KR101098595B1

KR101098595B1 - 개방 액츄에이터 테스트를 갖는 프린트헤드 ｉｃ

Info

Publication number: KR101098595B1
Application number: KR1020097008430A
Authority: KR
Inventors: 존 로버트 셔한; 마크 젝슨 펄버; 브라이언 크리스토퍼 모라한; 앨리레자 모이니; 티모씨 피터 길레스피; 마이클 존 웹; 마르셀 루이자 게이논; 브라이언 로버트 브라운; 리차드 토마스 플런켓; 앵거스 존 노스; 키아 실버브룩
Original assignee: 실버브룩 리서치 피티와이 리미티드
Priority date: 2006-10-09
Filing date: 2006-10-09
Publication date: 2011-12-23
Also published as: EP2073983A4; CN101522428A; WO2008043120A1; EP2583833B1; CN101522428B; JP2010505642A; TWI380908B; KR20090094430A; EP2583833A1; TW200817189A; EP2073983A1

Abstract

프린트헤드 IC는 노즐들의 어레이; 노즐 각각에 대응하는 분사 액츄에이터로서, 그 액츄에이터가 대응하는 노즐을 통하여 잉크를 분사할 때 작동되는 저항성 히터를 갖는 분사 액츄에이터; 인쇄 데이터를 수신하여 그 인쇄 데이터에 따른 구동신호로 상기 액츄에이터를 작동시키기 위한 구동회로; 및 상기 액츄에이터가 결함이 있는지를 평가하기 위해 저항성 히터의 저항과 미리 정해진 임계값을 비교하면서 구동신호를 수신할 때 상기 액츄에이터를 선택적으로 디스에이블시키기 위한 개방 액츄에이터 테스트 회로를 포함한다.

프린트헤드, 프린터, 분사, 개방 액츄에이터, 노즐, 저항성 히터

Description

개방 액츄에이터 테스트를 갖는 프린트헤드 ＩＣ{PRINTHEAD IC WITH OPEN ACTUATOR TEST}

본 발명은 잉크젯 프린터의 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 잉크 또는 다른 인쇄유체(printing fluid)를 분사하는 노즐을 규정하는 다수의 분리형(separate) 프린트헤드 집적회로(IC)를 갖는 프린트헤드를 구비하는 잉크젯 프린터에 관한 것이다.

관련된 특허출원들에 대한 상호 참조

본 발명에 관련되는 여러 가지의 방법, 시스템 및 장치는 본 발명의 출원인 또는 양수인에 의해 출원된 다음의 미국특허/특허출원들에 개시되어 있다.

상기 특허출원은 그 문서번호(docket number)에 의해 열거되었다. 이는 출원번호가 알려지면 대체될 것이다. 상기 특허출원들 및 특허들의 개시내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합된다.

잉크젯 프린터는 매체(media substrate)상에 인쇄를 행하기 위해 노즐들의 어레이(array of nozzles)를 통해 잉크 방울을 분사한다. 노즐들은 반도체 제조기술을 이용하여 실리콘 웨이퍼 기판 상에 전형적으로 형성되어 있다. 각각의 노즐은 같은 실리콘 웨이퍼 기판 상에 형성된 관련 구동회로(associated circuitry)에 의해 구동되는 MEMS(micro electro-mechanical systems) 소자(device)이다. MEMS 노즐 소자들과 단일의 노즐 상에 형성된 관련 구동회로는 통상적으로 프린트헤드 집적회로(IC)라고 불리운다.

전통적인 잉크젯 프린터들은 스캐닝(scanning) 잉크젯 프린트헤드를 사용한다. 이러한 프린터들은, 프린터가 페이지를 계속 색인(index)함에 따라, 페이지의 폭을 가로질러 앞뒤로 횡단하는 단일의 프린트헤드 IC를 갖는다. 또한 이러한 프린터들은 페이지의 전폭을 연장하는 노즐들의 어레이를 제공하기 위해 끝과 끝을 이어서 장착한 일련의 프린트헤드 IC를 사용한다. 앞뒤로 스캐닝하는 대신에, 프린트헤드는, 페이지가 지나서 공급될 때 프린터에서 정지상태로 있게 된다. 이는 훨씬 높은 인쇄속도를 가능하게 하지만 훨씬 큰 노즐들의 어레이의 동작을 제어하는 면에서 더 복잡하게 된다.

웨이퍼 기판 상의 MEMS 노즐의 제조는 항시 어떤 결함노즐(defective nozzle)을 야기시킬 것이다. 이러한 '불량노즐(dead nozzle)'은 제조 직후 웨이퍼 프로브(probe)를 사용하여 위치를 찾아낼 수 있다. 불량노즐의 위치를 찾아내게 되면, 프린트 엔진 제어기(print engine controller, PEC)는 불량노즐 맵(map)으로 프로그램화될 수 있다. 이것은 노즐 리던던시(nozzle redundancy) 등의 기술로 불량노즐을 보상하는데 사용된다(프린트헤드 IC는 필요 이상의 많은 노즐을 갖고 여분의 노즐(spare nozzle)을 사용하여 불량노즐에 정상적으로 할당되는 도트(dot)들을 인쇄한다).

불행하게도, 노들들은 프린트헤드의 동작 수명기간 중 고장난다. 일단 노즐들이 프린트헤드 조립체에 장착되어 프린터에 설치되면, 웨이퍼 프로브를 사용하여 그러한 노즐들을 위치 추정하는 것은 불가능하다. 시간이 지남에 따라, 불량노즐들의 수가 늘어나는데 PEC가 그것을 인식하지 못하면, 그러한 노즐들을 보상할 기회는 없다. 이것은 결국 인쇄 품질에 치명적인 시각적 아티팩트(visible artifact)를 야기시킨다.

발명의 요약

제1 형태에 의하면, 본 발명은,

노즐들의 어레이(array of nozzles);

노즐 각각에 대응하는 분사 액츄에이터(ejection actuator)로서, 대응하는 노즐을 통하여 잉크를 분사할 때 작동되는 저항성 히터(resistive heater)를 갖는 분사 액츄에이터;

인쇄 데이터를 수신하여 그 인쇄 데이터에 따른 구동신호로 상기 액츄에이터를 작동시키기 위한 구동회로; 및

상기 액츄에이터가 결함이 있는지를 평가(assess)하기 위해 저항성 히터의 저항과 미리 정해진 임계값(predetermined threshold)을 비교하면서 구동신호를 수신할 때 그 액츄에이터를 선택적으로 디스에이블(disable)시키기 위한 개방 액츄에이터 테스트 회로;

를 포함하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

서멀(thermal) 잉크젯 프린트헤드 및 서멀 벤드(thermal bend) 잉크젯 프린트헤드들에 있어서, 고장(failure)의 대부분은 저항성 히터의 소손(burning out)과 파열(breaking) 또는 진행중인 개방회로(going open circuit)의 결과에 의한 것이다. 노즐들은 막힘(clogging) 때문에 잉크를 분사하지 못하겠지만 이 노즐들은 '불량노즐'이 아니며 프린터 유지보수체제(maintenance regime)를 통해 복구될 수 있다. 노즐들이 내장형 회로(inbuilt circuit)로 처리되는지를 결정함으로써, 프린트 엔진 제어기는 그 불량노즐 맵을 주기적으로 업데이트(update)할 수 있고, 이에 의해 프린트헤드의 동작 수명까지 연장할 수 있다.

바람직하게는, 개방 액츄에이터 테스트 회로는 인쇄작업 중에 결함노즐 피드백(feedback)을 생성한다. 또 다른 바람직한 형태에 있어서, 개방 액츄에이터 테스트 회로는 프린트헤드 동작 후 미리 정해진 기간(predetermined time period) 내에 결함노즐 피드백을 생성한다. 특히 바람직한 형태에 있어서, 개방 액츄에이터 테스트 회로는 인쇄작업의 각 페이지 사이에서 결함노즐 피드백을 생성한다. 바람직하게는, 구동회로는 구동전압까지 저항성 히터를 개방하기 위해 구동신호에 의해 인에이블(enable)되는 액츄에이터 FET(filed effect transistor)를 가지며, 개방 액츄에이터 테스트 회로는 액츄에이터 FET에 대한 입출력으로서 구동신호와 액츄에이터 테스트 신호를 갖는 NAND 로직(logic)을 구비한다. 바람직하게는, 개방 액츄에이터 테스트 회로는 저항성 히터의 고전압측에 접속된 소스(source)와 감지용 전극에 접속된 드레인(drain)을 갖는 감지용 FET(sense FET)를 구비하는데, 이 감지용 FET는 테스트 신호에 의해 인에이블됨으로써, 감지용 전극에 대한 저전압 출력이 기능성 액츄에이터(functional actuator)로서 피드백되고, 감지용 전극에 대한 고전압 출력이 결함 액츄에이터(defective actuator)로서 피드백된다.

선택적으로, 사용 중에, 개방 액츄에이터 테스트 회로로부터의 피드백은 구동회로에 의해 순차적으로(subsequently) 수신된 인쇄 데이터를 조절하는데 사용된다.

선택적으로, 개방 액츄에이터 테스트 회로는 인쇄작업 중에 결함노즐 피드백을 생성한다.

선택적으로, 개방 액츄에이터 테스트 회로는 프린트헤드 동작 후 미리 정해진 기간 내에 결함노즐 피드백을 생성한다.

선택적으로, 개방 액츄에이터 테스트 회로는 인쇄작업의 각 페이지 사이에서 결함노즐 피드백을 생성한다.

선택적으로, 구동회로는, 저항성 히터에 대한 전류를 제어하는 구동용 FET (drive FET) 및 구동신호를 수신할 때 구동용 FET를 인에이블하고 구동신호와 개방 액츄에이터 테스트 신호를 수신할 때 구동용 FET를 디스에이블하기 위한 로직을 갖는다.

선택적으로, 구동회로는 구동신호 또는 개방 액츄에이터 테스트 신호를 수신하지 않을 때 저항성 히터에 걸리는 어떠한 전압강하도 영(zero)까지 서서히 드레인시키는 블리드(bleed) FET를 갖는다.

선택적으로, 구동회로는 구동용 FET의 드레인과 저항성 히터 사이에 감지노드(sense node)를 갖고, 개방 액츄에이터 테스트 회로는, 감지용 FET의 드레인에서의 전압이 히터부재의 결함여부를 나타내는데 사용되도록 개방 액츄에이터 테스트 신호가 수신될 때 인에이블되는 감지용 FET를 갖는다.

선택적으로, 구동용 FET는 p형(p-type) FET이다.

선택적으로, 구동회로는 각 부분의 단부에 발사 명령부(fire command)를 갖는 복수의 순차적인 부분(sequential portion)에서 노즐들의 어레이에 대한 인쇄 데이터를 수신한다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 각 구역내에서 각각 프린트헤드 IC의 온도를 감지하기 위한 복수의 온도센서를 더 포함하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

선택적으로, 구동회로는 노즐들 안의 인쇄유체의 온도에 따라 노즐들에 송신되는 구동펄스를 조절한다.

선택적으로, 구동회로는, 한 개 이상의 온도센서가 온도가 미리 정해진 최대값(predetermined maximum)을 초과함을 나타낼 때 상기 어레이의 노즐들 중 적어도 일부에 송신되는 구동펄스를 차단한다.

선택적으로, 구동펄스는 그 시간에 발사(fire)하도록 설계된 노즐들로부터 인쇄유체를 분사하는데 충분한 에너지를 갖는 분사용 펄스(eject pulse) 및, 그 시간에 발사하지 않도록 설계된 노즐들로부터 인쇄유체를 분사하는데 불충분한 에너지를 갖는 부분사용 펄스(sub-eject pulse)로 이루어진다.

선택적으로, 사용 중에, 구동회로는 온도센서 출력에 응답하여 구동펄스 프로파일(profile)을 조절한다.

선택적으로, 사용 중에, 온도센서는 사용기간 후 작동중지(de-activate)된다.

선택적으로, 구동회로는 그룹들 중 적어도 하나에 대하여 다른 그룹둘 중 하나에 구동펄스를 송신하여 지연시킨다.

선택적으로, 노즐들의 각 행(row)은 복수의 그룹으로 분할되고, 각각은 적어도 하나의 노즐을 가지며 구동회로는 그룹들 중 적어도 하나에 대하여 다른 그룹들 중 하나에 구동펄스를 송신하여 지연시킨다.

선택적으로, 사용 중에, 구동회로는 발사 시퀀스(firing sequence)에 따라 상기 행에 있는 노즐들을 작동시키며, 상기 발사 시퀀스는 각 그룹의 노즐들이 인쇄유체를 동시에 분사하도록 하고 또한 그 그룹들 각각이 인쇄유체를 계속하여 분사하도록 함으로써, 각 그룹의 노즐들이 적어도 미리 정해진 최소수의 노즐에 의해 서로 이격되어 있고, 하나의 그룹의 노즐들 각각은 적어도 미리 정해진 최소수의 노즐에 의해 순차적으로 인에이블되는 그룹의 노즐들과 이격되어 있다.

선택적으로, 구동회로는 구동펄스가 인쇄 펄스인 인쇄모드와 구동펄스가 디클로그(de-clog) 펄스인 유지보수모드인 2가지 모드(mode)로 동작하도록 구성되어 있고, 디클로그 펄스는 인쇄 펄스보다 긴 지속기간을 갖는다.

제2 형태에 의하면, 본 발명은,

노즐들의 어레이;

프린트 엔진 제어기로부터 인쇄 데이터와 발사 명령을 수신하기 위한 구동회로를 포함하며; 사용 중에, 구동회로가 각 단부에 발사 명령부를 갖는 복수의 순차적인 부분에서 노즐들의 어레이에 대한 인쇄 데이터를 수신하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

노즐들의 어레이의 각 노즐에 대한 시프트 레지스터(shift register)를 제공하는 대신에, 프린트헤드 IC는, 노즐이 발사되는 노즐들의 어레이의 부분을 위해 충분한 도트 데이터 시프트 레지스터를 갖는 반면, 시프트 레지스터가 노즐들의 어레이의 다음 부분을 위해 상기 도트 데이터로 로딩(loading)된다. 이것은 노즐 밀도에 영향을 미치지 않으면서 구동용 FET를 대형으로 할 수 있는 유닛셀(unit cell)(노즐들과 대응하는 잉크챔버, 액츄에이터 및 구동회로의 최소 반복 유닛)로부터 시프트 레지스터를 이동시킨다. 상술한 바와 같이, 대형의 구동용 FET는 보다 효율적인 잉크방울 분사을 위해 더 높은 전력 레벨(power level)에서 구동펄스를 생성할 수 있다.

바람직하게는, 노즐들의 어레이는 행(row)과 열(column)로 구성되고, 순차적인 부분들은 각 개개의 행에 있는 노즐들이고, 이 행들은 동시에 인쇄유체를 분사한다. 또 다른 바람직한 형태에 있어서, 구동회로는 미리 정해진 시퀀스로 상기 행들을 발사시키도록 구성되며 인쇄 엔진 제어기는 각 행에 대한 인쇄 데이터를 그 미리 정해진 시퀀스로 구동회로에 송신한다. 특히 바람직한 형태에 있어서, 미리 정해진 시퀀스로 다음 행에 대한 인쇄 데이터는, 이전의 행이 발사될 때 로딩된다. 바람직하게는, 각각의 행에 있는 노즐들은 같은 형태의 인쇄유체를 분사한다.

선택적으로, 노즐들의 어레이는 행과 열로 구성되고, 순차적인 부분들은 각 개개의 행에 있는 노즐들이고, 이 행들은 동시에 인쇄유체를 분사한다.

선택적으로, 구동회로는 미리 정해진 시퀀스로 상기 행들을 발사시키도록 구성되며 인쇄 엔진 제어기는 각 행에 대한 인쇄 데이터를 그 미리 정해진 시퀀스로 구동회로에 송신한다.

선택적으로, 미리 정해진 시퀀스로 다음 행에 대한 인쇄 데이터는, 이전의 행이 발사될 때 로딩된다.

선택적으로, 각각의 행에 있는 노즐들은 같은 형태의 인쇄유체를 분사한다.

또 다른 형태에 있어서, 액츄에이터가 결함이 있는지를 평가하기 위해 저항성 히터의 저항과 미리 정해진 임계값을 비교하면서 구동신호를 수신할 때 액츄에이터들을 선택적으로 디스에이블하기 위한 개방 액츄에이터 테스트 회로를 더 포함하는 프린트헤드 IC가 제공되어 있다.

선택적으로, 사용 중에, 개방 액츄에이터 테스트 회로로부터의 피드백은 구동회로에 의해 순차적으로 수신된 인쇄 데이터를 조절하는데 사용된다.

또 다른 형태에 있어서, 각 구역내에서 각각 프린트헤드 IC의 온도를 감지하기 위한 복수의 온도센서를 더 포함하는 프린트헤드 IC가 제공되어 있다.

선택적으로, 구동회로는, 한 개 이상의 온도센서가 온도가 미리 정해진 최대값을 초과함을 나타낼 때 상기 어레이의 노즐들 중 적어도 일부에 송신되는 구동펄스를 차단한다.

