KR101160466B1 - 잉크젯 헤드 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잉크젯 헤드 구동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테이지와 잉크젯 헤드의 처짐을 보상하기 위해 잉크젯 헤드의 잉크 토출시간을 조절하는 잉크젯 헤드 구동방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 스테이지의 표면 형상정보를 3차원 좌표정보로 획득하는 단계; 상기 스테이지의 표면 형상정보는 기판의 표면 형상정보와 동일하다고 가정하여 기판의 표면 형상정보를 획득하는 단계; 상기 기판의 표면 형상정보로부터 잉크가 도포되는 위치에서의 기판 처짐량을 각각 구하는 단계; 잉크젯 헤드에서 토출되는 잉크가 상기 기판 처짐량만큼 낙하하는데 소요되는 시간 ΔT를 각각 계산하는 단계; 그리고, 상기 ΔT시간 만큼 앞서 잉크가 토출되도록 잉크젯 헤드를 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 잉크젯 헤드 구동방법을 제공한다.

Description

잉크젯 헤드 구동방법{DRIVING METHOD FOR INK JET HEAD}

본 발명은 잉크젯 헤드 구동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테이지와 잉크젯 헤드의 처짐을 보상하기 위해 잉크젯 헤드의 잉크 토출시간을 조절하는 잉크젯 헤드 구동방법에 관한 것이다.

근래 디스플레이 제조공정에는 폴리이미드 등과 같은 잉크를 반도체 장치, 액정 모니터 패널, 유기 EL(일렉트로 루미네센스) 디스플레이 패널, 또는 필드 에미션 디스플레이 패널 등의 기판에 도포하여 필요한 층을 형성시키는 잉크젯 도포방법이 많이 사용되고 있다.

이러한 잉크젯 도포방법은 잉크젯 헤드를 이용해 종이에 인쇄하듯이 스테이지에 안착되는 기판에 잉크를 도포하여 필요한 층을 바로 인쇄하기 때문에 대면적 기판 제조에 보다 용이할 뿐 아니라 공정수를 획기적으로 줄일 수 있고 재료효율이 90% 가까이 되는 등 기존 공정대비 비용을 줄일 수 있는 장점을 지니고 있다.

예를 들어, 기판상에 컬러필터를 형성시킬 때 기존 방법인 염색법, 안료분산법 등은 적게는 16단계에서 많게는 21단계의 제조공정을 필요로 하지만 잉크젯 도포방법을 사용하게 되면 3단계 정도로 단순화할 수 있어 제조원가를 50%이상 획기적으로 절감할 수 있다.

하지만, 최근 기판의 대형화 추세에 따라 기판이 안착되는 스테이지 역시 대형화되고 있고, 이에 따라 스테이지가 하중에 의해 처지는 현상이 발생하여 잉크가 기판에 정확히 도포되지 못하는 문제점이 발생하고 있다. 구체적으로, 잉크 도포공정은 기판이 안착되는 스테이지 또는 잉크젯 헤드가 일정속도로 이송되면서 진행되는데, 스테이지가 하중에 의해 처짐에 따라 잉크젯 헤드에서 토출되는 잉크가 기판상 정해진 위치를 벗어나 떨어짐에 따라 기판에 얼룩이 생기는 등의 문제점이 발생하고 있다.

또한, 스테이지뿐만 아니라 잉크를 토출하는 잉크젯 헤드가 하중에 의해 처지거나 작업자의 실수에 의해 잘못 설치될 경우 스테이지가 처지는 경우와 동일하게 잉크가 기판상 정해진 위치에 정확히 도포되지 못하는 문제점이 발생하고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은

본 발명에 따른 잉크젯 헤드 구동방법은 스테이지의 처짐량에 따라 잉크젯 헤드의 잉크 토출시간을 조절함으로써 스테이지가 처질 경우에도 잉크가 기판상 정해진 위치에 정확히 도포되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 구동방법은 스테이지 처짐량뿐만 아니라 잉크젯 헤드의 처짐량도 고려하여 잉크젯 헤드의 잉크 토출시간을 조절함으로써 스테이지와 기판이 동시에 처질 경우에도 잉크가 기판상 정해진 위치에 정확히 도포되도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 구동방법의 일실시예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 스테이지의 표면 형상을 시각적으로 확인할 수 있게 해주는 3차원 그래프이다.
도 3은 잉크젯 헤드에서 T시간에 토출되는 잉크가 낙하하여 기판에 도포되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 잉크젯 헤드에서 (T-ΔT)시간에 토출되는 잉크가 기판에 도포되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 구동방법의 다른 실시예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 헤드 어레이를 이용해 기판에 잉크 도포공정이 진행되는 모습을 나타내는 도면이다.

