KR20180030609A - Lift 토출 각도의 제어 - Google Patents

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마이클 제노우
즈비 코틀러
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오르보테크 엘티디.
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Abstract

억셉터(acceptor) 표면상에 재료 증착을 위한 장치는 대향하는 제1 표면 및 제2 표면, 및 제2 표면상의 도너 필름을 가지는 투명한 도너 기판을 포함한다. 장치는 부가적으로 광학 어셈블리를 포함하고, 광학 어셈블리는, 억셉터 표면상으로, 제2 표면상의 위치에서 제2 표면에 수직이 아닌 각도로 도너 필름으로부터 용융된 재료의 액적들의 토출을 유도하기 위해, 방사선의 빔이 도너 기판의 제1 표면을 통과하고 제2 표면상의 위치에서 도너 필름상에 충돌하게 하도록 구성된다.

Description

LIFT 토출 각도의 제어
본 발명은 일반적으로 레이저-유도 재료 프린팅, 및 특히 제어된 토출(ejection) 각도로 프린팅하기 위한 방법들 및 시스템에 관한 것이다.
LDW(laser direct-write) 기법들에서, 레이저 빔은 재료 제거 또는 증착을 제어함으로써 공간적으로-분해된 3-차원 구조들을 가진 패턴닝된 표면을 생성한다. LIFT(Laser-induced forward transfer)는 표면상에 마이크로-패턴들을 증착하는데 적용될 수 있는 LDW 기법이다. LIFT는 다양한 재료들, 이를테면 금속들 및 폴리머들의 고품질 프린팅을 위한 기술이다. 종래 기술 기법들의 예들은 아래에 제공된다.
Meinders 등에 대한 PCT 국제 공개 번호 WO 2013/165241호(이의 개시내용은 인용에 의해 본원에 통합됨)는 도너 시트(donor sheet)로부터 재료의 전달을 위한 광 유도 순방향 전달 제조 방법을 설명한다. 도너 시트의 표면에 트렌치(trench)를 포함하고, 트렌치 내에 전달 재료를 가진 도너 시트가 사용된다. 재료는 트렌치의 바닥을 따라 광 스폿(spot)을 스캐닝함으로써 전달된다.
LIFT를 사용하는 금속 제팅(jetting)의 추가 예들은 Willis 등에 의한 "Microdroplet deposition by laser-induced forward transfer", Appl. Phys. Lett. 86, 244103 (2005); Willis 등에 의한 "The effect of melting-induced volumetric expansion on initiation of laser-induced forward transfer", Appl. Surf. Sci., 253:4759-4763 (2007); 및 Banks 등에 의한 "Nanodroplets deposited in microarrays by femtosecond Ti:sapphire laser-induced forward transfer", Appl. Phys. Lett., 89, 193107 (2006)에서 제공되고, 이들 모두는 인용에 의해 본원에 통합된다.
본 특허 출원에 인용에 의해 통합된 문헌들은, 본 명세서에서 명시적으로 또는 암시적으로 이루어진 정의들과 상충되는 방식으로 이들 통합된 문헌들에서 임의의 용어들이 정의되는 경우, 본 명세서의 정의들만이 고려되어야 하는 것을 제외하고 본 출원의 통합 부분으로 고려될 것이다.
본원에 설명된 본 발명의 실시예는 대향하는 제1 표면 및 제2 표면, 및 제2 표면상의 도너 필름을 가지는 투명한 도너 기판을 포함하는 억셉터(acceptor) 표면상에 재료 증착을 위한 장치를 제공한다. 장치는 부가적으로 광학 어셈블리를 포함하고, 광학 어셈블리는, 억셉터 표면상의 제2 표면상의 위치로, 제2 표면에 수직이 아닌 각도로 도너 필름으로부터 용융된 재료의 액적들의 토출을 유도하기 위해, 방사선의 빔이 도너 기판의 제1 표면을 통과하고 제2 표면상의 위치에서 도너 필름상에 충돌하게 지향되도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 광학 어셈블리는, 제2 표면에 수직이 아닌 선택된 각도로 액적들이 토출되게 하기 위해, 선택된 빔에 비대칭성을 생성하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 광학 어셈블리는 AOD(acousto-optic deflector)를 포함하고, AOD는 방사선의 빔을 각각 상이한 각도들에서 AOD로부터 떠나가는 복수의 서브-빔들로서 형성하도록 구성되고, 서브-빔들은 비대칭성을 갖는 합성(composite) 빔을 함께 형성한다. 또 다른 실시예들에서, 장치는 드라이버(driver) 회로를 더 포함하고, 드라이버 회로는 AOD의 회절에 의해 서브-빔들을 형성하기 위해 다수의 주파수들을 가진 드라이브 신호를 AOD에 입력하도록 구성된다.
실시예에서, 장치는 비대칭성을 가진 합성 빔을 형성하기 위해 드라이브 신호의 다수의 주파수들과 방사선의 빔 간을 동기화하도록 구성된 프로세서를 더 포함한다. 다른 실시예에서, 광학 어셈블리는 방사선의 빔을 복수의 서브-빔들로서 형성하도록 구성된 복수의 미러들을 포함하고, 복수의 서브-빔들은 비대칭성을 가진 합성 빔을 함께 형성한다. 또 다른 실시예에서, 광학 어셈블리는 미러들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 선택된 서브-빔들을 스위칭-오프함으로써 합성 빔에 비대칭성을 도입하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 광학 어셈블리는 미러들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 선택된 서브-빔들의 각각의 위상들을 제어함으로써 합성 빔에 비대칭성을 도입하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 광학 어셈블리는 방사선의 빔을 복수의 서브-빔들로서 형성하도록 구성된 액정 셀 어레이를 포함하고, 복수의 서브-빔들은 비대칭성을 가진 합성 빔을 함께 형성한다. 또 다른 실시예들에서, 광학 어셈블리는 액정 셀 어레이의 셀들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 선택된 서브-빔들의 각각의 위상들을 제어함으로써 합성 빔에 비대칭성을 도입하도록 구성된다. 대안적인 실시예들에서, 도너 필름은 제2 표면상의 포지션에서 비균일성을 가지며, 광학 어셈블리는, 제2 표면에 수직이 아닌 선택된 각도로 액적들이 토출되게 하기 위해, 빔이 제2 표면상의 포지션에 근접하여 도너 필름상에 충돌하게 지향되도록 구성된다.
실시예에서, 도너 필름상에 충돌하는 빔은 구면 대칭이다. 다른 실시예에서, 비균일성은 도너 필름 내에 홀 및 트렌치 중 적어도 하나를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 비균일성은 액적들이 선택된 각도로 토출되게 하도록 선정된 미리정의된 형상을 가진다. 대안적인 실시예에서, 포지션으로부터 빔의 충돌 포인트의 거리는 액적들이 선택된 각도로 토출되게 하도록 선정된다.
일부 실시예들에서, 광학 어셈블리는 방사선의 빔을 사용하여 도너 필름에 비균일성을 형성하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 비균일성은 제1 비균일성 및 제2 비균일성을 포함하고, 광학 어셈블리는 제1 비균일성의 형성 이후에, 및 액적들의 토출 이전 또는 이후에 제2 비균일성을 형성하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따라, 대향하는 제1 표면 및 제2 표면, 및 제2 표면상의 도너 필름을 가지는 투명한 도너 기판을 제공하는 단계를 포함하는 억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 방법이 부가적으로 제공된다. 방사선의 빔은, 억셉터 표면상의 제2 표면상의 위치로, 제2 표면에 수직이 아닌 각도로 도너 필름으로부터 용융된 재료의 액적들의 토출을 유도하기 위해, 도너 기판의 제1 표면을 통과하고 제2 표면상의 위치에서 도너 필름상에 충돌하게 지향된다.
