WO2018131917A1 - 인쇄 전자 프린팅 장비 - Google Patents

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WO2018131917A1
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head
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holder
single nozzle
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English (en)
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최의근
이대용
장대해
최승환
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주식회사 피에스
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    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
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    • H05K2203/01—Tools for processing; Objects used during processing
    • H05K2203/0104—Tools for processing; Objects used during processing for patterning or coating
    • H05K2203/013—Inkjet printing, e.g. for printing insulating material or resist

Definitions

  • the present invention relates to printed electronic printing equipment, and more particularly, to an all-in-one printed electronic printing equipment capable of patterning various inks using one printing equipment.
  • ink jet technology With the development of ink jet technology, the range of applications from office use to printed electronics such as electronic parts and display manufacturing is expanding. As these inkjets have expanded their range of application as manufacturing processes, unlike office inkjet equipment, there is a need for precise control of the size of ink drops and technology for precisely discharging them within a few micrometers at a desired position. . Unlike conventional semiconductor processes, the inkjet technology can be processed without wasting expensive materials and can be easily enlarged. Therefore, studies are being actively conducted to apply inkjet to mass production processes in the electronic printing field.
  • line widths of about 1 to 30 ⁇ m can be achieved using electro-hydrodynamic inkjet printing (EHD) or large line widths or coatings can be achieved using inkjet or electro-spray techniques.
  • EHD electro-hydrodynamic inkjet printing
  • large line widths or coatings can be achieved using inkjet or electro-spray techniques.
  • the conventional printed electronic equipment has a limitation in that each of the printing equipment according to the method in order to implement the EHD, drop-on-demand, electronic spray, near-field electrospinning method.
  • each of the printing equipment according to the method in order to implement the EHD, drop-on-demand, electronic spray, near-field electrospinning method there was a problem that printing cannot be performed using inks having different viscosities in one printing equipment.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, and provides an all-in-one type of printed electronic printing apparatus capable of patterning various inks using one printing apparatus.
  • the present invention provides an all-in-one type of printed electronic printing device capable of realizing various line widths and realizing patterning using inks having various viscosities.
  • the discharge head portion having at least one nozzle capable of drop-on-demand or continuous printing by ejecting ink droplets;
  • a jetting observation unit provided at one side of the nozzle to observe ink droplets discharged from the nozzle;
  • An illumination unit provided at the other side of the nozzle to provide illumination to the jetting observation unit;
  • An alignment observer configured to observe an alignment state between the nozzle and the substrate;
  • a fluid supply part supplying ink to the nozzle, wherein the discharge head part may include a single nozzle head part and a multi-nozzle head part provided separately from the single nozzle head part.
  • the single nozzle head part includes a head holder provided in a holder mounting part installed in printing equipment and a single nozzle detachably attached to the head holder, and the nozzle is a holding part inserted into a mounting hole of the head holder. And a nozzle unit inserted into the at least one of the head holder or the nozzle, or electricity or heat may be applied to the substrate.
  • the single nozzle head portion includes a head holder provided in a holder mounting portion installed in printing equipment and a single nozzle detachably attached to the head holder, and the head holder may be mounted with any one of an EHD head or a microfab head. have.
  • the EHD head can be printed on any one of drop-on-demand printing, electronic spinning or electronic spraying.
  • the multi-nozzle head portion may include a mount into which the multi-nozzle is inserted and mounted, an adapter mounted to the mount but provided on one side of the multi-nozzle, and a fixing bolt fixing the multi-nozzle to the mount.
  • the fluid supply unit may include at least one of a syringe pump or a pneumatic control module.
  • the fluid supply unit may constantly control the flow rate of the fluid supplied or control the pressure of the fluid supplied.
  • the single nozzle head portion and the multi-nozzle head portion are supplied with inks having different physical properties, respectively, and the syringe pump controls the flow rate of the fluid constantly when the ink viscosity is large, or when the electronic spray or continuous inkjet printing is performed.
  • the pneumatic control module may control the pressure of the fluid supplied when drop-on-demand printing or inkjet printing is performed.
  • the printed electronic printing device can pattern various inks using a single device, thereby eliminating the trouble of having to provide various types of printing equipment.
  • the printed electronic printing device does not need to include the equipment or the nozzles, respectively, according to the viscosity of the ink because the printing is possible in one printing device even when using a variety of different inks.
  • Printed electronic printing equipment is provided with a single nozzle and a multi-nozzle, respectively, since different inks can be injected into the single nozzle and the multi-nozzle, so that various patterning processes can be implemented at low cost in a short time.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a printed electronic printing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 and 3 illustrate main parts of the printed electronic printing apparatus according to FIG. 1.
  • FIG. 4 and 5 are views illustrating a single nozzle head portion of the printed electronic printing apparatus according to FIG. 1.
  • 6 to 9 are diagrams showing modifications of the single nozzle head unit according to FIGS. 4 and 5.
  • FIGS. 10 is a photograph showing an example of use of the single nozzle head unit according to FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 11 is a photograph showing an example of a single nozzle used in the single nozzle head unit according to FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 12 and 13 are views illustrating a multi-nozzle head portion of the printed electronic printing apparatus according to FIG. 1.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a printed electronic printing equipment according to an embodiment of the present invention
  • Figures 2 and 3 are views showing the main parts of the printed electronic printing equipment according to Figure 1
  • Figures 4 and 5 6 shows a single nozzle head portion of the electronic printing equipment according to FIG. 1
  • FIGS. 6 to 9 show a modification of the single nozzle head portion according to FIGS. 4 and 5
  • FIG. 11 is a photograph showing an example of a single nozzle used in the single nozzle head portion according to FIGS. 4 and 5
  • FIGS. 12 and 13 are views of the printed electronic printing equipment according to FIG. It is a figure which shows a multi-nozzle head part.
  • the printed electronic printing device 100 includes at least one nozzles 300 and 170a capable of ejecting ink droplets to perform drop-on-demand or continuous printing.
  • a jetting observation unit 130 provided at one side of the nozzles 300 and 170a to observe ink droplets discharged from the nozzles 300 and 170a;
  • An illumination unit 150 provided on the other side of the nozzles 300 and 170a to provide illumination to the jetting observation unit 130;
  • An alignment observation unit 140 for observing an alignment state between the nozzles 300 and 170a and the substrate 111;
  • an illumination unit (not shown) for providing illumination to the alignment observation unit 140 for observing the alignment state of the ink pattern and fluid supply units 160 and 190 for supplying ink to the nozzles 300 and 170a.
  • the printed electronic printing equipment 100 is configured in the form of a linear stage capable of position control of the substrate 111 on the base frame 101
  • Jetting observation unit 130 for observing the discharge state of the discharge head portion 120, 170 based on the alignment observation unit 140 provided to face the jetting observation unit 130 may be included.
  • the multi-nozzle jetting observer 180 for observing the discharge state of the ink discharged from the multi-nozzle head unit 170 may be further provided on the base frame 101.
  • the discharge heads 120 and 170 may be connected to the X stages 102 and 103 and the Z stages 106 and 107 and may be connected to an XZ plate 109 that may linearly move along the X and Z axis directions. That is, the discharge heads 120 and 170 may control the distance between the nozzle and the substrate, the discharge position, and the like while moving in the X and Z-axis directions together with the XZ plate 109.
  • the syringe pump 160 to be described later may be provided on the XZ plate 109 to be detachably attached to one side of the XZ plate 109.
  • the first fluid storage may be connected to the syringe pump 160 or the single nozzle head 120.
  • the unit 119 may be provided.
  • a pneumatic control module 190 may be provided on the base frame 101 to face one side of the base frame 101, preferably the first fluid storage unit 119, and the pneumatic control module 190 may be provided with a pneumatic control module 190.
  • a second fluid storage unit 118 connected to the control module 190 may be provided.
