KR101615576B1

KR101615576B1 - 전기수력학적 잉크젯 장치

Info

Publication number: KR101615576B1
Application number: KR1020140120871A
Authority: KR
Inventors: 권계시; 고현석
Original assignee: 순천향대학교 산학협력단; 주식회사 피에스
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-05-11
Also published as: KR20160031200A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치는, 잉크 방울이 토출되는 적어도 하나의 노즐을 구비한 토출 헤드 및 피토출물이 놓이는 처리기판홀더 또는 상기 노즐의 주변에 제공되어 전압을 인가하는 외부 전극을 포함할 수 있다.

Description

전기수력학적 잉크젯 장치{Electro hydro dynamic inkjet apparatus}

본 발명은 전기수력학적 잉크젯 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토출 헤드의 노즐의 일부분을 둘러싸도록 제공되는 외부 전극을 구비한 전기수력학적 잉크젯 장치를 제공한다.

전기수력학적(EHD; Electro-hydrodynamic) 잉크젯 프린팅 시스템은 유체가 강력한 국소 전기장에 노출 되었을 때 정전기적 힘이 유체에 작용하여 대전을 일으키고 이러한 전기적인 상호 인력을 사용하여 기판에 패턴을 행하는 장치로서, 기존의 피에조 잉크젯 프린팅 시스템의 헤드와는 달리 잉크에 주입된 전하에 의해 유발되는 정전기적 상호 인력을 바탕으로 기판 상에 패턴을 행하는 장치이다.

기존의 잉크젯 프린팅 장비와 마찬가지로 정확한 위치에 정확한 양의 잉크를 토출시킴으로써 재료의 낭비를 최소화하는 장점이 있다. 전기수력학적 잉크젯 기술은 정전기력 잉크젯 기술이라고도 불리우며, 정전기력을 이용함으로써 기존의 피에조 잉크젯 방식에 비해서 고점도 및 미세 선폭의 패터닝이 가능하다는 장점이 있다.

또한, 노즐 막힘 현상이 적기 때문에 공정 안정성이 높다는 장점으로 새로운 차세대 인쇄 기술로 평가되는 기술이다. 이러한 장점으로 인해 RFID, 태양전지의 공정기술, 유연 기판을 갖는 전자 소자의 제조 공정 기술 등의 다양한 인쇄 전자 산업으로의 응용 가능성이 기대되고 있다.

전기수력학 잉크젯을 위하여는 노즐로부터 메니스커스 형상을 제어를 해야 된다. 이를 위하여 수두(fluid height)의 높이를 이용하여 헤드에서 약간의 양압이 걸릴 수 있도록 할 수도 있고, 공압을 이용하여 약간의 양압을 걸 수도 있고, 시린지 펌프를 사용하기도 한다. 따라서, 토출을 위한 힘은 전기적인 인력, 유체에 가해지는 압력이 합하여져서 토출을 하게 된다.

전기수력학적 잉크젯 장치에서 잉크를 토출시키기 위해서는 전기장을 가해 주어야 한다. 전기장은 고전압(수백~수kV)의 직류(DC) 전압을 가해줄 수 있다. 직류전압을 가해주면 노즐의 끝단에 콘 제트(cone jet)형태의 제팅이 형성이 된다.

전기수력학적 잉크젯 장치에서 기판 홀더와 잉크젯 헤드에 전기를 가해주는 방법이 일반적으로 사용되지만, 실제 디스플레이 등의 리페어(repair)에서는 기판 홀더를 금속으로 만들고 절연 등을 넓게 하는 비용이 들 수도 있고, 제팅 결과에 대한 검사를 위하여 카메라를 구비한 장치의 경우에는 기판 홀더 밑에 위치한 투명한 기판 홀더 등에는 전기를 직접 인가하는 것은 불가능하다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 헤드 자체에 전기를 걸어서 제팅하는 구조가 발표된 바 있다. 그러나, 헤드 외부에 링 형태의 전극은 효과적이나 링과 기판 사이가 가깝게 되어야만 잉크가 스프레이(Spray)되는 것을 줄일 수 있는데, 이 때는 링 형태의 전극에 인가되는 전압에 의해 기판에 대전이 될 수 있다.

이러한 기판 대전에 의하여 제팅 제어가 불가능하게 되어 일관성이 있는 제팅이 불가능하게 될 수 있다. 따라서, 링 형태의 전극을 접지(Ground)하여야만 대전을 방지하게 된다.

