KR20240048552A - 잉크젯 프린터 액적 배치 분석기용 테스트 기판 - Google Patents

Abstract

잉크젯 프린터용 기판이 본 명세서에 기술되어 있다. 기판은 고대비 반사광을 제공하고 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 보이는 인쇄 재료 수용 표면을 갖는 재료를 포함한다.

Description

잉크젯 프린터 액적 배치 분석기용 테스트 기판

본 특허 출원은 2021년 8월 27일에 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 63/260,656 및 2021년 11월 8일에 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 63/263,721의 이익을 주장하며, 이들 각각은 전체적으로 참조로서 본 명세서에 포함된다.

본 특허 출원은 잉크젯 프린팅, 잉크젯 프린터용 액적 배치의 정확성을 분석하기 위한 유닛, 및 이러한 테스트 유닛용 기판에 관한 것이다.

산업용 잉크젯 프린터는 모든 종류의 장치를 형성하기 위해 대형 기판에 재료를 적용하는 데 사용된다. 기판은 단단할 수도 있고 유연할 수도 있고 두껍거나 얇을 수도 있으며 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 이러한 방식으로 사용되는 가장 일반적인 유형의 기판은 다양한 유형의 유리로 만들어진 기판으로서, 텔레비전 및 스마트폰용 디스플레이와 같은 전자 디스플레이를 만들기 위해 처리된다.

잉크젯 프린터는 기판에 증착하기 위한 인쇄 재료를 분배하는 노즐들이 있는 프린트헤드를 사용한다. 오늘날의 산업용 잉크젯 프린터는 인쇄 재료의 아주 작은 액적들을 매우 높은 정확도로 증착하여 기판 상에 매우 작거나 매우 얇고 정밀하게 위치한 구조를 형성한다. 기판 상에 액적들의 정확한 배치를 보장하려면 각 노즐의 작동 특성과 그에 대한 변경 사항을 항상 알아야 한다. 이러한 이유로, 일반적으로 노즐들의 성능을 측정하고 추적하기 위해 여러 진단 모듈이 사용된다.

그러한 진단 모듈들 중 하나는 액적 배치 테스트 시스템이다. 액적 배치 테스트 시스템은 잉크젯 프린터의 노즐에 의해 분사될 때 액적들이 떨어지는 위치를 테스트하는 데 사용되며 기판에 배치된 액적들의 크기를 테스트하는 데에도 사용될 수 있다. 이러한 데이터는 인쇄 노즐의 확인된 성능을 기반으로 인쇄 계획을 수립할 수 있도록 저장될 수 있다. 일반적으로 프린터의 모든 노즐에서 나온 액적들은 액적 배치 테스트 시스템의 테스트 기판에 증착되고, 액적들의 사진을 촬영하여 액적들의 떨어진 위치와 크기를 결정한다.

산업용 규모의 잉크젯 프린터는 수십만 개의 인쇄 노즐들을 가질 수 있으며, 각각의 노즐은 예를 들어 5-10μm의 직경을 갖는 매우 작은 액적들을 형성하도록 구성된다. 모든 노즐의 성능을 이해하려면 테스트 기판의 각 노즐로부터 최소 한 액적을 증착하고 액적의 사진을 촬영하는 것이 유용하다. 테스트 기판이 모든 노즐로부터의 액적들을 수용할 만큼 충분한 면적을 갖지 않는 경우, 노즐들의 제1 서브세트와 제1 테스트 기판, 또는 테스트 기판의 제1 부분을 사용하여 제1 테스트가 수행될 수 있다. 그 다음, 제2 테스트 기판 또는 테스트 기판의 제2 부분이 준비되고, 노즐들의 제2 서브세트를 사용하여 제2 테스트가 수행된다. 이 과정은 모든 노즐이 테스트될 때까지 반복된다. 사이클 수를 최소화하면 인쇄 계획을 결정하는 속도가 최대화되고, 액적들을 테스트할 때 원하는 특성을 갖도록 테스트 기판을 공식화하는 것은 인쇄 계획을 결정하는 속도와 잉크젯 인쇄 시스템의 처리량을 최대화하는 것의 일부일 수 있다. 따라서, 액적 배치 테스트의 처리량과 속도를 최대화하는 테스트 기판과 액적 배치 테스트 시스템이 필요하다.

본 명세서에 기술된 실시예들은 고대비(high contrast) 반사광을 제공하도록 선택된 재료를 포함하고 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응(neutral response)을 갖는 인쇄 재료 수용 표면을 갖는 잉크젯 프린터용 기판을 제공한다.

본 명세서에 설명된 다른 실시예들은 인쇄 재료의 액적들을 분석하기 위한 액적 배치 테스트 시스템을 제공한다. 상기 액적 배치 테스트 시스템은 테스트 기판을 위한 스테이지를 포함하는 테스트 기판 시스템, - 상기 테스트 기판은 고대비 반사광을 제공하도록 선택된 재료를 포함하는 유연한 기판임, 상기 기판은 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 보이는 인쇄 재료 수용 표면을 가짐, 상기 인쇄 재료 수용 표면은 투명 필름과 투명 필름에 접착된 백킹 층을 포함함; 그리고 상기 백킹 층의 광학 특성들에 매칭되는 광을 사용하여 상기 인쇄 재료 수용 표면을 조명하도록 배치된 광원 및 상기 테스트 기판으로부터 반사된 광의 이미지를 포착하기 위한 검출기를 갖춘 이미징 장치를 포함한다.