선택적으로, 구동펄스는 그 시간에 발사하도록 설계된 노즐들로부터 인쇄유체를 분사하는데 충분한 에너지를 갖는 분사용 펄스 및, 그 시간에 발사하지 않도록 설계된 노즐들로부터 인쇄유체를 분사하는데 불충분한 에너지를 갖는 부분사용 펄스로 이루어진다.

선택적으로, 사용 중에, 구동회로는 온도센서 출력에 응답하여 구동펄스 프로파일을 조절한다.

선택적으로, 사용 중에, 온도센서는 사용기간 후 작동중지된다.

선택적으로, 노즐들의 각 행은 복수의 그룹으로 분할되고, 각각은 적어도 하나의 노즐을 가지며 구동회로는 그룹들 중 적어도 하나에 대하여 다른 그룹들 중 하나에 구동펄스를 송신하여 지연시킨다.

선택적으로, 사용 중에, 구동회로는 발사 시퀀스에 따라 상기 행에 있는 노즐들을 작동시키며, 상기 발사 시퀀스는 각 그룹의 노즐들이 인쇄유체를 동시에 분사하도록 하고 또한 그 그룹들 각각이 인쇄유체를 계속하여 분사하도록 함으로써, 각 그룹의 노즐들이 적어도 미리 정해진 최소수의 노즐에 의해 서로 이격되어 있고, 하나의 그룹의 노즐들 각각은 적어도 미리 정해진 최소수의 노즐에 의해 순차적으로 인에이블되는 그룹의 노즐들과 이격되어 있다.

선택적으로, 구동회로는 구동펄스가 인쇄 펄스인 인쇄모드와 구동펄스가 디클로그 펄스인 유지보수모드인 2가지 모드로 동작하도록 구성되어 있고, 디클로그 펄스는 인쇄 펄스보다 긴 지속기간을 갖는다.

선택적으로, 구동회로는 PEC로부터의 인쇄 데이터 전송에서 클럭신호를 추출한다.

선택적으로, 구동회로는 전원으로부터 전력을 수신하지 않는 기간 후에 전원으로부터의 전력 수신에 응답하여 알려진 초기상태로 그 자체를 리셋(reset)시킨다.

선택적으로, 구동회로는 복수의 다른 데이터 전송 프로토콜(transmission protocol) 중 어느 하나에서 인쇄 데이터를 수신하도록 구성된다.

제3 형태에 의하면, 본 발명은,

복수의 인접 구역을 갖는 노즐들의 어레이;

노즐들이 인쇄유체의 잉크방울을 분사하도록 개별적으로 노즐들 각각에 전기펄스를 송신하기 위한 구동회로; 및

각 구역 내에 각각 프린트헤드 IC의 온도를 감지하기 위한 복수의 온도센서를 포함하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

여러개의 센서로 프린트헤드 IC를 가로질러 온도를 모니터링(monitoring)하면, 구동회로에 다른 구역들 내의 잉크의 온도 프로파일이 제공된다. 센서들로부터의 피드백을 사용하면, 각 구역 내의 노즐들에 송신되는 구동펄스가 잉크의 유동점도(current viscosity)에 최상으로 적합하게 조절될 수 있다. 어떠한 잉크 점도차를 보상함으로써, 잉크방울 분사특성이 전체의 프린트헤드 IC와 이에 따라 전체의 페이지폭 프린트헤드를 가로질러 균일하게 유지된다. 상술한 바와 같이, 균일한 잉크방울 분사는 인쇄품질을 향상시킨다.

바람직하게는, 구동회로는 한 세트(set)의 온도대(temperature zone)를 규정하는 일련의 온도 임계값으로 프로그램화되고, 각 온도대는 그 온도대에서 현재 동작하는 구역의 노즐들에 송신되는 전기펄스에 대해 다른 펄스 프로파일을 갖는다. 또 다른 바람직한 형태에 있어서, 각 온도대에 대한 펄스 프로파일은, 그 지속기간이 상이하다. 특히 바람직한 형태에 있어서, 관련 구동회로는, 온도센서가 그 구역이 최고의 온도 임계값 이상의 온도에서 동작한다는 것을 나타내는 경우, 펄스 지속기간을 영(zero)으로 설정한다. 일부 실시형태에 있어서, 노즐들의 어레이는 노즐들의 행과 열로 배열되고 각 구역은 복수의 인접 열이며, 이에 의해 구동회로가 노즐들을 하나의 행에 동시에 발사하도록 구성된다. 이 실시형태의 특정 형태에 있어서, 구동회로는 미리 정해진 발사 시퀀스로 발사하도록 그 행의 노즐들을 인에이블시킨다. 이 실시형태의 일부 변형에 있어서, 관련 구동회로는 그 발사 시퀀스 동안에 잉크방울을 발사하지 않게 하는 행의 노즐들 중 임의의 노즐에 대한 부분사(sub ejection) 값으로 펄스 프로파일의 지속기간을 설정한다.

선택적으로, 구동회로는 한 세트의 온도대를 규정하는 일련의 온도 임계값으로 프로그램화되고, 각 온도대는 그 온도대에서 현재 동작하는 구역의 노즐들에 송신되는 전기펄스에 대해 다른 펄스 프로파일을 갖는다.

선택적으로, 각 온도대에 대한 펄스 프로파일은, 그 지속기간이 상이하다.

선택적으로, 구동회로는, 온도센서가 그 구역이 최고의 온도 임계값 이상의 온도에서 동작한다는 것을 나타내는 경우, 펄스 지속기간을 영으로 설정한다.

선택적으로, 노즐들의 어레이는 노즐들의 행과 열로 배열되고 각 구역은 복수의 인접 열이며, 이에 의해 구동회로가 노즐들을 하나의 행에 동시에 발사하도록 구성된다.

선택적으로, 구동회로는 미리 정해진 발사 시퀀스로 발사하도록 그 행의 노즐들을 인에이블시킨다.

선택적으로, 구동회로는 그 발사 시퀀스 동안에 잉크방울을 발사하지 않게 하는 행의 노즐들 중 임의의 노즐에 대한 부분사 값으로 펄스 프로파일의 지속기간을 설정한다.

선택적으로, 개방 액츄에이터 테스트 회로는 인쇄작업 동안 결함노즐 피드백을 생성한다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 복수의 유사한 프린트헤드 IC를 갖는 페이지폭 프린트헤드에 장착된 프린트헤드 IC에 있어서, 모든 프린트헤드 IC는 익셉션(exception)을 갖는 공통의 초기 어드레스(common initial address)를 갖고, 상기 익셉션은, 프린트 엔진 제어기가 상이한 어드레스를 갖는 임의의 프린트헤드 IC에 제1 명령을 전송하도록 하는 상이한 어드레스를 갖고, 프린트헤드 IC를 명령하는 제1 브로드캐스트 명령(broadcast instruction)은 그 어드레스를 제1 고유 어드레스(unique address)로 변경시키는 상이한 어드레스를 갖고, 프린트헤드 IC는, 익셉션이 그 어드레스를 제1 고유 어드레스로 변경시키기만 하면, 공통의 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC 중 하나가 그 어드레스를 상이한 어드레스로 변경되게 되도록 서로 연결되어 있고, 이에 따라 프린트 엔진 제어기가 제2 브로드캐스트 명령을 상이한 어드레스로 전송할 때, 상이한 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC는 그 어드레스를 제2 고유 어드레스로 변경시킬 뿐만 아니라 공통의 어드레스를 갖는 나머지 프린트헤드 IC 중 하나가 상이한 어드레스로 변경되게 되며, 프린트 엔진 제어기가 상호간에 고유 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC를 할당할 때까지 상기한 과정이 반복되도록 하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

선택적으로, 구동회로는 전원으로부터 전력을 수신하지 않는 기간 후에 전원으로부터의 전력 수신에 응답하여 알려진 초기상태로 그 자체를 리셋시킨다.

선택적으로, 구동회로는 복수의 다른 데이터 전송 프로토콜 중 어느 하나에서 인쇄 데이터를 수신하도록 구성된다.

제4 형태에 의하면, 본 발명은,

노즐들의 어레이; 및

노즐들이 인쇄유체의 잉크방울을 분사하도록 개별적으로 노즐들 각각에 구동펄스를 송신하기 위한 구동회로; 를 포함하고,

구동회로가 노즐들 안의 인쇄 유체의 온도에 따라 노즐들에 송신된 구동펄스를 조절하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

개개의 프린트헤드 IC의 온도를 모니터링하면, 구동회로가 페이지폭 프린트헤드의 상이한 프린트헤드 IC들 사이의 어떠한 잉크 점도차도 보상할 수 있게 해준다. 어떠한 잉크 점도차를 보상함으로써, 잉크방울 분사특성이 전체의 프린트헤드를 가로질러 균일하게 유지되어 인쇄품질을 향상시킨다.

바람직하게는, 프린트헤드 IC는, 하나의 구역에 있는 노즐들의 구동펄스가 여러 구역들 사이의 온도차에 따라 또 다른 구역에 있는 노즐들의 구동펄스와 차이가 있도록 어레이의 구역 내에 있는 노즐들의 온도를 각각 감지하는 복수의 온도센서를 더 포함한다. 바람직하게는, 구동회로는 한 세트의 온도대를 규정하는 일련의 온도 임계값으로 프로그램화되고, 각 온도대는 그 온도대에서 현재 동작하는 구역의 노즐들에 송신되는 전기펄스에 대해 다른 펄스 프로파일을 갖는다. 또 다른 바람직한 형태에 있어서, 각 온도대에 대한 펄스 프로파일은, 그 지속기간이 상이하다. 특히 바람직한 형태에 있어서, 구동회로는, 온도센서가 그 구역이 최고의 온도 임계값 이상의 온도에서 동작한다는 것을 나타내는 경우, 펄스 지속기간을 영으로 설정한다. 일부 실시형태에 있어서, 노즐들의 어레이는 노즐들의 행과 열로 배열되고 각 구역은 복수의 인접 열이며, 이에 의해 구동회로가 노즐들을 하나의 행에 동시에 발사하도록 구성된다. 이 실시형태의 특정 형태에 있어서, 구동회로는 미리 정해진 발사 시퀀스로 발사하도록 그 행의 노즐들을 인에이블시킨다. 이 실시형태의 일부 변형에 있어서, 구동회로는 그 발사 시퀀스 동안에 잉크방울을 발사하지 않게 하는 행의 노즐들 중 임의의 노즐에 대한 부분사 값으로 펄스 프로파일의 지속기간을 설정한다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 하나의 구역에 있는 노즐들의 구동펄스가 여러 구역들 사이의 온도차에 따라 또 다른 구역에 있는 노즐들의 구동펄스와 차이가 있도록 어레이의 구역 내에 있는 노즐들의 온도를 각각 감지하는 복수의 온도센서를 더 포함하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

선택적으로, 구동회로는 그 발사 시퀀스 동안에 잉크방울을 발사하지 않게 하는 행의 노즐들 중 임의의 노즐에 대한 부분사(sub ejection) 값으로 펄스 프로파일의 지속기간을 설정한다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 복수의 유사한 프린트헤드 IC를 갖는 페이지폭 프린트헤드에 장착된 프린트헤드 IC에 있어서, 모든 프린트헤드 IC는 익셉션을 갖는 공통의 초기 어드레스를 갖고, 상기 익셉션은, 프린트 엔진 제어기가 상이한 어드레스를 갖는 임의의 프린트헤드 IC에 제1 명령을 전송하도록 하는 상이한 어드레스를 갖고, 프린트헤드 IC를 명령하는 제1 브로드캐스트 명령은 그 어드레스를 제1 고유 어드레스로 변경시키는 상이한 어드레스를 갖고, 프린트헤드 IC는, 익셉션이 그 어드레스를 제1 고유 어드레스로 변경시키기만 하면, 공통의 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC 중 하나가 그 어드레스를 상이한 어드레스로 변경되게 되도록 서로 연결되어 있고, 이에 따라 프린트 엔진 제어기가 제2 브로드캐스트 명령을 상이한 어드레스로 전송할 때, 상이한 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC는 그 어드레스를 제2 고유 어드레스로 변경시킬 뿐만 아니라 공통의 어드레스를 갖는 나머지 프린트헤드 IC 중 하나가 상이한 어드레스로 변경되게 되며, 프린트 엔진 제어기가 상호간에 고유 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC를 할당할 때까지 상기한 과정이 반복되도록 하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은, 액츄에이터가 결함이 있는지를 평가하기 위해 저항성 히터의 저항과 미리 정해진 임계값을 비교하면서 구동신호를 수신할 때 그 액츄에이터를 선택적으로 디스에이블시키기 위한 개방 액츄에이터 테스트 회로를 더 포함하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

선택적으로, 사용 중에, 온도센서는 사용기간 후 작동중지될 수 있다.

제5 형태에 의하면, 본 발명은,

노즐들의 어레이; 및

노즐들이 인쇄유체의 잉크방울을 분사하도록 개별적으로 노즐들 각각에 구동펄스를 송신하기 위한 구동회로; 및

노즐들의 어레이 내의 인쇄유체의 온도를 감지하기 위한 온도센서; 를 포함하고,

구동회로는 그 센서가 온도가 미리 정해진 최대값을 초과한다는 것을 나타낼 때 상기 어레이의 노즐들 중 적어도 일부에 송신되는 구동펄스를 차단하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

히터를 최대온도에서 작동중지하면, 인쇄작업이 사실상 중단되지만 노즐 소손(burn-out)이 방지된다. 과열용 세이프가드(overheating safeguard)는, 문제가 해결되었을 때 노즐이 복구되도록 해준다.

바람직하게는, 구동회로는, 미리 정해진 최대값에서의 지속기간이 영이 되도록 인쇄유체의 온도가 미리 정해진 최대값에 접근할 때 구동펄스의 지속기간을 줄인다.

바람직하게는, 프린트헤드 IC는, 하나의 구역에 있는 노즐들의 구동펄스가 여러 구역들 사이의 온도차에 따라 또 다른 구역에 있는 노즐들의 구동펄스와 차이가 있도록 어레이의 구역 내에 있는 노즐들의 온도를 각각 감지하는 복수의 온도센서를 더 포함한다. 바람직하게는, 구동회로는 한 세트의 온도대를 규정하는 일련의 온도 임계값으로 프로그램화되고, 각 온도대는 그 온도대에서 현재 동작하는 구역의 노즐들에 송신되는 전기펄스에 대해 다른 펄스 프로파일을 갖는다. 일부 실시형태에 있어서, 노즐들의 어레이는 노즐들의 행과 열로 배열되고 각 구역은 복수의 인접 열이며, 이에 의해 구동회로가 노즐들을 하나의 행에 동시에 발사하도록 구성된다. 이 실시형태의 특정 형태에 있어서, 구동회로는 미리 정해진 발사 시퀀스로 발사하도록 그 행의 노즐들을 인에이블시킨다. 이 실시형태의 일부 변형에 있어서, 구동회로는 그 발사 시퀀스 동안에 잉크방울을 발사하지 않게 하는 행의 노즐들 중 임의의 노즐에 대한 부분사 값으로 펄스 프로파일의 지속기간을 설정한다.

선택적으로, 구동회로는, 미리 정해진 최대값에서의 지속기간이 영이 되도록 인쇄유체의 온도가 미리 정해진 최대값에 접근할 때 구동펄스의 지속기간을 줄인다.

제6 형태에 의하면, 본 발명은,

노즐들의 어레이; 및

인쇄 데이터를 수신하여 그 인쇄 데이터에 따라 노즐들에 구동펄스를 송신하기 위한 구동회로; 를 포함하고,

구동펄스는 그 시간에 발사하도록 설계된 노즐들로부터 인쇄유체를 분사하는데 충분한 에너지를 갖는 분사용 펄스 및, 그 시간에 발사하지 않도록 설계된 노즐들로부터 인쇄유체를 분사하는데 불충분한 에너지를 갖는 부분사용 펄스로 이루어지는 프린트헤드 IC를 제공한다.

구동회로는, 인쇄 데이터가 노즐을 동시에 발사되도록 설계하였는지에 관계없이 어레이 내의 모든 노즐에 구동펄스를 송신한다. 비발사 노즐(non-firing nozzle)에는 잉크방울을 분사하는데 충분하지 않지만 그 노즐에의 잉크온도를 유지하는 부분사용 펄스가 송신됨으로써, 다음에 잉크방울이 발사될 때, 점도가 더 자주 발사하는 노즐들의 점도와 유사하다.

바람직하게는, 부분사용 펄스는 분사용 펄스와 같은 전압과 전류를 갖지만 더 짧은 지속기간을 갖는다. 또 다른 바람직한 형태에 있어서, 프린트헤드 IC는 어레이의 적어도 일부의 온도를 나타내는 출력을 갖는 온도센서를 더 포함함으로써, 온도가 미리 정해진 최대값 이상임을 온도센서가 나타내는 경우, 상기 구동회로는 구동펄스의 지속기간을 영으로 설정한다.