그런데, 링 형태의 전극을 접지하는 경우에는 헤드에 전기를 펄스와 직류전압(pulse+DC)의 형태로 가해주어야 하는데, 링 형태의 전극에 접지를 가해주는 경우에는 기판의 부유(floating)전압으로 효과적인 제팅이 어렵게 된다. 따라서, 링 형태의 전극에 접지가 아닌 전기를 가해주면서도 기판에 대전이 되지 않아야 하는 전압 인가 방식을 가진 전기수력학적 잉크젯 장치의 개발이 필요하다.

관련 선행기술로는 등록특허공보 제10-1348024호(발명의 명칭; 전기수력학적 잉크젯 장치, 등록일자; 2013년 12월 27일)가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 카메라를 사용한 토출 모니터링을 방해하지 않고 잉크 토출 상태를 정확하게 모니터링할 수 있는 전기수력학적 잉크젯 장치를 제공한다.

본 발명은 기판 등의 피토출물이 대전되는 것을 방지할 수 있는 전기수력학적 잉크젯 장치를 제공한다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치는, 잉크 방울이 토출되는 적어도 하나의 노즐을 구비한 토출 헤드 및 피토출물이 놓이는 처리기판홀더 또는 상기 노즐의 주변에 제공되어 전압을 인가하는 외부 전극을 포함할 수 있다.

상기 외부전극은 상기 노즐의 적어도 일부분을 둘러싸도록 제공되며, 적어도 2개의 전극층을 포함할 수 있다.

상기 외부 전극은 상기 처리기판홀더와 마주 보도록 제공되는 제1 전극층 및 상기 제1 전극층의 상면에 적층되는 제2 전극층을 포함하며, 상기 노즐의 끝단은 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층을 관통하도록 형성될 수 있다.

상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층 보다 두껍게 형성될 수 있다.

상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층에는 상기 노즐의 하단 끝부분의 통과하는 제1 전극홀 및 제2 전극홀이 각각 형성되며, 상기 제2 전극홀은 상기 제1 전극홀 보다 크게 형성될 수 있다.

상기 제1 전극층은 투명 절연층 및 상기 절연층의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 형성되는 투명 전도성 전극코팅층을 포함할 수 있다.

상기 토출 헤드는 끝단에 형성된 상기 노즐 및 상기 노즐의 일단이 연결되는 적어도 하나의 어댑터를 포함하며, 상기 어댑터 중 적어도 하나는 금속 또는 전도체로 형성되어 상기 노즐과 잉크공급튜브 사이에 마련되거나, 상기 토출 헤드가 장착되며 금속 또는 전도체로 형성된 헤드 홀더에 장착될 수 있다.

상기 어댑터 중 어느 하나 또는 상기 헤드 홀더에 고전압이 인가되어 상기 노즐 안의 잉크가 대전될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치는 노즐의 부분에 전기를 인가하기 위하여 노즐 안쪽 또는 외부에 전기 코팅이 필요하지 않고 또한 노즐 안쪽에 전극형성이 필요하지 않기 때문에 제조 공정을 단순화시킬 수 있다. 또한 유리 등의 재질로 노즐을 형성한 경우에도 노즐이 파손될 때 쉽게 교체할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치는 노즐이 어댑터 구조로 형성되기 때문에 노즐이 파손될 때 쉽게 교체가 가능하고, 전기가 통하는 헤드 홀더의 홀딩부에 노즐에 인가하는 전압을 연결하면 노즐 부위에 코팅을 하거나 노즐 안쪽에 전극을 설치하지 않고 잉크에 전하를 주입하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치는 전극을 설치하지 않거나 전기를 인가하지 않더라도 헤드에 장착된 노즐을 둘러싼 외부 전극에 전기를 인가함으로써 토출에 필요한 전기장을 만들 수 있다.

본 발명에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치는 투명한 재질로 외부 전극을 형성하기 때문에 카메라를 사용하여 노즐의 토출 상태 또는 잉크의 탄착상태를 정확하게 모니터링할 수 있다.

본 발명에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치는 노즐의 외부 전극을 복수개의 층으로 형성하기 때문에 다양한 형태의 전기를 인가할 수 있으며, 잉크의 토출을 효과적으로 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 잉크젯 장치에 전기를 인가하는 방식을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치의 토출 헤드와 외부 전극을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 따른 외분 전극을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3에 따른 외부 전극의 변형예를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치의 외부 전극의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 1에 따른 잉크젯 장치의 토출 헤드를 도시한 분해 사시도이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도, 도 2는 도 1에 따른 잉크젯 장치에 전기를 인가하는 방식을 예시적으로 도시한 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치의 토출 헤드와 외부 전극을 도시한 사시도, 도 4는 도 3에 따른 외분 전극을 도시한 도면, 도 5는 도 3에 따른 외부 전극의 변형예를 도시한 사시도, 도 6은 도 5에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치의 외부 전극의 구성을 개략적으로 도시한 도면, 도 7은 도 1에 따른 잉크젯 장치의 토출 헤드를 도시한 분해 사시도이다.

