KR20180039615A - 잉크젯 프린트헤드 - Google Patents

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KR20180039615A
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printhead
signal
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KR1020187000039A
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로버트 에롤 멕멀렌
제임스 에드워드 데이빗 머천트
수브라마니안 시바라마크리쉬난
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자아 테크날러쥐 리미티드
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Abstract

프린트헤드 다이를 포함하는 잉크젯 프린트헤드가 제공되며, 상기 프린트헤드 다이는: 복수의 액추에이터; 상기 복수의 액추에이터의 각각의 제1 전극과 전기 통신하여 그것에 구동 신호를 제공하는 복수의 전기 접속부; 제1 그룹의 액추에이터의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태로 배치되어 그것에 제1 신호를 제공하는 제1 전기 버스; 및 제2 그룹의 액추에이터의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태로 배치되어 그것에 제2 신호를 제공하는 제2 전기 버스를 포함한다.

Description

잉크젯 프린트헤드
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것이며, 특히 관련 액추에이터를 구동하기 위해 그 위에 제공되는 전기 접속부의 배치에 관한 것이지만 이것에 한정되지는 않는다.
관련 기술분야에는 드롭-온-디맨드(drop-on-demand) 잉크젯 프린트헤드가 공지되어 있으며, 따라서 일반적으로 프린트헤드 다이(이하에서 "다이")는 그 위에 제공되는 복수의 유체 챔버를 포함하고, 각각의 유체 챔버는 관련 노즐 및 개별적으로 어드레싱 가능한(addressable) 토출 기구를 가지며, 따라서 토출 기구는 노즐로부터의 잉크를 잉크 액적의 형태로 제어 토출한다.
잉크젯 프린트헤드는 일반적으로 써멀 잉크젯 프린트헤드 또는 압전 잉크젯 프린트헤드로 분류될 수 있다.
써멀 잉크젯 프린트헤드는 유체 챔버 내에 잉크 증기의 버블을 신속하게 발생시키기 위해 열 공정을 사용하며, 따라서 상기 버블은 잉크가 유체 챔버의 노즐을 통해서 잉크 액적으로서 토출되게 한다. 잉크 증기의 버블의 발생을 제어하는 것은 인쇄 매체 상에의 이러한 잉크 액적의 제어된 피착을 가능하게 한다.
써멀 잉크젯 프린트헤드의 각각의 유체 챔버는 잉크 증기의 버블을 발생시키기 위해 히터 형태의 관련 토출 기구를 가지며, 따라서 각각의 유체 챔버와 관련된 각각의 히터는 그와 전기 통신되는 컨트롤러(예를 들어, 컴퓨터 단말기)에 의해 개별적으로 제어될 수 있다.
써멀 잉크젯 프린트헤드와 대조적으로, 압전 잉크젯 프린트헤드는 유체 챔버로부터 잉크를 제어 토출하기 위해 기계적 변위를 사용한다.
압전 잉크젯 프린트헤드는 일반적으로 작동 요소 형태의 관련 토출 기구를 각각 구비하는 복수의 유체 챔버를 포함하며, 따라서 각각의 작동 요소는 신호(예를 들어, 접지/구동 신호)에 응답하여 제어 변형되도록 구성된다.
각각의 작동 요소의 제어된 변형은 잉크가 관련 유체 챔버 각각의 노즐로부터 잉크 액적으로서 토출되게 한다. 작동 요소는 용도에 따라서 상이한 구성으로 제공될 수 있다. 예를 들어 작동 요소는 지붕(roof) 모드로 또는 공유된 벽 구성으로 제공될 수 있다.
써멀 잉크젯 프린트헤드와 압전 잉크젯 프린트헤드 둘 다를 위한 각각의 토출 기구는 일반적으로 다이로부터 이격된 컨트롤러와 전기 통신하는 두 개 이상의 전극을 포함할 것임을 알 것이다. 따라서, 다이 상의 토출 기구를 컨트롤러에 연결하기 위해서 전기 접속부가 요구된다.
일부 구성에서, 전기 접속부는 다이 상에 제공되는 전기 트레이스 또는 전기 트랙으로서 제공될 것이며, 따라서 예를 들어 각각의 전기 트레이스의 단부는 토출 기구의 전극에 연결될 것이고, 각각의 전기 트레이스의 대향 단부는 컨트롤러에 대한 오프-다이(off-die) 연결을 위해 추가 전기 접속부(들), 예를 들어 전기 접점(들)(예를 들어, 패드/단자/핀)에 연결될 것이다.
복수의 전기 접속부(예를 들어, 전기 트레이스)를 갖는 가요성 회로는 다이 상의 전기 접점에 연결되어 오프-다이 전기 접속을 제공하고, 따라서 다이 상에 제공된 각각의 토출 기구와 다이에서 떨어져 배치된 컨트롤러 사이에 전기 통신을 제공할 수 있다. 이러한 구성은 토출 기구의 제어를 위한 토출 기구의 개별 어드레싱을 가능하게 하며, 따라서 구동 신호 및 접지 신호가 컨트롤러로부터 가요성 회로를 거쳐서 토출 기구의 각각의 전극에 제공된다.
많은 경우에, 적용 및 시장 요구에 의해 고해상도 잉크젯 프린트헤드가 필요하다. 잉크젯 프린트헤드의 달성 가능한 해상도를 증가시키기 위한 하나의 해결책은 다이 상에 제공되는 노즐의 개수를 증가시키는 것이다.
그러나, 다이 당 노즐의 개수를 증가시키는 것은 액추에이터, 전극, 및 다이 상에 요구되는 전기 접속부의 개수 역시 대응하여 증가하는 결과를 초래한다.
예시적 예로서, 프린트헤드 다이는 1000개 초과의 노즐을 포함할 수 있고, 따라서 각각의 노즐은 관련 토출 기구를 가지며, 전술했듯이 각각의 토출 기구는 두 개 이상의 전극을 포함하고, 이들 전극은 이어서 컨트롤러로부터 신호를 수신하기 위해 두 개 이상의 전기 트레이스와 접촉한다. 따라서, 예시적 예의 다이는 2000개 초과의 전기 트레이스 및 실질적으로 유사한 개수의 전기 접점을 요구한다. 이러한 다이는 전기 접속부 전용의 넓은 영역을 요구하며, 이는 공간 제약으로 인한 공학적 과제를 제기하거나 또는 다이 크기가 증가될 수 있는 경우 비용 증가를 초래한다.
써멀 잉크젯 프린트헤드는 종종 단일 프린트헤드 다이 상에 제공되는 CMOS(상보형 금속-산화-반도체) 부품을 포함하며, 따라서 다이에 요구되는 전기 접속부(예를 들어, 오프-다이 전기 접속부)의 개수를 감소시킬 수 있다.
그러나 압전 잉크젯 헤드에서의 CMOS 사용은 티탄산 지르콘산 납(lead zirconium titanate: PZT)과 같은 납-기반 액추에이터 재료에서의 납(Pb) 오염 문제 및/또는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 제조된 액추에이터 부품의 제조 공정 중에 압전 재료를 결정화하는데 필요한 예를 들어 700℃를 초과할 수 있는 높은 처리 온도로 인해 실시하기가 더 어렵다.
따라서 압전 잉크젯 프린트헤드의 해상도 향상은 이용 가능한 패키징 및 오프-다이 상호접속 기술을 사용하여 점점 더 어려워지고 있다.
일부 경우에, 잉크젯 프린트헤드의 해상도를 증가시키는 것은 또한 필요한 전기 접속부 개수의 증가로 인해 다이 상의 전기 접속부 사이의 전기 크로스토크를 초래할 수 있다. 전기 크로스토크는 잉크젯 프린트헤드의 동작에 부정적으로 영향을 미칠 수 있음을 알 것이다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하는 것이다.
