KR20040044380A - 액체 방울 토출 장치, 액체 방울 토출 방법, 및 전기 광학장치 - Google Patents

액체 방울 토출 장치, 액체 방울 토출 방법, 및 전기 광학장치 Download PDF

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Abstract

액체 방울 토출 헤드(100)는 액체 탱크(110) 내에 저장된 액체를 토출하기 위한 노즐(140)을 갖는다. 압전 소자(130)는 압력실(120) 내에 저장된 액체를 증압하거나 감압함으로써, 노즐(140)로부터 액체 기둥(liquid column)을 토출하거나 흡인한다. 레이저(200) 및 원통 렌즈(210)는 노즐(140) 근방에 제공되고, 액체 기둥 위에 레이저 빔을 집중시킴으로써, 압전 소자(130)에 의한 액체 기둥으로부터의 액체 방울의 발생을 보조한다.

Description

액체 방울 토출 장치, 액체 방울 토출 방법, 및 전기 광학 장치{DROPLET EJECTING DEVICE, DROPLET EJECTING METHOD, AND ELECTRONIC OPTICAL DEVICE}
본 발명은 액체 방울 토출 장치, 액체 방울을 토출하기 위한 액체 방울 토출 방법, 및 상기 방법을 사용하여 제조되는 전기 광학 장치에 관한 것이다.
공지의 패터닝 방법은 기판 위에 배선 패턴을 형성하기 위해 액체 방울 토출 장치를 채용한다. 액체 방울 토출 장치는 일반적으로 은 입자와 같은 기능성 재료를 포함하는 액체를 기판 위로 토출함으로써, 기판 위에 기능성 재료를 정착시켜 배선 패턴을 형성한다. 예를 들어, 일본국 특허공개공보 2002-164635호에서 상기 패터닝 방법을 기술하고 있다. 상기 방법은 섀도우 마스크(shadow mask)를 사용하는 증착법과 비교하여 단순한 기계적 구성만을 요구하여서 비용면에서 효과적이다.
도 12의 (a) 내지 (c)는 종래 액체 방울 토출 장치의 주요부의 단면도이다. 각각의 도면은 노즐(930)을 통해 압력실(910)로부터의 액체 방울 형성 및 토출의 공정을 설명한다. 도면에서, 노즐(930)로부터 토출된 액체 방울은 10pl(피코리터 : 10-15m3)의 부피를 갖는 것으로 추정된다. 도 12의 (a)에 나타낸 것처럼, 액체 탱크(900)와 연통되어 있는 압력실(910)의 표면(912)은 압력실(910) 내부로부터 외부 방향으로 압전 소자(920)에 의해 변형되어 볼록하게 됨으로써, 압력실(910)에서의 액체는 감압되고, 액체는 액체 탱크(900)로부터 압력실(910) 내로 흐르게 된다. 반대로, 도 12의 (b)에서는, 압력실(910)의 표면(912)은 압력실(910)의 내부를 향하는 방향으로 압전 소자(920)에 의해 변형되어 오목하게 됨으로써, 압력실(910)에서의 액체는 증압된다. 그 결과, 액체의 기둥은 노즐(930)로부터 토출되도록 된다. 도 12의 (c)에 나타낸 것처럼, 압력실(910)의 액체는 다시 감압될 때, 액체 기둥은 노즐(930)을 통해 압력실(910) 내로 끌어당겨진다. 끌어당겨지는 동안, 액체 기둥은 관성력 하에서 형성되는 병목부(neck portion)에서 분리되어, 액체 방울이 토출 헤드로부터 토출된다.
배선의 패터닝을 위해 일반적으로 사용되는 액체는 은 입자와 같은 다량의 미세 도전성 입자를 포함한다. 즉, 패터닝을 위해 사용되는 액체는 일반적으로 예를 들어 안료 타입 잉크와 비교하여 비교적 고점도이며, 20mPaㆍs(파스칼초)만큼 높은 점도를 가질 수도 있다. 고정밀도 배선 패턴을 얻기 위해서, 액체 방울 토출 장치로부터 미소한 액체 방울을 토출하는 것이 필요하다.
그러나, 액체 방울 토출 장치로부터 토출되는 액체 방울의 액체의 점도가 높으면 높을수록, 충분히 작은 부피를 갖는 액체 방울을 형성하는 것(즉, 액체방울을 미소하게 만드는 것)은 더 어렵게 되며, 이것은 고정밀도 패터닝을 수행하기 어렵게 만든다. 이와 같은 문제점의 예는 도 13의 (a) 및 (b)에 설명되어 있다. 도면은 액체 방울 토출 장치로부터 토출되는 고점도 액체로부터 약 2pl의 미소 액체 방울을 만드는 것이 실패하는 것을 나타내고 있다. 상술한 것처럼, 압력실(910) 내의 액체는 감압되고, 그리고 나서 증압되는 경우, 액체 기둥은 노즐(930)로부터 토출된다(도 13의 (a) 참조). 그러나, 고점도 액체 내의 분자력의 작용이 크기 때문에, 압력실(910)의 액체는 일단 다시 감압되더라도, 액체 기둥은 액체 방울이 분리되지 않고 압력실(910) 내로 되돌아가게 된다(도 13의 (b) 참조).
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 시도에서, 액체 기둥이 토출되는 속도를증가시키는 것이 가능하며, 혹은 기둥 부피를 증가시키는 것이 가능하다. 그러나, 양쪽 접근 모두 만족스러운 결과를 주지 못한다. 만약 액체 기둥의 토출 속도를 증가시키면, 액체 방울 튀김(spattering)이 발생하기 쉽고, 또한 토출되는 액체 방울이 목표한 궤도로부터 벗어나기 쉽게 되어 부정확하게 기판에 정착되기 쉽다. 액체 기둥의 부피를 증가시키는 경우에 있어서는, 미소 액체 방울을 형성하는 것이 불가능하다. 따라서, 지금까지 고점도 액체로부터 액체 방울을 미소화할 수 있는 액체 방울 토출 장치를 이용할 수 없었다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명은 미소 액체 방울을 신뢰성있게 토출하는 것을 가능하게 하는 액체 방울 토출 방법, 상기 방법을 사용한 액체 방울 토출 장치, 및 상기 방법을 사용하여 제조되는 전기 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 실시예에 따른 액체 방울 토출 장치에 포함되는 토출 헤드의 주변 구성을 나타내는 도면,
도 2는 액체 방울 토출 장치에서 노즐 주변 구성의 사시도,
도 3은 액체 방울 토출 장치에서 노즐 주변 구성을 나타내는 도면,
도 4는 액체 방울 토출 장치에서 노즐 주변 구성을 나타내는 도면,
도 5의 (a) 내지 (c)는 액체 기둥으로부터의 액체 방울의 형성을 보조하는 것을 나타내는 도면,
도 6은 실시예의 변형예에 따른 레이저 및 렌즈의 사시도,
도 7은 변형예에 따른 노즐 주변 구성을 나타내는 도면,
도 8은 변형예에 따른 노즐 주변 구성을 나타내는 도면,
도 9는 변형예에 따른 노즐 주변 구성을 나타내는 도면,
도 10은 변형예에 따른 압전 소자를 위한 구동 신호를 나타내는 도면,
도 11은 변형예에 따른 토출 헤드의 주변 구성을 나타내는 도면,
도 12의 (a) 내지 (c)는 종래 액체 방울 토출 장치를 설명하는 도면,
도 13의 (a) 및 (b)는 종래 액체 방울 토출 장치를 설명하는 도면,
도 14는 실시예에 따른 액체 방울 토출 장치를 사용하여 RFID(Radio Frequency Identification) 태그(tag)를 제조하는 방법을 설명하는 도면,
도 15는 액체 방울 토출 장치의 변형예를 설명하는 도면,
도 16의 (a) 및 (b)는 액체 방울 토출 장치를 사용하여 전자 방출 소자를 제조하는 방법을 설명하는 도면,
도 17의 (a) 내지 (c)는 액체 방울 토출 장치를 사용하여 전자 방출 소자를 제조하는 방법을 설명하는 도면,
도 18의 (a) 및 (b)는 액체 방울 토출 장치를 사용하여 마이크로렌즈를 제조하는 방법을 설명하는 도면,
도 19의 (a) 및 (b)는 액체 방울 토출 장치를 사용하여 마이크로렌즈를 제조하는 방법을 설명하는 도면,
도 20은 마이크로렌즈를 구비하는 마이크로렌즈 스크린의 단면도,
도 21의 (a) 내지 (c)는 액체 방울 토출 장치를 사용하여 컬러 필터를 제조하는 방법을 설명하는 도면,
도 22의 (a) 및 (b)는 액체 방울 토출 장치를 사용하여 컬러 필터를 제조하는 방법을 설명하는 도면,
도 23은 컬러 필터를 구비하는 액정 장치의 단면도,
도 24는 액체 방울 토출 장치를 사용하여 유기 EL 표시 장치를 제조하는 방법을 설명하는 도면,
도 25의 (a) 및 (b)는 액체 방울 토출 장치를 사용하여 유기 EL 표시 장치를제조하는 방법을 설명하는 도면,
도 26의 (a) 및 (b)는 액체 방울 토출 장치를 사용하여 유기 EL 표시 장치를 제조하는 방법을 설명하는 도면,
도 27은 액체 방울 토출 장치를 사용하여 유기 EL 표시 장치를 제조하는 방법을 설명하는 도면,
도 28는 액체 방울 토출 장치를 사용하여 플라즈마 표시 장치를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 액체 방울 토출 장치
100 토출 헤드
110 액체 탱크
120 압력실
130 압전 소자
140 노즐
200 레이저
210 원통 렌즈
230 수광(受光) 소자
300 제어부
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 액체 방울 토출 장치는 압력실 내에 저장된 액체를, 상기 압력실에 가압(加壓)함으로써 토출 노즐로부터 토출시키는 토출 수단과, 상기 토출 노즐로부터 토출되는 상기 액체 방울에, 액체 방울의 형성을 보조하는 에너지를 부여하는 액체 방울 형성 보조 수단을 구비한다.
본 발명의 액체 방울 토출 장치에 따르면, 액체 방울이 토출 노즐로부터 토출되는 액체로부터 액체 방울 형성 보조 수단에 의해서 형성된다. 액체 방울 토출 장치는 고점도 액체로부터 미소 액체 방울의 신뢰성있는 토출을 가능하게 한다.