본 발명은 도면들과 함께 취해진 본 발명의 실시예들의 다음 상세한 설명으로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 기판상에 직접 기록하기 위한 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 광학 어셈블리의 세부사항들을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 2b는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른, 다른 광학 어셈블리의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 음향-광학 편향기의 개략 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 비대칭성 빔 프로파일들의 그래프들이다.
도 5는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른, 대안적인 광학 어셈블리의 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 기판상에 직접 기록하기 위한 시스템의 개략적인 측면도이다.
도 7a-도 7c는 본 발명의 실시예들에 따른, 도너로부터 토출되는 액적(droplet)의 개략도들이다.
도 8a-도 8c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른, 도너 및 열 차단벽(heat barrier)의 개략도들이다.
최신식 전자 디바이스들은 종종 3D 구조들이 빌딩(build)되는 편평하지 않은 표면을 따르는 3D 구조들을 포함한다. 그런 구조들은 코팅하거나, 재-패턴닝하거나(예컨대, 완전한 구조들 누락), 또는 빌딩하기(예컨대, 금속 필러(pillar)들 부가) 어렵다. LIFT(Laser-induced forward transfer) 기법들은 고품질 및 경제적인 프린팅을 제공하지만, 통상적으로 도너의 표면에 대해 직교하게 마이크로-액적들을 토출하는 것으로 제한된다. 따라서, 종래의 LIFT 시스템은 억셉터의 수평 표면들 상에 마이크로-액적들을 프린팅할 수 있지만 허용가능한 품질로 3D 구조들의 측벽들 상에 프린팅할 수 없을 수 있다.
아래에 설명된 본 발명의 실시예들은 몇몇 새로운 광학 어셈블리들 및 도너 구조들, 및 LIFT 시스템들의 대응하는 동작 방법들을 제공함으로써, 위에서 예시된 것들 같은, 종래 기술의 제한들을 극복한다. 본 발명의 실시예들은 금속 및 비-금속 재료들 둘 모두의 프린팅을 포함한다.
일부 실시예들에서, 억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 시스템은 대향하는 제1 표면 및 제2 표면을 가지며, 그리고 또한 도너의 제2 표면상에 도너 필름을 포함하는 투명한 도너 기판을 포함한다. 시스템은 광학 어셈블리를 더 포함하고, 광학 어셈블리는 방사선의 빔이 도너 기판의 제1 표면을 통과하고 도너의 제2 표면상의 선택된 위치에서 도너 필름상에 충돌하게 지향되도록 구성된다. 방사선의 빔은 선택된 위치에서 도너의 제2 표면에 수직이 아닌(즉, 직교가 아닌) 각도로, 도너 필름으로부터 용융된 재료의 액적들의 토출을 유도할 수 있다.
통상적인 LIFT 기법들은 도너와 억셉터 사이의 근접(예컨대, 실질적으로 1 mm 미만)을 요구하고, 따라서 도너와 억셉터는 통상적으로 서로 평행하게 포지셔닝된다. 액적들은 도너 필름으로부터 억셉터 표면상으로 토출되고 그리고 통상적으로 도너와 억셉터가 평행한 경우에, 억셉터의 최상부 표면에 직교하지 않은 각도로 도달할 수 있고 따라서 시스템은 3D 구조들의 측벽들 상에 액적들을 프린트할 수 있다.
실시예에서, 도너 필름의 비대칭성 가열 프로파일은 요구된 각도로 액적들의 토출(또는 제팅)을 유발할 수 있다. 개시된 기법들은 도너 필름상에 비대칭성 빔을 충돌시킴으로써, 또는 도너 필름의 재료에 (비대칭성을 유도하는) 일부 비균일성을 도입하고 도너 필름상에 구면 대칭 빔을 충돌시킴으로써 비대칭성 가열 프로파일을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 가열 비대칭성을 반영하는 열 "노즐"은 도너 필름에 형성되고 용융된 재료에 압력 구배를 생성한다. 압력 구배 및 노즐의 비대칭성은 액적의 제팅 각도를 좌우한다. 따라서, 도너 필름의 비대칭성을 제어하는 것은, 도너가 억셉터에 평행하게 포지셔닝되는 동안, 사용자가 제팅 각도를 제어하게 한다.
일부 실시예들에서, 광학 어셈블리는 레이저로부터의 인입 빔을 다수의 서브-빔들로 분할하도록 구성된다. 서브-빔들은 통상적으로 변조되고 도너 필름상에 비대칭성 빔을 형성하기 위해 도너의 하부 표면으로 지향된다. 스폿 비대칭성은, (도너의 제2 표면상의) 도너 필름으로부터 도너의 제2 표면에 수직이 아닌 선택된 각도로 액적들이 토출되게 하기 위해 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 광학 어셈블리는 원하는 합성 비대칭성 빔을 생성하기 위하여 결합되는 다수의 출력 서브-빔들을 생성하는 음향-광학 디바이스를 포함한다.
대안적인 실시예들에서, 광학 어셈블리는 마이크로-미러들의 어레이를 가진 MOEMS(Micro-Opto-Electro-Mechanical-system) 디바이스를 포함할 수 있다. MOEMS 디바이스는 통상적으로 디바이스에 의해 생성된 서브-빔들의 위상 또는 편향 각도를 제어하기 위해 각각의 마이크로-미러의 회전 또는 고도 포지션들을 제어한다. 출력 서브-빔들의 로컬 위상 또는 방향을 제어함으로써, 사용자는 합성 출력 빔의 다양한 프로파일들을 형성할 수 있다. 본 발명의 광학 어셈블리의 광학기기는 도너 필름상에 원하는 비대칭성 스폿을 형성하기 위해 출력 서브-빔들을 결합하도록 구성될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 도너 필름은 필름 내에 비균일성, 이를테면 트렌치 또는 홀을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 광학 어셈블리는 방사선의 빔, 통상적으로 이 경우에 구면 대칭 빔이 비균일성의 포지션에 근접하여 도너 필름상에 충돌하게 지향되도록 구성될 수 있다. 빔과 도너 필름 사이의 상호작용은 충돌 포지션에서 도너 필름의 재료를 용융시키고, 비균일성은 열 차단벽으로서 작용한다. 열 차단벽은 용융된 재료 둘레에 비대칭적 열 전도성 프로파일을 생성하여, 용융된 재료는 차례로 비대칭성 프로파일을 가지며, 이는 액적들이 도너 필름에 비-수직 각도로 토출되게 한다.
일부 실시예들에서, 시스템은 패턴과 빔 사이에 특정 근접성을 선택함으로써 토출 각도의 방위각 및 사이즈를 제어한다. 대안적인 실시예들에서, 토출 각도는 패턴 형상(예컨대, 둥근 홀, 또는 직사각형 트렌치), 및 패턴과 빔 사이의 근접성의 조합을 사용하여 제어된다.
위의 기법들은 간단하고 경제적인 광학 어셈블리들 및 편평한 도너 구조들을 사용하여, LIFT 시스템이 복잡한 3D 구조들, 이를테면 측벽들 상에 프린트할 수 있게 한다. 비대칭성 빔을 사용하는 실시예들은 임의의 종래의 도너를 사용하여 미리정의된 그리고 제어된 비-직교 각도로 프린트하기 위해 사용될 수 있다. 도너 필름에 비균일성을 사용하는 실시예들은 또한 제어된 비-직교 각도로 프린팅을 허용한다. 개시된 능력들은 동작가능 대량 제조 라인에서 쉽게 구현될 수 있다.
