KR101011182B1 - 비 전도성 핀이 삽입된 전기수력학적 분사노즐을 구비한 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 전기수력학적 패터닝 방법 - Google Patents

비 전도성 핀이 삽입된 전기수력학적 분사노즐을 구비한 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 전기수력학적 패터닝 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비 전도성 핀이 삽입된 전기수력학적 분사노즐, 이를 구비한 미세 전도성라인 패터닝 장치, 및 이를 이용한 전기수력학적 패터닝 방법에 관한 것으로, 전도성 소재로 이루어지며 분사단부측으로 갈수록 내경이 축소되는 유로(211)를 가지는 전극(210)을 통해, 전도성 입자가 포함된 용액(L)을 분사하는 전기수력학적 분사노즐(200)에 있어서, 비전도성 소재로 구성되며, 상기 전극(210)이 형성하는 유로(211)상에 상기 전극(210)의 내벽과 이격간격을 두고 설치되는 역류방지핀(220);을 포함하여 구성되는 비 전도성 핀이 삽입된 전기수력학적 분사노즐(200)을 기술적 요지로 하여, 전기수력학적 방법을 이용함에 있어서 원뿔형 액주의 중앙부에서 발생되는 용액의 역류현상을 완화시켜 액주형성의 안정도를 확보하고, 전위차를 무리하게 부여함에 따른 전력의 손실을 방지하며, 전압이나 전위차의 조정에 따른 액주의 굵기 조정 등이 신뢰성있게 이루어질 수 있어 패터닝 공정의 효율성을 보다 향상시킬 수 있는 비 전도성 핀이 삽입된 전기수력학적 분사노즐, 이를 구비한 미세 전도성라인 패터닝 장치, 및 이를 이용한 전기수력학적 패터닝 방법에 관한 것이다.
전기수력학, 노즐, 전극, 역류방지

Description

비 전도성 핀이 삽입된 전기수력학적 분사노즐을 구비한 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 전기수력학적 패터닝 방법{device for patterning conductive line having electrohydrodynamic spray nozzle inserted nonconductivity pin and electrohydrodynamic patterning method using the same}
본 발명은 비 전도성 핀이 삽입된 전기수력학적 분사노즐을 구비한 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 전기수력학적 패터닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기수력학적 분사 기술을 적용하여 마이크로 사이즈의 미세한 패턴을 안정적으로 형성시킬 수 있도록 하는 비 전도성 핀이 삽입된 전기수력학적 분사노즐을 구비한 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 전기수력학적 패터닝 방법에 관한 것이다.
PCB인쇄회로 기판이나 LCD, PDP TV에 들어가는 전극들의 경우 일반적으로 반도체 공정을 이용하여 제작되고 있으나, 직접쓰기 기술의 하나인 전기수력학적 분 무방식의 패터닝을 이용할 경우 반도체 공정의 여러 복잡한 과정을 획기적으로 줄일 수 있고 식각(etching)공정에서 발생하는 환경 오염물질 배출을 막을 수 있다.
전기수력학적 분사(electrohydrodynamic spray) 기술은 용액에 고전압을 인가하여 전하를 부여한 후 전하를 갖는 용액을 초미립화하는 기술로, 일반적으로 전기수력학적 분무방식의 패터닝 장치는 컴퓨터 제어에 의해 이동되는 지지대와 상기 지지대 상측에 설치된 마이크로모세관 노즐로 이루어져 있으며, 상기 노즐을 통해 분무시킨 미세한 잉크 방울을 상기 지지대와 함께 이동중인 기판 위에 부착시키며 패턴을 인쇄하게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제1실시예를 도시한 개략도로, 전도성 입자가 함유된 콜로이드 용액(L)을 수용 및 가압전달하는 용액수용체(100)와, 전도성 소재로 구성되며 용액의 분사통로를 제공하는 전기수력학적 분사노즐(200)과, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)과 이격설치되는 외부전극(300)과, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)과 외부전극(300)에 전압을 인가하는 전원공급장치(400)로 이루어진 구조를 가진다.