바람직한 실시예에서, 액체 방울 형성 보조 수단은 토출 노즐로부터 토출되는 액체의 측면 방향으로 측방(側方)으로부터 에너지가 부여된다.
바람직하게는, 에너지는 간섭성 광 에너지와 같은 광 에너지나, 열 에너지일 수 있다. 또한, 광 에너지는 서로 다른 방향으로 진행하는 복수의 광 빔을 구비하거나, 서로 반대 방향으로 진행하는 적어도 2개의 광 빔일 수 있다.
또다른 바람직한 실시예에서는, 액체 방울 토출 장치는 상기 액체가 상기 토출 노즐로부터 토출되기 시작하는 타이밍을 검출하는 토출 타이밍 검출 수단과, 상기 토출 타이밍 검출 수단에 의해 검출된 상기 타이밍 이후 소정 시간이 경과한 시간에, 액체 방울의 형성을 보조하도록, 상기 액체 방울 형성 보조 수단을 제어하는 제어 수단을 더 구비한다.
제어 수단을 사용하여 액체 방울의 형성을 보조하는 타이밍을 최적화하는 것은 원하는 부피의 액체 방울을 형성될 수 있게 한다. 바람직하게는, 제어 수단은 토출되는 액체의 부피가 더 큰 경우 소정 시간으로서 더 긴 시간을 설정한다.
또다른 바람직한 실시예에서, 액체 방울 토출 장치는 상기 토출 노즐로부터 토출되는 상기 액체 위에 빛을 방출하는 발광 수단과, 상기 발광 수단으로부터 방출되는 빛을, 상기 토출 노즐로부터 토출되는 상기 액체를 통해서 수신하는, 상기 발광 수단과 대향하는 수광 수단을 더 구비하며, 상기 토출 타이밍 검출 수단은, 상기 수광 수단에 의해 수신되는 빛의 강도에서의 변화에 따라서, 상기 액체가 토출되기 시작하는 상기 시간을 검출한다. 액체 방울 형성 보조 수단은 상기 액체가 토출되기 시작하는 상기 시간을 검출하기 위해 사용되는 상기 빛의 에너지보다더 큰 에너지를 갖는 빛을 상기 발광 수단으로부터 방출함으로써 액체 방울의 형성을 보조할 수 있다.
액체 방울 토출 장치에 덧붙여, 본 발명은 액체 방울 토출 장치에 의한 액체 방울의 토출을 제어하는 액체 방울 토출 방법을 제공한다. 상기 방법은 압력실 내에 저장된 액체를, 상기 압력실에 가압함으로써 상기 압력실의 토출 노즐로부터 토출하는 토출 단계와, 상기 토출 노즐로부터 토출되는 상기 액체에, 액체 방울 형성을 보조하는 에너지를 부여하는 액체 방울 형성 보조 단계를 구비한다. 본 발명에 따른 액체 방울 토출 장치에서와 같이, 본 방법은 액체 방울 형성하기 위해서 사용되는 액체의 점도에 무관하게 액체 방울의 신뢰성있는 토출을 보장한다.
바람직하게는, 본 방법에서 사용되는 에너지는 간섭성 광 에너지와 같은 광 에너지, 또는 열 에너지일 수 있다. 또한, 광 에너지는 서로 다른 방향으로 진행하는 복수의 광 빔을 구비하거나, 서로 반대 방향으로 진행하는 적어도 2개의 광 빔을 구비할 수 있다.
또다른 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 상기 토출 노즐로부터의 액체의 토출을 시작하는 타이밍을 검출하는 토출 타이밍 검출 단계를 더 구비하고, 상기 액체 방울 형성 보조 단계는 검출된 액체 토출의 타이밍 이후 소정 시간이 경과했을 때 개시된다. 바람직하게는, 액체 방울 형성 보조 단계에서, 토출되는 액체의 부피가 더 크게 할 경우, 소정 시간으로서 더 긴 시간이 설정된다.
또다른 바람직한 실시예에서, 상기 토출 타이밍 검출 단계는, 상기 토출 노즐로부터 토출되는 액체 위로 빛을 방출하는 발광 수단으로부터 빛을 방출하는 단계와, 상기 발광 수단과 대향하는 수광 수단에 의해서, 상기 발광 수단으로부터 방출된 빛을, 토출되는 상기 액체를 통해서 수신하는 단계와, 상기 수광 수단에 의해서 수신되는 빛의 강도의 변화에 따라서 일어나는 액체의 토출을 타이밍을 검출하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 액체 방울 형성 보조 단계에서, 액체 방울의 형성이 액체 토출이 개시되는 타이밍을 검출하기 위해서 사용되는 빛의 에너지보다 더 큰 에너지의 빛을 발광 수단으로부터 방출함으로써 보조된다.
액체 방울 토출 방법은 배선, 컬러 필터, 포토레지스트, 일렉트로루미네선스 재료, 마이크로렌즈 어레이(microlens array), 생체물질, 또는 전기 광학 장치에 포함되는 소자의 패터닝 중 어느 하나에 적용될 수 있다.
본 발명은 상기 액체 방울 토출 방법을 사용하여 패터닝된 소자를 구비하는 전기 광학 장치를 더 제공한다. 이러한 전기 광학 장치는 액정 장치, 유기 EL 표시 장치, 플라즈마 표시 장치, SED(Surface-Conduction Electron-Emitter Display), 전자원 기판(emitter substrate)을 포함할 수 있다.
(바람직한 실시예)
이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 방울 토출 장치의 토출 헤드의 주변 구성을 나타낸다. 도 1에서, 액체 탱크(110)는 토출 헤드(100)로부터 토출되는 기능성 재료를 포함하는 액체를 저장한다. 구체적으로, 액체 탱크(110)는 약 20mPaㆍs의 점도를 갖는 액체를 저장하고, C14H30(n-tetradecane)과 같은 유기 용매 내로혼합되는 은의 미소 입자를 구비한다. 상기 액체는 배선 패터닝을 위해 사용되고, 2pl의 부피를 갖는 액체 방울로서 액체 방울 토출 장치(10)로부터 토출된다. 액체 방울 토출 장치(10)의 다양한 응용에 대해서 후술하는 것처럼, 상기 장치(10)로부터 토출되는 액체는 배선 패터닝을 위해 사용되는 액체에만 제한되는 것은 아니며, EL 재료를 포함하는 액체, 액정 표시용 컬러 필터 제조를 위해 사용되는 잉크, 포토레지스트 재료를 포함하는 액체, 또는 인쇄 잉크 중 어떤 것을 포함할 수 있다.
압력실(120)은 액체 탱크(110)와 연통되어 있고, 액체 탱크(110)로부터 압력실(120) 속으로 유입한 액체를 일시적으로 저장한다. 제어부(300)로부터 공급되는 구동 신호에 따라 압전 소자(130)는 압력실(120)의 표면(122)을 변형하여 압력실(120)의 내부로 향하는 방향 또는 외부 방향으로 볼록하게 만듦으로써, 압력실(120) 내에 저장된 액체에 가해지는 압력을 제어한다. 압력실(120) 내의 액체는, 압력실(120)의 표면(122)이 변형되어 압력실(120)로부터 외부방향으로 볼록하게 되는 경우 감압되고, 표면(122)이 변형되어 압력실(120)로부터 내부방향으로 볼록하게 되는 경우 증압된다.
압력실(120) 내의 액체가 증압되는 경우, 액체 기둥(이점 쇄선으로 나타냄)은 노즐(140)로부터 토출되며, 토출되는 기둥은 압력실(120) 내의 액체가 감압되는 경우 압력실(120) 내로 되돌아간다. 본 실시예에 있어서, 총 3개의 노즐(140)이 액체 방울 토출 장치(10)에 제공되어 있지만, 노즐의 수는 더 많을 수도 적을 수도 있다.
각각의 노즐(140)의 근방에는, 액체 기둥으로부터의 액체 방울을 형성하는것을 함께 보조하는 레이저(200), 원통 렌즈(210), 및 수광(受光) 소자(230)가 제공된다.
도 2는 레이저(200) 및 원통 렌즈(210)의 개략도이다. 도 2에 나타낸 것처럼, 레이저(200)는 레이저 빔을 방출하는 스트립(strip) 형상 방출면(202)을 가지며, 고전력 또는 저전력 레이저 빔을 방출할 수 있다. 원통 렌즈(210)는 볼록 렌즈이며, 레이저(200)로부터 방출되는 레이저 빔을 직선을 따라 집중시켜서, 각 노즐(140)로부터 토출되는 각 액체 기둥을 관통한다. 바꿔 말해서, 레이저(200) 및 원통 렌즈(210)는 토출되는 액체 기둥의 측면에 에너지를 부여하는 것이다.
다음으로, 레이저(200)로부터 방출되는 저전력 레이저 빔 및 고전력 레이저 빔 사이의 차이점을 설명한다. 원통 렌즈(210)에 의해 액체 기둥 위에 집중되는 고전력 레이저 빔은 기둥의 한 점에 집중되어 가열하게 된다. 고전력 레이저 빔은 액체 방울의 분리를 가속시킴으로써(이하에서 더 상세하게 설명함), 액체 기둥으로부터의 액체 방울의 형성을 보조한다. 반대로, 저전력 레이저 빔은 액체 기둥에 거의 열을 주지 않고, 대신에 액체 토출의 개시점을 검출하기 위해서 채택된다.
도 1 및 2에 있어서, 수광 소자(230)는 레이저(200)에 대향되며, 레이저(200)로부터 보았을 경우 각 액체 기둥 뒤에 위치하도록 제공되어서, 각각의 노즐(140)에 각각 대응한다. 바꿔 말해서, 각 수광 소자(230)는 각 액체 기둥을 통해서 레이저(200)에 대향하도록 제공된다. 수광 소자(230)는 저전력 레이저 빔의 수신에 따라서 액체 토출 개시점을 검출한다. 구체적으로, 액체가 토출되지 않는 경우, 원통 렌즈(210)와 수광 소자(230) 사이에 아무런 장해물도 없기 때문에,수광 소자(230)는 전력의 손실이 거의 없는 상태로 저전력 레이저 빔을 수신한다. 저전력 레이저 빔을 수신하면, 수광 소자(230)는 제어부(300)에 수신 신호(RS)를 공급한다. 한편, 일단 액체 기둥이 어느 정도 토출되기 시작하여 레이저(200)로부터 수광 소자(230)를 향하여 방출되는 레이저 빔이 차단되면, 레이저 빔은 수광 소자(230)에 도착하지 않는다. 레이저 빔은 대신에 반사, 흡수 또는 산란되어, 수광 소자(230)에 도달하지 않는다. 저전력 레이저 빔이 더 이상 수신되지 않는 경우, 수광 소자(230)는 제어부(300)에 수신 신호(RS)를 공급하는 것을 중지한다.
