KR19980025101A - 잉크 제트 인쇄 방법 및 장치, 칼라 필터, 디스플레이 장치, 및 디스플레이를 구비한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 칼라 필터가 복수개의 주사 작동으로 착색될 때 잉크를 각각의 화소열 내에 균일하게 분포시킬 수 있는 잉크 제트 인쇄 방법을 제공하는 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 각각의 주사 작동 동안 하나의 라인을 인쇄하는 데 사용되는 잉크 토출 노즐을 변경하면서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 구비하는 잉크 제트 헤드를 사용함으로써 기판 상에 각각의 화소열을 착색하는 잉크 제트 인쇄 방법에 있어서, 복수개의 주사 작동에서 토출되는 잉크를 잉크가 각각의 화소열 내에서 등간격으로 배열되도록 토출하는 단계를 포함하는 잉크 제트 인쇄 방법이 제공된다.

Description

잉크 제트 인쇄 방법 및 장치, 칼라 필터, 디스플레이 장치, 및 디스플레이를 구비한 장치
본 발명은 잉크 제트 헤드로부터 기록 부재 상에 잉크를 토출함으로써 인쇄 작업을 수행하는 잉크 제트 인쇄 방법 및 장치와, 칼라 필터와, 디스플레이 장치와, 상기 디스플레이 장치를 구비한 장치에 관한 것이다.
최근에 개인용 컴퓨터, 특히 휴대형 개인용 컴퓨터의 진보가 이루어지면서, 액정 디스플레이, 특히 칼라 액정 디스플레이에 대한 요구가 증대되고 있다. 그러나, 액정 디스플레이의 사용을 더욱 보편화하기 위해, 비용 절감을 성취해야 한다. 특히, 전체 비용의 대부분을 차지하는 칼라 필터의 비용을 절감할 것이 요구된다. 상술한 요구를 만족시키면서 칼라 필터의 소망 특성을 만족시키려는 각종 방법이 제안되어 왔다. 그러나, 상술한 요구 사항을 모두 만족시키는 방법은 확립되어 있지 않다. 이하에 각종 방법에 대해 기술하기로 한다.
제1 방법은 안료 분산법이다. 이 방법은 기판 상에 안료 분산 감광 수지층을 형성하고 단색 패턴으로 패턴화시키는 방법이다. 이 방법은 또 3회 반복함으로써 R, G, B의 칼라 필터 층을 얻는다.
제2 방법은 염색법이다. 이 염색법은, 염색 재료인 수용성 고분자 재료를 유리 기판에 도포하고 피복을 패턴화하여 사진 석판 공정에 의해 소정 형상으로 만든다. 이렇게 하여 얻어진 패턴을 염색 욕에 침지하여 착색 패턴을 얻는다. 이 방법은 3회 반복하여 R, G, B 칼라 필터층을 얻는다.
제3 방법은 전착법이다. 이 방법에서, 투명 전극을 기판에 패턴화하고 최종 구조를 안료, 수지, 전해액 등이 들어 있는 전착 도장액에 침지하여 제1색을 전착한다. 이 공정은 3회 반복하여 R, G, B의 칼라 필터층을 형성한다. 최후에 이들 층을 소성한다.
제4 방법은 인쇄법이다. 이 방법에서, 안료는 열경화성 수지에 분산시키고, 인쇄 동작은 3회 수행하여 R, G, B의 칼라 필터층을 각각 형성하고, 수지는 열경화시켜 착색층을 형성한다. 상기 방법은 모두 일반적으로 착색층 상에 보호층을 형성한다.
이들 방법의 공통점은 동일 과정을 3회 반복하여 3색, 즉 R, G, B의 착색층을 얻는다는 점이다. 이것이 비용을 증가시키는 요인이 된다. 게다가, 공정 수가 증가되므로 수율이 저하된다. 전착 방법에서는 성형할 수 있는 패턴 형상에 제약도 따른다. 이 때문에, 기존 기술로는 이 방법을 TFT에 적용하기가 어렵다. 인쇄법에서는 해상도 및 평활도가 낮기 때문에 미세 피치를 가진 패턴을 형성하기 어렵다.
이런 단점을 개선하기 위해, 잉크 제트 시스템에 의해 칼라 필터를 제작하는 방법이 일본 특허 공개 공보 소59-75205호, 소63-235901호, 평1-217320호에 소개되어 있다. 이들 방법에 있어서, 삼색, 즉 R(적), G(녹) 및 B(흑)의 삼색 착색제를 함유하는 잉크는 잉크 제트 시스템에 의해 투명 기판 상에 분무하고 각 잉크를 건조시켜 착색 화상부를 형성한다. 이런 잉크 제트 시스템에 있어서, R, G, B 화소는 한번에 형성될 수 있으며, 제작 공정이 극히 단순화될 수 있고 비용도 상당히 절감된다.
이런 잉크 제트 시스템에 의해 칼라 필터를 제작함에 있어서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 구비한 잉크 제트 헤드를 칼라 필터 기판 상에 주사하면서 각 화소부를 착색하도록 각 화소 상에 잉크가 토출될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에, 복수개의 잉크 토출 노즐로부터 토출되는 잉크의 양은 약간 변화하므로, 하나의 화소열이 하나의 노즐에 의해 착색된다면, 인접한 화소열들은 잉크 토출량이 서로 상이한 노즐들에 의해 착색된다. 따라서, 화소열들 사이에 칼라 불균일이 발생한다고 알려져 있다. 이러한 칼라 불균일을 감소시키기 위하여, 주사 작동을 복수회 수행하고 각각의 주사 작동에서 상이한 노즐을 사용함으로써 화소열들을 착색하는 방법이 제안되었다. 그러나, 주사 작동을 수행함으로써 각각의 화소열을 착색하는 이러한 방법에 있어서, 각각의 주사 작동에서 토출된 잉크는 각각의 화소열의 몇몇 부분에서 중첩될 수 있어, 각각의 주사 작동에서 잉크를 분포시키는 방법이 연구되지 않는다면 칼라 불균일을 감소시키는 효과가 충분치 않게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 문제를 고려하여 이루어진 것으로, 각각의 라인이 복수개의 주사 작동으로 인쇄될 때 각각의 라인 내에서 잉크를 균일하게 분포시킬 수 있는 잉크 제트 인쇄 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 인쇄 방법 및 장치에 의해 제작된 칼라 필터와, 상기 칼라 필터를 사용하는 디스플레이 장치와, 디스플레이 장치를 구비하는 장치를 제공하는 것이다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 제작 장치의 개략적 구조를 도시한 사시도.
도2는 칼라 필터 제작 장치의 동작을 제어하는 제어기의 구조를 도시하는 블록 다이어그램.
도3은 칼라 필터 제작 장치에 사용되는 잉크 제트 헤드의 구조를 도시하는 사시도.
도4는 잉크 제트 헤드의 히터에 가해지는 전압의 파형을 도시하는 타이밍 차트.
도5a 내지 도5f는 칼라 필터를 제작하는 공정을 도시하는 단면도.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터를 채택한 칼라 액정 디스플레이 장치의 기본 구조를 도시하는 단면도.
도7은 액정 디스플레이 장치를 이용하는 정보 처리 장치를 도시하는 블록 다이어그램.
도8은 액정 디스플레이 장치를 이용하는 정보 처리 장치를 도시하는 사시도.
도9는 액정 디스플레이 장치를 이용하는 정보 처리 장치를 도시하는 사시도.
도10은 각 노즐로부터 토출된 잉크 토출량 사이의 차이를 보정하는 방법을 설명하는 도면.
도11은 각 노즐로부터 토출된 잉크 토출량 사이의 차이를 보정하는 방법을 설명하는 그래프.
도12는 각 노즐로부터 토출된 잉크 토출량 사이의 차이를 보정하는 방법을 설명하는 도면.
도13은 잉크 토출 농도를 변경하는 방법을 설명하는 도면.
도14는 잉크 토출 농도를 변경하는 방법을 설명하는 도면.
도15는 잉크 토출 농도를 변경하는 방법을 설명하는 도면.
도16은 헤드 마운트의 내부 구조를 도시하는 사시도.
도17은 도16의 헤드 마운트의 평면도.
도18은 헤드를 조정하기 위한 조정 장치의 구조를 도시하는 평면도.
도19는 도18의 구조를 우측에서 도시한 측면도.
도20은 헤드를 조정하는 전체 공정을 도시하는 플로우차트.
도21은 헤드의 각도 및 상대 위치 조정에 사용되는 인쇄 패턴을 도시한 도면.
도22는 헤드의 각 노즐로부터 토출된 잉크 토출량의 변동을 검출하는 공정을 도시하는 플로우차트.
도23은 헤드의 각 노즐로부터 토출된 잉크 토출량의 변동을 검출하는 공정을 도시하는 플로우차트.
도24는 잉크 도트의 농도와 잉크의 토출량 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도25는 비트 보정 정보를 얻는 공정을 도시하는 플로우차트.
도26은 잉크 겹침 방법을 도시하는 도면.
도27은 잉크가 겹칠 때 퍼지는 방법을 도시하는 도면.
도28은 잉크가 등간격으로 토출되는 상태를 도시하는 도면.
도29는 본 발명에 따른 칼라 필터 착색 방법의 개념을 도시하는 도면.
도30은 제작된 칼라 필터가 본 발명의 방법에 의하여 제작되었는지의 여부를 확인하는 방법을 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 유리 기판
2 : 블랙 매트릭스
4' : 포토 마스크
5' : 비착색부
7 : 광 투과부
8 : 보호층
21 : 카운터 기판
51 : 베이스
52 : X-Y-θ스테이지
53 : 칼라 필터 기판
54 : 칼라 필터
55 : 헤드 유니트
58 : 제어기
60 : 키보드
62 : 디스플레이
65 : 인터페이스
66 : CPU
67 : ROM
68 : RAM
71 : 스테이지 제어기
90 : 칼라 필터 제작 장치
102 : 히터
108 : 토출 개구
110 : 유체 통로
114 : 잉크 챔버
상기 문제를 해결하고 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 잉크 제트 인쇄 방법은 이하의 공정을 특징으로 한다.
각각의 주사 작동 동안 각각의 라인을 인쇄하는 데 사용되는 잉크 토출 노즐을 변경하면서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 구비하는 잉크 제트 헤드의 복수개의 주사 작동에 의해 각각의 라인이 기록 부재 상에 인쇄되는, 기록 부재 상에 라인을 인쇄하는 잉크 제트 인쇄 방법에 있어서, 복수개의 주사 작동에서 토출되는 잉크를 잉크가 각각의 라인 내에서 등간격으로 배열되도록 토출하는 단계를 포함하는 잉크 제트 인쇄 방법이 마련된다.
본 발명에 따른 잉크 제트 인쇄 장치는 이하의 구성을 특징으로 한다.
각각의 주사 작동 동안 각각의 라인을 인쇄하는 데 사용되는 잉크 토출 노즐을 변경하면서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 구비하는 잉크 제트 헤드의 복수개의 주사 작동에 의해 각각의 라인이 기록 부재 상에 인쇄되는, 기록 부재 상에 라인을 인쇄하는 잉크 제트 인쇄 장치에 있어서, 상기 잉크 제트 헤드를 기록 부재에 대하여 주사하는 주사 수단과, 복수개의 주사 작동에서 토출된 잉크가 각각의 라인 내에서 등간격으로 배열되도록 상기 주사 수단의 작동과 상기 잉크 제트 헤드의 잉크 토출 타이밍을 제어하는 제어 수단을 포함하는 잉크 제트 인쇄 장치가 마련된다.
본 발명에 따른 칼라 필터는 이하의 구성을 특징으로 한다.
각각의 주사 작동 동안 각각의 화소열을 인쇄하는 데 사용되는 잉크 토출 노즐을 변경하면서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 구비하는 잉크 제트 헤드의 복수개의 주사 작동에 의해 기판 상에 각각의 화소열을 착색함으로써 제작된 칼라 필터에 있어서, 상기 칼라 필터는 복수개의 주사 작동에서 토출되는 잉크를 잉크가 각각의 라인 내에서 등간격으로 배열되도록 토출함으로써 제작되는 칼라 필터가 마련된다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 이하의 구성을 특징으로 한다.