우선, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치(100)는, 잉크 방울이 토출되는 적어도 하나의 노즐(125)을 구비한 토출 헤드(120), 상기 노즐(125)과 대향하며 상기 노즐(125)에서 토출된 잉크 방울이 인쇄되는 피토출물(130), 상기 토출 헤드(120)의 상기 노즐(125)의 일부분을 둘러싸도록 제공되는 외부 전극(220), 상기 외부 전극(220)에 연결되어 제1전압을 인가하는 파워 서플라이어(140), 상기 토출 헤드(120)에 인가될 제2전압을 발생시키는 임의파형 발생기(150), 상기 임의파형 발생기(150)에 연결되어 상기 제2전압을 증폭시키고 상기 토출 헤드(120)에 증폭된 상기 제2전압을 인가하는 전압증폭기(160) 및 상기 파워 서플라이어(140) 및 상기 임의파형 발생기(150)에 연결되며 상기 제1전압 또는 상기 제2전압이 상기 토출 헤드(120) 또는 상기 외부 전극(220)에 인가되는 상태를 제어하는 제어부(170)를 포함할 수 있다.

토출 헤드(120)에는 잉크를 주입 또는 공급하기 위한 퍼지/석션 컨트롤러(110, Purge/Suction Controller)가 연결될 수 있다. 퍼지/석션 컨트롤러(110)는 토출 헤드(120) 또는 노즐(125)에 잉크의 주입 여부를 제어하거나 공급될 잉크의 양을 제어할 수 있다. 이를 위해 퍼지/석션 컨트롤러(110)는 제어부(170)에 연결될 수 있다.

토출 헤드(120) 또는 노즐(125)의 하부에는 피토출물(130)이 위치하는데, 피토출물(130)에 인쇄될 패턴이 인쇄된다. 여기서, 피토출물(130)로는 패턴이 인쇄되는 기판(Substrate) 등이 될 수 있다. 이처럼, 피토출물(130)에 토출이 가능한 전기장이 형성될 수 있는 전압이 인가될 수 있도록 기판 등 피토출물(130)이 놓이거나 고정되는 처리기판홀더(131)는 전도체로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 진공척(미도시)을 사용하여 기판 등 피토출물(130)을 기판처리홀더(131)에 고정할 수 있다. 만약, 토출 헤드(120)의 주위에 전극을 설치하여 토출 헤드(120) 자체의 토출을 위한 전기장을 형성할 수 있다면 처리기판홀더(131)는 전도체가 아니어도 무방하다.

복잡한 모양의 패턴을 인쇄할 수 있도록 토출 헤드(120)/노즐(125) 또는 처리기판홀더(131)는 X축 또는 Y축 방향으로 움직일 수 있으며, 이를 위한 구동부(미도시)를 구비할 수 있다. 구동부는 XYZ스테이지 등으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치(100)는 토출 헤드(120)/노즐(125)에 인가되는 전압과 피토출물(130) 또는 외부 전극(220)에 인가되는 전압이 분리되어 있다. 도 1에 도시된 장치(100)의 경우에는 외부 전극(220)에 파워 서플라이어(Power-Supplier, 140)가 연결되고, 토출 헤드(120)/노즐(125)에는 임의파형 발생기(150, Function Generator) 또는 전압 증폭기(160, Voltage Amplifier)가 연결된다.

여기서, 제어부(170)는 토출 헤드(120)/노즐(125)에 인가되는 전압과 외부 전극(220)에 인가되는 전압을 분리하거나, 토출 헤드(120)/노즐(125)에 상기 제1전압 또는 상기 제2전압 중 어느 하나가 인가되면 외부 전극(220)에는 상기 제1전압 또는 상기 제2전압 중 다른 하나가 인가되도록 제어할 수 있다.

상기와 같이, 토출 헤드(120)/노즐(125)과 외부 전극(220)에 인가되는 전압을 분리함으로써 전기수력학적 잉크젯 장치의 비용을 절감할 수 있다. 즉, 저가의 파워 서플라이어와 저가의 전압증폭기를 사용하여 잉크젯 장치(100)를 구동할 수 있다.

