KR20230060361A - 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치 및 방법 - Google Patents

레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저와 잉크젯을 이용한 회로 등의 패턴 형성을 위해, 잉크 분사와 레이저 조사를 함께 수행하는 잉크분사부를 구비하여, 기판상에 잉크를 분사하기 전 또는 후에, 각각 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 분사된 잉크에 레이저를 조사하여 잉크 패턴을 형성하는 잉크 패턴 형성부; 및 상기 잉크분사부가 다축 방향으로 구동되도록 장착되는 다축 이송부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치를 제공한다.

Description

레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치 및 방법{Pattern forming apparatus using laser and inkjet and the method thereof}
본 발명은 패턴 형성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 레이저와 잉크젯을 이용한 회로 등의 패턴 형성 장치 및 방법에 관한 것이다.
3D 프린팅 기술의 보급 확대, 미세 부품 간의 연결 및 패키징 기법에 대한 수요 증가, 인체공학적 디자인에 대한 수요 증가로 인하여 자유로운 3차원 형상의 기판이나 각종 부품이 부착된 구조물 표면에 전극 회로 등 미세 패턴을 형성하는 양산 공정 및 장비에 대한 필요성이 증대되고 있다.
잉크젯을 비롯한 비접촉식 인쇄 기법은 지금까지 디스플레이 등 대면적 평면 기판에 회로 등의 패턴이나 코팅막을 형성하기 위하여 많은 연구 개발이 이루어져 왔으며, 기판과 장비의 직접적인 접촉이 없으므로, 비평면 기판에 대응이 가능한 기술로서 관심을 받고 있다.
잉크젯 등 비접촉식 인쇄 기법을 이용한 미세 패턴 형성은 각종 기능성 물질을 포함하는 잉크가 젯팅 노즐에 의하여 방울 형태로 분사되고, 분사된 다수의 방울이 기판 특정 위치에 순차적으로 배열되며, 기판에 안착된 잉크의 일부 성분이 상변화나 화학반응 등에 의하여 농축 또는 응고하는 일련의 과정에 의하여 이루어진다.
특히, 잉크 방울이 기판의 특정 위치에 안착하여 회로 등의 패턴을 형성하는 과정은 새롭게 기판에 착지한 잉크 방울이 기존에 안착된 잉크 및 기판과 상호작용함으로써 이루어지며, 방울의 입사각, 기판과 방울의 접촉각, 방울의 부피, 기판 위 방울 사이의 간격, 방울의 증발 속도 등의 공정 인자에 영향을 받는다.
자유로운 3차원 형상의 기판 위에 인쇄를 하는 경우는 상기의 공정 인자 중 방울의 입사각, 방울 사이의 간격, 방울의 증발 속도 등을 제어하는 것이 매우 어려우며, 이종 성분의 기판 위에 인쇄를 하는 경우는 기판과 잉크의 접촉각을 제어하는 것이 사실 상 불가능하다.
이러한 특성으로 인하여 3차원 기판 및 이종 구조물이 부착된 기판에 기존의 평면 인쇄 기법을 적용하게 되면 회로 등의 인쇄 패턴의 왜곡이나 인쇄 불량이 발생하는 빈도가 증가하는 문제가 발생한다.
또한, 종래기술의 레이저 광 조사와 잉크 분사를 동시에 적용하는 패터닝 장비의 경우, 잉크 분사 장치와 레이저 광 조사 장치를 각각 별개의 이송 장비로 구동하거나, 두 가지 장치를 단일 이송 장비를 이용하여 구동하는 방법을 사용하였으나, 이러한 방법은 복잡한 형상의 기판 또는 패턴에 적용하기 어려운 문제가 있다.
즉, 잉크 분사 장치와 레이저 광 조사 장치를 별개의 이송 장비로 구동하는 경우는, 기판의 형상이 복잡해질수록 잉크 방울 탄착 위치와 레이저 광 조사 위치를 정렬할 때 요구되는 이송 장치의 자유도와 위치 정밀도가 증가하는 문제가 있다.
반대로 잉크 분사 장치와 레이저 광 조사 장치를 단일 이송 장비로 구동하는 경우는 직선과 같은 단순한 패턴에는 적용이 가능하지만, 굴절이나 곡률 변화가 발생하는 패턴에 적용하면 정렬 오차가 발생하는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제2013-0035841호
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 비접촉식 인쇄 방식으로 형성되는 잉크가 입체 형상의 기판 또는 구조물 위에서 응고되는 과정에 영향을 미치도록 레이저 광을 조사함으로써, 회로 등의 패턴 형성을 위한 인쇄 패턴의 번짐, 뭉침, 끊김 등의 불량을 개선하도록 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 단일의 다축 이송부를 사용하여 잉크 분사 장치와 레이저 광 조사 장치를 일괄 구동하는 동시에, 잉크 분사 노즐을 중심축으로 설치된 회전 이송부를 사용하여 잉크 분사 장치 대비 레이저 광 조준기의 상대적인 위치를 변화시킴으로써, 복잡한 형상의 기판 위에 복잡한 형상의 패턴을 형성하기 위하여 잉크 방울과 레이저 광을 정렬하는 데 효과적으로 활용할 수 있도록 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 잉크 분사와 레이저 조사를 함께 수행하는 잉크분사부를 구비하여, 기판상에 잉크를 분사하고, 잉크 분사 전 또는 후에 각각 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 분사된 잉크에 레이저를 조사하여 잉크 패턴을 형성하는 잉크 패턴 형성부; 및 상기 잉크분사부가 다축 방향으로 구동되도록 장착되는 다축 이송부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치를 제공한다.
