KR20080079941A - 잉크젯 헤드 어셈블리 및 이를 이용한 인쇄 방법 - Google Patents

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Abstract

잉크젯 헤드 어셈블리 및 이를 이용한 인쇄 방법이 개시된다. 개시된 잉크젯 헤드 어셈블리는, 자외선을 조사하는 UV 조사장치; 및 상기 UV 조사장치와 함께 이동하면서 잉크젯 방식을 이용하여 잉크를 토출시키는 프린트헤드;를 구비한다.

Description

잉크젯 헤드 어셈블리 및 이를 이용한 인쇄 방법{Inkjet head assembly and printing method using the same}
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리 및 이를 이용한 인쇄 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110... 기판 110a... 기판의 표면
120... 잉크젯 헤드 어셈블리
121... UV 조사장치 122... 잉크젯 프린트헤드
130... 친잉크성 패턴 140... 잉크 액적
160... 인쇄 패턴
본 발명은 잉크젯 프린터의 잉크젯 헤드 어셈블리에 관한 것으로, 상세하게는 인쇄 선폭을 줄일 수 있는 잉크젯 헤드 어셈블리 및 이를 이용한 인쇄 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 프린터는 프린트헤드로부터 잉크의 미소한 액 적(droplet)을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상을 형성하는 장치이다. 여기서, 상기 프린트헤드에는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 열원을 이용하여 잉크에 버블을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 프린트헤드와 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전 구동 방식의 프린트헤드가 있다.
최근에는 이와 같은 잉크젯 방식을 이용한 프린터가 화상형성장치 이외의 다른 산업 분야에도 응용되고 있는데, 그 대표적인 응용 분야로 인쇄기술을 이용하여 전기 배선 이나 박막트랜지스터(TFT)와 같은 전자 소자를 형성하는 인쇄 전자공학(printed electronics) 분야를 들 수 있다. 이러한 인쇄 전자공학 분야에서 잉크젯 프린터는 잉크젯 방식을 이용하여 프린트헤드로부터 메탈 잉크(metal), 전도성 잉크(conductive ink) 등과 같은 기능성 잉크를 기판 상에 토출시킴으로써 전기 배선이나 전자 회로 등을 형성하게 된다. 종래에는 이러한 전기 배선이나 전자 회로의 형성을 위하여 리소그라피(lithography) 공정이 주로 사용되었으나, 이러한 리소그라피 공정은 전자 소자들이 사용되는 패널이 대형화될수록 재료의 낭비가 심해지고, 또한 버려진 재료들로 인하여 환경을 오염시킬 염려가 있다. 따라서, 최근에는 이러한 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 전기 배선이나 전자 회로들을 형성하는 기술들이 활발하게 개발되고 있다.
현재 나와 있는 프린트헤드의 최소 토출량은 대략 1pl 정도가 되는데, 이 정도의 토출량으로는 최소 10㎛ 정도의 인쇄 선폭을 얻을 수 있다. 한편, 회로의 고 집적화를 위해서는 인쇄 선폭을 10㎛ 이하로 줄일 필요가 있다. 그러나, 10㎛ 이하의 인쇄 선폭을 얻기 위해서는 최소 토출량이 1pl 이하인 프린트헤드가 새로 개발되어야 하며, 또한 이러한 프린트헤드가 개발된다 하더라도 잉크의 토출량이 너무 작아서 잉크 토출시 잉크 액적이 대기 중에 날리게 되므로 액적의 직진성이 떨어지게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인쇄 선폭을 줄일 수 있는 잉크젯 헤드 어셈블리 및 이를 이용한 인쇄 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 구현예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리는,
자외선을 조사하는 UV 조사장치; 및
상기 UV 조사장치와 함께 이동하면서 잉크젯 방식을 이용하여 잉크를 토출시키는 프린트헤드;를 구비한다.
여기서, 상기 UV 조사장치는 상기 잉크젯 헤드 어셈블리의 이동방향을 기준으로 상기 프린트헤드보다 전방에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 UV 조사장치는 발잉크성(ink-phobic) 표면을 가지는 기판에 자외선을 조사하여 상기 기판의 표면에 친잉크성 패턴(ink-philic)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 친잉크성 패턴은 10㎛ 이하의 폭을 가질 수 있다.
상기 프린트헤드는 상기 UV 조사장치의 후방에서 상기 UV 조사장치에 의하여 형성된 친잉크성 패턴 위에 잉크를 토출시키는 것이 바람직하다. 상기 프린트헤드에 의하여 토출된 잉크는 상기 친잉크성 패턴 쪽으로 몰림으로써 상기 친잉크성 패턴에 대응하는 인쇄 선폭을 가지는 인쇄 패턴이 형성될 수 있다.