도 3은 노즐(140)로부터 나와서 토출되는 액체 기둥이 레이저 빔의 광로를 차단하기 시작하는 시점을 나타내는 도면이다. 도 3에 나타낸 것처럼, 액체 기둥의 선단이 레이저 빔의 집중된 점에 도달할 경우, 레이저 빔은 액체 기둥에 의해 반사, 흡수 또는 산란된다. 레이저 빔이 액체 기둥에 의해 수광 소자(230)에 도달하는 것이 방해를 받는 경우, 수광 소자(230)는 제어부(300)에 수신 신호(RS)를 공급하는 것을 중지한다. 따라서, 수광 수자(230)는 액체 기둥이 레이저(200)와 수광 소자(230) 사이의 레이저 빔 광로에 존재하는지를 검출하는 수단이다. 따라서, 상기 장치(10)는 레이저 빔이 액체 기둥에 의해 완전히 차단되지 않도록 구성하는 경우, 레이저 빔의 수신 레벨의 감소를 검출하면 수광 소자(230)는 수신 신호(RS)를 공급하는 것을 중지하도록 구성된다.
도 1에 있어서, 중앙처리부(CPU), 타이머 클록, 및 다른 부분을 구비하는 제어부(300)는 압전 소자(130) 및 레이저(200)를 구동하여, 액체 방울 토출 장치(10)로부터 액체 방울을 토출한다. 구체적으로, 제어부(300)는 압전 소자(130)를 구동하여 압력실(120) 내의 액체를 증압 또는 감압하고, 수광 소자(230)로부터 공급되는 수신 신호(RS)의 유무에 따라 레이저(200)로부터 방출되는 레이저 빔의 전력 레벨을 전환한다.
또한, 액체 방울 토출 장치(10)에는, 토출 헤드(100)를 반송하는 헤드 캐리지, 기판 등과 같이 액체 방울이 도포되는 매체를 반송하기 위한 기구 등이 제공되어 있으며, 이것은 이 기술 분야에서 공지 기술을 사용하여 쉽게 구현될 수 있으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 동일한 이유로, 액체 방울이 도포되는 매체의 원하는 위치 위에 액체 방울을 도포하기 위한 토출 헤드(100) 및 압전 소자(130)를 제어하는 방법(즉, 패터닝을 위한 토출 헤드(100) 및 압전 소자(130)의 제어)에 대해서도 설명을 생략한다.
상술한 액체 방울 토출 헤드(10)의 구성을 가지고, 2pl의 부피를 갖는 미소 액체 방울을 7m/s의 초기 속도로 토출한다. 이 공정은 이하에서 상세하게 설명한다.
우선, 제어부(300)는 레이저(200)가 저전력 레이저 빔을 방출하도록 한다. 그리고 나서, 제어부(300)는 압전 소자(130)에 구동 신호를 공급하고, 압력실(120)의 표면(122)을 변형하여, 표면이 압력실(120)의 내부로부터 외부 방향으로 볼록하게 되도록 만든다. 그 결과, 종래 기술에서 설명한 것처럼, 압력실(120) 내의 액체는 감압되고, 액체는 액체 탱크(110)로부터 압력실(120) 속으로 유입되게 된다. 이어서, 제어부(300)는 압전 소자(130)에 의해 압력실(120) 내에 포함된 액체를 증압함으로써 노즐(140)로부터 액체 기둥을 돌출시킨다. 압력실(120) 내에 포함된액체는 20mPaㆍs만큼의 고점도를 갖는다. 따라서, 액체 기둥을 예를 들어 7m/s의 속도로 토출한 후 압력실(120) 내의 액체를 감압하더라도, 압력실(120) 내의 액체로부터 분리되지 않은 채 액체 기둥은 압력실(120)내로 되돌아간다. 따라서, 액체 기둥을 밀고(즉, 토출하고) 당기는(즉, 흡인하는) 종래의 단계만을 실행하는 경우, 액체 방울이 토출되지 않는다. 상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 실시예에 따른 액체 방울 토출 장치(10)는, 아래에서 설명하는 것처럼 푸시 앤 풀 동작(push-and-pull operation)을 사용하여 액체 기둥으로부터의 액체 방울 형성을 보조함으로써, 액체 방울을 토출한다.
압전 소자(130)에 의해 액체 기둥 토출의 동작을 제어하면서, 제어부(300)가 수광 소자(230)로부터 공급되는 수신 신호(RS)를 더 이상 수신하지 않는 시점을 검출함으로써, 제어부(300)는 토출되는 액체 기둥의 선단이 레이저 빔 경로의 집광(集光) 지점(P)에 도달하는 시점을 검출한다.
이어서, 압전 소자(130)에 의해 액체 기둥을 계속 토출하면서, 제어부(300)는 액체 기둥의 선단이 집광 위치(P)를 지나는 시점 이후 소정 시간이 경과했는가를 타이머 클록으로부터 공급되는 클록 신호에 기초하여 판단한다. 도 4에 나타낸 것처럼, 상기 소정 기간은 액체 기둥 선단이 집광 위치(P)를 지난 시점으로부터 액체 기둥이 거리 "d"만큼 아래로 이동하기 위해 필요한 시간이다. 상기 거리 "d"는 액체 기둥에 포함되는 액체의 부피가 약 2pl의 부피에 도달했을 때 액체 기둥의 길이를 나타내는 것이다. 액체 기둥이 거리 "d"만큼 토출되기 위해 필요한 시간은 노즐 지름 및 압전 소자(130)를 구동할 때의 조건에 따라서 정해지는 시간상의 변수로, 실험적으로 미리 정할 수 있는 것이다.
소정 시간이 경과했다고 판단되면, 제어부(300)는 액체 기둥을 토출하는 것을 중지함으로써 토출될 액체 기둥의 현재 양을 유지하며, 레이저(200)로부터 방출되는 레이저 빔의 전력을 저전력으로부터 고전력으로 전환한다. 방출되는 레이저 빔의 레벨이 고전력으로 전환되는 경우, 액체 기둥은 레이저 빔의 집광 위치에서 가열된다. 그 결과, 도 5의 (a)에 나타낸 것처럼, 액체 타입 및 레이저 빔의 강도에 따라서, 기포의 발생, 액체의 점도 저하 또는 레이저 빔의 방사 압력에 의한 액체의 비산(scattering) 중 어느 하나 또는 이것들의 결합이 집광 위치 근방에서 발생한다. 결과적으로, 도 5의 (b)에 나타낸 것처럼, 집광 위치 근방에서 병목부가 형성된다.
레이저 빔이 고전력으로 바뀐 뒤, 액체 기둥에서 병목부가 발생하는데 충분한 시간이 지났을 때, 제어부(300)는 다시 고전력으로부터 저전력으로 레이저 빔을 전환한다. 그리고 나서, 제어부(300)는 압력실(120) 내의 액체를 감압하고, 액체 기둥의 노즐(140)측 부위(즉, 병목부 위의 상측 부위)를 압력실(120) 속으로 흡인하며, 관성력에 의해 병목부에서 액체 기둥의 분리가 발생하여서, 2pl의 부피를 갖는 액체 방울이 토출 헤드(100)로부터 토출된다.
병목부를 발생시키는데 필요한 시간은 액체의 점도나 온도 및 레이저 빔의 전력에 의존하는 시간 상의 변수로서, 실험적으로 미리 정해질 수 있는 것이다.
상술한 것처럼, 본 실시예에 따른 액체 방울 토출 장치(10)는 레이저 빔을 가지고 압력실(120)로부터 토출되는 액체 기둥을 압력실(120) 외부에서 조사(照射)함으로써 액체 기둥으로부터의 액체 방울 형성을 보조한다. 다시 말해, 푸시 앤 풀 동작(push-and-pull operation)에 의한 액체 기둥으로부터의 액체 방울의 형성이 레이저 빔 에너지 또는 레이저 빔의 방사 압력에 의해 액체 기둥을 가열함으로써 보조된다. 본 발명의 장치는 액체가 고점도인 경우에도 미소 액체 방울의 신뢰성있는 토출을 가능하게 한다.
또한, 액체 방울 토출 장치(10)는 액체 기둥으로부터 액체 방울을 형성하는 것을 보조하기 때문에, 푸시 앤 풀 동작만을 가지고 액체 방울을 토출하는 종래 기술의 속도와 비교하여 푸시 앤 풀 동작의 동작 속도는 감소될 수 있다. 그 결과, 액체 방울의 토출 속도도 또한 감소되고, 따라서 기판에 도달할 때 액체 방울의 비산을 최소화한다.
본 실시예에서, 압전 소자(130)에 의한 액체 기둥의 푸시 앤 풀 동작을 멈춤으로써 액체 기둥의 토출이 중지되어 있는 동안, 고전력 레이저 빔으로 액체 기둥의 조사는 실행된다. 그러나, 액체 기둥이 토출되는 동안, 고전력 레이저 빔에 의한 조사가 개시될 수도 있다. 또한, 액체 기둥은 레이저 빔이 방출되는 동안 흡인될 수 있다.
한편, 점도를 저하시키면 종래의 액체 방울 토출 장치를 사용하더라도, 고점도를 갖는 액체로부터 미소 액체 방울이 토출될 수 있다. 예를 들어, 은 입자를 액체 내에 포함하는 경우, 액체의 점도는 액체 내에 포함되는 은 입자의 함유율을 낮춤으로써 저하될 수 있다. 그러나, 액체의 점도가 낮아지는 경우, 액체 방울의 분자력이 약하기 때문에, 액체 방울이 기판에 도달할 때 입자가 비산할 가능성이높아진다.
종래 장치와 비교하여, 본 발명에 따른 액체 방울 토출 장치(10)는 토출되는 액체의 점도와 무관하게 미소 액체 방울을 토출할 수 있다. 따라서, 액체 방울이 비산하는 것을 방지하기 위해서 액체의 점도를 의도적으로 증가하더라도, 미소 액체 방울을 여전히 토출할 수 있기 때문에, 액체 방울 토출 장치(10)는 기판에 도달했을 때 액체 방울이 비산하는 것을 방지하는 장점을 갖고 있다.
