KR20090081921A - 정전기력을 이용한 잉크분사장치, 그 제조방법 및 잉크공급방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정전기력을 이용한 잉크분사장치, 그 제조방법 및 잉크 공급방법에 관한 것으로, 제1기판 상면에 구비되는 노즐과 상기 노즐 내부에 위치하는 하부전극 및, 제1기판 하면에 구비되는 잉크 유입로가 일체로 형성된 하부 전극부; 제2기판의 상면에 형성되는 상부전극 및 제2기판의 하면으로부터 상기 상부전극까지 관통되어 형성된 잉크 토출공을 구비하는 상부 전극부; 및 상기 노즐과 잉크 토출공이 수직으로 정렬되도록 상기 하부 전극부와 상부 전극부를 본딩하는 접착층을 구비하여, 상기 잉크 유입로를 통해 노즐로 공급되는 잉크에 상기 하부전극과 상부전극 사이의 전위차에 의해 발생한 정전기력이 가해질 때 노즐 끝단에 메니스커스가 형성되어, 메니스커스 끝단에서 상부 전극부의 잉크 토출공을 통해 미소 액적 크기의 잉크가 토출되도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 구비함으로써, 잉크분사장치에서의 잉크 선정이 용이하고 정전기력의 집중 효율이 높으며 제조공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
정전기력, 잉크분사, 잉크젯, 프린터헤드
Description
본 발명은 정전기력을 이용한 잉크분사장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 기판을 이용하여 MEMS(microelectro mechanical system) 기술 및 반도체 제조 공정을 적용한 잉크분사장치에 관한 것이다.
종래의 잉크젯 프린트 헤드에 사용되는 잉크분사장치는 잉크가 수용되어 있는 잉크 챔버에 열에 의한 히터의 가열, 피에조(piezo) 소자에 의한 압력 또는 정전기력 등과 같은 물리적인 힘을 가하여 소량의 잉크를 노즐을 통해 외부로 분산시킨다. 이러한 잉크분사장치는 잉크에 물리적인 힘을 가하는 방식에 따라 가열방식, 압전방식, 열압축방식, 및 정전기력방식 등으로 구분된다.
이들 분사장치중, 열압축방식에 의한 잉크분사장치가 도 7에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 종래의 열압축방식에 의한 잉크분사장치는 구동부(20), 멤브레인(30) 및 노즐부(40)로 구성된다.
구동부(20)는 기판(15) 위에 적층되는 산화막(14), 작동유체챔버(27)를 갖는 작동유체베리어(25), 작동유체챔버(27) 내에 개재되는 히터(16), 및 히터(16)에 연결되어 있는 도선(17)을 포함하여 구성된다.
노즐부(40)는 잉크챔버(57)를 갖는 잉크챔버베리어(45), 및 잉크챔버베리어(45)의 상부에 결합되는 노즐플레이트(47)를 포함하여 구성된다. 노즐플레이트(47)의 상면에는 잉크챔버(57) 내의 잉크를 분사하기 위한 노즐공(49)이 형성되어 있다.
멤브레인(30)은 잉크챔버베리어(45)와 작동유체베리어(25) 사이에 개재되어 작동유체챔버(27)와 잉크챔버(57)를 상호 구획한다.
이러한 구성에서, 작동유체챔버(27) 내에는 헵테인 등과 같은 작동유체가 충진되며, 잉크챔버(57) 내에는 도시되지 않은 잉크공급원으로부터 잉크가 지속적으로 공급된다.
도선(17)을 통해 히터(16)에 전류가 공급되면 히터(16)에서는 열이 발생되고, 이 열에 의해 작동유체챔버(27) 내의 작동유체가 가열되어 버블이 발생된다. 이 버블에 의해 작동유체챔버(27) 내부의 압력이 증가되어 멤브레인(30)이 상향만곡되고, 이에 따라 잉크챔버(57)의 내부가 가압되어 노즐공(49)을 통해 잉크가 유출된다.
