KR100919411B1 - Apparatus for printing electrohydrodynamic and method thereof - Google Patents
Apparatus for printing electrohydrodynamic and method thereofInfo
- Publication number
- KR100919411B1 KR100919411B1 KR1020080038683A KR20080038683A KR100919411B1 KR 100919411 B1 KR100919411 B1 KR 100919411B1 KR 1020080038683 A KR1020080038683 A KR 1020080038683A KR 20080038683 A KR20080038683 A KR 20080038683A KR 100919411 B1 KR100919411 B1 KR 100919411B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nozzle
- unit
- chamber
- fluid
- upper electrode
- Prior art date
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
- B41J2/015—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
- B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
- B41J2/04501—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
-
- 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
- B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
- B41J2/04501—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
- B41J2/04583—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits controlling heads based on discharge by lowering the surface tension of meniscus
-
- 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
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14314—Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane
-
- 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
- B41J2002/061—Ejection by electric field of ink or of toner particles contained in ink
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 전도성 라인형성을 위한 전기수력학(electrohydrodynamic) 프린팅 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 멤스(Micro Electro Mechanical System; 이하 'MEMS'라 함)기반 기술을 이용하여 전기수력학 렌즈(electrohydrodynamic lens;전극)를 노즐과 일체형으로 구성함으로써 접지전극(ground electrode)의 사용 없이 마이크로 크기의 미세한 전도성 라인의 패턴을 형성할 수 있는 전기수력학 프린팅 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrohydrodynamic printing apparatus and method for forming conductive lines, and more particularly, to an electrohydrodynamic lens using a MEMS-based technology. The present invention relates to an electro-hydraulic printing apparatus and method capable of forming a pattern of micro-sized fine conductive lines without using a ground electrode.
일반적으로 전기수력학(electrohydrodynamic) 프린팅 장치는 핀 형태의 노즐과 핀 형태 혹은 평판 형태의 접지전극(ground electrode)으로 구성되어 있으며 노즐과 접지전극 사이에 전압을 인가하여 생기는 전위차(potential difference)를 이용하여 프린팅을 실시하는 장치이다.In general, an electrohydrodynamic printing apparatus is composed of a nozzle in the form of a pin and a ground electrode in the form of a pin or a plate, and uses a potential difference generated by applying a voltage between the nozzle and the ground electrode. Is a device for printing.
이러한 전기수력학 프린팅 장치와 관련된 종래의 기술로는 한국특허 제10-0800321호(명칭: "렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 장치 및 방법")가 공개되어 있으며, 도 1에 예시되어 있다.Korean Patent No. 10-0800321 (name: "electro-hydraulic printing apparatus and method using a lens") is disclosed as a related art related to the electro-hydraulic printing apparatus, and is illustrated in FIG. 1.
도 1에 도시된 바에 의하면, 종래의 전기수력학 프린팅 장치는 액체 공급부(1), 전기수력학 렌즈(2), 스테이지부(3), 제어부(미도시), 전원공급장치(4), 기판(5), 노즐(6), 시린지 펌프(7)로 구성된다.As shown in FIG. 1, a conventional electrohydraulic printing apparatus includes a liquid supply unit 1, an electrohydraulic lens 2, a stage unit 3, a control unit (not shown), a power supply unit 4, a substrate (5), the nozzle 6, and the syringe pump (7).
액체 공급부(1)는 전도성 액체를 일정한 수력학적 압력(hydrodynamic pressure)으로 분무하는 노즐(6)을 구비하고 있다. 또한 상기 액체공급부(1)는 시린지 펌프(7)를 사용하여 상기 노즐(6)로 전도성 액체를 공급한다. The liquid supply 1 has a nozzle 6 for spraying a conductive liquid at a constant hydrodynamic pressure. In addition, the liquid supply unit 1 supplies the conductive liquid to the nozzle 6 using the syringe pump 7.
전기수력학 렌즈(2)는 상기 노즐(6)로부터 이격된 거리에 위치하며 일정한 높이를 가지고 있다. 또한 상기 전기수력학 렌즈(2)는 상기 노즐(6)로부터 분무되는 용액을 원뿔형 액주모드(corn jet mode)로 만들어 주기 위해 상기 노즐(6)과 상기 기판(5) 사이에 위치한다.The electrohydraulic lens 2 is located at a distance from the nozzle 6 and has a constant height. The electrohydraulic lens 2 is also located between the nozzle 6 and the substrate 5 to make the solution sprayed from the nozzle 6 into a cone jet mode.
스테이지부(3)는 상기 기판(5)의 하부에 위치하여 기판(5)을 유지하면서 제어부에 입력된 패턴대로 전도성 라인이 형성되도록 기판을 정밀하게 이동시킨다. 상기 스테이지부(3)는 x-y 두 축의 스테이지로 형성되어 디지털 컨트롤이 가능한 제어부의 명령에 따라 액체를 기판에 패터닝할 수 있도록 구성된다.The stage 3 is positioned below the substrate 5 to precisely move the substrate so that the conductive lines are formed in a pattern input to the controller while maintaining the substrate 5. The stage part 3 is formed as a stage of two axes x-y so that the liquid can be patterned on the substrate according to a command of a controller capable of digital control.
전원공급장치(4)는 상기 노즐(6)과 전기수력학 렌즈(2)에 연결되어 그 각각에 전압을 인가한다.The power supply 4 is connected to the nozzle 6 and the electrohydraulic lens 2 to apply a voltage to each of them.
이와 같이 구성된 종래의 전기수력학 프린팅 장치는 전압공급장치(4)에 의해 노즐(6)과 전기수력학 렌즈(2)에 각각 전압이 인가되게 되면 노즐(6) 끝단의 액적(meniscus)의 모양이 변형되게 되고 이때 발생하는 젯(jet)이 기판(5)에 입력된 형태의 패턴을 형성하게 된다.The conventional electrohydraulic printing apparatus configured as described above has a shape of droplets (meniscus) at the end of the nozzle (6) when voltage is applied to the nozzle (6) and the electrohydraulic lens (2) by the voltage supply device (4). This deforms and a jet generated at this time forms a pattern of a form input to the substrate 5.
상기와 같은 종래 전기수력학 프린팅 장치는 노즐(6)과 전기수력학 렌즈(2: electrohydrodynamic lens)에 같은 크기의 양(+)전압을 인가해야 한다. 하지만 이 경우 전기수력학 렌즈는 단순히 젯의 이동 경로와 프린팅 위치에 영향을 줄 뿐 전기수력학 프린팅의 기본원리인 전기장 형성에는 도움이 되지 않는다. 그리고 기판의 하부 어딘가에 접지전극(ground position)이 존재할 것이라는 가정하에 전압을 인가하기 때문에 접지전극이 기판 하부에 일정거리로 존재할 때보다 에너지 소비가 증가하게 된다. The conventional electrohydraulic printing apparatus needs to apply positive voltage of the same magnitude to the nozzle 6 and the electrohydrodynamic lens (2). In this case, however, the electrohydraulic lens simply affects the jet's path and printing position, and does not help form the electric field, which is the basic principle of electrohydraulic printing. Since a voltage is applied under the assumption that there is a ground electrode somewhere in the lower part of the substrate, the energy consumption is increased than when the ground electrode is disposed at a certain distance below the substrate.
