KR20060088373A - 노즐 감시 장치를 구비한 잉크젯 인쇄장치 - Google Patents

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KR20060088373A
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이명호
김정현
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 분사액이 토출되지 않는 노즐을 실시간 검출하여, 불량으로 판정된 노즐의 오류를 보상할 수 있는 잉크젯 인쇄장치에 관한 것으로, 본 발명의 잉크젯 인쇄장치는, 복수의 노즐를 포함하여 구성되는 적어도 하나의 헤드; 상기 각각의 노즐에서 분사액이 정상적으로 토출되는지를 실시간으로 검사하는 노즐 감시 장치; 및 상기 헤드로 분사액을 공급하는 분사액 공급부로 구성된다.
그리고, 상기 노즐 감시 장치는, 상기 노즐에 일대일 대응되는 복수의 광센서; 및 불량으로 판정된 노즐을 정상의 노즐로 대체하여 인쇄하도록 상기 헤드를 구동하는 제어부를 포함하여 구성된다.
잉크젯, 헤드, 노즐 감시 장치, 광센서, 실시간

Description

노즐 감시 장치를 구비한 잉크젯 인쇄장치{INK-JET PRINTING DEVICE WITH NOZZLE MONITORING SYSTEM}
도 1은 종래 잉크젯 인쇄 장치의 측면을 나타내는 도면.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 인쇄장치 및 이를 통해 피기록재에 분사액을 토출하는 방법을 나타내는 도면.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 인쇄장치의 측면을 나타내는 도면.
도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 인쇄장치의 헤드 분사면을 나타내는 도면.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
10, 100: 잉크젯 인쇄장치 20, 120: 헤드
25, 125: 노즐 50, 150: 분사액
60, 160: 잉크 공급부 70, 170: 피기록재
180: 노즐 감시 장치 180a: 발광부
180b: 수광부 180c: 제어부
180d: 광 감지 영역
본 발명은 잉크젯 인쇄 장치에 관한 것으로, 특히 분사액이 토출되지 않는 노즐을 실시간 검출하여, 불량으로 판정된 노즐의 오류를 보상할 수 있는 잉크젯 인쇄 장치에 관한 것이다.
현대의 정보 디스플레이는 흔히 브라운관이라 불리는 음극선관(Cathod Ray Tube ; CRT)가 주종을 이루고 있다. 그러나 점차로 증대되고 있는 디스플레이의 대형화 및 고해상도 요구로 인하여 무게와 부피가 매우 큰 음극선관보다 박형이고, 가벼우며, 고휘도, 고효율, 고해상도, 고속응답특성, 장수명, 저구동전압, 저소비전력, 저가격의 평판 디스플레이 장치의 개발이 절실히 요구되고 있다.
현재 평판 디스플레이 장치로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 전계발광 표시소자(Electroluminescent Display : ELD), 전계방출 표시소자(Field Emitter Display : FED) 및 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : PDP) 등이 있다. 이러한 평판 디스플레이 장치들의 고성능화 뿐만 아니라 저가격화를 위해 제조 공정의 일환으로 스크린 인쇄법, 사진식각공정에 의한 감광성 페이스트법, 및 잉크젯 인쇄법(Ink-Jet printing)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
스크린 인쇄법은 표시장치의 해당 기판 상에 증착하고자 하는 페이스트를 인쇄하고, 120~150℃의 온도 범위에서 건조시킨 다음 550~600℃의 온도 범위에서 소성하여 형성한다. 이러한, 스크린 인쇄법은 공정이 단순하고, 저가의 장비를 사용하는 간편한 방식이지만, 인쇄 두께 및 폭 균일도가 나쁘기 때문에 고정세 표시장 치에 적합하지 않은 단점이 있다.