이러한 상태에서 히터(16)에 전류공급이 중단되면, 버블이 응축되며, 이에 따라 멤브레인(30)이 복원되어 잉크챔버(57) 내의 압력이 하강한다. 이때, 노즐공(49)을 통해 외부로 노출되었던 잉크가 끊어지면서 잉크액적이 잉크챔버(57)의 외부로 토출되게 된다. 이와 같은 방식으로 히터(16)의 가열 작동이 반복적으로 행 해짐에 따라 잉크의 토출작업이 수행되게 된다.
그러나 상기와 같은 종래의 잉크분사장치는 히터의 열에 의해 발생되는 작동유체의 버블을 통해 노즐공에서의 잉크 토출이 가능하게 되므로, 열에 의한 잉크의 색변성이 발생될 우려가 있었다. 또한 히터와 작동유체베리어 및 멤브레인을 형성하기 위한 별도의 제조공정을 필요로 하였으며, 노즐공과 잉크 챔버 등 각 구성부분이 개별적으로 형성되는 구조로 인하여 제조과정 또한 용이하지 않은 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 상부전극과 하부전극 사이의 전위차에 의해 발생하는 정전기력에 의해서 잉크를 분사함으로써, 히터가 필요 없고 내열성 및 열에 의한 색변화가 없는 잉크를 사용할 필요가 없으므로 잉크 선정이 용이한 잉크분사장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 잉크 분사를 위한 노즐을 하부 전극부에 일체화시켜 제작함으로써 제작 공정이 단순하며, 하부 전극부의 노즐 내부에 폴(pole) 형태의 하부 전극을 노즐보다 높게 형성함으로써, 정전기력을 효과적으로 집중시킬 수 있도록 한 정전기력을 이용한 잉크분사장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 잉크 액적의 크기와 토출속도를 자유롭게 조절하여 공급할 수 있는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 잉크 공급방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1기판의 상부에 구비되는 노즐과 상기 노즐 내부에 위치하는 하부전극 및, 제1기판의 하부에 구비되는 잉크 유입로가 일체로 형성된 하부 전극부; 제2기판의 상면에 형성되는 상부전극 및 제2기판의 하면으로부터 상기 상부전극까지 관통되어 형성된 잉크 토출공을 구비하는 상부 전극부; 및 상기 노즐과 잉크 토출공이 수직으로 정렬되도록 상기 하부 전극부와 상부 전극부를 본딩하는 접착층을 구비하며, 상기 잉크 유입로를 통해 노즐로 공급되는 잉크에 상기 하부전극과 상부전극 사이의 전위차에 의해 발생한 정전기력이 가해질 때 노즐 끝단에 메니스커스(meniscus)가 형성되어, 메니스커스 끝단에서 상부 전극부의 잉크 토출공을 통해 미소 액적 크기의 잉크가 토출되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치가 제공된다.
상기 잉크분사장치에 있어서, 하부 전극부의 잉크 유입로와 노즐은 제1기판의 하면에서 상면으로 수직으로 연통되도록 형성되고, 상기 하부전극은 상기 노즐의 내부에 폴형(pole type)으로 형성된다. 또한, 상기 하부 전극부의 노즐은 상기 제1기판 상에 일정한 높이로 노즐공을 구비하는 기둥 형태로 형성되며, 상기 노즐공은 잉크 유입로로부터 노즐 끝단까지 수직으로 관통 형성되도록 이루어진다. 한편, 폴형 하부전극에 정전기력을 집중시키기 위하여, 상기 하부 전극부의 폴형 전극은 노즐의 높이보다 높게 형성되는 것이 바람직하며, 폴형 전극의 끝단을 첨형(尖形)으로 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 잉크분사장치에 있어서 하부 전극부 및 상부 전극부와 연결된 전원 공급부로부터 인가되는 전원을 조절함으로써, 노즐 끝단으로부터 공급되는 잉크 액적의 크기 및 토출속도를 제어하여 잉크를 공급하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 잉크 공급방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (a) 