KR20140100465A

KR20140100465A - 잉크젯 장치 및 액적 측정 방법

Info

Publication number: KR20140100465A
Application number: KR1020147011337A
Authority: KR
Inventors: 신스케 이구치; 케이 바바; 다카히토 니시아라; 켄타로 쿠미타; 사다노부 이케모토; 사토시 아마미야
Original assignee: 가부시키가이샤 아루박; 수미토모 케미칼 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-08-14
Also published as: WO2013069257A1; CN103917303A; TW201332788A; JPWO2013069257A1; JP5960156B2

Abstract

[과제]잉크의 액적량을 고정밀도로 측정할 수 있는 잉크젯 장치 및 액적 측정 방법을 제공한다. [해결 수단]본 발명의 일실시 형태에 따른 잉크젯 장치(1)는, 촬상 유닛(20)을 갖는다. 촬상 유닛(20)은, 광원(27)과, 카메라(26)와, 본체(25)와, 발광 제어부(29)를 가진다. 광원(27)은, 복수의 노즐로부터 토출되는 개개의 잉크의 액적(D)에 대해서 조명광(L)을 조사한다. 카메라(26)는, 조명광(L)으로 조명된 액적(D)의 화상을 취득한다. 본체(25)는, 광원(27) 및 카메라(26)를 지지하여 노즐의 배열 방향을 따라서 이동 가능하게 구성된다. 발광 제어부(29)는, 카메라(26)에 받아들여지는 광량이 개개의 액적의 촬영마다 일정하게 되도록 조명광(L)의 광량을 제어하도록 구성된다. 콘트롤러(15)는, 카메라(26)의 출력에 근거하여 액적(D)의 체적을 측정하고, 그 측정 결과에 근거하여 압전 구동부(V)를 제어한다.

Description

잉크젯 장치 및 액적 측정 방법{INKJET DEVICE AND DROPLET-MEASUREMENT METHOD}

본 발명은, 잉크 헤드의 복수의 노즐로부터 토출되는 개개의 액적의 체적을 고정밀도로 측정하는 것이 가능한 잉크젯 장치 및 액적 측정 방법에 관한 것이다.

잉크젯법은, 기판상의 소정 위치에 정밀도 높게 잉크를 적하할 수 있기 때문에, 예를 들면 유기 EL 디스플레이를 제조하는 공정에 채용되고 있다. 예를 들면 아래와 같이 특허문헌 1에는, 잉크젯법에 의해 R(빨강), G(초록), B(파랑)의 각 유기 발광재료층을 형성하는 방법이 기재되어 있다. 또 잉크 헤드로부터 토출되는 액적의 형태에 근거하고, 잉크의 토출구의 양부 판정을 실시하는 기구를 구비하는 것이 알려져 있다. 예를 들면 아래와 같이 특허문헌 2에는, 잉크 헤드로부터 토출되는 액적을 그 비상 경로 상에서 촬영하고, 액적의 촬영상에 근거하여 토출구의 양부를 판정하는 방법이 기재되어 있다.

특개2003-77678호 공보 특개2011-2641호 공보

근년, 기판상에 토출되는 액적의 양을 고정밀도로 제어하는 기술이 요구되고 있다. 예를 들면 유기 EL 디스플레이의 발광층을 잉크젯법으로 도포할 때는, 토출되는 잉크의 양에 불균형이 화면의 화질에 큰 영향을 가져오기 때문에, 기판 상에 토출되는 액적의 양을 고정밀도로 측정할 필요가 있다.

이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 잉크의 액적량을 고정밀도로 측정할 수 있는 잉크젯 장치 및 액적 측정 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 형태에 따른 잉크젯 장치는, 헤드부와, 촬상 유닛과, 콘트롤러를 구비한다.

상기 헤드부는, 제1 축 방향을 따라서 배열된 복수의 노즐과, 상기 복수의 노즐에 각각 장착된 토출 구동부를 가진다.

상기 촬상 유닛은, 광원과, 카메라와, 가동부와, 발광 제어부를 가진다. 상기 광원은, 상기 복수의 노즐로부터 토출되는 개개의 잉크의 액적에 대해서 상기 제1 축 방향과 교차하는 제2 축 방향에서 조명광을 조사한다. 상기 카메라는, 상기 조명광으로 조명 된 액적의 화상을 취득한다. 상기 가동부는, 상기 광원 및 상기 카메라를 지지해 상기 제1 축 방향을 따라서 이동 가능하게 구성된다. 상기 발광 제어부는, 상기 카메라에 받아들여지는 광량이 상기 개개의 액적의 촬영마다 일정하게 되도록 상기 조명광의 광량을 제어하도록 구성된다.

상기 콘트롤러는, 상기 카메라의 출력에 근거하여 상기 액적의 체적을 측정하고, 그 측정 결과에 근거하여 상기 토출 구동부를 제어한다.

본 발명의 한 형태에 따른 액적 측정 방법은, 복수의 노즐로부터 토출되는 복수의 액적을, 개개의 액적마다 다른 복수의 관측 위치에서 관측하는 액적 측정 방법이며, 상기 복수의 관측 위치에서 카메라에 받아들여지는 배경광을 각각 측정하는 것을 포함한다.

상기 복수의 관측 위치에서의 배경광이 일정하게 되는 조명광이, 상기 복수의 관측 위치마다 조사된다.

