KR102379969B1 - 액적 토출 장치 및 액적 토출 방법 - Google Patents

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Abstract

액적 토출 장치는, 제1 액체를 저장하기 위한 제1 액체 저장부 및 이 제1 액체 저장부의 제1 액체를 제1 액적으로서 토출하기 위한 제1 선단부를 포함하는 제1 액적 토출부와, 제2 액체를 저장하기 위한 제2 액체 저장부 및 이 제2 액체 저장부의 제2 액체를 제1 액적과는 다른 제2 액적으로서 토출하기 위한 제2 선단부를 포함하는 제2 액적 토출부와, 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체가 토출되는 대상물을 지지하기 위한 대상물 지지부와, 상기 대상물 지지부에 대해 상기 제1 선단부 및 상기 제2 선단부를 상대적으로 제1 방향으로 이동시키기 위한 구동부를 포함하고, 상기 제1 선단부는 상기 제2 선단부에 대해 상기 제1 방향으로 배치되어 있다.

Description

액적 토출 장치 및 액적 토출 방법
본 발명은 액적 토출 장치 및 액적 토출 방법에 관한 것이다.
최근 잉크젯 인쇄 기술이 공업용 프로세스에 응용되고 있다. 예를 들어 액정 디스플레이용의 칼라 필터 제조 공정 등이 그 일례이다. 잉크젯 인쇄 기술로서 종래에는 기계적 압력이나 진동에 의해 액적을 토출하는, 소위 피에조형 헤드가 많이 사용되어 왔으나, 보다 미세한 액적을 토출할 수 있는 정전 토출형 잉크젯 헤드가 주목을 받고 있다. 특허문헌 1에는 정전 토출형 잉크젯 기록 장치에 대해 개시되어 있다.
특허문헌 1：일본 특허출원 공개 평10-34967호 공보
한편, 정전 토출형 잉크젯 헤드의 경우에는, 대상물의 대전에 의해 잉크의 토출이 어려워지거나 또는 대상물 상의 요철에 의한 전계 강도 분포의 영향을 받아 원하는 위치에 잉크가 안착(
Figure 112020119718799-pct00001
)되지 않는 경우가 있다.
특히, 대상물 자체의 대전이나 대상물에 가공된 패턴이 대전에 영향을 주거나 혹은 패턴 표면과 대상물의 표면간에 에너지 차이가 있는 경우 잉크의 융화(
Figure 112020119718799-pct00002
)가 악화될 수 있다.
이에 본 발명은 대상물 표면에 용이하고 안정적으로 액적을 토출하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 액체를 저장하기 위한 제1 액체 저장부 및 이 제1 액체 저장부의 제1 액체를 제1 액적으로서 토출하기 위한 제1 선단부를 포함하는 제1 액적 토출부와, 제2 액체를 저장하기 위한 제2 액체 저장부 및 이 제2 액체 저장부의 제2 액체를 제1 액적과는 다른 제2 액적으로서 토출하기 위한 제2 선단부를 포함하는 제2 액적 토출부와, 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체가 토출되는 대상물을 지지하기 위한 대상물 지지부와, 상기 대상물 지지부에 대해 상기 제1 선단부 및 상기 제2 선단부를 상대적으로 제1 방향으로 이동시키기 위한 구동부를 포함하고, 상기 제1 선단부는, 상기 제2 선단부에 대해 상기 제1 방향으로 배치되어 있는 액적 토출 장치가 제공된다.
상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 제1 액적 토출부는 상기 제1 액적 토출부가 이동하는 방향에 대해 교차하는 방향으로 복수 마련될 수도 있다.
상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 제1 액적 토출부는 상기 제1 액적 토출부가 이동하는 방향에 대해 교차하는 방향으로 연장될 수 있다.
상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 제2 액적 토출부는 상기 제1 액적 토출부가 이동하는 방향에 대해 교차하는 방향으로 복수 마련될 수 있다.
상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 제1 액적 토출부의 상기 제1 선단부의 내경은 상기 제2 액적 토출부의 상기 제2 선단부의 내경보다 클 수 있다.
상기 액적 토출 장치에 있어서, 상기 제1 액적 토출부는 피에조형 노즐 헤드를 갖고, 상기 제2 액적 토출부는 정전 토출형 노즐 헤드를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 대상물의 제1 영역으로 제1 액적 토출부를 통해 표면 처리용의 제1 액적을 토출하고, 상기 제1 영역으로, 상기 제1 액적보다 점도가 높고, 제1 액적 토출부와는 다른 제2 액적 토출부를 통해 패턴 형성용의 제2 액적을 토출하고, 제2 액적 토출부를 통해 상기 제2 액적을 토출하는 것과 동기하여 상기 제1 영역과는 다른 제2 영역에 상기 제1 액적 토출부를 통해 상기 제1 액적을 토출하는 액적 토출 방법이 제공된다.
