DE69901012T2 - Justierung der Reienelektrodengrösse und der Reienelektrodenform zum Verbessern der Druckgleichmässigkeit bei akustischen Tintendruck - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine akustische Tröpfchenemissionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Verfahren zum Verbessern der Gleichmäßigkeit des Druckens von einem Ende zum anderen gemäß Anspruch 7 und allgemein auf ein akustisches Farbdrucken (acoustic ink printing - AIP) und insbesondere auf verbesserte Druckkopfwandler, zum Erhöhen einer Druckgleichförmigkeit. Eine solche Emissionsvorrichtung ist bereits aus dem Dokument EP-A-0835756 bekannt, das sich nicht auf ein AIP bezieht, sondern auf einen herkömmlichen Tintenstrahldrucker unter Verwendung einer Düse und die eine Vibrationsplatte besitzt, die einen Hohlraum abdeckt. Die Vibrationsplatte ist dünn und dahingehend anfällig, dass sie bricht, insbesondere dann, wenn ein Laser die Elektroden abstimmt. Als Folge wird die obere Elektrode mittels Laser nur in einem Bereich getrimmt, wo die piezoelektrische Schicht die Vibrationsplatte abdeckt, um so den effektiven Elektrodenbereich zu kontrollieren und ein Tintenstrahlvolumen einzustellen.
• Die EP-A-61118261 bezieht sich nicht auf einen AIP-Drucker, sondern auf einen Mehrfachdüsenkopf. Ein Teil einer Elektrode eines piezoelektrischen Elements wird getrimmt, wenn ein Kopf montiert wird, so dass die Charakteristiken zwischen Düsen und Köpfen angeglichen werden. Die Impedanz des Elements wird dadurch geändert und die Strahlcharakteristiken unter denselben Ansteuerbedingungen können variiert werden.
• Aus der EP-A-4520374 ist bereits ein Tintenstrahldrucker bekannt, der die Elektroden nahe einer Düse so spezifiziert, dass sie kleiner als Elektroden sind, die weiter weg von der Düse liegen.
• AIP ist ein Verfahren zum Übertragen von Tinte bzw. Farbe direkt auf ein Aufzeichnungsmedium, was verschiedene Vorteile gegenüber Methoden eines direkten Druckens hat. Ein wichtiger Vorteil ist derjenige, dass es nicht Düsen und Ausstoßöffnungen besitzt, die viele Probleme in Bezug auf die Zuverlässigkeit (z. B. verstopfen) und das Bildelement (z. B. "Pixel") einer Platzierungsgenauigkeit bei herkömmlichen Tintenstrahldruckern mit drop-on-demand (Tropfen auf Anforderung) und mit einem kontinuierlichen Farbstrom gezeigt haben. Da ein AIP das Verstopfen und die Herstellungsprobleme, die in einem auf einer Düse basierenden Tintenstrahldrucken mit drop-on-demand zugeordnet sind, vermeidet, stellt es eine vielversprechende, direkte Markierungstechnologie dar. Während detailliertere Beschreibungen des AIP-Prozesses in den US-Patenten Nr.'n 4,308,547, 4,697,195 und 5,028,937 im wesentlichen vorgefunden werden können, emittieren Bündel aus fokussierter, akustischer Energie Tröpfchen von der freien Oberfläche einer Flüssigkeit auf ein Aufzeichnungsmedium. Durch Kontrollieren des Emittierprozesses, wenn sich das Aufzeichnungsmedium relativ zu den Tröpfchenemissionsstellen bewegt, wird ein vorbestimmtes Bild gebildet.
• Um wettbewerbsfähig zu anderen Druckertypen zu sein, müssen akustische Farbdrucker Bilder mit hoher Qualität unter geringen Kosten herstellen. Um solche Erfordernisse zu erfüllen, ist es vorteilhaft, Druckköpfe mit einer großen Anzahl von individuellen Tröpfchenemissionsvorrichtungen unter Verwendung von Techniken ähnlich zu solchen, die bei der Halbleiterherstellung verwendet werden, herzustellen. Während sich spezifische AIP- Ausführungen variieren können, und während zusätzliche Bauelemente verwendet werden können, wird jede Tröpfchenemissionsvorrichtung einen Ultraschallwandler (befestigt an einer Oberfläche eines Körpers), einen Varactor zum Einschalten und Abschalten der Tröpfchenemissionsvorrichtung, eine akustische Linse (auf der gegenüberliegenden Seite des Körpers) und einen Hohlraum, der Farbe enthält, so dass die von Farbe freie Oberfläche nahe des akustischen Fokussierungsbereichs der akustischen Linse liegt, umfassen. Die individuelle Tröpfchenemissionsvorrichtung ist durch Auswahl deren zugeordneter Reihe und Spalte möglich.
• Wie ersichtlich werden wird, wird das akustische Drucken einer Anzahl von Herstellungsvariablen unterworfen, einschließlich der Dicke des piezoelektrischen Materials des Wandlers, Spannungs- und Zusammensetzungsvariationen; Belastungseffekte des Wandlers aufgrund einer Drahtbondbefestigung an der oberen Elektrode und in Bezug auf die Dicke der oberen Elektrode; einer Farbkanalspaltkontrolle, was Variationen des Fokuspunkts der akustischen Welle mit sich bringt; Öffnungslochvariationen, was das nicht geeignete Pinning des Farbmeniskus verursacht; einer HF-Verteilung nicht gleichförmig entlang der Reihenelektroden, elektromagnetischer Reflexionen an den Transmissionslinien, Variationen in den akustischen Kopplungseffizienzen, Variationen in den Komponenten, die jedem Wandler zugeordnet sind. Aufgrund der Herstellbeschränkungen können diese Variablen nicht ausreichend kontrolliert werden. Die Variablen können zu nicht gleichförmigen Druckprofilen führen, wie beispielsweise eines nicht gleichförmigen Druckens des Druckkopfs von Ende zu Ende.
