KR101206812B1 - 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드는 기판과, 기판 위에 구비되고 요홈을 갖는 절연층과, 요홈의 상부에 구비되고 상면이 오목하게 휘어진 발열체와, 발열체에 전류를 인가하기 위해 발열체에 접하는 전극과, 발열체의 상부에 구비되는 챔버층과, 챔버층의 상부에 구비되고 노즐을 갖는 노즐층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면, 발열체의 형상을 굴곡형으로 하여 발열체의 길이를 길게 함으로써 발열체의 저항을 높일 수 있다. 따라서, 인가 전류 변화에도 발열체가 보다 안정적으로 작동할 수 있고, 인쇄가 보다 양호하게 이루어질 수 있다.

잉크젯 프린트헤드, 발열체, 저항, 굴곡형

Description

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Inkjet printhead and method of manufacturing thereof}

본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잉크 가열시 발생되는 버블을 이용하여 잉크를 분사시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린터헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 잉크젯 화상형성장치는 화상신호에 따라 잉크를 분사하는 잉크젯 프린트헤드를 구비하고, 이 프린트헤드가 화상신호에 따라 잉크 액적(droplet)을 방출시켜서 인쇄매체 위에 글자나 그림을 인쇄한다. 잉크젯 화상형성장치는 프린트헤드가 인쇄매체의 이송방향(부주사 방향)과 직각방향(주주사 방향)으로 왕복 주행하면서 잉크를 분사하는 셔틀(shuttle)방식과, 프린트헤드가 인쇄매체의 폭에 상응하는 길이로 이루어져 라인 인쇄(line printing)가 가능한 어레이(array)방식이 있다.

잉크젯 프린트헤드는 잉크 액적의 토출 방식에 따라 크게 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드와, 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드로 구분될 수 있다. 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는 잉크챔버 내부에 설치되는 발열체를 구비하고, 이 발 열체가 잉크챔버 내부의 잉크를 가열할 때 발생되는 버블(bubble)의 팽창력을 이용하여 잉크 액적을 노즐을 통해 분사하는 방식이다. 그리고, 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는 압전체를 구비하고, 이 압전체가 전원을 인가받아 변형될 때 잉크에 가해지는 압력을 이용하여 잉크 액적을 노즐을 통해 분사하는 방식이다.

도 1은 종래 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 종래 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일부 구성을 나타낸 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope:SEM) 사진이다.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 종래 잉크젯 프린트헤드는 실리콘 기판(11) 위에 복수의 절연층(12)(13)(14)(15)이 구비되고, 최상부의 절연층(15) 위에 발열체(16)가 구비되고, 발열체(16) 위에 발열체(16)에 전원을 공급하기 위한 전극(17)이 구비된다. 또한, 전극(17)의 상부에는 잉크 챔버(21)를 형성하는 챔버층(18)이 구비되고, 챔버층(18)의 상부에는 노즐(22)을 갖는 노즐층(19)이 구비된다.

이러한 종래 잉크젯 프린트헤드는 전극(17)을 통해 발열체(16)에 펄스 형태의 전류가 인가되면 발열체(16)에서 열이 발생하면서 발열체(16)에 인접하는 잉크가 가열된다. 잉크가 가열되어 비등하면 버블이 발생되고, 버블은 팽창하여 잉크 챔버 내부에 채워진 잉크에 압력을 가한다. 이에 의해 노즐(22)의 하부에 있던 잉크가 노즐(22)을 통해 액적 형태로 토출된다.

이러한 종래 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에 인가되는 전류는 항상 이상적인 펄스 형태로 인가될 수는 없다. 즉, 사용시 여러가지 원인에 의해 잉크젯 프 린트헤드에 인가되는 전류의 펄스는 불규칙적으로 바뀔 수 있다. 잉크젯 프린트헤드에 인가되는 전류의 펄스가 바뀌면 잉크 액적의 분사 속도가 변하여 인쇄 품질이 떨어질 수 있다. 인가되는 전류의 펄스 변화에도 잉크 액적의 분사 속도가 일정하게 유지되기 위해서는 발열체(16)의 저항이 큰 것이 유리하다.

발열체(16)의 저항은 다음과 같은 수식으로 나타낼 수 있으므로, 이 수식을 통해 발열체(36)의 저항을 크게 할 수 있는 몇 가지 방법을 고려해 볼 수 있다.

