(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリントヘッドから放出される印刷液の滴の体積を印刷工程中に制御する方法であって、
前記プリントヘッドは、前記印刷液を取り入れるためのインレット、前記印刷液を収容するためのポンプチャンバ及び前記印刷液を出すためのアウトレットを有する少なくとも１つのポンプと、前記ポンプにおける前記印刷液の圧力に影響を及ぼすためのアクチュエータとを有し、
当該方法は、
第一の計測の間に前記ポンプの第一の特性周波数を決定するステップと、
第一の印刷動作の間に少なくとも１滴の印刷液を前記ポンプから放出させる前記ポンプにおける前記印刷液の圧力に影響を及ぼすために、前記アクチュエータを少なくとも１回作動するステップと、
第二の計測の間に前記ポンプの第二の特性周波数を決定するステップと、
前記第二の特性周波数を前記第一の特性周波数と比較するステップと、
第二の印刷動作の間に少なくとも１滴の印刷液を前記ポンプから放出させるため、前記アクチュエータが前記印刷液の圧力に及ぼす影響の大きさを決定するステップであり、前記第一の特性周波数と前記第二の特性周波数との間で発見される差、前記第一の特性周波数と前記第一の印刷動作の間に放出される印刷液の滴の体積との間の関係、及び前記第二の印刷動作の間に放出されるべき印刷液の滴の体積に関する要件に基づいて、前記アクチュエータが前記印刷液の圧力に及ぼす影響の大きさを決定するステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記アクチュエータの作動は、前記印刷工程を通じて、該アクチュエータに関連する前記ポンプの特性周波数の決定と交互に行われる、
請求項１記載の制御方法。
【請求項３】
前記ポンプにより実行される印刷工程は、少なくとも１滴の印刷液を前記第二の印刷動作の間に前記ポンプから放出させるために前記アクチュエータが前記印刷液の圧力に及ぼす影響の決定された大きさを設定できない場合に、停止される、
請求項１又は２記載の制御方法。
【請求項４】
前記プリントヘッドは少なくとも２つのポンプを有し、該少なくとも２つのポンプのうちの少なくとも１つのポンプは、該少なくとも２つのポンプのうちの別のポンプにより実行される印刷工程が停止された場合に、該少なくとも２つのポンプのうちの別のポンプの機能に取って代わるように制御される、
請求項３記載の制御方法。
【請求項５】
前記第二の印刷動作の間に放出されるべき印刷液の滴の体積に関する前記要件は、前記第一の印刷動作の間に放出される印刷液の滴の体積のレベルを維持することを含む、
請求項１乃至４のいずれか記載の制御方法。
【請求項６】
前記ポンプチャンバは、ヘルムホルツ共振器を形成し、
前記特性周波数は、前記ポンプのヘルムホルツ周波数又は固有周波数を含む、
請求項１乃至５のいずれか記載の制御方法。
【請求項７】
前記ポンプチャンバの一端は、開いており、サプライチャネルに直接的に接続され、
前記特性周波数は、前記ポンプの固有周波数を含む、
請求項１乃至５のいずれか記載の制御方法。
【請求項８】
前記第一の印刷動作のために前記アクチュエータの作動の結果として得られる前記ポンプにおける圧力の第一増加特性を決定するステップと、
前記第二の印刷動作のために前記アクチュエータの作動の結果として得られる前記ポンプにおける圧力の第二増加特性を決定するステップと、
前記第二増加特性を前記第一増加特性と比較するステップと、
前記第一増加特性と前記第二増加特性との比較から、第二の増加が第一の増加よりも著しく緩やかである場合、前記ポンプにより実行される前記印刷工程を停止するステップと、
を更に含む請求項１乃至７のいずれか記載の制御方法。
【請求項９】
前記第一の計測は、未使用のプリントヘッドで実行される、
請求項１乃至８のいずれか記載の制御方法。
【請求項１０】
前記アクチュエータはピエゾ電気素子を有し、
前記ピエゾ電気素子は、前記ポンプの特性周波数を決定するための周波数センサとして使用される、
請求項１乃至９のいずれか記載の制御方法。
【請求項１１】
プリントヘッドの印刷動作を制御する制御システムであって、
前記プリントヘッドは、印刷液を取り入れるためのインレット、前記印刷液を収容するためのポンプチャンバ、及び前記印刷液を出すためのアウトレットを有する少なくとも１つのポンプと、前記ポンプにおける前記印刷液の圧力に影響を及ぼすためのアクチュエータとを有し、
当該制御システムは、
前記印刷液が発射される前に、その都度、前記ポンプの特性周波数を計測する計測装置と、
前記計測装置に接続され、計測された特性周波数に基づいて前記アクチュエータが前記印刷液の圧力に及ぼす影響の大きさを制御するための情報を生成するようプログラムされるコンピュータと、
前記コンピュータに接続され、前記コンピュータにより生成された情報に基づいて前記アクチュエータを制御可能な制御装置と、を有する、
ことを特徴とする制御システム。
【請求項１２】