상기 프린트헤드에는 상기 노즐들이 상기 잉크젯 헤드 어셈블리의 이동방향을 따라 하나의 열로 형성되며, 상기 UV 조사장치는 상기 노즐 열에 대응하는 하나의 자외선 빔을 출사할 수 있다. 여기서, 상기 UV 조사장치로는 LD(laser diode) 또는 LED(light emitting diode)가 사용될 수 있다.
그리고, 상기 프린트헤드에는 상기 노즐들이 복수개의 열로 형성되며, 상기 UV 조사장치는 상기 노즐 열들에 대응하는 복수개의 자외선 빔을 출사할 수 있다. d여기서, 상기 UV 조사장치로는 LD 어레이 또는 LED 어레이가 사용될 수 있다.한편, 상기 UV 조사장치로 LED 또는 LED 어레이가 사용되는 경우에는 상기 LED 또는 LED 어레이로부터 출사된 자외선을 집속시키는 적어도 하나의 렌즈가 더 구비될 수 있다.
상기 프린트헤드는 열구동 방식의 프린트헤드 또는 압전구동 방식의 프린트헤드가 될 수 있으며, 상기 UV 조사장치에는 다양한 형상의 친잉크성 패턴을 형성하기 위한 빔 셰이핑(beam shaping)장치가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면,
자외선을 조사하는 UV 조사장치; 및 상기 UV 조사장치와 함께 이동하면서 잉크젯 방식을 이용하여 잉크를 토출시키는 프린트헤드;를 구비하는 잉크젯 헤드 어 셈블리를 이용한 인쇄 방법에 있어서,
발잉크성 표면을 가지는 기판을 준비하는 단계;
상기 UV 조사장치에 의하여 상기 기판에 자외선을 조사하여 상기 기판의 표면에 친잉크성 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 기판의 친잉크성 패턴 위에 상기 프린트헤드에 의하여 잉크를 토출시키는 단계;를 포함하는 인쇄 방법이 개시된다.
상기 기판은 발잉크성 물질로 이루어진 기판 또는 표면에 발잉크성 코팅막이형성된 기판이 될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리(120)는 자외선을 조사하는 UV 조사장치(121)와 잉크젯 방식을 이용하여 잉크를 토출시키는 프린트헤드(122)를 구비한다. 상기 UV 조사장치(121)는 잉크젯 헤드 어셈블리(120)의 이동방향, 즉 인쇄 방향을 기준으로 프린트헤드(122)의 전방에 배치된다. 상기 UV 조사장치(121)는 하나 또는 복수의 자외선 빔을 기판(110) 상에 조사한다. 이러한 UV 조사장치(121)로는 자외선을 출사하는 LD(laser diode) 또는 LED(light emitting diode)가 사용될 수 있으며, 복수의 자외선 빔을 조사하는 경우에는 LD 어레이(laser diode array) 또는 LED 어레이(light emitting diode array)가 사용될 수 있다. 한편, 상기 UV 조사장치(121)로 LED 또는 LED 어레이가 사용되는 경우에는 자외선을 집속시키기 위한 적어도 하나의 렌즈(미도시)가 더 구비될 수 있다. 상기 UV 조사장치(121)는 발잉크성(ink-phobic) 표면(110a)을 가지는 기판(110)에 자외선을 조사함으로써 기판(110)의 표면(110a)에 소정 폭, 예를 들면 10㎛ 이하의 좁은 폭을 가지는 친잉크성(ink-philic) 패턴(130)을 형성할 수 있다. 상기 UV 조사장치(121)에는 친잉크성 패턴(130)을 다양한 형태로 형성하기 위하여 빔 셰이핑(beam shaping) 장치(미도시) 등이 더 구비될 수 있다.
상기 프린트헤드(122)는 상기 UV 조사장치(121)와 결합하여 UV 조사장치(121)와 함께 이동하면서 인쇄 작업을 수행한다. 상기 프린트헤드(122)에는 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐(미도시)이 형성되어 있다. 상기 노즐들은 프린트헤드(122)에 하나의 열로 형성되거나 복수개의 열로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 노즐들이 프린트헤드(122)의 진행방향을 따라 하나의 열로 형성되는 경우에는 이 노즐 열에 대응하는 하나의 자외선 빔을 조사하는 UV 조사장치(121), 예를 들면 LD 또는 LED가 사용될 수 있다. 그리고, 상기 노즐들이 프린트헤드(122)에 복수개의 열로 형성되는 경우에는 이 복수개의 열에 대응하여 복수개의 자외선 빔을 조사하는 UV 조사장치(121), 예를 들면 LD 어레이 또는 LED 어레이가 사용될 수 있다.
