KR101403744B1 - 패터닝 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전 흡인 방식을 이용한 액상 재료의 분사를 통해 대상체에 원하는 패턴을 형성시키는 패터닝 장치 및 방법에 관한 것으로서, 패터닝할 대상체가 패턴 형성을 위해 수평이동하는 과정에서 중공관과의 사이 간격이 변경되지 않도록 조절가능하고, 패턴 형성을 위해 상기 중공관으로부터 대상체로 분사된 액상 재료를 신속히 경화시킴으로써 정밀한 패턴 형성의 균일성 및 반복성을 확보할 수 있고, 또한 형성하고자 하는 패턴의 다양한 이미지 데이터를 사용자의 요구에 맞도록 변환시키고, 그 변환된 데이터를 기반으로 패턴 형성의 신속성 및 정밀성을 향상시킬 수 있도록 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지를 정밀하게 제어할 수 있는 패터닝 장치 및 방법을 제공한다.
정전력, 테일러 콘, 액체 분사, 패터닝

Description

패터닝 장치 및 방법{PATTERNING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 패터닝 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정전 흡인 방식을 이용한 액상 재료의 분사를 통해 대상체에 원하는 패턴을 형성시키는 패터닝 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 대상체에 원하는 패턴을 형성하기 위해 액상 재료를 대상체에 분사하는 유체 분사 방식에는 여러 유형이 있는데, 이하에서는 액상 재료로 잉크를 이용한 잉크젯 방식에 대해 설명한다.
온 디멘드 타입의 잉크젯 방식으로는 압전 현상을 이용한 피에조 방식과, 잉크의 막 비등 현상을 이용한 서멀 방식과, 정전기 현상을 이용한 정전 흡입 방식 등이 사용되고 있으며, 특히 최근에는 고해상도의 잉크젯 방식의 요구가 강해지고 있고, 이를 실현하기 위해서는 분사된 잉크 액적의 미소화 및 이를 위한 잉크 액적의 단위 체적당 분사 에너지의 향상이 불가피하다.
그런데 종래 피에조 방식의 경우, 잉크 액적의 단위 체적당 분사 에너지는 구동하는 압전 소자의 변위량 및 발생 압력과 관련되어 있고, 이 압전 소자의 변위 량은 잉크 액적의 분사량, 즉 잉크 액적의 사이즈와 밀접한 관계가 있다. 여기서 잉크 액적의 사이즈를 작게 하기 위해서는 압전 소자의 변위량도 작게 할 필요가 있어, 잉크 액적의 단위 체적당 분사 에너지의 향상이 곤란하기 때문에 잉크 액적의 미소화가 어려웠다.
한편, 서멀 방식의 경우, 잉크의 막 비등 현상을 이용하고 있기 때문에 버블 형성시의 압력은 물리적 한계가 있어 가열 소자의 면적에 의해 분사 에너지가 거의 정해져 버린다. 이 가열 소자의 면적은 발생 버블의 체적, 즉 잉크 분사량과 거의 비례하기 때문에 잉크 액적의 사이즈를 작게 하면, 발생 버블의 체적이 작아져 분사 에너지가 작아지므로 잉크 액적의 단위 체적당 분사 에너지의 향상이 곤란하기 때문에 역시 잉크 액적의 미소화가 어려웠다.
반면, 정전 흡입 방식을 이용하는 경우, 분사된 액적은 분사 에너지와는 별도로 비상 중에도 정전력을 받기 때문에 잉크 액적의 단위 체적당 분사 에너지를 경감할 수 있어 잉크 액적의 미소화가 가능해진다. 이와 같은 이유로 정전 흡인 방식을 이용한 미소 액적의 분사 기술에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.
이하에서는 도 1을 참조하여 종래 정전 흡입 방식을 이용한 액상 재료의 분사를 통해 대상체에 소정 패턴을 형성시키는 기술에 대해 간략히 살펴본다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 액상 재료의 분사를 통한 패터닝 장치는 액상 재료의 액적이 분사되도록 일단이 개방된 중공관(10)과, 액상 재료 공급라인(22)을 통해 상기 중공관(10)의 타단에 연결되어 액상 재료를 상기 중공관(10)에 공급하는 액상 재료 주입유닛(20)과, 상기 중공관(10) 내부에 고전압을 인가하는 고전압 발생유닛(30)를 포함하여 구성된다. 여기서 미설명부호 40은 패턴이 형성될 대상체를 나타내며, 상기 대상체(40)는 전술한 고전압 발생유닛(30)과 마찬가지로 일단이 접지되도록 구성된다.
전술한 구성을 갖는 종래 기술에 따른 액상 재료의 분사를 통한 패터닝 장치의 작용에 대해 간략히 살펴본다.
상기 중공관(10) 내부에 고전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액상 재료 주입유닛(20)을 통해 상기 중공관(10) 내부로 주입된 액상 재료는 그 표면 장력에 의해 상기 중공관(10)의 개방된 일단에 복록한 형상의 메니스커스(meniscus, 12)가 형성된 상태를 유지한다. 이후, 상기 고전압 발생유닛(30)을 통해 상기 중공관(10) 내부에 고전압이 인가되면, 상기 중공관(10) 내부와 상기 대상체(40) 사이에 전위차가 발생하게 되고, 충분한 전기장이 형성되면 메니스커스(12)의 액표면에서 발생한 전하가 그 중심으로 집중되면서 테일러 콘(taylor cone, 14)이 형성된다. 상기 테일러 콘(14)의 중심에 집중한 전하량에 의한 정전력이 액상 재료의 표면 장력을 초과한 상태가 되면, 액적의 분리가 행해져 상기 대상체(40)로 분사됨으로써 상기 대상체(40)에 소정의 원하는 패턴을 형성할 수 있게 된다.
그런데 전술한 구성을 갖는 종래 기술에 있어서, 원하는 소정 패턴을 형성하기 위해서는 상기 대상체(40) 또는 중공관(10)을 소정 방향, 예를 들어 x축 및 y축 방향으로 이동시켜야 할 필요가 있고, 이 경우 상기 대상체(40)와 중공관(10) 사이의 간격이 변경될 수 있기 때문에 정밀한 패턴의 형성을 위해서는 상기 대상체(40)에 대한 상기 중공관(10)의 높이를 일정하게 유지시켜 줄 장치가 필요하다.
또한, 패턴 형성을 위해 상기 대상체(40)에 분사된 액상 재료는 상기 대상체(40)에 도포된 후, 신속히 경화되어야만 한다. 그렇지 않을 경우, 액상 재료의 특성상 퍼지거나 흐를 수 있기 때문에 정밀한 패턴 형성의 균일성 및 반복성을 확보할 수 없다. 따라서 상기 대상체(40)에 분사된 액상 재료를 신속히 경화시킬 수 있는 장치가 필요하다.