前記制御装置は、シリアル情報をパラレル情報に変換するための変換装置を通して前記コンピュータに接続される、
請求項１１記載の制御システム。
【請求項１３】
前記計測装置は、前記ポンプのヘルムホルツ周波数を計測するように設計される、
請求項１１又は１２記載の制御システム。
【請求項１４】
前記計測装置は、前記ポンプの固有周波数を計測するように設計される、
請求項１１又は１２記載の制御システム。
【請求項１５】
前記アクチュエータは、ピエゾ電気素子を有し、
前記計測装置は、前記ポンプの特性周波数を決定するための周波数センサとして前記ピエゾ電気素子を使用するように設計される、
請求項１１乃至１４のいずれか記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷工程の間にプリントヘッドから放出された印刷液の滴の量を制御するための方法に関し、かかるプリントヘッドは、印刷液につけるインレット、印刷液を含むチャンバ、印刷液を出すためのアウトレットを有する少なくとも１つのポンプ、並びにポンプにおける印刷液に作用する作動パルスを発生するためのアクチュエータを有している。
【背景技術】
【０００２】
印刷は、紙、ガラス、プラスティック又は別の適切な材料若しくは材料の混合からなるキャリアにレイヤを設定するための公知の技術である。キャリアに印刷液をスプレイすることでレイヤが形成されるタイプの印刷技術は、インクジェットプリント技術として一般に呼ばれている。
【０００３】
インクジェットプリント技術を実行する目的で、インクジェットプリンタが開発されている。これらのプリンタは、多数のミニチュアのバルブレスポンプが統合されているプリントヘッドを有している。それぞれのポンプは、ポンプにおけるプリント液の圧力に影響を及ぼすためのアクチュエータと関連される。アクチュエータが作動されるとき、ポンプにおける圧力が増加し、この結果として、ポンプは正確に１滴の印刷液を送る。アクチュエータは、個々に制御される場合があるので、ポンプが滴を発射する必要があるとき、及び同じポンプが所望のプリントパターンの特性に基づいて印刷液を保持することが必要なときを正確に判定することが可能である。
【０００４】
予め決定されたスケジュールに従って印刷液の滴を発射して保持するコンセプトは、ドロップ・オン・デマンド（ＤＯＤ）と呼ばれることがある。ＤＯＤプリントヘッドの技術は、２つのメインラインに沿って開発され、これにより、２つのメインタイプのプリントヘッドが得られる。
【０００５】
第一のメインタイプのプリントヘッドは、バブルジェット（登録商標）プリントヘッドである。バブルジェット（登録商標）プリントヘッドでは、それぞれのポンプは、印刷液と直接接する小型の加熱素子を含んでいる。滴が放出される必要があるとき、加熱素子がスイッチオンにされ、この結果として、加熱素子と接触している印刷液が比較的高温に迅速に加熱される。この工程の間、熱流束は余りに高く、スイッチオン時間の間、熱は、薄い液体のレイヤのみを通り、蒸気のバブルをポンプにおける予め決定されたスポットで爆発的に成長させる。この成長している蒸気のバブルにより、少量の液体がポンプのアウトレットを通して高速で押し出される。
【０００６】
第二のメインタイプのプリントヘッドは、ピエゾジェットプリントヘッドである。ピエゾジェットプリントヘッドでは、それぞれのポンプがそれ自身のピエゾ電気アクチュエータを有している。充電されたとき、アクチュエータは変形し、滴の放出を導くポンプにおける圧力の上昇を生じさせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ピエゾジェットプリンティングの環境で記載され、このことは、本発明がバブルジェット（登録商標）プリントにも適用できないことを含むものではない。
【０００８】
ＤＯＤインクジェットプリンティングは、ポリＬＥＤディスプレイとも一般に呼ばれるディスプレイである、多数の発光ダイオードを含むディスプレイの製造のための技術を可能にすることがわかっている。それぞれの発光ダイオード（一般にＬＥＤとも呼ばれる）は、個々のレイヤのスタックを含んでいる。多数のこれらのレイヤは、溶媒に溶かされるこれらのレイヤの材料を画素に与えることで形成され、画素は、予め決定された寸法を有する制限された領域である。
【０００９】
ポリＬＥＤディスプレイの製造工程の間に先に記載された応用の目的で、印刷工程は、非常に高い要件を満たさなければならない。第一の要件は、画素の脱落は、該脱落を知覚できるディスプレイのユーザへの悩ませる作用を不可避に有するので、全ての画素が印刷される必要がある点である。第二の要件は、厚さにおける変化がディスプレイにわたり放出された光の光強度における変動を生じるので、所定の印刷されたレイヤの厚さが全ての個々の画素について同じである必要がある点である。要件に合致するため、プリントヘッドの個々のポンプの出力は、同じである必要があり、時間的に一定である必要がある。
【００１０】
