发明名称 静电吸引型流体吐出装置、静电吸引型流体吐出方法、及使用其之描绘图案形成方法
摘要 本发明之静电吸引型流体吐出装置系在喷嘴与绝缘性基板之间,自电源施加驱动电压,供给电荷于供给至喷嘴内之排出材料,并自喷嘴孔排出该排出材料至绝缘性基板上。喷嘴之孔径为 0.01μm~ 25μm,电源系输出反转成正负两极性之两极性脉冲电压,且频率为1 Hz以上之电压,作为驱动电压。
申请公布号 TWI250898 申请公布日期 2006.03.11
申请号 TW093123740 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 B05B5/00;B41J2/06 主分类号 B05B5/00
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,其系在喷嘴与排 出对象构件之间,自驱动电压施加手段施加驱动电 压,供给电荷于供给至喷嘴内之流体,并自喷嘴孔 排出该流体至前述排出对象构件,其特征为: 前述喷嘴之孔径为0.01m~25m; 前述驱动电压施加手段输出反转成正负两极性之 两极性脉冲电压,且频率为1Hz以上之电压,作为前 述驱动电压。 2.一种静电吸引型流体吐出装置,其系在喷嘴与排 出对象构件之间,自驱动电压施加手段施加驱动电 压,供给电荷于供给至喷嘴内之流体,并自喷嘴孔 排出该流体至前述排出对象构件,其特征为: 前述喷嘴之孔径为0.01m~25m; 前述驱动电压施加手段输出反转成正负两极性之 两极性脉冲电压,且对于前述流体之电导度S/m及 相对介电常数,以=决定之时间常数与 驱动电压频率f Hz之关系成为f≦1/(2)之电压,作 为前述驱动电压。 3.一种静电吸引型流体吐出装置,其系在喷嘴与排 出对象构件之间,自驱动电压施加手段施加驱动电 压,供给电荷于供给至喷嘴内之流体,自喷嘴孔排 出该流体至前述排出对象构件,并且以移动手段使 前述喷嘴与排出对象构件在与此等两者相对方向 正交之方向上相对移动,其特征为: 前述喷嘴之孔径为0.01m~25m; 前述驱动电压施加手段输出反转成正负两极性,频 率为f Hz之两极性脉冲电压,作为前述驱动电压, 进一步具备控制手段,其系控制前述驱动电压输出 手段与前述移动手段之至少一方,使前述驱动电压 施加手段之驱动电压频率f Hz与前述相对移动之相 对速度vm/sec之关系成为f≧5v。 4.一种静电吸引型流体吐出装置,其系在喷嘴与排 出对象构件之间,自驱动电压施加手段施加驱动电 压,供给电荷于供给至喷嘴内之流体,自喷嘴孔排 出该流体至前述排出对象构件,并且以移动手段使 前述喷嘴与排出对象构件在与此等两者相对方向 正交之方向上相对移动,其特征为: 前述喷嘴之孔径为0.01m~25m; 前述驱动电压施加手段输出反转成正负两极性之 两极性脉冲电压,且400V以下之电压,作为前述驱动 电压。 5.一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,供给电荷于供给至 喷嘴内之流体,并自喷嘴孔排出该流体至前述排出 对象构件,其特征为: 前述喷嘴之孔径为0.01m~25m; 前述驱动电压系反转成负两极性之两极性脉冲电 压,且频率为1Hz以上之电压。 6.一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,供给电荷于供给至 喷嘴内之流体,并自喷嘴孔排出该流体至前述排出 对象构件,其特征为: 前述喷嘴之孔径为0.01m~25m; 前述驱动电压系反转成正负两极性之两极性脉冲 电压,且系对于前述流体之电导度S/m及相对介电 常数,以=/决定之时间常数与驱动电压 频率f Hz之关系成为f≦1/(2)之电压。 7.一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,供给电荷于供给至 喷嘴内之流体,自喷嘴孔排出该流体至前述排出对 象构件,并且使前述喷嘴与排出对象构件在与此等 两者相对方向正交之方向上相对移动,其特征为: 前述喷嘴之孔径为0.01m~25m; 成为前述驱动电压,输出反转成正负两极性,且频 率为f Hz之两极性脉冲电压, 控制驱动电压频率与相对移动速度之至少一方,使 前述驱动电压频率f Hz与前述相对移动之相对速度 vm/sec之关系成为f≧5v。 8.一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,供给电荷于供给至 喷嘴内之流体,并自喷嘴孔排出该流体至前述排出 对象构件,其特征为: 前述喷嘴之孔径为0.01m~25m; 前述驱动电压系反转成输出正负两极性之两极性 脉冲电压,且系400V以下之电压。 9.