KR102647542B1 - Printing apparatus - Google Patents

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KR102647542B1
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Abstract

본 발명은 프린팅 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 프린팅 장치는 기판 상부에서 잉크 탄착 지점을 확대하여 도시하는 광학 유닛 및 잉크를 토출하는 노즐 유닛을 포함하며, 상기 노즐 유닛은 상기 기판에 대하여 경사지게 배치되는 노즐 바디 및 상기 노즐 바디에 결합되고 잉크가 토출되는 유로가 형성되며 끝단부가 상기 기판을 향하여 굴곡된 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a printing device. The printing device according to the present invention includes an optical unit that enlarges and shows an ink impact point on an upper part of a substrate and a nozzle unit that ejects ink, and the nozzle unit is disposed at an angle with respect to the substrate. It is characterized in that it includes a nozzle body and a nozzle coupled to the nozzle body, forming a flow path through which ink is discharged, and an end of which is curved toward the substrate.

Description

프린팅 장치{PRINTING APPARATUS}Printing Apparatus {PRINTING APPARATUS}

본 발명은 프린팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잉크의 탄착 지점을 관찰하며 프린팅을 수행하며 탄착 정밀도를 향상시킬 수 있는 프린팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a printing device, and more specifically, to a printing device that performs printing while observing the point of impact of ink and improves the accuracy of impact.

일반적으로, 유체를 액적의 형태로 분사시키는 잉크 분사 장치는 과거에는 주로 잉크젯 프린터에 적용되어 왔으나, 최근에는 디스플레이 제조 공정, 인쇄회로기판 제조 공정, DNA칩 제조 공정 등과 같은 첨단 산업에 널리 응용되고 있다.In general, ink injection devices that spray fluid in the form of droplets have been mainly applied to inkjet printers in the past, but have recently been widely applied to high-tech industries such as display manufacturing processes, printed circuit board manufacturing processes, and DNA chip manufacturing processes. .

잉크 분사 장치는 유체 상태의 잉크로부터 액적을 토출시키기 위한 장치로서, 액적을 토출시키는 방식에 따라 크게 가열 방식(Thermal type)과 가압 방식(Piezoelectric type)으로 크게 나뉘는데, 최근에는 초미세 프린팅을 위하여 전기수력학적(electrodynamic) 방식을 사용하는 정전기 젯 프린터가 널리 사용되고 있다. An ink ejection device is a device for discharging liquid droplets from fluid ink. Depending on the method of discharging the droplets, it is largely divided into a heating type and a pressurizing type. Electrostatic jet printers using an electrodynamic method are widely used.

정전기 젯 프린터는 노즐과 기판 사이에 전압을 인가함에 따라 발생하는 전위차에 의한 정전기력을 이용하여 하전된 잉크를 분사시킨다. 정전기 젯 프린터는 액면을 정전기력으로 당기는 힘을 이용하여 액적 또는 연속 젯을 토출시키기 때문에 종래 다른 방식의 젯 프린터와는 달리 나노 스케일의 패터닝도 가능하고 고점도의 잉크도 토출할 수 있으며 균일한 액적 생성이 가능하다는 점 등 여러 가지 장점이 있는 것으로 알려져 있다.Electrostatic jet printers spray charged ink using electrostatic force caused by a potential difference generated when voltage is applied between a nozzle and a substrate. Electrostatic jet printers use electrostatic force to pull the liquid surface to discharge droplets or continuous jets, so unlike other conventional jet printers, nanoscale patterning is possible, high viscosity ink can also be discharged, and uniform droplets are generated. It is known to have many advantages, including the fact that it is possible.

한편, 정밀한 프린팅을 수행하기 위해, 노즐 유닛을 탄착 지점인 기판에 대하여 경사지게 배치하여 잉크를 토출시키고, 기판 상부에서 카메라와 같은 광학 유닛을 이용하여 잉크의 탄착 지점을 관찰하며 노즐의 위치를 조절하며 프린팅을 수행하는 프린팅 장치가 시도되고 있다. Meanwhile, in order to perform precise printing, the nozzle unit is placed at an angle with respect to the substrate, which is the impact point, to discharge ink, and an optical unit such as a camera is used at the top of the substrate to observe the ink impact point and adjust the position of the nozzle. Printing devices that perform printing are being attempted.

이때, 노즐 유닛의 경사 방향에 따라서 액적이 토출되어 기판에 탄착된다. 전기장이 없을 때에는 중력 및 관성력에 영향을 받으며 액적이 기판에 탄착되고, 전기수력학 방식의 전기장이 인가되면 액적의 전하밀도와 전기장의 세기에 따라서 액적의 궤도가 달라지며 전기장의 분포를 따라 액적이 기판에 탄착될 수 있다.At this time, the droplet is ejected according to the inclination direction of the nozzle unit and lands on the substrate. When there is no electric field, the droplet is affected by gravity and inertial force and lands on the substrate. When an electrohydrodynamic electric field is applied, the trajectory of the droplet changes depending on the charge density of the droplet and the strength of the electric field, and the droplet moves according to the distribution of the electric field. It can be attached to the substrate.

