WO2018016764A1 - 잉크젯 헤드 및 이를 포함하는 화상형성장치 - Google Patents

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WO2018016764A1
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thyristor
nozzles
ink
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김수환
박용식
김완진
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S Printing Solution Co Ltd
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Definitions

  • the present disclosure relates to an inkjet head and an image forming apparatus including the same, and more particularly, to an inkjet head capable of driving an actuator without using a separate current amplifying transistor and an image forming apparatus including the same.
  • the image forming apparatus refers to an apparatus for printing print data generated by a print control terminal such as a computer on a printing sheet.
  • Examples of such an image forming apparatus may include a copier, a printer, a facsimile, or a multi function peripheral (MFP) that implements their functions in a single device.
  • MFP multi function peripheral
  • the image forming apparatus may form an image in various ways.
  • One of them is inkjet method.
  • the inkjet method refers to a method of forming an image on media such as paper by spraying liquid ink.
  • the inkjet method heats the liquid ink above the boiling point, and uses the volume change resulting from the thermal inkjet method of discharging the ink in the ink chamber through the nozzle and the piezo, which causes mechanical displacement when a current is applied.
  • Piezoelectric inkjets are widely used to eject ink in an ink chamber through a nozzle using a piezo material.
  • the signal from the CMOS circuit is too small to operate the actuator.
  • a power transistor was placed in the inkjet head to amplify the signal output from the CMOS, and the actuator was driven using the amplified current.
  • the conventional inkjet head requires as many wires as necessary to individually connect each actuator and driver IC, and also requires a power transistor capable of amplifying and providing current to each actuator. There was a limit to reducing the area.
  • an object of the present disclosure relates to an inkjet head capable of driving an actuator without using a separate current amplifying transistor and an image forming apparatus including the same.
  • an image forming apparatus for achieving the above object, in the image forming apparatus, an inkjet head for forming an image using a plurality of nozzles, and to sequentially drive the plurality of nozzles And a print data processor configured to generate a plurality of clock signals for generating a plurality of clock signals and a driving signal of a serial form corresponding to a driving order of the plurality of nozzles and print data.
  • the inkjet head may include the plurality of nozzles according to the plurality of clock signals. Each of the plurality of nozzles sequentially driven and sequentially driven discharges ink in accordance with the drive signal input at the time of driving.
  • the inkjet head may include a plurality of actuators for discharging ink to each of the plurality of nozzles, a first switch unit for sequentially selecting an actuator to be driven according to the plurality of clock signals, and the driving signal. It may include a second switch unit for selectively providing a driving power to the selected actuator.
  • the plurality of actuators, the first switch unit and the second switch unit may be configured on one silicon substrate.
  • each of the plurality of actuators may discharge ink into the ink chamber through a nozzle using a resistance receiving the driving power.
  • each of the plurality of actuators may discharge ink into the ink chamber through a nozzle using a piezoelectric element that receives the driving power.
  • the first switch unit may include a plurality of diodes connected in series, a power supply unit configured to provide a first power source using a plurality of resistors individually connected to cathodes of the plurality of diodes, and gates of the cathodes of the plurality of diodes. And a plurality of first thyristors connected to a second power source connected to an anode and connected to a terminal to which one of the plurality of clock signals is input to a cathode, and the second switch unit includes the plurality of diodes.
  • a gate may be connected to each cathode
  • the second power source may be connected to an anode
  • the cathode may include a plurality of second thyristors connected to one end of each of the plurality of actuators.
  • each of the plurality of actuators may have one end connected to a cathode of a corresponding second thyristor among the plurality of second thyristors, and the other end connected to a terminal receiving the driving signal.
  • the plurality of clock signals may include a second clock signal having a variable signal value at a predetermined cycle, a first clock signal having a signal value shifted in a sustain period of the signal value of the second clock signal, and the first clock signal being changed.
  • the signal may be commonly connected to the cathodes of the even-numbered first thyristors of the plurality of first thyristors
  • the second clock signal may be commonly connected to the cathodes of the odd-numbered first thyristors of the plurality of first thyristors.
  • the anode of the first diode of the plurality of diodes maintains a low value and transitions to a high value during the first transition process of the second clock signal, and transitions to a low value before the first transition process of the drive signal.
  • the anode of the first diode of the plurality of diodes may receive the first clock signal.
  • an anode of the first diode of the plurality of diodes may be connected to a third power source having a predetermined size.
  • the plurality of actuators may include a plurality of first actuators for ejecting ink of a first color, a plurality of second actuators for ejecting a second color ink, a plurality of third actuators for ejecting a third color ink, and And a plurality of fourth actuators for ejecting ink of a fourth color, wherein the first switch unit sequentially the first actuator, the second actuator, the third actuator, and the fourth actuator to be driven in common according to the plurality of clock signals. And the second switch unit selectively supplies driving power to the selected first actuator according to a first driving signal corresponding to the first color, and the inkjet head is configured to provide a second driving corresponding to the second color.
  • a third switch unit selectively providing driving power to the selected second actuator in accordance with a signal, and the selected third actuator in accordance with a third driving signal corresponding to the third color
  • a fourth switch unit selectively providing driving power to the actor
  • a fifth switch unit selectively providing driving power to the selected fourth actuator according to a fourth driving signal corresponding to the fourth color.
  • the print data processor generates a plurality of driving signals
  • the inkjet head includes a plurality of nozzles sequentially driven and sequentially driven in units of the plurality of driving signals according to the plurality of clock signals.
  • Each of the ink may be ejected according to a corresponding driving signal among a plurality of input driving signals.
  • the plurality of driving signals may be driving signals for different colors.
  • the plurality of driving signals may be driving signals for one color.
  • the image forming apparatus may further include a driving unit for moving the inkjet head on the printing paper.
  • a plurality of inkjet heads are provided, the print data processor generates a plurality of drive signals for each of the plurality of inkjet heads, and provide each of the generated plurality of drive signals to the plurality of inkjet heads individually,
  • the plurality of clock signals may be provided in common.
  • an inkjet head may include a plurality of actuators for discharging ink and a first switch unit for sequentially selecting actuators to be driven according to a plurality of clock signals for sequentially driving the plurality of actuators. And a second switch unit selectively providing driving power to the selected actuator according to a driving signal of a serial form corresponding to the driving order of the plurality of nozzles and the print data.
  • the first switch unit may include a plurality of diodes connected in series, a power supply unit providing a first power source using a plurality of resistors individually connected to cathodes of the plurality of diodes, and gates at the cathodes of the plurality of diodes.
  • a second power source is connected to the anode, and a plurality of first thyristors connected to a terminal to which one of the clock signals of the plurality of clock signals is input to the cathode, and the second switch unit is connected to the plurality of A gate may be connected to each cathode of the diode, the second power source may be connected to an anode, and the cathode may include a plurality of second thyristors connected to one end of each of the plurality of actuators.
  • the plurality of actuators may include a plurality of first actuators for ejecting ink of a first color, a plurality of second actuators for ejecting a second color ink, a plurality of third actuators for ejecting a third color ink, and And a plurality of fourth actuators for discharging ink of a fourth color, wherein the first switch unit includes a first actuator, a second actuator, a third actuator, and a fourth actuator to be driven in common according to the plurality of clock signals. And sequentially selecting the second switch unit to selectively supply driving power to the selected first actuator according to a first driving signal corresponding to the first color, and wherein the inkjet head corresponds to a second color corresponding to the second color.
  • a third switch unit selectively providing driving power to the selected second actuator according to a second driving signal, and the selected third liquid according to a third driving signal corresponding to the third color
  • a fourth switch unit to selectively provide driving power to the actor, and a fifth switch unit to selectively provide driving power to the selected fourth actuator according to the fourth driving signal corresponding to the fourth color.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a simple configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a specific configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 is a view showing a specific configuration of the image forming unit of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an inkjet header according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of an inkjet header according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 6 is a timing diagram for controlling the inkjet header according to the first embodiment
  • FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of an inkjet header according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of an inkjet header according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of an inkjet header according to a fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of an inkjet header according to a fifth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a substrate layout of an inkjet header according to a fifth embodiment
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of an inkjet header according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a substrate layout of an inkjet header according to a sixth embodiment of the present disclosure.
  • 15 is a view showing a heat distribution of the nozzle according to the present embodiment.
  • image forming job may refer to various jobs related to an image (eg printing, scanning, or faxing), such as forming an image or generating / storing / transmitting an image file.
  • job not only means an image forming job, but also may include a series of processes necessary for performing the image forming job.
  • an "image forming apparatus” refers to an apparatus for printing print data generated in a terminal apparatus such as a computer onto a recording sheet.
  • Examples of such an image forming apparatus include a copier, a printer, a facsimile, or a multi-function printer (MFP) that implements their functions in a single device. It may mean any device capable of performing an image forming operation, such as a printer, a scanner, a fax machine, a multi-function printer (MFP), or a display device.
  • hard copy refers to an operation of outputting an image to a print medium such as paper, and the like.
  • Soft copy refers to an operation of outputting an image to a display device such as a TV or a monitor. can do.
  • content may mean all kinds of data that is an object of an image forming operation, such as a photo, an image, or a document file.
  • print data may refer to data converted into a format printable by a printer.
  • the printer supports direct printing, the file itself may be print data.
  • the term “user” may mean a person who performs an operation related to an image forming job by using an image forming apparatus or by using a device connected to the image forming apparatus by wire or wireless.
  • the “manager” may mean a person who has a right to access all functions and systems of the image forming apparatus. "Administrator” and “User” may be the same person.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a simple configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • the image forming apparatus 100 may include a print control processor 210 and an inkjet head 300.
  • the print control processor 210 generates a plurality of clock signals for sequentially driving the plurality of nozzles, and generates a serial drive signal corresponding to the driving order and the print data of the plurality of nozzles.
  • the plurality of clock signals may include a second clock signal having a variable signal value at a predetermined first period (or frequency) and a first clock signal having a signal value shifted in a section in which a value of the second clock signal is maintained. have. Specific forms of the first clock signal and the second clock signal will be described later with reference to FIG. 6.
  • the print control processor 210 May generate a plurality of driving signals.
  • the driving signal is a serial signal for a binary data value corresponding to the image data.
  • the print control processor 210 may generate a start signal.
  • the start signal is a signal in which the signal has a high value during the first transition process of the second clock signal and maintains a low value after a predetermined time. This aspect will also be described later with reference to FIG. 6.
  • the print control processor 210 provides the generated clock signals and the driving signals to the inkjet head 300.
  • the print control processor 210 may separately provide driving signals corresponding to each inkjet head, and may provide a plurality of clock signals in common.
  • the print control processor 210 may be implemented as a device such as a dedicated DSP or ASIC for generating only the clock signal and the driving signal as described above. In some implementations, the processor 150 to be described later may also perform a function of the print control processor 210.
  • the inkjet head 300 forms an image using a plurality of nozzles.
  • the inkjet head 300 sequentially drives a plurality of nozzles according to a plurality of clock signals, and each of the plurality of nozzles sequentially driven derives ink according to a driving signal input at the time of driving.
  • the inkjet head 300 may be implemented through one silicon substrate, and a detailed configuration and operation of the inkjet head 300 will be described later with reference to FIG. 4.
  • the inkjet head 300 may have a length corresponding to one width length of the printing paper or may have a predetermined length (for example, 0.5 inch). Alternatively, a plurality of inkjet heads 300 having a predetermined length may be provided.
  • the image forming apparatus 100 sequentially drives the nozzles, and thus, a CMOS process for implementing a separate driver array and a power transistor is unnecessary. Therefore, the size of the inkjet header can be reduced, and It is possible to implement the print head at cost.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a specific configuration of an image forming apparatus according to an exemplary embodiment.
  • the image forming apparatus 100 may include a communication unit 110, a display unit 120, an operation input unit 130, a storage unit 140, an image forming unit 200, and a processor 150. Can be.
  • the communication unit 110 is connected to a terminal device (not shown) such as a mobile device (smart phone, tablet PC), a PC, a notebook PC, a PDA, a digital camera, and the like, and receives files and print data from the terminal device (not shown). Can be.
  • the communication unit 110 is formed to connect the image forming apparatus 100 to an external device, and is connected to a terminal device through a local area network (LAN) and an internet network, as well as a USB (Universal).
  • Serial Bus or wireless communication (eg, WiFi 802.11a / b / g / n, NFC, Bluetooth) port is also possible to be connected via the port.
  • the display unit 120 displays various information provided by the image forming apparatus 100.
  • the display 120 may display a user interface window for selecting various functions provided by the image forming apparatus 100.
  • the display unit 120 may be a monitor such as an LCD, a CRT, an OLED, or the like, and may be implemented as a touch screen capable of simultaneously performing a function of the operation input unit 130 to be described later.
  • the display 120 may display a control menu for performing a function of the image forming apparatus 100.
  • the manipulation inputter 130 may receive a function selection and a control command for the corresponding function from the user.
  • the function may include a print function, a copy function, a scan function, a fax transmission function, and the like.
  • the manipulation input unit 130 may be input through a control menu displayed on the display unit 120.
  • the manipulation input unit 130 may be implemented as a plurality of buttons, a keyboard, a mouse, or the like, or may be implemented as a touch screen capable of simultaneously performing the functions of the display unit 120 described above.
  • the storage unit 140 may store print data received through the communication unit 110.
  • the storage unit 140 may include a storage medium and an external storage medium in the image forming apparatus 100, for example, a removable disk including a USB memory, a storage medium connected to a host, and a web server through a network. And the like.
  • the image forming unit 200 may print print data.
  • the image forming unit 200 may form an image on a recording medium by an inkjet method. A detailed configuration of such an image forming unit 200 will be described later with reference to FIG. 3.
  • the processor 150 controls each component in the image forming apparatus 100.
