KR20120011643A - 처리액 토출 장치 - Google Patents

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KR20120011643A
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Abstract

본 발명은 처리액 토출 장치를 개시한 것으로서, 기판이 놓이며 제 1 방향으로 직선 이동 가능한 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛의 이동 경로 상부에 제공되며, 상기 제1방향으로 이동되는 갠트리(gantry); 상기 갠트리의 길이방향으로 이동되는 제1이동 유닛들; 상기 갠트리의 길이방향으로 이동 가능하게 상기 제1이동 유닛들 각각에 결합되며, 잉크젯 방식으로 액정을 토출하는 잉크젯 헤드유닛들; 및 상기 제1이동 유닛들에 각각에 설치되어 상기 잉크젯 헤드유닛들 각각의 동작을 개별적으로 제어하는 헤드 제어 유닛들을 포함한다.

Description

처리액 토출 장치{APPARATUS OF DISCHARGING TREATING FLUID}
본 발명은 처리액 토출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액적(droplet)을 토출하는 잉크젯 방식에 의해 기판에 처리액을 토출하는 장치에 관한 것이다.
최근에, 휴대 전화기, 휴대형 컴퓨터 등의 전자 기기의 표시부에 액정 표시 장치가 널리 이용되고 있다. 액정 표시 장치는 블랙 매트릭스, 컬러 필터, 공통 전극 및 배향막이 형성된 컬러 필터 기판과; 박막트랜지스터(TFT), 화소 전극 및 배향막이 형성된 어레이 기판 사이의 공간에 액정을 주입하여, 액정의 이방성에 따른 빛의 굴절률의 차이를 이용해 영상 효과를 얻는다.
컬러 필터 기판과 어레이 기판 상에 배향액이나 액정을 도포하는 장치로 잉크젯 방식의 도포 장치가 사용되고 있다.
그러나, 종래의 잉크젯 방식의 도포 장치는 전장구성 유닛이 차지하는 비중으로 인해 설비축소가 불가하고, 다량의 배관/배선으로 인한 설계 및 조립 공수가 증가되며, 다축의 헤드 제어를 위한 유닛 구성시 멀티 헤드 어레이(MHA) 타입으로만 설비 구성이 가능하였다.
특히, 헤드의 내압 관리는 균일한 제팅(jetting)성의 확보를 통한 토출 유니포미티의 보정을 위한 필수불가결한 요소이고, 이러한 역할을 수행하는 MPC(압력 제어 유닛:Meniscus Pressure Control)는 헤드와 가장 가까운 거리에 설치되어질 필요(압력의 헌팅 방지)가 있으나, 종래의 구조는 다수의 기구요소와 다수의 전장제어 요소로 인해 개별축 제어 타입으로 구성이 불가하였다.
본 발명의 목적은 압력제어 정밀도를 향상시킬 수 있는 처리액 토출 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 배관/배선 수량 축소를 통한 설계 및 조립 공수 절감할 수 있는 처리액 토출 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 잉크젯 방식의 처리액 토출 장치는 기판이 놓이며 제 1 방향으로 직선 이동 가능한 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛의 이동 경로 상부에 제공되며, 상기 제1방향으로 이동되는 갠트리(gantry); 상기 갠트리의 길이방향으로 이동되는 제1이동 유닛들; 상기 갠트리의 길이방향으로 이동 가능하게 상기 제1이동 유닛들 각각에 결합되며, 잉크젯 방식으로 액정을 토출하는 잉크젯 헤드유닛들; 및 상기 제1이동 유닛들에 각각에 설치되어 상기 잉크젯 헤드유닛들 각각의 동작을 개별적으로 제어하는 제어유닛들을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제어 유닛은 상기 제1이동 유닛에 설치되는 프레임; 상기 프레임에 장착되는 제어보드; 상기 잉크젯 헤드유닛으로 제공될 양압과 음압을 조절하는 압력제어모듈; 및 상기 압력제어모듈과 연결되고 상기 압력제어모듈에서 조절된 양압 또는 음압을 상기 잉크젯 헤드유닛으로 선택적으로 제공하기 위한 방향제어모듈을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 압력제어모듈은 양압라인과 연결되는 양압제어밸브, 상기 양압제어밸브를 제어하는 양압제어보드, 음압라인과 연결되는 음압제어밸브, 상기 음압제어밸브를 제어하는 음압제어보드를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방향제어모듈은 양압을 측정하는 센서가 보드상에 장착되어 있으며 압력값을 실시간으로 상기 양압제어보드로 제공하는 양압측정보드, 음압을 측정하는 센서가 보드상에 장착되어 있으며 압력값을 실시간으로 상기 음압제어보드로 제공하는 음압측정보드, 상기 잉크젯 헤드유닛으로 양압 또는 음압을 선택적으로 제공하기 위한 양압개폐밸브와 음압개폐밸브를 포함한다.
본 발명에 의하면, 압력제어 유닛을 모듈화하여 용이한 정비(Easy Maintenance) 및 설치공간을 축소할 수 있을 뿐만 아니라 압력제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 압력제어 유닛에 일체의 배관구성이 필요없기 때문에 잉크젯 헤드유닛으로 전달되는 압력손실을 최소화할 수 있고, 설계 및 조립 공수를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 제어유닛이 메인 컴퓨터에서 데이터 설정치만 받아 잉크젯 헤드유닛의 동작을 개별적으로 제어하기 때문에 처리 속도를 일정하게 유지할 수 있다.
이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 잉크젯 방식 액정 도포 설비의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 액정 토출부의 사시도이다.
도 3은 도 1의 액정 토출부의 평면도이다.