또한 상기와 같은 종래의 전기수력학 프린팅 장치는 양(+)전극과 접지전극 사이에 기판이 위치하기 때문에 그 중간에 위치되는 기판(substrate)의 두께, 절연도 및 기타 물질의 특성에 의하여 전기장의 형태가 변하게 되어 원하는 위치에 액적을 프린팅할 수 없는 문제가 발생하게 되어, 안정된 상태에서 연속적으로 프린팅이 실시될 수 없는 문제점이 있었다.In addition, in the conventional electro-hydraulic printing device, since the substrate is positioned between the positive electrode and the ground electrode, the thickness of the substrate, the degree of insulation, and the characteristics of other materials may be used. There is a problem that the shape is changed and the droplet can not be printed in the desired position, the printing cannot be carried out continuously in a stable state.
즉, 상기 도 1과 같은 구성의 종래의 전기수력학 기술을 이용하여 프린팅을 실시할 경우에는 다음의 문제점들이 우선적으로 해결되어야 한다.That is, when performing printing using the conventional electrohydraulic technique of the configuration as shown in FIG. 1, the following problems should be solved first.
첫째, 노즐(6)이 핀 형태로 구성되어 있기 때문에 대면적 프린팅이 어렵고, 노즐(6) 끝단에서의 전도성 액체와 노즐(6)과의 접촉면적(contact area)이 작아서 액적(meniscus)의 흔들림이 발생할 수 있어 액적의 형상이 안정화되기 어렵고, 따라서 원하는 패턴의 형태를 정확하게 프린팅할 수 없게 된다. First, since the nozzle 6 is configured in the form of a pin, it is difficult to print a large area, and a small contact area between the conductive liquid and the nozzle 6 at the tip of the nozzle 6 is small, causing shaking of the meniscus. This may occur so that the shape of the droplets is difficult to stabilize, thus making it impossible to accurately print the shape of the desired pattern.
둘째, 접지전극(ground electrode)을 사용할 경우 노즐과 접지전극 사이에 위치하는 기판의 재질 및 형상에 따라 전기장의 형태가 변하기 때문에 패턴 간 오차가 발생하게 된다.Second, when the ground electrode is used, an error between patterns occurs because the shape of the electric field varies depending on the material and shape of the substrate positioned between the nozzle and the ground electrode.
한편, 멤스(MEMS)기반 기술을 이용하여 제작되는 노즐은 제조 공정상의 이점으로 인하여 노즐 배열(nozzle array)이 쉽고 일괄생산(batch fabrication)이 가능할 뿐만 아니라 소형화(miniaturization) 할 수 있다는 장점을 지닌다.On the other hand, nozzles manufactured using MEMS-based technology have advantages in that the nozzle array is easy, batch fabrication is possible, and miniaturization is possible due to advantages in the manufacturing process.
상기 멤스 기반 기술과 관련된 종래 다른 기술의 일예로는 한국특허 제10-0596200호(명칭: "정전기장을 이용한 액적분사장치 및 방법")가 공개되어 있으며, 도 2에 예시되어 있다.As another example of the conventional technology related to the MEMS-based technology, Korean Patent No. 10-0596200 (name: "dropping device and method using an electrostatic field") is disclosed and illustrated in FIG.
도 2에 도시된 바에 의하면, 정전기장을 이용한 액적분사장치는 전기수력학 노즐(미도시)이 멤스 기반 기술로 제작된 노즐배열(nozzle array)로 이루어지며, 몸체(11), 챔버(12), 엑추에이터(13), 노즐(14), 기둥형 부재(15), 제어부(16) 및 전원부(17)로 구성되고, 상기 엑추에이터(13)는 N-1개의 전극(13a)과 상기 각각의 전극 사이에 결합되는 N개의 절연층(13b)이 상호 교대로 적층되어 구성된다.As shown in FIG. 2, the droplet injection device using the electrostatic field is formed of a nozzle array in which an electrohydraulic nozzle (not shown) is manufactured by MEMS-based technology, and includes a body 11 and a chamber 12. And an actuator (13), a nozzle (14), a columnar member (15), a control unit (16), and a power supply unit (17), and the actuator (13) comprises N-1 electrodes (13a) and the respective electrodes. N insulating layers 13b bonded between the layers are alternately stacked.
그러나, 이와 같은 종래의 구성에서는 액추에이터가 N-1개의 전극(electrode)을 층으로 구성해야 하기 때문에 제조공정이 복잡해지는 단점이 있게 되며, 또한 액적(droplet)의 분사를 목적으로 하기 때문에 원뿔형 액주모드가 형성되지 않게 되고, 따라서 노즐크기보다 작은 크기의 액적을 발생시키지 못하게 되는 등의 문제점이 있었다. However, this conventional configuration has a disadvantage in that the manufacturing process is complicated because the actuator must be composed of N-1 electrodes in layers, and conical liquid injection mode is used for the purpose of spraying droplets. Is not formed, and thus there is a problem that it is impossible to generate droplets of a size smaller than the nozzle size.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 노즐을 전극과 일체로 형성함으로써 별도의 접지전극(ground electrode)을 사용하지 않고도 전기수력학 프린팅이 가능하도록 하여 프린팅 기판(substrate)의 재질이나 형상에 영향을 받지 않고 정확한 패턴 형태의 전도성 라인을 형성할 수 있는 전기수력학 프린팅장치 및 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention, by forming a nozzle integrally with the electrode to enable electro-hydraulic printing without the use of a separate ground electrode to affect the material or shape of the substrate (substrate) It is to provide an electro-hydraulic printing apparatus and method capable of forming conductive lines in a precise pattern form without being received.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 메니스커스(meniscus)의 크기를 줄여 더욱 더 미세하고 균일한 크기의 액적(droplet)을 원하는 기판 위치에 오차없이 부착시킬 수 있는 단위 노즐을 구비한 전기수력학 프린팅장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to reduce the size of the meniscus (meniscus) having a unit nozzle capable of attaching droplets of even finer and more uniform size to the desired substrate position without error An electrohydraulic printing apparatus and method are provided.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 노즐 배열 및 각각의 단위 노즐에 차등 전압을 인가하여 온-오프(on-off) 가능하게 함으로써 한 번의 프린팅으로 복잡한 형상의 전도성 라인을 구현할 수 있도록 한 전기수력학 프린팅장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to enable on-off by applying a differential voltage to the nozzle array and each unit nozzle to realize a conductive line having a complex shape in one printing. An electrohydraulic printing apparatus and method are provided.
