KR20080102829A - 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법 - Google Patents

잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잉크 젯 헤드를 이용해서 액상재료를 토출하여 피도포물의 액티브 영역과 에지 영역 및 코너에서의 균일한 두께의 막을 형성하는 방법에 관한 것으로서 잉크 젯 장비의 잉크 젯 헤드(Ink-Jet Head)를 이용하여 액상재료를 토출(jetting)하여 피도포물의 액티브 영역(Active Area)과 에지 영역(Edge Area) 및 코너(Corner)에 균일한 두께의 막을 형성하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 막 형성방법에 있어서, 액상재료의 점도(Viscosity) 및 고형분 농도(Solid Content) 등의 재료 특성을 선택하는 용액선택단계; 잉크 젯 헤드에 가장 적합한 액상재료의 파형을 설정하는 파형 설정단계; 피도포물에 도포하고자 하는 잉크의 목표 두께(Target Thickness)를 설정하는 두께 설정단계; 피도포물에 토출된 잉크의 토출 량을 확인하는 토출 량 확인단계; 상기 피도포물의 토출된 잉크에 의해 인쇄된 상태를 확인하는 인쇄 상태 확인단계; 및 토출량 확인단계와 인쇄상태 확인단계에서 얻어진 결과로부터 피도포물에 형성된 막 두께 확인하고 보정하는 막 두께 확인 및 보정단계로 구성된다.
잉크 젯 헤드, 배향막, 액정표시장치, 그레이스케일, 막 두께.

Description

잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법{The Method for making thin thickness uniform by use of Ink-Jet Head}
도1은 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성을 위한 본 발명에 의한 잉크 젯 장비의 구성도이다.
도2는 본 발명에 의한 잉크 젯 장비의 잉크 젯 헤드를 이용하여 균일한 두께의 박막을 형성하는 공정을 보인 흐름도이다.
도3은 피도포물에서의 액티브 영역과 에지 영역 및 코너를 보인 개략도이다.
도4는 잉크 젯 헤드의 하단부를 보인 구조도이다.
도5a 내지 도5d는 노즐 피치를 만들기 위해 노즐을 배열하는 방법을 보인 도면이다.
도6은 그레이스케일을 조정하는 방법을 보인 것으로서,
도6a는 전압이 정해져 하나의 토출 량 밖에 조절하지 못하는 바이너리 모드(Binary Mode)를 보인 도면이다.
도6b는 복수의 잉크 젯 헤드로 다른 액상재료를 사용해서 조절하는 방법을 보인 도면이다.
도6c는 토출되는 잉크 방울의 간격으로 조절하는 방법을 보인 도면이다.
도6d는 정해진 전압으로 같은 위치에 잉크 방울을 여러 번 반복해서 떨어뜨 려 조절하는 방법을 보인 도면이다.
도7은 잉크 젯 헤드의 도트 위치를 나타낸 평면도이다.
도8은 목표 두께 설정을 위한 모형도이다.
도9는 전압과 온도에 따른 토출량 특성 곡선이다.
도10은 그레이스케일(DPD)을 조절하는 방법을 나타내는 평면도이다.
도11a는 그레이스케일 100%(5 DPD)의 도트 위치를 나타내는 평면도이다.
도11b는 그레이스케일 50%(2.5 DPD)의 도트 위치를 나타내는 평면도이다.
도11c는 그레이스케일 94%(4.7 DPD)의 도트 위치를 나타내는 평면도이다.
도11d는 그레이스케일 94%(4.7DPD)의 도트 위치를 나타내는 것으로서 다른 DPD 레벨을 조합해서 새로운 토출 패턴을 형성하는 것을 보인 도면이다.
도12는 그레이스케일(DPD)에 따른 도트 패턴을 보인 도면이다.
도13은 에지 영역의 막 두께를 최소화하기 위한 보정 패턴을 보인 도면이다.
도14a는 코너의 보정 패턴 적용 전의 상태이고, 도14b는 코너의 보정 패턴 적용 후의 상태를 보인 도면이다.
도15는 도포 후의 막 두께의 수직 단면도이다.
도16은 그레이스케일(DPD)을 조절한 후 액티브 영역의 결과를 보인 도면이다.
