LED：打印机的未来

“更快、更高、更强”一直是人们追求的目标，在IT领域更是如此，按照摩尔定律芯片每18个月性能提升一倍。但是在外设领域，尤其是打印机，它的速度却没有随着芯片的发展而快速发展。LED技术的出现，给人们带来了希望，它不仅能够提升打印机的速度，而且由于采用LED光源，不会产生污染环境的臭氧。

由于工作的原因，过去常有朋友问我买什么打印机适合他，是买喷墨打印机还是激光打印机，当然按照传统，我会跟他说如果你是家用或者对彩色输出有要求，建议购买喷墨打印机；如果是商用，而且对输出速度有很高要求，而且不经常输出彩色文档，则建议购买激光打印机。但是随着喷墨打印机的输出速度大幅提升，而且在彩色输出和环保方面比传统激光打印机具有很大的优势。这时候激光打印机非常需要一种技术能够帮助它们挽回这一劣势。LED（发光二极管）技术应运而生，接下来我们就为大家简单的介绍一下LED打印技术，我们暂且称其为页式打印机，以便和传统激光打印机予以区别。

LED打印机与激光打印机成像方式的区别

激光打印机和LED打印机的成像原理基本相同，都是依靠携带有图像信号的光线照射在感光鼓上形成图像潜影，而图像潜影在吸收碳粉后，转印到打印纸上并进行定影从而完成打印任务。他们最大的区别在于光源类型与光路系统不同。

激光打印机的光源是一只大功率的激光二极管，在打印信号的控制下，激光管根据打印需求发射激光束，激光束在经过聚焦透镜聚焦后，投射到一个高速旋转的多棱镜上，而多棱镜不停旋转，随时改变着反射出的激光束角度，从而形成一个位置变化的单点光束，这一光束在经过透镜组整形与改变方向后，在感光鼓上形成往复扫描的轴向激光，使感光鼓曝光，在单行感光完毕后，感光鼓转动，激光束继续使下一行进行感光，从而完成感光鼓的感光过程。（见图1）

而LED打印机将成千上万个微小的LED发光二极管排列成一个队列，放置在感光鼓轴向上方，打印机的每一个物理分辨率对应一个发光二极管，在打印信号的控制下，需要打印的部分LED灯点亮，它们产生的光线通过聚焦头直接投影在感光鼓表面，使感光鼓曝光，在单行感光完毕后，感光鼓转动，LED灯重新按打印要求点亮，使下一行进行感光，从而完成感光过程。（见图2）

能不能在激光打印机的光路系统中使用LED光源或在LED的光路系统中使用激光光源呢？答案是否定的，应该看到，激光打印机的光路系统较长，光线要经过多次折射和反射，加上激光束在感光鼓上的停留时间非常短，在这种情况下，普通光源会因多次折反射而导致光线强度衰减，光束在传输过程中会发散，导致最终照射到感光鼓表面的光线强度不足，光束直径较大而无法使感光鼓正常曝光。只有传输性能好、功率集中的激光束才能满足需求。而将激光管用于LED打印机的光路系统，会因激光管的控制电路复杂，成本高而难于实现。LED打印机光路短，光线停留在感光鼓表面的时间较长，这样普通光源即可满足要求，无需使用激光。（见图3）

LED打印机打印技术简介

LED打印机采用一组发光二极管来进行扫描感光成像，LED感光成像采用密集的LED阵列为光发射器（见图4），将数据信息的电信号转化为光信号然后发射到感光鼓上成像。而激光打印成像技术则是将全部的数据信号传送给一个发射装置，发射出的光线经过旋转的多棱镜反射后成像于感光鼓上。这样一来，LED技术的成像过程明显比激光成像过程要简单一些，也因为这样，通常LED打印技术在速度上要略优于激光打印。实验的数据显示，激光打印机很难实现60PPM，实现120PPM则非LED打印莫属。

LED打印机的感光鼓在定影成像中承担着重要的角色，它会直接影响到打印品的对比度。它的几个核心部分：碳粉、感光鼓、充电辊、磁辊和刮板（见图5），相应承担的作用如下：

