KR100884807B1 - 잉크젯 인쇄 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관한 잉크젯 인쇄 장치에서는, 노즐에서 분사되는 액적의 크기가 충분히 크게 형성되면서도, 노즐에서 분사된 액적에 광이 조사되어 가열·증발이 이루어져 액적의 크기가 감소되며 액적의 운동 에너지가 증가되므로 인쇄 정밀도와 해상도가 크게 향상된다.

본 발명에 관한 잉크젯 인쇄 장치는, 인쇄 대상물의 인쇄 지점을 향하여 용액의 액적을 분사하는 분사 장치와, 분사된 액적이 인쇄 지점에 도달하기 전에 분사 장치와 인쇄 지점을 연결하는 연장선에 대하여 예각을 이루며 액적에 입사하는 광을 조사하여 액적의 일부를 가열하여 증발시킴으로써 액적을 연장선을 따라 가속시키는 광조사 장치를 포함한다.

Description

잉크젯 인쇄 장치{Ink jet printing apparatus}

도 1a와 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치에서 용액의 점성도와 관련하여 변화하는 인쇄 상태를 설명하기 위한 예시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치를 저면에서 바라본 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 잉크젯 인쇄 장치를 측면에서 도시한 측면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 잉크젯 인쇄 장치에서 액적에 광이 입사되는 모습을 측면에서 도시한 개략도이다.

도 5는 도 4에 도시된 바와 같이, 잉크젯 인쇄 장치에 의해 액적에 광이 입사된 후 액적의 변화하는 운동 상태를 측면에서 도시한 개략도이다.

도 6은 도 2에 도시된 잉크젯 인쇄 장치에서 액적에 광이 입사되는 모습을 평면에서 도시한 개략도이다.

도 7은 도 6에 도시된 바와 같이, 잉크젯 인쇄 장치에 의해 액적에 광이 입사된 후 액적의 운동 상태를 평면에서 도시한 개략도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치의 작용을 설명하기 위해 실시된 실험예를 도시하는 상태도이다.

도 9는 도 8에 도시된 실험예에서 광이 조사된 순간을 도시하는 상태도이다.

도 10은 도 8에 도시된 실험예에서 액적의 운동 방향이 변화되기 시작한 모습을 도시하는 상태도이다.

도 11은 도 8에 도시된 실험예에서 액적의 운동 방향이 변화된 모습을 도시하는 상태도이다.

도 12는 도 8에 도시된 실험예에서 액적이 운동한 후의 모습을 도시하는 상태이다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치를 저면에서 바라본 사시도이다.

도 14는 도 13에 도시된 잉크젯 인쇄 장치를 측면에서 도시한 측면도이다.

도 15는 도 13에 도시된 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치에서 액적으로부터 증발되는 기체가 압력을 형성하는 영역들을 도시한 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 110: 분사 장치 50, 54: 액적

11, 111: 헤드부 51, 52, 53: 기체

12, 112: 노즐 90: 인쇄 대상물

30, 130: 광조사 장치 141, 142, 143: 광학수단

31, 32, 33, 131, 132, 133: 광원 L1, L2, L3: 광

P: 초점 T: 인쇄 지점

S: 연장선

본 발명은 잉크젯 인쇄 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐에서 분사되는 액적의 크기를 충분히 크게 형성함으로써 액적의 분사가 원활히 이루어지고, 노즐에서 분사된 이후에 액적에 광을 조사하여 가열·증발시킴으로써 액적의 크기를 감소시킴과 아울러 분사 방향에 대한 액적의 운동 에너지를 증가시킬 수 있는 잉크젯 인쇄 장치에 관한 것이다.

전자 기술이 급속하게 발달함에 따라 인쇄회로기판, 디스플레이 패널, 바이오 칩 및 세포 배양용 지지체 등과 같은 다양한 분야에서 미세 구조물을 정교히 형성할 수 있는 기술이 더욱 중요하게 여겨지고 있다.

금속 패턴, 절연층, 분리막과 같은 미세 구조물을 제작하는 종래의 공정에는 노광과 식각공정을 기반으로 하는 광학적 패터닝(photolithography)이 주로 사용되었다. 그러나 광학적 패터닝 방법은 공정이 복잡하고 고비용이 소요되며 환경을 오염시키는 등의 많은 문제점을 가지고 있어서, 이를 대체할 수 있는 기술이 요구되어 왔다.

