(57)【要約】【課題】本発明の実施例では、インクジェット印刷システムから散布される液滴を可視化する装置及び方法が開示される。【解決手段】液滴可視化システムはインクジェット印刷システムに一体化され、散布されるインクジェット液滴の大きさ及び速度を測定することができ、散布されるインクジェット液滴の軌跡を撮像することができる。液滴の大きさ、速度、及び軌跡に関する測定された情報は、インクジェット印刷システムの散布動作をモニタし制御するために、インクジェット印刷システムにフィードバックされる。このフィードバック制御により、大きさ、速度、及び軌跡の均一性がモニタされ、改善され得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上のノズルを含む一つ以上のインクジェット・ヘッドと、
基板受容表面を有する基板支持部と、
前記一つ以上のノズルと前記基板受容表面との間にレーザを方向づけるよう位置決めされたレーザ光源と、
可視化デバイスとを
含むインクジェット印刷装置。
【請求項２】
前記可視化デバイスは、前記レーザ光源からの光を受けるよう位置決めされている請求項１のインクジェット印刷装置。
【請求項３】
前記レーザ光源は、前記インクジェット液滴が前記一つ以上のノズルと前記基板受容表面上に置かれた基板との間を通過するとき、前記一つ以上のノズルから散布されるインクジェット液滴に向けてレーザを方向づけるよう位置決めされている請求項１のインクジェット印刷装置。
【請求項４】
前記可視化装置は少なくとも１０２４×７６８画素の解像度を有する高分解能の電荷結合デバイスカメラである請求項１のインクジェット印刷装置。
【請求項５】
前記レーザ光源はナノセカンドのパルスを発するレーザである請求項１のインクジェット印刷装置。
【請求項６】
前記レーザ光源の出力はおよそ０．００１ｍＷから、およそ２０ｍＷの間である請求項５のインクジェット印刷装置。
【請求項７】
前記インクジェット印刷装置は更に、
画像分析器と、
レーザ光源及び可視化装置を制御する可視化システム・コントローラと、
プロセッサとを含み、
前記可視光源、前記可視化装置、前記画像分析器、前記可視化システム・コントローラ、及び前記プロセッサは液滴可視化システムを構成し、インクジェット液滴の大きさ及び速度を測定することができ、インクジェット液滴の軌跡を撮影することができる請求項１のインクジェット印刷装置。
【請求項８】
前記液滴可視化システムはインクジェット液滴の軌跡から前記基板保持部の基板受容表面上の基板へのインクジェット液滴の着地位置を決定することができる請求項７のインクジェット印刷装置。
【請求項９】
前記インクジェット印刷装置は更に、液滴コントローラと、この液滴コントローラにより制御され、前記液滴可視化システムからの大きさ、速度、軌跡、及び着地位置の液滴の情報を受信する１つ以上のインクジェット・ヘッドを更に含む請求項７のインクジェット印刷装置。
【請求項１０】
可視化装置と、
レーザ光源と
を含み、
前記レーザ光源はインクジェット印刷システムのインクジェット液滴を散布することができる一つ以上のインクジェット装置と前記インクジェット印刷装置の基板保持部の基板受容表面との間にレーザを方向づけるよう位置しているインクジェット印刷システムのインクジェット液滴を可視化するための装置。
【請求項１１】
前記可視化装置は前記レーザ光源からの光を受けるよう位置している請求項１０の装置。
【請求項１２】
前記レーザ光源は、前記インクジェット液滴が前記１つ以上のノズルと前記基板受容表面上に置かれた基板との間を通過するときに、前記１つ以上のノズルから散布されるインクジェット液滴に向けてレーザを方向づけるよう位置している請求項１０の装置。
【請求項１３】
前記可視化装置は高分解能の電荷結合デバイス・カメラである請求項１０の装置。
【請求項１４】
前記レーザ光源はナノセカンドのパルス化されたレーザである請求項１０の装置。
【請求項１５】
画像分析器と、
前記可視化装置及び前記レーザ光源を制御する可視化システム・コントローラと、プロセッサと
を更に含み、
前記可視光源、前記可視化装置、前記画像分析器、前記可視化システム・コントローラ、及び前記プロセッサは液滴可視化システムを構成し、インクジェット液滴の大きさ及び速度を測定することができ、前記インクジェット液滴の軌跡を撮像することができる
請求項１０の装置。
【請求項１６】
前記液滴可視化システムは前記液滴可視化システムにより撮像されたインクジェット液滴の軌跡から前記基板支持部の前記基板受容表面上の基板への前記インクジェット液滴の着地位置を決定することができることを特徴とする請求項１５の装置。
【請求項１７】
前記インクジェット印刷システムの前記１つ以上のインクジェット装置は前記液滴可視化システムからの大きさ、速度、軌跡、及び着地位置の液滴の情報を受け取る液滴コントローラによって制御される請求項１５の装置。
【請求項１８】
インクジェット印刷システムと、
基板受容表面を有した基板支持部と、
前記散布されたインクジェット液滴の大きさ及び速度を測定し、散布されたインクジェット液滴の軌跡を撮像し、前記散布されたインクジェット液滴の大きさ及び速度と撮像された軌跡との情報に基づいて前記インクジェット印刷システムに制御信号を送出する集積化されたインクジェット液滴可視化システムと
