DE102021102947A1

DE102021102947A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bedrucken eines Substrats mittels Inkjet-Druck

Info

Publication number: DE102021102947A1
Application number: DE102021102947.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Doran; Rolf Schneider; Jan Schönefeld
Original assignee: Notion Systems GmbH
Current assignee: Notion Systems GmbH
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2022-08-11
Also published as: CN116887988A; WO2022171634A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrats mittels Inkjet-Druck bei dem auf dem Substrat Landezonen in einem Landezonenraster aus Landezonenzeilen und Landezonenreihen vorgegeben sind und die Landezonen jeweils mit einem Einzelmuster bestehend aus einem oder mehreren Tropfen mittels einer oder mehrerer Druckkopfdüsen eines Druckkopfes bedruckt werden, wobei die Druckkopfdüsen beim Bedrucken entlang einer fiktiven Düsenbahn über eine Oberfläche des Substrats verfahren werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bedrucken eines ein Landezonenraster aus Landezonenzeilen und Landezonenreihen aufweisenden Substrats mittels Inkjet-Druck. Um ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bedrucken eines Substrats mittels Inkjet-Druck bereitzustellen, die effizient und in einfacher Weise ein Bedrucken eines Substrats ermöglichen, wobei das Druckergebnis besonders gleichmäßig und störungsfrei ist und insbesondere die gedruckte Oberfläche frei von Linien und Moire-Effekten ist, ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren auf dem Substrat Landezonen in einem Landezonenraster aus Landezonenzeilen und Landezonenreihen vorgegeben sind und die Landezonen jeweils mit einem Einzelmuster bestehend aus Tropfen mittels Druckkopfdüsen eines Druckkopfes bedruckt werden, wobei die Druckkopfdüsen und die Oberfläche des Substrats beim Bedrucken relativ zueinander entlang einer fiktiven Düsenbahn bewegt werden. Dabei erfolgt der Druck aller Einzelmuster einer Druckdüsenbahn in mehreren Überfahrten, wobei in jeder Überfahrt nur Teile von Einzelmustern und/oder nur ein Teil aller Einzelmuster entlang der Düsenbahn in Landezonen gedruckt werden und in wenigstens einer folgenden Überfahrt ein Druck fehlender Teile von Einzelmustern oder weiterer ganzer Einzelmuster in unvollständige oder leere Landezonen erfolgt. Zudem werden der Druckkopf und die Oberfläche des Substrats relativ zueinander zwischen den einzelnen Überfahrten lateral zur Düsenbahn um einen lateralen Versatz bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrats mittels Inkjet-Druck sowie eine Vorrichtung zum Bedrucken eines ein Landezonenraster aus Landezonenzeilen und Landezonenreihen aufweisenden Substrats mittels Inkjet-Druck.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats mittels Inkjet-Druck sowie entsprechende Vorrichtungen sind in vielfältiger Ausgestaltung aus dem Stand der Technik bekannt und werden für zahlreiche Anwendungen verwendet, beispielsweise zum Bedrucken sowohl starrer, als auch flexibler Substrate. Besonders geeignet sind die Verfahren und Vorrichtungen zum Inkjet-Druck für spezifische Anwendungen, die es erfordern, eine genaue Menge einer funktionalen Flüssigkeit in mehrere, genau vorgegebene Oberflächenbereiche des Substrats, die jeweiligen Landezonen, zu platzieren. Solche Anwendungen betreffen beispielsweise technische oder medizinische Sensorflächen, Reaktionsflächen für Medizinanwendungen oder aber Pixelflächen von Displays, wie LCDs, TFTs, OLED-Displays oder E-Papier.
Insbesondere bei dem Druck von RGB-Mustern als Farbfilter auf E-Papier-Displays werden typischerweise zahlreiche Landezonen bedruckt, wobei die Größe eines jeden zu druckenden Einzelmusters sehr unterschiedlich und dabei sowohl sehr klein, beispielsweise 40 × 40 µm, aber auch groß, wie 200 × 1000 µm, sein kann. Eine typische Größe der Einzelmuster ist jedoch etwa 60 × 200 µm. Um mittels E-Papier eine farbige Darstellung zu ermöglichen, ist in den Regionen, in denen das unterliegende E-Papier weiß getrieben wird, eine gedruckte Farbschicht, insbesondere einzelne rote (R), grüne (G) und blaue (B) Pixelflächen als Filter, sichtbar. Dagegen absorbieren die E-Papier-Pixel, welche schwarz getrieben werden, das Licht, sodass nur noch sehr schwach der gedruckte RGB-Farbfilter sichtbar ist und somit die E-Papier-Pixel beinahe ohne Farbeindruck erscheinen. Üblicherweise bilden beim farbigen E-Papier jeweils drei farbige Subpixel (RGB) und ggf. zusätzlich ein weißer Subpixel einen Pixel eines hochauflösenden Pixelarrays. Dabei stellt jeder (farbige) Subpixel eine Landezone für das Bedrucken dar.
Um eine hohe Qualität des Druckergebnisses, insbesondere der Oberfläche eines E-Papiers, zu erreichen, ist es notwendig, dass über die gesamte Fläche des Substrats die einzelnen Subpixel gleichmäßig gebildet werden. Dabei ist sowohl die Positionierung und Größe der Pixel, als auch die in jedes Subpixel als Landezone des Drucks abgegebene Menge des Farbfilters innerhalb enger Grenzen von großer Bedeutung.
Um ein reproduzierbares und störungsfreies Druckergebnis erhalten zu können, ist es bei den Anwendungen des Inkjet-Drucks zur Dosierung im Stand der Technik üblich, dass in jeder Landezone eines Landezonentyps, d.h. in alle Landezonen gleicher Funktion, Farbe, Form und/oder Größe, die exakt selbe Anzahl von Inkjet-Tropfen platziert werden.
Trotzdem können leicht unterschiedliche Tropfenvolumen der jeweiligen Druckkopfdüsen oder auch leicht von einer Nominalposition innerhalb des Druckkopfes abweichende Düsenpositionen und/oder -ausrichtungen einen gut sichtbaren, vom Durchschnitt abweichenden optischen Eindruck hinterlassen, da jeweils zahlreiche Einzelmuster einer Zeile in der Druckrichtung auf dem Substrat durch die gleiche fehlerhafte Druckkopfdüse bzw. benachbarte fehlerhafte Druckkopfdüsen bedruckt werden. Insbesondere führt eine vom Durchschnitt aller Druckkopfdüsen merklich abweichende Druckeigenschaft einer einzelnen Druckkopfdüse dazu, dass ein sichtbarer Streifen gebildet wird.
Das Auge eines Betrachters ist jedoch sehr empfindlich im Aufspüren solcher Intensitätsunterschiede im bedruckten Substrat, insbesondere bei Farbfiltern von E-Papier, zumindest sofern mehrere gedruckte Einzelmuster neben- und/oder untereinander gleiche fehlerhafte Eigenschaften aufweisen, die zugleich leicht unterschiedlich von den übrigen Einzelmustern einer benachbarten Region sind.
In der Praxis ergeben sich solche leichten Unterschiede häufig durch inhärente Druckkopfdüsenschwankungen, wobei der optische Eindruck eines Subpixels von übrigen Subpixeln deutlich abweicht, wenn die bedruckten Flächen unterschiedlich groß sind, obgleich die exakt gleiche Tintenmenge gedruckt wurde. Umgekehrt ist der Eindruck bei gleicher Fläche, aber geringfügig unterschiedlicher Tintenmenge ebenfalls deutlich unterschiedlich. Somit können Positionsschwankungen der Druckkopfdüsen, welche zu Flächenschwankungen führen, und/oder echte Volumenschwankungen der Tintenmenge zu solchen unerwünschten Effekten führen.
Auch ein unterschiedliches zeitliches Auftreffen der Tropfen eines Einzelmusters auf das Substrat kann zu einem voneinander abweichenden optischen Eindruck mehrerer Einzelmuster führen, da das Druckmedium auf dem Substrat gegebenenfalls nicht sofort absorbiert wird und Oberflächenspannungseffekte des gerade gedruckten Tropfens zu einem systematischen Fließen des Druckmediums hin zu bereits zuvor gedruckten Tropfen führen können.