시스템 설명
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 기판(24) 상에 기록하기 위한 프린트 및 직접 기록 시스템(10)의 개략적인 도면이다. 이 시스템 및 이의 컴포넌트들은, 본원에 설명된 기법들이 구현될 수 있는 환경의 종류를 예시하기 위해서만 여기에 도시된다. 그런 기법들은 다른 타입들 및 다른 구성들의 적절한 장비를 사용하여 유사하게 수행될 수 있다.
프린트 및 직접 기록 시스템(10)은 장착 표면(14) 상에 홀딩되는 전자 회로(12)의 기판(24), 이를테면 FPD(flat panel display) 또는 PCB(printed circuit board) 상에서 동작한다. 일반적인 LIFT 프로세스들에서, 기판(24)은 또한 수용기 또는 억셉터로 칭해진다. "평판 디스플레이", "FPG", "인쇄 회로 기판", 및 "PCB"라는 용어들은, 증착을 위해 사용되는 기판 재료의 타입 및 프로세스에 무관하게, 전도성 재료들 이를테면 금속, 또는 비-전도성 재료들 이를테면 유전체들 및 폴리머들이 증착되는 임의의 종류의 유전체 또는 금속 또는 반도체 기판을 일반적으로 지칭하기 위해 본원에 사용된다. 시스템(10)은 다양한 기판들 상에 또는 임의의 다른 전자 디바이스들 내에 금속 회로를 프린팅하는 것과 같이 새로운 층들을 증착하기 위해 사용될 수 있다.
브리지(bridge)(18) 형태의 포지셔닝 어셈블리는, 시스템(10)의 축들을 따라 선형으로 광학 어셈블리(16)를 이동시킴으로써, 해당 기판(24) 상의 적절한 사이트(site)들 위에 광학 어셈블리(16)를 포지셔닝한다. 다른 실시예들에서, 포지셔닝 어셈블리는 다른 형태들, 이를테면 하나의 축(X), 2개의 축들(X, Y), 또는 3개의 축들(X, Y, Z)을 따르는 이동 스테이지일 수 있다. 제어 유닛(27)은, 요구된 프린팅, 패터닝 및/또는 다른 제조 동작들을 수행하기 위하여, 광학 및 포지셔닝 어셈블리들의 동작을 제어하고, 그리고 부가적인 기능들, 이를테면 온도 제어를 수행한다. 통상적으로, 제어 유닛(27)은 사용자 인터페이스 및 소프트웨어와 함께, 프로세서 및 디스플레이(도시되지 않음)를 포함하는 일반-목적 컴퓨터를 포함하는, 오퍼레이터 단말(도시되지 않음)과 통신한다.
광학 어셈블리(16)는 도너(11)로부터 LIFT(Laser-Induced Forward Transfer) 기법들을 적용하기 위한 레이저(40) 및 광학기기(44)를 포함한다. 삽입부(38)는 광학 어셈블리(16)의 컴포넌트들 및 모듈들, 및 도너(11)의 하부 표면(69)에 수직이 아닌 토출 각도(θ)로 도너 필름(62)으로부터 액적들의 토출 프로세스를 도시하는 개략 측면도이다.
레이저(40)는 펄스화된 빔(52)을 빔 조작 어셈블리(41)로 방출하고, 어셈블리(41)는 빔(52)을 다수의 출력 서브-빔들(54)로 분할하도록 구성된다. 서브-빔들(54)은 서로 발산하는 2 또는 그 초과의 서브-빔들로서 어셈블리(41)를 떠난다. 광학기기(44)는 서브-빔들(54)들을 합성 비대칭성 빔(43)으로 수렴시키고, 합성 빔은 하부 표면(69)에 합성 비대칭성 스폿(23)을 형성하기 위해 광학기기에 의해 포커싱된다. 어셈블리(41)의 동작은 아래에서 도 2a-도 4b를 참조하여 더 상세히 설명된다. 레이저(40)는 예컨대 주파수-2배 출력을 갖는 펄스화된 Nd:YAG 레이저를 포함할 수 있고, 레이저의 펄스 진폭은 제어 유닛(27)에 의해 제어될 수 있다.
광학기기(44)는 비대칭성 빔(43)을 도너(11) 상에 포커싱하고, 도너(11)는 도너 기판(60)을 포함하고, 도너 기판(60)의 하부 표면상에는 하나 또는 그 초과의 도너 필름들(62)이 증착된다. 통상적으로, 기판(60)은 투명 광학 재료, 이를테면 유리 또는 플라스틱 시트를 포함한다. 광학기기(44)는 빔(43)을 기판(60)의 최상부 표면(59)을 통해 필름(62) 상으로 포커싱한다. 스폿(23)의 비대칭성은 용융된 재료의 액적들이, 필름(62)에 대해 측정된 비-수직 토출 각도(θ)로 필름(62)으로부터 회로(12)의 필름(25) 상으로 토출되게 한다. 선택된 각도로 토출을 위한 메커니즘들은 도 4a-도 4b 및 도 7a-도 7c를 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른, 광학 어셈블리(16)의 세부사항들을 도시하는 개략적인 도면이다. 레이저(40)는 광학 방사선의 빔(52)을 방출하고, 빔(52)은 가시 방사선, 자외선 방사선 또는 적외선 방사선을 포함할 수 있다. 드라이버(48)는 근접한 주파수들을 가진 다수의 신호들을 어셈블리(41)의 AOD(acousto-optic deflector)(42)로 드라이빙한다. AOD는 빔(52)을 다수의 출력 서브-빔들(54)로 분할하고, 다수의 출력 서브-빔들(54)은 AOD의 다중-주파수 회절 격자로부터 회절 및 발산된다. 실시예에서, 스캐닝 미러(46)는 서브-빔들(54)을 광학기기(44)로 편향시키고, 광학기기(44)는 서브-빔들(54)을, 기판(60)을 통해, 회절 각도들에 의해 결정된 인접한 위치들에서 도너 필름(62) 상에 충돌하도록 포커싱한다. 회절된 서브-빔들(54)은, 비대칭성 빔(43)을 형성하도록, 도너 필름(62) 상에 충돌할 때 각각의 포지션들에서 부분적으로 오버랩핑하는 스폿들을 형성한다.
다수의 서브-빔들(54)을 생성하기 위해, 다중-주파수 드라이버 회로(48)는 드라이브 신호를 압전 결정(50)에 인가하고, 압전 결정(50)은 빔(52)을 분할하기 위한 편향기(42)에서 음향 파들을 생성하기 위해 편향기(42)를 드라이빙한다. 비록 단지 단일 미러(46)만이 도 2a에 도시되지만, 대안적인 실시예들(도면들에 도시되지 않음)은 함께 또는 독립적으로 스캐닝될 수 있는 이중-축 미러들, 및/또는 기술 분야에서 알려진 임의의 다른 적절한 타입의 빔 스캐너를 이용할 수 있다.
드라이버 회로(48)는 다수의 출력 빔들(54)을 생성하기 위해 다양한 상이한 모드들에서 음향-광학 편향기(42)를 드라이빙할 수 있다. 보조 포커싱 및 스캐닝 광학기기와 함께, 광학 어셈블리(24)에 사용하기 위해 적응될 수 있는 다수의 적절한 드라이브 기법들은 예컨대 Naveh 등에 대한 미국 특허 8,395,083호에 설명되고, 이의 개시내용은 인용에 의해 본원에 통합된다. 이들 기법들 중 하나에 따라, 드라이버 회로(48)는 다중-주파수 드라이브 신호를 생성하고, 다중-주파수 드라이브 신호는 음향-광학 편향기가 빔(52)을 상이한 각각의 각도들의 다수의 출력 빔들(54)로 회절하게 한다. 이런 종류의 다중-주파수 드라이브의 추가 세부사항들은 Hecht에 의한 "Multifrequency Acoustooptic Diffraction", IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics SU-24, pages 7-18 (1977)(이는 인용에 의해 본원에 통합됨); 및 Antonov 등에 의한 "Efficient Multiple-Beam Bragg Acoustooptic Diffraction with Phase Optimization of a Multifrequency Acoustic Wave", Technical Physics 52:8, pages 1053-1060 (2007)(이는 마찬가지로 인용에 의해 본원에 통합됨)에서 설명된다.