도 4는 도 3의 제 1 구동 유닛을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3의 제 2 구동 유닛을 보여주는 도면이다.
도 6은 갠트리의 직선 이동 및 회전 과정을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 2 및 도 3의 헤드 이동 유닛의 측면을 보여주는 도면이다.
도 8은 도 7의 제 1 이동 유닛의 정면도이다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 헤드유닛의 구성을 도시한 도면들이다.
도 11은 잉크젯 헤드유닛과 개별 헤드 제어 유닛 그리고 액정 공급유닛간의 제어 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 개별 헤드 제어 유닛의 압력 조절부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 잉크젯 헤드유닛에 연결된 개별 헤드 제어 유닛과 액정 공급유닛을 보여주는 구성도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 상술한 본 발명이 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 및 효과는 첨부된 도면과 관련된 실시 예들을 통해서 용이하게 이해될 것이다. 각 도면은 명확한 설명을 위해 일부가 간략하거나 과장되게 표현되었다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 도시되었음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
이하에서는, 액적을 토출하는 잉크젯 방식으로 대상물에 처리액을 도포하는 설비와, 이를 이용하여 대상물에 처리액을 도포하는 방법에 대해 설명한다.
예를 들어, 대상물은 액정 표시 패널의 컬러 필터(CF) 기판 또는 박막트랜지스터(TFT) 기판일 수 있으며, 처리액은 액정(Liquid Crystal), 배향액, 용매에 안료 입자가 혼합된 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 잉크일 수 있다. 배향액으로는 폴리이미드(polyimide)가 사용될 수 있다.
배향액은 컬러 필터(CF) 기판과 박막트랜지스터(TFT) 기판의 전면에 도포될 수 있고, 액정은 컬러 필터(CF) 기판 또는 박막트랜지스터(TFT) 기판의 전면에 도포될 수 있다. 잉크는 컬러 필터(CF) 기판상에 격자 모양의 패턴으로 배열된 블랙 매트릭스의 내부 영역에 도포될 수 있다.
본 실시 예에서는, 처리액으로 액정을 사용하는 설비를 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 잉크젯 방식 액정 도포 설비의 구성을 보여주는 도면이다. 도 1의 액정 도포 설비(1)는 액적을 토출하는 잉크젯 방식으로 기판에 액정(Liquid Crystal)을 도포하는 설비이다.
기판은 액정 표시 패널의 컬러 필터(CF) 기판 또는 박막트랜지스터(TFT) 기판일 수 있으며, 액정은 컬러 필터(CF) 기판 또는 박막트랜지스터(TFT) 기판의 전면에 도포될 수 있다.
도 1을 참조하면, 액정 도포 설비(1)는 액정 토출부(10), 기판 이송부(20), 로딩부(30), 언로딩부(40), 액정 공급부(50), 그리고 메인 제어부(90)를 포함한다. 액정 토출부(10)와 기판 이송부(20)는 제 1 방향(Ⅰ)으로 일렬로 배치되고, 서로 간에 인접하게 위치할 수 있다. 액정 토출부(10)를 중심으로 기판 이송부(20)와 마주하는 위치에는 액정 공급부(50)와 메인 제어부(90)가 배치된다. 액정 공급부(50)와 메인 제어부(90)는 제 2 방향(Ⅱ)으로 일렬 배치될 수 있다. 기판 이송부(20)를 중심으로 액정 토출부(10)와 마주하는 위치에 로딩부(30)와 언로딩부(40)가 배치된다. 로딩부(30)와 언로딩부(40)는 제 2 방향(Ⅱ)으로 일렬 배치될 수 있다.
여기서, 제 1 방향(Ⅰ)은 액정 토출부(10)와 기판 이송부(20)의 배열 방향이고, 제 2 방향(Ⅱ)은 수평면 상에서 제 1 방향(Ⅰ)에 수직한 방향이고, 제 3 방향(Ⅲ)은 제 1 방향(Ⅰ)과 제 2 방향(Ⅱ)에 수직한 방향이다.
액정이 도포될 기판은 로딩부(30)로 반입된다. 기판 이송부(20)는 로딩부(30)에 반입된 기판을 액정 토출부(10)로 이송한다. 액정 토출부(10)는 액정 공급부(50)로부터 액정을 공급받고, 액적을 토출하는 잉크젯 방식으로 기판상에 액정을 토출한다. 액정 토출이 완료되면, 기판 이송부(20)는 액정 토출부(10)로부터 언로딩부(40)로 기판을 이송한다. 액정이 도포된 기판은 언로딩부(40)로부터 반출된다. 메인 제어부(90)는 액정 토출부(10), 기판 이송부(20), 로딩부(30), 언로딩부(40), 그리고 액정 공급부(50)의 전반적인 동작을 제어한다.
도 2는 도 1의 액정 토출부의 사시도이고, 도 3은 도 1의 액정 토출부의 평면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 액정 토출부(10)는 베이스(B), 기판 지지 유닛(100), 갠트리(200), 갠트리 이동 유닛(300), 잉크젯 헤드유닛들(400), 헤드 이동 유닛(500), 액정 공급 유닛(600), 개별 헤드 제어 유닛(700), 액정 토출량 측정 유닛(800), 노즐 검사 유닛(900), 그리고 헤드 세정 유닛(1000)을 포함한다.
이하에서는 액정 토출부의 각각의 구성에 대해 상세히 설명한다.
