JP2015044192A - 静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧差を用いてノズルから基板まで電界を形成し、ノズルでは１次微粒化段階と２次微粒化段階を経て液体が微粒化し、微粒化された噴霧液滴のうち、大きな液滴は液滴循環チャンバーで回収され、小さい大きさの噴霧液滴のみ出口を介して噴霧されて基板に着弾され、マスクを用いてさらに精密に着弾領域を調節する静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置を提供すること。
【解決手段】インクが吐出されるように電圧が印加されるノズルと、前記ノズルの端部に設置されて、前記ノズルから吐出された前記インクを粒子サイズに応じて噴霧するように端部には開口部が設けられ、噴霧されなかった前記インクを臨時保存する液滴循環チャンバーと、前記ノズルとの間で電界を形成することによって、前記開口部から噴霧される前記インクが着弾される基板とを含むことを特徴とする静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置に関し、より詳しくは、電圧差を用いてノズルから基板まで電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）を形成し、ノズルを介する１次微粒化と電界による２次微粒化を経て液体が微粒化され、微粒化された噴霧液滴のうち、電界に沿って挙動することができる大きさの液滴のみ開口部を介して噴霧されて基板に着弾され、それ以上の大きさの液滴は、液滴循環チャンバーで回収され、マスクまたは電界集束部を用いて、より精密に着弾領域を調節する静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置に関するものである。

一般に、電気流体力学（ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ）噴霧装置は、ノズルと基板または電極で構成されており、ノズルと基板との間に電圧を印加して生じる電位差（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）による静電気力を用いてインクを噴霧する装置である。

電気流体力学噴霧は、液面を静電気力により引張る力を用いて、液滴または連続ジェットを吐出するから、従来のインクジェットとは異なり、ナノスケールのパターニングも可能であり、高粘度のインクも吐出することができ、均一な液滴の生成が可能であり、微細流量の噴出が可能であるため、最近パターニング分野で盛んに研究が行われている。

一方、従来の電気流体力学噴霧は、電気噴霧（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ）法とも呼ばれている。この際、電気噴霧法は、ノズルまたは毛細管などから吐出される液体の流量が小さく、安定した噴霧を維持するための液体の電気伝導度および表面張力などの制限が多いという問題点がある。

また、噴霧される液滴をマスクを用いた電界の集束を用いてパターニングを行うことができるが、電気噴霧で生成される液滴の電荷密度が非常に大きいため、別途の電荷制御モジュールを必要とする問題点がある。

したがって、本発明の目的は、このような従来の問題点を解決するためのものであって、電圧差を用いてノズルから基板まで電界を形成し、ノズルを介する１次微粒化と電界による２次微粒化を経て液体が微粒化され、微粒化された噴霧液滴のうち、電界に沿って挙動することができる大きさの液滴のみ開口部を介して噴霧されて基板に着弾され、それ以上の大きさの液滴は、液滴循環チャンバーで回収され、マスクまたは電界集束部を用いて、より精密に着弾領域を調節する静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置を提供することにある。

前記目的は、本発明により、インクが吐出されるように電圧が印加されるノズルと、前記ノズルの端部に設置されて、前記ノズルから吐出された前記インクを粒子サイズに応じて噴霧するように端部には開口部が設けられ、噴霧されなかった前記インクを臨時保存する液滴循環チャンバーと、前記ノズルとの間で電界を形成することによって、前記開口部から噴霧される前記インクが着弾される基板とを含むことを特徴とする静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置によって達成される。

また、前記液滴循環チャンバーと前記基板との間に配置され、前記インクが着弾される領域を調節できるように貫通部が設けられ、前記貫通部内に電界が集中できるように電圧が印加されるマスクをさらに含むことができる。

また、一端は前記開口部と連結されて、他端は前記マスクと連結され、前記貫通部内に電界が集中できるように電圧が印加される電界集束部をさらに含むことができる。

また、前記ノズルは、前記インクを吐出する液体ノズルと、気体が噴射され、前記気体を前記インクの噴射経路上で前記インクと衝突させて前記インクを１次的に微粒化する気体ノズルと、前記液体ノズルと連結され、前記液体ノズルと前記基板との間に電界を発生させて前記液体が２次的に微粒化するように、前記液体ノズルに電圧を印加する電圧印加部とを含むことができる。

また、前記液体ノズルおよび前記気体ノズルを内部に収容し、前記気体ノズルから噴射される前記気体が前記液体の吐出経路上で前記液体と衝突するように、前記気体の流動方向を案内する気体流路が形成されたケースをさらに含み、前記ケースの内部で前記気体を前記液体と衝突させることができる。

また、前記基板は、電気的絶縁性を有する素材で設けられて、前記インクが着弾される面の反対側に設けられ、電圧が印加される対向電極をさらに含むことができる。

また、前記インクが収容され、前記ノズルと連結されて前記インクを供給するインク供給部と、一端は前記液滴循環チャンバーと連結され、他端は前記インク供給部と連結されて前記液滴循環チャンバー内の前記インクを前記インク供給部に循環させる循環管とをさらに含むことができる。

また、前記ノズルに印加される電圧の大きさより小さく、前記基板に印加される電圧の大きさより大きい電圧を前記マスクに印加することにより、前記貫通部に前記インクが噴霧されることができる。

また、前記ノズルは、前記液体ノズルの長さ方向が前記基板と並んで配置され、前記液滴循環チャンバーの端部には、前記開口部が形成されて、少なくとも一部は開口部側に行くほど断面積が減少することができる。