또한, 형성하고자 하는 패턴의 다양한 이미지 데이터를 사용자의 요구에 맞도록 변환시키고, 이 변환된 데이터를 기반으로 한 패턴 형성의 신속성 및 정밀성을 향상시키기 위해 상기 액상 재료 주입유닛(20)과 고전압 발생유닛(30) 및 상기 대상체(40)를 이동시키는 구동 스테이지를 정밀하게 제어할 수 있는 시스템이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 패터닝할 대상체가 패턴 형성을 위해 수평이동하는 과정에서 중공관과의 사이 간격이 변경되지 않도록 조절가능하고, 패턴 형성을 위해 상기 중공관으로부터 대상체로 분사된 액상 재료를 신속히 경화시킴으로써 정밀한 패턴 형성의 균일성 및 반복성을 확보할 수 있고, 또한 형성하고자 하는 패턴의 다양한 이미지 데이터를 사용자의 요구에 맞도록 변환시키고, 그 변환된 데이터를 기반으로 패턴 형성의 신속성 및 정밀성을 향상시키도록 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지를 정밀하게 제어할 수 있는 패터닝 장치 및 방법의 제공을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 패터닝 장치는 메인 바디; 패터닝할 대상체가 놓여지며, 상기 메인 바디 상에서 x축 및 y축을 따라 수평이동하는 구동 스테이지; 상기 구동 스테이지의 상부에 배치되는 홀더에 장착되며, 개구된 일단이 상기 구동 스테이지를 향하도록 배치되는 적어도 하나의 중공관으로 구성되는 중공관 유닛; 상기 홀더에 장착되어 상기 구동 스테이지에 놓여진 대상체로부터의 높이를 검출하는 중공관 높이측정유닛; 상기 홀더를 상기 메인 바디의 일측에 연결시키며, 상기 중공관 높이측정유닛을 통해 검출된 높이 정보를 기초로 상기 홀더를 승강시켜 상기 대상체로부터의상기 중공관의 높이가 일정하게 유지되도록 조절하는 중공관 높이조절유닛; 액상 재료 공급라인을 통해 상기 중공관의 타단에 연결되어 액상 재료를 상기 중공관에 주입하는 액상 재료 주입유닛; 상기 중공관 내부에 고전압을 인가하는 고전압 발생유닛; 및 상기 구동 스테이지, 액상 재료 주입유닛, 및 고전압 발생유닛을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 중공관 높이측정유닛은 광센서 또는 초음파센서로 구성될 수 있고, 상기 중공관 높이조절유닛은 피에조 액추에이터나 보이스 코일 모터 또는 서보 모터로 구성될 수 있다.
패터닝을 위해 상기 중공관으로부터 상기 대상체로 분사된 액상 재료를 경화시키는 경화 유닛을 더 포함할 수 있고, 상기 경화 유닛은 레이저 빔 조사기 또는 UV 램프로 구성될 수 있다.
상기 제어부는 패터닝할 원본 이미지 데이터를 인식하는 데이터 인식부; 인식된 이미지 데이터를 사용자의 요구에 맞도록 변환하여 패터닝용 데이터로 가공하는 데이터 가공부; 및 가공된 데이터를 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지로 전송하는 데이터 전송부를 포함하며, 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각에는 상기 데이터 전송부를 통해 전송된 데이터를 수신하는 데이터 수신부; 수신된 데이터를 기초로 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각의 제어를 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부를 포함하는 프로세서가 마련된다.
상기 제어부에는 상기 가공된 데이터를 압축하여 이를 상기 데이터 전송부가 전송하도록 하는 데이터 압축부가 더 구비될 수 있고, 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각에는 상기 수신된 데이터의 압축을 해제하는 데이터 압축해제부가 더 구비될 수 있다.
상기 중공관 유닛은 2개 이상의 중공관을 포함하여 구성될 수 있고, 그 경우 상기 메인 바디와 중공관 높이조절유닛 사이에 마련되어 상기 홀더를 수평 방향으로 회전시키는 틸팅 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 중공관 유닛이 2개 이상의 중공관을 포함하여 구성되는 경우, 상기 제어부는 패터닝할 원본 이미지 데이터를 인식하는 데이터 인식부; 인식된 이미지 데이터를 사용자의 요구에 맞도록 변환하여 패터닝용 데이터로 가공하는 데이터 가공부; 가공된 데이터를 각 중공관별 패터닝 영역으로 분리하는 중공관별 데이터 분리 부; 및 중공관별로 분리된 데이터를 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지로 전송하는 데이터 전송부를 포함하며, 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각에는 상기 데이터 전송부를 통해 전송된 데이터를 수신하는 데이터 수신부; 수신된 데이터를 기초로 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각의 제어를 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부를 포함하는 프로세서가 마련된다.
또한, 상기 제어부에는 상기 중공관별로 분리된 데이터를 압축하여 이를 상기 데이터 전송부가 전송하도록 하는 데이터 압축부가 더 구비될 수 있고, 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각에는 상기 수신된 데이터의 압축을 해제하는 데이터 압축해제부가 더 구비될 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 패터닝 방법은 (a) x축 및 y축을 따라 수평이동가능한 구동 스테이지에 패터닝할 대상체를 로딩하는 단계; (b) 중공관에 액상 재료를 주입하는 액상 재료 주입유닛을 제어하여 필요한 양의 액상 재료를 중공관에 주입시키는 단계; (c) 상기 중공관 내부에 고전압을 인가시키는 고전압 발생유닛을 제어하여 상기 중공관과 대상체 사이에 소정의 전위차가 형성되도록 하는 단계; (d) 형성된 전위차에 의해 상기 액상 재료가 상기 중공관의 일단 개구부를 통해 상기 대상체로 분사되는 단계; (e) 상기 구동 스테이지를 제어하여 상기 대상체를 x축 및 y축을 따라 수평이동시키는 단계; 및 (f) 상기 대상체의 수평이동에 따라 상기 대상체로부터의 상기 중공관의 높이가 변경되는지 여부를 중공관 높이측정유닛을 통해 검출하고, 이를 기초로 중공관 높이조절유닛을 제어하여 상기 대상체로부터의 상기 중공관의 높이가 일정하게 유지되도록 조정하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 패터닝 장치 및 방법에 의하면, 패터닝할 대상체가 패턴 형성을 위해 수평이동하는 과정에서 중공관과의 사이 간격이 변경되지 않도록 조절가능하고, 패턴 형성을 위해 상기 중공관으로부터 대상체로 분사된 액상 재료를 신속히 경화시킬 수 있어 정밀한 패턴 형성의 균일성 및 반복성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 형성하고자 하는 패턴의 다양한 이미지 데이터를 신속히 인식하고, 이를 사용자의 요구에 맞도록 변환시키며, 그 변환된 데이터를 기반으로 패턴 형성의 신속성 및 정밀성을 향상시키도록 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지를 정밀하게 제어할 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 패터닝 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다. 먼저 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 패터닝 장치에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 패터닝 장치의 개략적 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 패터닝 장치의 제어 시스템 구성도이며, 도 4는 도 2의 중공관이 복수개로 구성되는 경우의 중공관 유닛의 저면도이고, 도 5는 복수개의 중공관으로 구성되는 중공관 유닛을 복수개 장착한 실시예의 저면도이며, 도 6은 도 2의 중공관이 복수개로 구성되는 경우의 본 발명에 따른 패터닝 장치의 제어 시스템 구성도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패터닝 장치(100)는 크게 메인 바디(110), 구동 스테이지(120), 중공관 유닛(130), 중공관 높이측정유닛(140), 중공관 높이조절유닛(150), 액상 재료 주입유닛(160), 고전압 발생유닛(170), 제어부(190)를 포함하여 구성된다.