도17a는 그레이스케일(DPD)의 조절 및 보정 전의 에지 영역의 결과를 보인 도면이다.
도17b는 그레이스케일(DPD)의 조절 및 보정 후의 에지 영역의 결과를 보인 도면이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 토출 용액 2, 41 : 잉크 젯 헤드
3 : 용액 탱크 4 : 토출 상태 확인용 유닛
5 : 토출 상태 확인용 유닛 제어부 6 : 잉크 젯 헤드 제어부
7 : 용액 공급부 8 : 헤드 온도 조절부
9 : 진공부 10 : 전압 조절부
11 : 토출량 확인부 12 : 토출 제어부
13 : 이동 제어부 14 : 메인 컴퓨터
31 : 액티브 영역 32 : 에지 영역
33 : 코너 42, 43 : 줄
44 : 블록 45 : 노즐 피치
본 발명은 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 잉크 젯 장비의 잉크 젯 헤드(Ink-Jet Head)를 이용하여 액상재료를 토출(jetting)하여 피도포물의 액티브 영역(Active Area)과 에지 영역(Edge Area) 및 코너(Corner)에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있도록 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법에 관한 것이다.
최근 들어, 잉크 젯(Ink Jet) 방식을 이용해서 회로기판(Substrate)이나 웨이퍼(Wafer), 필름(Film), 종이(Paper) 등의 피도포물에 액상재료를 토출하여 박막을 형성하는 방법 및 장치가 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode), 바이오(Bio) 분야, 인쇄분야에서 널리 사용되고 있다.
일반적으로 액정표시장치나 반도체 장비의 제조공정에 있어서 글라스(Glass) 기판이나 반도체 웨이퍼, 플랙시블(Flexible)한 필름 등에 회로 패턴(Pattern)을 형성하기 위한 방식으로는 옵셋(Off-Set) 방식이나 리소그래피(Lithography), 스크린 프린팅(Screen Printing) 등의 성막 공정(Process) 방식이 있다. 특히 포토마스크(Photomask)를 사용하지 않고 패턴을 형성하는 방법으로는 잉크 젯 방식이 각광받고 있다.
이 공정에서는 기판이나 웨이퍼, 필름 등에 포토레지스트(Photoresist), 배향막, 전도성 잉크 등의 기능성 박막이 형성된다.
이 경우에는 잉크 젯 방식의 잉크 젯 헤드의 구조 및 성능과 헤드를 이용해서 다양한 그레이스케일(Grayscale) 방식의 토출방법 및 노즐(Nozzle)에 대한 성능 및 검사 방법이 가장 중요시되고 있다.
상기한 바와 같이 잉크 젯 방식으로 기능성 박막을 형성하기 위한 본 발명은 미세 피치(Pitch)의 잉크 젯 헤드를 이용하여 그레이스케일 방식으로 액상재료를 분사 도포해서 박막을 형성할 경우 액티브 영역과 에지 영역 및 코너 등에 원하는 두께의 박막을 균일하게 형성할 수 있도록 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두 께의 막 형성방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 막 형성방법은, 잉크 젯 장비의 잉크 젯 헤드(Ink-Jet Head)를 이용하여 액상재료를 토출(jetting)하여 피도포물의 액티브 영역(Active Area)과 에지 영역(Edge Area) 및 코너(Corner)에 균일한 두께의 막을 형성하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 막 형성방법에 있어서, 액상재료의 점도(Viscosity) 및 고형분 농도(Solid Content) 등의 재료 특성을 선택하는 용액선택단계; 상기 잉크 젯 헤드에 가장 적합한 액상재료의 파형을 설정하는 파형 설정단계; 상기 피도포물에 도포하고자 하는 잉크의 목표 두께(Target Thickness)를 설정하는 두께 설정단계; 상기 피도포물에 토출된 잉크의 토출 량을 확인하는 토출 량 확인단계; 상기 피도포물의 토출된 잉크에 의해 인쇄된 상태를 확인하는 인쇄 상태 확인단계; 및 상기 토출량 확인단계와 상기 인쇄상태 확인단계에서 얻어진 결과로부터 피도포물에 형성된 막 두께 확인하고 보정하는 막 두께 확인 및 보정단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 파형 설정단계에서는 전압에 따른 토출 량(Drop Volume)과 토출 속도(Velocity), 잉크 