상기 액적 토출 방법에 있어서, 상기 제2 액적은 소정의 조건을 만족한 때에 토출될 수 있다.
상기 액적 토출 방법에 있어서, 상기 소정의 조건은 상기 제1 영역으로 상기 제1 액적을 토출한 후의 경과 시간 또는 상기 제1 액적의 두께의 정보를 포함할 수 있다.
상기 액적 토출 방법에 있어서, 상기 제1 액적이 토출되는 영역은 상기 제2 액적에 의해 형성되는 패턴 사이즈보다 넓을 수 있다.
상기 액적 토출 방법에 있어서, 상기 제2 액적에 의해 형성되는 패턴 사이즈는 100nm 이상 500㎛ 이하일 수 있다.
상기 액적 토출 방법에 있어서, 상기 제1 액적은 휘발성을 가질 수 있다.
상기 액적 토출 방법에 있어서, 상기 제1 액적의 표면 저항값은 106Ω／sq 이상 1011Ω／sq 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태를 이용함으로써 대상물 표면에 용이하고 안정적으로 액적을 토출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 장치의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 방법의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 방법의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 방법의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 방법의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 방법에 의해 형성된 패턴의 상면도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 방법의 단면도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 방법의 단면도이고,
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 방법의 단면도이고,
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 방법의 단면도이고,
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 방법에 의해 형성된 패턴의 상면도이고,
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 장치의 개략도이고,
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 장치의 개략도이고,
도 14는 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 방법에 의해 형성된 패턴의 상면도이고,
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제2 액적 노즐의 상면도이고,
도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따른 제2 액적 노즐의 일부를 확대한 상면도 및 단면도이다.
이하 본 출원에서 개시되는 발명의 각 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 다만, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 형태로 실시할 수 있고 이하에 예시하는 실시형태의 기재 내용으로 한정하여 해석되는 것은 아니다.
아울러, 본 실시형태에서 참조하는 도면에서 동일 부분 또는 동일한 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호 또는 유사한 부호(숫자 뒤에 단순히 A, B 등만을 부여한 부호)를 부여하고 그 반복 설명은 생략할 수 있다. 또한 도면의 치수 비율은 설명의 편의상 실제의 비율과는 다르거나 구성의 일부가 도면에서 생략될 수 있다.
나아가 본 발명의 상세한 설명에서 한 구성물과 다른 구성물의 위치 관계를 규정할 때 '위에', '아래에'는 한 구성물의 바로 위 또는 바로 아래에 위치하는 경우 뿐 아니라, 특별히 정의되지 않는 한, 사이에 또 다른 구성물을 개재하는 경우를 포함하기로 한다.
＜제1 실시형태＞
(1-1. 액적 토출 장치(100)의 구성)
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 장치(100)의 개략도이다.
액적 토출 장치(100)는 제어부(110), 기억부(115), 전원부(120), 구동부(130), 제1 액적 토출부(140), 제2 액적 토출부(150), 및 대상물 지지부(160)를 포함한다.
제어부(110)는 CPU(Central Processing Unit), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Program4able Gate Array), 또는 그 밖의 연산 처리 회로를 포함한다. 제어부(110)는 미리 설정된 액적 토출용 프로그램을 이용하여 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)의 토출 처리를 제어한다.
제어부(110)는 제1 액적 토출부(140)의 제1 액적(147)(도 3 참조)의 토출 타이밍 및 제2 액적 토출부(150)의 제2 액적(157)(도 5 참조)의 토출 타이밍을 제어한다. 자세한 것은 후술하나, 제1 액적 토출부(140)에 의한 제1 액적(147)의 토출과 제2 액적 토출부(150)의 제2 액적(157)의 토출은 동기하고 있다. 본 실시형태에서의 '동기한다'는 것은 제1 액적(147) 및 제2 액적(157)이 일정한 주기로 토출되는 것을 의미한다. 이 예에서는 제1 액적(147) 및 제2 액적(157)이 동시에 토출된다. 또한 제어부(110)는, 제1 액적 토출부(140)가 제1 액적(147)을 토출하는 대상물(200)의 제1 영역과 이격된 제2 영역으로 이동했을 때, 제2 액적 토출부(150)가 제1 영역으로 제2 액적(157)을 토출하도록 제어한다.
기억부(115)는 액적 토출용 프로그램 및 액적 토출용 프로그램에서 이용되는 각종 정보를 기억하는 데이타베이스로서의 기능을 갖는다. 기억부(115)로는 메모리, SSD, 또는 기억 가능한 소자가 이용된다.