実際に、プリントヘッドのポンプの出力は、たとえば詰まりのため、ポンプのアウトレット近くで生じる場合がある。したがって、ポンプの出力は、定期的にチェックされる必要があり、１以上のポンプの出力が予め決定された出力から非常に変動するときにプリントヘッドがフラッシュされるか、脱気又は置換さえもされる必要がある。
【００１１】
本発明の目的は、プリントヘッドから放出される印刷液の滴の量を制御するための方法を提供することにあり、この方法は、時間にわたり一定レベルで滴の量を保持するために適用される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、以下のステップを有する制御方法により達成される。第一の計測の間にポンプの第一の特性周波数を決定するステップ。第一の印刷動作の間にポンプから少なくとも１滴の印刷液を放出させる作動パルスを発生するために、アクチュエータを少なくとも１回作動するステップ。第二の計測の間にポンプの第二の特性周波数を決定するステップ。第二の特性周波数を第一の特性周波数に比較するステップ。第一の特性周波数と第二の特性周波数との間で発見される差に基づいて、及び第二の印刷動作の間に放出される印刷液の滴の量に関する要件に基づいて、少なくとも１滴の印刷液を第二の印刷動作の間にポンプから放出させるため、アクチュエータにより発生される必要がある作動パルスの値を決定するステップ。
【００１３】
本発明によれば、アクチュエータにより生成される作動パルスの値は、滴の量に関する要件に合致するために時間的に調整される。このようにして、ポンプ１０，２０の幾何学的形状における変化が補正される。作動パルスの値の調整に関する必要とされるオーダの大きさは、一方で、これらの要件に基づいて決定され、他方で、ポンプの特性周波数の比較に基づいて決定される。
【００１４】
ポリＬＥＤディスプレイを製造する目的で、滴の量に関する要件は、上記に記載されたように時間を通して一定の滴の量を保持するステップを含んでいる。かかる要件が当てはまるケースでは、２つの実質的に計測された特性周波数の間で発見される差がゼロである場合、作動パルスの値が第二の印刷動作の間でポンプの出力のオーダで調整される必要がないことが想定される場合があり、２つの計測の間に実行される第一の印刷動作の間のポンプの出力と同じになる、第二の計測に続いて実行される。
【００１５】
本発明の目的について、ポンプのディメンジョンに関連しているポンプの特性周波数の情報は、ポンプのディメンジョンにより主に決定されている放出された滴の体積の情報と組み合わせて適用される。
【００１６】
ポンプの特性周波数を決定する、一般的な周波数計測技術を使用することは、多くの時間を必要としない。決定プロセスは、印刷プロセスの速度に影響を及ぼすことなしに、余りに高速で実行される場合があり、決定プロセスを印刷プロセスに組み込むことができる。かかるケースでは、結合されたプロセスが得られ、ここでは、滴を発射するためにプリントヘッドのポンプを制御するためのプロセスは、プリントヘッドのポンプの出力をチェックするステップ、及びアクチュエータにより発生された作動パルスの値の必要とされる調整を決定するステップで交替される。
【００１７】
本発明は、添付図面を参照して更に詳細に説明され、ここで類似の構成要素は、同じ参照符号で示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１〜図４は、ピエゾ電気式（piezo-electrically driven）のプリントヘッドを示しており、図１及び図２は、ヘルムホルツタイプのインクジェットポンプ１０を有するプリントヘッドの一部を示し、図３及び図４は、オープン−エンドインクジェットポンプ２０を有するプリントヘッド２の一部を示している。プリントヘッド１，２には、１以上の行からなるインクジェットポンプ１０，２０が設けられている。
【００１９】
ポンプ１０，２０は、以下ではインクとも呼ばれる印刷液を含むためのポンプチャンバ１１を有している。ポンプチャンバ１１の一方の端には、ノズル１２が設けられており、このノズルは、ポンプチャンバ１１とプリントヘッド１，２のノズルフロント１３との間に延びている。別の端では、ポンプチャンバ１１は、インクサプライチャネル１４に接続されている。図１及び図２に示されるようなプリントヘッド１のポンプ１０のポンプチャンバ１１は、スロットル１５を通してインクサプライチャネル１４に間接的に接続されており、図３及び図４に示されるプリントヘッド２のポンプ２０のポンプチャンバ１１は、インクサプライチャネル１４に直接的に接続されている。それらの設計に関して、図１及び図２に示されるようなプリントヘッド１のポンプ１０は、ヘルムホルツタイプのインクジェットポンプ１０と呼ばれ、図３及び図４に示されるようなプリントヘッド２のポンプ２０は、オープンエンドインクジェットポンプ２０と呼ばれる。
【００２０】
ノズル１２の直径は、ポンプチャンバ１１の直径よりも実質的に小さい。図３及び図４に示されるようなプリントヘッド２では、スロットル１５の直径もポンプチャンバ１１の直径よりも実質的に小さい。
