KR20100055600A

KR20100055600A - 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법

Info

Publication number: KR20100055600A
Application number: KR1020080114399A
Authority: KR
Inventors: 팽동우; 이현진; 김혁; 최상진; 이승황; 이경빈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-05-27

Abstract

본 발명은 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 액추에이터에 잉크 토출이 이루어지지 않는 서브 펄스를 인가하여 노즐을 예열한 후 잉크 토출이 이루어지는 메인 펄스를 인가하여 노즐로부터 잉크를 토출함으로써 인쇄 초기 잉크 토출이 불안정한 영역을 감소시켜 잉크 토출을 보다 빨리 안정시킬 수 있고, 메인 펄스를 인가할 때 펄스전압을 초기에는 정상전압보다 높여서 인가한 후 점차 정상전압으로 낮추는 등 펄스전압을 가변함으로써 잉크 토출이 불안정한 영역을 더욱 감소시킬 수 있고 잉크 토출이 불안정한 영역에서의 잉크 토출량을 보상하여 잉크의 토출 변화량을 줄일 수 있다.

Description

잉크젯 프린트 헤드의 구동방법{METHOD FOR DRIVING A INKJET PRINT HEAD}

본 발명은 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄 초기에 잉크 토출이 불안정한 영역을 감소시켜 잉크 토출을 보다 빨리 안정시킬 수 있는 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법에 관한 것이다.

잉크젯 인쇄장치는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 인쇄매체의 원하는 위치에 토출시켜 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 잉크젯 인쇄장치는 잉크를 토출하기 위한 잉크젯 프린트헤드를 구비한다. 잉크젯 프린트 헤드는 잉크를 토출하는 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열 구동 방식의 잉크젯 프린트 헤드이고, 다른 하나는 압전소자인 액추에이터에 전압을 인가할 때 발생하는 액추에이터의 변형을 이용하여 잉크에 압력을 발생시켜 그 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드이다.

최근에는 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드를 이용한 잉크젯 인쇄 방식은 잉크젯 인쇄 방식은 액정표시장치(LCD)의 칼라 필터의 제조공정, 유기발광다이오드(OLED)의 제조공정 등 대화면 산업용 인쇄 공정 등 제조공정에 응용되고 있다.

압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드 내에는 인쇄 작업을 수행하지 않고 있는 동안에도 잉크가 존재한다. 인쇄를 수행하지 않는 동안에는 노즐 내부의 잉크는 유동되지 않고 정체되어 있다. 따라서, 시간이 지남에 따라 잉크 중의 용제가 증발되어 노즐 내의 잉크의 점도가 올라간다. 노즐내의 잉크의 점도가 올라가면 인쇄를 시작하기 위해 액추에이터에 전압을 인가한 초기에 잉크가 토출불량이 생기거나 잉크가 토출되더라도 잉크 토출량이 한동안 균일하지 않을 수 있다. 따라서, 인쇄 초기에 잉크가 안정적으로 토출되기까지 많은 시간이 소요될 수 있고 잉크의 토출량이 균일하지 않음으로 인해 인쇄 두께가 달라질 수 있다.