( 기판 지지 유닛 )
베이스(B)는 일정한 두께를 가지는 직육면체 형상으로 제공될 수 있다. 베이스(B)의 상면에는 기판 지지 유닛(100)이 배치된다. 기판 지지 유닛(100)은 기판(S)이 놓이는 지지판(110)을 가진다. 지지판(110)은 사각형 형상의 판일 수 있다. 지지판(110)의 하면에는 회전 구동 부재(120)가 연결된다. 회전 구동 부재(120)는 회전 모터일 수 있다. 회전 구동 부재(120)는 지지판(100)에 수직한 회전 중심 축을 중심으로 지지판(110)을 회전시킨다.
지지판(110)이 회전 구동 부재(120)에 의해 회전되면, 기판(S)은 지지판(110)의 회전에 의해 회전될 수 있다. 액정이 도포될 기판에 형성된 셀의 장변 방향이 제 2 방향(Ⅱ)을 향하는 경우, 회전 구동 부재(120)는 셀의 장변 방향이 제 1 방향(Ⅰ)을 향하도록 기판을 회전시킬 수 있다.
지지판(110)과 회전 구동 부재(120)는 직선 구동 부재(130)에 의해 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동될 수 있다. 직선 구동 부재(130)는 슬라이더(132)와 가이드 부재(134)를 포함한다. 회전 구동 부재(120)는 슬라이더(132)의 상면에 설치된다. 가이드 부재(134)는 베이스(B)의 상면 중심부에 제 1 방향(Ⅰ)으로 길게 연장된다. 슬라이더(132)에는 리니어 모터(미도시)가 내장될 수 있으며, 슬라이더(132)는 리니어 모터(미도시)에 의해 가이드 부재(134)를 따라 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동된다.
( 갠트리 )
갠트리(200)는 지지판(110)이 이동되는 경로의 상부에 제공된다. 갠트리(200)는 베이스(B)의 상면으로부터 위방향으로 이격 배치되며, 갠트리(200)는 길이 방향이 제 2 방향(Ⅱ)을 향하도록 배치된다. 잉크젯 헤드유닛(400)은 헤드 이동 유닛(500)에 의해 갠트리(200)에 결합된다. 잉크젯 헤드유닛(400)은 헤드 이동 유닛(500)에 의해 갠트리의 길이 방향, 즉 제 2 방향(Ⅱ)으로 직선 이동하고, 또한 제 3 방향(Ⅲ)으로 직선 이동될 수 있다.
( 갠트리 이동 유닛 )
갠트리 이동 유닛(300)은 갠트리(200)를 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동시키거나, 갠트리(200)의 길이 방향이 제 1 방향(Ⅰ)에 경사진 방향을 향하도록 갠트리(200)를 회전시킬 수 있다. 갠트리(200)의 회전에 의해, 잉크젯 헤드유닛(400)의 노즐들(미도시)이 제 1 방향(Ⅰ)에 경사진 방향으로 정렬된다.
갠트리 이동 유닛(300)은, 이하에서 설명하는 바와 같이, 갠트리(200)의 일단을 회전 중심으로 하여 갠트리(200)의 타단을 회전시킬 수 있다. 이와 달리, 갠트리 이동 유닛(300)은 갠트리(200)의 센터를 회전 중심으로 하여 갠트리(200)를 회전시킬 수 있도록 구성될 수도 있다. 갠트리 이동 유닛(300)은 청구항에 따라서는 "회전 유닛"이라고도 한다.
갠트리 구동 유닛(300) 제 1 구동 유닛(310)과 제 2 구동 유닛(320)을 포함한다. 제 2 구동 유닛(320)은 회전 중심이 되는 갠트리(200)의 일단에 제공되고, 제 1 구동 유닛(310)은 갠트리(200)의 타단에 제공된다.
도 4는 도 3의 제 1 구동 유닛을 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 제 1 구동 유닛(310)은 슬라이더(312), 제 1 회전 지지 부재(314), 그리고 제 1 직선 구동 부재(318)를 포함한다. 갠트리(200)의 타단측 하단부에는 갠트리(200)의 길이 방향을 따라 가이드 레일(210)이 제공되고, 슬라이더(312)는 가이드 레일(210)에 의해 안내되어 직선 이동한다. 슬라이더(312)의 하단부에는 제 1 회전 지지 부재(314)가 결합된다. 제 1 회전 지지 부재(314)는 상부와 하부의 상대 회전이 가능한 베어링일 수 있다. 제 1 회전 지지 부재(314)의 하면에는 제 1 직선 구동 부재(318)가 결합된다. 제 1 직선 구동 부재(318)는 제 1 회전 지지 부재(314)를 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동시킨다.
제 1 직선 구동 부재(318)는 가이드 레일(315)과 슬라이더(317)를 포함한다. 가이드 레일(315)은 길이 방향이 제 1 방향(Ⅰ)을 향하고, 기판 지지 유닛(100)의 가이드 부재(134)를 중심으로 베이스(B) 상면의 타측 가장자리부에 배치된다. 가이드 레일(315)에는 슬라이더(317)가 이동 가능하게 결합된다. 슬라이더(317)의 상면에는 제 1 회전 지지 부재(314)가 결합된다. 슬라이더(317)에는 리니어 모터(미도시)가 내장될 수 있다. 슬라이더(317)는 리니어 모터(미도시)의 구동력에 의해 가이드 레일(315)을 따라 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동한다.
도 5는 도 3의 제 2 구동 유닛을 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 제 2 구동 유닛(320)은 갠트리(200)의 직선 이동시 갠트리(200)의 일단을 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동시키고, 갠트리(200)의 회전시 갠트리(200)의 회전 중심으로 동작한다.
