JP2007090888A - インクジェット液滴の位置決め方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット液滴の位置決め方法及び装置を提供する。
【解決手段】第１の方法は、基板上のインク滴の予定堆積位置を決定し、インクジェット印刷システムを用いてインク滴を基板上に堆積し、基板上に堆積されたインクの堆積位置を検知し、堆積位置と予定位置とを比較し、堆積位置と予定位置との差を決定し、インクジェット印刷システムのパラメータを調整することで堆積位置と予定位置との差を補正することを含む。その他数々の態様が提供される。
【選択図】図２

Description

関連する出願への相互参照

本出願は、２００５年９月２９日に、「インクジェット液滴位置の較正方法及びシステム」の名称で出願された米国特許出願第１１／２３８８３２号（代理人事件整理番号９５２１−０８（以前は９８０７））に基づく優先権を主張し、この出願は引用によって本出願に組み込まれる。

本出願は、２００５年９月２９日に、「インクジェット液滴の位置決め方法及びシステム」の名称で出願された米国特許出願第１１／２３８６３６号「（代理人事件整理番号９５２１−０９（以前は９８４３））に関連し、この出願は引用によって本出願に組み込まれる。

本出願は、２００４年１２月２２日に、「印字ヘッドの整列方法及びシステム」の名称で出願された米国特許出願第１１／０１９９３０号（代理人事件整理番号９５２１−０３）に関連し、この出願は引用によって本願に組み込まれる。

本出願は、同日、「ディスプレイパネル用インクジェット印刷カラーフィルタの製造方法及び装置」の名称で出願された米国特許仮出願第６０／７２１７４１号（代理人事件整理番号１０４６５／Ｌ）に関連し、この出願は引用によって本願に組込まれる。

本出願は、２００５年５月４日に、「インクジェットの液滴可視化」の名称で出願された米国特許出願第１１／１２３５０２号に関連し、この出願は引用によって本願に組み込まれる。

本出願は、２００５年２月１８日に、「インクジェットデータ生成装置」の名称で出願された米国特許出願第１１／０６１１４８号（代理人事件整理番号９５２１−０５）に関連し、引用によって本願に組込まれる。

本出願は、２００５年２月１８日に、「印刷ヘッドアセンブリを精密に制御する方法及び装置」の名称で出願された米国特許出願第１１／０６１１２０号（代理人事件整理番号９７６９）に関連し、この出願は引用によって本願に組み込まれる。

発明の分野

本発明は一般にフラットパネルディスプレイ形成に用いるインクジェット印刷システムに係り、特にインクジェット液滴の位置決め装置及び方法に関する。

発明の背景

フラットパネルディスプレイ産業は、ディスプレイ装置、特にフラットパネルディスプレイ用のカラーフィルタを製造するためにインクジェット印刷を用いようと試みてきた。カラーフィルタ用にパターンを印刷する際にインクを堆積させるピクセルウェルが特に小さい場合があるため、印刷エラーの発生する可能性が高い。そのため、インクが適切に堆積されることを確実にするため、基板を頻繁に点検する必要がある。従って、インクジェット印刷した基板を点検し、印刷パラメータを調整する効率的な方法及び装置が望まれている。

発明の概要

本発明の一態様として、インクジェット液滴の位置決め方法が提供される。本方法は、インクジェット印刷装置に較正基板を提供し、較正基板にインク滴を堆積し、較正基板上のインク滴の付着位置を測定し、測定したインク滴の付着位置を次のインク滴を基板上に堆積するために用いることを含む。

本発明の一態様として、インクジェット液滴を位置決めするための他の方法が提供される。本方法は、インク滴の基板上における予定堆積位置を決定し、インクジェット印刷システムを使用して基板上にインク滴を堆積し、基板上に堆積されたインク滴の堆積位置を検知し、堆積位置と予定位置とを比較し、堆積位置と予定位置との差を決定し、インクジェット印刷システムのパラメータを調整することで堆積位置と予定位置との差を補正することを含む。

本発明の一態様として、インクジェット液滴を位置決めするためのシステムが提供される。本システムは、基板にインクを堆積するよう用いられる少なくとも１つのインクジェット印刷ノズルと、インクジェット印刷ノズルによって基板上に堆積されたインクの位置を検知するよう用いられる画像システムを含む。また、本システムは基板上に堆積されたインクの位置と予定堆積位置とを比較し、基板上に堆積されたインクの位置と予定堆積位置との差を決定し、インクジェット印刷システムの少なくとも１つの印刷パラメータを調整することで基板上のインクの堆積位置と予定堆積位置との差を補正するよう用いられるコントローラを含む。

本発明の一態様として、インクジェット印刷に用いるシステムが提供される。本システムは少なくとも１つの較正マークをその上に有する較正基板と、インクを較正基板に堆積するよう用いられる少なくとも１つのインクジェット印刷ヘッドを含む。また、本システムは、少なくとも１つのインクジェット印刷ヘッドを使用した較正基板上へのインクの堆積を制御し、較正基板上に堆積されたインクの堆積位置を検知し、堆積位置と少なくとも１つの較正マークとを比較し、堆積位置と少なくとも１つの較正マークとの差を決定し、インクジェット印刷システムのパラメータを調整することで堆積位置と少なくとも１つの較正マークとの差を補正するよう用いられる制御装置を含む。

本発明のその他の構成及び態様は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面によってより完全に明確になる。

