KR20050086711A

KR20050086711A - 높은 노즐 면적밀도를 갖는 서멀 잉크젯 프린트헤드

Info

Publication number: KR20050086711A
Application number: KR1020057008895A
Authority: KR
Inventors: 키아 실버브룩
Original assignee: 실버브룩 리서치 피티와이 리미티드
Priority date: 2002-11-23
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2005-08-30
Also published as: US20090079796A1; AU2003275793A1; EP1567347A4; US20090002456A1; US7824016B2; AU2003275793B2; CA2506702C; US7441876B2; US20100220153A1; US7597423B2; US20040100527A1; WO2004048103A1; CN1713990A; US8287099B2; CN100386201C; US20060238574A1; US20080055365A1; US7726780B2; IL168612A; EP1567347A1

Abstract

다수개의 노즐(3)과 각각의 노즐에 대응하는 1개 이상의 히터부재(10)를 포함하는 잉크젯 프린트헤드가 개시되어 있다. 각각의 히터부재는 상기 프린트헤드내의 기포(12)형성 액체를 그 비등점 이상의 온도까지 가열하여 그 액체속에 기체 기포를 형성하도록 구성되어 있다. 상기 기포의 생성에 의해 각각의 대응하는 노즐을 통하여 분사가능한 액체(잉크 등)의 방울이 분사되어서 인쇄가 실행된다. 상기 프린트헤드는 기판을 갖고 각각의 노즐은 기판표면에 대하여 노즐의 면적밀도가 제곱 cm 당 10,000개 노즐을 초과하도록 상기 기판의 표면을 통하여 개방되는 노즐개구를 갖는다.

Description

높은 노즐 면적밀도를 갖는 서멀 잉크젯 프린트헤드{THERMAL INK JET PRINTHEAD WITH HIGH NOZZLE AREAL DENSITY}

본 발명은 서멀 잉크젯 프린트헤드(Thermal Inkjet Printhead), 이러한 프린트헤드를 통합하는 프린터 시스템(Printer System), 및 이러한 프린트헤드를 이용하여 액체방울(잉크방울 등)을 분사하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 기포형성 액체(Bubble Forming Liquid)속에 기체 또는 증기 기포(Vapor Bubble)를 형성하기 위하여 잉크방울의 분사공정을 수반하는 것이다. 이러한 원리는 미국특허 US3,747,120(스템메(Stemme))에 일반적으로 기술되어 있다.

서멀 잉크젯(버블젯(Bubblejet)) 프린트헤드 장치에 대하여는 몇 종류가 알려져 있다. 이들 종류중 2개의 대표적인 장치는, 그 하나가 휴렛팩커드(Hewlett Packard)사에 의해 제작되었고, 다른 하나가 캐논(Canon)사에 의해 제작되었는데, 잉크 분사노즐 및 그 노즐에 인접하여 잉크를 저장하는 챔버(Chamber)들을 구비하고 있다. 각각의 챔버는, 소위 노즐 플레이트(Nozzle Plate)에 의해 덮혀져 있는데, 상기 노즐 플레이트는 별도로 제작된 부품이며 상기 챔버의 벽에 기계적으로 고착되어 있다. 어떤 선행기술 장치들에 있어서, 탑 플레이트(Top Plate)는 폴리이미드 막에 대한 듀퐁사 상표명인 "Kapton"으로 형성되어 있고, 노즐을 형성하기 위해 레이저로 가공되어 있다. 이들 장치 또한 잉크를 가열하여 그 잉크속에 기체 기포(Gas Bubble)를 형성하기 위하여, 노즐에 인접하여 배치되어 있는 잉크와 열 접촉되는 히터부재를 포함한다. 상기 기체 기포는 잉크속에 압력을 발생시켜, 잉크방울이 노즐을 통하여 분사되게 한다.

본 발명의 목적은, 본 명세서에 기술된 바와 같은 이점을 갖고, 잉크 및 그밖의 관련된 액체의 방울을 분사하는 공지의 프린트헤드, 프린터 시스템, 또는 방법에 대한 유용한 대체물을 제공하는데 있다.

발명의 요약

본 발명의 제1 양상에 의하면, 잉크젯 프린트헤드에 있어서,

기판표면을 갖는 기판;

상기 기판표면에 대하여 노즐의 면적밀도가 기판표면의 제곱 cm 당 10,000개 노즐을 초과하도록 상기 기판표면을 통하여 개방되는 노즐개구를 각각 갖는 다수개의 노즐(Nozzle); 및

각각의 노즐에 대응하는 적어도 1개의 각각의 히터부재(Heater Element); 를 포함하며,

각각의 히터부재는 기포형성 액체(Bubble Forming Liquid)와 열 접촉하여 있도록 배치되어 있고,

각각의 히터부재는 상기 기포형성 액체의 적어도 일부를 그 비등점 이상의 온도까지 가열하여 그 액체속에 기체 기포를 형성하고, 이에 의해 그 히터부재에 대응하는 상기 노즐을 통하여 분사가능한 액체의 방울을 분사시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드가 제공되어 있다.

본 발명의 제2 양상에 의하면, 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템에 있어서, 상기 프린트헤드는,

기판표면을 갖는 기판;

각각의 히터부재는 상기 기포형성 액체의 적어도 일부를 그 비등점 이상의 온도까지 가열하여 그 액체속에 기체 기포를 형성하고, 이에 의해 그 히터부재에 대응하는 상기 노즐을 통하여 분사가능한 액체의 방울을 분사시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템이 제공되어 있다.

본 발명의 제3 양상에 의하면, 분사가능한 액체의 방울을 분사하는 방법에 있어서,

기판표면을 갖는 기판, 상기 기판표면에 대하여 노즐의 면적밀도가 기판표면의 제곱 cm 당 10,000개 노즐을 초과하도록 상기 기판표면을 통하여 개방되는 노즐개구를 각각 갖는 다수개의 노즐(Nozzle), 및 각각의 노즐에 대응하는 적어도 1개의 각각의 히터부재(Heater Element)를 포함하는 프린트헤드를 제공하는 단계;

노즐에 대응하는 적어도 1개의 히터부재를 가열하여 상기 적어도 1개의 가열된 히터부재와 열 접촉하여 있는 기포형성 액체의 적어도 일부를 상기 기포형성 액체의 비등점 이상의 온도까지 가열하는 단계;

상기 가열하는 단계에 의해 상기 기포형성 액체중에 기체 기포를 생성하는 단계; 및

상기 기체 기포를 생성하는 단계에 의해 상기 적어도 1개의 가열된 히터부재에 대응하는 노즐을 통하여 분사가능한 액체의 방울을 분사시키는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린트헤드로부터 분사가능한 액체 방울의 분사방법이 제공되어 있다.

당해 기술분야의 숙련자에 의해 알 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 기술된 바와 같은 분사가능한 액체 방울의 분사는 기포형성 액체속의 증기 기포의 생성에 의해 기인한 것이며, 이 기포형성 액체는, 실시형태에 있어서 분사가능한 액체와 같은 액체이다. 상기 생성된 기포는 분사가능한 액체의 압력 증가를 유발하며, 적절한 노즐을 통하여 그 방울을 강제적으로 밀어낸다. 상기 기포는 잉크와 열 접촉하여 있는 히터부재의 주울(Joule) 열에 의해 발생된다. 상기 히터에 인가된 전기펄스는 짧은 지속기간을 갖고, 전형적으로 2 마이크로초(Microsecond) 미만이다. 상기 액체에 저장된 열로 인하여, 상기 기포는 히터 펄스(Heater Pulse)가 턴 오프(Turn Off)된 후에 수 마이크로초 동안 팽창한다. 증기가 냉각됨에 따라, 재응축되어 기포의 붕괴를 유발시킨다. 상기 기포는 잉크의 표면장력과 관성의 역학적인 상호작용에 의해 결정된 지점으로 붕괴된다. 본 명세서에서는, 이러한 지점을 기포의 "붕괴점(Point of Collapse)" 이라고 한다.

본 발명에 따른 프린트헤드는 다수개의 노즐뿐만 아니라, 각각의 노즐에 대응하는 챔버와 1개 이상의 히터부재를 포함한다. 단일 노즐, 그 챔버 및 그 1개 이상의 히터부재에 관계하는 프린트헤드의 각각의 구성부에 대하여는, 본 명세서에서 "단위 셀(Unit Cell)" 이라고 한다.

본 명세서에 있어서, 구성부들이 서로 열 접촉하여 있다고 언급하는 경우에, 이는 그 구성부들중 하나가 가열되었을 때, 상기 구성부들 자체가 서로 물질적으로 접촉되어 있지 않더라도, 다른 구성부를 가열할 수 있을 정도로 서로에 대하여 위치 지정되어 있다는 것을 의미한다.

또한, "잉크" 용어는 어떤 분사가능한 액체를 의미하는 데 사용된 것이고 착색염료(Colored Dye)를 포함하는 통상의 잉크에 한정되지는 않는다. 착색되지 않은 잉크의 예로서는 염착재(Fiative), 적외선 흡수 잉크(Infra-red Absorber ink), 기능화된 화학약품(Functionalized Chemicals), 접착제(Adhesive), 생물학적 유체(Biological Fluid), 물 및 기타 용매 등을 들 수가 있다. 잉크 또는 분사가능한 액체도 반드시 완전한 액체일 필요가 없고, 고체 입자의 현탁액을 포함할 수 있고, 또는 실온에서는 고체이고 분사온도에서는 액체일 수도 있다.

본 명세서에 있어서, "주기율 원소(Periodic Elemment)" 용어는 원소들의 주기율표에 나타난 종류의 원소를 말한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 예로서만 설명한다.

도 1은, 본 발명에 따른 프린트헤드의 단위 셀의 잉크챔버를 특정의 작동단계에서 나타낸 개략 단면도.

도 2는, 도 1의 잉크챔버를 다른 작동단계에서 나타낸 개략 단면도.

도 3은, 도 1의 잉크챔버를 또다른 작동단계에서 나타낸 개략 단면도.

도 4는, 도 1의 잉크챔버를 또다른 작동단계에서 나타낸 개략 단면도.

도 5는, 증기 기포의 붕괴를 나타내는 본 발명의 실시형태에 따른 프린트헤드의 단위 셀의 개략 단면도.

도 6, 도 8, 도 10, 도 11, 도 13, 도 14, 도 16, 도 18, 도 19, 도 21, 도 23, 도 24, 도 26, 도 28 및 도 30은, 본 발명에 따른 프린트헤드의 단위 셀을 프린트헤드의 제조과정에서의 각종의 연속단계로 나타낸 개략 사시도.

도 7, 도 9, 도 12, 도 15, 도 17, 도 20, 도 22, 도 25, 도 27, 도 29 및 도 31은, 각각의 바로 앞의 도면들에 나타낸 바와 같이 프린트헤드에 대한 제조단계를 수행함에 있어서 사용하기에 적합한 마스크의 각각의 개략 평면도.

도 32는, 노즐 플레이트를 생략한 상태에서 도시한 도 30의 단위 셀의 개략 사시도.

도 33은, 히터부재의 다른 특정의 실시형태를 갖는 본 발명에 따른 프린트헤드의 단위 셀의 개략적인 부분 절개 사시도.

도 34는, 히터부재를 형성하기 위한 도 33의 프린트헤드에 대한 제조단계를 수행함에 있어서 사용하기에 적합한 마스크의 개략 평면도.

도 35는, 히터부재의 다른 특정의 실시형태를 갖는 본 발명에 따른 프린트헤드의 단위 셀의 개략적인 부분 절개 사시도.

도 36은, 히터부재를 형성하기 위한 도 35의 프린트헤드에 대한 제조단계를 수행함에 있어서 사용하기에 적합한 마스크의 개략 평면도.

도 37은, 노즐 플레이트를 생략한 상태에서 도시한 도 35의 단위 셀의 다른 개략 사시도.

도 38은, 히터부재의 다른 특정의 실시형태를 갖는 본 발명에 따른 프린트헤드의 단위 셀의 개략적인 부분 절개 사시도.

도 39는, 히터부재를 형성하기 위한 도 38의 프린트헤드에 대한 제조단계를 수행함에 있어서 사용하기에 적합한 마스크의 개략 평면도.

도 40은, 노즐 플레이트를 생략한 상태에서 도시한 도 38의 단위 셀의 다른 개략 사시도.

도 41은, 기포형성 액체속에 침적된 현수형 빔 히터부재를 나타내는 본 발명에 따른 프린트헤드의 노즐챔버의 개략도.

도 42는, 기포형성 액체의 몸체 상부에 매달린 현수형 빔 히터부재를 나타내는 본 발명에 따른 프린트헤드의 노즐챔버의 개략도.

도 43은, 노즐을 나타내는 본 발명의 실시형태에 따른 단위 셀의 개략 평면도.

도 44는, 다수의 노즐을 나타내는 본 발명의 실시형태에 따른 다수의 단위 셀의 개략 평면도.

도 45는, 기판에 매립된 히터부재를 나타내는 본 발명의 실시형태에 따른 노즐챔버의 도면.

도 46은, 본 발명의 실시형태에 따른 노즐챔버에서의 현수형 빔의 형태로 히터부재를 나타내는 도면.

도 47은, 종래기술의 프린트헤드의 노즐챔버에서의 기판에 매립된 히터부재를 나타내는 도면.

도 48은, 본 발명의 실시형태에 따른 노즐챔버에서의 히터부재의 구성부들 사이의 틈(Gap)을 규정하는 히터부재를 나타내는 도면.

도 49는, 본 발명에 따른 노즐챔버에서의 두꺼운 노즐 플레이트를 나타내는 도면.

도 50은, 본 발명의 실시형태에 따른 노즐챔버에서의 얇은 노즐 플레이트를 나타내는 도면.

도 51은, 본 발명의 실시형태에 따른 노즐챔버에서의 2개의 히터부재를 나타내는 도면.

도 52는, 종래기술의 프린트헤드의 노즐챔버에서의 2개의 히터부재를 나타내는 도면.

도 53은, 본 발명의 실시형태에 따른 프린트헤드의 인접한 단위 셀의 쌍을 도시한 것으로서, 체적이 다른 방울들이 노즐을 통하여 분사된 후의 2개의 다른 노즐을 나타내는 도면.

도 54 및 도 55는, 종래기술의 프린트헤드의 히터부재를 도시한 도면.

도 56은, 본 발명의 실시형태에 따라 균일하게 코팅된 히터부재를 도시한 도면.

도 57은, 본 발명의 실시형태에 따른 프린트헤드의 전극에 접속된 히터부재의 평면도.

도 58은, 본 발명에 따른 프린트헤드의 프린트헤드 모듈(Module)의 개략 전개 사시도.

도 59는, 전개되지 않은 상태에서의 도 58의 프린트헤드 모듈의 개략 사시도.

도 60은, 도 58의 프린트헤드 모듈의 개략 부분 측면도.

도 61은, 도 58의 프린트헤드 모듈의 개략 평면도.

도 62는, 본 발명의 실시형태에 따른 프린트헤드의 개략 전개 사시도.

도 63은, 전개되지 않은 상태에서의 도 62의 프린트헤드의 다른 개략 사시도.

도 64는, 도 62의 프린트헤드의 개략 정면도.

도 65는, 도 62의 프린트헤드의 개략 배면도.

