KR100778157B1 - 프린트헤드 기판, 기판을 사용하는 프린트헤드, 프린트헤드를 포함하는 헤드 카트리지, 프린트헤드 구동 방법 및프린트헤드를 사용하는 인쇄 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인쇄 성능을 향상시키기 위해 동시에 구동되는 인쇄 소자의 수를 증가시키면서 성막 프로세스에 의해 형성된 기판의 크기의 증가 및 배선 폭의 증가를 억제할 수 있는 프린트헤드 기판, 기판을 사용하는 프린트헤드 및 프린트헤드를 사용하는 인쇄 장치에 관련한다. 기판의 배선 라인은 공통 배선 라인으로 형성되며, 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수의 편차로 인하여, 가열 저항 소자에 인가되는 에너지가 안정한 잉크 토출 범위로부터 이탈하는 것이 방지된다. 이를 위해, 구동 소자는 종래의 것에 비해 현저히 축소되고, MOS 트랜지스터의 동작 영역은 불포화 영역으로부터 포화 영역으로 이동된다.
인쇄 소자, 기판, 프린트헤드, 인쇄 장치, 구동 소자

Description

프린트헤드 기판, 기판을 사용하는 프린트헤드, 프린트 헤드를 포함하는 헤드 카트리지, 프린트헤드 구동 방법 및 프린트헤드를 사용하는 인쇄 장치{PRINTHEAD SUBSTRATE, PRINTHEAD USING THE SUBSTRATE, HEAD CARTRIDGE INCLUDING THE PRINTHEAD, METHOD OF DRIVING THE PRINTHEAD, AND PRINTING APPARATUS USING THE PRINTHEAD}
도1은 본 발명의 전형적인 실시예로서의 잉크젯 인쇄 장치(1)의 개략적인 배열체를 도시하는 외부 사시도.
도2는 도1에 도시된 인쇄 장치의 제어 구성을 도시하는 블록도.
도3은 도2에 도시된 구성으로부터 추출된, 프린트헤드의 구동에 연계된 구성 부품만을 도시하는 블록도.
도4a 및 도4b는 프린트헤드 및 잉크 탱크로부터 형성된 프린트헤드 카트리지(1000)의 외관을 도시하는 사시도.
도5는 프린트헤드(3)의 세부 구성을 도시하는 분해 사시도.
도6은 인쇄 소자 유닛(1002)의 세부 구성을 도시하는 분해 사시도.
도7은 잉크젯 프린트헤드 기판(1100)의 구조를 도시하는 평면도.
도8은 잉크 탱크와 프린트헤드를 통합하여 얻어진 헤드 카트리지의 구조를 도시하는 외부 사시도.
도9는 잉크 토출 속도와 가열 저항 소자의 양 단부간의 전압 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도10은 도7에 선으로 포위된 부분의 등가 회로를 도시하는 도면.
도11은 복수의 가열 저항 소자 중 블록 시간 분할 구동에 의해 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 단 하나의 분할부를 위한 도10에 도시된 등가 회로로부터 추출된 등가 회로를 도시하는 도면.
도12는 MOS 트랜지스터의 드레인-소스 전류(IDS)의 변동과 동시에 구동되는 가열 저항 소자 수의 변화 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프린트헤드상에 장착된 프린트헤드 기판(소자 기판)상의 배치를 도시하는 도면.
도14는 MOS 트랜지스터의 게이트 폭(W)이 변수로서 사용될 때, 가열기 구동 전압(I)과 드레인-소스 전압(V) 사이의 특성(V-I 특성)을 도시하는 그래프.
도15는 MOS 트랜지스터의 주변 및 인쇄 소자를 도시하는 도면.
도16은 MOS 트랜지스터의 일반적 특성을 도시하는 그래프.
도17은 잉크젯 프린트헤드 기판, 기판에 합체된 프린트헤드 및 프린트헤드를 사용하는 인쇄 장치내의 인쇄 소자에 인가되는 에너지에 영향을 주는 부분의 구성을 도시하는 블록도.
도18은 기판 제조, 헤드 제조, 인쇄 장치상으로의 프린트헤드의 장착 및 인쇄 프로세스를 도시하는 플로우차트.
도19는 인쇄 소자의 저항값이 변할 때의 전류값의 설정을 도시하는 표.
도20은 인쇄 소자(701) 및 인쇄 소자 구동을 위한 블록이 1 비트에 대해 추출된 구성을 도시하는 도면.
도21a 및 도21b는 본 발명의 제2 실시예에 사용되는 MOS 트랜지스터(드라이버)의 전류-전압 특성을 도시하는 그래프.
도22는 3개 지점에서 20㎛의 작은 드라이버 크기 및 100㎛의 주 게이트 폭이 설정될 때, 일정 전류값이 변하는 방식을 도시하는 그래프.
도23은 복수의 배선 라인을 갖는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 구조를 도시하는 평면도.
도24는 도23에 도시된 기판을 형성하는 일부의 등가 회로를 도시하는 도면.
도25는 복수의 가열 저항 소자 중 블록 시간 분할 구동에 의해 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 단 하나의 분할부를 위한 도24에 도시된 등가 회로로부터 추출된 등가 회로를 도시하는 도면.
도26은 MOS 트랜지스터의 드레인-소스 전류(IDS)의 변동과 종래의 프린트헤드내의 동시에 구동되는 가열 저항 소자 수의 변화 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도27은 종래의 잉크젯 프린트헤드 기판의 구성의 대표적 예를 도시하는 블록도.
도28은 도27에 도시된 잉크젯 프린트헤드 기판상의 기생 저항의 변화에 관련 된 부분을 상세히 도시하는 도면.
도29는 각 가열기에 일정 전류를 공급하도록 구동부를 제어하는 구성을 도시하는 도면.
도30은 일정 전류에서 인쇄 소자가 구동될 때, 전력 손실의 변화를 도시하는 표.
도31은 잉크젯 프린트헤드 기판에 일정 전류가 공급될 때, 기판 온도와 인쇄 시간 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도32는 잉크 토출량과 잉크 온도 사이의 관계를 도시하는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1100 : 기판
1101 : 공통 배선 라인
1103 : 가열 저항 소자
1107 : 구동 소자
1112 : 공통 배선 저항
1300 : 전기 배선 테이프
2101 : 인쇄 소자
2102 : 드라이버
2108 : 제어기
2111 : 설정 회로
본 발명은 프린트헤드 기판, 기판을 사용하는 프린트헤드, 프린트헤드를 포함하는 헤드 카트리지, 프린트헤드 구동 방법 및 프린트헤드를 사용하는 인쇄 장치에 관련하며, 보다 구체적으로는 인쇄 매체상으로 잉크를 토출함으로써 화상 등을 인쇄하는 잉크젯 방법에 순응하는 프린트헤드를 위한 프린트헤드 기판, 기판을 사용하는 프린트헤드, 프린트헤드를 포함하는 헤드 카트리지, 프린트헤드 구동 방법 및 프린트헤드를 사용하는 인쇄 장치에 관련한다.
프린터, 복사기, 팩시밀리 장치 등의 기능을 가지는 인쇄 장치, 또는, 컴퓨터, 워드 프로세서 등을 포함하는 워크스테이션이나 다기능 장치를 위한 출력 디바이스로서 사용되는 인쇄 장치는 화상 정보에 기초하여 인쇄 시트나 얇은 플라스틱 판(OHP 시트 등의 용으로 사용됨) 같은 인쇄 매체상에 화상을 인쇄한다.
이런 인쇄 장치는 사용되는 인쇄 방법에 의해 잉크젯 형, 와이어 도트 형, 가열 형, 열전사 형, 전자사진 형 등으로 분류된다.
이들 인쇄 장치 중, 잉크젯 형의 인쇄 장치(이하, 잉크젯 인쇄 장치라 지칭함)는 프린트헤드로부터 인쇄 매체상으로 잉크를 토출함으로써 인쇄한다. 잉크젯 인쇄 장치는 다수의 장점, 즉, 장치가 쉽게 소형화될 수 있고, 고속으로 고-해상도 화상을 인쇄할 수 있으며, 어떠한 특수한 프로세스도 필요로 하지 않고 무지 시트(plain sheet)상에 인쇄할 수 있다는 장점을 갖는다. 부가적으로, 잉크젯 인쇄 장치의 가동 비용이 낮으며, 잉크젯 인쇄 장치는 비-충격 인쇄이기 때문에 거의 소음 을 발생시키지 않고, 다색 잉크를 사용함으로써 컬러 화상을 인쇄할 수 있다.
잉크젯 인쇄 방법은 다수의 방법을 포함하며, 이 방법 중 하나는 버블-젯 인쇄 방법이고, 이 버블-젯 인쇄 방법에서는 노즐 내에 가열기가 장착되고, 열에 의해 잉크내에 기포가 생성되며, 발포 에너지가 잉크를 토출하기 위해 사용된다. 잉크를 토출하기 위한 열 에너지를 발생시키는 인쇄 소자는 반도체 제조 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 버블-젯 기술을 사용하는 상업적으로 입수할 수 있는 프린트헤드의 예는 (1) 베이스로서의 실리콘 기판상에 인쇄 소자를 형성하여 인쇄 소자 기판을 형성하고, 수지(예로서, 폴리설폰(polysulfone)), 유리 등으로 이루어진, 잉크 채널을 형성하기 위한 홈을 갖는 상단판을 인쇄 소자 기판에 결합함으로써 얻어진 프린트헤드, 및 (2) 모든 결합부를 제거하도록 사진 석판술에 의해 소자 기판상에 노즐을 직접 형성함으로써 얻어진 고-해상도 프린트헤드이다.
소자 기판이 실리콘 기판으로 이루어지기 때문에, 인쇄 소자가 소자 기판상에 형성될 뿐만 아니라, 인쇄 소자를 구동하기 위한 드라이버, 프린트헤드의 온도에 따라 인쇄 소자를 제어하기 위해 사용되는 온도 센서, 드라이버를 위한 구동 제어기 등도 소자 기판상에 형성될 수 있다.
버블-젯 인쇄 방법은 열 에너지를 받는 액체가 기포를 발생시키도록 가열되고, 기포 생성에 기초한 작동력에 의해 프린트헤드의 말단부에서 오리피스로부터 액적이 토출되며, 인쇄 매체에 액적이 부착되어 정보를 인쇄하는 점이 다른 잉크젯 인쇄 방법과 다르다(예로서, 일본 특개소 54-51837 참조).
열 에너지를 사용하는 인쇄 방법에 따른 잉크젯 프린트헤드(이하, 프린트헤 드라 지칭함)는 일반적으로 : 액체를 토출하도록 형성된 오리피스 및 액적을 토출하도록 액체상에 열 에너지가 작용하게 하기 위한 가열 작용부의 일부이면서 오리피스와 소통하는 액체 채널을 구비하는 액체 토출부; 열 에너지를 발생시키기 위한 수단인 전열 트랜스듀서(electrothermal transducer)로서 기능하는 가열 저항 소자; 잉크로부터 가열 저항 소자를 보호하는 상부 보호층; 및 열을 축적하는 하부층을 포함한다.
이런 프린트헤드는 프린트헤드의 특징을 활용하기 위하여, 보다 높은 밀도 및 보다 고속의 인쇄를 위해 다수의 가열 저항 소자를 필요로 한다. 가열 저항 소자의 수가 증가함에 따라, 외부 배선 보드와의 전기 접속부의 수가 증가한다. 가열 저항 소자가 고밀도로 배열될 때, 가열 저항 소자의 전극 패드 사이의 피치가 감소하며, 가열 저항 소자는 전통적인 전기 접속법(와이어 본딩 등)에 의해 접속될 수 없다.
종래에, 이 문제점은 기판내의 가열 저항 소자를 위한 구동 소자를 부설함으로써 해결되었다(예로서, 미국 특허 제 4,429,321 호 참조). 또한, 종래에는 잉크 오리피스를 가지는 오리피스 판을 기판상에 형성 및 부착함으로써 가열 작용부로부터 수직방향으로 잉크를 토출하는 프린트헤드가 제안되어 왔다(예로서, 일본 특개소 59-95154).
오리피스 판상에 체류하는 잉크의 제거능력을 향상시키기 위해, 그리고, 하나의 기판으로 복수의 유형의 잉크를 토출하도록 단일 기판내에 복수의 잉크 공급 포트를 형성하기 위해, 이런 프린트헤드는 긴 홈형 잉크 공급 포트의 짧은 측부에 평행한 기판의 주연 측부를 따라 전극 패드를 배열함으로써 기판 외측에 연결된다.
이 구성은 가열 저항 소자까지 배선 저항을 쉽게 증가시킨다. 동일 배선 라인에 접속된 복수의 가열 저항 소자가 동시에 구동가능하도록 설계되는 경우에, 배선 라인의 공통 저항으로 인한 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수의 편차에 따라 전압 강하 편차는 현저히 변한다. 화상 데이터에 따라 적절한 기포 형성이 이루어질 수 없다.