を含むインクジェット印刷装置。
【請求項１９】
前記インクジェット印刷システムは更に、
インクジェット印刷モジュールと、
前記散布されたインクジェット液滴の測定された大きさ及び速度と、撮像された軌跡との情報に基づいて、前記インクジェット印刷モジュールをコントロールするインクジェット液滴コントローラとを含み、
前記情報は前記集積化されたインクジェット液滴可視化システムによって収集される請求項１８のインクジェット印刷装置。
【請求項２０】
前記インクジェット印刷モジュールは１つ以上の色のインクを散布することができる１つ以上のインクジェット装置を含む請求項１８のインクジェット印刷装置。
【請求項２１】
前記インクジェット液滴可視化モジュールは、
可視化装置と、
レーザ光源と、
前記レーザ光源及び前記可視化装置を制御する可視化システム・コントローラと、
画像分析器と、
プロセッサと、
を含む請求項１８の装置。
【請求項２２】
前記可視化装置は、高分解能の電荷結合デバイス・カメラである請求項２１の装置。
【請求項２３】
前記レーザ光はナノセカンドのパルス化されたレーザである請求項２１の装置。
【請求項２４】
インクジェット印刷システムからの散布されたインクジェット液滴の大きさ、速度、及び軌跡の情報を収集するために、集積化されたインクジェット液滴可視化モジュールを用い、
前記散布されたインクジェット液滴の前記大きさ、前記速度、及び前記軌跡の収集された情報により前記インクジェット印刷システムを制御する
ことを含むインクジェット液滴の大きさ及び速度の均一性を改善するための方法。
【請求項２５】
散布されたインクジェット液滴の前記大きさ、前記速度、及び前記軌跡は、前記散布されたインクジェット液滴の少なくとも１つの大きさ、速度、及び軌跡を決定するために、前記散布されたインクジェット液滴の少なくとも１つの少なくとも２つの画像を撮像する可視化装置の前を前記少なくとも１つの散布されたインクジェット液滴が通過するときに、前記散布されたインクジェット液滴の少なくとも１つを少なくとも２回、露出するナノセカンドのレーザ光源を使用することにより収集される請求項２４の装置。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの散布されたインクジェット液滴は約２ｍ／ｓから約１２ｍ／ｓの間の速度で通過する請求項２４の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの散布されたインクジェット液滴の大きさは約２μｍから約１００μｍの直径である請求項２４の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも２つの露出の間の時間経過は約５μｓから約２５００μｓとの間である請求項２５の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも２つの露出の露出時間は１０００ｎｓ未満である請求項２５の方法。
【請求項３０】
前記可視化装置は、高分解能の電荷結合デバイス・カメラである請求項２５の方法。
【請求項３１】
前記ナノセカンドのレーザ光源の出力は約０．００１ｍＷから約２０ｍＷの間である請求項２５の方法。
【請求項３２】
インクジェット印刷システムから散布されるインクジェット液滴に対して、第１の位置において、レーザ光源の第１のパルスを照射し、
前記レーザ光源の第１のパルスにより照射されるインクジェット液滴の第１の画像と、前記第１の位置における前記レーザ光源の第一のパルスの時間とを記録し、
前記第１の位置から第２の位置に前記インクジェット液滴が通過するとき前記インクジェット液滴に向けてレーザ光源の第２のパルスを照射し、
前記レーザ光源の第２のパルスにより照射される前記インクジェット液滴の第２の画像と、前記第２の位置における前記レーザ光の第２のパルスの時間とを記録する
ことを含む、インクジェット印刷システムから散布されるインクジェット液滴を可視化するための方法。
【請求項３３】
前記第１及び第２の画像から前記インクジェット液滴の大きさを決定することを更に含む請求項３２の方法。
【請求項３４】
前記第１及び第２の画像から、及び前記レーザ光源の第１及び第２のパルスの記録された時間から、前記インクジェット液滴の速度を決定することを更に含む請求項３２の方法。
【請求項３５】
前記第１及び第２の画像から、及び前記レーザ光源の第１及び第２のパルスの記録された時間から、前記インクジェット液滴の軌跡を決定することを更に含む請求項３２の方法。
【請求項３６】
前記第１及び第２の画像と、及び前記レーザ光源の第１及び第２のパルスの記録された時間とから、前記インクジェット液滴の着地位置を決定することを更に含む請求項３２の方法。
【請求項３７】
前記第１及び第２の画像は少なくとも１０２４×７６８画素の分解能を有する高分解能の電荷結合デバイス・カメラである可視化装置によって記録される請求項３２の方法。
【請求項３８】
前記第１及び第２のパルスをもたらすのに用いられるレーザ光源はナノセカンドのパルス化されたレーザである請求項３２の方法。