패터닝할 대상체(S)는 상기 구동 스테이지(120)에 놓여지게 되며, 상기 구동 스테이지(120)는 후술할 제어부(190)의 제어에 따라 상기 메인 바디(110) 상에서 x축 및 y축을 따라 수평이동가능하게 구성되고, 그와 같은 수평이동을 통해 상기 대상체(S)를 x축 및 y축을 따라 수평이동시키는 역할을 수행한다. 상기 구동 스테이지(120)의 상면에는 도전성 레이어(121)가 형성되어 있으며, 상기 대상체(S)와 후술할 중공관(133) 사이의 전위차 형성을 위해 상기 도전성 레이어(121)에 접지단이 연결된다. 도면상 도시하지는 않았으나 상기 대상체(S)를 직접 접지단과 연결할 수도 있다. 상기 구동 스테이지(120)에는 상기 제어부(190)와 통신 케이블 또는 무선 통신의 방법으로 연결되는 프로세서(122)가 마련된다.
상기 중공관 유닛(130)은 상기 구동 스테이지(120)의 상부에 배치되는 홀더(131)에 장착되는 적어도 하나의 중공관(133)으로 구성되며, 상기 중공관(133)은 그 개구된 일단이 상기 구동 스테이지(120)를 향하도록 배치되어 후술할 액상 재료 주입유닛(160)을 통해 주입되는 액상 재료를 상기 구동 스테이지(120)에 놓여진 대 상체(S)로 분사하여 원하는 소정의 패턴이 상기 대상체(S)에 형성되도록 한다. 상기 중공관 유닛(130)은 상기 메인 바디(110)에 연결되는 후술할 중공관 높이조절유닛(150)을 통해 지지된다. 필요에 따라 상기 중공관(133)의 개구된 일단에는 그 개구부를 개폐하는 셔터(미도시)가 장착될 수도 있다.
한편, 패턴 형성을 위해 상기 구동 스테이지(120)를 제어하여 상기 대상체(S)를 x축 및 y축을 따라 수평이동시키는 과정에서 상기 대상체(S)로부터의 상기 중공관(133)의 높이가 변경될 수 있고, 그 경우 원하는 정밀한 패턴 형성이 이루어질 수 없다.
따라서 본 발명에 따른 패터닝 장치(100)는 전술한 문제를 해소하기 위해 중공관 높이측정유닛(140) 및 중공관 높이조절유닛(150)을 구비한다.
상기 중공관 높이측정유닛(140)은 상기 홀더(131)에 장착되어 상기 구동 스테이지(120)에 놓여진 대상체(S)로부터의 높이를 측정함으로써 상기 대상체(S)로부터의 상기 중공관(133)의 높이가 변경되는지 여부를 검출한다. 상기 중공관 높이측정유닛(140)은 광센서나 초음파센서 또는 기타 다양한 유형의 센서를 필요에 맞게 적용하여 구성할 수 있고, 이들 각각에 대해서는 이미 공지된 다양한 유형의 것들이 개시되어 있으므로 그 각각에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 중공관 높이조절유닛(150)은 상기 홀더(131)를 상기 메인 바디(110)의 일측에 연결시켜 상기 메인 바디(110)에 지지되도록 하는 한편, 상기 중공관 높이측정유닛(140)을 통해 검출된 높이 정보를 기초로 상기 홀더(131)를 승강시켜 상기 대상체(S)로부터의 상기 중공관(133)의 높이가 일정하게 유지되도록 조절한다. 상 기 중공관 높이조절유닛(150)은 피에조 액추에이터나 보이스 코일 모터 또는 서보 모터 등을 필요에 맞게 적용하여 구성할 수 있고, 이들 각각에 대해서는 이미 공지된 다양한 유형의 것들이 개시되어 있으므로 그 각각에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 메인 바디(110)와 중공관 높이조절유닛(150) 사이에는 상기 홀더(131)를 수평 방향으로 회전시키는 틸팅 유닛(150)이 추가될 수 있다. 상기 틸팅 유닛(150)은 상기 홀더(131)와 연결된 상기 중공관 높이조절유닛(150)을 수평 방향으로 회전시킴으로써 상기 홀더(131)를 회전시킨다. 상기 틸팅 유닛(150)은 주로 상기 중공관 유닛(130)이 도 4에 도시된 바와 같이 복수개의 중공관(133a, 133b, 133c)으로 구성되는 경우의 패터닝 효율성을 높이기 위한 것이며, 그에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 액상 재료 주입유닛(160)은 액상 재료 공급라인(161)을 통해 상기 중공관(133)의 타단에 연결되어 제어부(190)의 제어에 의해 필요한 양의 액상 재료를 상기 중공관(133)에 주입하는 역할을 수행하며, 이를 위해 상기 액상 재료 주입유닛(160)에는 액상 재료를 저장하는 탱크(미도시)와, 상기 탱크에 저장된 액상 재료를 펌핑하는 펌프(미도시)가 구비된다. 상기 액상 재료 주입유닛(160)에는 상기 제어부(190)와 통신 케이블 또는 무선 통신의 방법으로 연결되는 프로세서(162)가 마련되며, 상기 프로세서(162)는 제어부(190)와 연계하여 상기 펌프를 제어한다.
상기 액상 재료는 본 발명에 따른 패터닝 장치(100)를 통해 형성하고자 하는 패턴의 유형에 따라 여러 유형으로 나뉘어질 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 패터닝 장치(100)를 통해 형성하고자 하는 패턴은 전자 제품, 예를 들면 모바일 단말기, 텔레비젼, 에어컨, 냉장고 등의 외부 케이스에 형성되는 문자나 도안 등의 로고일 수 있고, 이 경우 상기 액상 재료는 물, 기름 등 외에 미립자로서 염료나 안료를 포함한 잉크와 같은 비금속성 유기물 재료일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 패터닝 장치(100)를 통해 형성되는 패턴은 반도체 소자, 평판표시장치(FPD: Flat Panel Display), 플랙시블 디스플레이(Flexible Display), 솔라셀(Solar Cell) 등의 회로 패턴일 수 있고, 이 경우 상기 액상 재료는 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 등의 금속성 미립자 용액일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 패터닝 장치(100)를 통해 형성되는 패턴은 LCD 칼라 필터의 블랙매트릭스(BM) 및 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 각 칼라 필터층을 이루는 픽셀일 수 있고, 이 경우 상기 액상 재료는 비금속성 유기물 재료일 수 있다.
