TWI338598B - Methods and apparatus for inkjet printing on non-planar substrates - Google Patents

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TWI338598B
TWI338598B TW095135875A TW95135875A TWI338598B TW I338598 B TWI338598 B TW I338598B TW 095135875 A TW095135875 A TW 095135875A TW 95135875 A TW95135875 A TW 95135875A TW I338598 B TWI338598 B TW I338598B
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Chang Tsung Lin
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Description

1338598 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例大體上是關於基材的處理設備及方 法，例如平面顯示裝置（如液晶顯示器、有機發光顯示器和 其他類型的平面顯示器）、半導體晶圓、太陽能面板等的處 理設備及方法。 【先前技術】
平面顯示裝置產業已試圖利用喷墨列印法來製造顯示 裝置，尤其是製造玻璃或其他基材上的彩色濾光片。本發 明實施例的設備與方法包括將墨水或其他材料精準地噴射 到一移動的基材上，此基材可能因快速生產而有瑕疵。因 此，需要一種方法與設備，其可有效率且確實地將墨水準 確沉積至具瑕疵的基材上。 【發明内容】
根據本發明之一態樣提出一種設備，其包括1)至少一 喷印頭，用以沉積墨水至基材的頂面，其中基材相對於噴 印頭移動；2)至少一感測器，用以偵測該至少一感測器至 基材頂面的距離；以及3) —控制器，用以根據感測器至基 材頂面的距離來決定基材至喷嘴的距離，並根據基材至喷 嘴的距離來調整待沉積至基材上的墨水軌跡（trajectory)。 根據本發明之另一態樣提出一種設備，其包括至少一 喷印頭，用以沉積墨水至基材的頂面，其中基材相對於喷 5 1338598
印頭移動；至少一感測器，用以偵測該至少一感測器 材頂面的距離；以及一控制器，用以根據感測器至基 面的距離來決定基材至喷嘴的距離，並根據基材至喷 距離來調整喷印參數。 根據本發明之又一態樣，提出一種喷墨列印的方 包括偵測一感測器至基材的距離；根據所偵測之感測 基材的距離來決定一或多個喷印頭至基材的距離；以 據所決定之一或多個噴印頭至基材的距離來調整一喷 數。 根據本發明之再一態樣提出一種喷墨列印系統， 統包括一列印橋架；至少一喷印頭，耦接至列印橋架 來沉積墨水至基材的頂面；一平臺，位於列印橋架與 少一喷印頭下方且用以相對於該至少一噴印頭來移 材；至少一感測器，耦接至列印橋架且用來偵測該至 感測器至基材頂面的距離；以及一控制器，用以根據 器至基材頂面的距離來決定基材至喷嘴的距離，並根 材至喷嘴的距離來調整噴印參數。 本發明之其他特徵和態樣在配合下述詳細說明、 專利範圍及所附圖式後，將變得更明顯易懂。 【實施方式】 本發明提出一種利用喷墨列印組件將墨滴正確置 材上的系統及方法。基材可能因快速製造而具有瑕疵 些瑕疵可能影響喷墨列印的精準度。基材的瑕疵包括 至基 材頂 嘴的 法， 器至 及根 印參 該系 且用 該至 動基 少一 感測 據基 申請 於基 ，這 例如 6 1338598