본 명세서에 기술된 다른 실시예들은 잉크젯 프린터의 프린트 헤드의 노즐들로부터 인쇄 재료의 복수의 액적들을 테스트 기판 상에 분배하는 단계, - 상기 테스트 기판은 고대비 반사광을 제공하도록 선택된 재료를 포함하고, 접촉 시 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 보이는 인쇄 재료 수용 표면을 가짐; 상기 액적에 의해 반사되는 광과 고대비로 상기 테스트 기판에 의해 반사되고 상기 테스트 기판의 상기 재료와 매칭되는 광을 이용하여 상기 액적을 이미지화하는 단계; 그리고 롤을 사용하여 테스트 기판을 수집하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

도 1은 일 실시예에 따른 테스트 기판의 정면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 액적 배치 테스트 시스템의 정면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 방법을 요약한 흐름도이다.
도 4a는 다른 실시예에 따른 테스트 기판의 정면도이다.
도 4b는 다른 실시예에 따른 테스트 기판의 정면도이다.

잉크젯 프린터로부터 인쇄 재료의 증착을 테스트하기 위한 테스트 기판이 본 명세서에 기술되어 있다. 테스트 기판은 인쇄 재료를 수용하기 위한 적합성 표면을 제공하므로, 테스트 기판에 증착되었을 때 인쇄 재료의 거동은 비테스트 기판에 증착되었을 때 인쇄 재료의 거동과 관련될 수 있다. 예를 들어, 테스트 기판은 인쇄 재료의 액적이 테스트 기판에 증착될 때 액적 폭의 변화가 비테스트 기판에 인쇄 재료의 액적이 증착될 때의 액적 폭의 변화와 유사하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 테스트 기판은 인쇄 재료의 액적이 테스트 기판과 접촉 시 고정되도록 구성된다. 예를 들어, 퍼짐(spreading)이나 기타 반응과 관련하여 생산 기판에 증착된 액적의 거동이 알려진 경우, 프린터의 노즐에 의해 분배되는 액적의 정확한 크기를 확인하는 것이 바람직할 수 있다. 알려진 퍼짐 거동은 노즐에서 생산 기판으로 액적을 증착한 결과를 이해하기 위해 정확한 액적 크기에 적용될 수 있다. 그러한 경우, 접촉 시 액적을 고정시키는 인쇄 재료 수용 표면을 갖춘 테스트 기판은 액적의 정확한 크기를 결정하는 데 유용할 수 있다.

테스트 기판에 배치된 액적들은 노즐이 기판에 액적을 배치하는 방법을 평가하는 데에도 사용될 수 있다. 액적을 분사할 때 노즐의 위치는 알려져 있거나 확인되며 기판 위의 액적의 위치도 확인된다. 노즐이 기판에 액적을 배치하는 방법을 정의하기 위해 두 위치들을 비교한다. 대안적으로, 조정을 결정하기 위해 분사하는 노즐의 가정된 성능에 기초하여 테스트 기판 상의 액적의 예상된 위치는 분배된 액적의 실제 위치와 비교된다. 액적 크기 정보와 액적 배치 정보는 노즐에서 액적의 분사를 제어하여 기판에서의 정확한 액적 크기와 배치를 달성하는 데 사용될 수 있다.

테스트 기판은 또한 테스트 기판에 증착된 액적들의 최적 이미징을 위해 고대비 반사광을 제공하기 위해 광과 상호작용한다. 테스트 기판의 광학적 특성은 일반적으로 이미징 시스템에 의해 액적들의 마이크론 스케일의 세부 사항이 분석될 수 있도록 이미징에 사용되는 광과 매칭된다.

본 명세서에 기술된 테스트 기판은 액적들을 수용하는 기판의 측면을 이미징하도록 구성된다. 따라서, 액적들은 인쇄 재료 수용 표면 상에 배치되고, 액적들의 이미지를 캡처하기 위해 인쇄 재료 수용 표면이 이미징 유닛을 향하도록 기판이 배치된다. 테스트 기판은 액적들이 배치되는 테스트 영역을 통과한 후 액적들의 이미지가 캡처되는 이미징 영역을 통과하는 테이프형 또는 리본형 구조일 수 있다. 최적의 이미징을 위해, 테스트 기판은 일반적으로 고대비 반사광을 제공하도록 선택된 재료를 포함한다. 그 재료는 균질할 수도 있고, 테스트 기판이 층상 구조를 가질 수도 있다. 이미지화되는 재료의 유형에 따라, 재료에는 인쇄 재료의 액적들의 최적 이미징을 제공하기 위해 선택된 광의 원하는 주파수를 반사하는 안료가 포함될 수 있다. 예를 들어, 인쇄 재료가 투명하거나 무색인 경우, 테스트 기판의 재료는 반사 재료를 포함할 수 있으므로 액적들의 굴절 특성을 사용하여 액적들을 이미지화할 수 있다. 인쇄 재료가 검정색, 흰색 또는 빨간색과 같은 색상을 갖는 경우, 테스트 기판의 재료는 검정색 또는 흰색 색상을 가질 수도 있고, 인쇄 재료의 액적들과 높은 대비를 제공하기 위해 선택된 다른 색상을 가질 수도 있다.

