KR20120114578A - 잉크젯 장치 - Google Patents

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KR20120114578A
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양기섭
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김낙원
유태상
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Abstract

잉크젯 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 장치는 제팅 대상 기판이 안착되는 스테이지와, 상기 스테이지의 상부에 위치하여 상기 제팅 대상 기판으로 잉크를 분사하는 다수의 노즐을 구비한 노즐 헤드와, 상기 다수의 노즐에 대응되며 상기 다수의 노즐 각각에 잉크를 제공하는 다수의 잉크 공급부 및 상기 다수의 노즐에 대응되는 다수의 노즐 제어부를 구비하며 상기 다수의 노즐에 의해 상기 제팅 대상 기판으로 분사되는 잉크의 량을 제어하는 피에조(Piezo) 신호를 생성하는 다수의 제어부를 포함하고, 상기 다수의 제어부 각각에서 생성된 피에조(Piezo) 신호는 서로 상이한 파형을 갖고 상기 상이한 피에조(Piezo) 신호에 따라 상기 제팅 대상 기판에 분사된 잉크의 량이 랜덤화된다.

Description

잉크젯 장치{INK-JETTING APPARTUS}
본 발명은 잉크젯 장치에 관한 것으로, 특히 공정상에 발생하는 얼룩 불량을 최소화할 수 있는 잉크젯 장치에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display device, LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판표시장치 중 하나로서, 전계 생성 전극이 형성되어 있는 박막트랜지스터 표시판과 컬러필터 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정분자들을 재배열시킴으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하는 표시장치이다.
이러한 액정표시장치에서 색상을 구현하기 위한 컬러필터는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 미세 패턴으로 구성되어 있으며, 이를 형성하는 방법으로는 인쇄방식, 전착 방식, 안료 분산 방식, 잉크젯 방식 등이 있다.
이 중, 인쇄방식은 적색, 녹색 및 청색 잉크를 인쇄판에 도포하고 인쇄함으로써 컬러필터를 형성하는 방법으로, 종래에는 많이 이용되었지만 정교성이 떨어지고 대면적 액정표시장치에는 적용하기 곤란하다는 한계가 있다.
최근에는 미세 패턴의 구현성이 우수하고 제조 방법이 비교적 용이한 안료 분산 방식이 보편적으로 채용되고 있다.
안료 분산 방식은 포토레지스트에 분산된 안료 조성물을 코팅, 노광, 현상 및 경화함으로써 컬러필터를 제조하는 방법이다. 구체적으로, 절연 기판 위에 크롬 금속, 유기물 등의 블랙 매트릭스 물질을 코팅한 다음, 포토리소그래피 공정을 이용하여 블랙 매트릭스 패턴을 형성한다. 이어서, 적색 컬러 필터용 조성물을 코팅하고 포토 마스크를 이용하여 소정 영역만 노광한 다음, 이를 현상하여 적색 컬러필터층(R)을 형성한다. 그 다음, 적색 컬러 필터용 조성물 대신, 녹색 및 청색 컬러필터용 조성물을 이용하여 상기 과정을 반복하여 녹색 컬러 필터층(G) 및 청색 컬러 필터층(B)을 각각 형성한 후, 이를 경화하는 공정을 포함한다.
이러한 안료 분산 방식은 컬러필터의 정교성과 재현성 측면에서는 우수하지만, 화소를 형성하기 위하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 각각 코팅, 노광, 현상 및 경화하는 과정을 요고하기 때문에 제조 공정 라인이 너무 길어지는 문제점이 있다.
이 경우, 제조 시간 및 비용 측면에서 불리할 뿐만 아니라, 상기 제조 공정 중에 제어인자가 많아짐에 따라 수율 관리에도 어려움이 있다. 또한, 최근 모니터, TV 등에서 높은 색 재현률이 요구됨에 따라 코팅막을 크게 하여야 하는 등 실제 생산 공정에서 적용하는데 한계가 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 잉크젯 프린팅(ink-jet printing) 방식이 제안되었다. 잉크젯 프린팅은 잉크젯 헤드(ink-jet head)를 사용하여 액체 잉크를 유리기판 상에 분사시켜 프린팅하는 방식으로, 삼색의 안료(R, G, B)를 포함하는 잉크를 기판 상에 분사하여 각각의 잉크가 착색된 이미지 부분을 구현하는 기술이다. 이러한 잉크젯 프린팅 방식을 이용하는 경우, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)이 한번에 착색되는 화소를 형성할 수 있어서, 공정 시간 및 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.