사진 식각 공정에 의한 감광성 페이스트법은 먼저 표시장치의 해당 기판 상에 증착하고자 하는 감광성 페이스트를 스크린 인쇄 또는 스핀 코팅한 다음 건조, 노광 및 현상하여 패터닝한다. 이후 수지나 용제를 제거하기 위하여 소성 과정을 거침으로써 해당 증착막을 형성하게 된다. 이러한 사진식각공정에 의한 감광성 페이스트법은 인쇄 두께 및 폭의 균일성이 우수하고, 3 ㎛ 이하의 두께로 얇게 성막할 수 있어 고정세 표시장치에 적용이 가능하다. 그러나, 재료의 가격이 비싸며 재료의 손실이 많고, 건조, 노광 및 현상 등의 제조공정이 복잡함과 아울러 고가의 장비를 사용하여야 하는 단점이 있다.
상기에서와 같은 스크린 인쇄법과 감광성 페이스트법의 단점을 보완하기 위해 잉크젯 인쇄법이 제안되었다. 잉크젯 인쇄법의 경우는 표시장치의 해당 기판 상에 증착하고자 하는 잉크액을 가압하여 노즐로부터 분사함으로써 원하는 패턴으로 잉크를 부착시키는 방법이다.
도 1은 종래 잉크젯 인쇄장치를 통해 피기록재에 분사액을 토출하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도면에 도시된 바와 같이, 잉크젯 인쇄장치(10)는 분사시키고자 하는 물질이 담긴 분사액 공급부(60)와, 상기 분사액 공급부(60)로부터 분사액(50)을 외부로 분사시키기 위한 헤드(20)로 구성된다.
잉크젯 인쇄장치(10)는 피기록재(70) 상 분사액(50)이 인쇄될 위치에 대응하여 정렬되며, 이러한 정렬 상태에서 헤드(20)로부터 분사액(50)이 피기록재(70) 상으로 토출된다.
분사액 공급부(60)에는 분사하고자 하는 분사액(50)이 채워지며, 헤드(20)에는 압전소자(미도시)와 상기 분사액(50)을 토출하는 노즐(Nozzle, 25)이 형성된다. 압전소자에 전압이 인가되면 물리적인 압력이 발생되어 분사액 공급부(60)와 노즐(25) 사이의 유로가 수축, 이완을 반복하는 현상이 나타난다. 이 현상에 의해 분사액(50)이 노즐(25)을 통해 토출된다.
그런데, 상기한 바와 같은 종래 잉크젯 장치에서는 노즐을 통한 분사액의 토출 후, 헤드 분사면 상부에 분사액이 잔존하여 경화되는 문제점이 있었다. 다시 말해, 분사액의 토출이 반복될 때, 헤드의 분사면 표면이 분사액으로 젖어 굳어지는 것이다. 이와 같은 현상은 분사면 상에 원하지 않는 축적물을 형성시켜, 이후에 분사될 분사액이 완전한 액적의 형태를 가지지 못한 채 흘러내리게 하며, 심할 경우 노즐을 막아버리는 결과를 초래하였다. 그 결과, 인쇄의 상태가 나빠지게 되고, 제품의 품질이 떨어지게 되었다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 헤드의 분사면을 주기적으로 분사액과 동일한 극성을 갖는 용매에 디핑(Dipping)시켜, 클리닝하는 방법을 채택해 왔다. 하지만, 이와 같은 클리닝법은 단지 불량 노즐을 보수하는 역할만을 수행할 뿐이며, 불량 노즐에 의해 인쇄 품질이 하락하는 현상을 근본적으로 해결할 수는 없었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 잉크젯 인쇄장치는 노즐 감시 장치를 구비하여, 노즐의 분사액 토출에 이상이 발생하게 될 경우, 이를 실시 간으로 검출함으로써, 불량으로 판정된 노즐을 정상의 노즐로 대체하여 인쇄하도록 하는 잉크젯 인쇄장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 이루기 위하여 본 발명의 잉크젯 인쇄장치는, 복수의 노즐를 포함하여 구성되는 적어도 하나의 헤드; 상기 각각의 노즐에서 분사액이 정상적으로 토출되는지를 실시간으로 검사하는 노즐 감시 장치; 및 상기 헤드로 분사액을 공급하는 분사액 공급부로 구성된다. 또한, 상기 잉크젯 인쇄 장치는 상기 분사액 공급부와 상기 헤드를 연결하는 분사액 공급관을 추가로 포함하여 구성될 수 있다.
