張　楠

“更快、更高、更強”一直是人們追求的目標，在IT領域更是如此，按照摩爾定律芯片每18個月性能提升一倍。但是在外設領域，尤其是打印機，它的速度卻沒有隨著芯片的發(fā)展而快速發(fā)展。LED技術的出現(xiàn)，給人們帶來了希望，它不僅能夠提升打印機的速度，而且由于采用LED光源，不會產(chǎn)生污染環(huán)境的臭氧。

由于工作的原因，過去常有朋友問我買什么打印機適合他，是買噴墨打印機還是激光打印機，當然按照傳統(tǒng)，我會跟他說如果你是家用或者對彩色輸出有要求，建議購買噴墨打印機；如果是商用，而且對輸出速度有很高要求，而且不經(jīng)常輸出彩色文檔，則建議購買激光打印機。但是隨著噴墨打印機的輸出速度大幅提升，而且在彩色輸出和環(huán)保方面比傳統(tǒng)激光打印機具有很大的優(yōu)勢。這時候激光打印機非常需要一種技術能夠幫助它們挽回這一劣勢。LED（發(fā)光二極管）技術應運而生，接下來我們就為大家簡單的介紹一下LED打印技術，我們暫且稱其為頁式打印機，以便和傳統(tǒng)激光打印機予以區(qū)別。

LED打印機與激光打印機成像方式的區(qū)別

激光打印機和LED打印機的成像原理基本相同，都是依靠攜帶有圖像信號的光線照射在感光鼓上形成圖像潛影，而圖像潛影在吸收碳粉后，轉印到打印紙上并進行定影從而完成打印任務。他們最大的區(qū)別在于光源類型與光路系統(tǒng)不同。

激光打印機的光源是一只大功率的激光二極管，在打印信號的控制下，激光管根據(jù)打印需求發(fā)射激光束，激光束在經(jīng)過聚焦透鏡聚焦后，投射到一個高速旋轉的多棱鏡上，而多棱鏡不停旋轉，隨時改變著反射出的激光束角度，從而形成一個位置變化的單點光束，這一光束在經(jīng)過透鏡組整形與改變方向后，在感光鼓上形成往復掃描的軸向激光，使感光鼓曝光，在單行感光完畢后，感光鼓轉動，激光束繼續(xù)使下一行進行感光，從而完成感光鼓的感光過程。（見圖1）

而LED打印機將成千上萬個微小的LED發(fā)光二極管排列成一個隊列，放置在感光鼓軸向上方，打印機的每一個物理分辨率對應一個發(fā)光二極管，在打印信號的控制下，需要打印的部分LED燈點亮，它們產(chǎn)生的光線通過聚焦頭直接投影在感光鼓表面，使感光鼓曝光，在單行感光完畢后，感光鼓轉動，LED燈重新按打印要求點亮，使下一行進行感光，從而完成感光過程。（見圖2）

能不能在激光打印機的光路系統(tǒng)中使用LED光源或在LED的光路系統(tǒng)中使用激光光源呢？答案是否定的，應該看到，激光打印機的光路系統(tǒng)較長，光線要經(jīng)過多次折射和反射，加上激光束在感光鼓上的停留時間非常短，在這種情況下，普通光源會因多次折反射而導致光線強度衰減，光束在傳輸過程中會發(fā)散，導致最終照射到感光鼓表面的光線強度不足，光束直徑較大而無法使感光鼓正常曝光。只有傳輸性能好、功率集中的激光束才能滿足需求。而將激光管用于LED打印機的光路系統(tǒng)，會因激光管的控制電路復雜，成本高而難于實現(xiàn)。LED打印機光路短，光線停留在感光鼓表面的時間較長，這樣普通光源即可滿足要求，無需使用激光。（見圖3）