이하, 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 구동방법의 일실시예를 나타내는 플로우 차트이다.

먼저, 기판이 안착되는 스테이지의 표면 형상정보를 획득한다. 스테이지 표면 형상정보는 3차원 비접촉식 레이저 스캐너의 스캔 데이터를 이용해 획득하거나 센서 등을 이용해 스테이지의 일부 부위에 대한 처짐량을 직접 측정하고, 측정된 값을 이용해 스테이지 표면에 대한 3차원 곡면 방정식을 구함으로써 획득할 수 있다. 구체적으로, 스테이지의 표면 형상정보는 스테이지 표면의 3차원 좌표정보로 구해진다.

도 2는 스테이지의 표면 형상을 시각적으로 확인할 수 있게 해주는 3차원 그래프이다.

따라서 스테이지의 표면 형상정보를 컴퓨터 프로그램에 입력하여 공간좌표 XYZ에 표시되도록 하면 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이지의 처진 정도를 한눈에 확인할 수 있는 3차원 그래프가 구해진다. 여기서, 3차원 그래프의 각 XY 좌표값에 매칭되는 Z 좌표값이 스테이지의 처짐량을 나타낸다. 스테이지는 하중에 의해 중앙부가 가장 많이 처지므로 스테이지의 처짐량은 중앙부에서 500㎛ 정도로 가장 큰 값을 가짐을 알 수 있다.

다음으로, 상기와 같이 구해지는 스테이지의 표면 형상정보는 기판의 표면 형상정보와 동일하다고 가정하여 기판의 표면 형상정보를 획득한다. 잉크 도포공정은 기판을 스테이지 상면에 안착시킨 후 진행되므로 스테이지가 하중 등에 의해 처지게 되면 당연히 스테이지 상면에 안착되는 기판 역시 처지게 되므로 스테이지의 표면 형상정보는 기판의 표면 형상정보와 동일하다고 가정할 수 있다.

다음으로, 상기와 같이 구해지는 기판의 표면 형상정보로부터 잉크가 도포되는 위치에서의 기판 처짐량을 각각 구한다. 잉크가 도포되는 위치는 XY 좌표값으로 미리 결정되어 있으므로 기판의 표면 형상정보로부터 해당 위치에서 Z 좌표값을 구하면 기판 처짐량이 구해진다. 즉, 이미 설명한 바와 같이 기판의 표면 형상정보는 기판 표면의 3차원 좌표정보를 의미하므로 잉크가 실제 도포되는 특정 위치에서의 XYZ 좌표정보는 기판의 표면 형상정보로부터 추출될 수 있고, 이때 추출된 XYZ 좌표정보에서 Z 좌표가 잉크가 도포되는 각 위치에서의 기판 처짐량을 나타낸다.

다음으로, 잉크젯 헤드에서 토출되는 잉크가 상기 기판 처짐량만큼 낙하하는데 소요되는 시간 ΔT를 각각 계산한다.

도 3은 잉크젯 헤드에서 T시간에 토출되는 잉크가 낙하하여 기판에 도포되는 모습을 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 잉크가 도포될 지점 P에서 기판 처짐량이 ΔZ일 때 V의 속도로 이송되는 잉크젯 헤드(H)에서 T시간에 잉크가 토출되면, 잉크는 포물선 궤적을 그리며 낙하하여 기판(100)에 떨어진다. 여기서, T시간은 스테이지 즉, 기판(100)에 처짐이 없을 경우 잉크젯 헤드(H)에서 잉크가 토출되는 시간이라고 가정한다. 이러한 잉크의 운동은 등속도 V로 이동하는 비행기에서 연직 투하된 물체의 운동과 동일하므로 잉크젯 헤드(H)에서 토출된 잉크가 ΔZ높이를 통과할 때 잉크의 수직방향 속도 성분을 V_i라고 하면 잉크가 기판 처짐량 ΔZ 만큼 낙하하는데 소요되는 시간 ΔT는 다음과 같은 등가속도 운동공식에 의해 간단히 구해진다.

