KR100911323B1 - 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체 및 이를 구비한 잉크젯프린트헤드 - Google Patents
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Abstract
잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체 및 이를 구비하는 잉크젯 프린트헤드가 개시된다. 개시된 발열 구조체는 기판; 기판 상에 형성되는 히터층; 히터층의 양측 상면에 형성되는 전극; 히터층 및 전극을 덮도록 형성되는 보호층; 및 보호층 내부에 형성되는 탄소나노튜브(CNTs);를 구비한다.
Description
도 1은 종래 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체를 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 8은 도 2에 도시된 발열 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 일부 평면도이다.
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ'선을 따라 본 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,210... 기판 114,214... 히터층
116,216... 전극 117,217... 탄소나노튜브
118,218... 보호층 119,219... 캐비테이션 방지층
211... 잉크피드홀 212... 절연층
220... 챔버층 222... 잉크챔버
224... 리스트릭터 230... 노즐층
232... 노즐
본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 상세하게는 잉크젯 프린트헤드의 성능을 향상시킬 수 있는 발열 구조체 및 이를 구비한 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 프린트헤드는 잉크의 미소한 액적(droplet)을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상을 형성하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크 챔버 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다.
도 1에는 종래 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적인 단면이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래 잉크젯 프린트헤드는 복수의 물질층이 형성된 기판(10)과, 상기 기판(10) 위에 적층되는 챔버층(20)과, 상기 챔버층(20) 위에 적층되는 노즐층(30)을 포함한다. 상기 챔버층(20)에는 토출될 잉크가 채워지는 다수의 잉크챔버(22)가 형성되어 있으며, 상기 노즐층(30)에는 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐(32)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 기판(10)에는 상기 잉크챔버들(22)로 잉크를 공급하기 위한 잉크피드홀(11)이 관통되어 형성되어 있다. 또한, 상기 챔버층(20)에는 상기 잉크챔버들(22)과 잉크피드홀(11)을 연결하는 다수의 리스트릭터(24)가 형성되어 있다.
상기 기판(10)의 상면에는 히터층(14)과 기판(10) 사이의 절연을 위한 절연층(12)이 형성되어 있다. 이러한 절연층(12)은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 절연층(12)의 상면에는 잉크챔버(22) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 히터층들(14)이 형성되어 있으며, 이 히터층들(14) 상에는 전극들(16)이 형성되어 있다. 이러한 히터층들(14)와 전극들(16)의 표면에는 이들을 보호하기 위한 보호층(passivation layer, 18)이 형성되어 있다. 상기 보호층(18)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물 등으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 보호층(18)의 상면에는 버블의 소멸시 발생하는 캐비테이션 압력(cavitation force)으로부터 히터층들(14)을 보호하기 위한 캐비테이션 방지층들(anti-cavitation layers, 19)이 형성되어 있다. 이러한 캐비테이션 방지층은 탄탈륨(Ta)으로 이루어질 수 있다.
그러나, 상기와 같은 구조의 잉크젯 프린트헤드에서는 히터층(14)의 상부에 형성된 보호층(18)이 매우 낮은 열전도도(thermal conductivity)를 가지는 물질로 이루어져 있으므로, 히터층(14)으로부터 발생된 열 중 많은 양이 잉크챔버(22) 내의 잉크에 전달되지 못하게 되고 보호층(18) 내에 축적되게 된다. 이에 따라, 히터층(14)의 열효율이 떨어지게 되고, 버블을 발생시키기 위해서는 많은 입력에너지가 요구된다. 또한, 상기 보호층(18) 내에 축적된 열은 잉크챔버(22) 내에 있는 잉크의 온도를 증가시켜 잉크의 점도를 변화시키게 되고, 이에 따라 잉크젯 프린트헤드의 토출 특성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 잉크젯 프린트헤드의 성능을 향상시킬 수 있는 발열 구조체 및 이를 구비한 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 구현예에 따른 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체는,
기판;
상기 기판 상에 형성되는 히터층;
상기 히터층의 양측 상면에 형성되는 전극;
상기 히터층 및 전극을 덮도록 형성되는 보호층; 및
상기 보호층 내부에 형성되는 탄소나노튜브(CNTs);를 구비한다.