이 때문에, 복수의 배선 라인은 프린트헤드 제조시 동일 저항을 갖도록 분할되며, 공통 배선 라인에 연결된 가열기는 한번에 단 하나의 가열 저항 소자만을 구동하도록 시간 분할 구동된다. 이 구성은 동시 구동되는 가열 저항 소자의 수의 변화시 공통 배선 라인의 부정적인 영향을 억제한다.
도23은 복수의 배선 라인을 가지는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 구조를 도시하는 평면도이다.
도23에서, 참조 번호 1100은 잉크젯 프린트헤드 기판을 나타내고, 1104는 전극 패드를 나타내며, 1108은 개별 배선 라인을 나타낸다.
도24는 도23에 도시된 기판을 형성하는 일부의 등가 회로를 도시하는 도면이다.
보다 구체적으로, 도23에 원으로 표시된 부분의 등가 회로가 도24에 도시된 회로에 대응한다.
도24에서, 참조 번호 1103은 가열 저항 소자(가열기)를 나타내고, 1107은 가열 저항 소자(1103)를 구동하기 위한 구동 소자로서 기능하는 MOS 트랜지스터, 1104a는 가열 저항 소자(1103)에 에너지를 공급하기 위한 전압을 인가하기 위한 전극 패드, 1104b는 가열 저항 소자(1103)에 에너지를 공급하기 위한 GND 배선 전극 패드, 1104c는 MOS 트랜지스터의 게이트에 최종 인가되는 전압을 결정하기 위한 전압 인가 전력 공급 입력 패드, 그리고, 1104d는 실제로 복수의 전극 패드(미도시)로 형성되어 논리 회로를 구동하는 전력 공급 입력 패드를 나타낸다. 패드(1104d)는 GND를 위한 전극 패드, 화상 데이터 입력, 시간 분할 구동부 및 가열 저항 소자 구동 시간을 결정하기 위해 필요한 로직을 포함한다.
참조 번호 1112-(1) 내지 1112-(n) 및 1113-(1) 내지 1113-(n)은 배선 라인이 동시 구동되는(논리 회로상에서) 각 가열 저항 소자를 위해 개별적으로 배설되기 때문에 발생되는 개별 배선 저항을 나타낸다.
참조 번호 1109는 전극 패드(1104c)로부터 입력된 전압을 안정화하며, 필요시 전압을 감소시키는 요소로서 기능하는 구동 소자 구동 전압 변환기를 나타내고, 1110은 시프트 레지스터(S/R)와 래치 회로와 시간 분할 신호 결정 회로 및 구동 시간 결정 신호 생성 회로를 포함하는 논리 회로를 나타내고, 1111은 로직 제어 신호의 전압을 MOS 트랜지스터(1107)의 구동 전압까지 증가시키는 합성 회로를 나타낸다.
MOS 트랜지스터(1107)는 논리 회로(1110)와 합성 회로(1111)에 의해 합성되는 화상 데이터, 시간 분할 신호, 구동 시간 결정 신호 등에 기초하여 턴온된다. 그 후, 에너지에 의해 열을 생성하도록 가열 저항 소자(가열기)(1103)를 통해 전류가 흐르고, 가열 저항 소자(1103)와 접촉하는 잉크의 막 발포에 의해 얻어진 동력에 의해 잉크가 토출된다.
주어진 시간을 살펴보면, 도24에 점선으로 포위된 각 부분내에서 단 하나의 가열 저항 소자만이 구동된다. 달리 말해서, 점선에 의해 포위된 각 부분이 하나의 블록으로서 간주될 때, 한번에 각 블록에 속하는 가열기 중 하나가 구동된다. 이 구동은 블록 시간 분할 구동이라 지칭된다.
동시에 구동되는 가열기를 위한 구동 소자의 동작점이 도25 및 도26을 참조로 설명된다.
도25는 복수의 가열 저항 소자 중 블록 시간 분할 구동에 의해 동시 구동되는 가열 저항 소자의 단 하나의 분할부를 위한, 도24에 도시된 등가 회로로부터 추출된 등가 회로를 도시한다.
도25에서, RH는 동시에 구동되는 가열 저항 소자 중 하나의 저항값을 나타내고, RL1은 도24에 도시된 하나의 개별 배선 라인(1112-(x)(여기서, x=1,n))의 배선 저항값을 나타내고, RL2는 도24에 도시된 하나의 개별 배선 라인(1113-(x)(여기서, x=1,n))의 배선 저항값을 나타내며, RC1 및 RC2는 전극 패드(1104a 및 1104b)처럼 개별 배선 라인의 공통 배선 라인에 후속하는 전기 접점 기판 및 전기 배선 테이프내에서 생성된 공통 배선 저항값을 나타낸다.
도25에서, VH는 가열 저항 소자(1103)에 전력을 공급하여 이를 구동함으로써 생성되어 개별 배선 라인 + 가열 저항 소자 + 가열기 구동 소자(MOS 트랜지스터) 사이에 인가되는 전압을 나타내고, IDS는 구동시 흐르는 전류를 나타내며, VDS는 MOS 트랜지스터(1107)의 소스와 드레인 사이에 생성되는 전압을 나타낸다.
MOS 트랜지스터(1107) 주변의 부호 "D", "G" 및 "S"는 드레인, 게이트 및 소스를 각각 나타낸다.
실리콘(Si) 등으로 이루어진 기판의 부분 이외의 부분에 생성된 저항값(RC1 및 RC2)은 기판 외측에 존재하며, 따라서, 설계의 자유도가 높고, 그래서, 배선 두께가 두꺼워질 수 있다. 결과적으로, 저항값이 감소될 수 있다.
도26은 RC1 및 RC2의 동요로 인해 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수가 변할 때의 전류 편차를 나타내는 그래프이다.
종래의 가열기 구동 소자는 예로서, 가열 저항 소자에 인가되는 전력 공급 전압을 공통적으로 사용할 때, 성능이 높은 MOS 트랜지스터의 불포화 영역에서 동작하도록 구성된다. 이 경우, 동시에 구동되는 가열 저항 소자 사이의 저항값의 편차에 의해 유발되는 VH의 편차는 가열 저항 소자의 저항값 및 총 전류 보다 매우 작은 저항값(RC1 및 RC2)의 편차에 의해 유발되는 전압 편차만으로부터 발생한다. 이 범위내에서, 도26에 도시된 바와 같이, 전류 변화는 잉크가 안정하게 토출될 수 있는 범위 이내에 든다.
그러나, 도26으로부터 명백한 바와 같이, 가열 저항 소자를 통해 결과적으로 흐르는 전류(IDS)의 동작점(□ : 다수의 동시에 구동되는 가열 저항 소자에 대하여, ■ : 소수의 동시에 구동되는 가열 저항 소자에 대하여)은 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수에 의존하여 변화한다. 전류 편차는 설계의 견지에서 약 5%이내에 들고, 잉크젯 프린트헤드 기판의 회로는 매우 엄격한 조건하에서 설계되어야만 한다.
최근, 잉크젯 인쇄 장치가 속도 및 화상 품질이 점점 더 진보함에 따라, 장치상에 장착된 프린트 헤드 및 프린트헤드를 위해 사용되는 회로 보드는 보다 많은 수의 가열 저항 소자를 구비하여야만 하며, 프린트헤드는 높은 주파수로 구동되어야만 한다.
다수의 가열 저항 소자를 구동하기 위해서, 블록 시간 분할 구동시 시간 분할 카운트(count)가 증가하여야만 한다. 시간 분할 카운트를 증가시킴으로써, 배선 라인들의 수를 변경하지 않고, 보다 많은 수의 가열 저항 소자가 구동될 수 있다. 그러나, 각 가열 저항 소자에 할애되는 구동 시간은 보다 짧아지며, 보다 높은 주파수의 구동을 위해서는 보다 더 짧아져야만 한다.
프린트헤드로부터 잉크를 안정적으로 토출하기 위해서, 각 가열 저항 소자에 인가되는 에너지가 제어되어야만 한다. 이 목적을 위해, 종래에는 가열 저항 소자의 구동 시간을 변경함으로써, 가열 저항 소자에 인가된 에너지를 제어하는 방법이 사용되어왔다. 그러나, 이 방법에서도 여전히 소정 구동 시간을 필요로 하며, 구동 시간은 이미 종래의 방법에서의 그 한계에 도달하였다.
구동시간을 변경하지 않고 가열 저항 소자의 수를 증가시키고, 동일 주파수에서 그들을 구동하기 위해서, 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수가 증가되어야만 한다. 보다 높은 주파수의 구동을 위해, 시간 분할 카운트가 감소하기 때문에, 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수는 보다 더 증가하여야만 한다. 그러므로, 종래의 배선 방법에서 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수를 증가시키기 위해서 는 개별 배선 라인의 수가 증가되어야만 한다.
기판의 주연부의 전극 패드로부터 가열 저항 소자까지의 거리가 다르기 때문에, 개별 배선 라인은 서로 다른 길이를 갖는다. 개별 배선 라인의 저항값을 서로 일치시키기 위해서, 도23에 도시된 바와 같이, 전극 패드에 가장 근접한 개별 배선 라인에서 그 폭이 가장 좁고, 보다 먼 개별 배선 라인을 위해서 보다 넓어지도록 그 폭이 설계된다. 그러나, 제조방법에 의해 최소 배선폭이 제한되며, 배선 라인의 수가 증가함에 따라, 보다 두꺼운 배선 라인이 필요하다. 실제로, 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수가 배가될 때, 배선 폭은 3 또는 4배 증가하며, 기판 크기의 급격한 증가를 초래한다.
미래에, 프린트헤드의 가열 저항 소자의 수가 증가할 것이며, 보다 높은 인쇄 속도가 필요할 것이다. 이와 함께, 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수는 필연적으로 증가한다. 따라서, 도25에 도시된 바와 같이 공통 배선 라인(RC1 및 RC2)에 의해 유발되는 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수의 편차에 의존한 VH 전압 동요가 커진다. 이는 프린트헤드의 내구성 및 잉크 토출의 안정성에 부정적인 영향을 미친다.
다른 문제점을 설명한다.
도27은 종래의 잉크젯 프린트헤드를 위한 소자 기판의 구성의 대표적인 예를 도시하는 블록도이다(미국 특허 제 6,116,714 호 참조).
도27에 도시된 바와 같이, 소자 기판(900)은 병렬 배열되어 토출을 위한 열 에너지를 잉크에 공급하는 복수의 가열기(인쇄 소자)(901), 가열기(901)를 구동하는 전력 트랜지스터(드라이버)(902), 외부적으로 직렬 입력된 화상 데이터 및 화상 데이터와 동기화된 직렬 클록을 수신하며 각 라인을 위한 화상 데이터를 수신하는 시프트 레지스터(904), 시프트 레지스터(904)로부터 출력된 하나의 라인의 화상 데이터를 래치 클록과 동기하여 래치하고 화상 데이터를 전력 트랜지스터(902)에 병렬 전달하는 래치 회로(903), 전력 트랜지스터(902)와 각각 대응 배열되고 외부적 가능화 신호에 따라 래치 회로(903)로부터의 출력 신호를 전력 트랜지스터(902)에 공급하는 복수의 AND 게이트(915), 및 화상 데이터, 다양한 신호 등을 외부적으로 수신하는 입력 단자(905 내지 912)를 포함한다. 이들 입력 단자 중, 단자 910은 인쇄 소자 구동 GND 단자이며, 단자 911은 인쇄 소자 구동 전력 공급 단자이다.
소자 기판(900)은 소자 기판(900)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서 또는 각 가열기(901)의 저항값을 측정하기 위한 저항 감시기 같은 센서 감시기(914)를 추가로 포함한다. 드라이버, 온도 센서, 구동 제어기 등이 소자 기판에 집적되어 있는 프린트헤드는 이미 상업적으로 가용화되어 있으며, 프린트헤드 신뢰성의 향상 및 장치의 크기 축소에 기여하고 있다.
이 구성에서, 직렬 신호로서 입력된 화상 데이터는 시프트 레지스터(904)에 의해 병렬 신호로 변환되고, 래치 회로(903)에 출력되며, 이를 래치 클록과 동기시킴으로써 래치된다. 이 상태에서, 가열기(901)를 위한 구동 펄스 신호(AND 게이트(915)를 위한 가능화 신호)가 입력 단자를 경유하여 입력되고, 전력 트랜지스터(902)가 화상 데이터에 따라 턴온된다. 그 후, 전류가 대응 가열기(901)를 통해 흐르며, 액체 채널(노즐)내의 잉크가 가열되고, 노즐의 말단부의 오리피스로부터 액적으로서 토출된다.
도28은 도27에 도시된 잉크젯 프린트헤드를 위한 소자 기판상의 기생 저항의 변화와 연계한 부분을 상세히 도시하는 도면이다.