도 66은, 도 64는, 도 62의 프린트헤드의 개략 저면도.

도 67은, 도 64는, 도 62의 프린트헤드의 개략 평면도.

도 68은, 전개되지 않은 상태에서의 도 62에 도시된 프린트헤드의 개략 사시도.

도 69는, 도 62의 프린트헤드의 개략 종단면도.

도 70은, 본 발명의 실시형태에 따른 프린터 시스템의 블럭도.

이하의 설명에 있어서, 다른 도면들에 사용되는 대응하는 참조숫자, 또는 대응하는 참조숫자의 접두어(즉, 표시점 이전에 나타나는 참조숫자의 부분들)는 대응하는 구성부에 관련된다. 상기 참조숫자에 대응하는 접두어와 다른 접미어가 있는 경우에는, 대응하는 구성부들의 다른 특정의 실시형태를 표시한 것이다.

발명의 개요 및 작동의 일반적인 설명

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 프린트헤드의 단위 셀(1)은 내부에 노즐(3)들을 갖는 노즐 플레이트(2)로 이루어져 있고, 상기 노즐들은 노즐 플레이트를 통하여 연장되는 노즐 림(Nozzle Rim, 4)과 개구(Aperature, 5)를 갖는다. 상기 노즐 플레이트(2)는 연속하여 에칭되는 희생물질(Sacrificial Material) 상에 화학증기증착(CVD)에 의해 증착되는 실리콘 질화물 구조로부터 플라즈마 에칭된 것이다.

또한, 상기 프린트헤드는, 각각의 노즐(3)에 대하여 노즐 플레이트가 지지되는 측벽(6), 상기 측벽과 노즐 플레이트(2)에 의해 형성된 챔버(7), 다층구조(8) 및 상기 다층구조를 통하여 기판의 멀리 떨어진 측면(도시 생략)까지 연장되는 입구통로(9)를 포함한다. 루프(Loop)형의 길다란 히터부재(10)는 상기 챔버(7)내에 매달려 있어, 상기 히터부재는 현수형 빔(Suspended Beam)의 형태로 있다. 도시된 바와 같은 프린트헤드는, 초소형 전자기계 시스템(MEMS) 구조이며, 이하에 보다 상세하게 설명되는 리소그래피 공정(Lithographic Process)에 의해 형성된다.

상기 프린트헤드가 사용중일 때, 저장소(도시 생략)로부터의 잉크(11)는 상기 입구통로(2)를 경유하여 챔버(7)로 들어가므로, 상기 챔버는 도 1에 도시된 바와 같은 레벨까지 채워진다. 그 후에, 상기 히터부재(10)는 1 마이크로초 미만 동안 얼마간 가열되므로, 그 가열은 열 펄스(Thermal Pulse)의 형태로 있게 된다. 상기 히터부재(10)가 상기 챔버(7)내에서 잉크(11)와 열 접촉상태로 있게 되므로, 상기 히터부재가 가열되면, 이에 의해 잉크속에 증기 기포(12)의 생성을 유발시킨다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 상기 잉크(11)는 기포형성 액체를 구성한다. 도 1은 열 펄스의 생성후, 즉, 기포가 상기 히터부재(10)에 핵을 생성할 때 대략 1 마이크로초간 기포(12)의 형성을 도시한 것이다. 상기 열이 펄스의 형태로 인가되므로, 기포(12)를 생성하는 데에 필요한 모든 에너지는 단시간내에 공급되어야 함을 알 수 있을 것이다.

도 34로 돌아가서, 이하에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 리소그래피 공정중에 프린트헤드의 히터(14, 이 히터는 위에 언급된 부재(10)를 포함한다)를 형성하기 위한 마스크(Mask, 13)가 도시되어 있다. 상기 마스크(13)는 상기 히터(14)를 형성하는 데에 사용되므로, 그 부품들의 각종의 형상은 상기 부재(10)의 형상에 대응한다. 그러므로, 상기 마스크(13)는 상기 히터(14)의 각종의 구성부를 식별하는데 유용한 기준을 제공한다. 상기 히터(14)는 마스크(13)의 '15.34'로 표시된 구성부들에 대응하는 전극(15)과 상기 마스크의 '10.34'로 표시된 구성부들에 대응하는 히터부재(10)를 갖는다. 작동시에, 상기 전극(15)을 가로질러 전압이 인가되어서 전류가 상기 부재(10)를 통하여 흐르게 된다. 상기 전극(15)은 상기 부재(10)보다 훨씬 두꺼우므로 대부분의 전기저항이 상기 부재에 의해 제공된다. 그래서, 상기 히터(14)를 작동시에 소비되는 거의 모든 전력은 상기 부재(10)를 거쳐 고갈되어서 상기에 언급된 열 펄스를 일으킨다.

상술한 바와 같이 상기 부재(10)가 가열되면, 기포(12)는 상기 부재의 길이를 따라 형성되고, 이 기포는 도 1의 단면도에서 4개의 기포 부분들로서 나타나는데, 각각의 부재 부분들에 대한 하나가 단면도에 도시되어 있다.

상기 기포(12)는 일단 발생되면, 상기 챔버(7)내의 압력을 증가시키고, 차례대로 노즐(3)을 통하여 잉크(11)의 방울(16)을 분사시킨다. 상기 림(4)은 그 잉크 방울이 분사됨에 따라 방울(16)의 방향을 도와서, 방울이 잘못된 방향으로 향할 위험을 최소화시킨다.

입구통로(9) 마다 한개의 노즐(3)과 챔버(7) 만이 있는 이유는, 상기 부재(10)의 가열과 기포(12)의 형성중에 상기 챔버내에 발생된 압력파가 인접한 챔버들과 그들의 대응하는 노즐들에 영향을 미치기 않도록 하기 위한 것이다.

이하에, 어떤 고체물질에 매립되기 보다는 매달려 있는 상기 히터부재(10)의 이점에 대하여 설명한다.

도 2 및 도 3은 프린트헤드의 2개의 연속적인 후속 작동단계에서의 단위 셀(1)을 도시한 것이다. 기포(12)가 더 발생되고, 이에 따라 노즐(3)을 통한 잉크(11)의 합성적인 전진으로 성장됨을 알 수가 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 그 잉크가 성장됨에 따라 기포(12)의 형상은 잉크(11)의 표면장력과 관성 역학의 조합에 의해 결정된다. 상기 표면장력은 상기 기포(12)의 표면적을 최소화하려는 경향이 있으므로, 소정량의 액체가 증발될 때 까지 상기 기포가 본질적으로 디스크(Disk) 형상을 갖게 된다.

상기 챔버(7)내의 압력 증가는 상기 노즐(3)을 통하여 잉크(11)를 밖으로 밀어낼 뿐만 아니라, 잉크 일부를 상기 입구통로(9)를 통하여 뒤로 밀어내기도 한다. 그러나, 상기 입구통로(9)는 길이가 대략 200∼300 마이크론이고 직경이 대략 16 마이크론에 불과하다. 그러므로, 실질적인 점성항력(Viscous Drag)이 존재한다. 그 결과로서, 상기 챔버(7)내의 압력 상승의 현저한 효과는, 잉크가 상기 입구통로(9)를 통하여 역류하기 보다는 분사된 방울(16)로서 노즐(3)을 통하여 밖으로 강제로 밀쳐진다는 것이다.

이제 도 4로 돌아가서, 상기 프린트헤드는 또다른 연속적인 작동단계로 도시되어 있고, 여기에서 분사되는 잉크방울(16)은 파괴되기 전에 그 "목부분 상태(Necking Phase)" 동안에 도시된 것이다. 이 단계에서, 상기 기포(12)는 그 최대 크기에 이미 도달하였고, 그 후에 도 5에 보다 상세하게 나타난 바와 같이 붕괴점(17)을 향하여 붕괴되기 시작하였다.

상기 붕괴점(17)측으로의 기포(12)의 붕괴에 의해, 잉크(11) 일부가 노즐(3)내로부터(그 방울의 측면(18)들로부터) 끌어당겨지고, 또 일부가 상기 붕괴점을 향하여 상기 입구통로(9)로부터 인출되게 된다. 이와같은 방식으로 끌어당겨지는 대부분의 잉크(11)는, 상기 노즐(3)로부터 끌어당겨져서 그 파괴 이전에 방울(16)의 기부(Base)에서 고리형의 목부분(Neck, 19)를 형성한다.

상기 방울(16)이 표면장력을 극복하여 파괴되기 위해서는 소정량의 모멘트(Moment)를 필요로 한다. 잉크(11)가 상기 기포(12)의 붕괴에 의해 노즐(3)로부터 끌어당겨지기 때문에, 상기 목부분(19)의 직경이 감소되고, 이에 의해 상기 방울을 유지하는 표면장력의 총량을 감소시킨다. 따라서 상기 방울이 노즐 밖으로 분사됨에 따라, 상기 방울의 모멘트는 그 방울을 파괴할 수 있을 정도로 충분하게 된다.

상기 방울(16)이 파괴되면, 기포(12)가 붕괴점(17)으로 붕괴됨에 따라 화살표 '20'으로 나타낸 바와 같이 캐비테이션 포스(Cavitation Force)가 발생하게 된다. 주목할 점은, 상기 캐비테이션이 효과를 발휘할 수 있는 붕괴점(17)의 부근에 단단한 표면이 존재하지 않는다는 것이다.

제조공정

이하, 본 발명의 실시형태에 따른 프린트헤드 제조공정의 관련된 구성부들에 대하여 도 6 내지 도 29를 참조하여 설명한다.

도 6을 참조하면, 그 제조공정중 중간단계에서 맴젯(Memjet) 프린트헤드의 부분인 실리콘 기판 부분(21)의 단면도가 도시되어 있다. 이 도면은 단위 셀(1)에 대응하는 프린트헤드의 부분에 관련된 것이다. 전체 프린트헤드가 구성되는 다수의 인접한 단위 셀에 그 공정이 적용됨을 알 수 있더라도, 단위 셀(1)과 관련하여 이어지는 제조공정에 대하여 설명하고자 한다.

도 6은, 상기 제조공정에 있어서 기판 부분(21)에서의 영역(22)에 CMOS 구동 트랜지스터(Drive Transistor, 도시 생략)의 제조를 포함하는 표준 CMOS 제조공정의 완성, 및 표준 CMOS 상호연결층(23)과 패시배이션 층(Passivation layer, 24)의 완성후, 다음의 연속단계를 나타낸 것이다. 점선(25)으로 표시된 배선은 트랜지스터와 그 밖의 구동회로(도시 생략) 및 상기 노즐에 대응하는 히터부재를 전기적으로 상호연결한 것이다.

보호 링(Guard Ring,26)은, 상기 배선(25)을 포함하는 영역에 상기 기판 부분(21)을 통하여 상기 단위 셀(1)의 노즐을 형성할 '27'로 표시된 영역으로부터 잉크가 확산되고, '22'로 표시된 영역에 배치된 CMOS 회로를 부식하는 것을 방지하기 위하여, 상기 상호연결층(23)의 금속화 부분에 형성되어 있다.

상기 CMOS 제조공정의 완성후의 제1의 단계는 패시배이션 요홈(Passivation Recess, 29)를 형성하도록 상기 제1 패시배이션 층(24)의 부분을 에칭하는 단계로 이루어진다.

도 8은 개구(30)를 형성하기 위해 상기 상호연결층(23)을 에칭한 후의 제조단계를 도시한 것이다. 상기 개구(30)는 그 공정에서 후에 형성될 수 있는 챔버에 대한 잉크 입구통로를 구성하기 위한 것이다.

도 10은 노즐(3)을 형성할 위치에서 기판 부분(21)에 홀(Hole) 31을 에칭한 후의 제조단계를 도시한 것이다. 상기 제조공정의 후에, 상기 홀 31과 결합되어 챔버에 대한 입구통로를 완성하도록, 상기 기판 부분(21)의 다른 측면(도시 생략)으로부터 또다른 홀(점선 '32'로 표시됨)을 에칭할 수 있다. 따라서, 상기 홀 32는 상기 기판 부분(21)의 다른 측면에서 상기 상호연결층(23)의 레벨까지 모두 에칭될 필요가 없을 것이다.

대신에, 상기 홀 32가 상기 상호연결층(23)까지 모두 에칭되었다면, 상기 영역(22)의 트랜지스터를 파괴하도록 상기 홀 32가 에칭되는 것을 회피하기 위하여, 상기 홀 32은 에칭의 부정확성에 대한 적절한 여백(Margin, '34'로 표시됨)을 남겨두도록 그 영역으로부터 보다 길게 떨어져서 에칭되어야 한다. 그러나, 상기 기판 부분(21)의 상부로부터의 상기 홀 31의 에칭과, 상기 홀 32의 결과적으로서의 짧아진 깊이는, 보다 적은 여백(34)이 남겨져야 할 필요성이 있다는 것을 의미하고, 따라서 노즐의 본질적으로 높은 팩킹밀도(Packing Density)가 성취될 수 있다.

도 11은 희생 레지스트(Sacrificial Resist)의 4 마이크론 두께층(35)을 층(24) 위에 증착한 후의 제조단계를 도시한 것이다. 이 층(35)은 상기 홀 31을 메꾸고 바로 프린트헤드의 구조물을 형성한다. 그 다음에, 상기 레지스트 층(35)은 요홈(36)과 슬롯(Slot, 37)을 형성하도록 (도 12에 도시된 마스크에 의해 나타난 바와 같이) 소정 패턴(Pattern)으로 노광된다. 이는 상기 제조공정에서 후에 형성될 히터부재의 전극(15)에 대한 접점(Contact)의 형성을 제공한다. 상기 슬롯(37)은 상기 공정에서 후에, 상기 챔버(7)의 부분을 형성할 노즐 벽(6)의 형성을 위해 제공한다.

도 13은, 본 실시형태에서 티탄 질화물로 이루어지는 히터 물질의 0.25 마이크론 두께층(38)을, 상기 층(35) 위에 증착한 후의 제조단계를 도시한 것이다.

도 14는, 히터부재(10)와 전극(15)을 포함하는 히터(14)를 형성하도록 히터층(38)을 패터닝(Patterning)하고 에칭한 후의 제조단계를 도시한 것이다.

도 16은, 약 1 마이크론 두께의 또다른 희생 레지스트층(39)을 추가한 후의 제조단계를 도시한 것이다.

도 18은, 히터 물질의 제2 층(40)을 증착한 후의 제조단계를 도시한 것이다. 바람직한 실시형태에 있어서, 제1 히터층(38)과 같은 상기 층(40)은 0.25 마이크론 두께의 티탄 질화물이다.

그 다음에, 도 19는, 도시된 바와 같이 참조숫자 '41'로 표시된 패턴을 형성하도록 에칭한 후의 히터 물질의 제2 층(40)을 도시한 것이다. 이러한 예시에 있어서, 이와같이 패턴화된 층은 히터층 부재(10)를 포함하지 않으며, 이러한 의미에 있어서는 히터 기능성을 전혀 갖지 않는다. 그러나, 이러한 히터 물질의 층은 히터(14)의 전극(15)의 저항을 감소시키는데 도움을 주므로, 작동시에, 보다 큰 소비에너지와 이에 따라 상기 히터부재(10)의 보다 큰 효율성을 제공하는 전극에 의해, 보다 적은 에너지를 소비한다. 도 38에서 예시된 이중 히터 실시형태에 있어서, 대응하는 층(40)은 히터(14)를 포함하지 않는다.