  • the processor 150 may be implemented as a CPU, an ASIC, or the like, and determine an operation state of the image forming apparatus 100. For example, when it is determined that the image forming apparatus 100 is initially turned on, or is in a state in which a print job is to be started soon (for example, when a user controls an operation input unit or receives print data), the processor 150 The operating state of the image forming apparatus 100 may be determined as a ready state (or ready state). In this case, the processor 150 may transmit common data for setting the state of the inkjet head 300 to the image forming unit 200.
  • the processor 150 may perform parsing and rendering of the print data to generate binary data, and may control the image forming unit 200 to print the generated binary data.
  • the processor 150 and the print control processor 210 are illustrated and described as having separate configurations, but the processor 150 and the print control processor 210 may be one at a time of implementation. It may be implemented in a configuration of.
  • a scanning unit and a fax unit performing a scan function according to a function supported by the image forming apparatus 100 may be described. It may further include a fax transceiver for performing a transmission and reception function.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a specific configuration of the image forming unit of FIG. 2.
  • the image forming unit 200 may include a print control processor 210, a driving unit 220, and an inkjet head 300.
  • the print control processor 210 receives binary data corresponding to print data received from the processor 150 and generates a driving signal in serial form according to the received binary data. If the image forming unit 200 is capable of color printing, the print control processor 210 may generate a plurality of driving signals for each color provided. For example, a first driving signal corresponding to a black color, a second driving signal corresponding to a cyan color, a third driving signal corresponding to a magenta color, and corresponding to a yellow color The fourth driving signal may be generated.
  • the processor 210 may generate a plurality of driving signals.
  • the print control processor 210 may generate a plurality of clock signals for sequentially operating the plurality of nozzles in the inkjet head 300. In addition, the print control processor 210 may generate a start signal when the inkjet head 300 is implemented in the embodiment of FIG. 5.
  • the print control processor 210 controls the driving unit 220 which the inkjet head 300 moves on the print sheet.
  • the driving unit 220 may move the printing paper in the sub-scanning direction so that the inkjet head 300 moves on the printing paper.
  • the driving unit 200 may move the inkjet head 300 to the left and right to move the inkjet head 300 in the main scanning direction.
  • the width of the inkjet head 300 has a predetermined length (with the width of the print paper or the width minus the margin width) or the total width of the plurality of inkjet heads has a predetermined length, the inkjet head 300 ) Can be omitted.
  • the inkjet head 300 discharges ink from each of the plurality of nozzles to form an image corresponding to the print data. A detailed configuration and operation of the inkjet head 300 will be described below with reference to FIG. 4.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an inkjet header according to an embodiment of the present disclosure.
  • the inkjet head 300 may include a first switch unit 310, a second switch unit 320, and an actuator unit 330.
  • the first switch unit 310 sequentially selects an actuator to be driven according to a plurality of clock signals.
  • the first switch unit 310 may be configured of a plurality of first switch elements that operate sequentially. For example, when all of the first switch elements are turned off, only the first first switch element is sequentially turned on and then turned off in accordance with a change in signal values of the first clock signal and the second clock signal. Only the second first switch element may be turned on and then turned off, and then the first switch element may be sequentially turned on / off sequentially. This operation is called a self sequential driving function, and the first switch unit 310 may be implemented as a shift register array. A detailed circuit form of the first switch unit 310 will be described later with reference to FIG. 5.
  • the second switch unit 320 selectively provides driving power to the selected actuator according to the driving signal.
  • the second switch unit 320 may include a plurality of second switch elements that operate in conjunction with the plurality of first switch elements. For example, when the first first switch is turned on, the first second switch element corresponding to the first switch is also turned on, and when the driving signal for driving the actuator is input, the driving power is provided to the first actuator. Can be. If a driving signal for not driving the actuator is input at a time when the second switch element is turn-on, the driving power may not be provided to the first actuator.
  • the actuator unit 330 may include a plurality of actuators for discharging ink to each of the plurality of nozzles.
  • Such an actuator may be a thermal inkjet actuator that converts driving power into heat and ejects ink in the chamber to the nozzle, and may be a piezoelectric inkjet actuator that converts driving power into mechanical displacement and ejects ink in the chamber to the nozzle. .
  • the specific shape of the thermal inkjet actuator will be described later with reference to FIG. 13.
  • the inkjet head 300 sequentially drives the nozzles, and thus, a CMOS process for implementing a separate driver array and a power transistor is unnecessary. Therefore, the size of the inkjet header can be reduced, and the cost is low. As a result, it is possible to implement a print head.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of an inkjet header according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the inkjet header 300 includes a plurality of diodes 311-1, 311-2, 311-3,..., 311-n-1, 311-n, and a plurality of first thyristors 313-1. , 313-2, ..., 313-n-1, 313-n, power supply units 350-1, 350-2, ..., 350-n-1, 350-n, a plurality of second thyristors 323-1 , 323-2, ..., 323-n-1, 323-n, a plurality of actuator resistors 331-1, 331-2, ..., 331-n-1, 331-n, a plurality of resistors 362, 363, 364).
  • a plurality of diodes 311-1, 311-2, 311-3, ..., 311-n-1, 311-n, a plurality of first thyristors 313-1, 313-2, ..., 313-n -1, 313-n) and power supply units 350-1, 350-2, ..., 350-n-1, 350-n are equivalent circuits constituting the first switch unit 310 described above
  • 2 thyristors 323-1, 323-2,..., 323-n-1, 323-n are equivalent circuits constituting the second switch unit 320 described above
  • a plurality of actuator resistors 331-1, 331. -2, ..., 331-n-1 and 331-n are equivalent circuits corresponding to the actuator 330 described above.
  • the plurality of diodes 311-1, 311-2, 311-3,..., 311-n-1, 311-n are connected in series.
  • an anode of the first diode 311-1 receives a start signal
  • a cathode of the first diode 311-1 is connected to an anode of the second diode 311-2.
  • the diodes are repeatedly connected, and the cathode of the last diode 311-n receives the first power through the resistor 350-n.
  • Each node between the two diodes has a gate of the corresponding first thyristors 313-1, 313-2,..., 313-n-1, 313-n, and corresponding resistors 350-1, 350-2,. And one end of the 350-n-1 and 350-n and the gates of the corresponding second thyristors 323-1, 323-2, ..., 323-n-1, and 323-n.
  • Each of the plurality of first thyristors 313-1, 313-2,..., 313-n-1, 313-n each includes a node between two diodes corresponding to the gate (or a cathode of the corresponding diode), and a corresponding resistance ( One end of 350-1, 350-2, ..., 350-n-1, 350-n and the corresponding second thyristor 323-1, 323-2, ..., 323-n-1, 323-n Commonly connected to the gate, a second power source is connected to the anode, and receives a first clock signal or a second clock signal from the cathode.
  • the cathode of the even-numbered first thyristor 313-1 may receive a first clock signal
  • the cathode of the odd-numbered first thyristor 313-2 may receive a second clock signal.
  • the second power source has a power source level different from that of the first power source described above.
  • the power supply unit is connected to the gates of the first thyristors 313-1, 313-2,. Resistors 350-1, 350-2, ..., 350-n-1, 350-n.
  • Each of the plurality of second thyristors 323-1, 323-2,..., 323-n-1, 323-n includes a node between two diodes corresponding to the gate (or a cathode of the corresponding diode), and a corresponding resistance ( One end of 350-1, 350-2, ..., 350-n-1, 350-n and the corresponding first thyristor 313-1, 313-2, ..., 313-n-1, 313-n Commonly connected to the gate, a second power source is connected to the anode, and one end of the actuator resistors 331-1, 331-2,..., 331-n-1, 331-n corresponding to the cathode are connected.
  • the second power source common to the first thyristor is illustrated and described as being input to the second thyristor, different power sources may be input to each of the first thyristor and the second thyristor.
  • Each of the plurality of actuator resistors 331-1, 331-2, ..., 331-n-1, 331-n has a second thyristor 323-1, 323-2, ..., 323-n- having one end corresponding thereto. 1, 323-n is connected to the anode, and the other end receives a drive signal through the resistor (364).
  • a drive signal may be referred to as a video signal.
  • FIG. 6 is a timing diagram for controlling the inkjet header according to the first embodiment.
  • a start signal ⁇ S, a first clock signal ⁇ 1, a second clock signal ⁇ 2, and a driving signal ⁇ I are illustrated.
  • the start signal ⁇ S is a signal for driving the first thyristor 313-1, while maintaining a low value, the start signal ⁇ S transitions to a high value during the first transition process of the second clock signal, and the first transition process of the drive signal. Transitions to a low value at, keeping the low value.
  • the start signal ⁇ S is a signal for driving the first first thyristor 313-1 as described above and becomes a high value (eg, 0 V) corresponding to the transition of the second clock signal. It immediately transitions to a low value (eg -3.3V), after which it does not change.
  • the first clock signal .phi.1 is a clock signal whose signal value varies at a predetermined period.
  • the first clock signal .phi. 1 alternately operates as opposed to the second clock signal .phi.2 as shown.
  • the two clock signals .phi.1 and .phi.2 have the same interval as a predetermined section state value as shown.
  • the second clock signal .phi.2 is a clock signal whose signal value varies in a predetermined period. As described above, the second clock signal .phi.2 has a signal value of the first clock signal in order to have a section state value equal to the first clock signal .phi.1. The signal value is shifted in this maintained section.
  • the driving signal .phi.I is synchronized with the first clock signal and the second clock signal, and becomes a low value and becomes a high value when ink ejection is required. Although the signal transition is shown in all the sections in the illustrated example, the signal value can be maintained at a high value in the nozzle requiring toner ejection.
  • the toner ejection is performed during the time tw during which the drive signal .phi.I maintains the low value.
  • the time for maintaining the low value may be determined in consideration of the printing speed and the ink heating time. For example, the time Tw described above may be 1usec or less for faster printing speed.
  • the clock signal and the driving signal initially maintain high values, and the start signal maintains low values.
  • the NPNP type thyristor is used instead of the PNPN type thyristor shown in FIG. 5. Is used, the waveform diagrams of the clock signal and the driving signal of FIG. 6 described above may be changed accordingly.
  • a low value (eg, -3.3 V) is input to the first power supply Vga
  • a high value (eg, 0 V) is input to the second power supply (the anode power supply of the first thyristor), and a clock signal is input.
  • a first power source Vga is applied to the gate of the first first thyristor 313-1, and the first thyristor 313-1 is turned off.
  • the first diode 311-1 is turned on, so that the cathode voltage of the first diode 311-1 is approximately ⁇ 2V to -2.7V.
  • the cathode of the first diode 311-1 and the gate of the first first thyristor 313-1 are connected, and the threshold voltage of the first thyristor 313-1 is lowered.
  • a turn-on state a state in which the threshold voltage is lowered according to the application of the voltage of the gate of the thyristor.
  • the second clock signal ⁇ 2 transitions from a low value to a high value, and thus, the first first thyristor 313-1 Becomes a turn-on state through which current is passed.
  • the gate of the first first thyristor 313-1 and the first second thyristor 323-1 are connected to the same gate, so that the first second thyristor 323-1 can also be turned on.
  • the second thyristor 323-1 is also turned on and the first actuator 331-1 is turned on.
  • the current is supplied to the first actuator 331-1, thereby discharging ink.
  • the driving signal transitions from a low value to a high value, the potential values of the anode and the cathode of the first second thyristor 323-1 become equal, and accordingly, the first second thyristor 323-1 is turned off. -Off.
  • the thyristor when the thyristor is turned on, the potential of the anode and the gate becomes the same. Therefore, when the first first thyristor 311-1 is turned on, the gate of the first first thyristor 311-1 has a high value, and accordingly, the second first thyristor 311-2 is turned on. The state of is equal to the state of the first first thyristor 311-1 when the start signal is input.
  • the second first thyristor 311-2 becomes a turn-on state and maintains a turn-off state.
  • the second thyristor 311-2 When the potential of the first clock signal .phi.2 transitions to a low value at a later time, the second thyristor 311-2 is turned on. After that, when the potential of the second clock signal .phi.1 transitions to a high value, the potential of the anode and the cathode of the first first thyristor 313-1 is brought to the first first thyristor 313-1. -Off.
  • the second first thyristor 313-2 is changed.
  • the second second thyristor 313-2 interlocked with each other and then turn on to supply current to the second actuator 331-2. If there is no change in the driving signal while the second second thyristor 323-2 is turn-on, the second actuator 331-2 does not perform ink ejection.
  • the inkjet header 300 includes a resistor, a diode, and a thyristor, and may be implemented as a single semiconductor device.
  • a PNPN type thyristor may be formed by successively depositing a P type layer, an N type layer, a P type layer, and an N type layer on a silicon substrate, and an intermediate P type layer and an N type among four layers.
  • Diodes may be formed using layers, and resistors may be implemented using any one of four layers.
  • the terminal layout layout of the same inkjet header as the first embodiment is shown in FIG. 7.
  • FIG. 7 is a substrate layout of an inkjet header according to the first embodiment.
  • the plurality of first resistance regions 350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 361, 362, 363, and 364 may be disposed in one of four layers.
  • the plurality of actuator resistance regions 331-1, 331-2, 33-3, and 331-4 may be disposed in the heating layer.
  • the PN diode region 311 may be composed of two layers in the middle of four layers stacked with PNPN.
  • the PNPN thyristor regions 340-1, 340-2, 340-3, and 340-4 may be implemented as NPNP layers stacked on the substrate.
  • the PNPN thyristor regions 340-1, 340-2, 340-3, and 340-4 may function as the above-described first thyristor, the second thyristor, and the diode.