∴

여기서, g는 중력 가속도이다.

물론, 잉크젯 헤드(H)는 고정되고 스테이지가 일정 속도 V로 이송되면서 잉크 도포공정이 진행될 수도 있지만, 잉크젯 헤드(H)에서 토출되는 잉크의 수직 이동거리는 스테이지 또는 잉크젯 헤드(H)의 이송속도 V와 무관하므로 스테이지가 일정 속도 V로 이송되면서 잉크 도포공정이 진행될 경우에도 ΔT는 상기 등가속도 운동공식에 의해 동일하게 구해진다.

한편, 도 3을 다시 참조하면, 상술한 바와 같이 잉크젯 헤드(H)에서 토출되는 잉크는 연직 하방으로 기판 처짐량 ΔZ 만큼 더 이동한 후 즉, 앞서 계산된 ΔT 만큼 경과한 후 기판(100)에 떨어지며, 이때 잉크는 일정 속도 V로 이송되는 잉크젯 헤드(H)에서 토출되어 수평방향 속도 성분 V를 가지므로 수평방향으로도 V

ΔT 만큼 이동하여 기판상 P' 위치에 떨어진다. 즉, 기판이 ΔZ만큼 처지면 잉크는 기판상 잉크가 도포될 위치 P을 지나쳐 수평방향으로 V

ΔT 만큼 더 이동한 위치인 P'에 떨어지게 되고 이에 따라 기판에 얼룩이 생기는 등의 문제가 발생한다. 이는 스테이지가 일정속도 V로 이송되면서 잉크 도포공정이 진행되는 경우에도 동일하다.

따라서, 잉크가 상기 기판 처짐량 ΔZ만큼 낙하하는데 소요되는 시간 ΔT가 구해지면, 잉크젯 헤드(H)를 제어하여 ΔT시간 만큼 앞서 잉크젯 헤드(H)에서 잉크가 토출되도록 한다.

도 4는 잉크젯 헤드에서 (T-ΔT)시간에 토출되는 잉크가 낙하하여 기판에 도포되는 모습을 나타내는 도면이다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 잉크젯 헤드(H)를 제어하여 잉크가 (T-ΔT)시간에 토출되도록 하면 잉크는 ΔT시간 만큼 일찍 즉, V

ΔT 거리만큼 앞서 잉크젯 헤드(H)에서 토출되어져 기판(100)상 정해진 위치 P에 정확히 떨어지게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 구동방법은 스테이지의 처짐량에 따라 잉크젯 헤드의 잉크 토출시간을 조절함으로써 스테이지가 처질 경우에도 잉크가 기판상 정해진 위치에 정확히 도포되도록 한다.

한편, 스테이지뿐만 아니라 잉크젯 헤드가 하중에 의해 처지거나 작업자의 실수에 의해 잘못 설치될 경우에도 스테이지가 처지는 경우와 동일하게 잉크가 기판상 정해진 위치에 정확히 도포되지 못하는 문제점이 발생하므로, 이 경우 스테이지뿐만 아니라 잉크젯 헤드의 처짐량도 고려하여 잉크의 토출시간을 조절하여야 한다.

도 5는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 구동방법의 다른 실시예를 나타내는 플로우 차트이다.

먼저, 이미 설명한 바와 같이 기판이 안착되는 스테이지의 표면 형상정보를 획득하고, 스테이지의 표면 형상정보는 기판의 표면 형상정보와 동일하다고 가정하여 기판의 표면 형상정보를 획득한다.

다음으로, 기판의 표면 형상정보로부터 잉크가 도포되는 위치에서의 기판 처짐량을 각각 구한다. 이미 설명한 바와 같이 잉크가 도포되는 위치는 XY 좌표값으로 미리 결정되어 있으므로 기판의 표면 형상정보로부터 해당 위치에서 Z 좌표값을 구하면 기판 처짐량이 구해진다.

다음으로, 센서 등을 이용해 잉크젯 헤드의 처짐량을 측정한 후 상기 잉크가 도포되는 위치에서의 기판 처짐량에서 잉크젯 헤드의 처짐량을 뺀 기판의 상대 처짐량을 계산한다.

도 6은 헤드 어레이를 이용해 기판에 잉크 도포공정이 진행되는 모습을 나타내는 도면이다.

여기서, 도 6에 도시된 바와 같이, 일렬로 배치되는 n개의 잉크젯 헤드(H)로 구성되는 헤드 어레이를 이용해 잉크 도포공정이 진행될 경우 기판의 상대 처짐량은 잉크가 도포되는 위치에서의 기판 처짐량에서 해당 위치에 잉크를 실제 도포하는 잉크젯 헤드(H)의 처짐량을 뺀 값이 된다.

즉, n개의 잉크젯 헤드 H₁, H₂, H₃, ..., H_n에서 순차적으로 m번 잉크가 토출되어 기판상 N(m×n)개의 위치 P₁, P₂, P₃, ..., P_mn[P_N]에 잉크가 도포될 경우 P₁, P_n+1, P_{2n +1},..., P_(m-1)n+1위치에서의 기판의 상대 처짐량은 P₁, P_{n +1}, P_{2n +1},..., P_(m-1)n+1위치에서의 기판 처짐량에서 상기 위치에 잉크를 실제 도포하는 잉크젯 헤드 H₁의 처짐량을 각각 뺀 값이 되며, P₂,P_{n +2},P_{2n +2}, ...,P_(m-1)n+2 위치에서의 기판의 상대 처짐량은 P₂,P_{n +2},P_{2n +2},...,P_(m-1)n+2 위치에서의 기판 처짐량에서 상기 위치에 잉크를 실제 도포하는 잉크젯 헤드 H₂의 처짐량을 각각 뺀 값이 된다. 이러한 과정을 반복하면 잉크가 도포되는 기판상 N개의 위치에서의 기판의 상대 처짐량이 모두 계산된다.

이와 같이 기판의 상대 처짐량이 계산되면, 다음으로 잉크젯 헤드에서 토출되는 잉크가 상기 기판의 상대 처짐량만큼 낙하하는데 소요되는 시간 ΔT_R을 계산한다. 잉크의 운동은 등속도 V로 이동하는 비행기에서 연직 투하된 물체의 운동과 동일하므로 기판의 상대 처짐량을 ΔZ_R, 잉크젯 헤드에서 토출된 잉크가 ΔZ_R높이를 통과할 때 잉크의 수직방향 속도 성분을 V_iR라고 하면, 잉크가 기판의 상대 처짐량 ΔZ_R 만큼 낙하하는데 소요되는 시간 ΔT_R은 다음과 같은 등가속도 운동공식에 의해 간단히 구해진다.

∴

여기서, g는 중력 가속도이다.

다음으로, 잉크가 상기 기판의 상대 처짐량 ΔZ_R 만큼 낙하하는데 소요되는 시간 ΔT_R이 구해지면, 잉크젯 헤드를 제어하여 ΔT_R시간 만큼 앞서 잉크젯 헤드(H)에서 잉크가 토출되도록 한다.

이미 설명한 바와 같이 잉크젯 헤드(H)에서 토출되는 잉크가 연직 하방으로 기판의 상대 처짐량 ΔZ_R만큼 더 이동한 후 즉, ΔT_R만큼 경과한 후 기판(100)에 떨어지게 되면, 잉크는 수평방향으로도 V

ΔT_R만큼 이동한 후 기판에 떨어지게 되므로 잉크는 기판상 잉크가 도포될 위치를 벗어난 지점에 떨어지게 된다.