바람직하게는, 프린트헤드 IC는, 하나의 구역에 있는 노즐들의 구동펄스가 여러 구역들 사이의 온도차에 따라 또 다른 구역에 있는 노즐들의 구동펄스와 차이가 있도록 어레이의 구역 내에 있는 노즐들의 온도를 각각 감지하는 복수의 온도센서를 더 포함한다. 바람직하게는, 구동회로는 한 세트의 온도대를 규정하는 일련의 온도 임계값으로 프로그램화되고, 각 온도대는 그 온도대에서 현재 동작하는 구역의 노즐들에 송신되는 구동펄스에 대해 다른 펄스 프로파일을 갖는다.

일부 실시형태에 있어서, 노즐들의 어레이는 노즐들의 행과 열로 배열되고 각 구역은 복수의 인접 열이며, 이에 의해 구동회로가 노즐들을 하나의 행에 동시에 발사하도록 구성된다. 이 실시형태의 특정 형태에 있어서, 구동회로는 미리 정해진 발사 시퀀스로 발사하도록 그 행의 노즐들을 인에이블시킨다.

선택적으로, 부분사용 펄스는 분사용 펄스와 같은 전압과 전류를 갖지만 더 짧은 지속기간을 갖는다.

또 다른 형태에 있어서, 프린트헤드 IC는 어레이의 적어도 일부의 온도를 나타내는 출력을 갖는 온도센서를 더 포함함으로써, 온도가 미리 정해진 최대값 이상임을 온도센서가 나타내는 경우, 상기 구동회로는 구동펄스의 지속기간을 영으로 설정한다.

선택적으로, 구동회로는 한 세트의 온도대를 규정하는 일련의 온도 임계값으로 프로그램화되고, 각 온도대는 그 온도대에서 현재 동작하는 구역의 노즐들에 송신되는 구동펄스에 대해 다른 펄스 프로파일을 갖는다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 미리 정해진 발사 시퀀스로 발사하도록 그 행의 노즐들을 인에이블시키는 구동회로를 더 포함하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

선택적으로, 구동회로는 노즐들 내의 인쇄유체의 온도에 따라 노즐들에 송신된 구동펄스를 조절한다.

선택적으로, 사용 중에, 구동회로는 온도센서 출력에 따라 구동펄스를 조절한다.

제7 형태에 의하면, 본 발명은,

노즐들의 어레이;

인쇄 데이터를 수신하여 그 인쇄 데이터에 따라 노즐들의 어레이에 전기 에너지의 구동펄스를 송신하기 위한 관련된 구동회로; 및

온도센서 출력에 따라 구동펄스 프로파일을 조절하도록 구동회로에 연결된 온도센서; 를 포함하고, 사용 중에

온도센서가 사용기간 후에 작동중지될 수 있는 프린트헤드 IC를 제공한다.

각 프린트헤드 IC 상의 온도센서는, 구동회로가 구동펄스를 조절하여 온도변동을 보상하도록 해준다. 그러나, 온도센서는 다른 회로들에서 노이즈(noise)를 생성하는 부가적인 전자부품이고, 추가된 전력부하(power load)이다. 온도센서를 작동중지함으로써, 작동 온도가 알려지기만 하면, 온도센서에 의해 발생되는 전력과 노이즈 문제는 일시적인 현상이다. 프린트헤드 IC의 온도는 그 작동 온도에 도달하자마자 급속히 또는 다량으로 변화하지 않을 것으로 보이기 때문에, 그 온도센서는 구동펄스 프로파일에 대한 어떤 온도 보상이 수정될 높은 가능성으로 작동중지될 수 있다.

바람직하게는, 온도센서는, 필요한 경우 구동회로가 구동펄스 프로파일을 조절할 수 있도록 주기적으로 재작동된다. 또 다른 바람직한 형태에 있어서, 프린트헤드 IC는 어레이를 따라 이격된 복수의 온도센서를 가지며, 사용 중에, 온도센서들의 하나 이상이 작동중지될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 복수의 온도센서의 각각은 인쇄작업 중의 기간 동안 순차적으로 작동된다. 선택적으로, 복수의 온도센서는 2개 이상의 그룹으로 분할되며, 각각의 그룹은 인쇄작업의 지속기간 동안 미리 정해진 반복 시퀀스에 따른 감지기간 동안 작동된다.

바람직하게는, 복수의 온도센서 각각은, 하나의 구역에 있는 노즐들의 구동펄스가 다른 구역에 있는 노즐들의 구동펄스와 다르도록 어레이의 상응하는 구역의 온도를 감지하도록 구성된다. 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 온도센서에서의 모든 제2 온도센서는, 구동회로가 작동되는 각 온도센서에 상응하는 구역에 대한 구동펄스 프로파일을 조절하고 또한 온도세서가 작동중지되는 인접한 구역에 동일한 조절을 적용하도록 작동중지된다. 바람직하게는, 구동회로는 한 세트의 온도대를 규정하는 일련의 온도 임계값으로 프로그램화되고, 각 온도대는 그 온도대에서 현재 동작하는 구역의 노즐들에 송신되는 전기펄스에 대해 다른 펄스 프로파일을 갖는다. 또 다른 바람직한 형태에 있어서, 각 온도대에 대한 펄스 프로파일은, 그 지속기간이 상이하다. 특히 바람직한 형태에 있어서, 구동회로는, 온도센서가 그 구역이 최고의 온도 임계값 이상의 온도에서 동작한다는 것을 나타내는 경우, 펄스 지속기간을 영으로 설정한다. 일부 실시형태에 있어서, 노즐들의 어레이는 노즐들의 행과 열로 배열되고 각 구역은 복수의 인접 열이며, 이에 의해 구동회로가 노즐들을 하나의 행에 동시에 발사하도록 구성된다. 이 실시형태의 특정 형태에 있어서, 구동회로는 미리 정해진 발사 시퀀스로 발사하도록 그 행의 노즐들을 인에이블시킨다. 이 실시형태의 일부 변형에 있어서, 구동회로는 그 발사 시퀀스 동안에 잉크방울을 발사하지 않게 하는 행의 노즐들 중 임의의 노즐에 대한 부분사 값으로 펄스 프로파일의 지속기간을 설정한다.

선택적으로, 온도센서는, 필요한 경우 구동회로가 구동펄스 프로파일을 조절할 수 있도록 주기적으로 재작동된다.

또 다른 바람직한 형태에 있어서, 본 발명은 어레이를 따라 이격된 복수의 온도센서를 더 포함하며, 사용 중에, 온도센서들의 하나 이상이 작동중지될 수 있는 프린트헤드 IC를 제공한다.

선택적으로, 복수의 온도센서의 각각은 인쇄작업 중의 기간 동안 순차적으로 작동된다.

선택적으로, 복수의 온도센서는 2개 이상의 그룹으로 분할되며, 각각의 그룹은 인쇄작업의 지속기간 동안 미리 정해진 반복 시퀀스에 따른 감지기간 동안 작동된다.

선택적으로, 복수의 온도센서 각각은, 하나의 구역에 있는 노즐들의 구동펄스가 다른 구역에 있는 노즐들의 구동펄스와 다르도록 어레이의 상응하는 구역의 온도를 감지하도록 구성된다.

선택적으로, 복수의 온도센서에서의 모든 제2 온도센서는, 구동회로가 작동되는 각 온도센서에 상응하는 구역에 대한 구동펄스 프로파일을 조절하고 또한 온도세서가 작동중지되는 인접한 구역에 동일한 조절을 적용하도록 작동중지된다.

제8 형태에 의하면, 본 발명은,

여러 행으로 배열된 노즐들의 어레이를 포함하고, 노즐들의 각 행은 복수의 그룹으로 분할되는데 각 그룹은 적어도 1개의 노즐을 가지며; 그리고

노즐들이 인쇄유체의 잉크방울을 분사하도록 개별적으로 노즐들 각각에 구동펄스를 송신하기 위한 구동회로를 포함하며;

구동회로는 다른 그룹들 중 적어도 하나에 대해 그 그룹들 중 하나에 구동펄스를 송신하는 것을 지연시키는 잉크젯 프린터를 제공한다.

노즐들을 단계적으로 발사함으로써, 전원 공급부로부터 공급된 전류의 변화율(rate of change)이 감소된다. 이는 회로의 임피던스(impedance)와 그에 따른 전압강하(voltage sag)를 저하시킨다. 행의 모든 노즐들을 발사하는데 유용한 최소시간은 잉크 리필(refill) 시간에 의해 설정된다. 본 출원인의 프린트헤드 IC 디자인에 있어서, 잉크 리필 시간은 약 50 마이크로초(microsecond)일 수 있다. 발사펄스(firing pulse)의 지속기간은 약 300∼500 나노초(nanosecond)이다. 10개의 노즐 열을 갖는 프린트헤드 IC에 있어서, 각 열은 모든 노즐을 발사하기 위해 약 5 마이크로초가 걸린다. 상기 행을 적은 시간으로 발사하는 것은 가능하지만, 이는 상기 행이 행 발사들 사이에 완전히 정지상태로 몇 시간을 보낸다는 것을 의미한다. 본 발명은 그 행에서 노즐 발사 시퀀스의 시간차를 두기 위해 이러한 시간을 활용하는 것이며, 이에 의해 요구되는 전류의 증가가 원활하게 된다.

바람직하게는, 노즐들의 행은 일련의 구역으로 이루어져 있고, 그 세트는 하나의 구역 내에 위치되는 노즐들에 의해 정해진다. 또 다른 바람직한 형태에 있어서, 각 행은 모든 노즐로부터 인쇄유체를 분사하는데 유용한 전체시간 및 하나의 구역에 있는 노즐들로부터 인쇄유체를 분사하기 위해 송신되는 구동펄스를 가지며, 이 구동펄스는 적어도 하나의 다른 구역의 노즐들로부터 인쇄유체를 분사하기 위해 송신되는 구동펄스와 부분적으로 겹쳐진다.

선택적으로, 어레이는 일련의 구역으로 이루어지는데, 각 행으로부터의 그룹의 수는 그 구역 각각의 범위 내에 있으므로, 구동회로는 각 구역에 구동펄스를 순차적으로 송신하기 시작한다.

선택적으로, 구동펄스는, 각 그룹에서의 1개의 노즐만이 동시에 발사되도록 발사 시퀀스로 각 구역에 송신되며, 상기 각 구역의 발사 시퀀스는, 하나의 구역으로부터의 발사 시퀀스가 동일한 행의 다른 구역들로부터의 발사 시퀀스들보다 많이 부분적으로 겹친다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 구동회로가 온도센서 출력에 따라 구동펄스를 조절하도록 노즐들의 어레이를 따라 위치된 복수의 온도센서를 포함하는 잉크젯 프린터를 제공한다.

선택적으로, 노즐들의 어레이와 구동회로는 복수의 유사한 프린트헤드 IC를 갖는 페이지폭 프린트헤드에 장착된 프린트헤드 IC 상에 제조되며, 프린트헤드 IC 모두는 익셉션을 갖는 공통의 초기 어드레스를 갖고, 상기 익셉션은, 프린트 엔진 제어기가 상이한 어드레스를 갖는 임의의 프린트헤드 IC에 제1 명령을 전송하도록 하는 상이한 어드레스를 갖고, 프린트헤드 IC를 명령하는 제1 브로드캐스트 명령은 그 어드레스를 제1 고유 어드레스로 변경시키는 상이한 어드레스를 갖고, 프린트헤드 IC는, 익셉션이 그 어드레스를 제1 고유 어드레스로 변경시키기만 하면, 공통의 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC 중 하나가 그 어드레스를 상이한 어드레스로 변경되게 되도록 서로 연결되어 있고, 이에 따라 프린트 엔진 제어기가 제2 브로드캐스트 명령을 상이한 어드레스로 전송할 때, 상이한 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC는 그 어드레스를 제2 고유 어드레스로 변경시킬 뿐만 아니라 공통의 어드레스를 갖는 나머지 프린트헤드 IC 중 하나가 상이한 어드레스로 변경되게 되며, 프린트 엔진 제어기가 상호간에 고유 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC를 할당할 때까지 상기한 과정이 반복된다.

제9 형태에 의하면, 본 발명은,

여러 행으로 배열된 노즐들의 어레이를 포함하고, 각 행은 복수의 노즐 그룹으로 이루어지는데 각 그룹의 노즐은 다른 그룹으로부터의 노즐들과 산재(intersperse)되어 있으며; 그리고

발사 시퀀스에 따라 상기 행에 있는 노즐들을 작동시키는 관련된 구동회로를 포함하고, 이 발사 시퀀스는 각 그룹의 노즐들이 인쇄유체를 동시에 분사시키도록 함과 아울러 각 그룹이 인쇄유체를 순차적으로 분사시키도록 하며;

각 그룹의 노즐들은 적어도 미리 정해진 최소수의 노즐에 의해 서로 이결되고 하나의 그룹의 노즐들 각각은 적어도 미리 정해진 최소수의 노즐에 의해 순차적으로 인에이블되는 그룹의 노즐들과 이격되어 있다.

본 발명은, 노즐들이 엇갈리게 배열된 그룹(staggered group)으로 발사하도록 각 행의 노즐 발사 시퀀스를 설정하며, 각 그룹의 노즐들은 동시에 발사되는 노즐, 또는 이후 바로 발사될 노즐과 너무 근접하지 않도록 선택될 수 있다. 노즐 발사를 단계적으로 하면, 전체 행을 동시에 발사하는데 요구되는 고전류가 회피된다. 동시에 발사되는 노즐들과 그 후 바로 발사되는 노즐들 사이의 최소 간격을 유지하면, 유동적인 크로스토크(fluidic cross talk)와 공기역학적인 간섭(aerodynamic interference)의 해로운 영향이 회피된다.

주목할 점은, 인쇄 데이터가 동일한 발사 시퀀스로 발사하기 위해 하나의 행에 있는 모든 노즐을 요구하지 않을 것이라는 것이다. 그러나, 본 발명은, 모든 노즐이 잉크방울을 분사하는지에 관계없이 발사 시퀀스 내에서 임의의 시간으로 발사시키도록 할 수 있다. 그러므로, 동시에 발사 노즐들, 또는 순차적으로 발사하는 노즐들 사이의 간격은 미리 정해진 최소간격보다 큰 경우가 있을 수 있지만, 이는 인쇄품질에 유해하지는 않는다. 본 발명은 2개의 잠재적으로 간섭하는 잉크방울들 사이의 간격이 미리 정해진 최소간격보다 작지 않도록 하는 것에 관한 것이다.

바람직하게는, 상기 행은, 그 행을 가로지르는 스팬(span)의 수가 노즐들의 그룹의 수와 같도록 모든 노즐로부터 하나의 노즐만을 갖는 스팬으로 분할된다. 또 다른 바람직한 형태에 있어서, 순차적으로 인에이블되는 노즐들 사이에서 미리 정해진 최소수의 노즐은 일정한 방향으로 각 스팬을 따른 일정한 시프트(shift)이며, 이 시프트는 1보다 큰 정수인 노즐 수이며 스팬 방향으로의 노즐 수의 인수(factor)가 아니므로, 각 스팬에서의 순차적으로 인에이블되는 노즐들은 그 시프트를 실행하기 위해 마지막으로 남겨진 불충분한 노즐이 있을 때까지 상기 스팬의 한쪽 끝을 향하여 전진되는데, 이 경우에, 상기 시프트는, 그 스팬의 모든 노즐이 발사 시퀀스 동안 일단 인에이블되도록 스팬의 반대쪽 끝에 있는 노즐들로 완성된다.

특히 바람직한 형태에 있어서, 시프트는 스팬의 제곱근에 가장 가까운 정수인 노즐 수로서, 어떤 인수가 아니다(즉, 스팬은 나머지 없이 시프트에 의해 나누어질 수 없다). 본 출원인은, 이것이 분사되는 잉크방울에 대한 시간과 공간의 최소간격을 제공한다는 것을 알았다.

선택적으로, 상기 행은, 그 행을 가로지는 스팬 수가 노즐들의 그룹 수와 같도록 모든 그룹으로부터 하나의 노즐만을 갖는 스팬으로 분할된다.

선택적으로, 순차적으로 인에이블되는 노즐들 사이에서 미리 정해진 최소수의 노즐은 일정한 방향으로 각 스팬을 따른 일정한 시프트이며, 이 시프트는 1보다 큰 정수인 노즐 수이며 스팬 방향으로의 노즐 수의 인수가 아니므로, 각 스팬에서의 순차적으로 인에이블되는 노즐들은 그 시프트를 실행하기 위해 마지막으로 남겨진 불충분한 노즐이 있을 때까지 상기 스팬의 한쪽 끝을 향하여 전진되는데, 이 경우에, 상기 시프트는, 그 스팬의 모든 노즐이 발사 시퀀스 동안 일단 인에이블되도록 스팬의 반대쪽 끝에 있는 노즐들로 완성된다.

선택적으로, 시프트는 스팬의 제곱근에 가장 가까운 정수인 노즐 수로서, 어떤 인수가 아니다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은, 구동회로가 온도센서 출력에 따라 구동펄스를 조절하도록 노즐들의 어레이를 따라 위치된 복수의 온도센서를 포함하는 잉크젯 프린터를 제공한다.