노즐과 상기 노즐 내부의 폴형 하부전극을 제1기판의 상부에, 외부 잉크공급원으로부터의 잉크 유입로를 제1기판의 하부에 일체로 형성하는 하부 전극부 형성단계; (b) 제2기판의 상면에 금속막을 증착하여 상부전극을 형성하고, 제2기판의 하면으로부터 상부전극까지 관통되는 잉크 토출공을 형성하는 상부 전극부 형성단계; 및 (c) 상기 노즐과 잉크 토출공이 수직으로 정렬되도록 하부 전극부와 상부 전극부를 본딩하는 접착층 형성단계를 구비하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 의한 잉크분사장치 및 그 제조방법에 따르면, 정전기력을 발생시키기 위한 상부 전극 및 폴형 하부전극이 반도체 기판 상에 노즐과 일체로 동시에 형성되며, 멤브레인 및 잉크챔버 베리어 등이 필요없는 구조로 이루어져 있으므로, 구조가 단순하여 고집적화가 가능하고 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 잉크분사장치의 잉크 공급방법에 의하면, 마스크 설계를 통해 노즐공 및 폴형 하부 전극의 직경을 자유롭게 조절하고, 인가되는 전원을 적절히 조절함으로써, 토출되는 잉크의 양과 속도를 제어할 수 있으므로, 미소량의 잉크 주입 및 잉크 토출이 가능하도록 하는 이점이 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 단면 구조를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 정전기력을 이용한 잉크분사장치는 하부 전극부(100)와, 상부 전극부(200) 및 상기 하부 전극부와 상부 전극부를 본딩하는 접착층(300)을 구비하는 구성으로 이루어진다. 상기 하부 전극부와 상부 전극부는 웨이퍼 또는 반도체 기판으로 구성된다.
구체적으로, 하부 전극부(100)는 제1기판(101)의 상부에 구비되는 노즐(130)과 상기 노즐 내부에 위치하는 하부전극(140) 및 제1기판(101)의 하부에 구비되는 잉크 유입로(150)가 일체로 형성된 구성으로 이루어진다. 그리고 제1기판의 상부에 상기 노즐(130)의 주변으로는 챔버홀(170)이 형성된다. 상기 노즐(130)은 제1기판(101)의 상부에 일정한 높이의 기둥형태로 형성되며, 노즐(130)의 내부에는 폴형(pole type)의 하부전극(140)이 일체로 형성된다. 또한, 외부의 잉크 공급원과 연결되는 잉크 유입로(150)는 제1기판(101)의 하부에 형성되며, 잉크 유입로의 내부에는 상기 폴형 하부전극(140)을 지지하기 위한 지지대(미도시)가 구비된다.
상기 잉크 유입로(150)와 노즐(130)은 제1기판(101)의 하면에서 상면으로 수직으로 연통되는 구조로 이루어진다. 즉, 잉크 유입로(150)가 형성된 제1기판(101)의 하부로부터 제1기판의 상면까지 노즐공(160)이 연장되어 형성된다. 한편, 폴형 하부전극(140)은 정전기력을 집중시킬 수 있도록 노즐(130)의 높이보다 높게 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 이와 같이 형성된 폴형 하부전극의 끝단을 뾰족하게 형성함으로써, 정전기력의 집중 효율을 더욱 높이는 것도 가능하다.
상부 전극부(200)는, 제2기판(201)의 상면에 형성되는 상부전극(210) 및 제2기판의 하면으로부터 상기 상부전극까지 관통되어 형성된 잉크 토출공(230)을 구비하는 구성으로 이루어진다.
접착층(300)은 상기 하부 전극부(100)와 상부 전극부(200)를 반도체 본딩(bonding) 기술에 의해 접착함으로써 형성되는 부분으로, 하부전극(140)과 상부전극(210) 간의 간격이 양 전극 사이에 발생한 정전기력에 의해 잉크를 토출하기에 적절한 크기가 되도록 하는 두께로 형성된다. 이때, 하부 전극부(100)와 상부 전극부(200)는 하부 전극부의 노즐(130)과 상부 전극부의 잉크 토출공(230)이 수직으로 정렬되도록 본딩된다.