잉크젯 방식은 크게 버블젯(Bubble jet) 방식과 피에조(Piezo) 방식으로 나눌 수 있다. 버블젯 방식(Bubble jet) 방식은 전기 열판에 전기를 가하여 산소 거품을 발생시키고 상기 산소 거품이 잉크를 밀어내어 프린팅하는 방식이며, 피에조(Piezo) 방식은 세라믹 압전소자를 이용하여 전기를 가하고 여기서 발생한 압력을 이용하여 잉크를 밀어내어 프린팅하는 방식이다.
잉크젯을 이용하여 컬러필터를 형성하는 경우, 액정표시패널 전체에 대하여 균일한 색표현을 하기 위해서는 잉크젯 노즐을 통하여 분사되는 잉크량이 모든 단위 화소부에 대하여 일정하여야 한다.
특히, 피에조(Piezo) 방식을 이용한 잉크젯 방식에서 제어부는 동일 전압 및 동일한 펄스를 갖는 피에조(Piezo) 신호를 잉크젯 노즐에 전달한다. 이로 인해, 상기 잉크젯 노즐은 모든 단위 화소부에 동일한 잉크량을 분사하게 된다.
액정표시장치가 대형화됨에 따라 공정 시간을 감소하기 위해 복수의 잉크젯 노즐이 사용된다. 상기 복수의 잉크젯 노즐을 사용하여 액정표시패널에 잉크를 분사할 경우, 패턴 간의 거리에 의해 상기 잉크젯 노즐의 헤드 각도를 일정 각도로 기울게 조절한다.
서로 인접한 제1 및 제2 잉크젯 노즐의 기울어진 각도에 의해 상기 제1 및 제2 잉크젯 노즐과 대응되는 단위 화소부에 잉크를 분사하는 타이밍 차이가 발생하게 된다.
이러한 타이밍 차이로 인해 상기 제1 및 제2 잉크젯 노즐과 대응되는 단위 화소부에 분사되는 잉크량에 차이가 발생하게 되고, 이러한 잉크량 차이는 얼룩으로 인식되기 때문에 제품의 신뢰성이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명은 얼룩을 최소화하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 잉크젯 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 장치는 제팅 대상 기판이 안착되는 스테이지와, 상기 스테이지의 상부에 위치하여 상기 제팅 대상 기판으로 잉크를 분사하는 다수의 노즐을 구비한 노즐 헤드와, 상기 다수의 노즐에 대응되며 상기 다수의 노즐 각각에 잉크를 제공하는 다수의 잉크 공급부 및 상기 다수의 노즐에 대응되는 다수의 노즐 제어부를 구비하며 상기 다수의 노즐에 의해 상기 제팅 대상 기판으로 분사되는 잉크의 량을 제어하는 피에조(Piezo) 신호를 생성하는 다수의 제어부를 포함하고, 상기 다수의 제어부 각각에서 생성된 피에조(Piezo) 신호는 서로 상이한 파형을 갖고 상기 상이한 피에조(Piezo) 신호에 따라 상기 제팅 대상 기판에 분사된 잉크의 량이 랜덤화된다.
본 발명에 따른 잉크젯 장치는 하나의 단위 면적을 따라 잉크를 분사하는 노즐에 인가되는 피에조(Piezo) 신호를 랜덤화시켜 모든 단위 면적에 분사되는 잉크량을 일정하게 유지하여 잉크량의 차이에 따라 발생하는 얼룩을 최소화시켜 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 잉크젯 장치의 노즐 헤드를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 잉크젯 장치를 제어하는 제어부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a는 제1 노즐에 제공되는 피에조(Piezo) 파형을 나타낸 도면이다.
도 4b는 도 2a의 제1 및 제2 노즐에 의해 제팅 대상 기판에 분사된 잉크의 량을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 잉크젯 장치의 노즐 헤드를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 잉크젯 장치(1)는 제팅 유닛(2)과, 잉크젯 유닛(2)에 가스를 공급하는 가스 공급 유닛(3)을 포함한다. 상기 제팅 유닛(2)은 베이스부(10)와, 스테이지(21)와, 노즐 헤드(42) 등을 포함한다. 상기 스테이지(21)와 노즐 헤드(42)는 서로 직교하는 방향으로 이동하며, 각각 스테이지 구동부(81)와 노즐 헤드 구동부(82)에 연결되어 있다. 가스 공급 유닛(3)은 보조 가스 공급부(51)와, 가스 배관(61 ~ 64)과, 가스공급원 선택부(71)와, 압력조절부(72) 등을 포함한다.