인쇄 재료 수용 표면은 표면 처리된 테스트 기판의 표면일 수 있다. 예를 들어, 접촉 시 인쇄 재료에 중립적인 반응을 제공하기 위해 화학적 조성물이 테스트 기판의 표면에 적용될 수 있다. 일반적으로 인쇄 재료 수용 표면의 특성은 접촉 시 인쇄 재료에 중립적인 반응을 제공하고 매우 높은 해상도 또는 배율(예: 픽셀당 400nm 정도)에서 선명한 이미징을 지원하는 광학적 특성을 갖도록 선택된다. 테스트 기판의 다른 재료도 마찬가지로 깨끗하고 선명한 이미징을 지원하는 광학 특성을 위해 선택되며, 사용된 광도 테스트 기판의 광학적 특성 및 액적들 자체와 상호 작용하여 액적들의 깨끗하고 선명한 고해상도 이미지를 제공하도록 선택된다.

여기서, "중립적인 반응"은 액적이 인쇄 재료 수용 표면과 접촉할 때 모양이나 조성이 실질적으로 변하지 않음을 의미한다. 액적은 인쇄 재료 수용 표면과 약 90도의 접촉각을 취한다. 어떤 경우에는 인쇄 재료 수용 표면과 접촉할 때 액적이 약간 퍼질 수 있지만 표면 재료는 액적과 표면의 접촉각이 약 75도 이상이 되도록 선택된다. 접촉각은 접촉각에 대한 ASTM-D7334 표준 관행에 따라 측정될 수 있다. 명세서 작성 시점에서 D7334는 2013년에 출시된 버전 8에 있다. D7334는 2009년에 발표된 TAPPI 접촉각 테스트 방법 T 458 cm-14를 참조하여 2010년 ASTM에서 철회된 표준 접촉각 측정 방법 D5725를 참조하는 접촉각에 대한 표준 관행이다. 이러한 방법들 중 하나를 사용하여 접촉각을 측정할 수 있다.

일부 경우에, 인쇄 재료 수용 표면은 테스트 기판 상에 코팅된 재료일 수 있다. 다른 경우에, 인쇄 재료 수용 표면은 불투명, 반투명, 착색 및/또는 반사성인 필름의 표면일 수 있다. 일부 경우에, 테스트 기판은 인쇄 재료 수용 표면 전체에 걸쳐 균일하고 접촉 시 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 갖는 인쇄 재료 수용 표면을 제공하기 위해 표면 처리된 반사성 재료, 예를 들어 금속 필름 또는 포일(foil)일 수 있다. 일반적으로, 이미징이 테스트 기판의 인쇄 재료 수용 표면 측에서 수행되는 경우, 테스트 기판은 캡처된 이미지를 손상시키지 않도록 테스트 기판 뒤에 충분한 구조를 숨기도록 구성된다. 그런 의미에서, 테스트 기판 뒤의 이미징 표면의 어떤 특징도 이미지에서 분석되지 않도록 테스트 기판은 광에 대해 불투명하거나 그렇지 않으면 비투과성이거나 최소 투과성을 가질 수 있다.

테스트 기판은 일반적으로 스풀(spool) 주위의 롤링을 지원하도록 얇아서 연속적인 인쇄 및 이미징 사이클이 연장된 길이의 하나의 테스트 기판을 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 테스트 기판은 일반적으로 인쇄 및 이미징을 위해 평평한 표면에 단단히 고정될 수 있는 유연성을 가질 만큼 충분히 얇다. 일반적으로, 테스트 기판은 인쇄 및 이미징을 위해 진공 표면에 고정되고, 여기의 테스트 기판은 공칭 압력 차이를 사용하여 그러한 진공 표면으로 평탄화될 만큼 충분히 얇다. 여기에서 테스트 기판의 예시적인 두께는 50μm~100μm 또는 약 2mil~4mil이다.

인쇄 재료 수용 표면은 일반적으로 이축 배향된 중합체 재료와 같은 낮은 표면 에너지 재료이며, 인쇄 재료 수용 표면에 증착되는 재료는 소수성 재료이다. 적합한 재료는 약 35 dynes/cm 미만, 예를 들어 약 20-30 dynes/cm, 예를 들어 21-26 dynes/cm, 예를 들어 21-23 dynes/cm의 표면 에너지를 가질 것이다. 어떤 경우에는 인쇄 재료 수용 표면의 표면 에너지가 22 dynes/cm이다. 이러한 재료의 예로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 기타 폴리올레핀 재료(PO), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 기타 폴리에스터 재료, 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은 실리콘 기반(폴리실록산 기반) 재료가 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리트리플루오로에틸렌(P3Fet 또는 PTrFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리헥사플루오로프로필렌(PHFP), 불화에틸렌 폴리머(FEP), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(CTFE)과 같은 불소화 폴리머가 사용될 수 있다. 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 천연 라텍스 고무, 폴리이소부틸렌(PIB)과 같은 다른 폴리머도 사용될 수 있다. 인쇄 재료 수용 표면은 복합 PE 재료, 복합 PP 재료, 복합 PET 재료, 복합 또는 비복합("순수한") 실리콘 재료, 또는 이들의 혼합물, 공중합체 또는 멀티중합체일 수 있다. PDMS, 메틸 말단 유기실란 및 플루오로알킬실란과 같은 소수성 자기 조립 단층(SAM) 재료를 사용하여 본 명세서에 기술된 테스트 기판의 인쇄 물질 수용 표면으로 사용하기에 적합한 코팅을 형성할 수 있다. 일 예에서, 인쇄 재료 수용 표면은 실리콘 기반 필름 또는 코팅이다.

