KR20220118587A - 잉크젯 프린트 장치 - Google Patents

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KR20220118587A
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inkjet head
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KR1020210021956A
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한정원
허명수
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

잉크젯 프린트 장치가 제공된다. 잉크젯 프린트 장치는 복수의 노즐이 형성된 노즐면을 포함하며, 상기 복수의 노즐로부터 잉크를 분사하는 잉크젯 헤드, 및 상기 잉크젯 헤드의 온도를 기준 온도로 가열하는 히터를 포함하는 프린트 헤드 유닛을 포함하되, 상기 복수의 노즐은 제1 직경을 가지는 제1 노즐, 및 상기 제1 직경과 상이한 제2 직경을 가지는 제2 노즐을 포함하고, 상기 노즐면은 제1 노즐이 형성된 제1 영역 및 상기 제2 노즐이 형성된 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 제1 온도를 가지는 영역이고, 상기 제2 영역은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도를 가지는 영역을 포함한다.

Description

잉크젯 프린트 장치{INKJET PRINT DEVICE}
본 발명은 잉크젯 프린트 장치에 관한 것이다.
표시 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 유기발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD) 등과 같은 여러 종류의 표시 장치가 사용되고 있다.
표시 장치의 화상을 표시하는 장치로서 유기 발광 표시 패널이나 액정 표시 패널과 같은 표시 패널을 포함한다. 그 중, 발광 표시 패널로써, 발광 소자를 포함할 수 있는데, 예를 들어 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)의 경우, 유기물을 발광 물질로 이용하는 유기 발광 다이오드(OLED), 무기물을 발광 물질로 이용하는 무기 발광 다이오드 등이 있다.
한편, 표시 장치에 포함되는 유기물층을 형성하거나 무기 발광 다이오드를 형성하기 위해, 잉크젯 프린팅 장치가 이용될 수 있다. 임의의 잉크나 용액을 잉크젯으로 프린팅한 뒤, 후처리 공정을 수행하여 상기 무기 발광 다이오드 소자를 전사하거나 유기물층을 형성할 수도 있다. 잉크젯 프린팅 장치는 소정의 잉크나 용액이 잉크젯 헤드로 공급되고, 잉크젯 헤드는 피처리 기판(예컨대, 대상 기판) 상에 상기 잉크나 용액을 분사하는 공정을 수행할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 잉크젯 헤드의 노즐을 통해 분사되는 잉크의 균일성이 향상된 잉크젯 프린팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치는 복수의 노즐이 형성된 노즐면을 포함하며, 상기 복수의 노즐로부터 잉크를 분사하는 잉크젯 헤드, 및 상기 잉크젯 헤드의 온도를 기준 온도로 가열하는 히터를 포함하는 프린트 헤드 유닛을 포함하되, 상기 복수의 노즐은 제1 직경을 가지는 제1 노즐, 및 상기 제1 직경과 상이한 제2 직경을 가지는 제2 노즐을 포함하고, 상기 노즐면은 제1 노즐이 형성된 제1 영역 및 상기 제2 노즐이 형성된 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 제1 온도를 가지는 영역이고, 상기 제2 영역은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도를 가지는 영역이다.
상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐은 제1 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치할 수 있다.
상기 복수의 노즐은 상기 제1 직경 및 상기 제2 직경과 상이한 제3 직경을 가지는 제3 노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 노즐면은 상기 제3 노즐이 형성된 제3 영역을 더 포함하고, 상기 제3 영역은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도와 상이한 제3 온도를 가질 수 있다.
상기 제3 노즐은 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐과 상기 제1 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치할 수 있다.
상기 제3 노즐은 상기 제1 노즐과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치할 수 있다.
상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높고, 상기 제1 직경은 상기 제2 직경보다 작을 수 있다.
상기 제1 직경과 상기 제2 직경은 하기의 [수학식]을 만족할 수 있고, 하기의 [수학식]에서, D1은 제1 직경, D2는 제2 직경, a1은 상기 제1 온도에서 상기 잉크의 밀도, a2은 상기 제2 온도에서 상기 잉크의 밀도, b1은 상기 제1 온도에서 상기 잉크의 점도, a2은 상기 제2 온도에서 상기 잉크의 점도, c1은 상기 제1 온도에서 상기 잉크의 표면 장력, c2은 상기 제2 온도에서 상기 잉크의 표면 장력, Oh는 오네소지 수(Ohnesorge number)일 수 있다.
[수학식]
Figure pat00001
,
Figure pat00002
상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치는 복수의 노즐이 형성된 노즐면을 포함하며, 상기 각 노즐로부터 잉크를 분사하는 잉크젯 헤드, 및 상기 잉크젯 헤드의 온도를 기준 온도로 가열하는 히터를 포함하는 프린트 헤드 유닛을 포함하되, 상기 노즐면은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 서로 상이한 온도를 가지는 복수의 영역을 포함하며, 상기 복수의 영역 각각에 형성되는 노즐의 직경은 하기의 [수학식]을 만족하고, 하기의 [수학식]에서, Dn은 상기 노즐면의 온도가 제n 온도(단, n은 자연수)인 제n 영역에 형성된 제n 노즐의 직경, an은 상기 제n 온도에서 상기 잉크의 밀도, bn은 상기 제n 온도에서 상기 잉크의 점도, cn은 상기 제n 온도에서 상기 잉크의 표면 장력, Oh는 오네소지 수(Ohnesorge number)일 수 있다.
[수학식]
Figure pat00003
상기 노즐면은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 제1 온도를 가지는 제1 영역, 및 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도를 가지는 제2 영역을 포함하고, 상기 복수의 노즐은 상기 제1 영역에 형성된 적어도 하나의 제1 노즐을 포함하는 제1 노즐부, 및 상기 제2 영역에 형성된 적어도 하나의 제2 노즐을 포함하는 제2 노즐부를 포함할 수 있다.
상기 제1 노즐의 제1 직경과 상기 제2 노즐의 제2 직경은 서로 상이할 수 있다.
상기 제1 노즐부는 복수의 제1 노즐을 포함하고, 상기 복수의 제1 노즐은 상기 제1 영역에서 제1 방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제2 노즐은 상기 제1 노즐과 상기 제1 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치할 수 있다.
상기 복수의 제1 노즐의 직경은 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높고, 상기 제1 직경은 상기 제2 직경보다 작을 수 있다.
상기 제1 노즐은 상기 노즐면의 중앙에 위치하고, 상기 제2 노즐은 상기 노즐면의 가장 자리에 위치할 수 있다.
상기 노즐면은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 제3 온도를 가지는 제3 영역을 더 포함하고, 상기 복수의 노즐은 상기 제3 영역에 형성된 적어도 하나의 제3 노즐을 포함하는 제3 노즐부를 더 포함하되, 상기 제3 온도는 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도와 상이할 수 있다.
상기 제1 노즐, 상기 제2 노즐 및 상기 제3 노즐은 제1 방향을 따라 연장된 동일 연장선상에 위치할 수 있다.
상기 제2 노즐은 상기 제1 노즐과 제1 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치하고, 상기 제3 노즐은 상기 제1 노즐과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치할 수 있다.
상기 제1 노즐의 제1 직경, 상기 제2 노즐의 제2 직경 및 상기 제3 노즐의 제3 직경은 서로 상이할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치는 노즐면에 형성된 복수의 노즐을 통해 잉크를 분사하는 잉크젯 헤드 및 잉크젯 헤드를 기준 온도로 가열하는 히터를 포함하는 프린트 헤드 유닛을 포함할 수 있다. 히터를 이용하여 잉크젯 헤드를 기준 온도로 가열하는 경우 상기 잉크젯 헤드의 노즐면은 온도가 서로 상이한 복수의 영역을 포함할 수 있으며, 상기 온도가 상이한 복수의 영역에 형성되는 노즐의 직경은 서로 상이할 수 있다. 상기 노즐면의 온도에 따라 노즐의 직경을 상이하게 설계함으로써, 상기 노즐을 통해 분사되는 잉크의 토출 특성이 동일하여 잉크젯 프린트 장치를 이용한 프린트 공정의 신뢰성이 향상될 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치의 부분 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 개략 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛의 저면도이다.
