KR20160031201A - 인쇄 전자 프린팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 방법은, 잉크 방울이 토출되는 적어도 하나의 노즐을 구비한 토출 헤드, 상기 토출 헤드를 이동시키는 헤드 구동부, 상기 노즐과 대향하며 상기 노즐에서 토출된 잉크 방울이 인쇄되는 피토출물을 이동시키는 피토출물 구동부 및 상기 노즐의 토출 여부를 제어하는 제어부를 포함하는 인쇄 전자 시스템의 프린팅 방법에 있어서, 상기 피토출물에 인쇄될 패턴의 길이 또는 이미지를 구하는 단계; 상기 인쇄될 패턴의 길이 또는 이미지를 토출 간격으로 나누어 토출 포인트를 구하는 단계; 상기 인쇄될 패턴의 길이방향을 따라 순차적으로 상기 토출 포인트에서 잉크를 토출시키는 단계; 상기 인쇄될 패턴 상에서 프린팅 시작점을 이동시키는 단계; 프린팅 시작점이 이동된 상태에서 상기 토출 포인트의 중첩 여부를 판단하는 단계; 및 상기 인쇄될 패턴의 길이방향을 따라 순차적으로 상기 토출 포인트 사이에 잉크를 토출시키는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

인쇄 전자 프린팅 방법{PRINTING METHOD FOR PRINTED ELECTRONICS}

본 발명은 인쇄 전자 인쇄 프린팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크 액적의 토출 간격을 충분히 크게 함으로써 잉크 액적의 건조 특성을 개선할 수 있는 인쇄 전자 프린팅 방법에 관한 것이다.

잉크젯(Inkjet) 기술이 발전함에 따라 사무용에서부터 전자 부품 및 디스플레이 제조 등 인쇄 전자 분야로의 응용 범위가 넓어지고 있다. 이러한 잉크젯이 제조 공정으로서 응용 범위를 넓혀감에 따라 사무용 잉크젯 장비와 달리 잉크방울(ink drop)의 크기를 정밀하게 제어하는 것과 원하는 위치에 수 마이크로 미터 이내의 정밀도로 정밀하게 토출시키는 기술이 필요하다. 이러한 잉크젯 기술은 기존의 반도체 공정과 달리 비싼 재료를 낭비 하지 않고 공정이 이루어질 수 있으며 대형화가 용이하기 때문에, 특히 인쇄 전자 분야에서 잉크젯을 양산 공정에 적용하려는 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

또한, 이러한 잉크젯 기술이 디스플레이 제조로 응용 범위를 넓혀감에 따라 정확한 양의 잉크를 정확한 위치에 토출하여 패터닝(patterning)해야 하는 필요성이 증대되고 있다.

인쇄 정밀도를 높이기 위해서는 토출된 잉크 방울(잉크 액적)이 완전히 건조된 이후에 다음 잉크 방울이 토출되어야 한다. 만약, 잉크 방울을 토출하거나 프린팅할 때 잉크 방울의 건조가 빨리 되지 않으면 기판 또는 피토출물의 특성에 따라 잉크가 지나치게 퍼지거나 잉크 방울끼리 뭉칠 수 있기 때문에 잉크의 건조 특성을 조절하거나, 프린팅할 때 잉크 방울의 토출 간격을 조절하여 건조 특성을 조절해야 한다.

기존에, 전도성 잉크를 사용하여 프린팅 선폭 등을 조절하기 위하여 잉크 액적(ink drop) 사이의 중첩(Overlap)을 이용하여 제팅을 하였다. 이러한 잉크 액적 사이의 간격은 토출 주파수와 스테이지의 이동속도를 이용하여 설정할 수 있다. 그러나, 잉크 액적 간의 간격이 가까워져서 중첩이 많이 생기면 잉크끼리 뭉침이 생기게 되어 선이 이어지지 않고 단락 등이 생기기 쉽다. 이러한 현상은 기판이 발수성을 지닐 때 주로 많이 관찰된다. 반면에 잉크의 뭉침을 방지하기 위해 기판을 소수성을 가지도록 표면을 처리하는 방법이 사용될 수도 있는데, 이 경우에는 선폭이 너무 넓어서 실제 패턴에 응용되기 어려운 단점이 있다. 이와 같이 미세 선폭을 얻기 위하여 기판의 표면처리방법은 매우 어렵기 때문에 이를 극복하기 위한 새로운 방법의 개발이 절실한 상황이다.

따라서, 미세 패턴 및 정밀 패턴을 위하여 토출된 잉크 액적이 겹치는 부분이 있을 때 전체 토출된 액적이 충분히 건조된 상태에서 프린팅을 진행할 수 있는 프린팅 알고리즘에 대한 요구가 커지고 있다. 토출된 액적의 건조된 상태에서 이웃하는 액적을 토출하면 소수성 기판에서도 잉크의 뭉침 없이 용이하게 패턴을 인쇄할 수 있다.

관련 선행기술로는 등록특허공보 제10-1361456호(발명의 명칭; 캐드 도면을 이용한 전자 인쇄 시스템의 벡터 프린팅 방법, 등록일자; 2014년 2월 4일)가 있다. 이 방법은 캐드를 사용한 벡터 프린팅 방법을 개시하고 있으나 건조를 위한 알고리즘은 포함하고 있지 않다.