  • the ink used for printing may be stored in the first and second fluid storage units 119 and 118. Also, the ink can be moved to the tip end.
  • the storage unit frame 119a may be attached to one side of the XZ plate 109, and the first fluid storage unit 119 may be connected to the storage unit frame 119a.
  • the alignment observation unit 140, the lighting unit 150, the discharge head unit 120, the jetting observation unit 130, and the syringe pump 160 are all connected to the XZ plate 109, the XZ plate 109 is connected to the XZ plate 109. It can move in the X and Z directions together.
  • the alignment observer 140 may photograph and observe the substrate 111.
  • the alignment observer 140 may calculate a spaced offset distance between the alignment observer 140 and the discharge heads 120 and 170 and use the discharge heads 120 and 170. You can precisely control or determine the position of.
  • the alignment observer 140 may be connected to the image transmitter 141, and the image transmitter 141 may be fixed to the support frame 142 fixed to the XZ plate 109.
  • the single nozzle head unit 120 of the lighting unit 150 and the discharge head unit is detachably mounted to the holder mounting unit 124.
  • the holder mount 124 may be fixed to the XZ plate 109.
  • the lighting unit 150 may be mounted to the lighting frame 151 connected to the holder mounting unit 124.
  • the holder mounting portion 124 is formed with a slot 125 along its longitudinal direction, in which the lighting frame 151 can be mounted, and can be adjusted to an up and down position. Connection of the lighting frame 151 and the holder mounting portion 124 may be implemented by a bolt (not shown).
  • the single nozzle head part 120 may be detachably connected to the holder mounting part 124.
  • One side of the holder mounting portion 124 may be provided with a syringe pump (syringe pump, 160) for controlling the fluid, such as ink supplied to the single nozzle 300 of the single nozzle head portion 120.
  • a syringe pump syringe pump, 160
  • the syringe pump 160 is one of the fluid supply units, and serves to control the flow rate of the fluid such as ink supplied to the single nozzle 300 constantly.
  • the syringe pump 160 includes a pump body 161 which is detachably attached to the XZ plate 109, a guide slot 162 formed in the center of the pump body 161 in the vertical direction, and a guide slot ( The syringe pressing unit 163 attached to the 162 and movable in the vertical direction along the guide slot 162, the syringe support unit 164 provided below the syringe pressing unit 163, and the syringe support unit 164 provided below It may include a syringe detachable portion (165).
  • one side of the pump body 161 is pressed and fixed by the bolt portion 167 and the bolt portion 167 for mounting the pump body 161 to the XZ plate 109 and integrally with the pump body 161.
  • the fixed rod 166 may be further formed.
  • the structure of the syringe pump 160 will be described in more detail with reference to FIG. 3.
  • the syringe pressing portion 163 moving up and down along the guide slot 162 may have a piston seating groove 163a in which a piston (not shown) of a syringe (not shown) in a syringe shape is seated.
  • the syringe support portion 164 may be formed with a syringe seating groove 164a on which a syringe body (not shown) is placed.
  • the syringe detachable part 165 may be hinged to one side rotatable to the pump body 161. 3, the left end of the syringe detachment unit 165 may be lifted to be separated from the pump body 161, and the right end of the syringe detachment unit 165 may be hinged to the pump body 161. .
  • an elastic return member (not shown) may be provided between the syringe detachment portion 165 and the pump body 161 to return the syringe detachment portion 161 to a closed state.
  • a syringe seating groove 165a in which the syringe body is placed may be formed on an inner surface of the syringe detachable part 165.
  • a lower support portion 168 may be provided below the syringe detachable portion 165 to support a stepped portion (ie, a portion into which a needle is inserted, not shown) at the bottom of the syringe body.
  • the lower support part 168 may have a support groove (not shown) in which the fluid tube mounting part (not shown) of the syringe body is placed.
  • the fluid tube (not shown) connected to the fluid tube mounting part is connected to the single nozzle 300 to supply fluid such as ink contained in the syringe body to the single nozzle 300.
  • the jetting observation unit 130 is mounted on the XZ plate 109 and has the same curvature at the center portion of the arc frame 133 and the arc frame 133 having a predetermined curvature.
  • the through-shaped arc slot 134 may include a movable part 131 moving along the arc slot 134 and a photographing part 132 provided in the movable part 131 to obtain a jetting image.
  • two movable parts 131 and a photographing part 132 are shown in FIG. 2, these are shown to illustrate that the movable part 131 and the photographing part 132 move along the arc slot 134. will be. Therefore, the movable unit 131 and the photographing unit 132 are preferably provided one by one.
  • the jetting observation unit 130 photographs the discharge image from the side of the single nozzle head 120 or the multi-nozzle head 170. Can be used for observation or nozzle setup.
  • the multi-nozzle head unit 170 may be formed in front of the jetting observer 130, that is, the position facing the XZ plate 109 based on the jetting observer 130.
  • the multi-nozzle head unit 170 is a mount 171 into which the multi-nozzle 170a is inserted and mounted, the adapter 176 and the multi-nozzle mounted on one side of the multi-nozzle 170a. It may include a fixing bolt 172 for fixing the 170a to the mount 171. Fixing bolts 172 may be provided at both ends of the longitudinal direction of the multi-nozzle 170a. The fixing bolt 172 may be fastened to fix the multi-nozzle 170a and the adapter 176 to the mount 171.
  • the multi-nozzle jetting observation unit 180 mentioned above may be provided at one side of the multi-nozzle head unit 170 to photograph or monitor the jetting state of the ink discharged from the multi-nozzle 170a.
  • the discharge head portion 120, 170 of the printed electronic printing equipment 100 is provided separately from the single nozzle head portion 120 and the single nozzle head portion 120
  • the nozzle head 170 may be included.
  • the head holder 121 may be fixed to the holder mounting part 124 by a connecting member 126 fitted into the slot 125 of the holder mounting part 124.
  • the connection member 126 may be a bolt or a screw or the like to facilitate the connection and separation of the head holder 121 and the holder mounting portion 124.
  • the slot 125 of the holder mounting unit 124 may be connected to an illumination unit 150 that illuminates ink droplets (drops) discharged to the single nozzle head unit 120 or the substrate 111.
  • the lighting unit 150 is provided at one side of the single nozzle head 120 to illuminate the end of the single nozzle 300 or the surface of the substrate 111.
  • the lighting unit 150 may be connected to one end of the lighting frame 151, and the lighting unit 150 may be connected to the lighting frame 151 in a form in which pivoting is possible with respect to one end of the lighting frame 151. Thus, the lighting unit 150 may adjust the position or angle at which the light shines.
  • the lighting frame 151 may be connected to the holder mount 124. To this end, a guide hole 152 may be formed through the other end of the lighting frame 151.
  • the slot 152 of the lighting frame 151 and the slot 125 of the holder mounting portion 124 overlap each other so that the connecting member 153 is inserted into the slots 152 and 125 so that the lighting frame 152 and the holder mounting portion 124 are overlapped. Can be connected to each other.
  • the lighting unit 150 may be formed to allow height or position adjustment along the slot 152. In other words, by loosening the fastening state of the holder mounting portion 124 and the lighting frame 151 by turning the connecting member 153, the tightening of the connecting member 153 after adjusting the position, height or angle of the lighting frame 151. .
  • a slot 125 for fastening the head holder 121 and a slot 125 for fastening the lighting frame 151 are preferably formed.
  • the slot 125 on which the head holder 121 is mounted is formed below the slot 125 on which the lighting frame 151 is mounted, and both of them are formed separately.
  • two slots 125 may be integrally formed in the holder mounting part 124.
  • the head holder 121 is formed through the head holder 121 and is formed at one side of the head mounting portion 204 and the head holder 121 on which the head of the single nozzle 300 is mounted.