【００２１】
それぞれの個別のポンプ１０，２０は、ピエゾ電気素子を含むアクチュエータ１６と関連され、アクチュエータ１６は、以下ではピエゾ電気アクチュエータ１６とも呼ばれる。ポンプチャンバ１１の壁１７の少なくとも１部はフレキシブルであり、ポンプチャンバ１１は、アクチュエータ１５が作動されたときに収縮し、ポンプチャンバ１１の方向に変形する。
【００２２】
印刷工程のため、インクサプライチャネル１４及びポンプ１０，２０は、インク１８で満たされている。印刷工程の間、ポンプ１０，２０は、ノズル１２を通して、一枚の紙、ガラス基板又はプラスティック基板のようなキャリア（図１〜図４では図示せず）の方向でインク滴を発射する。インク滴は、アクチュエータ１６の作動の結果として生成され、ポンプチャンバ１１を収縮させる。ポンプチャンバ１１の収縮の間、ポンプ１０，２０における圧力が増加され、その結果として、インクの滴１８は、ノズル１２を通して放出される。放出された滴の量はアクチュエータ１６により変位された量におおよそ等しい。滴のサイズ及びノズル１２の直径は、滴の直径がノズル１２の直径におおよそ等しい点で関連している。
【００２３】
高い印刷品質を達成するため、ポンプ１０，２０は、比較的小さなピッチで位置される。結果として、ポンプ１０，２０の直径は、十分に大きな体積の変位を得るために比較的長いポンプ１０，２０の長さに関して小さい。
【００２４】
滴の速度及び直径は、以下の式により定義される特性作動周波数を通して互いに関連される。
【００２５】
【数１】
0004394119.tif 000002
ｆactuationは特性作動周波数を表し、νdropletは滴の測度を表し、ｄnozzleはノズル１２の直径を表す。
【００２６】
ノズル１２の直径が小さくなると、滴のサイズも小さくなり、予め決定された滴の速度値を得るために作動周波数が高くなる必要がある。ピエゾ電気式プリントヘッド１，２の好ましい機能を得るため、作動周波数は、プリントヘッド１，２のポンプ１０，２０のキートーン周波数に多かれ少なかれ等しい。キートーン周波数は、プリントヘッド１，２の設計、より詳細にはポンプ１０，２０の設計に関連している。
【００２７】
インク１８の液体の列を含むポンプ１０，２０の特性周波数は、ヘルムホルツ周波数である。ヘルムホルツタイプのインクジェットポンプ１０について、ヘルムホルツ周波数は、以下の式により与えられる。
【００２８】
【数２】
0004394119.tif 000003
ｆHelmholtzはヘルムホルツ周波数を表し、Ｋは環境に準拠して補正されるインク１８の圧縮性を表し、ρはインク１８の密度を表し、Ａはポンプチャンバ１１における液体の列の断面の領域を表し、Ｌはポンプチャンバ１１における液体の列の長さを表し、Ａ1はノズル１２における液体の列の断面の領域を表し、Ｌ1はノズル１２における液体の列の長さを表し、Ａ2はスロットル１５における液体の列の断面の領域を表し、Ｌ2はスロットル１５における液体の列の長さを表している。
【００２９】
圧縮性及びインク１８の密度は、以下の方式で音速に関連している。
Ｋ＝ρｃ2
ｃは環境のコンプライアンスについて補正される音速を表している。
【００３０】
スロットル１５の長さは、ノズル１２の長さよりも非常に長く、スロットル１５及びノズル１２の断面の寸法は、おおまかに等しい。したがって、ヘルムホルツ周波数は、ノズル１２の液体の列の寸法に主に依存している。
【００３１】
ノズル１２は部分的に詰まった状況では、断面領域Ａ1が小さくなる。結果としてヘルムホルツ周波数は小さい。ノズル１２に含まれる液体列の長さに関連する決定ファクタは、圧力下でのメニスカス（meniscus under-pressure）である。圧力が余りに低いとき、メニスカスはノズル１２に収縮される。結果として、ノズル１２における液体の列は短く、ヘルムホルツ周波数は高い。
【００３２】
インク１８の圧縮性は、ポンプ１０におけるエアバブルの存在に対し、これらのエアバブルが比較的小さい場合であっても非常に感度が高い。生成される必要がある滴と同じであるエアバブルは、ポンプ１０を完全にブロック可能である。これは、かかるエアバブルが存在するときに滴を形成及び発射するために必要な圧力をポンプ１０で増大することができないためである。エアバブルの存在は、ヘルムホルツ周波数を劇的に減少させる。
【００３３】
図５では、実際の実験により得られるようなヘルムホルツ周波数と圧力下のメニスカスとの間の関係を例示するグラフが示されている。先に既に述べたように、ノズル１２における液体の列の長さは、圧力下のメニスカスに関連している。
【００３４】
グラフは、ノズル１２における液体の列の長さが増加するという事実の結果として、負の圧力の絶対値が減少したときにヘルムホルツ周波数も同様に減少することを示している。
【００３５】
さらに、グラフは、圧力の符号が変化したときに、ヘルムホルツ周波数の大部分のステップ毎のドロップが生じることを示している。これは、ノズルフロント１３が濡れによる、液体の列の長さが突然増加されたという事実の結果である。