전원부(120)는 제어부(110), 구동부(130), 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)와 접속된다. 전원부(120)는 제어부(110)로부터 입력되는 신호를 기초로 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)로 전압을 인가한다. 이 예에서는 전원부(120)는 제2 액적 토출부(150)에 대해 펄스상의 전압을 인가한다. 아울러 펄스 전압에 한정되지 않고, 일정한 전압이 상시 인가될 수도 있다.
구동부(130)는 모터, 벨트, 기어 등의 구동 부재에 의해 구성된다. 구동부(130)는 제어부(110)로부터의 지시에 기초하여 대상물 지지부(160)에 대해 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)(보다 구체적으로는, 후술하는 제1 액적 노즐(141)의 노즐 선단부(141a) 및 제2 액적 노즐(151)의 노즐 선단부(151a))를 상대적으로 하나의 방향(이 예에서는 제1 방향 D1)으로 이동시킨다.
제1 액적 토출부(140)는 제1 액적 노즐(141) 및 제1 잉크 탱크(143)(제1 액체 저장부라고도 함)를 포함한다. 이 예에서는 제1 액적 노즐(141)은 피에조형 잉크젯 노즐이 이용된다. 제1 액적 노즐(141)의 상부에는 압전 소자(145)가 마련된다. 압전 소자(145)는 전원부(120)와 전기적으로 접속된다. 압전 소자(145)는 전원부(120)로부터 인가된 전압에 의해 제1 액적(147)을 누름으로써 제1 잉크 탱크(143)에 저장된 제1 액체를 제1 액적 노즐(141)의 노즐 선단부(141a)(제1 선단부라고도 함)를 통해 제1 액적(147)을 토출한다.
제1 액적 토출부(140)의 제1 액적 노즐(141)은 대상물(200)의 표면에 대해 수직으로 마련된다.
제1 액적 노즐(141)의 노즐 선단부(141a)의 내경은 제2 액적 노즐(151)의 노즐 선단부(151a)의 내경보다 넓은 것이 바람직하다. 이에 의해 노즐의 막힘을 억제하면서 넓은 영역에 제1 액적(147)을 토출할 수 있다.
제2 액적 토출부(150)는 제2 액적 노즐(151) 및 제2 잉크 탱크(153)(제2 액체 저장부라고도 함)를 포함한다. 제2 액적 노즐(151)은 정전 토출형의 잉크젯 노즐이 이용된다. 제2 액적 노즐(151)의 노즐 선단부(151a)의 내경은 수백nm 이상 20㎛이하, 바람직하게는 1㎛ 이상 15㎛ 이하, 보다 바람직하게는 5㎛ 이상 12㎛ 이하이다.
제2 액적 노즐(151)은 유리관을 가지며, 유리관의 내부에 전극(155)이 마련된다. 이 예에서는 전극(155)에 텅스텐의 세선이 이용된다. 아울러 전극(155)은 텅스텐에 한정되지 않고, 니켈, 몰리브덴, 티타늄, 금, 은, 동, 백금 등이 마련될 수도 있다.
제2 액적 노즐(151)의 전극(155)은 전원부(120)와 전기적으로 접속되어 있다. 제2 액적 노즐(151)의 내부 및 전극(155)에 대해 전원부(120)로부터 인가된 전압(이 예에서는 1000V)에 의해 제2 잉크 탱크(153)에 저장된 제2 액체가 제2 액적 노즐(151)의 노즐 선단부(151a)(제2 선단부라고도 함)를 통해 제2 액적(157)(도 5 참조)으로서 토출된다. 전원부(120)로부터 인가되는 전압을 제어함으로써 제2 액적(157)에 의해 형성되는 액적(패턴)의 형상을 제어할 수 있다.
제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)는 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)가 대상물 지지부(160)에 대해 이동하는 방향(이 예에서는 D1 방향)을 따라 배치된다. 구체적으로는, 제1 액적 토출부(140)(구체적으로는 제1 액적 노즐(141)의 노즐 선단부(141a))는 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)가 이동하는 방향에 대해 제2 액적 토출부(150)(구체적으로는 제2 액적 노즐(151)의 노즐 선단부(151a))의 전방에 배치된다. 아울러 제1 액적 토출부(140)와 제2 액적 토출부(150) 간의 거리(L)는 적절히 조정할 수 있다.
대상물 지지부(160)는 대상물(200)을 지지하는 기능을 갖는다. 대상물 지지부(160)는 이 예에서는 스테이지가 이용된다. 대상물 지지부(160)가 대상물(200)을 지지하는 기구는 특별히 제한되지 않고, 일반적인 지지 기구가 이용된다. 이 예에서는 대상물(200)이 대상물 지지부(160)에 진공 흡착되어 있다. 아울러 이에 한정되지 않고 대상물 지지부(160)는 고정구를 이용하여 대상물(200)을 지지할 수도 있다.