また、前記ノズルは、前記液体ノズルの長さ方向が前記基板と垂直になるように配置され、前記液滴循環チャンバーは、下端部に前記開口部を形成し、端部には噴霧されなかった前記インクが臨時保存される空間を形成するように端部が下方から上側に折曲形成されることができる。

また、前記インクが前記液滴循環チャンバーから離脱しないように、前記ノズルと前記液滴循環チャンバーを密封する密封部材をさらに含むことができる。

本発明によれば、液滴循環チャンバーによってノズルから微粒子形態のインクが基板に噴霧されることができる。

また、液滴循環チャンバー内部から噴霧されなかったインクは、インク供給部に循環されてノズルを介して基板に再噴霧されることができる。

また、電圧が印加されるマスクを含むことにより、電界が貫通部内に集中して、インクがより精密に基板に着弾され、精巧なパターニングが可能である。

また、電界集束部を採択することにより、開口部から基板まで電界を集束して、より精巧なパターニングが可能である。

また、マスクには、複数の貫通部が形成され、貫通部は特定の形状を有することによって、大面積の基板に同時に特定の形状がパターニングされることができる。

また、ノズルは、液体ノズルと気体ノズルとを含んで１次的にインクを微粒化することができ、電界によって２次的にインクを微粒化することができ、より容易にインクがナノメートル〜１０マイクロメートル以下の液滴で噴霧されることができる。

また、液滴循環チャンバーは、ノズルの端部を内部に収容するように設置されることにより、ノズル外部に気体が急に拡散されることによって、液滴が飛散する問題点を解決することができる。

また、基板に対向電極を設置することにより、基板が非導電性素材で設けられもノズルとの間に電界を形成してインクが基板に着弾されることができる。

また、インク供給部と液滴循環チャンバーに連結されて、噴霧されなかった比較的大きい液滴を循環させることによって、インクがより容易にガス形態で噴霧されることができる。

また、ノズルに印加される電圧の大きさより小さく、基板に印加される電圧の大きさより大きい電圧をマスクまたは電界集束部に印加することにより、インクを基板に着弾させる電界が形成されることができる。

また、ノズルと液滴循環チャンバーを密封する密封部材を採択することによって、より容易に微粒子形態のインクが液滴循環チャンバーから離脱することを防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の斜視図である。 図１の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の概略図である。 図１の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の作動を示す図である。 図１の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の作動を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の概略図である。 本発明の第３実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の概略図である。 本発明の第４実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の概略図である。 本発明の第５実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の概略図である。 本発明の第６実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の概略図である。 本発明の第７実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の概略図である。 本発明の第７実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の概略図である。

説明に先立ち、様々な実施形態において、同一の構成を有する構成要素については、同一の符号を使用して代表的に第１実施形態で説明し、その他の実施形態においては、第１実施形態と異なる構成について説明することにする。

以下、添付した図面を参照して本発明の第１実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置について詳細に説明する。

図１は、発明の第１実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の斜視図であり、図２は、図１の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の概略図である。

図１または図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置１００は、ノズル１１０と、ノズル１１０の一端に連結される液滴循環チャンバー１２０と、ノズル１１０の長さ方向と並んで設置される基板１３０と、ノズル１１０と基板１３０との間に設けられるマスク１４０と、ノズル１１０の他端に連結されるインク供給部１５０と、液滴循環チャンバー１２０とインク供給部１５０とを相互連結する循環管１６０と、ノズル１１０と基板１３０とマスク１４０に電圧を印加する電圧印加部１７０およびノズル１１０と液滴循環チャンバー１２０との間に介在する密封部材１８０を含む。

ノズル１１０は、基板１３０との間で発生する電界に影響を受けることによって、インク供給部１５０から供給されて内部に収容されるインクを液滴循環チャンバー１２０側に微粒子形態で吐出させるための部材である。

ノズル１１０は、液体ノズル１１１と気体ノズル１１２とを含む。一方、本実施形態において、ノズル１１０には電圧印加部１７０によって電圧が印加される。

液体ノズル１１１は、インクが流動する通路であって液滴循環チャンバー１２０に向けてインクを吐出するものである。

液体ノズル１１１は、流入部１１１ａと吐出部１１１ｂとを含む。ここで、流入部１１１ａは、インク供給部１５０からインクが流入する領域である。吐出部１１１ｂは、液滴循環チャンバー１２０側にインクを吐出する領域である。

流入部１１１ａと吐出部１１１ｂは、液体ノズル１１１の両端部にそれぞれ形成される。この際、液体ノズル１１１の吐出部１１１ｂが位置する端部は、液滴循環チャンバー１２０内に収容されるように設置される。これにより、ノズル１１０の外部に気体が急に拡散されることによって液滴が飛散する問題点を解決することができる。ただし、これは液滴循環チャンバー１２０内にインクをより容易に吐出し、液滴が飛散する問題点を解決するためのものであって、必ずしもこのような設置方法に制限されるものではない。

気体ノズル１１２は、気体が噴射されるものであって、気体ノズル１１２から噴射される気体をインクの吐出経路上でインクと衝突させてインクを１次的に微粒化させるものである。気体ノズル１１２はインクと気体の衝突のとき、インクの吐出経路と気体が垂直を形成して衝突するように気体を噴射することが好ましい。