종래에는 상기 전기수력학적 분사노즐(200)의 분사단부가 말단측으로 갈수록 내경이 축소되는 형상의 전극(210) 또는 전극연결체(이하 '전극(210)'으로 통칭하기로 한다)로 이루어져, 상기 용액(L)을 양전하로 하전시킨 상태로 외부로 분사함과 동시에 상기 외부노즐(300)과의 사이에 형성되는 전기장에 의해 미세한 너비를 가지는 원뿔형 액주를 형성하도록 하고 있다.
전기수력학적 방법을 이용하여 패터닝을 수행함에 있어서는 이러한 원뿔형 액주를 안정적으로 형성, 유지하는 것이 중요한데, 상기 종래기술과 같이 전극(210)만으로 유로(211)를 형성하는 니들타입의 노즐이나 일반 잉크젯 헤드타입의 노즐을 사용하여 원뿔형 액주모드를 구현하는 경우, 원뿔형 액주의 형성이 이루어지는 중앙부에 위치되는 용액(L)의 일부가 도 2에 도시된 바와 같이 액주의 흐름이 이루어지는 반대방향으로 역류하여 액주형성의 안정도를 해치게 된다는 문제점이 있었다.
이에 따라, 전기수력학적 방법을 이용하여 패턴을 안정적으로 형성시키기 위해서 액체(L)의 역류를 무시할 수 있을 정도의 전위차를 인가함에 따른 전력 손실이 발생하고 있으며, 액체(L)의 역류 위치나 역류량이 상기 전극(210)에 인가되는 전압이나 전위차에 따라서도 달라지게 되어, 전압이나 전위차의 조정에 따른 액주의 굵기 조정 등이 신뢰성 있게 이루어지기 어려워 패터닝 공정의 효율성이 저하된다는 문제점이 있었다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 전기수력학적 방법을 이용함에 있어서 원뿔형 액주의 중앙부에서 발생되는 용액의 역류현상을 완화시켜 액주형성의 안정도를 확보하고, 전위차를 무리하게 부여함에 따른 전력의 손실을 방지하며, 전압이나 전위차의 조정에 따른 액주의 굵기 조정 등이 신뢰성있게 이루어질 수 있어 패터닝 공정의 효율성을 보다 향상시킬 수 있는 비 전도성 핀이 삽입된 전기수력학적 분사노즐, 이를 구비한 미세 전도성라인 패터닝 장치, 및 이를 이용한 전기수력학적 패터닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 전도성 소재로 이루어지며 분사단부측으로 갈수록 내경이 축소되는 유로(211)를 가지는 전극(210)을 통해 전도성 입자가 포함된 용액(L)을 분사하는 전기수력학적 분사노즐(200)에 있어서, 비전도성 소재로 구성되며, 상기 전극(210)이 형성하는 유로(211)상에 상기 전극(210)의 내벽과 이격간격을 두고 설치되는 역류방지핀(220);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비 전도성 핀이 삽입된 전기수력학적 분사노즐(200)을 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 역류방지핀(220)은, 상기 전극(210)이 제공하는 유로(211)의 단면적 축소에 따른 압력상승이나, 양전하간의 반발력에 의한 역방향 유동이 발생 되는 지점에 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 역류방지핀(220)은, 상기 용액(L)의 분사방향을 따라 연속되는 길이를 가지고 상기 전극(210)이 제공하는 유로(211)의 중앙에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 역류방지핀(220)은, 상기 전극(210)의 내벽과 동일한 횡방향 이격간격을 가지도록 상기 전극(210)의 내벽에 대응되는 외면형상을 가지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 역류방지핀(220)은, 상기 전극(210)의 하단에 맺히는 액적이 원뿔형상으로 형성되도록 가이드하는 원뿔형상의 첨부를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 전도성 소재로 구성되고 분사단부측으로 갈수록 내경이 축소되는 유로(211)를 가지는 전극(210)과, 비전도성 소재로 구성되고 상기 전극(210) 내부에 이격간격을 두고 설치되는 역류방지핀(220) 사이로 전도성 입자가 포함된 용액(L)을 통과시키며 외부로 분사하는 전기수력학적 분사노즐(200); 상기 전기수력학적 분사노즐(200) 외부에 이격 설치되며, 상기 전기수력학적 분사노즐(200), 상기 용액(L)과의 사이에 형성되는 전기장에 의해 상기 전기수력학적 분사노즐(200) 하단에 맺힌 액적을 상기 전극(210)의 내경에 비해 보다 축소된 직경을 가지는 원뿔형상으로 변환시키는 외부전극(300); 상기 전기수력학적 분사노즐(200)과 외부전극(300)에 전위차를 두고 전압을 공급하는 전원공급장치(400); 및 상기 전기수력학적 분사노즐(200), 또는 상기 전기수력학적 분사노즐(200)에서 분사된 용액(L)이 패터닝되는 패터닝대상물(10), 또는 상기 전기수력학적 분사노 즐(200)과 패터닝대상물(10)을 함께 지정경로로 이동시키며, 상기 용액(L)을 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 패터닝시키는 이송로봇;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세 전도성라인 패터닝 장치를 다른 기술적 요지로 한다.
