JP6850035B2 - 誘導電気水力学ジェットプリンティング装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電界下で誘導された電荷による誘導静電気力基盤の電気水力学的ジェットプリンティング装置に関する。より詳細には、電界によってノズル先端の液面に誘導される静電気力で荷電された溶液を吐出させる誘導電気水力学ジェットプリンティング装置に関する。
一般的に、インクジェットプリンタやディスペンサー（Ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ）は、気体や液体または他の内容物が充填された密閉容器に結合されて、加圧手段や圧電素子のような圧力波伝達手段によってその内部の内容物を一定量ずつ噴出させて使用するようにする装置をいう。
最近では、電子部品及びカメラモジュールのように小型化された精密産業分野でも、特定の部位をコーティングしたり、接合加工などのために薬液を吐出させるディスペンサーが使用される。また、ＯＬＥＤディスプレイ産業分野でも、封止工程の有機膜コーティングやピクセルのレッド（Ｒｅｄ）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ）などのようなカラー材料をパターニングするためにインクジェットプリンタを使用する。また、ＯＬＥＤバックプレーン（Ｂａｃｋｐｌａｎｅ）の薄膜トランジスター（Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ−ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のソース（ｓｏｕｒｃｅ）、ドレーン（ｄｒａｉｎ）、ゲート（ｇａｔｅ）などの電極の断線（ｏｐｅｎ）不良を連結する方法でも、インクのような材料を適用することを考慮している。このような分野で使用されるディスペンサーまたはプリンタは、さらに精密な吐出量の制御及び微細液滴の吐出が要求される。
液滴をジェッティング（ｊｅｔｔｉｎｇ）する方法として、圧電（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）方式及び電気水力学（ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ,ＥＨＤ）方式などが広く使用されてきた。その中で、電気水力学方式は、ノズルにある電極と基板との間の電位差による静電気力を用いてインクを吐出させる方法であり、微細線幅を具現することができ、精密吐出のための技術分野で広く使用されてきた。
既存の電気水力学を用いたジェッティング技術は、ノズル内部に電極を配置して電圧を印加させる方法で、ノズル内の溶液に電荷を供給して荷電させ、静電気力を発生させて液滴を吐出させた。または、ノズルを導電性物質で形成して、ノズルが電極の機能をするようにし、この場合にも、ノズルに電圧を印加させて液滴を吐出させた。または、ノズル外部を導電性物質でコーティングして電極を形成して、一部はノズル先端で溶液と接触した状態で電荷を供給することができるようにして液体を吐出させた。このように電極が液体と接触すると、電極から液体に自由電子が伝達されたり、電極の表面で解離（ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）によるイオンが形成され、イオンの伝達によって液体に電流が流れるようになる。このとき、ノズル電極に印加される電圧のために形成された電界の強度に応じて作用する静電気力で液体を吐出した。通常吐出をする機能性インクは、ナノ金属粒子、ポリマー、バイオ物質、バインダーなどの物質を様々なソルベントに分散させたものである。このような物質は、自主的に電荷を帯びたり、電極での解離（ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）を活性化することで、イオンの形成に寄与する。
しかし、このような従来の電気水力学を用いたジェッティング技術は、電極がノズル内の溶液と直接接触をする構造であるため、解離（ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）過程で電極の表面で酸化還元反応が発生し、電極から生成される電極イオンがノズル内のジェッティングのための溶液と混ざることになって、酸化還元反応で発生する熱によって溶液が変成する問題が発生する。この場合、溶液の変成によって、ノズルが詰まる問題が発生することもあり、バブルが生成されてジェッティングに深刻な問題をもたらすこともある。また、溶液の電気伝導度によっては、電流が逆流してノズルと溶液チャンバーとの間に存在し得るバルブの誤作動をもたらすこともできる。
