KR101103284B1 - 액체 방울의 토출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 방울의 토출 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울의 토출 방법은 토출 헤드의 이동 방향을 따라 상기 토출 헤드를 이동시키는 단계; 상기 토출 헤드와 대향하며, 상기 토출 헤드의 이동 방향과 직교하는 방향으로 피토출물을 이동시키는 단계; 상기 토출 헤드의 이동 방향에 대해, 상기 노즐 중 어느 하나의 노즐을 기준으로 토출 결정 오차 범위를 설정하는 단계; 상기 피토출물의 이미지 픽셀이 상기 토출 결정 오차 범위 내에 있는지 판단하는 단계; 및 상기 피토출물의 이미지 픽셀이 상기 토출 결정 오차 범위 내에 있는지 여부에 따라 상기 어느 하나의 노즐의 토출 여부를 결정하는 단계;를 포함한다.

Description

액체 방울의 토출 방법 {DISCHARGING METHOD OF INK DROPLET}

본 발명은 잉크 등의 기능성 액체를 방울 상태로 토출시키는 액체 방울의 토출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토출된 이미지의 정밀도를 향상시킬 수 있는 잉크젯 프린팅 장비의 액체 방울의 토출 방법에 관한 것이다.

잉크젯(Inkjet) 기술이 발전함에 따라 사무용에서부터 전자 부품 및 디스플레이 제조 등 인쇄 전자 분야로의 응용 범위가 넓어지고 있다. 이러한 잉크젯이 제조 공정으로서 응용 범위를 넓혀감에 따라 사무용 잉크젯 장비와 달리 잉크방울(ink drop)의 크기를 정밀하게 제어하는 것과 원하는 위치에 수 마이크로 미터 이내의 정밀도로 정밀하게 토출시키는 기술이 필요하다. 이러한 잉크젯 기술은 기존의 반도체 공정과 달리 비싼 재료를 낭비하지 않고 공정이 이루어질 수 있으며 대형화가 용이하기 때문에, 특히 전자 인쇄 분야에서 잉크젯을 양산 공정에 적용하려는 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

또한, 잉크젯 기술은 다양한 응용범위로 넓어짐에 사용목적에 맞도록 소프트웨어 및 공정 개발이 되어야 한다. 이 때마다 목적에 맞게 소프트웨어 및 하드웨어를 변경해야 될 필요성이 대두 되고 있다. 그러나 기존의 장비는 연구자가 직접 필요에 따라서 소프트웨어 및 하드웨어 변경하는 것이 어렵기 때문에 연구자가 직접 개발을 하여 시스템을 계속해서 개선해야 하는 문제점이 있다.

이에 본 출원인은 시스템을 개발하여 다양한 전자 재료의 패터닝 (patterning)에 대응할 수 있으며 다양한 기능을 갖고 언제든지 필요에 따라서 소프트웨어 및 하드웨어 개선이 가능한 프린팅 장비를 개발한 바 있다. 또한 다양한 창의적인 프린팅 알고리즘 및 잉크젯 측정 방법 등의 구현을 통하여 사용자 편의성과 공정에 기능을 증대시켰다.

기존의 문서 인쇄용 잉크젯 프린터와 달리 전자 인쇄용 잉크젯 프린터는 구별되는 다른 점이 있다. 수 마이크로미터(㎛) 이내의 정밀도가 요구되고 있고, 또한 원하는 위치에 잉크 방울을 토출시키기 위한 얼라인먼트(Alignment) 기술이 필요하다. 또한 토출되는 잉크 방울 액적을 정확하게 측정하기 위한 액체 방울 관찰기(Drop watcher)가 필요로 하다. 액체 방울 관찰기로부터 측정된 토출 특성은 원하는 제팅 특성이 나오도록 인가되는 입력전압의 파형을 제어 하게 된다. 액체 방울 관찰기 개발 및 파형제어는 본 출원인에 의해서 다양한 연구가 진행되었다.

전자 인쇄용 잉크젯 프린팅 장비는 단일의 노즐 또는 다수개의 노즐들을 구비한 헤드를 이용하여 잉크 방울을 토출하여 패터닝을 하게 되는데, 패터닝하고자 하는 이미지의 픽셀(pixel)와 노즐이 정확히 일치하지 않아 패터닝된 이미지의 정밀도가 저하되는 문제점이 있다.

한편, 전자 인쇄 등에 이용되는 산업용 잉크젯 프린팅 장비는 기존의 문서 출력용 잉크젯 프린팅 장비와 달리 정밀도가 훨씬 향상이 되어야 한다. 뿐만 아니라 기존의 문서 출력용 잉크젯 프린팅 장비와 마찬가지로 비트맵 파일(bmp file)등 이미지 파일을 이용한 복잡한 패터닝도 가능해야 된다.

하지만, 잉크젯 프린팅 장비의 잉크 헤드에 형성된 노즐 사이의 간격이 존재하고 이미지에도 픽셀(pixel) 간격이 존재하는데, 노즐 사이의 간격과 이미지의 픽셀 사이의 간격이 서로 일치하지 않으므로, 이러한 노즐 사이의 간격과 픽셀 사이의 간격을 서로 일치시키기 위하여 이미지 픽셀 간격을 노즐 간격의 배수배 또는 노즐 간격의 정수배로 나눈 픽셀 이미지를 사용하는 방법이 기존의 일반적으로 사용되는 방법이다.

이러한 기존의 방법에 의하면, 모든 노즐을 모두 사용할 수 있으므로 알고리즘이 단순하게 된다. 또한 문서 및 데스크탑 프린터인 경우에는 크게 정밀도가 요구되지 않기 때문에 이러한 방법으로 충분히 대응이 가능하다.

