CN101636274A - 降低液体液滴发射器的空气动力误差 - Google Patents

Abstract

一种形成印刷液滴的液体图案的方法包括：通过在单位时间周期t₀期间施加非印刷液滴形成能量脉冲来形成非印刷液滴(84)，以及通过在大液滴时间周期t_m期间施加印刷液滴形成能量脉冲来形成印刷液滴(87)，其中所述大液滴时间周期是单位时间周期的m倍，即t_m＝mt₀，且m≥2；以及形成对应多个液滴形成能量脉冲序列以便根据液体图案数据形成非印刷液滴和印刷液滴。

Description

降低液体液滴发射器的空气动力误差

技术领域

本发明大体上涉及数字控制的印刷(printing)装置，而且更具体地涉及在单个衬底上集成多个喷嘴的连续喷墨印刷头，其中通过对液体墨水流强加干扰而使得液体墨水流分裂成印刷液滴。

背景技术

喷墨印刷由于其非撞击式低噪音特性、其使用普通纸以及其避免色粉转印和定影而已经被公认为数字控制的电子印刷领域中的突出竞争者。喷墨印刷机构能够按照技术而被分类为按需滴墨(drop-on-demand)喷墨或连续喷墨。

第一技术“按需滴墨”喷墨印刷通过使用加压致动器(热、压电等)提供撞击在记录表面上的墨水微滴。许多通常实践的按需滴墨技术使用热致动以从喷嘴喷射墨水微滴。位于喷嘴处或其附近的加热器将墨水充分加热至沸腾，以形成产生足够的内部压力来喷射墨水微滴的蒸汽泡。这种形式的喷墨通常被称为“热喷墨(TIJ)。”其它已知的按需滴墨微滴喷射机构包括：诸如于1993年7月6日授予van Lintel的美国专利No.5,224,843中所公开的压电致动器；诸如于2003年5月13日授予Jarrold等人的美国专利No.6,561,627所公开的那些热机致动器；以及如于2002年11月5日授予Fujii等的美国专利No.6,474,784所描述的静电致动器。

通常称为“连续”喷墨印刷的第二技术使用从喷嘴产生连续的墨水微滴流的加压墨水源。以某种方式扰动该流从而使其自喷嘴以标称恒定的距离(中断长度)分裂成尺寸基本均匀的液滴。充电电极结构定位于标称恒定的中断点处以便在中断时在液滴上感应与数据有关的电荷量。充电微滴被引导通过固定的静电场区，以使每个微滴与其电荷成比例地偏转。在中断点处建立的电荷水平从而使液滴行进到记录介质上的特定位置或者行进到沟槽(gutter)以进行收集和再循环。

连续喷墨(CIJ)液滴发生器依赖于不受约束的流体射流的物理性质，这是由F.R.S(勋爵)Rayleigh在1878年发行的“Instability ofjets”Proc.London Math.Soc.10(4)中首次在两维上进行分析的。Rayleigh勋爵的分析表明，在压力P_r下的液体将从孔(喷嘴)中流出，形成直径D_j、以速度v_d移动的射流。该射流直径D_j近似等于有效的喷嘴直径D_n，而射流速度与贮存器压力P_r的平方根成比例。Rayleigh的分析表明，该射流将基于具有长于πD_j的波长λ(即λ≥πD_j)的表面波而自然分裂成不同尺寸的液滴。Rayleigh的分析还表明，如果以足够大的幅度来发起则特定表面波长会占主导地位，从而使射流“同步”以产生单一尺寸的液滴。连续喷墨(CIJ)液滴发生器采用所谓的“扰动”或“激励”的某种周期性物理过程，其效果是在射流上建立特定的主表面波。该表面波发展(grow)，使得射流中断为与扰动频率同步的单一尺寸的液滴。

通过应用Rayleigh激励所产生的液滴流在本文中将被称为预定体积的液滴流，以区别于自然发生的体积变化很大的液滴流。虽然在现有技术的CIJ系统中，印刷或图案化的层沉积所感兴趣的液滴始终具有基本单一的体积，但是要解释的是对于本发明而言，激励信号可以被操纵以产生具有单一体积的预定多倍体积的液滴。因此，短语“预定体积的液滴流”包括被分裂成均具有标称一个尺寸的液滴的液滴流或者被分裂成具有选定(预定)不同体积的液滴的流。

在CIJ系统中，当该流颈状收缩成精细的流体带(ligament)时，可以形成经常称作“卫星(satellite)”的在体积上比预定单位体积小很多的一些液滴。此类卫星可能不能完全预测或者可能不始终以可预测的方式与另一液滴合并，从而略微改变打算用于印刷或图案化的液滴体积。然而，微小的不可预测的卫星液滴的存在对于本发明而言不大重要并且不视为排除了液滴尺寸已经由本发明中所用的同步能量信号预先确定的事实。因而，如用以描述本发明的短语“预定体积”应当理解成包含由于不可预测的卫星液滴形成而可以出现液体体积在计划目标值周围的某一微小变化。

商业实践的CIJ印刷头使用与印刷头声耦合的压电装置以在射流上发起主表面波。耦合的压电装置在基本贮存器压力上叠加周期性压力变化，以造成速度或流扰动，该扰动进而发动同步的表面波。由R.Sweet在1971年7月27日授权的美国专利No.3,596,275(在下文中Sweet‘275)中对压电激励的CIJ设备做了开拓性公开。由Sweet‘275公开的CIJ设备包含单个喷口，即单个液滴发生液体腔和单个喷嘴结构。

Sweet‘275公开了若干种给射流提供所需的周期性扰动以将液滴中断与扰动频率同步的方法。Sweet‘275公开了附着到由电线圈围绕的毛细管喷嘴的磁致伸缩材料，所述电线圈以期望的液滴发生频率被电驱动以振动该喷嘴，从而经由射流速度给射流引入主表面波扰动。Sweet‘275还公开了被定位成环绕但不接触未破裂的流体射流、正好位于喷嘴下游的薄环状电极。如果喷射的流体是导电的并且在流体丝(filament)和环状电极之间施加周期性电场，则可以使流体射流周期性地扩展，从而直接引入能够同步射流中断的表面波扰动。这种CIJ技术通常称为电流体力学(EHD)激励。

Sweet‘275还公开了若干种用于通过在形成射流的基本液体贮存器压力上叠加压力变化来施加同步扰动的技术。Sweet‘275公开了加压流体腔，即液滴发生器腔，其具有能够以期望的激励频率被机械振动的器壁。所公开的机械振动装置包括使用磁致伸缩或压电换能器驱动器或电磁移动线圈。在CIJ文献中，此类机械振动方法往往被称为“声激励”。

由Sweet‘275公开的若干CIJ激励方法在单喷口(jet)系统的情况下可能都是可行的。然而，对具有许多喷口的CIJ系统选择切实可行的激励机构要复杂得多。由Sweet等人在1968年3月12日授予的美国专利No.3,373,437(在下文中Sweet’437)中对多喷口CIJ印刷头做了开拓性公开。Sweet’437公开了具有与一排液滴发射喷嘴(液滴发射喷嘴阵列)连通的公共液滴发生器腔的CIJ印刷头。公共液滴发生器腔的后壁借助于磁致伸缩装置进行振动，从而调节腔压力并且对喷口阵列的每个射流(jet)造成射流速度扰动。

自Sweet‘275和Sweet’437的开拓性CIJ公开以来，大多公开的多喷口CIJ印刷头都采用了对其中描述的射流中断扰动装置的某种变型。例如，于1971年2月2日授予Taylor等人的美国专利No.3,560,641公开了具有多个多喷口阵列的CIJ印刷设备，其中液滴中断激励是借助于附着到供应多个CIJ印刷头的高压墨水供应管路的振动装置而引入的。于1973年6月12日授予Lyon等人的美国专利No.3,739,393公开了多喷口CIJ阵列，其中把多个喷嘴形成为单个薄喷嘴板中的孔口并且通过振动喷嘴板来提供液滴中断扰动，这是与Sweet‘275公开的单喷嘴振动器类似的方法。于1975年4月8日授予Loeffler等人的美国专利No.3,877,036公开了多喷口CIJ印刷头，其中压电换能器被结合到公共液滴发生器腔的内壁，这是Sweet’437和Sweet‘275公开的激励概念的组合。

不幸的是，采用振动印刷头结构的某一部件或者调节公共供应压力的所有激励方法均导致向多喷口CIJ阵列的每个单独射流施加的扰动幅度的一定量的非均匀性。非均匀激励会引起阵列的各射流之间中断长度和定时的变异性。中断特性的这种变异性进而导致不能定位公共液滴充电组件或不能使用能够用于阵列的所有射流的数据定时方案。

除了解决在阵列的射流之间中断时间控制的问题，基于液体图案数据生成不同预定体积的液滴的连续液滴发射系统需要一种响应于液体图案数据以独立的方式激励每个单独射流的方式。因而，近年来为研发能够对单独射流施加单独激励信号的实际可行的“每射流激励”设备已经做出了很大努力。

由Sweet‘275公开的电流体力学(EHD)射流激励概念直接对所发射的液体射流丝进行操作，造成对印刷头结构本身的最小声激励，从而避免上面提到的印刷头与装配结构共振的混杂贡献。于1980年9月2日授予Crowley的美国专利No.4,220,958公开了一种CIJ印刷机(printer)，其中通过由长度等于大约一半微滴间距的泵浦电极组成的EHD激励器完成扰动。多个泵浦电极以大约一半微滴间距或波长的倍数的间隔自喷嘴下游隔开。这种布置大大地降低了为通过Sweet‘275公开的配置来获得液滴中断所需的电压。

虽然已经将EHD激励作为声激励的备选方案来继续研究，但是由于很难制造具有很接近的射流-电极间距以及所需要的对准并且然后可靠地工作而不会出现静电击穿的印刷头结构，所以EHD激励还没有得以商业应用。而且，由于相对长程的电场效应，EHD不适用于对紧密间隔的喷口(jet)阵列中的单独射流(jet)提供单独的激励信号。

于1975年4月15日授予J.Eaton的美国专利No.3,878,519(在下文中称为Eaton)中，针对单喷口CIJ系统公开了克服声激励或EHD激励的所有缺陷的可选射流扰动概念。Eaton公开了借助于局部光能或借助于位于喷嘴(形成流体射流的点)处的电阻加热器来热激励射流流体丝。Eaton解释射流的加热部分的流体属性尤其是表面张力可能相对于未加热部分被充分地改变以造成射流直径的局部变化，从而如果以适当的频率施加则发动(launch)主表面波。于1987年1月20日授予Drake等人的美国专利4,638,328(在下文中称为Drake)公开了以与热喷墨装置类似的方式制造的热激励的多喷口CIJ液滴发生器。即，Drake公开了通过供应高压墨水并且向加热器施加能量脉冲来在CIJ模式下操作传统热喷墨(TIJ)边缘发射装置或顶部发射装置，该能量脉冲足以造成同步中断但不生成蒸汽泡。

最近还公开了利用机电换能器和热机换能器来生成用于做功的机械能的微机电系统(MEMS)。例如，诸如锆钛酸铅(PZT)、钛酸锆酸镧铅(PLZT)或钛铌镁酸铅(PMNT)之类的薄膜压电、铁电或电致伸缩材料可以通过溅射或溶胶凝胶技术来沉积以用作会响应于施加的电场而膨胀或收缩的层。例如参见于2002年5月14日授予Shimada等人的美国专利No.6,387,225；于2003年1月28日授予Sumi等人的美国专利No.6,511,161；以及于2003年4月8日授予Miyashita等人的美国专利No.6,543,107。利用具有大的热膨胀系数的电阻(electroresistive)材料(诸如铝化钛)的热机装置已经被公开作为在半导体衬底上构造的热致动器。例如参见，于2003年5月13日授予Jarrold等人的美国专利No.6,561,627。因此，还可以使用微电子工艺来配置和制造机电装置以在逐射流(jet-by-jet)的基础上提供激励能量。

于2003年1月14日授予Chwalek等人的美国专利No.6,505,921公开了一种方法和设备，由此使得多个热偏转的液体流分裂成大体积和小体积(因此大横截面面积和小横截面面积)的液滴(在下文中称为Chwalek‘921)。热偏转被用来使较小液滴被引导出该多个液滴流的平面而允许大液滴沿标称“笔直的”通路飞行。另外，在一方向上强加均匀的气流，其具有垂直且与具有横截面的液滴流阵列相交的(perpendicular and across the array of streams of drops ofcross-sectional areas)速度分量。垂直的气流速度分量对具有较小横截面的液滴施加的每质量力(force per mass)比对具有较大横截面的液滴施加的每质量力更大，导致小液滴的偏转加速度的放大。

