KR20120015798A - 삼중 전극을 이용한 정전방식 다중 노즐 액적 토출 장치 및 그의 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패턴의 정밀도를 향상시키면서 다중 노즐을 구현하여 양산화가 가능한 삼중 전극을 이용한 정전방식 다중 노즐 액적 토출 장치 및 그의 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명은 용액을 수용하는 저수조와, 기판이 안착되는 척(chuck)과, 상기 용액이 액적 형태로 토출되는 토출구를 구비한 노즐과, 상기 노즐과 전기적으로 분리된 상태로 상기 기판과 상기 노즐 사이에 위치되고, 상기 액적이 관통하여 상기 기판 상에 토출되도록 관통 구멍을 구비한 게이트 전극과, 상기 노즐에 일정한 바이어스 전압을 공급하는 제1 전압 공급수단과, 상기 게이트 전극에 펄스 형태의 게이트 전압을 공급하는 제2 전압 공급수단을 구비하는 액적 토출 장치를 제공한다.
따라서, 본 발명은 삼중 전극(노즐, 게이트 전극 및 기판)을 이용한 정전방식을 구현함으로써 종래기술에서 문제가 되었던 다중 노즐에서의 간섭을 방지하고, 패턴의 정밀도를 향상시키면서 다중 노즐을 구현할 수 있으며, 이를 통해 양산화가 가능하다.

Description

삼중 전극을 이용한 정전방식 다중 노즐 액적 토출 장치 및 그의 구동방법{ELECTROSTATIC TYPE LIQUID DROPLET EJECTION APPARATUS USING TRIPPLE ELECTRODE AND AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}

본 발명은 정전방식 다중 노즐 액적 토출 장치 및 그의 구동방법에 관한 것으로서, 상세하게는 반도체, 디스플레이, PCB(Printed Circuit Board), 태양전지 등과 같이 미세패턴이 요구되는 IT(Information Technology), NT(Nano Technology), BT(Bio Technology)로 대표되는 첨단핵심산업에서 마이크로미터 크기의 액적을 기판 상에 토출하여 미세패턴을 형성하는 삼중 전극을 이용한 정전방식 다중 노즐 액적 토출 장치 및 그의 구동방법에 관한 것이다.

정보산업과 같은 첨단핵심산업에서의 제품은 성능 및 기능 고급화에 대한 요구와 함께 이와 상반되는 가격 인하에 대한 요구도 높아지고 있다. 정보산업분야에서 대표적인 제품군인 반도체, 디스플레이, PCB, 태양전지 등은 가격경쟁력을 확보하기 위해 보다 미세한 패턴을 저렴한 공정으로 형성하는 기술이 절실하게 요구되고 있다.

이러한 요구에 힘입어 최근에는 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 기술이 크게 주목받고 있다. 잉크젯 프린팅 기술은 기존의 사진식각공정을 대체할 수 있는 기술로 각광받기 시작하였으며, 기존의 사진식각공정과 비교하여 재료비 절감, 공정 수 감소가 가능하고, 저온에서 직접적인 미세패턴 형성이 가능하므로 FPDS(Flat Panel Displays), PCB, 센서, 바이오소자, 광학소자 등 많은 분야에서 적용이 가능하다.

상용화된 잉크젯 프린팅 기술은 열전사 방식과 피에조 방식이 대표적이다. 이러한 잉크젯 프린팅 기술은 기본적으로 액츄에이터를 사용하여 챔버 안에 잉크를 밀어내는 방식이다. 하지만 이러한 방식들은 산업용 프린팅 기술로서 사용하는 데는 많은 어려움을 갖고 있다. 열전사 방식의 경우 어레이 배열 시 열 문제와 열기포로 인한 잉크변성이 발생할 수 있고, 피에조 방식의 경우 노즐의 반경이 작아지고 잉크의 점성이 높아질수록 더 강한 액츄에이터의 힘을 필요로 하게 되어 노즐의 밀도를 높이기가 매우 어렵다. 또한, 이들 방식은 노즐의 반경보다 더 작은 액적(droplet)을 형성하기가 어렵기 때문에 10㎛ 이하의 미세패턴을 구현하는데 한계가 있다.