Schließlich kann es zu einem abweichenden optischen Eindruck und insbesondere zu einer Streifenbildung aufgrund einer digitalen Quantisierung der Druckerkopfauflösung sowie der zu druckenden Muster eines E-Papier-Displays kommen, was zu einem klassischen Moiré-Effekt führt. Insbesondere, wenn das Maß des Landezonenrasters des Substrats und die native Druckkopfauflösung bzw. der Drucklinienabstand keine ganzzahligen Vielfache voneinander sind, tritt von Landezonenreihe zu Landezonenreihe unter dem Druckkopf ein Versatz auf, der sich soweit mit der Anzahl der am Druckkopf nebeneinander angeordneten Druckkopfdüsen aufsummieren kann, dass ein im Druckergebnis sichtbarer Landezonenreihenversatz auftritt, bis hin zu einer starken Störung, bei der es zu einer unbedruckten Linie oder zu einer erkennbaren Variation des Abstandes von gedruckten Mustern kommt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bedrucken eines Substrats mittels Inkjet-Druck bereitzustellen, die effizient und in einfacher Weise ein Bedrucken eines Substrats ermöglichen, wobei das Druckergebnis besonders gleichmäßig und störungsfrei ist und insbesondere die bedruckte Oberfläche frei von Linien und Moiré-Effekten ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bedrucken eines Substrats mittels Inkjet-Druck sind auf dem Substrat Landezonen in einem Landezonenraster aus Landezonenzeilen und Landezonenreihen vorgegeben und die Landezonen werden jeweils mit einem Einzelmuster bestehend aus einem oder mehreren Tropfen mittels einer oder mehrerer Druckkopfdüsen eines oder mehrerer Druckköpfe bedruckt, wobei die Druckkopfdüse bzw. die Druckkopfdüsen und die Oberfläche des Substrats beim Bedrucken relativ zueinander entlang einer fiktiven Düsenbahn bewegt werden. Um ein besonders gleichmäßiges und störungsfreies Druckergebnis zu erhalten, erfolgt der Druck aller Einzelmuster einer Landezonenzeile und/oder einer Landezonenreihe bzw. einer Druckdüsenbahn in mehreren Überfahrten, wobei in jeder Überfahrt nur Teile von Einzelmustern und/oder nur ein Teil aller Einzelmuster entlang der Düsenbahn bzw. im Bereich des Druckkopfes, insbesondere aller unter dem Druckkopf befindlicher Landezonenzeilen und/oder Landezonenreihen, in Landezonen gedruckt werden und in wenigstens einer folgenden Überfahrt ein Druck fehlender Teile von Einzelmustern oder weiterer ganzer Einzelmuster in unvollständige oder leere Landezonen erfolgt. Zudem werden der Druckkopf und die Oberfläche des Substrats relativ zueinander zwischen den einzelnen Überfahrten lateral zur Düsenbahn um einen lateralen Versatz bewegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bedrucken eines ein Landezonenraster aus Landezonenzeilen und Landezonenreihen aufweisenden Substrats mittels Inkjet-Druck weist einen mehrere, zueinander jeweils in einem Abstand voneinander beabstandete Druckkopfdüsen aufweisenden Druckkopf zum Drucken jeweils eines Einzelmusters bestehend aus einem oder mehreren Tropfen in eine Landezone des Landeszonenrasters mittels einer oder mehrerer Druckkopfdüsen und einen Positionierantrieb zum Verfahren des Druckkopfes und der Oberfläche des Substrats relativ zueinander entlang einer fiktiven Düsenbahn jeder der Druckkopfdüsen sowie in einer Richtung lateral zu den Düsenbahnen auf. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Steuereinheit zum Steuern des Druckvorgangs, insbesondere des Positionierantriebs, auf, wobei die Steuereinheit derart ausgelegt ist, dass der Druck aller Einzelmuster einer Landezonenzeile und/oder einer Landezonenreihe bzw. einer Druckdüsenbahn in mehreren Überfahrten erfolgt, wobei in jeder Überfahrt nur Teile von Einzelmustern und/oder nur ein Teil aller Einzelmuster entlang der Düsenbahn bzw. im Bereich des Druckkopfes, insbesondere aller unter dem Druckkopf befindlicher Landezonenzeilen und/oder Landezonenreihen in Landezonen gedruckt werden und in wenigstens einer folgenden Überfahrt ein Druck fehlender Teile von Einzelmustern oder weiterer ganzer Einzelmuster in unvollständige oder leere Landezonen erfolgt und der Druckkopf und die Oberfläche des Substrats relativ zueinander zwischen den einzelnen Überfahrten lateral zur Düsenbahn um einen lateralen Abstand verfahren werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass der Druck aller Einzelmuster in mehreren Überfahrten und insbesondere bevorzugt zusätzlich in mehreren Lagen vorgenommen werden sollte, um den für das Auge eines Betrachters vergleichsweise leicht erkennbaren abweichenden optischen Eindruck einzelner Abschnitte auf der Substratoberfläche, insbesondere einzelner Landezonenzeilen, zu kompensieren, wobei (pseudo-) zufällig Teile von Einzelmustern oder aber ganze Einzelmuster jeweils nur in einer Überfahrt gedruckt werden. Zwischen den Überfahrten wird der Druckkopf lateral relativ zum Substrat in eine andere Position verfahren, sodass die schon zuvor gedruckten Teile von Einzelmustern oder zuvor gedruckten vollständigen Einzelmuster durch andere Druckkopfdüsen des Druckkopfes gedruckt werden würden, wenn man diese in der veränderten Lateralposition des Druckkopfes nochmals drucken wollte. Entsprechend werden auch freie Positionen, insbesondere unbedruckte Landezonen, zwischen den bereits gedruckten Einzelmustern nun von anderen Druckkopfdüsen als die zuvor gedruckten Einzelmuster gedruckt, wodurch sich ein nachteilhafter Effekt einzelner Druckkopfdüsen nicht auf eine gesamte Landezonenzeile auswirkt und auf diese Weise wirkungsvoll eine Störungs- bzw. Streifenbildung vermieden wird.
Sollen beispielsweise 100.000 rote Einzelmuster auf einem Display gedruckt werden und der Druck erfolgt in drei Überfahrten, so werden in jeder Überfahrt (pseudo-) zufällig etwa 1/3 der Einzelmuster ausgewählt, die in der jeweiligen Überfahrt gedruckt werden sollen. Jedes Einzelmuster wird bevorzugt in genau einer Überfahrt gedruckt und alle 100.000 Einzelmuster werden nacheinander gedruckt. Zwischen den Überfahrten wird der Druckkopf um eine vorbestimmte Distanz in Lateralrichtung versetzt, wobei diese Distanz bevorzugt mindestens größer ist als ein gedrucktes Einzelmuster und besonders bevorzugt einige Millimeter beträgt, d.h. signifikant größer ist als die Einzelmuster.
Unter einem Bedrucken wird grundsätzlich ein Verfahren verstanden, bei dem ein flüssiges oder fließfähiges Druckmedium auf eine Oberfläche aufgebracht wird, wobei dies gezielt nach einer Vorlage, nach einem vorgegebenen Muster und/oder an einer vorgegebenen Position erfolgt. Erfindungsgemäß ist das Druckverfahren ein Inkjet-Druck, also ein Matrixdruck, bei dem das aufzubringende Druckmedium in Tropfen oder als Strahl auf das zu bedruckende Medium aufgebracht wird. Entsprechend erfolgt das Bedrucken bevorzugt kontaktlos, d.h. ohne eine direkte Berührung der Vorrichtung zum Bedrucken mit dem Substrat.