もう一度説明すると、インクの１次的な微粒化のために気体とインクの衝突が非常に重要な要素であり、気体がインクの噴射経路と垂直を形成して衝突してこそ安定的にインクを微粒化することができる。

すなわち、気体が液体の噴射経路と垂直を形成できずに衝突した場合には、気体がインクの噴射方向またはインクの噴射方向の反対方向に影響を及ぼすことがあり得る。衝突によってインクの吐出方向に力を加える場合、微粒化された液滴が非常に強い速度で吐出される。また、衝突によってインクの吐出方向の反対方向に力を加える場合、気体によってインクの吐出が妨害を受けて、吐出速度またはインクの吐出流量などに否定的な影響を及ぼすことがあり得る。ただし、これはインクの噴射速度を調節して解決することができるので、必ずしもこれに制限されるものではない。

また、液体ノズル１１１から吐出されて、気体ノズル１１２により１次的に微粒化されたインクは、ノズル１１０と基板１３０との間に形成された電界によって２次的に微粒化される。電界によって２次的に微粒化されたインクは、ナノメートル〜１０マイクロメートル以下の液滴として噴霧される。

整理すると、前述したように、ノズル１１０は、噴射されるインクを気体と衝突させて１次的に微粒化させ、１次的に微粒化された液体に電界を加えて２次的に微粒化させ、液体を均一な大きさの微細液滴状態で噴射させることができる。

本実施形態において、ノズル１１０は、液体ノズル１１１と気体ノズル１１２が別途に設置されるものを用いたが、１つのケース内に液体ノズル１１１と気体ノズル１１２が収容されてインクがケースの外部に吐出される場合、既に１次的な微粒化が完了するものなど、装置の構成などにより異なって設けられることができ、このような実施形態については後述する。

一方、ノズル１１０は、液体ノズル１１１の長さ方向が後述する基板１３０と並んで配置される。これにより、気体の撹乱によってパターニングが散る問題点を解決することができる。ただし、気体の撹乱によってパターニングが散らないならば、必ずしもこのような配置に制限されるものではない。

本実施形態において、ノズル１１０は、ピン形態であるものを用いたが、インクの性質や装置の構成などに応じて、他の形態のものを使用することができ、必ずしもこれに制限されるものではない。

液滴循環チャンバー１２０は、ノズル１１０から吐出された微粒子形態のインクのうち、電界に沿って挙動することができる大きさのインクは、基板１３０側に噴霧させ、噴霧されなかったインクは、インク供給部１５０に循環させるためのものである。

液滴循環チャンバー１２０は、開口部１２１と第１循環孔１２２とが設けられる。また、液滴循環チャンバー１２０の内部には、空き空間が形成される。また、液滴循環チャンバー１２０は、少なくとも一部が開口部１２１側に行くほど断面積が減少する形状に設けられる。

液滴循環チャンバー１２０には、ノズル１１０が連結される。本実施形態においては、液体ノズル１１１の吐出部１１１ｂが液滴循環チャンバー１２０の内部に収容されるように設置される。ただし、前述したように、必ずしもこのような設置方法に制限されるものではない。この際、液滴循環チャンバー１２０は、ノズル１１０の端部を囲むように設置されることにより、ノズル１１０の外部に気体が急に拡散することによって液滴が飛散する問題点を解決することができる。

開口部１２１は、ノズル１１０と基板１３０との間に形成された電界の影響を受けて粒子サイズに応じてインクを噴霧する領域である。開口部１２１は、液滴循環チャンバー１２０の端部に形成される。

第１循環孔１２２は、循環管１６０が連結されて、液滴循環チャンバー１２０内の噴霧されなかったインクが排出されるものである。第１循環孔１２２は、液滴循環チャンバー１２０の下面に形成される。

すなわち、液滴循環チャンバー１２０内で液滴が通過する過程において、電界によって液滴が２次的に微粒化される。また、開口部１２１まで噴霧される過程において、重力およびノズル１１０を抜け出した気体の循環流動により、比較的に大きな液滴は、液滴循環チャンバー１２０の下面に臨時保存される。

整理すると、電界に応じて挙動することができる数マイクロメートル以下の大きさの液滴のみが開口部１２１を介して放出される。一方、それ以上の大きさの液滴は、液滴循環チャンバー１２０の下面に臨時保存される。臨時保存された液滴は、循環管１６０を介してインク供給部１５０に再び循環される。

基板１３０は、ノズル１１０から吐出されるインクが着弾、印刷される部材である。基板１３０は、ノズル１１０または液体ノズル１１１の長さ方向と並んで位置する。

ここで、前述したノズル１１０と基板１３０との間に電界が形成されるように、それぞれには電圧印加部１７０によって電圧が印加される。この際、ノズル１１０に印加される電圧の大きさが基板１３０に印加される電圧の大きさよりさらに大きい。ただし、基板１３０には、必ず電圧が印加されるべきものではなく、ノズル１１０との間で電界を形成できるように電気的に接地されることもできる。

マスク１４０は、ノズル１１０から吐出されるインクの着弾精度を向上させるための用途の部材である。マスク１４０は、インクを吐出するためにノズル１１０と基板１３０との間に形成される電界を貫通部１４１側に集中させる。

マスク１４０は、ノズル１１０と基板１３０との間に設けられる。ここで、ノズル１１０から吐出されるインクが基板１２０に到達できるようにインクの移動経路上には貫通部１４１が形成される。

