LED Drucker

Als ich bei einem Frund auf dem Tisch einen OKI LED Page Printer OL610ex sah, wollte ich unbedingt so einen haben. Mit der LED Zeile mit 2560 LEDs kann man bestimmt schöne Sachen machen. Jetzt bekam ich endlich einen defekten. Abgesehen von einem leeren Toner war nur die Heizung defekt. Mit ein paar Tricks lies sich der Drucker soweit bringen, dass er immerhin anfängt zu drucken, so dass ich das Timing messen konnte.

 

Beim OKI LED Page Printer befindet sich die LED Zeile im Deckel. Bei geschlossener Klappe wird die LED Zeile direkt über der Bildtrommel plaziert.

Leider hat der Drucker eine Überwachung, die den Betrieb mit offenem Gehäuse verhindert. Möchte man die LED Zeile dennoch beobachten, kann man diese aus dem Deckel entfernen: Sie ist recht und links im Gehäusedeckel eingerastet. Als nächstes zieht man das Flachbandkabel ab. Der restliche Teil des Gehäuses muss abgenommen werden. Dazu entfernt man die beiden Schrauben rechts und links neben dem Tonerbehälter und klappt das Gehäusepberteil nach hinten weg.
Jetzt kann das Flachbandkabel bei halb geöffnetem Deckel in den hinteren Teil des Druckers gezogen und wieder an die LED Zeile angeschlossen werden. Die Klappe schließt man.
Nun sollte der Drucker trotz halb offenem Gehäuse starten und drucken. Die LED Zeile flackert dabei schwach auf. Der Blickwinkel in dem das Leuchten sichtbar ist, ist aufgrund der Linsen stark eingeschränkt.

Anstelle der LED Zeile habe ich einen Logic Analyser angeschlossen und die Signale gemessen.

 

 

Die Anschlussbelegung kann man leicht aus den Kurvenformen des Logic Analysers ablesen:

Die LED Zeile wird mit 5V betrieben. Leuchten alle LEDs auf, liegt die Stromaufnahme bei einigen Ampere. Aus diesem Grund sollte man die LEDs nur kurzzeitig einschalten, da diese oder die Treibr sonst überhitzen.
Wegen den Leitungswiderständen, besitzen die LEDs und die Treiber getrennte Masseleitungen (Pin 1&2 bzw. Pin 5)

Die Daten werden seriell über ein Schieberegister geladen. Da der Drucker 300dpi hat, besitzt er 2560 LEDs die einzeln steuerbar sind. Daher werden 2560 Takte benötigt, bis ein kompletter Datensatz geladen wurde. Die Daten werden bei fallender Flanke übernommen.

Mit dem Latchpuls werden die Daten aus den Schieberegistern an die Ausgänge übernommen.

Eingeschaltet werden die LEDs über die Low aktiven Enable Eingänge 1-4.Um die Stromaufnahme bei eingeschalteten LEDs in Grenzen zu halten, werden im Drucker nie alle LEDs gleichzeitig eingeschaltet, sondern immer nur ein Enable Eingang.
Die Enable Eingänge schalten jeweils ein viertel der LED Zeile.

 

Wenn man nicht unbedingt muss, dann sollte man die LED Zeile nicht öffnen. Da ich mehrere davon habe, aber keinerlei Infos zur Ansteuerung hatte, habe ich eine LED Zeile mal geöffnet:
Oben sieht man die vielen Mikro LEDs. Darunter die Treiber, Vorwiderstände und Schieberegister.
Diese sind über feine Bonddrähte mit der Platine verbunden. Öffnet man die LED Zeile, kann es leicht passieren, dass man diese verbiegt und somit kurzschließt, oder abreißt.
In jedem von den einzelnen grauen Segmenten befinden sich 64 LEDs.

 

Im Timing Diagramm sind die Signale an allen 14 Pins abgebildet.
Die Ansteuerung funktioniert genauso wie man es vermuten würde:
Die Daten werden seriell mit einem Schiebetakt geladen, dann parallel an die Ausgänge übertragen die sich, in 4 Gruppen unterteilt, einschalten lassen.
Wie man sieht, werden die Daten mit einm kurzen Hgh Impuls (im Drucker mit 500ns Breite) gespeichert.

Hier sieht man die Enable Impulse genauer:
Jeder Impuls hat eine Dauer von 50us. Der Strom während ein viertel der LED Zeile aktiviert ist, liegt bei über 1A.

Die Pause die der Schiebetakt macht ist vermutlich, um Datenfehler bei der Übertragung aufgrund der Stromimpulse beim Schalten der Ausgänge zu vermeiden.
Nötigt ist die Unterbrechung aber nicht, ebenso müssen die LEDs nicht während der Schiebephase aktiviert werden, sondern das kann auch später erfolgen.

Schaut man sich den Schiebetakt genauer an, erkennt man eine Frequenz von 2MHz. Ich habe die LED Zeile auch schon erfolgreich mit 8MHz betrieben.
Die Daten werden bei der High-Low Flanke gespeichert: Genau umgekehrt wie es meist bei anderen ICs mit SPI o.ä. gemacht wird.

 

Die LED Zeile besitzt eine Reihe spezieller Linsen vor den LEDs.
Die LED Zeile habe ich mit einem kleinen uC angesteuert, so dass diese mittels Dithering 8 Helligkeitsstufen anzeigen kann. Wenn man ganz genau hinschaut, erkennt man die einzelnen Punkte. Aus einigen 10cm Entfernung sieht man aber nur einen unterschiedlich hellen Streifen.
Auf dem Foto erscheint das Licht etwas helles als es normalerweise ist:

Bei den LEDs handelt es sich vermutlich um LEDs mit mittels Zink in n-dotiertes GaAsP Substrat eindiffundierte p-n Übergänge, so ziemlich die übelste Methode eine LED herzustellen. Nur so kann man 2560 LEDs billig herstellen.
Da eine LED nichtmal 1 Mikrowatt optische Leistung abgibt, macht das für die ganze LED Zeile etwa 2 mW. Dafür werden bis zu 50W elektrischen Leistung benötigt. Daraus ergibt sich ein beeindruckender Wirkungsgrad von 0,004% !

 

 

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