KR100776973B1 - 잉크젯 프린트헤드 기판, 구동 제어 방법, 잉크젯프린트헤드 및 잉크젯 인쇄 장치 - Google Patents

잉크젯 프린트헤드 기판, 구동 제어 방법, 잉크젯프린트헤드 및 잉크젯 인쇄 장치 Download PDF

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Abstract

잉크를 토출하는데 사용되는 열 에너지를 발생시키는 히터들과 이 히터들을 구동하는 구동 회로들을 갖는 히터/드라이버 어레이가 기판 상에 장착된다. 히터들은 복수의 그룹으로 형성되며, 퍼-그룹 원리(per-group basis)에 따라 블록 구동(block drive)으로 구동된다. 구동-신호 전압 레벨(VHT)의 블록 선택 신호 및 선택된 블록에 대응하는 히터 구동 신호가 입력 회로, 시프트 레지스터 회로 및 디코더 회로 중 임의 회로에서 논리-신호 전압 레벨(VDD)에서의 입력이었던 인쇄 데이터 신호를 기초로 하여 발생된다. 히터/드라이버 어레이는 블록 선택 신호 및 구동-신호 전압 레벨의 히터 구동 신호에 따라 히터를 구동시킨다.
잉크젯 인쇄 장치, 잉크젯 프린트헤드, 잉크젯 프린트헤드 기판, 잉크젯 프린트헤드 카트리지, 전열 변환기의 구동 제어 방법

Description

잉크젯 프린트헤드 기판, 구동 제어 방법, 잉크젯 프린트헤드 및 잉크젯 인쇄 장치 {INK-JET PRINTHEAD SUBSTRATE, DRIVING CONTROL METHOD, INK-JET PRINTHEAD AND INK-JET PRINTING APPARATUS}
본 발명은 잉크젯 프린트헤드 기판, 잉크젯 프린트헤드 및 이 프린트헤드를 사용하는 인쇄 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 잉크를 토출하는데 필요한 열 에너지를 발생시키는 전열 변환기와 이 전열 변환기를 구동시키는 구동 회로가 동일 기판 상에 형성된 잉크젯 프린트헤드 및 이러한 프린트헤드를 사용하는 인쇄 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 설계(ink-jet scheme)에 따라 인쇄 장치에 장착된 프린트헤드의 전열 변환기(히터)와 이 변환기의 구동 회로가 동일 기판 상에 예를 들어 미국 특허 제6,290,334호에 개시된 반도체 처리 기술을 사용하여 형성된다. 제안된 프린트헤드 구조에서, 반도체 기판의 상태를 예를 들어 기판 온도를 감지하기 위한 디지털 회로 등이 구동 회로에 부가되어 동일 기판 상에 형성되며, 잉크 공급구가 기판의 중심에 배치되며, 히터가 공급구에 대향하는 위치에 배치된다.
도5는 이러한 형태의 잉크젯 프린트헤드용 반도체 기판, 즉, 감지된 온도를 나타내는 디지털 신호를 출력하는 회로를 포함하는 잉크젯 프린트헤드용 반도체 기 판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도5에서, 도면 부호 500은 반도체 처리 기술에 의해 히터와 구동 회로를 일체로 형성하여 얻은 기판을 나타내며, 501은 복수의 히터와 구동 회로가 배열되는 구조를 갖는 히터/드라이버 어레이를 나타내며, 502는 기판의 반대측으로부터 잉크를 공급하는 잉크 공급구를 나타낸다.
또한, 도면 부호 503은 인쇄될 인쇄 데이터를 임시 보유하기 위한 시프트 레지스터(shift register)를 나타낸다. 도면 부호 507은 퍼-히터-블록 원리(per-heater-block basis)에 따라 히터/드라이버 어레이(501)의 히터를 구동하기 위한 히터-블록 선택 신호를 출력하는 디코더 회로를 나타낸다. 도면 부호 504는 디지털 신호를 시프트 레지스터(503)와 디코더(507)로 입력시키기 위한 버퍼 회로를 갖는 입력 회로를 나타낸다. 도면 부호 510은 논리-소자 전압을 공급하기 위한 단자(VDD), 클럭을 입력하기 위한 단자(CLK) 및 인쇄 데이터를 입력하기 위한 단자 등을 포함하는 입력 단자를 나타낸다.
도7은 인쇄 정보를 시프트 레지스터(503)에 송신하고 히터에 전류를 공급하여 히터를 구동시킬 때까지의 일련의 작동을 나타낸 타이밍 차트이다.
인쇄 데이터는 CLK 단자에 인가되는 클럭 펄스와 동조되어 DATA_A 및 DATA_B 단자에 공급된다. 시프트 레지스터(503)는 공급된 인쇄 데이터를 임시 저장하며 래치 회로는 BG 단자에 인가된 래치 신호에 응답하여 인쇄 데이터를 래칭(latch)한다. 소정 블록으로 구획된 히터 그룹을 선택하기 위한 블록 신호와 래치 신호에 의해 래칭된 인쇄 데이터가 이어서 매트릭스 형태의 AND 작동 상태로 되며, 히터 전류가 전류 구동 시간을 직접 결정하는 HE 신호와 동조되어 흐른다. 이러한 일련의 작동이 블록 단위로 반복되어 인쇄를 수행한다.