파워 서플라이어(140)는 저가형 파워 서플라이어를 사용할 수 있으며, 직류전압을 발생시켜서 외부 전극(220)에 직류전압과 펄스가 인가되게 한다. 이 때, 파워 서플라이어(140)에서 인가되는 직류전압은 대략 수백(V)~수천(V)가 될 수 있다.

임의파형 발생기(150)는 제어부(170)에 의해 그 작동이 제어되며, USB를 이용하여 제어부(170)와 통신하여 원하는 파형을 생성할 수 있다. 임의파형 발생기(150)로부터 생성된 파형은 전압증폭기(160)를 통해 대략 1000배 정도 증폭이 되어 토출 헤드(120)/노즐(125)에 인가될 수 있다. 종래 기술과 달리 본 발명의 일 실시예에 따른 전압증폭기(160)는 저가형 증폭기가 사용된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치(100)의 제어부(170)는 상기 토출 헤드(120)에 인가되는 전압과 상기 외부 전극(220)에 인가되는 전압을 분리하거나, 상기 토출 헤드(120)에 상기 제1전압 또는 상기 제2전압 중 어느 하나가 인가되면 상기 외부 전극(220)에는 상기 제1전압 또는 상기 제2전압 중 다른 하나가 인가되도록 제어하고, 상기 외부 전극(220)은 적층된 적어도 2개의 전극층(electrode layer)을 포함할 수 있다.

외부 전극(220)에는 노즐(125)에 인가되는 전압과 같은 전압이 인가될 수도 있고 다른 전압이 인가될 수도 있다. 외부 전극(220)에 노즐(125)과 다른 전압이 인가되는 경우에는 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 외부 전극(220)에 직류 전압(DC) 또는 펄스(Pulse)의 형태의 전압이 인가될 수 있다. 이와 같이, 외부 전극(220)에 인가되는 전압의 종류, 형태 또는 크기 등은 제어부(170)에 의해서 제어되거나 결정될 수 있다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치(100)에 사용되는 토출 헤드(120) 및 외부 전극(220)의 일례를 도시한 사시도이다. 도 3을 참조하면, 토출 헤드(120)는 장치(100)의 프레임(미도시)에 설치되는 홀더 장착부(124)에 제공되는 헤드 홀더(121a)에 장착 또는 분리 가능한 형태로 제공될 수 있다.

토출 헤드(120) 또는 노즐(125)에 전압 또는 전기를 인가하기 위해서 토출 헤드(120) 및 헤드 홀더(121a)를 전도체 또는 금속으로 형성하고, 헤드 홀더(121a)에 전기 또는 전압을 걸어줄 수 있다. 헤드 홀더(121a)의 일측에 형성된 전원연결부(미도시)에 전원 공급선(201)을 연결함으로써 토출 헤드(120) 및 노즐(125)에 전기 또는 전압을 인가할 수 있다.

헤드 홀더(121a)에서부터 전압을 전달 받기 위해서 토출 헤드(120)의 홀딩부(120a)가 헤드 홀더(121a)에 삽입될 수 있다. 여기서, 홀딩부(120a) 역시 금속 등의 전도체로 형성된다.

토출 헤드(120)의 일측에는 노즐(125) 끝단에서의 잉크 토출 상태, 처리기판홀더(131)에 놓이는 피토출물(130, 도 4 참조)에서 잉크가 탄착되는 상태 등을 관찰하기 위한 카메라(도 5의 300 참조)에 조명을 주기 위한 조명부(250)가 구비될 수 있다. 조명부(250)는 조명 프레임(251)에 연결되고, 조명 프레임(251)은 홀더 장착부(124)에 연결될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치(100)는 노즐(125)의 끝단이 통과하거나 노즐(125)의 끝단을 둘러싸는 형태로 제공되는 외부 전극(220)을 구비할 수 있다. 이러한 외부 전극(220)과 토출 헤드(120)에 분리된 형태의 전압을 각각 인가함으로써 전기수력학적 잉크젯을 구현할 수 있으며, 피토출물(130)에 대전되는 것을 방지할 수 있다. 이하에서는 외부 전극(220)에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3에서 도면부호 "202"는 토출 헤드(120)에 잉크를 공급하는 잉크공급튜브이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 노즐(125) 끝부분의 바깥쪽에 링 모양의 외부 전극(220)을 추가로 설치할 수 있는데, 이때에는 피토출물(130)에 전기를 인가할 필요가 없다. 피토출물(130)에 전기를 인가하지 않으면 다양한 장점이 있을 수 있다. 예를 들면, 기판 등의 리페어 대상물과 토출 헤드(120)간의 거리에도 민감하지 않게 잉크 토출이 가능하며, 잉크젯 장치의 구조를 단순하게 할 수 있고, 다른 기능을 하는 장비에도 간단히 추가하여 미세 패턴을 구현할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이의 검사장비가 리페어 기능을 할 수 있도록 간단히 헤드 모듈을 붙여서 미세 패턴을 그릴 수 있는 장점이 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 기존의 외부 전극을 구비한 토출 헤드는 링 모양 외부 전극에 전기를 인가해주면 기판(리페어 대상물)에 대전이 생겨서 제팅(jetting)에 문제가 생기거나, 링 모양 외부 전극을 그라운드(접지) 처리를 하게 되면 토출 헤드에 DC+Pulse 전기를 가해주게 되어 전기적으로 효율적이지 못하고 잉크의 스프레이(spray) 등이 발생하기 쉽다. 따라서, 본 발명에서는 토출 헤드와 링 모양 외부 전극에 인가하는 전압을 동일한 극성 또는 서로 다른 전위를 가지면서도 외부 전극에 접지를 통하여 피토출물(130)이 대전되는 것을 방지할 수 있는 구조를 가진다. 이러한 다른 전압은 한쪽은 DC, 다른 한쪽은 pulse형태로 인가할 수 있고, 그 중 전극을 가지는 외부 전극인 경우에는 피토출물(130) 쪽의 전극을 접지시켜서 피토출물(130)의 대전을 방지할 수 있다.