각각의 주사 작동 동안 각각의 화소열을 인쇄하는 데 사용되는 잉크 토출 노즐을 변경하면서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 구비하는 잉크 제트 헤드의 복수개의 주사 작동에 의해 기판 상에 각각의 화소열을 착색함으로써 제작된 칼라 필터를 포함하는 디스플레이 장치에 있어서, 광량을 변경하는 광량 변경 수단을 일체로 포함하며, 상기 칼라 필터는 복수개의 주사 작동에서 토출되는 잉크를 잉크가 각각의 라인 내에서 등간격으로 배열되도록 토출함으로써 제작되는 디스플레이 장치가 마련된다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치를 포함하는 장치는 이하의 구성을 특징으로 한다.
각각의 주사 작동 동안 각각의 화소열을 인쇄하는 데 사용되는 잉크 토출 노즐을 변경하면서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 갖는 잉크 제트 헤드의 복수개의 주사 작동에 의해 기판 상에 각각의 화소열을 착색함으로써 제작된 칼라 필터를 포함하는 디스플레이 장치를 구비하는 장치에 있어서, 화상 신호를 상기 디스플레이 장치에 공급하는 화상 신호 공급 수단을 포함하며, 상기 디스플레이 장치는 복수개의 주사 작동에서 토출되는 잉크를 잉크가 각각의 라인 내에서 등간격으로 배열되도록 토출함으로써 제작된 칼라 필터와, 광량을 변경하는 광량 변경 수단을 일체로 포함하는 장치가 마련된다.
상술한 바 이외의 기타 목적 및 장점은 이하 본 발명의 구체적 실시예의 설명으로부터 기술 분야에 숙련된 자에게 명백해질 것이다. 설명에서, 본 명세서의 일부를 구성하고 본 발명의 실시예를 설명하는 첨부 도면을 참고하여 기술하였다. 그러나, 이런 예는 본 발명의 각종 실시예를 제한하는 것은 아니며, 따라서, 본 발명의 범주를 결정하는 후속의 청구 범위를 참조하면 된다.
이하에는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상술하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 칼라 필터 제작 장치의 구조를 도시하는 개략도이다.
도1을 참조하면, 참조 부호 51은 장치 베이스를 가리키며, 52는 장치 베이스(51) 상에 배치된 X-Y-θ 스테이지를, 53은 X-Y-θ스테이지(52) 상에 세트된 칼라 필터 기판을, 54는 칼라 필터 기판(53) 상에 형성된 칼라 필터를, 55는 칼라 필터(54)를 착색하는 R(적), G(녹), B(흑) 잉크 제트 헤드와 이들 헤드를 지지하는 헤드 마운트(55a)를 구비한 헤드 유니트를, 58은 칼라 필터 제작 장치(90)의 전체 동작을 제어하는 제어기를, 59는 제어기의 디스플레이로서 티칭 펜던트(teaching pendant, 개인용 컴퓨터), 60은 티칭 펜던트(59)의 조작 유니트로서의 키보드를 가리킨다.
도2는 칼라 필터 제작 장치(90)의 제어기의 구조를 도시하는 블록 다이어그램이다. 티칭 펜던트(59)는 제어기(58)의 입출력 수단으로서의 역할을 한다. 참고 부호 62는 제작 공정이 진행되는 과정과 헤드 고장 여부 등을 나타내는 정보를 표시하는 디스플레이이다. 키보드(60)는 칼라 필터 제작 장치(90)의 조작 등을 지시한다.
제어기(58)는 칼라 필터 제작 장치(90)의 전체 조작을 제어한다. 참고 부호 65는 티칭 펜던트(59)와 데이터를 교환하는 인터페이스를 가리키고, 66은 칼라 필터 제작 장치(90)를 제어하는 CPU를, 67은 CPU(66)를 조작하는 제어 프로그램을 기억하는 ROM, 68은 생산 정보 등을 기억하는 RAM, 70은 칼라 필터의 각 화소에 잉크의 토출을 제어하는 토출 제어기를, 71은 칼라 필터 제작 장치(90)의 X-Y-θ 스테이지(52)의 조작을 제어하는 스테이지 제어기를 가리킨다. 칼라 필터 제작 장치(90)는 제어기(58)에 연결되어 그로부터의 지시에 따라 조작한다.
도3은 칼라 필터 제작 장치(90)에 이용되는 잉크 제트 헤드(IJH)의 구조를 도시한 도면이다. 도1을 참조하면, 헤드 유니트(55)에서, 세 개의 잉크 제트 헤드(IJH)는 삼색, 즉 R, G, B에 따라 배치된다. 이들 세 개의 헤드의 구조는 동일하기 때문에, 도3에서는 이등 세 개의 헤드 중 하나만을 대표적으로 도시하였다.
도3을 참조하면, 잉크 제트 헤드(IJH)는 잉크를 가열하기 위한 복수개의 히터(102)가 형성되는 기판으로서의 히터 보드(104)와, 히터 보드(104) 상에 장착된 천정판(106)을 주로 포함한다. 천정판(106) 내에는 복수개의 토출 개구(108)가 형성되어 있다. 토출 개구(108)와 연통하는 터널형 유체 통로(110)가 그 뒤에 형성되어 있다. 각 유체 통로(110)는 격벽(112)을 거쳐서 인접 유체 통로로부터 분리되어 있다. 각 유체 통로(110)는 유체 통로의 후방측에 있는 하나의 잉크 챔버(114)에 공통적으로 연결되어 있다. 잉크는 잉크 입구(116)를 거쳐서 잉크 챔버(114)에 공급된다. 이 잉크는 잉크 챔버(114)로부터 각 유체 통로(110)로 공급된다.
히터 보드(104)와 천정판(106)은 각 히터(102)의 위치가 대응 유체 통로(110)의 위치와 일치되도록 배치되어 있고, 도3에 도시한 상태로 조립된다. 도3에는 히터(102)를 두 개만 도시하였지만, 히터(102)는 각 유체 통로(110)에 대응하여 배치된다. 도3에 도시한 조립 상태에서 소정 구동 신호가 히터(102)에 공급되면 상기 히터(102) 상방의 잉크는 비등하여 기포를 형성하고, 잉크 체적이 팽창됨에 따라 잉크는 밀려서 토출 개구(108)로부터 토출된다. 따라서, 기포의 크기는 히터(102)에 가해지는 구동 펄스를 제어함으로써, 즉 전력량을 제어함으로써 조정될 수 있다. 즉, 각 토출 개구로부터 토출된 잉크의 체적은 임의적으로 제어될 수 있다.
도4는 이런 방법으로 각 히터에 공급되는 전력을 변경함으로써 잉크 토출량을 제어하는 방법을 설명하는 타이밍 차트이다.
본 실시예에서, 두 개의 정전압 펄스가 각 히터(102)에 가해져서 잉크 토출량을 조정한다. 두 개의 펄스는 도4에 도시한 바와 같이 예열 펄스와 주 가열 펄스(이후에는 단순히 가열 펄스라고 함)가 있다. 예열 펄스는 잉크가 실제로 토출되기 전에 잉크를 소정 온도로 가열하는 펄스이다. 이 펄스의 펄스폭은 잉크 토출에 필요한 최소 펄스폭(t5)보다 작게 설정된다. 따라서, 잉크는 예열 펄스에 의해서는 토출되지 않는다. 예열 펄스는 각 히터(102)에 가해져서 잉크의 초기 온도를 점차 소정 온도까지 승온시켜 나중에 히터(102)에 일정 가열 펄스가 가해질 때 잉크 토출량을 항상 일정하게 유지시키게 된다. 이와는 반대로, 잉크의 온도는 예열 펄스의 폭을 조정함으로써 점차 조정될 수 있다. 이 경우에, 동일 가열 펄스에 대해, 잉크 토출량을 변경할 수 있다. 게다가, 가열 펄스의 인가 전에 잉크를 가열함으로써, 가열 펄스 인가시에 잉크 토출에 필요한 스타트 시간이 단축되어 응답성이 향상된다.
가열 펄스는 잉크를 실제로 토출하는 펄스이다. 가열 펄스의 펄스 폭은 잉크 토출에 필요한 최소 펄스 폭(t5) 보다 크게 설정된다. 각 히터(102)에 의해 발생된 에너지는 가열 펄스의 폭(인가 시간)에 비례한다. 따라서, 히터(102)의 특성 변동은 각 가열 펄스의 폭을 조정함으로써 조정될 수 있다.
잉크 토출량은 예열 펄스와 가열 펄스 사이의 간격을 조정하여 예열 펄스 인가시에 열의 분산 상태를 제어함으로써 조정할 수 있다.
상술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 잉크 토출량은 예열 펄스의 인가 시간을 조절하고 예열 펄스와 가열 펄스의 인가 사이의 간격을 조절함으로써 제어될 수 있다. 따라서, 예열 펄스의 인가 시간을 조정하거나 예열 펄스와 가열 펄스의 인가 사이의 간격을 필요에 따라 조정함으로써, 잉크 토출량이나 인가 펄스에 대응한 잉크 토출의 응답성을 임의로 조정할 수 있다.
잉크 토출량의 조정에 대해 이하에 상세히 기술하기로 한다.
도4에 도시한 바와 같이 동일 전압 펄스 인가시에 토출 개구(노즐)(108a, 108b, 108c)로부터 각기 다른 양으로 잉크가 토출된다고 가정한다. 특히, 소정 펄스폭을 갖는 전압이 소정 온도에서 인가되고, 노즐(108a)로부터의 잉크 토출량이 36 pl(피코 리터)이고, 노즐(108b)로부터의 잉크 토출량이 40 pl, 노즐(108c)로부터의 잉크 토출량이 40 pl이고, 노즐(108a, 108b)에 대응하는 히터(102a, 102b)의 저항이 200 Ω이고, 노즐(108c)에 대응하는 히터(102c)의 저항이 210 Ω이라고 가정한다. 또, 노즐(108a, 108b, 108c)로부터의 잉크 토출량을 40 pl로 조정한다고 가정한다.
예열 펄스와 가열 펄스의 폭을 조정하여 노즐(108a, 108b, 108c)로부터의 잉크 토출량을 동일 양으로 조정한다. 예열 펄스와 가열 펄스의 폭의 각종 변경은 가능하다. 이 경우에, 가열 펄스에 의해 발생된 에너지의 양은 세 개의 노즐에 대해 동일하며, 잉크 토출량은 예열 펄스의 폭을 조정함으로써 조정된다.
노즐(108a, 108b)을 위한 히터(102a, 102b)는 저항이 200Ω으로 동일하기 때문에, 가열 펄스에 의해 발생된 에너지의 양은 히터(102a, 102b)에 동일폭의 전압 펄스를 인가함으로써 동일해질 수 있다. 이 경우에, 각 전압 펄스는 폭 t5 보다 큰 t3으로 설정된다. 동일 가열 펄스 인가시에 노즐(108a, 108b)로부터의 잉크 토출량은 36 pl 및 40 pl로 다르다. 노즐(108a)로부터의 잉크 토출량을 증대시키기 위해, 히터(102b)에 가해진 예열 펄스의 폭(t1) 보다 큰 폭(t2)의 예열 펄스를 히터(102a)에 가한다. 이 조작으로, 노즐(108a, 108b)로부터 토출된 잉크 토출량은 40 pl로 조정될 수 있다.
노즐(108c)에 대한 히터(102c)는 나머지 두 히터(102a, 102b)의 저항보다 큰 210 Ω의 저항을 갖는다. 이 때문에, 히터(102c)가 나머지 두 히터에 의해 발생되는 에너지의 양과 동일한 양을 발생하게 하기 위해서는 가열 펄스 폭을 상기 가열 펄스의 폭 보다 크게 설정해야 한다. 따라서, 이 경우에, 가열 펄스는 폭(t3) 보다 큰 폭(t4)으로 설정된다. 소정 펄스의 인가시에 노즐(108b, 108c)로부터의 잉크 토출량은 동일하기 때문에, 소요의 예열 펄스 폭은 히터(102b)에 가해진 예열 펄스의 폭과 같다. 즉, 폭(t1)을 가진 예열 펄스가 히터(102c)에 인가된다.