  • the power line 201 may include a power connector 205 to which the power line 201 is connected.
  • the head holder 121 may be formed with a slit 206 for communicating the head mounting portion 204 and one end of the head holder 121 and a slit adjusting member 122 for adjusting a gap between the slit 206.
  • reference numeral “203” denotes a mounting hole formed through the head holder 121 and may be used to mount a heater (not shown) on the head holder 121.
  • the single nozzle head portion 120 of the printed electronic printing device 100 may be equipped with various types of single nozzles as well as electro-hydraulic ink jet nozzles.
  • FIG. 6 and 7 illustrate a single nozzle head portion 120 when a single nozzle for an electrohydraulic ink jet is attached.
  • One side of the head holder 121 may have a first seating surface 208 on which the holder mounting part 124 is seated and a second seating surface 209 formed to form a step with the first seating surface 208.
  • the second seating surface 209 reduces its width further than the first seating surface 208 to prevent the lighting unit 150 from interfering with the head holder 121.
  • a protrusion 207 may be formed at one end of the first seating surface 208 adjacent to the second seating surface 209.
  • the protrusion 207 may function to guide the holder mounting portion 124 not to be out of the first seating surface 208 or to guide the initial position when the holder mounting portion 124 is mounted.
  • An electrode head 302 formed of a material to which electricity or heat for an electrohydrodynamic inkjet may be applied may be mounted to the head mounting part 204.
  • the electrode head 302 is preferably formed of a metal.
  • the electrode head 302 has a shape in which a large cylindrical portion and a small cylindrical portion 303 are disposed in the vertical direction, and an ink injection tube 304 may be formed through the center of the electrode head.
  • the single nozzle 300 is fitted to the small cylindrical portion 303.
  • a discharge tip 301 may be formed at the end of the single nozzle 300.
  • the single nozzle 300 may be supplied with air to spray ink discharged from the discharge tip 301.
  • the single nozzle head 120 is printed by an electro-spray method.
  • electricity or heat may be applied to at least one of the head holder 121 or the nozzle 300, or electricity or heat may be applied to the substrate 111.
  • FIGS. 6 and 7 illustrate a case in which a single nozzle 400 of another type is mounted unlike FIGS. 6 and 7.
  • the shape of the head holder 121 is the same as that of FIGS. 6 and 7, and thus, repeated description of the head holder 121 is omitted.
  • the head of the single nozzle 300 shown in FIGS. 6 and 7 is an EHD (electro-hydraulic) head, while the head of the single nozzle 400 of FIGS. 8 and 9 is a microfab head. 8 and 9, since the single nozzle 400 is smaller than the head mounting portion 204, the head adapter 402 is inserted into the head mounting portion 204, and the single nozzle 400 is inserted into the head adapter 402. Done.
  • EHD electro-hydraulic
  • the head adapter 402 includes a large cylindrical portion and a small cylindrical portion 403 formed thereunder.
  • the mounting hole 404 into which the single nozzle 400 is inserted may be formed at the center of the head adapter 402.
  • the large cylindrical portion of the head adapter 402 is preferably mounted on the head mounting portion 204 in a slightly interference fit manner, and the cutout portion 405 and one side of the head mounting portion 204 are formed to be fixed so that the interference fit is possible. Can be.
  • FIG. 10 is a photograph showing an example of use of the single nozzle head portion 120 of the printed electronic printing device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • a fluid tube T1 connected to the syringe pump 600 may be connected to the upper end of the single nozzle 500 mounted to the head holder 121, or a fluid tube (not shown) may be connected through the first fluid storage unit 119.
  • the side of the single nozzle 500 may be connected to the air tube (T2) for injecting air.
  • the single nozzle 500 illustrated in FIG. 10 may perform electronic spray printing.
  • FIG. 11 is a photograph of the single nozzle 500 of FIG. 10.
  • the single nozzle 500 is inserted into the head mounting portion 204 of the head holder 120.
  • a separate adapter 506 may be provided. That is, the adapter 506 may be inserted into the head mounting unit 204 first, and the single nozzle 500 may be mounted in the adapter 506.
  • a discharge tip 501 may be provided at a lower end of the single nozzle 500, and a fluid injection part 503 connected to the fluid tube T1 may be provided at the upper end of the single nozzle 500.
  • the outer surface of the fluid injection portion 503 may be formed with a screw portion 502 for the connection of the fluid tube (T1).
  • the air injection part 504 to which the air tube T2 is connected may be formed at the side of the single nozzle 500.
  • Grooves 508 may be formed on the adapter 506 to expose the air injection portion 504, and curved portions 507 may be formed on both sides of the grooves 508.
  • the printed electronic printing device 100 includes a single nozzle head 120 and drop-on-demand by mounting various types of single nozzles 300, 400, and 500 on the single nozzle head 120. Either printing, electronic spinning or electronic spraying is possible.
  • the syringe pump 160 may be connected to supply a fluid such as ink to the single nozzles 300, 400, and 500.
  • the fluid tube T1 connected to the syringe pump 160 may be connected.
  • the syringe pump 160 may constantly control the flow rate of the fluid such as ink supplied to the single nozzles 300, 400, and 500.
  • the syringe pump 160 functions to control or maintain a constant flow rate of a fluid such as ink in continuous ink jet printing, printing using highly viscous ink, and electro-spray. DC voltage must be used for this purpose.
  • the syringe pump 160 may control the flow rate of the fluid constantly when the ink viscosity is large, or when the electronic spray or continuous inkjet printing is performed.
  • the printed electronic printing equipment 100 includes not only the single nozzle head 120 but also the multi-nozzle head 170. 12 and 13 illustrate a multi-nozzle head portion 170.
  • the multi-nozzle head 170 is a mount 171 into which the multi-nozzle 170a is inserted and mounted, and an adapter 176 and a multi-nozzle provided to one side of the multi-nozzle 170a. It may include a fixing bolt 172 for fixing the 170a) to the mount (171). Fixing bolts 172 are provided on both sides in the longitudinal direction of the multi-nozzle 170a, and fix the multi-nozzle 170a and the adapter 176 to the mount 171. The outside of the fixing bolt 172 is provided with a bracket 178 may be fastened to the mount (171).
  • the air pressure port 177 may be mounted to the mount 171.
  • the pneumatic port 177 may be used to purge or suction the ink discharged from the multi-nozzle 170a or to make a meniscus in the ink.
  • a pneumatic control module 190 may be connected to the multi-nozzle head unit 170 to discharge ink using the multi-nozzle head unit 170.
  • the pneumatic control module 190 may control the pressure of the fluid supplied in the case of drop on demand printing or inkjet printing using the multi-nozzle head unit 170. In the case of inkjet printing, the pneumatic control module 190 may control the pressure of the fluid to apply negative pressure.
  • the pneumatic control module 190 may be connected to a single nozzle 300 of the electro-hydraulic ink jet to control the pressure of the fluid, in the case of the electro-hydraulic ink jet, the pressure of the fluid to take a positive pressure Can be controlled.
  • the printed electronic printing device 100 includes the single nozzle head 120 and the multi-nozzle head 170, respectively, the single nozzle head 120 and the multi-nozzle. Inks having different physical properties may be supplied to the nozzle head 170 to discharge ink at the same position within a short time.
  • the single nozzle head 120 and the multi-nozzle head 170 may be injected with ink having different physical properties such as different viscosities, and the nozzle positions of the single nozzle head 120 and the multi-nozzle head 170, respectively. May be calibrated by the alignment observer 140 or the like to jet ink of different physical properties to the same or desired position within a few seconds. At this time, the amount of the drop is controlled by the ejection drop of the ink.
  • the printed electronic printing device 100 includes a fluid supply unit, and as described above, the fluid supply unit may include at least one of the syringe pump 160 or the pneumatic control module 190.