그러나, 문서를 위한 프린팅이 아닌 전자 인쇄 등 어플리케이션(application)이 달라짐에 따라서 픽셀 간격과 노즐 간격이 정수배가 아닌 임의의 간격으로 토출되는 경우가 생기게 되었다. 이를 위하여 기존의 방법은 이미지 픽셀 간격을 노즐 간격의 배수배 또는 노즐 간격의 정수배로 나눈 비트맵 이미지를 사용하여 프린팅 하였다. 만약 비트맵 이미지의 간격을 노즐의 간격에 비해 아주 작게 하면 이미지 픽셀 간격과 노즐의 간격 차이에 의한 오차를 줄일 수 있으나, 처리해야 될 이미지 양이 많게 되는 단점이 있게 된다. 처리해야 되는 이미지의 양이 많게 되면 프린팅할 때 계산 또는 메모리 문제 등이 있어서 효율적인 방법이 되지 않는다. 또한 많은 양의 이미지를 프린트하기 위하여 스와스(swath) 횟수 역시 늘어나 효율적이지 못한 방법이 될 수 있다. 또한 정밀도를 아주 높이는 경우에는 이미지의 크기가 커지는 것과 함께 토출이 안 되는 노즐이 많이 생기게 되어 잉크젯을 사용한 공정 상의 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 노즐의 위치와 이미지 픽셀의 위치가 다르거나, 노즐 사이의 간격과 이미지 픽셀 사이의 간격에 정수배 관계가 성립하지 않는 경우에도 패터닝 정밀도를 조절하여 이미지 사이즈를 줄이면서도 사용되는 노즐의 수를 조절이 가능한 프린팅 방법에 대한 필요성이 대두되고 있다.

본 발명의 일 실시예는 노즐 사이의 간격과 이미지 픽셀 사이의 간격에 정수배 관계가 성립하지 않는 경우에 토출된 이미지의 정밀도를 높일 수 있는 액체 방울의 토출 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 토출 헤드의 이동 방향에 따른 이미지의 정밀도를 높일 수 있는 액체 방울의 토출 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 토출 헤드를 틸팅시키지 않은 상태에서 이미지의 정밀도를 높일 수 있는 액체 방울의 토출 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 토출되는 노즐을 자동으로 설정하여 이미지의 정밀도를 높일 수 있는 액체 방울의 토출 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 선택된 모든 노즐을 토출시키지 않도록 하여 이미지의 정밀도를 높일 수 있는 액체 방울의 토출 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 기존의 방법과 달리 프린팅 이미지를 크게 하지 않으면서도 원하는 정도의 정밀도를 얻을 수 있는 이미지 프린팅 방법 및 전자 인쇄 분야뿐만 아니라 다양한 분야에서도 사용이 가능한 액체 방울의 토출 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 이미지의 처리 방법을 최적화하여 프린팅 할 부분이 없는 경우에는 스킵(Skip)하여 바로 다음 프린팅 할 부분으로 이동하여 프린팅 시간을 획기적으로 줄인 액체 방울의 토출 방법을 제공한다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 노즐을 구비한 토출 헤드를 사용한 액체 방울의 토출 방법은, 상기 토출 헤드의 이동 방향을 따라 상기 토출 헤드를 이동시키는 단계; 상기 토출 헤드와 대향하며, 상기 토출 헤드의 이동 방향과 직교하는 방향으로 피토출물을 이동시키는 단계; 상기 토출 헤드의 이동 방향에 대해, 상기 노즐 중 어느 하나의 노즐을 기준으로 토출 결정 오차 범위를 설정하는 단계; 상기 피토출물의 이미지 픽셀이 상기 토출 결정 오차 범위 내에 있는지 판단하는 단계; 및 상기 피토출물의 이미지 픽셀이 상기 토출 결정 오차 범위 내에 있는지 여부에 따라 상기 어느 하나의 노즐의 토출 여부를 결정하는 단계;를 포함하여, 상기 토출 헤드의 이동 방향에 있어서 상기 피토출물의 이미지 정밀도를 조정할 수 있다.

여기서, 상기 어느 하나의 노즐의 토출 여부를 결정하는 단계는 상기 피토출물의 이미지 픽셀이 상기 토출 결정 오차 범위 내에 있으면 상기 어느 하나의 노즐을 토출시키고, 상기 피토출물의 이미지 픽셀이 상기 토출 결정 오차 범위 밖에 있으면 상기 어느 하나의 노즐을 토출시키지 않을 수 있다.

상기와 같이 토출 결정 오차 범위를 이용하여 토출될 노즐을 결정함으로써, 토출 헤드의 이동 방향에 있어서의 이미지 정밀도를 높일 수 있다.

상기 어느 하나의 노즐이 토출되지 않은 경우에 상기 토출 헤드는 상기 토출 헤드의 이동 방향을 따라 이동하여 상기 피토출물의 이동 방향을 기준으로 상기 토출 헤드의 가장 좌측에 형성된 노즐이 상기 피토출물의 토출되지 않은 이미지 픽셀과 동일한 직선 상에 위치할 수 있다. 이로 인해 피토출물의 이동 방향에 따른 이미지 픽셀의 간격과 토출 노즐의 간격이 불일치되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 피토출물의 이동 방향에 따른 이미지 정밀도는 항상 일정하게 유지할 수 있다.

