KR100783976B1 - 잉크젯 프린팅 장치, 잉크 도트를 매체상에 부착하는 방법및 잉크젯 프린팅 장치의 제조 방법 - Google Patents

잉크젯 프린팅 장치, 잉크 도트를 매체상에 부착하는 방법및 잉크젯 프린팅 장치의 제조 방법 Download PDF

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휴렛-팩커드 컴퍼니(델라웨어주법인)
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Abstract

잉크젯 프린팅 장치는 제 1 어드레스 신호(A3 E4)에 의해 작동되는 다수의 노즐(320, 401, 403, 405)의 드롭 발생기의 제 1 세트 및 제 2 어드레스 신호(A3 E5)에 의해 작동되는 다수의 노즐의 드롭 발생기의 제 2 세트를 사용하도록 배열된다. 상기 제 1 세트의 각각의 드롭 발생기의 다수의 노즐은 소정의 기하학적 패턴(410)으로 배열되고, 그것의 각각은 제 2 세트의 드롭 발생기의 적어도 하나의 노즐을 둘러싼다. 제 1 드롭 발생기 세트의 하나의 드롭 발생기의 잉크 이젝터들은 서브 그룹으로 정렬되고, 그중 하나의 서브 그룹은 제 2 드롭 발생기 세트의 하나의 드롭 발생기의 잉크 이젝터들의 하나의 서브 그룹과 전환되는(733) 전력 리턴을 공유한다.

Description

잉크젯 프린팅 장치, 잉크 도트를 매체상에 부착하는 방법 및 잉크젯 프린팅 장치의 제조 방법{IMPROVED PRINTER PRINTHEAD}
도 1은 본 발명에 결합될 수 있는 잉크젯 장치(커버 패널 계기판은 제거됨)의 부분 절결한 사시도,
도 2는 도 1의 잉크젯 프린트 카트리지 구성요소의 등각 사시도,
도 3은 도 2의 프린트헤드 구성요소의 드롭 발생기 요소의 확대 단면도,
도 4a는 드롭 발생기의 외부 표면 노즐 오리피스를 도시하는 도 2의 프린트 카트리지의 프린트헤드의 등각 단면 사시도,
도 4b는 다수의 드롭 발생기의 외부 표면 노즐 오리피스를 도시하는 도 2의 프린트 카트리지의 프린트헤드의 등각 단면 사시도,
도 4c는 도 4b의 노즐 오리피스 패턴의 나타내는 도면,
도 5는 드롭 발생기 매트릭스 회로의 개략적인 다이어그램,
도 6a는 다수의 노즐 드롭 발생기용 드롭 발생기 매트릭스 회로의 제 1 실시예의 개략적인 다이어그램,
도 6b는 도 6a의 잉크 이젝터 패턴 매트릭스의 물리적인 실현을 나타내는 도면,
도 7a는 다수의 노즐 드롭 발생기에 대한 드롭 발생기 매트릭스 회로의 제 2 실시예의 개략적인 다이어그램,
도 7b는 도 7a의 개략적인 다이어그램과 양립할 수 있는 잉크 이젝터 패턴의 물리적인 실현을 나타내는 도면,
도 7c는 도 7a의 드롭 발생기 회로의 다른 실시예의 개략적인 다이어그램.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
109 : 캐리지 214 : 프린트 헤드
303 : 반도체 기재 307 : 지지층
309 : 잉크 이젝터 311 : 오리피스 플레이트
327 : 트렌치 325 : 드롭 발생기
본 발명은 이미지 및 문자 숫자식 캐릭터를 재현하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 열 잉크젯, 멀티 노즐 드롭 발생기(multi-nozzle drop generator), 프린트헤드 구조 및 그의 작동 방법에 관한 것이다.
잉크젯 프린팅 기술은 비교적 많이 개발되어 있다. 컴퓨터 프린터, 그래픽 플로터, 복사기 및 팩시밀리 장치와 같은 상업용 제품은 하드 카피 인쇄된 출력물을 생성하기 위한 잉크젯 기술을 사용한다. 이러한 기술의 기본은, 예를 들면 Hewlett-Packard Journal, Vol.36, No.5 (1985년 5월), Vol.43, No.6(1992년 12월) 및 Vol.45, No.1(1994년 2월) 판에 개시되어 있다. 또한, 잉크젯 장치는 로드 더블유 제이 및 에이치 티 타우브(W.J. Lloyd, H.T. Taub)의 Output Hardcopy Devices, chapter 13(Ed. R.C. Durbeck, S.Sherr, Academic Press, San Diego, 1988)에 개시되어 있다.
인쇄된 이미지의 품질은 많은 양상을 갖는다. 인쇄물이 이미지인 경우에, 프린팅 시스템의 목적은 본래의 외형을 정확하게 재현하는 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 시스템은 본래의 인지된 칼라(색조) 및 인지된 상대 휘도비(명암) 모두를 정확하게 재현해야 한다. 사람의 시각적 지각력은 검은 그림자로부터 가장 밝은 부분까지 휘도 레벨에서의 폭넓은 변화에 빠르게 순응한다. 이러한 양극단 사이에서, 지각력은 휘도에 있어서 부드러운 변화를 기대하게 된다. 프린팅 장치 및 유사한 이미징 시스템은 일반적으로 시각적으로 관찰가능한 화상를 제공하기 위하여 빛을 반사하는 출력물을 생성한다. 물론 투명과 같은 예외가 존재하지만, 일관성을 위해서, 반사율이라는 용어는 프린트 장치로부터 프린트된 출력물의 광학적인 밝기를 나타내는데 사용된다. 일반적으로, 반사율은 표면에 입사되는 광에 대한 그 표면으로부터 반사되는 광의 비율이다. 잉크젯 프린터에 의해 매체에 놓이는 착색제는 보통 광 에너지의 특정 파장의 흡수체로 여겨진다. 이러한 선택적인 흡수는 매체로 입사되는 광 에너지의 선택된 파장이 매체로부터 반사되는 것을 방지하여 사람이 색깔로서 인지할 수 있다. 프린팅 시스템은 인간의 가시 시스템의 전체 동적 범위 및 인지 연속성의 완전하고 신뢰할 만한 재현성을 달성해야 한다. 사진 화상 재현의 품질을 달성하는 것이 목적인데 대하여, 다소의 그림자 및 광휘점(highlight)을 남기는 비선형 전환을 이용함으로써 유효 동적 범위가 다소 연장될 수는 있지만, 프린팅 동적 범위 성능은 기록 메커니즘 고유의 민감성 및 채도 레벨 한계에 의해 제한된다.
잉크젯 프린팅을 하기 위한 잉크젯 프린터는 전형적으로 프린트 카트리지를 포함하는데, 거기서 작은 잉크 방울이 형성되고 프린트 매체로 분사된다. 그러한 카트리지는 다수의 작은 노즐을 갖는 오리피스 부재 또는 판을 구비하는 프린트헤드를 포함하며, 이 작은 노즐을 통해 잉크 방울이 분사된다. 노즐에 인접하여 잉크 발사 챔버가 있으며, 거기에는 잉크가 노즐을 통해 분사되기 전에 머무른다. 잉크는 잉크 서플라이와 유동 연통하는 잉크 채널을 통해 잉크 발사 챔버로 이송되며, 잉크 서플라이는 펜의 저장부 또는 프린트헤드와 이격된 별개의 잉크 컨테이너에 수납될 수 있다.
노즐을 통한 잉크 방울의 분사는 잉크 발사 챔버에 위치된 히터 레지스터(heater resistor)에 선택적으로 전압을 가함으로써 인접한 잉크 발사 챔버내의 잉크 체적을 신속히 가열시킴으로써 달성될 수 있다. 이러한 열 프로세스는 챔버내의 잉크가 기화하여 증기 기포를 형성하도록 한다. 기포의 신속한 팽창은 잉크가 노즐을 통과하도록 강제한다.