상술한 방법으로, 소정 펄스 인가시에 다른 양의 잉크를 토출하는 노즐(108a, 108b, 108c)로부터 동일한 양의 잉크가 토출될 수 있게 된다. 게다가, 잉크 토출량은 고의적으로 서로 다르게 할 수도 있다. 예열 펄스는 각 노즐의 토출 동작의 변동을 감소시키는 데 이용된다.
도5a 내지 도5f는 칼라 필터를 제작하는 공정의 예를 도시한다.
본 실시예에서 기판(1)으로서 유리 기판이 사용된다. 그러나, 액정 칼라 필터에 필요한 특성, 즉 투명성과 높은 기계적 강도를 갖고 있는 한, 유리 기판 이외의 다른 기판도 사용할 수 있다.
도5a는 광 투과부(7)와 차광부로 구성되는 블랙 매트릭스(2)를 구비한 유리 기판(1)을 도시한다. 먼저, 블랙 매트릭스(2)가 형성되는 유리 기판(1)을 광 방사 또는 광 방사와 가열을 동시에 하면 경화되고 잉크 수용성을 갖는 수지 조성물로 피복시킨다. 최종 구조는 필요에 따라 프리 베이크(pre-baked)를 실시하여 수지 층(3')을 형성한다(도5b). 수지 층(3')은 스핀 코팅, 롤러 코팅, 바아 코팅, 스프레잉, 디핑 등의 피복 방법으로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명은 특정 피복 방법으로 제한되는 것은 아니다.
그 후, 포토 마스크(4')를 이용하여 블랙 매트릭스(2)에 의해 차광된 수지층부 상에 점차 패턴 노광을 실시하고 수지층의 노광부를 경화시켜 잉크(도5c)를 흡수하지 않는 부분(비착색부)(5')을 형성한다. 그 후, 잉크 제트 헤드(도5d)를 이용하여 수지 층은 R, G 및 B를 한꺼번에 착색하고 필요에 따라 잉크를 건조시킨다.
패턴 노광 수행시에 포토 마스크(4')를 사용하는 경우, 블랙 매트릭스에 의해 차광된 부분을 경화하기 위한 개구부를 갖는 마스크를 사용한다. 이 경우에, 블랙 매트릭스에 접촉하는 부분에서 착색제의 탈색을 방지하기 위해 비교적 대량의 잉크를 토출해야 한다. 이런 이유로, 블랙 매트릭스의 각 차광부의 폭보다 크기가 작은 개구들을 갖는 마스크를 보통 사용한다.
착색 작업에 사용하는 잉크로는 염료계 잉크와 안료계 잉크를 사용할 수도 있으며, 액상 및 고상 잉크를 사용할 수도 있다.
본 발명에 사용되는 경화성 수지 조성물로는, 잉크 수용성을 갖고 다음 처리 과정, 즉 광 방사와, 광 방사 및 가열의 조합 중 적어도 하나에 의해 경화될 수 있는 수지 조성물을 이용할 수 있다. 수지로서는, 아크릴 수지, 에폭시 수지 및 실리콘 수지를 사용할 수 있다. 셀룰로즈 유도체로서, 히드록시프로필 셀룰로즈, 히드록시에틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 카복시메틸 셀룰로즈 등을 이용할 수 있으며, 기타 변성물 등을 이용할 수도 있다.
이들 수지를 광 방사 및 가열에 의해 가교 결합하기 위해 광 개시제(가교제)를 사용할 수도 있다. 광 개시제로서는, 디크로메이트, 비스 아지드 화합물, 래디컬계 개시제, 음이온계 개시제, 양이온계 개시제 등을 사용할 수 있다. 이들 광 개시제의 혼합물과 광 개시제 및 증감제를 혼합한 것을 사용할 수 있다. 게다가, 광산 발생제로서 오니움염 등을 가교제로서 병용할 수도 있다. 가교 반응이 더욱 진행되게 하기 위해, 광 방사 후에 가열 처리를 실시하는 것도 좋다.
이들 조성물을 포함하는 수지 층은 내열성, 내수성 등이 우수하며, 후속 단계에서 고온 혹은 세정 공정에도 충분히 견딜 수 있는 것이다.
본 발명에 사용된 잉크 제트 시스템과 마찬가지로, 에너지 발생 요소로서의 전기 열 변환체를 이용하는 버블 제트형, 압전 소자를 이용하는 압전 제트형 등을 사용할 수 있다. 착색 영역과 착색 패턴은 임의로 설정할 수 있다.
본 발명은 기판에 블랙 매트릭스가 형성되는 구조를 구체화한 것이다. 그러나, 경화성 수지층이 형성되거나 착색이 수행된 후에 블랙 매트릭스는 아무런 문제없이 수지층 상에 형성될 수 있다. 즉, 블랙 매트릭스의 형상은 본 실시예에 있어서의 것에 한정되지 않는다. 블랙 매트릭스를 형성하는 방법으로서, 스퍼터링 또는 전착에 의해 기판 상에 박막 필름을 형성하는 방법과, 사진 석판 공정에 의한 필름 패턴화 방법을 적합하게 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다.
그 후, 경화성 수지 조성물은 이하의 처리 공정 즉, 광 방사, 열처리 및 광 방사와 열처리의 조합(도5e) 중 단 하나만을 수행하여 경화되며, 필요에 따라서는 보호층(8)을 형성한다(도5f). 참고 부호 hν는 광의 광도를 표시한다. 열처리를 수행할 때 hν 대신에 열이 가해진다. 보호층(8)은 광 경화형, 열경화형, 또는 광경화/열경화형의 제2 수지 조성물로 제작될 수 있다. 최종 층은 칼라 필터의 형성시에 투명성을 가져야 하며, ITO 형성 공정 및 정렬용 필름 형성 공정 등의 후속 공정에 충분히 견딜 수 있어야 한다.
본 실시예에서 수지 조성물이 기판 상에 형성되지만, 잉크는 이하의 방법으로 기판 상으로 직접 토출될 수 있다.
잉크 제트 시스템은 차광부를 형성하는 블랙 매트릭스의 광 투과부를 충전하도록 R, G 및 B 잉크를 기판 상으로 토출하는 데 사용된다. 이러한 R, G 및 B 패턴은 소위 캐스팅(casting)의 형태로 형성될 수 있다. 각각의 칼라의 잉크는 양호하게는 이들이 블랙 매트릭스 상에서 중첩하지 않는 범위 내에서 인쇄된다.
사용되는 잉크로서는, 광 또는 열 등의 에너지의 인가시 경화될 수 있는 한 염료 및 안료 모두가 사용될 수 있으며, 액체 및 고체 잉크가 사용될 수도 있다. 잉크는 광경화 성분, 열경화 성분, 또는 광경화/열경화 성분을 함유하여야 한다. 이러한 성분으로서, 상업적으로 입수 가능한 여러 가지 수지 및 경화제가 사용될 수 있으며, 잉크 내에서의 보유 등의 문제를 야기하지 않는 한 구체적으로 제한되지 않는다. 특히, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지 등이 적당히 사용될 수 있다.
도6은 상기 칼라 필터를 채택하는 칼라 액정 디스플레이 장치(30)의 기본 구조를 도시한 단면도이다.
일반적으로, 칼라 액정 패널은 카운터 기판(21)에 칼라 필터 기판(1)을 결합하고 그 사이에 액정 혼합물(18)을 밀봉시킴으로써 형성된다. TFT(박막 트랜지스터)(도시 않음)와 투명 화소 전극(20)은 매트릭스 형태로 액정 패널의 하나의 기판(21) 내면 상에 형성된다. 칼라 필터(54)는 R, G, B 착색제가 화소 전극에 대향 위치되도록 다른 기판(1)의 내면 상에 배치된다. 투명 카운터 전극(공통 전극)(16)은 칼라 필터(54)의 전체면 상에 형성된다. 블랙 매트릭스(2)는 칼라 필터 기판(1)측 상에 일반적으로 형성된다. 정렬용 필름(19)은 두 기판의 평면 내에 형성된다. 정렬용 필름(19)에 대한 마찰 공정을 수행함으로써, 액정 분자는 소정 방향으로 정렬될 수 있다.
편극판(11, 22)은 각 유리 기판의 외면에 접착된다. 액정 혼합물(18)은 이들 유리 기판 사이의 간극(약 2 내지 5 ㎛)에 채워진다. 후광으로서, 형광 램프(도시 않음)와 분산판(도시 않음)이 일반적으로 사용된다. 디스플레이 동작은 후광으로부터 방사된 광의 투과를 변경하기 위한 광학 셔터로서의 역할을 하게 하여 수행된다.
액정 디스플레이 장치를 정보 처리 장치에 적용하는 경우에 대해 도7 내지 도9를 참조하여 이하에 설명하기로 한다.
도7은 상술한 액정 디스플레이 장치가 적용될 워드프로세서, 개인용 컴퓨터, 모사 전송기, 복사기 등으로서의 역할을 하는 정보 처리 장치의 개략적 구조를 도시한 것이다.
도7을 참조하면, 참고 부호 1801은 전체 장치를 제어하는 제어기를 가리킨다. 제어기(1801)는 마이크로프로세서 등의 CPU와, 각 장치로 또는 그로부터 제어 신호, 데이터 신호 등을 입출력하여 제어를 수행하는 각종 입출력 포트를 포함한다. 참고 부호 1802는 각종 메뉴, 문서 정보, 및 화상 판독기(1807)로부터 읽은 화상 데이터 등을 디스플레이 스크린(1803)에 표시하는 디스플레이를, 1803은 디스플레이(1802) 상에 장착된 투명한 압력 감지 터치 패널을 표시한다. 터치 패널(1803)의 표면을 사용자의 손가락 등으로 누름으로써, 아이템 입력 동작, 방위 위치 입력 조작 등을 디스플레이(1802) 상에서 수행할 수 있다.
참고 부호 1804는 음악 편집기 등에 의해 발생된 음악 정보를 메모리(1810) 또는 외부 메모리(1812)에 디지털 데이터로서 기억시키고 이 메모리로부터 정보를 독출함으로써 정보의 FM 변조를 수행하는 FM(주파수 변조) 음원을 가리킨다. FM음원(1804)으로부터의 전기 신호는 스피커(1805)에 의해 가청 음으로 변환된다. 프린터(1806)는 워드프로세서, 개인용 컴퓨터, 모사 전송기 및 복사기용 출력 단자로서 이용된다.
참고 부호 1807은 원고 데이터를 광전기적으로 판독하는 이미지 리더를 가리킨다. 이미지 리더(1807)는 원고 반송로를 따라 중간에 배치되고 모사 전송 및 복사 동작 기타 각종 원고를 위한 원고 판독을 하도록 되어 있다.
참고 부호 1808은 모사 전송기(FAX)를 위한 송수신기를 표시한다. 송수신기(1808)는 모사 전송에 의해 이미지 리더(1807)에 의해 읽은 원고 데이터를 송신하고 보내진 모사 전송 신호를 수신 및 디코드한다. 송수신기(1808)는 외부 장치를 위한 인터페이스 기능을 갖는다. 참고 부호 1809는 응답 기능 등의 일반적 전화 기능 및 기타 기능을 갖는 전화기를 표시한다.
참고 부호 1810은 시스템 프로그램, 관리 프로그램, 응용 프로그램, 폰트, 사전 등을 기록하는 ROM과, 외부 메모리(1812)로부터 로딩된 응용 프로그램과 문서 정보를 기억하는 RAM과 비디오 RAM 등을 포함하는 메모리를 가리킨다.
참고 부호 1811은 문서 정보 및 기타 명령을 입력하는 키보드를 가리킨다.
참고 부호 1812는 플로피 디스크, 하드 디스크 등을 이용하는 외부 메모리를 가리킨다. 외부 메모리(1812)는 사용자의 문서 정보, 음악 및 대화 정보, 응용 프로그램 등을 기억하는 역할을 한다.
도8은 도7의 정보 처리 장치의 사시도이다.