【００３６】
経験的に得られたグラフは、ヘルムホルツ周波数がノズル１２における液体の列の長さに密に関連していることを証明している。さらに、ヘルムホルツ周波数は、液体の列の長さにおける変化に対して非常に感度が高く、このことは、ヘルムホルツ周波数の計測されたドロップが３０００Ｈｚよりも高いという事実から導出することができる。先の理由のため、及び周波数計測技術が非常に正確であるという事実のため、ヘルムホルツ周波数は、ノズル１２の状態のインジケータとして非常に良好に使用することができる。
【００３７】
ポンプ１０，２０のポンプチャンバ１１における液体の列の長さは、その断面の寸法に比較して通常長いので、波の伝播が考慮されるべきである。波の伝播の発生により、共振周波数のスペクトルが存在し、そのスペクトルのうちでキートーン周波数のみが以下において考慮される。ヘルムホルツタイプのインクジェットポンプ１０について、波の伝播を考慮したキートーン周波数は、以下のトランセンデンタルの式から近似的に従う。
【００３８】
【数３】
0004394119.tif 000004
ωはキートーンの半径方向の周波数を表している。
【００３９】
図６は、トランセンデンタル式ｔａｎ（ｘ）＝Ｃ／ｘを解くために使用することができるグラフを示している。グラフの水平軸に沿って、Ｃ＝ＬＡ1／Ｌ1Ａの値が定義される。グラフの垂直軸に沿って、対応する値ｘ＝ωＬ／ｃを見つけることができ、この値はトランセンデンタルの式を満たす。
【００４０】
ノズル１２が詰まったとき、ノズル１２における液体の列の断面の領域が減少し、この結果としてＣの値が減少する。グラフより、結果として、キートーン周波数も減少することがわかる。結果的に、Ｃの値は比較的高く、対応するｘの値は比較的高く、このことは、キートーン周波数が比較的高いことを意味している。
【００４１】
ポンプチャンバ１１に存在するエアバブルは、ポンプチャンバ１に含まれるインク１８の圧縮性への大きな作用を有し、音速及びキートーン周波数の大幅な減少を招く。
【００４２】
キートーン周波数は、ヘルムホルツタイプのインクジェットポンプ１０に液体の列の寸法に密に関連しており、ポンプ１０に存在するエアバブルに対して更に非常に感度が高いので、この周波数は、ポンプ１０の状態のインジケータとして、より詳細にはノズル１２の状態のインジケータとして非常に良好に使用することができる。
【００４３】
ヘルムホルツタイプのインクジェットポンプとは対照的に、オープンエンドインクジェットポンプ２０は、スロットル１５を有していない。その理由のため、及びノズル１２の直径がポンプチャンバ１１の直径よりも非常に小さいという事実のため、オープンエンドのインクジェットポンプ２０は、いわゆる、ノズル１２の存在について補正されたチューブのλ／４モード周波数である。このように、以下のトランセンデンタル式が得られる。
【００４４】
【数４】
0004394119.tif 000005
図７は、トランセンデンタルの式ｔａｎ（ｘ）＝−Ｃｘを解くために使用することができるグラフを示している。グラフの水平軸に沿って、Ｃ＝ＡＬ1／Ａ1Ｌの値が定義される。グラフの垂直軸に沿って、対応する値ｘ＝ωＬ／ｃを発見することができ、この値は、トランセンデンタルの式を満たす。
【００４５】
ノズル１２が詰まったとき、ノズル１２における液体の列の断面の領域が減少し、その結果として、値Ｃは増加する。グラフより、結果としてキートーン周波数が減少することがわかる。
【００４６】
さらに、圧力下のメニスカスが比較的高いとき、ノズル１２における液体の列の長さは比較的短い。結果的に、Ｃの値は比較的小さく、対応する値ｘは比較的高く、このことは、キートーン周波数が比較的高いことを意味している。ポンプチャンバ１１に存在するエアバブルは、ポンプチャンバ１１に含まれるインク１８の圧縮性への大きな作用を有し、音速及びキートーン周波数の大幅な減少を招く。
【００４７】
キートーン周波数はオープンエンドのインクジェットポンプ２０における液体の列の寸法に密に関連しているので、この周波数は、ポンプ２０の状態のインジケータ、より詳細にはノズル１２の状態のインジケータとしても非常に良好に使用することができる。
【００４８】
２つのプリント動作の間でインクジェットポンプ１０，２０の特性周波数の決定に加えて、他のパラメータの決定が行われる場合がある。たとえば、滴の生成の間のポンプ１０，２０における圧力の上昇が計測される場合がある。エアバブルを含んでいるポンプ１０，２０では、圧力の上昇は比較的低い。したがって、圧力の上昇は、ポンプ１０，２０で包囲された空気の存在のインジケータとして使用することができる。
【００４９】
上述した内容では、プリントヘッド１，２のインクジェットポンプ１０，２０の状態、より詳細にはポンプ１０，２０のノズル１２の状態に関する情報を得るための本発明に係る方法が記載される。この方法は、ポリＬＥＤディスプレイの製造工程で使用されるプリントヘッド１，２を制御するために有利にも適用される場合がある。