상기 조명광이 조사된 관측 위치를 통과하는 액적을 카메라로 촬영하고, 그 화상을 처리함으로써, 상기 액적의 체적이 측정된다.

[도 1]본 발명의 일실시 형태에 따른 잉크젯 장치를 나타내는 개략 평면도이다.
[도 2]상기 잉크젯 장치를 나타내는 개략 측면도이다.
[도 3]상기 잉크젯 장치에서의 잉크 헤드 및 잉크 공급부의 구성을 나타내는 개략 정면도이다.
[도 4]상기 잉크 공급부에서의 액면검출 센서의 작용을 설명하는 타이밍 차트이다.
[도 5]상기 잉크 공급부에서의 용기 내의 잉크의 액면 레벨의 추이를 나타내는 모식도이다.
[도 6]상기 잉크젯 장치에서의 촬상 유닛의 구성을 나타내는 개략 측면도이다.
[도 7]상기 촬상 유닛에서의 노즐 위치 마다의 광량 제어예를 설명하는 도면이며, A는 제어 전의 각 노즐 위치에서의 배경광의 휘도를 나타내고, B는 제어 후의 각 노즐 위치에서의 배경광의 휘도를 나타낸다.
[도 8]상기 촬상 유닛에 의한 액적의 촬영 화상을 나타내는 모식도이다.

본 발명의 일실시 형태에 따른 잉크젯 장치는, 헤드부와, 촬상 유닛과, 콘트롤러를 구비한다.

상기 촬상 유닛은, 광원과, 카메라와, 가동부와, 발광 제어부를 가진다. 상기 광원은, 상기 복수의 노즐로부터 토출되는 개개의 잉크의 액적에 대해서 상기 제1 축 방향과 교차하는 제2 축 방향에서 조명광을 조사한다. 상기 카메라는, 상기 조명광으로 조명 된 액적의 화상을 취득한다. 상기 가동부는, 상기 광원 및 상기 카메라를 지지하여 상기 제1 축 방향을 따라서 이동 가능하게 구성된다. 상기 발광 제어부는, 상기 카메라에 받아들여지는 광량이 상기 개개의 액적의 촬영마다 일정하게 되도록 상기 조명광의 광량을 제어하도록 구성된다.

상기 잉크젯 장치에서, 촬영 유닛은, 복수의 노즐로부터 토출되는 개개의 액적을 촬영하고, 콘트롤러는, 액적의 촬영 화상에 근거해 액적의 체적을 측정하고, 그 측정 결과에 근거하여 잉크 헤드의 토출 구동부를 제어한다. 촬상 유닛에 의한 개개의 액적의 촬영 시에는, 촬영 유닛이, 관측해야 할 액적을 토출하는 노즐의 거의 바로 아래 위치로 이동하고, 적하하는 액적을 공중에서 촬영한다. 이러한 처리를 노즐마다 개개에 실시함으로써, 모든 노즐로부터 토출되는 액적의 체적이 측정된다.

그런데 액적의 촬영 시에 카메라에 받아들여지는 배경광의 광량이, 노즐 위치마다 다른 경우가 있다. 이 경우, 카메라로부터 출력되는 액적 화상의 휘도가 노즐 위치마다 다르게 되기 때문에, 화상 처리에 의해서 액적의 외형 관찰을 하는데 측정 정밀도에 불균형이 생기고, 모든 노즐 위치에서의 액적의 고정밀도의 측정이 곤란해진다.

여기서 상기 잉크젯 장치에서는, 촬상 유닛은, 카메라에 받아들여지는 광량이 개개의 액적의 촬영마다 일정하게 되도록 광원으로부터 조사되는 조명광의 광량을 제어하는 발광 제어부를 가진다. 이로 인해, 각각의 액적 관찰 위치에서 광량의 불균형을 방지할 수 있고, 노즐 위치에 의존하지 않고 고정밀도록 측정이 가능해진다. 또한, 노즐 위치에 의존하지 않는 고정밀도의 측정이 가능해짐으로써, 노즐 위치에 의존하지 않는 고정밀도의 토출량 제어가 가능해진다.

상기 잉크젯 장치는, 상기 잉크 공급부는, 상기 헤드부에 접속되어, 상기 복수의 노즐로부터 토출되는 잉크를 저장하는 용기와, 상기 용기 내의 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 용기의 내부를 조압(pressure regulating) 가능한 압력 조정 기구를 가지는 잉크 공급부를 더 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 콘트롤러는, 상기 압력 센서의 출력에 근거하여 상기 용기의 내부가 소정의 압력이 되도록 상기 압력 조정 기구를 제어한다.

이로 인해, 각 노즐의 토출구에 임하는 잉크의 메니스커스(Meniscus) 형상이 일정하게 유지되기 때문에, 토출 구동부에 의한 토출 제어에 의해서 소망한 잉크량의 액적을 안정적으로 토출하는 것이 가능해진다.

상기 잉크 공급부는, 상기 용기에 저장된 잉크의 액면 레벨을 검출하는 액면검출 센서와, 상기 용기에 잉크를 보충하는 보충 라인을 더 가질 수 있다. 이 경우, 상기 콘트롤러는, 상기 액면검출 센서의 출력에 근거하여 상기 용기에 저장되는 잉크의 액면이 소정 레벨이 되도록 상기 보충 라인을 제어한다.

