KR100260563B1 - 공간 광 변조기를 이용한 프린팅 방법 - Google Patents

Abstract

프린팅 또는 감광성 매체의 노광 방법이 제공된다. 이 방법은 표준 어드레싱 회로를 갖는 표준 공간 광 변조기(10)를 사용한다. 데이타는 제1행을 위한 장치(10)에 기입되고, 감광성 매체는 장치에서 반사된 광에 노광되고, 장치는 턴오프된다. 그 다음, 제1행으로부터의 데이타는 장치(14)의 제2라인으로 기입되고, 새 데이타가 장치의 제1라인(12)에 로드된다. 매체는 다시 노광된다. 이는 드럼의 전체 영역이 완전히 노광될 때까지 반복된다. 장치(10)는 드럼의 다른 영역을 포괄하도록 재배치될 수 있고, 처리 과정은 반복될 것이다.

Description

공간 광 변조기를 이용한 프린팅 방법

제1(a)도는 공간 광 변조기를 도시한 도면.

제1(b)도는 공간 광 변조기의 노광 시간에 대한 타이밍도.

제2(a)도는 공간 광 변조기와 수광체 드럼 상의 노광 영역을 도시한 도면.

제2(b)도는 사용될 데이타 패턴으로 완전히 로드될 때 활성인 변조기의 표면의 일부를 도시한 도면.

제3도는 적합하게 된 공간 광 변조기를 도시한 도면.

제4도는 3개의 공간 광 변조기와 수광체 드럼상의 노광 영역을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 공간 광 변조기 36 : 드럼

40A,40B : 쉬프트 레지스터 42A,42B,44A,44B : 스위치

본 발명은 프린팅 방법에 관한 것으로, 특히 공간 광 변조기를 사용한 프린팅 방법에 관한 것이다.

광원과 함께 공간 광 변조기(spatial light modulators)를 사용하면 스캔된 레이저를 채택한 것과 같은 다른 형식의 광 프린팅에 비해 많은 장점을 얻을 수 있다. 공간 광 변조기는 더 간단한 조명 방법이 사용되고, 보통 주변 장치나 전력을 덜 필요로 한다. 그러나, 큰 면적에 감광도가 낮은 물질을 프린팅하는 것은 새로운 영역의 문제를 야기한다.

이와 같은 감광성 물질이 사용되는 분야 중 하나는 인쇄 회로 기판(PCB) 및 인쇄판의 패터닝이다. 보통, 이와 같은 감광성 물질로 판 또는 이러한 매체를 노출하는 데에 사용되는 그 네거티브를 드럼 주위에 입힌 후, 건조 인쇄 프린터와 마찬가지로 드럼이 회전하는 동안 레이저를 이용하여 원하는 패턴을 판 위에 노광시킨다. 위에서 말한 이유들로 인해 공간 광 변조기를 사용하는 것이 유리하다.

그러나, 액정 디스플레이 셀(LCD)과 같은 공간 광 변조기(SLM)나 변형가능 미러 장치(DMD)를 사용하면 몇가지 문제점이 있다. 기계가 비용 대비 효율적이기 위해서는, 일정 시기의 재료로 특정 개수의 완전한 판을 생산해야 한다. 알려져 있는 바와 같이, 이러한 요구 조건은 표준 광원과 간단한 변조기로는 만족하기가 어렵다. 긴 노광시간을 필요로 하는 ‘느린’액체이기 때문에 매체를 제한 시간 내에 노광시킬 정도로 광이 충분히 밝지 못하다.

한 가지 해결 방안이 미합중국 특허 제5,049,901호에 개시되어 있다. 이 해결 방안은 100셀×100라인의 공간 광 변조기 어레이를 사용한다. 데이타는 위에서부터 아래로 어레이의 셀들에 로드된다. 첫 라인의 데이타가 제1행의 셀들에 로드된 후, 드럼 상에 노광된다. 그리고 나서, 제1라인의 데이타는 제2행의 셀들로 이동한다. 제2라인의 데이타가 제1행의 셀들로 로드된 다음, 이 두 행들이 노출된다. 어레이를 이동해 내려가는 데이타는 드럼의 회전과 맞추어져서, 동일한 데이타가 약 100라인에 걸쳐 드럼 상의 동일 라인 상에 노출된다.