또한, 본 발명에 따른 액체 방울 토출 장치(10)는 레이저 빔이 방출되는 타이밍을 제어함으로써, 원하는 지점에서 액체 기둥으로부터의 액체 방울의 분리를 가능하게 한다. 구체적으로, 고전력 레이저 빔이 방출 개시되기 까지의 기간을 더 길게 설정할 수록, 더 큰 액체 방울을 형성할 수 있다. 따라서, 액체 방울의 크기는 용이하게 제어될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 제한되지 않고, 다양한 변형 및 개량을 할 수 있다.
예를 들어, 상술한 실시예에서, 한 세트의 레이저(200) 및 원통 렌즈(210)는 일괄해서 복수의 액체 기둥으로부터의 액체 방울의 형성을 보조하고 있다. 다른 방법으로, 도 6에 나타낸 것처럼, 한 세트의 레이저(400) 및 렌즈(410)은 각 노즐(140)에 개별적으로 제공될 수 있다. 도 6에서, 레이저(400)는 레이저 빔을 방출하는 곡면 방출면(402)을 갖는다. 렌즈(410)는 병목부가 생길 액체 기둥의 부위 위에 레이저(400)로부터 방출되는 레이저 빔을 집중한다. 따라서, 각 노즐(140)에 대한 한 세트의 레이저(400) 및 렌즈(410)의 제공은 액체 기둥을 분리시키는 시점 또는 타이밍을 각 액체 기둥에 대하여 제어할 수 있게 한다.
또한, 도 7에 나타낸 것처럼, 상술한 실시예에서는 레이저(200) 및 원통 렌즈(210)가 개별적인 유닛으로 제공되고 있지만, 원통 렌즈(510)를 포함하는 레이저(500)가 토출 헤드(100)로부터 아래 방향으로 연장하도록 제공될 수 있다. 이와 같이 하나의 부분으로 구성된 것은 각 레이저(500) 및 원통 렌즈(510)를 지지하는 특별한 기구를 필요하지 않는다는 장점을 갖는다.
레이저(500)가 공간적 제약으로 인해 토출 헤드(100)의 하면에 제공될 수 없는 경우, 액체 기둥 위에 레이저 빔을 집광하기 위한 콘덴싱 타입의 레이저(condensing type laser)(500) 아래의 반사 부재(530)를 제공함으로써, 레이저(500)가 도 8에 나타낸 것처럼 토출 헤드(100)의 측면에 탑재될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 레이저 빔이 하나의 방향으로부터 액체 기둥을 향하여 방출됨으로써, 액체 기둥으로부터의 액체 방울의 형성을 보조한다. 그러나, 하나의 방향으로부터 액체 방울의 형성을 보조할 때, 레이저 빔에 의해 발생하는 방사 압력으로 인해 레이저 빔의 진행 방향으로 액체 방울이 운동할 수 있다. 이와 같은 것을 방지하기 위해서, 레이저 빔은 도 9에 나타낸 것처럼, 액체 기둥에 대해 2개의 반대 방향으로부터 방출될 수 있고, 따라서 액체 방울 형성을 보조한다.
하나의 방향으로 이동하는 레이저 빔을 사용함으로써 액체 방울의 형성을 보조하는 구성과 비교하여, 서로 반대 방향으로 진행하는 레이저 빔 대신에, 서로 다른 방향으로 진동하면서 액체 기둥 위로 방출되는 하나 이상의 레이저 빔은 레이저 빔으로부터 받은 에너지로 인해 액체 방울이 오배열되는 것을 방지할 수 있다는 것은 명백한 것이다. 도 15는 3개의 방향으로 진행하는 레이저 빔에 의해 액체 방울의 형성을 보조하는 구성예를 나타낸다. 도면에서, 액체 기둥(lc)의 수직축을 따라 레이저 빔을 각각 내려보면, 3개의 레이저(700)로부터 수평으로 방출되는 3개의 레이저 빔이 나타내져 있다. 3개의 레이저(700)는 레이저(700)로부터 방출되는 레이저 빔의 진행 방향을 따른 광축이 이웃한 레이저(700)로부터 방출하는 레이저 빔의 진행 방향을 따른 광축과 120도 각도를 이루도록 위치된다. 또한, 3개의 렌즈(710)는 각각의 광축을 유지하면서 액체 기둥(lc)의 한 점에 각 레이저(700)로부터 방출되는 레이저 빔을 집광한다.
따라서, 3개의 방향으로부터 방출되는 레이저 빔은, 하나의 방향으로 진행하는 레이저 빔을 사용함으로써 액체 방울 형성을 보조하는 구성과 비교하여, 레이저 빔의 에너지로 인한 액체 방울의 오배열을 방지할 수 있다. 더 바람직하게는, 레이저 빔의 인가되는 에너지에 의해 발생하는 액체 방울의 오배열은 레이저 빔 강도 및/또는 레이저 방출면으로부터 빔의 집광점까지의 거리를 조정하여 복수의 레이저 빔으로부터 발생하는 에너지가 서로에 대해 균형을 이루도록 함(다시 말해, 액체 기둥에 인가되는 힘이 서로 균형됨)으로써 거의 없게 감소시킬 수 있다.
상술한 실시예에 있어서, 고전력 레이저 빔이 액체 기둥에 방출되는 타이밍은 수광 소자(230)로부터 공급되는 수신 신호(RS)의 존부에 따라 결정되지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 10에 나타낸 것처럼 구동 신호가 압전 소자(130)에 공급될 때, 액체 기둥의 돌출 거리는 시간 정보에 기초하여 추정될 수 있고, 고전력 레이저 빔은 추정에 기초하여 액체 기둥에 방출될 수 있다. 구동 신호 및 액체 기둥의 돌출 거리의 관계는 실험적으로 얻을 수 있다. 또한, 본 변형예는 액체 기둥이 토출되기 시작하는 개시 시점의 검출을 요구하지 않으므로, 고전력 레이저 빔만을 레이저(200)로부터 방출한다.
또한, 상술한 액체 방울 토출 장치(10)가 레이저 빔에 의해 액체 방울 형성을 보조하지만, 레이저 빔은 액체 방울의 형성을 보조하는 유일한 수단은 아니다. 에너지 밀도 및 집광성이 충분히 높다면 비간섭성 광(non-coherent light)도 사용할 수 있다.
또한, 도 11에 나타낸 것처럼, 가열기(600)는 액체 방울의 형성을 보조하기 위해서 사용될 수 있다. 도면에서, 가열기(600)는 노즐(140)로부터 돌출된 액체 기둥의 분리점에서 국소적으로 열을 인가한다. 그 결과, 레이저 빔을 사용하여 액체 기둥을 가열하는 경우와 동일하게, 가열된 부위에서 기포가 발생하지 않을 뿐만 아니라, 기둥의 점도도 감소되며, 액체 기둥으로부터의 신뢰성 있는 액체 방울의 형성을 액체가 고점도일 때에도 가능하게 한다. 따라서, 액체 방울 형성을 보조하기 위해 사용되는 에너지는 광학 에너지에만 제한되지 않으며, 열 에너지 또는 다른 형태의 에너지를 사용할 수도 있다.
가열기를 갖는 구성하에서 액체 방울 토출 장치(10)는 레이저(200) 및 수광 소자(230)를 구비할 필요가 없다는 것에 주목해야 한다. 따라서, 가열기(600)를 사용하여 액체 기둥에 열을 가하는 타이밍은, 구동 신호가 압전 소자(130)에 공급되는 타이밍에 기초하여 액체 기둥의 돌출 거리를 추정함으로써 결정될 수 있다(도 10 참조).
또한, 압전 소자(130)는 토출 헤드(100)의 압력실(120) 내의 액체에 압력을 증가시키는 유일한 수단은 아니다. 예를 들어, 압력실(120) 내의 액체의 일부를 액체의 끊는점으로 가열함으로써 기포를 발생시킬 수 있으므로, 상기 가열에 의해 발생된 기포로 인해 압력실(120) 내의 액체가 증압될 수 있다. 만약 압력실(120) 내의 액체의 압력을 증가시킴으로써 노즐로부터 액체 기둥이 토출되게 한다면, 다른 수단이라도 압력실(120) 내의 액체를 증압하기 위해서 또한 사용될 수 있다.
<액체 방울 토출 장치(10)의 적용예>
이하에서, 상기 액체 방울 토출 장치(10)의 적용예를 설명한다.
상술한 것처럼, 액체 방울 토출 장치(10)는 기능성 재료를 포함하는 액체를 미소 액체 방울로서 고신뢰도로 토출할 수 있기 때문에, 상기 장치(10)는 전자 장치 또는 전기 광학 장치에서 사용되는 다양한 소자의 제조에 적용되기 아주 적합한 것이다. 액체 방울 토출 장치(10)를 사용하여 제조되기 아주 적합한 이들 소자는 RFID 태그, 전자 방출 소자, 마이크로렌즈, 컬러 필터, 유기 EL 소자, 플라즈마 표시 장치 등을 포함한다. 이하에서는, 액체 방울 토출 장치(10)를 사용하여 상기 나열된 제품을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
<RFID 태그를 제조하는 방법>
도 14는 액체 방울 토출 장치(10)를 사용하여 배선 패턴화된 RFID 태그(D1)를 나타내는 도면이다. RFID 태그(D1)는 전파 방식 인식 시스템에 사용하는 전자 회로이며, 일반적으로 IC(집적 회로) 카드 내에 제공된다. 좀더 구체적으로, PET(polyethylene terephthalate) 기판(D11)의 표면 위에 제공되는 집적회로(IC)(D12)와, 집적 회로(D12)에 접속되고 나선 형상인 안테나(D13)와, 안테나(D13)의 일부 위에 탑재되는 솔더 레지스트(D14)와, 안테나(D13)의 양단을 접속하여 루프를 형성하는 솔더 레지스트(D14) 위에 형성된 접속 배선(D15)이 RFID 태그(D1) 위에 제공된다. 상기 구성요소 중에서, 안테나(D13)는 액체 방울 토출 장치(10)를 사용하여 패턴닝된다. 다시 말해, 안테나(D13)는 미소 액체 방울을 가지고 고신뢰도로 패터닝되어 있어서, 단락 회로를 발생할 가능성을 적게 만든다.