상기 노즐 감시 장치는, 상기 노즐에 일대일 대응되는 복수의 광센서; 및 불량으로 판정된 노즐을 정상의 노즐로 대체하여 인쇄하도록 상기 헤드를 구동하는 제어부를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 분사액은 액정표시장치 제조용 배향액 또는 스페이서 용액일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄장치를 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 인쇄장치 및 이를 통해 피기록재에 분사액을 토출하는 방법을 나타내는 도면으로서, 본 발명의 잉크젯 인쇄장치(100)는 피기록재(170)에 직접 분사액(150)을 적하하는 적어도 하나의 헤드(120)와 상기 헤드(120)에 분사액(150)을 공급하는 분사액 공급부(160) 및 상기 헤드(120)와 분사액 공급부(160)를 기구적으로 연결하여 헤드(120)에 분사액(150)을 공급하는 분 사액 공급관(161)으로 구성되어 있다. 상기 헤드(120)에는 복수의 노즐(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 노즐의 열리고 닫힘에 의해서 피기록재(170)에 도포하는 분사액(150)의 공급량 및 분사액(150)의 적하 위치가 조절된다. 또한, 본 발명의 잉크젯 인쇄장치(100)는 상기 노즐의 정상 동작 여부를 실시간으로 검사하는 노즐 감시 장치(180)를 구비한다.
잉크젯 인쇄 공정은 피기록재(170)가 위치하는 스테이지(170a) 또는 헤드(120)가 이동하면서 이루어지며, 헤드(120)가 지나간 피기록재(170) 영역에는 선택적으로 인쇄(130)가 이루어진다. 이때, 상기 헤드(120) 또는 스테이지(100a)의 이동 중 헤드(120)에 형성된 노즐의 일부를 닫음으로써, 피기록재(170) 상에 선택적으로 인쇄를 실시할 수 있다. 이와 같은 잉크젯 인쇄 장치는 평판 표시장치의 제조에 적용이 가능한데, 일례로 액정표시장치의 배향액 인쇄, 스페이서 용액 도포, 칼라필터 용액 도포 및 전자 발광소자 용액 도포 등에 적용 가능하다.
상기 잉크젯 인쇄 장치(100)의 헤드부는 피기록재(170)의 크기에 따라 분사액(150)의 적하면적을 자유롭게 조절할 수 있도록 복수의 노즐을 가지는 적어도 한개 이상의 헤드(120)로 구성되어 있다. 즉, 피기록재(170)가 대형화됨에 따라, 상기 헤드(120)의 수 또는 노즐의 수를 증가시켜 피기록재(170)의 대형화에 용이하게 대처하며, 인쇄 공정시간을 조절할 수가 있다.
그런데, 이와 같은 잉크젯 인쇄 공정만으로는 피기록재(170) 상에 분사액(150) 토출시 상기 잉크젯 헤드(120)의 노즐 내부에 이물질 등이 끼게 되면 분사액(150)이 제대로 토출되지 못하여 인쇄 불량이 발생하는 문제점이 있다. 실질적으 로, 종래 잉크젯 인쇄장치에서는 분사액 적하후, 분사액의 일부가 헤드의 분사면 상에 남게 되고 이 분사액이 굳어져 노즐이 막히는 등의 문제가 종종 발생하였었다. 이와 같이 노즐이 막히게 되면 원하는 위치에 분사액을 정확하게 토출할 수 없으며, 분사액이 피기 .록재에 제대로 공급되지 않아 프린팅의 불량을 야기하였었다. 특히, 분사액 교체 및 분사액 공급부에 분사액을 충진해야하는 경우 장시간 공정이 이루어지지 않기 때문에 잉크젯 헤드에 잔류하는 분사액의 경화가 심하게 나타났다.