전형적으로는, 종래의 광원으로부터의 조명 패턴은 가장자리에서보다 중심에서 더 밝기 때문에, 조명 패턴이 완벽하게 균일하지 않다. 이 점은 어레이의 마지막 라인으로 보정된다. 필요한 보정량에 따라 라인들의 수는 설계자가 결정한다. 중심 셀 또는 셀들은 선정된 수의 라인들 후에는 턴오프된다. 중심 영역의 양쪽에 있는 셀들은 선정된 수의 라인들에 대해 온된 채로 남겨진다. 중심 영역에서 더 벗어난 셀들은 더 많은 라인에 대해 온 상태로 남겨진다. 이는 마지막 라인까지 계속되는데, 마지막 라인에서는 가장자리에 있는 셀들만 온 상태로 있다. 이와 같은 방식으로, 잠상에 걸친 노출 시간을 균등화하기 위해 잠상의 더 어두운 영역은 더 장시간 노광된다.

이에 대한 해결 방법은 종래의 x/y 어드레싱 보다는 쉬프트 레지스터의 어레이들로 구성된 변조기 어레이의 사용을 필요로 하고 있다. 레지스터들은 앞에서 말한대로 데이타를 어레이 아래로 쉬프트시킨다. 몇몇 응용 분야 또는 변조기들에서는 요구하는 공간의 크기 때문에 쉬프트 레지스터가 실용적이지 않다. DMD의 경우, 쉬프트 레지스터의 복잡성 때문에 이미 확립된 처리 기술을 사용하여 장치를 제조하는 것이 어렵다.

개시된 본 발명은 출력이 작은 램프와 크기가 작은 어드레싱 회로를 사용할 수 있는 표준 어드레싱 회로 및 표준 공간 광 변조기의 셀들을 사용하는 프린팅 또는 감광성 매체 노출 방법을 포함한다. 본 발명의 장점은 기존의 공간 광 변조기를 필요로 하지 않는다는 것이다.

본 발명과 그 장점은 더 완전히 이해하기 위해, 첨부 도면에 관련하여 다음의 상세한 설명을 참조한다.

제1(a)도는 전형적인 공간 광 변조기 어레이(10)를 도시한다. 변조기는 개별 셀들 또는 라인과 같은 영역별로 그룹을 이룬 셀들로 구성될 수 있다. 도시된 변조기는 라인들로 도시되었지만 이 라인들은 수백개의 셀들로 구성될 수 있다는 것을 알아야 한다. 유사하게, 변조기는 어떤 형식이라도 될 수 있지만, 설명을 위해 개시된 변조기는 변형가능 미러 형식이 될 것이다. 변형가능 미러 장치 또는 DMD는 공극을 두고 매달려 있는 수많은 작은 미러들로 구성된다. 어드레싱 회로는 각각의 작은 미러들과 연결되는데, DMD의 아키텍쳐 및 어드레싱 회로의 데이타에 따라 한방향 또는 다른 방향으로 미러를 편향시킨다. 어드레싱 회로는 보통 하나 또는 그 이상의 트랜지스터들로 구성되고, 양호하게는 기판상의 공극 아래에 있다. 트랜지스터가 턴온될 때, 공극에 정전기력이 형성되어 미러가 트랜지스터 방향으로 편향되도록 한다.

