KR100915376B1 - 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템 - Google Patents

정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템

Info

Publication number
KR100915376B1
KR100915376B1 KR1020080071938A KR20080071938A KR100915376B1 KR 100915376 B1 KR100915376 B1 KR 100915376B1 KR 1020080071938 A KR1020080071938 A KR 1020080071938A KR 20080071938 A KR20080071938 A KR 20080071938A KR 100915376 B1 KR100915376 B1 KR 100915376B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
ink
ink supply
nozzle
electrostatic force
Prior art date
Application number
KR1020080071938A
Other languages
English (en)
Inventor
최경현
고정범
래만 카리드
Original Assignee
제주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제주대학교 산학협력단 filed Critical 제주대학교 산학협력단
Priority to KR1020080071938A priority Critical patent/KR100915376B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100915376B1 publication Critical patent/KR100915376B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/06—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by electric or magnetic field
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/07—Ink jet characterised by jet control
    • B41J2/075—Ink jet characterised by jet control for many-valued deflection
    • B41J2/08—Ink jet characterised by jet control for many-valued deflection charge-control type
    • B41J2/085—Charge means, e.g. electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J29/00—Details of, or accessories for, typewriters or selective printing mechanisms not otherwise provided for
    • B41J29/38—Drives, motors, controls or automatic cut-off devices for the entire printing mechanism

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

본 발명은 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템에 관한 것으로, 다수의 토출 노즐구를 매트릭스 형태로 구비하는 노즐층, 상기 노즐층 아래에서 위치하여 통공이 형성되며 상기 시스템에 공통 접지를 제공하는 공통 접지 전극층, 액상 잉크를 공급하기 위하여 임시 저장하는 절연체로 이루어진 다수의 실린더형 공간을 구비하는 잉크 저장층, 적어도 하나 이상의 잉크 공급 채널이 구비되며, 상기 잉크 공급 채널의 공급 통공을 통하여 하부의 잉크 저장층의 다수의 실린더형 공간으로 액상 잉크를 연속적으로 공급하도록 절연체로 이루어진 잉크 공급층, 상기 잉크 공급층과 상기 잉크 저장층을 관통하여 상기 노즐층의 각각의 토출 노즐구들 바로 위까지 연장되고 양극이 연결되는 다수의 전극들, 및 상기 다수의 전극들을 삽입하여 수용하기 위한 다수의 전극 삽입공을 구비하는 전극층을 포함하고, 정전기력을 집중하여 배선의 폭을 줄이면서 미세 선폭을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 제조비용, 시간을 단축시킬 수 있다.