본 발명은 노광과 식각을 주로 이용하던 광학적 패터닝 방법의 한계를 뛰어 넘어 단순한 공정에 의해 저비용으로 정교한 패턴을 형성할 수 있는 잉크젯 인쇄 기술에 관한 것이다.

잉크젯 인쇄 기술은 비접촉식 인쇄 기술로서 공정을 단순화할 수 있으며 저비용이 소요되고 친환경적이어서, 크기가 작아짐과 동시에 얇아지고 있는 다양한 장치들에서 원하는 패턴을 정밀하게 인쇄하기 위한 기술로 이용되고 있다. 구체적으로, 잉크젯 인쇄 기술은 각종 전자회로나 디스플레이 기판의 배선 공정이나 바이오 칩과 같은 2차원의 평면 공정에 이용될 수 있으며, 나아가 생명공학 분야의 세포 배양용 지지체(scaffold)의 제작 등과 같이 3차원의 입체 조형물의 제작 공정에도 이용될 수 있다.

잉크젯 인쇄 장치에 의해 인쇄되는 패턴에 구현되는 정밀도, 즉 해상도(resolution)를 향상시키기 위해서는 기본적으로 액적(droplet, 잉크 방울)의 크기가 미세하게 형성되어야 한다. 잉크젯 인쇄 장치의 해상도는 일반적으로 잉크의 액적 크기와 탄착점(인쇄되는 지점)에서의 액적이 퍼지는 면적(이하, '퍼짐 면적')에 의해 영향을 받는다. 즉 노즐에서 분사되는 액적의 크기가 작을수록 해상도가 향상되기 때문에 액적의 크기를 감소시키려는 기술의 개발이 활발히 진행되고 있다.

그러나 현재까지 개발된 잉크젯 인쇄장치에서는 액적이 노즐에서 분사되기 이전에 액적의 크기를 감소시킴으로써 작은 크기의 액적을 분사하는데, 이와 같은 방법으로 액적의 크기를 감소시킬 때에는 다음과 같은 여러 가지 기술적 문제점이 발생한다.

첫째, 액적의 크기가 너무 작으면 응직 부피가 감소하여 액적의 응집력이 작아지므로, 분사된 액적이 2~3개 이상의 액적들로 분리될 수 있다.

둘째, 액적이 응집될 수 있도록 유도하는 액적 내의 분자간 인력에 비해 표면 장력이 상대적으로 크게 작용한다. 따라서 액적과 노즐의 표면 사이에 작용하는 상대적인 인력과 상대적인 부착력의 영향이 강해지므로, 노즐에서 액적이 분사되는 순간에 노즐과 액적 사이에서 인력과 부착력이 작용하여 액적이 분사되는 방향이 불규칙해진다. 이로 인해 액적이 인쇄면에 탄착되는 위치가 불균일하게 되므로 정밀도가 감소하는 문제점이 있다.

셋째, 액적의 크기가 작아지면 관성 질량이 감소하므로 관성에 의한 액적의 운동 에너지도 감소한다. 액적의 크기가 작아져 운동 에너지가 감소할 때에는 노즐과 액적의 사이에 작용하는 인력이나 부착력, 또는 액적이 운동하는 중에 작용하는 공기의 저항, 흐름 등의 영향력이 상대적으로 증가한다. 이로 인해 탄착점이 불균일 하게 되어 인쇄 정밀도가 저하되는 문제점이 발생한다.

그러므로 액적의 크기를 최소화하면서도 노즐에서 분사된 액적이 공기의 저항과 같은 외부의 힘에 의한 영향을 받지 않고 탄착점까지 정확하게 분사될 수 있도록 운동 에너지를 증가시키려는 시도가 이루어지고 있다. 이와 같은 시도의 하나로서 노즐 내에서 액적을 미리 가속시켜 발사시키는 기술이 개발되기도 하였다. 그런데 이 기술에서는 노즐 내에서 액적을 가속시키기 위해 노즐 내에 가속 구간이 필수적으로 설치되어야 하고, 미세한 액적을 분사시키기 위해 노즐의 구멍도 미세하게 형성되므로, 노즐 막힘(plugging)의 문제점이 발생한다.