도 2에는 본 발명의 잉크분사장치에 의한 잉크의 분사 동작을 나타내었다. 도시된 바와 같이, 하부 전극부(100) 및 상부 전극부(200)와 연결된 전원 공급부(400)로부터 소정의 전압이 인가되어, 잉크 유입로(150)를 통해 노즐공(160)으로 공급되는 잉크에 상기 하부전극(140)과 상부전극(210) 사이의 전위차에 의해 발생하는 정전기력이 작용하면 노즐 끝단에 메니스커스(meniscus)가 형성되고, 메니스커스 끝단에서 상부 전극부의 잉크 토출공(230)을 통해 미소 액적 크기의 잉크가 분사된다. 이때, 상기 전원 공급부(400)로부터 인가되는 전원에 따라, 하부전극과 상부전극 사이의 전위차에 의해 발생하는 정전기력의 세기가 변화하게 된다. 따라서, 예를 들면 잉크분사장치에 인가되는 전압의 세기 및 주파수를 조절함으로써, 노즐 끝단으로부터 공급되는 잉크 액적의 크기 및 토출속도를 다양하게 조절하여 공급할 수 있게 된다.
도 3 내지 도 6에는 본 발명에 의한 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법을 설명하기 위하여, 각 단계에 따라 순차적으로 형성되는 잉크분사장치의 구성을 단면도로 나타내었다.
본 발명에 의한 잉크분사장치는, 노즐(130)과 상기 노즐 내부의 폴형 하부전극(140)을 제1기판(101)의 상부에, 외부 잉크공급원으로부터의 잉크 유입로(150)를 제1기판(101)의 하부에 일체로 형성하는 하부 전극부(100) 형성단계; 제2기판(201)의 상면에 금속막을 증착하여 상부전극(210)을 형성하고, 제2기판(201)의 하면으로부터 상부전극(210)까지 관통되는 잉크 토출공(230)을 형성하는 상부 전극부(200) 형성단계; 및 상기 노즐(130)과 잉크 토출공(230)이 수직으로 정렬되도록 하부 전극부와 상부 전극부를 본딩하는 접착층(300) 형성단계를 통하여 제조된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 하부 전극부 형성단계를 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 3(a) 내지 도 3(d)는 상기 하부 전극부 형성단계에서 제1기판의 상부에 노즐과 폴형 하부전극을 형성하는 과정을 나타낸다.
먼저, 반도체 공정 장비를 이용하여 산화막(111, 112)이 형성된 제1기판(101)의 상면 중앙부에 포토레지스터(PR, phto resister) 등과 같은 감광성 폴리머(121a)를 일정 두께로 형성한 후, 사진식각 공정을 이용하여 폴형 하부전극(140)을 패터닝한다(도 3(a) 참조). 그리고 습식식각 또는 건식식각을 이용하여 제1기판 상면의 산화막(111)을 식각한다(도 3(b) 참조).
그 다음, 제1기판 상면의 산화막이 제거된 부분에, 포토레지스터 등과 같은 감광성 폴리머(121b)를 일정 두께로 형성하고 사진식각 공정을 이용하여 노즐을 패터닝한다(도 3(c) 참조). 그리고 건식식각을 이용하여 제1기판의 상부를 식각함으로써 노즐(140)과 폴형 하부전극(130)을 동시에 형성한다(도 3(d) 참조).
상기 하부 전극부 형성단계에서 제1기판의 하부에 잉크 유입로를 형성하는 과정을 도 4(a) 내지 도 4(c)에 나타내었다.
먼저, 산화막(112)이 형성된 제1기판의 하면에 포토레지스터 등과 같은 감광성 폴리머(120b)를 일정 두께 형성하고 사진식각 공정을 이용하여 잉크 유입로(150)와 폴형 하부전극의 지지대를 패터닝한다(도 4(a) 참조). 도 4(a)의 우측 도면은 잉크 유입로(150)와 폴형 하부전극의 지지대가 패터닝된 제1기판 하면의 저면도를 나타낸다(도면부호 120b-1은 폴형 하부전극 지지대의 패터닝 부분을 나타냄). 그 후, 건식식각을 이용하여 제1기판 하면의 산화막(112)과 기판을 식각하여(도 4(b) 참조), 잉크 유입로(150)와 폴형 하부전극의 지지대(미도시)를 동시에 형성한다(도 4(c) 참조).