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、ノズル内の溶液と電圧が印加される電極との間を絶縁体で分離させ、電極に電圧を印加させるときに生成される電界下で誘導される電荷（ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｈａｒｇｅ）による静電気力でノズルから溶液を吐出させるようにして、溶液が電極に直接接触して酸化還元反応によって発生する発熱、溶液の変成、ノズルの目詰まり、バブル発生の従来問題を解決する誘導電気水力学ジェットプリンティング装置を提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた別の課題は、下の記載から当業者に明確に理解され得るであろう。
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、供給された溶液を一端に形成されたノズル孔を介して対向する基板に向かって吐出させるノズルと、前記ノズル内の溶液と絶縁体で分離されて接触しないメイン電極、及び前記メイン電極に電圧を印加する電圧供給部を含む誘導電気水力学ジェットプリンティング装置によって達成されることができる。
ここで、前記電圧供給部は、前記メイン電極に直流電圧を印加させることができる。
ここで、前記電圧供給部は、前記メイン電極に交流電圧を印加させることができる。
ここで、前記電圧供給部は、正弦波、三角波、四角波のうちの少なくともいずれか一つを含む波形の交流電圧を前記メイン電極に印加させることができる。
ここで、前記メイン電極は、前記絶縁体でコーティングされて、前記ノズルの内部に内挿されることができる。
ここで、前記メイン電極は、ニードル（ｎｅｅｄｌｅ）形態で形成されることができる。
ここで、前記メイン電極は、チューブ形態で形成されることができる。
ここで、導電性材質で前記ノズルの内側壁面にコーティングされ、電気的連結がされていないか、前記メイン電極と異なる電圧が印加されるか、接地される誘導補助電極をさらに含むことができる。
ここで、前記誘導補助電極の表面は、絶縁体でコーティングされることができる。
ここで、前記ノズルは、前記絶縁体で形成され、前記ノズルの外壁または前記ノズルの外側に離隔された位置に前記メイン電極が形成されることができる。
ここで、前記ノズルは、導電性材質で形成されてボディーを形成するメイン電極部及び前記メイン電極部を絶縁体でコーティングする絶縁部で形成され、前記電圧供給部は、前記メイン電極部に電圧を印加することができる。
ここで、導電性材質で前記ノズル内部に内挿され、電気的連結がされていないか、前記メイン電極と異なる電圧が印加されるか、接地される誘導補助電極をさらに含むことができる。
ここで、導電性材質で前記ノズル内部に内挿され、電気的連結がされていないか、前記メイン電極部と異なる電圧が印加されるか、接地される誘導補助電極をさらに含むことができる。
ここで、前記誘導補助電極は、ニードル形態で形成されることができる。
ここで、前記誘導補助電極は、アルミホイル（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｆｏｉｌ）で前記ノズル内部に内挿されることができる。
ここで、前記誘導補助電極の表面は、絶縁体でコーティングされることができる。
前記したような本発明の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置によれば、絶縁体によってノズル内の溶液とメイン電極との間を分離させることができ、溶液と電極が接触して電極に印加される電圧によって発生する酸化還元反応によって発生する発熱、溶液の変成、ノズルの目詰まり、バブル発生の問題を解決することができるという長所がある。
また、電極と溶液の直接接触による電荷の伝達が存在していなくても、電界によるノズル先端の液面に作用する誘導静電気力によるジェッティングが可能であり、溶液の電気伝導度に応じたジェッティング敏感度を下げることができるという長所もある。
また、誘導補助電極をメイン電極と別にノズル内部に形成して誘導電界の特性を向上させて、ジェッティング特性をさらに向上させることができるという長所もある。
実施例の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
本発明の利点及び特徴、そしてそれを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下で開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で具現されることができ、単に本実施例は、本発明の開示が完全になるようにして、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書全体にわたって同一の参照符号は、同一の構成要素を指す。
以下、本発明の実施例によって、誘導電気水力学ジェットプリンティング装置を説明するための図面を参考して、本発明について説明することにする。
まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施例に係る誘導電気水力学ジェットプリンティング装置を説明することにする。