여기서, 전도성 입자가 함유된 콜로이드 용액(L)을 수용하여 상기 전기수력학적 분사노즐(200)의 전극(210)과 역류방지핀(220) 사이로 가압전달하는 용액공급수단(100);을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이송로봇은, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)에서 분사된 용액(L)이 패터닝되는 패터닝대상물(10)이 상면에 안착, 고정되며, 상기 패터닝대상물(10)을 지정경로로 이동시키며 상기 전기수력학적 노즐(200)에서 분사되는 용액(L)을 지정형상으로 패터닝시키는 스테이지(510);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 이송로봇은, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)이 연결설치되며, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)을 지정경로로 이동시키며 패터닝대상물(10)에 상기 전기수력학적 분사노즐(200)에서 분사되는 용액(L)을 지정형상으로 패터닝시키는 노즐 이송 암(미도시);을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 전도성 소재로 구성되고 분사단부측으로 갈수록 내경이 축소되는 유로(211)를 가지는 전극(210)과, 비전도성 소재로 구성되고 상기 전극(210) 내부에 삽입되는 역류방지핀(220) 사이로 전도성 입자가 포함된 용액(L)을 역류없이 통과시키며 상기 전극(210) 외부로 분사하는 정류분사단계; 상기 전극(210)과 역류방지핀(220) 사이를 통과하여 상기 전극(210) 하단에 도달되는 용 액(L)을 원뿔형상의 첨부를 가지는 상기 역류방지핀(220)으로 가이드하는 액적가이드단계; 상기 역류방지핀(220)에 가이드되어 상기 전극(210) 하단에 맺힌 액적을, 상기 전극(210)과, 상기 전극(210) 외부에 이격 설치된 외부전극(300)과의 사이에 형성되는 전기장에 의해, 상기 전극(210)의 내경에 비해 보다 축소된 직경을 가지는 원뿔형상으로 변환시키는 액적변환단계; 및 상기 원뿔형상의 액적 하단부에 연결형성되는 액주를 패터닝대상물(10)측으로 분사함과 동시에 상기 용액(L)의 분사위치나 패터닝대상물(10)을 지정경로로 이동시키며, 상기 패터닝대상물(10)에 상기 용액(L)을 지정 패턴으로 부착하여 전도성 라인을 형성하는 패터닝단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 패터닝방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 정류분사단계는, 상기 역류방지핀(220)을, 상기 전극(210)이 제공하는 유로(211)의 단면적 축소에 따른 압력상승이나 양전하간의 반발력에 의한 역방향 유동이 발생되는 지점에 설치한 상태로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 정류분사단계는, 상기 전극(210)의 내벽과 동일한 횡방향 이격간격을 가지도록 상기 전극(210)의 내벽에 대응되는 외면형상을 가지는 상기 역류방지핀(220)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 액적변환단계는, 상기 역류방지핀(220) 없이 상기 전극(210)만으로 형성된 유로(211)로 상기 용액(L)을 통과시키는 경우에 비해, 낮은 전위차로 상기 전극(210)과 외부전극(300)에 전압을 인가시키며 이루어지는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 노즐 내부에서 용액의 역류가 발생되는 지점에 역류방지핀이 설치되어, 정류만이 명확하게 이루어질 수 있는 유로만이 역류방지핀과 전극 사이에 형성됨에 따라 역류 내지 와류 발생을 명확하게 방지하게 되며, 역류방지핀의 원뿔형 첨부가 용액의 유동을 원뿔형상으로 가이드하여 전기수력학적 분사노즐의 단부에서 원뿔형 액적을 명확하게 형성할 수 있도록 한다는 효과가 있다.