【請求項３９】
前記レーザ光源の出力は約０．００１ｍＷから約２０ｍＷの間である請求項３８の方法。
【請求項４０】
前記第１のパルス及び第２のパルスの期間は１０００ｎｓ未満である請求項３２の方法。
【請求項４１】
前記第１のパルスの時間と前記第２のパルスの時間との間の期間は約５μｓから約２５００μｓとの間である請求項３２の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明の実施例は、主に液滴の可視化に関し、特にフラット・パネル表示装置のためのカラー・フィルタ・デバイスなどの電子デバイスを形成することにおいて、インクジェットの液滴可視化のための装置及び方法に関する。
【従来技術の説明】
【０００２】
フラット・パネル・ディスプレイ（ＦＰＤｓ）は、コンピュータ端末、ビジュアル・エンターテインメント・システム及び携帯電話、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡｓ）などのパーソナル電子デバイスのために選ばれうる表示技術になってきている。液晶表示（ＬＣＤｓ）及び特にアクティブ・マトリックス液晶表示（ＡＭＬＣＤｓ）は、最も多用途で、且つ、堅実に商業的に利用されうるＦＰＤとして世の中に出てきた。ＬＣＤ技術の基本要素は、色づけされたビジュアル出力を出力するために光が方向づけられるカラー・フィルタである。このカラー・フィルタは画素から作られており、それは典型的には赤、緑及び青であり、カラー・フィルタを通った光がより改善されて分解されるように、不透明な（黒の）マトリックス内の一つのパターン、若しくは配列により散布される。
【０００３】
染色、リソグラフィ、色素散布、及び、電着などの、カラー・フィルタを生成する従来の方法は、全て３つの色の連続的な導入を必要とするという主な欠点があった。即ち、１つの色を有する第一の画素の組は一連のステップにより生成され、それらが終わると、このプロセスは全ての３つの色に適用するために、更に２回繰り返されなければならない。カラー・フィルタの生産に適用可能な技術の改善のために、成し得る可能な領域は、インクジェットなどの改善された散布装置の導入であった。インクジェットシステムを用いることにより、これら３つの色は１つのステップにおいてカラー・フィルタ・マトリックス内に色づけされ得、これによりプロセスは３回行われる必要がなくなる。
【０００４】
インクジェット技術の利用において生じる１つの挑戦は、色素剤の形成、散布をいかに画素ごとに統一し、正確に行うかということである。インクジェットによるカラー・フィルタ及び他のデバイスの大量生産のために、インクジェット・プロセスは装置の品質を確実なものにするために、正確に、かつ、精密になされなければならない。従って、散布されるインクジェットの液滴の統一性及び精密性を改善し、確実なものにするためのより改善された装置及び方法を開発する必要性がある。
【発明の要約】
【０００５】
本発明の実施例は、散布されるインクジェットの液滴の統一性を確実なものにし、かつ、より改善するために、散布されるインクジェットの液滴を可視化するための装置及び方法を提供することである。一実施例において、インクジェット印刷装置は１つ以上のノズルを含む１つ以上のインクジェット・ヘッドと、基板を受容する表面を有する基板支持体と、前記１つ以上のノズルと前記基板受容表面との間に、レーザを方向づけるように位置決めされたレーザ光源と、可視化装置とを含む。
【０００６】
別の実施例において、インクジェット印刷システムのインクジェット液滴を可視化するための装置は、可視化装置及びレーザ光源を含み、レーザ光源はインクジェット印刷システムのインクジェット液滴を散布し得る１以上のインクジェット・デバイスと、インクジェット印刷システムの基板支持体の基板受容表面との間にレーザを方向づけるよう位置決めされている。
【０００７】
別の実施例において、インクジェット印刷装置はインクジェット印刷システム、基板受容表面を有する基板支持体、及び、散布されたインクジェット液滴の大きさ及び速度を計測し、散布されるインクジェット液滴の軌跡を補足し、散布されたインクジェット液滴の計測された大きさ及び速度及び補足された軌跡の情報に基づいて、インクジェット印刷システムへ制御信号を送出する集積化されたインクジェット液滴可視化システムを含む。
【０００８】
別の実施例において、インクジェット液滴の大きさ及び速度の不均一性を改善するための方法は、インクジェット印刷システムから散布されるインクジェット液滴の大きさ、速度、及び、軌跡の情報を収集するのに集積化されたインクジェット液滴可視化モジュールを用い、散布されるインクジェット液滴の大きさ、速度、及び、軌跡の集められた情報によってインクジェット印刷システムを制御することを含む。
【０００９】
別の実施例において、インクジェット印刷システムから散布されるインクジェット液滴を可視化するための方法は、第１の位置において、インクジェット印刷システムから散布されるインクジェット液滴の方向にレーザ光源の第１のパルスを照射し、前記第１のパルスのレーザ光源により照明される、インクジェット液滴の第１の画像、及び、前記第１の位置においての前記レーザ光源の第１のパルスの時間を記録し、前記第１の位置から第２の位置へ移動するインクジェット液滴の方向に、レーザ光源の第２のパルスを照射し、前記レーザ光源の第２のパルスにより照明されるインクジェット液滴の第２の画像、及び、前記第２の位置においての前記レーザ光の第２のパルスの時間を記録することを含む。