제 2 구동 유닛(320)은 제 2 회전 지지 부재(324)와 제 2 직선 구동 부재(328)를 포함한다. 갠트리(200)의 일단 하면에는 연결 부재(322)가 결합되고, 연결 부재(322)의 하면에는 제 2 회전 지지 부재(324)가 결합된다. 제 2 회전 지지 부재(324)는 상부와 하부의 상대 회전이 가능한 베어링일 수 있다. 제 2 회전 지지 부재(324)의 하면에는 제 2 직선 구동 부재(328)가 결합된다. 제 2 직선 구동 부재(328)는 제 2 회전 지지 부재(324)를 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동시킨다. 제 2 회전 지지 부재(324)의 직선 이동에 의해, 그 상부에 순차적으로 결합된 연결 부재(322)와 갠트리(200)의 일단이 직선 이동된다.
제 2 직선 구동 부재(328)는 가이드 레일(325)과 슬라이더(327)를 포함한다. 가이드 레일(325)은 길이 방향이 제 1 방향(Ⅰ)을 향하고, 기판 지지 유닛(100)의 가이드 부재(134)를 중심으로 베이스(B) 상면의 일측 가장자리부에 배치된다. 가이드 레일(325)에는 슬라이더(327)가 이동 가능하게 결합된다. 슬라이더(327)의 상면에는 제 2 회전 지지 부재(324)가 결합된다. 슬라이더(327)에는 리니어 모터(미도시)가 내장될 수 있다. 슬라이더(327)는 리니어 모터(미도시)의 구동력에 의해 가이드 레일(325)을 따라 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동한다.
도 6은 갠트리의 회전 및 직선 이동 과정을 보여주는 도면이다. 도 3 및 도 6에서는 도면 편의상 액정 공급 유닛을 생략하였다.
도 4 및 도 5와, 도 6을 참조하면, 갠트리(200)는 제 1 구동 유닛(310)과 제 2 구동 유닛(320)에 의해 제 1 방향(Ⅰ)에 경사진 방향을 향하도록 회전되고, 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동될 수 있다.
제 2 구동 유닛(320)의 제 2 직선 구동 부재(328)가 고정된 상태에서, 제 1 구동 유닛(310)의 제 1 직선 구동 부재(318)가 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동하면 갠트리(200)가 회전된다. 이에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1 직선 구동 부재(318)의 슬라이더(317)가 리니어 모터(미도시)의 구동력에 의해 가이드 레일(315)을 따라 제 1 방향(Ⅰ)으로 이동한다. 이때, 갠트리(200)의 일단은 제 2 직선 구동 부재(328)가 구동되지 않으므로 제 1 방향(Ⅰ)으로의 이동이 없는 상태에서 제 2 회전 지지 부재(324)에 의해 회전된다.
제 1 직선 구동 부재(318)의 슬라이더(317)가 제 1 방향(Ⅰ)으로 이동함에 따라, 그 상부에 배치된 제 1 회전 지지 부재(314)가 가이드 레일(315)을 따라 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동한다. 동시에, 제 1 회전 지지 부재(314)의 상단에 결합된 슬라이더(312)는 제 1 회전 지지 부재(314)의 상부와 하부 간의 상대 회전에 의해 회전되면서, 갠트리(200)에 제공된 가이드 레일(210)을 따라 갠트리(200)의 타단측으로 이동한다. 결과적으로, 갠트리(200)는 제 2 구동 유닛(320)의 지지 위치를 중심으로 회전하고, 제 1 구동 유닛(310)의 갠트리(200) 지지 위치는 타단의 바깥 쪽으로 이동한 상태가 된다. 이러한 동작을 통해, 갠트리(200)는 제 1 방향(Ⅰ)에 경사진 방향으로 회전될 수 있으며, 이에 따라 잉크젯 헤드유닛(400)이 제 1 방향(Ⅰ)에 경사진 방향으로 정렬된다.
이와 같이, 잉크젯 헤드유닛(400)이 제 1 방향(Ⅰ)에 경사진 방향으로 정렬되면, 액정이 도포될 기판(S)의 픽셀 피치 변화에 대응하여 유연성있게 액정 토출 피치를 조절할 수 있으며, 이를 통해 기판에 도포되는 액정의 막 균일도를 높일 수 있다.
갠트리(200)는 상기와 같은 방법에 의해 회전될 수 있으며, 갠트리(200)는 회전된 상태에서 제 1 직선 구동 부재(318)의 슬라이더(317)와 제 2 직선 구동 부재(328)의 슬라이더(327)에 의해 추가적으로 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동할 수 있다. 갠트리(200)의 일단은 제 2 직선 구동 부재(328)의 슬라이더(327)의 이동에 의해 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동되고, 갠트리(200)의 타단은 제 1 직선 구동 부재(318)의 슬라이더(317)의 이동에 의해 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동될 수 있다.
갠트리(200)가 고정되고 기판이 제 1 방향(Ⅰ)으로 이동하는 경우, 기판이 갠트리(200)의 일측에서 타측으로 이동되어야 하므로, 설비의 풋프린트(Footprint)가 증가될 수 있다. 그러나, 본 발명은, 기판을 고정시킨 상태에서 또는 기판의 직선 이동과 함께, 갠트리(200)를 제 1 방향(Ⅰ)으로 직선 이동할 수 있기 때문에, 설비의 풋프린트를 줄일 수 있다.
( 헤드 이동 유닛 )
헤드 이동 유닛(500)은 잉크젯 헤드유닛(400)에 각각 제공될 수 있다. 본 실시 예의 경우, 3 개의 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)가 제공된 예를 들어 설명하므로, 헤드 이동 유닛(500) 또한 헤드의 수에 대응하도록 3 개가 제공될 수 있다. 이와 달리 헤드 이동 유닛(500)은 1 개 제공될 수 있으며, 이 경우 잉크젯 헤드유닛(400)은 개별 이동이 아니라 일체로 이동될 수 있다.