図１は、本発明の一実施例に係る誘導電気水力学ジェットプリンティング装置の要部を示す断面図であり、図２は、図１の変形例であり、図３は、図１のまた他の変形例であり、図４は、本発明の原理を説明するためのものであって、キャパシタに交流電圧が印加されるときの変位電流（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）による荷電状態の変化を示している。
本発明の一実施例に係る誘導電気水力学ジェットプリンティング装置は、ノズル１１０、メイン電極１２０及び電圧供給部を含むことができる。また、誘導補助電極１５０をさらに含むことができる。
ノズル１１０は、溶液供給部から溶液の供給を受け、後述しているように、メイン電極１２０に印加される直流または交流電圧によって誘導される静電気力の力で下端に形成されるノズル孔を介して溶液を吐出させる。このとき、ノズル１１０は、上端から下端に断面が円形の形態で内径が一定のシリンダー型に形成されるが、これに限定されるものではない。図２に示されているように、ノズル孔が形成されるノズル１１０の下端部は、下に行くほど内径が徐々に小さくなるようにテーパ状に形成されることもできる。もちろん、ノズルは四角シリンダー、多角形シリンダーにも形成されることもできる。
このとき、溶液が吐出されるノズル孔の直径は５０μｍ以下に形成されることが好ましいが、場合によっては、１μｍ以下に形成されることもできる。
溶液供給部は、ノズル１１０内部に溶液を所定の圧力で供給するものでポンプ、バルブなどで構成されることができる。
メイン電極１２０は、ノズル１１０内部の中心に挿入されて、電圧供給部から直流または交流電圧の印加を受ける。メイン電極１２０は、図示されているように、ニードル（ｎｅｅｄｌｅ）形態で形成されることができる。
このとき、本実施例では、メイン電極１２０の外部を絶縁体でコーティングして絶縁層１３０を形成する。これにより、メイン電極１２０とノズル１１０内部の溶液との間は直接接触せず、絶縁層１３０によって分離する。絶縁層１３０によってノズル１１０内の溶液とメイン電極１２０は、分離することができるため、メイン電極１２０に高電圧が印加されるとき、溶液とメイン電極１２０との間に発生する酸化還元反応を防止することができ、酸化還元反応に伴う発熱、溶液の変成、バブル発生、ノズル１１０の目詰まりなどの問題を解決することができる。
このとき、本実施例においては、絶縁層１３０を形成する絶縁体として、エポキシポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）、フルオロ樹脂（Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）系列のコーティング剤などを使用した。電極を絶縁するためには、金属表面に酸化膜を形成することもでき、エポキシまたはフェノール（ｐｈｅｎｏｌｉｃ）系列のポリマーコーティング、セラミックコーティング、ガラスなどを使用することができるが、これに限定されるものではない。
電圧供給部は、ノズル１１０内に位置するメイン電極１２０に直流または交流電圧を印加する。このとき、電圧供給部によって印加される電圧の波形は、正弦波（ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ）、三角波、四角波など様々な波形であることができる。
溶液が吐出される基板（Ｓ）の下にまた他の電極１８０が形成されることができ、前記電圧供給部は、基板（Ｓ）の下の電極１８０とメイン電極１２０との間に電気的に連結されて電圧を印加させることになる。基板（Ｓ）の下の電極１８０は、接地されることもできる。
前記数式１は、電界下に存在する溶液に作用する力を表現する数式である。（ここで、ｆeは電気力、ρeは電荷密度、εは誘電係数、ε0は真空状態の誘電係数、Ｅは電界強度を意味する。）
右側式の最初の項は、クーロン力として自由電荷を含む溶液に作用する力である。溶液が電極に直接接触したときに伝達される電荷によって作用する力で最も大きさが大きい。本実施例においては、メイン電極１２０に交流電圧が印加されるときに形成される誘導電流によってクーロン力が作用することができる。二番目の項は、電界が不均一誘電（ｎｏｎ−ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）液体に作用するときに形成される誘電（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）力である。電極が液体に直接接触する場合には、この力は、クーロン力より弱いが、本実施例のように誘導電流を用いる場合には、誘電（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）力も大きく作用することができる。三番目の項は、電歪圧力（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）による力で液体の液面に均一でない電界が分布しているときに発生する圧力の力である。