授予Jeanmaire等人的题为“Continuous ink-jet printing methodand apparatus”的美国专利No.6,588,888(在下文中称为Jeanmaire‘888)和授予Jeanmaire等人的题为“Continuous inkjet printheadwith selectable printing volumes of ink”的美国专利No.6,575,566(在下文中称为Jeanmaire‘566)公开了包括微滴形成机构的连续喷墨印刷设备，该微滴形成机构可操作于第一状态以形成具有第一体积的沿路径行进的微滴且可操作于第二状态以形成具有多个比第一体积更大的其它体积的沿相同路径行进的微滴。微滴偏转器系统给沿该路径行进的微滴施加力。该力在一方向上被施加以使得具有第一体积的微滴偏离该路径而具有该多个其它体积的较大微滴保持基本沿该路径行进或者略微偏离并且在到达印刷介质之前开始沿待收集的沟槽路径行进。允许具有第一体积的微滴(印刷液滴)射到接收印刷介质而具有该多个其它体积的较大微滴是“非印刷”液滴并且被再循环或通过在沟槽或液滴捕集器中形成的墨水移除通道进行处理。

在优选的实施例中，用于可变液滴偏转的装置包括空气流或其它气流。气流对小液滴轨迹的影响大于其对大液滴轨迹的影响。一般而言，使不同尺寸的液滴遵循不同的轨迹的这种类型的印刷设备能够根据是大液滴为被印刷液滴还是小液滴为被印刷液滴而以如下两种模式中的至少一种进行工作：小液滴印刷模式，如Jeanmaire‘888或Jeanmaire‘566中公开的；和大液滴印刷模式，还如Jeanmaire‘566和授予Jeanmaire等人的题为“Printhead having gas flow ink dropletseparation and method of diverging ink droplets”的美国专利No.6,554,410(在下文中称为Jeanmaire‘410)中公开的。在下文描述的本发明是用于实施大液滴或小液滴印刷模式的方法和设备。

对不同尺寸液滴的单独射流激励和空气动力学偏转的组合产生了连续液体液滴发射器系统，其消除了先前CIJ实施例依赖于某种形式的液滴充电和静电偏转以形成期望的液体图案的难题。相反，通过对每个射流施加与输入液体图案相关的液滴形成脉冲序列而产生的液滴体积图案以及通过对非印刷液滴的后续偏转和捕获来形成液体图案。附加的益处在于所生成的液滴标称上是未充电的，并且因此当它们横越接收介质或捕获沟槽时不会在它们自身之间建立静电相互作用力。

然而，当进行高速、高图案质量印刷时，液体图案沉积的这种配置还存在一些困难。高速且高质量的液体图案形成要求将紧密隔开的相对小体积液滴引导至接收介质。当液滴图案经过气流偏转区从印刷头横越到接收介质时，这些液滴以图案相关的方式改变相邻液滴周围的气流。所改变的气流进而使印刷液滴具有被改变的图案相关轨迹和到达接收介质的位置。换言之，印刷液滴在它们横越到接收介质时的紧密间距导致空气动力学相互作用以及后续的液滴置放误差。这些误差具有在向外的方向上扩展预期印刷的液体图案的效果，所以在本文中被称为“展宽(splay)”误差。

因此为了完全胜过由单独射流激励和空气动力学液滴偏转提供的连续液体液滴发射器印刷头结构的简化，需要减小空气动力学相互作用误差的切实可行且高效的方法。

发明内容

因此，本发明的目标是提供在减小由于印刷液滴之间的空气动力学相互作用引起的误差的情况下来高速沉积高质量液体图案的方法。

本发明的进一步目标是提供一种用于在减小由于印刷液滴之间的空气动力学相互作用引起的误差的情况下来高速沉积高质量液体图案的设备。

提供使用不同体积的印刷和非印刷液滴在降低印刷液滴之间的空气动力学相互作用的情况下进行连续液滴发射印刷的方法也是本发明的目标。

在查阅本文阐述的详细描述、权利要求书和附图之后，本发明的前述以及众多其它特征、目标和优点将变得显而易见。这些特征、目标和优点是通过以下方法实现的：该方法使用液体液滴发射器根据液体图案数据形成撞击接收介质的印刷液滴的液体图案，所述液滴发射器从多个喷嘴以流速度v_d发射多个连续的液体流，所述多个喷嘴具有有效直径D_n并且沿喷嘴阵列方向以喷嘴间距S_n排列，所述多个连续的液体流通过被施加对应多个液滴形成能量脉冲序列的对应多个液滴形成换能器而分裂成多个印刷和非印刷液滴流。所述方法包括：通过在单位时间周期τ₀期间施加非印刷液滴形成能量脉冲来形成非印刷液滴，以及通过在大液滴时间周期τ_m期间施加印刷液滴形成能量脉冲来形成印刷液滴，其中所述大液滴时间周期是所述单位时间周期的m倍，即τ_m＝mτ₀，且m≥2；以及形成对应多个液滴形成能量脉冲序列以便根据液体图案数据形成非印刷液滴和印刷液滴。在时间上显著偏移向相邻液滴形成换能器施加的对应液滴形成能量脉冲序列使得相邻液滴流中形成的印刷液滴沿喷嘴阵列方向不对准。

本发明的另外实施例是通过如下步骤实现的：通过在单位时间周期τ₀期间施加印刷液滴形成能量脉冲来形成印刷液滴，以及通过在大液滴时间周期τ_m期间施加非印刷液滴形成能量脉冲来形成非印刷液滴，其中所述大液滴时间周期是所述单位时间周期的m倍，即τ_m＝mτ₀，且m≥2；以及形成该对应多个液滴形成能量脉冲序列以便根据液体图案数据形成非印刷液滴和印刷液滴。使得向相邻液滴形成换能器施加的对应液滴形成能量脉冲序列在时间上显著偏移时间偏移量t_s，其中所述时间偏移量是单位液滴时间周期τ₀的一部分q以使得t_s＝qτ₀，且0.2≤q≤0.8。

本发明的其它实施例是通过一种用于在接收器衬底上敷设图案化的液体层的液滴沉积设备来实现的，所述液滴沉积设备包括：液体液滴发射器，所述液滴发射器从多个喷嘴以流速度v_d在流方向上发射多个连续的液体流，所述多个喷嘴具有有效直径D_n并且沿喷嘴阵列方向以喷嘴间距S_n排列；和对应多个液滴形成换能器，向其施加对应多个液滴形成能量脉冲序列以生成具有显著不同体积的非印刷液滴和印刷液滴。液滴沉积设备还包括：相对运动设备，适于在印刷方向上以印刷速度v_PM相对于接收器衬底移动液体液滴发射器；控制器，适于根据液体图案数据生成由在非印刷液滴时间周期τ_np内的非印刷液滴形成能量脉冲和在印刷液滴时间周期τ_p内的印刷液滴形成能量脉冲组成的液滴形成能量脉冲序列，且其中非印刷液滴时间周期显著不同于印刷液滴时间周期以使得非印刷液滴体积显著不同于印刷液滴体积；液滴偏转设备，适于根据印刷液滴和非印刷液滴的显著不同体积使印刷液滴和非印刷液滴偏转以遵循不同的飞行路径；且其中所述控制器还适于在时间上显著偏移向相邻液滴形成换能器施加的对应液滴形成能量脉冲序列使得在相邻液滴流中形成的印刷液滴沿喷嘴阵列方向不对准。

在阅读以下结合附图进行的详细描述后，本发明的这些及其它目标、特征和优点将对本领域技术人员显而易见，附图中示出和描述了本发明的说明性实施例。

附图说明

在下面给出的本发明优选实施例的详细描述中，参照附图，其中：

图1示出了依据本发明制成的一个示例性液体图案沉积设备的简化方框示意图；

图2以示意性横截面侧视图示出了根据本发明优选实施例的带有气流液滴偏转的连续液体液滴发射器；

图3(a)和3(b)示出了示意性平面图，图解说明了根据本发明优选实施例的带有环绕热激励加热器的单个液体液滴发射器喷嘴以及这种喷嘴及激励器的阵列的一部分；

图4(a)和4(b)分别以横截面侧视图图解说明了根据本发明的以单个液滴尺寸操作的液体液滴发射器以及以大液滴尺寸和小液滴尺寸操作的液体液滴发射器；

图5(a)、5(b)和5(c)示出了根据本发明优选实施例的用于通过流激励加热器电阻器激励流体射流的分裂从而产生具有不同预定体积的液滴的能量脉冲序列的图示；

图6以示意性横截面顶视图示出了根据本发明优选实施例的带有气流液滴偏转的连续液体液滴发射器；

图7(a)和7(b)分别图解说明了输入液体图案数据和对应的输出液体图案；

图8(a)和8(b)针对每四个像素位置进行印刷的网格图案分别图解说明了输入液体图案数据和对应的输出液体图案；

图9(a)和9(b)针对印刷隔离测试像素的测试网格图案分别图解说明了输入液体图案数据和对应的输出液体图案；

图10(a)和10(b)针对印刷一行三个隔离测试像素的测试网格图案分别图解说明了输入液体图案数据和对应的输出液体图案；

图11图解说明了在一行三个隔离印刷像素的液体图案中出现的空气动力学液滴置放误差展宽；

图12图解说明了在一行十七个隔离印刷像素的液体图案中出现的空气动力学液滴置放展宽误差；

图13图解说明了在一组四乘十七隔离印刷像素的液体图案中出现的空气动力学液滴置放展宽误差；

图14(a)和14(b)针对印刷液体图案中的各个隔离线分别示出了测量的y方向和x方向展宽误差的曲线图；

图15图解说明了一排印刷液滴在向接收介质渡越中的气流环境；

图16(a)和16(b)图解说明了用于应用印刷液滴周围的气流的二维模型的配置，所述印刷液滴被看作气体必须在其之间或周围流动的一排圆柱体；

图17示出了在液滴排(drop line)中的液滴之间穿过的气流的压降的二维建模结果的曲线图；

图18(a)、18(b)和18(c)基于计算流体动力学建模分别图解说明了向接收介质渡越的一排液滴中的液滴在进入气流偏转区之前、正好在气流偏转区内以及在撞到接收介质上时在xy平面中的位置；

图19示出了针对雷诺(Reynold)数的许多选择和归一化的液滴间间距在y方向上的空气动力学展宽力的三维计算流体动力学建模结果的曲线图；

图20(a)和20(b)分别图解说明了十二个喷口的喷口阵列的印刷液滴和非印刷液滴的图案以及向那些喷口的液滴激励器施加的对应液滴形成脉冲序列；

图21(a)图解说明了图20(a)的B部分的放大视图，图21(b)图解说明了图22(a)的C部分的放大视图；

图22(a)和22(b)分别图解说明了十二个喷口的喷口阵列的印刷液滴和非印刷液滴的图案以及向那些喷口的液滴激励器施加的对应液滴形成脉冲序列；

图23(a)和22(b)分别图解说明了十二个喷口的喷口阵列的印刷液滴和非印刷液滴的图案以及向那些喷口的液滴激励器施加的对应液滴形成脉冲序列；

图24(a)和24(b)分别图解说明了其中相邻流液滴形成脉冲序列未时移和时移0.5τm的字母“Aa”的印刷液体图案；

图25示出了c_zy ^*值和c_y2 ^*值相对大液滴体积V_dm的曲线图；

图26图解说明了十二个喷口的喷口阵列的印刷液滴和非印刷液滴的图案，其中小液滴分隔距离已经被增加以使得c_zy ^*＞c_y2 ^*；

图27(a)和27(b)分别图解说明了十二个喷口的喷口阵列的印刷液滴和非印刷液滴的图案以及向那些喷口的液滴激励器施加的对应液滴形成脉冲序列，其中相邻流和紧接相邻的(next-to-adjacent)流的液滴形成脉冲序列被偏移；

图28(a)和28(b)分别图解说明了十二个喷口的喷口阵列的印刷液滴和非印刷液滴的图案以及向那些喷口的液滴激励器施加的对应液滴形成脉冲序列，其中相邻流和紧接相邻的流的液滴形成脉冲序列被同等偏移；

图29示出了针对q＝.5和q＝.333、c_zy ^*＝c_y2 ^*所需的mL值相对大液滴体积V_dm的曲线图；以及

图30(a)和30(b)以正平面图分别图解说明了其中喷嘴相对于相邻喷嘴和紧接相邻喷嘴偏移的液体液滴发射器阵列的一部分。

具体实施方式

本描述尤其针对形成依据本发明的设备的一部分或与依据本发明的设备更直接协作的元件。在图中如果功能元件和特征是相同元件或执行相同功能则对它们给予相同数字标记以便理解本发明。要理解的是，未具体示出或描述的元件可以采取对本领域技术人员所熟知的各种形式。

参照图1和图2，图解说明了用于沉积液体图案的连续液滴沉积设备10。典型地，这种系统是喷墨印刷机并且液体图案是印刷到接收器片材或网状物(web)上的图像。然而，其它液体图案可以通过所示的系统进行沉积，包括例如用于制造工艺的掩模层和化学引发剂(initiator)层。为了理解本发明，术语“液体”和“墨水”将被可互换地使用，认识到墨水典型地与图像印刷(本发明的潜在应用的子集)相关联。液体图案沉积系统由过程控制器400控制，该过程控制器400与各种输入输出部件对接，计算必要的数据转换并且执行所需的程序与算法。

