CN115891425A

CN115891425A - 印刷装置

Info

Publication number: CN115891425A
Application number: CN202210917868.2A
Authority: CN
Inventors: 边渡泳; 阮武达
Original assignee: Enjet Co Ltd
Current assignee: Enjet Co Ltd
Priority date: 2021-08-05
Filing date: 2022-08-01
Publication date: 2023-04-04
Also published as: TW202306794A; US20230041012A1; US12011925B2

Abstract

本发明涉及一种印刷装置，本发明的印刷装置的特征在于，包括：光学单元，在基板的上方用于放大显示油墨着落点；及喷嘴单元，用于喷射油墨，所述喷嘴单元包括：喷嘴主体，相对于所述基板倾斜地配置；及喷嘴，与所述喷嘴主体结合，所述喷嘴形成有用于喷射油墨的流路且末端部朝向所述基板弯折。

Description

印刷装置

技术领域

本发明涉及一种印刷装置，更为详细地涉及一种能够观察油墨着落点的同时进行印刷，并且提高着落精度的印刷装置。

背景技术

一般来讲，以往以液滴形式喷射流体的喷墨装置主要应用于喷墨打印机，但在最近广泛应用于如显示器制造工艺、印刷电路基板制造工艺及DNA芯片制造工艺等的尖端产业。

喷墨装置是用于由流体状态的油墨喷射液滴的装置，根据喷射液滴的方式分为加热式(Thermal type)和加压式(Piezoelectric type)两大方式，最近为了超微细印刷广泛使用利用电流体动力学(electrodynamic)的静电喷墨打印机。

静电喷墨打印机利用在喷嘴和基板之间施加电压而产生的电位差引起的静电力来喷射带电的油墨。众所周知，静电喷墨打印机利用通过静电力拉动液面的力来喷射液滴或连续射流，因此与以往其他方式的喷墨打印机不同，具有各种优点，例如能够实现纳米级图案化，能够喷射高粘度油墨，且能生成均匀的液滴等。

另外，为了执行精确的印刷，尝试一种印刷装置，该印刷装置将喷嘴单元相对于作为着落点的基板倾斜地配置并喷射油墨，在基板的上方利用如摄像头的光学单元观察油墨的着落点的同时调节喷嘴的位置来进行印刷。

此时，液滴沿着喷嘴单元的倾斜方向喷射并着落在基板上。在没有电场时，液滴可能会受到重力及惯性力的影响而着落在基板上，在施加有电流体动力学方式的电场时，根据液滴的电荷密度和电场的强度，液滴的轨道不同，液滴会根据电场的分布着落在基板上。

在如上所述那样通过倾斜的喷嘴单元沿着倾斜方向喷射液滴的同时执行印刷时，根据情况会将喷嘴单元沿Z轴方向(与基板垂直的方向)移动的同时执行印刷，此时，哪怕喷嘴单元沿Z轴方向微小移动，因喷嘴的倾斜角，就会产生液滴的着落位置大幅改变的问题。即，随着倾斜配置喷嘴单元，会出现喷嘴单元在Z轴方向的移动距离越增加，油墨的着落精度越显著下降的问题。

因此，本发明要提出一种印刷装置，该印刷装置在保持倾斜配置喷嘴单元并沿倾斜方向喷射油墨且在基板上方观察油墨着落点的同时执行印刷的基本结构的情况下能够提高油墨的着落精度。

专利文献：韩国公开专利第10-2017-0072748号

发明内容

本发明是为了解决如上所述以往问题而提出的，其目的是提供一种印刷装置，在该印刷装置中，相对于基板倾斜配置的喷嘴单元的喷嘴末端部朝向基板弯折，从而即使使喷嘴单元沿Z轴方向移动的同时执行印刷也能够保持较高的着落精度。

本发明所要解决的技术问题并不局限于上面提到的问题，对于没有提到的其他问题，从下面的记载中本领域技术人员应能清楚理解。

上述目的可通过本发明的印刷装置来实现，该印刷装置包括：光学单元，在基板的上方用于放大显示油墨着落点；及喷嘴单元，用于喷射油墨，所述喷嘴单元包括：喷嘴主体，相对于所述基板倾斜地配置；及喷嘴，与所述喷嘴主体结合，所述喷嘴形成有用于喷射油墨的流路且末端部朝向所述基板弯折。