LED打印機打印技術簡介

LED打印機采用一組發(fā)光二極管來進行掃描感光成像，LED感光成像采用密集的LED陣列為光發(fā)射器（見圖4），將數(shù)據(jù)信息的電信號轉化為光信號然后發(fā)射到感光鼓上成像。而激光打印成像技術則是將全部的數(shù)據(jù)信號傳送給一個發(fā)射裝置，發(fā)射出的光線經(jīng)過旋轉的多棱鏡反射后成像于感光鼓上。這樣一來，LED技術的成像過程明顯比激光成像過程要簡單一些，也因為這樣，通常LED打印技術在速度上要略優(yōu)于激光打印。實驗的數(shù)據(jù)顯示，激光打印機很難實現(xiàn)60PPM，實現(xiàn)120PPM則非LED打印莫屬。

LED打印機的感光鼓在定影成像中承擔著重要的角色，它會直接影響到打印品的對比度。它的幾個核心部分：碳粉、感光鼓、充電輥、磁輥和刮板（見圖5），相應承擔的作用如下：

1.碳粉作為直接熔化在打印介質上的附著物，其主要成分的科學配比起著決定性的作用；

2.感光鼓作為曝光成像核心部件，其感光性能的好壞，對打印品的對比度同樣起決定性作用；

3.充電輥（又稱膠輥）是為曝光成像做前期準備的，它給感光鼓充電結果的好壞，會直接影響曝光程度，從而影響打印品的黑度；

4.磁輥作為整個一次轉印的直接參與者，起著兩個作用：吸附碳粉顆粒、給碳粉顆粒充電；

5.磁輥表面有劃痕的區(qū)域是不粘粉的，這樣對應打印品的相關區(qū)域也會出現(xiàn)空白。另外，磁輥在打印了3個周期后，其表面將出現(xiàn)老化層，這也會影響磁輥給碳粉的充電效果，從而直接影響碳粉從磁輥傳送到感光鼓表面的數(shù)量，也就直接影響了打印品的對比度；

6.粉倉刮板的主要作用是控制磁輥表面碳粉顆粒數(shù)，輔助作用是給碳粉顆粒充電，所以也直接影響打印品的對比度。

顯影磁輥是運載墨粉的重要部件。永久磁芯是不旋轉的，它的作用是利用磁性，吸附墨粉到磁輥表面。磁輥表面噴有一層粗糙的石墨層，使之與墨粉刮板形成電子空穴而利于墨粉傳遞。當載有墨粉的磁輥旋轉出刮板位置時，磁輥表面的墨粉除帶有電荷外，由于磁場的作用力使之形成磁穗，也就是墨粉霧，對磁輥外套施加偏壓，使磁穗有秩序地排列起來。磁輥隔套的作用是控制磁輥表面磁穗與感光鼓之間的有效吸引距離，有利于提高墨粉跳動顯像。

感光鼓表面光導體材料在不見光的情況下為絕緣體，呈中性狀態(tài)，不帶有任何電荷。要實現(xiàn)在光導體表面的靜電潛像，必須在光導體表面進行充電，使之荷電。只有這樣，當激光束掃描到光導體上時，光導體被曝光的點導通，形成光束點陣。點陣電荷與基體導通形成電位差潛像，當感光鼓旋轉到與顯影磁輥相切位置時，把磁輥上載有與光導體表面電荷屬性相反的墨粉吸引到感光鼓表面，從而在感光鼓上顯現(xiàn)出墨粉圖像。

把光導體表面形成的靜電潛像，經(jīng)過顯影顯示出墨粉圖像，這個過程稱之為電子顯影。顯影工作是由顯影器完成，其作用是將靜電潛像變成可見圖像。顯影是利用物質間電荷同性相斥、異性相吸的原理完成的。

顯影器中裝有鐵粉及碳粉，經(jīng)摩擦后鐵粉帶正電，碳粉帶負電，這樣鐵粉被碳粉包圍而吸附了碳粉的鐵粉又被永久磁鐵吸附，形成類似于毛刷似的一層鐵粉與碳粉混合物。當感光鼓表面從這層磁刷下經(jīng)過時，碳墨粉因帶負電而被吸到感光鼓表面仍保持著正電的部分，形成了可見的碳粉圖像。攪拌器的作用，是使鐵粉與碳粉摩擦帶電。