인쇄 장치 본체로부터 일정한 전력 공급 전압의 인가시 인쇄 소자로의 에너지 공급의 손실을 초래하는 기생 저항(또는 상전압) 성분(916)이 도27 및 도28에 도시된 전력 트랜지스터(902)(이 경우에는 양극식 트랜지스터이지만, MOS 트랜지스터일 수 있음)와 복수의 인쇄 소자를 구동하기 위한 GND 배선 라인 및 공용 전력 공급 배선 라인내에 존재한다. 또한, 도28에 도시된 바와 같이 파선으로 둘러싸여진 영역(2801 및 2802)에서, 기생 저항(916)에 의해 생성된 전압은 동시에 구동되는 가열기(901)의 수에 따라 변하며, 결과적으로, 가열기(901)에 인가되는 에너지가 변한다.
영역 2801은 잉크젯 인쇄 장치의 전력 공급 배선 라인내에 존재하는 기생 저항 성분(2801a), 잉크젯 프린트헤드의 전력 공급 배선 라인내에 존재하는 기생 저항 성분(2801b) 및 공용 전력 공급 배선 라인내의 기생 저항 성분(2801c)을 포함한다. 유사하게, 영역 2802는 잉크젯 인쇄 장치의 GND 배선 라인내에 존재하는 기생 저항 성분(2802a), 잉크젯 프린트헤드의 GND 배선 라인내에 존재하는 기생 저항 성분(2802b) 및 공용 GND 배선 라인내의 기생 저항 성분(2802c)을 포함한다.
실제로, 도28에 도시된 바와 같이, 인쇄 소자로서 기능하는 가열기(901)는 막 두께의 편차 및 기판 제조 프로세스내에서의 그 분포로 인해 대량 제조시 불가피하게 절대 저항값이 ±20% 내지 30% 만큼 변한다.
이 때문에, 주로 저항을 감소시키기 위해, 가용한 잉크젯 프린트헤드의 인쇄 소자를 구동하기 위한 드라이버로서 전력 트랜지스터가 사용된다. 전력 트랜지스터(902)는 일정한 소자 구동 전력 공급부 또는 또는 ON 저항에 대향 바이어스를 가지는 상전력 공급부로서 기능한다. 인쇄 소자(901)를 통해 흐르는 전류가 인쇄 소자의 저항의 변화에 의존하여 변하기 때문에, 미리 결정된 시간 동안 인쇄 소자에 인가되는 에너지(전력 소비)는 제조시 인쇄 소자의 저항값에 따라 현저히 변한다.
에너지 변화는 종래에는 인쇄 소자를 구동하기 위해 인가되는 펄스 폭을 인쇄 소자의 저항 만큼 변경함으로써 극복되어 왔다. 이 조치에서, 인쇄 소자의 전력 소비는 일정해지고, 그래서, 잉크젯 프린트헤드를 구동함으로써 잉크를 안정하게 토출하고 프린트헤드의 긴 사용 수명을 달성할 수 있다.
근년에, 보다 높은 인쇄 속도를 위해, 소요 인쇄 소자의 수가 현저히 증가하였다. 동시에, 보다 높은 인쇄 해상도를 위하여 종래의 인쇄 장치 보다 인쇄 소자에 인가되는 에너지를 균일화하는 것이 보다 많이 필요해 졌다. 상술한 바와 같이, 동시에 구동되는 인쇄 소자의 수의 편차가 커짐에 따라, 인쇄 소자에 인가되는 에너지가 보다 크게 변화하고, 프린트헤드의 사용 수명이 보다 짧아진다. 이는 에너지 변화로 인한 인쇄 품질의 열화 같은 오류를 발생시킨다.
최신 기술로서, 구동부는 도29에 도시된 바와 같이, 에너지를 일정하게 하는 효과를 갖는 구성으로 각 가열기에 일정 전류를 공급하도록 제어된다. 이 구성은 상술된 문제점을 해결할 수 있으며, 그 이유는, 일정 전류가 항상 각 가열기를 통 해 흐르고, 사용 동안 저항값이 변하지 않는 한, 동시에 구동되는 인쇄 소자의 수에 무관하게 에너지, 즉, (가열기의 저항값) x (일정 전류값의 자승)이 공급되기 때문이다. 가열기를 통해 흐르는 전류를 일정하게 유지하는 구성도 제안되어 왔다(예로서, 미국 특허 제 6,523,922 호 참조).
프린트헤드 기판간에, 저항 성분 중 가장 큰, 인쇄 소자(가열 저항 소자)의 저항은 상술된 바와 같이, 제조시의 변동으로 인해, 약 20 내지 30% 만큼 변한다. 도27 및 도28에 기술된 것들과 동일한 구성 요소 또는 물질에 동일 참조 번호가 부여되어 있으며, 설명을 생략한다는 것을 주의하여야 한다. 종래의 메카니즘의 인쇄 장치 본체의 전력 공급 전압이 일정하기 때문에, 인쇄 소자에 인가되는 에너지는 역시 상술된 바와 같이, 인쇄 소자의 저항의 변화시 인쇄 소자에 인가되는 펄스를 조절함으로써 일정해진다.
그러나, 동시에 구동되는 인쇄 소자의 수의 편차에 의해 유발되는 에너지의 변화를 제거하기 위해, 복수의 기판의 가열기에 공통적으로 일정 전류가 공급될 때, 종래기술에서와 같이, 인쇄 소자의 저항의 변동에 의한 잉크젯 프린트헤드 기판상의 전력 손실이 현저히 변한다.
도30은 일정 전류에서 인쇄 소자가 구동될 때, 전력 손실의 변화를 도시하는 표이다.
도30에 도시된 예는 인쇄 소자의 저항값이 약 100Ω이고, 일정 전류로서 150mA 전류가 공급될 때의 가열기의 양 단부에서 발생되는 전압의 변동 및 가열기내의 제조 변동(본 경우에는 ±20%)을 가정한다. 도30은 인쇄 소자가 최대 저항 (120Ω)을 가질 때, 인쇄 소자 이외의 구성 콤포넌트에 의해 소비되는 에너지의 비율을 도시하고, 인쇄 소자의 양 단부 사이의 전압(18V)을 위해 드라이버 전압을 제어하기 위해 1V가 필요하며, 일정 전류를 제어하기 위해 인쇄 장치측상에 1V 만큼 높은 전압(19V)이 인가된다. 일정 전류 공급시의 인쇄 소자의 전력 소비는 인쇄 소자의 저항값의 변화(80 내지 120Ω)에 의존하여 변한다(1.8 내지 2.7W). 변동시, 인가 전력은 실제 인쇄시 인쇄 소자에 인가되는 펄스 폭을 변경함으로써 조절된다.
또한, 도30은 에너지가 일정해질 때, 필요한 펄스 폭을 도시한다.
도30에서, 점선 영역(3001)에 표시된 바와 같이, 인쇄 소자의 저항값은 80Ω이고, 인쇄 소자에 인가되는 전력의 약 58%가 일정 전류를 공급하기 위한 제어부(잉크젯 프린트헤드 기판내의 구동부)에 의해 주로 소비된다(전력 손실). 저항값이 변하는 경우에도 인쇄 소자에 인가되는 에너지를 일정하게 하기 위하여, 인가 펄스폭은 80Ω의 인쇄 소자 저항을 위해 1.25μs, 그리고, 120Ω의 인쇄 소자 저항을 위해 0.83μs로 조절된다. 점선 영역(3002 및 3003)의 값 사이의 비교로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 이들 인가 펄스 폭의 비율은 약 1.5배이며, 손실 에너지의 편차는 80Ω과 120Ω의 인쇄 요소 저항 사이에서 약 10배정도 차이가 난다.
특히, 인쇄 소자의 저항값이 80Ω일 때, 인쇄 소자에 인가된 에너지의 약 58%가 손실된다. 다른 한편, 인쇄 소자의 저항값이 120Ω일 때, 손실은 약 6%이다. 따라서, 기판내에서 발생된 열 또한 인쇄 소자의 저항값에 의존하여 변한다.
모든 전력이 잉크젯 프린트헤드 기판내에서 소비되는 경우, 기판 온도가 상 승한다. 이는 잉크 토출량에 영향을 미친다.
도31은 잉크젯 프린트헤드 기판에 일정 전류가 공급될 때, 인쇄 시간과 기판 온도 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도31로부터 명백한 바와 같이, 기판 온도의 상승 정도는 인쇄 소자의 저항의 변동시 변화된다.
도32는 잉크 온도와 잉크 토출량 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도32로부터 명백한 바와 같이, 잉크 온도가 변할 때, 잉크 토출량도 변한다. 잉크 온도가 기판 온도에 의해 영향을 받기 때문에, 기판 온도의 상승은 잉크 토출 특성에 영향을 준다.
여기서, 프린트헤드 제조시 인쇄 소자의 저항값의 약 20% 내지 30% 만큼의 변동을 피할 수 없다는 사실은 균일한 잉크 토출 성능을 가지는 잉크젯 프린트헤드를 제공하는 것이 매우 곤란하다는 것을 의미한다.
상술된 바와 같이, 동시에 구동되는 인쇄 소자의 수의 변화에 의해 유발되는 편차를 제거하기 위해 인쇄 소자를 일정 전류에서 구동하는 방법이 도입될 때, 프린트헤드 제조 프로세스에서의 인쇄 소자의 저항값의 변동으로 인해 에너지가 낭비된다. 또한, 실제 인쇄시, 기판의 온도 변화특성이 변하고, 잉크 온도에 의존하는 잉크 점도 등의 변화시, 프린트헤드의 인쇄 성능이 크게 변한다.
따라서, 본 발명은 종래기술의 상술된 단점에 대한 응답으로서 안출되었다.
예로서, 본 발명에 따른 프린트헤드 기판은 인쇄 성능을 향상시키기 위해, 동시에 구동되는 인쇄 소자의 수를 증가시키면서, 성막 프로세스에 의해 형성되는 기판의 크기의 증가 및 배선 폭의 증가를 억제할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따라서, 바람직하게, 복수의 인쇄 소자 및 구동 소자를 구비하고, 상기 구동 소자는 MOS 트랜지스터로 형성되어, 대응 인쇄 소자를 구동하는 제어부, 스위치 및 상기 복수의 인쇄 소자에 대응하여 배열되는 프린트헤드 기판이며, 복수의 인쇄 소자 중 복수의 동시에 구동할 수 있는 인쇄 소자가 연결되며, 공통적으로 전력을 공급하는 공통 배선 라인; 및 공통 배선 라인에 전력을 공급하는 제1 패드를 포함하고, 구동 소자 각각은 대응 인쇄 소자에 일정 전류를 공급하기 위한 요소인 프린트헤드 기판이 제공된다.
복수의 인쇄 소자는 전열 트랜스듀서이고, 전열 트랜스듀서 각각의 일 단자는 공통 배선 라인에 접속되며, 나머지 단자는 MOS 트랜지스터의 드레인에 접속되는 것이 바람직하다.
MOS 트랜지스터는 드레인-소스 전류의 포화 영역에서 동작하는 것이 바람직하다.
프린트헤드 기판은 복수의 구동 소자를 제어하는 논리 회로, 공통 배선 라인에 대응하며, 복수의 블록에 걸쳐 공유되는 GND 배선 라인, 및 GND 배선 라인에 접속하는 제2 패드를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
프린트헤드 기판은 인쇄 소자를 여기하기 위한 MOS 트랜지스터의 게이트 폭을 설정하는 설정 회로, 및 설정 회로에 의해 설정된 게이트 폭을 갖는 MOS 트랜지스터를 구동하는 구동 회로를 추가로 포함할 수 있다.
부가적으로, 프린트헤드 기판은 인쇄 소자의 저항값을 대표하는 값을 갖는 저항을 추가로 포함할 수 있고, 설정 회로는 저항의 저항값에 기초하여 게이트 폭을 설정한다.
MOS 트랜지스터는 인쇄 소자에 연결되면서 서로 다른 게이트 폭을 갖는 복수의 작은 MOS 트랜지스터로 형성되고, 기판은 대표 저항값으로부터 최적의 전류값을 결정하도록 구동되는 각 인쇄 소자를 위한 MOS 트랜지스터의 수를 저장하고, 작은 MOS 트랜지스터의 포화 전류의 합을 최적 전류값으로 설정하는 저장 소자와, 저장 소자에 기초하여 턴온되는 MOS 트랜지스터의 총 게이트 폭을 결정하는 회로를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 프린트헤드 기판에서, 인쇄 소자는 공통 배선 라인에 실질적으로 등위 접속되거나, 공통 배선 라인이 지선 인출 없이 단일 배선 라인으로서 인쇄 소자에 접속될 수 있다는 것을 주의하여야 한다.
또한, 공통 배선 라인은 스트립 형상일 수 있다는 것을 주의하여야 한다.
본 발명의 다른 태양에 따라서, 바람직하게, 상기 구성을 갖는 프린트헤드 기판이 내장된 프린트헤드가 제공된다.