그러나, 외부 전극이 있는 경우에는 외부 전극에 형성된 노즐 통과 구멍(222)을 작게 할수록 토출 제어가 유리하다. 그러나 작은 구멍을 가진 외부 전극(220)은 카메라를 사용하여 잉크 제팅을 모니터링 하기 어렵기 때문에, ITO(Indium Tin Oxide) 필름과 같은 투명한 재질의 전극 및 절연재질을 사용하거나, 투명한 재질이 아니면 외부 전극(220)에 형성된 구멍(222)을 크게 하여 직경이 최소한 2mm 이상 2cm 이하가 되게 형성하는 것이 바람직하다.

도 4에는 링 모양 외부 전극(220)의 일례가 도시되어 있다. 외부 전극(220)은 토출 헤드(120) 등의 구조물과의 간섭을 피하기 위해 아크 모양으로 형성될 수 있으며, 일단에는 노즐(125)의 끝단이 통과하는 전극홀(222)이 형성될 수 있다. 전극홀(222)은 2~20 mm 정도의 직경으로 형성되는 것이 바람직한데, 만약 외부 전극(220)이 투명한 재질로 형성되는 경우에는 전극홀(222)의 크기를 줄이면서도 카메라를 사용하여 제팅을 모니터링할 수 있다. 즉, 외부 전극(220)을 ITO 필름과 같은 투명한 재질로 형성하면 전극홀(222)의 크기가 작더라도 카메라를 이용하여 노즐(125)의 끝단에서의 제팅 모니터링이 가능하므로 전극홀(222)의 크기를 작게 할 수 있다.

한편, 외부 전극(220)은 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 3개의 전극층(221a,221b,221c)을 겹쳐 놓은 구조로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 전극층(221a) 및 제3 전극층(221c)은 전극 레이어이고, 그 사이의 제2 전극층(221b)은 절연 레이어이다. 이 때, 피토출물(130) 쪽의 제3 전극층(221c)은 접지를 시켜서 피토출물(130)의 대전을 방지하고, 노즐(125)과 제1 전극층(221a)에는 서로 다른 극성의 전압을 인가할 수 있다.

노즐(125)의 끝단은 외부 전극(220)을 완전히 통과하지 않는 상태로 제공되는 것이 바람직하다.

도 5 및 도 6에는 외부 전극(220)의 변형예가 도시되어 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 변형예에 따른 외부 전극(220)은 피토출물(130) 또는 처리기판홀더(131)와 마주 보도록 제공되는 제1 전극층(221) 및 제1 전극층(221)의 상면에 적층되는 제2 전극층(231)을 포함하며, 노즐(125)의 끝단은 제1 전극층(221)과 제2 전극층(231)을 관통하도록 형성될 수 있다.