【より好ましい実施例の詳細な説明】
【００１０】
均一的に、かつ、正確に一つの画素へ色素剤を散布するためには、散布プロセスの間、インクジェットの液滴の大きさ、液滴の速度、液滴の軌跡、及び、着地位置が均一的であり、且つ、正確である必要がある。本発明の実施例は、液滴散布プロセスの間、インクジェットの液滴の大きさ及び速度（若しくは速さ）、及び軌跡を可視化するための装置及び方法を説明するものである。散布されたインクジェットの液滴の着地位置は、インクジェットの液滴の軌跡から決定され得る。更に、本発明の実施例は液滴散布プロセスの間、インクジェットの液滴の大きさ、速度、軌跡及び着地位置の均一性を改善するための装置及び方法を説明するものである。
【００１１】
図１は、本発明のフラット・パネル・ディスプレイにおけるカラー・フィルタを形成するためのインクジェット装置１０の例示的な実施例の斜視図である。図１は、ステージ３１０を含むステージ位置決めシステム３２０の各部分を図示するものである。図１に示される実施例において、ステージ３１０はＹ軸方向に移動し、インクジェット印刷モジュール２１０のインクジェット・ヘッド２２２、２２４、及び２２６はＸ軸方向に動く。他の実施例において、ステージ３１０はＸ軸及びＹ軸両方向に動き得る。１つ以上のモータを備えたステージ移動デバイス３３２（図２中に図示）は、ステージ３１０をＹ軸方向に動かすのに用いられ得る。例示の実施例において、基板ステージ３１０はまた、（図示しない）適宜なステージ回転デバイスを用いることにより回動され得る。また、ステージ３１０は基板３３０及びその中に含まれるディスプレイ体をインクジェット印刷システム２００のインクジェット印刷モジュール２１０に、一直線上に合わせるために、基板３３０を回動及び／若しくは方向づけするように回動もされ得る。
【００１２】
ステージ３１０は、処理されるべき１つの基板若しくは複数の基板をサポートするために適宜な、若しくは適当な大きさのものである。例示の実施例において、装置１０及びそのコンポーネント部品は、例えば、５５００平方ｃｍ以上の大きさを有する基板を処理することができる。装置１０及びそのコンポーネント部品は、如何なる大きさの基板を処理するためにも、設計若しくは適合され得る。
【００１３】
再び図１を参照すると、処理装置１０は基板ステージ３１０を支持し、例示的な一実施例においては、上部の部分３２２及び複数の脚部３２５を含み得る。各脚部は（例えば、処理装置１０が置かれている床からの）振動からステージ３１０を隔絶するために、エアー・シリンダ若しくは他のクッション構造（図示せず）を含むかもしれない。また、ステージ位置決めシステム３２０は、ステージ移動デバイス（図示せず）の動作を制御するためのコントローラ（図示せず）を含み得る。図１に示される基板３３０は、如何なる数のディスプレイ体３３５をも含み得る。
【００１４】
図１は、インクジェット印刷システム２００のインクジェット印刷モジュール２１０及びインクジェット印刷モジュール２１０が取り付けられているインクジェット印刷モジュール支持体２２０を説明するものである。例示的な実施例において、インクジェット印刷モジュール２１０は、インクジェット位置決めデバイス（図示せず）により、インクジェット印刷モジュール支持体２２０に沿って移動可能である。図１の実施例において、インクジェット印刷モジュール２１０は３つ以上のインクジェット・デバイス２２２、２２４、及び２２６を含む。例示的な実施例において、各インクジェット・デバイス２２２、２２４、及び２２６は、例えば、赤、緑、青、及び選択的にクリアインクなど、用いられるカラーシステムによって異なる色のインクを散布することができる。例えば、第一のインクジェット・デバイスは赤のインクを散布し、第二のインクジェット・デバイスは緑のインクを散布し、第三のインクジェット・デバイスは青のインクを散布し得る。別の例示的な実施例において、一つ以上のインクジェット・デバイスは、同じ色のインク若しくはクリアインクを散布し得る。３つのインクジェット・デバイスを備えるように説明されたが、インクジェット印刷モジュール２１０及び本発明の装置１０は、本装置１０のアプリケーション若しくは使用法に従い、如何なる数のインクジェット・デバイスをも用い得る。
【００１５】