(1-2. 액적 토출 방법)
이어서, 액적 토출 방법에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
먼저 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)는 제어부(110) 및 구동부(130)에 의해 액적 토출 장치(100)에 준비된 대상물(200) 상으로 이동한다. 이 때, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 액적 토출부(140)가 대상물(200)의 제1 영역(R1) 상에 표면에서 일정 거리 이격되어 배치된다.
대상물(200)은 제1 액적(147) 및 제2 액적(157)이 토출되는 부재를 말한다. 이 예에서는 대상물(200)은 평탄한 유리판이 이용된다. 아울러 대상물(200)은 평탄한 유리판에 한정되지 않는다. 예를 들어 금속판일 수도 있고 유기 수지 부재일 수도 있다. 아울러 대상물(200)에는 액적 토출용의 대향 전극이 마련될 수도 있다.
이어서 도 3에 도시된 바와 같이 제1 액적 토출부(140)는 제1 영역(R1)으로 제1 액적(147)을 토출한다.
제1 액적(147)으로는 표면 처리액이 사용된다. 표면 처리액은 대상물(200)에 대한 젖음성이 높은 것이 바람직하다. 또한 표면 처리액은 토출된 후 일정 기간 동안 대상물(200) 상에 잔존하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 표면 처리액은 고비등점, 저증기압성을 갖는 것이 바람직하다. 또한 표면 처리액은 정전기를 제거할 수 있을 정도로 도전성(106Ω／sq 이상 1011Ω／sq 이하)을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 대상물(200)의 표면에 대한 대전 제거 효과를 가질 수 있다. 나아가 표면 처리액은 휘발 후에 고형물 등이 남지 않는 것이 바람직하다.
제1 액적(147)으로는 이 예에서는 휘발성을 갖는 재료가 사용된다. 구체적으로, 제1 액적(147)은 에탄올 및 물의 혼합액이 사용된다. 제1 액적(147)을 사용함으로써 대상물(200)의 표면을 적절히 제전함과 아울러 대상물(200) 표면의 젖음성을 향상시킬 수 있다.
아울러 제1 액적(147)으로는 휘발성을 갖는 재료로서 물, 에탄올, 에탄올 및 물의 혼합액 외에도, 각종 알코올류 및 그것들과 물의 혼합 용액, 알코올 외의 휘발성을 갖는 케톤, 에테르계의 유기용제가 사용될 수도 있다.
제1 액적(147)의 토출량은 특별히 한정되지 않으나, 대상물(200)의 젖음성을 향상시키고 대상물(200) 표면의 대전을 제거할 수 있는 정도가 바람직하다. 구체적으로는, 에탄올과 물이 1：1로 혼합된 혼합액의 경우, 1평방 센티미터 당 도포량으로서 0.01μl 이상 1μl 이하인 것이 바람직하다. 이 때, 형성된 제1 액적(147)의 두께는 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하가 된다.
제1 액적(147)이 토출되는 영역은, 제2 액적(157)에 의해 형성되는 패턴 사이즈보다 넓은 것이 바람직하다. 이에 의해 보다 안정적으로 제2 액적(157)을 대상물(200)과 밀착시킬 수 있다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 액적 토출부(140)는 대상물(200)의 제1 영역(R1) 상에서 제2 영역(R2) 상으로 이동한다. 제2 액적 토출부(150)는, 제1 액적 토출부(140)의 이동에 맞추어 제1 액적(147)이 토출된 제1 영역(R1) 상으로 이동한다. 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)의 이동 속도는 제1 액적(147)을 토출한 후의 경과 시간, 제1 액적(147)의 건조 속도, 제1 액적 토출부(140)와 제2 액적 토출부(150) 사이의 거리 등을 고려하여 젖음성을 유지할 수 있는 정도로 미리 설정하는 것이 바람직하다. 또한 이 경우, 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)는 D1 방향으로 이동한다고 할 수 있다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 액적 토출부(140)는 제1 영역(R1)과 동일하게 대상물(200)의 제2 영역(R2)으로 제1 액적(147)을 토출한다. 제2 액적 토출부(150)는 제1 액적 토출부(140)와 동기하여 제1 영역(R1)으로 제2 액적(157)을 토출한다. 이 예에서는 제2 액적 토출부(150)는 제1 액적 토출부(140)가 제1 액적(147)을 토출하는 것과 동시에 제2 액적(157)을 토출한다.
제2 액적(157)은 제1 액적(147)보다 점도가 높은 재료가 사용된다. 구체적으로 제2 액적(157)으로는 안료를 포함하는 패턴 형성용의 잉크(제2 액체라고도 함)가 사용된다. 제2 액적(157)에는 도전 입자가 포함될 수도 있다. 제2 액적 토출부(150)에는 정전 토출형 잉크젯이 마련되어 있고, 전원부(120)로부터 인가된 전압에 의해 토출량이 제어된다. 제2 액적(157)의 토출량은 0.1fl 이상 100pl 이하인 것이 바람직하다. 이 때의 패턴 사이즈는 100nm 이상 500㎛ 이하이다.
