KR20000076542A

KR20000076542A - 잉크젯 프린트헤드, 잉크 도트의 용착 방법 및 잉크젯프린트헤드의 제조 방법

Info

Publication number: KR20000076542A
Application number: KR1020000004069A
Authority: KR
Inventors: 웨버티모시엘; 하몬존피; 세콤브에스다나; 데이비스콜린씨; 맥클렐란폴제이; 월러데이비드제이
Original assignee: 디. 크레이그 노룬드; 휴렛트-팩카드 캄파니
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2000-12-26
Also published as: US6155670A; KR100633973B1; EP1024007B1; DE60000585D1; EP1024007A1; DE60000585T2

Abstract

잉크젯 프린트 품질의 개선 방법 및 장치는 각각의 드롭 발생기 장치에서 세트내에 다수의 노즐(217)을 사용하는 배열을 갖는 프린트헤드를 사용한다. 종래의 잉크젯 펜은 발사 사이클 당 타겟 화소(230)에서 잉크의 단일 비말을 발사하고, 본 발명은 동시에 화소의 상이한 일부분에서 다수의 비말을 분출한다. 프린트헤드 배열의 드롭 발생기는 동시에 분출된 잉크 비말의 빛 흡수의 합이 통상적으로 분출된 드롭의 양과 같으나, 통상의 타겟 화소의 것보다 큰 프린트 매체의 면적 위로 분배되도록 배열된 드롭 발생기를 위한 다수의 노즐을 포함한다.

Description

잉크젯 프린트헤드, 잉크 도트의 용착 방법 및 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법{METHOD AND APPARATUS FOR IMPROVED INK-DROP DISTRIBUTION IN INKJET PRINTING}

본 발명은 일반적으로 이미지(images) 및 문자와 숫자를 조합한 문자(alphanumeric characters)를 재현하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 열 잉크젯, 멀티 노즐 드롭 발생기, 프린트헤드 구성 및 그의 작동 방법에 관한 것입니다.

잉크젯 하드 카피 기술은 대체로 잘 개발된다. 컴퓨터 프린터, 그래픽 플로터, 복사기 및 팩시밀리 장치와 같은 상업적 제품은 하드 카피(hard copy)를 생성하기 위한 잉크젯 기술을 사용한다. 이러한 기술의 기초는 예를 들면 Hewlett-Packard Journal, Vol.36, No.5(1985년 5월), Vol.39, No.4(1988년 8월), Vol.39, No.5(1988년 10월), Vol.43, No.4(1992년 8월), Vol.43, No.6(1992년 12월) 및 Vol.45, No.1(1994년 2월) 판에 다양한 논문으로 개시되어 있다. 또한 잉크젯 장치는 Output Hardcopy Devices, 13장(Ed. R.C. Durbeck 및 S.Sherr, Academic Press, San Diego, 1988년)에 개시되어 있다.

휴먼 비쥬얼 시스템(human visual system)은 1천만개의 칼라(colors)를 구별할 수 있다는 것이 추정되었다. 인쇄 시스템은 칼라의 작은 서브 세트를 사용하나, 본래의 이미지의 적합한 재현(reproductions)을 만들 수 있다. 대체로, 이것은 충분히 작은 퀀터(quanta)내에 제 1 칼라[적색, 청색 녹색 첨가물; 또는 남색, 자홍색, 황색-서브트랙티브(subtractive)]를 혼합하는 것에 의해 또 휴먼 비쥬얼 시스템의 트리스티뮬러스(tristimulus) 응답 특이성을 활용하는 것에 의해 달성된다. 이러한 작은 퀀터의 효과적인 사용은 밀도나 면적 채움을 변형하는 것에 의해 또는 양자에 의해 도트 매트릭스 칼라 프린팅내에서 달성됨으로써 이미지내에 그것의 적당한 외형을 다시 만들게 된다.

프린팅 이미지의 퀀터는 다양한 실시예를 갖는다. 인쇄물은 이미지, 즉 본래 이미지(즉, 드문 텍스트 프린팅보다 사진 또는 그래픽 디자인)의 재현일 때, 본래의 외형을 정밀하게 재현하는 것이 이미지 시스템의 목적이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 시스템은 본래의 감지된 칼라(색상) 및 감지된 상대 휘도율(톤) 양쪽을 정밀하게 재현하여야 한다. 휴먼 비쥬얼 감지(perception)는 어두운 그림자로부터 선명한 가장 밝은 부분으로 휘도 레벨내에서 폭넓은 변형에 대해서 신속하게 조절한다. 이러한 극단의 상태 사이에서, 감지는 휘도내에서 부드러운 변화를 기대하게 된다. 프린팅 장치 및 유사한 이미지 시스템은 일반적으로 시각적으로 관찰가능한 이미지를 제공하기 위하여 빛(light)을 반사하는 출력을 만든다. 투명도의 존재와 같은 것은 제외되나, 농도(consistency)를 위하여 반사율이라는 용어는 프린팅 장치로부터 프린트된 출력의 광학상의 밝기(optical brightness)를 알기 위하여 사용될 것이다. 일반적으로, 반사율은 표면으로부터 그 위에 투사하는 반사된 빛의 비이다. 잉크젯 프린터에 의해 매체상에 용착되는 착색제는 일반적으로 빛 에너지의 특정 파장에 대한 흡수재가 되도록 간주된다. 이러한 선택적인 흡수는 매체의 반사로부터 매체상에 투사하는 빛 에너지의 선택된 파장을 방지하고, 칼라를 사람에 의해 감지된다. 그러나 이미지 시스템은 완전한 역학적인 범위의 완료된 및 신뢰성 있는 재현과 휴먼 비쥬얼 시스템의 지각 연속성을 달성하게 된다. 이러한 목적은 실제 사진 이미지 양의 재현을 달성하는 한편, 이미지 시스템의 역학적인 범위 프린팅 능력은 레코딩 장치에 대한 고유의 감광도(sensitivity) 및 채도(saturation) 레벨 제한에 의해 제한된다. 효과적인 역학적인 범위는 잔존물에 대해 약간의 그림자 및 가장 밝은 부분의 세부를 허용하는 비선형 전환을 이용하는 것에 의해 연장될 수 있다.

이미지 및 문자와 숫자를 조합한 문자 모두를 형성하도록 도트 매트릭스 조작(dot matrix manipulation)을 사용하는 잉크젯 기술에 있어서, 프린트된 이미지의 칼라 및 톤은 이미지의 2중 인화 직사각형 그리드 오버레이(superimposed retangular grid overlay)와 같이 대체로 나타나는 각각의 타겟 픽쳐 요소["화소(pixel)"로 공지됨]에서 프린트 매체상에 용착된 잉크 드롭의 존재 또는 없음에 의해 조절된다. 매체 반사율 연속성(매체상의 기록된 이미지내의 색조의 변화)은 잉크 드롭 및 도트 매트릭스 이미지를 사용하는 고유의 양자화 효과에 의해 특히 영향을 받는다. 이러한 효과는 본래의 이미지가 부드러운 변화를 갖는 프린트된 이미지내에서 형상을 나타낼 때 나타날 수 있다. 또한, 이미지 시스템은 임의의 또는 체계적인 반사율 파동[입자가 거침(graininess)(육안으로 도트의 개별적인 또는 클러스터의 시각적인 인식)]을 도입할 수 있다.

프린트 품질을 떨어뜨리는 감지된 양자화 효과는 이미지 시스템내에 각각의 화소 위치에서 밀도 양자를 감소하는 것에 의해 또는 양자화 효과의 사람의 감지를 최소화시키기 위하여 휴먼 비쥬얼 시스템의 정신 물리학 특성을 활용하는 기술을 사용하는 것에 의해 감소될 수 있다. 개별적인 도트가 프린트된 이미지내의 직경내에 약 20 내지 25 미크론보다 작거나 그것과 동일하게 감소될 때까지 독립의 휴먼 비쥬얼 시스템은 개별적인 도트를 감지하게 될 것이라는 것이 추정되었다. 따라서, 도트 매트릭스 프린팅 방법의 바람직하지 않은 양자화 효과는 각각의 드롭의 크기를 감소하고 또 높은 해상도에서 프린팅하는 것에 의해 현재의 기술의 상태에서 감소된다. 즉, 인치("dpi") 프린트 이미지 당 1200 도트는 300 dpi 등에 따라 개선된 600dpi 이미지보다 눈에 더 바람직하게 보인다. 추가로, 바람직하지 않은 양자화 효과는 칼라의 밀도를 변경하는 다수의 펜 칼라[예를 들면, 상이한 다이 로드(잉크의 화학적 혼합에서의 용매에 대한 염료의 비)를 각각 포함하는 또는 화학적 착색제, 염료계 또는 안료계의 상이한 유형을 포함하는 2개의 남색 잉크 프린트 카트리지]를 사용하는 것에 의해 감소될 수 있다.

양자화 노이즈 효과(quantization noise effect)를 감소하기 위하여, 프린트 품질은 칼라 당 다수의 "레벨"내에 초래하는 각각의 화소에서 동일한 칼라 또는 칼라 형식화의 다수의 드롭을 발사하는 것에 의해 또한 양자화 노이즈를 감소하는 것에 의해 향상될 수 있다. 이러한 방법은 "인터레이스 프린트 공정(interlace printing process)"라는 명칭의 알파 엔 돈 등(Alpha N. Doan et al.)의 미국 특허 제 4,967,203 호와, "칼라 잉크 젯 프린팅에 의해 생성된 도트 형식화의 일치 및 일관성을 향상시키기 위한 방법(method for enhancing the uniformity and consistency of dot formation produced by color ink jet printing)"이라는 명칭의 제프리 엘 트래스크(Jeffrey L. Trask)"의 미국 특허 제 4,999,646 호 및 "개선된 이미지를 위한 잉크 드롭 배치(ink drop placement for improved imaging)"라는 명칭의 마크 에스 히크맨 등(Mark S. Hickman et al.)의 미국 특허 제 5,583,550 호에 개시되어 있다(각각 본 발명의 출원인에게 양도됨).

또한, 해상도를 감소시키나 중요하게는 노이즈를 감소시키는 스무딩 기술(smoothing techniques)을 갖는 프린트 이미지를 필터링하는 특히 낮은 경로에 의해 픽쳐내에 입자가 거칠게 됨을 감소할 수 있다. 이러한 기술중 하나는 단일의 화소(예컨대, 600dpi 해상도)상에 용착하게 될 잉크 드롭은 근접한 화소 면적의 적어도 부분 위에 펼쳐지도록 (3개의 부분 용매를 추가하는 것에 의해 본래의 시각적 밀도의 1/4에 의해) 잉크를 희석시킨다. 각각의 드롭이 착색제의 동일한 양을 포함하게 될 때, 부가 용매는 착색제가 넓은 면적 위로 분배되도록 야기한다. 그 상태에서, 이것은 감지된 해상도의 코스트(cost)에서 시각적인 노이즈를 낮춘다. 부가적으로, 이러한 기술은 실질적으로 건조시키기 위하여 받아들이기 어려운 긴 시간을 초래하는 프린트된 매체상에 많은 용매를 배치하고 프린팅을 위해 소모가능한 보다 많은 유체를 소모하며 프린팅의 속도가 낮아지게 된다.