貫通部１４１は複数が設けられることができる。複数の貫通部１４１によってマルチパターニングが可能である。この際、貫通部１４１は、遮蔽部（図示せず）によって遮蔽されて液滴が噴霧される貫通部１４１の個数が調節される。

また、マスク１４０にノズル１１０に印加する電圧より大きい電圧を印加することによって、電界をノズル１１０方向に形成して貫通部１４１を介してパターニングがされないように制御することもできる。

また、貫通部は、特定の形状を有するように形成することができる。これにより、大面積の基板１３０に特定形状に同時にマルチパターニングが可能である。

一方、形成される電界が貫通部１４１に集中できるようにマスク１４０には、電圧印加部１７０によって電圧が印加される。貫通部１４１が複数の場合には、複数の貫通部１４１に電界が集中する。この際、マスク１４０に印加される電圧の大きさは、ノズル１１０に印加される電圧の大きさより小さく、基板１３０に印加される電圧の大きさより大きい。これにより、ノズル１１０から貫通部１４０に向かう電界が形成される。ただし、必ずマスク１４０に電圧が印加されるべきものではなく、電界集束部を設置する場合には、電界集束部に電圧を印加して、マスク１４０は絶縁体で設けることもできる。このような実施形態については後述する。

一方、マスク１４０に印加される電圧がノズルの電圧より大きい場合には、斥力によって電界がノズル１１０の方向に形成されて電気噴霧の形成が困難である。これにより、液滴が通過する貫通部１４１の制御および本発明の作動の可否を決定することができる。

インク供給部１５０は、ノズル１１０にインクを供給するためのものである。インク供給部１５０はノズル１１０に連結される。インク供給部１５０には、内部にインクを収容することができる空き空間が形成される。また、インク供給部１５０の一面には、循環管１６０と連結されて液滴循環チャンバー１２０から循環された微粒子形態のインクが流入するように第２循環孔１５１が設けられる。

循環管１６０は、液滴循環チャンバー１２０内部の微粒子形態のインクをインク供給部１５０に循環させるためのものである。本実施形態においては、３つの管を用いて循環管１６０を形成したが、液滴循環チャンバー１２０内部の噴霧されなかったインクをインク供給部１５０で循環することができれば、循環管１６０の形成方法は制限されない。

電圧印加部１７０は、ノズル１１０と基板１３０とマスク１４０のそれぞれに電圧を印加するための部材である。

前述したように、マスク１４０に印加される電圧の大きさは、ノズル１１０に印加される電圧の大きさより小さく、基板１３０に印加される電圧の大きさより大きい。また、基板１３０には、電圧が印加されずに接地されて、ノズル１１０と基板１３０に印加される電圧の大きさをより容易に設定することができる。

一方、本実施形態において、ノズル１１０と基板１３０とマスク１４０にそれぞれ電圧を印加するために別途の電圧印加部１７０が設けられる。ただし、必ずしもこれに制限されるものではなく、１つの電圧印加部１７０で別途の制御によって電圧を印加することもできる。

密封部材１８０は、液滴循環チャンバー１２０内部のインクが液滴循環チャンバー１２０から離脱しないようにする部材である。密封部材１８０は、ノズル１１０と液滴循環チャンバー１２０との間に介在する。

これはノズル１１０の吐出部１１１ｂが液滴循環チャンバー１２０の内に収容されるように設置することにより、液滴循環チャンバー１２０から離脱しないようにできるが、密封部材１８０で密封することによって、より容易にインクが液滴循環チャンバー１２０から離脱することを防止することができる。

本実施形態において、密封部材１８０は、Ｏリングを使用したが、必ずしもこれに制限されるものではなく、液滴循環チャンバー１２０からインクが離脱しないようにするなら、ノズル１１０と液滴循環チャンバー１２０の形状または材質などに応じて、他の部材を使用することができる。

ここからは、本発明の第１実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の作動について説明する。

図３および図４は、本発明の第１実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置の作動を示す図である。

まず、基板１３０上にインクが着弾される領域を設定する。この後、マスク１４０の貫通部１４１が基板１３０上のインクが着弾される領域に位置することができるように整列する。

この後、電圧印加部１７０は、ノズル１１０と基板１３０とマスク１４０に電圧を印加する。この際、前述したように、ノズル１１０には、マスク１４０に印加される電圧の大きさよりさらに大きい電圧を印加する。また、マスク１４０には、基板１３０に印加される電圧の大きさよりさらに大きい電圧を印加する。ただし、基板１３０に電圧を印加せずに電気的に接地させることもできる。

電圧印加部１７０によってノズル１１０と基板１３０に電圧が印加されると、ノズル１１０から基板１２０側の方向に電界が形成される。また、マスク１４０に電圧が印加されることによって、電界は、マスク１４０の貫通部１３１側に集中して形成される。すなわち、ノズル１１０と基板１３０との間に形成される電界のうち、マスク１４０に形成される電界は、貫通部１４１に集中して形成される。

一方、流入部１１１ａを介してインク供給部１５０からインクの供給を受けたノズル１１０は、基板１３０との間で形成される電界によってインクを吐出する。吐出部１１１ｂに位置するインクの表面張力より電界の電気力が大きさがより大きいため、吐出部１１１ｂから微粒子形態のインクが液滴循環チャンバー１２０の内部に吐出される。