다음으로, 도 5(a) 및 도 5(b)에는 하부 전극부 형성단계에서 노즐공과 노즐보다 높은 하부전극을 형성하는 과정을 나타내었다.
제1기판의 하부에 상기 잉크 유입로(150)의 형성이 완료되면, 제1기판의 상부를 건식식각 한다. 이에 따라 산화막(111)이 성장된 부분을 제외한 부분에 해당되는 제1기판 상부의 노즐(130)과 노즐의 내·외부 주변 기판부가 식각된다(도 5(a) 참조). 그 결과, 노즐공(160)과 노즐보다 높은 폴형 하부전극(140)이 동시에 형성된다(도 5(b) 참조). 도 5(b)의 우측 도면은 형성된 노즐(130)과 하부전극(140) 및 하부전극 지지대(140-1)를 나타낸다.
본 발명의 제2실시예에 따른 하부 전극부 형성단계를 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 6(a) 내지 도 6(d)는 상기 하부 전극부 형성단계에서 제1기판의 상부에 노즐과 폴형 하부전극을 형성하는 과정을 나타낸다.
먼저, 반도체 공정 장비를 이용하여 산화막(111, 112)이 형성된 제1기판(101)의 상면 중앙부에 포토레지스터(PR, phto resister) 등과 같은 감광성 폴리머(121a)를 일정 두께로 형성한 후, 사진식각 공정을 이용하여 폴형 하부전극(140)을 패터닝한다(도 6(a) 참조). 그리고 습식식각 또는 건식식각을 이용하여 제1기판 상면의 산화막(111)을 식각한다(도 6(b) 참조).
그 다음, 제1기판 상면의 산화막이 제거된 부분에, 포토레지스터 등과 같은 감광성 폴리머를 일정 두께로 형성하고 사진식각 공정을 이용하여 노즐과 폴형 하부전극 지지대를 패터닝한다(도 6(c) 참조). 도 6(c)의 우측 도면은 노즐과 폴형 하부전극의 지지대가 패터닝된 제1기판 상면의 평면도를 나타낸다(도면부호 121b-1은 폴형 하부전극 지지대의 패터닝 부분을, 121b는 노즐의 패터닝 부분을 나타냄). 그리고 건식식각을 이용하여 제1기판의 상부를 식각함으로써 노즐(140)과 하부전극 지지대(미도시)를 동시에 형성한다(도 6(d) 참조).
제2실시예의 하부 전극부 형성단계에서 제1기판의 하부에 잉크 유입로를 형성하는 과정을 도 7(a) 내지 도 7(b)에 나타내었다.
먼저, 산화막(112)이 형성된 제1기판의 하면에 포토레지스터 등과 같은 감광성 폴리머(120b)를 일정 두께 형성하고 사진식각 공정을 이용하여 잉크 유입로(150)를 패터닝한다(도 7(a) 참조). 그 후, 건식식각을 이용하여 제1기판 하면의 산화막(112)을 식각하고, 건식식각 또는 습식식각을 이용하여 잉크 유입로를 형성한다(도 7(b) 참조).
다음으로, 도 8(a) 및 도 8(b)에는 하부 전극부 형성단계에서 노즐공과 노즐보다 높은 하부전극을 형성하는 과정을 나타내었다.
제1기판의 하부에 상기 잉크 유입로(150)의 형성이 완료되면, 제1기판의 상부를 건식식각 한다. 이에 따라 산화막(111)이 성장된 부분을 제외한 부분에 해당되는 제1기판 상부의 노즐(130)과 노즐 내부의 하부전극 지지대 및 노즐 내·외부의 주변 기판부가 식각된다(도 8(a) 참조). 그 결과, 노즐공(160)과 노즐보다 높은 폴형 하부전극(140)이 동시에 형성된다(도 8(b) 참조). 도 8(b)의 우측 도면은 형성된 노즐(130)과 하부전극(140) 및 하부전극 지지대(140-1)를 나타낸다.
