DE69733295T2 - Aufzeichnungskopf und Aufzeichnungsapparat unter Verwendung derselben - Google Patents

Aufzeichnungskopf und Aufzeichnungsapparat unter Verwendung derselben Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Aufzeichnungskopf-Substrat, einen ein solches Substrat verwendenden Aufzeichnungskopf und eine Aufzeichnungsvorrichtung unter Verwendung des Aufzeichnungskopfs.
  • Ein an einer herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung angebrachter Aufzeichnungskopf besitzt eine Schaltungsanordnung, wie sie in 10 gezeigt ist. Bei einem derartigen Druckkopf sind Elektro-/Wärme-Wandlerelemente (Heizeinrichtungen) und eine dazugehörige Treiberschaltung auf einem einzigen Substrat unter Verwendung eines Halbleiterherstellungsverfahrens ausgebildet, wie dies zum Beispiel in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 5-185594 offenbart ist.
  • Nach 10 bezeichnet Bezugszeichen 401 Elektro-/Wärme-Wandlerelemente (Heizeinrichtungen) zum Erzeugen von Wärmeenergie; 451 sind Leistungstransistoren, die jeweils einen gewünschten Strom an die entsprechende Heizeinrichtung 401 liefern; 502 ist ein Schieberegister zum Zwischenspeichern von Bilddaten, die angeben, ob an die einzelnen Heizeinrichtungen 401 zum Ausstoßen von Tinte aus Düsen des Aufzeichnungskopfs Strom geliefert wird oder nicht; 503 steht für einen Bilddateneingangsanschluß zum seriellen Eingeben von Bilddaten (DATA) zum Ein-/Ausschalten der Heizeinrichtung 401; 504 ist ein Eingangsanschluß für das Schieberegister 502 zum Empfangen von Transfertaktimpulsen (CLK); 501 sind Zwischenspeicherschaltungen zum Speichern von Bilddaten (DATA) entsprechend den Heizeinrichtungen 401 in Einheiten von Heizeinrichtungen; 505 ist ein Zwischenspeichersignaleingang zum Eingeben eines Zwischenspeicher-Steuersignals (LT) in die Zwischenspeicherschaltungen 501; 506 sind Schalter zum Festlegen der Zuführzeitpunkte von Strömen zu den Heizeinrichtungen 401; 451 ist eine Spannungsversorgungsleitung zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an die Heizeinrichtungen, um Ströme zuzuführen; und 453 ist eine Erdungslinie (GND), in die Ströme fließen, welche durch die Heizeinrichtung 401 und den Leistungstransistor 451 geflossen sind.
  • Man beachte, daß die Anzahl von Bits der im Schieberegister 502 gespeicherten Bilddaten, die Anzahl von Leistungstransistoren 451 und die Anzahl von Heizeinrichtungen 401 einander entsprechen.
  • 11 ist ein Impulsdiagramm für verschiedene Signale zum Treiben der in 10 dargestellten Aufzeichnungskopf-Treiberschaltung.
  • Die Arbeitsweise der in 10 gezeigten Aufzeichnungskopf-Treiberschaltung wird im folgenden anhand der 11 erläutert. Eine Anzahl von Transfertaktimpulsen (CLK) entsprechend der Anzahl von Bits der im Schieberegister 502 gespeicherten Bilddaten wird an den Transfertakteingang 504 gegeben. Hier sei angenommen, daß die Daten synchron mit der Vorderflanke der Transfertaktimpulse (CLK) in das Schieberegister 502 gegeben werden. Die Bilddaten (DATA) zum Ein-/Ausschalten der Heizeinrichtungen 401 werden über den Bilddateneingang 503 eingegeben.
  • Da die Anzahl der Bits der im Schieberegister 502 gespeicherten Bilddaten, die Anzahl der Heizeinrichtungen 401 und die Anzahl der Leistungstransistoren 451 zur Stromeinspeisung gleich groß sind, werden Transfertaktimpulse (CLK), entsprechend der Anzahl der Heizeinrichtungen 401 eingegeben, um die Bilddaten (DATA) in das Schieberegister 502 zu transferieren. Anschließend wird ein Zwischenspeichersignal (LT) an den Zwischenspeichersignaleingang 505 gegeben, um die den Heizeinrichtungen 401 entsprechenden Zwischenbilddaten in die Zwischenspeicherschaltungen 501 zu speichern.
  • Wenn anschließend die Schalter 506 für eine angemessene Zeitspanne in den Zustand „EIN" gebracht werden, werden Ströme in die Leistungstransistoren 451 und die Heizeinrichtungen 401 über die Spannungsversorgungsleitung 451 eingespeist, entsprechend der Einschaltdauer der Schalter 506, wobei die Ströme anschließend in die Masseleitung 453 fließen. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt jede Heizeinrichtung 401 die zum Ausstoßen von Tinte erforderliche Wärme, und den Bilddaten (DATA) entsprechende Tinte wird aus den Düsen des Aufzeichnungskopfs ausgestoßen.
  • Die oben beschriebene Ausgestaltung ist bekannt. Außerdem wurde ein Aufzeichnungskopf mit der in 12 gezeigten Ausgestaltung als Verbesserung der Anordnung nach 10 vorgeschlagen.
  • In 12 bezeichnet Bezugszeichen 410 nMOS-Feldeffekttransistoren (FETs), die als Leistungstransistoren zum Zuführen der erforderlichen Ströme zu den Heizeinrichtungen fungieren.
  • Wenn diese Schaltungsanordnung mit der nach 10 verglichen wird, so verwendet die Anordnung nach 10 npn-Transistoren in Darlington-Schaltung als Leistungstransistoren. Bei dieser Anordnung wird eine Logikschaltung verwendet, beispielsweise in Form eines Schieberegister, eines Zwischenspeichers oder dergleichen in Verbindung mit einem CMOS-Gatter, und ein BiCMOS-Prozeß dient zur Ausbildung von npn-Transistoren gleichzeitig mit einem solchen Gatter. Allerdings erfordert der BiCMOS-Prozeß eine große Anzahl von Masken mit entsprechend hohen Kosten. Im Hinblick auf dieses Problem können gemäß 12 dann, wenn nMOS-Transistoren anstelle von npn-Transistoren verwendet werden, die Leistungstransistoren mit Hilfe des gleichen Prozesses (CMOS-Prozesses) gebildet werden wie die Logikschaltung, so daß die Fertigung des Aufzeichnungskopfs relativ billig ist.
  • Alternative Ausgestaltungen sind bekannt aus Patent Abstracts of Japan, Vol. 009, Nr. 84 (M-371)/ JP 59212283 , die eine Schaltung zum Einprägen einer hohen Spannung in einen Ausgangstransistor zeigt; die US 5083137 , die einen Pegelschieber zeigt, welcher ein Ausgangssignal eines Dekodierers auf einen Pegel verschiebt, der ausreicht zur vollständigen Steuerung des Treibers; und Patent Abstracts of Japan, Vol. 012, Nr. 447 (E-685)/ JP 63174422 , die ebenfalls eine Schaltung zur Pegelverschiebung eines Signals mit einem logischen Pegel auf eine höhere Spannung zeigen.
  • Ein Tintenstrahlverfahren (das heißt ein Druckverfahren mittels Ausstoß von Flüssigkeit) läßt sich als Hochgeschwindigkeitsdruckvorgang realisieren bei vernachlässigbar geringer Geräuschentwicklung beim Druckvorgang selbst. Dieses Verfahren hat in jüngerer Zeit beträchtliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen, weil ein Druckvorgang ohne Spezialverfahren ermöglicht wird, das heißt ohne einen sogenannten Fixiervorgang bei normalem Druckpapier.
  • Von diesen Tintenstrahl-Druckverfahren besitzen das Flüssigkeitsstrahl-Druckverfahren gemäß beispielsweise der japanischen Patentoffenlegungsschrift 54-51834 und DOLS Nr. 2843064 Merkmale, die sich von anderen Flüssigkeitsstrahl-Druckverfahren dadurch unterscheiden, daß sie eine Treiberkraft zum Ausstoßen eines Tröpfchens durch Aufbringen von Wärmeenergie auf die Flüssigkeit erfordern.
  • Speziell ist das in den oben angegebenen Druckschriften offenbarte Druckverfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, welche die Wärmeenergie aufgenommen hat, Zustandsänderungen erleidet, die mit einer abrupten Volumenzunahme einhergehen, und durch einen Effekt ausgestoßen werden, der auf den Änderungen des Zustands basiert, wobei der Ausstoß über eine Düsenöffnung am distalen Ende des Aufzeichnungskopfs unter Bildung eines fliegenden Tröpfchens erfolgt, wobei das Tröpfchen an einem Druckmedium haften bleibt, um die Aufzeichnung zu bewirken.
  • Insbesondere wird das in der DOLS Nr. 2843064 beschriebene Flüssigkeitsstrahl-Druckverfahren äußerst effektiv angewendet bei einem sogenannten Drop-On-Demand-Druckverfahren (Tröpfchenausstoß je nach Bedarf) eingesetzt und läßt sich in einfacher Weise als Vollzeilen-Mehrfachdüsen-Aufzeichnungskopf mit hoher Dichte realisieren. Aus diesem Grund läßt sich ein Hochgeschwindigkeitsdruck mit hoher Auflösung und hoher Bildqualität erreichen.
  • Der Aufzeichnungskopf, der von dem oben angesprochenen Druckverfahren Gebrauch macht, wird aufgebaut durch ein Aufzeichnungskopfsubstrat mit Flüssigkeits-Ausstoßbereichen, die Düsen zum Ausstoßen einer Flüssigkeit aufweisen, mit Wärmeaufbringbereichen, die mit den Düsen kommunizieren, um Wärmeenergie aufzubringen und so ein Flüssigkeitströpfchen auszustoßen, Flüssigkeitskanäle mit Wärmeaufbringbereichen, und ein Substrat des Aufzeichnungskopfs mit Elektrowärmeumwandlungselementen (Heizelementen) als Einrichtung zum Erzeugen von Wärmeenergie.
  • In den vergangenen Jahren können auf einem derartigen Substrat nicht nur mehrere Heizelemente ausgebildet werden, sondern außerdem Logikschaltungen, beispielsweise mehrere Treiber zum Treiben der einzelnen Heizelemente, ein Schieberegister zum Zwischenspeichern von Bilddaten mit der gleichen Anzahl von Bits wie die Anzahl der Heizelemente zum parallelen Bilddatentransfer, welche seriell von einer Aufzeichnungsvorrichtung an die Treiber geliefert werden, Zwischenspeicherschaltungen zum Zwischenspeichern von Daten, die von dem Schieberegister ausgegeben werden und dergleichen.
  • 19 ist ein Blockdiagramm der Logikschaltungsanordnung eines herkömmlichen Aufzeichnungskopfs mit N Heizelementen (Druckelementen).
  • Gemäß 19 bezeichnet Bezugszeichen 700 ein Substrat; 701 Heizelemente; 702 Leistungstransistoren; 703 eine N-Bit-Zwischenspeicherschaltung und 704 ein N-Bit-Schieberegister. Bezugszeichen 715 steht für einen Sensor zum Überwachen der Widerstandswerte der Heizelemente 701 oder der Temperatur des Substrats 700, oder aber eine Heizeinrichtung, mit der das Substrat 700 auf einer gewünschten Temperatur gehalten wird. Mehrere derartige Sensoren und Heizeinrichtungen können vorgesehen sein, wobei der Sensor und die Heizvorrichtung integriert ausgebildet sind. Bezugszeichen 705 bis 714 und 716 bezeichnen Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, von denen die Anschlüsse 705 einen Takteingang zum Eingeben von Taktimpulsen (CLK) bilden, mit denen das Schieberegister 704 betrieben wird, die Anschlüsse 706 Bilddateneingangsanschlüsse zum seriellen Eingeben von Bilddaten (DATA) sind; 707 ein Zwischenspeichereingang zum Eingeben eines Zwischenspeichertaktimpulses (LTCLK) zum Steuern der Zwischenspeicherschaltung 703 zwecks Zwischenspeicherung von Bilddaten ist; 708 ein Treibersignaleingangsanschluß zum Eingeben von Heizimpulsen (HEAT) zum externen Steuern der Treiberzeit ist, zu der die Leistungstransistoren 702 eingeschaltet werden, um die Heizelemente 701 zu erregen und anzusteuern; 709 ein Treiber-Energieversorgungseingang zur Eingabe einer Treiberspannung (3 bis 8 V, normalerweise 5 V) für die Logikschaltungen ist; 710 ein Masseanschluß (GND) ist; 711 ein Heizelement-Versorgungsspannungsanschluß zum Eingeben einer Versorgungsspannung zur Ansteuerung der Heizelemente 701 ist; 712 ein Rücksetzeingangsanschluß zum Eingeben eines Rücksetzsignals (RST) zur Initialisierung der Zwischenspeicherschaltung 703 und des Schieberegisters 704 ist und 713 ein Anschluß für eine Heizelement-Versorgungsspannung ist.
  • Bezugszeichen 714-(1) bis 714-(n) bezeichnen Ausgangsanschlüsse für Überwachungssignale und Eingangsanschlüsse für Steuersignale zum Treiben des Sensors und der Temperatursteuerheizeinrichtung. Außerdem bezeichnen Bezugszeichen 716-(1) bis 716-(n) Blockauswahl-Eingangsanschlüsse zum Eingeben von Blockauswahlsignalen (BLK1, BLK2,..., BLKn) zum Auswählen eines Blocks, wenn die N Heizelemente in n Blöcke unterteilt sind und die n Blöcke im Zeitmultiplex angesteuert werden. Bezugszeichen 717 bezeichnet UND-Gatter zur logischen UND-Verknüpfung der Ausgangssignale der Zwischenspeicherschaltung 702, der Heizsignale (HEAT) und der Blockauswahlsignale (BLK1, BLK2,..., BLKn).