상기와 같이 경사진 노즐 유닛을 통해 경사진 방향으로 액적을 토출시키며 프린팅을 수행할 때, 경우에 따라서는 노즐 유닛을 Z축(기판에 수직인 방향) 방향으로 이동을 시키며 프린팅을 수행하게 되는데, 이 경우 Z축 방향으로 노즐 유닛을 미세하게 움직여도 노즐의 경사각에 의해 액적의 탄착 위치가 크게 바뀌는 문제가 발생한다. 즉, 노즐 유닛이 경사지게 배치됨에 따라서 노즐 유닛의 Z축 방향 이동 거리가 증가할수록 잉크의 탄착 정밀도가 현저하게 떨어지는 문제점이 발생한다. When printing is performed by discharging liquid droplets in an inclined direction through an inclined nozzle unit as described above, in some cases, printing is performed by moving the nozzle unit in the Z-axis (direction perpendicular to the substrate). In this case, even if the nozzle unit is slightly moved in the Z-axis direction, a problem occurs in which the landing position of the droplet changes significantly depending on the inclination angle of the nozzle. That is, as the nozzle unit is disposed at an angle, as the moving distance of the nozzle unit in the Z-axis direction increases, a problem occurs in which the accuracy of ink deposition decreases significantly.

이에, 본 발명에서는 노즐 유닛을 경사지게 배치시켜 경사 방향으로 잉크를 토출시키고 기판 상부에서 잉크가 탄착되는 지점을 관찰하며 프린팅을 수행하는 기본 구조를 유지하되, 탄착 정밀도를 향상시킬 수 있는 프린팅 장치를 제안하고자 한다. Accordingly, the present invention proposes a printing device that maintains the basic structure of discharging ink in an inclined direction by arranging the nozzle unit at an angle and performing printing by observing the point at which ink is deposited on the upper part of the substrate, while improving the accuracy of depositing. I want to do it.

대한민국공개특허 제10-2017-0072748호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0072748

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판에 대하여 경사 배치되는 노즐 유닛의 노즐 끝단부를 기판을 향하여 굴곡시켜, 노즐 유닛을 Z축 방향으로 이동시키며 프린팅을 수행하여도 탄착 정밀도를 높게 유시할 수 있는 프린팅 장치를 제공함에 있다.Therefore, the purpose of the present invention is to solve such conventional problems. Even if printing is performed by bending the nozzle end of the nozzle unit inclined toward the substrate toward the substrate and moving the nozzle unit in the Z-axis direction, The aim is to provide a printing device that can maintain high accuracy of impact.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판 상부에서 잉크 탄착 지점을 확대하여 도시하는 광학 유닛; 및 잉크를 토출하는 노즐 유닛을 포함하며, 상기 노즐 유닛은 상기 기판에 대하여 경사지게 배치되는 노즐 바디; 및 상기 노즐 바디에 결합되고 잉크가 토출되는 유로가 형성되며 끝단부가 상기 기판을 향하여 굴곡된 노즐을 포함하는 프린팅 장치에 의해 달성될 수 있다. The above object is, according to the present invention, an optical unit that enlarges and shows the ink impingement point on the upper part of the substrate; and a nozzle unit that ejects ink, wherein the nozzle unit includes: a nozzle body disposed at an angle with respect to the substrate; and a nozzle coupled to the nozzle body, forming a flow path through which ink is discharged, and having an end curved toward the substrate.

여기서, 상기 광학 유닛은 상기 기판의 수직 상부에서 잉크 탄착 지점을 확대하여 디스플레이할 수 있다. Here, the optical unit can magnify and display the ink impact point at the vertical top of the substrate.

여기서, 상기 노즐 유닛은 고전압이 인가되는 전극을 더 포함하고, 상기 전극과 상기 기판 사이의 전위차에 의한 정전기력을 이용하여 잉크를 토출할 수 있다.Here, the nozzle unit further includes an electrode to which a high voltage is applied, and can eject ink using electrostatic force caused by a potential difference between the electrode and the substrate.

여기서, 상기 전극은 노즐 유닛 내부에 내삽되거나 상기 노즐 유닛 내측면에 형성될 수 있다.Here, the electrode may be interpolated inside the nozzle unit or may be formed on the inner surface of the nozzle unit.

여기서, 상기 전극은 절연체로 분리되어 상기 노즐 유닛 내부의 잉크와 접촉하지 않을 수 있다. Here, the electrode may be separated by an insulator and may not contact the ink inside the nozzle unit.

여기서, 상기 노즐 유닛은 상기 노즐 바디 내부에 공기압을 가하여 프린팅 전에 상기 노즐에 있는 잉크를 토출하는 에어퍼징(air-purging)부를 더 포함할 수 있다. Here, the nozzle unit may further include an air-purging unit that applies air pressure inside the nozzle body to discharge ink in the nozzle before printing.

여기서, 상기 노즐 바디의 축 방향을 중심으로 상기 노즐의 절곡된 끝단부의 회전 위치를 정렬하는 노즐 얼라인부를 더 포함할 수 있다.Here, the nozzle aligner may further include a nozzle aligner that aligns the rotational position of the bent end of the nozzle around the axial direction of the nozzle body.

여기서, 노즐 얼라인부는 상기 노즐 바디를 축 방향으로 회전시키는 회전 구동부를 포함할 수 있다. Here, the nozzle aligner may include a rotation drive unit that rotates the nozzle body in the axial direction.

여기서, 상기 광학 유닛은 상기 기판의 수직 상부에서 노즐팁의 영상을 획득하고, 상기 노즐 얼라인부는 획득된 영상의 정보를 기초로 상기 노즐의 회전 위치를 정렬시킬 수 있다. Here, the optical unit acquires an image of the nozzle tip from the vertical top of the substrate, and the nozzle aligner may align the rotational position of the nozzle based on information on the acquired image.

여기서, 상기 노즐은 상기 노즐 바디에 교체 가능하게 장착될 수 있다. Here, the nozzle may be replaceably mounted on the nozzle body.