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由使藉由 施加电压而带电之排出流体,藉由静电吸引而自流 体吐出头之喷嘴之流体喷出孔排出而喷洒在基板 上,在该基板表面上形成排出流体之描绘图案,其 特征为: 上述喷嘴之流体喷出孔之喷嘴径为0.01~25m,并且 具备: 除电手段,其系上述基板为绝缘性基板,对该绝缘 性基板排出流体前,除去该绝缘性基板表面之电荷 ;及 流体吐出手段,其系对除电后之绝缘性基板,以正 负两极性之脉冲电压进行流体吐出。 10.如请求项9之静电吸引型流体吐出装置,其中上 述除电手段系以特定之图案进行绝缘性基板之除 电。 11.如请求项9之静电吸引型流体吐出装置,其中上 述流体吐出手段系以流体吐出时藉由电荷向弯月 部集中而产生之电场强度小于藉由帕申曲线( Paschen Curve)之计算式求出之开始放电电场强度之 类的施加电压进行流体吐出。 12.如请求项11之静电吸引型流体吐出装置,其中上 述流体吐出手段系以340V以下之施加电压进行流体 吐出。 13.如请求项11之静电吸引型流体吐出装置,其中上 述喷嘴之流体喷出孔之喷嘴径为16m以上或0.25 m以下; 上述流体吐出手段系以500V以下之施加电压进行流 体吐出。 14.如请求项11之静电吸引型流体吐出装置,其中上 述喷嘴之流体喷出孔之喷嘴径为7.4m以上或0.65 m以下, 上述流体吐出手段系以400V以下之施加电压进行流 体吐出。 15.一种静电吸引型流体吐出方法,其系藉由使藉由 施加电压而带电之排出流体,藉由静电吸引而自流 体吐出头之喷嘴之流体喷出孔排出而喷洒在基板 上,在该基板表面上形成排出流体之描绘图案,其 特征为: 上述喷嘴之流体喷出孔之喷嘴径为0.01~25m,并且 上述基板为绝缘性基板,对该绝缘性基板排出流体 前,除去该绝缘性基板表面之电荷; 对除电后之绝缘性基板,以正负两极性之脉冲电压 进行流体吐出。 16.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由使藉由 施加电压而带电之排出流体,藉由静电吸引而自流 体吐出头之喷嘴之流体喷出孔排出而喷洒在基板 上,在该基板表面上形成排出流体之描绘图案,其 特征为: 上述喷嘴之流体喷出孔之喷嘴径为0.01~25m,并且 具备电荷赋予手段,其系上述基板为绝缘性基板, 在该绝缘性基板之表面以特定之图案赋予电荷。 17.如请求项16之静电吸引型流体吐出装置,其中上 述电荷赋予手段具备: 同样带电手段,其系对包含感光性材料之绝缘性基 板赋予电荷,且使上述绝缘性基板之表面同样带电 ;及 除电手段,其系以特定之图案在同样带电之上述绝 缘性基板表面进行雷射照射,进行雷射照射过位置 之除电。 18.一种静电吸引型流体吐出装置,其系藉由使藉由 施加电压而带电之排出流体,藉由静电吸引而自流 体吐出头之喷嘴之流体喷出孔排出而喷洒在基板 上,在该基板表面上形成排出流体之描绘图案,其 特征为: 上述喷嘴之流体喷出孔之喷嘴径为0.01~25m,并且 具备电压施加手段,其系上述基板为绝缘性基板, 导电材料可对图案化后之该绝缘性基板接触配置, 排出流体时,施加电压于该绝缘性基板上之导电部 。 19.一种描绘图案形成方法,其系藉由静电吸引型流 体吐出装置来实施,该静电吸引型流体吐出装置系 藉由使藉由施加电压而带电之排出流体,藉由静电 吸引而自流体吐出头之喷嘴之流体喷出孔排出而 喷洒在绝缘性基板上,在该绝缘性基板表面上形成 排出流体之描绘图案,其特征为: 上述喷嘴之流体喷出孔之喷嘴径为0.01~25m,并且 上述基板为绝缘性基板,对该绝缘性基板排出吐出 流体前,藉由在须形成描绘图案之位置,预先赋予 与使排出流体带电用之驱动电压极性相反极性之 电荷,而形成电荷图案; 藉由在上述电荷图案上进行流体吐出,而形成排出 流体之描绘图案。 20.一种描绘图案形成方法,其系藉由静电吸引型流 体吐出装置来实施,该静电吸引型流体吐出装置系 藉由使藉由施加电压而带电之排出流体,藉由静电 吸引而自流体吐出头之喷嘴之流体喷出孔排出而 喷洒在绝缘性基板上,在该绝缘性基板表面上形成 排出流体之描绘图案,其特征为: 上述喷嘴之流体喷出孔之喷嘴径为0.01~25m,并且 上述基板为绝缘性基板,对该绝缘性基板排出吐出 流体前,藉由在须形成描绘图案位置之周围,预先 赋予与使排出流体带电用之驱动电压极性相同极 性之电荷,而形成电荷图案; 藉由在被上述电荷图案包围之描绘图案形成区域 进行流体吐出,而形成吐出流体之描绘图案。 21.如请求项20之描绘图案形成方法,其中使用包含 感光性材料之绝缘性基板; 上述电荷图案系藉由使上述绝缘性基板之表面同 样带电后,以特定之图案在同样带电之绝缘性基板 表面进行雷射照射,进行照射雷射过位置之除电而 形成。 22.