詳細な説明

本発明は、インクジェット印刷システムにおいて、基板上にインク滴を的確に位置決めするためのシステム及び方法を提供する。本発明により、基板上に堆積されたインク位置のずれを検知及び／又は修正することが可能な検査システムをインクジェット印刷システムに提供することができる。基板上に堆積されたインクの位置ずれは、インクジェットノズルのずれ、インクジェットノズルの故障及び／又は目詰まり、インク滴のサイズ及び／又は堆積速度のばらつき、基板の欠陥（例えば、よじれ、反り、凹凸その他）、インクジェット印刷システムの機械的欠陥、その他によって引き起こされる。本発明の検査システムは、テスト印刷作業中に基板上に堆積されるインク滴の軌道及び／又は実際の付着位置を測定し、実際の付着位置と意図した付着位置とを比較し、この情報を用いて予測される位置ずれを割り出すことが可能な画像及び制御システムを含むことができる。いくつかの実施例において、この検査システムは、情報をインクジェット印刷システムのコントローラに送り、コントローラはインク滴のサイズ、インク滴の堆積速度、インク滴堆積のタイミング、インクジェットノズル／印刷ヘッドの移動及び／又は整列、インクジェット印刷システムのステージ移動、及び／又はその他のパフォーマンス特性を変えることにより、これらの位置ずれを補正することができる。

同一又は他の実施例は較正ステップを含むことができ、本発明のインクジェット印刷システムは基板上にインクを堆積し、インク滴の実際の付着位置と予定付着位置とを比較して位置ずれをマッピングすることができる。続いて、位置ずれマップの情報を用い、印刷作業中に同時補正を行い、及び／又はインクジェット印刷システムのパラメータを調整し、印刷作業前に位置ずれを補正することができる。

ある特定の実施例において、基板上にインクを的確に付着させる方法が提供される。その方法の例は、較正基板（例えば、二次元アレイ状の較正マークをつけた基板）を提供することを含むことができ、インクはその較正基板上に噴射される。噴射されたインクの一部又は全ての実際の付着位置を、予定の付着位置（例えば、較正マーク）と比較して測定することができる。測定位置（例えば、予定付着位置に対する実際の付着位置）及び／又は対応するオフセットデータをデータマップ又はテーブル等のコンピュータファイルにマッピングすることができる。このコンピュータファイルの情報を用いて、インクジェット印刷システムにおける一部又は全てのインクジェット印刷ヘッド及び／又はノズルの状態を調整することができる。いくつかの実施例において、インクジェット印刷ヘッド及び／又はノズルのタイミング、パルス、位置、速度、移動方向、及び／又はその他の属性を調整することができる。同一又は他の実施例において、パルス位置のタイミングに補正を加えることで、較正マーク上又はその他の適切なインク滴付着位置にインク滴が的確に付着するようにしてもよい。同様に、代表的な方法でもって基板の動きの軌道のマップを作成し、パルスのタイミングの調整をしながらそのマップを用いてインクジェット印刷ヘッド及び／又はステージ位置を第１方向に調整し、及び／又はその他の方法によってインクジェット印刷をしながら付着位置を第２方向に調整してもよい。

図１Ａ及び１Ｂはそれぞれ、本発明のインクジェット印刷システムの実施例の正面斜視図及び側面図であり、一様に参照番号１００で表されている。本発明のインクジェット印刷システム１００は、一実施例において、印刷ブリッジ１０２を含むことができる。印刷ブリッジ１０２はステージ１０４の上方に位置しているか、及び／又はステージ１０４に連結されることができる。ステージ１０４は基板１０６を支持することができる。

印刷ブリッジ１０２はその上に印刷ヘッド１０８、１１０、１１２を支持している。また、印刷ブリッジ１０２は画像システム１１４も支持することができる。１又はそれ以上の基板画像システム１１６がいずれかの位置に支持されることができる（例えば、ステージ１０４、及び／又は印刷ブリッジ１０２又は別の印刷ブリッジに取り付けられているか、又はその下に位置されている）。また、印刷ブリッジ１０２はその上にレンジファインダ１１８（以下に記載）を支持している。

印刷ヘッド１０８−１１２の下及び／又はステージ１０４に隣接して、可視化装置１２２に光を送るための光源１２０が支持されることができる。画像システム１１４、基板画像システム１１６、レンジファインダ１１８、光源１２０、及び／又は可視化装置１１２は、１又はそれ以上の画像システムコントローラ１２４に連結（例えば、論理的及び／又は電気的に）されることができる。同様に、印刷ヘッド１０８−１１２及び印刷ブリッジ１０２は、システムコントローラ１２６に連結（例えば、論理的及び／又は電気的に）されることができる。

図１Ａ及び１Ｂの例示的実施例において、印刷ブリッジ１０２は、インクジェット印刷を促進するような形でステージ１０４上に支持されることができる。印刷ブリッジ１０２及び／又はステージ１０４は、互いに独立して、図１Ａ及び１ＢにおいてはＸ及びＹ方向矢印で示され図１ＢにおいてはＹ方向矢印で示される正及び負のＸ及びＹ方向の双方に移動可能である。同一又は他の実施例において、印刷ブリッジ１０２及びステージ１０４は回転可能であってもよい。印刷ブリッジ１０２は印刷ヘッド１０８−１１２及び／又はセンサ（例えば、画像システム１１４、レンジファインダ１１８）を幾つでも支持及び移動可能である。基板１０６は可動式ステージ１０４の上に設置することができ、いくつかの実施例においては可動ステージ１０４に連結されることができる。

