KR20110065098A - 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성조절방법 및 구동방법 - Google Patents

잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성조절방법 및 구동방법 Download PDF

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Abstract

개시된 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성조절방법은, 복수의 노즐에 토출압력을 제공하는 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 구동신호의 전압과 인가지속시간 중 적어도 하나를 조절하여 복수의 노즐로부터 토출되는 복수의 잉크 액적의 체적이 동일하게 되도록 한다. 그리고, 구동신호의 전압과 인가지속시간은 변화시키지 않고, 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 구동신호의 인가개시타이밍을 변위시켜 복수의 잉크 액적이 동시에 인쇄 매체에 도달되도록 한다.

Description

잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성조절방법 및 구동방법{Method of adjusting ejection charactristic in inkjet printing apparatus and driving method of inkjet printing apparatus}
잉크젯 프린팅 장치에서 인쇄 매체에 토출되는 잉크 액적(droplet)의 크기와 위치를 균일하게 조절할 수 있는 잉크토출특성조절방법 및 잉크젯 프린팅 장치의 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린팅 장치는, 잉크젯 헤드를 이용하여 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 인쇄 매체, 예컨대 인쇄용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 인쇄용지의 표면에 소정 색상의 화상을 인쇄하는 장치이다. 잉크젯 프린팅 장치는 최근에 액정 디스플레이(LCD; Liquid Crystal Diplay)와 유기발광소자(OLED; Organic Light Emitting Device) 등과 같은 평판 디스플레이 분야, 전자종이(E-Paper) 등과 같은 플렉시블 디스플레이 분야, 금속 배선 등과 같은 인쇄 전자공학(Printed electronics) 분야, 및 유기 박막트랜지스터(OTFT; Organic Thin Film Transistor) 등과 같은 다양한 분야로 응용 범위가 확대되고 있다.
균일한 크기의 잉크 액적을 원하는 위치에 정확하게 토출하기 위한 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성조절방법 및 구동방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성조절방법은, 복수의 노즐로부터 토출되는 복수의 잉크 액적의 체적이 동일하게 되도록, 상기 복수의 노즐에 토출압력을 제공하는 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 구동신호의 전압과 인가지속시간 중 적어도 하나를 조절하는 단계; 상기 복수의 노즐로부터 토출된 상기 복수의 잉크 액적이 동시에 인쇄 매체에 도달되도록, 상기 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 상기 구동신호의 인가개시타이밍을 변위시키는 단계;를 포함한다.
상기 구동신호의 전압과 인가지속시간 중 적어도 하나를 조절하는 단계는, 상기 복수의 압전 액추에이터에 동일한 파형의 제1구동신호를 동시에 인가하여 복수의 잉크 액적을 토출시키는 단계; 기준 위치에 대응되는 기준 시간이 경과된 때에, 상기 토출된 복수의 잉크 액적의 체적을 검출하는 단계; 상기 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 상기 검출된 체적이 동일한 값이 되도록 상기 제1구동신호의 전압과 인가지속시간 중 적어도 하나를 조절하여 제2구동신호를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 구동신호의 인가개시타이밍을 변위시키는 단계는, 상기 복수의 압전 액 추에이터에 상기 제2구동신호를 동시에 인가하여 복수의 잉크 액적을 토출시키는 단계; 상기 기준 시간이 경과된 때에 상기 복수의 잉크 액적 각각의 이동거리를 결정하는 단계; 상기 복수의 잉크 액적 각각의 상기 이동거리를 F, 상기 기준 위치의 상기 복수의 노즐로부터의 거리를 A, 상기 기준 시간을 T, 상기 복수의 압전 액추에이터에 대한 상기 인가개시타이밍의 변위량을 S라 하면, S = T×(A/F-1) 으로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 기준 위치는 상기 인쇄 매체가 놓여지는 위치일 수 있다.
상기 제1, 제2구동신호를 인가할 때에, 상기 복수의 노즐 내부의 잉크에 정전기력을 가하는 정전전압을 인가할 수 있다.
상기 구동신호의 인가개시타이밍을 변위시키는 단계는, 상기 복수의 압전 액추에이터에 상기 제2구동신호를 인가하여 이동되는 상기 인쇄 매체에 복수의 잉크 액적을 토출하는 단계; 상기 복수의 잉크 액적 각각에 대하여 기준 위치로부터의 오프셋량을 결정하는 단계; 상기 복수의 압전 액추에이터에 각각에 대하여, 상기 오프셋량을 Fb, 상기 인쇄 매체의 이동속도를 Vm, 인가개시타이밍의 변위량을 S라 하면, S = Fb/Vm 로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 구동신호의 인가개시타이밍을 변위시키는 단계는, 상기 복수의 압전 액추에이터에 상기 제2구동신호를 인가하여 이동되는 상기 인쇄 매체에 복수의 잉크 액적을 토출하는 단계; 상기 복수의 잉크 액적 중 어느 하나를 기준으로 하여 다른 잉크 액적의 상기 오프셋 양을 결정하는 단계; 상기 오프셋량을 Fc, 상기 인쇄 매체의 이동속도를 Vm, 인가개시타이밍의 변위량을 S라 하면, S = Fb/Vm 로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 구동방법은, 복수의 노즐로부터 토출되는 복수의 잉크 액적의 체적이 동일하게 되도록 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 전압과 인가지속시간 중 적어도 하나가 조절된 구동신호를 결정하는 단계; 상기 복수의 노즐로부터 토출된 상기 복수의 잉크 액적이 동시에 인쇄 매체에 도달되도록 상기 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 상기 결정된 구동신호의 인가개시타이밍을 변위시켜 상기 복수의 압전 액추에이터에 인가하는 단계;를 포함한다.