여기서,, 상기 기판의 법선과 상기 노즐 끝단부 사이의 각도가 45도 이내가 되도록 상기 노즐의 끝단부는 굴곡될 수 있다.Here, the end of the nozzle may be bent so that the angle between the normal line of the substrate and the end of the nozzle is within 45 degrees.

상기 노즐의 직경은 수십㎛ 이하일 수 있다.The diameter of the nozzle may be tens of micrometers or less.

상기 노즐의 직경은 1 ㎛ 이하일 수 있다..The diameter of the nozzle may be 1 ㎛ or less.

상기한 바와 같은 본 발명의 프린팅 장치에 따르면 기판 상부에 위치하는 광학 유닛으로 잉크의 탄착 지점을 관찰하며 기판에 대하여 경사 배치되는 노즐 유닛을 통해 경사 방향으로 잉크를 토출시키며 프린팅을 수행하기 때문에 프린팅 정밀도가 높다는 장점이 있다. According to the printing device of the present invention as described above, the point of impact of the ink is observed with an optical unit located on the upper part of the substrate, and printing is performed by discharging ink in an oblique direction through a nozzle unit disposed at an angle with respect to the substrate, thereby improving printing precision. It has the advantage of being high.

또한, 경사 배치되는 노즐 유닛의 노즐 끝단부를 기판을 향하여 굴곡시킴에 따라서 노즐 유닛을 Z축 방향으로 이동시키며 프린팅을 수행하여도 프린팅 정밀도를 높게 유지할 수 있다는 장점도 있다. In addition, by bending the nozzle end of the inclined nozzle unit toward the substrate, there is an advantage that printing precision can be maintained high even when printing is performed while moving the nozzle unit in the Z-axis direction.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 장치의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 정면도를 도시한다.
도 3은 도 1의 노즐 유닛을 확대하여 도시한다.
도 4는 본 발명에 따라 제작된 다양한 형태의 노즐 사진이다.
도 5는 일직선 형태의 종래의 노즐과 본 발명에 따른 굴곡된 노즐을 이용하여 제팅 실험을 한 결과를 도시한다. Figure 1 shows a perspective view of a printing device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a front view of Figure 1.
FIG. 3 shows the nozzle unit of FIG. 1 in an enlarged scale.
Figure 4 is a photograph of various types of nozzles manufactured according to the present invention.
Figure 5 shows the results of a jetting experiment using a conventional straight nozzle and a curved nozzle according to the present invention.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of the embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다 The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to be understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 프린팅 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to drawings for explaining a printing device according to embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 장치의 사시도를 도시하고, 도 2는 도 1의 정면도를 도시하고, 도 3은 도 1의 노즐 유닛을 확대하여 도시하고, 도 4는 본 발명에 따라 제작된 다양한 형태의 노즐 사진이며, 도 5는 일직선 형태의 종래의 노즐과 본 발명에 따른 굴곡된 노즐을 이용하여 제팅 실험을 한 결과를 도시한다.Figure 1 shows a perspective view of a printing device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 shows a front view of Figure 1, Figure 3 shows an enlarged view of the nozzle unit of Figure 1, and Figure 4 shows the present invention. These are photographs of various types of nozzles produced according to the invention, and Figure 5 shows the results of a jetting experiment using a conventional straight nozzle and a curved nozzle according to the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 장치는 광학 유닛(110) 및 노즐 유닛(120)을 포함하여 구성될 수가 있다. 또한, 거리측정 유닛(130) 또는 이동 유닛(150)을 더 포함할 수가 있다. A printing device according to an embodiment of the present invention may be configured to include an optical unit 110 and a nozzle unit 120. In addition, a distance measuring unit 130 or a moving unit 150 may be further included.

광학 유닛(110)은 카메라로서 기판(10) 상부에서 잉크가 탄착되는 지점을 확대한 영상을 별도의 디스플레이 장치(미도시)를 통해 디스플레이한다. The optical unit 110 is a camera that displays an enlarged image of the point where ink is deposited on the upper part of the substrate 10 through a separate display device (not shown).

광학 유닛(110)은 잉크가 탄착되는 기판(10)의 수직 상부에서 아래로 잉크의 탄착 지점을 촬영하도록 하는 것이 바람직하다. 경사진 방향으로 탄착 지점을 촬영하는 경우 영상의 왜곡이 발생할 수 있는데, 기판(10)의 수직 상부에서 탄착 지점을 촬영하면 왜곡 없이 탄착 지점의 영상을 촬영할 수 있기 때문이다. 하지만, 측면에서 탄착 지점을 촬영하는 별도의 광학 유닛(150)을 추가로 더 포함할 수도 있다. It is preferable that the optical unit 110 photographs the point of ink impact from the vertical top of the substrate 10 where the ink is attached. If the impact point is photographed in an inclined direction, image distortion may occur. However, if the impact point is filmed from the vertical top of the substrate 10, the image of the impact point can be captured without distortion. However, a separate optical unit 150 that photographs the impact point from the side may be additionally included.

노즐 유닛(120)은 기판(10)을 향하여 잉크를 분사한다. 본 실시예에서는 노즐 유닛(120)은 전기수력학적 방식을 이용하여 기판(10)과 노즐 유닛(120) 사이의 전기장에 의한 정전기력으로 하전된 잉크를 액적으로 분사시키도록 하나, 반드시 이에 한정되지 않고 가열 방식, 가압 방식 또는 상기 방식들이 조합되는 하이브리드 방식으로 잉크를 토출시킬 수도 있다. The nozzle unit 120 ejects ink toward the substrate 10. In this embodiment, the nozzle unit 120 uses an electrohydrodynamic method to spray charged ink into droplets by electrostatic force generated by the electric field between the substrate 10 and the nozzle unit 120, but is not necessarily limited to this. Ink may be ejected using a heating method, a pressurizing method, or a hybrid method combining the above methods.