기존의 잉크젯 프린팅 기술의 문제점을 해결하기 위하여 2007년 11월 7일에 등록된 한국등록특허 제10-776376(명칭 : 전도성 라인 형성을 위한 패터닝 장치)에 모세관과 기판 사이에 고전압을 인가하여 정전기력으로 액적을 토출하는 기술이 제안되었다.

도 1은 종래기술에 따른 정전기력으로 액적을 토출하는 장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 액적 토출 장치는 노즐(3), 접지전극(6), 기판(1), 스테이지(2), 가이드링(7), 전원공급장치(4)를 구비하고, 용액이 분무될 때 전원공급장치(4)로부터 노즐(3)과 접지전극(6) 사이에 전압을 인가하여 분무형태를 원뿔형 액주모드로 변환시키고, 원뿔형 액주모드로부터 분무된 젯을 가이드링(7)으로 관통시키면서 변환된 분무형태의 용액을 미리 설정된 패턴형상에 따라 기판(1)에 부착시킨다.

이러한 액적 토출 장치는 외부에서 인가된 정전기력을 이용하여 노즐의 방출구에 형성된 메니스커스(meniscus)의 끝단에서 미세 액적을 뜯어내는 방식이다. 이에 따라, 메니스커스의 끝단에서 뜯어내는 액적의 양을 정전장과 노즐의 형상을 조절하여 정할 수 있음으로 노즐의 반경보다 작은 크기의 액적을 다양하게 토출할 수 있다.

그러나, 이러한 종래기술에 따른 액적 토출 장치는 양산화를 구현하는데 어려움이 있다. 양산화를 위해서는 다중 노즐이 요구되는데, 종래기술에 따른 액적 토출 장치에서와 같이 노즐에 전압을 인가하여 토출하는 제어방식으로는 다중 노즐 구현시 잉크 공급 경로를 통한 통전 문제가 발생될 수 있다. 즉, 다중 노즐 구현시 노즐 간에 상호 간섭이 발생되어 패턴의 정밀도가 저하되는 문제가 유발될 수 있다.

따라서, 본 발명은 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 액적의 토출 직진성을 개선시켜 패턴의 정밀도를 향상시키고, 다중 노즐(복수개의 노즐을 어레이 형태로 배치)을 구현하여 양산화가 가능한 삼중 전극을 이용한 정전방식 다중 노즐 액적 토출 장치 및 그의 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 용액을 수용하는 저수조와, 기판이 안착되는 척(chuck)과, 상기 용액이 액적 형태로 토출되는 토출구를 구비한 노즐과, 상기 노즐과 전기적으로 분리된 상태로 상기 기판과 상기 노즐 사이에 위치되고, 상기 액적이 관통하여 상기 기판 상에 토출되도록 관통 구멍을 구비한 게이트 전극과, 상기 노즐에 직류 바이어스 전압을 공급하는 제1 전압 공급수단과, 상기 게이트 전극에 펄스 형태의 게이트 전압을 공급하는 제2 전압 공급수단을 구비하는 액적 토출 장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 기판 또는 상기 척은 접지전압단과 연결될 수 있다.

바람직하게, 상기 노즐과 상기 게이트 전극은 복수개가 서로 대향되어 어레이 형태로 배열되고, 상기 노즐과 상기 게이트 전극은 절연체에 의해 서로 전기적으로 분리될 수 있다.

바람직하게, 상기 제2 전압 공급 수단은 상기 복수개의 게이트 전극에 각각 독립적으로 상기 게이트 전압을 공급하여 각 노즐마다 독립적으로 액적의 토출을 유도할 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 상기 액적 토출 장치의 구동방법에 있어서, 상기 게이트 전압과 상기 바이어스 전압 간의 전압차를 감소시켜 상기 노즐과 상기 게이트 전극 간의 전기장이 상기 액적의 토출에 필요한 토출 전기장보다 낮도록 조절하고, 상기 게이트 전압과 상기 바이어스 전압 간의 전압차를 증가시켜 상기 노즐과 상기 게이트 전극 간의 전기장이 상기 액적의 토출에 필요한 전기장보다 높도록 조절하여, 상기 액적의 토출을 제어하는 액적 토출 장치의 구동방법을 제공한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 삼중 전극(노즐, 게이트 전극 및 기판)을 이용한 정전방식을 구현함으로써 종래기술에서 문제가 되었던 다중 노즐에서의 간섭을 방지하고, 패턴의 정밀도를 향상시키면서 다중 노즐을 구현할 수 있으며, 이를 통해 양산화가 가능하다.