이에 따라, 전기수력학적 방법을 이용함에 있어서 원뿔형 액주의 중앙부에서 발생되는 용액의 역류현상을 완화시키고 원뿔형 액적을 안정적으로 형성함으로써 액주형성의 안정도를 확보하고, 인가전압을 보다 낮게 부여할 수 있어 전위차를 무리하게 부여함에 따르던 전력의 손실을 방지할 수 있다는 다른 효과가 있다.
또한, 전압이나 전위차의 조정에 따른 액주의 굵기 조정 등이 신뢰성있게 이루어질 수 있어 패턴의 사이즈를 마이크로 단위 이하의 정밀도로 정밀하게 조정, 구현할 수 있으며, 이에 따라 패터닝 공정의 효율성을 보다 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 전기수력학적 분사노즐, 이를 구비한 미세 전도성라인 패터닝 장치, 및 이를 이용한 전기수력학적 패터닝 방법을 다음의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기수력학적 분사노즐의 제1실시예를 도시한 요부단면개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 전기수력학적 분사노즐의 분사단부에서의 용액의 속도벡터를 도시한 요부단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제1실시예를 도시한 개략도이고, 도 6은 본 발명에 따른 전기수력학적 패터닝 방법의 제1실시예를 도시한 흐름도이며, 도 7은 종래기술에 따른 전위차/ 분사유량과, 본 발명에 따른 전기수력학적 패터닝 방법에 따른 전위차/ 분사유량을 비교하여 도시한 그래프이다.
본 발명에 따른 전기수력학적 분사노즐(200)은, 전도성 소재로 이루어지며 분사단부측으로 갈수록 내경이 축소되는 유로(211)를 가지는 전극(210)을 통해 전도성 입자가 포함된 용액(L)을 분사하는 전기수력학적 분사노즐(200)에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 비전도성 소재로 구성되고 상기 전극(210)이 형성하는 유로(211)상에 상기 전극(210)의 내벽과 이격간격을 두고 설치되는 역류방지핀(220)을 포함하여 구성되는 구조를 가진다.
일반적으로 전기수력학적 분사노즐의 분사단부에서는, 상기 용액(L)이 통과하게 되는 유로(211)의 단면적이 점차 축소됨에 따른 압력 상승과, 상기 용액(L) 전반이 상기 전극(210)과의 접속에 의해 동일한 성질로 하전된 상태가 됨에 따라 상호간에 작용하게 되는 반발력 등의 복합적인 이유로 인해, 원뿔형 액주를 형성하도록 공급되는 상기 용액(L)의 일부가 역류하게 된다.
상기 역류방지핀(220)은, 전기수력학적 분사노즐의 분사단부에서 원뿔형 액 주를 형성하도록 공급되는 상기 용액(L)의 일부가 역류하는 것을 방지할 수 있도록 역류경로를 차단함과 동시에, 상기 용액(L)의 유동을 가이드하여 원뿔형 액적의 형성이 용이하고 명확하게 이루어질 수 있도록 설치된다.
상기 역류방지핀(220)은, 상기 전극(210)이 제공하는 유로(211)의 단면적 축소에 따른 압력상승이 발생되는 지점이나, 양전하간의 반발력에 의한 역방향 유동이 발생되는 지점에 설치가 이루어지며, 상기 용액(L)의 역류가 주로 원뿔형 액적의 생성이 이루어지는 중앙부에서 발생됨에 따라 상기 전극(210)이 제공하는 유로(211)의 중앙에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 전극(210)과 역류방지핀(220) 사이에서 상기 용액(L)의 공급이 균형있게 이루어질 수 있도록, 상기 역류방지핀(220)을 상기 전극(210)의 내벽에 대응되는 외면형상을 가지도록 형성하고, 상기 전극(210)의 내벽과 동일한 횡방향 이격간격을 가지도록 설치된다.