상기 제팅 유닛(2)의 베이스부(10)는 직사각형 형상으로 마련되어 있으며 스테이지 이동방향으로 연장되어 있다. 상기 베이스부(10)의 상부에는 레일부(13)가 마련되어 있으며 상기 스테이지(21)는 레일부(13)를 따라 왕복 운동한다.
상기 베이스부(10)는 4개의 지지기둥(11)으로 지지되어 있으며, 상기 베이스부(10)와 각 지지기둥(11) 사이에는 수평유지부(12)가 위치하고 있다.
상기 스테이지(21)가 상기 레일부(13)를 따라 이동하면 지지기둥(11) 각 부분에 가해지는 하중이 달라져 베이스부(10)의 수평이 유지되지 않을 수 있다. 상기 베이스부(10)의 수평이 유지되지 않으면 스테이지(21) 및 잉크 젯 대상 기판(101)의 수평이 유지되지 않는다.
잉크 젯팅은 제팅 대상 기판(101)과 노즐(43)이 매우 근접한 상태에서 이루어진다. 상기 제팅 대상 기판(101)의 수평이 유지되지 않으면 제팅 대상 기판(101)과 노즐(43) 사이의 간격이 불균일해져 품질이 저하된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 수평유지부(12)는 가스공급원선택부(71)에서 선택된 가스를 공급받아 베이스부(10)의 수평을 유지한다.
상기 스테이지(21)는 레일부(13)를 따라 왕복운동하며 제팅 대상 기판(101)은 상기 스테이지(21)에 안착되어 이동한다. 상기 스테이지(21)는 왕복운동을 위해 스테이지 구동부(81)에 연결되어 있다.
상기 스테이지(21) 상부에는 헤드 본체(41)를 지지하기 위한 지지본체(31)가 마련되어 있다. 상기 헤드 본체(41)에는 복수의 노즐 헤드(42)가 장착되어 있다. 상기 지지본체(31)는 스테이지 이동 방향의 수직방향으로 연장되어 있다.
축 부재(32)는 지지본체(31)의 측변에 고정되어 있으며 역시 스테이지 이동방향의 수직방향으로 연장되어 있다. 헤드 본체(41)는 축 부재(32)에 따라 왕복 운동하며, 노즐 헤드 구동부(82)에 연결되어 있다.
헤드 본체(41)는 축 결합부(33) 및 중간 연결부(34)를 통해 축 부재(32)와 연결되어 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 노즐 헤드(42)가 장착되어 있는 헤드 본체(41)는 노즐 헤드 이동 방향을 따라 길게 연장된 직사각형 형상이다.
상기 노즐 헤드(42)는 제1 내지 제3 서브 노즐 헤드(42a, 42b, 42c)로 이루어지며, 이들은 노즐 헤드 이동방향을 따라 헤드 본체(41)에 장착되어 있다. 각 노즐 헤드(42)는 제1 방향과 일정한 각도를 이루고 있는데 이 각도는 잉크 젯 대상의 간격에 따라 결정된다.
각 노즐 헤드(42)에는 제1 내지 제4 노즐(43)이 일렬로 장착되어 있다. 각 노즐 헤드(42)는 별도의 잉크 공급부(45)로부터 잉크를 공급받는다.
상기 잉크 공급부(45)는 잉크를 저장하는 잉크 탱크(46), 잉크 유량을 조절하는 유량 조절기(47) 및 잉크 탱크(46)와 헤드 본체(41)를 연결하는 유로관(48)을 포함한다.
상기 잉크 공급부(45)는 제1 내지 제3 서브 잉크 공급부(45a, 45b, 45c)로 이루어지며, 제1 내지 제3 서브 잉크 공급부(45a, 45b, 45c)는 연결되어 있는 상기 제1 내지 제3 서브 노즐 헤드(42a, 42b, 42c) 각각에 별도로 잉크를 공급한다.
잉크 탱크(45), 유량조절기(47) 및 유로관(48) 역시 각각 3개씩의 서브 잉크 탱크(45a, 45b, 45c), 서브 유량조절기(47a, 47b, 47c) 및 서브 유로관(48a, 48b, 48c)으로 이루어진다.
각 서브 잉크 공급부(45a, 45b, 45c)는 서로 다른 잉크를 공급하거나, 동일한 잉크를 공급할 수 있다.
이러한 잉크젯 장치(1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(75)에 의해 구동 및 잉크 공급이 이루어진다.
상기 제어부(75)는 상기 잉크 공급부(45)에서 분사되는 잉크의 양 및 상기 젯팅 대상 기판(101)에 잉크가 분사되는 시간 등을 제어함과 아울러 상기 노즐 헤드(42)와 스테이지(21)의 이동에 관여하는 구동부(80)를 제어한다.