  • the syringe pump 160 may be used as the fluid supply or the pneumatic control module 190 may be used.
  • the pneumatic control module 190 may be used.
  • inkjet and drop-on-demand electrohydrodynamic inkjets require a pneumatic control module 190.
  • the inkjet is controlled by negative pressure, and in the case of electrohydraulic inkjet, the positive pressure is controlled.
  • the constant flow rate control is performed using the syringe pump 160.
  • the syringe pump 160 for constant flow rate control is used.
  • the printed electronic printing device 100 can pattern various inks using a single device.
  • a single nozzle head portion and a multi-nozzle head portion for electro-hydraulic (EHD) inkjet and inkjet (single nozzle) are separately provided.
  • EHD electro-hydraulic
  • NFES near-field electrospinning
  • electro-spray electro-spray, and the like may be implemented through one device 100.
  • the printed electronic printing device 100 may implement patterning of various line widths.
  • an electro-hydraulic inkjet may be used for patterning having a small line width of about 1 to 30 ⁇ m, and an inkjet or electronic spray may be used for large line width and coating.
  • inks of various viscosities It is also possible to use inks of various viscosities. For example, drop-on-demand printing using inks of viscosity 1-100 cP or near-field electrospinning (NFES) using inks of 100-1000 cP Printing can be achieved with one all-in-one printed electronic printing machine.
  • NFES near-field electrospinning

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  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비는, 잉크 방울이 토출되어 드랍온디맨드 또는 연속 프린팅을 할 수 있는 적어도 하나의 노즐을 구비한 토출헤드부; 상기 노즐의 일측에 마련되어 상기 노즐에서 토출되는 잉크방울을 관측하는 제팅 관측부; 상기 노즐의 타측에 마련되어 상기 제팅 관측부에 조명을 제공하는 조명부; 상기 노즐과 기판의 정렬 상태를 관측하는 정렬 관측부; 및 상기 노즐에 잉크를 공급하는 유체공급부;를 포함하며, 상기 토출헤드부는 단일노즐헤드부 및 상기 단일노즐헤드부와 별개로 구비된 멀티노즐헤드부를 포함할 수 있다.

Description

인쇄 전자 프린팅 장비
본 발명은 인쇄 전자 프린팅 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 프린팅 장비를 사용하여 다양한 잉크를 패터닝할 수 있는 올인원(All-in-One) 형태의 인쇄 전자 프린팅 장비에 관한 것이다.
잉크젯(Ink jet) 기술이 발전함에 따라 사무용에서부터 전자 부품 및 디스플레이 제조 등 인쇄 전자 분야로의 응용 범위가 넓어지고 있다. 이러한 잉크젯이 제조 공정으로서 응용 범위를 넓혀감에 따라 사무용 잉크젯 장비와 달리 잉크방울(ink drop)의 크기를 정밀하게 제어하는 것과 원하는 위치에 수 마이크로 미터 이내의 정밀도로 정밀하게 토출시키는 기술이 필요하다. 이러한 잉크젯 기술은 기존의 반도체 공정과 달리 비싼 재료를 낭비하지 않고 공정이 이루어질 수 있으며 대형화가 용이하기 때문에, 특히 전자 인쇄 분야에서 잉크젯을 양산 공정에 적용하려는 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.
한편, 잉크젯 기술을 이용하여 다양한 잉크를 패터닝하려는 요구가 커지고 있다. 예를 들면, 전기수력학적(EHD; Electro-hydrodynamic) 잉크젯 프린팅 기법을 이용하여 1~30㎛ 정도의 선폭을 구현하거나 잉크젯 또는 전자스프레이(electro-spray) 기법을 이용하여 큰 선폭 또는 코팅을 구현할 수 있다.
또한, 다양한 점도(viscosity)를 가지는 잉크를 이용하여 다양한 패터닝을 구현하려는 요구도 있다. 예를 들면, 점도 1~100cP의 잉크를 이용하여 드롭온디맨드(Drop on Demand) 프린팅을 하거나 점도 100~1000cP의 잉크를 이용하여 근접장 전기방사법(near-field electrospinning, NFES)에 의한 프린팅을 할 수 있다.
그러나, 종래의 인쇄 전자 장비는 EHD, 드롭온디맨드, 전자스프레이, 근접장 전기방사법을 구현하기 위해서는 해당 방식에 따른 프린팅 장비를 각각 구비해야 하는 한계가 있었다. 또한, 하나의 프린팅 장비에서 점도가 다른 잉크를 사용하여 프린팅을 할 수 없다는 문제도 있었다. 뿐만 아니라 하나의 프린팅 장비에서 단일노즐과 멀티노즐을 모두 사용하여 프린팅을 할 수 없다는 문제도 있었다.
따라서, 본 출원인은, 상기와 같이 문제를 해결하기 위해서 올인원 인쇄 전자 프린팅 장비에 대한 기술을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는 한국등록특허 제10-1348024호(등록공고일 2014. 01. 06.)가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 하나의 프린팅 장비를 이용하여 다양한 잉크를 패터닝할 수 있는 올인원 형태의 인쇄 전자 프린팅 장비를 제공한다.
본 발명은 다양한 선폭을 구현할 수 있고 다양한 점성을 가진 잉크를 이용하여 패터닝을 구현할 수 있는 올인원 형태의 인쇄 전자 프린팅 장비를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비는, 잉크 방울이 토출되어 드랍온디맨드 또는 연속 프린팅을 할 수 있는 적어도 하나의 노즐을 구비한 토출헤드부; 상기 노즐의 일측에 마련되어 상기 노즐에서 토출되는 잉크방울을 관측하는 제팅 관측부; 상기 노즐의 타측에 마련되어 상기 제팅 관측부에 조명을 제공하는 조명부; 상기 노즐과 기판의 정렬 상태를 관측하는 정렬 관측부; 및 상기 노즐에 잉크를 공급하는 유체공급부;를 포함하며, 상기 토출헤드부는 단일노즐헤드부 및 상기 단일노즐헤드부와 별개로 구비된 멀티노즐헤드부를 포함할 수 있다.
상기 단일노즐헤드부는 프린팅 장비에 설치되는 홀더 장착부에 제공되는 헤드 홀더 및 상기 헤드 홀더에 탈부착 가능하게 구비되는 단일노즐을 포함하고, 상기 노즐은 상기 헤드 홀더의 장착공에 삽입되는 홀딩부 상기 홀딩부에 삽입되는 노즐부를 포함하며, 상기 헤드 홀더 또는 상기 노즐 중 적어도 하나 또는 상기 기판에는 전기 또는 열이 인가될 수 있다.
상기 단일노즐헤드부는 프린팅 장비에 설치되는 홀더 장착부에 제공되는 헤드 홀더 및 상기 헤드 홀더에 탈부착 가능하게 구비되는 단일노즐을 포함하고, 상기 헤드 홀더에는 EHD 헤드 또는 마이크로팹 헤드 중 어느 하나가 장착될 수 있다.
상기 EHD 헤드는 드롭온디맨드 프린팅, 전자스피닝 또는 전자스프레이 중 어느 하나의 프린팅이 가능하다.
상기 멀티노즐헤드부는 멀티노즐이 삽입 및 장착되는 마운트, 상기 마운트에 장착되되 상기 멀티노즐의 일측에 마련되는 어댑터 및 상기 멀티노즐을 상기 마운트에 고정하는 고정볼트를 포함할 수 있다.
상기 유체공급부는 시린지 펌프 또는 공압 제어 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 유체공급부는 공급되는 유체의 유량을 일정하게 제어하거나 공급되는 유체의 압력을 제어할 수 있다.
