发明名称 静电吸引型流体吐出方法及其装置
摘要 本发明之静电吸引型流体吐出装置,其喷嘴之排出孔直径为0.01~25μm,以电压施加机构在喷嘴与基板之间施加设定上限电压成开始排出流体之电压条件之可排出最低电压以上之脉冲电压,但在脉冲电压即将上昇之前,设定与上限电压同极性,且绝对值小于可排出最低电压之下限第一电压,且在脉冲电压上昇之后不久,设定与上限电压反极性之下限第二电压。藉此,可提供一种谋求喷嘴之微细化、微小流体之排出、喷洒位置高精确化及驱动电压之低电压化,并且提高排出开始、结束特性,实现驱动频率之提高,并可控制排出量之脉冲时间之静电吸引型流体吐出方法及装置。
申请公布号 TWI257351 申请公布日期 2006.07.01
申请号 TW093123741 申请日期 2004.08.06
申请人 夏普股份有限公司;柯尼卡美乐达控股公司;独立行政法人产业技术综合研究所 发明人 西尾茂;岩下广信;山本和典;村田和广
分类号 B41J2/06;B05B5/08;B05D1/04 主分类号 B41J2/06
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路201号7楼
主权项 1.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由静电吸 引而自喷嘴之排出孔排出藉由施加电压而带电之 流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基板上,其特征 为: 上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m,并且 具备电压施加机构,其系在上述喷嘴与上述基板之 间施加脉冲电压,该脉冲电压之上限电压系设定为 开始排出流体之电压条件之可排出最低电压以上; 在该脉冲电压即将上昇之前,设定与上限电压同极 性,且绝对値小于上述可排出最低电压之预备充电 电压。 2.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由静电吸 引而自喷嘴之排出孔排出藉由施加电压而带电之 流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基板上,其特征 为: 上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m,并且 具备电压施加机构,其系在上述喷嘴与上述基板之 间施加脉冲电压,该脉冲电压之上限电压系设定为 开始排出流体之电压条件之可排出最低电压以上; 在该脉冲电压下降之后,立刻设定与上限电压反极 性之促进衰减电压。 3.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由静电吸 引而自喷嘴之排出孔排出藉由施加电压而带电之 流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基板上,其特征 为: 上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m,并且 具备电压施加机构,其系在上述喷嘴与上述基板之 间施加脉冲电压,该脉冲电压之上限电压系设定为 开始排出流体之电压条件之可排出最低电压以上; 在该脉冲电压即将上昇之前,设定与上限电压同极 性,且绝对値小于上述可排出最低电压之预备充电 电压,并且在该脉冲电压下降之后,立刻设定与上 限电压反极性之促进衰减电压。 4.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由静电吸 引而自喷嘴之排出孔排出藉由施加电压而带电之 流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基板上,其特征 为: 上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m,并且 具备电压施加机构,其系在上述喷嘴与上述基板之 间施加脉冲电压,该脉冲电压之上限电压系设定为 开始排出流体之电压条件之可排出最低电压以上; 在该脉冲电压即将上昇之前,设定与上限电压同极 性,且绝对値小于上述可排出最低电压之预备充电 电压,并且在脉冲电压下降之后,立刻设定与上限 电压同极性,且绝对値小于上述预备充电电压之促 进衰减电压。 5.