KR20120018799A - 모노리식 발광 다이오드 어레이를 사용한 고해상도 이미지 제공 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
개별적으로 어드레싱 가능한 대규모 모노리식 발광 다이오드 어레이를 제조하고, 그러한 다수의 개별적으로 어드레싱 가능한 대규모 모노리식 발광 다이오드어레이를 조립하고, 각각의 발광 다이오드를 제어하고, 광 수용성 표면 상에 투사 광학을 사용하여 초점을 맞출 수 있는 대량의 개별적으로 제어된 발광 다이오드에 필요한 정밀도 및 안정성을 달성하기 위한 방식으로 각 발광 다이오드를 조립하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 추가로 서로 수직인 두 축 방향으로 광 수용성 표면에 상대적으로 이미징 시스템을 이동하여 광 수용성 표면을 노출하는 방법 및 장치가 제공된다.
Description
1. 본 출원은 2009. 5. 14.자로 출원된 미국 임시 출원 61/178,146호 "Method To Obtain High Resolutioin Images On Photoreceptive Materials Using Massive Monolithic Arrays of Light Emitting Diodes"에 대하여 우선권을 주장하며, 그 개시는 전체가 참조로서 본 출원에 결합된다.
본 개시의 실시예들은 다수의 개별적으로 어드레싱 가능한 대규모 모노리식 발광 다이오드(Light Emitting Diodes, LED) 어레이를 사용하여 기판 상에 코팅될 수 있는 광 수용성 물질 상에서 고해상도 이미지의 고속 이미징에 관한 것이다.
다양한 기판 상에 코팅된 광 수용성 물질 상의 고해상도 이미징은 반도체 장치, PCB 및 옵셋 인쇄의 제조와 같은 제조 공정에 사용된다. 그러한 제조 공정에서, 광 수용성 물질은 추가 단계를 수행했을 때 노광 영역과 비노광 영역에서의 광 수용성 물질에서 사용 가능한 차이를 형성하여 원하는 이미지를 생성하도록 하는 방식으로 노광될 수 있다. 이러한 차이는 제조 공정을 진행하는데 사용될 수 있다.
일 예로, 옵셋 인쇄에서 사용된 금속 플레이트는 친수성 영역과 소수성 영역으로 구분된 표면을 가질 수 있다. 이때 플레이트는 물에 노출될 수 있다. 소수성 영역은 물을 밀어내지만, 친수성 영역은 그렇지 않다. 플레이트가 잉크와 접촉할 때, 잉크는 물이 없는 영역으로 끌려 간다. 이런 잉크의 패턴은 종이에 간접적으로 전달되어 인쇄된 페이지를 생성할 수 있다.
이와 같이 기판 상에 이미지를 형성하는 방법은 기판 상의 렌즈를 통해 조명이 비춰진 이미지를 투사하는 것으로부터 레이저 및 복잡한 메커니즘을 사용하여 기판의 표면을 스캔하는 기술까지 수십 년 동안 발전해 왔다. 공지된 이미징 방법들의 공통점은 비용의 관점에서 솔루션이 타당하다면 속도가 제한된다는 것이다.
본 개시의 실시예는 고속이고 비용적으로 효율적인 이미징 방법을 제공한다.
본 개시의 실시예는 광원을 기판의 스펙트럼 민감도에 따라 변경하거나 조절하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 개시에 의한 실시예는 고속 고해상도 이미징을 위해 요구되는 정밀도, 정확도 및 해상도를 제공하는 방식으로 기판상에서 이미징 메커니즘을 전달하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시의 실시예는 추가적으로 전압 및 전류 특성을 사용하여 발광 다이오드의 강도를 제어하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시의 실시예는 또한 전체 이미징 요건에 충족되는 속도로 모노리식 발광 다이오드 어레이에서 각 개별 광을 제어하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시의 실시예에 있어서, 개별적으로 어드레싱 가능한 대규모 모노리식 발광 다이오드 어레이를 제조하고, 그러한 다수의 개별적으로 어드레싱 가능한 대규모 모노리식 발광 다이오드 어레이를 조립하고, 개별 발광 다이오드 각각을 제어하고 광 수용성 표면상에 투사 광학을 사용하여 초점을 맞출 수 있는 대량의 개별적으로 제어된 발광 다이오드에 필요한 정밀도 및 안정성을 달성하기 위한 방식으로 개별 발광 다이오드 각각을 조립하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 추가로 서로 수직인 두 축 방향으로 광 수용성 표면에 상대적으로 개시된 이미징 시스템을 이동함으로써 광 수용성 표면을 노광시키는 방법 및 장치가 제공된다.
여기에 개시된 방법은 본 개시에 의한 실시예에서 고려된 애플리케이션을 위한 이미징 시스템에 요구되는 이미징 속도 및 품질을 야기하는 밀도뿐만 아니라 방법 및 장치에 의해 생성된 픽셀의 정확도를 보장한다.
본 발명은 그 목적 및 효과와 함께 첨부한 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해할 수 있고, 여러 도면들에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 예시적인 실시예에 있어서, 어레이 내의 개별 발광 다이오드의 패턴을 나타낸 도면.
