KR20210004689A - 실시간 탄착정보계측장치 및 그것을 이용한 실시간 토출액적보정장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄착정보를 피드백하여 실시간으로 토출정도를 보정할 수 있는 실시간 토출액적보정장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 잉크젯 헤드의 구동을 제어하는 토출제어부; 기판의 하부에 구비되어 상기 기판으로 토출되는 액적의 탄착정보를 계측하여 상기 토출제어부로 피드백하는 탄착계측부를 포함하여 구성되며, 상기 토출제어부는 상기 탄착정보를 이용하여 액적을 토출시키는 노즐파형을 보정하는 실시간 토출액적보정장치를 제공한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 탄착의 위치, 크기 및 부피 정보를 동시에 계측하여 실시간으로 잉크젯 헤드부로 피드백 해줌으로써 별도 헤드부의 이동없이 탄착정보를 획득할 수 있는 이점이 있다.

Description

실시간 탄착정보계측장치 및 그것을 이용한 실시간 토출액적보정장치 및 방법{Real time drop data measurement apparatus and real time discharging drop compensating apparatus and the method threrof}
본 발명은 실시간 탄착정보계측장치 및 그것을 이용한 실시간 토출액적보정장치 및 방법에 관한 것이며, 구체적으로 탄착정보를 피드백하여 실시간으로 토출정도를 보정할 수 있는 실시간 탄착정보계측장치 및 그것을 이용한 실시간 토출액적보정장치 및 방법에 관한 것이다.
LCD 등의 디스플레이 장치를 제조하기 위해서 배향막의 형성이나 UV잉크를 도포할 경우, 또는 기판상에 컬러필터를 도포할 경우 등 액적을 토출하기 위해 잉크젯 설비를 많이 이용하고 있다.
이러한 잉크젯 설비는 액적을 토출하는 헤드, 상기 헤드로 액적을 공급하기 위한 잉크탱크 등을 갖추고 있는데, 그 중 노즐을 통해 액적을 분사하여 주는 헤드는 정확한 위치에 정확한 토출량으로 액적을 분사시켜야 하기 때문에 정밀하게 제어될 필요가 있다.
특히, 최근에는 미세패턴으로 액적을 토출해야 하기 때문에 토출량에 대한 높은 수준의 정밀도가 요구되고 있다.
도 1에 나타낸 공개특허 제10-2017-0133799호에 의하면, 잉크젯 헤드(10)는 노즐(23)이 배치되는 하부 어셈블리(13) 및 레저버와 연결되어 액적을 노즐로 공급하는 상부 어셈블리(11)로 이루어진다.
또한, 상부 어셈블리(11)에는 인가되는 전압의 크기에 의해 상기 액적의 토출량을 결정하는 피에조(19)가 구비된다.
이러한 잉크젯 장치에서 잉크 탄착의 위치와 크기 정보는 Line Scan Camera, Glass View Camera 등의 계측을 통해 얻을 수 있고, 부피 정보는 Drop Watcher, Laser Doppler Measurement 등의 계측을 통해 얻을 수 있다.
하지만, 잉크 탄착의 위치, 크기 및 부피 정보를 동시에 얻을 수 없어 이러한 정보를 상호 보완하는 추가적인 작업이 필요하여 실시간으로 잉크 탄착의 위치, 크기 및 부피 정보를 얻을 수는 없다.
또한, 상기한 계측을 위해서는 잉크젯 헤드부를 이동시켜 계측해야 하는데 이러한 계측방법은 총 생산시간의 증가를 불러와 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것이며, 구체적으로 실시간으로 노즐에서 토출되는 탄착정보를 획득하여 잉크젯 헤드에서 액적이 토출되는 형태를 보정하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 탄착의 위치, 크기 및 부피 정보를 동시에 계측하여 잉크젯 헤드부로 피드백해 주기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 잉크젯 헤드의 구동을 제어하는 토출제어부; 기판의 하부에 구비되어 상기 기판으로 토출되는 액적의 탄착정보를 계측하여 상기 토출제어부로 피드백하는 탄착계측부를 포함하여 구성되며, 상기 토출제어부는 상기 탄착정보를 이용하여 액적을 토출시키는 노즐파형을 보정하는 실시간 토출액적보정장치를 제공한다.