상기 토출 헤드의 가장 좌측에 형성된 노즐의 좌측에 위치하는 상기 피토출물의 이미지는 이진 이미지(binary image)로 변환되며, 이전에 토출된 피토출물의 이미지는 "0"의 값을 가지게 설정하여 중복 토출을 방지할 수 있다. 이미 토출된 피토출물의 이미지가 "0" 또는 "1"의 값을 가지도록 이진화함으로써 토출된 부분과 토출되지 않은 부분을 쉽게 구분할 수 있다. 또한, 토출 결정 오차 범위 내에 이미지 픽셀이 존재하지 않아서 피토출물이 이동하는 동안에 토출되지 않은 이미지 부분에 토출을 위해서는 토출 헤드가 토출이 되지 않은 이미지 부분으로 이동해야 하는데, 이 때 토출 헤드의 가장 좌측에 형성된 노즐을 토출되지 않은 부분과 일치시킴으로써 토출되어야 할 부분을 쉽게 찾을 수 있다.

상기 토출 헤드의 가장 좌측에 형성된 노즐이 상기 피토출물의 이미지 중에서 이미 토출된 이미지 또는 토출시킬 부분이 없는 이미지를 건너 뛰도록 상기 토출 헤드가 이동할 수 있다. 토출 헤드가 토출이 되지 않은 이미지 부분으로 이동하는 동안에 이전에 이미 토출된 부분에 또 다시 토출하는 것을 방지하기 위해 이미 토출된 이미지 부분은 "0"의 값을 가지게 하여 토출 헤드가 이 부분을 건너 뛰도록 할 수 있다. 이로 인해, 중복 토출되는 것을 방지할 수 있고 패터닝 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있고 소모되는 액체의 양을 줄일 수 있다.

상기 토출 결정 오차 범위는 가변할 수 있다. 즉, 사용하는 토출 헤드의 구조적 특성에 따라 토출 결정 오차 범위를 사용자가 변경함으로써 토출 헤드의 이동 방향에 따른 정밀도를 보다 더 높일 수 있다.

상기 토출 헤드는 일부의 노즐만 토출시킬 수 있다. 토출 헤드에 형성된 모든 노즐을 토출시키는 경우에는 이미 토출된 이미지 부분에 중복 토출이 될 수도 있는데, 일부의 노즐만 토출되게 함으로써 중복 토출을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 토출 헤드의 노즐 간격과 상기 피토출물의 이미지 픽셀 간격 사이에는 정수배의 관계가 성립하지 않는 경우에 상기 방법이 적용될 수 있다.

상기 피토출물의 이미지는 BMP 이미지인 것이 바람직하다. 즉, 다수의 픽셀을 가지고 픽셀 사이에 간격이 존재하는 비트맵 이미지인 경우에 노즐 간격과 픽셀 간격 사이에 오차가 발생하며, 이런 경우 상기한 방법에 의해 토출 헤드의 이동 방향에 따른 이미지 정밀도 저하를 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울의 토출방법은, 노즐 사이의 간격과 이미지 픽셀 사이의 간격에 정수배 관계가 성립하지 않는 경우에 토출된 이미지의 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울의 토출 방법은 토출 헤드의 이동 방향에 따른 이미지의 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울의 토출 방법은 토출 헤드를 틸팅시키지 않은 상태에서도 토출 헤드의 이동 방향에 따른 이미지의 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울의 토출 방법은 토출되는 노즐을 자동으로 설정하기 때문에 토출 헤드의 이동 방향에 따른 이미지의 정밀도와 토출되는 노즐의 개수 사이에 트레이드 오프(trade-off) 관계가 성립할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울의 토출 방법은 토출 헤드를 다음 토출 위치로 이동시킨 후 피토출물을 이동시켜 패터닝을 형성하는 과정에서 이미 토출된 이미지 부분에 중복 토출이 되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울의 토출 방법은 사용자가 토출 결정 오차 범위를 변경할 수 있기 때문에 사용되는 토출 헤드의 구조 또는 이미지의 픽셀 특성에 따라 정밀도를 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울의 토출 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 시스템을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 따른 시스템의 제어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 따른 시스템의 토출 헤드에 형성된 노즐과 이미지 픽셀 간의 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 따른 시스템을 사용한 액체 방울의 토출 방법을 도시한 순서도이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울의 토출 시스템을 도시한 사시도, 도 2는 도 1에 따른 시스템을 개략적으로 도시한 평면도, 도 3은 도 1에 따른 시스템의 제어 구성을 나타내는 블록도이다.

이하에서는 미세한 잉크 방울(Ink droplet) 내지 기능 액체 방울을 도트 형상으로 양호한 정밀도에 의해 토출시키는 토출 시스템 및 토출 방법에 대해 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울의 토출 시스템(100)은, 액체 방울이 토출되는 복수의 노즐들(N)을 구비한 토출 헤드(110), 토출 헤드(110)를 이동시키는 헤드 구동부(120), 노즐(N)(N)과 대향하며 노즐(N)에서 토출된 액체 방울이 적층 또는 인쇄(프린팅)되는 피토출물(130)을 이동시키는 피토출물 구동부(140), 토출 헤드(110)의 일측에 구비되어 토출 헤드(110)와 함께 동일한 방향으로 이동되며 피토출물(130)의 이미지를 촬영하여 검사하는 이미지 촬영부(150), 노즐(N) 중 어느 하나의 노즐(N)을 기준으로 토출 결정 오차 범위(EB)를 설정하는 오차 범위 설정부(160) 및 노즐(N)의 토출 여부를 제어하는 제어부(170)를 포함하여 구성된다.