제2 액적(157)이 토출되는 제1 영역(R1)은 제1 액적(147)이 휘발되어 표면에는 잔존하고 있지 않거나 미미하게 남은 상태가 된다. 이 때, 제1 영역(R1)의 표면은 제전되고 아울러 양호한 젖음성(친액성)을 갖고 있다. 이에 의해 제2 액적(157)이 제1 영역(R1)으로 토출되었을 때에는 대상물(200)의 표면과 양호한 밀착성을 가질 수 있다. 따라서 제2 액적(157)이 소정의 위치에 배치되게 된다.
제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)는 상기 처리를 반복함으로써 원하는 액적 토출을 수행한다. 도 6은 액적 토출 후의 대상물(200)의 상면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이 대상물(200)의 원하는 위치에 패턴(제2 액적(157))이 배치되어 있다. 이 때, 제1 액적(147)은 휘발될 수도 있고 또는 일부 잔존할 수도 있다.
여기서 종래 기술과 본 발명을 비교하면, 종래 기술에서는 대상물(200)의 표면의 대전을 제거하기 위해 플라즈마 처리 또는 UV오존 처리가 이용되었다. 그러나, 본 실시형태를 이용함으로써 대상물(200)의 표면에 제2 액적(157)을 안정적으로 대상물(200)의 표면의 소정의 위치에 안착시킬 수 있다. 즉, 대상물(200)의 표면에 액적을 용이하고 안정적으로 토출할 수 있다. 또한 본 실시형태를 이용함으로써 플라즈마 처리를 실시하지 않을 수도 있으므로 대상물에 대한 데미지를 경감할 수 있다.
＜제2 실시형태＞
본 실시형태에서는 대상물(200)의 표면에 단차(170)를 갖는 예에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이 단차(170)를 갖는 대상물(200) 상에 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)를 이동시켜 배치시킨다. 대상물(200)의 표면에 마련된 단차(170)(패턴, 볼록부라고도 함)는 유기 절연층으로서 마련된다. 단차(170)로 이용되는 유기 절연층은 특별히 한정되지 않으나, 이 예에서는 단차(170)에 폴리이미드 수지가 이용된다. 아울러 유기 절연층은 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 다른 유기 수지일 수도 있고, 무기 재료가 사용될 수도 있다. 또한 이 예에서는 단차(170)는 대상물(200)의 일부의 표면을 노출하도록 우물 정자형(
Figure 112020125489959-pct00021
)으로 마련된다(우물 정자형 구조(
Figure 112020125489959-pct00022
)라고도 함). 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2) 각각은 단차(170)에 의해 둘러싸인다.
이 때, 제1 액적 토출부(140)는 제1 영역(R1) 상에 배치된다. 제1 액적 토출부(140)는 제1 영역(R1)(보다 구체적으로는 제1 영역(R1)내의 소정 위치)으로 제1 액적(147)을 토출한다. 제1 액적(147)은 도 8에 도시된 바와 같이 단차(170) 및 대상물(200)의 표면으로 토출된다.
이어서, 제1 액적 토출부(140)는 대상물(200)의 제1 영역(R1) 상에서 제2 영역(R2) 상으로 이동한다. 제2 액적 토출부(150)는 제1 액적(147)이 토출된 제1 영역(R1) 상으로 이동한다. 이 때, 제1 액적(147)은 표면 장력에 의해 표면적을 최소화하려고 한다. 우물 정자형 구조와 같이 둘러싸인 영역이 있으면, 제1 액적(147)은 상기 영역으로 거둬들임으로써 공기와의 계면의 면적을 최소화하려고 한다. 나아가 제1 액적(147)의 증발 속도는 제1 액적(147)의 두께가 얇은 것이 빠르다. 따라서 단차로 둘러싸인 영역(우물 정자형 구조의 내부)의 제1 액적(147)은 증발이 늦고, 단차(170) 상의 액체는 빨리 건조된다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이 일정 시간 경과후에는 단차(170)로 둘러싸인 영역(우물 정자형 구조 내부)에만 제1 액적(147)이 존재하게 된다. 제1 액적(147)은 제1 영역(R1)에 있어서 단차(170) 상에서 제거되어(
Figure 112020125489959-pct00023
) 대상물(200)의 표면에만 잔존한 상태가 된다.