특히, 본 발명에 의하면, 노즐(또는 용액)에 일정한 직류전압의 바이어스 전압을 인가한 상태에서 액적의 토출은 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압을 통해 제어함으로써 다중 노즐 구조에서 노즐 간 상호 간섭이 원천적으로 발생되지 않는다.

또한, 본 발명에 의하면, 노즐-게이트 전극 및 게이트 전극-기판 사이의 공간에 유도된 전기장 방향이 서로 동일하기 때문에 게이트 전극을 통과한 액적이 지속적으로 정전기력에 의해 가속되어 기판으로 이동함으로써 직진성을 개선시켜 패턴 위치 정밀도가 뛰어나다.

도 1은 종래기술에 따른 액적 토출 장치를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 액적 토출 장치를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예1에 따라 실제 구현된 액적 토출 장치를 도시한 도면.
도 4는 액적 토출 장치에 인가되는 바이어스 전압과 게이트 전압을 도시한 파형도.
도 5는 본 발명의 실시예2에 따른 액적 토출 장치를 도시한 구성도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상(또는 상부)"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 일한 도면번호로 표시된 부분은 동일한 층을 나타낸다.

또한, 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 액적 토출 장치를 설명하기 위하여 도시한 구성도이고, 도 3은 실제 구현된 본 발명의 실시예1에 따른 액적 토출 장치를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예1에 따른 액적 토출 장치(10)는 저수조(13), 노즐(14), 게이트 전극(17), 제1 전압 공급수단(15), 제2 전압 공급수단(16), 척(chuck)(19)을 구비한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 액적 토출 장치(10)는 스테이지부(20), 압력 조절부(11), 압력 측정부(12), 토출 제어수단(22)을 더 구비할 수 있다.

노즐(14)은 저수조(13)와 연결된 용액 공급 채널(23)과 연결되어 저수조(13)로부터 용액 공급 채널(23)로 공급되는 용액(30)을 공급받는다. 노즐(14)에는 그 선단부에서 그 중심선을 따라 관통하는 노즐 내 유로가 형성되고, 노즐 내 유로의 말단이 되는 토출구가 노즐(14)의 선단부에 형성된다. 상기 토출구는 용액 공급 채널(23)과 연통하여, 용액 급급 채널로 공급된 용액은 노즐(14)의 토출구 내로 공급된다.

노즐(14)은 전도성 재료 또는 비전도성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 전도성 재료로는 금, 백금, 구리, 알루미늄 등의 금속과 전도성 폴리머 등을 사용할 수 있고, 비전도성 재료로는 유리 또는 폴리카보네이트, 폴리프로필렌 등의 비전도성 폴리머 등을 사용할 수 있다. 전도성 재질로 이루어진 경우, 노즐(14)은 제1 전압 공급수단(15)으로부터 고전압인 바이어스 전압을 리드선과 같은 도전선을 통해 공급받아 용액(예를 들면, 잉크)에 바이어스 전압이 인가되도록 한다. 비전도성 재료로 이루어진 경우에는 그 내부에 별도의 전도성 전극을 구비하고, 상기 전도성 전극이 잉크와 직접 접촉하도록 구성하여 잉크에 제1 전압 공급수단(15)으로부터 공급되는 바이어스 전압이 인가되도록 할 수도 있다. 바이어스 전압은 직류전압(DC)이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예1에서는 일례로 노즐(14)을 스테인레스 강(stainless steel) 재질로 선단부에 뾰족한 바늘(needle) 형상으로 구현하였다.

노즐(14)은 표층이 발수성을 가지도록 형성하는 것이 바람직하며, 이를 통해 액적이 토출되지 않을 때 노즐(14) 외부로 용액이 묻지 않도록 할 수 있다. 또한, 노즐(14)의 토출구 주변에 용액이 부착함으로써 액적의 토출에 악영향을 주는 일이 발생되지 않는다. 또한, 노즐(14)의 표층이 발수성을 가짐으로써 토출시에 형성되는 메니스커스가 고운 볼록 형상으로 형성되어 액적이 안정적으로 토출된다.