図１Ａ及び１Ｂにおいて、印刷ブリッジ１０２上には３つの印刷ヘッド１０８−１１２が図示されているが、印刷ブリッジ１０２上にはいくつ印刷ヘッドを搭載及び／又は使用してもよい（例えば、１、２、４、５、６、７個の印刷ヘッド）。印刷ヘッド１０８−１１２はそれぞれ一色のカラーインクを吐出可能であり、いくつかの実施例においては複数のカラーインクを吐出可能である。インクジェット印刷ヘッド１０８−１１２は、インクジェット滴を的確に付着させることができるように、垂直方向、水平方向、及び／又は回転方向に可動及び／又は整列可能である。的確にインクジェット印刷できるよう印刷ヘッド１０８−１１２を位置決めするため、印刷ブリッジ１０２も可動式及び／又は回転可能である。作業中、インクジェット印刷ヘッド１０８−１１２はインクを液滴状で（例えば、ノズルから）吐出する（例えば、図２及び３を参照）。

画像システム１１４及び基板画像システム１１６は基板１０６方向を向いており、基板１０６の静止画及び／又は動画を捕獲可能である。インクジェット印刷システムで使用する画像システムの例が、上記で本願に組込まれた米国特許出願第１１／０１９９３０号に記載されている。同様に、画像システム１１４及び基板画像システム１１６は、１又はそ以上の高解像度デジタルライン走査カメラ、ＣＣＤ系カメラ、及び／又はその他の好適なカメラを含んでいてもよい。画像システムの数は異なったものであってもよい。

例示的実施例において、画像システム１１４は印刷ヘッドの場合と同様の位置及び方法で印刷ブリッジ１０２に連結されることができる。即ち、画像システム１１４は印刷ヘッド１０８−１１２と同様に回転、移動可能であってもよく、印刷ヘッド１０８−１１２に隣接して移動してもよく、あるいは印刷ヘッドから離れることができる。画像システム１１４は単一のカメラ、いくつかの実施例においては複数のカメラから成るカメラ群を含むことができる。画像システム１１４は印刷ヘッド１０８−１１２のどちら側に位置していてもよく、印刷ヘッド間に位置させてもよい。完了した印刷パスの画像を捕獲できるように（例えば、基板１０６上のインク滴の画像を捕獲するために）、画像システム１１４に傾斜をつけてもよく、あるいは基板１０６の様々な部位の画像を捕獲できるようにどの方向に傾斜をつけてもよい。

いくつかの実施例において、画像システム１１４は、基板１０６及び／又は印刷ヘッド１０８―１１２から放出されたインク滴の画像を捕獲可能である。画像システム１１４は、直径約２umから約１００umのインク滴を識別するに十分な質の画像を捕獲可能であることが好ましい。従って、画像システム１１４は望遠ズームレンズを備えていてもよく、また高解像度を有していたもよい（例えば、少なくとも約１０２４−７６８画素）。画像システム１１４は電動式ズーム及び／又はフォーカス機能も備えていてもよい。

基板画像システム１１６は画像システム１１４と同様のパフォーマンス特性及び機能を有していてもよい。従って、基板画像システム１１６は基板１０６の静止画及び／又は動画を捕獲可能であってもよい。図１Ｂでは基板１０６の下に位置させているが、基板画像システム１１６は基板１０６が見える位置ならばどこに位置させてもよい。基板画像システム１１６は基板１０６の欠陥及び／又はその表面上の破片を検知（例えば、画像化を通して）可能である。いくつかの実施例において、基板画像システム１１６は印刷ブリッジ１０２上、別の印刷ブリッジ（図示せず）上、インクジェット印刷システム１００の別の位置、又はインクジェット印刷システム１００から離れた位置に設置されることができる。

レンジファインダ１１８は、インクジェット印刷ヘッド１０８−１１２から基板１０６までのレンジ（例えば、距離）を検知可能である。また、レンジファインダ１１８は基板１０６の高さ（例えば、厚さ）を測定可能である。レンジファインダ１１８は、このような機能やその他の関連する機能を実行可能な適切なセンサであってもよい。インクジェット印刷システムで使用するセンサの例が、上記で本願に組込まれた代理人事件整理番号第１０４６５号に記載されている。この例においては、レーザーセンサを利用してもよい。レーザーセンサは、高サンプリングレートと精度で、基板１０６及び／又はステージ１０４の厚み及び／又は高さを測定することができる。市販のレーザーセンサの一例としては、大阪の株式会社キーエンス製のＬＣ−シリーズレーザーディスプレイスメーターが挙げられる。市販のセンサの他の例としては、シンガポールのオムロンエレクトロニクス社製のオムロンＺＳシリーズが挙げられる。他の実施例において、レンジファインダ１１８は、超音波距離センサ等の別のセンサであってもよい。

光源１２０は光線を可視化装置１２２に伝達可能である。例示的実施例において、光源１２０はナノ秒パルスレーザーを伝達し、インクジェット印刷ヘッド１０８−１１２から連続的に吐出されるインク滴を照射することができる。より速くより正確なオン／オフ制御及びその限定された方向性により、好ましい光源としてレーザー光を選択することができる。光源１２０をすばやく正確にオン／オフ制御することが本出願では重要であり、レーザー光の限定された方向性により、吐出されたインク滴の画像がより鮮明になる。短い照明パルス内で十分な画像強度を確実に達成するには、比較的高出力のパルスレーザーが必要となる。いくつかの実施例において、レーザー光の出力は約０．００１ｍW−２０ｍWであってもよい。速度約８ｍ／秒で移動するインク滴を約０．１ｍｍ−５ｍｍの視野を有する画像システム１１４で捕獲するためには、光源１２０のパルス幅が約２００マイクロ秒未満間隔である必要がある。その他のレーザー光出力、パルス幅及び／又はデューティサイクル、及び／又は波長を用いてもよい。