  • the inkjet head according to the present embodiment is disposed between each configuration in succession, the wiring is simple, only five terminals are required to connect to an external device (specifically, a print data processor), inkjet head The arrangement area of the head can be greatly reduced.
  • the diode may be composed of two layers in the middle of the thyristor region, and thus, the PNPN thyristor regions 340-1 and 340. -2, 340-3, 340-4) may be disposed within the area.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of an inkjet header according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the second embodiment uses the first clock signal to drive the first thyristor without using a separate start signal.
  • the inkjet header 300 ′ includes a plurality of diodes 311-1, 311-2, 311-3,..., 311-n-1, 311-n, and a plurality of first thyristors 313-. 1, 313-2, ..., 313-n-1, 313-n, power supply units 350-1, 350-2, ..., 350-n-1, 350-n, a plurality of second thyristors 323- 1, 323-2, ..., 323-n-1, 323-n, a plurality of actuator resistors 331-1, 331-2, ..., 331-n-1, 331-n, a plurality of resistors 362 , 363, 364).
  • a plurality of second thyristors 323-1, 323-2, ..., 323-n-1, 323-n, a plurality of actuator resistors 331-1, 331-2, ..., 331-n-1, 331-n) and the plurality of resistors 362, 363, and 364 have the same arrangement structure as that of the first embodiment of FIG.
  • the plurality of diodes 311-1, 311-2, 311-3,..., 311-n-1, 311-n are connected in series.
  • the connection form is the same as that of the first embodiment of FIG. 5, but the anode of the first diode 311-1 receives the first clock signal.
  • the first clock signal initially maintains a high value. Therefore, in the initial state, the cathode voltage of the first diode 311-1 becomes approximately ⁇ 2 to 2.7 V, and thus the threshold voltage of the first first thyristor 313-1 is lowered, thereby enabling turn-on. It becomes a state.
  • the second clock signal ⁇ 2 transitions from a low value to a high value, and thus, the first first thyristor 313-1 Becomes a turn-on state through which current is passed.
  • the first clock signal has a high value again at the time of turning on the third thyristor, and the anode of the first diode 311-1 has a high value.
  • the anode of the third diode 311-3 has a high value, the first diode is not turned on. This state is the same even when the first clock signal has a high value continuously.
  • the inkjet header 300 ′ according to the second embodiment does not use a separate start signal, thereby reducing the number of terminals.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of an inkjet header according to a third embodiment of the present disclosure.
  • the third embodiment uses the driving signal to drive the first thyristor without using a separate start signal.
  • the inkjet header 300 ′′ includes a plurality of diodes 311-1, 311-2, 311-3,..., 311-n-1, 311-n, and a plurality of first thyristors 313-. 1, 313-2, ..., 313-n-1, 313-n, power supply units 350-1, 350-2, ..., 350-n-1, 350-n, a plurality of second thyristors 323- 1, 323-2, ..., 323-n-1, 323-n, a plurality of actuator resistors 331-1, 331-2, ..., 331-n-1, 331-n, a plurality of resistors 362 , 363, 364).
  • a plurality of second thyristors 323-1, 323-2, ..., 323-n-1, 323-n, a plurality of actuator resistors 331-1, 331-2, ..., 331-n-1, 331-n) and the plurality of resistors 362, 363, and 364 have the same arrangement structure as that of the first embodiment of FIG.
  • the plurality of diodes 311-1, 311-2, 311-3,..., 311-n-1, 311-n are connected in series.
  • the connection form is the same as that of the first embodiment of FIG. 5, but the anode of the first diode 311-1 receives a driving signal.
  • the drive signal initially maintains a high value. Therefore, in the initial state, the cathode voltage of the first diode 311-1 becomes approximately ⁇ 2 to 2.7 V, and thus the threshold voltage of the first first thyristor 313-1 is lowered, thereby enabling turn-on. It becomes a state.
  • the second clock signal ⁇ 2 transitions from a low value to a high value, and thus, the first first thyristor 313-1 Becomes a turn-on state through which current is passed.
  • the driving signal repeatedly has a high value, and the anode of the first diode 311-1 repeatedly has a high value.
  • the anode of the second diode 311-2 has a high value, after which the anode of the third diode 311-3 has a high value, whereby the anode of the first diode 311-1 is high. Even if the high value is applied to the first thyristor 311-1, the first thyristor 311-1 is not turned on again.
  • the inkjet header 300 ′ according to the third embodiment does not use a separate start signal, thereby reducing the number of terminals.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of an inkjet header according to a fourth embodiment of the present disclosure.
  • the fourth embodiment is an embodiment in which the first thyristor is driven using a predetermined potential (for example, a potential corresponding to a high value) without using a separate start signal.
  • a predetermined potential for example, a potential corresponding to a high value
  • the inkjet header 300 ′ ′ includes a plurality of diodes 311-1, 311-2, 311-3,..., 311-n-1, 311-n, and a plurality of first thyristors 313. -1, 313-2, ..., 313-n-1, 313-n, power supply units 350-1, 350-2, ..., 350-n-1, 350-n, a plurality of second thyristors 323 -1, 323-2, ..., 323-n-1, 323-n, a plurality of actuator resistors 331-1, 331-2, ..., 331-n-1, 331-n, a plurality of resistors ( 362, 363, 364).
  • a plurality of second thyristors 323-1, 323-2, ..., 323-n-1, 323-n, a plurality of actuator resistors 331-1, 331-2, ..., 331-n-1, 331-n) and the plurality of resistors 362, 363, and 364 have the same arrangement structure as that of the first embodiment of FIG.
  • the plurality of diodes 311-1, 311-2, 311-3,..., 311-n-1, 311-n are connected in series.
  • the connection form is the same as that of the first embodiment of FIG. 5, but the anode of the first diode 311-1 receives a predetermined potential.
  • the cathode voltage of the first diode 311-1 in the initial state is approximately ⁇ 2 to 2.7 V, and accordingly, the first first thyristor ( Threshold voltage of 313-1 is lowered, and becomes a turn-on state.
  • the second clock signal ⁇ 2 transitions from a low value to a high value, and thus, the first first thyristor 313-1 Becomes a turn-on state through which current is passed.
  • the potential of the anode of the next diode has a high value sequentially, and thus, the first diode 311-1 is turned again.
  • the first thyristor 311-1 is not turned on again accordingly.
  • the inkjet header 300 ′ according to the fourth embodiment does not use a separate start signal, thereby reducing the number of terminals.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of an inkjet header according to a fifth embodiment of the present disclosure.
  • the fifth embodiment is a circuit diagram of an inkjet header capable of color printing.
  • the inkjet header 300 ′′ ′′ includes a plurality of diodes 311-1, 311-2, 311-3,..., 311-n-1, 311-n, and a plurality of first thyristors 313. -1, 313-2, ..., 313-n-1, 313-n, power supply units 350-1, 350-2, ..., 350-n-1, 350-n, a plurality of second thyristors 323 -1, 323-2, ..., 323-n-1, 323-n, a plurality of third thyristors 363-1, 363-2, ..., 363-n-1, 363-n, a plurality of agents 4 thyristors 373-1, 373-2, ..., 373-n-1, 373-n, a plurality of fifth thyristors 383-1, 383-2, ..., 383-n-1, 323-n , A plurality of first actuator resistors 331-1, 331-2,
  • the initial driving of the first thyristor is implemented in the form of using the first clock signal.
  • the fifth embodiment may be implemented in the form of using the same start signal as in the first embodiment. It may be implemented in the form using any one of the plurality of driving signals, it may also be implemented in the form of applying a predetermined power as in the fourth embodiment.
  • the first clock signal initially maintains a high value. Therefore, in the initial state, the cathode voltage of the first diode 311-1 becomes approximately ⁇ 2 to 2.7 V, and thus the threshold voltage of the first first thyristor 313-1 is lowered, thereby enabling turn-on. It becomes a state.
  • the second clock signal ⁇ 2 transitions from a low value to a high value, and thus, the first first thyristor 313-1 Becomes a turn-on state through which current is passed.
  • the gates of the first fifth thyristor (383-1) are interconnected: the first second thyristor (323-1), the first third thyristor (363-1), the first fourth thyristor 373-1, the first fifth thyristor 383-1 is also turned on.
  • the first second thyristor 323-1, the first third thyristor 363-1, the first fourth thyristor 373-1, and the first fifth thyristor 383-1 each turn on.
  • each of the thyristors supplies current to each of the actuator resistors corresponding to the respective thyristors, and accordingly, each of the first actuators 331-11, 333-1, 335-1, and 337-1 discharge ink.
  • each of the plurality of color nozzles may be controlled using only four driving signals and two driving signals.
  • the inkjet according to the fifth embodiment The header 300 "" has an effect that can greatly reduce the size of the chip.
  • FIG. 12 is a substrate layout of an inkjet header according to a fifth embodiment.
  • a plurality of first resistance regions 350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 361, 362, 363, and 364, a PN diode region 311, a PNPN thyristor region 340-1, 340-2 , 340-3, and 340-4 are the same as those of the example of FIG. 7, and redundant descriptions thereof are omitted.
  • a plurality of actuator resistance regions 331-1, 331-2, 331-3, 331-4, 333-1, 333-2, 333-3, 333-4, 335-1, 335-2, 335-3, 335-4, 337-1, 337-2, 337-3, and 337-4 may be disposed in the heating layer.
  • a plurality of actuator resistance regions 331-1, 331-2, 331-3, 331-4, 333-1, 333-2, 333-3, 333-4, 335-1, 335-2, 335-3 , 335-4, 337-1, 337-2, 337-3, and 337-4 may be arranged in different areas by color.
  • the plurality of first actuator resistance regions 331-1, 331-2, 331-3, and 331-4 corresponding to the first color are disposed on a relatively upper end, and the plurality of second corresponding to the second color.
  • the actuator resistance regions 333-1, 333-2, 333-3, and 333-4 are continuously disposed in an area spaced apart from the first actuator resistance region, and the plurality of third actuator resistance regions corresponding to the third color ( 335-1, 335-2, 335-3, and 335-4 are also sequentially disposed in the first actuator resistance region and the second actuator resistance region, and the plurality of third actuator resistors corresponding to the fourth color.
  • the regions 337-1, 337-2, 337-3, and 337-4 may also be continuously disposed in a region spaced apart from the first actuator resistance region, the second actuator resistance region, and the third actuator resistance region.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of an inkjet header according to an embodiment of the present disclosure.
  • the inkjet header 300 may include a substrate 301, a heater layer 307, a P layer 302, an N layer 303, a P layer 304, an N layer 305, and an intermediate layer layer ( 306, a passivation layer 308, an anti-cavitation layer 308, and a nozzle 390 consisting of voids in the ink channel structure.
  • the substrate 301 may be a silicon substrate.
  • the heater layer 307 may be disposed in an upper region of the substrate 301. Although the heater layer 307 is illustrated as being disposed in the entire upper area of the substrate 301 in the illustrated example, the heater layer 307 may be disposed only in an area corresponding to the ink chamber.
  • the P layer 302 is disposed above the heater layer 307.
  • the N layer 303 is disposed above the P layer 302.
  • the P layer 304 is disposed above the N layer 303.
  • the P layer 304 may be combined with the N layer 303 to operate as a PN diode.
  • the N layer 305 is disposed above the P layer 304.
  • the four layers 302, 303, 304, and 305 described above may operate as PNPN thyristors.
  • Interlayer layer 306 insulates the metal layer from other configurations.
  • the passivation layer 308 is disposed between the heater layer 307 and the ink chamber to prevent the ink from affecting the various layers on the substrate.
  • the anti cavity layer 309 prevents cavitation from occurring during the ejection of ink.
  • the ink nozzle 390 is a flow path structure for discharging the volume-expanded ink when power is applied to the heater layer 307 and heated.
  • FIG. 14 is a substrate layout of an inkjet header according to a sixth embodiment of the present disclosure.
  • the inkjet header 300 ′′ ′′ ′ according to the sixth embodiment is an embodiment in which nozzles are driven in a plurality of units for faster operation.
  • two clock signals and two driving signals are input.
  • the two clock signals are each connected in two passes, so that one thyristor is not selected at a time, but two thyristors are selected at a time, so that two nozzles simultaneously eject ink.
  • the inkjet header 300 ′′ ′ discharges ink in units of a plurality of nozzles, so that printing can be performed faster than the first to fifth embodiments.
  • the thyristors may be driven by three or more units.
  • the inkjet header according to the embodiment discharges ink.
  • ink ejection should be performed within a relatively fast time (for example, 1us).
  • the ink is mostly water.
  • the saturation pressure varies with temperature, and the maximum pressure is 373.95 degrees Celsius, and the ink ejection pressure is the strongest under these conditions, so a typical thermal actuator has a surface temperature within about 1usec. It raises to the above temperature.
  • Table 1 shows the elements for constructing the thermal actuator as shown in FIG.
  • a passivation layer and an anti-cavity layer are present.
  • a thermal barrier layer exists under the substrate to prevent heat loss under the heater layer.
  • the calculation interprets the above structure as a transient due to the presence of only one-dimensional heat conduction.
  • the required energy is changed according to the thickness of the passivation layer (Passivation + Anti-Cavitation), in this calculation to compare the case of minimizing the maximum and the maximum case to obtain the required energy range.
  • the surface temperature (T t ) of the thermal actuator that generates the bubble is as follows.
  • phase change usually undergoes a phase change above 100 degrees, but in order to obtain a phase change of film boiling usable in an inkjet printer, the phase change must occur at least 230 degrees and usually has a maximum pressure at 374 degrees.
  • the amount of heat that can occur at 230 degrees and 374 degrees, each of which a phase change occurs, is calculated, and the calories according to the configuration of the protective layer.
  • the time required to generate a bubble is defined as 1usec or less to calculate the amount of heat required.
