PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3039845C2 13.06.1991
Titel Schreibkopf für einen elektrostatischen Drucker
Anmelder Xerox Corp., Rochester, N.Y., US
Erfinder Ronen, Ram S., Placentia, Calif., US
Vertreter Grünecker, A., Dipl.-Ing.; Kinkeldey, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Stockmair, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Ae.E. Cal Tech; Schumann, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Jakob, P., Dipl.-Ing.; Bezold, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 22.10.1980
DE-Aktenzeichen 3039845
Offenlegungstag 27.05.1981
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.06.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.06.1991
IPC-Hauptklasse B41J 2/395

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Schreibkopf für einen elektrostatischen Drucker zur Erzeugung von Markierungen auf durchlaufenden dielektrischen Medien, mit als Leiterbahnen auf einer Unterlage ausgebildeten, in Reihe angeordneten Schreibstiften, die mit elektrischen Ansteuerleitungen in Verbindung stehen.

Ein Schreibkopf dieser Art ist aus der DE-OS 26 48 298 bekannt. Bei diesem bekannten Schreibkopf werden auf einer isolierenden Unterlage Leiterbahnen aus einem elektrisch leitenden Material aufgebracht, die über elektrische Ansteuerleitungen mit elektrischen Steuervorrichtungen verbindbar sind. Um die Auflösung eines solchen aus einer Reihe von Schreibstiften bestehenden Schreibkopfes zu erhöhen, wird vorzugsweise eine zweite Platte, auf der eine zweite Reihe von Schreibstiften ausgebildet ist, über eine Isolierschicht gegen die erste Unterlage mit der ersten Reihe von Schreibstiften räumlich gegeneinander versetzt angeordnet.

Diese bekannte Anordnung ist verhältnismäßig aufwendig in der Herstellung und benötigt ein verhältnismäßig großes Volumen.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, einen noch kompakteren Schreibkopf mit einer möglichst hohen Auflösung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schreibkopf als Halbleiterchip mit einem zur Bildung eines ersten Leitungstyps dotierten Substrat ausgebildet ist, und daß in dem Substrat eine Reihe von Schreibstiften durch diffundierte Bereiche vom entgegengesetzten Leitungstyp gebildet sind.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung lassen sich bei hoher Auflösung flachere und damit kompaktere Schreibköpfe, als sie dem Stand der Technik nach bekannt sind, herstellen. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Substrat P-- dotiert ist und daß die die Schreibstifte bildenden Bereiche N+ diffundierte Bereiche sind. Durch diese Maßnahme läßt sich eine maximale Sperrvorspannung erreichen, indem die Zwischenbereiche zwischen den Schreibstiften wie eine in Sperrichtung vorgespannte Diode wirken. Dadurch ergibt sich eine ausgezeichnete Isolation, wenn zum Drucken Hochspannungsimpulse an die Stifte gegeben werden. Durch diese hohe Isolation verbessert sich letzlich die Druckqualität.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die dotierten Schreibstiftlinien an der Kante des Halbleiterchips angespitzt sind. Dadurch ergibt sich eine höhere Ladungskonzentration des elektrischen Feldes, so daß vorteilhaft mit einer relativ niedrigen Entladungsspannung gearbeitet werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schreibvorrichtung, in der der erfindungsgemäße Schreibkopf verwendet werden kann, und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Schreibkopf.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Schreibvorrichtung werden ein Schreibkopf 10, der eine Reihenanordnung von dicht beabstandeten Schreibstiften oder Elektroden 15 enthält, und eine segmentierte Rückplattenelektrode 20 wahlweise von einer hier nicht gezeigten Aufzeichnungsgerätelogik programmiert, um sehr kleine punktartige elektrostatische Ladungen auf ein Medium, im vorliegenden Fall einen Papierstreifen 25 aufzubringen, der von einer Zuführungstrommel 30 zugeführt und von einer Anordnung 50 angetrieben wird. Das Papier ist in besonderer Weise dielektrisch beschichtet, so daß es zeitweilig die elektrostatischen Ladungen speichern kann. Nachdem unter Benutzung von elektrostatischen Ladungen Daten auf das Papier 25 geschrieben sind, wird das Papier 25 einem flüssigem Toner 35 von einer Zuführungseinrichtung 40 ausgesetzt. In dem Toner suspendierte schwarze Teilchen haften an dem Papier 25 nur dort an, wo zuvor eine elektrostatische Ladung aufgebracht wurde. Überschüssiger Toner 35 wird von dem Papier mit Hilfe eines Unterdrucks in einem Kanal 45 entfernt, und das Papier 25 wird mit Hilfe eines hier nicht gezeigten Luftgebläses getrocknet. Die sich ergebende Kopie kann sofort benutzt werden.