図３を参照してみると、吐出部１１１ｂから液滴循環チャンバー１２０の内部に吐出されたインクは、まず、気体ノズル１１２から噴射された気体によって１次的に微粒化される。また、ノズル１１０と基板１３０との間に形成された電界によって２次的に微粒化される。この結果、インクは、ナノメートル〜１０マイクロメートル以下の液滴に微粒化される。

液滴循環チャンバー１２０の開口部１２１まで噴霧される過程において、重力およびノズル１１０を抜け出した気体の循環流動によって大きな液滴は、液滴循環チャンバー１２０の底面に集まる。

すなわち、電界に沿って挙動することができる数マイクロメートル以下の大きさの液滴のみが開口部１２１に噴霧される。それ以上の液滴は、液滴循環チャンバー１２０の底面に臨時保存される。臨時保存された液滴は、循環管１６０を介してインク供給部１５０に再び循環される。

この際、貫通部１４１に集中した電界によって開口部１２１を介して噴霧されたインクは、基板１３０上の正確な位置に着弾される。これにより、印刷精度を高めることができ、マスク１４０が汚染されることを防止することができる。

また、貫通部１４１の幅を調節することによって、より精密にインクを基板１３０上に着弾させることができる。

一方、図４を参照してみると、液滴循環チャンバー１２０内部の噴霧されなかったインクは、第１循環孔１２１および第２循環孔１５１を介してインク供給部１２０側に循環され、再び一連の段階を経る。この後、微粒子形態で再び噴霧される。

この際、ノズル１１０とマスク１４０とを一体に移動させることによって、ジェットプリンタのようなパターニングも可能である。また、後述するように、電界集束部７９０が設置される場合には、ノズル１１０と電界集束部７９０を一体に移動させることによって、プリンタのようなパターニングを具現することができる。これは、基板１３０と電界集束部７９０とを一体に移動させることによっても具現することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置について説明する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置を示す概略図である。

図５を参照してみると、本発明の第２実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置２００は、ノズル１１０と、ノズル１１０の一端に連結される液滴循環チャンバー１２０と、ノズル１１０の長さ方向と並んで設置される基板２３０と、ノズル１１０と基板１３０との間に設けられるマスク１４０と、ノズル１１０の他端に連結されるインク供給部１５０と、液滴循環チャンバー１２０とインク供給部１５０を相互連結する循環管１６０と、ノズル１１０とマスク１４０とに電圧を印加する電圧印加部１７０と、ノズル１１０と液滴循環チャンバー１２０との間に介在する密封部材１８０および基板２３０に設置される対向電極２９０を含む。

ただし、本実施形態におけるノズル１１０と液滴循環チャンバー１２０とマスク１４０とインク供給部１５０と循環管１６０と電圧印加部１７０と密封部材１８０は、第１実施形態と同一であるため、詳しい説明は省略する。

基板２３０は、第１実施形態とは異なり、電気的に絶縁特性を有する素材で設けられる。すなわち、フィルム、セラミック、ガラスなどの非導電性素材で設けられる。基板２３０には、対向電極２９０が設置される。したがって、本実施形態においては、後述するように、電圧印加部１７０は基板２３０に別途の電圧を印加しない。

この際、対向電極２９０は、基板２３０のインクが着弾される面の反対側に設けられる。対向電極２９０には、電気的絶縁特性を有する基板２３０の代わりに電圧が印加される。すなわち、本実施形態においては、基板２３０が電気的絶縁特性を有するが、基板２３０のインクが着弾される面の反対側に設置された対向電極２９０に電圧が印加されることによってノズル１１０との間に電界が形成される。

したがって、本実施形態は、第１実施形態とは異なり、非導電性素材で設けられた基板２３０にも静電気力を用いてインクを着弾させることができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置について説明する。

図６は、本発明の第３実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置を示す概略図である。

図６を参照してみると、本発明の第２実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置３００は、ノズル３１０と、ノズル３１０の一端に連結される液滴循環チャンバー３２０と、ノズル３１０の長さ方向と垂直に設置される基板１３０と、ノズル３１０と基板１３０との間に設けられるマスク１４０と、ノズル３１０の他端に連結されるインク供給部１５０と、液滴循環チャンバー３２０とインク供給部１５０を相互連結する循環管１６０と、ノズル３１０と基板１３０とマスク１４０に電圧を印加する電圧印加部１７０と、ノズル３１０と液滴循環チャンバー３２０との間に介在する密封部材１８０を含む。

ただし、本実施形態における基板１３０とマスク１４０とインク供給部１５０と循環管１６０と電圧印加部１７０と密封部材１８０は、第１実施形態と同一であるため、詳しい説明は省略する。

ノズル３１０は、基板１３０との間で発生する電界に影響を受けることによって、インク供給部１５０から供給されて、内部に収容されるインクを微粒子形態で液滴循環チャンバー３２０側に吐出させるための部材である。

ノズル３１０は、液体ノズル３１１と気体ノズル３１２とを含む。一方、本実施形態では、ノズル３１０には電圧印加部１７０によって電圧が印加される。

液体ノズル３１１は、インクが流動する通路であって、液滴循環チャンバー３２０に向けてインクを吐出するものである。液体ノズル３１１は、流入部３１１ａと吐出部３１１ｂとを含む。気体ノズル３１２は、気体が噴射されるものであって、気体ノズル３１２から噴射される気体をインクの吐出経路上でインクと衝突させてインクを１次的に微粒化させるものである。すなわち、ノズル３１０の役割は、第１実施形態と同様に、噴射されるインクを気体と衝突させて１次的に微粒化することである。