액체 방울의 토출 시스템(100)은 서로 교차하는 방향으로 이동하는 2개의 이동부를 구비할 수 있다. 즉, X축 방향(도 2 참조)으로 이동하는 토출 헤드(110) 및 이와 교차 또는 직교하는 Y축 방향(도 2 참조)으로 이동하는 피토출물(130)을 구비할 수 있다. 토출 헤드(110)를 X축 방향으로 이동시키기 위해 헤드 구동부(120)가 제공되며, 헤드 구동부(120)는 X축 슬라이더(121) 및 X축 슬라이더(121)를 따라 토출 헤드(120)를 이동시키는 구동 모터(123)를 포함할 수 있다. 여기서, 구동 모터(123)는 리니어 모터(linear motor)를 사용할 수 있으며, X축 슬라이더(121)는 가이드 레일의 기능을 하며 그 일측에는 구동 모터(123)에 전원을 공급하는 전원 케이블(미도시) 및 상기 전원 케이블을 보호하는 케이블 보호장치(미도시)가 구비될 수 있다. 한편, 구동 모터(123) 및 X축 슬라이더(121)는 회전 구동력을 발생하는 모터 및 이 모터에 의해 회전하는 볼스크류(ball-screw)로 형성될 수도 있다.

토출 헤드(110)의 이동 방향과 교차 또는 직교하는 방향으로 움직이는 피토출물(130)은 피토출물 구동부(140)에 의해서 구동될 수 있다. 피토출물(130)로는 토출 패턴(pattern)이 형성되어야 하는 기판(substrate) 등이 제공될 수 있다. 피토출물 구동부(140)는 피토출물(130)이 장착되는 세트 테이블(147) 및 세트 테이블(147)의 Y축 방향 움직임을 안내하는 Y축 테이블(145)을 포함하며, Y축 테이블(145)은 Y축 방향의 구동계를 구성하는 구동모터(141) 및 이에 의해 구동되는 Y축 슬라이더(143)를 구비할 수 있다. 여기서, 구동 모터(141)로는 리니어 모터가 사용될 수 있다.

패턴 형성 과정에서, 토출 헤드(110)와 피토출물(130)을 교대로 움직이거나 동시에 움직일 수도 있다. 예를 들면, 토출 헤드(110)가 X축 방향으로 이동하여 위치를 잡은 후 피토출물(130)이 Y축 방향으로 이동하게 되고, 피토출물(130)이 이동하는 중에 노즐(N)을 통해 액체 방울이 토출되면서 패턴이 형성될 수 있다. 피토출물(130)이 이동하면서 Y축 방향에 따라 배열된 이미지 픽셀이 인쇄되면, 토출 헤드(110)가 그 다음의 토출 위치로 이동하고 이 상태에서 피토출물(130)이 이동하면서 다음의 인쇄 과정이 수행될 수 있다.

본 발명에서는 인쇄를 위한 방향을 스와스(swath)를 기판(substrate) 등의 피토출물(130)이 Y축 방향으로 이동하면서 토출헤드(110)를 토출시키고 Y축 방향 (주방향, 피토출물이e이동하는 방향)의 토출이 끝난 후에 X축 방향 (보조방향, 토출헤드가 이동하는 방향)으로 이동시키는 경우의 예를 들지만, 반대로 토출(110)헤드가 Y축 방향(주방향)으로 이동하고 피토출물(130)이 X축 방향(보조 방향)으로 움직이는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

토출 헤드(110)의 직각도와 상하 높이 및 피토출물(130)로부터의 수평도를 조절하기 위해서 매뉴얼 스테이지(manual stage, 미도시) 또는 전동 스테이지(미도시)를 적용할 수 있다. 한편, 패턴 인쇄를 위한 피토출물(130)로 기판이 사용되는 경우, 기판 등 피토출물(130)의 크기는 응용에 따라서 바뀔 수 있다.

잉크 등의 액체를 토출시키는 토출 헤드(110)는 단일 노즐 헤드 또는 여러 개의 노즐을 가지고 있는 헤드가 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 시스템(100)은 단일 노즐 헤드와 멀티 노즐이 서로 쉽게 호환이 가능하도록 하드웨어가 형성될 수 있다. 토출 헤드(110)를 파형제어와 구동하기 위한 드라이버와 패턴 발생기(pattern generator)는 각 헤드에 최적화된 파형 및 프린팅 알고리즘의 변환이 가능하도록 프로그래밍할 수 있다.

토출 헤드(110)의 하면에는 복수개의 노즐들(N)이 형성되어 있으며 노즐들(N)은 일렬로 배치될 수 있다. 노즐들(N)을 통해 토출되는 액체를 공급하기 위해 토출 헤드(110)는 액체 공급기구(190)와 연결될 수 있다. 액체 공급기구(190)는 잉크 등의 액체가 저장되는 액체 저장부(192)를 포함할 수 있다. 여기서, 액체 저장부(192)는 단일 또는 다수개 형성될 수 있으며 장탈착이 가능하도록 제공될 수 있다.

한편, 토출 헤드(110)의 일측에는 토출 헤드(110)와 함께 X축 방향을 따라 이동하면서 토출된 액체 방울이 피토출물(130)에 인쇄된 상태를 촬영하는 이미지 촬영부(150)가 형성될 수 있다. 이미지 촬영부(150)는 카메라를 이용하여 피토출물(130)에 인쇄된 액체 방울의 인쇄 상태를 관찰할 뿐만 아니라 피토출물(130)의 위치 등을 확인하는데 사용될 수 있다. 이를 위해, 이미지 촬영부(150)는 각 노즐(N)의 위치와 정확하게 정렬(alignment)되는 것이 바람직하다.