방울(Droplet)의 형상 및 온도에 따른 파형을 설정 및 보정하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 잉크 젯 헤드에 의한 연속적인 토출 시 발생하는 온도에 의한 온도편차로 토출 량이 변하게 되어 원하는 영역에서의 막 두께 편차가 발생되는 것을 방지하기 위해 잉크 젯 헤드에 온도 유지 및 조절기능이 구비되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 잉크 젯 헤드의 온도를 액상재료의 특성이 변하지 않는 온도 범위에서 가변 조정할 수 있는 온도 유지 및 조절기능이 구비되어 온도 변화에 따른 파형을 보정하여 액상재료의 점도를 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 두께 설정단계에서는 잉크 젯 헤드에 의한 도포, 프리 베이킹(Pre-baking) 그리고 메인 쿠어(Main Cure) 후의 목표 두께에 따라 토출하려는 잉크 젯 헤드의 온도, 온도에 따른 파형(WaveForm), DPI(Dot Per Inch), 토출 속도, DPD 레벨(Dot Per Drop level)을 설정하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 토출 량 확인단계는, 잉크 젯 헤드 전체의 전압에 따른 토출 량을 확인하는 단계와, 잉크 젯 헤드의 하나의 줄 부분과 다른 하나의 줄 부분의 전압을 미세 조정한 후 토출 량을 확인하는 단계 및 잉크 젯 헤드의 하나의 줄 부분과 다른 하나의 줄 부분을 여러 개의 블록으로 나누어서 전압을 미세 조정한 후 토출 량을 확인하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 인쇄 상태 확인단계에서, LCD 분야의 배향막(Polyimide) 공정일 때 DPD 레벨의 미세 조정을 위해 잉크 젯 헤드의 노즐 구경이 10㎛∼50㎛이고, 노즐 피치가 50㎛∼100 ㎛인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 노즐 피치를 50㎛∼100㎛로 만들기 위해, 잉크 젯 헤드에 노즐을 일직선으로 배열하는 방법과 잉크 젯 헤드에 노즐을 2열로 배열 하는 방법, 잉크 젯 헤드의 2개의 줄에 일직선으로 배열된 노즐들을 미세 조정(Align)해서 배열하는 방법 및 잉크 젯 헤드의 2개의 줄에 3열로 배열된 노즐들을 미세 조정해서 배열하는 방법 중 하나의 방법을 이용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 인쇄 상태 확인단계에서, 피도포물의 인쇄영역을 액티브 영역과 에지 영역 및 코너로 나누어서 인쇄 품질을 확인하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 인쇄 상태 확인단계에서는 상기 피도포물의 액티브 영역에서의 DPD 레벨의 조절 및 토출 패턴(Jetting Pattern)을 만들어 토출량을 보정하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 인쇄 상태 확인단계에서는 DPD 레벨 조절에 의한 그레이스케일(Grayscale) 방법 및 미세한 노즐 피치에 의해서 잉크 젯 헤드의 노즐을 여러 개의 블록으로 묶어서 미세 그레이스케일이 가능하도록 조정하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 인쇄 상태 확인단계에서는 피도포물의 에지 영역에서 DPD 레벨을 이용하여 에지 영역을 보정하는 패턴을 가지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 인쇄 상태 확인단계에서는 피도포물의 코너에서의 피도포물의 표면 상태에 따라 피도포물의 에지 영역을 보정하는 패턴을 가지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 막 두께 확인 및 보정단계에서 측정된 막 두께 와 목표 두께를 비교해서 잉크 젯 헤드의 전압과 DPD 레벨을 자동 조정한 후 인쇄 상태를 확인하는 단계를 반복해서 수행하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
도1은 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성을 위한 본 발명에 의한 잉크 젯 장비를 보인 것으로서, 컴퓨터(14)는 잉크 젯 헤드(2)의 이동을 제어하고 잉크 젯 헤드의 잉크 토출을 제어하는 잉크 젯 헤드(2)의 이동 제어부(13)와 잉크 젯 헤드(2)의 토출 제어부(12)를 제어한다.
