JP2004136679A - インクジェットプリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】インクジェットプリントヘッド及びその製造方法を提供する。
【解決手段】インクチャンバ、マニホルド及びインクチャンネルが形成された基板と、マニホルド及びインクチャンネル間に形成されてマニホルドからインクチャンネルに流入されるインク内の不純物を濾過する不純物濾過層と、基板の表面上に形成され、インクチャンバの中央部と対応する位置にノズルが形成されたノズル板と、を備えるインクジェットプリントヘッドである。
【選択図】図3
【解決手段】インクチャンバ、マニホルド及びインクチャンネルが形成された基板と、マニホルド及びインクチャンネル間に形成されてマニホルドからインクチャンネルに流入されるインク内の不純物を濾過する不純物濾過層と、基板の表面上に形成され、インクチャンバの中央部と対応する位置にノズルが形成されたノズル板と、を備えるインクジェットプリントヘッドである。
【選択図】図3
Description
本発明はインクジェットプリントヘッド及びその製造方法に係り、特に不純物粒子を濾過できるように構造が改善されたインクジェットプリントヘッド及びその製造方法に関する。
一般的にインクジェットプリントヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出して所定色合いの画像に印刷する装置である。このようなインクジェットプリントヘッドは、インク液滴の吐出しメカニズムによって大きく2種の方式に分類できる。第一は、熱源を利用してインクにバブルを発生させてそのバブルの膨張力によってインク液滴を吐出する熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドであり、第二は圧電体を使用してその圧電体の変形によってインクに加えられる圧力によってインク液滴を吐出する圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドである。
前記熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドにおけるインク液滴吐出しメカニズムをより詳細に説明すれば、次のようである。抵抗発熱体よりなるヒータにパルス状の電流が流れれば、ヒータから熱が発生しつつヒータに隣接したインクは約300℃に瞬間加熱される。これによりインクが沸騰しつつバブルが生成され、生成されたバブルは膨脹してインクが充填されたインクチャンバの内部に圧力を加える。これによりノズル付近にあったインクがノズルを通じて液滴の形態にインクチャンバの外部に吐出される。
ここで、バブルの成長方向及びインク液滴の吐出し方向によって前記熱駆動方式は、再びトップシューティング、サイドシューティング、バックシューティング方式に分類できる。トップシューティング方式は、バブルの成長方向及びインク液滴の吐出し方向が同じ方式であり、サイドシューティング方式はバブルの成長方向及びインク液滴の吐出し方向が直角をなす方式であり、そしてバックシューティング方式はバブルの成長方向及びインク液滴の吐出し方向が相反するインク液滴の吐出し方式である。
このような熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは、一般的に次のような要件を満足しなければならない。第一に、可能なかぎりその製造が簡単で製造コストが安く、量産が可能しなければならない。第二に、高画質の画像を得るためには隣接したノズル間の干渉は抑制しつつ隣接したノズル間の間隔は可能なかぎり狭めなければならない。第三に、高速印刷のためにはインクチャンバからインクが吐出された後、インクチャンバへのインクのリフィル周期を可能なかぎり短くしなければならない。
一方、インク内に存在する不純物粒子はプリントヘッドの性能を落とす原因となる。すなわち、不純物粒子がインクチャンネルを防止すればインクチャンバ内にインクが供給されなくてインクが吐出されず、ヒータが破損されうる。このような不純物粒子はヘッドチップ及びカートリッジの組み立て過程でも流入され、インクがカートリッジのフィルタを経ても微細な不純物粒子はインク内に存在し続ける。したがって、プリントヘッドの性能を向上させるためには前述した要件以外にもインク内に存在する不純物を濾過して不純物粒子がインクの流路を防止するか、またはインクチャンバへの流入を防止しなければならない。
図1は、不純物粒子を濾過できる従来インクジェットプリントヘッドの一例として、特許文献1に開示されたインクジェットプリントヘッドの平面図である。図面を参照すれば、インクはマニホルド407からインクチャンネル409,411,413,415を通じてヒータ401,403の部位に供給される。ここで、インクジェットプリントヘッドは、インク流路にフォトレジストを利用した一種の島417,419,423,425,427,429,431構造を利用して不純物粒子433,435のヒータ401,403部位への流入を防止している。