도 5는 도 4의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 4의 IIa-IIa'선, IIb-IIb'선 및 IIc-IIc'선을 따라 자른 단면도로서, 잉크젯 프린트 장치를 이용한 분사 공정을 나타낸 부분 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 도 7의 S200 단계의 일 예를 보여주는 측면도이다.
도 9는 도 7의 S300 단계의 일 예를 보여주는 개략도이다.
도 10은 도 7의 S200 단계의 다른 예를 보여주는 측면도이다
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(Elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(On)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 이와 마찬가지로, "하(Below)", "좌(Left)" 및 "우(Right)"로 지칭되는 것들은 다른 소자와 바로 인접하게 개재된 경우 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소재를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치(1000)는 베이스 프레임(130), 스테이지(150), 스테이지 이동부(160), 프린트 헤드 이동부(320, 330, 340) 및 프린트 헤드 유닛(700)을 포함할 수 있다.
이하, 잉크젯 프린트 장치(1000)를 설명하는 도면에서 제1 방향(DR1), 제2 방향(DR2) 및 제3 방향(DR3)이 정의되어 있다. 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)은 일 평면 상에 위치하며 서로 직교하는 방향이고, 제3 방향(DR3)은 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)에 각각 수직한 방향이다.
스테이지(150)는 베이스 프레임(130) 상에 배치될 수 있다. 스테이지(150)는 대상 기판(SUB)이 배치되는 공간을 제공한다. 즉, 프린트 공정이 진행되는 대상 기판(SUB)은 스테이지(150) 상면 상에 안착될 수 있다. 대상 기판(SUB)의 얼라인을 위해 스테이지(150) 상부에는 기판 얼라이너(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 기판 얼라이너는 석영이나 세라믹 물질로 이루어질 수 있고, 정전척 등의 형태로 제공될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
스테이지(150)는 광을 투과시킬 수 있는 투명 또는 반투명 재질, 또는 광을 반사시킬 수 있는 불투명한 재질로 만들어질 수 있다. 스테이지(150)의 전반적인 평면 형상은 대상 기판(SUB)의 평면 형상을 추종할 수 있다. 예를 들어, 대상 기판(SUB)이 직사각형 형상일 경우 스테이지(150)의 전반적인 형상은 직사각형이 되고, 대상 기판(SUB)이 원형일 경우 스테이지(150)의 전반적인 형상은 원형이 될 수 있다. 도면에서는 장변이 제2 방향(DR2)으로 배치되고, 단변이 제1 방향(DR1)으로 배치된 직사각형 형상의 스테이지(150)가 예시되어 있다.
스테이지(150)는 스테이지 이동부(160)에 고정되어 있으며, 스테이지 이동부(160)의 움직임에 따라 함께 이동할 수 있다. 스테이지 이동부(160)는 베이스 프레임(130) 상에 설치되어, 베이스 프레임(130) 상에서 제1 방향(DR1)을 따라 이동할 수 있다. 스테이지 이동부(160)가 존재하는 경우, 프린트 헤드 유닛(700)을 제1 방향(DR1)으로 이동시키는 제2 수평 이동부(320)는 생략될 수도 있다.
프린트 헤드 유닛(700)은 스테이지(150) 상부(제3 방향(DR3))에 배치될 수 있다. 프린트 헤드 유닛(700)은 대상 기판(SUB)에 잉크를 인쇄하는 역할을 한다. 잉크젯 프린트 장치(1000)는 잉크 카트리지와 같은 잉크 제공부를 더 포함할 수 있고, 잉크 제공부로부터 공급된 잉크는 프린트 헤드 유닛(700)을 통해 대상 기판(SUB) 측으로 분사(토출)될 수 있다.
잉크(30, 도 2 참조)는 용액 상태로 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 잉크(30)는 예를 들어, 용매 및 용매 내에 포함된 유기물을 포함할 수 있다. 유기물은 용매 내에 분산되어 있을 수 있다. 유기물은 용매가 제거된 후 최종적으로 대상 기판(SUB) 상에 잔류하는 고형 물질일 수 있다. 용매는 상온 또는 열에 의해 기화되거나 휘발되는 물질일 수 있다. 용매는 아세톤, 물, 알코올, 톨루엔 등일 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 잉크(30)는 예를 들어, 용매 및 용매 내에 복수의 쌍극자를 포함할 수 있다. 상기 복수의 쌍극자는 용매 내에 분산되어 있을 수 있다. 쌍극자는 용매가 제거된 후 최종적으로 대상 기판(SUB) 상에 잔류하는 고형 물질일 수 있다.
프린트 헤드 유닛(700)은 지지부(310) 상에 거치되어 스테이지(150)로부터 소정 거리 이격될 수 있다. 지지부(310)는 수평 방향으로 연장된 수평 지지부(311) 및 수평 지지부(311)와 연결되고 수직 방향인 제3 방향(DR3)으로 연장된 수직 지지부(312)를 포함할 수 있다. 수평 지지부(311)의 연장 방향은 스테이지(150)의 장변 방향인 제2 방향(DR2)과 동일할 수 있다. 수직 지지부(312)의 단부는 베이스 프레임(130) 상에 놓일 수 있다.
프린트 헤드 유닛(700)과 스테이지(150)의 이격 거리는 지지부(310)의 높이에 의해 조절될 수 있다. 프린트 헤드 유닛(700)과 스테이지(150)의 이격 거리는 스테이지(150) 상에 대상 기판(SUB)이 배치되었을 때 프린트 헤드 유닛(700)이 대상 기판(SUB)으로부터 어느 정도의 간격을 가져 공정 공간이 확보될 수 있는 범위 내에서 조절될 수 있다.
한편, 도면에서는 하나의 프린트 헤드 유닛(700)이 예시되어 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 대상 기판(SUB)에 서로 상이한 종류의 잉크를 제공하는 공정의 경우, 잉크의 종류와 동일한 수의 프린트 헤드 유닛(700)이 배치될 수도 있다.
프린트 헤드 유닛(700)은 프린트 헤드 이동부에 의해 수평 또는 수직 방향으로 이동될 수 있다. 프린트 헤드 이동부는 제1 수평 이동부(330), 제2 수평 이동부(320), 및 수직 이동부(340)를 포함할 수 있다.
제1 수평 이동부(330)는 수평 지지부(311) 상에 설치되고, 제2 수평 이동부(320)는 베이스 프레임(130) 상에 설치될 수 있다.
제1 수평 이동부(330)는 프린트 헤드 유닛(700)을 수평 지지부(311) 상에서 제2 방향(DR2)으로 이동시키고, 제2 수평 이동부(320)는 수직 지지부(312)를 제1 방향(DR1)으로 이동시켜 지지부(310)에 거치된 프린트 헤드 유닛(700)을 제1 방향(DR1)으로 이동시킬 수 있다.
제1 수평 이동부(330)와 제2 수평 이동부(320)에 의한 수평 이동을 통해 대상 기판(SUB)보다 면적이 작은 프린트 헤드 유닛(700)으로도 대상 기판(SUB) 전 영역에 잉크(30)를 분사하여 프린트 공정을 수행할 수 있다.
수직 이동부(340)는 수평 지지부(311) 상에서 프린트 헤드 유닛(700)의 위치를 수직 방향으로 승강시켜 프린트 헤드 유닛(700)과 스테이지(150) 간의 간격을 조절할 수 있다. 즉, 수직 이동부(340)에 의해 스테이지(150) 상에 대상 기판(SUB)이 배치되었을 때 프린트 헤드 유닛(700)이 대상 기판(SUB)으로부터 어느 정도의 간격을 가질 수 있도록 공정 공간이 확보될 수 있는 범위 내에서 조절될 수 있다.