도6a는 잉크를 토출하기 위해 히터 내로 전류를 구동시키기 위한 등가 회로 만큼의 한 세그먼트 분량(one segment's worth)이다. 또한, 도6b는 1 비트의 시프트 레지스터에 대응하는 등가 회로 및 인쇄될 화상 데이터를 임시 저장하는 래치 회로이다.
AND 게이트(601)에 대한 입력인 블록 선택 신호는 블록으로 구획된 히터 그룹을 선택하기 위해 디코더(507)로부터 송신된 신호이다. 또한, AND 게이트(601)로 유입되는 비트 신호는 시프트 레지스터(503)에 전송된 후 래치 신호에 의해 래칭되는 신호이다. 인쇄 데이터에 의해 각 세그먼트를 선택적으로 온시키기 위해, AND 게이트(601)는 블록 선택 신호와 비트 신호 사이의 AND를 매트릭스 형태로 취득한다.
도면 부호 605는 히터 드라이버용 전원으로서 기능하는 VH 전원선을 나타내며, 606은 히터를 가리키며, 607은 히터(606)로 전류를 통과시키는 드라이버 트랜지스터를 나타낸다. 도면 부호 602는 AND 게이트(601)의 출력을 수신 및 버퍼링하기 위한 인버터 회로를 나타낸다. 도면 부호 603은 인버터 회로(602)용 전원 역할을 하는 VDD 전원선을 나타낸다. 도면 부호 608은 인버터 회로(602)의 버퍼링된 출력을 수신하기 위한 버퍼 역할을 하는 인버터 회로를 나타낸다. 도면 부호 604는 드라이버 트랜지스터의 게이트 전압을 공급하기 위해 버퍼(608)에 공급되는 전원으로서 기능하는 VHT 전원선을 나타낸다.
일반적으로, 인버터(602)와 시프트 레지스터(503) 등은 디지털 회로이며, 기본적으로 저/고 펄스에 따라 작동한다. 또한, 프린트헤드의 인쇄 정보를 그 자체로 인터페이싱하기 위해 그리고 히터를 구동시키기 위해 인가된 펄스들은 디지털 신호이며, 외부와의 신호 교환은 저/고 논리 펄스에 의해 전체로서 수행된다. 일반적으로, 이러한 논리 펄스의 진폭은 0V/5V 또는 0V/3.3V이며, 디지털 회로의 전원(VDD)은 이 전압들 중 하나의 신호로 공급된다. 따라서, VDD 전압의 진폭을 갖는 펄스들은 AND 게이트(601)로의 입력이고, 2-단계 인버터 회로(602)에 의해 구성되는 버퍼를 통해 다음 단계의 인버터 회로(608)로의 입력이다.
한편, 드라이버 트랜지스터가 온 상태일 때 또는 소위 온 저항(ON resistance)일 때에는, 드라이버 트랜지스터(607)의 저항값이 작을수록 더 좋다. 히터 외 부품들에 의해 소비되는 동력을 가능한 한 줄임으로써, 기판 온도 상승이 방지될 수 있으며 프린트헤드를 안정적으로 구동시킬 수 있다. 드라이버 트랜지스터(607)의 온 저항이 크면, 이 부분을 통해 흐르는 히터 전류에 기인하는 전압 강하가 커져서 히터에 과도하게 높은 전압을 인가해야 할 필요가 있게 된다. 결과적으로 비경제적인 동력 소비가 된다.
드라이버 트랜지스터(607)의 온 전압을 줄이기 위해, 이 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압은 높게 설정될 필요가 있다. 그러므로, 도6a에 도시된 회로에서, 전압(VDD)보다 높은 전압 진폭을 갖는 펄스로 변환시키기 위한 회로를 제공할 필요가 있게 된다. 도6a에 도시된 회로에서, 전압(VDD)보다 높은 전압(VHT)의 전원선(604)이 형성되고, 전압(VDD)의 진폭을 갖는 펄스에 응답하여 유입되는 세그먼 트 선택 신호가 변환 회로(608)를 구비하는 버퍼 회로에 의해 전압(VHT)의 진폭을 갖는 펄스로 변환된다. 전압(VHT)의 진폭을 갖는 펄스로 변환된 후, 펄스가 드라이버 트랜지스터(607)의 게이트에 인가된다. 즉, 외부와의 신호 교환과 내부 디지털 회로에 의한 신호 처리가 VDD의 전압 진폭(논리 회로를 구동하기 위한 전압)을 갖는 펄스에 의해 전체로 수행되는 구조가 채택되며, 각 세그먼트는 드라이버 트랜지스터(607)의 게이트가 구동된 바로 직후에 VHT 전압 진폭(소자 구동을 위한 전압)의 펄스들로 변환시키기 위한 회로(펄스-진폭 변환 회로)를 구비한다.
일반적으로, 프린트헤드는 복수의 세그먼트가 고밀도로 배열되는 형태를 가지므로, 예를 들어 세그먼트들이 600 dpi의 밀도로 배열되는 경우 배열 방향에서의 세그먼트 폭은 42.3 ㎛ 로 제한된다. 도6a에 도시된 유형의 회로 전체를 각 소자를 구동하기 위한 이 피치 이내에 맞추려 한다면, 각 세그먼트의 길이는 배열 방향에 직각인 방향으로 길어질 것이다.