용액(L)의 분사방향인 수직방향으로의 연장길이를 가지는 원통형 몸체부와, 원뿔형 분사단부를 구비한 일반적인 구조를 가지는 전극(210)인 경우, 상기 역류방지핀(220)은 상기 전극(210)의 몸체부와 분사단부가 제공하는 유로(211)의 중앙에 상기 전극(210)의 길이방향으로의 연장길이를 가지고 설치되는 것이 바람직하다.
상기 전극(210)의 몸체부에 해당되는 위치에 설치되는 상기 역류방지핀(220)의 상부는, 분사단부측으로의 용액(L)의 공급을 저해하지 않으면서, 분사단부로 공급되는 용액(L)의 유동이 상기 역류방지핀(220)과 전극(210) 사이에 형성되는 유로(211) 전반에 걸쳐 균일하게 이루어질 수 있도록 원통형상으로 형성된다.
상기 전극(210)의 분사단부에 해당되는 위치에 설치되는 상기 역류방지핀(220)의 하부는, 상기 전극(210)의 분사단부의 내벽과 동일한 횡방향 이격간격을 가지면서도, 용액(L)이 상기 역류방지핀(220)과 전극(210) 사이에 형성되는 협소한 유로(211)를 전(全)방향에서 통과하여 상기 전극(210)의 하단에서 원뿔형상으로 맺힐 수 있도록 가이드하는 원뿔형상의 첨부를 가진다.
이에 따라, 상기 용액(L)의 역류가 발생되는 지점에 상기 역류방지핀(220)이 위치하게 되어 역류 내지 와류가 생성될 수 있는 여유공간을 제거함과 동시에, 도 4에 도시된 바와 같이 정류만이 명확하게 이루어질 수 있는 유로(211)만이 상기 역류방지핀(220)과 전극(210) 사이에 형성되어 역류 발생을 명확하게 방지하게 되며, 상기 역류방지핀(220)의 원뿔형 첨부가 상기 용액(L)의 유동을 원뿔형상으로 가이드하여 상기 전기수력학적 분사노즐(200)의 단부에서 원뿔형 액적을 명확하게 형성할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 미세 전도성라인 패터닝 장치는, 상기와 같은 구성을 가지는 전기수력학적 분사노즐(200)을 구비하여 안정적으로 미세 전도성라인 패터닝할 수 있는 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제1실시예는 도 5에 도시된 바와 같이, 크게 용액공급수단(100), 전기수력학적 분사노즐(200), 외부전극(300), 전원공급장치(400), 이송로봇으로 이루어진 구조를 가진다.
상기 용액공급수단(100)은, 전도성 입자가 함유된 콜로이드 용액(L)을 수용 하여 상기 전기수력학적 분사노즐(200)측으로 가압 전달하며, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)에서는 상기 전극(210)과 역류방지핀(220) 사이로 상기 용액(L)을 역류없이 통과시키며 상기 용액(L)을 패터닝대상물(10)측으로 분사하게 된다.
상기 외부전극(300)은, 상기 전기수력학적 분사노즐(200) 외부에 이격 설치되어, 상기 전기수력학적 분사노즐(200), 상기 용액(L)과의 사이에 형성되는 전기장에 의해 상기 전기수력학적 분사노즐(200) 하단에 맺힌 액적을 상기 전극(210)의 내경에 비해 보다 축소된 직경을 가지는 원뿔형상으로 변환시키거나, 액적의 하단에 연결형성되는 액주를 굵기를 조정하게 된다.