한편, 도면에서는 스테이지(150)가 베이스 프레임(130) 상에서 스테이지 이동부(160)에 의해 제1 방향(DR1)을 따라 이동하고, 프린트 헤드 유닛(700)이 베이스 프레임(130) 상에서 제2 수평 이동부(320) 및 제1 수평 이동부(330)에 의해 각각 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)을 따라 이동하는 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 다른 몇몇 실시예에서 잉크젯 프린트 장치(1000)는 프린트 헤드 유닛(700)을 제1 방향(DR1)을 따라 이동시키는 제2 수평 이동부(320)가 생략될 수도 있다. 이 경우, 지지부(310)는 고정되고, 프린트 헤드 유닛(700)이 제1 수평 이동부(330)에 의해 스테이지(150) 상에서 제2 방향(DR2)을 따라 왕복 이동하고, 스테이지(150)가 스테이지 이동부(160)에 의해 제1 방향(DR1)을 따라 왕복 이동하면서 대상 기판(SUB)의 전 영역에 프린팅 공정을 수행할 수도 있다. 또 다른 몇몇 실시예에서, 잉크젯 프린트 장치(1000)는 스테이지(150)를 제1 방향(DR1)을 따라 이동시키는 스테이지 이동부(160)가 생략될 수도 있다. 이 경우, 스테이지(150)는 고정되고, 프린트 헤드 유닛(700)이 제1 수평 이동부(330)에 의해 스테이지(150) 상에서 제2 방향(DR2)을 따라 왕복 이동하고, 프린트 헤드 유닛(700)이 제2 수평 이동부(320)에 의해 스테이지(150) 상에서 제1 방향(DR1)을 따라 왕복 이동하면서 대상 기판(SUB)의 전 영역에 프린팅 공정을 수행할 수도 있다. 즉, 스테이지(150)와 프린트 헤드 유닛(700) 사이의 상대적 위치는 스테이지(150)가 고정되고, 프린트 헤드 유닛(700)이 수평 방향인 제1 및 제2 방향(DR1, DR2)을 따라 이동하면서 조정될 수도 있고, 프린트 헤드 유닛(700)이 고정되고, 스테이지(150)가 수평 방향인 제1 및 제2 방향(DR1, DR2)을 따라 이동하면 조정될 수도 있다.
이하, 도면에서는 스테이지 이동부(160)를 이용하여 스테이지(150)가 제1 방향(DR1)을 따라 왕복 이동하고, 제1 수평 이동부(330) 및 제2 수평 이동부(320)에 의해 프린트 헤드 유닛(700)이 각각 제2 방향(DR2) 및 제1 방향(DR1)을 따라 왕복 이동하는 것을 예시적으로 도시하여 설명하나, 스테이지(150)와 프린트 헤드 유닛(700)의 상대적인 위치를 조정하는 방법은 이에 제한되지 않음은 자명하다.
도 2는 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치의 부분 단면도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 개략 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛(700)은 잉크젯 헤드(710) 및 히터(720)를 포함할 수 있다.
잉크젯 헤드(710)는 일 방향을 따라 연장된 형상을 가질 수 있다. 잉크젯 헤드(710)의 연장 방향은 지지부(310)의 수평 지지부(311) 연장 방향과 동일할 수 있다. 즉, 잉크젯 헤드(710) 연장 방향은 스테이지(150)의 장변 방향인 제2 방향(DR2)일 수 있다.
잉크젯 헤드(710)는 베이스부(711), 내부관(712), 복수의 노즐(NZ)이 형성된 노즐면(714)을 포함할 수 있다. 잉크젯 헤드(710)는 토출부(713)를 더 포함할 수 있다.
잉크젯 헤드(710)는 복수의 노즐(NZ)을 포함하여, 상기 복수의 노즐(NZ) 각각을 통해 잉크(30)를 토출할 수 있다. 노즐(NZ)로부터 토출된 잉크(30)는 스테이지(150) 상에 제공된 대상 기판(SUB)에 분사될 수 있다. 복수의 노즐(NZ)은 잉크젯 헤드(710)의 하면(714, 또는 노즐면)에 형성되고, 잉크젯 헤드(710)가 연장된 일 방향을 따라 배열될 수 있다.
베이스부(711)는 잉크젯 헤드(710)의 본체를 구성할 수 있다. 베이스부(711)는 일 방향을 따라 연장된 형상을 가질 수 있다. 베이스부(711)는 잉크젯 헤드(710)의 형상과 유사하게 제2 방향(DR2)을 따라 연장된 형상을 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 베이스부(711)는 원형, 또는 다각형의 형상을 가질 수도 있다.
내부관(712)은 베이스부(711)의 내부에 배치될 수 있다. 내부관(712)은 잉크젯 헤드(710)의 연장 방향을 따라 형성될 수 있다. 내부관(712)에는 잉크(30)가 공급되고, 공급된 잉크(30)는 내부관(712)을 따라 흘러 복수의 노즐(NZ)에 공급될 수 있다.
복수의 노즐(NZ)은 베이스부(711)의 일면, 예컨태 베이스부(711)의 하면(714)에 형성될 수 있다. 이하, 본 명세서에서 복수의 노즐(NZ)이 형성된 베이스부(711)의 하면(714)은 노즐면(714)으로 지칭될 수 있다. 즉, 복수의 노즐(NZ)이 형성된 노즐면(714)은 잉크젯 헤드(710)의 저면을 이룰 수 있다. 복수의 노즐(NZ)은 노즐면(714)을 관통하는 홀의 형상으로 형성된 것일 수 있다.
노즐면(714)은 잉크젯 헤드(710)의 하부에 배치된 스테이지(150)와 대향할 수 있다. 노즐면(714)은 평면상 일 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 노즐면(714)의 연장 방향은 지지부(310)의 수평 지지부(311) 연장 방향과 동일할 수 있다. 즉, 노즐면(714)의 연장 방향은 스테이지(150)의 장변 방향인 제2 방향(DR2)일 수 있다.
복수의 노즐(NZ)은 노즐면(714)에 형성될 수 있다. 복수의 노즐(NZ)은 잉크(30)가 분사하는 경로를 제공할 수 있다. 복수의 노즐(NZ)은 노즐면(714)을 관통하여 잉크젯 헤드(710)의 내부관(712)에 연결될 수 있다. 잉크젯 헤드(710)의 내부관(712)으로부터 공급된 잉크(30)는 복수의 노즐(NZ)을 통해 분사될 수 있다. 복수의 노즐(NZ) 각각을 통해 분사된 잉크(30)는 대상 기판(SUB)의 상면으로 공급될 수 있다. 복수의 노즐(NZ)은 1열 또는 복수열로 배열될 수 있다. 복수의 노즐(NZ) 각각을 통한 잉크(30)의 분사량은 개별 노즐(NZ)에 인가되는 전압에 따라 조절될 수 있다.
히터(720)는 잉크젯 헤드(710)에 제공되는 잉크(30)의 온도를 조절하는 역할을 할 수 있다. 히터(720)는 잉크젯 헤드(710)로부터 분사되는 잉크(30)의 온도가 기준 온도가 되도록 잉크젯 헤드(710)를 가열하는 역할을 할 수 있다. 상기 기준 온도는 대상 기판(SUB) 상에 분사되는 잉크(30)가 분사되는 최적의 온도로 정의될 수 있다. 또한, 상기 기준 온도는 잉크젯 헤드(710)의 노즐면(714)의 온도로 설정될 수 있다.