상기 결정된 구동신호와 함께 복수의 노즐 내부의 잉크에 정전기력을 가하는 정전전압을 인가할 수 있다.
잉크 액적의 체적은 구동신호의 인가지속시간과 전압 중 하나 또는 이들 둘을 조절함으로써 균일화하고, 잉크 액적의 토출위치는 구동신호의 인가개시타이밍을 조절함으로써 균일화할 수 있다. 따라서, 잉크 액적의 체적의 균일화와 잉크 액적의 토출 위치의 균일화가 서로 독립적으로 행해질 수 있기 때문에 용이하게 최적의 인쇄조건을 설정할 수 있다.
또, 체적과 위치의 균일화를 통하여 인쇄정밀도를 향상시킬 수 있어, 평판 디스플레이 분야, 전자종이(E-Paper) 등과 같은 플렉시블 디스플레이 분야, 금속 배선 등과 같은 인쇄 전자공학(Printed electronics) 분야, 및 유기 박막트랜지스터(OTFT; Organic Thin Film Transistor)분야 등과 같은 다양한 분야의 미세 구조 형성공정에 적용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 아래에 예시된 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 잉크젯 프린팅 장치의 일 예를 도시한 단면도이다. 도 1을 보면, 잉크젯 프린팅 장치는 압전방식에 의하여 잉크를 토출하는 잉크젯 헤드(100)를 구비한다. 예를 들어, 잉크젯 헤드(100)는 고정된 위치에 위치에서, 소정의 속도로 이동되는 인쇄 매체에 잉크 액적을 토출할 수 있다. 또, 잉크젯 헤드(100)는 소정의 속도로 이동되면서 고정된 위치에 위치된 인쇄 매체(P)에 잉크 액적을 토출할 수 있다. 또, 인쇄 매체(P)가 소정의 속도로 이동되고, 잉크젯 헤드(100)는 인쇄 매체(P)의 이동방향과 직교하는 방향으로 이동되면서 잉크 액적을 토출할 수 있다. 이를 위하여, 도시되지는 않았지만, 잉크젯 프린팅 장치는 잉크젯 헤드(100) 및/또는 인쇄 매체(P)를 소정의 속도로 이동시키기 위한 이동장치를 더 구비할 수 있다.
잉크젯 헤드(100)는 잉크 유로가 형성된 유로 플레이트(110)와, 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터(130)가 도시되어 있다.
유로 플레이트(110)에는 잉크 유로가 형성된다. 잉크유로는 잉크가 유입되는 잉크 인렛(121)과, 유입된 잉크를 담고 있는 복수의 압력 챔버(125), 및 잉크 액적을 토출시키기 위한 복수의 노즐(128)을 포함할 수 있다. 잉크 인렛(121)은 유로 플레이트(110)의 상면측에 형성될 수 있으며, 도시되지 않은 잉크 탱크와 연결된다. 잉크 탱크로부터 공급된 잉크는 잉크 인렛(121)을 통해 유로 플레이트(110) 내부로 유입된다. 복수의 압력 챔버(125)는 유로 플레이트(110) 내부에 형성되며, 잉크 인렛(121)을 통해 유입된 잉크가 저장된다. 유로 플레이트(110) 내부에는 잉크 인렛(121)과 복수의 압력 챔버(125)를 연결하는 매니폴드(122, 123)와 리스트릭터(124)가 형성될 수 있다. 복수의 노즐(128)은 복수의 압력 챔버(125) 각각에 대해 하나씩 대응되어 연결된다. 복수의 압력 챔버(125)에 채워진 잉크는 복수의 노즐(128)을 통하여 액적의 형태로 토출된다. 복수의 노즐(128)은 유로 플레이트(110)의 저면측에 형성될 수 있으며, 1열 또는 2열 이상으로 배열될 수 있다. 유로 플레이트(110)에는 복수의 압력 챔버(125)와 복수의 노즐(128)을 각각 연결하는 복수의 댐퍼(126)가 마련될 수 있다.