本発明の一実施例において、インクジェット・デバイス２２２、２２４、及び２２６のそれぞれは、印刷の間、それぞれに独立に動き得る。これは１つの基板上の１つのパネル以上に印刷するときに効果的であるかもしれない。インクジェット・デバイス２２２、２２４、及び２２６のそれぞれは、インクジェット・ヘッド（図示せず）と、分離されたヘッド・インターフェース・ボード（図示せず）と、高さ調整デバイス（図示せず）と、ヘッド回転アクチュエータ・デバイス（図示せず）と、インクの容器（図示せず）とを含み得る。例えば、インクジェット・ヘッドのそれぞれは、それぞれのヘッド回転アクチュエータ・デバイスにより回動され得る。このようにして、基板上のディスプレイ体に対するインクジェット・ヘッドの方向づけられているピッチ若しくは角度は、印刷のアプリケーションによって変えられ得る。各インクジェット・ヘッドは、例えば１２８個のノズルなど、多くのノズルを備え得る。液滴はおよそ０．０１ＫＨｚからおよそ１００ＫＨｚの周波数で散布される。液滴の大きさはおよそ直径で２μｍからおよそ１００μｍの間である。液滴の速度は、およそ２ｍ／ｓからおよそ１２ｍ／ｓの間である。一実施例において、インクジェット・ヘッドのそれぞれ、若しくは、本装置１０において用いられるように説明されるいかなる他のインクジェット・ヘッドは、スペクトラ（Ｓｐｅｃｔｒａ）ＳＥ１２８Ａ、ＳＸ１２８、若しくはＳＭ１２８のインクジェット・ヘッド・アセンブリであり得る。スペクトラＳＥ−１２８インクジェット・ヘッド・アセンブリは１２８個のノズルを有し、各ノズルは３８マイクロン（ｍｉｃｒｏｎｓ）の直径を有し、隣接するノズルとの間の空間は５０８マイクロンである。スペクトラＳＥ−１２８インクジェット・ヘッド・アセンブリは、およそ２５から３５ピコ・リットル（Ｐｉｃｏ
ｌｉｔｅｒｓ）の量のインク液滴を散布し、およそ４０ＫＨｚの周波数で動作し得る。
【００１６】
また、液滴可視化システム６３０も図１に図示されている。液滴可視化システム６３０は、インクジェット・デバイスから散布される液滴の画像を撮る液滴可視化デバイス６３３と、制御された期間の間、制御された周波数で閃光を放つパルス光６３１と、画像分析器（以下に説明）と、プロセッサ（以下に説明）と、視覚化システム・コントローラ（以下に説明）とを含む。一実施例において、液滴可視化デバイス６３３及びパルス光６３１は、ステージ位置決めシステム３２０の上部部分３２２の端の近くに置かれる。インクジェット・デバイス２２２、２２４、及び２２６が基板３３０上に液滴を散布する前に、それらはまず、液滴の大きさ、速度、及び軌跡を確認するために、可視化デバイス６３３及びパルス光６３１との間の樋（“ｇｕｔｔｅｒ”）に液滴を散布する。このプロセスはインクジェット液滴確認プロセスと呼ばれる。この確認プロセスの間に散布される液滴は、可視化デバイス６３３及びパルス光６３１の間、若しくはそれらの下部に置かれる、収集プレート（図示せず）により集められる。液滴の大きさ、速度、及び軌跡がプロセスの仕様の範囲内であると確認された後、インクジェット・デバイス２２２、２２４、及び２２６は基板３３０に液滴を散布することが許される。散布された液滴の大きさ、速度、及び軌跡がプロセスの仕様の範囲外であるとわかるならば、この確認プロセスにおいてインクジェット・デバイス２２２、２２４、及び２２６は、その大きさ、速度、及び軌跡が仕様の範囲内となるよう調整される。
【００１７】
一実施例においては、可視化デバイス６３３は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラである。液滴の大きさは直径約２μｍから約１００μｍと全く小さいので、顕微鏡ズームレンズが必要とされる。可視化デバイス６３３は、例えば少なくとも１０２４×７６８画素の液滴検出の分解能を向上させるために、同等の高い分解能を持つべきである。また、カメラはモータで動くズーム及びフォーカス・デバイス（図示せず）を備え得る。他のカメラのタイプ及び／又は分解能もまた用いられる。一実施例において、カメラ６３３は構造６３５上に取り付けられる。この構造６３５は、インクジェット印刷モジュール支持体２２０に結合されている。また、構造６３５はインクジェット印刷モジュール支持体２２０に結合されている。一実施例において、高さ及び取り付け角度を含む可視化デバイス６３３の位置は、散布される液滴の軌跡に一直線上に並ぶように調整され得る。他の実施例において、また、可視化デバイス６３３は顕微鏡（図示せず）を含み、カメラは顕微鏡のビューファインダのところで得られる画像を記録するために、顕微鏡のビューファインダに取り付けられ得る。カメラ６３３の写野はおよそ０．１ｍｍからおよそ５ｍｍであるべきであり、カメラ６３３の被写界深度はおよそ０．０５ｍｍからおよそ５ｍｍであり、これにより直径約２μｍから約１００μｍの間の大きさの液滴の画像を撮ることができる。
【００１８】
光６３１は、連続的に発生される飛翔液滴を照らすために、ナノセカンドのパルスレーザである。レーザ光は、そのより速い、若しくは、より正確なオン／オフ制御及び有限の方向性という条件に基づき、より好ましい光源からのものが選択される。光源の高速で正確なオン／オフ制御は、本発明において本適用例において重要であり、レーザ・ビームの有限の方向性は、液滴の画像をよりクリアにするであろう。十分な画像強度が短い照明パルス間隔の間に得られることを確実ならしめるために、比較的高出力のパルス・レーザが必要とされる。一実施例において、レーザ光のパワーはおよそ０．００１ｍＷからおよそ２０ｍＷの間である。一実施例において、液滴の速度を計算するために、制御された間隔でレーザパルスを２回照射することにより、液滴の２つの画像が写野の外には出ないように一つの画像フレームの中に収められる。２つの画像の間の距離は、２つのパルスが出力された時間の間に動いた液滴の距離を計測するために用いられ得る。およそ０．１ｍｍからおよそ５ｍｍの写野を有するカメラ上に補足されるべき、およそ８ｍ／ｓの速度で移動する液滴のために、レーザ光６３１は２００マイクロセカンド（ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄｓ）未満の時間間隔でパルスを出す必要がある。一実施例において、レーザ光６３１は構造６３６上に取り付けられる。可視化デバイス６３３及びレーザ光６３１との間の距離は、構造６３５若しくは構造６３６のいずれかを動かすことにより調整され得る。
