KR20080013626A - 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잉크젯 프린터 헤드를 선택적으로 소수성 또는 친수성 특성을 갖도록 코딩함으로써 잉크젯 프린터 헤드의 성능을 향상시키도록 하는 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드 제조방법은, 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면에 친수성(hydrophilic) 물질을 코팅하여 단층막을 형성하는 단계; 상기 헤드 표면에 형성된 친수성 단층막을 연마 과정을 통해 제거하는 단계; 상기 친수성 단층막이 제거된 헤드 표면에 소수성(hydrophobic) 물질을 코팅하여 단층막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면은 선택적으로 친수성 또는 소수성 물질을 코팅하여 단층막을 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
프린터 헤드, 친수성, 소수성
Description
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 잉크젯 프린터 헤드를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 잉크젯 프린터 헤드를 제조하는 공정을 단계적으로 도시한 도면.
본 발명은 잉크젯 프린터 헤드를 선택적으로 소수성 또는 친수성 특성을 갖도록 코딩함으로써 잉크젯 프린터 헤드의 성능을 향상시키도록 하는 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린터 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린터의 잉크 토출 방식으로는 열원을 이용하여 잉크에 버블 (bubble)을 발생시켜 이 힘으로 잉크를 토출시키는 전기-열 변환 방식(electro-thermal transducer, 버블젯 방식)과, 압전체를 이용하여 압전체의 변형으로 인해 생기는 잉크의 체적 변화에 의해 잉크를 토출시키는 전기-기계 변환 방식 (electro-mechanical transducer, 압전 방식)이 있다.
상기와 같이 열이나 기포 또는 압력을 이용한 프린터 헤드를 통해 프린트된 인쇄물의 해상도를 향상시키기 위해서는 노즐(nozzle)의 크기를 줄이고 노즐 사이의 간격은 가늘게 해야 한다.
따라서 정밀 기계 가공으로 제조되는 잉크젯 프린터 헤드는 정밀도와 노즐의 크기를 줄이는데 한계가 있어, 최근에는 미세가공기술 또는 MEMS(micro electro mechanical system)기술을 이용한 잉크젯 프린터 헤드에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 잉크젯 프린터 헤드를 나타내는 단면도이이며, 도 1(b)는 도 1(a)와 잉크의 주입방향과 잉크가 토출되는 방향이 90℃를 이루는 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 1을 참조하면,잉크젯 프린터 헤드는 소정의 형상이 패턴되어 있는 상부기판(101)과, 하부기판(102)이 접합되어 제작된다.
상기 상부기판(101)은 잉크를 주입하기 위한 관홀통(107)과, 잉크를 효율적으로 토출하기 위한 구동부로 사용되는 두께가 적절히 조절된 멤브레인(106)으로 구성되며, 상기 하부기판(102)은 잉크가 토출되는 노즐(108)과 헤드 표면(109)으로 구성된다.
상기 상부기판(101)과 하부기판(102)은 재질에 따라 양극접합(anodic bonding), 실리콘-금 용융 접합(eutectic bonding), 실리콘 직접 접합(silicon direct bonding)등과 같은 다양한 접합 방식이 사용될 수 있다.
또한 상기 상부기판(101)과 하부기판(102)의 접합 후에는 잉크 토출을 위한 구동기로 사용되는 압전체(104)에는 구동에 필요한 전압을 인가하기 위한 상부전극(103) 및 하부전극(105)이 미리 형성되어 있으며, 전극이 형성된 압전체(104)는 상부기판에 접합되어 구성된다.
상기와 같은 공정으로 제작되는 잉크젯 헤드는 일반적으로 잉크가 통과하는 유로(channel), 잉크가 토출되는 노즐(108) 및 헤드 표면(109)은 실리콘이나 유리로 제작되며, 실리콘의 경우 대기에 노출된 후 소정의 시간이 지나면 실리콘 산화막이 형성되어 표면의 성질이 소수성(hydrophobic)에서 친수성(hydrophilic)으로 바뀌게 되며, 유리 기판은 표면 성질이 친수성인 경우가 대부분이다.