도10은 도6a 내의 펄스-진폭 변환 회로가 상세히 도시된 등가 회로의 회로도이다. 펄스-진폭 변환 회로, 특히 점선으로 표시된 레벨 변환기가 다수의 트랜지스터로 구성되며, 따라서 보다 넓은 칩 영역이 필요하게 된다는 것을 이 도면으로부터 알 수 있을 것이다.
그러나, 전술한 구조를 갖는 프린트헤드 기판의 레이아웃 구조가 고려될 경우, 각 세그먼트에 형성된 펄스-진폭 변환 회로가 각 세그먼트의 길이를 증가시켜, 칩 크기를 커지게 하며 비용을 증대시킨다. 특히, 전술한 레이아웃으로는, 세그먼트 어레이에 대한 직각 방향으로 칩이 커지게 하여, 칩 크기의 증가는 명백해진다. 또한, 펄스-진폭 변환 회로가 매 세그먼트별로 형성되는 경우, 예를 들어 256개 세그먼트를 갖는 프린트헤드가 고려되는 경우에는, 버퍼 회로의 개수는 적어도 256개 인버터를 필요로 한다. 이것은 수율을 감소시키며, 고비용의 원인이 되는 더 복잡한 회로 구조를 야기한다.
본 발명은 전술한 문제들의 관점에서 안출되었으며, 본 발명의 목적은 세그먼트의 배열 방향에 직각인 방향으로 세그먼트의 길이를 증대시키지 않으면서 논리를 구동하기 위한 전압이 소자를 구동하기 위한 전압으로 변환되는 회로 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 펄스-진폭 변환 회로를 줄이고, 기판 상에 형성된 소자의 개수를 줄임으로써, 수율을 향상시키고 회로 구조를 단순화하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 잉크젯 프린트헤드용 기판은 이하 기술하는 구조를 갖는다.
즉, 본 발명에 따르면, 잉크를 토출하는데 사용되는 열 에너지를 발생시키는 전열 변환기와, 이 전열 변환기를 구동시키는 구동 회로가 장착되는 잉크젯 프린트헤드 기판이 제공되는데, 이 잉크젯 프린트헤드 기판은 블록 선택 신호 및 선택된 블록 내의 각각의 전열 변환기용 소자 구동 신호를 제1 전압 진폭 레벨의 입력 신호에 기초하여 제2 전압 진폭 레벨로 출력하는 논리 회로와, 논리 회로로부터의 블록 선택 신호 및 소자 구동 신호를 기초로 하여 블록 유닛 내의 전열 변환기를 구동시키기 위한 구동 회로를 포함한다.
또한, 전술한 목적을 달성하는 본 발명에 따르면, 잉크젯 프린트헤드용 기판에 적합한 구동 방법이 제공된다.
즉, 본 발명의 일 태양에 따르면, 잉크를 토출하는데 사용되는 열 에너지를 발생시키는 전열 변환기와, 이 전열 변환기를 구동시키기 위한 구동 회로가 장착되는 기판 상의 전열 변환기의 구동을 제어하는 방법이 제공되는데, 이 제어 방법은 제1 전압 진폭 레벨의 입력 신호를 입력하는 단계와, 블록 선택 신호 및 선택된 블록에서의 각각의 전열 변환기용 소자 구동 신호를 입력된 신호에 기초하여 제2 전압 진폭 레벨로 출력하는 단계와, 블록 선택 신호 및 논리 회로로부터의 소자 구동 신호에 기초하여 블록 유닛의 전열 변환기를 구동시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면, 전술한 잉크젯 프린트헤드용 기판 및 이러한 잉크젯 프린트헤드를 사용하는 잉크젯 인쇄 장치를 이용하는 잉크젯 프린트헤드가 제공된다.
본 발명의 다른 특징 및 장점이 동일한 또는 유사한 부품들이 도면들에서 동일한 도면 부호로 표시된 첨부 도면과 연계하여 기술된 이하 설명으로부터 명확해 질 것이다.
본 명세서에 결합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 도시한 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도1은 제1 실시예에 따르는 잉크젯 프린트헤드의 구조를 설명하는데 유용한 도면,
도2는 제1 실시예에서 잉크를 토출하기 위해 히터에 전류를 공급하고 히터를 구동시키기 위한 등가 회로도의 한 세그먼트 분량,
도3은 본 실시예에 따르는 시프트 레지스터(103)의 구조를 도시한 도면,
도4는 제2 실시예에 따르는 잉크젯 프린트헤드용 기판을 설명하는데 유용한 도면,
도5는 잉크젯 프린트헤드용 반도체 기판을 즉, 감지된 온도를 나타내는 디지털 신호를 출력하는 회로를 포함하는 잉크젯 프린트헤드용 반도체 기판을 개략적으로 도시한 도면,
도6a는 잉크를 토출하기 위해 히터 내부로 전류를 구동시키기 위한 등가 회로도의 한 세그먼트 분량,
도6b는 시프트 레지스터의 1 비트에 대응하는 등가 회로 및 인쇄될 화상 데이터를 임시 저장하기 위한 래치 회로,
도7은 시프트 레지스터(503)로 인쇄 정보를 전송하고 시프트 레지스터를 구동시키는 히터에 전류를 공급하기까지의 일련의 작동을 도시한 타이밍 차트,
도8은 본 발명이 적용될 수 있는 잉크젯 인쇄 장치의 외부 도면,
도9는 도8에 도시된 잉크젯 인쇄 장치에 의해 인쇄를 제어하기 위한 제어 구조를 도시한 도면,
도10은 펄스-진폭 변환 회로의 등가 회로를 도시한 도면,
도11은 잉크젯 카트리지(IJC)의 상세한 외관을 도시한 사시도,
도12는 3색 잉크를 토출하는 프린트헤드(IJHC)의 3차원 구조를 도시한 사시도이다.
