KR101113606B1 - 표면 탄성파 잉크젯 헤드 - Google Patents

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본 발명은 내부에 챔버를 구비하는 헤드 본체와, 상기 헤드 본체의 일면에 형성되며 상기 챔버의 내부로 잉크를 주입시키기 위한 주입구와, 상기 헤드 본체의 하부에 형성되며 상기 챔버 내부의 잉크를 지면 방향으로 토출시키기 위한 토출구와, 상기 챔버의 측벽에 설치되며 전기적 신호에 의해 표면 탄성파를 발생시켜 상기 챔버의 측벽을 흐르는 잉크를 이온화시키는 액츄에이터, 및 상기 액츄에이터에 의해 이온화된 잉크를 상기 토출구까지 안내시키도록 상기 챔버의 내부에 전기장을 형성시키는 전기장 형성부를 포함하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드에 관한 것으로서, 헤드 본체 하부의 토출구를 통해 기화된 잉크를 상부에서 하부 방향으로 분사시킬 수 있는 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 구조를 제공한다.

Description

표면 탄성파 잉크젯 헤드{SURFACE ACOUSTIC WAVE INK-JET HEAD}
본 발명은 표면 탄성파를 이용하여 잉크를 기화시킨 후 분사함으로써 기판에 잉크를 인쇄하기 위한 표면 탄성파 잉크젯 헤드에 관한 것이다.
일반적으로 핸드폰, 휴대폰, 모니터, 디지털 TV 등에는 시각 정보를 표시하기 위한 디스플레이가 적용된다. 최근에는 이러한 디스플레이를 대화면화하면서도 고화질을 유지할 수 있도록 하기 위해 디스플레이의 제조 공정에 다양한 기술들이 적용되고 있다.
이러한 기술들의 일 예로서 표면 탄성파 잉크젯 기술을 들 수 있다. 예를 들어, 액정 패널의 글래스 기판에 배향막(액정 패널에서 액정의 방향을 결정하는 얇은 막)을 형성하는 공정에 잉크젯 기술이 채용될 수 있다. 액정 디스플레이의 배향막 형성에 표면 탄성파 잉크젯 기술을 이용하면, 막 두께의 균일성을 향상시켜 액정 패널의 화질을 향상시킬 수 있다.
이러한 표면 탄성파 잉크젯 기술에 사용되는 잉크젯 헤드의 경우, 일반적으로 액상의 잉크를 표면 탄성파 발생 장치에 의해 기화시킨 후 이를 분사하여 기판에 증착시키도록 구성된다. 기화된 잉크는 공기보다 상대적으로 밀도가 작으므로,이에 의해 발생하는 상승 기류에 의해 잉크는 잉크젯 헤드의 아래에서 위 방향으로 분사된다. 즉, 잉크젯 헤드의 잉크가 지면으로부터 상측 방향으로 분사된다. 따라서, 기판 위에 여러가지 물질을 적층하거나 다른 생산 및 처리 공정을 연속적으로 진행해야할 경우, 잉크젯 공정을 위해 기판을 뒤집어야 한다. 이와 같이, 잉크의 분사가 잉크젯 헤드의 아래에서 위로 이루어지는 방식은 상기와 같은 공정들에 부적합한 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기화된 잉크를 잉크젯 헤드의 상부에서 하부 방향으로 토출구를 통해 분사시킬 수 있는 구조의 표면 탄성파 잉크젯 헤드를 제공하기 위한 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 내부에 챔버를 구비하는 헤드 본체와, 상기 헤드 본체의 일면에 형성되며 상기 챔버의 내부로 잉크를 주입시키기 위한 주입구와, 상기 헤드 본체의 하부에 형성되며 상기 챔버 내부의 잉크를 지면 방향으로 토출시키기 위한 토출구와, 상기 챔버의 측벽에 설치되며 전기적 신호에 의해 표면 탄성파를 발생시켜 상기 챔버의 측벽을 흐르는 잉크를 이온화시키는 액츄에이터, 및 상기 액츄에이터에 의해 이온화된 잉크를 상기 토출구까지 안내시키도록 상기 챔버의 내부에 전기장을 형성시키는 전기장 형성부를 포함하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드를 개시한다.
상기 주입구는 상기 헤드 본체의 양 측면에 각각 형성되고, 상기 액츄에이터는 상기 챔버의 양 측벽에 각각 설치될 수 있다.
상기 챔버의 측벽에는 상기 잉크가 상기 챔버의 측벽을 따라 흐를 수 있도록 상기 주입구에서 연장되는 안내 유로가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 챔버에는 상기 안내 유로와 연통되는 리세스 영역이 형성되며, 상기 액츄에이터는 상기 리세스 영역에 설치 가능하다.