본 발명의 일 실시예는 미세 선폭 프린팅이 가능한 인쇄 전자 프린팅 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 잉크 액적의 건조 특성을 개선할 수 있는 인쇄 전자 프린팅 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 잉크 액적이 충분히 건조된 후 다음 잉크 액적을 토출시킬 수 있는 인쇄 전자 프린팅 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 건조를 위한 벡터 프린팅 방법, 건조 특성을 이용하기 위한 벡터 프린팅을 위한 위치 지정 방법, 건조 특성을 이용한 래스터 프린팅 방법을 제공하는 등 건조 특성을 이용한 효과적인 인쇄 전자 프린팅 방법을 제공한다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 방법은, 잉크 방울이 토출되는 적어도 하나의 노즐을 구비한 토출 헤드, 상기 토출 헤드를 이동시키는 헤드 구동부, 상기 노즐과 대향하며 상기 노즐에서 토출된 잉크 방울이 인쇄되는 피토출물을 이동시키는 피토출물 구동부 및 상기 노즐의 토출 여부를 제어하는 제어부를 포함하는 인쇄 전자 시스템의 프린팅 방법에 있어서, 상기 피토출물에 인쇄될 패턴의 길이 또는 이미지를 구하는 단계; 상기 인쇄될 패턴의 길이 또는 이미지를 토출 간격으로 나누어 토출 포인트를 구하는 단계; 상기 인쇄될 패턴의 길이방향을 따라 순차적으로 상기 토출 포인트에서 잉크를 토출시키는 단계; 상기 인쇄될 패턴 상에서 프린팅 시작점을 이동시키는 단계; 프린팅 시작점이 이동된 상태에서 상기 토출 포인트의 중첩 여부를 판단하는 단계; 및 상기 인쇄될 패턴의 길이방향을 따라 순차적으로 상기 토출 포인트 사이에 잉크를 토출시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 토출 포인트를 구하는 단계에서 상기 토출 간격은 노즐 또는 토출 헤드의 이동속도와 토출 주파수로부터 얻어질 수 있다.

상기 토출 포인트에서 잉크를 토출시키는 단계에서는 상기 토출 간격을 위하여 시작점과 끝점의 좌표를 통하여 상기 토출 간격에 해당하는 다수의 좌표로 분할하고 각 위치에서 상기 토출 헤드 또는 상기 피토출물을 정지하고 잉크를 토출하는 것을 반복하여 인쇄할 수 있다.

상기 프린팅 시작점을 이동시키는 단계에서는 이전 프린팅에서 잉크가 토출되지 않은 위치 또는 이전 프린팅의 토출 포인트 사이에 잉크를 토출시킬 수 있다.

상기 인쇄될 패턴의 길이 또는 이미지를 토출 간격으로 나누어 토출 포인트를 구하는 단계에서는 벡터 프린팅의 경우에는 상기 피토출물 상에서 잉크 액적이 서로 이어지지 않을 정도의 간격으로 상기 인쇄될 패턴의 길이를 나누어 상기 토출 포인트를 구하거나 래스터 프린팅의 경우에는 잉크 액적의 간격을 넓히기 위해 상기 이미지를 분할할 수 있다.

상기 래스터 프린팅의 경우에는 비트맵 이미지를 사용하되 상기 이미지를 분할하여 얻은 다수의 분할이미지를 순차적으로 프린팅할 때 상기 토출 간격을 상기 이미지의 픽셀 간격으로 표현할 수 있다.

이전 토출 포인트 사이의 위치에 잉크 액적을 토출하여 프린팅하기 위해 상기 인쇄될 패턴 상에서 프린팅 시작점을 이동시키는 단계를 수행하기 전에 이전에 토출된 잉크 액적을 건조시키기 위해 시간지연, 자외선경화, 레이어경화, 가열 또는 블로우잉 중 적어도 하나의 과정이 수행될 수 있다.