상기 전원공급장치(400)는 상기 전기수력학적 분사노즐(200)과 외부전극(300)에 전위차를 두고 전압을 공급하게 되며, 상기 이송로봇은 상기 전기수력학적 분사노즐(200), 또는 상기 전기수력학적 분사노즐(200)에서 분사된 용액(L)이 패터닝되는 패터닝대상물(10), 또는 상기 전기수력학적 분사노즐(200)과 패터닝대상물(10)을 함께 지정경로로 이동시키며, 상기 용액(L)을 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 패터닝시킨다.
상기 이송로봇은, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)에서 분사된 용액(L)이 패터닝되는 상기 패터닝대상물(10)이 상면에 안착, 고정되며, 상기 패터닝대상물(10)을 지정경로로 이동시키며 상기 전기수력학적 노즐(200)에서 분사되는 용액(L)을 지정형상으로 패터닝시키는 스테이지(510), 또는 상기 전기수력학적 분사노즐(200)이 연결설치되며, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)을 지정경로로 이동시키며 패터닝대상물(10)에 상기 전기수력학적 분사노즐(200)에서 분사되는 용액(L) 을 지정형상으로 패터닝시키는 노즐 이송 암(미도시)을 선택적으로 구비하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 스테이지(510)를 이용해 상기 패터닝대상물(10)만을 이동시키거나, 상기 노즐 이송 암을 이용해 상기 전기수력학적 분사노즐(200)만을 이동시키거나, 상기 스테이지(510)와 노즐 이송 암을 연계하여 상기 패터닝대상물(10)과 전기수력학적 분사노즐(200)을 함께 이동시키면서 마이크로 사이즈의 미세 전도성 라인을 지정형상으로 패터닝할 수 있다.
본 발명에 따른 전기수력학적 패터닝 방법은, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 전기수력학적 분사노즐(200) 내지 미세 전도성라인 패터닝 장치를 이용하여 전기수력학적 패터닝을 수행하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전기수력학적 패터닝 방법 제1실시예는, 도 6에 도시된 바와 같이, 크게 정류분사단계, 액적가이드단계, 액적변환단계, 패터닝단계로 이루어진다.
상기 정류분사단계는, 상기 전기수력학적 분사노즐(200) 내부에서 용액(L)이 유동되는 과정에서 이루어지는 단계로, 상기 정류분사단계에서는 상기 전극(210)과 역류방지핀(220) 사이로 전도성 입자가 포함된 용액(L)을 역류없이 통과시키며 상기 전극(210) 외부로 분사하게 된다.
제10항에 있어서, 상기 정류분사단계는,
상기 전극(210)의 내벽과 동일한 횡방향 이격간격을 가지도록 상기 전극(210)의 내벽에 대응되는 외면형상을 가지는 상기 역류방지핀(220)을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 패터닝방법.
상기 액적가이드단계는, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)의 하단부에서 용액(L)이 액적의 형태로 맺히게 되는 과정에서 이루어지는 단계로, 상기 액적가이드단계에서는 상기 전극(210)과 역류방지핀(220) 사이를 통과하여 상기 전극(210) 하단에 도달되는 용액(L)을 원뿔형상의 첨부를 가지는 상기 역류방지핀(220)으로 가이드하게 된다.
상기 액적변환단계는, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)의 하단에서 용액(L)이 원뿔형 액적의 형태로 맺히게 되는 단계로, 상기 액적변환단계에서는 상기 전극(210)과 외부전극(300)과의 사이에 형성되는 전기장에 의해, 상기 역류방지핀(220)에 가이드되어 상기 전극(210) 하단에 맺히는 액적이, 상기 전극(210)의 내경에 비해 보다 축소된 직경을 가지는 원뿔형상으로 변환시키게 된다.
상기 액적변환단계에서 상기 전극(210)과 외부전극(300)에 전위차를 부여함에 있어서는, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 역류방지핀(220) 없이 상기 전극(210)만으로 형성된 유로(211)로 상기 용액(L)을 통과시키는 경우에 비해, 낮은 전위차로 상기 전극(210)과 외부전극(300)에 전압을 인가시켜도 동일한 분사유량을 구현할 수 있다.