본 발명에 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 챔버(reservoir) 위에 부착된 압전체(piezo electric material)를 이용하여 DOD(drop on demend) 형태의 방법으로 전도성 라인 및 일정한 간격(마이크로 단위)의 액적(droplet) 프린팅이 가능하도록 하는 전기수력학 프린팅장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is a drop on demend (DOD) method using a piezo electric material attached to a chamber (dropzode) in the form of conductive lines and a certain interval (microns) droplets (droplet) It is to provide an electro-hydraulic printing apparatus and method for enabling printing.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 전기수력학 프린팅 장치에 있어서, 실리콘 기판의 상부에 적층되며 몸체의 내부에 소정 공간을 갖도록 형성되고 유체를 일정량 수용하는 챔버; 상면에 상부전극이 패터닝되고 노즐공이 형성된 실리콘 기판과, 상부전극에 대응하는 패턴의 하부전극이 하면에 형성되고 노즐공이 형성되며 상기 실리콘 기판의 하면에 적층되는 절연체로 구성되는 노즐; 상기 노즐의 상부전극과 하부전극에 노즐 구동 전압을 공급하는 전원장치; 상기 전원장치로부터 상기 상부전극과 하부전극에 각각 인가되는 전압을 제어하는 제어장치; 상기 챔버의 일측에 결합되어 그 내부 공간으로 도전성 유체를 공급하는 유체공급장치을 구비한 전기수력학 프린팅장치이다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, an electro-hydraulic printing apparatus, comprising: a chamber stacked on top of a silicon substrate and formed to have a predetermined space inside the body and containing a predetermined amount of fluid; A nozzle comprising a silicon substrate having an upper electrode patterned on an upper surface and a nozzle hole formed therein, and an insulator formed on a lower surface of a lower electrode having a pattern corresponding to the upper electrode, a nozzle hole being formed on the lower surface of the silicon substrate; A power supply unit supplying a nozzle driving voltage to the upper electrode and the lower electrode of the nozzle; A control device for controlling a voltage applied from the power supply device to the upper electrode and the lower electrode, respectively; It is coupled to one side of the chamber is an electro-hydraulic printing device having a fluid supply device for supplying a conductive fluid to the interior space.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 챔버의 상방에 위치하며 상기 노즐에 원하는 크기의 액적을 형성시키기 위한 주파수 조절이 가능하게 하는 압전체;를 더 포함하는 전기수력학 프린팅장치이다. According to another embodiment of the present invention for achieving the above object, a piezoelectric element located above the chamber and enabling the frequency control for forming a droplet of a desired size in the nozzle; electro-hydraulic printing further comprising Device.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 챔버 내부의 노즐 상방에 설치되며, 챔버 내부의 유체를 가열하여 상기 노즐에 원하는 크기의 액적을 형성시키기 위한 버블 발생을 위한 히터;를 더 포함하는 전기수력학 프린팅장치이다.According to another embodiment of the present invention for achieving the above object, a heater for generating bubbles for forming a droplet of a desired size in the nozzle by heating the fluid inside the chamber is installed above the nozzle inside the chamber It is an electro-hydraulic printing device further comprising.
상기 실리콘 기판에 형성되는 노즐은 메니스커스(meniscus)가 맺힐 수 있는 다수 개의 단위 노즐이 연달아 배열되어 이루어진 노즐 조립체로서, 이러한 노즐 조립체는 다수 개의 단위 노즐을 한 몸체에 구비할 수 있으며, 상기 각각의 단위 노즐에 인가되는 전위차가 서로 다르게 조절될 수 있다.The nozzle formed on the silicon substrate is a nozzle assembly in which a plurality of unit nozzles that can be formed by a meniscus are arranged in succession. Such a nozzle assembly may include a plurality of unit nozzles in one body, and each of The potential difference applied to the unit nozzle may be adjusted differently.
상기 하부 전극에는 낮은 전압에서 원뿔형 액주모드를 형성시키기 위한 전위차를 주기 위하여 상기 상부전극보다 낮은 전압이 인가될 수 있다.A lower voltage than the upper electrode may be applied to the lower electrode to give a potential difference for forming a conical liquid injection mode at a lower voltage.
상기 단위 노즐의 출구부분은 도전성 유체의 퍼짐현상을 방지하기 위하여 사각뿔 형상으로 형성될 수 있으며, 또는 소수성을 유지할 수 있도록 상기 단위 노즐의 출구부분에 코팅층이 더 형성될 수 있다.The outlet portion of the unit nozzle may be formed in a square pyramid shape to prevent the spreading of the conductive fluid, or a coating layer may be further formed on the outlet portion of the unit nozzle to maintain hydrophobicity.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상부전극과 노즐공을 형성한 실리콘 기판과, 상부전극에 대응하는 하부전극을 형성하고 전극 간 거리를 유지하는 절연체로 각각의 단위 노즐을 구성하고, 유체를 수용하는 챔버와, 챔버에 유체를 공급하는 유체공급장치, 및 각각의 단위 노즐에 전압을 공급하고 제어하는 전원장치 및 제어장치를 포함하는 장치에서의 전기수력학 프린팅방법에 있어서, (a) 챔버 내부에 도전성 유체를 수용하는 단계; (b) 노즐에 맺히는 메니스커스의 형태 및 분사되는 유체의 형태를 결정하기 위해 상기 전원장치와 제어장치를 통하여 상기 각각의 노즐의 상부전극과 하부전극에 인가되는 전압의 크기 및 시간 제어량을 설정하는 단계; (c) 상기 설정된 전압의 크기와 시간 제어량으로 상부전극과 하부전극에 전압을 인가하여 상기 각각의 노즐을 온/오프 제어하는 단계;를 포함하는 전기수력학 프린팅방법이다.According to another embodiment of the present invention for achieving the above object, each unit is formed of a silicon substrate formed with an upper electrode and a nozzle hole, and an insulator for forming a lower electrode corresponding to the upper electrode and maintaining the distance between the electrodes. An electrohydraulic printing method in a device comprising a chamber, the chamber containing the fluid, a fluid supply device for supplying fluid to the chamber, and a power supply and a control device for supplying and controlling voltage to each unit nozzle. A method comprising: (a) receiving a conductive fluid inside a chamber; (b) setting the magnitude and time control amount of the voltage applied to the upper electrode and the lower electrode of each nozzle through the power supply and the control device to determine the shape of the meniscus formed on the nozzle and the shape of the injected fluid; Making; (c) controlling the respective nozzles on / off by applying a voltage to the upper electrode and the lower electrode with the magnitude and time control amount of the set voltage.
상기 본 발명에 의한 전기수력학 프린팅방법은, 챔버의 상방에 압전체를 위치시켜 그 압전체에 의한 유체의 진동 조절을 통해 상기 각각의 노즐에 원하는 크기의 액적을 형성시키는 단계; 챔버의 내부 상방에 히터를 설치하여 유체의 가열에 의한 버블 발생량 조절을 통해 상기 각각의 노즐에 원하는 크기의 액적을 형성시키는 단계; 중의 허느 하나의 단계를 더 포함하여 구현될 수도 있을 것이다.The electro-hydraulic printing method according to the present invention comprises the steps of: placing a piezoelectric body above the chamber to form droplets of a desired size in each nozzle through vibration control of the fluid by the piezoelectric body; Installing a heater above the chamber to form droplets having a desired size in each nozzle through controlling the amount of bubble generation by heating the fluid; It may be implemented to further include any one step.