또한, 피토출물(130)의 일측에는 액체 방울 촬영부(180, Drop Watcher)가 구비될 수 있다. 액체 방울 촬영부(180)는 토출 헤드(110)에서 토출되는 액체 방울을 촬영하는 CCD 카메라(미도시), 상기 CCD 카메라가 액체 방울을 촬영하는 순간 조명을 공급하는 LED(미도시), 토출 헤드(110) 및 상기 LED의 작동 시점을 컨트롤 하거나 토출 헤드(110)에 걸리는 배압(back pressure)을 조절하는 컨트롤러(미도시)를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 시스템(100)은 액체 방울의 토출 뿐만 아니라 액체 방울의 거동 상태도 하나의 시스템으로 관찰할 수 있다.

도 1에 도시된 도면 부호 "185"는 공압/진공 제어부이다.

한편, 토출 헤드(110), 구동 모터(123,143)는 제어부(170)에 연결될 수 있다. 제어부(170)는 액체 방울의 토출 시스템(100)을 통괄 제어하는 동시에 오차 설정부(160)에 접속된 컨트롤러(171)를 구비할 수 있으며, X축 구동 모터(123)를 제어하여 X축 슬라이더(121)를 구동하고 Y축 구동 모터(143)를 제어하여 Y축 슬라이더(141)를 구동할 수 있다. 또한, 제2인터페이스(173, 도 3 참조)를 통하여 클락 신호(CLK), 토출 신호(SI), 래치 신호(LAT) 및 구동 신호(COM)을 토출 헤드(110)에 입력하고 토출 헤드(110)의 노즐(N)을 제어할 수 있다.

여기서, 오차 설정부(160)는 사용자에 의해 토출 결정 오차 범위(EB)를 조정할 수 있는 장치로서, 일종의 호스트 컴퓨터라고 할 수 있다.

또한, 도시하지는 않았으나, 토출 시스템(100)은 토출 헤드(110)의 액체 방울을 흡인 및 보관하는 세정 수단 또는 토출 헤드(110)의 노즐(N)면을 와이핑(wiping)하는 와이핑 수단 등을 포함할 수 있다.

토출 시스템(100)의 제어 구성에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(170)는 오차 설정부(160)로부터의 각종 지령(명령), 구동 파형 데이터 및 토출 패턴 이미지를 취득하는 제1인터페이스(172), 제어 처리를 위한 작업 영역으로서 사용되는 RAM(174), 제어 처리를 위한 제어 프로그램이나 각종 테이블을 포함하는 제어 데이터를 기억하는 ROM(175), 클락 신호(CLK)를 발생하는 발진회로(176), 토출 헤드(110)를 구동하는 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부(178), 구동모터(123,143)와 토출 헤드(110)에 데이터 신호나 구동 신호 등을 보내기 위한 제2인터페이스(173) 및 내부 버스(internal bus)에 의해 접속된 각 부분을 제어하는 중앙처리장치(177, CPU)를 포함할 수 있다.

상기한 토출 시스템(100)의 제어 구성은 하나의 예시에 불과하며, 필요한 전자 인쇄 성능에 따라 변경될 수 있다.

제어부(170)는 이미지 촬영부(150)에서 획득한 피토출물(130)의 이미지 픽셀(P)이 토출 결정 오차 범위(EB; Error Bound) 내에 있는지 여부에 따라 토출 헤드(110)에 형성된 복수개의 노즐들(N) 중 어느 하나의 노즐(N)의 토출 여부를 결정할 수 있다. 즉, 노즐(N)의 간격과 이미지 픽셀의 간격 사이에 정수배의 관계가 성립하지 않는 경우, 모든 노즐을 토출시키는 것이 아니라 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 있지 않은 이미지 픽셀에는 토출시키지 않고 다음 스와스(swath)에서 토출시킬 수 있다. 이와 같이 토출 결정 오차 범위(EB)를 설정하고 이를 기준으로 노즐의 토출 여부를 결정함으로써 토출 헤드(110)의 이동 방향에 따른 이미지 정밀도를 높일 수 있다.

제어부(170)는 피토출물(130)의 이미지 픽셀이 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 있으면 어느 하나의 노즐(N)을 토출시키고, 피토출물(130)의 이미지 픽셀이 토출 결정 오차 범위(EB) 밖에 있으면 어느 하나의 노즐(N)을 토출시키지 않도록 제어할 수 있다.

헤드 구동부(120)는 피토출물(130)의 이미지 픽셀이 토출 결정 오차 범위(EB) 밖에 있는 경우에 피토출물(130)의 이동 방향을 기준으로 토출 헤드(110)의 가장 좌측에 형성된 노즐(N)이 피토출물(130)의 토출되지 않은 이미지와 동일한 직선 상에 위치하도록 토출 헤드(110)를 이동시킬 수 있다.

헤드 구동부(120)는 토출 헤드(110)의 가장 좌측에 형성된 노즐(N)이 피토출물(130)의 이미지 중에서 이미 토출된 이미지 또는 토출시킬 부분이 없는 이미지를 건너 뛰도록 토출 헤드(110)를 이동시킬 수 있다.

토출 헤드(110)의 이동 방향(X축 방향)과 피토출물(130)의 이동 방향(Y축 방향)은 교차하며, 복수의 노즐(N)의 배열 방향(X축 방향)은 토출 헤드(110)의 이동 방향과 평행한 것이 바람직하다.

제어부(170)는 복수의 노즐들(N) 중 일부의 노즐(N)만 토출시킬 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 시스템(100)을 사용하여 토출 헤드(110)의 이동 방향 즉, X축 방향에 따른 이미지 정밀도를 개선하는 방법에 대해서 설명한다.

도 4 및 도 5는 도 1에 따른 시스템의 토출 헤드에 형성된 노즐(N)과 이미지 픽셀 간의 관계를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 도 1에 따른 시스템을 사용한 액체 방울의 토출 방법을 도시한 순서도이다.