Description

정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템{Matrix type conductive liquid ejecting system using electrostatic force}
본 발명은 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도전성 액체 또는 잉크를 정전기력에 의한 잉크젯 토출을 하는 경우 기판 상에 배선폭을 향상시킬 수 있도록 매트릭스 형태로 다수의 노즐과 전압이 가해지는 전극을 결합시켜서 시스템으로 제작함으로써 노즐 간격을 감소시킨 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템에 관한 것이다.
최근에는 각종 전자, 정보통신기기가 소형화, 경량화, 직접화되면서 더욱 향상된 기능을 가지는 각종 소자부품의 개발과 동시에 유럽의 RoHS 규제와 같이 유독물질 발생이 없는 청정생산기술 개발에 대한 요구가 끊임없이 제기되어 왔다. 이러한 요구에 부응하여 기술들이 개발되고 있으며 그 중의 하나가 잉크젯 프린팅 기술이다.
종래 인쇄회로 기판(PCB)의 제조시 패턴을 형성하는 방법으로 노광/에칭/도금 공정을 일반적으로 사용하고 있다.
그러나, 노광/에칭/도금은 제조 시간이 많이 걸리고, 공정 설비가 고가의 장비 및 유지비도 상당히 많이 든다. 또한, 에칭공정시 폐액을 발생하게 되어 폐수 처리에도 상당한 부담으로 작용한다.
이에 비하여 잉크젯 프린팅 방식은 기존의 노광/에칭/도금 공정에 의하지 않고 배선을 직접 형성시킬 수 있는 방법으로서, 미세 노즐을 통하여 용액이나 현탁액을 수 내지 수십 pl(pico liter)의 방울로 토출하여 수십 ㎛ 폭의 미세 라인을 형성하는 패터닝 기술이다.
그중 한가지 예로서 DOD(Drop on demand) 방식의 잉크젯은 원하는 위치에 원하는 양의 잉크를 토출시켜 선명한 이미지를 얻을 수 있고, 또한 비접촉식으로 CAD를 통하여 직접 인쇄할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
따라서, PDP 등의 플랫 패널 디스플레이 분야의 전극 형성 및 PCB 등의 패킹 분야와 RFID의 배선 형성 등 적용범위가 광범위하게 되었다.
그런데, 잉크젯 헤드로부터 토출시킬 수 있는 점도 범위에 한계가 있기 때문에 금속 나노입자의 함량이 낮고 점도가 낮을 뿐만 아니라, 기판 상에서 잉크의 퍼짐성으로 인하여 기판 상에 아무리 중첩해서 인쇄를 하여도 배선 두께를 증가시키면서 배선의 폭을 감소시켜 미세배선을 얻을 수 있는 데에는 한계가 있다.
이를 해결하는 한 방식으로 잉크젯 헤드와 이에 마주하는 동박적층판 사이에 전압을 가하여 발생하는 정전기력을 이용함으로써 다양한 기판에 회로 배선폭이 감소된 미세패턴을 얻을 수 있게 된다.
그런데, 하나의 잉크젯 헤드에 한 종류의 도전성 잉크를 가지므로 동시에 여러 개의 인쇄회로 패턴에 적용되기 위해서는 이를 어레이로 사용하여야 한다.
그러나, 단순히 어레이로 배열된 멀티형태의 잉크젯 헤드의 집합에서는 노즐간 이격 거리 문제와 전압을 가하기 위한 연결단자나 공통 접지 장치가 용이하지 않은 문제점이 있게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로,정전기력을 이용하여 도전성 잉크를 토출하는 잉크젯 헤드 노즐의 배치를 매트릭스 형태로 배치하고 전극과 잉크 공급 챔버와 전원이 가해지는 다수의 전극을 하나의 시스템에 일체로 결합시킴으로써 노즐 간의 거리를 감소시킴으로써 미세하게 회로 배선폭이 감소된 인쇄 회로패턴을 얻을 수 있도록 하는 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 기판과 잉크젯 헤드 사이에 발생되는 정전기력을 집중시켜서 발생시킴으로써 미세하게 회로 배선폭이 감소된 인쇄 회로패턴을 얻을 수 있도록 한 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템은, 도전성 금속 입자를 포함하는 액상 잉크를 정전기력에 의하여 토출하여 기판의 인쇄 패턴으로 인쇄하는 정전기력을 이용한 도전성 액체 토출 시스템에 있어서, 다수의 토출 노즐구를 매트릭스 형태로 구비하는 노즐층, 상기 노즐층 아래에서 위치하여 상기 토출 노즐구에 대응하는 위치에서 통공이 형성되며 상기 시스템에 공통 접지를 제공하는 공통 접지 전극층, 상기 노즐층과 상기 공통 접지 전극층 사이에 전기적 절연을 제공하는 절연층, 상기 노즐층의 다수의 토출 노즐구로 액상 잉크를 공급하기 위하여 임시 저장하는 절연체로 이루어진 다수의 실린더형 공간을 구비하는 잉크 저장층, 상기 잉크 저장층 상부로 잉크를 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 잉크 공급 채널이 구비되며, 잉크 공급 펌프의 제어에 따라 상기 잉크 공급 채널의 공급 통공을 통하여 하부의 잉크 저장층의 다수의 실린더형 공간으로 액상 잉크를 연속적으로 공급하도록 절연체로 이루어진 잉크 공급층, 상기 잉크 공급층과 상기 잉크 저장층을 관통하여 상기 노즐층의 각각의 토출 노즐구들 바로 위까지 연장되고 상기 공통 접지 전극층에 대하여 정전기력이 형성되도록 양극이 연결되는 다수의 전극들, 및 상기 다수의 전극들을 삽입하여 수용하기 위한 다수의 전극 삽입공을 구비하며 상기 잉크 공급층 위에 위치하는 