도 21은, 희생 레지스트인 제3 층(42)을 증착한 후의 제조단계를 도시한 것이다. 이 층의 최상부 레벨이 후에 형성될 상기 노즐 플레이트(2)의 내부면과, 그에 따라 상기 노즐 개구(5)의 내부 크기를 구성하므로, 상기 층(42)의 높이는 상기 프린트헤드의 작동동안에 '43'으로 표시된 영역에 기포(12)의 형성을 고려할 정도로 충분해야 한다.

도 23은, 상부층(Roof Layer, 44), 즉 상기 노즐 플레이트(2)를 구성할 수 있는 층을 증착한 후의 제조단계를 도시한 것이다. 100 마이크론 두께의 폴리이미드 막(Polyimide Film)으로 형성되는 대신에, 상기 노즐 플레이트(2)는 단지 2 마이크론 두께의 실리콘 질화물로 형성된다.

도 24는, 상기 노즐 림(4)의 '41' 로 표시된 외측부를 형성하기 위하여 층(44)을 형성하는 실리콘 질화물의 화학증기증착(CVD)을 '45'로 표시된 위치에서 부분적으로 에칭한 후의 제조단계를 도시한 것이다.

도 26은, 상기 노즐 림(4)의 형성을 완결하여 상기 노즐 개구(5)를 형성하도록 실리콘 질화물의 CVD를 '46'에서 지속적으로 에칭한 후와, 상기 실리콘 질화물을 필요로 하지 않는 '47'로 표시된 위치에서 제거한 후의 제조단계를 도시한 것이다.

도 28은, 레지스트의 보호층(48)을 도포한 후의 제조단계를 도시한 것이다. 이 단계에서, 상기 기판 부분(21)은 약 800 마이크론에서 약 200 마이크론까지의 근소한 두께로 줄이고, 그리고 나서 위에 예시한 바와 같이, 상기 홀 32를 에칭하도록 그 다른 측면(도시 생략)으로부터 접지되어 있다. 상기 홀 32는 홀 31과 교차할 정도의 깊이로 에칭된다.

그 다음에, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 레지스트층(35, 39, 42 및 48)의 각각의 희생 레지스트를 제거하여, 함께 챔버(7, 절결상태로 도시되어 있는 벽과 노즐 플레이트의 부분)를 형성하는 벽(6)과 노즐 플레이트(2)를 구비하는, 도 30에 도시된 구조를 형성한다. 주목할 점은, 이것이 상기 홀(31)을 메꾸는 레지스트를 제거하는 작용을 하여, 이 홀이 상기 홀 32와 함께 상기 기판 부분(21)의 하부측면으로부터 상기 노즐(3)까지 연장되는 통로를 형성하며, 이 통로가 상기 챔버(7)에 대하여 일반적으로 '9'로 표시된 잉크 입구통로로서 작용을 한다는 것이다.

상기 제조공정은 도 30에 도시된 프린트헤드의 실시형태를 제조하는 데에 사용된 것이나, 다른 히터구조를 갖는 또다른 프린트헤드 실시형태들이 도 33, 도 35 와 도 37, 및 도 38과 도 40에 도시되어 있다.

잉크방울 분사의 제어

도 30을 다시 참조하면, 상술한 바와 같이 도시된 단위 셀(1)은, 노즐 플레이트(2)와 벽(6)의 부분을 절개하여 상기 챔버(7)의 내부를 노출하는 상태로 도시되어 있다. 상기 히터(14)는 절개된 상태로 도시되어 있지 않으므로, 상기 히터부재(10)의 양쪽 반부(半部)를 볼 수가 있다.

작동시에, 잉크(11)는 상기 잉크 입구통로(9, 도 28)를 통과하여 상기 챔버(7)를 채운다. 그 다음에, 전극(15)을 가로질러 전압을 인가하여 상기 히터부재(10)를 통하여 전류의 흐름을 확립한다. 이는 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 상기 부재(10)를 가열하여 챔버(7)내부의 잉크안에 증기 기포를 형성하는 것이다.

히터(14)의 각종의 가능한 구조들은, 그 중 일부가 도 33, 도 35와 도 37, 및 도 38에 도시되어 있고, 상기 히터부재(10)의 폭에 대한 길이의 비율에 많은 변화를 가져올 수 있다. 이러한 변화는(상기 부재(10)의 표면적이 동일한 경우라도), 상기 히터부재의 전기저항 및, 그에 따라 상기 히터부재의 소정의 전력을 달성하기 위한 전압과 전류간의 균형에 상당한 영향을 줄 수도 있다.

현대의 구동 전자부품은 그 "온(ON)" 상태에서 구동 트랜지스터의 보다 낮은 저항에 있어서 초기의 것보다 낮은 구동전압을 요구하는 경향이 있다. 그래서, 이러한 구동 트랜지스터에 있어서는, 일정한 트랜지스터 영역을 위하여, 각각의 프로세스 생성시 보다 높은 전류능력과 보다 낮은 전압 허용오차(Vlotage Tolerance)를 보이는 경향이 있다.

상기한 도 36은, 도 35에 도시된 프린트헤드의 실시형태의 히터구조를 형성하는 마스크의 형상을 평면도로 도시한 것이다. 따라서, 도 36이 그 실시형태의 히터부재(10)의 형상을 나타내므로, 이하는 그 히터부재를 설명하는 데에 관련된 것이다. 작동동안에, 전류는 전극(15)('15.36'으로 표시된 부분에 의해 도시됨)으로 수직으로 흐르므로, 상기 전극의 전류 유동면적이 비교적 커지게 되고, 또한 전기저항이 낮아지게 된다. 대조적으로, 상기 부재(10)는, '10.36'으로 표시된 부분에 의해 도 36에 도시되어 있는데, 길이가 길고 두께가 얇으며, 본 실시형태에서의 상기 부재의 폭은 약 1 마이크론이고 그 두께는 0.25 마이크론이다.

주목할 점은, 도 33에 도시된 상기 히터(14)가 도 35에 도시된 상기 부재(10)보다 상당히 작은 부재(10)를 구비하며, 단지 단일의 루프(Loop, 36)를 구비한다는 것이다. 따라서, 도 33의 상기 부재(10)는, 도 35의 상기 부재(10)보다 훨씬 작은 전기저항을 갖고, 또한 보다 놓은 전류 흐름을 갖게 될 것이다. 그러므로, 일정한 시간에 상기 히터(14)에 일정한 에너지를 전달하기 위해서는 보다 낮은 구동전압을 필요로 한다.

한편, 도 38에서는, 도시된 실시형태가 동일한 단위 셀(1)에 대응하는 2개의 부재 10.1과 10.2를 갖는 히터(14)를 포함한다. 이들 부재중 하나인 10.2는 상응할 정도로 큰 표면적을 갖는 상태에서 다른 부재 10.1의 폭의 2배이다. 상기 하부 부재 10.2의 각종의 유로는 폭이 2 마이크론인 반면, 다른 상부 부재 10.1의 것은 폭이 1 마이크론이다. 그래서 상기 하부 부재 10.2에 의해 챔버(7)내의 잉크에 인가되는 에너지는 일정한 구동전압과 펄스 지속기간(Pulse Duration)에서 상기 상부 부재 10.1에 의해 인가된 것보다 2배이다. 이는 증기 기포의 크기와 상기 기포로 인하여 분사되는 잉크방울의 크기의 규제를 허용하는 것이다.

상기 상부 부재 10.1에 의해 잉크에 인가된 에너지가 X라고 가정하면, 상기 하부 부재 10.2에 의해 인가된 에너지가 약 2X이고, 2개의 부재에 의해 인가된 총 에너지가 약 3X임을 알 수 있을 것이다. 물론, 어느쪽의 부재도 작동되지 않을 때 인가된 에너지는 영(Zero)이다. 그래서, 사실상, 2비트(Bit)의 정보가 한개의 노즐(3)로써 인쇄될 수가 있다.

에너지 출력의 상기 인자(Factor)들은 실용상 정확히 달성될 수 없을 수도 있기 때문에, 상기 부재 10.1과 10.2의 정확한 크기, 또는 그 부재들에 인가되는 구동전압의 어느 정도의 "미세 조정(Fine Turning)"이 요구될 수도 있다.

또한 주목할 점은, 상기 상부 부재 10.1이 상기 하부 부재 10.2에 대한 수직축에 대하여 180°를 통해 회전된다는 것이다. 이 때문에, 그들 전극(15)이 일치하지 않아서 독립적인 접속이 구동회로를 분리시키게 한다.

특정의 실시형태들의 특징과 이점

적당한 표제하에 이하에 설명된 것은, 본 발명의 실시형태들의 어느 정도의 구체적인 특징들과 이들 특징의 이점에 관한 것이다. 다음 내용이 어떤 도면을 구체적으로 배제하고, 구체적으로 언급한 도면에만 관련되지 않는 한, 상기 이점들은 본 발명에 속하는 모든 도면들과 관련하여 고려되어야 할 것이다.

현수형 빔 히터

도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 상기 히터부재(10)는 현수형 빔의 형태로 있고, 이는 상기 잉크(11, 기포형성 액체)의 적어도 일부('11.1'로 표시) 위에 매달려져 있다. 상기 부재(10)는 휴렛팩커드, 캐논 및 렉스마크(Lexmark) 등의 여러 제조업체들에 의해 제작된 현존하는 프린트헤드 시스템의 경우에서 처럼, 기판의 부분을 형성하거나 또는 기판에 매립된 것이라기 보다는 이와같은 방식으로 구성된 것이다. 이는 본 발명의 실시형태들과 종래기술의 잉크젯 기술 사이의 현저한 차이를 이루는 것이다.

이러한 특징의 주요 이점은, 종래기술의 장치에서 발생하는 히터부재(10)를 둘러싸는 고체물질(예컨대, 고체물질은 챔버 벽(6)을 형성하며, 입구통로를 둘러싼다)의 불필요한 가열을 회피함으로써 고 효율성을 달성할 수 있다는 것이다. 이러한 고체물질의 가열은 증기 기포(12)의 형성에 기여하지 않으므로, 에너지의 낭비를 초래한다. 어떤 중요한 의미에서는, 상기 기포(12)의 생성에 기여하는 에너지만이 가열될 액체에 직접 인가된다는 것이며, 상기 액체는 대표적으로 잉크(11)이다.

하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 도 1에 예시된 바와 같이, 상기 히터부재(10)는 잉크(11, 기포형성 액체)중에 매달려 있으므로, 이 액체는 상기 부재를 둘러싼다. 이에 대하여는 도 41에 더 예시되어 있다. 다른 가능한 실시형태에 있어서는, 도 42에 예시된 바와 같이, 상기 히터부재(10) 빔은 상기 잉크(11, 기포형성 액체)의 표면상에 매달려 있으므로, 이 액체는 히터부재를 둘러싸기 보다는 그 히터부재의 아래에만 있고, 상기 히터부재의 상측면상에 공기가 존재한다. 도 41과 관련하여 설명된 실시형태는, 기포(12)가 상기 부재 아래에만 형성하는 도 42와 관련하여 설명된 실시형태에서와 달리, 기포(12)가 상기 부재(10)를 모두 둘러싸기 때문에 바람직하다. 그래서, 도 41의 실시형태는 보다 효율적인 작동을 제공할 수 있을 것으로 보인다.

예컨대, 도 30 및 도 31과 관련하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 히터부재(10) 빔은 일측면상에만 지지되고 그 타측면에서는 자유롭게 되어 있으므로, 캔틸레버(Cantilever)를 구성한다.

프린트헤드의 효율

현재 고려중인 특징은, 상기 히터부재에 인가하여 히터부재를 충분히 가열하여서 잉크(10)속에 기포(12)를 형성하고 나서 노즐(3)을 통하여 잉크의 방울(16)을 분사하기 위해, 500 나노주울(nJ) 미만의 에너지를 요구할 할 정도로 히터부재(10)를 구성하고 있다는 것이다. 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 요구되는 에너지는 300 nJ보다 작은 반면에, 또다른 실시형태에 있어서 상기 에너지는 120 nJ보다 작다.

당해 기술분야의 숙련자라면, 종래기술의 장치가 상기 부재를 충분히 가열하여 증기 기포(12)를 생성하여 잉크 방울(16)을 분사하는데, 5 마이크로 주울 이상을 요구한다는 것을 알 수 있을 것이다. 그래서, 본 발명의 에너지 요구조건은 공지의 서멀 잉크젯 시스템의 것보다 낮은 크기 정도이다. 이러한 낮은 소비 에너지는, 저렴한 작동비용, 소규모의 전력공급 등을 제공함은 물론, 프린트헤드 냉각장치를 현저하게 간소화할 수가 있고, 노즐(3)의 고밀도를 제공하며, 고해상도에서의 인쇄를 허용할 수가 있다.

본 발명의 이러한 이점들은, 아래에 더 설명하는 바와 같이, 개별적으로 분사되는 잉크 방울(16) 자체가 상기 프린트헤드의 주요 냉각기구를 구성하는 실시형태들에 있어서 특히 중요한 것이다.

프린트헤드의 자체 냉각(Self-Cooling)

본 발명의 이러한 특징은, 증기 기포(12)를 형성하여 잉크(11)의 방울(16)을 분사하기 위해 히터부재(10)에 인가되는 에너지가, 분사되는 방울 자체에 의해 제거된 열과, 잉크 저장소(도시 생략)로부터 프린트헤드로 스며들어가는 잉크의 조합에 의해 상기 프린트헤드로부터 제거된다는 것이다. 이 결과로서, 열의 순수 "이동"이 상기 프린트헤드로부터 밖을 향하게 되어, 자동냉각을 제공하게 된다. 이러한 상황하에서는, 상기 프린트헤드는 다른 냉각시스템을 필요로 하지 않는다.

분사된 잉크 방울(16)과 상기 분사된 방울을 교체하기 위해 상기 프린트헤드로 인출되는 잉크(11) 양이 동일한 종류의 액체로 구성되고, 본질적으로 동일한 질량으로 이루어지므로, 순수 이동의 에너지를, 한편으로는 상기 부재(10)의 가열에 의해 가해지는 에너지로서, 또 한편으로는 잉크 방울(16)의 분사와 잉크(11)의교체량의 흡입으로 발생하는 순수 제거량의 열 에너지로서 표현하는 것이 편리하다. 잉크(11)의 교체량이 주위온도(Ambient Temperature)에서 행하여진다고 가정하면, 잉크의 분사 및 교체량의 순수 이동에 기인하는 에너지의 변화는, 상기 분사된 방울(16)의 온도를 실제 분사되는 방울의 실온까지 상승시키는데 요구되는 열로서 편리하게 표현될 수가 있다.

상기 기준이 만족되는지에 대한 결정은 상기 주위온도를 구성하는 것에 의존한다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 경우에서는, 주위온도로 간주되는 온도는, 유체 유동으로 연통되어 상기 프린트헤드의 입구통로(9)에 연결된 잉크 저장용 저장소(도시 생략)로부터 프린트헤드로 잉크(11)가 들어가는 온도이다. 전형적으로, 상기 주위온도는 실온일 수 있으며, 이는 대체로 대략 20℃(섭씨)이다.

