TW200307577A

TW200307577A - Ultra-fine fluid jet device

Info

Publication number: TW200307577A
Application number: TW092103469A
Authority: TW
Inventors: Kazuhiro Murata
Original assignee: Nat Inst Of Advanced Ind Scien
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2003-12-16
Also published as: EP1477230B1; CN1330429C; CN1635933A; US7434912B2; EP1477230A1; TWI224029B; WO2003070381A1; JP2004165587A; JP3975272B2; AU2003211392A1; US20050116069A1; EP1477230A4; KR20040086420A; KR100625015B1

Description

200307577 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域] 本發明係關於一種將電壓施加於超微細口徑之流體喷出口近旁，使超微細之流體喷著於基板上所用之超微細流體喷射裝置，特別是關於點（dot )之形成、金屬微粒子電路之形成、陶兗圖案（pattern)之形成’以及導電性高分子定向（orientation)之形成等所用之超微細流體喷射裝置。【先前技術】 %

以往之喷墨記錄方式有例如用超音波振動，使墨汁連續的從喷嘴以液滴狀加壓喷射，令此飛散之墨汁滴帶電，藉由電場使其偏向而連續的實行記錄之方式（例如日本特公昭4 1 - 1 6 9 7 3號公報）；使墨汁滴適時的飛散之所謂π D r ο ρ - 〇 n d e m a n dπ方式，例如於墨汁出口部與記錄紙之間施加電壓，利用靜電力從墨汁出口吸引墨汁滴使其附著於記錄紙上之靜電吸引方式（例如日本特公昭3 6 _ 1 3 7 6 8號公報及特開2 0 0 1 - 8 8 3 0 6號公報）；以及壓電變換方式或泡沫噴射（Bubble Jet，商標名）方式（熱方式）等熱交換方式（例如日本特公昭6 1 - 5 9 9 1 1號公報）。另外，以往之墨汁喷射裝置之描畫係使用掃描線，將圖像表示之光掃描（Raster scanning)方式。

但，上述先前技術中之墨汁喷射記錄方式均有下述之缺點。 (1 )超微細液滴之喷射困難現廣被採用之喷墨方法，不論送壓電方式抑或熱方式

第5頁 200307577 五、發明說明（2) ，均難喷出低於1 p 1之微量液體，此乃因為噴嘴愈小喷出所需壓力愈大。另依靜電吸引方式，例如特公昭3 6 - 1 3 7 6 8 號公報所述喷嘴内徑0 . 1 2 7 mm，特開2 0 0 1 - 8 8 3 0 6號公報所述喷嘴口徑50〜2000 //m最好為100〜1000 //m之場合，已被認為無法f出超微細液滴。又，如依後述之靜電吸引方式之場合，為獲得微細液滴必須極精密的控制驅動電壓。 (2)喷著精度不足 *

賦予喷嘴喷出之液滴之動能（kinetic energy)係隨液滴半徑之3乘方比例的遞減。因此微細滴無法確保能充分抵抗空氣阻力之動能，於是受空氣對流等影響無法達成正確的喷著（即無法使液滴喷著於例如基板上）。加之，由於液滴越是微細，表面張力之效果越大，於是液滴之蒸氣壓增高而增大蒸發量。結果喷出之微細液滴在飛行中顯著的減失質量，而於喷著時難以保持液滴之形態。由上述原因，液滴之微細化與喷著位置之高精確化彼此相剋，難兩全其美。此種喷著位置之失正不但影響印字及圖像品質，例如依喷墨技術，使用導電性墨汁描製電路圖形時，尤成問題，即喷著位置之失正不但不能描製所欲粗細度之電路，甚且有電路斷線或短絡等問題發生。

(3 )驅動電壓之降低困難使用不同於前述之壓電方式或熱方式之墨汁喷射技術之靜電吸引方式（例如特公昭3 6 - 1 3 7 6 8號公報）時，雖能藉由電場賦予動能，但由於使用超過1000V之高電壓驅動

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’故裝置之小型化受到限制。特開2 0 0 1 - 8 8 3 0 6號中雖有提到1、〜7kV較可取，但其實施例使用5kV。為了噴出超微細液滴且實現高生產率（throughput)，喷嘴之多套化、高密度化乃成為重要要素。但，習知之靜電吸引型噴墨方式之驅動電壓為高達1000V以上。在此極高電壓下，會在各個 $嘴間發生電流之漏洩或干涉，因此有難實現小型化、高密度化及驅動電壓之降低困難問題。加之，超過1〇〇〇¥之南電壓之功率半導體（p0wer semiconductor)價格高昂且頻率響應性（f r e q u e n c y r e s ρ ο n s e )亦低。在此所稱「驅動電壓」係指施加於喷嘴電極之總施加電壓，即偏壓（ bias voltage)及訊號電壓（signai v〇itage)之總和（在本說明書中除非另加註明，均指總施加電壓）。按先前技術’係藉增咼偏壓降低訊號電壓，但依此方式時會因偏壓引起墨汁中之溶質向噴嘴面聚集且易發生墨汁或電極之電化學反應’使墨汁凝固阻塞噴嘴及損害電極。 (4 )適用之基板及電極之佈置有限制先前之靜電吸引型墨汁噴射方式（例如特公昭3 6 — 1 3 7 6 8號公報），係以紙為記憶媒體設計，因此印字媒體之背面需有導電性之電極。雖然有以導電性基板作為印字媒體印字之報告，但在此場合有下述之各種問題。即，使 =導電性墨汁而用喷墨裝置形成電路圖形時，若是只能在 ί電性曾!反ΐ印字，則該製品無法直接充當電路使用，故 :?途ί Ϊ J制。為必匕，需要有在玻璃或塑膠等絕緣性土反上’、此Ρ予之技術。雖然先前技術中亦有使用破璃等 200307577 五、發明說明（4) 絕緣性基板之報告，但需於基板表面預先形成電導性膜，或於背面設置對向電極，或需將絕緣性基板作成很薄，故適合使用之基板受很大限制。 (5 )喷射之控制缺安定性先前之Dr op-on demand型靜電吸引型喷墨方式（例如特公昭3 6 - 1 3 7 6 8號公報），其喷墨有藉由施加電壓之開閉控制之方式，亦有藉施加某程度之直流偏壓及疊加訊號電壓之戶斤謂調幅（amplitude modulation)方式實施。然而，由於總施加電壓高達1 0 0 0 V以上，因此必須使用頻率響應性差且又價昂之功率半導體。另外雖可採用藉施加墨汁不喷出程度之一定偏壓，再疊加訊號電壓來控制喷墨之方法，但偏壓高時，若使用顏料性墨汁，則在喷墨停止時墨汁内部之粒子會發生凝聚，或電極或墨汁發生電化學反應引起喷嘴阻塞等情事，故喷墨停止後再開始喷墨時，將影響時間響應性（time response)且又有喷液量不安定等問題〇 (6 )構造之複雜性先前之喷墨技術需用構造複雜而且成本高之裝置，尤其產業用之墨汁喷射裝置更是。習用之靜電吸引型喷墨，尤其Drop-on demand型靜電吸引喷墨裝置之重要設計要素包括：墨汁之導電性（例如電阻係數1 06〜1 011 Ω cm )、表面張力（例如3 0〜4 0 d y n / cm )、粘度（例如1 1〜1 5 c p )，以及施加於喷嘴之電壓、喷嘴及與其對向配置之電極之間距等。以前述之先前技術

第8頁 200307577 五、發明說明（5) " (特開2 0 0 1 - 8 8 3 0 6號公報）而言，其為實現良好之印字而形成安定之彎液面（meniscus)，宜將基板與噴嘴之間=設為0 · 1〜1 0 mm，更可取為0 · 2〜2 mm，間距小於〇 · 1咖益形成安定之彎液面，是被認為不理想。另外，噴嘴内徑與生成之液滴之關係亦迄未明乃因為靜電吸引方式引出之液滴係由被稱為”泰勒錐面。（ Taylor cone) ”之一種由靜電形成之半月狀之液的頂面引出而成較喷嘴内徑為細之喷射液為主理由。為此，為了減少在喷嘴發生阻塞，一般採用較大一些内徑之噴嘴7例如特開平1 0 - 3 1 5 4 7 8號、特開平1 〇 - 3 49 6 7號公報、特開2 〇〇〇一 1 2 7 4 1 0號公報、特開2 0 0 1 - 8 8 3 0 6號公報等）。以往之靜電吸引型喷墨方式係運用電的流體力學之不安定性，其態樣以第1 ( a )圖之模式圖表示。此時之電場設為喷嘴1 0 1及其對向配置之電極丨0 2之距離為h，而於該電極與喷嘴間施加電壓v時發生之電場設為 E。於該電場中靜置導電性液體l〇〇a時，因作用於導電性液體之表面之靜電會使該表面變為不安定，促使抽絲1 〇〇 b 之成長（靜電抽絲現象）。此時之成長波長；I c可依下式 (1 )物理的導出（例如圖像電子情報學會會刊，第1 7卷、第4號，第185〜193頁，1988年出刊）： 2πγ £〇 -Ε〇·2 (1)

式中：Τ代表表面張力（N/m)，

第9頁 200307577 五、發明說明（6) ε0代表真空之誘電率（F/m)， E〇代表電場強度（V/m)。又d為喷嘴口徑（m );而成長波長；I c係指由靜電作用於液體表面而產生之波中，能成長之波長最短者。如第1 ( b )圖所示，喷嘴口徑（m )比；I c / 2 ( in )小時，不發生波長之成長。即： Ac d> πγ 2 .(2) 為喷墨之必須條件。式中，Ε0為假設平行平板時之電場強度（V / m )、且設喷嘴與對向電極之間距為h ( m )、施加於喷嘴之電壓為V，則 V E〇 ……(3) h 於是 d> .(4) 於表面張力T =20mN/m及7 =72mN/m時，根據傳統方法之想法，將喷墨所須之電場強度E與喷嘴直徑d之關係加以描繪，結果如第2圖所示。依傳統方法之想法，電場強度係由施加於喷嘴之電壓及喷嘴與對向電極之間距決定。因此，喷嘴直徑之減小需由增大喷墨所必要之電場強度來