例示的実施例においては、１つの画像フレーム内にインク滴の画像を２つ収めることができる。インク滴が視野外に出ないように間隔を制御しながら光源１２０を点滅させることができる。２つ画像間の距離を利用して、インク滴が移動した距離を測定することができる。この情報からインク滴の速度が計算できる。

一実施例において、可視化装置１２２は電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラであってもよい。インクジェット印刷ヘッド１０８−１１２から吐出されたインク滴が非常に小さいため（例えば、直径約２um−約１００um）、望遠ズームレンズが必要となる場合がある。液滴検知の解像度を向上するために、可視化装置１２２は高解像度（例えば、少なくとも１０２４×７６８画素）であることが好ましい。また、可視化装置１２２は電動ズーム及びフォーカス装置（図示せず）を備えていてもよい。その他のタイプのカメラ及び／又は解像度も使用可能である。いくつかの実施例において、高さ及び取り付け角度を含め、可視化装置１２２の位置は、吐出されたインク滴の軌道に揃うように調節可能である。インクジェット印刷ヘッド１０８−１１２から吐出される直径約２um−約１００umのインク滴の画像を撮るために、可視化装置１２２の視野は、例えば、約０．１ｍｍ−約５ｍｍであり、被写界深度は、例えば、約０．０５ｍｍ−約５ｍｍであってもよい。その他の視野及び／又は被写界深度を用いてもよい。本発明のインクジェット印刷システムで使用する光源１２０及び可視化装置１２２の例は、上記で本出願に組込まれた米国特許出願第１１／１２３５０２号に記載されている。光源１２０及び可視化装置１２２は、インク滴のサイズ、速度、及び／又はその他の属性を測定するのに使用することができる。

画像システムコントローラ１２４は、画像システム１１４、基板画像システム１１６、レンジファインダ１１８、光源１２０、及び／又は可視化装置１２２から受け取った画像情報を処理することができる。また、画像システムコントローラ１２４はこれらの同じ装置にコマンド及び制御情報を伝達することができる。画像システムコントローラ１２４は、メインフレームコンピュータ、ミニコンピュータ、ネットワークコンピュータ、パーソナルコンピュータ、及び／又はその他のいずれの適切な処理装置、コンポーネント、又はシステムを含む適切なコンピュータ又はコンピュータシステムであればどんなものであってもよいが、これに限定されない。同様に、画像システムコントローラ１２４は、専用のハードウェア回路又はハードウェアとソフトウェアとのいずれの適切な組み合わせを含んでいてもよい。

同様に、印刷ブリッジ１０２、ステージ１０４、及び／又はインクジェット印刷ヘッド１０８−１１２はシステムコントローラ１２６に連結されていてもよい。システムコントローラ１２６は、インクジェット印刷作業中に印刷ブリッジ１０２、ステージ１０４、及び／又はインクジェット印刷ヘッド１０８−１１２の動きを制御するよう用いられることができる。また、システムコントローラ１２６はインクジェット印刷ヘッド１０８−１１２用の点弧パルス信号を制御することができる。少なくとも１つの実施例において、画像システムコントローラ１２４及びシステムコントローラ１２６は単一の制御装置又は複数の制御装置を備えることができる。

図２は、本発明で使用するインクジェット印刷ヘッド１０８の拡大概略図である。インクジェット印刷ヘッド１０８は、そこに取り付ける、インクを噴射させるためのノズル２０２−２２０を幾つ備えていてもよい。インク滴は基板１０６上にノズル２０２−２２０から堆積される。

図１Ａ、図１Ｂ及び図２に例示の印刷ヘッド１０８は、そこに取り付けるノズル２０２−２２０を幾つ備えていてもよい。例示的実施例において、印刷ヘッド１０８は１列以上のノズル２０２−２２０を有していてもよく、各列は約１２８個のノズルを有している。簡略化のために、図２では１０個のノズル２０２−２２０を図示している。少なくとも１の実施例において、ノズル２０２−２２０は、インク滴（図２では点線で示されている）が基板１０６の予定堆積位置２２２に噴射されるように垂直方向に整列されており、予定堆積位置２２２は実際の堆積位置２２４とは異なる場合がある。

様々な理由から、１つ以上のノズル２０２−２２０にずれが生じる場合がある。例えば、ノズルが別のコンポーネントによってもしくはクリーニング作業中に押し出されたり、製造時の不具合によってノズルが斜めに曲がる場合がある。同様に、ノズル２０２−２２０が一部目詰まりを起こし、ノズル２０２−２２０に位置ずれが生じた時のようにインク滴が吐出される場合がある。図２は位置ずれが生じた場合のノズル２１２及び２１８を図示している。ノズル２１２及び２１８の位置ずれによってインク滴が適切な位置に堆積されない場合がある。ノズル２１８からのインク滴は、例えば、予定堆積位置２２２に向って噴射されるが、実際の堆積位置２２４とは異なる。

例示的実施例において、インク滴は予定堆積位置２２２に全ての方向において約±１０ミクロン又はそれ未満の精度でもって堆積されなくてはならないことがある。加えて、異なる幾何学図形の小さなパターンを精密にかつ効率的に印刷することが有利であり、従って様々なサイズのインク滴を堆積する必要がある。インク滴のサイズが異なる場合、インク滴の速度も変える必要がある場合がある。異なるサイズのインク滴を異なる速度で堆積すると、位置ずれの起きたノズル２１２と２１８の場合と同様に、インク滴が正確に堆積されない場合がある（例えば、予定堆積位置２２２とは異なる実際の堆積位置２２４に堆積される）。