이로 인해 용기 내에 상시, 소정 레벨의 잉크량을 저장할 수 있게 되기 때문에, 각 노즐의 토출구에 임하는 잉크의 메니스커스 형상을 안정적으로 유지하는 것이 가능해진다.

액면검출 센서로서는 어떠한 구성의 것이 채용되어도 좋고, 예를 들면 광학식, 전자기식의 각종 센서가 채용 가능하다. 일실시 형태로서, 상기 액면검출 센서는, 단일의 히스테리시스 정전 용량 센서로 구성될 수 있다.

이로 인해 센서의 사용 개수의 삭감을 도모할 수 있음과 동시에, 정전 용량 센서의 히스테리시스에 응한 소정 범위에 잉크의 액면 레벨을 유지하는 것이 가능해진다.

상기 콘트롤러는, 상기 카메라에 의해 취득되는 촬영 화상의 일부의 영역에서의 광량을 측정하고, 상기 개개의 잉크의 액적의 촬영마다 상기 영역의 광량이 일정하게 되도록 상기 발광 제어부를 제어할 수 있다.

이로 인해 각 노즐로부터 토출되는 액적의 측정 환경을 균일화를 이루고, 체적의 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

이 경우, 상기 액적의 직경을 d, 상기 영역의 면적을 S0라 할 때, 0.5×d2≤S0≤50×d2의 관계를 만족시키도록, 면적 S0가 설정될 수 있다.

이로 인해, 액적의 고정밀도의 체적 측정을 가능하게 하면서, 노즐 간의 측정 환경의 균일화를 도모할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 따른 액적 측정 방법은, 복수의 노즐로부터 토출되는 복수의 액적을, 개개의 액적마다 다른 복수의 관측 위치에서 관측하는 액적 측정 방법이며, 상기 복수의 관측 위치에서 카메라에 받아들여지는 배경광을 각각 측정하는 것을 포함한다.

상기 조명광이 조사된 관측 위치를 통과하는 액적을 카메라로 촬영하고해, 그 화상을 처리함으로써, 상기 액적의 체적이 측정된다.

상기 액적 측정 방법에서는, 카메라에 받아들여지는 광량이 개개의 액적의 촬영마다 일정하게 되는 조명광이 조사되므로, 각각의 액적 관찰 위치에서 광량의 불균형을 방지할 수 있고, 노즐 위치에 의존하지 않는 고정밀도의 액적 측정이 가능해진다.

상기 액적 측정 방법은, 상기 액적의 체적에 근거하고, 상기 복수의 노즐 중 해당 액적을 토출하는 노즐로부터의 잉크 토출량을 제어하도록 할 수 있다.

이로 인해, 노즐 위치에 의존하지 않는 고정밀도의 토출량 제어가 가능해진다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 잉크젯 장치를 나타내는 개략 평면도이며, 도 2는 그 개략 측면도이다. 각 도면에서 X축 및 Y축은 서로 직교하는 수평 방향을 나타내고, Z축은 X축 및 Y축에 각각 직교하는 연직 방향을 나타내고 있다.

본 실시 형태의 잉크젯 장치(1)은, 기판(S)를 지지하는 스테이지(11)와, 스테이지(11) 상의 기판(S)에 잉크의 액적을 도포하는 헤드 모듈(12)과, 스테이지(11)를 1축 방향으로 이동시키는 이동 기구(13)와, 메인터넌스부(maintenance)(14)를 가진다. 본 실시 형태의 잉크젯 장치(1)는, 예를 들면, 기판(S) 상에 유기 EL 발광층을 형성하는 유기 EL 디스플레이의 제조 장치로서 구성된다.

기판(S)은, 대략 구형 모양의 유리 기판으로 구성된다. 기판(S)의 크기는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 가로 1850mm, 세로 1500 mm이다. 기판(S)으로서는, 상기 이외에도, 금속, 플라스틱, 종이 등의 플레이트 형상, 시트 형상 혹은 필름 형상의 기재로 구성될 수 있다. 또, 기판(S)은 단일층으로 구성된 것에 한정되지 않고, 표면에 절연막이나 도전막 등의 베타막 혹은 소정 형상으로 패터닝된 기능막이 적층된 다층 구조를 가지고 있을 수 있다.

스테이지(11)는, 베이스부(10) 위에 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 스테이지(11)는, 기판(S)이 지지하는 지지면(11a)을 가진다. 지지면(11a)은, X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 평행한 평면(XY 평면)에 속하고, 본 실시 형태에서는 대략 구형의 평탄한 면으로 구성된다. 스테이지(11)는, 지지면(11a) 상에 기판(S)을 보관 유지하기 위한 각종 척(chuck) 기구를 구비할 수 있다.

이동 기구(13)는, 베이스부(10) 위에 부설된 한 쌍의 가이드 레일(13a, 13b)과, 스테이지(11)를 가이드 레일(13a, 13b)을 따라서 이동시키는 리니어 모터 등의 구동원과, 상기 구동원을 제어하는 제어부 등을 포함한다. 한 쌍의 가이드 레일(13a, 13b)은 Y축 방향으로 평행하게 연장되고, 스테이지(11)는 가이드 레일(13a, 13b) 위에 설치된다. 상기 구동원은 스테이지(11)의 내부에 배치되어, 상기 제어부에 의해서 가이드 레일에 따른 스테이지(11)의 고정밀도의 이동 제어를 한다.