一种描绘图案形成方法,其系藉由静电吸引型流 体吐出装置来实施,该静电吸引型流体吐出装置系 藉由使藉由施加电压而带电之排出流体,藉由静电 吸引而自流体吐出头之喷嘴之流体喷出孔排出而 喷洒在绝缘性基板上,在该绝缘性基板表面上形成 排出流体之描绘图案,其特征为: 上述喷嘴之流体喷出孔之喷嘴径为0.01~25m,并且 上述基板为绝缘性基板,对该绝缘性基板排出排出 流体前,藉由在不形成描绘图案之非描绘区域,预 先赋予与使排出流体带电用之驱动电压极性相同 极性之电荷,而形成电荷图案; 不必在上述非描绘区域上亦停止对上述流体吐出 之电压施加,而形成描绘图案。 23.一种描绘图案形成方法,其系藉由静电吸引型流 体吐出装置来实施,该静电吸引型流体吐出装置系 藉由使藉由施加电压而带电之排出流体,藉由静电 吸引而自流体吐出头之喷嘴之流体喷出孔排出而 喷洒在绝缘性基板上,在该绝缘性基板表面上形成 排出流体之描绘图案,其特征为: 上述喷嘴之流体喷出孔之喷嘴径为0.01~25m,并且 上述基板为绝缘性基板,在该绝缘性基板之藉由导 电材料已形成有第一描绘图案之状态下,自第一描 绘图案上进一步形成第二描绘图案时,一面在形成 第一描绘图案之导电部上施加电压,一面形成第二 描绘图案。 图式简单说明: 图1系本发明一种实施形态之静电吸引型流体吐出 装置之概略构造图。 图2系在成为本发明基础之排出模型中,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系显示本发明前提技术之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。 图7系显示本发明前提技术之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。 图8系显示实验性求出开始排出电压与喷嘴径关连 性之结果图。 图9系显示喷嘴之驱动电压使用两极性脉冲电压而 形成描绘图案时,在描绘图案之周边产生微小液滴 之飞散状态之说明图。 图10(a)系显示作为脉冲之驱动电压之一种频率低 之脉冲电压之波形图,图10(b)系在绝缘性基板上产 生液滴之飞散原理之说明图。 图11系显示自图1所示之电源输出之一种驱动电压 之波形图。 图12系显示图1所示之静电吸引型流体吐出装置之 喷嘴之驱动电压频率与排出最低电压之关系图。 图13系显示以图1所示之静电吸引型流体吐出装置 进行线描绘时之喷嘴之驱动电压频率与绝缘性基 板上之液滴飞散区域宽之关系图。 图14(a),(b)系显示本发明其他实施形态之静电吸引 型流体吐出装置之施加于喷嘴之驱动电极之驱动 电压之两极性脉冲电压之波形与喷嘴前端之排出 材料之表面电位之关系之波形图,图14(a)系显示自 喷嘴不引起排出材料排出之情况,图14(b)系显示引 起该排出之情况。 图15系在图1所示之静电吸引型流体吐出装置之喷 嘴中,自驱动电极供给之电荷储存于喷嘴前端之弯 月部之动作之说明图。 图16系显示自使用图14(b)所示之驱动电压时之喷嘴 排出及不排出材料状态之说明图。 图17系显示图1所示之静电吸引型流体吐出装置之 驱动电压频率与排出最低电压之关系图。 图18系显示图1所示之静电吸引型流体吐出装置之 驱动电压频率与绝缘性基板上之液滴飞散区域宽 度之关系图。 图19系在图1所示之静电吸引型流体吐出装置中,以 广频率范围显示排出材料使用染色墨及银毫微浆 液时之驱动电压频率与排出最低电压之关系图。 图20系本发明另外实施形态之静电吸引型流体吐 出装置之概略构造。 图21系显示本发明另外实施形态之静电吸引型流 体吐出装置之载台扫描速度与绝缘性基板上之液 滴飞散区域宽度之关系图。 图22系本发明另外实施形态之静电吸引型流体吐 出装置之施加于喷嘴之驱动电极上之驱动电压与 绝缘性基板上之液滴之飞散区域之关系图。 图23系显示第五种实施形态之静电吸引型流体吐 出装置之概略构造之立体图。 图24系显示第六种实施形态之静电吸引型流体吐 出装置之概略构造之立体图。 图25系显示静电吸引型流体吐出装置之喷嘴前端 部之喷嘴径与藉由在弯月部上电荷集中而产生之 电场强度之关系图。 图26系显示第八种实施形态之静电吸引型流体吐 出装置之概略构造之立体图。 图27系显示附着电荷之表面电位与流体吐出时之 最低驱动电压之关系图。 图28系显示第九种实施形态之静电吸引型流体吐 出装置之概略构造之立体图。 图29系显示第十种实施形态之静电吸引型流体吐 出装置之概略构造之立体图。 图30系显示本发明第十一种实施形态之静电吸引 型流体吐出装置之概略构造之立体图。 图31系显示第十二种实施形态之静电吸引型流体 吐出装置之概略构造之立体图。 图32系显示静电吸引型流体吐出装置之藉由静电 牵线现象而排出流体之成长原理图。
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