상기 잉크 패턴 형성부는, 상기 기판상에 잉크를 분사하는 잉크 분사 노즐부와, 상기 잉크 분사 노즐부에서 분사된 기판상의 잉크의 위치와 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 분사된 잉크에 조사되는 레이저 광의 상대 위치를 가변시켜 상기 레이저 광이 상기 분사된 잉크의 패턴을 추종하도록 하여 상기 분사된 잉크에 레이저 광을 조사하는 조준기를 포함하는 상기 잉크분사부; 저장된 잉크를 상기 잉크 분사 노즐부로 공급하는 잉크 저장부; 상기 잉크분사부 및 다축 이송부의 구동을 제어하는 잉크분사부 구동부; 및 상기 조준기로 상기 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 기판상에 분사된 잉크에 조사될 레이저 광을 생성하여 공급하는 레이저 광원부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 잉크분사부는, 상기 기판상에 잉크를 분사하는 상기 잉크 분사 노즐부; 상기 레이저 광을 조사하는 상기 조준기; 및 상기 잉크 분사 노즐부의 축에 대한 상기 조준기의 방위각과 고도각의 조절이 가능하도록 상기 조준기가 방향 조절 가능하게 지지된 상태로 상기 분사노즐부의 외주연에 회전 가능하게 장착되어 상기 잉크 분사 노즐부와 함께 이동되는 링형의 회전이송부;를 구비하여, 상기 다축 이송부에 다축 구동 자유도를 가지도록 장착된 후, 상기 기판상에 잉크를 분사하고, 상기 회전이송부를 회전시켜 상기 잉크 분사 노즐부와 상기 조준기 사이의 상대 위치를 가변시키며 상기 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 분사된 잉크에 레이저 광을 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 잉크분사부는, 상기 회전이송부가 상기 잉크 분사 노즐부를 중심으로 서로 다른 반경을 가지는 동심원상에 설치되는 하나 이상의 회전이송링; 및 상기 회전이송링 각각에 하나 이상 설치되는 하나 이상의 조준기를 포함하여 구성되어, 상기 인쇄 패턴 경로에 위치하는 기판 또는 분사된 잉크에 복수의 레이저 광을 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 잉크 분사 노즐부와 상기 조준기 사이의 상대 위치는, 상기 잉크 분사 노즐부와 상기 조준기 사이의 방위각, 이격 거리 또는 상기 조준기의 레이저 조사 각도인 고도각 정보 중 하나 이상을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 회전이송부는, 상기 잉크 분사 노즐부의 잉크 분사 위치에 대하여 상기 조준기가 일정 간격 후방 위치에서 분사된 잉크에 레이저 광을 후방 조사하도록 상기 회전 이송부에 의해 상기 상대 위치가 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 회전이송부는, 상기 잉크 분사 노즐부의 잉크 분사 위치에 대하여 상기 조준기가 일정 간격 전방 위치에서 잉크가 분사될 기판의 소정 위치에 레이저 광을 전방 조사하도록 상기 회전 이송부에 의해 상기 상대 위치가 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 회전 이송부는, 상기 조준기의 고도각을 가변시켜 레이저 광의 조사 각도를 가변시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 광원부는, 상기 레이저 광을 생성하는 레이저 광원; 상기 레이저 광원에서 생성된 상기 레이저 광을 집광하는 집광용 광학계; 및 상기 집광용 광학계에 의해 집광된 레이저 광을 상기 조준기로 전송하는 광유도부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 해결과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 기판상에 잉크를 분사하는 잉크 분사 노즐부와 상기 잉크 분사 노즐부에서 분사된 기판상의 잉크의 위치와 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 기판상에 분사된 잉크에 조사되는 레이저 광의 상대 위치를 가변시켜 상기 레이저 광이 상기 분사된 잉크의 패턴을 추종하도록 하여 상기 분사된 잉크에 레이저 광을 조사하는 조준기를 포함하는 잉크분사부, 저장된 잉크를 상기 잉크 분사 노즐부로 공급하는 잉크 저장부, 상기 잉크분사부와 다축 이송부의 구동을 제어하는 잉크분사부 구동부 및 상기 조준기로 상기 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 기판상에 분사된 잉크에 조사될 레이저 광을 생성하여 공급하는 레이저 광원부를 포함하는 잉크 패턴 형성부; 및 상기 잉크분사부가 다축 방향으로 구동되도록 장착되는 다축 이송부;를 포함하는 레이저 및 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치에 의한 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 잉크분사부 구동부가, 상기 잉크 분사 노즐부 및 조준기의 위치를 산출하는 위치 산출 단계; 상기 인쇄 패턴 경로 상에 분사될 잉크 패턴 경로를 상기 조준기가 추종하도록 조준기의 잉크 분사 노즐부에 대한 거리 및 회전을 위한 방위각을 산출하는 조준기의 거리 및 방위각 산출 단계; 상기 잉크 분사 노즐부와 조준기의 인쇄 패턴 경로 상에서의 각 위치별 이동 속도를 산출하는 이동 속도 산출 단계; 및 상기 잉크 패턴 형성부의 잉크분사부, 회전 이송부 또는 다축 이송부 중 하나 이상을 산출된 잉크 분사 노즐부와 조준기의 위치, 방위각, 이동 속도 또는 회전 속도에 따라 구동시켜 기판상에 잉크를 분사하고, 조준기가 잉크 패턴 경로를 추종하여 레이저 광을 조사하여 패턴을 형성하는 패턴 형성 단계;를 포함하여 구성되는 레이저 및 잉크젯을 이용한 패턴 형성 방법을 제공한다.
상기 위치 산출 단계는, Pj = (xj, yj)에 의해 잉크 분사 노즐부의 위치를 산출하고, Pj+nk = (xj+nk, yj+nk)에 의해 다수의 조준기들의 잉크 분사 노즐부에 대한 상대 위치를 산출하며, 여기서, n은 조준기 위치와 잉크 분사 노즐부 위치의 간격에 해당하는 인쇄회로 패턴의 분할 간격 Δ의 수, j는 인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치, Pj, xj 및 yj는 각각 j 번째 잉크 방울 인쇄 위치에 해당하는 노즐부 위치, k는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기, Pj+nk, xj+nk, yj+nk는 잉크 분사 노즐부로부터 k번째 조준기의 위치 좌표, x축 좌표 및 y축 좌표인 것을 특징으로 한다.
상기 조준기의 거리 및 방위각 산출 단계는, j 번째 잉크 방울 인쇄 위치에 위치하는 상기 잉크 분사 노즐부와 k 번째 조준기 사이의 거리 Rk는 Rk 2 = (xj+nk-xj)2 + (yj+nk-yj)2에 의해 산출하고, j 번째 분할 간격 상의 상기 잉크 분사 노즐부에 대한 k 번째 조준기의 방위각 θk는 θk = tan-1[(yj+nk-yj)/ [(xj+nk-xj)]에 의해 산출하며, 여기서, n은 조준기 위치와 잉크 분사 노즐부 위치의 간격에 해당하는 인쇄회로 패턴의 분할 간격 Δ의 수, j는 인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치, Pj, xj 및 yj는 각각 j 번째 잉크 방울 인쇄 위치에 해당하는 노즐부 위치, k는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기, Pj+nk, xj+nk, yj+nk는 잉크 분사 노즐부로부터 k번째 조준기의 위치 좌표, x축 좌표 및 y축 좌표인 것을 특징으로 한다.
상기 조준기의 거리 및 방위각 산출 단계는, 상기 잉크 패턴 경로로 레이저 광이 일정 입사각을 가지고 조사되도록 상기 조준기의 경사를 조절하는 고도각을 더 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 이동 속도 산출 단계는, 인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치에서의 상기 잉크 분사 노즐부의 x축 및 y축 이동 속도 vxj, vyj를 (vxj, vyj) = [(xj+1-xj)/dt, (yj+1-yj)/dt]에 의해 산출하고, 상기 인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치에서의 k번째 조준기의 x 축 및 y 축 이동 속도 vnkx, vnky를 (vnkx, vnky) = [(xj+nk+1-xj+nk)/dt, (yj+nk+1-yj+nk)/dt]에 의해 산출하는 것을 특징으로 하며, 여기서 dt는 상기 분할 간격에 해당하는 시간 간격, n은 조준기 위치와 잉크 분사 노즐부 위치의 간격에 해당하는 인쇄회로 패턴의 분할 간격 Δ의 수, j는 인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치, Pj, xj 및 yj는 각각 j 번째 잉크 방울 인쇄 위치에 해당하는 잉크 분사노즐부 위치, k는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기, Pj+nk, xj+nk, yj+nk는 잉크 분사 노즐부로부터 k번째 조준기의 위치 좌표, x축 좌표 및 y축 좌표, Pj+nk+1, xj+nk+1, yj+nk+1는 잉크 분사 노즐부로부터 k+1번째 조준기의 위치 좌표, x축 좌표 및 y축 좌표인 것을 특징으로 한다.