Zum Bedrucken weist die Vorrichtung einen oder mehrere Druckköpfe auf, der relativ zu dem zu bedruckenden Substrat bewegt werden kann, sodass verschiedene Positionen des Substrats bedruckbar sind. Dabei kann sowohl der Druckkopf feststehend sein und das Substrat bewegt werden, als auch das Substrat feststehend sein und der Druckkopf bewegt werden. Grundsätzlich weist der Druckkopf wenigstens eine Druckkopfdüse zur Abgabe von Tropfen oder eines Strahls des Druckmediums auf, wobei bevorzugt zahlreiche Druckkopfdüsen am Druckkopf in einer Reihe und besonders bevorzugt dabei äquidistant zueinander angeordnet sind. Zudem können die Druckkopfdüsen auch in mehreren Reihen, insbesondere in einer Druckrichtung hintereinander und/oder lateral zueinander versetzt, am Druckkopf angeordnet sein. Ganz besonders bevorzugt sind die einzelnen Druckkopfdüsenreihen dabei derart lateral zueinander versetzt, dass alle Düsenbahnen des Druckkopfes zueinander den gleichen Abstand aufweisen, wodurch eine gleichmäßige Lateralauflösung erreicht wird.
Die unter dem Bereich der Druckkopfdüsen liegende Substratoberfläche während des Druckens und bevorzugt während einer einzelnen Überfahrt des Druckkopfes relativ zur Substratoberfläche wird als Druckerkopfbahn bezeichnet, während die senkrechte Projektion jeder einzelnen Druckkopfdüse auf die Oberfläche des Substrats einer bei dem Bedrucken vollzogenen Bewegungsbahn als Düsenbahn bezeichnet wird. Entsprechend wird die Düsenbahn nicht zwingend physisch auf dem Substrat abgebildet, sondern ist zunächst eine fiktive Verlaufsbahn. Würde jedoch eine Druckdüse während einer Linearbewegung über dem maximalen Druckbereich bzw. entlang einer Landezonenzeile durchgehend ein Druckmedium abgeben, so würde die Düsenbahn mittels des Druckmediums auf der Oberfläche des Substrats wiedergegeben. Dabei kann die Düsenbahn grundsätzlich sowohl linear verlaufen, als auch einen beliebigen anderen, nicht-linearen Verlauf aufweisen. Bevorzugt ist die Düsenbahn bis auf eine Winkelabweichung < 10°, besonders bevorzugt < 5°, ganz besonders bevorzugt < 2° und insbesondere bevorzugt vollständig parallel zu den Landezonenzeilen oder alternativ auch entsprechend, ggf. einschließlich einer zuvor genannten Winkelabweichung, parallel zu den Landezonenreihen ausgerichtet. Alternativ kann die Druckdüsenbahn jedoch auch einen beliebigen Winkel zu den Landezonenzeilen oder den Landezonenreihen aufweisen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, die ausrichtungsfrei, d.h. ohne eine dem Druck vorausgehende Ausrichtung des Substrats relativ zur Druckdüsenbahn, insbesondere anhand von Ausrichtungsmerkmalen, erfolgt. Ein Druckkopf mit mehreren, in einer Reihe angeordneten Druckkopfdüsen erzeugt bei einer einzelnen Überfahrt des Substrats mehrere fiktive Düsenbahnen über der Substratoberfläche, wobei der Abstand zwischen den Düsenbahnen der nativen Lateralauflösung des Druckkopfes entspricht.
Das Druckmedium kann grundsätzlich eine beliebige Flüssigkeit sein und zu beliebigen Zwecken dienen. Das Druckmedium kann beispielsweise auf einem wässrigen oder nicht-wässrigen Lösungsmittel basieren und zudem beliebige weitere, funktionale Komponenten aufweisen, beispielsweise Farbstoffe und Pigmente, aber auch chemisch und/oder biochemisch aktive Substanzen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Druckmedium um eine Tinte bzw. eine Filterfarbstofflösung, um ein Subpixel eines Displays zu drucken.
Das Substrat kann grundsätzlich aus einem beliebigen Material gebildet sein und eine beliebige Form aufweisen, wobei das Substrat bevorzugt eine ebene, bedruckbare Oberfläche aufweist und besonders bevorzugt generell flach, insbesondere als Platte oder Folie, gebildet ist. Dabei kann das Substrat sowohl starr, als auch flexibel sein. Ein Beispiel eines flexiblen Substrats ist ein flexibles EPD (electronic paper display), das als unbedrucktes Substrat eine ursprüngliche schwarz/weiß-Auflösung von 150 ppi mit jeweils 170 µm TFT-Pixelgröße aufweist. Um auf Basis eines solchen EPD eine Farbanzeige zu erzeugen, wird ein RGB-Filter oben auf jedes schwarz/weiß -TFT-Pixel gedruckt, wobei jedes Farbpixel gewöhnlich etwas kleiner ist als die TFT-Pixelgröße, z.B. lediglich 150 µm. Die resultierende Farbanzeigeauflösung liegt dann beispielsweise bei 75 ppi. Dabei werden bevorzugt mehrere, beispielsweise vier Landezonenraster verschoben zueinander auf der Oberfläche des Substrats angeordnet, wobei ein Raster mit rotem Farbfilter, ein Raster mit grünem Farbfilter, ein Raster mit blauem Farbfilter bedruckt wird und das vierte Raster unbedruckt bleibt. Weiterhin bevorzugt ist in jedem TFT-Pixel wenigstens eine Landezone eines Landezonentyps, beispielsweise einer Farbe, angeordnet.
Ein wichtiges Kriterium für eine hohe Qualität ist die präzise Platzierung von Farbpixeln in die vorgesehenen Positionen eines jedem TFT-Pixels, wobei diese Soll-Positionen typischerweise durch das Substrat, beispielsweise in Form von Vertiefungen im Substrat oder als TFT-Raster, als Landezonen vorgegeben werden. Während andere Kriterien ebenso gelten könnten, ist es zumeist eine essentielle Bedingung, dass das Farbpixel bzw. ein Subpixel innerhalb des TFT-Pixels nicht in benachbarte TFT-Pixel übergreifen darf, sondern für alle Pixel über eine aktive Matrixanzeige innerhalb des TFT-Pixelbereichs liegen muss.
Entsprechend handelt es sich bei einer Landezone um eine unterliegende Struktur innerhalb des Displays, z.B. ein TFT getriebener Pixel eines Displays, wobei die Landezonen bevorzugt vorgesehen sind, jeweils mit genau einem Einzelmuster bedruckt zu werden. Grundsätzlich können die Landezonen dabei physikalisch auf dem Substrat vorgegeben sein oder lediglich an der Gesamtfläche bestimmte, jedoch am Substrat selber nicht direkt sichtbare Positionen darstellen. Dabei kann ein Substrat einen oder mehrere unterschiedliche Typen von Landezonen aufweisen. Unterschiedliche Typen von Landezonen können beispielsweise mit unterschiedlichen Druckmedien zu bedrucken sein, eine abweichende Menge des Druckmediums aufnehmen oder unterschiedliche Geometrien aufweisen. Bevorzugt sind die Landezonentypen auf dem Substrat systematisch bzw. sich in wenigstens einer, bevorzugt in zwei Raumrichtungen periodisch wiederholend angeordnet bzw. bilden sich wiederholende, übergeordnete Muster. Besonders bevorzugt weist ein E-Papier bzw. ein EPD wenigstens drei Landezonentypen in den Farben rot, grün und blau auf. Zudem ist denkbar, dass für eine oder mehrere dieser Farben Landezonentypen unterschiedlicher Form und/oder Größe vorgesehen sind, sodass sich die Gesamtanzahl der auf dem Substrat zu bedruckenden Landezonentypen entsprechend erhöht. Somit können auf einer Substratoberfläche mehrere Landezonenraster zueinander versetzt angeordnet sein, wobei bevorzugt mehrere Landezonenraster jeweils im Zwischenraum des anderen Landezonenrasters angeordnet sind, insbesondere derart, dass sich die einzelnen Landezonen der verschiedenen Landezonenraster entlang der Substratoberfläche periodisch wiederholen. Ganz besonders bevorzugt sind mehrere Landezonenraster mit leicht zueinander versetztem Ursprung vorgesehen, wobei die Landezonenraster insbesondere bevorzugt identisch zueinander gebildet sind.