R=ρ(L/S)

(여기에서, ρ는 발열체를 이루는 물질의 고유한 비저항이고, S는 전류 진행 방향으로의 발열체의 단면적이고, L은 발열체 길이이다.)

먼저, 발열체(16)를 비저항이 큰 물질로 만들어 발열체(16)의 저항을 크게 할 수 있다. 그런데, 현재 잉크젯 프린트헤드의 발열체(16)로 적합한 물질로 알려진 것은 한정되어 있으므로, 새로운 물질을 찾아야 하는데 이는 개발 기간이 길어지는 문제가 있다.

두 번째로, 발열체(16)의 길이를 길게 하여 발열체(16)의 저항을 크게 할 수 있다. 그런데, 발열체(16)의 길이를 길게 하면 버블 발생 길이가 길어지고, 발열체(16)의 열이 노즐(22) 하부의 잉크로 집중되지 못하고 주위로 퍼져서 발열체(16)의 효율이 떨어지는 문제가 있다.

세 번째로, 발열체(16)의 두께를 얇게 하여 단면적을 줄임으로써 발열체(16)의 저항을 크게 할 수 있다. 그런데, 발열체(16)의 두께가 얇아지면 발열체(16)의 내구성이 떨어지는 문제가 있다.

따라서, 상기와 같이 발열체(16)가 노즐(22)의 하부에 평면 형태로 놓이는 종래 잉크젯 프린트헤드는 발열체(16)의 저항을 높이기가 쉽지 않다.

또한, 상기와 같은 종래 잉크젯 프린트헤드는 발열체(16)에서 기판(11)까지의 두께가 두껍기 때문에, 발열체(16)에서 발생되는 열이 신속하게 방출되지 못하고 잉크젯 프린트헤드에 축적되는 문제가 있다. 즉, 발열체(16)와 기판(11) 사이에 놓이는 절연층(12)(13)(14)(15)은 열전도성이 나쁘기 때문에, 발열체(16)의 작동시 발열체(16)에서 발생되는 열은 신속하게 방출되지 못하고 계속해서 발열체(16)에 축적된다. 잉크 액적의 분사가 안정적으로 이루어지기 위해서는 발열체(16)에 전류가 흐를 때 발열체(16)의 온도가 고온(예컨대, 300°C)까지 상승하여 버블이 형성되고, 발열체(16)에 전류가 흐르지 않을 때 발열체(16)의 온도가 떨어져 버블이 수축함으로써 잉크 챔버(21)로 잉크가 신속하게 유입되어야 한다.

상기 종래 잉크젯 프린트헤드와 같이 발열체(16)의 열 방출이 원활하지 못하면, 잉크 액적의 토출 후에도 버블이 신속하게 수축되지 못하여 잉크 챔버(21)로 잉크의 공급이 원활하게 이루어질 수 없다. 따라서, 발열체(16)에 공급되는 전류의 주파수를 높여 인쇄 속도를 높이는데 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 발열체의 형상을 개선하여 발열체의 저항을 높임으로써 인가 전류의 변화에도 인쇄가 양호하게 이루어질 수 있는 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 발열체의 방열 효율을 높여 고속 인쇄가 가능한 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드는 기판과, 상기 기판 위에 구비되고 요홈을 갖는 절연층과, 상기 요홈의 상부에 구비되고 상면이 오목하게 휘어진 발열체와, 상기 발열체에 전류를 인가하기 위해 상기 발열체에 접하는 전극과, 상기 발열체의 상부에 구비되는 챔버층과, 상기 챔버층의 상부에 구비되고 노즐을 갖는 노즐층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 절연층과 상기 발열체의 사이에는 상면이 상기 요홈에서 오목하게 함몰된 절연코팅층이 구비될 수 있다.

그리고, 상기 절연코팅층은 SOG물질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 발열체와 상기 절연코팅층의 사이에는 분리층이 개재될 수 있다.

또한, 상기 전극은 상기 발열체의 상부에 구비될 수 있다.

또한, 상기 기판과 상기 발열체 사이의 거리는 0.5μm~5μm일 수 있다.

