JP2015145126A - 開口アレイ内の偏った直径サイズのばらつきの修正 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成マスク内の開口の直径は均一であるにも関わらず、マスクにより形成されるノズルプレート上の開口の位置が様々なため、ノズルプレート上の開口の寸法がばらつき、印刷品質を悪くしていた。そこで、ノズルプレート上の開口がばらつかない、画像形成マスクの作成方法を提供する。【解決手段】ノズルプレートの開口アレイ内の開口１６のサイズのばらつきを特徴付けるステップと、マスク開口２０のサイズを最終的に切除される開口１６のサイズに関連付ける伝達関数を得るステップと、その伝達関数を用いて、修正された画像形成マスク１８を作成するステップとが含まれる。【選択図】図１

Description

本発明は、開口アレイ内の偏った直径サイズのばらつきの修正に関する。

多くのインクジェットシステムでは、インクは容器から一連のマニホールドおよびチャンバを経て開口アレイに供給される。これらのマニホールドおよびチャンバはプレートの積層により形成することができ、この積層内で印刷面に最も近い位置に開口アレイが配置される。この開口アレイを保持するプレートをノズルプレートと呼ぶことができ、それらの開口を噴射口と呼ぶことができる。

いくつかのシステムでは、ノズルプレートは、開口アレイが切り込まれた一枚のポリマー膜から形成することができる。いくつかのシステムでは、レーザーおよび画像形成マスクを用いて、これらの開口が切り込まれる。一般に画像形成マスクには、一連の開口が形成される。加工処理を行うとき、通常、画像形成マスクおよび画像形成レンズをノズルプレートの上に配置する。エキシマレーザーなどのレーザーにより、画像形成マスクの開口位置の領域にあたるポリマー膜が切り込まれる。レーザーは、通常、画像形成マスクの領域内の全ての開口を一度に照射する。

通常、画像形成マスク内の開口の直径は均一である。マスクにより形成される開口の位置が様々なため、ノズルプレート上の開口要素の寸法がばらつく可能性がある。数ある要因の中でも、切除された残片による光の遮断（ｌｉｇｈｔ ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ）、光／光学系の相互作用、および均一化領域の輝度プロフィール（ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｄ ｆｉｅｌｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｐｒｏｆｉｌｅ）に起因して、これらのばらつきが発生し得る。このように発生したノズルプレート内のばらつきにより、印刷される下地の上に噴射されるインクの液滴のサイズもばらつく。これらのばらつきが大きくなり過ぎると、印刷品質に悪影響を及ぼす。

図１は、画像形成システムの実施形態を示す図である。 図２は、開口アレイを表示するマスクの画像形成ウィンドウの実施形態を示す図である。 図３は、横列の位置に対する開口の直径サイズを示すグラフである。 図４は、開口アレイの実施形態全体に渡る、特徴付けされた偏ったばらつきを示すグラフである。 図５は、異なる開口位置に対する異なる伝達関数を示すグラフである。 図６は、マスク修正の実施形態を示す図である。 図７は、修正されたマスク開口の直径を示すグラフである。 図８は、伝達関数の実施形態に関する液滴の質量分布のヒストグラムを示すグラフである。 図９は、伝達関数の別の実施形態に関する液滴の質量分布のヒストグラムを示すグラフである。 図１０は、伝達関数の実施形態に関する液滴の質量分布のヒストグラムを示すグラフである。 図１１は、伝達関数の別の実施形態に関する液滴の質量分布のヒストグラムを示すグラフである。

図１には、印刷システムに関するノズルプレート、および開口アレイを必要とするその他の全ての膜を生成するために用いられるシステム１０の実施形態が示されている。このシステムは、画像形成マスク１８上に光を当てるレーザー１４を含む。このレーザーシステムは、光線を形成する光学系すなわち光学システムを含むことができる。マスク１８上の参照符号２０などの開口を光が通過して、画像形成される膜すなわち下地１２上に参照符号１６などの開口が形成される。異なる２種類の開口を区別するために、画像形成マスクの開口を画像形成開口、またはマスク開口と呼ぶことができる。ノズルプレートの開口をノズル、噴射口、または流体開口と呼ぶ。一部の例では、光線を形成することにより、すなわち画像形成することにより、光線を減らして、マスク上の開口より数倍小さい開口の画像を形成することができる。画像形成レンズ１５によりこれが実現可能である。