상기 제어부(75)는 상기 제1 내지 제3 서브 잉크 공급부(45a, 45b, 45c)를 개별적으로 제어하여 제1 내지 제3 서브 노즐 헤드(42a, 42b, 42c) 중 일부는 잉크를 제팅하고 나머지는 잉크 제팅을 정지하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부(75)는 상기 노즐(43)의 갯수와 대응되고 상기 노즐(43) 각각으로 피에조(Piezo) 신호를 제공하는 다수의 노즐 제어부(도시하지 않음)를 구비하여, 상기 노즐(43)을 개별적으로 제어한다.
상기 제어부(75)의 노즐 제어부 각각은 상기 노즐(43) 각각으로 피에조(Piezo) 신호를 제공하는데, 이때, 상기 노즐(43) 각각으로 제공되는 피에조(Piezo) 신호는 서로 상이한 파형을 갖는다.
상기 노즐 제어부 중 제1 노즐 제어부에서 생성되는 피에조(Piezo) 신호는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 동일한 펄스 폭(width)과 상이한 전압 레벨(voltage)을 갖는다.
상기 제1 노즐 제어부는 상기 펄스 폭(width)을 가변하거나 상기 전압 레벨(voltage)를 가변 또는 둘 다 가변하여 상이한 파형을 갖는 피에조(Piezo) 신호를 생성한다.
이러한 피에조(Piezo) 신호가 상기 제1 노즐 제어부에서 상기 제1 서브 노즐 헤드(42a)의 제1 노즐 잉크 공급부에 공급되면, 상기 제1 노즐(43)은 상기 제팅 대상 기판(101)에 상기 피에조(Piezo) 신호에 대응되는 잉크를 분사한다.
이때, 상기 피에조(Piezo) 신호의 제1 펄스보다 제2 펄스의 전압 레벨이 더 크기 때문에 상기 제1 펄스에 대응되게 상기 제팅 대상 기판(101)에 분사된 잉크의 량이 상기 제2 펄스에 대응되게 상기 제팅 대상 기판(101)에 분사된 잉크의 량보다 작게 된다.
뿐만 아니라, 상기 피에조(Piezo) 신호의 제1 펄스보다 제4 펄스의 전압 레벨이 작기 때문에 상기 제1 펄스에 대응되게 상기 제팅 대상 기판(101)에 분사된 잉크의 량이 상기 제4 펄스에 대응되게 상기 제팅 대상 기판(101)에 분사된 잉크의 량보다 크게 된다.
이와 같이, 상기 피에조(Piezo) 신호의 펄스 파형에 따라 상기 제팅 대상 기판(101)에 분사되는 잉크의 량이 제어된다. 즉, 상기 피에조(Piezo) 신호의 파형을 랜덤하게 생성함에 따라 상기 제1 노즐(43)에 의해 상기 제팅 대상 기판(101)에 분사된 잉크의 량은 랜덤하게 되어 불규칙해진다.
상기 제1 노즐(43)에 도 4의 (a)에 도시된 피에조(Piezo) 신호가 제공되면, 상기 제1 노즐(43)에 인접한 제2 노즐(43)에는 상기 피에조(Piezo) 신호와 상이한 제2 피에조(Piezo) 신호가 제공된다.
상기 제2 피에조(Piezo) 신호는 상기 다수의 노즐 제어부 중 제2 노즐 제어부에서 생성되며, 상기 제2 노즐 제어부는 상기 제1 서브 노즐 헤드(42a)의 제2 노즐(43)과 전기적으로 접속되어 상기 제2 피에조(Piezo) 신호를 상기 제2 노즐(43)에 전달한다.
상기 제2 피에조(Piezo) 신호는 도 4의 (a)에 도시된 피에조(Piezo) 신호와 상이하게 생성되기 때문에 상기 제2 피에조(Piezo) 신호가 제공되는 제2 노즐(43)에 의해 상기 제팅 대상 기판(101)에 분사되는 잉크의 량도 상기 제1 노즐(43)에 의해 상기 제팅 대상 기판(101)에 분사되는 잉크의 량과 상이해진다.
서로 상이한 펄스를 갖는 상기 제2 피에조(Piezo) 신호에 따라 상기 제팅 대상 기판(101)에 분사되는 잉크의 량이 펄스에 따라 상이하게 제어되어 상기 제2 노즐(43)에 의해 상기 제팅 대상 기판(101)에 분사된 잉크의 량은 랜덤하게 되어 불규칙해진다.