도 2는 예시적인 실시예에 있어서, 대규모 어레이를 형성하는 발광 다이오드의 배치에 대한 구체적인 상부 레이아웃.
도 3은 예시적인 실시예에 있어서, 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB) 상의 어레이 및 제어 구성의 계획도.
도 4는 예시적인 실시예에 있어서, 본딩 패드를 구비한 어레이 및 PCB 상의 본딩 패드의 레이아웃를 나타낸 도면.
도 5는 예시적인 실시예에 있어서, 이미징 조립체의 배치를 나타낸 측면도.
도 6은 예시적인 실시예에 있어서, 2개의 축에 대하여 광 수용성 코팅 물질 및 전달 컴포넌트를 지지하는 장치의 평면도.
도 7은 예시적인 실시예에 있어서, 데이터 및 제어 정보 관리를 설명하는 시스템 블록도.
도 1은 예시적인 실시예에 있어서, 어레이 내의 개별 발광 다이오드의 패턴을 나타낸 도면.
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도 6은 예시적인 실시예에 있어서, 2개의 축에 대하여 광 수용성 코팅 물질 및 전달 컴포넌트를 지지하는 장치의 평면도.
도 7은 예시적인 실시예에 있어서, 데이터 및 제어 정보 관리를 설명하는 시스템 블록도.
본 개시는 다수의 어레이의 조합과 호환되는 바람직하게는 선형인 어레이들을 하나의 대규모 어레이로 제작하기 위하여 발광 다이오드 제조 기술을 적용하는 방법을 기술한다. 더구나 각 어레이는 상이한 수준의 효율성 및 파장을 얻기 위한 상이한 기판 및 공정에 있을 수 있다.
발광 다이오드의 제조는 목표 파장을 얻기 위하여 밴드 갭 에너지를 위한 물질을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예들은 발광 다이오드를 제조하기 위해 사용되는 반도체 기술 또는 방법과 독립적이다. 여기에 제공된 본 개시는 발광 다이오드 제조의 임의의 형태에 적용된다.
반도체 제조 공정에서 고순도의 결정 웨이퍼가 특정 불순물에 노출되어 필요한 장치를 형성하기 위한 상이한 영역들을 형성할 수 있다. 이들 영역의 패턴은 선택적 에칭, 증착 및 확산 공정을 통해 형성될 수 있다. 선택적 에칭은 결정 표면을 광 저항성 물질로 반복 코팅하여 얻을 수 있다. 이 광 저항성 물질은 마스크로 지칭되는 유리 상의 원하는 패턴으로 광 저항성 물질의 민감도에 매칭되는 파장의 광(예를 들어 자외선)을 사용하여 노광될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 발광 다이오드는 교호의 열에서 발광 다이오드가 교호되도록 엇갈림식으로 배치될 수 있다. 인접한 발광 다이오드 사이의 간격으로 인하여 반도체 제조 공정이 용이해 질 수 있다. 인접한 발광 다이오드 사이의 간격은 고해상도 이미징을 위해 어레이를 사용하는데 있어서 어려움을 준다. 인접한 발광 다이오드가 수직 축이 아닌 직교 축에서만 인접하므로 종래의 이미징 방법에서는 어려움이 따른다. 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 방법 및 장치는 인접한 발광 다이오드 구조가 이웃해 보이도록 하여 가상의 대규모 선형 광 어레이를 생성하도록 사용될 수 있다.
도 1은 m x n(여기서 m=n, m은 원하는 LED 소자의 폭이고, n은 원하는 LED 소자의 높이이다) 크기의 정사각 구성으로 설정된 소자를 나타내는 어레이 내의 개별 LED 소자들의 패턴을 도시한다. 일부 실시예들에서, 서로 평행이고 일정한 거리, 바람직하게는 소자의 폭 m의 정수배, 즉 l x m(여기서, l은 0이 아닌 양의 정수이고, m은 치수이다)만큼 이격된 2행의 소자들이 있을 수 있다. 수직의 이격은 소자의 높이(n)와 같을 수 있다. 소자의 개수는 웨이퍼의 크기 및 애플리케이션에 따라 변경될 수 있다.
마스크 세트는 결정 웨이퍼 상에 형성된 장치의 패턴을 정의할 수 있다. 이로써 대규모 어레이의 개별 소자를 형성하며 각각 개별적으로 제어 가능한 발광 다이오드의 패턴이 형성된다. 일부 실시예에 있어서, 개별 LED 소자는 수직 방향(높이)으로 n, 수평 방향(폭)으로 l x m(여기서, l은 0이 아닌 양의 정수)의 거리만큼 이격된 두 열에서 m x n(여기서, m=n)의 치수를 갖는 정사각형으로 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, LED 소자(102a - 102e)는 공간(106b)으로 도시된 바와 같이 수직 거리 n만큼 이격될 수 있다. 수직 거리 n은 106a - 106c에 도시된 바와 같이 LED 소자(102a - 102e)의 높이와 동일할 수 있다. LED 소자(102a - 102e)는 공간(108)으로 도시된 바와 같이 수평 거리 l x m 만큼 이격될 수 있다. 수평 거리 m은 LED 소자(102a - 102e)의 폭(104)과 동일할 수 있다.