図３は、本発明で使用する較正基板３００の上面図である。較正基板３００は較正点３０２−３１２を幾つ有していてもよい。

較正基板３００は、インクジェット印刷システム１００を用いた場合の較正ステップで使用するための基板である。例示的実施例において、較正基板３００は、欠陥又は既知の欠陥がなく、かつ較正点３０２−３１２で印をつけた基板である。較正基板３００は較正工程で再使用可能である。他の実施例において、較正基板は新しい又は使用済の基板であり、適切にインク滴が堆積されたかを測定するために較正印刷ステップ後に分析されることができる。

例示的実施例において、較正点３０２−３１２は予定堆積位置を示すための較正基板３００上の印である。他の実施例においては、較正点は較正基板３００の表面上にある事前に決定したピクセルウェルである。他の実施例において、較正点３０２−３１２はテスト印刷後に決定してもよい。即ち、較正点を予め決定するのではなく、テスト印刷でインクジェット印刷ヘッドのどのノズルを使用するかによって決定してもよい。

較正点３０２−３１２は適切なものであればどんなパターンに配列させてもよい。図３の例示的実施例において、較正点３０２−３１２は格子状に配列されており、各点間の距離は互いに等しい。他の実施例においては、較正点３０２−３１２はランダムに配列されている。さらに他の実施例においては、較正点３０２−３１２は小グループ状に配列されている（例えば、２つ以上の近接した較正点）。較正点は適切な個数であればいくつでもよい。

図４は本発明のインクジェット液滴位置決め方法の第１の実施例４００を示す。実施例はステップ４０２を起点とする。

ステップ４０４では、インク滴の基板上における予定堆積位置を決定する。予定堆積位置は較正基板３００上の較正点３０２−３１２であってもよい。この実施例において、較正点３０２−３１２はインクジェット印刷に先立って既知である。

他の実施例において、予定堆積位置は基板１０６上の予定堆積位置２２２であってもよい。予定堆積位置２２２はいずれの適当な基準、例えば、基板１０６のピクセルウェル（図示せず）に基づいたものであってもよい。この実施例において、基板１０６は部分的に印刷されていてもよい（例えば、実際の堆積位置２２４に）。

ステップ４０６では、１又はそれ以上のインク滴を基板上に堆積する。１又はそれ以上のインク滴は、例えば、基板１０６上にインクジェット印刷ヘッド１０８（及び／又は印刷ヘッド１１０−１１２）によって堆積されることができる。他の実施例においては、１又はそれ以上のインクジェット印刷ヘッド１０８−１１２が１又はそれ以上のインク滴を較正基板３００上に堆積することができる。

ステップ４０８では、１又はそれ以上の堆積されたインク滴の堆積位置を基板上で検知することができる。例示的実施例において、基板１０６上のインク滴の実際の堆積位置２２４は画像システム１１４によって検知することができる。画像システム１１６は予定堆積位置２２２及び実際の堆積位置２２４を含め、基板１０６の画像を捕獲することができる。追加的に又は選択的に、画像システム１１４は予定堆積位置２２２及び実際の堆積位置２２４についての位置情報（例えば、二次元又は三次元空間における位置）を捕獲することができる。同一又は他の実施例において、基板画像システム１１６は、予定堆積位置２２２及び実際の堆積位置２２４を含め、基板１０６の画像を捕獲することができる。画像システム１１４及び／又は基板画像システム１１６によって収集された情報（例えば、捕獲した画像及び／又は位置情報）を画像システムコントローラ１２４及び／又はシステムコントローラ１２６に伝達してもよい。

他の実施例においては、基板１０６をインクジェット印刷システム１００から取り出し、画像化又は検査してインク滴の堆積位置を検知することができる。

ステップ４１０では、堆積されたインク滴の堆積位置を予定位置と比較することができる。例示的実施例においては、画像システムコントローラ１２４及び／又はシステムコントローラ１２６は、予定堆積位置２２２についての既知の位置情報と共に画像システム１１４及び／又は基板画像システム１１６から得た位置情報及び／又は画像を用いて、予定堆積位置２２２と実際の堆積位置２２４とを比較することができる。

ステップ４１２では、堆積位置と予定位置との差を決定することができる。例示的実施例においては、ステップ４１０後、画像システムコントローラ１２４及び／又はシステムコントローラ１２６は、アルゴリズムを利用して予定堆積位置２２２と実際の堆積位置２２４との差を決定することができる。

予定堆積位置２２２と実際の堆積位置２２４との差の測定は、１又はそれ以上の予定堆積位置２２２をマッピングし、対応する１又はそれ以上の実際の堆積位置２２４のマップを重ね合わせ、これらの結果をファイルに記録する（例えば、二次元又は三次元マップにプロットしていく又は作成する）ことを含むことができる。他の実施例において、予定堆積位置２２２と実際の堆積位置２２４との差の測定は、インクジェット印刷ヘッド１０８−１１２の噴射タイミングにおける補正係数又はオフセット（例えば、ノズル２０２−２２０のパルス幅及び／又は振幅）の参照テーブルの作成又は使用を含むことができる。他の方法を用いて予定堆積位置と実際の堆積位置との差を求めてもよい。