図2は、従来インクジェットプリントヘッドの他の例として、特許文献2に開示されたインクジェットプリントヘッドの斜視図である。図面を参照すれば、インクジェットプリントヘッドは、ノズル板48に形成された多数のスリット64をインクチャンバ74にインクを供給するインク流路として利用することによって不純物粒子がインクチャンバ74に流入されることを防止する構造である。ここで、72,84は各々ヒータとノズルとを表す。
しかし、前述した2種のインクジェットプリントヘッドは、微細な不純物粒子を濾過するのには限界がある。また、前述した構造はインクチャンネルが基板の表面に平行するように形成された場合にだけ適用でき、インクチャンネルが基板の表面に垂直に形成された場合には適用し難い。すなわち、基板の表面に垂直に形成された円筒形のインクチャンネルに島構造を形成することは容易ではなく、たとえ形成するといってもインク供給が円滑でない可能性がある。
米国特許US5,734,399号公報
米国特許US6,286,941号公報
本発明は前記のような問題点を解決するために考案されたものであって、マニホルド及びインクチャンネル間に形成された不純物濾過層を利用して微細な不純物粒子も濾過することによってプリントヘッドの性能を向上させたインクジェットプリントヘッド及びその製造方法を提供する。
前記目的を達成するために、本発明によるインクジェットプリントヘッドは、吐出されるインクが充填されるインクチャンバがその表面側に形成され、前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホルドがその背面側に形成され、前記インクチャンバ及び前記マニホルドを連結するインクチャンネルが前記インクチャンバ及び前記マニホルド間に形成された基板と、前記マニホルド及び前記インクチャンネル間に形成されて前記マニホルドから前記インクチャンネルに流入されるインク内の不純物を濾過する不純物濾過層と、前記基板の表面上に形成され、前記インクチャンバの中央部と対応する位置にノズルが形成され、前記ノズルの周囲に形成されたヒータ及び前記ヒータと電気的に連結されて前記ヒータに電流を印加する電極が配置されたノズル板と、を備える。
ここで、前記不純物濾過層は、メッシュ部が形成された薄膜であることが望ましい。前記インクチャンバはその形状が実質的に半球形であり、前記インクチャンネルは前記基板の表面に垂直に形成される。前記ノズル板は、前記ノズルのエッジから前記インクチャンバの深さ方向に延長形成されたノズルガイドをさらに備えれる。
一方、本発明によるインクジェットプリントヘッドの製造方法は、ヒータ及び前記ヒータと電気的に連結される電極が配置されたノズル板を基板の表面上に積層し、前記ノズル板にノズルを形成する段階と、前記基板の背面を所定深さにエッチングしてマニホルドを形成する段階と、前記基板の背面に不純物濾過層を形成する段階と、前記ノズルによって露出された前記基板をエッチングしてインクチャンバを形成する段階と、前記インクチャンバの底面から前記基板をエッチングして前記インクチャンバ及び前記マニホルドを連結するインクチャンネルを形成する段階と、を含む。
前記不純物濾過層を形成する段階は、前記マニホルドが形成された前記基板の背面上に薄膜を積層する段階と、前記薄膜をパターニングしてメッシュ部を形成する段階と、を含む。
前記インクチャンバを形成する段階は、前記ノズルによって露出された前記基板を等方性エッチングすることによって実質的に半球形の前記インクチャンバを形成する段階を含む。一方、前記インクチャンバを形成する段階は、前記ノズルによって露出された前記基板を所定深さに異方性エッチングしてトレンチを形成する段階と、前記異方性エッチングされた基板の全面に所定の物質膜を蒸着する段階と、前記物質膜を異方性エッチングして前記トレンチの底を露出すると同時に前記トレンチの側壁に前記物質膜のノズルガイドを形成する段階と、前記トレンチの底に露出された前記基板を等方性エッチングすることによって実質的に半球形の前記インクチャンバを形成する段階と、を含みうる。
前記インクチャンネルを形成する段階は、前記インクチャンバの底面から前記基板の表面に垂直に前記基板をエッチングして前記インクチャンバ及び前記マニホルドを連結する段階を含む。
以上のように、本発明はインク内の不純物を濾過してプリントヘッドの性能を向上させた改善された構造のインクジェットプリントヘッド及びその製造方法を提供する。
本発明によるインクジェットプリントヘッドは、マニホルド及びインクチャンネル間にメッシュ部が形成された不純物濾過層を備えて微細な不純物粒子までも濾過することによってインク内に存在する不純物粒子がインクチャンネルを防止するか、またはインクチャンバに流入されることを防止できる。したがって、インクチャンバにインクが供給されなくて発生できる吐出し不良やヒータ破損の原因を事前に除去してプリントヘッドの性能を向上させうる。
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドは、不純物濾過層に形成されたメッシュ部のメッシュを調節することによって流路抵抗を容易に変更できる。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。図面で、同じ参照符号は同じ要素を示し、図面上で各要素のサイズや厚さは説明の明瞭性のために便宜上誇張されている。また、一層が基板や他の層の上に存在すると説明される時、その層は基板や他の層に直接接しつつ、その上に存在しても、その間に第3の層が存在しても良い。