프린트헤드는 프린트헤드 기판의 인쇄 소자 구동 전압, 전류값, 구동 펄스 폭 및 MOS 트랜지스터 게이트 폭 설정 정보를 저장하는 불휘발성 메모리를 추가로 포함할 수 있다.
프린트헤드는 잉크젯 프린트헤드를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 잉크젯 프린트헤드내의 전열 트랜스듀서는 열 에너지를 사용하여 잉크를 토출하기 위 해 잉크에 인가되는 열 에너지를 발생시킨다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라서, 바람직하게, 잉크젯 프린트헤드에 공급되는 잉크를 수납하는 잉크 탱크와 잉크젯 프린트헤드를 포함하는 헤드 카트리지가 제공된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라서, 바람직하게, 상기 구성을 갖는 헤드 카트리지 또는 프린트헤드를 사용함으로써 인쇄하는 인쇄 장치가 제공된다.
인쇄 장치는 프린트헤드내에 존재하는 프린트헤드 설정 정보에 기초하여, MOS 트랜지스터의 게이트 폭을 설정하고, 전력 공급 전압 및 구동 펄스를 인쇄 소자에 인가하는 것이 적합하다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라서, 바람직하게, 상기 구조를 가지는 프린트헤드를 구동하는 프린트헤드 구동 방법이 제공된다.
이 방법은 복수의 인쇄 소자를 복수의 블록으로 시간 분할적으로 분할하여 복수의 인쇄 소자를 구동할 때, 복수의 구동 소자를 일정 전류로 구동하는 단계를 포함한다.
이 방법은 프린트헤드 기판상에 배열된 복수의 인쇄 소자의 저항값을 대표하는 저항의 값을 측정하는(제조 변동을 감시하는) 측정 단계, 측정 단계에서 측정된 저항값을 반영하여, 하나의 인쇄 소자를 구동할 때의 MOS 트랜지스터의 게이트 폭을 설정하는 설정 단계, 및 설정 조건에 기초하여 인쇄 소자에 전압을 인가함으로써 MOS 트랜지스터를 포화 영역에서 동작하도록 제어하는 제어 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
설정 단계에서, 인쇄 소자를 구동하기 위해 사용되는 펄스 신호의 펄스폭은 복수의 인쇄 소자에 인가되는 에너지를 조절하도록 설정되는 것이 바람직하다.
이 방식으로, 종래 구성을 현저히 변경시키지 않고, 인쇄 소자의 저항값의 변동에 무관하게 인쇄 특성이 양호한 프린트헤드 구동 방법이 구현된다.
프린트헤드 구동 방법을 구현하는 프린트헤드 기판의 설정 회로는 전류를 조절하기 위한 추가 회로를 포함하는 것이 바람직하다. 설정회로는 인쇄 소자를 구동하기 위해 사용되는 펄스 신호의 펄스폭을 복수의 인쇄 소자에 인가된 에너지를 조절하도록 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명은 프린트헤드의 인쇄 소자를 일정 전류로 구동함으로써, 인쇄 소자에 인가되는 에너지가 일정해지며, 동시에 구동되는 인쇄 소자의 수의 변화시 인쇄 소자에 인가되는 에너지의 변동이 억제될 수 있고, 고품질 인쇄가 달성될 수 있기 때문에 특히 유리하다.
시간 분할 구동을 위한 복수의 블록에 전력을 공통적으로 공급하는 공통 배선 라인을 형성함으로써, 배선 폭의 증가가 억제되어 프린트헤드의 축소에 기여한다.
또한, 프린트헤드 기판상에 배열된 인쇄 소자의 저항값을 나타내는 저항의 값이 측정되고, 인쇄 소자에 공급되는 전류값이 측정된 저항값에 기초하여 설정된다. 따라서, 프린트헤드의 대량 생산시 인쇄 소자의 저항값이 변하는 경우에도 인쇄를 위해 최적의 전류가 인쇄 소자에 공급될 수 있다.
결과적으로, 작은 전력 손실로 인쇄 특성이 양호한 고품질 인쇄가 실현될 수 있다.
도면 전반에 걸쳐 유사 참조 문자가 동일 또는 유사 부품을 지시하고 있는 첨부 도면을 참조로 하기의 설명을 숙지할 때, 본 발명의 다른 특징 및 장점을 명백히 알 수 있을 것이다.
본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다.
이제, 본 발명의 양호한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.
본 명세서에서, 용어 "인쇄" 및 "인쇄 단계"는 문자 및 그래픽 같은 유의미한 정보의 형성을 포함할 뿐만 아니라, 넓게는, 유의미한지 무의미한지 여부, 및, 인간이 시각적으로 인지할 수 있도록 가시화되는지 여부에 무관하게, 화상, 그림, 패턴 등을 인쇄 매체상에 형성 또는 매체의 처리를 포함한다.
또한, 용어 "인쇄 매체"는 일반적 인쇄 장치에 사용되는 종이 시트를 포함할 뿐만 아니라, 넓게는, 천, 플라스틱 막, 금속 판, 유리, 세라믹, 나무 및 가죽 같은 잉크를 받아들일 수 있는 재료도 포함한다.
또한, 용어 "잉크"(이하, "액체"라고도 지칭됨)는 넓게는 상술된 "인쇄"의 정의와 유사하게 해석되어야 한다. 즉, "잉크"는 인쇄 매체상에 적용될 때 화상, 그림, 패턴 등을 형성할 수 있으며, 인쇄 매체를 처리할 수 있고, 잉크를 처리할 수 있는(예로서, 인쇄 매체에 적용된 잉크내에 포함된 착색제를 고화 또는 불용화할 수 있는) 액체를 포함한다.
또한, 달리 명시하지 않는 한, 용어 "노즐"은 일반적으로, 일단의 토출 오리피스, 오리피스에 연결된 액체 채널 및 잉크 토출을 위해 활용되는 에너지를 발생시키기 위한 요소 세트를 의미한다.
하기의 설명에 사용되는 용어 "소자 기판"은 실리콘 반도체의 베이스 뿐만 아니라, 소자, 배선 라인 등을 가지는 베이스도 의미한다. "소자 기판상에"는 "소자 베이스상에" 뿐만 아니라, "소자 베이스의 표면상에" 및 "표면 부근의 소자 베이스 내측에"도 의미한다.
본 발명에서, 용어 "내장"은 "베이스상에 별개의 소자를 배열하는 것" 뿐만 아니라, "반도체 회로 제조 프로세스 등에 의해 소자 베이스상에 소자를 일체로 제조 또는 형성하는 것"도 의미한다.
본 발명에 따른 프린트헤드를 사용하는 인쇄 장치의 대표적인 전체 구성 및 제어 구성을 설명한다.
<잉크젯 인쇄 장치의 설명(도1)>
도1은 본 발명의 전형적인 실시예로서 잉크젯 인쇄 장치(1)의 개요적 배열체를 도시하는 외부 사시도이다.
도1에 도시된 잉크젯 인쇄 장치(1)(이하, 프린터라 지칭함)는 하기의 방식으로 인쇄를 수행한다. 캐리지 모터(M1)에 의해 생성된 구동력은 동력전달 메카니즘(4)으로부터 프린트헤드와 합체하는 캐리지(2)로 전달되며, 이는 잉크젯 방법에 따라 잉크를 토출함으로써 인쇄를 수행하고, 캐리지(2)는 화살표(A) 방향으로 왕복 이동된다. 인쇄 매체(P), 예로서, 인쇄 용지는 인쇄 위치로 이송되는 급지 메카니즘(5)에 의해 공급되며, 인쇄 매체(P)의 인쇄 위치에서 프린트헤드(3)에 의해 잉크가 토출되어 인쇄를 실시한다.
프린트헤드(3)의 양호한 상태를 유지하기 위하여, 캐리지(2)는 복구 디바이스(10)의 위치로 이동되고, 프린트헤드(3)의 토출 복구 처리가 간헐적으로 수행된다.
프린터(1)의 캐리지(2)에는 프린트헤드(3)가 장착될 뿐만 아니라, 프린트헤드(3)에 공급되는 잉크를 저유하는 잉크 카트리지(6)도 장착된다. 잉크 카트리지(6)는 캐리지(2)로/로부터 부착/탈거 가능하다.
도1에 도시된 프린터(1)는 컬러 인쇄를 수행할 수 있다. 따라서, 캐리지(2)는 마젠타(M), 시안(C), 황색(Y) 및 흑색(K) 잉크를 각각 수납하는 4개의 잉크 카트리지를 보유한다. 이들 4개의 카트리지는 독립적으로 부착/탈거될 수 있다.
캐리지(2)와 프린트헤드(3)의 접합면 사이의 적절한 접촉은 필요한 전기적 접속을 달성할 수 있다. 인쇄 신호에 따라 프린트헤드(3)에 에너지를 인가함으로써, 프린트헤드(3)는 복수의 토출 오리피스로부터 선택적으로 잉크를 토출하여 인쇄를 수행한다. 특히, 본 실시예에 따른 프린트헤드(3)는 열 에너지를 활용함으로써 잉크를 토출하는 잉크젯 방법을 채용하며, 열 에너지를 발생시키기 위해 전열 트랜스듀서를 포함한다. 전열 트랜스듀서에 인가된 전기 에너지는 열 에너지로 변환되며, 이 열 에너지는 그 후 잉크에 인가되어 막 비등(film boiling)을 생성한다. 이 막 비등은 잉크내의 기포의 성장 및 수축을 유발하고, 압력 변화를 생성한다. 압력 변화를 활용함으로써, 잉크가 토출 오리피스로부터 토출된다. 각 토출 오리피스에 대응하여 전열 트랜스듀서가 제공된다. 인쇄 신호에 따라 대응 전열 트랜스듀서에 펄스형 전압을 인가함으로써, 대응 토출 오리피스로부터 잉크가 토출된다.
도1에 도시된 바와 같이, 캐리지(2)는 캐리지 모터(M1)의 구동력을 전달하는 동력전달 메카니즘(4)의 구동 벨트(7)의 일부에 연결되며, 화살표(A) 방향으로 안내 샤프트(13)를 따라 활주가능하게 지지된다. 따라서, 캐리지(2)는 캐리지 모터(M1)의 정회전 및 역회전에 따라 안내 샤프트(13)를 따라 왕복 이동한다. 캐리지(2)의 이동 방향(화살표(A) 방향)과 평행하게, 캐리지(2)의 절대 위치를 표시하기 위해 눈금자(8)가 제공된다. 본 실시예에서, 눈금자(8)는 필요한 피치로 검은 줄이 인쇄되어 있는 투명 PET 막이다. 눈금자(8)의 일 단부는 새시(9; chassis)에 고정되고, 다른 단부는 판 스프링(미도시)에 의해 지지된다.
프린터(1)에는 프린트헤드(3)의 토출 오리피스(미도시)가 형성되어 있는 토출 오리피스 표면에 대향하여 플래튼(미도시)이 제공된다. 프린트헤드(3)와 합체하는 캐리지(2)가 캐리지 모터(M1)의 구동력에 의해 이동될 때, 잉크를 토출하도록 프린트 헤드(3)에 인쇄 신호가 공급되며, 플래튼상에서 이송되는 인쇄 매체(P)의 전체 폭상에 인쇄가 수행된다.
또한, 도1에서, 번호 14는 인쇄 매체(P)를 이송하기 위한 이송 모터(M2)에 의해 구동되는 이송 롤러를 나타낸다. 번호 15는 스프링(미도시)에 의해 이송 롤러(14)에 대하여 인쇄 매체(P)를 가압하는 핀치 롤러를 나타낸다. 번호 16은 핀치 롤러(15)를 회전가능하게 지지하는 핀치 롤러 유지부를 나타낸다. 번호 17은 이송 롤러(14)의 일 단부에 고착된 이송 롤러 기어를 나타낸다. 이송 롤러(14)는 중간 기어(미도시)를 통해 이송 롤러 기어(17)에 전달되는 이송 모터(M2)의 회전에 의해 구동된다.
번호 20은 프린트헤드(2)에 의해 화상이 형성된 인쇄 매체(P)를 프린터 외부로 배출하기 위한 배출 롤러를 나타낸다. 배출 롤러(20)는 이송 모터(M2)의 회전을 받아들임으로써 구동된다. 배출 롤러(20)는 스프링에 의해 인쇄 매체를 가압하는 스퍼 롤러(spur roller)(미도시)에 의해 인쇄 매체(P)를 가압한다는 것을 주의하여야 한다. 번호 22는 스퍼 롤러를 회전가능하게 지지하는 스퍼 유지부를 나타낸다.
또한, 도1에 도시된 바와 같이, 프린터(1)는 프린트헤드(3)와 합체하는 캐리지(2)의 인쇄 동작의 왕복 이동 범위 외측(인쇄 영역 외측)의 원하는 위치(예로서, 홈 위치에 대응하는 위치)에 배열되는, 프린트헤드(3)의 토출 고장을 복구하기 위한 복구 디바이스(10)를 포함한다.