在此，所述光学单元可在所述基板的垂直上方放大显示油墨着落点。

在此，所述喷嘴单元可进一步包括被施加高电压的电极，所述喷嘴单元用于利用通过所述电极和所述基板之间的电位差来产生的静电力来喷射油墨。

在此，所述电极可内插于所述喷嘴单元的内部，或者形成在所述喷嘴单元的内侧面。

在此，所述电极可通过绝缘体分离，从而不与所述喷嘴单元的内部的油墨接触。

在此，所述喷嘴单元可进一步包括：空气吹扫(air-purging)部，用于向所述喷嘴主体的内部施加空气压，从而在印刷之前喷射存在于所述喷嘴内的油墨。

在此，可进一步包括：喷嘴对准部，用于以所述喷嘴主体的轴向为中心对准所述喷嘴的弯折的末端部的旋转位置。

在此，所述喷嘴对准部可包括用于使所述喷嘴主体进行轴向旋转的旋转驱动部。

在此，所述光学单元可在所述基板的垂直上方获得喷嘴头的图像，所述喷嘴对准部用于基于获得的图像的信息，对准所述喷嘴的旋转位置。

在此，所述喷嘴可以能够更换地安装在所述喷嘴主体上。

在此，所述喷嘴的末端部被弯折为使得所述基板的法线和所述喷嘴的末端部之间的角度在45度以内。

所述喷嘴的直径可为几十μm以下。

所述喷嘴的直径可为1μm以下。

根据如上所述的本发明的印刷装置，利用位于基板上方的光学单元观察油墨的着落点的同时通过相对于基板倾斜配置的喷嘴单元沿倾斜方向喷射油墨来执行印刷，因此具有印刷精度高的优点。

此外，由于倾斜配置的喷嘴单元的喷嘴末端部朝向基板弯折，因此还具有即使使喷嘴单元沿Z轴方向移动的同时执行印刷也能够保持较高印刷精度的优点。

附图说明

图1是表示根据本发明实施例的印刷装置的立体图。

图2表示图1的主视图。

图3放大表示图1中的喷嘴单元。

图4是根据本发明制作的多种形式的喷嘴照片。

图5表示利用直线形式的以往喷嘴和本发明的弯折的喷嘴进行喷射实验的结果。

具体实施方式

在具体实施方式及附图中包括实施例的具体内容。

若参照附图及在后面详述的实施例，则能更加清楚地了解本发明的优点和特征以及达到这些优点和特征的方法。但本发明并不局限于以下公开的实施例，而可以由多种不同的形式来实现，本实施例只是为了完整地公开本发明，并向本领域技术人员完整地告知本发明的范畴而提供的，本发明只由权利要求的范畴来定义。在整个说明书中相同的附图标记表示相同的结构要素。

下面，通过本发明的实施例，并参照用于说明印刷装置的附图对本发明进行说明。

图1是表示根据本发明实施例的印刷装置的立体图，图2表示图1的主视图，图3放大表示图1中的喷嘴单元，图4是根据本发明制作的多种形式的喷嘴照片，图5表示利用直线形式的以往喷嘴和本发明的弯折的喷嘴进行喷射实验的结果。

根据本发明一实施例的印刷装置可构造为包括光学单元110及喷嘴单元120。此外，可进一步包括测距单元130或移动单元150。

光学单元110为摄像头，其在基板10的上方，通过额外的显示装置(未图示)显示放大了油墨着落点的图像。

优选地，光学单元110在油墨所着落的基板10的垂直上方朝向下方拍摄油墨的着落点。这是因为，在沿倾斜方向拍摄着落点时，可能会产生图像失真，若在基板10的垂直上方拍摄着落点，则能在不失真的情况下拍摄着落点的图像。但是，也可进一步包括从侧面拍摄着落点的额外的光学单元150。