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由静电吸 引而自喷嘴之排出孔排出藉由施加电压而带电之 流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基板上,其特征 为: 上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m,并且 具备电压施加机构,其系在上述喷嘴与上述基板之 间施加直流电压,该直流电压系开始排出流体之电 压条件之可排出最低电压以上; 在该直流电压即将开始施加之前,设定与该直流电 压同极性,且绝对値小于上述可排出最低电压之预 备充电电压。 6.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由静电吸 引而自喷嘴之排出孔排出藉由施加电压而带电之 流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基板上,其特征 为: 上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m,并且 具备电压施加机构,其系在上述喷嘴与上述基板之 间施加直流电压,该直流电压开始排出流体之电压 条件之可排出最低电压以上; 在该直流电压结束施加之后,立刻设定与该直流电 压反极性之促进衰减电压。 7.如请求项2、3、或6中任一项之静电吸引型流体 吐出装置,其中上述促进衰减电压之绝对値小于上 述可排出最低电压。 8.一种静电吸引型流体吐出方法,其系藉由静电吸 引而自喷嘴之排出孔排出藉由施加电压而带电之 流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基板上,其特征 为: 以上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m; 当在上述喷嘴与上述基板之间施加开始排出流体 之电压条件之可排出最低电压以上之电压时,于电 压即将上昇之前,施加与绝对値小于上述可排出最 低电压之施加电压同极性之预备充电电压。 9.一种静电吸引型流体吐出方法,其系藉由静电吸 引而自喷嘴之排出孔排出藉由施加电压而带电之 流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基板上,其特征 为: 以上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m; 当上述喷嘴与上述基板之间施加开始排出流体之 电压条件之可排出最低电压以上之电压时,于电压 下降之后,立刻施加与施加电压反极性之促进衰减 电压。 10.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由静电吸 引而自设于排出头之喷嘴之排出孔排出藉由施加 电压而带电之流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基 板上,其特征为: 上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m,并且 具备线描绘机构,其系一面使上述喷嘴与上述基板 相对性移动,一面在上述喷嘴与上述基板之间施加 开始排出流体之电压条件之可排出最低电压以上 之电压,来进行线描绘; 该线描绘机构依据上述电压及上述流体之电导度, 配合频率不同之间歇排出现象之周期,控制上述相 对移动之速度,使间歇排出之排出图案邻接者彼此 一部分重叠。 11.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由静电吸 引而自设于排出头之喷嘴之排出孔排出藉由施加 电压而带电之流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基 板上,其特征为: 上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m,并且 具备线描绘机构,其系一面使上述喷嘴与上述基板 相对性移动,一面在上述喷嘴与上述基板之间施加 开始排出流体之电压条件之可排出最低电压以上 之电压,来进行线描绘; 该线描绘机构控制电压方式,系以间歇排出之排出 图案,并由上述相对移动之速度所决定之排出图案 邻接者彼此一部分重叠。 12.