상기 잉크 젯 헤드(2)의 이동 제어부(13)에서는 잉크 젯 헤드(2)의 토출 속도(Jetting Speed) 및 위치(Position)를 제어하고, 잉크 젯 헤드(2)의 토출 제어부(12)는 액상재료 즉, 잉크를 공급하기 위한 용액 공급부(7)와 잉크 젯 헤더의 온도 즉, 토출되는 액상재료의 토출온도를 조절하기 위한 헤드 온도 조절부(8), 진공형성을 위한 진공부(9), 노즐로부터의 잉크 토출 량 제어를 위해 잉크 젯 헤드에 공급되는 전압을 조절하기 위한 전압 조절부(10), 토출 량을 확인하기 위한 토출 량(Drop Volume) 확인부(11) 등의 구동을 제어한다.
토출 상태 확인용 유닛(4)에 의해 잉크 젯 헤드(2)로부터의 토출 용액(1) 토출 결과를 확인한 제어부(4)가 잉크 젯 헤드(2)로부터의 토출 용액(1) 토출 결과를 잉크 젯 헤드(2)의 토출 제어부(12)에 전송하므로 토출 제어부(12)는 목표 두께(Target Thickness)를 자동으로 맞추기 위해 그 결과를 토출 량 확인부(11)의 출력 값과 비교한 후 그 비교 값에 따라 전압 조절부(10)의 전압 값을 조절하여 잉크 젯 헤드(2)로부터의 토출 용액(1) 토출 량을 조절한다.
도2는 본 발명에 의한 잉크 젯 장비의 잉크 젯 헤드를 이용하여 균일한 두께의 박막을 형성하는 공정을 보인 것으로서, 잉크 젯 장비의 잉크 젯 헤드(Ink-Jet Head)를 이용하여 액상재료를 토출(jetting)하여 피도포물의 액티브 영역(Active Area)과 에지 영역(Edge Area) 및 코너(Corner)에 균일한 두께의 막을 형성하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 막 형성방법에 있어서, 액상재료의 점도(Viscosity) 및 고형분 농도(Solid Content) 등의 재료 특성을 선택하는 용액선택단계; 상기 잉크 젯 헤드에 가장 적합한 액상재료의 파형을 설정하는 파형 설정단계; 상기 피도포물에 도포하고자 하는 잉크의 목표 두께(Target Thickness)를 설정하는 두께 설정단계; 상기 피도포물에 토출된 잉크의 토출 량을 확인하는 토출 량 확인단계; 상기 피도포물의 토출된 잉크에 의해 인쇄된 상태를 확인하는 인쇄 상태 확인단계; 및 상기 토출량 확인단계와 상기 인쇄상태 확인단계에서 얻어진 결과로부터 피도포물에 형성된 막 두께 확인하고 및 보정하는 막 두께 확인 및 보정단계;로 이루어진다.
도3은 잉크 젯 장비의 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막을 형성하기 위한 대상이 되는 피도포물의 일 예를 나타낸 것으로서, 피도포물은 액티브 영역(31)과 에지 영역(32) 및 코너(33)를 갖는다.
도4는 잉크 젯 헤드(41)의 하단부를 보인 것으로서 잉크 젯 헤드(41)에는 잉크 젯 헤드(41)에 가장 적합한 액상재료에 맞게 파형(WaveForm)이 설정된다. 여기서, 잉크 젯 헤드(41)에 설정된 파형은 도9에 도시한 바와 같이 온도나 전압의 영향을 받는 것으로서 잉크가 분사되는 노즐에 압전판이 있어 전기적인 진동이나 기 타 물리적 충격을 주어 잉크를 토출할 때 압전판을 밀고당기는 일련의 절차가 한 단계가 아닌 여러 단계에 의해 이루어지는데, 이는 액상재료에 맞게 액상재료를 원활하게 토출하기 위해 단계를 표시하는 파형이다. 즉, 시간에 따라 전압을 어떻게 조절하느냐에 따라 액상재료의 토출 량이 결정된다. 물론, 액상재료의 토출 량은 온도에 따라 변하기도 한다.