본 발명의 일측면은 인쇄 초기에 잉크 토출이 불안정한 영역을 감소시켜 잉크 토출이 보다 빨리 안정시킬 수 있고 잉크 토출이 불안정한 영역에서의 잉크 토출량을 보상하여 잉크의 토출 변화량을 줄일 수 있는 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 일실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법은 인쇄 시작 전에 잉크 토출을 위한 액추에이터에 잉크 토출이 이루어지지 않는 펄스전압을 가진 서브 펄스를 인가하고, 인쇄 시작시 상기 액추에이터에 잉크 토출이 이루어지는 펄스전압을 가진 메인 펄스를 인가하고, 상기 메인 펄스를 인가하는 동안 상기 메인 펄스의 펄스전압을 가변하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 메인 펄스의 펄스전압을 가변하는 것은, 상기 메인 펄스의 펄스전압을 초기에는 정상전압보다 높이고, 점차 상기 정상전압으로 낮추는 것을 특징으로 한다. 또한, 여기서, 상기 메인 펄스의 펄스전압을 가변하는 것은, 상기 메인 펄스의 펄스전압을 초기에는 정상전압보다 높은 전압으로 유지하고, 일정시간이 경과하면 상기 정상전압으로 낮추는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 잉크젯 프린트 헤드가 인쇄 대기구간에 있을 때 상기 액추에이터에 상기 서브 펄스를 인가하고, 상기 잉크젯 프린트 헤드가 상기 인쇄 대기구간에서 인쇄 구간으로 이동하거나 혹은 상기 인쇄 구간에 있을 때 상기 액추에이터에 상기 메인 펄스를 인가하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따르면, 인쇄 대기시 액추에이터에 잉 크 토출이 이루어지지 않을 정도의 펄스전압을 가진 서브 펄스를 인가한 후 인쇄시 잉크 토출이 이루어질 정도의 펄스전압을 가진 메인 펄스를 인가하여 잉크의 토출 불안정 영역을 줄여 잉크 토출을 보다 빨리 안정시킬 수 있고, 메인 펄스를 인가할 때 펄스전압을 초기에는 정상전압보다 높여서 인가한 후 점차 정상전압으로 낮추어 잉크 토출이 불안정한 영역을 더욱 감소시킬 수 있고 잉크 토출이 불안정한 영역에서의 잉크의 토출량을 보상하여 잉크의 토출 변화량을 줄일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법이 적용되는 잉크젯 프린트의 일예를 나타내고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린트 헤드(100)는 반도체 제조 공정을 비롯한 여러 가지 방법에 의해 칩 형태로 제조된다. 잉크젯 프린트 헤드(100)는 잉크 리저버(101)와 연결된다. 잉크는 잉크 리저버(101)로부터 잉크젯 프린트 헤드(100)로 공급된다. 잉크 리저버(101)는 도시되지 않은 잉크 탱크와 연결되어 잉크를 공급받을 수 있다. 잉크젯 프린트 헤드(100)와 잉크 리저버(101)는 캐리지(103)에 장착된다. 캐리지(103)는 도시되지 않은 구동수단에 의하여 가이드부재(102)를 따라 이동된다. 인쇄매체(104)는 캐리지(103)의 이동방향과 직각방향으로 이동할 수 있다.

인쇄를 수행하기 않는 동안에는 잉크젯 프린트 헤드(100)는 인쇄영역을 벗어난 대기구간에 위치한다. 대기구간에 위치한 때에는 잉크젯 프린트 헤드(100)는 캡핑수단(105)에 의하여 캡핑될 수 있다.

도 2에는 잉크젯 프린트 헤드(100)의 일예를 나타내고 있다. 잉크젯 프린트 헤드(100)는 압전방식의 잉크젯 프린트 헤드이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린트 헤드(100)는 잉크유로가 형성된 기판(110)과, 잉크 토출압력을 제공하기 위한 압전형 액츄에이터(140)를 포함한다. 기판(110)에는 압력 챔버(111)와, 압력챔버(111)에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드(113)를 구비한다. 기판(110)에는 압력 챔버(111)와 연통된 노즐(122)이 형성된 노즐 기판(120)이 접합된다. 진동판(114)은 액츄에이터(140)에 의하여 진동되는 것으로서, 본 실시예에서는 압력 챔버(111)의 일벽을 형성한다. 액추에이터(140)는 진동판(114)을 진동시켜 압력 챔버(111)에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 역할을 한다. 액추에이터(140)는, 공통 전극의 역할을 하는 커먼 전극(141)(common electrode)에 의해 변형되는 압전막(142)과, 구동 전압이 인가되는 구동 전극(143)을 구비한다.