상기 조준기 회전 속도 산출 단계는, 인쇄 회로 패턴의 j 번째 분할 간격 상의 인쇄 위치에서 상기 잉크 분사노즐로부터 k 번째의 조준기의 최소 회전속도
Figure pat00001
는 (
Figure pat00002
)2 = (vnkx-vxj)2 + (vnky-vyj)2에 의해 산출하고, 여기서, n은 조준기 위치와 잉크 분사 노즐부 위치의 간격에 해당하는 인쇄회로 패턴의 분할 간격 Δ의 수, j는 인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치, k는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기, vnkx와 vnky는 각각 상기 잉크분사노즐로부터 k번째 조준기의 x축 및 y 축 이동 속도, vxj는 j번 째 인쇄 위치에서 잉크 분사 노즐부의 x축 이동 속도, vyj는 j번 째 인쇄 위치에서 잉크 분사 노즐부의 y축 이동 속도, vnkx-vxj와 vnky-vyj는 각각 j번 째 인쇄 위치에서 잉크 분사 노즐부의 x축 이동 속도와 상기 잉크 분사노즐부로부터 k번째 조준기의 x축 이동 속도의 차 및 y축 이동 속도의 차, Rk는 j 번째 분할 간격의 인쇄 위치에서 잉크 분사 노즐부와 조준기 사이의 거리,
Figure pat00003
k는 j 번째 분할 간격의 인쇄 위치에서 k번째 조준기의 회전 각속도인 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 일 실시예는, 3차원 기판 및 이종 구조물이 부착된 기판에 기존의 평면 인쇄 기법을 적용하게 되었을 때 발생하는 인쇄 패턴의 왜곡이나 인쇄 불량이 발생하는 빈도가 증가하는 문제를 해결한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 패턴의 형태와 인쇄 방향이 변화할 때 이에 대응하여 분사 노즐과 레이저 조준기의 상대적인 위치를 조절할 수 있도록 하여, 복잡한 형상의 기판에 대한 인쇄 패턴 형성 시 잉크 방울 탄착 위치와 레이저 광 조사 위치를 정렬할 때 요구되는 이송부의 자유도와 위치 정밀도 증가 및 정렬 오차가 발생하는 것을 방지한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치(1)의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치(1)의 잉크분사부(110)의 저면 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 다축 이송부(200)를 구비한 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치(1)의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치(1)의 잉크 분사 위치의 전방에서 레이저가 조사되도록 구동되는 전방 조사 상태(a) 및 잉크 분사 위치의 후방에서 레이저가 조사되도록 구동되는 후방 조사 상태(b)를 나태는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치(1)의 잉크 분사 위치의 후방에서 일정 입사각을 가지는 레이저를 조사하도록 조준기(130)의 조사 각도가 조절된 상태에서 패턴을 형성하는 과정을 나태는 도면이다.
도 7은 두 개의 조준기(130a, 130b)와 두 개의 회전 이송링(121a, 121b)을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따르는 잉크 분사 노즐부(110)의 평면도(a) 및 사시도(b)를 나타내는 도면이다.
도 8은 두 개의 조준기(130a, 130b)와 두 개의 회전 이송링(121a, 121b)을 이용한 패턴 형성 과정에서의 조준기의 잉크 패턴 추종 과정을 나타내는 도면이다.
도 9와 도 10은 두 개의 조준기(130a, 130b)와 두 개의 회전 이송링(121a, 121b)을 이용한 패턴 형성 과정에서의 조준기(130a, 130b)의 회전각 조절 과정을 나타내는 도면이다.
도 11은 분사된 잉크 패턴에 레이저를 조사하지 않은 경우(a)와 전방 조사(b)와 후방 조사(c)를 수행한 경우 생성된 인쇄 패턴의 사진들을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치(1)의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치(1)의 잉크분사부(110)의 저면 사시도이다.
도 1과 같이, 본 발명의 일 실시예의 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치(1)(이하, “패턴 형성 장치(1)”라 함)는 기판에 잉크를 분사하면서 분사된 잉크에 레이저를 조사하여 패턴을 형성하는 잉크 패턴 형성부(100)와, 잉크 패턴 형성부(110)의 잉크분사부(110)를 다축 운동 가능하도록 지지하며 이송시키는 다축 이송부(200)를 포함하여 구성된다.
상기 잉크 패턴 형성부(100)는, 상기 다축 이송부(200)에 다축 이동 가능한 자유도를 가지도록 장착되어 기판상에 잉크를 분사하고 레이저를 조사하여 회로 등의 패턴을 형성하는 잉크분사부(110)와, 상기 잉크분사부(110)로 잉크를 공급하는 잉크 저장부(140)와, 상기 잉크 분사 노즐부(115)의 잉크 분사 구동, 상기 잉크분사부(110)의 이동을 위한 상기 다축 이송부(200)의 구동, 회전 이송부(120)의 구동 또는 조준기(130, 130a, 130b)의 조준각을 제어하는 잉크분사부 구동부(150)와, 상기 잉크분사부(110)로 기판상에 분사된 잉크에 조사될 레이저 광(L)을 생성하여 공급하는 레이저 광원부(160) 및 상기 잉크 분사부(110)를 다축 자유도를 가지고 움직일 수 있도록 다축 이송부(200)에 장착시키는 결합지그(300)를 포함하여 구성된다.
상술한 구성에서 상기 기판은 평면형의 2D 또는 입체 형상을 가지는 3D 기판일 수 있다.
상기 잉크분사부(110)는, 상기 잉크분사부 구동부(150)에서 전송되는 잉크의 토출량, 토출 시간 등의 잉크 분사 제어 신호에 따라 상기 잉크 저장부(140)에서 공급된 잉크를 3D 기판상에 분사하는 잉크 분사 노즐부(115)와, 상기 레이저 광원부(160)에서 유도되어 공급된 레이저 광(L)을 기판상에 분사된 잉크로 조사하는 조준기(130)와, 상기 조준기(130)의 상기 잉크 분사 노즐부(115)의 축에 수직인 평면상에서의 상대 회전 위치를 설정하는 방위각과 상기 조준기(130)의 레이저 광(L)의 입사각 제어를 위한 상기 잉크 분사 노즐부(115)의 축으로부터의 상대 회전 위치를 설정하는 천정각 또는 고도각을 조절 가능하도록 상기 조준기(130)가 장착되는 링형의 회전 이송링(121)을 구비한 회전 이송부(120)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 회전 이송부(120)의 회전 이송링(121)은, 도 2와 같이, 상기 결합 지그(300)의 저면에 잉크 분사 노즐부(115)와 동심원을 이루도록 형성되어 회전되는 회전지지로드 가이드부(310)에 장착되는 하나 이상의 회전지지로드(123)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 상기 회전지지로드 가이드부(310) 또한 결합 지그(300)에 360회전 구동 가능하게 장착되는 링형 회전 베어링 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
또한, 도 2와 같이, 상기 조준기(130)로 집광된 레이저 광(L)을 유도하는 광케이블 등의 광유도부(165)가 광유도부 회전부(320)에 의해 상기 결합 지그(300)에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 상기 광유도부 회전부(320)는 중간에 광섬유 커넥터가 관통 결합된 링형 회전 베어링 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
또한, 상기 조준기(130)는 잉크 분사 노즐부(115)와의 상대적인 수직 각도 조절을 위해 잉크 분사 노즐부(115)의 중심축에 대해 틸팅(tilting) 가능하게 장착된다.