유로 플레이트(110)는 미세 가공성이 양호한 재질의 기판, 예컨대 실리콘 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 유로 플레이트(110)는 순차 적층된 세 개의 기판, 즉 제1기판(111), 제2기판(112) 및 제3기판(113)을 SDB(Silicon Direct Bonding)에 의해 접합하여 구성할 수 있다. 이 경우, 잉크 인렛(121)은 가장 상부에 위치한 기판, 즉 제3기판(113)을 관통하도록 형성될 수 있으며, 복수의 압력 챔버(125)는 제3기판(113)에 그 저면으로 부터 소정 깊이로 형성될 수 있다. 복수의 노즐(128)은 가장 하부에 위치한 기판, 즉 제1기판(111)을 관통하도록 형성될 수 있다. 매니폴드(122, 123)는 제3기판(113)과 중간에 위치한 제2기판(112)에 각각 형성될 수 있다. 복수의 댐퍼(126)은 제2기판(112)을 관통하도록 형성될 수 있다.
위에서는 유로 플레이트(110)가 세 개의 기판(111, 112, 113)으로 구성된 경우를 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하다. 유로 플레이트(110)는 하나 또는 두 개의 기판이나 네 개 이상의 기판으로 구성될 수도 있으며, 그 내부에 형성되는 잉크 유로도 다양한 구성으로 다양하게 배치될 수 있다.
압전 액츄에이터(130)는, 잉크 토출을 위한 구동력, 즉 복수의 압력 챔버(125)에 압력 변화를 제공하는 역할을 하는 것으로, 유로 플레이트(110)의 상면에 복수의 압력 챔버(125)에 대응하는 위치에 형성된다. 압전 액츄에이터(130)는, 유로 플레이트(110)의 상면에 순차 적층되는 하부 전극(131), 압전막(132) 및 상부 전극(133)을 포함할 수 있다. 하부 전극(131)은 공통 전극의 역할을 하며, 상부 전극(133)은 압전막(132)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다. 이를 위해, 하부 전극(131)과 상부 전극(133)에는 전원(135)이 연결된다. 압전막(132)은 전원(135)으로부터 인가되는 전압의 인가에 의해 변형됨으로써 압력 챔버(125)의 상부벽을 이루는 제3기판(113)을 변형시키는 역할을 하게 된다. 압전막(132)은 소정의 압전 물질, 예컨대 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 이루어질 수 있다.
잉크 액적의 체적과 위치 정밀도는 잉크젯 프린팅 장치를 구성하는 요소들, 예를 들면 압전 액추에이터(130), 노즐(128) 등의 제조상태에 영향을 받을 수 있다. 다시 말하면, 복수의 압전액추에이터(130), 복수의 노즐(128) 등 잉크젯 프린 팅 장치를 구성하는 요소들의 제조 상태에 따라서 각각의 노즐(128)에서 토출되는 잉크 액적의 체적과 속도가 달라질 수 있다. 복수의 노즐(128)에서 토출되는 잉크 액적의 속도가 균일하지 않으면, 잉크젯 프린팅 장치에 대하여 상대적으로 이동되는 인쇄 매체(P)에 착탄되는 잉크 액적의 위치가 불균일할 수 있다. 잉크젯 프린팅 장치를 이용하여 높은 인쇄품질을 구현하기 위하여는, 토출되는 복수의 노즐(128)에서 토출되는 잉크 액적은 그 체적이 균일하고 또 인쇄 매체(P) 상의 소망하는 위치에 정확하게 착탄될 필요가 있다.
잉크 액적의 체적과 속도는 압전 액추에이터(130)에 인가되는 구동신호의 파형, 즉 전압과 인가지속시간(duration)에 영향을 받는다. 예를 들어, 구동신호의 전압을 조절하여 잉크 액적의 체적을 균일하게 만들 수는 있으나, 속도를 균일하게 하기 위하여 인가지속시간을 조절하면 체적 역시 영향을 받기 때문에 다시 체적이 불균일하게 될 수 있다. 전압을 조절하여 잉크 액적의 체적을 균일하게 하고 그 후에 속도를 균일하게 하기 위하여 인가지속시간을 조절하는 경우에도 다시 체적이 인가지속시간의 변화에 의하여 불균일하게 될 수 있다. 따라서, 잉크 액적의 체적과 속도 모두를 균일하게 할 수 있는 구동신호의 파형을 결정하는 것은 결코 용이한 것이 아니다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성조절방법의 실시예들은, 구동신호의 전압과 인가지속시간 중 적어도 하나를 조절하여 잉크 액적의 체적을 균일하게 한다. 그리고, 잉크 액적의 속도를 조절하는 대신에 균일한 체적을 갖는 잉크 액적이 동시에 인쇄 매체(P) 상에 도달되도록 구동신호의 인가개시타이밍을 조절한다. 이하, 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성조절방법의 실시예들을 설명한다.
복수의 압전 액추에이터(130)에 도 2에 도시된 바와 같이 전압과 인가지속시간이 각각 V1과 d1 = t2-t1 인 제1구동신호를 시간 t1에 인가한다. 그리고, 기준 시간(T)이 경과된 시간 t3에 예를 들어 고속 카메라를 이용하여 토출된 잉크 액적을 촬영한다. 기준 시간(T)는 실제로 인쇄를 수행할 때에 인쇄 매체(P)가 위치될 기준 위치에 대응되도록 결정될 수 있다. 그러면, 도 3에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린팅 장치의 구성요소들의 잉크 토출특성이 반영되어 그 체적과 위치가 불균일한 잉크 액적(B1-B5)을 얻을 수 있다. 잉크 액적(B1-B5)의 체적은 촬영된 영상에서 각 잉크 액적의 직경을 측정하고, 잉크 액적(B1-B5)의 형태를 구형으로 가정함으로써 구해질 수 있다.