喷嘴单元120朝向基板10喷射油墨。在本实施例中喷嘴单元120利用电流体动力学方式通过由基板10和喷嘴单元120之间的电场产生的静电力以液滴形式喷射带电的油墨，但并不一定局限于此，也可通过加热方式、加压方式或组合上述方式的混合方式来喷射油墨。

本发明一实施例的喷嘴单元120可构造为包括喷嘴主体122及喷嘴125的结构。此外，也可进一步包括空气吹扫(air-purging)部或喷嘴对准部。

喷嘴主体122是形成喷嘴单元120的主体，可形成有封闭的腔室，以便在内部存储油墨。在所述腔室额外形成有与外部连通的油墨注入口，从而可从注射泵(未图示)等填充耗尽的油墨。

在本发明中，喷嘴主体122相对于基板10倾斜地配置。在倾斜地配置喷嘴主体122的状态下，沿倾斜方向喷射油墨，因此可通过配置在着落点上方的光学单元110，在不受干扰的情况下拍摄油墨着落点的图像。因此，可基于拍摄油墨着落点得到的图像信息使喷嘴单元120移动的同时执行印刷，因此能够进一步提高油墨液滴的着落准确性。

喷嘴125与喷嘴主体122结合，在喷嘴125的内部形成有流路，以便将存储在喷嘴主体122的油墨向外部喷射。在本发明中，喷嘴125以末端部朝向基板10向下弯曲的形式形成。因此，喷嘴125内部的流路也可形成为弯折的形式。

在本发明中，喷嘴单元120在印刷过程中可沿Z轴方向(与基板10垂直的方向)移动的同时执行印刷，但是随着倾斜地配置喷嘴125，包括倾斜地配置喷嘴单元120，在喷嘴单元120沿Z轴移动时会产生着落点大幅改变的问题。但是，由于在本发明中喷嘴125的末端部以朝向基板10弯折的形式形成，从而以与基板10垂直的法线方向为基准能够最大限度地减小喷射油墨的角度，因此即使喷嘴单元120沿Z轴移动的同时执行印刷，也能够保持较高的着落精度。此外，可通过位于基板10的垂直上方的光学单元110，在不受干扰的情况下拍摄油墨液滴着落点的图像，包括喷嘴125末端部的图像。

通过电流体动力学喷墨方式喷射的液滴会带电，静电力通过分布在空间的电场持续作用于液滴。由作用于液滴的静电力、重力及惯性力决定液滴朝向基板飞行的轨迹。电场以麦克斯韦(Maxwell)方程式表示。

在此，E为电场(external electric field(V/m))，φ为电位(electricpotential(V))，ε为介电常数(permittivity(Coulomb/Vm))，ρ为电荷密度(chargedensity(Coulomb/m³))。

液滴的飞行速度及轨迹可由下面的根据牛顿第二定律(Newton 2)的方程式求得。

在此，v为液滴的速度(m/s)，t为时间(秒，second)，g为重力加速度，q_drop为液滴的电荷量(库仑，Coulomb)，m为液滴的质量(kg)。

因此，可通过喷嘴的弯折，液滴的喷射方向更接近垂直地朝向基板，从而增进着落的准确度和精度。电场的分布可根据施加电压的喷嘴的位置和形状、基板的大小、基板的材质、印刷周边环境、油墨的粘度、油墨的密度、油墨的导电度及油墨的介电常数等不同。

弯折的喷嘴可在喷嘴和基板之间的垂直方向上形成电场流线型(STREAMLINE)，这有助于带电液滴在基板上着落的精度。

图4中表示以多种形式制作的喷嘴125，但是可由多种形式改变喷嘴125内流路的直径、喷嘴125末端部的弯角及弯曲的喷嘴125末端部的长度等来制作并更换安装在喷嘴主体122上。此时，喷嘴的直径可设置为几μm～几十μm范围内的多种数据。或者，喷嘴的直径也可为1μm以下。

假设喷嘴主体122相对于基板10以大约45度左右倾斜地配置时，优选所述喷嘴125末端部的弯角形成在45度以内。因此，喷嘴125末端部可弯折形成为使得基板10的法线和喷嘴125末端部之间的角度在45度以内。所述喷嘴125末端部的角度可根据倾斜配置喷嘴主体122的角度进行多种改变，但是喷嘴主体122的配置角度及喷嘴125末端部的弯角优选设定为能够通过基板10上方的光学单元110拍摄到喷嘴125末端及通过喷嘴125末端喷射的油墨的角度。