노즐(14)은 그 선단부에서의 개구 직경과 노즐 내 유로가 균일하고, 이들이 초미소 직경으로 형성된다. 노즐(14)의 형상은 선단부를 향함에 따라 직경이 가늘어지도록 선단부에서 첨예하게 형성되어 원추형에 가까운 원추 사다리꼴로 형성될 수 있다. 구체적인 각부의 치수의 일례를 들면, 토출구의 내부 직경은 1~200㎛ 이다. 노즐의 선단부에서의 외부 직경은 2㎛~300㎛이고, 노즐의 깊이는 10~1000㎛ 이다.

노즐(14)의 각 치수는 상기한 예들로 한정되는 것은 아니며, 특히 노즐(14)의 내부 직경에 대해서는 전계 집중의 효과에 의해 액적의 토출을 가능하게 하는 토출 전압이 1000V 미만(또는, 그 이하)을 실현하는 범위로서, 예를 들면, 노즐 직경은 70㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 직경 20㎛ 이하로서, 현행 노즐 형성 기술에 의해 용액을 통과시키는 관통 구멍을 형성하는 것이 실현 가능한 범위인 직경을 그 하한값으로 한다.

게이트 전극(17)은 노즐(14)과 기판(18) 사이에 배치되고, 액적(40)이 관통하는 관통 구멍(17a)을 구비한다. 관통 구멍(17a)은 노즐(14)의 토출구와 대향되도록 게이트 전극(17)의 일부분에 형성되어 노즐(14)로부터 토출된 액적(40)이 관통하게 된다. 관통 구멍(17a)의 크기(원형인 경우, 지름)는 제한을 두지 않으며, 노즐(14)의 토출구의 크기에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 바람직하게는 토출구보다 크게 형성된다. 그러나, 관통 구멍(17a)은 이에 한정되지는 않고 적절히 선택될 수 있다.

게이트 전극(17)은 전도성 재료 혹은 절연성 재료에 도전성 패턴이 형성된 구조로 형성될 수 있다. 게이트 전극(17)은 다중 노즐을 구현하기 위하여 각각 분리된 형태로 부착할 수도 있으나, 바람직하게는 절연체로 구성된 한 몸체에 각각 전기적으로 절연된 전도성 패턴이 게이트 전극을 이루도록 할 수도 있다. 이러한 게이트 전극(17)은 제2 전압 공급수단(16)으로부터 게이트 전압을 공급받도록 구성된다.

게이트 전극(17)은 도 2에 도시된 바와 같이 스테이지(20) 쪽에 안착이 될 수도 있지만, 도 5에 도시된 바와 같이 노즐(14) 쪽에 고정되는 구조가 바람직하다. 도 2에서는 노즐(14)의 중앙과 게이트 전극(17)의 관통 구멍(17a)을 일치시키고, 거리를 조절하기 위하여 XYZ 스테이지를 이용하였으나, 실제 적용에서는 노즐(14)와 게이트 전극(17)이 한 몸체로 제작시에 정렬접합되어 나오는 방식이 더 바람직하다.

제1 전압 공급수단(15)은 노즐(14)로 바이어스 전압(Vbias)을 공급한다. 바이어스 전압(Vbias)은 일정 전압 레벨을 갖는 직류전압으로서 도 4에 도시된 바와 같이 제2 전압 공급수단(16)으로부터 공급되는 게이트 전압(Vgate)보다 높은 전압 레벨을 갖는다.

제2 전압 공급수단(16)은 토출 제어수단(22)으로부터 출력되는 제어신호에 응답하여 펄스 형태의 게이트 전압(Vgate)을 게이트 전극(17)으로 공급한다. 게이트 전압(Vgate)은 펄스 전압으로서, 도 4에 도시된 바와 같이 하이레벨(VH)과 로우레벨(VL)을 갖는다. 본 명세서에서, 하이레벨(VH)의 최소값은 로우레벨(VL)의 전압보다는 높고, 하이레벨(VH)의 최대값은 바이어스 전압(Vbias)보다는 낮은 전압을 갖는다.

예를 들어, 액적 토출이 이루어지도록 하는 경우, 토출 제어수단(22)은 이에 대응하는 제어신호(예를 들면, 논리 하이)를 제2 전압 공급수단(16)으로 출력하고, 제2 전압 공급수단(16)은 이에 응답하여 하이레벨(VH)을 갖는 게이트 전압(Vgate)을 생성하여 게이트 전극(17)으로 공급한다. 이와 반대로, 액적 토출이 이루어지지 않도록 하는 경우, 토출 제어수단(22)은 이에 대응하는 제어신호(예를 들면, 논리 로우)를 제2 전압 공급수단(16)으로 출력하고, 제2 전압 공급수단(16)은 이에 응답하여 로우레벨(VL)을 갖는 게이트 전압(Vgate)을 생성하여 게이트 전극(17)으로 공급한다.