상기 인쇄될 패턴의 길이방향을 따라 상기 토출 포인트 사이에 잉크가 토출되지 않은 여백이 존재하는지 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 방법은 잉크 액적이 충분히 증발한 상태에서 다음 잉크 액적을 토출시키기 때문에 미세 선폭 제어가 용이하고 잉크 액적이 뭉치는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 방법은 벡터 프린팅 알고리즘을 이용하거나 프린팅 속도를 빠르게 하여 토출 간격을 충분히 확보할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 방법은 프린팅 속도를 빨리 하면서도 토출된 인접한 잉크 액적이 완전히 증발된 후에 다음 잉크 액적을 토출하기 때문에 인쇄 패턴 또는 배선을 용이하게 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 시스템을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 따른 인쇄 전자 시스템의 프린팅 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 도 3에 따른 프린팅 방법에 의한 프린팅 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3에 따른 인쇄 전자 시스템의 프린팅 방법에서 사용되는 인쇄 소프트웨어를 보여주는 화면을 캡쳐한 도면이다.
도 6은 도 3에 따른 프린팅 방법을 래스터 프린팅에 적용하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 시스템을 도시한 사시도, 도 2는 도 1에 따른 시스템을 개략적으로 도시한 평면도, 도 3은 도 1에 따른 인쇄 전자 시스템의 프린팅 방법을 설명하는 순서도, 도 4는 도 3에 따른 프린팅 방법에 의한 프린팅 과정을 설명하기 위한 도면, 도 5는 도 3에 따른 전자 인쇄 시스템의 프린팅 방법에서 사용되는 인쇄 소프트웨어를 보여주는 화면을 캡쳐한 도면, 도 6은 도 3에 따른 프린팅 방법을 래스터 프린팅에 적용하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 미세한 잉크 방울(Ink drop) 내지 기능 잉크 방울을 도트 형상으로 양호한 정밀도에 의해 토출시키는 인쇄 전자 시스템 및 인쇄 전자 프린팅 방법에 대해 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 시스템(100)은, 잉크 방울이 토출되는 적어도 하나의 노즐(125)을 구비한 토출 헤드(120), 노즐(125)과 대향하며 노즐(125)에서 토출된 잉크 방울이 인쇄되는 피토출물(130), 피토출물(130)에 연결되어 제1전압을 인가하는 파워 서플라이어(140), 토출 헤드(120)에 인가될 제2전압을 발생시키는 임의파형 발생기(150), 임의파형 발생기(150)에 연결되어 상기 제2전압을 증폭시키고 토출 헤드(120)에 증폭된 상기 제2전압을 인가하는 전압증폭기(160) 및 파워 서플라이어(140) 및 임의파형 발생기(150)에 연결되며 상기 제1전압 또는 상기 제2전압이 토출 헤드(120) 또는 피토출물(130)에 인가되는 상태를 제어하는 제어부(170)를 포함할 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 본 발명을 설명하기 위해서 전기 수력학적 잉크젯에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 범위는 전기 수력학적 잉크젯에 한정되는 것은 아니며 다른 방식의 잉크젯 프린팅 기술이나 방법도 포함됨을 밝혀 둔다.

토출 헤드(120)에는 잉크를 주입 또는 공급하기 위한 퍼지/석션 컨트롤러(110, Purge/Suction Controller)가 연결될 수 있다. 퍼지/석션 컨트롤러(110)는 토출 헤드(120) 또는 노즐(125)에 잉크의 주입 여부를 제어하거나 공급될 잉크의 양을 제어할 수 있다. 이를 위해 퍼지/석션 컨트롤러(110)는 제어부(170)에 연결될 수 있다.

토출 헤드(120) 또는 노즐(125)의 하부에는 피토출물(130)이 위치하는데, 피토출물(130)에 인쇄될 패턴이 인쇄된다. 여기서, 피토출물(130)은 기판(Substrate) 등으로 형성되는 것이 바람직하다. 이처럼, 피토출물(130)에 전압이 인가될 수 있도록 피토출물(130)은 전도체로 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 피에조 잉크젯 헤드를 사용하는 경우에는 기판 등 피토출물(130)에 전압을 인가할 필요는 없다.

복잡한 모양의 패턴을 인쇄할 수 있도록 토출 헤드(120)/노즐(125) 또는 피토출물(130)은 X축 또는 Y축 방향으로 움직일 수 있으며, 이를 위한 구동부(미도시)를 구비할 수 있다.

도 1에 도시된 시스템(100)의 경우에는 피토출물(130)에 파워 서플라이어(Power-Supplier, 140)가 연결되고, 토출 헤드(120)/노즐(125)에는 임의파형 발생기(150, Function Generator) 또는 전압 증폭기(160, Voltage Amplifier)가 연결된다.

여기서, 제어부(170)는 토출 헤드(120)/노즐(125)에 인가되는 전압과 피토출물(130)에 인가되는 전압을 분리하거나, 토출 헤드(120)/노즐(125)에 상기 제1전압 또는 상기 제2전압 중 어느 하나가 인가되면 피토출물(130)에는 상기 제1전압 또는 상기 제2전압 중 다른 하나가 인가되도록 제어할 수 있다.

상기와 같이, 토출 헤드(120)/노즐(125)과 피토출물(130)에 인가되는 전압을 분리함으로써 전기수력학적 잉크젯 장치의 비용을 절감할 수 있다. 즉, 저가의 파워 서플라이어와 저가의 전압증폭기를 사용하여 인쇄 전자 시스템(100)을 구동할 수 있다.

인쇄 전자 시스템(100)은 서로 교차하는 방향으로 이동하는 2개의 이동부를 구비할 수 있다. 즉, X축 방향(도 2 참조)으로 이동하는 토출 헤드(120)및 이와 교차 또는 직교하는 Y축 방향(도 2 참조)으로 이동하는 피토출물(130)을 구비할 수 있다. 토출 헤드(120)를 X축 방향으로 이동시키기 위해 헤드 구동부(129)가 제공되며, 헤드 구동부(129)는 X축 슬라이더(121) 및 X축 슬라이더(121)를 따라 토출 헤드(120)를 이동시키는 구동 모터(123)를 포함할 수 있다. 여기서, 구동 모터(123)는 리니어 모터(linear motor)를 사용할 수 있으며, X축 슬라이더(121)는 가이드 레일의 기능을 하며 그 일측에는 구동 모터(123)에 전원을 공급하는 전원 케이블(미도시) 및 상기 전원 케이블을 보호하는 케이블 보호장치(미도시)가 구비될 수 있다. 한편, 구동 모터(123) 및 X축 슬라이더(121)는 회전 구동력을 발생하는 모터 및 이 모터에 의해 회전하는 볼스크류(ball-screw)로 형성될 수도 있다.