在本发明中，喷嘴单元120通过电流体动力学方式喷射油墨，因此在喷嘴单元120的内部或外部可形成有被施加高电压的电极(未图示)。

所述电极可以内插在喷嘴125内部或形成在腔室或喷嘴125的内侧面，从而构造为与油墨直接接触。或者，所述电极也可通过绝缘体分离，从而以与喷嘴125内部的油墨不直接接触的形式配置在喷嘴125的内部或外部。例如，所述电极可以被绝缘体涂覆并且内插在喷嘴125内部的形式形成。作为另一种方法，也可利用绝缘体形成喷嘴125，并在喷嘴125的外壁或与喷嘴125隔开的位置上配置电极。作为另一种方法，还有将喷嘴125本身由导电性材料形成并用作电极，并利用绝缘体涂覆喷嘴125的方法。这样，即使被施加高电压的电极与喷嘴125内的油墨不直接接触，也能够利用感应电动势，使得隔着绝缘体的油墨带电，所述电极能够朝向基板形成电场，并利用静电力喷射带电的油墨。

此外，喷嘴单元120可进一步包括用于向喷嘴主体122内部施加空气压的空气吹扫部。

如前所述，本发明的喷嘴125随着末端部弯折形成，在印刷之前在喷嘴125内填充油墨的过程中空气被困住而初始阶段可能会不能正常喷射油墨。因此，在本发明中，可在印刷之前通过空气吹扫部向喷嘴主体122内部施加空气压，从而喷出填充在喷嘴125的油墨后执行印刷。

如图3所示，在喷嘴主体122的外侧形成有与内部的腔室连通的空气注入口126，可通过所述空气注入口126向喷嘴单元120内部供给高压空气，从而在印刷之前向外部喷出填充在喷嘴125内部的油墨。

因此，所述空气吹扫部可构造为包括：气泵128，与空气注入口126连接且用于供给高压空气；及控制部(未图示)，用于在印刷之前控制喷嘴单元120移动到规定的位置，并使所述气泵128操作来喷出喷嘴125内的油墨。

此外，喷嘴单元120可进一步包括喷嘴对准部。如前所述，本发明的喷嘴125的末端部是弯折的，因此对准弯折的末端部的位置显得很重要。更为详细地，以包括弯曲的喷嘴125末端部的喷嘴125位于由液滴所喷射的基板10的法线和喷嘴主体122的轴线所形成的假想面上的方式进行位置对准显得很重要。

因此，喷嘴对准部以喷嘴主体122的轴向为中心，对准喷嘴125的弯折的末端部的旋转位置。作为一例，喷嘴对准部可由旋转驱动部129构造，该旋转驱动部129用于使喷嘴主体122进行轴向旋转。如图所示，喷嘴主体122后端部与旋转驱动部129连接，从而可通过旋转驱动部129接收动力并以喷嘴主体122的轴向为中心旋转。通过喷嘴主体122的轴向旋转，与喷嘴主体122结合的喷嘴125也一起进行轴向旋转。因此，可通过光学单元110拍摄喷嘴125的弯折的末端部(喷嘴头)的同时，基于拍摄的图像的信息通过旋转驱动部129使喷嘴主体122进行旋转来对喷嘴125末端部的位置进行对准。

根据本发明一实施例的印刷装置可进一步包括测距单元130及移动单元150。

通过操作测距单元130和移动单元150来将基板10和喷嘴125末端之间的距离保持恒定。

测距单元130用于测量与基板10之间的距离，例如可由利用激光测量距离的激光距离传感器来形成。如图所示，测距单元130可形成在光学单元110的一侧，用于朝向光学单元110的主体部照射激光。所述光学单元110的主体部的规定的位置上形成有用于改变激光路径的反射镜(未图示)，从而可将从测距单元130照射的激光朝向基板10照射，并且再次接收从基板10再反射的激光，并利用激光的速度及收发时间差来测量与所述基板10之间的距离。