일반적으로 잉크가 통과하는 잉크유로의 표면은 친수성(hydrophilic)의 특성을 가지며, 잉크가 토출되는 헤드 표면은 소수성의 특성을 갖는 것이 적합하다.
만약, 헤드표면이 친수성을 갖게 되면 잉크 토출을 방해하는 요인으로 작용하고, 이를 해결하기 위해 헤드표면에 금속 박막을 증착하여 표면 특성으로 소수성으로 바꿔주는 방법은 공정의 단계의 추가로 인해 단가 상승 및 수율 감소를 초래하는 문제점을 발생시킨다.
또한, 인쇄품질의 향상을 위해서 노즐의 크기를 작게 하고 노즐 사이의 간격을 고밀도로 배치하기 때문에, 상기 친수성 및 소수성의 표면 특성을 부여하는 공정을 수행하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 잉크젯 프린터 헤 드의 내부 유로와 헤드 표면을 선택적으로 서로 다른 특성을 갖도록 하여 잉크젯 프린터 헤드의 성능을 향상시키는 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드 제조방법은, 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면에 친수성(hydrophilic) 물질을 코팅하여 단층막을 형성하는 단계; 상기 헤드 표면에 형성된 친수성 단층막을 연마 과정을 통해 제거하는 단계; 상기 친수성 단층막이 제거된 헤드 표면에 소수성(hydrophobic) 물질을 코팅하여 단층막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 친수성 단층막을 형성하기 위해 카르복시(carboxyl) 계열 또는 아미노(amino) 계열의 터미널 그룹 중 어느 하나를 코팅 물질로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 소수성 단층막을 형성하기 위해 메틸(methyl)계열 또는 플루우트(fluorine) 계열의 터미털 그룹 중 어느 하나를 코팅 물질로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면은 선택적으로 친수성 또는 소수성 물질을 코팅할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 프린터 헤드를 형성하는 기판의 종류에 따라 서로 다른 전구체(precursor)를 코팅 물질로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 헤드 표면의 연마는 화학 기계적 연마(CMP)법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 단층막이 형성된 프린터 헤드는 안정화를 위해 소정의 온도와 시간 동안 열 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드는, 선택적으로 친수성(hydrophilic) 또는 소수성(hydrophobic) 물질을 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤더 표면에 코딩하여 서로 다른 단층막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 단층막은 코팅 물질의 디핑을 통해 자기 집합 단층막(self-assembled monolayer)방식 또는 케미컬 그래프팅(chemical grafting)방식으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 잉크젯 프린터 헤드를 제조하는 공정을 단계적으로 도시한 도면이다.
도 2(a)를 참조하면, 잉크젯 프린터 헤드는 상부기판(301)과 하부기판(302)으로 구성되며, 재질에 따라 양극접합(anodic bonding), 실리콘-금 용융 접합(eutectic bonding), 실리콘 직접 접합(silicon direct bonding)등과 같은 다양한 방식으로 접합되며, 상기 하부기판(302)에는 잉크 토출을 위한 노즐(303)과 헤드 표면(304)으로 이루어진다.
본 발명은 잉크가 통과하는 내부 유로와 잉크가 토출되는 헤드 표면의 표면 특성을 각각 선택적으로 코팅하여, 예를 들면 잉크 유로는 친수성 단층막이 형성되도록 하고 헤드 표면은 소수성 단층막이 형성되도록 하여, 상기 잉크 유로와 헤드 표면이 각각 서로 다른 특성을 갖는 단층막으로 형성될 수 있는 방법을 제시한다.
여기서, 상기 표면 개질을 위한 단층막의 코팅은 코팅 물질을 유기 용매에 소정의 농도로 희석시켜 디핑(dipping)하는 방법을 사용하며, 예를 들면, 상기 코팅 물질은 소정의 유기 용매에 1~10mMol 농도로 제조하여 사용한다.
또한 상기 코팅 물질은 프린터 헤드를 형성하는 기판의 종류에 따라 변경되는데, 예를 들면 실리콘(Si), 실리콘 산화막(SiO2) 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진 잉크젯 프린터 헤드인 경우에는 실란(silane)계열의 전구체(precursor)를 코팅 물질로 선택한다.