상기 탄착계측부는 매트릭스 형태의 압력센서모듈을 포함하며, 상기 매트릭스의 노드정보를 이용하여 탄착위치, 탄착크기 및 탄착부피를 계산하여 매핑하는 것이 바람직하다.
상기 탄착계측부는 상기 매핑된 정보를 토출제어부로 전송하고, 상기 토출제어부는 미리 저장된 데이터와 상기 매핑된 정보를 비교하여 그 차이에 의한 결과값을 이용하여 잉크젯 헤드의 토출량을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 탄착계측부는 상기 매트릭스의 노드 중 탄착이 감지된 노드의 갯수를 이용하여 탄착크기를 계산할 수 있다.
상기 탄착계측부는 하나의 화소당 탄착되는 액적의 갯수를 화소당 탄착갯수로 검출하여 토출제어부로 전송하고, 상기 토출제어부는 상기 화소당 탄착갯수를 미리 저장된 기준갯수와 비교후 결과값을 이용하여 잉크젯 헤드를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 탄착계측부는 적어도 한 쌍의 전극센서모듈을 포함하며, 상기 전극센서모듈에 구비된 전극센서에 의한 전기장의 변화에 따라 도전성을 갖는 액적의 탄착위치, 탄착크기 및 탄착부피를 계산하여 매핑하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 또한, 잉크젯 헤드의 아래쪽으로 기판이 이송되는 단계; 상기 기판의 하부에 탄착계측부가 위치하는 단계; 상기 잉크젯 헤드로부터 기판으로 액적이 토출되는 단계; 상기 탄착계측부에 의해 상기 기판으로 토출되는 액적의 탄착정보를 계측하는 단계; 탄착계측부는 상기 탄착정보를 이용하여 잉크젯 헤드에서 토출되는 액적의 크기를 제어할 수 있는 신호를 토출제어부로 피드백하는 단계를 수행하는 실시간 토출액적보정방법을 제공한다.
상기 탄착계측부는 매트릭스 형태의 압력센서를 포함하며, 상기 매트릭스의 노드정보를 이용하여 탄착위치, 탄착크기 및 탄착부피를 계산하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 탄착의 위치, 크기 및 부피 정보를 동시에 계측하여 실시간으로 잉크젯 헤드부로 피드백 해줌으로써 별도 헤드부의 이동없이 탄착정보를 획득할 수 있는 이점이 있다.
또한, 노즐에서 토출되는 탄착정보를 획득하여 실시간으로 잉크젯 헤드에서 토출되는 액적의 크기를 제어할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 의한 잉크젯 헤드의 구조를 나타내는 구조도;
도 2는 본 발명에 의한 실시간 토출액적보정장치의 구성을 나타내는 구성도;
도 3은 도 2에서 압력센서모듈의 구성을 나타내는 구성도;
도 4는 도 3에서 탄착크기의 산출방법을 설명하기 위한 예시도;
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 실시간 토출액적보정장치의 다른 실시예를 나타내는 예시도;
도 7은 본 발명에 의한 실시간 토출액적보정방법을 나타내는 순서도.
본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 실시간 토출액적보정장치는 탄착계측부(200) 및 토출제어부(320)를 포함하여 구성된다.
본 실시예에서 상기 탄착계측부(200)는 압력센서모듈(210)을 포함한다. 상기 압력센서모듈(210)은 매트릭스 기반 압력센서를 포함하며, 기판 아래에 구비되어 기판 위로 토출되는 액적의 탄착정보를 획득한다.
본 실시예에서 기판(100)은 액정표시장치 등을 제조하기 위한 투명기판이나 유기EL 표시장치 등으로 제조하기 위한 기판 등 여러 기판이 이용될 수 있으며, 예를 들어, PEN(Polyethylene naphthalate), PET(Polyethlene terephthalate), PES(Polyether sulfone), PI(Polyimide), Glass 등의 기판이 이용될 수 있다.