<전자 방출 소자를 제조하는 방법>
다음으로, 전자 방출 소자를 갖는 전자원 기판(emitter substrate)을 제조하는 방법을 설명한다.
도 16의 (a) 및 도 16의 (b)는 제조 공정에서 전자원 기판의 구성을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 16의 (a)는 도전성 박막이 액체 방울 토출 장치를 사용하여 형성되기 직전의 전자원 기판(D2)의 측면도이고, 도 16의 (b)는 동일 전자원 기판(D2)의 상면도이다.
도면에 나타낸 것처럼, 전자원 기판(D2)은 소다 유리(soda glass)로 형성된 기판(D21)을 구비한다. 기판(D21) 위에는, 그 주성분으로서 이산화규소(SiO2)를 갖는 나트륨 확산 방지층(D22)을 적층한다. 나트륨 확산 방지층(D22)은 예를 들어, 스퍼터링 방법을 사용하여 약 1㎛의 두께를 갖는 층을 형성하도록 형성된다.
소자 전극(D23, D24)은 예를 들어, 5nm의 두께를 갖는 나트륨 확산 방지층(D22) 위에 형성된 티탄늄층이다. 이들 소자 전극(D23, D24)은 예를 들어스퍼터링법 또는 진공 증착법을 사용하여 티타늄 층의 성막 공정과, 포토리소그래피 및 에칭을 사용한 티타늄층의 성형 공정을 거쳐 형성된다. 이와 같이 형성된 소자 전극(D23, D24)은 나트륨 확산 방지층(D22) 위에 매트릭스 형상으로 배열된다.
금속 배선(D25)은 도면 중에서 Y방향으로 연장하는 스트립 형상 전극이고, 복수의 금속 배선(D25)은 각 배선(D25)이 도면에서의 Y 방향으로 열을 지어 배열되는 복수의 소자 전극(D23)의 각각의 일부를 피복하도록 형성된다. 이와 같은 금속 배선(D25)은 예를 들어 스크린 인쇄 기법을 사용한 은 페이스트(paste)의 도포 공정과, 도포된 은 페이스트의 소성(firing) 공정을 거쳐서 형성된다. 절연층(D27)은 유리와 같은 절연체이고, 금속 배선(D25)을 폭방향으로(도면 중에서 X방향으로) 도포하도록 매트릭스 형상으로 배열된다. 절연층(D27)은 금속 배선(D25)과 동일한 방법으로, 예를 들어 스크린 인쇄 기법에 의해 유리 페이스트를 도포하는 공정과, 도포된 유리 페이스트를 소성하는 공정을 거쳐서 형성된다.
금속 배선(D26)은 금속 배선(D25)을 교차하도록 도면 중에서 X방향으로 연장하는 스트립 형상 전극이다. 금속 배선(D26)은 도면 중에서 X방향으로 열을 지어 배열된 복수의 소자 전극(24)의 각각의 일부를 도포한다. 금속 배선(D26)은 또한 복수의 절연층(D27)을 X방향으로 걸쳐져 있다. 금속 배선(26)은 예를 들어, 은으로 이루어지고, 금속 배선(D25)의 경우와 같이 스크린 인쇄 기법에 의해서 형성된다.
서로 인접하는 한 쌍의 소자 전극(D23) 및 소자 전극(D24)을 포함하는 영역은 화소 영역에 대응한다. 화소 영역에 있어서, 소자 전극(D23)은 대응하는 금속배선(D25)에 전기적으로 접속되고, 소자 전극(D24)은 대응하는 금속 배선(D26)에 전기적으로 접속된다. 금속 배선(D25, D26)은 절연층(D27)에 의해서 서로로부터 절연된다.
각 화소 영역에서, 소자 전극(D23)의 일부와, 소자 전극(D24)의 일부와, 그리고 소자 전극(D23) 및 소자 전극(D24) 사이의 나트륨 확산 방지층(D22)의 노출된 부위를 포함하는 영역(D28)에서 액체 방울 토출 장치(10)에 의해 도전성 박막을 형성한다. 이들 영역(D28)(이하에서는 "도포 영역(D28)"이라 한다)은 전자원 기판(D2) 위에 매트릭스 형상으로 배열되고, 2개의 인접하는 도포 영역(D28) 사이의 피치(LX) 또는 거리는 약 190㎛이다. 상기 피치(LX)는 약 40인치 화면을 갖는 하이비전 텔레비젼에서 채택되는 피치와 거의 동일하다.
또한, 액체 방울 토출 장치(10)를 사용하여 각 도포 영역(D28)에서 도전성 박막을 형성하는 공정을 설명한다. 먼저, 전자원 기판(D2)을 친수화(hydrophilic)하는 것이 바람직하다. 전자원 기판(D2)을 친수화하는 것은 액체 방울을 도포 영역(D28) 위에 정착되도록 하는 것을 돕는다. 예를 들어, 대기압(atmospheric-pressure) 산소 플라즈마 공정을 사용하여, 기판(D2)은 친수화시킬 수도 있다.
이어서, 도 17의 (a)에 나타낸 것처럼, 유기 팔라듐 용액과 같은 도전성 재료를 포함하는 액체 방울이 액체 방울 토출 장치(10)를 사용하여 전자원 기판(D2)의 각 도포 영역(D28) 위에 토출된다. 상술한 실시예의 설명에서 이미 설명한 것처럼, 액체 방울 토출 장치(10)는 레이저 빔을 사용하여 액체 방울의 형성을 보조하면서 액체 방울을 토출한다. 따라서, 도전성 재료는 액체 방울 토출 장치(10)를사용할 경우 고정밀도를 가지고 각 도포 영역(D28)에 도포될 수 있다.
도포된 도전성 재료가 건조될 때, 그 주성분으로서 산화 팔라듐을 갖는 도전성 박막(D29)은 도포 영역(D28) 위에 형성된다. 도전성 박막(D29)은 각 화소 영역에서 형성되어서, 소자 전극(D23)의 일부와, 소자 전극(D24)의 일부와, 그리고 소자 전극(D23) 및 소자 전극(D24) 사이의 나트륨 확산 방지층(D22)의 노출된 부위를 도포하게 된다.
소자 전극(D23, D24) 사이에 펄스 전압을 인가할 경우, 도전성 박막(D29)의 일부분(D291)은 전자를 방출하는 전자 방출부가 된다. 바람직하게는 전자 방출부로부터 전자 방출 효율을 향상시키기 위해서 유기물 분위기 및 진공 조건에서, 소자 전극(D23, D24)의 각각에 전압을 인가할 수도 있다는 것을 주목해야 한다.
각 화소 영역에서 이와 같이 생성된 소자 전극(D23, D24)과 전자 방출부를 갖는 도전성 박막(D29)은 전자 방출 소자로서 기능을 하게 된다.
도 17의 (c)에 나타낸 것처럼, 전기 광학 장치(D20)는 전자 방출 소자가 형성된 전자원 기판(D2)과 전면(front) 기판(D292)을 접합함으로써 얻어진다. 전면 기판(D292)은 유리 기판(D293)과, 각 화소 영역에 대응하며 유리 기판(D293)에 탑재되는 복수의 형광부(D294)와, 금속 플레이트(D295)를 갖는다. 금속 플레이트(D295)는 도전성 박막(D29)의 전자 방출부로부터 방출된 전자 빔을 가속시키기 위한 전극으로서 기능을 한다. 유리 기판(D293)은 전면 기판(D292)의 바깥면이 되도록 위치시키며, 기판(D292)은 각 형광부(D294)가 각 도전성 박막(D29)의 전자 방출 소자 중 하나와 대향하도록 위치시킨다. 또한, 전자원 기판(D2)과 전면기판(D292) 사이의 공간은 진공으로 유지된다.
<마이크로 렌즈를 제조하는 방법>
도 18의 (a), (b), 도 19의 (a), (b)는 본 실시예에 따른 액체 방울 토출 장치(10)를 사용하여 마이크로 렌즈를 제조하는 공정을 나타내는 도면이다. 우선, 도 18의 (a)에 나타낸 것처럼, 액체 방울의 형성을 레이저 빔에 의해 보조하면서, 광투과성 수지를 포함하는 액체 방울을 토출 헤드(100)로부터 기판(D31)위로 토출한다. 광투과성 수지는 아크릴 수지, 아릴 수지, 메타크릴 수지 등의 열가소성 또는 열경화성 수지의 단체(simple substance) 또는 혼합체일 수 있다. 액체 방울 내에 포함된 광투광성 수지는 또한 비이미다졸레이트 화합물(biimidazolate compound)과 같은 광중합 개시제가 배합된 방사선 조사 경화형 광투과성 수지를 포함할 수도 있다. 방사선 조사 경화형 광투과성 수지는 일반적으로 자외선과 같은 방사선에 노출되는 경우 경화되는 특징을 구비한다. 본 출원에서는 액체 방울 토출 장치(10)로부터 토출되는 액체 방울은 자외선에 의해 경화되는 방사선 조사 경화형 수지라고 가정한다. 토출 헤드(100)로부터 토출된 액체 방울은 본 출원에서와 같이 특정 형태의 빛에 의해 경화되는 광경화 특성을 가지므로, 레이저(200)로부터 방출되는 레이저 빔은 특정 형태의 빛(다시 말해, 본 출원의 경우 "자외선")을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
스크린을 위한 광학막으로서 사용하는 마이크로 렌즈를 제조하는 경우, 기판(D31)은 셀룰로오스 수지, 폴리비닐 클로라이드 등과 같은 광투과성 재료로 이루어진 광투과성 시트일 수 있다.
토출 헤드(100)로부터 토출되는 액체 방울은 기판(D31)에 부착하면, 액체 방울(D32)은 표면 장력의 작용의 결과로 도 18의 (a)에 나타낸 것처럼, 돔(dome) 모양으로 되게 된다. 그 사이에, 레이저 빔에 의해 그 형성이 보조되면서, 액체 방울(D32)은 미소하게 된다.
다음으로, 도 18의 (b)에 나타낸 것처럼, 기판(D31)에 부착된 도 18의 (a)의 액체 방울(D32)에 자외선 방출부(D302)로부터 자외선을 방출한다. 그 후, 돔 모양 액체 방울(D32)은 경화되어, 경화된 수지(D33)가 된다.