위와 같이 전압에 의해 노즐로부터 토출되는 액상재료의 토출 량을 조절하는 방식을 마이크로 피에조(Micro Piezo)방식이라고 하는데, 이는 전기와 물리적 현상에 따른 압전효과를 일컫는다. 이는 액상재료가 분사되는 노즐에 압전판이 있어 전기적 진동이나 기타 물리적 충격(본 발명의 전압과 같은 역할을 한다)을 주어서 액상재료를 토출하는 방식으로서 밀고당기고 하는 방식의 힘에 따라 토출되는 액상재료의 토출 량이 달라진다.
잉크 젯 헤드(41)를 이용한 목표 두께 설정을 위한 노즐 피치(np, nozzle pitch), 토출 피치(dp, drop pitch), 토출 량(dv, drop volume)은 도8에서와 같이 잉크 젯 장비에서 설정하는 파라미터(Parameter)이고, 고형분 농도(Solid Content), 점도(Viscosity), 파형은 사용하는 액상재료의 특성에서 설정하는 파라미터이다.
잉크 젯 헤드(41)를 이용해서 액상재료를 토출할 때 액상재료의 고형분 농도(Solid Content)과 점도(Viscosity)에 영향을 받는다. 점도가 높을 경우 잉크 젯 헤드(41)를 이용해서 토출할 수 없게 된다. 이럴 경우 잉크 젯 헤드(41)의 온도를 액상재료의 특성이 변하지 않는 범위에서 가온해서 점도를 낮게 해서 토출할 수 있 도록 하는 기능을 가진다. 물론, 이를 위해 잉크 젯 헤드(41)에는 온도조절을 위해 히터와 같은 온도 조절수단이 구비되어야 함은 당연하다.
상기 목표 두께(T)는 아래의 수학식1과 같이 설정할 수 있다.
Figure 112007037572511-PAT00001
여기서, T : 목표 두께(Target Thickness)
픽셀 피치 영역(Area of Pixel Pitch) = dp ㅧ np
dp : 토출 피치(drop pitch)
np : 노즐 피치(nozzle pitch)
dv : 토출 량(drop volume)
S.C : 고형분 농도(Solid Content)
도7에서와 같이 잉크 젯 헤드(41)의 노즐(N1∼N10) 간의 간격이 노즐 피치(np)이고, 노즐 피치(np1, np2~,np9)는 동일하다. 즉, 노즐 피치는 기계적 구조에 의한 것으로 고정적인 파라미터가 된다. 따라서 잉크 젯 헤드(41)를 바꾸지 않는 한 노즐 피치는 변하지 않는 파라미터가 된다.
본 발명에 의해 최대효과를 얻기 위해서는 도4의 잉크 젯 헤드(41)의 노즐 구경이 10㎛∼50 ㎛이고, 노즐 피치(45)가 50 ㎛∼100 ㎛인 것이 바람직하다.
여기서, 노즐 피치(45)가 50 ㎛∼100 ㎛를 갖도록 잉크 젯 헤드(41)에 노즐 을 배치하는 방법은 도5a에서와 같이 노즐을 잉크 젯 헤드(41)의 일직선상에 배열하는 방법과 도5b에서와 같이 노즐을 잉크 젯 헤드(41)에 2열로 배열하는 방법, 도5c에서와 같이 일직선으로 배열된 2세트의 노즐을 맞붙은 잉크 젯 헤드의 줄(42)(43)에 미세 얼라인(Align)해서 배열하는 방법 및 도5d에서와 같이 노즐을 잉크 젯 헤드의 줄(42)(43)에 도5b에서와 같이 각각 3열로 배열함과 동시에 각 잉크 젯 헤드의 줄(42)(43)의 노즐을 도5c에서와 같이 미세 얼라인해서 배열하는 방법 등이 있다.
도7에서 토출 피치(dp)는 피도포물에 토출되는 잉크 방울(Droplet)의 간격을 일컫는다. 이 토출 피치(dp)는 잉크 젯 헤드(41)의 토출 타이밍으로 결정되는 파라미터로서 일정한 간격으로 잉크 방울을 떨어뜨리고 DPD 레벨(Dot Per Drop Level) 설정에 따라 동일한 위치에 잉크 방울을 떨어뜨리는 회수에 의해 조절된다.