상기 패터닝단계는, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)에 맺힌 원뿔형 액적의 하부에 연결형성되는 액주의 굵기에 해당되는 사이즈를 가지는 전도성 라인을 상기 패터닝대상물(10)에 패터닝하는 단계로, 상기 원뿔형상의 액적 하단부에 연결형성되는 액주를 패터닝대상물(10)측으로 분사함과 동시에 상기 용액(L)의 분사위치나 패터닝대상물(10)을 지정경로로 이동시키며, 상기 패터닝대상물(10)에 상기 용액(L)을 지정 패턴으로 부착하여 전도성 라인을 형성하게 된다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 비 전도성 핀이 삽입된 전기수력학적 분사노즐, 이를 구비한 미세 전도성라인 패터닝 장치, 및 이를 이용한 전기수력학적 패터닝 방법에 의하면, 상기 전극(210) 내부에서 용액(L)의 역류가 발생되는 지점에 상기 역류방지핀(220)이 설치되어, 정류만이 명확하게 이루어질 수 있는 유로(211)만이 상기 역류방지핀(220)과 전극(210) 사이에 형성됨에 따라 역류 내지 와류 발생을 명확하게 방지할 수 있다.
또한, 상기 역류방지핀(220)의 원뿔형 첨부가 용액(L)의 유동을 원뿔형상으로 가이드하여 상기 전기수력학적 분사노즐(200)의 단부에서 원뿔형 액적을 명확하고 안정적으로 형성할 수 있도록 한다.
이에 따라, 전기수력학적 방법을 이용함에 있어서 원뿔형 액주의 중앙부에서 발생되는 용액의 역류현상을 완화시키고 원뿔형 액적을 안정적으로 형성함으로써 액주형성의 안정도를 확보하고, 보다 낮은 인가전압으로도 동일한 분사유량을 구현할 수 있어 전위차를 무리하게 부여함에 따른 전력 손실을 방지할 수 있다.
그리고, 전압이나 전위차의 조정에 따른 액주의 굵기 조정 등이 신뢰성있게 이루어질 수 있어 패턴의 사이즈를 마이크로 단위 이하의 정밀도로 정밀하게 조정, 구현할 수 있으며, 이에 따라 패터닝 공정의 정밀도, 신뢰성, 효율성을 보다 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
도 1 - 종래기술에 따른 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제1실시예를 도시한 개략도
도 2 - 도 1에 도시된 전기수력학적 분사노즐의 분사단부에서의 용액의 속도벡터를 도시한 요부단면도
도 3 - 본 발명에 따른 전기수력학적 분사노즐의 제1실시예를 도시한 요부단면개략도
도 4 - 도 3에 도시된 전기수력학적 분사노즐의 분사단부에서의 용액의 속도벡터를 도시한 요부단면도
도 5 - 본 발명에 따른 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제1실시예를 도시한 개략도
도 6 - 본 발명에 따른 전기수력학적 패터닝 방법의 제1실시예를 도시한 흐름도
도 7 - 종래기술에 따른 전위차/ 분사유량과, 본 발명에 따른 전기수력학적 패터닝 방법에 따른 전위차/ 분사유량을 비교하여 도시한 그래프
<도면에 사용된 주요 부호에 대한 설명>
10 : 패터닝대상물 100 : 용액공급수단
200 : 전기수력학적 분사노즐 210 : 전극
211 : 유로 220 : 역류방지핀
300 : 외부전극 400 : 전원공급장치
510 : 스테이지 L : 용액

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 전도성 소재로 구성되고 분사단부측으로 갈수록 내경이 축소되는 유로(211)를 가지는 전극(210)과, 비전도성 소재로 구성되고 상기 전극(210) 내부에 이격간격을 두고 설치되는 역류방지핀(220) 사이로 전도성 입자가 포함된 용액(L)을 통과시키며 외부로 분사하는 전기수력학적 분사노즐(200);
    상기 전기수력학적 분사노즐(200) 외부에 이격 설치되며, 상기 전기수력학적 분사노즐(200), 상기 용액(L)과의 사이에 형성되는 전기장에 의해 상기 전기수력학적 분사노즐(200) 하단에 맺힌 액적을 상기 전극(210)의 내경에 비해 보다 축소된 직경을 가지는 원뿔형상으로 변환시키는 외부전극(300);
    상기 전기수력학적 분사노즐(200)과 외부전극(300)에 전위차를 두고 전압을 공급하는 전원공급장치(400); 및