헤드 모듈(12)은 복수의 잉크 헤드(121, 122, 123, 124, 125, 126)(헤드부)를 가진다. 잉크 헤드(121~126)는, 가이드 레일(13a, 13b)을 따라서 Y축 방향으로 이동하는 스테이지(11) 상의 기판(S)의 표면 전역에, 소정의 잉크의 액적을 도포하도록 구성된다. 또 헤드 모듈(12)은, 잉크 헤드(121~126)를 Z축 방향으로 승강시키는 승강기구부를 구비할 수 있다. 또, 잉크 헤드의 수는 도시의 예에 한정되지 않고, 더 많은 다수의 잉크 헤드로 헤드 모듈이 구성될 수 있다.

잉크 헤드(121~126)는, 그 긴 방향을 따라서 소정 피치로 배열된 복수의 노즐을 갖고, 각각의 노즐로부터 소정량의 잉크의 액적을 토출하도록 구성된다. 잉크에는, 유기 발광층을 형성하기 위한 발광재료가 포함된다. 잉크 헤드(121~126)는, 스테이지(11) 상의 기판(S)의 표면 전역을 X축 방향을 따라서 배열된 복수열의 영역의 각각에 대응하도록 배치되어 있다. 기판(S)의 표면에 구획된 영역은 각각 Y축 방향으로 평행한 긴 방향, X축 방향으로 폭 방향을 가지는 사각형 모양으로 형성되고, 잉크 헤드(121~126)는 이들 각 영역에 잉크의 액적을 X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 소정 피치로 도포하도록 구성된다.

헤드 모듈(12)은, 잉크 헤드(121~126)를 각각 Z축 주위로 회동시키는 것이 가능한 복수의 회전 기구부(M)를 가진다. 이들 회전 기구부(M)는, 지지 프레임(120)에 각각 설치되어, 잉크 헤드(121~126)를 각각 개별적으로 Z축 주위로 소정 각도 범위에 걸쳐서 회전시킴으로써, X축 방향에 따른 액적의 도포 피치를 임의로 조제할 수 있도록 구성되어 있다. 이들 회전 기구부(M)는, 콘트롤러(15)에 의해서 제어된다. 본 실시 형태에서는, 각 잉크 헤드(121~126)의 긴 방향이 X축 방향을 향해서 배치된 모습을 나타내고 있다.

콘트롤러(15)는, 전형적으로는 CPU나 각종 메모리를 포함한 컴퓨터로 구성된다. 콘트롤러(15)는, 헤드 모듈(12), 이동 기구(13), 메인터넌스부(14) 등의 각종 기구부의 구동을 제어한다. 콘트롤러(15)는, 베이스부(10)에 설치되지만, 베이스부(10)와는 다른 위치에 설치될 수 있다.

도 3은, 잉크 헤드(121)의 개략 구성을 나타내는 정면도이다. 또 잉크 헤드(121~126)는 각각 동일한 구성을 가지고 있기 때문에, 여기에서는 잉크 헤드(121)를 예로 들어 그 구성을 설명한다.

잉크 헤드(121)의 잉크 토출면(121s)에는, 잉크 헤드(121)의 긴 방향(도면에서 X축 방향)을 따라서 복수의 노즐(N)이 소정 피치로 배열되어 있다. 노즐(N)의 수는 특별히 한정되지 않고, 도시의 예보다 더 많은 다수의 노즐이 형성될 수 있다. 노즐 지름도 특별히 한정되지 않고, 본 실시 형태에서는 노즐(N)은 예를 들면 직경 30μm의 노즐 지름을 가진다.

잉크 헤드(121)는, 잉크 공급부(40)에 접속된다. 잉크 공급부(40)는, 잉크(W)를 저장하는 용기(41)을 구비하고 있다. 잉크 헤드(121)의 내부에는, 용기(41) 내의 잉크(W)를 각 노즐(N)에 공급하기 위한 통로(42)가 형성되어 있다. 그리고, 각 노즐(N)에는 압전 구동부(V)(토출 구동부)가 설치되고, 콘트롤러(15)로부터의 구동 제어에 의해 소정량의 잉크의 액적(D)이 각 노즐(N)로부터 토출되도록 구성되어 있다.

잉크 공급부(40)는, 압력 센서(43)와, 펌프 유닛(44)(압력 조정 기구)를 더 가진다. 압력 센서(43)는, 용기(41) 내의 압력을 측정하고, 그 출력을 콘트롤러(15)에 공급하도록 구성되어 있다. 펌프 유닛(44)은, 진공 펌프, 진공 밸브 등을 포함하고, 콘트롤러(15)에 의해서 제어된다.

콘트롤러(15)는, 압력 센서(43)의 출력에 근거하여 용기(41)의 내부가 소정의 압력(부압)이 되도록 펌프 유닛(44)을 제어한다. 이로 인해, 각 노즐(N)의 토출구에 임하는 잉크의 메니스커스 형상이 일정하게 유지되기 때문에, 압전 구동부(V)에 의한 토출 제어에 의해서 소망한 잉크량의 액적을 안정적으로 토출하는 것이 가능해진다. 상기 소정의 압력으로서는, 예를 들면, -5 kPa~-3 kPa의 적당한 압력으로 설정된다.