본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 유닛(120)은 노즐 바디(122) 및 노즐(125)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 에어퍼징(air-purging)부 또는 노즐 얼라인부를 더 포함할 수 있다. The nozzle unit 120 according to an embodiment of the present invention may be configured to include a nozzle body 122 and a nozzle 125. Additionally, it may further include an air-purging unit or a nozzle alignment unit.

노즐 바디(122)는 노즐 유닛(120)을 형성하는 몸체로서 내부에 잉크가 저장되도록 밀폐된 챔버가 형성될 수 있다. 상기 챔버에는 별도로 외부와 연통하는 잉크 주입구가 형성되어 쉬린지 펌프(미도시) 등으로부터 소진된 잉크를 충진시킬 수 있다. The nozzle body 122 is a body that forms the nozzle unit 120, and may have a sealed chamber formed therein to store ink. An ink injection port communicating with the outside is separately formed in the chamber so that exhausted ink can be filled from a syringe pump (not shown).

본 발명에서 노즐 바디(122)는 기판(10)에 대하여 경사지게 배치된다. 노즐 바디(122)가 경사지게 배치된 상태에서 경사 방향으로 잉크를 토출하기 때문에 탄착 지점 상부에 배치되는 광학 유닛(110)을 통해 간섭 없이 잉크 탄착 지점의 영상을 촬영할 수 있다. 따라서, 잉크 탄착 지점을 촬영하여 얻은 영상 정보로부터 노즐 유닛(120)을 이동시키며 프린팅을 수행할 수 있기 때문에 잉크 액적의 탄착 정확성을 더욱 높일 수가 있다. In the present invention, the nozzle body 122 is disposed at an angle with respect to the substrate 10. Since the nozzle body 122 is inclined and discharges ink in an inclined direction, an image of the ink impact point can be captured without interference through the optical unit 110 disposed above the impact point. Therefore, since printing can be performed while moving the nozzle unit 120 based on image information obtained by photographing the point of ink droplet impact, the accuracy of impaction of the ink droplet can be further improved.

노즐(125)은 노즐 바디(122)에 결합되고 내부에는 노즐 바디(122)에 저장된 잉크를 외부로 토출시키도록 유로가 형성된다. 본 발명에서 노즐(125)은 끝단부가 기판(10)을 향하여 아래로 굽어진 형태로 형성된다. 따라서, 노즐(125) 내부의 유로도 굴곡된 형태로 형성될 수 있다. The nozzle 125 is coupled to the nozzle body 122, and a flow path is formed inside the nozzle body 122 to discharge the ink stored in the nozzle body 122 to the outside. In the present invention, the nozzle 125 is formed with an end bent downward toward the substrate 10. Accordingly, the flow path inside the nozzle 125 may also be formed in a curved shape.

본 발명에서 노즐 유닛(120)은 프린팅 과정에서 Z축 방향(기판(10)에 수직한 방향)으로 이동을 하며 프린팅을 수행할 수 있는데, 노즐 유닛(120)을 포함하여 노즐(125)이 경사지게 배치됨에 따라서 노즐 유닛(120)이 Z축으로 이동할 때 탄착 지점이 크게 바뀌는 문제가 발생한다. 하지만, 본 발명에서는 노즐(125)의 끝단부를 기판(10)을 향하여 굴곡된 형태로 형성하여, 기판(10)에 수직한 법선 방향을 기준으로 잉크가 토출되는 경사 각도를 최대한 줄일 수 있도록 하여 노즐 유닛(120)이 Z축으로 이동을 하며 프린팅을 수행하더라도 탄착 정밀도를 높게 유지할 수가 있다. 또한, 기판(10)의 수직 상부에 위치하는 광학 유닛(110)을 통해 노즐(125) 끝단부를 포함하여 잉크 액적의 탄착 지점의 영상을 간섭 없이 촬영할 수 있다. In the present invention, the nozzle unit 120 can perform printing while moving in the Z-axis direction (direction perpendicular to the substrate 10) during the printing process, and the nozzle 125, including the nozzle unit 120, is tilted. As the nozzle unit 120 moves along the Z-axis, a problem arises in which the impact point changes significantly. However, in the present invention, the end of the nozzle 125 is formed in a curved shape toward the substrate 10, so that the inclination angle at which ink is ejected can be reduced as much as possible based on the normal direction perpendicular to the substrate 10, so that the nozzle 125 Even when printing is performed while the unit 120 moves along the Z-axis, the deposition accuracy can be maintained at a high level. In addition, images of the impact point of the ink droplet, including the end of the nozzle 125, can be captured without interference through the optical unit 110 located at the vertical top of the substrate 10.

전기수력학 잉크젯 방식으로 토출된 액적은 전하를 띄고 있으며, 공간에 분포된 전기장에 의하여 정전기력이 액적에 지속적으로 작용한다. 액적에 작용하는 정전기력, 중력, 관성력이 액적이 기판을 향해 날아가는 궤적을 결정한다. 전기장은 Maxwell 방정식으로 표현된다.The droplets discharged by the electrohydrodynamic inkjet method carry an electric charge, and electrostatic force continuously acts on the droplets due to the electric field distributed in space. The electrostatic force, gravity, and inertial force acting on the droplet determine the trajectory of the droplet flying toward the substrate. The electric field is expressed by Maxwell's equations.