【００５０】
ポリＬＥＤディスプレイは、個々に制御可能である多数の矩形ＬＥＤを有している。ＬＥＤは、電流により作動されたときに光を発する。それぞれのＬＥＤは、異なるレイヤのスタックを有し、これらのレイヤは基板にプリントされる。ＬＥＤの寸法は、人間の目にとってディスプレイの個々のＬＥＤを認識できないようにするために非常に小さい。あるＬＥＤは、たとえば、長さ２００μｍで幅６７μｍである場合がある。ＬＥＤの異なるレイヤの適切な厚さの値は、ナノメートルレンジであり、厚さは、たとえば２００ｎｍ又は７０ｎｍである。結果的に、レイヤの材料を含んでいるインク滴の体積は、非常に小さい必要がある。適切なインク滴の体積の値は、ピコリットルレンジである。
【００５１】
ポリＬＥＤディスプレイは、他のタイプのディスプレイに対して多くの利点を有している。背面側で電子銃から生じた電子により作動されたときに発光する蛍光素子のレイヤを有する従来のディスプレイとは対照的に、ポリＬＥＤディスプレイについて、ディスプレイの背面に位置され多くのスペースを占有する更なるコンポーネントと組み合わせて使用される必要がない。液晶ディスプレイと比較して、ポリＬＥＤディスプレイのエネルギー消費量は比較的低く、それぞれ可能な視野角で画像が存在する。
【００５２】
上述されたパラグラフに基づいて、ポリＬＥＤディスプレイを製造するために信頼できる技術について大きな必要性が存在することが理解される。インクジェット印刷工程は、ポリＬＥＤディスプレイの製造工程の一部であって、極端に高い規準を満たす必要がある。たとえば、その厚さが７０ｎｍである、いわゆる発光ポリマーレイヤであるＬＥＤのレイヤのうちの１つについて、インクの量における変動は、２％の値を超えるべきではない。さらに、ポリＬＥＤディスプレイは機能しないＬＥＤを含まないので、インクジェットポンプ１０，２０の非動作が許容されない。規準に合致する重要性は、浪費されるべきではない前もってパターニングされたキャリアにレイヤが印刷される事実が考慮されるときにより明らかである。
【００５３】
状態の判定がポンプ１０，２０の特性周波数の計測に基づいて行われる、プリントヘッド１，２のポンプ１０，２０の状態をチェックするための上述された方法は、インク滴の体積を正確に制御するための可能性を提供する。たとえば、ノズル１２が幾分に詰まっていることを周波数の計測が指摘する場合、予め決定されたレベルの滴の体積を保持するため、作動パルスが増加される場合がある。
【００５４】
ポンプ１０，２０がエアバブルを含み、そのプリントタスクを実行することができないケースでは、印刷工程は、プリントヘッド１，２を脱気するために割り込まれるべきである。
【００５５】
高い規準を満たすため、ポリＬＥＤディスプレイの印刷工程の間、プリントヘッド１，２のポンプ１０，２０の状態は、有利にもインク滴が発射される前にその都度チェックされる。新たに計測された特性周波数と予め計測された周波数との比較に基づいて、アクチュエータにより生成される必要があるアクチュエーションパルスの値が正確に決定される場合があるか、印刷工程が停止され、プリントヘッド１，２がメンテナンスに向けられるか、取り替えられるべきである。予め計測された周波数は、たとえば、メンテナンスにまさに向けられたプリントヘッドであるか、又は前に使用されていない全体として新しいプリントヘッド１，２である場合がある、新しいプリントヘッド１，２の第一の計測の間に決定される場合がある。
【００５６】
図８では、プリントヘッド１，２の動作を制御するための可能性のある実用的なシステム３０が示されている。
【００５７】
制御システム３０は、コンピュータ３１を有しており、このコンピュータは、個々のポンプ１０，２０の計測された特性周波数に基づいてプリントヘッド１，２のポンプ１０，２０を制御するための情報、及びインク滴の体積に関する要件を生成するためにプログラムされる。コンピュータ３１に接続される計測装置３２により計測が実行される。
【００５８】
さらに、制御システム３０は、コンピュータ３１から生じるシリアル情報をパラレル情報に変換するための変換装置３３を有している。プリントヘッド１，２の個々のアクチュエータ１６の動作を実際に制御するため、制御装置３４が提供される。制御装置３４は、変換装置３３により送信されたときに、並列情報に基づいてプリントヘッド１，２の各種アクチュエータ１６を個々に制御可能である。
【００５９】
有利なことに、ピエゾ電気素子がアクチュエータとして、及びセンサとして同時に機能することができる事実から使用が行われる。このように、特性周波数を連続して計測することができ、それぞれの印刷動作が要件に合致するのを保証することができる。共通の４点の計測技術が適用される場合があり、ここでは、作動動作及び感知動作は同時に行われる場合がある。
【００６０】