일부 경우에, 인쇄 재료 수용 표면은 일반 대기, 실온 및 주변 광과 같은 주변 조건에 노출되어도 실질적으로 변하지 않는 환경적으로 안정한 재료로 만들어질 수 있다. 특히, 주변 조건에 노출되었을 때 인쇄 재료 수용 표면의 표면 에너지 변화는 느리게 발생해야 한다. 예를 들어, 표면 에너지 변화가 약 1 dyne/cm/hr 미만인 재료는 테스트 기판이 약 24시간 이상 주변 조건에 노출되지 않는 한, 인쇄 재료 수용 표면으로 사용할 수 있다. 보다 안정적인 재료, 예를 들어 표면 에너지 변화가 약 5 dyne/cm/day 이하인 재료는 더 나은 결과를 제공하고, 약 1 dyne/cm/day 이하의 변화를 갖는 재료는 훨씬 더 나은 결과를 제공한다.

전술한 바와 같이, 테스트 기판은 층상 구조를 가질 수 있다. 도 1은 일 실시예에 따른 테스트 기판(100)의 정면도이다. 테스트 기판(100)은 인쇄 재료 수용 표면(102) 및 백킹(backing) 층(104)을 갖는다. 따라서, 테스트 기판(100)은 이중층 기판이다. 인쇄 재료 수용 표면(102)은 그 위에 증착될 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 갖는 재료로 만들어진다. 여기서, "중립적인 반응"은 인쇄 재료 수용 표면에 정지된 인쇄 재료의 방울이 실질적으로 흐르거나 이동하거나 모양이나 구성을 변경하지 않음을 의미한다. 일 측면에서, 액적은 인쇄 재료 수용 표면과 거의 90도, 예를 들어 약 75도 이상의 접촉각을 취한다. 다른 측면에서, 액적은 약 105도 이하의 접촉각을 취한다. 인쇄 재료가 소수성 재료인 경우, 전술한 바와 같이 낮은 표면 에너지를 갖는 인쇄 재료 수용 표면을 사용하면 설명된 중립적인 반응이 발생한다.

증착 시 액적이 채택하는 접촉각은 액적의 퍼짐 거동과 관련된다. 생산 잉크젯 프린팅에서는 인쇄 재료의 액적들을 기판에 증착하고 액적들이 퍼지고 합쳐져서 틈 없이 필름을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 액적들의 퍼짐으로 인해 틈이 없는 필름이 형성되도록 선택된 최대 피치로 액적들이 증착된다. 이렇게 형성된 필름은 최소 두께를 가지며, 이는 특정 인쇄 재료를 사용하여 기판에 틈 없이 필름을 형성할 수 있는 최소 두께이다. 원하는 경우 최대 피치보다 작은 피치를 사용하여 최소 두께보다 두꺼운 필름을 형성할 수 있다.

증착 시 퍼지는 액적들은 일반적으로 90도 미만인 기판 표면과의 접촉각을 형성한다. 접촉각은 액적과 기판 표면 사이의 접촉 가장자리에서 액적 표면에 접하는 선과 기판 표면 사이의 각도로 측정된다. 낮은 접촉각은 일반적으로 더 많은 도트 게인(dot gain)과 관련이 있다. 기판 표면의 액적의 퍼짐 거동이 알려진 경우, 즉 기판 표면의 액적 크기 게인 계수(gain factor)가 알려진 경우, 기판 상의 액적 크기를 예측할 수 있도록 잉크젯 프린터의 인쇄 노즐에 의해 분배된 액적들의 정확한 크기를 아는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 테스트 기판의 인쇄 재료 수용 표면은 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 갖도록 구성될 수 있으므로 액적의 크기는 인쇄 재료 수용 표면과의 액적 상호 작용에 의해 영향을 받지 않는다. 다른 측면에서, 한 측정 주기 동안 테스트 기판에 밀집될 수 있는 액적들의 수를 최대화하면 기판 처리량을 최대화할 수 있다.

인쇄 재료 수용 표면은 투명하거나, 부분적으로 투명하거나, 반투명하거나, 부분적으로 불투명하거나, 불투명할 수 있다. 인쇄 재료가 물과 실질적으로 섞이지 않는 유기 재료로 대부분 만들어진 경우, 인쇄 재료 수용 기판은 소수성일 수 있다. 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 갖는 인쇄 재료 수용 표면의 재료 선택은 증착될 인쇄 재료에 따라 달라진다. 예를 들어, 인쇄 재료가 아크릴레이트 모노머의 비율이 높은 경우, 인쇄 재료 수용 표면은 실리콘 기반 재료로 만들어질 수 있다.

백킹 층은 인쇄 재료 수용 표면을 제공하는 재료에 접착되는 중합체 재료의 필름 또는 금속 필름 또는 포일일 수 있다. 따라서, 2개의 필름들이 접착되어 테스트 기판을 형성할 수 있거나, 백킹 층이 인쇄 재료 수용 필름에 코팅으로서 도포될 수 있거나, 인쇄 재료 수용 재료가 백킹 필름 또는 포일에 도포되어 고형화될 수 있다. 백킹 층은 필름이나 포일 형태가 아니지만 스프레이, 플라즈마 증착, CVD, 증발 증착 또는 기타 적합한 증착 방법으로 인쇄 재료 액적들을 수용하기 위한 필름에 적용될 수 있는 중합체 재료 또는 금속 재료일 수 있다. 이러한 방법들은 또한 인쇄 재료 수용 재료를 백킹 층에 적용하는 데 사용될 수 있다. 이러한 재료들은 잉크젯 프린팅에 의해서도 적용할 수 있습니다. 즉, 잉크젯 프린터를 이용하여 잉크젯 프린터용 테스트 기판이 제작될 수 있다.