토출 헤드(120)의 이동 방향과 교차 또는 직교하는 방향으로 움직이는 피토출물(130)은 피토출물 구동부(142)에 의해서 구동될 수 있다. 피토출물(130)로는 토출 패턴(pattern)이 형성되어야 하는 기판(substrate) 등이 제공될 수 있다. 피토출물 구동부(142)는 피토출물(130)이 장착되는 세트 테이블(147) 및 세트 테이블(147)의 Y축 방향 움직임을 안내하는 Y축 테이블(145)을 포함하며, Y축 테이블(145)은 Y축 방향의 구동계를 구성하는 구동모터(143) 및 이에 의해 구동되는 Y축 슬라이더(141)를 구비할 수 있다. 여기서, 구동 모터(143)로는 리니어 모터가 사용될 수 있다.

패턴 형성 과정에서, 토출 헤드(120)와 피토출물(130)을 교대로 움직이거나 동시에 움직일 수도 있다. 예를 들면, 래스터 프린팅(Raster printing)의 경우에는 토출 헤드(120)가 X축 방향으로 이동하여 위치를 잡은 후 피토출물(130)이 Y축 방향으로 이동하게 되고, 피토출물(130)이 이동하는 중에 노즐(125)을 통해 잉크 방울이 토출되면서 패턴이 형성될 수 있다. 피토출물(130)이 이동하면서 Y축 방향에 따라 배열된 이미지 픽셀이 인쇄되면, 토출 헤드(120)가 그 다음의 토출 위치로 이동하고 이 상태에서 피토출물(130)이 이동하면서 다음의 인쇄 과정이 수행될 수 있다. 여기서, 토출 헤드(120)가 다음의 토출 위치로 이동하는 것을 스와스(swath)라고 한다.

한편, 벡터 프린팅(Vector printing)의 경우에는 토출 헤드(120)와 피토출물(130)이 각각 X축 및 Y축 방향으로 동시에 움직이면서 프린팅할 수 있다.

토출 헤드(120)의 직각도와 상하 높이 및 피토출물(130)로부터의 수평도를 조절하기 위해서 매뉴얼 스테이지(manual stage, 미도시) 또는 전동 스테이지(미도시)를 적용할 수 있다. 한편, 패턴 인쇄를 위한 피토출물(130)로 기판이 사용되는 경우, 상기 기판의 크기는 적용 예에 따라서 결정되는 것이 바람직하다.

토출 헤드(120)의 하부에는 적어도 하나의 노즐(125)이 형성될 수 있다. 노즐(125)을 통해 토출되는 잉크를 공급하기 위해 토출 헤드(120)는 잉크 공급기구(190)와 연결될 수 있다. 잉크 공급기구(190)는 잉크 등의 잉크가 저장되는 잉크 저장부(192)를 포함할 수 있다. 여기서, 잉크 저장부(192)는 단일 또는 다수개 형성될 수 있으며 장탈착이 가능하도록 제공될 수 있다.

상기와 같이 구성함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 시스템(100)은 잉크 방울의 토출 뿐만 아니라 잉크 방울의 거동 상태도 하나의 시스템으로 관찰할 수 있다.

한편, 토출 헤드(120), 구동 모터(123,143)는 제어부(170)에 연결될 수 있다. 제어부(170)는 인쇄 시스템(100)을 통괄 제어하는 동시에 오차 설정부(160)에 접속된 컨트롤러(171)를 구비할 수 있으며, X축 구동 모터(123)를 제어하여 X축 슬라이더(121)를 구동하고 Y축 구동 모터(143)를 제어하여 Y축 슬라이더(141)를 구동할 수 있다.

여기서, 오차 설정부(167)는 사용자에 의해 토출 결정 오차 범위(EB)를 조정할 수 있는 장치로서, 일종의 호스트 컴퓨터라고 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 시스템(100)은 인쇄될 패턴 상에서 토출 간격을 충분히 크게 하여 토출된 잉크 액적이 충분히 건조된 후에 다음 잉크 액적이 토출됨으로써 인접하거나 중첩된 잉크 액적이 서로 뭉치는 것을 방지할 수 있고 미세 선폭을 제어할 수 있다. 이를 위한 프린팅 방법이 도 3에 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 시스템(100)의 프린팅 방법은, 잉크 방울이 토출되는 적어도 하나의 노즐(125)을 구비한 토출 헤드(120), 상기 토출 헤드(120)를 이동시키는 헤드 구동부(129), 상기 노즐(125))과 대향하며 상기 노즐(125)에서 토출된 잉크 방울이 인쇄되는 피토출물(130)을 이동시키는 피토출물 구동부(142) 및 상기 노즐(125)의 토출 여부를 제어하는 제어부(170)를 포함하는 인쇄 전자 시스템(100)의 프린팅 방법에 있어서, 상기 피토출물(130)에 인쇄될 패턴의 길이 또는 이미지를 구하는 단계(1100), 상기 인쇄될 패턴의 길이 또는 이미지를 토출 간격으로 나누어 토출 포인트를 구하는 단계(1200), 상기 인쇄될 패턴의 길이방향을 따라 순차적으로 상기 토출 포인트에서 잉크를 토출시키는 단계(1300), 상기 인쇄될 패턴 상에서 프린팅 시작점을 이동시키는 단계(1400), 프린팅 시작점이 이동된 상태에서 상기 토출 포인트의 중첩 여부를 판단하는 단계(1500) 및 상기 인쇄될 패턴의 길이방향을 따라 순차적으로 상기 토출 포인트 사이에 잉크를 토출시키는 단계(1600)를 포함할 수 있다.