도8을 참조하면, 참고 부호 1901은 각종 메뉴, 그래픽 패턴 정보, 문서 정보 등을 표시하는 상기 액정 디스플레이를 이용한 평판 디스플레이이다. 방위 입력 및 아이템 지정 입력 동작은 사용자의 손가락 등으로 터치 패널(1803)의 표면을 누름으로써 평판 디스플레이(1901) 상에서 수행될 수 있다. 참고 부호 1902는 장치를 전화기로서 사용할 때 이용되는 수화기를 가리킨다. 키보드(1903)는 코드를 거쳐 본체에 착탈 가능하게 접속되며, 각종 문서 기능 수행 및 각종 데이터 입력에 사용된다. 이 키보드(1903)는 각종 기능 키(1904)를 갖고 있다. 참고 부호 1905는 외부 메모리(1812)에 플로피 디스크를 삽입하는 삽입 포트를 가리킨다.
참고 부호 1906은 이미지 리더(1807)를 배치하여 원고를 판독하기 위한 원고대를 표시한다. 판독된 원고는 장치의 후방부로부터 방출된다. 모사 전송 수신 동작 등에서, 수신된 데이터는 잉크 제트 프린터(1907)에 의해 인쇄된다.
상술한 정보 처리 장치가 개인용 컴퓨터나 워드 프로세서로서 작용할 때, 키보드(1811)를 통해 입력된 각종 정보는 소정 프로그램에 따라서 제어기(1801)에 의해 처리되고, 최종 정보가 화상으로서 프린터(1806)로 출력된다.
정보 처리 장치가 모사 전송기의 수신기로서 작용할 때, 통신선을 거쳐 송수신기(1808)를 통해 입력된 모사 전송 정보는 소정 프로그램에 따라서 제어기(1801) 내에서 수신 처리를 받게 되고, 최종 정보가 화상으로서 프린터(1806)로 출력된다.
정보 처리 장치가 복사기로서 작용할 때, 원고는 이미지 리더(1807)에 의해 판독되고, 판독된 원고 데이터가 복사될 화상으로서 제어기(1801)를 거쳐서 프린터(1806)로 출력된다. 정보 처리 장치가 모사 전송기의 수신기로서 작용할 때는 이미지 리더(1807)에 의해 판독된 원고 데이터는 소정 프로그램에 따라서 제어기(1801) 내에서 전송 처리되고 최종 데이터는 송수신기(1808)를 거쳐서 통신선으로 전송된다.
상기 정보 처리 장치를 도9에 도시한 바와 같이 본체에 잉크 제트 프린터를 일체화시킨 장치로서 설계할 수도 있다. 이 경우에, 장치의 휴대성이 향상된다. 도9에 도시한 부품에 있어서 도8과 동일한 부호로 표시한 부품은 동일 기능을 갖는 부품이다.
칼라 필터의 각 화소의 농도 불균일을 감소시키는 두 가지 전형적인 방법을 이하에 소개한다.
도10 내지 도12는 복수개의 잉크 토출 노즐을 구비한 잉크 제트 헤드(IJH)의 각 노즐로부터 토출된 잉크 토출량의 차이를 보정(이하에 비트(bit) 보정이라 함)하는 방법을 도시한다.
먼저, 도10에 도시한 바와 같이, 잉크는 예를 들어 잉크 제트 헤드(IJH)의 세 개의 노즐(1, 2, 3)로부터 소정 기판(P) 상에 토출된다. 각 노즐로부터 토출된 잉크에 의해 기판(P)상에 형성된 잉크 도트의 크기 또는 농도는 각 노즐로부터 토출된 잉크의 토출량을 측정하기 위해 측정한다. 이 경우, 각 노즐에 가해지는 열 펄스(도4)의 폭은 일정하게 유지되고, 예열 펄스(도4)의 폭은 상술한 바와 같이 변경된다. 이런 설정으로, 도11에 도시한 바와 같이 예열 펄스 폭(도11에서 가열 시간으로 표시함)과 잉크 토출량 사이의 관계를 나타내는 곡선을 얻을 수 있다. 도11로부터 명백한 바와 같이, 노즐(1, 2, 3)에 가할 예열 펄스의 폭은 각각 1.0 ㎲, 0.5 ㎲, 0.75 ㎲이다. 따라서, 각 노즐로부터 토출된 잉크 토출량은 모두 각 노즐의 히터에 이들 폭을 갖는 예열 펄스를 인가함으로써 도12에 도시한 바와 같이 20 ng으로 설정된다. 각 노즐로부터 토출된 잉크의 토출량을 보정하는 것을 비트 보정이라 한다. 예를 들어 본 실시예에서, 예열 펄스의 폭은 네 개의 레벨로 변경되어 약 30%의 보정폭을 실현한다. 보정 해상도는 2 내지 3%이다.
도13 내지 도15는 각 잉크 토출 노즐로부터 토출된 잉크의 농도를 조정함으로써 잉크 제트 헤드의 주사 방향의 농도 불균일을 보정하는 방법(이하, 셰이딩 보정(shading correction)이라 함)에 관해 도시한 것이다.
잉크 제트 헤드의 노즐(1, 2)로부터 토출된 잉크 토출량은 각각 도13에 도시한 노즐(3)로부터 토출된 잉크 토출량에 비해 약 -10% 및 +20%라고 가정한다. 이 경우, 잉크 제트 헤드(IJH)를 주사하면서, 도14에 도시한 바와 같이, 열 펄스를 아홉 개의 기준 클럭 모두에 대해 한 번씩 노즐(1)의 히터에 가하고 열 펄스는 10개의 기준 클럭 모두에 한번씩 노즐(3)의 히터에 가한다. 이 동작에 있어서, 잉크는 주사 방향으로 다른 횟수에 걸쳐 각 노즐로부터 토출되어 주사 방향에 있어서의 칼라 필터의 화소의 잉크 농도는 도15에 도시한 바와 같이 균일하게 할 수 있다. 이로써, 각 화소의 농도 불균일을 방지한다. 이렇게 주사 방향으로 토출 농도를 변경하는 것을 셰이딩 보정이라 부른다.
본 실시예에서, 헤드(55)는 상술한 바와 같이 장치의 피봇각을 수평면 내에서 조정할 수 있도록 칼라 필터 제작 장치(90) 상에 분리 가능하게 장착된다. 헤드 유니트(55)에 있어서 R, G, B 잉크 제트 헤드는 칼라 필터 제작 장치(90)와는 독립적으로 제공된 조정 장치에 의해 조정된다. 이 조정 장치에 의해 조정된 헤드 유니트(55)는 칼라 필터 제작 장치(90) 상에 장착되며, 수평 평면 내에서의 장치의 피봇각만이 조정될 수 있다. 이런 구조에 의하면, 헤드 유니트(55)를 칼라 필터 제작 장치990) 상에 장착하고 단순 조정만을 수행하면 칼라 필터의 착색은 다른 조정 동작을 수행하지 않고도 직접 스타트하게 된다. 헤드 유니트(55)가 별도의 조정 장치에 의해 조정될 때, 헤드가 칼라 필터 제작 장치(90) 상에 장착된 상태로 조정되는 경우에 비해 먼지를 방지할 수 있다. 게다가, 칼라 필터 제작 장치(90)는 헤드 조정을 위해 정지시킬 필요가 없어지며, 장치의 가용성이 향상된다.
헤드 유니트(55)를 조정하기 위한 조정 장치를 설명하기에 앞서, 헤드 유니(55)의 구조를 먼저 설명한다.
본 실시예의 헤드 유니트(55)는 다노즐형 잉크 제트 헤드를 복수개 갖고 있는데, 이들은 각각 마운트 헤드(55a)에 의해 지지된 복수개의 노즐을 갖고 있다.
마운트 헤드(55a)는 복수개의 헤드의 설치 각도를 동시에 변경할 수 있는 기구와, 부 주사 방향으로 헤드의 위치를 별도로 조정할 수 있는 기구를 갖고 있다.
칼라 필터의 화소는 이하의 방법으로 잉크 제트 방법에 의해 기본적으로 착색된다. 먼저, 각각 소정 피치로 배치된, 특히 화소 피치에 대응하는 복수개의 노즐을 구비한 다노즐 헤드를 사용하여 주 주사 방향으로 착색을 수행한다. 이 때 헤드나 기판은 부 주사 방향으로 이동되고 주 주사 방향으로 착색을 행한다.
본 실시예에서 각 다노즐형 잉크 제트 헤드의 노즐 피치는 화소 피치 보다 작기 때문에, 착색은 모든 복수개의 노즐을 이용하여 수행된다. 화소 피치가 노즐 피치의 배수와 일치하지 않게 되면, 각 잉크 제트 헤드의 각도는 화소 피치와 일치하도록 주 주사 방향에 대해 90°로부터 변경된다.
이 경우에, 동일 노즐 피치를 갖는 다수의 헤드를 동시에 회전시키는 기구와 각 헤드의 각도를 미세 조정하는 기구를 가지고, 사용할 각 잉크 제트 헤드의 화소 피치와 노즐 피치는 서로 효과적으로 부합시킬 수 있다.
게다가, 잉크 제트 헤드를 부 주사 방향으로 미세 이동시키는 기구를 구비하면, 다수의 헤드의 노즐 위치를 칼라 필터의 소정 화소 위치로 설정할 수 있다.
도16은 마운트 헤드(55a)의 내부 구조를 도시하는 사시도이다. 도17은 도16에서 마운트 헤드(55a)의 평면도이다.
도16 및 도17을 참조하면, 참고 부호(204a, 204b, 204c)는 다노즐형 잉크 제트 헤드를 가리킨다. 이들 세 개의 잉크 제트 헤드, 즉 R(적) 헤드(204a), G(녹) 헤드(204b), B(흑) 헤드(204c)는 마운트 헤드(55a)상에 수직으로 장착될 수 있다. 다수의 노즐(205)(노즐은 잉크 제트 헤드의 하부면 상에 설치되므로 도17에서 실제로는 보이지 않지만 설명상의 편의를 위해 실선으로 도시하였다.)은 헤드의 종방향으로 동일 피치로 배치된다. 잉크 제트 헤드(204a, 204b, 204c) 각각의 한 단부는 대응하는 홀더(20a, 208b, 208c)의 하나에 의해 지지된다. 이들 홀더는 마운트 헤드(55a)에 대해 수평면 내에서 마운트 헤드(55a)에 고정된 회전축(206a, 206b, 206c)에 대해 피봇 가능하게 지지된다. 잉크 제트 헤드(204a, 204b, 204c)의 각각의 다른 단부는 홀더(210a, 210b, 210c)의 대응하는 하나에 의해 지지된다. 이들 홀더는 슬라이드 부재(214)에 대해 수평면 내에서 회전축(212a, 212b, 212c)에 대해 피봇 가능하게 지지된다. 회전축(212a, 212b, 212c)은 편심축이다. 회전축(212a, 212b, 212c)의 헤드부에 있는 슬롯부(212a1, 212b1, 212c1)(슬롯부(212c1)만 도시함)를 회전시킴으로써, 홀더(210a, 210b, 210c)는 슬라이드 부재(214)에 대해 화살표(I) 방향으로 미세 이동될 수 있다. 이 구조에 있어서, 잉크 제트 헤드(204a, 204b, 204c)의 피봇각은 서로 독립적으로 미세 조정될 수 있다. 슬라이드 부재(214)는 마운트 헤드(55a)에 대해 X 및 Y 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있고, 화살표(A)로 표시한 방향으로 스프링(216)에 의해 편의된다. 마이크로미터 나사(218)는 마운트 헤드(55a)의 스프링(216)에 반대측 상에 설치되어 있다. 마이크로미터 나사(218)를 회전시킴으로써 스프링(216)은 X 방향으로 이동된다. 이 동작에 따르면, 세 개의 잉크 제트 헤드(204a, 204b, 204c)는 도17에 점선으로 도시한 위치에 대해 임의의 각도 θ만큼 동시에 경사질 수 있어서, 주사 방향에 대해 헤드의 경사를 조정할 수 있게 되어 있다. 편심축(212a, 212b, 212c)을 회전시킴으로써, 각 헤드의 경사 각도는 별도로 미세 조정될 수 있다. 또, 압축 스프링(220a, 220b, 220c)은 도17에 우측에 도시한 잉크 제트 헤드(204a, 204b, 204c)를 편의시키도록 홀더(210a, 210b, 210c)에 배치된다. 마이크로미터 나사(222a, 222b, 222c)는 홀더(208a, 208b, 208c)상에 압축 스프링(220a, 220b, 220c)에 대향되게 설치되어 있다. 이들 마이크로미터 나사를 회전시킴으로써 각 잉크 제트 헤드의 위치는 화살표(B)(부주사 방향)에 의해 표시된 방향으로 조정될 수 있다.