또한, 상기 발열체는 TaN, Ta, TiN, TaAl 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 발열체의 저항은 10Ω 이상일 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은 기판의 상부에 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층의 일부를 제거하여 요홈을 형성하는 단계와, 상기 요홈의 상부에 상면이 오목하게 휘어진 발열체를 형성하는 단계와, 상기 발열체에 전류를 공급하기 위해 상기 발열체와 접하는 전극을 형성하는 단계와, 상기 발열체의 상부에 챔버층을 형성하는 단계와, 상기 챔버층의 상부에 노즐이 구비된 노즐층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드는 발열체의 형상을 굴곡형으로 하여 발열체의 길이를 길게 함으로써 발열체의 저항을 높일 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드는 발열체가 평면형인 종래에 비해 전류 변화에도 발열체가 보다 안정적으로 작동할 수 있고, 인쇄가 보다 양호하게 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드는 기판과 발열체 사이에 구비되는 절연층의 두께가 종래에 비해 얇아서 발열체의 방열 효율이 향상된다. 따라서, 종래에 비해 인쇄 속도를 높일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 프린트헤드에 대하여 설명한다.

도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 프린트헤드는 기판(31)과, 기판(31)의 위에 순서대로 적층되는 제 1,2 절연층(32)(33), 절연코팅층(34) 및 분리층(35)과, 분리층(35)의 위에 부착되는 오목한 형상의 발열체(36)와, 발열체(36)에 펄스 형태의 전류를 공급하기 위한 전극(37)과, 잉크를 저장하는 잉크 챔버(41)를 형성하는 챔버층(38)과, 노즐(42)을 구비하는 노즐층(39)을 포함한다. 이러한 본 발명의 잉크젯 프린트헤드의 보다 상세한 구성은 다음과 같다.

기판(31)은 통상의 반도체와 같이 실리콘 기판으로 이루어지고, 그 위에 제 1 및 제 2 절연층(32)(33)이 구비된다. 각 절연층(32)(33)은 복수의 절연물질층으로 이루어지고, 발열체(36)와 기판(31) 사이를 절연하고 발열체(36)에서 기판(31)으로의 열 방출을 억제시킨다. 도면에서는 절연층이 두 개(제1 및 제2 절연층(32)(33))가 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명에 있어서 절연층은 하나의 층일 수도 있고, 3개 이상의 층으로 이루어질 수도 있다. 제 1 및 제 2 절연층(32)(33)에는 요홈(43)이 구비된다. 요홈(43)은 각 절연층(32)(33)의 일부가 통상적으로 알려진 포토리소그라피(photolithography)나, 건식 또는 습식 에칭에 의해 제거됨으로써 형성된다.

요홈(43)이 형성된 각 절연층(32)(33)의 위에는 절연코팅층(34)이 구비된다. 절연코팅층(34)은 SOG(Spin-On-Glass)물질이 절연층(32)(33)이 적층된 기판(31) 상 부에 스핀코팅법으로 코팅됨으로써 형성된다. 본 발명에 있어서 절연코팅층(34)을 이루는 SOG물질은 LPSZ로 대체될 수 있다. SOG물질이나 LPSZ은 유동성을 가진 물질이기 때문에, 스핀 코팅시 요홈(43)의 센터에서 사이드 쪽으로 밀려나 요홈(43)의 센터에서 사이드 쪽으로 두께가 점진적으로 두꺼워지는 오목한 형태로 코팅된다.

절연코팅층(34)의 위에는 분리층(35)이 구비되고, 분리층(35)의 위에 발열체(36)를 형성하는 발열물질층(36';도 5e 참조)이 적층된다. 발열물질층(36')은 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨 알루미늄(TaAl), 티타늄 질화물(TiN) 등의 발열물질이 박막 증착법에 의해 증착되어 이루어진 것이다. 발열물질층(36')은 SOG물질이나 LPSZ과 직접 접할 경우 화학 변화를 일으키는 것으로 알려져 있으므로, 발열물질층(36')이 절연코팅층(34)에 직접 접하지 않도록 분리층(35)이 발열물질층(36')과 절연코팅층(34) 사이에 구비된다. 분리층(35)은 요홈(43)에 오목하게 구비되는 절연코팅층(34)의 상부에 일정한 두께로 구비되기 때문에 요홈(43)에서 오목하게 휘어진 형태를 이루고, 발열물질층(36') 역시 분리층(35)의 상부에 일정한 두께로 구비되기 때문에 요홈(43)에서 오목하게 휘어진 형태를 이룬다.