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템에 있어서, 상기 다수의 전극 단부는 상기 토출 노즐구 쪽으로 뾰족하게 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템에 있어서, 상기 잉크 공급층의 잉크 공급 채널은 외부의 잉크 공급장치로부터 잉크 펌프의 제어에 따라 상기 시스템 내부로 인입되도록 곡선형의 유로를 형성하며, 상기 잉크 공급 채널의 공급 통공은 상기 잉크 공급 채널의 유로에 위치하는 동시에 상기 잉크 공급층을 관통하는 상기 다수의 전극이 통과하는 관통홀 각각의 주위에 하나씩 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템에 있어서, 상기 노즐층의 재질은 PDMS를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템에 있어서, 상기 전극층의 삽입된 다수의 전극에 계단파 전압이 가해지는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템에 있어서, 상기 잉크 공급 채널로 공급되는 액상 잉크는 각각 상이한 잉크를 흘려보내는 것을 특징으로 하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템은, 다수의 토출 노즐구를 매트릭스 형태로 구비하는 노즐층, 상기 노즐층 아래에서 상기 토출 노즐구에 대응하여 통공이 형성되며 공통 접지를 제공하는 공통 접지 전극층, 상기 노즐층과 상기 공통 접지 전극층 사이에 전기적 절연을 제공하는 절연층, 상기 토출 노즐구로 액상 잉크를 전달하는 실린더형 공간들을 구비하는 잉크 저장층, 잉크 공급 펌프의 제어에 따라 잉크 공급 채널에서 유입되는 액상 잉크를 공급 통공을 통하여 하부의 잉크 저장층으로 연속적으로 공급하는 잉크 공급층, 상기 잉크 공급층과 상기 잉크 저장층을 관통하여 상기 토출 노즐구들 바로 위까지 연장 삽입되어 상기 공통 접지 전극층에 대하여 정전기력이 형성되도록 양극이 연결되는 다수의 전극들, 상기 다수의 전극들을 삽입하여 수용하며 전압원을 연결하는 전극층, 및 상기 전극층에 연결되는 전압원과 상기 잉크 공급 펌프의 잉크량을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러는 비디오 모니터링 시스템을 포함하는 모니터링 시스템에 연동되어 감시되는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 헤드 노즐의 배치를 매트릭스 형태로 배치하고 전극과 잉크 공급 챔버와 전원이 가해지는 다수의 전극을 하나의 시스템에 일체로 결합시킴으로써 노즐 간의 거리를 감소시킴으로써 미세하게 회로 배선폭이 감소된 인쇄 회로패턴을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 인쇄비용 및 인쇄시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기판과 잉크젯 헤드 사이에 발생되는 정전기력을 집중시켜서 발생시킴으로써 미세하게 회로 배선폭이 감소된 인쇄 회로패턴을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 적용될 수 있는 액체는 잉크에 제한되지 않고 다양한 유체에 사용할 수 있으며, 매트릭스형 노즐은 전자회로인쇄, 이미지 프린팅, 바이오 응용 등에 널리 사용될 수 있다.
도1a 내지 도1e는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 사시도와 평면도 및 개략단면도이다.
도2는 본 발명에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 맨 아래에 위치하는 공통 접지 전극층의 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 절연층의 상세도이다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 노즐층의 상세도이다.
도5a 내지 도5d는 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 잉크 저장층의 상세도이다.
도6a 내지 도6d는 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 잉크 공급층의 상세도이다.
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 전극층의 상세도이다.
도8은 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 전극의 상세도이다.
≪도면의 주요부분에 대한 부호의 설명≫
10 : 공통접지 전극층 15 : 절연층
20 : 노즐층 22 : 노즐구
30 : 잉크 저장층 32 : 실린더형 공간
40 : 잉크 공급층 42 : 잉크 공급 채널
44 : 공급 통공 46 : 관통홀
50 : 전극층 60 : 전극
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 도면에 도시된 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도1a 내지 도1e는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 사시도와 평면도 및 개략단면도를 나타낸다.
