KR101153632B1 - 압전 소자의 폴링 장치 및 이를 이용한 폴링 방법 - Google Patents

압전 소자의 폴링 장치 및 이를 이용한 폴링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치는 다수의 압전 소자가 배치되는 폴링 챔버; 상기 다수의 압전 소자들을 폴링하도록 전압을 제공하는 전압 제공부; 상기 다수의 압전 소자들에 연결되어 상기 다수의 압전 소자들의 커패시턴스를 측정하는 커패시턴스 측정부; 및 상기 전압 제공부와 상기 폴링 챔버 내의 다수의 압전 소자들과 연결되며, 상기 다수의 압전 소자가 가지는 압전 특성의 균일도를 향상시키도록 상기 다수의 압전 소자들에 개별적으로 연결되어 상기 전압 제공부의 전압을 선택적으로 제공하는 스위칭 시스템;을 포함할 수 있다.

Description

압전 소자의 폴링 장치 및 이를 이용한 폴링 방법{Poling device of piezoelectric element and poling method using the same}
본 발명은 폴링을 위한 챔버에 배치되는 다수의 압전소자 각각과 연결되는 스위칭 시스템을 이용하여, 폴링되지 않은 압전소자를 개별적으로 폴링할 수 있는 폴링 장치 및 이를 이용한 폴링 방법에 관한 것이다.
압전 소자는 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 특히 잉크젯 프린터의 잉크젯 프린트 헤드의 구동부로 활용되고 있다.
일반적으로 잉크젯 프린트 헤드는 전기신호를 물리적인 힘으로 변환하여 작은 노즐을 통하여 잉크가 액적의 형태로 토출되도록 하는 구조체이다.
최근 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드는 산업용 잉크젯 프린터에서도 사용되고 있다. 예를 들어, 인쇄회로기판(PCB) 상에 금, 은 등의 금속을 녹여 만든 잉크를 분사해 회로 패턴을 직접 형성시키거나 산업 그래픽이나 액정 디스플레이(LCD), 유기발광다이오드(OLED)의 제조, 태양전지 등에 사용된다.
여기서, 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 엑추에이터는 스크린 프린팅법, 에어로졸 증착법, 스퍼터링 법 등으로 제조된 벌크 상태의 압전 물질을 폴링(poling)한 다수의 압전 소자를 포함하여 이루어진다.
여기서, 폴링이란 상부 전극과 하부 전극 사이에 벌크 상태의 압전 물질을 제공한 후, 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 전압을 인가하면 전기장이 발생하게 되고, 이 전기장에 의해 압전 물질의 인접한 도메인들의 다이폴의 방향이 점차 일치하게 되는 공정이다.
이와 같이 폴링 공정은 제조장비, 작업 환경 등의 다양한 요인으로 인해 다수의 압전 소자들이 상호간의 편차를 가지는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 폴링을 위한 챔버에 배치되는 다수의 압전소자 각각과 연결되는 스위칭 시스템을 이용하여, 폴링되지 않은 압전소자를 개별적으로 폴링할 수 있는 폴링 장치 및 이를 이용한 폴링 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치는 다수의 압전 소자가 배치되는 폴링 챔버; 상기 다수의 압전 소자들을 폴링하도록 전압을 제공하는 전압 제공부; 상기 다수의 압전 소자들에 연결되어 상기 다수의 압전 소자들의 커패시턴스를 측정하는 커패시턴스 측정부; 및 상기 전압 제공부와 상기 폴링 챔버 내의 다수의 압전 소자들과 연결되며, 상기 다수의 압전 소자가 가지는 압전 특성의 균일도를 향상시키도록 상기 다수의 압전 소자들에 개별적으로 연결되어 상기 전압 제공부의 전압을 선택적으로 제공하는 스위칭 시스템;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치의 상기 스위칭 시스템은 상기 커패시턴스 측정부와 상기 폴링 챔버 내의 압전 소자들과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치는 상기 전압 제공부, 커패시턴스 측정부 및 스위칭 시스템 중 적어도 하나와 연결되어 구동을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치의 상기 제어부는 디스플레이부를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치의 상기 폴링 챔버는 상기 압전 소자들의 폴링 시 온도 측정이 가능한 온도 센서를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치의 상기 폴링 챔버는 상기 압전 소자들의 폴링 시 고온 상태로 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치의 상기 폴링 챔버는 폴링 후의 가스 배출을 위한 배기구를 구비할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 방법은 다수의 압전 소자를 폴링 챔버 내에 배치하는 단계; 스위칭 시스템을 이용하여 상기 다수의 압전 소자들을 전압 제공부에 개별적으로 연결시키고 상기 다수의 압전 소자들에 전압을 가하여 상기 다수의 압전 소자들을 폴링하는 단계; 커패시턴스 측정부로 상기 폴링된 다수의 압전 소자들의 커패시턴스를 측정하여 설정 커패시턴스에 비해 적은 측정 커패시턴스를 가지는 압전 소자를 선별하는 단계; 및 상기 설정 커패시턴스에 비해 적은 측정 커패시턴스를 가지는 압전 소자를 스위칭 시스템으로 선택하여 전압을 다시 제공하여 폴링하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 방법에서, 상기 압전 소자의 폴링은 고온 상태에서 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 방법에서, 상기 압전 소자의 폴링 후에는 가스를 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 방법에서 상기 전압 제공부, 커패시턴스 측정부 및 스위칭 시스템 중 적어도 하나는 제어부에 의해 구동될 수 있다.
본 발명에 따른 폴링 장치 및 이를 이용한 폴링 방법에 의하면, 작업 환경의 영향을 받지 않으면서도 다수의 압전 소자가 가지는 압전 특성의 균일도가 향상된다.
또한, 폴링과 폴링된 압전 소자의 커패시턴스 측정이 하나의 장치로 이루어지므로 작업의 신속성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치의 개략도.
도 2는 다수의 압전 소자의 전부를 폴링하는 모습을 도시한 개략도.