다음으로, 구해진 잉크 액적(B1-B5)의 체적을 감안하여, 복수의 압전 액추에이터(130) 각각에 대하여 소망하는 체적의 잉크 액적을 얻기 위한 인가지속시간을 결정한다. 이에 근거하여, 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 압전 액추에이터(130) 각각에 대하여 전압과 인가지속시간이 각각 V1과 d1'(=t2'-t1)인 제2구동신호를 인가한다. 그리고, 다시 시간 t3에 고속 카메라를 이용하여 토출된 잉크 액적을 촬영한다. 그러면, 도 5에 도시된 바와 같이, 동일한 체적을 갖는 잉크 액적(B1'-B5')을 얻을 수 있다. 동일한 체적을 갖는 잉크 액적(B1'-B5')을 얻기 위하여 상술한 과정을 2회 이상 반복할 수 있다.
제2구동신호는 제1구동신호와 인가지속시간이 다르기 때문에, 시간 t3에서 잉크 액적(B1'-B5')의 위치는 잉크 액적(도 3: B1-B5)의 위치와 다르다. 이제, 시간 t3에 잉크 액적(도 3: B1-B5)이 동시에 기준 위치에 도달되도록 하기 위하여, 제2구동신호의 인가개시타이밍을 결정한다. 도 5에서, 잉크 액적(B1')는 시간 t3에 거의 기준 위치에 위치되어 있기 때문에, 시간 t1에 제2구동신호가 인가된 경우에 인쇄메체 상의 소망하는 위치에 정확하게 착탄될 수 있다. 그렇지만, 잉크 액적(B2')는 시간 t3에 기준 위치에 도달되지 못하였기 때문에, 시간 t3로부터 오프셋시간만큼 경과된 후에 기준 위치에 도달될 것이다. 이 때, 인쇄 매체(P)는 오프셋 시간동안에 '오프셋 시간×이동속도'에 대응되는 거리만큼 이동되므로, 잉크 액적(B2')는 소망하는 위치로부터 '오프셋 시간×이동속도'에 대응되는 거리만큼 오프셋된 위치에 착탄된다.
잉크 액적(B2')가 시간 t3에 기준 위치에 도달되도록 하기 위하여는 잉크 액적(B2')를 오프셋 시간만큼 미리 토출할 수 있다. 즉, 제2구동신호를 시간 t1보다 오프셋 시간만큼 미리 압전 액추에이터(130)에 인가할 수 있다. 이 오프셋 시간을 제2구동신호의 인가개시시간의 변위량이라 한다.
인가개시시간의 변위량을 구하기 위하여, 도 5에 잉크 액적(B1'-B5') 각각에 대하여 이동거리를 구한다. 여기서, 기준 위치의 복수의 노즐(128)로부터의 거리를 A, 기준 시간을 T, 잉크 액적(B1'-B5') 각각의 이동거리와 인가개시시간의 변위량을 각각 F, S 라 하면,
S = (A-F)/(F/T) = T×(A-F)/F = T×(A/F-1) 가 된다.
상기한 과정에 의하여 상기한 과정에 의하여 도 6에 도시된 바와 같이, 복수 의 압전 액추에이터(130)에 인가된 구동신호의 파형이 최종적으로 결정된다. S가 양의 수라면 시간 t1보다 S만큼 앞선, 시간 t1'에 미리 제2구동신호를 인가한다는 것을 의미하며, S가 음의 수라면 시간 t1로부터 S의 절대값만큼 경과된 시간 t1''에 제2구동신호를 인가한다는 것을 의미한다.
잉크 액적의 체적을 균일하게 하기 위하여 구동신호의 전압을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 복수의 압전 액추에이터(130)에 도 2에 도시된 바와 같은 구동파형을 동시에 인가하고, 도 2에 도시된 바와 같이 기준 시간(T)이 경과된 시간 t3에 고속 카메라를 이용하여 토출된 잉크 액적을 촬영하여, 각 잉크 액적의 직경을 측정하고, 잉크 액적(B1-B5)의 형태를 구형으로 가정하여 체적을 구한다.
다음으로, 구해진 잉크 액적(B1-B5)의 체적을 감안하여, 복수의 압전 액추에이터(130) 각각에 대하여 소망하는 체적의 잉크 액적을 얻기 위한 구동신호의 전압을 결정한다. 이에 근거하여, 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 압전 액추에이터(130) 각각에 대하여 전압과 인가지속시간이 각각 V2와 d1인 제2구동신호를 인가한다. 그리고, 다시 시간 t3에 고속 카메라를 이용하여 토출된 잉크 액적을 촬영한다. 그러면, 도 8에 도시된 바와 같이, 동일한 체적을 갖는 잉크 액적(B1''-B5'')을 얻을 수 있다. 동일한 체적을 갖는 잉크 액적(B1''-B5'')을 얻기 위하여 상술한 과정을 2회 이상 반복할 수 있다.