도1a와 도1b는 본 발명에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템을 위에서 본 입체사시도와 아래에서 본 입체 사시도이다.
또한, 도1c는 본 발명에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템을 위에서 본 평면도이다.
그리고, 도1d는 상기 도1c에서 A-A선을 따라서 절단한 단면을 도시한 것이고, 도1e는 상기 도1c에서 B-B선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도1a 내지 도1e를 참조하면, 본 발명의 일시예에 따른 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템은 그 아래로부터 위쪽 방향으로 다수의 토출 노즐구를 매트릭스 형태로 구비하는 노즐층(20), 공통 접지 전극층(10), 잉크 저장층(30), 잉크 공급층(40), 전극층(50) 및 다수의 전극들(60)을 일체로 결합하여 이루어지는 것이다.
도1a 또는 도1b에 도시된 외관을 가지는 것으로 도전성 금속 입자를 포함하는 액상 잉크를 정전기력에 의하여 토출하여 기판의 인쇄 패턴으로 인쇄하는 도전성 액체 토출 시스템이다.
도1a, 도1b, 도1c에서와 도시된 바와 같이, 상기 도전성 액체 토출 시스템은 하부에 도전성 액체가 토출되는 구멍이 매트릭스 형상으로 배치되어 있으며, 이에 대응하여 상부에 전극들(60)이 매트릭스 형태로 상기 토출 시스템에 적용되어 있다.
노즐의 배치는 기존의 3x3 총 9개의 멀티 노즐 헤드에서 대각선 방향으로 사이사이 마다 각 1개씩 추가하여 노즐의 집적도를 높인 형태이다.
기존 가로와 세로 3개씩 배치된 형태에 가운데 노즐을 하나씩 배치함으로써 좀 더 조밀한 패턴을 인쇄할 수 있는 장점을 가지게 된다.
상기 노즐의 특징은 도전성 잉크가 한 방향으로 들어와서 반대방향 나갈 수 있게끔 설계되어 있고, 도전성 잉크가 챔버에 채워진 후 과잉공급을 막기 위한 기능을 위한 것이다.
도1d와 도1e를 참조하면, 상기 토출 시스템에서는 노즐층(20)에서 매트릭스 형태로 배치된 다수의 토출 노즐구(22)가 공통 접지 전극층(10)에 접합되어 있다.
상기 공통 접지 전극층(10)은 상기 노즐층(20) 아래에서 위치하여 상기 토출 노즐구(22)에 대응하는 위치에서 통공(12)이 형성되며 상기 토출 시스템에 공통 접지를 제공하게 된다.
또한, 노즐층(20) 위에 위치하는 잉크 저장층(30)은 상기 노즐층(20)의 다수의 토출 노즐구(22)로 공급되는 액상 잉크를 임시 저장한다.
그리고, 상기 잉크 저장층(30)은 전기장에 대한 간섭을 최소화하기 위해 절연체로 이루어진 다수의 실린더형 공간을 구비한다.
상기 잉크 저장층(30) 상부에는 상기 잉크 저장층(30)으로 잉크를 공급하는 잉크 공급층(40)이 위치한다.
상기 잉크 공급층(40)은 적어도 하나 이상의 잉크 공급 채널이 구비되며, 상기 잉크 공급층(40)으로 잉크 공급 펌프의 제어에 따라 외부 잉크가 공급된다.
또한, 상기 잉크 공급 채널의 공급 통공을 통하여 하부의 잉크 저장층(30)의 다수의 실린더형 공간으로 액상 잉크를 연속적으로 공급하게 된다.
이때, 다수의 전극들(60)이 상기 잉크 공급층(40)과 상기 잉크 저장층(30)을 관통하여 상기 노즐층(50)의 각각의 토출 노즐구(22)들 바로 위까지 연장된다.
상기 전극들(60)은 상기 잉크 공급층(40) 위에 위치하는 전극층(50)의 삽입공에 삽입되어 아래로 연장되며, 상기 공통 접지 전극층(10)에 대하여 정전기력이 형성되도록 양극 전원이 연결된다.
상기 다수의 전극(60)들과 아래에 위치하는 잉크 공급층(40) 사이에 전기적 절연을 위해서 상기 전극층(50)은 절연층으로 구성된다.
상기 양극 전원에 의하여 계단파 전압(step voltage)이 가해지면 상기 전극(60)과 공통 접지 전극층(10) 사이에 정전기력이 형성되고 이와 동시에 상기 노즐구(22)에서는 도전성 나노입자를 포함하는 액체가 액적을 형성하면서 아래로 토출하게 된다.
상기 계단파 전압은 도전성 액체에 전기력을 형성하는 오프셋 값을 가지고 있으며 피크값이 될 때 상기 도전성 액체로부터 액적이 형성된다.
도1a 내지 도1e에서 도시된 일실시예에 따른 토출 시스템과 같은 3ㅧ3매트릭스 타입의 노즐 시스템에서 헤드의 길이와 폭은 300㎛ 정도이고, 시스템의 길이는 380㎛정도이다.
상기 노즐 헤드의 길이와 폭은 매트릭스 배치에 따라 달라질 수 있으며, 노즐의 수가 증가함에 따라서 더 커지게 된다.
도2는 본 발명에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 맨 아래에 위치하는 공통 접지 전극층의 사시도이다.
도2를 참조하면, 공통접지 전극층(10)에 형성된 통공(12)들은 노즐층(20)의 노즐구(22)에 정렬되어 위치하게 된다.
상기 공통접지 전극층(10)은 최하위층으로서 음전극(Negative Electrode) 또는 그라운드(Ground force)의 역할을 담당하며 도체로 이루어져 있다.
연결 전위는 전극(60)과 반대되는 값으로써 모든 헤드에 같이 한 번에 인가되게끔 설계되어 있다.
최상위층의 전극 니들(60)과 함께 정전기력을 형성함으로써 미세 액적 토출의 원동력이 된다.
도2에 도시된 본 발명의 일실시예에서 공통접지 전극층(10)의 두께는 약 30㎛정도가 되고, 통공(12)의 직경은 약 35㎛ 정도가 된다.