• Ein Typ eines nicht gleichförmigen Druckens ist ein "frown" bzw. "nicht gefallender" Effekt eines festgelegten Musters, wobei die Intensität der Farbe in einem mittleren Bereich eines Druckbereichs größer als an den äußeren Kanten des Druckbereichs ist.
• Ein typischer "frown" Effekt ist durch das Testdruckmuster A der Fig. 8 dargestellt. Das "frown" resultiert von nicht gleichförmigen Tröpfchen, d. h. Tröpfchen, die in der Größe, der Emissionsgeschwindigkeit, der Emissionsfrequenz und/oder den Charakteristiken varüeren. Zusätzlich zu dem "frown" Effekt kann ein anderes, nicht gleichförmiges Drucken auftreten, das einen "smile" Effekt umfassen kann, der dann vorhanden ist, wenn keine Gleichförmigkeit beim Drucken in einer Richtung orthogonal zu der Länge des Druckkopfs vorhanden ist. Eine nicht gleichförmige Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit kann fehlausgerichtete Tröpfchen erzeugen. Nicht gleichförmige Tröpfchen können das Endbild so verschlechtern, dass das Bild nicht akzeptierbar wird.
• Deshalb ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tröpfchengleichförmigkeit beim akustischen Farbdrucken, in Bezug auf die "frown" und "smile" Effekte, ebenso wie andere nicht gleichförmige Muster, zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Techniken und Vorrichtungen zum Verbessern von Typen Ende zu Ende, Oberseite zu Unterseite und anderer Typen einer AIP- Druckgleichförmigkeit beschrieben.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein verbesserter Druckkopf geschaffen, der Wandler mit oberen Elektroden unterschiedlicher Flächenbereiche besitzt, und ein Verfahren zum Herstellen der Wandler.
• Ein akustischer Farbdrucker-Druckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Feld aus Wandlern, die entsprechend den Bereichsverhältnissen umgeformt sind, was ein gleichförmiges Drucken von Ende zu Ende und von der Oberseite zur Unterseite ermöglicht. Eine obere Elektrodenschicht des Wandlers besitzt ausgewählte Flächenbereiche, die so entfernt sind, dass mindestens einige der Wandler unterschiedliche Bereichsverhältnisse als andere in der Schicht derselben Reihe und/oder Spalte haben.
• Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung liegen die oberen Elektroden, die mindestens einen Teil deren Flächenbereichs entfernt besitzen, in der Form einer "donut" und "dot" Konfiguration vor.
• Unter Bezug auf einen anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden, zusätzlich zu dem normalen Druckkopfprozess und der -anordnung, nach einem anfänglichen Druck- Test- und/oder Schwellwert von Emissionsmessungen von Ende zu Ende und/oder Oberseite zu Unterseite des Druckkopfs erstellt und bestimmt, wobei ein Wandlerschwellwert für eine Ejektion Ende zu Ende, Oberseite zu Unterseite oder eines anderen Profils erfasst wird. Einerster Schritt einer Korrektur einer Ausführungsform verwendet ein Lasertrimmen, um Wandler nahe den Mittenspalten zu entstimmen, wobei solche Wandler dahingehend bestimmt worden sind, dass sie effizienter als solche sind, die nicht so nahe zu den Mittenspalten liegen. Durch das selektive Lasertrimmen eines oberen Elektrodenbereichs werden ausgewählte solche der Druckeffizienz des Wandlers reduziert.
• Darauffolgend wird das Drucktesten, nach einem Lasertrimmen dazu verwendet, die Druckgleichförmigkeitsverbesserung zu bestätigen. Wenn das Wandler-Entstimmungsprofil über repräsentative Druckköpfe eingerichtet ist, ist der zweite Schritt derjenige, die Bereichs- und Formänderungen, die notwendig sind, für eine Korrektur erster Ordnung zu codieren. Diese Informationen werden in einer Elektrodenprozessmaske codiert. Ein dritter Schritt einer Korrektur ist weiterhin ein Verfeinern des ersten Schritts nach einem Einschließen der Korrektur der ersten Ordnung in die Reihen - und/oder Spaltenelektrodenmaske.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden ersichtlich werden, wenn die nachfolgende, detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen:
• Fig. 1 zeigt eine Darstellung des End-End-frown-Effekts.
• Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Druckkopfs für ein akustisches Farbdrucken;
• Fig. 3 zeigt eine Oberseitenansicht eines Felds von oberen Elektroden;
• Fig. 4 stellt eine Vielfalt von Testdruckmustern dar, die ein nicht gleichförmiges Drucken Ende zu Ende darstellen;
• Fig. 5 zeigt einen Untersatz von oberen "donut" förmigen Elektroden eines Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 6 stellt obere "dot" bzw. "punktförmig" geformte Elektroden eines Wandlers gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung dar;
• Fig. 7A-7B stellen Konversionsverluste von oberen "donut" und "dot" Elektroden dar, die sich variierende Flächenbereichsverhältnisse haben;
• Fig. 7C vergleicht eine obere "donut" gegenüber einer oberen "dot" Elektrode bei einem Bereichsverhältnis von 0,75;