상기 액상 재료들은 후술할 고전압 발생유닛(170)의 제어를 통해 상기 중공관(133)의 개구부에서 스트림 형태나 액적 형태로 분사되도록 테일러 콘(taylor cone)으로 형성되기 위해 필요한 일정 범위의 점도를 가져야 한다. 예를 들어, LCD 칼라 필터의 블랙매트릭스(BM) 패턴 형성을 위한 비금속성 유기물 재료의 점도 범위는 20~240 cP(centi Poise) 일 수 있고, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 각 칼라 필터층을 이루는 픽셀 패턴의 형성을 위한 비금속성 유기물 재료의 점도 범위는 10~20 cP 일 수 있다. 또한, 반도체 소자, 평판표시장치(FPD: Flat Panel Display), 플랙시블 디스플레이(Flexible Display), 솔라셀(Solar Cell) 등의 회로 패턴 형성을 위한 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 등의 금속성 미립자 용 액일 경우, 그 점도 범위는 1~100 cP 일 수 있다. 한편, 상기 점도 범위 내에서 형성하고자 하는 패턴의 유형에 따라 각 액상 재료의 점도는 달라질 수 있다. 즉, 형성하고자 하는 패턴의 두께는 얇은 대신 그 피치는 큰 경우, 상기 점도 범위 내에서 작은 점도를 갖는 액상 재료가 사용될 수 있다. 반면, 형성하고자 하는 패턴의 두께가 두꺼운 대신 그 피치는 작은 경우, 상기 점도 범위 내에서 큰 점도를 갖는 액상 재료가 사용될 수 있다.
한편, 상기 고전압 발생유닛(170)은 제어부(190)의 제어를 통해 상기 중공관(133) 내부에 소정의 고전압을 인가하여 상기 중공관(133)과 대상체(S) 사이에 소정의 전위차가 형성되도록 하여 정전력에 의해 액상 재료가 상기 대상체(S)로 분사되도록 하며, 이를 위해 상기 고전압 발생유닛(170)의 일측 단자는 상기 중공관(133) 내부에 배치되고, 그 타측 단자는 접지단에 연결된다. 상기 고전압 발생유닛(170)에는 상기 제어부(190)와 통신 케이블 또는 무선 통신의 방법으로 연결되는 프로세서(172)가 마련된다.
상기 중공관(133) 내부에 고전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액상 재료 주입유닛(160)을 통해 상기 중공관(133) 내부로 주입된 액상 재료는 그 표면 장력에 의해 상기 중공관(133)의 개방된 일단에 복록한 형상의 메니스커스(meniscus, 135)가 형성된 상태를 유지한다. 이후, 상기 고전압 발생유닛(170)을 통해 상기 중공관(133) 내부에 소정의 고전압이 인가되면, 상기 중공관(133) 내부와 상기 대상체(S) 사이에 전위차가 발생하게 되고, 충분한 전기장이 형성되면 메니스커스(135)의 액표면에서 발생한 전하가 그 중심으로 집중되면서 테일러 콘(taylor cone, 137)이 형성된다. 상기 테일러 콘(137)의 중심에 집중한 전하량에 의한 정전력이 액상 재료의 표면 장력을 초과한 상태가 되면, 액적의 분리가 행해져 상기 대상체(S)로 분사됨으로써 상기 대상체(S)에 소정의 원하는 패턴을 형성할 수 있게 된다.
한편, 패턴 형성을 위해 상기 대상체(S)에 분사된 액상 재료는 상기 대상체(S)에 도포된 후, 신속히 경화되어야만 한다. 그렇지 않을 경우, 액상 재료의 특성상 퍼지거나 흐를 수 있기 때문에 정밀한 패턴 형성의 정확성 및 반복성을 확보할 수 없다. 따라서 본 발명에 따른 패터닝 장치(100)는 상기 대상체(S)에 분사된 액상 재료를 신속히 경화시킬 수 있도록 하는 경화 유닛(180)을 구비한다. 상기 경화 유닛(180)으로는 레이저 빔 조사기 또는 UV 램프가 사용될 수 있고, 경우에 따라서는 상기 대상체(S)가 놓여지는 구동 스테이지(120)에 별도의 히터(미도시)를 장착하여 열을 통해 상기 액상 재료를 경화시킬 수도 있다.
상기 액상 재료 주입유닛(160), 고전압 발생유닛(170), 구동 스테이지(120)를 제어하는 제어부(190)는 도 3에 도시된 바와 같이, 기본적으로 데이터 인식부(191), 데이터 가공부(193), 데이터 전송부(199)로 구성되고, 필요에 따라 데이터 압축부(197)를 추가하여 구성될 수 있다.
상기 데이터 인식부(191)는 패터닝하고자 하는 다양한 형태(GDSII, Gerber, OASIS, DXF 등)의 원본 이미지 데이터를 인식하여 vector 또는 raster 형태의 데이터로 저장하는 역할을 수행한다.
상기 데이터 가공부(193)는 상기 데이터 인식부(191)를 통해 인식/저장된 데 이터를 위치 변환, 이미지 회전, 이미지 디스토션(distortion) 등을 통해 사용자의 요구에 맞도록 가공하여 패턴용 데이터를 생성하는 역할을 수행한다.
상기 데이터 전송부(199)는 상기 데이터 가공부(193)를 통해 가공된 패턴용 데이터를 상기 액상 재료 주입유닛(160), 고전압 발생유닛(170), 구동 스테이지(120) 각각의 프로세서(162, 172, 122)로 전송한다. 이때, 상기 데이터 가공부(193)를 통해 가공된 패턴용 데이터의 용량의 큰 경우, 데이터 압축부(197)를 통해 압축하여 전송할 수 있다.
상기 액상 재료 주입유닛(160), 고전압 발생유닛(170), 구동 스테이지(120)에 마련된 각 프로세서(162, 172, 122)는 그 데이터 수신부(163, 173, 123)를 통해 가공된 패턴용 데이터를 수신하고, 제어신호 생성부(165, 175, 125)를 통해 상기 액상 재료 주입유닛(160), 고전압 발생유닛(170), 구동 스테이지(120) 각각의 제어를 위한 제어신호를 생성하여 입력함으로써 상기 액상 재료 주입유닛(160), 고전압 발생유닛(170), 구동 스테이지(120) 각각의 구동을 제어한다. 이때, 상기 가공된 패턴용 데이터가 압축되어 전송된 경우, 상기 액상 재료 주입유닛(160), 고전압 발생유닛(170), 구동 스테이지(120)에 마련된 각 프로세서(162, 172, 122)에는 추가적으로 상기 가공된 패턴용 데이터의 압축을 해제하는 데이터 압축해제부가 구비된다.