상기 공통접지 전극층(10)은 본 발명에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템에 통합된 접지 연결을 제공한다.
상기 노즐구(22)들에 접지(ground)를 통합함으로써 낮은 전압값에서도 비교적 강력한 전기장을 형성할 수 있고 회로패턴이 인쇄될 타겟 기판에서 접지 연결을 할 필요가 없게 된다.
상기 공통접지 전극층(10)은 다수의 전극(60)들에 대하여 정전기력을 발생시키기 위하여 접지가 되는 층으로서 도전성 재료로 구성된다.
도3은 본 발명에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 절연층의 상세도이다.
상기 절연층(15)은 최하위층인 공통접지 전극층(10) 바로 위에 위치하는 층으로써 상기 공통접지 전극층(10)과 노즐층(20)의 잉크 토출구를 서로 이격시키기 위한 역할을 한다.
또한, 상기 절연층(15)의 두께를 조절함으로써 도전성 잉크에 미치는 정전기력의 영향과 토출특성을 조절할 수 있다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 노즐층의 상세도이다.
노즐구(22)는 잉크 토출구로서 절연체로 이루어져 있으며 토출을 위한 미세한 직경을 가진다.
미세한 직경의 작은 구멍들 사이로 바로 밑에 부착되는 공통접지 전극층(10)과 최상층인 전극(60) 사이에 형성되는 정전기력의 힘에 의해 도전성 잉크가 타깃인 기판 위에 렌딩(rending) 또는 부착하게 된다.
이때, 원하는 인쇄선폭에 따라서 각 토출구의 직경을 최적화할 수 있다.
도4를 참조하면, 상기 노즐층(20)은 토출 노즐구(22)가 14개 형성되어 있으며 상기 노즐구(22)의 직경은 30㎛정도이고, 상기 노즐구(22) 사이의 최소거리는 71.5㎛정도가 된다. 상기 노즐구(22)의 직경은 응용예에 따라서 달라질 수 있다.
각각의 노즐구(22)는 동시에 도전성 입자를 포함하는 하나의 액적(droplet)을 형성할 수 있다.
상기 노즐층(20)은 절연체로 이루어지고, 상기 절연체는 PDMS(polydimethylsiloxane) 또는 기타 다른 절연물질로 이루어진다.
실시예에 따라서는 상기 공통접지 전극층(10)의 접지 단자는 노즐층(20)에 통합되거나 타겟 기판의 아래에 위치하는 것도 가능하다.
도5a 내지 도5d는 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 잉크 저장층의 상세도이다.
도5a는 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 잉크 저장층의 사시도이고, 도5b는 평면도이고, 도5c는 도5b의 A-A선 단면도이고, 도5d는 도5b의 B-B선 단면도이다.
상기 도5a에 도시된 잉크 저장층(30)은 노즐층(20) 위에 위치하고, 상기 노즐층(20)의 다수의 토출 노즐구(22)로 공급되는 액상 잉크를 임시 저장한다.
상기 잉크 저장층(30)에는 도전성 나노 입자를 포함하는 액체가 전기장에 대한 간섭을 받는 것을 최소화하기 위해 절연체로 이루어진 다수의 실린더형 공간(32)을 구비한다.
상기 실린더형 공간(32) 각각에는 상부의 잉크 공급층(40)으로부터 공급되는 도전성 액상 잉크를 토출 노즐구(22)에서 액적으로 형성되어 토출되기 전에 임시저장하게 된다.
상기 잉크 저장층(30)은 도전성 잉크가 밖으로 토출되기 전 저장되는 잉크 챔버층이며 부도체이다.
각 챔버는 서로 독립적으로 분리되어 있으며 각 잉크 토출구와 연결되어 있고 원하는 잉크량에 따라 부피가 달라질 수 있도록 적정크기를 설계할 수 있다.
챔버 안에는 전극이 들어오고 그 높이는 정전기력의 세기에 따라 최적화된 높이를 갖게 된다.
도5a에 도시된 실시예에서, 상기 실린더형 공간(32)의 직경은 약 71.5㎛ 정도이고, 높이는 200 ㎛ 정도이며, 실시예에 따라서는 높이가 달라질 수 있다.
상기 실린더형 공간(32)에는 도전성 잉크를 저장하기도 하지만 토출 시스템의 다수의 전극(60)들을 수용하여 상기 노즐층(20)의 토출 노즐구(22) 로 정렬시키는 공간이 되기도 한다.
상기 잉크 저장층(30)의 상부에는 잉크 공급층(40)이 결합되어 도전성 잉크를 계속적으로 공급하게 된다.
도5c, 도5d는 챔버가 3개와 2개씩 보이는 횡단면을 나타낸 것으로, 각기 챔버들은 위에서 아래로 일직선으로 뚫려있다.
도6a 내지 도6d는 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 잉크 공급층의 상세도이다.
도6a는 잉크 공급층(40)의 상면을 나타내는 사시도이고, 도6b는 잉크 공급층(40)의 하면을 나타내는 사시도이고, 도6c는 잉크 공급층(40)의 평면도를 나타내며, 도6d는 도5c에서 A-A선 단면도이다.
상기 잉크 공급층(40)의 주된 목적은 상기 잉크 저장층(30)으로 도전성 액체를 연속적으로 공급하기 위한 것이다.
상기 잉크 공급층(40)에는 적어도 하나 이상의 잉크 공급 채널(42)이 구비되며, 잉크 공급 펌프(도시 안됨)의 제어에 따라 상기 잉크 공급 채널(42)의 공급 통공(44)을 통하여 하부의 잉크 저장층(30)의 다수의 실린더형 공간(32)으로 액상 잉크를 연속적으로 공급한다.
상기 잉크공급층(40)은 절연체(Insulate)로 이루어져 있으며 잉크를 공급하기 위한 여러 개의 공급 채널을 가지고 있다.