일단 잉크가 분사되면, 잉크 발사 챔버는 잉크 채널로부터 잉크가 재충전된다. 이러한 잉크 채널은 프린트 속도가 최대가 되도록 신속히 잉크 챔버를 재충전할 수 있는 크기로 된다. 때때로 잉크 채널 댐핑이 제공되어 발사 챔버내로 및 밖으로 유동하는 이동 잉크의 관성을 감소시키거나 또는 제어한다. 잉크 채널과 발사 챔버 사이의 잉크 유동을 감소시킴으로써, 발사 챔버의 변동하는 미흡한 충전(underfilling) 및 과도 충전(overfilling), 및 그에 기인하는 노즐의 외측 오리피스로부터의 메니스커스(meniscus) 후퇴 및 돌출이 각각 회피되거나 최소화될 수 있다.
증기 기포가 발사 챔버내에서 팽창함에 따라, 팽창하는 증기 기포는 잉크 채널내로 연장되어 "블로우백(blowback)"으로 공지된 유해한 작용을 할 수 있다. 블로우백은 잉크 채널내의 잉크를 발사 챔버 밖으로 강제시키는 결과를 유발한다. 기포가 밀어내는 잉크의 체적은 노즐을 통해 분사되는 잉크 및 잉크 채널로 내리눌려 발사 챔버로부터 벗어나게 되는 잉크에 의해 설명되다. 따라서, 블로우백은 발사 챔버로부터 주어진 크기의 방울을 분사시키는데 필요한 에너지양을 증가시킨다. 주어진 크기의 방울을 분사시키기 위해 필요한 에너지는 "턴 온 에너지(turn on energy)"라 불리운다. 높은 턴 온 에너지를 갖는 프린트헤드는 덜 효과적이며 따라서 낮은 턴 온 에너지 프린트헤드보다 많은 열을 분산시킨다. 열을 분산시키기 위한 고정된 능력을 가정했을 때, 높은 열 효율을 갖는 프린트헤드가 낮은 열 효율을 갖는 프린트헤드보다 높은 프린트 속도 또는 프린트 빈도를 가질 수 있다.
히터 레지스터로부터 전력을 제거함에 따라, 증기 기포는 발사 챔버내에서 붕괴한다. 발사 간격 사이에서 증기 기포가 붕괴함에 따라 증기 기포 붕괴의 근처에 있는 프린트헤드내의 구성요소는 캐비테이션 스트레스(cavitation stress)에 영향받기 쉽다. 히터 레지스터는 특히 캐비테이션으로부터의 손상에 영향받기 쉽다. 단단하고 얇은 보호 패시베이션(passivation) 층이 일반적으로 레지스터위에 가해져 레지스터를 캐비테이션에 따른 스트레스로부터 보호한다. 그러나 패시베이션 층은 주어진 크기의 방울을 분사시키는데 필요한 턴 온 에너지를 증가시키는 경향이 있다.
잉크젯 기법에 있어서는, 화상 및 문자 숫자식 캐릭터를 형성하기 위해 도트 매트릭스 기법을 사용하며, 프린트된 이미지의 색상 및 톤은 일반적으로 이미지의 포개진 사각형 그리드 오버레이(grid overlay)로 표현되는 각각의 목표 상 요소("화소"라 공지됨)에서 프린트 매체상에 놓이는 잉크 방울의 존재 또는 부재에 의해 조절된다. 매체 반사율 연속성(매체상의 기록된 이미지내의 색조 전이)은 도트 매트릭스 이미징(dot matrix imaging) 및 잉크 방울의 양자를 이용하는 고유의 양자화 효과(quantization effect)에 의해 특히 영향받는다. 이러한 양자화 효과는 원래 이미지가 매끈한 전이를 갖는 프린트된 이미지에 있어서의 윤곽으로서 나타날 수 있다. 또한 프린팅 시스템은 불규칙한 또는 규칙적인 반사율 변동 또는 그레이니니스(graininess)를 가져오며 이는 나안으로 도트 개개 또는 클러스터를 시각적으로 인식하게 되는 것이다.
프린트 품질을 떨어뜨리는 인지된 양자화 효과는 화상 시스템내의 각 화소 위치에서 밀도 양자를 감소시킴으로써, 또한 양자화 효과의 인간의 인지를 최소화하기 위해 인간의 시각 시스템의 정신-신체적인 특성을 활용하는 기법을 사용함으로써 감소될 수 있다. 조력 없이 인간의 시각 시스템은 프린트된 화상에서 잉크 도트가 대략 25 미크론 또는 그 이하로 감소될 때까지 개별 잉크 도트를 인지할 수 있다고 평가되었다. 따라서, 도트 매트릭스 프린팅 방법의 바람직하지 않은 양자화 효과는 각각의 방울 크기를 줄이고 높은 해상도로 프린트함으로써 감소되며, 즉 프린트된 이미지상의 작은 도트의 트루(true) 1200 인치 당 도트(dpi: dots per inch)는 더 큰 도트의 트루 600 dpi 이미지보다 눈으로 보기에 더 좋으며, 트루 600 dpi 화상은 더욱 큰 도트의 300 dpi 보다 나은 것 등이다. 또한, 소망하지 않는 양자화 효과는 변화하는 색상 밀도를 갖는 많은 색상(예를 들면, 각각이 잉크의 화학적 조성에 있어서 상이한 용제 대 안료의 비율을 가지는 2개의 청록색 잉크 프린트 카트리지)을 이용함으로써 또는 상이한 종류의 화학적 착색제를 포함함으로써 감소될 수 있다.
양자화 노이즈 효과를 감소시키기 위해, 프린트 품질은 각 화소에 동일 색상 또는 색상 제제의 다중 방울을 발사하여 색상당 더 많은 "레벨"을 가져오며 양자화 노이즈를 감소시킴으로써 또한 향상될 수 있다. 그러한 방법은 "교착 프린트 프로세스"라는 명칭으로 도안 알파 엔 등에 허여된 미국 특허 제 4,967,203 호, "칼라 잉크젯 프린트에 의해 생성된 도트 형성의 균일성 및 일관성을 향상시키기 위한 방법"이라는 명칭으로 트랙크 제프리 엘에 허여된 미국 특허 제 4,999,646 호, 및 "이미지를 향상시키기 위한 잉크 방울 배치"라는 명칭으로 히크맨 마크 에스에게 허여된 미국 특허 제 5,583,550 호에 개시되어 있다(각각은 본 발명의 양수인에게 양도됨).
또한 해상도를 감소시키지만, 중요하게, 노이즈를 감소시키는 스무딩 기법(smoothing techniques)을 이용하여 프린트된 이미지를 반드시 로우 패스 필터링(low pass filtering)함으로써 상내의 그레이니니스를 감소시킬 수도 있다. 일 기법은 (용제를 3의 비율로 첨가함으로써 원래의 광 밀도의 1/4 만큼) 잉크를 희석하여 (예를 들면 600 dpi 해상도에서) 단일 화소상에 위치되었을 잉크 방울이 인접한 화소 영역중 적어도 일부에 분산된다. 각각의 방울은 동일한 양의 착색제를 가지고 있는 반면, 추가적인 용제는 착색제가 넓은 영역에 걸쳐 분산되도록 한다. 상술한 바와 같이, 이러한 것은 인지되는 해상도를 희생하여 시각적 노이즈를 낮춘다. 또한, 이러한 기법은 프린트된 매체상에 실질적으로 보다 많은 용제를 위치시켜 건조에 있어서 허용할 수 없는 긴 시간을 유발하고, 프린트를 위해 보다 많은 잉크를 소비하며, 프린트 속도를 늦춘다.
프린트의 멀티 드롭 모드에 있어서, 결과적인 도트는 개별 화소에 놓이는 방울의 개수 및 프린트되는 특정 매체(평범한 종이, 광택지, 투명지 등)상에 전달된 후의 분산 특성에 대한 잉크의 조성에 따라 크기 또는 색상이 변한다. 매체상에 프린트된 화상의 반사율 및 색상은 각 목표 화소에서의 각 색상의 방울의 크기 및 밀도를 조작함으로써 조절된다. 이러한 모드에서의 양자화 효과는 화소당 단일 방울 모드에서와 동일한 방법으로 감소될 수 있다. 양자화 레벨은 동일한 프린트 해상도에서, 프린트헤드 어레이내의 노즐로부터 한번에 발사될 수 있는 방울 개수를 증가시킴으로써 및 전체 도트 밀도를 달성하기 위해 잉크의 밀도 또는 발사되는 각 방울의 크기를 조절함으로써 감소될 수 있다. 그러나, 동시에 방울 크기를 감소시키고 프린트 해상도를 증가시키거나, 또는 카트리지의 개수 및 사용되는 잉크의 다양성을 증가시키는 것은 비용이 많이 들어, 예술 복제품을 표현하기 위해 특별히 설계된 잉크젯 프린터의 오래된 도구는 멀티 드롭 모드 또는 멀티 패스를 사용하여 색상 채도를 향상시킨다.