제1 액적 토출부(140)는 제1 영역(R1)과 동일하게, 대상물(200)의 제2 영역(R2)으로 제1 액적(147)을 토출한다. 제2 액적 토출부(150)는 제1 액적 토출부(140)와 동기하여 제1 영역(R1)으로 제2 액적(157)을 토출한다. 이 예에서는 제2 액적 토출부(150)는 제1 액적 토출부(140)가 제1 액적을 토출하는 것과 동시에 제2 액적을 토출한다. 이 때, 제1 영역(R1)의 대상물(200)의 표면에 대해 제1 액적(147)이 잔존한 상태에서 제2 액적(157)이 토출될 수도 있다.
제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)는 상기 처리를 반복하여 도 10에 도시된 바와 같이 단차(170) 상이 아니라 대상물(200)의 표면으로만 제2 액적(157)이 토출된다.
본 실시형태에 있어서 제2 액적(157)을 토출할 때, 제1 액적(147)은 대상물(200)의 표면(구체적으로는, 우물 정자형 구조 내부)에만 잔존한다. 이에 의해, 대상물(200)의 대전이 억제됨과 아울러 대상물(200)의 표면의 젖음성이 향상된다. 따라서, 대상물(200)의 표면에 제2 액적(157)을 우선적으로 용이하게 안착시키게 되고 단차(170)의 영향을 받지 않고 제2 액적(157)을 안정적으로 토출할 수 있다.
또한 우물 정자형 구조 내부에, 도전성을 갖는 제1 액적(147)이 존재하면 이 부분에 전기력선이 집중하게 된다. 이에 의해 우물 정자형 구조 내부에 제2 액적(157)(잉크)이 쉽게 안착된다. 즉, 원하는 위치에 제2 액적(157)을 토출할 수 있다.
이상을 통해, 본 실시형태를 이용함으로써 대상물 자체의 대전이 제거되어 대상물에 형성된 단차(170)에 의한 영향이 완화된다. 이에 의해, 도 11에 도시된 바와 같이 대상물(200)의 표면에 단차(170)가 마련되어 있는 경우, 제2 액적(157)을 안정적으로 토출할 수 있어 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 아울러 제1 액적(147)은 제2 액적(157)에 의한 패턴 형성 후에도 대상물(200) 상에 잔존할 수도 있다.
＜제3 실시형태＞
본 실시형태에서는, 제1 실시형태와는 다른 액적 토출 장치에 대해 설명한다. 구체적으로는, 제1 액적 노즐(141) 및 제2 액적 노즐(151)이 복수 마련되어 있는 예에 대해 설명한다. 아울러 설명의 관계상 적절히 부재를 생략하여 설명한다.
(3-1. 액적 토출 장치(100)의 구성)
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 장치(100A)의 개략도이다. 액적 토출 장치(100A)는 제어부(110), 기억부(115), 전원부(120), 구동부(130), 제1 액적 토출부(140A), 및 제2 액적 토출부(150A)를 포함한다.
본 실시형태에서는 제1 액적 토출부(140A)는 제1 액적 토출부(140A)가 이동하는 방향(이 경우에는 D1 방향)으로 교차하는 방향(구체적으로는 D1 방향에 직교하는 D3 방향)으로 복수 마련되어 있다(구체적으로는, 제1 액적 토출부(140A)는 각각 독립적으로 마련된 제1 액적 노즐(141A-1, 141A-2, 141A-3, 141A-4)을 가짐). 마찬가지로 제2 액적 토출부(150A)는 제1 액적 토출부(140A) 및 제2 액적 토출부(150A)가 이동하는 방향에 교차하는 방향으로 복수 마련되어 있다(보다 구체적으로는 제2 액적 토출부(150A)는 각각 독립적으로 마련된 제2액적 노즐(151A-1, 151A-2, 151A-3, 151A-4)을 가짐). 본 실시형태에서는 제1 액적 토출부(140A) 및 제2 액적 토출부(150A)를 가짐으로써 액적 토출의 처리 시간을 단축할 수 있다.
아울러 본 실시형태에서는 제1 액적 토출부(140A)가 복수 설치되는 예를 나타냈으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 액적 토출부(140)는 세밀한 위치 정밀도를 가질 필요가 없으므로 서로 다른 형상을 가질 수도 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액적 토출 장치(100B)의 개략도이다. 액적 토출 장치(100B)에서 제1 액적 토출부(140B)의 제1 액적 노즐(141B)은 제1 액적 토출부(140B)가 이동하는 방향(이 경우에는 D1 방향)에 교차하는 방향(구체적으로는 D3 방향)으로 연장될 수도 있다. 구체적으로는, 도 13에 도시된 바와 같이 제1 액적 노즐(141)은 슬릿 형상을 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 액적 노즐(141)을 통해 연속적으로 제1 액적(147)이 토출된다. 이 때, 형성되는 패턴의 상면도는 도 14와 같이 제1 액적(147)이 연속적으로 마련되고, 제2 액적(157)이 소정의 위치에 이격되어 마련될 수도 있다.