図４の上部左側に示されているように、キャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）は、二つの導電性金属板の間に絶縁材料で作られる誘電体をサンドイッチのように挟んでおいた回路素子である。このとき、キャパシタは、直流電圧が印加されるときには電流が流れない充電器としての役割を果たすが、交流電圧が印加されると電荷の流れが交代に変わりながら電流が流れる現象が発生するが、これを変位電流（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）と称する。
本発明においても、キャパシタに交流電圧が印加されるときと類似して、ノズル１１０内の溶液とメイン電極１２０は、メイン電極１２０の外側面をコーティングする絶縁層１３０によって分離され、メイン電極１２０に交流電圧を印加させると、＋及び−の電気信号の反復によって誘導電荷がノズル１１０内の溶液に作用して電流が流れる効果を持つことになる。したがって、このように電圧供給部から印加される交流電圧による誘導電気力で溶液を荷電させ、電界を形成してクーロン力で液体を吐出させることができる。
本発明において、メイン電極１２０に直流電圧を印加する場合に、絶縁層１３０により絶縁された電極に対して電圧を印加するが、ノズルの先端の液面と基板との間に電界が形成されると、液体が極性溶媒である場合には、分極（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）による誘導電荷が液面に沿って形成され、電界によるクーロン力が作用する。電界は、溶液内に電荷を帯びているポリマー、ナノ粒子、バイオ物質などを含んでいるときにも物質の電荷と電界に応じて、液面に電荷を分布するようにして追加の電気力を作用するようにする。また、Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ力とＥｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ力が、本発明の誘導電気水力学ジェットプリンティングでは液体を吐出するのに寄与することができる。
このとき、図３に示されているように、ノズル１１０内に誘導補助電極１５０をさらに含むことができる。より詳細には、前記誘導補助電極１５０は、導電性材質でノズル１１０の内側面をコーティングする方法で形成されることができる。または、ノズルを導電性材質で形成することができる。例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＳＵＳ、合金などの材質でノズルを製作して誘導補助電極として活用することができる。このとき、誘導補助電極１５０は、別途に電気的に連結されていないか、メイン電極１２０と異なる電圧を印加されるか、接地される。
このように、ノズル１１０内部にメイン電極１２０と別途に誘導補助電極１５０を形成する場合、メイン電極１２０に交流電圧が印加され、溶液内に誘導電流が発生するときに誘導電界をさらに強化させることができるため、ジェッティング特性を向上させることができる。
誘導電界を形成する観点から見ると、メイン電極１２０は、電気信号を送るｅｍｉｔｔｉｎｇ電極と見ることができ、誘導補助電極１５０は、メイン電極１２０から出てくる電気的信号を受け入れるｒｅｃｅｉｖｉｎｇ電極と見ることができる。したがって、誘導補助電極１５０を電気的に連結させずに誘導補助電極１５０の存在だけでも誘導電界を強化させることができるため、ジェッティング特性をさらに向上させることができる。これに関するジェッティングの結果は、図１１及び図１２を参照して、後述することにする。
このとき、誘導補助電極１５０の表面も絶縁体でコーティングして、ノズル１１０内の溶液との直接的な接触を防止することができる。
次に、図５〜図６を参照して、本発明の他の一実施例に係る誘導電気水力学ジェットプリンティング装置を説明することにする。
図５は、本発明の他の一実施例に係る誘導電気水力学ジェットプリンティング装置の要部を示す図であり、図６は、図５の変形例である。
本発明の他の一実施例に係る誘導電気水力学ジェットプリンティング装置もノズル２１０、メイン電極２２０及び電圧供給部を含むことができる。また、誘導補助電極２５０をさらに含むことができる。以下の説明では、図１〜図４を参照して前述した実施例と比較して差異点を中心に説明することにする。
本実施例におけるノズル２１０も溶液供給部から溶液の供給を受けて誘導される静電気力の力で下端に形成されるノズル孔を介して溶液を吐出させる。このとき、ノズル２１０は、上端から下端に断面が円形の形態で内径が一定のシリンダー型で形成されるが、図２を参照して説明したように下端部は、下に行くほど内径が徐々に小さくなるようにテーパ状に形成されることもできる。もちろん、ノズルは四角シリンダー、多角形シリンダーにも形成されることもできる。ただし、本実施例において、ノズル２１０は絶縁体で形成される。