  • 15 is a view showing a heat distribution of the nozzle according to the present embodiment.
  • a second power supply having a potential difference satisfying the above-described Equation 2 range may be applied to the thyristor.

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Abstract

화상형성장치가 개시된다. 본 화상형성장치는 복수의 노즐을 이용하여 화상을 형성하는 잉크젯 헤드, 및 복수의 노즐을 순차적으로 구동시키기 위한 복수의 클럭 신호와 복수의 노즐의 구동 순서 및 인쇄 데이터에 대응되는 시리얼 형태의 구동 신호를 생성하는 인쇄 데이터 프로세서를 포함하고, 잉크젯 헤드는, 복수의 클럭 신호에 따라 복수의 노즐이 순차적으로 구동되고, 순차적으로 구동되는 복수의 노즐 각각은 구동시에 입력되는 구동 신호에 따라 잉크를 토출한다.

Description

잉크젯 헤드 및 이를 포함하는 화상형성장치
본 개시는 잉크젯 헤드 및 이를 포함하는 화상형성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 전류 증폭 트랜지스터의 이용 없이 액추에이터 구동이 가능한 잉크젯 헤드 및 이를 포함하는 화상형성장치에 관한 것이다.
화상형성장치는 컴퓨터와 같은 인쇄제어 단말장치에서 생성된 인쇄 데이터를 인쇄용지에 인쇄하는 장치를 의미한다. 이러한 화상형성장치의 예로는 복사기, 프린터, 팩시밀리 또는 이들의 기능을 하나의 장치를 통해 복합적으로 구현하는 복합기(Multi Function Peripheral: MFP) 등을 들 수 있다.
화상형성장치는 다양한 방식으로 화상을 형성할 수 있다. 이 중 하나로 잉크젯 방식이 활용되고 있다. 잉크젯 방식이란 액체 잉크를 분사하여 종이 등과 같은 미디어에 이미지를 형성하는 방식을 의미한다.
일반적으로 잉크젯 방식은 액체 상태의 잉크에 끓는점 이상으로 가열하고, 이로 인한 부피 변화를 이용하여 잉크 챔버 내에 있는 잉크를 노즐을 통하여 토출하는 열적 잉크젯(thermal inkjet) 방식과 전류를 가하면 기계적 변위를 일으키는 피에조(piezo) 물질을 이용하여 잉크 챔버 내의 잉크를 노즐을 통하여 토출하는 압전 잉크젯 방식(Piezoelectric inkjet)이 널리 사용되고 있다.
한편, 600 DPI 해상도 출력 가능한 잉크젯 헤드를 0.5인치 길이로 제작하기 위해서는 300개 이상의 액추에이터가 잉크젯 헤드 내에 포함되어야 한다. 그런데 각 액추에이터를 전선으로 연결하기 어렵기 때문에 일반적으로 외부에서 디지털 신호를 수신받고 CMOS 회로 등을 통하여 액추에이터가 작동하도록 신호를 제공하였다.
다만, CMOS 회로에서 나오는 신호는 액추에이터를 작동시키기에는 너무 작아, 종래에는 전력 트랜지스터를 잉크젯 헤드에 배치하여 CMOS에서 출력되는 신호를 전류 증폭하고, 증폭된 전류를 이용하여 액추에이터를 구동하였다.
이와 같이 종래의 잉크젯 헤드는 각 액추에이터와 드라이버 IC를 개별적으로 연결하기 위한 수만큼의 와이어가 필요하고, 각 액추에이터에 전류를 증폭하여 제공할 수 있는 파워 트랜지스터도 필요하였다는 점에서, 잉크젯 헤드의 배치면적을 줄이는데 한계가 있었다.
따라서, 본 개시의 목적은 별도의 전류 증폭 트랜지스터 이용 없이 액추에이터 구동이 가능한 잉크젯 헤드 및 이를 포함하는 화상형성장치에 관한 것이다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 화상형성장치는 화상형성장치에 있어서, 복수의 노즐을 이용하여 화상을 형성하는 잉크젯 헤드, 및, 상기 복수의 노즐을 순차적으로 구동시키기 위한 복수의 클럭 신호와 상기 복수의 노즐의 구동 순서 및 인쇄 데이터에 대응되는 시리얼 형태의 구동 신호를 생성하는 인쇄 데이터 프로세서를 포함하고, 상기 잉크젯 헤드는, 상기 복수의 클럭 신호에 따라 상기 복수의 노즐이 순차적으로 구동되고, 순차적으로 구동되는 복수의 노즐 각각은 구동시에 입력되는 상기 구동 신호에 따라 잉크를 토출한다.
이 경우, 상기 잉크젯 헤드는 상기 복수의 노즐 각각에 잉크가 토출되도록 하는 복수의 액추에이터, 상기 복수의 클럭 신호에 따라 구동될 액추에이터를 순차적으로 선택하는 제1 스위치부, 및, 상기 구동 신호에 따라 상기 선택된 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하는 제2 스위치부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 액추에이터, 상기 제1 스위치부 및 상기 제2 스위치부는 하나의 실리콘 기판에 구성될 수 있다.
한편, 상기 복수의 액추에이터 각각은 상기 구동 전원을 입력받는 저항을 이용하여 잉크 챔버 내에 잉크를 노즐로 토출할 수 있다.
한편, 상기 복수의 액추에이터 각각은 상기 구동 전원을 입력받는 압전소자를 이용하여 잉크 챔버 내에 잉크를 노즐로 토출할 수 있다.
한편, 상기 제1 스위치부는 직렬 연결된 복수의 다이오드, 상기 복수의 다이오드 각각의 캐소드에 개별적으로 연결된 복수의 저항을 이용하여 제1 전원을 제공하는 전원부, 및, 상기 복수의 다이오드 각각의 캐소드에 게이트가 연결되고, 제2 전원이 애노드에 연결되고, 캐소드에 상기 복수의 클럭 신호 중 하나의 클럭 신호가 입력되는 단자에 연결되는 복수의 제1 사이리스터를 포함하고, 상기 제2 스위치부는, 상기 복수의 다이오드 각각의 캐소드에 게이트가 연결되고, 상기 제2 전원이 애노드에 연결되고, 캐소드가 상기 복수의 액추에이터 각각의 일 단에 연결되는 복수의 제2 사이리스터를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 액추에이터 각각은, 일 단이 상기 복수의 제2 사이리스터 중 대응되는 제2 사이리스터의 캐소드에 연결되고, 타 단이 상기 구동 신호를 입력받는 단자에 연결될 수 있다.
한편, 상기 복수의 클럭 신호는 기설정된 주기로 신호 값이 가변되는 제2 클럭 신호, 상기 제2 클럭 신호의 신호 값의 유지 구간에서 신호 값이 천이되는 제1 클럭 신호를 포함하고, 상기 제1 클럭 신호는 상기 복수의 제1 사이리스터 중 짝수번째 제1 사이리스터의 캐소드에 공통 연결되고, 상기 제2 클럭 신호는 상기 복수의 제1 사이리스터 중 홀수번째 제1 사이리스터의 캐소드에 공통 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 다이오드 중 제1 다이오드의 애노드는, 로우 값을 유지하다가 상기 제2 클럭 신호의 첫 번째 천이 과정에서 하이 값으로 천이되고, 상기 구동 신호의 첫 번째 천이 과정 전에 로우 값으로 천이되어 로우 값을 유지하는 스타트 신호를 입력받을 수 있다.
한편, 상기 복수의 다이오드 중 제1 다이오드의 애노드는, 상기 제1 클럭 신호를 입력받을 수 있다.
*한편, 상기 복수의 다이오드 중 제1 다이오드의 애노드는 기설정된 크기의 제3 전원에 연결될 수 있다.
한편, 상기 복수의 액추에이터는 제1색의 잉크를 토출하는 복수의 제1 액추에이터, 제2색의 잉크를 토출하는 복수의 제2 액추에이터, 제3색의 잉크를 토출하는 복수의 제3 액추에이터, 및 제4색의 잉크를 토출하는 복수의 제4 액추에이터를 포함하고, 상기 제1 스위치부는 상기 복수의 클럭 신호에 따라 공통으로 구동될 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 제3 액추에이터 및 제4 액추에이터를 순차적으로 선택하고, 상기 제2 스위치부는 상기 제1색에 대응되는 제1 구동 신호에 따라 상기 선택된 제1 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하고, 상기 잉크젯 헤드는 상기 제2색에 대응되는 제2 구동 신호에 따라 상기 선택된 제2 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하는 제3 스위치부, 상기 제3색에 대응되는 제3 구동 신호에 따라 상기 선택된 제3 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하는 제4 스위치부, 및 상기 제4색에 대응되는 제4 구동 신호에 따라 상기 선택된 제4 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하는 제5 스위치부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 인쇄 데이터 프로세서는 복수의 구동 신호를 생성하고 상기 잉크젯 헤드는, 상기 복수의 클럭 신호에 따라 상기 복수의 구동 신호 개수 단위로 복수의 노즐이 순차적으로 구동되고, 순차적으로 구동되는 복수의 노즐 각각은 입력되는 복수의 구동 신호 중 대응되는 구동 신호에 따라 잉크를 토출할 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 구동 신호는 서로 다른 색에 대한 구동 신호일 수 있다.
한편, 상기 복수의 구동 신호는 하나의 색에 대한 구동 신호일 수 있다.
한편, 본 화상형성장치는 상기 잉크젯 헤드를 인쇄용지상에서 이동시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 잉크젯 헤드는 복수개 구비되며, 상기 인쇄 데이터 프로세서는 복수의 잉크젯 헤드 각각에 대한 복수의 구동 신호를 생성하고, 상기 생성된 복수의 구동 신호 각각을 상기 복수의 잉크젯 헤드에 개별적으로 제공하고, 상기 복수의 클럭 신호를 공통적으로 제공할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 잉크젯 헤드는 잉크가 토출되도록 하는 복수의 액추에이터, 상기 복수의 액추에이터를 순차적으로 구동시키기 위한 복수의 클럭 신호에 따라 구동될 액추에이터를 순차적으로 선택하는 제1 스위치부, 및, 복수의 노즐의 구동 순서 및 인쇄 데이터에 대응되는 시리얼 형태의 구동 신호에 따라 상기 선택된 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하는 제2 스위치부를 포함한다.
이 경우, 상기 제1 스위치부는 직렬 연결된 복수의 다이오드, 상기 복수의 다이오드 각각의 캐소드에 개별적으로 연결된 복수의 저항을 이용하여 제1 전원을 제공하는 전원부, 및, 상기 복수의 다이오드 각각의 캐소드에 게이트가 연결되고, 제2 전원이 애노드에 연결되고, 캐소드에 상기 복수의 클럭 신호 중 하나의 클럭 신호가 입력되는 단자에 연결되는 복수의 제1 사이리스터를 포함하고, 상기 제2 스위치부는, 상기 복수의 다이오드 각각의 캐소드에 게이트가 연결되고, 상기 제2 전원이 애노드에 연결되고, 캐소드가 상기 복수의 액추에이터 각각의 일 단에 연결되는 복수의 제2 사이리스터를 포함할 수 있다.
한편, 상기 복수의 액추에이터는 제1색의 잉크를 토출하는 복수의 제1 액추에이터, 제2색의 잉크를 토출하는 복수의 제2 액추에이터, 제3색의 잉크를 토출하는 복수의 제3 액추에이터, 및, 제4색의 잉크를 토출하는 복수의 제4 액추에이터를 포함하고, 상기 제1 스위치부는 상기 복수의 클럭 신호에 따라 공통으로 구동될 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 제3 액추에이터 및 제4 액추에이터를 순차적으로 선택하고, 상기 제2 스위치부는 상기 제1색에 대응되는 제1 구동 신호에 따라 상기 선택된 제1 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하고, 상기 잉크젯 헤드는, 상기 제2색에 대응되는 제2 구동 신호에 따라 상기 선택된 제2 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하는 제3 스위치부, 상기 제3색에 대응되는 제3 구동 신호에 따라 상기 선택된 제3 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하는 제4 스위치부, 및, 상기 제4색에 대응되는 제4 구동 신호에 따라 상기 선택된 제4 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하는 제5 스위치부를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 화상형성장치의 간단한 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 화상형성장치의 구체적인 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 도 2의 화상 형성부의 구체적인 구성을 도시한 도면,
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 구성을 나타내는 블록도,
도 5는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 등가 회로도,
도 6은 제1 실시 예에 따른 잉크젯 헤더를 제어하기 위한 타이밍도,
도 7은 제1 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 기판 레이아웃,
도 8은 본 개시의 제2 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 등가 회로도,
도 9는 본 개시의 제3 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 등가 회로도,
도 10은 본 개시의 제4 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 등가 회로도,
도 11은 본 개시의 제5 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 등가 회로도,
도 12는 제5 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 기판 레이아웃,
도 13은 본 개시의 일 실시 예에 다른 잉크젯 헤더의 단면도,
도 14는 본 개시의 제6 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 기판 레이아웃, 그리고,
도 15는 본 실시 예에 따른 노즐의 열 분포를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 상이한 형태로 변형되어 실시될 수도 있다. 실시예들의 특징을 보다 명확히 설명하기 위하여 이하의 실시 예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 명세서에서 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐 아니라, ‘그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성이 다른 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 “화상 형성 작업(image forming job)”이란 화상의 형성 또는 화상 파일의 생성/저장/전송 등과 같이 화상과 관련된 다양한 작업들(e.g. 인쇄, 스캔 또는 팩스)을 의미할 수 있으며, “작업(job)”이란 화상 형성 작업을 의미할 뿐 아니라, 화상 형성 작업의 수행을 위해서 필요한 일련의 프로세스들을 모두 포함하는 의미일 수 있다.