この際、液体ノズル３１１の吐出部３１１ｂが位置する端部は、液滴循環チャンバー３２０内に収容されるように設置される。これにより、ノズル３１０の外部に気体が急に拡散されることによって液滴が飛散する問題点を解決することができる。ただし、これは液滴が飛散する問題点を解決するためのものであって、必ずしもこのような設置方法に制限されるものではない。

一方、ノズル３１０は、液体ノズル３１１の長さ方向が後述する基板１３０と垂直になるように配置される。

本実施形態において、ノズル３１０は、インクを微粒子形態で吐出することができるピン形態であるものを用いたが、インクの性質や装置の構成などに応じて、他の形態のものを使用することができ、これに制限されるものではない。

液滴循環チャンバー３２０は、ノズル３１０から吐出されたインクのうち、微粒子形態のインクは基板１３０側に噴霧させ、噴霧されなかったインクは、インク供給部１５０に循環させるためのものである。

液滴循環チャンバー３２０には、開口部と第１循環孔が設けられて内部に空き空間が形成される。液滴循環チャンバー３２０にはノズル３１０が連結される。具体的には、ノズル３１０の一部が液滴循環チャンバー３２０の内部に収容され、吐出部３１１ｂが液滴循環チャンバー３２０の内部に収容されるように設置される。

この際、液滴循環チャンバー３２０は、ノズル３１０の端部が収容されるように設置されることによって、気体ノズル３１２に注入される気体の撹乱によってパターニングが散る問題点を解決することができる。

開口部は、ノズル３１０と基板１３０との間に形成された電界の影響を受けて、粒子サイズに応じてインクを噴霧する領域である。本実施形態において、開口部は、微粒子形態で噴霧されたインクが基板１３０上に垂直に着弾されるように液滴循環チャンバー３２０の下端部に形成される。この際、液滴循環チャンバー３２０の下端部の開口部を除いた領域は、噴霧されなかったインクが臨時保存されるように下方から上側に折曲形成される。ここで、インクが臨時保存される空間に、第１循環孔が形成されてインク供給部１５０に微粒子形態のインクが循環されることができる。

すなわち、本実施形態は、第１実施形態または第２実施形態とは異なり、ノズル３１０が基板１３０と垂直になるように配置されても下方から上側に折曲形成された液滴循環チャンバー３２０からインク供給部１５０に微粒子形態のインクが循環されることができる。

次に、本発明の第４実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置について説明する。

図７は、本発明の第４実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置を示す概略図である。

図７を参照してみると、本発明の第４実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置４００は、ノズル３１０と、ノズル３１０の一端に連結される液滴循環チャンバー３２０と、ノズル３１０の長さ方向と垂直に設置される基板４３０と、ノズル３１０と基板４３０との間に設けられるマスク１４０と、ノズル３１０の他端に連結されるインク供給部１５０と、液滴循環チャンバー３２０とインク供給部１５０を相互連結する循環管１６０と、ノズル３１０とマスク１４０に電圧を印加する電圧印加部１７０と、ノズル３１０と液滴循環チャンバー３２０との間に介在する密封部材１８０および基板４３０に設置される対向電極４９０を含む。

ただし、本実施形態におけるノズル３１０と液滴循環チャンバー３２０とマスク１４０とインク供給部１５０と循環管１６０と電圧印加部１７０と密封部材１８０は、第３実施形態と同一であるため、詳しい説明は省略する。

基板４３０は、第３実施形態とは異なり、電気的に絶縁特性を有する素材で設けられる。すなわち、フィルム、セラミック、ガラスなどの非導電性素材で設けられる。基板４３０には、対向電極４９０が設置される。したがって、本実施形態においては、後述するように電圧印加部１７０は、基板４３０に別途の電圧を印加しない。

この際、対向電極４９０は、基板４３０のインクが着弾される面の反対側に設けられる。対向電極４９０には、電気的絶縁特性を有する基板４３０の代わりに電圧が印加される。すなわち、本実施形態においては、基板４３０が電気的絶縁特性を有するが、基板４３０のインクが着弾される面の反対側に設置された対向電極４９０に電圧が印加されることによって、ノズル３１０との間に電界が形成される。

したがって、本実施形態は、第３実施形態とは異なり、非導電性素材で設けられた基板４３０にも静電気力を用いてインクを着弾させることができる。

次に、本発明の第５実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置について説明する。

図８は、本発明の第５実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置を示す概略図である。

図８を参照してみると、本発明の第５実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置５００は、ノズル５１０と、ノズル５１０の一端に連結される液滴循環チャンバー１２０と、ノズル５１０の長さ方向と並んで設置される基板１３０、２３０と、ノズル５１０と基板１３０、２３０との間に設けられるマスク１４０と、ノズル５１０の他端に連結されるインク供給部１５０と、液滴循環チャンバー１２０とインク供給部１５０を相互連結する循環管１６０と、ノズル５１０と基板１３０とマスク１４０に電圧を印加する電圧印加部１７０と、ノズル５１０と液滴循環チャンバー１２０との間に介在する密封部材１８０および液体ノズル１１１と気体ノズル１１２を収容するケース５９０を含む。

ただし、本実施形態におけるノズル１１０と液滴循環チャンバー１２０とマスク１４０とインク供給部１５０と循環管１６０と電圧印加部１７０と密封部材１８０は、第１実施形態と同一であるため、詳しい説明は省略する。