한편, 중공관 유닛(130)은 도 4에 도시된 바와 같이, 복수개의 중공관(133a, 133b, 133c)으로 구성되는 중공관 유닛(130')일 수 있고, 이 경우, 상기 복수개의 중공관(133a, 133b, 133c) 각각에 액상 재료를 주입하기 위한 액상 재료 주입유닛 (미도시) 및 고전압을 인가하기 위한 고전압 발생유닛(미도시) 각각은 상기 중공관(133a, 133b, 133c)의 개수에 맞게 복수개로 구성될 수 있다. 도 4를 통해 설명하고 있는 실시예에서 상기 복수개의 중공관(133a, 133b, 133c)이 3개로 구성된 것을 예시하였으나, 반드시 그에 한정되는 것은 아니며, 그 개수는 증감가능하다.
전술한 바와 같이, 상기 중공관 유닛(130')이 복수개의 중공관(133a, 133b, 133c)으로 구성되는 경우, 각 중공관(133a, 133b, 133c) 사이에 발생할 수 있는 전기적 간섭 현상을 막기 위해 상기 중공관(133a, 133b, 133c) 각각은 일정한 간격을 유지해야 하고, 그 때문에 각 중공관(133a, 133b, 133c)이 패터닝 해야할 영역이 길어진다. 상기 영역을 줄이려면 구동 스테이지(120)를 사선 방향으로 이동시켜야 하는데, 그 경우 상기 구동 스테이지(120)의 이동 반경이 커져 패터닝 장치(100)가 대형화되는 문제점이 있다. 따라서 본 발명의 경우, 전술한 틸팅 유닛(150)을 통해 상기 홀더(131)와 연결된 중공관 높이조절유닛(150)을 수평 방향으로 회전시킴으로써 상기 홀더(131)를 필요한 각도만큼 회전시킬 수 있고, 그 결과 패터닝 장치(100)를 대형화시키지 않으면서 각 중공관(133a, 133b, 133c)이 패터닝 해야할 영역을 줄일 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 중공관 유닛(130')이 복수개의 중공관(133a, 133b, 133c)으로 구성되는 경우, 상기 구동 스테이지(120) 및 상기 복수개의 중공관(133a, 133b, 133c) 각각에 연결되는 복수개의 액상 재료 주입유닛(미도시)과 고전압 발생유닛(미도시)을 제어하는 제어부(190')는 도 5에 도시된 바와 같이, 전술한 데이터 인식부(191), 데이터 가공부(193), 데이터 압축부(197), 데이터 전송 부(199)를 포함할 뿐만 아니라, 상기 데이터 가공부(193)를 통해 가공된 패턴용 데이터를 각 중공관(133a, 133b, 133c)별 패터닝 영역으로 분리하는 중공관별 데이터 분리부(195)를 더 포함한다.
미설명 부호 162a, 162b, 162c는 복수개의 액상 재료 주입유닛(미도시) 각각에 마련되어 상기 제어부(190')와 연결되는 프로세서를 나타내고, 상기 각 프로세서(162a, 162b, 162c)는 앞서 설명한 프로세서(162)와 동일한 구성을 가지므로 그에 대한 반복된 설명은 생략한다. 또한, 미설명 부호 172a, 172b, 172c는 복수개의 고전압 발생유닛(미도시) 각각에 마련되어 상기 제어부(190')와 연결되는 프로세서를 나타내고, 상기 각 프로세서(172a, 172b, 172c) 역시 앞서 설명한 프로세서(172)와 동일한 구성을 가지므로 그에 대한 반복된 설명은 생략한다.
한편, 전술한 중공관 유닛(130')은 도 5에 도시된 바와 같이, 각각 복수개의 중공관(번호 미부여)으로 구성되는 복수개의 중공관 유닛(130'a, 130'b, 130'c, 130'd)으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 각 중공관 유닛(130'a, 130'b, 130'c, 130'd)의 높이 조절을 위한 중공관 높이측정유닛(140a, 140b, 140c, 140d) 및 중공관 높이조절유닛(145a, 145b, 145c, 145d) 역시 대응되는 개수 만큼의 복수개로 구성된다. 또한, 각 중공관 유닛(130'a, 130'b, 130'c, 130'd)에 마련된 복수개의 중공관에 의해 형성될 패턴의 피치 간격을 필요에 따라 조정하기 위한 틸팅 유닛(150a, 150b, 150c, 150d) 역시 대응되는 개수 만큼의 복수개로 구성된다.
그와 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 중공관 유닛(130'a, 130'b, 130'c, 130'd)에 구비된 복수개의 중공관을 통해 분사되는 각 액상 재료의 피치가 미리 정 해진 소정의 설정 간격을 형성하도록 각 틸팅 유닛(150a, 150b, 150c, 150d)의 제어를 통해 각 중공관 유닛(130'a, 130'b, 130'c, 130'd)을 필요한 각도로 틸팅하여 초기 설정 위치가 세팅된다. 이후, 패터닝할 대상체(S)가 놓여진 구동 스테이지(120)가 제어부(190)의 제어로 도면상 하방향 또는 상방향으로 이동함에 따라 상기 각 중공관 유닛(130'a, 130'b, 130'c, 130'd)에 구비된 복수개의 중공관 각각에 필요한 고전압이 인가됨으로써 각 중공관으로부터 액상 재료가 스트림 형태나 액적 형태로 분사되어 형성하고자 하는 소정의 패턴 일부를 패터닝한다. 이때, 상기 복수개의 중공관 각각에 인가되는 고전압은 각 중공관이 형성하게 될 정해진 패턴의 영역에 따라 시간별로 단속적 또는 연속적으로 인가되도록 제어될 수 있고, 또한 고전압의 주파수 또는 듀티 사이클(duty cycle)이 미세조정될 수 있다. 전술한 일 방향 스캔에 따른 패터닝이 완료되면, 상기 구동 스테이지(120)가 제어부(190)의 제어로 도면상 좌방향 또는 우방향으로 소정 간격 시프트(shift)한 후, 상기 일 방향과 반대 방향으로 이동하면서 전술한 과정과 동일한 방식으로 패터닝를 계속한다. 전술한 일련의 과정의 반복을 통해 최종적으로 원하는 패턴이 완성될 수 있다. 한편, 형성하고자 하는 패턴의 형상 및 크기에 따라 다를 수 있으나, 상기 각 중공관 유닛(130'a, 130'b, 130'c, 130'd)의 개수 및 각각에 구비된 중공관의 개수를 증가시킨 구성을 통해 전술한 일 방향의 이동에 따른 패터닝만으로 형성하고자 하는 최종 패턴을 완성시킬 수도 있을 것이다.