프린트되는 도트의 크기가 조절될 때, 이미지 품질은 도트 배치 정확도 및 해상도에 의해 매우 좌우된다. 잘못 배치된 도트는 프린트 스워쓰(swath)내에 또는 그 사이에 흰색 도트 또는 희색 라인의 띠로 나타나는 마킹되지 않은 화소를 남긴다["밴딩(banding)"으로 알려짐]. 트루 600dpi 또는 그 이상의 해상도를 달성하기 위하여 노즐의 프린트헤드의 기하학적인 형상이 감소됨에 따라 기계적 공차가 구성에 있어서 점점 결정적인 것으로 되고 있다. 따라서, 제조 비용은 해상도 설계 사양의 증가로 상승하게 된다. 또한, 다중의 노즐에 의해 일회에 발사되는 드롭의 수가 증가하기 때문에, 최소의 노즐 드롭 용적이 감소하고, 도트 배치 정밀도 요건이 증가하게 된다. 또한 프린트헤드의 열 효율이 낮아져, 프린트헤드가 고온으로 된다. 고온의 프린트헤드는 잉크 아웃개싱(ink out-gassing), 일정하지 않은 버블 응집으로 인한 비정상적인 드롭 속도, 잉크 점도 변화로 인한 가변적인 드롭 무게를 포함하여, 신뢰성 문제를 일으킬 수 있다. 또한, 프린트된 도트의 밀도가 멀티 다이 로드 잉크 시스템(multi-dye load ink systems)과 같이 조절될 때, 로우 다이 로드 잉크(low dye load inks)는 더 많은 양의 잉크가 프린트 매체상에 배치되도록 요구하여, 잉크 사용의 효율성이 낮아지고, 잉크의 유착 및 끈적거림의 위험이 높아진다. 프린트헤드 어레이의 노즐로부터 일회에 발사되는 드롭의 수에 따라 잉크 사용 효율성은 감소하고 잉크의 유착 및 끈적거림의 위험은 증가한다.
작은 드롭은 당연히 더 작은 노즐을 제안한다. 노즐 면적이 더 작게 제조될 때, 노즐은 잉크내의 고형의 오염물질에 의해 또는 프린트 카트리지의 제조 공정에서 발생하는 미립자에 의해 보다 막히기 쉽게 된다. 더구나, 작은 노즐은 전체 드롭 발생기 장치의 크기가 더 작게 제조되기 때문에 더 얇은 오리피스 플레이트를 요구한다.
전술한 바와 같이, 고도의 시각적 동적 범위가 감소된 양자화 및 입자화와 공존하는 방식으로 작은 드롭이 프린트 매체상에 신뢰성 있게 분출 및 부착되는 잉크젯 프린트헤드 및 프린팅 시스템을 획득하는 것이 요구된다.
잉크젯 프린팅 장치가 제 1 드롭 발생기를 포함할 때, 제 1 신호에 의해 작동되고, 적어도 2개의 결합 노즐 및 각각의 잉크 이젝터를 구비한다. 제 1 드롭 발생기의 적어도 2개의 결합 노즐의 각 노즐은 제 1 드롭 발생기의 각각의 다른 노즐과 함께 제 1 기하학적 패턴으로 정렬된다. 제 2 신호에 의해 작동되는 제 2 드롭 발생기는 적어도 2개의 결합 노즐 및 각각의 잉크 이젝터를 구비한다. 제 2 드롭 발생기의 적어도 2개의 결합 노즐의 각 노즐은 제 2 드롭 발생기의 각각의 다른 노즐과 제 2 기하학적 패턴으로 정렬된다. 제 2 드롭 발생기와 결합된 적어도 하나의 노즐은 제 1 드롭 발생기의 노즐의 제 1 기하학적 패턴의 주변부상에 또는 그 내에 배치된다.
잉크 도트의 시각적 동적 범위가 향상되고 입자화(granularity) 및 양자화가 감소된 프린터는 제어가능한 패턴으로 그리고 패턴 내에 선택가능한 수의 도트로 잉크 도트를 매체상에 부착시킬 필요가 있다. 본 발명에서 사용하는 프린터는 인쇄 속도의 희생 없이 이러한 이점을 얻는다.
예시적인 잉크젯 프린터(101)는 도 1에 기본적인 형태로 도시되어 있다. 프린터 하우징(103)은 입력 프린트 매체(107)가 종래기술에 공지된 기술 장치에 의해 운반되는 플래튼(platen)(105)을 포함한다. 캐리지(109)는 한 세트의 개별적인 프린트 카트리지, 예를 들면 도면부호(111), 즉, 남색 잉크를 갖는 것, 자홍색 잉크를 갖는 것, 황색 잉크를 갖는 것 및 검정색 잉크를 갖는 것을 보유한다. 다른 실시예에서는 적어도 하나의 작은 용적의 내장형(on-board) 잉크 챔버를 갖는 반영구적인 프린트헤드 장치를 구비할 수 있으며, 이러한 잉크 챔버는 유체적으로 결합된 편축의 잉크 저장소 또는 프린트 카트리지내에 이용가능한 2개의 또는 그 이상의 잉크 칼라와 각 칼라를 위해 구체적으로 지정된 잉크 분사 노즐을 갖는 프린트 카트리지로부터 산발적으로 보충된다. 본 발명은 선택적인 잉크젯 카트리지의 어느 것에 대해서도 이용가능하다. 카트리지(109)는 전형적으로 슬라이드 바(113)상에 장착되어, 캐리지(109)는 프린트 매체(107)를 가로질러 후방 및 전방으로 스캐닝될 수 있다. 스캔 축("X")은 화살표(115)로 도시되어 있다. 캐리지(109)가 스캐닝할 때, 잉크 방울은 소정의 프린트 스워쓰 패턴으로 프린트 카트리지 세트로부터 매체(107)상에 선택적으로 분사되어, 도트 매트릭스 조작을 이용하는 이미지 또는 문자 숫자식 캐릭터를 형성한다. 일반적으로, 도트 매트릭스 조작은 외부 컴퓨터(도시하지 않음)에 의해 결정되고, 명령은 통상적으로 프린트(101)내의 마이크로프로세서계의 전자 콘트롤러(도시하지 않음)에 전달된다. 잉크 드롭 궤도 축("Z")은 화살표(117)에 의해 도시되어 있다. 프린트의 스워쓰가 종료될 때, 매체(107)는 그 다음 스워쓰의 프린팅에 대비하여 화살표(119)에 의해 도시된 프린트 매체 축("Y")을 따라서 적절한 거리로 이동된다.
예시적인 열 잉크젯 카트리지(111)가 도 2에 도시되어 있다. 카트리지 하우징 또는 셀(212)은 잉크의 내부 저장소(도시하지 않음)를 포함한다. 카트리지(210)는 오리피스 플레이트(216)를 갖는 프린트헤드(214)를 구비하고, 오리피스 플레이트(216)는 아래에 있는 발사 챔버 및 각각의 잉크 이젝터로 향하게 하는 구조체와 결합하여 구성된 다수의 소형의 노즐과, 프린터(101)에 결합하기 위한 전기 콘택트를 구비한다. 관련된 노즐 세트, 결합된 관련 발사 챔버 세트 및 결합된 관련 잉크 이젝터 세트는 함께 "드롭 발생기"의 프린트헤드 어레이를 형성하고, 그 각각은 하나 또는 그 이상의 노즐, 발사 챔버 및 잉크 이젝터로서의 히터 레지스터를 이용한다. 이것은 드롭 발생기를 통해 취한, 도 3의 상세 단면도에 도시되어 있다.