第10頁 200307577 五、發明說明（7) 因應。套傳統之靜電吸引型喷墨之典型的動作條件計算，則於表面張力T :20mN/m及電場強度E :107V/m時，波長 λ c為1 4 0 // m。，所得之界限喷嘴口徑值為7 0 // m。即，在上述之條件下即使使用1 07V/m之強電場，若是喷嘴口徑 7 0 // m以下之場合，除非採用例如施加背壓等強制的形成彎液面的措施，不能達成喷墨，因此靜電吸引型喷墨被視為無法成立，即微細喷嘴與驅動電壓之低電壓化是被視為無法兩立之課題。以往解決此低電壓化之方法，係採用將：對向電極配置於喷嘴之正前面，同時縮短喷嘴與對向電極 . 之間距之方法。【發明内容】本發明係針對喷嘴在靜電吸引型喷墨法中之任務 (r ο 1 e )加以考察研究，對一向被視為不能喷墨而從未被嚐試之領域

Ac d<——=……(5) 2 gp 或 V <h

(7)

利用馬克士威應力（Maxwell’s stress force)形成微

第11頁 200307577 五、發明說明（8) 1 _ 細液滴者。具體言之，本發明係以伴隨噴近傍之電場強度較諸作用於喷嘴及之小徑化在喷嘴先端喷嘴為構成要件，利用馬克士烕應^板間之電場遠為大之 wetting)效果提供超微細流體噴射#電濕（eiector — 又，依本發明隨著喷嘴之小徑 &置。降低效果。二 ’可收到驅動電壓之為1 0 性。另本發明係藉喷嘴之小徑化等接^ •1〇mVs之低導電性，以增加 &壓=東路之阻力，使成 % a控制噴墨量之控制本從而大再制喷嘴更顯著又板等喷本所作之本 (1 之超微液施加板表面發明利用荷電液滴緩和蒸發及幅提高喷著精確度。 j用電％加速液滴，，本發明藉採用考慮介質緩和響應之任咅，、=之彎液面Ueniscuy形狀，使電場-集‘效5 ’從而提高喷墨控制性。 ” 本么明藉棄用傳統之對向電極，實現對絕緣性基墨’從而提供新穎之超微細流體噴射裝置。 ΐ日ϋ ί述及其他特徵及利點，將“面佐以附圖 5兄明趨為更明晰。發明所提供之技術要項如下·· )二種超微細流體喷射裝置，其係於靠近供給溶液、、、田f之噴嘴的先端配置基板，同時於該噴嘴内之溶參任意波形電壓而將超微細徑之流體液滴噴著於該基者’其特徵乃在將該喷嘴之内徑設為〇〇1〜25#m

200307577 五、發明說明（9) ，藉之提高集中於喷嘴先端之集中電場強度，使施加之電壓低電壓化。 (2 )如上述（1 )項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴係由電絕緣材料形成且將電極可被喷嘴内之溶液浸濕狀的配置，或藉由電鍍或蒸鍍等於喷嘴内形成電極為其特徵。 (3 )如上述（1 )項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴係由電絕緣材料形成，且於該喷嘴内插置電極或形成鍍膜，同時於該喷嘴之外侧設置電極為其特徵。 (4 )如上述（1 )〜（3 )項之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴為玻璃製之微細毛細管。 (5 )如上述（1 )〜（4 )項之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴連接有一低導電性之流路，或將該噴嘴本身形成為低導電性之形狀為其特徵。 (6 )如上述（1 )〜（5 )項之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該基板係由導電性材料或絕緣性材料製成。 (7 )如上述（1 )〜（6 )項之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴與該基板之間距為5 0 0 // m以下。置上置置 (8 )如上述（1 )〜（5 )項之任一項之超微細流體喷射裝其中該基板係載置於導電性或絕緣性之基板支承體 (9 )如上述（1 )〜（8 )項之任一項之超微細流體喷射裝其中該喷嘴内之溶液係可被施加壓力。 (1 0 )如上述（1 )〜（9 )項之任一項之超微細流體喷射裝其中施加之電壓為1000V以下。

第13頁 200307577 五、發明說明（ίο) (1 1 )如裝置，其中波形電壓。 (1 2 )如意波有一任形電壓 (1 該施加 (1 該施加 (1 該施加 (1 置，其式代表 3) 如用之 4) 如用之 5) 如用之 6 )如中該之領上述（2 )〜（1 0 )項之任一項之超微細流體喷射該喷嘴内電極或該噴嘴外側電極係施加有任意上述（1 1 )項之超微細流體喷射裝置，其係設置形電壓發生裝置，用以發生該施加用之任意波上述（11)或（12)之超微細流體喷射裝置，其中任意波形電壓為直流。上述（11)或（12)之超微細流體喷射裝置，其中任意波形電壓為脈衝波形。上述（1 1 )或（1 2)之超微細流體噴射裝置，其中任意波形電壓為交流。上述（1 1 )〜（1 5 )之任一項之超微細流體喷射裝施加於喷嘴之任意波形電壓V (伏特）係於下域驅動 (15)

第14頁 200307577 五、發明說明（π) <8. 5 )。 (1 7 )如上述（1 )〜（1 6 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中施加之任意波形電壓為7 0 0 V以下。 (1 8 )如上述（1 )〜（1 6 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該施加之任意波形電壓為5 0 0 V以下。 (1 9 )如上述（1 )〜（1 8 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴與基板之間距係設為一定，藉控制上述施加之任意波形電壓，控制流體液滴之喷出。 ‘ (2 0 )如上述（1 )〜（1 8 )之任一項之超微細流體喷射裝 . 置，其中該施加之任意波形電壓係設為一定，藉控制上述喷嘴與基板之間距，控制流體液滴之喷出。 (2 1 )如上述（1 )〜（1 8 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中藉控制該喷嘴與基板之間距及上述施加之任意波形電壓，以控制流體液滴之喷出。 (2 2 )如上述（1 )〜（1 8 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該施加之任意波形電壓為交流，藉控制該交流電 ‘ 壓之振動數，控制喷嘴端面之流體的彎液面形狀，以控制流體液滴之喷出。 ' (2 3 )如上述（1 )〜（2 2 )之任一項之超微細流體喷射裝 · 置，其中實行控制喷出時之動作頻率係藉由可包挾下式 f = σ / 2 π ε * 代表之頻率f (Hz)調變以進行開閉（on-off )喷出控制其中σ代表流體之導電率（S · 1 πγ1 ) ; ε代表流體之相

第15頁 200307577 五、發明說明（12) 對誘電率。 (2 4 )如上述（1 )〜（2 2 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中藉單一脈衝喷出時，係施加由下式 τ ε •(20) 決定之時間常數r以上之脈衝寬度△ t，其中ε代表流體之比誘電率；σ代表流體之導電率 (S · nr1) 〇 (2 5 )如上述（1 )〜（2 2 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中在圓筒狀之流路流體流量Q為 Q^

riL 2s0V: kd 7 (19) 時，將驅動電壓施加時之每單位時間之流量設定1 0_1Gm3/ s 以下。式中d代表流路之直徑（m ); 7/為流體之粘性係數

Pa .s) ;L為流路之長度（m) ; ε。為真空之誘電率（F .nr1 );V為施加電壓（V ) ; 7為流體之表面張力（N . nr1) ; k為依喷嘴形狀決定之比例常數（1 · 5 < k < 8 · 5 )。 (2 6 )如上述（1 )〜（2 5 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於電路圖案之形成。 (2 7 )如上述（1 )〜（2 5 )之任一項之超微細流體喷射裝

第16頁 200307577 五、發明說明（13) 置，其中該裝置係用於金屬超微粒子之電路圖案之形成。 (2 8 )如上述（1 )〜（2 5 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於碳奈米管（carbon nanotube)及其前驅體，以及觸媒配列之形成。 (2 9 )如上述（1 )〜（2 5 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於強誘電性陶瓷及其前驅體之圖案形成。 (3 0 )如上述（1 )〜（2 5 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於高分子及前驅體之高定向化。

(3 1 )如上述（1 )〜（2 5 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於區域純化（zone refining)。 (3 2 )如上述（1 )〜（2 5 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於微滴控制（microbeads manipulation) ° (33)如上述（1)〜（32)之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴係對基板積極噴射流體者。 (3 4 )如上述（3 3 )項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於立體構造之形成。 (3 5 )如上述（^〜弋2 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴係對基板傾斜的配置。

(36) 如上述(1 之任一項之超微細流體喷射裝置，其中電路圖案之描、，、曰係採用光譜掃描法（spectral scanning method) ° (37) 如上述（1 )〜（35)之任一項之超微細流體喷射裝

200307577 五、發明說明（14) 置，其中電路圖案之描繪係採用光棚掃描法（1 u s t e r scanning method) ° (3 8 )如上述（1 )〜（3 7 )之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該基板係用旋轉塗敷法將聚乙烯紛（p V P )之乙醇溶液塗佈其上而改質其表面。本發明之超微細流體喷射裝置之喷嘴内徑為0 . 0 1〜 2 5 // m，最好為0 · 0 1〜8 // m。又「超微細徑之流體液滴」係指直徑通常1 0 0 // m以下，最好為1 0 // m以下之液滴。更具體而言，係指0.0001 /zm〜10 //m，最好為0.001 /zm〜 5 // m之液滴。 Φ 又，本發明中「任意波形電壓」係指直流、交流、單極性單一脈衝、單極性多脈衝、兩極性多脈衝列，或彼等之組合。於絕緣性之喷嘴内之液體直接施加電壓時，會依喷嘴之形狀產生電場，此時之電場強度，係以從喷嘴向基板引拉的電力線的密度概念性的表示。本發明中「集中於喷嘴先端」一詞係指該時喷嘴先端部之電力線之密度增高而喷嘴先端部局部的變為高電場狀態之謂。又，「集中電場強度」係指電力線之密度局部的增高狀態之電場強度。又，「提高集中電場強度」係指將起因於喷嘴之形狀之成分（ElQC)、由喷嘴與基板之間距決定之成分（eq)，或彼等之合成成分提升至lx 105V/m以上，最好為lx 106V/m以上之電場強度之謂。