ステップ４１４では、インクジェット印刷システムの１又はそれ以上のパラメータを調整することで堆積位置と予定位置との差を補正することができる。例示的実施例において、調整するパラメータにはインク滴質量、インク滴堆積速度、インク滴堆積タイミング、インクジェットノズル／印刷ヘッド移動及び／又は整列、インクジェット印刷システムステージ移動、及び／又はその他が含まれる。

パラメータを調整して、例えば、参照テーブルの補正係数に基づいて堆積インク滴の軌道を変更してもよい。他の実施例においては、予定堆積位置２２２及び実際の堆積位置２２４を用いて、インクジェット印刷システム１００の１又はそれ以上のパラメータに加える変更を計算することができる。

例えば、実際の堆積位置２２４の座標を用いて、補正後のインク飛翔時間、インク滴の初期速度、又は噴射角度を式
X＝ν₀ｔｃｏｓθ、
Z＝ν₀ｔｓｉｎθ−ｇｔ^２／２
を用いて計算することができる。Ｘ及びＺ方向は図２で示され、ν₀はインク滴の初期速度、ｔはインク滴の飛翔時間、θはＸ軸に対してのインク滴の軌道の初期角度、ｇは重力による加速を示す。

実際の付着位置２２４から得られる軌道のＸ要素、レンジファインダ１１８で決定したＺ要素、光源１２０及び可視化装置１２２を用いて決定した初期速度、予定堆積位置２２２及び実際の堆積位置２２４を用いて計算した初期角度から、飛翔時間を計算することができる。これらは簡略化した式であることに留意すべきであり、またそうであることが当業者には理解される。特に、これらの式は空気抵抗を無視しており、インク滴を二次元平面（例えば、図２に示すようなＸ−Z平面）を飛翔する質点として扱ってる。画像システムコントローラ１２４及び／又はシステムコントローラ１２６はこれらの又はその他の適当な式を用い、変更するインクジェット印刷システムのパラメータを計算することができる。

同一又は他の実施例においては、既知数もしくは推定値の印刷パラメータを、測定することなく用いることができる。既知及び／又は計算したインクジェット印刷システムのパラメータのいずれの組み合わせを用いて、同一又は別のパラメータに加える補正を計算してもよい。例えば、ノズル２０２−２２０のパルス幅及び／又は振幅に加える補正は、基板１０６の厚みとは独立させて、即ち、厚みを用いることなく調整することができる。

インク滴の質量及び速度はノズル２０２−２２０用の点弧パルス幅及び振幅の関数である場合がある。印刷ヘッドノズルのパルス幅及び振幅を調整する装置及び方法の詳細は、上記で本出願に組込まれた米国特許出願第１１／０６１１４８号及び米国特許出願第１１／０６１１２０号に記載されている。画像システムコントローラ１２４及び／又はシステムコントローラ１２６から受け取った情報（例えば、参照テーブルからの補正係数）に基づいて、ノズル２０２−２２０用の点弧パルス幅及び／又は振幅を調整し、それによって印刷システムによって堆積されるインク滴の質量及び／又は速度を調節してもよい。質量及び／又は速度を調整したインク滴をその後に基板１０６に堆積させることができる。

同様に、画像システムコントローラ１２４（及び／又はシステムコントローラ１２６）からの情報に基づいて、点弧パルス幅及び／又は振幅を調整してインク滴を堆積するタイミングを変更してもよい。例示的実施例において、ノズル２１８が図２のように位置され、基板１０６が＋Ｘ方向に移動する場合、ノズル２１８は、そこから噴射されたインク滴が予定堆積位置２２２に付着するように（画像システムコントローラ１２４及び／又はシステムコントローラ１２６からの情報に基づいて）タイミングを合わせることで早めに噴射させている。

インクジェット印刷ヘッド１０８−１１２及び／又はノズル２０２−２２０の角度又は位置を、実際の堆積位置２２４と予定堆積位置２２２との差異を補正するように調節してもよい。インクジェット印刷ヘッド１０８−１１２及び／又はノズル２０２−２２０の角度又は位置を調整することで、インク滴の噴射軌道を調整してもよい。例示的実施例において、画像システムコントローラ１２４及び／又はシステムコントローラ１２６はインクジェット印刷ヘッド１０８−１１２に制御信号を送ることができる。制御信号は、インクジェット印刷ヘッド１０８−１１２によってインク滴を予定堆積位置２２２に堆積するための移動及び／又は回転量を指示することができる。同一又は他の実施例において、同じ目的で制御信号をノズル２０２−２２０に送ってもよい。他の実施例において、画像システムコントローラ１２４及び／又はシステムコントローラ１２６は、制御信号をインクジェット印刷ヘッド１０８−１１２、印刷ブリッジ１０２、ステージ１０４、又はインクジェット印刷システム１００の別のコンポーネントに送り、移動の程度又は量、及び／又は移動速度及び／又は方向を指示する。

作業中、実際の堆積位置２２４が検知されない場合、画像システムコントローラ１２４及び／又はシステムコントローラ１２６によって警告状態を発生させてもよい。警告状態は、ノズル２０２−２２０の目詰まりやその他同様の状態が起きたことを示すことができる。警告状態が起こることで、（例えば、システムコントローラ１２６から信号を送ることで）インクジェット印刷を停止させてもよい。同一又は他の実施例においては、警告状態により、実際の堆積位置２２４が検知されなかったことが外部の制御ステーション（図示せず）に伝達されることができる。