예시된 실시예에서, 치수는 m = n = 20 마이크로미터, l = 4이고, 어레이의 소자 개수는 각 어레이에 각각 1024개씩 전체 2048개일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, LED(102a, 102b)는 제1 열에 있는 LED일 수 있고, LED(102c, 102d, 102e)는 제2 열에 있는 LED일 수 있다. 2개의 열에서의 엇갈림 배치로 인해 하나의 열(예를 들어 106b)의 임의의 2개의 LED 소자 사이의 공간으로 인접한 열(106a)의 발광 다이오드와 얼라이닝된다. 이러한 엇갈림 패턴은 웨이퍼의 제조를 용이하게 한다. 전술한 바와 같이, 이는 이미징에 어려움을 줄 수 있다. 일부 실시예에서, 활성화 타이밍은 LED가 속하는 행에 의존할 수 있다. 2개의 행은 광 수용체가 하나의 행에서 광을 보는 방식으로 활성화된다. 이에 대해서는 도 6을 참조하여 이하에서 더 상세히 논의한다.
도 2는 대규모 어레이를 형성하는 발광 다이오드의 배치의 상부 레이아웃의 세부를 나타낸 것이다. 각 열에서의 소자들의 전체수는 제조 공정의 수율 곡선에 의해 결정될 수 있다. 각 다이오드 소자(204)는 본딩 패드 또는 콘택 패드(202)로 라우팅된 도전체(206)를 포함하도록 도시되어 있다. 본딩 패드(202)의 크기는 패키징 기술에 따라 결정될 수 있다.
개별 LED 소자 각각은 그 소자를 전자회로 어셈블리에 와이어 본딩하기 위한 본딩 패드에 연결됨으로써 각 발광 다이오드를 개별적으로 별도로 제어하는 방법을 제공한다. 어레이 내의 소자들의 수는 제조 공정에 의해 제한될 수 있다.
반도체 제조의 현재 기술에 관해 잘 알고 있는 사람에게 있어서 단일 웨이퍼는 그 특징으로 매우 작은 스프레드를 구비한 장치를 생산할 것이다는 것은 명확하다. 웨이퍼의 일부인 발광 다이오드 어레이는 동일한 전류로 동일한 강도의 빛을 방출하는 발광 다이오드를 갖고, 순방향 전류와 역방향 전압 사이의 동일한 관계를 가진다. 어레이의 발광 다이오드는 본 개시에 의한 애플리케이션 요구 조건의 범위 내에서 유사한 빔 구조를 가질 수 있다. 고순도의 반도체 결정 웨이퍼 및 제조 공정의 일관성으로 인하여 발광 다이오드 어레이는 그래픽 예술 및 기타 고품질 고해상도 고정밀 애플리케이션을 위해 요구되는 균질성을 가질 수 있다.
이상에 설명된 배치는 아래에 설명하는 바와 같이 적절히 제어되었을 때 이미지 평면상에 수직 픽셀 라인을 형성한다.
조립체에서 각 어레이의 위치결정은 표준 반도체 마스크 얼라인먼트 기술을 사용하여 얻을 수 있는 고정밀 배치를 필요로 할 수 있다.
예시된 실시예에서 이러한 어레이는 최소 256개의 LED를 포함하고, 웨이퍼의 크기만큼 클 것이다. 웨이퍼의 한계는 이용가능한 결정 웨이퍼 크기에 의해 결정된다. 일부 실시예에서, 이러한 어레이는 각각 1024 개의 발광 다이오드가 있는 2개의 행을 가질 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 PCB(302) 상의 어레이 및 제어 전자회로의 평면도이다.
PCB(302)는 도 3의 블록도에 나타낸 바와 같이 전자회로를 포함할 수 있다. 전자회로는 데이터 및 제어 정보를 원격 소스(예를 들어 데이터 커넥터(304)를 통하여 연결된 컴퓨터)로부터 수신할 수 있다. 예시된 제어 정보는 다른 정보 중에서도 요구되는 광의 강도, 발광 다이오드를 나타내는 테이블 및 순방향 전류에 대한 발광 다이오드의 강도 특성을 포함할 수 있다. 전원 커넥터(306)는 메인 전기 전원 또는 기타 전기 전원에 연결할 수 있다.
데이터 및 제어 정보는 데이터 커넥터(304)를 통해 PCB에 내장된 하나 이상의 회로(예를 들어 필드 게이트 프로그래머블 어레이(Field Gate Programmable Array, FPGA)(308))에 의해 수신될 수 있다. FPGA(308) 또는 다른 회로에 의해 수신된 데이터는 선입선출 방식으로 시프트 레지스터에 전달된 후 구동 전자회로에 전달될 수 있다. 예를 들어, 데이터는 FPGA(308)에 의해 수신된 후 하나 이상의 복합 ㅍ프프로그래머블 논리 소자(Complex Programmable Logic Device, CPLD)(310a, 310b, 310c, 310d)에 전달될 수 있다. CPLD(310a, 310b, 310c, 310d) 각각은 LED 소자의 하위 집합(예를 들어 각 CPLD 당 512개의 발광 다이오드)을 책임질 수 있다. 제어 정보는 하나 이상의 방법 및/또는 컴포넌트를 통해 LED 배열(314) 내의 발광 다이오드에서의 광 강도를 제어하는데 사용될 수 있다. 제어 정보는 타이밍 및 제어 전자회로를 위한 파라미터를 설정하는데 사용될 수 있다.