이제, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면과 함께 상세히 설명될 것이다.
본 발명에서 사용된 "인쇄(print)"라는 용어는 텍스트나 그래픽의 의미를 갖는 화상을 인쇄 매체에 부여하는 것 뿐만 아니라, 패턴 등의 의미를 갖지 않는 화상을 부여하는 것도 의미한다.
이하 사용되는 "기판(substrate)"이라는 용어는 실리콘 반도체를 갖는 간단한 기판 뿐만 아니라, 여러 소자, 회로 및 배선을 구비하는 기판을 의미한다.
기판은 보드(board) 또는 칩(chip) 형상을 가짐을 알 수 있다.
"기판 상에(on the substrate)"라는 표현은 단순히 기판의 상부 뿐만 아니라, 기판의 표면 및 표면 부근의 기판 내부를 나타낸다. 또한, 본 발명에서 사용된 "빌트-인(built-in)"이란, 기판에 개별 소자들을 단순히 위치시키는 것 뿐만 아니라, 반도체-회로 제조 방법 등에 의해 기판의 통합 부품으로서 기판 상에 소자들을 형성 및 제조하는 것을 나타낸다.
후술되는 실시예의 잉크젯 프린트헤드용 기판으로는, 드라이버 트랜지스터(607)의 게이트 단자로의 입력 바로 전에 수행되는 펄스 진폭의 전압 변환이 퍼-세그먼트 원리에 의해 디코더 출력(블랙 선택)과 시프트-레지스터 출력(BIT) 사이의 AND가 취해지기 전에 수행된다. 또한, 논리 전압보다 높은 전압이 퍼-세그먼트 원 리에 의해 AND를 취득하는 회로의 일부에 인가된다. 따라서, 본 실시예에서, 이 부분의 소자가 다른 논리 회로보다, 즉, 디코더와 시프트 레지스터(S/R)보다 큰 저항 전압(withstand voltage)을 갖는 트랜지스터로 제조된다. 이러한 구성으로 인하여, 세그먼트의 어레이 방향에 직각인 방향으로의 각 세그먼트의 길이를 늘이지 않으면서 VDD 전압의 진폭을 갖는 펄스에 응답하는 입력이었던 세그먼트 선택 신호가 VHT 전압의 진폭을 갖는 펄스로 변환될 수 있다. 특히, 본 실시예의 구조로, 디코더측으로부터의 출력 신호와 시프트 레지스터측으로부터의 신호 사이에서 AND가 취득되기 전에 펄스 폭의 변환이 수행되므로, 각 세그먼트용으로 제공되는 펄스-진폭 변환 소자가 더 이상 필요하지 않다. 펄스-진폭 변환 회로 자체의 개수가 시간-분할 구동 블록의 개수(디코더로부터의 신호 출력의 개수)와 각 블록에 대응하는 데이터 항목의 개수(시프트 레지스터로부터의 출력의 개수)의 합으로 감소될 수 있으며, 수율이 향상되고 회로 구조가 단순화된다.
< 제1 실시예 >
우선, 잉크젯 인쇄 장치에 대한 개요가 후술된다.
도8은 본 발명이 적용될 수 있는 잉크젯 인쇄 장치의 외부 도면이다. 도8에서, 리드 나사(5005)가 드라이버 모터(5013)의 정회전 및 역회전과 작동식으로 결합된 구동력 전달 기어(5011, 5009)에 의해 회전된다. 캐리지(HC)는 리드 나사(5004)의 나선형 홈(5005)과 정합하며 리드 나사(5004)가 회전함에 따라 화살표 a 및 b 방향으로 전진 및 후진하는 (도시되지 않은) 핀을 갖는다. 잉크젯 카트리지 (IJC)가 캐리지(HC) 상에 장착된다.
도면 부호 5002는 캐리지의 이송 방향을 따라 플래튼(5000)과 대항하여 용지를 가압하는 용지 보유판을 가리킨다. 도면 부호 5007, 5008은 광센서 부근의 캐리지 레버(5006)의 존재 여부 및 모터(5013)가 회전하는 방향이 변경되는 것을 확인하기 위한 원위치 감지 수단(home position sensing means)을 구성하는 광센서를 가리킨다. 도면 부호 5016은 프린트헤드의 전방 측면을 캡핑하기 위한 캡 부재(5022)를 지지하는 부재를 가리킨다. 도면 부호 5015는 캡에 흡입을 적용시키기 위한 흡입 수단을 가리킨다. 흡입 수단은 캡으로 하여금 개방구(5023)를 통해 캡 내부로 흡입 회수되게 한다. 도면 부호 5107은 세정 블레이드를 나타내며, 도면 부호 5019는 블레이드를 앞뒤로 이동시키는 것을 가능하게 하는 부재이다. 이들은 주 본체의 지지판(5018) 상에 지지된다. 블레이드가 이러한 형태일 필요는 없으며 공지된 세정 블레이드가 이 예에 사용될 수 있음은 당연하다. 도면 부호 5021은 흡입 회수 작동의 흡입을 개시하기 위한 레버를 나타낸다. 레버는 캐리지와 결합된 캠(5020)이 이동함에 따라 이동한다. 이동은 클러치에 의해 구동 모터로부터의 구동력이 변경되는 공지된 전달 수단에 의해 제어된다.