상기 기판은 압력센서모듈(210) 상부에 구비되어 잉크젯 장치에 의해 미리 설정된 형상으로 기판위로 약액이 토출된다.
상기 기판(100) 위에는 화소를 구성하는 화소격벽(110)이 형성되어 RGB각각의 색을 구현하도록 되어 있다.
도 3을 참조하면, 압력센서모듈(210)은 매트릭스 형태로 각 노드에 압력센서가 배치되며, 이러한 압력센서에 의한 노드정보를 기반으로 탄착계측부(200)에서는 기판에 액적이 탄착되었는 여부, 탄착크기 및 탄착부피를 계산한다. 상기 노드정보는 각 노드의 좌표, 감지된 압력값 등을 포함한다.
구체적으로, 압력센서모듈(210)에서 압력센서의 간격이 5μm로 이루어졌을 때, 잉크젯 헤드에서 토출된 액적이 도 4와 같이 6개의 압력센서에서 감지되었다면, 탄착위치는 상기 6개 노드의 좌표값의 평균 또는 평균에서 가장 가까운 노드의 위치로 정해질 수 있다. 또한, 탄착크기 S는 5 × 10 = 50μm2로 계산되어 질 수 있다.
그리고, 상기 6개의 압력센서에서 계측된 압력값이 각각 P1,P2,P3,P4,P5,P6라면 탄착계측부(200)에서는 상기 6개 압력센서에 의한 압력값의 평균을
PA = (P1+P2+P3+P4+P5+P6)/6로 계산한다.
약액의 질량을 m, 밀도를 ρ, 부피를 V라 하면,
PA × S = mg = ρVg 이므로
탄착부피 V = (PA × S)/ρg 로 계산될 수 있다.
탄착계측부(200)에서는 이렇게 계산되어진 탄착정보, 즉, 탄착위치, 탄착크기 및 탄착부피를 매트릭스 상의 해당 위치에 대응하도록 표시하여 주는 매핑을 수행한다. 이러한 탄착정보는 매핑시 수치화되어 저장될 수 있다.
탄착계측부에서 수행하는 이러한 계측은 먼저 기판에 의한 압력을 기반으로 계측되어져야 하며, 예를 들어, 약액의 토출전 먼저 기판에 의한 압력값을 초기압력값으로 저장하고, 약액 토출후 감지되는 압력센서모듈에 의한 압력값에서 저장된 초기압력값을 뺀 값을 이용하여 탄착정보를 계산할 수 있다.
탄착계측부(200)는 매핑작업을 수행한 후, 매핑정보를 토출제어부(320)로 전송한다. 토출제어부(320)에는 저장부에 미리 저장된 설정데이터와 탄착계측부로부터 전송된 매핑정보를 비교하여 그 차이에 의한 결과값을 계산하고 상기 결과값을 이용하여 잉크젯 헤드를 제어하게 된다.
구체적으로, 저장부에는 작업종류에 따라 토출되어야 할 액적의 크기, 토출속도, 한 화소당 토출되는 액적의 갯수, 토출위치 등의 설정데이터가 저장된다. 또한, 토출제어부(320)에서는 잉크젯 장치의 가동을 시작하면 저장부에 저장된 설정데이터를 기초로 하여 압전소자를 구동시켜 약액의 토출을 수행한다.
잉크젯 장치의 가동이 수행되는 동안 탄착계측부(200)에서는 토출되는 액적의 탄착정보를 계산하고 매핑정보를 생성하여 다시 토출제어부(320)로 피드백하여 주며, 토출제어부에서는 설정데이터에 의한 탄착위치 및 탄착크기에서 토출제어부로부터 피드백된 탄착위치 및 탄착크기를 빼어 그 차이를 계산한다.
예를 들어, 설정데이터에 의한 탄착크기에서 피드백된 탄착크기를 뺀 결과값이 마이너스인 경우 토출제어부에서는 압전소자의 구동을 약화시켜 토출크기를 작게 제어한다. 이때, 상기 결과값의 크기만큼 압전소자의 구동을 조절함으로써 노즐 파형이 조절되고 정밀하게 약액의 토출량을 보정하게 된다.