상기 탄소나노튜브는 상기 히터층의 발열부분 상부에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 탄소나노튜브는 상기 히터층의 표면에 대하여 수직으로 정렬되게 형성될 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 히터층과의 절연을 위하여 히터층과 접촉하지 않도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 탄소나노튜브는 대략 0.05㎛ ~ 1㎛ 의 높이로 형성될 수 있다.
상기 보호층은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물 등으로 이루어질 수 있다. 상기 히터층의 발열부분 상부에 위치하는 상기 보호층의 상면에는 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer)이 더 형성될 수 있으며, 상기 캐비테이션 방지층은 탄탈륨(Ta)으로 이루어질 수 있다.
상기 히터층은 탄타륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물 및 텅스텐 실리사이드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 전극은 알루미늄, 알루미늄 합금, 금 또는 은으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법은,
기판 상에 히터층을 형성하는 단계;
상기 히터층의 양측 상면에 전극을 형성하는 단계;
상기 히터층 및 전극을 덮도록 제1 보호층을 형성하는 단계;
상기 제1 보호층 상에 탄소나노튜브를 형성하는 단계; 및
상기 제1 보호층 상에 상기 탄소나노튜브를 덮도록 제2 보호층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 탄소나노튜브를 형성하는 단계는, 상기 제1 보호층 상에 촉매 금속패턴을 형성하는 단계; 및 상기 촉매 금속패턴으로부터 탄소나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 촉매 금속패턴은 니켈(Ni)로 이루어질 수 있다. 이러한 촉매 금속패턴은 상기 제1 보호층을 덮도록 촉매 금속물질을 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 화학기상증착법(CVD)에 의하여 성장 형성될 수 있다.
상기 제2 보호층을 형성한 다음, 상기 히터층의 발열 부분 상부에 위치하는 상기 제2 보호층의 상면에 캐비테이션 방지층을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 잉크젯 프린트헤드는,
잉크 공급을 위한 잉크피드홀이 관통되어 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성되는 것으로, 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 다수의 히터층;
상기 히터층들 상에 형성되는 것으로, 상기 히터들에 전류를 인가하기 위한 다수의 전극;
상기 히터층들 및 전극들을 덮도록 형성되는 보호층;
상기 보호층 내부에 형성되는 탄소나노튜브(CNTs);
상기 보호층 상에 적층되는 것으로, 상기 잉크피드홀로부터 공급된 잉크가 채워지는 다수의 잉크챔버가 형성된 챔버층;
상기 챔버층 상에 적층되는 것으로, 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐이 형성된 노즐층;을 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 기판(110) 상에 히터층(114) 및 전극(116)이 순차적으로 형성되어 있으며, 상기 히터층(114) 및 전극(116)을 덮도록 보호층(passivation layer,118)이 형성되어 있다. 상기 기판(110)으로는 예를 들면, 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 기판(110)의 표면에는 히터층(114)과 기판(110) 사이의 절연을 위한 절연층이 더 형성될 수도 있다. 이러한 절연층은 예를 들면 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 히터층(114)은 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 것으로, 기판(110)의 상면에 소정 형태로 형성된다. 이러한 히터층(114)은 예를 들면, 탄타륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물 또는 텅스텐 실리사이드과 같은 발열 저 항체로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 전극(116)은 히터층(114)의 양측 상면에 형성된다. 상기 전극(116)은 히터층(114)에 전류를 인가하기 위한 것으로, 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 금(Au) 또는 은(Ag) 등과 같은 전기전도성이 우수한 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 보호층(118)은 상기 히터층(114) 및 전극(116)을 덮도록 상기 기판(110) 상에 소정 두께로 형성된다. 이러한 보호층(118)은 히터층(114) 및 전극(116)이 잉크와 접촉하여 산화되거나 부식되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 보호층(118)은 예를 들면, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물 등으로 이루어질 수 있다.