Die einzelnen Landezonen des Substrats sind erfindungsgemäß in einem Landezonenraster aus Landezonenzeilen und Landezonenreihen angeordnet, wobei die Landezonenzeilen und die Landezonenreihen bevorzugt in einem festen Winkel und/oder in einer gleichbleibenden Anordnung zueinander über die gesamte Substratoberfläche positioniert sind. Besonders bevorzugt sind die Landezonenzeilen und die Landezonenreihen senkrecht zueinander und/oder in einer rechteckigen Matrix ausgerichtet. Weiterhin ist das Landezonenraster bevorzugt derart gebildet, dass es relativ zum Druckkopf derart ausrichtbar ist, dass die Landezonenreihen im Wesentlichen parallel zur Druckrichtung verlaufen, wodurch besonders einfach ein zeilenweiser Druck möglich ist. Obwohl bevorzugt ist, dass die einzelnen Landezonenzeilen und Landzonenreihen identisch zueinander gebildet sind, können diese auch in ihrer Größe und/oder Anordnung voneinander abweichen, bis hin zu einer zufälligen Platzierung der einzelnen Landezonen im Landezonenraster, das dann ein pseudo-zufälliges Raster ist. Zur Ausrichtung des Substrats relativ zur Druckvorrichtung bzw. zur Düsenansteuerung kann das Substrat zudem Ausrichtungsmerkmale aufweisen, die bevorzugt optisch oder anderweitig sensorisch erfassbar sind.
Das Substrat und insbesondere das Landezonenraster muss jedoch grundsätzlich keine parallele und/oder festgelegte Orientierung bzw. Ausrichtung zur Düsenbahn aufweisen. Vielmehr können die Landezonenzeilen bzw. Landzonenreihen zur Düsenbahn beliebig ausgerichtet sein. Entsprechend ist es für die Erfindung nicht zwingend erforderlich, dass die Düsenbahnen den Landezonenzeilen oder den Landezonenreihen folgen. So darf die Düsenbahn bei einer Überfahrt auch Landezonenzeilen schneiden, d.h. in einem ersten Abschnitt der Überfahrt in eine Landezone einer ersten Landezonenzeile drucken, dann eine Grenze zwischen wenigstens zwei aneinander angrenzenden Landezonenzeilen überfahren und dabei nicht drucken und schließlich in die Landezonen einer weiteren Landezonenzeile wieder Einzelmuster bzw. Teile davon drucken.
Bei einem Einzelmuster handelt es sich um eine einzelne gedruckte Fläche, wobei jedes Einzelmuster aus einem oder mehreren Druckmedium- bzw. Tintentropfen aus einer oder mehreren Druckkopfdüsen gebildet wird. Bevorzugt wird jedes Einzelmuster in genau eine Landezone gedruckt bzw. jede Landezone enthält genau ein Einzelmuster, das in einer oder mehreren Überfahrten gedruckt wurde. Besonders bevorzugt sind alle Einzelmuster für einen Landezonentyp identisch zueinander und dabei ganz besonders bevorzugt aus einer identischen Anordnung und/oder Anzahl an Tropfen des Druckmediums gedruckt.
Erfindungsgemäß erfolgt der Druck aller Einzelmuster, insbesondere jeder einzelnen Landezonenzeile, in mehreren Überfahrten, d.h. in mehr als einer Überfahrt des Druckkopfes, wobei mit jeder Überfahrt nur ein Teil der Einzelmuster und/oder nur Teile der Einzelmuster gedruckt werden. Bevorzugt erfolgt in keiner der Überfahrten ein Drucken eines Einzelmusters auf ein bereits gedrucktes Einzelmuster. Insbesondere bevorzugt erfolgt der Druck in Überfahrten derart, dass nach der letzten Überfahrt über eine Landezonenzeile alle zu druckenden Einzelmuster einer Landezonenzeile gedruckt sind.
In jeder Überfahrt erfolgt der Druck von Einzelmustern entlang der Düsenbahn und bevorzugt ausschließlich in Landezonen. Dagegen erfolgt bevorzugt kein Druck in Bereiche außerhalb einer Landezone, auf eine Grenze zwischen zwei Landezonen oder derart, dass das Druckmedium zugleich in zwei benachbarte Landezonen gelangt.
Der vorteilhafte Effekt der Erfindung wird maßgeblich dadurch erreicht, dass der Druckkopf und das Substrat relativ zueinander erfindungsgemäß zwischen dem Druck einzelner Überfahrten lateral zur Düsenbahn um einen lateralen Abstand verfahren wird, wobei dies zunächst lediglich bedeutet, dass der Druckkopf bzw. die Druckkopfdüsen oder alternativ das Substrat relativ zum Druckkopf seitlich in einem beliebigen Winkel bzw. mit einer rechtwinkligen Komponente zur Düsenbahn ungleich Null bewegt wird. Bevorzugt erfolgt das laterale Verfahren in einem festgelegten Winkel, entlang eines festgelegten Bewegungsvektors und/oder besonders bevorzugt rechtwinklig zur Düsenbahn, wenigstens für jede einzelne Landezonenzeile, bevorzugt für das gesamte Substrat. Das laterale Verschieben kann sowohl jedes Mal um eine gleiche Distanz, um eine Abfolge voneinander abweichender Distanzen und/oder jeweils um eine zufällige Distanz erfolgen.
Dabei kann diese Distanz sowohl ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes zweier benachbarter Druckkopfdüsen sein, wodurch der Druck in der nativen Auflösung des Druckkopfes erfolgt, als auch zusätzlich um ein weiteres Inkrement dieses Abstandes, wodurch die tatsächliche Lateralauflösung über die native Auflösung hinaus erhöht wird. Besonders bevorzugt wird der Druckkopf bei jeder Überfahrt quer zur Druckrichtung verschoben, wodurch die Lateralauflösung durch ein n-faches Überfahren des Druckkopfes relativ zum Substrat erhöht werden kann. Entsprechend wird unter der tatsächlichen Lateralauflösung a_res die Anzahl der Düsenbahnen pro Längeneinheit verstanden.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bedrucken eines Substrats sieht vor, dass in der oder den einer ersten Lage folgenden Lagen und/oder in der oder den einer ersten Überfahrt folgenden Überfahrten und bevorzugt in jeder Lage bzw. in jeder Überfahrt nur in unvollständige oder leere Landezonen, nicht jedoch in bereits ein vollständiges Einzelmuster enthaltende Landezonen, fehlende Teile von Einzelmustern oder ganze Einzelmuster gedruckt werden, wodurch in einfacher Weise einerseits nach dem Drucken der letzten Lage und/oder nach der letzten Überfahrt die gewünschte Oberflächenbedeckung mit Einzelmustern erreicht ist und andererseits in keine Landezone eine größere Menge des Druckmediums aufgetragen wurde, wodurch ebenfalls wahrnehmbare optische Störungen entstehen könnten. Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird jedes Einzelmuster vollständig in genau einer Lage und/oder in einer Überfahrt gedruckt, wodurch ein besonders gleichmäßiger Druck der Einzelmuster erreicht und ein ungleichmäßiges Verlaufen von Druckmedium beim Auftrag in ein bereits teilweise gedrucktes Einzelmuster wirkungsvoll verhindert wird.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bedrucken eines Substrats sind nach dem Drucken aller Lagen bzw. nach allen Überfahrten des Druckkopfes relativ zu dem jeweiligen Bereich des Substrats, insbesondere über jede Landezonenzeile und/oder Landezonenreihe, sämtliche Einzelmuster fertiggestellt und/oder es verbleiben keine leeren bzw. unbedruckten Landezonen mehr, sodass das vollständige Bedrucken lediglich aufgeteilt in mehrere Überfahrten erfolgt und/oder sich das fertige Druckergebnis hinsichtlich der Anzahl und Anordnung der Einzelmuster nicht von einem konventionellen Druck des Standes der Technik unterscheidet. Hingegen ist die Qualität des Druckergebnisses eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Drucks gegenüber einem Druck des Standes der Technik deutlich überlegen.
Grundsätzlich können in jeder Überfahrt ein beliebiger Anteil der Gesamtheit aller Einzelmuster gedruckt werden, wobei jedoch eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bedrucken eines Substrats bevorzugt wird, bei der der Druck, insbesondere jeder einzelnen Landezonenzeile, in u Überfahrten erfolgt und in jeder Überfahrt etwa 1/u aller Einzelmuster oder etwa 1/u aller Teile der Einzelmuster gedruckt werden. Besonders bevorzugt werden dabei in jeder Überfahrt ± 25 % aller Einzelmuster bzw. Teile von Einzelmustern, besonders bevorzugt ± 10 % aller Einzelmuster bzw. Teile von Einzelmustern und ganz besonders bevorzugt ± 5 % aller Einzelmuster bzw. Teile von Einzelmustern gedruckt.