基材厚度與平坦度差異等變量。由於内部用來置入 晝素特徵（如畫素井等）很小，而瑕疵相對較大，導 列印製程產生缺陷的機率大幅提高。 根據本發明，提出一種用於噴墨列印系統中的 統，其可偵測基材及/或噴墨列印組件的變量，並控 製程以確保墨水能位置準確地沉積至基材上。無法 確地將墨水置於基材上的因素包括基材的瑕疵（如s 曲、凸起、凹陷等）和喷墨列印系統的機械瑕疵等。 之檢測系統可包括可偵測基材及/或喷墨列印系統 感測系統。在一些實施例中，感測系統可提供資訊 列印裝置的控制器，使控制器得以藉由改變墨滴大 滴沉積速率、墨滴沉積時間、喷嘴/噴印頭的位移， 準、噴墨列印系統平臺的移動及/或其他特性，來補 沉積位置的不正確性。 在此或其他實施例中，該設備還包括一或多個 的噴印頭。測距裝置（如距離感測器等）可用來判定 基材頂面及/或至基材各點（如晝素或子畫素井的』 距離。例如，感測器所測得的距離可傳到控制器（如 算功能的電腦等）來分析此資料。根據分析的資料， 可調整喷印頭之墨水沉積的時間安排。利用控制器 墨水沉積的時間安排，可確保墨水落在適當的 (pixel well)或子畫素井内。 第1 A及1 B圖分別為本發明一實施例之喷墨列 1 0 0的正透視圖及側視圖。在本發明一示範實施例 墨水的 致噴墨 檢測系 制喷墨 位置精 芒形、翹 本發明 瑕疵的 給噴墨 小、墨 支/或對 償墨水 含喷嘴 喷嘴至 I部）的 執行演 控制器 來調整 畫素井 印系統 中，喷 7 1338598 墨列印系統1 Ο 0包括一列印橋架1 Ο 2。列印橋架1 Ο 2可設 在平臺104上及/或耦接於平臺104。平臺104支撐基材 1 06。列印橋架1 02可支撐噴印頭1 08、1 1 0、1 1 2。列印橋 架1 0 2亦可支撐一成像系統1 1 4。此外，列印橋架1 0 2還 可支撐感測器1 1 6。噴印頭1 0 8 -1 1 2、成像系統1 1 4及/或 感測器1 1 6可邏輯及/或電氣耦接到系統控制器1 2 0。
根據第1 Α及1 Β圖之實施例，列印橋架1 02支托在平 臺1 0 4上，以協助噴墨列印進行。列印橋架1 0 2及/或平臺 1 04可各自獨立地沿著第1 A及1 B圖中標示為Y方向箭頭 與第1A圖的中標示為X方向箭頭的正負X與Y方向上移 動。在此或其他實施例中，列印橋架1 02及/或平臺1 04是 可旋轉的。列印橋架1 02可支撐和移動任何數量的喷印頭 1 0 8 - 1 1 2及/或感測器1 1 6，例如多個成像系統1 1 4、多個感 測器1 1 6等。基材1 06可位於平臺1 04頂面；或者，在一 些實施例中，基材106耦接至可移動的平臺104。
雖然第1 A及1 B圖繪示3個噴印頭1 0 8 -1 1 2於列印橋 架10 2上，但須注意其他數量的喷印頭（如1個、2個、4 個、5個、6個、7個等）也可設在列印橋架1 0 2上及/或連 接至列印橋架102。噴印頭108-112可各自用來分配單色 墨水，或者，在一些實施例中，噴印頭1 0 8 -1 1 2可分配多 色墨水。喷印頭108-112為可移動的，及/或垂直與水平對 準，藉以正確放置墨滴。可自動及/或手動移動及/或對準 喷印頭。再者，雖然在此之噴印頭1 0 8 -1 1 2為近似垂直配 置，但亦可採用其他方向及/或位配置。列印橋架1 0 2亦可 8 1338598 移動及/或可旋轉的，如此可定位喷印頭1 Ο 8 -1 1 2以正確地 進行喷墨列印。操作時，喷印頭1 〇 8 _丨丨2可從例如喷嘴來 分配滴狀墨水（如液滴、喷霧、粒子等）。 成像系統114可朝向基材106，且可擷取基材106的 靜態及/或動態影像。用於喷墨列印系統之成像系統的例子 可參考美國專利申請號11/019,930、申請曰2004年12月 22日、標題為「對準喷印頭的方法與設備（Methods and
apparatus for aiigning print heads)」的申請案，並將其全 文納入本文中以供參考。同樣地，成像系統丨丨4可包括一 或多個高解析度數位線掃描攝影裝置、運用電荷耦合元件 (CCD)的攝影裝置及/或其他適合的攝影裝置。