선택적으로, 복수의 온도센서 각각은 인쇄작업 중의 기간 동안 순차적으로 작동된다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 복수의 유사한 프린트헤드 IC를 갖는 페이지폭 프린트헤드에 장착된 잉크젯 프린터에 있어서, 프린트헤드 IC 모두는 익셉션을 갖는 공통의 초기 어드레스를 갖고, 상기 익셉션은, 프린트 엔진 제어기가 상이한 어드레스를 갖는 임의의 프린트헤드 IC에 제1 명령을 전송하도록 하는 상이한 어드레스를 갖고, 프린트헤드 IC를 명령하는 제1 브로드캐스트 명령은 그 어드레스를 제1 고유 어드레스로 변경시키는 상이한 어드레스를 갖고, 프린트헤드 IC는, 익셉션이 그 어드레스를 제1 고유 어드레스로 변경시키기만 하면, 공통의 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC 중 하나가 그 어드레스를 상이한 어드레스로 변경되게 되도록 서로 연결되어 있고, 이에 따라 프린트 엔진 제어기가 제2 브로드캐스트 명령을 상이한 어드레스로 전송할 때, 상이한 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC는 그 어드레스를 제2 고유 어드레스로 변경시킬 뿐만 아니라 공통의 어드레스를 갖는 나머지 프린트헤드 IC 중 하나가 상이한 어드레스로 변경되게 되며, 프린트 엔진 제어기가 상호간에 고유 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC를 할당할 때까지 상기한 과정이 반복되도록 하는 잉크젯 프린터를 제공한다.

제10 형태에 의하면, 본 발명은 공급방향(feed direction)으로 프린트헤드를 지나 공급된 매체기판(media substrate) 상에 인쇄하기 위한 페이지폭 프린트헤드를 제공하도록 하나의 프린트헤드 IC를 적어도 하나의 다른 유사한 프린트헤드 IC와 함께 장착하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드 IC에 있어서,

노즐들을 여러 행으로 배열한 길다란 노즐들의 어레이를 포함하고, 행들 중 적어도 하나는 공급방향에 수직하게 뻗는 라인(line)에 위치된 제1 부분, 제1 부분으로부터 변위(displace)된 평행한 라인을 따라 위치된 제2 부분, 및 제1 부분과 제2 부분 사이로 뻗는 노즐들의 중간부분을 가지며;

제1 부분, 제2 부분 및 중간부분에 인쇄유체를 공급하기 위한 공급관(supply conduit)을 포함하고, 상기 공급관은 노즐들의 제1 부분을 공급하기 위해 공급방향에 수직하게 뻗는 제1 부분, 노즐들의 제2 부분을 공급하기 위해 공급방향에 수직하게 뻗는 제2 부분 및 노즐들의 중간부분을 공급하기 위한 경사부분을 갖는 잉크젯 프린터용 프린트헤드 IC를 제공한다.

드롭 트라이앵글(drop triangle)을 갖추기 위해 노즐 열들의 부분을 아래쪽으로 기울이면, 상응하는 공급관의 날카로운 모서리를 회피할 수 있다.

바람직하게는, 노즐들의 중간부분은 제1 부분으로부터 그 중간부분까지 단차식 경로(stepped path)의 뒤를 따른다. 또 다른 바람직한 형태에 있어서, 단차식 경로는 각각 2개의 노즐을 갖는 단차(step)를 포함하고, 각 단차 위의 2개의 노즐은 공급방향에 수직하게 뻗는 라인 상에 위치되어 있다. 특히 바람직한 형태에 있어서, 상기 어레이의 각 행은 공급방향에 수직하게 뻗는 제1 부분과 제2 부분 및 이들 2개 사이로 뻗는 경사부분을 갖는다. 일부 실시형태에 있어서, 노즐들의 어레이는 웨이퍼 기판의 일측 상에 제조되고 공급관은 웨이퍼 기판의 반대측으로 에칭된 연속적인 채널(channel)이다. 특정한 형태에 있어서, 각 공급관은 노즐의 행들 중 2개에 인쇄유체를 공급한다.

선택적으로, 노즐들의 중간부분은 제1 부분으로부터 그 중간부분까지 단차식 경로의 뒤를 따른다.

선택적으로, 단차식 경로는 각각 2개의 노즐을 갖는 단차를 포함하고, 각 단차 위의 2개의 노즐은 공급방향에 수직하게 뻗는 라인 상에 위치되어 있다.

선택적으로, 노즐들의 어레이는 웨이퍼 기판의 일측 상에 제조되고 공급관은 웨이퍼 기판의 반대측으로 에칭된 연속적인 채널이다.

선택적으로, 노즐들은 인쇄 엔진 제어기로부터의 인쇄 데이터에 따라 인쇄유체를 분사하며, 중간부분으로부터 분사된 인쇄유체는 단차식 경로 상의 각 단차에 의해 점진적으로 지연된다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은, 구동회로가 온도센서 출력에 따라 구동펄스를 조절하도록 노즐들의 어레이를 따라 위치된 복수의 온도센서를 더 포함하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

제11 형태에 의하면, 본 발명은 프린트헤드 IC에 있어서, 노즐들의 어레이를 포함하고, 그 각각은 인쇄유체의 방울이 노즐을 통하여 분사되도록 하는 인쇄유체 중의 증기기포(vapor bubble)를 형성하기 위한 상응하는 히터를 구비하고;

히터를 가동하는 구동펄스를 생성하기 위한 구동회로를 포함하고, 구동회로는 구동펄스가 인쇄 펄스인 인쇄모드와 구동펄스가 디클로그 펄스인 유지보수모드인 2가지 모드로 동작하도록 구성되어 있고, 디클로그 펄스는 인쇄 펄스보다 긴 지속기간을 갖는 프린트헤드 IC를 제공한다.

비교적 길고 낮은 전력펄스에 의해 형성된 기포는 대형 기포(larger bubble)이다. 대형 기포는 잉크에 보다 큰 임퍼스(impulse)를 주고 이에 따라 노즐의 디클로그를 더 좋게 할 수 있다. 임펄스란, 기포 면적과 펄스 지속기간에 걸쳐 통합된 압력을 말한다. 인쇄모드 중에는, 그 임펄스는 기포를 신속히 핵모양으로 생성하여, 히터가 과열온도까지 가열됨에 따라 열전도(conduction)에 의해 잉크 속에 손실되는 열을 감소시키는 것이 바람직하다. 펄스 전력을 낮춤으로써, 기포 핵생성이 지연된다. 이러한 지연 도중에, 히터는 잉크 속으로 전달된 열을 증가시킨다. 잉크의 열 에너지는 상승되며, 핵생성시에, 저장된 에너지는 보다 큰 임펄스를 갖는 대형 기포로서 방출된다.

선택적으로, 디클로그 펄스는 인쇄유체 속의 기포를 핵생성하는데에 충분한 에너지를 갖지 않는 일련의 부분사 펄스에 의해 선행된다.

선택적으로, 구동회로는 인쇄작업 중에 노즐들의 적어도 일부에 디클로그 펄스를 송신한다.

선택적으로, 구동회로는 인쇄작업의 페이지들 사이에 디클로그 펄스를 송신한다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은, 구동회로가 온도센서 출력에 따라 구동펄스를 조절하도록 노즐들의 어레이를 따라 위치된 복수의 온도센서를 더 포함하는 잉크젯 프린터를 제공한다.

제12 형태에 의하면, 본 발명은, 잉크젯 프린터용 프린트헤드 IC에 있어서, 잉크젯 프린터가 프린트헤드 IC에 인쇄 데이터를 송신하기 위한 PEC를 갖고, 프린트헤드 IC는 매체기판 상에 인쇄유체의 방울을 분사하기 위한 노즐들의 어레이; 및 노즐들의 어레이를 구동하기 위한 것으로, PEC로부터의 데이터 전송으로부터 클럭신호를 추출하도록 구성되어 있는 구동회로; 를 포함하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

클럭신호를 인쇄 데이터 신호에 합체함으로써, PEC와 프린트헤드 IC 사이에 다수의 접속이 존재한다. 카트리지가 삽입시 결합되는 전기적인 인터페이스가 더 적은 접점을 갖고 이에 따라 설치가 더 용이하기 때문에, 페이지폭 프린트헤드가 교환가능한 카트리지로서 제공되는 경우 특히 유리하다. 모든 프린트헤드 IC에 쓰기 어드레스(write address)를 부여하고 그 프린트헤드를 그 데이터 출력을 통해 함께 직렬 연결 방식(daisy-chain)으로 하면, PEC가 단일 데이터 인 라인(data in line)과 단일 데이터 아웃 라인(data out line)을 갖게 할 수 있다. 이 경우에, 전기적인 인터페이스는 2개의 접점만을 갖는다.

전원 공급(power up)에 따라 프린트헤드 IC를 초기화함으로써, PEC/프린트헤드 IC의 인터페이스는 IC 각각에 접속된 별개의 리셋 라인을 필요로 하지 않는다. 실제로는, PEC는 2개의 전기적인 접속부를 가질 수 있다. 사용하는 프린트헤드 IC를 초기화할 필요는 없다. 인쇄 데이터가 자기 클럭킹(self clocking) 데이터 신호를 통해 송신되는 경우, PEC로부터 프린트헤드 IC로의 '데이터 인' 과 프린트헤드 IC로부터 PEC로의 '데이터 아웃' 라인은 요구되는 접속부일 뿐이다. 데이터 인 신호가 자기 클럭킹이 아니면, PEC/프린트헤드 IC 인터페이스를 통해 클럭 라인을 갖는 것이 필요하게 될 것이다.

선택적으로, 데이터 전송은 모든 클럭 기간에서 상승 에지(rising edge)를 갖는 디지털 신호이다.

선택적으로, 구동회로는 그 기간 동안 하강 에지(falling edge)의 위치에 의해 모든 클럭 기간으로부터 데이터 비트(data bit)를 결정한다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 페이지폭 프린트헤드를 형성하기 위해 다른 유사한 프린트헤드 IC와 연결되는 프린트헤드 IC에 있어서, 데이터 전송이 모든 프린트 헤드에 멀티 드롭(multi-drop)되고 각 프린트헤드가 PRC에 의해 제공된 고유 쓰기 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC를 제공한다.

선택적으로, 프린트헤드와 PEC 사이의 인터페이스는 2개의 접속부만을 갖는다.

제13 형태에 의하면, 본 발명은 잉크젯 프린터용 프린트헤드 IC에 있어서, 잉크젯 프린터가 프린트헤드 IC에 인쇄 데이터를 송신하기 위한 PEC를 갖고, 프린트헤드 IC는, 매체 기판 상에 인쇄유체의 방울을 분사하기 위한 노즐들의 어레이; 및 노즐들의 어레이를 구동하기 위한 것으로, 프린터의 전원에 접속하기 위해 구성된 구동회로; 를 포함하고, 구동회로는 전원으로부터 전력을 수신하지 않는 기간 후에 전원으로부터 전력을 수신함에 따라 알려진 초기상태로 그 자체를 리셋시키도록 구성되어 있는 잉크젯 프린터용 프린트헤드 IC를 제공한다.

전원 공급에 따라 프린트헤드 IC를 초기화함으로써, PEC/프린트헤드 IC의 인터페이스는 IC 각각에 접속된 별개의 리셋 라인을 필요로 하지 않는다. 실제로는, PEC는 2개의 전기적인 접속부를 가질 수 있다. 사용하는 프린트헤드 IC를 초기화할 필요는 없다. 인쇄 데이터가 자기 클럭킹 데이터 신호를 통해 송신되는 경우, PEC로부터 프린트헤드 IC로의 '데이터 인' 과 프린트헤드 IC로부터 PEC로의 '데이터 아웃' 라인은 요구되는 접속부일 뿐이다. 데이터 인 신호가 자기 클럭킹이 아니면, PEC/프린트헤드 IC 인터페이스를 통해 클럭 라인을 갖는 것이 필요하게 될 것이다.

선택적으로, 구동회로는 PEC로부터의 데이터 전송으로부터 클럭 신호를 추출하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 데이터 전송은 모든 클럭 기간에서 상승 에지를 갖는 디지털 신호이다.

선택적으로, 구동회로는 그 기간 동안 하강 에지의 위치에 의해 모든 클럭 기간으로부터 데이터 비트를 결정한다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 페이지폭 프린트헤드를 형성하기 위해 다른 유사한 프린트헤드 IC와 연결되는 프린트헤드 IC에 있어서, 데이터 전송이 모든 프린트 헤드에 멀티 드롭되고 각 프린트헤드가 PRC에 의해 제공된 고유 쓰기 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC를 제공한다.

선택적으로, 구동회로는 복수의 상이한 데이터 전송 프로토콜 중 어느 하나에 인쇄 데이터를 수신하도록 구성된다.

제14 형태에 의하면, 본 발명은 잉크젯 프린터용 프린트헤드 IC에 있어서, 잉크젯 프린터가 미리 정해진 데이터 전송 프로토콜에 따라 프린트헤드 IC에 인쇄 데이터를 송신하기 위한 PEC를 갖고, 프린트헤드 IC는 매체기판 상에 유체를 인쇄하는 방울을 분사하기 위한 노즐들의 어레이; 및 노즐들의 어레이를 구동하기 위한 구동회로; 를 포함하고, 구동회로는 복수의 다른 데이터 전송 프로토콜들 중 어느 하나에 인쇄 데이터를 수신하도록 구성되어 있는 잉크젯 프린터용 프린트헤드 IC를 제공한다.

프린트헤드 IC를 다른 데이터 전송 프로토콜과 호환되게 만들면, 프린트헤드 IC 디자인의 융통성이 커진다. 융통성 있는 디자인은 제조될 필요가 있는 칩(chip)의 형태를 낮추고 이에 따라 생산단가를 내릴 수 있다.

선택적으로, 데이터 전송 프로토콜들 중 하나는 자기 클럭킹 데이터 신호이고 다른 데이터 전송 프로토콜은 별도의 클럭 및 데이터 신호를 갖는다.

선택적으로, 프린터 안에 전원을 연결하면, 구동회로는 PEC에 의해 사용되는 데이터 전송 프로토콜과 정렬될 때까지 다른 작동모드를 통하여 순환한다.

선택적으로, 선택적으로, 구동회로는 PEC로부터의 데이터 전송으로부터 클럭 신호를 추출하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 개방 액츄에이터 테스트 회로는 프린트헤드 작동 후에 미리 정해진 기간 내에 결함노즐 피드백을 생성한다.

선택적으로, 구동회로는, 저항성 히터에 대한 전류를 제어하는 구동용 FET 및 구동신호를 수신할 때 구동용 FET를 인에이블하고 구동신호와 개방 액츄에이터 테스트 신호를 수신할 때 구동용 FET를 디스에이블하기 위한 로직을 갖는다.

선택적으로, 구동회로는 구동신호 또는 개방 액츄에이터 테스트 신호를 수신하지 않을 때 저항성 히터에 걸리는 어떠한 전압강하도 영까지 서서히 드레인시키는 블리드 FET를 갖는다.

선택적으로, 구동회로는 구동용 FET의 드레인과 저항성 히터 사이에 감지노드를 갖고, 개방 액츄에이터 테스트 회로는, 감지용 FET의 드레인에서의 전압이 히터부재의 결함여부를 나타내는데 사용되도록 개방 액츄에이터 테스트 신호가 수신될 때 인에이블되는 감지용 FET를 갖는다.

선택적으로, 구동용 FET는 p형 FET이다.

선택적으로, 구동회로는 각 부분의 단부에 발사 명령부를 갖는 복수의 순차적인 부분에서 노즐들의 어레이에 대한 인쇄 데이터를 수신한다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 구동회로가 온도센서 출력에 따라 구동펄스를 조절하도록 노즐들의 어레이를 따라 위치된 복수의 온도센서를 더 포함하는 프린트헤드 IC를 제공한다.

제15 형태에 의하면, 본 발명은 매체기판 상에 인쇄유체의 방울을 분사하기 위한 노즐들의 어레이 및 노즐들의 어레이를 구동하기 위한 관련된 구동회로를 각각 갖는 복수의 프린트헤드 IC를 구비한 페이지폭 프린트헤드;

프린트헤드 IC에 인쇄 데이터를 송신하기 위한 인쇄 엔진 제어기;

인쇄 엔진 제어기와 프린트헤드 IC 사이에서 전기통신(electrical communication)을 하기 위한 인터페이스; 를 포함하고,

모든 프린트헤드 IC는 익셉션을 갖는 공통의 초기 어드레스를 갖고, 상기 익셉션은, 프린트 엔진 제어기가 상이한 어드레스를 갖는 임의의 프린트헤드 IC에 제1 명령을 전송하도록 하는 상이한 어드레스를 갖고, 프린트헤드 IC를 명령하는 제1 브로드캐스트 명령은 그 어드레스를 제1 고유 어드레스로 변경시키는 상이한 어드레스를 갖고, 프린트헤드 IC는, 익셉션이 그 어드레스를 제1 고유 어드레스로 변경시키기만 하면, 공통의 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC 중 하나가 그 어드레스를 상이한 어드레스로 변경되게 되도록 서로 연결되어 있고, 이에 따라 프린트 엔진 제어기가 제2 브로드캐스트 명령을 상이한 어드레스로 전송할 때, 상이한 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC는 그 어드레스를 제2 고유 어드레스로 변경시킬 뿐만 아니라 공통의 어드레스를 갖는 나머지 프린트헤드 IC 중 하나가 상이한 어드레스로 변경되게 되며, 프린트 엔진 제어기가 상호간에 고유 어드레스를 갖는 프린트헤드 IC를 할당할 때까지 상기한 과정이 반복되도록 하는 잉크젯 프린터를 제공한다.