우선 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 노즐들(N)을 구비한 토출 헤드(110)를 사용한 액체 방울의 토출 방법은, 토출 헤드(110)의 이동 방향(X축 방향)을 따라 토출 헤드(110)를 이동시키는 단계(S110), 토출 헤드(110)와 대향하며 토출 헤드(110)의 이동 방향(X축 방향)과 직교하는 방향(Y축 방향)으로 피토출물(130)을 이동시키는 단계(S120), 토출 헤드(110)의 이동 방향(X축 방향)에 대해 노즐(N) 중 어느 하나의 노즐(N)을 기준으로 토출 결정 오차 범위(EB)를 설정하는 단계(S130), 피토출물(130)의 이미지 픽셀(P)이 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 있는지 판단하는 단계(S140) 및 피토출물(130)의 이미지 픽셀(P)이 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 있는지 여부에 따라 어느 하나의 노즐(N)의 토출 여부를 결정하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.

이로 인해 피토출물(130)의 이동 방향(Y축 방향)에 따른 이미지 픽셀(P)의 간격과 토출 노즐(N)의 간격이 서로 일치하지 않는 것을 방지할 수 있다. 즉, 피토출물(130)의 이동 방향에 따른 이미지 정밀도는 항상 일정하게 유지하거나 개선할 수 있다.

상기한 바와 같이, 인쇄되어야 하는 피토출물의 이미지 픽셀이 노즐(N)을 기준으로 한 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 있는 이미지 픽셀에만 토출이 되게 함으로써, 토출 헤드(110)의 이동 방향에 있어서 피토출물(130)의 이미지 정밀도를 높일 수 있다.

여기서, 어느 하나의 노즐(N)의 토출 여부를 결정하는 단계(S150)는 피토출물(130)의 이미지 픽셀이 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 있으면 어느 하나의 노즐(N)을 토출시키고, 피토출물(130)의 이미지 픽셀이 상기 토출 결정 오차 범위(EB) 밖에 있으면 어느 하나의 노즐(N)을 토출시키지 않을 수 있다.

상기와 같이, 토출 결정 오차 범위(EB)를 이용하여 토출될 노즐(N)을 결정함으로써, 토출 헤드(110)의 이동 방향에 있어서의 이미지 정밀도를 높일 수 있다.

여기서, 이미지 픽셀(P)이 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 있는지 판단하는 단계(S140)에서 이미지 픽셀(P)이 토출 결정 오차 범위(EB) 밖에 있는 것으로 판단된 경우, 해당 노즐(N)은 토출되지 않고 인쇄되지 않은 이미지 픽셀(P) 상으로 토출 헤드(110)가 이동하게 된다(S160). 즉, 인쇄되지 않은 이미지 픽셀을 인쇄하기 위해서 토출 헤드(110)는 토출 헤드(110)의 이동 방향(X축 방향)을 따라 이동하여 다음 스와스(swath) 상에 위치하게 된다. 여기서, 스와스(swath)는 이미지 픽셀 중에서 Y축 방향으로 일직선상에 위치하는 일렬의 이미지 픽셀과 동일한 개념이라고 할 수 있다.

토출 헤드(110)를 이동시킬 때, 일정한 기준에 따라 토출 헤드(110)를 이동시켜야 한다. 기준 없이 토출 헤드(110)를 이동시킨다면 이미 인쇄된 이미지를 다시 인쇄하는 중복 토출이 발생할 수 있다. 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 이미지 픽셀이 존재하지 않아서 피토출물이 이동하는 동안에 토출되지 않은 이미지 부분에 토출을 위해서는 토출 헤드가 토출이 되지 않은 이미지 부분으로 이동해야 하는데, 이 때 토출 헤드의 가장 좌측에 형성된 노즐(N)을 토출되지 않은 부분과 일치시킴으로써 토출되어야 할 부분을 쉽게 찾을 수 있다.

이러한 중복 토출을 방지하기 위해, 피토출물(130)의 이동 방향(Y축 방향)을 기준으로 토출 헤드(110)의 가장 좌측에 형성된 노즐(N)이 피토출물(130)의 토출되지 않은 이미지 픽셀(P)과 동일한 직선 상에 위치하도록 토출 헤드(110)를 이동시킨다.

또한, 토출 헤드(110)를 이동시킬 때 중복 토출을 방지하기 위해 이전의 스와스(swath)에서 이미 인쇄된 이미지 부분의 이미지 값을 "0"으로 처리할 수 있다. 즉, 이미지를 이진 이미지(binary image)로 변환하여, 이미 인쇄된 부분이나 인쇄하지 않을 부분은 "0"의 값을 가지게 하고, 인쇄되어야 할 부분은 "1"의 값을 가지게 할 수 있다.

이미지 픽셀(P)이 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 있지 아니하여 해당 스와스에서 인쇄되지 않는 이미지 픽셀은 다음 스와스(swath)에서 인쇄되는데, 이 때 이전이 이미 토출된 부분의 이미지를 "0"으로 처리함으로써 중복 토출을 방지할 수 있다.

상기와 같은 이진 이미지화 과정을 거쳐 토출 헤드(110)를 이동시킴에 있어서 이전에 인쇄된 피토출물(130)의 이미지를 건너 뛰도록 토출 헤드(110)가 이동할 수 있다(S170). 이와 같이 토출 헤드(110)가 이동한 후에는 다시 피토출물(130)을 Y축 방향으로 이동시키면서 인쇄과정을 수행하게 되며, 이 과정에서도 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 이미지 픽셀이 존재하는지 여부를 판단하는 단계를 거치며 상기한 과정을 반복할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 상기한 방법에 대해서 보다 자세히 설명한다. 도 4를 참조하면, 토출 헤드(110)의 노즐들(N)과 피토출물(130)의 이미지 픽셀(P)이 도시되어 있다. 토출 헤드(110)에는 복수개의 노즐들이 형성되어 있으며, 인쇄되어야 할 패턴 이미지(PI)의 이미지 픽셀(P)들은 일정한 격자 형상으로 배치되어 있다.