이와 같이 폴형 하부전극의 지지대가 제1기판의 하부가 아닌 상부에 형성되는 구조의 경우에는, 기판의 하부에 형성된 잉크 유입로(150)를 습식 또는 건식식각을 이용하여 넓게 확장하여 형성하는 것도 가능하다(도 8(c) 참조).
부가적으로, 본 발명의 하부 전극부 형성단계에서는 정전기력의 집중효율을 더욱 향상시키기 위하여, 제1기판의 상부에 형성된 폴형 하부전극의 끝단을 건식식각 또는 습식식각을 이용하여 뾰족하게 형성하는 과정을 구비할 수 있다.
본 발명의 상부 전극부 형성단계에서 상부전극과 잉크 토출공을 형성하는 과 정을 도 9(a) 내지 도 9(c)에 나타내었다.
먼저, 제2기판(201)의 상면에 반도체 박막 증착 공정을 이용하여 금속막을 증착하여 상부전극(210)을 형성한다(도 9(a) 참조). 그리고, 제2기판의 하면에 감광성 폴리머(220)를 스핀 코팅 등을 이용하여 일정 두께로 형성하고 사진식각을 이용하여 잉크 토출공을 패터닝한다(도 9(b) 참조). 그 다음, 제2기판의 하면으로부터 상면으로 습식식각 또는 건식식각을 이용하여 기판을 식각함으로써 잉크 토출공(230)을 형성한다(도 9(c) 참조).
상기 상부 전극부(200) 형성단계에서 상부전극(210)을 형성한 후에 열처리 공정을 추가로 수행함으로써, 제2기판 상에 증착된 금속막과 기판의 접착력을 증가시키는 과정이 구비될 수 있다.
상부 전극부(200)가 형성되는 제2기판(201)은 글래스 웨이퍼(glass wafer)로 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 상부 전극부 형성단계에서 상부전극 및 잉크 토출공은 샌드블래스터(sand blaster) 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
상기와 같이 형성된 하부 전극부(100)와 상부 전극부(200)를 반도체 본딩 기술을 이용하여 결합함으로써 잉크분사장치의 제작이 완료된다. 이때, 접착층(300)은 하부전극(140)과 상부전극(210) 간의 간격이 양 전극 사이에 발생한 정전기력에 의해 잉크를 토출하기에 적절한 크기가 되도록 하는 두께로 형성되며, 하부 전극부(100)와 상부 전극부(200)는 하부 전극부의 노즐(130)과 상부 전극부의 잉크 토출공(230)이 수직으로 정렬되도록 본딩된다.
상기와 같이 제조된 상부전극 및 하부전극 사이에 소정의 전압을 인가하면, 양 전극 사이의 전위차로 인한 정전기력이 잉크에 작용하여 노즐 끝단에는 메니스커스(meniscus)가 형성되고, 상기 상부전극의 잉크 토출공을 통해 미소 액적 크기의 잉크가 분사되게 된다.