• Fig. 8A zeigt eine graphische Darstellung eines round-trip-Echo-Einsatz-Verlustes gegenüber einem Flächenbereichsverhältnis für eine obere "donut" und und "dot" Elektrode;
• Fig. 8B zeigt eine normierte graphische Darstellung eines round-trip-Echo-Einsatz- Verlustes gegenüber einem Flächenbereichsverhältnis für eine obere "donut" und "dot" Elektrode;
• Fig. 8C stellt ein normiertes Einzel-Umlauf-Echo-Einsatz-Verlust- gegenüber einem Bereichs-Verhältnis für eine obere "donut" und eine "dot" Elektrode dar.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Während die Erfindung in einem gewissen Detail hier nachfolgend unter Bezugnahme auf bestimmte, dargestellte Ausführungsformen beschrieben wird, sollte verständlich werden, dass es nicht vorgesehen ist, sie auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegensatz dazu sollen alle Modifikationen, Alternativen, Äquivalente, die innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche fallen, umfasst sein. Während sich die nachfolgende Diskussion auf eine Verbesserung von Druckprofilen Ende zu Ende konzentriert, um den "frown" Effekt zu eliminieren, können die Konzepte, die detailliert hier angegeben sind, auch bei einer Verbesserung von Druckmustern von der Oberseite zu der Unterseite, d. h. einem "smile" Effekt, ebenso wie bei anderen Druckmustern, angewandt werden. Die Aufmerksamkeit wird nun auf die Zeichnungen, und insbesondere auf Fig. 2 gerichtet, die eine Teilseitenansicht eines akustischen Farbdruckkopfs, und, insbesondere, eine individuelle, akustische Farbemissionsvorrichtung B eines solchen Druckkopfs ist. Die Emissionsvorrichtung B umfasst ein Substrat 10, zum Beispiel ein Glassubstrat. Angeordnet an einer Bodenoberfläche des Substrat 10 ist ein Wandler 12. Genauer gesagt ist eine dünne Ti-W-Schicht 18 niedergeschlagen, um als eine untere Elektrode für den Wandler 12 zu dienen. Eine separate Schicht eines piezoelektrischen Materials 16, wie beispielsweise ZnO, ist auf der Schicht 18 angewachsen. Eine separate, obere Elektrode 14, zum Beispiel eine dünne Schicht (z. B. 1 um) aus Aluminium oder Gold mit einer Dicke einer Viertelwellenlänge, ist auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 16 vorgesehen. Die obere Elektrode 14 kann einen Durchmesser von zum Beispiel 340 um haben. Die obere und die untere Elektrode sind mit einer Quelle 20 einer herkömmlich modellierten HF-Energie verbunden.
• Die akustische Linse 22, wie beispielsweise eine Fesnel- oder sphärische Linse, ist in die Oberseite des Substrats 10 oberhalb des Wandlers 12 eingeätzt. Angeordnet auf der Oberseite des Substrats 10 ist eine Oberseitenplatte 24, die eine Öffnung 26 definiert. Die vorstehend beschriebene Struktur kann entsprechend den herkömmlichen Techniken hergestellt werden.
• Im Betrieb wird Schallenergie von dem Wandler 12 nach oben durch die Linse 22 gerichtet und die Linse fokussiert die Energie auf den Bereich der oberen Oberfläche 28 eines Körpers aus Flüssigkeit, wie beispielsweise Farbe 30, oberhalb des Wandlers 12. Die Linse 22 konzentriert Schallwellen von dem Wandler 12, um dadurch die Oberfläche 28 zu stören, was bewirkt, dass ein Tröpfchen 32 emittiert wird.
• Ein individueller, akustischer Tröpfchenemitter, wie beispielsweise ein solcher, der in Fig. 2 beschrieben ist, ist gewöhnlich als ein Teil eines Felds aus akustischen Tröpfchenemissionsvorrichtungen hergestellt. Fig. 3 stellt eine schematische Beschreibung von oben nach unten eines Felds 32 aus individuellen, oberen Elektroden 14 eines Felds aus Wandlern, wie beispielsweise einem Wandler 12, dar. Ein typischer AIP-Druckkopf kann 8 Reihen und 128 Spalten individueller Tröpfchenemissionsvorrichtungen haben. In typischen Anordnungen wird jede Emissionsvorrichtung einen entsprechenden Wandler 12 haben, der wiederum eine entsprechende, obere Elektrode 14 besitzt. Zur Vereinfachung zeigt Fig. 3 eine Teildarstellung eines Felds 32. Es sollte auch angemerkt werden, dass, während die vorstehenden Zahlen typische Darstellungen sind, AIP-Druckköpfe mit mehr oder weniger Emissionsvorrichtungen konfiguriert werden können.
• Das Feld aus Emittern entsprechend zu oberen Elektroden des Felds 32 werden selektiv erregt, um ein geeignetes Muster auf einem Papierblatt oder einem anderen Bestimmungsdokument zu erzeugen. Dies wird durch ein Umschaltmuster durchgeführt, wie beispielsweise ein solches, das weiterhin in dem Patent für Hadimioglu et al., U. S.-Patent Nr. 5,389,956, beschrieben ist.