液体图案沉积系统10还包括图像或液体图案数据源410，其提供光栅图像数据、以页面描述语言为形式的轮廓(outline)图像数据或者其它形式的数字图像数据。这个图像数据由控制器400转换成位图图像数据并且被存储以便经由连接到印刷头电接口22的多个印刷头换能器驱动器电路412而传送到多喷口液滴发射印刷头11。位图图像数据指定各个液滴到二维位置矩阵的图片单元(像素)上的沉积，所述位置被相等地间隔图案光栅距离，所述图案光栅距离由期望的图案分辨率(pattern resolution)(即图案“每英寸点数”等等)确定。光栅距离或间距在图案的两个维度上可以相等或者可以不同。

控制器400还在印刷头控制器426中产生液滴同步或形成信号，所述信号被施加到印刷头换能器驱动电路412，随后被施加到印刷头11以使该多个所发射的流体流分裂成具有预定体积且带有可预测定时的液滴。印刷头控制和换能器驱动电路的某个部分或全部可以集成到印刷头11内。印刷头11在图1和2中示为“页面宽度”的印刷头，原因在于其含有多个喷口足以在介质290上印刷所有扫描线而不必移动印刷头11。

由记录介质传输系统相对于印刷头11移动记录介质290，所述记录介质传输系统由介质传输控制器414电子控制并且进而由控制器400控制。图1所示的记录介质传输系统仅仅是示意性表示；许多不同的机械配置是可能的。例如，转印辊(transfer roller)213、转印辊212和介质支撑鼓210可以用于记录介质传输系统中以便于将液体液滴转印到记录介质290。这种介质传输技术在本领域内是熟知的。在如图1所示的页面宽度印刷头的情况下，最方便的是将记录介质290移动经过固定的印刷头。记录介质290以速度v_PM被传输。在扫描印刷头印刷系统的情况下，通常最方便的是以相对光栅运动沿一个轴(主扫描方向)移动印刷头而沿正交轴(次扫描方向)移动记录介质。

图案液体被包含在液体贮存器418中，所述液体贮存器418在压力下并且由液体供应控制器424控制，液体供应控制器424进而由控制器400控制。适合于最优工作的图案液体正压将取决于许多因素，包括喷嘴的几何形状和热性质以及液体的若干性质。

在非印刷的状态下，连续液滴流由于印刷头11的液体沟槽部分而不能到达记录介质18，所述液体沟槽部分捕获该流并且可以允许部分液体通过液体再循环单元416而被回收。液体再循环单元416经由印刷头液体回收出口48接收未印刷的液体，存储该液体或者重调节该液体并且将其反馈回到贮存器418。液体再循环单元还可以被配置成对液体回收出口48施加负压以辅助液体回收并且影响经过印刷头11的气流以便进行液滴偏转。负压源420经由液体再循环通路进行对接。负压控制器422进而由系统控制器400控制，该负压控制器422管理负压。液体再循环单元在本领域中是熟知的。

在图2的侧视图图解说明中更清楚地看出印刷头11的一些元件。图案液体60是经由液体供应管路而引入的，所述液体供应管路在液滴发生器体12中的液体入口40处进入印刷头11。连续的多喷口液滴发射器装置20附着到液滴发生器体12。该液体优选地流经入口过滤器42然后流入液滴发射器装置20，所述入口过滤器42通过密封垫片44密封到公共供应贮存器46，所述液滴发射器装置20优选地是含有高密度单独喷口和液滴形成换能器的半导体装置。

图2所示的印刷头11的横截面侧视图是通过喷口阵列中的一个喷口截取的并且示出了一个具有预定体积的液滴流100。流100中的一些液滴(非印刷液滴)在图2中被向下偏转并且射到被偏转液滴捕获唇(capture lip)152。其它液滴(印刷液滴)被非常少地偏转，经过捕获唇152，并且打到接收介质290以形成期望的液体图案。所捕获的非印刷液滴液体156经由液滴偏转气体及液体回收歧管150中的通风室(plenum)154而被返回到液体再循环子系统。由通过在液体回收入口48施加负压而引起的气流160将非印刷液滴朝向液滴捕获唇偏转。

多喷口液滴发生器装置20被制作成带有单独的液滴形成激励装置，这些装置进而经由印刷头柔性电连接构件22与印刷头控制电子器件对接。保护性密封剂28覆盖液体发射器装置20与柔性连接器22的互连。在本发明的一些优选实施例中，射流激励(jet stimulation)换能器是电阻性加热器。在其它实施例中，可以提供每射流一个以上换能器，包括电阻性加热器、电场电极和微机电流量阀的某种组合。当液滴发生器装置20至少部分由硅制作时，可以将印刷头换能器控制电路412的某部分与印刷头集成，以简化印刷头电连接器22。

图3(a)图解说明了优选印刷头实施例的单个喷嘴26的正面视图。图3(b)图解说明了这种喷嘴的延伸阵列的一部分(五个喷嘴)。为了便于理解，在图解说明多个喷口和组成元件时，下标“j”、“j+1”等等用来沿这种元件的大阵列按顺序表示相同的功能元件。

图3(a)和3(b)示出了印刷头11的液滴发生器装置20部分的喷嘴26，其具有直径D_n的圆形，沿喷嘴阵列方向或轴A_n以液滴喷嘴间距S_n等距隔开，并且形成在喷嘴正面层14中。虽然描绘了圆形喷嘴，但是可以使用液体发射孔口的其它形状并且利用有效直径，即指定等效开口面积的圆形直径。典型地，喷嘴直径将在6微米到35微米的范围内形成，这取决于适合用于被沉积的液体图案的液滴尺寸。典型地，液滴喷嘴间距S_n将处于84到21微米的范围内，对应于喷嘴轴向的图案光栅分辨率为300像素/英寸到1200像素/英寸。

环绕电阻性加热器30围绕喷嘴孔而形成在正面层中。电阻性加热器30由电极引线38和36寻址。这些电极之一(例如电极36)可以与围绕其它喷口的电阻器共享。然而，至少一个电阻器电极引线(例如电极38)为该喷口单独提供电脉冲以便使得独立激励该喷口。可选地，可以采用矩阵寻址布置，其中这两个地址引线38、36被结合使用以选择性地施加激励脉冲至给定喷口。这些电阻性加热器可以被用来发动适当波长的表面波以同步液体射流从而分裂成具有基本均匀直径D_d0、体积V₀和间距λ₀的液滴。电阻性加热器施加脉冲(pulsing)还可以被设计成使该流分裂成较大段的流体，所述较大段的流体聚结成具有为V₀的倍数的体积V_m的液滴，即聚结成体积～mV₀的液滴，其中m是大于1的数，即m≥2。

为了理解本发明，具有最小预定体积V₀的液滴将被称为“小”液滴或“标称”或“基本”体积液滴，而具有近似mV₀的体积的聚结液滴将被称为“大”液滴。期望的液体输出图案或图像可以由小液滴或大液滴而形成在接收介质上。操作图2所描绘的系统以用大液滴形成液体图案。小尺寸液滴或标称尺寸液滴被向下偏转以打到液滴捕获唇152。如在下文将解释的，本发明可以被有益地应用于小液滴或大液滴印刷模式配置。

图4(a)和4(b)以侧视图图解说明了施加脉冲射流激励加热器30对连续流体流62的一个影响。图4(a)和4(b)以侧视横截面图图解说明了在该多个喷嘴中的一个喷嘴26周围的液滴发生器装置衬底18的一部分。加压工作液体60经由内部液滴发生器装置液体供应腔19而被供应到喷嘴26。喷嘴26形成在液滴喷嘴正面层14中，并且可能形成在热电隔离层16和其它用于制作液滴发生器装置的层中。图4(a)和4(b)还图解说明了与每个喷口相关联的且通过通孔接触(via contact)25连接到引线38的集成功率晶体管24。

在图4(a)中，用足以发动主表面波的能量脉冲对喷嘴加热器30施加脉冲，以在流体柱62上产生主表面波状颈缩70，导致在位于离喷嘴平面的工作距离BOL₀的稳定工作中断点74处同步分裂成具有基本均匀直径D_d0和间距λ₀的液滴84流80。基于流体供应贮存器压力P_r、喷嘴几何形状和流体性质，流体流和单独液滴84沿标称飞行路径以速度v_d行进。

连续液体射流的分裂的热脉冲同步还已知可提供生成预定体积的液滴的流的能力，其中一些液滴可以被形成具有单位体积V₀的多倍体积mV₀。例如参见Jeanmaire等人的且被转让给本发明的受让人的U.S.6,588,888。图5(a)-5(c)图解说明了由电能脉冲的若干不同序列600对连续流的热激励。能量脉冲序列600被示意性地表示为“接通”和“切断”加热器电阻器以产生持续时间τ_p的激励能量脉冲。由液滴形成脉冲序列所形成的液滴图案被示意性地描绘在脉冲序列下方。

在图5(a)中，激励脉冲序列包括一串单位周期脉冲610。使得由这个脉冲串激励的连续射流流分裂成所有都具有体积V₀、时间上间隔τ₀且沿其飞行路径间隔λ₀的液滴84。图5(b)中所示的能量脉冲串包括单位周期脉冲610以及删除了一些脉冲以为子序列612产生4τ₀时间周期并且为子序列616产生3τ₀时间周期。激励脉冲的删除使得射流中的流体积聚(聚结)成具有与这些比一个单位更长的时间周期相一致的体积的液滴。即，子序列612导致形成具有近似4V₀的聚结体积的液滴86，而子序列616导致形成具有近似3V₀的聚结体积的液滴87。图5(c)图解说明了具有周期8τ₀的子序列的脉冲串，该子序列生成具有近似8V₀的聚结体积的液滴88。将多个单位的流体聚结成单个液滴要求自中断点的一定行进距离和时间。聚结的液滴趋向于位于如果该流体分裂成具有标称体积V₀的多个单独液滴时会占据的空间的中心附近。

图4(b)图解说明了被操作以形成具有大预定体积和小预定体积两者的液滴流100，诸如通过图5(b)所示的液滴形成脉冲序列所形成的。注意，当在图5(b)中时间从右到左增大时，图4(b)中的液滴形成序列对应于图5(b)中的液滴形成脉冲序列。将流体聚结成单个大液滴可能要求自中断点的一定行进距离和时间。聚结的大液滴趋向于位于如果该流体分裂成具有标称体积V₀的多个单独液滴时会占据的空间的中心附近。图4(b)应当被理解为说明性地表示如果聚结是即刻的(immediate)话具有多倍预定体积的液滴流看起来会怎么样。

通过操纵液滴形成脉冲序列来产生大液滴和小液滴两者的能力可以被有利地用于区分印刷液滴和非印刷液滴。可以通过将它们输送到交叉气流场中而使液滴偏转。较大液滴具有较小的阻质比(drag to massratio)，所以在气流场中与较小体积液滴相比被偏转得较少。因而，气体偏转区可以被用来分散不同体积的液滴到不同的飞行路径。液体图案沉积系统可以被配置成用大体积液滴印刷并且用沟槽捕获(gutter)小液滴，反之亦然。本发明可应用任一种配置。

图6以平面横截面图解说明了液体液滴图案沉积系统，该系统被配置成用大体积液滴85(V_m＝5V₀)印刷并且用沟槽捕获小体积液滴84(V₀)，所述液滴在x方向上经受由空气流通风室150建立的偏转空气流。多喷口阵列印刷头11包括形成有多个喷口和射流激励换能器的半导体液滴发射器装置20，其附连到液滴发生器体12。图案化液体60经由液体供应入口40和公共供应贮存器46来供应，狭缝在喷口阵列的长度上延伸。注意，图6中的大液滴85始终被示为“聚结的”，而在实践中形成大液滴85的流体可能直到距离流体流中断点的一定距离之后才聚结。

由喷口阵列发射的大量液滴可以视为形成穿过液体液滴发射器的喷嘴面和接收介质之间的空间的液体“帘幕”。通过根据输入液体图案数据形成具有显著不同体积的印刷液滴和非印刷液滴、并且然后使液体经受对不同直径(体积)的液滴区别偏转的交叉气流的组合效果，将初始液体帘幕分离成非印刷液滴帘幕和印刷液滴帘幕。印刷液滴帘幕内的液滴之间的空气动力学相互作用是本发明的主要关注点。

在本文中，术语“空气”流和“气”流将被可互换地用于解释本发明。图1和6所示的偏转系统的配置有助于将由真空源吸取的环境空气用作用以偏转印刷液滴和非印刷液滴的流动气体。然而，其它配置可以与本发明一起使用，其中偏转流场由有条件(conditioned)气体形成，即该气体包括浓度和性质上与印刷头周围的环境空气不同的组分。短语“气流”旨在表达不管连续液体液滴发射系统中被用于区别偏转大体积液滴和小体积液滴的气体的具体组成，本发明都可应用。

现在将使用图7(a)到图14来解释印刷液滴帘幕中的液滴之间的主要空气动力学相互作用效应，在下文中被称为“展宽”。图8(a)到图14基于印刷液滴实验，其中表1中给出的参数与用于所描述的所有实验结果的相同。