도시된 어레이는 본 발명의 출원인에 의해 비디오 응용을 위해 현재 제조된 구조인 768셀의 폭에 576라인의 길이를 갖고 있다. 참조 부호(12)로 표시된 변조기상의 행 1은 장치의 최상부에 있다. 이 행에 데이타가 로드되고 제1라인이 감광성 매체상에 노광된다. 노광된 후, 조명은 턴오프되어야 한다. 미합중국 특허 제5,049,901호에 관련하여 앞에서 말한 방법과는 달리, 데이타는 장치 아래쪽으로 쉬프트되지 않는다. 대신, 양호한 실시예에 따르면 장치 전체가 재기입된다. 그리고 나서, 제1라인의 데이타가 참조 부호(14)로 도시된 장치의 행 2를 위한 어드레싱 회로에 기입된다. 데이타 라인 2를 위한 데이타는 장치의 행 1을 위한 어드레싱 회로에 기입된다. 이러한 동작은 몇 개가 되던지 간에 보정 라인의 수를 뺀 장치 전체가 데이타로 채워질 때까지 반복된다. 다음 라인이 변조기 행 1에 기입될 때, 양호한 실시예에 따르면 아래에 상세히 설명되는 이유들로 인하여 라인 576이 아닌 라인 477이 될 것이다. 데이타 라인의 수는 드럼의 크기에 의해 정해진다. 전형적으로, 설계자는 데이타 라인 1의 로우딩을 드럼 상의 소정의 지점으로 조정할 것이다. 가능한 동기 지점(synchronization point)은 네거티브를 제 자리에 고정하는 고정 장치를 갖는 드럼 표면의 영역이 될 것이다. 드럼 상에 네거티브의 원주 전체를 완전히 노출하기 위해서는 수천 라인의 데이타가 필요할 수 있다.

참조 부호(16)는 장치의 행 476을 나타낸다. 이 행과 어레이의 576번째 라인인 장치의 맨 아래 행(18) 사이의 라인들은 앞에서 설명된, 그리고 제2(b)도에서 더 설명될 조명 프로파일을 균등화하기 위해 사용된다.

제1(b)도는 상기 방법을 위한 광원의 타이밍을 도시한다. 수평 축(20)은 시간축이다. 수직 축(22)은 조명 세기 축이다. 펄스 마크(24 및 26) 사이의 시간 동안 광은 장치 상에 온된다. 펄스 마크(26 및 28) 사이의 기간동안 데이타가 장치에 기입되기 때문에 조명은 오프되어 있다. 수평 축 상의 펄스 마크(24 내지 28)에 의해 도시된 전 기간은 노광하고 장치를 재기입하기 위한 시간의 길이이다.

제1(b)도에 의해 확실히 드러나는 것처럼, 조명은 총 기간(28)의 한 부분에만 온된다. 이와 같은 낮은 듀티 싸이클은 상당히 큰 밝기의 손실을 가져올 수 있다. 그러나, 다른 영역에서 보상될 수 있기 때문에 손실은 그렇게 심각하지는 않다. 예를 들면, 다수의 장치를 직렬로 사용하면 전체 네거티브를 포괄하기 위한 재배치를 덜 필요로 하여, 공간 광 변조기를 사용하는 전체 시스템을 처음에 고려한 것보다도 더 빠르게 한다. 다른 예로서, 576행 전부가 사용될 필요가 없다. 미합중국 특허 제5,049,091호에서 개시되고 있는 방법에서와 같이 1000행을 기록하기 위해서는 DMD와 같은 회로를 가진 변조기는 동작을 완료하기 위해 25μsec가 소요된다.

제2(a)도는 드럼 상에 기입 또는 노출하기 위해 배치된 변조기를 도시하고 있다. 광은 위치(30) 근처에 배치될 수 있고, 광은 변조기 어레이(10)로 경로(32)를 따라갈 것이다. 전형적으로, 이 경로에는 렌즈나 미러와 같은 광학 소자들이 있다. 경로의 기하학적 구조 및 상기 소자들의 조합은 수많은 변형이 가능하기 때문에 도시하지 않는다.