感光鼓表面的靜電潛像電荷與顯影墨粉所帶的電荷極性相反，當感光鼓與攜帶墨粉的磁輥靠近到一定的距離時，墨粉即被吸引，或者說是墨粉跳躍到感光鼓表面而形成墨粉圖像，也稱為跳動顯影。值得一提的是，感光鼓曝光后表面靜電潛像的電荷呈負極性，而墨粉所帶電荷為正極性，顯影單元的墨粉傳遞是這樣完成的。

當墨粉在粉盒內被攪拌器攪拌均勻后，墨粉由摻雜的載體運載并被磁輥內的永久磁芯吸附到磁輥外表面上，這時墨粉不顯極性。當磁輥載著墨粉旋轉并與墨粉刮板相切，與之磨擦時，使墨粉帶上正電荷。墨粉在墨粉刮板和磁場作用下，在磁輥表面上形成很薄且分布均勻的墨粉霧。墨粉刮板還起到限制墨粉量的作用，使墨粉不致吸附過多。

由以上可知，磁輥在LED打印機中起著重要作用，磁輥的質量直接影響著打印的質量。如果磁輥表面工藝粗糙、光潔度差、磁性能指標一致性較差，質量不穩(wěn)定，打印時就會由于磁輥磁性能不一致，出現(xiàn)嚴重陰影，并且使圖像均勻性差。

LED打印機的優(yōu)勢

LED打印機具有哪些優(yōu)勢呢？首先，它減少了光源部分的故障率，提高了光源的壽命。從表面上看由于LED打印機采用了大量發(fā)光二極管來作為光源，而激光打印機僅有一個激光二極管，激光打印機光源的可靠性會更好一些，但由于LED打印機的發(fā)光二極管工作在低電壓小功率的狀態(tài)下，幾乎不會出現(xiàn)老化的情況，因此其壽命非常長。由于LED發(fā)出的是普通光，光線能量小，不會電離[空氣，所以不會產(chǎn)生臭氧。值得一提的是，LED的電光轉換效率接近100%，發(fā)光效率相當高，而且LED的壽命可以達到6萬到10萬小時。而激光打印機的激光二極管為了克服長距離傳輸產(chǎn)生的衰減和感光時間短的不利因素，其輸出功率要求較高，這樣就容易因發(fā)熱量高而縮短其壽命。

同時激光打印機的光路系統(tǒng)內部有透鏡和機械零件，但是透鏡容易被外界的灰塵所污染，造成打印質量問題，而且其旋轉多棱鏡也會由于電機部件的壽命有限，旋轉過程中易損壞、易老化等問題而大大增加光路系統(tǒng)的故障率。而LED打印機的光路系統(tǒng)比較簡單，外圍光學器件少，無機械運轉部分，這樣就大大降低了光學系統(tǒng)的故障率，而且降低了生產(chǎn)成本。

使用LED光源還有利于減小打印機的體積，提高打印速度。由于LED光源系統(tǒng)內無機械零件，外圍的光學器件也較少，借助先進的工藝，可以將眾多的LED集成在非常小的器件內。而激光打印機的光路系統(tǒng)內有較復雜的光學器件和機械零件，加上各器件間必須有一定的空間才能保證激光束正常傳輸，同時在傳輸?shù)倪^程中激光束的偏轉角度還不能過大，否則會影響打印質量，這就導致了其激光掃描盒的體積較大。特別是采用一次成像技術的彩色激光打印機，其內部需要安裝四個激光掃描盒（見圖6），因此整機的體積就可想而知了。