캐리지가 원위치측 상의 영역에 도착하였을 때, 캡핑, 세정 및 흡입 회수가 리드 나사(5004)의 작동에 의해 해당 위치에서 소정 처리에 의해 수행되도록 배치된다. 그러나, 소정 작동이 공지된 타이밍으로 수행되도록 배치된다면, 임의 배치가 이 예에 적용될 수 있다.
이제, 전술한 잉크젯 인쇄 장치의 인쇄 제어를 실행하기 위한 제어 구조를 설명하기 위해 도9의 블록 선도를 참조한다. 제어 회로를 도시한 이 도면에서, 도면 부호 1700은 인터페이스를, 1701은 MPU를, 1702는 MPU(1701)에 의해 실행되는 제어 프로그램을 저장하기 위한 프로그램 롬(ROM)을, 1703은 (헤드에 공급되는 인쇄 데이터와 전술한 인쇄 신호 등의) 여러 데이터를 미리 저장하기 위한 동적-유형 RAM(이하 DRAM이라 함)을 가리킨다. 도면 부호 1704는 프린트헤드(1708)로의 인쇄 데이터의 공급을 제어하기 위한 게이트 어레이를 나타낸다. 프린트헤드를 구동시키기 위한 신호는 이 게이트 어레이를 통해 공급된다. 또한, 게이트 어레이는 인터페이스(1700), MPU(1701) 및 RAM(1703) 사이의 데이터 전송을 제어한다.
도면 부호 1710은 프린트헤드(1708)를 반송하기 위한 캐리어 모터를 나타내며, 1709는 인쇄 용지를 반송하기 위한 반송 모터를 나타낸다. 도면 부호 1705는 프린트헤드(1708) 상에 장착되며, 잉크-토출 히터 및 그 구동 회로를 포함하는 잉크젯 프린트헤드 기판을 나타낸다. 도면 부호 1706, 1707은 반송 모터(1709)와 캐리어 모터(1710)를 각각 구동시키기 위한 모터 드라이버를 가리킨다.
이제, 전술한 제어 구조의 작동을 설명한다. 인쇄 신호가 인터페이스(1700)에 유입되는 경우, 인쇄 신호가 게이트 어레이(1704)와 MPU(1701) 사이에서 인쇄용 인쇄 데이터로 변환된다. 모터 드라이버(1706, 1707)가 구동되어, 잉크 토출 히터가 프린트헤드 내의 프린트헤드 기판으로 송신된 인쇄 데이터에 따라 인쇄를 수행하도록 잉크 토출 히터가 구동된다.
도11은 잉크젯 카트리지(IJC)의 형상의 상세한 외관을 도시한 사시도이다.
도11에 도시된 바와 같이, 잉크젯 카트리지(IJC)는 블랙 잉크를 토출하는 카 트리지(IJCK)와 사이언(C), 마젠타(M), 옐로우(Y)의 3색 잉크를 토출하는 카트리지(IJCC)로 구성된다. 이들 2개의 카트리지는 서로 분리 가능하며, 각 카트리지는 캐리지(HC) 상에 착탈식으로 독립 장착된다.
카트리지(IJCK)는 통합된 구조로 결합되는, 블랙 잉크를 함유하는 잉크 탱크(ITK) 및 블랙 잉크를 토출함으로써 인쇄하는 프린트헤드(IJHK)로 구성된다. 유사하게, 카트리지(IJCC)는 통합된 구조로 결합되는, 사이언(C), 마젠타(M), 옐로우(Y)의 3색 잉크를 함유하는 잉크 탱크(ITC) 및 이 색들의 잉크를 토출함으로써 인쇄하는 프린트헤드(IJHC)로 구성된다.
또한, 도11로부터 알 수 있듯이, 블랙 잉크를 토출하는 노즐의 어레이, 사이언 잉크를 토출하는 노즐의 어레이, 마젠타 잉크를 토출하는 노즐의 어레이 및 옐로우 잉크를 토출하는 노즐의 어레이가 캐리지의 이동 방향으로 정렬되며, 노즐의 배열 방향은 캐리지 이동 방향에 직각이다.
도12는 3색 잉크를 토출하는 프린트헤드(IJHC)의 3차원 구조를 도시한 사시도이다.
도12는 잉크 탱크(ITK)로부터 공급된 잉크의 흐름을 도시한다. 프린트헤드(IJHC)는 사이언(C) 잉크를 공급하는 잉크 채널(2C), 마젠타(M) 잉크를 공급하는 잉크 채널(2M), 옐로우(Y) 잉크를 공급하는 잉크 채널(2Y)을 가지며, 기판의 배면을 통해 잉크 탱크(ITK)로부터 각 잉크 채널로 각각의 잉크를 공급하는 (도시되지 않은) 공급로가 구비된다.