本方法はステップ４１６で終了する。

図５は、本発明のインクジェット印刷方法の第２の実施例５００を示すフロ−チャートである。この例示的方法はステップ５０２を起点としている。

ステップ５０４では、基板１０６を画像化する。例示的実施例において、基板画像システム１１６は基板１０６の画像及び／又は位置情報を捕獲することができる。基板１０６の画像及び／又は位置情報は基板の二次元又は三次元マップに変換され、あるいはレンダリングされることができる（例えば、参照テーブルで使用する高低点のチャートに変換される）。基板１０６の画像化は、基板１０６の欠陥（例えば、よじれ、反り、凹凸等）の検知を含むことができる。他の実施例において、基板１０６はインクジェット印刷システム１００の外部で画像化され、及び／又は画像システムコントローラ１２４及び／又はシステムコントローラ１２６に伝達される既知のばらつき及び／又は欠陥を有することができる。

ステップ５０６では、インクジェット印刷システム１００の印刷パラメータにおけるばらつき（例えば、ノズルのずれ、インク滴速度等）を検知することができる。例示的実施例においては、印刷パラメータのばらつきの検知は較正ステップを含むことができる。較正ステップ中、上述したように、テスト印刷を行ってもよい。テスト印刷で得た情報を用いて印刷パラメータにおけるばらつきを測定及び／又は記録することができる。他の実施例においては、外部システム及び／又は方法を用いて印刷パラメータにおけるばらつきを検知することができる。

ステップ５０８では、画像化した基板１０６及び検知した印刷パラメータにおけるばらつきに基づいて、補正係数を計算することができる。画像システムコントローラ１２４及び／又はシステムコントローラ１２６は、ステップ５０４で得た基板１０６の情報及びステップ５０６で測定した印刷パラメータのばらつきを利用して、インク滴を予定堆積位置２２２に落下させるために必要な印刷パラメータに加える変更を（例えば、参照テーブル、位置アルゴリズムを利用、補正マップを構成する等によって）計算することができる。

補正係数は、ステップ５０６でばらつきが検知されなかった印刷パラメータを変更することが可能であってもよい。例えば、（図２に図示されるように）ステップ５０６でノズル２１８のずれが認められた場合、補正係数は、ノズル２１８から噴射されるインク滴の速度を向上させるための係数を含んでいてもよく、これによってインク滴は予定堆積位置２２２に落下することができる。この補正はノズル２１８の調整をする代わりに、もしくは調整に加えて適用してもよい。その他いずれの適切な補正係数を用いてもよい。複数の補正係数を計算し利用してインク滴の落下位置を調整してもよい。

ステップ５１０では、ステップ５０８で計算した補正係数に基づいて、インクジェット印刷システム１００の少なくとも１つの印刷パラメータを調整する。印刷パラメータの調整は、方法４００のステップ４１４で上述されている。

ステップ５１２では、インク滴は、ステップ５１０で少なくとも１つの印刷パラメータを調整した後、インクジェット印刷システム１００を用いて予定堆積位置に堆積されることができる。例示的実施例において、インクジェット印刷ヘッド１０８の、ずれの生じたノズル２１８はインク滴を基板１０６上に堆積（例えば、噴射）することができる。印刷パラメータに調整を加え（例えば、初期インク滴速度の向上）、またステップ５０８で得た補正係数を利用することで、インク滴は予定堆積位置２２２に堆積されることができる。

本方法はステップ５１４で終了する。

図６は本発明のいくつかの実施例のインクジェット液滴位置決め方法の例示的方法のフローチャートを示す。本方法はステップ６０２を起点とする。

ステップ６０４では、基板のばらつきを検知することができる。基板のばらつきを検知する方法及び装置は、方法５００のステップ５０４（基板の画像化）との関連で上述されている。

ステップ６０６では、インクジェット印刷システム１００を用いて基板上にインクを堆積する。例示的実施例において、インク滴は、インクジェット印刷ヘッド１０８のノズル２１８から基板１０６上に堆積されることができる。

ステップ６０８では、堆積されたインク滴の実際の堆積位置を予定堆積位置に相対させて検知することができる。予定堆積位置及び実際の堆積位置を検知する方法及び装置の例は、ステップ４０４（予定堆積位置の決定）、５０４（基板の画像化）、４０８（実際の堆積位置の検知）との関連で上述されている。

ステップ６１０では、実際の堆積位置と予定堆積位置に基づいて補正係数を計算することができる。補正係数の計算方法の一例は、方法５００のステップ５０８（補正係数の計算）との関連で上述されている。

ステップ６１２では、インクジェット印刷システムの少なくとも１つの印刷パラメータを、ステップ６１０で得た補正係数に基づいて調整する。印刷パラメータの調整方法の例は、方法４００のステップ４１４（印刷パラメータの調整）で説明されている。

ステップ６１４では、ステップ６１２において少なくとも１つの印刷パラメータを調整した後、インク滴を予定堆積位置に堆積する。例示的実施例において、インクジェット印刷ヘッド１０８のずれの生じたノズル２１８は基板１０６上にインク滴を堆積（例えば、噴射）する。印刷パラメータに調整を加え（例えば、初期インク滴速度の向上）、ステップ６１０で得た補正係数を利用することで、インク滴は予定堆積位置２２２に堆積されることができる。

本方法はステップ６１６で終了する。

上述の説明は本発明の例示的実施例のみを開示しており、本発明の範囲内における上記で開示の方法及び装置の改良は、当業者には明らかである。例えば、上述の実施例では方法５００及び６００のそれぞれのステップ５１２及び６１４においてインク滴の初期速度を調整することについて記載しているが、これらの方法をどの印刷パラメータ（例えば、インク滴質量、インクジェット印刷ヘッド１０８−１１２位置、ステージ１０４速度等）の調整にも適用できることを当業者は理解できる。更に、本発明はスペーサの形成、偏光子のコーティング、ナノ粒子回路の形成にも適用できる。