백킹 층이 사용되는 경우, 백킹 층은 일반적으로 테스트 기판을 통한 광 투과를 감소시키거나 실질적으로 제거하는 광 차단층 또는 광흡수층이다. 백킹 층은 불투명하거나 부분적으로 불투명하거나 반투명할 수 있으며 일반적으로 배경 광학 노이즈를 줄여 인쇄 재료 수용 표면에 증착된 인쇄 재료의 이미징을 개선하는 데 사용된다.

알루미늄, 은, 크롬 등과 같은 금속은 중합체 필름에 도포되어 중합체 필름에 증착된 인쇄 재료를 이미지화하기 위한 반사 배경을 제공할 수 있다. 금속은 중합체 필름에 스퍼터링되거나, 중합체 필름에 플라즈마 분사되거나, 증발 증착 공정을 사용하여 중합체 필름에 증착될 수 있다. 금속의 두께는 일반적으로 백킹 층을 통한 광의 투과를 줄이기 위해 선택되며, 이는 결국 증착된 인쇄 재료의 이미지가 이미징 장치에 의해 캡처될 때 캡처되는 노이즈를 줄인다. 금속은 실질적으로 불투명할 정도로(예를 들어 광학 밀도가 2.5 이상, 여기서 광학 밀도는 입사광의 광학 강도를 투과된 광의 광학 강도로 나눈 로그로 정의됨) 충분히 두꺼울 수 있다. 대안적으로, 금속은 증착된 인쇄 재료의 충분히 깨끗한 이미지를 캡처할 수 있는 수준으로 광 투과를 감소시킬 만큼 충분히 두꺼울 수 있다. 이러한 백킹 층은 반투명한 것으로 간주될 수 있으며 1만큼 낮은 광학 밀도(즉, "90% 불투명" 또는 10% "투과성")를 가질 수 있다. 알루미늄의 경우 120nm 두께는 일반적으로 불투명하지만 경우에 따라 50nm만큼 낮은 두께도 효과적으로 사용할 수 있다. 일반적으로, 금속층의 두께는 약 50nm 이상, 예를 들어 약 100nm 이상, 예를 들어 약 120nm 이상이다. 더 높은 두께(예: 500nm)는 추가 이점이 거의 없지만 더 높은 필름 강성의 잠재적인 비용으로 사용될 수 있다. 마일라(mylar) 유형의 재료가 테스트 기판으로 사용될 수 있다.

테스트 기판은 전체적으로 관련 파장에서 약 0.1보다 큰 광학 밀도에 대해 80% 미만의 광 투과율을 갖는다. 광 투과율이 낮을수록(광학 밀도가 높을수록) 이미징에 테스트 기판을 사용할 때 결과가 더 좋아진다. 예를 들어, 10% 미만의 투과율, 즉 약 1보다 큰 광학 밀도에서 더 나은 결과가 얻어지고, 약 0.001% 미만의 투과율, 즉 약 5보다 큰 광학 밀도에서 훨씬 더 나은 결과가 얻어진다. 테스트 기판의 광학 밀도는 전적으로 백킹 층으로 인해, 전적으로 인쇄 재료 수용 표면으로 인해, 또는 두 층의 결합된 특성으로 인해 발생할 수 있다. 접착 층들 및 기타 층들도 테스트 기판의 광학 밀도와 같은 광학 특성에 기여할 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 테스트 기판 상의 액적들의 이미징은 가시광선 또는 자외선 또는 적외선과 같은 비가시광선을 사용하여 수행될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 테스트 기판은 이미징에 사용되는 파장 또는 스펙트럼 범위에서 고대비 반사광을 제공하도록 구성된다. 따라서 인쇄 재료 수용 표면, 백킹 층 및 기타 층의 조합은 이미징 파장 범위의 테스트 기판과 액적들에서 반사된 광이 고대비를 갖도록 특정 파장 또는 범위의 광을 반사하고 흡수하도록 선택된다. 즉, 이미징 파장 범위에서 액적들에서 반사된 광은 액적들 주변의 테스트 기판 영역에서 반사된 광보다 훨씬 더 밝다(더 강하고 더 높은 출력 밀도를 가짐). 60%, 80% 또는 90%의 대비 수준은 액적들을 이미징하는 데 점점 더 좋은 결과를 제공한다.

예를 들어, 한 경우에는, 액적들로부터 반사된 광이 최소화되고 테스트 기판으로부터 반사된 광이 최대화되는 테스트 기판 상의 액적들을 이미징하는 것이 수행될 수 있다. 이러한 예에서는 밝은 영역들과 어두운 영역들 간의 대비가 60%보다 크면 이미징의 정확도를 최대화하는 데 도움이 될 수 있다. 이 경우, 대비는 디지털 이미지의 그레이스케일 값으로부터 계산될 수 있다. 여기서 흰색 픽셀의 그레이스케일 값은 256이고 검은색 픽셀의 그레이스케일 값은 0이다. 그러면 대비는 (밝은 값 - 어두운 값) / 256으로 계산된다. 따라서, 흰색 영역의 그레이스케일 값이 256인 경우 어두운 값이 100 이하인 경우 60%의 대비가 된다. 이러한 경우에는 대비가 높을수록 좋다. 물론 낮은 대비를 사용할 수도 있지만 이미징의 정확도가 떨어진다.