또한, “화상형성장치”란 컴퓨터와 같은 단말장치에서 생성된 인쇄 데이터를 기록 용지에 인쇄하는 장치를 말한다. 이러한 화상형성장치의 예로는 복사기, 프린터, 팩시밀리 또는 이들의 기능을 하나의 장치를 통해 복합적으로 구현하는 복합기(multi-function printer, MFP)등을 들 수 있다. 프린터(printer), 스캐너(scanner), 팩스기(fax machine), 복합기(multi-function printer, MFP) 또는 디스플레이 장치 등과 같이 화상 형성 작업을 수행할 수 있는 모든 장치들을 의미할 수 있다.
또한, “하드 카피(hard copy)”란 종이 등과 같은 인쇄 매체에 화상을 출력하는 동작을 의미하며, “소프트 카피(soft copy)”란 TV 또는 모니터 등과 같은 디스플레이 장치에 화상을 출력하는 동작을 의미할 수 있다.
또한, “컨텐츠”란 사진, 이미지 또는 문서 파일 등과 같이 화상 형성 작업의 대상이 되는 모든 종류의 데이터를 의미할 수 있다.
또한, “인쇄 데이터”란 프린터에서 인쇄 가능한 포맷으로 변환된 데이터를 의미할 수 있다. 한편, 프린터가 다이렉트 프린팅을 지원한다면, 파일 그 자체가 인쇄 데이터가 될 수 있다.
또한, “사용자”란 화상형성장치를 이용하여, 또는 화상형성장치와 유무선으로 연결된 디바이스를 이용하여 화상 형성 작업과 관련된 조작을 수행하는 사람을 의미할 수 있다. 또한, “관리자”란 화상형성장치의 모든 기능 및 시스템에 접근할 수 있는 권한을 갖는 사람을 의미할 수 있다. “관리자”와 “사용자”는 동일한 사람일 수도 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 화상형성장치의 간단한 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 화상형성장치(100)는 인쇄 제어 프로세서(210) 및 잉크젯 헤드(300)로 구성될 수 있다.
인쇄 제어 프로세서(210)는 복수의 노즐을 순차적으로 구동시키기 위한 복수의 클럭 신호를 생성하고, 복수의 노즐의 구동 순서 및 인쇄 데이터에 대응되는 시리얼 형태의 구동 신호를 생성한다. 여기서 복수의 클럭 신호는 기설정된 제1 주기(또는 주파수)로 신호 값이 가변되는 제2 클럭 신호와 제2 클럭 신호의 값이 유지되는 구간에서 신호 값이 천이되는 제1 클럭 신호를 포함할 수 있다. 구체적인 제1 클럭 신호와 제2 클럭 신호의 형태에 대해서는 도 6을 참조하여 후술한다.
한편, 후술할 잉크젯 헤드(300)가 복수개로 구성되거나, 잉크젯 헤드(300)가 컬러 잉크젯이거나, 잉크젯 헤드(300)가 복수의 노즐이 동시에 구동되는 형태로 구현되는 경우, 인쇄 제어 프로세서(210)는 복수의 구동 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 구동 신호는 영상 데이터에 대응되는 이진 데이터 값에 대한 시리얼 신호이다.
그리고 인쇄 제어 프로세서(210)는 스타트 신호를 생성할 수 있다. 여기서 스타트 신호는 제2 클럭 신호의 첫 번째 천이 과정에서 신호가 하이 값을 갖다가 기설정된 시간 이후에 로우 값을 유지하는 신호이다. 이러한 형태에 대해서도 도 6을 참조하여 후술한다.
그리고 인쇄 제어 프로세서(210)는 생성된 복수의 클럭 신호 및 구동 신호를 잉크젯 헤드(300)에 제공한다. 한편, 잉크젯 헤드가 복수개로 구현되는 경우, 인쇄 제어 프로세서(210)는 각 잉크젯 헤드에 대응되는 구동 신호를 개별적으로 제공하고, 복수의 클럭 신호를 공통으로 제공할 수 있다.
이러한 인쇄 제어 프로세서(210)는 상술한 바와 같은 클럭 신호 및 구동 신호만의 생성을 위한 전용의 DSP, ASIC과 같은 장치로 구현될 수 있다. 한편, 구현시에는 후술할 프로세서(150)가 인쇄 제어 프로세서(210)의 기능을 함께 수행할 수도 있다.
잉크젯 헤드(300)는 복수의 노즐을 이용하여 화상을 형성한다. 구체적으로, 잉크젯 헤드(300)는 복수의 클럭 신호에 따라 복수의 노즐이 순차적으로 구동되고, 순차적으로 구동되는 복수의 노즐 각각은 구동시에 입력되는 구동 신호에 따라 잉크를 도출한다. 이러한 잉크젯 헤드(300)는 하나의 실리콘 기판을 통하여 구현될 수 있으며, 잉크젯 헤드(300)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 4를 참조하여 후술한다.
이러한 잉크젯 헤드(300)는 인쇄용지의 하나의 폭 길이에 대응되는 길이를 갖거나 기설정된 길이(예를 들어, 0.5인치)를 가질 수 있다. 또는 기설정된 길이의 잉크젯 헤드(300)가 복수개 구비될 수도 있다.
이상과 같이 본 실시 예에 따른 화상형성장치(100)는 노즐을 순차적으로 구동하는바 별도의 드라이버 어레이 및 파워 트랜지스터를 구현하기 위한 CMOS 공정이 불필요한바, 잉크젯 헤더의 크기를 줄일 수 있으며, 또한 낮은 비용으로 프린터 헤드를 구현하는 것이 가능한 효과가 있다.
한편, 이상에서는 화상형성장치를 구성하는 간단한 구성에 대해서만 도시하고 설명하였지만, 구현시에는 다양한 구성이 추가로 구비될 수 있다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 이하에서 설명한다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 화상형성장치의 구체적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 화상형성장치(100)는 통신부(110), 디스플레이부(120), 조작 입력부(130), 저장부(140), 화상 형성부(200) 및 프로세서(150)로 구성될 수 있다.
통신부(110)는 모바일 기기(Smart Phone, Tablet PC), PC, 노트북 PC, PDA, 디지털 카메라 등의 단말장치(미도시)와 연결되며, 단말장치(미도시)로부터 파일 및 인쇄 데이터를 수신할 수 있다. 구체적으로, 통신부(110)는 화상형성장치(100)를 외부 장치와 연결하기 위해 형성되고, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network) 및 인터넷망을 통해 단말장치에 접속되는 형태뿐만 아니라, USB(Universal Serial Bus) 포트 또는 무선 통신(예를 들어, WiFi 802.11a/b/g/n, NFC, Bluetooth) 포트를 통하여 접속되는 형태도 가능하다.
디스플레이부(120)는 화상형성장치(100)에서 제공하는 각종 정보를 표시한다. 구체적으로, 디스플레이부(120)는 화상형성장치(100)가 제공하는 각종 기능을 선택받기 위한 사용자 인터페이스 창을 표시할 수 있다. 이러한 디스플레이부(120)는 LCD, CRT, OLED 등과 같은 모니터일 수 있으며, 후술할 조작 입력부(130)의 기능을 동시에 수행할 수 있는 터치 스크린으로 구현될 수도 있다.
그리고 디스플레이부(120)는 화상형성장치(100)의 기능 수행을 위한 제어 메뉴를 표시할 수 있다.
조작 입력부(130)는 사용자로부터 기능 선택 및 해당 기능에 대한 제어 명령을 입력받을 수 있다. 여기서 기능은 인쇄 기능, 복사 기능, 스캔 기능, 팩스 전송 기능 등을 포함할 수 있다. 이와 같은 조작 입력부(130)는 디스플레이부(120)에 표시되는 제어 메뉴를 통하여 입력받을 수 있다.
이러한 조작 입력부(130)는 복수의 버튼, 키보드, 마우스 등으로 구현될 수 있으며, 상술한 디스플레이부(120)의 기능을 동시에 수행할 수 있는 터치 스크린으로도 구현될 수도 있다.
저장부(140)는 통신부(110)를 통하여 수신된 인쇄 데이터를 저장할 수 있다. 이러한, 저장부(140)는 화상형성장치(100) 내의 저장매체 및 외부 저장매체, 예를 들어 USB 메모리를 포함한 Removable Disk, 호스트(Host)에 연결된 저장매체, 네트워크를 통한 웹서버(Web server) 등으로 구현될 수 있다.
화상 형성부(200)는 인쇄 데이터를 인쇄할 수 있다. 이러한 화상 형성부(200)는 잉크젯 방식에 의하여 기록매체에 화상을 형성할 수 있다. 이러한 화상 형성부(200)의 구체적인 구성에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.
프로세서(150)는 화상형성장치(100) 내의 각 구성을 제어한다. 구체적으로, 프로세서(150)는 CPU, ASIC 등으로 구현될 수 있으며, 화상형성장치(100)의 동작 상태를 판단한다. 예를 들어, 화상형성장치(100)가 초기 온 되거나, 인쇄 작업이 곧 시작될 상태(예를 들어, 사용자가 조작 입력부를 제어하거나, 인쇄 데이터를 수신한 경우)인 것으로 판단되면, 프로세서(150)는 화상형성장치(100)의 동작 상태를 준비 상태(또는 레디 상태)로 판단할 수 있다. 이때, 프로세서(150)는 잉크젯 헤드(300)의 상태가 셋업 되도록 하는 코먼 데이터(common data)를 화상 형성부(200)에 전송할 수 있다.
그리고 프로세서(150)는 외부로부터 인쇄 데이터를 수신하면, 인쇄 데이터에 대한 파싱 및 렌더링 등을 수행하여 이진 데이터를 생성하고, 생성된 이진 데이터를 인쇄하도록 화상 형성부(200)를 제어할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2를 설명함에 있어서, 프로세서(150)와 인쇄 제어 프로세서(210)가 별도의 구성인 것으로 도시하고 설명하였지만, 구현시에 프로세서(150)와 인쇄 제어 프로세서(210)는 하나의 구성으로 구현될 수도 있다.
또한, 도 1 및 도 2에는 화상형성장치(100)의 일반적인 기능만을 도시하고 설명하였지만, 상술한 구성뿐만 아니라, 화상형성장치(100)가 지원하는 기능에 따라 스캔 기능을 수행하는 스캔부, 팩스 송수신 기능을 수행하는 팩스 송수신부 등을 더 포함할 수도 있다.
도 3은 도 2의 화상 형성부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 화상 형성부(200)는 인쇄 제어 프로세서(210), 구동부(220) 및 잉크젯 헤드(300)로 구성될 수 있다.
인쇄 제어 프로세서(210)는 프로세서(150)로부터 수신된 인쇄 데이터에 대응되는 이진 데이터를 수신하고, 수신된 이진 데이터에 따른 시리얼 형태의 구동 신호를 생성한다. 만약 화상 형성부(200)가 컬러 인쇄가 가능한 경우, 인쇄 제어 프로세서(210)는 구비된 색상별 복수의 구동 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 블랙(Black) 색상에 대응되는 제1 구동 신호, 사이언(cyan) 색상에 대응되는 제2 구동 신호, 마젠타(magenta) 색상에 대응되는 제3 구동신호, 노란색(Yellow)에 대응되는 제4 구동 신호를 생성할 수 있다.
또한, 흑백 인쇄를 수행하는 경우라도, 빠른 인쇄를 위하여 잉크젯 헤드가 복수개 구비되는 경우, 또는 도 14에 도시된 바와 같이 하나의 잉크젯 헤드가 두 개의 노즐이 동시에 구동되는 형태로 구현되는 경우, 인쇄 제어 프로세서(210)는 복수의 구동 신호를 생성할 수 있다.
그리고 인쇄 제어 프로세서(210)는 잉크젯 헤드(300) 내의 복수의 노즐이 순차적으로 동작시키기 위한 복수의 클럭 신호를 생성할 수 있다. 또한, 인쇄 제어 프로세서(210)는 잉크젯 헤드(300)가 도 5과 같은 실시 형태로 구현되는 경우, 스타트 신호를 생성할 수도 있다.
그리고 인쇄 제어 프로세서(210)는 잉크젯 헤드(300)가 인쇄 용지상에서 이동시키는 구동부(220)를 제어한다.
구동부(220)는 잉크젯 헤드(300)가 인쇄용지 상에서 이동하도록 인쇄용지를 부주사 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 구동부(200)는 잉크젯 헤드(300)가 주주사 방향으로 이동될 수 있도록 잉크젯 헤드(300)를 좌우로 이동시킬 수 있다. 한편, 잉크젯 헤드(300)의 너비가 기설정된 길이(인쇄 용지의 폭과 갖거나 인쇄 폭에서 마진폭을 뺀 길이)를 갖거나 복수의 잉크젯 헤드의 총 너비가 기설정된 길이를 갖는다면 잉크젯 헤드(300)를 좌우로 이동시키는 기능은 생략될 수 있다.
잉크젯 헤드(300)는 복수의 노즐 각각에서 잉크를 토출하여 인쇄 데이터에 대응되는 화상을 형성한다. 이러한 잉크젯 헤드(300)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 4를 참조하여 이하에서 설명한다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 잉크젯 헤드(300)는 제1 스위치부(310), 제2 스위치부(320) 및 액추에이터부(330)로 구성될 수 있다.
제1 스위치부(310)는 복수의 클럭 신호에 따라 구동될 액추에이터를 순차적으로 선택한다. 구체적으로, 제1 스위치부(310)는 순차적으로 동작하는 복수의 제1 스위치 소자로 구성될 수 있다. 예를 들어, 모든 제1 스위치 소자가 턴-오프 상태에서 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호의 신호 값 변화에 따라 순차적으로 첫 번째 제1 스위치 소자만 턴-온되었다가 턴-오프되고, 이후에 두 번째 제1 스위치 소자만 턴-온되었다가 턴-오프되고, 이후에 연속적으로 제1 스위치 소자가 순차적으로 턴온/턴오프될 수 있다. 이러한 동작을 자기순차구동(self sequential driving) 기능이라고 하며, 제1 스위치부(310)는 shift register array로 구현될 수 있다. 제1 스위치부(310)의 구체적인 회로 형태에 대해서는 도 5을 참조하여 후술한다.