큰 드롭은 큰 도트를 만들고 또는 변화 면적내에 충분히 도시가능한 도트의 큰 그룹을 만들게 된다. 또한, 각각의 이러한 방법은 신속한 비율로 잉크를 소모함으로써, 작동하는데 보다 가격이 고가가 된다. 드롭 체적 제어 및 잉크의 멀티 드롭 방법은 "오프셋 노즐 비말 형성(offset nozzle droplet formation)"이라는 명칭의 윈스롭 디 차일더스(Winthrop D. Childers)의 미국 특허 제 4,967,208 호와, "비일체형 드롭 평균, 매체 변형 잉크 또는 화소 당 2개 드롭 이상을 사용하는 칼라 잉크젯 프린터용 잉킹(inking for color-inkjet printers, using non-integral drop averages, media varying inking, or more than two drops per pixel)"이라는 명칭의 로널드 에이 애스켈랜드 등(Ronald A. Askeland et al.)의 미국 특허 제 5,485,180 호에 각기 개시되어 있다(각각 본 발명의 출원인에게 양도됨). 멀티 드롭 모드에 있어서, (백지, 광택인화지, 슬라이드 등)에 프린트된 특정 매체상에 충격을 가한 후, 도트를 초래하는 것은 개별적인 화소 및 슈퍼 화소 및 펼쳐진 특성에 대해 잉크의 구성에서 발사되는 드롭의 수에 따라서 크기 또는 칼라에 대해 변경할 것이다. 매체상의 프린트 이미지의 반사율 및 칼라는 각각의 타겟 화소에서 각각의 칼라의 드롭의 크기 및 밀도를 조절하는 것에 의해 조절된다. 이러한 모드의 양자화 효과는 화소 모드 당 단일의 드롭에 대해 동일한 방법으로 감소될 수 있다. 또한 양자화 레벨은 프린트헤드 배열에서 노즐로부터 한번에 발사될 수 있는 드롭의 수를 증가시키는 것에 의해 또 완전한 도트 밀도를 달성하도록 잉크의 밀도나 또는 발사되는 각 드롭의 크기 모두를 조절하는 것에 의해 동일한 프린팅 해상도에서 감소될 수 있다. 그러나, 동시에 드롭 크기를 감소하고 프린팅 해상도를 증가시키는 것 또는 하드 카피 장치내에 사용되는 펜의 수 및 잉크의 다양함을 증가시키는 것은 매우 고가이므로, 일반적으로 기술 재현을 특히 이미지화하기 위해 설계된 잉크젯 하드 카피 장치의 보정은 칼라 채도(satulation)을 개선하기 위하여 멀티 드롭 모드 또는 다수의 경로를 사용한다.

프린트된 도트의 크기가 조절될 때, 이미지 품질은 도트의 배치 정밀도 및 해상도에 의존하게 된다. 잘못 배치된 도트는 프린트 스워쓰["밴딩(banding)"으로 공지됨] 내에 또는 그 사이에 흰색 도트 또는 흰색 라인의 밴드로서 나타나는 표시되지 않은 화소로 남게 된다. 기계적인 공차는 600dpi 또는 그 이상의 해상도를 달성하기 위하여 노즐의 프린트헤드의 기하학적인 형상이 감소될 때 구성에서 증가적으로 임계가 된다. 따라서, 제조 비용은 해상도 설계 사양의 증가와 함께 증가한다. 또한, 노즐을 다중화하는 것에 의해 한번에 발사되는 드롭의 수가 증가할 때, 최소한의 노즐 드롭 체적이 감소하고, 도트 배치 정밀도 요구가 증가한다. 또한, 프린트헤드의 열 효율은 높은 프린트헤드 온도의 원인으로 낮아지게 된다. 높은 프린트헤드 온도는 잉크에 기체를 제거하는 것, 일관된 버블 응집으로 인한 불규칙한 드롭 속도 및 잉크 점도 변화로 인한 변형가능한 드롭 중량을 포함하는 신뢰성 문제의 원인이 될 수 있다.

프린트 도트의 밀도가 멀티 염료 로드 잉크 시스템내에서 조절될 때, 낮은 염료 로드 잉크는 많은 잉크가 프린트 매체상에 배치되는 것을 요구하여, 낮은 효율의 잉크 사용과 유합(coalescence) 및 더럼힘(smearing)의 큰 위험을 초래한다. 잉크 사용의 효율은 감소하고, 합착 및 더럽힘의 위험은 프린트헤드 배열의 노즐로부터 한번에 발사되는 드롭의 수를 증가시킨다.

프린트 품질을 제어하기 위한 다른 방법은 잉크 자체의 특성에 촛점을 두는 것이다. 잉크 드롭이 프린트 매체에 접촉할 때, 측방향 확산("펼쳐침")이 시작되고, 잉크의 착색제 매개물(물 또는 임의의 다른 용매)이 충분히 펼쳐지고 증기화될 때 궁극적으로 멈추게 된다. 예를 들면, 본 발명의 출원인에게 양도된 "잉크젯 발생된 슬라이드의 포스트 프린팅 이미지 개발(post-printing image development of ink-jet generated transparencies)"이라는 명칭의 피터 씨 모리스 등(Peter C. Morris et al.)의 미국 특허 제 4,914,451 호에서는, 각 드롭의 측방향 펼쳐짐이 프린트된 잉크 도트의 잠재적인 측방향 확산을 제어하는 매체 코팅을 제어한다. 그러나, 이것은 프린트 매체의 비용을 증가시킨다. 또한 측방향 펼쳐짐은 근접한 드롭이 서로간에 번지도록 야기한다. 잉크 조성물 자체는 본 발명의 출원인에게 양도된 케샤버 에이 프래새드(Keshava A. Prasad)의 "감소된 번짐을 갖는 잉크 젯 조성물(ink jet composition with reduced bleed)"이라는 명칭의 미국 특허 제 5,196,056 호에 개시되어 있는 바와 같이, 번짐이 감소되도록 구성될 수 있다. 그러나, 이것은 사용자가 원하면 발견할 수도 있는 이용가능한 프린트 매체의 스펙트럼을 위해 적합하지 않은 공식화에서 초래할 수도 있다.

프린트 품질을 개선하기 위한 하나의 장치는 1994년 10월 30일 내지 11월 4일자로 미국 루지아나 뉴 올리온스 소재의 Non-Impact Printing Technologies에서의 IS＆T's Tenth International Congress에 나타난 Enrico Manini, Olivetti에 의해 Bubble Ink-jet Technology with Improved Performance의 짧은 논문에 개시되어 있다. 매니니(Manini)는 "잉크의 우수한 샤워가 페이퍼상에 용착되기 위하여 각 압력 챔버를 위한 소정의 노즐을 사용하는 보다 작은 비말을 사용함으로써 페이퍼상에 잉크를 바람직하게 분배하는 것"을 위한 개념이 나타나 있다. 스케치(Sketches)는 2개의 노즐 압력 챔버, 3개의 노즐 챔버 및 4개의 노즐을 나타내는 매니니에 의해 제공된다. 매니니는 개별적인 드롭이 근접하게 접촉하거나 중첩하도록 화소 면적 크기내에 다수의 잉크 비말의 분포를 나타내고 있다. 매니니는 정사각형 요소의 도트가 15%의 잉크 절약과 건조 시간을 신속하게 제공하기 위하여, 그레이 스케일링내의 우수한 선형을 만들기 위하여, 높은 모세관 충전[일반적으로 분 당 프린트 페이지("ppm")로서 측정되는 신속한 처리량 능력을 의미함]을 허용하는 작은 노즐을 이용하기 위하여 장치 능력을 주장한다. 작동 실시예가 개시되지는 않았고, 매니니 자신은 "입구 덕트와 출구 노즐 사이의 유압식 터닝은 보다 복잡하게 되나 많은 실험을 요구한다"는 것을 인정한다.

그러나, 매니니는 1982년 12월 16일자 딘 에이 앤더슨(Dean A. Anderson)에 의해 "라인 폭의 멀티플리서티를 갖는 프린팅 또는 벡터 플로팅을 위한 프린트 헤드(print head for printing or vector plotting with a multiplicity of line widths)"라는 명칭으로 출원되고 본 발명의 출원인에게 양도된 종래의 미국 특허 제 4,621,273 호의 경로를 따르고만 있다. 앤더슨은 2차원 그리드의 선택된 포인트에서 잉크젯 노즐을 갖는 80 내지 100dpi 래스터/벡터 플로터를 위한 멀티 노즐 장치("구식의")를 나타내고 있다. 그러나, 앤더슨은 유용한 구식의 패턴(예컨대, 그 명세서의 도 1a 내지 도 2b에 도시함)의 다양함을 나타내고 있고, 도트 패턴은 특히 소정의 행 또는 열내에 단지 하나의 노즐을 가짐으로써 제한된다. 그 다음 선택적인 발사는 만들기 위한 플로트상에 의존하도록 배향된다. 도트의 다량의 인터레이싱(interlacing)은 그 명세서의 도 4 및 도 5에 개시된 바와 같이 요구된다.

열 잉크젯 프린트헤드에 대한 다른 문제는 "퍼들링(puddling)"으로 공지되는 현상이다. 오리피스에서 발사되는 잉크 드롭은 각 오리피스에 대해 노즐 판상에 잉크의 비하인드 분 양을 남기게 될 것이다. 이러한 퍼들(puddles) 성장에 따라, 퍼들과 배출된 잉크 드롭 사이의 표면 장력은 드롭의 테일을 끌어당기고 그의 궤도를 변경할 것이다. 궤도 수단내의 변화는 드롭이 매체상에 프린팅 에러를 도입하는 그의 타겟 화소 중앙에 부딪히게 될 것이다. 노즐 판의 선회는 "패시브 오리피스를 사용하는 임펄스 제트 장치의 유체 튜닝(fluidic tuning of impulse jet devices using passive orifices)"라는 명칭의 로스 알 앨런 등(Ross R. Allen et al.)의 미국 특허 제 4,550,326 호에 개시되어 있다(본 발명의 출원인에게 양도됨).

잉크젯 프린팅에서의 다른 문제는 고도의 해상도, 예를 들면 멀티 패스 및 바이 디렉셔널 300dpi 프린팅에서 발생한다. 프린팅이 프린트헤드 좌측 대 우측을 먼저 스캐닝하고 그 다음 우측 대 좌측을 스캐닝함으로써 달성될 때 발생되는 상이한 드롭 오프셋으로부터의 비정렬 드롭은 입자가 거칠어짐(graininess), 휴 시프트(hue shift), 화이트 스페이스(white spaces) 등과 같은 역결과를 야기한다. 이것은 항상 하나의 방향으로 프린트하고 또는 스캔을 인터레이스(interlace)하기 위하여 사진 칼라 품질에 영향을 받기 쉬운 대부분의 프린터를 강제한다. 양쪽의 경우에(또는 모두 사용할 때), 프린터는 낮은 프린팅 속도에서 프린트하도록 강제된다. 예를 들면, 로버트 시 메이즈 등(Robert C. Maze et al.)의 "바이 디렉셔널 잉크 제트 프린팅(bi-directional ink jet printing)"이라는 명칭의 미국 특허 제 5,369,428 호에 개시되어 있다. 통상적으로, 2개의 드롭은 정사각형 화소의 그리드상에 "블랙아웃(blackout)" 패턴내에 용착됨으로써, 드롭이 타겟 화소의 4개의 코너에서 발생하는 보이지 않는 화이트 스페이스를 보장하는데 필요한 각도로 중첩하게 된다[트래스크(Trask), 돈(Doan) 및 히크맨(Hickman) 등에 의해 개시된 바와 같음). 전술한 바와 같이, 잉크 사용은 이러한 기술에 의해 극적으로 증가된다. 특히, 프린트 매체 라인 이송 에러는 다수의 드롭 또는 화소 사이의 중첩 및 스워쓰 사이의 화이트 밴딩의 발생 없이 드롭 크기와 상당히 비교된다. 따라서, 완벽한 크기의 잉크 드롭의 정밀한 궤도가 완벽하게 달성된다면 각각의 이러한 종래 기술은 요구되는 것보다 더 많은 잉크를 사용하게 된다.

따라서, 이러한 완벽함을 얻기 위하여 기술적으로 큰 발전이 달성될 때까지, 양자화 효과 및 잉크 사용을 감소시키는 우수한 프린트 품질을 얻기 위하여 열 잉크젯 프린트헤드 및 잉크 드롭의 분배 방법을 개선하기 위한 필요가 남아 있다. 그 목표는 데이타 처리량을 증가시킬 때 높은 도트 배치 프린팅 해상도 없이 요구되는 반사율 및 높은 프린팅 충실함을 위한 잉크젯 프린팅 시스템의 칼라 양자화 레벨을 감소시키는 것이다.