상기 단일노즐헤드부 및 상기 멀티노즐헤드부에는 각각 다른 물성을 가지는 잉크가 공급되며, 상기 시린지 펌프는 잉크의 점성이 크거나 전자스프레이 또는 연속 잉크젯 프린팅을 하는 경우에 유체의 유량을 일정하게 제어하고, 상기 공압 제어 모듈은 드롭온디맨드 프린팅 또는 잉크젯 프린팅을 하는 경우에 공급되는 유체의 압력을 제어할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비는 하나의 장비를 이용하여 다양한 잉크를 패터닝할 수 있기 때문에, 여러 형태의 프린팅 장비를 구비해야 하는 번거로움을 해소할 수 있다.
본 발명에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비는 점성이 다른 다양한 잉크를 이용하는 경우에도 하나의 프린팅 장비에서 인쇄가 가능하기 때문에 잉크의 점성에 따라 장비를 각각 구비하거나 노즐을 각각 구비할 필요가 없다.
본 발명에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비는 단일노즐과 멀티노즐을 각각 구비하는데, 단일노즐과 멀티노즐에 각각 서로 다른 잉크를 주입할 수 있기 때문에 보다 다양한 패터닝 공정을 짧은 시간에 저비용으로 구현할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비의 요부를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비의 단일노즐헤드부를 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 9는 도 4 및 도 5에 따른 단일노즐헤드부의 변형예를 도시한 도면이다.
도 10은 도 4 및 도 5에 따른 단일노즐헤드부의 사용예를 보여주는 사진이다.
도 11은 도 4 및 도 5에 따른 단일노즐헤드부에 사용되는 단일노즐의 일례를 보여주는 사진이다.
도 12 및 도 13은 도 1에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비의 멀티노즐헤드부를 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비를 개략적으로 도시한 사시도, 도 2 및 도 3은 도 1에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비의 요부를 도시한 도면, 도 4 및 도 5는 도 1에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비의 단일노즐헤드부를 도시한 도면, 도 6 내지 도 9는 도 4 및 도 5에 따른 단일노즐헤드부의 변형예를 도시한 도면, 도 10은 도 4 및 도 5에 따른 단일노즐헤드부의 사용예를 보여주는 사진, 도 11은 도 4 및 도 5에 따른 단일노즐헤드부에 사용되는 단일노즐의 일례를 보여주는 사진, 도 12 및 도 13은 도 1에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비의 멀티노즐헤드부를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비(100)는, 잉크 방울이 토출되어 드랍온디맨드 또는 연속 프린팅을 할 수 있는 적어도 하나의 노즐(300,170a)을 구비한 토출헤드부(120,170); 상기 노즐(300,170a)의 일측에 마련되어 상기 노즐(300,170a)에서 토출되는 잉크방울을 관측하는 제팅 관측부(130); 상기 노즐(300,170a)의 타측에 마련되어 상기 제팅 관측부(130)에 조명을 제공하는 조명부(150); 상기 노즐(300,170a)과 기판(111)의 정렬 상태를 관측하는 정렬 관측부(140); 잉크 패턴의 정렬 상태를 관측하는 정렬 관측부(140)에 조명을 제공하는 조명부(미도시) 및 상기 노즐(300,170a)에 잉크를 공급하는 유체공급부(160,190);를 포함할 수 있다.
보다 자세하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비(100)는 기판(111)의 위치제어가 가능한 리니어 스테이지 형태로 구성되어 베이스 프레임(101) 상에 설치된 Y 스테이지(104,105), 기판홀더(112)의 상부에 위치하도록 구비되는 토출헤드부(120,170), 상기 Y 스테이지(104,105)에 형성되어 프린팅 대상물 또는 기판(111)이 놓이는 기판홀더(112), 토출헤드부(120,170)의 높이를 조절하는 Z 스테이지(106,107), X축 방향을 따라 토출헤드부(120,170)의 위치를 제어하는 X 스테이지(102,103), 토출헤드부(120,170)의 일측에 마련되어 잉크의 토출 상태를 관측하는 제팅 관측부(130), 토출헤드부(120,170)를 기준으로 제팅 관측부(130)와 마주 보도록 제공되는 정렬 관측부(140)를 포함할 수 있다.
한편, 베이스 프레임(101) 상에는 멀티노즐헤드부(170)에서 토출되는 잉크의 토출 상태를 관측하는 멀티노즐 제팅 관측부(180)가 더 마련될 수도 있다.
토출헤드부(120,170)는 X 스테이지(102,103) 및 Z 스테이지(106,107)에 연결되어 X 및 Z축 방향을 따라 선형적으로 움직일 수 있는 XZ플레이트(109)에 연결될 수 있다. 즉, 토출헤드부(120,170)는 XZ플레이트(109)와 함께 X 및 Z축 방향으로 움직이면서 노즐과 기판 사이의 거리, 토출 위치 등을 제어할 수 있다.
XZ플레이트(109)에는 후술하는 시린지 펌프(160)가 탈부착 가능하게 마련될 수 있는데, XZ플레이트(109)의 일측에는 시린지 펌프(160) 또는 단일노즐헤드부(120)와 연결되는 제1 유체저장부(119)가 마련될 수 있다.
한편, 베이스 프레임(101)의 일측, 바람직하게는 제1 유체저장부(119)와 마주 보도록 베이스 프레임(101) 상에는 공압 제어 모듈(190)이 마련될 수 있는데, 공압 제어 모듈(190)에는 공압 제어 모듈(190)과 연결되는 제2 유체저장부(118)가 마련될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 유체저장부(119,118)에는 프린팅에 사용되는 잉크가 저장될 수 있다. 또한, 잉크를 팁 끝까지 이동시킬 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, XZ플레이트(109)의 일측에 저장부프레임(119a)이 부착되고, 상기 저장부프레임(119a)에 제1 유체저장부(119)가 연결될 수 있다. 또한, 정렬 관측부(140), 조명부(150), 토출헤드부(120), 제팅 관측부(130), 시린지 펌프(160) 모두 XZ플레이트(109)에 연결되어 있기 때문에 XZ플레이트(109)와 함께 X 및 Z방향으로 움직일 수 있다.
정렬 관측부(140)는 기판(111)을 촬영 및 관측할 수 있으며, 정렬 관측부(140)와 토출헤드부(120,170) 사이의 이격된 오프셋 거리를 계산하고 이를 이용하여 토출헤드부(120,170)의 위치를 정확하게 제어하거나 결정할 수 있다.
정렬 관측부(140)는 이미지전송부(141)에 연결되고, 이미지전송부(141)는 XZ플레이트(109)에 고정된 지지프레임(142)에 고정될 수 있다.
조명부(150) 및 토출헤드부 중 단일노즐헤드부(120)는 홀더 장착부(124)에 탈부착 가능하게 장착된다. 홀더 장착부(124)는 XZ플레이트(109)에 고정될 수 있다.
조명부(150)는 홀더 장착부(124)에 연결되는 조명 프레임(151)에 장착될 수 있다. 홀더 장착부(124)에는 그 길이방향을 따라 슬롯(125)이 형성되는데, 이 슬롯(125)에 조명프레임(151)이 장착될 수 있으며, 위 아래 위치로 조정할 수 있다. 조명프레임(151)과 홀더 장착부(124)의 연결은 볼트부(미도시)에 의해서 구현될 수 있다.
홀더 장착부(124)에 단일노즐헤드부(120)가 탈부착 가능하게 연결될 수 있다.
홀더 장착부(124)의 일측에는 단일노즐헤드부(120)의 단일노즐(300)에 공급되는 잉크 등의 유체를 제어하는 시린지 펌프(syringe pump, 160)가 마련될 수 있다.