이하에서는 도 2 내지 도 8을 참조하여 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 패터닝 장치(100)를 이용한 패터닝 방법에 대해 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 패터닝 방법의 단계 흐름도이고, 도 8은 도 7의 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각의 제어를 위한 단계 흐름도이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 도시되지 않은 로딩 유닛을 통해 패터닝할 대상체(S)를 구동 스테이지(120)에 로딩한다(S110). 이후, 액상 재료 주입유닛(160)의 제어를 통해 중공관(133)에 형성하고자 하는 패턴 유형에 맞는 액상 재료를 주입한다(S120).
이후 과정을 설명하기에 앞서, 도 8을 참조하여 상기 액상 재료 주입유닛(160)의 제어에 대해 구체적으로 설명하면, 먼저 제어부(190)의 데이터 인식부(191)를 통해 패터닝하고자 하는 다양한 형태(GDSII, Gerber, OASIS, DXF 등)의 원본 이미지 데이터를 인식하여 vector 또는 raster 형태의 데이터로 저장한다(S210). 이후, 데이터 가공부(193)는 상기 인식된 데이터를 위치 변환, 이미지 회전, 이미지 디스토션(distortion) 등의 가공을 수행하여 사용자의 요구에 맞도록 가공된 패턴용 데이터를 생성한다(S220). 이후, 데이터 전송부(199)는 상기 가공된 패턴용 데이터를 상기 액상 재료 주입유닛(160)의 프로세서(162)로 전송한다.
한편, 상기 데이터 가공부(193)를 통해 가공된 패턴용 데이터의 용량의 큰 경우, 데이터 압축부(197)를 통해 압축(S240)하여 전송(S250)할 수 있다. 또한, 상기 중공관(133)이 복수개의 중공관(133a, 133b, 133c)으로 구성되는 경우, 상기 데이터 가공부(193)를 통해 가공된 패턴용 데이터는 중공관별 데이터 분리부(195)를 통해 각 중공관(133a, 133b, 133c)별 패터닝 영역으로 분리(S230)된 후, 전송될 수 있고, 나아가 상기 각 중공관(133a, 133b, 133c)별 패터닝 영역으로 분리된 데이터의 용량의 큰 경우, 전술한 압축과정을 거쳐 전송할 수 있다.
이후, 상기 가공된 패턴용 데이터 또는 각 중공관(133a, 133b, 133c)별 패터닝 영역으로 분리된 데이터는 상기 액상 재료 주입유닛(160)의 프로세서(162)에 마련된 데이터 수신부(163)를 통해 수신되고, 제어신호 생성부(165)는 상기 수신된 데이터를 기초로 액상 재료 주입유닛(160)의 제어신호를 생성/입력하여 필요한 양의 액상 재료가 상기 중공관(133)에 주입되도록 한다. 이때, 상기 가공된 패턴용 데이터 또는 각 중공관(133a, 133b, 133c)별 패터닝 영역으로 분리된 데이터가 압축되어 전송된 경우, 상기 액상 재료 주입유닛(160)의 프로세서(162)에 마련된 데이터 압축해제부(164)를 통한 데이터의 압축해제가 추가적으로 수행될 수 있다.
다시 도 2 내지 도 7을 참조하여 액상 재료 주입단계(S120) 이후의 과정을 설명한다. 전술한 과정을 통해 액상 재료가 중공관(133)에 주입되면, 고전압 발생유닛(170)의 제어를 통해 상기 중공관(133) 내부에 필요로 하는 고전압을 인가하여 상기 중공관(133)과 대상체(S) 사이에 소정의 전위차가 형성되도록 한다(S130). 상기 고전압은 일정 주파수(frequency)를 갖는 펄스 전압일 수 있다. 상기 고전압 발생유닛(170)의 제어 역시, 도 8을 통해 설명한 과정에 의해 생성된 상기 가공된 패턴용 데이터 또는 각 중공관(133a, 133b, 133c)별 패터닝 영역으로 분리된 데이터를 기초로 상기 고전압 발생유닛(170)의 프로세서(172)를 통해 생성된 제어신호에 의해 이루어진다. 즉, 상기 고전압 발생유닛(170)의 프로세서(172)는 상기 가공된 패턴용 데이터 또는 각 중공관(133a, 133b, 133c)별 패터닝 영역으로 분리된 데이 터를 기초로 상기 중공관(133) 내부에 인가되는 고전압의 주파수, 듀티 사이클(duty cycle), 인가 시간 등을 조절한다.
상기 중공관(133) 내부에 고전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액상 재료 주입유닛(160)을 통해 상기 중공관(133) 내부로 주입된 액상 재료는 그 표면 장력에 의해 상기 중공관(133)의 개방된 일단에 복록한 형상의 메니스커스(meniscus, 135)가 형성된 상태를 유지한다. 그러나 전술한 바와 같이 상기 고전압 발생유닛(170)을 통해 상기 중공관(133) 내부에 소정의 고전압이 인가되면, 상기 중공관(133) 내부와 상기 대상체(S) 사이에 전위차가 발생하게 되고, 충분한 전기장이 형성되면 메니스커스(135)의 액표면에서 발생한 전하가 그 중심으로 집중되면서 테일러 콘(taylor cone, 137)이 형성된다. 상기 테일러 콘(137)의 중심에 집중한 전하량에 의한 정전력이 액상 재료의 표면 장력을 초과한 상태가 되면, 액적의 분리가 행해져 상기 대상체(S)로 분사된다(S140).
패턴 형성을 위해 상기 대상체(S)로 분사된 액상 재료는 경화 유닛(180)을 통해 신속히 경화된다(S150). 따라서 종래 기술에서와 같이 액상 재료가 퍼지거나 흐르게 됨으로써 발생될 수 있는 문제점을 해소하여 정밀한 패턴 형성의 균일성 및 반복성을 확보할 수 있다.
전술한 액상 재료의 분사단계(S140) 및 경화단계(S150)와 동시에 또는 그 직후에 구동 스테이지(120)의 제어를 통해 대상체(S)를 x축 및 y축을 따라 수평이동시키는 단계(S160)가 진행된다. 상기 구동 스테이지(120)의 제어 역시, 도 8을 통해 설명한 과정에 의해 생성된 상기 가공된 패턴용 데이터 또는 각 중공관(133a, 133b, 133c)별 패터닝 영역으로 분리된 데이터를 기초로 상기 고전압 발생유닛(170)의 프로세서(172)를 통해 생성된 제어신호에 의해 이루어진다.