복구 디바이스(10)는 프린트헤드(3)의 토출 오리피스 표면을 덮기 위한 캡핑 메카니즘(capping mechanism)(11) 및 프린트헤드(3)의 토출 오리피스 표면을 세정하기 위한 와이핑 메카니즘(wiping mechanism)(12)을 포함한다. 캡핑 메카니즘(11)의 캡핑 동작과 연계하여, 복구 디바이스의 흡입 수단(흡입 펌프 등)은 토출 오리피스로부터 잉크 토출을 강요하며, 그에 의해, 토출 복구 동작을 실행, 즉, 프린트헤드(3)의 잉크 채널내의 고 점도 잉크 및 기포를 제거한다.
부가적으로, 인쇄 동작이 수행되지 않을 때, 프린트헤드(3)의 토출 오리피스 표면은 프린트헤드(3)를 보호하고, 잉크 증발 및 건조를 방지하기 위해 캡핑 메카니즘(11)에 의해 덮혀진다. 와이핑 메카니즘(12)은 프린트헤드(3)의 토출 오리피스 표면에 부착된 잉크 액적을 긁어내기 위해 캡핑 메카니즘(11)의 인근에 배열된다.
캡핑 메카니즘(11) 및 와이핑 메카니즘(12)의 도움으로, 프린트헤드(3)의 정상 잉크 토출 상태가 유지될 수 있다.
<잉크젯 인쇄 장치의 제어 구성(도2)>
도2는 도1에 도시된 프린터의 제어 구조를 도시하는 블록도이다.
도2를 참조하면, 제어기(600)는 MPU(601); 후술된 제어 순서열, 미리 결정된 표 및 기타 고정된 데이터에 대응하는 프로그램을 저장하는 ROM(602); 캐리지 모터(M1), 이송 모터(M2) 및 프린트헤드(3)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 특정 용도 집적 회로(ASIC)(603); 프로그램을 실행하기 위한 화상 데이터 현상 영역 또는 작업 영역을 제공하는 RAM(604); 데이터 전송 및 수취를 위해 MPU(601), ASIC(603) 및 RAM(604)을 상호 연결하기 위한 시스템 버스(605); 및 후술될 센서에 의해 입력된 아날로그 신호상에 A/D 변환을 수행하여 디지털 신호를 MPU(601)에 공급하는 A/D 변환기(606)를 포함한다.
도2에서, 번호 610은 총칭하여 호스트 유닛이라 지칭되는 화상 데이터 공급 소스로서 기능하는 컴퓨터(또는, 화상 판독기, 디지털 카메라 등)를 나타낸다. 호스트 유닛(610)과 프린터(1) 사이에서는 화상 데이터, 명령, 상태 신호 등등이 인터페이스(I/F)(611)를 경유하여 송신 또는 수신된다.
번호 620은 조작자로부터의 명령을 수신하기 위한 스위치를 나타내며, 이는 전력 스위치(621), 인쇄 시작을 지시하기 위한 인쇄 스위치(622) 및 프린트헤드(3) 의 양호한 잉크 토출 상태를 유지하는 것을 목적으로 하는 처리(복구 처리)의 시작을 지시하기 위한 복구 스위치(623)를 포함한다. 번호 630은 장치 상태를 검출하기 위한 센서를 나타내며, 이는 홈 위치(h)를 검출하기 위한 포토-커플러 같은 위치 센서(631) 및 주변 온도를 검출하기 위해 프린터의 적절한 위치에 제공된 온도 센서(632)를 포함한다.
번호 640은 화살표(A)의 방향으로 캐리지(2)를 왕복 주사하기 위해 캐리지 모터(M1)를 구동하는 캐리지 모터 드라이버를 나타낸다. 번호 642는 인쇄 매체(P)를 이송하기 위해 이송 모터(M2)를 구동하는 이송 모터 드라이버를 나타낸다.
프린트헤드(3)가 인쇄를 위해 주사될 때, ASIC(603)은 RAM(602)의 저장 영역을 직접적으로 억세스하면서, 인쇄 소자(토출 가열기)의 구동 데이터(DATA)를 프린트헤드(3)에 전달한다.
프린트헤드 본체는 프린트헤드의 인쇄 소자를 구동하기 위해 전력 공급 전압을 프린트헤드에 인가하는 전력 공급 회로(미도시)를 포함한다.
상술한 바에서, MPU(601)에 의해 실행되는 제어 프로그램은 ROM(602)에 저장된다. 대안적으로, EEPROM 같은 삭제 및 프로그램가능한 저장 매체가 추가로 부가되어 호스트 장치(610)가 제어 프로그램을 변경하기 위해 인쇄 장치(1)에 연결될 수 있게 한다.
도3은 도2에 도시된 구성으로부터 추출된, 프린트헤드의 구동과 연계된 구성 부품만을 도시하는 블록도이다.
도3에서, 프린트헤드(3)는 MPU(601)의 제어 및 헤드 드라이버(644)와, 전력 공급 유닛(650)으로부터의 전력 공급에 의해 구동된다. 프린트헤드(3)는 잉크 액적을 토출하기 위해 열 에너지를 잉크에 인가하는 가열 저항 소자(가열기)(1103), 가열기를 여기시키기 위해 드라이버(미도시)를 구동하는 드라이버 구동 전압 생성/제어 유닛(1201) 및 헤드 드라이버(644)를 경유하여 구동 제어 신호 및 화상 출력을 수신하고 드라이버를 구동하는 화상 데이터 & 구동 신호 제어 논리 회로(논리 회로)(1202)를 포함한다.
인쇄 장치 본체를 살펴보면, 인쇄 장치 본체는 어떠한 변경도 없이 일반적인 구조를 채용할 수 있다.
도4a 및 도4b는 프린트헤드 및 잉크 탱크로 형성된 프린트헤드 카트리지(1000)의 외관을 도시하는 사시도이다.
도4a 및 도4b로부터 명백한 바와 같이, 프린트헤드 카트리지(1000)는 서로 분리될 수 있는 프린트헤드(3) 및 4개의 잉크 탱크(6)로 형성된다. 도4a는 4개의 잉크 탱크(6)가 프린트헤드(3)상에 장착되어 있는 상태를 도시하고, 도4b는 프린트헤드(3)로부터 4개의 잉크 탱크(6)가 분리되어 있는 상태를 도시한다.
잉크 탱크(6)는 황색(Y) 잉크, 시안(C) 잉크, 마젠타(M) 잉크 및 흑색(K) 잉크를 각각 수납하는 4개의 잉크 탱크(6Y, 6C, 6M 및 6K)이다. 이들 잉크 탱크는 잉크 소진시 프린트헤드로부터 개별적으로 분리되어 교환될 수 있다.
프린트헤드 카트리지(1000)는 카트리지(2)의 전기 접점 및 배치 수단에 의해 인쇄 장치 본체상에 고정 및 지지되어 있으며, 캐리지(2)로부터 탈거 가능하다.
프린트헤드(3)는 전기 신호에 따라 잉크내에 막 비등을 유발하기 위한 열 에 너지를 발생시키기 위해 가열 저항 소자(가열기)를 사용하고, 가열 저항 소자의 표면의 대향 측부로 잉크를 토출함으로써 인쇄하는 버블-젯 측부-슈터 형(bubble-jet side-shooter type) 프린트헤드이다.
도5는 프린트헤드(3)의 세부 구성을 도시하는 분해 사시도이다.
도5에 도시된 바와 같이, 프린트헤드(3)는 복수의 가열 저항 소자(가열기)를 통합하는 인쇄 소자 유닛(1002), 잉크 공급 유닛(1003) 및 4개의 잉크 탱크를 보유하는 탱크 유지부(2000)를 포함한다. 인쇄 소자 유닛(1002) 및 잉크 공급 유닛(1003)은 인쇄 소자 유닛(1002)의 잉크 소통 포트(미도시)와 잉크 공급 유닛(1003)의 잉크 소통 포트(2301)가 잉크 누설 없이 서로 소통하도록 결합 밀봉 부재(2300)를 경유하여 나사(2400)로 고착된다.
도6은 인쇄 소자 유닛(1002)의 세부 구성을 도시하는 분해 사시도이다.
도6에 도시된 바와 같이, 인쇄 소자 유닛(1002)은 두 개의 잉크젯 프린트헤드 기판(이하, 기판이라 지칭됨)(1100), 제1 지지 부재로서 기능하는 판(1200), 전기 배선 테이프(가요성 배선 보드)(1300), 전기 접점 기판(2300) 및 제2 지지 부재로서 기능하는 판(1400)을 포함한다.
도6에 도시된 바와 같이, 기판(1100)은 판(1200)의 잉크 소통 포트(1201)의 주어진 부분에 접합 및 고착된다. 개구를 가지는 판(1400)이 판(1200)에 접합 및 고착되고, 전기 배선 테이프(1300)가 판(1400)에 접합 및 고착된다. 판(1200), 전기 배선 테이프(1300) 및 판(1400)은 기판(1100)과 미리 결정된 위치 관계를 유지한다.
전기 배선 테이프(1300)는 잉크를 토출하기 위한 전기 신호를 기판(1100)에 공급한다. 전기 배선 테이프(1300)는 기판(1100)에 대응하는 전기 배선 라인을 가지며, 잉크젯 인쇄 장치 본체로부터 전기 신호를 수신하기 위해 외부 신호 입력 단자(1301)를 갖는 전기 접점 기판(2200)에 연결된다. 전기 접점 기판(2200)은 단자 위치 설정 구멍(1309)을 경유하여 잉크 공급 유닛(1003)에 위치 설정 및 고정된다(2개 부분에서).
도7은 잉크젯 프린트헤드 기판(기판이라 지칭됨)(1100)의 구조를 도시하는 평면도이다.
도7에 도시된 바와 같이, 기판(1100)은 0.5 내지 1mm 두께를 갖는 Si 기판의 일 표면상에, 잉크를 토출하기 위한 복수의 가열 저항 소자(1103)를 갖는다. 가열 저항 소자(1103)에 대응하는 복수의 잉크 오리피스(미도시) 및 복수의 잉크 채널(미도시)은 사진 석판술에 의해 기판(1100)상에 형성된다.
복수의 잉크 채널에 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급 포트(1102)는 잉크 공급 포트(1102)가 대향면(이면측 표면)상으로 개구하도록 판(1200)내에 형성된 잉크 소통 포트(1201)에 대응하여 형성된다. 가열 저항 소자(1103)는 잉크 공급 포트(1102)의 두 측면상에서 각각 직선으로 엇걸림 배치된다. 가열 저항 소자(1103)를 온/오프(on/off) 전환하는 가열기 구동 소자(이하 구동 소자라 지칭됨)(1107)가 가열 저항 소자(1103)에 뒤이어 배열된다. 잉크 오리피스가 가열 저항 소자(1103)를 대면하기 때문에, 잉크 공급 포트(1102)로부터 공급된 잉크는 가열 저항 소자(1103)에 의해 발생된 열에 의해 생성된 기포에 의해 오리피스로부터 토출된다.
잉크를 토출하기 위한 전기 신호를 기판(1100)에 공급하기 위하여, 판(1200)에 고착된 기판(1100)의 전극 패드(1104)상의 범프(돌출부 : 미도시) 및 전기 배선 테이프(1300)의 전극 리드(미도시)는 열간 초음파 접합 등에 의해 전기적으로 결속된다. 도7에 도시된 기판(1100)은 복수의 전극 패드를 가진다. 이들 전극 패드가 총칭될 때, 참조 번호 "1104"가 사용되며, 전극 패드가 개별적으로 지칭될 때에는 참조 번호 "1104"에 소문자 알파벳이 추가된다.
가열 저항 소자(1103)의 일 단자가 는 공통 배선 라인(1105)(가열 저항 소자에 에너지를 공급하기 위해 전력 공급 전압을 공급하는 배선 라인)에 등위로(가열 저항 소자로부터 공통 배선까지의 저항값이 실질적으로 같음) 접속되며, 나머지 단자는 구동 소자(1107)에 접속된다. 구동 소자(1107)의 다른 단자는 공통 배선 라인(1106)(가열 저항 소자에 에너지를 공급하기 위해 전압을 인가하는 GND 배선 라인)에 접속된다. 도7로부터 명백한 바와 같이, 배선은 본 발명에서 동시에 구동가능한 가열 저항 소자의 수에 무관하게 공유되며, 공통 배선 라인(1105) 및 공통 배선 라인(1106)은 중심으로부터 잉크 공급 포트(1102)의 각 측부상의 라인을 분할함으로써 형성된 4개의 블록으로 분할된다. 공통 배선 라인(1101)은 전극 패드(1104a 및 1104b)에 접속되며, 잉크를 토출하기 위한 전기 신호는 각각 전극 패드(1104a 및 1104b)로부터 가열 저항 소자(1103)(전력 공급측상에서) 및 구동 소자(1107)(GND 측상에서)로 각각 공급된다.