图7(a)和7(b)分别图解说明了输入液体图案数据和非实验性的无误差的输出液体图案。在图7(a)中，期望的液体数据图案由在被划分成可能输入像素位置302的xy-光栅网格的输入图像平面上的黑像素区域304表示。这些像素沿x方向和y方向分别具有S_px和S_py的相等间距。不用液体306印刷的像素是空白的。图7(b)图解说明了在接收器介质290上印刷的无误差液体图案，所述接收器介质290也被划分成与图7(a)所示的输入液体图案数据像素位置302对应的可能输出像素位置312的xy-光栅网格。图7(b)中的液体图案是“理想”液体图案的表示，并且没有描绘实际印刷图案的结果。图案液体点314被示为与输入液体图案数据理想xy对应地沉积在接收器介质290上。

本发明的发明人已经发现，许多输入液体图案沉积在输出介质上，其中在许多印刷液滴的位置上由于在液滴横越到接收器介质时液滴之间的空气动力学相互作用而存在相当大的误差。为了研究空气动力学液滴置放效应，构造便于仔细测量沉积液滴与预期xy位置的偏离的特殊测试图案是有用的。图8(a)和8(b)图解说明了测试图案构造，其中沿x和y方向每四个像素被写入。图8(a)是输入液体图案数据330，并且图8(b)描绘了在实验中使用根据表1的参数印刷的对应输出液体图案350。

在所有图中元件标号具有相同意义，如在下文中的部件和参数列表中表达的。本发明的发明人已经发现，在两维330上印刷每四个像素的均匀图案将被基本无液滴到液滴(drop-to-drop)空气动力学相互作用误差地印刷，如图8(b)中的网格350的未失真液体输出图案中所描绘的。与输出图案350相关联的印刷液滴帘幕将以很小的平衡(在x方向和y方向两者上)的液滴到液滴空气动力学相互作用横越到接收介质。

图9(a)和9(b)描绘了输入图案和输出图案，其中先前示出的4×4网格图案的中心部分被去除以产生中空的测试区域340，其中可以在印刷液滴帘幕中插入隔离的印刷像素和印刷液滴。在输入图案中保留的网格图案的部分将用以通过外推网格线(示为图9(b)中的虚线)来定义预期像素位置在抽空的(evacuated)中心部分中的定位。在中空的中心部分340内，单个输入像素332已经被指定在输入图案中，该单个输入像素被印刷为输出图案空白区域360中的隔离印刷点352。发现隔离的印刷像素332精确地印刷在输出液体图案图像(图9(b))中的对应位置352。

表1-印刷实验参数

参数	实验值	参数描述
			f0	480KHz	小液滴形成频率
V0	2.75pL	小液滴体积
			λ0	41.7μm	小液滴分隔距离
Dn	10.4μm	喷嘴直径
			L	4.0	小液滴生成比
m	4.0	印刷液滴中小液滴的数量
			Vm	11.0pL	大印刷液滴体积
λm	166.8μm	大液滴分隔距离
			Ddm	27.6μm	大印刷液滴直径
Spx	42.3μm	x方向的液体图案像素间距
			Spy	42.3μm	y方向的液体图案像素间距
Sn	42.3μm	喷嘴间距
			Vrel	27.5m/sec	+X方向的偏转空气流的净相对速度
Vd	20.0m/sec	液滴流速度
			VPM	5.1m/sec	-X方向的介质传输速度

本发明的发明人已经发现，由图9(a)中描绘的输入图像所产生的液滴帘幕为图案中的所有液滴产生足够的空气动力学隔离以致它们以基本未失真的方式印制。印制像素352的隔离液滴与下一个最近的液滴相距不比八倍印刷液滴分隔距离(即8λ_m)近的距离行进。如下面将进一步解释的，空气动力学相互作用力对液滴间的分隔距离很敏感，对于从1λ_m到8λ_m的分隔而言下降不止一个量级。

图10(a)示出了其中一行三个印刷像素334被插入到中心空白区域340内的输入液体图案数据。图10(b)描绘了对应的印刷液体图案。可以看到这行三个印刷液体液滴354从直线扭曲。印刷的三个液滴图案354与输入图案334的理想复制相比被展开。印刷液滴的这种展开在本文中被称为“展宽”误差并且因为在三个液滴从其相应的印刷头喷嘴横越到接收器介质时这三个液滴之间的空气动力学相互作用给这些液滴造成非对称力(原因在于这三个液滴中每个所遇到的气流场不是均匀且对称的)而出现。

图11图解说明了图10(b)中的区“A”的放大图。三像素输入图案334的叠加(overlay)被添加到图11以示出如果空气动力学相互作用效应未引起观察到的展宽误差时印刷液滴会落在何处。在空白区域360中省略的网格点314的位置由网格虚线的交点342表示。x方向的最大展宽误差δ_x和y方向的最大展宽误差δ_y被表示为印刷液滴354与理想位置334的最大偏离。三像素线中测量的最大y展宽误差是δ_y～28μm；并且测量的最大x展宽误差是δ_x～72μm。即，对于隔离的三液滴线，y方向的最大展宽误差的幅度大于一半像素间距(S_py＝42.3μm)；而x方向的最大展宽误差大于像素间距(S_px＝42.3μm)。如果这个幅度的误差出现在其中图案是预期且可辨别的图像中(诸如在用精细字体特征印刷的文本中)，则它们对于观察者而言可能是可见的。例如，下文中讨论的图24(a)图解说明了当这个幅度的空气动力学展宽机制存在时可能出现的测试字符的失真。

图12描绘了输出印刷图像区域与图11中类似的部分。输入液体图案数据包括线336(w个像素长，w＝17像素)，其被印刷为中空的测试图案区域360中的液体液滴图案356。关于图11，指示了x方向和y方向的最大展宽误差。对于这个横越到接收介质的较长液滴线，最大y展宽误差增大为δ_y～41μm，即几乎全像素间距的误差。最大x展宽误差增大为δ_x～92μm，即像素间距的两倍以上。

图13也描绘了输出印刷图像区域与图11中类似的部分。输入液体图案数据包括宽度h(单位：像素；h＝4)和长度w(单位：像素；w＝17)的较宽输入线图案338，其被印刷为中空的测试图案区域360中的液体液滴图案358。观察到4×17像素线的严重失真。从图11-13所描绘的实验结果可以明白，空气动力学展宽误差可能在幅度上造成一个或更多像素间距的液滴错位并且根据输入图像图案是高度可变的。这种误差可能严重降低输出图像或液体图案质量。

图14(a)和14(b)针对宽度h＝1、4或8个像素以及长度w＝1、3、9、17及33个像素的输入线图案分别示出了最大测量的y展宽误差和x展宽误差的编绘曲线图。始终发现最大y展宽误差是在放置被测试的各种液滴线图案的末端液滴处。对于这组(表1)实验系统参数的δ_y和δ_x误差就单像素长度(w＝1)的所有线而言都是零。即，甚至8像素高(h＝8)且一像素长(w＝1)的线也被打印得没有明显的x或y方向展宽误差。

研究图14(a)，可以看到当印刷三像素长的线时，y方向展宽误差从零猛增到28μm～38μm，这取决于线宽度。进一步增加线长度只稍许增加y展宽误差，该y展宽误差对于长度为33个像素的线似乎降到38μm或在38μm附近饱和。线的宽度不会强烈影响y展宽幅度。研究图14(b)，可以看到x方向展宽误差从一像素线长度时的零猛增到三像素长的线时的相当大的量。另外，x展宽误差量受所示范围(h＝1到8)中的线宽度的强烈影响。

图14(a)绘制的最大y方向展宽始终出现在测试线图案的末端处的液滴。显然，液滴间的空气动力学力具有展开液滴线的效应，但这种效应很快饱和。有迹象表明所生成的y方向力就像素距离而言是很“短程的”。即，到该线是九个液滴长时，对液滴线图案的末端处的液滴的非对称力完全形成。该线的进一步加长不会显著改变末端液滴所经受的非对称y方向力。

最大x方向展宽误差出现在印刷液滴线的中心区中的液滴处。从图14(b)所绘制的数据中可以明白，对于测试的600斑点/英寸系统，x方向展宽误差可能变动高达像素间距(S_px＝42.3μm)两倍以上的距离。

在横越生成其的喷嘴阵列和其相对轨迹最终“终止”的接收器介质之间的空间的印刷液滴之间的空气动力学相互作用是非常复杂的。通过使用标准的三维计算流体动力学(CFD)建模技术来包括和分析这些空气动力学相互作用。然而，在描述三维CFD模型结果之前，有益的是研究液滴间空气动力学相互作用的二维模型的闭式分析。

图15图解说明了根据本发明的由横越连续液滴印刷头的气体偏转区的中心部分的一排印刷液滴所经受的几何配置和空气动力学效应的理想化表示。图15示出了线印刷液滴的末尾八个液滴在xy平面内的横截面图，其中在xy平面内w＝16且h＝1。为了这个示例分析，由箭头表示的偏转气流160与x方向对准(与图6中的一样)，并且具有幅度v_x。液滴线沿y方向延伸，即所示的飞行液滴线已经作为印刷液滴从沿y方向对准的喷嘴阵列中的一组相邻喷口中同时生成。液滴线速度主要在负z方向、幅度为v_d，其垂直图15的“纸平面”向里。

当液滴横越偏转气流场时，它们都将通过偏转场气流的空气动力学曳引效应而在x方向上稍微加速。回到图6，可以明白，非印刷液滴(在这个分析示例中为小液滴)比大印刷液滴在x方向上被加速得明显更多。小的非印刷液滴在x方向上被加速得如此之大以致它们遵循打到图6所示的液滴捕获唇152的轨迹。这里的分析假设非印刷液滴帘幕与印刷液滴帘幕被充分地分离以致可以忽略小液滴对印刷液滴的任何空气动力学影响。

图15中弯曲的气流箭头描绘液滴线的外液滴182周围的非对称气流164。会聚的弯曲箭头还描绘了在诸如液滴线的内部液滴180之类的液滴之间聚集的气流162。位于液滴线下游的气流166在速度上与初始幅度相比可能被略微减小。这是通过在液滴线的中心部分的下游侧描绘较短箭头以夸大的方式表达的。在xy平面内对液滴的净空气动力学偏转力F_xy也由始于每个液滴的力矢量168说明。力矢量168的方向被绘制以说明末端液滴182经受带有相当大y分量的偏转力。液滴线中的紧接末端的(next-to-the-end)液滴184经受具有很小y分量的偏转力。用很少或不用y分量力偏转内部液滴180。

可以通过研究一排无限长的隔开圆柱体周围的气流来构造诸如图15中的液滴线中的液滴周围的气流的二维近似。这个几何结构示于图16(a)和16(b)中。这些图描绘xy平面，并且圆柱体在z方向上无限地延伸。图16(b)图解说明了图16(a)的区域174的放大图，其中将执行二维计算以建模圆柱体172周围的气流。圆柱体172代表沿y方向排列的液滴线中的处于飞行的液滴，并且给予直径D_dm(印刷液滴直径)，隔开距离S_n(液滴发射器喷嘴间距)。幅度v_in的偏转气流初始在x方向上被对准并且被建模为以二维气体射流170的形式在圆柱体之间分开和横越。气流经过液滴线的压降ΔP＝P_in-P_out被建模为具有两个半圆柱体形状的气流喷嘴，这两个半圆柱体之间具有开口分隔或间距c，其中c＝S_n-D_dm。

质流方程的连续性(a continuity of mass flow equation)和伯努利(Bernoulli)方程被用来计算圆柱体之间通过的气流的压降ΔP。进行简化假设：气流是稳定的、无粘性的、不可压缩的、沿着流线的，不受重力影响并且在气流喷口的入口和出口处是均匀的，则质量流量的连续性给出以下关系：

v_inS_n＝v_outc，……………………………………………(1)

其中v_in是初始净x方向偏转气流速度，v_out是在圆柱体之间的间隙中的净x方向气流速度。而且，此外，当气体在圆柱体之间流动时，Bernoulli方程导致压力变化ΔP的以下关系：

$P_{\mathrm{in}}+\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{v}_{\mathrm{in}}^2=P_{\mathrm{out}}+\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{v}_{\mathrm{out}}^2,...\left(2\right)$

$\mathrm{\ΔP}=\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}(v_{\mathrm{out}}^2-v_{\mathrm{in}}^2),...\left(3\right)$

$\mathrm{\ΔP}=\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{v}_{\mathrm{in}}^2(\frac{S_n^2}{c^2}-1),...\left(4\right)$

$\mathrm{\ΔP}=\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{v}_{\mathrm{in}}^2(\frac{2}{c^{*}}+\frac{1}{c^{*2}}),$ 以及，...(5)

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ΔP}}=2\mathrm{\ΔP}/\mathrm{\ρ}{v}_{\mathrm{in}}^2,...\left(6\right)$

其中c^*＝c/D_dm＝(S_n/D_dm-1)，并且ρ是偏转气体(空气)的质量密度。c^*是开口空隙分隔c的归一化值，即由液滴直径D_dm进行归一化。ΔP是归一化的压力变化，即以(1/2ρv_in ²)为单位表示的压力变化ΔP。本发明人已经发现归一化的空隙分隔距离c^*是一个待计算的有用参数以便对于高质量、高速液滴图案印刷与沉积所感兴趣的各种液滴尺寸和分隔距离建模液滴间空气动力学相互作用的幅度。