상기 구동 스테이지(120)는 도 9에 도시된 바와 같이, 패터닝을 위한 일 방향 구동, 예를 들어 y축 상방향의 구동시, 초기 위치로부터 패터닝 영역 이전까지는 가속 구동을 하다가, 패터닝 영역 전 범위에서는 정속 구동이 이루어지며, 일 방향에 대한 패터닝이 종료되는 때부터 감속 구동이 이루어지도록 제어된다. 이후, 상기 구동 스테이지(120)가 정지하면, x축 방향으로 소정 피치만큼 쉬프 팅( shifting)한 후, 전술한 구동 방식과 동일한 방식으로 y축 하방향으로의 구동이 이루어지도록 제어된다.
한편, 형성하고자 하는 목표 패턴의 일 예가 도 10에 도시된 바와 같은 경우, 패터닝을 위한 영역을 ⓐ~ⓙ까지 10개의 영역으로 분류할 수 있고, 이 경우, 도 4를 통해 설명한 중공관 유닛(130')은 ⓐ~ⓙ 각 영역에 대한 패터닝을 수행하도록 10개의 중 공관(번호 미부여)을 구비한 것으로 구성될 수 있다. 이때, 패터닝을 위한 액상 재료의 분사를 위해 상기 각 중공관에 인가되는 고전압의 제어는, 전술한 구동 스테 이지( 120)의 y축 상방향으로의 구동에 따른 시간에 대해 도 10에 도시된 바와 같은 고전압의 입력에 대한 온(on)/ 오프 (off) 제어방식으로 이루어질 수 있다. 전술한 방식으로 구동 스테이지(120)의 일 방향 이동에 따른 패터닝이 완료된 후, 구동 스테이지(120)가 x축 우방향으로 소정 피치만큼 쉬프팅(shifting)한 후, y축 하방향으로 이동하면서 전술한 방식과 동일한 방식으로 각 중공관에 인가되는 고전압의 제어가 이루어짐으로써 목표 패턴에 대한 패터닝의 진행이 계속된 다.
한편, 상기 구동 스테이지(120)를 통해 대상체(S)를 수평이동시키는 과정에서 상기 대상체(S)로부터의 상기 중공관(133)의 높이가 변경될 수 있고, 그 경우 원하는 정밀한 패턴 형성이 이루어질 수 없다.
따라서 본 발명에 따른 패터닝 방법은 전술한 문제를 해소하기 위해 중공관 높이측정유닛(140) 및 중공관 높이조절유닛(150)를 통해 상기 대상체(S)로부터의 상기 중공관(133)의 높이가 일정하게 유지되도록 조절하는 단계(S170)를 포함한다.
상기 중공관 높이측정유닛(140)은 앞서 설명한 바와 같이, 홀더(131)에 장착되어 구동 스테이지(120)에 놓여진 대상체(S)로부터의 높이를 측정함으로써 상기 대상체(S)로부터의 상기 중공관(133)의 높이가 변경되는지 여부를 검출하고, 상기 중공관 높이조절유닛(150)은 상기 중공관 높이측정유닛(140)을 통해 검출된 높이 정보를 기초로 상기 홀더(131)를 승강시켜 상기 대상체(S)로부터의 상기 중공관(133)의 높이가 일정하게 유지되도록 조절한다.
한편, 도 4를 통해 설명한 바와 같이, 상기 중공관 유닛(130')이 복수개의 중공관(133a, 133b, 133c)으로 구성되는 경우, 틸팅 유닛(150)을 통해 상기 홀더(131)와 연결된 중공관 높이조절유닛(150)을 수평 방향으로 회전시킴으로써 상기 홀더(131)를 필요한 각도만큼 회전시키는 단계가 액상 재료 주입단계(S120) 이전 또는 적어도 액상 재료 분사단계(S140) 이전에 추가될 수 있다. 따라서 상기 중공관 유닛(130')이 복수개의 중공관(133a, 133b, 133c)으로 구성되는 경우, 패터닝 장치(100)를 대형화시키지 않으면서 각 중공관(133a, 133b, 133c)이 패터닝 해야할 영역을 줄일 수 있다.
지금까지 설명한 본 발명에 따른 패터닝 장치(100)를 이용한 패터닝 방법은 기본적으로 형성하고자 하는 완성된 패턴을 직접 형성하는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 일반적인 포토리소그라피 (Photolithography) 공법 중, 에칭 공정을 제외한 PR(Photo Resister) 도포, 저온 건조(Soft Bake), 노광(Expose), 현상(Develop), 고온 건조(Hard Bake) 등으로 이어지는 일련의 전체 공정들을 대체하는데 사용될 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 액상 재료의 분사를 통한 패터닝 장치의 개략적 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 패터닝 장치의 개략적 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 패터닝 장치의 제어 시스템 구성도,
도 4는 도 2의 중공관이 복수개로 구성되는 경우의 중공관 유닛의 저면도,
도 5는 복수개의 중공관으로 구성되는 중공관 유닛을 복수개 장착한 실시예의 저면도,
도 6은 도 2의 중공관이 복수개로 구성되는 경우의 본 발명에 따른 패터닝 장치의 제어 시스템 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 패터닝 방법의 단계 흐름도,
도 8은 도 7의 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각의 제어를 위한 단계 흐름도,
도 9는 본 발명에 따른 패터닝 장치의 구동 스테이지의 구동속도 제어 그래프,
도 10은 본 발명에 따른 패터닝 장치의 중공관에 인가되는 고전압의 제어에 대한 일 실시예를 나타낸 도면이다.