1.碳粉作为直接熔化在打印介质上的附着物，其主要成分的科学配比起着决定性的作用；

2.感光鼓作为曝光成像核心部件，其感光性能的好坏，对打印品的对比度同样起决定性作用；

3.充电辊（又称胶辊）是为曝光成像做前期准备的，它给感光鼓充电结果的好坏，会直接影响曝光程度，从而影响打印品的黑度；

4.磁辊作为整个一次转印的直接参与者，起着两个作用：吸附碳粉颗粒、给碳粉颗粒充电；

5.磁辊表面有划痕的区域是不粘粉的，这样对应打印品的相关区域也会出现空白。另外，磁辊在打印了3个周期后，其表面将出现老化层，这也会影响磁辊给碳粉的充电效果，从而直接影响碳粉从磁辊传送到感光鼓表面的数量，也就直接影响了打印品的对比度；

6.粉仓刮板的主要作用是控制磁辊表面碳粉颗粒数，辅助作用是给碳粉颗粒充电，所以也直接影响打印品的对比度。

显影磁辊是运载墨粉的重要部件。永久磁芯是不旋转的，它的作用是利用磁性，吸附墨粉到磁辊表面。磁辊表面喷有一层粗糙的石墨层，使之与墨粉刮板形成电子空穴而利于墨粉传递。当载有墨粉的磁辊旋转出刮板位置时，磁辊表面的墨粉除带有电荷外，由于磁场的作用力使之形成磁穗，也就是墨粉雾，对磁辊外套施加偏压，使磁穗有秩序地排列起来。磁辊隔套的作用是控制磁辊表面磁穗与感光鼓之间的有效吸引距离，有利于提高墨粉跳动显像。

感光鼓表面光导体材料在不见光的情况下为绝缘体，呈中性状态，不带有任何电荷。要实现在光导体表面的静电潜像，必须在光导体表面进行充电，使之荷电。只有这样，当激光束扫描到光导体上时，光导体被曝光的点导通，形成光束点阵。点阵电荷与基体导通形成电位差潜像，当感光鼓旋转到与显影磁辊相切位置时，把磁辊上载有与光导体表面电荷属性相反的墨粉吸引到感光鼓表面，从而在感光鼓上显现出墨粉图像。

把光导体表面形成的静电潜像，经过显影显示出墨粉图像，这个过程称之为电子显影。显影工作是由显影器完成，其作用是将静电潜像变成可见图像。显影是利用物质间电荷同性相斥、异性相吸的原理完成的。

显影器中装有铁粉及碳粉，经摩擦后铁粉带正电，碳粉带负电，这样铁粉被碳粉包围而吸附了碳粉的铁粉又被永久磁铁吸附，形成类似于毛刷似的一层铁粉与碳粉混合物。当感光鼓表面从这层磁刷下经过时，碳墨粉因带负电而被吸到感光鼓表面仍保持着正电的部分，形成了可见的碳粉图像。搅拌器的作用，是使铁粉与碳粉摩擦带电。

感光鼓表面的静电潜像电荷与显影墨粉所带的电荷极性相反，当感光鼓与携带墨粉的磁辊靠近到一定的距离时，墨粉即被吸引，或者说是墨粉跳跃到感光鼓表面而形成墨粉图像，也称为跳动显影。值得一提的是，感光鼓曝光后表面静电潜像的电荷呈负极性，而墨粉所带电荷为正极性，显影单元的墨粉传递是这样完成的。

当墨粉在粉盒内被搅拌器搅拌均匀后，墨粉由掺杂的载体运载并被磁辊内的永久磁芯吸附到磁辊外表面上，这时墨粉不显极性。当磁辊载着墨粉旋转并与墨粉刮板相切，与之磨擦时，使墨粉带上正电荷。墨粉在墨粉刮板和磁场作用下，在磁辊表面上形成很薄且分布均匀的墨粉雾。墨粉刮板还起到限制墨粉量的作用，使墨粉不致吸附过多。

由以上可知，磁辊在LED打印机中起着重要作用，磁辊的质量直接影响着打印的质量。如果磁辊表面工艺粗糙、光洁度差、磁性能指标一致性较差，质量不稳定，打印时就会由于磁辊磁性能不一致，出现严重阴影，并且使图像均匀性差。

