KR20080050119A - 잉크젯 프린트헤드의 잉크건조방지방법 및 잉크젯 프린터의프린팅 방법 - Google Patents

Abstract

개시된 프린팅방법은, 대기위치에 위치된 잉크젯 프린트 헤드를 인쇄위치로 이동시키면서 잉크를 토출하기 위한 구동력을 제공하는 액츄에이터에 잉크가 토출되지 않을 정도의 보조펄스를 인가하여 노즐 내의 잉크의 매니스커스를 진동시키는 단계와, 잉크젯 프린트 헤드가 인쇄위치에 도달되면 잉크를 토출하는 주펄스를 액츄에이터에 인가하여 인쇄를 수행하는 단계를 포함한다. 이에 의하여 안정적인 잉크토출이 가능하다.

Description

잉크젯 프린트헤드의 잉크건조방지방법 및 잉크젯 프린터의 프린팅 방법{Method preventing ink-dry in inkjet print head and printing mehod of inkjet printer}

도 1은 본 발명에 따른 프린팅 방법이 적용되는 잉크젯 프린터의 일 예를 도시한 사시도.

도 2는 잉크젯 프린트 헤드의 일 예를 도시한 단면도.

도 3은 보조펄스와 주펄스를 도시한 도면.

도 4는 보조펄스에 의한 노즐 부근의 잉크의 거동을 도시한 도면.

도 5a는 보조펄스를 적용하지 않은 경우의 인쇄초기의 인쇄결과를 촬영한 도면.

도 5b는 보조펄스를 적용한 경우의 인쇄초기의 인쇄결과를 촬영한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100......잉크젯 프린트 헤드 101......잉크 리저버

102......가이드부재 103......캐리지

104......피인쇄체 105......캡핑수단

110...기판 111...압력 챔버

113...매니폴드 114...진동판

120...노즐판 122...노즐

123......매니스커스 140...압전 액츄에이터

141...커먼 전극 142...압전막

143...상부 전극 150......펄스인가수단

Pa......보조펄스 Pm......주펄스

Va......보조펄스의 전압 Vm......주펄스의 전압

본 발명은 토출안정성을 확보할 수 있는 잉크젯 프린트 헤드의 잉크건조방지방법 및 잉크젯 프린터의 프린팅 방법에 관한 것이다.

일반적으로 잉크젯 프린터는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 잉크젯 프린터는 잉크를 토출하기 위한 잉크젯 프린트 헤드를 구비한다. 잉크젯 프린트 헤드는 잉크를 토출하는 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트 헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크를 토출시키는 압전 방식의 잉크젯 프린트 헤드이다.

인쇄작업을 수행하지 않고 있는 동안에도 잉크젯 프린트 헤드의 노즐 내에는 잉크가 존재한다. 인쇄를 수행하지 않는 동안에는 노즐 내부의 잉크는 유동되지 않고 정체되어 있다. 따라서, 잉크 중의 용제가 증발되어 노즐 내의 잉크의 점도가 올라간다. 좀 더 장시간 증발이 일어나면 잉크와 외부와의 경계면에 피막이 형성된다. 노즐 내의 잉크의 점도가 올라가거나 잉크와 외부와의 경계면에 피막이 형성되면, 인쇄를 개시한 초기에 잉크가 토출되지 않는 토출불량이 생길 수 있다. 또, 잉크가 토출되더라도 잉크의 토출방향이 왜곡되어 정확한 인쇄위치에 인쇄가 되지 않는 문제가 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 인쇄를 수행하지 않는 동안에 잉크의 건조를 효과적으로 방지할 수 있는 잉크젯 프린트 헤드의 잉크건조방지방법 및, 안정적인 잉크 토출이 가능한 잉크젯 프린터의 프린팅 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 잉크젯 프린터의 프린팅 방법은, 대기위치에 위치된 잉크젯 프린트 헤드를 인쇄위치로 이동시키면서 잉크를 토출하기 위한 구동력을 제공하는 액츄에이터에 잉크가 토출되지 않을 정도의 보조펄스를 인가하여 노즐 내의 잉크의 매니스커스를 진동시키는 단계; 상기 잉크젯 프린트 헤드가 상기 인쇄위치에 도달되면 잉크를 토출하는 주펄스를 상기 액츄에이터에 인가하여 인쇄를 수행하는 단계;를 포함한다.