본 발명에 의하면, 상,하부 전극이 일체로 형성된 노즐을 이용하여 전기수력학 프린팅을 실시하게 되므로 접지전극이 필요하지 않게 되어 프린팅 기판의 재질이나 형상에 영향을 받지 않고 정확한 패턴의 전도성 라인을 형성할 수 있게 되는 이점이 있다.According to the present invention, electro-hydraulic printing is performed by using nozzles in which upper and lower electrodes are integrally formed, thus eliminating the need for a grounding electrode, thereby forming conductive lines having an accurate pattern without being affected by the material or shape of the printing substrate. There is an advantage to this.
또한 본 발명에 의하면, 노즐 배열 및 각각의 단위 노즐에 차등 전압을 인가하여 온-오프(on-off) 가능하게 함으로써 한 번의 프린팅으로 복잡한 패턴의 전도성 라인의 구현이 가능하고, 메니스커스의 크기를 줄여 더욱 더 미세하고 균일한 크기의 액적(droplet)을 원하는 기판 위치에 오차 없이 부착시킬 수 있게 된다. In addition, according to the present invention, by applying a differential voltage to the nozzle array and each unit nozzle to enable on-off, it is possible to implement a conductive pattern of a complex pattern in one printing, the size of the meniscus By reducing the size, droplets of finer and more uniform size can be attached to the desired substrate position without error.
도 1은 종래 기술에 의한 전기수력학 프린팅 장치의 구성을 예시한 도면이다1 is a diagram illustrating the configuration of an electrohydraulic printing apparatus according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 의한 정전기장을 이용한 액적분사장치의 구성을 예시한 도면이다.2 is a view illustrating a configuration of a droplet ejection apparatus using an electrostatic field according to the prior art.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기수력학 프린팅장치의 개략적인 구성을 예시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an electrohydraulic printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3에 예시된 단위 노즐이 다수 개 배열되어 노즐 조립체를 구성한 예를 도시한 사시도이다.4 is a perspective view illustrating an example in which a plurality of unit nozzles illustrated in FIG. 3 are arranged to constitute a nozzle assembly.
도 5a와 도 5b는 각각 도 4에 예시된 노즐 조립체의 평면도와 저면도이다.5A and 5B are top and bottom views, respectively, of the nozzle assembly illustrated in FIG. 4.
도 6는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기수력학 프린팅 장치에서 노즐의 내부에 코팅층이 형성된 예를 도시한 상세 단면도이다.6 is a detailed cross-sectional view showing an example in which a coating layer is formed inside the nozzle in the electrohydraulic printing apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기수력학 프린팅 장치에서 챔버의 상방에 압전체 또는 히터가 설치된 예를 각각 도시한 단면도들이다.7A and 7B are cross-sectional views illustrating examples in which a piezoelectric body or a heater is installed above the chamber in the electrohydraulic printing apparatus according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 챔버 110 : 상부전극100: chamber 110: upper electrode
120 : 실리콘 기판 121,121a,121b : 노즐공120: silicon substrate 121,121a, 121b: nozzle hole
130 : 절연체 140 : 하부전극130: insulator 140: lower electrode
150 : 제어장치 160 : 전원장치150: controller 160: power supply
170 : 유체공급장치 180 : 코팅층170: fluid supply device 180: coating layer
190 : 압전체 200 : 히터190: piezoelectric 200: heater
210 : 전기수력학 렌즈 220 : 기판210: electrohydrodynamic lens 220: substrate
300 : 노즐 300: nozzle
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기수력학 프린팅장치의 개략적인 구성을 예시한 단면도로서, 특히 젯(jet) 및 액적(droplet) 분사장치에서의 노즐을 발췌하여 상세 도시한 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an electrohydraulic printing apparatus according to an embodiment of the present invention. In particular, FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating in detail a nozzle of a jet and droplet injector.
도 4는 도 3에 예시된 단위 노즐이 다수 개 배열되어 노즐 조립체를 구성한 예를 도시한 사시도이고, 도 5a와 도 5b는 각각 도 4에 예시된 노즐 조립체의 평면도와 저면도이며, 도 6는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기수력학 프린팅 장치에서 노즐의 내면에 코팅층이 형성된 예를 도시한 상세 단면도이고, 도 7a와 도 7b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기수력학 프린팅 장치에서 챔버의 상방에 압전체 또는 히터가 설치된 예를 각각 도시한 단면도들이다.4 is a perspective view illustrating an example in which a plurality of unit nozzles illustrated in FIG. 3 are arranged to form a nozzle assembly, and FIGS. 5A and 5B are top and bottom views of the nozzle assembly illustrated in FIG. 4, respectively. 7 is a detailed cross-sectional view showing an example in which a coating layer is formed on an inner surface of a nozzle in an electrohydraulic printing apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 7A and 7B are chambers in an electrohydraulic printing apparatus according to another embodiment of the present invention. Fig. 2 is a cross-sectional view showing an example in which a piezoelectric body or a heater is installed above the.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 전기수력학 프린팅 장치는 MEMS 기반 기술에 의해 형성되는 전극(110,140)과 노즐공(121,121a,121b)을 갖는 노즐(300), 실리콘 기판의 상부에 적층되며 몸체의 내부에 소정 공간을 갖도록 형성되고 유체를 일정량 수용하는 챔버(100), 도전성 유체를 공급하는 유체공급장치(170), 각 전극에 전압을 공급하는 전원장치(160), 각 전극에 인가되는 전압을 제어하는 제어장치(150)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the electrohydraulic printing apparatus according to the present invention includes a nozzle 300 having electrodes 110 and 140 and nozzle holes 121, 121a and 121b formed by MEMS-based technology, on top of a silicon substrate. Stacked and formed to have a predetermined space inside the body, the chamber 100 for receiving a certain amount of fluid, the fluid supply device 170 for supplying a conductive fluid, the power supply unit 160 for supplying voltage to each electrode, each electrode It is configured to include a controller 150 for controlling the applied voltage.
