KR102388032B1 - 액적 토출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

액적 토출 장치 및 방법은 기판으로 액적을 수직하게 토출하기 위한 복수 개의 노즐들이 구비되는 잉크젯 헤드; 및 상기 잉크젯 헤드의 복수 개의 노즐들 중에서 상기 기판으로 상기 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 경우 상기 불량 노즐로부터 토출되는 상기 액적이 수직하게 토출되도록 상기 액적의 토출 경로를 보정하는 보정부를 포함할 수 있다.

Description

액적 토출 장치 및 방법{Apparatus and Method for Discharing Droplet Formation}
본 발명은 액적 토출 장치 및 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 잉크젯 헤드의 복수 개의 노즐들로부터 액적의 토출이 이루어지는 액적 토출 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 액정 표시 장치 등으로 제조하기 위한 기판(투명 기판) 상에 배향막의 형성이나 UV 잉크를 도포할 경우, 또는 유기 EL 표시 장치 등으로 제조하기 위한 기판 상에 컬러 필터를 도포할 경우 등에 대해서는 잉크젯 헤드를 구비하는 인쇄 장치, 즉 액적 토출 장치를 사용하고 있다.
상기 잉크젯 헤드를 사용하는 인쇄 공정에서는 상기 잉크젯 헤드에 구비되는 복수 개의 노즐들로부터 상기 액적이 순조롭게 토출되어야 한다. 특히, 상기 액적은 상기 기판의 설정된 위치에 정확하게 토출되어야 한다. 여기서, 상기 액적이 상기 기판으로 수직하게 토출될 때 상기 액적이 상기 기판의 설정된 위치에 정확하게 토출된 것으로 확인하고 있다.
따라서 상기 잉크젯 헤드의 복수 개의 노즐들 중에서 상기 기판으로 상기 액적을 토출하지 못하는 노즐이 발생할 경우뿐만 아니라 상기 기판으로 상기 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 노즐 등이 발생할 경우에도 상기 인쇄 공정은 공정 불량으로 처리된다.
이에, 종래에는 상기 기판으로 상기 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 노즐이 발생할 경우 상기 노즐이 구비되는 상기 잉크젯 헤드를 대상으로 세정 공정을 수행하여 처리하고 있다.
이와 같이, 상기 잉크젯 헤드를 대상으로 상기 세정 공정을 주기적 또는 비주기적으로 수행할 경우 공정 손실이 발생하는 결과를 초래할 수 있고, 그리고 상기 세정 공정의 수행시 강염기의 세정 약품을 사용하기 때문에 환경 문제를 유발시키는 결과를 초래할 수 있다.
본 발명은 목적은 기판으로 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 노즐이 발생할 경우 액적의 토출 경로의 변경을 통하여 해결하기 위한 액적 토출 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치는 기판으로 액적을 수직하게 토출하기 위한 복수 개의 노즐들이 구비되는 잉크젯 헤드; 및 상기 잉크젯 헤드의 복수 개의 노즐들 중에서 상기 기판으로 상기 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 경우 상기 불량 노즐로부터 토출되는 상기 액적이 수직하게 토출되도록 상기 액적의 토출 경로를 보정하는 보정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치에서, 상기 보정부는 상기 자기장에 의해 상기 액적의 토출 경로를 보정하도록 구비될 수 있다.
언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 방법은 잉크젯 헤드의 복수 개의 노즐들을 통하여 기판으로 액적을 수직하게 토출시키는 단계; 및 상기 잉크젯 헤드의 복수 개의 노즐들 중에서 상기 기판으로 상기 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 경우 상기 불량 노즐로부터 토출되는 상기 액적이 수직하게 토출되도록 상기 액적의 토출 경로를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 방법에서, 상기 액적의 토출 경로는 자기장을 형성하여 보정하는 것일 수 있다.
본 발명의 액적 토출 장치 및 방법에 따르면 기판으로 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 경우 불량 노즐로부터 토출되는 액적의 경로를 수직하게 토출되도록 변경시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 액적 토출 장치 및 방법에 따르면 불량 노즐과 기판 사이에 자기장을 형성하여 자기장 내의 입자 운동을 이용함에 의해 불량 노즐로부터 토출되는 액적의 경로를 변경시킴에 따라 불량 노즐로부터도 액적이 수직하게 토출되도록 하는 것이다.