상기 보호층(118)의 내부에는 탄소나노튜브(CNTs; carbon nanotubes,117)가 형성된다. 상기 탄소나노튜브(117)는 전극(116) 사이에 노출된 히터층(114) 즉, 히터층(114) 발열부분의 상부에 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 탄소나노튜브(117)는 히터층(114)의 표면에 대하여 수직으로 정렬되게 형성될 수 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브(117)는 히터층(114)과의 절연을 위하여 히터층(114)과 접촉하지 않도록 형성될 수 있다. 그러나, 상기 탄소나노튜브(117)는 히터층(114)과 접촉하도록 형성되는 것도 가능하다. 상기 탄소나노튜브(117)는 예를 들면, 대략 0.05㎛ ~ 1㎛의 높이로 형성될 수 있다.
한편, 상기 보호층(118)의 상면에는 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer,119)이 더 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캐비테이션 방지층(119)은 히터층(114)의 발열 부분 상부에 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 캐비테이션 방지 층(119)은 버블의 소멸시 발생하는 캐비테이션 압력(cavitation force)으로부터 히터층(114)을 보호하기 위한 것으로, 예를 들면 탄탈륨(Ta)으로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구조의 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체에서, 상기 탄소나노튜브(117)는 히터층(114)으로부터 발생된 열의 대부분을 잉크챔버 내에 채워진 잉크에 전달함으로써 히터층(114)의 열효율을 향상시키는 역할을 한다. 구체적으로, 탄소나노튜브(117)는 열전도도(thermal conductivity)가 다이아몬드(diamond)와 비슷한 대략 3000W/mK 정도로 다른 물질에 비하여 매우 큰 열전도도를 가진다. 그리고, 상기 보호층(118)을 이루는 실리콘 질화물은 열전도도가 대략 1.67W/mK 정도로 다른 물질들에 비하여 매우 낮은 열전도도를 가지며, 상기 캐비테이션 방지층(119)을 이루는 탄탈륨(Ta)은 대략 57W/mK 정도의 열전도도를 가진다.
이와 같이, 매우 큰 열전도도를 가지는 탄소나노튜브(117)를 열전도도가 낮은 보호층(118) 내부에 형성하게 되면, 히터층(114)으로부터 발생되는 열의 대부분은 탄소나노튜브(117)를 통하여 캐비테이션 방지층(119)에 전달될 수 있게 된다. 이에 따라, 종래 보다 히터층(114)의 열효율을 크게 향상할 수 있으며, 또한 잉크 토출에 요구되는 적정한 버블을 발생시키는데 필요한 입력에너지를 줄일 수 있다. 또한, 짧은 시간 내에 버블을 발생시킬 수 있으므로 잉크젯 프린트헤드의 성능을 향상시킬 수 있다. 그리고, 종래에는 히터층(도 1의 14)으로부터 발생된 열 중 많은 양이 보호층(도 1의 18) 내에 축적되는 문제가 있었으나, 본 발명에서는 히터층(114)으로부터 발생된 열의 대부분이 탄소나노튜브(117)를 통하여 잉크에 전달되 므로, 보호층(118) 내에 열이 축적되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 잉크젯 프린트헤드의 토출 특성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 전술한 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법을 설명하기로 한다. 도 3 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3을 참조하면, 기판(110) 상에 히터층(114) 및 전극(116)을 순차적으로 형성한다. 상기 기판(110)으로는 예를 들면 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 한편, 상기 기판(110)의 상면에는 절연층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 이러한 절연층은 예를 들면 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 히터층(114)은 예를 들면, 탄타륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물 또는 텅스텐 실리사이드과 같은 발열 저항체를 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 그리고, 상기 전극(116)은 상기 히터층(114)의 양측 상면에 형성된다. 이러한 전극(116)은 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 금(Au) 또는 은(Ag) 등과 같은 전기전도성이 우수한 금속을 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 기판(110) 상에 상기 히터층(114) 및 전극(116)을 덮도록 제1 보호층(118a)을 형성한다. 여기서, 상기 제1 보호층(118a)은 예를 들면, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물 등으로 이루어질 수 있다. 