어레이 내의 발광 다이오드는 하나의 웨이퍼 상에 동시에 형성되므로, 전류에 대한 광 강도의 관계는 본 개시에 의해 시각화된 애플리케이션에서 수용할 수 있을 정도의 변동 범위 내에 있을 수 있다. 따라서 일부 실시예에서 하나의 모노리식 어레이 내의 발광 다이오드의 광 강도를 제어하기 위해 프로그래머블 전압 소스(예를 들어 프로그래머블 전압 소스(Programmable Voltage Source, PVS)(312))가 사용될 수 있다. 프로그래머블 전압 소스를 사용하여 발광 다이오드에 가해진 전압을 변경함으로써 어레이 내의 다이오드로의 전류가 변할 수 있고 이로써 다이오드 방출 강도를 변경할 수 있다. 구동 전자회로는 어레이에 대한 전류 대 광 강도의 관계를 보유하는 저장소를 포함할 수 있다(예를 들어 전력의 이용가능성과 관계없이 그 내용을 유지하는 프로세서 비휘발성 메모리와 같은 비휘발성 전자 저장소). 일부 실시예에서, CPLD(310a, 310b, 310c, 310d)는 발광 다이오드 장치들의 하나 이상의 하위 집합을 위해 전류대비 광 강도 비율 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어 CPLD(310a)는 어레이의 LED 소자(0 - 511)를 위한 전류대비 광 강도 데이터를 저장 및 사용할 수 있고, CPLD(310b)는 어레이의 LED 소자(512 - 1023)에 대한 전류대비 광 강도 데이터를 저장 및 사용할 수 있고, CPLD(310c)는 어레이의 LED 소자(1024 - 1535)에 대한 전류대비 광 강도 데이터를 저장 및 사용할 수 있으며, CPLD(310d)는 어레이의 LED 소자(1536 - 2048)에 대한 전류대비 광 강도 데이터를 저장 및 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 강도 제어는 전술한 바와 같이 밀집된 어레이를 형성하기 위한 2개 이상의 발광 다이오드 어레이에서 동일한 강도를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
각 개별 LED 소자에서 광 강도를 제어하는 것은 각 LED 소자를 통과하는 전류의 펄스 폭 변조를 사용하여 달성될 수 있다. 펄스 폭 변조는 내장된 프로세서의 부분일 수 있는 비휘발성 메모리 내의 데이터 테이블을 사용하여 달성할 수 있다. 데이터 테이블은 광 강도가 장치 내에 설치된 집적 전력 센서(예를 들어 광 수용체)에 의해 측정될 수 있는 초기 캘리브레이션 주기 동안 형성될 수 있다.
어레이의 소자를 캘리브레이션 하기 위해 각 LED 소자는 한번에 하나씩 켜질 수 있고, 전력 센서로부터의 판독이 달성될 수 있다. 전력 센서로부터의 판독은 비휘발성 메모리에 저장될 수 있다. 이들 값은, 각 소자마다 하나씩 비균일성을 보정하기 위하여 필요한 펄스 폭 변조주기를 계산하는데 사용될 수 있다. 이 데이터가 적절한 제어 전자회로에 전달되어 발광 다이오드가 켜졌을 때 비휘발성 메모리로부터 제어 전자회로(예를 들어 CPLD)로 전달된 펄스 폭 정의에 따라 꺼질 수 있다. 상이한 광 수용체는 강도에 대한 상이한 민감도를 가지므로, 일측 또는 양측의 방법이 광 강도에 대하여 원하는 균일성을 얻기 위해 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 발광 다이오드 어레이로부터 광을 캡쳐하는 효율을 증가시키기 위하여 마이크로 렌즈의 어레이가 사용될 수 있다. 하나 이상의 실시예의 또 다른 변형에서, 각 CPLD(Complex Programmable Logic Device)에서 고차원의 드라이버를 사용할 수 있다. 하나 이상의 실시예는 각 발광 다이오드의 특정 전류 제어를 구동하기 위해 특화된 아날로그 집적 회로를 사용할 수 있다.
도 4는 본딩 패드를 구비한 어레이와 PCB 상의 본딩 패드의 레이아웃을 도시한다. 일부 실시예에서, 도 4에 도시된 이미징 시스템은 광 수용성 표면에 2048개의 점을 이미징할 수 있다. 다른 실시예에서 이 숫자는 k(k는 증감될 수 있음)의 배수만큼 증가할 수 있다. 도시된 바와 같이 k는 1과 같을 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, PCB(408)는 발광 다이오드(204a - 204n)를 포함할 수 있다. LED는 커넥터에 의해 본딩 패드(202a, 202b, 202c, 202d)에 연결될 수 있다. 본딩 패드(202a)는 본딩 패드(402a)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 본딩 패드(202b)는 본딩 패드(402b)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 본딩 패드(202c)는 본딩 패드(402c)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 본딩 패드(202n)는 본딩 패드(402n)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 전자회로(404)는 본딩 패드(402a) 및 본딩 패드(402c)에 연결될 수 있다. 전자회로(406)는 본딩 패드(402b, 402n)에 연결될 수 있다.