第18頁 200307577 五、發明說明（15) 又，本發明中「低電壓化」係指將電壓降低至1 0 0 0 V 以下之謂。此電壓為7 0 0 V以下，較佳為5 0 0 V以下，最佳為 3 0 0 V以下。次進一步說明本發明。 <降低驅動電壓及微少量喷出之實現方法> 經多種實驗及研究結果，本發明人導出能近似的表示降低驅動電壓及實現微少量喷出之喷出條件等之式，爰說明如下： ^ 第3圖係表示於直徑d (在本文中，除非另註明，皆指 . 喷嘴先端部之内徑）之喷嘴注入導電性墨汁並垂直的置於離無限平板導體上方高h處之狀態之模式圖。現設上述無限平板導體為對向電極或導電性基板，而於高出其h處配設喷嘴，同時假設基板面積遠大於喷嘴與基板之間距h。在此場合，可使基板近似無限平板導體。又，第3圖中，r 表示與無限平板導體成平行方向，Z表示Z軸（高度）方向，L為流路之長度，p為曲率半徑。此時，假設於喷嘴先端部誘起之電荷集中於喷嘴先端之半球部，則可由下式近似的表示： Q 二 2 7Γ ε 0 α V d ......( 8 ) · 式中，Q代表於喷嘴先端部誘起之電荷（C)、£。為真空之誘電率（F · nr1)、d為喷嘴直徑（m )、V為施加於喷嘴之總電i 壓（V )、α為取決於喷嘴形狀等之比例常數，通常為1〜 1 · 5，尤其d < < h時，該值約為1。h為喷嘴與基板之間距

第19頁 200307577 五、發明說明（16) 另外，若是誘起具有相反符之場合，於由誘號之映像電荷Q，至於，喷嘴曲率半徑設為p Eloc.-- 式中，k為I；取1. 5〜8 · 5左右 Birdseye and ] 1970))。為說明起見因表面張力形成之導電性墨汁之次說明作用端部之液面積為導體基板之f合，於基板内之對稱位置會號之鏡，電荷Q’。又，若是基板為絕緣體電率決定之對稱位置亦同樣會誘起相反符先端部之集中電場強度E 時，可以下式示之：以先端部之

Vkp ⑼ :例#數’它是依噴嘴形狀等而異，通常之值，但多種場合為約5 (參照ρ· j · >.A. Smith，Surface Science, 23 ( ，設p = d / 2。此係相當於在喷嘴先端部有與喷嘴直徑d同一曲率徑之半球狀鼓出狀態。於喷嘴先端之壓力之平衡。首先設喷嘴先 S(m2)，則靜電的壓力Pe(Pa)為： Q Q「Eloc. _

(10) 再代入式（8 )及（9 )，及設α = 即式（1〇)乃可由式（11)表示

200307577 五、發明說明（17) •(11) 4ε〇Υ2Υ 8ε〇Υ2 d kd kd2 另將喷嘴先端部之液體表面張力產生之壓力設為Pe

Pa)

Pc 4γ d •(12) (13) 式中，Τ為表面張力（N/m)。由於靜電的力產生流體喷出之條件為靜電的力大於表面張力之條件，故：

Pe >Ps 第4圖表示喷嘴直徑d時由表面張力產生之壓力（Ps)與靜電的壓力（Pe)之關係圖表，其中表面張力γ為水的表面張力（T =72mN/m)。由圖可知，施加於喷嘴之電壓V為 700V(即V=700V)時，且用喷嘴直徑d在25 /zm以下時，靜電的壓力（Pe)均高於表面張力（Ps)。從此關係式求出V與d之關係，即可得喷出之最低電壓： V〉· 7kd 2ε, •(14) 即，從式（7)及式（14)可導出本發明之動作電壓V :

第21頁 200307577 五、發明說明（18) h^>V>/rkd 2ε( •(15) 又，此時之喷出壓力AP(Pa)乃由 ΔΡ 二 Pe_Ps 變為： ΔΡ ......(16)8ε〇Υ2 4γ kd2 d •(17) 第5圖表示對某直徑d之喷嘴，藉局部的電場強度來滿足喷出條件時之喷出壓力ΔΡ之依存性（dependency)，而喷出臨界電壓（critical voltage)VC之依存性則示於第6 圖。由第5圖可知，藉局部的電場強度滿足喷出條件之場合，喷嘴直徑d之上限為25 /zm。第6圖為顯示喷出臨界電壓之喷嘴直徑依存性之一例，其中設水之表面張力，有機溶劑之表面張力 7 = 20mN/m，比例常數k 二 5 〇根據此圖考察微細喷嘴對電場之集中效應，即能證示喷出臨界電壓隨喷嘴徑之減小而降低之事實。另外亦顯示，當水之表面張力7 =72 mN/m且喷嘴直徑d = //m之場合，喷出臨界電壓為約7 0 0 V。此所代表之意義，可通過與第2圖所作之比較即可明暸。根據以往之想法是，僅考慮施加於喷嘴之電壓與對向

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五、發明說明（19) 電極之間距所定義之電場時，喷出所必要之電壓係隨嘴之細小化而增加。然而依本發明是注目局部電場強声，' 八’於是可藉由喷嘴之細小化降低喷出電壓，且由於喷出所必之電場強度係取決於局部的集中電場強度，故對向電才蛋設置變為非必須。換言之，不需對向電極即可對絕緣性& 板等進行印字，從而增大裝置構成之自由度，並且對厚^ 較大之絕緣體亦能同樣實行印字。另外，本發明由於=g 用局部的集中電場產生之馬克斯威應力的作用，將動能 (kinetic energy)賦予從噴嘴喷出之液滴。飛噴而中+ * 山'^液

滴因受空氣之阻力逐漸失去該動能，但由於液滴為荷電& 態（c h a r g e d s t a t e )，故荷電液滴與基板之間有鏡像力 (image fore)作用。此鏡像力Fi(N)之大小和喷嘴與基板之間距h ( /zm)之相關（correlation)(Q = l〇_14(c)、石英基板（ε=4·5)之場合）如第7圖所示。由圖可知，此鏡像力在喷嘴與基板之間距愈小時愈大，尤其h在2 0 // m以下時顯著增大。 <微小流量之精密控制> 但，圓筒狀之流路時，且若是粘性流之場合’流量Q 可以下示之哈根-泊肅葉方程式（Hagen-PoiseuiUe equat i on)表示:

(18) 式中，W為流體之粘性；

第23頁 200307577 五、發明說明（20) L為流路’即喷嘴長度（m ); d為流路，即喷嘴之直徑（）· △P為壓力差（Pa)。 ^ 由上式可知，流量Q係與流路之半徑之4乘方成比例故為控制流量，採用微細喷嘴效果較佳。於此式（18)代入式（17)求得之噴出壓△?，得： (19)

此式表示、於直徑d、長度L之噴嘴施加電壓ν時，由喷嘴噴出之流體之流量。此狀態示於第8圖。計算時使用之值分別為L=l〇mm、77=l(mPa .s)、r=72(mN/m)。現設喷嘴之直徑d為先前習用技術之最小值5 〇 # m，而徐徐地施加電壓V，則在電壓1 0 0 0 V時，即開始流體之喷出。此電壓相亩於弟6圖所述之喷出開始電壓。此時，由喷嘴喷出之流 i(m3/s)以Y軸表示。由圖可知，在喷出開始電壓Vc ’即ιοοον時流量忽然陡峻的增大。依此模式計算，在Vc 之稍上方藉由精密地控制電壓時似乎可得微小流量，但由半對數座標圖（semilogarithmic graph)所示之第8圖可

想，實際上係不可能，尤其1 〇-1Gm3/s以下之微小量更是困難實現。另外，採用某直徑d之喷嘴時，最好驅動電壓因由式（14)決定，於是只要是如先前技術，採用直徑5〇 Vm以上之噴嘴，絕難實現i〇-iGmVs以下之微小喷出量或使

第24頁 200307577 五、發明說明（21) 驅動電壓為1000V以下。又，從第8圖可知，直徑25/zm之喷嘴時，驅動電壓 7 0 0 V以下就足夠，直徑1 0 // m之喷嘴時、5 0 0 V以下亦能控制。再說，直徑1 // m之喷嘴時，施加電壓在3 0 0 V以下時仍實現流量控制。以上係對於連續流加以說明，為了使呈液滴狀，乃有必要調動（s w i t c h i n g )，以下就此說明之。依靜電吸引而行之喷出，其要件是使喷嘴端部之流體荷電。荷電之速度係由誘電缓和決定之時間常數（t i m e constant)左右，即 ……(20) 式中：τ為誘電緩和時間（dielectric relaxation time)(sec); ε為流體之比誘電率； σ為導電率（s .nr1)。設流體之誘電率（ej為10及導電率為10_6s/m時，誘電緩和時間（I* )即為τ = 8 . 8 5 4 X 1 0_5 s e c。或設臨界頻率（ critical frequency)為 fc(Hz)時，貝丨J · fc=手……(21)

第25頁 200307577 五、發明說明（22) 若是比此f c為快之頻率之電場變化，則無法響應此變化，以致不可能喷出液體。依上述之例子估算，頻率大約為10kHz左右。 <由荷電液滴實現蒸發的緩和> 微細液滴之場合，由於表面張力的作用，生成之液滴會立刻蒸發，結果即使能生成微小液滴，在其抵達基板前有可能消失掉。然而，若是荷電液滴之場合，荷電後之蒸氣壓力P與荷電前之蒸氣壓PQ及液滴之荷電量Q有下示之關係式，是為一般所悉：

式中，R為氣體常數（J · πιοΓ1 · K_1); Τ為絕對溫度（K ); Ρ為氣體密度（kg/m3); γ為表面張力（mN/m); q為靜電量（C); Μ為氣體之分子量； r為液滴半徑。上示之式（22)可改寫成： .Λ Μ (2γ q2 ^ ιο^ρ^Ρα+Έ^{ν~ϊ^) (23)