마운트 헤드(55a)는 주 주사 방향(X)이 각 헤드의 회전축(206a, 206b, 206c)을 연결하는 직선에 일치하도록 설정되어 있으면, 조정이 쉬워진다.
헤드를 실제로 조정하는 도중에, 헤드는 헤드 회전축(206a, 206b, 206c)에 대해 동시에 회전되어 화소 피치를 가진 소망의 노즐(착색용 노즐)의 피치에 일치하도록 각 헤드의 각도 θ를 조정한다. 게다가, 각 헤드의 상대 각도 사이의 약간의 차이는 편심축(212a, 212b, 212c)을 회전시킴으로써 조정된다. 이 경우, 각 헤드는 b=na·cosθ(n은 양의 상수)를 만족한다. 여기서, a는 노즐 피치(㎛)이고, b는 화소 피치(㎛)이다. 그 후, 마이크로 스크루(222a, 222b, 222c)는 R, G, B 화소 패턴의 위치에 노즐 위치를 맞추도록 조정된다.
도18은 헤드 유니트(55)를 조정하기 위한 조정 장치(300)의 구조를 도시하는 평면도이다. 도19는 도18의 조정 장치(300)의 우측면도이다.
도18 및 도19를 참조하면, X 방향으로 연장되는 X 슬라이드 가이드(306)는 베이스(도시 않음) 상에 장착된다. Y 방향으로 연장되는 Y 슬라이드 가이드(308)는 X 방향으로 미끄럼 가능하게 X 슬라이드 가이드(306) 상에 지지되어 있다. Y 슬라이드 가이드(308)는 구동 기구(도시 않음)에 의해 X 방향으로 X 슬라이드 가이드(306) 상에서 미끄럼/구동된다. 테이블(304)은 Y 방향으로 미끄럼 가능하게 Y 슬라이드 가이드(308) 상에 지지된다. 헤드 조정을 위해 잉크가 토출되는 유리 기판(302)은 테이블(304) 상에 배치된다. 유리 기판은 구동 기구(도시 않음)에 의해 Y방향으로 Y 슬라이드 가이드(308) 상에서 미끄럼/구동된다. 결국, 테이블(304), 즉 유리 기판(302)은 베이스(도시 않음)에 대해 X 및 Y 방향으로 이차원적으로 이동/구동된다.
헤드 유니트(55)는 도19에 도시한 바와 같이 조정 장치(300)의 헤드 지지 칼럼(312) 상에 장착된 상태로 테이블(304) 상방에 배치된다. 유리 기판(302) 상에 인쇄된 잉크 도트를 촬상하기 위한 라인 센서 카메라는 헤드 유니트(55) 측방에 배치된다.
복원 유니트(314)는 X 슬라이드 가이드(306)의 연장선 상에 배치된다. 복원 유니트(314)는 노즐로부터 잉크를 흡출함으로써 정상 상태에 대한 토출 불량으로부터 잉크 제트 헤드(204a, 204b, 204c)의 토출 노즐을 복원한다.
이하에는 상술한 구조를 갖는 조정 장치를 이용하여 헤드 유니트(55)를 조정하는 공정에 대해 기술하기로 한다.
도20은 헤드 유니트를 조정하는 전체 공정을 도시한 플로우차트이다. 헤드 유니트를 조정하는 전체 공정은 도20의 플로우차트를 참고하여 기술하기로 한다. 각 스텝은 나중에 상세히 설명한다.
먼저, 하방에 스크리닝 시험, 예비 조정 등을 갖는 복수개의 헤드를 채택한 잉크 제트 헤드 유니트(55)는 조정 장치(300)의 헤드 지지 칼럼(312)의 복원 유니트(314) 상에 장착된다(스텝 S1).
그 후, 헤드 유니트에 채택된 각 헤드에 인가되는 구동 전압이 조정된다(K값 조정). 이 조정에 있어서, 도4의 전압(Vop)은 잉크 토출량을 점차 증가시켜 토출 동작 개시를 위한 임계 전압의 상수곱으로 각 구동 전압을 설정하도록 한다. 본 실시예에서, 구동 전압은 헤드에 따라 다르긴 하지만, 약 24V 내지 26V fh 설정되어 있다(스텝 S2).
각 헤드로부터 토출되는 초기 불안정 영역을 제거하기 위해 소정 기간 동안 에이징이 실시된다. 이 시험에서, 잉크는 모든 노즐로부터 6×106배만큼 토출되었다(스텝 S3).
잉크는 헤드 유니트(55)의 헤드(204a, 204b, 204c)로부터 토출되어 패턴을 유리 기판(302) 상에 인쇄하게 되는데, 이 패턴은 각 헤드의 각도 및 상대 위치 조정을 위해 사용된다(스텝 S4). 패턴은 라인 센서 카메라(310)에 의해 촬상되고, 각 헤드의 각도 및 상대 위치는 판독된 패턴으로부터 얻은 데이터를 기초로 하여 조정될 수 있다(스텝 S5).
잉크는 각 헤드로부터 토출되어 유리 기판(302) 상에 패턴을 인쇄하게 되고, 이 때 패턴은 헤드의 각 노즐로부터 토출된 잉크량을 검출하는 데 사용되고, 패턴은 라인 센서 카메라(310)에 의해 촬상하여 판독된 패턴의 농도를 기초로 하여 각 노즐로부터 토출되는 잉크 토출량을 검출하도록 되어 있다(스텝 S6).
각 노즐로부터 토출된 잉크량 사이에 차이가 있게 되면, 각 노즐로부터 토출된 잉크의 농도에 관한 데이터, 즉 상술한 셰이딩 보정을 위한 데이터가 발생되어 노즐의 유니트에 인쇄된 패턴의 농도를 동등하게 조절한다. 그 후, 발생된 셰이딩 보정 데이터를 기초로 한 셰이딩 보정이 종료된 후에, 패턴이 인쇄되고, 인쇄된 패턴의 농도차(주사 방향의 단위 길이당 잉크 전체 토출량에 해당하는)를 확인한다(스텝 S7).
각 노즐의 히터에 가해진 예열 펄스의 길이의 변동으로 각 노즐로부터 토출된 잉크량의 변화를 측정한다(스텝 S8).
각 노즐의 히터에 가하여 각 노즐로부터의 잉크 토출량을 평등화할 예열 펄스의 길이를 표시하는 데이터가 스텝 S6에서 얻은 각 노즐로부터의 잉크 토출량에 관한 데이터와 스텝 S8에서 얻은 예열 펄스의 길이의 변동에 따른 잉크 토출량의 변화에 관한 데이터를 기초로 하여 발생된다. 패턴은 스텝 S7에서 발생한 셰이딩 보정 데이터와 스텝 S8에서 발생한 비트 보정 데이터를 기초로 한 셰이딩 보정과 비트 보정이 완료된 후에 인쇄되고, 인쇄된 패턴의 농도차(주사 방향의 단위 길이당 잉크 토출량에 대응하는)가 검사된다(스텝 S9).
셰이딩 보정과 비트 보정이 스텝 S9에서 수행된 후에도 노즐의 유니트에 인쇄된 패턴 사이에 농도 차가 있는 경우에는 수회에 걸쳐 주사 동작을 반복 수행하여 하나의 화소를 착색하고, 각 주사 동작을 위해 다른 노즐을 사용한다. 예를 들어 하나의 화소열이 세 개의 주사 동작에 의해 착색된다고 할 때, 제1 노즐은 제1 주사 동작에, 제2 노즐은 제2 주사 동작에, 제3 노즐은 제3 주사 동작에 각각 사용된다. 이런 방법으로, 각 주사 동작마다 다른 노즐을 사용한다. 이 경우, 제1, 제2 및 제3 주사 동작에 있어서 각 화소열 사이의 농도차를 최소화하기 위해서는 어느 노즐을 사용해야 하는 지를 알아내기 위해 시뮬레이션을 실행한다. 스텝 S10에 있어서, 이 시뮬레이션은 각 주사 동작에 사용될 특정 서수의 노즐을 지시하는 데이터를 발생하도록 수행된다. 잉크 토출량을 조정하는 방법으로서, 2가지 종류의 방법, 즉 셰이딩 보정 및 비트 보정이 설명된다. 그러나, 상기 방법들 중 하나가 수행된다면 충분하다. 많은 경우에, 잉크 토출량은 셰이딩 보정에 의해 만족스럽게 보정될 수 있다. 즉, 비트 보정은 필수적이지는 않다(도20에서 스텝 S8 및 S9).
마지막으로, 실제로 칼라 필터 착색에 있어서 어느 노즐을 사용할 것인지, 어느 잉크 토출 패턴을 사용할 것인지에 관한 대량 생산 데이터를 스텝 S7 내지 S10에서 얻은 데이터를 기초로 하여 발생시킨다(스텝 S11). 게다가, 대량 생산 데이터는 전술한 바와 같이 비트 보정을 수행하지 않고 생성될 수 있으며, 각각의 노즐의 히터에 인가되는 가열 펄스가 균일하게 된다.
상기 헤드 조정에 관한 시뮬레이션 연산 및 제어는 제어기(330)에 의해 수행된다.
헤드 유니트(55)는 상술한 방법으로 조정된다.
도20의 플로우차트에서의 각 스텝에 있어서의 상세한 동작 과정을 이하에 기술한다.
먼저, 도20의 스텝 S4에 있어서, 헤드 유니트(55)의 마이크로미터 나사(218)를 회전시켜 R, G, B헤드(204a, 204b, 204c)를 기울여서 노즐 피치가 칼라 필터의 화소 피치와 거의 일치되게 한다. 본 실시예에서, 예를 들어, 화소열의 피치는 264 ㎛이다. 그 후, X 슬라이드 가이드(306)가 구동되어 테이블(304)을 X 방향으로 이동시키고, 헤드 유니트(55)를 유리 기판(302)에 대해 X 방향으로 주사한다. 그러나, 예를 들어 헤드(204a, 204b, 204c) 각각의 노즐을 이용하여 주사 방향으로 400 ㎛의 피치로 한꺼번에 다섯 개의 잉크 도트를 유리 기판(302) 상에 인쇄한다. 도21은 최종 인쇄 패턴을 도시한 것이다.
그 후, 인쇄된 패턴은 테이블(304)을 Y 방향으로 이동시키도록 Y 슬라이드 가이드(308)를 구동하면서 라인 센서 카메라(310)에 의해 촬상하고, 라인 센서 카메라(310)를 유리 기판(302)에 대해 Y방향으로 주사시킨다. 판독된 인쇄 패턴은 각 잉크 도트의 중력 중심 위치를 얻어내도록 화상 처리한다. 중력 중심을 거의 통과하는 직선(I1내지 I5)은 최소 제곱 근사치로 얻어진다. 직선(I1내지 I5)과 Y축선에 의해 형성되는 각도 θ1 내지 θ5가 얻어진다. 이들 각도의 평균은 헤드(204a, 204b, 204c)와 Y축에 의해 형성된 각도 θa, θb, θc로 얻어진다. 게다가, Y방향에 있어서의 각 헤드의 노즐 사이의 상대 거리 db 및 dc는 X 방향으로 배치된 도트의 중력 중심을 통과하는 직선으로부터 얻어진다.
스텝 S5에 있어서, 각 헤드의 각도를 미세 조정하기 위한 편심 축(212a, 212b, 212c)은 회전하여 스텝 S4에서 얻어진 각도 θa, θb, θc는 소망 각도로 설정되게 미세 조정을 수행한다. 게다가, 부 주사 방향으로 각 헤드를 미세 조정하기 위한 마이크로미터 나사(222a, 222b, 222c)는 회전하여 Y 방향으로 각 헤드 사이의 상대적인 거리db가 소정 거리로 설정되도록 각 헤드의 위치를 미세 조정한다. 상술한 동작으로, 각 헤드의 각도 조정과 위치 조정이 완료된다.