여기서, E는 전기장(external electric field (V/m)), 는 전위(electric potential (V)), 는 유전율(permittivity (Coulomb/Vm)), 는 전하밀도(charge density (Coulomb/m3))이다.Here, E is the external electric field (V/m), is the electric potential (V), is the permittivity (Coulomb/Vm), is the charge density (Coulomb/m 3 ).

액적의 비행 속도 및 궤적은 다음의 Newton 2법칙에 따른 방정식으로 구할 수 있다.The flight speed and trajectory of the droplet can be obtained from the equation according to Newton's second law below.

여기서, v는 액적의 속도(m/s), t는 시간(second), g는 중력가속도, qdrop 은 액적의 전하량(Coulomb), m은 액적의 질량(kg)이다. Here, v is the speed of the droplet (m/s), t is time (seconds), g is the gravitational acceleration, q drop is the charge of the droplet (Coulomb), and m is the mass of the droplet (kg).

때문에 노즐의 굴곡에 따라 액적의 토출 방향이 더욱 수직에 가깝게 기판으로 향하게 되며, 탄착의 정확도와 정밀도를 증진시킬 수 있다. 전기장의 분포는 전압을 인가하는 노즐의 위치와 형상, 기판의 크기, 기판의 재질, 프린팅 주변환경, 잉크의 점도, 잉크의 밀도, 잉크의 전기전도도, 잉크의 유전상수 등에 따라 달라질 수 있다. Therefore, depending on the curvature of the nozzle, the discharge direction of the droplet becomes closer to the vertical toward the substrate, improving the accuracy and precision of landing. The distribution of the electric field may vary depending on the location and shape of the nozzle that applies the voltage, the size of the substrate, the material of the substrate, the printing environment, the viscosity of the ink, the density of the ink, the electrical conductivity of the ink, and the dielectric constant of the ink.

굴곡된 노즐이 노즐과 기판 사이의 수직방향으로 전기장 STREAMLINE을 형성할 수 있고 이는 전하를 띄는 액적의 기판 탄착의 정밀도에 도움을 준다.The curved nozzle can form an electric field stream in the vertical direction between the nozzle and the substrate, which helps with the precision of the charged droplet landing on the substrate.

도 4에서는 다양한 형태로 제작된 노즐(125)을 도시하는데, 노즐(125) 내 유로의 직경, 노즐(125) 끝단부의 꺾어진 각도, 꺾어진 노즐(125) 끝단부의 길이 등을 다양하게 바꾸어 제작되어 노즐 바디(122)에 교체 장착할 수 있다. 이때, 노즐의 직경은 수㎛~수십㎛의 범위로 다양하게 형성될 수 있다. 또는 노즐의 직경은 1 ㎛ 이하가 될 수도 있다.Figure 4 shows the nozzle 125 manufactured in various shapes. The nozzle 125 is manufactured by varying the diameter of the flow path within the nozzle 125, the bent angle of the end of the nozzle 125, and the length of the bent end of the nozzle 125. It can be replaced and mounted on the body 122. At this time, the diameter of the nozzle may vary from several ㎛ to tens of ㎛. Alternatively, the diameter of the nozzle may be 1 ㎛ or less.

노즐 바디(122)가 기판(10)에 대하여 대략 45도 정도 경사지게 배치된다고 할 때, 상기 노즐(125) 끝단부의 꺾어진 각도는 45도 이내로 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 기판(10)의 법선과 노즐(125) 끝단부 사이의 각도는 45도 이내가 되도록 노즐(125) 끝단부가 굴곡 형성될 수 있다. 상기 노즐(125) 끝단부의 각도는 노즐 바디(122)가 경사 배치되는 각도에 따라서 다양하게 바뀔 수가 있는데, 노즐 바디(122)의 배치 각도 및 노즐(125) 끝단부의 꺾어진 각도는 기판(10) 상부의 광학 유닛(110)을 통해 노즐(125) 끝단 및 노즐(125) 끝단을 통해 토출되는 잉크를 촬영할 수 있도록 각도를 설정하는 것이 바람직하다. Assuming that the nozzle body 122 is disposed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the substrate 10, it is preferable that the bent angle of the end of the nozzle 125 is within 45 degrees. Accordingly, the end of the nozzle 125 may be curved so that the angle between the normal line of the substrate 10 and the end of the nozzle 125 is within 45 degrees. The angle of the end of the nozzle 125 can vary depending on the angle at which the nozzle body 122 is inclined. The arrangement angle of the nozzle body 122 and the bent angle of the end of the nozzle 125 are the upper part of the substrate 10. It is desirable to set an angle so that the end of the nozzle 125 and the ink ejected through the end of the nozzle 125 can be photographed through the optical unit 110.

본 발명에서 노즐 유닛(120)은 전기수력학적 방식으로 잉크를 분사하기 때문에, 노즐 유닛(120) 내부 또는 외부에 고전압이 인가되는 전극(미도시)이 형성될 수 있다. In the present invention, since the nozzle unit 120 sprays ink in an electrohydrodynamic manner, an electrode (not shown) to which a high voltage is applied may be formed inside or outside the nozzle unit 120.