이어서, 도 19의 (a)에 나타낸 것처럼, 레이저 빔에 의해 액체 방울의 형성이 보조되면서, 광확산성 입자(D34)를 포함하는 또다른 액체 방울이 토출 헤드(100)로부터 경화된 수지(D33) 위로 토출된다. 상기 광확산성 입자(D34)는 실리카, 알루미나, 티타니아, 탄산 칼슘, 수산화 알루미늄, 아크릴 수지, 유기 실리콘 수지, 폴리스티렌, 우레아(urea) 수지, 포름알데히드 축합물 등 일 수 있다. 광확산성 입자(D34)는 용제(즉, 광투과성 수지를 위해 사용되는 용제)에 분산시켜서 액체 상태로 바꿈으로써, 토출 헤드(100)로부터 그 토출이 가능하게 된다.
도 19의 (a)에 나타낸 것처럼, 토출 헤드(100)로부터 토출된 액체 방울은 경화된 수지(D33)의 표면에 부착되고, 상기 경화된 수지(D33)는 광확산성 입자(D34)를 포함하는 용액(D35)에 의해 도포되게 된다. 그 뒤, 용액(D35)으로 도포된 경화된 수지(D33)는 가열, 감압 또는 가열감압 처리를 행하며, 용액(D35)에 포함되는 용제는 증발하게 된다. 경화된 수지(D33)는 용액(D35)에 포함되는 용제로 인해 일단 그 표면 부근이 연화되지만, 용제가 증발한 후 다시 경화된다. 그 결과, 그 표면 부근에 광확산성 입자(D34)가 분산된 마이크로 렌즈(D3)가 도 19의 (b)에 나타낸 것처럼 형성된다.
이와 같이 형성된 마이크로 렌즈(D3)를 갖는 프로젝터용 스크린에 대하여 설명한다. 도 20은 마이크로 렌즈(D3)를 갖는 스크린의 단면도이다. 스크린(D37)은 필름 기재(D371), 점착층(D372), 렌티큘러 시트(lenticular sheet)(D373), 프레넬 렌즈(Fresnel lens)(D374), 산란막(D375)이 나열한 순서대로 적층되어 되어 이루어져 있다.
렌티큘러 시트(D373)와 산란막(D375)은 각각 상술한 방법을 사용하여 제조되는 마이크로 렌즈(D3)를 구비한다. 구체적으로, 복수의 마이크로 렌즈(D3)는 렌티큘러 시트(D373)와 산란막(D375)의 각각에 대해 기판(D31)에 탑재되지만, 렌티큘러 시트(D373)의 경우 기판(D31) 위의 밀도가 더 높다. 렌티큘러 시트(D373)와 산란막(D375)의 각각에 포함되어야 할 마이크로 렌즈(D3)의 크기 및/또는 수는, 렌티큘러 시트(D373)의 기판 영역이 산란막(D375)의 기판 영역보다 마이크로 렌즈(D3)에 의해 더 조밀하게 도포되도록 결정된다.
<컬러 필터를 제조하는 방법>
도 21의 (a) 내지 (c), 도 22의 (a), (b)는 컬러 필터가 본 실시예에 따른 액체 방울 토출 장치(10)를 사용하여 어떻게 제조되는 지를 도시하는 도면이다.
도 21의 (a)에 나타낸 것처럼, 우선 블랙 매트릭스(D42)가 기판(D41) 위에 형성된다. 블랙 매트릭스(D42)는 금속 크롬, 수지성 블랙 매트릭스 재료 등이 패턴화된 차광성(lightproof) 박막이다. 블랙 매트릭스(D42)가 금속 크롬으로 형성되는 경우, 스퍼터링 또는 증착법을 사용할 수 있다.
이어서, 도 21의 (c)에 나타낸 것처럼, 뱅크(D45)는 블랙 매트릭스(D42) 위에 형성된다. 상기 뱅크(D45)를 형성하기 위해서, 도 21의 (b)에 나타낸 것처럼 레지스트층(D43)이 기판(D41) 및 블랙 매트릭스(D42) 위에 적층된다. 레지스트층(D43)은 네거티브형 감광성 수지이며, 광경화 특성을 갖는다. 그 후, 마스크막(D44)으로 표면을 도포한 채로, 레지스트층(D43)의 윗면은 빛에 노출된다. 그 뒤, 레지스트층(D43)의 노출되지 않은 부위는 에칭 처리됨으로써, 도 21의 (c)에 나타낸 뱅크(D45)를 형성한다. 뱅크(D45) 및 뱅크 매트릭스(D42)는 적색, 녹색, 청색 빛을 선택적으로 전달하는 컬러층을 위한 칸막이로서 역할을 한다. 아래와 같은 방식으로, 상술한 실시예에 따른 액체 방울 토출 헤드(10)를 사용하여 상기 컬러층은 형성된다.
도 22의 (a)에 나타낸 것처럼, 적색, 녹색, 청색의 잉크 방울은 뱅크(D45) 및 블랙 매트릭스(D42)에 의해 칸막이된 영역 위로 액체 방울 토출 장치(10)에 의해 선택적으로 토출된다. 구체적으로, 액체 방울 토출 장치(10)는 각각 적색, 녹색, 청색 잉크를 저장하는 3개의 액체 탱크(110)를 갖고, 각각의 액체 탱크로부터 공급되는 잉크를 잉크 방울로서 토출하기 위한 3개의 토출 헤드(100)를 갖는다. 또한, 액체 방울 토출 장치(10)는 각 토출 헤드(100)에 대해서 레이저(200), 원통 렌즈(210), 및 수광 소자(230) 세트가 제공된다.
상기 구성을 갖는 액체 방울 토출 장치(10)는 뱅크(D45)와 블랙 매트릭스(D42)에 의해 칸막이된 영역 위로 적색 잉크(D47R), 녹색 잉크(D47G), 또는 청색 잉크(D47B)를 잉크 방울로서 선택적으로 토출한다. 액체 방울 토출 장치(10)는 레이저 빔에 의해 잉크 방울의 토출을 보조한다. 도 22의 (a)는 청색 잉크(D47B)의 토출을 나타내고 있다.
이와 같이 도포된 각 컬러의 잉크 방울이 일단 건조하면, 적색층(D48R), 녹색층(D48G), 및 청색층(D48B)가 도 22의 (b)에 나타낸 것처럼 형성된다. 그 후, 도면에 나타낸 것처럼 보호층(D49)이 형성되어서, 뱅크(D45), 컬러층(D48R, D48G, D48B)를 피복하고, 따라서 컬러 필터(D4)가 완성된다.
상술한 방법을 사용하여 제조된 컬러 필터(D4)를 갖는 전기 광학 장치의 일례로서 패시브 매트릭스형 액정 장치에 대하여 설명한다. 도 23은 컬러 필터(D4)를 갖는 액정 장치의 단면도이다. 도 23에서, 컬러 필터(D4)는 도 22의 (b)에서의 컬러 필터(D4)에 대하여 위아래가 바뀐 상태이다.
도 23에 나타낸 것처럼, 액정 장치(D401)는 컬러 필터(D4), 컬러 필터(D4)와 공간을 통하여 대향하는 대향 기판(D402), 액정층(D403)이며 STN(Super Twisted Nematic) 액정 조성물로 채워진 공간으로 이루어진다. 비록 도시되어 있지 않지만, 대향 기판(D402)과 컬러 필터(D4)의 바깥면(액정층(D403)측의 반대면)에 편광판이 각각 탑재된다. 액정 장치(D401)는 컬러 필터(D4)측으로부터 관찰된다.
ITO(Indium Tin Oxide)와 같이 투과성 도전층으로 이루어진 복수의 제 1 전극(D404)은 컬러 필터(D4)의 보호층(D49)의 액정층(D403)측의 표면에 탑재된다. 이들 제 1 전극(D404)은 서로로부터 간격을 두면서, 도면의 Y방향으로 연장하는 전극 스트립이다. 제 1 배향막(D405)은 예를 들어 러빙 처리를 행한 폴리이미드막일수 있고, 제 1 전극(D404)와 컬러 필터(D4)를 피복하도록 형성된다.
스트립 모양 제 2 전극(D406)은 상기 제 1 전극(D404)와 각각 교차하도록 도면의 X방향으로 연장하며, 대향 기판(D402)의 액정층(D403)측의 표면에 제공된다. 이들 제 2 전극(D406)은 ITO와 같은 투광성 도전 재료로 이루어지며, 서로 간격을 두면서 형성된다. 제 2 배향막(D407)은 예를 들어 러빙 처리를 행한 폴리이미드막일 수 있으며, 제 2 전극(D406)과 대향 기판(D402)를 피복하도록 형성된다.
제 1 배향막(D405)과 제 2 배향막(D407) 사이에 배치되는 스페이서(D408)는 액정층(D403)의 두께(즉, 셀 갭)를 대략 일정하게 유지하기 위해 사용되는 부재이다. 실재(sealant)(D409)는 액정층(D403)이 외부로 유출되는 것을 방지한다. 제 1 전극(D404) 및 제 2 전극(D406) 사이의 교차부는 관찰자측으로부터 관찰되는 경우 화소로서 기능을 하며, 컬러 필터(D4)의 컬러층(D48R, D48G, D48B)는 상기 화소로서 기능을 하는 부위에 위치한다.
도시되지는 않았지만, 반사층이 액정층(D403)의 뒷면에 제공함으로써, 반사형 액정 창치를 만들 수도 있다. 액정 장치(D401)의 뒷면에 백라이트가 제공됨으로써, 투과형 액정 장치를 만들 수도 있다.
상기 설명에서는, 액정 장치(D401)는 컬러 필터(D4)가 액정층(D403) 보다 관찰자측에 위치하도록 했지만, 반대로 액정층(D403)이 컬러 필터(D4) 보다 관찰자측에 위치하도록 변형할 수도 있다. 또한, 컬러 필터(D4)는 액정 장치(D401)와 같은 패시브 매트릭스형 액정 장치를 사용하는 것에 한정되지 않고, TFD(Thin Film Diode) 소자나 TFT(Thin Film Transistor) 소자와 같은 액티브 소자에 의해서 액정을 구동하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 사용되도록 적용될 수 있다.