도 7은 도 2 및 도 3의 헤드 이동 유닛의 측면을 보여주는 도면이고, 도 8은 도 7의 제 1 이동 유닛의 정면도이다.
도 7 내지 도 8을 참조하면, 헤드 이동 유닛(500)은 제 1 이동 유닛(520)과 제 2 이동 유닛(540)을 포함한다. 제 1 이동 유닛(520)은 잉크젯 헤드유닛(400a)를 갠트리의 길이 방향, 즉 제 2 방향(Ⅱ)으로 직선 이동시키고, 제 2 이동 유닛(540)은 잉크젯 헤드유닛(400a)을 제 3 방향(Ⅲ)으로 직선 이동시킨다.
제 1 이동 유닛(520)은 가이드 레일들(522a,522b), 슬라이더들(524a, 524b), 그리고 이동 플레이트(526)를 포함한다. 가이드 레일들(522a,522b)은 제 2 방향(Ⅱ)으로 길게 연장되며, 갠트리(200)의 전면에 제 3 방향(Ⅲ)으로 이격 설치될 수 있다. 가이드 레일들(522a,522b)에는 슬라이더들(524a, 524b)이 이동 가능하게 결합되며, 슬라이더들(524a, 524b)에는 직선 구동기, 예를 들어 리니어 모터(미도시)가 내장될 수 있다. 이동 플레이트(526)는 슬라이더들(524a, 524b)에 결합된다. 이동 플레이트(526)의 상부 영역은 상부에 위치한 슬라이더(524a)에 결합되고, 이동 플레이트(526)의 하부 영역은 하부에 위치한 슬라이더(524b)에 결합된다. 이동 플레이트(526)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 리니어 모터(미도시)의 구동력에 의해 가이드 레일들(522a,522b)을 따라 제 2 방향(Ⅱ)으로 직선 이동한다. 이와 같이, 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)이 제 2 방향(Ⅱ)을 따라 개별 이동됨에 따라, 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c) 간의 간격이 조절될 수 있다.
제 2 이동 유닛(540)은 가이드 부재(542), 슬라이더(544), 검출기(546), 제어기(548)를 포함한다. 가이드 부재(542)는 제 1 이동 유닛(520)의 이동 플레이트(526)에 결합되며, 슬라이더(544)의 제 3 방향(Ⅲ) 직선 이동을 안내한다. 슬라이더(544)는 가이드 부재(542)에 직선 이동 가능하게 결합되며, 슬라이더(544)에는 직선 구동기, 예를 들어 리니어 모터(미도시)가 내장될 수 있다. 잉크젯 헤드유닛(400a)는 슬라이더(544)에 결합되며, 슬라이더(544)의 제 3 방향(Ⅲ) 직선 이동에 의해 제 3 방향(Ⅲ)으로 이동된다.
검출기(546)는 갠트리(200)에 설치될 수 있으며, 잉크젯 헤드유닛(400a)와 기판(S) 사이의 간격을 검출한다. 검출기(546)는 레이저 센서일 수 있다. 제어기(548)는 검출기(546)의 검출 신호에 대응하는 제어 신호를 생성하고, 슬라이더(544)에 내장된 리니어 모터에 제어 신호를 전달하여 리니어 모터의 구동을 제어한다. 검출기(546)의 검출 결과에 따라 잉크젯 헤드유닛(400a)와 기판(S) 사이의 간격이 기설정된 기준치를 벗어나는 것으로 판단되면, 제어기(548)는 리니어 모터(미도시)의 구동을 제어하여 잉크젯 헤드유닛(400a)와 기판(S) 사이의 간격을 조절한다.
( 잉크젯 헤드유닛 )
잉크젯 헤드유닛(400)은 기판에 액정의 액적을 토출한다. 잉크젯 헤드유닛(400)은 복수 개 제공될 수 있다. 본 실시 예에서는 3 개의 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)이 제공된 예를 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 잉크젯 헤드유닛(400)은 제 2 방향(Ⅱ)으로 일렬로 나란하게 배열될 수 있으며, 갠트리(200)에 결합된다.
잉크젯 헤드유닛(400)의 저면에는 액정의 액적을 토출하는 복수 개의 노즐들(미도시)이 제공된다. 예를 들어, 각각의 헤드들에는 128 개 또는 256 개의 노즐들(미도시)이 제공될 수 있다. 노즐들(미도시)은 일정 피치의 간격으로 일렬로 배치될 수 있다. 노즐들(미도시)은 μg 단위의 양으로 액정을 토출할 수 있다.
종래의 씨린지(Syringe)를 이용한 포인트 도팅(Point Dotting) 방식의 경우, 액정의 토출 피치가 크고, 토출되는 액정의 양이 mg 단위이므로, 액정의 점성 유동 저항 때문에 기판상에 액정이 고르게 퍼지지 못하는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명은, 좁은 피치 간격을 가지는 다수의 노즐들(미도시)을 통해 μg 단위로 액정을 토출하므로, 액정의 점성 유동 저항에 불구하고 기판상에 보다 고르게 액정을 도포할 수 있다.
각각의 잉크젯 헤드유닛(400)에는 노즐들(미도시)에 대응하는 수만큼의 압전 소자가 제공될 수 있으며, 노즐들(미도시)의 액적 토출 량은 압전 소자들에 인가되는 전압의 제어에 의해 각기 독립적으로 조절될 수 있다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 헤드유닛의 구성을 도시한 도면들이다.