メイン電極２２０は、ノズル２１０の外側面に形成されるか、ノズル２１０の外側に所定距離離隔された位置に配置されて電圧供給部から直流または交流電圧が印加される。このとき、ノズル２１０の外側面に電気導電性物質をコーティングする方法で、メイン電極２２０を形成させることができる。
したがって、本実施例においては、ノズル２１０を絶縁体で形成してノズル２１０の外側にメイン電極２２０を形成することによって、前述した実施例のように、ノズル２１０内の溶液とメイン電極２２０との間は絶縁体で形成されるノズル２１０によって分離される。このとき、メイン電極２２０に電圧供給部から交流電圧を印加させると、ノズル２１０内部の溶液に誘導電流が流れるようになって誘導される電界の力でノズル孔を介して溶液を吐出させることができる。または、メイン電極２２０に電圧供給部から直流電圧を印加させると、ノズル２１０の先端の溶液液面に誘導電荷が形成されて誘導される電気力で溶液を吐出させることができる。
このとき、本実施例においても、前述した実施例と同様に誘導補助電極２５０が形成されることができる。図６に示されているように、誘導補助電極２５０は、導電性材質で形成されてノズル２１０内部にニードルの形態で内挿されることができる。このとき、誘導補助電極２５０は、別途に電気的に連結されていないか、メイン電極２２０と異なる電圧が印加されるか、接地されることができる。または、導電性材質でノズル２１０内部にチューブの形態で内挿され、別途に電気的に連結されていないか、メイン電極２２０と異なる電圧が印加されるか、接地される形態で形成されることができる。または、導電性材質でノズル２１０内部に平板の形態で内挿され、別途に電気的に連結されていないか、メイン電極２２０と異なる電圧が印加されるか、接地される形態で形成されることができる。
前記誘導補助電極２５０は、図３を参照して前述した実施例と同様に、メイン電極２２０に交流電圧を印加させて、誘導電流を発生させるときに誘導電界を強化させて、ジェッティング特性をさらに向上させるようにする。本実施例においても、誘導補助電極２５０の外部は、絶縁体でコーティングされることができる。前記誘導補助電極２５０は、電気的に連結されていない状態でも、ノズル内部に存在することでノズル先端に電界が集中するように補助役割をして、ノズル先端の液面に誘導電荷がさらに多く誘導されるようにする。
次に、図７〜図８を参照して本発明のまた他の一実施例に係る誘導電気水力学ジェットプリンティング装置を説明することにする。
図７は、本発明のまた他の一実施例に係る誘導電気水力学ジェットプリンティング装置の要部を示す図であり、図８は、図７の変形例である。
本発明のまた他の一実施例に係る誘導電気水力学ジェットプリンティング装置は、ノズル及び電圧供給部を含むことができる。また、誘導補助電極３５０をさらに含むことができる。以下の説明においても、図１〜図６を参照して前述した実施例と比較して差異点を中心に説明することにする。
本実施例でのノズルは、メイン電極部３１０及び絶縁部３３０で構成される。メイン電極部３１０は、導電性材質で形成されてノズルのボディーを形成する。絶縁部３３０は、メイン電極部３１０の外側面を絶縁体でコーティングして形成される。このとき、絶縁部３３０は、ノズルの内径を形成する側面のみに形成されることもできるが、図示されているように、ノズルのボディーを形成するメイン電極部３１０外側面全体に形成されることもできる。
したがって、本実施例において、導電性材質でノズルのボディーを形成するメイン電極部３１０は、前述した実施例でのメイン電極１２０、２２０の役割をすることができる。メイン電極部３１０の外側面に形成される絶縁部３３０により、ノズル内の溶液とメイン電極部３１０との間は直接接触せず、分離する。したがって、メイン電極部３１０に電圧供給部から交流電圧を印加させると、ノズル内部の溶液に誘導電流が流れることになって誘導される電界の力でノズル孔を介して溶液を吐出させることができる。また、メイン電極部３１０に電圧供給部から直流電圧を印加する場合でも、液面に誘導電荷を形成するようにして誘導電気力で溶液を吐出させることができる。
本実施例においても、ノズルは、上端から下端に断面が円形の形態で内径が一定のシリンダー型で形成されるが、図２を参照して説明したように下端部は、下に行くほど内径が徐々に小さくなるようにテーパ状に形成されることもできる。もちろん、ノズルは四角シリンダー、多角形シリンダーにも形成されることもできる。