상기 프린트헤드(122)에 사용되는 잉크는 기능성 잉크, 예를 들면 메탈 잉 크(metal ink)와 같은 전도성 잉크(conductive ink)가 포함될 수 있다. 상기 프린트헤드(122)는 상기 UV 조사장치(121)의 후방에서 UV 조사장치(121)에 의하여 형성된 친잉크성 패턴(130) 위에 잉크 액적(140)을 토출시키게 된다. 이에 따라, 프린트헤드(122)로부터 기판(110)에 토출된 잉크(150)는 친잉크성 패턴(130) 쪽으로 몰림으로써 친잉크성 패턴(130)의 폭에 대응하는 인쇄 선폭(도 2의 d)을 가지는 인쇄 패턴(도 2의 160)을 형성할 수 있다. 이러한 프린트헤드(122)에는 열원을 이용하여 잉크에 버블을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 프린트헤드 또는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전 구동 방식의 프린트헤드가 포함될 수 있다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 헤드 어셈블리(120)를 이용한 인쇄 방법을 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 먼저 발잉크성 표면(110a)을 가지는 기판(110)을 준비한다. 여기서, 상기 기판(110)으로는 발잉크성 물질로 이루어진 기판 또는 표면에 발잉크성 코팅막이 형성된 유리 기판 등이 사용될 수 있다. 이어서, 상기 기판(110)의 상부에 잉크젯 헤드 어셈블리(120)를 위치시킨 다음, 인쇄 방향을 따라 이동시키면서 인쇄 작업을 수행한다. 여기서, 상기 UV 조사장치(121)는 잉크젯 헤드 어셈블리(120)의 이동방향, 즉 인쇄 방향을 기준으로 프린트헤드(122)의 전방에 배치되어 있다. 이 과정을 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 상기 잉크젯 헤드 어셈블리(120)의 UV 조사장치(121)로부터 발잉크성 표면(110a)을 가지는 기판(110)에 자 외선을 조사하게 되면, 기판(110)의 표면(110a) 중 자외선이 조사된 부분은 발잉크성에서 친잉크성으로 변화함으로써 친잉크성 패턴(130)이 소정 형태로 형성된다. 여기서, 상기 기판(110)의 표면(110a)에 형성되는 친잉크성 패턴(130)은 예를 들면, 10㎛ 이하의 좁은 폭을 가지고 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 잉크젯 헤드 어셈블리(120)가 인쇄 방향으로 이동하면서 상기 프린트헤드(122)가 그 전방에 배치된 UV 조사장치(121)에 의하여 기판(110)의 표면(110a)에 형성된 친잉크성 패턴(130) 위에 잉크 액적(140)을 토출시키게 된다. 이때, 상기 프린트헤드(122)의 각 노즐(미도시)로부터 토출되는 최소 잉크 액적(140)의 양은 대략 10㎛의 인쇄 선폭에 해당하는 1pl 정도가 된다. 따라서, 상기 기판(110)의 표면에 친잉크성 패턴(130)이 예를 들어 10㎛ 이하의 폭으로 형성된다면, 상기 프린트헤드(122)로부터 기판(110)에 토출된 잉크(150)는 상기 친잉크성 패턴(130) 및 그 주위의 발잉크성 표면(110a)을 덮게 된다. 여기서, 이렇게 친잉크성 패턴(130) 및 그 주위의 발잉크성 표면(110a)을 덮은 잉크(150)는 친잉크성 패턴(130) 쪽으로 몰리게 되고, 이에 따라 상기 기판(110)의 표면(110a)에는 도 2에 도시된 바와 같이 친잉크성 패턴(130)에 대응하는 인쇄 패턴(160)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 인쇄 패턴(160)은 친잉크성 패턴(130)의 폭과 동일한 인쇄 선폭(d), 예를 들면 10㎛이하의 좁은 인쇄 선폭을 가지고 형성될 수 있다.