  • Die Treiber- oder Ansteuersequenz des Aufzeichnungskopfs mit der oben beschriebenen Ausgestaltung läuft folgendermaßen ab, wobei man beachte, daß die Bilddaten (DATA) binäre Daten sind, die pro Pixel durch ein Bit definiert sind.
  • Wenn ein Aufzeichnungsvorrichtungs-Hauptkörper, an welchem der Aufzeichnungskopf befestigt ist, serielle Bilddaten (DATA) synchron mit Taktimpulsen (CLK) ausgibt, werden die Ausgangsdaten in das Schieberegister 704 geladen. Die eingegebenen Bilddaten (DATA) werden vorübergehend in der Zwischenspeicherschaltung 703 gespeichert, die entsprechend dem Wert der Bilddaten („0" oder „1 ") EIN-/AUS-Ausgangsdaten erzeugt.
  • Wenn in diesem Zustand der Heizimpuls (HEAT) und das Blockauswahlsignal eingegeben werden, liefert die Zwischenspeicherschaltung 703 Ausgangssignale EIN, und die Leistungstransistoren, welche den Heizelementen des Blocks entsprechen, der durch das Blockauswahlsignal ausgewählt wurde, werden während der Einschaltzeit des eingegebenen Heizimpulses (HEAT) angesteuert und liefern damit Ströme zu den entsprechenden Heizelementen zum Ausführen eines Druckvorgangs.
  • In der Logikschaltung des in 19 gezeigten Aufzeichnungskopfs sind die Leistungstransistoren 702 npn-Bipolartransistoren, und die Logikschaltung wird durch einen BiCMOS-Prozeß gebildet. In einigen Fällen jedoch, in denen MOSFETs als Leistungstransistoren eingesetzt werden, kann die Logikschaltung durch den CMOS-Prozeß als Fertigungsprozeß anstelle des BiCMOS-Prozesses ausgebildet werden. Bei diesem Prozeß läßt sich nicht nur die Anzahl der Fertigungsschritte verringern, sondern auch der zur Bauelementtrennung erforderliche Platzbedarf läßt sich verringern, so daß eine Größenreduzierung des Substrats möglich ist.
  • Dies wird im folgenden anhand der 20A bis 22D erläutert.
  • 20A und 20B sind Logikschaltungsdiagramme eines Leistungstransistors zum Treiben eines einzelnen Heizelements, wenn der Leistungstransistor Bipolartransistoren aufweist. 20A ist ein Ersatzschaltungsbild einer Schaltung mit zwei npn-Bipolartransistoren 702a und 702b, und 20B ist eine Schnittansicht des Substrats. Nach 20A entspricht eine logische Ausgangsgröße 721 dem Ausgangssignal des UND-Gatters 717. 20B zeigt, wie n-Zonen 723, 725, 726 und 727 und p-Zonen 724, 728 und 729 zur Ausbildung des npn-Bipolartransistors auf dem Substrat ausgebildet werden. Außerdem bezeichnen in 20B die Symbole B, E und C die Basis, den Emitter bzw. den Kollektor.
  • 21A bis 21D zeigen ein Schaltungsdiagramm bzw. Schnittansichten eines Substrats für den Fall, daß Leistungstransistoren als MOSFET ausgebildet sind, während die gesamte Logikschaltung durch den CMOS-Prozeß gebildet wird.
  • 21A ist ein Ersatzschaltbild einer Schaltung, die verwendet wird, wenn der Leistungstransistor zum Treiben eines einzelnen Heizelements einen nMOS 720 aufweist, 21B ist eine Schnittansicht des Substrats der in 21A gezeigten Schaltung, und 21C und 21D sind Schnittansichten von Substraten, die nMOS- und pMOS-Transistoren in den Logikschaltungen bilden, beispielsweise der Zwischenspeicherschaltung 703, dem Schieberegister 704 und dergleichen. In den 21B bis 21D bezeichnen Symbole S, G und D die Source, das Gate bzw. den Drain, 731, 732 und 736 bezeichnen n-Zonen, und 733 bis 735 bezeichnen p-Zonen.
  • Wenn der Leistungstransistor einen MOSFET aufweist, läßt sich die gesamte Logikschaltung durch einen CMOS-Prozeß ausbilden, und es entfällt die Notwendigkeit für n+-Zonen 726 und 727 für den Kollektor, einer n-Epitaxieschicht 725, p-Bauelement-Trennzonen 729 und dergleichen (20B), die in dem BiCMOS-Prozeß zusätzlich zu den CMOS-Schaltungen mit den nMOS-Transistoren (21C) und pMOS-Transistoren (21D) der Logikschaltung erforderlich sind.
  • Als MOS-Leistungstransistor ist ein nMOS-Transistor aufgrund seiner spezifischen Elektronenbeweglichkeit und dergleichen beliebt. Wenn der nMOS-Transistor in der Logikschaltung des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs verwendet wird, wird an den Drain (D) des Leistungstransistors, der nicht angesteuert wird, eine 20 V oder mehr betragende Spannung angelegt. Im Hinblick auf diese Spannung ist es zur Sicherstellung einer solchen Durchbruchspannung übliche Praxis, in der Drainzone eine n-Zone auszubilden (einen Offset-MOS-Transistor), wie in 21B gezeigt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Im Hinblick auf den oben beschriebenen Stand der Technik ist es ein Ziel der Erfindung, einen Aufzeichnungskopf mit vereinfachten Schaltungsstrukturen und verbesserter Ansteuerbarkeit des Leistungstransistors, eine Tintenstrahlkopfpatrone und eine Aufzeichnungsvorrichtung unter Verwendung dieses Aufzeichnungskopfs anzugeben.
  • Erreicht wird dieses Ziel durch die Ansprüche 1, 33 bzw. 34. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild einer Variante eines Hauptkörpers einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
  • 2 ist ein Blockdiagramm der Steuerschaltungsanordnung der in 1 gezeigten Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung;
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern einer weiteren Variante des in 1 gezeigten Tintenstrahlaufzeichnungskopfs;
  • 4 ist eine schematische, perspektivische Ansicht der Ausgestaltung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 5 ist eine Schaltungsskizze, die die Ausgestaltung einer Logikschaltung des Aufzeichnungskopfs gemäß einer erste Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 6 ist eine Schaltungsskizze der Ausgestaltung einer Logikschaltung eines Aufzeichnungskopfs, in der eine Schaltung zur Spannungsteilung einer Heizleistungs-Spannungsversorgung und zum Zuführen dieser Spannung zu einem Spannungswandler der in 5 dargestellten Logikschaltungsanordnung hinzugefügt ist, entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 7 ist eine Schaltungsskizze der Ausgestaltung einer Treiberschaltung eines Aufzeichnungskopfs gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 8 ist eine Schaltungsskizze in einer Variante, bei der die Schaltung nach 7 durch einen nMOS-Prozeß gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung gefertigt wird;
  • 9 ist eine Schaltungsskizze der Ausgestaltung einer Treiberschaltung für einen Aufzeichnungskopf gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung;
  • 10 ist eine Schaltungsskizze der Schaltung eines herkömmlichen Aufzeichnungskopfs für das Tintenstrahlverfahren;
  • 11 ist ein Impulsdiagramm, welches unterschiedliche Signale zum Treiben der Treiberschaltung des Aufzeichnungskopfs nach 10 veranschaulicht;
  • 12 ist ein Blockdiagramm des Standes der Technik, der von nMOSFETs als Leistungstransistoren eines Aufzeichnungskopfs Gebrauch macht;
  • 13 ist eine graphische Darstellung der VD-ID-Kennlinie eines nMOS-Transistors;
  • 14 ist ein Blockdiagramm des Standes der Technik, der von nMOSFETs als Leistungstransistoren eines Aufzeichnungskopfs Gebrauch macht;
  • 15 ist eine graphische Darstellung der VD-ID-Kennlinie eines nMOS-Transistors;
  • 16A ist eine Schaltungsskizze einer Heizelement-Treiberschaltung an einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Substrat gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung;
  • 16B ist eine Schaltungsskizze einer Heizelement-Treiberschaltung an einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Substrat gemäß einer weiteren Variante der sechsten Ausführungsform der Erfindung;
  • 17A ist eine Schnittansicht der Struktur eines in 16A dargestellten Offset-pMOS-Transistors;
  • 17B ist eine Schnittansicht der Struktur eines in 16A dargestellten Offset-nMOS-Transistors;
  • 17C ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines Offset-nMOS-Transistors nach 16B;
  • 17D ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines Offset-pMOS-Transistors nach 16B;
  • 18A ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines Diodensensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 18B ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines Diodensensors gemäß einer weiteren Variante dieser Ausführungsform;
  • 19 ist eine Schaltungsskizze eines herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Substrats;
  • 20A ist eine Schaltungsskizze einer herkömmlichen Treiberschaltung für ein Heizelement unter Verwendung eines bipolaren Leistungstransistors;
  • 20B ist eine Schnittansicht des Aufbaus des in 20A dargestellten bipolaren Leistungstransistors;
  • 21A ist eine Schaltungsskizze einer herkömmlichen Treiberschaltung für ein Heizelement unter Verwendung eines MOS-Leistungstransistors;
  • 21B ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines herkömmlichen Offset-nMOS-Leistungstransistors;
  • 21C ist eine Schnittansicht eines Substrats, welches einen nMOS-Transistor bildet, der in einer Logikschaltung eingesetzt wird, wenn die gesamte Logikschaltung durch einen CMOS-Prozeß unter Verwendung eines MOSFETs als Leistungstransistor gebildet wird;
  • 21D ist eine Schnittansicht eines Substrats, welches einen pMOS-Transistor bildet, der in einer Logikschaltung eingesetzt wird, wenn die gesamte Logikschaltung unter Verwendung eines MOSFETs als Leistungstransistor durch einen CMOS-Prozeß gebildet wird;
  • 22 ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines herkömmlichen Diodensensors;
  • 23 ist eine Schaltungsskizze einer Schaltung zum Boosten der Gatespannung eines Leistungstransistors;
  • 24 ist ein Schaltungsdiagramm einer Schaltungsanordnung zum Treiben eines Druckelements eines Aufzeichnungskopfs gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
  • 25A ist eine Schnittansicht eines pMOS-Leistungstransistors nach 24; und
  • 25B ist eine Schnittansicht eines nMOS-Transistors in einem Gatespannungs- Booster gemäß 24.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • [Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtungs-Hauptkörper]
  • Im folgenden wird eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung dieser Ausführungsform erläutert. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 900 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
  • Nach 1 ist an einem Schlitten 920, der mit einer Spiralnut 921 einer Führungsspindel 904 in Eingriff steht, ein Aufzeichnungskopf 810 gelagert, wobei die Spindel sich durch Antriebskraft-Übertragungszahnräder 902 und 903 entsprechend der Vorwärts-/Rückwärtsdrehung eines Antriebsmotors 901 dreht. Der Aufzeichnungskopf 810 ist in Pfeilrichtung a oder b entlang einer Führung 919 zusammen mit dem Schlitten 920 durch die Antriebskraft des Antriebsmotors 901 hin- und herbeweglich. Eine Papierandrückplatte 905 für einen Druckpapierbogen P, der von einem (nicht dargestellten) Druckträgertransporteur auf die Gegendruckplatte 906 befördert wird, drückt den Druckpapierbogen gegen die Gegendruckplatte 906 entlang der Bewegungsrichtung des Schlittens.
  • Photokoppler 907 und 908 beinhalten eine Ruhestellungs-Detektoreinrichtung, die das Vorhandensein eines an dem Schlitten 920 befindlichen Hebels 909 in der Zone der Photokoppler 907 und 908 bestätigen und einen Umschaltvorgang für die Drehrichtung des Antriebsmotors 901 und dergleichen bewirken. Ein Lagerelement 910 haltert ein Kappenelement 911, welches die Oberfläche des Aufzeichnungskopfs 810 abdeckt, und eine Saugeinrichtung 912 zieht das Innere des Kappenelements 911 durch Saugkraft an, um eine Saug-Aufbereitung des Aufzeichnungskopfs 810 durch eine interne Kappenöffnung 513 zu bewirken. Ein Bewegungselement 915 ermöglicht einer Reinigungsrakel 914, in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gemäß 1 bewegt zu werden, wobei die Reinigungsrakel 914 und das Bewegungselement 915 von einer Hauptkörper-Trägerplatte 916 gehaltert werden. Die Reinigungsrakel 914 ist nicht auf die dargestellte Variante beschränkt, sondern bei dieser Ausführungsform kann selbstverständlich auch eine bekannte Reinigungsrakel zum Einsatz gelangen. Ein Hebel 917 dient zum Einleiten des Saugvorgangs für die Saug-Aufbereitung, und er bewegt sich bei einer Bewegung eines Steuernockens 918, der mit dem Schlitten 920 zusammenwirkt. Die Bewegungssteuerung für den Hebel 917 erfolgt über bekannte Übertragungsmittel wie beispielsweise eine Schaltkupplung oder dergleichen unter Ausnutzung der Antriebskraft des Antriebsmotors 901. Eine (nicht dargestellte) Drucksteuerung befindet sich auf der Aufzeichnungsvorrichtungs-Hauptkörper-Seite. Die Drucksteuerung liefert an eine Heizeinheit 806, die an dem Aufzeichnungskopf 810 ausgebildet ist, ein Signal und führt damit eine Treibersteuerung der einzelnen Mechanismen durch, so zum Beispiel des Antriebsmotors 901 und dergleichen.