일 실시예로서, 상기 잉크젯 프린트 헤드를 상기 인쇄위치로 이동시키기 전 에 상기 대기위치에서 잉크를 수회 토출하는 스피팅 동작을 수행할 수 있다.

일 실시예로서, 상기 프린팅 방법은, 상기 잉크젯 헤드가 상기 대기위치에 위치되어 있는 동안에 상기 액츄에이터에 상기 보조펄스를 인가하는 단계;를 더 구비할 수 있다.

일 실시예로서, 인쇄를 수행하지 않는 동안에는 상기 액츄에이터에 상기 보조펄스를 인가할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드의 잉크건조방지방법은, 인쇄를 수행하지 않는 동안에 잉크를 토출하기 위한 구동력을 제공하는 액츄에이터에 잉크가 토출되지 않을 정도의 보조펄스를 인가하여 노즐 내의 잉크의 매니스커스를 진동시킴으로써 상기 노즐 내에 잉크유동을 일으켜 상기 노즐 부근의 잉크가 건조되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 존재할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 프린팅 방법이 채용되는 잉크젯 프린터의 일 예를 도시한 사시도이다. 도 1을 보면, 잉크젯 프린트 헤드(100)는 반도체 제조 공정을 비롯한 여러가지 방법에 의해 칩 형태로 제조된다. 잉크젯 프린트 헤드(100)는 잉크 리저버(101)와 연결된다. 잉크는 잉크 리저버(101)로부터 잉크젯 프린트 헤드(100)로 공급된다. 잉크 리저버(101)는 도시되지 않은 잉크 탱크와 연결되어 잉크를 공급받을 수 있다.

잉크젯 프린트 헤드(100)와 잉크 리저버(101)는 캐리지(103)에 장착된다. 캐리지(103)는 도시되지 않은 구동수단에 의하여 가이드부재(102)를 따라 이동된다. 피인쇄체(104)는 캐리지(103)의 이동방향과 직각방향으로 이동된다.

인쇄를 수행하기 않는 동안에는 잉크젯 프린트 헤드(100)는 인쇄영역을 벗어난 대기위치에 위치된다. 대기위치에 위치된 때에 잉크젯 프린트 헤드(100)는 캡핑수단(105)에 의하여 캡핑될 수 있다.

도 2에는 잉크젯 프린트 헤드(100)의 일 예의 단면도가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 잉크젯 프린트 헤드(100)는 압전방식 잉크젯 프린트 헤드이다. 도 2를 보면, 잉크젯 프린트헤드(100)는 잉크유로가 형성된 기판(110)과, 잉크 토출압력을 제공하기 위한 압전 액츄에이터(140)를 포함한다. 기판(110)에는 압력 챔버(111)와, 압력 챔버(111)에 잉크를 공급하기 위한 매니폴드(113)를 구비한다. 유로형성 기판(110)에는 압력 챔버(111)연통된 노즐(122)이 형성된 노즐 기판(120)이 접합된다. 진동판(114)은 압전 액츄에이터(140)에 의하여 진동되는 것으로서, 본 실시예에서는 압력 챔버(111)의 일벽을 형성한다. 압전 액츄에이터(140)는 진동판(114)을 진동시켜 압력 챔버(111)에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 역할을 한다. 압전 액츄에이터(140)는, 공통 전극의 역할을 하는 커먼 전극(141)과, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막(142)과, 구동 전압이 인가되는 구동 전극(143)을 구비한 다.