도 4에 도시된 외부 전극과 달리 도 5 및 도 6에 도시된 외부 전극은 2개의 전극층으로 형성될 수 있다. 외부 전극(220)을 형성하는 제1 및 제2 전극층(221,231)은 노즐(125)의 길이 방향을 따라 상하로 적층되며, 두께를 다르게 형성할 수도 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치(100)는 노즐(125) 끝단에서의 잉크 토출 또는 피토출물(130)에 인쇄된 잉크 액적의 상태를 모니터링하기 위해 토출 헤드(120)의 일측에 관측 카메라(300)가 구비될 수 있다. 외부 전극(220)에는 노즐(125)의 끝단이 삽입되는 전극홀(222,232)이 형성되는데, 전극홀(222,232)의 크기, 제1 및 제2 전극층(221,231)의 두께에 따라 관측 카메라(300)가 노즐(125)의 끝단을 관측할 수도 있고 관측하지 못할 수도 있다.

좀더 자세히 설명하면, 외부 전극(220)에 있어서 전압 필드를 충분히 주기 위해서는 1mm 이상의 두꺼운 전극이 필요한데, 전극이 두껍게 되면 카메라(300)가 관찰해야 하는 노즐(125)의 끝단을 가리게 된다. 또한, 노즐(125)에서의 잉크 토출이 원활히 되기 위해서는 전극홀(222,232)의 크기가 작아야 전기 필드가 크게 걸리게 되어 잉크가 잘 토출되는데, 전극홀(222,232)의 크기가 작아도 노즐(125)의 끝단을 외부 전극(220)이 가리게 되어 카메라(300)가 노즐(125)의 끝단을 관측할 수 없게 된다. 카메라(300)의 관측이 가능하려면 전극홀(222,232)의 크기가 적어도 10~15mm 정도가 되어야 하는데, 이럴 경우 잉크 토출이 어렵게 될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 장치(100)에 있어서 외부 전극(220)은 카메라(300)가 노즐(125)의 끝단을 관측하는 것을 방해하지 않을 정도의 두께, 전극홀을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 잉크젯 장치(100)에 있어서, 외부 전극(220)은 제2 전극층(231)을 제1 전극층(221) 보다 두껍게 형성하여, 전압 필드를 충분히 가하면서도 전극홀에 의해서 카메라(300)의 관측이 방해 받지 않도록 할 수 있다.

피토출물(130)과 가까이에 있거나 아래쪽에 적층되는 전극층이 그 위쪽에 적층되는 전극층 보다 얇게 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 두껍게 형성되는 제2 전극층(232)은 1mm 이상의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

한편, 얇은 제1 전극층(221)은 투명한 재질로 형성될 수 있고, 이로 인해 카메라(300)가 노즐(125)의 끝단을 관측하는 것이 가능해진다. 제1 전극층(221)을 투명한 재질로 형성하더라도 카메라(300)의 관측이 가능하기 위해서는 제1 전극층(221)의 전극홀의 크기와 제2 전극층(231)의 전극홀의 크기를 다르게 해야 한다.

상기 제1 전극층(221) 및 상기 제2 전극층(231)에는 상기 노즐(125)의 하단 끝부분의 통과하는 제1 전극홀(222) 및 제2 전극홀(232)이 각각 형성될 수 있는데, 상기 제2 전극홀(232)은 상기 제1 전극홀(222) 보다 크게 형성될 수 있다.

두꺼운 제2 전극층(231)은 투명하지 않은 재질로 형성되기 때문에 제2 전극홀(232)의 크기가 작게 되면 카메라(330)가 노즐(125)을 관측할 수 없게 된다. 따라서, 제2 전극홀(232)은 제1 전극홀(222) 보다 상대적으로 크게 형성되어야 한다. 반면에, 제1 전극층(221)은 투명한 재질로 얇게 형성되기 때문에 제1 전극홀(222)의 크기가 작아도 카메라(300) 관측이 가능하다.

또한, 얇은 전극층으로 형성되는 제1 전극층(221)은 투명 절연층(221b) 및 상기 투명 절연층(221b)의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 형성되는 투명 전도성 전극코팅층(221a,221c)을 포함할 수 있다(도 4 또는 도 6 참조).

여기서, 상기 투명 전도성 전극코팅층(221a,221c)은 ITO(인듐주석산화물, Indium Tin Oxide, 필름 또는 ITO 코팅을 포함할 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 투명 전도성 전극코팅층(221a)이 상기 투명 절연층(221b)의 상면에 형성된 상기 제1 전극층(221)은 상기 투명 전도성 전극코팅층(221a)에 상기 제2 전극층(231)에 인가되는 전압과 동일한 전압이 인가될 수 있다. 반면에 도 6에 도시된 바와 달리, 투명 전도성 전극코팅층(221a)이 투명 절연층(221b)의 하면에 형성되는 제1 전극층(221)의 경우에는 투명 절연층(221b)에는 접지시키고 투명 전도성 전극코팅층(221a)에는 제2 전극층(231)과 각각 다른 극성의 전압(예를 들면, pulse와 DC)을 인가할 수도 있다.