도 2는 일 실시예에 따른 액적 배치 테스트 장치(200)의 정면도이다. 액적 배치 테스트 장치(200)는 본 명세서에 설명된 테스트 기판을 사용한다. 하우징(202)은 액적 배치 테스트 장치(200)의 기능들을 지원한다. 하우징(202)은 인쇄 재료를 수용하고 이미지화되도록 테스트 기판(206)을 위치시키기 위한 스테이지(204)를 갖는다. 테스트 기판(206)은 본 명세서에 설명된 테스트 기판 중 어느 하나이다. 테스트 기판은 하우징(202) 내에서 풀리는 공급 롤(208) 상에 제공되며, 인쇄 및 이미징을 위해 스테이지(204)로 라우팅된 다음, 사용 후 테이크업 롤(210)에 수집된다. 테스트 기판의 마지막 길이가 사용되면 공급 롤과 테이크업 롤이 교체되고 테스트 기판의 새로운 공급 롤이 설치된다.

스테이지(204)는 일반적으로 테스트 기판을 고정하기 위한 메커니즘을 사용한다. 많은 경우에 메커니즘은 스테이지(204) 표면에 진공을 적용하는 것이다. 위에서 언급한 바와 같이 테스트 기판(206)은 스테이지(204)에 부착됨으로써 진공 적용에 반응하는 유연성을 가질 만큼 충분히 얇다. 너무 두꺼운 테스트 기판은 진공 적용에 의해 닫히기에는 너무 높은 간격으로 스테이지(204)를 가로지른다. 테스트 기판이 제대로 "척(chuck)"되지 않는다. 본 명세서에 설명된 두께를 갖는 테스트 기판은 일반적으로 약 2mm 이하의 작은 간격으로 스테이지(204)(스테이는 적절한 폭을 가짐)를 가로지르며, 진공을 적용하면 테스트 기판(206)이 스테이지(204)에 고정된다. 진공이 해제되면, 테스트 기판(206)은 일반적으로 스테이지(204)와 분리된다. 일부 경우에, 액적 배치 테스트 장치(200)는 스테이지(204)로부터 테스트 기판(206)을 분리하기 위해 스테이지에 양압을 가하도록 구성될 수 있다.

테스트 기판(206)은 프린팅 및 이미징 동안 스테이지(204)에 고정된다. 이미징 후에, 테스트 기판(206)은 스테이지(204)로부터 분리되고, 공급 롤(208) 및 테이크업 롤(210)은 테스트 기판(206)을 전진시키기 위해 회전되어 테스트 기판(206)의 미사용 영역이 스테이지(204) 상에 위치하게 된다. 일부 경우에, 하우징(202)은 진공 척킹(chucking)을 위해 스테이지(204) 위의 테스트 기판(206)의 간격을 유지하기 위해 인장 장치를 포함할 수 있다. 하우징(202)은 또한 테이크업 롤(210) 상으로 사용된 부분을 롤링하기 전에 테스트 기판(206) 상에 인쇄된 액적들을 응고시키기 위한 처리 유닛(미도시)을 포함할 수 있다.

여기서는 스테이지(204)가 개략적으로 도시되어 있다. 스테이지(204)의 에지들은 스테이지(204) 상의 테스트 기판(206)에 대한 매끄러운 랜딩 표면을 제공하기 위해 경사질 수 있다. 가이드 롤러들은 또한 스테이지(204)에서 테스트 기판(206)의 충돌 각도를 감소시키고, 테스트 기판(206)에 대한 굽힘 및 접촉 압력을 감소시키고, 테스트 기판(206)이 스테이지(204)에 접착되지 않을 때 테스트 기판(206)과 스테이지(204) 사이의 간격을 잠재적으로 감소시키기 위해 사용될 수 있다.

테스트 기판의 재료는 일반적으로 액적 배치 테스트 장치와 함께 사용하기 쉽도록 선택된다. 예를 들어, 재료는 일반적으로 테스트 기판이 공급 롤에서 롤링되는 동안 실질적으로 그 자체에 접착되지 않도록 선택된다. 또한, 재료는 일반적으로 변형, 긁힘 또는 품질 저하 없이 취급을 견딜 수 있도록 선택되며, 층상 재료들은 박리를 피하기 위해 선택된다. 캐나다 발삼(Canada balsam)과 같은 광학적으로 호환되는 접착제, 광학적으로 수동적이거나 광학적으로 중립적인 감압성 접착제 및 경화성(UV, 열 등) 접착제들이 광학적으로 비침투적인 방식으로 층들을 접착하기 위해 사용될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 방법(300)을 요약한 흐름도이다. 302에서, 입사광을 고대비로 반사하도록 선택된 재료를 포함하고 접촉 시 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 보이는 인쇄 재료 수용 표면을 갖는 테스트 기판이 획득된다. 테스트 기판은 본 명세서에 기술된 임의의 테스트 기판일 수 있고, 테스트 기판 및 인쇄 재료에 기초하여 선택된 광을 사용하여 특정 인쇄 재료의 이미징을 지원하도록 선택된다.