따라서, 잉크젯 헤드(H)를 제어하여 잉크가 ΔT_R 시간만큼 빨리 잉크젯 헤드에서 토출되도록 하면 잉크는 기판의 상대 처짐량 ΔZ_R에 의해 발생하는 오차만큼 즉, V

ΔT_R 거리만큼 앞서 잉크젯 헤드에서 토출되므로 기판상 정해진 위치에 정확히 떨어지게 된다. 구체적으로, 스테이지 즉, 기판에 처짐이 없을 경우 잉크젯 헤드에서 잉크가 토출되는 시간을 T라고 하면 (T-ΔT_R)시간에 잉크가 토출되도록 잉크젯 헤드를 제어한다.

이와 같이 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 구동방법은 스테이지 처짐량뿐만 아니라 잉크젯 헤드의 처짐량도 고려하여 잉크젯 헤드의 잉크 토출시간을 조절함으로써 스테이지와 기판이 동시에 처질 경우에도 잉크가 기판상 정해진 위치에 정확히 도포되도록 한다.

이상에서 상세히 설명된 본 발명은 그 범위가 전술된 바에 한하지 않고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 또는 치환할 수 있는 것이 본 발명의 범위에 해당함은 물론이고, 그 균등물 또한 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (5)

1. 스테이지의 표면 형상정보를 3차원 좌표정보로 획득하는 단계;
   상기 스테이지의 표면 형상정보는 기판의 표면 형상정보와 동일하다고 가정하여 기판의 표면 형상정보를 획득하는 단계;
   상기 기판의 표면 형상정보로부터 잉크가 도포되는 위치에서의 기판 처짐량을 각각 구하는 단계;
   잉크젯 헤드에서 토출되는 잉크가 상기 기판 처짐량만큼 낙하하는데 소요되는 시간 ΔT를 각각 계산하는 단계; 그리고,
   상기 ΔT시간 만큼 앞서 잉크가 토출되도록 잉크젯 헤드를 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 잉크젯 헤드 구동방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 잉크가 기판 처짐량만큼 낙하하는데 소요되는 시간 ΔT는 다음과 같은 등가속도 운동공식에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 구동방법.
   

   

   
   여기서, ΔZ는 잉크가 도포되는 위치에서의 기판 처짐량, V_i는 잉크젯 헤드에서 토출된 잉크가 ΔZ높이를 통과할 때의 수직방향 속도 성분, 그리고 g는 중력가속도이다.
3. 스테이지의 표면 형상정보를 3차원 좌표정보로 획득하는 단계;
   상기 스테이지의 표면 형상정보는 기판의 표면 형상정보와 동일하다고 가정하여 기판의 표면 형상정보를 획득하는 단계;
   상기 기판의 표면 형상정보로부터 잉크가 도포되는 위치에서의 기판 처짐량을 각각 구하는 단계;
   잉크젯 헤드의 처짐량을 측정하는 단계;
   상기 잉크가 도포되는 위치에서의 기판 처짐량에서 상기 잉크젯 헤드의 처짐량을 뺀 기판의 상대 처짐량을 계산; 그리고,
   상기 잉크젯 헤드에서 토출되는 잉크가 상기 기판의 상대 처짐량만큼 낙하하는데 소요되는 시간 ΔT_R을 계산하는 단계; 그리고
   상기 ΔT_R시간 만큼 앞서 잉크가 토출되도록 잉크젯 헤드를 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 잉크젯 헤드 구동방법.
4. 제3 항에 있어서,
   일렬로 배치되는 n개의 잉크젯 헤드로 구성되는 헤드 어레이를 이용하여 잉크 도포공정이 진행될 때 기판의 상대 처짐량은 잉크가 도포되는 위치에서의 기판 처짐량에서 해당 위치에 잉크를 실제 도포하는 잉크젯 헤드의 처짐량을 뺀 값이 되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 구동방법.
5. 제3 항에 있어서,
   상기 잉크가 기판의 상대 처짐량만큼 낙하하는데 소요되는 시간 ΔT_R은 다음과 같은 등가속도 운동공식에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 구동방법.
   

   

   
   여기서, ΔZ_R은 잉크가 도포되는 위치에서의 기판의 상대 처짐량, V_iR는 잉크젯 헤드에서 토출된 잉크가 ΔZ_R높이를 통과할 때의 수직방향 속도 성분, 그리고 g는 중력가속도이다.

Images