잉크젯 프린트헤드는 프린트 매체상에 도트를 형성하도록 잉크를 분출하기 위하여 사용되는 드롭 발생기의 배열을 갖는다. 다수의 잉크 분출 노즐은 드롭 발생기 배열의 하나의 드롭 발생기와 결합됨으로써 다수의 잉크 분출 노즐중 각각의 노즐은 하나의 드롭 발생기가 작동될 때 동시에 효과적으로 잉크 비말을 분사한다. 다수의 잉크 분출 노즐은 하나의 드롭 발생기의 제 1 작동시에 비말을 분사하도록 배열되고, 하나의 드롭 발생기에 대향하게 배치된 타겟 화소의 프린트 매체 외측상에 도트의 주요부를 배치한다.

도 1은 본 발명에 통합되는 잉크젯 장치(제거된 커버 패널 계기판)의 개략적인 사시도(부분 절개도),

도 2는 도 1의 잉크젯 프린트 카트리지 구성요소의 개략적인 등각 사시도,

도 2a는 도 2의 프린트 카트리지의 프린트헤드 구성요소의 개략적인 상세도,

도 2b는 도 2a의 프린트헤드 구성요소의 드롭 발생기 요소의 단면도,

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따라 구성된 잉크젯 프린트헤드 드롭 발생기의 중앙 가열 요소에 대한 3개의 상이한 노즐 배치 구성의 개략적인 평면도,

도 4a는 도 3b의 A-A선 단면의 잉크 드롭 발생기의 개략적인 단면도,

도 4b는 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이 드롭 발생기의 중앙 가열 요소에 대한 4개의 노즐 배치 구성의 개략적인 평면도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개, 4개의 노즐 하나의 가열 요소, 잉크젯 드롭 발생기(전체 배열의 일부)의 개략적인 평면도,

도 6a 및 도 6b는 노즐 세트의 반대의 회전 배향으로 도 6a에 도시된 도 6b와 함께 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예의 개략적인 평면도,

도 7은 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 3개 및 4개의 노즐, 4개의 가열 요소, 잉크젯 드롭 발생기(전체 배열의 일부)의 개략적인 평면도,

도 8은 노즐의 반대 회전 배향을 갖는 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 요소의 개략적인 평면도,

도 9a, 도 9b 및 도 9c는 단일의 멀티 노즐 드롭 발생기를 사용하는 본 발명에 따라 형성된 도트 매트릭스를 프리팅하기 위하여 연속적인 스캐닝 경로에 나타나는 방법,

도 10a, 도 10b, 도 10c 및 도 10d는 본 발명에 따라 구성된 멀티 노즐 프린트헤드의 사용에 따른 프린트 품질 개선점을 나타내는 칼라 비교 샘플 프린트,

도 11a 및 도 11b는 타겟 화소상에 중첩된 노즐 패턴의 2중으로 인화된(superimposed) 개략적인 노즐 패턴을 나타내는 도면,

도 12a, 도 12b, 도 12c, 도 12d 및 도 12e는 도 11a 내지 도 11b와 비교하여 보다 복잡한 예시적인 프린트헤드 노즐 배향 방법을 나타내는 도면,

도 13은 도 4a에 도시된 것과 유사하고 본 발명의 단면도로서 잉크 드롭 발생기의 다른 실시예를 나타내는 도면,

도 14a 및 도 14b는 프린트 도트의 예시적인 배치를 나타내는 프린트 매체의 프린트된 표면의 평면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

217 : 노즐 230 : 타겟 화소

216 : 오리피스 플레이트 1301, 1302 : 노즐 축

본 발명은 칼라에서 실시된 적어도 하나의 도면을 포함한다. 칼라 도면을 갖는 본 발명의 카피는 필요한 수수료의 요청 및 지불에 따라 특허청에 의해 제공될 것이다.

본 명세서에 참조된 도면은 특별히 참조된다면 스케일이 제외되어 도시되지 않은 경우도 이해되어야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는데 사용되는 소정의 용어를 규정하는 것이 유용하다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 드롭은 잉크의 단일 유닛이 되도록 예상되고, 통상적으로 화소 해상도에서 2가지 패턴으로 초래하는 기록 매체의 단일의 해상도 요소 및 화소를 향하여 배향되고 그것에 용착된다. 잉크젯 프린팅내의 화소는 통상의 프린터내에 공간을 갖는 중요한 드롭에 상당하고, 통상의 잉크젯 프린터에 있어서 프린팅 장치(즉, 프린트헤드) 캐리지의 이동(프린트헤드 전달의 방향)의 단일 증가와 프린터를 통해 매체의 이동의 방향으로 공간을 유지하는 프린트헤드 노즐에 상당한다. 노즐은 잉크 이젝터의 작동에 따라 잉크의 체적을 분출하는 프린트헤드내의 오리피스이다. 비말은 잉크의 다수의 유닛에 대한 소정의 것중 하나이고, 그것의 전체는 단일의 드롭 발생기로부터 동시에 분출되고 매체상에 용착된다. 동시에 분출된 비말이 규정된 화소의 경계내에 및 그것의 외측 양쪽의 매체상에 용착될 수도 있는 것이 본 발명의 특징이다. 그것은 칼라에 대해서 사람에 의해 감지되는 빛 스펙트럼 분배를 제공하는 매체상에 용착된 잉크의 착색제 구성요소에 의해 빛의 특정 파장을 흡수하는 것이기 때문에, 매체상에 용착된 잉크 도트의 빛 파장 상호작용 특성의 설명은 본 명세서에서 빛 흡수(light absorption)라는 용어가 될 것이다. 일반적으로 동시에 발사된 비말에 의해 용착된 도트의 빛 흡수의 합은 통상적으로 용착된 도트의 빛 흡수의 합과 동일하게 될 것이나, 매체상의 빛 흡수 면적은 타겟 화소 면적보다 크게 펼쳐지게 될 것이다. 통상의 화소내에 통상적으로 용착된 도트는 그 화소내에 동시에 분출된 비말로부터 도트보다 그 화소내에서 보다 큰 빛 흡수를 갖게 될 것이다. 바람직한 실시예에 있어서, 잉크 이젝터는 히터 저항기(함께 작동하는 부분으로 구획될 수 있음)와 같이 추진력 있는 요소와 결합되는 다수의 노즐을 포함함으로써 잉크를 증발시키고 다수의 노즐로부터 매체를 향하여 주로 동시에 분사되는 비말과 같은 잉크의 체적을 배향시키게 된다.

본 발명의 중요한 특성은, 예를 들면 600dpi 화소가 놓이게 될 잉크를 취하게 되는 것과 또한 큰 면적 위로 펼쳐지게 되는 것으로, 이것은 입자가 거칠어 짐(granularity)을 감소하고, 라인 이송 정밀도와 같은 임의의 다른 프린팅 아티팩트(artifacts)의 영향을 줄일 수 있다. 본 발명은 한편 다수의 화소내로 단일의 잉크 배제의 경우에 단일의 화소상에 용착하게 될 잉크를 (하나 또는 그 이상의 장치내로) 분배하는 것에 의해 이를 수행한다. 잉크를 퍼지게 하는 방법중 하나는 추가의 용매를 드롭내에 넣는 것이고, 전술한 바와 같이 희석된 드롭을 용착할 때, 이러한 기술은 너무 많은 용매가 매체상에 초래함으로써 매체가 주름(cockle)지게 하고 건조 시간이 매우 길게 된다. 그럼에도 불구하고, 그것은 명확하게 입자가 거칠어지는 것을 낮추고 라인 이송 에러의 시각적인 충격을 감소시키는 것에 의해 유사한 시각적인 효과를 발생하게 될 것이다. 가장 단순한 실시예에서, 일반적으로 통상의 단일 잉크 에미터로부터 신속하고 연속해서 분사되는 다수의 드롭은 단일의 화소로서 매체상에 동일한 전체 면적을 덮게 되나, 잉크는 소정의 양에 의해 정상 화소를 펼치게 될 것이다. 단일의 잉크 이젝터로부터 동시에 분사되는 잉크 비말의, 전부가 아니라면, 대부분은 매체상에 소정의 화소의 외측에 찬찬히 용착된다는 것이 본 발명의 특징이다. 단일의 화소 외측으로 가는 비말이 고유의 해상도를 낮추게 될 경우에, 사람 눈의 해상도는 600dpi에서 칼라 프린팅의 한계를 넘게 되고, 칼라에서 육안에 의해 감지되지 않는 해상도를 얻게 된다. 따라서, 본 발명의 사용은 보다 낮은 노이즈(noise) 및 아티팩트 하이딩(artifact hiding)을 위한 해상도의 트레이드(trade)를 초래한다.

잉크 이젝터 당 동시에 존재하는 무한히 많은 비말을 사용하는 대신에, 4개와 같은 한정된 수를 사용한다면, 하나는 이러한 노이즈가 잉크 이젝터 당 단일의 드롭으로부터 오게 될 것보다 작게 되는 것을 통하여 입자의 거침 및 다른 아티팩트의 형상으로 나머지 시각적인 "노이즈"와 만나게 되어야 한다. 본 발명의 다른 특징은 "회전 쿼드(rotated quads)" 및 "반대 회전 쿼드(counter rotated quads)"의 도입이고, 이것은 매거진 프린팅에서 발견되는 회전 스크린에 관한 것일 수 있다. 이러한 회전 쿼드는 주로 "마이크로 스크린(micro screen)"으로 Moire 패턴을 제거하고 또한 실제 1200dpi 이미지에서의 경우가 될 때 필요한 데이터의 양을 증가시키지 않고 클러스터링 노이즈(clustering noise)하는 것을 매우 크게 감소하게 된다. 따라서, 본 발명의 사용은 단일 화소 면적보다 큰 특정 패턴에서 다수의 작은 도트를 용착하는 것에 의해 칼라를 큰 면적내로 펼치는 희석 유체의 효과에 접근한다. 그렇게 함으로써 낮은 프린트헤드 작동 온도, 고속, 결함있는 노즐 여분 및 소망하는 칼라 채도를 위한 감소된 잉크 사용과 같은 다수의 부가적인 이점을 얻게 된다. 또한, 그것은 이러한 특성이 달성되면, 그것은 좌측 대 우측에 대한 우측 대 좌측으로 이동하는 비정렬 칼라 판으로부터 오게 되는 색조 이동에 의해 제한되는 속도에서 양방향 프린팅을 수행하기 위한 능력과 같은 다수의 파생된 이점을 얻는다. 본 발명의 방법론은 본질적으로 소정의 기계적인 공차를 위한 비정렬을 감지할 수 없기 때문에, 상당한 색조 이동 없이 양방향 프린팅을 달성하는 것이 가능하다.

따라서, 예시적인 잉크젯 하드 카피 장치 및 컴퓨터 프린터(101)는 도 1에 기본적인 형태로 도시되어 있다. 프린터 하우징(103)은 입력 프린트 매체(107)가 공지된 바와 같이 장치에 의해 전달되는 플래튼(105)을 포함한다. 캐리지(109)는 개별적인 프린트 카트리지의 세트(111)를 고정하고, 하나는 남색 잉크를 갖고, 다른 하는 자홍색 잉크를 갖고, 다른 하나는 황색 잉크를 갖고, 다른 하나는 검정색 잉크를 갖는다. (변형예로서, 잉크젯 "펜(pen)"은 적어도 하나의 체적, 온보드(on-board), 유체적으로 결합된 편축 잉크 저장통으로부터 산발적으로 채우는 잉크 챔버를 갖는 반영구적인 프린트헤드 장치를 포함한다.) 캐리지(109)는 슬라이더(113)상에 장착되고, 캐리지(109)가 프린트 매체(107)를 가로지러 후방 및 전방으로 스캐닝되도록 한다. 스캔축("X")은 화살표(115)에 의해 나타난다. 캐리지(109)가 스캐닝할 때, 잉크 드롭은 소정의 프린트 스워쓰 패턴에서 매체(107)상에 프린트 카트리지의 세트(111)로부터 발사될 수 있다. 일반적으로, 도트 매트릭스 조종은 컴퓨터(도시하지 않음)에 의해 결정되고, 지시는 프린터(101)내의 온보드, 마이크로프로세서계, 전자 콘트롤러(도시하지 않음)로 전달된다. 잉크 드롭 궤도 축("Z")은 화살표(117)에 의해 나타난다. 프린트의 스워쓰가 완료될 때, 매체(107)는 화살표(119)에 의해 나타난 프린트 매체 축("Y")을 따라서 적합한 거리로 이동되고, 그 다음 스워쓰가 프린트될 수 있다.