잉크 공급부(40)는, 액면검출 센서(45)와, 잉크의 보충 라인(46)을 더 가진다. 액면검출 센서(45)는, 용기(41)에 저장된 잉크의 액면 레벨을 검출하고, 그 출력을 콘트롤러(15)에 공급하도록 구성된다. 보충 라인(46)은, 보충용의 잉크를 저장하는 탱크(47)와 용기(41)와의 사이에 접속된 배관(46a)과, 배관(46a)에 설치된 개폐 밸브(46b)를 포함하고, 콘트롤러(15)로부터의 출력에 따라 개폐 밸브(46b)를 개방하여 용기(41)에 잉크를 보급하도록 구성되어 있다.

콘트롤러(15)는, 액면검출 센서(45)의 출력에 근거하여 용기(41) 내에 저장되는 잉크의 액면이 소정 레벨이 되도록 보충 라인(46)을 제어한다. 이로 인해 용기 내에 상시, 소정 레벨의 잉크량을 저장할 수 있게 되기 때문에, 각 노즐의 토출구에 임하는 잉크의 메니스커스 형상을 안정적으로 유지할 수 있다. 따라서 압전 구동부(V)에 의한 액적(D)의 토출량 제어를 안정적으로 실시할 수 있다.

액면검출 센서(45)는, 레이저를 이용한 광학 센서나, 전자장을 이용한 전자식 센서일 수 있다. 본 실시 형태에서는 액면검출 센서(45)로서, 단일의 히스테리시스 정전 용량 센서가 이용된다.

도 4는, 액면 레벨(A)과 개폐 밸브(46b)의 개폐 상태(B)와의 관계를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 5는, 용기(41) 내에서의 잉크의 액면 레벨의 추이를 나타내는 모식도이다. 액면검출 센서(45)는, 용기(41)의 측벽에, 용기(41)의 저부로부터 기준 레벨의 높이에 설치된다. 액면검출 센서(45)는, 잉크의 액면이 기준 레벨을 넘은 상태로부터 기준 레벨을 밑돌았을 때의 정전 용량의 변화, 혹은, 잉크의 액면이 기준 레벨을 밑돌고 있는 상태로부터 기준 레벨을 넘었을 때의 정전 용량의 변화를 검출 가능하게 구성되어 있다.

예를 들면, 도 4 및 도 5(A), (B)에 나타낸 바와 같이 액면검출 센서(45)는, 액면 레벨이 기준 레벨로부터 소정 레벨 저하했을 때 온(ON) 되고, 이로 인해 보충 라인(46)으로부터 용기(41)에 잉크가 공급된다. 또 액면검출 센서(45)는, 도 4 및 도 5(B), (C)에 나타낸 바와 같이 잉크의 액면이 기준 레벨에 이르면 오프(OFF) 되고, 이로 인해 보충 라인(46)으로부터의 잉크의 보충이 정지된다.

이와 같이 히스테리시스의 센서를 액면검출에 이용함으로써, 단일의 센서로 액면 레벨을 검출하는 것이 가능하고, 이로 인해 센서의 사용 개수의 삭감을 도모할 수 있다. 또, 히스테리시스의 범위에서 자동적으로 잉크의 액면 레벨을 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 메니스커스 압력의 변동을 최소한으로 억제할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 잉크 토출면(121s)으로부터 용기(41) 내의 잉크(W)의 액면까지의 높이가 50 mm~60 mm의 범위가 되도록 액면 레벨이 설정된다.

다음으로, 메인터넌스부(14)의 상세한 것에 대하여 설명한다.

메인터넌스부(14)는, 헤드 모듈(12)에 의한 기판(S)에의 액적 도포시, 도 1에 나타낸 바와 같이 비작동 영역에서 대기한다. 한편, 메인터넌스부(14)는, 잉크젯 장치(1)의 멘테넌스 시에, 헤드 모듈(12)의 직하로 이동하여, 각 잉크 헤드(121~126)로부터 토출되는 액적의 화상을 취득하고, 그 취득 화상을 콘트롤러(15)에 공급한다. 콘트롤러(15)는, 액적 화상의 취득 화상을 화상 처리함으로써 액적의 체적을 측정하고, 그 체적치가 소정 범위인지를 판정한다. 또한 콘트롤러(15)는, 촬영한 액적의 체적이 상기 소정 범위 밖인 경우에, 해당 액적의 체적이 상기 소정 범위 내가 되도록 해당 노즐로부터 토출되는 잉크량을 제어한다. 또 콘트롤러(15)는, 조정 후의 압전 구동부(V)의 구동 전압을 노즐마다 기억 혹은 갱신하고, 기판(S)의 처리 시에 해당 기억 혹은 갱신된 구동 전압으로 개개의 압전 구동부(V)를 구동한다.

메인터넌스부(14)는, 잉크 헤드(121~126)로부터 토출되는 액적을 촬상하는 촬상 유닛(20)을 가진다. 촬상 유닛(20)은, 가이드 레일(13a, 13b) 위에 설치된 지지대(21) 위에 배치되고, 이동 기구(13)에 의해서 Y축 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 또 촬상 유닛(20)은, 지지대(21) 위에 X축 방향으로 평행하게 부설된 한 쌍의 가이드 레일(23a, 23b) 위에 배치되고, 이동 기구(13)에 의해서 X축 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다.