第26頁 200307577 五、發明說明（23) 此式表示，液滴荷電時，蒸氣壓減小而變為不易蒸發。此效果，由式（2 3 )右邊之括弧内顯示，液滴愈為微細，效果愈彰顯。本發明係以喷出較先前技術更為微細之液滴為目的，而所採用之技術為令液滴以荷電狀態喷出，以有效的缓和蒸發，並在墨汁溶媒之氣氛下實行該液滴之喷出，從而進一步提升其效果。又，此種氣氛之控制對於喷嘴之阻塞的缓和亦可發揮驚奇的效果。 <藉由電濕效果降低表面張力> 於電極上配置絕緣體，而將電壓施加於滴在該絕緣體上之液體與電極之間時會增大液體與絕緣體之接觸面積，即改進潤濕性；此現象稱為π電濕性π 。此效果在圓筒形之毛細管亦顯現，故亦稱為π電毛細π (

Electrocapillary)效果。由電濕效果產生之壓力Pec (Pa) 與施加電壓、毛細管之形狀、溶液之物性值之間有下式之關係： •(24) Ρ 2ε〇εΓΥ2 ec d 式中，為真空之誘電率（F ε ^為絕緣體之誘電率 t為絕緣體之厚度（m d為毛細管之内徑（m

第27頁 200307577 五、發明說明（24) 設以水作為流體，計算此值，例如計算先前技術（特公昭3 6 - 1 3 7 6 8號公報）之實施例之場合，充其量只不夠是 3 0 0 0 P a ( 0 . 3氣壓），但依本發明於喷嘴之外側配設電極時，可獲相當於3 0氣壓之效果。因有此效果，故縱令使用微細喷嘴，仍可快速的將流體供給至喷嘴先端部。此效果在絕緣體之誘電率愈高及其厚度愈薄時，更為顯著。為了獲取電毛細管效果，雖然需介由絕緣體嚴密的配設電極，但若是有足夠強之電場充分作用於緣緣體之場合，可獲得同樣之效果。於上面之論述中，應予一提者為，本發明之電場強度並非如先前技術之由施加於喷嘴之電壓V及喷嘴與對向電極之間距h決定之電場，而是基於喷嘴先端之局部的集中電場強度。另外，在本發明中重要的是局部之強電場及供給流體之流路具有非常小之導電率。同時流體本身必須在微小面積上充份的荷電（帶電）。此種荷電之微小流體 (液滴）接近於基板等誘電體（介質）或導體時產生鏡像力而直角的朝向基板喷射。以下之實施形態係為了製作上之容易性，使用玻璃毛細管之喷嘴，但本發明不受其限制。【實施方式】次佐以附圖說明本發明之實施態樣。第9圖為本發明之超微細流體喷射裝置之一實施態樣之部分斷面圖。圖中1為超微細徑之喷嘴。為了形成超微細液滴，宜

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適用之喷嘴為有芯玻璃管〔κ·κ· Narishige製，GD-1 (商品名）〕。使用此種有芯玻璃管時，可獲得下述效果： (1)由於芯側（亦即内側）玻璃易被墨汁沾濕，故墨汁之填充較易， (2 )由於芯侧玻璃為親水性，外側玻璃為偏向疏水性，於是在喷嘴端部’墨汁之存在領域大致侷限於芯側玻璃之内徑，結果電場之集中效果更為顯著； (3 ) 可實現喷嘴之微細化；及 (4) 可獲得充分之機械的強度。

第29頁 200307577 五、發明說明（26) 本發明之喷嘴的直徑之下限值，由於製作上設定為 0.01 //m。至於上限則考量第4圖所示之靜電的力大於表面張力時之喷嘴直徑之上限，及第5圖所示之藉局部的電場強度來滿足喷出條件時之喷嘴直徑之上限而設定2 5 // m。為使有效率的進行喷出，喷嘴直徑之上限最好設定為 1 5 // m，尤其為更有效的利用局部的電場集中效果，最好將喷嘴直徑設於0. 01〜8 //m之範圍。，喷嘴1不限使用毛細管，經由微細加工形成之二維花式喷嘴（two dimentional pattern nozzle)亦可。 - 以成形性良好之玻璃形成喷嘴1時，因喷嘴不能作為電極利用，故需於喷嘴1内插裝2條金屬線（例如鎢線）作jp 為電極。另一可行的方法為，用電鍍於喷嘴内壁形成電極。另外，若是以導電性物質形成喷嘴1 ，則需於其上塗覆絕緣材。被喷出之液體3係填充於喷嘴1内，此時電極2須浸潰於液體3中。液體3係由供給源（未圖示）供給。液體3為 · 例如墨汁等溶液。 _ 喷嘴1係藉密封橡膠4及夾緊具5緊定於托架6上。7為壓力調整器，經此壓力調整器7調整之壓力通過耐壓管8傳 · 至喷嘴。上述之喷嘴、電極、密封橡膠、夾緊具、托架及耐壓管均以側斷面圖示於圖中。於靠接喷嘴之先端處配設有由基板支持體14支持之基板13。本發明之壓力調整器7具有可將施加之壓力將液體推

第30頁 200307577 五、發明說明（27) 出喷嘴1之功效之外，尚具有調整導電性（conductance )、將液體填充於喷嘴内以及排除喷嘴之阻塞之功效。同時對於液面的位置之控制及彎液面之形成亦有效。另外，可藉產生電壓波（voltage pulse)及相差（phase difference)控制作用於喷嘴内之液體而確保微小喷出量 ° 圖中，9為電腦，來自此電腦9之喷出信號係輸入任意波形發生裝置1 0中。由該任意波形發生裝置1 0發生之任意波形電壓乃通過高電壓放大器11輸送至電極2。喷嘴1内之 -液體3乃因此電壓而荷電，結果提升喷嘴先端之集中電場強度。如依本實施形態時，如第3圖所示，可達成喷嘴先端部之電場集中效果，及藉此電場之集中效果使液滴荷電而有效利用誘發於對向基板上之鏡像力的作用。因此，不需如先前技術之需要使用導電性基板1 3或基板支持體1 4，或對此基板1 3或基板支持體1 4施加電壓。即，亦可使用絕緣性 · 之玻璃基板、聚亞醯胺等塑膠基板、陶瓷基板及半導體基 β 板等。 · 另外，依本發明，藉由提高集中於喷嘴先端之集中電 · 場強度，因而實現施加之電壓之低電壓化。又，施加於電極2之電壓可為正（+ )，亦可為負 (—)電壓。 ’’ 喷嘴1與基板13之間距h，如第7圖所示，愈近鏡像力愈高，結果液滴的喷著精度隨著增高。但，若係喷著於表

第31頁 200307577 五、發明說明（28) 面有凹凸之基板上時，為了避免基板上之凹凸與喷嘴先端接觸，需保持某程度之間距。考量喷著精度及基板上之凹凸，最好將喷嘴1與基板13之間距h設於5 0 0 0 //m以下。基板上之凹凸少且要求喷著精度時，將間距設於1 0 0 // m以下，最好30//m以下。另外，雖無圖示，最好根據喷嘴位置之檢測實施回饋控制，將喷嘴1與基板1 3之間距保持一定。又，基板亦可載置而保持於導電性或絕緣性之基板支持體上。 - 由上述可知，本發明之實施形態之超微細流體喷射裝置構造簡單，容易實現多喷嘴化。 4 第1 0圖為本發明之另一實施形態之超微細流體喷射裝置之側面中央斷面圖。在喷嘴1之側面部設有電極1 5，其與喷嘴内的液體3之間施加被控制的電壓V 1及V 2。此電極1 5係用以控制電濕效果之電腦。圖中所示為，因電濕效果液體之先端向上移動距離（長度）1 6之模態。如上式（24)所述，有充分之電場作用於構成喷嘴之絕緣體時，縱使無電極亦可期待發生電濕效果。但，在本實施形態中，為了積極的實施控制，使 · 用電極控制喷出。依本實施形態，係以絕緣體構成喷嘴1 ，其厚度為1 //m，喷嘴内徑為2//m，施加之電壓在300V ^ 時，可發生約3 0氣壓之電濕效果。此壓力雖不足以使液體喷出，但有使液體向喷嘴先端部供給之效，喷出可藉電極控制。

第32頁 200307577 五、發明說明（29) 第1 1圖為本發明之一實施形態之喷出開始電壓Vc與喷嘴直徑d之相關圖。使用之液體為日本播磨化成公司製之銀奈米漿液（Nanopaste)，而於喷嘴與基板之間距設為 1 0 0 // m條件下測定者。由圖可知，隨著喷嘴直徑之微小化，喷出開始電壓降低，證明可在比先前技術更低之電壓實現喷出。第1 2圖為本發明之一實施形態之印刷點（p r i n t e d d o t)的直徑與施加的電壓之相關圖。隨著印刷點的直徑d (即喷嘴直徑）之變小，浮現出噴出開始電壓V (即驅動電壓）之降低。由第12圖可知，遠比1000V為低之低電壓即可實現喷出，比先前技術可獲得顯著之效果。即例如使用直徑1 左右之喷嘴時可將驅動電壓降低至200V左右。此結果解決了先前技術之低驅動電壓化的課題，達成裝置之小型化及喷嘴之高密度多數化目的。印刷點的直徑可藉電壓予以控制，同時亦能藉調整施加電壓之脈波寬度予以控制。第13圖表示以Nanopaste作為墨汁印刷之點的直徑（以下稱點徑）及喷嘴直徑（以下稱喷嘴徑）之相關關係。圖中，2 1及2 3表示喷出可能領域，2 2代表良好喷出領域。由圖示可知，為實現微細點之印刷，採用小徑之喷嘴為有效之舉，同時欲獲得與喷嘴徑等同或數分之大小之點徑時，可藉調整各種參數實現。 <操作方式> 次參照第9圖說明上述構成之裝置之動作於下。超微細徑之喷嘴1因使用超微細毛細管，故喷嘴1内之