상기 레이저 광원부(160)는 레이저 광을 생성하는 레이저 광원(161)과, 생성된 레이저 광을 집광하는 집광용 광학계(163)와, 집광용 광학계(163)에 집광된 레이저를 조준기(130)로 유도하는 광케이블 등의 광유도부(165)를 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 구성 중 상기 잉크 저장부(140), 잉크분사부 구동부(150) 또는 상기 레이저 광원부(160)는 필요, 설치 조건, 구동 조건 또는 유지보수의 용이성 등에 따라 상기 다축 이송부(200) 또는 상기 결합 지그(300)에 선택적으로 장착될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 다축 이송부(200)를 구비한 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치(1)의 사시도이다.
도 3과 같이, 본 발명의 일 실시예의 패턴 형성 장치(1)는 수평과 수직 이동 축을 구비하여 상하 방향으로 선형 적으로 움직이면서 잉크 분사 노즐부(110)를 다축 자유도를 가지도록 회전 구동시키는 선형 다축 이송 로봇 등의 다축 이송부를 포함하여 구성될 수 있다.
도 4와 같이, 본 발명의 일 실시예의 패턴 형성 장치(1)는 다관절 로봇 등의 다축 이송부를 포함하여 구성될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치(1)의 잉크 분사 위치의 전방에서 레이저가 조사되도록 구동되는 전방 조사 상태(a) 및 잉크 분사 위치의 후방에서 레이저가 조사되도록 구동되는 후방 조사 상태(b)를 나태는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치(1)의 잉크 분사 위치의 후방에서 일정 입사각을 가지는 레이저를 조사하도록 조준기(130)의 조사 각도가 조절된 상태에서 패턴을 형성하는 과정을 나태는 도면이다.
도 5의 (a)와 같이, 상기 패턴 형성 장치(1)는 잉크 분사 위치에 대하여 d 거리만큼의 전방 위치의 패턴 형성 경로에 레이저 광을 조사하는 전방 조사를 수행하며 패턴을 형성하도록 구동될 수 있다. 그리고 도 5의 (b)와 같이, 상기 패턴 형성 장치(1)는 잉크 분사 위치에 대하여 d 거리만큼의 후방 위치의 패턴 형성 경로에 조사된 잉크에 레이저 광을 조사하는 후방 조사를 수행하며 패턴을 형성하도록 구동될 수도 있다. 또한, 도 6과 같이, 상기 패턴 형성 장치(1)는 잉크 분사 위치에 대하여 d 거리만큼의 후방 위치의 패턴 형성 경로 상에 분사된 잉크에 대하여 수평면에 대하여 고도각(β)을 가지고 레이저 광(L)이 분사된 잉크에 조사되도록 조준기(130)가 일정 각도 기울어진 상태로 레이저 광을 조사하는 후방 경사 조사를 수행하며 패턴을 형성하도록 구동될 수도 있다.
상술한 구성에서 상기 잉크 분사 노즐부(115)에 대한 상기 조준기(130)의 방위각 또는 고도각(천정각)의 설정을 위한 회전 이송링(121)의 회전각 또는 조준기(130)의 기울기는 상기 잉크분사부 구동부(150)에 의해 제어된다.
본 발명의 실시예의 패턴 형성 장치(1)는 두 개 이상의 회전 이송링(121)과 조준기(130)를 포함하여 구성될 수도 있다.
도 7은 두 개의 조준기(130a, 130b)와 두 개의 회전 이송링(121a, 121b)을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따르는 잉크 분사 노즐부(110)의 평면도(a) 및 사시도(b)를 나타내는 도면이다.
도 7과 같이, 상기 패턴 형성 장치(1)는 잉크분사부(110)의 회전이송부(120)가 잉크 분사 노즐부(115)를 중심으로 서로 다른 반경을 가지는 동심원상에 설치되는 두 개 이상의 회전 이송링(121a, 121b…과, 상기 회전 이송링(121a, 121b) 각각에 하나씩 설치되는 다수의 상기 조준기(130a, 130b…들을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 회전 이송링(121a, 121b,…) 및 조준기(130a, 130b,…)들은 상술한 바와 같이, 잉크 분사 노즐부(115)를 중심축으로 동심원상에서 독립적으로 운동하도록 구성된다.
이 경우에도, 상기 다수의 회전 이송링(121a, 121b,…) 및 조준기(130a, 130b)들의 회전 및 고도각에 따른 틸팅 구동은 기판상에 생성될 회로 등의 패턴 정보를 가지는 상기 잉크분사부 구동부(150)에 의해 제어된다.
도 8은 두 개의 조준기(130a, 130b)와 두 개의 회전 이송링(121a, 121b)을 이용한 패턴 형성 과정에서의 조준기의 잉크 패턴 추종 과정을 나타내는 도면이다.
도 8과 같이, 두 개의 제1 및 제2 조준기(130a, 130b)들로부터 조사된 레이저 광(L)이 인쇄 패턴 경로 상에 분사된 잉크 패턴의 경로를 추종하도록 하기 위하여, 다축 이송부(200)에 의하여 잉크분사부(110)가 인쇄 패턴을 따라 움직일 때, 각 제1 및 제2회전 이송링(121a, 121b)에 의해 각 제1 및 제2 조준기(130a, 130b)의 회전 각도가 조절됨으로써 두 개의 레이저 광(L)이 서로 다른 위치에서 인쇄 패턴 경로에 분사된 잉크 패턴에 레이저 광(L)을 조사할 수 있도록 한다.
도 9 및 도 10은 두 개의 제1 및 제2 조준기(130a, 130b)와 두 개의 제1 및 제2회전 이송링(121a, 121b)을 이용한 패턴 형성 과정에서의 조준기(130a, 130b)의 회전각 조절 과정을 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10과 같이, 두 개의 조준기(121a, 121b)들의 잉크 패턴 경로의 추종을 위해서, 잉크 분사 노즐부(115)의 중심이 등속도 이동하는 임의의 곡선(인쇄 패턴 경로)을 n 개의 간격 Δ로 분할하면, 현재 잉크 분사 노즐부(115)의 위치 좌표는 다음의 [수학식 1]로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Pj = (xj, yj)
여기서, j는 잉크 분사 노즐부(115)의 위치 인덱스로서 1, 2, 3,…이고, Pj, xj 및 yj는 각각 j 번째 인쇄 위치에 해당하는 잉크 분사 노즐부(115)의 위치 좌표, x축 좌표 및 y축 좌표를 나타낸다.