기판(110)이 실리콘 웨이퍼로 이루어진 경우에는, 압전 액츄에이터(140)와 기판(110) 사이에는 절연층(미도시)이 마련되는 것이 바람직하다. 절연층은 일 예로서, 기판(110)에 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성되는 실리콘 산화막일 수 있다. 페이스트 상태의 압전물질을 절연층 위에 소정 두께로 도포하고 소결시킴으로써 압전막(142)을 형성할 수 있다. 압전막(142)은 압력 챔버(111)에 대응하는 위치에 형성된다. 압전물질로는 여러가지가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료가 사용될 수 있다.

커먼 전극(141)과 구동 전극(143)은 도전성을 가진 금속 물질로 이루어진다. 커먼 전극(141)과 구동 전극(143)은 하나의 금속층으로 이루어질 수도 있며, Ti 층과 Pt 층의 두 개의 금속층으로 이루어질 수도 있다. 커먼 전극(141)과 구동 전극(143)은 절연층(131)과 압전막(142)의 표면에 Ti와 Pt를 각각 스퍼터링(sputtering)에 의해 소정 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다. 또, 커먼 전극(141)과 구동 전극(143)은 압전막(142) 위에 도전성 금속 물질, 예컨대 Ag-Pd 페이스트를 스크린 프린팅함으로써 형성될 수도 있다. Ag-Pd 페이스트를 스크린 프린팅하여 커먼 전극(141)과 구동 전극(143)을 형성한 경우에는 압전막(142)과 커먼 전극(141) 및 구동 전극(143)을 소정 온도, 예컨대 900 ~ 1,000℃에서 소결시킨다. 그 후에, 압전막(142)에 전계를 가하여 압전특성을 발생시키는 폴링(poling) 공정을 수행한다. 압전막(142)은 절연층 위에 벌크 압전물질을 부착시킴으로써 형성할 수도 있다.

도 1에 도시된 잉크젯 프린터의 구조와 도 2에 도시된 잉크젯 프린트 헤드(100)의 구조에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 2에 도시된 압전방식의 잉크젯 프린트 헤드 대신에 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크를 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트 헤드가 적용될 수도 있다. 이 경우에는 열원(즉, 히터)이 액츄에이터가 된다.

이제, 본 발명에 따른 잉크건조방지방법 및 프린팅 방법을 설명한다.

인쇄를 수행하지 않는 동안에, 잉크젯 프린트 헤드(100)는 대기위치에 위치된다. 이 때에, 장시간 대기하는 경우에는 캡핑수단(105)을 이용하여 노즐(122)을 캡핑하여 노즐(122) 내의 잉크가 외부로 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 물론, 인쇄와 인쇄 사이에 잠시 대기하는 동안에는 캡핑을 하지 않을 수도 있다.

대기 상태에서 노즐(122) 내의 잉크 중의 용제가 증발되면 잉크의 점도가 올라가며, 더욱 진행되면 잉크의 표면에 피막이 생기게 된다. 설령, 캡핑이 된 상태라 하더라도 대기시간이 길어지면 어느 정도의 잉크의 점도의 상승은 불가피하다. 잉크의 건조는 잉크젯 프린트 헤드(100)가 대기위치로부터 인쇄를 위하여 인쇄위치로 이동되는 동안에도 발생될 수 있다. 이 상태에서 인쇄를 수행하게 되면 인쇄초기에는 토출불량이나 토출방향의 왜곡이 생길 수 있다.

도 3에는 보조펄스(Pa)와 주펄스(Pm)가 개시되어 있다. 본 발명에 따른 프린팅 방법은, 대기위치에 위치된 잉크젯 프린트 헤드(100)를 인쇄위치로 이동시키는 동안에 압전 액츄에이터(140)에 보조펄스(Pa)를 인가하고, 잉크젯 프린트 헤 드(100)가 인쇄위치에 도달되면 잉크를 토출하는 주펄스(Pm)를 압전 액츄에이터(140)에 인가하여 인쇄를 수행하는 것을 특징으로 한다.