【００１９】
図２は、図１の処理装置の側面図である。図２は、３つのインクジェット・デバイス２２６のうちの１つを含むインクジェット印刷モジュール２１０（インクジェット２２２及び２２４は２２６の後ろにある）、インクジェット印刷モジュール支持体２２０、ステージ３１０、ベース・フレーム構造３２０及びその上部部分３２２、及びベース・フレーム構造３２０の脚部３２５のうちの２つを図示している。基板３３０はステージ３１０上にあり、そのステージはステージ移動装置３３２により支持されている。液滴可視化システム６３０の可視化デバイス若しくはカメラ６３３は、構造６３５上に取り付けられており、レーザ光６３１は構造６３６上に取り付けられている。
【００２０】
インクジェット・プロセスの間、基板３３０は、インクジェット・デバイス２２２、２２４、及び２２６の下でＹ軸方向に動く。Ｙ軸方向の目標の位置に達すると、インクジェット・ヘッド・デバイス２２２、２２４及び２２６はインクジェット印刷モジュール支持体２２０上のＸ軸方向に沿って動き、基板３３０上のインクの滴下位置、若しくは場所に、インクの液滴を落とすことによりインク堆積動作を行う。例えば、ステージ３１０及び基板３３０が移動する速度は、およそ５００ｍｍ／ｓｅｃからおよそ１０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲であり得る。他の速度／速度の範囲が用いられてもよい。
【００２１】
このプロセスの間、インクジェット・ヘッド・デバイス２２２、２２４、及び２２６は、ノズルを介してインクジェット液滴を散布する。一実施例において、インクジェット印刷モジュール２１０が液滴可視化システム６３０を通過すると、それは液滴可視化システム６３０のコントロールシステム（図示せず）を起動する。図３は、インクジェット印刷システム２００及びインクジェット液滴可視化システム６３０のための制御システム１５０のブロック図を図示する。液滴可視化システム６３０は、可視化システム・コントローラ１２１、カメラ（若しくは可視化デバイス）６３３、レーザ光６３１、画像分析器１５４、プロセッサ１５５、可視化ソフトウェア（図示せず）、制御ソフトウェア（図示せず）を含む。画像分析器１５４及びプロセッサ１５５は、一つのものに集積化され得る。インクジェット印刷システム２００は、インクジェット印刷モジュール２１０を含み、それはインクジェット・ヘッド・デバイス２２２、２２４、及び２２６、及び液滴コントローラ１０１を含む。制御システム１５０は、画像分析器１５４，プロセッサ１５５、可視化コントローラ１２１、液滴コントローラ１０１、及び関連ソフトウェアを含む。
【００２２】
インクジェット処理システムは、インクジェット発射デバイス２２２、２２４、及び２２６、及び液滴コントローラ１０１を含む。液滴コントローラ１０１は、制御バス１１１を介して、インクジェット発射デバイス２２２、２２４、及び２２６にインクジェット液滴発射信号を送出する。このインクジェット動作は、液滴コントローラ１０１により制御され得る。液滴コントローラ１０１は、制御バス１１３を介して、液滴可視化システム６３０のプロセッサ１５５から得られた情報、及びインクジェット印刷モジュール２１０を制御するための保存された基板画像データファイル（図示せず）を用いる。この基板画像データファイルは、本発明の装置１０において処理され得る如何なる基板のためにも生成され得、それらの基板のための情報を含み得る。液滴コントローラ１０１は、インクジェット印刷モジュール２１０を制御して、インクジェット・デバイス２２２、２２４、２２６のいずれをも制御することにより、インクの散布、または、ノズルの噴射若しくは発射を制御することができる。例えば、後に記述されるように、インクジェット・デバイスは、ノズルの噴射若しくは発射動作を行い、これによりおよそ２５マイクロ秒（ｍｉｃｒｏ−ｓｅｃｏｎｄｓ）ごとに同じノズルから１つのインクの液滴を散布することができる。ステージ３１０が５００ｍｍ／ｓｅｃの速度で動かされることができるなら、１つのインクの堆積動作のために０．０１２５ｍｍ分解能が基板上に達成され得る。他の噴射の周波数及び／若しくは分解能が採用されてもよい。
【００２３】