도 5는 이미징 조립체(502)의 측면 배치도를 나타낸다. 발광 다이오드 어레이(514)는 전자회로(506, 510)를 포함하는 PCB를 또한 포함할 수 있는 구리 블록(522)에 장착될 수 있다. 이 조립체는 일단에 투사 렌즈(516)가 설치된 알루미늄 또는 구리 하우징(504) 내에 포함될 수 있다. 하우징(504)은 공기를 대체하는 불활성 기체로 밀봉될 수 있다. 하우징의 외부에 전력, 데이터 및 제어 신호를 위한 배출구(예를 들어, 배출구(512))가 제공된다. 액체 냉각이 필요한 경우 추가 배출구가 제공될 수 있다.
개별적으로 어드레싱 가능한 대규모 발광 다이오드 어레이(514)는 구리 베이스(522)에 장착될 수 있다. 구리 베이스(522)는 펠티어(Peltier) 냉각기(524)에 장착되어 장치에 대한 열관리를 제공할 수 있다. 펠티어 냉각기(524)는 전자회로, 열 센서 및 펠티어 냉각기 자체를 포함하는 피드백 루프에 의해 제어될 수 있다. 개별적으로 어드레싱 가능한 대규모 발광 다이오드 어레이(514)는 발광 다이오드 방출을 렌즈(516)를 통해 이미징 표면(518)에 투사할 수 있다. 다양한 이미징 비율이 사용될 수 있다. 도 5의 광축(520)에 의해 설명된 바와 같이 예시된 실시예에서 일대일 비율이 사용될 수 있다. 비록 단일 컴플렉스 렌즈가 기술되었으나, 하나 이상의 실시예에서 다수의 마이크로 렌즈가 제공될 수 있다(예를 들어 렌즈 어레이 및/또는 각 LED 소자 당 렌즈).
도 6은 두 축에 대한 광 수용성 코팅 물질 및 전송 컴포넌트를 지지하기 위한 장치의 평면도를 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이 이미징 장치(600)는 이미징 표면(620) 상부에 렌즈(604)와 하우징(606)을 포함하는 이미징 조립체(602)를 지지할 수 있는 지지부(612a, 612b)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이미징 어셈블리(602)는 도 5를 참조하여 전술한 바와 같은 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다(예를 들어 개별적으로 어드레싱 가능한 대규모 발광 다이오드 어레이(514)). 이미징 조립체(602)에 포함된 어레이는 이미징 표면(620) 및 렌즈(604)에 평행할 수 있다. 이미징 조립체(602)는 레일(624)에 장착되어 X 축을 따라 이동할 수 있다. 인코더 스트립(610)은 레일(624) 상의 이미징 조립체(602)의 동작 영역을 가로질러 움직일 수 있다. 인코더 스트립(610)은 인코더 판독 헤드(608)에 X 축 위치 지시기(예를 들어 자기, 광학 등)를 제공할 수 있다. 이미징 조립체(602)는 하나 이상의 서보 기계 장치(예를 들어 선형 모터)에 의해 레일(624)을 따라 이동할 수 있다. 도 6에 더 도시된 바와 같이, 614a, 614b는 선형 레일(626a) 내의 베어링일 수 있다. 선형 레일(626b)은 베어링(614c, 614d)을 포함할 수 있다. 선형 레일(626a, 626b)은 이미징 조립체(602)의 Y축에 따른 이동을 허용할 수 있다. 인코더 판독 헤드(616)는 인코더 스트립(618)으로부터 Y축 위치 지시기를 수신할 수 있다.
투사 렌즈(604)는 바람직한 어드레스 지정능력(addressability) 및 해상도를 얻기 위해 이미지를 원하는 축도로 투사할 수 있다. 일부 실시예에서, 이미징 표면(620)은 이미징 표면을 딱딱하게 하여 이미징을 용이하게 하는 진공 시스템의 일부일 수 있다.
이미징 조립체는 광 수용성 물질 및 그 기판이 평면 테이블(예를 들어 이미징 표면(620))에 위치한 상태에서 도 6에 도시된 바와 같은 2축 운동 시스템 상에 장착될 수 있다. 본 실시예에서, 광 수용성 물질은 움직이지 않을 수 있고, 이미징 시스템은 2 축으로 움직일 수 있다. 해당 기술에서 제1 스캔으로 지칭되는 제1 움직임은 광 수용성 물질을 가로지를 수 있고, 느린 스캔으로도 지칭되는 제2 움직임은 제1 움직임에 수직일 수 있으며, 이후 이미징 시스템은 방향을 반전시킬 수 있다. 각 고속 스캔은 이미징 시스템이 광 수용성 물질 상을 완전히 가로질러 움직이도록 하고 이미징 시스템은 일 스캔의 마지막 LED 소자가 제2 스캔의 첫번째 소자에 인접하도록 필요한 길이만큼 수직으로 정확하게 이동할 수 있다. 이 정확도는 전술한 선형 운동 시스템에 의해 달성된다. 스캔 사이의 발광 다이오드의 인접성은 스캔 내의 발광 다이오드의 인접성과 같을 수 있다.