상기 전극은 노즐(125) 내부에 내삽되거나 챔버 또는 노즐(125) 내측면에 형성되어, 잉크와 직접 접촉하도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 전극은 절연체로 분리되어 노즐(125) 내부의 잉크와 직접 접촉하지 않은 형태로 노즐(125) 내부 또는 외부에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 상기 전극은 절연체로 코팅되어 노즐(125) 내부에 내삽되는 형태로 형성될 수 있다. 또 다른 방법으로, 노즐(125)을 절연체로 형성하고, 노즐(125)의 외벽 또는 노즐(125)과 이격된 위치에 전극을 배치시킬 수도 있다. 또 다른 방법으로, 노즐(125) 자체를 전도성 재질로 형성하여 전극으로 사용하고 노즐(125)을 절연체로 코팅시키는 방법이 있을 수 있다. 이와 같이, 고전압이 인가되는 전극이 노즐(125) 내 잉크와 직접 접촉하지 않더라도, 절연체를 사이에 두고 있는 잉크를 유도 전기력으로 하전시킬 수가 있고 상기 전극은 기판을 향하여 전기장을 형성하여 하전된 잉크를 정전기력으로 토출시킬 수 있다.The electrode may be interpolated inside the nozzle 125 or formed on the chamber or the inner surface of the nozzle 125 to directly contact ink. Alternatively, the electrode may be separated by an insulator and placed inside or outside the nozzle 125 in a manner that does not directly contact the ink inside the nozzle 125. For example, the electrode may be coated with an insulator and formed to be interpolated inside the nozzle 125. As another method, the nozzle 125 may be formed of an insulator, and electrodes may be placed on the outer wall of the nozzle 125 or at a location spaced apart from the nozzle 125. As another method, the nozzle 125 itself may be made of a conductive material, used as an electrode, and the nozzle 125 may be coated with an insulator. In this way, even if the electrode to which the high voltage is applied does not directly contact the ink in the nozzle 125, the ink sandwiched between the insulator can be charged with induced electric force, and the electrode forms an electric field toward the substrate to discharge the charged ink. It can be discharged using electrostatic force.

또한, 노즐 유닛(120)에는 노즐 바디(122) 내부에 공기압을 가하는 에어퍼징부를 더 포함할 수 있다. Additionally, the nozzle unit 120 may further include an air purging unit that applies air pressure to the inside of the nozzle body 122.

전술한 바와 같이 본 발명의 노즐(125)은 끝단부가 굴곡 형성됨에 따라서 프린팅에 앞서 노즐(125) 내 잉크를 충진시키는 과정에서 공기가 트랩되어 초기에 잉크가 정상적으로 토출되지 않을 수 있다. 이에, 본 발명에서는 프린팅 전에 에어퍼징부를 통해 노즐 바디(122) 내부에 공기압을 가하여 노즐(125)에 채워진 잉크를 토출시킨 후, 프린팅을 수행할 수가 있다. As described above, since the end of the nozzle 125 of the present invention is curved, air may be trapped in the process of filling ink in the nozzle 125 prior to printing, and ink may not be ejected normally initially. Accordingly, in the present invention, before printing, air pressure is applied to the inside of the nozzle body 122 through the air purging unit to discharge the ink filled in the nozzle 125, and then printing can be performed.

도 3에 도시되어 있는 것과 같이 노즐 바디(122) 외측에는 내부의 챔버와 연통하는 공기 주입구(126)가 형성되고, 상기 공기 주입구(126)를 통해 고압의 공기를 노즐 유닛(120) 내부에 공급하여 프린팅 전 노즐(125) 내부에 채워진 잉크를 외부로 토출시킬 수 있다. As shown in FIG. 3, an air inlet 126 communicating with the internal chamber is formed on the outside of the nozzle body 122, and high-pressure air is supplied into the nozzle unit 120 through the air inlet 126. Thus, the ink filled inside the nozzle 125 before printing can be discharged to the outside.

따라서, 상기 에어퍼징부는 공기 주입구(126)와 연결되어 고압의 공기를 공급하는 에어 펌프(280) 및 프린팅 전에 노즐 유닛(120)을 소정의 위치로 이동시키고 상기 에어 펌프(280)를 동작시켜 노즐(125) 내 잉크를 토출시키도록 제어하는 제어부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. Therefore, the air purging unit is connected to the air inlet 126 and moves the nozzle unit 120 to a predetermined position before printing and the air pump 280 supplies high-pressure air, and operates the air pump 280 to generate the nozzle. (125) It may be configured to include a control unit (not shown) that controls the ink to be ejected.

또한, 노즐 유닛(120)에는 노즐 얼라인부를 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 본 발명의 노즐(125)은 끝단부가 굴곡되기 때문에 굴곡되는 끝단부의 위치를 얼라인하는 것이 중요하다. 보다 자세히는, 액적이 토출되는 기판(10)의 법선과 노즐 바디(122)의 축선이 형성하는 가상의 면에 굽어진 노즐(125)의 끝단부를 포함한 노즐(125)이 위치하도록 위치 정렬을 하는 것이 중요하다. Additionally, the nozzle unit 120 may further include a nozzle alignment unit. As described above, since the nozzle 125 of the present invention has a curved end, it is important to align the position of the bent end. In more detail, the nozzle 125, including the end portion of the curved nozzle 125, is positioned on the virtual plane formed by the normal line of the substrate 10 from which the droplet is discharged and the axis line of the nozzle body 122. It is important.