발열물질층(36')의 상부에는 전류를 공급하게 위한 전극(37)이 구비된다. 전극(37)은 발열물질층(36')의 상면을 덮되 노즐(42) 하부에 위치하는 발열물질층(36')의 일부가 잉크 챔버(41)에 노출되도록 일부가 분리된 형태로 발열물질층(36')에 구비된다. 전극(37)의 분리된 한쪽 단부는 펄스 형태의 전류를 공급하는 전원(미도시)과 연결되고 다른쪽 일단은 그라운드(미도시)와 연결된다. 전극(37)의 분리된 한쪽 단부와 다른쪽 단부의 사이의 잉크 챔버(41)로 노출되는 발열물질 층(36')은 발열체(36)를 이룬다. 발열체(36)는 전극(37)을 통해 전류가 인가되면 발열하여 그 주위의 잉크를 비등시켜 버블을 발생시킨다.

도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 굴곡형 발열체(36)는 종래의 평면형 발열체(36)와 비교해 볼 때, 버블 발생 길이(l)는 동일하지만 발열체(36)의 길이가 길어진 것으로, 발열체(36)를 이루는 물질이나 두께의 변화 없이 종래에 비해 저항이 크다. 여기에서, 발열체(36)의 저항은 10Ω 이상이다.

그리고, 본 발명의 굴곡형 발열체(36)는 기판(31)까지의 거리가 종래에 비해 가깝다. 즉, 기판(31)과 발열체(36) 사이의 절연층 높이(H2)가 종래의 절연층 높이(H1)보다 얇다. 따라서, 발열체(36)의 열이 기판(31)으로 원활하게 이동할 수 있다. 본 발명에 있어서, 절연층의 높이(H2)는 0.5μm~5μm이다.

본 발명에 있어서, 도시되지는 않았으나 전극(37)이 발열체(36)의 하부에 구비되는 구성도 가능하다. 이 경우, 분리층(35)의 상부에 알루미늄(Al)과 같은 도전성물질층이 적층되고, 이 도전성물질층이 패터닝됨으로써 전극(37)이 형성된다. 그리고, 발열체(36)를 형성하는 발열물질층(36')은 전극(37) 및 분리층(35)의 상부에 적층된다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 발열체(36) 및 전극(37)의 상면에 이들을 잉크로부터 보호하는 보호층 및 버블의 캐비테이션 압력으로부터 이들을 보호하는 안티-캐비테이션층(anti-cavitation layer) 중 적어도 하나가 더 형성될 수 있다.

챔버층(38) 및 노즐층(39)은 발열체(36) 및 전극(37)의 상부에 차례로 구비된다. 챔버층(38)은 절연물질이 전극(37) 및 발열체(36) 위에 도포된 후, 발열 체(36) 주위의 일부가 포토리소그라피나, 건식 또는 습식 에칭에 의해 제거됨으로써 형성된다. 그리고, 노즐층(39)은 잉크 액적이 토출되는 노즐(42)을 구비하고, 노즐(42)이 발열체(36)의 상부에 놓이도록 챔버층(38)에 결합된다.

이하, 도 5a 내지 5i를 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 도 5a에 도시된 것과 같이, 기판(31) 위에 제 1 및 제 2 절연층(32)(33)을 차례로 적층한다. 이들 각 절연층(32)(33)은 복수의 절연물질층이 일정한 두께로 차례로 적층됨으로써 이루어진다.

이후, 도 5b에 도시된 것과 같이, 각 절연층(32)(33)의 일부를 포토리소그라피나, 건식 또는 습식 에칭을 통해 제거하여 요홈(43)을 형성한다. 이러한 요홈(43)의 형성 단계에서 제 1 절연층(32)은 도시된 것과 같이, 기판(31)의 상면이 드러나도록 기판(31)의 상면까지 완전히 제거될 수도 있고, 도시되지는 않았으나 기판(31)의 상면을 일정 두께로 덮도록 일부가 남아 있을 수도 있다.

요홈(43) 형성 후, 도 5c에 도시된 것과 같이, 기판(31) 및 제 1,2 절연층(32)(33) 위에 절연코팅층(34)을 적층한다. 절연코팅층(34)은 SOG(Spin-On-Glass)물질이나 LPSZ를 스핀코팅법으로 코팅함으로써 형성된다. SOG물질이나 LPSZ를 코팅할 때, SOG물질이나 LPSZ은 유동성을 가지기 때문에 요홈(43)의 센터에서 사이드 쪽으로 밀려난다. 따라서, SOG물질이나 LPSZ는 요홈(43)의 사이드에서 센터 쪽으로 두께가 점진적으로 얇아지는 오목한 형태로 코팅되고, 이를 베이킹(baking)이나 큐어링(curing)을 통해 경화시킴으로써 상면이 오목한 형태의 절연코팅층(34) 을 형성할 수 있다.