도 2b는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른, 다른 광학 어셈블리(17)의 개략적인 도면이다. 어셈블리(17)는 시스템(10)의 어셈블리(16) 대신 사용될 수 있다. 어셈블리(17)에서, 제1 음향-광학 편향기(42A)는 레이저(40)로부터 빔(52)을 수신하고 빔(52)을 다수의 서브-빔들(54A)로 분할한다. 편향기(42A)는 X-축을 따라 서브-빔들을 분할한다. X-축을 따라 서브-빔들(54A)의 세기 분포들은 대칭적 또는 비대칭적일 수 있다. 제2 음향-광학 편향기(42B)는 서브-빔들(54A) 중 하나 또는 그 초과를 Y-축을 따라 각각의 서브-빔들(54B)로 추가로 분할하도록 구성된다. Y-축을 따라 서브-빔들(54B)의 세기 분포들은 다시 대칭적 또는 비대칭적일 수 있다.
드라이버 회로(48)는 근접한 주파수들을 가진 다수의 드라이브-신호들을 편향기들(42A 및 42B) 각각에 제공한다. "근접 주파수들"이라는 용어는 비율(Δf=V/D)에 의해 주어지는 시스템(10)의 주파수 분해능(Δf)보다 더 작은 주파수-차이를 지칭하고, 여기서 V는 사운드의 속도이고, D는 애퍼처(aperture)의 사이즈이다.
개시된 기법은 사운드가 편향기의 회절 격자에 의해 형성된 광학 애퍼처를 가로지르는데 걸리는 시간(또한 "상승 시간"으로 지칭됨)보다 실질적으로 더 짧은 짧은-지속기간 레이저 펄스들을 사용한다. 예컨대, D=6mm의 애퍼처 폭에 대해 그리고 59000 미터/초의 사운드 속도(V)를 가정하면, 상승 시간은 대략 1.02 마이크로초와 같다.
편향기들을 통과하는 빔(52)은, 비대칭성 빔을 형성하기 위해, 부분적으로 서로 오버랩하는 2 또는 그 초과의 스폿들을 도너의 표면상에 형성할 수 있다. 근접 주파수들을 가진 신호들에 의한 편향기들의 사용은 비대칭성 서브-빔들(54A 또는 54B)의 2-차원(2D) 어레이를 생성할 수 있다. 각각의 서브-빔은 원하는 각도로 액적을 제팅하도록 도너 상에 충돌하고, 원하는 각도는 비대칭성 빔의 형상에 관련된다. 비대칭성 서브-빔들의 2D 어레이는 다수의 액적들을 동시에 제팅할 수 있고, 상이한 서브-빔들에 의해 생성된 액적들은 각각의 비대칭성 서브-빔들의 형상에 대응하는 각도들로 제팅된다.
대안적으로, 편향기(42A)는 자신의 인입 빔을 X-방향으로 스캔할 수 있는 반면, 편향기(42B)는 자신의 인입 빔들을 Y-방향으로 분리되는 다수의 비대칭성 빔들로 분할하도록 드라이빙된다. 편향기들(42A 및 42B)은 어셈블리(41)에 포함되고 각각 압전 결정들(50A 및 50B)에 의해 드라이빙된다. 어셈블리(16)와 비교하면, 어셈블리(17)는, 더 높은 빔 세기 손실들을 희생하더라도, 더 큰 다기능성 및 조향 속도를 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 음향-광학 편향기(42)의 개략 단면도이다. 이 도면은 드라이버 회로(48) 및 압전 결정(50)을 포함하는, 다중-주파수 드라이브의 효과 및 동작을 예시한다. 회로(48)로부터의 다중-주파수 드라이브 신호는 압전 결정(50)이 다중 드라이브 주파수들의 음향 파들을 생성하게 하고, 이 음향 파들은 편향기(42)의 음향-광학 결정을 통해 전파된다. 상이한 드라이브 주파수들 각각은 대응하는 공간 주파수에서 음향-광학 회절 격자를 설정하는데, 즉 편향기는 상이한 간격들을 가진 다수의 슈퍼임포즈된(superposed) 격자들을 포함한다.
빔(52)이 편향기(42)에 진입할 때, 결정 내 격자들 각각은 격자 간격에 따라, 상이한 각도로 빔(52)을 회절시킨다. 따라서, 편향기(42)는 빔(52)을, 결정(50)에 의해 제공된 상이한 주파수들(f1, f2, ...)에 대응하는 상이한 각도들(θ1, θ2, ...)의 다수의 서브-빔들(54)로 분할한다. 예컨대, 편향기(42)로 드라이빙된 근접 주파수들을 가진 2개의 드라이브-신호들은, 비대칭성 빔(43)을 형성하기 위해, 도너 필름(62) 상에 충돌할 때 부분적으로 오버랩하는 2개의 인접한 회절된 서브-빔들(54)의 형성을 유발한다.
다수의 주파수들(f1, f2)을 제공하는 것 외에, 드라이버 회로(48)는 빔(52)의 각각의 펄스에 의해 생성된 대응하는 서브-빔들(54)의 세기를 제어하기 위해, 주파수들의 각각의 진폭들을 제공하도록 구성된다. 아래에 더 상세히 설명된 바와 같이, 회로(48)는 빔들(52)의 펄스들과 적절한 동기화로 대응하는 주파수들에서 신호들의 진폭들을 변조시킴으로써 서브-빔들의 세기를 제어한다. 더 구체적으로, 드라이버 회로(48)는 각각의 펄스에서 생성할 출력 빔들(54)의 조합을 선정하기 위해 대응하는 주파수 성분들을 턴 온 및 턴 오프할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른, 스폿(23)의 비대칭성 빔 프로파일(56)의 개략적인 그래프이다. 프로파일(56)은, 편향기(42)의 방향에 의해 정의된 라인을 따라, 스폿을 가로질러 세기(y) 대 거리(x)를 도시하는 스폿(23)의 단면이다. 빔 프로파일(56)은 도 3에 도시된 2개의 각각의 출력 서브-빔들(54)을 나타내는 2개의 피크(peak)들을 포함한다. 피크(57)는 각도(θ1)로 편향된 제1 출력 서브-빔(54)에 대응한다. 피크(58)는 각도(θ2)로 편향된 제2 출력 서브-빔(54)에 대응한다. 제1 출력 빔 및 제2 출력 빔(54)은 드라이버 회로(48)에 의해 편향기(42)에 인가된 대응하는 주파수들(f1, f2), 진폭들(A1, A2) 및 위상들(p1, p2)의 미리정의된 세트에 의해 형성된다.
제1 서브-빔 및 제2 서브-빔(54)이 스폿(23)에 포커싱될 때, f1과 f2의 값들 사이의 차이가 스폿에서 2개의 빔들의 피크들의 작은 포지션 시프트들을 야기하고 따라서 그래프에 도시된 비대칭성 프로파일을 생성한다는 것이 이해될 것이다.