또한, 도 6에서 제1 전극층(221)이 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이 3개의 전극층(221a,221b,221c)을 겹쳐 놓은 구조로 형성되는 경우에, 상기 투명 전도성 전극코팅층(221c)이 상기 투명 절연층(221b)의 하면에 형성된 상기 제1 전극층(221)에 있어서 상기 투명 전도성 전극코팅층(221c)에는 상기 제2 전극층(231)에 인가되는 전압과 상이한 전압이 인가될 수 있다. 예를 들면, 제1 전극층(221)과 제2 전극층(231)에 상이한 전압이 인가되는 경우 제1 전극층(221)의 투명 전도성 전극코팅층(221c)이 접지될 수 있다.

이와 같이, 제1 전극층(221)에 인가되는 전압은 제2 전극층(231)에 인가되는 전압과 동일하거나 상이할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치(100)는 상기에서 설명한 외부 전극(220)을 구비함으로써 외부 전극(220)에 펄스(pulse) 전압이 인가될 때 잉크 한 방울(one drop)이 토출되는 drop on demand가 가능하게 된다.

한편, 도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적 잉크젯 장치(100)의 토출 헤드(120)가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 토출 헤드(120)는, 끝단에 형성된 노즐(125), 노즐(125)의 일단이 연결되는 제1어댑터(120c), 제1어댑터(120c)에 연결되는 제3어댑터(120e), 제3어댑터(120e)의 후단에 연결되며 헤드장착부(204)에 삽입되는 홀딩부(120g) 및 홀딩부(120g)에 연결되는 잉크공급튜브(202)를 포함할 수 있다.

잉크 공급을 위한 튜빙과 노즐의 금속 어댑터 사이의 연결부위를 금속으로 제작하고 이를 금속 헤드 홀더에 끼워지게 한다.

노즐(125)의 끝단은 잉크의 분사에 유리하도록 뾰족하게 형성될 수 있다. 노즐(125)은 제1어댑터(120c)에 끼워져서 홀딩부(120g)에 연결될 수 있다. 제1어댑터(120c)의 표면에는 미세한 요철이 형성되거나 널링(knurling) 가공 처리됨으로써, 작업자가 제1어댑터(120c)을 손으로 쥐고 제3어댑터(120e)에서 쉽게 분리할 수 있다.

제1어댑터(120c)와 제3어댑터(120e) 사이에는 제2어댑터(120d)가 끼워질 수 있다. 이 때, 제1어댑터(120c)와 제3어댑터(120e)는 서로 나사 체결되는데, 이 때 제1어댑터(120c)와 제3어댑터(120e) 사이에 있는 제2어댑터(120d)는 둘의 사이에서 압축된 상태가 된다. 노즐(125)의 일단은 제1어댑터(120c)를 통과하여 제2어댑터(120d)에 끼워진다. 제1어댑터(120c)와 제3어댑터(120e)가 나사 결합될 때 제2어댑터(120d)가 압축되기 때문에 노즐(125)이 제1어댑터(120c)에 움직이지 않게 고정될 수 있다.

제3어댑터(120e)의 후단에는 병목부(120f)가 형성될 수도 있다. 홀딩부(120g)의 앞단에는 병목부(120f)에 끼워지는 끼움부(120j)가 형성될 수 있다. 끼움부(120j)는 병목부(120f)에 억지끼움 방식에 의해 체결되는 것이 바람직하다. 홀딩부(120g)의 후단에는 잉크공급튜브(202)와 홀딩부(120g)를 연결하는 튜빙커넥터(202a)가 구비된다. 튜빙커넥터(202a)는 홀딩부(120g)에 나사 체결방식으로 연결될 수 있다.

전도성 재질로 만들어진 홀딩부(120g)는 헤드 홀더(121a)에 형성된 헤드장착홀(미도시)에 삽입되는 부분으로서, 헤드장착부(204)와 직접 접촉하는 부분이다. 즉, 홀딩부(120g)와 상기 헤드장착홀이 접촉된 상태에서 헤드 홀더(121a)에 인가되는 전원이 홀딩부(120g)를 통해서 잉크로 전달될 수 있다. 즉, 홀딩부(120g)는 잉크에 전원을 가하는 전극과 유사한 기능을 한다.

홀딩부(120g)의 후단에는 잉크공급튜브(202)가 연결될 수 있다. 잉크공급튜브(202)의 일단은 홀딩부(120g)에 연결되고 잉크공급튜브(202)의 타단은 잉크저장부(미도시)에 연결될 수 있다.