図3は、本実施例によるインクジェットプリントヘッドの概略的な平面図である。図面を参照すれば、インクジェットプリントヘッドには点線で示されたインク供給のためのマニホルド102上にインク吐出し部103が2列に配置され、各インク吐出し部103と電気的に連結されるボンディングパッド101が配置されている。前記マニホルド102は、インクを含んでいるインクコンテナ(図示せず)と連結される。図面で、インク吐出し部103は2列に配置されているが、1列に配置されても、解像度を高めるために3列以上に配置しても良い。また、マニホルド102は、インク吐出し部103の各列ごとに一つずつ形成しても良い。
図4は、図3のA部分を拡大して示した平面図であり、図5は図4のI−I線に沿って見たインクジェットプリントヘッドの垂直構造を示した断面図である。図面を参照して、本実施例によるインクジェットプリントヘッドの構造を詳細に説明すれば、次のようである。
基板100には、その表面側にインクが充填されるインクチャンバ106がほぼ半球形に形成されており、その背面側には各インクチャンバ106にインクを供給するマニホルド102が形成されている。ここで、基板100は、集積回路の製造に広く使われるシリコンが一般的に使われる。
前記インクチャンバ106及びマニホルド102間にはインクチャンバ106及びマニホルド102を連結するインクチャンネル105が基板100の表面に垂直に円筒形に形成されている。
基板100の表面にはノズル板114が積層されて、インクチャンバ106の上部壁を形成し、前記ノズル板114にはインクチャンバの中央部に対応する位置にノズル104が形成されている。基板100がシリコンよりなる場合、ノズル板114はシリコンを酸化させて形成されたシリコン酸化膜や基板100上に蒸着されたシリコン窒化膜であり得る。
前記ノズル板114上にはノズル104の周囲にバブル生成用ヒータ108が形成されている。このヒータ108は、不純物がドーピングされた多結晶シリコンやタンタル−アルミニウム合金、チタン窒化物(TiN)、タンタル窒化物(TaN)のような抵抗発熱体よりなり、前記ヒータ108にはパルス状電流を印加するための電極112が接続される。電極112は、通常ボンディングパッド(図3の101)及び必要な配線(図示せず)と同じ物質、例えばアルミニウムやアルミニウム合金のような金属よりなる。一方、ヒータ108及び電極112を保護するためにヒータ108及び電極112上には各々ヒータ保護層116及び電極保護層118が形成されている。
一方、インク内に存在する不純物粒子150がマニホルド102からインクチャンバ106に流入されることを防止するためにマニホルド102及びインクチャンネル105間には不純物濾過層110が形成されている。この不純物濾過層110は、基板100の背面上に積層された薄膜であって、マニホルド102からインクチャンネル105に通じる部分には、図6に示されたようにメッシュ110aが形成されて小さな不純物粒子150も濾過できる。前記不純物濾過層110は、その厚さが約1μm以下のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜よりなる。メッシュ110aは、基板100の背面上に積層された薄膜をパターニングして形成される。この時、前記メッシュ110aは、そのメッシュを調節することによって流体抵抗を容易に変更できる。
前記のような構造で、マニホルド102内のインクは不純物濾過層110のメッシュ110aを通過しつつ濾過され、濾過されたインクはインクチャンネル105を通じてインクチャンバ106に供給される。
次いで、インクチャンバ106にインクが充填された状態でヒータ108にパルス状電流を印加すれば、ヒータ108から発生した熱が下方のノズル板114を通じて伝えられ、これによりヒータ108下のインクが沸騰しつつバブル(B)が生成される。
時間が過ぎるによってバブル(B)が膨脹すれば、膨脹するバブル(B)の圧力によってインクチャンバ106内のインクはノズル104を通じて吐出される。
次いで、印加した電流を遮断すれば、バブル(B)は消滅され、インクチャンバ106内には濾過されたインクが再び充填される。
次いで、印加した電流を遮断すれば、バブル(B)は消滅され、インクチャンバ106内には濾過されたインクが再び充填される。
前記のように、マニホルド102内のインクは不純物濾過層110のメッシュ110aを通過しつつ濾過された後、インクチャンバ106に供給されるので、インク内の不純物粒子150がインクチャンネル105に固着されるか、またはインクチャンバ106に流入されることを防止できる。
図7は、本発明によるインクジェットプリントヘッドの他の実施例を示したものであって、前述したインクジェットプリントヘッドと異なる点はノズルガイド125がノズル104のエッジからインクチャンバ106側に延長形成されているということである。このようなノズルガイド125はバブル(B)の成長時、液滴の吐出し方向をガイドすることによって液滴を正確に基板100の表面に垂直方向に吐出させる。