  • Die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 900 mit dem oben erläuterten Aufbau führt einen Druckvorgang auf einem Druckpapierbogen P durch, der von einem Druckträger-Förderer auf die Gegendruckplatte 906 geleitet wird, während der Aufzeichnungskopf 810 sich über die gesamte Breite des Druckpapierbogens P hin- und herbewegt. Der Aufzeichnungskopf 810 kann einen hochgenauen Hochgeschwindigkeitsdruck durchführen, da er mit Hilfe eines Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Substrats hergestellt ist, welches den Schaltungsaufbau jeder der oben angesprochenen Ausführungsformen besitzt.
  • [Ausgestaltung der Steuerschaltung]
  • Die Ausgestaltung einer Steuerschaltung zum Ausführen der Drucksteuerung der oben erläuterten Aufzeichnungsvorrichtung wird im folgenden erläutert. 2 ist ein Blockdiagramm, welches die Ausgestaltung der Steuerschaltung für die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 900 zeigt. Nach 2, welche die Steuerschaltung zeigt, bezeichnet Bezugszeichen 1700 eine Schnittstelle zum Eingeben eines Drucksignals; 1701 eine MPU; 1702 einen Programm-ROM, der ein von der MPU 1701 ausgeführtes Steuerprogramm speichert; und 1703 einen dynamischen RAM zur Aufnahme unterschiedlicher Daten (Drucksignal, Druckdaten für den Kopf und dergleichen). Bezugszeichen 1704 steht für ein Gatearray zum Ausführen einer Zuführsteuerung der Druckdaten zu einem Aufzeichnungskopf 1708, außerdem zum Durchführen einer Datentransfersteuerung zwischen der Schnittstelle 1700, der MPU 1701 und dem RAM 1703. Bezugszeichen 1710 steht für einen Trägermotor zum Transportieren des Aufzeichnungskopfs 1708, 1709 steht für einen Vorschubmotor für den Papierbogenvorschub. Bezugszeichen 1705 bezeichnet einen Kopftreiber zum Treiben des Kopfs, und 1706 und 1707 sind Motortreiber zum Treiben des Vorschubmotors 1709 bzw. des Trägermotors 1710.
  • Im folgenden wird die Arbeitsweise der Steuereinrichtung erläutert. Wenn an die Schnittstelle 1700 ein Drucksignal gegeben wird, wird dieses von dem Gatearray 1704 und der MPU 1701 in für den Druck geeignete Druckdaten umgewandelt. Die Motortreiber 1706 und 1707 werden angesteuert, und der Aufzeichnungskopf wird abhängig von dem an den Kopftreiber 1705 gelieferten Drucksignal angetrieben, um den Druckvorgang durchzuführen.
  • [Weitere Betriebsart für den Aufzeichnungskopf]
  • Wie in 3 gezeigt ist, enthält der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 810 eine Aufzeichnungskopfeinheit 811 mit mehreren Ausstoßöffnungen 800, außerdem einen Tintentank 812, der der Aufzeichnungskopfeinheit 811 zuzuleitende Tinte enthält. Der Tintentank 812 ist lösbar an der Aufzeichnungskopfeinheit 811 angebracht, wobei eine Grenzlinie K die Trennlinie bildet. Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 810 besitzt (nicht gezeigte) Kontakte zum Empfang elektrischer Signale von der Seite des Schlittens, wenn dieser an dem in 1 gezeigten Aufzeichnungsgerät angesetzt ist, außerdem Heizeinrichtungen, die von den elektrischen Signalen betrieben werden. Der Tintentank 812 enthält einen faserförmigen oder porösen Tintenabsorber zum Halten der Tinte, und die Tinte wird in einem derartigen Tintenabsorber gespeichert.
  • Im Gegensatz dazu sind in dem in 1 gezeigten Tintenstrahlaufzeichnungskopf 810 die Aufzeichnungskopfeinheit 811 und der Tintentank 812 als einzelne Einheit ausgebildet.
  • [Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Substrat]
  • Das Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Substrat dieser Ausführungsform wird im folgenden erläutert. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung des Substrats des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs im einzelnen zeigt.
  • Wie in 4 zu sehen ist, läßt sich das Substrat des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs mit dem Aufzeichnungskopf 810 dadurch herstellen, daß Kanalwandelemente 801 zur Bildung von Tintenkanälen 805, die mit mehreren Ausstoßöffnungen 800 verbunden sind, und ein Oberplatten-Nutenelement 802 mit einer Tintenzuführöffnung 803 zusammengesetzt werden. Im vorliegenden Fall wird die Tinte von der Tintenzuführöffnung 803 eingeleitet und in einer internen gemeinsamen Tintenkammer 804 gespeichert, um den einzelnen Tintenkanälen 805 zugeleitet zu werden. In diesem Zustand wird durch Ansteuern einer Heizeinrichtung 806, die an eine Leitung 807 auf einer Basis 808 angeschlossen ist, Tinte aus den Ausstoßöffnungen 800 ausgestoßen.
  • Wenn der in 4 gezeigte Aufzeichnungskopf 810 an der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung angebracht ist und der Hauptkörper der Aufzeichnungsvorrichtung dem Aufzeichnungskopf 810 zuzuleitende Signale steuert, läßt sich ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät schaffen, welches für einen Hochgeschwindigkeitsdruck hoher Qualität geeignet ist.
  • [Logikschaltungsanordnung des Aufzeichnungskopfs]
  • Wenn bei dieser Ausführungsform MOS-Transistoren als Leistungstransistoren dienen, wie in 12 gezeigt ist, werden Gatespannungs-Booster 111 zwischen Schalter 506 und Leistungstransistoren 410 eingefügt, wie in 14 zu sehen ist. Jeder Gatespannungs-Booster 111 wandelt die Spannungsamplitude des von einem zugehörigen Zwischenspeicher 501 ausgegebenen digitalen Signals um in eine höhere Spannungsamplitude und legt dieses Signal mit der umgewandelten Amplitude an das Gate des Leistungstransistors 410, um dadurch die Treiberstärke des Leistungstransistors zu steigern. Durch Steigern der Treiberstärke des Leistungstransistors läßt sich die für jeden Leistungstransistor innerhalb der Treiberschaltung erforderliche Fläche reduzieren, und damit läßt sich eine Baugrößenreduzierung für die gesamte Schaltung erreichen.
  • <Erste Ausführungsform >
  • 5 ist ein Schaltungsdiagramm der Logikschaltungsanordnung der ersten Ausführungsform des in 1 gezeigten Aufzeichnungskopfs 810, sie zeigt außerdem die Anordnung des in 14 dargestellten Gatespannungs-Boosters im einzelnen. In 5 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie bei dem in den 10 und 12 dargestellten herkömmlichen Aufzeichnungskopf, eine detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt. Nur die charakteristischen Elemente dieser Ausführungsform werden im folgenden erläutert.
  • Gemäß 5 bezeichnet Bezugszeichen 111 Gatespannungs-Booster, die jeweils die Spannungsamplitude eines digitalen Signals, welches von einem entsprechenden Zwischenspeicher 501 ausgegeben wird, in eine höhere Spannungsamplitude umwandeln und das Signal mit der umgewandelten Amplitude an das Gate eines zugehörigen Leistungstransistors 410 legen, 116 bezeichnet eine Energieversorgungsleitung für die Gatespannungs-Booster 111. Jeder Gatespannungs-Booster 111 wird aufgebaut durch einen Widerstand 112, einen nMOS-Transistor 113, dessen Drain mit dem Widerstand 112 verbunden ist, und einem CMOS-Negator, gebildet durch einen pMOS-Transistor 114 und einem nMOS-Transistor 115.
  • Man beachte, daß die Anzahl der Bits von Bilddaten, die in einem Schieberegister 502 gespeichert sind, die Anzahl von Leistungstransistoren 410 und die Anzahl von Heizeinrichtungen 401 gleich groß sind.
  • Der Aufzeichnungskopf 810 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung führt die gleichen Operationen durch wie bei dem in 10 dargestellten herkömmlichen Aufzeichnungskopf, entsprechend dem in 11 gezeigten Impulsdiagramm. Insbesondere werden Daten (DATA) zum Ein-/Aus-Schalten der Heizeinrichtung 401 von einem Bilddateneingangsanschluß 503 des Schieberegisters 502 synchron mit dem Zeitpunkt der Vorderflanke von Transfertaktimpulsen eingegeben. Da die Anzahl von Bits der im Schieberegister 502 gespeicherten Bilddaten der Anzahl von Heizeinrichtungen 401 und der Anzahl von Leistungstransistoren 410 zur Stromansteuerung gleicht, werden die Transfertaktimpulse (CLK) entsprechend der Anzahl von Heizeinrichtungen 401 eingegeben, um die Bilddaten (DATA) in das Schieberegister 502 zu übertragen. Anschließend wird ein Zwischenspeichersignal an einen Zwischenspeichersignaleingang 505 gelegt, um die den Heizeinrichtungen entsprechenden Bilddaten in den Zwischenspeicherschaltungen 501 zwischenzuspeichern.
  • Wenn anschließend die Schalter 506 eingeschaltet werden, werden von den Zwischenspeicherschaltungen 501 den Bilddaten entsprechende Signale Niedrig/Hoch ausgegeben, und die Ausgangsspannungen gelangen an die Gates der nMOS-Transistoren 113 in dem Gatespannungs-Booster 111.
  • Im folgenden wird der Fall erläutert, daß das Ausgangssignal von einer gewissen Zwischenspeicherschaltung 501 „Niedrig" sei. Da zu diesem Zeitpunkt der nMOS-Transistor 113 ausgeschaltet ist, wird die Spannung von der Versorgungsspannungsleitung 116 direkt an den das Gate des CMOS-Negators gelegt, der durch einen pMOS-Transistor 114 und den nMOS-Transistor 115 gebildet wird, und zwar über den Widerstand 112. Da das Ausgangssignal des CMOS-Negators auf „Niedrig" geht, wird eine Spannung „0 V" an das Gate des entsprechenden Leistungstransistors 410 gelegt. Insbesondere dann, wenn das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 501 „Niedrig (keine Bilddaten oder der Wert eines Bildsignals ist „0")" ist, wird die Gatespannung des Leistungstransistors 410 auf „0 V" gesetzt, und an die Heizvorrichtung 410 gelangt kein Strom. Im Ergebnis erfolgt ein Druckvorgang.
  • Als nächstes wird der Fall untersucht, daß das Ausgangssignal einer gewissen Zwischenspeicherschaltung 501 „Hoch" ist. Da jetzt das Schieberegister 502 und die Zwischenspeicherschaltung 501 normalerweise aus CMOS-Gattern gebildet werden und sämtliche Signale von dem externen Transfertaktimpulsen (CLK), dem Bildsignal (DATA), dem Zwischenspeicher-Zeitsteuersignal (LT) mit einer Signalamplitude von 0 V/5 V und der zu jeder Zwischenspeicherschaltung 501 gehörigen Versorgungsspannung häufig 5 V beträgt, liegt das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 501 bei „Hoch", die Signalspannung beträgt 5 V. Diese Spannung von 5 V wird über den Schalter 506 an das Gate des nMOS-Transistors 113 gelegt. Ansprechend auf dieses Spannungssignal fließt ein Strom durch den Widerstand 112, weil der nMOS-Transistor 113 eingeschaltet ist.
  • Wenn der Widerstandswert des Widerstands 112 auf einen Wert eingestellt ist, der ausreichend größer ist als derjenige im Einschaltzustand des nMOS-Transistors 113, wird eine Spannung in der Nähe von 0 V an das Gate des CMOS-Negators gelegt, und der Eingang des Gates des CMOS-Negators kann in den Zustand „Niedrig" gebracht werden. Auf diese Weise geht der Ausgang des CMOS-Negators auf „Hoch", und der Spannungswert der Versorgungsspannungsleitung 116 erscheint direkt als Ausgangsspannungspegel zu diesem Zeitpunkt. Diese Spannung wird an das Gate des Leistungstransistors 401 gelegt. Genauer gesagt: wenn der Ausgang der Zwischenspeicherschaltung 501 „Hoch (wobei der Wert des Bildsignals „1 " ist" ist, wird die Spannung an der Spannungsversorgungsleitung 116 an das Gate des Leistungstransistors 410 gelegt, um diesen einzuschalten, und an die Heizvorrichtung 401 wird ein Strom gegeben, so daß ein Druckvorgang durch Tintenausstoß stattfindet.
  • Wenn zu diesem Zeitpunkt die Spannung auf der Versorgungsspannungsleitung 116 um 5 V höher ist als die Versorgungsspannung des Schieberegisters 502 und der Zwischenspeicherschaltung 501, wird die Spannung an das Gate des Leistungstransistors 410 gelegt, wodurch die Ansteuerbarkeit dieses Leistungstransistors 410 verbessert wird. Die Spannung auf der Versorgungsspannungsleitung 116 kann zu diesem Zeitpunkt beliebig eingestellt sein. Beispielsweise wird vorzugsweise die höchste verfügbare Spannung innerhalb des verfügbaren Bereichs de Durchbruchspannung des CMOS-Negators gewählt. Beispielsweise kann die Spannung der Versorgungsspannungsleitung 452 für die Heizeinrichtungen 401 und der Spannungsversorgungsleitung 116 des Gatespannungs-Boosters 111 gemeinsam verwendet werden, wobei in dieser Ausgestaltung der gewünschte Kennlinienverlauf erhalten werden kann, ohne zwei Spannungsversorgungen zu benutzen, was den Aufzeichnungskopf vereinfacht.