2축 운동 시스템은 양축에 고해상도 인코더와 DC 선형 모터를 가진 2축 서보 시스템에 의해 발광 다이오드를 제어할 수 있다. 선형 운동 시스템은 발광 다이오드의 고속 제어뿐만 아니라 가속 및 고해상도가 가능하다. 이러한 속성은 바람직한 실시예를 위한 애플리케이션에 사용하는 고품질 이미징 시스템을 제공할 수 있다.
광 수용성 물질을 가로지르는 이미징 시스템의 움직임 도중에 발광 다이오드는 CPLD에 저장된 데이터를 통해 활성화될 수 있다. 활성화 타이밍은 발광 다이오드가 속하는 행에 의존할 수 있다. 전체 시스템을 커미셔닝하는 것의 초기 단계 동안에 소프트웨어가 각 어레이의 두 행의 발광 다이오드를 활성화하는 관계를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 이 소프트웨어는 광 수용체가 하나의 행에서 광을 보는 방식으로 2개의 행이 활성화되는 것을 보장하는 신호를 구동하기 위해 선형 모터의 선형 인코더로부터의 인코더 신호를 사용할 수 있다. 이는 특정 열이 이미징 표면의 동일한 지점에 있을 때 각각의 점호가 발생하도록 어레이에서 2개의 열의 발광 다이오드를 상이한 시간에 점호함으로써 달성될 수 있다.
고속 스캔이 그 이동의 마지막에 도착하면, 서보 시스템은 제1 스캔 메커니즘을 수직으로 진행시키면서 움직임의 방향을 반전할 수 있다(예를 들어, 정확히 p*q*r(여기서, p는 발광 다이오드 어레이에서 소자의 수, q는 광 수용체 상의 투사된 소자의 피치, r은 이미징 조립체 내의 발광 다이오드 어레이의 수)과 동일한 거리만큼). 하나 이상의 실시예에서, 특정 애플리케이션, 신문 애플리케이션을 위한 광 폴리머 플레이트 상에서의 이미징을 위한 거리는 2048*20*4=163840 마이크로미터 또는 163.84 mm일 수 있다.
고속 스캔의 회수는 광 수용성 물질의 전체 길이 및 연속 고속 스캔 사이의 수직 거리의 비에 의존할 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예에서, 데이터 및 제어 정보 관리를 설명하는 시스템 블록도이다. 데이터 및 제어 정보는 이미징될 래스터 이미지를 생성할 수 있는 외부 소스로부터 데이터 송수신 프로세서(704)에서 수신될 수 있다. 이 데이터는 하나의 데이터가 시프트되어 나가고 다음 데이터가 시프트되어 들어오도록 데이터를 버퍼링할 수 있는 FIFO 시프트 레지스터(708a, 708b, 708c, 708d)에 전송될 수 있다. 제어 정보는 전압 소스(706)의 전압을 설정하고, 타이밍 및 제어 시스템(702)을 위한 온도 및 변수를 설정하기 위해 사용될 수 있다. 타이밍 및 제어 시스템(702)은 XY 운동 시스템으로부터의 인코더 신호뿐만 아니라 변수 세트에 응답한다. 드라이버(710)는 이미징 조립체가 인코더에 상대적으로 이동함에 따라 활성화되는데, 이는 이미징 조립체의 물리적 위치, 이미징 베드 상의 광 수용체에 관한 발광 다이오드 어레이 소자(712)의 위치를 나타낸다. 전압 소스(706)가 드라이버(710d)에 연결된 것으로 묘사되어 있으나, 전압 소스(706)는 모든 드라이버(710)(예를 들어, 710a, 710b, 710c, 710d)에 연결될 수 있다.
여기에 설명된 소프트웨어는 예를 들어 CD(Compact Disc), DVD(Digital Versatile Disc), 플로피디스크, 하드드라이브, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 기타 물리적 소프트웨어 저장 매체 및 그 조합과 같은 하나 이상의 물리적 매체에 구현될 수 있음에 주목해야 한다. 또한 도면은 다양한 컴포넌트들을 별개로 도시한다. 다양한 컴포넌트에서 수행되는 것으로 설명된 기능은 다른 컴포넌트에서 수행될 수 있고, 다양한 컴포넌트는 결합 또는 분리될 수 있다. 다른 변형도 가능하다.
전술한 설명에서, 다양한 바람직한 실시예들이 첨부한 도면을 참조로 설명되었다. 그러나 이하의 청구항에 규정된 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있고, 추가의 실시예들이 구현될 수 있다. 따라서 상세한 설명 및 도면은 제한을 위한 것이 아니라 설명을 위한 것으로 간주되어야 한다.