도 3은 일부 균일한 압전 성능을 가지지 못하는 압전 소자를 폴링하는 모습을 도시한 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치를 이용한 제조방법의 플로우 차트.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치의 일 실시예의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 압전 소자의 폴링 장치(10)는 폴링 챔버(12), 전압 제공부(16), 커패시턴스 측정부(18) 및 스위칭 시스템(14)을 포함할 수 있다.
상기 폴링 챔버(12)는 폴링이 이루어지는 장소로, 다수의 압전 소자(20)가 배치된다. 여기서, 상기 압전 소자(20)는 압전 물질(24)이 상부 전극(22)과 하부 전극(24) 사이에 배치되어 이루어진 개개의 압전 소자(20a, 20b, 20c)를 포함한 개념이다.
상기 압전 소자(20)의 폴링 공정은 상기 압전 소자(20)가 상기 폴링 챔버(12)에서 고온, 고전압의 상태로 일정시간 유지되면서 이루어진다.
따라서, 상기 폴링 챔버(12) 내에는 상기 압전 소자(20)들의 폴링 시 온도 측정이 가능한 온도 센서(122)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 폴링 챔버(12)는 폴링 후 발생되는 가스를 제거하기 위해 배기구(124)를 구비할 수 있다.
상기 전압 제공부(16, PS, power supply)는 각각의 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)에 전압을 가하여 폴링하도록 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 상기 전압 제공부(16)는 폴링에 필요한 설정 전압을 제공할 수 있다.
상기 커패시턴스 측정부(18, CM, capacitance measurement device)는 각각의 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)과 전기적으로 연결되어 폴링된 각각의 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)의 커패시턴스를 측정하는 장치이다.
상기 스위칭 시스템(14, SS, switching system)은 상기 전압 제공부(16)와 상기 폴링 챔버(12) 내의 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)과 연결되며, 상기 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)에 상기 전압 제공부(16)의 전압을 선택적으로 제공할 수 있다.
여기서, 상기 스위칭 시스템(14)은 상기 커패시턴스 측정부(18)와 상기 폴링 챔버(12) 내의 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)과 연결될 수 있다.
상기 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...) 중 스위칭 시스템(14)과 스위칭 온 상태의 상기 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)이 상기 전압 제공부(16)로부터 전압을 제공받을 수 있고, 상기 커패시턴스 측정부(18)에 의해 커패시턴스가 측정될 수 있다.
이와 같은 구성의 압전 소자의 폴링 장치(10)는 상기 전압 제공부(16), 커패시턴스 측정부(18) 및 스위칭 시스템(14) 중 적어도 하나와 연결되어 구동을 제어하는 제어부(40)를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부(40)는 디스플레이부를 가질 수 있어서, 상기 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)의 스위칭 연결 상태나 커패시턴스 측정값, 압전 챔버(12) 내의 온도 등을 관찰할 수 있다.
도 2는 다수의 압전 소자의 전부를 폴링하는 모습을 도시한 개략도이며, 도 3은 일부 균일한 압전 성능을 가지지 못하는 압전 소자를 폴링하는 모습을 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 상기 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)이 폴링되는 것을 알 수 있다.
상기 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)은 스위칭 시스템(14)의 스위치(14a, 14b, 14c,...)와 모두 연결된 상태이나, 하나의 압전 소자(20b)가 폴링되지 못한 경우가 발생한 경우이다.
즉, 하나의 압전 소자(20b)에 전압을 가하여, 압전 물질(24)에 상부 전극(22) 및 하부 전극(26)으로 전기장을 발생시켰으나, 발생된 전기장에 의해서도 압전 물질의 인접한 도메인들의 다이폴의 방향이 일치하지 못한 상태가 나온 경우이다.
이와 같은 압전 소자(20b)는 커패시턴스 측정부(18)에 의해 측정된 커패시턴스가 다른 정상 상태의 압전 소자들(20a, 20b)와 균일한 커패시턴스 값을 가지지 못하는 것이 측정될 수 있다.
이러한 압전 소자(20b)가 발생되면, 도 3과 같이 정상 압전 소자들(20a, 20b)를 스위칭 오프시키고 다시 상기 압전 소자(20b)만 전압을 가하여 폴링할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치를 이용한 제조방법의 플로우 차트이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 압전 소자의 폴링 장치를 이용한 제조방법의 공정 단계를 알 수 있다.
우선, 스위칭 시스템(14)과 전기적으로 연결되는 다수의 압전 소자를 폴링 챔버 내에 배치할 수 있다(S10). 그리고, 폴링 챔버(12)를 고온, 고전압을 유지(S20)하고, 설정 시간(Ts)까지 전압 제공부(16)가 상기 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)에 전압을 가하도록 한다(S30).
이와 같이 일차적으로 폴링이 된 후에 폴링 챔버(12)의 배기구(124)를 열어 급속배기한 후 상온을 유지한다(S40). 그런 후 압전 소자들(20a, 20b, 20c,...)의 커패시턴스를 측정하여, 측정 커패시턴스(Cm)이 설정 커패시턴스(Cs)를 비교(S60)하여 정상 여부를 확인한다.
측정 커패시턴스(Cm)가 설정 커패시턴스(Cs)에 미달되어 폴링되지 않은 압전 소자를 폴링하기 위해 정상 상태의 압전 소자의 스위칭을 오프한다(S70). 그리고, 폴링되지 않은 압전 소자만을 다시 폴링하여 폴링을 완료한다.
본 발명에 따른 폴링 장치 및 이를 이용한 폴링 방법에 의하면, 작업 환경의 영향을 받지 않으면서도 다수의 압전 소자가 가지는 압전 특성의 균일도가 향상된다.
또한, 폴링과 폴링된 압전 소자의 커패시턴스 측정이 하나의 장치로 이루어지므로 작업의 신속성이 향상된다.
10: 폴링 장치 12: 폴링 챔버
14: 스위칭 시스템 16: 전압 제공부
18: 커패시턴스 측정기 20: 압전 소자