제1 양태에서는, 프린트헤드 다이를 포함하는 잉크젯 프린트헤드가 제공되며, 상기 프린트헤드 다이는: 복수의 액추에이터; 상기 복수의 액추에이터의 각각의 제1 전극과 전기 통신하여 그것에 구동 신호를 제공하는 복수의 전기 접속부; 제1 그룹의 액추에이터의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태로 배치되어 그것에 제1 신호를 제공하는 제1 전기 버스; 및 제2 그룹의 액추에이터의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태로 배치되어 그것에 제2 신호를 제공하는 제2 전기 버스를 포함한다.
이러한 구성에서, 전류 경로는 동일한 그룹 내의 액추에이터 사이에서만 공유된다. 이러한 구성은 모든 액추에이터가 공통 전기 버스에 연결되는 구성에 비해서 생성되는 감소된 변형을 제공하며, 따라서 감소된 전기 크로스토크 및 감소된 액적 배치 오류를 제공한다.
바람직하게, 상기 복수의 액추에이터는 잉크젯 프린트헤드 다이의 길이 방향으로 연장되는 하나 이상의 열(row)로 배치된다.
바람직하게, 각각의 열은 하나 이상의 액추에이터 그룹을 포함하며, 하나의 그룹은 한 열의 교호적 액추에이터를 포함한다.
바람직하게, 상기 전기 트레이스는 전기 버스와 제2 전극 사이에 공통 전기 통신을 제공한다.
바람직하게, 상기 잉크젯 프린트헤드 다이는 세 개 이상의 전기 버스를 포함하며, 각각의 전기 버스는 다른 그룹의 액추에이터와 전기 통신한다.
전기 버스의 개수는 제1 및 제2 버스에 한정되지 않으며, 따라서 임의의 적절한 개수의 전기 버스는 임의의 적절한 개수의 그룹의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태로 배치되어 그것에 신호를 제공할 수 있다.
바람직하게, 상기 전기 버스는 프린트헤드 다이로부터 이격된 컨트롤러와 전기 통신하며, 상기 컨트롤러는 전기 버스에 신호를 제공하도록 구성되고, 가요성 케이블 또는 가요성 인쇄 회로는 프린트헤드 다이 상의 전기 버스와 컨트롤러 사이에 전기 통신을 제공한다.
바람직하게, 상기 전기 버스는 잉크젯 프린트헤드 다이 상에서 전기적으로 상호 절연된다.
바람직하게, 상기 전기 버스는 공통 접속부와 전기 통신 상태로 제공된다.
추가로, 각각 관련 저항을 갖는 전기 버스는 프린트헤드 다이 상에서 전기적으로 상호 절연되며, 다이에서 떨어져 배치된 비교적 낮은 저항의 도체에 연결될 수 있다. 대체 구성에서, 전기 버스는 비교적 낮은 저항의 접속이 제공될 수 있는 다이의 영역에서 다이 상에 함께 결합될 수 있다.
바람직하게, 상기 공통 접속부는 전기 버스보다 낮은 저항을 가지며, 상기 공통 접속부는 잉크젯 프린트헤드 다이; 가요성 인쇄 케이블 또는 가요성 인쇄 회로; 또는 컨트롤러 중 하나에 제공된다.
바람직하게, 구동 회로는 제1 전극과 컨트롤러 사이에 전기 통신 상태로 배치되며, 컨트롤러로부터 제어 신호를 수신하고 제어 신호에 응답하여 구동 신호를 제공하도록 구성되며, 구동 회로는 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC)를 포함한다.
바람직하게, 상기 제1 신호는 상기 제2 신호와 동일하며, 상기 제1 또는 제2 신호는 접지 신호를 포함한다.
제1 및 제2 신호는, 예를 들어 접지 신호가 양쪽에 제공될 때, 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 신호가 서로 다를 수도 있으며, 따라서 신호들 중 하나가 다른 하나에 대해 다른 오프셋을 가질 수 있다. 두 개 초과의 신호가 제공될 수도 있음을 알 것이다.
제2 양태에서는, 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 다이가 제공되며, 상기 프린트헤드 다이는: 복수의 액추에이터; 상기 복수의 액추에이터의 각각의 제1 전극과 전기 통신하여 그것에 구동 신호를 제공하는 복수의 전기 접속부; 제1 그룹의 액추에이터의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태로 배치되어 그것에 제1 신호를 제공하는 제1 전기 버스; 및 제2 그룹의 액추에이터의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태로 배치되어 그것에 제2 신호를 제공하는 제2 전기 버스를 포함한다.
도 1은 잉크젯 프린트헤드 다이의 일부의 단면도를 도시하는 개략도이다.
도 2는 관련 액추에이터를 구동하기 위한 공지된 회로 구성을 갖는 도 1의 잉크젯 프린트헤드 다이의 평면도를 도시하는 개략도이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 인쇄 매체 상의 잉크 액적의 피착 공정을 도시하는 개략도이다.
도 3b는 도 3a의 피착 공정을 추가로 도시하는 개략도이다.
도 3c는 도 3a의 피착 공정을 추가로 도시하는 개략도이다.
도 4a는 액추에이터를 구동하기 위한 예시적 파형을 도시하는 개략도이다.
도 4b는 공지된 회로 구성을 갖는 액추에이터를 구동하기 위한 예시적 파형을 도시하는 개략도이다.
도 5a는 일 실시예에 따른 액추에이터 그룹을 구동하기 위한 회로 구성을 갖는 도 1의 잉크젯 프린트헤드 다이의 평면도를 도시하는 개략도이다.
도 5b는 도 5a의 액추에이터 그룹에 신호를 공급하기 위한 회로 구성을 도시하는 개략도이다.
도 6은 도 5a의 액추에이터 그룹의 한 그룹을 구동하기 위한 예시적 파형을 도시하는 개략도이다.
도 7a는 추가 실시예에 따른 관련 액추에이터 그룹을 구동하기 위한 회로 구성을 갖는 도 1의 잉크젯 프린트헤드 다이의 평면도를 도시하는 개략도이다.
도 7b는 도 7a의 액추에이터 그룹에 신호를 공급하기 위한 회로 구성을 도시하는 개략도이다.
도 1은 공지된 회로 구성을 갖는 잉크젯 압전 프린트헤드의 잉크젯 프린트헤드 다이(50)의 일부의 단면도를 도시하는 개략도이다.
이하의 설명에서, 잉크젯 프린트헤드는 박막 잉크젯 압전 프린트헤드로서 기재되며, 이는 박막 압전 세라믹 액추에이터를 가지고, CMOS 및/또는 MEMS용 구조를 제조하기 위해 사용되는 것과 같은 임의의 적절한 제조 공정 또는 기술을 사용하여 제조될 수 있다.
잉크젯 프린트헤드는 박막 잉크젯 프린트헤드인 것에 한정되지 않으며, 잉크젯 프린트헤드는 전술한 것과 같은 처리 기술을 사용하여 제조되는 것에 한정되지 않는다. 대신에, 예를 들어 벌크 압전 세라믹 액추에이터를 다이싱 쏘(dicing saw)로 가공하고 이것을 유체 챔버에 접합하는 것과 같은 임의의 다른 적절한 제조 공정(들)이 사용될 수 있다.
다이(50)는 유체 챔버 기판(2) 및 노즐 층(4)을 포함한다.
다이(50)는 액적 발생 유닛(6)(이하에서 "액적 유닛")을 포함한다. 다이(50)는 후술하듯이 그 위에 어레이로 배열되는 복수의 액적 유닛(6)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시하듯이, 액적 유닛(6)은 유체 챔버(10) 및 유체 공급 채널(12)을 통해서 유체 챔버와 유체 연통하는 유체 유입 포트(13)를 포함한다.
유체 유입 포트(13)는 유체 챔버 기판(2)의 상면(19)에 유체 챔버(10)의 일 단부를 향해서 그 길이를 따라서 제공된다.
