专利名称：用测得的经过沉积墨的透光率来校准喷墨打印头喷嘴的系统和方法
本申请要求享有2006年6月7日提交并且发明名称为“SYSTEMS ANDMETHODS FOR CALIBRATING INKJET PRINT HEAD NOZZLES USINGLIGHT TRANSMITTANCE MEASURED THROUGH DEPOSITED INK”(代理人存档号No.11129/L/AKT/INKJET/RKK)的美国专利申请No.60/804,166的优先权，在此引入其全部内容作为参考。
相关申请的交叉引用本申请涉及以下共同转让的、共同待决的美国申请，在此引入每个申请作为参考2006年3月24日提交的发明名称为“METHODS AND APPARATUS FORINK JET PRINTING”的美国临时专利申请No.60/785,594(代理人档案号No.9521-L4)；2005年5月4日提交的发明名称为“DROPLET VISUALIZATION OFINKJETTING”的美国专利申请No.11/123,502(代理人档案号No.9705)；2005年8月25日提交的发明名称为“METHODS AND APPARATUS FORALIGNING INKJET PRINT HEAD SUPPORTS”的美国专利申请No.11/212,043(代理人档案号No.9521-6)；2006年9月13日提交的发明名称为“METHOD AND APPARATUS FORMANUFACTURING A PIXEL MATRIX OF A COLOR FILTER FOR A FLATPANEL DISPLAY”的美国专利申请No.11/521,177(代理人档案号No.10502)；以及2006年9月28日提交的发明名称为“METHODS AND APPARATUS FORADJUSTING PIXEL PROFILES”的美国专利申请No.11/536,540(代理人档案号No.10448)。
背景技术：
平板显示器工业已经试图采用喷墨打印以制造显示器件，以及更具体地，用于平板显示器的滤色片。由于当打印用于滤色片的图案时墨水分配到其中的像素着墨孔可能特别小，所以打印误差的可能性很大。另外，在打印头中的制造变化可导致不期望的打印性能或不规则。因此，用于校准喷墨打印头及调整打印参数的有效方法和装置为优选的。
发明内容
在本发明的一个方案中，喷墨对于喷嘴校准系统的实施方式包括适于响应起始脉冲参数(例如，起始脉冲电压、起始脉冲宽度、起始脉冲电流、起始脉冲能量、起始脉冲频率、起始脉冲波形等)将墨水分配到基板上的喷墨打印喷嘴、适于照明分配在基板上的墨水的光源、适于测量通过所分配墨水的透光率的成像系统；以及耦合到成像系统和喷嘴打印喷嘴并适于基于测得的透光率控制性地调整一个或多个喷墨打印喷嘴的控制器。
在本发明的另一方案中，校准喷墨打印喷嘴的方法的实施方式包括分配墨水到具有喷墨打印喷嘴的基板上，该喷嘴设置在起始脉冲参数(例如，起始脉冲电压、起始脉冲宽度、起始脉冲电流、起始脉冲能量、起始脉冲频率、起始脉冲波形等)；测量所分配墨水的透光率特性；基于测得的的透光率特性确定所分配的墨水量，以及基于所确定的所分配墨水量和所期望墨水量之间的差别调整喷墨打印喷嘴的起始脉冲电压。
通过以下的详细描述、附加的权利要求书和附图，本发明的其它特征和方案将更加显而易见。
图1A是根据本发明的实施方式的喷墨打印喷嘴校准系统的示意图；图1B是根据本发明的另一实施方式的喷墨打印喷嘴校准系统的示意图；图2是根据本发明的实施方式的具有用于参照的打印像素的滤色片的表示图；图3是根据本发明的实施方式的由使用照相机产生的数据文件表示的在基板上单一显示像素的表示图；
图4是描述根据本发明的实施方式的校准喷墨打印喷嘴方法的流程图。
具体实施例方式
喷墨打印机频繁使用在诸如玻璃或聚合物平板的基板上方移动的一个或多个印刷版台内安装的一个或多个喷墨打印头，以打印用于平板显示器的滤色片。在一些实施方式中，在精确控制的台上的打印头下面移动基板。随着基板相对于打印头移动，喷墨打印控制系统激励打印头内的独立喷嘴以将墨滴(或其它液滴)分配或喷射到基板上以形成图像。