ケース５９０は、液体ノズル１１１と気体ノズル１１２を内部に収容するものである。

ケース５９０は、インクと気体との衝突がケース５９０で発生するようにする。すなわち、ケース５９０の外部にインクが吐出される場合、インクはすでに１次的な微粒化が完了した状態であって、ケース５９０の外部で電界によって２次的な微粒化が発生するという点で、前述したノズル１１０、３１０との差異点がある。

この際、ノズル１１０は、気体の撹乱によるパターニングが散る問題点を解決するために長さ方向が基板１３０、２３０と並んで配置される。

一方、ケース５９０の内部には、気体ノズル１１２から噴射された気体が流動する。また、気体がインクの吐出経路と垂直を形成して衝突するように案内する気体流路５９１が形成される。また、ケース５９０は、液体が基板１３０、２３０側に向けて噴射されるようにガイド部５９２が形成されることができるが、これに制限されるものではない。

一方、本実施形態で基板１３０、２３０は、ノズル１１０から吐出されるインクが着弾、印刷される部材である。基板１３０、２３０は、第１実施形態と同様に、電気的導電性を有する素材で設けられて、電圧が印加されることによってノズル１１０との間に電界を形成する。また、第２実施形態と同様に、電気的絶縁特性を有する素材で設けられて、対向電極２９０に電圧が印加されることによってノズル１１０との間に電界を形成することもできる。

したがって、本実施形態は、第１実施形態または第２実施形態とは異なり、インクの吐出経路上に気体が噴射されるように案内する気体ノズル１１２が設けられ、ケース５９０の内部でインクと気体が衝突するため、より精巧にターニングを行うことができる。

次に、本発明の第６実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置について説明する。

図９は、本発明の第６実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置を示す概略図である。

図９を参照してみると、本発明の第６実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置６００は、ノズル３１０と、ノズル３１０の一端に連結される液滴循環チャンバー３２０と、ノズル３１０の長さ方向と垂直に設置される基板１３０、２３０と、ノズル３１０と基板１３０、２３０との間に設けられるマスク１４０と、ノズル３１０の他端に連結されるインク供給部１５０と、液滴循環チャンバー３２０とインク供給部１５０を相互連結する循環管１６０と、ノズル３１０と基板１３０、２３０とマスク１４０に電圧を印加する電圧印加部１７０と、ノズル３１０と液滴循環チャンバー３２０との間に介在する密封部材１８０および液体ノズル３１１と気体ノズル３１２を収容するケース６９０を含む。

ケース６９０は、液体ノズル３１１と気体ノズル３１２を内部に収容するものである。

ケース６９０は、インクと気体との衝突がケース６９０で発生するようにする。すなわち、ケース６９０の外部にインクが吐出される場合、インクはすでに１次的な微粒化が完了する点で、前述したノズル１１０、３１０との差異点がある。

一方、ケース６９０の内部には、気体ノズル３１２から噴射された気体が流動し、気体がインクの吐出経路と垂直を形成して衝突するように案内する気体流路６９１が形成される。また、ケース６９０は、液体が基板１３０、２３０側に向けて噴射されるようにガイド部６９２が形成されることができるが、これに制限されるものではない。

したがって、本実施形態は、第３実施形態または第４実施形態とは異なり、インクの吐出経路上に気体が噴射されるように案内する気体ノズル３１２が設けられ、ケース６９０の内部でインクと気体が衝突するため、より精巧にターニングを行うことができる。

次に、本発明の第７実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置について説明する。

図１０および図１１は、本発明の第７実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置を示す概略図である。

図１０または図１１を参照してみると、本発明の第６実施形態に係る静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置６００は、ノズル１１０、３１０と、ノズル１１０、３１０の一端に連結される液滴循環チャンバー１２０、３２０と、ノズル１１０、３１０と離隔されて設置される基板１３０、２３０と、ノズル１１０、３１０と基板１３０、２３０との間に設けられるマスク１４０と、ノズル１１０、３１０の他端に連結されるインク供給部１５０と、液滴循環チャンバー１２０、３２０とインク供給部１５０を相互連結する循環管１６０と、ノズル１１０、３１０と基板１３０、２３０とマスク１４０に電圧を印加する電圧印加部１７０と、ノズル３１０と液滴循環チャンバー３２０との間に介在する密封部材１８０および液滴循環チャンバー１２０、３２０とマスク１４０との間に設置される電界集束部７９０を含む。

ただし、本実施形態におけるノズル１１０、３１０と液滴循環チャンバー１２０、３２０とマスク１４０とインク供給部１５０と循環管１６０と電圧印加部１７０と密封部材１８０は、第１実施形態または第３実施形態などと同一であるため、詳しい説明は省略する。

電界集束部７９０は、液滴循環チャンバー１２０、３２０とマスク１４０との間に形成される電界を集束させるためのものである。電界集束部７９０は、開口部１２１が形成された液滴循環チャンバー１２０、３２０と貫通孔１４１が形成されたマスク１４０を相互連結する。すなわち、電界集束部７９０によって、開口部１２１からマスク１４０に至るまで順次に電界が集束されることができる。ただし、必ず液滴循環チャンバー１２０、３２０とマスク１４０の両方に連結されるものではなく、どちら１つのみ連結されることもある。

電界集束部７９０がない場合、液滴循環チャンバー１２０、３２０と基板１３０、２３０との間に電界が形成される。この際、基板１３０、２３０上に液滴がより精巧に着弾およびパターニングされることができるようにマスク１４０を設置する。マスク１４０に電圧を印加することにより、電界が貫通部１４１に集中することができる。