경로(32)로부터의 광이 변조기에 입사할 때, 변조기 상의 선택된 셀들은 빔의 해당 부분을 경로(34)를 통해 드럼(36)으로 지향한다. 드럼이 광을 보내도록 선택되지 않은 셀들은 광을 광원으로 되돌려 보내거나 드럼이 아닌 다른 방향으로 지향하도록 구성될 수 있다. 이 선택은 광학 시스템의 한계 및 공간 광 변조기의 성능에 의존한다.

드럼(36)상의 영역(38)은 드럼 표면의 감광성 물질에 노광되고 있는 영역을 도시하고 있다. 이 응용에서 감광제는 복사선에 노출된 영역과 노출되지 않은 영역 사이에 프린팅을 위해 이용될 수 있는 소정의 차이를 나타내는 어떠한 물질이라도 포함하는 것을 의미한다. 복사선은 광원 및 광학 장치의 이용가능성에 따라 전형적으로 적외선에서 자외선 영역에 있지만, 그 범위에 국한되는 것은 아니다. 감광성 매체는 인쇄 회로 기판(PCB), 옵셋 인쇄판, 필름 또는 페이퍼 포지티브(색이나 콘트라스트가 반전된 네거티브) 또는 다른 것들과 같은 인쇄 처리용 네거티브로 사용될 수 있다. 또, 이 매체는 완성된 사진 작품일 수도 있다. 예를 들면 PCB 패터닝을 위해 네거티브를 제조하는 대신 기판 자체가 직접 패터닝될 수 있다. 또, 필름이나 페이퍼 포지티브와 같은 다른 품목이 직접 인쇄되거나 노출될 수 있다.

제2(b)도는 데이타가 변조기(10)의 표면 상에서 마치 드럼으로부터 보여진 것처럼 도시하고 있다. 빗금치지 않은 영역(11)은 조명 프로파일을 균형잡기 위해 사용되고 있는 영역이다. 제2(a)도의 드럼은 화살표(39)의 방향으로 회전하고 있다.

매 주기마다 장치를 재기입하는 한계를 극복하기 위해 적용된 비디오 칩이 제3도에 도시되어 있다. 쉬프트 레지스터(40A-40B)의 뱅크는 변조기(10)의 맨 위에 있다. 이는 데이타를 어드레싱 회로의 열들에 로드하기 위해 사용된다. 이는 주기의 OFF 부분 동안 장치의 기입 시간을 가속하기 위해 사용될 수 있다. 장치를 리세트하고 나서 모든 데이타 라인들을 오프-칩으로부터 장치에 로드하는 대신, 스위치(42A-42B)가 활성화되어 행(12)에 있는 데이타는 쉬프트 레지스터(40)에 기입될 수 있고, 스위치(42A-42B)는 그 후 도시된 위치로 되돌아 와서 데이타는 행(14)로 기입된다. 스위치(42A-42B)는 이 도면에서 기입을 위해 닫혀 있다. (42A) 및 (44B)와 같은 스위치들의 각 세트는 (42A)가 열려 있을 때 (44B)는 닫혀 있고 (42A)가 닫혀 있을 때 (44B)가 열리도록 결합되어 있다. 장치의 이와 같은 구조는 많은 양의 오프-칩 처리를 제거하고, 오프-칩 액세스를 라인 시간당 1행의 데이타로 제한한다. 이는 제1(b)도의 타이밍도에서 OFF 간격을 감소시키고, 앞에서 설명한 밝기의 손실도 감소시킬 것이다.

본 발명에 의해 제기되는 마지막 문제는 대역폭에 관한 것이다. 미합중국 특허 제5,049,091호에서 설명된 방법에서, 장치를 구동하는 프로세서의 출력은 전형적으로는 500MHz 또는 500×100⁵이다. 1000열을 그 데이타 속도로 그 장치에 기입하기 위해서, 로드 시간은 1000/50×10⁶, 즉 20×10^-6(20μsec)이어야 한다. 대부분의 이진(ON/OFF) 공간 광 변조기들은 20μsec로 완전히 리프레쉬될 수 없다.