상기 액츄에이터는 인가되는 전압에 의해 변형되는 압전체로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 압전체는 일정 주파수로 반복적으로 진동하여 표면 탄성파를 발생시키도록 구성될 수 있다.
상기 전기장 형성부는 상기 챔버의 상측에 장착되는 제1전극과, 상기 챔버의 하측에 장착되는 제2전극, 및 상기 제1 및 제2전극 중 어느 하나에 양극을 인가하고, 상기 제1 및 제2전극 중 다른 하나에 음극을 인가하는 전극 인가부를 포함할 수 있다.
상기 헤드 본체에는 상기 챔버의 측벽을 흐르는 잉크 중 이온화되지 못한 잉크를 수용하는 수용 부재가 추가적으로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 수용부재는 상기 챔버의 측벽에서 일 방향으로 연장되는 연장부와, 상기 연장부의 단부에서 돌출 형성되는 돌출부를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 액츄에이터에 의해 기화(이온화)된 잉크를 전기장 형성부에 의해 형성된 전기장을 이용하여 잉크젯 헤드의 하부 방향으로 유도시킬 수 있으므로, 기화된 잉크를 지면 방향으로 잉크를 분사시킬 수 있는 구조를 제공할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르면, 본 발명의 표면 탄성파 잉크젯 헤드는 기판 위에 여러가지 물질을 적층하거나 여러가지 공정을 연속적으로 진행해야할 경우에도 효율적인 공정 수행이 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 표면 탄성파 발생 장치인 액츄에이터와 고전압을 공급할 수 있는 장치인 제1 및 제2전극을 헤드 본체 내에 동시에 구성하여 일체화된 잉크젯 헤드를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 잉크젯 헤드를 보인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 내부 구성을 보인 단면 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 작동 상태를 나타내는 잉크젯 헤드의 단면도.
이하, 본 발명과 관련된 표면 탄성파 잉크젯 헤드에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 잉크젯 헤드를 보인 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 내부 구성을 보인 단면 사시도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 잉크젯 헤드는 헤드 본체(110), 챔버(120), 액츄에이터(130)를 포함한다.
헤드 본체(110)는 잉크젯 헤드의 외관을 형성하며, 외부에서 공급된 잉크를 임시 수용하기 위한 공간을 제공하는 기능을 한다. 헤드 본체(110)는 절연성 재질로서 합성 수지 등의 재질로 형성 가능하다. 본 발명에 적용되는 잉크는 전도성 잉크, 유기 화합물 잉크 등 다양한 종류의 잉크가 사용될 수 있다.
헤드 본체(110)의 일면에는 잉크가 주입되기 위한 주입구(111)와, 잉크가 토출되기 위한 토출구(112)가 구비된다.
주입구(111)는 헤드 본체(110)의 양 측면에 각각 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 주입구(111)의 위치를 다양하게 설정할 수 있다. 주입구(111)는 튜브를 통해 잉크 공급 장치에 연결될 수 있다.
토출구(112)는 헤드 본체(110)의 하부(예를 들어, 바닥)에 형성된다. 헤드 본체(110) 내부의 잉크는 헤드 본체(110)의 바닥으로부터 지면 방향으로 토출된다.
챔버(120)는 주입구(111)로부터 주입된 잉크가 이동할 수 있는 공간을 말한다. 챔버(120)는 헤드 본체(110)의 내부에 형성되며, 주입구(111)와 토출구(112)에 연통되도록 형성된다.
액츄에이터(130)는 챔버(120)의 측벽에 설치되며, 전기적 신호에 의해 진동하여 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave)를 발생시킨다. 챔버(120) 내부를 흐르는 잉크는 이러한 표면 탄성파에 의해 진동하여 이온화되며, 액상의 잉크는 이온화됨에 따라 기체로 상변화되게 된다.
액츄에이터(130)는 외부로부터 인가되는 전압에 의해 변형되는 압전체(piezoelectrics)로 형성 가능하다. 이러한 압전체의 대표적인 예로서 압전 세라믹을 들 수 있다.
액츄에이터(130)는 챔버(120)의 양 측벽에 한 쌍으로 설치될 수 있으며, 외부로부터 전압이 인가되면 좌우 방향으로 반복적으로 변형되도록 구성된다. 액츄에이터(130)는 일정한 주파수를 가지고 반복적으로 변형되며, 그에 따라 액츄에이터(130)의 표면 주변에 기계적인 파장을 갖는 표면 탄성파가 발생하게 되는 것이다.
챔버(120)의 측벽에는 잉크가 챔버(120)의 측벽을 따라 흐를 수 있도록 하기 위한 안내 유로(121)가 형성될 수 있다. 안내 유로(121)는 주입구(111)에서 연장되어 잉크의 이동을 가이드한다.