프린트헤드(214)의 드롭 발생기 및 결합된 잉크 이송 채널은 도 3에 단면도로 도시되어 있다. 그것은 프린트헤드에 대해 단단한 베이스를 제공하는 반도체 기재(303)를 구비하며, 이는 프린트헤드의 두께의 대부분을 차지한다. 이 기재는 지지층(307)으로 코팅된 상부 표면(305)을 구비하고, 그 위에 박막 히터 레지스터 잉크 이젝터(309)가 위치한다. 지지층(307)은 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 니트라이드, 실리콘 카바이드, 탄탈룸, 폴리실리콘 유리와 같은 전기적인 절연 재료 또는 프린트헤드의 기재(303)와 상이한 에칭 감도를 갖지만 기능적으로는 동등한 다른 재료로 형성된다. 오리피스 플레이트(315)는 지지층의 상단에 정합하여 위치한 하부 표면(313)과, 프린트헤드의 최상측 표면을 형성하고 잉크가 그 위에 부착될 프린트 매체를 향하는 외부 표면(315)을 구비한다.
히터 레지스터(309)의 중심점은 발사 챔버의 구성요소가 정렬되는 수직 축을 규정한다. 도 3에 있어서, 오리피스 플레이트(311)는 적어도 2개의 발사 챔버를 규정하고, 각각 그들 자신의 잉크 이젝터(히터 레지스터) 및 노즐을 갖는다. 잉크 이젝터가 명령에 의해 방울을 동시에 분출하도록 조정할 때, 그들은 드롭 발생기를 형성한다. 도시된 드롭 발생기(325)의 하나의 발사 챔버(317)를 고려하면, 잉크 발사 챔버(317)는 하나의 잉크 이젝터(309) 축상에 정렬된다. 다른 노즐 단면 설계가 본 발명에서 만족하게 실시될 것이지만, 발사 챔버(317)는 외부 표면에서의 작은 노즐 오리피스(320)보다 하부 표면(313)에서 더 큰 베이스 주변부(319)를 갖는다. 지지층(307)은 발사 챔버(317)에 제공된 몇몇의 잉크 공급 비아스(ink supply vias)(321, 323)를 구비한다. 이러한 비아스(321, 323)는 발사 챔버의 하측 주변부(319)에 의해 둘러싸여 있어, 그들이 공급하는 잉크는 그 발사 챔버에 의해서 배타적으로 사용되고, 또한, 제한된 양이 비아스를 통하여 후방으로 및 기재의 상부 표면 아래로 흐르는 것을 제외하고는, 발사 챔버내에 발생되는 소정의 압력은 다른 챔버로의 잉크 흐름을 발생시키지 않을 것이다. 이것은 블로우백(blowback)이 인접한 발사 챔버에 상당히 영향을 미치는 것을 방지하고, 히터 레지스터(309)에 의해 제공되는 에너지를 통해 발생되는 구축력을 상당히 감소시킬 수 있는 압력 누출을 방지한다. 발사 챔버당 하나 이상의 비아를 사용하는 것은 여분의 잉크 흐름 경로를 제공하여 잉크내에 단일 오염물질 입자에 의한 잉크 결핍을 방지한다. 바람직한 실시예에 있어서, 지지층(307)의 상부 표면은 오리피스 플레이트(311)가 부착되기 전에 및 테이퍼진 트렌치(327)가 아래에 설명하는 바와 같이 기재(303)내에 에칭(etched)되기 전에 비아스(321, 323)를 형성하도록 패턴화되고 에칭된다. 또한 제 2 발사 챔버(329)는 도 3에 도시되어 있고, 아래에 설명하는 바와 같이, 잉크 이젝터(309)에 전기적으로 연결된 그의 결합 잉크 이젝터를 구비함으로써, 드롭 발생기(325)가 작동할 때 2개의 잉크 방울의 조정된 분사가 일어날 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 기재(303)는 단부도에서 도시된 테이퍼진 잉크 이송 트렌치(327)를 사용하며, 이는 잉크를 잉크 저장소로부터 수용하도록 기재의 하부 표면에서 가장 넓고, 드롭 발생기(325)의 양쪽 발사 챔버의 잉크 비아스의 영역보다 큰 폭으로 지지층(307)을 향하여 좁아진다. 트렌치(327)의 단면적은 단일 드롭 발생기와 결합된 잉크 비아스의 단면적보다 여러배 더 크기 때문에, 다수의 드롭 발생기가 트렌치내에 상당한 잉크 유동 저항 없이 공급받을 수 있다.
오리피스 플레이트(311)는 기재(303) 위에 놓이고 또 그것에 고정되며, 지지층(307)의 상부 표면상에 놓이는 것이 바람직하다. 도 3의 프린트헤드 실시예에 있어서, 오리피스 플레이트(311)는 스핀 온(spin-on) 또는 적층된 중합체를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 중합체는 약 10㎛ 내지 30 ㎛의 두께로 도포된다. 임의의 적절한 포토 이미징할 수 있는 중합체 필름, 예를 들면 폴리아미드, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에틸렌-테레프탈레이트 또는 그의 혼합물이 사용될 수도 있다. 변형예로서, 오리피스는 통상의 전착(electrodeposition) 기술에 의해 제조된 금 도금 니켈 부재로 형성될 수도 있다. 바람직하게, 트렌치(327)는 기재(303)의 하부 측면으로부터 지지층(307)의 상부 표면(305)으로 이방성 에칭 공정에 의해 에칭된다.
카트리지 하우징(212)의 저장소내에 저장된 유체 잉크는 프린트헤드 기재(303)내에 만들어진 각각의 트렌치(327)를 통하여 또한 비아스를 통하여 모세관력에 의해 흘러, 발사 챔버를 채운다. 그 트렌치가 잉크를 한 세트의 드롭 발생기에 제공하게 되며, 또한 다수의 트렌치가 추가적인 드롭 발생기 세트에 공급하게 될 것이다. 바람직한 실시예에서, 각각의 트렌치는 잉크 저장 저장소와 연결되도록 연장된다. 기재(303)는 카트리지 하우징 표면에 부착되고, 그 표면은 트렌치(327)의 하부 경계를 규정한다.
노즐 구성과 배향은 방울 크기, 속도, (그 위에 프린트될 매체를 향하여) Z축에서의 잉크 방울의 궤적을 제어하는 설계 인자이다. 통상의 드롭 발생기의 구성은 하나의 오리피스를 갖고, 화소당 단일 드롭이나 또는 화소당 멀티 드롭 프린트 모드로 발사된다. 단일 드롭 모드에서, 하나의 잉크 드롭이 각각의 프린트 카트리지로부터 프린트 매체(107)상의 각각의 타겟 화소를 향하여 각각의 노즐로에서 선택적으로 분사된다(즉, 타겟 화소는 캐리지의 연속적인 스캔에서 하나의 노즐로부터 하나의 황색 드롭 및 다른 노즐로부터 2개의 남색 드롭을 얻어 특정 칼라의 색조를 달성한다). 멀티 드롭 모드에서, 채도 및 해상도를 개선하기 위하여, 2개의 연속적인 황색 방울 및 4개의 연속적인 남색 방울이 캐리지의 하나의 경로에서 수행될 특정 색조를 위해 사용될 수 있을 것이다. (이러한 설명의 목적으로, 하나의 타겟 화소란, 발사의 물리적 과정, 비행 시간, 궤적, 노즐 구조 및 당업자에게 공지되어 있는 기타 사항을 고려하여, 잉크젯 프린트헤드가 인접한 프린트 매체를 가로질러 스캐닝될 때 드롭 발생기가 횡단하고 있는 화소를 의미하고, 즉 통상의 프린트헤드에서는, 특정한 드롭 발생기가 조준하고 있는 화소이다. 그러나, 본 발명은 현재 횡단되는 화소가 아닌, 즉, 전통적인 타겟 화소와는 다른 화소에 도트를 형성할 수도 있다.) 프린트 매체상에 형성되는 도트는 동일한 프린트 카트리지상의 동일한 그리고 다른 노즐로부터의 도트와 대략 동일한 크기 및 칼라이다. 드롭 발생기가 잉크를 분사하기 위한 다수의 노즐을 포함하는 것이 본 발명의 특징이다.