그러나, 만약 기입될 픽셀의 수가 증가되면, (칩의 크기가 고정되었으면) 이는 칩들을 함께 정렬함으로써 감소될 수 있다. 두개의 768×576 픽셀의 칩은 이 프로세서가 라인당 1536열을 기입할 수 있고 그 라인 시간은 1536/50×10⁶또는 30μsec라는 것을 의미하는데, 이는 DMD와 같은 변조기들에 대한 장치 리프레쉬 속도는 약 25μsec(라인당 0.5μsec일때 위로부터 50라인 및 아래로부터 50라인은 25μsec이다)이기 때문에 더 합리적이다. 세개의 칩들이 직렬로 사용되면 주어진 시간 프레임 내에서 더 많은 융통성을 부여할 것이다. 768 픽셀의 폭의 세개의 칩들은 2304/50×10⁶또는 46μsec의 시간을 갖는다. 이때, 본 발명의 본 실시예는 변조기에 의해서가 아니라 데이타의 출력에 의해 속도가 50MHz로 제한된다. 또, 만약 어레이 크기가 고정되어 있지 않고 1920×1080 픽셀과 같이 더 큰 칩을 사용할 수 있다면, 기입 시간은 확실하게 더 길어질 것이다.

간단히 말하자면, 표준 어드레싱을 갖는 표준 변조기가 576개의 이용가능한 행중 100개를 사용하는 주문 생산된 장치를 사용하는 시스템의 성능을 발휘하거나 능가할 수 있다. 표준 변조기는 두 가지 장점을 더 가져온다. 첫째는 시스템의 융통성이다. 1000×100 대신 768×576과 같은 어레이로 더 많은 행을 사용할 수 있다. 다수의 장치를 사용하면 설계자는 이전에는 가능하지 않았던 절충안을 고려할 수도 있다. 예를 들면, 위에서 설명된 40μsec의 마진을 사용하여 위와 아래에 있는 또 다른 25개의 라인들을 로드할 수 있다. 이는 37.5μsec가 걸리고, 총 50라인의 데이타를 추가할 것이다. 또, 현재의 광원만큼 밝을 필요가 없는 램프를 사용할 수도 있어서 더 값싸게 할 수 있다. 상기 절충은 제3장치가 더 비쌀 수 있다는 것이다. 이전에 가능하지 않았던 다른 사항은 해상도 제어이다. 변조기상의 남은 행들이 해상도를 증가시키기 위해 사용될 수 있는데, 이는 조명 프로파일의 균등화를 더 정확하게 한다.

주문 생산된 장치의 시스템에서 가능하지 않았던 제2장점은 이미 확립된 어드레싱 방법을 사용한다는 것이다. 이들 방법의 몇가지 예는 미합중국 특허 출원 제678,761호에서 찾아볼 수 있다. 더욱이, 상하부 양쪽에 데이타 입력을 갖는 표준화된 변조기를 사용하면, 앞에서 설명한 것처럼 변조기의 상하부 양쪽을 액세스하는 어드레싱 방법이 사용될 수 있다.

함께 사용된 칩들의 예는 제4도에 도시되어 있다. 광은 변조기(10A,10B,10C)에 동시에 입사한다. 장치들의 선택된 셀들로부터의 광은 영역(38)에 있는 드럼(36)상에 입사할 것이다. 이 장치들은 장치(10A)의 셀의 최우측 열(48A)와 장치(10B)의 최좌측 열(46B) 사이 및 (48B) 및 (46C) 사이의 갭을 제거하도록 정렬되어야 한다. 이것의 많은 장점들 중 한 가지는 장치(도시되지 않음)를 고정하고 있는 아암이 이전에 요구된 것보다 1/3의 횟수만큼만 재배치되어도 된다는 것이다. 이는 사용되는 총 시간을 다시 한번 줄인다. 이는 또한 광학 장치가 광을 효과적으로 수신하는 다른 많은 장치에 대해서도 반복될 수 있다. 전체 드럼이 아암의 한번의 배치에 노출되도록 장치들의 전체 라인들이 설치되어 드럼을 횡단하는 단계들 동안의 부정확한 배치로부터의 가능한 에러를 모두 제거하는 것이 가능하다.