Der Schreibkopf 10 arbeitet nach dem Rasterabtastverfahren, wobei durch den Schreibkopf jeweils quer zur Vorschubrichtung des Papiers Zeilen geschrieben werden. Zum Schreiben der jeweils nächsten Zeile wird das Papier etwas verschoben. Durch Programmieren einer jeden Abtastung kann jede graphische Darstellung, einschließlich schraffierter Graphiken und alphanumerischer Zeichen beliebiger Größe, ausgegeben werden.

Ein Schreibkopf, wie er bei der Schreibvorrichtung gemäß der Fig. 1 verwendet werden kann, ist in der Fig. 2 ausschnittsweise in einem senkrecht zu den Schreibstiften verlaufenden Schnitt dargestellt. Der Schreibkopf weist ein Substrat 85 auf, das aus Silizium oder einem keramischen Material bestehen kann.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Substrat aus P-- dotiertem Silizium. Darauf sind Anordnungen von Stiften 15&min;&min; eindiffundiert, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch N+ diffundierte Bereiche gebildet sind. Über dem Substrat 85 mit den eindiffundierten Stiften 15&min;&min; ist ein Überzug aus einem Dielektrikum 90, wie SiO2 oder Si3N4, vorgesehen. Auf dem Überzug 90 sind auflackierte Polysiliziumlinien oder Metallinien bzw. leitende Linien als eine Reihenanordnung von Stiften 15 aufgebracht oder eingebracht oder eingearbeitet. Über der Anordnung von Stiften 15 ist ein zweiter dielektrischer Überzug 95, der aus SiO2, Si3N4 oder Glas/Quarz bestehen kann, zum Schutz gegen ein Verkratzen oder eine Abrasion sowie auch gegen eine Oxidationskorrosion der Stifte 15 vorgesehen. Die Stifte 15 können aus Polysilizium oder einem Hartmetall, wie z. B. Wolfram hergestellt sein. Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, sind die Stifte 15 gegenüber den durch Eindiffundieren hergestellten Stiften 15&min;&min; abwechselnd räumlich versetzt angeordnet.

Wenn die Unterlage 85 in der gezeigten Weise geerdet ist, wird die erste Reihenordnung von diffundierten N+ Stiften, die durch eine Diffusion von Phosphor erzeugt wurde, in Sperrichtung in bezug auf die geerdete, P-- dotierte Unterlage gesperrt, so daß die Zwischenschicht zwischen den N+ Stiften 15&min;&min; und dem Substrat 85 als eine in Sperrichtung vorgespannte Diode wirkt, wodurch sich eine ausgezeichnete Isolation dazwischen ergibt, wenn Hochspannungsimpulse von z. B. 100 bis 500 Volt an die Stifte 15&min;&min; während des Druckens gegeben werden, was zu einem genauen Drucken führt. Es ist ebenfalls darauf hinzuweisen, daß die in Sperrichtung vorgespannte Grenzfläche selbst dann nicht leicht zusammenbricht, wenn eine Hochspannung zugeführt wird. Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß ein zusätzlicher Vorteil bei einer Diffundierung der Stiftreihenordnung darin liegt, daß die Topographie relativ eben ist, wodurch sich ein flacher kompakter Schreibkopf ergibt, der sich verhältnismäßig leicht herstellen läßt.

Durch die Anordnung von zwei zueinander versetzten Stiftreihen, wie in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, läßt sich eine höhere Auflösung als mit nur einer Reihe erreichen, indem eine Zeile dadurch geschrieben wird, daß z. B. zunächst die Ladungen von einer Stiftreihe übergeben werden, das Papier dann um den Betrag des Abstandes der Stiftreihen voneinander vorgeschoben wird, und durch die zweite Stiftreihe die Zeile vervollständigt wird, indem die Zwischenräume zwischen den aufgebrachten Ladungspunkten aufgefüllt werden, wobei entsprechend der Anordnung der Stifte teilweise ein Überlappen der Ladungsbereiche möglich ist.