ピエゾ電気素子をセンサとして使用することは必要ではない。代わりに、ピエゾ電気素子は、２つの部分に分割することができ、一方の部分はポンプ１０，２０を作動するために使用され、別の部分は、ポンプ１０，２０の特性周波数を計測するために使用される。
【００６１】
図９では、単一のインクジェットポンプ１０，２０の特性周波数を計測するための可能な実用的なシステム４０が示されている。
【００６２】
計測システム４０は、発振回路４１を有しており、この発振回路は、ポンプ１０，２０に作用するように構成されている。発振回路４１は、たとえば、キートーン周波数といった、適切な周波数で共振するために開始する。発振の電圧スウィングは数ボルトであって、ポンプ１０，２０はインク１８を放出しない。
【００６３】
発振回路４１は、周波数に依存する電圧を出力するように構築される。増幅回路４２は、発振回路４１により出力された電圧を増幅及び緩衝するために設けられる。さらに、適切な解像度のアナログ−デジタルコンバータ４５は、アナログの増幅された電圧を、ポンプ１０，２０が共振している特性周波数を表すデジタル出力ワードに変換するために設けられる。
【００６４】
図１０では、多数のインクジェットポンプ１０，２０の特性周波数を測定するための可能な実用的なシステム５０が示されている。
【００６５】
示される計測システム５０では、それぞれのポンプ１０，２０は、発振回路４１に接続され、それぞれの発振回路４１には、増幅回路４２が続く。増幅回路４２の全ての出力４３は、単一の選択回路４４に接続される。
【００６６】
デジタル選択ワードを選択回路４４に適用することで、１つのポンプ１０，２０により出力された増幅された電圧出力は、アナログ−デジタルコンバータ４５に送信される。コンバータ４５は、当該ポンプ１０，２０が共振する特性周波数を表すデジタル出力ワードを出力する。
【００６７】
先に述べたように、エアバブルがポンプ１０，２０に取り込まれたとき、ポンプ１０，２０の機能は、大きな範囲にまで影響される。エアバブルは、ポンプ１０，２０がインク１８を放出するのを妨げるに十分に大きい場合さえある。ポンプ１０，２０の全体の故障は、たとえばノズル１２の極端な詰まりといった他のファクタにより引き起こされる場合がある。
【００６８】
ポリＬＥＤディスプレイを製造する環境では、ポンプ１０，２０の完全な故障が発生するたびに、印刷工程が停止される必要がある。これは煩わしいことであり、製造工程の割込みが時間とお金を要するが、これは高い規準に合致するために必要なことである。
【００６９】
先に記載された問題を解決するため、本発明の重要な態様によれば、プリントヘッド１，２は、少なくとも２行のポンプ１０，２０を有し、行のポンプ１０，２０の状態は、上述されたような方法に従って連続的にチェックされる。
【００７０】
所定の印刷工程のステージで、所定のポンプ１０，２０がインク１８をこれ以上放出することができない場合、計測された特性周波数は、当該ポンプ１０，２０のこの状態を表している。かかる状況では、別の行における対応する位置にあるポンプ１０，２０は、動作から外れたポンプ１０，２０により実際に実行されるべき印刷動作を実行するために使用される場合がある。このように、１つの印刷動作のために必要とされる時間が増加する場合があるが、印刷工程の割り込みが妨げられる。異なる行のプリントヘッド１，２の故障のメカニズム間には相関がないので、異なる行における対応する位置でのポンプ１０，２０は同時に、又は互いの後に間もなく故障する可能性は殆どない。したがって、行の非動作のポンプ１０，２０を別の行の別のポンプ１０，２０で取って代わらせることで、信頼性における大きな増加を得ることができる。インク１８でカバーされる必要があるキャリアの全ての領域は、少なくとも２つの個々のポンプ１０，２０の行により到達される。
【００７１】
個々のポンプ１０，２０の行は、全てのポンプ１０，２０が印刷工程で通常含まれるように制御される場合がある。たとえば、第一の行のポンプ１０，２０は、キャリアの所定の領域の方向で２つのインク１８の滴を通常発射する場合があり、次の行のポンプ１０，２０は、同じ領域の方向で２つのインク１８の滴を幾分か後に通常発射する場合がある。第一の行のポンプ１０，２０が故障したケースでは、印刷工程の間にインク１８でカバーされる必要があるそれぞれの領域の方向で２つのインク１８の滴の代わりに４つのインク１８の滴を発射するように、後続のポンプ１０，２０が制御される。後続の行のポンプ１０，２０が故障し、印刷工程の間にインク１８でカバーされる必要があるそれぞれの領域の方向でインク１８の４つの滴を発射するように、第一の行のポンプ１０，２０が制御されることが代替的に可能である。
【００７２】
ポンプ１０，２０からなる個々の行を制御するための別のオプションによれば、第一の行のポンプ１０，２０のみが印刷工程に通常は関与し、第一の行の少なくとも１つのポンプ１０，２０の機能が取って代わられる必要があるまで後続の行のポンプ１０，２０は使用されない。
【００７３】