次いで、本発明によるインクジェットプリントヘッドを製造する方法について説明する。図8ないし図14は、図5に示されたインクジェットプリントヘッドを製造する過程を示した断面図である。
図8は、基板100の表面にノズル板114が形成された後、その上にヒータ108及び電極112が形成された状態を示したものである。
基板100は、一般的にシリコン基板が使われるが、これは半導体素子の製造に広く使われるシリコンウェーハをそのまま使用することによって量産に効果的であるためである。このシリコン基板100を酸化炉に入れてウェットまたはドライ酸化させれば、シリコン基板100の表面にはノズル板114となるシリコン酸化膜が形成され、このノズル板114には以後にノズル104が形成される。
次いで、ノズル板114上にヒータ108を形成する。このヒータ108はシリコン酸化膜のノズル板114の全面に不純物がドーピングされた多結晶シリコンやタンタル−アルミニウム合金を蒸着した後、これをパターニングすることによって形成される。具体的に、不純物がドーピングされた多結晶シリコンは、多結晶シリコンを低圧化学気相蒸着(Low Pressure Chemical Vapor Deposition:LPCVD)法によって不純物と共に蒸着することによって約0.5〜2μmの厚さに形成されうる。ヒータ108をタンタル−アルミニウム合金に形成する場合、タンタル−アルミニウム合金膜はタンタル−アルミニウム合金をターゲットとしたり、タンタル−アルミニウムを別途のターゲットとしてスパッタに蒸着することによって約0.1〜0.3μmの厚さに形成されうる。この多結晶シリコン膜やタンタル−アルミニウム合金膜の蒸着厚さは、ヒータ108の幅及び長さを考慮して適正な抵抗値を有するように他の範囲にしても良い。次いで、ノズル板114に蒸着された多結晶シリコン膜またはタンタル−アルミニウム合金膜は、エッチング工程によってパターニングされる。
次いで、ヒータ108が形成されたノズル板114の全面にシリコン窒化膜のようなヒータ保護層116を約0.5μmの厚さに低圧化学気相蒸着法で蒸着し、前記ヒータ108の上部に蒸着されたヒータ保護層116をエッチングして電極112と接続する部分のヒータ108を露出させる。次いで、導電性が良くてパターニングが容易な金属、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金を約1μmの厚さにスパッタに蒸着し、これをパターニングすることによって電極112を形成する。この時、電極112をなす金属膜は基板100上の他の部位で配線(図示せず)及びボンディングパッド(図3の101)を同時に形成するようにパターニングされる。次いで、電極112が形成されたノズル板114の全面にTEOS酸化膜のような電極保護層118を蒸着する。前記TEOS酸化膜は、電極112及びボンディングパッド(図3の101)が変形されない範囲である約400℃以下で約1μmの厚さに化学気相蒸着法によって蒸着される。
図9は、ノズル板114にノズル104が形成された状態を示したものである。具体的に、ヒータ108の内側にヒータ108のサイズより小さなサイズに電極保護層118、ヒータ保護層116及びノズル板114を順次にエッチングしてノズル104を形成する部分の基板100を露出する。
図10は、基板100の背面側にマニホルド102が形成された状態を示したものである。具体的に、シリコン基板100の背面に約1μmの厚さのシリコン酸化膜を蒸着し、これをパターニングしてエッチングされる領域を限定するエッチングマスクを形成した後、エッチングマスクに露出された基板100を約300〜400μmの深さにTMAH(Tetra Methyl Amonium Hydroxide)をエッチング液としてウェットエッチングするか、または誘導結合プラズマ−反応イオンエッチング(Inductively Coupled Plasma−Reactive Ion Etching:ICP−RIE)によってドライエッチングして基板100の背面側にマニホルド102を形成する。一方、マニホルド102はノズル104を形成する段階以前に基板100の背面をエッチングして形成しても良い。また、図面ではマニホルド102が基板100の背面を異方性ウェットエッチングして形成されると説明されたが、異方性ウェットエッチングでない異方性ドライエッチングで形成しても良い。
図11及び図12は、マニホルド102が形成された基板100の背面上に不純物濾過層110が形成される過程を示したものである。図11に示されたように、マニホルド102が形成された基板100の背面上にプラズマ化学気相蒸着(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:PECVD)方法やスパッタ方法で約1μm以下の薄膜111を蒸着する。この時、薄膜111は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜であり得る。次いで、図12に示されたように、反応イオンエッチング(Reaction Ion Ecthing:RIE)によって前記薄膜111をパターニングすることによって不純物濾過層110を形成し、この時、不純物濾過層110には不純物粒子を濾過するメッシュ110aが、後続形成されるインクチャンネル105に対応する位置に形成されている。