각 채널들은 홈이 파여져 있는 형태이며 나선형으로 지그재그 방식으로 흐르게 되어 있고 전극을 고정시키기 위한 구멍과는 분리되어 있으며 전극이 있는 옆에 잉크 공급구가 마련되어 있다.
잉크 공급구의 모양은 부채꼴 모양으로 각기 채널마다 세로방향으로 헤드의 잉크챔버에 잉크를 공급하게 된다.
도6a, 도6b, 도6c, 도6d를 참조하면, 상기 잉크 공급층(40)에 구비된 잉크 공급 채널(42)은 외부의 잉크 공급장치(도시안됨)로부터 잉크 펌프의 제어에 따라 상기 시스템 내부로 인입되도록 곡선형의 유로를 형성하며, 상기 잉크 공급 채널(42)의 공급 통공(44)은 상기 잉크 공급 채널(42)의 유로에 위치하는 동시에 상기 잉크 공급층(40)을 관통하는 상기 다수의 전극(60)들이 통과하는 관통홀(46) 각각의 주위에 하나씩 형성되어 상기 관통홀(46)과 상기 공급 통공(44)은 잉크 저장층(30)의 각각의 실린더형 공간(32)과 정렬된다.
또한, 상기 잉크 공급 채널(42) 각각으로 공급되는 액상 잉크는 각각 상이한 잉크를 흘려보내도록 하는 것도 가능하여, 타겟 기판에 인쇄 형성되는 부분마다 상이한 잉크로 패턴 인쇄를 가능하게 한다.
도6d에서 잉크공급채널의 단면도로 전극을 고정시키기 위한 구멍과 잉크 공급구는 완전히 밑으로 뚫려있는 형태이며 각기 채널은 잉크저장층(40)의 2/3정도 홈처럼 파여져 있는 형태이다.
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 전극층의 상세도이다.
도7에 도시된 전극층(50)은 상기 정전기력을 형성하는 다수의 전극(60)들을 삽입하여 고정하기 위한 것으로 상기 잉크 공급층(40)의 상부에 위치하고 있다.
도7을 참조하면, 상기 다수의 전극(60)들이 삽입하여 고정시키기 위한 것으로 다수의 삽입공(52)들이 상기 전극층(50)에 관통 형성되어 있다.
이때, 상기 전극층(50)은 상기 다수의 전극(60)들과 아래에 위치하는 잉크 공급층(40) 사이에 전기적 절연을 위해서 절연물질로 구성된다.
상기 전극(60)은 전압을 걸어줌으로써 헤드의 액적 토출부에 전기장(Electrostatic Field)을 형성하여 생긴 정전기력을 도전성 잉크에 가하여 가능한 한 최소의 크기로 토출하기 위한 것이다.
도7에 도시된 상기 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 전극층의 두께는 30㎛ 정도이고, 상기 삽입공(52)의 직경은 30㎛정도가 된다.
도8은 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템의 전극의 상세도이다.
상기 전극들(60)은 상기 잉크 공급층(40) 위에 위치하는 전극층(50)의 삽입공(52)에 삽입되어 아래로 연장되며, 상기 공통 접지 전극층(10)에 대하여 정전기력이 형성되도록 양극 전원이 연결된다.
상기 전극들(60)에 연결되는 양극 전원은 제어장치를 통하여 연결되며, 상기 양극 전원에 의하여 계단파 전압(step voltage)이 가해진다.
상기 계단파 전압이 가해지면 상기 전극(60)과 공통 접지 전극층(10) 사이에 정전기력이 형성되고 이와 동시에 상기 노즐구(22)에서는 도전성 나노입자를 포함하는 액체가 액적을 형성하면서 아래로 토출하게 된다.
상기 계단파 전압은 도전성 액체에 전기력을 형성하는 오프셋 값을 가지고 있으며 피크값이 될 때 상기 도전성 액체로부터 액적이 형성된다.
도8을 살펴보면, 상기 다수의 전극(60) 단부는 상기 토출 노즐구 쪽으로 뾰족하게 형성되어 가해지는 전압에 의한 전기장은 도전성 액체에 대해 더욱 강력해진다.
상기 전기장에 의해 형성되는 정전기력은 공기와 계면을 가지는 도전성 액체에 맥스웰 응력을 발생하게 되고, 상기 힘이 도전성 액체의 내부 인력과 표면장력을 초과하게 되면, 도전성 액체는 변형하게 된다.
상기 현상은 가해진 전기장을 계단파 전압에서 오프셋 값을 통하여 얻을 수 있다.
계단파 전압 피크값이 전극에 가해지면 도전성 액체가 변형되어 액적(droplet)이 형성된다.
여기에서, 상기 액적의 체적은 가해진 계단파 전압의 피크값에 따라 달라지며, 전압 피크값이 클수록 액적의 크기는 더욱 미세해지게 된다.
또한, 액적 형성은 전극을 통해서 도전성 액체에 가해진 전압 피크의 주파수에 의존하기도 한다.
상기 전극(60)들은 양극처리(anodizing) 또는 식각 처리에 의하여 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 매트릭스형 정전기력을 이용한 도전성 액체 토출 시스템은 MEMS 방법으로 용이하게 제조될 수 있으며, 모든 층은 식각 과정을 통해서 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 매트릭스형 정전기력을 이용한 도전성 액체 토출 시스템은 상기 다수 전극들(60)에 연결되는 전압원과 상기 잉크 공급 펌프의 잉크량을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는 각각의 노즐을 제어하여 토출 메커니즘을 구현하는 컨트롤러 소프트웨어에 의하여 작동될 수 있다.
특히, 토출 메커니즘에서 액적 형성 파라미터는 상기 컨트롤러의 성능에 따라 조정될 수 있고, 이때 상기 컨트롤러는 비디오 모니터링 시스템을 포함하는 모니터링 시스템에 연동되어 모니터될 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (8)