이 과정을 이용하면, 인쇄 엔진 제어기와 모든 프린트헤드 IC 사이에 2개의 전기적 접속부, 즉 PEC로부터 프린트헤드 IC로의 '데이터 인' 과 프린트헤드 IC로부터 PEC로의 '데이터 아웃' 라인만 필요할 뿐이다.

제2 형태에 의하면, 본 발명은 프린트헤드 카트리지에 인쇄 데이터를 송신하기 위한 PEC를 갖는 잉크젯 프린터용 프린트헤드 카트리지에 있어서, 각각 매체기판 상에 인쇄유체의 방울을 분사하기 위한 노즐들의 어레이를 갖고 다른 어드레스를 갖는 1개의 익셉션을 구비하는 공통의 초기 어드레스를 갖는 복수의 프린트헤드 IC;

다른 어드레스에 익셉션을 셋팅하고, 프린트헤드 IC 사이에 접속부들을 제공하는 쓰기 어드레스 회로로서, 상기 접속부의 인접한 프린트헤드 IC가 PEC에 의해 변경된 그 쓰기 어드레스를 가질 때 접속부 각각이 초기 어드레스로부터 다른 어드레스로 변경된 그 어드레스를 갖도록 접속부들을 구성한 쓰기 어드레스 회로; 및

2개의 전기적 접속부를 PEC에 확립하기 위한 전기적 인터페이스; 를 포함하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드 카트리지를 제공한다.

선택적으로, PEC로부터의 인쇄 데이터 신호는 고유 쓰기 어드레스를 사용하여 프린트헤드 IC에 멀티 드롭된다.

선택적으로, 인쇄 데이터 신호는 자기 클럭킹이다.

선택적으로, 구동회로는 PEC로부터의 데이터 전송으로부터 클럭신호를 추출하도록 구성되어 있다.

도 1은 연결형(linking) 프린트헤드 IC의 개략도.

도 2는 유닛셀(unit cell)의 개략도.

도 3은 프린트헤드 IC 상의 노즐 어레이의 구성도.

도 4는 어레이에서의 노즐들의 열과 행의 위치결정을 나타내는 개략도.

도 5a는 노즐들의 비뚤어지지 않은 어레이(non-distorted array)의 개략도.

도 5b는 인접한 프린트헤드 IC와의 연속성을 위한 어레이의 비틀어짐(distortion)을 나타낸 개략도.

도 6a는 드롭 트라이앵글을 갖는 연결형 프린트헤드 IC의 종래기술의 구성도.

도 6b는 도 6a에 도시된 노즐 어레이에 상응하는 잉크공급채널(ink supply channel)들을 나타낸 도면.

도 7은 SoPEC에의 프린트헤드 접속을 나타낸 개략도.

도 8은 MoPEC에의 프린트헤드 접속을 나타낸 개략도.

도 9는 '1'비트와 '0'비트에 대한 자기 클럭킹 데이터 신호들을 나타낸 도면.

도 10은 Udon IC를 가로지르는 8개의 TCPG 구역을 나타낸 개략도.

도 11은 상이한 스팬과 시프트에 의해 규정된 시퀀스에서의 2개의 노즐 행 발사를 나타낸 개략도.

도 12는 5개의 스팬과 3개의 시프트를 갖는 노즐 행 세그먼트(segment)의 발사 시퀀스의 개략도.

도 13a는 균일한 시작 구역의 발사 시퀀스 동안 전체 행과 각 TCPG 구역에 대한 1행 시간(one row time)에 걸쳐 흐르는 전류를 나타낸 도면.

도 13b는 지연 구역의 발사 시퀀스 동안 전체 행과 각 각 TCPG 구역에 대한 1행 시간에 걸쳐 흐르는 전류를 나타낸 도면.

도 14는 10행의 Udon IC에 대한 도트 데이터 로딩(dot data loading) 및 행 발사 시퀀스를 나타낸 도면.

도 15는 '드롭(dropped)' 노즐에서 도트 데이터에 대한 적절한 인쇄 지연과 함께 노즐 행의 드롭 트라이앵글과 경사 세그먼트(sloping segment)를 나타낸 도면.

도 16은 디클로그 펄스 트레인(de-clog pulse train)을 나타낸 도면.

도 17a는 p형 구동 FET를 갖춘 유닛셀에서의 개방 액츄에이터 테스트를 위한 회로를 나타낸 도면.

도 17b는 n형 구동 FET를 갖춘 유닛셀에서의 개방 액츄에이터 테스트를 위한 회로를 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 구체적인 실시형태를 첨부한 도면을 참조하여 실시예에 의해서만 설명하고자 한다.

본 출원인은 페이지폭 프린트헤드를 형성하기 위해 함께 연결하는 일련의 프린트헤드 집적회로(IC)를 사용하는 프린트헤드 장치의 기종을 개발하였다. 이와 같이, 프린트헤드 IC는 내장형 프린터를 갖춘 카메라와 셀루폰(cellphon)에 대한 대형 인쇄(wide format printing)까지 이르는 분야에 사용되는 프린트헤드에 조립될 수 있다. 본 출원인에 의해 개발된 최근의 프린트헤드 IC들 중 하나는, 내부적으로는 광범위한 프린팅 애플리케이션(printing application)이라고 한다. 본 출원인은 이러한 프린트헤드 IC를 'Udon' 이라고 부르며 본 발명의 각종의 형태에 대하여는 이러한 프린트헤드 IC를 특별히 참조하여 설명한다. 그러나, 이것은 단순히 예시를 위한 것에 불과하며 본 발명의 범위와 분야에 한정되지 않음을 알 수 있을 것이다.

개요( Overview )

Udon 프린트헤드 IC는 연결형 프린트헤드(linking printhead)를 만들기 위해 다른 Udon IC와 작용하도록 설계되어 있다. 본 출원인은 페이지폭 프린트헤드를 형성하기 위해 일련의 프린트헤드 IC를 지지부재(support member) 상의 끝단(end-to end)에 장착하는 연결형 프린트헤드의 기종을 개발하였다. 지지부재는 프린터 내에 프린트헤드 IC를 장착하고 또한 개별적인 IC에 잉크를 분배하는 역할을 한다. 이러한 형태의 프린트헤드의 예는 USSN 11/293,820에 설명되어 있고, 이 문헌에 개시된 내용은 상호참조에 의해 본 발명에 통합된다.

용어 '잉크'에 대한 어떠한 언급도 인쇄매체를 이미지하기 위한 색소뿐이라 는 것이 문맥으로부터 명확하지 않는 한 인쇄유체로서 해석되어야 한다. 프린트헤드 IC들은 보이지 않는 잉크(invisible ink), 접착제(adhesive), 약제(medicament) 또는 기능성 유체(functionalized fluid)를 동등하게 분사할 수 있다.

도 1은 지지부재(14)에 장착된 일련의 Udon 프린트헤드 IC(12)들을 갖는 페이지폭 프린트헤드(10)의 개략도이다. 각을 이루는 측면(angled side)(16)에 의해 IC(12)들 중 하나로부터의 노즐들이 급지방향(18)으로 인접한 IC의 노즐들과 겹쳐진다. 이는 얻어지는 인쇄물에서의 어떠한 '밴딩(banding)'도 방지한다. 이와 같이 연결형의 개별적인 프린트헤드 IC들에 의해, 다른 IC들을 간단히 사용함으로써 소망의 길이의 프린트헤드가 만들어진다.

프린트헤드 IC(12)는 통합된 CMOS 및 MEMS '칩(chip)' 이다. 도 3은 프린트헤드 IC(12)의 잉크분사측(ink ejection side) 상의 MEMS 노즐(20)들의 구성을 도시한 것이다. 노즐(20)들은 '굴절된(kinked)' 또는 경사진 부분(28)을 갖는 평행사변형 어레이(22)를 형성하기 위해 행(26)과 열(24)로 배열되어 있다. 열(24)은, 어레이(22)의 측면이 인접한 IC와 연결하기 위해 대략 45°각을 이루도록 되어 있기 때문에 급지방향(18)과 정렬되지 않는다. 열(24)은 이러한 경사를 수반한다. 행(26)은, 인접한 프린트헤드 IC와 겹치는 노즐(20)들을 갖는 '드롭 트라이앵글(30)'을 향하여 경사져 있는 경사부(sloped section)(28)를 제외하고 급지방향과 수직한다.

도 2는 단일 MEMS 노즐장치(20) 또는 '유닛셀'의 구성부를 도시한 것이다. 유닛셀(20)의 구성에 대하여는 USSN 11/246,687에 상세히 설명되어 있고, 이 문헌 에 개시된 내용은 상호참조에 의해 본 발명에 통합된다. 간단히 말해서, 도 2는, 마치 노즐 플레이트(nozzle plate)(프린트헤드의 외면)가 내부 구조를 드러내도록 투명한 것처럼 유닛셀을 도시한 것이다. 노즐(32)은 잉크를 분사하는 분사개구이다. 히터(34)는 노즐(32)을 통하여 잉크방울을 분사하는 기포를 생성하기 위해 노즐챔버(36)에 위치되어 있다. U자 형상의 측벽(38)은 노즐챔버(36)의 가장자리(edge)를 규정한다. 잉크는 입구(42)를 통하여 노즐챔버(36)에 들어가는데, 이 입구(42)는 유닛셀들 사이에서 크로스 토크(cross talk)를 중지시키기 위해 잉크 내의 압력 펄스를 차폐(baffle)시키는 2행의 원주형상부(column feature)를 갖는다. CMOS층은 구동회로를 규정하며 히터(34)를 위한 구동 FET(40) 및 펄스 타이밍과 프로파일링(profiling)을 위한 로직(logic)(46)을 갖는다. 이에 대하여는 이후에 상세히 설명한다.

잉크는 프린트헤드 IC의 웨이퍼 기판의 반대측에 있는 채널들로부터 유닛셀(20)들에 공급된다. 이 유닛셀들에 대하여는 도 5c를 참조하여 이후에 설명한다. 프린트헤드 IC(12)의 '이면측(back side)'에 있는 채널들은 CMOS층을 통하여 딥에칭 도관(deep etched conduit)(도시하지 않음)을 거쳐 정면측(front side) 상의 유닛셀(20)과 유체 연통(fluid communication)되는 상태로 있다.

별개의 연결형 프린트헤드 IC(12)는, 이웃하는 프린트헤드 IC 들 사이의 연결부(join)를 가로지르는 인쇄 아티팩트(printed artifact)가 없도록 지지부재(14)에 접합된다. 각 IC(12)는 10행(26)의 노즐(32)을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각 칼라(color)가 5가지 종류의 잉크를 허용하도록 2개의 인접한 행(26)이 존재한다. 각 쌍의 행(26)은 웨이퍼 기판의 이면측에 공통의 잉크공급채널을 공유한다.

행 당 640개 노즐과 칼라 채널 당 2×640=1280개 노즐이 있는데, 이는 IC(12) 당 5×1280=6400개 노즐과 동등하다. A4/레터(letter) 폭의 프린트헤드는 연속하는 11개의 프린트헤드 IC(도 1 참조)를 필요로 하여, 조립된 프린트헤드에 대한 전체 노즐을 계산하면 11×6400=70400개 노즐이다.

칼라 및 노즐 구조( Color and Nozzle Arrangement )

1600 dpi에서, 인쇄 도트(printed dot)들 사이의 거리는 15.875□m일 필요가 있다. 이는 도트 피치(dot pitch)(DP)라고 불리워진다. 유닛셀(20)은 가로 20DP, 세로 5DP인 직사각형 풋프린트(footprint)를 갖는다. 칼라 당 1600 dpi를 달성하기 위해, 행(26)은 도 4에 최상으로 도시된 바와 같이 용지(48)의 공급방향(18)에 대하여 서로 옵셋(offset)되어 있다. 도 5a는, 노즐이 각 다음의 행(26)을 5DP 만큼 옵셋시킴으로써 형성되는 평행사변형을 도시한 것이다.

연결형 노즐 구조( Linking Nozzle Arrangement )

평행사변형(50)은, 어레이(22)가 인접한 프린트헤드 IC의 것과 연결되지 않도록 한다. 하나의 프린트헤드 IC의 에지 노즐들과 인접한 IC의 반대쪽 에지 노즐들 사이에 일정한 도트 피치를 유지하기 위해, 평행사변형(50)은 약간 비틀어질 필요가 있다. 도 5b는 Udon 디자인에 의해 사용된 비틀림(distortion)을 나타낸 것 이다. 어레이(22)의 부분(30)은 급지방향(18)에 대하여 어레의 나머지에 대해 변위(displace)되거나 드롭(drop)된다. 편의를 위해, 본 출원인은 이 부분을 드롭 트라이앵글(30)라고 칭한다. 드롭 트라이앵글(30)의 외연(外緣, outer edge) 상의 유닛셀(20)들은 그 도트 피치에 대하여 인접한 프린트헤드 IC(11)의 가장자리에 있는 유닛셀(20)과 직접 인접하여 있다. 이와 같이, 별개의 노즐 어레이들은 단일의 연속 어레이(single continuous array)인 경우 함께 연결된다.

드롭 트라이앵글(30)의 '드롭'은 10DP이다. 드롭 트라이앵글(30) 내의 노즐들에 의해 인쇄된 도트들은 이 트라이앵글 옵셋에 맞도록 10 라인타임(line time)(라인타임은 프린트헤드 IC로부터 1 라인을 인쇄하기 위해, 즉 인쇄작업시에 그 점에서의 인쇄 데이터에 따라 10 행 모두를 발사하기 위해 취해지는 시간이다)에 의해 지연된다. 드롭 트라이앵글(30)과 어레이(22)의 나머지 사이에는 천이영역(transition zone)이 있다. 이 영역에서는, 행(26)이 드롭 트라이앵글(30)쪽으로 처져있다. 9쌍의 유닛셀(20)은 드롭 노즐(dropped nozzle)과 정상 노즐(normal nozzle) 사이의 틈(gap)을 점차적으로 연결하도록 한번에 1 라인타임(1DP, 1행 시간(row time))에 의해 순차적으로 드롭된다.

드룹 존(droop zone)은 단순히 연결(linking)을 위한 것이며 인쇄관점으로부터 필요하지는 않다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 행(26)은 드롭 트라이앵글(30) 내의 상응하는 행보다 10DP 크게 할 수 있다. 그러나, 이것은 IC(12)의 이면(back)에 있는 잉크공급채널(50)에 가파른 모퉁이(sharp corner)를 야기시킨다. 잉크 흐름의 가파른 방향 변화는, 기포가 머무르게 되어 모퉁이(52)에서 정체영 역(stagnation area)(54)으로부터 제거하기 곤란하기 때문에 문제가 있다. 도 5c는 Udon 프린트헤드 IC(12)의 이면에 있는 잉크공급채널(50)의 구성을 도시한 것이다. 드룹 존(28)은 잉크공급채널(50)이 덜 모나도록 해주기 때문에 흐름 정체영역이 없게 된다.

상이한 인쇄 엔진 제어기들과의 호환성( Compatibility with Different

Print Engine Controllers )

Udon 프린트헤드 IC는 인쇄 데이터를 수신하는 인쇄 엔진 제어기(PEC)에 따라 상이한 모드를 작동될 수 있다. 구체적으로는, Udon은 SoPEC 모드와 MoPEC 모드의 2가지 별개의 모드로 작동된다. SoPEC는, 본 출원인이 SOHO(small office, home office) 프린터에 사용하는 PEC이고 MoPEC는 모바일 이동통신(예를 들면, 셀루폰 또는 PDA) 프린터에서 사용되는 PEC이다. Udon은 상이한 PEC에 연결하기 위해 어댑터 또는 중간 인터페이스의 어떠한 형태도 사용하지 않는다. 대신에, Udon은 그 전원공급시에 정확한 작동모드(SoPEC 또는 MoPEC)를 결정한다. 각 모드에서, 프린트헤드 IC 각각의 접점은 상이한 기능을 나타낸다.