상술한 본 발명의 정전기력을 이용한 잉크분사장치, 그 제조방법 및 잉크 공급방법에 따르면, 잉크 노즐 및 폴형 하부전극을 일체형으로 동시에 형성하고, 멤브레인 및 잉크챔버 베리어 등이 필요가 없으므로, 구조가 단순하고 제작공정이 간단하며 구동이 신속하게 이루어질 수 있게 된다. 또한, 마스크 설계를 통해 다양한 크기의 노즐공 및 폴형 전극을 용이하게 형성할 수 있으며, 잉크분사장치의 고집적화가 가능하고, 인가되는 전원을 조절하여 토출되는 잉크의 양과 속도를 제어할 수 있는 이점이 있다.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 정전기력을 이용한 잉크분사장치 구조를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 정전기력을 이용한 잉크분사장치에 의한 잉크의 분사 동작을 나타내는 도면,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기력을 이용한 잉크분사장치 제조방법에서, 하부전극부의 형성과정을 나타낸 단면도,
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전기력을 이용한 잉크분사장치 제조방법에서, 하부전극부의 형성과정을 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 정전기력을 이용한 잉크분사장치 제작방법에서, 상부전극부 제작과정을 예시한 단면도,
도 10은 종래의 열압축 방식에 의한 잉크분사장치의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 하부 전극부 101 : 제1기판
130 : 노즐 140 : 폴형 하부전극
150 : 잉크 유입로 160 : 노즐공
170 : 챔버 홀 200 : 상부 전극부
201 : 제2기판 210 : 상부전극
230 : 잉크 토출공 300 : 접착층
Claims (19)
- 정전기력을 이용한 잉크분사장치에 있어서,제1기판의 상부에 구비되는 노즐과 상기 노즐 내부에 위치하는 하부전극 및, 제1기판의 하부에 구비되는 잉크 유입로가 일체로 형성된 하부 전극부;제2기판의 상면에 형성되는 상부전극 및 제2기판의 하면으로부터 상기 상부전극까지 관통되어 형성된 잉크 토출공을 구비하는 상부 전극부; 및상기 노즐과 잉크 토출공이 수직으로 정렬되도록 상기 하부 전극부와 상부 전극부를 본딩하는 접착층을 구비하며,상기 잉크 유입로를 통해 노즐로 공급되는 잉크에 상기 하부전극과 상부전극 사이의 전위차에 의해 발생한 정전기력이 가해질 때 노즐 끝단에 메니스커스(meniscus)가 형성되어, 메니스커스 끝단에서 상부 전극부의 잉크 토출공을 통해 미소 액적 크기의 잉크가 토출되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치.
- 제1항에 있어서,상기 하부 전극부의 잉크 유입로와 노즐은 제1기판의 하면에서 상면으로 수직으로 연통되도록 형성되고, 상기 하부전극은 상기 노즐의 내부에 폴형(pole type)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치.
- 제2항에 있어서,상기 잉크 유입로의 내부에는 상기 폴형 전극의 지지대가 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치.
- 제3항에 있어서,상기 하부 전극부의 노즐은 상기 제1기판 상에 일정한 높이로 노즐공을 구비하는 기둥 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치.
- 제4항에 있어서,상기 노즐공은 잉크 유입로로부터 노즐 끝단까지 수직으로 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치.
- 제5항에 있어서,상기 하부 전극부의 폴형 전극은 노즐의 높이보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치.
- 제6항에 있어서,상기 하부 전극부의 폴형 전극의 끝단은 첨형(尖形)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치.
- 제1기판의 상부에 구비되는 노즐과 상기 노즐 내부에 위치하는 폴형 하부전극 및, 제1기판의 하부에 구비되는 잉크 유입로가 일체로 형성된 하부 전극부; 제2기판의 상면에 형성되는 상부전극 및 제2기판의 하면으로부터 상기 상부전극까지 관통되어 형성된 잉크 토출공을 구비하는 상부 전극부; 및 상기 노즐과 잉크 토출공이 수직으로 정렬되도록 상기 하부 전극부와 상부 전극부를 본딩하는 접착층을 구비하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 잉크 공급방법으로서,하부 전극부 및 상부 전극부와 연결된 전원 공급부로부터 인가되는 전원을 조절하여 상기 하부전극과 상부전극 사이의 전위차에 의해 발생하는 정전기력의 크기를 조절함으로써, 노즐 끝단으로부터 공급되는 잉크 액적의 크기 및 토출속도를 조절하여 공급하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 잉크 공급방법.