도 4에 도시된 이미지 픽셀(P)은 일정한 간격을 가지도록 배치되어 있으며, Y축 방향을 따라 10열로 배치되어 있다. 토출 헤드(110)가 도시된 위치를 유지한 상태에서 패턴 이미지(PI) 또는 이미지 픽셀(P)이 Y축 방향으로 움직이면서 해당 픽셀이 인쇄된다.

도 4를 참조하면, 노즐의 좌측에서부터 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 노즐은 각각 패턴 이미지(PI)의 첫 번째 이미지 픽셀(도 4의 1 참조), 두 번째 이미지 픽셀(도 4의 2 참조) 및 세 번째 이미지 픽셀(도 4의 3 참조)와 Y축 방향으로 거의 동일한 직선상에 위치함을 알 수 있다. 그러나, 네 번째 이상의 노즐은 네 번째 이상의 이미지 픽셀(도 4의 4 내지 10 참조)와 Y축 방향으로 동일한 직선상에 있지 않은 것을 알 수 있다. 도 4에 도시된 상태로 인쇄를 하게 되면 이미지 픽셀 중 네 번째 이상의 이미지 픽셀에는 정확한 위치에 액체 방울이 토출되지 않게 되고 결국 X축 방향으로 이미지 정밀도가 낮아지는 결과가 발생할 것이다.

이를 방지하기 위해 토출 결정 오차 범위(EB)를 설정하고 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 이미지 픽셀이 존재하는 경우에만 토출을 시키는 방법이 본 발명의 일 실시예이다.

도 4를 참조하면, 노즐 중 네 번째 노즐을 기준으로 토출 결정 오차 범위(EB)를 설정한다. 이미지 픽셀 중 Y축 방향을 기준으로 첫 번째 내지 세 번째에 위치하는 이미지 픽셀은 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 존재하기 때문에 도 4에 도시된 상태에서 한 번의 스와스(swath) 즉, 피토출물(130)이 Y축 방향으로 한 번 움직일 때 좌측에서부터 첫 번째 내지 세 번째 이미지 픽셀에는 액체 방울이 토출될 수 있으나, 토출 결정 오차 범위(EB) 내에 존재하지 않는 네 번째 이상의 노즐을 통해서는 액체 방울이 토출되지 않는다. 여기서, 액체 방울이 토출되지 않은 네 번째 이상의 이미지 픽셀은 다음 스와스에서 인쇄될 수 있고, 이를 위해 토출 헤드(110)가 X축 방향으로 이동하게 된다.

한편, 도 4에 도시된 트리거 신호(TS; Trigger Signal)는 노즐을 토출시키기 위한 신호로서, 노즐 구동 드라이버(미도시)에 의해 제어될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 토출 시스템(100)은 복수의 노즐(N)들이 하나의 노즐 드라이버에 의해서 작동될 수 있다. 이 때, 토출될 노즐만 스위칭(switching)함으로써 입력된 트리거 신호에 의해 토출될 노즐을 결정할 수 있다.

도 5에는 패턴 이미지(PI)의 이미지 픽셀(P) 중에서 이전 스와스(즉, 도 4에 도시된 상태)에서 인쇄되지 않는 Y축 방향 기준 네 번째 이상의 이미지를 인쇄하기 위해서 토출 헤드(110)가 X축 방향으로 이동된 상태가 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 토출 헤드(110)에 형성된 복수개의 노즐(N)들 중에서 가장 좌측에 형성된 노즐(LN)이 Y축 방향을 기준으로 좌측에서부터 네 번째에 위치하는 이미지 픽셀(P)과 동일 직선 상에 위치하도록 이동되어 있음을 알 수 있다. 즉, 토출 헤드(110)에 형성된 복수개의 노즐들(N) 중에서 가장 좌측에 위치하는 노즐(LN)을 기준으로 토출 헤드(110)의 다음 스와스 위치를 결정할 수 있다. 다만, 토출 헤드(110)의 이동 위치를 결정함에 있어서, 반드시 가장 좌측에 형성된 노즐을 기준으로 해야 하는 것은 아니다.

여기서, 이전 스와스(도 4 참조)에서 이미 인쇄된 부분(EA)은 도 5의 스와스에서는 인쇄되어서는 안 되는 부분이므로 이미지를 이진(binary) 처리할 때 "0"의 값을 가지게 하여 중복 토출 또는 중복 인쇄를 방지할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 네 번째 열에 존재하는 이미지 픽셀 중에도 인쇄를 할 필요가 없는 이미지 픽셀이 존재할 수 있는데, 마찬가지로 "0"으로 처리하여 중복 인쇄를 방지할 수 있다.

이와 같이, 중복 인쇄를 방지하기 위해 이전에 인쇄가 된 부분이나 인쇄될 필요가 없는 부분은 토출 헤드(110)가 건너 뛰도록 제어할 수 있다.

도 5에 도시된 상태에서 피토출물(130)이 Y축 방향으로 이동하게 되면, 토출 헤드(110)의 좌측에서부터 첫 번째 내지 세 번째 노즐을 통해 액체 방울이 토출되며, 피토출물(130)의 패턴 이미지(PI) 중에서는 Y축 방향을 기준으로 네 번째 내지 여섯 번째 열에 존재하는 이미지 픽셀(P)이 인쇄될 수 있다.