절연코팅층(34) 형성 후, 도 5d에 도시된 것과 같이, 절연코팅층(34)의 위에 일정한 두께의 분리층(35)을 적층하고, 이어 도 5e에 도시된 것과 같이, 분리층(35)의 위에 발열물질층(36')을 일정한 두께로 적층한다. 이에 의해, 분리층(35) 및 발열물질층(36')은 요홈(43)에서 오목한 형상으로 형성된다. 발열물질층(36')은 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨 알루미늄(TaAl), 티타늄 질화물(TiN) 등의 발열물질을 스퍼터링(sputtering) 등의 박막 증착법을 통해 증착시킨 후 패터닝함으로써 형성된다.

발열물질층(36')을 형성한 후, 도 5f 및 5g에 도시된 것과 같이, 발열물질층(36')의 위에 알루미늄(Al)과 같은 도전물질층(37')을 적층한다. 그리고, 건식 또는 습식 에칭으로 도전물질층(37')의 일부를 제거하여 도전물질층(37')을 요홈(43)의 센터를 중심으로 분리함으로써 전극(37)을 형성한다. 이렇게 요홈(43)의 센터를 중심으로 분리된 전극(37)의 사이로 드러나는 발열물질층(36')의 일부가 발열체(36)를 이룬다. 분리된 전극(37)의 한쪽 단부는 전류 공급을 위한 전원과 연결되고, 다른쪽 단부는 그라운드와 연결된다.

전극(37) 형성 후에는, 도 5h에 도시된 것과 같이, 발열체(36)의 상부에 잉크가 저장되는 잉크 챔버(41)를 형성하는 챔버층(38)을 적층한다. 챔버층(38)은 절연물질을 전극(37) 및 발열체(36) 위에 도포한 후, 발열체(36) 주위의 일부를 포토리소그라피나, 건식 또는 습식 에칭을 통해 제거함으로써 형성한다.

마지막으로, 도 5i에 도시된 것과 같이, 챔버층(38) 위에 노즐(42)이 구비된 노즐층(39)을 노즐(42)이 발열체(36) 중앙에 위치하도록 적층하여 잉크젯 프린트헤드를 완성한다. 본 발명에 있어서, 노즐층(39)은 챔버층(38)과 일체로 형성될 수 있다.

도 6 내지 도 11은 도 1 및 도 2에 도시된 종래 잉크젯 프린트헤드와, 도 3 및 도 4에 도시된 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드를 실험을 통해 비교한 결과 데이터로, 각 잉크젯 프린트헤드에 의한 인쇄 상태와, 각 잉크젯 프린트헤드의 작동시의 온도 변화를 나타낸 것이다.

실험은 셔틀방식의 잉크젯 화상형성장치를 이용한 것으로, 각 잉크젯 프린트헤드가 장착된 카트리지를 10회씩 왕복 이동시켜 인쇄매체에 10개의 라인을 인쇄하면서 각 잉크젯 프린트헤드에 의한 인쇄 상태와 온도 변화를 살펴본 것이다.

실험에 사용된 종래 잉크젯 프린트헤드는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 발열체(36)가 평면형으로 이루어지고 기판(31)에서 발열체(36)까지의 절연층 높이(H1)가 3.23μm이고, 본 발명의 잉크젯 프린트헤드는 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 발열체(36)가 굴곡형으로 이루이지고 기판(31)에서 발열체(36)까지의 절연층 높이(H2)가 1.20μm인 것이다.

도 6 및 도 7은 종래 잉크젯 프린트헤드 및 본 발명의 잉크젯 프린트헤드에 11kHz의 전류를 공급하면서 각 잉크젯 프린트헤드로 10개의 라인을 인쇄한 것이다.도 6의 (a)는 종래 잉크젯 프린트헤드로 10개의 라인을 인쇄한 것으로, 열 개의 인쇄 라인이 모두 양호하게 인쇄된 것을 알 수 있다. 여기에서, 인쇄 방향은 도면상 좌측에서 우측으로, 잉크젯 프린트헤드가 장착된 카트리지가 도면상 좌측에서 우측 으로 이동하면서 인쇄가 이루어진 것이다. 그리고, 도 6의 (b)는 본 발명의 잉크젯 프린트헤드로 10개의 라인을 인쇄한 것으로, 열 개의 인쇄 라인이 모두 양호하게 인쇄된 것을 알 수 있다.