このとき、本実施例においても、図６を参照して説明した実施例と同様に、誘導補助電極３５０が形成されることができる。図８に示されているように、誘導補助電極３５０は、導電性材質で形成されてノズル内部にニードルの形態で内挿されることができる。このとき、誘導補助電極３５０は、別途に電気的に連結されていないか、メイン電極部３１０と異なる電圧が印加されるか、接地されることができる。または、導電性材質でノズル内部にチューブまたは平板の形態で内挿され、別途に電気的に連結されていないか、メイン電極部３１０と異なる電圧が印加されるか、接地される形態で形成されることもできる。前記誘導補助電極３５０は、図３及び図６を参照して前述した実施例と同様に、メイン電極部３１０に交流電圧を印加させて、誘導電流を発生させるときに誘導電界を強化させて、ジェッティング特性をさらに向上させるようにする。本実施例においても、誘導補助電極３５０の外部は絶縁体でコーティングされることができる。
以下、本発明に係る誘導電気水力学ジェットプリンティング装置の実際のジェッティングの結果を図９〜図１４を参照して説明することにする。
図９は、図１の実施例により、メイン電極をエポキシポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）でコーティングして製作されたプリンティング装置によるジェッティングの結果を拡大した図であり、図１０は、図１の実施例により、メイン電極をフルオロ樹脂（Ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒ）でコーティングして製作されたプリンティング装置によるジェッティングの結果を拡大した図であり、図１１は、図５の実施例により製作されたプリンティング装置によるジェッティングの結果を拡大した図であり、図１２は、図６の実施例により製作されたプリンティング装置によるジェッティングの結果を拡大した図であり、図１３は、図６の実施例により、誘導補助電極をニードル（ｎｅｅｄｌｅ）で製作したプリンティング装置によるジェッティングの結果を拡大した図であり、図１４は、図６の実施例により、誘導補助電極をアルミホイル（Ａｌ Ｆｏｉｌ）で製作したプリンティング装置によるジェッティングの結果を拡大した図であり、図１５は、本発明により製作されたプリンティング装置を用いて薄膜トランジスターに電極リペアプリンティングを行った結果を拡大して示す図であり、図１６は、本発明により製作されたプリンティング装置を用いてＭｉｃｒｏ−ＬＥＤをボンディングするための導電性グルーをプリンティングした結果を拡大して示す図である。
まず、図９は、図１を参照して説明したプリンティング装置の構成において、ノズル１１０内部にエポキシポリマーでコーティングされたメイン電極１２０を挿入して、交流電圧を印加させるときのジェッティングの結果を示す。図示されているように。０．４ｋＶ以上の最大電圧で１５〜１６μｍの微細線幅でジェッティングが行われていることを確認することができた。
また、図１０は、図１を参照して説明したプリンティング装置の構成において、ノズル１１０内部にＦｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒでコーティングされたメイン電極１２０を挿入して、交流電圧を印加させるときのジェッティングの結果を示す。図示されているように、０．４ｋＶ以上の最大電圧で１３〜１４μｍの微細線幅でジェッティングが行われていることを確認することができた。
図９及び図１０からメイン電極１２０の外側面をコーティングする絶縁層１３０の材質によってジェッティング特性に微細に差があるが、微細線幅のジェッティングが可能であることを確認することができる。
図１１は、図５を参照して説明したプリンティング装置の構成のように、絶縁体で形成されるノズル２１０外部にメイン電極２２０を形成して交流電圧を印加させるときのジェッティングの結果を示す。また、図１２は、図６を参照で説明したプリンティング装置の構成のように、絶縁体で形成されるノズル２１０外部にメイン電極２２０を形成して、ノズル２１０内部に誘導補助電極２５０を追加で形成したときのジェッティングの結果を示す。
図１１では、ライン形態でジェッティングが行われず、ジェッティングが多少不安定であったが、図１２に示すように、ノズル２１０内部に誘導補助電極２５０を配置させる場合、１２〜１３μｍの微細線幅でライン形態でジェッティングがはるかに安定していることを確認することができる。
同様に、図１３では、図６を参照して説明したプリンティング装置の構成において、ニードルの形態に誘導補助電極２５０を形成した場合のジェッティングの結果を示し、図１４では、図６を参照して説明したプリンティング装置の構成において、アルミホイルで誘導補助電極２５０を形成した場合のジェッティングの結果を示す。
図１３では、０．４ｋＶ以上の最大電圧で８〜１０μｍの微細線幅でジェッティングが行われることを確認することができ、図１４では、０．９５ｋＶ以上の最大電圧で７〜８μｍの微細線幅でジェッティングが行われることを確認することができた。
このように、誘導補助電極２５０の構成に応じて、ジェッティング特性が多少変わることを確認することができ、誘導補助電極２５０を配置する場合、すべてのジェッティング特性が非常に良いことを確認することができる。