본 실시예에서, 액체(이하에서 "잉크")는 유체 유입 포트(13)로부터 유체 챔버(10)에 공급된다. 본 실시예에서, 액적 유닛(6)은 유체 공급 채널(12) 및 유체 챔버(10)와 유체 연통 상태로 유체 챔버 기판(2) 내에 제공되고, 그 사이에 잉크가 유동하기 위한 경로를 제공하도록 구성되는 유체 채널(14)을 추가로 포함한다.
추가로, 본 예에서, 액적 유닛(6)은 유체 챔버(10)와 유체 연통하는 유체 유출 포트(16)를 포함하며, 따라서 잉크는 유체 챔버 기판(2)에 형성된 유체 채널(14) 및 유체 복귀 채널(15)을 거쳐서 유체 챔버(10)로부터 유체 유출 포트(16)로 유동할 수 있다.
본 실시예에서, 유체 유출 포트(16)는 유체 유입 포트(13)가 제공되는 단부와 대향하는 유체 챔버(10)의 단부를 향해서 유체 챔버 기판(2)의 상면(19)에 제공된다.
대안적으로, 유체 유입 포트(13) 및/또는 유체 유출 포트(16)는 유체 챔버(10) 내에 제공될 수 있다.
대안적으로, 잉크는 다이의 측면(들)에 제공된 포트(들)를 통해서 공급 및/또는 복귀될 수 있다.
잉크가 유체 챔버(10)의 길이를 따라서 유체 유입 포트(13)로부터 유체 유출 포트(16)로 연속적으로 유동하도록 유체 유입 포트(13) 및 유체 유출 포트(16)를 갖는 액적 유닛(6)을 포함하는 잉크젯 프린트헤드는 재순환 모드로 작동하는 것으로 간주될 수 있다.
대체 실시예에서, 잉크는 유체 포트(13, 16) 양자로부터 유체 챔버(10)로 공급될 수 있거나 또는 따라서 다이(50)는 유체 챔버(10)에 공급되는 잉크의 거의 모두가 노즐(18)로부터 토출되도록 유체 유출 포트(16) 및/또는 유체 복귀 채널(15)을 구비하지 않으며, 따라서 잉크젯 프린트헤드는 비-재순환 모드로 작동하는 것으로 간주될 수 있다.
유체 챔버 기판(2)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있고, 예를 들어 Si 웨이퍼로 제조될 수 있으며, 유체 챔버(10), 유체 채널(12/15), 유체 유입/유출 포트(13/16) 및 유체 채널(14)과 같은 관련 특징부는 임의의 적절한 제조 공정, 예를 들어 딥 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching: DRIE) 또는 화학적 에칭과 같은 에칭 공정을 사용하여 형성될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 유체 챔버 기판(2)의 관련 특징부는 추가 공정, 예를 들어 화학 기상 증착(CVD) 기술[예를 들어, 플라즈마 강화 CVD(PECVD)], 원자 층 증착[atomic layer deposition(ALD)]에 의해 형성될 수 있거나, 특징부는 제거 및/또는 부가 공정의 조합을 사용하여 형성될 수 있다.
본 예에서, 노즐 층(4)은 유체 챔버 기판(2)의 바닥면(17)에 제공되고, "바닥"은 유체 챔버 기판(2)에서 노즐 층(4)이 제공되는 측을 지칭한다. 노즐 층은 바닥면 이외의 다른 표면 상에 제공될 수도 있음을 알 것이다.
다이(50)의 다양한 특징부의 표면은 예를 들어 패시베이션 재료 또는 습윤 재료의 적절한 코팅과 같은 보호성 또는 기능성 재료로 코팅될 수 있다.
액적 유닛(6)은 유체 챔버(10)와 유체 연통하는 노즐(18)을 추가로 포함하며, 따라서 노즐(18)은 임의의 적절한 공정, 예를 들어 화학적 에칭, DRIE, 레이저 절삭 등을 사용하여 노즐 층(4)에 형성된다.
액적 유닛(6)은 유체 챔버 기판(2)의 상면(19)에 제공되고 유체 챔버(10)를 커버하도록 구성된 진동 판(20)을 추가로 포함한다. 유체 챔버 기판(2)의 상면(19)은 유체 챔버 기판(2)의 바닥면(17)과 대향하는 표면을 지칭한다.
진동 판(20)은 유체 챔버(10) 내에 압력 변동을 발생시켜 유체 챔버(10) 내의 체적을 변화시키도록 변형 가능하며, 이로 인해 잉크가 유체 챔버(10)로부터 노즐(18)을 통해서 예를 들어 액적으로서 토출될 수 있거나 및/또는 잉크가 유체 유입 포트(13)를 통해서 유체 챔버 내로 흡인될 수 있다.
진동 판(20)은 예를 들어 금속, 합금, 유전체 재료 및/또는 반도체 재료와 같은 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 적절한 재료의 예로는 질화규소(Si3N4), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화티탄(TiO2), 규소(Si) 또는 탄화규소(SiC)가 포함된다. 진동 판(20)은 추가적으로 또는 대안적으로 다수의 층을 포함할 수 있다.
진동 판(20)은 예를 들어 ALD, 스퍼터링, 전기화학 공정 및/또는 CVD 기술과 같은 임의의 적절한 처리 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 진동 판(20)이 상면(19)에 제공될 때, 진동 판(20)에는 유체 포트(13/16)에 대응하는 개구(21)가 예를 들어 진동 판(20)의 형성 중에, 예를 들어 적절한 패터닝 기술을 사용하여 제공될 수 있다.
액적 유닛(6)은 진동 판(20) 상에 제공되는 액추에이터(22)를 추가로 포함하며, 이 액추에이터는 잉크젯 프린트헤드가 루프(roof) 모드로 작동하도록 진동 판(20)을 변형시키도록 구성된다.
그러나, 액적 발생을 수행할 수 있는 임의의 적절한 형태의 개구 위치, 액추에이터 또는 전극 구성이 사용될 수 있다. 예를 들어, 공유-벽 구성으로 작동하는 잉크젯 프린트헤드가 사용될 수 있으며, 따라서 액추에이터는 각각의 유체 챔버 내에 배치되고 개구는 챔버를 둘러싸는 표면 중 하나에 배치된다.
액추에이터(22)는 두 개의 전극(26, 28)이 제공된 압전 요소(24)를 포함하는 압전 액추에이터(22)로서 도시되어 있다. 압전 요소(24)는 예를 들어 PZT를 포함할 수 있지만, 임의의 적절한 재료가 사용될 수 있다.
진동 판(20) 상에는 전극이 하부 전극의 형태로 제공된다. 압전 요소(24)는 임의의 적절한 피착 기술을 사용하여 하부 전극(26) 상에 제공된다. 예를 들어, 하부 전극(26) 상에 압전 요소(24)를 형성하기 위해 압전 재료의 연속적인 층을 피착시키기 위해 졸-겔 피착 기술이 사용될 수 있거나, 압전 요소(24)는 임의의 적절한 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
압전 요소(24)의 하부 전극(26)과 반대측에서 압전 요소(24) 상에 상부 전극(28) 형태의 추가 전극이 제공되지만, 임의의 적절한 구성의 전극이 사용될 수 있다.
전극(26/28)은 임의의 적절한 재료, 예를 들어 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 니켈(Ni) 산화 이리듐(Ir2O3), Ir2O3/Ir 및/또는 금(Au)을 포함할 수 있다. 전극(26/28)은 스퍼터링 기술과 같은 임의의 적절한 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
전극(26/28) 및 압전 요소(24)는 액추에이터(22)를 형성하기 위해 개별적으로 또는 동일한 처리 단계에서 패터닝될 수 있다.
전극(26/28) 사이에 전압 차이가 인가되면, 압전 요소(24)에 응력이 발생하여, 압전 액추에이터(22)가 진동 판(20)상에서 변형되게 만든다. 이 변형은 유체 챔버(10) 내의 체적을 변화시키며, 압전 액추에이터(22)를 적절한 신호로 구동시킴으로써 노즐(18)로부터 잉크 액적이 토출될 수 있다. 신호는 컨트롤러(도시되지 않음)로부터 예를 들어 전압 파형으로서 공급될 수 있다. 컨트롤러는, 그것에 제공되는 예를 들어 사용자에 의해 그것에 업로드되는 인쇄 데이터에 응답하여 신호를 발생시키는 애플리케이션을 실행하는 컴퓨터에 연결된 전력 증폭기 또는 스위칭 회로를 포함할 수 있다.