예시적인 열 잉크젯 카트리지(210)는 도 2 및 도 2a에 도시되어 있다. 카트리지 하우징 또는 셸(212)은 잉크의 내부 저장통(도시하지 않음)을 포함한다. 카트리지(210)는 프린트헤드(214)를 구비하고, 이것은 전기적 콘택트(220)를 갖는 플렉스 회로(218)의 방식으로 제조될 수도 있다. 프린트헤드(214)는 각각의 잉크 이젝터로 이끄는 기초를 이루는 구조체와 결합하여 구성된 다수의 세밀한 노즐(217)을 갖는 오리피스 판(216)을 포함하고, 이것은 열 잉크젯 실시에서 가열 요소(대체로 전기 레지스터)로서 실현되고 콘택트(220)에 연결되며, 이러한 요소는 도 2b의 상세한 단면도에 도시된 것중 하나인 "드롭 발생기"의 프린트헤드 배열을 형성하고, 브리안 제이 키페 등(Brian J. Keefe et al.)의 "잉크젯 프린트헤드용 잉크 공급 시스템(ink delivery system for an inkjet printhead)"라는 명칭의 미국 특허 제 4,967,208 호 및 제 5,278,584 호와, 크리스토퍼 에이 쉰츠 등(Christopher A. Schantz et al.)의 "잉크 유동 채널을 포함하는 노즐 부재(nozzle member including ink flow channels)"이라는 명칭의 미국 특허 제 5,291,226 호와, 크리스토퍼 에이 쉰츠 등의 "잉크젯 프린트헤드용 레이저 어브레이트 노즐 부재(laser ablated nozzle member for inkjet printhead)"라는 명칭의 제 5,305,015 호와, 크리스토퍼 에이 쉰츠 등의 "잉크젯 프린트헤드용 익사이머 레이저 업레이트 구성요소(excimer laser-ablated components for inkjet printhead)"라는 명칭의 제 5,305,018 호에 개시되어 있다(각각은 본 발명의 출원인에게 양도되었고, 레이저 업레이트 프린트헤드 구성요소의 제조 방법을 나타내고 있음). 도 2a는 2개의 평행 칼럼내에 정렬된 다수의 단일 노즐 드롭 발생기의 레이아웃을 포함하는 노즐(217)의 배열을 갖는 단순화된 상업적인 설계를 도시한 것이다. 가열 요소를 경유하여 잉크의 열 여자(thermal excitation)은 노즐을 통하여 근접한 프린트 매체[(도 1의 요소(107)로 도시함]상으로 잉크 드롭을 분사하는데 사용된다. Hewlett-Packard DeskJet(등록상표) 프린터 model 722과 같은 예시적인 상업적인 제품에 있어서, 192, 단일 노즐, 드롭 발생기는 300dpi 프린트 해상도를 허용하도록 사용되나, 보다 큰 프린트 해상도는 다른 상업적으로 이용가능한 제품에서 사용가능하다.

프린트헤드(214)내에 사용될 수 있는 통상의 드롭 발생기가 도 2b에서 드롭 발생기중 하나를 통하여 단면도로 도시되어 있다. 오리피스 판(216)은 가열 요소(403)에 대향하는 잉크 입구 포트로부터 잉크 출구 오리피스로 연장되는 노즐(217)에 의해 관통된다. 잉크는 출구 오리피스로부터 분출되고, 프린트 매체(107)상에 타겟 화소내에 잉크 드롭으로서 용착된다.

본 발명의 일 실시예에서, 노즐 구성은 Z축으로 잉크의 비말 크기, 비말의 속도 및 궤도를 조절하는 설계 요소이다. 표준 드롭 발생기 구성은 하나의 오리피스를 갖고, 화소 당 단일 드롭 또는 화소 프린트 모드 당 다수의 드롭 모두에서 발사된다. ["바이너리(binary)"로 공지된] 단일의 드롭 모드에서, 하나의 잉크 드롭은 각 프린트 카트리지(210)에서 각 노즐(217)로부터 프린트 매체(107) 상의 각각의 타겟 화소를 향하여 선택적으로 발사되고(즉, 타겟 화소는 특정 색조를 달성하기 위하여 캐리지의 연속적인 스캐닝에서 하나의 노즐로부터 황색 드롭을 또 다른 노즐로부터 2개의 남색 드롭을 얻을 수 있음), 멀티 드롭 모드에서 채도 및 해상도를 개선하기 위하여 2개의 연속적인 황색의 비말 및 4개의 남색 비말은 캐리지의 하나의 경로상에 수행될 수 있는 특정 색조를 위하여 사용될 수도 있다. (본 발명의 상세한 설명 및 청구범위의 목적에 대해서, 타겟 화소는 잉크젯 프린트헤드가 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이 물리학적 발사, 비상 시간, 궤도, 노즐 구성 등의 고려로 얻게 되는 근접한 프린트 매체를 가로질러 스캐닝할 때 드롭 발생기가 교차하는 화소를 의미할 것이고; 즉, 통상의 프린트헤드에 있어서, 그것은 특정 드롭 발생기가 에이밍하는 화소이고; 다음의 상세한 설명에서 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 타겟 화소는 본 발명의 도트 발생기가 도트를 형성하는 화소로부터 위치가 상이할 수도 있고; 즉, 도트는 현재의 가로지르는 화소와 다른, 즉 전통적인 타겟 화소와 다른 화소를 형성할 수도 있다.) 프린트 매체상에 도트를 초래하는 것은 바람직하게는 동일한 프린트 카트리지상에 동일한 및 다른 노즐로부터의 도트와 같이 동일한 크기 및 칼라이다.

본 발명의 특징은 드롭 발생기가 잉크를 분출하기 위한 다수의 노즐을 포함하는 것이다. 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4b와 도 2, 도 2a 및 도 2b와 비교하면, 멀티 노즐 드롭 발생기 디자인이 주지될 것이고, 오리피스 판은 각각의 드롭 발생기를 위한 다양한 레이아웃 구성을 갖을 수 있다. 하나의 상업적인 실시예에 있어서, 192 노즐을 갖는 프린트헤드는 4개 노즐의 192 세트(모두 768 노즐)를 갖는 프린트헤드와 교체될 수 있을 것이다. 가열 요소의 수가 도 1 내지 도 2b에 도시된 구성으로부터 변형되지 않으므로 도 3a 내지 도 3c 및 도 4b에서의 구성을 얻게 된다면, 동일한 콘트롤러를 사용하는 개장하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

도 3b의 A-A선 단면을 갖는 일반적으로 도 4a에 도시된 단면도에 있어서, 드롭 발생기(401)는, 예를 들면 잉크 발사 챔버(405)내에 위치한 가열 요소, 레지스터(403)를 구비한 공지된 레이저 어브레이션 구성(전술한 종래 기술의 신츠 등의 미국 특허에 나타남)을 사용하여 형성된다. 각각의 노즐(407, 409, 411, 413)은 잉크 입구 직경(D)(417)에서 테이퍼지고, 멀고 좁은 잉크 드롭 출구 직경(d)(419)에 가열 요소(403)가 위쪽에 있다. (노즐 요소를 명확하게 구별하기 위하여, 가열 요소(403)에 근접한 입구는 잉크 "입구 포트"로 불려지고, 잉크 비말이 프린트 매체를 향하여 분출되는 노즐로부터 말단 잉크 출구는 "출구 오리피스"로 불려진다.) 도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 4b와의 비교는 구성에 대한 디자인의 다양함이 가능하다는 것이 예시되어 있다(이러한 예는 본 발명의 범위를 제한하지 않고 단지 다른 레이아웃을 도시한 것으로, 짝수 및 홀수의 노즐/오리피스 세트 배열과 복합의 노즐/오리피스 세트 모두가 당업자에게 명확하게 될 것이다). 특정 시각적 레이아웃은 다수의 장치 디자인 요소에 의해 종속될 수도 있고, 당업자에게 공지된 바와 같이 스캔 속도, 잉크 조성물, 잉크 비말 비상 시간, 오리피스 판과 매체 사이에 비상 거리 등을 포함한다는 것을 유념해야 한다. 또한 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 특히 비말이 비상(flight)시에 번지지 않게 동시에 발사되어야 한다.변형예에 있어서, 잉크 이젝터의 노즐은 그것으로부터 분출된 비말이 노즐로부터 매체까지 비상시에 그것으로부터 발산하도록 배열된다. 이러한 실시예는 히터 레지스터가 서로 근접하게 배치되고 노즐의 위치에 의해 더이상 제한되지 않도록 배열되기 위하여 히터 레지스터의 피치를 허용한다. 이것은 현재의 레지스터 및 기질 디자인 규정을 사용하는 히터 저항기를 허용하여 600dpi 피치로 위치설정된다.

또한, 드롭 발생기 당 노즐의 혼합은 소정의 칼라를 위한 배열이 전체에 걸쳐서 일정할 필요가 없다는 것을 주지하게 한다. 즉, 제 1 잉크 이젝터는 3개의 노즐을 갖을 수도 있고, 동일한 배열에서의 다른 잉크 이젝터는 6개의 노즐을 갖을 수도 있다. 마찬가지로, 노즐의 동일한 수를 갖는 잉크 이젝터에서 노즐의 위치 및 대칭이 변경될 수도 있다. 또한, 각 노즐에 의해 분출되는 잉크 체적은 소망하는 이미지 품질을 얻는데 상이하게 되도록 설계될 수도 있다.

일 실시예에 있어서, 각 출구 오리피스는 타겟 매체상에 도트를 만들게 될 비말을 분출하기 위한 크기로 출구 오리피스 면적 크기를 갖고, 이것은 정수 1을 드롭 발생기 당 오리피스의 수로 나눈 것을 화소의 면적 크기와 곱한 것인 (1/n)ㆍP_a보다 작거나 또는 동일하되, 여기서 "n"은 드롭 발생기 당 오리피스의 수이고, "P_a"는 프린트될 화소의 면적이다. 예를 들면, 3개의 노즐이 특히 드롭 발생기내에 있다면, 각각의 출구 오리피스는 면적이 1/3을 화소의 면적과 곱한 것, 예를 들면 (1/3)ㆍ(1/300)²sq. in.보다 동일하거나 작은 도트를 생성하기 위한 크기이고, 4개의 노즐이 드롭 발생기 당 사용된다면, 각 출구 오리피스는 면적이 (1/4)ㆍ(1/300)²sq. in.와 동일하거나 작은 도트를 생성하기 위한 크기이다. 그러나, 이러한 관계는 오리피스의 다른 디자인 변수에 따라서 변경될 수 있다. 본 발명의 특징은 오리피스 출구 면적에 관계 없이 동시에 발생되는 잉크 비말이 근접한 프린트 매체상에 도트와 같이 분포되는 것으로, 도트의 세트는 노즐의 수 및 타겟 화소의 면적에 의해 나누어지는 하나의 피제수의 제품보다 작거나 동일한 면적을 갖는다.