잉크 채널 잉크 유동로(301C, 301M, 301Y)를 통해 각각 통과하는 사이언, 마 젠타 및 옐로우 잉크는 기판 상에 형성된 전열 변환기(즉, 히터)(401)에 각각 안내된다. 그 다음, 전열 변환기(히터)(401)가 이하 설명하게 될 회로에 의해 작동되며, 전열 변환기(히터)(401) 상의 잉크가 가열되어 잉크가 비등하고, 그 결과, 잉크 액적(900C, 900M, 900Y)이 발생한 기포에 의해 오리피스(302C, 302M, 302Y)로부터 토출된다.
도12에서, 도면 부호 1은 전열 변환기, 이 전열 변환기를 구동시키는 후술하게 될 여러 회로, 메모리, 캐리지(HC)와의 전기적 접촉을 형성하는 여러 패드 및 여러 신호 배선이 형성되는 프린트헤드 기판(이하, "기판"이라 함)을 나타낸다.
또한, 복수의 인쇄 소자들이 인쇄 소자로 불려짐과 함께, 1개 전열 변환기(히터), 이 전열 변환기를 구동하는 MOS-FET 및 전열 변환기(히터)가 인쇄 소자로 불린다.
도12는 3색 잉크를 토출하는 프린트헤드(IJHC)의 3차원 구조를 도시하는 도면이며, 구조는 블랙 잉크를 토출하는 프린트헤드(IJHK)의 구조와 동일하지만, 도12에 도시된 구성의 1/3만을 이룬다. 즉, 1개 채널이 있으며, 프린트헤드의 크기(scale)가 도12에 도시된 구조의 약 1/3이다.
도1은 제1 실시예에 따르는 잉크젯 프린트헤드의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도면 부호 100은 반도체 처리 기술에 의해 히터와 구동 회로가 형성된 기판을 나타낸다. 이 기판은 전술한 잉크젯 프린트헤드용 기판(1705)에 대응한다. 도면 부호 102는 기판의 후방 측면으로부터 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급구(즉, 공급로)를 나타내며, 101은 복수의 히터와 구동 회로가 배열되는 히터/드라이버 어 레이를 나타내는데, 여기서, 히터는 잉크를 토출하기 위한 전열 변환기이고 드라이버는 히터를 선택적으로 구동시키기 위한 것이다. 도면 부호 103은 인쇄될 인쇄 데이터를 임시 보유하기 위해 시간-분할 구동의 1개 블록에 대응하는 데이터를 처리하는 시프트 레지스터를 나타내며, 107은 퍼-히터-블록 원리에 의해 히터/드라이버 어레이 내 히터를 선택 및 구동시키기 위한 디코더 회로를 나타내며, 104는 시프트 레지스터(103) 및 디코더(107)로 디지털 신호를 입력시키기 위한 버퍼 회로를 포함하는 입력 회로를 나타내며, 110은 입력 단자를 나타낸다.
또한, 도면 부호 130은 히터-구동 전원 전압(VH)에 기초하여 펄스-진폭 변환 회로에 공급되는 VHT 전압을 발생시키기 위한 VHT 전압 발생 회로를 나타내며, 140은 VDD 전압 진폭을 갖는 디지털 신호를 VHT 전압 진폭을 갖는 드라이버 트랜지스터의 게이트 구동 펄스로 변환시키기 위한 펄스-진폭 변환 회로를 나타낸다. 도1로부터 알 수 있듯이, 이 실시예의 펄스-진폭 변환 회로(140)가 디코더 회로(107)의 출력 스테이지 및 시프트 레지스터(103)의 출력 스테이지 내에 제공된다.
도면 부호 121은 반도체 기판(100)의 온도를 감지하기 위한 소자를 포함하게 구성된 온도 감지 블록을 나타낸다. 비록 기판의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 블록(121)이 기판의 상태를 관찰하기 위한 소자로서 예시되었지만, 전열 변환기의 저항값을 감지하기 위한 소자 또는 트랜지스터를 구동시키는 전류 구동 트랜지스터의 저항값을 트랜지스터가 작동하는 시점에 감지하기 위한 소자가 설치될 수도 있다. 여러 형태의 감지 소자가 제공될 수 있음은 당연하다.
도2는 제1 실시예에서 잉크를 토출하기 위해 히터에 전류를 공급하여 히터를 구동시키기 위한 등가 회로도의 1 세그먼트 분량이다. 또한, 도3은 시프트 레지스터의 1비트에 대응하는 등가 회로 및 인쇄될 화상 데이터를 임시 저장하기 위한 래치 회로이다.
도1에 도시된 바와 같이, 도5와 도6a를 참조하여 설명된 종래 회로에서는 각 세그먼트(잉크를 토출하기 위한 각각의 가열 레지스터)용으로 형성된 펄스-진폭 변환 회로가 본 실시예의 잉크젯 프린트헤드용 기판(100) 상의 시프트 레지스터(103) 및 디코더(107)의 출력 섹션에 제공된다. 즉, 여기서 디코더 회로(107)의 출력 신호(블록 선택 신호)와 시프트 레지스터(103)의 출력 신호(비트 신호) 사이에서 AND가 획득되기 전에 펄스-진폭 전압이 상승되도록, 구조가 선택된다. 그 결과, 도2에 도시된 바와 같이, 진폭이 이미 VHT 전압으로 상승된 펄스가 각 세그먼트에 인가되어, 변환 회로가 더 이상 필요하지 않다. 그러므로, 회로의 소자가 차지하는 기판 상의 면적이 불필요하다.