따라서, 노즐 얼라인부는 노즐 바디(122)의 축 방향을 중심으로 노즐(125)의 절곡된 끝단부의 회전 위치를 정렬한다. 일 예로, 노즐 얼라인부는 노즐 바디(122)를 축 방향으로 회전시키는 회전 구동부(129)로 구성될 수 있다. 도시되어 있는 것과 같이 노즐 바디(122) 후단부는 회전 구동부(129)에 연결되어 회전 구동부(129)에 의해 동력을 전달 받아 노즐 바디(122)의 축 방향을 중심으로 회전을 할 수가 있다. 노즐 바디(122)의 축 방향 회전에 의해 노즐 바디(122)에 결합된 노즐(125)도 함께 축 방향으로 회전한다. 따라서, 광학 유닛(110)을 통해 노즐(125)의 굴곡된 끝단부(노즐팁)를 촬영하면서 촬영된 영상의 정보를 기초로 회전 구동부(129)에 의해 노즐 바디(122)를 회전시켜 노즐(125) 끝단부의 위치를 정렬시킬 수가 있다. Accordingly, the nozzle aligner aligns the rotational position of the bent end of the nozzle 125 around the axial direction of the nozzle body 122. As an example, the nozzle aligner may be composed of a rotation drive unit 129 that rotates the nozzle body 122 in the axial direction. As shown, the rear end of the nozzle body 122 is connected to the rotation driver 129 and receives power from the rotation driver 129 to rotate about the axial direction of the nozzle body 122. As the nozzle body 122 rotates in the axial direction, the nozzle 125 coupled to the nozzle body 122 also rotates in the axial direction. Therefore, while photographing the curved end (nozzle tip) of the nozzle 125 through the optical unit 110, the nozzle body 122 is rotated by the rotation driver 129 based on the information of the captured image, thereby rotating the nozzle ( 125) The position of the ends can be aligned.

본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 장치는 거리측정 유닛(130) 및 이동 유닛(150)을 더 포함할 수가 있다. The printing device according to an embodiment of the present invention may further include a distance measuring unit 130 and a moving unit 150.

거리측정 유닛(130)과 이동 유닛(150)이 작동하여 기판(10)과 노즐(125) 끝단 사이의 거리가 일정하게 유지하도록 한다. The distance measuring unit 130 and the moving unit 150 operate to keep the distance between the substrate 10 and the end of the nozzle 125 constant.

거리측정 유닛(130)은 기판(10)과의 거리를 측정하는데, 예를 들어 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 레이저 거리 센서로 형성될 수가 있다. 도시되어 있는 것과 같이 거리측정 유닛(130)은 광학 유닛(110)의 일측에 형성되어 광학 유닛(110)의 몸통부를 향하여 레이저를 조사할 수가 있다. 상기 광학 유닛(110)의 몸통부에는 소정의 위치에 레이저의 경로를 바꾸는 반사경(미도시)이 형성되어 거리측정 유닛(130)으로부터 조사된 레이저광을 기판(10)을 향하여 조사하게 되고, 기판(10)으로부터 다시 반사된 레이저광을 다시 수신하여 레이저광의 속도 및 송수신 시간차를 이용하여 상기 기판(10)과의 거리를 측정할 수가 있다. The distance measurement unit 130 measures the distance to the substrate 10, and may be formed, for example, as a laser distance sensor that measures the distance using a laser. As shown, the distance measuring unit 130 is formed on one side of the optical unit 110 and can irradiate a laser toward the body of the optical unit 110. A reflector (not shown) that changes the path of the laser is formed at a predetermined position on the body of the optical unit 110 to irradiate the laser light emitted from the distance measurement unit 130 toward the substrate 10. By receiving the laser light reflected again from (10), the distance to the substrate 10 can be measured using the speed of the laser light and the transmission/reception time difference.

거리측정 유닛(130)으로부터 구한 거리와 노즐 유닛(120)의 위치를 파악하면 기판(10)과 노즐(125) 끝단 사이의 거리를 구할 수가 있는데, 노즐 유닛(120)을 X, Y, Z축 방향으로 이동시키는 이동 유닛(150)을 동작시켜 노즐 유닛(120)의 노즐(125) 끝단과 기판(10) 사이의 거리를 일정하게 유지시킬 수가 있다. By determining the distance obtained from the distance measurement unit 130 and the position of the nozzle unit 120, the distance between the substrate 10 and the end of the nozzle 125 can be obtained. The nozzle unit 120 can be moved along the X, Y, and Z axes. The distance between the end of the nozzle 125 of the nozzle unit 120 and the substrate 10 can be kept constant by operating the moving unit 150 that moves in this direction.

이동 유닛(150)은 모터를 이용하여 노즐 유닛(120)을 3축 방향으로 이동시키는 유닛으로 종래의 기술적 구성과 동일하므로 이동 유닛에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다. The moving unit 150 is a unit that moves the nozzle unit 120 in three axes using a motor, and since it is the same as the conventional technical configuration, a detailed description of the moving unit will be omitted.

도 5는 노즐끝에서 기판까지의 z축 거리를 변경하면서 젯팅 평가를 수행한 결과이다. 일직선 형태의 노즐(Normal Nozzle)을 경사 배치시키는 경우에는 탄착 정밀도에서 문제가 발생할 뿐만 아니라, 기판에 대한 노즐의 경사 때문에 노즐 팁에서의 전기장 집적도가 분산되어 액적이 균일하게 토출되지 않고 불균일할 뿐만 아니라 기판에서 splash 되는 경향을 보이기도 하고 있다. 반면에 본 발명에서와 같이 굴곡 노즐(Bended Nozzle)을 경사 배치시키는 경우에는, 노즐 끝단부가 기판에 대하여 수직에 가깝게 배치될 수 있어서 기판으로 수직 방향으로 형성되는 전기장의 분포를 따라 노즐팁에서도 전기장이 액적에 집중되어 균일한 액적이 토출되며 탄착정밀도도 개선되는 것을 확인할 수 있다.Figure 5 shows the results of jetting evaluation while changing the z-axis distance from the nozzle tip to the substrate. When a straight nozzle (normal nozzle) is placed at an angle, not only does a problem occur in the accuracy of the deposition, but the electric field intensity at the nozzle tip is dispersed due to the inclination of the nozzle with respect to the substrate, so the droplets are not discharged uniformly but are also non-uniform. There is also a tendency for the board to splash. On the other hand, when the bent nozzle is disposed at an angle as in the present invention, the end of the nozzle can be placed close to the vertical with respect to the substrate, so that the electric field at the nozzle tip follows the distribution of the electric field formed in the vertical direction to the substrate. It can be seen that the droplet is concentrated and discharged uniformly, and the accuracy of the droplet is also improved.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It is considered to be within the scope of the claims of the present invention to the extent that anyone skilled in the art can make modifications without departing from the gist of the invention as claimed in the claims.