図13は、基板100の表面側にインクチャンバ106が形成された状態を示したものである。具体的に、インクチャンバ106はXeF2ガスのようなエッチングガスを使用してノズル104によって露出された基板100を等方性エッチングすることによって形成され、この時、インクチャンバ106の形状は実質的に半球形となる。
図14は、インクチャンネル105が形成された状態を示したものである。具体的に、インクチャンバ106の底面を構成する基板100をICP−RIEによって基板100の表面に垂直に異方性エッチングすることによってマニホルド102及びインクチャンバ106を連結するインクチャンネルを形成する。
図15ないし図19は、図7に示されたインクジェットプリントヘッドの製造方法を示した断面図である。この製造方法はノズルガイド125を形成する段階が追加されることを除いては、前述したインクジェットプリントヘッドの製造方法と同じである。したがって、以下ではノズルガイド125を形成する段階を中心に説明する。
図12に示された状態でノズル104によって露出された基板100を異方性エッチングして図15に示されたように所定深さのトレンチ140を形成する。次いで、その全面に図16に示されたようにTEOS酸化膜のような所定の物質層108を蒸着する。次いで、前記物質層108を基板100が露出されるまで異方性エッチングすれば、図17に示されたようにトレンチ140の側壁にノズルガイド125が形成される。
次いで、前述したように図17に示された状態でノズル104によって露出された基板100を等方性エッチングすることによって図18に示されたように実質的に半球形のインクチャンバ106を形成し、次いでインクチャンバ106の底面を構成する基板100を異方性エッチングすることによって図19に示されたようにマニホルド102及びインクチャンバ106を連結するインクチャンネル105を形成する。
以上、本発明の望ましい実施例が詳細に説明されたが、本発明の範囲はこれに限定されず、多様な変形及び均等な他の実施例が可能である。したがって、本発明でインクジェットプリントヘッドの各要素を構成するために使われる物質は、例示されていない物質を使用しても、各物質の積層及び形成方法も多様な蒸着方法及びエッチング方法を適用しても良い。また、本発明のインクジェットプリントヘッドの製造方法において、各段階の順序は場合によって変えてもよく、各段階で例示された具体的な数値は製造されたインクジェットプリントヘッドが正常に作動できる範囲内ではいくらでも例示された範囲を外れて調整しても良い。
本発明は印刷機器であるインクジェットプリントに適用されるものであって、詳細にはインク内の不純物を濾過して吐出し性能を向上させうるインクジェットプリントヘッドに適用される。
101 ボンディングパッド
102 マニホルド
103 インク吐出し部
104 ノズル
106 インクチャンバ
102 マニホルド
103 インク吐出し部
104 ノズル
106 インクチャンバ
Claims (10)
- 吐出されるインクが充填されるインクチャンバがその表面側に形成され、前記インクチャンバにインクを供給するためのマニホルドがその背面側に形成され、前記インクチャンバ及び前記マニホルドを連結するインクチャンネルが前記インクチャンバ及び前記マニホルド間に形成された基板と、
前記マニホルド及び前記インクチャンネル間に形成されて前記マニホルドから前記インクチャンネルに流入されるインク内の不純物を濾過する不純物濾過層と、
前記基板の表面上に形成され、前記インクチャンバの中央部と対応する位置にノズルが形成され、前記ノズルの周囲に形成されたヒータ及び前記ヒータと電気的に連結されて前記ヒータに電流を印加する電極が配置されたノズル板と、を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。 - 前記不純物濾過層は、メッシュ部が形成された薄膜であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記インクチャンバは、その形状が実質的に半球状であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記インクチャンネルは、前記基板の表面に垂直に形成されたことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記ノズル板は、前記ノズルのエッジから前記インクチャンバの深さ方向に延長形成されたノズルガイドをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド。
- ヒータ及び前記ヒータと電気的に連結される電極が配置されたノズル板を基板の表面上に積層し、前記ノズル板にノズルを形成する段階と、
前記基板の背面を所定深さにエッチングしてマニホルドを形成する段階と、