상기 피토출물(130)에 인쇄될 패턴의 길이를 구하는 단계(1100)에서는 인쇄될 패턴의 시작점과 끝점의 위치정보 또는 좌표정보를 이용하여 패턴의 길이를 구할 수 있다. 보다 자세히 설명하면, 상기 인쇄될 패턴의 길이 또는 이미지를 토출 간격으로 나누어 토출 포인트를 구하는 단계(1100)에서는 벡터 프린팅의 경우에는 상기 피토출물(130) 상에서 잉크 액적이 서로 이어지지 않을 정도의 간격으로 상기 인쇄될 패턴의 길이를 나누어 상기 토출 포인트를 구하거나 래스터 프린팅의 경우에는 잉크 액적의 간격을 넓히기 위해 상기 이미지를 분할하여 다수의 분할이미지를 구할 수 있다.

도 4를 참조하면, 인쇄될 패턴(PP)의 길이는 시작점(SP)과 끝점(EP) 사이의 좌표정보 또는 위치정보로부터 얻어질 수 있다. 예를 들어, 인쇄될 패턴(PP)의 시작점(SP)과 끝점(EP)을 지정하면 그 때의 헤드 구동부(129)와 피토출물 구동부(142)의 위치가 저장될 수 있다. 만약, 노즐(125)의 끝단과 토출 포인트를 정렬하기 위한 카메라(미도시)가 노즐(125)의 일측에 구비된 시스템(100)이라면 패턴의 시작점과 끝점 위치를 저장하고 상기 카메라와 노즐(125) 사이의 오프셋(off-set) 거리를 사용하여 노즐(125)을 해당 시작점 또는 끝점 위치로 이동시켜서 잉크를 토출시키면 된다. 여기서, 카메라와 노즐(125) 사이의 오프셋 거리는 정해져 있기 때문에 노즐(125)을 용이하게 시작점 또는 끝점 위치로 이동시킬 수 있다.

상기 카메라로부터 지정된 인쇄될 패턴(PP)의 시작점(SP)과 끝점(EP)의 위치 또는 좌표 정보를 이용하여 다양한 형태의 프린팅 및 리페어(repair) 작업을 수행할 수 있다.

한편, 인쇄될 패턴(PP)의 시작점(SP)과 끝점(EP)의 캐드(CAD) 정보를 통해서 좌표 정보를 아는 경우에는 벡터 프린팅 알고리즘(vector printing algorithm)을 이용하여 프린팅을 할 수 있다. 또한, 인쇄될 패턴의 이미지 파일을 생성할 수도 있다. 이 때, 이미지 파일은 비트맵 이미지로 생성된다.

인쇄될 패턴(PP)의 길이를 구한 후에는 인쇄될 패턴(PP) 상에서 잉크 액적을 토출할 간격 또는 토출 포인트를 구한다. 벡터 프린팅 방법 중 라인 모드인 경우에 상기 토출 포인트를 구하는 단계(1200)에서는 토출 시작 위치와 끝 위치로부터 상기 토출 간격(D)을 노즐(125) 또는 토출 헤드(120)의 이동속도(v)와 토출 주파수(f)로부터 얻어질 수 있다. 즉, 토출 간격(D)은 이동속도(v)를 토출 주파수(f)로 나누어서 구할 수 있다.

이동속도(v)를 빠르게 하거나 토출 주파수(f)를 낮추면 토출 간격(D)이 크게 할 수 있다. 후술하겠지만, 토출 간격(D)의 크기는 잉크 액적의 건조 특성과 관련이 있다. 토출 간격(D)이 지나치게 작으면 잉크 액적이 충분히 건조되기 전에 다음 잉크 액적이 토출되고, 만약 잉크 액적이 중첩되도록 토출되는 경우에는 잉크 액적끼리 뭉치게 되어 프린팅 정밀도를 미세하게 유지할 수 없다.

그러나, 토출 간격(D)이 커지게 되면 각 토출된 액적은 서로 떨어지거나 이격된 상태가 되어 잉크끼리의 뭉침은 없으나, 연결된 패턴 또는 라인 형성이 안 되기 때문에 잉크 건조 후에 반복하여 액적끼리 이격된 부위에 잉크를 다시 토출하는 방법으로 라인을 형성해야 한다. 따라서, 단일 패턴(즉, 연결된 하나의 라인)을 얻기 위하여 반드시 중복하여 프린팅 하기 때문에 프린팅 속도는 다소 늦어 질 수 있다. 보다 확실하게 잉크를 증발시키기 위해서는 라인 형성을 위한 반복 프린팅 전에 가열(Heating), 팬(fan) 건조 등의 블로우잉(blowing), 자외선 경화(UV curing) 또는 레이저 경화(laser curing) 등의 건조과정을 통하여 액적과 액적 사이에 잉크 액적이 토출되더라도 이전에 토출된 액적과의 상호작용을 최소화시킬 수 있다. 금속잉크를 사용하여 프린팅하는 경우에는 라인형성이 된 후에 추가로 소결과정을 거쳐서 전기 배선의 특성을 얻을 수도 있다.