10: 기판
110: 광학 유닛
120: 노즐 유닛
122: 노즐 바디
125: 노즐
126: 공기 주입구
128: 에어 펌프
129: 회전 구동부
130: 거리측정 유닛
140: 이동 유닛10: substrate
110: Optical unit
120: nozzle unit
122: nozzle body
125: nozzle
126: Air inlet
128: Air pump
129: Rotation driving unit
130: Distance measurement unit
140: mobile unit

Claims (13)

기판의 수직 상부에서 수직 아래의 잉크 탄착 지점을 확대하여 도시하는 광학 유닛; 및
잉크를 토출하는 노즐 유닛을 포함하며,
상기 노즐 유닛은
상기 기판에 대하여 경사지게 배치되는 노즐 바디; 및
상기 노즐 바디에 결합되고 잉크가 토출되는 유로가 형성되며 상기 노즐 바디의 경사 방향으로 연장 후 상기 광학 유닛이 간섭없이 잉크 탄착 지점의 영상을 획득할 수 있는 범위에서 끝단부가 상기 기판을 향하여 굴곡된 노즐을 포함하는 프린팅 장치.An optical unit that magnifies and shows the ink impingement point from the vertical top to the vertical bottom of the substrate; and
Includes a nozzle unit that discharges ink,
The nozzle unit is
a nozzle body disposed inclined with respect to the substrate; and
A nozzle that is coupled to the nozzle body, forms a flow path through which ink is discharged, extends in an inclined direction of the nozzle body, and has an end curved toward the substrate within a range that allows the optical unit to obtain an image of the ink impact point without interference. A printing device comprising: 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 노즐 유닛은 고전압이 인가되는 전극을 더 포함하고,
상기 전극과 상기 기판 사이의 전위차에 의한 정전기력을 이용하여 잉크를 토출하는 프린팅 장치. According to claim 1,
The nozzle unit further includes an electrode to which a high voltage is applied,
A printing device that ejects ink using electrostatic force caused by a potential difference between the electrode and the substrate. 제 3 항에 있어서,
상기 전극은 노즐 유닛 내부에 내삽되거나 상기 노즐 유닛 내측면에 형성되는 프린팅 장치.According to claim 3,
A printing device in which the electrode is interpolated inside a nozzle unit or formed on an inner surface of the nozzle unit. 제 3 항에 있어서,
상기 전극은 절연체로 분리되어 상기 노즐 유닛 내부의 잉크와 접촉하지 않는 프린팅 장치.According to claim 3,
A printing device in which the electrode is separated by an insulator and does not contact the ink inside the nozzle unit. 제 1 항에 있어서,
상기 노즐 유닛은
상기 노즐 바디 내부에 공기압을 가하여 프린팅 전에 상기 노즐에 있는 잉크를 토출하는 에어퍼징(air-purging)부를 더 포함하는 프린팅 장치.According to claim 1,
The nozzle unit is
A printing device further comprising an air-purging unit that applies air pressure inside the nozzle body to discharge ink in the nozzle before printing. 제 1 항에 있어서,
상기 노즐 바디의 축 방향을 중심으로 상기 노즐의 절곡된 끝단부의 회전 위치를 정렬하는 노즐 얼라인부를 더 포함하는 프린팅 장치.According to claim 1,
The printing device further includes a nozzle aligner that aligns the rotational position of the bent end of the nozzle around the axial direction of the nozzle body. 제 7 항에 있어서,
노즐 얼라인부는 상기 노즐 바디를 축 방향으로 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 프린팅 장치.According to claim 7,
A nozzle alignment unit is a printing device including a rotation driving unit that rotates the nozzle body in the axial direction. 제 7 항에 있어서,
상기 광학 유닛은 상기 기판의 수직 상부에서 노즐팁의 영상을 획득하고,
상기 노즐 얼라인부는 획득된 영상의 정보를 기초로 상기 노즐의 회전 위치를 정렬시키는 프린팅 장치.According to claim 7,
The optical unit acquires an image of the nozzle tip from the vertical top of the substrate,
The nozzle aligner is a printing device that aligns the rotational position of the nozzle based on information from the acquired image. 제 1 항에 있어서,
상기 노즐은 상기 노즐 바디에 교체 가능하게 장착되는 프린팅 장치.According to claim 1,
A printing device wherein the nozzle is replaceably mounted on the nozzle body. 제 1 항에 있어서,
상기 기판의 법선과 상기 노즐 끝단부 사이의 각도가 45도 이내가 되도록 상기 노즐의 끝단부는 굴곡되는 프린팅 장치.According to claim 1,
A printing device in which the end of the nozzle is bent so that the angle between the normal line of the substrate and the end of the nozzle is within 45 degrees. 제 1 항에 있어서,
상기 노즐의 직경은 수십㎛ 이하인 프린팅 장치.According to claim 1,
A printing device in which the nozzle has a diameter of several tens of micrometers or less. 제 12 항에 있어서,
상기 노즐의 직경은 1 ㎛ 이하인 프린팅 장치.
According to claim 12,
A printing device wherein the nozzle has a diameter of 1 ㎛ or less.
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