상기 히터(720)는 상술한 바와 같이 노즐면(714)의 온도가 기준 온도가 되도록 잉크젯 헤드(710)의 베이스부(711)를 가열할 수 있다. 히터(720)는 잉크젯 헤드(710)의 베이스부(711)를 가열하여 베이스부(711)의 내부에 형성된 내부관(712)을 통해 흐르는 잉크(30)의 온도를 간접적으로 가열할 수 있다. 한편, 본 명세서에서는 히터(720)가 잉크젯 헤드(710)와 이격 배치된 것을 도시하였으나 히터(720)의 위치는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 히터(720)는 잉크젯 헤드(710)에 직접 부착되어 베이스부(711)의 온도를 조절할 수도 있고, 잉크젯 헤드(710)와 이격되되, 별도의 부재를 통해 베이스부(711)의 온도를 조절할 수도 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛의 저면도이다. 도 5은 도 4의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 잉크젯 헤드(710)의 노즐면(714)이 기준 온도(tr)가 되도록 히터(720)를 이용하여 잉크젯 헤드(710)를 가열함에도 불구하고 잉크젯 헤드(710)의 노즐면(714)의 온도는 위치 또는 영역에 따라 온도가 상이할 수 있다. 히터(720)를 이용하여 잉크젯 헤드(710)를 기준 온도(tr)로 가열하는 경우, 잉크젯 헤드(710)의 노즐면(714)은 서로 온도가 상이한 복수의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 히터(720)를 이용하여 잉크젯 헤드(710)를 기준 온도(tr)로 가열하는 경우, 노즐면(714)은 노즐면(714)의 온도가 제1 온도(t1)인 제1 영역(A1), 노즐면(714)의 온도가 제2 온도(t2)인 제2 영역(A2), 노즐면(714)의 온도가 제3 온도(t3)인 제3 영역(A3), 노즐면(714)의 온도가 제4 온도(t4)인 제4 영역(A4) 및 노즐면(714)의 온도가 제5 온도(t5)인 제5 영역(A5)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 온도(t1, t2, t3, t4, t5)는 서로 상이할 수 있다.
복수의 노즐(NZ)은 노즐면(714)의 제1 영역(A1)에 형성된 제1 노즐부(NZ1), 제2 영역(A2)에 형성된 제2 노즐부(NZ2), 제3 영역(A3)에 형성된 제3 노즐부(NZ3), 제4 영역(A4)에 형성된 제4 노즐부(NZ4), 제5 영역(A5)에 형성된 제5 노즐부(NZ5)를 포함할 수 있다.
상기 제1 노즐부(NZ1)는 제1 직경(D1)을 가지는 적어도 하나의 제1 노즐(NZ1)들을 포함할 수 있고, 제2 노즐부(NZ2)는 제2 직경(D2)을 가지는 적어도 하나의 제2 노즐(NZ2)들을 포함할 수 있고, 제3 노즐부(NZ3)는 제3 직경(D3)을 가지는 적어도 하나의 제3 노즐(NZ3)들을 포함할 수 있고, 제4 노즐부(NZ4)는 제4 직경(D4)을 가지는 적어도 하나의 제4 노즐(NZ4)들을 포함할 수 있고, 제5 노즐부(NZ5)는 제5 직경(D5)을 가지는 적어도 하나의 제5 노즐(NZ5)들을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 직경(D1, D2, D3, D4, D5)은 서로 상이할 수 있다. 본 명세서에서는 노즐부는 서로 직경이 동일한 적어도 하나의 노즐들이 포함된 개념으로서, 노즐부는 서로 직경이 동일한 적어도 하나의 노즐을 지칭하고, 노즐은 하나의 노즐을 지칭할 수 있다.
본 실시예에 따른 프린트 헤드 유닛(700)은 히터(720)를 이용하여 잉크젯 헤드(710)를 기준 온도(tr)로 가열하는 경우, 잉크젯 헤드(710)의 노즐면(714)은 서로 온도가 상이한 복수의 영역을 포함할 수 있으며, 온도가 서로 상이한 복수의 영역 각각에 형성된 복수의 노즐의 직경은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 노즐면(714)의 온도가 제1 온도(t1)인 제1 영역(A1)에 형성된 복수의 제1 노즐(NZ1)의 제1 직경(D1)은 서로 동일하되, 노즐면(714)의 온도가 상기 제1 온도(t1)와 상이한 제2 온도(t2)인 제2 영역(A2)에 형성된 제2 노즐(NZ2)의 제2 직경(D2)과 제1 노즐(NZ1)의 제1 직경(D1)은 서로 상이할 수 있다. 이와 유사하게, 제1 내지 제5 노즐(NZ1, NZ2, NZ3, NZ4, NZ5)의 제1 내지 제5 직경(D1, D2, D3, D4, D5)은 서로 상이할 수 있다.
한편, 노즐면(714)의 온도가 서로 상이한 제1 내지 제3 영역(A1, A2, A3)은 제2 방향(DR2)을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치할 수 있다. 따라서, 제1 영역(A1)에 형성된 제1 노즐(NZ1), 제2 영역(A2)에 형성된 제2 노즐(NZ2) 및 제3 영역(A3)에 형성된 제3 노즐(NZ3)은 제2 방향(DR2)을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치할 수 있다. 즉, 동일한 행에 배치된 복수의 노즐(NZ)은 각 노즐(NZ)이 형성된 노즐면(714)의 온도에 따라 서로 상이한 직경을 가지는 노즐(NZ)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 행에 배치된 복수의 노즐(NZ)은 제1 직경(D1)을 가지는 제1 노즐(NZ1), 제2 직경(D2)을 가지는 제2 노즐(NZ2) 및 제3 직경(D3)을 가지는 제3 노즐(NZ3)을 포함할 수 있다.
또한, 노즐면(714)은 온도가 서로 상이한 제1 영역(A1), 제4 영역(A4) 및 제5 영역(A1, A4, A5)은 제2 방향(DR2)을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치할 수 있다. 따라서, 제1 영역(A1)에 형성된 제1 노즐(NZ1), 제4 영역(A4)에 형성된 제4 노즐(NZ4) 및 제5 영역(A5)에 형성된 제5 노즐(NZ5)은 제2 방향(DR2)을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치할 수 있다. 즉, 동일한 행에 배치된 복수의 노즐(NZ)은 각 노즐(NZ)이 형성된 노즐면(714)의 온도에 따라 서로 상이한 직경을 가지는 노즐(NZ)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 행에 배치된 복수의 노즐(NZ)은 제1 직경(D1)을 가지는 제1 노즐(NZ1), 제4 직경(D4)을 가지는 제4 노즐(NZ4) 및 제5 직경(D5)을 가지는 제5 노즐(NZ5)을 포함할 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 노즐면(714)의 각 영역의 온도가 높을수록 상기 각 영역에 형성된 노즐(NZ)의 직경이 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(A1)의 제1 온도(t1)는 제2 영역(A2)의 제2 온도(t2)보다 높을 수 있고, 상기 제1 노즐(NZ1)의 제1 직경(D1)은 제2 노즐(NZ2)의 제2 직경(D2)보다 작을 수 있다. 또한, 제3 영역(A3)의 제3 온도(t3)는 제1 온도(t1) 및 제2 온도(t2)보다 낮을 수 있고, 상기 제3 노즐(NZ3)의 제3 직경(D3)은 제1 노즐(NZ1)의 제1 직경(D1) 및 제2 노즐(NZ2)의 제2 직경(D2)보다 클 수 있다.