另外，激光打印機在成像過程中，其激光束需要對感光鼓表面進行逐點掃描和逐點曝光。可以看出這是一種串行式掃描系統(tǒng)。為保證成像的精確性，還需要對到達感光鼓上的每一行光數(shù)據(jù)進行掃描和校準，這都會影響其打印速度。而LED打印機在成像時，是上千個LED燈管并行工作，屬于并行式掃描，且每個像素都對應一個光源，這樣只需要控制光源的開關即可，無需對光數(shù)據(jù)進行校驗，這就為LED打印機的高速打印打下了基礎。

由于激光打印機采用單光源，依靠旋轉多棱鏡和光學系統(tǒng)使激光產(chǎn)生偏轉，這樣激光將無法始終保存垂直狀態(tài)照射感光鼓表面，尤其是在感光鼓兩端，激光入射角變化將更大，使圖像產(chǎn)生一些畸變，邊緣變得模糊。而LED打印機的每個光源都在成像點的正上方，這樣就能始終保證光線垂直照射感光鼓，保證了打印稿的一致性和文字邊緣的銳度。

LED打印機有更好的環(huán)保性。我們知道，臭氧對人體是有害的，而早期的激光打印機臭氧產(chǎn)生量是比較大的。雖然各廠家都使用了很多方法來降低激光打印機的臭氧產(chǎn)生量，如使用接觸式感光鼓充電輥替代早先的電離式充電輥以降低感光鼓充電電路產(chǎn)生的臭氧量，提高感光鼓的光敏特性以降低激光的發(fā)射能量，采用臭氧過濾器以濾除產(chǎn)生的臭氧等，但對于高能激光束在傳輸過程中電離空氣產(chǎn)生的臭氧，只能設法降低，而無法消除。這無疑是激光打印機的一大缺憾，而LED打印機發(fā)光二極管發(fā)出的是普通光，光線能量小，不會電離空氣，自然就不會產(chǎn)生臭氧了，這對于以環(huán)保和以健康為重的辦公場合，顯得非常重要。

LED打印機的劣勢

目前LED打印機還存在著一些缺點，正是這些缺點，使它在與激光打印機的競爭中處于弱勢地位。

首先，要想提高LED打印機的軸向打印分辨率難度較高，從LED打印機的工作原理可以知道，打印時成像面上的每一個點都是通過一個對應的LED照射形成的。要想提高LED打印機的打印分辨率，不僅要在其光頭上集成更多的LED器件，還要求將各LED器件的直徑縮小，同時需要解決各LED光線互擾的問題，這就大大增加了其工藝難度和生成成本。要知道，一款600dpi的A4幅面LED打印機，單個光頭上已集成了5000只左右的LED發(fā)光二極管，如要將其分辨率提高到1200dpi，其集成的LED發(fā)光二極管要超過10000只，制造難度可想而知。而對激光打印機而言，要提高分辨率主要依靠調制激光頭的發(fā)射頻率和提高棱鏡的性能，提高分辨率所需的成本和技術難度相對較低。這也是目前主流LED打印機的分辨率只能達到600dpi，高端LED打印機的分辨率也只能達到1200dpi的原因。相對而言，1200dpi的激光打印機并不少見，而高端激光打印機的分辨率則早已超過2400dpi。

同時，為提高打印效果，現(xiàn)在的激光打印機普遍使用脈沖調制技術，即通過調節(jié)控制激光器脈沖的振幅，在感光鼓上形成大小、形狀、位置以及曝光程度不同的像素，借此得到更為豐富的中間色調和更好的打印效果。當然，LED打印機也可利用類似的技術來控制二極管的亮度以提高打印效果。但是，LED光頭在軸向沒有可移動器件，因此使用脈沖調制技術無法提升軸向打印效果，只會對縱向打印效果有所幫助。而激光打印機的光束可落在感光鼓的任何部位，因此打印效果可在軸向和縱向上都得到提升，這使激光打印機在打印彩色圖像時的圖像真實度要優(yōu)于LED打印機。（LED打印機與激光打印機優(yōu)缺點對比見圖8）