척(19)은 그 상부에 기판(18)이 안착되고, 기판(18)을 상하좌우로 이동시키기 위하여 스테이지(20)와 마찬가지로 X축, Y축, Z축 방향으로 왕복직선운동이 가능하도록 구성된다. 이에 더하여, 척(19)은 X축, Y축 방향으로 회전이 가능하도록 구성될 수도 있다.

척(19)은 게이트 전극(17)과 기판(18) 간에 정전기력을 발생시키기 위하여 접지전압단(21)과 접속된다. 예를 들어, 기판(18)이 전도성 재질로 형성된 경우 직접 접지전압단(21)과 접속되어 접지전압을 공급받거나, 혹은 척(19)과 전기적으로 접속되어 척(19)을 통해 접지전압을 공급받을 수 있다. 이와 반면, 기판(18)이 절연체, 즉 유리 등인 경우에는 척(19)이 접지전압단(21)과 연결되면, 게이트 전극(17)과 척(19) 간의 전기장이 절연 기판을 통과하게 된다. 이때, 전기장 방향은 노즐(14)과 게이트 전극(17) 간의 전기장과 동일한 방향으로 발생되기 때문에 토출이 이루어지게 된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예1에 따른 액적 토출 장치의 구동방법을 설명하기로 한다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 노즐(14)(또는, 노즐 내 잉크와 연결된 전극)에는 제1 전압 공급수단(15)으로부터 직류전압인 고전압의 바이어스 전압(Vbias)이 인가된다.

이런 상태에서, 제2 전압 공급수단(16)으로부터 게이트 전압(Vgate)이 게이트 전극(17)으로 인가되고, 게이트 전압(Vgate)의 전압 레벨에 대응하여 형성되는 노즐(14)과 게이트 전극(17) 간 전기장의 크기에 따라 액적의 토출이 이루어지게 된다.

본 발명에서, 액적의 토출은 게이트 전극(17)에 인가되는 게이트 전압(Vgate)에 따라 제어된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 게이트 전압(Vgate)이 하이레벨(VH)인 경우에, 바이어스 전압(Vbias)과 게이트 전압(Vgate) 간의 전압차(Vd1)는 로우레벨(VL)인 경우의 전압차(Vd2)보다 크게 된다. 이에 따라, 게이트 전압(Vgate)이 하이레벨(VH)일 때보다 로우레벨(VL)일 때 큰 전기장이 유도되는 것이다.

따라서, 본 발명의 실시예1에 따른 액적 토출 장치는 게이트 전압(Vgate)을 조정하여 바이어스 전압(Vbias)과 게이트 전압(Vgate) 간에 전압차를 조정함으로써 액적의 토출을 제어할 수 있다. 즉, 바이어스 전압(Vbias)과 게이트 전압(Vgate) 간의 전압차(Vd2)에 대응하는 전기장을 액적의 토출에 필요한 최소 전기장보다 낮게 조정하여 액적의 토출이 일어나지 않도록 제어할 수 있다. 이와 반대로, 바이어스 전압(Vbias)과 게이트 전압(Vgate) 간의 전압차(Vd1)에 대응하는 전기장을 액적의 토출에 필요한 최소 전기장보다 높게 조정하여 액정의 토출이 일어나도록 제어할 수 있다.

이와 같이, 노즐-게이트 전극 사이에 유도된 전기장의 크기에 따라 노즐(14)에서 액적의 토출이 일어난다. 그후, 노즐(14)로부터 토출된 액적은 게이트 전극-기판 사이에 유도된 전기장에 의해 가속되어 기판(18) 상에 토출되어 목적하는 패턴을 형성하게 된다. 결국, 노즐-게이트 전극 및 게이트 전극-기판 사이에 유도된 전기장 방향이 상호 동일함에 따라 게이트 전극(17)을 통과한 액적이 지속적으로 정전기력에 의해 가속되어 기판(18)으로 이동하기 때문에 직진성을 개선시켜 패턴 위치 정밀도가 개선된다.