이하의 수학식에서, n은 조준기 위치와 잉크 분사 노즐부 위치의 간격에 해당하는 인쇄회로 패턴의 분할 간격 Δ의 수를 의미하며, nk에 부가되는 첨자 k는 1, 2, …등으로 n개의 조준기 중 잉크 분사 노즐부(115)로부터의 조준기의 순서이다. 즉, 잉크 분사노즐부(115) 중심이 지나가는 경로 좌표를 P(x,y)로 정의하고 x, y 방향 모두 일정한 간격 Δ로 분할한다. 그러면, 현재 잉크 분사노즐부(115)의 위치는 j번째 순서인 Pj = (xj, yj)로 정의될 수 있다.
이때, 각각의 제1 및 제2 조준기(130a, 130b)의 위치는 인쇄 패턴 경로 상에서 n1, n2 간격 뒤에 각각 위치되므로, 다음의 [수학식 2] 및 [수학식 3]으로 표시된다.
[수학식 2]
제1 조준기(130a)의 위치 Pj+n1 = (xj+n1, yj+n1)
[수학식 3]
제2 조준기(130b)의 위치 Pj+n2 = (xj+n2, yj+n2)
n1≥10, n2-n1≥10인 것이 바람직하다.
여기서, n1은 잉크 분사 노즐부(115)로부터 첫 번째 위치하는 조준기(제1조준기)를 나타내며, n2는 잉크 분사 노즐부(115)로부터 두 번째 위치하는 조준기(제2 조준기)를 나타내고, xj+n1과 yj+n1은 제1 조준기(130a)의 x축 및 y축 좌표이며, xj+n2과 yj+n2는 제2 조준기(130b)의 x축 및 y축 좌표이다.
상기 조준기의 개수가 3개 이상인 경우에는 상기 [수학식 2]를 조준기별로 반복 적용하는 것에 의해 잉크 분사 노즐부(115)에 대한 다수의 조준기들의 상대 위치를 산출할 수 있게 된다.
즉, 잉크 분사 노즐부(115)로부터 k 번째에 위치하는 조준기의 위치 좌표의 일반식은 Pj+nk = (xj+nk, yj+nk), j = 1, 2, 3, …k = 1, 2, 3, … 이고, 여기서, n은 조준기(130) 위치와 잉크 분사 노즐부(115) 위치의 간격에 해당하는 인쇄회로 패턴의 분할 간격 Δ의 수를 의미하며, Pj, xj 및 yj는 각각 j 번째 잉크 방울 인쇄 위치에 해당하는 노즐부 위치, k는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기, Pj+nk, xj+nk, yj+nk는 잉크 분사 노즐부로부터 k번째 조준기의 위치 좌표, x축 좌표 및 y축 좌표이다.
다음으로, 상기 잉크 분사 노즐부(115), 제1 조준기(130a) 및 제2 조준기(130b)의 기하학적 관계에 의해 각각의 제1 조준기(130a) 및 제2 조준기(130b)의 잉크 분사 노즐부(115)에 대한 거리 R1, R2와 회전 이동 각인 방위각 θ1 및 θ2 각각이 다음의 [수학식 4] 내지 [수학식 7]로 표현된다.
[수학식 4]
R1 2 = (xj+n1-xj)2 + (yj+n1-yj)2
[수학식 5]
R2 2 = (xj+n2-xj)2 + (yj+n2-yj)2
[수학식 6]
θ1 = tan-1[(yj+n1-yj)/ [(xj+n1-xj)]
[수학식 7]
θ2 = tan-1[(yj+n2-yj)/ [(xj+n2-xj)]
즉, 상기 j 번째 잉크 방울 인쇄 위치에 위치하는 잉크 분사 노즐부(115)와 k 번째 조준기 사이의 거리의 일반식은 Rk 2 = (xj+nk-xj)2 + (yj+nk-yj)2이고, j 번째 분할 간격 상의 상기 잉크 분사 노즐부(115)에 대한 k 번째 조준기의 방위각은 θk는 θk = tan-1[(yj+nk-yj)/ [(xj+nk-xj)]이다. 여기서, n은 조준기(130) 위치와 잉크 분사 노즐부(115) 위치의 간격에 해당하는 인쇄회로 패턴의 분할 간격 Δ의 수를 의미하며, Pj, xj 및 yj는 각각 j 번째 잉크 방울 인쇄 위치에 해당하는 노즐부 위치, k는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기, Pj+nk, xj+nk, yj+nk는 잉크 분사 노즐부로부터 k번째 조준기의 위치 좌표, x축 좌표 및 y축 좌표이다.
그리고 잉크 분사 노즐부(115)의 현재 이동 속도 v(vxj, vyj)는 다음의 [수학식 8]로 표현된다.
[수학식 8]
(vxj, vyj) = [(xj+1-xj)/dt, (yj+1-yj)/dt]
그리고 제1 및 제2 조준기(130a, 130b)의 이동 속도 vn1(vn1x, vn1y), vn2(vn2x, vn2y) 는 [수학식 9] 및 [수학식 10]으로 표시된다.
[수학식 9]
(vn1x, vn1y) = [(xj+n1+1-xj+n1)/dt, (yj+n1+1-yj+n1)/dt]
[수학식 10]
(vn2x, vn2y) = [(xj+n2+1-xj+n2)/dt, (yj+n2+1-yj+n2)/dt]
즉, 인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치에서 상기 잉크 분사 노즐부(115)의 x축 및 y축 이동 속도 vxj, vyj를 (vxj, vyj) = [(xj+1-xj)/dt, (yj+1-yj)/dt]에 의해 산출한다.
상기 인쇄 회로 패턴의 j 번째 분할 간격에서의 상기 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기의 x 축 및 y 축 이동 속도 vnkx, vnky를 (vnkx, vnky) = [(xj+nk+1-xj+nk)/dt, (yj+nk+1-yj+nk)/dt]에 의해 산출하며,
그러므로 제1 및 제2 조준기(130a, 130b)의 최소 회전속도는 다음의 [수학식 11] 및 [수학식 12]로 표시된다.
[수학식 11]
(
Figure pat00004
Figure pat00005
)2 = (vn1x-vxj)2 + (vn1y-vyj)2
[수학식 12]
(
Figure pat00006
)2 = (vn2x-vxj)2 + (vn2y-vyj)2
여기서,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
는 제1 및 제2 조준기(130a, 130b)의 회전 각속도이다.
상기 제1 및 제2 조준기(130a, 130b)의 순서가 바뀌더라도 …, Pj+n2, …j, …Pj+n1,… 으로 순서만 바뀌므로 기하학적인 관계되는 변동이 없다.