그러나, 상기 주위온도는, 예컨대 실내온도가 낮거나, 프린트헤드로 들어가는 잉크(11)가 냉각되는 경우에는 보다 낮을 수가 있다.

하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 프린트헤드는 완전한 자체 냉각(즉, 잉크(11)의 분사 및 교체량의 순수 효과로 인하여 외부로 나가는 열 에너지가 상기 히터부재(10)에 의해 가해지는 열 에너지와 동일한 경우)을 달성하도록 설계되어 있다.

예를 들면, 상기 잉크(11)가 기포형성 액체이고 수용계(Water Based)이며, 따라서 대략 100℃의 비등점을 갖는다고 가정하고, 상기 주위온도가 40℃ 라면, 주위온도로부터 잉크의 비등온도까지는 최대 60℃이고, 이것이 상기 프린트헤드가 견딜수 있는 최대 온도 증가분이다.

(잉크 방울(16) 분사시가 아닌 때는) 프린트헤드내에 상기 잉크(11)의 비등점에 매우 근접하는 잉크 온도를 갖는 것을 회피하는 것이 바람직하다. 상기 잉크(11)가 이러한 온도에 있다면, 상기 프린트헤드의 부품들간의 온도변화는 어느 영역에 비의도적으로 비등점 이상을 초래하고, 그에 따라 원하지 않는 증기 기포(12)의 형성을 초래한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태는, 상술한 바와 같이, 특정의 노즐 챔버(7)내의 잉크(11, 기포형성 액체)의 최대온도가 상기 히터부재(10)의 비활성시에 그 비등점보다 10℃ 아래일 때 완전한 자체 냉각을 달성할 수 있을 정도로 구성되어 있다.

현재 설명중에 있는 것과 그 여러가지의 실시형태들의 특징의 주요 이점은, 잉크 방울(16)이 분사되는 노즐들에 인접한 노즐(3)에 원하지 않는 비등을 방지하기 위하여 복잡한 냉각방법을 요구함이 없이, 높은 노즐 밀도와 고속의 프린트헤드 작동을 제공할 수 있다는 것이다. 이는 이러한 특징과 상기한 온도기준이 존재하지 않은 경우일 때 보다 노즐 팩킹 밀도를 100배만큼 증가시킬 수가 있다.

노즐의 면적 밀도

본 발명의 이러한 특징은 상기 프린트헤드상의 노즐(3)의 면적당 밀도에 관련된 것이다. 도 1과 관련하여, 상기 노즐 플레이트(2)는 상면(50)를 갖고, 본 발명의 현 양상은 그 표면상의 노즐(3)의 팩킹밀도에 관련된 것이다.

보다 구체적으로는, 그 표면(50)상의 노즐(3)의 면적 밀도는 표면적의 제곱 cm 당 10,000개 이상 노즐이다.

하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 면적 밀도는 표면(50) 면적의 제곱 cm 당 20,000개 노즐(3)을 초과하는 반면에, 다른 바람직한 실시형태에 있어서 상기 면적 밀도는 제곱 cm 당 40,000개 노즐(3)을 초과한다. 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 면적 밀도는 제곱 cm 당 48,828개 노즐(3)이다.

상기 면적 밀도에 관련할 때, 각각의 노즐(3)은 상기 노즐에 대응하는 구동회로를 포함하며, 이 구동회로는 전형적으로 구동 트랜지스터, 쉬프트 레지스터(Shift Resister), 인에이블 게이트(Enable Gate) 및 클럭(Clock)생성회로(이 회로는 구체적으로는 확인되지 않는다)로 이루어진다.

단일의 단위 셀(1)이 도시되어 있는 도 43과 관련하여, 상기 단위 셀의 치수는 폭 32 마이크론 ×길이 64 마이크론인 것으로 도시되어 있다. 노즐들의 다음의 연속적인 열(Row, 도시 생략)을 갖는 상기 노즐(3)은 이 노즐을 바로 나란히 배열하므로, 상기 프린트헤드 칩(Chip)의 외부 주변의 치수의 결과로서 제곱 cm 당 48,828개 노즐(3)이 존재한다. 이는 대표적인 서멀 잉크젯 프린트헤드의 노즐 면적 밀도의 약 85배이며, 피에조전기 프린트헤드(Pizoelectric Printhead)의 노즐 면적 밀도의 대략 400배이다.

높은 면적 밀도를 갖는 주요 이점은, 장치가 특정 크기의 실리콘 웨이퍼상에 배치(Batch)로 제조되므로, 제조비용이 저렴하다는 것이다.

기판의 제곱 cm에 수용될 수 있는 노즐(3)이 많을 수록, 전형적으로 1개의 웨이퍼로 이루어지는 단일의 배치로 제조될 수 있는 노즐이 더 많아진다. 본 발명의 프린트헤드에 사용되는 종류의 MEMS 웨이퍼에 더하여 CMOS를 제조하는 비용은, 어느정도 까지는 그 위에 형성되는 패턴의 성질과 관계가 없다. 이는 보다 많은 노즐(3)과 보다 많은 프린트헤드를, 노즐이 보다 낮은 면적 밀도를 갖는 경우에서 보다 동일한 비용으로 제조할 수 있게 한다. 그 비용은 상기노즐(3)에 의해 차지되는 면적에 직접 비례한다.

히터부재의 대향 측면상에의 기포형성

본 특징에 의하면, 상기 히터(14)는, 잉크(11, 기포형성 액체)내에서 기포가 형성될 때, 상기 히터부재(10)의 양 측면상에 기포가 형성되도록 구성되어 있다. 바람직하게는, 상기 기포는 현수형 빔의 형태로 있는 히터부재(10)를 둘러싸도록 형성된다.

히터부재(10)의 양 측면상에의 기포(12)의 형성은 일측면상에만 대향되어 있으므로 도 45 및 도 46과 관련하여 이해될 수 있다. 이들 도면중 첫번째에 있어서, 도시된 바와 같이, 상기 히터부재(10)는 기포(12)가 일측면상에만 형성되도록 적용되는 반면, 이들 도면중 두번째에 있어서, 상기 부재는 기포(12)가 양측면상에 형성되도록 적용된 것이다.

도 45와 같은 구성에 있어서, 기포(12)가 상기 히터부재(10)의 일측면상에만 형성되는 이유는 그 부재가 기판(51)에 매립되어 있기 때문이며, 상기 기포는 기판에 대응하는 특정의 측면상에 형성될 수가 없다. 대조적으로, 도 46의 구성에서는 상기 히터부재(10)가 매달려 있기 때문에 상기 기포(12)는 양 측면상에 형성될 수가 있다.

물론, 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 상기 히터부재(10)가 현수형 빔의 형태로 있는 경우에는, 상기 기포(12)는 상기 현수형 빔 부재를 둘러싸도록 형성될 수가 있다.

기포(12)가 양 측면상에 형성되는 이점은, 달성할 수 있는 효율성이 보다 높다는 것이다. 이는 기포(12)의 형성에 기여하지 않는, 히터부재(10)의 부근의 고체물질을 가열할 때 소모되는 열의 감소에 기인한다. 이는 도 45에 예시되어 있는데, 화살표 52는 고체 기판(51)으로의 열의 이동을 표시한 것이다. 상기 기판(51)에 대한 열 손실량은, 수용계일 수도 있는 상기 잉크(11)에 관련된 상기 기판의 고체물질의 열 전도율에 의존한다. 물의 열 전도율은 비교적 낮으므로, 열의 반 이상은 상기 잉크(11)에 의한 것이라기 보다는 상기 기판(51)에 의해 흡수되는 것으로 예상될 수가 있다.

캐비테이션의 방지

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 의한 프린트헤드에 기포(12)가 형성된 후에, 그 기포는 붕괴점(17)을 향하여 붕괴된다. 현재 설명중에 있는 특징에 의하면, 상기 히터부재(10)는 기포가 붕괴되는 붕괴점이 상기 히터부재로부터 이격된 위치에 있도록 기포(12)를 형성할 수 있게 구성되어 있다. 바람직하게는, 상기 프린트헤드는 이러한 붕괴점(17)에서 고체물질이 존재하지 않도록 구성되어 있다. 이러한 방식에 의해, 종래기술의 서멀 잉크젯 장치에서의 주요 문제점인 캐비테이션은 대폭 제거된다.

도 48을 참조하면, 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 히터부재(10)는 틈(화살표 54로 표시됨)을 형성하는 구성부(53)를 갖고, 기포가 붕괴되는 붕괴점(17)이 이러한 틈에 위치되도록 기포(12)를 형성할 수 있게 구성되어 있다. 이러한 특징의 이점은, 상기 히터부재(10)와 다른 고체물질에 대한 캐비테이션 손상을 실질적으로 회피할 수 있다는 것이다.

도 47에 개략적으로 도시된 바와 같은 표준의 종래기술 시스템에 있어서, 상기 히터부재(10)는, 그 부재 위에 절연층(56)과 상기 절연층 위에 보호층(57)을 갖는 기판(55)에 매립되어 있다. 상기 부재(10)에 의해 기포가 형성될 때, 그 기포는 상기 부재의 상부에 형성된다. 상기 기포(12)가 화살표 58로 도시된 바와 같이 붕괴될 때, 상기 기포 붕괴의 모든 에너지는 매우 작은 붕괴점(17)으로 집중된다. 상기 보호층(57)이 없으면, 상기 붕괴점(17)으로의 이러한 에너지의 집중으로부터 일어나는 상기 캐비테이션으로 인한 기계적인 힘이 상기 히터부재(10)를 조금씩 깎아내거나 부식시킨다. 그러나, 이는 상기 보호층(57)에 의해 방지된다.

전형적으로, 이러한 보호층(57)은, 매우 단단한 오산화 탄탈륨(Ta₂O₅) 층을 형성하도록 산화되는 탄탈륨으로 이루어진다. 공지의 물질이 상기 캐비테이션의 영향에 충분히 저항할 수 없지만, 오산화 탄탈륨이 상기 캐비테이션으로 인하여 조금씩 부식되면, 하부층의 탄탈륨 금속에서 산화가 다시 일어나서 오산화 탄탈륨 층을 효과적으로 복구할 것이다.

이러한 점에서 오산화 탄탈륨이 공지의 서멀 잉크젯 시스템에서 비교적 좋게 작용을 하지만, 그것은 확실한 불리점을 가지고 있다. 하나의 현저한 불리점은, 사실상 보호층(57) 거의 전체(참조숫자 59로 표시된 두께를 가짐)가, 상기 잉크(11)로 에너지를 전달하고, 잉크를 가열하여서 기포(12)를 형성하도록 하기 위해 가열될 필요가 있다는 것이다. 이 층(57)은 상기 탄탈륨의 매우 높은 원자 무게로 인하여 높은 열적 질량(Thermal Mass)을 갖고, 이는 상기 열 전달의 효율성을 감소시킨다. 이는 '59'로 표시된 레벨(Level)로 요구되는 열량을 증가시켜서, 상기 잉크(11)를 가열하는데 충분할 정도로 '60'으로 표시된 레벨로 온도를 상승시킬 뿐만 아니라, 화살표 61로 표시된 방향으로 발생하는 실질적인 열 손실량을 초래하기도 한다. 상기 히터부재(10)가 단지 표면에 지지된 것에 불과하고 상기 보호층(57)에 의해 보호되지 않았다면, 이러한 불리점들은 존재하지 않았을 것이다.

현재 설명중에 있는 특징에 의하면, 상술한 바와 같이, 보호층(57)에 대한 필요성은, 도 48에 예시된 바와 같이, 고체물질이 없고, 특히 상기 히터부재(10)의 부분(53)들 사이에 틈(54)이 없는 붕괴점(17)을 향하여 기포가 붕괴되도록 기포(12)를 생성함으로써 회피된다. 이 위치(기포생성 이전)에 단지 잉크(11) 자체만 있으므로, 여기에서는 캐비테이션의 영향에 의해 부식될 수 있는 물질이 존재하지 않는다. 상기 붕괴점(17)에서의 온도는 소노루미네슨스(Sonoluminesence)의 현상에 의해 증명된 바와 같이 수 1000℃에 도달될 수도 있다. 이는 그 붕괴점에서 상기 잉크 성분을 붕괴할 것이다. 그러나, 상기 붕괴점(17)에서의 급격한 온도량은 매우 작아서 이 양에서의 잉크 성분의 파괴는 중요하지 않다.

고체물질이 전혀 없는 붕괴점(17)을 향하여 붕괴되도록 하는 기포(12)의 생성은, 도 34에 도시된 마스크의 부분(10.34)으로 표시되는 것에 대응하는 히터부재(10)를 이용하여 달성될 수가 있다. 상기와 같은 부재는 대칭이며, 그 중심에서 참조숫자 '63'으로 표시된 홀(Hole)을 갖는다. 상기 부재가 가열될 대, 상기 기포는 상기 부재(점선 '64'로 표시됨)를 둘러싸는 형태로 형성되고 나서, 고리(도넛(Doughnut))형상(점선 '64'와 '65'로 표시됨)으로 되는 대신에 상기 홀(63)을 포함하여 상기 부재에 미치는 정도로 성장되며, 상기 홀은 상기 기포를 형성하는 증기로 채워진다. 그래서, 상기 기포(12)는 실질적으로 디스크(Disc) 형상으로 이루어져 있다. 기포가 붕괴될 때, 상기 기포(12)를 둘러싸는 표면장력을 최소화하도록 그 붕괴된다. 이는 수반되는 역학(Dynamics)에 의해 허용되는 한, 기포형상을 구(球)형상을 향하여 이동되게 한다. 다음에, 이에 의해 붕괴점이, 고체물질이 없는 상기 히터부재(10)의 중심에서 상기 홀(63)의 영역에 있게 된다.

도 31에 도시된 마스크의 부분 10.31로 표시되는 상기 히터부재(10)는, 점선 '66'으로 표시된 바와 같이, 기포가 생성되고 기포가 붕괴되는 붕괴점이 상기 부재의 중심에서 홀(67)에 존재하는 상태와 유사한 결과를 달성하도록 구성되어 있다.

도 36에 도시된 마스크의 부분 10.36으로 표시되는 상기 히터부재(10)도 유사한 결과를 달성하도록 구성되어 있다. 상기 부재(10.36)가 상기 홀(68)이 작은 크기로 되어 있는 경우, 상기 히터부재의 제조상의 부정확도는, 기포의 붕괴점이 상기 홀에 의해 형성되는 영역에 있도록 기포를 형성할 수 있는 정도에 영향을 끼칠 수도 있다. 예컨대, 상기 홀은 직경이 수 마이크론 정도 작다. 상기 부재(10.36)의 높은 레벨의 정확성을 달성할 수 없는 경우에는, 기포가 '12.36'으로 표시된 바와 같이 어느정도 한쪽으로 치우치게 되므로, 그 기포는 이러한 작은 영역내에서 붕괴점측으로 향해질 수가 없다. 이러한 경우, 도 36에 나타난 상기 히터부재에 대하여, 상기 부재의 중앙 루프(49)는 간단히 생략될 수 있고, 이에 의해 상기 기포의 붕괴점이 무너지려는 영역의 크기를 증대시킬 수가 있다.