由方程6估计的归一化压力变化ΔP在图17中被作为c^*的函数绘制成曲线620。图17还绘制了当液滴分隔(在这个模型计算中等于喷嘴分隔)是42.3μm(对600喷口/英寸印刷头而言适当的喷嘴分隔)时将产生横坐标上的c^*值的印刷液滴体积V_dm。印刷液滴体积关系624以皮升(pL)为单位进行绘制。由于气流聚集在液滴线中的液滴之间而发生的压力增加是y方向展宽误差的主要原因。增加的压力ΔP虽然对于印刷液滴线的内部液滴得以平衡，但是对于末端液滴不会完全平衡，导致液滴上的净力向外，即在y方向上。

通过研究方程5中的c^*项和图17中的曲线620可以明白，作用在末端液滴上的不平衡压力～ΔP对c^*很敏感，在c^*＝0.1到2.1的范围内下降两个量级。对于选定的喷嘴间距，例如对于600喷口/英寸而言S_n＝42.3μm，对于液滴体积29.6pL下至1.3pL，c^*将具有这个范围内的值。图8(b)、9(b)、10(b)、11、12、13和14中所描绘的实验结果是针对11pL液滴，c^*值为0.53，这由图17中标为“Exp”的箭头所表示。

上面讨论的二维模型计算是粗略近似，原因在于圆柱体的二维假设而不是球形液滴并且假设无粘性流。不过，这个简单模型用以示出展宽误差对归一化的液滴间空隙长度c^*是多么敏感。对于上面报导的使用沿液滴线隔开42.3μm的11pL印刷液滴的实验，印刷液滴线中的相邻液滴具有归一化的分隔空隙长度c^*＝0.53，并且根据方程6对应的归一化压力变化为ΔP＝7.33。对于实验印刷图像中的隔开四个像素的印刷网格液滴，在相邻印刷液滴横越到接收器时所述相邻印刷液滴之间的归一化液滴间空隙为c^*＝4S_n/D_dm-1＝5.13。根据方程6对应的归一化压力变化为ΔP＝0.43，这仅为隔开单个像素光栅距离的液滴的6％大。

这个结果有助于解释为什么例如图10(b)或11中与测试图案空白区域360的侧边毗连的网格液滴34没有呈现出y方向展宽误差，即使它们在沿y方向的任一侧上未被相等间隔的印刷液滴所平衡也是如此。上面讨论的由二维模型结果定性证实的这个实验结果指示增大c^*能够有效地减小空气动力学力驱动的展宽误差。

本发明的发明人还利用商业可获得的计算流体动力学(CFD)软件工具实施了众多三维计算以分析液滴到液滴的空气动力学相互作用。这些计算消耗相当大量的计算资源；然而，它们比闭式数学技术提供对液体液滴印刷实验中观测的效应的更逼真的模拟和分析。在以下段落中描述的结果是用Flow-3D CFD建模软件(可从NM 87505，Santa Fe，683Harkle Road的Flow Science公司获得)获得的，所述Flow-3D CFD建模软件使用广义运动物体模型来把液滴建模为嵌入在周围空气流中的刚性球。这些球被建模为具有与印刷液滴相同的密度，并且自由移动但与周围流体耦合。即，流体对液滴施加力，使其加速，而液滴对流体施加对应的反作用力，改变其动量和流型(flow pattern)。这些球移动与液滴尺寸相符的流体体积，这也改变流体流型。

图18(a)、18(b)和18(c)图解说明了对于图15中绘制的并且部分用二维近似(方程1-6)建模的类似印刷液滴线配置的CFD计算的结果。在图18(a)-18(c)中，CFD模型印刷液滴是4pL、直径19.7μm，并且以沿y方向的42.3μm的中心到中心间距被发射。因此，y方向上的归一化液滴分隔空隙c_y ^*是c_y ^*＝(42.3μm/19.7μm-1)＝1.14。图18(a)到18(c)图解说明了在三个不同时间印刷液滴线的CFD计算的“快照”：18(a)在初始形成印刷液滴时；18(b)在液滴线已经处于气流偏转区内达该区大部分长度之后；18(c)在到达接收器介质平面时。液滴位置以近似相同的尺度和彼此相对的位置被示于xy平面内。

注意，在图18(c)中内部液滴380、末端液滴382和紧接末端液滴384实际上未撞击到接收器介质(比如纸张)，并且所以不像它们以图12所描绘的类似的实际印刷液滴线图案扩展那样在直径上进行扩展。而且，图18(c)中模拟的印刷液滴小于图12中描绘的实验中使用的那些印刷液滴。因而，出于这两个原因，在图18(a)中描绘的接收器介质平面处的印刷液滴线没有图12中印刷的类似线的“填充”外形。不过，对比图18(c)和图12，显而易见CFD计算捕获了在印刷液滴实验中观测的主要展宽误差效应。

图18(b)还图解说明了由CFD模型计算的空气流速度的等值线(contour)。初始偏转空气流160v_x具有20m/sec的速度幅度。等值线510代表略微减小的空气流速度～19m/sec，说明初始速度幅度开始因由液滴线呈现的流障碍而降低。等值线510还存在于液滴线中的印刷液滴之间的位置。等值线512、514和516则代表减小的空气速度的等值线，分别以近似15m/sec、10m/sec和5m/sec绘制。在液滴线的中心后面的下游区域166具有～17m/sec的空气速度值，稍微低于初始速度160。

在末端印刷液滴182和紧接末端印刷液滴184周围的气流速度等值线的形状示出导致尤其是在y方向上的展宽误差的非对称性。空气速度等值线510朝向印刷液滴线的中心的大体弯曲(curvature)示出了引起x方向展宽的空气动力学效应，该线中心处的液滴在x方向上比在印刷液滴线末端处的液滴偏转得更远。

图19总结了针对许多印刷液滴线模拟的CFD计算的结果，所述模拟涉及不同的相对空气流速度v_relx、印刷液滴直径和归一化液滴间空隙值c^*。相对空气流速度v_relx是总偏转空气流速度v_x与液滴的横向速度v_dropx之差；v_relx＝v_x-v_dropx。执行对许多CFD计算结果的白金汉π(Buckingham-Pi)分析以便识别可能被调整以减小展宽误差的敏感控制系统参数。如何执行Buckingham-Pi分析的细节可以参见Fox，McDonald和Prichard，“Introduction to Fluid Mechanics，”Wiley，2004。

为了理解本发明，完成对印刷液滴线的末端液滴上的y方向展宽力F_yed的Buckingham-Pi分析结果。发现F_yed被有用地描述为两个无量纲参数(先前所描述的雷诺数Re和归一化液滴间空隙长度c^*)的函数。即，发现以下关系几乎以F_yed的单一关系获得所有CFD计算的结果：

$\mathrm{Re}=\frac{\mathrm{\ρ}{v}_{\mathrm{relx}}{D}_{\mathrm{dm}}}{\mathrm{\μ}},...\left(7\right)$

$F_{\mathrm{yed}}=(2.2\×{10}^{-10}N)\frac{{\mathrm{Re}}^{1.12}}{c^{*1.45}},...\left(8\right)$

其中μ是偏转气体(空气)粘度，并且其它参数先前已经被定义。方程8在图19中被绘制成直线626。利用CFD软件工具对F_yed的各个计算被绘制成图19上的菱形。

在图19中获取的CFD建模结果和Buckingham-Pi参数分析结果示出了y方向展宽主要由雷诺数Re的1.12次方和归一化液滴间空隙长度c^*的1.45倒次方驱动。基于上文描述的对展宽误差力的分析和计算理解，本发明的发明人意识到可以通过开发增大印刷液滴帘幕中的液滴之间的归一化液滴间空隙长度的液滴印刷方法和装置而极其显著地减小展宽误差。

由多喷口连续液滴发射器产生的液滴帘幕的一部分示于图20(a)中。示出了具有预定体积的十二个液滴流100。在气流偏转系统分离非印刷小液滴84与印刷液滴87之前，液滴帘幕的十二喷口或喷嘴部分被描绘于由液滴帘幕形成的yz平面内。在这个示例图示中印刷液滴被形成为小印刷液滴体积的三倍：m＝3，V_m＝3V₀。

图20(b)图解说明了被施加到与十二个喷口相关联的十二个液滴形成换能器以产生图20(a)的液滴帘幕图案的液滴形成脉冲序列600的表示。时间上间隔小液滴形成周期τ₀的持续时间为τ_p的液滴形成能量脉冲610使得形成体积为V₀的小液滴。在大液滴形成时间周期616τ_m上施加的液滴形成脉冲使得流体流分裂成液体单元，这些液体单元聚结成具有在该周期τ_m期间发射的体积的液滴。上面关于图5(a)-5(c)讨论了具有多倍预定体积的液滴的形成。对于图20(a)和20(b)中的示例，τ_m＝3τ₀。

图20(a)的标为“B”的部分被放大并再现为图21(a)。在图21(a)中描绘了若干几何参数，这将在解释本发明时进行讨论。液滴帘幕的不同流100中的液滴在y方向上被最小间隔印刷头阵列喷嘴分隔距离S_n。印刷液滴在z方向上被最小间隔大液滴分隔距离λ_m。非印刷液滴被最小间隔小液滴分隔距离λ₀。对于图21(a)的示例，λ_m＝3λ₀。还要注意，小液滴分隔也通常被称为基本连续液滴发生过程的“波长”，λ₀＝v_dτ₀，其中v_d是在从喷嘴发射之后流体及液滴流速度。大印刷液滴具有直径D_dm。

每个印刷液滴可以视为与yz平面内的最近邻居最小间隔液滴空隙分隔距离：c_y，c_z和c_zy。通过把液滴间空隙除以印刷液滴直径D_dm来计算归一化空隙c_y ^*、c_z ^*和c_zy ^*。这里为了本发明讨论的平衡，将使用归一化空隙长度以和上面讨论的分析结果相一致。

从图21(a)显而易见，对于印刷液滴线内的液滴而言c_y ^*归一化空隙是这三个归一化液滴间空隙中的最小空隙。因而，造成展宽误差的主要空气动力学相互作用效应将起因于在c_y间隙之间挤压的空气流。本发明的发明人已经意识到，因为液滴形成过程是针对印刷头中的每个喷口而独立控制的，所以c_y ^*空隙可以通过使相邻流中的液滴形成过程在时间上相对彼此偏移而立即得以增加不止两倍。

因此图21(b)图解说明了本发明的优选实施例，其中液滴流100_j-2和100_j-4在空间上沿z方向相对于流100_j-3和100_j-5偏移了量qλ_m。参数“q”将用来把液滴形成的偏移描述为印刷液滴分隔距离的若干分之一(afraction of)，qλ_m并且在下面描述为印刷液滴形成周期的若干分之一，qτ_m。相邻流的z轴偏移使c_y增加了另一单位的喷嘴间距S_n，使c_y ^*增加到两倍加一。例如，对于从隔开S_n＝42.3μm的喷嘴发射的11pL液滴(D_dm＝27.6μm)，如图21(b)所示的偏移液滴形成过程使得y方向液滴间空隙从c_y1 ^*＝0.53增加到c_y2 ^*＝2.06。根据以上分析可以理解，c_y ^*的这种大增加将很快减小y方向展宽力，即根据方程8减小86％。记号c_yn ^*(n＝1、2或3)在本文中用来表示针对其中印刷液滴帘幕中的印刷液滴沿y方向被分隔nS_n的距离的情况下的归一化y方向液滴间分隔距离c_yn ^*。当然，图21(b)所示的液滴形成偏移使得归一化对角线空隙间隙(diagonal clearance gap)c_zy ^*现在为空气流的“最紧”空隙。结果，zy方向上的展宽力现在将是空气动力学相互作用误差的主要源。不过，对于大液滴印刷配置而言，展宽误差力将存在净下降，这是通过偏移相邻流液滴形成过程而获得的，原因在于c_zy ^*的新值始终将大于c_y ^*的“老”(未偏移)值，即c_zy ^*＞c_y1 ^*。

图22(a)和22(b)通过以与图21(a)和21(b)类似的方式示出液滴帘幕图案和相关的液滴形成脉冲序列来进一步图解说明了本发明的优选实施例-相邻流液滴形成偏移。图22(b)清楚表明了通过使相邻流之间的液滴形成脉冲序列的定时偏移时间偏移量t_s来实施本发明的方法，其中t_s＝qτ_m，且q是时间偏移分数。实际上，最优选地对于造成液滴形成序列的显著相对偏移的q值来实施本发明。对本发明来说，要理解的是，显著偏移是20％或更多中之一。因而，本发明的优选实施例是用如下范围中的q值来实施的：0.2≤q≤0.8。

应当注意的是，对于q＝0.5将获得对角线液滴间空隙c_zy的最大值。q值的优选范围0.2≤q≤0.8包括大于0.5的值以去除哪个液滴流相对于哪个进行偏移的歧义性。例如，研究图21(b)中的印刷液滴帘幕配置，液滴流100_j-4相对于液滴流100j-3被偏移近似0.22λ_m，即q＝0.22。可选地，所示的相同液滴帘幕液滴间空隙可以通过按照(q-1)＝0.78偏移液滴流来产生。这两个实施例都在本发明的边界和范围内。