시린지 펌프(160)는 유체공급부의 하나이며, 단일노즐(300)에 공급되는 잉크 등의 유체의 유량을 일정하게 제어하는 기능을 하게 된다. 보다 자세하게 설명하면, 시린지 펌프(160)는 XZ플레이트(109)에 탈부착 가능하게 마련되는 펌프본체(161), 펌프본체(161)의 가운데 부분에 상하방향으로 형성된 가이드슬롯(162), 가이드슬롯(162)에 부착되어 가이드슬롯(162)을 따라 상하방향으로 움직일 수 있는 시린지 가압부(163), 시린지 가압부(163)의 아래쪽에 마련된 시린지 지지부(164), 시린지 지지부(164)의 아래쪽에 마련된 시린지 탈착부(165)를 포함할 수 있다. 또한, 펌프본체(161)의 일측에는 펌프본체(161)를 XZ플레이트(109)에 장착하기 위한 볼트부(167) 및 볼트부(167)에 의해 가압되어 고정되며 펌프본체(161)와 일체로 형성된 고정로드(166)를 더 포함할 수 있다.
도 3을 참조하여 시린지 펌프(160)의 구조에 대해서 보다 자세하게 설명한다. 가이드슬롯(162)을 따라 상하방향으로 움직이는 시린지 가압부(163)에는 주사기형태로 된 시린지(미도시)의 피스톤(미도시)이 안착되는 피스톤안착홈(163a)이 형성될 수 있다. 시린지 지지부(164)에는 시린지 본체(미도시)가 놓이는 시린지안착홈(164a)이 형성될 수 있다.
시린지 탈착부(165)는 펌프본체(161)에 일측이 회전 가능하도록 힌지 연결될 수 있다. 도 3에 도시된 경우, 시린지 탈착부(165)의 좌측 끝단은 펌프본체(161)에서 분리되도록 들어 올릴 수 있고, 시린지 탈착부(165)의 우측 끝단은 펌프본체(161)에 힌지 연결되어 있다. 이때, 시린지 탈착부(165)와 펌프본체(161) 사이에는 시린지 탈착부(161)가 닫힘 상태로 복귀하게 하는 탄성복귀부재(미도시)가 구비될 수 있다. 또한, 시린지 탈착부(165)의 내면에는 시린지 본체가 놓이는 시린지안착홈(165a)이 형성될 수 있다.
시린지 탈착부(165)의 아래쪽에는 시린지 본체 하단의 단차부(즉, 일반적으로 주사바늘이 끼워지는 부분, 미도시)를 지지하는 하단지지부(168)가 마련될 수 있다. 하단지지부(168)에는 시린지 본체의 유체튜브장착부(미도시)가 놓이는 지지홈(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 유체튜브장착부에 연결되는 유체튜브(미도시)는, 단일노즐(300)에 연결되어 시린지 본체에 담겨 있는 잉크 등의 유체를 단일노즐(300)에 공급하게 된다.
한편, 도 2를 참조하면, 제팅 관측부(130)는 XZ플레이트(109)에 장착되며 소정 곡률을 가지는 원호 형태의 아크프레임(133), 아크프레임(133)의 가운데 부분에 동일 곡률을 가지도록 관통 형성된 아크슬롯(134), 아크슬롯(134)을 따라 움직이는 가동부(131) 및 가동부(131)에 마련되어 제팅 이미지를 획득하는 촬영부(132)를 포함할 수 있다. 도 2에는 가동부(131) 및 촬영부(132)가 2개 도시되어 있지만, 이는 가동부(131) 및 촬영부(132)가 아크슬롯(134)을 따라 움직인다는 것을 설명하기 위해서 2개를 도시한 것이다. 따라서, 가동부(131) 및 촬영부(132)는 1개씩 마련되는 것이 바람직하다.
제팅 관측부(130)는 단일노즐헤드부(120) 또는 멀티노즐헤드부(170)의 측면에서 토출 이미지를 촬영하는데, 잉크 방울이 탄착되는 기판(111) 또는 노즐 부위 또는 노즐에서 잉크가 떨어지는 부위를 관측하거나 노즐 셋업(nozzle setup)에 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제팅 관측부(130)의 앞쪽 즉, 제팅 관측부(130)를 기준으로 XZ플레이트(109)와 대향하는 위치에는 멀티노즐헤드부(170)가 형성될 수 있다. 멀티노즐헤드부(170)는 멀티노즐(170a)이 삽입 및 장착되는 마운트(171), 상기 마운트(171)에 장착되되 상기 멀티노즐(170a)의 일측에 마련되는 어댑터(176) 및 상기 멀티노즐(170a)을 상기 마운트(171)에 고정하는 고정볼트(172)를 포함할 수 있다. 고정볼트(172)는 멀티노즐(170a)의 길이방향 양단에 각각 마련될 수 있다. 고정볼트(172)를 체결하여 멀티노즐(170a)과 어댑터(176)를 마운트(171)에 고정할 수 있다.
상기에서 언급한 멀티노즐 제팅 관측부(180)는 상기한 멀티노즐헤드부(170)의 일측에 마련되어 멀티노즐(170a)에서 토출되는 잉크의 제팅 상태를 촬영하거나 모니터링할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비(100)의 토출헤드부(120,170)는 단일노즐헤드부(120) 및 단일노즐헤드부(120)와 별개로 구비된 멀티노즐헤드부(170)를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 9를 참조하여 단일노즐헤드부(120)에 대해서 설명한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 헤드 홀더(121)는 홀더 장착부(124)의 슬롯(125)에 끼워지는 연결부재(126)에 의해서 홀더 장착부(124)에 고정될 수 있다. 연결부재(126)는 헤드 홀더(121)와 홀더 장착부(124)의 연결 및 분리를 쉽게 할 수 있도록 볼트 또는 나사 등이 사용될 수 있다.
홀더 장착부(124)의 슬롯(125)에는 단일노즐헤드부(120) 또는 기판(111)에 토출되는 잉크 액적(방울)에 조명을 가하는 조명부(150)가 연결될 수 있다. 조명부(150)는 단일노즐헤드부(120)의 일측에 마련되어 단일노즐(300)의 끝단 또는 기판(111)의 표면에 조명을 비추게 된다.
조명부(150)는 조명 프레임(151)의 일단에 연결되는데, 조명부(150)는 조명 프레임(151)의 일단에 대해서 피벗 운동이 가능한 형태로 조명 프레임(151)에 연결될 수 있다. 이로 인해 조명부(150)가 빛을 비추는 위치 또는 각도를 조정할 수 있다.
조명 프레임(151)은 홀더 장착부(124)에 연결될 수 있다. 이를 위해 조명 프레임(151)의 타단 쪽에는 가이드 홀(152)이 관통 형성될 수 있다. 조명 프레임(151)의 슬롯(152)과 홀더 장착부(124)의 슬롯(125)이 서로 연통되도록 겹친 후 연결부재(153)를 슬롯(152,125)에 끼워서 조명 프레임(152)과 홀더 장착부(124)를 서로 연결할 수 있다.
조명부(150)는 슬롯(152)을 따라 높이 또는 위치 조절이 가능하도록 형성될 수 있다. 즉, 연결부재(153)를 돌려서 홀더 장착부(124)와 조명 프레임(151)의 체결 상태를 느슨하게 한 후 조명 프레임(151)의 위치, 높이 또는 각도를 조절한 후에 연결부재(153)를 조이면 된다.
홀더 장착부(124)에는 헤드 홀더(121)를 체결하기 위한 슬롯(125)과 조명 프레임(151)을 체결하기 위한 슬롯(125)이 구분 형성되는 것이 바람직하다. 헤드 홀더(121)가 장착되는 슬롯(125)은 조명 프레임(151)이 장착되는 슬롯(125) 보다 아래 쪽에 형성되며, 양자는 분리 형성되어 있다. 경우에 따라서 2개의 슬롯(125)이 홀더 장착부(124)에 일체로 형성될 수도 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 헤드 홀더(121)는 헤드 홀더(121)에 관통 형성되어 단일노즐(300)의 헤드가 장착되는 헤드장착부(204) 및 헤드 홀더(121)의 일측에 형성되어 전원선(201)이 연결되는 전원연결부(205)를 포함할 수 있다.