LED打印机的优势

LED打印机具有哪些优势呢？首先，它减少了光源部分的故障率，提高了光源的寿命。从表面上看由于LED打印机采用了大量发光二极管来作为光源，而激光打印机仅有一个激光二极管，激光打印机光源的可靠性会更好一些，但由于LED打印机的发光二极管工作在低电压小功率的状态下，几乎不会出现老化的情况，因此其寿命非常长。由于LED发出的是普通光，光线能量小，不会电离[空气，所以不会产生臭氧。值得一提的是，LED的电光转换效率接近100%，发光效率相当高，而且LED的寿命可以达到6万到10万小时。而激光打印机的激光二极管为了克服长距离传输产生的衰减和感光时间短的不利因素，其输出功率要求较高，这样就容易因发热量高而缩短其寿命。

同时激光打印机的光路系统内部有透镜和机械零件，但是透镜容易被外界的灰尘所污染，造成打印质量问题，而且其旋转多棱镜也会由于电机部件的寿命有限，旋转过程中易损坏、易老化等问题而大大增加光路系统的故障率。而LED打印机的光路系统比较简单，外围光学器件少，无机械运转部分，这样就大大降低了光学系统的故障率，而且降低了生产成本。

使用LED光源还有利于减小打印机的体积，提高打印速度。由于LED光源系统内无机械零件，外围的光学器件也较少，借助先进的工艺，可以将众多的LED集成在非常小的器件内。而激光打印机的光路系统内有较复杂的光学器件和机械零件，加上各器件间必须有一定的空间才能保证激光束正常传输，同时在传输的过程中激光束的偏转角度还不能过大，否则会影响打印质量，这就导致了其激光扫描盒的体积较大。特别是采用一次成像技术的彩色激光打印机，其内部需要安装四个激光扫描盒（见图6），因此整机的体积就可想而知了。

另外，激光打印机在成像过程中，其激光束需要对感光鼓表面进行逐点扫描和逐点曝光。可以看出这是一种串行式扫描系统。为保证成像的精确性，还需要对到达感光鼓上的每一行光数据进行扫描和校准，这都会影响其打印速度。而LED打印机在成像时，是上千个LED灯管并行工作，属于并行式扫描，且每个像素都对应一个光源，这样只需要控制光源的开关即可，无需对光数据进行校验，这就为LED打印机的高速打印打下了基础。

由于激光打印机采用单光源，依靠旋转多棱镜和光学系统使激光产生偏转，这样激光将无法始终保存垂直状态照射感光鼓表面，尤其是在感光鼓两端，激光入射角变化将更大，使图像产生一些畸变，边缘变得模糊。而LED打印机的每个光源都在成像点的正上方，这样就能始终保证光线垂直照射感光鼓，保证了打印稿的一致性和文字边缘的锐度。

LED打印机有更好的环保性。我们知道，臭氧对人体是有害的，而早期的激光打印机臭氧产生量是比较大的。虽然各厂家都使用了很多方法来降低激光打印机的臭氧产生量，如使用接触式感光鼓充电辊替代早先的电离式充电辊以降低感光鼓充电电路产生的臭氧量，提高感光鼓的光敏特性以降低激光的发射能量，采用臭氧过滤器以滤除产生的臭氧等，但对于高能激光束在传输过程中电离空气产生的臭氧，只能设法降低，而无法消除。这无疑是激光打印机的一大缺憾，而LED打印机发光二极管发出的是普通光，光线能量小，不会电离空气，自然就不会产生臭氧了，这对于以环保和以健康为重的办公场合，显得非常重要。

LED打印机的劣势

目前LED打印机还存在着一些缺点，正是这些缺点，使它在与激光打印机的竞争中处于弱势地位。

首先，要想提高LED打印机的轴向打印分辨率难度较高，从LED打印机的工作原理可以知道，打印时成像面上的每一个点都是通过一个对应的LED照射形成的。要想提高LED打印机的打印分辨率，不仅要在其光头上集成更多的LED器件，还要求将各LED器件的直径缩小，同时需要解决各LED光线互扰的问题，这就大大增加了其工艺难度和生成成本。要知道，一款600dpi的A4幅面LED打印机，单个光头上已集成了5000只左右的LED发光二极管，如要将其分辨率提高到1200dpi，其集成的LED发光二极管要超过10000只，制造难度可想而知。而对激光打印机而言，要提高分辨率主要依靠调制激光头的发射频率和提高棱镜的性能，提高分辨率所需的成本和技术难度相对较低。这也是目前主流LED打印机的分辨率只能达到600dpi，高端LED打印机的分辨率也只能达到1200dpi的原因。相对而言，1200dpi的激光打印机并不少见，而高端激光打印机的分辨率则早已超过2400dpi。