프린트헤드의 부분이 도 4a의 등각 단면도에 도시되어 있다. 오리피스 플레이트(311)의 외부 표면에서 보이는 것은 4개의 노즐 오리피스(320, 401, 403, 405)이고, 4개의 노즐 오리피스는 바람직한 실시예에서 사용될 수 있는 개별적인 드롭 발생기의 외부 형상을 나타낸 것이다. 오리피스는 지지층(307)상에 배치된 하나 또는 그 이상의 히터 레지스터의 형태의 결합 잉크 이젝터를 각각 구비한다(전술하였으나 도 4a에서는 도시하지 않음). 노즐과 잉크 이젝터는 소정의 기하학적 패턴으로 각기 정렬된다. 드롭 발생기 당 4개의 노즐을 갖는 바람직한 실시예에 있어서, 소정의 기하학적 패턴은 평행사변형이다.
실제로, 다수의 드롭 이젝터가 적당한 크기의 프린트 스워쓰 폭을 제공하기 위하여 프린트헤드내에 모여있어, 텍스트 또는 이미지의 스워쓰가 프린트 매체를 가로질러 프린트 카트리지의 한 번의 경로로 프린트 매체상에 부착될 수 있다. 물론, 프린트헤드가 충분한 크기가 되도록 구성되면, 온전한 페이지 폭의 잉크가 프린트헤드의 반대 방향 스캔 없이 매체상에 부착될 수도 있다. 본 발명의 프린트헤드는 크기에 있어서 전체 페이지의 넓이 치수로 확장될 수도 있지만, 바람직한 실시예에서는 매체를 가로질러 왕복되는 보다 작은(1.25cm) 프린트헤드를 사용한다. 각각이 오리피스 플레이트(311)의 외부 표면에서 4개의 노즐 오리피스를 갖는 다수의 드롭 발생기의 바람직한 배열이 도 4b에 도시되어 있다. 인접하는 드롭 발생기들의 노즐 오리피스의 중첩이 본 실시예에서 바로 명백하며, 이러한 배열은 매체상에 소망하는 잉크 도트 분배를 제공한다. 유리하게, 잉크 도트는 화소 사이에 중첩되게 배치됨으로써, 밴딩 구조(banding artifacts), 무아레 패턴(Moire patterns) 및 다른 프린팅 에러가 감춰지거나 방지된다. 이러한 배치는 프린팅의 단일 경로 모드에서 사용될 때 특히 유리하다.
인접한 드롭 발생기들의 노즐 오리피스가 오리피스 플레이트상에서 중첩되는 배치를 가지는 것이 본 발명의 특징이다. 물론, 중첩 패턴은 각각의 노즐의 대응하는 발사 챔버 및 잉크 이젝터에 대해 유지된다. 바람직한 실시예에 있어서, 하나의 드롭 발생기의 노즐은 소정의 기하학적 패턴으로 정렬된다. 이러한 패턴은 도 4c에 도시된 노즐 오리피스 패턴으로 도시되어 있다. 용이하게 이해하기 위하여 점선은 각 드롭 발생기의 4개의 노즐 오리피스를 결합하고(명확성을 위해, 도 4b의 프린트헤드의 세부사항이 생략됨), 각 드롭 발생기 세트는 드롭 발생기 배열(410), 배열(412), 배열(414) 및 배열(416)로 확인된다. 인접한 드롭 발생기[배열(412)]의 적어도 하나의 노즐 오리피스, 예컨대 오리피스(421)는 드롭 발생기 배열(410)의 노즐 오리피스(320, 410, 403, 405)의 주변부상에 또는 그 안에 배치된다.
전술한 바와 같이, 잉크 이젝터(히터 레지스터)는 노즐 오리피스의 위치에 따른다. 노즐 오리피스를 밀접히 배치시키는 것은 잉크 이젝터 및 그들에 대해 만들어져야 할 전기 접속부 설계의 문제점을 나타낸다. 전형적으로 이러한 전기 상호접속부는 콘택트 패드에 대해, 그리고 그로부터 프린터의 프린트헤드 인터페이스 회로에 대해, 프린트헤드상의 잉크 이젝터를 전기적으로 접속하는 박막 금속 도체이다. 일반적으로 "통합된 구동 헤드(integrated drive head)" 또는 IDH로 공지된 기술이 프린터와 그의 결합된 프린트 카트리지 사이의 전기적인 상호접속부를 감소시키기 위해 통상적으로 사용된다. IDH 멀티플렉싱의 예시는 "플린터에 감소된 상호접속부를 갖는 프린트헤드(printhead with reduced interconnections to a printer)"라는 명칭의 미국 특허 제 5,541,629 호에서 알 수도 있다. IDH 설계에 있어서, 잉크 이젝터(히터 레지스터)는 프리미티브(primitives)라고 공지된 그룹으로 배열된다. 각각의 프리미티브는 그 자신의 전력 공급 상호접속부("프리미티브 선택") 및 리턴 상호접속부(return interconnection)["프리미티브 리턴(primitive return)" 또는 "프리미티브 커먼(primitive common)")]를 구비한다. 또한, 다수의 제어 라인["어드레스 라인(address lines)"]이 특정한 잉크 이젝터를 활성화하기 위해 이용된다. 이러한 어드레스 라인은 모든 프리미티브 사이에서 분배된다. 이러한 접근법은 행이 프리미티브의 수이고 또한 열이 프리미티브 당 레지스터의 수인 매트릭스로 인식될 수 있다. 각각의 잉크 이젝터에 전력을 가하는 것은 프리미티브 선택에 의해 그리고 각 레지스터와 직렬로 연결된 스위치로서 작동하는 MOSFET과 같은 트랜지스터에 의해 제어된다. 하나 또는 그 이상의 프리미티브 선택(PS1, PS2 등) 및 프리미티브 리턴을 가로질러 전압을 작용하고, 선택된 트랜지스터의 결합된 게이트를 작동하는 것에 의해, 다수의 독립적으로 어드레스된 잉크 이젝터가 동시에 발사될 수 있다.
도 5는 프린트헤드상의 전형적인 잉크 이젝터 IDH 매트릭스 회로를 도시하는 전기의 개략도이다. 이러한 구성은 프린터의 전자 콘트롤러로부터의 프린트 명령에 응답하여 어떤 잉크 이젝터가 발사할 것인지의 선택을 가능하게 한다. 여기서 매트릭스는 행 및 열로 표현되지만, 이러한 용어가 매트릭스내 또는 프린트헤드상에서의 잉크 이젝터의 배열에 대한 물리적인 제한으로서 해석되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 잉크 이젝터는 노즐 오리피스와 대응하게 배열되며, 프린터에 의해 프린트헤드로 보내진 프린트 명령내의 활성화 신호에 의해 전기 매트릭스내에서 확인된다. 각각의 잉크 이젝터[예컨대, 레지스터(501)]는 어드레스 상호접속부(509)에 의해 제어되는 스위칭 장치[예컨대, 트랜지스터(503)]에 의해 전압이 인가된다. 전력은 프리미티브 선택[PS(n)] 리드(505)를 통하여 제공되고, 프리미티브 커먼(primitive common)[PG(n)] 리드(507)를 통하여 리턴된다. 각각의 스위칭 장치[예컨대, 도면부호(503)]는 프리미티브 선택 리드(505)와 프리미티브 커먼 리드(507) 사이에서 각각의 히터 레지스터[예컨대, 도면부호(501)]와 직렬로 연결된다. 어드레스 상호접속부(509)[예컨대, 어드레스(A3)]는 스위칭 장치[예컨대, 도면부호(503)]의 제어 포트에 연결되어, 프린터(101)내의 전자 제어기에 의해 명령될 때 전도 상태와 비전도 상태 사이에서 그 장치를 스위칭한다. 전도 상태에 있어서, 스위치 장치(503)는 히터 레지스터(501)를 통하여 프리미티브 선택 리드(505)로부터 프리미티브 커먼 리드(509)로 회로를 완성함으로써, 프리미티브 선택(PS1)이 전력의 공급원에 결합될 때 히터 레지스터에 전압을 가하게 된다.