**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**
110 : 메인 바디 121 : 도전성 레이어
122 : 프로세서 130 : 중공관 유닛
131 : 홀더 133 : 중공관
135 : 메니스커스 137 : 테일러 콘
140 : 중공관 높이측정유닛 145 : 중공관 높이조절유닛
150 : 틸팅 유닛 160 : 액상 재료 주입유닛
161 : 액상 재료 공급라인 162 : 프로세서
163 : 데이터 수신부 164 : 데이터 압축해제부
165 : 제어신호 생성부 170 : 고전압 발생유닛
172 : 프로세서 180 : 경화 유닛
190 : 제어부 191 : 데이터 인식부
193 : 데이터 가공부 195 : 중공관별 데이터 분리부
197 : 데이터 압축부 199 : 데이터 전송부

Claims (17)

  1. 메인 바디;
    패터닝할 대상체가 놓여지며, 상기 메인 바디 상에서 x축 및 y축을 따라 수평이동하는 구동 스테이지;
    상기 구동 스테이지의 상부에 배치되는 홀더에 장착되며, 개구된 일단이 상기 구동 스테이지를 향하도록 배치되는 적어도 하나의 중공관으로 구성되는 중공관 유닛;
    상기 홀더에 장착되어 상기 구동 스테이지에 놓여진 대상체로부터의 높이를 검출하는 중공관 높이측정유닛;
    상기 홀더를 상기 메인 바디의 일측에 연결시키며, 상기 중공관 높이측정유닛을 통해 검출된 높이 정보를 기초로 상기 홀더를 승강시켜 상기 대상체로부터의 상기 중공관의 높이가 일정하게 유지되도록 조절하는 중공관 높이조절유닛;
    액상 재료 공급라인을 통해 상기 중공관의 타단에 연결되어 액상 재료를 상기 중공관에 주입하는 액상 재료 주입유닛;
    상기 중공관 내부에 고전압을 인가하는 고전압 발생유닛;
    상기 구동 스테이지, 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛을 제어하는 제어부; 및
    상기 메인 바디와 중공관 높이조절유닛 사이에 마련되어 상기 홀더를 수평 방향으로 회전시키는 틸팅 유닛;을 포함하며,
    상기 중공관 유닛은 2개 이상의 중공관을 포함하는 패터닝 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    패터닝을 위해 상기 중공관으로부터 상기 대상체로 분사된 액상 재료를 경화시키는 경화 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패터닝 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 경화 유닛은 레이저 빔 조사기 또는 UV 램프로 구성되는 것을 특징으로 하는 패터닝 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는
    패터닝할 원본 이미지 데이터를 인식하는 데이터 인식부; 인식된 이미지 데이터를 사용자의 요구에 맞도록 변환하여 패터닝용 데이터로 가공하는 데이터 가공부; 및 가공된 데이터를 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지로 전송하는 데이터 전송부를 포함하며,
    상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각에는
    상기 데이터 전송부를 통해 전송된 데이터를 수신하는 데이터 수신부; 수신된 데이터를 기초로 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각의 제어를 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부를 포함하는 프로세서가 마련되는 것을 특징으로 하는 패터닝 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부에는 상기 가공된 데이터를 압축하여 이를 상기 데이터 전송부가 전송하도록 하는 데이터 압축부가 더 구비되고,
    상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각에는 상기 수신된 데이터의 압축을 해제하는 데이터 압축해제부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 패터닝 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    패터닝할 원본 이미지 데이터를 인식하는 데이터 인식부; 인식된 이미지 데이터를 사용자의 요구에 맞도록 변환하여 패터닝용 데이터로 가공하는 데이터 가공부; 가공된 데이터를 각 중공관별 패터닝 영역으로 분리하는 중공관별 데이터 분리부; 및 중공관별로 분리된 데이터를 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지로 전송하는 데이터 전송부를 포함하며,
    상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각에는
    상기 데이터 전송부를 통해 전송된 데이터를 수신하는 데이터 수신부; 수신된 데이터를 기초로 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각의 제어를 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부를 포함하는 프로세서가 마련되는 것을 특징으로 하는 패터닝 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부에는 상기 중공관별로 분리된 데이터를 압축하여 이를 상기 데이터 전송부가 전송하도록 하는 데이터 압축부가 더 구비되고,
    상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각에는 상기 수신된 데이터의 압축을 해제하는 데이터 압축해제부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 패터닝 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공관 높이측정유닛은 광센서 또는 초음파센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 패터닝 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공관 높이조절유닛은 피에조 액추에이터나 보이스 코일 모터 또는 서 보 모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 패터닝 장치.
  12. (a) x축 및 y축을 따라 수평이동가능한 구동 스테이지에 패터닝할 대상체를 로딩하는 단계;
    (b) 복수 개의 중공관으로 구성되는 중공관 유닛에 액상 재료를 주입하는 액상 재료 주입유닛을 제어하여 필요한 양의 액상 재료를 중공관에 주입시키는 단계;
    (c) 상기 중공관 내부에 고전압을 인가시키는 고전압 발생유닛을 제어하여 상기 중공관과 대상체 사이에 소정의 전위차가 형성되도록 하는 단계;
    (d) 형성된 전위차에 의해 상기 액상 재료가 상기 중공관의 일단 개구부를 통해 상기 대상체로 분사되는 단계;
    (e) 상기 구동 스테이지를 제어하여 상기 대상체를 x축 및 y축을 따라 수평이동시키는 단계; 및
    (f) 상기 대상체의 수평이동에 따라 상기 대상체로부터의 상기 중공관의 높이가 변경되는지 여부를 중공관 높이측정유닛을 통해 검출하고, 이를 기초로 중공관 높이조절유닛을 제어하여 상기 대상체로부터의 상기 중공관의 높이가 일정하게 유지되도록 조정하는 단계를 포함하며,
    상기 액상 재료 주입단계 이전에,
    상기 중공관 유닛이 복수개의 중공관으로 구성되는 경우, 틸팅 유닛을 통해 홀더와 연결된 중공관 높이조절유닛을 수평 방향으로 회전시킴으로써 상기 홀더를 필요한 각도만큼 회전시키는 단계;를 더 포함하는 패터닝 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    패터닝을 위해 상기 중공관으로부터 상기 대상체로 분사된 액상 재료를 레이저 빔 조사기 또는 UV 램프로 구성되는 경화 유닛을 이용하여 경화시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 패터닝 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 (c), (d), (e)단계 각각은
    패터닝할 원본 이미지 데이터를 인식하는 단계;
    인식된 이미지 데이터를 사용자의 요구에 맞도록 변환하여 패터닝용 데이터로 가공하는 단계; 및
    가공된 데이터를 기초로 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각의 제어를 위한 제어신호를 생성하는 단계를 선행적으로 수행하여 진행되는 것을 특징으로 하는 패터닝 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 패터닝용 데이터로 가공하는 단계와 상기 제어신호를 생성하는 단계 사이에 상기 가공된 데이터를 압축하여 이를 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지의 각 프로세서로 전송하는 단계; 및 상기 전송된 데이터의 압축을 해제하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 패터닝 방법.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 중공관이 복수개로 구성되는 경우,
    상기 (c), (d), (e)단계 각각은
    패터닝할 원본 이미지 데이터를 인식하는 단계;
    인식된 이미지 데이터를 사용자의 요구에 맞도록 변환하여 패터닝용 데이터로 가공하는 단계;
    가공된 데이터를 각 중공관별 패터닝 영역으로 분리하는 단계; 및
    각 중공관별 패터닝 영역으로 분리된 데이터를 기초로 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛, 구동 스테이지 각각의 제어를 위한 제어신호를 생성하는 단계를 선행적으로 수행하여 진행되는 것을 특징으로 하는 패터닝 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 가공된 데이터를 각 중공관별 패터닝 영역으로 분리하는 단계와 상기 제어신호를 생성하는 단계 사이에 상기 각 중공관별 패터닝 영역으로 분리된 데이터를 압축하여 이를 상기 액상 재료 주입유닛, 고전압 발생유닛의 각 프로세서로 전송하는 단계; 및 상기 전송된 데이터의 압축을 해제하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 패터닝 방법.
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