이와 같이, 각 노즐(43)로 제공되는 피에조(Piezo) 신호의 파형을 상이하게 조절함으로써 각 노즐(43)에 의해 제팅 대상 기판(101)에 분사되는 잉크의 량이 랜덤해진다.
상기 제팅 대상 기판(101)에 분사되는 잉크의 량이 랜덤해짐에 따라 인접한 노즐(43)에서 분사된 잉크의 량이 차이가 발생하지 않아 얼룩을 최소화하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 4b는 도 2a의 제1 및 제2 노즐에 의해 제팅 대상 기판에 분사된 잉크의 량을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 노즐(43)은 제팅 대상 기판(101)의 제1 패턴(49a)을 따라 잉크를 분사하고, 상기 제2 노즐(43)은 상기 제팅 대상 기판(101)의 제2 패턴(49b)을 따라 잉크를 분사한다.
상기 제1 노즐(43)에 의해 제팅 대상 기판(101)의 제1 패턴(49a)에 분사된 잉크의 량과 상기 제2 노즐(43)에 의해 제팅 대상 기판(101)의 제2 패턴(49b)에 분사된 잉크의 량은 서로 상이하다.
이는 상기 제1 및 제2 노즐(43) 각각에 전달되는 피에조(Piezo) 신호가 서로 상이하기 때문이다.
앞서 서술한 바와 같이, 상기 제1 노즐(43)과 상기 제2 노즐(43)은 각각의 노즐 제어부(도시하지 않음)에서 생성된 피에조(Piezo) 신호의 파형에 대응되도록 제팅 대상 기판(101)에 잉크를 분사한다.
상기 각각의 노즐 제어부에서 생성된 피에조(Piezo) 신호가 서로 상이한 파형을 갖기 때문에 상기 제1 및 제2 노즐(43)에서 상기 제팅 대상 기판(101)에 분사되는 잉크의 량이 수평라인을 따라 서로 상이해진다.
결과적으로, 상기 제1 및 제2 패턴(49a, 49b)을 따라 상기 제1 및 제2 노즐(43)에 의해 분사된 잉크의 량이 랜덤해지기 때문에 상기 인접한 노즐 간의 경사각에 의해 발생하는 타임 딜레이에 의해 발생하는 잉크의 량의 차이가 줄어들어 얼룩을 최소화할 수 있다.
1:잉크젯 장치 2:제팅 유닛
3:가스 공급 유닛 10:베이스부
11:지지기둥 12:수평유지부
13:레일부 21:스테이지
31:지지본체 32:축부재
33:축 결합부 34:중간 연결부
41:헤드본체 42:노즐 헤드
43:노즐 45:잉크 공급부
46:잉크 탱크 47:유량 조절기
48:유로관 49a, 49b:제1 및 제2 패턴
51:보조가스 공급부 61 ~ 64:가스배관
71:가스공급원 선택부 72:압력 조절부
75:제어부 80:구동부

Claims (5)

  1. 제팅 대상 기판이 안착되는 스테이지;
    상기 스테이지의 상부에 위치하여 상기 제팅 대상 기판으로 잉크를 분사하는 다수의 노즐을 구비한 노즐 헤드;
    상기 다수의 노즐에 대응되며 상기 다수의 노즐 각각에 잉크를 제공하는 다수의 잉크 공급부; 및
    상기 다수의 노즐에 대응되는 다수의 노즐 제어부를 구비하며 상기 다수의 노즐에 의해 상기 제팅 대상 기판으로 분사되는 잉크의 량을 제어하는 피에조(Piezo) 신호를 생성하는 다수의 제어부;를 포함하고,
    상기 다수의 제어부 각각에서 생성된 피에조(Piezo) 신호는 서로 상이한 파형을 갖고 상기 상이한 피에조(Piezo) 신호에 따라 상기 제팅 대상 기판에 분사된 잉크의 량이 랜덤화되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 다수의 제어부 각각은 펄스 폭을 가변하여 서로 상이한 파형을 갖는 피에조(Piezo) 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 다수의 제어부 각각은 전압을 가변하여 서로 상이한 파형을 갖는 피에조(Piezo) 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 다수의 제어부 각각은 펄스 폭 및 전압을 가변하여 서로 상이한 파형을 갖는 피에조(Piezo) 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 잉크 공급부는 잉크를 저장하는 잉크 탱크와, 잉크 유량을 조절하는 유량 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019076850A (ja) * 2017-10-25 2019-05-23 東レエンジニアリング株式会社 塗布方法および塗布装置
JP2019076849A (ja) * 2017-10-25 2019-05-23 東レエンジニアリング株式会社 塗布方法および塗布装置

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