304에서, 잉크젯 프린터의 프린트헤드의 노즐들로부터 인쇄 재료의 액적들이 테스트 기판 상으로 분배된다. 액적들은 10 pL만큼 작을 수 있으며, 테스트 기판의 재료는 일반적으로 액적들이 테스트 기판의 인쇄 재료 수용 표면과 접촉할 때 모양이나 조성이 실질적으로 변하지 않도록 선택된다. 액적은 일반적으로 인쇄 재료 수용 표면과 접촉 시 약 90도의 접촉각을 취하지만, 어떤 경우에도 접촉각은 테스트 기판에 증착되는 액적들의 수가 최대화될 수 있도록 약 75도 이상이다.

306에서, 증착된 액적들은 액적들에 의해 반사된 광으로부터 고대비로 테스트 기판에 의해 반사될 테스트 기판의 재료에 매칭되는 광을 사용하여 이미지화된다. 이미지는 카메라나 CCD 이미저에 의해 수집된 사진 이미지일 수 있다. 이미지는 픽셀당 최대 400nm의 해상도로 선명하고 깨끗한 이미지를 제공하도록 구성된 라인 스캐너 또는 포토센서 어레이를 사용하여 캡처할 수 있는 강도 이미지이거나 다른 종류의 이미지일 수 있으므로 이미지들에서 액적 특성들이 분석될 수 있다.

308에서, 테스트 기판은 롤을 사용하여 전진되고 수집된다. 본 명세서의 테스트 기판은 위에서 설명한 이미징 및 액적 상호 작용 특성과 롤링성을 결합한다. 어떤 경우에는 테스트 기판에는 접촉 시 인쇄 재료 액적들을 고정시키는 인쇄 재료 수용 표면이 있다.

어떤 경우에는 다층 테스트 기판이 사용될 수 있다. 도 4a는 다른 실시예에 따른 테스트 기판(400)의 정면도이다. 테스트 기판(400)은 백킹 층(402), 인쇄 재료 수용 표면(404), 인쇄 재료 수용 표면(404)과 접촉하고 백킹 층(402)과 인쇄 재료 수용 표면(404) 사이에 배치되는 인쇄 재료 수용 표면 지지층(406), 및 백킹 층(402)과 인쇄 재료 수용 표면 지지층(406) 사이의 접착층(408)을 갖는다. 이 경우, 층(406)은 장치(200)와 같은 액적 배치 분석기에서 테스트 기판의 핸들링을 최적화하기 위해 테스트 기판(400)에 구조적 강도를 제공한다. 인쇄 재료 수용 표면(404)은 실질적으로 전술한 바와 같으며, 그 위에 증착된 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 갖도록 선택된 재료의 얇은 코팅이다. 인쇄 재료 수용 표면 지지층(406)은 임의의 유연한 재료일 수 있으며, 일반적으로 폴리올레핀 재료(PE, PP) 또는 PET 재료와 같은 중합체성 재료이다. 접착층(408)은 인쇄 재료의 이미징에 영향을 주지 않고 강한 접착력을 제공하도록 선택된 두께로 적용된다. 일반적으로 위에서 설명한 테스트 기판의 두께는 약 50μm 미만일 수 있으며, 백킹 층(402)과 결합된 인쇄 재료 수용 표면(404)의 두께는 10μm 이하일 수 있다. 일 예에서, 인쇄 재료 수용 표면 지지층(406)은 두께가 23-25μm이고 접착층(408)은 두께가 약 15-18μm이다.

도 4b는 다른 실시예에 따른 테스트 기판(450)의 정면도이다. 테스트 기판(450)은 구성 요소로서 테스트 기판(400)을 포함하지만, 하나 이상의 층일 수 있는 추가 후면 구조(452)를 추가한다. 이 경우, 후면 구조(452)는 투명한 중합체 재료인 하나의 층이다. 후면 구조는 투명하거나, 부분적으로 투명하거나, 반투명하거나, 부분적으로 불투명하거나, 불투명할 수 있으며, 테스트 기판(450)을 통한 광 투과를 감소시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 후면 구조(452)는 제1 광학 밀도를 가질 수 있고 백킹 층(402)은 제2 광학 밀도를 가질 수 있으며, 여기서 백킹 층(402)과 후면 구조(452)의 총 광학 밀도는 제1 광학 밀도와 제2 광학 밀도의 함수이다. 후면 구조(452)와 같은 후면 구조를 사용하면 더 얇은 백킹 층(402)을 사용할 수 있으며, 이는 테스트 기판(450)의 비용 및 물리적 특성 면에서 이점을 가질 수 있다. 어떤 경우에는, 전술한 바와 같이 백킹 층은 금속 층이고, 후면 구조(452)는 PET와 같은 투명 폴리머 필름이다.

차광 재료로서 다른 재료가 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 페인트 층은 인쇄 재료 수용 표면을 제공하는 필름 위에 코팅될 수 있다. 페인트 층은 테스트 기판을 통한 광의 투과를 차단하거나 감소시키는 백킹 층 역할을 할 수 있다. 다른 경우, 페인트 층은 후면 구조 역할을 할 수 있으며 백킹 층(금속 또는 다른 재료일 수 있음)의 후면에 코팅될 수 있다. 페인트 층은 불투명하거나 부분적으로 불투명하거나 반투명할 수 있으며, 흰색, 검정색 또는 원하는 방식으로 광을 차단하는 모든 색상일 수 있으며, 스프레이, 슬롯 다이 코팅, 리본 코팅 또는 공압출을 통해 테스트 기판의 임의의 구성 요소에 코팅될 수 있다. 다른 경우에는, 테스트 기판을 통한 광 투과율을 감소시키기 위해 위에서 설명한 다양한 중합체 층에 안료가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 어떤 경우에는 후면 구조가 흰색 또는 검정색 PET와 같은 착색된 중합체 재료일 수 있다. 검정색 재료는 입사광을 흡수하여 고대비 반사광을 제공하는 데 도움이 될 수 있다. 유색 재료는 대비를 감소시키는 입사광을 분산시켜 고대비 반사광을 제공하는 데 도움이 될 수 있다.