请求项10或11之静电吸引型流体吐出装置,其中 上述线描绘机构控制上述相对移动速度或上述电 压,使邻接之排出图案彼此以该排出图案之与上述 相对移动之移动方向形成垂直方向之直径之0.5倍 以上1.5倍以下重叠。 13.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由静电吸 引而自设于排出头之喷嘴之排出孔排出藉由施加 电压而带电之流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基 板上,其特征为: 上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m,并且 具备线描绘机构,其系一面使上述喷嘴与上述基板 相对性移动,一面在上述喷嘴与上述基板之间施加 开始排出流体之电压条件之可排出最低电压以上 之电压,来进行线描绘; 该线描绘机构于上述流体之电导度为10-7-10-9S/cm时 ,假设上述相对移动速度之扫描速度为v(mm/sec),上 述电压为Vin(V),则以满足: Vin>31v+75 之关系式之扫描速度及电压进行线描绘。 14.一种静电吸引型流体吐出方法,其系藉由静电吸 引而自设于排出头之喷嘴之排出孔排出藉由施加 电压而带电之流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基 板上,其特征为: 以上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m; 当一面使上述喷嘴与上述基板相对性移动,一面在 上述喷嘴与上述基板之间施加开始排出流体之电 压条件之可排出最低电压以上之电压,来进行线描 绘时,依据上述电压及上述流体之电导度,配合频 率不同之间歇排出现象之周期,控制上述相对移动 之速度,使间歇排出之排出图案邻接者彼此一部分 重叠。 15.一种静电吸引型流体吐出方法,其系藉由静电吸 引而自设于排出头之喷嘴之排出孔排出藉由施加 电压而带电之流体,并喷洒在与喷嘴相对配置之基 板上,其特征为: 以上述喷嘴之排出孔直径为0.01-25m, 当一面使上述喷嘴与上述基板相对性移动,一面在 上述喷嘴与上述基板之间施加开始排出流体之电 压条件之可排出最低电压以上之电压,来进行线描 绘时,以间歇排出之排出图案,且由上述相对移动 之速度所决定之排出图案邻接者彼此一部分重叠 之方式控制上述电压。 16.一种静电吸引型流体吐出装置,其系自驱动电压 施加机构在喷嘴与排出对象构件之间施加驱动电 压,供给电荷至供给于喷嘴内之流体,使该流体自 喷嘴孔排出至前述排出对象构件,其特征为: 前述喷嘴之孔径为1m-5m; 前述驱动电压施加机构,于设前述流体之电阻为R, 喷嘴前端部之前述流体与前述排出对象构件间之 静电电容为C时,在满足: 130V<V0[1-exp(-t/RC)] 之电压V0及施加时间t之条件下输出前述驱动电压 。 17.一种静电吸引型流体吐出装置,其系自驱动电压 施加机构在喷嘴与排出对象构件之间施加驱动电 压,供给电荷至供给于喷嘴内之流体,使该流体自 喷嘴孔排出至前述排出对象构件,其特征为: 前述喷嘴之孔径为1m-5m; 前述驱动电压施加机构,于设前述流体之电阻为R, 喷嘴前端部之前述流体与前述排出对象构件间之 静电电容为C时,在满足: 130V<V0[1-exp(-t/RC)]<250V 之电压V0及施加时间t之条件下输出前述驱动电压 。 18.一种静电吸引型流体吐出装置,其系自驱动电压 施加机构在喷嘴与排出对象构件之间施加驱动电 压,供给电荷至供给于喷嘴内之流体,使该流体自 喷嘴孔排出至前述排出对象构件,其特征为: 前述喷嘴之孔径为1m-5m; 前述驱动电压施加机构,于设前述流体之电阻为R, 喷嘴前端部之前述流体与前述排出对象构件间之 静电电容为C时,在满足: 130V<V0[1-exp(-t/RC)]<250V且 V0<250V 之电压V0及施加时间t之条件下输出前述驱动电压 。 19.一种静电吸引型流体吐出装置,其系自驱动电压 施加机构在喷嘴与排出对象构件之间施加驱动电 压,供给电荷至供给于喷嘴内之流体,使该流体自 喷嘴孔排出至前述排出对象构件,其特征为: 设前述喷嘴前端部与前述排出对象构件间之距离 为X,前述喷嘴之孔径为1m-5m,喷嘴孔径为 该范围时之设自喷嘴开始排出前述流体之开始排 出电压之最大値为VH,最小値为VL时,系 VH=-0.001X2+0.44X++125 VL=-0.0013X2+0.69X+160。 20.