図２には、画像形成マスク１８のより詳細な図が示されている。この特定の実施形態では、マスクは開口２０を有するが、画像形成開口のアレイは、単一の横列の開口のアレイから完全な噴射口のアレイと一致する２次元の開口アレイまでの全ての形態をとり得ることは理解されよう。しかし、一般に、画像形成マスクは、画像形成される完全な噴射口のアレイよりも小さなアレイから成る。この特定の実施形態では、各開口の直径は１３．６マイクロメートルである。図１のレーザーは、ノズルプレートを形成するポリマーを切除する紫外線レーザーでよい。レーザー光は参照符号２０などの画像形成開口を通過するが、下部のノズルプレートのそれ以外の部分は、マスクの不透明な領域によりレーザー光には晒されない。ある実施形態では、マスクを通過するレーザー光を収縮させて流束量を増加させる。

画像形成マスクにより一度に複数のノズルを画像形成することが可能であるが、光の輝度は画像形成マスク全体でばらつくため、形成される開口もばらついてしまい、これにより、各開口から吐出される液滴の質量が変わる可能性がある。図３には、図２に示された開口などの１６個の開口を有するアレイに関する、切除された直径サイズのばらつきが示されている。曲線２２は、全体のデータのセットに渡る切除された直径の平均を示す。直径サイズのばらつきには、画像形成されたウィンドウに沿って偏りが存在する。通常、レーザーパワーは、マスクの縁で出力が高く、アレイの中央で出力が低くなるようにばらつく。図３には、線分２４で接続された画像形成後のマスクの実際の直径のデータポイントが示されている。最良のフィット曲線２６は、一般に二次関数曲線を辿り、直径の平均値の範囲は約１マイクロメートルとなる。

過去のシステムでは、このばらつきの問題に対処してこなかった。従来のシステムでは、１マイクロメートルのばらつきは、直径で約１〜２パーセントのばらつきとなる。高密度の印刷ヘッドの新しい需要と共に、ノズル開口のサイズは今後ますます小さくなる。したがって、１マイクロメートルばらつくことにより、直径は１０パーセント以上ばらつくことになり、これにより、液滴の質量がより大きくばらつき、印刷品質が低下する。

本明細書で開示される実施形態では、これらのばらつきの問題を修正することが可能である。この処理には、一般に特徴付け処理が含まれ、この特徴付け処理では、画像形成ウィンドウ内の所与の開口アレイの幾何学的配列に対して偏った開口のサイズのばらつきの特徴付けが行われる。次いで、この特徴付けの処理データを用いて伝達関数を生成し、この伝達関数により、画像形成開口のサイズが、切除されるノズルのサイズに関連付けられる。図４では切除されるサイズのばらつきが曲線２８として示され、画像形成開口のサイズは線３０により示されている。切除される開口の出口の直径は、マスク上の位置の関数としてばらつく。この特定の実施形態では、この位置はマスク内の横列の数に基づいている。図２のマスクを参照すると、横列の数は左から右に、すなわち１から１６に伸びている。

マスクを特徴付けた後、マスク開口のサイズ、およびその他の全ての関連パラメータを、最終的に切除される開口の直径に関連付ける伝達関数が得られる。例えば、その他の全てのパラメータが固定されている場合、最低でも、マスク上の開口のサイズおよびマスク上の位置が、最終的に切除される開口の直径に作用する。図５には、この例では参照番号１から１６の、マスク開口のサイズ、入力直径、および横列の位置を、結果として切除される開口の直径、出力直径に関連付ける伝達関数の例が示されている。この特定の例では、マスク上の全ての１６個の位置は、入力直径と出力直径との間で同じ関数関係を共有する。しかし、位置から位置で偏ったばらつきが存在するために、１６個の各位置に関する図５の曲線は、互いに上下にずれている。

伝達関数を取得後、結果として切除される開口の直径どうしが等しくなるように、この伝達関数を用いて、マスク上の個々の開口ごとにサイズの修正が行われる。図６には、その処理の結果が示されている。線３２は、結果として一定に切除される開口のサイズである。目標とする直径は図３の線２２に示される直径のように全体の平均と等しく、曲線３４に示される開口マスクのサイズは所定の通りばらついて、線３２がマスク上の全ての位置で一定になる。