도22는 도20의 플로우차트의 각 노즐(스텝 S6)로부터 토출된 잉크 토출량의 변동을 측정하는 과정의 상세 내용에 관한 플로우차트이다.
먼저, 잉크는 헤드 유니트(55)를 유리 기판(302)에 대해 X 방향으로 주사하면서 각 헤드의 노즐로부터 토출되어 도23에 도시한 약 50 ㎜의 길이를 갖는 라인 패턴을 인쇄한다. 이 경우에, 동일 패턴을 갖는 예열 펄스와 가열 펄스는 각 노즐의 히터에 인가되고 비트 보정이 중간점(비트 보정치 8)에서 수행된다(스텝 S12).
그 후, 스텝 S10에서 인쇄된 각각의 라인 패턴의 농도는 라인 센서 카메라(310)가 유리 기판(302)에 대하여 Y방향으로 주사되면서 측정된다(스텝 S13).
각 노즐로부터의 잉크 토출량은 스텝 S13에서 얻어진 각 라인 패턴의 농도로부터 얻어진다(스텝 S14). 상술한 동작으로, 각 노즐로부터의 잉크 토출량의 변동에 관한 데이터를 얻을 수 있다.
라인 패턴의 농도로부터 잉크 토출량을 얻는 방법을 이하에 상세히 기술하기로 한다.
먼저, 도23에 도시한 바와 같은 인쇄된 라인 패턴의 농도를 라인 센서 카메라(310)로 측정한다. 이 경우에, 본 실시예에 따르면, 각 라인 패턴은 폭이 약 70 ㎛이기 때문에, Y방향으로 각 라인 패턴의 중력 중심 위치로부터 ±40 ㎛의 범위 내의 농도 적분치를 갖는다.
임의의 조건하에서 토출 동작 당 잉크 제트 헤드의 임의의 노즐로부터의 잉크 토출량을 측정함에 있어서 참고로 되는 연산 곡선이 얻어진다. 토출 동작당 노즐로부터의 잉크 토출량은 일반적으로 하나의 잉크 액적의 양을 표시한다. 그러나, 잉크는 액적이 아닐 수도 잇기 때문에, 잉크 액적의 양이라는 표현 대신 토출 동작당 잉크 토출량이라는 표현을 사용한다.
먼저, 소정 조건하에서 가능한 다른 양으로 잉크를 토출하는 측정할 잉크 제트 헤드의 복수개의 노즐 중 적어도 두 개의 노즐로부터의 토출 동작당 잉크 토출량을 중량법 혹은 흡수법에 의해 미리 구해 둔다.
본 실시예에서, 소정 조건 하에서 다른 토출량을 나타내는 네 개의 노즐로부터의 토출 동작당 잉크 토출량은 중량법에 의해 미리 얻는다.
그 후, 이런 방법으로 토출 동작당 토출량을 구한 네 개의 노즐로부터, 토출량을 얻은 때 설정된 바와 같은 조건하에서 잉크를 토출한다. 이들 잉크에 의해 유리 기판(302) 상에 형성된 잉크 도트의 농도를 측정한다. 본 측정에서, 잉크에 의해 형성된 잉크 도트의 농도와 네 개의 노즐로부터 토출된 잉크 토출량을 일 대 일 대응시켜 얻는다. 네 개의 노즐에 의해 형성된 잉크 도트의 농도 데이터는 50개의 인쇄된 도트를 표본 채취하고 표본치의 평균치를 연산하여 얻는다. 이 경우에, 농도 데이터의 표준 편차는 평균치에 대해 5% 이내에 있다.
도24는 잉크에 의해 유리 기판(302) 상에 형성된 잉크 도트의 농도와 토출 동작당 네 개의 노즐로부터의 잉크 토출량 사이의 관계를 도시한 그래프이다. 도24를 참조하면, 착점은 잉크 도트의 농도와 네 개의 노즐로부터의 잉크 토출량을 나타내는 점이다. 이 그래프로부터 명백한 바와 같이, 네 개의 점이 거의 일직선상에 존재한다. 따라서, 네 점을 통과하는 직선이 그려지면, 이 직선 상의 점과 같은 임의의 토출량에 대응하는 잉크 도트의 농도는 쉽게 얻을 수 있다. 이 직선을 검량선이라고 부른다.
이 검량선은 직선으로 나타내어진다. 따라서, 검량선은 그래프 상의 적어도 두 점을 찍으면 얻을 수 있다. 즉, 검량선은 상기 경우와 같이 네 개의 노즐을 이용하는 대신에 적어도 두 개의 노즐을 사용하여서도 얻을 수 있는 것이다. 그러나, 본 실시예에서는, 중량법이나 흡수법에 의해 얻은 잉크 토출량 데이터를 검량선을 얻는 데 사용하기 때문에, 측정 방법의 정밀도는 본 실시예에서 토출량 측정밀도에 직접적인 영향을 줄 수 있다. 이 때문에, 검량선은 세 개 또는 그 이상의 노즐을 이용하여 얻는 것이 보다 적합하다. 게다가, 새로운 검량선을 사용 잉크 변경시마다 매번 얻어야 한다.
그래서, 이미 얻어진 라인 패턴의 농도를 기초로 하여, 그리고 상기 검량선을 기초로 하여 라인 패턴의 농도에 대응하는 토출 동작당 하나의 노즐로부터의 잉크 토출량이 얻어진다. 이 스텝에서 얻을 잉크 토출량은 토출 동작당 하나의 노즐로부터의 잉크 토출량이며, 라인 패턴을 형성하는 복수개의 잉크의 양은 아니다. 그러나, 본 발명자들은 토출 동작당 잉크 토출량은 토출량을 측정하는 정밀도에 거의 영향이 없는 직선 패턴의 농도를 이용하여 얻을 수 있음을 실험적으로 확인하였다.
상술한 방법으로, 토출 동작당 각 헤드(204a, 204b, 204c)의 각 노즐로부터의 잉크 토출량을 얻고, 각 노즐로부터의 잉크 토출량의 변동을 측정할 수 있다.
각 라인 패턴 상의 농도차가 있으면, 도20의 스텝 S7에서 상술한 셰이딩 보정이 수행되어 노즐의 유니트의 잉크 토출 농도를 변경하게 되어 농도 불균일을 제거한다. 각 노즐로부터 토출된 잉크의 농도 변경 방법을 나타내는 데이터는 각 노즐로부터의 잉크 토출량의 변동을 기초로 하여 발생된다. 이들 잉크 토출 농도는 주사 방향(X 방향)으로 단위 길이당 랜딩하는 총 잉크량이 각 노즐마다 균일해지도록 결정된다. 토출 동작당 토출량이 작은 노즐에 대해 고려해 보기로 한다. 이 경우에, 주사 방향에 있어서의 잉크 토출 농도는 증대된다. 토출 동작당 토출량이 큰 노즐에 있어서는, 주사 방향의 잉크 토출 농도가 감소된다. 셰이딩 보정은 이런 방법으로 얻은 데이터를 기초로 하여 수행되고, 도23에 도시한 라인 패턴이 유리 기판(302)에 인쇄된다. 라인 패턴의 농도는 라인 센서 카메라(310)에 의해 다시 검출된다.
이렇게 검출된 농도를 기초로 한 보정이 더 필요하면, 비트 보정이 수행된다.
도25는 도20의 플로우차트에서 비트 보정 정보를 측정하는(스텝 S8) 과정의 상세에 대해 설명하는 플로우차트이다.
본 실시예에서, 비트 보정을 수행하기 위해, 예열 펄스의 폭은 16 레벨로 변경된다(비트 보정치 0 내지 15). 이 비트 보정 정보는 예열 펄스폭이 16 레벨 중 한 레벨만큼 변경될 때 각 노즐로부터의 잉크 토출량을 변경하는 방법을 나타내는 정보를 얻도록 측정된다.
도23에 도시한 라인 패턴은 스텝 S6에서 비트 보정치 8로 이미 인쇄되어 있다. 따라서, 이 경우, 스텝 S15에 있어서, 도23에 도시한 라인 패턴은 각 예열 펄스의 폭을 최소화(비트 보정치 0)하면서 인쇄된다.
그 후, 도23에 도시한 라인 패턴은 각 예열 펄스폭이 제16 레벨, 즉 최대 길이(비트 보정치 15)로 증가하면서 다시 인쇄된다(스텝 S16). 이런 방법으로 비트 보정치가 증가되면서 라인 패턴이 인쇄될 때, 잉크 토출량은 증가된다. 라인 패턴의 농도는 점차 증가된다.
라인 센서 카메라(310)는 비트 보정치 0인 라인 패턴의 농도와 비트 보정치 8인 라인 패턴의 농도와 비트 보정치 15인 라인 패턴의 농도를 촬상하도록 유리 기판(302) 상에서 주사된다(스텝 S17). 비트 보정치 0, 8, 15인 각 노즐로부터의 잉크 토출량은 상기 검량선을 기초로 한 세 가지 농도 정보를 기초로 하여 얻어진다.
이 동작으로, 비트 보정치 레벨이 변경, 즉 비트 보정치 0, 8, 15에 해당하는 세 점에서의 레벨이 변경됨에 따라 각 노즐로부터의 잉크 토출량을 변경하는 방법을 나타내는 정보를 얻을 수 있다. 이들 세 점을 통과하는 곡선은 노즐의 유니트 내의 최소 제곱법에 의해 얻어진다. 이런 방법으로 얻어진 곡선을 기초로 하여, 한 레벨만큼의 비트 보정치의 변동으로 각 노즐로부터의 잉크 토출량의 변동을 얻을 수 있다(스텝 S18). 즉, 이 곡선은 각 노즐에 대한 특정 비트 보정치(레벨), 즉 예열 펄스의 특정 폭을 가리키며, 이로써, 각 노즐로부터의 잉크 토출량을 동등하게 할 수 있다.
도20의 스텝 S9에서, 셰이딩 보정은 얻어진 데이터를 기초로 하여 수행되고, 비트 보정은 상기 비트 보정에 관한 데이터를 기초로 하여 수행되어 도23에 도시한 라인 패턴을 다시 인쇄하게 된다. 이들 라인 패턴의 농도는 라인 센서 카메라(310)로 다시 촬상한다. 이 단계에서, 각 라인 패턴의 농도는 거의 동등해야 한다.
셰이딩 보정후 또는 셰이딩 보정 및 비트 보정 후에 잉크 토출량의 랜덤한 변동을 제거하기 위해 다중 패스 인쇄 동작을 수행할 때는, 주사 방향으로 하나의 화소열을 착색하는 데 사용되는 노즐은 상기 다중 패스 인쇄 동작으로 각 주사 동작(1회 패스)으로 변경된다. 도20의 스텝 S10에서, 노즐들, 즉 각 주사 동작에 사용되는 노즐의 조합의 특정 차순을 나타내는 데이터가 발생된다. 이 데이터를 발생하는 도중에, 비트 보정 후에 각 노즐로부터의 잉크 토출량에 관한 데이터는 이미 얻어져 있기 때문에, 잉크 토출량을 연산하는 시뮬레이션은 노즐의 모든 조합, 즉 제1 패스에 제1 노즐과 제2 패스에 제2 노즐을, 제1 패스에 제1 노즐과 제2 패스에 제3 노즐을, …, 제1 패스에 제1 노즐과 제2 패스에 제n 노즐을, 제1 패스에 제2 노즐과 제2 패스에 제3 노즐을, 제1 패스에 제2 노즐과 제2 패스에 제4 노즐을, …, 제1 패스에 제2 노즐과 제2 패스에 제n 노즐 등의 조합에 대응하여 컴퓨터를 이용하여 수행된다. 이들 조합 중에서, 각 화소열에 대한 주사 방향으로 단위 길이당 잉크 전체 토출량의 불균일이 최소화되는 조합을 선택한다. 마찬가지로, 상기 시뮬레이션 연산은 하나의 화소열을 착색하기 위해 특정 수의 패스를 수행하도록 지시하는 데이터를 얻기 위해 수행하여 잉크 전체 토출량의 불균일을 최소화한다. 그러나, 다중 패스 동작에 있어서, n번째 노즐을 모두 사용하고 m패스 실행을 균일하게 설정한다 하더라도 상당한 효과는 기대할 수 있다.