필요에 따라서 전극(26/28) 및 압전 요소(24)에 추가적으로 추가 재료/층(도시되지 않음)이 제공될 수도 있다.
전기 접속부를 포함하는 배선 층이 진동 판(20) 상에 제공되며, 따라서 배선 층은 예를 들어 압전 액추에이터(22)의 상부 전극(28) 및/또는 하부 전극(26)을 직접적으로 또는 추가 구동 회로를 통해서 컨트롤러에 연결하기 위해 두 개 이상의 전기 트레이스(32a/32b)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 1에 개략적으로 도시되어 있듯이, 전기 트레이스(32a) 및 상부 전극(28)은 전기 접점(예를 들어, 구동 접점) 형태의 제1 전기 접속부(35)와 전기 통신하며, 전기 트레이스(32b) 및 하부 전극(26)은 전기 접점(37)(예를 들어, 접지 접점) 형태의 제2 전기 접속부와 전기 통신한다. 전기 접점(35/37)은 이어서 컨트롤러(도시되지 않음)와 전기 통신한다.
이러한 구성을 사용하여, 압전 액추에이터(22)의 제어 구동을 위해 컨트롤러로부터 신호(예를 들어, 전압 파형)가 압전 액추에이터(22)에 공급될 수 있다.
전기 트레이스(32a/32b)는 도전성 재료, 예를 들어 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 알루미늄(Al), 질화 티타늄(TiN)을 포함한다. 전기 트레이스(32a/32b)는 예를 들어 0.01㎛ 내지 2㎛의 두께를 가질 수 있으며, 일부 실시예에서 두께는 0.1㎛ 내지 1㎛일 수 있고, 추가 실시예에서 두께는 0.3㎛ 내지 0.7㎛일 수 있다.
배선 층은 전기 트레이스(32a/32b)를 예를 들어 환경으로부터 및 잉크 접촉으로부터 보호하기 위해 예를 들어 패시베이션 재료(33)와 같은 추가 재료(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 패시베이션 재료(33)는 전기 트레이스(32a/32b)를 예를 들어 이것들이 상호 적층되거나 상호 인접하여 제공될 때 전기적으로 상호 절연시키기 위해 제공되는 유전체 재료를 포함할 수 있다.
패시베이션 재료는 임의의 적절한 재료, 예를 들어 SiO2, Al2O3 또는 Si3N4를 포함할 수 있다.
배선 층은 예를 들어 전기 트레이스(32a/32b), 패시베이션 재료(33), 전극(26/28) 및/또는 진동 판(20) 사이의 향상된 결합을 제공하기 위해 접착 재료(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다.
도 1은 개략도이며, 전기 접점(35/37)은 임의의 적절한 기술을 사용하여 임의의 적절한 구성으로 잉크젯 프린트헤드 다이(50) 상에 피착될 수 있다. 전기 접점(35/37)은 도전성 재료, 예를 들어 구리(Cu), 금(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 등으로 형성된 본드 패드, 트레이스 또는 단자 핀의 형태를 취할 수 있다.
또한, 전기 접점(35/37)은 패시베이션 재료(33) 위에 피착될 수 있으며, 따라서 전기 비아(39)는 전기 접점(35/37)과 전기 트레이스(32a/32b) 사이의 전기 통신을 제공한다. 대안적으로, 접점은 예를 들어 전기 트레이스의 바로 위에 제공될 수도 있다. 명확히 기술되지는 않았지만, 필요에 따라서 전기 트레이스(32a/32b)와 다른 재료 사이의 불필요한 전기적 접촉을 방지하기 위해 배선 층 내에 추가 재료가 제공될 수 있다.
배선 층 내의 재료(예를 들어, 전기 트레이스, 패시베이션 재료, 접착 재료 및/또는 전기 접점 등)는 예를 들어 피착/가공 기술과 같은 임의의 적절한 제조 기술, 예를 들어 CVD, PECVD, ALD, 레이저 절삭 등을 사용하여 제공될 수 있다. 또한, 필요에 따라서 임의의 적절한 패터닝 기술(예를 들어, 스퍼터링 및/또는 에칭 도중에 마스크를 제공)이 사용될 수 있다.
잉크젯 프린트헤드 다이(50)는 복수의 액적 유닛(6)을 포함할 수 있다. 따라서, 유체 챔버 기판(2)은 액적 유닛(6)의 길이 방향을 따라서 각각의 액적 유닛(6) 사이에 제공되는 격벽(31)을 포함한다.
잉크젯 프린트헤드 다이(50)는 본 명세서에 기재되지 않는 추가 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 압전 액추에이터(22)를 커버하고 압전 액추에이터(22)를 추가로 보호하기 위해 캐핑(capping) 기판(도시되지 않음)이 유체 챔버 기판(2) 위에, 예를 들어 상면(19), 진동 판(20) 및/또는 배선 층에 제공될 수 있다. 캐핑 기판은 예를 들어 잉크 저장조로부터 유체 유입 포트(13)로 잉크를 공급하고 유체 유출 포트(16)로부터 잉크를 수용하기 위한 유체 채널을 추가로 구비할 수 있으며, 따라서 캐핑 기판은 잉크 매니폴드로서 기능할 수도 있다.
도 2는 전기 접속부를 포함하는 공지된 회로 구성을 갖는 잉크젯 프린트헤드 다이(50)의 평면도를 도시하는 개략도이다. 필요에 따라서 유사한 특징부를 설명하기 위해 유사한 참조 번호가 사용된다.
도시된 예에서, 잉크젯 프린트헤드 다이(50) 상에는 복수의 액적 유닛(6a1-6dn)이 네 개의 인접한 열(R1-R4)로 제공되며, 따라서 이들 열(R1-R4)은 프린트헤드 다이(50)의 길이 방향으로 그 두 개의 양 측부(41) 사이에서 연장된다.
프린트헤드 다이(50)의 중심부를 따라서 내부의 인접한 열(R2, R3) 사이에는 단일 중심 버스 형태의 전기 접속부(37)가 제공된다.
복수의 전기 접속부, 예를 들어 전기 트레이스(32b)는 개별 액추에이터(22a1-22dn)의 각각의 하부 전극(26)과 중심 버스(37) 사이에서 연장되어 그 사이에 전기 통신을 제공하도록 배치된다.
이러한 구성은 각각의 액추에이터(22a1-22dn)의 하부 전극 각각에 공통 신호(예를 들어, 접지 신호)가 중심 버스(37)를 통해서 제공될 수 있게 한다.
또한, 본 예에서 이산(discrete) 전기 접점(35)으로 도시된 전기 접속부가 잉크젯 프린트헤드 다이(50) 상에 그 양 측부(41)를 따라서 제공되며, 따라서 복수의 전기 접속부, 예를 들어 전기 트레이스(32a)는 개별 액추에이터(22a1-22dn)의 개별 상부 전극(28)과 이산 전기 접점 사이에서 연장되어 그 사이에 전기 통신을 제공하도록 배치된다. 이러한 구성은 각각의 액추에이터(22a1-22dn)의 상부 전극 각각이 이산 전기 접점을 거쳐서 개별적으로 어드레싱될 수 있게 한다.
상부 전극과 하부 전극 사이의 전기 트레이스의 배치는 중심 버스(37)가 각각의 액추에이터(22a1-22dn)의 상부 전극과 전기 통신 상태로 배치될 수 있고 이산 전기 접점이 각각의 액추에이터(22a1-22dn)의 하부 전극과 전기 통신 상태로 배치될 수 있도록 교호될 수 있다. 또한, 각각의 액추에이터의 전극은 상면 및 하면에 형성되지 않고 동일 면에 형성될 수 있다.