통상적으로, 편향기(42)에 2개의 근접 주파수들을 포함하는 신호들을 인가할 때, 편향기(42) 내의 음향 신호는 2개의 신호들 사이의 주파수 차이에 의해 주어진 주기(period)로 변조되고, 따라서 보강 간섭과 상쇄 간섭이 생성된다. 최대 회절 효율성을 획득하기 위해, 제어 유닛(27)은 레이저(40)의 펄스를 편향기(42)에서 발생하는 보강 간섭과 동기화되도록 구성된다. 게다가, 레이저 펄스의 시간 폭은 실질적으로 변조 주기보다 더 작아야 하므로, 레이저 펄스는 보강 간섭과 동기화된다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른, 스폿(23)의 비대칭성 빔 프로파일(60)의 개략적인 그래프 예이다. 빔 프로파일(60)은 제1, 제2 및 제3 서브-빔들(54)에 의해 형성되고, 그리고 단일 피크(61)를 포함한다. 도시된 프로파일을 생성하기 위해, 드라이버 회로(48)는, 대응하는 제1, 제2 및 제3 서브-빔들을 생성하도록, 결정(50)에 의해 편향기(42)에 입력되는 3개의 주파수들(f1, f2 및 f3)을 생성한다. 드라이버 회로(48)는 또한 주파수들(f1, f2 및 f3)에 대응하는 진폭들(A1, A2 및 A3)을 세팅한다. 프로파일은, 진폭들(A2 및 A3)이 동일하고(A2=A3), 그리고 진폭(A1)이 A2+A3와 동일할 때 생성된다. 게다가, 주파수들 사이의 차이들은 f1-f2=2*(f2-f3)이다. 도 4a 및 도 4b의 고려로부터, 시스템(10)의 사용자가, 대응하는 주파수들 및 진폭들의 특정 세트들을 가진 미리-정의된 펄스들의 세트를 선택함으로써, 비대칭성 빔의 원하는 형상, 및 빔에 의해 생성되는 비대칭성 스폿을 설계할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
아래에 도시된 바와 같이, 광학 어셈블리(16)는 통상적으로 1 MHz 또는 그 미만의 레이트들로 리프레시(refresh)하는 높은 반복 레이트 레이저들, 이를테면 레이저(40)에 대응하는 스폿(23)의 형상을 높은 레이트로 수정하거나 리프레시하도록 구성될 수 있다.
레이저(40)의 공간 펄스 폭이 D이면, AOD(42) 내에서 음향 파가 펄스 폭을 통과하는데 걸리는 시간(tT)은 수학식(1)에 의해 주어진다:
Figure pct00001
(1)
여기서 vs는 AOD 내에서의 음향 파 속도이다.
AOD 내에서 파장(λ)은 수학식(2)에 의해 주어진다:
Figure pct00002
(2)
여기서 F는 음향 파의 주파수이다.
ADO에 의한 효과적인 회절을 위해, 광학 펄스의 폭(D)은 AOD 내에 생성된 회절 격자의 다수의 파들을 커버하여야 하는데, 즉, 아래의 수학식과 같다.
Figure pct00003
또는
Figure pct00004
(3)
수학식들(1) 및 (3)을 조합하여 아래의 수학식이 주어진다:
Figure pct00005
(4)
AOD에 대한 F가 200 MHz 또는 그 초과일 수 있기 때문에, 200 MHz로 드라이빙되는 AOD 내의 (예컨대) 20개의 파들에 대한 통과 시간(tT)은 10-7초이다. 이 통과 시간은 10 MHz의 레이저 리프레시 레이트에 대응하고, 이는 위에서 인용된 통상적인 1 MHz 레이트보다 10배 더 크다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 실질적으로 통상적인 레이저(40)에 대한 리프레시 레이트들보다 더 높은 리프레시 레이트들을 허용한다. 위의 설명 및 수치 값들은 순수하게 예로써 주어진다. 임의의 다른 적절한 동작 방식, 레이저 파라미터들, 또는 수치 값들은 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른, 대안적인 광학 어셈블리(19)의 개략적인 도면이다. 어셈블리(19)는 시스템(10)의 어셈블리(16) 대신 사용될 수 있다. 레이저(40)는 빔(52)을 빔 확장기(65)로 방출하고, 빔 확장기(65)는 빔(52)을 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-system) 디바이스(63)에 포함된 마이크로-미러들(64)의 어레이에 걸쳐 확장 및 시준한다.
MEMS 디바이스들, 이를테면 MEMS 디바이스(63)는 다수의 제조업체들, 이를테면 독일 뮌헨의 Fraunhofer Institute에 의해 제조된 마이크로-미러 제품들로부터 상업적으로 입수가능하고, 또한 MOEMS(Micro-Opto-Electro-Mechanical-System)로 지칭될 수 있다. 이런 종류의 디바이스들은 예컨대 Gehner에 의한 2007년 "MEMS Adaptive Optics Development at IPMS"에 설명되고, 이는 인용에 의해 본원에 통합된다.
디바이스(63)는 통상적으로 마이크로-미러들(64)의 하나 또는 그 초과의 어레이들(예컨대, 메가-픽셀 디바이스에서 일백만 마이크로-미러들(64))을 포함하고, 그리고 통상적으로 어레이 내 각각의 마이크로-미러(64)의 회전 또는 고도를 제어한다. 일부 실시예들에서, 광학 어셈블리는 각각의 마이크로-미러들을 적절한 회전 각도로 회전시킴으로써 서브-빔들(54) 중 하나 또는 그 초과를 스위치 오프하도록 구성된다. 이 기법은 널리 사용되고(예컨대 Texas Instruments에 의해) 특정 마이크로-미러들을 스위칭 오프함으로써 원하는 세기 형상들을 가진 비대칭성 빔들의 형성을 허용한다. 통상적으로, 각각의 마이크로-미러(64)의 회전 제어는 높은 분해능으로, 각각의 서브-빔(54)의 편향 각도의 제어를 가능하게 한다. 도 3에 대해 이미 설명된 바와 같이, 광학기기(44)는 합성 비대칭성 빔(43)을 형성하기 위해 서브-빔들(54)들을 포커싱하고, 빔(43)은 필름(62) 상에 스폿(23)을 형성한다.
다른 실시예들에서, 광학 어셈블리는 마이크로-미러들(64) 중 하나 또는 그 초과의 고도를 제어하도록 구성되고, 이에 의해 각각의 서브-빔들에 의해 가로질러지는 경로들의 광학 길이들이 조정된다. 이런 조정은 원하는 빔 프로파일을 형성하기 위해, 서브-빔들 사이의 상대적 위상을 변화시킨다. 이 기법은 Fraunhofer Institute에 의해 개발되었다(IPMS라 지칭됨). 마이크로-미러-기반 기법들은 디바이스(63)가 높은 공간 분해능 공간 광 변조기로서 역할을 하게 한다.
또 다른 실시예들에서, MEMS 디바이스(63)에 대안으로, 어셈블리(19)는 비대칭성 빔 성형을 위해, 액정 셀 어레이, 이를테면 LCOS-SLM(Liquid Crystal on Silicon Spatial Light Modulator)을 포함할 수 있다. 액정 셀 어레이의 각각의 셀은 반사된 서브-빔에 대한 별개의 위상 지연을 생성하기 위해, 전기적으로 제어된다. 그런 SLM 디바이스들은 예컨대 (일본, Hamamatsu 시의) Hamamatsu Photonics K.K.에 의해 제공된다.
도너 필름상에 비대칭성 스폿을 생성하기 위한 위에서 설명된 방법들은 예이고, 비대칭성 스폿을 생성하기 위한 다른 방법들은 당업자들에게 자명할 것이다. 모든 그런 방법들은 본 발명의 범위에 포함된다.