화학증기증착된 노즐 플레이트, 및 얇은 노즐 플레이트

각각의 단위 셀(1)의 노즐 개구(5)는 상기 노즐 플레이트(2)를 통하여 연장되어 있고, 이에 따라 상기 노즐 플레이트는 화학증기증착(CVD)에 의해 형성되는 구조물을 구성한다. 여러가지의 바람직한 실시형태들에 있어서, 상기 CVD는 실리콘 질화물, 실리콘 이산화물 또는 옥시-질화물(Oxi-Nitride)로 형성된다.

상기 노즐 플레이트(2)가 CVD에 의해 형성되는 이점은, 상기 노즐 플레이트(2)를 단위 셀(1)의 벽(6) 등의 다른 부품에 조립할 필요없이 제위치에 형성된다는 것이다. 이는, 다른 방법으로 요구되는 상기 노즐 플레이트(2)의 조립이 실행되기가 어렵고, 잠재적으로 복잡한 문제를 수반할 수 있기 때문에 중요한 이점이다. 이러한 문제로서는,상기 노즐 플레이트(2)를 다른 부품에 접합하는 접착제의 경화과정 동안에, 상기 노즐 플레이트(2)와 그 노즐 플레이트가 조립되는 부품들 간의 열팽창의 잠재적인 불일치, 서로 정합(Align)된 부품들을 성공적으로 유지하고 그 부품들을 평면상으로 유지하기 위한 어려움 등을 들 수가 있다.

상기 열팽창의 문제는, 제조될 수 있는 잉크젯의 크기를 제한하고 있는 종래기술에 있어서 중요한 요인이다. 이러한 이유는, 예컨대 니켈 노즐 플레이트와 상기 노즐 플레이트가 연결된 기판사이의 열팽창 계수의 차이가, 기판이 실리콘일 경우, 매우 크기 때문이다. 결과적으로, 예컨대 1000개 노즐에 의해 차지되는 작은 거리만큼을 넘어, 각각의 부품들 사이에서 일어나는 상대적인 열팽창은, 상기 주위온도로부터 상기 부품들을 함께 접합하는 데 요구되는 경화온도까지 가열될 때, 노즐 전체길이보다 상당할 정도로 큰 치수 불일치를 초래할 수가 있다. 이는 이러한 장치들에 대하여 상당한 손실을 준다.

현재 설명중에 있는 본 발명의 특징에 의해 설명된 또다른 문제는, 적어도 발명의 실시형태에 있어서, 조립될 필요성이 있는 노즐 플레이트가 비교적 고응력의 조건하에 프린트헤드의 나머지 부품상에 거의 적층되어 있다는 것이다. 이는 상기 장치들의 파손이나 원하지 않는 변형을 초래할 수가 있다. 본 발명의 실시형태에 있어서는, 상기 노즐 플레이트(2)를 CVD에 의해 증착함으로써 이러한 문제를 회피할 수가 있다.

본 발명의 현 특징의 또다른 이점은, 적어도 발명의 실시형태에 있어서, 현존하는 반도체 제조공정들과 양립이 가능하다는 것이다. 노즐 플레이트(2)를 CVD에 의해 증착하는 것은, 반도체 제조를 위해 통상적으로 사용되는 공정을 이용하여, 상기 노즐 플레이트를 통상의 실리콘 웨이퍼의 생산규모로 상기 프린트헤드에 포함시킬 수 있도록 한다.

현존하는 서멀 잉크젯 또는 버블젯 시스템은 기포생성 단계 동안에 100 대기압까지의 압력천이(Pressure Transient)의 영향을 받는다. 이러한 장치들에서 상기 노즐 플레이트(2)가 CVD에 의해 도포되어 이러한 압력천이에 견디도록 하였다면, CVD 노즐 플레이트의 실질적인 두께가 요구되었을 것이다. 당해 기술분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 증착된 노즐 플레이트의 이러한 두께는 이하에 설명되는 바와 같은 확실한 문제점을 발생시킨다.

예컨대, 상기 노즐 챔버(7) 내부의 100 대기압 압력에 견딜 수 있을 정도로 충분한 질화물의 두께는 10 마이크론이라고 할 수가 있다. 본 발명과 일치하지는 않고, 이러한 두꺼운 노즐 플레이트(2)를 갖는 단위 셀(1)을 도시하고 있는 도 49를 참조하면, 이러한 두께는 방울 분사에 관련하는 문제점을 초래할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 경우에서, 노즐 플레이트(2)의 두께로 인하여, 상기 잉크(11)가 노즐(3)를 통하여 분사되기 때문에, 상기 노즐(3)에 의해 발휘되는 유체 항력(Fluidic Drag)은 상기 장치의 효율성의 상당한 손실을 초래한다.

이러한 두께의 노즐 플레이트(2)의 경우에서 존재할 수 있는 또다른 문제점은 실제의 에칭공정에 관련되는 것이다. 이는, 예컨대 표준 플라즈마 에칭을 이용하여, 상기 노즐(3)이 도시된 바와 같이 상기 기판 부분의 웨이퍼(8)에 수직하게 에칭되는 것으로 가정한 것이다. 이는 전형적으로 10 마이크론 이상의 레지스트(69)가 도포되는 것을 필요로 한다. 레지스트(69)의 그런 두께를 노광하기 위해서는, 그 레지스트를 노광하는데 사용되는 스테퍼(Stepper)의 초점심도(Focal Depth)가 비교적 작기 때문에, 요구되는 레벨의 해상도가 달성되기 어렵게 된다. X선을 이용하여 레지스트(69)의 이와같은 적절한 심도를 노광시키는 것이 가능하지만, 비교적 고가의 공정이 수반된다.

질화물로 된 10 마이크론의 두께층이 실리콘 기판 웨이퍼상에 CVD로 증착된 경우, 이러한 두꺼운 노즐 플레이트(2)로 존재할 수 있는 또다른 문제점은, CVD층과 기판 사이의 열팽창 차이뿐만 아니라 두꺼운 증착층내의 본질적인 응력 때문에, 상기 웨이퍼가 리소그래픽 공정에서의 더 이상의 단계가 비실용적으로 될 수 있는 정도까지 구부려지게 될 수 있다는 것이다. 그래서, 10 마이크론과 같이 두꺼운(본 발명과 다름) 노즐 플레이트(2)에 대한 층은, 가능하기는 하나, 결점이 있다.

도 50과 관련하여, 본 발명의 실시형태에 따른 멤젯 서멀 잉크 분사장치에서는, 상기 CVD 질화물 노즐 플레이트 층(2)은 2 마이크론 두께에 불과하다. 그러므로, 상기 노즐(3)을 통한 유체 저항은 특별히 중요하지 않고, 따라서 주요 손실의 원인이 아니다.

더욱이, 이러한 노즐 플레이트(2)에서 노즐(3)을 에칭하는데 요구되는 에칭시간과 레지스트 두께, 및 상기 기판 웨이퍼(8)상에의 응력은 과도하지 않을 것이다.

본 발명에서의 비교적 얇은 노즐 플레이트(2)는, 상술한 바와 같이, 상기 챔버(7)내에서 발생된 압력이 종래기술의 장치와 같이 100 대기압이 아니고 대략 1 대기압에 불과하므로, 가능하게 된다.

본 시스템에서 방울(16)을 분사하는데 요구되는 압력천이의 상당한 감소에 기여하는 몇가지의 요인들이 있다. 이 요인들은,

1. 챔버(7)의 작은 크기;

2. 노즐(3)과 챔버(7)의 정확한 제조;

3. 낮은 방울 속도에서의 방울 분사의 안정성;

4. 노즐(3)들간의 매우 낮은 유체 및 열적 크로스토크(Crosstalk);

5. 기포 면적에 대한 최적의 노즐 크기;

6. 얇은(2 마이크론) 노즐(3)을 통한 낮은 유체 저항;

7. 입구(9)를 통한 잉크분사로 인한 낮은 압력 손실;

8. 자체 냉각 작동;

을 포함한다.

도 6 내지 도 31에 의해 설명된 상기 공정과 관련하여 상술한 바와 같이, 2 마이크론 두께의 노즐 플레이트 층(2)을 에칭하기 위해서는 2개의 적절한 단계를 수반한다. 이러한 단계중의 하나는, 상기 노즐 림(4)이 될 수 있는 것의 외측에 요홈을 형성하도록 도 24 및 도 50에 '45'로 표시된 영역의 에칭을 수반한다. 이러한 단계중 다른 하나는, 상기 노즐 개구(5)를 실질적으로 형성하여 상기 림(4)을 마무리 가공하도록 도 26 및 도 50에 '46'으로 표시된 영역에 또다른 에칭을 수반한다.

노즐 플레이트 두께

CVD에 의한 상기 노즐 플레이트(2)의 형성 및 그에 관해 설명된 이점에 대하여 상술한 바와 같이, 본 발명에서의 노즐 플레이트는 종래기술에서의 것보다 얇다. 보다 구체적으로는, 상기 노즐 플레이트(2)는 10 마이크론 미만의 두께이다. 하나의 바람직한 실시형태에 있어서는, 각각의 단위 셀(1)의 상기 노즐 플레이트(32)는 5 마이크론 미만의 두께인 반면, 다른 바람직한 실시형태에 있어서는, 2.5 마이크론 미만의 두께이다. 확실히, 상기 노즐 플레이트(2)에 대한 바람직한 두께는 2 마이크론 두께이다.

다른 층에 형성된 히터부재

본 발명의 특징에 의하면, 각각의 단위 셀(1)의 챔버(7) 내에 다수개의 히터부재(10)가 배치되어 있다. 상기 부재(10)들은 도 6 내지 도 31과 관련하여 상술한 바와 같이, 리소그래픽 공정에 의해 형성되어 있고, 각각의 층에 형성되어 있다.

바람직한 실시형태들에 있어서, 도 38, 도 40 및 도 51에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(7)내의 상기 히터부재 10.1 및 10.2는 서로에 대하여 다른 크기로 형성되어 있다.

또한, 상기한 리소그래픽 공정의 설명과 관련하여 알 수 있는 바와 같이, 각각의 히터부재 10.1, 10.2는 그 공정중 적어도 하나의 단계에 의해 형성되며, 상기 부재 10.1의 각 하나에 관련하는 리소그래픽 단계는 다른 부재 10.2에 관련된 단계와는 다르다.

상기 부재 10.1, 10.2는, 도 51의 도면에 개략적으로 나타난 바와 같이, 서로에 대하여 바람직한 크기로 되어 있으므로, 이들 부재는 이중 가중(Binary Weighting)된 잉크 방울 체적을 달성할 수가 있다. 즉, 이들 부재는 잉크 방울(16)이 상기 특정의 단위 셀(1)의 노즐(3)을 통하여 분사될 다른 이중 가중된 체적을 갖도록 할 수가 있다. 상기 잉크 방울(16)의 체적의 이중 가중치의 달성은 상기 부재 10.1과 10.2의 상대적인 크기에 의해 결정된다. 도 51에서, 상기 잉크(11)와 접촉하여 있는 하부의 히터부재 10.2의 면적은 상부 히터부재 10.1의 것의 2배이다.

캐논사에 의해 특허되었고 도 52에 개략적으로 예시된 하나의 알려진 종래기술 장치 또한, 각각의 노즐에 대하여 2개의 히터부재 10.1과 10.2를 갖고, 이들 부재 또한 이중 기초(Binary Basis; 즉, 이중 가중된 체적을 갖는 방울(16)을 생성하기 위한 것)에 근거한 크기로 이루어져 있다. 이들 부재 10.1, 10.2는 상기 노즐 챔버(7)내에 서로 인접하여 단일 층에 형성되어 있다. 작은 부재 10.1에 의해서만 형성된 기포 12.1은 비교적 작지만, 큰 부재 10.2에 의해서만 형성된 기포 12.2는 비교적 크다. 상기 2개의 부재들이 동시에 작동될 대, 이들 부재의 결합된 효과에 의해 발생되는 기포는 '12.3'으로 표시되어 있다. 3개의 다른 크기로 된 잉크 방울(16)은 3개의 각각의 기포 12.1, 12.2 및 12.3에 의해 분사된다.

상기 부재 10.1과 10.2 자체의 크기는, 방울의 유용한 결합의 분사 또는 다른 크기를 갖는 방울(16)의 분사를 발생시키도록 이중 가중되는 것을 필요로 하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 확실히, 이중 가중치는 상기 부재 10.1과 10.2 자체의 면적에 의해 정확할 정도로 잘 나타나지 않을 수도 있다. 이중 가중된 방울 체적을 달성하기 위해 상기 부재 10.1과 10.2를 치수화함에 있어서, 기포(12)의 생성을 둘러싸는 유체 특징, 일단 방울(16)이 붕괴될 때 상기 노즐(3)로부터의 챔버(7)로 역류하는 액체의 양 등을 고려하여야 한다. 따라서, 이들 부재 10.1, 10.2의 표면적의 실제 비율, 또는 상기 2개의 히터의 성능은, 바람직한 이중 가중된 방울 체적을 달성하기 위해 실용상 조절될 필요가 있다.

상기 히터부재 10.1, 10.2의 크기가 고정되고, 따라서 그 표면적의 비율이 고정되는 경우에, 분사되는 방울(16)의 상대적인 크기는 상기 2개의 부재들에 대한 공급전압을 조절함으로써 조절될 수도 있다. 이는 상기 부재들 10.1, 10.2의 작동펄스, 즉 그 펄스폭의 지속기간을 조절함으로써 달성될 수도 있다. 그러나, 일단 기포(12)가 부재 10.1, 10.2의 표면상에 핵을 형성하기만 하면, 그 이후의 펄스폭의 어떠한 지속기간이 거의 없거나 전혀 효과가 없기 때문에, 상기 펄스 폭은 소정 시간범위를 초과할 수가 없다.

한편, 상기 히터부재 10.1, 10.2의 낮은 열적 질량에 의해, 상기 히터부재들은, 기포(12)가 형성되고 방울(16)이 분사되는 온도에 매우 빨리 도달되게 가열된다. 최대 유효 펄스 폭은 기포 핵생성의 개시에 의해 전형적으로 약 0.5마이크로초까지 제한되는 반면에, 최소 펄스 폭은 상기 히터부재 10.1, 10.2에 의해 허용될 수 있는 유용한 전류 구동 및 전류 밀도에 의해서만 제한된다.

도 51에 도시된 바와 같이, 상기 2개의 히터부재 10.1, 10.2는 2개의 각각의 구동회로(70)에 접속되어 있다. 이들 회로(70)가 서로 동일할 수도 있으나, 이들 회로에 의해, 예컨대 상기 상부 부재 10.1에 접속된 것 보다 큰, 고전류 부재인 하부 부재 10.2에 접속된 구동 트랜지스터(도시 생략)를 치수화함으로써 그 이상의 조절을 행할 수가 있다. 예컨대, 상기 각각의 부재 10.1, 10.2에 공급된 상대적인 전류가 2:1의 비율로 있으면, 상기 하부 부재 10.2에 접속된 회로(70)의 구동 트랜지스터는, 전형적으로 다른 부재 10.1에 접속된 회로(70)의 구동 트랜지스터(도시 생략)의 폭의 2배일 것이다.