<유기 EL 소자를 제조하는 방법>
다음으로 액체 방울 토출 장치(10)를 사용하여 유기 EL 표시 장치를 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 도 24는 제조 공정 동안의 유기 EL 장치를 나타내는 도면이다. 도면은 정공 주입층이 액체 방울 토출 장치(10)에 의해서 형성되기 직전의 유기 EL 표시 장치의 기체(基體)의 단면도를 나타낸다.
도 24에 나타낸 것처럼, 유기 EL 표시 기체(D51)는 광투과성을 갖는 유리와 같은 기판(511)을 갖는다. 기판(D511)은 실리콘 산화막으로 이루어지는 주피복 보호막(D512)에 의해 피복된다. 반도체막(D513)은 예를 들어 저온 폴리실리콘 공정에 의해서 주피복 보호막(D512) 위에 형성된다. 반도체막(D513)은 예를 들어 고농도 양이온 임플랜테이션(implatation)에 의해서 형성된 소스 전극과 드레인 전극을 갖는다.
게이트 절연막(D514)은 주피복 보호막(D512)과 반도체막(D513)을 피복하도록 형성된다. Al, Mo, Ta, Ti, W 등으로 이루어지는 게이트 전극(도시하지 않음)은 게이트 절연막(D514) 중 반도체막(D513)을 피복하는 부위 위에 적층된다. 또한, 제 1 층간 절연막(D515)과 제 2 층간 절연막(D516)은 나열된 순서대로 적층되어서 게이트 절연막(D514)과 게이트 전극을 피복한다.
광투과성을 갖는 ITO와 같은 화소 전극(D519)은 제 2 층간 절연막(D516) 위에 매트릭스 형상으로 배열된다. 화소 전극(D519)은 유기 EL 장치에서 화소 영역에 대응한다. 화소 전극(D519)은 제 1 층간 절연막(D515)과 제 2 층간절연막(D516)을 관통하는 컨택트 홀(D518)을 통해서 반도체막(D513)의 소스 전극과 접속된다.
전력 공급선(도시하지 않음)은 제 1 층간 절연막(D515) 위에 제공된다. 전력 공급선은 제 1 층간 절연막(D515)을 관통하는 컨택트 홀(D517)을 통해서 반도체막(D513)의 드레인 전극과 접속된다.
하층막(D520)은 실리콘 산화막과 같은 무기 재료로 이루어지며, 주로 화소 전극(D519) 사이 공간에 있어서 화소 전극(D519)의 가장자리부를 피복하도록 형성된다. 뱅크(D521)는 하층막(D520) 위에 형성되는 칸막이의 일종이며, 아크릴 수지와 폴리이미드 수지와 같은 우수한 내열성, 내용매성을 갖는 재료로 형성된 패턴이다.
화소 전극(D519)의 윗면은 예를 들어 처리 가스로서 산소를 사용하여 플라즈마 처리함으로써 친액화(lyophilic) 된다. 뱅크(D521)의 측면은 예를 들어 처리 가스로서 메탄 테트라플루오라이드를 사용한 플라즈마 처리에 의해서 발수(water-repellent) 처리된다.
유기 EL 표시 기체(D51)의 상기 구성요소 중에서, 하층막(D520)과 뱅크(D521)에 의해 둘러싸인 영역(이하에서 "발광영역"이라 한다)은 D522R, D522G, D522B로서 나타내며, 각각은 먼저 정공 주입층이, 그 후 유기 EL층이 화소 전극(D519) 위에 적층되는 윗면을 갖는다. 적색 빛을 방출할 수 있는 유기 EL층은 발광영역(D522R)에 형성되고, 녹색 빛을 방출할 수 있는 또다른 유기 EL층은 발광영역(D522G)에 형성되고, 청색 빛을 방출할 수 있는 또다른 유기 EL층은발광영역(D522B)에 형성된다. 이들 유기 EL층은 상술한 액체 방울 토출 장치(10)을 사용하여 형성된다.
도 25의 (a) 및 (b)는 정공 주입층이 액체 방울 토출 장치(10)에 의해서 어떻게 형성되는지를 나타내는 도면이다. 도 25의 (a)에 나타낸 것처럼, 레이저 빔에 의해서 액체 방울의 형성을 보조하면서, 정공 주입 재료를 포함하는 액체 방울은 액체 방울 토출 장치(10)의 토출 헤드(100)로부터 각 발광영역(D522R, D522G, D522B) 위로 토출된다.
그 결과, 정공 주입 재료를 포함하는 액체 방울(D523)은 각 발광 영역(D522R, D522G, D522B)에서 화소 전극(D519) 위에 도포된다. 화소 전극(D519)의 윗면은 친수화 처리가 되어 있고, 뱅크(D521)의 측면은 발수화 처리가 되기 때문에, 액체 방울(D523)은 화소 전극(D519)에 부착할 수 있게 된다. 각 화소 전극(D519) 위에 도포되는 액체 (방울)은 결국 건조되어서, 도 25의 (b)에 나타낸 것처럼 정공 주입층(D524)을 형성한다.
다음으로, 정공 주입층(D524) 위에 유기 EL층을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 도 26의 (a) 및 (b)는 액체 방울 토출 장치(10)를 사용하여 유기 EL층을 형성하는 것을 나타내는 도면이다. 도 26의 (a)에 나타낸 것처럼, 레이저 빔에 의해 액체 방울의 형성이 보조되면서, 각 발광 영역(D522R, D522G, D522B)에 따라 다른 유기 EL 재료를 포함하는 액체 방울은 토출 헤드(100)로부터 토출된다. 구체적으로, 적색 빛을 방출할 수 있는 유기 EL 재료를 포함하는 액체 방울(액체(D525R))이 발광 영역(D522R) 위로 토출되며, 녹색 빛을 방출할 수 있는 유기 EL 재료를 포함하는 액체 방울(액체(D525G))이 발광 영역(D522G) 위로 토출되며, 청색 빛을 방출할 수 있는 유기 EL 재료를 포함하는 액체 방울(액체(D525B))이 발광 영역(D522B) 위로 토출된다. 도 26의 (a)는 액체 방울(액체(D525B))이 발광 영역(D522B)에 대해서 토출되며, 또한 액체(D525R, D525G)가 각각 발광 영역(D522R, D522G) 위에 이미 도포되어 있는 것을 나타내고 있다.
각 정공 주입층(D524) 위에 도포되는 액체(D525R, D525G, D525B)는 건조되는 경우, 유기 EL층(D526R, D526G, D526B)가 도 26의 (b)에 나타낸 것처럼 정공 주입층(D524) 위에 형성된다. 발광 영역(D522R) 위에 형성된 유기 EL층(D526R)은 적색 빛을 방출할 수 있고, 발광 영역(D522G) 위에 형성된 유기 EL층(D526G)은 녹색 빛을 방출할 수 있고, 발광 영역(D522B) 위에 형성된 유기 EL층(D526B)은 청색 빛을 방출할 수 있다.
그 후, 뱅크(121)와 유기 EL층(D526R, D526G, D526B)을 피복하기 위해서, 도 27에 나타낸 것처럼, 음극(D527)이 형성된다. 음극(D527)은 알루미늄과 같은 도체이며, 증착법에 의해서 박막으로 형성된다. 그 후, 밀봉재(D528)는 음극(D527) 위에 형성된다. 유기 EL 장치(D5)는 상기 공정을 통해서 완성된다.
유기 EL 장치(D5)에서, 전압은 반도체막(D513)에 의해서 유기 EL층(D526R, D526G, D526B) 및 정공 주입층(D524) 위로 선택적으로 인가된다. 유기 EL층(D526R, D526G, D526B)은 전압이 인가되는 경우 대응하는 컬러를 갖는 빛을 방출한다. 각 유기 EL층(D526R, D526G, D526B)으로부터 방출되는 빛은 기판(D511)을 통과하여, 유기 EL 장치(D5)의 기판(D511) 측에 위치한 관찰자에 의해서 시각적으로 식별된다.
<플라즈마 표시 장치를 제조하는 방법>
먼저, 플라즈마 표시 장치의 개략 구성에 대하여 먼저 설명한다. 도 28은 플라즈마 표시 장치의 분해 사시도이다. 도면에 나타낸 것처럼, 플라즈마 표시 장치(D6)는 제 1 기판(D61), 제 1 기판(D61)을 대향하는 제 2 기판(D62), 제 1 및 제 2 기판(D61, D62) 사이에 배치되는 방전 표시부(D63)을 구비한다. 방전 표시부(D63)은 복수의 방전실(D631)을 갖는다. 상기 방전실(D631)은 적색 방전실(D631R), 녹색 방전실(D631G), 청색 방전실(D631B) 세트로 화소를 형성하도록 배치되어 있다.
제 1 기판(D61)의 제 2 기판(D62)측은 스트립으로 형성된 복수의 스트립 모양 어드레스 전극(D611)을 제공한다. 유전체층(D612)은 어드레스 전극(D611) 및 제 1 기판(D61)을 피복하도록 형성된다. 격벽(D613)은 어드레스 전극(D611) 사이 공간의 대략 중앙선에서 유전체층(D612)을 횡단하여 연장한다. 격벽(D613)은 어드레스 전극(D611)의 폭방향 양측으로 연장하는 것(도시되어 있음)과, 어드레스 전극(D611)을 대략 직각으로 교차하는 방향으로 연장하는 것(도시되지 않음)을 포함한다. 격벽(D613)에 의해 칸막이되는 영역은 방전실(D631)을 이룬다.
형광체(D632)는 방전실(D631) 내에 배치되어 있다. 형광체(D632)는 적색 방전실(D631R)의 제 1 기판(D61)측 위에 배치되는 적색 형광체(D632R), 녹색 방전실(D631G)의 제 1 기판(D61)측 위에 배치되는 녹색 형광체(D632G), 청색 방전실(D631B)의 제 1 기판(D61)측 위에 배치되는 청색 형광체(D632B)을 포함한다.
또한, 제 2 기판(D62)의 제 1 기판(D61)측 위에, 복수의 스트립 모양표시 전극(D621)이 어드레스 전극(D611)을 대략 직각으로 교차하는 방향으로 스트립 모양으로 형성된다. 유전체층(D612)과 MgO를 포함하는 보호층(D623)은 제 2 기판(D62)측으로부터 나열된 순서대로, 제 2 기판(D62)과 표시 전극(D621)을 피복하도록 적층된다.