어셈블리들(16, 17, 19)(및 도 6에 도시된 어셈블리(21))의 구성들 및 이들의 각각의 광학 경로들은 명확성 때문에 순수하게 예로서 선택된 간략화된 구성들이다. 대안적인 실시예들에서, 임의의 다른 적절한 구성 및 광학 경로는 광학 어셈블리들을 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 어셈블리(19)에서, 빔(52)은 빔들(54)의 세기를 개선하기 위하여 디바이스(63) 상에 45° 이외의 각도로 투사될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 시스템(13)의 개략적인 측면도이다. 아래에 설명되는 차이들을 제외하고, 시스템(13)의 동작은 일반적으로 시스템(10)의 동작과 유사하고, 양쪽 시스템들(13 및 10)에서 동일한 참조 번호들에 의해 표시된 엘리먼트들은 일반적으로 구성과 동작이 유사하다. 시스템(13)에서, 광학 어셈블리(21)는 빔(52)을 광학기기(44)로 지향시키는 레이저(40)를 포함한다. 광학기기(44)는 빔(52)을 기판(60)의 최상부 표면(59)을 통해 필름(62) 상으로 포커싱한다. 시스템(10)과 대조하여, 시스템(13)의 빔(52)은 통상적으로, 필름(62) 상에 충돌할 때를 포함하는 자신의 전체 광학 경로를 따라 구면 대칭이다. 또한 시스템(10)과 대조하여, 시스템(13)에서 필름(62)은 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 비-균일하다.
필름(62)은 필름(62)에 패터닝된 트렌치들 또는 홀들을 포함하는 하나 또는 그 초과의 비균일성들(68)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 비균일성들(68)은 도너(11)의 준비 프로세스 동안 필름(62)에 패턴닝된다. 필름(62)이 모든 설계된 비균일성들(68)을 포함하면, 도너는 위에서 설명된 바와 같이 LIFT 프린팅 프로세스를 시작하기 위해 시스템 상에 장착된다.
대안적인 실시예들에서, 필름(62)은 LIFT 프로세스 동안 패터닝될 수 있다. 도너(11)는, 필름(62)이 패터닝되기 전에 시스템상에 장착되거나, 또는 비균일성들(68)로 부분적으로 패터닝된다. 레이저(40)는 하나 또는 그 초과의 비균일성들(68)을 형성하기 위해, 통상적으로 상이한 방사 레짐(regime)을 사용함으로써, 필름(62)으로부터의 재료를 제팅하도록 구성된다. 실시예에서, 레이저는 LIFT 프린팅 프로세스를 시작하기 전에 비균일성들을 형성한다. 다른 실시예에서, 레이저는 (예컨대, 도너의 제1 영역을 커버링하는) LIFT 프로세스의 일부를 완료하고 그 다음 (예컨대, 도너의 상이한 영역에) 부가적인 비균일성들(68)을 패터닝할 수 있다. 이런 능력은 사용자가 패턴(예컨대, 비균일성들의 레이아웃)을 프린팅 프로세스 요건들에 적응시키도록 허용하고 또한 LIFT 프린팅 요건들을 충족하기 위해 비균일성(68) 패턴들을 최적화함으로써 필름(62) 재료의 더 나은 이용을 허용할 수 있다.
동작시, 광학 어셈블리(21)는 본원에서 구면 대칭 빔으로 가정되는 빔(52)이 필름(62) 내에 주어진 비균일성의 포지션에 근접하여 필름(62) 상에 충돌하게 지향되도록 구성될 수 있다. 빔(52)과 필름(62) 사이의 상호작용은 충돌 포지션에서 필름(62)의 재료를 용융시키고, 비균일성은 열 차단벽으로서 작용한다. 열 차단벽은 용융된 재료 둘레에 비대칭적 열 전도성 프로파일을 생성하여, 용융된 재료는 차례로 비대칭성 프로파일을 가진다. 결과로서, 액적들(70)은 비-수직 토출 각도(θ)로 필름(62)으로부터 회로(12)의 필름(25) 상으로 토출되고 그리고 통상적으로 도너와 억셉터가 평행한 경우에서, 필름(25)의 최상부 표면에 직교하지 않는 각도로 도달할 수 있다. 비-수직 토출 프로세스 및 메커니즘은 도 7a-도 7c를 참조하여 더 상세하게 설명된다.
도 7a-도 7c는 본 발명의 실시예에 따른, 필름(62)으로부터 토출되는 액적(70)의 개략도들이다. 도면들에서, 도너(11)는 빔(52)에 투명한 기판(60), 및 하나 또는 그 초과의 홀들(68)을 포함하는 비-균일 필름(62)을 포함한다. 모두 3개의 다이어그램들에서, 광학 어셈블리(21)는 구면 대칭 빔 프로파일(66)을 가진 빔(52)이 위치(73)에서 필름(62) 상에 충돌하게 지향되도록 가정된다.
빔(52)과 필름(62) 사이의 상호작용은 위치(73)에서 필름(62)의 재료를 용융시키고 열 "노즐"을 형성한다. 필름(62) 내의 열 노즐(통상적으로 금속)은 필름(62)을 통해 필름 둘레의 주변 환경(예컨대, 공기)으로 열을 소산시킨다.
도 7a는, 홀이 위치(73)에서 열 노즐로부터의 열 소산에 영향을 주지 않도록, 주어진 홀(68)이 위치(73)로부터 충분히 멀리 있는 경우를 예시한다. 이 경우에, 열이 소산되는 필름 지역들(72 및 74)은 위치(73)를 둘러싼다. 지역들(72 및 74)은 동일한 사이즈를 가지며 위치(73)에 대해 대칭으로(symmetrically) 위치되어, 열 노즐 둘레에 대칭적 열 프로파일(도시되지 않음)이 존재한다. 대칭적 열 프로파일로 인해, 열 노즐로부터의 방출에 의해 위치(73)에서 형성된 액적(70)은 기판(66)의 하부 표면(69)에 직교하는 방향(76)으로 토출된다.
도 7b는, 홀이 위치(73)에서 열 노즐로부터의 열 소산에 영향을 주도록, 주어진 홀(68)이 위치(73)로부터 충분히 근접한 경우를 예시한다. 도 7a를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 필름(62)은 필름으로부터 소산되는 열을 전도시킨다. 필름 지역(80)은 위치(73)의 좌측에 위치되고, 위치(73)에 형성된 열 노즐과, 홀(68) 사이의 필름(62)의 재료를 포함한다. 지역(78)은 위치(73)의 우측에 위치되고, 위치(73)에 형성된 열 노즐과, 필름(62)의 우측 에지(79) 사이의 필름(62)의 재료를 포함한다. 지역들(80 및 78)은 열을 소산시킨다. 그러나, 지역(80)은 지역(78)보다 더 작아서, 열은 지역(78)과 상이한 레이트로 지역(80)으로부터 소산되고, 따라서 위치(73)의 열 노즐 둘레에 비대칭적 열 프로파일(도시되지 않음)이 생성된다. 비대칭적 열 프로파일은 액적(70)이 표면(69)의 수직(77)에 대해 측정된 비-제로 각도(82)로 토출되게 한다.
도 7c는 주어진 홀(68)이 도 7b의 상황보다 위치(73)에 더 가까운 경우를 예시한다. 도 7b의 상황에 대해 말하자면, 도 7c에 예시된 홀의 위치는 위치(73)에서 용융된 재료로부터의 열 소산에 영향을 준다. 지역(86)은 위치(73)의 좌측에 위치되고, 위치(73)와 홀(68) 사이의 필름(62)의 재료를 포함한다. 지역(84)은 위치(73)의 우측에 위치되고, 위치(73)와 필름(62)의 우측 에지(79) 사이의 필름(62)의 재료를 포함한다. 지역들(86 및 84)이 지역들(80 및 78)(도 7b) 사이의 영역 차이보다 더 큰 영역 차이를 가지기 때문에, 도 7c에서 위치(73) 둘레의 열 프로파일(도시되지 않음)은 도 7b 둘레의 열 프로파일과 비교할 때 더 비대칭성이다. 도 7c에서 열 프로파일의 더 높은 비대칭성은 액적(70)이 도 7b에서의 각도(82)보다 더 큰 비-제로 각도(88)로 토출되게 한다.
