1200 SPI und
größer bereit
mit im Wesentlichen keinen Fehlern im Regelabstand an den Bausteinfugen
und mit besseren Eigenschaften der Bildqualität.