이러한 이유로, 인쇄 공정 종료 후, 인쇄가 완료된 피기록재를 스캐닝하여 불량 부분을 감지해내고, 상기 불량 인쇄 영역에 분사액의 재분사를 실시함으로써 불량을 부분적으로 보수하기도 하였다. 그러나, 이러한 공정은 피기록재의 스캐닝 작업이 인쇄 공정의 완료 후에 실시되므로 불량 발생 시간부터 보수 공정까지 소요되는 손실(Loss) 시간이 길어지고, 결과적으로 정상 노즐에 의해 인쇄가 정상적으로 이루어진 영역과 분사액의 재분사에 의해 인쇄가 이루어진 영역 사이에 용매 분산정도의 차이 등에 의한 이질화가 심해졌다.
따라서, 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄장치는 별도의 노즐 감시 장치(180)를 구비함으로써, 노즐별로 분사액(150)의 토출량 및 이물에 의한 노즐의 개폐 여부를 실시간으로 검사한다. 그리고, 검사 결과, 불량으로 판명된 노즐에 대해서는 정상 노즐로 대체되어 상기 불량 노즐에 의한 불량 인쇄영역에 분사액의 재분사가 이루어지도록 설계한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 잉크젯 인쇄 장치(100)의 노즐 감시 장치(180)는 헤드(120)를 구성하는 각각의 노즐에 일대일 대응되는 복수의 광센서(180a, 180b); 및 불량으로 판정된 노즐을 정상의 노즐로 대체하여 인쇄하도록 상기 헤드를 구동하는 제어부(180c)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 광센서(180a, 180b)는 다시 헤드(120)의 일측에 장착되어 노즐로부터 토출된 분사액의 이동 경로 상에 광을 조사하는 발광부(180a)와, 상기 잉크젯 헤드(120)의 타측에 장착되어 상기 발광부(180a)로부터 조사된 빛을 감지하여 빛의 세기에 따라 해당 노즐로부터 분사된 분사액의 분사량 및 분사상태를 검사하여, 그 결과를 데이터로 변환하는 수광부(180b), 및 상기 데이터를 수신하여 불량으로 판정된 노즐은 정상의 노즐이 대체하여 인쇄하도록 상기 잉크젯 헤드(120)에 신호를 전달하는 제어부(180c)를 포함하여 구성된다.
도 2b 및 2c는 각각 본 발명의 잉크젯 인쇄장치의 측면과 분사면을 나타내는 도면으로서, 도면에 도시된 바와 같이, 노즐 감시 장치(180)의 광센서(180a, 180b)는 각각 잉크젯 헤드(120)에 일대일로 대응이 되도록 부착되어 있어서, 모든 헤드(120)에 대하여 분사액(150)의 토출상태를 동시에 검사할 수 있다. 특히, 수광부(180b)의 경우 잉크젯 헤드(120)를 구성하는 각각의 노즐(125)을 검사할 수 있도록, 노즐(125)별로 대응되는 복수의 광 감지 영역(180d)를 구비한다.