잉크젯 헤드유닛들(400a,400b,400c) 동일한 구성을 가지므로, 이하에서는 잉크젯 헤드유닛(400a)을 예로 들어 설명한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 잉크젯 헤드유닛(400a)는 몸체(412)와, 몸체(412) 내부에 약액을 저장하는 레저버(reservoir 또는 buffer tank)(420)와, 레저버(420)로부터 약액을 공급받아서 기판 표면에 약액을 토출하는 헤드(440), 몸체(412)를 이동 플레이트(526)의 전면에 결합하는 결합부재(214)를 포함한다. 또한, 잉크젯 헤드유닛(400a)는 레저버(420) 내부에 저장된 약액의 수위를 감지하는 센서(430)들을 포함한다.
몸체(412)는 하부면에 헤드(440)가 배치되고, 적어도 하나의 방향으로 이동 가능하도록 이동 플레이트(526)와 결합된다. 몸체(412)는 내부 하단에 레저버(420)가 제공된다.
헤드(440)는 지지판(110)에 안착된 기판 표면과 대향하는 하부면에 기판(S)으로 약액을 공급하는 복수 개의 노즐(미도시됨)들이 제공되는 노즐면(242)을 갖는다. 하나의 노즐면(242)에는 예를 들어, 128 또는 256 개의 노즐들(미도시)이 제공될 수 있다. 노즐들(미도시)은 일정 피치의 간격으로 일렬로 배치될 수 있다. 노즐들(미도시)은 μg 단위의 양으로 액정을 토출할 수 있다.
종래의 씨린지(Syringe)를 이용한 포인트 도팅(Point Dotting) 방식의 경우, 액정의 토출 피치가 크고, 토출되는 액정의 양이 mg 단위이므로, 액정의 점성 유동 저항 때문에 기판상에 액정이 고르게 퍼지지 못하는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명은, 좁은 피치 간격을 가지는 다수의 노즐들(미도시)을 통해 μg 단위로 액정을 토출하므로, 액정의 점성 유동 저항에 불구하고 기판상에 보다 고르게 액정을 도포할 수 있다.
헤드(440)에는 노즐들(미도시)에 대응하는 수만큼의 압전 소자가 제공될 수 있으며, 노즐들(미도시)의 액적 토출 량은 압전 소자들에 인가되는 전압의 제어에 의해 각기 독립적으로 조절될 수 있다.
레저버(420)는 약액의 버퍼 탱크 역할을 한다. 즉, 레저버(420)는 몸체(412) 내부에 형성되어 약액 공급유닛(600)로부터 약액을 받아서 저장하고 노즐들로 약액을 공급한다. 레저버(420)는 상부벽(415) 중앙에 센서(230)들이 관통되어 내부에 저장된 약액의 수위를 감지한다.
도 10을 참조하면, 레저버(420)의 전면에는 투명 재질의 덮개(411)가 결합, 밀폐되어 내부를 모니터링할 수 있다. 또 레저버(420)의 후면에는 헤드(440)의 노즐들로부터 토출되는 약액을 유량을 조절하기 위한 복수 개의 압전 소자(미도시됨)들 및 이를 노즐들과 인터페이스하는 인터페이스부(413)가 결합된다. 인터페이스부(413)는 이동 플레이트(526)의 상부면에 설치된 개별 헤드 제어유닛(700)과 전기적으로 연결된다.
레저버(220)의 하부면(217)은 양측에 노즐들로 약액을 공급하는 제 1 및 제 2 배출구(222, 224)들과, 하부면(217) 내부에 형성되어 노즐들과 제 1 및 제 2 배출구(222, 224)들을 연결하는 유로(228)를 포함한다. 따라서 노즐들은 유로(228)를 통해 레저버(220)로부터 약액을 공급받는다. 또 레저버(220)의 하부면(217)은 제 1 및 제 2 배출구(222, 224)가 서로 다른 높이를 갖도록 단차가 제공된다. 이는 제 1 및 제 2 배출구(222, 224)의 압력차를 이용하여 레저버(220)에 저장된 약액에 포함된 기포를 용이하게 제거하기 위함이다.
또 레저버(220)의 후면에는 내부 압력 조절을 위한 공압라인이 연결되는 제 1 연결부(216)와, 약액 공급을 위한 약액공급라인이 연결되는 제 2 연결부(218)가 제공된다. 제 1 연결부(216)는 압력을 안정적으로 제어하기 위하여 레저버(220) 상부에 배치된다. 제 1 연결부(216)는 압력이 안정되고 상부에 배치됨으로써, 약액이 제 1 연결부(216) 및 공압라인으로 역류되는 현상을 제거할 수 있다.
제1연결부(216)에는 개별 헤드 제어 유닛의 압력 조절부(260)가 연결되고, 제2연결부(218)에는 액정 공급유닛(600)이 연결된다.
도 11은 잉크젯 헤드유닛과 개별 헤드 제어 유닛 그리고 액정 공급유닛간의 제어 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 개별 헤드 제어 유닛의 압력 조절부 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 13은 잉크젯 헤드유닛에 연결된 개별 헤드 제어 유닛과 액정 공급유닛을 보여주는 구성도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 개별 헤드 제어 유닛(700)은 제1이동 유닛(520)에 설치되어 잉크젯 헤드유닛(400a)으로의 약액 공급, 압력 제어 그리고 토출량 제어 등의 동작을 개별적으로 제어한다.
개별 헤드 제어 유닛(700)은 제어보드(710), 압력 조절부(720)를 포함한다.