도 6은, 촬상 유닛(20)의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 촬상 유닛(20)은, 기대(24)와 그 위에 설치된 본체(25)를 가진다. 기대(24)에는 가이드 레일(23a, 23b)에 계합하여, 이동 기구(13)에 의한 구동 제어로 가이드 레일(23a, 23b) 상을 주행하는 리니어 모터 등의 구동원(22a, 22b)이 설치되어 있다. 본체(25)는, X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 이동 가능한 가동부를 구성한다.

촬상 유닛(20)은, 잉크 헤드(121~126)로부터 토출된 액적(D)을 그 비상 경로 상에서 촬영하는 카메라(26)와, 그 액적(D)에 조명광(L)을 조사하는 광원(27)을 가진다. 카메라(26) 및 광원(27)은 본체(25)에 지지를 받고, 본 실시 형태에서는 본체(25)의 내부에 수용되고 있다.

카메라(26)는 예를 들면 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등의 고체 촬상 소자로 구성되어, 취득한 액적(D)의 화상 데이터를 콘트롤러(15)에 출력한다. 광원(27)에는 발광 다이오드나 형광 램프 등이 이용된다. 광원(27)은, 조명광(L)으로서 펄스광을 방생시키고, 후술하는 바와 같이 발광 제어부(29)의 출력에 따라 강도, 조도 혹은 휘도를 연속적으로 변화시킬 수 있도록 구성된다. 발광 제어부(29)는, 광원(27)과 일체로 짜여질(built) 수 있고, 콘트롤러(15)의 내부에 짜여질 수도 있다.

본체(25)는, 액적(D)의 촬상 공간을 형성하는 요부(凹部)(25s)를 가진다. 조명광(L)은, 요부(25s)에서 Z축 방향으로 비상하는 액적(D)에 대해서 Y축 방향에서 조사되고, 카메라(26)는, 그 조명광(L)을 배경으로서 액적(D)을 촬영한다. 본 실시 형태에서는, 광원(27)으로부터 조사된 조명광(L)을 Y축 방향으로 반사시키는 제1 미러(28a)와, 조명광(L)이 조사된 액적상을 카메라(26)를 향해서 반사시키는 제2 미러(28b)를 가진다. 카메라(26)는, 액적상을 촬영하고, 그 촬영 화상을 콘트롤러(15)에 출력한다.

촬상 유닛(20)은 또한, 기대(24)에 대해서 Z축과 평행한 축의 주위로 본체(25)를 회동시키는 것이 가능한 회전 기구부(30)를 가진다. 회전 기구부(30)는, 잉크 헤드(121~126)의 노즐 배열 방향에 맞추어 본체(25)를 임의의 회전 각도로 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 또 본체(25)를 회동 조작시키는 경우에 한정되지 않고, 잉크 헤드(121~126) 각각의 회전 기구부(M)를 구동시켜 잉크 헤드(121~126)를 본체(25)에 대해서 회동 조작시킬 수 있다.

메인터넌스부(14)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 촬상 유닛(20)을 노즐(N)의 배열 방향(X축 방향)으로 차례차례 이동시키고, 각 노즐(N)로부터 토출되는 액적(D)을 개개로 촬영한다. 본 실시 형태는, 복수의 노즐(N) 중 관측해야 할 노즐(N)의 거의 직하 위치를 관측 위치로서 설정하고, 노즐마다 다른 관측 위치에서 촬상 유닛(20)을 정지시킨 상태로, 대상으로 하는 노즐(N)로부터 토출되는 액적(D)을 촬영한다. 이러한 처리를 노즐마다 개개에 실시함으로써, 모든 노즐로부터 토출되는 액적의 체적이 측정된다.

콘트롤러(15)는, 카메라(26)로부터 출력되는 개개의 액적(D)의 화상 데이터를 소정의 알고리즘으로 처리함으로써 액적(D)의 체적을 측정한다. 화상 처리 방식은 특별히 한정되지 않지만, 전형적으로는, 액적 화상과 배경 화상의 휘도의 차이(相違)로부터 액적 화상의 외형(윤곽)을 결정하는 처리를 포함한다. 액적(D)의 체적은 잉크량으로 환산할 수 있으므로, 콘트롤러(15)는 얻을 수 있던 체적치가 소정 범위인지를 판정한다. 그리고 콘트롤러(15)는, 촬영한 액적의 체적이 상기 소정 범위 밖인 경우에, 해당 액적의 체적이 상기 소정 범위 내가 되도록 해당 노즐로부터 토출되는 잉크량을 제어한다.

그런데 액적의 촬영시에 카메라에 받아들여지는 배경광의 광량이, 노즐 위치에 의해서 다른 경우가 있다. 이 경우, 카메라로부터 출력되는 액적 화상의 휘도가 노즐 위치에 의해서 다르게 되기 때문에, 화상 처리에 의해서 액적의 외형 관찰을 하는데 있어서 측정 정밀도에 불균형이 생기고, 모든 노즐 위치에서의 액적의 고정밀도의 측정이 곤란해진다.

거기서 본 실시 형태에서는, 카메라(26)에 받아들여지는 광량이 개개의 액적(D)의 촬영마다 일정이 되도록 광원(27)으로부터 조사되는 조명광의 광량을 제어하는 발광 제어부를 가진다. 이로 인해, 각각의 액적 관찰 위치에 있어 광량의 불균형을 방지할 수 있어서, 노즐 위치에 의존하지 않는 고정밀도의 액적 측정이 가능해진다.