여기서, n은 도트를 생성하는 드롭 발생기 당 노즐의 수이고, P_a는 프린트될 타겟 화소의 면적이다. 바람직한 실시예에서, 도트 직경은 약 20 대 25미크론보다 작거나 동일하게 된다. 일반적으로, 적어도 하나의 도트는 타겟 화소 외측에 놓이게 될 것이고, 바람직한 실시예에서, 모든 도트는 타겟 화소 외측이 될 것이다. 비말이 20 대 25 미크론에 의해 공간이 형성될 때, 이들은 육안으로 도시가능하게 된다. 예를 들면, 도 9a 및 도 9c에 나타나 있다.

각각의 드롭 발생기는 발사 당 분출된 잉크의 빛 흡수가 전체적으로 대략 통상의 드롭 발생기로부터 타겟 화소상으로 분출되는 대응하는 잉크 드롭내에 발생하게 되도록 설계되어 있으나, 그것은 통상의 단일 드롭 기술의 단일 화소보다 큰 면적 위로 우수한 도트를 펼치게 된다. 통상의 면적보다 큰 면적 위로 동시에 발사되는 비말의 분포가 이점적인 프린팅 특성을 제공하게 된다. 가장 단순한 실시에서, 프린트헤드는 드롭 발생기의 세트를 갖고, 드롭 발생기의 모두 또는 일부는 다수의, 예컨대 4개의 동시 발사 노즐을 갖는다. 노즐은 통상의 단일 화소와 같은 프린트 매체의 동일한 전체 면적을 대략 덮는 잔류의 도트를 생성하기 위한 크기 및 배열을 갖는다. 즉, 드롭 발생기의 하나의 발사를 위하여, 4개의 동시 배출 노즐은 도트의 이격된 용착을 생성하는 형태로 매체를 향하여 비말을 배향한다. 잉크가 닿지 않은 매체의 소정의 양은 도트들 사이에 나타난다. 도트가 단일 화소보다 큰 면적 위의 매체상에 배치되기 때문에, 동시에 발사된 도트의 유닛 면적 당 명백한 빛 흡수는 통상적으로 분출된 드롭으로부터 타겟 화소내에 형성된 단일의 도트의 유닛 면적 당 빛 흡수보다 작게 감지될 것이다.

다른 방법의 상태에서, 각각 동시에 분출된 잉크 비말은 잉크젯 분사 장치의 공지된 상호작용에 의해 공차의 적합한 한계내에 설정되는 소정의 드롭 무게(W)로 분출된다. 특정 배열(또는 칼라 그룹)에서 드롭 발생기의 대부분은, 전부가 아니라면, 노즐의 수가 고정된 수(n)로서 설정되고, 이것은 바람직한 실시예에서 4개이다. 따라서, 하나의 분사 이벤트를 위하여 하나의 드롭 발생기에 의해 분사되는 전체 잉크 드롭 무게는 (nㆍW)이다. 동일한 드롭 무게(nㆍW)를 갖는 단일의 드롭이 타겟 화소내에 단일의 도트로서 연속적으로 용착된다면, 타겟 화소내의 단일 도트의 빛 흡수는 임의의 값이 될 것이다. n 동시 분출 비말이 통상적으로 발사된 단일 드롭으로서 동일한 전체 드롭 무게를 갖기 때문에, n 동시 분출 비말로부터 초래하는 도트의 전체 빛 흡수의 합은 통상의 단일 도트로부터 초래하는 도트의 것과 대략 동일하게 될 것이다. 그러나, 동시에 분출되는 비말은 단일 화소보다 큰 면적 위로 분산되는 도트를 초래한다. 따라서, 화소 면적 기초와 비교할 때, 임의의 소정 화소내에 동시 분사 비말로부터 초래하는 모든 도트의 빛 흡수의 합은 타겟 화소내에서 통상적으로 분착된 도트의 합보다 작게 될 수 있다. 따라서, 하나의 잉크 이젝터을 위한 하나의 잉크 분사 경우에 대해서는 아래와 같다.

nㆍA_d＜A_c｜_{임의의 화소 용착}

여기서, A_d는 n 잉크 분사 노즐로부터 동시에 분출되는 다수의 n 비말에서 초래하는 하나의 도트의 빛 흡수이고, W는 각각의 n 비말의 드롭 무게이고, A_c는 (nㆍW)의 드롭 무게를 갖는 통상의 용착된 드롭의 빛 흡수이다.

동일한 드롭 발생기로부터 각각 동시에 분출된 비말에 대한 드롭 무게는 동일한 드롭 무게를 갖도록 요구되지 않는다. 변형예에 있어서, 드롭 무게의 합은 아래와 같이 단일의 통상적으로 용착된 드롭의 드롭 무게(W_c)와 동일하다.

W₁+W₂+...W_n=W_c

하나의 잉크 분출의 경우에 대해 하나의 잉크 이젝터는 아래와 같이 n 분사 노즐을 갖는다.

소정의 경우에, 다수의 n 동시 분출 비말에 의해 형성된 도트의 흡수의 합은 n 비말의 합과 동일한 무게를 갖는 통상 분출 비말에 의해 형성된 단일의 도트의 합보다 크게 된다. 프린트될 매체, 특히 페이퍼는 잉크젯 프린팅에 영향을 미치는 특성의 폭 범위를 갖는다. 예를 들면, 1988년 8월자 Hewlett-Packard Journal pp.45-50, 도날드 제이 팔머 등(Donald J.Palmer et al.)의 "HP 페이트젯 프린터용 잉크 및 매체 현상(ink and media development for the HP paintjet printer)"과; 1996년 Recent Progress in Ink-Jet Technologies, Society for Imaging Science and Technology, pp.247-253, 데이비드 엘 리 등(David L. Lee et al.)의 "엔지니어링 잉크젯 페이퍼 어떻게 포함되나?(Engineering an ink jet paper what's involved?)"와; 1996년 Recent Progress in Ink-Jet Technologies, Society for Imaging Science and Technology, pp.288-292, 제이 보크(J.Borch)의 "잉크젯 프린팅용 백지 선택(plain paper choices for ink jet printing)"에 개시되어 있다. 잉크가 페이퍼내로 통과하는 이러한 페이퍼에 대해서(즉, 잉크의 체적이 페이퍼의 표면을 가로질러 전체적으로 펴지지 않음), 무게(nㆍW)의 통상 분출 단일 드롭의 다수의 잉크 체적은 페이퍼상에 이격된 위치에서 용착된 무게(W)의 다수의 n 드롭을 위한 것보다 페이퍼내에서 나빠진다. 큰 드롭에 대한 이러한 큰 해로움(wicking)이 발생하면, 작은 비말에 의해 덮여 있는 페이퍼의 면적의 합은 단일의 큰 드롭의 합보다 약간 크게 될 것이다. 많은 잉크(및 착색제)는 그 빛 흡수가 효과적이지 않게 되는 페이퍼내로 깊어지는 것이 안좋기 때문에, 큰 빛 흡수는 단일의 통상 분출 드롭으로부터 초래하는 도트에 의해 실현되는 것보다는 다수의 동시 분출 드롭에 의해 생성되는 n 개별적인 도트의 합에 의해 실현된다. 통상의 단일 드롭 기술에 걸쳐서 다수의 동시 분출 비말로부터의 이점이 상당히 초래하는 것은 소정의 소망하는 빛 흡수를 위한 잉크의 양이 감소될 수 있으므로, 개선된 건조 시간 및 페이퍼 주름잡힘이 감소된다. 따라서, 임의의 유체 위킹 매체 상태하에서는 아래와 같다.

nㆍA_d≥A_c｜_{전체 용착(위킹)}

본 발명에 따른 프린팅 작동은 프린트될 이미지의 완전한 그리드 오버레이로부터, 901-909, 9개의 독단적인 화소의 연속적인 세트를 도시하는 도 9a 및 도 9c에 도시되어 있다. (이러한 도면은 매우 크게 확대된 것으로, 상업적인 설계에서 각 화소는 대체로 1/300인치가 되거나 1/300인치 또는 그 이하가 될 것이다). 설명의 편의를 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이 4개의 노즐의 단일 잉크 이젝터의 발사는 하나의 화소(905)보다 많은 도트 필(dot fill)을 얻기 위하여 설명된다. 이러한 그리드 일부의 중앙 화소(905)에 대한 추정은 주로 잉크로 덮이게 된다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 제 1 스캔 경로에 있어서, 4개의 잉크 비말은 노즐[예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 노즐(407'', 409'', 411'', 413'')]의 일 세트로부터 프린터 콘트롤러로부터의 지시에 따라 화소(901)를 중심으로 도트(911)가 용착된다. 도 9a 내지 도 9c에 도트 크기의 설명이 지지되지 않고, 임의의 특정 동시 분출 도트에 의해 덮인 매체의 영역은 전술한 면적_도트≤(1/n)ㆍP_a에 의해 규정된다. 아래에 설명되는 회전 노즐 구성은 도 9a에 도시된 바와 같이 각각의 화소(902, 906)내에 또 예시적인 그리드 면적(901-909) 외측의 2개의 화소에서 도트를 용착한다. X축에서 프린트헤드의 병진운동에 따라서, 4개의 도트(912)가 용착되고, 예시적인 호소(905)의 상부 좌측 콰드란트내의 제 1 도트 또한 화소(901, 903)내의 도트를 구비한다. 프린트헤드의 병진운동에 따라서, 노즐 세트가 화소(903) 위에 있도록 다른 X축 방향의 증가로 프린트헤드의 병진운동에 따라서, 4개의 도트(913)가 용착되고, 화소(902, 904)내에 도트를 구비한다. (이러한 예시에서, 단일의 화소 행이 경로 당 프린트되지만, 이러한 제 1 경로중에 발사 알고리즘의 복잡성은 생성되는 이미지상에 종속되고, 노즐 배열 폭 스워쓰내에 다수의 화소를 갖는 프린트헤드 실행의 전체 구성은 동시에 잉크가 실시되고, 제 1 칼라 잉크의 드롭 온 드롭 혼합(drop-on-drop mixing)을 구비하여 모든 색조를 생성하고, 이미지의 휘도율은 신뢰성있게 이미지를 재현하기 위해 요구된다는 것이 당업자에 의해 주지될 것이다.) 제 1 경로의 단부에서, 매체는 프린트헤드의 병진 방향에 수직으로 Y축 방향으로 이동하고, 프린트 매체를 가로질러 다음의 스캔 경로시에 제 2 스워쓰의 프린팅을 가능하게 한다.

도 9b는, 예를 들면 먼저 화소(904)에 대해 4개의 잉크 도트(914)를 용착하는 우측에서 좌측으로 X축 방향으로의 제 2 경로를 도시한 것으로, 타겟 화소의 상부 우측 4분면내의 잉크 도트 및 화소(903, 909)내의 도트를 구비한다. 프린트헤드의 병진운동에 따라서 노즐 세트는 예시적인 화소(905) 위에 있고, 4개의 도트(915)가 용착되며, 화소(902, 904, 906 및 908)내의 도트를 구비한다. 프린트헤드의 병진운동의 다른 증가에 따라서, 노즐 세트는 화소(906) 위에 있고, 4개의 도트(916)가 용착되며, 예시적인 화소(905)의 하부 좌측 4분면내의 제 3 잉크 도트 및 화소(901, 907)내의 도트를 구비한다.