本実施形態においては、電界集束部７９０を設置することにより、開口部１２１から基板１３０、２３０に至るまで、電界が集中することによって、より精巧な液滴の着弾およびパターニングを行うことができる。

電界集束部７９０には、電圧が印加される。この際、電界集束部７９０に印加される電圧は、基板１３０、２３０とマスク１４０に印加される電圧より大きさが大きい。一方、ノズル１１０、３１０に印加される電圧の大きさより小さい。これにより、インクが開口部１２１を介して電界集束部７９０の内部に噴霧されることができ、基板１３０、２３０の方向に誘導される。一方、第１実施形態で説明したように、電界集束部７９０が設置された場合には、マスク１４０に電圧が印加されなくても関係ない。したがって、マスク１４０は、絶縁体で設けられるか、絶縁体でコーティングすることができる。

一方、電界集束部７９０は、ノズル１１０、３１０または基板１３０、２３０と一体に移動することによって、プリンタのようなパターニングを具現することもできる。

また、電界集束部７９０と液滴循環チャンバー１２０、３２０との間に密封部材を設けて、より容易に電界を集束させることができる。

すなわち、本実施形態は、電界集束部７９０を介して、より精巧な液滴の着弾およびパターニングを行うことができる。

本発明の権利範囲は、前述した実施形態に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲内で様々な形態の実施形態に具現することができる。特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも変形可能な多様な範囲まで本発明の請求範囲の記載の範囲内にあるものとみなす。

１００:静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置
１１０:ノズル
１１１:液体ノズル
１１２:気体ノズル
１１１ａ:流入部
１１１ｂ:吐出部
１２０:液滴循環チャンバー
１３０:基板
１４０:マスク
１５０:インク供給部
１６０:循環管
１７０:電圧印加部
１８０:密封部材
２１０:ノズル
３２０:液滴循環チャンバー
２３０:基板
２６０:循環管
２９０:対向電極
３１０:ノズル
３１１:液体ノズル
３１２:気体ノズル
５９０:ケーシング
５９１:気体流路
５９２:ガイド部
６９０:ケーシング
６９１:気体流路
６９２:ガイド部
７９０:電界集束部

Claims (11)

1. インクが吐出されるように電圧が印加されるノズルと、
   前記ノズルの端部に設置されて、前記ノズルから吐出された前記インクを粒子サイズに応じて噴霧するように端部には開口部が設けられ、噴霧されなかった前記インクを臨時保存する液滴循環チャンバーと、
   前記ノズルとの間で電界を形成することによって、前記開口部から噴霧される前記インクが着弾される基板とを含むことを特徴とする静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
2. 前記液滴循環チャンバーと前記基板との間に配置され、前記インクが着弾される領域を調節できるように貫通部が設けられ、前記貫通部内に電界が集中できるように電圧が印加されるマスクをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
3. 一端は前記開口部と連結されて、他端は前記マスクと連結され、前記貫通部内に電界が集中できるように電圧が印加される電界集束部をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
4. 前記ノズルは、
   前記インクを吐出する液体ノズルと、気体が噴射され、前記気体を前記インクの噴射経路上で前記インクと衝突させて前記インクを１次的に微粒化する気体ノズルと、前記液体ノズルと連結され、前記液体ノズルと前記基板との間に電界を発生させて前記液体が２次的に微粒化するように、前記液体ノズルに電圧を印加する電圧印加部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
5. 前記液体ノズルおよび前記気体ノズルを内部に収容し、前記気体ノズルから噴射される前記気体が前記液体の吐出経路上で前記液体と衝突するように、前記気体の流動方向を案内する気体流路が形成されたケースをさらに含み、
   前記ケースの内部で前記気体を前記液体と衝突させることを特徴とする請求項４に記載の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
6. 前記基板は、電気的絶縁性を有する素材で設けられ、
   前記インクが着弾される面の反対側に設けられ、電圧が印加される対向電極をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
7. 前記インクが収容され、前記ノズルと連結されて前記インクを供給するインク供給部と、
   一端は前記液滴循環チャンバーと連結され、他端は前記インク供給部と連結されて前記液滴循環チャンバー内の前記インクを前記インク供給部に循環させる循環管とをさらに含むことを特徴とする請求項１項〜６項のいずれか１項に記載の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
8. 前記ノズルに印加される電圧の大きさより小さく、前記基板に印加される電圧の大きさより大きい電圧を前記マスクに印加することにより、前記貫通部に前記インクが噴霧されることを特徴とする請求項７に記載の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
9. 前記ノズルは、前記液体ノズルの長さ方向が前記基板と並んで配置され、
   前記液滴循環チャンバーの端部には、前記開口部が形成されて、少なくとも一部は開口部側に行くほど断面積が減少することを特徴とする請求項８に記載の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
10. 前記ノズルは、前記液体ノズルの長さ方向が前記基板と垂直になるように配置され、
    前記液滴循環チャンバーは、下端部に前記開口部を形成し、端部には噴霧されなかった前記インクが臨時保存される空間を形成するように端部が下方から上側に折曲形成されることを特徴とする請求項８に記載の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
11. 前記インクが前記液滴循環チャンバーから離脱しないように、前記ノズルと前記液滴循環チャンバーを密封する密封部材をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の静電気力を用いる噴霧およびパターニング装置。
    
    

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