잉크공급튜브(202)는 잉크저장부에 저장된 잉크를 노즐(125)로 공급할 뿐만 아니라, 잉크저장부에 연결되지 않은 상태로 잉크를 노즐(125)에 공급할 수도 있다. 예를 들면, 주사기(syringe) 타입으로 형성된 노즐을 이용하는 경우에는 잉크저장부와의 연결이 필요 없다.

제1 내지 제3어댑터(120c,120d,120e) 중 어느 하나 또는 홀딩부(120g)는 전도체 또는 전기가 잘 통하는 금속으로 형성될 수 있다. 제1 내지 제3어댑터(120c,120d,120e) 중 어느 하나 또는 홀딩부(120g)가 전도체로 형성된 경우에는 헤드 홀더(121a)와의 연결만으로 노즐(125) 내의 잉크에 전원이 인가될 수 있다. 전압인가부(미도시)를 구비함으로써 잉크가 하전된 상태로 분사될 수 있고, 처리기판홀더(131)와 토출 헤드(120) 사이에 형성되는 전위차이에 의해서 전기수력학적 잉크젯을 구현할 수 있다.

다시 말하면, 제1 내지 제3어댑터(120c,120d,120e) 중 어느 하나 또는 홀딩부(120g)와 헤드장착부(204)에 고전압을 인가하여 노즐(125) 안의 잉크를 대전시킬 수 있다.

본 발명에 따른 잉크젯 장치는 리페어 장비/소재/공정/소프트웨어 전분야에 걸친 융합기술로서, 디스플레이 산업전반에서 필요한 장비/소재/공정/소프트웨어 산업분야에 지대한 파급효과를 발생 할 수 있을 것으로 기대된다.

이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 전기수력학적 잉크젯 장치
110: 퍼지/석션 컨트롤러 120: 토출 헤드
125: 노즐 130: 피토출물
140: 파워 서플라이어 150: 임의파형 발생기
160: 전압 증폭기 170: 제어부
220: 외부 전극 221: 제1 전극층
222: 제1 전극홀 231: 제2 전극층
232: 제2 전극홀

Claims

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잉크 방울이 토출되는 적어도 하나의 노즐을 구비한 토출 헤드; 및
피토출물이 놓이는 처리기판홀더 또는 상기 노즐의 주변에 제공되어 전압을 인가하는 외부 전극;을 포함하고,
상기 외부 전극은 상기 처리기판홀더와 마주 보도록 제공되는 제1 전극층 및 상기 제1 전극층의 상면에 적층되는 제2 전극층을 포함하며,
상기 외부전극은 상기 노즐의 적어도 일부분을 둘러싸도록 형성되거나, 상기 노즐의 끝단은 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층을 관통하도록 형성되고,
상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층 보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 전기수력학적 잉크젯 장치.
잉크 방울이 토출되는 적어도 하나의 노즐을 구비한 토출 헤드; 및
피토출물이 놓이는 처리기판홀더 또는 상기 노즐의 주변에 제공되어 전압을 인가하는 외부 전극;을 포함하고,
상기 외부 전극은 상기 처리기판홀더와 마주 보도록 제공되는 제1 전극층 및 상기 제1 전극층의 상면에 적층되는 제2 전극층을 포함하며,
상기 외부전극은 상기 노즐의 적어도 일부분을 둘러싸도록 형성되거나, 상기 노즐의 끝단은 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층을 관통하도록 형성되고,
상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층에는 상기 노즐의 하단 끝부분의 통과하는 제1 전극홀 및 제2 전극홀이 각각 형성되며,
상기 제2 전극홀은 상기 제1 전극홀 보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 전기수력학적 잉크젯 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1 전극층은 투명 절연층 및 상기 절연층의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 형성되는 투명 전도성 전극코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 잉크젯 장치.
제6항에 있어서,
상기 토출 헤드는,
끝단에 형성된 상기 노즐 및 상기 노즐의 일단이 연결되는 적어도 하나의 어댑터를 포함하며,
상기 어댑터 중 적어도 하나는 금속 또는 전도체로 형성되어 상기 노즐과 잉크공급튜브 사이에 마련되거나, 상기 토출 헤드가 장착되며 금속 또는 전도체로 형성된 헤드 홀더에 장착되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 잉크젯 장치.
제7항에 있어서,
상기 어댑터 중 어느 하나 또는 상기 헤드 홀더에 고전압이 인가되어 상기 노즐 안의 잉크가 대전되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 잉크젯 장치.