다음으로, 인가개시시간의 변위량을 구하기 위하여, 도 8에서 잉크 액적(B1''-B5'') 각각에 대하여 이동거리를 구하고, 기준 위치의 복수의 노즐(128)로부터의 거리를 A, 기준 시간을 T, 잉크 액적(B1''-B5'') 각각의 이동거리와 인가개 시시간의 변위량을 각각 F, S 라 하면,
S = (A-F)/(F/T) = T×(A-F)/F = T×(A/F-1) 가 된다.
상기한 과정에 의하여 상기한 과정에 의하여 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 압전 액추에이터(130)에 인가된 구동신호의 파형이 최종적으로 결정된다.
복수의 노즐(128)로부터 토출되는 잉크 액적의 체적을 균일하게 하기 위하여 구동신호의 인가지속시간과 전압을 함께 조절할 수도 있다. 이 조절방법은 상술한 예에서 설명한 바와 같이, 동시에 인가되는 제1구동신호에 의하여 토출된 잉크 액적의 체적을 측정하고, 전압과 인가지속시간을 조절하면서 잉크의 토출과 체적의 측정을 반복하여 잉크 액적이 균일하게 되는 제2구동신호를 결정한다. 그리고, 제2구동신호에 의하여 토출되는 잉크 액적들이 동시에 인쇄 매체(P)에 도달될 수 있도록 상술한 바와 동일한 과정에 의하여 변동량(S)를 반영하여 구동신호의 인가개시타이밍을 조절할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 복수의 노즐(128)로부터 토출되는 잉크 액적의 체적은 복수의 압전 액추에이터(130) 각각에 인가되는 구동신호의 인가지속시간 및/또는 전압을 조절함으로써 균일하게 하고, 체적의 균일화가 완료된 후에 복수의 압전 액추에이터(130) 각각에 대하여 변동량(S)을 반영하여 구동신호의 인가개시타이밍을 조절함으로써 복수의 노즐(128)로부터 토출되는 잉크 액적이 동시에 인쇄 매체(P)에 도달되도록 할 수 있다. 따라서, 복수의 노즐(128)로부터 토출되는 잉크 액적들의 체적을 균일하게 할 수 있으며, 균일한 체적의 잉크 액적들을 인쇄 매체(P)의 원하는 위치에 착탄시킬 수 있다. 즉, 잉크 액적의 체적의 균일화와 잉크 액적의 토출 위치의 균일화가 서로 독립적으로 행해질 수 있기 때문에 노즐의 가공오차, 압전액추에이터의 제조불균일성 등에 기인하는 노즐별 잉크토출특성의 차이를 용이하게 또 신속하게 보정하여 최적의 인쇄조건을 설정할 수 있다.
또, 체적과 위치의 균일화를 통하여 인쇄정밀도를 향상시킬 수 있어, 평판 디스플레이 분야, 전자종이(E-Paper) 등과 같은 플렉시블 디스플레이 분야, 금속 배선 등과 같은 인쇄 전자공학(Printed electronics) 분야, 및 유기 박막트랜지스터(OTFT; Organic Thin Film Transistor)분야 등과 같은 다양한 분야의 미세구조 형성공정에 적용될 수 있다.
제1구동신호의 전압 및/또는 인가지속시간을 조절하여 체적을 균일화할 수 있는 제2구동신호의 파형을 결정한 후에, 제2구동신호의 인가개시타이밍의 변동량(S)은 다음의 방법에 의하여 구해질 수도 있다. 제2구동신호를 인가하여 소정의 속도(Vm)로 이동되는 인쇄 매체(P)에 잉크를 토출하고, 예를 들어 카메라를 이용하여 이를 촬영한다. 그러면, 도 10에 도시된 바와 같이, 인쇄 매체(P)의 표면에는 균일한 크기의 인쇄 도트(BD1 - BD5)가 형성된 것을 확인할 수 있다. 그러나, 다소의 노즐(128)로부터 토출되는 잉크 액적의 속도가 서로 다를 수 있기 때문에, 인쇄 도트(BD1 - BD5)의 위치는 불균일하다. 기준 위치(R)에 대한 각 인쇄 도트(BD1-BD5)의 오프셋 양(Fb)에 대응되는 시간만큼 제2구동신호의 인가개시타이밍을 조절함으로써 인쇄 도트(BD1 - BD5)를 기준 위치에 정렬시킬 수 있다. 인쇄 도트(BD1, BD4, BD5)는 잉크 액적의 속도가 빠르다는 것을 의미하므로, 제2구동신호의 인가개시카이밍을 늦추면 되며, 인쇄 도트(BD2, BD3)는 잉크 액적의 속도가 느리다는 것 을 의미하므로, 제2구동신호의 인가개시타이밍을 앞당기면 된다. 즉, 각 인쇄 도트(BD1 - BD5)의 오프셋 양(Fb)만큼 인쇄 매체(P)가 이동되는 시간이 복수의 압전 액추에이터(130) 각각에 인가되는 제2구동신호의 인가개시타이밍의 변동량(S)이 된다. 따라서, S = Fb/Vm 이 된다.