탄착위치의 경우에도 토출제어부에서는 탄착크기와 마찬가지 방법으로 설정데이터에 의한 탄착위치의 좌표에서 피드백된 탄착위치의 좌표를 빼어 차이벡터를 계산하며, 상기 차이벡터를 기초로 하여 잉크젯 헤드의 움직임을 제어함으로써 정밀하게 토출위치를 보정할 수 있다.
상기 탄착계측부(200)는 압력센서모듈을 이용하여 탄착위치, 탄착크기, 탄착부피 및 화소당 탄착갯수를 산출할 수 있다.
상기 화소당 탄착갯수는 한 화소에 적하되는 액적의 갯수를 의미하며, 탄착계측부에서는 압력센서에 압력이 가해지는 횟수를 계측하여 화소당 탄착갯수를 검출하고 상기 화소당 탄착갯수를 토출제어부로 전송하여 준다.
토출제어부에서는 설정데이터에 저장된 한 화소당 토출되는 액적의 갯수와 토출제어부로부터 피드백된 화소당 탄착갯수를 비교하여 다른 경우 그 차이만큼 보정을 해준다.
다음으로, 탄착계측부의 다른 실시예에 대해 설명한다.
도 5를 참조하면, 탄착계측부는 다른 센서모듈을 구비할 수 있으며, 본 실시예에서 상기 탄착계측부는 적어도 한 쌍의 전극센서모듈(250,251)을 포함한다.
상기 전극센서모듈(250,251)은 매트릭스 형태로 배치되며, 기판 아래에 구비되어 기판 위로 토출되는 액적의 탄착정보를 획득한다.
구체적으로, 상기 전극센서모듈은 신호전극(250) 및 그라운드전극(251)을 포함하며, 탄착계측부(200)에서는 상기 신호전극(250)에 구형파를 인가한다. 그러면, 신호전극(250) 및 그라운드전극(251) 사이에 기판(100)을 매개로 하여 변화하는 전기장이 형성되고 변위전류(displacement current)가 형성된다.
이때, 잉크젯 헤드로부터 도전성을 갖는 액적이 기판위에 탄착되면 도 6과 같이 전기장이 변화하게 되며 두 전극 사이의 정전용량 및 변위전류도 달라지게 되므로 탄착계측부(200)에서는 해당 위치에 액적이 탄착되었는지 여부를 알 수 있다.
또한, 매트릭스 형태로 배치된 전극센서 중 몇 개의 전극에서 탄착이 감지되었는지를 산출하여 탄착크기를 계산하며, 앞서 설명한 방법으로 탄착부피도 계산할 수 있다. 상기 탄착크기를 계산하기 위해서는 이웃한 몇개의 전극에서 탄착이 감지되었는지를 산출하며, 이웃하지 않고 떨어진 전극에서 탄착이 감지된 경우에는 별개의 탄착으로 판단하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 실시간 토출액적보정방법에 대해 설명한다.
기판이 이송되면 상기 기판은 압력센서모듈 또는 전극센서모듈 위에 설치되고, 기판이 정위치에 설치되면 탄착계측부에서는 초기화를 시작한다. 즉, 기판 자체에 의한 압력정보가 탄착계측부에 저장되고 이러한 기판 자체의 압력정보는 0으로 세팅될 수 있다.
초기화 단계가 끝나면 탄착계측부에서는 토출제어부로 초기화 종료신호를 전송하고, 토출제어부에서는 상기 초기화 종료신호를 전송받으면 저장부에 저장된 설정데이터를 읽어와 설정데이터에 기초하여 잉크젯 헤드를 구동시킨다. 이러한 설정데이터는 액적의 크기, 토출속도, 한 화소당 토출되는 액적의 갯수, 토출위치 등의 데이터가 포함될 수 있다.
설정데이터에 기초하여 잉크젯 헤드로부터 약액이 토출되면 탄착계측부에서는 기판에 탄착된 액적의 탄착정보를 계측한다. 이러한 탄착정보는 탄착위치, 탄착크기, 탄착부피, 화소당 탄착갯수 등의 정보를 포함할 수 있다.