따라서, 지금까지 표준 어드레싱 회로를 갖는 공간 광 변조기를 사용한 프린팅 방법의 특정한 실시예가 설명되었지만, 이와 같은 특정한 참조들은 다음의 특허청구의 범위에 나타난 것 이외에는 본 발명의 범위에 대한 제한은 아니다.

Claims (20)

1. 하나 이상의 공간 광 변조기를 사용하는 프린팅 방법에 있어서, a. 데이타 라인들을 프린트하기 위한 공정으로서, i. 상기 변조기에 대한 어드레싱 회로에 데이타를 기입하여 하나의 잠상(image)을 형성하는 단계; ii. 상기 변조기를 광원으로부터의 광으로 조명하는 단계; iii. 상기 광이 상기 잠상으로서 반사되도록 상기 광을 상기 변조기에서 감광성 매체로 반사시키는 단계; 및 iv. 상기 어드레싱 회로 상의 이전의 각각의 데이타 라인이 리세팅 이전에 상기 라인의 위치에 인접한 상기 어드레싱 회로의 한 행에 기입되도록 새로운 데이타를 어드레싱 회로에 기입하는 단계를 포함하는 공정을 설정하는 단계; b. 상기 감광성 매체 상의 선정된 영역이 완전히 노광될 때까지 상기 프린팅 공정을 반복하는 단계; 및 c. 상기 감광성 매체상의 다른 영역을 노광시키기 위해 상기 하나 이상의 변조기를 재배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 공간 광 변조기가 변형가능 미러 장치인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 감광성 매체가 네거티브 매체인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 네거티브 매체가 인쇄 회로 기판용인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 네거티브 매체가 옵셋 인쇄판용인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 감광성 매체가 완성된 사진 제품인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 사진 제품이 인쇄 회로 기판인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 사진 제품이 옵셋 인쇄판인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 사진 제품이 포지티브 필름인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 사진 제품이 포지티브 페이퍼인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 적어도 하나의 공간 광 변조기를 사용하는 프린팅 방법에 있어서, a. 데이타 라인들을 프린트하기 위한 공정으로서, i. 상기 변조기에 대한 어드레싱 회로에 데이타를 기입하여 하나의 잠상을 형성하는 단계; ii. 상기 변조기를 광원으로부터의 광으로 조명하는 단계; iii. 상기 광이 상기 잠상으로서 반사되도록 상기 광을 상기 변조기에서 감광성 매체로 반사시키는 단계; 및 iv. 상기 어드레싱 회로상의 이전의 각각의 데이타 라인이 리세팅 이전에 상기 라인의 위치에 인접한 상기 어드레싱 회로의 한 행에 기입되도록 새로운 데이타를 어드레싱 회로에 기입하는 단계를 포함하는 공정을 설정하는 단계; 및 b. 상기 감광성 매체 상의 선정된 영역이 완전히 노광될 때까지 상기 프린팅 공정을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 공간 광 변조기가 변형가능한 미러 장치인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 감광성 매체가 네거티브 매체인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 네거티브 매체가 인쇄 회로 기판용인 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 네거티브 매체가 옵셋 인쇄판용인 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제11항에 있어서, 상기 감광성 매체가 완성된 사진 제품인 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 사진 제품이 인쇄 회로 기판인 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 사진 제품이 옵셋 인쇄판인 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제16항에 있어서, 상기 사진 제품이 포지티브 필름인 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제16항에 있어서, 상기 사진 제품이 포지티브 페이퍼인 것을 특징으로 하는 방법.