また、ＯＬＥＤのようなディスプレイのバックプレーン（Ｂａｃｋｐｌａｎｅ）には、ピクセルの駆動のための薄膜トランジスターが形成されている。トランジスターを構成するソース（ｓｏｕｒｃｅ）、ドレーン（ｄｒａｉｎ）、ゲート（ｇａｔｅ）電極は、非常に微細な大きさの電極で形成され、フォト工程とエッチング工程では、完璧な製造が不可能である。したがって、電極のｏｐｅｎ不良に対する電極リペアプリンティングを本発明のプリンティングシステムで行った結果を図１５に示す。
図１５の左側の切断された２ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ線幅の電極を本発明のプリンティング装置で連結した様子を図１５の右側に示す。このとき、プリンティング材料は、Ａｇナノ粒子とバインダー、溶媒で構成されたインクである。
本発明において、プリンティングされる導電性ナノインク組成物は、電気水力学的ジェットプリンティングに使用される噴射溶液として導電性ナノ構造体、高分子化合物、湿潤分散剤及び有機溶媒を含んでなる。導電性ナノ構造体は、電気的、機械的、熱的特性に優れているので、導電性ナノインク組成物の基本物質になることができ、これは、ナノ粒子形態またはナノワイヤー、ナノ棒、ナノパイプ、ナノベルト、ナノチューブのような１次元ナノ構造であることが好ましく、ナノ粒子と前記の１次元ナノ構造を組み合わせて使用することができる。また、導電性ナノ構造体は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）またはチタニウム（Ｔｉ）で構成されたグループから選択された一つ以上からなるナノ構造体または炭素ナノチューブであるか、これらの組合からなることが好ましい。高分子化合物は、導電性ナノインク組成物の粘度及び光学的特性を調節するためのものであり、天然高分子化合物、合成高分子化合物の種類に制限はない。ここで、好ましい実施例としては、前記天然高分子化合物は、キトサン（ｃｈｉｔｏｓａｎ）、ゼラチン（ｇｅｌａｔｉｎ）、コラーゲン（ｃｏｌｌａｇｅｎ）、エラスチン（ｅｌａｓｔｉｎ）、ヒアルロン酸（ｈｙａｌｕｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、セルロース（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、シルクフィブロイン（ｓｉｌｋ ｆｉｂｒｏｉｎ）、リン脂質（ｐｈｏｓｐｈｏｌｉｐｉｄｓ）またはフィブリノーゲン（ｆｉｂｒｉｎｏｇｅｎ）のうちの少なくとも一つであることが好ましく、前記合成高分子化合物は、ＰＬＧＡ（Ｐｏｌｙ（ｌａｃｔｉｃ−ｃｏ−ｇｌｙｃｏｌｉｃ ａｃｉｄ））、ＰＬＡ（Ｐｏｌｙ（ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ））、ＰＨＢＶ（Ｐｏｌｙ（３−ｈｙｄｒｏｘｙｂｕｔｙｒａｔｅ−ｈｙｄｒｏｘｙｖａｌｅｒａｔｅ）、ＰＤＯ（Ｐｏｌｙｄｉｏｘａｎｏｎｅ）、ＰＧＡ（Ｐｏｌｙｇｌｙｃｏｌｉｃ ａｃｉｄ）、ＰＬＣＬ（Ｐｏｌｙ（ｌａｃｔｉｄｅ−ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ））、ＰＣＬ（Ｐｏｌｙ（ｅｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ））、ＰＬＬＡ（Ｐｏｌｙ−Ｌ−ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ）、ＰＥＵＵ（Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｅｒ Ｕｒｅｔｈａｎｅ Ｕｒｅａ））、酢酸セルロース（Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ）、ＰＥＯ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、ＥＶＯＨ（Ｐｏｌｙ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）、ＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）、ＰＥＧ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）またはＰＶＰ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）のうちの少なくとも一つであることが好ましい。導電性ナノ構造体の種類に応じて、天然高分子化合物と合成高分子化合物を組み合わせて使用することができる。本発明においては、銀ナノワイヤーを導電性ナノ構造体にして、インク組成物を具現する場合には、ＰＥＧまたはＰＥＯを高分子化合物として使用するとき、粘度の調節が最も容易である。
また、Ｍｉｃｒｏ−ＬＥＤチップを配列してボンディングをすると大画面ディスプレイを製造することができる。そのためには、導電性グルーを基板上にパターニングすることができなければならない。Ｍｉｃｒｏ−ＬＥＤの大きさは、１００ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ以下であるため、これをボンディングするパッドの大きさは、２０ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ以下でなければならない。
図１６の写真は、ＬＥＤをボンディングするためのＡｇ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ形態の導電性グルーを１５ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒの大きさでプリンティングした結果を示す。
本発明の権利範囲は、前述した実施例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例で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。
１１０、２１０：ノズル
１２０、２２０：メイン電極
１３０：絶縁層
１５０、２５０、３５０：誘導補助電極
１８０、２８０、３８０：電極
３１０：メイン電極部
３３０：絶縁部
Ｓ：基板
１２０、２２０：メイン電極
１３０：絶縁層
１５０、２５０、３５０：誘導補助電極
１８０、２８０、３８０：電極
３１０：メイン電極部
３３０：絶縁部
Ｓ：基板
Claims (14)
- 供給された溶液を対向する基板に向かって吐出させるノズルと、
前記ノズル内の溶液と絶縁体で分離されて接触しないメイン電極と、
前記メイン電極に電圧を印加する電圧供給部と、
導電性材質で形成され、電気的連結がされていないか、前記メイン電極と異なる電圧が印加されるか、接地される誘導補助電極と、を含み、
前記誘導補助電極は、前記供給された溶液が、前記絶縁体で分離されている前記メイン電極と、前記誘導補助電極との間に位置するように前記ノズル内に配置されている、
誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。 - 前記電圧供給部は、前記メイン電極に直流電圧を印加させる請求項１に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
- 前記電圧供給部は、前記メイン電極に交流電圧を印加させる請求項１に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
- 前記電圧供給部は、正弦波、三角波、四角波のうちの少なくともいずれか一つを含む波形の交流電圧を前記メイン電極に印加させる請求項３に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
- 前記メイン電極は、前記絶縁体でコーティングされて、前記ノズルの内部に内挿される請求項１に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
- 前記メイン電極は、ニードル（ｎｅｅｄｌｅ）形態で形成される請求項５に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
- 前記メイン電極は、チューブ形態で形成される請求項５に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
- 前記誘導補助電極は前記ノズルの内側壁面にコーティングされている、請求項５に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
- 前記誘導補助電極の表面は、絶縁体でコーティングされる請求項８に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
- 前記ノズルは、前記絶縁体で形成され、
前記ノズルの外壁または前記ノズルの外側に離隔された位置に前記メイン電極が形成される請求項１に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。 - 前記誘導補助電極は前記ノズル内部に内挿されている、請求項１０に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
- 前記誘導補助電極は、ニードル形態で形成される請求項１１に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
- 前記誘導補助電極は、アルミホイル（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｆｏｉｌ）で前記ノズル内部に内挿される請求項１１に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
- 前記誘導補助電極の表面は、絶縁体でコーティングされる請求項１１に記載の誘導電気水力学ジェットプリンティング装置。
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