이와 같이, 본 발명에서는 기판으로 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 경우 세정 약품을 사용한 세정 공정의 수행이 아닌 액적의 경로를 변경시켜서 기판으로 액적을 수직하게 토출하도록 하기에 세정 공정의 수행에 따른 공정 손실을 방지할 수 있고, 나아가 세정 약품의 사용을 배제함으로써 환경 문제의 유발을 방지할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 액적 토출 장치 및 방법을 인쇄 공정에 적용할 경우 보다 원활한 인쇄 공정의 수행을 도모할 수 있는 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치 및 방법을 설명하기 위한 개략적인 구성도들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예를 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
먼저 본 발명의 액적 토출 장치는 액정 표시 장치 등으로 제조하기 위한 기판 상에 배향막의 형성이나 UV 잉크를 도포하거나, 또는 유기 EL 표시 장치 등으로 제조하기 위한 기판 상에 컬러 필터를 도포하는 인쇄 공정에 사용할 수 있다.
그리고 상기 액적 토출 장치는 후술하는 잉크젯 헤드, 보정부와 함께 도시하지는 않았지만 베이스, 기판 지지 부재, 갠트리, 갠트리 이동 유닛, 잉크젯 헤드 이동 유닛, 잉크 공급 유닛, 제어 유닛, 액적 토출량 측정 유닛, 노즐 검사 유닛, 잉크젯 헤드 세정 유닛 등을 포함할 수 있다.
이하에서는 상기 잉크젯 헤드 및 보정부를 구비하는 본 발명의 액적 토출 장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치 및 방법을 설명하기 위한 개략적인 구성도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 액적 토출 장치(100)는 언급한 바와 같이 잉크젯 헤드(11) 및 보정부(15)를 구비할 수 있다.
상기 잉크젯 헤드(11)는 기판(13) 상에 액적(12)을 토출하기 위한 것으로써, 주로 갠트리에 배치되게 구비될 수 있다. 아울러, 상기 액적(12)은 상기 기판(13)의 설정된 위치에 정확하게 토출되어야 한다. 여기서, 상기 액적(12)이 상기 기판(13)으로 수직하게 토출될 때에 상기 액적(12)이 상기 기판의 설정된 위치에 정확하게 토출된 것으로 확인하고 있다. 이에, 상기 잉크젯 헤드(11)는 상기 기판(13) 상으로 상기 액적(12)을 수직하게 토출하도록 배치되게 구비될 수 있다.
그리고 상기 잉크젯 헤드(11)는 저면, 즉 상기 기판(13)과 마주하는 일면에는 복수 개의 노즐들이 배치될 수 있고, 이에 상기 잉크젯 헤드(11)의 복수 개의 노즐들을 통하여 상기 기판(13)으로 상기 액적(12)을 토출할 수 있다. 상기 잉크젯 헤드(11)에는 128개 또는 256개의 노즐들이 구비될 수 있고, 상기 노즐들은 일정 피치의 간격으로 일렬로 배치될 수 있다.
또한, 상기 노즐들에는 상기 노즐들에 대응하는 수만큼의 압전 소자들이 구비될 수 있고, 이에 상기 압전 소자들의 동작에 의해 상기 노즐들을 통하여 상기 기판(13) 상으로 상기 액적(12)을 토출시킬 수 있다. 즉, 상기 노즐들이 128개 구비될 경우에는 상기 압전 소자들 또한 128개가 구비되고, 상기 노즐들이 256개 구비될 경우에는 상기 압전 소자들 또한 256개가 구비되는 것이다. 그리고 상기 노즐들로부터 토출되는 상기 액적(12)의 토출량은 압전 소자들에 인가되는 전압의 제어에 의해 각기 독립적으로 조절될 수 있다.
상기 잉크젯 헤드(11)를 구비하는 본 발명의 액적 토출 장치(100)를 사용한 인쇄 공정의 수행에서 상기 잉크젯 헤드(11)로부터 상기 기판(13)으로 상기 액적(12)이 수직하게 토출되지 않는 상황이 발생할 수도 있다. 즉, 본 발명의 액적 토출 장치(100)를 사용한 상기 인쇄 공정의 수행시 상기 잉크젯 헤드(11)의 복수 개의 노즐들 중에서 상기 기판(13)으로 상기 액적(12)을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 수도 있는 것이다. 여기서, 상기 불량 노즐은 주로 상기 노즐의 부분적인 막힘 현상, 상기 노즐 자체의 손상 등에 의해 발생할 수 있다.