• Fig. 4 zeigt eine Reihe von Drucktestmustern, die eine Druckkopffähigkeit darstellen, wenn sich Energieniveaus variieren, die zu einem Druckkopf zugeführt werden. Insbesondere ist ein Bereich von Energieniveauausgängen von 7,0 dB bis 3,5 dB dargestellt, und wobei ein Vco-Offset = 2,65 V beträgt (entsprechend zu einer HF-Mittenfrequenz von 165 MHz). Wenn 7,0 dB an Energie zu einem Druckkopf, aufgebaut gemäß den vorherigen Lehren, d. h. unter Verwendung des oberen Elektrodenfelds, wie beispielsweise ein solches, das in Fig. 3 dargestellt ist, zugeführt wird, wird eine kleine Menge an Farbe auf das Bestimmungsdokument übertragen. Wenn das dB-Niveau erniedrigt wird, um dadurch mehr Energie zu dem Druckkopf zu liefern, kann gesehen werden, dass mehr Farbe auf das Bestimmungsdokument aufgebracht wird. Die Drucktestmuster, die in Fig. 4 dargestellt sind, zeigen das Konzept des "frown" Effekts, der zuvor diskutiert ist. Allerdings wurde, wenn die Drucktestmuster überprüft wurden, das Druckmuster unter 6,0 dB, das eine Mittenbereichsintensität liefert, dahingehend angesehen, dass es einen erwünschten Intensitätswert ergibt. Allerdings zeigten die Kanten von Testmustern bei 6,0 dB ein Fehlen von Farbe und dadurch eine unzureichende Intensität. Beim Betrachten des Testmusters unter 3,5 dB wurde bestimmt, dass der Mittenbereich eine Übersättigung von Farbe besaß, allerdings waren die Kanten von einem geeigneten Niveau.
• Es wurde deshalb aus dieser Untersuchung bestimmt, dass in Feldern, die ein Mehrzahl von Emissionsvorrichtungen haben, d. h. ein solches Feld, das 8 Reihen, jede mit 128 Emissionsvorrichtungen, besitzt, die Umschaltbetrachtungen ebenso wie der Herstellvorgang dazu tendieren, dass sie bewirken, dass die Mittenemissionsvorrichtungen eines solchen Felds effizienter als die Emissionsvorrichtungen werden, die nahe dem Ende einer Reihe angeordnet sind. Deshalb nahmen die Erfinder Untersuchungen vor, um einen gleichförmigeren Betrieb der Emissionsvorrichtungen von Ende zu Ende des Druckkopfs zu erzielen.
• Es wurde herausgefunden, dass ein Verändern des Bereichs von individuellen, oberen Elektroden 18 an ausgewählten Stellen innerhalb des Felds 32 Verbesserungen in der Gleichförmigkeit Ende zu Ende der Druckfähigkeiten eines AIP-Druckkopfs lieferte. Das Verstimmen der einzelnen Emitter wird durch das Entfernen von Bereichen ausgewählter, oberer Elektroden vorgenommen. Der Vorgang eines Verstimmens gestaltet den verstimmten Emitter, dessen obere Elektrode geändert worden ist, weniger effizient. Demzufolge würden Emitter, die nahe den mittleren Spalten eines Druckkopffelds angeordnet sind, ein höheres Niveau eines Verstimmens als Emitter erfordern, die nahe den Kanten angeordnet sind. Durch Verstimmen eines geeigneten Betrags und in einem geeigneten Muster kann ein gleichförmiges Drucken erreicht werden. Die Fig. 5 und 6 stellen obere Elektroden 34, 36 dar, die Bereiche entfernt haben. Die Fig. 5 stellt eine Reihe aus 16 oberen Elektroden 34 dar, die sich variierende Größen eines inneren Bereichs, der entfernt ist, haben, um dadurch den äußeren Umfang der Elektroden 34 beizubehalten. Dieses Entfernen erzeugt eine Ring- oder "Donut-" Form. Je mehr Fläche entfernt wird, desto größer ist das Verstimmen. Als eine geeignete Anordnung zu Fig. 5 stellt Fig. 6 äußere Bereiche der Elektroden 36 entfernt dar, was "Dot" bzw. "Punkt" Elektroden sind. Ähnlich zu Fig. 5 ist, je größer der Bereich ist, der entfernt ist, desto größer der Verstimmungs- Effekt. Die Fig. 5 und 6 offenbaren obere Elektroden, die von einem Bereichsverhältnis von 1,0 (kein Bereich entfernt) zu 0,45 (pro 55% des Bereichs entfernt sind) abgestimmt sind. Es sollte ersichtlich sein, dass die Flächenbereichsprozentsätze, die dahingehend dargestellt sind, dass sie entfernt sind, in einem größeren Umfang vorgenommen werden können, und dass das spezifische Muster, wenn es in einem Druckkopf eingesetzt wird, von den Charakteristika des Druckkopfs abhängen wird. Die vorstehenden Effekte eines Verstimmens sind in den Fig. 7A-7C dargestellt. In Fig. 7A ist die Effektivität von Wandlern in eine "donut" Form angegeben, d. h. solche, bei denen eine obere Elektrode sich variierende Flächenverhältnisse besitzt. Die Graphik zeigt einen Konversionsverlust in Dezibel (dB) gegenüber einer Frequenz in Megahertz. Bei einer Emissionsfrequenz von ungefähr 165 Megahertz beträgt, für einen Wandler in Form eines "donut", der ein Flächenbereichsverhältnis von 1,0 besitzt (1,0 ist gleich zu keinem Flächenbereich, der entfernt ist), 38, der Konversionsverlust in Dezibel 41 dB. Allerdings beträgt für einen Wandler mit einer "donut" Form, der ein Flächenbereichsverhältnis von 0,75 besitzt (dies bedeutet 25% seiner Fläche ist entfernt worden), 40, der Konversionsverlust ungefähr 48 dB. Schließlich wurde herausgefunden, dass ein Wandler einer "donut" Form, der ein Flächenbereichsverhältnis von 0,50 besitzt (d. h. die Hälfte seiner Fläche ist entfernt worden), 42, einen Konversionsverlust von 55 dB bei der mittleren Frequenz erfährt. Der Wandler mit "donut" Form mit einem Konversionsverlust von 55 dB ist weniger leistungseffizient als der Wandler mit 48 dB. Dies wiederum bedeutet, dass der Wandler mit 48 dB weniger leistungseffizient ist als der Wandler mit 41 dB.
• Normalerweise ist es wünschenswert, Wandler herzustellen, die einen niedrigen Konversionsverlust (in dB) haben und die so leistungseffizient wie möglich sind. Allerdings ist, für ein Verstimmen von Wandlern für eine Druckgleichförmigkeit, wie dies hier dargestellt ist, ein herstellender Wandler weniger leistungseffizient erwünscht.