SLED技術橫空出世

上面已經(jīng)說了傳統(tǒng)LED技術，在打印圖像方面存在顏色過渡不自然的問題。其中的原因之一是在傳統(tǒng)的LED技術中，一個LED芯片需要一個驅動芯片予以配合，而連接LED芯片與驅動芯片的信號線的數(shù)量很多，如果提高分辨率的話， LED和驅動芯片本身就要相應增加，也就是說從600dpi提升到1200dpi打印機的內置組件需要增加一倍，這樣的話不僅成本提高了很多，由于組件的增加穩(wěn)定性也會降低。

LED的特征是電子脈沖每次開關只有一個LED發(fā)光點發(fā)光，一個個LED發(fā)光點移動到前面來。一個信號線操作一行LED發(fā)光，從而控制一次輸入。而每個SLED（Self-scanning Light Emitting Device）的芯片有57個LED，一個SLED的芯片由兩個信號線來控制，57個SLED的芯片通過114根信號線來控制。

SLED技術的官方名稱是DELCIS（Digitally-EnhancedLightingControlImagingSystem），就是經(jīng)過數(shù)字化加強的發(fā)光二極管圖像控制技術。目前日本富士施樂正在申請該項技術的專利。當初富士施樂開發(fā)SLED技術的根本目的是為了減小打印機和復合機的體積。

SLED技術的第二個目的是為了保證文件的高質量輸出，SLED技術能夠實現(xiàn)真正的1200×2400dpi分辨率，當達到這一分辨率之后，原來LED打印機出現(xiàn)的過渡不自然的現(xiàn)象將不會再出現(xiàn)了。

眾所周知，激光打印引擎中有掃描光學系統(tǒng)，但是由于SLED打印引擎沒有類似的光學系統(tǒng)，所以機器非常緊湊。LED打印機和激光打印機相比體積特別小巧，打印單元的體積僅有激光打印機的1/40。同時LED打印機光源部分沒有機械運動部件，所以穩(wěn)定性更好。

SLED高質量的打印輸出有兩個要素：提高分辨率以實現(xiàn)線條邊緣平滑；另一個就是對于顏色不均勻現(xiàn)象的及時調整，如果LED的發(fā)光不同，輸出圖像的色彩就不均勻。為了實現(xiàn)高分辨率和高品質的打印，應該固定LED本身的發(fā)光量。首先應該合理設定發(fā)光量的偏差，第二是合理控制發(fā)光量。DELCIS技術就是確保實現(xiàn)固定發(fā)光量的技術，現(xiàn)在這項技術在日本已經(jīng)申請專利。LED與DELCIS技術的結合，最終實現(xiàn)了出色的高分辨率打印效果。

鏈 接

藍光是未來打印機提升分辨率的法寶

以目前的技術，僅僅依靠透鏡技術的改良還是有著物理的極限，隨著打印寬度的增大，必須要拉大兩邊的距離，所以依靠透鏡發(fā)展來提高分辨率已經(jīng)很難了。但是從另一個角度來看，通過調整光源的波長可以提升分辨率。因為波長能夠決定打印機的點距，目前激光打印機使用的是紅色激光，如果采用藍色激光，點徑可以比紅色激光小2/3，比如現(xiàn)在很多CD已經(jīng)開始使用藍色激光，提升存儲的密度。用紅色激光的CD通過激光光源改良，容量可以擴大很多倍。所以如果將來激光打印機采用藍色激光，點徑是可以縮小的。

回到LED方面，現(xiàn)在廣泛使用的LED也是紅光，將來的發(fā)展方向也是藍色，而且點距會更小。理論上講采用藍光的LED打印機，分辨率可以達到4800dpi。而且從改變光源的難易程度上來看LED要比激光容易得多。當然如果單純從提高打印分辨率來看的話，把六棱鏡改成四棱鏡，掃描范圍就會自然加大，相應就可以縮短距離，但是同時就要加大電機的旋轉速度，才能滿足速度要求，這對于電機的要求就會很高。所以通過光源的改變提升分辨率是最有效率的。