    상기 전기수력학적 분사노즐(200), 또는 상기 전기수력학적 분사노즐(200)에서 분사된 용액(L)이 패터닝되는 패터닝대상물(10), 또는 상기 전기수력학적 분사노즐(200)과 패터닝대상물(10)을 함께 지정경로로 이동시키며, 상기 용액(L)을 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 패터닝시키는 이송로봇;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세 전도성라인 패터닝 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    전도성 입자가 함유된 콜로이드 용액(L)을 수용하여 상기 전기수력학적 분사노즐(200)의 전극(210)과 역류방지핀(220) 사이로 가압전달하는 용액공급수단(100);
    을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세 전도성라인 패터닝 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 이송로봇은,
    상기 전기수력학적 분사노즐(200)에서 분사된 용액(L)이 패터닝되는 패터닝대상물(10)이 상면에 안착, 고정되며, 상기 패터닝대상물(10)을 지정경로로 이동시키며 상기 전기수력학적 노즐(200)에서 분사되는 용액(L)을 지정형상으로 패터닝시키는 스테이지(510);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세 전도성라인 패터닝 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 이송로봇은,
    상기 전기수력학적 분사노즐(200)이 연결설치되며, 상기 전기수력학적 분사노즐(200)을 지정경로로 이동시키며 패터닝대상물(10)에 상기 전기수력학적 분사노즐(200)에서 분사되는 용액(L)을 지정형상으로 패터닝시키는 노즐 이송 암;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세 전도성라인 패터닝 장치.
  10. 전도성 소재로 구성되고 분사단부측으로 갈수록 내경이 축소되는 유로(211)를 가지는 전극(210)과, 비전도성 소재로 구성되고 상기 전극(210) 내부에 삽입되는 역류방지핀(220) 사이로 전도성 입자가 포함된 용액(L)을 역류없이 통과시키며 상기 전극(210) 외부로 분사하는 정류분사단계;
    상기 전극(210)과 역류방지핀(220) 사이를 통과하여 상기 전극(210) 하단에 도달되는 용액(L)을 원뿔형상의 첨부를 가지는 상기 역류방지핀(220)으로 가이드하 는 액적가이드단계;
    상기 역류방지핀(220)에 가이드되어 상기 전극(210) 하단에 맺힌 액적을, 상기 전극(210)과, 상기 전극(210) 외부에 이격 설치된 외부전극(300)과의 사이에 형성되는 전기장에 의해, 상기 전극(210)의 내경에 비해 보다 축소된 직경을 가지는 원뿔형상으로 변환시키는 액적변환단계; 및
    상기 원뿔형상의 액적 하단부에 연결형성되는 액주를 패터닝대상물(10)측으로 분사함과 동시에 상기 용액(L)의 분사위치나 패터닝대상물(10)을 지정경로로 이동시키며, 상기 패터닝대상물(10)에 상기 용액(L)을 지정 패턴으로 부착하여 전도성 라인을 형성하는 패터닝단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 패터닝방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 정류분사단계는,
    상기 역류방지핀(220)을, 상기 전극(210)이 제공하는 유로(211)의 단면적 축소에 따른 압력상승이나 양전하간의 반발력에 의한 역방향 유동이 발생되는 지점에 설치한 상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 패터닝방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 정류분사단계는,
    상기 전극(210)의 내벽과 동일한 횡방향 이격간격을 가지도록 상기 전 극(210)의 내벽에 대응되는 외면형상을 가지는 상기 역류방지핀(220)을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 패터닝방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 액적변환단계는,
    상기 역류방지핀(220) 없이 상기 전극(210)만으로 형성된 유로(211)로 상기 용액(L)을 통과시키는 경우에 비해, 낮은 전위차로 상기 전극(210)과 외부전극(300)에 전압을 인가시키며 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 패터닝 방법.
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