繼續參照第1 A及1 B圖，雖然圖中繪示單一個感測器 1 1 ό於列印橋架1 02上，但也可耦接多個感測器丨丨6至列 印橋架1 02。感測器1 1 6耦接至橋架丨〇2的方式有很多種。 例如，^個感測器1 1 6可直接耗接橋架i 〇 2，及/或透過喷 印頭108-112及/或成像系統114而連接至橋架1〇2。多個 感測器Π 6可設在列印橋架} 02上的不同位置。在一些實 施例中，多個感測器u 6可排列在噴印頭1 〇 8 _ 1 1 2附近， 例如間隔地放置在喷印頭108_112與橋架1〇2之間。再者， 儘管在此處之感測器116為近似垂直配置，但亦可採用其 他方向及/或位置。 、、/感測器116可偵測從噴印頭1〇8_112至基材1〇6的範 圍’例如距料。《測器116還可判定基材1〇6的高度， 例如厚度等。此外，感測器116可用來偵測感測器ιΐ6及/ 9 1338598 或噴印頭108-112之一或多個喷嘴至平臺104及/或基材 106表面（如基材頂面、畫素井底面等）的距離。感測器 可為任，種能執行上述功能或相關功能的感測器。 在一實施例中為使用雷射感測器<雷射感測器以快速 的取樣速度且正確地測量基材106及/或平臺104的厚度及 /或高度。同樣地’雷射感測器可測量任何高度’例如基材 底面至畫素或子畫素井底面的距離。
適合做為位移計量器/感測器1 1 6的市售感測器賞例 包括ZS系列二微互補式金氧半場效電晶體（2D CMOS)雷 射型的Smart Sensor，其由新加坡的歐姆龍電子有限公司 (Omron Electronics Pte.Ltd.)所製造，以及LC系列的雷射 位移計量器（Laser Displacement Meter)’其由日本大阪的 基恩斯公司（Keyence Corp.)所製造<在另一實施例中，感 測器1 1 6可為他種型式的感測器或計量器，如超音波距離 感測器。當然，也可使用其他適合的裝置來測量高度（如垂 直位移）及/或跨度距離。
列印橋架1 02、平臺1 04、噴印頭1 08-11 2及/或感測 器1 1 6可邏輯或電氣地耦接至系統控制器1 2 0。系統控制 器1 2 0可於操作喷墨列印時，用來控制列印橋架i 〇 2、平 臺1 04、喷印頭1 0 8 -1 1 2及/或感測器1 1 6的移動。系統控 制器1 2 0亦可控制喷印頭1 0 8 -1 1 2的發射脈衝訊號，及/ 或執行其他噴墨列印相關的控制功能。系統控制器1 2 0可 為任何適當的組態（construction)，例如一或多個微處理 器、微控制器、專用硬體或其組合等，並且可加以設計（例 10 1338598 如程式化）以控制所述之喷墨列印系統1 Ο 0的操作。 第2圖為本發明一實施例之列印系統2 0 0中喷印頭 108、110、112的特寫透視圖。噴印頭 108-112耦接至列 印橋架102。列印橋架10可位於平臺104及基材106上方。 基材1 06置於平臺1 04的上表面。感測器1 1 6設在嘖印頭 1 08 - 1 1 2附近》噴印頭1 08 - 1 1 2、列印橋架1 02、平臺1 04、 及/或感測器1 1 6係與該系統控制器1 2 0通信。雖然圖中感 測器1 1 6相對於列印方向Υ來說是位於喷印頭1 0 8、1 1 0、
1 1 2後方，但在一些實施例中，感測器1 1 6可設在不同的 位置與定向。例如，感測器1 16相對於列印方向Υ而言， 可額外地（或者）位於噴印頭108-1丨2的前方及/或旁邊。在 某些實施例中，感測器1 1 6可傾斜設置（angled)，以偵測喷 印頭108-112正下方的距離或高度。
根據第2圖之實施例，基材1 0 6及/或平臺1 0 4的形狀 可能有瑕疵《例如，基材106及/或平臺104可能起伏不平* 因而影響基材106上表面的平坦度。另外，列印橋架102 可能不完全平直，以致於當喷印頭1 〇 8 -1 1 2沿著列印橋架 102移動時，喷印頭108-112至基材106的距離可能改變。 又，用來移動平臺104的軌道（未繪示）亦可能不完全平 直，故當平臺104移動時，喷印頭108-112至基材106的 距離可能改變。 繼續參照第2圊，根據本發明一實施例，在喷墨列印 的過程中，噴印頭108-112中的墨滴可沉積至基材106上。 列印橋架1 02及/或平臺1 04可於噴墨列印的過程中移動。 11 1338598