이에, 본 발명의 액적 토출 장치(100)는 보정부(15)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 기판(13)으로 상기 액적(12)을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 경우 본 발명에서는 언급한 보정부(15)를 사용하여 상기 불량 노즐로부터 토출되는 상기 액적(12)의 경로를 수직하게 토출되도록 보정하는 것이다. 다시 말해, 본 발명의 액적 토출 장치(100)는 상기 보정부(15)를 구비함으로써 상기 잉크젯 헤드(11)의 복수 개의 노즐들 중에서 상기 기판(13)으로 상기 액적(12)을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 경우 상기 불량 노즐로부터 토출되는 상기 액적(12)이 수직하게 토출되도록 상기 액적(12)의 토출 경로를 보정할 수 있는 것이다.
본 발명의 액적 토출 장치(100)는 불량 노즐의 발생으로 인하여 도 1에서의 A 영역에서와 같이 상기 액적(12)이 수직하게 토출되지 못할 경우, 이를 상기 보정부(15)를 사용하여 상기 불량 노즐로부터 토출되는 상기 액적(12)의 토출 경로를 수직하게 변경시킴으로써 도 2에서의 B 영역에서와 같이 상기 액적(12)이 수직하게 토출되도록 할 수 있다. 여기서, 도 1에서의 A 영역 및 도 2에서의 B 영역은 동일 노즐로부터 토출되는 액적(12)을 나타내는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 상기 보정부(15)를 구비하여 상기 액적(12)의 토출 경로를 수직하게 토출되도록 보정할 수 있다.
상기 보정부(15)는 주로 자기장에 의해 상기 액적(12)의 토출 경로를 보정하도록 구비될 수 있다. 즉, 상기 보정부(15)는 상기 잉크젯 헤드(11)와 상기 기판(13) 사이에 상기 자기장을 형성함에 의해 상기 자기장의 힘을 이용하여 상기 액적(12)의 토출 경로를 보정하도록 구비될 수 있는 것이다.
상기 보정부(15)가 상기 자기장을 이용하여 상기 액적(12)의 토출 경로를 변경시키는 것에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 1의 A 영역에서 상기 액적(12)이 수직한 방향이 아닌 θ 각도로 기울어진 방향으로 토출된다고 하면, 상기 보정부(15)는 상기 액적(12)으로 자기장을 제공하게 되고, 그 결과 상기 액적(12)은 로렌츠 힘을 받아 원운동을 하게 된다. 이때, 상기 로렌츠 힘은 하기의 수학식 1로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
F = qvBsinθ (상기 q는 액적의 전하량, 상기 v는 액적의 토출 속도, 상기 B는 자기장의 세기)
그리고 상기 액적(12)의 토출 속도는 이동하는 물체(액적(12))에 레이저 광을 조사하면 광은 산란하고 산란광은 물체의 속도에 비례하는 주파수 변화를 일으키게 되는데, 이 변화된 주파수를 광 비트 신호로 측정함으로써 물체의 이동 속도를 알 수 있는 레이저-도플러 유속계 등을 사용하면 측정할 수 있다.
여기서, 상기 θ가 90°가 되면 상기 액적(12)은 자기장 속에서 등속 원운동을 하며, 상기 로렌츠의 힘이 구심력 역할을 하게 되고, 그 결과를 하기의 수학식 2로 표현할 수 있다.
[수학식 2]
qvB = (mv2/r) -> r = (mv/qB) (상기 m은 액적의 무게)
그리고 상기 액적(12)의 무게는 주로 전자 저울 등을 사용하여 측정할 수 있다.
이와 같이, 상기 수학식 1 및 2에 의하면 상기 자기장(B)의 세기를 조정함에 따라 상기 액적(12)의 운동 반경(r)을 조정할 수 있고, 그 결과 상기 액적(12)의 토출 경로를 변경시킬 수 있는 것이다.
본 발명에서는 언급한 바와 같이 상기 불량 노즐의 발생으로 인하여 상기 기판(13)으로 상기 액적(12)을 수직하게 토출시키지 못할 경우 상기 보정부(15)를 사용하여 상기 액적(12)의 토출 경로를 상기 기판(12)으로 수직하게 토출되도록 변경시키는 것이다.
아울러, 상기 잉크젯 헤드(11)에 구비되는 복수 개의 노즐들의 경우 개별 제어가 가능하도록 구비되기 때문에 상기 보정부(15)를 사용한 상기 액적(12)의 토출 경로 또한 개별적으로 변화시킬 수 있다.