SoPEC 모드 접속( SoPEC Mode Connection )

도 7은 SoPEC(56)에 대한 Udon IC(12)의 접속상태를 개략적으로 도시한 것이다. 프린트헤드 IC(12)의 각각은 클럭 입력(clock input)(60), 데이터 입력(58), 리셋핀(reset pin)(62) 및 데이터 출력핀(64)을 갖는다. 클럭 입력 및 데이터 입 력은 각각 종단기(termination)가 없는 2LVDS(저압차동신호(low voltage differential signalling) 수신기이다. 리셋핀(62)은 모든 제어 레지스터(control register)를 알려진 상태로 배치하여 인쇄를 정지(disable)시키는 3.3V 쉬미트 트리거(Schmitt trigger)이다. 노즐 발사는 조합적으로(combinatorially) 정지되며 레지스터들을 리셋하기 위해 개의 연속 클럭 샘플(consecutive clock sample)이 요구된다. 데이터 출력핀(64)은 범용 출력이지만 대체로 프린트헤드 IC(12)로부터 SoPEC(56)로 레지스터 값을 역으로 읽는데 사용된다.

MoPEC 모드 접속( MoPEC Mode Connection )

도 8은 모바일 장치에 설치된 프린트헤드(10)의 프린트헤드 IC(12)와 MoPEC(66) 사이의 접속을 나타낸 것이다. 동일한 접속핀들 중 일부는, IC가 MoPEC 모드로 작동할 때 사용된다. 그러나, MoPEC 프린트헤드(10)는 물리적으로 더 작고(명함 크기의 매체 상에 인쇄하기 위해서는 단 3개의 칩) 더 빈번하게 사용자에 의해 교체될 수 있으므로, MoPEC와 프린트헤드 사이의 인터페이스를 가능한 한 최대로 간소화시키는 것이 필요하다. 이것은 부정확한 설치 범위를 줄임과 함께 모바일 장치의 직관적인 이용성(intuitive usability)을 향상시킨다.

어드레스 캐리 인(address carry in, ACI)(70)은 SoPEC 모드에서 LVDS 쌍의 클럭 입력(60)의 포지티브 핀(positive pin)이다. 연속된 것 중에서의 제1 프린트헤드 IC(12)는 이후에 더 설명되는 어드레싱(addressing)을 위한 접지(ground)(68)에 고정된 ACI(70)를 갖는다. 네가티브 핀(negative pin)(60)은 그것을 OV로 유지 하도록 접지되어 있다. 데이터 출력핀(64)은 인접한 프린트헤드 IC(12)의 ACI(70)에 직접 접속되어 있다. 모든 IC(12)는 MoPEC(66)에 뒤로 접속된 데이터 출력(64)을 갖는 연속된 것 중에서의 마지막 프린트헤드 IC(12)와 이 방식으로 함께 직렬 연결되어 있다.

MoPEC 모드에서, 리셋핀(62)은 접속되지 않은 상태로 있게 되고 데이터 LVDS 쌍은 접지된다. 데이터 및 클럭은 이후에 설명하는 자기 클럭킹 데이터 신호를 사용하여 단일 접속부를 통하여 입력된다. IC(12)의 직렬 연결 접속 및 자기 클럭킹 데이터 입력(58)은 MoPEC와 프린트헤드 사이의 접속 수를 단지 2개로 줄여 준다. 이것은 사용자를 위해 프린트헤드 카트리지 교체과정을 간소화시키며 부정확한 설치 가능성을 줄여준다.

조합된 클럭 및 데이터( Combined Clock and Data )

조합된 클럭 및 데이터(58)는 도 9에 도시한 바와 같이 펄스 폭 변조신호이다. 신호(74)는 1 클럭기간과 '0' 비트를 나타내며 신호(76)는 1 클럭기간과 '1'비트를 나타낸다. Udon IC(12)(MoPEC 모드인 경우)는, 신호가 로우(low)에서 하이(high)로 절환될 때 모든 상승 에지(78)로부터 그 클럭을 받아들인다. 따라서, 신호는 모든 기간에서 상승 에지(78)를 갖는다. '0'비트는 클럭기간의 1/3에서 신호를 0으로 되돌려 드롭시킨다. '1'비트는 클럭기간의 2/3에서 신호를 '0'으로 드롭시킨다. IC는 '0'비트 또는 '1'비트를 읽도록 그 기간의 중간점(80)에서 신호의 상태를 감시한다.

외부 프린트헤드 IC 어드레싱( External Printhead IC Assressing )

각 프린트헤드 IC(12)에는 MoPEC(66)에 접속될 때 쓰기 어드레스가 부여된다. 이를 행하기 위해, PEC와 프린트헤드 사이에 2개의 와이어 접속(wire connection)을 사용하면, 개별적으로 각 장치에 브로드캐스트 어드레싱을 하는 반복과정이 요구된다. Udon은 데이터 출력 또는 하나의 IC를 다음의 IC의 어드레스 캐리 인에 직렬 연결함으로써 이것을 달성한다. 데이터 출력(64)에서의 디폴트( default) 또는 리셋 값은 하이(high)이거나 '1'이다. 그러므로, 모든 프린트헤드 IC(12)는 접지(68)에 대한 그 접속에 의해 '0'으로 풀링(pulling)된 어드레스를 갖는 제1 프린트헤드 IC(12)를 제외하고 '1'어드레스를 갖는다. IC(12)에 고유 쓰기어드레스를 부여하기 위해, MoPEC(66)는 브로드캐스트 명령을 '0'어드레스를 갖는 모든 장치에 송신한다. 브로드캐스트 명령에 응답하여, '0'어드레스를 갖는 IC만이 그 쓰기 어드레스를 MoPEC에 의해 특정된 고유 어드레스로 다시 쓰고(re-write) 그 데이터 출력(64)을 '0'으로 설정한다. 그것은 연속된 것 중에서으 제2 IC(12)의 ACI(70)를'0'으로 풀링하여, MoPEC가 브로드캐스트 명령을 쓰기 어드레스 '0'에 송신하고 나서, 제2 IC 및 제2 IC만이 그 어드레스를 새로운 고유 어드레스로 다시 쓸뿐만 아니라 그 데이터 출력을 '0'으로 설정한다.

모든 프린트헤드 IC(12)가 상호적인 고유 쓰기 어드레스들을 갖고 마지막 IC가 MoPEC(66)으로 되돌아 '0'을 송신할 때까지 상기한 과정이 반복된다. 시동시에 IC를 어드레싱하기 위해 이러한 시스템을 사용하면, 인터페이스는 모든 장치와 IC로부터 MoPEC로 되돌아 가는 데이터 출력에 대한 조합된 데이터 및 클럭 '멀티-드 롭'의 접속(병렬로 접속)을 갖는 것만이 필요하다. 상술한 바와 같이, PEC와 프린트헤드 카트리지 사이의 간소화된 전기적 인터페이스는 카트리지 교체의 용이성과 편리성을 향상시킨다.

전원 온 리셋( Power On Reset )

Udon 프린트헤드 IC(12)는 전원 온 리셋(POR) 회로를 갖는다. 알려진 상태로의 자체 초기화(self initialize)하는 능력에 의해, 프린트헤드 IC가 PEC/프린트헤드 IC 인터페이스에서 2개의 접점만을 갖는 MoPEC 모드로 작동된다.

POR 회로는 양방향 리셋핀(62)(도 7 참조)으로서 실행된다. POR 회로는 항시 리셋핀(62)으로 구동되며, IC는 리셋핀 입력측으로 리슨(listen)된다. 이는, SoPEC(56)가 필요시 리셋을 과구동(overdrive)시키도록 하여 준다.

PEC 인터페이스 방식 검출( PEC Interface Type Detection )

전원 공급시에, Udon 프린트헤드 IC(12)는 모드별로 절환하고 이 프린트헤드 IC가 접속되는 PEC의 방식을 결정할 때까지 발사 명령을 억제한다. 일단 PEC에 대한 정확한 작동모드를 선택하게 되면, 소프트웨어가 리셋하거나 전원중지/전원공급 사이클이 이루어질 때까지 다른 PRC 방식과 함께 다시 정렬하려고 하지 않을 것이다.

Udon 프린트헤드 IC(12)는 3가지 인터페이스 모드로 될 수 있다:

SoPEC 모드, 여기서는 클럭과 데이터(58) 모두가 LVDS(low voltage differential signalling, 저전압 차동신호) 접점 쌍(contact pairs)들 이다(도 7 및 도 8 참조);

MoPEC 싱글 엔드 모드(single-ended mode), 여기서는 클럭과 데이터가

결합(58)되고 데이터가 클럭신호를 따라 변조된 펄스폭이기 때문에 싱글

엔드로 되어 있다(도 8 참조)

MoPEC LVDS 모드, 여기서는 클럭(60)이 싱글 엔드로 되어 있고 데이

터(58)가 LVDS이다(이 모드는 EMI 문제가 있기 때문에 사용될 수 있다).

Udon은 정렬(alignment)하기 위해 각 상태에서 충분한 시간을 보내고 나서, 정렬이 작동되지 않는 경우에 차례대로 진행한다.

다단계 인쇄 데이터 로딩( Multi - Stage Print Data Loading )

이전의 프린트헤드 IC 디자인에 있어서는, 각 유닛셀은 인쇄 데이터를 위해 시프트 레지스터(shift register)를 구비하였었다. 전체 노즐 어레이에 대한 인쇄 데이터가 로딩되고, 이어서 PEC로부터의 발사 명령 후에, 노즐들이 그 인쇄 라인에 대해 미리 정해진 순서로 발사된다. 시프트 레지스터는 대형의 보다 강력한 구동 FET에 잘 사용될 수 있는 유닛셀 내에 유용한 공간을 차지한다. 보다 강력한 구동 FET는 단시간 내에 충분한 에너지(약 200nJ)의 구동펄스로 액츄에이터(서멀(thermal) 또는 서멀 벤드 액츄에이터(thermal bend actuator))를 제공할 수 있다.

보다 강력한 FET는 많은 이점을 갖는데, 특히 열적으로 작동되는 프린트헤드 에 대해 이점이 있다. 약한 전력은 FET 자체에서 소모성 열로 변환되며, 강한 전력은 히터에 공급된다. 히터에 공급된 전력을 증가시키면, 히터 표면이 잉크 핵생성(ink nucleation) 온도에 더 신속히 도달하게 되어, 구동펄스가 더 짧아진다. 감소된 구동펄스에 의해, 히터로부터 히터를 둘러싸는 영역들로의 열확산을 위한 시간이 부족하게 되고, 이에 따라 핵생성 온도에 도달하는데 요구되는 전체 에너지가 감소된다. 또한, 보다 짧은 구동펄스의 지속기간은 단일 행시간(single row time)(노즐들의 행을 발사하는 시간) 내에 노즐 발사에 대한 순서에 더 많은 범위를 제공한다.

유닛셀들로부터 인쇄 데이터 시프트 레지스터를 이동시키려면, 대형의 구동 FET를 위한 자리를 준비한다. 그러나, 이는 IC를 위해 필요한 웨이퍼 면적을 실질적으로 증대시킨다. 노즐 어레이는 인접한 시프트 레지스터 어레이를 필요로 할 것이다. 각 레지스터와 그 대응하는 노즐 사이의 접속은 비교적 오랫동안 더 큰 저항 손실의 원인이 된다. 이는 또한 효율성에 나쁜 영향을 준다.

효과적인 절충안으로서, Udon 프린트헤드 IC는 노즐 어레이로부터 인쇄 데이터의 로딩과 발사를 실행한다. 노즐 어레이의 첫번째 부분에 대한 인쇄 데이터는 노즐들의 어레이의 외측의 레지스터들로 로딩된다. 레지스터들이 로딩된 후에 PEC는 발사 명령을 송신한다. 레지스터들은 발사 시퀀스(이하에 설명함)에 따라 발사되는 첫번째 부분에 있는 대응하는 노즐들에 상기 데이터를 송신한다. 첫번째 부분에 있는 노즐들이 발사되는 동안, 레지스터들은 어레이의 다음의 부분을 위한 인쇄 데이터로 로딩된다. 이러한 시스템은 대형의 보다 강력한 구동 FET를 위한 통 로를 만들기 위해 유닛셀로부터 레지스터를 제거한다. 그러나, 어레이의 한 부분 에 있는 노즐들에 대해서는 충분한 레지스터들이 있으므로, 레지스터와 노즐 사이의 접속에서의 저항 손실은 과도하지 않다.

IC(12) 상의 구동 로직(drive logic)은 인쇄 데이터를 어레이에 로우 바이 로우 방식(row by row)으로 송신한다. 노즐 어레이는 10행에 640개 노즐의 행을 갖는다. 이 어레이에 인접하여, 640개 레지스터가 1행에 대한 데이터를 저장한다. 이 데이터는 PEC로부터 레지스터들에 미리 정해진 행 발사 시퀀스로 송신된다. 그에 앞서, 전체의 어레이에 대한 데이터가 즉시 로딩되었을 때, PEC는 각 행 - 0행에서 9행 - 에 대한 데이터를 순차적으로 간단히 송신할 수 있다. 그러나, 그 데이터가 로딩되는 즉시 각 행이 발사되려면, PEC는 Udon의 행 발사 시퀀스와 맞출 필요가 있다.

Udon의 통상 동작(normal operation) 단계는 다음과 같다:

1. 발사 시퀀스와 파라미터들을 제어하기 위해 레지스터들을 프로그램화한다.

2. 프린트헤드의 단일 행에 대한 레지스터들로 데이터를 로딩한다.

3. 로딩된 데이터를 대응하는 노즐들에 래치(latch)하고 발사 시퀀스를 시작하는 발사 명령을 송신한다.

4. 발사 시퀀스가 진행하고 있는 동안 다음의 행에 대한 데이터를 로딩한다.

5. 라인에 있는 모든 행들에 대해 반복한다.

6. 페이지 상의 모든 라인들에 대해 반복한다.

온도 제어 프로파일 생성기 구역( Temperature Controlled

Profile Generator ( TCPG ) regions )

잉크 점도는 잉크 온도에 의존한다. 점도의 변화는 노즐의 잉크방울 분사특성을 변경시킬 수 있다. 페이지폭 프린트헤드의 길이를 따라, 온도는 상당히 변화한다. 이러한 온도의 변화와 그에 따른 잉크방울 분사특성은 인쇄물에 아티팩트(artifact)를 남긴다. 온도 변화를 보상하기 위해, 각 Udon 프린트헤드 IC는 온칩(on-chip) 구동 로직에 출력되는 일련의 온도센서를 갖는다. 이는, 구동펄스가 프린트헤드를 따라 그 지점에서의 현재 잉크 온도에 따라 제어되게 하여 주며, 그에 따라 잉크방울 분사특성의 큰 차이를 없애준다.

도 10을 참조하면, 각 Udon 프린트헤드 IC(12)는 어레이(22)를 따라 위치된 8개의 온도센서(74)를 갖는다. 각 센서(74)는 온도 제어 프로파일 생성기 구역 또는 TCPG 구역(76)이라고 불리는 노즐들의 인접 영역의 온도를 감지한다. TCPG 구역(76)은 온도와 발사 데이터(이하에 설명하는 행 발사 시퀀스 참조)를 공유하는 IC(12) 아래의 '수직(vertical)' 밴드(band)이다. 펄스폭은 그 구역 및 그 구역 내의 온도에 기초하여 각 색상마다 설정된다.

주기적인 센서 작동( Periodic Sensor Activation )

센서(74)는 2℃의 교정(calibration) 후에 전형적인 정확도로 0℃∼70℃ 범위의 온도검출을 가능하게 한다. 개별적인 온도센서는 스위치 오프(switch off)될 수 있고 하나의 구역은 인접 구역(78)의 온도센서(74)를 사용할 수 있다. 이는, 센서들이 전도(conduction)로 인해 그 자체의 외부 구역들에서 발생된 열을 감지할 수 있기 때문에 구동펄스의 정확한 제어에 관한 최소 효과로 전력을 절감할 것이다. 정지상태(steady state) 작동 온도가 IC를 따라 거의 변화하지 않는 경우, 1개를 제외한 센서 모두를 턴 오프(turn off)하거나, 혹은 모든 센서를 턴 오프하는데 적당하여 어떠한 온도 보상도 사용하지 않을 수 있다. 바로 작동하는 센서들의 수를 줄이면, 소비전력의 절감될 뿐만 아니라 IC의 다른 회로에서의 노이즈도 감소된다.

온도 분류( Temperature Categories )

각 TCPG 구역(76)은 5가지 잉크 각각에 대해 별도의 레지스터를 갖는다. 잉크의 온도는 3개의 미리 정해진 온도 한계치(threshold)에 의해 규정된 4개의 온도범위로 분류된다. 이러한 한계치는 PEC에 의해 제공된다. Udon 로직 범위내의 프로파일 생성기는 현재의 온도 분류에 맞도록 구동펄스의 프로파일을 조절한다.