전술한 내용은 하나 이상의 발명들의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시에서 구체적으로 설명되지 않은 이러한 발명들의 다른 실시예들은 다음 청구범위에 의해 결정되는 기본 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있다.

Claims (22)

1. 잉크젯 프린터용 기판으로서,
   고대비 반사광을 제공하도록 선택된 재료를 포함하고, 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 갖는 인쇄 재료 수용 표면을 갖는, 기판.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판이 불투명한, 기판.
3. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 상기 인쇄 재료 수용 표면과 약 75도 이상의 접촉각을 갖는, 기판.
4. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 재료 수용 표면은 반사성 백킹 층에 적용되는 투명 필름인, 기판.
5. 제1항에 있어서, 약 150 μm 이하의 두께를 갖는, 기판.
6. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 재료 수용 표면은 환경적으로 안정한 재료로 제조되는, 기판.
7. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 재료 수용 표면은 반사성 백킹 층 상에 형성된 투명 코팅인, 기판.
8. 제7항에 있어서, 상기 백킹 층은 금속 필름을 포함하는, 기판.
9. 제8항에 있어서, 상기 인쇄 재료 수용 표면은 소수성 중합체 재료인, 기판.
10. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 재료 수용 표면은 중합체 재료 층이고, 상기 중합체 재료 층은 상기 인쇄 재료 수용 층 상에 코팅된 금속 지지층에 접착되는, 기판.
11. 제1항에 있어서, 안료를 추가로 포함하는, 기판.
12. 인쇄 재료의 액적들을 분석하기 위한 액적 배치 테스트 시스템으로서,
    테스트 기판용 스테이지를 포함하는 테스트 기판 시스템, - 상기 테스트 기판은 고대비 반사광을 제공하도록 선택된 재료를 포함하는 유연한 기판이고, 상기 기판은 상기 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 갖는 인쇄 재료 수용 표면을 갖고, 상기 인쇄 재료 수용 표면은 투명 필름 및 상기 투명 필름에 접착된 백킹 층을 포함함; 그리고
    상기 백킹 층의 광학 특성들과 매칭되는 광을 사용하여 상기 인쇄 재료 수용 표면을 조명하도록 배치된 광원 및 상기 테스트 기판으로부터 반사된 광의 이미지를 캡처하기 위한 검출기를 갖춘 이미징 장치를 포함하는, 액적 배치 테스트 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 스테이지는 평평한 배향으로 상기 스테이지에 대해 상기 테스트 기판을 단단히 고정하기 위해 진공 소스에 결합되는, 액적 배치 테스트 시스템.
14. 제12항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 상기 인쇄 재료 수용 표면과 약 75도 이상의 접촉각을 갖는, 액적 배치 테스트 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 인쇄 재료 수용 표면은 환경적으로 안정한 재료로 만들어지는, 액적 배치 테스트 시스템.
16. 제12항에 있어서, 상기 백킹 층은 반사 필름인, 액적 배치 테스트 시스템.
17. 제12항에 있어서, 상기 투명 필름은 소수성 필름이고 상기 백킹 층은 상기 소수성 필름 상의 금속 코팅인, 액적 배치 테스트 시스템.
18. 제12항에 있어서, 상기 인쇄 재료 수용 표면은 상기 테스트 기판 상의 표면 처리를 포함하는, 액적 배치 테스트 시스템.
19. 제12항에 있어서, 상기 광은 또한 상기 인쇄 재료 및 상기 인쇄 재료 수용 표면의 광학적 특성들과 매칭되어, 상기 테스트 기판으로부터 반사된 광이 상기 인쇄 재료 수용 표면 위에 배치된 인쇄 재료의 액적들의 선명한 이미지를 제공하는, 액적 배치 테스트 시스템.
20. 잉크젯 프린터의 프린트헤드의 노즐들로부터 인쇄 재료의 복수의 액적들을 테스트 기판에 분배하는 단계, - 상기 테스트 기판은 고대비 반사광을 제공하도록 선택된 재료를 포함하고 접촉 시 상기 인쇄 재료에 대해 중립적인 반응을 갖는 인쇄 재료 수용 표면을 가짐;
    상기 액적들에 의해 반사되는 광과 고대비로 상기 테스트 기판에 의해 반사되고 상기 테스트 기판의 상기 재료와 매칭되는 광을 이용하여 상기 액적들을 이미지화하는 단계; 그리고
    롤을 사용하여 상기 테스트 기판을 수집하는 단계를 포함하는, 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 인쇄 재료는 상기 인쇄 수용 재료와 약 75도 이하의 접촉각을 갖는, 방법.
22. 제20항에 있어서, 상기 테스트 기판은 백킹 층을 포함하고, 상기 인쇄 재료 수용 표면은 투명 재료이고, 상기 백킹 층은 반사성 재료인, 방법.