• Fig. 7B liefert ähnliche Ergebnisse für "dot" förmige Wandler. Genauer gesagt besitzt die Effizienz für einen vollständig gebildeten Wandler (d. h. mit einem Flächenverhältnis von 1,0), 44, weniger Konversionsverlust und arbeitet dadurch unter einer größeren Effizienz, 46, als die "dot" förmigen Wandler, die ein Fächenverhältnis von 0,75 und 0,50, 48, jeweils haben. Ähnlich arbeitet der "dot" förmige Wandler mit einem Fächenverhältnis von 0,75 unter einer höheren Effizienz als der "dot" Wandler, der ein Fächenverhältnis von 0,50 besitzt. Fig. 7 C bestätigt die ähnlichen Betriebscharakteristika eines "dot" 50 gegenüber einem "donut" 52 Wandler, beide mit einem Fächenverhältnis von 0,75. Der "donut" förmige Wandler ist so dargestellt, dass er geringfügig effizienter beim Verstimmen des Wandlers als der "dot" förmige Wandler ist.
• Die vorstehende Diskussion in Verbindung mit den Fig. 7A-7C zeigt, dass die Betriebscharakteristika der Emitter von der Fläche der oberen Elektrode abhängig sind. Mit dem vorstehenden Verständnis wurde eine Umlauf-Echo-Einsatzverlust- gegenüber Fächenverhältnis-Studie vorgenommen. Bei dieser Studie wurde ein Ultraschallimpuls durch Vorrichtungen mit sich variierenden Fächenverhältnissen für eine "donut" und eine "dot" Konfiguration geschickt, wobei hier die Reflexion, die aus der Rückseite des Substrats der Vorrichtung herauskam, aufgezeichnet wurde. Die Ergebnisse wurden durch ein Oszilloskop überwacht und dann ausgedruckt. Das vorstehende ist eine Umlauferfassung, da der Schall nach unten und zurück wieder während der Übertragung geht. Die Einsatzverluste basieren auf einem Ultraschallimpuls einer Frequenz von ungefähr 165 Megahertz (d. h. die Mittenfrequenz eines Emittters, wie ein solcher, der in Fig. 1 beschrieben ist). Fig. 8A verifiziert den Einsatzverlust des "donut" förmigen Wandlers 54 und den Einsatzverlust des "dot" förmigen Wandlers 56, ansteigend unter einer wesentlichen Steigung, wenn das Fächenverhältnis verringert wird.
• Fig. 8B normiert das Diagramm des Umlauf-Echo-Einsatzverlustes gegenüber dem Fächenverhältnis der Fig. 8A. Insbesondere wird der dB-Verlust auf Null gesetzt, wenn das Fächenverhältnis gleich zu Eins ist. Diese Graphik wird dann in die Graphik der Fig. 8C überführt, die ein normiertes Einzel-Echo-Einsatzverlust- gegenüber Fächenbereichsverhältnis zeigt. Die Informationen, die hier vorgefunden sind, sind nützlich bei der Auswahl einer geeigneten Verstimmung für spezifische Ende-zu-Ende-Test-Druck-Muster. Insbesondere wurde, unter Bezugnahme wiederum auf Fig. 4, gezeigt, dass bei 6,0 dB der mittlere Bereich des Testmusterdrucks ein erwünschtes Niveau einer Intensität hatte, allerdings wurden die Kanten unzureichend abgedeckt. Es wurde weiterhin erkannt, dass bei 3,5 dB, während der mittlere Bereich des Testmusters übermäßig markiert war, d. h. zu hoch in der Intensität, die äußeren Kanten geeignet markiert waren.
• Unter Verwendung der vorstehenden Informationen kann bestimmt werden, dass dort ein Bereich von 2,5 dB vorhanden ist, in dem eine geeignete Markierung von Kante zu Kante, einschließlich des mittleren Bereichs, auftreten würde. Dies wird dann in Verbindung mit Informationen von Fig. 8C verwendet, die zeigt, dass dann, wenn das Fächenverhältnis gleich zu 1,0 ist, dort kein eine Verstimmung vornehmender Effekt und keine Einsatzverluste aufgrund des Entfernens eines Flächenbereichs einer der oberen Elektroden 18 vorhanden ist. Deshalb kann, unter Vorsehen des Fächenverhältnisses von 1,0 als obere Werte der äußeren Kante in einer Emitterreihe eines Druckkopfs und mit dem Verständnis, dass dabei ein 2,5 dB Bereich vorhanden ist, wo die Emitter in einer erwünschten Art und Weise arbeiten, bestimmt werden, dass das wünschenswerte Fächenbereichsverhältnis für die oberen Elektroden, zugeordnet den mittleren Emittern, ein Fächenbereichsverhältniss von ungefähr 0,75 (für einen "donut" förmigen Wandler), für einen Druckkopf, der Farbe entsprechend den Testdrucken der Fig. 3 aufbringt, sein würde.
• Unter Verwendung der vorstehenden Informationen kann ein Bereich von verstimmten, oberen Elektroden, sich von den Mittenspalten aus erstrecken, mit der höchsten Verstimmung, zu den äußeren Kanten einer Reihe von Elektroden, wie beispielsweise in einem Feld 32, gebildet werden, was eine gleichförmige Druckausgabe ohne einen "frown" bzw. einen "nicht gefallenden" Effekt ermöglicht. Diese Emitter, die effizienter sind, werden verstimmt, um dadurch deren Effizienz zu verringern und sie in eine betriebsmäßige Übereinstimmung zu Emittern an den äußeren Kanten einer Reihe zu bringen. Während gezeigt worden ist, dass der Bereich in dieser bestimmten Ausführungsform von einem 1,0 Flächenbereichsverhältnis zu einem solchen eines 0,75 Fächenbereichsverhältnisses reicht, können andere Fächenbereichsverhältnisse als nützlich für einen Druckkopf bestimmt werden.