이러한 처리를 실행하기 위해서, 콘트롤러(15)는, 액적(D)의 측정 전에, 복수의 관측 위치에서 카메라(26)에 받아들여지는 배경광을 각각 측정하는 처리를 실행한다. 이 때, 광원(27)으로부터 일정 광량의 조명광이 조사될 수 있다. 콘트롤러(15)는, 노즐 위치에 대응하는 복수의 관측 위치마다 카메라 화상의 휘도를 측정한다. 예를 들면 도 7(A)은, 각 관측 위치에서의 휘도 Y의 측정 결과를 나타내고 있다. 횡축의 N1~N5는, 편의적으로 각각의 노즐에 교부한 노즐 번호이다.

다음으로, 콘트롤러(15)는, 도 7(B)에 나타내도록 각 관측 위치에서 카메라(26)에 받아들여지는 배경광이 일정한 휘도 Y0가 되도록, 관측 위치마다 광원(27)으로부터 조사되는 조명광(L)의 광량을 결정한다. 휘도 Y0의 값은 임의로 설정 가능한다.

본 실시 형태에서 콘트롤러(15)는, 카메라(26)의 촬영 화상의 일부의 영역에서 액적(D)을 촬영할 수 있도록, 광원(27)의 발광 제어 및 노즐(N)로부터의 액적의 토출 제어를 실행한다.

도 8은, 카메라(26)에 의해 취득되는 액적(D)의 촬영 화상(V)을 나타내는 모식도이다. 통상, 촬영 화상(V)은 위치마다 광량이 다르다. 콘트롤러(15)는, 촬영 화상(V)의 거의 중앙의 일정 영역(P)을 액적(D)이 통과하도록 촬상 위치를 조정한다. 그리고 콘트롤러(15)는, 해당 영역(P)에 액적이 위치했을 때에 액적(D)을 촬상하도록 구성된다. 도면에서 X축 방향(기판 수평 방향)은 대부분 차이를 일으키지 않지만, Z축 방향(기판 수직 방향)은 액적(D)의 낙하 방향이기 때문에, 촬상 타이밍의 제어가 필요하다. 영역(P)의 형상은 정방형으로 설정되지만, 그 이외의 형상, 예를 들면 원형이나 장방형 등일 수 있다.

그리고 콘트롤러(15)는, 영역(P)에서의 광량(예를 들면 휘도)을 측정하고, 개개의 잉크의 액적의 촬영마다 해당 영역(P)의 광량이 일정하게 되도록 광원(27)을 제어한다. 전형적으로는, 콘트롤러(15)는, 영역(P)의 평균 휘도를 측정하고, 개개의 액적(D)의 촬영마다 해당 영역(P)의 평균 휘도가 일정하게 되도록 광원(27)의 발광 강도를 제어한다. 이로 인해 각 노즐로부터 토출되는 액적(D)의 측정 환경을 균일화할 수 있고, 체적의 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

영역(P)의 면적은 특별히 한정되지 않고, 전형적으로는, 액적(D)의 면적보다 큰 면적으로 설정된다. 일례로서, 영역(P)의 면적 S0[mm2]는, 액적(D)을 구형(球形)으로 간주하고 그 직경을 d[mm]라 할 때, (0.5×d2)≤S0≤(50×d2)로 된다. 이로 인해, 액적의 고정밀도의 체적 측정을 가능하게 하면서, 노즐 간의 측정 환경의 균일화를 도모할 수 있다.

즉, 영역(P)의 면적이 (0.5×d2) 미만의 경우에서는, 영역(P) 내에 액적(D)을 안정적으로 수용하지 못하고, 고정밀도의 체적 측정이 곤란해진다. 또, 영역(P)의 면적이 (50×d2)를 넘으면, 화면(V) 내의 주위의 비교적 어두운 영역까지도 영역(P)에 속하게 되므로, 영역(P) 내의 휘도의 균일성이 저하되고, 또 노즐 간의 측정 환경의 균일화가 곤란해진다. 영역(P)의 면적은, 보다 바람직하게는, (1×d2)≤S0≤(10×d2)이다.

계속해서, 콘트롤러(15)는, 복수의 노즐(N) 각각으로부터 실제로 액적을 토출시키고, 촬상 유닛(20)에 의해서 노즐(N)마다 액적(D)을 촬영한다. 이 때, 콘트롤러(15)는, 상기와 같이 노즐마다 결정된 광량의 조명광(L)이 광원(27)으로부터 발생하도록 발광 제어부(29)를 제어한다. 이로 인해, 모든 노즐 위치에서 항상 일정한 광량으로 액적(D)을 촬영하는 것이 가능해진다. 또한, 노즐 위치에 의존하지 않는 고정밀도의 액적 측정이 가능해짐으로써, 노즐 위치에 의존하지 않는 고정밀도의 액적(D)의 토출량 제어가 가능해진다.

이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 각 노즐로부터 토출되는 액적의 측정 체적과 실체적과의 차이를 1σ/평균치로 0.3% 이하로 할 수 있다. 이와 같이 고정밀도의 액적의 체적 제어가 가능해지기 때문에, 잉크량의 불균형을 적게하고, 기판면 내에서 균일한 액적층을 형성할 수 있다. 이로 인해 발광 휘도의 면내 분포가 뛰어난 유기 EL 디스플레이를 제조하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상술의 실시 형태에게만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경을 더할 수 있는 것은 물론이다.