Claims (27)
- 고해상도 이미지를 제공하는 방법에 있어서:
개별적으로 어드레싱 가능한 발광 다이오드 어레이를 제공하는 단계로서, 상기 어레이는 웨이퍼로부터 제조되는 단계;
상기 발광 다이오드 각각의 강도를 결정하는 단계; 및
상기 발광 다이오드 각각의 결정된 강도를 사용하여 광 수용체 상에 고해상도 이미지를 형성하기 위해 발광 다이오드 방출을 제어하는 단계
를 포함하는 고해상도 이미지 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 발광 다이오드 방출을 제어하는 단계는 상기 발광 다이오드 각각의 측정된 강도에 기초하여 상기 발광 다이오드 각각의 펄스 폭 변조 주기를 계산하는 단계로서, 상기 계산된 펄스 폭 변주 주기는 상기 발광 다이오드 중 하나 이상의 불균일성을 보정하도록 구성되는 단계를 포함하는 것인 고해상도 이미지 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 발광 다이오드 각각에 대해 상기 계산된 펄스 폭 변조 주기를 저장하는 단계를 더 포함하는 고해상도 이미지 제공 방법. - 제1항에 있어서,
프로그래머블 전압 소스를 사용하여 상기 어레이의 발광 다이오드의 강도를 제어하여 상기 어레이에 제공되는 전압을 조절하는 단계로서, 상기 전압의 조절은 상기 어레이의 상기 발광 다이오드로의 전류의 제어 및 상기 발광 다이오드 방출의 강도의 제어를 제공하는 단계를 더 포함하는 고해상도 이미지 제공 방법. - 제1항에 있어서,
제1 인코더 판독 헤드 및 제1 인코더 스트립을 사용하여 X축에서 이미징 표면 상에 상기 어레이를 유지하는 조립체의 움직임을 조절하는 단계로서, 상기 제1 인코더 판독 헤드의 이동은 X축을 따라 상기 어레이의 이동과 동기화되고 상기 제1 인코더 스트립은 상기 제1 인코더 판독 헤드에 X축 위치 지시자를 제공하는 단계; 및
제2 인코더 판독 헤드 및 제2 인코더 스트립을 사용하여 Y축에서 이미징 표면 상에 상기 어레이를 유지하는 상기 조립체의 움직임을 조절하는 단계로서, 상기 제2 인코더 판독 헤드의 이동은 Y축을 따라 상기 어레이의 이동과 동기화되고 상기 제2 인코더 스트립은 상기 제2 인코더 판독 헤드에 Y축 위치 지시자를 제공하는 단계
를 더 포함하고,
상기 X축 위치 지시자 및 상기 Y축 위치 지시자는 고해상도 이미징을 허용하도록 상기 이미징 표면 상에서 상기 어레이의 위치 제어를 제공하는 것인 고해상도 이미지 제공 방법. - 제5항에 있어서,
상기 X축 위치 지시자 및 상기 Y축 위치 지시자는 상기 어레이의 개별 발광 다이오드의 방출 타이밍을 계산하는데 사용되는 것인 고해상도 이미지 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 발광 다이오드 각각의 강도를 결정하는 단계는 집적 전력 센서를 사용하여 상기 발광 다이오드 각각의 강도를 측정하는 단계를 포함하는 것인 고해상도 이미지 제공 방법. - 제7항에 있어서,
상기 집적 전력 센서는 광 수용체인 것인 고해상도 이미지 제공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 어레이는 다수의 LED 평행 열을 포함하는 것인 고해상도 이미지 제공 방법. - 제9항에 있어서,
상기 발광 다이오드의 열은 웨이퍼 상에 엇갈림 패턴으로 배치되어 제1 열에서의 임의의 2개의 발광 다이오드 사이의 공간은 인접한 제2 열의 발광 다이오드와 얼라이닝되고, 상기 엇갈림 패턴은 상기 웨이퍼의 제조를 용이하게 하는 것인 고해상도 이미지 제공 방법. - 제10항에 있어서, 발광 다이오드의 상기 제1 열 및 발광 다이오드의 상기 제2 열의 상기 방출의 타이밍 및 위치는 발광 다이오드의 상기 제1 열 및 상기 제2 열과 마주보는 광 수용체에 발광 다이오드의 양측 열의 방출이 하나의 열로 나타나도록 하는 것인 고해상도 이미지 제공 방법.