第33頁 200307577 五、發明說明（30) 液體3之液面會因毛細管現象位置於喷嘴1之先端面的内側。此時，為了使液體3易於喷出，使用壓力調整器7對壓力管8施加靜水壓而將液面調整，使其位置於喷嘴先端附近。此時之壓力乃取決於喷嘴之形狀等，雖然不必施加壓力，但考慮驅動電壓之低減及提昇響應頻率，可施加0 . 1 〜1 M p a左右之壓力。施加過度時，液體會從喷嘴先端溢流而出，但由於喷嘴形狀為圓錐形，受表面張力之作用時過剩的液體不滯留在喷嘴先端而是會快速的向托架6側移動，於是可解除液體阻塞喷嘴先端之原因。 . 在任意波形發生器1 0根據來自電腦9之喷出信號產生直流、脈波或交流之波形的電流。例如N a η 〇 p a s t e之喷出 j 時，可使用單一脈波、交流連續波、直流、交流+直流偏壓等。以下以波形為交流之場合為例加以說明。根據來自電腦9之喷出信號，於任意波形發生器1 0發生交流信號（矩形波、方形波、正弦波、鋸齒波、三角波 · 等）而以臨界頻率f c以下之頻率進行液體之喷出。 _ 液體喷出之條件為喷嘴與基板之間距（L )、施加電壓之振幅（V )、施加之電壓頻率（f )之各函數，對各個函數能 -滿足一定之條件為喷出條件所必需，反之若有任一條件不滿足，則需改變其他參數。 _ 茲依第1 4圖說明之。 •’ 首先，為了喷出，存在有一非達某水準以上之電場否則不會喷出之所謂臨界電場E c 2 6。此臨界電場係隨喷嘴徑

第34頁 200307577 五、發明說明（31) 、液體之表面張力及粘性等而改變之值，在此E c以下時，難以喷出。於臨界電場Ec以上，即喷出可能電場強度時，喷嘴與基板之間距（L )及施加電壓之振幅（V )之間，大致有比例關係存在，即，縮小喷嘴與基板之間距（L )之場合可使臨界施加電壓V減小。反之，將喷嘴與基板之間距L大幅拉開而增大施加電壓V時假如即使可保持相同電場強度，在電暈放電領域2 4 由於電暈放電作用等會使液體之液滴發生破裂。因此，為確保在獲取良好之喷出特性之良好喷出領域，須將上述間 . 距L適當保持，即考慮上述之喷著精度及基板之凹凸，最好保持於500/zm以下。將間距L設為一定且橫過臨界電場境界線（2 6 )設定電壓V 1而切換電壓即可控制流體液滴之喷出。或將電壓設為一定及如第1 4圖所示，設定間距L 1、L 2 並如第1 5圖所示的控制喷嘴1至基板之距離亦可改變作用於液滴之電場而控制液滴之喷出。 · 第1 6圖為本發明之一實施形態之喷出開始電壓與喷嘴 _ 與基板之間距的關係圖。此例係使用播磨化成公司製之銀 Nanopaste作為喷出流體，將喷嘴徑設為2 /zm所測定者。 -由第1 6圖顯示，喷出開始電壓V c隨喷嘴與基板之間距h之增加而增加。結果例如將施加電壓保持在2 8 0 V而將間距h 自2 0 0 // m移動至5 0 0 // m時，由於橫過喷出限界線，故能控餐, 制喷出之開始及停止動作。上面提到將距離（間距）及電壓之任一方固定而控制

第35頁 200307577 五、發明說明（32) 液滴之喷出之場合，將兩者同時控制亦能控制喷出。在能滿足上述之條件，例如利用任意波形發生器1 0發生矩形波而連續改變其振盪數時有某一臨界振盪數fc存在，在f c以上時，不發生喷出。此狀態示於第1 7圖。振蘯數亦有某臨界振盪數存在，而此臨界振盪數係由振盪電壓、喷嘴與基板之間距之外，亦由喷嘴徑、液體的表面張力及粘性等決定。在喷嘴與基板上間距L下如第1 7 圖之f 1及f 2的改變振幅一定之連續矩形波之頻率時，由於從f < f c之良好喷出領域27移動至f > f c之喷出不可能領域，故可控制喷出。如第1 8圖所示，在0 F F時於液體施加與0 N時同樣之振幅之振盪電壓，則液表面受振動，有助於防止喷嘴之阻塞。結果，如上述，改變喷嘴與基板之間距L、電壓V及頻率f之三個參數中之任意一個即可實行ON/OFF控制。第1 9圖顯示本發明之另一實施形態之喷出開始電壓之頻率依存性之圖。此例係以幡磨化成公司製之銀 Nanopaste作為喷出液使用。實驗所用之喷嘴為玻璃製，喷嘴徑為約2 // m。當施加矩形波之效流電壓時，在最初 20Hz之頻率時，高峰至高峰之喷出開始電壓約530V，而此電壓會隨著頻率的增加而增加。因此，在此例之場合，若將施加電壓定為600V之定壓，將頻率由100Hz變化為 1 kHz，則由於橫過喷出開始電壓線，故使喷出從0N狀態轉換至0 F F狀態。即，能藉頻率之調變控制喷出。此時，比

第36頁 200307577 五、發明說明（33) 較實際之印刷結果顯示頻率調變方式比藉施加電壓之大小控制’即振幅控^方式具有遠為優之時間響應性（t丨Μ responsiveness)，尤其在停止後重新開始喷出等時，可獲得良好之印刷結果之顯著效果。此種頻率響應性經考察認為與流體之荷電有關之時間響應，即誘電響應有關連。此可以下式表示： ·.····(2〇)

式中，τ為誘電緩和時間（s e c ) ; ε為流體之比誘電率；σ為流體之導電率（s · πΓ1)。為了達到高響應化，有效的手段為降低流體之誘電率及増高流體之導電率。又，由於交流驅動之場合，可以使正及負荷電之溶液交互地喷出，因此使用絕緣性基板時，可以大幅減小因荷電之蓄積引起之影響，提高喷著位置之精確度及喷出之控制靈活度。

第2 0圖所示為本發明之實施形態之喷出開始電壓；與脈波寬度（pulse width)之相關性。喷嘴為玻璃製，喷嘴徑為約6 /zm，使用流體為幡磨化成公司製銀^110?^1^以及使用矩形脈波，脈波頻率為1 0 H z。由第2 0圖顯示，脈波寬度在5msec以下時，喷出開始電壓之增加顯者。由此可知，銀Nanopaste之緩和時間r為約5msec。為提而嘴出之響應性，提高流體之導電率及降低誘電率乃一有效之舉。 <阻塞之防止及排除>

第37頁 200307577 五、發明說明（34) 喷嘴1先端之清潔之方法包括：於喷嘴内施加高壓同時使基板1 3與喷嘴1先端接觸，把固化之溶液擦著於基板 13上，或接觸於基板13上，利用作用於喷嘴1先端與基板間之微小間隙之毛細管力清除。另外亦可於填充溶液前，將喷嘴1浸泡於溶劑中，利用毛細管力使少量之溶劑進入喷嘴1内，以迴避最初之喷嘴阻塞。又使喷嘴1浸入滴落於基板1 3上之溶劑中，並同時施加壓力或電壓·等亦為有效。可用之溶劑雖依溶劑種類而有異，但一般使用低蒸氣壓、高沸點之溶劑，例如二曱苯等。如往後所述，電壓之施加採用交流驅動方法時，不但可對喷嘴内之溶液產生攪拌效果獲得均質性，同時溶劑與溶質（s ο 1 u t e )之荷電性顯著不同之場合，交互的喷出比溶液之平均組成含有過剩量之溶劑之液滴及含有過剩量之溶質之液滴，即可緩和喷嘴之阻塞。另外，配合溶液之性質使溶劑及溶質之荷電特性、極性及脈波寬度最佳化即可抑制組成之經時變化，長期間維持安定之喷出特性。 <描繪位置之調整> 於X - Y-Z台（X - Y-Z stage)上配置基板支持器，用其操作基板13之位置為最可取之方式，但相反地，於X-Y-Z 台上配置喷嘴1亦可。喷嘴1與基板1 3之間距係用位置微調整器調整為適當距離。

第38頁 200307577 五、發明說明（35) 又，喷嘴之位置調整則可根據雷射測距計測出之距離資料，利用閉環控制移動Z軸台即可以1 # m以下之精度保持於一定。 <掃描方式> 依習知之光棚掃描方式形成（描繪）連續線條時，常會因喷著位置精度之不足或喷出不良招致描繪之電路斷裂而變為不連續。為此，在本實施形態中除光栅掃描（ raster scanning)外尚採用向量掃描（vect〇r scanning) 。關於使用單一喷嘴之喷墨裝置，藉向量掃描法實行電路之描晝本身己見載於例如S · B · F u 1 1 e r等人，微電機系統月刊第11卷第1期第54頁（2002年）。在光栅掃描時使用新開發之一種能在電腦晝面上對話式的指定描畫位置之控制軟體。又，向量掃描時亦只通過讀入向量貧料檔案（vector data file)即可自動的描晝複雜之圖案。光柵掃描可適宜採用一般藉印字機實行之方式。又’向量掃描方式則可適宜採用用於一般描繪器 (plotter )之方式。例如’假設使用Sigma光機公司製造之SGSP-2 0-3 5 (XY)及Mark 204控制器’並以National Instrument 製之作為控制軟體而自己製作移動台（stase)而將該移曰=i夕ί速度調整於1 "m/sec〜lmm/sec之範圍内獲得 1取义〜1 η ίΓ晝之場合’若是用光拇掃描’使移動台以 m m之節距移動’同時使與該移動連動，即可藉貫仃噴出。又，右疋使用向量掃描，則根據向