또한, 금(Au)으로 이루어진 잉크젯 프린터 헤드인 경우에는 설파이드(sulfides), 다이설파이스(disulfides), RSO2H, R3P 중 어느 하나의 전구체를 코팅물질로 선택한다.
또한, 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag) 중 어느 하나 이상의 금속을 포함하여 이루어진 잉크젯 프린터 헤드인 경우에는 싸이올(thiols)계열의 전구체를 코팅 물질로 선택한다.
한편, 잉크젯 프린터 헤드의 내부 유로 또는 헤드 표면의 특성을 친수성 또는 소수성으로 개질하기 위해서는 소정의 터미널 그룹(terminal group)을 코팅 물질로 선택하여야 하며, 예를 들면, 친수성 표면 특성을 얻기 위해서는 카르복시 (carboxyl) 계열 또는 아미노(amino) 계열의 터미널 그룹을 선택하고, 소수성 표면 특성을 얻기 위해서는 메틸(methyl)계열 또는 플루우트(fluorine) 계열의 터미털 그룹을 선택한다.
이후, 상기 단층막을 형성하기 위한 코팅 물질을 유기 용매에 소정의 농도로 희석시켜 잉크젯 프린터 헤드를 디핑(dipping)시키고, 상기 잉크젯 프린터 헤드는 자기 집합 단층막(self-assembled monolayer)방식 또는 케미컬 그래프팅(chemical grafting)방식으로 단층막을 형성한다. 이후, 상기 코팅된 단층막을 건조한 후 100℃ 이하의 온도에서 소정의 시간 동안 열적 안정화 공정을 수행하여 서로 다른 특성을 갖는 단층막이 형성된 잉크젯 프린터 헤드를 완성한다.
따라서, 본 발명은 먼저, 도 2(a)와 같이 잉크젯 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면을 친수성 물질로 코팅하여 단층막을 형성한다.
즉, 상기 전술한 바와 같이, 프린터 헤드를 형성하는 기판의 종류에 따라 그 해당하는 전구체를 선택하고 프린터 헤드가 친수성을 갖도록 하기 위해 소정의 친수성 터미널 그룹을 선택하여, 상기 전구체와 터미널 그룹의 혼합용액에 디핑하는 방법 또는 잉크젯 내부 유로에 코팅 물질을 흘려주는 방법으로 잉크젯 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면에 친수성 단층막이 형성되도록 코팅한다.
이때, 상기 도 2(a)와 같이 친수성으로 코팅된 헤드 표면(304)을 다른 특성을 갖는 단층막이 형성되도록 개질하기 위해서는, 즉 소수성 단층막을 형성할 수 있도록 하기 위해서는 상기 헤드 표면(304)을 연마(polishing)하여 친수성 단층막을 제거한다.
여기서, 상기 연마 과정은 화학 기계적 연마(Chemical mechanical polishing:CMP)법을 활용하여 친수성 단층막을 제거하게 된다.
도 2(b)를 참조하면, 연마 공정을 통해 헤드 표면(304)에 형성되어 있는 기존의 단층막(305)이 제거된 잉크젯 프린터를 도시하고 있으며, 도 2(c)를 참조하면, 기존 친수성 단층막(305)이 제거된 헤드 표면(304)에 소수성 단층막(306)이 형성된 잉크젯 프린터 헤드를 도시하고 있다.
상기 도 2(b)와 같이 헤드 표면(304)에 코팅된 친수성 단층막(305)을 연마 공정(CMP)을 통해 제거함으로써, 기존에 형성된 친수성 단층막이 아닌 소수성 단층막을 헤드 표면에 형성할 수 있도록 하여, 도 2(c)와 같이 잉크젯 프린터 헤드의 내부 유로는 친수성 단층막(305)을 형성하고 헤드 표면(304)은 소수성 단층막(306)을 형성한다.
여기서, 상기 잉크 내부 유로에 친수성 단층막(305)을 형성하려면 카르복시(carboxyl) 계열 또는 아미노(amino) 계열의 터미널 그룹을 사용하고, 상기 헤드 표면에 소수성 단층막(306)을 형성하려면 메틸(methyl)계열 또는 플루우트(fluorine) 계열의 터미털 그룹을 사용한다.