• Auch haben die Erfinder bestimmt, dass eine Wandlervorrichtungskapazität (insbesondere 0,5 pF für einen 600 dpi Druckkopf) auch aufgrund des Verstimmens verringert wird. Eine Kantenkapazität kann sich auch aufgrund einer Erhöhung des Vorrichtungsumfangs erhöhen.
• Eine ausbalancierte, symmetrische Flächenverringerung der oberen Elektroden ist bevorzugt, um eine unnötige Wandler-Fehlausrichtungsfähigkeit zu vermeiden. Demzufolge ist es erwünscht, symmetrische Bereiche der oberen Elektrode in einer Art und Weise zu entfernen, die eine symmetrische Form beibehält, wobei eine Möglichkeit, dies vorzunehmen, über die Verwendung eines Lasers mit einer runden Apertur ist.
• Diese Erfindung liefert eine Art und Weise zum Erreichen einer besseren Druckgleichförmigkeit unter Verwendung von AIP-Druckköpfen. Sie wendet sich dem "frown" Effekt eines Ende-zu-Ende festgelegten Musters eines typischen Druckkopfs zu, der in AIP- Druckköpfen beobachtet worden ist. Die vorliegende Maßnahme setzt einen Vorgang einer Korrektur eines festgelegten Musters zusätzlich zu dem Vorgang eines normalen Druckkopfes und eines Montagevorgangs ein. Insbesondere wird, nach einem anfänglichen Drucktest oder einer Messung des Ausstoßschwellwerts von Ende zu Ende ein Wandlerschwellwert für ein Ausstoßprofil Ende zu Ende erfasst. Dies kann visuell vorgenommen werden, unter Betrachtung von Drucken, hergestellt durch Emitter unter einem Zustand einer einzelnen, gegebenen Energie. Es ist auch möglich, dieses End-Profil durch Untersuchen des Schwellwerts für einen Ausstoß jedes individuellen Emitters zu erhalten. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung setzt ein erster Schritt einer Korrektur ein Lasertrimmen der oberen Elektrode ein, um die Wandler um einen vorbestimmten Betrag zu verstimmen. Diese Wandler, die stark emittieren, wie beispielsweise solche nahe der Mittenspalten, werden um einen größeren Betrag verstimmt als solche an dem Ende der Reihe. Durch selektives Lasertrimmen des Bereichs bzw. der Fläche der oberen Elektrode wird eine Wandlerdruckeffizienz effektiv verringert. Darauffolgende Drucktests nach einem Lasertrimmen bestätigen dann irgendeine Verbesserung der Druckgleichförmigkeit.
• Das Verstimmungsprofil des Wandlers wird dann unter Vornahme dieses Vorgangs über die jeweiligen Druckköpfe hinweg eingerichtet. Ein zweiter Schritt wird dann vorgenommen, um die Flächenformänderungen, notwendig für eine Korrektur erster Ordnung, in einer Reihenelektrodenverarbeitungsmarkierung zu codieren. Insbesondere ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung bei Druckköpfen eingesetzt werden kann, die unter einem lithographischen Prozess hergestellt sind; wie dies, zum Beispiel, in dem Patent für Hadimioglu et al. U. S.-Patent Nr. 5,565,113, offenbart ist.
• Ein dritter Schritt einer Korrektur umfasst weiterhin einen Verfeinerungsschritt nach dem Einschließen der Korrektur erster Ordnung in die Reihenelektrodenmaskierung. Ein Einsetzen einer Korrektur erster Ordnung in die Maske wird ein Einstellen einer einzelnen Maskenstruktur in dem Prozess erfordern. Wenn einmal eine geeignete Wandlerfeldstruktur bestimmt worden ist und in die Wandlerfeldmaskierung hinein codiert worden ist, kann sie bei der Herstellung von mehreren akustischen Tröpfchenemitterdruckköpfen verwendet werden.
• Da die oberen Elektroden des Wandlers zusammen verbunden sind, um eine gemeinsame Reihenelektrode zu bilden, kann das Verringern der effektiven Fläche der oberen Elektrode die Reihen-Elektroden-HF-Stromführungsfähigkeit beeinflussen. Das Vorstehende kann deshalb eine Grenze dafür liefern, wie viel Fläche der oberen Elektrode entfernt werden kann, ohne die Effektivität der Reihenelektrode zu begrenzen. Eine Art und Weise des Beseitigens dieses Problems ist diejenige einer Prozesseinstellung in Bezug auf die Dicke der oberen Elektrode, um eine Leitfähigkeit zu verbessern. Die Einstellung der Stelle der HF-Zuführung entlang der Reihe kann auch vorgenommen werden, um weiterhin die HF- Stromführungsfähigkeit zu verbessern.
• Zusätzlich ist auch, unter Verwendung eines Lasertrimmens, um ein erwünschtes Muster zu erhalten, das Konzept der Verwendung eines Lasertrimmens ohne Einschließen in die Masken ebenso wie Vornehmen einer Korrektur durch Simulation unter Verwendung eines Computers, und danach Codieren des korrigierten Wandlerfelds direkt in die Maskenstruktur, vorgesehen. Aus dem Vorstehenden werden sich zahlreiche Modifikationen und Variationen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet ergeben.
• Deshalb ist das Vorstehende nur als erläuternd für die Prinzipien der vorliegenden Erfindung anzusehen. Weiterhin ist, da sich zahlreiche Modifikationen und Änderungen leicht für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ergeben werden, vorgesehen, die Erfindung nicht auf dem exakten Aufbau und die Betriebsweise, die dargestellt und beschrieben sind, und dementsprechend können alle geeigneten Modifikationen und Äquivalente als in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallend angesehen werden.