도 5를 참조하면, 상기 제1 보호층(118a)의 상면에 탄소나노튜브(도 6의 117) 성장을 위한 촉매 금속패턴(117')을 형성한다. 이러한 촉매 금속패 턴(117')은 상기 제1 보호층(118a)의 상면에 니켈(Ni) 등과 같은 촉매 금속물질을 증착하고, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 이때, 상기 촉매 금속패턴(117')은 히터층(114)의 발열부분, 즉 전극(116) 사이에 노출된 히터층(114)의 상부에 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 촉매 금속패턴(117')으로부터 탄소나노튜브(117)를 성장 형성한다. 여기서, 상기 탄소나노튜브(117)는 히터층(114)의 발열 부분 상부에 형성될 수 있다. 상기 탄소나노튜브(117)는 화학기상증착법(CVD; chemical vapor deposition)에 의하여 성장 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 화학기상증착법(CVD)은 열 화학기상증착법(thermal CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착법(PECVD; plasma enhanced CVD)이 될 수 있다. 이와 같이, 화학기상증착법을 통하여 촉매 금속패턴(117')으로부터 탄소나노튜브(117)를 성장 형성시키게 되면, 상기 탄소나노튜브(117)는 히터층(114)의 표면에 대하여 수직으로 정렬될 수 있다. 이렇게 형성된 탄소나노튜브(117)는 대략 0.05㎛ ~ 1㎛의 높이를 가질 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 탄소나노튜브(117)를 덮도록 상기 제1 보호층(118a) 상에 제2 보호층(118b)을 형성한다. 여기서, 상기 제2 보호층(118b)은 제1 보호층(118a)과 동일한 물질로 이루어진다. 이에 따라, 상기 탄소나노튜브(117)는 제1 보호층(118a)과 제2 보호층(118b)으로 구성되는 보호층(118)의 내부에 마련된다.
도 8을 참조하면, 제2 보호층(118b)을 형성한 다음, 상기 제2 보호층(118b)의 상면에 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer,119)을 더 형성할 수 있다. 여기서, 상기 캐비테이션 방지층(119)은 히터층(114)의 발열부분 상부에 위치하는 제2 보호층(118b)의 상면에 형성될 수 있다. 이러한 캐비테이션 방지층(119)은 예를 들면 탄탈륨(Ta)을 상기 제2 보호층(118b)의 상면에 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
이하에서는, 전술한 발열 구조체를 구비하는 잉크젯 프린트헤드에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 도시한 일부 평면도이다. 그리고, 도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ'선을 따라 본 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 복수의 물질층이 형성된 기판(210) 상에 챔버층(220)과 노즐층(230)이 순차적으로 적층되어 있다. 여기서, 상기 챔버층(220)에는 다수의 잉크챔버(222)가 형성되어 있으며, 상기 노즐층(230)에는 다수의 노즐(232)이 형성되어 있다. 상기 기판(210)으로는 일반적으로 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 이러한 기판(210)에는 잉크 공급을 위한 잉크피드홀(ink feedhole,211)이 관통되어 형성되어 있다. 한편, 도면에서는 기판(210)에 하나의 잉크피드홀(211)이 형성된 경우가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 2개 이상의 잉크 피드홀(211)이 기판(210)에 형성될 수도 있다.
상기 기판(210)의 상면에는 절연층(212)이 형성될 수 있다. 상기 절연층(212)은 기판(210)과 히터층(214) 사이의 절연을 위한 것으로, 예를 들면 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 절연층(212)의 상면에는 잉크챔버들(222) 내의 잉크를 가열하여 버블을 발생시키기 위한 다수의 히터층(214)이 형성되어 있다. 이러한 히터층(214)은 예를 들면, 탄타륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화 물, 티타늄 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물 또는 텅스텐 실리사이드 등과 같은 발열 저항체로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 히터층들(214) 각각의 양측 상면에는 전극(216)이 형성되어 있다. 상기 전극(216)은 히터층(214)에 전류를 인가하기 위한 것으로, 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 금(Au) 또는 은(Ag) 등과 같은 전기전도성이 우수한 금속으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 전극(216) 사이에 노출된 히터층(214) 즉, 히터층(214) 발열 부분의 상부에 잉크챔버(222)가 위치하게 된다.