도 5는 본 발명의 실시예2에 따른 액적 토출 장치를 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예2에 따른 액적 토출 장치는 도 2에 도시된 실시예1에 따른 액적 토출 장치와 달리 복수개의 노즐(52)이 어레이 형태로 배치된다.

도 5에는 복수개의 노즐(52)이 일렬로 배열되어 있는 것처럼 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 본 발명의 실시예2에서는 복수개의 노즐(52)이 형성되어 2열 이상으로 배열되거나 매트릭스(matrix) 형상으로 배열될 수도 있다.

노즐(52) 상에는 절연체(53)가 형성된다. 절연체(53)는 노즐(52)과 게이트 전극(54)을 전기적으로 분리시키기 위하여 액적이 토출되는 방향과 대향하는 노즐(52)의 상면에 형성된다. 절연체(53)는 노즐(52)의 토출구(52a)와 대향되는 관통 구멍(53a)을 구비한다. 관통 구멍(53a)의 크기는 토출구(52a)보다 크게 형성될 수 있다.

절연체(53)는 그 두께가 보통 수~수백 ㎛로 형성되기 때문에 노즐 직경이 1㎛ 정도의 초미세 토출을 제외하고는 박막 공정을 적용해 제작하는 것은 실질적으로 어렵기 때문에 절연소재, 예를 들어 유리 기판을 노즐(52)에 접합시켜 제작하는 것이 바람직하다.l

절연체(53)의 상면에는 게이트 전극(54)이 형성된다. 게이트 전극(54)은 절연체(53)와 마찬가지로 액적이 관통하는 관통 구멍(54a)을 구비한다. 게이트 전극(54)의 관통 구멍(54a)은 절연체(53)의 관통 구멍(53a)과 동일한 크기로 형성될 수 있다. 그러나, 게이트 전극(54)의 관통 구멍(53a)의 크기는 제한을 두지는 않는다.

도 5에는 도시되진 않았지만, 복수개의 게이트 전극(54)에는 노즐(52)과 마찬가지로 독립적으로 게이트 전압이 인가되도록 할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 실시예2에 따른 액적 토출 장치는 게이트 전압을 복수개의 게이트 전극(54) 중 선택된 게이트 전극으로 게이트 전압을 공급하기 위한 전압 공급수단과 스위칭 수단을 구비할 수 있다.

게이트 전압은 도 4에 도시된 펄스 전압일 수 있으며, 이러한 게이트 전압을 복수개의 게이트 전극(54) 중 선택된 게이트 전극으로 인가하기 위해서는 스위칭 수단이 필요하다. 상기 스위칭 수단은 게이트 전압 공급수단을 통해 생성된 게이트 전압을 별도의 제어신호들에 응답하여 복수개의 게이트 전극(54) 중 선택된 게이트 전극으로 순차적(또는, 비순차적)으로 인가하거나 또는 교번적으로 랜덤하게 인가하도록 구성될 수 있다. 이러한 스위칭 수단의 구성은 제한을 두지 않으며, 게이트 전압을 제어신호에 응답하여 선택된 게이트 전극으로 공급할 수 있는 공지기술들은 모두 적용할 수 있다.

본 발명의 실시예2에 따른 액적 토출 장치는 복수개의 노즐(52)과 게이트 전극(54)과, 이들에게 각각 바이어스 전압과 게이트 전압을 공급하기 위한 전압 공급수단과 스위칭 수단을 제외하고 다른 구성들은 실시예1과 동일하게 구성할 수 있다.

본 발명의 실시예2에 따른 액적 토출 장치는 복수개의 노즐(52)과, 이에 대응하여 배치된 복수개의 게이트 전극(54)을 구비하여 다중 노즐을 구현할 수 있다. 또한, 전압 공급수단과 스위칭 수단을 통해 이들에게 선택적으로 바이어스 전압과 게이트 전압을 공급함으로써 다중 노즐 구조에서 발생되는 간섭을 원천적으로 방지할 수 있다.