Die in der Fig. 2 gezeigte zweite Reihe von Stiften 15 könnte natürlich wegfallen, andererseits könnte ein Schreibkopf so ausgebildet werden, daß auch auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats 85 Stifte vorgesehen werden, die zu den Stiften auf der anderen Seite versetzt angeordnet sein können. Ebenso könnte auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats auch eine Doppelreihe von Stiften, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, vorgesehen sein.

Die Herstellung des Schreibkopfes kann mit Hilfe der bekannten photolitographischen Verfahren, wie sie zur Herstellung integrierter Schaltkreise verwendet werden, erfolgen. Dabei wäre es auch möglich, Speiseschaltungen und eine Adressierlogik in unmittelbarer Nähe zu den Stiften auf dem Substrat unterzubringen. Diese Integration der Schaltungen in den Schreibkopf hätte den Vorteil, daß die Nähe der Schaltungen zu der Stiftanordnung eine relativ niedrige Lastkapazität und damit eine niedrige Speisespannung für die Stifte ermöglicht. Daher können relativ kleine Treibertransistoren in den Schaltungen vorgesehen werden und Änderungen der Treiberspannungspegel können schnell bewirkt werden. Da P = C × V2 gilt, bedeutet eine niedrigere Lastkapazität eine niedrigere erforderliche Leistung zum Aufladen und Entladen, sowie eine geringere Zeit, die zum Aufladen der Kapazitäten erforderlich ist, und damit eine schnellere Reaktionszeit beim Ein- und Abschalten der Stifte.

Sowohl die durch Diffusion hergestellten Stifte 15&min;&min; als auch die Stifte 15, können an ihrem dem Papier zugewandten Ende angespitzt sein, um eine höhere Ladungskonzentration des elektrischen Feldes zu bewirken, was vorteilhaft zu einer relativ niedrigen Entladungsspannung führt.


Anspruch[de]
  1. 1. Schreibkopf für einen elektrostatischen Drucker zur Erzeugung von Markierungen auf durchlaufenden dielektrischen Medien, mit als Leiterbahnen auf einer Unterlage ausgebildeten, in Reihe angeordneten Schreibstiften, die mit elektrischen Ansteuerleitungen in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf (10) als Halbleiterchip mit einem zur Bildung eines ersten Leitungstyps dotierten Substrat ausgebildet ist, und daß in dem Substrat (85) eine Reihe von Schreibstiften (15&min;&min;) durch diffundierte Bereiche vom entgegengesetzten Leitungstyp gebildet sind.
  2. 2. Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (85) P--dotiert ist und daß die die Schreibstifte bildenden Bereiche (15&min;&min;) N+ diffundierte Bereiche sind.
  3. 3. Schreibkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einander gegenüber liegenden Seiten des Substrats (85) jeweils eine Reihe von Schreibstiften (15&min;&min;) ausgebildet ist.
  4. 4. Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe der Schreibstifte durch parallele dotierte Schreibstiftlinien gebildet ist, die bis zu einer Kante des Halbleiterchips herausgeführt sind.
  5. 5. Schreibkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dotierten Schreibstiftlinien an der Kante des Halbleiterchips angespitzt sind.
  6. 6. Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der die dotierten Schreibstiftbereiche enthaltenden Oberfläche des Substrats (85) eine dielektrische Isolationsschicht (90) aufgebracht ist, auf der eine weitere Reihe von Schreibstiften (15) bildenden Leiterbahnen ausgebildet sind.
  7. 7. Schreibkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibstifte (15) der zweiten Reihe von Schreibstiften jeweils abwechselnd räumlich versetzt sind gegenüber den dotierten Schreibstiftbereichen (15&min;&min;).
  8. 8. Schreibkopf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Isolationsschicht aus SixOy besteht.
  9. 9. Schreibkopf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Isolationsschicht aus SiO2 besteht.
  10. 10. Schreibkopf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Isolationsschicht aus SixO und SiO2 besteht.
  11. 11. Schreibkopf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Isolationsschicht aus Si3N4 gebildet ist.
  12. 12. Schreibkopf nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen der weiteren Reihe von Schreibstiften (15) aus Polysilizium gebildet sind.
  13. 13. Schreibkopf nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf die eine weitere Reihe von Schreibstiften (15) bildenden Leiterbahnen eine zweite dielektrische Isolationsschicht (95) aufgebracht ist.
  14. 14. Schreibkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite dielektrische Isolationsschicht (95) aus Siliziumdioxyd besteht.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com