도 52와 관련하여 설명된 종래기술에 있어서, 동일한 층에 있는 상기 히터부재 10.1, 10.2는 상기 리소그래픽 제조공정의 동일한 단계에서 동시에 제조된다. 도 51에 예시된 본 발명의 실시형태에 있어서, 상기 2개의 히터부재 10.1, 10.2는, 상술한 바와 같이, 하나 뒤에 다른 하나가 형성된 것이다. 확실히, 도 6 내지 도 31과 관련하여 예시된 공정으로 설명된 바와 같이, 상기 부재 10.2를 형성하는 물질이 증착되고, 그 다음에 상기 리소그래픽 공정으로 에칭되고, 그 후에 그 부재의 상부에 희생층(39)이 증착되고 나서, 상기 희생층이 상기 2개의 히터부재 층들 사이에 있도록 다른 부재 10.1에 대한 물질을 증착한다. 제2 부재 10.1의 층은 두번째 리소그래픽 단계에 의해 에칭되고, 상기 희생층(39)이 제거된다.

상술한 바와 같이, 상기 히터부재 10.1, 10.2의 다른 크기에 다시 관련하여, 이는, 1개의 노즐(3)로부터, 다중의, 이중 가중된 방울 체적을 달성하기 위하여 상기 부재들을 치수화시킬 수 있다는 이점이 있다.

다중 방울 체적이 달성될 수 있는 경우, 특히 그 방울 체적이 이중 가중되면, 보다 소수의 인쇄 도트(Printed Dot)를 사용하는 동안에 보다 낮은 인쇄 해상도에서 포토그래픽 품질을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

더욱이, 동일한 상황하에서, 보다 높은 인쇄속도를 달성할 수가 있다. 즉, 1개의 방울(14)을 바로 분사하고 나서 재충전하기 위해서 노즐을 대기하는 대신에, 동량(同量)의 1개, 2개, 또는 3개의 방울을 분사할 수도 있다. 상기 노즐(3)의 유용한 재충전 속도가 제한요인이 아니라고 가정하면, 잉크분사 및 그에 따른 인쇄를 3배까지 보다 빠르게 달성할 수가 있다. 그러나, 실제로는, 상기 노즐 재충전 시간이 전형적으로 제한요인일 수 있다. 이 경우에, 최소 체적의 방울만이 분사되었을 때 보다 방울(16)의 3중 체적(최소 크기 방울에 대하여)이 분사되었을 때, 상기 노즐(3)을 재충전하는데 다소 긴 시간이 소요될 수 있다. 그러나, 실제로는, 재충전하는데 3배만큼 훨씬 더 긴 시간이 소요되지 않을 것이다. 이는 잉크(11)의 관성역학 및 표면장력에 기인하기 때문이다.

도 53에 관련하여, 한쌍의 인접한 단위 셀 1.1과 1,2가 개략적으로 도시되어 있는데, 왼쪽의 단위 셀 1.1은 보다 큰 체적의 방울(16)이 분사된 후에, 오른쪽의 단위 셀 1.2는 보다 작은 체적의 방울이 분사된 후의 노즐(3)을 나타낸 것이다. 보다 큰 방울(16)의 경우에서, 부분적으로 비어있는 노즐 3.1의 내부에 형성한 공기 기포 71의 곡률은, 보다 작은 체적의 방울이 다른 단위 셀 1.2의 노즐 3.2로부터 분사된 후에 형성한 공기 기포 72의 경우에서 보다 크다.

상기 단위 셀 1.1에서의 공기 기포 71의 보다 큰 곡률은, 화살표 '73'으로 표시된 바와 같이, 재충전 통로(9)로부터 노즐(3)을 향하여 챔버(7.1)로 잉크(11)를 끌어당기는 경향이 있는 보다 큰 표면장력을 발생시킨다. 이는 보다 짧은 재충전 시간을 가능하게 한다. 상기 챔버(7.1)가 재충전됨에 따라, '74'로 표시된 단계에 도달하게 되고, 여기서 그 상태는 인접한 단위 셀 1.2의 것과 유사하다. 이 상태에서, 상기 단위 셀 1.1의 챔버(7.1)는 부분적으로 재충전되고, 따라서 상기 표면장력은 감소된다. 이에 따라, 이 단계에서 상기한 상태가 그 단위 셀 1.1에 도달될 때, 그 관련된 모멘트로 상기 챔버(7.1)안으로의 액체의 흐름이 확립되더라도 재충전 속도를 느리게 한다. 이러한 전체 효과에 의해, 상기 상태(74)가 존재할 때 부터 보다 공기 기포(71)가 존재할 때 부터 챔버(7.1)와 노즐(3.1)을 완전히 충전시키는데 긴 시간이 걸리지만, 재충전되는 체적이 3배 정도 크더라도 상기 챔버(7.1)와 노즐(3.1)을 재충전하는데 3배 만큼의 긴 시간이 걸리지 않는다.

낮은 원자수를 갖는 원소들에 의해 구성된 물질로 형성된 히터부재

이 특징은, 상기 히터부재(10)가 50 미만의 원자수를 갖는 1개 이상의 주기율 원소로 구성되는 적어도 90중량%의 고체물질로 형성되어 있다는 것을 수반한다. 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 원자 중량은 30미만인 반면에, 다른 바람직한 실시형태에 있어서 상기 원자 중량은 23미만이다.

낮은 원자수의 이점은, 그 물질의 원자가 보다 낮은 질량을 갖고, 따라서 상기 히터부재(10)의 온도를 상승시키기 위해 보다 작은 에너지가 요구된다는 것이다. 이는 해당 분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 부품의 온도가 본질적으로 원자의 핵 이동의 상태에 관련되기 때문이다.

따라서, 상기 온도를 상승시키기 위해 보다 많은 에너지를 요구할 것이고, 이에 의해 보다 가벼운 핵을 갖는 원자를 갖는 물질에서 보다 무거운 핵을 갖는 원자를 갖는 물질에서 이러한 핵 이동을 일으킨다.

서멀 잉크젯 시스템의 히터부재용으로 현재 사용되는 물질로서는, 탄탈륨 알루미늄 합금(예컨대, 휴렛팩커드사에 의해 사용된 것), 및 하프늄 붕소화물(예컨대, 캐논사에 의해 사용된 것)이 있다. 탄탈륨과 하프늄은 각각 원자수 73과 72를 갖지만, 본 발명의 멤젯 히터부재(10)에 사용된 물질은 티탄 질화물이다. 티탄은 원자수 22를 갖고, 질소는 원자수 7을 갖고, 따라서 이들 물질은 관련된 종래기술 장치 물질의 것보다 상당히 가볍다.

각각 하프늄 붕소화물과 탄탈륨 알루미늄의 부분을 형성하는 붕소와 알루미늄은, 질소처럼, 비교적 가벼운 물질이다. 그러나, 탄탈륨 질화물의 밀도는 16.3g/㎤인 반면에, 티탄 질화물(탄탈륨 대신에 티탄을 포함)의 밀도는 5.22g/㎤이다. 이와같이, 탄탈륨 질화물이 티탄 질화물의 밀도의 대략 3배의 밀도를 갖기 때문에, 티탄 질화물은 탄탈륨 질화물보다 가열하기 위해 대략 3배 적은 에너지를 요구할 것이다. 당해 기술분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 2개의 다른 온도에서의 물질의 에너지 차이는 다음의 방정식으로 표현된다:

E = ΔT × C_P × V_OL × ρ

여기서, ΔT는 온도차를 나타내고, C_P는 특정의 열용량이고, V_OL은 체적이며, ρ는 물질의 밀도이다. 상기 밀도가 격자상수의 함수이기도 하기 때문에 원자수에 의해서만 결정되지 않지만, 상기 밀도는 관련된 물질의 원자수에 의해 크게 영향을 받으며, 따라서 설명중에 있는 특징의 중요한 양상이다.

낮은 히터 질량

이 특징은, 잉크를 가열하여 그 안에 기포(12)를 생성하여서 잉크 방울(16)을 분사시키도록 하기 위하여, 기포형성 액체(즉, 본 실시형태에서는 잉크(11))의 비등점 이상으로 가열되는 각각의 히터부재의 고체물질의 질량이, 10 나노그램(Nanogram) 미만이도록 상기 히터부재(10)를 구성하고 있다는 것이다.

하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 질량은 2나노그램 미만이고, 다른 실시형태에 있어서 그 질량은 500 피코그램(Picogram) 미만이며, 또다른 실시형태에 있어서, 그 질량은 250 피코그램 미만이다.

상기한 특징은, 상기 히터부재(10)의 고체물질을 가열할 때 에너지 손실의 감소의 결과로서 증가된 효능을 유발하기 때문에, 종래기술의 잉크젯 시스템에 비하여 상당한 이점을 갖게 한다. 이 특징은, 예컨대 도 1에 예시된 바와 같이, 낮은 밀도를 갖는 히터부재 물질의 사용, 상기 부재(10)의 비교적 작은 크기, 및 다른 물질에 매립되지 않은 현수형 빔의 형태로 있는 히터부재로 인하여 가능하게 된다.

도 34는, 도 33에 도시된 프린트헤드의 실시형태의 히터구조를 형성하기 위한 마스크의 형상을 평면도로 도시한 것이다. 따라서, 도 34는 그 실시형태의 히터부재(10)의 형상을 나타내고 있으므로, 이하에 그 히터부재를 설명할 때 참고된다. 도 34에서 참조숫자 '10.34'로 표시된 바와 같은 히터부재는, 폭이 2 마이크론이고 두께가 0.25 마이크론인 단일의 루프(49)만을 갖는다. 그 히터부재는 외부 반경이 6 마이크론이고 내부 반경이 4 마이크론이다. 전체 히터 질량은 82 피코그램이다. 마찬가지로 도 39에서 참조숫자 '10.39'로 표시된 대응하는 부재 10.2는, 229.6 피코그램의 질량을 갖고 도 36에서 참조숫자 '10.36'으로 표시된 부재 10은, 225 피코그램의 질량을 갖는다.

예컨대, 도 34, 도 39 및 도 36에 나타난 부재 10, 102가 실제로 사용될 때, 상기 부재가 전기적인 절연성, 화학적인 불활성, 열 전도성을 갖는 물질로 코팅(Coating)될 수 있기 때문에, 상기 잉크의 비등점 온도 이상의 온도로 상승되는 잉크(11, 본 실시형태에서는 기포형성 액체임)와 열 접촉하여 있는 각각의 부재의 물질의 총 질량은 이들 질량보다 다소 높을 것이다. 이러한 코팅은 보다 높은 온도까지 상승된 물질의 총 질량을 어느정도 까지 증가시킨다.

균일하게 코팅된 히터부재

이 특징은 각각의 부재(10)가 균일한 보호 코팅에 의해 도포되어 있고, 이 코팅이 고르도록 상기 부재의 모든 측면에 동시에 도포되어 있다는 것이다. 상기 코팅(10)은, 바람직하게는, 전기적으로 비도전성이고, 화학적으로 불활성이며 높은 열 전도성을 갖는다. 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 코팅은 알루미늄 질화물로 형성되어 있고, 다른 바람직한 실시형태에 있어서는 다이아몬드형 카본(Diamond-like Carbon; DLC)으로 형성되어 있으며, 또다른 실시형태에 있어서는 붕소 질화물로 형성되어 있다.

도 54와 도 55를 참조하면, 상술한 바와 같이 균일하게 코팅되어 있지 않지만, 기판(78)상에 증착되어 있고, 대표적인 방식으로, '76'으로 표시된 CVD물질로 일측면상에 균일하게 도포되어 있는 종래기술의 히터부재(10)의 개략도가 도시되어 있다.

대조적으로, 본 예에서 위에 관련된 코팅은, 도 56에 개략적으로 나타난 바와 같이, '77'로 표시되어 있고, 모든 측면상에 상기 부재를 동시에 균일 코팅하는 것을 포함한다. 그러나, 모든 측면상에의 균일 코팅(77)은 그렇게 코팅될 때, 상기 부재(10)가 다른 구조물과 격리된 구조로 있는 경우, 즉 현수형 빔의 형태로 있는 경우에만 달성될 수 있으므로, 상기 부재의 모든 측면에는 통로가 있다.

상기 부재(10)를 모든 측면상에 균일하게 코팅하는 점을 언급할 때, 이는 도 57에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 전극(15)에 접합되는 상기 부재(현수형 빔)의 단부들을 제외하고 있음은 말할 나위도 없다. 바꾸어 말하면, 상기 부재(10)를 모든 측면상에 균일하게 코팅한다는 의미는, 본질적으로 상기 부재가 그 부재의 길이를 따라 균일 코팅에 의해 완전히 둘러싸여져 있다는 것이다.

상기 히터부재(10)를 균일 코팅하는 주된 이점은, 도 54 및 도 55와 다시 관련하여 이해될 수 있을 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 상기 균일 코팅(76)이 도포될 때, 상기 히터부재(10)가 효과적으로 증착(즉, 형성)된 기판(78)은, 상기 균일하게 도포된 코팅에 대향하는 측면상에 상기 부재에 대한 코팅을 구성한다. 또한, 상기 기판(78)상에 지지되는 상기 히터부재(10)상의 균일 코팅(76)의 증착에 의해 심(Seam, 79)이 형성되게 된다. 상기 심(79)은 약한 부분(Weak Point)을 구성할 수도 있어, 산화물과 그 밖의 바람직하지 않은 생성물이 형성될 수 있거나, 또는 라미네이트층으로 갈라지는 현상이 일어날 수 도 있다. 확실히, 도 54 및 도 55의 상기 히터부재(10)의 경우에서, 상기 히터부재와 그 코팅(76)을 아래의 기판(78)과 분리하여서 상기 부재를 현수형 빔의 형태로 되게 하도록 에칭을 행할 때, 액체 또는 수산이온(Hydroxyl Ion)의 침입이 일어날 수도 있는데, 이러한 물질들은 상기 코팅(76) 또는 상기 기판(78)의 실제 물질에 침투될 수가 없다.

상기한 물질(즉, 알루미늄 질화물 또는 다이아몬드형 카본(DLC))은 그들의 바람직할 정도로 높은 열 전도성, 높은 레벨의 화학 불활성, 및 전기적으로 비전도성으로 인하여, 도 56에 예시된 바와 같이, 본 발명의 균일 코팅(77)에 사용하기에 적합하다. 이들의 목적을 위한 다른 적합한 물질은, 역시 상술된 붕소 질화물이다. 상기 코팅(77)용으로 사용되는 물질의 선택이 바람직한 성능특성을 달성하는 것과 관련하여 중요하지만, 그 물질들이 적합한 특성을 갖는 경우에 상기한 물질들과 다른 물질들을 대신 사용할 수도 있다.

프린트헤드가 사용되는 프린터의 예

상술한 부품들은 또한 프린터 시스템에 사용되는 프린터헤드 조립체의 부분을 형성한다. 상기 프린트헤드 조립체 자체는, 다수개의 프린트 헤드 모듈(Module)을 포함한다. 이하에 이들 형태를 설명한다.

도 44를 간략히 참고하면, 도시된 노즐(3)의 어레이(Array)는 동일한 칩상에 포함되는 구동 트랜지스터, 구동 쉬프트 레지스터 및 기타 등등을 갖는 프린트헤드 칩(도시 생략)상에 배치되고, 이는 그 칩상에 요구되는 접속의 갯수를 줄일 수 있다.