- 고해상도 이미지를 제공하는 장치에 있어서:
개별적으로 어드레싱 가능한 발광 다이오드 어레이로서 웨이퍼로부터 제조되는 어레이;
상기 발광 다이오드 각각의 강도를 결정하도록 설정된 집적 전력 센서;
광 수용체 상에 고해상도 이미지를 형성하기 위해 상기 발광 다이오드 각각의 결정된 강도를 사용하여 발광 다이오드을 제어하는 전자 제어기
를 포함하는 고해상도 이미지 제공 장치. - 제12항에 있어서,
상기 발광 다이오드 각각의 측정된 강도에 기초하여 상기 발광 다이오드 각각의 펄스 폭 변조 주기를 계산하도록 구성된 컴퓨터 프로세서를 더 포함하고,
상기 계산된 펄스 폭 변주 주기는 상기 발광 다이오드 중 하나 이상의 불균일성을 보정하도록 구성되는 것인 고해상도 이미지 제공 장치. - 제12항에 있어서,
상기 발광 다이오드 각각에 대해 계산된 펄스 폭 변주 주기를 저장하기 위한 전자 저장소를 더 포함하는 고해상도 이미지 제공 장치. - 제12항에 있어서,
상기 어레이의 발광 다이오드의 강도를 제어하고 상기 어레이에 제공되는 전압을 조절하는 프로그래머블 전압 소스를 더 포함하고,
상기 전압의 조절은 상기 어레이의 상기 발광 다이오드로의 전류의 제어 및 상기 발광 다이오드 방출의 강도의 제어를 제공하는 고해상도 이미지 제공 장치. - 제12항에 있어서,
X축에서 이미징 표면 상에 상기 어레이를 유지하는 조립체의 움직임을 조절하는 제1 인코더 판독 헤드 및 제1 인코더 스트립;
Y축에서 이미징 표면상에 상기 어레이를 지지하는 상기 조립체의 이동을 조절하는 제2 인코더 판독 헤드 및 제2 인코더 스트립; 및
고해상도 이미징을 허용하기 위해 상기 X축 위치 지시자 및 상기 Y축 위치 지시자를 사용하여 상기 이미징 표면 상에서의 상기 어레이의 위치결정 제어를 제공하도록 구성된 프로세서
를 더 포함하고,
상기 제1 인코더 판독 헤드의 이동은 X축을 따라 상기 어레이의 이동과 동기화되고 상기 제1 인코더 스트립은 상기 제1 인코더 판독 헤드에 X축 위치 지시자를 제공하며,
상기 제2 인코더 판독 헤드의 이동은 Y축을 따라 상기 어레이의 이동과 동기화되고 상기 제2 인코더 스트립은 상기 제2 인코더 판독 헤드에 Y축 위치 지시자를 제공하는 것인 고해상도 이미지 제공 장치. - 제16항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 X축 위치 지시자 및 상기 Y축 위치 지시자는 상기 어레이의 개별 발광 다이오드의 방출 타이밍을 계산하는데 사용되는 것인 고해상도 이미지 제공 장치. - 제16항에 있어서,
상기 어레이를 유지하는 상기 조립체를 상기 이미징 표면 상에서 X축을 따라 이동시키는 제1 선형 모터; 및
상기 어레이를 유지하는 상기 조립체를 상기 이미징 표면 상에서 Y축을 따라 이동시키는 제2 선형 모터
를 더 포함하고,
상기 선형 모터들은 컴퓨터 프로세서에 의해 제어되는 것인 고해상도 이미지 제공 장치. - 제12항에 있어서,
상기 어레이는 교체 가능한 어레이인 것인 고해상도 이미지 제공 장치. - 제12항에 있어서,
상기 집적 전력 센서는 상기 어레이의 교체, 상기 발광 다이오드의 강도의 주기적인 재캘리브레이션(recalibration) 및 이미징 품질의 열화 검출 중 적어도 하나에 기초하여 상기 발광 다이오드 각각의 방출을 캘리브레이팅하기 위하여 상기 발광 다이오드 각각의 강도를 결정하기 위해 사용되는 것인 고해상도 이미지 제공 장치. - 제12항에 있어서,
상기 발광 다이오드로부터의 광을 모으도록 구성된 다수의 마이크로 렌즈를 더 포함하는 고해상도 이미지 제공 장치. - 제12항에 있어서,
개별적으로 어드레싱 가능한 발광 다이오드의 제2 어레이를 더 포함하고,
상기 제2 어레이는 제2 웨이퍼로부터 제조되는 것인 고해상도 이미지 제공 장치. - 제12항에 있어서,
상기 전자 제어기는 복합 프로그래머블 논리 소자(Complex Programmable Logic Device, CPLD)를 포함하는 것인 고해상도 이미지 제공 장치. - 제12항에 있어서,
개별적으로 어드레싱 가능한 하나 이상의 추가 발광 다이오드 어레이; 및
이미징 표면 상에 다수의 어레이를 유지하는 조립체
를 더 포함하고,
상기 추가 어레이는 각각의 추가 어레이를 위한 추가 웨이퍼로부터 제조되며,
상기 조립체는 세라믹 기판에 상기 다수의 어레이를 장착하고, 상기 세라믹 기판은 상기 어레이의 작동 동안에 상기 다수의 어레이의 크기의 변동에 관련된 온도를 감소시키도록 구성된 것인 고해상도 이미지 제공 장치. - 제12항에 있어서,
개별적으로 어드레싱 가능한 하나 이상의 추가 발광 다이오드 어레이;
폐쇄 루프 시스템으로 구성된 설정된 펠티어(Peltier) 냉각기로서, 상기 어레이들의 동작 작동 동안에 상기 다수의 어레이의 크기의 변동에 관련된 온도를 감소시키도록 구성된 펠티어 냉각기; 및
이미징 표면 상에 다수의 어레이를 유지하는 조립체
를 더 포함하고,
상기 추가 어레이는 각 추가 어레이를 위한 추가 웨이퍼로부터 제조되며,
상기 조립체는 구리 베이스에 상기 다수의 어레이를 장착하고, 상기 구리 베이스는 상기 펠티어 냉각기 상에 장착되는 것인 고해상도 이미지 제공 장치. - 제25항에 있어서,
상기 조립체를 유지하는 하우징 및 상기 이미징 표면 상의 적어도 하나의 렌즈를 더 포함하고,
상기 조립체는 불활성 기체로 채워져 밀봉된 것인 고해상도 이미지 제공 장치. - 제25항에 있어서,
상이한 어레이가 상이한 파장을 방출하는 LED를 포함하도록 구성된 고해상도 이미지 제공 장치.
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