또한, 노즐면(714)의 가장 자리로부터 중앙으로 갈수록 노즐면(714)의 온도는 높아질 수 있다. 예를 들어, 제4 영역(A4)의 제4 온도(t4)는 제1 영역(A1)의 제1 온도(t1)보다 높을 수 있다. 따라서, 제4 노즐(NZ4)의 제4 직경(D4)은 제1 노즐(NZ1)의 제1 직경(D1)보다 작을 수 있다. 한편, 도면에서 도시한 복수의 노즐(NZ)의 분포는 예시적인 것일 뿐, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 히터(720)의 배치 및 잉크젯 헤드(710)의 재질에 따라 잉크젯 헤드(710)의 노즐면(714)의 온도 분포는 달라질 수 있으며, 상기 잉크젯 헤드(710)의 노즐면(714)의 온도 분포에 따라 상기 노즐면(714)에 형성되는 노즐(NZ)의 직경은 다르게 형성될 수도 있다.
도 6은 도 4의 IIa-IIa'선, IIb-IIb'선 및 IIc-IIc'선을 따라 자른 단면도로서, 잉크젯 프린트 장치를 이용한 분사 공정을 나타낸 부분 단면도이다.
잉크젯 헤드(710)를 이용하여 잉크(30)를 분사하기 위해서는 상기 잉크젯 헤드(710)의 노즐(NZ)을 통해 분사되는 잉크(30)는 프린팅 공정에 적합한 토출 특성을 가져야 한다. 구체적으로, 잉크젯 헤드(710)의 복수의 노즐(NZ)을 통해 분사되는 잉크(30)의 토출 특성이 서로 동일한 경우, 상기 잉크젯 헤드(710)를 이용한 프린팅 공정의 균일도가 향상되어 프린팅 공정의 신뢰도가 개선될 수 있다. 한편, 잉크젯 헤드(710)를 이용하여 잉크젯 헤드(710)의 복수의 노즐(NZ)을 통해 분사되는 잉크(30)의 토출 특성에 큰 영향을 미치는 잉크(30)의 물리적인 물성에는 잉크(30)의 점도, 밀도, 표면장력 등이 있다. 한편, - 노즐(NZ)을 통해 분사되는 잉크(30)의 토출 특성은 잉크(30)의 점도, 밀도, 표면장력 및 잉크(30)가 분사되는 노즐(NZ)의 직경의 조합으로 이루어진 오네소지 수(Ohnesorge number, "Oh") 또는 오네소지 수의 역수(Z, Z=1/Oh, 이하 '토출 상수')를 이용할 수 있다. 오네소지 수(Ohnesorge number, "Oh") 또는 토출 상수(Z)는 하기의 [수학식 1]로 나타내어지고, 토출 상수(Z)가 동일한 경우, 상기 노즐(NZ)을 통해 분사되는 잉크(30)의 토출 특성이 동일하다는 것을 의미할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00004
상기의 [수학식 1]에서, Z는 토출 상수이고, Oh는 오네소지 수(Ohnesorge number)이고, a는 잉크의 밀도, b는 잉크의 점도, c는 잉크의 표면 장력, D는 잉크가 분사되는 노즐의 직경일 수 있다.
한편, 잉크젯 프린트 장치(1000)의 프린트 헤드 유닛(700)을 이용하여 분사되는 잉크(30)는 잉크(30)의 온도에 따라 잉크의 밀도, 점도 및 표면 장력 등의 물리적인 물성이 상이할 수 있다. 상술한 바와 같이, 잉크젯 헤드(710)의 노즐면(714)이 기준 온도(tr)가 되도록 히터(720)를 이용하여 잉크젯 헤드(710)를 가열함에도 불구하고 상술한 바와 같이, 잉크젯 헤드(710)의 노즐면(714)의 온도는 위치 또는 영역에 따라 상이할 수 있다. 따라서, 온도가 상이한 노즐면(714)에 형성된 노즐(NZ)을 통해 분사되는 잉크(30)의 온도는 각 노즐(NZ)이 형성된 노즐면(714)의 위치 또는 영역에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 노즐(NZ)을 통해 분사되는 잉크(30)의 온도는 상기 노즐(NZ)이 형성된 노즐면(714)의 온도와 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 각 노즐(NZ)로부터 분사되는 잉크(30)의 물리적인 물성, 예컨대 잉크(30)의 밀도, 점도 및 표면 장력은 노즐(NZ)이 형성된 영역에 따라 서로 상이할 수 있다. 따라서, 서로 상이한 온도를 가지는 영역에 형성된 각 노즐(NZ)의 직경은 서로 상이할 수 있다.
구체적으로, 히터(720)를 이용하여 잉크젯 헤드(710)를 기준 온도(tr)로 가열하는 경우, 제1 영역(A1)에 형성된 제1 노즐(NZ1)을 통해 토출되는 제1 잉크(30A)의 제1 토출 상수(Z1)는 하기의 [수학식 2]로 나타내어 질 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00005
상기의 [수학식 2]에서, Z1는 제1 토출 상수이고, Oh1는 제1 오네소지 수(Ohnesorge number)이고, a1은 제1 잉크(30A)의 제1 밀도, b1은 제1 잉크(30A)의 제1 점도, c1은 제1 잉크(30A)의 제1 표면 장력, D1는 제1 노즐(NZ1)의 제1 직경(D1)일 수 있다. 제1 잉크(30A)는 제1 온도(t1)를 가지는 잉크(30)이고, 제1 밀도(a1)는 제1 온도(t1)에서의 잉크(30)의 밀도이고, 제1 점도(b1)는 제1 온도(t1)에서의 잉크(30)의 점도이며, 제1 표면 장력(c1)은 제1 온도(t1)에서의 잉크(30)의 표면 장력일 수 있다.
유사하게, 히터(720)를 이용하여 잉크젯 헤드(710)를 기준 온도(tr)로 가열하는 경우, 제2 영역(A2)에 형성된 제2 노즐(NZ2)을 통해 토출되는 제2 잉크(30B)의 제2 토출 상수(Z2)는 하기의 [수학식 3]으로 나타내어 질 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00006
상기의 [수학식 3]에서, Z2는 제2 토출 상수이고, Oh2는 제2 오네소지 수(Ohnesorge number)이고, a2는 제2 잉크(30B)의 제2 밀도, b2는 제2 잉크(30B)의 제2 점도, c2는 제2 잉크(30B)의 제2 표면 장력, D2는 제2 노즐(NZ2)의 제2 직경(D2)일 수 있다. 제2 잉크(30B)는 제2 온도(t2)를 가지는 잉크(30)이고, 제2 밀도(a2)는 제2 온도(t2)에서의 잉크(30)의 밀도이고, 제2 점도(b2)는 제2 온도(t2)에서의 잉크(30)의 점도이며, 제2 표면 장력(c2)은 제2 온도(t2)에서의 잉크(30)의 표면 장력일 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 토출 상수(Z)의 값이 동일한 경우, 상기 노즐(NZ)은 통해 분사되는 잉크(30)의 토출 특성을 동일할 수 있다. 따라서, 제1 노즐(NZ1)을 통해 분사되는 제1 잉크(30A)의 제1 토출 상수(Z1)와 제2 노즐(NZ2)을 통해 분사되는 제2 잉크(30B)의 제2 토출 상수(Z2)가 하기의 수학식 4와 같이 동일한 경우, 제1 잉크(30A)와 제2 잉크(30B)의 토출 특성은 동일할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00007
따라서, 제1 노즐(NZ1)의 제1 직경(D1)과 제2 노즐(NZ2)의 제2 직경(D2) 사이에는 하기의 [수학식 5]와 같은 관계가 있을 수 있고, 제1 노즐(NZ1)의 제1 직경(D1)과 제2 노즐(NZ2)의 제2 직경(D2)은 하기의 [수학식 6]으로 나타내어질 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00008
[수학식 6]
Figure pat00009
,
Figure pat00010
상기의 [수학식 6]에서 Z는 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(710)에서 고정된 토출 상수일 수 있다.