상기 토출 피치(dp) 파라미터는 파형, 온도, DPD, 전압 등의 조건이 같을 경우, DPI(Drop per Inch) 개념을 도입하여 아래와 같이 막 두께 보상 및 관리하면 용이하다. 즉, 아래와 같이 몇몇의 DPI에서의 막 두께를 확인한 후 목표 두께를 변경하고자 할 때는 수학식2로 원하고자 하는 DPI를 구한다.
90 DPI = 1,260 Å
113 DPI = 1,000 Å
Figure 112007037572511-PAT00002
예) 다른 파라미터가 동일한 조건에서 목표 두께를 800 Å으로 설정하면 위의 공식에서 DPI, 130.69가 얻어진다.
액상재료의 고형분 농도(S.C)(Solid Content)는 액상재료 중의 고형분의 비율을 나타내는 것으로서 프리 베이킹과 메인 쿠어(Pre- Baking & Main Cure) 후 막으로 남는 고형분의 농도를 나타낸다. 이러한 고형분 농도(S.C)는 액상재료의 고유 특성으로 기존기술로는 메인 탱크(Main Tank)에 충전 후에 변경하기 어렵다.
하지만, 본 발명은 잉크 젯 헤드의 온도를 액상재료의 성질에 영향이 없는 범위에서 온도 가변 조정기능이 있다. 다만, 고형분 농도가 높을 경우, 헤드 노즐이 막히고 토출에 문제가 있다.
이럴 경우 온도를 높이면 점도가 낮아지므로 헤드 노즐 막힘이 해결되어 토출이 가능하다.
또한 토출 량(dv1∼dv10)은 파형에 따른 전압으로 조절한다.
즉, 잉크 젯 헤드(41)의 토출 량(dv1∼dv10)은 잉크 젯 헤드(41)의 전체 전압을 조절한 후 잉크 젯 헤드의 줄(42)과 줄(43)의 전압을 미세 조절하여 조절한다. 잉크 젯 헤드의 줄(42)과 잉크 젯 헤드의 줄(43)의 블록(44)을 여러 개로 나누어서 전압을 조절하여 토출 량(dv1∼dv10)을 초미세 조절한다.
도9에서와 같이 전압 온도에 따라 토출 량 차이가 발생한다. 일정한 토출 량을 맞추기 위해 파형이 중요한 역할을 한다. 또한 온도에 따라 파형으로 자동 보정기능을 갖는다.
특히, 잉크 젯 헤드에 의한 연속적인 잉크 토출 시 발생하는 온도에 의한 온 도편차로 토출 량이 변하게 되어 원하는 영역에서의 막 두께 편차가 발생이 되어 이를 해결하기 위해 위에서도 언급한 바와 같이 잉크 젯 헤드는 온도 유지 및 조절기능을 갖는다.
도6에 도시한 바와 같이 막의 목표 두께 및 전체적인 막의 두께를 균일하게 조절하는 방법은 여러 가지 있는데, 이러한 방법을 그레이스케일 조정방법이라고 한다.
상기한 그레이스케일 조정방법으로는 도6a에 도시한 바와 같이 전압이 정해지면 하나의 토출 량 밖에 조절하지 못하는 바이너리 모드(Binary mode)와 도6b에 도시한 바와 같이 복수의 잉크 젯 헤드를 이용한 다른 액상재료를 사용해서 조절하는 방법, 도6c에 도시한 바와 같이 토출 피치(dp) 즉, 토출되는 잉크 방울의 간격으로 조절하는 방법 및 도6d에 도시한 바와 같이 정해진 전압으로 같은 위치에 잉크 방울을 여러 번 반복해서 떨어뜨려 조절하는 방법 등을 예로 들 수 있다.
본 발명에서는 도6a와 도6c 및 도6d에 도시한 그레이스케일 조정방법을 사용하는 것을 예로 설명한다.
도6d와 같이 잉크 젯 헤드의 하나의 노즐에서 토출되는 양을 DPD(Dot per Drop)로 0∼5 단계로 나누어서 조절한다.