  • Bei dieser Ausführungsform wird Strom von der Versorgungsspannungsleitung 116 für den Gatespannungs-Booster 111 geliefert, wenn der nMOS-Transistor 113 eingeschaltet ist. Kein Strom wird geliefert, wenn der Transistor 113 ausgeschaltet ist. In einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung ist die Anzahl der gleichzeitig einschaltbaren Heizeinrichtungen 410 normalerweise beschränkt auf etwa 1/10 der Gesamtanzahl von Heizeinrichtungen, abhängig von der Versorgungsspannungsleistung der Aufzeichnungsvorrichtung, und in zahlreichen Fällen ist die Anzahl der ausgeschalteten Heizeinrichtungen größer als diejenige der ausgeschalteten Heizeinrichtungen. Wenn also Ströme in die Gatespannungs-Booster entsprechend den ausgeschalteten Heizeinrichtungen gegeben wird und die Anzahl der ausgeschalteten Heizeinrichtungen groß ist, wird insgesamt ein starker Strom an einen Gatespannungs-Booster geliefert. In dem Zustand, in welchem sämtliche Heizeinrichtungen ausgeschaltet sind, das heißt im sogenannten Leerlaufzustand, erhöhen, wenn Ströme in die Gatespannungs-Booster für sämtliche Heizeinrichtungen geleitet werden, die Temperatur des Chips und beeinflussen damit abträglich die Arbeitsweise und die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfs.
  • Aus diesen Gründen wird bevorzugt, wenn kein Strom an die den ausgeschalteten Heizeinrichtungen entsprechenden Gatespannungs-Booster geliefert wird. Bei dieser Ausführungsform fließen dann keine Ströme, wenn der nMOS-Transistor 113 ausgeschaltet ist.
  • Deshalb sind gemäß der oben erläuterten Ausführungsform die Gatespannungs-Booster 111 zwischen die Leistungstransistoren 410 zum Ansteuern der Heizeinrichtungen des Aufzeichnungskopfs und die Zwischenspeicherschaltungen 501 zum Ausgeben von Bilddaten geschaltet, und wenn die Heizeinrichtung angesteuert wird, läßt sich der entsprechende Leistungstransistor 410 mit einer höheren Spannung als der Ausgangsspannung der Zwischenspeicherschaltung 501 ansteuern. Insbesondere dann, wenn als Leistungstransistor ein nMOS-Transistor verwendet wird, läßt sich die Ansteuerbarkeit dieses Leistungstransistors verbessern. Bei der Fertigung des Aufzeichnungskopfs mit der oben erläuterten Schaltungsanordnung ist kein extra Prozeß erforderlich.
  • Da kein Strom fließt, wenn der nMOS-Transistor 113 als Gatespannungs-Booster 111 ausgeschaltet ist, entsteht auch kein unerwünschter Energieverbrauch, und der Betrieb sowie die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfs werden nicht abträglich beeinflußt.
  • Bei der Beschreibung der obigen Ausführungsform wird die Spannung der Versorgungsspannungsleitung 116 für den Gatespannungs-Booster 111 vorzugsweise auf den höchstmöglichen Wert eingestellt, ohne daß die Durchbruchspannung des CMOS-Negators überschritten wird, und sie kann gemeinsam als Heizspannung verwendet werden, falls möglich. Da allerdings die Heizspannung normalerweise auf eine hohe Spannung von 20 V oder darüber eingestellt ist und die Durchbruchspannung des CMOS-Negators etwa 15 V beträgt, erweist es sich in der Praxis als schwierig, die Versorgungsspannung gemeinsam zu benutzen. Allerdings führt das Hinzufügen einer Spannungsversorgung für den Gatespannungs-Booster 111 zu einer Erhöhung des Schaltungsumfangs in der Aufzeichnungsvorrichtung insgesamt, und damit geht eine Kostensteigerung einher.
  • Um diese Forderung zu erfüllen, kann eine Anordnung zur Spannungsteilung der Heizspannungsversorgung und zum Zuführen der geteilten Spannung zu den Gatespannungs-Boostern 111 zu der in 5 gezeigten Schaltung des Aufzeichnungskopfs hinzugefügt werden.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 6 ist ein Schaltungsdiagramm der Anordnung eines Aufzeichnungskopfs, in welchem eine Schaltung zur Spannungsteilung einer Heizversorgungsspannung und zum Zuführen der geteilten Spannung zu dem Gatespannungs-Booster der in 5 gezeigten Anordnung des Aufzeichnungskopfs hinzugefügt ist.
  • Bezugnehmend auf 6 bezeichnet Bezugszeichen 131 eine Spannungsversorgungsschaltung, mit der auf die Spannungsversorgungsleitung 116 eine Speisespannung für die Gatespannungs-Booster 111 mit Hilfe einer von der Spannungsversorgungsleitung 452 der Heizeinrichtungen 401 gegeben wird; 132 und 133 sind Widerstände; 134 ist ein nMOS-Transistor und 135 ist ein Widerstand, der an die Source des nMOS-Transistors 134 angeschlossen ist. Dieser nMOS-Transistor 134 und der Widerstand 135 bilden einen Sourcefolger-Puffer.
  • Mit dieser Anordnung wird basierend auf der Spannung von der Heizspannungsleitung 452 eine Spannung mit dem Spannungsteilerverhältnis der Widerstände 132 und 133 erzeugt und dem Gatespannungs-Booster 111 über die durch den nMOS-Transistor 134 und den Widerstand 135 gebildeten Sourcefolger zugeführt. Auf diese Weise kann eine optimale Spannung jedem Gatespannungs-Booster 111 ohne Hinzufügung einer weiteren Spannungsversorgung zugeführt werden. Da ein derartiger Puffer vorhanden ist, läßt sich ein möglicher Spannungsfall vermeiden, der verursacht wird durch einen Strom, der fließt, wenn der nMOS-Transistor 113 in jedem Gatespannungs-Booster 111 eingeschaltet wird, und folglich kann eine Spannung für jeden Gatespannungs-Booster 111 bereitgestellt werden, ohne die Schaltungskennwerte zu beeinträchtigen.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • 7 ist ein Schaltungsdiagramm der Ausgestaltung einer Treiberschaltung eines Aufzeichnungskopfs. Gleiche Bezugszeichen in 7 stehen für gleiche Teile wie für den in 5 gezeigten Aufzeichnungskopf, auf eine detaillierte Beschreibung wird verzichtet. Lediglich die charakteristischen Elemente dieser Ausführungsform werden im folgenden erläutert.
  • Bezugnehmend auf 7 bezeichnet Bezugszeichen 141 eine Korrekturschaltung zum Anlegen einer gewünschten Spannung an die Gatespannungs-Booster 111. Die Korrekturschaltung 141 wird gebildet durch einen Polysiliciumwiderstand 142, einen nMOS-Transistor 143 und einen Eingangsanschluß 144 zur Festlegung des Einschaltwiderstands, wenn der nMOS-Transistor 143 eingeschaltet ist. Man beachte, daß die Polysiliciumelektroden der durch den Polysiliciumwiderstand 142, den nMOS-Transistor 143 und den Leistungstransistor 410 gebildeten Schaltung in einem einzigen Fertigungsprozeß gebildet werden.
  • Der Aufzeichnungskopf mit dem oben beschriebenen Aufbau führt die gleichen Operationen durch wie der in 10 gezeigte herkömmliche Aufzeichnungskopf, entsprechend dem in 11 gezeigten Impulsdiagramm.
  • Im folgenden soll ein Fall untersucht werden, in welchem das Ausgangssignal einer gewissen Zwischenspeicherschaltung 501 „Niedrig" ist. Da zu diesem Zeitpunkt der nMOS-Transistor 113 ausgeschaltet ist, wird die Spannung auf der Versorgungsspannungsleitung 116 direkt an das Gate des durch den pMOS-Transistor 114 und den nMOS-Transistor 115 gebildeten CMOS-Negator über den Widerstand 112 angelegt. Ansprechend auf diese Spannung wird, da das Ausgangssignal des CMOS-Negators „Niedrig" wird, eine Spannung „0 V" an das Gate des entsprechenden Leistungstransistors 410 gelegt. Insbesondere dann, wenn das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 501 „Niedrig (keine Bilddaten oder der Wert des Bildsignals ist „0")" ist, wird die Gatespannung des Leistungstransistors 410 auf „0 V" eingestellt, und an die Heizeinrichtung 401 gelangt kein Strom. Im Ergebnis erfolgt kein Druckvorgang.
  • Als nächstes wird der Fall untersucht, bei dem das Ausgangssignal einer gewissen Zwischenspeicherschaltung 501 „Hoch" ist. Da das Schieberegister 502 und die Zwischenspeicherschaltung 502 normalerweise durch CMOS-Gatter gebildet werden, und sämtliche externen Transfertaktimpulse (CLK), das Bildsignal (DATA), das Zwischenspeicher-Zeitsteuersignal (LT) eine Signalamplitude von 0 V/5 V haben, ist die zu jeder Zwischenspeicherschaltung 501 gehörige Versorgungsspannung häufig 5 V. Wenn also das Ausgangssignal der betrachteten Zwischenspeicherschaltung 501 „Hoch" ist, so beträgt ihre Signalspannung 5V. Die Spannung von 5 V gelangt über den Schalter 506 an das Gate des nMOS-Transistors 113. Ansprechend auf dieses Spannungssignal fließt durch den Widerstand 512 ein Strom, weil der nMOS-Transistor 113 eingeschaltet ist.
  • Wenn nun der Widerstandswert des Widerstands 112 auf einen ausreichend größeren Wert als den Einschaltwiderstand des nMOS-Transistors 113 eingestellt ist, gelangt eine Spannung von etwa 0 V an das Gate des CMOS-Negators, und das Ausgangssignal des CMOS-Negators geht auf „Hoch". Folglich erscheint der Spannungswert der Versorgungsspannungsleitung 116 direkt als Ausgangsspannungspegel des CMOS-Negators am Gate des Leistungstransistors 410.
  • Wenn insbesondere das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 501 „Hoch" ist, wird die Spannung der Versorgungsspannungsleitung 116 an das Gate des Leistungstransistors 410 gelegt, um ihn einzuschalten. Im Ergebnis wird Strom in die Heizeinrichtung 401 zum Erhitzen von Tinte eingespeist, und es wird Tinte zum Ausführen des Druckvorgangs ausgestoßen. Auf diese Weise entspricht die an die Gateelektrode des Leistungstransistors 410 gelangende Spannung derjenigen der Spannungsversorgungsleitung 116. Diese Spannung wird von der Korrekturschaltung 141 erzeugt.
  • Bei dem Fertigungsverfahren für den Aufzeichnungskopf werden die Polysiliciumelektroden des Polysiliciumwiderstands 142 und des nMOS-Transistors 143 gleichzeitig mit den Polysilicium-Gate-Elektroden der nMOS-Transistoren 410 als Leistungstransistoren zum Einspeisen von Strom in die Heizeinrichtungen 401 ausgebildet, und die Größen dieser Elektroden werden in der unten beschriebenen Weise bemessen. Folglich arbeitet die Korrekturschaltung 141 als Schaltung zum Unterdrücken von Änderungen im Ausstoßzustand der Tinte aufgrund von Änderungen der Treiberkraft jedes Leistungstransistors 410.
  • Insbesondere dann, wenn ein MPA als Ausrichter eingesetzt wird, wie dies im Stand der Technik beschrieben ist, leidet die Gatelänge (L) eines nMOS-Transistors an Prozeßschwankungen mit einem Maximum von ±0,5 bis ±1,0 μm, bezogen auf den Entwurfswert. Solche Prozeßschwankungen hängen ab von der Belichtungsbedingung und der Ätzbedingung, wobei die Schwankungen von Herstellungslos zu Herstellungslos und von Wafer zu Wafer beträchtlich driften. Was die Schwankungen auf einem einzelnen Wafer angehen, sind die oben angesprochenen Schwankungen gegenüber dem Entwurfswert vorhanden, allerdings sind die relativen Schwankungen innerhalb des Wafers vergleichsweise gering. Das heißt: wenn die Polysilicium-Breite eines gewissen Teils eines Wafers 1 μm kleiner ist als der Entwurfswert, so kann man davon ausgehen, daß die Polysilicium-Breite der anderen Teile in ähnlicher Weise um 1 μm kleiner sind als der Entwurfswert.
  • Im folgenden wird der Fall untersucht, bei dem der Entwurfswert der Polysilicium-Gate-Länge (L) des Leistungstransistors 410 4 μm beträgt, wobei dieser Wert aufgrund von Prozeßschwankungen sich auf 3 μm geändert hat.
  • In diesem Fall wird, wie aus der Gleichung (1) ersichtlich ist, bei einer Zunahme der Treiberkraft des MOS-Transistors um 4/3 die von der Heizeinrichtung 401 erzeugte Energie größer als der Entwurfswert. Als Folge davon siedet die Tinte, und die Lebensdauer der Heizeinrichtung verkürzt sich.
  • Wenn dabei die Breite des Polysilicium-Widerstands 142 in der Korrekturschaltung 141 und die Länge (L) des Gates des nMOS-Transistors 143 auf 4 μm festgelegt sind und die Richtungen der Polysilicium-Gates der Leistungstransistoren 410 und des nMOS-Transistors 143 mit der Richtung des Polysilicium-Widerstands 142 übereinstimmen, ist von diesen Werten zu erwarten, daß sie sich in ähnlicher Weise innerhalb eines einzelnen Wafers auf 3 μm ändern.
  • Im folgenden wird ein Fall erläutert, bei dem die Schaltung so ausgelegt ist, daß die Spannung auf der Spannungsversorgungsleitung 452 einen Wert von 24 V hat und die Spannung auf der Spannungsversorgungsleitung 116 einen Wert von 16 V hat, das heißt, das Verhältnis des Polysilicium-Widerstands 142 zum Einschaltwiderstand des nMOS-Transistors 143 beträgt 1:2.