유사하게, 히터(720)를 이용하여 잉크젯 헤드(710)를 기준 온도(tr)로 가열하는 경우, 제3 영역(A3)에 형성된 제3 노즐(NZ3)을 통해 토출되는 제3 잉크(30C)의 제3 토출 상수(Z3)는 하기의 [수학식 7]로 나타내어 질 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00011
상기의 [수학식 7]에서, Z3은 제3 토출 상수이고, Oh3은 제3 오네소지 수(Ohnesorge number)이고, a3은 제3 잉크(30C)의 제3 밀도, b3은 제3 잉크(30C)의 제3 점도, c3은 제3 잉크(30C)의 제3 표면 장력, D3은 제3 노즐(NZ3)의 제3 직경(D3)일 수 있다. 제3 잉크(30C)는 제3 온도(t3)를 가지는 잉크(30)이고, 제3 밀도(a3)는 제3 온도(t3)에서의 잉크(30)의 밀도이고, 제3 점도(b3)는 제3 온도(t3)에서의 잉크(30)의 점도이며, 제3 표면 장력(c3)은 제3 온도(t3)에서의 잉크(30)의 표면 장력일 수 있다. 또한, 제3 노즐(NZ3)의 제3 직경(D3)은 하기의 [수학식 8]로 나타내어질 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00012
마찬가지로, 상기의 [수학식 8]에서 Z는 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드(710)에서 고정된 토출 상수일 수 있다.
제1 노즐(NZ1)의 제1 직경(D1) 및 제2 노즐(NZ2)의 제2 직경(D2)이 각각 상기의 수학식 6을 만족하고, 제3 노즐(NZ3)의 제3 직경(D3)이 상기의 수학식 8을 만족하므로, 제1 내지 제3 노즐(NZ1, NZ2, NZ3)을 통해 각각 분사되는 제1 내지 제3 잉크(30A, 30B, 30C)의 토출 특성은 서로 동일할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치(1000)는 복수의 노즐(NZ)이 형성된 노즐면(714)을 포함하며, 상기 각 노즐(NZ)로부터 잉크(30)를 분사하는 잉크젯 헤드(710) 및 상기 잉크젯 헤드(710)의 온도를 기준 온도(tr)로 가열하는 히터(720)를 포함하는 프린트 헤드 유닛(700)을 포함할 수 있다. 상기 노즐면(714)은 상기 히터(720)가 잉크젯 헤드(710)를 기준 온도(tr)로 가열하는 경우 서로 상이한 온도를 가지는 복수의 영역(An, n은 자연수)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 영역(An) 각각에 형성되는 노즐(NZn, n은 자연수)의 직경(Dn, n은 자연수)은 하기의 [수학식 9]로 나타내어질 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00013
상기의 [수학식 9]에서, Dn은 잉크젯 헤드(710)의 노즐면(714)의 온도가 제n 온도(tn, 단 n은 자연수)인 제n 영역에 형성된 제n 노즐의 직경, an은 제n 온도(tn)에서 잉크(30)의 밀도, bn은 제n 온도(tn)에서 잉크(30)의 점도, cn은 제n 온도(tn)에서 잉크(30)의 표면 장력, Z는 토출 특성 상수, 오네소지 수(Ohnesorge number)일 수 있다.
본 실시예에서, 잉크젯 헤드(710)가 포함하는 복수의 노즐(NZ)의 직경(D)을 상기 복수의 노즐(NZ)이 형성되는 노즐면(714)의 온도에 따라 상기의 수학식 9를 만족하도록 설계함으로써, 잉크젯 헤드(710)의 노즐면(714)의 온도가 영역 별로 상이함에도 불구하고 상기 각 노즐(NZ)을 통해 분사되는 잉크(30)의 토출 특성은 동일할 수 있다. 따라서, 노즐면(714)의 온도에 따라 노즐(NZ)의 직경을 상이하게 설계함으로써, 상기 노즐(NZ)을 통해 분사되는 잉크(30)의 토출 특성이 동일하여 잉크젯 프린트 장치(1000)를 이용한 프린트 공정의 신뢰성이 향상될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 6을 결부하여 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 7은 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 도 8은 도 7의 S200 단계의 일 예를 보여주는 측면도이다. 도 9는 도 7의 S300 단계의 일 예를 보여주는 개략도이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드의 제조 방법은 대상 기판 상에 분사하는 잉크의 온도에 따른 밀도, 온도에 따른 점도, 온도에 따른 표면 장력 값을 측정하는 단계(S100), 히터를 이용하여 기본 잉크젯 헤드를 가열하여 노즐면의 온도를 측정하는 단계(S200), 노즐면의 각 영역의 온도에 대응하는 노즐의 직경을 산출하는 단계(S300) 및 산출된 노즐면의 각 영역에 대응한 노즐의 직경으로 노즐면에 복수의 노즐을 형성하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
먼저, 대상 기판(SUB) 상에 분사되는 잉크(30)의 온도에 따른 밀도, 온도에 따른 점도, 온도에 따른 표면 장력 값을 측정한다. (도 7의 S100)
구체적으로, 온도에 따른 특성을 측정하는 잉크(30)는 일 실시예에 따른 잉크젯 프린트 장치(1000)를 이용하여 대상 기판(SUB) 상에 분사되는 잉크일 수 있다. 잉크(30)는 온도에 따라 밀도(a), 점도(b) 및 표면 장력(c) 값이 상이할 수 있다. 따라서, 본 공정에서는 대상 기판(SUB) 상에 분사되는 잉크(30)의 온도에 따른 밀도(a), 온도에 따른 점도(b) 및 온도에 따른 표면 장력(c) 값을 측정할 수 있다.
예를 들어, 대상 기판(SUB) 상에 분사되는 잉크(30)는 제1 온도(t1)에서 제1 밀도(a1), 제1 점도(b1) 및 제1 표면 장력(c1)을 가지고, 제2 온도(t2)에서 제2 밀도(a2), 제2 점도(b2) 및 제2 표면 장력(c2)을 가지고, 제3 온도(t3)에서 제3 밀도(a3), 제3 점도(b3) 및 제3 표면 장력(c3)을 가지고, 제4 온도(t4)에서 제4 밀도(a4), 제4 점도(b4) 및 제4 표면 장력(c4)을 가지며, 제5 온도(t5)에서 제5 밀도(a5), 제5 점도(b5) 및 제5 표면 장력(c5)을 가질 수 있다. 상기 제1 내지 제5 온도(t1, t2, t3, t4, t5)는 서로 상이한 온도일 수 있다.
이어, 히터(720)를 이용하여 기본 잉크젯 헤드(710')를 가열하여 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도를 측정한다. (도 7의 S200)
히터(720)를 이용하여 기본 잉크젯 헤드(710')를 가열하여 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도를 측정하는 단계는 기본 잉크젯 헤드(710')를 준비하는 단계, 히터(720)를 이용하여 기본 잉크젯 헤드(710')를 가열하는 단계, 및 온도 측정 장치(900)를 이용하여 상기 가열된 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 8을 참조하면, 기본 잉크젯 헤드(710')는 상술한 잉크젯 헤드(710)와 구조가 유사하되, 노즐면(714')에 복수의 노즐(NZ)이 형성되지 않을 수 있다. 즉, 기본 잉크젯 헤드(710')는 복수의 노즐(NZ)이 형성되기 전, 본 실시예에 따른 복수의 노즐(NZ)의 직경을 설계하기 위한 부재로서, 더미 잉크젯 헤드일 수 있다.
이어, 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도(t)가 기준 온도(tr)가 되도록 히터(720)를 이용하여 기본 잉크젯 헤드(710')의 베이스부(711)를 가열할 수 있다. 상기 기준 온도(tr)는 대상 기판(SUB) 상에 분사되는 잉크(30)가 분사되는 최적의 온도로 정의될 수 있다.