잉크 카트리지(6) 및 프린트헤드(3)는 상술된 바와 같이 분리될 수 있지만, 그러나, 교체형 헤드 카트리지(IJC)를 형성하도록 통합될 수도 있다.
도8은 잉크 탱크 및 프린트헤드를 통합시킴으로써 얻어진 헤드 카트리지(IJC)의 구조를 도시하는 외부 사시도이다. 도8에서, 점선(K)은 잉크 탱크(IT)와 프린트헤드(IJH) 사이의 경계를 나타낸다. 헤드 카트리지(IJC)는 헤드 카트리지(IJC)가 캐리지(2)상에 장착될 때, 캐리지(2)로부터 전기 신호를 수신하기 위하여 전극(미도시)을 가진다. 전기 신호는 상술한 바와 같이 잉크를 토출하도록 프린트헤드(IJH)를 구동한다.
도8에서, 참조 번호 500은 잉크 오리피스 라인을 나타낸다. 잉크 탱크(IT)는 잉크를 유지하기 위하여 섬유성 또는 다공성 잉크 흡수제를 포함한다.
상기 구성을 갖는 인쇄 장치상에 장착된 본 발명에 따른 프린트헤드의 실시예를 설명한다.
[제1 실시예]
도9는 가열 저항 소자의 양 단부에 인가된 전압과 잉크 토출 속도 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도9는 가열 저항 소자(1103)의 양 단부 사이의 전압(V)(에너지 E)의 함수로서의 토출 속도(v)에 관하여 잉크 토출 상태를 나타낸다. 잉크 토출 상태가 전압(에너지)에 따라 변하기 때문에, 종래에는 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수에 따라 가열 저항 소자의 양 단부 사이의 전위차가 안정한 토출 범위내에 들도록 기판상의 일 세트의 동시에 구동되는 가열 저항 소자를 위한 전극 패드까지 전기 배선 라인이 개별 배설되었다.
잉크가 실제로 안정하게 토출될 수 있는 범위는 도9에 도시된 안정 영역의 범위이며, 이 범위는 일반적으로 가열 저항 소자의 양 단부 사이의 전위차의 관점에서 ±5% 이내이다. 그러나, 이 범위는 가열 저항 소자(1103)의 저항값의 변동, 공통 배선 라인(1101)의 저항값의 변동, 가열 저항 소자(1103)의 내구성 등을 고려하여, 전극 패드 사이의 전위차의 관점에서 ±5% 이내로 억제되어야만 한다.
제1 실시예에서, 장래의 노즐의 수 및 인쇄 속도의 증가와 함께, 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수가 증가하는 경우에도, 기판내의 다수의 개별 배선 라인을 위한 배선 영역의 증가에 의해 유발되는 칩 크기의 증가(최종적으로 비용 상승) 및 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수의 변화시 공통 배선 라인 사이의 전압 강하 편차에 의해 가열 저항 소자에 인가되는 에너지의 변화는 종래 기술에서와 갖거나 보다 작게 억제될 수 있다. 또한, 구동 소자는 종래의 것으로부터 축소되며, MOS 트랜지스터의 동작은 불포화 영역으로부터 포화 영역으로 이동된다. 결과적으로, 복수의 동시에 구동할 수 있는 가열 소자가 공통 배선에 등위 접속되는 경우에도, 가열 저항 소자에 인가되는 에너지는 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수의 편차로 인해 안정한 잉크 토출 범위로부터 이탈하지 않는다.
상술된 바와 같이, 본 실시예에 따라, 복수의 동시에 구동할 수 있는 인쇄 소자(가열 저항 소자)를 단위체 블록내에서 복수의 배선으로 분할하지 않고(도23에 도시된 바와 같이 단위체 블록내의 배선을 지선 인출 없이) 안정한 구동이 얻어진다. 또한, 본 실시예에 따라, 복수의 동시에 구동할 수 있는 인쇄 소자가 단일 선형 배선에 의해 접속될 수 있다.
보다 구체적으로, (1) 구동 소자는 축소되고, 포화 영역에서 동작하며, 그래 서, 가열 저항 소자를 통해 흐르는 전류가 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수에 무관하게 항상 일정해진다. (2) 가열 저항 소자에 의해 소비되는 단위 시간 당 에너지의 변화가 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수에 따라 (1)을 적용함으로써 일정해지고, 적어도 두 개의 동시에 구동되는 블록에 접속된 배선 라인이 공통 배선 라인으로 형성된다. (3) 구동 소자를 위한 전력 공급 전압 및 가열 저항 소자에 전력을 공급하기 위한 전력 공급 전압으로서 동일한 전압이 인가된다.
도10은 도7에 선으로 포위된 부분의 등가 회로를 도시하는 도면이다.
도10 및 도24 사이의 비교로부터 명백한 바와 같이, 종래 기술에서 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 단위로 개별적으로 존재하는 배선 저항(1112-(x)(x=1, n) 및 1113-(x)(x=1, n))은 도10에서 하나의 저항으로서 간주될 수 있으며, 그 이유는 복수의 동시에 구동할 수 있는 가열 저항 소자가 공통 배선 라인에 접속되기 때문이다(비록, 저항이 간단히 설명되었지만, 공통 배선 라인의 저항(1112 및 1113)에 대하여, 실제로, 전극 패드로부터 이격 배열된 가열 저항 소자에 접속된 저항은 증가한다는 것을 주의하여야 한다).
동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수의 변화시 구동 소자의 동작점을 설명한다.
도11은 복수의 가열 저항 소자 중 블록 시간 분할 구동에 의해 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 단 하나의 분할부에 대하여 도10에 도시된 등가 회로로부터 추출된 등가 회로를 도시한다.
도11에서, RH는 동시에 구동되는 가열 저항 소자 중 하나의 저항값을 나타낸 다. 공통 배선 디자인과 함께, 전기 배선 테이프(1300) 및 전기 접점 기판(2200)으로부터 파생되는 종래의 구성에서의 개별 배선 라인에 이어지는 공통 배선 라인의 저항값 및 기판(1100)상의 공통 배선 저항(1112 및 1113)에 대하여, 도25에 도시된 종래 구성에서 존재하는 개별 배선 저항 성분(RL1 및 RL2)은 도11에 공통 배선 저항(RC3(전력 공급측) 및 RC4(GND측))으로 표시되어 있다.
도11에서, VH는 가열 저항 소자(1103)에 전력을 공급하여 이를 구동할 때 발생되며, 가열 저항 소자와 구동 소자 사이에 인가되는 전압을 나타낸다. IDS는 구동시 가열 저항 소자를 통해 흐르는 전류를 나타내며, VDS는 구동 소자(1107)의 드레인과 소스 사이에서 발생되는 전압을 나타낸다. 부호 "D", "G" 및 "S"는 각각 구동 소자로서 기능하는 MOS 트랜지스터(1107)의 드레인, 게이트 및 소스를 나타낸다.
도11에 도시된 회로 구성에서, 종래에는 개별적인 것인 배선 라인이 공통 배선 라인으로 형성된다. 전극 패드로부터 가장 가까운 부분에서도, 비교적 큰 저항 손실을 초래하는 배선 저항이 1/3 내지 1/4의 저항값으로 억제될 수 있으며, 배선 저항 손실이 크게 감소된다. 그러나, 저항값(RC3 및 RC4)이 종래의 공통 배선 저항값(RC1 및 RC2) 보다 매우 크기 때문에, 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수의 편차에 의한 VH 변동은 종래의 것 보다 매우 크다. MOS 트랜지스터의 동작 영역을 변경하지 않고, 단순히 개별 배선 라인을 공통 배선 라인으로 형성한다 하더라도 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수에 따라 가열 저항 소자에 인가되는 에너지의 변동이 여전히 매우 크기 때문에, 안정한 인쇄는 달성될 수 없다.
도12는 제1 실시예에 따른 MOS 트랜지스터의 드레인-소스 전류(IDS)의 변동과, 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수의 변화 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
상술된 바와 같이, 종래 기술에 따라, 불포화 영역내에서 가열 저항 소자의 구동 소자를 동작시키도록 구동 소자의 크기가 결정된다. 본 실시예에 따라서, 각 가열 저항 소자에 직렬 접속된 구동 소자가 축소되고, 구동 소자의 동작 영역이 불포화 영역으로부터 포화 영역으로 이동되도록 동작점이 설계된다.
각 구동 소자가 포화 영역에서 동작되고, 이런 동작과 함께 구동 소자를 축소시키는 구성을 도13 내지 도16을 참조로 설명한다.
도13은 제1 실시예에 따른 프린트헤드상에 장착된 프린트헤드 기판(소자 기판)상의 배치를 도시하는 도면이다.
도13은 또한 종래의 크기의 소자 기판을 예시한다.
도13은 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급 포트, 저항 소자로부터 형성된 인쇄 소자, 신호 및 전력을 소자 기판에 외부적으로 공급하기 위한 패드 및 인쇄 소자에 직렬 연결되어 그들을 개별적으로 구동 및 제어하는 MOS 트랜지스터와 연계된 추출된 부분만을 도시한다.
복수의 저항 소자는 공용 전력 공급 라인에 연결되어 있다는 것을 주의하여야 한다. 가열 저항 소자, 전력 공급 라인, MOS 트랜지스터 및 인쇄 데이터에 기초하여 신호를 MOS 트랜지스터에 공급하는 논리 회로가 소자 기판에 내장되어 있 다.
제1 실시예는 24㎛ 폭 및 28㎛ 길이의 가열기인 인쇄 소자를 채용한다. 이 가열기는 약 400Ω의 저항값을 갖는다. 인쇄 장치 본체로부터 프린트헤드의 인쇄 소자로 인가되는 전력 공급 전압은 24V이다. 이들에 부가하여, 배선 저항 등이 존재한다. MOS 트랜지스터의 ON 저항이 낮을 때, 약 55 내지 60mA의 전류가 인쇄 소자를 통해 흐른다.
도13으로부터 명백한 바와 같이, 제1 실시예는 종래의 것에 비해 MOS 트랜지스터의 길이를 약 1/4까지 단축시키고, 소자 기판을 축소시킨다.
본 실시예가 약 1/4 종래 크기를 달성할 수 있는 이유를 도14를 참조로 설명한다.
인쇄 소자를 구동하는 MOS 트랜지스터의 크기는 게이트 폭(W)에 의해 결정된다. 도14는 제1 실시예의 MOS 트랜지스터의 게이트 폭(W)이 변수로서 사용될 때, 가열기 구동 전압(I)과 드레인-소스 전압(V)의 특성(V-I 특성)을 도시한다.
종래 기술에서, 프린트헤드를 위한 소자 기판은 W=560㎛의 게이트 폭으로 형성된다. 도14로부터 명백한 바와 같이, W=560㎛에 대하여, MOS 트랜지스터는 55 내지 60mA의 전류에서 불포화 영역에서 동작하며, 따라서, ON 저항이 크게 변하지 않는 영역에서 동작할 수 있는 스위치로서 사용된다. 불포화 영역에서의 동작시 전력 공급 전압 등이 변하는 경우에, ON 저항은 낮고 일정하며, 따라서, 전류값이 쉽게 변화, 즉, 인쇄 소자에 인가된 에너지가 쉽게 변화하여 안정한 인쇄 및 긴 사용 수명을 획득하지 못한다.
미국 특허 제 6,523,922 호에 기술된 구성에서, MOS 트랜지스터가 예로서, 전력 공급 전압의 변동시에도 인쇄 소자의 양 단부 사이에서 전압을 일정하게 유지하도록 제어되기 때문에, 비교적 일정한 에너지가 인쇄 소자에 공급된다.
그러나, 인쇄 소자가 음의 온도 계수를 가지는 저항 재료로 형성될 때, 인쇄 소자의 양 단부 사이의 전압이 일정하면, 전류는 온도 상승과 함께 증가한다. 결과적으로 에너지가 증가한다.
본 실시예에서, 음의 온도 계수를 가지는 이런 인쇄 소자가 사용되는 경우에도, 인쇄 소자를 통해 흐르는 전류값을 일정하게 함으로써 서비스 수명을 연장시키도록 인쇄 소자상의 에너지 부하가 감소될 수 있다.
도14에 도시된 바와 같이, 약 55 내지 60mA에서 포화 영역에 진입하는 MOS 트랜지스터의 게이트 폭(W)은 약 140㎛이다.
도15는 MOS 트랜지스터의 주연부 및 인쇄 소자를 도시하는 도면이다.
게이트 폭을 단축시킴으로써 칩은 축소될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따라, 인쇄 소자의 구동을 제어하기 위한 MOS 트랜지스터는 560㎛의 종래의 폭으로부터 140㎛의 약 1/4폭으로 게이트 폭을 감소시킴으로써 포화 영역에서 동작할 수 있다. 인쇄 소자를 통해 흐르는 전류는 일정해질 수 있으며, 동시에, 드라이버가 축소될 수 있다.