매트릭스내의 잉크 이젝터의 각 행은 프리미티브로 간주되며, 도 5에 도면부호(511)로 지시된 히터 레지스터들의 행에 대한 결합된 프리미티브 선택 리드(505), 예컨대 PS1에 전력을 인가하는 것에 의해 선택적으로 발사준비될 수 있다. 여기에서는 단지 3개의 히터 레지스터만이 도시되어 있지만, 설계자의 목적, 다른 프린터와 프린트헤드의 제약에 의해 가해지는 한계와 양립하는 한, 어떠한 수의 히터 레지스터라도 프리미티브에 포함될 수 있음을 이해하여야 한다. 게다가, 프리미티브의 수는 설계자의 설계 선택 범위이다. 프리미티브의 히터 레지스터들에 균일한 에너지를 제공하기 위하여, 한번에 프리미티브당 단 하나의 직렬 스위치 장치에만 전압이 가해지는 것이 바람직하다. 그러나, 어떠한 수의 프리미티브 선택이라도 동시에 활성화될 수 있다. 따라서, PS1 또는 PS2와 같은 각각의 프리미티브 선택 신호는, 활성화되었을 때, 잉크 이젝터에 전력과 상기 활성화 신호중 하나, 모두를 전달한다. 매트릭스에 대한 다른 하나의 활성화 신호는 A1, A2 등과 같은 각각의 제어 상호접속부(509)에 의해 제공되는 어드레스 신호이며, 한번에 이들중 하나만이 작동하는 것이 바람직하다. 각각의 어드레스 상호접속부(509)는 매트릭스 열내의 스위치 장치의 모두에 결합됨으로써, 상호접속부가 활성화되거나 "작동될 때", 즉, 스위치 장치를 켜는 전압 레벨일 때, 열내의 모든 그러한 스위치 장치는 전도로 된다. 히터 레지스터용 프리미티브 선택 및 어드레스 상호접속부 양쪽이 동시에 작동할 때, 그 레지스터는 전기적으로 전압이 가해지고, 신속히 가열되며, 결합된 잉크 발사 챔버내에서 잉크를 기화시킨다.
관찰을 용이하게 하기 위하여, 도 5의 개략도의 것과 유사한 하나의 프리미티브만이 도 6a에 도시되어 있다. 도 6a의 수단에 있어서, 다수의 히터 레지스터에 전력을 가하는 것은 스위칭 장치에 의해 제어된다. 멀티 노즐 드롭 발생기 수단은 드롭 발생기의 다수의 노즐과 결합되는 히터 레지스터들에 동시에 전압을 가하는 히터 레지스터 구성을 이용한다. 따라서, PS1 프리미티브가 작동될 때, 스위치 장치(601)는 어드레스 라인(A3)에 의해 스위치 온되고, 도체(602)를 경유하여, 병렬 배열로 연결된 히터 레지스터(603, 605, 607, 609)[점선으로 레지스터 셀(611)로 윤곽지어짐]로 전류를 통과시킨다. 프리미티브 리턴 도체(613)는 프리미티브내의 히터 레지스터 셀들뿐 아니라 셀(611)내의 히터 레지스터들에도 공통이다.
도 6a의 히터 레지스터의 배열의 하나의 물리적인 수단이 도 6b의 히터 레지스터 셀(611)의 병렬 배열의 다이어그램에 도시되어 있다. 드롭 이젝터 설계 파라미터상 요구될 경우에는, 직렬로 연결된 및 병렬-직렬로 연결된 레지스터들이 사용될 것이 예상된다. 바람직한 실시예에 있어서, 박막 히터 레지스터는 기재의 절연 지지층상에 통상의 증착(deposition) 처리를 이용하여 만들어진다(도 3에 도시한 바와 같음). TaAl 박막 레지스터(603', 605', 607', 609')는 하나 당 하나의 기준으로 대응하는 노즐과 동일한 배열에 대응하는 본질적으로 2차원의 기하학적인 배열(실시예에 도시된 평행 육면체)로 배열된다. 기재 절연 층상에 통상적으로 증착되며 각각의 박막 레지스터에 전기적으로 연결되는 (알루미늄과 같은) 박막 금속 도체(602')로 도체(602)가 실현된다. 기재의 절연 지지층상에 증착되며 금속 층(602')의 접속에 대향하여 박막 히터 레지스터에 전기적으로 연결되는 박막 금속 도체(613')로 프리미티브 리턴 도체(613)가 실현된다. 이러한 방식으로, 히터 레지스터 셀(611)에 대응하는 잉크 이젝터의 4개의 히터 레지스터에 병렬의 전기 접속이 달성된다. 전기 전압이 병렬의 히터 레지스터를 가로질러 가해질 때, 전류는 동시에 각각의 레지스터를 통하여 흐르고, 레지스터를 신속히 가열하여 각각의 레지스터와 결합된 발사 챔버내에 보유된 잉크를 기화시킨다.
바람직한 제 2 실시예가 도 7a에 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 각각의 스위치 장치는 레지스터 셀(711)내의 8개의 기본 히터 레지스터에 전압을 가하고, 각각 4개의 노즐을 갖는 2개의 드롭 발생기에 대응한다. 각각의 기본 레지스터는 하나의 발사 챔버 및 노즐용의 잉크 이젝터를 형성하는 2개의 레지스터의 병렬 결합으로 구성된다. 2개의 기본 레지스터는 직렬로 연결되며, 직렬로 연결된 레지스터들 4개가 병렬로 연결된다. 구체적으로, 레지스터 셀(711)은 병렬 레지스터(708a, 708b)와 직렬로 연결된 병렬 레지스터(707a, 707b)로 구성된다. 유사한 병렬-직렬 접속은 레지스터(710a, 710b)와 직렬인 레지스터(709a, 709b)를 포함한다. 레지스터(707a 내지 710b)는 바람직한 실시예에서 하나의 드롭 발생기의 잉크 이젝터를 포함한다. 셀(711)의 나머지 부분은 도 7a에 도시된 바와 같이 레지스터들(703a, 703b, 704a, 704b, 705a, 705b, 706a, 706b)의 유사한 병렬-직렬-병렬 접속을 이용하는 제 2 드롭 발생기를 포함한다. 프리미티브 선택(PS1)이 작동되고(전력이 가해짐), 스위치 장치(701)가 어드레스 라인(A3)에 의해 켜질 때, 전압은 도체 입력부(702)를 통해 레지스터 셀(711) 및 프리미티브 리턴(713)으로 가해진다. 그러나, 도 7a의 실시예에서는 이 프리미티브 리턴은 2개의 전환되는 프리미티브 리턴, 예를 들면 리턴(715) 및 리턴(717)으로 나누어진다. 프리미티브 리턴(713)에 대한 접속은 스위치 장치(719, 721)(바람직하게는 MOSFET 장치로 제공됨)에 의해 제어된다. 그러면, 히터 레지스터(707a 내지 710b)는 전술한 상태 및 프리미티브 리턴 스위치 장치(721)가 프리미티브 리턴 작동 신호(E4)에 의해 켜질 때만 전압이 가해지게 된다. 바람직한 실시예에서, 프리미티브 리턴 작동 신호(E1-E4)는 프린터에 의해 수용된 통상의 프린트 명령으로부터 어드레스 신호(A1-A3)를 발생하는 프린터(101)내의 동일한 전자 제어기에 의해 제어된다. 마찬가지로, 프리미티브 선택(PS1)이 작동되고, 스위치 장치(701)가 어드레스 라인(A3)에 의해 가해진 작동 신호에 의해 켜지고, 스위치 장치(719)가 프리미티브 리턴 작동 신호(E3)에 의해 켜질 때, 병렬 히터 레지스터(703a 내지 706b), 즉 셀(711)을 공유하고 있는 다른 드롭 발생기의 잉크 이젝터에 전압이 가해진다. 그러나, 도면부호(723a, 723b, 724a, 724b, 725a, 725b, 726a, 726b), 즉 제 3 드롭 발생기의 병렬-직렬-병렬 잉크 이젝터도 리턴(715)에 연결되어 있으며, 프리미티브 리턴 스위치(719)의 스위칭 기능을 공유한다. 그러나, 히터 레지스터(723a 내지 726b)는 어드레스 라인(A2)에 의해 활성화되기 때문에, 그들에는 전압이 가해질 필요가 없다. 이러한 어드레스 스위치 장치의 및 프리미티브 리턴 스위치 장치의 선택적인 공유는 (도시된 6개보다 많은) 다수의 드롭 발생기를 가로질러 또한 (도 7a에 도시된 1개보다 많은) 다수의 프리미티브로 갖추어지도록 기대된다. 또한, 발사 챔버 당 레지스터의 수, 드롭 발생기 당 노즐(및 발사 챔버)의 수, 직렬/병렬 접속은 설계자의 요구에 따라 변경될 수 있다. 더욱이, 설계자는 어드레스(A1)에 의해 작동되는 셀의 히터 레지스터와 어드레스[A(n)]에 의해 작동되는 셀의 히터 레지스터 사이에서 프리미티브 리턴 스위치 장치를 공유하도록 결정할 수 있다. 즉, 히터 레지스터(707a 내지 710b) 및 히터 레지스터(727a 내지 730b)는 동일한 프리미티브 리턴 스위치 장치[예컨대, 스위치 장치(721)]를 공유하도록 배열될 수 있다.