Die Auswahl der in einer Überfahrt zu druckenden Einzelmuster kann grundsätzlich nach beliebigen Kriterien erfolgen, wobei jedoch bevorzugt wird, dass die Auswahl aller in einer Überfahrt zu druckenden Teile eines Einzelmusters und/oder der Teil der vollständig zu druckenden Einzelmuster zufällig bzw. pseudo-zufällig, insbesondere für jede Landezonenzeile einzeln bestimmt wird. Insbesondere bevorzugt erfolgt die zufällige Auswahl der zu druckenden Einzelmuster bzw. der Teile davon für jede Überfahrt des Druckkopfes und/oder für jede Landezonenzeile erneut und/oder unabhängig von zuvor bedruckten Landezonenzeilen.
Weiterhin bevorzugt werden der Druckkopf und die Oberfläche des Substrats zwischen einigen oder allen Überfahrten relativ zueinander um eine Distanz bzw. einen lateralen Versatz versetzt, die größer ist als ein Einzelmuster und insbesondere größer ist als die Ausdehnung eines Einzelmusters in der lateralen Richtung, wodurch sichergestellt ist, dass zwei in unterschiedlichen Überfahrten gedruckte Einzelmuster einer Landezonenzeile nicht unter Beteiligung einer einzigen, identischen Druckkopfdüse gedruckt werden können und somit es zu keiner Wiederholung von Druckfehlern aufgrund einer Eigenschaft einer spezifischen Druckkopfdüse kommen kann. Bevorzugt ist der laterale Versatz kleiner als 50 %, besonders bevorzugt kleiner als 33 % und ganz besonders bevorzugt kleiner als 25 % der Breite des Druckkopfes bzw. des Druckkopfdüsen aufweisenden Teils des Druckkopfes. Weiterhin bevorzugt ist der laterale Versatz kleiner als die Breite des Druckkopfes in lateraler Richtung bzw. des Druckkopfdüsen aufweisenden Teils des Druckkopfes geteilt durch die Anzahl der Überfahrten und/oder Lagen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der laterale Versatz x ungleich dem minimalen Druckdüsenabstand bzw. dem kleinsten Düsenbahnenabstand a des Druckdüsenkopfes ist, sodass durch das Bedrucken in mehreren Überfahrten eine höhere Positionsauflösung als die native Positionsauflösung des Druckkopfes erreicht wird und sich ein kleinster Abstand a_res zwischen zwei Düsenbahnen der tatsächlichen Positionsauflösung ergibt, der kleiner ist als a.
Ganz besonders bevorzugt ist, dass zur Erhöhung der Positionsauflösung über die native Positionsauflösung des Druckkopfes hinaus der Druck jeder Landezonenzeile in k Interlacingüberfahrten erfolgt, wobei jeweils der Druckkopf und die Oberfläche des Substrats relativ zueinander um eine laterale Interlacingdistanz $x = j \times \frac{a}{k}$
versetzt werden, wobei a der kleinste Abstand zwischen zwei Düsenbahnen, insbesondere der nativen Druckauflösung, bzw. der Abstand a zweier benachbarter Druckkopfdüsen des Druckkopfes ist. Besonders bevorzugt wird zudem j < k gewählt. Dabei ist j bevorzugt gewählt aus der Menge aller natürlicher Zahlen einschließlich Null. Die Ganzzahl j kann von Überfahrt zu Überfahrt variieren oder aber für mehrere Überfahrten oder den gesamten Druck gleich sein. Somit wird die Anzahl der Interlaces k zur Erhöhung der Druckauflösung verwendet, sodass mit einer nativen Druckauflösung von 600 ppi sowie einem k = 4 eine effektive Druckauflösung von 2400 ppi auf dem Substrat erreicht werden kann.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bedrucken eines Substrats sieht vor, dass die Gesamtzahl der Überfahrten u mindestens das Zweifache der Interlacingüberfahrten k beträgt und/oder die Gesamtzahl aller Überfahrten u einer Landezonenzeile in n Lagen aus jeweils k Interlacingüberfahrten gruppiert wird, wobei besonders bevorzugt in jeder Lage die tatsächliche, durch Interlacing erhaltene Positionsauflösung a_res erzielt wird. Ganz besonders bevorzugt ist die Anzahl der Interlacingüberfahrten k für jede Lage der n Lagen gleich groß.
Zudem ist bevorzugt, dass der laterale Versatz einzelner oder aller Überfahrten mindestens gleich dem kleinsten Düsenbahnenabstand a des Druckdüsenkopfes ist, sodass bei zwei Überfahrten nicht dieselbe Druckkopfdüse über einer Landezonenzeile positioniert ist, wobei bevorzugt ein lateraler Versatz x um wenigstens eine Druckdüsendistanz x = i × a mit i = ℝ ≥ 1 und besonders bevorzugt mit i = ℕ > 0 erfolgt. Weiterhin ist besonders bevorzugt, dass der laterale Versatz wenigstens für einige Überfahrten, bevorzugt für alle Überfahrten außerhalb einer Lage und insbesondere für alle Überfahrten, sowohl um eine Interlacingdistanz, als auch um eine Druckdüsendistanz erfolgt. Entsprechend werden der Druckkopf und die Oberfläche des Substrats bei einem Bedrucken mit k Interlacingüberfahrten in jeweils n Lagen mit zusammen mindestens u = k × n Überfahrten bevorzugt nach jeder Überfahrt um eine Distanz $x = i \times a + j \times \frac{a}{k}$
mit i,j = ℕ relativ zueinander versetzt, wobei a der kleinste Abstand zwischen zwei Düsenbahnen ist, i bevorzugt für jede Überfahrt einzeln gewählt wird und bevorzugt j < k sowie besonders bevorzugt j = 1 gewählt wird.
Bevorzugt bilden dabei jeweils k Interlacingüberfahrten jeder Landezonenzeile eine vollständige Lage. Obwohl es grundsätzlich denkbar ist, dass alle Interlacingüberfahrten jeder Lage unmittelbar nacheinander erfolgen, ist es auch möglich, dass zwischen den einzelnen Interlacingüberfahrten jeder Lage beliebige Überfahrten anderer Landezonenzeilen und/oder ein beliebiger Versatz um eine Druckdüsendistanz und/oder um eine Interlacingdistanz erfolgen kann. Somit kann der Druck einer Lage auch durch weitere Überfahrten, insbesondere mit einem größeren lateralen Versatz, unterbrochen werden. Generell ist aber bevorzugt, dass schlussendlich für jede einzelne Landezonenzeile k Interlacingüberfahrten erfolgt sind und somit für jede Landezonenzeile die volle Interlacingauflösung erreicht wird.