즉, 인쇄 회로 패턴의 j 번째 분할 간격에서의 상기 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째의 조준기의 최소 회전속도
Figure pat00009
는 일반식 (
Figure pat00010
)2 = (vnkx-vxj)2 + (vnky-vyj)2에 의해 산출할 수 있다. 여기서, j는 인쇄 회로 패턴의 j 번째 분할 간격, k는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기, vnkx는 k 번째 조준기의 x축 이동 속도, vnky는 k 번째 조준기의 y 축 이동 속도, vxj는 j번 째 분할 간격에 위치하는 잉크 분사 노즐부의 x축 이동 속도, vyj는 j번 째 분할 간격에 위치하는 잉크 분사 노즐부의 y축 이동 속도, vnkx-vxj는 j번 째 분할 간격에 위치하는 잉크 분사 노즐부의 y축 이동 속도와 j번 째 분할 간격에 위치하는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 위치하는 조준기의 x축 이동 속도의 차, vnky-vxyj는 j번 째 분할 간격에 위치하는 잉크 분사 노즐부의 y축 이동 속도와 j번 째 분할 간격에 위치하는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 위치하는 조준기의 y축 이동 속도의 차, Rk는 j 번째 분할 간격에 위치된 잉크 분사 노즐부와 상기 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째에 위치하는 조준기 사이의 거리,
Figure pat00011
는 k 번째에 위치하는 조준기의 회전 각속도이다.
상기 잉크분사부 구동부(150)는 상기 수학식 1 내지 12에 의해 다축 이송부(200)와 상기 회전 이송링(121a, 121b)의 잉크 분사 노즐부(115)에 대한 상대적인 위치 및 회전 각도를 제어함으로써, 인쇄 패턴 경로 상에 분사된 잉크 패턴에 서로 다른 위치에서 레이저 광을 중복 조사할 수 있도록 한다.
또한, 상기 [수학식 2] 내지 [수학식 12]는 n을 조준기의 개수에 따라 반복 수행함으로써, 다수의 조준기에 대한 위치, 방위각, 이동속도, 회전속도를 산출할 수 있으므로, 다수 즉 2개 이상의 이송 회전링과 조준기를 구비한 잉크 패턴 형성 장치에도 잉크 패턴 형성을 위해 동일하게 적용될 수 있다.
상술한 구성의 패턴 형성 장치(1)는 패턴 경로를 따라 분사된 잉크에 대하여 레이저 광을 중복 조사하는 것에 의해 패턴 형성의 효율 및 패턴의 품질을 현저히 향상시킬 수 있게 된다.
도 11은 분사된 잉크 패턴에 레이저를 조사하지 않은 경우(a)와 전방 조사(b)와 후방 조사(c)를 수행한 경우 생성된 잉크 패턴의 사진들을 나타내는 도면이다.
도 11의 (b)와 (c)는 각각 Ag 나노 입자 잉크를 3mm/s의 인쇄 속도로 분사한 후, 1.2W(45W/cm2)의 532nm 파장의 CW 레이저를 분사된 잉크 패턴에 전방 조사(b) 및 후방 조사(c)를 수행한 경우의 잉크 패턴의 품질 비교를 위한 사진이다.
도 11의 (a) 및 (b)와 같이, 분사된 잉크에 레이저를 조사하지 않거나 전방 조사를 수행한 경우에는 잉크 패턴이 균일하지 않았으나, 도 11의 (c)와 같이, 분사된 잉크 패턴에 레이저를 후방 조사를 수행한 경우에는 균일한 인쇄 패턴이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 방법(이하, '패턴 형성 방법'이라 함)의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 12와 같이, 본 발명의 일 실시예의 패턴 형성 방법은, 기판상에 잉크를 분사하는 잉크 분사 노즐부(115)와 상기 잉크 분사 노즐부(115)에서 분사된 기판상의 잉크의 위치와 분사된 잉크에 조사되는 레이저 광의 상대 위치를 가변시켜 상기 레이저 광이 상기 분사된 잉크의 패턴을 추종하도록 하여 상기 분사된 잉크에 레이저 광을 조사하는 조준기(130)를 포함하는 상기 잉크분사부(110); 저장된 잉크를 상기 잉크 분사 노즐부로 공급하는 잉크 저장부(140); 상기 잉크분사부(110)와 다축 이송부(200)의 구동을 제어하는 잉크분사부 구동부(150); 및 상기 조준기로 상기 기판상에 분사된 잉크에 조사될 레이저 광을 생성하여 공급하는 레이저 광원부(160);를 포함하는 잉크 패턴 형성부(100); 및 상기 잉크분사부(110)가 다축 방향으로 구동되도록 장착되는 다축 이송부(200);를 포함하는 레이저 및 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치에 의한 패턴 형성 방법에 있어서, 잉크분사부 구동부(150)가 잉크 분사 노즐부(115) 및 조준기(130, 130a, 130b)의 위치를 산출하는 위치 산출 단계(S10); 잉크분사부 구동부(150)가 인쇄 패턴 경로 상에 분사될 잉크 패턴 경로를 상기 조준기(130, 130a, 130b)가 추종하도록 조준기(130, 130a, 130b)의 잉크 분사 노즐부(115)에 대한 거리 및 회전을 위한 방위각을 산출하는 조준기의 거리 및 방위각 산출 단계(S20); 잉크분사부 구동부(150)가 잉크 분사 노즐부(115)와 조준기(130, 130a, 130b)의 인쇄 패턴 경로 상에서의 각 위치별 이동 속도를 산출하는 이동 속도 산출 단계(S30); 및 잉크분사부 구동부(150)가 잉크 패턴 형성부(100)의 잉크분사부(110), 회전 이송부(120) 및 다축 이송부(200)를 산출된 잉크 분사 노즐부(115)와 조준기(130, 130a, 130b)의 위치, 방위각 또는 이동 속도에 따라 구동시켜 기판상에 잉크를 분사하고 잉크 패턴 경로를 추종하여 레이저 광을 조사하여 패턴을 형성하는 패턴 형성 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 위치 산출 단계(S10)는 [수학식 1]에 의해 잉크 분사 노즐부(115)의 위치를 산출하고, [수학식 2]를 조준기의 개수 별로 반복 적용하여 조준기의 잉크 분사 노즐부(115)에 대한 상대 위치를 산출할 수 있도록 한다.
그리고 상기 조준기의 거리 및 방위각 산출 단계(S20)는, [수학식 4] 및 [수학식 6]을 다수의 조준기별로 반복 수행하는 것에 의해 상기 잉크 분사 노즐부(115)에 대한 다수의 상기 조준기(1130, 130a, 130b, …)들의 거리 및 방위각을 산출할 수 있도록 한다.
이때, 상기 조준기의 거리 및 방위각 산출 단계(S20)는 상기 잉크 패턴 경로로 레이저 광이 일정 입사각을 가지고 조사되도록 상기 조준기(1130, 130a, 130b)의 경사를 조절하는 고도각을 더 산출하도록 구성될 수도 있다.