제어보드(710)는 잉크젯 헤드유닛(400a)의 헤드(440)에 전기적으로 연결되고, 잉크젯 헤드유닛(400a)으로 토출 제어신호를 인가한다. 잉크젯 헤드유닛(400a)에는 노즐들에 대응하는 수의 압전소자가 제공되며, 개별 헤드 제어 유닛(700)의 제어보드(710)는 압전소자들에 인가되는 전압을 제어하여 노즐들의 액적 토출량을 조절하게 된다. 제어보드(710)는 압력 조절부(720)에 전기적으로 연결되고, 잉크젯 헤드 유닛(400a)의 레저버(420) 내부 압력을 일정하게 유지하도록 제어하기 위하여 압력 조절부(720)에 밸브 제어신호를 인가한다. 제어보드(710)는 잉크젯 헤드 유닛으로의 액정 공급을 위해 액정 공급유닛(600)을 제어한다.
도 12를 참조하면, 압력 조절부(720)는 레저버(420)의 내부 압력을 일정하게 유지하도록 양압과 음압을 제어하기 위한 것으로, 제어보드(710)에 의해 제어되며, 잉크젯 헤드유닛(400a)으로 제공될 양압과 음압을 조절하는 압력제어모듈(730) 및 압력제어모듈(730)과 연결되고 압력제어모듈(730)에서 조절된 양압 또는 음압을 잉크젯 헤드유닛(400a)으로 선택적으로 제공하기 위한 방향제어모듈(740)을 포함한다.
압력제어모듈(730)은 양압라인과 연결되는 양압제어밸브(732), 양압제어밸브(732)를 제어하는 양압제어보드(733), 음압라인과 연결되는 음압제어밸브(734) 그리고 음압제어밸브(734)를 제어하는 음압제어보드(735)가 모듈화되어 있다. 양압제어보드(733)와 음압제어보드(735)는 양압측정보드 및 음압측정보드로부터 아날로그 시그날을 실시간으로 피드백 받아 압력을 일정한 수준으로 유지시키는 동시에 제어보드와 연동되어 동작된다.
방향제어모듈(740)은 양압을 측정하는 센서(742)가 보드상에 장착되어 있으며 압력값을 실시간으로 양압제어보드(733)로 제공하는 양압측정보드(743), 음압을 측정하는 센서(744)가 보드상에 장착되어 있으며 압력값을 실시간으로 음압제어보드(735)로 제공하는 음압측정보드(745) 그리고 잉크젯 헤드유닛으로 양압 또는 음압을 선택적으로 제공하기 위한 3방향 밸브 방식의 양압개폐밸브(746)와 음압개폐밸브(748)를 포함한다. 압력제어모듈(730)과 방향제어모듈(740) 간의 연결포트에는 상호 체결을 위한 커넥터(750)를 갖는다. 이처럼, 본 발명은 방향제어모듈(740)의 양압측정보드(743)와 음압측정보드(745)가 양압과 음압 측정값을 실시간 아날로그 시그날로 압력제어측으로 제공함으로써 양압제어밸브(732)와 음압제어밸브(734)의 제어 정밀도가 향상될 수 있다.
이처럼, 압력 조절부(720)는 압력제어측 모듈과 방향제어측 모듈 두개의 구성품으로 기존 압력 제어(Meniscus Pressure Control : MPC) 유닛과 대체되며, 특히 배관 구성이 필요 없기 때문에 잉크젯 헤드 유닛으로 전달되는 압력손실을 최소화할 수 있고 제어 압력을 최적화 할 수 있다. 또한, 공수절감 및 원가경쟁력이 향상되고 최적화 및 최소화된 사이즈로 인해 헤드 축수 변화에 다양한 컨셉으로 대응 가능하다.
액정 공급유닛(600)는, 액정 공급탱크(672), 레귤레이터(673)가 장착된 가압 부재(674), 액정 공급라인(675)를 포함하며, 이동 플레이트(526) 전방에 설치된다. 레귤레이터(673)는 제어보드(710)에 의해 제어되며, 가압부재(674)에서 사용되는 기체 압력은 압력조절부(720)에 연결되는 양압라인으로부터 제공받을 수 있다. 액정 공급탱크(672)은 예를 들어 통 형상으로 제공될 수 있으며, 액정 공급탱크(672) 내에는 액정이 채워져 있다. 가압 부재(674)는 액정 공급탱크(672)에 기체 압력을 작용시킨다. 액정 공급탱크(672) 내의 액정은 가압 부재(674)의 기체 압력에 의해 액정 공급라인(675)를 통해 레저버(420)로 전달된다. 액정 공급라인(675)에는 파티클 여과 부재(676), 기포 여과 부재(677) 등이 설치된다. 액정 공급 라인(675)의 일단은 액정 공급탱크(672)에 연결되고, 액정 공급 라인(675)의 타단은 레저버(420)의 제2연결부(418)에 연결된다.
종래의 액정 도포 장치는, 잉크젯 헤드유닛들을 제어하는 제어부가 메인 제어부의 메인 컴퓨터로써, 잉크젯 헤드유닛들과는 별도로 장치의 외부에 제공되거나, 장치 내에 제공되더라도 잉크젯 헤드유닛들로부터 먼 거리에 제공되므로, 메인 제어부로부터 잉크젯 헤드유닛들로의 제어 신호의 전달시 노이즈(Noise)가 발생하여 제어 신호의 왜곡이 발생하는 문제점을 가지고 있었다.
그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 개별 헤드 제어 유닛(700)은 잉크젯 헤드유닛들이 각각 결합되어 있는 이동 플레이트(200) 상에 배치되므로, 헤드 제어 유닛(700)과 잉크젯 헤드유닛들을 연결하는 케이블의 길이가 짧아져, 헤드 제어 유닛(700)과 잉크젯 헤드유닛 사이의 제어 신호 전달에 있어서 노이즈 발생에 의한 신호 왜곡을 최소화할 수 있다.
