[논문]정전기장 유도된 잉크젯 프린터 헤드를 이용한 탄소나노튜브 잉크의 Drop-On-Demand 특성 연구

최재용; 김용재; 손상욱; 김영민; 변도영; 고한서; 이석한

정전기장 유도된 잉크젯 프린터 헤드를 이용한 탄소나노튜브 잉크의 Drop-On-Demand 특성 연구
The Analysis of Drop-On-Demand Characteristic of Electrostatic Field Induced Inkjet Head System with Carbon Nano Tube (CNT) Ink 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.56 no.8, 2007년, pp.1445 - 1449

최재용 (성균관대학 정보통신공학부) , 김용재 (성균관대학 기계공학부) , 손상욱 (성균관대학 정보통신공학부) , 김영민 (성균관대학 지능시스템연구센터) , 변도영 (건국대학 기계항공공학부) , 고한서 (성균관대학 기계공학부) , 이석한 (성균관대학 정보통신공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the DOD (Drop-On-Demand) characteristic using the electrostatic field induced inkjet printing system. In order to achieve the DOD characteristic of electrostatic field induced inkjet printing, applied the bias voltage of 1.4 kV and the pulse voltage of $2.0\;kV\;{\sim}\;2.7\;kV$ using high voltage pulse generator. Electrostatic field induced droplet ejection is directly observed using a high-speed camera and for investigated DOD characteristic, CNT ink used. The electrostatic field induced inkjet head system has DOD characteristic using pulse generator which can be applied pulse voltage. The bias voltage has a good condition which form meniscus and has micro dripping mode for small size micro droplet. Also, the droplet size decreases with increasing the applied pulse voltage. This paper shows DOD characteristic at electrostatic field induced inkjet head system, Therefore. electrostatic DOD inkjet head system will be applied industrial area comparing conventional electrostatic inkjet head system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 위의 열 방식과 피에조 방식의 단점을 극복할 수 있는 정전기장이 유도된 DOD (Drop-On- Demand) 잉크젯 프린터 헤드 기술을 제안한다[12]. 정전기장이 유도된 잉크젯 프린터 헤드 방식은 잉크의 충격이 적으며, 다양한 종류의 특성을 갖는 잉크의 사용이 가능하며, 액적 크기의 제어가 더 쉽다는 장점을 가진다[13-14].
본 논문에서는 Capillary tube 및 전선 전극을 이용한 잉크젯 헤드 시스템을 제작하였으며, 이를 사용하여 DOD 특성실험을 수행하였다. 실험 결과 초기 액적 형성을 위한 DC 바이어스 전압이 중요함을 확인하였으며, 본 연구에서는 1.

제안 방법

규명하기 위해, 그림 1 (a) 와 같이 내경이 100 um인 Capillary tube 안에 50 um 백금 선을 넣어 Ground를 설정하고, Teflon tube와의 Epoxy bonding으로 Fluidic system을 제작하였다. 또한 Glass wafer에 Al 증착 후, Sanding 방식으로 직경이 1 mm~2.
Micro-droplet!- DOD 방식으로 토출하는 정전기적 방식의 잉크젯 프린팅 헤드 기술을 제안한다.
0 kV 이상으로 설정하였다. 또한 Duty ratio 는 1%, 마이크로 펌프의 유량은 0.1 ul/min으로, 인가 주파수는 50 Hz로 설정하여, 펄스 전압 변화에 따른 잉크 액적토출 특성을 고속카메라를 이용하여 촬영하였다.
갖는 CNT 잉크를 사용하였다. 또한 높은 전압을 원하는 파형으로 만들 수 있는 Pulse generator를 이용하여 정전기력에 의한 DOD 특성을 측정하였다. DOD는 산업용 잉크젯 프린팅 기술에 있어 가장 중요한 특성으로서, 원하는 장소에 액적을 토출함을 말한다.
본 연구에서 구성한 측정 시스템을 이용하여 정전 기장 이유도 된 잉크젯 헤드의 DOD 특성을 측정하였다. 먼저, 잉크젯 헤드를 통한 잉크 액적이 토출되기 시작하는 바이어스 전압(bias voltage)을 확인하기 위하여 DC전압 변화에 따른 잉크 토출 실험을 수행한 결과, CNT 잉크가 인가전압 1.
5 kHz 인구형 파를 인가했을 때의 DOD 특성을 보여주는 그림이다. 액적이 펄스 전압 상태에서 매우 짧은 시간에 토출되므로 현재 보유 하고 있는 Pulse generator의 파형이 안정되면서 가장 짧은 Duty cycle을 가질 수 있는 10%로 설정하였다.
이러한 실험결과를 토대로 액적이 토출되기 직전인 구형파 바이어스 전압을 1.4 kV로 설정하고 펄스 전압(pulse voltage)을 2.0 kV 이상으로 설정하였다. 또한 Duty ratio 는 1%, 마이크로 펌프의 유량은 0.