그리고 언급한 본 발명의 액적 토출 장치(100)를 사용하는 상기 인쇄 공정에서는 상기 잉크젯 헤드(11)의 복수 개의 노즐들을 통하여 상기 기판(13)으로 상기 액적(12)을 수직하게 토출시키고, 상기 잉크젯 헤드(11)의 복수 개의 노즐들 중에서 상기 기판(13)으로 상기 액적(12)을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 경우 상기 불량 노즐로부터 토출되는 상기 액적(12)이 수직하게 토출되도록 상기 액적(12)의 토출 경로를 보정하는 공정을 수행할 수 있는 것이다.
본 발명의 액적 토출 장치 및 방법에 따르면 기판으로 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐로부터 토출되는 액적의 경로를 변경시킴에 따라 불량 노즐로부터도 액적이 수직하게 토출되도록 할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 기판으로 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 경우 액적의 토출 경로를 변경시켜서 기판으로 액적을 수직하게 토출하도록 하기에 세정 공정의 수행에 따른 공정 손실을 방지할 수 있고, 나아가 세정 약품의 사용을 배제함으로써 환경 문제의 유발을 방지할 수 있다.
따라서 본 발명의 액적 토출 장치 및 방법을 인쇄 공정에 적용할 경우 생산성의 향상을 물론이고 환경적인 문제도 보다 원활하게 해결할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
11 : 잉크젯 헤드 12 : 액적
13 : 기판 15 : 보정부
100 : 액적 토출 장치

Claims (8)

  1. 기판으로 액적을 수직하게 토출하기 위한 복수 개의 노즐들이 구비되는 잉크젯 헤드; 및
    상기 잉크젯 헤드의 복수 개의 노즐들 중에서 상기 기판으로 상기 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 경우 상기 불량 노즐로부터 토출되는 상기 액적이 수직하게 토출되도록 상기 액적의 토출 경로를 보정하는 보정부를 포함하되,
    상기 보정부는 자기장에 의해 상기 액적의 토출 경로를 보정할 수 있게 상기 불량 노즐로부터 토출되는 액적을 향하여 자기장을 제공하도록 구비됨과 아울러 상기 불량 노즐을 포함하는 상기 복수 개의 노즐들 각각의 개별 제어가 가능하게 상기 복수 개의 노즐들 각각에 대응되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 보정부는 하기의 수학식 1 및 2에 의해 상기 자기장의 세기를 조정함에 따른 상기 액적의 운동 반경의 조정을 통하여 상기 불량 노즐로부터 토출되는 액적의 토출 경로를 보정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
    [수학식 1]
    F = qvBsinθ (상기 F는 로렌츠 힘, 상기 q는 액적의 전하량, 상기 v는 액적의 토출 속도, 상기 B는 자기장의 세기)
    [수학식 2]
    qvB = (
    Figure 112021123524947-pat00003
    ) -> r = (mv/qB) (상기 m은 액적의 무게, 상기 r은 액적의 운동 반경)
  5. 잉크젯 헤드의 복수 개의 노즐들을 통하여 기판으로 액적을 수직하게 토출시키는 단계; 및
    상기 잉크젯 헤드의 복수 개의 노즐들 중에서 상기 기판으로 상기 액적을 수직하게 토출시키지 못하는 불량 노즐이 발생할 경우 상기 불량 노즐로부터 토출되는 상기 액적이 수직하게 토출되도록 상기 액적의 토출 경로를 보정하는 단계를 포함하되,
    상기 액적의 토출 경로의 보정은 상기 불량 노즐로부터 토출되는 액적을 향하여 자기장을 제공함에 의해 달성함과 아울러 상기 자기장은 상기 불량 노즐을 포함하는 상기 복수 개의 노즐들 각각으로부터 토출되는 액적에 대한 개별 제어가 가능하게 제공하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5 항에 있어서, 하기의 수학식 1 및 2에 의해 상기 자기장의 세기를 조정함에 따른 상기 액적의 운동 반경의 조정을 통하여 상기 불량 노즐로부터 토출되는 액적의 토출 경로를 보정하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 방법.
    [수학식 1]
    F = qvBsinθ (상기 F는 로렌츠 힘, 상기 q는 액적의 전하량, 상기 v는 액적의 토출 속도, 상기 B는 자기장의 세기)
    [수학식 2]
    qvB = (
    Figure 112021123524947-pat00004
    ) -> r = (mv/qB) (상기 m은 액적의 무게, 상기 r은 액적의 운동 반경)
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