前記基板の背面に不純物濾過層を形成する段階と、
前記ノズルによって露出された前記基板をエッチングしてインクチャンバを形成する段階と、
前記インクチャンバの底面から前記基板をエッチングして前記インクチャンバ及び前記マニホルドを連結するインクチャンネルを形成する段階と、を含むことを特徴とするインクジェットプリントヘッドの製造方法。 - 前記不純物濾過層を形成する段階は、
前記マニホルドが形成された前記基板の背面上に薄膜を積層する段階と、
前記薄膜をパターニングしてメッシュ部を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項6に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。 - 前記インクチャンバを形成する段階は、前記ノズルによって露出された前記基板を等方性エッチングすることによって実質的に半球形の前記インクチャンバを形成する段階を含むことを特徴とする請求項6に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
- 前記インクチャンバを形成する段階は、
前記ノズルによって露出された前記基板を所定深さに異方性エッチングしてトレンチを形成する段階と、
前記異方性エッチングされた基板の全面に所定の物質膜を蒸着する段階と、
前記物質膜を異方性エッチングして前記トレンチの底を露出すると同時に、前記トレンチの側壁に前記物質膜のノズルガイドを形成する段階と、
前記トレンチの底に露出された前記基板を等方性エッチングすることによって実質的に半球形の前記インクチャンバを形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項6に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。 - 前記インクチャンネルを形成する段階は、前記インクチャンバの底面から前記基板の表面に垂直に前記基板をエッチングして前記インクチャンバ及び前記マニホルドを連結する段階であることを特徴とする請求項6に記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
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US5880759A (en) * | 1995-04-12 | 1999-03-09 | Eastman Kodak Company | Liquid ink printing apparatus and system |
US5734399A (en) | 1995-07-11 | 1998-03-31 | Hewlett-Packard Company | Particle tolerant inkjet printhead architecture |
US6000787A (en) * | 1996-02-07 | 1999-12-14 | Hewlett-Packard Company | Solid state ink jet print head |
US6007188A (en) * | 1997-07-31 | 1999-12-28 | Hewlett-Packard Company | Particle tolerant printhead |
US6264309B1 (en) * | 1997-12-18 | 2001-07-24 | Lexmark International, Inc. | Filter formed as part of a heater chip for removing contaminants from a fluid and a method for forming same |
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US6260957B1 (en) * | 1999-12-20 | 2001-07-17 | Lexmark International, Inc. | Ink jet printhead with heater chip ink filter |
KR100397604B1 (ko) * | 2000-07-18 | 2003-09-13 | 삼성전자주식회사 | 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드 및 그 제조방법 |
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KR100400015B1 (ko) * | 2001-11-15 | 2003-09-29 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 |
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Cited By (2)
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