如此，當墨滴越過噴印頭108-112之喷嘴與基材106頂 間的距離時，產生的墨滴位置2 0 2將受到基材1 0 6頂面 瑕疵的影響。為解決基材106頂面的瑕疵問題，系統控 器1 2 0利用感測器1 1 6、喷印頭1 0 8 - 1 1 2、列印橋架1 0 2 /或平臺104所提供的資訊來調整從喷印頭110所釋出的 滴軌跡（例如墨滴沉積/釋放的時間、墨滴速率、墨滴路 等）及/或墨滴的尺寸（如體積、形狀、分布、拖尾等）。從 將墨滴位置 2 0 2放到正確的地方（如畫素井、頂面的座 等），並且在列印的過程中不會於彩色濾光片中產生缺陷 在一些實施例中，當依距離資訊來調整時間時，落點距 的變化可由下式決定： dD = VsxdH/Vd 其中dD表示落點距離的變化量，Vs為平臺速度，dH代 基材高度（距離）的變化量，Vd為墨滴速度。
面 之 制 及 墨 徑 而 標 〇 離 表 存 〇 6、 資 據 額 可 製 在一些實施例中，可於最初的一或多次列印時先儲 基材的輪廓圖或等高線，然後將此輪廓圖用於後續列印 例如在一列印過程中，系統控制器1 2 0可利用感測器1 1 喷印頭108-1 12、列印橋架102及/或平臺104所提供的 訊來建立一資料庫，其表示在基材表面不同點處的相對 度。在下一次的列印過程中，系統控制器1 2 0例如可依 資料庫的資訊來調整噴印頭108-112的高度。此資訊可 外搭配或取代來自感測器的新資訊。在一些實施例中， 單獨由平臺來繪製出輪廓圖，亦可配合不同的基材來繪 出輪廓圖。 12 1338598
參照第3圖，在一些實施例中，本發明之列印 可包括喷印頭 108、110、112，並使用一可調整 統將該等噴印頭108、110、112固定於橋架102 之架設系統包括一或多個用於每一喷印頭108-11 器$02，以於列印時各自獨立地調整噴印頭1 0 8、 至基材106表面的高度。在一些實施例令，儘管 度及平坦度有所差異，可調整之架設系統在列印 還是可以保持噴印頭108-112至基材106表面的 定距離。例如，彳調整之架設系統可直接及/或間 統控制器1 2 0 (如第1 A及1 B圖）而耦接至感測器 接收感測器至基材表面的距離資訊，並當作一回 可調整之架設系統利用此回饋訊號來調整噴印頭 的高度，以於列印時維持喷印頭1 〇 8 -1 1 2至基材 的距離為定值。換言之，若一喷印頭112靠近基 區域高於先前列印過的區域與其他喷印頭108、11 區域，則感測器1 1 6會發出回饋訊號給可調整之 的致動器 302(及/或系統控制器120)，而使可調 統之致動器302將喷印頭112升高一實質上等於 之較高區域所高出的距離，且維持其他噴印頭 的高度。如此，隨著基材106形貌輪廓而動態調 1 0 8、1 1 0、1 1 2的高度，可維持固定的列印高度。 在此或其他實施例中，喷印頭 1 0 8 -1 1 2、： 1 0 2、感測器1 1 6、控制器1 2 0和致動器3 0 2可協 整喷墨時間及/或微調墨滴位置。即，當例如利 系統300 之架設系 。可調整 2的致動 】1 0、Η 2 基材的厚 的過程中 高度為固 接透過系 1 1 6，以 饋訊號> 108-112 1 06表面 材1 0 6的 .0下方的 架設系統 整架設系 基材1 06 108、 110 整喷印頭 列印橋架 同用來調 用感測器 13 1338598