图22(a)和(b)所示的本发明的实施例是通过将印刷头的喷口分成两个叉指型(interdigitated)组来实施的。然而，对于本发明的实践而言，相邻流之间的液滴形成序列600的偏移在相邻液滴流100之间使用相同的重复值q和(q-1)是不必要的。时间偏移分数的任何数量的值可以用来造成所期望的最小液滴间空隙c^*的显著增加。然而，出于系统简化的其它原因，可以优选将射流组织成在时间上相对彼此偏移相同量的一个或多个叉指型块。

图23(a)和(b)图解说明了本发明的实施例，其中相邻液滴流100被组织成两个叉指型块并且然后按照近似q＝0.5来时间偏移液滴形成脉冲序列600的一个块，即t_s＝0.5τ_m。通过研究图23(a)可以明白，按照q＝0.5时间偏移液滴形成脉冲序列的叉指型块提供最小印刷液滴空隙值的能够通过单独的时间偏移来完成的最大增加。因此，当使用其液滴形成脉冲序列被时间偏移qt_s的两个叉指型块的组织时，可能优选的是将q选择为基本为(1/2)，即0.4≤q≤0.6。

图24(a)和24(b)例证了可以通过应用本发明的方法而获得的液滴置放(因此图像或图案质量)的改进。这些图复制部分图像-以3点式字面(typeface)的字母“Aa”，在图24(a)中没有对相邻流的液滴形成过程进行时间偏移而印刷的，而在图24(b)中在对相邻液滴流的两个叉指型块的液滴形成脉冲序列施加q＝0.5的时间偏移的情况下印刷的相同输入液体图案数据文件。用于产生图24(a)和24(b)中复制的图像的实验条件类似于表1中给出的用于产生上面讨论的各种长度和宽度的液滴线的测试图像的那些实验条件。

通过时间偏移相邻流液滴形成过程而实现的最小液滴间空隙的增加幅度主要取决于沿z方向的印刷液滴的间距，原因在于偏移可以使归一化对角线空隙c_zy ^*成为最小的空隙因此是展宽误差的最重要决定因素。因而可以通过沿z方向加长印刷液滴分隔距离λ_m而进一步减小展宽误差，z方向也是初始流体发射和v_d的方向。印刷液滴分隔距离λ_m＝mλ₀可以用以下两种方式之一来加长：(a)增大液滴周期乘数m；和(b)增大基本液滴分隔距离λ₀。任一或两种机制在其它系统设计约束内可能都是容许的。

典型地，根据本发明，印刷液滴的体积V_m由印刷或图案质量考虑来确定并且当改变该设计以增大归一化液滴空隙值时必须将该体积维持在选定值。然而，可以维持印刷液滴体积的目标值，同时通过适当地减小基本的小液滴体积来增大m值。可以增大基本液滴分隔距离λ₀，同时例如通过增大流速度或基本液滴形成周期而同时稍微减小喷嘴直径D_n来维持相同的基本液滴体积。

大液滴生成变量和小液滴生成变量中的一些变量之间的一些有用关系如下：

λ₀＝LD_n，………………………………………………(9)

$D_n=\sqrt[3]{\frac{4V_0}{\mathrm{\πL}}},...\left(10\right)$

${\mathrm{\λ}}_m=m{\mathrm{\λ}}_0=D_{\mathrm{dm}}\sqrt[3]{\frac{2m^2{L}^2}{3}},$ 以及…………………………(11)

$D_{\mathrm{dm}}=\sqrt[3]{\frac{6V_m}{\mathrm{\π}}},...\left(12\right)$

其中L是小液滴生成比，在连续喷墨领域中也称为Rayleigh激励波长比，而其它变量先前已经被定义。

使用上面的关系，我们可以对于其相应液滴形成脉冲序列的时间偏移为τ_s＝qτ_m(其中q≤0.5(参见图23(a)))的相邻流，如下表示最小归一化印刷液滴空隙量：

${c_{y2}}^{*}=\frac{2S_n}{D_{\mathrm{dm}}}-1=\sqrt[3]{\frac{4\mathrm{\π}{S}_n^3}{3V_m}}-1,...\left(13\right)$

${c_z}^{*}=\frac{{\mathrm{\λ}}_m}{D_{\mathrm{dm}}}-1=\sqrt[3]{\frac{2m^2{L}^2}{3}}-1,$ 以及…………………(14)

${c_{\mathrm{zy}}}^{*}=\sqrt[2]{[{\left(\frac{q{\mathrm{\λ}}_m}{D_{\mathrm{dm}}}\right)}^2+{\left(\frac{S_n}{D_{\mathrm{dm}}}\right)}^2]}-1,$

${c_{\mathrm{zy}}}^{*}=\sqrt[2]{[{\left(\frac{2q^3{m}^2{L}^2}{3}\right)}^{2/3}+{\left(\frac{\mathrm{\π}{S_n}^3}{6V_m}\right)}^{2/3}]}-1...\left(15\right)$

q≤0.5的限制仅仅为确保在方程15中计算c_zy ^*的最小值。方程13到15中的所有参数先前都已经被定义。

c_y2 ^*和c_zy ^*的值相对大液滴体积V_m的关系被绘制于图25中。基于方程13，曲线630绘制了c_y2 ^*，其中S_n＝42.3μm。印刷液滴体积横坐标以皮升(pL)表示。曲线632和634绘制c_zy ^*的值，其中q＝0.5、m＝3、S_n＝42.3μm以及L＝4(曲线634)或L＝7(曲线632)。选择L＝4和L＝7的值以明确(bracket)小液滴生成比的最典型操作空间。大于和小于这两个L值的操作是可行的，然而将要求显著增加的液滴形成脉冲能量。

从图25中绘制的c_y2 ^*和c_zy ^*值以及方程13和15可以理解，对于选定的印刷液滴体积V_m，可能存在使c_zy ^*归一化空隙超过y方向空隙c_y2 ^*的q、m和L的值。例如，c_zy ^*曲线632(L＝7)在V_m～5pL处与c_y2 ^*曲线630相交。因而对于大于～5pL的所有印刷液滴体积选择，就m＝3、S_n＝42.3μm、L＝7以及在相邻液滴流之间使用q＝0.5的时间偏移分数而言c_zy ^*＞c_y2 ^*。对于L＝4而言，c_zy ^*和c_y2 ^*的交叉点出现在更高的印刷液滴体积V_m～17.5pL。对于L值在4和7之间而言，c_zy ^*＝c_y2 ^*交叉点将出现在～5和17.5pL之间的体积。

为了在最大程度上减小空气动力学诱发的展宽因子，有益的是既时间偏移液滴形成序列又通过增大m、增大L或者增大两者来加长“mL”因子。图26图解说明了图23(a)描绘的相同液滴帘幕图案，其具有加长小液滴分隔距离λ₀的附加影响，直至归一化对角线液滴间空隙c_zy ^*大于沿y方向的归一化液滴空隙c_y2 ^*。S_zy是沿zy方向的液滴中心到中心分隔距离。从先前讨论的分析可以明白，配置印刷液滴帘幕以使最小液滴分隔空隙最大化(尤其当这种动作移动最小值以致c^*＞2时)，将大大地减小空气动力学展宽力和印刷液滴置放误差。

如果总系统设计与液滴帘幕在z方向上的连续扩展相兼容，即与扩大“mL”因子相兼容，则可能有益的是不仅对相邻液滴流液滴形成脉冲序列进行时间偏移而且对紧接相邻流液滴形成脉冲序列进行时间偏移。例如，喷嘴和液滴流可以被组织成相对彼此按照第一和第二时间偏移因子q₁和q₂被偏移的三个叉指型组。本发明的这个实施例示于图27(a)和27(b)中。在图27(a)中，十二个液滴流100被组织成三个叉指型组：组1(100_j-6、100_j-3、100_j、100_j+3)；组2(100_j-5、100_j-2、100_j+1、100_j+4)；组3(100_j-4、100_j-1、100_j+2、100_j+5)。组2的液滴流相对于组1被偏移q₁λ_m，而组3的液滴流相对于组1被偏移q₂λ_m。

图27(b)图解说明了生成图27(a)所示的液滴帘幕配置的液滴形成脉冲序列的时间偏移。十二个液滴形成脉冲序列600被组织成三个叉指型组：组1(600_j-6、600_j-3、600_j、600_j+3)；组2(600_j-5、600_j-2、600_j+1、600_j+4)；组3(600_j-4、600_j-1、600_j+2、600_j+5)。组2的液滴流相对于组1被偏移q₁τ_m，而组3的液滴流相对于组1被偏移q₂τ_m。和以前一样，本发明的实践要求液滴流的偏移相当大以便0.2≤q₁≤0.8和0.2≤q₂≤0.8。

从图27(a)显而易见，对于本发明的这个实施例，沿y方向的归一化液滴间空隙长度通过向分隔距离添加另一单位的喷嘴间距而再次在幅度上显著猛增。对于先前计算的示例，V_m＝11pL，D_dm＝27.6μm和S_n＝42.3μm，c_y ^*变成c_y3 ^*＝3S_n/D_dm-1＝3.60。根据方程8，如图27(a)和27(b)所示的偏移液滴形成过程使末端液滴上的y方向展宽力相对于未偏移的印刷液滴线图案(参见图20(a)和20(b))减小94％。

图27(b)所示的液滴形成偏移使得归一化对角线空隙间隙c_zy ^*再次为空气流的“最紧”空隙。结果，zy方向上的展宽力现在将是空气动力学相互作用误差的主要源。然而，对于先前描述的本发明的两个叉指型组偏移实施例而言，如果归一化对角线空隙间隙c_zy ^*大于归一化y方向空隙间隙(在本文中标为)c_y2 ^*，则偏移液滴流的三个叉指型组的方法提供空气动力学展宽力和误差的净下降。即，可以通过将液滴流组织成相对彼此被时间偏移的三个叉指型组以致最小对角线液滴间空隙c_zy ^*大于c_y2 ^*，即c_zy ^*＞2S_n/D_dm-1，来实现空气动力学展宽误差的进一步下降。

图28(a)和28(b)图解说明了通过相对彼此偏移三组叉指型液滴流来实现所寻求的最小液滴间空隙的进一步增加的印刷液滴帘幕设计。关于图27(a)和27(b)描述的液滴流100和液滴形成脉冲序列600的相同分组被用来构造图28(a)和28(b)中描绘的配置。虽然相对偏移分数q₁和q₂可以被选择为不同，但是对于mL因子的特定选择而言液滴帘幕中的液滴的最大分隔出现在q₁＝(1/3)和q₂＝(2/3)时，反之亦然。因此，当使用其液滴形成脉冲序列被时间偏移q₁t_s和q₂t_s的三个叉指型块的组织时，可能优选的是把q₁和q₂选择为基本为(1/3)和(2/3)，即0.26≤q₁≤0.4和0.6≤q₂≤0.74。图28(a)所示的印刷液滴帘幕设计是通过将组2相对于组1按照q₁＝1/3进行时间偏移和将组3相对于组1按照q₂＝2/3进行时间偏移来构造的。如前所提及的，如果c_zy ^*＞2S_n/D_dm-1，则可以使用图27和28所示的三个流组实施例来实现最小液滴间空隙的进一步增大。可以根据方程15来计算c_zy ^*。S_zy是沿zy方向的液滴中心到中心分隔距离。对于其它参数的给定选择，将通过选择提供印刷液滴之间的最大分隔的q₁和q₂的值即q₁＝(1/3)和q₂＝(2/3)来最大化c_zy ^*，反之亦然。因此，可以根据方程9-15，使用q＝(1/3)和形成“交叉”测试c_zy ^*＝c_y2 ^*来确定mL因子的“交叉”值。使这个等式成立的L值将被标为L₁，即第一交叉L值。

$\sqrt[2]{[{\left(\frac{q{\mathrm{\λ}}_m}{D_{\mathrm{dm}}}\right)}^2+{\left(\frac{S_n}{D_{\mathrm{dm}}}\right)}^2]}-1=\frac{2S_n}{D_{\mathrm{dm}}}-1,...\left(16\right)$

${\mathrm{\λ}}_m^2=3\frac{S_n^2}{q^2}=27S_n^2,$ 对于q＝1/3，

$m{L}_1=\sqrt{27}\frac{S_n}{D_n}={\left(27\right)}^{3/4}\sqrt[2]{\frac{\mathrm{\π}{S}_n^3}{4V_m}},...\left(17\right)$

在图29中对于S_n＝42.3μm将mL₁的方程17相对印刷液滴体积V_m的关系绘制成曲线636。图29中还绘制成曲线638的是针对在q＝1/2时的方程16，mL值mL₃相对印刷液滴体积的关系。该后者曲线等效于图25中标注的c_y2 ^*＝c_zy ^*的交叉点。图29中的两个曲线可以看作将“mL”空间分成三个状态(regime)。针对选定的印刷液滴体积值将mL值选择成在下曲线638的下方将具有如下结果：当两个叉指型组的液滴流相对彼此进行偏移时，c_zy ^*将是最小的液滴间空隙值。将mL值选择成在下曲线的上方将导致如果q值被选择得足够大则y方向归一化空隙c_y2 ^*是最小的。