이와 같이, 토출 결정 오차 범위(EB)를 이용하여 토출 노즐을 결정함으로써, X축 방향에 따른 이미지 정밀도를 높일 수 있다. 즉, X축 방향으로 노즐 간격과 이미지 픽셀 간격이 일치하지 않거나, 양자 사이에 정수배 관계가 성립하지 않는 경우 이미지 정밀도를 높일 수 있다. 본 발명에 따른 액체 방울의 토출 방법은 토출 헤드(110)의 노즐(N) 간격과 피토출물(130)의 이미지 픽셀 간격 사이에는 정수배의 관계가 성립하지 않는 경우에 효과적으로 적용될 수 있다.

여기서, 토출 결정 오차 범위(EB)는 가변할 수 있다. 즉, 사용하는 토출 헤드의 구조적 특성에 따라 토출 결정 오차 범위(EB)를 사용자가 변경함으로써 토출 헤드(110)의 이동 방향에 따른 정밀도를 보다 더 높일 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울의토출 방법은 복수개의 노즐 중 일부의 노즐(N)만 토출시킬 수 있다. 토출 헤드(110)에 형성된 모든 노즐(N)을 통해 액체 방울을 토출시키는 경우에는 이미 토출된 이미지 부분에 중복 토출이 될 수고 인쇄 과정에 많은 액체가 소모될 수 있다. 일부의 노즐(N)만 토출되게 함으로써 중복 토출을 효과적으로 방지할 수 있고 소모되는 액체를 줄일 수도 있다.

피토출물(130)의 패턴 이미지(PI)는 BMP 이미지인 것이 바람직하다. 즉, 다수의 픽셀을 가지고 픽셀 사이에 간격이 존재하는 비트맵 이미지인 경우에 노즐(N) 간격과 픽셀 간격 사이에 오차가 발생하며, 이런 경우 상기한 방법에 의해 토출 헤드의 이동 방향에 따른 이미지 정밀도 저하를 방지할 수 있다.

상기한 바와 같은 액체 방울의 토출 방법에 의하면, 토출이 되는 노즐이 자동적으로 결정될 수 있으며 이미지 정밀도와 토출되는 노즐의 개수 사이에 트레이드 오프(trade-off) 관계가 성립될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 액체 방울의 토출 시스템 110: 토출 헤드
120: 헤드 구동부 130: 피토출물
140: 피토출물 구동부 170: 제어부
N: 노즐 EB: 토출 결정 오차 범위
PI: 패턴 이미지 P: 이미지 픽셀

Claims (9)

1. 복수의 노즐을 구비한 토출 헤드를 사용한 액체 방울의 토출 방법으로서,
   상기 토출 헤드의 이동 방향을 따라 상기 토출 헤드를 이동시키는 단계;
   상기 토출 헤드와 대향하며, 상기 토출 헤드의 이동 방향과 직교하는 방향으로 피토출물을 이동시키는 단계;
   상기 토출 헤드의 이동 방향에 대해, 상기 노즐 중 어느 하나의 노즐을 기준으로 토출 결정 오차 범위를 설정하는 단계;
   상기 피토출물의 이미지 픽셀이 상기 토출 결정 오차 범위 내에 있는지 판단하는 단계; 및
   상기 피토출물의 이미지 픽셀이 상기 토출 결정 오차 범위 내에 있는지 여부에 따라 상기 어느 하나의 노즐의 토출 여부를 결정하는 단계;를 포함하여,
   상기 토출 헤드의 이동 방향에 있어서 상기 피토출물의 이미지 정밀도를 조정하는 액체 방울의 토출 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 어느 하나의 노즐의 토출 여부를 결정하는 단계는,
   상기 피토출물의 이미지 픽셀이 상기 토출 결정 오차 범위 내에 있으면 상기 어느 하나의 노즐을 토출시키고,
   상기 피토출물의 이미지 픽셀이 상기 토출 결정 오차 범위 밖에 있으면 상기 어느 하나의 노즐을 토출시키지 않는 액체 방울의 토출 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 어느 하나의 노즐이 토출되지 않은 경우에 상기 토출 헤드는 상기 토출 헤드의 이동 방향을 따라 이동하여 상기 피토출물의 이동 방향을 기준으로 상기 토출 헤드의 가장 좌측에 형성된 노즐이 상기 피토출물의 토출되지 않은 이미지 픽셀과 동일한 직선 상에 위치하는 액체 방울의 토출 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 토출 헤드의 가장 좌측에 형성된 노즐의 좌측에 위치하는 상기 피토출물의 이미지는 이진 이미지(binary image)로 변환되며, 이전에 토출된 피토출물의 이미지는 "0"의 값을 가지게 설정하여 중복 토출을 방지하는 액체 방울의 토출 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 토출 헤드의 가장 좌측에 형성된 노즐이 상기 피토출물의 이미지 중에서 이미 토출된 이미지 또는 토출시킬 부분이 없는 이미지를 건너 뛰도록 상기 토출 헤드가 이동하는 것을 특징으로 하는 액체 방울의 토출 방법.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 토출 결정 오차 범위는 가변 가능한 것을 특징으로 하는 액체 방울의 토출 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 토출 헤드는 일부의 노즐만 토출시키는 것을 특징으로 하는 액체 방울의 토출 방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 토출 헤드의 노즐 간격과 상기 피토출물의 이미지 픽셀 간격 사이에는 정수배의 관계가 성립하지 않는 것을 특징으로 하는 액체 방울의 토출 방법.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 피토출물의 이미지는 BMP 이미지인 것을 특징으로 하는 액체 방울의 토출 방법.

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