도 7a의 개략도에 대응하는 기재의 절연 지지층상의 히터 레지스터의 레이아웃이 도 7b에 도시되어 있다. 본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 박막 히터 레지스터는 기재의 절연 지지층상에 통상의 증착 공정을 사용하는 탄탈륨-알루미늄으로 제조된다. 다수의 히터 레지스터가 도시되어 있고, 그것의 개략적인 표현과 일치되어 있다. 박막 레지스터(703a', 703b', 704a', 704b', 705a', 705b', 706a', 706b', 또한 707a' 내지 710b', 723a' 내지 726b' 및 727a' 내지 730b')(각각의 그룹은 단일 드롭 발생기의 잉크 이젝터에 대응함)는 도 4b에 도시된 것과 같이 대응하는 노즐의 등일한 배열에 대응하는 본질적으로 2차원의 기하학적 배열(도시된 실시예에서는 평행사변형)로 각각 배열된다. 전기 도체(702, 731)는 기재 절연 지지층상에 통상적으로 증착되는 박막 알루미늄 도체(702', 731')로 바람직한 실시예에서 구현된다. 도체(702')는 하나의 잉크 이젝터의 레지스터 셀(711)내의 박막 히터 레지스터의 각각에 전기적으로 연결된다. 도체(731')는 다른 드롭 발생기의 다른 레지스터 셀의 다른 셀의 박막 히터 레지스터에 전기적으로 연결된다. 또한 분할된 프리미티브 리턴(717, 715)은 기재의 절연 지지층상에 증착된 박막 금속 도체(717', 715')로 구현된다. 분할된 프리미티브 리턴 도체(717')는 금속 층(702')의 접속부에 전기적으로 대향하는 점에서 박막 히터 레지스터(707a' 내지 710b')의 병렬-직렬-병렬 접속부에 전기적인 접속한다. 분할된 프리미티브 리턴 도체(715')는 레지스터 셀(711)의 박막 히터 레지스터(703a' 내지 706b')의 병렬-직렬-병렬 접속부에 전기적으로 접속하며, 또한 인접하는 레지스터 셀의 병렬-직렬-병렬 히터 레지스터(723a' 내지 726b')에도 전기적으로 접속한다. 단지 3개의 어드레스된 레지스터 셀만 도시되어 있지만, 추가적인 어드레스 라인, 스위치 및 레지스터 셀이 프린트헤드 실시를 위해 필요하다면 추가될 수 있다. 예를 들면, 도 4b는 도 7b의 히터 레지스터 및 도체 배열에 들어맞으며 또한 확장되는 하나의 추가적인 잉크 이젝터 노즐 구조를 도시한다.
다른 전기 접속이 도 7c의 개략적인 다이어그램에 도시되어 있다. 이 배열에서, 각각의 드롭 발생기의 히터 레지스터의 병렬-직렬 접속부중 하나는 스위치 장치(733)에 의해 프리미티브 리턴(713)에 연결되는 한편, 각각의 드롭 발생기의 히터 레지스터의 다른 병렬-직렬 접속부는 스위치 장치(735)에 의해 프리미티브 리턴(713)에 연결된다. 각각의 프리미티브 리턴 작동 신호(E4, E5)는 스위치 장치(733, 735)의 제어 포트에 결합됨으로써, 리턴 작동 신호중 하나가 작동될 때 각각의 드롭 발생기의 노즐중 절반이 전압이 가해지도록 허용된다. 이러한 배열에 의해 제공되는 이점은 도 7b로 돌아감으로써 이해될 수 있다.
프린터내의 프린트 카트리지 스캔의 방향(X)이 도 7b에 도시되어 있다. 드롭 발생기중 하나[예를 들면, 히터 레지스터(703a', 703b', 704a', 704b', 705a', 705b', 706a', 706b')를 사용하는 드롭 발생기]가 작동될 때, 4개의 잉크 방울이 이들 히터 레지스터와 결합하는 4개의 노즐로부터 분출된다. 4개의 잉크 도트가 표준 화소보다 큰 영역으로 매체상에 배치된다. 마찬가지로, 제 2 드롭 발생기[예컨대, 히터 레지스터(723a', 723b', 724a', 724b', 725a', 725b', 726a', 726b')를 사용하는 드롭 발생기]가 4개의 노즐로부터 4개의 잉크 방울을 분출하고, 4개의 잉크 도트가 매체상에 더 배치된다. 이러한 4개의 추가 잉크 도트의 일부가 도면부호(703a'-706b')의 히터 레지스터 드롭 발생기에 의해 부착된 잉크 도트의 일부 사이에 배치되는 것이 본 발명의 특징이다. 그 다음, 프린트 카트리지는 추가의 방울 분출을 위하여 X 방향으로 나아가게 된다. 그러면, 일부 드롭 발생기로부터 프린트된 (불연속적인) 화소는 다른 드롭 발생기의 프린트된 (불연속적인) 화소와 서로 얽히게 된다는 것을 알 수 있다. 이 예시에서, 소정의 드롭 발생기의 각각의 불연속적인 화소는 4개의 잉크 도트를 갖는다.
어떠한 경우에는, 불연속적인 화소에 증착되는 잉크 도트를 4개보다 적게 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 소정의 색조 또는 채도 레벨이 필요하며 화소 당 더 적은 잉크 도트가 그 해답을 제공할 수 있는 칼라 프린팅에서, 그러한 경우가 생길 수 있다. (프린트 카트리지가 일 방향으로 스캐닝될 때 잉크 도트의 가변적인 숫자가 선택되고 배치된다는 것은 이점이다 - 화소내에 변화화는 도트수를 배치하기 위한 복수 경로는 프린팅 속도를 상당히 느리게 한다).
본 발명이 (도 7c에 도시된 바와 같은) 드롭 발생기의 소정의 잉크 이젝터의 독립적인 제어를 제공하는 분할된 프리미티브 리턴을 갖는 실시예에서 사용될 경우, 드롭 발생기에 의해 증착될 수 있는 전부보다 적은 잉크 도트의 양이 증착될 수 있다. 따라서, 스위치 장치(733)는 전도하며 스위치 장치(735)는 전도하지 않을 때, 프리미티브 선택(PS1)에 전압이 가해지고 스위치 장치(701)가 전도하게 되면, 히터 레지스터(705a', 705b', 706a', 706b', 또한 709a', 709b', 710a', 710b')에 전압이 가해진다. 히터 레지스터(703a', 703b', 704a', 704b', 또한 707a', 707b', 708a', 708b')에는 전압이 가해지지 않는다. 그 결과 드롭 발생기 당 잉크 이젝터의 수의 1/2이 잉크 방울을 분출할 수 있게 된다. 드롭 발생기에 연결된 도 7a의 것과 같은 더 많은 프리미티브 리턴 스위치 장치를 갖는 것에 의해 각각의 드롭 발생기의 더욱 정밀한 제어가 구현될 수 있다.