시스템(13)이 광학 어셈블리의 설계에 간략성을 허용하고 필름(62) 내에 홀(68)을 가짐으로써 표면(69)에 수직이 아닌 각도로 액적들(70)을 토출시키기 위한 능력을 시스템(13)에게 또한 제공하는 구면 대칭 빔(52)을 사용한다는 것이 도 7a-도 7c로부터 이해될 것이다. 통상적으로, 시스템(13)의 사용자는, 도너(11)로부터 기판(24)으로 액적들(70)의 원하는 토출 각도를 세팅하기 위해, 빔(52)이 홀(68)로부터 선택된 거리에서 필름(62) 상에 충돌하게 지향시킬 수 있다. 도 7a-도 7c에 설명된 예들에서, 홀(68)과 위치(73) 사이의 거리가 짧아질수록, 표면(69)에 대해 필름(62)으로부터의 토출 각도가 더 커진다.
도 8a-도 8c는 본 발명의 실시예에 따른, 도너(11) 아래에 위치된 회로(12)로부터 보여지는 바와 같은, 도너(11) 및 상이한 열 차단벽들의 개략도들이다. 아래에 표시된 것을 제외하고, 도너(11)는 표면(69)의 영역을 커버하는 필름(62)을 포함한다.
도 8a는 열 차단벽(92)을 제공하는 필름(62)의 둥근 홀을 예시한다. 광학 어셈블리(21)(도 8a에 도시되지 않음)는 대칭성 빔(52)이 차단벽(92)의 좌측에 위치되고, 차단벽에 근접한 둥근 스폿(90)에서 필름(62) 상에 충돌하게 지향시킨다. (통상적으로, 도 8a의 차단벽(92) 및 스폿(90)은 일반적으로 도 7b의 홀(68) 및 위치(73)에 대응함). 도 8a에서, 화살표(94)는 토출된 액적(70)의 방향을 표시하고, 도 7b의 각도(82)의 액적의 토출 방향을 예시한다. 빔(52)이 필름(62) 상에 충돌할 때, 열은 스폿(90) 둘레로 소산한다. 그러나, 공간(91)에서 온도 경사도는 스폿(90) 둘레의 다른 포인트들의 온도 경사도들과 비교할 때 더 가파르다. 포인트들(93 및 95)은 스폿(90)의 에지로부터 유사한 거리에 위치되지만, 차단벽(92)으로 인해, 포인트들(93 및 95)의 온도들은 서로 상이하고, 공간(91)에서의 온도와 상이하다. 상이한 온도들은 스폿(90) 둘레에 비대칭적 열 프로파일을 예시하고 우측으로 액적(70)의 토출을 야기한다.
도 8b는 열 차단벽(98)을 나타내는 필름(62)의 직사각형 홀을 예시한다. 광학 어셈블리(21)(도 8b에 도시되지 않음)는 대칭성 빔(52)이 아래의 차단벽(98)에 위치된 둥근 스폿(100)에서 필름(62) 상에 충돌하게 지향시킨다.
빔(52)이 필름(62) 상에 충돌할 때, 결과적인 열은 스폿(100) 둘레로 소산하고, 차단벽(98)에 대한 근접성으로 인해 스폿(100) 둘레에 비-균일 온도 경사도가 생성된다. 스폿(100)과 차단벽(98) 사이의 경사도는 가파르다. 차단벽(98)의 직사각형 형상으로 인해, 포인트(95)는 열 차단벽에 매우 근접하고, 따라서 포인트들(93 및 95) 둘 모두가 스폿(90)의 에지로부터 유사한 거리에 위치되더라도, 이들 온도들은 상이하다. 도 8a의 상황에 대해 말하자면, 상이한 온도들은 스폿(90) 둘레에 비대칭적 열 프로파일을 예시한다. 화살표(96)는 토출된 액적(70)의 방향을 표시하고, 도 8b의 예에서, 화살표(96)는, 차단벽(98)이 스폿(100) 위에 위치되므로 아래를 지향한다.
도 8c는 열 차단벽(104)을 나타내는 필름(62)의 직사각형 홀을 예시한다. 광학 어셈블리(21)(도 8c에 도시되지 않음)는 대칭성 빔(52)이 차단벽(104)의 좌측에 위치된 둥근 스폿(102)에서 필름(62) 상에 충돌하게 지향시킨다.
빔(52)이 필름(62) 상에 충돌할 때, 결과적인 열은 스폿(102) 둘레로 소산하고, 차단벽(104)에 대한 근접성으로 인해 스폿(102) 둘레에 비-균일 온도 경사도가 생성된다. 도 8b의 상황에 대해 말하자면, 포인트들(93 및 95) 둘 모두는 스폿(90)의 에지로부터 유사한 거리에 위치되지만, 차단벽(104)의 존재로 인해, 이들 온도들은 상이하다. 상이한 온도들은 스폿(102) 둘레에 비대칭적 열 프로파일을 예시한다. 화살표(106)는 토출된 액적(70)의 방향을 표시하고, 도 8c의 예에서, 화살표(106)는, 차단벽(104)이 스폿(100)의 우측에 위치되기 때문에, 좌측으로 지향한다.
도 7a-도 8c의 위의 설명으로부터, 필름상의 레이저 빔의 충돌 포인트로부터 장벽의 거리와 함께, 필름(62)의 열 차단벽의 형상 및 치수 모두가 필름에 생성되는 비대칭적 열 프로파일에 기여한다는 것이 이해될 것이다. 이들 차단벽 파라미터들, 즉 차단벽 형상, 치수들 및 거리의 선택에 의해, 시스템(13)에서 임의의 주어진 액적(70)의 토출 각도의 방향 및 값 둘 모두가 시스템의 사용자에 의해 실질적으로 임의의 원하는 값으로 세팅될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
위에서 설명된 시스템들은 단일 빔(52)을 사용하였다. 그러나, 당업자들은 다수의 입력 빔들이 동시에 사용되는 병렬 프린팅의 경우에 대해 상기 설명을 적응시킬 수 있을 것이다. Kotler 등에 의한 미국 특허 출원 62/078,450호(이의 개시내용은 인용에 의해 본원에 통합됨)는 병렬 프린팅에 사용될 수 있는 다수의 빔들을 생성하기 위한 방법을 설명한다.
위에서 설명된 실시예들이 예로써 인용되고, 뒤따르는 청구항들이 위에서 특히 도시되고 설명된 것으로 제한되지 않는 것이 인지될 것이다. 오히려, 범위는 위에서 설명된 다양한 특징들의 조합들 및 서브-조합들뿐 아니라 위의 설명을 읽은 당업자들에게 떠오르고 종래 기술에 개시되지 않은 변형들 및 수정들 둘 모두를 포함한다.