중심 버스(37) 및 이산 전기 접점(35)을 통해서 액추에이터(22a1-22dn)를 구동하기 위해 컨트롤러(도시되지 않음)와 잉크젯 프린트헤드 및/또는 잉크젯 프린트헤드 다이(50) 사이에는 하나 이상의 가요성 케이블 또는 가요성 인쇄 회로(FPC)와 같은 추가 전기 접속부(도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
가요성 케이블은 구동 신호, 전력 신호, 접지 신호, 센서 출력 신호 및/또는 히터 파워 신호와 같은, 하지만 이것에 한정되지 않는 임의의 필요한 신호를 전달할 수 있다.
일 예에서, 접지 신호는 액추에이터(22a1-22dn)의 하부 전극(26)과 공통 전기 통신하는 중심 버스(37)에 제공되고 디지털 제어 신호는 ASIC와 같은 프린트헤드 다이(50)(도 2에 도시되지 않음) 상의 구동 회로에 제공되며, 따라서 제어 회로는 각각의 액추에이터(22a1-22dn)에 구동 신호를 제공한다.
예를 들어, 가요성 케이블은 잉크젯 프린트헤드 다이(50) 상의 액추에이터에 구동 신호를 제공하기 위해 잉크젯 프린트헤드에서 하나 이상의 ASIC(주문형 집적 회로)에 의해 처리된 전력 신호를 전달할 수 있으며, 가요성 케이블은 접지 신호를 잉크젯 프린트헤드 다이(50)에 직접 전달할 수 있다.
이러한 구성은 액추에이터(22a1-22dn)의 각각이 컨트롤러에 의해 잉크 액적을 제어된 방식으로 발생시키도록 구동될 수 있게 한다.
이상과 같이, 본 예에서, 전기 접점(35)은 잉크젯 프린트헤드 다이(50) 상에, 외부 열(R1-R4) 외부에 배치되는 그 두 개의 양 측부(41)를 따라서 2열로 제공된다. 그러나, 전기 접점(35)을 위치시키기 위한 임의의 적절한 배치가 제공될 수 있다. 예를 들어, 전기 접점(35)은 프린트헤드 다이(50)의 모든 측부를 따라서 배치될 수 있다.
잉크젯 프린트헤드 다이에 대해 이동하는 인쇄 매체(또는 잉크젯 프린트헤드 다이 및/또는 인쇄 매체가 서로에 대해 이동) 상에 인쇄하기 위해 상이한 열의 액추에이터를 구동할 때, 액추에이터는 액적을 발생 및 토출하고 액적을 인쇄 매체 상에 정확히 배치시켜 인쇄 매체 상에서 이미지 및 문자를 얻기 위해 세심하게 제어될 필요가 있다.
이동 매체 상의 액적 배치의 정확성은 여러가지 요인에 의해 영향받을 수 있지만, 이동하는 인쇄 매체 상에의 액적 배치에 영향을 미치는 일부 요인으로는 이하의 것이 포함된다:
i) 상이한 열의 액적 유닛의 노즐 사이의 거리; 및
ⅱ) 액적이 노즐로부터 인쇄 매체로 이동하는 스피드/속도.
도 3a 내지 도 3c는 인접한 열(R1, R2)의 노즐(18a, 18b)로부터의 잉크 액적(51a, 51b)이 잉크젯 프린트헤드 다이(50)에 대해 이동하는 인쇄 매체(52) 상에 피착되는 것을 도시하는 개략도이다.
도 3a 내지 도 3c에는 예시적인 목적으로 두 개의 노즐(18a, 18b)만 개략적으로 도시되어 있다.
두 개의 노즐(18a, 18b)은 거리(D)만큼 분리되어 있다. 인쇄 매체(52) 상에 형성되는 이미지/문자의 해상도를 최대화하기 위해서는, 일반적으로 인쇄 매체(52) 상에의 액적 배치의 정확도를 제어하기 위해 액적을 제어 하에 발생시킬 필요가 있다.
도 3a 내지 도 3c에서, 동일한 파형을 사용하여 노즐(18a, 18b)로부터 동시에 토출되는 액적은 노즐(18a, 18b) 사이의 거리(D)와 실질적으로 동일한 거리만큼 인쇄 매체(52) 상에서 분리될 것이다.
노즐(18a, 18b)에 의해 발생된 액적을 인쇄 매체 상의 특정 지점에 배치시키기 위해, 각각의 액적 유닛의 액추에이터는 특정한 특성을 갖는 파형으로 구동된다.
예를 들어, 도 3a 내지 도 3c에 도시하듯이, 인쇄 매체(52)의 이동 방향에 실질적으로 수직인 동일한 축을 따라서 인쇄 매체(52)의 표면 상에 액적을 제공하기 위해, 제1 액적(51a)이 시간(t)에 (예를 들어, 제1 파형을 사용하여) 노즐(18a)로부터 인쇄 매체(52)를 향해서 토출되며, 따라서 제1 액적(51a)은 인쇄 매체(52) 상에 착지하고 그것을 따라서 이송된다.
제1 액적(51a)의 토출 이후 시간(t+a)에는, 제2 액적(51b)이 (예를 들어, 제1 파형과 동일한 제2 파형을 사용하여) 노즐(18b)로부터 인쇄 매체(52)를 향해서 제어 가능하게 토출된다.
제2 액적(51b)은 또한 제1 액적(51a)이 인쇄 매체(52) 상에 착지한 후 (t+a)와 실질적으로 동일한 시간에 인쇄 매체(52) 상에 착지한다.
전술한 제1 및 제2 파형은 동일하지만, 파형의 특성은 예를 들어 전압 레벨, 상승 및 하강 기울기, 펄스 폭, 펄스 지속시간, 온 펄스 시간 및/또는 펄스 타이밍 등을 변경함으로써 정확한 액적 배치를 달성하기 위해 변경될 수 있다.
노즐(18a, 18b)로부터 정확한 액적 배치를 달성하기 위한 대표적인 이상적 파형이 도 4a에 도시되어 있으며, 따라서 두 개의 전압 파형(60a, 60b)은 (도 3a 내지 도 3c의) 노즐(18a, 18b)로부터 액적의 제어된 토출을 수행하도록 작동 가능한 특성을 갖는다.
예를 들어, 예시적 실시예에서, 액적(51a)을 발생시키기 위해 사용되는 액추에이터는 전압 파형(60a)에 의해 구동되며, 액적(51b)을 발생시키기 위해 사용되는 액추에이터는 전압 파형(60b)에 의해 구동된다.
본 예시적 예에서, 전압 파형(60a, 60b)은 각각 예를 들어 한 방울의 잉크 액적이 대응 노즐로부터 토출되게 하기 위해 하강 기울기(각각 62a, 62b로 도시됨)를 갖는다. 각각의 전압 파형(60a, 60b)은 또한 예를 들어 잉크 공급 라인으로부터 잉크를 관련 유체 챔버 내로 인출하기 위해 상승 기울기(각각 64a, 64b로 도시됨)를 갖는다.
파형(60a, 60b) 사이의 시간 지연 또는 오프셋은 상대 이동하는 인쇄 매체 상에 착지하는 인접한 열(R1, R2)로부터의 액적 사이에 동기화를 제공하며, 동일한 열의 액추에이터 사이의 유체 크로스토크를 유리하게 감소시킨다. 또한, 동일한 열의 노즐 사이의 불균일성을 조절하기 위해 각각의 액추에이터에 대한 개별 파형 조절이 제공될 수 있다.
전압 파형(60a, 60b)은 대응 노즐로부터 액적을 토출하도록 액추에이터를 구동하기 위해 사용되는 이상적인 파형을 나타낸다. 예를 들어 상이한 상승 및/또는 하강 기울기를 갖거나 및/또는 상이한 형상(예를 들어 상이한 레벨, 멀티 피크를 가짐)을 갖는 액추에이터를 구동하기 위해 상이한 특성을 갖는 파형이 사용될 수도 있다.