특히, 잉크젯 헤드유닛의 압력 제어를 위한 압력 조절부(720)의 밸브들과 센서 등을 모듈화함으로써, 잉크젯 헤드유닛과 이에 연결된 헤드 제어 유닛(700)의 유지 보수가 용이하다.
( 액정 토출량 측정 유닛 )
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 액정 토출량 측정 유닛(800)은 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)의 액정 토출량을 측정한다. 구체적으로, 액정 토출량 측정 유닛(800)은 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c) 마다 전부의 노즐들(미도시)로부터 토출되는 액정 량을 측정한다. 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)의 액정 토출량 측정을 통해, 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)의 노즐들(미도시)의 이상 유무를 거시적으로 확인할 수 있다. 즉, 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)의 액정 토출량이 기준치를 벗어나면, 노즐들(미도시) 중 적어도 하나에 이상이 있음을 알 수 있다.
잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)은 갠트리 이동 유닛(300)과 헤드 이동 유닛(500)에 의해 제 1 방향(Ⅰ)과 제 2 방향(Ⅱ)으로 이동되어 액정 토출량 측정 유닛(800)의 상부에 위치할 수 있다. 헤드 이동 유닛(500)은 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)을 제 3 방향(Ⅲ)으로 이동시켜 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)과 액정 토출량 측정 유닛(800)과의 상하 방향 거리를 조절할 수 있다.
( 노즐 검사 유닛 )
도 2 및 도 3을 참조하면, 노즐 검사 유닛(900)은 광학 검사를 통해 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)에 제공된 개별 노즐의 이상 유무를 확인한다. 액정 토출량 측정 유닛(800)에서 거시적인 노즐의 이상 유무를 확인한 결과, 불특정의 노즐에 이상이 있는 것으로 판단된 경우, 노즐 검사 유닛(900)은 개별 노즐의 이상 유무를 확인하면서 노즐에 대한 전수 검사를 진행할 수 있다.
노즐 검사 유닛(900)은 베이스(B) 상의 기판 지지 유닛(100) 일측에 배치될 수 있다. 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)은 갠트리 이동 유닛(300)과 헤드 이동 유닛(500)에 의해 제 1 방향(Ⅰ)과 제 2 방향(Ⅱ)으로 이동되어 노즐 검사 유닛(900)의 상부에 위치할 수 있다. 헤드 이동 유닛(500)은 헤드들(410,420,430)을 제 3 방향(Ⅲ)으로 이동시켜 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)과 노즐 검사 유닛(900)과의 상하 방향 거리를 조절할 수 있다.
( 헤드 세정 유닛 )
도 2 및 도 3을 참조하면, 헤드 세정 유닛(1000)은 퍼징(Purging) 공정과 흡입(Suction) 공정을 진행한다. 퍼징(Purging) 공정은 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)의 내부에 수용된 액정의 일부를 고압으로 분사하는 공정이다. 흡입(Suction) 공정은, 퍼징(Purging) 공정 후, 잉크젯 헤드유닛(400a,400b,400c)의 노즐면에 잔류하는 액정을 흡입하여 제거하는 공정이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
B: 베이스 100: 기판 지지 유닛
200: 갠트리 300: 갠트리 이동 유닛
400: 헤드 500: 헤드 이동 유닛
600: 액정 공급 유닛 700: 개별 헤드 제어 유닛
800: 액정 토출량 측정 유닛 900: 노즐 검사 유닛
1000: 헤드 세정 유닛

Claims (2)

  1. 잉크젯 방식의 처리액 토출 장치에 있어서,
    기판이 놓이며 제 1 방향으로 직선 이동 가능한 기판 지지 유닛;
    상기 기판 지지 유닛의 이동 경로 상부에 제공되며, 상기 제1방향으로 이동되는 갠트리(gantry);
    상기 갠트리의 길이방향으로 이동되는 제1이동 유닛들;
    상기 갠트리의 길이방향으로 이동 가능하게 상기 제1이동 유닛들 각각에 결합되며, 잉크젯 방식으로 액정을 토출하는 잉크젯 헤드유닛들; 및
    상기 제1이동 유닛들에 각각에 설치되어 상기 잉크젯 헤드유닛들 각각의 동작을 개별적으로 제어하는 헤드 제어 유닛들을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 방식의 처리액 토출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드 제어 유닛은
    상기 제1이동 유닛에 설치되는 프레임;
    상기 프레임에 장착되는 제어보드;
    상기 제어보드에 의해 제어되며, 상기 잉크젯 헤드유닛으로 제공될 양압과 음압을 조절하는 압력제어모듈; 및
    상기 압력제어모듈과 연결되고 상기 압력제어모듈에서 조절된 양압 또는 음압을 상기 잉크젯 헤드유닛으로 선택적으로 제공하기 위한 방향제어모듈을 포함하며,
    상기 압력제어모듈은
    양압라인과 연결되는 양압제어밸브, 상기 양압제어밸브를 제어하는 양압제어보드, 음압라인과 연결되는 음압제어밸브, 상기 음압제어밸브를 제어하는 음압제어보드를 포함하고,
    상기 방향제어모듈은
    양압을 측정하는 센서가 보드상에 장착되어 있으며 압력값을 실시간으로 상기 양압제어보드로 제공하는 양압측정보드, 음압을 측정하는 센서가 보드상에 장착되어 있으며 압력값을 실시간으로 상기 음압제어보드로 제공하는 음압측정보드, 상기 잉크젯 헤드유닛으로 양압 또는 음압을 선택적으로 제공하기 위한 양압개폐밸브와 음압개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 방식의 처리액 토출 장치.
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