将将mL值选择成在上曲线的上方并且用足够大的q₁和q₂的值来偏移相邻和紧接相邻液滴形成脉冲序列将导致对于三个叉指型组的液滴流而言zy方向空隙是最小的，但是仍将大于如果仅偏移两个叉指型组的y方向空隙。换言之，在曲线636上方的mL空间中工作mL₁通过利用三个偏移的液滴形成组而不是两个偏移组来提供空气动力学相互作用效应的额外降低。

上面本发明的解释已经涉及将具有预定体积的液滴流中的大液滴用于形成接收器介质上的液体图案的系统选择。具有单位体积V₀的小液滴被偏转气流区别地偏转并且捕获在图2所示的液滴捕获唇152处。本发明对其有用且有效的可选系统选择是“小液滴”印刷配置。可以通过逆转液滴偏转气体歧管150中的偏转气流以使得小液滴在负x方向上向上偏转(图6)并且液滴捕获唇被升高得足以仅捕获大的非印刷液滴帘幕，以与上面讨论的大液滴系统选择几乎类似的方式实施这个可选配置。在本发明的该公开的术语中，当使用大液滴印刷模式时，印刷液滴形成时间周期τ_p＝τ_m而非印刷液滴时间形成周期τ_np＝τ₀。当使用小液滴印刷模式时，情况相反：τ_p＝τ₀，τ_np＝τ_m。

在转让给本发明受让人的先前公开中更详细描述了大液滴印刷模式和小液滴印刷模式。例如，在Jeanmaire‘888或Jeanmaire‘566中公开了小液滴印刷模式，并且在Jeanmaire‘566或Jeanmaire‘410中还公开了大液滴印刷模式。由于上面针对大液滴印刷配置所描述和分析的相同原因，在小液滴印刷中存在展宽力和液滴置放误差。小液滴印刷模式产生由具有小液滴体积V₀的液滴组成的印刷液滴帘幕，所述液滴在zy平面内的液滴间空隙值也由方程9-15描述，其中m＝1且印刷液滴形成时间周期是τ₀。将相邻液滴流时间偏移一个量t_s＝qτ₀，其中0.2≤q≤0.8，类似地提供沿y方向的液滴间空隙的增加。q＝0.5的值为L的给定选择提供最大的液滴间空隙值。

小液滴印刷还可以显著受益于时间偏移相邻液滴形成序列和通过增大L以在z方向上伸展液滴流的组合效应。事实上，因为印刷液滴在z方向上仅分隔λ₀，而不是可应用于大液滴印刷模式的长度mλ₀，所以归一化的z方向液滴间空隙c_z ^*可能是小印刷液滴帘幕中的“最紧”液滴间空隙。因而，有益的是伸展λ₀直到归一化的z方向液滴间空隙至少与标称的归一化y方向空隙c_y1 ^*一样大。c_z ^*＝c_y1 ^*时的L值在本文中将被称为第二交叉L值L₂。方程9、13和14用来确定L₂：

${c_{y1}}^{*}=\frac{S_n}{D_{d0}}-1={c_z}^{*}=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{D_{d0}}-1,...\left(18\right)$

$L_2=\frac{S_n}{D_n},...\left(19\right)$

其中D_n是喷嘴直径，S_n是喷嘴间距。

在大的L值下尤其是针对大于～10的L值，操作连续液滴发射器存在实际限制。当增大L值时，必须增大液滴形成脉冲能量以使足够的激励对液滴形成进行同步，这就增加了激励换能器可靠性和废能耗散的困难。然而，液滴形成换能器的未来发展可以延伸实际的L工作范围。不过，当使用小液滴印刷模式时，在大于L＝L₂(如方程19定义的)的L值操作连续液滴发射设备在减小液滴间空气动力学相互作用以及因此减小印刷液体图案中的展宽误差方面是有益的。

用时间偏移的液滴流进行印刷必然会导致每个流所印刷的扫描线的偏移。由于印刷头和接收器介质相对彼此以速度v_PM移动，所以相对相邻印刷液滴已经被偏移时间t_s的印刷液滴将撞击到接收器介质一偏移的印刷距离S_ps，S_ps＝t_sv_PM。由于根据本发明，t_s是印刷液滴形成时间τ₀或τ_m(这取决于印刷液滴模式)的若干分之一q，所以偏移的印刷距离将是x方向液体图案像素间距的相同分之一，即S_ps＝qP_px。本发明的发明人预期，在相邻扫描线的印刷中的这个偏移量就大于全液体图案像素间距的空气动力学展宽误差的显著下降而言可能是可接受的。

然而，与根据本发明的特定印刷液滴帘幕设计相一致，也可能有益的是以物理地偏置(offset)由液滴流定时偏移所造成的x方向偏移的某部分或全部的方式设计多喷口液滴发射器。图30(a)和30(b)图解说明了与图3(b)所示的类似的液滴发射器正面，除了这些喷嘴被分组成两个或三个叉指型组并且相对彼此在x方向上被物理地偏移。图30(a)图解说明了对一个叉指型喷嘴组的所有喷嘴相对另一个组施加的单一喷嘴偏移量S_ns。在图30(b)说明的情况中，喷嘴被分组成三个叉指型组并且相对彼此被偏移两个喷嘴偏离量S_ns1和S_ns2。

根据本发明，被并入多喷口液体液滴发射器的喷嘴偏移量S_ns可以被选择为正好是量qP_px、该量的某个大部分或者也许稍微大于该量。

可以根据诸如印刷质量模式、图像干燥、能量限制、热积聚等等之类的各种系统考虑来改变印刷头和接收器介质之间的相对速度v_PM因而，根据本发明，固定的喷嘴偏移量可以为液滴形成脉冲序列的时间偏移提供变化的补偿量。在本发明的优选实施例中，可以基于系统的最高质量模式下印刷头和介质的相对速度v_PMHQ将喷嘴偏移量选择成主要补偿该模式下的时间偏移的液滴形成脉冲序列。即，喷嘴偏移S_ns将被选择为S_ns＝q₃t_sv_PMHQ，0.8≤q₃≤1.2，其中q₃是喷嘴偏移分数。对于以不同速度工作的相同液体图案沉积系统的其它模式，喷嘴偏移补偿将小于全补偿或者可能甚至过补偿。

然而，根据本发明，对于固定喷嘴偏移距离S_ns的许多其它平衡选择可能被有益地选择用于具有多种印刷速度模式的系统。对本发明来说，x方向液滴流偏移的喷嘴偏移分数q₃可以在0.2≤q₃≤1.2的范围上进行选择，其中S_ns＝q₃t_sv_PM，且v_PM可以是在液体图案沉积期间系统采用的印刷头相对接收器介质的任一速度。因此，根据由液滴沉积设备支持的相对印刷头速度v_PM的不同值，喷嘴偏移S_ns的相同固定值可以代表q₃的不同值。

部件和参数列表：

10连续液滴沉积设备

11连续液体滴发射印刷头

12液滴发生器体

14液滴喷嘴正面层

16钝化层

18液滴发生器装置衬底

19内部液滴发生器装置液体供应腔

20多喷口液滴发生器装置

22印刷头柔性电路电连接构件

24用于给热能脉冲供电的每喷口单独晶体管

25到驱动晶体管的接触

26具有有效直径D_n的喷嘴出口(exit opening)

28液滴发生器装置互连保护性密封剂

30环绕喷嘴的热激励加热器电阻器

36到加热器电阻器的地址引线

38到加热器电阻器的地址引线

40加压液体供应入口

41公共液体供应通路

42入口过滤器

44入口密封

46液滴发生器公共供应贮存器

48液体回收出口及用于空气偏转的负压供应入口

60正加压液体

62连续液体流

70连续液体流上激励的波状表面颈缩

74由于受控激励引起的工作中断长度

80具有均匀预定小体积或单位体积V₀的液滴流

84具有均匀小体积～V₀的液滴，单一体积液滴

85具有体积～5V₀的大体积液滴

86具有体积～4V₀的大体积液滴

87具有体积～3V₀的大体积液滴

88具有体积～8V₀的大体积液滴

90用于液滴偏转(朝负x方向)的空气流通风室

100具有多倍预定体积的液滴流

150液滴偏转气体和液体回收歧管

152偏转液滴捕获唇

154偏转空气流与被捕获液体返回通风室

156用于再循环的被捕获液体

160液滴偏转空气流

162飞行印刷液滴之间聚集的偏转空气流

164在一排飞行印刷液滴的外液滴周围的偏转空气流

166在一排飞行印刷液滴下游的偏转空气流

170在处于飞行中的印刷液滴周围的二维空气流

172在二维空气流模型中代表印刷液滴的圆柱体

174二维空气流模型计算区域

180在一排飞行的许多印刷液滴中的内部液滴

182在一排飞行的许多印刷液滴中的末端液滴

184在一排飞行的许多印刷液滴中的紧接末端液滴

190因液滴到液滴相互作用影响的净空气流偏转力矢量

210介质支撑鼓

212介质传输输入/输出驱动装置

213介质传输输入/输出驱动装置

245到液体再循环单元的连接

290印刷或液体图案接收介质

300印刷或沉积平面

302液体图案数据(输入图像)中的像素位置

304待以液体图案数据印刷的像素

306不以液体图案数据印刷的像素

310输入图像或液体图案平面

312输出液体图案或图像中的像素位置

314液体图案或图像中印刷的像素

316液体图案或图像中未印刷的像素

330二维中印刷每四个像素的输入数据测试图案网格

332测试图案网格的空白区域内的单个隔离印刷像素的输入数据

334测试图案网格的空白区域内的三像素行的输入数据

336测试图案网格的空白区域内的十七像素行的输入数据

338测试图案网格的空白区域内的4×17像素条的输入数据

340测试图案网格输入图像或液体图案中的空白区域

342 4×4网格液滴的预期印刷像素位置

344输入数据图案的预期印刷像素定位

350二维中印刷每四个像素的输出印刷测试图案网格

352在测试图案网格的空白区域内的输出印刷的单个隔离印刷像素

354在测试图案网格的空白区域内的输出印刷的三像素行

356在测试图案网格的空白区域内的输出印刷的十七像素行

358在测试图案网格的空白区域内的输出印刷的4×17像素条

360测试图案网格输出图像或液体图案中的空白区域

380一排飞行的许多印刷液滴中的内部液滴的介质落点

382一排飞行的许多印刷液滴中的末端液滴的介质落点

384一排飞行的许多印刷液滴中的紧接末端液滴的介质落点

400控制器

410输入数据源

412印刷头换能器驱动电路

414介质传输控制电路

416液体再循环子系统

418液体供应贮存器

420负压源

422空气子系统控制电路

424液体供应子系统控制电路

426印刷头控制电路

510CFD计算的空气流速度等值线，v_x～19m/sec

512CFD计算的空气流速度等值线，v_x～15m/sec

514CFD计算的空气流速度等值线，v_x～10m/sec

516CFD计算的空气流速度等值线，v_x～5m/sec

600液滴形成脉冲序列

610单位周期τ₀脉冲

612产生具有体积～4V₀的液滴的4τ₀时间周期序列

614删除的液滴形成脉冲

615产生具有体积～8V₀的液滴的8τ₀时间周期序列

616产生具有体积～3V₀的液滴的3τ₀时间周期序列

620(2c*^-1+c*^-2)相对c^*的曲线图

624对于S_n＝42.3μm时V_dm相对c^*的曲线图

626方程8根据CFD和Buckingham-Pi分析的F_yed的曲线图

630对于S_n＝42.3μm时c_y2 ^*相对V_dm的曲线图

632对于q＝0.5、S_n＝42.3μm、m＝3，L＝7时c_zy ^*相对V_dm的曲线图

634对于q＝0.5、S_n＝42.3μm、m＝3，L＝4时c_zy ^*相对V_dm的曲线图

636使c_zy ^*＝c_y2 ^*的mL值的曲线图，其中y间距＝2S_n且q＝0.333

638使c_zy ^*＝c_y2 ^*的mL₁值的曲线图，其中y间距＝2S_n且q＝0.5

A从图10(b)到图11的测试印刷图案放大的区域

B从图20(a)到图21(a)的液滴帘幕放大的区域

C从图22(a)到图21(b)的液滴帘幕放大的区域

c相邻液滴之间的敞开空间(open space)的长度

c^*相邻液滴之间的敞开空间的归一化长度，c^*＝c/D_dm

c_y沿y方向的最近液滴间分隔

c_y ^*沿y方向的归一化最近液滴间分隔，c_y ^*＝c_y/D_dm

c_y1 ^*c_y1 ^*＝S_n/D_dm-1

c_y2 ^*c_y2 ^*＝2S_n/D_dm-1

c_y3 ^*c_y3 ^*＝3S_n/D_dm-1

c_yz沿yz方向的最近液滴间分隔

c_yz ^*沿yz方向的归一化最近液滴间分隔，c_yz ^*＝c_yz/D_dm

c_z沿z方向的最近液滴间分隔

c_z ^*沿z方向的归一化最近液滴间分隔，c_z ^*＝c_y/D_dm

D_d0小液滴直径

D_dm印刷(大)液滴直径(大液滴印刷模式)