잉크젯 프린트헤드 다이(50)에 대해 이동하는 인쇄 매체(52)의 속도가 증가할수록, 액추에이터는 증가하는 주파수(예를 들어 30kHz 내지 300kHz)로 구동될 필요가 있으며, 이는 인접한 열에서의 인접한 액추에이터의 각각의 파형의 중첩을 초래할 수 있고, 따라서 인접한 액추에이터는 (도 4a 및 도 4b에 예시적으로 도시하듯이) 거의 동시에 구동된다.
따라서, 중첩 파형에 의해 구동되는 인접한 액추에이터 사이에서 전기 접속부(예를 들어, 반송 구동 신호, 접지 연결부)가 공유될 때, 공유된 전기 접속부를 가로질러 전기 크로스토크가 발생할 수 있다. 또한 전기 크로스토크는 파형의 왜곡을 초래할 수 있으며, 이는 다시 프린트헤드의 성능에 영향을 미칠 수 있음을 알 것이다.
도 4b는 각각의 구동 파형에 의해 구동될 때 잉크젯 프린트헤드 다이(50)의 인접한 열의 두 개의 액추에이터를 가로질러 측정되는 전압을 나타내는 파형(60a, 60b)을 개략적으로 도시한다. 본 예에서는, 도 2의 액적 유닛(6a1, 6b1)의 액추에이터(22a1, 22b1)의 구동이 예시적으로 설명된다.
본 예시적 예에서, 구동 신호는 전기 접점(35a, 35b)으로부터 각각의 액추에이터(22a1, 22b1)로 각각 제공되며, 접지 신호는 중심 버스(37)로부터 제공된다.
액적 유닛(6a1)의 노즐(18a1)로부터 액적 토출을 수행하기 위해, 대전된 액추에이터(22a1)는 파형(60a)의 하강 기울기(62a)에 의해 어드레싱될 때 시간(t)에서 제전되며, 그 원래의 상태로 완화된다.
(t+y)에서, 액추에이터(22a1)는 대전되기 시작하고, 파형(60a)의 상승 기울기(64a)에 의해 어드레싱됨으로써 [시간(t) 이전과 같이] 그 대전 상태로 대전되기 시작하여 액추에이터(22a1)가 변형된다.
마찬가지로, 액적 유닛(6b1)의 노즐(18b1)로부터 액적 토출을 수행하기 위해, 액추에이터(22b1)는 파형(60b)의 하강 기울기(62b)에 의해 어드레싱될 때 시간 (t+x)에서 제전되며 (t+z)에서 액추에이터(22b1)는 파형(60b)의 상승 기울기(64b)에 의해 어드레싱됨으로써 [시간(t+x) 이전과 같이] 그 대전 상태로 대전되기 시작하여 변형된다.
도 2에 도시된 공지된 회로 구성에서, 모든 액추에이터(22a1-22dn)의 대전/제전을 위한 전류는 모든 액추에이터에 대해 공통적이고 전류 경로를 제공하는 중심 버스(37)를 통과한다.
중심 버스(37)에 의해 제공되는 전류 경로는 유한 저항을 갖는다. 이와 같이, 중심 버스(37)는 유한 저항을 갖는 저항기로서 표현될 수 있으며, 따라서 액추에이터(22a1-22dn)의 대전/제전으로 인해 전류가 중심 버스(37)를 따라서 이동함에 따라 중심 버스(37)를 가로질러 전압이 발생된다. 중심 버스(37)를 가로지르는 전압은 액추에이터를 가로지르는 전압에 추가되며, 이것은 파형(60a/60b) 상에 예시적으로 도시하듯이 왜곡(66)을 초래한다.
왜곡(66)은 예를 들어 속도 및/또는 체적과 같은, 토출된 액적의 특성에 영향을 미칠 수 있으며, 이것은 다시 불리하게 액적 배치 오류 및 손상된 이미지 품질을 초래할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 구성을 갖는 잉크젯 프린트헤드 다이(150)의 평면도를 도시하는 개략도이며, 도 5b는 잉크젯 프린트헤드 다이(150)의 상이한 그룹의 액추에이터(A, B)를 구동하기 위한 회로 구성을 개략적으로 도시한다.
이전에 사용한 유사한 참조 번호는 필요에 따라서 유사한 특징부를 설명하기 위해 사용될 것이다.
본 실시예에서, 잉크젯 프린트헤드 다이(150)는 도 2의 잉크젯 프린트헤드 다이와 관련하여 전술했듯이 액적 유닛(6a1-6dn)을 구비하며 4열(R1-R4)로 배열된다.
잉크젯 프린트헤드 다이(150)는 전기 트레이스(32a)를 통해서 각각의 액추에이터(22a1-22dn)의 제1 전극(28)에 신호(예를 들어, 구동 신호)를 제공하도록 배열된 다수의 접점(35a-35n)을 포함한다. 액추에이터(22a1-22dn)의 제2 전극(26)은 전기 트레이스(32b)를 통해서 전기 접속부(137a 또는 137b)에 연결된다.
따라서, 그 위에 제공된 모든 액추에이터의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태에 있는 단일의 전기 접속부(37)만을 포함하는 도 2에 도시된 잉크젯 프린트헤드 다이와 대조적으로, 본 실시예의 잉크젯 프린트헤드 다이(150)는 전기적으로 상호 절연되고 전기 버스(137a-137d)로서 도시된 다수의 전기 접속부를 포함한다.
도 5a의 예시적 예에서는, 네 개의 열(R1-R4) 사이에 배치되는 네 개의 전기 버스(137a-137d)가 액적 유닛(6b1-6cn)의 내부 열(R2, R3) 사이에서 열 방향으로 연장된다. 전기 버스(137a-137d)는 이 특정 구성으로 한정되지 않으며, 각각의 제2 전극(26)과 전기 통신을 제공하기 위해 임의의 적절한 구성으로 배열될 수 있음을 알 것이다.
별개의 전기 버스를 제공하는 것은 액추에이터(22a1-22dn)가 그룹화될 수 있게 하며, 따라서 각각의 그룹은 다른 전기 버스와 공통 전기 통신 상태로 제공될 수 있고, 따라서 상이한 그룹의 액추에이터(22a1-22dn)에 각각의 구동/접지 신호를 제공하기 위해 컨트롤러(도시되지 않음) 및/또는 구동 회로(38)(도 5a에 도시되지 않음)가 사용될 수 있다.
본 실시예에서, 각각의 그룹은 각 열의 액추에이터를 포함한다. 예시적인 목적으로, 상이한 그룹이 도 5b에서 A 및 B로 라벨링되며, 따라서 전기 버스의 각각은 각 그룹의 액추에이터와 공통 전기 통신한다. 도 5b에 도시하듯이, 전기 버스(137a)는 R2 열의 액추에이터(그룹 B)의 제2 전극(26)과 공통 전기 통신하며; 전기 버스(137b)는 R1 열의 액추에이터(그룹 A)의 제2 전극(26)과 공통 전기 통신한다.
제1 전극과 제2 전극 사이의 전기 트레이스의 배치는 전기 버스가 각각의 액추에이터의 제1 전극과 전기 통신 상태로 배치될 수 있고 이산 전기 접점이 각각의 액추에이터의 제2 전극과 전기 통신 상태로 배치될 수 있도록 교호될 수 있다.
전기 버스는 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 전기 버스(137a-137d)는 잉크젯 프린트헤드 다이(150)의 표면 상에 피착된 도전성 재료의 트레이스를 포함할 수 있으며, 따라서 적절한 에칭 및 피착 공정이 예를 들어 비아를 사용하여 전기 트레이스(32b)와 전기 버스 사이에 전기 통신을 제공할 수 있다.
대안적으로, 전기 버스는 가요성 케이블 내에 제공될 수 있으며, 따라서 전기 트레이스(32b)와 각각의 전기 버스 사이에 전기 통신을 제공하기 위해 전기 트레이스(32b) 상에 이방성 도전 접착제(ACA)[예를 들어 이방성 도전 필름(ACF) 또는 이방성 도전 페이스트(ACP)]가 제공된다.