如果获知由测距单元130求得的距离和喷嘴单元120的位置，则能求出基板10和喷嘴125末端之间的距离，其中可通过操作用于使喷嘴单元120进行X、Y及Z轴向移动的移动单元150，将喷嘴单元120的喷嘴125末端和基板10之间的距离保持恒定。

移动单元150是利用电机使喷嘴单元120进行三个轴向移动的单元，其与以往的技术结构相同，因此省略对移动单元的详细说明。

图5是改变从喷嘴末端到基板的z轴距离并执行喷射评价的结果。在倾斜配置一直线形式的喷嘴(Normal Nozzle)时，不仅在着落精度上产生问题，而且因喷嘴相对于基板是倾斜的，因此在喷嘴头上的电场聚集度被分散，从而液滴未能均匀地喷射而不均匀且会表现出在基板上飞溅(splash)的倾向。相反，当如本发明那样倾斜配置弯折喷嘴(BendedNozzle)时，由于喷嘴末端部可以相对于基板接近垂直的方式配置，因此可确认沿朝向基板以垂直方向形成的电场分布，在喷嘴头上也会使电场集中在液滴上而喷射均匀的液滴，从而也改善着落精度。

本发明的权利范围并不限于上述实施例，在所附的权利要求书的范围内可由多种形式的实施例来实现。在不脱离权利要求书所要求保护的本发明精神的范围内，本发明所属技术领域的技术人员均能变形的各种范围也属于本发明的权利要求书所记载的范围内。

附图标记说明

10：基板

110：光学单元

120：喷嘴单元

122：喷嘴主体

125：喷嘴

126：空气注入口

128：气泵

129：旋转驱动部

130：测距单元

140：移动单元

Claims

1.一种印刷装置，包括：

光学单元，在基板的上方用于放大显示油墨着落点；及

喷嘴单元，用于喷射油墨，

所述喷嘴单元包括：

喷嘴主体，相对于所述基板倾斜地配置；及

喷嘴，与所述喷嘴主体结合，所述喷嘴形成有用于喷射油墨的流路且末端部朝向所述基板弯折。

2.根据权利要求1所述的印刷装置，其中，

所述光学单元在所述基板的垂直上方放大显示油墨着落点。

3.根据权利要求1所述的印刷装置，其中，

所述喷嘴单元进一步包括被施加高电压的电极，

所述喷嘴单元用于利用通过所述电极和所述基板之间的电位差来产生的静电力来喷射油墨。

4.根据权利要求3所述的印刷装置，其中，

所述电极内插于所述喷嘴单元的内部，或者形成在所述喷嘴单元的内侧面。

5.根据权利要求3所述的印刷装置，其中，

所述电极通过绝缘体分离，从而不与所述喷嘴单元的内部的油墨接触。

6.根据权利要求1所述的印刷装置，其中，

所述喷嘴单元进一步包括：空气吹扫部，用于向所述喷嘴主体的内部施加空气压，从而在印刷之前喷出存在于所述喷嘴内的油墨。

7.根据权利要求1所述的印刷装置，进一步包括：喷嘴对准部，用于以所述喷嘴主体的轴向为中心对准所述喷嘴的弯折的末端部的旋转位置。

8.根据权利要求7所述的印刷装置，其中，

所述喷嘴对准部包括用于使所述喷嘴主体进行轴向旋转的旋转驱动部。

9.根据权利要求7所述的印刷装置，其中，

所述光学单元在所述基板的垂直上方获得喷嘴头的图像，

所述喷嘴对准部用于基于获得的图像的信息，对准所述喷嘴的旋转位置。

10.根据权利要求1所述的印刷装置，其中，

所述喷嘴能够更换地安装在所述喷嘴主体上。

11.根据权利要求1所述的印刷装置，其中，

所述喷嘴的末端部被弯折为使得所述基板的法线和所述喷嘴的末端部之间的角度在45度以内。

12.根据权利要求1所述的印刷装置，其中，

所述喷嘴的直径为几十μm以下。

13.根据权利要求12所述的印刷装置，其中，

所述喷嘴的直径为1μm以下。