Claims (14)

1. Akustische Tröpfchenemissionsvorrichtung (B) zum Emittieren von Tröpfchen aus Flüssigkeit von einer Oberfläche eines Flüssigkeitskörpers, wobei die Emissionsvorrichtung umfasst:

eine Vielzahl planer Schallwellenwandler (12), die unterhalb des Flüssigkeitskörpers angeordnet sind, wobei jeder Wandler (12) der Vielzahl eine piezoelektrische Vorrichtung (16) enthält, die zwischen einer unteren Elektrode (18) und einer oberen Elektrode (14) gehalten wird, und wobei die Vielzahl von Wandlern in einer Struktur aus Reihen und Spalten angeordnet sind;

eine Ansteuereinrichtung, die mit den unteren und den oberen Elektroden der Wandler verbunden ist, um die Wandler zu erregen und Kegel von Schallwellen in die Flüssigkeit in einem Winkel auszustoßen, der so ausgewählt wird, dass er bewirkt, dass die Schallwellen an der Oberfläche des Flüssigkeitskörpers einen Fokus haben, so dass die fokussierten Schallwellen auf die Flüssigkeit in der Nähe der Oberfläche des Flüssigkeitskörpers auftreffen und sie innerhalb einer begrenzten Fläche akustisch auf ein höheres Energieniveau anregen, so dass Flüssigkeitströpfchen mit vorgegebenem Durchmesser auf Anforderung aus dem Flüssigkeitskörper ausgestoßen werden,