헤드 홀더(121)에는 헤드장착부(204)와 헤드 홀더(121)의 일단부를 연통시키는 슬릿(206) 및 슬릿(206)의 간격을 조절하는 슬릿조절부재(122)가 형성될 수 있다.
한편, 도면 중 미설명 부호 "203"은 헤드 홀더(121)에 관통 형성된 장착홀이며, 헤드 홀더(121)에 히터(미도시)를 장착하는데 사용될 수 있다.
도 4 및 도 5에는 헤드 홀더(121)의 헤드 장착부(204)에 전기수력학적 잉크젯을 위한 단일노즐(300)의 헤드가 장착되는 경우가 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비(100)의 단일노즐헤드부(120)에는 전기수력학적 잉크젯 노즐 뿐만 아니라 다양한 형태의 단일노즐이 장착되어 사용될 수 있다.
도 6 및 도 7에는 전기수력학적 잉크젯을 위한 단일노즐이 부착되는 경우의 단일노즐헤드부(120)가 도시되어 있다. 헤드 홀더(121)의 일측면에는 홀더 장착부(124)가 안착되는 제1 안착면(208) 및 제1 안착면(208)과 단차를 이루도록 형성된 제2 안착면(209)이 형성될 수 있다. 제2 안착면(209)은 그 폭을 제1 안착면(208) 보다 더 줄임으로써 조명부(150)가 헤드 홀더(121)와 간섭하는 것을 방지한다.
제2 안착면(209)과 인접한 제1 안착면(208)의 일단에는 돌출부(207)가 형성될 수 있다. 돌출부(207)는 홀더 장착부(124)가 제1 안착면(208)을 벗어나지 않도록 안내하는 기능 또는 홀더 장착부(124)의 장착시 초기위치를 안내하는 기능을 할 수 있다.
전기수력학적 잉크젯을 위한 전기 또는 열이 인가될 수 있는 재질로 형성된 전극헤드(302)가 헤드장착부(204)에 장착될 수 있다. 전극헤드(302)는 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 전극헤드(302)는 큰 원통부와 작은 원통부(303)가 상하방향으로 배치된 형태를 가지며, 전극헤드의 중심부에는 잉크주입관(304)이 관통 형성될 수 있다. 작은 원통부(303)에는 단일노즐(300)이 끼워진다. 단일노즐(300)의 끝단에는 토출팁(301)이 형성될 수 있다.
여기서, 단일노즐(300)에는 공기가 공급되어 토출팁(301)에서 토출되는 잉크를 분사(spray)할 수도 있다. 이럴 경우 단일노즐헤드부(120)는 전자스프레이(electro-spray) 방식에 의한 프린팅을 하게 된다.
한편, 헤드 홀더(121) 또는 노즐(300) 중 적어도 하나에 전기 또는 열이 인가되거나 기판(111)에 전기 또는 열이 인가될 수 있다.
도 8 및 도 9에는 도 6 및 도 7과 달리 다른 형태의 단일노즐(400)이 장착되는 경우가 도시되어 있다. 도 8 및 도 9에서 헤드 홀더(121)의 형태는 도 6 및 도 7의 경우와 동일하므로 헤드 홀더(121)에 대한 반복적인 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7에 도시된 단일노즐(300)의 헤드는 EHD(전기수력학) 헤드인 반면에, 도 8 및 도 9의 단일노즐(400)의 헤드는 마이크로팹 헤드(microfab head)이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 헤드장착부(204) 보다 단일노즐(400)이 작기 때문에 헤드장착부(204)에 헤드어댑터(402)를 삽입하고 헤드어댑터(402)에 단일노즐(400)을 삽입하게 된다.
헤드어댑터(402)는 큰 원통부 및 그 하부에 형성된 작은 원통부(403)를 포함한다. 헤드어댑터(402)의 중심부에는 단일노즐(400)이 삽입되는 장착공(404)이 관통 형성될 수 있다. 헤드장착부(204)에 헤드어댑터(402)의 큰 원통부가 약간 억지끼움 방식으로 장착되는 것이 바람직한데, 억지끼움이 가능하도록 헤드장착부(204)의 일측에는 절개부(405) 및 고정할 수 있도록 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비(100)의 단일노즐헤드부(120)의 사용예를 보여주는 사진이다. 헤드 홀더(121)에 장착된 단일노즐(500)의 상단에는 시린지 펌프(600)에 연결된 유체튜브(T1)가 연결되거나 제1유체저장부(119)를 통하여 유체튜브(미도시)를 연결할 수 있고, 단일노즐(500)의 측면에는 공기를 주입하는 공기튜브(T2)가 연결될 수 있다. 도 10에 도시된 단일노즐(500)은 전자스프레이 방식의 프린팅을 수행할 수 있다.
도 11에는 도 10에 따른 단일노즐(500)의 사진이 표현되어 있다. 단일노즐(500)은 헤드 홀더(120)의 헤드장착부(204)에 삽입되는데, 헤드장착부(204)가 단일노즐(500) 보다 큰 경우에는 별도의 어댑터(506)가 마련될 수 있다. 즉, 헤드장착부(204)에 어댑터(506)가 먼저 삽입되고, 어댑터(506)에 단일노즐(500)이 장착될 수 있다.
단일노즐(500)의 하단에는 토출팁(501)이 마련되고, 상단에는 유체튜브(T1)와 연결되는 유체주입부(503)가 마련될 수 있다. 유체주입부(503)의 외면에는 유체튜브(T1)의 연결을 위한 나사부(502)가 형성될 수 있다. 단일노즐(500)의 측면에는 공기튜브(T2)가 연결되는 공기주입부(504)가 형성될 수 있다.
어댑터(506)의 상부에는 공기주입부(504)가 노출될 수 있도록 하는 홈(508)이 형성되고, 홈(508)의 양측으로는 곡면부(507)가 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비(100)는 단일노즐헤드부(120)를 구비하고 단일노즐헤드(120)에 다양한 형태의 단일노즐(300,400,500)을 장착함으로써 드롭온디맨드 프린팅, 전자스피닝 또는 전자스프레이 중 어느 하나의 프린팅이 가능하다.
단일노즐(300,400,500)에 잉크 등 유체를 공급하기 위해서 시린지 펌프(160)가 연결될 수 있다. 보다 자세하게는 시린지 펌프(160)와 연결된 유체튜브(T1)가 연결될 수 있다. 시린지 펌프(160)는 단일노즐(300,400,500)에 공급되는 잉크 등 유체의 유량(flow rate)을 일정하게 제어할 수 있다.
시린지 펌프(160)는 연속적인 잉크젯 프린팅(continuous jet mode), 점성이 높은 잉크를 사용한 프린팅, 전자스프레이(electro-spray) 등에 있어서 잉크 등 유체의 유량을 일정하게 제어하거나 유지하는 기능을 한다. 이를 위해서 직류전압(DC voltage)가 사용되어야 한다.
이와 같이, 시린지 펌프(160)는 잉크의 점성이 크거나 전자스프레이 또는 연속 잉크젯 프린팅을 하는 경우에 유체의 유량을 일정하게 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비(100)는 단일노즐헤드부(120) 뿐만 아니라 멀티노즐헤드부(170)도 구비하고 있다. 도 12 및 도 13에는 멀티노즐헤드부(170)가 도시되어 있다.
멀티노즐헤드부(170)는 멀티노즐(170a)이 삽입 및 장착되는 마운트(171), 마운트(171)에 삽입 및 장착되되 멀티노즐(170a)의 일측에 마련되는 어댑터(176) 및 멀티노즐(170a)을 마운트(171)에 고정하는 고정볼트(172)를 포함할 수 있다. 고정볼트(172)는 멀티노즐(170a)의 길이방향 양측에 각각 제공되며, 멀티노즐(170a) 및 어댑터(176)를 마운트(171)에 고정시킨다. 고정볼트(172)의 외측에는 브라켓(178)이 마련되어 마운트(171)에 체결될 수 있다.