Obwohl mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits die überwiegende Mehrzahl der optischen Störungen des Druckergebnisses verhindert werden, kann es noch immer zum vereinzelten Auftreten solcher, gut sichtbarer Störungen, insbesondere in Form einer Streifenbildung, kommen. Insbesondere ist durch kohärente Effekte von Düseneigenschaften eine optisch erkennbare Schwankung der optischen Eigenschaften der Einzelmuster auf dem Substrat möglich, die eine typische Wiederholungsdistanz (Wellenlänge) von mehreren Einzeldüsenmusterabständen, häufig mehrere Millimeter bis einigen Zentimetern aufweisen. Entsprechend sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass mit einem Druckkopf ein erster Testdruck erstellt wird und dieser Testdruck auf in lateraler Richtung sich wiederholende Störungen geprüft wird, wobei beim Auftreten einer oder mehrerer periodischer lateraler Störungen, insbesondere beim Auftreten von Intensitätsmaxima und/oder einer Streifenbildung, wenigstens ein lateraler Störungsabstand λ bestimmt wird und bei einem nachfolgenden Bedrucken eines Substrats der laterale Abstand x zwischen den Lagen und/oder den Überfahrten bestimmt wird durch $x = λ \times (i + \frac{1}{n})$
mit i = ℕ und n = Anzahl der Lagen, um durch eine geschickte Wahl des Lateralversatzes x zwischen den Drucklagen eventuell erkennbare kohärente Effekte mit einer Wellenlänge λ auf dem Substrat optisch zu verringern bzw. sogar ein Auftreten periodischer lateraler Störungen effektiv auszuschließen. Die Ganzzahl i kann von Lage zu Lage bzw. von Überfahrt zu Überfahrt variieren oder aber für die gesamte Landezonenzeile oder den gesamten Druck gleich sein. Der laterale Störungsabstand λ ist dabei die kleinste Distanz zwischen zwei, sich in lateraler Richtung periodisch wiederholender Störungen, beispielweise zwei Intensitätsmaxima. Zusätzlich oder alternativ kann der laterale Abstand x der Überfahrten so gewählt werden, dass im Intervall von [o, λ] einschließlich λ die gemittelte Lateralposition aller Überfahrten zwischen ¼ λ und ¾ λ und insbesondere ½ λ ± 10 % beträgt. Generell wird bei einem Bedrucken eines Substrats die laterale Anordnung der Überfahrten bevorzugt so gewählt, dass die Überfahrten der periodischen Störung entgegenwirken.
Bevorzugt wird vor jedem neuen Druck und/oder nach jeder Änderung wenigstens eines Druckparameters ein neuer Testdruck vorgenommen, da das Auftreten periodischer Störungen von zahlreichen Einflussgrößen, wie z.B. der Form und Größe der Einzelmuster, der Einzelmusteranordnung, der Druckauflösung und dem verwendeten Druckkopf, abhängig ist und es daher sinnvoll ist, grundsätzlich auf das Auftreten solcher periodischen Störungen zu prüfen. Zudem kann der Testdruck auch auf weitere, nicht in lateraler Richtung auftretende Störungen geprüft werden, wobei diese Störungen ebenfalls bei einer Bestimmung eines idealen lateralen Abstandes x berücksichtigt werden können. Bei dem Verfahren kann der Testdruck lediglich vorgesehen sein, um auf mögliche Störungen zu prüfen, oder aber der Testdruck kann auch ein vorhergehender, produktiver Druck sein, sodass im laufenden Produktions- bzw. Druckprozess wenigstens ein vorhergehender Druck als Testdruck für nachfolgende Drucke verwendet werden kann. Besonders bevorzugt wird eine größere Anzahl vorhergehender Drucke jeweils als Testdruck verwendet und anhand der Vielzahl der vorausgegangenen Testdrucke eine Auswertung auf laterale und insbesondere auch periodisch auftretende Störabstände vorgenommen, die einzeln oder insgesamt bei der Bestimmung des lateralen Abstandes x zum Vermeiden von solchen Störungen verwendet werden können.
Um das erfindungsgemäße Verfahren zum Bedrucken eines Substrats noch weiter zu optimieren, kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Lagen n gleich der Anzahl der Interlaces bzw. der Interlacingüberfahrten k, insbesondere über jede einzelne Landezonenzeile, gewählt wird und/oder der laterale Abstand x = (n×i+1)×a_res mit i = ℕ ist, wobei a_res der kleinste Abstand zwischen zwei Düsenbahnen der tatsächlichen, durch Interlacing erhaltenen Positionsauflösung ist, wodurch einerseits ein besonders effizienter Druckvorgang erreicht und andererseits vermieden wird, dass in den einzelnen Lagen die Düsenbahnen exakt übereinander verlaufen. Die tatsächliche Positionsauflösung ist hier also durch $a_{r e s} = \frac{a}{k}$
gegeben, wobei insbesondere bevorzugt n > 1 und/oder k > 1 ist. Die Anzahl der Überfahrten ist dabei die Anzahl der Fahrten des Druckkopfes mit irgendeiner Druckkopfdüse über eine einzelne Landezonenzeile. Entsprechend ist es auch bevorzugt, dass der laterale Abstand x nicht als ein ganzzahliges Vielfaches des minimalen Druckdüsenabstandes bzw. des kleinsten Düsenbahnenabstandes a gewählt wird, sodass eine nachfolgende Lage mit einem leichten lateralen Versatz zum Druckdüsenraster bzw. zu den Düsenbahnen der vorherigen Lage gedruckt wird, wodurch effektiv eine Streifenbildung verhindert wird. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass mehrere Interlacingüberfahrten zur Auflösungserhöhung genutzt werden, wobei die Einzelmuster zu gleichen Teilen auf die einzelnen, beispielsweise 4 Interlaces verteilt sind.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der laterale Abstand nicht als ein ganzzahliges Vielfaches des minimalen Druckdüsenabstandes bzw. des kleinsten Düsenbahnenabstandes a gewählt wird, sodass eine nachfolgende Lage mit einem leichten lateralen Versatz zum Druckdüsenraster bzw. zu den Druckdüsenbahnen der vorherigen Lage gedruckt wird.
Schließlich wird bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der laterale Störungsabstand λ bei der Wahl des lateralen Versatzes x berücksichtigt und zugleich wird der laterale Abstand x als gebrochenes bzw. nichtganzzahliges Vielfaches des minimalen Druckdüsenabstandes bzw. des kleinsten Düsenbahnenabstandes a und/oder des kleinsten Abstandes zwischen zwei Düsenbahnen der tatsächlichen Positionsauflösung a_res gewählt, wobei zugleich die Faktoren i jeweils derart gewählt werden, dass der laterale Abstand x so klein wie möglich wird. Insbesondere bevorzugt wird dabei der laterale Abstand x durch $x_{1} = λ \times (i_{1} + \frac{1}{n})$
mit i₁ = ℕ und n = Anzahl der Lagen und zugleich durch x₂ = (n × i₂ + 1) × a_res mit i₂ = ℕ bestimmt, wobei der Betrag |x₂ - x₁| minimiert wird, insbesondere durch die jeweilige Auswahl der jeweiligen Ganzzahlen i_1,2.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführung eines mit einer ersten Überfahrt bedruckten Substrats mit einer entsprechenden Ausrichtung des Druckkopfes,
2 eine schematische Ansicht des in 1 dargestellten Substrats nach dem Druck einer zweiten Überfahrt mit einer entsprechenden Ausrichtung des Druckkopfes,
3 eine schematische Ansicht des in 2 dargestellten Substrats nach dem Druck einer dritten und letzten Überfahrt mit einer entsprechenden Ausrichtung des Druckkopfes,
4 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführung eines mit einer ersten Überfahrt bedruckten Substrats mit einer entsprechenden Ausrichtung des Druckkopfes,
5 eine schematische Ansicht des in 4 dargestellten Substrats nach dem Druck einer zweiten Überfahrt mit einer entsprechenden Ausrichtung des Druckkopfes,
6 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführung eines mit zwei Überfahrten bedruckten Substrats mit gedruckten Teilmustern,
7 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführung eines mit einer ersten Interlacingüberfahrt bedruckten, gedrehten Substrats mit einer entsprechenden Ausrichtung des Druckkopfes,
8 eine schematische Ansicht des in 7 dargestellten Substrats nach dem Druck einer zweiten Interlacingüberfahrt mit einer entsprechenden Ausrichtung des Druckkopfes, und
9 eine schematische Ansicht des in 8 dargestellten Substrats nach dem Druck einer dritten und letzten Interlacingüberfahrt mit einer entsprechenden Ausrichtung des Druckkopfes.