상기 노즐(300)은 몸체 역할을 하는 실리콘 기판(120)과 전극간 거리유지를 위한 스페이서 역할을 하는 절연체(130)가 적층되어 이루어지고, 메니스커스(meniscus)가 맺힐 수 있는 노즐공(121a,121b)과 전압 인가를 위한 상, 하부전극(110,140)이 각각 형성되어 구성된다. 특히 상기 노즐(300)은 도 4에 도시된 바와 같이 메니스커스(meniscus)가 맺힐 수 있는 다수 개의 단위 노즐이 연달아 배열되어 이루어지는 노즐 조립체로 구성될 수 있게 되며, 이러한 노즐 조립체는 MEMS 기반으로 다수 개의 단위 노즐을 한 몸체에 형성하는 것이 바람직하다.The nozzle 300 is formed by stacking a silicon substrate 120 serving as a body and an insulator 130 serving as a spacer for maintaining a distance between electrodes, and a nozzle hole 121a to which a meniscus is formed. And 121b and upper and lower electrodes 110 and 140 for voltage application are formed. In particular, the nozzle 300 may be configured as a nozzle assembly in which a plurality of unit nozzles that can be formed by a meniscus can be arranged in succession, as shown in FIG. 4. It is preferable to form two unit nozzles in one body.
실리콘 기판(120)은 노즐(300)의 몸체 역할을 하며, 도 5a에 도시된 바와 같이 노즐 구동을 위한 전압이 인가되는 상부전극(110)이 형성되고, 상기 상부전극이 형성된 부위에는 기판 몸체를 관통하여 도전성 유체를 토출할 수 있는 노즐공(121a)이 형성된다. 이때 상기 노즐공(121a)의 출구부분은 도 5b에 도시된 바와 같이 도전성 유체의 퍼짐현상을 방지하기 위하여 사각뿔, 또는 원뿔 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.The silicon substrate 120 serves as a body of the nozzle 300, and as shown in FIG. 5A, an upper electrode 110 to which a voltage for driving the nozzle is applied is formed, and a substrate body is formed at a portion where the upper electrode is formed. A nozzle hole 121a through which the conductive fluid can be discharged is formed. At this time, the outlet portion of the nozzle hole (121a) is preferably formed in a square pyramid, or conical shape in order to prevent the spreading of the conductive fluid as shown in Figure 5b.
절연체(130)는 상기 실리콘 기판의 상부전극 형성면의 반대측에 적층되며, 도 5b에 도시된 바와 같이 상, 하부전극 간에 거리 유지를 위한 스페이서 역할의 몸체를 구성하여 그 몸체의 하면에 상기 상부전극에 대응하는 패턴의 하부전극(140)이 형성된다. 그리고, 상기 하부전극이 형성된 부위에는 몸체를 관통하는 노즐공(121b)이 형성된다. 이 노즐공(121b)은 실리콘 기판(120)의 노즐공(121a)에 대응되는 위치에 형성된다. 또한 이 노즐공(121b)은 상기 노즐공(121a)이 외부로 개방될 수 있도록 원형으로 형성되며, 도 5b에 도시된 바와 같이 두 노즐공(121a,121b)이 중첩되어 하나의 노즐공(121)이 형성되도록 구성한다. 상기 하부전극은 상부전극에 인가되는 전압과의 전위차 발생 및 액적과 젯의 프린팅 위치를 보정해주는 역할을 한다.The insulator 130 is stacked on the opposite side of the upper electrode forming surface of the silicon substrate, and as shown in FIG. 5B, a body serving as a spacer for maintaining a distance between upper and lower electrodes is formed, and the upper electrode is disposed on a lower surface of the body. A lower electrode 140 of a pattern corresponding to the second electrode 140 is formed. A nozzle hole 121b penetrating the body is formed in a portion where the lower electrode is formed. The nozzle hole 121b is formed at a position corresponding to the nozzle hole 121a of the silicon substrate 120. In addition, the nozzle hole (121b) is formed in a circular shape so that the nozzle hole (121a) can be opened to the outside, as shown in Figure 5b two nozzle holes (121a, 121b) overlap one nozzle hole (121) ) Is formed. The lower electrode serves to correct a potential difference between the voltage applied to the upper electrode and a printing position of the droplet and the jet.
상기와 같은 각각의 노즐은 도 6에 예시된 바와 같이 그 출구부분에 화학제의 코팅층(180)을 더 형성하여, 액적의 소수성(hydrophobic)을 유지할 수 있도록 구성되는 것도 좋을 것이다.Each nozzle as described above may be configured to maintain the hydrophobic (hydrophobic) of the droplet by further forming a coating layer 180 of the chemical at the outlet portion as illustrated in FIG.
챔버(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 도전성 유체를 수용하기 위한 다수의 내부 공간을 형성하여 상기 실리콘 기판(120)의 상부전극 형성면에 적층되며, 이로써 상기 상부전극에 인가되는 전압에 의해 도전성 유체가 하전될 수 있게 된다. 이 챔버(100)의 상방에는 피에조 물질(piezo electric material)로 이루어지는 압전체(190: 도 7a 참조)를 지지시켜 위치시킴으로써, 그 압전체(190)에 의한 유체의 진동조절을 통해 노즐의 출구에 원하는 크기의 액적을 형성시킬 수 있도록 구성하는 것도 가능하다. 또한 이 챔버(100)의 내부 상방에는 유체를 직접 또는 간접적으로 가열하여 유체 내부에 버블을 발생시킬 수 있는 히터(200: 도 7b 참조)를 설치함으로써, 그 히터의 동작에 의한 유체 내부의 버블량 조절을 통해 노즐의 출구에 원하는 크기의 액적을 형성시킬 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.As shown in FIG. 4, the chamber 100 forms a plurality of internal spaces for accommodating the conductive fluid and is stacked on the upper electrode forming surface of the silicon substrate 120, whereby the voltage is applied to the upper electrode. The conductive fluid can be charged. By placing the piezoelectric material 190 (see FIG. 7A) made of a piezo electric material above the chamber 100, the desired size at the outlet of the nozzle through vibration control of the fluid by the piezoelectric material 190 is achieved. It is also possible to configure so as to form droplets. In addition, by installing a heater 200 (see FIG. 7B) that can generate bubbles in the fluid by directly or indirectly heating the fluid above the chamber 100, the amount of bubbles in the fluid due to the operation of the heater is provided. It is also possible to configure it to form droplets of the desired size at the outlet of the nozzle through adjustment.
유체공급장치(170)는 상기 챔버(100)의 일측에 결합되어 챔버의 내부 공간으로 도전성 유체를 공급한다.The fluid supply device 170 is coupled to one side of the chamber 100 to supply a conductive fluid to the inner space of the chamber.
전원장치(160)는 상기 상부전극(110)과 하부전극(140)에 노즐 구동을 위한 전압을 공급한다.The power supply unit 160 supplies a voltage for driving the nozzle to the upper electrode 110 and the lower electrode 140.