  • Wenn sich die Breite des Polysilicium-Widerstands 142 von 4 μm auf 3 μm ändert, ähnlich wie die Gate-Länge (L) jedes Leistungstransistors 410, so nimmt der Widerstandswert des Polysilicium-Widerstands 142 auf das 1,33-fache zu. Wenn andererseits die Gate-Länge (L) des nMOS-Transistors 143 in der Korrekturschaltung 141 sich von 4 μm auf 3 μm ändert, nimmt der Einschaltwiderstand des nMOS-Transistors auf das 0,75-fache ab. Im Ergebnis ändert sich die von der Korrekturschaltung 141 erzeugte und an die Spannungsversorgungsleitung 116 gelegte Spannung von 16 V entsprechend dem Entwurfswert auf 12,5 V.
  • Wie bereits oben beschrieben wurde, wird diese Spannung an die Gateelektrode jedes Leistungstransistors 410 gelegt. Da die Gatespannung (VG) und der Drainstrom (IDS) eine durch die Gleichung (1) vorgegebene Beziehung aufweisen, ändert sich, wenn die Gatespannung (VG) sich von 16 V auf 12,5 V ändert, der Drainstrom (IDS) auf etwa das 0,75-fache. Wenn folglich die Gate-Länge jedes Leistungstransistors 410 sich ändert, nimmt die Treiberkraft des MOS-Transistors auf etwa das 1,33-fache zu, allerdings betragen Änderungen der Treiberkraft durch den MOS-Transistor aufgrund von der Gatespannung (VG) etwa das 0,75-fache. Folglich betragen Änderungen der Treiberkraft des MOS-Transistors etwa das 0,998-fache insgesamt, das heißt, die Treiberkraft ändert sich nur geringfügig.
  • Wie oben beschrieben wurde, führt eine Verkleinerung der Gate-Länge jedes Leistungstransistors 410 gegenüber dem Entwurfswert zu einer Verbesserung der Treiberkraft des MOS-Transistors. Da allerdings die an die Gateelektrode des Transistors gelegte Spannung den Betrieb der Korrekturschaltung 141 beeinträchtigt, wird die Treiberkraft des MOS-Transistors unterdrückt. Wenn hingegen die Gate-Länge jedes Leistungstransistors 410 größer als der Entwurfswert wird, führt dies zu einer Verminderung der Treiberkraft des MOS-Transistors. Da allerdings die an die Gateelektrode des Transistors angelegte Spannung größer wird, wird die Verringerung der Treiberkraft des MOS-Transistors unterdrückt.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird bei dieser Ausführung selbst dann, wenn die Treiberkraft des MOS-Transistors aufgrund von Schwankungen des Herstellungsverfahrens driftet, die Korrekturschaltung 141 in der Weise wirksam, daß solche Drifterscheinungen kompensiert werden, und die Schaltung steuert die Treiberkraft jedes MOS-Transistors zwecks Minimierung des Einflusses von Drift auf den Tintenausstoß. Schwankungen des Tintenausstoßes, die Schwankungen der Kennwerte der Leistungstransistoren, welche die Schaltung des Aufzeichnungskopfs bilden, können also unterdrückt werden, und man kann einen stabileren Tintenausstoß erreichen, wodurch der Druck eines Bilds mit höherer Qualität möglich ist.
  • Da auf die Heizeinrichtung keine schwere Last einwirkt, kann diese Ausführungsform dazu beitragen, die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfs zu verlängern.
  • In der Beschreibung der obigen Ausführungsform haben die Gate-Längen der Leistungstransistoren 410, die Breite des Polysiliciumwiderstands 142 und die Gate-Länge des nMOS-Transistors 143 gleiche Sollwerte. Beim tatsächlichen Fertigungsverfahren eines Aufzeichnungskopfs lassen sich, wenn die Schaltung in dieser Weise entworfen ist, die Treiberkräfte der MOS-Transistoren am besten korrigieren. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche spezielle Ausgestaltung beschränkt, die genannten Werte brauch nicht immer identische Entwurfswerte zu besitzen.
  • Bei der obigen Ausführungsform wird die Korrekturschaltung 141 durch den Polysiliciumwiderstand und den MOS-Transistor gebildet. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Schaltungsanordnung beschränkt. Man kann eines dieser Elemente verwenden, wobei zum Beispiel die Korrekturschaltung gebildet wird durch eine Kombination eines Polysiliciumwiderstands mit im wesentlichen der gleichen Breite wie de Gate-Länge des Leistungstransistors, wobei ein Polysiliciumwiderstand eine ausreichende Dicke hat, so daß er nicht durch Prozeßschwankungen beeinflußt wird.
  • Bei der obigen Ausführungsform entsprechen die Gatespannungs-Booster 111 einer Schaltungsanordnung, die gebildet wird durch einen CMOS-Prozeß. Die Erfindung ist allerdings nicht auf diese spezielle Ausgestaltung beschränkt.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • Wie beispielsweise in 8 gezeigt ist, kann jeder Gatespannungs-Booster 111 durch ausschließlich nMOS-Transistoren gebildet sein. In 8 bezeichnet Ziffer 312 einen Widerstand, 313 bis 315 sind nMOS-Transistoren.
  • Wenn dabei jeder Gatespannungs-Booster 111 durch ausschließlich nMOS-Transistsoren gebildet wird und die logischen Schaltungen wie beispielsweise das Schieberegister, Zwischenspeicherschaltungen und dergleichen ebenfalls ausschließlich aus nMOS-Transistoren bestehen, läßt sich die Schaltung des Aufzeichnungskopfs durch einen nMOS-Prozeß herstellen, wodurch sich die Fertigungskosten reduzieren lassen, obschon der Leistungsverbrauch größer ist als in einer CMOS-Schaltung.
  • <Fünfte Ausführungsform >
  • Bei der obigen Ausführungsform wird beim Ausstoßen von Tinte der nMOS-Transistor 113 eingeschaltet, und es fließen Ströme von der Spannungsversorgungsleitung 116 gegen Masse (GND). Um dabei Änderungen der Spannung auf der Spannungsversorgungsleitung 116 zu unterdrücken, müssen der Widerstandswert des Widerstands 142 und der Einschaltwiderstand des nMOS-Transistors 143 ausreichend kleiner eingestellt werden als der Widerstandswert des Widerstands 112. Allerdings entsteht bei dieser Ausgestaltung ein starker Durchbruchstrom seitens der Spannungsversorgungsleitung 452 gegenüber Masse über den Widerstand 142 und den MOS-Transistor 143, und es wird elektrische Energie verbraucht.
  • Um bei dieser Ausführungsform diesen Energieverbrauch zu reduzieren, ist zwischen die Korrekturschaltung 141 und die Spannungsversorgungsleitung ein Puffer 131 eingefügt, wobei die Schaltung des Aufzeichnungskopfs in der in 9 gezeigten Weise ausgelegt ist. In 9 steht Bezugszeichen 131 für einen Sourcefolger-Puffer, der eine Eingangs-/Ausgangsimpedanz umwandelt; 132 für einen nMOS-Transistor und 133 für einen Widerstand. Aus der Schaltung nach 9 ist ersichtlich, daß der Grundbetrieb der Schaltungen außer dem des Sourcefolger-Puffers 131 der gleiche ist wie derjenige der Schaltung nach 7.
  • Um jede Heizeinrichtung 401 durch eine solche Schaltung anzusteuern, muß der Drainstrom des nMOS-Transistors 132 lediglich auf der Spannungsversorgungsleitung 116 bereitgestellt werden. Andererseits wird dieser Strom durch die Gatespannung des nMOS-Transistors 132 gesteuert. Folglich ist lediglich die Ausgangsspannung der Korrekturschaltung 141 sowie die an das Gate des nMOS-Transistors 132 angelegte Spannung von Bedeutung, wobei die Korrekturschaltung 141 eine geringe Stromzufuhrleistung aufweisen kann. Folglich läßt sich der Widerstandswert des Widerstands 142 sowie der Einschaltwiderstand des MOS-Transistors 143 erhöhen. Im Ergebnis werden die Ströme, die von der Spannungsversorgungsleitung 452 über den Widerstand 142 und den MOS-Transistor 143 gegen Masse fließen, klein, wodurch sich der Energieverbrauch herabsetzen läßt.
  • Bei dieser Ausführungsform wird, wenn das Ausgangssignal der Korrekturschaltung 141 in den Puffer 131 eingegeben wird und das entsprechende Puffer-Ausgangssignal als Source-Drain-Strom des nMOS-Transistors 132 erzeugt wird, ein der Schwellenspannung (VTH) des nMOS-Transistors 132 entsprechender Spannungsabfall gebildet. Allerdings ist der grundlegende Betrieb der gleiche wie bei der obigen Ausführungsform.
  • Bei dieser Ausführungsform läßt sich folglich ein außergewöhnlicher Leistungsverbrauch minimieren, wodurch sich der Energieverbrauch zusätzlich reduzieren läßt.
  • Eine verbesserte Ausgestaltung jedes Gatespannungs-Boosters um Betreiben des Leistungstransistors wird im folgenden erläutert.
  • Selbst wenn ein logisches Ausgangssignal 721 als Spannung von etwa 3 bis 8 V (normalerweise 5 V) an das Gate (G) eines Leistungstransistors gelegt wird, wie in 21A dargestellt ist, ist es schwierig, Ström von mindestens 100 bis 200 mA bereitzustellen, die zur Aufschäumung von Tinte in einem Heizelement erforderlich sind. Selbst wenn es möglich ist, die Einschaltspannung am Drain-(D-)Source-(S-)Weg auf einen großen Wert zu bringen, wird Energie verschwendet. Um also die Ansteuerleistung des Leistungstransistors zu verbessern, ist ein Gatespannungs-Booster 740 zum Erhöhen der an das Gate (G) des Leistungstransistors angelegten Spannung auf der Eingangsseite eines nMOS-Leistungstransistors 720 vorgesehen.
  • 33 zeigt ein Beispiel für die Ausgestaltung des Gatespannungs-Boosters 740. In 23 bezeichnet Bezugszeichen 411 eine Offset-nMOS-Transistor, 412 einen Boosterwiderstand und 413 einen Operationsverstärker. Bezugszeichen 414 bezeichnet eine Spannungsversorgungsleitung, die von einem Heizelement-Spannungsversorgungseingang 711 gespeist wird. Diese Schaltung bildet einen nMOS-Negator unter Verwendung des Offset-nMOS-Transistors 411.
  • Während allerdings bei dieser Schaltungsanordnung das Heizelement nicht angesteuert wird, das heißt während der Leistungstransistor 720 ausgeschaltet ist, ist der nMOS-Transistor 411 eingeschaltet, und von einer Spannungsversorgung wird über den Boosterwiderstand 412 ein Strom entsprechend der Versorgungsspannung (VTH) 414 gebildet. Da dieser Strom andauernd während der Ruhezeitspanne des Heizelements fließt, tritt auch hier ein Energieverlust ein. Wenn außerdem die Anzahl der Heizelemente zunimmt, kann ein solcher Strom allein die Innentemperatur des Aufzeichnungskopfs anheben.
  • Wie in 5 gezeigt wird, kann, wenn der Gatespannungs-Booster sich an der Eingangsseite des nMOS-Leistungstransistors 410 befindet, ein Durchbruchstrom aufgrund der CMOS-Schaltung verhindert werden, wenn der Leistungstransistor 410 ausgeschaltet ist. Allerdings ist es schwierig, in dem pMOS-Transistor 114 innerhalb der CMOS-Negatorschaltung eine Durchbruchspannung zu erreichen, die nahezu so groß ist wie die Spannungsversorgung von etwa 20 V auf der Spannungsversorgungsleitung 452 zum Ansteuern des Heizelements 411 der Schaltung. Folglich muß die Durchbruchspannung des pMOS-Transistors 114 auf 10 bis 14 V eingestellt werden, und eine weitere Spannungsversorgungsleitung 116 für eine Spannung von 14 V oder weniger muß zusätzlich von einer externen Schaltung geliefert werden. Andererseits kann die Versorgungsspannung auf der Versorgungsleitung 452 von einer inneren Schaltung abgesenkt werden, um als Negatorschaltung-Spannungsversorgung zu fungieren (nicht dargestellt). In diesem Fall jedoch ergeben sich aufgrund der herabgesetzten Spannung eine Reduzierung des Leistungsverlusts sowie Spannungsdrifts abhängig von der Anzahl von Heizelementen, die gleichzeitig von der Spannungsversorgung der Negatorschaltung angesteuert werden, und dergleichen (dies ist nicht dargestellt).
  • <Sechste Ausführungsform>
  • Um eine diesbezügliche Lösung zu schaffen, ist gemäß 16A bei der sechsten Ausführungsform, die im folgenden beschrieben wird, ein Gatespannungs-Booster vorgesehen.
  • 16A ist ein Schaltungsdiagramm, welches eine Heizelement-Treiberschaltung zeigt, die an einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf der sechsten Ausführungsform der Erfindung angebracht ist, und die außerdem eine Schaltung zeigt, welche von einem Logikschaltungs-Ausgang 108 über ein Negatorelement 107 zu einem Gatespannungs-Booster 101 und einem nMOS-Leistungstransistor 410 führt.