한편, 벡터 프린팅인 경우에 도트 모드(Dot mode)에서는 시작 위치와 끝 위치의 정보로부터 다수의 토출 위치의 정보를 얻어 이동 후 정지하여 토출을 반복하는 방법과 라인 모드(line mode)를 사용하여 시작 위치에서부터 끝 위치까지 정해진 속도로 이동하면서 정해진 토출 주파수로 토출을 하여 토출 간격을 조절하는 방법이 있다. 본 발명에서는 이러한 벡터 프린팅 방법에서 토출 위치에서의 액적끼리 서로 붙지 않게 토출 간격을 띄우고 프린팅을 한 이후에 잉크 액적이 건조된 후 반복 프린팅을 함으로써 액적 사이에 또 다른 잉크 액적을 토출시켜서 패턴을 완성하는 방법을 제공한다.

이동속도(v)와 토출 주파수(f)를 이용하여 토출 간격(D)을 구한 후, 인쇄될 패턴(PP)의 길이를 토출 간격(D)으로 나누어 토출 포인트를 구하게 된다. 노즐(125)은 이동을 멈추고 정지된 상태로 토출 포인트 상에서 잉크 액적을 토출하게 된다.

상기 토출 포인트를 구하는 단계에서는 잉크의 건조 특성을 고려하여 상기 이동속도(v)를 빠르게 하거나 상기 토출 주파수(f)를 낮출 수 있다.

상기 토출 포인트에서 잉크를 토출시키는 단계(1300)에서는 상기 인쇄될 패턴(PP)의 시작점(SP)에서부터 끝점(EP)에 걸쳐서 순차적으로 상기 토출 포인트 상에서 잉크를 토출시킬 수 있다. 다시 말하면, 헤드 구동부(129) 또는 피토출물 구동부(142)에 의해 노즐(125)이 패턴(PP)의 시작점(SP)에서부터 끝점(EP)을 향해 이동하는 중에 각각의 토출 포인트에 정지하여 잉크 액적을 토출한 후 이동하여 다음 토출 포인트에서 잉크 액적을 토출하는 일련의 과정을 거치면서 프린팅을 하게 된다. 이와 같이, 각각의 토출 포인트 상에서 잉크 방울을 토출하는 과정을 거치면 도 4의 (b)와 같은 결과를 얻을 수 있다. 도 4(b)를 참조하면, 토출 간격(D) 만큼 떨어진 토출 포인트에 잉크 액적이 토출되고 각각의 잉크 액적 사이에는 여백(BP)이 존재함을 알 수 있다. 이 다음 프린팅에서는 잉크 액적 사이의 여백(BP) 쪽에 잉크 액적을 토출시켜야 한다. 이를 위해서는 프린팅 시작점을 이동시켜야 한다. 즉, 이전 프린팅에서 프린팅 시작점이 패턴의 시작점(SP)이었다면, 그 다음 프린팅에서의 프린팅 시작점은 패턴 시작점(S)이 아닌 다른 포인트가 되도록 이동해야 한다.

이를 위해, 상기 프린팅 시작점을 이동시키는 단계(1400)에서는 이전 프린팅에서 잉크가 토출되지 않은 위치 또는 이전 프린팅의 토출 포인트 사이에 상기 노즐(125)이 위치하도록 노즐(125)을 이동시킬 수 있다.

노즐(125)의 프린팅 시작점을 이동시킨 후에는 이동 후 프린팅 시작점이 토출 포인트 또는 이전 프린팅 시작점과 겹치는지 여부를 판단해야 한다(1500). 단계 1500에서 판단한 결과 이동 후 프린팅 시작점이 이전 프린팅 시작점과 겹치거나 이전 토출 포인트와 겹치는 경우에는 노즐(125)의 프린팅 시작점을 이동시키는 단계(1400)를 수행하게 된다. 만약, 단계 1500에서 판단한 결과 겹치지 않는 경우에는 다음 프린팅을 하게 된다(단계 1600).

프린팅 시작점을 이동시킨 후에는 다시 프린팅을 수행하게 되는데, 단계 1600에서는 인쇄될 패턴(PP)의 길이방향을 따라 이동하면서 순차적으로 토출 포인트 사이에 잉크를 토출시키게 된다. 단계 1600에서 "토출 포인트"는 패턴의 길이를 토출 간격으로 나누어 구한 토출 포인트를 의미하는 것이 아니라, 이전 프린팅에서 잉크 액적이 토출된 포인트를 의미한다. 따라서, 단계 1600에서는 이전 프린팅에서 잉크 액적이 토출되지 않은 포인트에 잉크 액적을 토출시키게 된다.

이와 같이, 상기 토출 포인트 사이에 잉크를 토출시키는 단계(1600)에서는 이전 프린팅에서 토출된 잉크가 건조된 후 잉크가 토출되지 않은 위치 또는 이전 프린팅의 토출 포인트 사이에 잉크를 토출시킬 수 있다.

이 때, 단계 1600이 수행되기 전에 단계 1300에서 토출된 잉크 액적이 충분히 건조되어야 한다. 이전 프린팅에서 토출된 잉크 액적의 증발이 충분히 이루어져서 건조된 후 다음 프린팅에서 잉크 액적이 토출되면 기판 등 피토출물(130)의 친수성 또는 소수성 등 표면 상태에 무관하게 미세 패턴을 정밀하게 만들 수 있다.