제어장치(150)는 상기 전원장치(160)로부터 상부전극(110)과 하부전극(140)에 각각 인가되는 전압을 제어한다. 이 제어장치는 각 노즐의 전극에 인가되는 전위차가 서로 다르게 조절되도록 전원장치를 제어할 수 있게 되며, 특히 상기 하부전극에는 낮은 전압에서 원뿔형 액주모드를 형성시키기 위한 전위차를 주기 위하여 상기 상부전극보다 낮은 전압이 인가되도록 제어한다.The controller 150 controls voltages applied to the upper electrode 110 and the lower electrode 140 from the power supply device 160, respectively. The control device can control the power supply so that the potential difference applied to the electrodes of each nozzle is adjusted differently, and in particular, the lower electrode is lower than the upper electrode in order to give a potential difference for forming a conical liquid mode at a low voltage. Control to apply voltage.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의한 구성에서, 상기 챔버(100)의 노즐 상부에 도 7a에 도시된 바와 같이 유체의 진동으로 상기 노즐에 원하는 크기의 액적을 형성시키는 압전체(190)를 설치한다. 이 압전체(190)를 설치한 구성에서는 소정의 전기장을 인가한 후에 상기 압전체(190)를 구동시켜 유체에 진동이 유발되도록 함으로써, 상기 노즐의 메니스커스를 원하는 형태로 만들어 전기수력학 렌즈(210) 상의 원하는 위치로의 젯팅(jetting)이 정확하게 이루어질 수 있게 하는 것이 가능하게 되고, 반대로 상기 압전체(190)의 구동을 반대로 하게 되면 메니스커스의 형태가 효율적이지 못해 젯팅이 멈추게 된다. 따라서 이러한 압전체에 의한 유체의 진동을 이용하여 원하는 위치에 정확하게 액적을 떨어트리는 방식(Drop On Demand)의 전기수력학 프린팅을 구현할 수 있게 된다.On the other hand, in the configuration according to another embodiment of the present invention, a piezoelectric body 190 is formed on the nozzle of the chamber 100 to form droplets of a desired size in the nozzle by the vibration of the fluid as shown in Figure 7a. . In the configuration in which the piezoelectric body 190 is installed, after the predetermined electric field is applied, the piezoelectric body 190 is driven to cause vibration in the fluid, thereby making the meniscus of the nozzle into a desired shape and using the electrohydrodynamic lens 210. It is possible to accurately jetting to the desired position on the (), and conversely, if the driving of the piezoelectric body 190 is reversed, the jetting stops because the shape of the meniscus is not efficient. Therefore, it is possible to implement electro-hydraulic printing of the drop (Drop On Demand) method by accurately dropping the droplet to the desired position by using the vibration of the fluid by the piezoelectric body.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 구성에서, 상기 챔버(100) 내부의 노즐 상방에 도 7b에 도시된 바와 같이 유체의 가열에 의해 챔버 내부에 버블을 발생시킬 수 있는 히터(200)를 설치한다. 이 히터(200)를 설치한 구성에서는 히터 구동으로 챔버 내부의 유체를 가열하여 유체 사이에서 버블이 발생되도록 함으로써 상기 노즐의 메니스커스를 원하는 형태로 만들어 전기수력학 렌즈(210) 상의 원하는 위치로의 젯팅이 정확하게 이루어질 수 있게 하는 것이 가능하게 되고, 반대로 상기 히터(200)의 구동을 멈추게 되면 메니스커스의 형태가 효율적이지 못해 젯팅이 멈추게 된다. 따라서 이러한 히터에 의한 유체의 버블을 이용하여 원하는 위치에 정확하게 액적을 떨어트리는 방식(Drop On Demand)의 전기수력학 프린팅을 구현할 수 있게 된다.In addition, in the configuration according to another embodiment of the present invention, a heater 200 that can generate bubbles in the chamber by heating the fluid as shown in Figure 7b above the nozzle inside the chamber 100 Install. In the configuration in which the heater 200 is installed, the fluid inside the chamber is heated by driving the heater to generate bubbles between the fluids, thereby making the meniscus of the nozzle into a desired shape and moving it to a desired position on the electro-hydraulic lens 210. It is possible to make the jetting of the precisely, and on the contrary, when the driving of the heater 200 is stopped, the jetting stops because the shape of the meniscus is not efficient. Therefore, it is possible to implement electro-hydraulic printing of the drop (Drop On Demand) method by accurately dropping the droplet to the desired position by using the bubble of the fluid by the heater.
다음의 표 1은 도 3에 예시된 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전기수력학 프린팅 장치에서, 노즐(300)과 전기수력학 렌즈(210)와 기판(220)에 각각 다른 전압을 인가하여 원뿔형 액주모드를 형성할 수 있는 경우의 전압을 예시한 표이다.Table 1 shows conical shapes by applying different voltages to the nozzle 300, the electrohydrodynamic lens 210, and the substrate 220 in the electrohydraulic printing apparatus according to the preferred embodiment of the present invention illustrated in FIG. 3. It is a table exemplifying the voltage when the liquid pouring mode can be formed.
상기 표 1에 예시된 전압 예시표는 노즐(300)과 전기수력학 렌즈(210)와의 높이가 5mm이고 전기수력학 렌즈(210)와 기판(220)) 사이의 높이가 5cm로 설계된 경우의 전기수력학 프린팅 장치를 사용한 실험예를 도시하고 있다.The voltage example table illustrated in Table 1 is an electrohydraulic when the height between the nozzle 300 and the electrohydraulic lens 210 is 5 mm and the height between the electrohydraulic lens 210 and the substrate 220 is 5 cm. An experimental example using a printing apparatus is shown.
상기 표 1에 의하면 노즐(300)과 전기수력학렌즈(210)와 기판(220)에 각각 인가되는 전압에 의한 노즐과 전기수력학 렌즈 사이의 전위차가 (+,-), 또는 (-,+) 일 때 모두 원뿔형 액주모드가 형성될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 전기수력학 렌즈가 있으므로 원뿔형 액주가 발생되게 하는 전압을 낮출 수 있음을 알 수 있다.According to Table 1, the potential difference between the nozzle and the electrohydraulic lens due to the voltage applied to the nozzle 300, the electrohydraulic lens 210, and the substrate 220 is (+,-), or (-, + It can be seen that the conical liquid injection mode can be formed in both cases. In other words, it can be seen that since there is an electrohydraulic lens, the voltage for generating a conical liquid column can be reduced.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 의한 전기수력학 프린팅 장치에서의 프린팅 동작 및 그에 의한 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the printing operation in the electro-hydraulic printing apparatus according to the present invention configured as described above and the operation and effect by it as follows.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(120)의 상면에 원하는 패턴 형상으로 다수 개의 상부전극(110)을 패터닝한 후 그 각각의 상부전극 패턴의 단부에 몸체를 관통하는 노즐공(121a)을 형성한다. 이 노즐공(121a)은 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 원뿔형 또는 사각뿔형으로 형성하여 도전성 유체의 퍼짐현상을 방지할 수 있게 한다. 여기서, 상기 실리콘 기판(120)은 단위 노즐의 기능을 수행할 수 있도록 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)를 이용한 일련의 식각 공정을 통해 형성되며, 챔버(100)과 절연체(130)를 이어주는 역할을 한다. 이러한 실리콘 웨이퍼는 상기 단위 노즐의 출구에서 맺히는 메니스커스(meniscus)가 1/15~1/20의 크기의 원뿔형 액주모드(cone jet mode)로 형성되기 때문에 실리콘 웨이퍼에 멤스(MEMS) 공정을 적용하는 경우 단위 노즐의 크기를 조절하기 용이하다는 장점을 지닌다.First, as illustrated in FIG. 5A, a plurality of upper electrodes 110 are patterned on a top surface of the silicon substrate 120 in a desired pattern shape, and then a nozzle hole 121a penetrating the body at an end of each upper electrode pattern. To form. The nozzle hole 121a is formed in a conical or square pyramid shape that becomes wider toward the lower portion, thereby preventing the spreading of the conductive fluid. Here, the silicon substrate 120 is formed through a series of etching processes using a silicon wafer to perform the function of the unit nozzle, and serves to connect the chamber 100 and the insulator 130. In the silicon wafer, the MEMS process is applied to the silicon wafer because the meniscus formed at the outlet of the unit nozzle is formed in a cone jet mode of 1/15 to 1/120. In case of having the advantage that it is easy to adjust the size of the unit nozzle.