부분사 펄스( Sub - Ejection Pulse )

열은, 히터 온도가 기포 핵생성 온도까지 상승할 때 잉크 속으로 소멸된다. 이 때문에, 노즐 내의 잉크 온도는, 잉크가 얼마나 자주 인쇄작업의 단계에서 발사되는지에 따라 달라진다. 페이지폭 프린트헤드는 큰 노즐 어레이를 가지며 인쇄작업 중에 어떤 주어진 시간에서, 노즐들의 일부분은 잉크를 분사하지 않을 것이다. 열은 발사하는 노즐들을 둘러싸는 칩의 영역 속으로 소멸되고, 그에 따라 비발사 구역(non-firing region)에 비하여 상기 영역들의 온도를 상승시킨다. 결과적으로서, 비분사 노즐(non-ejecting nozzle)들 내의 잉크는 일련의 잉크방울을 발사하는 노즐들 내의 잉크보다 더 차가워질 것이다.

Udon IC(12)는 빈번히 발사되는 노즐들의 잉크 온도와 같은 잉크 온도를 유지하도록 비활성(inactivity) 기간 동안 비발사 노즐에 '부분사' 펄스를 송신할 수 있다. 부분사 펄스는 잉크방울을 분사하는데에 충분하지 않지만, 열은 잉크 속으로 소멸된다. 열의 양은 발사 노즐들 내의 기포 핵생성 이전에 잉크에 전달되는 잉크와 대략 같다. 결과적으로서, 모든 노즐 내의 온도는 비교적 균일하게 유지된다. 이는 점도와 잉크방울 분사특성을 일정하게 유지하는데 도움을 준다. 부분사 펄스는 그 지속기간을 단축시킴으로써 그 에너지를 감소시킨다.

구동펄스 프로파일링( Drive Pulse Profiling )

구동펄스의 프로파일을 활발히 변화시키면, 다음과 같은 사항을 포함하여 많은 이점을 제공한다.

잉크와 온도를 변화시키기 위한 최적의 발사 펄스

그 발사 전의 구역의 온화(warming)

너무 뜨거워지는 IC의 셧다운(shutting down) 또는 슬로우 다운

(slowing down)(Udon은 정보를 제공하고, PEC는 속도를 제어함)

전원으로부터의 거리(여분 저항(extra resistance))로 인해 야기되는

전압강하의 조절

따뜻한 잉크가 차가운 잉크를 분사하는데 적은 에너지를 필요로 함에

따라 칩에 입력되는 에너지의 감소

펄스 프로파일은 온도와 잉크 유형에 따라 변화시킬 수 있다. TCPG에 의해 생성된 발사 펄스는 4개의 온도 범위 각각에서의 5가지 잉크 각각에 대한 값, 플러스 유니버셜 잉크(plus universal ink)와 구역 값, 및 임계값을 포함하는 대형 레지스터들에 저장된다. 이러한 값들은 Udon에 공급되어야 하며 잉크 카트리지 상의 QA 칩(참고에 의해 본 발명에 통합된 RRC001US 참조) 혹은 PEC 등에 저장되거나 그에 의해 산출될 수 있다.

펄스 폭 제어( Controlling the Pulse Width )

전압 또는 전류 대신에 펄스 지속기간을 변경시킴으로써 발사 펄스를 조절하는 것이 편리하다. 전압은 외부에서 인가된다. 전류를 변경시키면 저항손실이 수반된다. 대조적으로, 펄스 타이밍은 완전히 프로그램 가능하다.

Udon에 대한 이상적인 잉크 분사 발사 펄스는, 전형적으로는 0.4□s∼1.4□s 범위이다. 부분사 발사 펄스는 대체로 0.3□s 미만이다. 보다 일반적으로는, 발사 펄스는 다음과 같은 몇가지 인자(factor)들의 함수이다.

MEMS 특성

잉크 특성

온도

FET 타입

최적의 발사 펄스의 크기(magmitude)는 색상과 온도에 따라 변화될 수 있다. Udon은 모든 구역에서의 모든 온도대에서 각 색상에 대한 분사 펄스 시간을 저장한다.

행 발사 시퀀스( Row Firing Sequence )

한 행의 모든 노즐이 동시에 발사되었다면, 전류의 갑작스런 증가는 프린트헤드 IC와 지지회로(supporting circuitry)에 대해 너무 높게 되었을 것이다. 이를 피하기 위해, 노즐들 또는 노즐들의 그룹은 시간차 간격(staggered interval)으로 발사될 수 있다. 그러나, 인접한 노즐들을 동시에 또는 심지어 연속적으로 발사하면, 잉크방울의 잘못된 방향을 야기시킬 수 있다. 첫번째로, 가는 잉크 줄기(작은 잉크방울 분리 바로 전에 분사된 잉크방울을 노즐 내의 잉크에 연결하는 잉크의 가는 기둥)는 노즐 플레이트의 표면 상에 마이크로 플러딩(micro flooding)을 야기할 수 있다. 이 마이크로 플러딩은 인접한 노즐을 부분적으로 막고 분사되는 잉크방울을 그 의도하는 궤적(trajectory)으로부터 멀리 떨어지게 한다. 두번째로, 1개의 분사되는 잉크방울에 의해 생성되는 공기역학적인 난류(aerodynamic turbulence)는 이웃하는 노즐로부터 동시에(또는 직후에) 분사된 잉크방울의 궤적에 영향을 미칠 수 있다. 두번째 발사된 잉크방울은 첫번째의 후류(後流, slipstream)쪽으로 끌어 당겨질 수 있고 이에 의해 방향이 어긋나게 된다. 세번째 로, 이웃하는 노즐들 사이의 유동적인 크로스토크(fluidic cross talk) 현상은 잉크방울의 잘못된 방향을 야기할 수 있다.

Udon은 동시에 분사하는 노즐들의 그룹을 분산시킴으로써 이것을 어드레스 지정하고, 이어서 순차적으로 분사되는 노즐들이 서로 이격되도록 다음의 분산되는 모든 그룹으로부터 노즐들을 발사한다. 노즐 발사 시퀀스는, 그 행에 있는 모든 노즐(인쇄 데이터로 로딩됨)이 발사하였을 때까지 이러한 방식으로 지속한다.

이를 행하기 위해, 노즐들의 각 행은 다수의 인접한 스팬으로 나누어지며 각각의 스팬으로부터의 1개의 노즐이 동시에 발사된다. 각각의 스팬으로부터 순차적으로 발사되는 노즐은 시프트 값(shift value)에 의해 이전에 발사한 노즐로부터 이격되어 있다. 이 시프트 값은 스팬 수의 인수(factor)가 될 수 없으므로(즉, 시프트와 스팬이 상호 소수(mutual prime)가 되어야 하므로) 이웃하는 스팬들 사이의 경계에 있는 노즐들은 동시에 또는 연속적으로 발사되지 않는다.

스팬( Span )

스팬은, 1개의 노즐이 동시에 발사될 수 있는 행에 있는 연속적인 노즐들의 수이다. 도 11은, 노즐들의 일부 행이 3개의 스팬으로 발사되며, 또한 그 행이 5개의 스팬으로 나누어지는 상태를 나타낸 것이다. 예시를 위해, 시프트 값은 1이다. 그러나, 상술한 바와 같이, 인접한 노즐들이 연속적으로 발사될 수 있기 때문에 이 값은 실용상 적당한 시프트 값이 아니다. 첫번째 노즐로부터 발사된 잉크방울로부터의 난류의 후류(turbulent wake)는 이후에 바로 인접 모델(model)로부터 발사된 잉크방울과 간섭될 수 있다. 그것은 인접 노즐로의 잉크 공급 흐름에 대한 문제가 될 수도 있다.

전체 행이 발사되기 전에 3번의 발사가 있다.

첫번째 발사 : 하나의 행에 있는 3개의 노즐 모두가 발사된다.

두번째 발사 : 첫번째 노즐의 한쪽의 노즐이 발사된다.

세번째 발사 : 첫번째 노즐의 맞은 편에 있는 노즐이 발사된다 - 이 행의

모든 노즐이 바로 발사된다.

행 N+2의 노즐들이 동일한 스팬 패턴을 사용하여 그 발사 사이클을 시작

한다.

한 행의 노즐들의 1/3이 항시 발사된다.

5개의 스팬에 대해, 전체 행이 발사되기전에 5번의 발사가 있고 그 행의 노즐들의 1/5이 항시 발사된다.

극단적으로(Udon 프린트헤드 IC에 대해)은 다음과 같다:

스팬 = 1이면, 한 행의 모든 노즐이 동시에 발사되어 상당한 전류를 인입

(drawing)하여 프린트헤드 IC를 손상시킬 것이다.

스팬 = 640이면, 1개의 노즐을 동시에 발사시키지만, 너무 길어서 단일

행에 지정된 시간 내에 완료되지 않을 것이다.

어떠한 경우에서도, 스팬은 항시 발사할 수 있는 노즐들의 최대 수를 제어할 뿐이다. 각 개별적인 노즐은 실제로 발사하기 위해 그 시프트 레지스터에서 1을 필요로 한다. 아래의 예에서는, 프린트헤드 IC가 칼라 실선을 인쇄하여, 그칼라의 모든 노즐이 발사된다고 가정한 것이다. 실제로, 이는 드문 경우이다.

시프트( Shift )

도 11에 도시된 예에서 시프트 값은 1이다. 즉, 1개의 노즐이 발사되고, 이어서 다음의 노즐이 발사되고, 또 이어서 그 다음의 노즐이 발사되는 방식으로 행해진다. 상술한 바와 같이, 이는 비현실적이다. 도 12는, 스팬이 5이고 스팬 시프트가 3일 때의 노즐 행의 세그먼트(segment)를 나타낸 것이다.

첫번째 발사 : 열(coulmn) 1이 발사된다.

두번째 발사 : 발사되는 노즐은 열 4에 걸쳐 3개의 노즐이다.

세번째 발사 : 카운트가 순환 중복(wrap around)되어 노즐 2로 복귀된다.

네번째 발사 : 노즐 5가 발사된다.

다섯번째 발사 : 노즐 3이 발사된다 - 즉, 스팬 내의 5개의 모든 노즐이

바로 발사된다.

행 내의 모든 노즐을 한번 정확히 발사시키기 위해서는, 시프트는 스팬의 인수가 될 수 없다. 즉, 스팬은 (나머지 없이) 시프트로 나누어질 수 없다. 제 시간에 잉크방울 분리를 최대화시키고 행 마다 모든 노즐을 한번 정확히 발사시키기 위해서, 스팬 시프트에 대하여 스팬의 제곱근에 가장 가까운 상호 소수가 선택되어야 한다. 예를 들면, 스팬이 27이고 스팬 시프트가 5인 경우가 적당하다.

발사 지연( Firing Delay )

한 행의 모든 노즐을 동시에 발사시키면, 행 시간(row time)의 지속기간 동안 (대략) 일정하게 되는 전류의 양이 커지게 될 것이다. 이는, 전원공급이 매우 짧은 시간 내에 제로(zero) 전류로부터 최대 전류까지 단계적으로 행해질 필요가 있다는 것이다. 이는, 최대값이 도달될 때까지 인입되는 전류 변화비를 높게 만든다. 불행하게도, 전류의 갑작스런 증가는 회로 임피던스를 증가시키는 인덕턴스(inductance)를 야기시킨다. 높은 임피던스에 따라, 구동전압은, 인덕턴스가 정상으로 복원될 때까지, 즉 전류의 증가가 중지될 때까지 '전압강하(sag)'된다. 프린트헤드 IC에서는, 액츄에이터 공급전압을 좁은 범위 내에서 유지하여 잉크방울 크기와 방향성을 일정하게 유지하는 것이 필요하다.

각 구역의 발사펄스가 TCPG에 의해 변화될 수 있으므로, 그것은 프린트헤드를 가로질러 각 구역에서의 발사개시를 지연하는데 사용될 수 있다. 이는 발사 중에 전류의 변화비를 감소시킨다. 도 13a 및 13B는 구역 발사지연과 전류 드레인(drain) 사이의 관계를 나타낸 것이다. 도 13a는 칼라 실선을 인쇄할 때 2가지 극단적인 전력 사용법을 나타낸 것이다(이는, 80 도트가 구역을 가로질러 발사할 수 있기 때문에 전원공급의 최악의 경우이다).

도 13a는 구역들 사이에 발사지연이 전혀 없다는 것을 나타낸 것이다. 각 구역은 20개 노즐 각각 4개의 스팬을 갖는다. 구역들 각각은 전체 행 시간(행 시간은 노즐들의 모든 행이 발사하는데 유용한 시간이다) 동안 발사된다. 그러므로, 행 시간 동안 언제라도, 8개 구역 모두로부터 4개의 노즐이 발사된다(전류 인입된다). 따라서 공급전류의 프로파일(profile)은 긴 평탄한 계단함수(step function)(78)이고 각 구역에 대해 동일하다. 전체 행에 대한 프로파일은 개별적인 프로파일(78)의 누적 계단함수(accumulated step function)이다. 이론적으로는, 계단함수(80)의 전연(前緣, leading edge)(90)은 수직이지만, 실제로는 최대전류 레벨(82)에 도달할 때까지 매우 가파르다. 전류의 높은 변화비는 바람직하지 않은 전압강하를 초래할 수 있다.

도 13b는 구역들이 단계적으로 발사될 때의 전류공급 프로파일을 나타낸 것이다. 각 구역의 발사를 엇갈리게 하기 위해서는, 각 스팬의 노즐들이 발사될 수 있는 시간을 줄어야 한다. 도 13b에 도시된 예에서, 각 스팬은 그 노즐들을 발사시키는 행 시간의 절반이다. 각 스팬이 발사하는데 필요한 시간을 단축시키기 위해서는, 스팬의 노즐들의 수를 줄일 수 있다. 예를 들면, 도 13b에서의 스팬은 10이고, 따라서 각 스팬으로부터 8개 노즐(10×8 = 80개 노즐/구역)이 동시에 발사될 것이다. 8개 노즐에 대해 인입된 누적 전류는 도 13a에 도시된 스팬 마다 4개 노즐 발사의 경우보다 더 크다. 따라서 도 13b에서의 각 구역에 대해 인입된 전류는 도 13a에서의 구역의 경우의 2배이지만, 그 전류는 절반의 시간 동안 인입된다. 행 시간의 개시시에 구역 1에 전류 공급(84) 된다. 구역 8이 그 발사 시퀀스를 시작할 때까지 구역 2에의 전류 공급(94)이 정해진 지연기간 후에 시작하고 구역 3은 구역 2에 대하여 마찬가지로 지연되는 등의 방식을 거친다. 구역 8이 발사 시작하도록 또는 행 시간의 절반이 경과되기 전에 각 구역에 대한 지연이 정해질 필요가 있다.

누적 전류 공급 프로파일(86)은, 전류공급이 최대값(88)에 도달할 때 전류공 급시에 일련의 8개의 가파른 계단을 나타낸다. 최대전류(88)는 비(非)지연 구역의 발사시의 최대전류(82)보다 더 크지만, 공급전류(92)의 증가비율은 더 적다. 이는 회로의 보다 적은 임피던스를 야기하여 전압강하가 더 낮아진다. 각각의 경우에, 사용된 총 에너지는 주어진 행 시간에 대해 동일하지만 소비 에너지의 분포는 조절된다.

정상적인 발사 순서( Normal Firing Order )

상술한 바와 같이, 인쇄 데이터가 프린트헤드 IC(12)에 송신되고 나서 한 행에 동시에 발사 명령이 이어진다. 그에 앞서, 노즐 어레이의 각 개별적인 유닛셀은 각 라인 타임(line time)(라인 타임은, 프린트헤드가 1 인쇄라인을 인쇄하기 위해 소요되는 시간이다) 동안 각 노즐에 대한 인쇄 데이터('1' 또는 '0')를 저정하기 위한 시프트 레지스터를 갖는다. 전체 어레이에 대한 인쇄 데이터는, 발사명령이 발사 시퀀스를 개시하기 전에 시프트 레지스터에 로딩될 것이다. 각 라인에 대한 인쇄 데이터를 단계적으로 로딩하여 발사함으로써, 더 작은 수의 시프트 레지스터가 각 유닛셀 안 대신에 노즐 어레이에 인접하여 위치될 수 있다. 유닛셀(20)로부터 시프트 레지스터를 제거하면, 구동 FET(40)(도 2 참조)가 더 커지게 된다. 이는 아래에 설명한 이유들 때문에 프린트헤드 효율을 향상시킨다.

서멀 프린트헤드(IC)는, 히터부재(heater element)에 의해 생성된 기포가 신속히 핵생성되는 경우 더 효율적이다. 기포 핵생성 전에 보다 적은 열이 잉크 속으로 소멸된다. 기포의 보다 신속한 핵생성은, 그 열이 히터를 둘러싸는 웨이퍼 영역들 속으로 확산될 수 있는 시간을 절감시킨다. 기포가 더 신속하게 핵생성되도록 하기 위해서, 전기펄스는 히터에 같은 에너지(약 200nJ)를 제공하면서 더 짧은 지속기간을 가질 필요가 있다. 이는, 각 노즐에 대한 구동 FET가 구동펄스의 전력을 증가시킬 것을 요구한다. 그러나, 구동 FET의 전력을 증가시키면, 그 크기가 증가된다. 이는 노즐과 그 관련된 회로에 의해 점유된 웨이퍼 영역을 확장시고 이에 따라 프린트헤드의 노즐 밀도를 감소시킨다. 노즐 밀도의 감소는 인쇄 품질과 소형의 프린트헤드 디자인에 치명적이다. 유닛셀로부터 시프트 레지스터를 제거함으로써, 구동 FET는 노즐 밀도를 절충함이 없이 더 강력하게 될 수 있다.