마운트(171)에는 공압포트(177, air pressure port)가 장착될 수 있다. 공압포트(177)는 멀티노즐(170a)에서 토출되는 잉크를 퍼지(purge) 또는 석션(suction)하거나 잉크에 메니스커스(meniscus)를 만들기 위해서 사용될 수 있다.
한편, 멀티노즐헤드부(170)를 사용하여 잉크를 토출하기 위해서 공압 제어 모듈(190, Pneumatic control module)이 멀티노즐헤드부(170)에 연결될 수 있다.
공압 제어 모듈(190)은 멀티노즐헤드부(170)를 사용하여 드롭온디맨드(Drop on Demand) 프린팅 또는 잉크젯(Inkjet) 프린팅을 하는 경우에 공급되는 유체의 압력을 제어할 수 있다. 잉크젯 프린팅을 하는 경우에 공압 제어 모듈(190)은 음압(negative pressure)이 걸리도록 유체의 압력을 제어할 수 있다.
뿐만 아니라, 공압 제어 모듈(190)은 전기수력학적 잉크젯의 단일노즐(300)에 연결되어 유체의 압력을 제어할 수도 있는데, 전기수력학적 잉크젯의 경우에는 양압(positive pressure)이 걸리도록 유체의 압력을 제어할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비(100)는 단일노즐헤드부(120)와 멀티노즐헤드부(170)를 각각 구비하고 있으며, 단일노즐헤드부(120) 및 멀티노즐헤드부(170)에는 각각 다른 물성을 가지는 잉크를 공급하여 짧은 시간 내에 같은 위치에 잉크를 토출시킬 수도 있다.
단일노즐헤드부(120)와 멀티노즐헤드부(170)에는 서로 다른 점성 등 다른 물성을 가지는 잉크를 주입할 수 있고, 단일노즐헤드부(120)와 멀티노즐헤드부(170) 각각의 노즐 위치는 정렬 관측부(140) 등에 의해서 측정(calibration)이 되어 수초 이내에 다른 물성의 잉크를 동일한 위치 또는 원하는 위치에 제팅할 수 있다. 이때, 드롭(drop)의 양은 잉크의 토출 방울로 제어하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비(100)는 유체공급부를 구비하는데, 상기한 바와 같이 유체 공급부는 시린지 펌프(160) 또는 공압 제어 모듈(190) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
사용되는 잉크의 점성 또는 제팅 방법에 따라서 유체 공급부로 시린지 펌프(160)가 사용되거나 공압 제어 모듈(190)이 사용될 수 있다. 예를 들면, 잉크젯 및 드롭온디맨드 전기수력학 잉크젯(drop on demand EHD)은 공압 제어 모듈(190)이 필요하다. 이때, 잉크젯의 경우에는 음압(negative pressure)로 제어하고, 전기수력학적 잉크젯의 경우에는 양압(positive pressure)로 제어한다.
반면에, 사용되는 잉크의 점도(viscosity)가 1000cP(centiPoise) 이상으로 높거나 노즐의 크기가 1㎛ 이하로 작고 잉크를 사용한 전기수력학적 잉크젯인 경우에는 시린지 펌프(160)를 사용하여 일정 유량 제어 (constant flow rate control) 방법을 사용한다. 또한, 전자스프레이(electro-spray)인 경우에도 일정 유량 제어를 위한 시린지 펌프(160)를 사용한다.
지금까지 설명한 본 발명에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비(100)는, 하나의 장비를 사용하여 다양한 잉크를 패터닝을 할 수 있다. 이를 위해, 전기수력학적(EHD) 잉크젯, 잉크젯 (single nozzle)을 위한 단일노즐헤드부와 멀티노즐헤드부를 별도로 각각 구비한다. 이로 인해, 드롭온디맨드(drop on demand) 프린팅, 근접장 전기방사법(near-field electrospinning, NFES)에 의한 프린팅, 전자스프레이(electro-spray) 등을 하나의 장비(100)를 통해 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 인쇄 전자 프린팅 장비(100)는 다양한 선폭(line width)의 패터닝을 구현할 수 있다. 하나의 올인원 인쇄 전자 프린팅 장비(100)를 이용하여 1~30㎛ 정도의 작은 선폭을 가지는 패터닝을 위해서는 전기수력학적 잉크젯을 이용하고, 큰 선폭 및 코팅을 위하여 잉크젯 또는 전자스프레이를 이용할 수 있다.
또한, 다양한 점도의 잉크를 사용할 수 있다. 예를 들면, 예를 들면, 점도 1~100cP의 잉크를 이용하여 드롭온디맨드(Drop on Demand) 프린팅을 하거나 점도 100~1000cP의 잉크를 이용하여 근접장 전기방사법(near-field electrospinning, NFES)에 의한 프린팅을 하나의 올인원 인쇄 전자 프린팅 장비를 통해 구현할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 잉크 방울이 토출되어 드랍온디맨드 또는 연속 프린팅을 할 수 있는 적어도 하나의 노즐을 구비한 토출헤드부;
    상기 노즐의 일측에 마련되어 상기 노즐에서 토출되는 잉크방울을 관측하는 제팅 관측부;
    상기 노즐의 타측에 마련되어 상기 제팅 관측부에 조명을 제공하는 조명부;
    상기 노즐과 기판의 정렬 상태를 관측하는 정렬 관측부; 및
    상기 노즐에 잉크를 공급하는 유체공급부;를 포함하며,
    상기 토출헤드부는 단일노즐헤드부 및 상기 단일노즐헤드부와 별개로 구비된 멀티노즐헤드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단일노즐헤드부는 프린팅 장비에 설치되는 홀더 장착부에 제공되는 헤드 홀더 및 상기 헤드 홀더에 탈부착 가능하게 구비되는 단일노즐을 포함하고,
    상기 노즐은 상기 헤드 홀더의 장착공에 삽입되는 홀딩부 상기 홀딩부에 삽입되는 노즐부를 포함하며,
    상기 헤드 홀더 또는 상기 노즐 중 적어도 하나 또는 상기 기판에는 전기 또는 열 인가되는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 장비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단일노즐헤드부는 프린팅 장비에 설치되는 홀더 장착부에 제공되는 헤드 홀더 및 상기 헤드 홀더에 탈부착 가능하게 구비되는 단일노즐을 포함하고,
    상기 헤드 홀더에는 EHD 헤드 또는 마이크로팹 헤드 중 어느 하나가 장착되는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 장비.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 EHD 헤드는 드롭온디맨드 프린팅, 전자스피닝 또는 전자스프레이 중 어느 하나의 프린팅이 가능한 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 장비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 멀티노즐헤드부는 멀티노즐이 삽입 및 장착되는 마운트, 상기 마운트에 장착되되 상기 멀티노즐의 일측에 마련되는 어댑터 및 상기 멀티노즐을 상기 마운트에 고정하는 고정볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 장비.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유체공급부는 시린지 펌프 또는 공압 제어 모듈 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 장비.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유체공급부는 공급되는 유체의 유량을 일정하게 제어하거나 공급되는 유체의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 장비.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단일노즐헤드부 및 상기 멀티노즐헤드부에는 각각 다른 물성을 가지는 잉크가 공급되며,
    상기 시린지 펌프는 잉크의 점성이 크거나 전자스프레이 또는 연속 잉크젯 프린팅을 하는 경우에 유체의 유량을 일정하게 제어하고,
    상기 공압 제어 모듈은 드롭온디맨드 프린팅 또는 잉크젯 프린팅을 하는 경우에 공급되는 유체의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 프린팅 장비.
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