제2구동신호의 인가개시타이밍의 변동량(S)은 인쇄 도트(BD1 - BD5) 중 어느 하나를 기준으로 하여 결정될 수도 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 인쇄 도트(BD1)을 기준으로 하여 인쇄도트(BD2-BD5)의 상대 오프셋 양(Fc)을 검출하고, 이를 기준으로 하여 S = Fc/Vm의 관계로부터 제2구동신호의 인가개시타이밍의 변동량(S)을 구할 수 있다. 그리고, 복수의 압전 액추에이터(130) 중에서 인쇄 도트(BD1)에 대응되는 압전 액추에이터에 인가되는 제2구동신호를 기준으로 하여 다른 인쇄 도트(BD2-BD5)에 대응되는 압전 액추에이터에의 제2구동신호의 인가개시타이밍을 변동량(S)만큼 미리 또는 지연시켜 인가함으로써 다른 인쇄 도트(BD2-BD5)를 인쇄 도트(BD1)와 정렬시킬 수 있다.
상기한 바와 같은 과정에 의하여 결정된 압전 액추에이터(130)에 대한 구동신호의 전압과 인가지속시간 및 인가개시타이밍의 변동량(S)은 예를 들어 메모리(미도시)에 토출특성정보로서 저장될 수 있다. 인쇄를 수행할 때에는 상기 메모리에 저장된 토출특성정보를 읽고, 이에 근거하여 각 압전 액추에이터(130)에 인가될 구동신호의 파형을 결정하고, 결정된 구동신호를 인가개시타이밍의 변동량(S)에 따라 압전 액추에이터(130)에 인가함으로써 고품질의 인쇄화상을 얻을 수 있다.
상술한 실시예에서는 압전방식의 잉크젯 헤드를 채용한 잉크젯 프린팅 장치 의 잉크토출특성조절방법 및 구동방법에 관하여 설명하였으나, 상술한 실시예들에 따른 잉크토출특성조절방법은 압전방식과 정전방식을 겸용하는 하이브리드방식의 잉크젯 헤드를 채용한 잉크젯 프린팅 장치에도 적용될 수 있다.
도 12를 보면, 하이브리드방식 잉크젯 헤드(101)는 잉크 토출을 위한 제2의 구동력, 즉 노즐(128) 내부의 잉크에 정전기력을 인가하는 정전기력 인가 수단(140)을 더 구비한다는 점에서 도 1에 도시된 압전방식 잉크젯 헤드(100)와 차이가 있다. 정전기력 인가 수단(140)은 서로 대향하게 배치된 제1 정전 전극(141) 및 제2 정전 전극(142)과, 제1 정전 전극(141)과 제2 정전 전극(142) 사이에 전압을 인가하는 제2전원(145)를 구비한다.
제1 정전 전극(141)은 유로 플레이트(110)에 마련된다. 예를 들어, 제1 정전 전극(141)은 유로 플레이트(110)의 상면, 즉 제3기판(113)의 상면에 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 정전 전극(141)은 압전 액츄에이터(130)의 하부 전극(131)과 이격되도록 잉크 인렛(121)이 형성된 영역에 배치될 수 있다. 제2 정전 전극(142)은 유로 플레이트(110)의 저면과 소정 간격 이격되도록 배치될 수 있으며, 인쇄 매체(P)는 제2 정전 전극(142) 상에 배치된다.
도 13은 도 12에 도시된 잉크젯 프린팅 장치의 구동 방법에 적용되는 구동신호의 일 예이며, 도 14는 상기 구동신호에 의하여 잉크가 토출되는 과정을 도시한 도면이다.
도 13과 도 14를 참조하면, 제1단계는 압전 액츄에이터(130)와 정전기력 인가 수단(140)에 전압을 인가하지 않은 초기 상태를 나타낸다. 이 때, 노즐(128) 내 부의 잉크(129)는 표면장력에 의해 약간 오목하거나 편평한 메니스커스(M, meniscus)를 보여준다.
다음으로, 제2단계에서, 제1 정전 전극(141)과 제2 정전 전극(142) 사이에 제2전원(145)로부터 정전구동전압(Ve)이 인가된다. 이 때, 인가되는 정전구동전압(Ve)은 대략 3-5KV 정도일 수 있다. 이에 따라, 노즐(128) 내부의 잉크(129)에 정전기력이 작용하여 잉크(129)의 메니스커스(M)는 약간 볼록하게 변형된다. 볼록한 메니스커스(M)가 형성되면, 이 부분에 전기장이 집속되므로, 잉크(129) 내부의 양전하는 제2 정전 전극(142) 방향으로 이동하여 노즐(128)의 단부에 모이게 된다.