  1. 도전성 금속 입자를 포함하는 액상 잉크를 정전기력에 의하여 토출하여 기판의 인쇄 패턴으로 인쇄하는 정전기력을 이용한 도전성 액체 토출 시스템에 있어서,
    다수의 토출 노즐구를 매트릭스 형태로 구비하는 노즐층;
    상기 노즐층 아래에서 위치하여 상기 토출 노즐구에 대응하는 위치에서 통공이 형성되며 상기 시스템에 공통 접지를 제공하는 공통 접지 전극층;
    상기 노즐층과 상기 공통 접지 전극층 사이에 전기적 절연을 제공하는 절연층;
    상기 노즐층의 다수의 토출 노즐구로 액상 잉크를 공급하기 위하여 임시 저장하는 절연체로 이루어진 다수의 실린더형 공간을 구비하는 잉크 저장층;
    상기 잉크 저장층 상부로 잉크를 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 잉크 공급 채널이 구비되며, 잉크 공급 펌프의 제어에 따라 상기 잉크 공급 채널의 공급 통공을 통하여 하부의 잉크 저장층의 다수의 실린더형 공간로 액상 잉크를 연속적으로 공급하도록 절연체로 이루어진 잉크 공급층;
    상기 잉크 공급층과 상기 잉크 저장층을 관통하여 상기 노즐층의 각각의 토출 노즐구들 바로 위까지 연장되고 상기 공통 접지 전극층에 대하여 정전기력이 형성되도록 양극이 연결되는 다수의 전극들; 및
    상기 다수의 전극들을 삽입하여 수용하기 위한 다수의 전극 삽입공을 구비하며 상기 잉크 공급층 위에 위치하는 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 전극 단부는 상기 토출 노즐구 쪽으로 뾰족하게 형성된 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크 공급층의 잉크 공급 채널은 외부의 잉크 공급장치로부터 잉크 펌프의 제어에 따라 상기 시스템 내부로 인입되도록 곡선형의 유로를 형성하며, 상기 잉크 공급 채널의 공급 통공은 상기 잉크 공급 채널의 유로에 위치하는 동시에 상기 잉크 공급층을 관통하는 상기 다수의 전극이 통과하는 관통홀 각각의 주위에 하나씩 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐층의 재질은 PDMS를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극층에 삽입된 다수의 전극에 계단파 전압이 가해지는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크 공급 채널로 공급되는 액상 잉크는 각각 상이한 잉크를 흘려보내는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템.
  7. 다수의 토출 노즐구를 매트릭스 형태로 구비하는 노즐층;
    상기 노즐층 아래에서 상기 토출 노즐구에 대응하여 통공이 형성되며 공통 접지를 제공하는 공통 접지 전극층;
    상기 노즐층과 상기 공통 접지 전극층 사이에 전기적 절연을 제공하는 절연층;
    상기 토출 노즐구로 액상 잉크를 전달하는 실린더형 공간들을 구비하는 잉크 저장층;
    잉크 공급 펌프의 제어에 따라 잉크 공급 채널에서 유입되는 액상 잉크를 공급 통공을 통하여 하부의 잉크 저장층으로 연속적으로 공급하는 잉크 공급층;
    상기 잉크 공급층과 상기 잉크 저장층을 관통하여 상기 토출 노즐구들 바로 위까지 연장 삽입되어 상기 공통 접지 전극층에 대하여 정전기력이 형성되도록 양극이 연결되는 다수의 전극들;
    상기 다수의 전극들을 삽입하여 수용하며 전압원을 연결하는 전극층; 및
    상기 다수의 전극들에 연결되는 전압원과 상기 잉크 공급 펌프의 잉크량을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 비디오 모니터링 시스템을 포함하는 모니터링 시스템에 연동되어 모니터되는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템.
KR1020080071938A 2008-07-23 2008-07-23 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템 KR100915376B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080071938A KR100915376B1 (ko) 2008-07-23 2008-07-23 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080071938A KR100915376B1 (ko) 2008-07-23 2008-07-23 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100915376B1 true KR100915376B1 (ko) 2009-09-03