単一の行のポンプ１０，２０を有する２以上のプリントヘッド１，２が適用されるとき、上述されたパラグラフに記載されるのと同じ作用が得られることが理解されるであろう。好ましくは、かかるケースでは、個々のプリントヘッド１，２は、印刷工程の間にキャリアに関して同じ経路に従い、１つのプリントヘッド１，２は、近接した距離で別のプリントヘッド１，２に従う。
【００７４】
さらに、１つのポンプ１０，２０が別のポンプ１０，２０の機能に取って代わることが可能なため、２行のポンプ１０，２０を適用することは必要ではないことが理解される。ある１行のポンプ１０，２０が適用される場合であっても、ポンプ１０，２０は、それが延びる方向で移動可能であるときに互いの機能に取って代わる場合がある。
【００７５】
動作から外れたポンプ１０，２０の機能が唯一の他のポンプ１０，２０で取って代わられることは必要ではなく、要件になお合致する間に印刷工程が継続されるのを保証するため、２以上の他のポンプ１０，２０が使用されることも可能である。２つのインク滴を通常発射するポンプ１０，２０の例では、動作から外れたポンプ１０，２０の機能は、２つのポンプ１０，２０により実行される場合があり、２つのポンプ１０，２０のそれぞれは、２滴のインクの代わりに３滴のインクを発射するように制御される。しかし、かかるケースでは、両方のポンプ１０，２０は、ドロップアウトされたポンプ１０，２０が印刷動作を実行した位置に運ばれる必要がある。
【００７６】
本発明の範囲は上述された例に制限されるものではないが、特許請求の範囲に定義されたような本発明の範囲から逸脱することなしに、その幾つかの変更及び変形が可能であることを当業者であれば明らかであろう。
【００７７】
上述された内容では、プリントヘッド１，２のインクジェットポンプ１０，２０の状態、より詳細にはポンプ１０，２０のノズル１２の状態に関する情報を得るための本発明に係る方法が記載される。本発明に係る方法の重要な態様によれば、インク１８の液体の列を含むポンプ１０，２０の特性周波数が決定される。特性周波数は、ポンプ１０，２０の共振周波数に関する情報を提供し、この情報は、ポンプ１０，２０の幾何学的な形状に直接的に関連する。したがって、ポンプ１０，２０の特性周波数の決定は、ポンプ１０，２０のノズル１２における変化を検出する可能性を提供する。
【００７８】
変化が検出されている場合、放出されるべきインク滴の体積に関するその振幅及び要件により、変化の結果が判定される。特性周波数における変化が比較的小さく、インク滴の体積が一定レベルで維持される必要があるとき、当該ポンプ１０，２０に作用するアクチュエータ１６により発生された作動パルスの値が調整される必要がある。特性周波数における変化が比較的大きく、特性周波数の減少をもたらすとき、当該ポンプ１０，２０に空気が存在するという結論となる場合がある。そのような場合、ポンプ１０，２０の機能は、少なくとも１つの他のポンプ１０，２０に取って代わられる必要があるか、プリントヘッド１，２がフラッシュ及び脱気される必要がある。
【００７９】
決定された特性周波数は、たとえば、ヘルムホルツ周波数又はキートーン周波数である場合がある。かかる周波数は、たとえばポンプ１０，２０がインク１８を放出するか否かに依存せずに、これらの周波数がインク１８を含むポンプ１０，２０の固有の特性であるという事実により、正確及び信頼できる方式で計測することができる。
【００８０】
プリントヘッド１，２の全てのポンプ１０，２０の特性周波数を連続的に監視する重要な利点は、プリントヘッド１，２により実行されるような印刷工程が非常に正確なやり方で実行することができる点にある。別の利点は、プリントヘッド１，２の置き換えに関して、良好に発見された判定が行われる点にある。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】ヘルムホルツタイプのインクジェットポンプを有するプリントヘッドの一部の断面図である。
【図２】単一のヘルムホルツタイプのインクジェットポンプを示す図である。
【図３】オープンエンドのインクジェットポンプを有するプリントヘッドの一部に関する断面図である。
【図４】単一のオープンエンドのインクジェットポンプを示す図である。
【図５】圧力下のメニスカスと計測されたヘルムホルツ周波数の間の関係を示すグラフである。
【図６】ポンプのディメンジョン、ポンプのキートーン周波数及びヘルムホルツタイプのインクジェットポンプの音速間の関係を示すグラフである。
【図７】ポンプのディメンジョン、ポンプのキートーン周波数及びオープンエンドインクジェットポンプの音速間の関係を示すグラフである。
【図８】プリントヘッドの動作を制御するためのシステムを示す図である。
【図９】単一のポンプの特性周波数を計測するためのシステムを示す図である。
【図１０】多数のポンプの特性周波数を計測するためのシステムを示す図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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