한편, 이상의 실시예에서는 프린트헤드(122)에 노즐들이 잉크젯 헤드 어셈블리(120)의 진행방향을 따라 하나의 열로 형성되고, 이러한 노즐 열에 대응하여 UV 조사장치(121,예를 들면 LD 또는 LED)가 하나의 자외선 빔을 조사하는 경우에 대하 여 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 프린트헤드(122)에 노즐들이 복수개의 열로 형성되고, 이러한 복수개의 노즐 열에 대응하여 UV 조사장치(121,예를 들면, LD 어레이 또는 LED 어레이)가 복수개의 자외선 빔을 조사하는 경우도 얼마든지 적용가능하다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 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 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 UV 조사장치를 이용하여 발잉크성 표면을 가지는 기판에 자외선을 조사함으로써 친잉크성 패턴을 형성하고, 프린트헤드를 이용하여 그 전방에 배치된 UV 조사장치에 의하여 형성된 친잉크성 패턴 위에 잉크를 토출함으로써 상기 친잉크성 패턴에 대응하는 인쇄 패턴을 형성할 수 있다. 이에 따라, 10㎛ 이하의 미세한 인쇄 선폭을 가지는 인쇄 패턴을 얻을 수 있게 되고, 그 결과 회로의 집적도를 크게 증대시킬 수 있다.

Claims (21)

  1. 자외선을 조사하는 UV 조사장치; 및
    상기 UV 조사장치와 함께 이동하면서 잉크젯 방식을 이용하여 잉크를 노즐들을 통하여 토출시키는 프린트헤드;를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 UV 조사장치는 상기 잉크젯 헤드 어셈블리의 이동방향을 기준으로 상기 프린트헤드보다 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 UV 조사장치는 발잉크성(ink-phobic) 표면을 가지는 기판에 자외선을 조사하여 상기 기판의 표면에 친잉크성 패턴(ink-philic)을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 친잉크성 패턴은 10㎛ 이하의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 프린트헤드는 상기 UV 조사장치의 후방에서 상기 UV 조사장치에 의하여 형성된 친잉크성 패턴 위에 잉크를 토출시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프린트헤드에 의하여 토출된 잉크는 상기 친잉크성 패턴 쪽으로 몰림으로써 상기 친잉크성 패턴에 대응하는 인쇄 선폭을 가지는 인쇄 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 프린트헤드에는 상기 노즐들이 상기 잉크젯 헤드 어셈블리의 이동방향을 따라 하나의 열로 형성되며, 상기 UV 조사장치는 상기 노즐 열에 대응하는 하나의 자외선 빔을 출사하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 UV 조사장치로는 LD(laser diode) 또는 LED(light emitting diode)가 사용되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 프린트헤드에는 상기 노즐들이 복수개의 열로 형성되며, 상기 UV 조사장치는 상기 노즐 열들에 대응하는 복수개의 자외선 빔을 출사하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 UV 조사장치로는 LD 어레이 또는 LED 어레이가 사용되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  11. 제 8 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 UV 조사장치로 LED 또는 LED 어레이가 사용되는 경우에는 상기 LED 또는 LED 어레이로부터 출사된 자외선을 집속시키는 적어도 하나의 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 프린트헤드는 열구동 방식의 프린트헤드 또는 압전구동 방식의 프린트헤드인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 UV 조사장치에는 다양한 형상의 친잉크성 패턴을 형성하기 위한 빔 셰이핑(beam shaping)장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드 어셈블리.
  14. 자외선을 조사하는 UV 조사장치; 및 상기 UV 조사장치와 함께 이동하면서 잉크젯 방식을 이용하여 잉크를 노즐들을 통하여 토출시키는 프린트헤드;를 구비하는 잉크젯 헤드 어셈블리를 이용한 인쇄 방법에 있어서,
    발잉크성 표면을 가지는 기판을 준비하는 단계;
    상기 UV 조사장치에 의하여 상기 기판에 자외선을 조사하여 상기 기판의 표면에 친잉크성 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 친잉크성 패턴 위에 상기 프린트헤드에 의하여 잉크를 토출시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판은 발잉크성 물질로 이루어진 기판 또는 표면에 발잉크성 코팅막이형성된 기판인 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 UV 조사장치는 상기 잉크젯 헤드 어셈블리의 이동방향을 기준으로 상기 프린트헤드보다 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 친잉크성 패턴은 10㎛ 이하의 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인 쇄 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 프린트헤드는 상기 UV 조사장치의 후방에서 상기 UV 조사장치에 의하여 형성된 친잉크성 패턴 위에 잉크를 토출시키는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 UV 조사장치는 하나 또는 복수개의 자외선 빔을 기판 상에 조사하고, 상기 프린트헤드에는 상기 노즐들이 상기 자외선 빔의 개수에 대응하여 하나 또는 복수개의 열로 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 프린트헤드에 의하여 토출된 잉크들은 상기 친잉크성 패턴 쪽으로 몰림으로써 상기 친잉크성 패턴에 대응하는 인쇄 선폭을 가지는 인쇄 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 프린트헤드는 열구동 방식 또는 압전구동 방식을 이용하여 잉크를 토출시키는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
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