激励打印头喷嘴可包括发送起始脉冲信号或者起始脉冲电压(Vfp)到单独喷嘴以使喷射装置分配大量墨水。在一些打印头中，脉冲电压用于触发器，例如，将墨水推出喷嘴的压电元件。在其它打印头中脉冲电压使激光器响应激光辐射膜从而将墨水推出喷嘴。可采用适于将激活能转化成通过喷嘴的墨水的机械喷射的其它类型转换器。因此，发送到喷嘴的信号可包括，例如，起始脉冲电压、起始脉冲宽度、起始脉冲电流、起始脉冲能量、起始脉冲频率和/或起始脉冲波形。
由于制造变化和/或其它因素，对于特定的起始脉冲参数Pfp(例如，对于特定的起始脉冲电压Vfp、起始脉冲宽度Wfp、起始脉冲电流Ifp、起始脉冲能量Efp、起始脉冲频率Ffp、起始脉冲波形Sfp等)，喷嘴可能没有分配等量的墨滴。在一些情形下，墨滴的量可随Pfp非线性变化。换句话说，在打印头中的制造变化可导致对于不同起始脉冲从相同喷嘴喷射出的墨水量的非线性变化以及对于相同起始脉冲可从不同喷嘴喷射出不同量的墨水。
通过测量经过由单独喷嘴分配的墨水填充的像素透射的光量，本发明提供一种确定由单独喷嘴分配的墨水量的方法。更具体地，在已知的Pfp下可将墨水分配到基板上的显示单元着墨孔中，然后利用本发明的方法，可测量通过在各个像素着墨孔中所分配墨水的透光率，其对应各个像素着墨孔内的墨水厚度，以确定由各个喷嘴(厚度正比于墨水量)分配的墨水量。通过联系已知的Pfp与由透光率确定的所测墨水量，本发明进一步提供一种确定所分配墨水量和Pfp之间关系的方法，并利用该关系以校准喷墨打印喷嘴。该墨水量信息可用于校准各个喷嘴，从而可以达到像素着墨孔内墨水的一致深度。
在日常维修程序期间，或者在表示由一个或多个喷嘴所分配的墨水量从期望大小或范围变化的打印操作期间响应在一个或多个显示对象上执行的诊断测试，根据本发明所提供的校准方法可按照预定计划的方式进行。
图1A是根据本发明使用透光率以确定分配到位于基板上的滤色片显示单元内的墨水量的喷墨打印喷嘴校准系统100的示意图。
如图所示，可以是由玻璃、聚合物等制成的平板的基板102设置在支撑台104上。基板102可包括黑矩阵材料，该黑矩阵材料包括在基板的整个表面上成排及成列排列的像素着墨孔。像素着墨孔(在图2中更加具体地示出)用于存储从喷墨打印头(未示出)分配的墨水。各个像素可具有相同的长度和宽度尺寸(特定像素的实际长度和宽度可以不同)，并因此在基板102上的矩阵中各个像素可适于存储相似量的墨水。在之前引入的美国专利申请号为No.11/521,577和No.11/536,540的申请中描述了可用在本发明上下文中的黑矩阵和像素着墨孔的示例性实施方式。
支撑台104可包括适于在Y-方向(进入或退出图1A和1B页面的方向)传送基板经过设置在台104上的一个或多个打印头，其中台104可分配墨水到基板102的像素着墨孔中。在滤色片打印中，典型地单一颜色(例如，红色、绿色或蓝色)分配到基板102上的特定列的像素中，同时不同的颜色分配到邻近列中。在该程序中，一般避免颜色混合。在之前引入的美国临时专利申请No.60/785,594中描述了可用在本发明上下文的喷墨打印程序中的支撑台104和打印头阵列的各种方案。支撑台104可包括通过台104整个厚度延伸的孔、缝隙、窗口等等(未示出)，使得基板102可暴露于从支撑台104下面发出的光中。
光源106可设置在支撑台104之下，以经由在支撑台104中的孔、缝隙、窗口等传输光，从而照明在基板102上的像素着墨孔。例如，光源可包括由Burlington，MA的Leutron Vision所提供的Phlox 4i-BL型背光。4i-BL型背光光源106可包括光管，该光管包括适于在特定方向上引导光的半透明材料。可配置该光管，使得引入到背光光源106(例如，经由耦接到背光侧部的LED)的大部分光从背光光源106的上表面107均匀地再发射。光源106的表面面积可根据基板102的尺寸选择，例如，可从20×20mm变化到200×200mm。可使用其它尺寸。光源106的亮度可从大约4000到20,000cd/m2(每平方米的坎德拉)变化，反比于表面面积。光源106可发出白光以提供通过不同颜色墨水的透光率。在一些实施方式中，多种光源可用于照明基板102。
可设置适于测量透光率的光学探测器件108，以俘获从光源106经过基板102的像素着墨孔传输的光。光学探测器件108可包括电荷耦合器件(CCD)照相机。可用于本发明上下文的适合的CCD照相机，例如可包括7μm像素大小或更小、2000像素数或者更多，以及0.1％的亮度精度，和1×1透镜。可使用其它尺寸和参数。光学探测器件108可安装到支架或在喷墨打印系统中支撑台104上方的其它器件(未示出)上。可以理解，从位于基板102上的特定像素俘获的光量与像素位置的透光率成比例，并且反比于在通过该像素位置所俘获光传输的该位置处的墨水厚度(或量)。使用例如一个或多个电机(未示出)光学探测器件108在X和Y轴方向可移动。
图像处理器110可包含计算器件，并可耦接到光学探测器件108以得到图像数据(其包括透光度信息)。主机112(例如，UNIX主机)可经由，例如以太网(Ethernet)或RS232连接而耦接到图像处理器110。主机112可包括用于喷墨打印系统的系统控制器和/或数据服务器。在一个或多个实施方式中，可结合图像处理器110和主机112。主机112可操作性地耦接到光源106，以控制光源106的操作(例如起动或者是不起动光源106，调节照明等)。在一个或多个实施方式中，在没有任何延迟或起动时间的情况下，主机112可起动光源106。
图1B是根据本发明所提供的喷墨打印喷嘴校准系统200的另一实施方式的示意性方块图。在图1B所示的实施方式中，如图1A的实施方式，包括像素着墨孔的基板202设置在Y轴方向可移动的支撑台204上。然而，在该实施方式中，反射表面205(例如，镜子)设置在基板202和支撑台204之间。在一些实施方式中，台204的表面可自反射。在图1B所描述的替代实施方式的实施例中，光源206设置在基板202上方而不是支撑表面下面。从光源206发出的光通过基板202上的像素着墨孔传输到反射表面205。入射到反射表面205的光可通过基板202反射回，其中在该处光线可由光学探测器件208俘获。图像处理器210耦接到光学探测器件208以处理图像数据，主机212耦接到图像处理器210。系统200的各个部件，其包括基板202、支撑台204、光源206、光学探测器件208、图像处理器210和主机210，可包括与在以上关于图1A所讨论的相应器件的相同或相似部件。
在图1B中所示的喷墨喷嘴校准系统200具有以下优势光源206在水平(X-Y)面和/或垂直(Z-轴方向)可更灵活地设置，原因在于光线先直接传输到基板202上而不是经过在支撑台204中的孔、缝隙或者窗口传输。类似地，可以采用多种光源并且以这种方式可更加灵活排列。然而，由于从光源206发出的光经过在基板202上的像素着墨孔传输两次，一次是经过基板202到反射表面205上的入射路径上，以及一次是在从反射表面205经过基板202反射回的返回路径上，由光学探测器件208所俘获的透光率“数据”量可有效地加倍。
在以上所描述的每个实施方式中，可以各种方式测量和/或计算来自光源108、208经过在基板102、202上的像素到光学探测器件108、208的透光率。在一个或多个实施方式中，可基于一个或多个典型单元的平均透光度测量各列像素着墨孔的透光率。例如，各列中的透光度可以是多个(M)单元或者显示单元的平均值，其中M可以是预设的和/或使用者限定的数值。
参照图2，该图2是在基板上显示对象的实施例的俯视图，标示了多个像素，其中在像素标识上的下标指特定颜色的像素列数以及在像素标识上的上标指特定行的像素行数。可利用来自像素的不同设置(行、列)的透光率数据计算平均透光率。对于各个颜色红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)可建立数据集。不同尺寸单元的透光率值数据集的实施例可包括对于M＝11R1＝R10；1R2＝R20；1R3＝R30；……对于M＝3 1R1＝(R10+R1+3+R1-3)；1R2＝(R20+R2+3+R2-3)；1R3＝(R30+R3+3+R3-3)；……对于M＝51R1＝(R10+R1+3+R1-3+R1+6+R1-6)；1R2＝(R20+R2+3+R2-3+R2+6+R2-6)；1R3＝(R30+R3+3+R3-3+R3+6+R3-6)；……第二组数据集可包括对于M＝12R1＝R1+1；2R2＝R2+1；……对于M＝32R1＝R1+1+R1+4+R1-2；……对于M＝52R1＝R1+1+R1+4+R1-2+R1+7+R1-5……第三组数据集可包括对于M＝13R1＝R1+2；……
对于M＝33R1＝R1+2+R1+5+R1-1；……对于M＝53R1＝R1+1+R1+5+R1-1+R1+8+R1-4；……因此，对于M的特定值，可将各个颜色的数据组成为四个数据集-对于颜色例如R的原始全部数据集；-包括1R1、1R2、1R3、……的1R的数据集；-包括2R1、2R2、2R3、……的2R的数据集；-包括3R1、3R2、3R3、……的3R的数据集；其中，1R、2R、3R、……如上计算并且基于逐渐减小的透光率而分类。
图3是示出单独显示单元304的基板302上的显示对象的实施例的俯视图。在特定的实施例中，显示单元304的宽度可从约80μm到约250μm变化并具有从约200μm到约600μm范围内的长度。暗区可有约20μm至约40μm的宽度。可使用其它尺寸。包括叠置在显示单元304上的栅格，以示出在显示单元的图像文件中用于表示显示单元304的单独“数据像素”。
图4是根据本发明通过确定单独显示单元的透光率并调整喷嘴参数的校准喷墨打印喷嘴的方法400的示例性实施方式的流程图。在以下讨论中的附图标记来自图1。然而可以理解，所讨论的程序同样适用于图2中所描述的校准系统。
在步骤402中，确定显示单元304的中心。在一些实施方式中，可通过找出在X和Y方向上显示单元的两个暗边缘的中心而确定显示单元304的中心。然后，在步骤404中，从显示单元的中心开始，基于从显示单元304的中心延伸的数据像素的数量(N)限定待测区域。例如，如果选择N为1，待测区域可包括一个数据像素；如果N＝2，待测区域可包括排成矩形的九个数据像素；如果N＝3，待测区域可包括二十五个数据像素等等。可以在显示单元304上平均来自各个数据像素的透光率数据。在图3所示的特定实施例中，N＝2及在显示单元的中心中的九个阴影数据像素表示待测区域，并随后对其平均以得到显示单元304的透光率。可使用选择待测量及平均像素的数据集合的其它方法。
在步骤406中，测量通过数据像素的透光率。该测量可包括计算经过所分配墨水和基板102的所测光强度与仅经过基板102的所测光强度的比率。因为仅经过基板102的光量可基于照相机位置而变化，包括仅经过基板的位置决定的光强度测量的基线透光率数据可在示例性方法400开始之前最初存储。在一些实施方式中，基线数据可包括取决于位置的经过具有或者不具有黑矩阵的基板102的光强度测量。在另一实施方式中，基线可仅仅存储不存在基板302下的强度的直接测量。因此，在这些实施方式中，测量数据像素的透光率包括计算经过所分配墨水和基板302的所测的光强度与所测的直接光强度的比率。
在步骤406中的测量可自动进行并且非常迅速地执行。在一些实施方式中，喷墨打印系统的支撑台104可将基板102和/或光学探测器件108移动至俘获来自所选显示单元304的光线的位置。测量的命令可由主机112发出。从显示单元304内的数据像素收集光强度数据。在步骤408，对于显示单元304的所选数据像素，可计算并平均透射光的强度与基线(或者直接)强度的比率。在步骤410，可在文件和/或在对应于不同颜色墨水的不同文件中存储比率数据。通过沿着基板102的长度(例如，7×2000μm)移动光学探测器件108和/或通过移动基板102，对于基板上更多的显示单元，可重复该测量步骤；可能接收的新数据可附加到现有文件中。在完成测量之后，包括平均透光率数据的文件可传送到主机(例如，喷墨打印系统的信息服务器或者控制器)。在步骤412，可访问包括透光率数据的文件以确定在显示单元304内所分配的墨水量。在步骤414中，在显示单元304内的墨水量可能与分配墨水的特定喷嘴相关。
在步骤416中，可以确定由透光率数据所确定的显示单元304中所分配的墨水量(容积)和所期望的量的大小之间的差别。在步骤418，基于所确定的差别可以调整喷嘴的起始脉冲参数Pfp(例如，Vfp、Efp、Ifp等)，以使由喷嘴分配到显示单元304中的墨水量接近所期望的量的大小。可选地，在步骤416中可以确定在显示单元304中所分配的墨水量是否在所期望的墨水量范围之外。如果是，在418中可以基于所确定的分配墨水量超过所期望范围的多少而调整喷嘴的起始脉冲参数，如果否，则可以不调整。
在一些实施方式中，可手动测量特定的显示单元。由光学探测器件108所俘获的图像可以显示在，例如图像处理器110上。使用者可以选择大概位置以及所选择位置的透光率可以显示为在X或Y方向上位置的函数。使用者可以放大特定显示单元以得到更详细的信息。
前述的说明书仅公开了本发明的特定实施方式，对于本领域普通技术人员来说以上所公开方法和装置的落入本发明的范围内的修改是显而易见的。例如，虽然以上所描述的方法采用所测得的透光率(强度)作为确定所分配墨水量的索引，但是也可能使用所测得的频率透光率以做相似的确定及/或结合强度测量以确定不同颜色的墨水是否在一个或多个像素着墨孔内混合。另外，本发明还可以应用为间隔子形成、偏光器涂层和纳米颗粒电流形成。
因此，虽然本发明结合其特定的实施方式公开，但是应该理解其它实施方式可以落入本发明的精神和范围内，本发明的范围由以下的权利要求书所限定。
权利要求
1.一种校准喷墨打印喷嘴的方法，包括将墨水分配到具有喷墨打印喷嘴的基板上，所述喷嘴设置在起始脉冲参数；测量所分配墨水的透光率特性；基于所测得的透光率特性而确定所分配墨水的量；以及基于所确定的所分配墨水的量与所期望的墨水量大小之间的差别而调整喷墨打印喷嘴的起始脉冲参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述起始脉冲参数包括起始脉冲电压、起始脉冲宽度、起始脉冲电流、起始脉冲能量、起始脉冲频率、起始脉冲波形的至少其中之一。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从所述基板下面照明分配到所述基板上的所述墨水；以及俘获经过所述基板和在直接路径上经过所述基板上方所分配墨水的透射光。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从所述基板上方照明分配到所述基板上的所述墨水；以及俘获在入射路径上经过所分配墨水透射然后在反射路径上经过所述基板上方所分配墨水透射的光。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述基板上分配墨水之前照明不存在所分配墨水的所述基板；俘获经过所述基板透射的光；以及确定来自所俘获光的基线光强度级别。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述测量所分配墨水的透光率特性包括测量经过所分配墨水透射的俘获光的强度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括确定所俘获光的所测得的强度与所述基线光强度级别之间的比率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述确定所分配墨水量包括确认墨水的量，其中所述墨水量对应于俘获光的所测强度和所述基线光强度级别的所述比率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括确定所分配墨水的所述量和所期望的量大小之间的差别。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，调整所述起始脉冲参数包括修改所述起始脉冲参数以使所述喷墨打印喷嘴分配所期望量的大小。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，对于所述起始脉冲参数的所述修改根据所分配墨水的所述量非线性变化。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述墨水分配到显示单元着墨孔中。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述显示单元着墨孔包括透射并俘获光线的多个区域。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括平均来自所述显示单元着墨孔的所述多个区域的所俘获光的强度。
15.一种喷墨打印喷嘴校准系统包括适于响应起始脉冲将墨水分配到基板上的喷墨打印喷嘴，所述起始脉冲包括起始脉冲参数；适于照明在所述基板上分配的墨水的光源；适于测量经过所分配墨水的透光率的成像系统；以及连接到所述成像系统和所述喷墨打印喷嘴并适于基于所测的透光率而控制性地调整所述起始脉冲参数的控制器。
16.根据权利要求15所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，所述起始脉冲参数包括起始脉冲电压、起始脉冲宽度、起始脉冲电流、起始脉冲能量、起始脉冲频率、起始脉冲波形的至少其中之一。
17.根据权利要求15所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，所述成像系统包括适于俘获经过所分配墨水的透射光的光学探测器件和连接到所述光学探针器件的图像处理器。
18.根据权利要求17所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，所述光学探测器件包括电荷耦合器件照相机。
19.根据权利要求18所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，所述光源设置在所述基板下方并且适于经过所述基板将光线传输到所分配的墨水中。
20.根据权利要求18所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，所述光源设置在所述基板的上方，并且关于所述基板可移动。
21.根据权利要求20所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，还包括反射表面，其设置在所述基板下面并适于将从所述光源经过所述基板透射的光反射回经过所述基板朝向所述光学探测器件。
22.根据权利要求17所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，基于所测的经过所分配墨水的透光率，所述控制器适于确定所分配墨水的量。
23.根据权利要求22所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，所述控制器适于确定所分配墨水的所述量和所期望量大小之间的差别。
24.根据权利要求23所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，所述控制器适于将调整信号传输到所述喷墨打印喷嘴，所述信号调整所述起始脉冲参数以使所述喷嘴分配接近所期望的量的大小的墨水量。
25.根据权利要求15所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，所述光源发出白光。
26.根据权利要求17所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，所述基板包括用于存储所分配墨水的一个或多个像素着墨孔。
27.根据权利要求17所述的喷墨打印喷嘴校准系统，其特征在于，所述图像处理器适于计算所述一个或多个像素着墨孔的多个区域上的所测得透光率的平均数。
全文摘要
本发明提供了一种用于校准喷墨打印喷嘴的喷墨打印喷嘴校准系统和方法。该系统可包括适于响应起始脉冲电压将墨水分配到基板上的喷墨打印喷嘴、适于照明所分配墨水的光源、适于测量经过所分配墨水的透光率的成像系统，以及适于基于所测得的透光率控制性地调整喷墨打印喷嘴的控制器。该方法包括利用在起始脉冲电压设置的喷墨打印喷嘴分配墨水到表面上，测量所分配墨水的透光率特性，基于透光率特性确定所分配墨水的量，以及基于所确定的分配墨水的量与所期望的分配墨水的量大小之间的差别而调整喷墨打印喷嘴的起始脉冲电压。
文档编号B41J2/07GK101085570SQ2007101104
公开日2007年12月12日 申请日期2007年6月5日 优先权日2006年6月7日
发明者泉元·上, 约翰·M·怀特 申请人:应用材料股份有限公司