1 1 6及/或成像系統1 1 4(第1 A圖）判斷出一噴印頭（如噴印 頭1 1 2)分配墨滴的大小及/或速度不同於其他喷印頭（如噴 印頭1 0 8、1 1 0)所分配的墨滴大小及/或速度，及/或需要墨 滴的其他控制時，可透過致動器302來調整喷印頭112的 高度，使噴印頭 1 1 2分配墨滴的方式實質類似於喷印頭 1 0 8、1 1 0。例如，若喷印頭1 1 2喷出速度快於喷印頭1 0 8、 110的噴出速度，且喷印頭112所對應基材106的區域高 於先前列印過的區域以及其他喷印頭108、110下方的區域 時，則感測器1 1 6會發出回饋訊號給可調整架設系統的致 動器3 0 2 (及/或系統控制器1 2 0 )，該可調整架設系統的致 動器3 02會將喷印頭112提升至比一實質上等於基材106 較高區域所高出的距離還要高，同時保持其他喷印頭 1 0 8 ' 1 1 0的高度。藉此，可移動喷印頭1 0 8 - 1 1 2，使部分 或全部噴印頭1 0 8 -1 1 2所分配的墨滴以相同的時間或經適 當間隔（s p a c i n g )到達基材 1 0 6，進而改善噴墨列印品質。 因此，隨著基材1 0 6形貌輪廓來動態調整喷印頭1 0 8、1 1 0、 1 1 2的高度，可維持一致的噴印參數（如高度、喷墨時間、 墨滴大小等）。 在一些實施例中，致動器3 0 2可採用馬達、氣動滑座、 液壓活塞及/或壓電元件。再者，除了提供個別的致動器 302給各喷印頭108、110、112外，還可提供一致動器304 和一附加的支撐元件 30^來同時調整所有喷印頭 108、 110、112的高度。在一些實施例中，各噴印頭108-112不 只使用一個致動器3 02。例如，可於每個喷印頭1 0 8、1 1 0、 14 1338598 112的各端安置一致動器302，以進一步調整/轉向（angled) 喷印頭來維持喷嘴至基材的距離。在第3圖中，可調整之 架設系統包括致動器302、3 04和支撐元件306。在其他實 施例中，喷印頭108-112可連接至該橋架102，且僅有致 動器302,而無致動器304或支撐元件306。在此實施例中， 可調整之架設系統只包括致動器3 0 2。
上述實施例僅為舉例說明本發明而已。任何熟習此技 藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可更動與潤飾 所揭露的設備及方法。例如，喷墨列印系統可採用結合超 音波感測器的輻射座標列印橋架。另外，本發明亦可應用 於形成間隙壁（spacer)、塗佈偏光板和形成奈米微粒線路。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其他實施例 亦包含在本發明之精神和範圍内，因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】
第1 A圖為本發明一實施例之喷墨列印系統的透視圖。 第1 B圖為本發明一實施例之噴墨列印系統的側視圖。 第2圖為本發明一實施例之噴印頭的特寫透視圖。 第3圖為本發明另一實施例之喷印頭的特寫透視圖。 【主 要元件符號說明】 100 系統 102 橋架 104 平臺 106 基材 15 1338598 108、 110、 112 喷印頭 114 成像 1 1 6 感測器 12 0 控制 200 系統 2 02 位置 300 系統 302 、 304 306 支撐元件 系統 器 致動器
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Claims (1)

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十、申請專利範圍： 1. 一種用於製造平面顯示裝置的設備，其至少包含： 至少一喷印頭，用以沉積一墨水至一基材之一頂面上的 一畫素井中，其中該基材相對於該喷印頭移動； 至少一感測器，用以偵測該至少一感測器至該基材之該 頂面的距離；以及
一控制器，用以根據該感測器至該基材之該頂面的距離 來決定該基材至一噴嘴的距離，並根據該基材至該喷嘴的 距離來調整一喷印參數； 其中該喷印參數包括一墨滴尺寸。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該至少一感測 器更用來偵測該基材的一厚度。