그리고, 상기 절연층(212) 상에는 상기 히터층(214) 및 전극(216)을 덮도록 보호층(218)이 형성되어 있다. 상기 보호층(218)은 히터층(214) 및 전극(216)이 잉크와 접촉하여 산화되거나 부식되는 것을 방지하기 위한 것이다. 이러한 보호층(218)은 예를 들면, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물 등으로 이루어질 수 있다.
상기 보호층(218)의 내부에는 탄소나노튜브(CNTs,217)가 형성되어 있다. 상기 탄소나노튜브(217)는 전극(216) 사이에 노출된 히터층 즉, 히터층(214) 발열부분의 상부에 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 탄소나노튜브(217)는 히터층(214)의 표면에 대하여 수직으로 정렬되게 형성될 수 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브(217)는 히터층(214)과의 절연을 위하여 히터층(214)과 접촉하지 않도록 형성될 수 있다. 그러나, 상기 탄소나노튜브(217)는 히터층(214)과 접촉하도록 형성되는 것도 가능하다. 상기 탄소나노튜브(217)는 예를 들면, 대략 0.05㎛ ~ 1㎛의 높이로 형성될 수 있다.
한편, 상기 보호층(218)의 상면에는 캐비테이션 방지층(219)이 더 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캐비테이션 방지층(219)은 히터층(214)의 발열 부분 상부에 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 캐비테이션 방지층(219)은 버블의 소멸시 발생하는 캐비테이션 압력으로부터 히터층(214)을 보호하기 위한 것으로, 예를 들면 탄탈륨(Ta)으로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 복수의 물질층이 형성된 기판(210) 상에는 챔버층(220)이 적층되어 있다. 상기 챔버층(220)에는 잉크피드홀(211)로부터 공급된 잉크가 채워지는 다수의 잉크챔버(222)가 형성되어 있다. 또한, 상기 챔버층(220)에는 잉크피드홀(211)과 잉크챔버들(222)을 연결하는 통로인 다수의 리스트릭터(restrictor,224)가 더 형성될 수 있다. 그리고, 상기 챔버층(220) 상에는 노즐층(230)이 적층되어 있다. 상기 노즐층(230)에는 잉크챔버들(222) 내의 잉크가 외부로 토출되는 다수의 노즐(232)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구조의 잉크젯 프린트헤드에서, 보호층(218) 내부에 형성된 탄소나노튜브(217)는 매우 큰 열전도도를 가지므로, 히터층(214)으로부터 발생되는 열의 대부분은 탄소나노튜브(217)를 통하여 잉크챔버(222) 내의 잉크에 전달될 수 있다. 이에 따라, 히터층(214)의 열효율이 증대될 수 있으며, 짧은 시간 내에 버블을 발생시킬 수 있으므로 잉크젯 프린트헤드의 성능이 향상될 수 있다. 그리고, 보호층(218) 내에 열이 축적되는 것을 방지함으로써 잉크젯 프린트헤드의 토출 특성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 보호층 내에 매우 큰 열전도도를 가지는 탄소나노튜브를 형성함으로써 히터층으로부터 발생되는 열의 대부분을 탄소나노튜브를 통하여 잉크에 전달할 수 있다. 이에 따라, 히터층의 열효율이 향상될 수 있으며, 또한 잉크 토출에 요구되는 적정한 버블을 발생시키는데 필요한 입력에너지를 줄일 수 있다. 그리고, 짧은 시간 내에 버블을 발생시킬 수 있으므로 잉크젯 프린트헤드의 성능을 향상시킬 수 있다.
둘째, 종래에는 히터층으로부터 발생된 열 중 많은 양이 보호층 내에 축적되는 문제가 있었으나, 본 발명에서는 히터층으로부터 발생된 열의 대부분이 탄소나노튜브를 통하여 잉크에 전달되므로, 보호층 내에 열이 축적되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 잉크젯 프린트헤드의 토출 특성을 향상시킬 수 있다.