본 발명의 목적은 인쇄 해상도가 향상된 잉크젯 인쇄 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 인쇄면에 인쇄되는 액적의 크기를 최소화하여 해상도 를 향상시키면서도, 노즐과 액적의 사이에 작용하는 인력이나 부착력, 또는 공기의 저항 등의 영향을 최소화시킴으로써 액적이 인쇄되는 지점을 정밀하게 제어하여 인쇄 정밀도를 향상시키는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 노즐에서 분사되는 액적의 크기를 충분히 크게 형성하여 노즐 막힘 현상이나 액적 분사 방향이 불규칙하게 변동되는 현상이 잘 발생하지 않도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 노즐에서 분사된 액적의 크기를 감소시키면서도 분사 방향의 운동 에너지를 증가시킴으로써 정밀한 인쇄가 이루어지도록 하는 데 있다.

본 발명은 노즐에서 분사되는 액적의 크기를 충분히 크게 형성함으로써 액적의 분사가 원활히 이루어지고, 노즐에서 분사된 이후에 액적에 광을 조사하여 가열·증발시킴으로써 액적의 크기를 감소시킴과 아울러 분사 방향에 대한 액적의 운동 에너지를 증가시킬 수 있는 잉크젯 인쇄 장치를 제공한다.

본 발명에 관한 잉크젯 인쇄 장치는, 인쇄 대상물의 인쇄 지점을 향하여 용액의 액적을 분사하는 분사 장치와, 분사된 액적이 인쇄 지점에 도달하기 전에 분사 장치와 인쇄 지점을 연결하는 연장선에 대하여 예각을 이루며 액적에 입사하는 광을 조사하여 액적의 일부를 가열하여 증발시킴으로써 액적을 연장선을 따라 가속시키는 광조사 장치를 포함한다.

본 발명에 있어서, 액적에 입사하는 광은, 액적의 일부가 증발하여 발생한 기체가 액적이 진행하는 방향에서 액적의 후방에 형성되도록, 액적의 이동 방향의 후방을 향하는 액적의 후면에 입사할 수 있다.

본 발명에 있어서, 광조사 장치는 액적에 대해 서로 다른 방향에서 광을 조사하는 적어도 두 개 이상의 광원을 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 액적의 일부가 증발됨으로 인해 액적의 이동 경로가 액적의 분사 방향을 가로 지르는 방향을 향해 변동되는 것을 최소화하기 위해, 광원들은 연장선에 대하여 수직한 면 위에서 액적을 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 광원들은 연장선에 대하여 수직한 면 위에서 액적을 중심으로 하여 동일한 각도로 서로 이격되며 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 광조사 장치는 광원과 분사 장치의 사이에 배치되어 광원으로부터 조사된 광의 경로를 분사 장치에서 분사된 액적을 향하여 변경시키는 광학수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 관한 잉크젯 인쇄 장치는, 인쇄면으로부터 일정 간격 이격되어 인쇄면을 향해 용액의 액적을 분사하는 노즐과, 액적이 노즐에서 분사된 후 인쇄면에 도달하기 전에 액적의 분사 방향에 대하여 예각을 이루는 광을 액적에 조사하여 액적의 일부를 증발시키는 광조사 장치를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 있어서, 광원들은 액적의 분사 방향에 대하여 수직한 면 위에서 액적을 중심으로 하여 동일한 각도로 서로 이격되며 배치될 수 있다.

이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 본 발명에 관한 잉크젯 인쇄 장치의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 1a와 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치에서 용액의 점성도와 관련하여 변화하는 인쇄 상태를 설명하기 위한 예시도이다.

인쇄 해상도를 높이기 위하여 노즐에서 분사되는 액적의 크기를 감소시키는 경우 노즐 단부와 액적의 사이에 공기의 저항 등의 작용으로 인해 액적이 탄착되는 지점이 불균일해진다. 이는 액적의 관성질량이 줄어들어 운동 에너지가 감소하기 때문인데, 이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 액적을 이루는 용액의 밀도, 질량을 높여 작은 크기의 액적을 분사시키는 것을 고려할 수 있다.

그러나 용액의 밀도를 높이면 액적의 점도가 증가하므로 노즐에 대한 부착력이 상대적으로 증가하여 탄착 오차의 증가와, 노즐 막힘 현상의 증가와, 도 1a에 도시된 바와 같이 액적이 탄착된 후 꼬리(ligament tail)를 남기며 고화됨으로써 정밀도를 저하시키는 문제점이 발생하기도 한다. 도 1b에 도시된 것과 같이 양호한 인쇄 상태를 얻기 위해서는 액적의 점도가 적절한 상태로 유지되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치는 분사 장치의 노즐에서 액적이 분사되기 전에 액적의 크기를 줄이는대신 액적이 분사된 이후에 액적에 광을 조사함으로써 가열에 의해 액적의 일부를 증발시켜 액적의 크기를 감소시키는 기술을 구현하였다.

그러나 액적에 광을 조사하여 액적의 일부를 가열·증발시키는 기술을 구현하기 위해서는 다음과 같은 몇가지 기술적 과제를 해결하여야 한다.

첫째, 노즐과 인쇄면의 사이는 미소한 간격만큼 이격되기 때문에 노즐에서 분사된 액적에 광을 조사하여 액적의 일부를 가열·증발시키려면 급격한 가열이 필수적이다. 그러나 고에너지의 광을 조사하여 액적을 급격하게 가열시키면 증기(hume)가 많이 발생하므로 증기압 형성, 증기 흐름에 의한 액적 운동의 변화, 및 노즐 방향으로의 역류와 같은 다양한 문제점이 발생할 수 있다.

둘째, 급격한 가열에 의한 문제점을 해결하기 위해 액적을 완만하게 가열하여야 하는데, 액적의 크기가 충분히 감소하지 않아 탄착점에서의 퍼짐 면적이 커지므로 해상도가 불량해진다. 완만하게 가열함으로써 액적의 크기를 충분히 감소시키려면 노즐과 인쇄면의 간격을 증가시키는 방법도 고려할 수는 있지만, 이 때에는 액적의 탄착 오차 확률이 증가되는 문제점이 발생한다. 즉 액적의 운동 에너지가 너무 작아져 공기의 저항 등의 영향으로 인해 노즐에서 분사된 액적이 인쇄 지점까지 정확하게 이동할 수 없다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치를 저면에서 바라본 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 잉크젯 인쇄 장치를 측면에서 도시한 측면도이다.

도 2에 나타난 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치는 용액의 액적(50)을 인쇄 지점(T)에 분사하는 분사 장치(10)와, 액적(50)에 광(L1, L2)을 조사하여 가열 증발시키는 광조사 장치(30)를 포함한다.

분사 장치(10)는 잉크젯 인쇄 장치의 헤드부(11)와, 헤드부(11)에 장착되는 노즐(12)을 포함한다. 분사 장치(10)는 인쇄 대상물(90)의 인쇄 지점(T)을 향하여 용액의 액적(50)을 분사하는 기능을 수행한다. 노즐(12)의 개수는 필요에 따라 복수 개가 설치될 수 있으며, 노즐(12)의 형태나 형상 등은 다양하게 변형하여 실시 할 수 있다.

헤드부(11)에는 노즐(12)을 통하여 분사될 액적의 소재가 되는 용액이 수용될 수 있다. 용액은 광이 조사되면 가열되어 증발될 수 있어야 하므로, 열에 의해 기화되어 증발될 수 있는 성분의 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 용액에는 포함되는 물이나 기화 가능한 휘발성 용매 등이 포함될 수 있다. 용액은 잉크 조성물이 색을 나타내도록 하는 용질인 색소체와, 이를 포함하는 용매를 포함한다.

광조사 장치(30)는 노즐(12)에서 분사된 액적(50)이 인쇄 지점에 도달하기 전에 분사 장치(10)의 노즐(12)과 인쇄 지점(T)을 연결하는 연장선(S)에 대하여 예각(α)을 이루며 액적(50)에 입사하는 광(L1, L2)을 조사하여 액적(50)의 일부를 기화시키는 기능을 수행한다. 광(L1, L2)이 액적(50)에 입사되면, 액적(50)은 광(L1, L2)의 에너지에 의해 가열됨으로써 일부가 기화된다.

광조사 장치(30)는 노즐(12)로부터 일정 간격 이격되며 노즐(12)을 중심으로 하여 등간격으로 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 광원들을 포함할 수 있다. 복수 개의 광원들은 액적(50)에 대하여 서로 다른 방향에서 광을 조사하는 기능을 각각 수행한다. 본 실시예에서 광조사 장치(30)는 제1 광원(31)과, 제2 광원(32)과, 제3 광원(33)을 포함한다. 도 3에서는 편의상 제3 광원(33)이 도시되지 않았지만, 제3 광원(33)에서 조사되는 광(L3)도 노즐(12)에서 분사되는 액적(50)에 입사한다.

본 실시예에서는 광조사 장치(30)가 세 개의 광원(31, 32, 33)을 포함하는 것으로 예시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 광조사 장치는 두 개의 광원을 포함할 수도 있다. 그러나 두 개의 광원이 배치될 때에는 액적의 기화에 의해 액적의 진행 방향이 변동되는 현상을 최소화하기 위해 액적(50)의 분사 방향에 대하여 수직한 면 위에서 액적(50)을 중심으로 대칭을 이루도록 배치될 수 있다. 두 개의 광원이 액적(50)을 중심으로 대칭을 이룬다면 각각 180도 간격으로 배치될 것이다.

광원들(31, 32, 33)은, 액적(50)에 입사하는 광(L1, L2, L3)은 액적(50)이 진행하는 방향(연장선 S의 아래쪽을 향하는 방향)에서 후방을 향하는 액적(50)의 후면에 입사하도록 배치된다. 광원(31, 32, 33)의 이와 같은 배치를 통해 액적(50)의 일부가 증발하여 발생하는 기체가 액적(50)이 진행하는 방향(연장선 S의 아래쪽을 향하는 방향)에서 액적(50)의 후방에 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 각각의 광(L1, L2, L3)이 하나의 초점(P)에서 모이도록 광원들(31, 32, 33)이 배치된다.

도 4는 도 2에 도시된 잉크젯 인쇄 장치에서 액적에 광이 입사되는 모습을 측면에서 도시한 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 바와 같이, 잉크젯 인쇄 장치에 의해 액적에 광이 입사된 후 액적의 변화하는 운동 상태를 측면에서 도시한 개략도이다.

연장선(S)은 노즐(12)과 인쇄 지점(T)을 연결하는 직선이며, 액적(50)은 연장선(S)을 따라 운동하도록 노즐(12)에서 분사된다. 제1 광원(31)과 제2 광원(32)에서 조사되어 액적(50)에 입사하는 광(L1, L2)은 액적(50)의 진행 방향의 후방을 향하는 액적(50)의 후방에서 입사한다. 여기에서 도시되지 않은 제3 광원(33)의 광(L3)의 입사 방향도 마찬가지이다.

진행 방향의 전방을 향하는 액적(50)의 전방에 광이 입사하는 경우에는 액 적(50)의 전방에서 기화가 일어나 액적(50)의 이동을 오히려 저해하므로, 광의 방향은 이와 같이 배치되는 것이 좋다.

광원(31, 32)으로부터 조사되는 광(L1, L2)은 연장선(S)에 대하여 예각(α)을 이루며 액적(50)에 입사한다. 만일 광원으로부터 조사되는 광이 액적(50)의 측면에서 입사한다면, 즉 액적에 입사하는 광이 연장선(S)에 대해 대략 직각을 이룬다면 이하에서 설명되는 작용·반작용 효과에 의한 액적의 가속 효과를 얻을 수 없을 것이다.

제1 질량(M)을 갖는 액적(50)에 도 4에 도시된 것과 같은 형태로 광(L1, L2)이 입사하여 액적(50)의 일부가 가열·증발된다면, 증발이 일어난 이후의 액적의 질량은 제2 질량(m)으로 감소한다. 증발이 일어나기 이전의 액적(50)의 속도는 V이고, 증발이 일어난 후의 크기가 작아진 액적(54)의 속도는 V'로 표시되었다.

증발되어 기화된 기체의 질량은 각각 m1, m2이다. 질량 m1을 갖는 기체의 운동 속도가 V1이고, 질량 m2을 갖는 기체의 운동 속도가 V2로 표시되었다. 그리고 운동 속도 V1은 연장선(S) 방향의 수직 성분 V1v와 수평 성분 V1h 로 나누어 표시할 수 있고, 운동 속도 V2도 연장선(S) 방향의 수직 성분 V2v와 수평 성분 V2h 로 나누어 표시할 수 있다.

운동량 보존 법칙에 의하면 기화가 발생되기 이전과 이후의 운동량은 보존되어야 하므로, 연장선(S) 방향에서 작용하는 운동량을 분석하면 다음과 수학식 1이 성립한다.

따라서 광이 조사되어 가열됨으로써 기화된 이후에 크기가 작아진 액적(54)의 속도 V'는 광이 조사되기 이전의 액적(50)의 속도 V 보다 빨라진다. 즉 광이 가열되어 증발됨으로써 액적(54)의 질량이 작아지기는 하였지만, 증발된 기체의 작용·반작용 효과로 인해 액적(54)의 속도가 가속된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 의하면 액적의 크기가 작아짐으로 인해 운동 에너지가 감소하여 인쇄 정밀도가 불량해지는 문제점을 충분히 해결할 수 있다.

도 6은 도 2에 도시된 잉크젯 인쇄 장치에서 액적에 광이 입사되는 모습을 평면에서 도시한 개략도이고, 도 7은 도 6에 도시된 바와 같이, 잉크젯 인쇄 장치에 의해 액적에 광이 입사된 후 액적의 운동 상태를 평면에서 도시한 개략도이다.

만일 광원이 하나만 배치된다면 액적(50)으로부터 증발되는 기체의 작용·반작용 효과로 인해 액적(50)의 이동 방향이 액적의 분사 방향을 가로 지르는 방향(즉 수평 방향)의 어느 한 쪽으로 치우칠 우려가 있다. 본 발명의 일 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치에서는 이와 같은 영향을 최소화하기 위하여 액적을 중심으로 대칭을 이루도록 광원들이 배치된다.

이와 같은 목적으로, 제1 광원(31), 제2 광원(32) 및 제3 광원(33)은 도 6에 도시된 바와 같이 액적의 연장선(S)에 수직한 면 위에서 액적(50)을 중심으로 하여 대칭을 이루도록 배치될 수 있다. 따라서 각각의 광원에서 조사되는 광들(L1, L2, L3)은 하나의 초점(P)에서 모이며, 액적(50)을 중심으로 하여 각각의 광들(L1, L2, L3)의 사이에 형성되는 각도(θ1, θ2, θ3)는 동일하게 형성된다.

각각의 광원들이 도 6과 같이 배치된다면, 광(L1, L2, L3)이 액적(50)에 조사되어 가열 및 증발이 일어나면 도 7에 도시된 것과 같이 크기가 작은 액적(54)으로 변화하고, 기체들(51, 52, 53)이 액적(53)으로부터 외측을 향하여 분출된다. 이 때에 기체들(51, 52, 53)의 이동하는 방향도 액적(54)을 중심으로 동일한 각도 간격을 형성할 것이므로, 기체들(51, 52, 53)에 의해 액적(54)에 작용하는 작용·반작용 효과도 상쇄될 수 있다. 따라서 액적(54)의 수평 방향에서의 운 동 방향의 변화가 최소화될 수 있으므로, 액적(54)의 인쇄 정확도가 양호하게 구현될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치의 작용을 설명하기 위해 실시된 실험예를 도시하는 상태도이고, 도 9는 도 8에 도시된 실험예에서 광이 조사된 순간을 도시하는 상태도이며, 도 10은 도 8에 도시된 실험예에서 액적의 운동 방향이 변화되기 시작한 모습을 도시하는 상태도이고, 도 11은 도 8에 도시된 실험예에서 액적의 운동 방향이 변화된 모습을 도시하는 상태도이다. 또한 도 12는 도 8에 도시된 실험예에서 액적이 운동한 후의 모습을 도시하는 상태이다.

도 8 내지 도 12에 도시된 실험예에서는 액적에 대하여 일 방향에서만 광을 조사하는 방법으로 실험이 실시되었다.

도 8에서와 같이 액적이 분사된 이후에 액적의 일측 방향에서 광을 조사하면, 도 9에서와 같이 액적의 일부의 표면이 가열 및 증발된다. 액적의 일부가 증발되면 도 10 내지 도 12에 도시된 것과 같이 증발된 기체의 작용·반작용 효과로 인 해, 증발된 기체가 분산되는 방향의 반대 방향을 향하여 액적의 운동 방향이 변동된다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치를 저면에서 바라본 사시도이고, 도 14는 도 13에 도시된 잉크젯 인쇄 장치를 측면에서 도시한 측면도이다.

도 13에 나타난 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치는 인쇄 대상물(90)로부터 일정 간격 이격되어 인쇄 대상물(90)을 향해 용액의 액적(50)을 분사하는 분사 장치(110)와, 액적(50)에 광을 조사하는 광조사 장치(130)를 포함한다.

분사 장치(110)는 도 2에 나타난 실시예와 유사한 구성으로 이루어져, 액적(50)을 분사하는 노즐(12)과 헤드부(111)를 포함한다.

광조사 장치(130)의 구성도 도 2에 나타난 실시예에 유사하여 노즐(12)을 중심으로 하여 대칭적으로 등간격을 이루며 배치되는 광원들(131, 132, 133)을 포함한다. 그러나 도 13에 나타난 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치는 광원들로부터 조사된 광(L1, L2)의 경로를 액적(50)을 향하여 변경시키는 광학수단(141, 142, 143)을 포함하는 점이 변형되었다.

광학수단(141, 142, 143)은 거울이나, 렌즈, 프리즘, 광학 필터 등의 광학적 요소들로부터 선택되거나, 여러 가지 광학적 요소들을 조합하여 이루어질 수 있다. 노즐(112)과 인쇄 대상물(90)은 미세한 간격으로 이격되어 배치되기 때문에 광원으로부터 액적(50)에 입사되는 광의 각도가 연장선(S)에 대하여 예각이 되도록 조정하기에 어려움이 있을 수 있다. 그러나 상술한 구성과 같은 본 실시예의 광학수 단(141, 142, 143)을 사용하면, 액적(50)에 입사되는 광의 경로를 용이하게 조절할 수 있으므로 설계의 자유도를 확보할 수 있고, 제품의 크기를 컴팩트하게 제작할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있다.

도 15는 도 13에 도시된 실시예에 관한 잉크젯 인쇄 장치에서 액적으로부터 증발되는 기체가 압력을 형성하는 영역들을 도시한 설명도이다.

액적(50)에 입사하는 광들(L1, L2)은 액적(50)의 일부가 증발하여 발생한 기체가 액적(50)의 진행 방향에서 액적(50)의 후방에 형성되도록 액적(50)의 이동 방향의 후방을 향하는 액적(50)의 후면에 입사한다. 여기에서 액적(50)의 진행 방향이라 함은 노즐(미도시)로부터 인쇄 대상물(90)을 향하여 분사되는 액적(50)의 분사 방향을 의미한다.

상술한 실시예들을 통해 설명된 바와 같이 액적(50)으로부터 증발되는 기체는 액적(50)에 대하여 작용·반작용 효과를 미치고, 그 결과 액적(50)은 기체의 증발 방향에 반대되는 방향으로 가속된다. 액적(50)으로부터 증발되는 기체는 이와 같은 작용·반작용의 효과뿐만 아니라 액적(50)의 운동에 대해 영향을 미치는 압력을 형성할 수 있다. 예를 들어 액적(50)에서 증발된 기체가 도 15에 도시된 영역 S1에 형성된다면, 인쇄 대상물(90)과 액적(50)의 사이에서 기체가 압력을 형성하여 인쇄 대상물(90)을 향해 분사된 액적(50)의 운동에 대해 저항으로 작용하므로 인쇄 정확도가 나빠질 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 기체의 증발로 인한 가속 효과를 충분히 얻기 위해서는 액적(50)으로부터 증발된 기체가 액적(50)의 진행 방향에 대한 후방, 즉 도 15의 S2, S3, S4의 영역에 형성될 수 있다.

이와 같이 증발된 기체가 압력을 형성하는 구간을 고려하여 광(L1, L2)의 경로가 조정되어야 하며, 광(L1, L2)의 경로가 연장되는 직선은 액적(50)이 인쇄될 지점에 대응되는 영역, 즉 액적(50)의 분사 방향의 전방에 해당되는 영역(S1)을 벗어나도록 조정되어야 한다.

본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 잉크젯 인쇄 장치는, 노즐에서 분사되는 액적의 크기가 충분히 크게 형성되므로, 노즐과 액적의 사이에 작용하는 인력이나 부착력의 영향이 최소화되어 노즐에서의 액적의 분사가 원활히 이루어짐과 아울러 노즐의 막힘 현상이 잘 발생하지 않는다.

또한 노즐에서 분사된 이후에 액적에 광이 조사되어 액적이 가열·증발됨으로써 액적의 크기가 감소되므로, 잉크젯 인쇄 장치의 해상도가 증가되는 효과가 있다.

또한 액적에 광이 조사되어 액적의 크기가 감소되어도, 광조사 장치의 광이 액적의 분사 방향에 대하여 예각을 이루며 액적의 후방에 입사되고 이로 인해 액적에서 증발되는 기체의 작용·반작용 효과로 인해 액적이 가속되므로 액적에 작용하는 공기의 저항 등에 의한 영향이 최소화되어 인쇄 해상도가 크게 향상될 수 있다.

Claims (10)

1. 인쇄 대상물의 인쇄 지점을 향하여 용액의 액적을 분사하는 분사 장치; 및

   분사된 상기 액적이 상기 인쇄 지점에 도달하기 전에, 상기 분사 장치와 상기 인쇄 지점을 연결하는 연장선에 대하여 예각을 이루며 상기 액적에 입사하는 광을 조사하여 상기 액적의 일부를 가열하여 증발시킴으로써, 상기 액적을 상기 연장선을 따라 가속시키는 광조사 장치를 포함하고,

   상기 광조사 장치는 상기 액적에 대해 서로 다른 방향에서 광을 조사하는 적어도 두 개 이상의 광원을 포함하며,

   상기 액적의 일부가 증발됨으로 인해 상기 액적의 이동 경로가 상기 액적의 분사 방향을 가로 지르는 방향을 향해 변동되는 것을 최소화하기 위해, 상기 광원들은 상기 연장선에 대하여 수직한 면 위에서 상기 액적을 중심으로 대칭적으로 배치되는, 잉크젯 인쇄 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 액적에 입사하는 상기 광은, 상기 액적의 일부가 증발하여 발생한 기체가 상기 액적이 진행하는 방향에서 상기 액적의 후방에 형성되도록, 상기 액적의 이동 방향의 후방을 향하는 상기 액적의 후면에 입사하는 잉크젯 인쇄 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,

   상기 광원들은 상기 연장선에 대하여 수직한 면 위에서 상기 액적을 중심으로 하여 동일한 각도로 서로 이격되며 배치되는 잉크젯 인쇄 장치.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 광조사 장치는 상기 광원과 상기 분사 장치의 사이에 배치되어 상기 광원으로부터 조사된 광의 경로를 상기 분사 장치에서 분사된 상기 액적을 향하여 변경시키는 광학수단을 포함하는 잉크젯 인쇄 장치.
7. 인쇄면으로부터 일정 간격 이격되어 상기 인쇄면을 향해 용액의 액적을 분사하는 노즐; 및

   상기 액적이 상기 노즐에서 분사된 후 상기 인쇄면에 도달하기 전에 상기 액적의 분사 방향에 대하여 예각을 이루는 광을 상기 액적에 조사하여 상기 액적의 일부를 증발시키는 광조사 장치를 포함하고,

   상기 광조사 장치는 상기 액적에 대해 서로 다른 방향에서 광을 조사하는 적어도 두 개 이상의 광원을 포함하며,

   상기 광원들은 상기 액적의 분사 방향에 대하여 수직한 면 위에서 상기 액적을 중심으로 하여 동일한 각도로 서로 이격되며 배치되는, 잉크젯 인쇄 장치.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 액적에 입사하는 상기 광은 상기 액적의 일부가 증발하여 발생한 기체 가 상기 액적이 진행하는 방향에서 상기 액적의 후방에 형성되도록, 상기 액적의 이동 방향의 후방을 향하는 상기 액적의 후면에 입사하는 잉크젯 인쇄 장치.
9. 삭제
10. 삭제

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