제 1 기판(D61)과 제 2 기판(D62)은 어드레스 전극(D611)과 표시 전극(D621)이 대향하면서 서로에 대해 대략 직각으로 교차하도록 접합된다. 상술한 어드레스 전극(D611)과 표시 전극(D621)은 교류 전원(도시되지 않음)에 접속된다.
상술한 구성이 주어진 경우, 각 어드레스 전극(D611)과 표시 전극(D621)에 에너지가 주어짐으로써 방전 표시부(D63) 내의 형광체(D632)가 여기되어 발광하도록 하며, 그 결과 컬러 표시가 가능하게 된다.
다음으로, 본 실시예에 따른 액체 방울 토출 장치(10)를 사용하여 플라즈마 표시 장치(D6)를 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 액체 방울 토출 장치(10)는 플라즈마 표시 장치(D6)에 포함되는 어드레스 전극(D611), 표시 전극(D621), 및 형광체(D632)를 형성하기 위해서 사용될 수 있다.
어드레스 전극(D611)을 형성하기 위해서, 도전성 물질을 포함하는 액체 방울이 어드레스 전극 형성 영역 위로 액체 방울 토출 장치(10)로부터 토출되어서, 어드레스 전극(D611)이 형성되는 영역 위에 액체 방울을 도포한다. 상기 실시예와 같이, 레이저 빔에 의해 형성이 보조되면서, 액체 방울은 토출 헤드(100)로부터 토출된다. 액체 방울에 포함되는 도전성 재료는 금속 입자, 도전성 폴리머 등 일 수있다. 도포된 액체 방울이 건조되는 경우, 어드레스 전극(D611)은 형성된다.
표시 전극(D621)을 형성하기 위해서, 도전성 물질을 포함하는 액체 방울은 어드레스 전극(D611)의 경우와 마찬가지로 표시 전극 형성 영역 위로 액체 방울이 도포되도록 액체 방울 토출 장치(10)로부터 토출된다. 표시 전극(D621)은 도포된 액체 방울이 건조되는 경우 형성된다.
형광체(D632)을 형성할 때에는, 적색, 녹색, 또는 청색 형광 재료 중 하나를 각각 포함하는 3가지 종류의 액체 재료를 액체 방울로서 토출 헤드(100)로부터 선택적으로 토출되어서, 토출된 액체 방울은 같은 컬러의 방전실(D631)에 도달하게 된다. 도포된 액체 방울이 건조되는 경우, 형광체(D632)는 형성된다.
액체 방울 토출 장치(10)는 상술한 전기 광학 장치에 덧붙여 표면 전도형 전자 방출 소자를 이용한 SED(Surface-Conduction Electron-Emitter Display)와 같은 전기 광학 장치의 제조에도 적용될 수 있다.
액체 방울 토출 장치(10)는 포토 레지스트의 패터닝에도 적용할 수 있고, 액체 방울 토출 장치(10)는 또한 DNA(deoxyribonucleic acid)와 단백질과 같은 생체 물질을 포함하는 액체 방울을 소정 위치로 도포하는 것에도 사용될 수 있다. 도포되는 액체 방울 내에 포함되는 기능성 재료의 형태에 관계없이, 토출 헤드(100)로부터 토출되는 액체 방울의 형성이 보조됨으로써, 액체의 점도와 무관하게 미소 액체 방울을 토출할 수 있다. 따라서, 패터닝의 정확도를 향상시킬 수 있다.
상술한 설명에서 사용한 "전기 광학 장치"는 복굴절성(birefringence)의 변화, 선광성(rotatory polarization)의 변화, 광산란성의 변화와 같은 광학적 특성의 변화(즉, 전기 광학 효과)를 이용하는 장치에만 한정되지 않고, 인가되는 신호 전압에 따라서 빛을 방출, 투과, 반사하는 일반적인 장치를 포함하는 것이다.
본 발명에 따르면, 미소 액체 방울을 신뢰성있게 토출하는 것을 가능하게 하는 액체 방울 토출 방법, 상기 방법을 사용한 액체 방울 토출 장치, 및 상기 방법을 사용하여 제조되는 전기 광학 장치를 제공할 수 있다.

Claims (31)

  1. 압력실 내에 저장된 액체를, 상기 압력실에 가압(加壓)함으로써 토출 노즐로부터 토출시키는 토출 수단과,
    상기 토출 노즐로부터 토출되는 상기 액체 방울에, 액체 방울의 형성을 보조하는 에너지를 부여하는 액체 방울 형성 보조 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지는 광 에너지인 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 에너지는 간섭성 광(coherent-light) 에너지인 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 에너지는 서로 다른 방향으로 진행하는 복수의 광 빔(beam)을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 에너지는 반대 방향으로 진행하는 적어도 2개의 광 빔을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지는 열 에너지인 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체가 상기 토출 노즐로부터 토출되기 시작하는 타이밍을 검출하는 토출 타이밍 검출 수단과,
    상기 토출 타이밍 검출 수단에 의해 검출된 상기 타이밍 이후 소정 시간이 경과했을 때, 액체 방울의 형성을 보조하도록 상기 액체 방울 형성 보조 수단을 제어하는 제어 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 토출되는 액체의 부피가 더 커지는 경우, 상기 소정 시간으로서 더 긴 기간을 설정하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 토출 노즐로부터 토출되는 상기 액체 위에 빛을 방출하는 발광 수단과,
    상기 발광 수단으로부터 방출되는 빛을, 상기 토출 노즐로부터 토출되는 상기 액체를 통해서 수신하는, 상기 발광 수단과 대향하는 수광 수단을 더 구비하며,
    상기 토출 타이밍 검출 수단은, 상기 수광 수단에 의해 수신되는 빛의 강도의 변화에 따라서, 상기 액체가 토출되기 시작하는 상기 시간을 검출하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액체 방울 형성 보조 수단은, 상기 액체가 토출되기 시작하는 상기 시간을 검출하기 위해 사용되는 상기 빛의 에너지보다 더 큰 에너지를 갖는 빛을 상기 발광 수단으로부터 방출함으로써 액체 방울의 형성을 보조하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 장치.
  11. 압력실 내에 저장된 액체를, 상기 압력실에 가압함으로써 상기 압력실의 토출 노즐로부터 토출하는 토출 단계와,
    상기 토출 노즐로부터 토출되는 상기 액체에, 액체 방울 형성을 보조하는 에너지를 부여하는 액체 방울 형성 보조 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 에너지는 광 에너지인 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 에너지는 간섭성 광 에너지인 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 에너지는 서로 다른 방향으로 진행하는 복수의 광 빔을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 에너지는 반대 방향으로 진행하는 적어도 2개의 광 빔을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 에너지는 열 에너지인 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 액체가 상기 토출 노즐로부터 토출되기 시작하는 타이밍을 검출하는 토출 타이밍 검출 단계를 더 구비하고,
    상기 액체 방울 형성 보조 단계는 상기 토출 타이밍 검출 단계에서 검출된 상기 타이밍 이후 소정 시간이 경과했을 때, 액체 방울의 형성을 보조하는 단계를포함하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 액체 방울 형성 보조 단계에서, 토출되는 액체의 부피가 더 커지는 경우, 상기 소정 시간으로서 더 긴 기간이 설정되는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 토출 타이밍 검출 단계는,
    상기 토출 노즐로부터 토출되는 액체 위로 빛을 방출하는 발광 수단으로부터 빛을 방출하는 단계와,
    상기 발광 수단과 대향하는 수광 수단에 의해서, 상기 발광 수단으로부터 방출된 빛을, 토출되는 상기 액체를 통해서 수신하는 단계와,
    상기 수광 수단에 의해서 수신된 빛의 강도의 변화에 따라서 상기 액체가 토출되기 시작하는 상기 시간을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 액체 방울 형성 보조 단계는 상기 액체가 토출되기 시작하는 상기 시간을 검출하기 위해 사용되는 상기 빛의 에너지보다 더 큰 에너지를 갖는 빛을 상기발광 수단으로부터 방출함으로써 액체 방울의 형성을 보조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 방법.
  21. 제 11 항에 있어서,
    상기 방법이 배선, 컬러 필터, 포토레지스트, 마이크로렌즈 어레이(microlens array), 일렉트로루미네선스 재료, 생체물질, 및 전기 광학 장치에 포함되는 소자 중 어느 하나를 패터닝하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 액체 방울 토출 방법.
  22. 압력실 내에 저장된 액체를, 상기 압력실에 가압함으로써 상기 압력실의 토출 노즐로부터 토출하는 토출 단계와,
    상기 토출 노즐로부터 토출되는 상기 액체에, 액체 방울 형성을 보조하는 에너지를 부여하는 액체 방울 형성 보조 단계를 구비하는 액체 방울 토출 방법을 사용하여 패터닝된 소자를 구비하는 전기 광학 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 에너지는 광 에너지인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 광 에너지는 간섭성 광 에너지인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 광 에너지는 서로 다른 방향으로 진행하는 복수의 광 빔(beam)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 광 에너지는 반대 방향으로 진행하는 적어도 2개의 광 빔을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 에너지는 열 에너지인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 액체가 상기 토출 노즐로부터 토출되기 시작하는 타이밍을 검출하는 토출 타이밍 검출 단계를 더 구비하고,
    상기 액체 방울 형성 보조 단계는 상기 토출 타이밍 검출 단계에서 검출된 상기 타이밍 이후 소정 시간이 경과했을 때, 액체 방울의 형성을 보조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 액체 방울 형성 보조 단계에서, 토출되는 액체의 부피가 더 커지는 경우, 상기 소정 시간으로서 더 긴 기간이 설정되는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 토출 타이밍 검출 단계는,
    상기 토출 노즐로부터 토출되는 액체 위로 빛을 방출하는 발광 수단으로부터 빛을 방출하는 단계와,
    상기 발광 수단과 대향하는 수광 수단에 의해서, 상기 발광 수단으로부터 방출된 빛을, 토출되는 상기 액체를 통해서 수신하는 단계와,
    상기 수광 수단에 의해서 수신된 빛의 강도의 변화에 따라서 상기 액체가 토출되기 시작하는 상기 시간을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 액체 방울 형성 보조 단계는 상기 액체가 토출되기 시작하는 상기 시간을 검출하기 위해 사용되는 상기 빛의 에너지보다 더 큰 에너지를 갖는 빛을 상기 발광 수단으로부터 방출함으로써 액체 방울의 형성을 보조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
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