유사하게, 도 9c는, 예를 들면 좌측에서 우측으로 제 3 경로를 도시한 것이다. 4개의 잉크 도트(917)는 화소(907)를 중심으로 용착되고, 드롭 발생기 세트가 화소(907) 위에 있을 때 도트 화소(906, 908)를 구비한다. 프린트헤드의 병진운동 증가에 따라 노즐 세트가 화소(908) 위에 있고, 4개의 도트(918)가 용착되며, 예시적인 화소(905)의 낮은 우측 4분면내의 제 4 잉크 도트 및 화소(907, 909)내의 도트를 구비한다. 이러한 점에서 제 3 경로내에서, 예시적인 화소(905) 주위의 영역은 이러한 양방향 스캐닝 방법을 경유하여 치워지다는 것이 주지된다. 이러한 공정은 화소(909)를 중심으로 용착된 도트(919)로 연속된다. 동시 분사 노즐로부터의 각각의 잉크 분사가 드롭 발생기에 대한 통상의 타겟 화소의 외측으로 잉크 도트를 용착하게 되지만, 복사물로부터 초래하는 빛 흡수는 모든 스캔으로부터 모든 도트가 매체상에 배치될 때 유지된다. 상술한 바람직한 실시예에서는 모든 분사된 비말dl 타겟 화소의 외측에 배치되지만, 본 발명은 그것에 제한되지 않는다. 대부분의 비말은 도트를 타겟 화소 외측으로 배치하도록 배향되어 있으나, 타겟 화소 외측으로 배향된 것에 부가하여 타겟 화소를 향하여 비말의 일부를 배향하는 것이 본 발명의 범위내에 있다.

동시에 분사된 세트의 각 비말은 잉크 이젝터 당 비말의 수에 의해서 나누어진 적합한 빛 흡수 값을 동일한 잉크가 제공된 타겟 화소내에 통상 드롭의 흡수 값을 곱한 도트를 생성한다. 즉, Ad≒(1/n)ㆍA_c이고, 여기서 면적_도트≤(1/n)ㆍP_a일 때 n은 잉크 이젝터 당 동시 분사된 비말의 수이고, A_c는 타겟 화소내의 통상 배치된 드롭의 흡수이다. 바람직한 실시예에 있어서, 비말이 매체상에 용착될 때 잉크 비말의 위치설정은 프린팅 특성을 향상시키고 발생할 수 있는 Moire 패턴 및 색조 이동을 제거한다. 잉크 이젝터 당 4개의 노즐의 예에서, 화소의 외측에 배치된 비말을 갖는 화소의 중앙상에 중심정렬된 정사각형내에 비말을 배열하는 것이 이점이다. 흑백의 이미지를 위한 것이지만, 정사각형 배열을 회전하여 그의 에지가 페이퍼 이동에 대해 평행하지도 비스듬하지도 않고 프린트헤드 스캔 축에 대해 비스듬하지도 않게 되는 것이 바람직하다. 또한, 아래에 나타나는 바와 같이, 칼라 이미지는 입자가 거칠어지는 것이나 아티팩트가 없어지게 된다.

4개의 노즐 잉크 드롭 발생기의 부분 오리피스 판 배열(501)의 바람직한 제 1 실시예가 도 4에 도시되어 있고(전체 배열의 3개 세트), 이하, "우측으로 회전된 쿼드(quad) 구조"로 불려진다. 계속되는 예시적인 실시예(매니니 참조와 같음)에서, 노즐(407, 409, 411, 413)은 레지스터(403)의 기하학적인 중심점을 중심으로 4분면 직교하는 세트에 모두 배향되고[즉, 드롭 발생기의 기하학적인 중심점 및 스캔축(X) 및 프린트축(Y)에 대해], 모든 비말은 타겟 화소내에 완전하게 떨어진다는 것이 주지된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 레이아웃의 이러한 직교하는 배향으로 이격되어 회전하는 것은 약간의 라인 이송 결함의 괄목한 만한 점이나 잘못 배향된 노즐 분사가 없게 되는 프린트된 픽쳐에서 짧은 범위의 오더 양이 낮아지는 구별된 이점을 갖는다. 또한 이러한 디자인은 양방향 프린팅의 아티팩트를 위장하기 때문에 양방향 프린팅의 큰 공차 허용도를 갖는다. 또한, 배열이 Y축에 대해 화살표(119)로 오프셋된 드롭 발생기의 각 열을 갖는다는 것이 주지된다. (이러한 오프셋의 목적 및 방법은, 본 발명의 출원인에게 양도된, "칼라 사용을 위한 멀티 챔버 잉크젯 레코딩 헤드(multi-chamber ink jet recording head for color use)"라는 명칭의 챈 등(Chan er al.)의 미국 특허 제 4,812,859 호에 개시되어 있다.) 제 1의 이점은 효과적인 처리량이 2배가 되는 양방향 X축 프린팅을 허용하는 것이다.

도 5 및 도 6a는 중앙 가열 요소 주위로 노즐의 우측 회전식 쿼드 구조를 도시한 것이고, 도 6b는 중앙에 위치한 가열 요소(403 내지 403'')를 중심으로 노즐(407 내지 413'')의 좌측 회전을 설명한다. 아래에 설명되는 바와 같이, 회전의 결합 및 상이한 회전의 사용이 서로 근접한 2개의 제 2 칼라의 클러스터링(clustering)을 감소함으로써 프린트 품질에 영향을 미치고, 클러스터링은 매우 어두운 지점에서 희색에 가깝게 됨으로써 입자가 거칠어진 외형을 나타낸다. 각각의 칼라를 위해 상이한 패턴을 갖는 것은, 예를 들면 중간 밀도의 블루 톤에서 서로 꼭대기에 있기보다는 서로 근접한 남색 및 자홍색의 보다 빈번한 배치를 초래하게 된다. 이러한 결과는 본 실시예에서 입자가 거칠어지는 스카이 이미지가 없게 된다. 유사한 효과가 자홍색 및 황색을 사용하는 중간 범위의 프레쉬 톤으로 발생한다.

도 7은 도 5와 유사한 잉크 드롭 발생기가 분리형 가열 요소(403₁'-403₄' 내지 403₄'')를 갖는 각각의 노즐(407-413'')을 사용되는 변형예를 도시한 것이다. 이러한 장치 및 도트 매트릭스 조종, 개별적인 가열 요소 전기 콘넥션 및 어드레싱 알고리즘 기술을 사용하는 것에 따라, 동시에 모든 노즐보다 작게 발사하는 것이 가능하다. 이것은 이미지 해상도의 우수한 튜닝을 허용하게 될 것이다.

도 7은 X축 및 Y축에 평행한 평면의 교차를 나타내는 드롭 발생기의 기하학적인 중심점 주위의 우측 회전, 노즐(407 내지 413'')의 좌측 회전 및 개별적인 가열 요소(403₁' 내지 403₃'')을 설명한 것이다.

바람직한 실시예의 특정 예를 설명하는 도 9a 내지 도 9c를 보면, 이미지의 완전한 그리드 오버레이로부터 연속적인 세트의 화소(901 내지 909)가 프린트될 것이다. 상업적인 실시예에 있어서, 발사하는 것은 알고리즘으로 조절되고, 배열에서 일부 또는 모든 선택된 세트의 노즐은 X축[화살표(115)]에서 각각 스캐닝되는 동안 적합한 칼라의 4개의 잉크 비말이 발사될 것이고, 프린트 콘트롤러에 의해 발생되는 발사 신호에 따라 Y축[화살표(119)]에서 배열의 길이와 동일한 프린트헤드 배열 와이드 스워쓰를 만들고, 예를 들면, 이것은 페이지 길이 스워쓰에 대해 1인치 또는 그보다 작은 펜 스워쓰라는 것이 주지되어야 한다.

(1/300인치)²의 정사각형 크기를 갖는 이러한 그리드 일부의 중앙 화소(905)는 황색 잉크로 덮이게 될 것이다. 또한, 프린트헤드는 4개의 잉크 분사 노즐을 갖는 하나의 잉크 이젝터만이 사용된다는 것이 추정된다. (이러한 실시는 설명의 단순성을 위한 것으로, 상업적인 프린트헤드가 다수의 잉크 이젝터를 갖게 될 것이다.) 도 9a에 도시된 바와 같이, 제 1 스캔 경로, 예를 들면 X축을 따라 좌측에서 우측으로의 경로("경로₁")에서, 4개의 잉크 비말은 한 세트의 노즐[예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 노즐(407'', 409'', 411'', 413'')]로부터 콘트롤러의 지시에 따라 화소(901) 주위의 도트(911)와 같이 용착될 Z축내에 발사된다. 회전된 쿼드 구조로 인해 이러한 발사에서 잉크 도트(911)는 예시적인 그리드 면적(901 내지 909) 외측에 화소(902 및 906)내에 또 2개의 화소내에 용착된다는 것이 알게 된다. X축(115)에서 1/300인치의 프린트헤드의 이동에 따라서, 노즐 세트는 화소(902)에 대해 상대적인 위치에서 적합하게 가로지르고, 4개의 도트(912)는 용착되며, 예시적인 황색 화소(905)의 상부 좌측 4분면내에 제 1 잉크 도트 및 화소(901 및 903)내의 도트를 구비한다. 1/300인치의 프린트헤드의 이동에 따라서, 노즐 세트가 화소(903) 위에 있고, 4개의 도트(913)가 용착되며, 화소(902 및 904)내에 도트를 구비한다. 경로₁의 단부에서, Y축(119)에서 매체 이동에 따라, 제 2 스워쓰는 프린트 매체를 가로질러 다음의 경로중에 프린트될 수 있다. (프린트헤드상에 다수의 잉크 이젝터를 갖는 상업적인 실시는 도트를 근접한 화소에 용착함으로써, 프린트헤드와 같이 특히 넓은 근접한 화소의 단일 열이 독립적으로 작동된 잉크 이젝터로부터 동시에 또는 거의 동시에 용착될 도트를 갖게 될 것이다.)

도 9b는 좌측에서 우측으로의 제 2 경로(경로₂)를 나타낸 것으로, 화소(904)의 주위로 4개의 잉크 도트(914)를 용착하고, 타겟 화소의 상부 우측 4분면내의 잉크 도트 및 화소(903 및 909)내의 도트를 구비한다. 1/300인치의 프린트헤드의 이동에 따라, 노즐 세트는 예시적인 화소(905) 위에 있고, 4개의 도트(915)는 용착되며, 화소(902, 904, 906 및 908)내의 도트를 구비한다. 다른 1/300인치의 프린트헤드를 이동함에 따라, 노즐 세트는 화소(906) 위에 있고, 4개의 도트(916)는 용착되며, 예시적인 화소(905)의 하부의 좌측 4분면내의 제 3 잉크 도트 및 화소(901 및 907)내의 도트를 구비한다.

도 9c는 좌측에서 우측으로의 제 3 경로(경로₃)를 나타낸 것이다. 4개의 잉크 도트(917)는 화소(907)의 주위에 용착되고, 드롭 발생기 세트가 Z축에서 화소(907) 위에 있을 때 화소(906 및 908)내의 배치를 구비한다[도 1, 화사표(117)]. 1/300인치의 프린트헤드의 이동에 따라, 노즐 세트는 화소(908) 위에 있고, 4개의 도트(918)가 용착되며, 예시적인 화소(905)의 하부 우측 4분면내의 제 4 잉크 도트 및 화소(907 및 909)내의 도트를 구비한다. 이러한 공정은 화소(909)의 주위에 용착된 드롭(919)과 함께 연속된다.

프린트 품질은 상이한 노즐 회전 배향의 결합이 사용될 때 개선되고, 그것은 프린트헤드의 제조시에 기계적인 공차가 생길 때 중요할 수도 있다는 것이 더 주지된다. 예를 들면, CMYK 잉크젯 하드 카피 장치는 CMY 잉크를 위한 3개 칼라 프린트 카트리지를 사용하고, 노즐의 배열의 서브 세트는 각각 특정 칼라 잉크 저장통 및 븐리형 검정색 잉크 프린트 카트리지(예컨대, 표준 및 단일의 노즐 구성)에 결합된다는 것이 추정된다. 남색 잉크용 노즐 세트 배열이 도 6b에 도시된 바와 같이 좌측 회전되고 노즐 세트가 자홍색용으로 배열될 때, 황색 잉크가 도 5 및 도 6b에 도시된 바와 같이 각각 우측 회전되며, 프린트 품질의 개선이 달성된다.