기판(110)이 실리콘 웨이퍼로 이루어진 경우에는, 액츄에이터(140)와 기판(110) 사이에는 절연층(미도시)이 마련되는 것이 바람직하다. 절연층은 일예로서, 기판(110)에 플라즈마 화학기상증착에 의해 형성되는 실리콘 산화막일 수 있다. 페이스트 상태의 압전물질을 절연층 위에 소정 두께로 도포하고 소결시킴으로써 압전막(142)을 형성할 수 있다. 압전막(142)은 압력 챔버(111)에 대응하는 위치에 형성된다. 압전물질로는 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료가 사용될 수 있다.

상기한 실시예에서는 압전방식의 잉크젯 프린트 헤드에 대해서 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열 구동방식의 잉크젯 프린트 헤드도 적용할 수 있다. 이 경우에는 열원(즉, 히터)이 액추에이터가 된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법을 설명한다.

인쇄를 수행하지 않는 동안에 잉크젯 프린트 헤드(100)는 인쇄 대기구간에 위치한다.

인쇄 대기 상태에서 노즐(122) 내의 잉크 중의 용제가 증발되면 잉크의 점도가 올라가며, 더욱 진행되면 잉크의 표면에 피막이 생기게 된다. 잉크의 건조는 잉크젯 프린트 헤드(100)가 인쇄 대기구간에서 인쇄를 위해 인쇄 구간으로 이동되는 동안에도 발생할 수 있다. 이 상태에서 인쇄를 수행하게 되면 인쇄 초기에 잉크 토출이 불안정할 수 있고 한동안 잉크의 토출량이 균일하지 않아 인쇄 두께가 달라질 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 인쇄 대기구간에서는 액추에이터(140)에 잉크 토출이 이루어지지 않을 정도의 펄스전압을 가진 서브 펄스를 인가한 후 인쇄 구간에서는 잉크 토출이 이루어질 정도의 펄스전압을 가진 메인 펄스를 인가하여 잉크 토출이 불안정한 영역을 감소시켜 잉크 토출을 보다 빨리 안정시키고, 메인 펄스를 인가할 때 펄스전압을 초기에는 정상전압보다 높여서 인가한 후 점차 정상전압으로 낮추어 잉크 토출이 불안정한 영역을 더욱 감소시킬 수 있고 잉크 토출이 불안정한 영역에서 잉크의 토출량을 보상하여 잉크의 토출 변화량을 줄인다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 잉크젯 프린트 헤드의 노즐 부근의 잉크의 거 동을 나타낸 것이다. 도 4는 본 발명의 실시예에서 서브 펄스와 메인 펄스를 나타낸 것이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법은 인쇄 대기구간에 위치한 잉크젯 프린트 헤드(100)를 인쇄 대기구간 혹은 인쇄 대기구간에서 인쇄 구간으로 이동시키는 동안에 액추에이터(140)에 서브 펄스(Pa)를 인가하고, 잉크젯 프린트 헤드(100)가 인쇄 구간에 도달하면 잉크를 토출하는 메인 펄스(Pm)를 액추에이터(140)에 인가하여 인쇄를 수행한다. 서브 펄스(Pa)는 잉크가 토출되지 않을 정도의 전압(Va)을 가지는 것으로서, 펄스 전압(Va)은 잉크를 토출하기 위한 메인 펄스(Pm)의 펄스 전압(Vm)보다 낮다.

노즐(122) 내의 잉크는 메니스커스(124)를 경계로 하여 외부와 접한다. 서브 펄스(Pa)가 인가되면 압전막(142)의 변위가 작아서 잉크가 토출되지는 않지만, 메니스커스(124)가 노즐(122) 내에서 화살표시(A)와 같이 진동된다. 그러면, 노즐(122) 내부에서 국부적으로 잉크의 유동이 발생된다. 이에 의하여, 메니스커스(124) 주변의 잉크가 정체되지 않고 메니스커스(124)에는 신선한 잉크가 공급된다. 따라서, 인쇄 대기구간 혹은 인쇄 대기구간에서 인쇄 구간으로 이동하는 동안에 노즐(122) 주변의 잉크의 건조를 방지할 수 있어 인쇄 초기에 잉크가 안정적으로 토출되는 시간을 단축시킬 수 있고 잉크의 토출 변화량을 줄일 수 있다.