또한 본 실시형태에서는, 제2 액적 토출부(150A)에서 복수의 제2 액적 노즐(151A)이 각각 독립적으로 마련되는 예를 나타냈으나, 이에 한정되지 않는다. 도 15는 제2 액적 노즐(151C)의 상면도이다. 도 16은 제2 액적 노즐(151C)의 일부를 확대한 상면도 및 단면도이다. 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 제2 액적 노즐(151C)은 복수의 노즐부(151Cb) 및 플레이트부(151Cc)를 갖는다. 이 예에서는 복수의 노즐부(151Cb)가 1열로 나란히 배치되지만, 복수열로 나란히 배치될 수도 있다.
노즐부(151Cb)로는 니켈 등의 금속 재료가 이용된다. 노즐부(151Cb)는 예를 들어 전기 주조법에 의해 끝이 가늘어지는 형상으로 형성된다. 플레이트부(151Cc)로는 스텐레스 등의 금속재료가 이용된다. 플레이트부(151Cc)는 노즐부(151Cb)와 중첩하는 부분에 노즐부(151Cb)의 토출구(노즐 선단부(151Ca))의 내경(r151Ca)보다 큰 내경(r151Cc)를 갖는 홀을 갖는다. 노즐부(151Cb)는 플레이트부(151Cc)에 대해 용접할 수도 있고 접착제에 의해 고정할 수도 있다. 제2 액적 노즐(151C)을 이용한 경우, 노즐부(151Cb)로 전압을 인가할 수도 있고 플레이트부(151Cc)(또는 제2 잉크 탱크(153))로 전압을 인가할 수도 있다.
본 발명의 사상의 범주에 있어서 당업자라면 각종 변경예 및 수정예에 이를 수 있는 것이며, 그 변경예들 및 수정예들에 대해서도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해된다. 예를 들어 전술한 각 실시형태에 대해 당업자가 적절히 구성 요소의 추가, 삭제 혹은 설계 변경을 수행한 것, 또는 공정의 추가, 생략 혹은 조건 변경을 수행한 것도 본 발명의 요지를 구비하고 있는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
(변형예)
아울러 본 발명의 제1 실시형태에서는 구동부(130)에 의해 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)가 대상물(200) 상을 이동하는 예를 나타냈으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 액적 토출 장치에서 구동부(130)는 대상물(200)을 이동시킬 수도 있다. 이 경우, 제1 액적 토출부(140) 및 제2 액적 토출부(150)는 같은 위치에 고정될 수도 있다.
또한 본 발명의 제1 실시형태에서는, 제1 액적 토출부(140)의 제1 액적 노즐(141)로 피에조형 잉크젯 노즐이 이용되는 예를 나타냈으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 액적 토출부(140)로는 스프레이 노즐이 이용될 수도 있다. 스프레이 노즐이 이용된 경우 대상물(200)에 광범위하게 제1 액적(147)을 토출 또는 분무할 수 있다.
또한 본 발명의 제1 실시형태에서는 제1 액적 노즐(141)이 대상물(200)의 표면에 대해 수직으로 마련되는 예를 나타냈으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 액적 노즐(141)은 대상물(200)의 표면의 수직 방향에 대해 기울기를 가질 수도 있다. 제2 액적 토출부(150)의 제2 액적 노즐(151)도 마찬가지이다.
또한 본 발명의 제1 실시형태에서는 제1 액적(147)으로 휘발성을 갖는 재료가 이용되는 예를 나타냈으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 제1 액적(147)은 대전 방지제가 이용될 수도 있다. 이 때, 제1 액적(147)의 표면 저항값은 106Ω／sq 이상 1011Ω／sq 이하로 하는 것이 바람직하다. 대전 방지제는 휘발성을 가지지 않을 수도 있고, 대상물(200)의 표면에 일부 잔존할 수도 있다.
또한 본 발명의 제1 실시형태에서는, 단차에 유기 절연층이 사용된 예를 나타냈으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 단차는 배선 패턴일 수도 있고, 무기 재료가 사용될 수도 있다. 또한 대상물(200) 자신을 가공하여 단차를 마련할 수도 있다. 또한 대상물(200)은 배선이 적층된 배선 기판일 수도 있다.
또한 본 발명의 제1 실시형태에서 제2 액적(157)을 토출했을 때, 촬상 장치를 이용하여 촬상할 수도 있다. 이 경우, 촬상 결과를 제어부(110)에서 판단할 수도 있다. 제어부(110)는 토출 불량이 있다고 판단한 경우에는 불량 발생 영역에 대해 다시 제1 액적(147) 및 제2 액적(157)을 토출할 수도 있다. 이에 의해, 액적 토출 불량을 억제할 수 있다.