도20의 스텝 S11에 있어서, 칼라 필터 대량 생산에 사용되는 잉크 토출 방법 및 노즐에 관한 데이터를 스텝 S7, S9, S10에서 얻은 데이터를 기초로 하여 발생시킨다.
이런 방법으로 헤드 유니트(55)의 조정 장치(300)에 의해 얻은 대량 생산 데이터는 칼라 필터 제작 장치(90)로 보내진다. 게다가, 주사 동작의 경사 각도 및 상대적 위치가 조정 장치(300)에 의해 조정된 헤드 유니트(55)는 제작 장치(90) 상에 장착되고, 수평면 내에서 피복 각도 조정만이 수행된다. 그 후, 칼라 필터의 착색이 실제로 수행된다.
이하에는 상기 방법으로 조정을 행한 헤드 유니트(55)를 이용하여 칼라 필터를 착색함에 있어서 불균일을 제거하는 방법에 관해 설명하기로 한다.
본 실시예의 불균일 제거 방법을 설명하기 전에, 다중 패스법에 의해 칼라 필터를 착색하는 종래의 방법을 먼저 설명하기로 한다.
각 노즐을 각 패스에서 하나씩 시프트하는 데 사용되는, 칼라 필터가 3패스로 착색되는 경우를 고려한다. 칼라 필터의 하나의 화소열(G1)과, 이 화소열을 착색하는 데 사용되는 세 개의 인접 노즐(N1, N2, N3)을 고려한다. 이들 노즐로부터 토출된 잉크 토출량, 즉 토출 동작 당 노즐 N1로부터의 잉크 토출량이 10 ng(나노그램)이고, 토출 동작 당 노즐 N2로부터의 잉크 토출량이 20 ng이고, 토출 동작 당 노즐 N3으로부터의 잉크 토출량이 40 ng으로 변동된다고 가정한다.
화소열(G1)은 이들 노즐을 이용하여 1패스에 착색된다. 화소열(G1)의 길이는 약 200 ㎜이고, 화소열(G1)을 착색하기 위해 잉크는 노즐(N1)로부터 2,000회 토출되어야 한다. 이 경우에, 화소열(G1)을 착색하는 데 필요한 잉크의 총량은 10(ng)×2000 = 20000 ng이다. 일반적으로, 셰이딩 보정을 수행함에 있어서, 잉크 토출 농도는 하나의 화소열을 착색하기 위해 각 노즐로부터의 전체 잉크 토출량을 균등하게 하도록 설정된다. 이런 이유로, 동일 화소열(G1)이 노즐(N2)을 이용하여 착색되게 되면, 잉크는 20000(ng)÷20(ng) = 1000회 토출되어야 한다. 이 경우에, 화소열(G1)을 착색하기 위해 노즐(N1)로부터 잉크가 토출되는 간격은 200(㎜)÷2000(회) = 100 ㎛이다. 노즐(N2)을 이용하여 착색을 수행할 때, 하나의 화소를 착색하기 위해 잉크를 토출하는 횟수는 노즐(N1)의 경우에 비해 ½정도이며, 잉크 토출 간격은 200 ㎛이다. 마찬가지로, 노즐(N3)을 사용할 때, 잉크 토출 횟수는 20000 ng ÷ 40 ng = 500이고, 잉크 토출 간격은 400 ㎛이다.
다시 말하면, 하나의 화소열은 상기 세 개의 노즐에 다른 토출량을 이용함으로써, 하나의 패스로 착색되게 되면, 10 ng의 잉크를 노즐(N1)로부터 100 ㎛ 간격으로 2000회 토출시키고 노즐(N2)로부터 20 ng의 잉크를 200 ㎛의 간격으로 1000회, 노즐(N2)로부터 40 ng의 잉크를 400 ㎛의 간격으로 500회 토출시켜야 한다.
한 패스에 사용되는 노즐을 다른 패스에서의 다른 노즐로 변경하면서 이들 세 개의 노즐을 이용하여 세 번 패스로 하나의 화소열(G1)을 착색하는 경우를 상정한다. 이 경우에, 잉크는 착색에 필요한 잉크의 총량의 ⅓의 양만큼 세 노즐 각각으로부터 잉크를 토출한다. 따라서, 이 방법에 따르면, 잉크는 제1 패스에서 노즐(N1)로부터 2000회/3=667회 토출된다. 화소열(G1)의 주사 방향으로 667회 토출된 잉크를 균등하게 분포시키기 위해, 100 ㎛의 세 배나 큰 300 ㎛의 간격으로 10 ng의 잉크를 토출해야 한다. 마찬가지로, 제2 패스에서, 잉크는 1000회/3 = 333회 토출해야 한다. 즉, 20 ng의 잉크를 600 ㎛의 간격으로 토출한다. 또, 잉크는 N3으로부터 500회/3=167회 토출한다. 즉, 40 ng의 잉크는 1200 ㎛의 간격으로 토출한다.
각 노즐로부터 잉크를 토출하는 간격은 이런 방법으로 결정된다. 종래의 방법에 따르면, 잉크는 동일 위치로부터 각 노즐로부터 토출되고, 각 화소열은 세 번의 패스로 착색된다. 그러나, 이 세 번의 패스에서 토출 개시 위치는 동일하며, 10ng의 잉크와, 20 ng의 잉크와, 40 ng의 잉크가 잉크 토출 개시 위치와 이 개시 위치로부터 1200 ㎛의 간격을 둔 지점에서 겹치게 되고, 10ng의 잉크와, 20 ng의 잉크는 잉크 토출 개시 위치로부터 600 ㎛의 간격을 둔 지점에서 겹치게 되고, 10ng의 잉크만이 나머지 위치에서 토출된다. 이 때문에, 잉크가 겹치는 위치에서, 유리 기판 상에 랜딩 잉크가 널리 퍼지게 된다. 그러나, 잉크가 겹치지 않는 위치에서는 랜딩 잉크는 유리 기판 상에서 퍼지지 않게 된다. 결국, 화소에 색채 불균일이 발생하게 된다. 이런 문제를 해결하기 위해 각 패스에 있어서 토출 개시 위치가 변위된다 하더라도, 잉크가 제1 패스에서 토출되는 간격의 정수배에 해당하는 지점이 나타나기 때문에, 잉크의 겹침은 피할 수 없다. 즉, 이 방법은 상술한 문제를 완벽하게 해결할 수는 없다.
따라서, 본 실시예에서, 상술한 문제는 이하의 방법으로 해결한다.
하나의 화소열을 세 번의 패스로 착색하기 위해 토출해야 하는 잉크의 총 토출 횟수는 노즐 N1에 대해 667회, 노즐 N2에 대해 333회, 노즐 N3에 대해 167회의 합계, 즉 667+333+167=1167회이다. 본 실시예에서, 총 잉크 토출 횟수는 세 번으로 단순히 나누어서 노즐 N1, N2, N3으로부터의 잉크 토출 횟수는 1167÷3=389회로 균일하다. 게다가, 잉크가 각 노즐로부터 토출되는 간격은 화소열의 길이(200 ㎜)를 1167로 나누어, 즉 200(㎜)÷1167 = 171 ㎛으로 얻은 값으로 균일하게 설정된다.
특히, 도28에 도시한 바와 같이, 먼저 10 ng의 잉크를 토출 개시 위치에서 노즐(N1)로부터 토출한다. 그 후, 10 ng의 잉크를 171 ㎛의 3배인 513 ㎛의 간격으로 노즐(N1)로부터 순차적으로 토출한다. 노즐(N2)로부터의 잉크 토출은 토출 개시 위치로부터 171 ㎛ 시프트된 위치에서 개시되며, 20 ng의 잉크가 513 ㎛의 간격으로 토출된다. 노즐(N3)로부터의 잉크 토출은 토출 개시 위치로부터 342 ㎛ 시프트된 위치로부터 개시되고 40 ng의 잉크가 513 ㎛의 간격으로 토출된다. 이 동작으로, 노즐(N1)로부터의 10 ng의 잉크와 노즐(N2)로부터의 20 ng의 잉크와 노즐(N3)로부터의 40 ng의 잉크가 171 ㎛의 등간격으로 화소열 상에 배치되며, 겹침 상태의 잉크 랜드는 없어진다. 이런 동작으로, 도26 및 도27에 도시한 착색 불균일은 감소되고, 양질의 칼라 필터를 제작할 수 있다.
상기 설명에 따르면, 하나의 화소열을 착색하기 위해 노즐(N1)에서 667회, 노즐(N2)에서 333회, 노즐(N3)에서 167회이어야 하는 잉크 토출 횟수는 균일하게 389회로 설정된다. 즉, 한 화소열을 착색하기 위한 잉크 토출량은 근본적으로 필요한 것과는 달라진다. 특히, 근본적으로 필요한 잉크의 총량은 10(ng)×667 + 20(ng)×333 + 40(ng)×167 = 19890 ng이 되며, 본 실시예에서의 잉크의 총량은 10(ng)×389 + 20(ng)×389 + 40(ng)×389 = 27230 ng이다. 그러나, 본 실시예에서, 각 노즐로부터 토출되는 잉크 토출량의 변동은 10 ng, 20 ng, 40 ng으로, 즉 극히 다른 값으로 설정된다. 실제로, 비트 보정 후에 토출된 잉크량의 변동은 기껏해야 약 ±5%가 된다. 만일, 예를 들어 제1 노즐로부터 토출된 잉크량은 10 ng이며, 제2 노즐로부터 토출된 잉크량은 9.5 ng이며, 제3 노즐로부터 토출된 잉크량은 10.5 ng이다. 따라서, 각 노즐로부터 토출되는 잉크 토출 횟수가 균일하다고 해도, 하나의 화소열을 착색하기 위해 토출되는 잉크의 총량에는 영향이 없다. 따라서, 본 실시예의 방법을 사용하면, 단점, 즉 토출 잉크의 총량의 차이로 인한 잉크 역류가 발생하지 않을 뿐만 아니라 칼라 불균일을 감소시키는 효과도 얻을 수 있게 된다.
도29는 본 실시예에 따른 칼라 필터 착색 방법의 개념을 설명하는 도면이다. 도29에 도시한 바와 같이, 잉크는 칼라 화소열에 등간격으로 토출되며, 사용할 노즐은 제1, 제2 및 제3 패스로 시프트된다. 실제로, 인접 화소열은 다른 색, R, G, B로 착색된다. 그러나, 도29에 있어서는 설명의 편의상 화소열을 동일 색으로 착색한다. 또, 잉크 토출량의 차이는 직경이 다른 노즐로 표시한다.
도30은 제작된 칼라 필터가 본 발명의 방법에 의해 제작되었는지의 여부를 확인하는 방법을 도시하는 도면이다.
제작된 칼라 필터의 소정 화소가 도30의 좌측단에 표시된 방법으로 착색되고, 도30의 중앙부에 의해 나타낸 바와 같이 잉크 제트 시스템에 대해 독특한 인쇄 마크가 확인된다고 가정하기로 한다. 이러한 경우에, 각각의 잉크 도트의 가상원은 인쇄된 잉크 도트의 중첩부의 형상을 기초로 하여 그려진다. 가상 중력 중심이 동일한 피치에 위치된다면, 이 칼라 필터는 본 발명의 방법에 의해 제작되었음을 확인할 수 있다.
상술한 실시예의 각종 변경이나 변형은 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않고 있을 수 있다.
예를 들어 상기 실시예에서, 칼라 필터는 세 번의 패스로 착색된다. 그러나, 상술한 실시예의 시뮬레이션에 의해 패스 횟수를 결정할 수 있는데, 세 번으로 제한되는 것은 아니다.
잉크 토출량을 조정하는 두 가지 방법으로, 셰이딩 보정과 비트 보정을 설명하였다. 그러나, 이는 이들 방법 중 하나만 수행하더라도 충분하다. 대부분의 경우에, 잉크 토출량은 셰이딩 보정만으로 만족스럽게 보정할 수 있다. 즉, 비트 보정은 필수적인 것은 아니다.