아울러 도 5b에 도시된 바와 같이 스페이서 역할을 하는 몸체를 가진 절연체(130)의 하면에 상기 상부전극(110)에 대응하는 패턴 형상으로 다수 개의 하부전극(140)을 패터닝한 후 그 각각의 하부전극 패턴의 단부에 몸체를 관통하는 노즐공(121b)을 형성한다. 이 노즐공(121b)은 상기 실리콘 기판에 형성되는 노즐공(121a)의 하부 폭보다 넓은 폭으로 형성한다. In addition, as shown in FIG. 5B, a plurality of lower electrodes 140 are patterned on a lower surface of the insulator 130 having a body serving as a spacer to have a pattern shape corresponding to the upper electrode 110, and then the respective lower electrodes are patterned. A nozzle hole 121b penetrating the body is formed at the end of the pattern. The nozzle hole 121b is formed to be wider than the lower width of the nozzle hole 121a formed in the silicon substrate.
다음으로는 상기 두 노즐공(121a,121b)이 중첩되게 하여 실리콘 기판(120)과 절연체(130)를 적층함으로써 몸체에는 다수 개의 노즐공(121)이 형성되고 그 몸체의 상,하면에는 각각 다수 개의 상부전극(110)과 다수 개의 하부전극(140)이 대응되는 노즐 조립체를 형성한다. 여기서 상기 절연체(130)는 실리콘 기판(120)과 접착가공(anodic bonding)을 통해 부착되며 상기 노즐공(121b)은 실리콘 기판(120)의 노즐공(121a)의 크기보다 크게 형성한다.Next, by stacking the silicon substrate 120 and the insulator 130 by overlapping the two nozzle holes 121a and 121b, a plurality of nozzle holes 121 are formed in the body, and a plurality of nozzle holes 121 are formed on the upper and lower surfaces of the body, respectively. The top electrode 110 and the bottom electrode 140 form a corresponding nozzle assembly. Here, the insulator 130 is attached to the silicon substrate 120 through an anodic bonding, and the nozzle hole 121b is formed to be larger than the size of the nozzle hole 121a of the silicon substrate 120.
이어서 상기 노즐 조립체의 상부전극(110)의 상부에는 다수 개의 내부 공간을 갖는 챔버(100)를 적층하고, 상기 챔버의 다른 일측에는 유체공급장치(170)를 연결하여 상기 챔버의 내부 공간에 도전성 유체가 공급되어 저장될 수 있도록 한다. Subsequently, a chamber 100 having a plurality of internal spaces is stacked on the upper electrode 110 of the nozzle assembly, and a fluid supply device 170 is connected to the other side of the chamber to connect a conductive fluid to the internal space of the chamber. To be supplied and stored.
상기와 같이 챔버(100)의 내부 공간에 도전성 유체가 수용되면 다음으로 상기 노즐 조립체를 구성하는 각각의 단위 노즐에 전압을 공급할 수 있는 전원장치(160) 및 제어장치(150)를 연결하여 노즐의 각 전극에 전압 인가 가능한 상태로의 구성을 완료한다.When the conductive fluid is accommodated in the interior space of the chamber 100 as described above, the power supply unit 160 and the control unit 150 which can supply voltage to each unit nozzle constituting the nozzle assembly are connected to The configuration in a state in which voltage can be applied to each electrode is completed.
다음으로는 노즐에 맺히는 메니스커스(meniscus)의 형태 및 분사되는 유체의 형태를 결정하기 위해 전원장치(160)와 제어장치(150)를 통하여 상기 각각의 단위 노즐의 상부전극(110)과 하부전극(140)에 인가되는 전압의 크기 및 시간 제어량을 설정하고, 상기 설정된 전압의 크기와 시간 제어량으로 상부전극(110)과 하부전극(140)에 전압을 인가하면서 상기 각각의 단위 노즐을 선택적으로 온/오프(on-off) 제어하여 전기수력학 프린팅동작을 실행한다. Next, the upper electrode 110 and the lower portion of each unit nozzle are connected through the power supply device 160 and the control device 150 to determine the shape of the meniscus formed on the nozzle and the shape of the injected fluid. Set the magnitude and time control amount of the voltage applied to the electrode 140, and selectively apply the respective unit nozzles while applying voltage to the upper electrode 110 and the lower electrode 140 with the magnitude and time control amount of the set voltage. On-off control is performed to perform the electrohydraulic printing operation.
이때 상기 각각의 노즐(121)에는 각각의 상부 전극(110)과 하부 전극(140)에 인가되는 전위차를 서로 다르게 조절하여 공급함으로써, 각 단위 노즐의 출구부분에 맺히는 메니스커스(meniscus)의 크기 및 모양을 조절하여 토출되는 도전성 유체의 형상을 결정지을 수 있게 되며, 또한 상기 하부 전극에는 상부 전극보다 낮은 전압을 인가함으로써 낮은 전압에서 원뿔형 액주모드를 형성시킬 수 있게 된다.At this time, by supplying the respective nozzles 121 by controlling the potential difference applied to each of the upper electrode 110 and the lower electrode 140 differently, the size of the meniscus formed at the outlet of each unit nozzle (meniscus) And it is possible to determine the shape of the discharged conductive fluid by adjusting the shape, and by applying a lower voltage than the upper electrode to the lower electrode it is possible to form a conical liquid mode at a low voltage.
또한 상기 챔버(100)의 상방에는 압전체를 위치시키고, 그 압전체에 의한 주파수를 조절함으로써 상기 노즐 조립체의 각 단위 노즐에 원하는 크기의 액적을 형성시킬 수 있게 된다.In addition, by placing the piezoelectric body above the chamber 100 and adjusting the frequency by the piezoelectric body, droplets having a desired size can be formed in each unit nozzle of the nozzle assembly.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.In the above, the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains can vary as many without departing from the spirit of the technical idea of the present invention described in the claims below. Changes may be made.