  • Gemäß 16A bezeichnet Bezugszeichen 104 einen charakteristischen Merkmalsteil dieser Ausführungsform, nämlich einen eine hohe Durchbruchspannung aufweisenden Offset-pMOS-Transistor, hergestellt durch Bilden einer p-Dotierungszone 202, wie sie in 17A dargestellt ist, und die sich zwischen einer p+-Dotierungsschicht 201 und dem Gate G eines pMOS-Transistors befindet, um seine Durchbruchspannung von etwa 10 bis 14 V der herkömmlichen Schaltung auf 250 V oder darüber anzuheben und dabei eine Negatorschaltung bildet. Bezugszeichen 401 bezeichnet ein Heizelement, 410 einen Offset-nMOS-Leistungstransistor mit einer in 17B dargestellten Struktur zum Treiben des Heizelements 401; 103 und 105 bezeichnen eine hohe Durchbruchspannung (25V oder darüber) aufweisende Offset-nMOS-Transistoren, die den gleichen Aufbau haben wie der Offset-nMOS-Leistungstransistor 410, und die einen Gatespannungs-Booster 101 zum Erhöhen der an das Gate des Offset-nMOS-Leistungstransistors 410 von dem Logikschaltungs-Ausgang 108 und dem Negatorelement 107 (0 V bis 5 V) an eine Spannungsversorgungsleitung 130 (15 bis 25 V) anzulegende Spannung bilden; und 102 bezeichnet einen Boosterwiderstand.
  • Die Arbeitsweise der an dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf dieser Ausführungsform angebrachten Heizelement-Treiberschaltung wird im folgenden erläutert.
  • Wenn gemäß 16A der nMOS-Leistungstransistor 410 ausgeschaltet ist, das heißt wenn das Heizelement 401 nicht angesteuert wird (im eingeschalteten Zustand der Aufzeichnungsvorrichtung, da die Zeit zum Anlegen einer Spannung an jedes Heizelement 401 nach einem Tintenstrahldruckvorgang 3 bis 7 μs im Vergleich zu einer Zeitspanne von 100 bis 200 μs beträgt, sind die meisten Leistungstransistoren ausgeschaltet, wobei es insbesondere für batteriebetriebene Geräte wichtig ist, den Energieverbrauch im ausgeschalteten Zustand zu verringern), ist der nMOS-Transistor 105 in der Negatorschaltung (104, 105) eingeschaltet. Da allerdings der pMOS-Transistor 104 ausgeschaltet ist, fließt kein Durchbruchstrom. Da außerdem der nMOS-Transistor 103 auf der Eingangsseite dieser Transistoren ausgeschaltet ist, fließt kein Durchbruchstrom auf dieser Seite, und der Energieverbrauch im ansteuerungsfreien Zustand geht gegen „0". Durch Verwendung der in 5 dargestellten Schaltungsstruktur kann verhindert werden, daß ein Durchbruchstrom im ansteuerungsfreien Zustand über den Weg von der Spannungsversorgungsleitung 414 → Boosterwiderstand 412 → nMOS-Transistor 410 → Masse fließt, wie in 23 dargestellt ist. Da außerdem die Durchbruchspannung des pMOS-Transistors 104 auf 25 V oder darüber eingestellt werden kann, ist keine gesonderte Spannungsversorgungsleitung zusätzlich zu der Leitung 452 erforderlich, und die Leitung 452 kann gemeinsam mit der Spannungsversorgungsleitung 130 verwendet werden, um auf diese Weise gleichzeitig eine Verringerung der Kosten durch die Spannungsversorgung als auch eine Baugrößenverringerung der Aufzeichnungsvorrichtung zu erreichen.
  • Außerdem ist bei dieser Ausführungsform gemäß den 17A und 17B die p-Dotierungsschicht 202 als Merkmal dieser Ausführungsform tiefer dotiert als die n-Dotierungsschicht 212 und flacher als eine n-Substratzone 203, durch die der Offset-pMOS-Transistor 104 gebildet wird, so daß gleichzeitig ein in 18A dargestellter Diodensensor gebildet wird. In 18A bezeichnet Bezugszeichen 211 eine n+-Dotierungsschicht, welche Source/Drain des Offset-nMOS-Transistors bildet und als die Kathode (K) des Diodensensors fungiert. 202 bezeichnet eine p-Dotierungsschicht, welche die gleiche p-Dotierungsschicht wie die des OffsetpMOS-Transistors 104 (17A) ist und als Anode (A) des Diodensensors fungiert.
  • Bei dem oben erläuterten Aufbau lassen sich bei dem in 21D dargestellten herkömmlichen Transistoraufbau Ströme, die in andere Zonen fließen als die Anode (A) und Kathode (K), beispielsweise in Form eines Leckstroms zu dem Substrat aufgrund eines parasitären pnp-Transistors, der gebildet wird durch die p+-Zone (735), die n-Zone (725 oder 736) und das p-Substrat (728 oder 734) und dergleichen, vollständig eliminieren, und man kann beispielsweise das Problem eines Sperrzustands aufgrund des Leckstroms lösen. Darüber hinaus läßt sich gleichzeitig das Problem des Standes der Technik lösen, das man Diodensensoren nicht in Reihe schalten kann, weil bei dieser Schaltung eine Reihenschaltung von Diodensensoren möglich ist.
  • Außerdem liegt der besondere Vorteil dieser Ausführungsform darin, daß der Temperaturverlauf des Diodensensors in einem breiteren Bereich eingestellt werden kann als bei dem Transistoraufbau der dritten Ausführungsform, da der Temperaturverlauf des Diodensensors hauptsächlich von der eine geringe Konzentration aufweisenden Dotierungsschicht eines p-n-Übergangs abhängt und die p-Dotierungsschicht 202 (18A), welche die Anode A dieser Diode bildet, nur eine Konzentration besitzen muß, die hoch genug ist, um die Durchbruchspannung des pMOS-Transistors zu erreichen.
  • Wenn außerdem die p-Dotierungsschicht zu dem herkömmlichen MOS-Prozeßaufbau in der Weise hinzugefügt wird, daß sie flacher ist als die n-Schicht, die das Substrat des pMOS-Transistors bildet, und tiefer gebildet ist als die n+-Schicht, welche Drain/Source des nMOS-Transistors bildet, läßt sich an der Eingangsseite des Leistungstransistors eine CMOS-Negatorschaltung bilden, die einen pMOS-Transistor enthält, welcher der Heizelement-Treiberspannung zu widerstehen vermag.
  • Da außerdem die p-Schicht hinzugefügt ist, kann der Diodensensor eine npnp-Struktur aufweisen und vollständig von dem p-Substrat getrennt sein, so daß der Einfluß eines parasitären Transistors beseitigt wird und eine Reihenschaltung von Diodensensoren möglich ist.
  • Es sei angemerkt, daß die p+-Schicht/Zone eine hohe Dotierstoffdichte einer pMOS-Schicht/Zone bedeutet, die einen geringen spezifischen Widerstand aufweist, daß eine n+-Schicht/Zone eine Dotierstoffdichte einer n-MOS-Schicht/Zone bedeutet, die einen geringen spezifischen Widerstand aufweist, daß eine p-Schicht/Zone eine geringe Dotierstoffdichte einer p-MOS-Schicht/Zone bedeutet, die einen hohen spezifischen Widerstand aufweist, und daß eine n- Schicht/Zone eine geringe Dotierstoffdichte einer n-MOS-Schicht/Zone bedeutet, die einen hohen spezifischen Widerstand aufweist.
  • <Weitere Ausführungsform>
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ging es um Fälle, bei denen nMOS-Leistungstransistoren eingesetzt wurden. Die vorliegende Erfindung läßt sich einfach auch bei einer Transistorstruktur mit pMOS-Leistungstransistoren realisieren, indem die Leitungstypen sämtlicher dotierten Schichten umgekehrt wird. Eine solche Struktur fällt ebenfalls in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
  • Speziell bezeichnet in 16B Bezugszeichen 154 einen nMOS-Transistor, in welchem eine n-Dotierungsschicht 252, die in 17C dargestellt ist, zwischen einer den Drain bildenden p+-Dotierungsschicht 251 und dem Gate G eines pMOS-Transitors ausgebildet ist. Bezugszeichen 460 bezeichnet einen Offset-pMOS-Leistungstransistor mit einem in 17B dargestellten Aufbau zum Ansteuern des Heizelements 410. Bezugszeichen 155 bezeichnet einen Offset-pMOS-Leistungstransistor mit dem gleichen Aufbau wie dem des Offset-pMOS-Leistungstransistors 460. Bezugszeichen 102 bezeichnet einen Boosterwiderstand.
  • Wie in den 17C und 17D gezeigt ist, läßt sich, wenn die n-Dotierungsschicht 252 tiefer dotiert ist als eine den Offset-pMOS-Transistor 155 bildende p-Dotierungsschicht 262, und flacher dotiert ist als eine den Offset-nMOS-Transistor 154 bildende p-Substratzone 253, gleichzeitig ein in 18B gezeigter Diodensensor ausbilden. In 18B bezeichnet Bezugszeichen 261 eine p+-Dotierungsschicht, welche Drain/Source des Offset-pMOS-Transistors bildet und als Kathode (K) des Diodensensors fungiert, 252 steht für eine n- Dotierungsschicht, welche die gleiche ist wie diejenige des Offset-nMOS-Transistors 252 (17C) und als die Anode (A) des Diodensensors fungiert.
  • Man beachte, daß der in 5 dargestellte Gatespannungs-Booster 111 oder der in 16A dargestellte Gatespannungs-Booster 101 einen größeren Schaltungsmaßstab besitzt als die in 23 gezeigte Schaltung, da der Booster zusätzlich einen Negator enthält, was in einer Zunahme der Chip-Substratgröße, das heißt in einer Kostensteigerung, resultiert.
  • <Siebte Ausführungsform >
  • 24 zeigt die Ausgestaltung einer Schaltung zum Ansteuern eines Druckelements eines Aufzeichnungskopfs. Da die Ausgestaltung der Logikschaltung des Aufzeichnungskopfs die gleiche wie die der herkömmlichen Logikschaltung nach 19 ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung dieser Schaltung verzichtet, und die entsprechenden Bauelemente werden je nach Bedarf in 23 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Das oben angesprochene Druckelement entspricht einer Schaltung, die aufgebaut ist aus einem zum Ausstoßen von Tinte aus einer einzelnen Öffnung dienenden Heizelement und einem Leistungstransistor.
  • Gemäß 24 sind, da ein Gatespannungs-Booster 740 ein nMOS-Negator mit der gleichen Ausgestaltung wie in 23 ist, gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile in den 24 und 23 verwendet, eine detaillierte Beschreibung entfällt. Ein in 24 dargestellter logischer Ausgang 721 entspricht im EIN/AUS-Zustand durch eine Spannung von 5 V. Bezugszeichen 501 bezeichnet einen pMOS-Transistor. Außerdem enthält ein Schaltungsteil A ein Heizelement und einen Verdrahtungsteil, die einem p-Siliciumsubstrat (Si-Substrat) und Tintenteil über lediglich eine Schutzisolierschicht gegenüberstehen.
  • In 24 bezeichnet Bezugszeichen 501 einen pMOS-Transistor, der als Leistungstransistor fungiert und ein Heizelement 701 treibt.
  • 25A und 25B sind Schnittansichten eines Substrats, in welchem der pMOS-Transistor 501 und ein nMOS-Transistor 411 des Gatespannungs-Boosters 740 ausgebildet sind. 25A zeigt die Ausgestaltung des pMOS-Transistors 501, 25B zeigt die Ausgestaltung des nMOS-Transistors 411.
  • Wie in 25A gezeigt ist, besitzt der pMOS-Transistor 501 eine Struktur (Offset-MOS), in welcher zwischen einer p+-Dotierungsschicht 201, die als Drain (D) fungiert, und dem Gate (G) eine p-Dotierungsschicht 202 gebildet ist, um die Durchbruchspannung von dem Wert eines normalen pMOS-Transistors ohne Offsetstruktur (etwa 10 bis 14 V) auf einen Wert von über 25 V anzuheben.
  • Andererseits besitzt gemäß 25B der nMOS-Transistor 411 einen Aufbau (Offset-MOS), in welchem eine n-Dotierungsschicht 212 zwischen einer n+-Dotierungsschicht 211, die als Drain (D) fungiert, und dem Gate (G) ausgebildet ist, um in ähnlicher Weise deren Durchbruchspannung wie bei dem oben angesprochenen pMOS-Transistor anzuheben. Man beachte, daß diese Sturktur die gleiche ist wie diejenige des in 21B gezeigten Offset-nMOS-Transistors.
  • In den 25A und 25B bezeichnet das Bezugszeichen 203 eine n-Zone, 204 bezeichnet ein p-Siliciumsubstrat (Si-Substrat).
  • Im folgenden soll die Arbeitsweise des Druckelements und des Gatespannungs-Boosters 340 des Aufzeichnungskopfs mit der oben beschriebenen Ausgestaltung erläutert werden.
  • Wenn der pMOS-Transistor 501 als Leistungstransistor ausgeschaltet ist, das heißt kein Heizelement 701 treibt, ist auch der nMOS-Transistor 411 im AUS-Zustand, und an den Gatespannungs-Booster 740 wird kein Strom geliefert. Dies bedeutet: wenn kein Druckvorgang stattfindet, wird der Energieverbrauch zu Null. Da andererseits der nMOS-Transistor 411 eine Offset-MOS-Struktur besitzt, das heißt eine Spannungskennlinie mit hoher Durchbruchspannung besitzt, wird eine Versorgungsspannung VH auf einer Spannungsversorgungsleitung 414 direkt an einen Negator (den nMOS-Transistor 411) angelegt.
  • Wie oben erläutert wurde, dient die gesamte Tinte als Masse (GND), da die Tinte leitfähig ist und das aus p-Silicium (Si) bestehende Substrat als Masse (GND) auf der Substratseite berührt. Wenn andererseits der pMOS-Transistor 501 ausgeschaltet ist, dienen das Heizelement und der Verdrahtungsteil, in 24 durch den Bereich A angegeben, welche die Tinte über den Schutzisolierfilm berühren, ausschließlich als Masse (GND). Folglich wird zwischen der Tinte und dem Bereich A über den Schutzisolierfilm ein elektrisches Feld erzeugt.
  • Da bei der oben beschriebenen Ausführungsform an den Gatespannungs-Booster 740 kein Strom geliefert wird, wenn kein Druckvorgang stattfinden soll, läßt sich die Energieaufnahme des Aufzeichnungskopfs im nicht druckenden Zustand reduzieren. Da außerdem der Gatespannungs-Booster eine einfache Ausgestaltung haben kann, verringert sich die Anzahl der Elemente in der gesamten Schaltung. Auf diese Weise läßt sich eine Reduzierung des Schaltungsumfangs des Aufzeichnungskopfs ebenso erreichen wie eine Verringerung der Fertigungskosten.
  • Im Vergleich zu der in 16A dargestellten Schaltungsanordnung läßt sich zum Beispiel die Anzahl von Elementen des Gatespannungs-Boosters pro Druckelement halbieren. Wenn der Netzschalter der Aufzeichnungsvorrichtung eingeschaltet wird, um einen Druckvorgang auszuführen, beträgt die Druckzeitspanne, innerhalb der der Aufzeichnungskopf einen Druckvorgang ausführt, etwa 200 μs, während die tatsächliche Erregungszeit für jedes Heizelement etwa 3 bis 7 μs beträgt, so daß während dem größten Teil der Druckzeitspanne kein Druckvorgang erfolgt, das heißt jeder Leistungstransistor ausgeschaltet ist. Da der Gatespannungs-Booster 740 keine elektrische Leistung in diesem Leerlaufzustand während der Druckzeitspanne verbraucht, ist der Effekt dieser Ausführungsform hinsichtlich der Verringerung des Energieverbrauchs beträchtlich.
  • Da außerdem bei der obigen Ausführungsform ein pMOS-Transistor als Leistungstransistor verwendet wird, kommt es weniger wahrscheinlich zum Phänomen der Aufschlag-Ionisation, die bei Kollision von Ladungsträgern Ionen erzeugt, verglichen mit einem nMOS-Transistor, wodurch sich die Entstehung eines Leckstroms im Drain-Source-Pfad beim Ausschalten des angesteuerten Heizelements unterdrücken läßt. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit des Aufzeichnungskopfs gesteigert werden.
  • Außerdem kann bei der obigen Ausführungsform bei ausgeschaltetem Leistungstransistor die auf den Schutzisolierfilm einwirkende Belastung reduziert werden, weil kein elektrisches Feld zwischen der Tinte und der Substratoberfläche erzeugt wird. Die Lebensdauer des Substrats läßt sich mithin verlängern, und damit wird die Zuverlässigkeit des Aufzeichnungskopfs verbessert.
  • Bei der obigen Ausführungsform ist der Negator am Eingang des pMOS-Transistors 501 durch einen Widerstand und einen nMOS-Transistor gebildet. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise kann der Negator auch durch einen nMOS-Transistor gebildet sein.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform hat sowohl der als Leistungstransistor fungierende pMOS-Transistor als auch der als Gatespannungs-Booster fungierende nMOS-Transistor eine Offset-MOS-Transistorstruktur. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Struktur beschränkt. Wenn beispielsweise diese MOS-Transistoren der Heizelement-Treiberspannung ohne eine Offset-Struktur standhalten können, kann einer dieser Transistoren oder können beide Transistoren eine andere als eine Offset-Struktur besitzen.
  • Bei der obigen Ausführungsform wurde der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf als Beispiel dargestellt. Die Erfindung ist aber nicht auf einen solchen Kopf beschränkt. Beispielsweise kann die Erfindung auch angewendet werden auf einen Thermokopf, bei dem der Druckvorgang nach dem Thermotransferverfahren erfolgt.
  • Die oben beschriebene Ausführungsform kann einen hochdichten und hochauflösenden Druckvorgang mit einem System erreichen, welches Mittel (zum Beispiel ein Elektrowärme-Wandlerelement, ein Laserstrahl oder dergleichen) enthält, um Wärmeenergie als Energie zum Ausstoßen von Tinte zu erzeugen, um eine Zustandsänderung der Tinte durch Wärmeenergie zu bewirken, um ein Beispiel für Tintenstrahldrucksysteme zu nennen.
  • Als repräsentative Anwendung und Grundprinzip eines derartigen Tintenstrahldrucksystems wird ein System bevorzugt, welches Gebrauch von dem Grundprinzip macht, welches beispielsweise in den US-Patenten 4 723 129 und 4 740 796 beschrieben ist. Das obige System ist anwendbar beim sogenannten On-Demand-Typ und beim kontinuierlichen Typ. Insbesondere im Fall des On-Demand-Typs ist das System deshalb effektiv, weil durch Zuführen von mindestens einem Treibersignal, welches Druckinformation entspricht und zu einem raschen Temperaturanstieg über den Filmsiedepunkt hinausführt, an jedes der Elektrowärme-Wandlerelemente, die entsprechend einem Papierbogen oder Flüssigkeitskanälen mit Flüssigkeit (Tinte) angeordnet sind, durch das Elektrowärme-Wandlerelement Wärmeenergie erzeugt wird, um zu einem Sieden des Films auf der Wärmeeinwirkungsfläche des Aufzeichnungskopfs zu führen, demzufolge sich in der Flüssigkeit (Tinte) in einer Eins-Zu-Eins-Entsprechung mit dem Treibersignal ein Bläschen erzeugen läßt. Durch Ausstoßen der Flüssigkeit (Tinte) über eine Ausstoßöffnung aufgrund des Wachstums und des Schrumpfens des Bläschens wird mindestens ein Tröpfchen erzeugt. Wird das Treibersignal als Pulssignal angelegt, lassen sich Wachstum und Schrumpfung des Bläschens in unmittelbarer Weise erreichen, und man kann das Ausstoßen von Flüssigkeit (Tinte) mit einer besonders hohen Ansprechgeschwindigkeit erreichen.
  • Als pulsförmiges Treibersignal eignen sich Signale, wie sie in den US-Patenten 4 463 359 und 4 345 262 offenbart sind. Es sei angemerkt, daß ein hervorragendes Drucken auch erzielbar ist unter den Bedingungen, die in dem US-Patent 4 313 124 beschrieben sind, welches sich auf eine Erfindung bezieht, die sich mit der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit der wärmewirksamen Oberfläche befaßt.
  • Als Ausgestaltung des Aufzeichnungskopfs kommt zusätzlich zu der Anordnung aus einer Kombination von Öffnungen, Flüssigkeitskanälen und Elektrowärme-Wandlerelementen (lineare Flüssigkeitskanäle oder rechtwinklig verlaufende Flüssigkeitskanäle), wie sie in der obigen Beschreibung offenbart wurden, eine Anordnung in Betracht, die von der Lehre der US-Patente 4 558 333 und 4 459 600 Gebrauch macht, welche eine Anordnung zeigen, in der ein wärmewirksamer Bereich in einer abgeknickten Zone angeordnet ist. Darüber hinaus kann Gebrauch gemacht werden von einer Anordnung entsprechend der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 59-123670, die eine Anordnung unter Verwendung eines Schlitzes zeigt, der für mehrere Elektrowärme-Wandlerelemente als Ausstoßbereich der Wandlerelemente gemeinsam ist, oder Gebrauch macht von der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 59-138461, die eine Anordnung mit einer Öffnung zum Absorbieren einer Druckwelle von Wärmeenergie entsprechend einem Ausstoßbereich offenbart.
  • Als Vollzeilen-Aufzeichnungskopf mit einer Länge, welcher der maximalen möglichen Breite eines Druckträgers entspricht, der von der Aufzeichnungsvorrichtung bedruckt werden kann, kann entweder eine Anordnung gewählt werden, die die Länge der vollen Zeile dadurch erreicht, daß mehrere Aufzeichnungsköpfe gemäß obiger Beschreibung kombiniert werden, oder man kann von einer Anordnung Gebrauch machen, in der ein einziger Aufzeichnungskopf durch integriertes Ausbilden von Aufzeichnungsköpfen gebildet ist.
  • Zusätzlich zu einem Patronentyp-Aufzeichnungskopf, in welchem ein Tintenreservoir mit dem Aufzeichnungskopf selbst integriert ist, wie er bei dem obigen Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann ein Aufzeichnungskopf vom Typ mit austauschbarem Chip elektrisch an den Hauptkörper der Aufzeichnungsvorrichtung angeschlossen werden, oder der Kopf kann Tinte von dem Hauptkörper der Aufzeichnungsvorrichtung erhalten, nachdem er an dem Hauptkörper der Aufzeichnungsvorrichtung angesetzt ist.
  • Bevorzugt werden Wiederherstellungsmittel für den Aufzeichnungskopf, Vorbereitungsmittel oder dergleichen mit der Anordnung der erfindungsgemäßen Aufzeichnungsvorrichtung kombiniert, wodurch der Druckvorgang zusätzlich stabilisiert werden kann. Beispiele für derartige Mittel beinhalten für den Aufzeichnungskopf eine Abdeckeinrichtung, eine Reinigungseinrichtung, eine Druckerzeugungs- oder Ansaugeinrichtung, und man kann Voraufheizmittel unter Verwendung von Elektrowärme-Wandlerelementen, eines weiteren Heizelements oder einer Kombination daraus verwenden. Um einen stabilen Druckvorgang zu erreichen, ist es außerdem nützlich, einen Vorausstoßmodus auszuführen, bei dem ein Ausstoßvorgang unabhängig vom Druckvorgang ausgeführt wird.
  • Als Druckmodus für die Aufzeichnungsvorrichtung kann nicht nur der Druckmodus mit einer Primärfarbe, beispielsweise Schwarz oder dergleichen, vorgesehen sein, sondern auch ein Mehrfarben-Druckmodus unter Verwendung mehrerer unterschiedlicher Farben, und/oder ein Vollfarben-Druckmodus durch Mischen von Farben, wobei diese Betriebsarten entweder durch einen integrierten Aufzeichnungskopf oder durch Kombinieren mehrerer Aufzeichnungsköpfe erreicht werden.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird Tinte als Flüssigkeit verwendet. Alternativ kann die Erfindung auch Tinte verwenden, die bei Zimmertemperatur oder darunter als fester Stoff vorliegt, wobei die Tinte bei Zimmertemperatur erweicht oder sich verflüssigt. Da es beim Tintenstrahlverfahren üblich ist, eine Temperaturregelung der Tinte selbst innerhalb eines Bereichs von 30°C bis 70°C vorzunehmen, so daß die Viskosität der Tinte in einen Bereich fällt, die für einen stabilen Ausstoß sorgt, können sämtliche Typen von Tinte verwendet werden, solange diese bei Aufbringen eines Nutz-Drucksignals sich verflüssigen.
  • Um außerdem einen Temperaturanstieg durch Wärmeenergie zu verhindern, indem die Energie gezielt dazu eingesetzt wird, eine Zustandsänderung der Tinte von festem Zustand in den flüssigen Zustand zu erreichen, oder um ein Verdampfen der Tinte zu verhindern, kann man Tinte einsetzen, die im betriebsfreien Zustand fest ist und sich bei Erwärmung verflüssigt. In jedem Fall kann die Erfindung angewendet werden, wenn Tinte sich bei Aufbringen von Wärmeenergie verflüssigt, so beispielsweise eine Tinte, die sich bei Aufbringen von Wärmeenergie entsprechend einem Drucksignal verflüssigt und im flüssigen Zustand ausgestoßen wird, während die Tinte sich beim Erreichen eines Druckträgers oder dergleichen zu verfestigen beginnt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das oben angesprochene Filmsiedesystem für die oben angesprochenen Tinten am wirksamsten.
  • Außerdem kann die erfindungsgemäße Aufzeichnungsvorrichtung entweder integral oder separat als Bildausgabeterminal für eine Informationsverarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder dergleichen ausgestaltet werden, oder sie kann in einem Kopiergerät kombiniert mit einem Lesegerät oder dergleichen, und in Verbindung mit einem Faksimilegerät verwendet werden, welches eine Sende-/Empfangsfunktion besitzt.
  • Es sei angemerkt, daß die Erfindung entweder einsetzbar ist bei einem System aus mehreren Geräten (beispielsweise einem Host-Rechner, einer Schnittstelleneinrichtung, einem Lesegerät, einer Aufzeichnungsvorrichtung oder dergleichen), oder bei einer Vorrichtung (beispielsweise einem Kopiergerät, einem Faksimilegerät oder dergleichen), welches ein einzelnes Gerät bildet.
  • Gemäß obiger Beschreibung wird das Substrat des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs in einem solchen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf verwendet. Die Struktur des Substrats gemäß der Erfindung kann aber auch angewendet werden auf beispielsweise ein Thermokopf-Substrat.
  • [Wirkungsweise]
  • Gemäß obiger Beschreibung kann gemäß der Erfindung beim Treiben einer Heizeinrichtung durch Eingeben eines Zwischenspeicher-Ausgangssignals entsprechend einem digitalen Signal, welches die Werte AUS und EIN annehmen kann, beispielsweise in der Form von 0 V bzw. 5 V, an einen Leistungstransistor, beispielsweise einen FET, das Zwischenspeicher-Ausgangssignal erhöht werden, und das erhöhte Ausgangssignal kann an den Leistungstransistor gelegt werden. Aus diesem Grund läßt sich die Ansteuerbarkeit des Leistungstransistors, beispielsweise eines FET, verbessern, und man kann einen Aufzeichnungskopf hoher Leistungsfähigkeit ebenso realisieren wie eine Aufzeichnungsvorrichtung, die von diesem Aufzeichnungskopf Gebrauch macht.