다음으로, 제3단계에서, 정전구동전압(Ve)의 인가로부터 소정 시간 후에 압전 액츄에이터(130)에 소정의 구동전압(Vp)을 인가하여 압전 액츄에이터(130)를 압력 챔버(125)의 부피를 감소시키는 방향으로 변형시킨다. 이 때, 인가되는 구동전압(Vp)은 대략 50-90V 정도이다. 이와 같이, 정전구동전압(Ve)이 인가된 상태에서 구동전압(Vp)이 인가되면, 압력 챔버(125) 내의 부피가 감소하여 압력이 증가하므로 노즐(128) 내부의 잉크(129)의 메니스커스(M)가 더욱 볼록하게 변형되면서 돔 형상을 이루게 된다. 이에 따라, 잉크(129)의 메니스커스(M)의 곡률 반경이 줄어들고, 메니스커스(M)의 볼록한 첨단에는 더욱 많은 양전하가 집속된다.
일반적으로 정전기력은 전하량과 전기장의 세기에 비례하며, 전하량 역시 전기장의 세기에 비례한다. 따라서, 정전기력은 전기장의 세기의 제곱에 비례하게 된다. 또한, 전기장의 세기는 메니스커스(M)의 곡률반경에 반비례한다. 따라서, 노즐(128) 단부에서 뾰족하게 돌출된 부분의 잉크에 작용하는 정전기력은 그 부분의 메니스커스(M)의 곡률반경의 제곱에 반비례하게 된다. 이와 같이, 뾰족하게 돌출된 부분의 잉크에 작용하는 정전기력은 커지게 되고, 이에 따라 노즐(128) 중앙부의 메니스커스(M)의 곡률반경은 더욱 줄어들게 되며, 이는 또 다시 상기 정전기력를 더욱 증가시키게 된다. 결국은 뾰족하게 돌출된 부분의 잉크는 노즐(128) 내부의 잉크로부터 떨어져 나와 제2 정전 전극(142) 방향으로 이동하여 인쇄 매체(P) 상에 인쇄된다. 따라서, 매우 미세한 잉크 액적을 토출할 수 있다.
다음으로, 압전 액츄에이터(130)에 인가된 구동전압(Vp)을 제거하고, 이어서 소정 시간 후에 제1 정전 전극(141)과 제2 정전 전극(142) 사이에 인가된 정전구동전압(Ve)을 제거한다. 그러면, 압전 액츄에이터(130)는 원래의 상태로 되돌아 가게 되고, 압력 챔버(125) 내의 압력도 원 상태로 회복되므로, 볼록한 형태의 메니스커스(M)도 원 상태, 즉 상기한 제1단계의 상태로 되돌아 가게 된다.
상기한 구성을 가진 잉크젯 프린팅 장치는, 압전 방식과 정전 방식의 잉크 토출 방식을 함께 채용하므로, 압전 방식의 장점과 정전 방식의 장점을 함께 가질 수 있다. 즉, 압전방식에 의하여 DOD(Drop On Demand) 방식으로 잉크를 토출시킬 수 있어서 프린팅 작업을 제어하기가 용이하고, 정전방식에 의하여 미세 액적을 구현하기가 쉬우며 토출된 잉크 액적의 직진성도 양호하여 정밀 프린팅에 유리하다.
하이브리드방식 잉크젯 헤드(100)가 채용되는 경우에, 잉크토출특성조절방법 및 구동방법은 압전방식 잉크젯 헤드(100)에 적용된 방법과 거의 동일하다. 다만, 제1, 제2구동전압을 인가하는 동안에 제1 정전 전극(141)과 제2 정전 전극(142) 사이에 정전구동전압(Ve)가 인가된다는 점에서만 차이가 있을 뿐이다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예들을 기준으로 본 발명이 설명되었다. 그러나, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 압전방식 잉크젯 프린팅 장치의 일 실시예의 예를 도시한 단면도.
도 2는 제1구동신호의 일 예를 도시한 도면.
도 3은 도 1에 도시된 제1구동신호에 의하여 토출된 잉크 액적의 기준 시간이 경과된 때의 모습을 도시한 도면.
도 4는 체적 균일화를 위하여 인가지속시간이 조절된 제2구동신호의 일 예를 도시한 도면.
도 5는 도 2에 도시된 제2구동신호에 의하여 토출된 잉크 액적의 기준 시간이 경과된 때의 모습을 도시한 도면.
도 6은 도 2에 도시된 제2구동신호의 인가개시타이밍을 변동시킨 모습을 도시한 도면.
도 7은 체적 균일화를 위하여 전압이 조절된 제2구동신호의 일 예를 도시한 도면.
도 8은 도 7에 도시된 제2구동신호에 의한 잉크 액적의 기준 시간이 경과된 때의 모습을 도시한 도면.
도 9는 도 7에 도시된 제2구동신호의 인가개시타이밍을 변동시킨 모습을 도시한 도면.