제2 스위치부(320)는 구동 신호에 따라 선택된 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공한다. 구체적으로, 제2 스위치부(320)는 복수의 제1 스위치 소자에 연동하여 동작하는 복수의 제2 스위치 소자로 구성될 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 제1 스위치가 턴-온되면 이에 대응되는 첫 번째 제2 스위치 소자 역시 턴-온 가능하게 되고, 이때 액추에이터를 구동시키는 구동 신호가 입력되면 구동 전원을 첫 번째 액추에이터에 제공할 수 있다. 만약, 제2 스위치 소자가 턴-온 가능한 시점에 액추에이터를 구동시키지 않는 구동 신호가 입력된다면 구동 전원을 첫 번째 액추에이터에 제공하지 않을 수 있다.
액추에이터부(330)는 복수의 노즐 각각에 잉크를 토출되도록 하는 복수의 액추에이터를 포함할 수 있다. 이러한 액추에이터는 구동 전원을 열로 변환하여 챔버 내의 잉크를 노즐로 토출하는 열적 잉크젯 방식의 액추에이터일 수 있으며, 구동 전원을 기계적 변위로 변환하여 챔버 내의 잉크를 노즐로 토출하는 압전 잉크젯 방식의 액추에이터일 수 있다. 열적 잉크젯 방식의 액추에이터의 구체적인 형상에 대해서는 도 13을 참조하여 후술한다.
이상과 같이 본 실시 예에 따른 잉크젯 헤드(300)는 노즐을 순차적으로 구동하는바 별도의 드라이버 어레이 및 파워 트랜지스터를 구현하기 위한 CMOS 공정이 불필요한바, 잉크젯 헤더의 크기를 줄일 수 있으며, 또한 낮은 비용으로 프린터 헤드를 구현하는 것이 가능한 효과가 있다.
도 5는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 등가 회로도이다.
도 5를 참조하면, 잉크젯 헤더(300)는 복수의 다이오드(311-1, 311-2, 311-3, …, 311-n-1, 311-n), 복수의 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n), 전원부(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n), 복수의 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n), 복수의 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n), 복수의 저항(362, 363, 364)로 구성된다.
여기서, 복수의 다이오드(311-1, 311-2, 311-3, …, 311-n-1, 311-n), 복수의 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n), 전원부(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n)이 상술한 제1 스위치부(310)를 구성하는 등가 회로이고, 복수의 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n)가 상술한 제2 스위치부(320)를 구성하는 등가 회로이고, 복수의 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n)이 상술한 액추에이터(330)에 대응되는 등가회로이다.
복수의 다이오드(311-1, 311-2, 311-3, …, 311-n-1, 311-n)는 직렬 형태로 연결된다. 구체적으로, 첫 번째 다이오드(311-1)의 애노드(anode)는 스타트 신호를 입력받으며, 첫 번째 다이오드(311-1)의 캐소드(cathode)는 두 번째 다이오드(311-2)의 애노드에 연결되며, 이러한 순서로 반복적으로 다이오드가 연결되며, 마지막 다이오드(311-n)의 캐소드는 저항(350-n)을 통하여 제1 전원을 입력받는다.
그리고 두 다이오드 사이의 노드 각각은 대응되는 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n)의 게이트, 대응되는 저항(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n)의 일단 및 대응되는 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n)의 게이트에 공통 연결될 수 있다.
복수의 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n) 각각은 게이트에 대응되는 두 다이오드 사이의 노드(또는 대응되는 다이오드의 캐소드), 대응되는 저항(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n)의 일단 및 대응되는 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n)의 게이트에 공통 연결되며, 애노드에 제2 전원이 연결되고, 캐소드에 제1 클럭 신호 또는 제2 클럭 신호를 입력받는다. 구체적으로, 짝수번째 제1 사이리스터(313-1)의 캐소드는 제1 클럭 신호를 입력받고, 홀수번째 제1 사이리스터(313-2)의 캐소드는 제2 클럭 신호를 입력받을 수 있다. 여기서 제2 전원은 상술한 제1 전원과 다른 레벨의 전원 크기를 갖는다.
전원부는 일 단이 대응되는 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n)의 게이트에 연결되고, 타 단이 기설정된 제1 전원에 연결되는 복수의 저항(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n)으로 구성된다.
복수의 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n) 각각은 게이트에 대응되는 두 다이오드 사이의 노드(또는 대응되는 다이오드의 캐소드), 대응되는 저항(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n)의 일단 및 대응되는 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n)의 게이트에 공통 연결되며, 애노드에 제2 전원이 연결되고, 캐소드에 대응되는 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n)의 일 단이 연결된다. 여기서, 제2 사이리스터에도 제1 사이리스터에 공통되는 제2 전원이 입력되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 구현시에는 제1 사이리스터와 제2 사이리스터 각각에 다른 전원이 입력되도록 할 수도 있다.
복수의 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n) 각각은 일 단이 대응되는 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n)의 애노드에 연결되고, 타 단이 저항(364)을 통하여 구동 신호를 입력받는다. 이러한 구동 신호는 비디오 신호라고 지칭될 수 있다.
이하에서는 도 6의 타이밍도를 참조하여, 상술한 잉크젯 헤더(300)의 동작을 설명한다.
도 6은 제1 실시 예에 따른 잉크젯 헤더를 제어하기 위한 타이밍도이다.
도 6을 참조하면, 스타트 신호(ΦS), 제1 클럭 신호(Φ1), 제2 클럭 신호(Φ2), 구동 신호(ΦI)가 도시된다.
여기서 스타트 신호(ΦS)는 첫 번째 사이리스터(313-1)를 구동시키기 위한 신호로, 로우 값을 유지하다가 제2 클럭 신호의 첫 번째 천이 과정에서 하이 값으로 천이되고, 구동 신호의 첫 번째 천이 과정에서 로우 값으로 천이되어 로우 값을 유지된다. 구체적으로, 스타트 신호(ΦS)는 상술한 바와 같이 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)를 구동시키기 위한 신호인바 제2 클럭 신호의 천이에 대응되게 하이 값(예를 들어, 0V)이 되었다가 바로 로우 값(예를 들어, -3.3V)으로 천이되며, 그 이후에는 변화가 되지 않는다.
제1 클럭 신호(Φ1)는 기설정된 주기로 신호 값이 가변하는 클럭 신호이다. 이러한 제1 클럭 신호(Φ1)는 도시된 바와 같이 제2 클럭 신호(Φ2)와 상반되게 교번적으로 동작한다. 다만, 두 클럭 신호(Φ1, Φ2)는 도시된 바와 같이 일정 구간 상태값이 동일한 구간을 갖는다.
제2 클럭 신호(Φ2)는 기설정된 주기로 신호 값이 가변하는 클럭 신호로, 상술한 바와 같이 일정 구간 상태 값이 제1 클럭 신호(Φ1)와 동일한 구간을 갖기 위하여, 제1 클럭 신호의 신호 값이 유지되는 구간에서 신호값이 천이된다.
구동 신호(ΦI)는 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호에 동기화되며, 잉크 토출이 필요한 시점에 로우 값이 되었다가 하이 값이 된다. 도시된 예에서는 모든 구간에 신호 천이가 이루어지는 것으로 도시하였지만, 토너 토출이 필요한 노즐에서는 신호 값이 하이 값으로 유지될 수 있다.
한편, 구동 신호(ΦI)가 로우 값을 유지하는 시간(tw) 동안 토너 토출이 수행되는데, 로우 값을 유지하는 시간은 인쇄 속도 및 잉크 가열 시간을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 빠른 인쇄 속도를 위하여 상술한 시간(Tw)는 1usec이하일 수 있다.
한편, 도 6을 설명함에 있어서, 클럭 신호 및 구동 신호는 초기에 하이 값을 유지하고, 스타트 신호는 로우 값을 유지하는 것으로 도시하고 설명하였지만, 도 5의 PNPN 타입의 사이리스터 대신에 NPNP 타입의 사이리스터가 이용되는 경우, 상술한 도 6의 클럭 신호 및 구동 신호의 파형도는 그에 맞춰 변경될 수 있다.
이하에서는 상술한 도 6의 파형도 및 도 5의 등가 회로도를 이용하여 복수의 노즐을 순차적으로 구동하는 방식에 대해서 자세히 설명한다.
우선 제1 전원(Vga)은 로우 값(예를 들어, -3.3V)이 입력되고, 제2 전원(제1 사이리스터의 애노드 전원)은 하이 값(예를 들어, 0V)이 입력되고, 클럭 신호 및 구동 신호 각각의 동일한 하이 값(예를 들어, 0V), 로우 값(-3.3)을 갖는 것으로 가정한다.
먼저, 초기 상태에서 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)의 게이트에는 제1 전원(Vga)이 인가되는바, 제1 사이리스터(313-1)는 턴-오프 상태이다.
이후에, 제1 스타트 신호(ΦS)가 로우 값에서 하이 값으로 천이 되면, 제1 다이오드(311-1)는 턴-온되고, 그에 따라 제1 다이오드(311-1)의 캐소드 전압은 대략 -2V~-2.7V가 된다. 그리고 제1 다이오드(311-1)의 캐소드와 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)의 게이트는 연결되어 있는바, 제1 사이리스터(313-1)의 문턱 전압은 낮아지게 된다. 이하에서는 설명을 용이하게 하기 위하여, 사이리스터의 게이트의 전압 인가에 따라 문턱 전압이 낮아진 상태를 턴-온 가능한 상태라고 지칭한다.
이와 같이 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)가 턴-온 가능한 상태가 될 때, 제2 클럭 신호(Φ2)가 로우 값에서 하이 값으로 천이되는 바, 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)는 전류를 통과시키는 턴-온 상태가 된다.
한편, 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)의 게이트와 첫 번째 제2 사이리스터(323-1)는 동일한 게이트에 연결되어 있는바, 첫 번째 제2 사이리스터(323-1) 역시 턴-온 가능한 상태가 된다.
따라서, 첫 번째 제2 사이리스터(323-1)가 턴-온 가능한 상태에서 구동 신호가 로우 값으로 천이가 되면, 제2 사이리스터(323-1) 역시 턴-온되고 첫 번째 액추에이터(331-1)에 전류를 공급하게 되고, 그에 따라 첫 번째 액추에이터(331-1)는 잉크를 토출하게 된다. 이후에 구동 신호가 로우 값에서 하이 값으로 천이되면, 첫 번째 제2 사이리스터(323-1)의 애노드와 캐소드의 전위 값이 동일해 지고, 그에 따라 첫 번째 제2 사이리스터(323-1)는 턴-오프된다.
한편, 사이리스터는 턴-온되면, 애노드와 게이트의 전위는 동일하게 된다. 따라서, 첫 번째 제1 사이리스터(311-1)가 턴-온되면, 첫 번째 제1 사이리스터(311-1)의 게이트는 하이 값을 갖게 되며, 그에 따라, 두 번째 제1 사이리스터(311-2)의 상태는 스타트 신호가 입력되었을 때의 첫 번째 제1 사이리스터(311-1)의 상태와 동일하게 된다.
다만, 제1 클럭 신호가 로우 값으로 천이 되기 전까지, 두 번째 제1 사이리스터(311-2)는 턴-온 가능한 상태가 될 뿐, 턴-오프 상태를 유지한다.
이후의 시간에서 제1 클럭 신호(Φ2)의 전위가 로우 값으로 천이되면, 두 번째 사이리스터(311-2)는 턴-온된다. 그 이후에 제2 클럭 신호(Φ1)의 전위가 하이 값으로 천이되면, 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)의 애노드와 캐소드의 전위가 갖아지게 되어 첫번째 제1 사이리스터(313-1)는 턴-오프된다.
이와 같이 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)는 턴-오프되고, 두 번째 제1 사이리스터(313-2)가 턴-온된 상태에서 구동 신호가 변화하게 되면, 두 번째 제1 사이리스터(313-2)에 연동된 두 번째 제2 사이리스터(313-2)는 턴-온되어 두 번째 액추에이터(331-2)에 전류를 공급하게 된다. 만약, 두 번째 제2 사이리스터(323-2)가 턴-온 가능한 상태에서 구동 신호의 변화가 없다면, 두 번째 액추에이터(331-2)는 잉크 토출을 수행하지 않게 된다.
이와 같은 과정이 반복적으로 수행되어 n 번째 제1 사이리스터(313-n)까지 선택 과정이 수행되면, 하나의 사이클이 완료되게 된다. 그리고 상술한 사이클을 반복적으로 수행함으로써 인쇄 데이터에 대한 인쇄를 수행하게 된다.
상술한 바와 같이 잉크젯 헤더(300)는 저항, 다이오드, 사이리스터로 구성되는바, 하나의 반도체 소자로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 기판 상에 P 타입 레이어, N 타입 레이어, P 타입 레이어 및 N 타입 레이어를 연속적으로 증착하여 PNPN 타입의 사이리스터를 형성할 수 있으며, 4개의 레이어 중 중간의 P 타입 레이어와 N 타입 레이어를 이용하여 다이오드를 형성할 수 있으며, 4개의 레이어 중 어느 하나를 이용하여 저항을 구현할 수도 있다.
이와 같이 제1 실시 예와 같은 잉크젯 헤더를 하나의 소자로 구현하는 경우의 단자 배치 레이아웃은 도 7과 같다.