보조펄스(Pa)는 잉크가 토출되지 않을 정도의 전압(Va)을 가지는 것으로서, 전압(Va)은 잉크를 토출하기 위한 주펄스(Pm)의 전압(Vm)보다 낮다. 도 4에 도시된 바와 같이 노즐(122) 내의 잉크는 매니스커스(124)를 경계로 하여 외부와 접한다. 보조펄스(Pa)가 인가되면 압전막(142)의 변위가 작아서 잉크가 토출되지는 않지만, 매니스커스(124)가 노즐(122) 내에서 화살표시(A)와 같이 진동된다. 그러면, 노즐(122) 내부에서 국부적으로 잉크의 유동이 발생된다. 이에 의하여, 매니스커스(124) 주변의 잉크가 정체되지 않고 매니스커스(124)에는 신선한 잉크가 공급된다. 따라서, 대기위치로부터 인쇄위치로 이동되는 동안에 노즐(122) 주변의 잉크의 건조를 방지하여, 인쇄초기의 토출불량이나 토출방향의 왜곡을 방지할 수 있다.

대기위치에서 인쇄위치로 이동되는 동안에 보조펄스(Pa)를 인가하는 방법은, 대기위치에서 매니스커스(124) 주변의 잉크의 점도가 이미 올라가거나 매니스커스(124)에 피막이 형성된 경우에도 다음과 같은 효과를 볼 수 있다. 매니스커스(124)가 진동되면, 국부적으로 노즐(122)의 내벽(123)에 부착되어 있던 고점도의 잉크 또는 피막이 노즐(122)의 내벽(123)으로부터 이탈되고, 고점도의 잉크 또는 피막과 노즐(122)의 내벽(123) 사이에 신선한 잉크가 공급된다. 따라서, 고점도의 잉크 또는 피막에 의한 인쇄초기의 토출불량이나 토출방향의 왜곡을 방지할 수 있다.

보조펄스(Pa)를 적용하지 않은 경우와 보조펄스(Pa)를 적용한 경우에 인쇄초 기의 인쇄상태를 확인하기 위한 실험예가 도 5a와 도 5b에 도시되어 있다. 도 5a는 인쇄를 수행한 후에 약 110초 동안 대기하고, 보조펄스(Pa)를 인가하지 않고 곧바로 주펄스(Pm)를 인가하여 인쇄를 수행한 후에 인쇄초기의 인쇄상태를 촬영한 것이다. 도 5a를 보면, 잉크가 토출되지 않은 토출불량을 확인할 수 있으며, 잉크의 토출방향의 왜곡을 확인할 수 있다. 토출불량은 인쇄화상의 누락을 의미하며, 특히 칼라인쇄의 경우에는 정확한 색상의 화상을 인쇄하기 어렵게 한다. 또, 토출방향의 왜곡은 정밀한 화상인쇄를 불가능하게 하며, 특히 칼라인쇄의 경우에는 혼색을 유발하여 인쇄품질을 저하시킨다.

도 5b는 인쇄를 수행한 후에 약 520초 동안 대기하고, 보조펄스(Pa)를 인가한 후에 주펄스(Pm)를 인가하여 인쇄를 수행한 후에 인쇄된 결과를 촬영한 것이다. 도 5b를 보면, 대기시간이 더 긴데고 불구하고 인쇄초기부터 토출불량없이 잉크가 정확한 위치에 토출된 것을 확인할 수 있다.

바람직하게는, 대기위치에서 인쇄위치를 향하여 잉크젯 프린트 헤드(100)를 이동시키기 전에 압전 액츄에이터(140)에 주펄스(Pm)를 인가하여 잉크를 수 회 토출하는 스피팅을 수행할 수 있다. 이에 의하여 대기 상태에서의 건조에 의한 고점도의 잉크를 토출한다.