서브 펄스(Pa)를 액추에이터(140)에 인가하면, 메니스커스(124)가 진동하고, 국부적으로 노즐(122)의 내벽(123)에 부착되어 있던 고점도의 잉크 또는 피막이 노즐(122)의 내벽(123)으로부터 이탈되면서 고점도의 잉크 또는 피막과 노즐(122)의 내벽(123) 사이에 신선한 잉크가 공급된다. 따라서, 인쇄 대기구간에서 메니스커스(124) 주변의 잉크의 점도가 이미 올라가거나 메니스커스(124)에 피막이 형성된 경우에도 잉크 토출이 불안정한 영역을 감소시켜 잉크 토출을 보다 빨리 안정시킨다. 이때, 잉크젯 프린트 헤드(100)가 인쇄 대기구간에 위치된 동안에 액추에이터(140)에 서브 펄스(Pa)를 지속적으로 또는 간헐적으로 인가하여 메니스커스(124)를 진동시킬 수 있다. 또한, 잉크젯 프린트 헤드(100)가 어느 구간에 위치해 있던지 인쇄를 수행하지 않는 동안에는 지속적으로 또는 간헐적으로 액추에이터(140)에 서브 펄스(Pa)를 인가하여 메니스커스(124)를 진동시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 액추에이터(140)에 메인 펄스(Pm)를 인가하기 전에 서브 펄스(Pa)를 인가하면 잉크 토출이 불안정한 영역을 감소시킬 수 있다. 하지만, 잉크 토출이 불안정한 영역을 완전히 제거할 수는 없으므로 잉크 토출이 불안정한 영역에서 잉크의 토출량이 균일하지 않아 인쇄 두께가 달라질 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 액추에이터(140)에 메인 펄스(Pm)를 인가할 때 펄스전압을 초기에는 정상전압보다 높여서 인가한 후 점차 정상전압으로 낮추어 잉크 토출이 불안정한 영역을 더욱 감소시킬 수 있고 잉크 토출이 불안정한 영역에서 잉크의 토출량을 보상하여 잉크의 토출 변화량을 줄인다.

도 5는 본 발명의 실시예에서 메인 펄스를 인가할 때 토출량 변화 및 펄스전압의 변화과정을 나타낸 것이다. 도 6은 본 발명의 실시예에서 펄스전압이 서로 다른 여러 메인 펄스를 나타낸 것이다.

도 5와 도 6을 참조하면, 액추에이터(140)에 메인 펄스(Pm)를 인가할 때 펄 스전압을 전압 곡선(Vc)와 같이 가변시켜 잉크의 토출 변화량을 줄인다. 즉, 잉크 토출이 불안정한 영역을 선형화한 후 포화 토출량과의 차이를 펄스전압을 조정하여 보상함으로서 잉크의 토출 변화량을 줄인다. 이때, 펄스전압 보상전의 잉크 토출량 곡선(Qreal)을 잉크 토출량 곡선(Qmodel)으로 선형화한다. 일예로, 메인 펄스(Pm)의 펄스전압을 초기에는 정상전압(Vm)보다 높은 펄스전압(Vm+2)으로 인가한 후 점차 정상전압(Vm)까지 낮춘다. 또한, 메인 펄스(Pm)의 펄스전압을 초기에는 정상전압(Vm)보다 높은 전압(Vm+2 혹은 Vm+1)으로 유지하고, 일정시간이 경과하면 정상전압(Vm)으로 낮출 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법의 제어과정을 나타낸 것이다.

도 7을 살펴보면, 먼저, 잉크젯 프린트 헤드 구동장치는 인쇄작업 요청이 있는지를 판단하고(S200), 인쇄작업 요청이 있으면, 인쇄 대기구간에 위치한 잉크젯 프린트 헤드(100)의 액추에이터(140)에 잉크 토출이 이루어지지 않을 정도의 펄스전압을 가진 서브 펄스(Pa)를 인가한다(S210).