また、液滴コントローラ１０１は、制御バス１１２を介して可視化システム６３０の可視化システム・コントローラ１２１に液滴発射信号及びインクジェット・ヘッド位置信号を送出する。可視化コントローラ１２１は、この液滴発射信号及びインクジェット・ヘッド位置信号を用いて、レーザ光６３１のパルス及び可視化デバイス６３３のオン及びオフを制御する。カメラ６３３は、レーザ光６３１が光ったときに、写野内（ＦＯＶ）にある液滴２９０の画像を撮像する。一実施例において、可視化システム６３３は、連続的に発生される飛翔液滴を照らすためにナノセカンドのパルス化されたレーザを用いる。十分な画像強度が短い照明パルス間隔の間に得られることを確実ならしめるために、比較的高出力のパルス・レーザが必要とされる。
【００２４】
可視化システム６３０は、例えば２ｍｍの写野を見るために、例えば少なくとも１０２４×７６８画素の高分解能のカメラを用い得る。これにより、画素あたり２μｍの画素分解能をもたらし得る。例えば、２５μｍの直径の丸い液滴はおよそ１２．５画素の直径を有する。液滴の直径の１％の偏差は、およそ８分の１画素の各端の位置での変化となる。この液滴の大きさのバリエーションの合計は、Ｃｏｇｎｅｘ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｐｒｏ  ソフトウェアなどの可視化ソフトウェアによって検出可能となるであろう。２／３”電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラなどのカメラ６３３は画像分析器１５４に接続され、それはまた可視化ソフトウェアを保持する。カメラはレーザ光源６３１から９０ｍｍ以上の動作距離に保持される。液滴２９０などの液滴は、カメラ６３３から、例えば０．１２ｍｍの被写界深度の距離のところに落下する。もし、十分な光が利用可能であるならば、その被写界深度は虹彩により拡張され得る。一般的に言って、動作距離を増加することはＤＯＦを増加するであろうし、虹彩（レンズに到達する光の量）を減少させることは、またＤＯＦを増加させる。レーザ光は液滴に対し、正確で良好な照明を提供しなければならない。
【００２５】
図４は、カメラレンズと、液滴２９０と、及びレーザ光６３１との間の距離関係を図示するものである。カメラと光源との距離は動作距離である。液滴とカメラとの距離は被写界深度である。写野はカメラが撮像することができる対象の範囲である。写野は被写界深度に依存する。被写界深度が深くなればなるほど、写野も広くなるであろう。
【００２６】
液滴の速度を計算するために、同じ液滴２９０の二重露出が、２つの液滴の間の時間経過の間に移動する液滴の距離を計測するために撮られ得る。液滴が移動した距離は撮られた写真上の２つの液滴の画像の間の距離に比例し、その距離から計算され得る。液滴の速度は、２つの露出の間の経過時間により、２つの露出の間の距離を割ることにより計算され得る。図５は、インクジェット印刷モジュール２１０、カメラ６３３、及び液滴２９０、及びレーザ光６３１との間の時間関係を図示するものである。時間ゼロにおいて、インクジェット印刷モジュール２１０は可視化システム６３０に近づくよう移動し、可視化システム６３０を起動する。時間ｔ１、若しくはその起動信号から、期間Ａの経過後、液滴２９０はインクジェット・デバイス２２２、２２４、若しくは２２６のうちの１つから発射（若しくは散布）される。時間ｔ２においてレーザ光はオン状態となり、時間ｔ３においてオフ状態となる。液滴２９０が発射（若しくは散布）されたときから時間経過Ｂの後に生ずる、ｔ２からｔ３の間の期間中に、カメラ６３３の写野の上部近くにある液滴２９０の画像が撮られる。時間ｔ４においてレーザ光はオン状態となり、時間ｔ５においてレーザ光はオフ状態となる。ｔ４からｔ５の間の期間中、若しくは液滴２９０が発射された時間からＣの時間経過の後、カメラ６３３の写野の下部近くにある、第２の液滴２９０の画像が撮られる。インクジェットの液滴がより高い割合、例えば８ＫＨｚ以上で発射されると、複数の液滴が写野の中に存在し得る。一実施例において、期間ｔ２からｔ３及びｔ４からｔ５のオン／オフの期間は、１００ｎｓより少なく、好ましくは１０００ｎｓ未満である。
【００２７】
図６は、（ｔ２からｔ３の間の）第１のレーザパルスで撮像された液滴２９０の“Ｄ１”及び（ｔ４からｔ５の間の）第２のレーザパルスで撮像された液滴２９０の“Ｄ２”の概略図を図示するものである。また、液滴２９０は、液滴が垂直に下方向に発射されていないのであれば、第２のレーザパルスのところで“Ｄ２‘”として撮像され得る。液滴２９０の速度は、２つのパルスの間の距離を２つのレーザパルス（若しくはＣ−Ｂ）の間の経過時間により割ることにより計算され得る。
【００２８】
本システムでは、１つ以上の液滴が１つのフレームに撮像されることを防ぐために、期間Ａ、Ｂ及びＣを制御すべきである。例えば、カメラが２ｍｍの写野であり、液滴２９０が８ｍ／ｓの速度で移動するならば、２つの露出の間の時間経過、即ち、Ｃ−Ｂは等式（１）によれば、２５μｓより大きくない。
２つの露出の間の時間経過  ≦（写野）／（液滴の速度）          （１）
液滴の速度は典型的にはおよそ２ｍ／ｓからおよそ１２ｍ／ｓの間であり、写野はおよそ０．１ｍｍからおよそ５ｍｍの間であるので、２つの露出の間の時間経過、Ｃ−Ｂは、５μｓから、およそ２５００μｓの間に維持されるべきである。
【００２９】