상술한 설명에 따르면, 잉크가 등간격으로 토출될 때, 토출 간격은 주사 방향으로의 각각의 화소열의 길이를 복수개의 주사 작동에서의 총 잉크 토출 횟수로 나눔으로써 얻어지는 거리에 따라 설정된다. 그러나, 잉크가 최종적으로 불연속적으로 토출될 때, (Pn) - (Pn - 1)(즉, 토출 간격의 편차)의 절대치가 ≤ Pb이라면(여기서, Pb는 토출 간격의 해상도이고, Pn은 잉크가 토출되는 간격이다), 간격은 본 발명의 간격과 동일한 것으로서 여겨질 수 있다.
또, 토출량이 균일하게 보상되는 헤드가 사용될 때 조정 장치는 위치 결정을 위해서만 사용될 수 있다.
상술한 설명에 따르면, 본 발명은 각종 잉크 제트 인쇄 시스템 중에서 잉크 토출에 이용되는 에너지로서 열 에너지를 발생시키고 열 에너지를 이용하여 잉크의 상태를 변경하는 수단(예를 들어 전기 열 변환체 또는 레이저광)을 구비한 시스템의 인쇄 장치에 적용된다. 이 시스템에 따르면, 고농도 고정밀 인쇄 동작을 실현할 수 있다.
전형적인 구조와 원리에 대해, 예를 들어 미국 특허 제4,723,129호 또는 제4,740,796호에 기술된 기본 구조를 채택할 수도 있다. 상술한 방법은 소위 온디맨드형 및 연속식 장치 모두에 채택 가능하다. 특히, 온디맨드형 장치를 채택할 때는 하나 또는 그 이상의 구동 신호가 유체(잉크)를 보유하는 유체 통로나 시트에 대면하도록 배치된 전기 열 변환체의 온도를 인쇄 정보에 따라 전기 열 변환체에 인가되는 막비등이 발생하는 레벨 이상의 높은 레벨로 급속히 상승시켜 전기 열 변환체 내에 열 에너지를 발생시키고 인쇄 헤드의 열 작용면이 막비등하여 유체(잉크)에 기포를 생성시켜 하나 또는 그 이상의 구동 신호에 대응하게 하도록 배치된 구조이므로 만족스런 효과를 거둘 수 있다. 기포의 성장/수축은 유체(잉크가) 토출 개구를 통해 토출하여 하나 또는 그 이상의 잉크를 형성한다. 펄스형 구동 신호를 채택하는 경우에, 기포는 즉시 그리고 적합하게 확장/수축되어 훌륭한 응답성을 나타내면서 유체(잉크)가 토출될 수 있기 때문에 보다 적합한 효과를 얻을 수 있다.
미국 특허 제4,463,359호 또는 제4,345,262호에 기술된 펄스 구동 신호를 채택하는 것도 적합하다. 가열면에서의 승온 비율에 관한 발명인 미국 특허 제4,313,124호에 기술된 조건을 채택하는 경우에도 만족스런 인쇄 결과를 얻을 수 있다.
상기 각 발명에 기술한 토출 포트, 유체 통로 및 전기 열 변환체가 결합된 구조로 된 인쇄 헤드의 구조(선형 유체 통로 또는 수직 유체 통로)에 대한 대안으로서, 미국 특허 제4,558,333호 또는 제4,459,600호에 기술된 굽힘부에 가열 면을 배치한 구성을 채택할 수도 있다. 또, 이하의 구조를 채택할 수도 있다. 즉, 일본 특허 공개 공보 소59-123670호에 기재된 바와 같이 공통 슬릿을 형성하여 복수개의 전기 열 변환체의 토출부로서의 기능을 하게 하는 구조와, 일본 특허 공개 공보 소59-138461호에 기재된 바와 같이 토출부에 대응하게 열 에너지의 압력파를 흡수하는 개구가 배치된 구조를 채택할 수도 있는 것이다.
게다가, 인쇄 장치에 의해 인쇄될 수 있는 기록 매체의 최대폭에 대응하는 길이를 갖는 풀라인형 인쇄 헤드로서, 상술한 특징에 기술한 바와 같이 복수개의 인쇄 헤드의 조합에 의한 길이를 만족하는 구조나 또는 일체로 형성된 단일 풀라인형 인쇄 헤드를 사용하는 구조를 채택할 수 있다.
또, 본 발명은 인쇄 장치 본체에 전기적 연결 및 장치 본체에 장착함으로써 장치 본체로부터 잉크의 공급을 가능하게 하는 자유 교환 가능한 칩형 인쇄 헤드 혹은 인쇄 헤드 자체에 일체로 제공된 카트리지형 인쇄 헤드를 사용하는 경우에도 적합하다.
인쇄 헤드 복원 수단과 본 발명의 구성 부품으로서 제공된 보조 수단을 더 채택하는 것도 본 발명의 효과를 더욱 안정시킬 수 있다는 점에서 적합하다. 특히, 인쇄 헤드 포획 수단과, 세척 수단과, 가압 및 흡입 수단과, 전기 열 변환체, 기타 가열 요소 또는 이들이 조합되어 구성된 예열 수단을 채택하고 인쇄 동작을 안정적으로 수행하기 위해 인쇄 동작과는 독립적으로 토출 동작이 수행되는 예비 토출 모드로 구성된다.
본 발명의 상기 실시예에서는 액체 잉크를 채택하였지만, 실온 또는 그 이하에서 고화되는 잉크나 실온에서 연화 또는 액화하는 잉크를 사용할 수도 있다. 즉, 인쇄 신호가 공급될 때 액화되는 잉크라면 사용할 수 있는 것이다.
또, 저장할 때 고화되고 인쇄 신호에 따라서 열 에너지가 공급될 때 액화하는 잉크도 본 발명에 채택하여 고체 상태로부터 액체 상태로 상태 전이하는 에너지로서 온도 상승을 이용한 열 에너지에 의한 승온을 확실하게 방지하고 잉크 증발을 방지하도록 할 수 있다. 어떤 경우든, 인쇄 신호에 따라 액체 잉크 형태로 토출되도록 열 에너지가 공급될 때 액화하는 잉크나 열 에너지가 가해진 후에만 액화하는 잉크, 예를 들어 기록 매체에 도달할 때 고화되기 시작하는 잉크도 본 발명에 채택될 수 있다. 상기 경우에, 잉크는 일본 특허 공개 공보 소54-56847호 또는 일본 특허 공개 공보 소60-71260호에 기술된 바와 같은 전기 열 변환체에 대향하는 위치의 통기성 시트의 리세스나 관통 구멍 내에 유체 또는 고체 재료로서 유지되는 형태의 것을 이용할 수도 있다. 상기 막 비등법에 채택될 수 있는 잉크를 이용하는 것이 가장 적합하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 잉크가 복수개의 주사 방향으로 토출되는 간격 모두가 동일하게 되므로, 각각의 화소열 내의 한 부분 상에서의 잉크의 집중이 방지될 수 있다. 따라서, 칼라 불균일성이 거의 없는 칼라 필터가 제작될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않는 범위 내에 드는 각종 변경 및 변형도 가능하다. 따라서, 이하 청구 범위에 기재된 바는 본 발명의 범주인 것으로 판단할 수 있다.

Claims (15)

  1. 각각의 주사 작동 동안 각각의 라인을 인쇄하는 데 사용되는 잉크 토출 노즐을 변경하면서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 구비하는 잉크 제트 헤드의 복수개의 주사 작동에 의해 각각의 라인이 기록 부재 상에 인쇄되는, 기록 부재 상에 라인을 인쇄하는 잉크 제트 인쇄 방법에 있어서,
    복수개의 주사 작동에서 토출되는 잉크를 잉크가 각각의 라인 내에서 등간격으로 배열되도록 토출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 등간격은 라인 길이를 복수개의 주사 작동에서 토출되는 총 잉크량으로 나눔으로써 얻어진 거리에 대응하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 방법.
  3. 제2항에 있어서, 총 잉크량은, 전체 라인이 복수개의 주사 작동 각각에서 사용된 노즐에 의해 인쇄된 것으로 가정하여, 잉크가 토출된 횟수의 합을 주사 횟수로 나눔으로써 얻어지는 값인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 방법.
  4. 제3항에 있어서, 복수개의 주사 작동 각각에서 잉크가 토출되는 횟수는 총 잉크량을 주사 횟수로 나눔으로써 얻어진 값인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 잉크 제트 헤드는 열에너지를 사용하여 잉크를 토출하는 헤드이고, 상기 헤드는 잉크에 인가되는 열에너지를 발생시키는 열에너지 발생기를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 화소를 착색하여 칼라 필터를 제작하기 위하여 잉크는 상기 잉크 제트 헤드로부터 칼라 필터 기판 상으로 토출되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 방법.
  7. 각각의 주사 작동 동안 각각의 라인을 인쇄하는 데 사용되는 잉크 토출 노즐을 변경하면서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 구비하는 잉크 제트 헤드의 복수개의 주사 작동에 의해 각각의 라인이 기록 부재 상에 인쇄되는, 기록 부재 상에 라인을 인쇄하는 잉크 제트 인쇄 장치에 있어서,
    상기 잉크 제트 헤드를 기록 부재에 대하여 주사하는 주사 수단과,
    복수개의 주사 작동에서 토출된 잉크가 각각의 라인 내에서 등간격으로 배열되도록 상기 주사 수단의 작동과 상기 잉크 제트 헤드의 잉크 토출 타이밍을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 등간격은 라인 길이를 복수개의 주사 작동에서 토출되는 총 잉크량으로 나눔으로써 얻어진 거리에 대응하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  9. 제8항에 있어서, 총 잉크량은, 전체 라인이 복수개의 주사 작동 각각에서 사용된 노즐에 의해 인쇄된 것으로 가정하여, 잉크가 토출된 횟수의 합을 주사 횟수로 나눔으로써 얻어지는 값인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  10. 제9항에 있어서, 복수개의 주사 작동 각각에서 잉크가 토출되는 횟수는 총 잉크량을 주사 횟수로 나눔으로써 얻어진 값인 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 잉크 제트 헤드는 열에너지를 사용하여 잉크를 토출하는 헤드이고, 상기 헤드는 잉크에 인가되는 열에너지를 발생시키는 열에너지 발생기를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 화소를 착색하여 칼라 필터를 제작하기 위하여 잉크는 상기 잉크 제트 헤드로부터 칼라 필터 기판 상으로 토출되는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 인쇄 장치.
  13. 각각의 주사 작동 동안 각각의 화소열을 인쇄하는 데 사용되는 잉크 토출 노즐을 변경하면서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 구비하는 잉크 제트 헤드의 복수개의 주사 작동에 의해 기판 상에 각각의 화소열을 착색함으로써 제작된 칼라 필터에 있어서,
    상기 칼라 필터는 복수개의 주사 작동에서 토출되는 잉크를 잉크가 각각의 라인 내에서 등간격으로 배열되도록 토출함으로써 제작되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터.
  14. 각각의 주사 작동 동안 각각의 화소열을 인쇄하는 데 사용되는 잉크 토출 노즐을 변경하면서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 구비하는 잉크 제트 헤드의 복수개의 주사 작동에 의해 기판 상에 각각의 화소열을 착색함으로써 제작된 칼라 필터를 포함하는 디스플레이 장치에 있어서,
    광량을 변경하는 광량 변경 수단을 일체로 포함하며,
    상기 칼라 필터는 복수개의 주사 작동에서 토출되는 잉크를 잉크가 각각의 라인 내에서 등간격으로 배열되도록 토출함으로써 제작되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  15. 각각의 주사 작동 동안 각각의 화소열을 인쇄하는 데 사용되는 잉크 토출 노즐을 변경하면서, 복수개의 잉크 토출 노즐을 갖는 잉크 제트 헤드의 복수개의 주사 작동에 의해 기판 상에 각각의 화소열을 착색함으로써 제작된 칼라 필터를 포함하는 디스플레이 장치를 구비하는 장치에 있어서,
    화상 신호를 상기 디스플레이 장치에 공급하는 화상 신호 공급 수단을 포함하며,
    상기 디스플레이 장치는 복수개의 주사 작동에서 토출되는 잉크를 잉크가 각각의 라인 내에서 등간격으로 배열되도록 토출함으로써 제작된 칼라 필터와, 광량을 변경하는 광량 변경 수단을 일체로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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