Claims (11)

  1. 다수의 압전 소자가 배치되는 폴링 챔버;
    상기 다수의 압전 소자들을 폴링하도록 전압을 제공하는 전압 제공부;
    상기 다수의 압전 소자들에 연결되어 상기 다수의 압전 소자들의 커패시턴스를 측정하는 커패시턴스 측정부; 및
    상기 전압 제공부와 상기 폴링 챔버 내의 다수의 압전 소자들과 연결되며, 상기 다수의 압전 소자가 가지는 압전 특성의 균일도를 향상시키도록 상기 다수의 압전 소자들에 개별적으로 연결되어 상기 전압 제공부의 전압을 선택적으로 제공하는 스위칭 시스템;을 포함하는 압전 소자의 폴링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 시스템은 상기 커패시턴스 측정부와 상기 폴링 챔버 내의 압전 소자들과 연결되는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 폴링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 제공부, 커패시턴스 측정부 및 스위칭 시스템 중 적어도 하나와 연결되어 구동을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 폴링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 디스플레이부를 가지는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 폴링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴링 챔버는 상기 압전 소자들의 폴링 시 온도 측정이 가능한 온도 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 폴링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴링 챔버는 상기 압전 소자들의 폴링 시 고온 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 폴링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴링 챔버는 폴링 후의 가스 배출을 위한 배기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 폴링 장치.
  8. 다수의 압전 소자를 폴링 챔버 내에 배치하는 단계;
    스위칭 시스템을 이용하여 상기 다수의 압전 소자들을 전압 제공부에 개별적으로 연결시키고 상기 다수의 압전 소자들에 전압을 가하여 상기 다수의 압전 소자들을 폴링하는 단계;
    커패시턴스 측정부로 상기 폴링된 다수의 압전 소자들의 커패시턴스를 측정하여 설정 커패시턴스에 비해 적은 측정 커패시턴스를 가지는 압전 소자를 선별하는 단계; 및
    상기 설정 커패시턴스에 비해 적은 측정 커패시턴스를 가지는 압전 소자를 스위칭 시스템으로 선택하여 전압을 다시 제공하여 폴링하는 단계;를 포함하는 압전 소자의 폴링 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압전 소자의 폴링은 고온 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 폴링 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 압전 소자의 폴링 후에는 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 폴링 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전압 제공부, 커패시턴스 측정부 및 스위칭 시스템 중 적어도 하나는 제어부에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 폴링 방법.
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