同时，为提高打印效果，现在的激光打印机普遍使用脉冲调制技术，即通过调节控制激光器脉冲的振幅，在感光鼓上形成大小、形状、位置以及曝光程度不同的像素，借此得到更为丰富的中间色调和更好的打印效果。当然，LED打印机也可利用类似的技术来控制二极管的亮度以提高打印效果。但是，LED光头在轴向没有可移动器件，因此使用脉冲调制技术无法提升轴向打印效果，只会对纵向打印效果有所帮助。而激光打印机的光束可落在感光鼓的任何部位，因此打印效果可在轴向和纵向上都得到提升，这使激光打印机在打印彩色图像时的图像真实度要优于LED打印机。（LED打印机与激光打印机优缺点对比见图8）

SLED技术横空出世

上面已经说了传统LED技术，在打印图像方面存在颜色过渡不自然的问题。其中的原因之一是在传统的LED技术中，一个LED芯片需要一个驱动芯片予以配合，而连接LED芯片与驱动芯片的信号线的数量很多，如果提高分辨率的话， LED和驱动芯片本身就要相应增加，也就是说从600dpi提升到1200dpi打印机的内置组件需要增加一倍，这样的话不仅成本提高了很多，由于组件的增加稳定性也会降低。

LED的特征是电子脉冲每次开关只有一个LED发光点发光，一个个LED发光点移动到前面来。一个信号线操作一行LED发光，从而控制一次输入。而每个SLED（Self-scanning Light Emitting Device）的芯片有57个LED，一个SLED的芯片由两个信号线来控制，57个SLED的芯片通过114根信号线来控制。

SLED技术的官方名称是DELCIS（Digitally-Enhanced　Lighting　Control　Imaging　System），就是经过数字化加强的发光二极管图像控制技术。目前日本富士施乐正在申请该项技术的专利。当初富士施乐开发SLED技术的根本目的是为了减小打印机和复合机的体积。

SLED技术的第二个目的是为了保证文件的高质量输出，SLED技术能够实现真正的1200×2400dpi分辨率，当达到这一分辨率之后，原来LED打印机出现的过渡不自然的现象将不会再出现了。　

众所周知，激光打印引擎中有扫描光学系统，但是由于SLED打印引擎没有类似的光学系统，所以机器非常紧凑。LED打印机和激光打印机相比体积特别小巧，打印单元的体积仅有激光打印机的1/40。同时LED打印机光源部分没有机械运动部件，所以稳定性更好。

SLED高质量的打印输出有两个要素：提高分辨率以实现线条边缘平滑；另一个就是对于颜色不均匀现象的及时调整，如果LED的发光不同，输出图像的色彩就不均匀。为了实现高分辨率和高品质的打印，应该固定LED本身的发光量。首先应该合理设定发光量的偏差，第二是合理控制发光量。DELCIS技术就是确保实现固定发光量的技术，现在这项技术在日本已经申请专利。LED与DELCIS技术的结合，最终实现了出色的高分辨率打印效果。

蓝光是未来打印机提升分辨率的法宝

以目前的技术，仅仅依靠透镜技术的改良还是有着物理的极限，随着打印宽度的增大，必须要拉大两边的距离，所以依靠透镜发展来提高分辨率已经很难了。但是从另一个角度来看，通过调整光源的波长可以提升分辨率。因为波长能够决定打印机的点距，目前激光打印机使用的是红色激光，如果采用蓝色激光，点径可以比红色激光小2/3，比如现在很多CD已经开始使用蓝色激光，提升存储的密度。用红色激光的CD通过激光光源改良，容量可以扩大很多倍。所以如果将来激光打印机采用蓝色激光，点径是可以缩小的。

回到LED方面，现在广泛使用的LED也是红光，将来的发展方向也是蓝色，而且点距会更小。理论上讲采用蓝光的LED打印机，分辨率可以达到4800dpi。而且从改变光源的难易程度上来看LED要比激光容易得多。当然如果单纯从提高打印分辨率来看的话，把六棱镜改成四棱镜，扫描范围就会自然加大，相应就可以缩短距离，但是同时就要加大电机的旋转速度，才能满足速度要求，这对于电机的要求就会很高。所以通过光源的改变提升分辨率是最有效率的。

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