구동 신호가 구동 회로(38)(도 5b)로부터 상이한 그룹의 개별 액추에이터로 제공될 수 있으며, 구동 회로는 컨트롤러로부터 구동 신호를 수신한다. 구동 회로(38)에 의해 컨트롤러로부터 수신된 구동 신호는 액추에이터(22a1-22dn)에 제공되기 전에 구동 회로(38)에서 수정될 수 있다.
예를 들어, 구동 회로(38)는 ASIC를 포함할 수 있으며, ASIC는 컨트롤러로부터 구동 신호를 수신하고, 이 신호를 수정(예를 들어 신호를 분할)하며, 수정된 신호를 전기 접점을 통해서 각각의 액추에이터(22a1-22dn)에 통신시키도록 작동 가능하다.
또한, 각각의 전기 버스(137a-137d)는 각 그룹의 액추에이터를 위한 개별 전류 경로를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 전기 버스(137a-137d)를 통해서 상이한 그룹의 액추에이터에 상이한 신호가 제공될 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 회로 구성에서, 특정 그룹의 액추에이터는 동일한 전기 버스와 공통 전기 통신 상태로 배치되며, 상이한 그룹의 액추에이터는 동일한 전기 버스와 또는 상호 간에 공통 전기 통신 상태에 있지 않을 것이다. 따라서, 전기 버스(137a-137d)는 상이한 그룹의 액추에이터 사이에서 공유되지 않는다.
이러한 구성에서, 전류 경로는 동일한 그룹 내의 액추에이터 사이에서만 공유된다.
이러한 구성은 상기 도 2에서 설명된 공통 전기 버스의 왜곡에 비해서 왜곡 발생을 감소시키며, 결과적으로 전기 크로스토크가 감소되고 액적 배치 오류가 감소된다.
본 실시예에서, 전기 버스(137a-137d)는 신호 왜곡을 더 감소시키기 위해, 다이에서 떨어져 배치된 비교적 낮은 저항의 도체에 연결/결합될 수 있다. 예를 들어, 전기 버스(137a-137d)는 프린트헤드 다이(150) 상에서 전기적으로 상호 절연되어 유지될 수 있으며, 따라서 이들 전기 버스는 프린트헤드 다이(150)로부터 이격된 컨트롤러 또는 가요성 케이블에서 상호 연결될 수 있다.
대안적으로, 전기 버스는 항상 전기적으로 상호 절연되어 유지될 수 있으며, 따라서 예를 들어 전기 버스는 동일하거나 상이한 컨트롤러로부터 상이한 신호를 공급받을 수 있다.
감소된 왜곡의 예시적 일 예로서, 도 6은 각각의 구동 파형에 의해 구동될 때 잉크젯 프린트헤드 다이(150)의 인접한 열의 두 개의 액추에이터를 가로질러 측정된 전압을 나타내는 파형(60a, 60b)을 개략적으로 도시한다. 본 예에서는, 도 5a 및 도 5b의 액적 유닛(6a1, 6b1)의 액추에이터(22a1, 22b1)의 구동이 예시적으로 설명된다.
구동 신호는 전기 접점(35a, 35b)으로부터 각각의 액추에이터(22a1, 22b1)에 제공되고, 그룹 A의 액추에이터(22a1)를 위한 접지 신호는 전기 버스(137b)를 통해서 제공되며, 그룹 B의 액추에이터(22b1)를 위한 접지 신호는 전기 버스(137a)를 통해서 제공된다.
액적 유닛(6a1)의 노즐(18a1)로부터 액적 토출을 수행하기 위해, 대전된 액추에이터(22a1)는 파형(60a)의 하강 기울기(62a)에 의해 어드레싱될 때 시간(t)에서 제전되며, 그 원래의 상태로 완화된다. 앞서 도 4b에서와 같이, (t+y)에서 액추에이터(22a1)는 파형(60a)의 상승 기울기(64a)에 의해 어드레싱됨으로써 [시간(t) 이전과 같이] 그 대전 상태로 대전되기 시작한다.
마찬가지로, 액적 유닛(6b1)의 노즐(18b1)로부터 액적 토출을 수행하기 위해, 액추에이터(22b1)는 파형(60b)의 하강 기울기(62b)에 의해 어드레싱될 때 시간(t+x)에서 제전되며, (t+z)에서 액추에이터(22b1)는 파형(60b)의 상승 기울기(64b)에 의해 어드레싱됨으로써 [시간(t+x) 이전과 같이] 그 대전 상태로 대전되기 시작한다.
도 6에 도시하듯이, 각각의 대전/제전에서, 대응 왜곡은 모든 액추에이터에 의해 공유되는 공통 전기 버스를 포함하는 구성에 비해서 감소된다. 이상과 같이, 이러한 감소는, 예를 들어 프린트헤드 다이 상의 각 그룹의 액추에이터와 전기 통신하는 두 개 이상의 전기 버스를 제공함으로써 달성된다. 감소는 또한 프린트헤드 다이 상의 두 개 이상의 전기 버스 사이의 전기적 분리를 유지함으로써 달성될 수 있으며, 따라서 전기 버스는 프린트헤드 상의 전기 버스에 비해 낮은 저항을 갖는 접속부에 의해 프린트헤드 다이로부터 떨어져서 함께 연결될 수 있다.
도 7a는 본 발명의 추가 실시예에 따른 회로 구성을 갖는 잉크젯 프린트헤드 다이(200)의 평면도를 도시하는 개략도이며, 도 7b는 잉크젯 프린트헤드 다이(200)의 상이한 그룹의 액추에이터를 구동하기 위한 회로 구성을 개략적으로 도시한다.
이전에 사용한 유사한 참조 번호는 필요에 따라서 유사한 특징부를 설명하기 위해 사용될 것이다.
본 실시예에서, 잉크젯 프린트헤드 다이(200)는 전술한 액적 유닛(6a1-6dn)을 구비하며, 도 2의 잉크젯 프린트헤드 다이와 관련하여 역시 전술한 4열(R1-R4)로 배열된다.
잉크젯 프린트헤드 다이(200)는 전기 트레이스(32a)를 통해서 각각의 액추에이터(22a1-22dn)의 제1 전극(28)에 신호(예를 들어 구동 신호)를 제공하도록 배열된 다수의 접점(35a-35n)을 포함한다.
도 7a의 예시적 예에서는, 액적 유닛(6b1-6cn)의 내부 열(R2, R3) 사이에서 열의 방향으로 실질적으로 연장되는 8개의 전기 버스(137a-137h)가 도시되어 있다. 전기 버스(137a-137d)는 이 특정 구성에 한정되지 않음을 알 것이다.
전술한 바와 같이, 이러한 구성은 액추에이터(22a1-22dn)가 그룹화될 수 있게 하며, 따라서 각각의 그룹은 특정 전기 버스(137a-137f)와 공통 전기 통신 상태로 제공될 수 있고, 따라서 다수의 접점(35a-35n)을 통해서 상이한 그룹의 액추에이터에 구동 신호를 제공하기 위해 컨트롤러(도시되지 않음) 및/또는 구동 회로(38)(도 7a에 도시되지 않음)가 사용된다.
본 실시예에서, 각각의 열(R1-R4)은 두 그룹의 액추에이터를 포함하며, 따라서 각각의 그룹은 각 열의 교호적 액추에이터를 포함한다.
도 7b는 R1, R2 열의 액추에이터와 전기 통신하는 네 개의 전기 버스(137a-137d)를 개략적으로 도시한다.
예시적인 목적으로, 네 개의 상이한 그룹이 도 7b에서 A-D로 라벨링되며, 따라서 전기 버스의 각각은 각 그룹의 액추에이터와 공통 전기 통신하고, 이로 인해 전기 버스(137b, 137d)는 R1 열의 교호적 액추에이터(그룹 A, C)와 공통 전기 통신하며; 전기 버스(137a, 137c)는 R2 열의 교호적 액추에이터(B, D)와 공통 전기 통신한다.