이어, 온도 측정 장치(900)를 이용하여 상기 가열된 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도를 측정할 수 있다. 상기 온도 측정 장치(900)는 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')에 대항하도록 배치될 수 있다. 상기 온도 측정 장치(900)는 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도를 측정할 수 있는 장치라면 제한되지 않는다. 예를 들어, 온도 측정 장치(900)는 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도를 감지 및/또는 측정할 수 있는 온도 센서 또는 열화상 카메라 등을 포함할 수 있다.
온도 측정 장치(900)가 열화상 카메라를 포함하는 경우, 열화상 카메라는 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')을 촬영하여 기본 잉크젯 헤드(710')의 표면 온도, 즉 노즐면(714')의 온도를 측정할 수 있다. 이하에서는, 상기 온도 측정 장치(900)가 열화상 카메라를 포함하는 경우를 예로 하여 설명하기로 한다. 그러나, 실시예는 온도 측정 장치(900)가 열화상 카메라를 포함하는 실시예에 제한되는 것은 아니고, 기술적 사상을 공유하는 범위 내에서 상기 열거된 또는 본 기술분야에 알려진 온도 측정 장치 및/또는 온도 감지 장치를 포함하는 온도 측정 장치(900)가 적용될 수도 있다.
온도 측정 장치(900)는 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도를 측정하고, 상기 노즐면(714')의 온도 정보를 포함하는 측정 데이터 또는 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 온도 측정 장치(900)는 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')을 촬영하여 상기 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 위치 또는 영역별 온도가 표시된 열화상 이미지를 생성할 수 있다.
예를 들어, 상기 온도 측정 장치(900)를 이용하여 생성된 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도 데이터는 복수의 영역을 포함할 수 있다. 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')은 온도가 상이한 복수의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')은 도 9에 도시된 바와 같이 노즐면(714')의 온도가 제1 온도(t1)인 제1 영역(A1), 제2 온도(t2)인 제2 영역(A2), 제3 온도(t3)인 제3 영역(A3), 제4 온도(t4)인 제4 영역(A4) 및 제5 온도(t5)인 제5 영역(A5)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 온도(t1, t2, t3, t4, t5)는 서로 상이한 온도일 수 있다.
이어, 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 각 영역의 온도에 대응하는 노즐(NZ)의 직경을 산출한다. (도 7의 S300)
노즐(NZ)을 통해 분사(토출)되는 잉크(30)의 토출 특성은 하기의 [수학식 10]의 토출 상수(Z)에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00014
상기의 [수학식 10]에서, Z는 토출 상수이고, Oh는 오네소지 수(Ohnesorge number)이고, a는 잉크의 밀도, b는 잉크의 점도, c는 잉크의 표면 장력, D는 잉크가 분사되는 노즐의 직경일 수 있다.
따라서, 토출 상수(Z)가 동일한 경우, 노즐(NZ)을 통해 분사되는 잉크(30)의 토출 특성이 동일하고, 각 노즐(NZ)을 통해 분산되는 잉크(30)의 토출 특성이 동일한 경우 프린팅 공정의 균일도가 향상될 수 있다. 한편, 잉크(30)의 밀도(a), 잉크(30)의 점도(b), 및 잉크(30)의 표면 장력(c)은 상술한 바와 같이 잉크(30)의 온도에 따라 상이할 수 있다. 따라서, 복수의 노즐(NZ)을 통해 토출되는 잉크(30)의 토출 상수(Z)가 동일하도록 노즐(NZ)을 통해 분사되는 잉크(30)의 온도에 따른 노즐(NZ)의 직경(D)을 각각 산출하여 각 노즐(NZ)을 통해 토출되는 잉크(30)의 토출 특성을 동일하게 할 수 있다.
상기의 [수학식 10]을 노즐(NZ)의 직경(D)에 대하여 정리하면 다음의 [수학식 11]과 같다.
[수학식 11]
Figure pat00015
상기의 [수학식 11]에서 Z는 토출 상수이고, Oh는 오네소지 수(Ohnesorge number)이고, a는 잉크의 밀도, b는 잉크의 점도, c는 잉크의 표면 장력, D는 잉크가 분사되는 노즐의 직경일 수 있다.
상술한 바와 같이 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')은 서로 상이한 온도를 가지는 복수의 영역을 포함할 수 있고, 상기 복수의 영역 중 제n 영역에 형성되는 제n 노즐(NZn, 단, n은 자연수)의 제n 직경(Dn, 단 n은 자연수)이 하기의 [수학식 12]를 만족하도록 제n 영역에 형성되는 제n 노즐(NZn, 단, n은 자연수)의 제n 직경(Dn, 단 n은 자연수)을 산출할 수 있다.
[수학식 12]
Figure pat00016
상기의 [수학식 12]에서, Dn은 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도가 제n 온도인 제n 영역에 형성된 제n 노즐의 직경, an은 제n 온도에서 잉크(30)의 밀도, bn은 제n 온도에서 잉크(30)의 점도, cn은 제n 온도에서 잉크(30)의 표면 장력, Z는 토출 특성 상수, Oh는 오네소지 수(Ohnesorge number)일 수 있다. 상술한 바와 같이, 미리 측정된 잉크(30)의 온도에 따른 밀도, 점도 및 표면 장력 값을 [수학식 12]에 대입하여 노즐(NZ)의 직경을 산출한다.
예들 들어, 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도가 제1 온도(t1)인 제1 영역(A1)에 형성되는 제1 노즐(NZ1)의 제1 직경(D1)은 하기의 [수학식 13]을 만족할 수 있다.
[수학식 13]
Figure pat00017
상기의 [수학식 13]에서, D1은 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도가 제1 온도(t1)인 제1 영역에 형성된 제1 노즐(NZ1)의 직경, a1은 제1 온도(t1)에서 잉크(30)의 제1 밀도(a1), b1은 제1 온도(t1)에서 잉크(30)의 제1 점도(b1), c1은 제1 온도(t1)에서 잉크(30)의 제1 표면 장력(c1), Z는 토출 특성 상수, Oh는 오네소지 수(Ohnesorge number)일 수 있다.
상술한 바와 같이 미리 측정된 잉크(30)의 온도에 따른 데이터에 기초하여 잉크(30)의 제1 밀도(a1), 잉크(30)의 제1 점도(b1), 잉크(30)의 제1 표면 장력(c1) 값을 [수학식 12]에 대입하여 제1 노즐(NZ1)의 제1 직경(D1)을 산출할 수 있다.
유사하게, 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도가 제2 온도(t2)인 제2 영역(A2)에 형성되는 제2 노즐(NZ2)의 제2 직경(D2)은 하기의 [수학식 14]를 만족할 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00018
상기의 [수학식 14]에서, D2는 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')의 온도가 제2 온도(t2)인 제2 영역에 형성된 제2 노즐(NZ2)의 직경, a2는 제2 온도(t2)에서 잉크(30)의 제2 밀도(a2), b2는 제2 온도(t2)에서 잉크(30)의 제2 점도(b2), c2는 제2 온도(t2)에서 잉크(30)의 제2 표면 장력(c2), Z는 토출 특성 상수, Oh는 오네소지 수(Ohnesorge number)일 수 있다.
상술한 바와 같이 미리 측정된 잉크(30)의 온도에 따른 데이터에 기초하여 잉크(30)의 제2 밀도(a2), 잉크(30)의 제2 점도(b2), 잉크(30)의 제2 표면 장력(c2) 값을 [수학식 12]에 대입하여 제2 노즐(NZ2)의 제2 직경(D2)을 산출할 수 있다.
이하, 제3 내지 제5 노즐(NZ3, NZ4, NZ5)의 각 직경인 제3 내지 제5 직경(D3, D4, D5)도 제1 및 제2 노즐(NZ1, NZ2)의 직경과 유사하게 산출될 수 있다.