第39頁 200307577 五、發明說明（36) 量資料可使移動台連續移動。在此使用之基板可為玻璃、金屬（銅、不銹鋼等）、半導體（矽）、聚醯亞胺、聚對苯二曱酸乙烯酯等。 <基板表面狀態之控制> 以往在聚醯亞胺基板上使用金屬超微粒子（例如幡磨化成製之Nanopaste )等實施描晝圖案時，往往會因聚醯亞胺之親水性引起奈米（Nano)粒子圖案之崩潰，無法形成微細線條之圖案。同樣之問題亦產生於使用其他種基板上。為迴避此問題，以往係用例如鹵素電漿處理等利用界面能（interface energy)之處理，於基板上預先描畫親水性、疏水性等領域之方法。惟，依此方法需要在基板上預先實行圖案處理，故使直接描晝電路圖案之喷墨法之優點無法充份發揮。為此，於本實施例中，使用旋轉塗佈法於基板上均句塗敷一層薄薄的聚乙烯酚（PVP)之乙醇溶液形成表面改質層來解決以往之問題。PVP對Nanopaste之溶媒（十四燒') 係可溶性。將N a η 〇 p a s t e喷墨時，N a η 〇 p a s t e之溶媒會在累之喷著位置浸蝕上述表面改質層之P VP層，在噴著位胃置墨& 汁不會擴散而整潔的安定化。噴墨後，在約2 〇〇。<：下加熱去除溶媒，並予以燒結即可使其當作金屬電極加以使用“'。依本發明之上述形態之表面改質法時，不因上述熱處理而受影響，且不會對Nano paste，即對其導電性有任何不影響。又 <1 200307577 五、發明說明（37) 〈使用超微細流體喷射裝置之描畫例〉第2 1圖表示使用本發明之超微細流體喷射裝置（即喷墨裝置）形成超微細點（s u p e r f i n e d 〇 t s )之一例。圖 (照片）係於石夕基板上配置螢光色素分子之水溶液而以 3 // m間隔印字者。第2 1圖之下圖所示為與上圖同一比例大小者，圖中所示標度（graduation)中大標度為1〇〇、小標度為1 0 /z m，由圖顯示，可以將1 // m以下，即可將亞微細粒（s u b m i c r ο η )之微小點有規則的配列。詳細觀察容或可看到一些點間隔有不均衡之處，但此為原因於定位所用之台（stage)之反動（backrush)等機械精度所導致

者。由本發明裝置喷出之液滴因係超微細，故雖依墨汁所用之溶劑的種類而有別，但液滴可於喷著於基板之瞬間當場被固定。此時之乾燥速度與習知技術形成之數i 〇 // in大小之液滴的乾燥速度相比顯著為快。此乃因液滴之微細化，蒸氣壓顯著增高使然。使用壓電方式等之習知技術時，極難，甚至無法形成如本發明之微細點 '，同時由於喷著精度差，需預先在基板上實行親水性、描畫（patterning)(例如 H. Shiringhaus ；//1= 第 2 9 0 ^2 月5 日（mo)，第 2123_2126頁）。 ’ 由於預備處理為必須，結果喪失可在基板上1 ^之墨法之利點…本發明引用上述

升位置精度。了更進步徒路圖案之一例在此，使用之溶液為一種代表性導電性 rmt發：：超微細流體噴射裝置描

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分子之聚對亞苯基亞乙烯（PPV)的可溶性衍生物之meh〜 PP V。以線寬約3 # m，線與線的間隔1 0 # m描晝。厚度為、 3 0 0 nra。使用流體喷射裝置描畫電路圖案本身為習知Ί列約如s己載於H· Shiringhaus等人之Science第280卷，第2123頁（ 2 0 0 0 )或下田達也之Material stage，第？矣第8號第1 9頁（2 0 0 2 )中。卷第2 3圖為顯示使用本發明之超微細流體噴射裝置描查之電路圖案之另一例。使用N a η 〇 p a s t e描晝線條本身為纪載於例如大東良一等人之M a t e r i a 1 s t a g e，第2卷第8號第 1 2頁（2 0 0 2 )中。此例使用之溶液為金屬銀超微粒子（ Nanopaste，幡磨化成製），以線寬3· 5，，線間隔r 5 描畫。Nanopaste為於粒徑數nm的獨立分散金屬超微粒子中混合特殊添加物調製成者，在室溫下粒子不會互相結合，稍提升溫度即會於遠比組成金屬的融點為低之溫度下起燒結。描晝後，於約2 0 0 °C下施行熱處理即獲得銀之細線圖案，此電路經確認，具良好之導電性。第2 4圖為使用本發明之超微細流體喷射裝置描晝之碳奈米管（carbon nanotube)及其前驅體（precursor)以及觸媒排列之例子之顯微鏡照片。使用流體喷射裝置（噴墨裝置）形成上述之碳毫微管、其前軀體及觸媒排列之技藝己見載於H. Ago 等人之 Applied Physics Letters，第 82 卷第8 1 1頁（2 0 0 3 )中。碳奈米管觸媒為使用界面活性劑將鐵、鈷、鎳等過渡元素之超微粒子分散於有機溶劑等中而調成者。含過渡元素之溶液，例如氯化鐵之溶液亦同樣可

第42頁 200307577 五、發明說明（39) 。觸媒以點徑約20 //ra、間隔75 描畫。描晝後依習知法在乙炔及不活性氣體的混合氣流中反應而在該部分選擇的生成碳奈米管。經如此形成之奈米管陣列（Nan〇tube array)可利用其優點之電子放出性應用於電解放出型顯示裔之電子束（electron beam)或電子元件等用途。 & e ^圖為使用本發明之超微細流體喷射裝置描畫形成审二其V Ξ瓷及其前驅體之圖案之一例。使用之溶媒為2"" ί =以點徑50 、點間隔100 "ra描晝。另外可 5格子狀的排列，或用向量掃摇描畫三角格 2 /m ~50 I $ 。另外，可藉調整電壓或波形獲得點徑 ΊΛ 邊15,、寬之微細圖案。體構』，並ΐ f液滴之運動能，可形成如第2 5圖所示之立其應用於致動器及記憶陣列等。電性高分子之聚。使用之溶液為代表性導 -PPV (聚〔1%亞氧\亞5乙f2(，ppD的可溶性衍生物之 t暴亞歸）。所描畫之線寬為3x/m，展庐糸^qnnnm 第26圖所示為偏光顯微鏡照片，3 :厚度為約3〇〇二。者，在直交之影像上有明暗部分= =C_r〇八ssed n1C〇le攝影。導電性ή公；+ 係顯不分子向線方向定向二聚（3-己基售吩）〕、作為有機電子u (、〇 ^ f f如此描晝成之圖案可有機配線及光導波路等使用。有關導

200307577 五、發明說明（40) 電性高分子之圖案描畫本身為習知，例如記載於村田和廣之 Material stage ，第 2 卷第 8 號第 2 3 頁（2 0 0 2 )及K ·

Murata 及Η· Yokoyama ^Proceedings of the Ninth International Display Workshops, (2002)第445 頁中。第2 7 ( a )及（b )圖係使用本發明之超微細流體喷射器使南分子及其前驅體高定向化之一例的示意圖。此喷出流體之液滴3 2非常的小，因此喷著於基板上後立刻蒸發，溶解於溶媒之溶質（導電性南分子）便凝縮而固化。由喷出流體形成之液相領域會隨著喷嘴之移動而移動，此時因在固液界面產生顯著之移流聚集效果，實現高分子34之高定向化。以往此種高定向化皆藉擦摩法（rubbing)實現，故極難作局部的定向。又，第2 7 ( b )圖係表示，藉喷墨法印刷形成線等，繼之使用超微細流體喷射裝置只喷出溶媒3 2使定向之一例的示意圖。因此，對欲定向的部分局部的喷出溶媒並使喷嘴31多次來回移動即可藉由固液界面33產生之移流聚集效果及區域融化（ζ ο n e m e 11 )使可溶性高分子3 6 秩序化而定向。此種現象及結果已經由使用Μ Ε Η - P P V之對二曱苯溶液、氣仿溶液、二氣笨溶液等之實驗證實。第2 8圖為使用本發明之超微細流體喷射裝置進行區域純化（zone ref ini ng)之一例的示意圖。有關物質在固液界面移動之現象本身己見載於例如R.D. Deegan等人之

Nature，第389及827頁（1997)。與第27(a)及（b)圖之說明中所述同樣，例如在高分子圖案等上使用超微細流體喷射裝置一邊喷出溶媒3 5 —邊移動噴嘴使液相領域移動，則會

第44頁 200307577 五、發明說明（41) 因溶解度之差異引起不純物3 8溶入液相領域3 7中，結果噴嘴移動後’不純物溶質濃度減少。此恰與無機半導體之精製上所用之區域融化及區域純化具同樣效果。對此，習知技術在無機半導體之精製時，係藉熱實行部分的溶解而本實施例則藉喷射流體實行部分的溶解，因此本發明具有可在基板上實行精製之一大特色。

第2 9圖為使用本發明之超微細流體喷射裝置實行微細，粒控制（處理）之一例的示意圖。圖中3 1為喷嘴、4 〇為微細液相領域、4丨為溶媒喷液。在薄水膜上有局部發生水之蒸發時會從周圍向該蒸發部分激遽流入溶液，由此液流導致粒子之聚集，此已為人熟知之所謂”移流聚集效果 d f a g g i n g e f f e c t ) π 。因此，使用超微細流體喷射裝置控制而使此種液流發生即可實現矽粒等微細粒子3 9之操作控制。有關移流聚集本身己見載於例如S·丨· Matsushi ta等" 人之Langmuir，14 第 6441 頁（1998)。 <超微細流體喷射裝置之適用例> (1)輕敲式喷印

第30 (a)〜30 (g)圖中所示為使用本發明之超微細流體、射裝置實行輕敲式喷墨（t a p p i n g )之一例的一說明圖。將噴嘴1垂直對準基板13且可上下動作的支持，以供接觸及離開基板1 3。上述之上下輕敲動作由致動器實行。使噴嘴1接觸基板1 3即可描晝微細精確之圖案。例如使用懸臂（c a n t i 1 e v e r )式之喷嘴時，可將 Narishige公司製之gd - 1型玻璃毛細管力口熱拉引，然後借