도 7은 제1 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 기판 레이아웃이다.
도 7을 참조하면, 복수의 제1 저항 영역(350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 361, 362, 363, 364), 복수의 액추에이터 저항 영역(331-1, 331-2, 33-3, 331-4), PN 다이오드 영역(311), PNPN 사이리스터 영역(340-1, 340-2, 340-3, 340-4)으로 구성된다.
복수의 제1 저항 영역(350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 361, 362, 363, 364)은 4개의 어느 한 레이어에 배치될 수 있다.
복수의 액추에이터 저항 영역(331-1, 331-2, 33-3, 331-4)은 발열 층에 배치될 수 있다.
PN 다이오드 영역(311)은 PNPN로 적층되는 4층의 레이어 중 중간 단의 두 개의 레이어로 구성될 수 있다.
PNPN 사이리스터 영역(340-1, 340-2, 340-3, 340-4)은 기판상의 적층되는 NPNP 레이어로 구현될 수 있다. 이러한 PNPN 사이리스터 영역(340-1, 340-2, 340-3, 340-4)에는 상술한 제1 사이리스터와 제2 사이리스터 및 다이오드의 기능이 수행할 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 본 실시 예에 따른 잉크젯 헤드는 각 구성 간이 연속적으로 배치되어 배선이 간단하고, 외부 장치(구체적으로, 인쇄 데이터 프로세서)와의 연결 위하여 5개의 단자만이 필요한바, 잉크젯 헤드의 배치 면적을 크게 줄일 수 있다.
한편, 도시된 예에서는 두 번째 이하의 다이오드 구성에 대응되는 레이아웃은 도시되지 않았으나, 상술한 바와 같이 다이오드는 사이리스터 영역의 중간의 두 개층으로 구성될 수 있는바, PNPN 사이리스터 영역(340-1, 340-2, 340-3, 340-4) 영역 내에 배치될 수 있다.
도 8은 본 개시의 제2 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 회로도이다.
구체적으로, 제2 실시 예는 별도의 스타트 신호의 이용 없이, 첫 번째 사이리스터의 구동을 제1 클럭 신호를 이용하는 실시예이다.
도 8을 참조하면, 잉크젯 헤더(300')는 복수의 다이오드(311-1, 311-2, 311-3, …, 311-n-1, 311-n), 복수의 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n), 전원부(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n), 복수의 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n), 복수의 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n), 복수의 저항(362, 363, 364)로 구성된다.
여기서, 복수의 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n), 전원부(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n), 복수의 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n), 복수의 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n), 복수의 저항(362, 363, 364)은 도 5의 제1 실시 형태와 동일한 배치 구조를 갖는바 중복 설명은 생략한다.
복수의 다이오드(311-1, 311-2, 311-3, …, 311-n-1, 311-n)는 직렬 형태로 연결된다. 연결 형태는 도 5의 제1 실시 형태와 동일하나, 첫 번째 다이오드(311-1)의 애노드는 제1 클럭 신호를 입력받는다.
도 6을 참조하면, 제1 클럭 신호는 최초에 하이 값을 유지하고 있다. 따라서, 초기 상태에서 제1 다이오드(311-1)의 캐소드 전압은 대략 -2~2.7V가 되고, 그에 따라 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)의 문턱 전압은 낮아지게 되어, 턴-온 가능한 상태가 된다.
이와 같이 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)가 턴-온 가능한 상태가 될 때, 제2 클럭 신호(Φ2)가 로우 값에서 하이 값으로 천이되는 바, 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)는 전류를 통과시키는 턴-온 상태가 된다.
다만, 제1 클럭 신호의 경우, 상술한 바와 같이 세 번째 사이리스터를 턴-온 하는 시점에서 다시 하이 값을 갖게 되어, 제1 다이오드(311-1)의 애노드는 하이 값을 갖게 된다. 하지만, 제3 다이오드(311-3)의 애노드가 하이 값을 갖게 됨에 따라서, 제1 다이오드는 턴-온되지 않게 된다. 이와 같은 상태는 제1 클럭 신호가 지속적으로 하이값을 갖게 되는 경우에도 동일하게 된다.
따라서, 제2 실시 예에 따른 잉크젯 헤더(300')는 별도의 스타트 신호를 이용하지 않는바, 단자 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 9는 본 개시의 제3 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 회로도이다.
구체적으로, 제3 실시 예는 별도의 스타트 신호의 이용 없이, 첫 번째 사이리스터의 구동을 구동 신호를 이용하는 실시예이다.
도 9를 참조하면, 잉크젯 헤더(300")는 복수의 다이오드(311-1, 311-2, 311-3, …, 311-n-1, 311-n), 복수의 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n), 전원부(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n), 복수의 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n), 복수의 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n), 복수의 저항(362, 363, 364)로 구성된다.
여기서, 복수의 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n), 전원부(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n), 복수의 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n), 복수의 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n), 복수의 저항(362, 363, 364)은 도 5의 제1 실시 형태와 동일한 배치 구조를 갖는바 중복 설명은 생략한다.
복수의 다이오드(311-1, 311-2, 311-3, …, 311-n-1, 311-n)는 직렬 형태로 연결된다. 연결 형태는 도 5의 제1 실시 형태와 동일하나, 첫 번째 다이오드(311-1)의 애노드는 구동 신호를 입력받는다.
도 6을 참조하면, 구동 신호는 최초에 하이 값을 유지하고 있다. 따라서, 초기 상태에서 제1 다이오드(311-1)의 캐소드 전압은 대략 -2~2.7V가 되고, 그에 따라 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)의 문턱 전압은 낮아지게 되어, 턴-온 가능한 상태가 된다.
이와 같이 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)가 턴-온 가능한 상태가 될 때, 제2 클럭 신호(Φ2)가 로우 값에서 하이 값으로 천이되는 바, 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)는 전류를 통과시키는 턴-온 상태가 된다.
다만, 구동 신호의 경우, 반복적으로 하이 값을 갖게 되어, 제1 다이오드(311-1)의 애노드는 반복적으로 하이 값을 갖게 된다. 하지만, 단계적으로 제2 다이오드(311-2)의 애노드가 하이 값을 갖게 되고, 이후에는 제3 다이오드(311-3)의 애노드가 하이 값을 갖게 되어, 제1 다이오드(311-1)의 애노드에 재차 하이 값이 인가되더라도 제1 사이리스터(311-1)는 재차 턴-온 상태가 되지 않게 된다.
따라서, 제3 실시 예에 따른 잉크젯 헤더(300')는 별도의 스타트 신호를 이용하지 않는바, 단자 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 10은 본 개시의 제4 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 회로도이다.
구체적으로, 제4 실시 예는 별도의 스타트 신호의 이용 없이, 첫 번째 사이리스터의 구동을 기설정된 전위(예를 들어, 하이 값에 대응되는 전위)를 이용하는 실시예이다.
도 10을 참조하면, 잉크젯 헤더(300"')는 복수의 다이오드(311-1, 311-2, 311-3, …, 311-n-1, 311-n), 복수의 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n), 전원부(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n), 복수의 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n), 복수의 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n), 복수의 저항(362, 363, 364)로 구성된다.
여기서, 복수의 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n), 전원부(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n), 복수의 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n), 복수의 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n), 복수의 저항(362, 363, 364)은 도 5의 제1 실시 형태와 동일한 배치 구조를 갖는바 중복 설명은 생략한다.
복수의 다이오드(311-1, 311-2, 311-3, …, 311-n-1, 311-n)는 직렬 형태로 연결된다. 연결 형태는 도 5의 제1 실시 형태와 동일하나, 첫 번째 다이오드(311-1)의 애노드는 기설정된 전위를 입력받는다.
제1 다이오드(311-1)에 기설정된 전위가 인가되어 있는바, 초기 상태에서 제1 다이오드(311-1)의 캐소드 전압은 대략 -2~2.7V가 되고, 그에 따라 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)의 문턱 전압은 낮아지게 되어, 턴-온 가능한 상태가 된다.
이와 같이 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)가 턴-온 가능한 상태가 될 때, 제2 클럭 신호(Φ2)가 로우 값에서 하이 값으로 천이되는 바, 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)는 전류를 통과시키는 턴-온 상태가 된다.
다만, 제1 다이오드(311-1)의 애노드에는 기설정된 하이 값이 계속 인가되나, 순차적으로 다음 다이오드의 애노드의 전위가 하이 값을 갖게 되는바, 제1 다이오드(311-1)는 재차 턴-온되지 않고, 그에 따라 제1 사이리스터(311-1)는 재차 턴-온 상태가 되지 않게 된다.
따라서, 제4 실시 예에 따른 잉크젯 헤더(300')는 별도의 스타트 신호를 이용하지 않는바, 단자 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 11은 본 개시의 제5 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 회로도이다. 구체적으로, 제5 실시 예는 컬러 인쇄가 가능한 잉크젯 헤더의 회로도이다.
도 11을 참조하면, 잉크젯 헤더(300"")는 복수의 다이오드(311-1, 311-2, 311-3, …, 311-n-1, 311-n), 복수의 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n), 전원부(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n), 복수의 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n), 복수의 제3 사이리스터(363-1, 363-2, …, 363-n-1, 363-n), 복수의 제4 사이리스터(373-1, 373-2, …, 373-n-1, 373-n), 복수의 제5 사이리스터(383-1, 383-2, …, 383-n-1, 323-n), 복수의 제1 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n), 복수의 제2 액추에이터 저항(333-1, 333-2, …, 333-n-1, 333-n), 복수의 제3 액추에이터 저항(335-1, 335-2, …, 335-n-1, 335-n), 복수의 제4 액추에이터 저항(337-1, 337-2, …, 337-n-1, 337-n), 복수의 저항(362, 363, 364)로 구성된다.
여기서, 복수의 다이오드(311-1, 311-2, 311-3, …, 311-n-1, 311-n), 복수의 제1 사이리스터(313-1, 313-2, …, 313-n-1, 313-n), 전원부(350-1, 350-2, …, 350-n-1, 350-n), 복수의 제2 사이리스터(323-1, 323-2, …, 323-n-1, 323-n), 복수의 액추에이터 저항(331-1, 331-2, …, 331-n-1, 331-n), 복수의 저항(362, 363, 364)은 도 8의 제2 실시 형태와 동일한 배치 구조를 갖는바 중복 설명은 생략한다. 한편, 제5 실시 예에서는 제1 사이리스터의 초기 구동을 제1 클럭 신호를 이용하는 형태로 구현하였지만, 구현시에는 제1 실시예와 같은 스타트 신호를 이용하는 형태로 구현할 수 있으며, 제3 실시예와 같은 복수의 구동 신호 중 어느 하나를 이용하는 형태로도 구현할 수 있으며, 제4 실시 예와 같은 기설정된 전원을 인가하는 형태로도 구현될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 클럭 신호는 최초에 하이 값을 유지하고 있다. 따라서, 초기 상태에서 제1 다이오드(311-1)의 캐소드 전압은 대략 -2~2.7V가 되고, 그에 따라 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)의 문턱 전압은 낮아지게 되어, 턴-온 가능한 상태가 된다.
이와 같이 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)가 턴-온 가능한 상태가 될 때, 제2 클럭 신호(Φ2)가 로우 값에서 하이 값으로 천이되는 바, 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)는 전류를 통과시키는 턴-온 상태가 된다.
한편, 첫 번째 제1 사이리스터(313-1)의 게이트와 첫 번째 제2 사이리스터(323-1)의 게이트, 첫 번째 제3 사이리스터(363-1)의 게이트, 첫 번째 제4 사이리스터(373-1)의 게이트, 첫 번째 제5 사이리스터(383-1)의 게이트는 상호 연결되어 있는바, 첫 번째 제2 사이리스터(323-1), 첫 번째 제3 사이리스터(363-1), 첫 번째 제4 사이리스터(373-1), 첫 번째 제5 사이리스터(383-1) 역시 턴-온 가능한 상태가 된다.
따라서, 첫 번째 제2 사이리스터(323-1), 첫 번째 제3 사이리스터(363-1), 첫 번째 제4 사이리스터(373-1), 첫 번째 제5 사이리스터(383-1) 각각이 턴-온 가능한 상태에서 각 사이리스터에 대응되는 구동 신호의 값이 로우 값으로 천이가 되면, 각 사이리스터들은 각 사이리스터에 대응되는 액추에이터 저항 각각에 전류를 공급하게 되고, 그에 따라 각각의 첫 번째 액추에이터(331-11, 333-1, 335-1, 337-1)는 잉크를 토출하게 된다.
이와 같이 4개의 액추에이터를 2개의 클럭 신호만으로 선택을 수행할 수 있는바, 즉, 4개의 구동 신호와 2개의 구동 신호만으로 복수의 컬러 노즐 각각을 제어할 수 있는바, 제5 실시 예에 따른 잉크젯 헤더(300"")는 칩의 사이즈를 대폭적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 12는 제5 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 기판 레이아웃이다.
도 12를 참조하면, 복수의 제1 저항 영역(350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 361, 362, 363, 364), 복수의 액추에이터 저항 영역(331-1, 331-2, 331-3, 331-4, 333-1, 333-2, 333-3, 333-4, 335-1, 335-2, 335-3, 335-4, 337-1, 337-2, 337-3, 337-4), PN 다이오드 영역(311), PNPN 사이리스터 영역(340-1, 340-2, 340-3, 340-4)으로 구성된다.
복수의 제1 저항 영역(350-1, 350-2, 350-3, 350-4, 361, 362, 363, 364), PN 다이오드 영역(311), PNPN 사이리스터 영역(340-1, 340-2, 340-3, 340-4)의 구성은 도 7의 도시한 예와 동일한바 중복 설명은 생략한다.