본 발명에 따른 개선된 프린트 품질의 달성을 설명하기 위하여, 얼굴 이미지의 칼라 샘플, 눈 영역이 도 10a 내지 도 10d에 제공되어 있다. 이러한 도면은 일부 프린트의 백지 복사물이고 10배의 크기이다. 눈 및 도시된 황색 메이크업 밴드는 시각적 프린팅 방법으로 생긴 4개의 상이한 컴퓨터 및 hewlett-Packard DeskJet(등록상표) 프린터 모델 850을 사용하여 제조된 비교 프린트를 사용하는 것에 의해 본래의 이미지로부터 만들어졌다. 도 10a는 통상의 단일 노즐 프린트헤드, 300dpi 프린터로 제조될 수 있는 이러한 단일 프린트의 렌더링이고, 도 10b는 통상의 단일 노즐 프린트헤드 600dpi 프린터에서 제조된 프린트이고, 도 10c는 도 5에 도시된 바와 같이 우측 회전 쿼드 구조("CMYS R-RotQuad")에서 CMYK 잉크용 노즐 레이아웃 구조를 사용하는 본 발명에 따른 300dpi 프린트헤드를 사용하는 시험적인 컴퓨터 모델링에 의해 생성된 프린트이고, 도 10d는 도 6b에 도시된 바와 같이 좌측 회전 배향("CL-")내에서 남색 잉크를 위한 노즐 배열 레이아웃 구성과, 또 도 5에 도시된 바아 같이 우측 회전 구조("MYK-R-RotQuad")에서 자홍색 및 황색 잉크 노즐 배열 출력 구성을 사용하는 본 발명에 따른 300dpi 프린트헤드로부터의 프린트이다.

도 10a는 현저한 그레인(grain)을 도시한 것으로, 즉 홍채의 최고의 해상도 면적이지만, 개별적인 도트는 육안으로 매우 명확하다. 검정색 채도가 달성되는 유년자의 중앙내에서만 개별적인 도트가 사라지게 된다. 휘도 변화 영역, 예를 들면 안구의 상측 및 도트가 지배적인 보는 사람의 우측면에서는 부드럽다기보다는 불연속적이다(도 10b와 비교).

도 10b는 600dpi의 고해상도로 풍부한 칼라 채도, 부드러운 색조의 변화 및 뚜렷하게 감소된 입도를 갖는 프린트이고, 감소된 크기의 개별적인 도트는 변화 영역 색조 및 눈의 흰색에서 대부분 양자화 효과를 나타낸다.

도 10c와 도 10a 및 도 10b를 비교하면, 전체적인 프린트 품질은 도 10a에서 수행된 것보다 도 10b의 고해상도 600dpi 프린트가 더 근접하게 나타난다는 것이 주지될 수 있다. 전체적인 입자화의 현저히 감소는 명백하다. 풍부한 색조가 제공되고 휘도율이 개선된다.

도 10d와 도 10a 및 도 10b르 비교하면, 동일한 관찰은 도 10c에 대해서 제조된 것과 같이 제조될 수 있다. 도 10c 및 도 10d가 전체적인 프린트 품질에서 서로간에 매우 근접한 반면, 도 10d는 도 10b에 근접하게 나타나는 전체적인 형상을 갖고, 한편 해상도는 600dpi 샘플 프린트에 약간 근접하게 나타난다.

드롭 발생기가 설계된 소정의 칼라 잉크의 역회전은 다수의 양자화 에러를 감소하는 이점을 제공한다. 예시와 같이, 도 10d는 도 10d에서 수행된 것보다 홍채의 "화이트 플래쉬 영역(white flash region)"에서 현저히 비스듬한 밴딩이 없다는 것을 알게 된다. 또한, 이러한 기술은 프린트헤드가 가능한 연속적인 경로에서 프린트헤드가 매체를 가로지를 때 칼라 플레인 비정렬로부터 초래할 수 있는 마스킹 Moire 패턴(예컨대 상이한 주기 및/또는 배향을 갖는 2개의 패턴이 위에 놓여진 바람직한 밴딩 아티팩트)에서 효과적이다. 다른 디자인은 CYM 잉크의 3개의 분리 회전을 사용함으로써, 프린트 품질을 최적으로 하고 또 Moire 패턴과 같이 바람직하지 않은 반복 패턴을 제거할 수도 있다. 또한 부수적인 노즐 배치 및 배향은 단일의 칼라내에 사용됨으로써 프린트 품질을 최적으로 할 수도 있다.

특정 이점의 프린팅 구성의 예가 도 11a에 도시되어 있다. 프린트헤드내에서 노즐 회전부의 결합은 도면에서 대문자 Y로 도시된 4개의 황색 잉크 비말과, 대문자 C로 도시된 우측 회전 남색 노즐 클러스터에 따라 떨어지는 다른 드롭과 함께 타겟 화소(1101)를 향하여, 대문자 M으로 도시된 좌측 회전 자홍색 노즐 클러스터 및 분리 프린트헤드로부터 발사된 최외측 코너에 배치된 검정색이 배향되어 있다. 이러한 장치는 프린트 이미지에서 입도를 감소시키기 때문에 바람직하다. 일반적으로 황색 잉크는 가장 낮은 휘도를 갖고, 화소 중앙에 배치된 4개의 황색 비말로 인해 감지된 입도가 없게 될 것이다.

도 11a는 타겟 화소(1101)상에 중첩된 남색(C), 자홍색(M), 황색(Y) 및 검정색(K)을 위한 2중으로 인화된 개략적인 노즐 패턴이 도시되어 있다. 예시와 같이, 남색 이젝터는 도시된 위치에서 남색 노즐만을 사용한다. 다른 칼라는 동일하게 배열된다. 적어도 남색 및 자홍색을 위한 이러한 디자인은 도 6의 회전 및 역회전 쿼드 패턴과 결합된다. 프린팅시에, 남색 패턴이, 예를 들면 도트 행의 1/2까지 수형방향으로 자홍색 패턴에 대해 우측으로 변위되었다면, 상부(C 내지 M) 쌍은 중첩되지 않게 될 것이고, 하부 쌍은 중첩되어 색조 이동 없이 될 것이다. 동일하게는 이러한 개선을 사용하는 모든 칼라 쌍에 대해서 사실이다. 동시에, 전체적인 입도는 큰 칼라의 중첩되는 영역이 없기 때문에 중앙 톤으로 감소된다.

도 11b는 색조 이동 및 입도 감소에 따른 도 11a와 같은 동일한 특성을 갖고 있으나, 화소의 중앙에 후방으로 배치된다. 이것은 검정색의 높은 공간 빈도를 프린트하게 한다. 복합 검정색은 실제의 검정색보다 이미지내에서 자주 사용되기 때문에, 이것은 낮은 휘도 중앙 색조 및 날카로운 텍스트 및 에지를 갖을 수 있다. 화소(1101)내에 통상의 단일 검정색 도트를 용착하는 프린트헤드는, 예를 들면 색조 칼라 검정색 잉크에 의해 노즐 막힘을 방지하고 또는 우수한 검성색 예민함을 얻기 위하여 사용하는 것이 가능하다. 그럼에도 불구하고, 바람직한 실시예는 다수의 노즐 검정색 잉크 이젝터를 사용한다.

도 12a 내지 도 12e는 본 발명에 따른 안출될 수 있는 다수의 복합 실시 설계의 예시가 설명되어 있다. 도 12a 내지 도 12d는 스캐닝시를 도시한 것으로, 적합하게 구성된 프린트헤드는 화소내에 슈퍼 화소 아래에 놓일 수 있으므로, 연속적인 열이 프린트될 때 슈퍼 화소가 C, Y, M, K 층을 이루어 도 12e내에 도시된 바와 같은 패턴을 생성한다.

본 발명은 리필 시간이 노즐의 보어의 반경에 역으로 비례하는 모세관력에 비례하기 때문에, 감소된 노즐 크기로 인하여 처리량의 속도가 매우 빨라진다. 기술의 상태에 있어서, 300dpi 잉크젯 프린터는 약 5k㎐에서 작동하고, 600dpi 프린터는 약 12k㎐에서 작동한다. 본 발명의 장치 및 방법에 따른 보다 작은 비말의 용착용착티 드롭 모드 및 고해상도 프린팅 요구 없이 300dpi에서 약 30k㎐로 작동하도록 추정된다(예를 들면, 1200dpi 하드 카피 프린터에 대등한 개별적인 드롭 체적을 갖음).

도 13은 도 3b의 단면선(A-A)과 유사한 위치에서 취한 드롭 발생기 변형예의 단면도를 도시한다. 도 13에 있어서, 노즐(411', 413")의 축 또는 보어사이트(1301, 1302)는 가열 저항기(403')의 평면에 대한 수직면으로부터 분출 각도(θ)로 경사진다. 각각의 경사진 노즐로부터 분출된 잉크 비말은 법선으로부터 거리(m) 만큼 변위된 매체상에 도트를 형성하며, 따라서 표적 화소(230) 외측의 도트를 변위시킨다. 도 9a 내지 도 9c의 도트 배치와 일치하는 바람직한 실시예에 있어서는, 40mil의 매체 대 노즐 출구 간격(S)과 대략 25㎛의 매니폴드 두께(t)와 분출 각도(θ)가 대략 2°로 도 14와 일치하지만, 잉크 분출 가열 저항기 중앙선의 중앙선으로부터 분출 노즐 보어사이트의 거리에 따라서 변할 수 있다. 각 분출 노즐로부터 나온 비말을 프린트헤드의 오리피스 판의 표면에 수직인 비행 방향으로부터 편위시키는 다른 방법을 이용할 수도 있다. 발산 노즐에 추가로, 노즐의 외측 표면 개구내에 반경방향 노치 또는 예리한 곡률 반경을 갖는 노즐 개구내의 왜곡 또는 노즐 비대칭이 타겟 화소내에 그리고 그 둘레에 도트를 분산시키기 위하여 사용될 수도 있다.

매체상에 용착된 생성 도트가 도 14a에 도시된다. 하나의 표적 화소(230)를 점선으로 자세히 도시한다. 또한 인접한 화소의 부분도 도시한다. 화소(230)내에 배치되어 있는 정상적으로 위치된 잉크 도트를 부호(1403)를 병기하여 점선으로 도시한다. 도 13의 경사진 노즐의 결과로서, 실제적으로는 잉크 도트가 도트(1405)로서 도시한 바와 같이 위치된다. 유사하게, 노즐을 경사지게 한 결과로서 도트(1407)의 정상적인 배치가 도트(1409)상에 배치된다. 전술한 바와 같은 쿼드 로테이션(quad rotation)은 스캔 축(X)으로부터 취한 배향 분출 각도(θ)를 이동시킴으로써 실현된다. 도 14b도의 도트 용착에 도시한 바와 같이, 도트(1405)의 배치내에 비말을 분출하는 노즐은 +X의 방향으로 경사지고, 도트(1409')를 만드는 비말을 분출하는 노즐은 방향, 즉 +X로부터 -90°의 평행이동 각도(Φ₁)로 경사지며; 도트(1411)를 만드는 비말을 분출하는 노즐은 방향, 즉 +X로부터 +90°의 평행이동 각도(Φ₂)로 경사지고; 도트(1413)를 만드는 비말을 분출하는 노즐은 방향, 즉 +X로부터 +180°(즉 -X)의 평행이동 각도(Φ₃)로 경사진다. 물론, 타겟 화소내에 도트를 배치하는 값 뿐만 아니라 양 및 음 양자의 다른 회전 증분은 유용한 프린트 특성을 제공하는 방식으로 도트를 배치하도록 이용된다.

또한 본 발명은 프린트헤드 작동 온도 문제를 감소시킨다. 각각의 가열 요소는 사이클당 더 많은 잉크 드롭을 발사할 것이다. 프린트헤드는 하기의 공식에 따라서 종래의 다-드롭 모드에서 고온으로 되는 경향이 있을 것이다.