第45頁 200307577 五 U發明說明（42) 助加熱器將其先端部彎曲數十微米^ “）制用螢光色素（將z e b r a公司製之螢光筆用黑、、^^作。溶液使右者）。施加單一電壓脈波或交流電堡等& 十稀釋1 0倍左至矽基板上，由喷嘴對基板進行螢光色素之^懸臂被吸引此方法之特徵為使用適當之溶液時/、—印刷。酚之乙醇溶液之如第3 〇 ( a )〜（e )圖所示之妒_使用聚乙烯與噴嘴1接觸時施加直流電壓，溶液即在 ’於基板1 3 著喷嘴1之上昇，可形成如第3 〇 ( g )圖所示内凝縮，、隨第3 1圖為使用本發明之超微細流體噴立體構造。輕敲式喷墨形成立體構造印刷圖案之—、^置，藉實行使用之溶液為聚乙烯酚（PVP)之乙醇溶液、厂片。此例中直徑2 /zm之圓杈狀，高達約3〇〇，並。形成之構造為 f =物以25 "mx 75 之格子狀排列。=功的使此立體 =如$形成之立體構造物以樹脂便一提，例製造以往用機械切削加工難以作為鑄模使用，臧細賀嘴等。 1取之微細構造物或第(32;(半f觸式喷印眚私* # 、c )圖為使用本發明之翻他4 實仃+接觸式噴起锨、、、田k體噴射裝置毛細管形狀的噴二之吏用時通常將微細之保持，則當施力先端彎曲9°度而橫向可以喷嘴1先;ΐ間之靜電力使喷嘴1接觸於』之大致同一大小的細度在基板丨3上進行描 200307577 五、發明說明（43) 畫圖案。此例係靠靜電力，但利用磁力、馬達及壓電等積極的方法應視為可行。第3 2 ( a )圖為僅在習知之接觸式喷印所需要之步驟，表示於版上轉印目的物質之步驟。即，施加脈波電壓後，如第3 2 ( b )圖所示，毛細管（喷嘴）即開始下移而與基板 1 3接觸，此時毛細管先端之喷嘴部1帶有溶液。接觸後如第3 2 ( c )圖所示，因作用於喷嘴1及基板1 3間之毛細力，溶液便朝向基板1 3側移動。此時喷嘴1之阻塞也排除。喷嘴1 係通過溶液而與基板1 3接觸，並非直接接觸，在此狀態之喷印稱為”半接觸式喷印”，不會引起喷嘴之磨耗損失。如上所述，習知之靜電吸引式喷墨由於施加於喷嘴之電壓及喷嘴與基板（或喷嘴與對向電極）間之距離產生之電場引起液體（墨汁）表面之不安定為條件。另外，習知之喷墨方式難採用1000V以下之驅動電壓。對此，本發明係以習知之靜電吸引式喷墨之喷嘴徑以下之喷嘴為對象，將喷嘴内徑界定於0.01 〜25 //m範圍，藉之提高集中於喷嘴先端之集中電場強度而使施加之電壓低電壓化。開發此種喷嘴乃基於下述之識見： 1 )愈是微細之喷嘴，喷嘴先端部之電場集中效果愈高 (可達成低電壓化目的）； 2 )愈是微細之喷嘴，導電率愈低（可提高喷出量之控制性）； 3) 利用電場加速液滴（可提高喷著位置之精確度）； 4) 利用鏡像力（可對絕緣性基板實施印刷）；

第47頁 200307577 五、發明說明（44) 提高喷出確度）；成之超微液滴化及之驅動電現習知靜之低導電性。 5 )利用誘電響應效果（增進電場集中效果及控制性）； 6 )利用荷電緩和蒸發（可增進喷著位置之精 7 )利用電濕效果（可提高喷出力）。茲歸納本發明之優點如下： (1 ) 可用超微細喷嘴實現習知喷墨法難以形細點。 (2 ) 可實現習知喷墨法難以一併實現之微細高喷著精度。 (3 ) 可實現習知靜電吸引式喷墨法難以達成壓降低。 (4)因驅動電壓低且構造簡單，故較容易實電吸引式喷墨法難以實現之高密度多喷嘴化。 (5 ) 可以省略對向電極。 (6) 性液體。 (7) (8) (9) 可使用習知靜電吸引式喷墨法難以使用因採用微細喷嘴，故可增進電壓之控制可以實現習知喷墨法難以形成之厚膜。嘴内之溶故可將喷則更可實因用電絕緣材形成喷嘴及將電極可被喷液浸泡狀的配設，或藉蒸鍍在喷嘴内形成電極，嘴當作電極利用。另外，若於喷嘴外側設置電極行根據電濕效果之喷出控制。 (1 0 ) 若以玻璃製之微細毛細管作為喷嘴時，可容易實現低導電化。

第48頁 200307577 五、發明說明（45) (11)由於將低導電率之流路接續於喷嘴，咬本身作成低導電率之形狀’因而能實現超微細液_ 1嘴嘴 (1 2 )能使用玻璃基板等絕緣性基板，同時又^匕。電性材料基板作為基板使用。可將導 (13)由於將喷嘴與基板之間距設為5 〇〇 # m ^ -V ^ U U U /X 111 > to 部接 =邊提高喷著精度一邊避免喷嘴先端與基板上之因此可觸。 w 上 > 4 )將基板載置於導電性或絕緣性之基板承# 之場合，可使基板之裳卸變為更容易。敬表戟的實^電於率喷Λ内整之。流體（溶液）施加壓力時，可輕易之特:二)，使可用使任喷意^ (V) - J :體之組成之時間變動最小化。及電壓而改;點任的以施加之任音、。之任一者。心波形電壓可為直流、脈波形、交流 (1 9 )利用交流驅氣實行安定之喷出。動，可以減少喷嘴之阻塞，能持續 (2 0 )利用交流驗叙最小化，從而提升嗜可使絕緣性基板上之電荷蓄積 (2 1 )利用交流、驅^度及喷出控制性。滲出等現象控制於最小’可使基板上之點（d 01)的擴開及 (22) 藉頻率之調變控制噴嘴之開閉（0N/0FF)，因而

第49頁 200307577 五、發明說明（46) 可提高轉換（switching)特性。 (2 3 ) 藉在一定領域驅動施加於喷嘴之任意波形電壓，因而可利用靜電的力實行流體之喷出。 (2 4 ) 施加之任意波形電壓在7 0 0 V以下時可用直徑 25/zm之喷嘴控制喷出，又在500V以下時可用直徑10/zm之喷嘴控制喷出。 (2 5 ) 將喷嘴與基板之距離設為一定而藉控制施加之任意波形來控制流體液滴的喷出，則不需改變喷嘴與基板之間距即能控制流體液滴的喷出。 . (2 6 ) 將施加之任意波形設為一定而藉控制喷嘴與基板之間距來控制流體液滴的喷出，則不需改變電壓即能控¥ 制流體液滴之喷出。 (2 7 ) 藉控制喷嘴與基板之間距及施加之任意波形來控制流體液滴的喷出，即能在任意的間距及電壓下實行流體液滴之喷出之開閉（0N/0FF)控制。 (2 8 ) 施加之任意波形為交流時，籍控制該交流電壓 · 之頻率（振動數）來控制喷嘴端面之流體之彎液面形狀而控制液體液滴之喷出即可獲得良好之印刷。 ‘ (29) 藉由可包挾由ί=σ/27τε代表之頻率之頻率f · 調變進行開閉（0 N - 0 F F )喷出控制，則在一定之喷嘴與基板之間距L下，可由頻率之調變實行喷出之控制。 (3 0 )用單一脈波喷出時，施加時間常數（t i m e 錢’ c ο n s t a n t ) r以上之脈寬△ t即可形成液滴。 (3 1 ) 將驅動電壓施加時之每單位時間之流量設定為

第50頁 200307577 五、發明說明（47) 1 0_1Gm3/ s以下時，可精密的控制喷出之微小流量。 (3 2 ) 用以形成電路圖案時，可以微細的線寬形成具有微細間隔之電路圖案。 (3 3 ) 用以形成金屬超微粒子之電路圖案時，可形成具有良好之導電性之細線圖案。 (34) 用以形成碳奈米管（carb〇n nanotube)及其前驅體以及觸媒陣列（catalyst array)時，可由觸媒之配置在碳奈米管等基板上局部的生成。 (35) 用以形成高介電陶瓷（dielectric ceramics)及-其前驅體之圖案時，可形成能應用於驅動器等之立體構造。如 (36) 用於高分子及其前驅動體之高定向化時，可形成高分子之定向高階構造。 (37) 用於區域精製（ζοη0 refining)時，由於能在基板上提純，故能藉區熔法使溶質中之不純物濃縮。 (38) 用於微珠操縱（microbeads manipulation)則可 * 操縱矽粒等微小珠粒等。 (39) 使喷嘴對基板積極放液（active tapping)，可描畫微紗之圖案。 . (4 0 )用以形成立體構造時，可形成微細之立體構造〇 " (4 1 )使喷嘴對基板傾斜的配置時，可實行半接觸式印刷。 (4 2 )採用向量掃描方式描畫連續線條時，電路幾乎

第51頁 200307577 五、發明說明（48) 不發生呈斷續狀態。 (4 3 ) 採用光柵掃描時，可用掃描線表示一張之畫像〇 (44) 利用施轉塗佈將PVP乙醇溶液塗敷於基板上，可改質基板表面。 <產業上之利用可能性> 以上所述之本發明超微細流體喷射裝置可實現先前技 _ 術之喷墨法所難用超微細喷嘴實現之超微細點的形成，故可利用於點（d 〇 t )之形成、金屬微粒子之電路描晝，強介 -電陶瓷圖案之描畫以及導電性高分子定向形成等多種用途。 ⑩

第52頁 200307577 圖式簡單說明【圖式簡單說明】第1 ( a)圖為使用習知之靜電吸引式喷墨方法因電氣流體力學的不安定性所引起之靜電抽絲現象之成長原理以模式表示之說明圖。第1 ( b )圖為不引起靜電抽絲現象時以模式表示之說明圖。第2圖係根據習知之喷墨技術之設計指南計算之喷出所必要之電場強度與喷嘴直徑之關係線圖。第3圖為說明本發明之喷嘴之電場強度之計算模式圖〇第4圖表示本發明之表面張力壓力（Ps)及靜電壓力 (P e )與喷嘴直徑（d )之關係之一例的曲線圖。第5圖表示本發明之喷出壓力（ΔΡ)與喷嘴直徑（d)之關係之一例的曲線圖。第6圖表示本發明之喷出臨界電壓（Vc)與喷嘴直徑（d) 之關係之一例的曲線圖。第7圖表示於本發明之荷電液滴與基板之間作用之鏡像力（F i )與喷嘴與基板之間距（h )之關係之一例的曲線圖〇第8圖表示由本發明之喷嘴喷出之流體流量與施加電壓（V )之關係之一例的曲線圖。第9圖為本發明之第一實施形態之超微細流體喷射裝置之說明圖。第1 0圖為本發明之另一實施形態之超微細流體喷射裝置之說明圖。