또, 잉크젯 프린트 헤드(100)가 대기위치에 위치된 동안에 압전 액츄에이터(140)에 보조펄스(Pa)를 지속적으로 또는 간헐적으로 인가하여 매니스커스(124)를 진동시킬 수도 있다.

또, 잉크젯 프린트 헤드(100)가 어느 위치에 위치되어 있던지, 인쇄를 수행 하지 않는 동안에는 지속적으로 또는 간헐적으로 압전 액츄에이터(140)에 보조펄스(Pa)를 인가하여 매니스커스(124)를 진동시킬 수도 있다.

상기한 바와 같은 본발명의 잉크 건조방지방법 및 프린팅 방법에 의하면, 잉크의 건조에 의한 토출불량이나 토출방향의 왜곡문제를 해결할 수 있다. 근래에 들어 잉크젯 프린팅 방식은 액정표시장치의 칼라 필터의 제조공정, 유기발광다이오드(OLED)의 발광층의 제조공정, 유기박막트랜지스터(OTFT)의 제조공정에 응용되고 있다. 이러한 제조공정에서는 매우 정밀한 토출이 요구된다. 본 발명에 따른 잉크 건조방지방법 및 프린팅 방법에 의하면, 토출불량없이 잉크가 정확한 위치에 토출할 수 있어, 수율을 향상시킬 수 있으며 고품질의 제조품을 얻을 수 있다. 또, 상술한 제조공정에 사용되는 잉크에는 칼라 필터용 안료, 유기발광물질, 반도체 물질이 포함되는 등 그 다양한 물성을 갖는 잉크가 사용될 수 있다. 특히 제조공정에 따라 건조특성이 다른 잉크가 사용된다. 본 발명에 따른 잉크 건조방지방법 및 프린팅 방법을 적용하면, 다른 건조특성을 갖는 다양한 종류의 잉크를 토출불량이나 토출방향의 왜곡없이 안정적으로 토출할 수 있으므로 잉크젯 프린터를 다양한 제조공정에 응용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 잉크건조방지방법 및 잉크젯 프린터의 프린팅 방법에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 잉크의 건조에 따른 토출불량이나 토출방향의 왜곡을 방지할 수 있어 우수한 인쇄품질을 실현할 수 있다.

둘째, 다른 건조특성을 갖는 다양한 종류의 잉크를 토출불량이나 토출방향의 왜곡없이 안정적으로 토출할 수 있으므로 잉크젯 프린터를 다양한 제조공정에 응용할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 대기위치에 위치된 잉크젯 프린트 헤드를 인쇄위치로 이동시키면서 잉크를 토출하기 위한 구동력을 제공하는 액츄에이터에 잉크가 토출되지 않을 정도의 보조펄스를 인가하여 노즐 내의 잉크의 매니스커스를 진동시키는 단계;

   상기 잉크젯 프린트 헤드가 상기 인쇄위치에 도달되면 잉크를 토출하는 주펄스를 상기 액츄에이터에 인가하여 인쇄를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 프린팅 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 잉크젯 프린트 헤드를 상기 인쇄위치로 이동시키기 전에 상기 대기위치에서 잉크를 수회 토출하는 스피팅 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 프린팅 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 잉크젯 헤드가 상기 대기위치에 위치되어 있는 동안에 상기 액츄에이터에 상기 보조펄스를 인가하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 프린팅 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   인쇄를 수행하지 않는 동안에는 상기 액츄에이터에 상기 보조펄스를 인가하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터의 프린팅 방법.
5. 인쇄를 수행하지 않는 동안에 잉크를 토출하기 위한 구동력을 제공하는 액츄에이터에 잉크가 토출되지 않을 정도의 보조펄스를 인가하여 노즐 내의 잉크의 매니스커스를 진동시킴으로써 상기 노즐 내에 잉크유동을 일으켜 상기 노즐 부근의 잉크가 건조되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트 헤드의 잉크건조방지방법.

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