안내 유로(121)의 일측에는 그와 연통되는 리세스 영역(122, recessed region)이 형성될 수 있다. 리세스 영역(122)은 챔버의 측벽 상에 일정 영역만큼 리세스되어 잉크가 흐를 수 있는 공간을 제공한다. 이러한 경우, 액츄에이터(130)는 리세스 영역(122)에 설치될 수 있다. 본 실시예는 액츄에이터(130)가 리세스 영역(122)의 외측에 설치된 것을 예시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 작동 상태를 나타내는 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 표면 탄성파 잉크젯 헤드는 챔버(120)의 내부에 전기장(E)을 형성시키는 전기장 형성부(150)를 포함한다. 전기장 형성부(150)는 전기장(E)을 형성시킴으로써 액츄에이터(130)에 의해 이온화된 잉크가 토출구(112)까지 안내되도록 한다. 다시말해, 이온화된 잉크는 전기장(E)의 전기력에 의해 토출구(112)까지 이동하게 된다.
이러한 전기장(E)은 액츄에이터(130)의 표면 탄성파에 의해 이온화된 잉크를 아래 방향(즉, 지면 방향)으로 이동시키도록 형성된다. 예를 들어, 도 3의 도시와 같이 이온화된 잉크가 양의 극성을 갖는 경우, 전기장(E)은 아래 방향을 향하도록 형성된다. 만약, 이온화된 잉크가 음의 극성을 갖는다면, 전기장(E)을 반대 방향으로 형성시켜야 할 것이다. 이온화된 잉크의 극성은 잉크의 종류에 따라 달라지며, 이에 따른 이온화된 잉크의 극성에 따라 전기장(E)의 형성 방향을 달리하도록 설정 가능하다.
전기장 형성부(150)는 챔버(120)의 상측에 장착되는 제1전극(151)과, 챔버(120)의 하측에 장착되는 제2전극(152), 및 제1 및 제2전극(151,152)에 전기적으로 연결되는 전극 인가부(153)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2전극(151,152)은 플레이트의 형태로 형성 가능하며, 전극으로서의 기능을 할 수 있도록 도전성 재질로 형성된다. 제1전극(151)은 챔버(120)의 상면에 부착될 수 있으며, 제2전극(152)은 헤드 본체(110)의 하부에 부착될 수 있다. 본 실시예는 플레이트 형태의 제2전극(152) 상에 토출구(112)를 형성시킨 구조를 예시하고 있다.
전극 인가부(153)는 제1 및 제2전극(151,152) 중 어느 하나에 양극을 인가하고, 제1 및 제2전극(151,512) 중 다른 하나에 음극을 인가한다. 예를 들어, 도 3과 같이 전기장(E)의 방향을 아래로 형성시킬 경우, 전극 인가부(153)는 제1전극(151)에 양극을 인가하고 제2전극(152)에 음극을 인가하도록 구성된다. 반대로, 전기장(E)의 방향을 위로 형성시킬 경우, 전극 인가부(153)는 도 3과 반대로 제1전극(151)에 음극을 인가하고 제2전극(152)에 양극을 인가하면 된다. 전극 인가부(153)는 제1 및 제2전극(151,152)에 전선 등에 의해 전기적으로 연결 가능하다.
헤드 본체(110)에는 챔버(120)의 측벽을 흐르는 잉크 중 이온화되지 못한 잉크를 수용하는 수용 부재(140)가 추가적으로 구비될 수 있다. 수용 부재(140)는 이온화되지 못한 액상의 잉크를 수용하여 액상의 잉크가 토출구(112) 쪽으로 배출되는 것을 방지한다.
수용부재(140)는 챔버(120)의 측벽에서 일 방향으로 연장되는 연장부(141)와, 연장부(141)의 단부에서 돌출 형성되는 돌출부(142)를 포함할 수 있다. 연장부(141)는 액상의 잉크를 지지하기 위한 지지면을 제공하며, 돌출부(142)는 액상의 잉크가 토출구(112) 쪽으로 이동하는 것을 방지하는 단턱으로서의 기능을 한다. 본 실시예는 연장부(141)가 챔버(120)의 측벽으로부터 챔버(120)의 수평 방향으로 연장되고, 돌출부(142)가 연장부(141)에서 챔버(120)의 수직 방향으로 돌출된 구조를 예시하고 있다.
이하, 이상의 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 구성에 대한 설명을 근거로 표면 탄성파 잉크젯 헤드의 작동 상태에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 주입구(111)에 연결된 잉크 공급 장치를 동작시켜 챔버(120)의 내부로 액상의 잉크(이하, '잉크액')을 주입시킨다. 도 3에서는 잉크액의 진행 경로를 화살표로 표시하였다.