Claims (35)
- 기판;상기 기판 상에 형성되는 히터층;상기 히터층의 양측 상면에 형성되는 전극;상기 히터층 및 전극을 덮도록 형성되는 보호층; 및상기 보호층 내부에 형성되는 탄소나노튜브(CNTs);를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체.
- 제 1 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 상기 히터층의 발열부분 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체.
- 제 1 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 상기 히터층의 표면에 대하여 수직으로 정렬되게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체.
- 제 1 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 상기 히터층과 접촉하지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체.
- 제 1 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 0.05㎛ ~ 1㎛ 의 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호층은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체.
- 제 1 항에 있어서,상기 히터층의 발열부분 상부에 위치하는 상기 보호층의 상면에는 캐비테이션 방지층(anti-cavitation layer)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체.
- 제 7 항에 있어서,상기 캐비테이션 방지층은 탄탈륨(Ta)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체.
- 제 1 항에 있어서,상기 히터층은 탄타륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 탄탈 륨 실리콘 질화물 및 텅스텐 실리사이드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체.
- 제 1 항에 있어서,상기 전극은 알루미늄, 알루미늄 합금, 금 또는 은으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체.
- 기판 상에 히터층을 형성하는 단계;상기 히터층의 양측 상면에 전극을 형성하는 단계;상기 히터층 및 전극을 덮도록 제1 보호층을 형성하는 단계;상기 제1 보호층 상에 탄소나노튜브를 형성하는 단계; 및상기 제1 보호층 상에 상기 탄소나노튜브를 덮도록 제2 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 히터층은 탄타륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물 및 텅스텐 실리사이드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 전극은 알루미늄, 알루미늄 합금, 금 또는 은으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제1 및 제2 보호층은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 탄소나노튜브를 형성하는 단계는,상기 제1 보호층 상에 촉매 금속패턴을 형성하는 단계; 및상기 촉매 금속패턴으로부터 탄소나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 촉매 금속패턴은 니켈(Ni)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 촉매 금속패턴은 상기 제1 보호층을 덮도록 촉매 금속물질을 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 화학기상증착법(CVD)에 의하여 성장 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 상기 히터층의 발열부분 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 상기 히터층의 표면에 대하여 수직으로 정렬되게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 0.05㎛ ~ 1㎛ 의 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제2 보호층을 형성한 다음, 상기 히터층의 발열 부분 상부에 위치하는 상기 제2 보호층의 상면에 캐비테이션 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 캐비테이션 방지층은 탄탈륨(Ta)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드용 발열 구조체의 제조방법.
- 잉크 공급을 위한 잉크피드홀이 관통되어 형성된 기판;상기 기판 상에 형성되는 것으로, 잉크를 가열하여 버블을 발생시키는 다수의 히터층;상기 히터층들 상에 형성되는 것으로, 상기 히터들에 전류를 인가하기 위한 다수의 전극;상기 히터층들 및 전극들을 덮도록 형성되는 보호층;상기 보호층 내부에 형성되는 탄소나노튜브(CNTs);상기 보호층 상에 적층되는 것으로, 상기 잉크피드홀로부터 공급된 잉크가 채워지는 다수의 잉크챔버가 형성된 챔버층;상기 챔버층 상에 적층되는 것으로, 잉크의 토출이 이루어지는 다수의 노즐이 형성된 노즐층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 24 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 상기 히터층의 발열부분 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 24 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 상기 히터층의 표면에 대하여 수직으로 정렬되게 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 24 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 상기 히터층과 접촉하지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 24 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 0.05㎛ ~ 1㎛ 의 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 24 항에 있어서,상기 기판의 표면에는 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 29 항에 있어서,상기 절연층은 실리콘 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 24 항에 있어서,상기 히터층은 탄타륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물 및 텅스텐 실리사이드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 24 항에 있어서,상기 전극은 알루미늄, 알루미늄 합금, 금 또는 은으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 24 항에 있어서,상기 보호층은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 24 항에 있어서,상기 히터층의 발열부분 상부에 위치하는 상기 보호층의 상면에는 캐비테이 션 방지층(anti-cavitation layer)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
- 제 34 항에 있어서,상기 캐비테이션 방지층은 탄탈륨(Ta)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
Priority Applications (4)
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