dadurch gekennzeichnet, dass:

obere Elektroden (14) ein und derselben Reihe unterschiedlich große Flächen aufweisen, um die Gleichmäßigkeit des Druckens von einem Ende zum anderen zu verbessern, wobei die Wirksamkeit jedes der Wandler von der Fläche der oberen Elektrode abhängt.

2. Drucker, der umfasst:

eine Einrichtung, die einen ersten elektrischen Eingang erzeugt;

eine Vielzahl einzelner Tröpfchenemissionsvorrichtungen (B) nach Anspruch 1;

eine Strukturausbildungseinrichtung, die die Vielzahl von Tröpfchenemissionsvorrichtungen (B) so zu einer Struktur aus Reihen und Spalten von Tröpfchenemissionsvorrichtungen verbindet, dass der erste elektrische Eingang an den Wandler (12) jeder der Tröpfchenemissionsvorrichtungen in einer Reihe angelegt werden kann, und so, dass ein Steuersignal an jede der Tröpfchenemissionsvorrichtungen in einer Spalte angelegt werden kann, wobei wenigstens einige der oberen Elektroden, die mit der Reihe von Wandlern verbunden sind, unterschiedliche vorgegebene Flächen haben und wobei die Wirksamkeit jedes der Wandler von der Fläche der oberen Elektrode abhängt;

eine Reihenauswähleinrichtung, die den ersten elektrischen Eingang an eine ausgewählte Reihe der Struktur anlegt;

eine Steuersignaleinrichtung, die einen Satz spaltenabhängiger Steuersignale für eine ausgewählte Spalte erzeugt; und

eine Spaltenauswähleinrichtung, die ein spaltenabhängiges Steuersignal an die Tröpfchenemissionsvorrichtungen der ausgewählten Spalte anlegt.

3. Akustische Tröpfchenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Drucker nach Anspruch 2, wobei die oberen Elektroden ein und derselben Reihe, die unterschiedlich große Flächen haben, so aufgebaut sind, dass die oberen Elektroden, die am nächsten an einer Mitte der Reihe liegen, eine geringere Fläche haben als die oberen Elektroden, die sich an den Enden der Reihe befinden.

4. Akustische Tröpfchenemissionsvorrichtung oder Drucker nach Anspruch 3, wobei die oberen Elektroden, die am nächsten an der Mitte der Reihe liegen, ungefähr 75% der Fläche der oberen Elektroden haben, die sich an den Enden der Reihe befinden.

5. Akustische Tröpfchenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Drucker nach Anspruch 2, wobei ausgewählte der oberen Elektroden eine Ringform und eine Punktform haben.

6. Akustische Tröpfchenemissionsvorrichtung oder Drucker nach Anspruch 5, wobei die ringförmigen und punktförmigen oberen Elektroden symmetrisch sind.

7. Verfahren zum Verbessern der Gleichmäßigkeit des Druckens von einem Ende zum anderen mit einer Struktur von Tröpfchenemissionsvorrichtungen, die Tröpfchen in Reaktion auf elektrische Eingänge erzeugen, die selektiv an eine Struktur von Wandlern der Tröpfchenemissionsvorrichtungen angelegt werden, wobei die Wandler in einer Struktur von Spalten und Reihen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte umfasst:

a) Drucken eines Testmusters auf ein Zieldokument, um die Gleichmäßigkeit des Druckens zu bestimmen, und

b) Messen von Schwellenwerten, die an einzelne Wandler angelegt werden und bewirken, dass ein Tröpfchen von einer entsprechenden Tröpfchenemissionsvorrichtung emittiert wird;

wobei auf wenigstens einen der Schritte a) oder b) der Schritt des Bestimmens eines Profils der gemessenen Schwellenwerte von einem Ende zum anderen bezüglich der Struktur folgt; und

Verstimmen der Wandler, für die auf der Grundlage des bestimmten Schwellenwertes des Emissionsprofils von einem Ende zum anderen zu hohe Wirksamkeit festgestellt wurde, durch Verringerung der Fläche einer oberen Elektrode der entsprechenden Wandler, so dass die Gleichmäßigkeit der Emission über die Tröpfchenemissionsvorrichtungs-Struktur verbessert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Verstimmens das Laser- Abgleichen einer obersten Elektrode ausgewählter Wandler der Wandler-Struktur einschließt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst:

Wiederholen des Schritts a) des Aufdruckens eines Testmusters und des Schritts b) des Messens von Schwellenwerten einzelner Wandler, um eine Zunahme der Gleichmäßigkeit des Druckens mit der Tröpfchenemissionsvorrichtungs-Struktur zu bestätigen; und

Kodieren von Flächenformveränderungen, die an den obersten Elektroden vorgenommen wurden, zu einer Maske der obersten Elektroden einer Reihe, die bei einem Prozess der lithografischen Herstellung der Tröpfchenemissionsvorrichtungs- Struktur einzusetzen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, das des Weiteren einschließt:

Kodieren von Flächenformveränderungen, die an den obersten Elektroden vorgenommen wurden, zu einer Maske der obersten Elektroden einer Reihe, die bei einem Prozess zum lithografischen Herstellen der Tröpfchenemissionsvorrichtungs- Struktur einzusetzen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Verstimmens das Verändern einer Struktur der Maske der obersten Elektroden einer Reihe, die bei einem Prozess der lithografischen Herstellung der Wandlerstruktur eingesetzt wird, einschließt.

12. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Verstimmens wenigstens entweder a) Laser-Abgleich der obersten Elektrode einer Reihe ausgewählter Wandler der Struktur, oder b) Ändern der Struktur der Maske der obersten Elektroden einer Reihe, die bei einem Prozess der lithografischen Herstellung der Wandlerstruktur eingesetzt wird, einschließt, wobei das Verstimmen durch ausgewogene symmetrische Flächenverringerung der obersten Elektrode erreicht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die obersten Elektroden der Wandler, die näher an den mittleren Spalten der Wandlerstruktur liegen, stärker verstimmt werden, als die obersten Elektroden der Wandler, die weiter von den mittleren Spalten entfernt sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die obersten Elektroden der Wandler, die am nächsten an den mittleren Spalten liegen, ungefähr 75% der Fläche der obersten Elektroden der Wandler haben, die am weitesten von den mittleren Spalten entfernt sind.