상기 토출 포인트 사이에 잉크를 토출시키는 단계(1600)에서는 상기 인쇄될 패턴(PP)의 길이 방향에 있어서 적어도 어느 한 방향으로 움직이면서 잉크를 토출시킬 수 있다. 즉, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 시작점(SP)에서 끝점(EP) 방향으로 움직이면서 잉크 액적을 토출하거나 그 반대 방향으로 이동하면서 잉크 액적을 토출할 수도 있다. 다만, 그 반대 방향으로 이동하면서 잉크 액적을 토출하는 경우에는 이전에 토출된 잉크 액적이 충분히 건조될 수 있도록 프린팅 후 충분한 시간이 흐른 후에 프린팅 시작점을 이동시키는 단계(1400)를 수행할 수도 있다.

단계 1600을 수행한 후에는, 상기 인쇄될 패턴(PP)의 길이방향을 따라 상기 토출 포인트 사이에 잉크가 토출되지 않은 여백(BP)이 존재하는지 판단하는 단계(1700)가 더 수행될 수 있다.

단계 1600을 수행한 후에도 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 토출된 잉크 액적 사이에 여백(BP)이 존재하는 경우에는 프린팅 시작점을 이동시키고(1400) 그 이후의 과정을 반복하여 토출된 잉크 액적 사이에 여백(BP)이 존재하지 않는 상태가 되도록 프린팅을 반복해야 한다. 만약, 토출된 잉크 액적 사이에 여백이 존재하지 않으면 패턴의 인쇄가 완료되었으므로 전체 프린팅 과정을 종료하면 된다. 한편으로는, 전도성 잉크를 사용하는 경우에는 전도성을 높이기 위하여 중첩 프린팅을 고려할 수 있고, 잉크의 건조 특성을 고려한 본 발명에 따른 프린팅 방법을 반복하여 동일 위치에 프린팅시킬 수 있다. 잉크의 증발이 고려된 중복 프린팅의 경우에는 더욱 높은 종횡비를 얻을 수 있기 때문에 태양전지 및 디스플레이 패턴 등에 효과적인 응용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 시스템의 프린팅 방법을 리페어(repair) 작업에 사용하는 경우에 있어서 리페어 소프트웨어의 프로그램된 화면의 일례를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 리페어 상황을 보여주는 모니터링창(401), XYZ스테이지 제어를 위한 메뉴(410), XY스테이지 이동버튼(411), Z스테이지 이동버튼(412), 잉크를 토출시킬 위치 또는 리페어 위치의 좌표를 설정하는 메뉴(420), 기타 하드웨어 제어메뉴(430) 등을 구비하고 있다. 모니터링창(401)에는 인쇄될 패턴(450)의 사진이 표시될 수 있다. 도 5에 도시된 인쇄 패턴(450)을 보면 흰색 사각형으로 둘러싸인 부분에서 배선이 끊어진 것을 알 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 시스템의 프린팅 방법을 사용하여 끊어진 배선 즉, 단락을 리페어(repair)하는 것도 가능하다. 이 때, 끊어진 배선의 일단을 인쇄될 패턴의 시작점, 타단을 끝점으로 하여 위치정보를 저장하고, 상기한 과정에 따라 반복 프린팅을 하여 단락을 리페어할 수 있다. 이 과정에서 잉크 액적의 건조 특성을 이용하기 때문에 단락된 배선을 연결하는 선폭을 미세하게 제어할 수 있다.

이와 같이, 상기에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 시스템의 프린팅 방법은 이 방법은 인쇄될 패턴(PP)의 시작점(SP)과 끝점(EP)을 이용하여 패턴의 길이를 구한 다음 길이를 토출 간격(D)으로 나누어 프린팅 위치(토출 포인트)에서 토출하고 다음 위치로 이동하는 여러 움직이는 구간을 만들어서 잉크 액적을 토출시키고 이동하는 방식이다. 이러한 방법은 시작점과 끝점의 잉크 뭉침을 최소화가 가능하고, 정밀한 프린팅이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 전체 프린팅 시간은 길어지지만 느린 속도의 프린팅 과정에서 기판 등 피토출물 위에서 잉크 액적의 증발이 잘 일어나기 때문에 선폭 제어가 용이하다는 장점도 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 시스템의 프린팅 방법은, 벡터 프린팅 알고리즘을 사용하여 프린팅 속도를 빠르게 하거나 토출 주파수를 낮추어서 토출 간격을 충분히 크게 프린팅함으로써 토출 포인트 사이에 충분한 공간이 있도록 프린팅할 수 있다. 또한, 중복 프린팅을 통하여 토출 포인트 사이의 여백 내지 간격에 프린팅하여 패턴을 형성하기 때문에 프린팅 속도를 빨리 하면서도 토출된 인접 잉크 액적이 완전히 증발된 후에 다음 잉크 액적을 토출하여 배선을 용이하게 형성할 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 프린팅 방법은 토출시킬 시작점과 끝점을 패턴 카메라로 지정하여 프린팅하는 예를 보여준 것이지만, 캐드의 dxf file 또는 비트맵 이미지를 이용하여 토출을 지정할 수도 있다.