서브 펄스(Pa)를 인가 후 잉크젯 프린트 헤드(100)를 인쇄 대기구간에서 인쇄 구간으로 이동시킨 후 액추에이터(140)에 잉크 토출이 이루어질 정도의 펄스전압을 가진 메인 펄스(Pm)를 인가한다(S220).

메인 펄스(Pm)를 액추에이터(140)에 인가할 때 잉크 토출량을 보상하여 잉크의 토출 변화량을 줄이도록 메인 펄스(Pm)의 펄스전압을 가변시킨다(S230). 도 6에 도시된 바와 같이, 메인 펄스(Pm)를 인가할 때 펄스전압을 초기에는 정상전압(Vm) 보다 높은 펄스전압(Vm+2)으로 인가한 후 이 펄스전압(Vm+1)으로 낮추다가 최종적으로는 정상전압(Vm)까지 낮춘다.

이상에서와 같이, 액추에이터(140)에 메인 펄스를 인가하기 전에 메인 펄스의 펄스전압에서 전압만 낮춘 서브 펄스를 먼저 인가함으로서 잉크의 토출은 없지만 잉크 토출시와 비슷한 유동을 만들어 잉크 점도를 유지해주고, 노즐면에서 형성된 메니스커스(124)를 앞뒤로 흔들어서 잉크를 공기와 접촉시켜 잉크의 굳는 현상을 방지하며, 인쇄 전에 잉크젯 프린트 헤드(100) 내의 온도를 포화시켜 잉크 토출이 불안정한 영역을 감소시킨다. 또한, 메인 펄스를 인가할 때 메인 펄스의 펄스전압을 가변함으로써 잉크 토출이 불안정한 영역을 더욱 감소시키고, 그 잉크 토출이 불안정한 영역에서 잉크의 토출량을 보상하여 잉크의 토출 변화량을 줄인다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법이 적용되는 잉크젯 인쇄장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법이 적용되는 잉크젯 프린트 헤드의 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 잉크젯 프린트 헤드의 노즐 부근의 잉크의 거동을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에서 서브 펄스와 메인 펄스를 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에서 메인 펄스를 인가할 때 토출량 변화 및 펄스전압의 변화과정을 보인 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에서 펄스전압이 서로 다른 여러 메인 펄스를 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법의 제어흐름도이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

100 : 잉크젯 프린트 헤드101 : 잉크 리저버

102 : 가이드부재 103 : 캐리지

104 : 인쇄매체 110 : 기판

111 : 압력 챔버 113 : 매니폴드

114 : 진동판 120 : 노즐판

122 : 노즐 123 : 메니스커스

140 : 액추에이터

Claims

인쇄 시작 전에 잉크 토출을 위한 액추에이터에 잉크 토출이 이루어지지 않는 펄스전압을 가진 서브 펄스를 인가하고,

인쇄 시작시 상기 액추에이터에 잉크 토출이 이루어지는 펄스전압을 가진 메인 펄스를 인가하고,

상기 메인 펄스를 인가하는 동안 상기 메인 펄스의 펄스전압을 가변하는 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법.
제1항에 있어서,

상기 메인 펄스의 펄스전압을 가변하는 것은, 상기 메인 펄스의 펄스전압을 초기에는 정상전압보다 높이고, 점차 상기 정상전압으로 낮추는 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법.
제1항에 있어서,

상기 메인 펄스의 펄스전압을 가변하는 것은, 상기 메인 펄스의 펄스전압을 초기에는 정상전압보다 높은 전압으로 유지하고, 일정시간이 경과하면 상기 정상전압으로 낮추는 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법.
제1항에 있어서,

상기 잉크젯 프린트 헤드가 인쇄 대기구간에 있을 때 상기 액추에이터에 상기 서브 펄스를 인가하고, 상기 잉크젯 프린트 헤드가 상기 인쇄 대기구간에서 인쇄 구간으로 이동하거나 혹은 상기 인쇄 구간에 있을 때 상기 액추에이터에 상기 메인 펄스를 인가하는 잉크젯 프린트 헤드의 구동방법.