第53頁 200307577 圖式簡單說明第1 1圖為本發明之第一實施形態之喷出開始電壓（Vc) 與喷嘴直徑（d )之關係曲線圖。第1 2圖表示本發明之第一實施形態之印刷之點（do t) 直徑（d )與施加電壓（V )之關係曲線圖。第1 3圖表示本發明第一實施形態之印刷之點直徑（d) 與喷嘴直徑（d )之關係曲線圖。第1 4圖表示本發明第一實施形態之超微細流體喷射裝置之根據喷嘴與基板之間距（L )與施加電壓（V )之關係之喷出條件之說明圖。胃第1 5圖為本發明第一實施形態之超微細流體喷射裝置之根據喷嘴與基板之間距（L )之喷出條件之說明圖。第1 6圖為本發明之第一實施形態之喷出開始電壓（V) 與喷嘴與基板之間距（L )之關係曲線圖。第1 7圖為本發明第一實施形態之超微細流體喷射裝置之根據間距（L )與頻率（f )之關係之喷出條件之說明圖。第1 8圖為本發明第一實施形態之超微細流體喷射裝置 -之交流電壓控制模式圖。第1 9圖為本發明第一實施形態之喷出開始電壓（V c )與 ‘ 頻率之關係曲線圖。 - 第2 0圖為本發明第一實施形態之喷出開始電壓與頻率之關係曲線圖。第2 1圖為使用本發明超微細流體喷射裝置形成之超微細點之一例的照片。第2 2圖為使用本發明超微細流體喷射裝置描晝之電路

第54頁 200307577 圖式簡單說明圖案之一例之照片。第2 3圖為使用本發明超微細流體喷射裝置描晝之金屬超微粒子之電路圖案之一例之照片。第2 4圖為使用本發明超微細流體喷射裝置描畫之奈米管及前驅體以及觸媒排列之一例之照片。第2 5圖為使用本發明超微細流體喷射裝置描晝之強介電陶瓷及其前驅體之圖案之一例的照片。第2 6圖為使用本發明超微細流體喷射裝置使高分子及其前驅體高定向化之一例之照片。第2 7 ( a )、（ b )圖為使用本發明超微細流體喷射裝置使高分子及其前驅體高定向化之說明圖。第2 8為使用本發明超微細流體喷射裝實行區域純化之說明圖。第2 9圖為使用本發明超微細流體喷射裝置實行微細珠粒控制之說明圖。第3 0 ( a )〜（g )圖為使用本發明超微細流體喷射裝置實行輕敲式噴墨之說明圖。第3 1為使用本發明超微細流體喷射裝置，藉實行輕敲式喷墨形成立體構造之一例之照片。第3 2 ( a )〜（c )圖為使用本發明超微細流體喷射裝置實行半接觸式喷印之一例之說明圖。【符號說明】 1 ......喷嘴 2 ......電極 3 ......溶液（液體） 4 ......密封橡膠

第55頁 200307577 圖式簡單說明 7 9 11 14 失緊具調整器電腦南電壓放大器支持體 6 8 10 13 15 托架而寸壓管任意波形發生裝置基板電極

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Claims

200307577 六、申請專利範圍 1. 一種超微細流體喷射裝置，其係於靠近供給溶液之超微細徑之喷嘴的先端配置基板，同時於該喷嘴内之溶液施加任意波形電壓而將超微細徑之流體液滴喷著於該基板表面者，其特徵乃在將該喷嘴之内徑設為0.01〜25 //m，藉之提高集中於喷嘴先端之集中電場強度，使施加之電壓低電壓化。形第料圍材範緣利絕專電請由申係如嘴 2喷該中置裝射喷體流細微超之項其喷被可極將且成液溶之為極成形内嘴喷於等鍍蒸或鍍由藉或置配的。狀徵濕特浸其 3.如申請專利範圍第1項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴係由電絕緣材料形成，且於該喷嘴内插置電極或形成鍍膜，同時於該喷嘴之外側設置電極為其特徵。 4 ·如申請專利範圍第1〜3項之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴為玻璃製之微細毛細管。 5 ·如申請專利範圍第1〜4項之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴連接有一低導電性之流路，或將該喷嘴本身形成為低導電性之形狀為其特徵。 6 ·如申請專利範圍第1〜5項之任一項之超微細流體喷

第57頁 200307577 六、申請專利範圍射裝置，其中該基板係由導電性材料或絕緣性材料製成。 7·如申請專利範圍第1〜6項之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴與該基板之間距為5 0 0 // m以下。 8. 如申請專利範圍第1〜5項之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該基板係載置於導電性或絕緣性之基板支承體上。 9. 如申請專利範圍第1〜8項之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴内之溶液係可被施加壓力。 1 0 .如申請專利範圍第1〜9項之任一項之超微細流體喷射裝置，其中施加之電壓為1000V以下。 1 1 .如申請專利範圍第2〜1 0項之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴内電極或該喷嘴外侧電極係施加有任意波形電壓。 1 2.如申請專利範圍第1 1項之超微細流體喷射裝置，其係設置有一任意波形電壓發生裝置，用以發生該施加用之任意波形電壓。 1 3.如申請專利範圍第1 1或1 2之超微細流體喷射裝置

第58頁 200307577 六、申請專利範圍，其中該施加用之任意波形電壓為直流。 1 4.如申請專利範圍第1 1或1 2之超微細流體喷射裝置，其中該施加用之任意波形電壓為脈衝波形。 1 5.如申請專利範圍第1 1或1 2之超微細流體喷射裝置，其中該施加用之任意波形電壓為交流。 1 6 .如申請專利範圍第1 1〜1 5之任一項之超微細流體 -喷射裝置，其中該施加於喷嘴之任意波形電壓V (伏特）係於下式代表之領域驅動 #

其中：r為流體表面張力（N/m); 為真空之介質常數（F/m) ; · d :喷嘴口徑（m ); . h :喷嘴與基板之間距（m ); k :依喷嘴形狀決定之比例常數，設（1 · 5 < k -<8· 5 )。 1 7.如申請專利範圍第1〜1 6之任一項之超微細流體喷射裝置，其中施加之任意波形電壓為7 0 0 V以下。

第59頁 200307577 六、申請專利範圍 1 8 ·如申請專利範圍第1〜1 6之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該施加之任意波形電壓為5 0 0 V以下。 1 9 ·如申請專利範圍第1〜1 8之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴與基板之間距係設為一定，藉控制上述施加之任意波形電壓，控制流體液滴之喷出。 2 〇 ·如申請專利範圍第1〜1 8之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該施加之任意波形電壓係設為一定，藉控制上述喷嘴與基板之間距，控制流體液滴之喷出。 2 1 ·如申請專利範圍第1〜1 8之任一項之超微細流體喷射裝置，其中藉控制該喷嘴與基板之間距及上述施加之任意波形電壓，以控制流體液滴之喷出。 2 2 ·如申請專利範圍第1〜1 8之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該施加之任意波形電壓為交流，藉控制該交流電壓之振動數，控制喷嘴端面之流體的彎液面形狀，以控制流體液滴之喷出。 2 3 ·如申請專利範圍第1〜2 2之任一項之超微細流體喷射裝置，其中實行控制喷出時之動作頻率係藉由可包挾下式 f = σ / 2 7Γ ε

第60頁 200307577 六、申請專利範圍代表之頻率f (Hz)調變以進行開閉（on-of f)喷出控制其中σ代表流體之導電率（S · 1 πτ1) ; ε代表流體之相對誘電率。 2 4 ·如申請專利範圍第1〜2 2之任一項之超微細流體喷射裝置，其中藉單一脈衝喷出時，係施加由下式 τ 8 •(20) « 決定之時間常數7：以上之脈衝寬度△ t，其中ε代表流體之比誘電率；σ代表流體之導電率 (S · nr1) 〇 2 5.如申請專利範圍第1〜2 2之任一項之超微細流體喷射裝置，其中在圓筒狀之流路流體流量Q為 Q= 47rcf 2ε,Ψ rfL Μ r .(19) 時，將驅動電壓施加時之每單位時間之流量設定1 0_1Gm3/ 以下；式中d代表流路之直徑（m ); 7?為流體之粘性係數 Pa .s) ;L為流路之長度（m) ; ε。為真空之誘電率（F ·πτ

第61頁 200307577 六、申請專利範圍 );V為施加電壓（V ) ; r為流體之表面張力（N · ΠΓ1) ; k為依喷嘴形狀決定之比例常數（1 · 5 < k < 8 · 5 )。 2 6 ·如申請專利範圍第1〜2 5之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於電路圖案之形成。 2 7.如申請專利範圍第1〜2 5之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於金屬超微粒子之電路圖案之形 _ 成。 - 2 8 ·如申請專利範圍第1〜2 5之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於碳奈米管及其前驅體，以及觸媒配列之形成。 2 9 .如申請專利範圍第1〜2 5之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於強誘電性陶瓷及其前驅體之圖 · 案形成。 3 0 .如申請專利範圍第1〜2 5之任一項之超微細流體喷 · 射裝置，其中該裝置係用於高分子及前驅體之高定向化。 3 1 .如申請專利範圍第1〜2 5之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於區域純化。

第62頁 200307577 六、申請專利範圍 3 2 ·如申請專利範圍第1〜2 5之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於微滴控制。 3 3.如申請專利範圍第1〜3 2之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該喷嘴係對基板積極喷射流體者。 3 4.如申請專利範圍第3 3項之超微細流體喷射裝置，其中該裝置係用於立體構造之形成。 3 5 ·如申請專利範圍第1〜3 2之任一項之超微細流體噴射裝置，其中該喷嘴係對基板傾斜的配置。 3 6 ·如申請專利範圍第1〜3 5之任一項之超微細流體喷射裝置，其中電路圖案之描繪係採用光譜掃描法。 3 7.如申請專利範圍第1〜3 5之任一項之超微細流體喷射裝置，其中電路圖案之描繪係採用光棚掃描法。 3 8 ·如申請專利範圍第1〜3 7之任一項之超微細流體喷射裝置，其中該基板係用旋轉塗敷法將聚乙烯酚（pvp)之乙醇溶液塗佈其上而改質其表面。

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