도15에서, 참조 번호 701은 인쇄 소자를 나타내며, 702는 인쇄 소자(가열기)(701)에 일정 전류를 공급하는, 종래의 것 보다 현저히 축소된 드라이버를 나타낸다.
도16은 MOS 트랜지스터의 일반적 특성을 도시하는 그래프이다.
도16에서, MOS 트랜지스터는 게이트 폭을 현저히 단축시킴으로써 포화 영역에서 동작할 수 있다. 이 특성으로부터 명백한 바와 같이, 일정 전류는 게이트 전압에 무관하게 유지될 수 있다. 도16에서, ID는 드레인 전류를 나타내고, W는 MOS-FET의 채널 길이를 나타내고, L은 MOS-FET의 채널 폭을 나타내며, μn은 채널내의 캐리어 이동도를 나타내고, COX는 게이트 산화막의 용량을 나타내며, VG는 게이트 전압을 나타내고, VTH는 임계 전압을 나타내며, VD는 드레인 전압을 나타낸다.
이 설정에서, 도12에 도시된 바와 같이, 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수가 변할 때, 구동 소자의 드레인-소스 전압(VDS)은 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수가 작은 도12에 도시된 ■의 경우와, 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수가 큰 도12에 도시된 □의 경우 사이에서 현저히 변한다. 그러나, 이 변동 범위는 구동 소자의 포화 영역내에 존재하며, 따라서, VDS의 변동, 즉, 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수의 변화에 무관하게 가열 저항 소자를 통해 일정 전류가 흐른다.
이 경우에, IDS는 상수이며, IDS 2 x R(가열 저항 소자의 저항값)도 상수이고, 가열 저항 소자에 일정한 에너지가 인가된다.
상술된 실시예에 따라서, 구동 소자는 축소되며, 포화 영역에서 동작된다. 동시에 구동되는 가열 저항 소자의 수가 증가하는 경우에도, 여전히 가열 저항 소 자에 일정한 에너지가 인가될 수 있다. 배선 영역의 증가는 종래의 개별 배선 라인을 공통 배선 라인으로 형성함으로써 억제될 수 있다. 칩 크기는 증가하지 않으며, 결과적으로, 제조 비용의 상승이 억제될 수 있다.
따라서, 상술된 실시예는 안정한 잉크 토출을 달성하며, 높은-화상-품질, 긴-사용-수명의 프린트헤드를 제공할 수 있다.
[제2 실시예]
도17은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드 기판(이하, 기판이라 지칭됨)(1100), 기판과 합체하는 프린트헤드(3) 및 인쇄 소자에 인가된 에너지에 영향을 미치는, 프린트헤드를 사용하는 인쇄 장치의 일부의 구성을 도시하는 블록도이다.
장치 본체는 프린트헤드에 전력을 공급하는 전력 공급부 및 인쇄 소자 기판을 포함하며, 전원 공급부는 소자 기판에 미리 결정된 전압 및 전류를 공급한다.
도27 내지 도32를 참조로 설명된 종래의 기판의 것과 동일한 부분의 설명은 생략되며, 단지 본 발명이 적용되는 제2 실시예의 특징적 부분만을 설명한다.
도17에서, 참조 번호 2101은 각 인쇄 소자(가열 저항 소자)를 나타내고, 2102는 인쇄 소자에 일정 전류를 공급하기 위한 각 인쇄 소자 스위칭 소자(드라이버)를 나타낸다. 스위칭 소자는 인쇄 소자를 선택적으로 동작시킬 수 있는 복수의 분할된 게이트 폭을 가지는 게이트를 구비한다. 참조 번호 2103a 및 2103b는 기판(1100)내의 공통 배선 라인내에 발생되는 기생 저항을 나타내고, 2104a 및 2104b는 프린트헤드(3)내의 공통 배선 라인내에서 발생되는 기생 저항을 나타내고, 2105a 및 2105b는 인쇄 장치내의 공통 배선 라인에서 발생되는 기생 저항을 나타내고, 2107은 기판(1100)의 인쇄 소자(2101)의 대표적 저항값을 반영하기 위해, 인쇄 소자의 형성과 동일한 단계에서 형성되는 감시 저항을 나타낸다.
참조 번호 2108은 시프트 레지스터, 래치 등을 경유하여 인쇄 장치의 헤드 드라이버(644)로부터 전송되는 인쇄를 위한 화상 데이터 및 인쇄 소자에 잉크 토출 에너지를 공급하기 위한 구동 펄스 신호에 기초하여 드라이버(2102)를 ON/OFF 제어하고, 감시 저항(2107)의 저항값에 기초하여 동시에 구동되는 인쇄 소자의 수의 변화시 기생 저항에 생성되는 전압 강하에 무관하게 인쇄 소자에 일정 전류를 공급하는 제어를 수행하기 위한 총 게이트 폭 선택 같은 프로세스를 수행하는 제어기를 나타낸다. 참조 번호 2110은 인쇄 소자를 구동하기 위한 구동 펄스의 펄스 폭을 제어하는 구동 제어 로직 유닛을 나타낸다.
참조 번호 2112는 불휘발성 메모리(예로서, EEPROM, FeROM 또는 MRAM)로서 기능하는 헤드 메모리를 나타내며, 이는 각 인쇄 소자를 위해, 감시 저항(2107)의 저항값을 반영함으로써 결정되는 일정 전류값에 대한 설정 정보를 저장한다. 제2 실시예에서, 인쇄 소자(2101)의 양 단부에 생성된 전압은 헤드 메모리(2112)에 저장된 정보에 기초하여 최적화되며, 제조시의 인쇄 소자간의 변화 등에 무관하게 드라이버(2102)의 에너지 손실이 최소화될 수 있다.
참조 번호 2111은 헤드 메모리(2112)로부터 독출된 정보에 기초하여 일정 전류를 설정하는 설정 회로를 나타낸다.
도18은 제2 실시예에 따른, 기판 제조, 헤드 제조, 인쇄 장치상으로의 프린트헤드의 장착 및 인쇄 프로세스를 도시하는 플로우차트이다.
단계 S110에서, 반도체 제조 프로세스에 의해 기판(1100)이 제조된다. 제조 프로세스는 기본적으로 종래의 것과 동일하다. 제2 실시예에서, 인쇄 소자(2101), 드라이버(2102), 감시 저항(2107), 제어기(2108) 및 저항값에 따라 결정된 일정 전류값을 각 인쇄 소자를 위해 설정하는 설정 회로(2111)가 제조된 기판(1100)에 내장된다.
단계 S120에서, 기판 제조 이후, 기판, 기타 부품 등이 프린트헤드(3)에 조립된다. 프린트헤드(3)는 각 인쇄 소자를 위한 일정 전류값을 설정하고, 인쇄 소자의 구동 시간을 결정하기 위한 정보를 저장하는 헤드 메모리(2112)를 포함한다. 일정 전류값을 결정하기 위하여, 프린트헤드(3) 조립 이후, 단계 S130에서, 감시 저항(2107)의 저항값이 판독된다. 단계 S140에서, 저항값에 기초하여, 제조 변동을 가지는 인쇄 소자에 공급되는 최적의 전류값이 결정된다.
인쇄 소자의 저항값이 변할 때의 전류값의 설정을 설명한다.
도19는 제2 실시예에 따른, 인쇄 소자의 저항값이 변할 때의 전류값의 설정을 보여주는 표이다.
제2 실시예는 종래 기술에 설명된 것과 동일한 조건, 즉, 인쇄 소자의 저항값이 약 100Ω이고, 제조 변동으로 인해 ±20% 만큼 변화하는 경우를 가정한다. 일정 전류값은 전력 공급 전압으로부터 일정 전류를 제어하기 위한 드라이버 전압의 최대 변동값(본 경우에는 4.5V)을 차감함으로써 얻어진 전압(본 경우에는 15V) 을 인쇄 소자의 양 단부에서 발생시키도록 일정 전류값이 설정된다.
예로서, 인쇄 소자의 저항값이 80Ω일 때, 인쇄 소자의 양 단부에 15V의 전압을 제공하는 전류는 188mA이다. 전류값을 188mA로 설정하도록 기판(1100)에 정보를 제공하기 위하여, 이 정보가 헤드 메모리(2112)내에 기록된다. 다른 저항값을 가지는 기판에 대하여, 도19에 도시된 표에 따라 적절한 전류를 설정하도록 헤드 메모리(2112)내에 정보가 기록될 수 있다.
이 방식으로, 단계 S150이 수행된다.
헤드 메모리(2112)내에 설정된 정보에 기초하여 일정 전류를 공급하는 단계 S160이 도20을 참조로 설명된다.
도20은 인쇄 소자(701) 및 인쇄 소자를 구동하기 위한 블록이 1 비트에 대해 추출된 구성을 도시하는 도면이다.
도20에서, 참조 번호 701은 인쇄 소자를 나타내고, 702는 인쇄 소자(가열기)(701)에 일정 전류를 공급하는, 종래의 드라이버 보다 현저히 축소된 드라이버를 나타내고, 703은 드라이버(702) 보다 매우 작은 추가 드라이버를 나타내며, 704는 이들 드라이버의 조립체이면서 일정 전류에서 동작하는 드라이버 유닛을 나타낸다. 제2 실시예에서, 인쇄 소자(701)를 구동할 때, 추가 드라이버(703)를 구동하는지 여부에 의해, 일정 전류값을 미세 조절할 수 있다. 드라이버(702, 703)가 MOS 트랜지스터로 형성되며, 그래서, 포화 영역에서 동작하도록 축소되기 때문에, 각 인쇄 소자를 위해 일정 전류가 유지될 수 있다.
도20에 도시된 구성에서, 각 인쇄 소자를 위해 4개의 추가 드라이버가 배열 된다. Δx 및 Δy를 각 추가 드라이버에 의한 전류 증가량이라 하면, 작은 드라이버 선택 유닛(705)에 의해 추가 드라이버 중 하나 또는 양자 모두를 선택적으로 구동함으로써, 다수의 단계에서 전류값이 미세 조절될 수 있다. 또한, 일정 전류의 에너지 손실도 인쇄 소자의 저항값에 무관하게 일정하고 작아질 수 있다.
자명하게, 동시에 구동되는 인쇄 소자의 수의 변화시, 도17에 도시된 기생 저항(2103a, 2103b, 2104a, 2104b, 2105a, 2105b) 등으로 인해 인쇄 소자에 공통적으로 생성된 전압 강하가 서로 달라지는 경우에도, 제2 실시예의 구성이 각 인쇄 소자를 통해 흐르는 전류를 일정하게 하기 때문에 에너지는 변하지 않는다. 드라이버(702)에 의한 전압 제어 범위는 공통 배선 라인내의 존재할 수 있는 전압 강하 사이의 편차를 고려하여 설정되기에 충분하다.
상술된 구성에서, 인쇄 소자의 저항값이 80 내지 120Ω의 범위내에서 변하는 경우에도, 도19에 도시된 바와 같이, 인쇄 소자의 저항값에 따라 일정 전류가 결정 및 설정된다. 이는 종래 기술의 문제점인 낮은 저항값에 대한 큰 전력 손실(58%)을 제거할 수 있으며, 저항이 변하는 전체 범위내에서 전력 손실(에너지 손실)이 일정해질 수 있다.
도21a 및 도21b는 제2 실시예에 사용된 MOS 트랜지스터(드라이버)의 전류-전압 특성을 도시한다. 성능은 게이트 길이 및 게이트 폭 같은 다양한 지표에 의해 표현될 수 있다. 제2 실시예는 작은 드라이버의 수에 따라 일정 전류값을 변경할 수 있기 때문에, 변수로서 게이트 폭(W)을 기술한다.
도21a 및 도21b에서, ON 저항으로서 종래에 사용되는 560㎛의 게이트 폭은 70㎛으로 감소된다.
도19에 도시된 바와 같이, 전류값의 중심이 150mA이기 때문에, 인쇄 소자를 통해 흐르는 전류는 도21a 및 도21b에 도시된 바와 같이, 중앙값으로서, 약 140㎛의 게이트 폭을 설정함으로써, 포화 전류에 의해 일정하게 유지될 수 있다.
도22는 3개 지점에서 100㎛의 주 게이트 폭과 20㎛의 작은 드라이버 크기가 설정될 때, 일정 전류값이 변하는 방식을 보여주는 그래프이다.
도22로부터 명백한 바와 같이, 약 20mA의 단차로 일정 전류값이 변할 때에도, 포화 전류에 의해, 인쇄 소자를 통해 흐르는 전류는 일정하게 유지될 수 있다. 도22는 140㎛의 게이트 폭(W)상에 중심설정된 3개 지점에서의 변화를 보여준다. 일정 전류값은 게이트 폭의 수를 보다 미세하게 증가시킴으로써, 보다 작은 단차로 설정될 수 있다.