또한, 상기 각 단층막의 형성을 위해 잉크젯 프린터 헤드를 코팅 물질에 디핑(dipping)하는 방법을 사용하므로 복잡한 3차원 구조물의 경우에도 용이하게 표면 개질을 위한 코팅을 수행할 수 있다.
또한, 상기 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면은 선택적으로 친수성 또는 소수성 물질을 코팅할 수 있다. 예를 들면, 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면에 소수성 물질을 먼저 코팅하여 단층막을 형성하고, 이후 프린터 헤드의 내부 유로에 형성된 소수성 물질을 제거하고 상기 내부 유로에 친수성 물질을 코팅하여 단층막을 형성하도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 잉크젯 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면을 친수성 물질을 디핑하여 친수성 단층막을 형성하고(도 2(a)), 상기 헤드 표면의 친수성 단층막을 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 통해 제거한다(도 2(b)).
이후, 상기 친수성 단층막이 제거된 헤드 표면에 소수성 물질을 디핑하여 소수성 단층막을 형성하고(도 2(c)), 100℃ 이하의 온도에서 소정의 시간 동안 열적 안정화 공정을 수행하면, 도 2(c)에 도시된 형태의 잉크젯 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면에 서로 다른 단층막이 형성된 잉크젯 프린터 헤드를 완성할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 선택적으로 잉크젯 프린터 헤드의 내부 유로에는 친수성 단층막을 형성하고, 헤드 표면은 소수성 단층막을 형성할 수 있어 프린트 성능을 향상시킬 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법에 의하면, 선택적으로 잉크젯 프린터 헤드의 내부 유로는 친수성 막을 형성하고, 헤드 표면은 소수성 막을 형성할 수 있어 프린트 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 단층막의 코팅 방법은 코팅 물질에 디핑(dipping)하여 이루어지므로 복잡한 3차원 구조물의 경우에도 용이하게 표면 개질이 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한 반도체 일관 공정이 가능하도록 하여 대량생산이 가능하고 제작비용을 낮추는 효과가 있다.
또한 미세가공기술 또는 MEMS(micro electro mechanical system)기술로 제조되는 잉크젯 프린터 헤드의 내부 유로를 친수성 막으로 형성하고, 헤드 표면을 소수성 막으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
Claims (9)
- 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면에 친수성(hydrophilic) 물질을 코팅하여 단층막을 형성하는 단계;상기 헤드 표면에 형성된 친수성 단층막을 연마 과정을 통해 제거하는 단계;상기 친수성 단층막이 제거된 헤드 표면에 소수성(hydrophobic) 물질을 코팅하여 단층막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 친수성 단층막을 형성하기 위해 카르복시(carboxyl) 계열 또는 아미노(amino) 계열의 터미널 그룹을 코팅 물질로 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 소수성 단층막을 형성하기 위해 메틸(methyl)계열 또는 플루우트(fluorine) 계열의 터미털 그룹을 코팅 물질로 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤드 표면은 선택적으로 친수성 또는 소수성 물질을 코팅할 수 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 프린터 헤드를 형성하는 기판의 종류에 따라 서로 다른 전구체(precursor)를 코팅 물질로 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 헤드 표면의 연마는 화학 기계적 연마(CMP)법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 단층막이 형성된 프린터 헤드는 안정화를 위해 소정의 온도와 시간 동안 열 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드 제조방법.
- 선택적으로 친수성(hydrophilic) 또는 소수성(hydrophobic) 물질을 프린터 헤드의 내부 유로 및 헤더 표면에 코딩하여 서로 다른 단층막을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
- 제 8항에 있어서,상기 단층막은 코팅 물질의 디핑을 통해 자기 집합 단층막(self-assembled monolayer)방식 또는 케미컬 그래프팅(chemical grafting)방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
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| KR1020060075386A KR20080013626A (ko) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법 |
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ID=39341360
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| KR (1) | KR20080013626A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100974948B1 (ko) * | 2008-09-04 | 2010-08-10 | 삼성전기주식회사 | 잉크젯 헤드 제조방법 |
-
2006
- 2006-08-09 KR KR1020060075386A patent/KR20080013626A/ko not_active Application Discontinuation
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