또한 본 발명의 제1 실시형태에서는, 제1 액적 및 제2 액적이 동기하여 토출될 때 동시에 토출되는 예를 나타냈으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 제1 액적 및 제2 액적이 동시에 토출되지 않고 제1 액적이 토출된 후 일정 시간 경과후에 제2 액적이 토출될 수도 있다. 또한 제1 액적과 제2 액적이 연동하여 토출될 수도 있다.
100…액적 토출 장치, 110…제어부, 115…기억부, 120…전원부, 130…구동부, 140…제1 액적 토출부, 141…제1 액적 노즐, 141a…노즐 선단부, 143…제1 잉크 탱크, 145…압전 소자, 147…제1 액적, 150…제2 액적 토출부, 151…제2 액적 노즐, 151a…노즐 선단부, 153…제2 잉크 탱크, 155…전극, 157…제2 액적, 160…대상물 지지부, 170…단차, 200…대상물

Claims (13)

  1. 제1 액체를 저장하기 위한 제1 액체 저장부 및 이 제1 액체 저장부의 제1 액체를 제1 액적으로서 토출하기 위한 제1 선단부를 포함하는 제1 액적 토출부와,
    제2 액체를 저장하기 위한 제2 액체 저장부 및 이 제2 액체 저장부의 제2 액체를 제1 액적과는 다른 제2 액적으로서 토출하기 위한 제2 선단부를 포함하는 제2 액적 토출부와,
    상기 제1 액체 및 상기 제2 액체가 토출되는 대상물을 지지하기 위한 대상물 지지부와,
    상기 대상물 지지부에 대해 상기 제1 선단부 및 상기 제2 선단부를 상대적으로 제1 방향으로 이동시키기 위한 구동부를 포함하고,
    상기 제1 액적 토출부는 피에조형 노즐 헤드를 갖고,
    상기 제2 액적 토출부는 정전 토출형 노즐 헤드를 갖고,
    상기 제1 선단부와 상기 제2선단부는 상기 제1방향으로 이동하며 액적을 토출하고, 상기 제1선단부는 상기 제2액적이 토출될 부분에 상기 제1액적을 토출하도록 상기 제2 선단부에 대해 상기 제1 방향으로 전방에 배치되는 액적 토출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액적 토출부는 상기 제1 액적 토출부가 이동하는 방향에 대해 교차하는 방향으로 복수 마련되는 액적 토출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액적 토출부는 상기 제1 액적 토출부가 이동하는 방향에 대해 교차하는 방향으로 연장되는 액적 토출 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 액적 토출부는 상기 제1 액적 토출부가 이동하는 방향에 대해 교차하는 방향으로 복수 마련되는 액적 토출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액적 토출부의 상기 제1 선단부의 내경은 상기 제2 액적 토출부의 상기 제2 선단부의 내경보다 큰 액적 토출 장치.
  6. 삭제
  7. 대상물의 제1 영역으로 피에조형 노즐 헤드를 갖는 제1 액적 토출부를 통해 표면 처리용의 제1 액적을 토출하고,
    상기 제1 영역으로 상기 제1 액적보다 점도가 높고 제1 액적 토출부와는 다른 정전 토출형 노즐 헤드를 갖는 제2 액적 토출부를 통해 패턴 형성용의 제2 액적을 토출하고,
    상기 제2 액적 토출부를 통해 상기 제2 액적을 토출하는 것과 동기하여 상기 제1 영역과는 다른 제2 영역으로 상기 제1 액적 토출부를 통해 상기 제1 액적을 토출하며,
    상기 제1 액적 토출부의 제1 선단부와 상기 제2 액적 토출부의 제2 선단부가 제1방향으로 이동하여 상기 제1 액적 및 상기 제2액적을 토출하고,
    상기 제1선단부는 상기 제2선단부에 대하여 상기 제1방향으로 전방에 배치되어 상기 제2선단부에 의해 상기 제2액적이 토출될 부분에 상기 제1액적을 토출하는 액적 토출 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 액적은 소정의 조건을 만족한 때에 토출되는 액적 토출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 소정의 조건은 상기 제1 영역으로 상기 제1 액적을 토출한 후의 경과 시간 또는 상기 제1 액적의 두께의 정보를 포함하는 액적 토출 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 액적이 토출되는 영역은 상기 제2 액적에 의해 형성되는 패턴 사이즈보다 넓은 액적 토출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 액적에 의해 형성되는 패턴 사이즈는 100nm 이상 500㎛ 이하인 액적 토출 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 액적은 휘발성을 갖는 액적 토출 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1 액적의 표면 저항값은 106Ω／sq 이상 1011Ω／sq 이하인 액적 토출 방법.
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