도 58 및 도 59와 관련하여, 멤스(MEMS) 프린트헤드 칩 조립체(81, 또한 이하에 칩으로서 설명됨)를 포함하는 프린트 모듈 조립체(80)가 각각 분해도와 결합도로 도시되어 있다. 그 도시된 바와 같은 전형적인 칩 조립체(81)상에는 7680개 노즐이 있고, 이들 노즐은 인치(Inch)당 1600개 도트의 해상도로 인쇄할 수 있도록 이격되어 있다. 상기 칩(81)은 또한 6개의 다른 색상 또는 종류의 잉크(11)를 분사하도록 구성되어 있다.

플렉시블 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board; PCB, 82)은 상기 칩에 전력과 데이터 양쪽을 공급하기 위하여 상기 칩(81)에 전기적으로 접속되어 있다. 상기 칩(81)은, 스테인레스 스틸 상부층 시트(Sheet, 83)에 에칭된 홀 84의 어레이 위에 배치되기 위하여 상기 시트(83) 위에 접합되어 있다. 상기 칩(81) 자체는 실리콘으로 된 하부층(85)에 잉크채널(Ink Channel)들을 갖는 실리콘으로 된 다층 적층체(Stack)이며, 이 채널들은 상기 홀 84와 정합되어 있다.

상기 칩(81)은 대략 1mm의 폭과 21mm의 길이를 갖는다. 이 길이는 상기 칩(81)을 제조하는데 사용되는 스테퍼(Stepper)의 필드(Field) 폭에 의해 결정된다. 상기 시트(83)는, 도 58에 도시된 바와 같이, 상기 시트의 하부측에 에칭되는 채널(86, 일부만이 점선으로 상세하게 도시되어 있음)들을 갖는다. 상기 채널(86)은, 도시된 바와 같이 그 단부가 중간층(88)에 홀 87과 정합되도록 연장되어 있다. 상기 채널 86 중의 다른 하나는 상기 홀 87의 다른 하나와 정합된다. 상기 홀(87)은, 또한, 하부층(90)의 채널 89와 정합된다. 각각의 채널 89는, '91'로 표시된 최종의 채널을 제외하고는 상이한 각각의 색상을 지닌 잉크를 갖고 있다. 이 최종의 채널 91은, 공기 채널이고 상기 중간층(88)의 다른 홀 92와 정합되며, 또한 상부층 시트(83)의 다른 홀 93과 정합된다. 이들 홀 93은 상부 채널층(96)에 슬롯(Slot, 95)의 안쪽부분(94)과 정합되므로, 이들 안쪽부분은 점선(97)으로 표시된 바와 같이 상기 공기 채널 91과 정합되어서 유체 유동식으로 연통된다.

상기 하부층(90)은, 상기 채널 89와 채널 91쪽으로 개방되는 홀 98을 갖는다. 공기원(Air Source, 도시 생략)으로부터 압축 여과된 공기는 관련된 홀 98를 통하여 채널 91로 들어가고, 그 다음에 각각 중간층(88), 시트(83) 및 상부 채널층(96)의 홀 92와 93 및 슬롯(95)을 통과하며, 그 다음에 '100'으로 밀고 나가서 상기 노즐을 덮는 노즐 가드(Nozzle Guard, 101)를 통하여 칩 조립체(81)의 측면(99)으로 공급되어, 상기 노즐들을 용지먼지로부터 청결하게 유지한다. 다른 색상의 잉크(11, 도시 생략)는 채널 89로 하부층(90)의 홀 98를 통과하고 나서, 각각의 홀 87을 통과하고, 그 다음에 상부층 시트(83)의 하부측의 각각의 채널 86을 따라 그 시트의 각각의 홀 84를 통과하고, 그 다음에 슬롯(95)을 통하여 칩(81)을 통과한다. 주목할 점은, 상기 잉크와 공기가 상기 칩(81)으로 통과되는 상기 하부층(90)상에 단지 7개의 홀(98)(각각의 색상을 갖는 잉크에 대한 1개와 상기 압축된 공기에 대한 1개)만이 있고, 상기 잉크는 상기 칩상에 7680개 노즐측으로 향하여 있다는 것이다.

도 60은, 도 58과 도 59의 프린트헤드 모듈 조립체의 측면도로서 개략적으로 도시되어 있고, 이하에 참고된다. 상기 칩 조립체의 중앙층(102)은 7680개 노즐과 그들과 관련된 구동회로가 배치되는 층이다. 상기 노즐 가드(101)를 구성하는 상기 칩 조립체의 상부층은, 여과된 압축공기가 안내될 수 있도록 하여 상기 노즐 가드 홀(104, 점선으로 개략적으로 도시되어 있음)을 용지먼지로부터 청결하게 유지하도록 한다.

상기 하부층(105)은, 실리콘으로 형성되고 그 안에 에칭된 잉크채널들을 갖는다. 이들 잉크채널은 상기 스테인레스 스틸 상부층 시트(83)의 홀(84)과 정합된다. 상기 시트(83)는, 상술한 바와 같이 상기 하부층(90)으로부터 잉크와 압축공기를 받아들이고 나서, 그 잉크와 공기를 상기 칩(81)으로 향하게 한다. 상기 잉크와, 상기 하부층(90)에 의해 받아들여지고 중간층(88)과 상부층(83)을 거쳐 상기 칩 조립체(81)로 향하는 공기를 한곳으로 모으는 것은, 다수개(7680)의 매우 작은 노즐(3)을, 상기 하부층(90)의 보다 크고 덜 정확한 홀 98과 정합시키는 것이 매우 비실용적이기 때문이다.

플렉스(Flex) PCB(82)는, 칩 조립체(81)의 층(102)상에 위치된 쉬프트 레지스터와 그 밖의 회로(도시 생략)에 접속되어 있다. 상기 칩 조립체(81)는 와이어(Wire, 106)들에 의해 상기 PCB 플렉스 상에 접합되고 나서, 이 와이어는 에폭시(Epoxy, 107)로 밀봉된다. 이러한 밀봉을 행하기 위하여, 댐(Dam, 108)이 제공되어 있다. 이에 의해 에폭시(107)가 상기 댐(108)과 칩 조립체(81) 사이의 공간을 메꾸도록 도포되어 상기 와이어(106)가 상기 에폭시안에 매립된다. 일단 에폭시(107)가 경화되기만 하면, 용지와 먼지에 의한 오염, 및 기계적인 접촉으로부터 상기 와이어 접합구조를 보호한다.

도 62를 참조하면, 상술한 바와 같이, 다른 부품들 중에서 프린트헤드 모듈 조립체(80)를 포함하는 프린트헤드 조립체(19)의 분해도가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 프린트헤드 조립체(19)는, A4 또는 US 레터 타입(Letter Type)의 용지에 적합한 페이지-폭 프린터(Page-Width Printer)용으로 구성되어 있다.

상기 프린트헤드 조립체(19)는, 구부려진 금속판의 형태로 기판 채널(110)상에 접착되는 11개의 프린트헤드 모듈 조립체(80)를 포함한다. 6개의 다른 색상을 갖는 잉크와 압축공기를 상기 칩 조립체(81)에 공급하기 위하여, 참조숫자 '111'로 표시되는 7개의 홀로 이루어지는 일련의 그룹(Group)이 제공되어 있다. 압출성형된 유연성 잉크 호스(Ink Hose, 112)는 상기 채널(110) 안쪽 위치에 접착된다. 주목할 점은, 상기 호스(112)가 그 안에 홀 113을 포함한다는 것이다. 이들 홀(113)은 상기 호스(112)가 채널(110)에 먼저 접속될 때 존재하지 않지만, 상기 호스(111)를 통하여 핫 와이어(Hot Wire) 구조물(도시 생략)을 밀어냄으로써 용융에 의해 그 후에 형성되고, 그리고 나서 상기 홀은 용융되는 위치를 고정하기 위한 가이드로서 작용한다. 상기 홀(113)은, 상기 프린트헤드 조립체(19)가 조립될 때, 각각의 프린트헤드 모듈 조립체(80)의 하부층(90)의 홀 98과 홀 114(채널(110)의 그룹(111)을 구성함)를 거쳐 유체 유동식으로 연통하여 있다.

상기 호스(112)는 그 길이로 연장되는 평행한 채널(115)를 형성한다. 일단부(116)에, 상기 호스(112)가 잉크 용기(도시 생략)에 연결되어 있고, 타단부(117)에 채널 압출성형 캡(Channel Extrusion Cap, 118)이 설치되어 있고, 이 캡은 플러그(Plug)로 작용하고, 이에 의해 상기 호스의 그 단부에 밀착된다.

금속제 상부지지판(119)은 상기 채널(110)과 호스(112)를 지지하여 위치를 지정하고, 이들 구성부에 대한 백 플레이트(Back Plate)로서 작용한다. 상기 채널(110)과 호스(112)는, 또한, 플렉스 인쇄회로를 포함하는 조립체(120)측으로 압력을 가한다. 상기 지지판(119)은, 상기 채널과 그 지지판을 서로에 대하여 위치를 지정하기 위하여, 상기 채널(110)의 아래쪽으로 연장되는 벽(123)에 있는 노치(Notch, 122)를 통하여 연장되는 탭(Tab, 12)을 갖는다.

구리 버스 바(Bus Bar, 125)의 위치를 지정하기 위해 압출성형물(124)이 제공되어 있다. 본 발명에 의한 프린트헤드를 작동시키는데 요구되는 에너지가 공지의 서멀 잉크젯 프린터의 것보다 낮은 크기의 정도이지만, 상기 프린트헤드 어레이에 전체 약 88,000개 노즐(3)이 있고, 이는 대표적인 프린트헤드에서 전형적으로 알려진 노즐 갯수의 대략 160배이다. 본 발명에서의 상기 노즐(3)이 작동중에 연속적인 원칙에 근거하여 작동(즉, 분사)될 수도 있기 때문에, 전체 소비전력은 이러한 공지의 프린트헤드에서의 것보다 높은 크기의 정도일 것이고, 따라서 노즐 당 소비전력이 공지의 프린트헤드에서의 것보다 낮은 그기의 정도이더라도 그 요구되는 전류는 매우 높을 것이다. 상기 버스 바(125)는 이러한 전력요건을 위해 제공하는데 적합하며, 그 버스 바에 납땜된 전력 리드(Power Lead, 126)를 구비한다.

압착가능한 전도성 스트립(Strip, 127)이 상기 프린트헤드 모듈 조립체(80)의 플렉스 PCB(82)의 하부 부분의 상측면에, 도시된 바와 같이, 접점(128)과 접합하기 위해 제공되어 있다. 상기 PCB(82)는 상기 채널(110), 상기 지지판(119), 상기 압출성형물(124) 및 버스 바(126)를 둘러싸서 상기 칩 조립체(81)로부터 상기 스트립(127) 아래의 위치까지 연장되어 있어, 상기 접점(128)이 상기 스트립(127) 아래에 위치되고 상기 스트립과 접촉된다.

각각의 PCB(82)는 양면(Double-Side)이고 도통되는 구조이다. 상기 PCB(82)의 외면상에 위치되는 데이터 접속부(129, 점선으로 개략적으로 도시됨)는 플렉스 PCB(131)상의 접점부(Contact Spot, 130, 그 중 몇개만 개략적으로 도시되어 있음)와 접합되며, 이 접점부는 또한 상기 플렉스 자체의 부분으로 형성되는 엣지 커넥터(Edge Connector, 132)와 데이터 버스를 포함한다. 데이터는 상기 엣지 커낵터(132)를 통하여 PCB(132)로 공급된다.

상기 채널(110)과 함께 상기 프린트헤드 조립체(19)의 부품 모두를 보존할 수 있도록 금속판(133)이 설치되어 있다. 이 점에 있어서, 상기 채널(110)은, 상기 조립체(19)가 함께 구성될 때 상기 금속판(133)의 슬롯(135)을 통하여 연장되고 상기 슬롯을 통하여 이탈되는 것을 방지하도록, 대략 45도를 통하여 비틀려지는 비틀림 탭(Twist Tab, 134)을 포함한다.

요약하면, 도 68과 관련하여 상기 프린트 조립체(19)가 조립된 상태로 도시되어 있다. 잉크 및 압축공기는 '136'으로 표시된 상기 호스(112)를 통하여 공급되고, 전력은 상기 리드(126)를 통하여 공급되며, 데이터는 상기 엣지 커넥터(132)를 통하여 상기 프린트헤드 칩 조립체(81)에 제공된다. 상기 프린트헤드 칩 조립체(81)는 PCB(82)를 포함하는 11개의 프린트헤드 모듈 조립체(80)에 위치된다.

프린터(도시 생략) 내부의 제위치에 상기 프린트헤드 조립체(19)를 장착하기 위해 장착홀(137)이 형성되어 있다. 프린트헤드 조립체(19)의 유효길이는, 간격 138로 표시되어 있고, A4 페이지의 폭(즉, 약 8.5인치)을 조금 넘는다.

도 69를 참조하면, 조립된 프린트헤드(19)의 단면도가 개략적으로 도시되어 있다. 이 도면으로 부터, 칩 조립체(81)를 형성하는 실리콘 적층체의 위치가, 상기 잉크 및 공기 공급용 호스(112)를 통하여 종단면상태로서 명확히 보여질 수 있다. 또한, 명확하게 보여지는 것은, 상기 버스 바(125)와 위에 접촉을 하고, 상기 칩 조립체(81)로부터 연장되는 플렉스 PCB(82)의 하부 부분과 아래에 접촉하는, 압착가능한 스트립(127)의 접합부이다. 상기 금속판(133)의 슬롯(135)을 통하여 연장되는 상기 비틀림 탭(134) 또한, 점선 139로 표시된 바와 같이, 그 비틀려지는 형태를 포함하는 상태로 보여질 수가 있다.

프린터 시스템

도 70을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 의한 프린트헤드 시스템(140)을 예시하는 블럭도가 도시되어 있다.

이 블럭도에 도시된 것은, 프린트헤드(화살표로 표시됨, 141), 상기 프린트헤드에 대한 전력공급부(142), 잉크공급부(143), 및 예컨대 용지(146)의 형태로 인쇄매체상에 '145'로 표시된 바와 같이 잉크를 분사함에 따라 상기 프린트헤드에 공급되는 프린트 데이터(144)이다.

상기 용지(146)를 상기 프린트헤드(141)를 통과하여 운송하기 위해 매체 운송롤러(Media Transport Roller, 147)가 설치되어 있다. 용지(146) 한장을 매체 트레이(Tray, 149)로부터 제거하기 위해 매체 픽업기구(Pick Up Mechanism, 148)가 구성되어 있다.

상기 전력공급부(142)는 프린터 장치에서의 표준형태의 공급원인 DC전압을 제공하기 위한 것이다.

상기 잉크공급부(143)는, 잉크 카트리지(Cartridge, 도시 생략)를 형성하고, 상기 잉크공급부에 대하여 '150'으로 표시된 바와 같이, 남아있는 잉크의 양과 같은 전형적으로 여러종류의 정보를 제공할 수 있다. 이러한 정보는 사용자 인터페이스(User Interface, 152)에 접속되는 시스템 컨트롤러(System Controller, 151)를 경유하여 제공된다. 상기 인터페이스(152)는, 전형적으로 "인쇄" 버튼, "페이지 진행" 버튼, 및 기타 등등의 다수개의 버튼(도시 생략)으로 이루어져 있다. 상기 시스템 컨트롤러(151) 또한 상기 매체 픽업기구를 구동하기 위해 제공되는 모터(Motor, 153)와 상기 매체 운송롤러(147)를 구동하기 위한 모터(154)를 제어한다.