도10은 미세 노즐크기와 노즐 피치의 구조를 가진 잉크 젯 헤드(41)에 적용되는 그레이스케일 조절방법을 나타낸다. 이는 도6d에서와 같이 토출 량을 6단계로 조절하고, 더욱 미세하게 조절하기 위해서 노즐을 일정 블록으로 묶어서 각각의 노즐의 토출 량을 조정해서 그레이스케일을 조정하는 방법이다.
그 일 예로 도10과 같이 노즐을 10 개를 하나의 블록으로 묶어서 그레이스케일 100% 즉, DPD 레벨 5와 그레이스케일 80% 즉, DPD 레벨 4를 도10과 같이 배열하면 하나의 블록을 그레이스케일 94% 즉, DPD 레벨 4.7로 DPD 레벨을 소수점 이하로 미세하게 조정을 할 수 있다.
도11a는 그레이스케일 100% 즉, DPD 레벨 5로 전체 노즐을 선택해서 최대의 토출 량으로 토출하는 것을 의미한다. 도11b는 그레이스케일 50% 즉, DPD 레벨 2.5로 전체 노즐이 아닌 50%의 노즐을 선택해서 최대의 토출 량으로 토출하는 것을 의미한다. 도11c는 그레이스케일 94% 즉, DPD 레벨 4.7로 전체의 노즐을 선택해서 다른 DPD 레벨을 적용해서 토출하는 것을 의미한다. 도11d는 그레이스케일 94% 즉, DPD 레벨 4.7을 나타내지만, 다른 DPD 레벨을 조합해서 새로운 토출 패턴을 만들어서 토출하는 것을 의미한다.
도11c의 경우는 DPD 레벨이 다른 노즐의 경우로서 라인 상으로 토출 량의 차이가 있어서 막 두께를 균일하게 하는 데 미세한 영향을 미칠 수 있다. 이 때문에 도11d에서와 같이 지그재그 패턴을 만들어서 영향을 최소화하는 것이 바람직하다. 도12는 위에서 언급한 지그재그 패턴의 여러 예이다. 각각에 피도포물의 표면 상태에 따라 최적화한 지그재그 패턴이 적용될 수 있다.
특히, 도3에서와 같이 피도포물의 표면을 액티브 영역(31)과 에지 영역(32) 그리고 코너(33)로 나누어서 그레이스케일을 적용하는 패턴을 달리할 수 있다.
여기서, 피도포물의 액티브 영역(31)에서는 도12에서와 같이 DPD 레벨을 여러 패턴화하여 적용함으로써 도16에서와 같이 균일한 두께의 막을 얻을 수 있다. 또한 피도포물의 에지 영역(32)에서는 도13에서와 같은 패턴을 적용함으로써 도17b와 같이 에지 부분의 막 두께의 차이를 최소화할 수 있다. 그리고 피도포물의 코너(33)에서는 피도포물의 표면상태에 따라 도14a와 도14b와 같은 패턴을 적용할 수 있다.
따라서 본 발명에 의하면, 미세 피치의 잉크 젯 헤드를 이용해서 피도포물의 액티브 영역과 에지 영역 및 코너에 서로 다른 그레이스케일 및 토출 패턴을 적용해서 균일한 두께의 박막을 형성하는 한편 박막 두께의 차이를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 간편하게 원하는 목표 두께에 대한 조정이 가능하다.