주입구(111)를 통해 주입된 잉크액은 안내 유로(121)를 통해 챔버(120)의 측벽을 흐르게 된다. 여기서, 잉크액이 이온화되는 비율을 높일 수 있도록 잉크액이 챔버(120)의 리세스 영역(122)를 넘치지 않도록 하는 것이 바람직하며, 이는 잉크액의 주입 속도를 조절함으로써 가능하다.
다음으로, 액츄에이터(130)에 전압을 인가하여 액츄에이터(130)를 동작시킨다. 그에 따라, 액츄에이터(130)는 좌우 방향으로 반복적으로 진동하여 표면 탄성파를 발생시키며, 리세스부(122)를 통과하는 잉크액이 이온화되어 기체 상태로 전환되게 된다. 잉크액이 계속적으로 이온화됨에 따라 이온화된 잉크 입자들이 챔버(120)의 중앙 영역으로 모이게 된다.
다음으로, 전극 인가부(153)를 동작시켜 제1전극(151)과 제2전극(152)에 양극과 음극을 각각 인가한다. 그에 따라, 제1전극(151)과 제2전극(152)의 사이, 즉, 챔버(120)의 내부 공간에 아래 방향의 전기장(E)이 형성된다.
이온화된 잉크는 밀도가 낮은 기체 상태이므로, 챔버(120)의 상부 영역으로 이동하려는 성질을 가진다. 전기장 형성부(150)에 의해 형성된 전기장(E)은 이온화된 잉크를 강제적으로 챔버(120)의 하부 영역으로 이동시킨다. 그에 따라, 이온화된 잉크가 토출구(112)까지 안내되는 것이다.
본 실시예는 이온화된 잉크가 양의 극성을 가지는 경우를 예시하고 있으며, 그에 따라 전기장의 방향이 아래 방향을 가지도록 제1 및 제2전극(151,152)에 각각 양극과 음극을 인가하였다. 만약, 이온화된 잉크가 음의 극성을 갖는 경우, 전기장의 방향이 반대가 되도록 제1 및 제2전극(151,152)에 각각 음극과 양극을 인가하면 될 것이다.
토출구(112)까지 안내되어진 이온화된 잉크는 토출구(112)를 통해 아래 방향(즉, 지면 방향)으로 분사되게 되며, 인쇄 대상체(예를 들어, 기판)에 증착되게 된다. 리세스부(122)를 통과하면서 이온화되지 못한 잉크는 수용부재(140)의 내에 수용되어 토출구(112)로 배출되는 않는다.
이상에서 설명한 표면 탄성파 잉크젯 헤드는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (11)

  1. 내부에 챔버를 구비하는 헤드 본체;
    상기 헤드 본체의 일면에 형성되며, 상기 챔버의 내부로 잉크를 주입시키기 위한 주입구;
    상기 헤드 본체의 하부에 형성되며, 상기 챔버 내부의 잉크를 지면 방향으로 토출시키기 위한 토출구;
    상기 챔버의 측벽에 설치되며, 전기적 신호에 의해 표면 탄성파를 발생시켜 상기 챔버의 측벽을 흐르는 잉크를 이온화시키는 액츄에이터; 및
    상기 액츄에이터에 의해 이온화된 잉크를 상기 토출구까지 안내시키도록 상기 챔버의 내부에 전기장을 형성시키는 전기장 형성부를 포함하고,
    상기 전기장 형성부는,
    상기 챔버의 상측에 장착되는 제1전극;
    상기 챔버의 하측에 장착되는 제2전극; 및
    상기 제1 및 제2전극 중 어느 하나에 양극을 인가하고, 상기 제1 및 제2전극 중 다른 하나에 음극을 인가하는 전극 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주입구는 상기 헤드 본체의 양 측면에 각각 형성되고,
    상기 액츄에이터는 상기 챔버의 양 측벽에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 측벽에는 상기 잉크가 상기 챔버의 측벽을 따라 흐를 수 있도록 상기 주입구에서 연장되는 안내 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 챔버에는 상기 안내 유로와 연통되는 리세스 영역이 형성되며,
    상기 액츄에이터는 상기 리세스 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 인가되는 전압에 의해 변형되는 압전체로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압전체는 일정 주파수로 반복적으로 진동하여 표면 탄성파를 발생시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극은 상기 챔버의 상면에 부착되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극은 상기 헤드 본체의 하부에 부착되며,
    상기 토출구는 상기 제2전극 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 헤드 본체는,
    상기 챔버의 측벽을 흐르는 잉크 중 이온화되지 못한 잉크를 수용하는 수용 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
  11. 제10항에 있어서, 상기 수용부재는,
    상기 챔버의 측벽에서 일 방향으로 연장되는 연장부; 및
    상기 연장부의 단부에서 돌출 형성되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 탄성파 잉크젯 헤드.
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