Family

ID=41355304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080071938A KR100915376B1 (ko) 2008-07-23 2008-07-23 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100915376B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170050435A1 (en) * 2015-08-18 2017-02-23 Boe Technology Group Co., Ltd. Inkjet printing device and method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004106323A (ja) * 2002-09-18 2004-04-08 Fuji Photo Film Co Ltd インクジェット記録装置、インクジェット記録方法およびインクジェット記録装置の記録ヘッド洗浄方法
JP2005047085A (ja) * 2003-07-31 2005-02-24 Fuji Photo Film Co Ltd 液体吐出ヘッドおよび液体ガイドの製造方法
KR100596200B1 (ko) * 2005-02-21 2006-07-04 건국대학교 산학협력단 정전기장을 이용한 액적분사 장치 및 그 방법
JP2006335038A (ja) * 2005-06-06 2006-12-14 Fujifilm Holdings Corp 液体吐出ヘッド

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004106323A (ja) * 2002-09-18 2004-04-08 Fuji Photo Film Co Ltd インクジェット記録装置、インクジェット記録方法およびインクジェット記録装置の記録ヘッド洗浄方法
JP2005047085A (ja) * 2003-07-31 2005-02-24 Fuji Photo Film Co Ltd 液体吐出ヘッドおよび液体ガイドの製造方法
KR100596200B1 (ko) * 2005-02-21 2006-07-04 건국대학교 산학협력단 정전기장을 이용한 액적분사 장치 및 그 방법
JP2006335038A (ja) * 2005-06-06 2006-12-14 Fujifilm Holdings Corp 液体吐出ヘッド

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170050435A1 (en) * 2015-08-18 2017-02-23 Boe Technology Group Co., Ltd. Inkjet printing device and method
US9873254B2 (en) * 2015-08-18 2018-01-23 Boe Technology Group Co., Ltd. Inkjet printing device and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1976355B1 (en) Method for connecting two objects electrically
KR100915377B1 (ko) 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템
JP2006175869A (ja) プリント回路基板およびスクリーン印刷圧電物質における微小流体に基づいた低価格の圧電プリントヘッド
US6471342B1 (en) Ink-jet head
US7824012B2 (en) Ink jet recording head wiring pattern
JP7220928B2 (ja) 誘導電気水力学ジェットプリンティング装置
CN1922021A (zh) 流体喷射装置
US7682000B2 (en) Piezoelectric actuator, liquid transporting apparatus and method of producing piezoelectric actuator
US20090167821A1 (en) Liquid Droplet Jetting Head
US20120291702A1 (en) Electrospray emitter and method of manufacture
KR100915376B1 (ko) 정전기력을 이용한 매트릭스형 도전성 액체 토출 시스템
US7036916B2 (en) Ink-jet head system
JP5034593B2 (ja) 駆動回路付き配線基板の構造および液滴吐出ヘッド
US8083331B2 (en) Piezoelectric actuator, liquid ejection head, and method for manufacturing piezoelectric actuator
US20070248798A1 (en) Circuit board manufacturing process, circuit board manufactured by the process, and circuit board manufacturing apparatus
US20040183859A1 (en) Ink-jet head unit
KR100926495B1 (ko) 정전기력을 이용한 회로 배선 인쇄용 잉크젯 헤드 및 그제조방법
KR20100133065A (ko) 드롭-온-디맨드(ｄｒｏ ｐ ｏｎ ｄｅｍａｎｄ) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 및 그 제조 방법
JP2008238413A (ja) 液体噴射ヘッド用配線部材、及び、液体噴射ヘッド
KR101231039B1 (ko) 유체 순환형 정전기력 잉크젯 노즐
KR101191284B1 (ko) 유체 순환형 정전기력 잉크젯 노즐
JP2006073561A (ja) 回路基板
KR101139472B1 (ko) 잉크젯 헤더
JP4639782B2 (ja) 液体噴射ヘッド
JP2007190740A (ja) 液滴噴射装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120702

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130917

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140923

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150826

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160829

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170824

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180731

Year of fee payment: 10