Ein flexibles E-Papier-Display als ein Beispiel für ein flexibles Substrat 1 mit einer schwarz/weiß-Auflösung von 150 ppi mit jeweils 170 µm TFT-Pixelgröße soll beispielhaft mit einer einzelnen Filterfarbe bedruckt werden. Dabei soll jedes Farbpixel etwas kleiner sein als die TFT-Pixelgröße, d.h. in etwa 150 µm. Entsprechend sind auf dem Substrat 1 Landezonen 2 zur Aufnahme der Filterfarbe in einem rechteckigen Raster aus Landezonenzeilen Zx und Landezonenreihen Rx vorgesehen. Die Landezonenzeilen Zx verlaufen dabei in einer Druckrichtung DR, in der das Substrat 1 unterhalb eines Druckkopfes 5 mit sechzehn in einer Reihe angeordneten Druckkopfdüsen Dx gefahren werden kann, um das Substrat 1 bedrucken zu können. Dabei folgt jede Druckdüse Dx einer linearen Düsenbahn 6 entlang der Oberfläche des Substrats 1. In der Praxis und im Gegensatz zu diesem stark vereinfachten Beispiel wird typischerweise nicht ein einzelnes Landezonenraster, sondern mehrere zueinander verschobene Landezonenraster gedruckt, wobei die einzelnen Landezonen 2 eines Landezonentyps auf dem Substrat 1 sich wiederholend angeordnet sind. Typischerweise wird dabei wenigstens jeweils eine Landezone 2 eines Landezonentyps, beispielsweise einer Farbe, in einen Farbpixel gedruckt.
Um den Einfluss von spezifischen Eigenschaften und insbesondere Fehlern individueller Druckkopfdüsen Dx zu kompensieren und ein gleichmäßiges, streifenfreies Druckergebnis zu erhalten, erfolgt der Druck in mehreren Überfahrten, hier in drei Überfahrten (siehe 1 - 3).
Dabei werden in einem ersten Schritt 1/3 aller jeweils in eine Landezone 2 zu druckenden Einzelmuster 3 einer jeden Landezonenzeile Zx zufällig ausgewählt und während einer Überfahrt des Druckkopfes 5 über das Substrat 1 in der Druckrichtung DR gedruckt (siehe 1). Jedes Einzelmuster 3 wird dabei mittels zwei nebeneinanderliegenden Einzeldruckkopfdüsen Dx des Druckkopfes 5 gedruckt, wobei beispielsweise die erste Landezonenzeile Z1 durch die Druckkopfdüsen D1 und D2 bedruckt wird. Dazu werden in jede Landezone 2 durch jede der Druckkopfdüsen Dx sechs Tropfen 4 der Filterfarbe gedruckt.
Nachdem 1/3 aller Einzelmuster 3 in der ersten Überfahrt auf das Substrat 1 gedruckt wurden, wird der Druckkopf 5 in einer lateralen Richtung L derart verfahren, dass nun nicht mehr die Druckkopfdüsen D1 und D2 vor der ersten Landezonenzeile Z1 stehen, sondern die beiden Druckkopfdüsen D5 und D6 (siehe 2). Nachfolgend erfolgt ein identischer Druckvorgang, wobei abermals bei einer Überfahrt ein weiteres Drittel aller in eine Landezonenzeile Zx zu druckenden Einzelmuster 3 gedruckt wird. Der Druck weiterer Einzelmuster 3 erfolgt dabei jedoch ausschließlich in unbedruckte, leere Landezonen 2, sodass nach der zweiten Überfahrt des Druckkopfes 5 2/3 aller Einzelmuster 3 gedruckt sind.
Nachfolgend wird der Druckkopf 5 abermals um einen Abstand in lateraler Richtung L verfahren, sodass nun die Druckkopfdüsen D8 und D9 die erste Landezonenzeile Z1 bedrucken (siehe 3). Bei einer letzten Überfahrt des Druckkopfes 5 über das Substrat erfolgt nun ein Druck des verbleibenden Drittels der Einzelmuster 3, sodass nach dem Drucken aller drei Überfahrten sämtliche Landezonen 2 mit der Filterfarbe gefüllt sind.
Zudem wird nach dem Drucken einer festgelegten Anzahl an Landezonenzeilen Zx das bereits gedruckte Substrat 1 auf das Auftreten sich wiederholender, mit dem bloßen Auge sichtbarer Streifenmuster untersucht. Sollten solche Streifenmuster erkannt werden, wird nachfolgend die Wiederholdistanz λ der Streifen bestimmt. Beträgt diese beispielsweise X = 12 mm in Lateralrichtung und wird weiterhin in drei Überfahrten gedruckt, so wählt man den Lateralversatz x des Druckkopfes 5 zwischen jeder der drei Überfahrten geschickt so, dass ungefähr x = 12 * (Z + 1/3) mm erfüllt wird, beispielsweise mit Z=0: x = 4 mm. Zudem wird ein Lateralversatz von x=12 mm vermieden, welcher dafür sorgen würde, dass sich ein wiederholendes Streifenmuster positiv verstärkt wird, da hier beispielsweise in jeder Überfahrt die intensiveren Streifen auf intensivere Streifen der anderen Überfahrten fallen würden.
Bei einer alternativen, in den 4 und 5 dargestellten Ausführung wird zur Erhöhung der tatsächlichen Druckauflösung über die native Druckauflösung des Druckkopfes 5 hinaus der Druck in Interlaces durchgeführt, sodass jedes Einzelmuster 3 einer Lage innerhalb von zwei Überfahrten gedruckt wird. Bei einer ersten Überfahrt (siehe 4) wird dabei ein erster Teil der Einzelmuster 3 im Bereich der Düsenbahn 6 gedruckt und dann der Druckkopf 5 in der lateralen Richtung L um einen Interlacingversatz verschoben, sodass dann nachfolgend eine Düsenbahn 6 zwischen den Düsenbahnen 6 zweier benachbarter Druckkopfdüsen Dx der vorherigen Überfahrt erreicht wird und dann der zweite Teil des Einzelmusters 3 mit erhöhter effektiver Auflösung gedruckt werden kann.
Dabei können alle Überfahrten einer Lage unmittelbar nacheinander erfolgen, wie es in den 4 und 5 dargestellt ist, oder aber Teile von Einzelmustern 3 oder ganze Einzelmuster 3 anderer Lagen zunächst gedruckt werden, wie es in 6 dargestellt ist. Zudem ist denkbar, einzelne Einzelmuster 3 nur unvollständig zu drucken, wenn dies vorteilhaft oder notwendig ist.
Die 7 - 9 zeigen schließlich drei aufeinanderfolgende Überfahrten einer weiteren Ausführungsform, bei der das Substrat 1 in Bezug zu den Düsenbahnen 6 nicht parallel ausgerichtet wurde, sondern willkürlich, hier verwinkelt, orientiert ist. Zudem erfolgt abermals ein Druck mit mehreren Interlacingüberfahrten zum Erhöhen der tatsächlichen Druckauflösung über die native Auflösung des Druckkopfes 5 hinaus. Im Rahmen einer ersten Überfahrt werden immer dann einzelne Tropfen 4 eines Einzelmusters 3 in eine Landezone 2 gedruckt, wenn die Düsenbahn 6 innerhalb einer Landezone 2 bzw. nicht über einer Landezonengrenze verläuft, wo dann ein Druck zugleich in zwei benachbarte Landezonen 2 erfolgen würde (siehe 7).