一种静电吸引型流体吐出方法,其系在喷嘴与排 出对象构件之间施加驱动电压,供给电荷至供给于 喷嘴内之流体,使该流体自喷嘴孔排出至前述排出 对象构件,其特征为: 前述喷嘴之孔径为1m-5m; 设前述流体之电阻为R,喷嘴前端部之前述流体与 前述排出对象构件间之静电电容为C时,在满足: 130V<V0[1-exp(-t∕RC)] 之电压V0及施加时间t之条件下输出前述驱动电压 。 图式简单说明: 图1(a)系显示本发明一种实施形态之静电吸引型流 体吐出装置之施加于喷嘴基板间之脉冲电压之波 形,与此时之弯月部表面电位变化之波形图,图1(b) 系显示其比较例之脉冲电压之波形,与此时之弯月 部表面电位变化之波形图。 图2系在成为本发明基础之使用局部电场之排出模 型中,计算喷嘴之电场强度之说明图。 图3系显示表面张力压力及静电性压力与喷嘴径关 连性之模型计算结果图。 图4系显示排出压力与喷嘴径关连性之模型计算结 果图。 图5系显示一排出界限电压与喷嘴径关连性之模型 计算结果图。 图6系显示作用于荷电液滴与基板间之镜像力与喷 嘴-基板间距离之关系。 图7系显示自喷嘴流出之流量与施加电压之相关关 系之模型计算结果。 图8系喷嘴径与排出反应性及排出界限频率之关系 之说明图。 图9系包含本发明一种实施形态之静电吸引型流体 吐出装置重要侧面剖面之说明图。 图10(a)及图10(b)均系显示施加于喷嘴-基板间之脉 冲电压之波形与此时之弯月部表面电位变化之波 形图。 图11系显示藉由施加于喷嘴-基板间之脉冲电压上 昇之前施加之电压値进行开始排出反应性确认实 验之结果图。 图12(a)及图12(b)均系显示施加于喷嘴-基板间之脉 冲电压之波形与此时之弯月部表面电位变化之波 形图。 图13系显示藉由施加于喷嘴-基板间之脉冲电压下 降之后施加之电压値进行结束排出反应性确认实 验之结果图。 图14系显示施加于喷嘴-基板间之脉冲电压之波形 与此时之弯月部表面电位变化之波形图。 图15(a)系显示图1所示之静电吸引型流体吐出装置 之施加于喷嘴-基板间之直流电压开始施加时之波 形,与此时之弯月部表面电位变化之波形图,图15(b) 系显示其比较例之直流电压开始施加时之波形,与 此时之弯月部表面电位变化之波形图。 图16(a)系显示图1所示之静电吸引型流体吐出装置 之施加于喷嘴-基板间之直流电压结束施加时之波 形,与此时之弯月部表面电位变化之波形图,图16(b) 系显示其比较例之直流电压结束施加时之波形,与 此时之弯月部表面电位变化之波形图。 图17系显示低速驱动与高素驱动时之描绘图案差 异之说明图。 图18系包含本发明其他实施形态之静电吸引型流 体吐出装置重要部分侧面剖面之说明图。 图19系显示排出头与基板载台之相对速度关系之 说明图。 图20系显示施加于喷嘴-基板间之直流之信号电压 波形与间歇排出周期之关系之说明图。 图21(a)-图21(c)均系显示以单一排出图案形成线描 绘用之条件之说明图。 图22(a)及图22(b)均系显示施加于喷嘴-基板间之直 流之信号电压波形与间歇排出周期之关系之说明 图。 图23系显示施加于喷嘴-基板间之直流之信号电压 値与间歇排出频率之关系之说明图。 图24系显示扫描速度与可线描绘之最低电压之关 系图。 图25(a)系本发明之其他实施形态之静电吸引型流 体吐出装置之概略构造图,图25(b)系该静电吸引型 流体吐出装置之等价电路。 图26系显示图25(a)所示之静电吸引型流体吐出装置 之驱动电压施加时间与开始排出电压之关系图。 图27(a)系显示图25(a)所示之静电吸引型流体吐出装 置达到开始排出电位前之弯月部表面电位之变化 图,且系显示施加电压与施加时间为440V与2400 sec 时之图,图27(b)系显示施加电压与施加时间为680V与 1200 sec时之图,图27(c)系显示施加电压与施加时 间为1600V与400 sec时之图。 图28系显示自图25(a)所示之电源输出之驱动电压一 种范例之波形图。 图29系显示图25(a)所示之静电吸引型流体吐出装置 之喷嘴径与自喷嘴开始排出材料之电压之关系图 。 图30系显示图25(a)所示之静电吸引型流体吐出装置 使用喷嘴径不同之数个喷嘴时之开始排出电压与 喷嘴-基板间距离之关系图。 图31系显示图25(a)所示之静电吸引型流体吐出装置 之弯月部表面电位偏差与施加至驱动电极之电压( 驱动电压)之关系图。 图32系显示静电吸引型流体吐出装置藉由静电牵 线现象引起排出流体成长之原理图。
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