한편, 도 6에는 래스터 프린팅을 이용하여 본 발명에 따른 프린팅을 하는 과정을 설명하기 위한 그림이 도시되어 있다. 래스터 프린팅을 이용하여 본 발명에 따른 프린팅 방법을 이용하는 경우, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 프린팅할 이미지 또는 프린팅 패턴(PP)을 포함한 전체 프린팅 이미지(PI)를 다수개로 분할하여 얻어진 분할이미지(SI) 또는 픽셀을 순차적으로 프린팅, 건조 및 프린팅하는 과정을 거치게 된다.

도 6(a)에서 프린팅 패턴(PP)은 도 6(b)와 도 6(c)로 나눌 수 있다. 도 6(b)에서와 같이 각각의 토출 위치에 액적을 토출시킨 후 잉크 액적이 완전히 건조된 후에 도 6(c)와 같이 나머지 위치에 잉크 액적을 토출시키게 된다. 도 6(b)와 도 6(c)의 과정을 거치면 도 6(a)의 패턴(PP)을 인쇄하게 된다. 이러한 래스터 프린팅은 멀티 노즐을 이용하기 때문에 생산성을 증대시키고 복잡한 패턴에 유리한 방법이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 비트맵 이미지(PI)에 대해서 래스터 프린팅하는 경우에는 토출 간격을 증가시키면서 원래의 프린팅 패턴(PP)을 만들기 위해서 이미지(PI)를 다수개의 분할이미지(SI)로 분할하고, 분할이미지(SI)를 순차적으로 프린팅하게 된다. 이와 같이, 래스터 프린팅을 이용하는 경우에는 이미지를 다수개로 분할하여 여러 번 토출을 반복하는 방법으로 건조특성을 최대화할 수 있다.

지금까지 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 시스템의 프린팅 방법은 잉크젯, 디스펜싱 시스템, 전기 수력학적 프린팅 시스템 등 다양한 프린팅 기술에 응용될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 인쇄 전자 시스템 120: 토출 헤드
125: 노즐 129: 헤드 구동부
130: 피토출물 142: 피토출물 구동부
170: 제어부 PP: 인쇄 패턴
SP: 시작점 EP: 끝점
D: 토출 간격

Claims (8)

1. 잉크 방울이 토출되는 적어도 하나의 노즐을 구비한 토출 헤드, 상기 토출 헤드를 이동시키는 헤드 구동부, 상기 노즐과 대향하며 상기 노즐에서 토출된 잉크 방울이 인쇄되는 피토출물을 이동시키는 피토출물 구동부 및 상기 노즐의 토출 여부를 제어하는 제어부를 포함하는 인쇄 전자 시스템의 프린팅 방법에 있어서,
   상기 피토출물에 인쇄될 패턴의 길이 또는 이미지를 구하는 단계;
   상기 인쇄될 패턴의 길이 또는 이미지를 토출 간격으로 나누어 토출 포인트를 구하는 단계;
   상기 인쇄될 패턴의 길이방향을 따라 순차적으로 상기 토출 포인트에서 잉크를 토출시키는 단계;
   상기 인쇄될 패턴 상에서 프린팅 시작점을 이동시키는 단계;
   프린팅 시작점이 이동된 상태에서 상기 토출 포인트의 중첩 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 인쇄될 패턴의 길이방향을 따라 순차적으로 상기 토출 포인트 사이에 잉크를 토출시키는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 토출 포인트를 구하는 단계에서 상기 토출 간격은 노즐 또는 토출 헤드의 이동속도와 토출 주파수로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 토출 포인트에서 잉크를 토출시키는 단계에서는 상기 토출 간격을 위하여 시작점과 끝점의 좌표를 통하여 상기 토출 간격에 해당하는 다수의 좌표로 분할하고 각 위치에서 상기 토출 헤드 또는 상기 피토출물을 정지하고 잉크를 토출하는 것을 반복하여 인쇄하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 프린팅 시작점을 이동시키는 단계에서는 이전 프린팅에서 잉크가 토출되지 않은 위치 또는 이전 프린팅의 토출 포인트 사이에 잉크를 토출시키는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 인쇄될 패턴의 길이 또는 이미지를 토출 간격으로 나누어 토출 포인트를 구하는 단계에서는 벡터 프린팅의 경우에는 상기 피토출물 상에서 잉크 액적이 서로 이어지지 않을 정도의 간격으로 상기 인쇄될 패턴의 길이를 나누어 상기 토출 포인트를 구하거나 래스터 프린팅의 경우에는 잉크 액적의 간격을 넓히기 위해 상기 이미지를 분할하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 래스터 프린팅의 경우에는 비트맵 이미지를 사용하되 상기 이미지를 분할하여 얻은 다수의 분할이미지를 순차적으로 프린팅할 때 상기 토출 간격을 상기 이미지의 픽셀 간격으로 표현하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 방법.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   이전 토출 포인트 사이의 위치에 잉크 액적을 토출하여 프린팅하기 위해 상기 인쇄될 패턴 상에서 프린팅 시작점을 이동시키는 단계를 수행하기 전에 이전에 토출된 잉크 액적을 건조시키기 위해 시간지연, 자외선경화, 레이어경화, 가열 또는 블로우잉 중 적어도 하나의 과정이 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 인쇄될 패턴의 길이방향을 따라 상기 토출 포인트 사이에 잉크가 토출되지 않은 여백이 존재하는지 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 방법.

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