Bei der nachfolgenden Überfahrt wird abermals nur dann ein einzelner Tropfen 4 eines Einzelmusters 3 in eine Landezone 2 gedruckt, wenn die Düsenbahn 6 innerhalb einer Landezone 2 bzw. nicht über einer Landezonengrenze verläuft (siehe 8), sodass weitere Teile der Einzelmuster 3 hinzugefügt werden. Schließlich erfolgt nach den gleichen Regeln eine dritte Überfahrt über die gleichen Landezonenzeilen Lx, wobei dann die begonnenen Einzelmuster 3 komplettiert werden (siehe 9). In den ersten beiden Landezonenzeilen L1 und L2 sind nun 50 % aller Landezonen 2 bedruckt, sodass nachfolgend abermals 3 Überfahrten erfolgen, um die noch leeren Landezonen 2 ebenfalls mit der gleichen Interlacingauflösung zu bedrucken und somit das Gesamtmuster zu komplettieren.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Landezone
3: Einzelmuster
4: Tropfen
5: Druckkopf
6: Düsenbahn
DR: Druckrichtung
L: Laterale Richtung
Dx: Druckkopfdüse x
Rx: Landezonenreihe x
Zx: Landezonenzeile x

Claims

Verfahren zum Bedrucken eines Substrats mittels Inkjet-Druck, bei dem - auf dem Substrat Landezonen in einem Landezonenraster aus Landezonenzeilen und Landezonenreihen vorgegeben sind und - die Landezonen jeweils mit einem Einzelmuster bestehend aus einem oder mehreren Tropfen mittels Druckkopfdüsen eines Druckkopfes bedruckt werden, wobei - die Druckkopfdüsen und die Oberfläche des Substrats beim Bedrucken relativ zueinander entlang einer fiktiven Düsenbahn bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass - der Druck aller Einzelmuster einer Landzonenzeile in mehreren Überfahrten erfolgt, wobei - in jeder Überfahrt nur Teile von Einzelmustern und/oder nur ein Teil aller Einzelmuster entlang der Düsenbahn in Landezonen gedruckt werden und - in wenigstens einer folgenden Überfahrt ein Druck fehlender Teile von Einzelmustern oder weiterer ganzer Einzelmuster in unvollständige oder leere Landezonen erfolgt und - der Druckkopf und die Oberfläche des Substrats relativ zueinander zwischen den einzelnen Überfahrten lateral zur Düsenbahn um einen lateralen Versatz bewegt werden.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Überfahrt fehlende Teile von Einzelmustern oder ganze Einzelmuster nur in unvollständige oder leere Landezonen einer Landezonenzeile gedruckt werden, wobei bevorzugt jedes Einzelmuster vollständig in genau einer Überfahrt gedruckt wird.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erst nach allen Überfahrten einer Landezonenzeile sämtliche Einzelmuster der Landezonenzeile fertiggestellt sind und keine unbedruckten Landezonen verbleiben.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck jeder einzelnen Landezonenzeile in u Überfahrten erfolgt und in jeder Überfahrt etwa 1/u aller Einzelmuster oder 1/u aller Teile der Einzelmuster der Landezonenzeile gedruckt werden.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle in einer Überfahrt zu druckenden Teile eines Einzelmusters und/oder die vollständig zu druckenden Einzelmuster zufällig bzw. pseudo-zufällig bestimmt werden.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf und die Oberfläche des Substrats zwischen einigen oder allen Überfahrten relativ zueinander um eine Distanz versetzt werden, die größer ist als ein Einzelmuster und insbesondere größer ist als die Ausdehnung eines Einzelmusters in der lateralen Richtung.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der laterale Versatz x ungleich dem minimalen Druckdüsenabstand bzw. dem kleinsten Düsenbahnenabstand a des Druckdüsenkopfes ist, sodass durch das Bedrucken in mehreren Überfahrten eine höhere Positionsauflösung als die native Positionsauflösung des Druckkopfes erreicht wird.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Positionsauflösung über die native Positionsauflösung des Druckkopfes hinaus der Druck jeder Landezonenzeile in k Interlacingüberfahrten erfolgt, wobei jeweils der Druckkopf und die Oberfläche des Substrats relativ zueinander um eine laterale Interlacingdistanz $x = j \times \frac{a}{k}$
versetzt werden, wobei a der kleinste Abstand zwischen zwei Düsenbahnen ist und bevorzugt j < k ist.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtzahl der Überfahrten u mindestens das Zweifache der Interlacingüberfahrten k beträgt und/oder die Gesamtzahl aller Überfahrten u einer Landezonenzeile in n Lagen aus jeweils k Interlacingüberfahrten gruppiert wird, wobei in jeder Lage die tatsächliche, durch Interlacing erhaltene Positionsauflösung ares erzielt wird.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der laterale Versatz einzelner oder aller Überfahrten mindestens gleich dem kleinsten Düsenbahnenabstand a des Druckdüsenkopfes ist, sodass bei zwei Überfahrten nicht dieselbe Druckkopfdüse über einer Landezonenzeile positioniert ist, wobei bevorzugt ein lateraler Versatz x um wenigstens eine Druckdüsendistanz x = i × a mit i = ℝ ≥ 1 und besonders bevorzugt mit i = ℕ > 0 erfolgt.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf und die Oberfläche des Substrats bei einem Bedrucken mit k Interlacingüberfahrten in jeweils n Lagen mit zusammen mindestens u = k × n Überfahrten nach jeder Überfahrt um eine Distanz $x = i \times a + j \times \frac{a}{k}$
mit i, j = ℕ relativ zueinander versetzt werden, wobei a der kleinste Abstand zwischen zwei Düsenbahnen ist, i bevorzugt für jede Überfahrt einzeln gewählt wird und bevorzugt j < k sowie besonders bevorzugt j = 1 gewählt wird.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils k Interlacingüberfahrten jeder Landezonenzeile eine vollständige Lage bilden, wobei zwischen den einzelnen Interlacingüberfahrten jeder Lage beliebige Überfahrten anderer Landezonenzeilen und/oder ein beliebiger Versatz um eine Druckdüsendistanz und/oder um eine Interlacingdistanz erfolgen können.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Druckkopf ein erster Testdruck erstellt wird und dieser Testdruck auf sich in lateraler Richtung wiederholende Störungen geprüft wird, wobei beim Auftreten periodischer lateraler Störungen, insbesondere bei Intensitätsmaxima, ein lateraler Störungsabstand λ bestimmt wird und bei einem nachfolgenden Bedrucken eines Substrats der laterale Abstand x zwischen den Lagen bestimmt wird durch $x = λ \times (i + \frac{1}{n})$
mit i = ℕ und n = Anzahl der Lagen und/oder der laterale Abstand x der Überfahrten so gewählt wird, dass im Intervall von [0, λ] einschließlich λ die gemittelte Lateralposition aller Überfahrten zwischen ¼ λ und ¾ λ und insbesondere ½ λ ± 10 % beträgt.
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Lagen n einer Landezonenzeile gleich der Anzahl der Interlacingüberfahrten k gewählt wird und/oder der laterale Abstand x = (n × i + 1) × a_res mit i = ℕ ist, wobei a_res der kleinste Abstand zwischen zwei Düsenbahnen der tatsächlichen, durch Interlacing erhaltenen Positionsauflösung ist, also $a_{r e s} = \frac{a}{k} .$
Verfahren zum Bedrucken eines Substrats nach den vorhergehenden Ansprüchen 10-14, dadurch gekennzeichnet, dass der laterale Störungsabstand λ bei der Wahl des lateralen Versatzes x berücksichtigt wird und zugleich der laterale Abstand x als unganzzahliges Vielfaches des kleinsten Abstandes zwischen zwei Düsenbahnen der tatsächlichen Positionsauflösung a_res gewählt wird, wobei zugleich die dabei verwendeten Faktoren i jeweils derart gewählt werden, dass der laterale Abstand x so klein wie möglich wird.
Vorrichtung zum Bedrucken eines ein Landezonenraster aus Landezonenzeilen und Landezonenreihen aufweisenden Substrats mittels Inkjet-Druck, mit - wenigstens einem mehrere, zueinander jeweils in einem Abstand voneinander beabstandete Druckkopfdüsen aufweisenden Druckkopf zum Drucken jeweils eines Einzelmusters bestehend aus einem oder mehreren Tropfen in eine Landezone des Landeszonenrasters mittels einer oder mehrerer Druckkopfdüsen, - einem Positionierantrieb zum Verfahren des Druckkopfes und der Oberfläche des Substrats relativ zueinander entlang einer fiktiven Düsenbahn jeder der Druckkopfdüsen sowie in einer Richtung lateral zu den Düsenbahnen sowie - einer Steuereinheit zum Steuern des Druckvorgangs, insbesondere des Positionierantriebs, wobei - die Steuereinheit derart ausgelegt ist, dass der Druck aller Einzelmuster einer Landzonenzeile in mehreren Überfahrten erfolgt, wobei - in jeder Überfahrt nur Teile von Einzelmustern und/oder nur ein Teil aller Einzelmuster entlang der Düsenbahn in Landezonen gedruckt werden und - in wenigstens einer folgenden Überfahrt ein Druck fehlender Teile von Einzelmustern oder weiterer ganzer Einzelmuster in unvollständige oder leere Landezonen erfolgt und - der Druckkopf und die Oberfläche des Substrats relativ zueinander zwischen den einzelnen Überfahrten lateral zur Düsenbahn um einen lateralen Abstand verfahren werden.