정확한 시간에 인쇄를 행하기 위해, 상기 시스템 컨트롤러(151)가 용지(146) 한장이 상기 프린트헤드(141)를 지나서 이동할 때의 시간을 확인하는 것이 필요하다. 이 시간은, 상기 매체 픽업기구(148)가 용지(146) 한장을 집어올린 후에 경과한 특정시간에 관계될 수가 있다. 그러나, 바람직하게는, 용지 센서(도시 생략)가 제공되며, 이 용지 센서는, 용지(146) 한장이 상기 프린트헤드(141)에 대하여 소정 위치에 도달할 때, 상기 시스템 컨트롤러가 인쇄를 행할 수 있도록 상기 시스템 컨트롤러(151)에 접속되어 있다. 상기 프린트 데이터(144)를 상기 프린트헤드(141)에 제공하는 프린트 데이터 포맷터(Formatter, 155)를 가동함으로써 인쇄가 행해진다. 따라서, 상기 시스템 컨트롤러(151) 또한, 상기 프린트 데이터 포맷터(155)와 상호작용해야 한다는 것을 알 수 있을 것이다.

상기 프린트 데이터(144)는, '156'으로 표시된 바와 같이, 접속된 외부 컴퓨터(도시 생략)로부터 출력되고, USB 접속, ETHERNET 접속, 파이어와이어(Firewire)로도 알려진 IEEE1394 접속, 또는 패럴러(Parallel) 접속 등의 다수의 다른 접속수단중 어느쪽을 통하여 전달될 수가 있다. 데이터 통신 모듈(157)은, 이 데이터를 상기 프린트 데이터 포맷터(155)에 제공하고 제어정보를 상기 시스템 컨트롤러(151)에 제공한다.

이상에서는 본 발명은 특정의 실시형태들과 관련하여 설명되었지만, 당해 기술분야의 숙련자라면, 본 발명이 여러 다른 형태로 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 상기한 실시형태들은 전기적으로 작동되는 히터부재에 관한 것이나, 적당한 경우 비전기적으로 작동되는 히터부재 또한 실시형태들에서 사용될 수도 있다.

Claims

잉크젯 프린트헤드(Ink Jet Printhead)에 있어서,

기판표면을 갖는 기판;

상기 기판표면에 대하여 노즐의 면적밀도가 기판표면의 제곱 cm 당 10,000개 노즐을 초과하도록 상기 기판표면을 통하여 개방되는 노즐개구를 각각 갖는 다수개의 노즐(Nozzle); 및

각각의 노즐에 대응하는 적어도 1개의 각각의 히터부재(Heater Element); 를 포함하며,

각각의 히터부재는 기포형성 액체(Bubble Forming Liquid)와 열 접촉하여 있도록 배치되어 있고,

각각의 히터부재는 상기 기포형성 액체의 적어도 일부를 그 비등점 이상의 온도까지 가열하여 그 액체속에 기체 기포를 형성하고, 이에 의해 그 히터부재에 대응하는 상기 노즐을 통하여 분사가능한 액체의 방울을 분사시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 프린트헤드는, 상기 기포형성 액체를 상기 각각의 히터부재와 열 접촉하는 상태로 지지하고, 각각의 노즐에 인접한 상기 분사가능한 액체를 지지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 프린트헤드는, 페이지상에 인쇄하고 페이지-폭 프린트헤드(Page-Width Printhead)가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 기판표면에 대하여 상기 노즐의 면적밀도는, 기판표면의 제곱 cm 당 20,000개의 노즐을 초과하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 기판표면에 대하여 상기 노즐의 면적밀도는, 기판표면의 제곱 cm 당 40,000개의 노즐을 초과하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 기포형성 액체의 적어도 일부와 열 접촉되도록 하기 위하여, 기포형성 액체의 적어도 일부 위에 매달리는 현수형 빔(Suspended Beam)의 형태로 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 상기 히터부재를 충분히 가열하여 상기 기포형성 액체속에 상기 기포를 형성하고, 이에 의해 상기 방울을 분사시키도록 상기 히터부재에 인가되는데 500 나노주울(nJ) 미만의 작동에너지가 요구되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 프린트헤드는, 상기 기포형성 액체의 공급을 주위온도(Ambient Temperature)에서 받도록 구성되고, 각각의 히터부재는, 상기 기포형성 액체의 일부를 가열하여 상기 방울을 분사시키기 위하여 상기 히터부재에 인가되는데 요구되는 에너지가, 상기 주위온도와 같은 온도에서 상기 비등점까지 상기 방울의 체적과 같은 상기 분사가능한 액체의 체적을 가열하는데 요구되는 에너지보다 작도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 2개의 대향하는 측면을 갖고, 그 히터부재에 의해 형성되는 상기 기체 기포가 그 히터부재의 상기 측면의 양쪽에 형성되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 각각의 히터부재에 의해 형성되는 상기 기포는, 붕괴가능하고 붕괴점을 가지며, 상기 각각의 히터부재는 이렇게 형성된 기포의 붕괴점이 그 히터부재로부터 이격되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 프린트헤드는, 화학증기증착(CVD)에 의해 형성되는 구조물을 포함하며, 상기 노즐은 상기 구조물에 통합되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 프린트헤드는, 10 마이크론 미만의 두께인 구조물을 포함하며, 상기 노즐은 상기 구조물에 통합되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 프린트헤드는, 각각의 노즐에 대응하는 다수개의 노즐챔버(Nozzle Chamber)를 포함하며, 다수개의 상기 히터부재는 각 챔버내에 배치되고, 각 챔버내에 있는 상기 히터부재는 서로 다른 각각의 층상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 원자비율로, 50미만의 원자수를 갖는 적어도 1개의 주기율 원소에 의해 구성되는 90% 이상의 고체물질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 고체물질을 포함하고, 상기 비등점 이상의 온도까지 가열되고, 이에 의해 상기 기포형성 액체의 일부를 상기 비등점 이상의 온도까지 가열하여서 상기 방울을 분사시키도록 그 히터부재의 고체물질의 10 나노그램(Nanogram)미만의 질량으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
제1항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 균일 보호 코팅에 의해 실질적으로 도포되어 있고, 상기 각각의 히터부재의 코팅은 그 코팅이 고르도록 상기 히터부재의 모든 측면에 동시에 실질적으로 적용된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
프린트헤드를 통합한 프린터 시스템에 있어서, 상기 프린트헤드는,

기판표면을 갖는 기판;

상기 기판표면에 대하여 노즐의 면적밀도가 기판표면의 제곱 cm 당 10,000개 노즐을 초과하도록 상기 기판표면을 통하여 개방되는 노즐개구를 각각 갖는 다수개의 노즐(Nozzle); 및

각각의 노즐에 대응하는 적어도 1개의 각각의 히터부재(Heater Element); 를 포함하며,

각각의 히터부재는 기포형성 액체(Bubble Forming Liquid)와 열 접촉하여 있도록 배치되어 있고,

각각의 히터부재는 상기 기포형성 액체의 적어도 일부를 그 비등점 이상의 온도까지 가열하여 그 액체속에 기체 기포를 형성하고, 이에 의해 그 히터부재에 대응하는 상기 노즐을 통하여 분사가능한 액체의 방울을 분사시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 프린터 시스템은, 상기 기포형성 액체를 상기 각각의 히터부재와 열 접촉하는 상태로 지지하고, 각각의 노즐에 인접한 상기 분사가능한 액체를 지지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 프린터 시스템은, 페이지상에 인쇄하고 페이지-폭 프린트헤드(Page-Width Printhead)가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 기판표면에 대하여 상기 노즐의 면적밀도는, 기판표면의 제곱 cm 당 20,000개의 노즐을 초과하는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 기판표면에 대하여 상기 노즐의 면적밀도는, 기판표면의 제곱 cm 당 40,000개의 노즐을 초과하는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 기포형성 액체의 적어도 일부와 열 접촉되도록 하기 위하여 기포형성 액체의 적어도 일부 위에 매달리는 현수형 빔(Suspended Beam)의 형태로 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 상기 히터부재를 충분히 가열하여 상기 기포형성 액체속에 상기 기포를 형성하고, 이에 의해 상기 방울을 분사시키도록 상기 히터부재에 인가되는데 500 나노주울(nJ) 미만의 작동에너지가 요구되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 프린터 시스템은, 상기 기포형성 액체의 공급을 주위온도(Ambient Temperature)에서 받도록 구성되고, 각각의 히터부재는, 상기 기포형성 액체의 일부를 가열하여 상기 방울을 분사시키기 위하여 상기 히터부재에 인가되는데 요구되는 에너지가, 상기 주위온도와 같은 온도에서 상기 비등점까지 상기 방울의 체적과 같은 상기 분사가능한 액체의 체적을 가열하는데 요구되는 에너지보다 작도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 2개의 대향하는 측면을 갖고, 그 히터부재에 의해 형성되는 상기 기체 기포가 그 히터부재의 상기 측면의 양쪽에 형성되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 각각의 히터부재에 의해 형성되는 상기 기포는, 붕괴가능하고 붕괴점을 가지며, 상기 각각의 히터부재는 이렇게 형성된 기포의 붕괴점이 그 히터부재로부터 이격되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 프린터 시스템은, 화학증기증착(CVD)에 의해 형성되는 구조물을 포함하며, 상기 노즐은 상기 구조물에 통합되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 프린터 시스템은, 10 마이크론 미만의 두께인 구조물을 포함하며, 상기 노즐은 상기 구조물에 통합되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 프린터 시스템은, 각각의 노즐에 대응하는 다수개의 노즐챔버(Nozzle Chamber)를 포함하며, 다수개의 상기 히터부재는 각 챔버내에 배치되고, 각 챔버내에 있는 상기 히터부재는 서로 다른 각각의 층상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 원자비율로, 50미만의 원자수를 갖는 적어도 1개의 주기율 원소에 의해 구성되는 90% 이상의 고체물질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 고체물질을 포함하고, 상기 비등점 이상의 온도까지 가열되고, 이에 의해 상기 기포형성 액체의 일부를 상기 비등점 이상의 온도까지 가열하여서 상기 방울을 분사시키도록 그 히터부재의 고체물질의 10 나노그램(Nanogram)미만의 질량으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
제17항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 균일 보호 코팅에 의해 실질적으로 도포되어 있고, 상기 각각의 히터부재의 코팅은 그 코팅이 고르도록 상기 히터부재의 모든 측면에 동시에 실질적으로 적용된 것을 특징으로 하는 프린트헤드를 통합한 프린터 시스템.
분사가능한 액체의 방울을 분사하는 방법에 있어서,

기판표면을 갖는 기판, 상기 기판표면에 대하여 노즐의 면적밀도가 기판표면의 제곱 cm 당 10,000개 노즐을 초과하도록 상기 기판표면을 통하여 개방되는 노즐개구를 각각 갖는 다수개의 노즐(Nozzle), 및 각각의 노즐에 대응하는 적어도 1개의 각각의 히터부재(Heater Element)를 포함하는 프린트헤드를 제공하는 단계;

노즐에 대응하는 적어도 1개의 히터부재를 가열하여 상기 적어도 1개의 가열된 히터부재와 열 접촉하여 있는 기포형성 액체의 적어도 일부를 상기 기포형성 액체의 비등점 이상의 온도까지 가열하는 단계;

상기 가열하는 단계에 의해 상기 기포형성 액체중에 기체 기포를 생성하는 단계; 및

상기 기체 기포를 생성하는 단계에 의해 상기 적어도 1개의 가열된 히터부재에 대응하는 노즐을 통하여 분사가능한 액체의 방울을 분사시키는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린트헤드로부터 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 방법은, 상기 가열단계 이전에, 상기 기포형성 액체를 상기 히터부재와 열 접촉하는 상태로 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 프린트헤드를 제공하는 단계에 있어서, 상기 기판표면에 대하여 상기 노즐의 면적밀도는 기판표면의 제곱 cm 당 20,000개의 노즐을 초과하는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 프린트헤드를 제공하는 단계에 있어서, 상기 기판표면에 대하여 상기 노즐의 면적밀도는 기판표면의 제곱 cm 당 40,000개의 노즐을 초과하는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 현수형 빔(Suspended Beam)의 형태로 있고, 상기 방법은, 상기 적어도 1개의 히터부재를 가열하는 단계 이전에, 상기 히터부재가 상기 기포형성 액체의 적어도 일부 위에 배치되어 상기 기포형성 액체의 적어도 일부와 열 접촉하여 있도록 상기 기포형성 액체를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 적어도 1개의 히터부재를 가열하는 단계는, 각각의 이러한 히터부재에 500 나노주울(nJ) 미만의 작동에너지를 인가하는 단계에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 적어도 1개의 히터부재를 가열하는 단계 이전에, 상기 프린트헤드에 대하여 상기 기포형성 액체의 공급을 주위온도(Ambient Temperature)에서 받는 단계를 포함하고, 상기 가열단계는 각각의 이러한 히터부재에 열 에너지를 인가함으로써 실행되며, 상기 인가된 열 에너지는 상기 주위온도와 같은 온도에서 상기 비등점까지 상기 방울의 체적과 같은 상기 분사가능한 액체의 체적을 가열하는데 요구되는 에너지보다 작은 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 각각의 히터부재는, 2개의 대향하는 측면을 갖고, 상기 기체 기포를 생성하는 단계에 있어서, 상기 기포는 각각의 가열된 히터부재의 상기 측면의 양쪽에 생성되는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 기체 기포를 생성하는 단계에 있어서, 상기 생성된 기포는 붕괴가능하고 붕괴점을 가지며, 그 붕괴점이 상기 적어도 1개의 히터부재로부터 이격되도록 생성되는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 프린트헤드를 제공하는 단계는, 화학증기증착(CVD)에 의한 구조물을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 구조물은 노즐을 통합하고 있는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 프린트헤드를 제공하는 단계에 있어서, 상기 프린트헤드는 10 마이크론 두께 미만이고 상기 노즐을 통합하고 있는 구조물을 갖는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 프린트헤드는, 각각의 노즐에 대응하는 다수개의 노즐챔버(Nozzle Chamber)를 포함하며, 상기 프린트헤드를 제공하는 단계는, 다수개의 상기 히터부재를 각 챔버내에 형성하는 단계를 더 포함하여서, 각 챔버내에 있는 상기 히터부재가 서로 다른 각각의 층상에 형성되는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 프린트헤드를 제공하는 단계에 있어서, 상기 각각의 히터부재는, 원자비율로, 50미만의 원자수를 갖는 적어도 1개의 주기율 원소에 의해 구성되는 90% 이상의 고체물질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 프린트헤드를 제공하는 단계에 있어서, 상기 각각의 히터부재는 고체물질을 포함하고, 상기 적어도 1개의 히터부재를 가열하는 단계는 상기 비등점 이상의 온도까지 각각의 히터부재의 고체물질의 10 나노그램(Nanogram)미만의 질량을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.
제33항에 있어서,

상기 프린트헤드를 제공하는 단계는, 그 코팅이 고르도록 균일 보호 코팅을 상기 각각의 히터부재의 모든 측면에 동시에 실질적으로 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분사가능한 액체 방울의 분사방법.