Udon 디자인은 1행에 노즐 어레이에 대한 데이터를 동시에 쓴다. 그러나, 수개의 행을 동시에 로딩하여 발사하는 프린트헤드 IC는 마찬가지의 이점을 달성할 수도 있다. 그러나, 주목해야 할 점은, 시프트 레지스터와 그 대응하는 노즐 사이의 전기접속이 고저항 손실을 야기시키지 않도록 비교적 짧게 유지되어야 한다는 것이다.

1행에 인쇄 데이터를 동시에 로딩하여 발사하려면, PEC는 인쇄되는 행 순서로 데이터를 전송하도록 하는 것이 요구된다. 이에 앞서, 전체 노즐 어레이에 대한 데이터를 발사하기 전에 로딩하였을 때, PEC는 프린트헤드 IC에 의해 선택된 행 발사순서에 무관하였다. Udon에 의해, PEC는 미리 정해진 순서로 행 데이터를 전송하는 필요할 것이다.

프린트헤드 노즐들은 상술한 스팬/시프트 발사 시퀀스와 지연영역 개시에 따라 정상적으로 발사된다. 프린트헤드 IC(12)의 후면에 있는 공급채널(50)(도 5C 참조)은 IC의 정면 상의 노즐의 2개의 인접한 행, 즉 행 0과 1에 잉크를 공급하여 같은 칼라를 분사하고, 마찬가지로 행 2와 3에는 다른 칼라를 분사하는 등의 과정을 행한다. Udon 프린트헤드 IC는 10개의 노즐 행을 가지며, 이 행들은 지정된 칼라, 즉 CMYK, IR(매체를 눈에 보이지 않는 데이터로 인코딩하기 위한 적외선 잉크) 또는 CMYKK일 수 있다. 잉크 공급 흐름 문제를 회피하기 위해, 두번째 모든 행은 10 행 모두가 발사될 때까지 2 패스(pass)로, 즉 행 0, 행 2, 행 4, 행 6, 행 8, 다음으로 행 1, 행 3, 행 5 등으로 발사된다.

행 발사는, 각 행이 발사하기 위한 전체 라인 타임의 10% 좀 못 미칠만큼의 시간으로 정해져야 한다. 발사 명령부는 현재 로딩되는 데이터를 간단히 발사시킨다. SoPEC 모드로 작동시킬 때, Udon 프린트헤드 IC는 미리 정해진 순서로 데이터의 다음의 행을 로딩하는 '데이터 넥스트(data next)' 명령을 수신한다. MoPEC 모드에서, 데이터의 각 행은 그 행에 구체적으로 어드레싱되어야 한다.

용지 이동을 고려하면, 10.1DP(dot pitch) 수직 칼라 피치와 함께 0.1 라인 타임에 바로 못 미치는 행 시간은 10DP 라인 세퍼레이션(line separation)으로서 용지 상에 나타난다. 노즐들의 홀수 및 짝수의 같은 칼라는 수직으로 발사된 0.5 라인 타임과 3.5DP 이격된 채로, 용지 상에 수직으로 5DP 떨어져 도트로서 나타난다.

발사 사이클( Fire Cycle )

도 14는 데이터 흐름들과 일련의 데이터에 대한 발사 명령 시퀀스를 나타낸 것이다. 발사 명령이 데이터 스트림(data stream)에서 수신되면, 시프트 레지스터들의 행 내의 데이터는 각 유닛셀의 도트-래치(dot-latch)에 전달되며, 발사 사이클은 그 도트-래치 내에 1을 갖는 모든 노즐로부터 잉크를 분사하도록 개시된다. 한편, 발사 순서에서의 다음의 행에 대한 데이터가 로딩된다.

드롭 트라이앵글 및 드룹부 발사 지연( Drop Triangle and

Droop Section Firing Delay )

잉크방울 보상(drop compensation)이란, 각 IC(12) 상의 노즐 어레이(22)의 좌측에 있는 경사구역(28)과 드롭 트라이앵글(30)(도 5C 참조)에 Udon 구동로직(46)에 의해 적용된 보상을 말한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 그 어레이(22)의 나머지로부터 변위되는 노즐들에 대한 인쇄 데이터는 일정한 수의 라인 타임에 의해 지연될 필요가 있다. 도 15는 IC(12)의 하나의 행(26)에 있는 노즐들을 나타낸 것이다. 드롭 트라이앵글(30) 내의 노즐들은 그 행 내의 변위되지 않은 노즐들로부터 10 도트 피치만큼 모두 변위되어 있다. 변위되지 않은 노즐들과 드롭 트라이앵글(30)을 연결하는 드룹부(28)의 노즐들은 2개의 노즐마다 1 도트 피치만큼 인덱스(index)하는 변위부(displacement)를 갖는다. 경사진 드룹구역(28)에서, 구동로직은 도트 데이터를 발사할 때 상기 지연을 인덱스한다.

노즐 막힘 세정( Nozzle Blockage Clearing )

페이지들간의 비활성이거나 균형적이고 특히 보다 높은 주위온도(ambient temperature)에서의 기간 동안, 노즐들은 더 많은 점도를 갖는 또는 마른 잉크로 막혀지게 될 수 있다. 노즐들 속의 잉크로부터 물이 증발될 수 있고, 이에 따라 기포가 잉크방울을 분사할 수 없는 지점까지 잉크의 점도가 증가된다. 노즐이 막혀 작동할 수 없게 된다.

수 많은 프린터는 막힌 노즐들을 복구하고 프린트헤드의 외면을 세정할 수 있는 프린트헤드 유지보수체제를 갖고 있다. 이러한 프린터는 노즐을 통하여 잉크를 흡수하기 위해 진공(vacuum)을 형성하여 더 적은 점성을 갖는 잉크가 노즐을 리필하도록 한다. 비교적 대량의 잉크는, 카트리지들의 더 빈번한 교체를 요하는 이러한 과정에 의해 폐기된다.

Udon 프린트헤드 IC는 인쇄 작업 전 또는 후에 작동할 수 있는 유지보수 모드를 갖는다. 유지보수 모드 중에, 액츄에이터가 고장났음을 불량 노즐 맵(dead nozzle map)(이후에 설명함)이 표시하지 않는 한, 구동로직은 각 노즐의 액츄에이터들에 대한 디클로그 펄스(de-clog pulse)를 생성한다. 인쇄 작업 중에 작동시키기 위해서, 노즐들은 용지에 대한 방해없이 페이지들간의 틈(gap)에 디클로그 펄스를 발사시켜야 한다.

디클로그 펄스는 정상적인 구동펄스보다 길다. 보다 긴 지속기간 펄스로부터 형성된 기포는 더 크고 발사 임펄스(impulse)보다 잉크에 더 큰 임펄스를 부여한다. 이는, 고점도의 잉크를 분사하는데 필요하게 될 수 있는 추가적인 힘을 펄스에 제공한다.

예비 조치로서, 디클로그 펄스를 취하기 앞서서 잉크와 더 낮은 점도를 따뜻 하게 하기 위해 일련의 부분사 펄스를 취할 수 있다. 도 16은 일련의 짧은(발사 펄스에 비하여) 부분사 펄스(94)와 그 이후에 나타나는 단일의 디클로그 펄스(96)를 갖는 전형적인 디클로그 펄스 트레인(train)을 나타낸 것이다. 개개의 부분사 펄스(94)는 기포를 핵생성하고 그에 따라 잉크를 분사하는데 충분한 에너지를 갖는다. 그러나, 급격한 이들 일련의 부분사 펄스는 다음의 디클로그 펄스(96)를 돕기 위해 잉크 온도를 상승시킨다.

개방 액츄에이터 테스팅( Open Actuator Testing )

Udon 프린트헤드 IC(12)는 개방 액츄에이터 테스트를 지원한다. 개방 액츄에이터 테스트(OAT)는, 노즐 어레이 내의 어떠한 액츄에이터가 과열되어 파열되었는지를 알아내는데 사용된다.(대체로 '개방' 또는 '개방 회로' 로 불리워진다)

웨이퍼 기판들 상에 MEMS 노즐 구조들를 제조할 때 언제나 똑같이 몇 개의 결함있는 노즐을 야기시킬 것이다. 이러한 '불량 노즐들'은 제조 직후에 웨이퍼 프로브(probe)를 사용하여 위치를 찾아낼 수 있다. 불량 노즐들의 위치를 알게 되면, 프린트 엔진 제어기(PEC)는 불량 노즐 맵으로 프로그램화될 수 있다. 이는 노즐 리던던시 등의 기술에 의해 불량 노즐을 보상하는데 사용된다(프린트헤드 IC가 필요 이상의 노즐을 갖고 불량 노즐에 정상적으로 할당된 도트들을 인쇄하기 위해 '여분(spare)' 노즐을 사용한다).

불행하게도, 노즐들은 프린트헤드의 동작 수명 중에 고장나기도 한다. 일단 노즐들이 프린트헤드 조립체에 장착되어 프린터 내에 설치되면, 웨이퍼 프로브를 사용하여 이러한 불량 노즐들을 찾아내는 것은 불가능하다. 시간이 지남에 따라, 다수의 불량 노즐이 증가하고, PEC가 그러한 노즐들을 인식하지 못하면, 그 노즐들의 보상을 시도할 방법이 없다. 이는 결국 인쇄 품질에 치명적인 시각적 아티팩트를 야기시킨다.

서멀 잉크젯 프린트헤드와 서멀 벤드 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 다수의 고장(failure)은 개방 회로를 과열시키거나 파열시키는 저항성 히터의 결과로 인한 것이다. 노즐들은 막힘 때문에 잉크를 분사하지 못할 수 있지만 이는 '불량 노즐'때문이 아니고 프린터 유지보수체제를 통하여 복구될 수 있다. 노즐들이 온칩(on-chip) 테스트로 처리되는지를 결정함으로써, 프린트 엔진 제어기는 그 불량 노즐 맵을 주기적으로 업데이트할 수 있다. 정확한 불량 노즐 맵에 의해, PEC는 프린트헤드의 동작 수명을 연장시키기 위해 보상기술(예를 들면, 리던던시)을 사용할 수 있다.

Udon IC는 개방 액츄에이터 테스트는 액츄에이터의 저항과 미리 정해진 임계값(threshold)을 비교한다. 높은(또는 무한(infinite)) 저항은 액츄에이터가 고장났음을 나타내며 이러한 정보는 그 불량 노즐 보상표(compensation table)를 업데이트하기 위해 PEC로 피드백(feed back)된다. OAT가 개방 회로 노즐들의 위치를 찾아낼 수 있지만 막힌 노즐들의 위치를 찾아낼 수 없다는 사실을 주목하는 것이 중요하다.

히터부재와 OAT 양쪽을 사용하는 서멀 액츄에이터와 서멀 벤드 액츄에이터는 어느 한쪽에 동등하게 적용될 수 있다. 마찬가지로, 구동 FET는 N형 또는 P형일 수 있다. 도 17a 및 도 17b는 p-FET와 n-FET에 의해 각각 구동되는 단일 히터부재를 갖는 단일 유닛셀에 적용된 바와 같은 OAT의 회로를 나타낸 것이다.

도 17a에서, 구동 p-FET(40)는 '행 인에이블(row enable)'(RE)(98)과 '열 인에이블(column enable)"(CE)(100)이 모두 어서트(assert)될 때(그들의 접점에서 '1'을 수신할 때) 언제나 인쇄 중에 인에이블된다. 구동 FET(40)를 인에이블하면, 유닛셀을 작동시키기 위해 히터부재(34)가 Vpos(104)로 개방된다. 행 인에이블(98)이나 열 인에이블(100)이 어서트될 때, 블리드(bleed) n-FET가 인에이블된다. 블리드 n-FET(112)는, 유닛셀이 어떤 전기분해 경로를 제거하기 위해 작동되지 않을 때 감지 노드(sense node)(120)에서의 전압을 낮은 상태로 끌어내리는 것을 보장한다.

OAT(106)가 어서트될 때, AND 게이트(108)는 그것을 디스에이블(disable)하기 위go 구동 p-FET(40)의 게이트를 높은 상태로 끌어당긴다. OAT(106)는 또한 감지 노드(120)에 감지 출력(116)을 접속하기 위해 감지용 n-FET(114)의 게이트를 높은 상태로 끌어당긴다, 블리드 n-FET(112)를 디스에이블하더라도, 감지 노드(120)에서의 전압은 히터부재(34)를 통하여 접지(68)까지 여전히 낮은 상태로 끌어내릴 것이다. 따라서, 감지 출력(116)은, 액츄에이터가 여전히 작동중임을 나타내기 위해 낮아진다. 그러나, 히터부재(34)가 개방되면(고장나면), 감지 노드(120)에서의 전압은 높게 유지되며 이는 불량 노즐을 나타내도록 감지 출력(116)을 높은 상태로 끌어당긴다. 이는 불량 노즐 맵을 업데이트하고 보상을 위한(가능하다면) 조치를 개시하는 PEC로 피드백된다.

도 17b에 도시된 유닛셀 회로는 구동 n-FET(40)를 사용한다. 본 실시형태에 있어서, 행 인에이블(98)과 열 인에이블(100)이 어서트되면, 그것을 인에이블하여 Vpos(104)가 히터부재(34)를 통하여 접지까지 유출되도록 구동 n-FET(40)의 게이트를 높은 상태로 끌어당긴다. 행 인에이블(98)과 열 인에이블(100)이 어서트될 때 언제나 블리드 p-FET(118)가 다시 디스에이블된다.

액츄에이터 테스트를 개시하기 위해, OAT(106)는 행 인에이블(98)과 열 인에이블(100)과 함께 어서트된다. 이는 NAND 로직(110)을 사용하여 게이트를 낮게 끌어당김으로써 구동 n-FET(40)를 디스에이블시킨다. 또한 감지 출력(116)을 감지 노드(120)에 접속하기 위해 감지용 FET(114)를 개방시킨다. 구동 FET(40)가 디스에이블될 때 접지(68)로부터 절연된 히터(34)에 의해, 감지 노드(120)는 높은 상태로 끌어당겨지고 높은 감지 출력(116)은 작동중인 액츄에이터를 나타낸다. 히터(34)가 파열되면, 감지 노드(120)는 저전압으로 되고나서 마지막 시간에 구동 FET(40)가 인에이블된다. 따라서, OAT가 인에이블될 때, 감지 출력(116)이 낮아지고 PEC는 불량 노즐을 불량 노즐 맵에 기록한다.

프린트헤드 IC가 인쇄된 직후에 개방 액츄에이터 테스트가 실행되어야 함을 알 수 있을 것이다. 비활성 기간 후, 블리드 p-FET(118) 또는 n-FET(112)는 감지 노드를 저전압으로 강하시킨다. 페이지들간의 인쇄시의 갭은 개방 액츄에이터 테스트를 실행할 수 있는 편리한 기회이다.

본 발명은 본 명세서에서 실시예에 의해서만 설명하였다. 해당분야의 숙련자라면, 광범위한 발명의 개념의 정신과 범위로부터 벗어나지 않는 많은 변경과 수 정을 할 수 있음을 바로 인식할 수 있을 것이다.

Claims

노즐들의 어레이(array of nozzles);

노즐 각각에 대응하며, 잉크를 가열하여 그 대응하는 노즐을 통하여 잉크의 분사를 행하기 위한 저항성 히터(resistive heater)를 갖는 분사 액츄에이터(ejection actuator);

상기 분사 액츄에이터 각각에 대응하며, 인쇄 데이터를 수신하여 그 인쇄 데이터에 따라 분사 액츄에이터에 대한 저항성 히터에 전원을 인가하기 위한 구동회로; 및

상기 분사 액츄에이터 각각에 대응하며, 상기 분사 액츄에이터가 결함이 있는지를 평가(assess)하기 위해 상기 구동회로를 선택적으로 디스에이블(disable)시켜 저항성 히터에 걸리는 전압을 감지하기 위한 개방 액츄에이터 테스트 회로;

를 포함하는 프린트헤드 IC.
제1항에 있어서,

사용 중에, 상기 개방 액츄에이터 테스트 회로로부터의 피드백은 구동회로에 의해 순차적으로 수신된 인쇄 데이터를 조절하는데 사용되는 프린트헤드 IC.
제1항에 있어서,

상기 개방 액츄에이터 테스트 회로는 인쇄작업 중에 결함노즐 피드백을 생성하는 프린트헤드 IC.
제1항에 있어서,

상기 개방 액츄에이터 테스트 회로는 프린트헤드 동작 후 미리 정해진 기간 (predetermined time period) 내에 결함노즐 피드백을 생성하는 프린트헤드 IC.
제1항에 있어서,

상기 개방 액츄에이터 테스트 회로는 인쇄작업의 각 페이지 사이에서 결함노즐 피드백을 생성하는 프린트헤드 IC.
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