Claims (14)

  1. 잉크 젯 장비의 잉크 젯 헤드(Ink-Jet Head)를 이용하여 액상재료를 토출(jetting)하여 피도포물의 액티브 영역(Active Area)과 에지 영역(Edge Area) 및 코너(Corner)에 균일한 두께의 막을 형성하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 막 형성방법에 있어서,
    액상재료의 점도(Viscosity) 및 고형분 농도(Solid Content) 등의 재료 특성을 선택하는 용액선택단계;
    상기 잉크 젯 헤드에 가장 적합한 액상재료의 파형을 설정하는 파형 설정단계;
    상기 피도포물에 도포하고자 하는 잉크의 목표 두께(Target Thickness)를 설정하는 두께 설정단계;
    상기 피도포물에 토출된 잉크의 토출 량을 확인하는 토출 량 확인단계;
    상기 피도포물의 토출된 잉크에 의해 인쇄된 상태를 확인하는 인쇄 상태 확인단계; 및
    상기 토출량 확인단계와 상기 인쇄상태 확인단계에서 얻어진 결과로부터 피도포물에 형성된 막 두께 확인하고 보정하는 막 두께 확인 및 보정단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파형 설정단계에서는 전압에 따른 토출 량(Drop Volume)과 토출 속도(Velocity), 잉크 방울(Droplet)의 형상 및 온도에 따른 파형을 설정 및 보정하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    잉크 젯 헤드에 의한 연속적인 토출 시 발생하는 온도에 의한 온도편차로 토출 량이 변하게 되어 원하는 영역에서의 막 두께 편차가 발생되는 것을 방지하기 위해 잉크 젯 헤드에 온도 유지 및 조절기능이 구비되는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    잉크 젯 헤드의 온도를 액상재료의 특성이 변하지 않는 온도 범위에서 가변 조정할 수 있는 온도 유지 및 조절기능이 구비되어 온도 변화에 따른 파형을 보정하여 액상재료의 점도를 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 두께 설정단계에서는 잉크 젯 헤드에 의한 도포, 프리 베이킹(Pre-baking) 그리고 메인 쿠어(Main Cure) 후의 목표 두께에 따라 토출하려는 잉크 젯 헤드의 온도, 온도에 따른 파형(WaveForm), DPI(Dot Per Inch), 토출 속도, DPD 레벨(Dot Per Drop level)을 설정하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 토출 량 확인단계는, 잉크 젯 헤드 전체의 전압에 따른 토출 량을 확인하는 단계와, 잉크 젯 헤드의 하나의 줄 부분과 다른 하나의 줄 부분의 전압을 미세 조정한 후 토출 량을 확인하는 단계 및 잉크 젯 헤드의 하나의 줄 부분과 다른 하나의 줄 부분을 여러 개의 블록으로 나누어서 전압을 미세 조정한 후 토출 량을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 상태 확인단계에서, LCD 분야의 배향막(Polyimide) 공정일 때 DPD 레벨의 미세 조정을 위해 잉크 젯 헤드의 노즐 구경이 10 ㎛∼50 ㎛이고, 노즐 피치가 50 ㎛∼100 ㎛인 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 노즐 피치를 50 ㎛∼100 ㎛로 만드기 위해, 잉크 젯 헤드에 노즐을 일 직선으로 배열하는 방법과 잉크 젯 헤드에 노즐을 2열로 배열하는 방법, 잉크 젯 헤드의 2개의 줄에 일직선으로 배열된 노즐들을 미세 조정(Align)해서 배열하는 방법 및 잉크 젯 헤드의 2개의 줄에 3열로 배열된 노즐들을 미세 조정해서 배열하는 방법 중 하나의 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 상태 확인단계에서, 피도포물의 인쇄영역을 액티브 영역과 에지 영역 및 코너로 나누어서 인쇄 품질을 확인하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 박막 형성방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 상태 확인단계에서는 상기 피도포물의 액티브 영역에서의 DPD 레벨의 조절 및 토출 패턴(Jetting Pattern)을 만들어 토출량을 보정하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 막 형성방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 상태 확인단계에서는 DPD 레벨 조절에 의한 그레이스케일(Grayscale) 방법 및 미세한 노즐 피치에 의해서 잉크 젯 헤드의 노즐을 여러 개의 블록으로 묶어서 미세 그레이스케일이 가능하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 막 형성방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 상태 확인단계에서는 피도포물의 에지 영역에서 DPD 레벨을 이용하여 에지 영역을 보정하는 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 막 형성방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 상태 확인단계에서는 피도포물의 코너에서의 피도포물의 표면 상태에 따라 피도포물의 에지 영역을 보정하는 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 막 형성방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 막 두께 확인 및 보정단계에서 측정된 막 두께와 목표 두께를 비교해서 잉크 젯 헤드의 전압과 DPD 레벨을 자동 조정한 후 인쇄 상태를 확인하는 단계를 반복해서 수행하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 헤드를 이용한 균일한 두께의 막 형성방법.
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