- 정전기력을 이용하여 잉크를 분사하는 잉크분사장치의 제조방법에 있어서,(a) 노즐과 상기 노즐 내부의 폴형 하부전극을 제1기판의 상부에, 외부 잉크공급원으로부터의 잉크 유입로를 제1기판의 하부에 일체로 형성하는 하부 전극부 형성단계;(b) 제2기판의 상면에 금속막을 증착하여 상부전극을 형성하고, 제2기판의 하면으로부터 상부전극까지 관통되는 잉크 토출공을 형성하는 상부 전극부 형성단계; 및(c) 상기 노즐과 잉크 토출공이 수직으로 정렬되도록 하부 전극부와 상부 전 극부를 본딩하는 접착층 형성단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 하부 전극부 형성단계에서 제1기판의 상부에 노즐과 폴형 하부전극을 형성하는 과정은,산화막이 형성된 제1기판의 상면에 포토레지스터를 일정 두께 형성하고 사진식각 공정을 이용하여 폴형 하부전극을 패터닝한 후, 습식식각 또는 건식식각을 이용하여 제1기판 상면의 산화막을 식각하는 단계; 및제1기판 상면의 산화막이 제거된 부분에, 포토레지스터를 일정 두께로 형성하고 사진식각 공정을 이용하여 노즐을 패터닝한 후, 건식식각을 이용하여 제1기판의 상면을 식각하여 노즐과 폴형 하부전극을 동시에 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 하부 전극부 형성단계에서 제1기판의 하부에 잉크 유입로를 형성하는 과정은,산화막이 형성된 제1기판의 하면에 포토레지스터를 일정 두께 형성하고 사진식각 공정을 이용하여 잉크 유입로와 폴형 하부전극의 지지대를 패터닝한 후, 건식식각을 이용하여 제1기판 하면의 산화막과 기판을 식각하여, 잉크 유입로와 폴형 하부전극의 지지대를 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법.
- 제11항에 있어서,상기 하부 전극부 형성단계는, 제1기판의 하부에 상기 잉크 유입로의 형성이 완료된 후에 제1기판의 상부를 건식식각을 이용하여 식각함으로써, 노즐공과 상기 노즐보다 높은 폴형 하부전극을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 하부 전극부 형성단계에서 제1기판의 상부에 노즐과 폴형 하부전극을 형성하는 과정은,산화막이 형성된 제1기판의 상면에 포토레지스터를 일정 두께 형성하고 사진식각 공정을 이용하여 폴형 하부전극을 패터닝한 후, 습식식각 또는 건식식각을 이용하여 제1기판 상면의 산화막을 식각하는 단계; 및제1기판 상면의 산화막이 제거된 부분에, 포토레지스터를 일정 두께로 형성하고 사진식각 공정을 이용하여 노즐과 폴형 하부전극 지지대를 패터닝한 후, 건식식각을 이용하여 제1기판의 상면을 식각하여 노즐과 하부 전극 지지대를 동시에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법.
- 제13항에 있어서,상기 하부 전극부 형성단계에서 제1기판의 하부에 잉크 유입로를 형성하는 과정은,산화막이 형성된 제1기판의 하면에 포토레지스터를 일정 두께 형성하고 사진식각 공정을 이용하여 잉크 유입로를 패터닝한 후, 건식식각을 이용하여 제1기판 하면의 산화막을 식각하고, 건식식각 또는 습식식각을 이용하여 잉크 유입로를 형성하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법.
- 제14항에 있어서,상기 하부 전극부 형성단계는, 제1기판의 하부에 상기 잉크 유입로의 형성이 완료된 후에 제1기판의 상부를 건식식각을 이용하여 식각함으로써, 노즐공과 상기 노즐보다 높은 폴형 하부전극을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 하부 전극부 형성단계는, 제1기판의 상부에 형성된 폴형 하부전극의 끝단을 건식식각 또는 습식식각을 이용하여 첨형으로 형성하는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 상부 전극부 형성단계는,제2기판의 상면에 박막 증착 공정을 이용하여 금속막을 증착하여 상부전극을 형성하는 단계;제2기판의 하면에 감광성 폴리머를 코팅하여 일정 두께로 형성하고 사진식각을 이용하여 잉크 토출공을 패터닝하는 단계; 및제2기판의 하면으로부터 상면으로 습식식각 또는 건식식각을 이용하여 기판을 식각함으로써 잉크 토출공을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법.
- 제17항에 있어서,상기 상부 전극부 형성단계는 상기 제2기판 상에 증착된 금속막과 기판의 접착력을 증가시키기 위한 열처리 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 제2기판은 글래스 웨이퍼(glass wafer)로 구성되며, 상기 상부 전극부 형성단계에서 상부전극 및 잉크 토출공은 샌드블래스터(sand blaster) 공정을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기력을 이용한 잉크분사장치의 제조방법.
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