탄착계측부에서는 계측된 탄착정보를 기초로 하여 매트릭스에 대응하는 위치의 매핑정보를 생성하여 토출제어부로 피드백 하여 준다.
토출제어부에서는 탄착계측부로부터 피드백을 받아 설정데이터와 피드백데이터를 비교하여 토출보정 유무를 판단한다. 이때, 설정데이터와 피드백데이터의 차이값에 의하여 보정의 크기도 함께 판단된다.
이와 같이 본 실시예에서는 토출제어부에 의해 실시간으로 약액 토출량이나 토출방법등이 보정되므로 잉크젯 헤드의 이동 없이 정밀한 제어가 가능해진다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 기판 200 : 탄착계측부
210 : 압력센서모듈 300 : 잉크젯 헤드
320 : 토출제어부

Claims (9)

  1. 기판의 하부에 구비되며 잉크젯 헤드로부터 상기 기판으로 토출되는 액적의 탄착정보를 계측하는 탄착계측부에 있어서,
    상기 탄착계측부는 복수 개의 센서가 배치되는 센서모듈을 포함하며,
    상기 탄착계측부는 상기 센서모듈에 의해 계측된 정보를 이용하여 탄착위치, 탄착크기 및 탄착부피를 계측하는 것을 특징으로 하는 실시간 탄착정보계측장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄착계측부는 탄착이 감지된 센서의 갯수를 이용하여 탄착크기를 계측하는 것을 특징으로 하는 실시간 탄착정보계측장치.
  3. 잉크젯 헤드의 구동을 제어하는 토출제어부;
    기판의 하부에 구비되어 상기 기판으로 토출되는 액적의 탄착정보를 계측하여 상기 토출제어부로 피드백하는 탄착계측부를 포함하여 구성되며,
    상기 토출제어부는 상기 탄착정보를 이용하여 액적을 토출시키는 노즐파형을 보정하는 실시간 토출액적보정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄착계측부는 매트릭스 형태의 압력센서모듈을 포함하며,
    상기 매트릭스의 노드정보를 이용하여 탄착위치, 탄착크기 및 탄착부피를 계산하여 매핑하는 것을 특징으로 하는 실시간 토출액적보정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탄착계측부는 상기 매핑된 정보를 토출제어부로 전송하고,
    상기 토출제어부는 미리 저장된 데이터와 상기 매핑된 정보를 비교하여 그 차이에 의한 결과값을 이용하여 잉크젯 헤드의 토출량을 제어하는 것을 특징으로 하는 실시간 토출액적보정장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 탄착계측부는 하나의 화소당 탄착되는 액적의 갯수를 화소당 탄착갯수로 검출하여 토출제어부로 전송하고,
    상기 토출제어부는 상기 화소당 탄착갯수를 미리 저장된 기준갯수와 비교후 결과값을 이용하여 잉크젯 헤드를 제어하는 것을 특징으로 하는 실시간 토출액적보정장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 탄착계측부는 적어도 한 쌍의 전극센서모듈을 포함하며,
    상기 전극센서모듈에 구비된 전극센서에 의한 전기장의 변화에 따라 도전성을 갖는 액적의 탄착위치, 탄착크기 및 탄착부피를 계산하여 매핑하는 것을 특징으로 하는 실시간 토출액적보정장치.
  8. 잉크젯 헤드의 아래쪽으로 기판이 이송되는 단계;
    상기 기판의 하부에 탄착계측부가 위치하는 단계;
    상기 잉크젯 헤드로부터 기판으로 액적이 토출되는 단계;
    상기 탄착계측부에 의해 상기 기판으로 토출되는 액적의 탄착정보를 계측하는 단계;
    탄착계측부는 상기 탄착정보를 이용하여 잉크젯 헤드에서 토출되는 액적의 크기를 제어할 수 있는 신호를 토출제어부로 피드백하는 단계를 수행하는 실시간 토출액적보정방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 탄착계측부는 매트릭스 형태의 압력센서를 포함하며,
    상기 매트릭스의 노드정보를 이용하여 탄착위치, 탄착크기 및 탄착부피를 계산하는 것을 특징으로 하는 실시간 토출액적보정방법.
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