従って、本発明は特定の実施例との関連で開示されているが、他の実施例も本発明の精神と範囲に含まれることができ、その範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。

本発明のいくつかの態様に係るインクジェット印刷システムの正面斜視図である。 本発明のいくつかの態様に係るインクジェット印刷システムの側面図である。 本発明のいくつかの態様で使用するインクジェット印刷ヘッドの拡大概略図である。 本発明のいくつかの態様に係る較正基板の上面図である。 本発明のいくつかの態様に係るインクジェット液滴位置決め方法の第１例を図示するフローチャートである。 本発明のいくつかの態様に係るインクジェット液滴位置決め方法の第２例を図示するフローチャートである。 本発明のいくつかの態様に係るインクジェット液滴位置決め方法の第３例を図示するフローチャートである。

Claims (21)

1. 基板上のインク滴の予定堆積位置を決定し、
   インクジェット印刷システムを使用して基板上にインク滴を堆積し、
   基板上に堆積されたインク滴の堆積位置を検知し、
   堆積位置と予定位置とを比較し、
   堆積位置と予定位置との差を測定し、
   インクジェット印刷システムのパラメータを調整することで堆積位置と予定位置との差を補正することを含むインクジェット印刷方法。
2. インクジェット印刷システムのパラメータの調整は、インクジェット印刷システムによって吐出されるインク滴の速度を調整することを含む請求項１記載の方法。
3. インクジェット印刷システムのパラメータの調整は、インクジェット印刷システムによって吐出されるインク滴の質量を調整することを含む請求項１記載の方法。
4. インクジェット印刷システムのパラメータの調整は、インクジェット印刷システムによって吐出されるインク滴の軌道を調整することを含む請求項１記載の方法。
5. インクジェット印刷システムのパラメータの調整は、インクジェット印刷システムによって吐出されるインク滴の点弧パルスのタイミングを調整することを含む請求項１記載の方法。
6. インクジェット印刷システムのパラメータの調整は、警告状態を指示することを含む請求項１記載の方法。
7. 警告状態がインクジェット印刷ヘッドの目詰まりを示す請求項６記載の方法。
8. インクジェット印刷装置に較正基板を提供し、
   較正基板にインク滴を堆積し、
   較正基板上のインク滴の付着位置を測定し、
   測定したインク滴の付着位置を次のインク滴を基板に堆積するために使用することを含むインクジェット印刷方法。
9. 基板がカラーフィルタであり較正基板ではない請求項８記載の方法。
10. 測定したインク滴の付着位置を用いてインク滴を基板に堆積させることは、測定した付着位置のマッピングし、点弧パルスのタイミングを調整することを含む請求項８記載の方法。
11. 測定した付着位置のマッピングすることは、付着位置の座標をテーブルに記録することを含む請求項１０記載の方法。
12. 較正基板は、較正マークで印をつけた製造用基板である請求項８記載の方法。
13. 測定したインク滴の付着位置を用いて次のインク滴を基板に堆積させることは、インクジェット印刷システムによって吐出されるインク滴の速度を調整することを含む請求項８記載の方法。
14. 測定したインク滴の付着位置を用いて次のインク滴を基板に堆積させることは、インクジェット印刷システムによって吐出されるインク滴の質量を調整することを含む請求項８記載の方法。
15. 測定したインク滴の付着位置を用いて次のインク滴を基板に堆積させることは、インクジェット印刷システムによって吐出されるインク滴の軌道を調整することを含む請求項８記載の方法。
16. 測定したインク滴の付着位置を用いて次のインク滴を基板に堆積させることは、インク滴の点弧パルスのタイミングを調整することを含む請求項８記載の方法。
17. インクを基板に堆積するよう用いられる少なくとも１つのインクジェット印刷ノズルと、
    インクジェット印刷ノズルによって基板上に堆積されたインクの位置を検知するよう用いられる画像システムと、
    基板上に堆積されたインクの位置と予定堆積位置とを比較し、基板上に堆積されたインクの位置と予定堆積位置との差を決定し、インクジェット印刷システムの少なくとも１つの印刷パラメータを調整することで基板上に堆積されたインクの位置と予定堆積位置との差を補正するよう用いられるコントローラとを含むインクジェット印刷で使用するシステム。
18. 少なくとも１つのインクジェット印刷ノズルを制御するよう用いられるドライバをさらに含む請求項１７記載のシステム。
19. コントローラが、基板上のインクの堆積位置と予定堆積位置との差を参照テーブルを用いて決定する請求項１７記載のシステム。
20. コントローラが、基板上のインクの堆積位置と予定堆積位置との差をデータマップを作成することで決定する請求項１７記載のシステム
21. 少なくとも１つの較正マークをその上に有する較正基板と、
    インクを較正基板に堆積するよう用いられる少なくとも１つのインクジェット印刷ヘッドと、
    少なくとも１つのインクジェット印刷ヘッドを用いた較正基板上へのインクの堆積を制御し、較正基板上に堆積されたインクの堆積位置を検知し、堆積位置を少なくとも１つの較正マークと比較し、堆積位置と少なくとも１つの較正マークとの差を決定し、インクジェット印刷システムのパラメータを調整することで堆積位置と少なくとも１つの較正マークとの差を補正するよう用いられるコントローラとを含むインクジェット印刷に使用するシステム。

Images