높은 전압이 세그먼트 단위로 AND를 취득하는 AND 게이트(201)에 인가되는 구조이기 때문에, 높은 저항 전압을 갖는 소자가 이 회로를 구성하는 트랜지스터용으로 필요하다. 종래에는, 논리 전압에 대응하는 낮은 전압만이 이 부분에 인가되었으므로, 트랜지스터는 낮은 저항 전압을 갖는 소자에 의해 구성되었다. 그러나, 이 실시예에서, 다른 논리 회로를 구성하는 트랜지스터보다 높은 저항 전압을 이 부분에 부여함으로써 또는 더 상세히는 AND 게이트를 구성하는 트랜지스터용으로 높은 저항 전압을 인가는 소자를 채택함으로써 목적이 달성된다.
높은 저항 전압을 갖는 트랜지스터(MOS 트랜지스터)가 사용되는 경우에는, 각각의 개별 트랜지스터가 저-전압 트랜지스터보다 크다. 그러나, 전술하였듯이, 레이아웃 위치에 관한 펄스-진폭 변환 회로(부스터 회로)의 개수를 줄일 수 있으며, 펄스-진폭 변환 회로들은 각 소자의 부근으로부터 이격된 위치에 배치될 수 있다. 결과적으로, 잉크젯 프린트헤드의 기판(100)의 전체 크기가 줄어들 수 있다.
도3은 본 발명에 따르는 시프트 레지스터(103) 및 펄스-진폭 변환 회로(140)의 구조를 도시한 도면이다. 펄스-진폭 변환 회로가 도6b에 도시된 시프트-레지스터 회로 구조의 출력 스테이지 안에 제공된다. 여기서, 펄스 진폭은 VDD 전압으로부터 VHT 전압으로 변환된다.
시프트 레지스터(103)와 디코더 회로(107)의 출력 스테이지의 개수는 모든 세그먼트가 시간-분배 방식으로 구동될 때 대략 8 내지 32 정도인 분할 개수에 의해 결정된다. 예를 들어, 256 세그먼트들이 16으로 나눠지면(각 블록은 16개 세그먼트를 갖게 됨), 펄스-진폭 변환 회로의 개수는 필수적으로 16 × 2 (시프트-레지스터측과 디코더측) = 32 이다. 이것은 모든 세그먼트가 펄스-진폭 변환 회로에 형성될 경우 필요한 256 세그먼트와 비교하여 상당한 감소이다. 그 결과, 세그먼트 어레이 방향에 직각인 방향에서의 칩 길이가 줄어들 수 있다. 또한, 시프트 레지스터(103)와 디코더 회로(107) 상에 부가된 펄스-진폭 변환 회로에 의해 어레이 방향으로의 칩의 길이가 길어지나, 직각 방향의 길이의 감소에 비해 매우 작은 증가이고 전체 칩 영역의 관점에서는 감소하는 것이다.
< 제2 실시예 >
도4는 제2 실시예에 따르는 잉크젯 프린트헤드용 기판을 설명하는데 유용한 도면이다. 도1의 부품들과 동일한 도4의 부품들이 동일한 도면 부호들로 표시되며, 이에 대한 상세한 설명이 생략된다.
제2 실시예에서, 펄스-진폭 변환 회로(140)가 입력 회로(104) 뒤를 따라 곧바로 삽입되는 구조이다. 이러한 구조에 의해, 개수가 입력 단자(CLK, DATA_A, DATA_B, BG, HE_A, HE_B)의 개수와 동일한 펄스-진폭 변환 회로만이 필요하다. 이것은 칩 크기의 훨씬 더 많은 저감을 실현할 수 있게 한다.
각각의 전술된 실시예들에 따르면, 전술한 바와 같이, 종래 드라이버 트랜지스터에서 게이트 단말로의 입력 바로 전에 수행되는 펄스 진폭의 전압 변환이 디코더 출력과 시프트-레지스터 출력 사이의 AND를 취득하기 전에 수행된다. 그 결과, VDD 전압의 진폭을 갖는 펄스에 응답하여 입력되었던 세그먼트 선택 신호가 세그먼트들의 어레이 방향에 직각인 방향으로 각 세그먼트의 길이를 증가시키지 않으면서 VHT 전압의 진폭을 갖는 펄스로 변환되는 회로 구조가 실현된다. 또한, 펄스-진폭 변환 회로의 개수가 현저하게 감소되는 회로 구조가 실현된다.
따라서, 칩 크기는 줄어들고, 수율이 세그먼트의 개수를 줄임에 따라 향상되며, 적은 비용이 회로 구조의 단순화에 의해 예상될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이, 세그먼트의 배열 방향에 직각 방향으로 세그먼트의 길이를 증가시키지 않으면서 구동 논리용 전압이 소자를 구동시키기 위한 전압으로 변환되는 회로 구조가 제공될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라, 펄 스-진폭 변환 회로가 줄어들고 기판 상에 형성된 소자의 개수가 감소함에 따라, 수율을 증대시키고 회로 구조를 단순화할 수 있게 된다.