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080038683A KR100919411B1 (en) | 2008-04-25 | 2008-04-25 | Apparatus for printing electrohydrodynamic and method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080038683A KR100919411B1 (en) | 2008-04-25 | 2008-04-25 | Apparatus for printing electrohydrodynamic and method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100919411B1 true KR100919411B1 (en) | 2009-09-29 |
Family
ID=41356190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080038683A KR100919411B1 (en) | 2008-04-25 | 2008-04-25 | Apparatus for printing electrohydrodynamic and method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100919411B1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102267286A (en) * | 2011-06-14 | 2011-12-07 | 华中科技大学 | Array electric fluid power printing head |
CN104015483A (en) * | 2014-06-10 | 2014-09-03 | 大连理工大学 | Focusing electric fluid power jet flow printing nozzle |
US9150020B2 (en) | 2013-11-18 | 2015-10-06 | Samsung Display Co., Ltd. | Liquid droplet discharge apparatus |
KR20160110765A (en) | 2015-03-12 | 2016-09-22 | 한국세라믹기술원 | Manufacturing method of three-dimensional structures using the electrohydrodynamic jet printing apparatus |
KR20160112320A (en) | 2015-03-19 | 2016-09-28 | 한국세라믹기술원 | Manufacturing method of tin oxide line pattern using the electrohydrodynamic jet printing and gas sensor using the tin oxide line pattern |
KR102040286B1 (en) * | 2018-07-09 | 2019-11-04 | 성균관대학교 산학협력단 | Method for manufacturing paper-based digital microfluidics platform |
KR20220152461A (en) | 2021-05-07 | 2022-11-16 | 한국생산기술연구원 | Electrohydrodynamic nozzle chip based on mems fabrication, the method of manufacturing thereof and nozzle head module |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3949410A (en) * | 1975-01-23 | 1976-04-06 | International Business Machines Corporation | Jet nozzle structure for electrohydrodynamic droplet formation and ink jet printing system therewith |
JPS52100935A (en) * | 1976-01-28 | 1977-08-24 | Ibm | Charging electrode array |
JPH11124525A (en) * | 1997-10-23 | 1999-05-11 | Shinten Sangyo Kk | Ink composition for ink jet recording method, its utilization and recording device therewith |
KR100510777B1 (en) * | 2003-10-09 | 2005-08-30 | 한국생산기술연구원 | Nano ink jet printer head and its manufacturing process |
-
2008
- 2008-04-25 KR KR1020080038683A patent/KR100919411B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3949410A (en) * | 1975-01-23 | 1976-04-06 | International Business Machines Corporation | Jet nozzle structure for electrohydrodynamic droplet formation and ink jet printing system therewith |
JPS52100935A (en) * | 1976-01-28 | 1977-08-24 | Ibm | Charging electrode array |
JPH11124525A (en) * | 1997-10-23 | 1999-05-11 | Shinten Sangyo Kk | Ink composition for ink jet recording method, its utilization and recording device therewith |
KR100510777B1 (en) * | 2003-10-09 | 2005-08-30 | 한국생산기술연구원 | Nano ink jet printer head and its manufacturing process |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102267286A (en) * | 2011-06-14 | 2011-12-07 | 华中科技大学 | Array electric fluid power printing head |
CN102267286B (en) * | 2011-06-14 | 2014-03-05 | 华中科技大学 | Array electric fluid power printing head |
US9150020B2 (en) | 2013-11-18 | 2015-10-06 | Samsung Display Co., Ltd. | Liquid droplet discharge apparatus |
CN104015483A (en) * | 2014-06-10 | 2014-09-03 | 大连理工大学 | Focusing electric fluid power jet flow printing nozzle |
KR20160110765A (en) | 2015-03-12 | 2016-09-22 | 한국세라믹기술원 | Manufacturing method of three-dimensional structures using the electrohydrodynamic jet printing apparatus |
KR20160112320A (en) | 2015-03-19 | 2016-09-28 | 한국세라믹기술원 | Manufacturing method of tin oxide line pattern using the electrohydrodynamic jet printing and gas sensor using the tin oxide line pattern |
KR102040286B1 (en) * | 2018-07-09 | 2019-11-04 | 성균관대학교 산학협력단 | Method for manufacturing paper-based digital microfluidics platform |
KR20220152461A (en) | 2021-05-07 | 2022-11-16 | 한국생산기술연구원 | Electrohydrodynamic nozzle chip based on mems fabrication, the method of manufacturing thereof and nozzle head module |
KR102574711B1 (en) | 2021-05-07 | 2023-09-07 | 한국생산기술연구원 | Electrohydrodynamic nozzle chip based on mems fabrication, the method of manufacturing thereof and nozzle head module |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100919411B1 (en) | Apparatus for printing electrohydrodynamic and method thereof | |
KR102330506B1 (en) | Liquid ejecting module | |
EP1976355B1 (en) | Method for connecting two objects electrically | |
KR20110065098A (en) | Method of adjusting ejection charactristic in inkjet printing apparatus and driving method of inkjet printing apparatus | |
KR20090003802A (en) | Piezoelectric inkjet head | |
US20130342612A1 (en) | Liquid ejection head and method of manufacturing liquid ejection head | |
KR100596200B1 (en) | Apparatus for jetting droplet using electrostatic field and the method thereof | |
JP2008265353A (en) | Liquid transporting device | |
US6120124A (en) | Ink jet head having plural electrodes opposing an electrostatically deformable diaphragm | |
JP2023502685A (en) | Material ejection system, printhead, 3D printer, and method for material ejection | |
KR100528350B1 (en) | Piezoelectric actuator of ink-jet printhead and method for forming threrof | |
US8807678B2 (en) | Methods of driving an inkjet printing apparatus | |
JP2006044242A (en) | Liquid transfer device | |
CN103182844B (en) | Liquid spray head | |
US9193163B2 (en) | Liquid discharge apparatus and manufacturing method thereof | |
JP2003019790A (en) | Ink jet recorder and method for ink jet recording | |
KR20060112870A (en) | Piezoelectric member and printer head having the piezoelectric member | |
KR20110065099A (en) | Inkjet printing apparatus and method of driving the same | |
KR101088413B1 (en) | Electrohydrodynamic Printing Head Capable of Drop-On-Demand Printing And Manufacturing Method Thereof | |
KR100948954B1 (en) | Droplet jetting apparatus using electrostatic force and manufacturing method and ink providing method thereof | |
US20110193915A1 (en) | Piezoelectric actuator, inkjet head including the same, and method of manufacturing piezoelectric actuator | |
CN113799491A (en) | Arrayed electrofluid nozzle without extraction electrode | |
KR20070078206A (en) | Driving nethod of ink-jet printhead adopting piezoelectric actuator | |
CN110271278A (en) | Liquid ejecting head and liquid injection apparatus | |
US20060197804A1 (en) | Electrostatic inkjet head |
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: 20120925 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130924 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140918 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150909 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160919 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |