[논문]캐드로부터 변환된 비트맵 이미지를 사용한 잉크젯 프린팅

김형석; 권계시

doi:10.7736/kspe.2015.32.9.833

캐드로부터 변환된 비트맵 이미지를 사용한 잉크젯 프린팅
Using CAD-Converted Bitmap Images for Inkjet Printing 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.32 no.9, 2015년, pp.833 - 840

Abstract ▼ AI-Helper

Inkjet technology is one of the commonly used technologies in the printed-electronics field. The primary issue regarding the usage of inkjet technology as a printed-electronics tool is the printing resolution; therefore, to print complicated patterns of precise dimensions, we developed software that can convert a CAD file into a bitmap image. Moreover, as a bitmap image is not comprised of physical dimensions, its resolution needs to be defined in terms of pixel distance to print a rasterized bitmap image. In this study, we investigated the effects of pixel distance and dot size on printing resolution; based on the experiment results, we concluded that the printed dot size should be used to determine the optimal pixel distance. Lastly, we also propose inkjet printing procedures for bitmap images.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

인쇄 전자에서는 패턴이 전기가 통할 수 있는 도선인 경우가 많다. 따라서 본 연구에서는 전기를 통할 수 있도록 이어지는 최소 선폭 구현과 서로 다른 배선이 떨어지기 위한 최소 간격 등을 도출하기 위한 조건을 실험으로부터 구하였다. 프린팅 조건에 따른 프린팅 결과를 체계화 함으로서 잉크젯 연구자들로 하여금 인쇄전자를 위한 공정 개발시 시행착오를 줄일 수 있도록 참고 자료를 만드는 것이 본 연구의 목표이다.
본 연구는 캐드의 벡터 정보를 비트맵으로 전환한 래스터 프린팅 방법에 대한 연구를 주로 하였다. 캐드의 정보를 비트맵 이미지로 변환 시키기 위하여 변환시킬 비트맵 이미지의 화소 간의 길이를 정의하는 것이 중요하다.
본 연구에서는 인쇄 전자의 응용을 위하여 캐드의 패턴 정보를 비트맵 이미지로 변환할 때 최적의 프린팅 조건을 구하기 위한 연구를 수행하였다. 이를 위해 캐드로부터 변환된 이미지 해상도에 따라서 구현된 프린팅 결과를 실험적으로 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 전기를 통할 수 있도록 이어지는 최소 선폭 구현과 서로 다른 배선이 떨어지기 위한 최소 간격 등을 도출하기 위한 조건을 실험으로부터 구하였다. 프린팅 조건에 따른 프린팅 결과를 체계화 함으로서 잉크젯 연구자들로 하여금 인쇄전자를 위한 공정 개발시 시행착오를 줄일 수 있도록 참고 자료를 만드는 것이 본 연구의 목표이다.

제안 방법

(3) 프린팅 하려는 패턴의 폭 및 간격이 화소 거리의 2배 이상이 되는지 검토 하여 변환된 이미지가 원래 의도한 패턴과 같은지를 검토한다.
(a)와 같이 배선의 간격 및 선폭이 50 µm인 패턴을 화소 간의 간격을 다르게 하여 비트맵 이미지 생성시키고 프린팅 한 결과를 비교하였다.
이렇게 정의된 이미지 위에 캐드의 위치 정보를 이용하여 캐드의 패턴을 그릴 수 있는 캐드 뷰어 (viewer) 소프트웨어를 개발하였다. 개발된 소프트웨어는 캐드 파일의 정보를 읽을 뿐만 아니라 직접 원하는 패턴을 비트맵 이미지 위에 추가 및 변경할 수 있도록 캐드 기능을 일부 추가 하였다. 캐드의 정보를 비트맵 이미지로 표현 한 후에 이진 이미지 (binary image)로 변환하여 토출 시킬 위치와 그렇지 않을 위치를 구분하였다.
따라서 본 연구를 위하여 개발한 소프트웨어 에서는 치수와 절대 위치를 보다 효과적으로 이미지 상에 표현하기 위하여 mm/pixel 또는 µm/pixel의 단위로 비트맵을 생성 시키고 절대 위치를 캐드의 원점 기준으로 정의 하였다.
배선 간격 및 두께는 50µm 부터 시작하여 200 µm 까지 증가 시켰고 배선의 개수를 조정하여 여러 배선이 갖는 두께는 모두 2mm정도가 되도록 하였다.
본 연구에서 개발된 소프트웨어는 기존의 상용화된 캐드 소프트웨어와는 달리 잉크젯 프린팅에 적합하도록 되어있다. 예를 들면 일부 상용화된 캐드 소프트웨어에도 캐드의 정보를 비트맵 이미지로 저장하는 기능이 있다.
화소 간의 길이를 정의하고 패턴의 크기를 고려하면 비트맵 이미지의 크기인 화소의 개수를 결정할 수 있다. 이렇게 정의된 이미지 위에 캐드의 위치 정보를 이용하여 캐드의 패턴을 그릴 수 있는 캐드 뷰어 (viewer) 소프트웨어를 개발하였다. 개발된 소프트웨어는 캐드 파일의 정보를 읽을 뿐만 아니라 직접 원하는 패턴을 비트맵 이미지 위에 추가 및 변경할 수 있도록 캐드 기능을 일부 추가 하였다.
본 연구에서는 인쇄 전자의 응용을 위하여 캐드의 패턴 정보를 비트맵 이미지로 변환할 때 최적의 프린팅 조건을 구하기 위한 연구를 수행하였다. 이를 위해 캐드로부터 변환된 이미지 해상도에 따라서 구현된 프린팅 결과를 실험적으로 분석하였다.
전도성 잉크를 사용한 패턴 형성의 연구를 위하여 캐드로 형성 시킨 Fig. 2의 기준 패턴을 사용하고 변환된 비트맵 이미지의 화소 간의 거리를 잉크젯 도트의 크기 보다 작은 25 µm부터 시작하여 100 µm 까지 증가 시켜서 프린팅 실험을 수행하였다.
개발된 소프트웨어는 캐드 파일의 정보를 읽을 뿐만 아니라 직접 원하는 패턴을 비트맵 이미지 위에 추가 및 변경할 수 있도록 캐드 기능을 일부 추가 하였다. 캐드의 정보를 비트맵 이미지로 표현 한 후에 이진 이미지 (binary image)로 변환하여 토출 시킬 위치와 그렇지 않을 위치를 구분하였다. 이와 같은 소프트웨어는 Fig.

대상 데이터

배선의 굵기와 배선간의 간격이 다른 기준 패턴의 디엑스에프 파일을 한국전자통신연구원 (ETRI)로부터 제공받아서 실험을 수행하였다. Fig.
프린팅을 위한 XY 스테이지를 위하여 리니어 모터를 사용하였고 구성된 프린팅 시스템의 사양은 Table 1과 같다. 실험을 위한 기판은 특별한 표면처리를 하지 않은 슬라이드 글라스를 사용하였다.
토출을 위한 잉크로는 은 나노 잉크 (DGP 40LT-15C, ANP, Korea) 를 사용하였고 슬라이드 글라스 위에 토출 후 측정된 도트의 직경은 61 µm이었다.

성능/효과

(2) 캐드의 패턴을 비트맵 이미지로 변환 시킬 때 이미지의 화소 간의 간격을 토출된 도트 크기에 비해 20~30% 정도 작게 결정한다. 예를 들면 액적 크기가 60 µm라면 50 µm의 화소 간격을 사용하여 이미지 변환을 수행한다.
14(a)와 15(a)에서 볼 수 있듯이 25 µm의 픽셀 간격으로 프린팅한 경우에는 많은 중첩으로 인하여 배선의 두께가 증가하게 배선 사이의 간격이 매우 좁아지고 일부 배선이 붙게 되었다. 결론적으로 이미지 변환시 해상도를 증가시키는 것은 미세한 패턴을 이미지상에서 표현하는 데에는 장점이 있지만 프린팅 해상도에는 오히려 악영향이 생겼음을 실험 결과로부터 확인하였다.
그러나 화소 간의 간격이 토출된 도트 크기에 비해 50% 이상 작아지면 실제 프린팅을 할 때 기판 위의 잉크 액적(도트) 사이의 지나친 중첩으로 인하여 잉크 뭉침이 생김으로 인하여 목표로 한 패턴 선폭 및 배선 간격 구현이 불가능하였다. 실험 결과로부터 기판위에 잉크 도트의 크기가 패턴의 정밀도를 결정하는데 중요한 요소가 되었음을 확인하였다. 실험결과의 결론으로서 다음과 같은 순서로 패턴 정밀도의 한계를 결정하고 프린팅을 위한 이미지의 화소 간의 간격을 결정하는 과정의 프린팅 프로세스를 다음과 제시 할 수 있었다.
비트맵이미지는 제한된 해상도를 가지고 있기 때문에 복잡한 패턴을 표현하기 위해서는 화소 간격을 줄여야 한다. 이를 위하여 프린팅 하려는 패턴의 최소 선폭 및 간격에 비해서 최소한 2배 이상의 이미지 해상도를 가져야만 변환된 이미지에서 패턴을 표현할 수 있음을 확인하였다. 또한 표현하려고 하는 선폭 및 간격은 화소 간의 간격에 정수배가 되어야 비트맵 상의 패턴은 왜곡이 되지 않았다.
8(b)와 같이 간격이 일정하게 되지 않을뿐더러 일부 배선의 간격은 없어지게 되어 정상적으로 패턴을 표현하는 것이 불가능하였다. 이미지 변환의 결과로부터 균일한 배선을 표현하기 위해서는 화소 간의 간격이 배선의 폭 또는 간격과 정확한 배수로 되어야 함을 알 수 있었다. 만약에 배선의 간격 보다 이미지의 화소 간의 간격이 큰 경우 (75 µm 이상) 에는 Figs.
5는 화소 간의 간격을 25 µm로부터 시작해서 100 µm까지 증가 시켰을 때 변환된 비트맵 이미지를 보여준다. 픽셀 간격에 따른 변환된 이미지 그림에서 알 수 있듯이 화소 간의 간격이 좁아질수록 이미지의 크기 (화소의 개수)는 증가하였다. 그림에서 알 수 있듯이 배선 간격에 비해서 화소 간의 간격 (pixel distance)이 1/2 이하가 되어야 의도했던 이미지가 Fig.

후속연구

본 연구의 결론은 기판이 친수성의 성질을 가질 때 인쇄 전자 응용에서 배선을 패턴 하는 응용 분야에 적합하다. 만약 기판이 소수성 특성을 가지는 경우에는 잉크끼리의 중첩이 있을 때 뭉침이 심해지기 때문에 배선 형성이 불가하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일반적으로 잉크젯 프린팅을 위해 어떠한 방법을 사용하는가?	일반적으로 잉크젯 프린팅을 위해서 비트맵 이미지를 사용한 래스터 프린팅 방법을 널리 사용한다. 그러나 비트맵 이미지는 화소의 개수와 화소에서의 밝기 정보만 존재하고 별도의 물리적인 길이 등의 치수 정보가 없다.
	캐드를 이용한 프린팅 방법에는 무엇이 있는가?	캐드를 이용한 프린팅 방법에는 캐드의 도면을 비트맵 이미지 (bitmap image)로 변환하여 프린팅하는 래스터 프린팅 (raster printing) 방법과 캐드의 디엑스에프 (drawing exchange file format, DXF) 파일의 정보를 사용하여 프린팅 하는 벡터 프린팅 (vector printing) 방법이 있다. 디엑스에프 파일은 아스키(ASCII) 형태의 파일로 다양한 캐드 간의 도면 교환에 널리 사용되는 파일 방식으로 도면의 치수 및 선 종류 등의 모든 도면 정보를 가지고 있는 파일이다.
	잉크젯 프린팅을 위해 사용되는 비트맵 이미지의 단점은 무엇인가?	일반적으로 잉크젯 프린팅을 위해서 비트맵 이미지를 사용한 래스터 프린팅 방법을 널리 사용한다. 그러나 비트맵 이미지는 화소의 개수와 화소에서의 밝기 정보만 존재하고 별도의 물리적인 길이 등의 치수 정보가 없다. 또한 복잡한 패턴을 효과적으로 비트맵 이미지로 표현하는 어려움이 추가적으로 존재한다. 프린팅을 위하여 복잡한 패턴을 만들기 위하여 캐드를 사용하는 방법이 널리 사용 된다.

참고문헌 (10)

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상세보기
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상세보기
Kwon, K. S., "Development of a Test Stand for Measuring Ink Jetting Performance," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 25, No. 8, pp. 45-50, 2008.
Kwon, K.-S., "Experimental Analysis of Waveform Effects on Satellite and Ligament Behavior via in Situ Measurement of the Drop-on-Demand Drop Formation Curve and the Instantaneous Jetting Speed Curve," Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 20, No. 11, Paper No. 115005, 2010.
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원문보기 상세보기
Kwon, K. S. and Ready, S., "Practical Guide to Machine Vision Software: An Introduction with LabVIEW," Wiley-VCH, pp. 33-74, 2014.

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