3.如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該至少一感測 器為一雷射感測器。 4.如申請專利範圍第1項所述之設備，其令該至少一感測 器為一超音波距離感測器。 5.如申請專利範圍第1項所述之設備，更包含： 一或多個致動器，耦接至該一或多個喷印頭，用以調整 該基材至該喷嘴的距離。 17 1338598
6. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之噴印參 數包含一墨滴軌跡。 7. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之喷印參 數包含一墨滴速度。
8.如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之喷印參 數包含該基材之該頂面上的一座標。 9.如申請專利範圍第1或5項所述之設備，其中上述之喷 印參數包含該基材至該喷嘴的距離。 10. —種利用喷墨列印來製造一平面顯示裝置的方法，該 方法至少包含：
偵測一感測器至一基材的距離； 根據所偵測之該感測器至該基材的距離，來決定一或多 個喷印頭至該基材的距離； 根據所決定之該一或多個噴印頭至該基材的距離，來調 整一喷印參數；以及 使用該已調整的喷印參數來沉積一墨滴在該基材上的 一畫素井中； 其中該喷印參數包含一墨滴的尺寸》 18 1338598
11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，更包含利用該感 測器來偵測該基材的一厚度。 12. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該至少一感 測器為一雷射感測器β
13.如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該至少一感 測器為一超音波距離感測器。 14.如申請專利範圍第10項所述之方法，更包含： 利用一或多個耦接至該一或多個喷印頭的致動器來調 整該一或多個喷印頭。
15.如申請專利範圍第10項所述之方法，其中上述之喷印 參數包含一墨滴軌跡。 16.如申請專利範圍第10項所述之方法，其中上述之喷印 參數包含一墨滴速度。 17.如申請專利範圍第10項所述之方法，其中上述之喷印 參數包含該基材之該頂面上的一座標。 19 1338598
18.如申請專利範圍第10項所述之方法，其中上述之喷印 參數包含該基材至喷嘴的距離。 19.如申請專利範圍第10項所述之方法，更包含儲存該基 材的一輪廊圖（contour map)。
20.如申請專利範圍第19項所述之方法，更包含根據該輪 廓圖來調整該一或多個喷印頭。 21. —種用來製造一平面顯示裝置的喷墨列印系統，該系 統至少包含： 一列印橋架； 至少一喷印頭，耦接至該列印橋架，且用來沉積一墨水 至一基材之一頂面上的一畫素井中；
一平臺，位於該列印橋架與該至少一喷印頭下方，且用 以相對於該至少一喷印頭來移動該基材； 至少一感測器，耦接至該列印橋架，且用來偵測該至少 一感測器至該基材之該頂面的距離；以及 一控制器，用以根據該感測器至該基材之該頂面的距離 來決定該基材至一喷嘴的距離，並根據該基材至該喷嘴的 距離來調整一喷印參數， 其中該喷印參數包括一墨滴的尺寸。 20 1338598 je^i〇 22.如申請專利範圍第21項所述之系統，更包含： 一可調整之架設系統，其包含一或多個致動器，該一或 多個致動器耦接至該一或多個喷印頭，且用來調整該基材 至喷嘴的距離。 23.如申請專利範圍第22項所述之系統，其中上述之可調 整之架設系統更包含：
一支撐致動器，耦接至該列印橋架；以及 一支撐元件，耦接至該支撐致動器，並耦接至與該一或 多個喷印頭耦接的該一或多個致動器，其中該支撐致動器 是用來調整該基材至該支撐元件的距離，並且耦接至該一 或多個喷印頭的該一或多個致動器是用來調整每一個喷印 頭之從該基材至喷嘴的距離。
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