전기 버스는 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 전기 버스는 잉크젯 프린트헤드 다이(200)의 표면 상에 피착된 도전성 재료의 트레이스를 포함할 수 있거나, 전기 버스는 가요성 케이블 내에 제공될 수 있다.
이러한 구성을 사용하여, 전기 버스의 각각은 각 그룹의 액추에이터에 공통 신호(예를 들어 오프셋 접지 신호)를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
액추에이터(22a1-22dn)를 그룹화하고 각각의 그룹을 상이한 전기 버스와 공통 전기 통신 상태로 배열하는 것은 상이한 그룹의 액추에이터를 감소된 신호 왜곡으로 구동할 수 있게 하며, 따라서 전기 크로스토크의 감소를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 4개 또는 8개의 전기 버스에 한정되지 않으며 임의의 개수의 전기 버스가 제공될 수 있다.
전기 버스는 일반적으로 이상에서 도 5a 및 도 7a의 잉크젯 프린트헤드 다이 상에 중심에 제공되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 전기 버스가 프린트헤드 다이 상에 중심에 배치되는 것으로 한정되지 않는다.
또한, 인접한 열의 액추에이터는 일반적으로 프린트헤드 다이의 폭 방향으로 동일한 축을 따라서 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 인접한 열에서의 액추에이터는 폭 방향을 따라서 서로에 대해 오프셋될 수 있다. 또한, 다이의 길이를 따라서 동일한 열 내의 액추에이터는 서로에 대해 오프셋될 수 있다.
이상의 실시예에서는 4열의 액적 유닛을 갖는 프린트헤드 다이가 설명되었지만, 본 발명은 4열로 제한되지 않으며, 예를 들어 필요에 따라서 1 내지 10열 또는 그 이상의 임의의 개수의 열이 제공될 수 있다. 또한, 잉크젯 프린트헤드 다이는 임의의 적절한 개수의 액적 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들어 잉크젯 프린트헤드 다이의 각 열은 예를 들어 300 NPI(nozzles per inch)를 제공하도록 배열된 300개의 액적 유닛을 포함할 수 있음을 알 것이다.
대안적으로, 액적 유닛 및/또는 열의 개수는 예를 들어 최대 600 또는 1200 NPI를 갖는 프린트헤드 다이를 제공하기 위해 증가될 수 있다. 프린트헤드 다이 상에 제공되는 열/액적 유닛의 특정 개수는 적용 요건 및 공학적 제약, 예를 들어 잉크젯 프린트헤드 다이의 크기, 노즐의 크기 등에 종속될 수 있다.
상이한 그룹은 상이한 개수의 액추에이터를 가질 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 300개 액추에이터의 열은 네 그룹의 액추에이터를 포함할 수 있고, 따라서 두 그룹은 100개의 액추에이터를 가지며 제3 그룹은 75개의 액추에이터를 갖고 제4 그룹은 25개의 액추에이터를 가질 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개선이 이루어질 수 있다.

Claims (26)

  1. 프린트헤드 다이를 포함하는 잉크젯 프린트헤드이며,
    상기 프린트헤드 다이는:
    복수의 액추에이터;
    상기 복수의 액추에이터의 각각의 제1 전극과 전기 통신하여 그것에 구동 신호를 제공하는 복수의 전기 접속부;
    제1 그룹의 액추에이터의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태로 배치되어 그것에 제1 신호를 제공하는 제1 전기 버스; 및
    제2 그룹의 액추에이터의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태로 배치되어 그것에 제2 신호를 제공하는 제2 전기 버스를 포함하는, 잉크젯 프린트헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 액추에이터는 잉크젯 프린트헤드 다이의 길이 방향으로 연장되는 하나 이상의 열로 배치되는, 잉크젯 프린트헤드.
  3. 제2항에 있어서, 각각의 열은 하나 이상의 액추에이터 그룹을 포함하는, 잉크젯 프린트헤드.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 하나의 그룹은 한 열의 교호적 액추에이터를 포함하는, 잉크젯 프린트헤드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 트레이스는 전기 버스와 제2 전극 사이에 공통 전기 통신을 제공하는, 잉크젯 프린트헤드.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉크젯 프린트헤드 다이는 세 개 이상의 전기 버스를 포함하며, 각각의 전기 버스는 다른 그룹의 액추에이터와 전기 통신하는, 잉크젯 프린트헤드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 잉크젯 프린트헤드 다이는 네 개의 전기 버스를 포함하는, 잉크젯 프린트헤드.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 버스는 프린트헤드 다이로부터 이격된 컨트롤러와 전기 통신하며, 상기 컨트롤러는 전기 버스에 신호를 제공하도록 구성되는, 잉크젯 프린트헤드.
  9. 제8항에 있어서, 가요성 케이블 또는 가요성 인쇄 회로는 프린트헤드 다이 상의 전기 버스와 컨트롤러 사이에 전기 통신을 제공하는, 잉크젯 프린트헤드.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 버스는 전기적으로 상호 절연되는, 잉크젯 프린트헤드.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 버스는 공통 접속부와 전기 통신 상태로 제공되는, 잉크젯 프린트헤드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 공통 접속부는 전기 버스보다 낮은 저항을 갖는, 잉크젯 프린트헤드.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 공통 접속부는 잉크젯 프린트헤드 다이; 가요성 케이블 또는 가요성 인쇄 회로; 및 컨트롤러 중 하나에 제공되는, 잉크젯 프린트헤드.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 회로는 제1 전극과 컨트롤러 사이에 전기 통신 상태로 배치되며, 컨트롤러로부터 제어 신호를 수신하고 제어 신호에 응답하여 구동 신호를 제공하도록 구성되는, 잉크젯 프린트헤드.
  15. 제14항에 있어서, 상기 구동 회로는 주문형 집적 회로(ASIC)를 포함하는, 잉크젯 프린트헤드.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 신호는 상기 제2 신호와 동일한, 잉크젯 프린트헤드.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 신호 또는 제2 신호는 접지 신호를 포함하는, 잉크젯 프린트헤드.
  18. 제2항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 동일한 열에서의 액추에이터는 서로에 대해 오프셋되는, 잉크젯 프린트헤드.
  19. 제2항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 열에서의 액추에이터는 잉크젯 프린트헤드 다이의 폭 방향을 따라서 서로에 대해 오프셋되는, 잉크젯 프린트헤드.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전기 접속부 중 하나 이상은 잉크젯 프린트헤드 다이의 하나 이상의 측부에 제공되는, 잉크젯 프린트헤드.
  21. 제20항에 있어서, 상기 복수의 전기 접속부 중 하나 이상은 잉크젯 프린트헤드 다이의 주위를 따라서 제공되는, 잉크젯 프린트헤드.
  22. 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 다이이며,
    상기 프린트헤드 다이는:
    복수의 액추에이터;
    상기 복수의 액추에이터의 각각의 제1 전극과 전기 통신하여 그것에 구동 신호를 제공하는 복수의 전기 접속부;
    제1 그룹의 액추에이터의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태로 배치되어 그것에 제1 신호를 제공하는 제1 전기 버스; 및
    제2 그룹의 액추에이터의 제2 전극과 공통 전기 통신 상태로 배치되어 그것에 제2 신호를 제공하는 제2 전기 버스를 포함하는 프린트헤드 다이.
  23. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 잉크젯 프린트헤드 또는 제22항에 따른 프린트헤드 다이를 갖는, 프린터.
  24. 도 1 및 도 5a 내지 도 7b를 참조하여 실질적으로 전술된, 잉크젯 프린트헤드.
  25. 도 1 및 도 5a 내지 도 7b를 참조하여 실질적으로 전술된, 잉크젯 프린트헤드용 프린트헤드 다이.
  26. 도 1 및 도 5a 내지 도 7b를 참조하여 실질적으로 전술된, 프린터.
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