대상 데이터

또한 잉크는 높은 도전율를 갖는 SWNT를 10분 동안의컵혼(cup-horn) 초음파와 4시간 동안 170, 000 g의 원심분리기 속에서 처리하여, CNT 가 각각 음이온 계면활성제 (sodium dodecyl sulfate)에 의해 둘러싸인 채로 D2O에 부유하게 된 상태의 CNT 잉크를 사용하였다[15].
모식도이다. 액적 토출의 D0D 특성 가시화를 위해 Micro zoom lens를 장착하고 125x512 해상도에서 초당 최대 15000장을 촬영할 수 있는 고속 카메라를 이용하였다. 고속카메라는 컴퓨터에 USB로 연결되어, Photron FASTCAM 의 소프트웨어를 통해 영상을 고속카메라 메모리 (4GB)에 임시로 저장한 다음 데이터 선별작업을 거쳐 컴퓨터 하드디스크로 최종 저장하게 된다.
정전기장이 유도된 방식의 잉크젯 프린터 헤드 기술을 적용하기 위해 Capillary tube 및 백금 전극을 이용한 정전기적 잉크젯 헤드 및 시스템을 제작하고, 높은 도전율 (conductivity)를 갖는 CNT 잉크를 사용하였다. 또한 높은 전압을 원하는 파형으로 만들 수 있는 Pulse generator를 이용하여 정전기력에 의한 DOD 특성을 측정하였다.

성능/효과

5 kV 사이에서 액적이 토출됨이 나타났다. 따라서 인가전압 L5 kV이상에서 액적이 Dripping mode로 토출되며, 인가전압 1.4 kV가 Meniscus를 형성하는 전압임을 확인하였다.
4 kV의 바이어스 전압에서 가장 좋은 특성을 보였음을 확인하였다. 또한 일정한 바이어스 전압을 유지한 상태에서 펄스 전압 및 주파수를 조절하여 잉크젯 헤드 시스템에 인가함으로써 원하는 시간에 잉크 토출을 수행할 수 있는 DOD 특성 올 보였다. 또한 Capillary tube를 이용한 다른 논문[16] 의 결과보다 더 낮은 전압에서 더 작은 크기의 액적 토출을 얻었다.
잉크젯 헤드의 DOD 특성을 측정하였다. 먼저, 잉크젯 헤드를 통한 잉크 액적이 토출되기 시작하는 바이어스 전압(bias voltage)을 확인하기 위하여 DC전압 변화에 따른 잉크 토출 실험을 수행한 결과, CNT 잉크가 인가전압 1.4 kV에서 1.5 kV 사이에서 액적이 토출됨이 나타났다. 따라서 인가전압 L5 kV이상에서 액적이 Dripping mode로 토출되며, 인가전압 1.
수행하였다. 실험 결과 초기 액적 형성을 위한 DC 바이어스 전압이 중요함을 확인하였으며, 본 연구에서는 1.4 kV의 바이어스 전압에서 가장 좋은 특성을 보였음을 확인하였다. 또한 일정한 바이어스 전압을 유지한 상태에서 펄스 전압 및 주파수를 조절하여 잉크젯 헤드 시스템에 인가함으로써 원하는 시간에 잉크 토출을 수행할 수 있는 DOD 특성 올 보였다.

후속연구

또한 Capillary tube를 이용한 다른 논문[16] 의 결과보다 더 낮은 전압에서 더 작은 크기의 액적 토출을 얻었다. 따라서 향후 많은 실험을 통한 신뢰성 확보만 된다면, 디스플레이 분야 및 다른 산업용 잉크젯 프린팅 시장에 정전 기력이 유도된 잉크젯 헤드의 적용이 가능하리라 기대된다.
특히 평판디스플레이 (FPD : Flat Panel Display)의 비약적인 발전에 힘입어 디스플레이산업의 시장 규모가 가파르게 성장하면서, 디스플레이 산업이 기술적인 측면에서 경량화, 슬림화, 대형화와 맞물려 가격 하락에 따른 압력 또한 거세져 기존 반도체 공정 기술보다 획기적으로 공정 과정을 줄일 수 있는 잉크젯 헤드 프린터 기술이 시장 및 경쟁력 확보를 위한 신기술로 인정받아 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한 잉크젯 프린터 헤드 기술은 디스플레이 산업뿐만 아니라, 각종 Micro sensor, Bio chip, RFID, Micro 적층 안테나, 생물 세포 배양 등 그 응용 범위가 점차 확대될 것으로 기대된다.

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상세보기
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J.L. Li, 'On the meniscus deformation when the pulsed voltage is applied', Journal of electrostatics 64, pp. 44-52

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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