Claims (34)

  1. 억셉터(acceptor) 표면상에 재료 증착을 위한 장치로서,
    대향하는 제1 표면 및 제2 표면을 가지며, 상기 제2 표면상의 도너(donor) 필름을 포함하는 투명한 도너 기판; 및
    광학 어셈블리
    를 포함하고,
    상기 광학 어셈블리는, 억셉터 표면상의 상기 제2 표면상의 위치로, 상기 제2 표면에 수직이 아닌 각도로 상기 도너 필름으로부터 용융된 재료의 액적(droplet)들의 토출(ejection)을 유도하기 위해, 방사선의 빔이 상기 도너 기판의 상기 제1 표면을 통과하고 상기 제2 표면상의 위치에서 상기 도너 필름상에 충돌하게 지향되도록 구성되는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는, 상기 제2 표면에 수직이 아닌 선택된 각도로 상기 액적들이 토출되게 하기 위해, 선택된 빔에 비대칭성을 생성하도록 구성되는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는 AOD(acousto-optic deflector)를 포함하며,
    상기 AOD는 방사선의 빔을 각각의 상이한 각도들로 상기 AOD로부터 떠나가는 복수의 서브-빔들로서 형성하도록 구성되며, 상기 서브-빔들은 비대칭성을 갖는 합성(composite) 빔을 함께 형성하는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 AOD의 회절에 의해 상기 서브-빔들을 형성하기 위해, 다수의 주파수들을 가진 드라이브 신호를 상기 AOD에 입력하도록 구성되는 드라이버(driver) 회로를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 비대칭성을 가진 합성 빔을 형성하기 위해 상기 드라이브 신호의 다수의 주파수들과 상기 방사선의 빔 간을 동기화하도록 구성된 프로세서를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는 상기 방사선의 빔을 복수의 서브-빔들로서 형성하도록 구성된 복수의 미러들을 포함하며, 상기 복수의 서브-빔들은 비대칭성을 갖는 합성 빔을 함께 형성하는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는 상기 미러들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 선택된 서브-빔들을 스위칭-오프함으로써 상기 합성 빔에 비대칭성을 도입하도록 구성되는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는 상기 미러들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 선택된 서브-빔들의 각각의 위상들을 제어함으로써 상기 합성 빔에 비대칭성을 도입하도록 구성되는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는 상기 방사선의 빔을 복수의 서브-빔들로서 형성하도록 구성된 액정 셀 어레이를 포함하며, 상기 복수의 서브-빔들은 비대칭성을 갖는 합성 빔을 함께 형성하는
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는 상기 액정 셀 어레이의 셀들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 선택된 서브-빔들의 각각의 위상들을 제어함으로써 상기 합성 빔에 비대칭성을 도입하도록 구성되는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 도너 필름은 상기 제2 표면상의 포지션에서 비균일성을 가지며, 상기 광학 어셈블리는, 상기 액적들이 상기 제2 표면에 수직이 아닌 선택된 각도로 토출되게 하기 위해, 상기 빔이 상기 제2 표면상의 포지션에 근접하여 상기 도너 필름상에 충돌하게 지향되도록 구성되는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 도너 필름상에 충돌하는 빔은 구면 대칭(spherically symmetric)인,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 비균일성은 상기 도너 필름 내에 홀 및 트렌치(trench) 중 적어도 하나를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 비균일성은 상기 액적들이 상기 선택된 각도로 토출되게 하도록 선정된 미리정의된 형상을 갖는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 포지션으로부터 상기 빔의 충돌 포인트의 거리는 상기 액적들이 상기 선택된 각도로 토출되게 하도록 선정되는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는 상기 방사선의 빔을 사용하여 상기 도너 필름에 비균일성을 형성하도록 구성되는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 비균일성은 상기 제1 비균일성 및 상기 제2 비균일성을 포함하고, 상기 광학 어셈블리는 상기 제1 비균일성의 형성 이후에, 및 상기 액적들의 토출 이전 또는 이후에 상기 제2 비균일성을 형성하도록 구성되는,
    억셉터 표면상에 재료 증착을 위한 장치.
  18. 억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법으로서,
    대향하는 제1 표면 및 제2 표면, 및 상기 제2 표면상의 도너 필름을 가지는 투명한 도너 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 억셉터 표면상의 제2 표면상의 위치로, 상기 제2 표면에 수직이 아닌 각도로 상기 도너 필름으로부터 용융된 재료의 액적들의 토출을 유도하기 위해, 방사선의 빔이 상기 도너 기판의 상기 제1 표면을 통과하고 상기 제2 표면상의 위치에서 상기 도너 필름상에 충돌하게 지향시키는 단계
    를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제2 표면에 수직이 아닌 선택된 각도로 상기 액적들이 토출되게 하기 위해, 선택된 상기 빔에 비대칭성을 생성하는 단계를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    AOD(acousto-optic deflector)를, 상기 방사선의 빔을 각각의 상이한 각도들로 상기 AOD로부터 떠나가는 복수의 서브-빔들로서 형성하도록, 구성하는 단계를 포함하고, 상기 서브-빔들은 상기 비대칭성을 갖는 합성 빔을 함께 형성하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 AOD의 회절에 의해 상기 서브-빔들을 형성하기 위해, 상기 AOD에 다수의 주파수들을 입력하는 단계를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 방사선의 빔은 레이저 펄스들의 시퀀스를 사용하여 생성되고, 그리고 상기 비대칭성을 가진 합성 빔을 형성하기 위해, 드라이브 신호의 다수의 주파수들과 상기 레이저 펄스들 간을 동기화하는 단계를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  23. 제19 항에 있어서,
    상기 방사선의 빔을 복수의 서브-빔들로서 형성하도록 복수의 미러들을 구성하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 서브-빔들은 상기 비대칭성을 갖는 합성 빔을 함께 형성하는
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 미러들을 구성하는 단계는 상기 미러들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 선택된 서브-빔들을 스위칭-오프함으로써 상기 합성 빔에 비대칭성을 도입하는 단계를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  25. 제23 항에 있어서,
    상기 미러들을 구성하는 단계는 상기 미러들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 선택된 서브-빔들의 각각의 위상들을 제어함으로써 상기 합성 빔에 비대칭성을 도입하는 단계를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  26. 제19 항에 있어서,
    상기 방사선의 빔을 복수의 서브-빔들로서 형성하도록 액정 셀 어레이를 구성하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 서브-빔들은 상기 비대칭성을 갖는 합성 빔을 함께 형성하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 액정 셀 어레이를 구성하는 단계는 상기 액정 셀 어레이의 셀들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 선택된 서브-빔들의 각각의 위상들을 제어함으로써 상기 합성 빔에 비대칭성을 도입하는 단계를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  28. 제18 항에 있어서,
    상기 도너 필름은 상기 제2 표면상의 포지션에서 비균일성을 가지며, 상기 방법은, 상기 액적들이 상기 제2 표면에 수직이 아닌 선택된 각도로 토출되게 하기 위해, 상기 빔이 상기 제2 표면상의 포지션에 근접하여 상기 도너 필름상에 충돌하게 지향시키는 단계를 더 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 도너 필름상에 충돌하는 빔은 구면 대칭인,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  30. 제28 항에 있어서,
    상기 비균일성은 상기 도너 필름 내에 홀 및 트렌치 중 적어도 하나를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  31. 제28 항에 있어서,
    상기 액적들이 상기 선택된 각도로 토출되게 하기 위해, 미리정의된 형상을 갖도록 비균일성을 선정하는 단계를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  32. 제28 항에 있어서,
    상기 액적들이 상기 선택된 각도로 토출되게 하기 위해, 상기 포지션으로부터 상기 빔의 충돌 포인트의 거리를 선정하는 단계를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  33. 제28 항에 있어서,
    상기 방사선의 빔을 사용하여 상기 도너 필름에 비균일성을 형성하는 단계를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
  34. 제33 항에 있어서,
    상기 비균일성을 형성하는 단계는 상기 액적들의 토출 시작 이후에 상기 비균일성을 형성하는 단계를 포함하는,
    억셉터 표면상에 재료를 증착하기 위한 방법.
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