복수의 액추에이터 저항 영역(331-1, 331-2, 331-3, 331-4, 333-1, 333-2, 333-3, 333-4, 335-1, 335-2, 335-3, 335-4, 337-1, 337-2, 337-3, 337-4)은 발열 층에 배치될 수 있다.
그리고 복수의 액추에이터 저항 영역(331-1, 331-2, 331-3, 331-4, 333-1, 333-2, 333-3, 333-4, 335-1, 335-2, 335-3, 335-4, 337-1, 337-2, 337-3, 337-4)은 색상별로 다른 영역에 구분되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1색에 대응되는 복수의 제1 액추에이터 저항 영역(331-1, 331-2, 331-3, 331-4), 비교적 상단에 배치되고, 제2색에 대응되는 복수의 제2 액추에이터 저항 영역(333-1, 333-2, 333-3, 333-4)은 제1 액추에이터 저항 영역과 이격된 영역에 연속되어 배치되고, 제3색에 대응되는 복수의 제3 액추에이터 저항 영역(335-1, 335-2, 335-3, 335-4)도 제1 액추에이터 저항 영역 및 제2 액추에이터 저항 영역과 이격된 영역에 연속되어 배치되고, 제4색에 대응되는 복수의 제3 액추에이터 저항 영역(337-1, 337-2, 337-3, 337-4)도 제1 액추에이터 저항 영역, 제2 액추에이터 저항 영역, 제3 액추에이터 저항 영역과 이격된 영역에 연속되어 배치될 수 있다.
도 13은 본 개시의 일 실시 예에 다른 잉크젯 헤더의 단면도이다.
도 13을 참조하면, 잉크젯 헤더(300)는 기판(301), 히터 레이어(307), P 레이어(302), N 레이어(303), P 레이어(304), N 레이어(305), 중간층 레이어(306), 패시베이션 레이어(308), 안티 공동(anti-cavitation) 레이어(308), 및 잉크 채널 구조물의 공극으로 구성되는 노즐(390)로 구성될 수 있다.
기판(301)은 실리콘 기판일 수 있다.
히터 레이어(307)는 기판(301)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 도시된 예에서 히터 레이어(307)가 기판(301)의 상부 전체 영역에 배치되는 것으로 도시하였지만, 구현시에는 잉크 챔버에 대응되는 영역에만 배치될 수도 있다.
P 레이어(302)는 히터 레이어(307) 상부에 배치된다.
N 레이어(303)는 P 레이어(302) 상부에 배치된다.
P 레이어(304)는 N 레이어(303) 상부에 배치된다. 이러한 P 레이어(304)는 N 레이어(303)와 결합되어 PN 다이오드로 동작할 수 있다.
N 레이어(305)는 P 레이어(304) 상부에 배치된다. 상술한 4개의 레이어(302, 303, 304, 305)는 PNPN 사이리스터로 동작할 수 있다.
중간층 레이어(306)는 메탈 층과 다른 구성간을 절연한다.
패시베이션 레이어(308)는 히터 레이어(307)와 잉크 챔버 사이에 배치되어 잉크가 기판 상의 각종 레이어에 영향을 미치는 것을 방지한다.
안티 공동 레이어(309)는 잉크의 토출 과정에서 공동현상이 일어나는 것을 방지한다.
잉크 노즐(390)은 히터 레이어(307)에 전원이 인가되어 가열된 경우, 부피 팽창된 잉크를 토출하는 유로 구조이다.
한편, 제1 실시 예 내지 제5 실시 예를 설명함에 있어서, PNPN 사이리스터를 이용하는 형태를 설명하였지만, 구현시에는 NPNP 사이리스터를 이용할 수도 있다. 이 경우, 상술한 도면 상의 다이오드의 애노드와 캐소드의 배치 방향은 반대일 수 있다.
도 14는 본 개시의 제6 실시 예에 따른 잉크젯 헤더의 기판 레이아웃이다.
구체적으로, 제6 실시 예에 다른 잉크젯 헤더(300""')는 보다 빠른 동작을 위하여, 복수의 단위로 노즐을 구동시키는 실시예이다.
도 14를 참조하면, 두 개의 클럭 신호와 두 개의 구동 신호가 입력된다. 두 개의 클럭 신호는 각각 두 개의 패스로 연결되는바, 한 번에 하나의 사이리스터가 선택되는 것이 아니라, 한번에 두 개의 사이리스터가 선택되고, 그에 따라 두 개의 노즐이 동시에 잉크를 토출하게 된다.
이와 같이 제6 실시 예에 따른 잉크젯 헤더(300"')는 복수의 노즐 단위로 잉크를 토출하는 바, 제1 실시예 내지 제5 실시예보다 빠른 인쇄가 가능해 진다.
한편, 제6 실시 예를 설명함에 있어서, 두 개의 단위로 사이리스터를 구동하는 것만으로 설명하였지만, 구현시에는 세 개 이상의 단위로 사이리스터를 구동하는 형태로도 구현할 수 있다.
본 실시 예에 따른 잉크젯 헤더는 잉크를 토출 한다. 한편, 본 실시 예에 따른 잉크젯 헤더는 순차적으로 구동되기 때문에 비교적 빠른 시간(예를 들어, 1us) 내에 잉크 토출이 수행되야 한다.
따라서, 이하에서는 상술한 조건을 만족하기 위한 액추에이터의 전압값을 설명한다.
잉크는 대부분 물로 이루어져 있다. 물이 액체에서 기체로 상변화 될 때 온도에 따라 포화되는 압력은 달라지는데 섭씨 373.95도에서 최대 압력을 갖게 되고 이러한 조건에서 잉크를 토출하는 압력이 가장 강하기 때문에 일반적인 열적 액추에이터는 표면 온도를 약 1usec이내로 374 이상의 온도로 상승시킨다.
이러한 조건을 만족시키기 위하여, 상술한 액추에이터 저항에 인가되어야 하는 전원의 크기를 이하에서 설명한다.
Layer Material 두께
잉크 물 10um
Anti-Cavitation Ta 0 ~ 0.5um
Passivation Si3N4 0 ~ 1.0um
Heater TaAl(TaN) 50nm
Thermal Barrier SiO2 2um
표 1은 도 13과 같은 열적 액추에이터를 구성하기 위한 요소를 나타낸다.
도 13에서 설명한 바와 같이 열 발생에 따른 액추에이터 손상을 막기 위하여, 패시베이션 레이어, 안티-공동 레이어가 존재한다. 그리고 히터 층 밑으로 열의 손실을 방지하기 위하여 기판의 하부에는 열 베리어 층이 존재한다.
이러한 구조에서 열적 액추에이터 표면에서 버블이 발생하는 시점을 계산하고, 그에 따라 필요한 열량을 계산한다.
계산은 위의 구조를 1차원의 열전도만 존재하는 것으로 하여 시간 변화에 따른 영향(transient)로 해석한다. 이때, 필요한 에너지는 보호층(Passivation + Anti-Cavitation)의 두께에 따라 변하게 되는데, 본 계산에서는 이러한 보호층을 최소화하는 경우와 최대로 한 경우를 비교하여 필요한 에너지의 범위를 구하고자 한다.
1차원 열전도 영향(transient) 모델로 가정하고, 물의 상변화가 발생하는 시점까지 필요한 열량을 계산한다. 이때 bubble이 발생하는 thermal actuator의 표면 온도(Tt)는 아래와 같다.
Figure PCTKR2017006907-appb-M000001
여기서
Figure PCTKR2017006907-appb-I000001
는 열적 액추에이터 표면과 잉크가 만나는 지점에서의 온도 구배이다.
물은 보통 100도 이상에서 상 변화가 일어나지만, 잉크젯 프린터에서 사용 가능한 필름 보링(film boiling)의 상변화를 얻기 위해서는 최소 230도 이상에서 상변화가 일어나야 하고, 보통 374도에서 최대 압력을 갖는다.
따라서 상변화가 발생하는 230도와 374도 각각에서 일어날 수 있는 열량을 계산하고, 보호층의 구성에 따른 열량을 계산한다. 또한, 순차 구동하는 작동 특성상 인쇄 속도를 확보하기 위해서 bubble이 발생하는 시간을 1usec이하로 규정하여 필요한 열량을 계산한다.
도 15는 본 실시 예에 따른 노즐의 열 분포를 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 히터 층(TaAl)에서 열이 발생할 때, 기판(si), 열적 베리어(SiO2), 패시베이션층(Si3N4), 안티 공동층(Ta), 그리고 잉크에서의 열 분포를 도시한 도면이다.
한편, 액추에이터의 저항을 R이라고 하면, 이때 제2 사이리스터에 적용되는 전위차는 아래와 같은 수학식으로 정리할 수 있다.
Figure PCTKR2017006907-appb-M000002
따라서, 구현시에는 상술한 수학식 2 범위를 만족하는 전위차의 제2 전원을 사이리스터에 인가할 수 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고, 설명하였으나, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (15)

  1. 복수의 노즐을 이용하여 화상을 형성하는 잉크젯 헤드; 및
    상기 복수의 노즐을 순차적으로 구동시키기 위한 복수의 클럭 신호와 상기 복수의 노즐의 구동 순서 및 인쇄 데이터에 대응되는 시리얼 형태의 구동 신호를 생성하는 인쇄 데이터 프로세서;를 포함하고,
    상기 잉크젯 헤드는,
    상기 복수의 클럭 신호에 따라 상기 복수의 노즐이 순차적으로 구동되고, 순차적으로 구동되는 복수의 노즐 각각은 구동시에 입력되는 상기 구동 신호에 따라 잉크를 토출하는 화상형성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 잉크젯 헤드는,
    상기 복수의 노즐 각각에 잉크가 토출되도록 하는 복수의 액추에이터;
    상기 복수의 클럭 신호에 따라 구동될 액추에이터를 순차적으로 선택하는 제1 스위치부; 및
    상기 구동 신호에 따라 상기 선택된 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하는 제2 스위치부;를 포함하는 화상형성장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 액추에이터, 상기 제1 스위치부 및 상기 제2 스위치부는 하나의 실리콘 기판에 구성되는 화상형성장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 액추에이터 각각은,
    상기 구동 전원을 입력받는 저항을 이용하여 잉크 챔버 내에 잉크를 노즐로 토출하는 화상형성장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 액추에이터 각각은,
    상기 구동 전원을 입력받는 압전소자를 이용하여 잉크 챔버 내에 잉크를 노즐로 토출하는 화상형성장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 스위치부는,
    직렬 연결된 복수의 다이오드;
    상기 복수의 다이오드 각각의 캐소드에 개별적으로 연결된 복수의 저항을 이용하여 제1 전원을 제공하는 전원부; 및
    상기 복수의 다이오드 각각의 캐소드에 게이트가 연결되고, 제2 전원이 애노드에 연결되고, 캐소드에 상기 복수의 클럭 신호 중 하나의 클럭 신호가 입력되는 단자에 연결되는 복수의 제1 사이리스터;를 포함하고,
    상기 제2 스위치부는,
    상기 복수의 다이오드 각각의 캐소드에 게이트가 연결되고, 상기 제2 전원이 애노드에 연결되고, 캐소드가 상기 복수의 액추에이터 각각의 일 단에 연결되는 복수의 제2 사이리스터;를 포함하는 화상형성장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 액추에이터 각각은,
    일 단이 상기 복수의 제2 사이리스터 중 대응되는 제2 사이리스터의 캐소드에 연결되고, 타 단이 상기 구동 신호를 입력받는 단자에 연결되는 화상형성장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 클럭 신호는,
    기설정된 주기로 신호 값이 가변되는 제2 클럭 신호;
    상기 제1 클럭 신호의 신호 값의 유지 구간에서 신호 값이 천이되는 제1 클럭 신호;를 포함하고,
    상기 제1 클럭 신호는 상기 복수의 제1 사이리스터 중 짝수번째 제1 사이리스터의 캐소드에 공통 연결되고,
    상기 제2 클럭 신호는 상기 복수의 제1 사이리스터 중 홀수번째 제1 사이리스터의 캐소드에 공통 연결되는 화상형성장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 다이오드 중 제1 다이오드의 애노드는,
    로우 값을 유지하다가 상기 제2 클럭 신호의 첫 번째 천이 과정에서 하이 값으로 천이되고, 상기 구동 신호의 첫 번째 천이 과정 전에 로우 값으로 천이되어 로우 값을 유지하는 스타트 신호를 입력받는 화상형성장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 다이오드 중 제1 다이오드의 애노드는,
    상기 제1 클럭 신호를 입력받는 화상형성장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 다이오드 중 제1 다이오드의 애노드는,
    기설정된 크기의 제3 전원에 연결되는 화상형성장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 데이터 프로세서는,
    복수의 구동 신호를 생성하고,
    상기 잉크젯 헤드는,
    상기 복수의 클럭 신호에 따라 상기 복수의 구동 신호 개수 단위로 복수의 노즐이 순차적으로 구동되고, 순차적으로 구동되는 복수의 노즐 각각은 입력되는 복수의 구동 신호 중 대응되는 구동 신호에 따라 잉크를 토출하는 화상형성장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 구동 신호는 서로 다른 색에 대한 구동 신호인 화상형성장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 구동 신호는 하나의 색에 대한 구동 신호인 화상형성장치.
  15. 잉크가 토출되도록 하는 복수의 액추에이터;
    상기 복수의 액추에이터를 순차적으로 구동시키기 위한 복수의 클럭 신호에 따라 구동될 액추에이터를 순차적으로 선택하는 제1 스위치부; 및
    복수의 노즐의 구동 순서 및 인쇄 데이터에 대응되는 시리얼 형태의 구동 신호에 따라 상기 선택된 액추에이터에 구동 전원을 선택적으로 제공하는 제2 스위치부;를 포함하는 잉크젯 헤드.
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