본 발명의 많은 명백하게 다양한 다른 실시예가 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 실현될 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 정의된 바를 제외한 특정 실시예에 한정되지 않음은 당연하다.

Claims (8)

  1. 잉크를 토출하는데 사용되는 열 에너지를 발생시키는 전열 변환기와, 상기 전열 변환기를 구동시키는 구동 회로가 장착되는 잉크젯 프린트헤드 기판이며,
    블록 선택 신호와, 선택된 블록 내의 각각의 전열 변환기용 비트 신호를, 제1 전압 진폭 레벨의 입력 신호에 기초하여 제2 전압 진폭 레벨로 출력하는 논리 회로와,
    상기 논리 회로로부터의 블록 선택 신호 및 비트 신호를 기초로 하여 블록 유닛의 전열 변환기를 구동시키기 위한 구동 회로를 포함하는 잉크젯 프린트헤드 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 논리 회로는,
    제1 전압 진폭 레벨의 입력 데이터를 제1 전압 진폭 레벨의 비트 신호 및 블록 선택 신호로 변환시키는 제1 변환 회로와,
    상기 제1 변환 회로의 출력인 블록 선택 신호 및 비트 신호를 제2 전압 진폭 레벨로 변환시키는 제2 변환 회로를 포함하는 잉크젯 프린트헤드 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 논리 회로는,
    제1 전압 진폭 레벨의 입력 데이터를 제2 전압 진폭 레벨로 변환하기 위한 제1 변환 회로와,
    상기 제1 변환 회로에서 얻은 제2 전압 진폭 레벨의 입력 신호로부터 제2 전압 진폭 레벨의 블록 선택 신호 및 선택된 블록용 비트 신호를 발생시키는 제2 변환 회로를 포함하는 잉크젯 프린트헤드 기판.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 반도체 기판의 온도를 감지하기 위한 관찰 소자를 더 포함하는 잉크젯 프린트헤드 기판.
  5. 잉크를 토출하는데 사용되는 열 에너지를 발생시키는 전열 변환기와, 상기 전열 변환기를 구동시키기 위한 구동 회로가 장착되는 기판 상의 전열 변환기의 구동을 제어하는 방법이며,
    제1 전압 진폭 레벨의 입력 신호를 입력하는 단계와,
    블록 선택 신호 및 선택된 블록에서의 각각의 전열 변환기용 비트 신호를, 입력된 신호에 기초하여 제2 전압 진폭 레벨로 출력하는 단계와,
    논리 회로로부터의 블록 선택 신호 및 비트 신호를 기초로 하여 블록 유닛의 전열 변환기를 구동시키는 단계를 포함하는 전열 변환기의 구동 제어 방법.
  6. 잉크를 토출하는 토출구와,
    상기 토출구에 대응하게 형성된 전열 변환기 및 상기 전열 변환기를 구동시키기 위한 구동 회로가 장착되는 기판을 포함하며,
    상기 기판은,
    블록 선택 신호 및 선택된 블록 내의 각각의 전열 변환기용 비트 신호를, 제1 전압 진폭 레벨의 입력 신호에 기초하여 제2 전압 진폭 레벨로 출력하는 논리 회로와,
    상기 논리 회로로부터의 블록 선택 신호 및 비트 신호를 기초로 하여 블록 유닛 내의 전열 변환기를 구동시키는 구동 회로를 갖는 잉크젯 프린트헤드.
  7. 잉크젯 프린트헤드와 상기 잉크젯 프린트헤드에 공급되는 잉크로 채워진 잉크 탱크를 포함하는 잉크젯 프린트헤드 카트리지이며,
    상기 잉크젯 프린트헤드는 잉크를 토출하는 토출구와, 상기 토출구에 대응하도록 형성된 전열 변환기와 상기 전열 변환기를 구동시키는 구동 회로가 장착되는 기판을 가지며,
    상기 기판은,
    블록 선택 신호와 선택된 블록의 각각의 전열 변환기용 비트 신호를, 제1 전압 진폭 레벨의 입력 신호에 기초하여 제2 전압 진폭 레벨로 출력하는 논리 회로와,
    상기 논리 회로로부터의 블록 선택 신호와 비트 신호를 기초로 하여 블록 유닛 내 전열 변환기를 구동시키는 구동 회로를 갖는 잉크젯 프린트헤드 카트리지.
  8. 잉크젯 프린트헤드와 상기 프린트헤드에 제어 신호를 전송하는 회로를 갖는 잉크젯 인쇄 장치이며,
    상기 잉크젯 프린트헤드는, 잉크를 토출하는 토출구와, 상기 토출구에 대응하도록 형성된 전열 변환기 및 상기 전열 변환기를 구동시키는 구동 회로가 장착되는 기판을 가지며,
    상기 기판은,
    블록 선택 신호 및 선택된 블록 내 각각의 전열 변환기용 비트 신호를, 제1 전압 진폭 레벨의 입력 신호에 기초하여 제2 전압 진폭 레벨로 출력하는 논리 회로와,
    상기 논리 회로로부터의 블록 선택 신호 및 비트 신호를 기초로 하여 블록 유닛 내 전열 변환기를 구동시키는 구동 회로를 포함하는 잉크젯 인쇄 장치.
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