이어, 노즐면(714')의 각 영역에 대응한 산출된 노즐(NZ)의 직경으로 노즐면(714')에 복수의 노즐(NZ)을 형성한다. (도 7의 S400)
구체적으로, 복수의 노즐(NZ)이 형성되지 않은 기본 잉크젯 헤드(710')의 노즐면(714')에 산출된 직경을 가지는 복수의 노즐(NZ)을 형성한다. 구체적으로, 제1 영역(A1)에는 산출된 제1 직경(D1)을 가지는 복수의 제1 노즐(NZ1)을 형성하고, 제2 영역(A2)에는 산출된 제2 직경(D2)을 가지는 복수의 제2 노즐(NZ2)을 형성하고, 제3 영역(A3)에는 산출된 제3 직경(D3)을 가지는 복수의 제3 노즐(NZ3)을 형성하고, 제4 영역(A4)에는 산출된 제4 직경(D4)을 가지는 복수의 제4 노즐(NZ4)을 형성하고, 제5 영역(A5)에는 산출된 제5 직경(D5)을 가지는 복수의 제5 노즐(NZ5)을 형성하여 도 4에 도시된 바와 같은 잉크젯 헤드(710)를 형성할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 제1 온도는 제2 온도보다 클 수 있고, 상기 제1 직경(D1)은 제2 직경(D2)보다 작을 수 있다.
도 10은 도 7의 S200 단계의 다른 예를 보여주는 측면도이다.
도 10을 참조하면, 온도 측정 장치(900)를 이용하여 측정되는 기본 잉크젯 헤드(710'')의 노즐면(714'')에 기본 노즐의 직경(W1)을 가지는 복수의 기본 노즐(NZ')이 형성된 점이 도 8의 실시예와 차이점이다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 기본 잉크젯 헤드(710'')의 노즐면(714'')에는 기본 노즐의 직경(W1)을 가지는 복수의 기본 노즐(NZ')이 형성될 수 있다. 온도 측정 장치(900)를 이용하여 상기 복수의 기본 노즐(NZ')이 형성된 기본 잉크젯 헤드(710'')의 노즐면(714'')의 온도를 측정할 수 있다. 상기 측정된 기본 잉크젯 헤드(710'')의 노즐면(714'')의 온도 데이터에 기초하여 상술된 바와 같이 노즐면(714'')의 각 영역에 형성되는 노즐(NZ)의 직경을 산출할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1000: 잉크젯 프린트 장치
700: 프린트 헤드 유닛
710: 잉크젯 헤드
720: 히터
711: 베이스부
714: 노즐면
NZ: 노즐

Claims (20)

  1. 복수의 노즐이 형성된 노즐면을 포함하며, 상기 복수의 노즐로부터 잉크를 분사하는 잉크젯 헤드, 및 상기 잉크젯 헤드의 온도를 기준 온도로 가열하는 히터를 포함하는 프린트 헤드 유닛을 포함하되,
    상기 복수의 노즐은 제1 직경을 가지는 제1 노즐, 및 상기 제1 직경과 상이한 제2 직경을 가지는 제2 노즐을 포함하고,
    상기 노즐면은 제1 노즐이 형성된 제1 영역 및 상기 제2 노즐이 형성된 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 제1 온도를 가지는 영역이고,
    상기 제2 영역은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도를 가지는 영역인 잉크젯 프린트 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐은 제1 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치하는 잉크젯 프린트 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐은 상기 제1 직경 및 상기 제2 직경과 상이한 제3 직경을 가지는 제3 노즐을 더 포함하는 잉크젯 프린트 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 노즐면은 상기 제3 노즐이 형성된 제3 영역을 더 포함하고,
    상기 제3 영역은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도와 상이한 제3 온도를 가지는 잉크젯 프린트 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제3 노즐은 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐과 상기 제1 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치하는 잉크젯 프린트 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제3 노즐은 상기 제1 노즐과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치하는 잉크젯 프린트 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높고, 상기 제1 직경은 상기 제2 직경보다 작은 잉크젯 프린트 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 직경과 상기 제2 직경은 하기의 [수학식]을 만족하는 잉크젯 프린트 장치.
    [수학식]
    Figure pat00019
    ,
    Figure pat00020

    상기 [수학식]에서, D1은 제1 직경, D2는 제2 직경, a1은 상기 제1 온도에서 상기 잉크의 밀도, a2은 상기 제2 온도에서 상기 잉크의 밀도, b1은 상기 제1 온도에서 상기 잉크의 점도, a2은 상기 제2 온도에서 상기 잉크의 점도, c1은 상기 제1 온도에서 상기 잉크의 표면 장력, c2은 상기 제2 온도에서 상기 잉크의 표면 장력, Oh는 오네소지 수(Ohnesorge number)이다.
  9. 복수의 노즐이 형성된 노즐면을 포함하며, 상기 각 노즐로부터 잉크를 분사하는 잉크젯 헤드, 및 상기 잉크젯 헤드의 온도를 기준 온도로 가열하는 히터를 포함하는 프린트 헤드 유닛을 포함하되,
    상기 노즐면은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 서로 상이한 온도를 가지는 복수의 영역을 포함하며,
    상기 복수의 영역 각각에 형성되는 노즐의 직경은 하기의 [수학식]을 만족하는 잉크젯 프린트 장치.
    [수학식]
    Figure pat00021

    상기 [수학식]에서, Dn은 상기 노즐면의 온도가 제n 온도(단, n은 자연수)인 제n 영역에 형성된 제n 노즐의 직경, an은 상기 제n 온도에서 상기 잉크의 밀도, bn은 상기 제n 온도에서 상기 잉크의 점도, cn은 상기 제n 온도에서 상기 잉크의 표면 장력, Oh는 오네소지 수(Ohnesorge number)이다.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 노즐면은,
    상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 제1 온도를 가지는 제1 영역, 및 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도를 가지는 제2 영역을 포함하고,
    상기 복수의 노즐은,
    상기 제1 영역에 형성된 적어도 하나의 제1 노즐을 포함하는 제1 노즐부, 및 상기 제2 영역에 형성된 적어도 하나의 제2 노즐을 포함하는 제2 노즐부를 포함하는 잉크젯 프린트 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 노즐의 제1 직경과 상기 제2 노즐의 제2 직경은 서로 상이한 잉크젯 프린트 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 노즐부는 복수의 제1 노즐을 포함하고,
    상기 복수의 제1 노즐은 상기 제1 영역에서 제1 방향을 따라 서로 이격되어 배치된 잉크젯 프린트 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 노즐은 상기 제1 노즐과 상기 제1 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치하는 잉크젯 프린트 장치.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 노즐의 직경은 서로 동일한 잉크젯 프린트 장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높고, 상기 제1 직경은 상기 제2 직경보다 작은 잉크젯 프린트 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 노즐은 상기 노즐면의 중앙에 위치하고,
    상기 제2 노즐은 상기 노즐면의 가장 자리에 위치하는 잉크젯 프린트 장치.
  17. 제10 항에 있어서,
    상기 노즐면은 상기 히터가 상기 잉크젯 헤드를 상기 기준 온도로 가열하는 경우 제3 온도를 가지는 제3 영역을 더 포함하고,
    상기 복수의 노즐은 상기 제3 영역에 형성된 적어도 하나의 제3 노즐을 포함하는 제3 노즐부를 더 포함하되,
    상기 제3 온도는 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도와 상이한 잉크젯 프린트 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 노즐, 상기 제2 노즐 및 상기 제3 노즐은 제1 방향을 따라 연장된 동일 연장선상에 위치하는 잉크젯 프린트 장치.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 노즐은 상기 제1 노즐과 제1 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치하고,
    상기 제3 노즐은 상기 제1 노즐과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장된 동일 연장선 상에 위치하는 잉크젯 프린트 장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 노즐의 제1 직경, 상기 제2 노즐의 제2 직경 및 상기 제3 노즐의 제3 직경은 서로 상이한 잉크젯 프린트 장치.
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