예를 들면 상기 메인터넌스부(14)에서, 촬상 유닛(20)에 가세하고, 잉크 헤드(121~126)의 잉크 토출면(121 s)을 클리닝하기 위한 브롯팅 유닛 등이 설치될 수 있다.

또, 촬상 유닛(20)에 의한 액적(D)의 측정 정밀도를 높이기 위해, 카메라(26)의 화소수를 증가시켜 고해상도화를 도모하거나, 조명광에 단파장의 빛(예를 들면 청색빛)을 이용하거나, 조명광의 발광 시간을 짧게(예를 들면 1μsec 이하) 할 수 있다.

1…잉크젯 장치
14…메인터넌스부(maintenance)
15…콘트롤러
20…촬상 유닛
25…본체
26…카메라
27…광원
29…발광 제어부
40…잉크 공급부
41…용기
43…압력 센서
44…펌프 유닛
45…액면검출 센서
46…보충 라인
121, 122, 123, 124, 125, 126…잉크 헤드
D…액적
L…조명광
S…기판
W…잉크

Claims

제1 축 방향을 따라서 배열된 복수의 노즐과, 상기 복수의 노즐에 각각 장착된 토출 구동부를 가지는 헤드부와,
상기 복수의 노즐로부터 토출되는 개개의 잉크의 액적에서 상기 제1 축 방향과 교차하는 제2 축 방향에서 조명광을 조사하는 광원과, 상기 조명광으로 조명된 액적의 화상을 취득하는 카메라와, 상기 광원 및 상기 카메라를 지지하여 상기 제1 축 방향을 따라서 이동 가능하게 구성된 가동부와, 상기 카메라에 받아들여지는 광량이 상기 개개의 액적의 촬영마다 일정하게 되도록 상기 조명광의 광량을 제어하는 발광 제어부를 가지는 촬상 유닛과,
상기 카메라의 출력에 근거하여 상기 액적의 체적을 측정하고, 그 측정 결과에 근거하여 상기 토출 구동부를 제어하는 콘트롤러
를 구비하는 잉크젯 장치.
제1항에 있어서,
상기 헤드부에 접속되어, 상기 복수의 노즐로부터 토출되는 잉크를 저장하는 용기와, 상기 용기 내의 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 용기의 내부를 조압(pressure regulating) 가능한 압력 조정 기구를 가지는 잉크 공급부를 더 구비하고,
상기 콘트롤러는, 상기 압력 센서의 출력에 근거해 상기 용기의 내부가 소정 압력이 되도록 상기 압력 조정 기구를 제어하는
잉크젯 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 잉크 공급부는, 상기 용기에 저장된 잉크의 액면 레벨을 검출하는 액면검출 센서와, 상기 용기에 잉크를 보충하는 보충 라인을 더 갖고,
상기 콘트롤러는, 상기 액면검출 센서의 출력에 근거하여 상기 용기에 저장되는 잉크의 액면이 소정 레벨이 되도록 상기 보충 라인을 제어하는
잉크젯 장치.
제3항에 있어서,
상기 액면검출 센서는, 단일의 히스테리시스 정전 용량 센서로 구성되는
잉크젯 장치.
제1항에 있어서,
상기 콘트롤러는, 상기 카메라에 의해 취득되는 촬영 화상의 일부 영역에서의 광량을 측정하여, 상기 개개의 잉크의 액적의 촬영마다 상기 영역의 광량이 일정이 되도록 상기 발광 제어부를 제어하는
잉크젯 장치.
제5항에 있어서,
상기 액적의 직경을 d, 상기 영역의 면적을 S0라 할때,
0.5×d2≤S0≤50×d2
의 관계를 만족시키는
잉크젯 장치.
복수의 노즐로부터 토출되는 복수의 액적을, 개개의 액적마다 다른 복수의 관측 위치에서 관측하는 액적 측정 방법에 있어서,
상기 복수의 관측 위치에서 카메라에 받아들여지는 배경광을 각각 측정하고,
상기 복수의 관측 위치에서의 배경광이 일정하게 되는 조명광을 상기 복수의 관측 위치마다 조사하고,
상기 조명광이 조사된 관측 위치를 통과하는 액적을 카메라로 촬영하여, 그 화상을 처리함으로써, 상기 액적의 체적을 측정하는
액적 측정 방법.
제7항에 있어서,
상기 액적의 체적에 근거하고, 상기 복수의 노즐 중 해당 액적을 토출하는 노즐로부터의 잉크 토출량을 제어하는
액적 측정 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 액적의 체적을 측정하는 공정은, 상기 카메라에 의해 취득되는 촬영 화상의 일부의 영역의 평균 휘도를 측정하고, 상기 개개의 잉크의 액적의 촬영마다 상기 영역의 휘도가 일정하게 되도록 상기 조명광을 제어하는 것을 포함하는
액적 측정 방법.
제9항에 있어서,
상기 액적의 직경을 d, 상기 영역의 면적을 S0라 할때,
0.5×d2≤S0≤50×d2
의 관계를 만족시키는
액적 측정 방법.