図示されている実施形態では、マスク上の開口のサイズが一定だと、切除される直径サイズは約１マイクロメートルの範囲で「ｕ」字形状にばらつく。しかし、画像形成開口がそれぞれマスク上で修正された場合、結果として切除される直径サイズが一定となるように、マスク開口の直径は逆「ｕ」字形状にばらつく。これにより、ノズル開口の直径のばらつきは解消される。ｕ字形状は単なる一例であり、一般に、ばらつきは画定された形状と一致し、伝達関数はその形状を反転させた形状でばらつく。このことは一般に起こり得るが、ばらつきはあらゆる形状になり得、画定される形状に対して、いかなる制限や規制も意図されたり示唆されたりしない。

図７には、画像形成マスク上の位置の関数として修正されるマスク開口の直径が示されている。線分３６はその開口に関する個々のデータポイントを示し、曲線３８は最も良くフィットした多項式関数曲線である。マスクの両端に位置する開口のサイズは、マスクの中央部に位置する開口よりも小さい。これにより、マスクが特徴付けされたときの元の開口の直径データにおいて確認された傾向に対して修正が行われる。これによりノズルの開口が一定となる。

液滴の質量に対する開口のサイズおよび厚さに関する第１の伝達関数を考察する。この伝達関数を用いると、図８には、開口サイズのばらつきが偏った状態で、各マスクの位置からの潜在的な開口のサイズの数値シミュレーションを約百万回行った結果のヒストグラムと、それと同じ平均および標準偏差を有する正規分布である曲線４０とがデータセットとして示されている。図９には、マスクを修正して開口サイズのばらつきの偏りを取り除いた後のヒストグラムおよび曲線４２の同じタイプのデータが示されている。ここでは、開口の直径の平均は変わっていないので液滴の質量の平均は変化せず、標準偏差により示されたデータのばらつきは１．５倍まで縮まっている。

図１０には、開口のサイズおよびテーパに関連する第２の伝達関数を用いて行われた数値シミュレーションの結果のヒストグラムが示され、このヒストグラムでは開口のサイズのばらつきは偏っている。図１１には、マスクを修正して開口のサイズのばらつきの偏りを取り除いた後の同じタイプのデータが示されている。ここでも、開口全体に関するばらつきは１．５倍まで縮まっている。

このように、画像形成マスクを修正することにより、画像形成処理中の照射のばらつきが修正され、次いで、この修正されたマスクによりノズルプレート上に一定のサイズの開口が作成される。これにより、開口ごとの液滴の質量を均一にすることができる。ノズルプレート上の開口アレイの密度が高くなり、開口のサイズが小さくなると、全てのばらつきが作用して印刷品質が低下する。本明細書の実施形態により、そのような問題を緩和して一定の開口のサイズを確保することが可能となる。

Claims (9)

1. 開口プレート上の開口のサイズのばらつきを修正する方法であって、
   ノズルプレートの開口アレイ内の開口のサイズのばらつきを特徴付けるステップと、
   マスク開口のサイズを最終的に切除される開口のサイズに関連付ける伝達関数を得るステップと、
   前記伝達関数を用いて、修正された画像形成マスクを作成するステップと、を含む方法。
2. 前記最終的に切除される開口を作成する前に、前記伝達関数を用いて、前記好適な開口のサイズを推定するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. ばらつきを特徴付けるステップには、前記開口の直径を測定することがさらに含まれる、請求項１に記載の方法。
4. 前記伝達関数を用いて、修正された画像形成マスクを作成するステップには、前記伝達関数に従って前記画像形成マスク内の開口を形成することが含まれる、請求項１に記載の方法。
5. 前記画像形成マスク内の前記開口を形成することにより、寸法がばらついた開口が形成され、前記開口は前記伝達関数に従ってばらつく、請求項４に記載の方法。
6. 前記修正された画像形成マスクを用いて、ノズルプレートの画像を形成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
7. 開口のうちの少なくとも１つの寸法が、伝達関数に従ってアレイ全体に渡ってばらつく開口アレイを含む画像形成マスク。
8. 前記寸法には、前記開口の直径が含まれる、請求項７に記載の画像形成マスク。
9. 前記伝達関数が、画定された関数関係に従って、前記寸法を前記アレイに渡ってばらつかせる、請求項７に記載の画像形成マスク。
   

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