상기 조준기 회전 속도 산출 단계(S30)는, [수학식 8], [수학식 9] 및 [수학식 11]을 조준기의 개수 별로 반복 수행하는 것에 의해 상기 잉크 분사 노즐부(115)를 중심으로 하는 다수의 조준기(1130, 130a, 130b, …)들의 회전 속도를 산출할 수 있도록 한다.
상술한 구성의 본 발명은 디스플레이, 센서 어레이, 시스템 반도체, 가전제품, 자동차 전장부품 산업 등에 이용될 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: (레이저와 잉크젯을 이용한) 패턴 형성 장치
100: 잉크 패턴 형성부 110: 잉크분사부
115: 잉크 분사 노즐부 120: 회전이송부
121: 회전이송링 121a: 제1 회전이송링
121b: 제2 회전이송링 123: 회전지지로드
130: 조준기 130a: 제1 조준기
130b: 제2 조준기 140: 잉크 저장부
150: 잉크분사부 구동부 160: 레이저 광원부
161: 레이저 광원 163: 집광용 광학계
165: 광유도부(광케이블) 200: 다축 이송부
300: 결합지그 310: 회진지지로드 가이드부
320; 광섬유 가이드홈 D: 잉크방울
L: 레이저 광 P: 패턴

Claims (15)

  1. 잉크 분사와 레이저 조사를 함께 수행하는 잉크분사부를 구비하여, 기판상에 잉크를 분사하고, 잉크 분사 전 또는 후에 각각 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 분사된 잉크에 레이저를 조사하여 잉크 패턴을 형성하는 잉크 패턴 형성부; 및
    상기 잉크분사부가 다축 방향으로 구동되도록 장착되는 다축 이송부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 잉크 패턴 형성부는,
    상기 기판상에 잉크를 분사하는 잉크 분사 노즐부와, 상기 잉크 분사 노즐부에서 분사된 기판상의 잉크의 위치와 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 분사된 잉크에 조사되는 레이저 광의 상대 위치를 가변시켜 상기 레이저 광이 상기 분사된 잉크의 패턴을 추종하도록 하여 상기 분사된 잉크에 레이저 광을 조사하는 조준기를 포함하는 상기 잉크분사부;
    저장된 잉크를 상기 잉크 분사 노즐부로 공급하는 잉크 저장부;
    상기 잉크분사부 및 다축 이송부의 구동을 제어하는 잉크분사부 구동부; 및
    상기 조준기로 상기 잉크가 분사될 기판 소정 위치 또는 기판상에 분사된 잉크에 조사될 레이저 광을 생성하여 공급하는 레이저 광원부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 잉크분사부는,
    상기 기판상에 잉크를 분사하는 상기 잉크 분사 노즐부;
    상기 레이저 광을 조사하는 상기 조준기; 및
    상기 잉크 분사 노즐부의 축에 대한 상기 조준기의 방위각과 고도각의 조절이 가능하도록 상기 조준기가 방향 조절 가능하게 지지된 상태로 상기 분사노즐부의 외주연에 회전 가능하게 장착되어 상기 잉크 분사 노즐부와 함께 이동하는 링형의 회전이송부;를 구비하여,
    상기 다축 이송부에 다축 구동 자유도를 가지도록 장착된 후, 상기 기판상에 잉크를 분사하고, 상기 회전이송부를 회전시켜 상기 잉크 분사 노즐부와 상기 조준기 사이의 상대 위치를 가변시키며 상기 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 분사된 잉크에 레이저 광을 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 잉크분사부는,
    상기 회전이송부가 상기 잉크 분사 노즐부를 중심으로 서로 다른 반경을 가지는 동심원 상에 설치되는 하나 이상의 회전이송링; 및
    상기 회전이송링 각각에 하나 이상 설치되는 하나 이상의 조준기를 포함하여 구성되어,
    상기 인쇄 패턴 경로에 위치하는 기판 또는 분사된 잉크에 복수의 레이저 광을 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 잉크 분사 노즐부와 상기 조준기 사이의 상대 위치는, 상기 잉크 분사 노즐부와 상기 조준기 사이의 방위각, 이격 거리 또는 상기 조준기의 레이저 조사 각도인 고도각 정보 중 하나 이상을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 회전이송부는,
    상기 잉크 분사 노즐부의 잉크 분사 위치에 대하여 상기 조준기가 일정 간격 후방 위치에서 분사된 잉크에 레이저 광을 후방 조사하도록 상기 회전 이송부에 의해 상기 상대 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 회전이송부는,
    상기 잉크 분사 노즐부의 잉크 분사 위치에 대하여 상기 조준기가 일정 간격 전방 위치에서 잉크가 분사될 기판의 소정 위치에 레이저 광을 전방 조사하도록 상기 회전 이송부에 의해 상기 상대 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 회전 이송부는,
    상기 조준기의 고도각을 가변시켜 레이저 광의 조사 각도를 가변시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 레이저 광원부는,
    상기 레이저 광을 생성하는 레이저 광원;
    상기 레이저 광원에서 생성된 상기 레이저 광을 집광하는 집광용 광학계; 및
    상기 집광용 광학계에 의해 집광된 레이저 광을 상기 조준기로 전송하는 광유도부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저와 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치.