  • Selbst wenn die Kennlinien eines MOS-Transistors, der eine Heizeinrichtung treibt, abhängig von dem Halbleiter-Fertigungsprozeß schwanken, können erfindungsgemäß die Kennlinienschwankungen durch eine Korrekturschaltung korrigiert werden. Folglich läßt sich ein Aufzeichnungskopf herstellen, der stabil arbeitet, um einen Bilddruck mit hoher Qualität zu erreichen.
  • Weil erfindungsgemäß schwach dotierte Zonen bei den Drains der nMOS- und pMOS-Elemente in einer CMOS-Negatorschaltung eines Aufzeichnungskopfsubstrats gebildet sind, um der konventionellen Bauelementstruktur p- oder n-Zonen hinzuzufügen, kann eine CMOS-Negatorschaltung aus einem pMOS- oder nMOS-Element, die der Treiberspannung des Heizelements standhalten kann, an der Eingangsseite des Leistungstransistors angeordnet werden, ohne daß dadurch die Energieaufnahme zunimmt oder eine zusätzliche Netzversorgung vorgesehen werden muß, oder daß Spannungsdrifts zu befürchten sind, so daß sich eine CMOS-Negatorschaltung zum Treiben des Leistungstransistors mit hoher Durchbruchspannung herstellen läßt.
  • Da die p- oder n-Schicht dem pMOS- oder nMOS-Element der CMOS-Negatorschaltung hinzugefügt ist, kann ein Diodensensor eine npnp- oder eine pnpn-Struktur aufweisen, die gegenüber einem p- oder einem n-Substrat perfekt isoliert ist. Es läßt sich also gleichzeitig ein Diodensensor ausbilden, der frei von jeglichem Einfluß eines parasitären Transistors und perfekt isoliert ist.
  • Da der Diodensensor sich perfekt abtrennen läßt, ist eine Serienschaltung von Diodensensoren möglich. Eine Zunahme der Anzahl von Anschlüssen der Sensoren läßt sich verhindern, und der Dynamikbereich läßt sich durch die Serienschaltung von Diodensensoren exakt verbreitern.
  • Da eine Versorgungsspannung gemeinsam von einer Spannungsversorgung zum Treiben von Druckelementen vorhanden ist, ist keine zusätzliche Spannungsversorgung erforderlich, und man kann eine ansonsten benötigte Untersetzungsschaltung vermeiden. Außerdem läßt sich ein Durchbruchstrom verhindern, weil von der CMOS-Struktur Gebrauch gemacht wird. Da auf diese Weise ein Temperaturanstieg des Aufzeichnungskopfs unterbunden werden kann, läßt sich Energie einsparen, und die Erfindung eignet sich für batteriebetriebene Aufzeichnungsvorrichtungen und dergleichen.
  • Da außerdem der erfindungsgemäße Aufzeichnungskopf von dem oben angesprochenen Aufzeichnungskopfsubstrat Gebrauch macht, und die Aufzeichnungsvorrichtung gemäß der Erfindung von einem solchen Aufzeichnungskopf Gebrauch macht, lassen sich eine Kostenreduzierung für die Spannungsversorgung und eine Größenverringerung der Aufzeichnungsvorrichtung erzielen.
  • Außerdem läßt sich erfindungsgemäß der Schaltungsumfang für den Aufzeichnungskopf verkleinern, und ein Leckstrom im Drain-Source-Weg des Leistungstransistors zum Treiben des Heizelements läßt sich unterdrücken, wodurch die Zuverlässigkeit des Aufzeichnungskopfs gesteigert und der Energieverbrauch des Aufzeichnungskopfs vermindert wird.
  • Außerdem berührt Tinte das Heizelement über eine elektrisch isolierende Schicht, und es erfolgt ein Druckvorgang bei Erhitzung. Da allerdings zwischen der Tinte und dem Heizelement über die Isolierschicht im nicht-druckenden Zustand kein elektrisches Feld erzeugt wird, läßt sich die auf die Isolierschicht einwirkende Belastung verringern, was die Zuverlässigkeit des Aufzeichnungskopfs erhöht und dessen Lebensdauer verlängert.

Claims (34)

  1. Aufzeichnungskopf, umfassend: eine Heizeinrichtung (401), die einem Druckelement entspricht; einen Leistungstransistor (410) zum Erregen und zum Treiben der Heizeinrichtung; eine Logikschaltung (501, 502) zum Treiben des Leistungstransistors; und einen Spannungswandler (111) zum Umwandeln einer Spannungsamplitude eines von der Logikschaltung ausgegebenen Signals in eine höhere Spannungsamplitude, und zum Anlegen eines Signals mit der umgewandelten Amplitude an eine Gateelektrode des Leistungstransistors; gekennzeichnet durch: eine erste Energieversorgungsleitung (452) zum Anlegen einer ersten Spannung an die Heizeinrichtung; und eine zweite Energieversorgungsleitung (116) zum Anlegen einer zweiten Spannung, die eine gegenüber der ersten Spannung abgesenkte Spannung ist, an den Spannungswandler.
  2. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, bei dem die Logikschaltung aufweist: ein Schieberegister (501) zur Zwischenspeicherung eines Eingabe-Digitalbildsignals; und eine Zwischenspeicherschaltung (502) zur Zwischenspeicherung des in dem Schieberegister gespeicherten Digitalbildsignals; dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswandler eine den EIN-Zustand des von der Zwischenspeicherschaltung zwischengespeicherten Digitalsignals ausdrückende Spannung erhöht und die erhöhte Spannung an den Leistungstransistor gibt.
  3. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransistor ein n-MOSFET ist.
  4. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswandler zwischen einem Gate des n-MOSFETs und einem Ausgangsanschluß der Zwischenspeicherschaltung angeordnet ist.
  5. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswandler aufweist: einen ersten Widerstand (112); einen ersten n-MOS-Transistor (113), dessen Drain an den ersten Widerstand angeschlossen ist; und einen von einem ersten p-MOS-Transistor (114) und einem zweiten n-MOS-Transistor (115), deren Gates zwischen dem ersten Widerstand und dem Drain liegen, gebildeten CMOS-Negator.
  6. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransistor durch einen n-MOS-Transistor gebildet wird, daß die Heizeinrichtung an die Seite der ersten Energieversorgungsleitung des n-MOS-Transistors angeschlossen ist, und daß die entgegengesetzte Seite des n-MOS-Transistors auf Masse gelegt ist.
  7. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin umfassend: eine Spannungsteilerschaltung (131) zum Erzeugen der zweiten Versorgungsspannung durch Spannungsteilung der ersten Versorgungsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Energieversorgung für die erste und die zweite Versorgungsspannung verwendet wird.
  8. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteilerschaltung eine Sourcefolgerschaltung (134, 135) enthält.
  9. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin gekennzeichnet durch eine Korrekturschaltung (141) zum Korrigieren einer Kennlinienschwankung des Leistungstransistsors.
  10. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ursachen für die Kennlinienschwankung eine Schwankung der Gate-Länge des Leistungstransistors im Zuge eines Halbleiterfertigungsverfahrens beinhaltet.
  11. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung eine Drift eines Drainstroms des Leistungstransistors dadurch unterdrückt, daß sie eine Gatespannung des Leistungstransistors so steuert, daß die Kennlinienschwankung aufgrund der Schwankung der Gate-Länge kompensiert wird.
  12. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung die Gatespannung absenkt, wenn die Gate-Länge kleiner als ein Sollwert wird aufgrund der Schwankung bei dem Halbleiterfertigungsverfahren, und die Gatespannung anhebt, wenn die Gate-Länge größer als der Sollwert wird.
  13. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung einen zweiten Widerstand (142) und einen an den zweiten Widerstand angeschlossenen dritten n-MOS-Transistor (143) enthält.
  14. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Widerstand einen Polysiliciumwiderstand aufweist.
  15. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß des zweiten Widerstands an eine erste Energieversorgungsleitung (452) angeschlossen ist, daß ein Knoten zwischen dem anderen Anschluß des zweiten Widerstands und einem Drain des dritten n-MOS-Transistors an eine zweite Energieversorgungsleitung (116) angeschlossen ist, und daß eine Source des dritten n-MOS-Transistors auf Masse gelegt ist.
  16. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 13 bis 15, weiterhin gekennzeichnet durch: eine Sourcefolgerschaltung (131), gebildet durch einen vierten n-MOS-Transistor (132) und einen dritten Widerstand (133) zwischen einer Source des vierten n-MOS-Transistors und Masse, und dadurch gekennzeichnet, daß ein Drain des vierten n-MOS-Transistors an die erste Energieversorgungsleitung angeschlossen ist, daß ein Knoten zwischen dem anderen Anschluß des zweiten Widerstands und dem Drain des dritten n-MOS-Transistors an ein Gate des vierten n-MOS-Transistors angeschlossen ist, und daß ein Knoten zwischen der Source des vierten n-MOS-Transistors und des dritten Widerstands mit der zweiten Energieversorgungsleitung verbunden ist.
  17. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung und der Spannungswandler Schaltungen sind, die durch einen CMOS-Prozess gefertigt sind.
  18. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung und der Spannungswandler Schaltungen sind, die durch einen n-MOS-Prozeß gebildet sind.
  19. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in Drains des ersten p-MOS-Transistors (104) und des zweiten n-MOS-Transistors (105) der CMOS-Negatorschaltung schwach dotierte Zonen (202) gebildet sind.
  20. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine schwach dotierte p-Dotierstoffzone (202) in dem Drain des ersten p-MOS-Transistors flacher als eine n-Zone (203) ist, die als p-MOS-Substrat der CMOS-Negatorschaltung dient, und tiefer ist als eine stark dotierte n-Dotierstoffzone (201), die als Drain und Source des zweiten n-MOS-Transistors der CMOS-Negatorschaltung dient.
  21. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor als eine Diode ausgebildet ist, die eine npnp-Struktur besitzt, gebildet durch die stark dotierte n-Dotierstoffzone (201), die als Drain und Source des zweiten NMOS-Transistors fungiert, die schwach dotierte p-Dotierstoffzone (202) in dem Drain des ersten p-MOS-Transistors und die n-Zone (203) und ein p-Substrat (204), das als p-MOS-Substrat der CMOS-Negatorschaltung dient, um die stark dotierte n-Dotierstoffzone (202) als Kathode (K) und die schwach dotierte p-Dotierstoffzone (202) als Anode (A) zu verwenden.
  22. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 5 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransistor einen p-MOS-Transistor aufweist und schwach dotierte Zonen in Drains des ersten p-MOS-Transistors (102) und des zweiten n-MOS-Transistors (105) der CMOS-Negatorschaltung gebildet sind.
  23. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 5 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine schwach dotierte n-Dotierstoffzone (252) in dem Drain des zweiten n-MOS-Transistors flacher ist als eine p-Zone (251), die als n-MOS-Substrat der CMOS-Negatorschaltung dient, und tiefer ist als eine stark dotierte p-Dotierstoffzone (251), die als Drain und Source des ersten p-MOS-Transistors der CMOS-Negatorschaltung dient.
  24. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 5 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor als eine Diode mit einer pnpn-Struktur aus der stark dotierten p-Dotierstoffzone (251) gebildet ist, die als Drain und Source des ersten p-MOS-Transistors dient, daß die schwach dotierte n-Dotierstoffzone (252) in dem Drain des zweiten n-MOS-Transistors und die p-Zone (253) und ein n-Substrat (254) als das n-MOS-Substrat der CMOS-Negatorschaltung dienen, um als die stark dotierte p-Dotierstoffzone (251) als Anode (A) und die schwach dotierte n-Dotierstoffzone (252) als Kathode (K) zu verwenden.
  25. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransistor einen p-MOS-Transistor (501) aufweist, und daß der Spannungswandler (740) einen Negator aufweist, der mindestens einen n-MOS-Transistor (411) aufweist, der eine anzulegende Spannung dadurch erhöht, daß er ein von der Logikschaltung ausgegebenes Drucksignal empfängt und die erhöhte Spannung an ein Gate des p-MOS-Transistors gibt, und der p-MOS-Transistor (501) und die Heizeinrichtung (701) seriell zwischen einer Energieversorgungsleitung der Heizeinrichtung und Masse aus der Sicht der Seite der Energieversorgungsleitung liegen.
  26. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der p-MOS-Transistor und der n-MOS-Transistor Offset-Typ-Transistoren sind.
  27. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 25 oder Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der p-MOS-Transistor und der n-MOS-Transistor von einer Spannung auf der vorbestimmten Energieversorgungsleitung (414) getrieben werden.
  28. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung, der p-MOS-Transistor und der n-MOS-Transistor auf einem p-Siliciumsubstrat (204) gebildet sind.
  29. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 5 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswandler einen Widerstand (412) aufweist, der zwischen dem n-MOS-Transistor und der Energieversorgungsleitung liegt.
  30. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungskopf ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf ist, der einen Druckvorgang durch Ausstoßen von Tinte bewirkt.
  31. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Tinte die Heizvorrichtung über einen elektrischen Isolierfilm berührt und beim Drucken von der Heizvorrichtung erhitzt wird.
  32. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungskopf ein Aufzeichnungskopf ist, der Tinte unter Verwendung von Wärmeenergie ausstößt und ein Wärmeenergie-Wandlerelement aufweist, um auf die Tinte aufzubringende Wärmeenergie zu erzeugen.
  33. Tintenstrahlkopfpatrone, umfassend: einen Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 32; und einen Tintenbehälter zur Aufnahme von Tinte zur Zufuhr zu dem Tintenstrahlkopf.
  34. Aufzeichnungsvorrichtung unter Verwendung eines Aufzeichnungskopfs nach einem der Ansprüche 1 bis 32.
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