D_n喷嘴直径

E液滴形成脉冲能量

Exp液滴线印刷实验中的最小c^*的值

F_xy xy平面内的净空气流力

f₀小液滴V₀形成频率

f_p印刷液滴频率

h测试线图案的宽度(单位：像素)

L小液滴生成比，L＝λ₀/D_n

L₂小液滴生成比，其中c_z ^*＝c_y ^*，L₂＝S_n/D_n

L₁小液滴生成比，其中c_yz ^*＝c_y2 ^*，L₁＝27^(1/2)S_n/mD_n

λ₀小液滴分隔距离，λ₀＝LD_n

λ_m大液滴分隔距离，λ_m＝mλ₀

m印刷液滴中小液滴的数目，V_m＝mV₀

μ偏转气体的粘度

ΔP通过二维模型中圆柱体之间的间隙的压降

ΔP通过二维模型中圆柱体之间的间隙的归一化压降

P_in二维模型中的上游压力

P_out二维模型中的下游压力

P_r流体供应贮存器压力

ρ偏转气体的质量密度

q时间偏移分数

q₁第一时间偏移分数

q₂第二时间偏移分数

q₃喷嘴偏移分数

Re雷诺数

S_px x方向上的液体图案像素间距

S_py y方向上的液体图案像素间距

S_n喷嘴间距

S_ns用于补偿时间偏移的液滴形成脉冲序列的喷嘴偏移

S_ns1用于补偿时间偏移的液滴形成脉冲序列的喷嘴偏移

S_ns2用于补偿时间偏移的液滴形成脉冲序列的喷嘴偏移

τ₀小液滴或基本液滴形成周期

τ_m大液滴形成周期

τ_p液滴形成能量脉冲宽度

τ_npd小/大液滴印刷的非印刷液滴形成时间周期τ_m/τ₀

τ_pd小/大液滴印刷的印刷液滴形成时间周期τ₀/τ_m

τ_s液滴形成脉冲序列的时间偏移

τ_s1液滴形成脉冲序列的第一时间偏移

τ_s2液滴形成脉冲序列的第二时间偏移

V₀小的非印刷液滴的体积

v_d液滴与液体流速度

v_dropx横向(x方向)上的液滴速度

v_in二维模型中所用的初始偏转气体速度

v_out二维模型中圆柱体之间的偏转气体流速度

v_rel偏转空气流的净相对速度

v_relx偏转空气流的净相对x方向速度

v_x偏转空气流的x方向速度

V_m大印刷液滴的体积

v_PM介质传输速度

v_PMHQ对于系统的最高质量印刷模式的印刷头/介质相对速度

w测试线图案的长度(单位：像素)

Claims (20)

1、一种使用液体液滴发射器根据液体图案数据形成撞击接收介质的印刷液滴的液体图案的方法，所述液体液滴发射器从多个喷嘴以流速度v_d发射多个连续的液体流，所述多个喷嘴具有有效直径D_n并且沿喷嘴阵列方向以喷嘴间距S_n排列，所述多个连续的液体流通过被施加对应多个液滴形成能量脉冲序列的对应多个液滴形成换能器而分裂成多个印刷和非印刷液滴流，所述方法包括：

通过在单位时间周期τ₀期间施加非印刷液滴形成能量脉冲来形成非印刷液滴，以及通过在大液滴时间周期τ_m期间施加印刷液滴形成能量脉冲来形成印刷液滴，其中所述大液滴时间周期是所述单位时间周期的m倍，即τ_m＝mτ₀，且m≥2；

形成所述对应多个液滴形成能量脉冲序列以便根据所述液体图案数据形成非印刷液滴和印刷液滴；

在时间上显著偏移向相邻液滴形成换能器施加的对应液滴形成能量脉冲序列以致相邻液滴流中形成的印刷液滴沿喷嘴阵列方向不对准。

2、根据权利要求1所述的方法，其中向任一对相邻液滴形成换能器施加的液滴形成能量脉冲序列在时间上被偏移时间偏移量t_s，其中所述时间偏移量是大液滴时间周期τ_m的一部分q以使得t_s＝qτ_m，且0.2≤q≤0.8。

3、根据权利要求1所述的方法，其中向任一对相邻液滴形成换能器施加的液滴形成能量脉冲序列在时间上被偏移近似为一半大液滴时间周期的时间偏移量t_s＝0.5τ_m。

4、根据权利要求1所述的方法，其中所述对应多个连续的液体流、喷嘴以及被施加对应多个液滴形成能量脉冲序列的液滴形成换能器被分成第一和第二叉指型组，并且向所述第一组施加的液滴形成能量脉冲序列相对于所述第二组在时间上被偏移时间偏移量t_s，其中所述时间偏移量是大液滴时间周期τ_m的一部分q以使得t_s＝qτ_m，且0.2≤q≤0.8。

5、根据权利要求2所述的方法，其中倍数m是等于2、3、4或5的整数。

6、根据权利要求2所述的方法，其中在单位液滴周期期间从喷嘴发射的液体具有等于流速度v_d乘以单位时间周期τ₀除以有效喷嘴直径D_n的小液滴生成比L，L＝τ₀v_d/D_n，且其中存在第一交叉小液滴生成比L₁，L₁被定义为使得当q近似等于三分之一时相邻流中形成的印刷液滴之间的最小对角线印刷液滴分隔距离S_zy等于喷嘴分隔距离S_n的两倍的小液滴生成比的值，即L₁＝27^(1/2)S_n/mD_n，并且所述小液滴生成比被选择为等于或小于第一交叉小液滴生成比，即L≤L₁。

7、根据权利要求1所述的方法，还包括在时间上显著偏移向紧接相邻的液滴形成换能器施加的对应液滴形成能量脉冲序列以致相邻和紧接相邻的液滴流中形成的印刷液滴沿喷嘴阵列方向不对准。

8、根据权利要求7所述的方法，其中向任三个相邻液滴形成换能器施加的液滴形成能量脉冲序列在时间上相对彼此被偏移第一和第二时间偏移量t_s1和t_s2，其中所述第一和第二时间偏移量是大液滴时间周期τ_m的第一部分和第二部分即q₁和q₂以使得t_s1＝q₁τ_m，t_s2＝q₂τ_m，其中0.2≤q₁≤0.8且0.2≤q₂≤0.8。

9、根据权利要求7所述的方法，其中所述对应多个连续的液体流、喷嘴以及被施加对应多个液滴形成能量脉冲序列的液滴形成换能器被分成第一、第二和第三叉指型组，并且向所述第二组施加的液滴形成能量脉冲序列相对于所述第一组在时间上被偏移第一时间偏移量t_s1；向所述第三组施加的液滴形成能量脉冲序列相对于所述第一组在时间上被偏移第二时间偏移量t_s2；其中所述第一和第二时间偏移量是大液滴时间周期τ_m的第一部分和第二部分即q₁和q₂以使得t_s1＝q₁τ_m，t_s2＝q₂τ_m，其中0.2≤q₁≤0.8且0.2≤q₂≤0.8。

10、根据权利要求8所述的方法，其中所述倍数m是等于2、3、4或5的整数。

11、根据权利要求8所述的方法，其中在单位液滴周期期间从喷嘴发射的液体具有等于流速度v_d乘以单位时间周期τ₀除以有效喷嘴直径D_n的小液滴生成比L，L＝τ₀v_d/D_n，且其中存在第一交叉小液滴生成比L₁，L₁被定义为使得当q₁近似等于三分之一且q₂近似等于三分之二时相邻流中形成的印刷液滴之间的最小对角线印刷液滴分隔距离S_zy等于喷嘴分隔距离S_n的两倍的小液滴生成比的值，即L₁＝27^(1/2)S_n/mD_n，并且所述小液滴生成比被选择为等于或大于第一交叉小液滴生成比，即L≥L₁。

12、一种使用液体液滴发射器根据液体图案数据形成撞击接收介质的印刷液滴的液体图案的方法，所述液体液滴发射器从多个喷嘴以流速度v_d沿流方向发射多个连续的液体流，所述多个喷嘴具有有效直径D_n并且沿喷嘴阵列方向以喷嘴间距S_n排列，所述多个连续的液体流通过被施加对应多个液滴形成能量脉冲序列的对应多个液滴形成换能器而分裂成多个印刷和非印刷液滴流，所述方法包括：

通过在单位时间周期τ₀期间施加印刷液滴形成能量脉冲来形成印刷液滴，以及通过在大液滴时间周期τ_m期间施加非印刷液滴形成能量脉冲来形成非印刷液滴，其中所述大液滴时间周期是所述单位时间周期的m倍，即τ_m＝mτ₀，且m≥2；

形成所述对应多个液滴形成能量脉冲序列以便根据所述液体图案数据形成非印刷液滴和印刷液滴；

使向相邻液滴形成换能器施加的对应液滴形成能量脉冲序列在时间上显著偏移时间偏移量t_s，其中所述时间偏移量是所述单位液滴时间周期τ₀的一部分q以使得t_s＝qτ₀，且0.2≤q≤0.8。

13、根据权利要求12所述的方法，其中向任一对相邻液滴形成换能器施加的液滴形成能量脉冲序列在时间上被偏移近似为一半单位时间周期的时间偏移量t_s＝0.5τ₀。

14、根据权利要求12所述的方法，其中所述对应多个连续的液体流、喷嘴以及被施加对应多个液滴形成能量脉冲序列的液滴形成换能器被分成第一和第二叉指型组，并且向所述第一组施加的液滴形成能量脉冲序列相对于所述第二组在时间上被偏移时间偏移t_s，其中所述时间偏移量是单位液滴时间周期τ₀的一部分q以使得t_s＝qτ₀，且0.2≤q≤0.8。

15、根据权利要求12所述的方法，其中所述倍数m是等于2、3、4或5的整数。

16、根据权利要求12所述的方法，其中在单位液滴周期期间从喷嘴发射的液体具有等于流速度v_d乘以单位时间周期的单位流长度λ₀，λ₀＝v_dτ₀以及具有等于单位流长度除以有效喷嘴直径D_n的小液滴生成比L，L＝λ₀/D_n，且其中存在第二交叉小液滴生成比L₂，L₂被定义为使得单位流长度等于喷嘴间距的小液滴生成比的值，即L₂＝S_n/D_n，并且所述小液滴生成比被选择为等于或大于第二交叉小液滴生成比，即L≥L₂。。

17、一种用于在接收器衬底上敷设图案化的液体层的液滴沉积设备，包括：

液体液滴发射器，所述液体液滴发射器从多个喷嘴沿流方向以流速度v_s发射多个连续的液体流，所述多个喷嘴具有有效直径D_n并且沿喷嘴阵列方向以喷嘴间距S_n排列；

对应多个液滴形成换能器，向其施加对应多个液滴形成能量脉冲序列以生成具有显著不同体积的非印刷液滴和印刷液滴；

相对运动设备，适于在印刷方向上以印刷速度v_PM相对于所述接收器衬底移动所述液体液滴发射器；

控制器，适于根据液体图案数据生成由在非印刷液滴时间周期τ_np内的非印刷液滴形成能量脉冲和在印刷液滴时间周期τ_p内的印刷液滴形成能量脉冲组成的液滴形成能量脉冲序列，且其中所述非印刷液滴时间周期显著不同于所述印刷液滴时间周期以使得非印刷液滴体积显著不同于印刷液滴体积；

液滴偏转设备，适于根据印刷液滴和非印刷液滴的显著不同的体积使印刷液滴和非印刷液滴偏转以遵循不同的飞行路径；

其中所述控制器还适于在时间上显著偏移向相邻液滴形成换能器施加的对应液滴形成能量脉冲序列以致相邻液滴流中形成的印刷液滴沿喷嘴阵列方向不对准。

18、根据权利要求17所述的液滴沉积设备，其中向任一对相邻液滴形成换能器施加的液滴形成能量脉冲序列在时间上被偏移时间偏移量t_s，其中所述时间偏移量是印刷液滴时间周期τ_p的一部分q以使得t_s＝qτ_p，且0.2≤q≤0.8；且其中对应的这对喷嘴相对于彼此沿印刷方向被位移喷嘴偏移距离S_ns，所述喷嘴偏移距离是时间偏移t_s的相当大部分q₃乘以印刷速度v_PM，即S_ns＝q₃t_sv_PM，0.2≤q₃≤1.2。

19、根据权利要求17所述的液滴沉积设备，其中所述对应多个连续的液体流、喷嘴以及被施加对应多个液滴形成能量脉冲序列的液滴形成换能器被分成第一和第二叉指型组，并且向所述第一组施加的液滴形成能量脉冲序列相对于所述第二组在时间上被偏移时间偏移量t_s，其中所述时间偏移量是印刷液滴时间周期τ_p的一部分q以使得t_s＝qτ_p，且0.2≤q≤0.8；且其中所述第一和第二叉指型组相对彼此沿印刷方向被位移喷嘴偏移距离S_ns，所述喷嘴偏移距离是时间偏移t_s的相当大部分q₃乘以印刷速度v_PM，即S_ns＝q₃t_sv_PM，0.2≤q₃≤1.2。

20、根据权利要求17所述的液滴沉积设备，其中所述液滴偏转设备生成具有与流方向垂直的分量的空气流，并且所述液滴形成换能器包括将热能传到对应液体流的电阻性加热器。

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