도 10과 도 11은 체적을 균일화시키는 제1구동신호에 의하여 인쇄 매체에 형성된 잉크 도트의 모습을 도시한 도면.
도 12는 하이브리드방식 잉크젯 프린팅 장치의 일 예를 도시한 도면.
도 13은 도 12에 도시된 하이브리드방식 잉크젯 프린팅 장치를 구동하기 위한 구동신호의 일 예를 도시한 도면.
도 14는 도 13에 도시된 구동신호에 의하여 잉크가 토출되는 과정을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...유로 플레이트 111...제1기판
112...제2기판 113...제3기판
121...잉크 인렛 122,123...매니폴드
124...리스트릭터 125...압력 챔버
126...댐퍼 128...노즐
130...압전 액츄에이터 131...하부 전극
132...압전막 133...상부 전극
135...전원 140...정전기력 인가 유닛
141...제1 정전 전극 142...제2 정전 전극
145...제2전원

Claims (9)

  1. 복수의 노즐로부터 토출되는 복수의 잉크 액적의 체적이 동일하게 되도록, 상기 복수의 노즐에 토출압력을 제공하는 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 구동신호의 전압과 인가지속시간 중 적어도 하나를 조절하는 단계;
    상기 복수의 노즐로부터 토출된 상기 복수의 잉크 액적이 동시에 인쇄 매체에 도달되도록, 상기 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 상기 구동신호의 인가개시타이밍을 변위시키는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성 조절방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동신호의 전압과 인가지속시간 중 적어도 하나를 조절하는 단계는,
    상기 복수의 압전 액추에이터에 동일한 파형의 제1구동신호를 동시에 인가하여 복수의 잉크 액적을 토출시키는 단계;
    기준 위치에 대응되는 기준 시간이 경과된 때에, 상기 토출된 복수의 잉크 액적의 체적을 검출하는 단계;
    상기 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 상기 검출된 체적이 동일한 값이 되도록 상기 제1구동신호의 전압과 인가지속시간 중 적어도 하나를 조절하여 제2구동신호를 결정하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성 조절방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구동신호의 인가개시타이밍을 변위시키는 단계는,
    상기 복수의 압전 액추에이터에 상기 제2구동신호를 동시에 인가하여 복수의 잉크 액적을 토출시키는 단계;
    상기 기준 시간이 경과된 때에 상기 복수의 잉크 액적 각각의 이동거리를 결정하는 단계;
    상기 복수의 잉크 액적 각각의 상기 이동거리를 F, 상기 기준 위치의 상기 복수의 노즐로부터의 거리를 A, 상기 기준 시간을 T, 상기 복수의 압전 액추에이터에 대한 상기 인가개시타이밍의 변위량을 S라 하면, S = T×(A/F-1) 으로 결정하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성 조절방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 기준 위치는 상기 인쇄 매체가 놓여지는 위치인 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성 조절방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1, 제2구동신호를 인가할 때에, 상기 복수의 노즐 내부의 잉크에 정전기력을 가하는 정전전압을 인가하는 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성 조절방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 구동신호의 인가개시타이밍을 변위시키는 단계는,
    상기 복수의 압전 액추에이터에 상기 제2구동신호를 인가하여 이동되는 상기 인쇄 매체에 복수의 잉크 액적을 토출하는 단계;
    상기 복수의 잉크 액적 각각에 대하여 기준 위치로부터의 오프셋량을 결정하는 단계;
    상기 복수의 압전 액추에이터에 각각에 대하여, 상기 오프셋량을 Fb, 상기 인쇄 매체의 이동속도를 Vm, 인가개시타이밍의 변위량을 S라 하면, S = Fb/Vm 로 결정하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성 조절방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 구동신호의 인가개시타이밍을 변위시키는 단계는,
    상기 복수의 압전 액추에이터에 상기 제2구동신호를 인가하여 이동되는 상기 인쇄 매체에 복수의 잉크 액적을 토출하는 단계;
    상기 복수의 잉크 액적 중 어느 하나를 기준으로 하여 다른 잉크 액적의 상기 오프셋 양을 결정하는 단계;
    상기 오프셋량을 Fc, 상기 인쇄 매체의 이동속도를 Vm, 인가개시타이밍의 변위량을 S라 하면, S = Fb/Vm 로 결정하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치의 잉크토출특성 조절방법.
  8. 복수의 노즐로부터 토출되는 복수의 잉크 액적의 체적이 동일하게 되도록, 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 전압과 인가지속시간 중 적어도 하나가 조 절된 구동신호를 결정하고,
    상기 복수의 노즐로부터 토출된 상기 복수의 잉크 액적이 동시에 인쇄 매체에 도달되도록, 상기 복수의 압전 액추에이터 각각에 대하여 상기 결정된 구동신호의 인가개시타이밍을 변위시켜 상기 복수의 압전 액추에이터에 인가하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치의 구동방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 결정된 구동신호와 함께 복수의 노즐 내부의 잉크에 정전기력을 가하는 정전전압을 인가하는 잉크젯 프린팅 장치의 구동방법.
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