レーザ光が点灯している期間、即ちｔ２からｔ３の間、及びｔ４からｔ５の間は、液滴の画像の鮮明度を確実ならしめるに十分に短くすべきである。８ｍ／ｓで移動する液滴について、液滴は、ｔ２からｔ３の間の時間、若しくはｔ４からｔ５の間の時間間隔である、２５ｎｓパルス幅について０．２μｍ移動する。前述したように、例えば、２ｍｍの写野のために１０２４×７６８画素を有する高分解能カメラについて、画素の分解能は画素あたり２μｍである。画像中の動きに起因する０．２μｍのボケ（ｂｌｕｒ）は、画素の大きさよりかなり小さい。画素大きさの１０％より短い距離だけ液滴が移動するのを確実ならしめるように、このパルス幅は短く維持されるべきである。
パルス幅＜（画素分解能の１０％）／（液滴速度）      （２）
【００３０】
液滴の速度がおよそ２ｍ／ｓから１２ｍ／ｓの間であり、画素の分解能が画素あたり２μｍであれば、パルス幅は等式（２）によって液滴の速度に依存して、およそ１５ｎｓからおよそ２５００ｎｓより下であるべきである。一実施例において、パルス幅、若しくはオン／オフの期間、ｔ２からｔ３、若しくはｔ４からｔ５は、１０００ナノセコンド（ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄｓ）未満であり、好ましくは１００ナノセコンド（ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄｓ）未満である。
精密なパルス幅の制御及びレーザ光のオン／オフ制御を成し遂げるために、正確に制御され得るナノセカンドのレーザ光が好ましい。更に、レーザ光は撮られ得る液滴の画像をもたらすよう十分な照明を提供しなければならない。従って、パルス幅も短すぎてもいけない。
【００３１】
システムがいくつの液滴をモニタしたいか、若しくはどの程度頻繁に散布された液滴をモニタしたいかによって、カメラの画像フレームの周波数も調整され得る。一実施例において、カメラ６３３のフレーム周波数は３０Ｈｚである。しかし、より高いフレーム周波数のカメラも用いられ得る。液滴の大きさは、液滴の領域に基づいて計算され得る。この大きさは直径の長さに変換され得る。更に、液滴の軌跡は、図６に示されるように、カメラにより撮像され得る。画像解析装置を用いて、液滴の大きさ、速度及び場所は、１％の正確さで計測され得る。市販のシステムは本発明の実施例の正確さ（＋３％）を成し遂げられない。
【００３２】
本発明は、飛翔する液滴を照らすために非常に短いパルス幅のレーザ（幅でナノセカンドまで）を用いる。このようにして撮像された液滴は、最小限のボケ（不鮮明度）を持ち、若しくはその大きさが＋１％以下の正確さで決定されるような画像歪みを有する。更に、本技術を用いる計測プロセスは１滴ごとなされ得、平均の値ではない。従って、液滴の統計情報が得られ、この液滴の統計情報は液滴の大きさを制御するのに用いられ、均一なパフォーマンス若しくは他のパフォーマンスの特性（例えば、液滴の品質の向上）を可能ならしめる。液滴の情報は液滴発生電子装置にフィードバックされ、液滴の大きさ、およびノズルからの液滴の速度を制御する。即座にフィードバックできる構造であれば、時間の関数として液滴の大きさ及び速度の均一性を改善することができる。従って、システムが生産するカラー・フィルタの均一性を改善し得る。
【００３３】
液滴が基板３３０上に散布される前に、散布される液滴の大きさ、速度及び軌跡を確認し、制御することができるように、液滴視覚化装置６３３及びパルス光６３１はステージ位置決めシステム３２０の上部部分３２２の端部近くに置かれるよう記載されているが、液滴視覚化デバイス６３３及びパルス光６３１はまた、基板３３０上のインクジェットの間に液滴の視覚化が可能となるように他の場所に置かれ得る。
【００３４】
本発明の実施例に基づき説明されてきたが、他の、及び更なる本発明の実施例は、本発明の基本範囲から逸脱することなく考案され得る。その範囲は以下のクレームにより決定される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明の上記引用された特徴が詳細に理解され得るように、上記に短く要約されたような発明のより特定的な説明が実施例を参照して説明される。それらのいくつかは添付の図面に図示されている。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施例のみを説明し、従って、本発明の範囲を制限するものと考えられるべきではなく、他の同等に有効な実施例をも許容することに注意されたい。
【図１】インクジェット印刷装置の例示的な実施例の斜視図である。
【図２】図１のインクジェット印刷装置の例示的な実施例の側面図である。
【図３】クレームされた発明の装置の一実施例を示すブロック図である。
【図４】カメラ、液滴、及び、パルス化されたレーザ光の相対的位置を示す図である。
【図５】一つの液滴の可視化の例示的な時系列を示す。
【図６】第１のレーザパルス及び第２のレーザパルスにより撮られた液滴２９０の画像を有するカメラフレームの概略図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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