다중 노즐에서의 간섭을 방지하기 위하여, 본 발명의 실시예2에 따른 액적 토출 장치의 구동방법은, 저수조(53)로부터 용액 수용부(51)로 공급된 용액에 대해 인접한 노즐에서는 액적(60)의 토출이 일어나지 않도록 제어한다. 즉, 노즐과 게이트 전극에 교번적으로 바이어스 전압과 게이트 전압을 인가하여 액적 토출이 교번적으로 일어나도록 한다. 예를 들어, 모든 노즐에 동시에 바이어스 전압을 인가한 상태에서 홀수번째 노즐에 각각 대응되는 게이트 전극에만 도 4에 도시된 하이 레벨(VH)의 게이트 전압을 인가하고, 짝수번째 노즐에 각각 대응되는 게이트 전극에는 로우 레벨(VL)의 게이트 전압을 인가하여 전기장이 상대적으로 크게 발생되는 짝수번째 노즐에서만 액적 토출이 일어나도록 함으로써 인접한 노즐 간에 간섭을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액적 토출 장치는 노즐, 게이트 전극 및 기판을 전극으로 사용하여 삼중 전극을 구성하고, 이들 삼중 전극에 각각 최적화된 전압을 공급함으로써 종래기술에서 문제가 되었던 다중 노즐에서의 간섭을 방지하고, 패턴의 정밀도를 향상시키면서 다중 노즐을 구현할 수 있으며, 이를 통해 양산화가 가능하다.

특히, 본 발명에 따른 액적 토출 장치에서는 노즐(또는 용액)에 일정한 직류전압의 바이어스 전압을 인가한 상태에서 액적의 토출은 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압을 통해 제어함으로써 다중 노즐 구조에서 노즐 간 상호 간섭이 원천적으로 발생되지 않는다.

또한, 본 발명에 따른 액적 토출 장치에서는 노즐-게이트 전극 및 게이트 전극-기판 사이의 공간에 유도된 전기장 방향이 동일하고, 이에 따라 게이트 전극의 관통 구멍을 통과한 액적이 지속적으로 정전기력에 의해 가속되어 기판으로 이동하기 때문에 종래기술에 비해 직진성이 우수하여 패턴 위치 정밀도가 뛰어난 이점을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예들에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 따라서, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

10, 50 : 액적 토출 장치 11 : 압력 조절부
12 : 압력 측정부 13, 53 : 저수조
14, 52 : 노즐 17, 54 : 게이트 전극
18 : 기판 19 : 척
20 : 스테이지 15 : 제1 전압 공급수단
16 : 제2 전압 공급수단 22 : 토출 제어수단
21 : 접지전압단 23 : 용액 공급 채널
53 : 절연체 40, 60 : 액적
52a : 토출구 53a, 54a : 관통 구멍

Claims (5)

1. 용액을 수용하는 저수조;
   기판이 안착되는 척(chuck);
   상기 용액이 액적 형태로 토출되는 토출구를 구비한 노즐;
   상기 노즐과 전기적으로 분리된 상태로 상기 기판과 상기 노즐 사이에 위치되고, 상기 액적이 관통하여 상기 기판 상에 토출되도록 관통 구멍을 구비한 게이트 전극;
   상기 노즐에 직류 바이어스 전압을 공급하는 제1 전압 공급수단; 및
   상기 게이트 전극에 펄스 형태의 게이트 전압을 공급하는 제2 전압 공급수단
   을 구비하는 액적 토출 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판 또는 상기 척은 접지전압단과 연결된 액적 토출 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐과 상기 게이트 전극은 복수개가 서로 대향되어 어레이 형태로 배열되고, 상기 노즐과 상기 게이트 전극은 절연체에 의해 서로 전기적으로 분리된 액적 토출 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제2 전압 공급 수단은 상기 복수개의 게이트 전극에 각각 독립적으로 상기 게이트 전압을 공급하여 각 노즐마다 독립적으로 액적의 토출을 유도하는 액적 토출 장치.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 액적 토출 장치의 구동방법에 있어서,
   상기 게이트 전압과 상기 바이어스 전압 간의 전압차를 감소시켜 상기 노즐과 상기 게이트 전극 간의 전기장이 상기 액적의 토출에 필요한 토출 전기장보다 낮도록 조절하고,
   상기 게이트 전압과 상기 바이어스 전압 간의 전압차를 증가시켜 상기 노즐과 상기 게이트 전극 간의 전기장이 상기 액적의 토출에 필요한 전기장보다 높도록 조절하여,
   상기 액적의 토출을 제어하는 액적 토출 장치의 구동방법.
   

Images