따라서, 하나의 드롭 발생기의 노즐 패턴이 다른 드롭 발생기의 노즐 패턴과 중첩하고 또한 동시에 분출하는 노즐의 수가 가변적으로 선택될 수 있는 조화된 잉크 분출 노즐의 배열을 사용하는 프린터는 감소된 양자화 및 입자화와 동시에 향상된 시각적 역학 범위를 실현할 것이다.

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  11. 잉크젯 프린팅 장치에 있어서,
    제 1 잉크 이젝터 프리미티브 선택 신호에 전환가능하게 결합되고, 상기 제 1 잉크 이젝터 프리미티브 선택 신호에 전환가능하게 결합되는 것과는 독립적으로 제 1 프리미티브 커먼 리드에 전환가능하게 결합되며, 적어도 2개의 관련 노즐 및 각각의 잉크 이젝터를 포함하는 제 1 드롭 발생기와,
    상기 제 1 잉크 이젝터 프리미티브 선택 신호에 전환가능하게 결합되고, 상기 제 1 잉크 이젝터 프리미티브 선택 신호에 전환가능하게 결합되는 것과는 독립적으로 제 2 프리미티브 커먼 리드에 전환가능하게 결합되며, 적어도 2개의 관련 노즐 및 각각의 잉크 이젝터를 포함하는 제 2 드롭 발생기를 포함하며,
    상기 제 1 드롭 발생기의 잉크 이젝터는 제 1 기하학적 패턴으로 배열되고 제 2 기하학적 패턴으로 배열되는 상기 제 2 잉크 드롭 발생기의 잉크 이젝터에 인접하게 배치되며,
    각각의 상기 제 1 드롭 발생기와 제 2 드롭 발생기내에서 각각 관련 노즐을 갖는 잉크 이젝터는 동시에 활성화되거나 동시에 비활성화되도록 구성되며,
    상기 제 1 드롭 발생기의 상기 노즐이 상기 제 1 기하학적 패턴으로 배열되고, 상기 제 2 드롭 발생기의 상기 노즐이 상기 제 2 기하학적 패턴으로 배열되며, 상기 제 2 드롭 발생기의 적어도 하나의 노즐은 상기 제 1 기하학적 패턴의 노즐의 주변부상에 또는 주변부 내에 배치되는
    잉크젯 프린팅 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제 2 잉크 이젝터 프리미티브 선택 신호에 전환가능하게 결합되고, 상기 제 2 프리미티브 커먼 리드에 전환가능하게 결합된 제 3 드롭 발생기를 더 포함하는
    잉크젯 프린팅 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 드롭 발생기를 포함하는 제 1 세트의 드롭 발생기와, 상기 제 2 드롭 발생기를 포함하는 제 2 세트의 드롭 발생기를 더 포함하고, 상기 제 1 세트의 드롭 발생기의 각 드롭 발생기와 상기 제 2 세트의 드롭 발생기의 각 드롭 발생기는 적어도 2개의 관련 노즐 및 각각의 잉크 이젝터를 포함하는
    잉크젯 프린팅 장치.
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  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크 이젝터 프리미티브 선택 신호에 전환가능하게 결합된 상기 제 1 드롭 발생기는 상기 제 1 잉크 이젝터 프리미티브 선택 신호에 대한 전환가능한 결합을 작동되게 하는 어드레스 신호에 추가로 결합되는
    잉크젯 프린팅 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크 이젝터 프리미티브 선택 신호에 전환가능하게 결합된 상기 제 1 드롭 발생기는 상기 제 1 프리미티브 커먼 리드에 대한 전환가능한 결합이 작동되게 하는 프리미티브 리턴 작동 신호에 추가로 결합되는
    잉크젯 프린팅 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크 이젝터 프리미티브 선택 신호에 대한 상기 전환가능한 결합과 상기 제 1 프리미티브 커먼 리드에 대한 상기 전환가능한 결합의 양자가 동시에 작동될 때, 상기 제 1 드롭 발생기가 상기 적어도 2개의 관련 노즐의 각각으로부터 잉크 방울을 동시에 방출하여 매체상에 연장된 화소로 잉크 도트를 부착시키는
    잉크젯 프린팅 장치.
  18. 복수의 협력하는 잉크 이젝터를 각각 구비하는 드롭 발생기를 사용하여 매체상에 잉크 도트를 부착시키는 방법에 있어서,
    제 1 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체를 동시에 작동시켜 제 1 복수의 잉크 도트를 매체상에 제 1 기하학적 패턴으로 부착시키는 단계와,
    제 2 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체를 동시에 작동시켜 제 2 복수의 잉크 도트를 매체상에 제 2 기하학적 패턴으로 부착시키되, 상기 제 2 복수의 잉크 도트 중 적어도 하나의 도트가 상기 제 1 기하학적 패턴의 주변부에 또는 주변부내에 부착되도록 하는 단계와,
    매체에 대해서 상기 제 1 및 제 2 드롭 발생기를 재배치하는 단계와,
    상기 제 1 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체보다 적은 적어도 하나를 작동시켜 적어도 하나의 잉크 도트를 상기 매체상에 부착시키는 단계를 포함하는
    잉크 도트를 매체상에 부착하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체를 동시에 작동시키는 단계는, 상기 제 1 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체를 제 1 프리미티브 선택 신호의 입력부에 전환가능하게 결합하고, 상기 제 1 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체를 프리미티브 커먼 리드에 전환가능하게 결합하여 제 1 다수의 잉크 방울을 방출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 2 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체를 동시에 작동시키는 단계는, 상기 제 2 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체를 상기 제 1 프리미티브 선택 신호의 상기 입력부에 전환가능하게 결합하고, 상기 제 2 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체를 상기 프리미티브 커먼 리드에 전환가능하게 결합하여 제 2 다수의 잉크 방울을 방출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 1 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체보다 적은 적어도 하나를 작동시키는 단계는, 상기 제 1 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체를 상기 제 1 프리미티브 선택 신호의 입력부에 전환가능하게 결합하고, 상기 제 1 드롭 발생기의 잉크 이젝터의 전체보다 적은 적어도 하나를 상기 프리미티브 커먼 리드에 전환가능하게 결합하여 상기 드롭 발생기로부터 적어도 하나의 잉크 방울을 방출하는 단계를 더 포함하는
    잉크 도트를 매체상에 부착하는 방법.
  20. 잉크젯 프린팅 장치의 제조 방법에 있어서,
    제 1 드롭 발생기의 동시에 전압이 가해지는 노즐 및 잉크 이젝터를 상기 제 1 드롭 발생기의 서로 다른 노즐과 제 1 기하학적 패턴으로 배열하는 단계와,
    제 2 드롭 발생기의 동시에 전압이 가해지는 노즐 및 잉크 이젝터를 상기 제 2 드롭 발생기의 서로 다른 노즐과 제 2 기하학적 패턴으로 배열하되, 상기 제 2 드롭 발생기의 적어도 하나의 노즐이 상기 제 1 기하학적 패턴의 주변부상에 또는 주변부내에 배치되도록 하는 단계와,
    상기 제 1 드롭 발생기 잉크 이젝터의 적어도 하나의 이젝터와 상기 제 2 드롭 발생기 잉크 이젝터의 적어도 하나의 잉크 이젝터의 양자를 제 1 스위치에 결합하는 단계와,
    상기 제 1 스위치를 잉크 이젝터 프리미티브 선택 신호에 결합하는 단계와,
    상기 제 1 드롭 발생기 잉크 이젝터의 적어도 하나의 잉크 이젝터를 제 2 스위치에 결합하는 단계와,
    상기 제 2 드롭 발생기 잉크 이젝터의 적어도 하나의 잉크 이젝터를 제 3 스위치에 결합하는 단계와,
    상기 제 2 및 제 3 스위치를 프리미티브 커먼 리드에 결합하는 단계를 포함하는
    잉크젯 프린팅 장치의 제조 방법.
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