상기 발광부(180a)는 노즐(125)로부터 토출된 분사액(150)의 이동 경로를 향해 빛(190)을 조사하는데, 해당 노즐(125)의 분사액(150)의 토출 여부 및 분사액(150)의 토출량에 따라 수광부(180b)에 도달하는 빛(190')의 세기가 달라진다. 즉, 조사된 빛(190)이 분사액(150)을 만나게 되면, 그 표면에서 상당량 반사 또는 흡수 되므로, 분사액(150)의 토출이 발생할 때마다, 광 감지 영역(180d)에 도달하는 빛(190')의 세기가 감소하는 현상이 나타나, 분사액(150)이 정상적으로 적하되고 있음을 나타낸다. 반면에, 특정 노즐(125)이 이물질 등으로 인해 막힐 경우, 상기 노즐(125)에 대응하는 광 감지 영역(180d)은 일정 세기의 빛(190)을 연속적으로 받아들이게 되며, 이것은 노즐(125) 막힘으로 인하여 분사액(150)이 정상적으로 토출되지 않고 있음을 나타내게 되는 것이다. 이와 같이, 수광부(180b)를 통해 얻어진 데이터는 노즐 감시 장치(180)의 제어부(180c)로 송신되며, 상기 제어부(180c)는 수신받은 데이터를 바탕으로 불량 노즐(125)을 판별해 이웃하는 정상 노즐(125)이 상기 불량 노즐(125)을 대신하여 불량 인쇄 영역에 재분사를 실시하도록 헤드(120)를 구동하게 된다.
한편, 상기 광센서(180a, 180b)는 헤드(120)가 이동함에 따라 유동적으로 대처할 수 있기 때문에 분사액(150)이 피기록재(170) 위에 토출되는 동안에 분사액(150)의 토출상태를 실시간 관측할 수가 있다. 따라서, 종래에서와 같이, 인쇄 공정 완료 후, 피기록재의 불량 검사를 별도로 시행해야 하는 공정을 생략할 수 있으며, 실시간 불량 파악을 통해 인쇄 불량 영역에 대한 신속한 보수가 가능한 것이다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄장치는 잉크젯 인쇄장치를 구성하는 각각의 헤드상에 노즐 감시 장치를 구비하여, 노즐의 이상을 실시간으로 확인함으로써, 분사액이 불발된 영역에 곧이어 재분사를 실시한다. 따라서, 정상적으로 인쇄된 영역과 분사액이 재분사된 영역의 인쇄 상태가 이질화되는 것을 최소화한다.
본 발명에 따른 노즐 감시 장치의 분사액 토출 여부는 해당 노즐의 하부, 즉 분사액 이동 경로를 통과해 광센서에 감지되는 빛의 세기에 의해 확인될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 잉크젯 인쇄 장치는 별도의 노즐 감시 장치를 구비함으로써, 노즐 불량을 실시간 검출하며, 실시간 오류 검출로 인해 불량을 즉시 보수함으로써, 공정 시간의 손실 최소화 및 정상 인쇄 부분과 보수된 부분의 이질화를 최소화하게 된다. 따라서, 본 발명은 헤드에 에러 노즐이 발생하여도, 인쇄 품질의 저하를 방지하며 에러 노즐을 가진 헤드의 사용을 가능하게 한다.

Claims (5)

  1. 복수의 노즐를 포함하여 구성되는 적어도 하나의 헤드;
    상기 각각의 노즐에서 분사액이 정상적으로 토출되는지를 실시간으로 검사하는 노즐 감시 장치; 및
    상기 헤드로 분사액을 공급하는 분사액 공급부로 구성됨을 특징으로 하는 잉크젯(Ink-Jet) 인쇄장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 감시 장치는,
    상기 노즐에 일대일 대응되는 복수의 광센서; 및
    불량으로 판정된 노즐을 정상의 노즐로 대체하여 인쇄하도록 상기 헤드를 구동하는 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 광센서는,
    상기 헤드의 일측에 장착되어 상기 노즐로부터 토출된 분사액의 이동 경로 상에 광을 조사하는 발광부; 및
    상기 헤드의 타측에 장착되어 상기 발광부로부터 조사된 빛을 감지하여 빛의 세기에 따라 해당 노즐로부터 분사된 분사액의 분사량 및 분사상태를 검사하는 수광부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 분사액 공급부와 상기 헤드를 연결하는 분사액 공급관을 추가로 포함함을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 분사액은 평판표시장치 제조용 배향액 또는 스페이서 용액 또는 컬러필터 용액 또는 전자 발광소자 용액임을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄장치.
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