  10. 기판상에 잉크를 분사하는 잉크 분사 노즐부와 상기 잉크 분사 노즐부에서 분사된 기판상의 잉크의 위치와 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 기판상에 분사된 잉크에 조사되는 레이저 광의 상대 위치를 가변시켜 상기 레이저 광이 상기 분사된 잉크의 패턴을 추종하도록 하여 상기 분사된 잉크에 레이저 광을 조사하는 조준기를 포함하는 잉크분사부, 저장된 잉크를 상기 잉크 분사 노즐부로 공급하는 잉크 저장부, 상기 잉크분사부와 다축 이송부의 구동을 제어하는 잉크분사부 구동부 및 상기 조준기로 상기 잉크가 분사될 기판의 소정 위치 또는 기판상에 분사된 잉크에 조사될 레이저 광을 생성하여 공급하는 레이저 광원부를 포함하는 잉크 패턴 형성부; 및 상기 잉크분사부가 다축 방향으로 구동되도록 장착되는 다축 이송부;를 포함하는 레이저 및 잉크젯을 이용한 패턴 형성 장치에 의한 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 잉크분사부 구동부가,
    상기 잉크 분사 노즐부 및 조준기의 위치를 산출하는 위치 산출 단계;
    상기 인쇄 패턴 경로 상에 분사될 잉크 패턴 경로를 상기 조준기가 추종하도록 조준기의 잉크 분사 노즐부에 대한 거리 및 회전을 위한 방위각을 산출하는 조준기의 거리 및 방위각 산출 단계;
    상기 잉크 분사 노즐부와 조준기의 인쇄 패턴 경로 상에서의 각 위치별 이동 속도를 산출하는 이동 속도 산출 단계; 및
    상기 잉크 패턴 형성부의 잉크분사부, 회전 이송부 또는 다축 이송부 중 하나 이상을 산출된 잉크 분사 노즐부와 조준기의 위치, 방위각, 이동 속도 또는 회전 속도에 따라 구동시켜 기판상에 잉크를 분사하고, 조준기가 잉크 패턴 경로를 추종하여 레이저 광을 조사하여 패턴을 형성하는 패턴 형성 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 및 잉크젯을 이용한 패턴 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 위치 산출 단계는,
    Pj = (xj, yj)에 의해 잉크 분사 노즐부의 위치를 산출하고,
    Pj+nk = (xj+nk, yj+nk)에 의해 다수의 조준기들의 잉크 분사 노즐부에 대한 상대 위치를 산출하며,
    여기서, n은 조준기 위치와 잉크 분사 노즐부 위치의 간격에 해당하는 인쇄회로 패턴의 분할 간격 Δ의 수, j는 인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치, Pj, xj 및 yj는 각각 j 번째 잉크 방울 인쇄 위치에 해당하는 노즐부 위치, k는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기, Pj+nk, xj+nk, yj+nk는 잉크 분사 노즐부로부터 k번째 조준기의 위치 좌표, x축 좌표 및 y축 좌표인 것을 특징으로 하는 레이저 및 잉크젯을 이용한 패턴 형성 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 조준기의 거리 및 방위각 산출 단계는,
    j 번째 분할 간격 상의 상기 잉크 분사 노즐부와 k 번째 조준기 사이의 거리 Rk는 Rk 2 = (xj+nk-xj)2 + (yj+nk-yj)2에 의해 산출하고,
    j 번째 분할 간격 상의 상기 잉크 분사 노즐부에 대한 k 번째 조준기의 방위각 θk는 θk = tan-1[(yj+nk-yj)/ [(xj+nk-xj)]에 의해 산출하며,
    여기서, n은 조준기 위치와 잉크 분사 노즐부 위치의 간격에 해당하는 인쇄회로 패턴의 분할 간격 Δ의 수, j는 인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치, Pj, xj 및 yj는 각각 j 번째 잉크 방울 인쇄 위치에 해당하는 노즐부 위치, k는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기, Pj+nk, xj+nk, yj+nk는 잉크 분사 노즐부로부터 k번째 조준기의 위치 좌표, x축 좌표 및 y축 좌표인 것을 특징으로 한다.
  13. 제10항에 있어서, 상기 조준기의 거리 및 방위각 산출 단계는,
    상기 잉크 패턴 경로로 레이저 광이 일정 입사각을 가지고 조사되도록 상기 조준기의 경사를 조절하는 고도각을 더 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 및 잉크젯을 이용한 패턴 형성 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 이동 속도 산출 단계는,
    인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치에서의 상기 잉크 분사 노즐부의 x축 및 y축 이동 속도 vxj, vyj를 (vxj, vyj) = [(xj+1-xj)/dt, (yj+1-yj)/dt]에 의해 산출하고,
    상기 인쇄 회로 패턴의 j 번째 분할 간격에서의 상기 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기의 x 축 및 y 축 이동 속도 vnkx, vnky를 (vnkx, vnky) = [(xj+nk+1-xj+nk)/dt, (yj+nk+1-yj+nk)/dt]에 의해 산출하며,
    여기서, dt는 상기 분할 간격에 해당하는 시간 간격, n은 조준기 위치와 잉크 분사 노즐부 위치의 간격에 해당하는 인쇄회로 패턴의 분할 간격 Δ의 수, j는 인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치, Pj, xj 및 yj는 각각 j 번째 잉크 방울 인쇄 위치에 해당하는 잉크 분사노즐부 위치, k는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기, Pj+nk, xj+nk, yj+nk는 잉크 분사 노즐부로부터 k번째 조준기의 위치 좌표, x축 좌표 및 y축 좌표, Pj+nk+1, xj+nk+1, yj+nk+1는 잉크 분사 노즐부로부터 k+1번째 조준기의 위치 좌표, x축 좌표 및 y축 좌표인 것을 특징으로 하는 레이저 및 잉크젯을 이용한 패턴 형성 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 조준기 회전 속도 산출 단계는,
    인쇄 회로 패턴의 j 번째 분할 간격에서의 상기 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째의 조준기의 최소 회전속도
    Figure pat00012
    는 (
    Figure pat00013
    )2 = (vnkx-vxj)2 + (vnky-vyj)2에 의해 산출하고,
    여기서, n은 조준기 위치와 잉크 분사 노즐부 위치의 간격에 해당하는 인쇄회로 패턴의 분할 간격 Δ의 수, j는 인쇄 회로 패턴의 j 번째 인쇄 위치, k는 잉크 분사 노즐부로부터 k 번째 조준기, vnkx와 vnky는 각각 상기 잉크분사노즐로부터 k번째 조준기의 x축 및 y 축 이동 속도, vxj는 j번 째 인쇄 위치에서 잉크 분사 노즐부의 x축 이동 속도, vyj는 j번 째 인쇄 위치에서 잉크 분사 노즐부의 y축 이동 속도, vnkx-vxj와 vnky-vyj는 각각 j번 째 인쇄 위치에서 잉크 분사 노즐부의 x축 이동 속도와 상기 잉크 분사노즐부로부터 k번째 조준기의 x축 이동 속도의 차 및 y축 이동 속도의 차, Rk는 j 번째 분할 간격의 인쇄 위치에서 잉크 분사 노즐부와 조준기 사이의 거리,
    Figure pat00014
    k는 j 번째 분할 간격의 인쇄 위치에서 k번째 조준기의 회전 각속도인 것을 특징으로 하는 레이저 및 잉크젯을 이용한 패턴 형성 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007163609A (ja) * 2005-12-09 2007-06-28 Seiko Epson Corp パターン形成方法及び液滴吐出装置
KR20130035841A (ko) 2011-09-30 2013-04-09 세메스 주식회사 기판처리장치 및 기판처리방법
KR20180137071A (ko) * 2017-06-15 2018-12-27 (주)하드램 3차원 레이저 패터닝 장치
KR20190017234A (ko) * 2017-08-10 2019-02-20 한국기계연구원 레이저 패터닝 장치 및 방법
KR20190112240A (ko) * 2018-03-23 2019-10-04 현대자동차주식회사 차량 내장부품의 스티치 프린팅 공법 및 스티치 프린팅 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007163609A (ja) * 2005-12-09 2007-06-28 Seiko Epson Corp パターン形成方法及び液滴吐出装置
KR20130035841A (ko) 2011-09-30 2013-04-09 세메스 주식회사 기판처리장치 및 기판처리방법
KR20180137071A (ko) * 2017-06-15 2018-12-27 (주)하드램 3차원 레이저 패터닝 장치
KR20190017234A (ko) * 2017-08-10 2019-02-20 한국기계연구원 레이저 패터닝 장치 및 방법
KR20190112240A (ko) * 2018-03-23 2019-10-04 현대자동차주식회사 차량 내장부품의 스티치 프린팅 공법 및 스티치 프린팅 시스템

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