잉크에 거의 일정한 에너지를 공급하기 위하여 각 인쇄 소자를 여기하기 위한 신호 펄스의 폭은 상술된 바와 같이 설정된 전류값을 갖는 프린트헤드로 안정하게 잉크를 토출하도록 결정된다. 실시시, 잉크 토출이 안정한 펄스폭으로 설정되도록, 펄스폭은 주어진 값으로부터 점진적으로 증가된다.
단계 S160은 위의 형태로 수행된다.
도19는 거의 동일한 에너지를 공급하는 펄스 폭의 예를 도시한다.
도19에서, 하나의 인쇄 소자에 인가된 에너지는 2.25μJ일 때, 인쇄 소자의 저항에 따라, 0.8μS 내지 1.2μS의 펄스 폭이 적합하다. 도19에 도시된 에너지 손실값으로부터 명백한 바와 같이, 종래 기술에서, 인쇄 소자의 저항값의 변화로 인해 에너지 손실이 10배의 편차를 나타내는 반면에, 제2 실시예에서는 인쇄 소자의 저항값의 변동시에도 에너지 손실이 일정하게 유지되고, 손실값은 최소치(도19의 예에서는 약 6.7%)로 유지된다.
단계 S170에서, 결정된 펄스 폭이 펄스 폭 정보로서 프린트헤드(3)의 헤드 메모리(2112)내에 저장된다.
단계 S180에서, 제조/설정된 프린트헤드(3)가 인쇄 장치상에 장착된다. 단계 S190에서, 인쇄 장치는 헤드 메모리(2112)내에 저장된 펄스 폭 정보 및 인쇄 대상 화상 정보에 기초하여, 헤드 드라이버(644)로부터 프린트헤드(3) 및 기판(1100)으로 인쇄 신호를 공급함으로써 인쇄한다.
상술된 실시예에 따라서, 인쇄 소자를 구동하기 위한 최적의 전류값은 프린트헤드에 부착된 감시 저항의 값을 기초로 각 프린트헤드를 위해 결정된다. 인쇄 소자의 저항값의 변동시의 에너지 손실의 변화는 일정하게 억제될 수 있고, 손실값이 최소화될 수 있다.
결과적으로, 안정한, 고품질 인쇄 및 긴-서비스-수명의 프린트헤드가 달성된다.
상기 실시예에서, 비록, 프린트헤드에 의해 토출되는 액적이 잉크이고, 잉크 탱크내에 수납된 액체가 잉크라는 가정에 기초하여 설명하였지만, 내용물은 잉크에 한정되지 않는다는 것을 주의하여야 한다. 예로서, 잉크 탱크는 화상 품질을 향상시키기 위해, 또는 인쇄된 화상의 방수성 또는 정착성을 향상시키기 위해 인쇄 매체에 토출되는 처리액 등을 수납할 수 있다.
또한, 상술된 실시예 각각은 잉크 배출의 실행시 활용되는 에너지로서 열 에너지를 발생시키기 위한 수단(예로서, 전열 트랜스듀서 등)을 포함하며, 잉크젯 인쇄 방법 중 열 에너지에 의해 잉크 상태의 변화를 유발하는 방법을 채용한다는 것을 주의하여야 한다. 이 인쇄 방법에 따라서, 고밀도, 고정밀 인쇄 작업이 달성될 수 있다.
종래의 배열 및 잉크젯 인쇄 시스템의 원리로서, 예로서, 미국 특허 제 4,723,129 호 및 제 4,740,796 호에 기술된 기본 원리를 사용하여 실시되는 것이 적합하다. 상기 시스템은 소위 온-디멘드 형(on-demand type) 및 연속형 중 어느 하나에 적용할 수 있다. 특히, 온-디멘드 형의 경우에, 인쇄 정보에 대응하면서 핵 비등(nucleate boiling)을 초과하는 급속한 온도 상승을 제공하는 적어도 하나의 구동 신호를 액체(잉크)를 보유하는 액체 채널 또는 시트에 대응하여 배열된 전열 트랜스듀서 각각에 인가함으로써, 전열 트랜스듀서에 의해 열 에너지가 발생되어 프린트헤드의 가열 작용면상의 막 비등을 실행하며, 결과적으로 구동 신호에 1:1 대응하여 액체(잉크)내에 기포가 형성될 수 있기 때문에, 시스템이 효과적이다. 기포의 성장 및 수축에 의해 토출 개구를 통하여 액체(잉크)를 토출함으로써, 적어도 하나의 액적이 형성된다. 구동 신호가 펄스 신호로서 인가되는 경우, 기포의 성장 및 수축이 즉석에서, 그리고 적절히 달성되어 특히 높은 응답 특성을 가지는 액체(잉크)의 토출을 달성할 수 있다.
펄스 구동 신호로서, 미국 특허 제 4,463,359 호 및 제 4,345,262 호에 기술된 신호가 적합하다. 가열 작용면의 온도 상승률에 관련한 발명인 미국 특허 제 4,313,124 호에 기술된 조건을 사용함으로써 더욱 양호한 인쇄가 수행될 수 있다는 것을 주의하여야 한다.
프린트헤드의 배열로서, 위의 상세한 설명에 설명된 바와 같은 토출 노즐, 액체 채널 및 전열 트랜스듀서(선형 액체 채널 또는 직각 액체 채널)의 조합으로서의 배열에 부가하여, 굴곡된 영역에 배열된 가열 작용부를 가지는 배열체를 기술하고 있는 미국 특허 제 4,558,333 호 및 제 4,459,600 호를 사용하는 배열체도 본 발명에 포함된다.
또한, 비록, 상술된 실시예 각각이 프린트헤드를 주사함으로써 인쇄를 수행하는 직렬형 프린터를 채용하지만, 최대 인쇄 매체의 폭에 대응하는 길이를 갖는 프린트헤드를 사용하는 풀-라인(full-line) 형 프린터가 사용될 수 있다. 풀-라인 형 프린트헤드에 대하여, 상술된 바와 같이 복수의 프린트헤드를 조합함으로써 풀-라인 길이를 충족시키는 배열체 또는 프린트헤드를 일체로 형성함으로써 얻어진 단일 프린트헤드로서의 배열체 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
부가적으로, 잉크 탱크가 프린트헤드 그 자체상에 일체로 배열되는 카트리지형 프린트헤드 뿐만 아니라, 상기 실시예에서 설명된 바와 같은 교체 칩 형 프린트헤드도 본 발명에 적용할 수 있으며, 이 교체 칩 형 프린트헤드는 장치 주 유닛에 전기 접속될 수 있으며, 장치 주 유닛상에 장착시, 장치 주 유닛으로부터 잉크를 받아들일 수 있다.
인쇄 작업이 더욱 안정화될 수 있기 때문에, 본 발명의 프린터의 배열체로서 제공된 프린트헤드를 위한 복구 수단, 준비 보조 수단 등을 추가하는 것이 바람직하다. 이런 수단의 예는 프린트헤드를 위하여, 캡핑 수단, 세정 수단, 여압 또는 흡입 수단 및 전열 트랜스듀서를 사용하는 주요 가열 수단, 기타 가열 소자 또는 그 조합을 사용하는 예비 가열 수단을 포함한다. 또한, 안정한 인쇄를 위하여, 인쇄에 독립적으로 토출을 수행하는 예비 토출 모드를 제공하는 것도 효과적이다.
또한, 프린터의 인쇄 모드로서, 흑색 등 같은 주 색상만을 사용하는 인쇄 모드 뿐만 아니라, 복수의 서로 다른 색상을 사용하는 다색 모드나, 색상 혼합에 의해 달성되는 풀-컬러 모드 중 적어도 하나가 복수의 프린트헤드를 조합함으로써, 또는, 통합형 프린트헤드를 사용함으로써, 프린터내에 구현될 수 있다.
본 발명의 다수의 명백히 광범위하게 서로 다른 실시예가 그 범주 및 개념으로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명은 첨부된 청구범위에 규정된 바를 제외한 그 특정 실시예에 한정되지 않는 다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명에 의하면, 인쇄 성능을 향상시키기 위해, 동시에 구동되는 인쇄 소자의 수를 증가시키면서, 성막 프로세스에 의해 형성되는 기판의 크기의 증가 및 배선 폭의 증가를 억제할 수 있는 프린트헤드 기판이 제공된다.

Claims (20)

  1. 복수의 인쇄 소자 및 상기 복수의 인쇄 소자에 대응하여 배열되고 대응하는 인쇄 소자의 구동을 스위치 제어하며 MOS 트랜지스터로 형성되는 구동 소자를 구비하는 프린트헤드 기판이며,
    공통적으로 전력을 공급하고, 상기 복수의 인쇄 소자 중 동시에 구동 가능한 복수의 인쇄 소자가 접속되는 공통 배선 라인과,
    상기 공통 배선 라인에 전력을 공급하는 제1 패드와,
    상기 인쇄 소자를 여기하기 위한 MOS 트랜지스터의 게이트 폭을 설정하는 설정 회로와,
    상기 설정 회로에 의해 설정된 상기 게이트 폭을 갖는 상기 MOS 트랜지스터를 구동하는 구동 회로를 포함하며,
    상기 구동 소자 각각은 상기 대응 인쇄 소자에 일정 전류를 공급하기 위한 소자이며,
    상기 MOS 트랜지스터는 상기 인쇄 소자에 접속되면서 다른 게이트 폭을 갖는 복수의 작은 MOS 트랜지스터로 형성되고,
    상기 설정 회로는 상기 작은 MOS 트랜지스터의 구동 개수를 설정함으로써 상기 게이트 폭을 설정하는 프린트헤드 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 인쇄 소자는 전열 트랜스듀서이고,
    상기 전열 트랜스듀서 각각의 일 단자는 상기 공통 배선 라인에 접속되며, 나머지 단자는 상기 MOS 트랜지스터의 드레인에 접속되는 프린트헤드 기판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 MOS 트랜지스터는 드레인-소스 전류의 포화 영역에서 동작하는 프린트헤드 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 구동 소자를 제어하는 논리 회로와,
    상기 공통 배선 라인에 대응하며, 복수의 블록에 걸쳐 공유되는 GND 배선 라 인과,
    상기 GND 배선 라인에 접속하는 제2 패드를 더 포함하는 프린트헤드 기판.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 소자의 저항값을 대표하는 값을 갖는 저항을 더 포함하고,
    상기 설정 회로는 상기 저항의 상기 저항값에 기초하여 상기 게이트 폭을 설정하는 프린트헤드 기판.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 작은 MOS 트랜지스터의 구동 개수는 상기 작은 MOS 트랜지스터의 포화 전류 및 대표 저항값에 기초한 전류값의 합에 의해 설정되는 프린트헤드 기판.
  9. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 소자는 상기 공통 배선 라인에 등위 접속되는 프린트헤드 기판.
  10. 제1항에 있어서, 상기 공통 배선 라인은 지선 인출 없이 단일 배선 라인으로서 상기 인쇄 소자에 접속되는 프린트헤드 기판.
  11. 제1항에 있어서, 상기 공통 배선 라인은 스트립 형상인 프린트헤드 기판.
  12. 제1항 내지 제4항, 제6항, 또는 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 프린트헤드 기판을 사용하는 프린트헤드.
  13. 제12항에 있어서, 상기 프린트헤드 기판의 인쇄 소자 구동 전압, 전류값, 구동 펄스 폭 및 MOS 트랜지스터 게이트 폭 설정 정보를 저장하는 불휘발성 메모리를 더 포함하는 프린트헤드.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제12항에 따른 프린트헤드와 상기 프린트헤드에 공급되는 잉크를 수납하는 잉크 탱크를 사용하는 헤드 카트리지.
  17. 제12항에 따른 프린트헤드를 사용하여 인쇄하는 인쇄 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 프린트헤드의 프린트헤드 설정 정보에 기초하여 전력 공급 전압 및 구동 펄스를 인쇄 소자에 인가하고, MOS 트랜지스터의 게이트 폭을 설정하기 위한 수단을 더 포함하는 인쇄 장치.
  19. 제12항에 따른 프린트헤드를 구동하는 프린트헤드 구동 방법이며,
    복수의 인쇄 소자를 복수의 블록으로 시간 분할적으로 분할하여 상기 복수의 인쇄 소자를 구동하는 경우, 상기 복수의 구동 소자를 일정 전류로 구동하는 단계를 포함하는 프린트헤드 구동 방법.
  20. 제19항에 있어서, 프린트헤드 기판상에 배열된 복수의 인쇄 소자의 저항값을 대표하는 저항값을 측정하는 측정 단계와,
    상기 측정 단계에서 측정된 상기 저항값을 반영하여, 하나의 인쇄 소자를 구동하는 경우의 MOS 트랜지스터의 게이트 폭을 설정하는 설정 단계와,
    설정 조건에 기초하여 상기 인쇄 소자에 전압을 인가함으로써 상기 MOS 트랜지스터를 포화 영역에서 작동시키도록 제어하는 제어 단계를 더 포함하는 프린트헤드 구동 방법.
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