T_e=E_드롭/(M_드롭ㆍC_p)

이 식에서 T_e는 프린트헤드의 대기에 비춘 온도 상승 특성을 나타내고, E는 드롭을 분출하는데 필요한 에너지이며, M은 잉크 이젝터 발사 당 전체 드롭 매스(mass)이고, C_p는 특정 열이다. 이전의 고해상도(예를 들면 1200dpi) 프린트시에는 잉크 드롭의 매스가 감소함에 따라 에너지 필요조건이 비례적으로 감소하지는 않아서, 70℃ 위로의 온도 이탈이 일어나는데, 재생가능한 프린트 품질을 위하여는 그것이 허용되지 않는다. 본 발명을 이용하여 온도 성능을 향상시키면 보다 큰 드롭 프린트 카트리지와 프린트헤드의 소망하는 온도 특성이 실현되는 한편, 작은 비말 프린트 카트리지와 프리트헤드의 입도 향상 특성이 얻어진다.

전술한 설명에 따르면, 본 발명은 저해상도 잉크젯 프린팅과 대체로 관련된 기술을 이용함과 아울러 탁월한 프린트 품질을 제공하는 설계를 이용하여 프린트헤드 설계 및 잉크 드롭 용착 방법론을 제공한다. 또한 프린트헤드의 기계적이고 전기적인 작동 필요조건이 촉진된다.

본 발명의 바람직한 실시예의 전술한 설명은 도시 및 기술의 목적으로 나타내었다. 이것은 총망라한 것으로서 개시한 세부 형태에 본 발명을 국한시키고자 함은 아니다. 명백히, 많은 변경예 및 변형예가 당해기술분야의 숙련자에게 명백할 것이다.

각 드롭 발생기당 노즐 세트는 2개, 3개 또는 4개에 제한되지 않는다. 예를 들면 잉크 조성물이 횡방향으로 퍼지도록 설계된 경우, 소정 영역을 가급적 적은 잉크로 균일하게 덮고자 의도한 경우에, 육모꼴 배열은 용착된 전체 잉크를 대략 30% 정도 감소시킨다. 따라서, 다른 칼라 잉크를 위한 다른 구성을 갖는 흑색 충전 영역에 사용되는 어떤 육모꼴 노즐 세트를 이용한 조합을 특정 프린트헤드에 설계할 수 있다.

더구나, 본 발명은 대표적이고 상업적인 스캐닝 잉크젯 장치에 대하여 기술하였다. 그러나 최신식에서도 페이피 족 및 페이지 길이 프린트헤드가 가능하며, 본 발명이 이들의 실시에 적합할 수 있다.

마찬가지로, 전술한 임의의 프로세스 단계는 동일한 결과를 낳기 위하여 다른 단계와 상호교환될 수 있다. 이 실시예는 본 발명의 원리 및 실제적인 응용예의 설명을 극대화시키기 위하여 선택 및 기술되었으므로, 당업자라면 각종 실시예 및 각종 변경예에 대하여 본 발명을 잘 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 저해상도 잉크젯 프린팅과 대체로 관련된 기술을 이용함과 아울러 탁월한 프린트 품질을 제공하는 설계를 이용하여 프린트헤드 설계 및 잉크 드롭 용착 방법론을 제공하고, 프린트헤드의 기계적이고 전기적인 작동 필요조건이 촉진된다.

Claims

잉크를 분출하여서 프린트 매체상에 도트를 형성하는 드롭 발생기의 배열을 갖는 잉크젯 프린트헤드에 있어서,

하나의 드롭 발생기가 작동할 때 각각의 노즐이 본질적으로 동시에 잉크 비말을 분사하도록 상기 드롭 발생기 배열의 하나의 드롭 발생기와 관련되어 있는 복수의 잉크 분출 노즐(217)을 포함하고;

상기 복수의 잉크 분출 노즐은 상기 하나의 드롭 발생기의 제 1 작동시에 분출된 각 비말을 상기 프린트 매체를 향해 배향하고 또한 상기 하나의 드롭 발생기의 반대쪽에 배치되어 있는 타겟 화소(230)에서 프린트 매체상에 생성 도트의 주요부를 배치하도록 배열되고;

상기 복수의 잉크 분출 노즐은 생성 도트가 프린트 매체상으로 낙하된 모든 다른 생성 도트로부터의 광흡수치의 합보다 작은 상기 타겟 화소의 영역과 동일한 영역을 덮은 단일 도트의 차와 본질적으로 동일한 광흡수치를 갖도록 프린트 매체상에 각각의 상기 생성 도트를 배치하도록 추가로 배열되는

잉크젯 프린트헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 드롭 발생기는:

잉크 이젝터와;

상기 복수의 잉크 분출 노즐이 상기 잉크젯 분출기 근방의 입구부로부터 출구 오리피스까지 연장되어 있는 오리피스 플레이트(216)를 포함하고;

상기 잉크젯 분출 노즐의 각 노즐은 상기 노즐의 보어사이트를 규정하는 노즐 축(1301, 1302)를 갖고, 대부분의 상기 노즐은 상기 잉크 이젝터의 평면으로부터 그린 수직면으로부터 분출각 값(0)으로 경사져서, 상기 잉크 분출 노즐의 상기 노즐로부터 분출된 비말에 의해서 형성된 대부분의 잉크가 상기 표적 화소 외측의 프린트 매체상으로 낙하되는

잉크젯 프린트헤드.
제 2 항에 있어서,

상기 잉크젯 프린트헤드와 프린트 매체중 하나는 사전결정된 방향으로 상대적으로 이동하고, 상기 경사진 노즐 축의 각 노즐 축은 상기 다른 경사진 노즐 축과 다른 상기 사전결정된 방향으로부터 평행이동 각도(Φ_a)로 상기 분출 각도에 대하여 소정의 거리만큼 상기 표적 화소 외측에 배치되는 도트를 만들도록 상기 상기 수직면으로부터 경사지는

잉크젯 프린트헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 잉크젯 분출 노즐의 각 노즐은 (W)의 드롭 중량을 갖는 비말로 프린트 매체상에 도트를 배치하도록 배열되고, 상기 제 1 드롭 발생기의 제 1 작동중 프린트 매체상에 배치된 상기 모든 도트의 광흡수의 합은 (nㆍ\)와 동일한 드롭 중량을 갖는 하나의 드롭에 의해서 상기 프린트 매체상에 생성된 단일 도트의 것과 동일하거나 또는 그것보다 큰 광흡수를 갖지만, 상기 하나의 드롭 발생기의 제 1 작동중 프린트 매체상에 임의의 화소로 배치된 도트의 광흡수의 합은 (nㆍ\)와 동일한 드롭 중량을 갖는 상기 하나의 드롭에 의해서 상기 프린트 매체상에 생성된 상기 단일 도트의 것보다 작은

잉크젯 프린트헤드.
잉크젯 프린터로부터 프린트 매체상에 잉크 도트를 용착하는 방법에 있어서,

드롭 발생기의 배열을 갖는 제 1 드롭 발생기와 관련된 복수의 잉크젯 분출 노즐(217)의 각 노즐로부터 잉크 비말을 본질적으로 동시에 분출하는 단계와;

소정 영역을 갖고 상기 제 1 드롭 발생기의 반대쪽에 배치되어 있는 타겟 화소(230)의 외측으로 상기 프린트 매체상에 잉크 도트를 용착하기 위하여 상기 프린트 매체에 상기 동시에 분출된 비말의 대부분을 배향시키는 단계와;

상기 제 1 드롭 발생기와 관련된 상기 각 노즐로부터 상기 본질적으로 동시에 분출된 비말로부터 상기 프린트 매체상에 용착된 모든 다른 잉크 도트로부터 광흡수값의 합보다 작은 상기 타겟 화소의 영역과 동일한 영역을 덮는 단일 도트의 광흡수값의 차와 본질적으로 동일한 광흡수값을 상기 프린트 매체상에 배치되어 있는 상기 각 도트에 만드는 단계를 포함하는

잉크 도트의 용착 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 비말의 대부분을 만드는 단계는 상기 제 1 드롭 발생기에 노즐이 있는 것만큼 많은 상기 표적 화소 근방의 다른 화소에 상기 대부분의 비말로부터의 각 잉크 도트를 용착하는 단계를 더 포함하는

잉크 도트의 용착 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 비말의 대부분을 배향시키는 단계는 상기 잉크젯 프린트헤드와 상기 프린트 매체중 하나를 사전결정된 방향으로 서로에 대하여 이동시키는 단계와, 상기 대부분의 비말로부터 각각의 다른 용착된 도트와 다른 상기 사전결정된 방향으로부터 평행이동 각도(Φ_a)로 상기 대부분의 비말로부터 각 도트를 용착하는 단계를 포함하는

잉크 도트의 용착 방법.
상기 광흡수의 합을 만드는 단계는, 상기 하나의 드롭 발생기로부터의 상기 본질적으로 동시에 분출된 잉크 비말로부터 상기 프린트 매체상에 용착된 모든 상기 도트의 광흡수의 합을, (nㆍ\)와 동일한 드롭 중량을 갖는 하나의 드롭에 의해서 상기 프린트 매체상에 생성된 단일 도트의 것과 본질적으로 동일하게 만들고, 상기 하나의 드롭 발생기로부터의 상기 본질적으로 동시에 분출된 잉크 비말로부터 상기 프린트 매체상에 배치된 임의의 도트 화소내의 광흡수의 합은 (nㆍ\)와 동일한 드롭 중량을 갖는 상기 하나의 드롭에 의해서 상기 프린트 매체상에 생성된 상기 단일 도트의 것보다 작은

잉크 도트의 용착 방법.
프린트헤드가 드롭 발생기의 배열을 이용하여 잉크를 분출하여 프린트 매체상에 도트를 형성하도록 된 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법에 있어서,

잉크 이젝터와 오리피스 판(216)으로부터 드롭 발생기의 배열을 갖는 제 1 드롭 발생기를 형성하는 단계와;

상기 잉크 이젝터 근방의 입구부로부터 출구 오리피스로 상기 오리피스 판을 통하여 상기 드롭 발생기와 관련된 복수의 노즐(217)을 연장시키는 단계로서, 상기 복수의 노즐은 상기 잉크 이젝트가 작동중일 때 잉크를 본질적으로 동시에 분출하도록 배열되고, 상기 복수의 노즐의 각 노즐은 상기 노즐의 보어사이트를 규정하는 노즐 축(1301, 1302)을 갖는 연장 단계와;

상기 잉크 이젝터의 평면으로부터 그려진 수직면으로부터 적어도 하나의 분출 각도 값(0)으로 상기 노즐 축의 대부분을 경사시켜서, 상기 제 1 드롭 발생기가 작동하고 있을 때 상기 제 1 드롭 발생기의 대부분의 노즐로부터 본질적으로 동시에 분출된 비말에 의해서 형성된 상기 도트의 대부분을 상기 타겟 화소 외측으로 상기 프린트 매체상에 용착함으로써 상기 프린트 매체상에 배치된 각 도트가 제공되고, 상기 표적 화소의 영역과 동일한 영역을 덮은 단일 도트의 광흡수값의 차와 본질적으로 동일한 광흡수값이 상기 제 1 드롭 발생기와 관련된 상기 각 노즐로부터 상기 본질적으로 동시에 분출된 비말로부터 프린트 매체상에 용착된 모든 다른 잉크 도트로부터 광흡수값의 합보다 작은

잉크젯 프린트헤드 제조 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 잉크젯 프린트헤드와 프린트 매체가 서로에 대하여 이동하는 사전결정된 이동 방향으로부터 평행이동 각도(Φ_a)로 상기 적어도 하나의 분출 각도에 대하여 소정의 거리만큼 상기 타겟 화소의 외측에 배치되는 도트를 만들기 위하여 상기 수직면으로부터 상기 경사진 노즐 축의 대부분의 각 노즐 축을 경사시키는 단계를 더 포함하고, 각 노즐 축은 각각의 다른 경사진 노즐 축과 다른 방향으로 경사지는

잉크젯 프린트헤드 제조 방법.