도 7은 각 잉크젯 프린트헤드로 10개의 라인을 인쇄하면서 각 잉크젯 프린트헤드의 온도를 측정한 것이다. 그래프를 통해 알 수 있듯이 두 잉크젯 프린트헤드 모두 하나의 라인을 인쇄할 때, 인쇄가 시작되어 인쇄가 종료될 때까지 온도가 계속 상승하는 것을 알 수 있다. 이것은 인쇄가 진행되는 동안 각 발열체(16)(36)가 연속적으로 작동하면서 발열체(16)(36)에서 발생되는 열이 축적되기 때문에 나타나는 현상이다. 또한, 각 잉크젯 프린트헤드는 하나의 라인을 인쇄한 후 다음 라인을 인쇄하기 위해 인쇄 시작 위치로 이동할 때 온도가 떨어진다. 이것은 인쇄헤드가 인쇄 시작 위치로 이동하는 동안 발열체(16)(36)가 발열하지 않고 축적된 열이 방출되기 때문이다. 이러한 온도 변화 패턴은 10개의 라인을 인쇄하는 동안 각 인쇄 라인에 대해 동일하게 나타난다.

한편, 도 8 및 도 9는 종래 잉크젯 프린트헤드 및 본 발명의 잉크젯 프린트헤드에 12kHz의 전류를 공급하면서 각 잉크젯 프린트헤드로 10개의 라인을 인쇄한 것이다. 도 8의 (a)는 종래 잉크젯 프린트헤드로 10개의 라인을 인쇄한 것으로, 첫 번째, 두 번째 라인까지는 인쇄가 원활하게 이루어지다가 세 번째 라인의 중간 이후로 인쇄가 불량한 것을 알 수 있다. 반면, 도 8의 (b)에 도시된 것과 같이, 본 발명의 잉크젯 프린트헤드는 10개의 라인을 모두 양호하게 인쇄한 것을 알 수 있다.

이러한 두 인쇄헤드의 성능 차이는 도 9에 도시된 온도 변화 그래프를 통해서도 확인할 수 있다. 즉, 도 9에 도시된 것과 같이, 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드는 10회 라인을 모두 인쇄하는 동안 온도가 일정 온도까지 상승했다 하강하는 패턴이 10회 반복되지만, 종래 잉크젯 프린트헤드는 세 번째 라인을 인쇄하는 중간에 온도가 급상승하면서 더 이상 인쇄가 이루어지지 않은 것을 알 수 있다.

한편, 도 10 및 도 11은 종래 잉크젯 프린트헤드 및 본 발명의 잉크젯 프린트헤드에 13kHz의 전류를 공급하면서 각 잉크젯 프린트헤드로 10회씩 인쇄를 실시한 것이다. 도 10의 (a)에 나타나 있는 것과 같이 종래 잉크젯 프린트헤드는 13kHz의 전류가 인가될 때 작동되지 않은 것을 알 수 있다. 반면, 본 발명의 잉크젯 프린트헤드는 10개의 라인을 거의 모두 인쇄한 것을 알 수 있다.

또한, 도 11에 도시된 그래프와 같이, 본 발명의 잉크젯 프린트헤드는 각 라인을 인쇄하면서 온도가 일정 온도까지 상승하였다가 하강하는 패턴이 반복되는 것을 알 수 있다.

이러한 실험의 결과는 다음의 표와 같이 요약될 수 있다.

	Etch 방법	절연층 높이(H)	한계주파수
종래 잉크젯 프린트헤드		3.23μm	12kHz
본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드	Dry	1.20μm	13kHz

<표>

즉, 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드는 종래 잉크젯 프린트헤드와 비교해 볼 때, 제 1 및 제 2 절연층(32)(33)을 건식 에칭으로 제거하여 기판(31)에서 발열체(36)까지의 높이(H2)를 종래의 높이(H1) 3.23μm보다 작은 1.20μm로 줄인 것으 로, 종래 잉크젯 프린트헤드는 인가될 수 있는 주파수가 12kHz로 한정되지만, 본 발명의 잉크젯 프린트헤드는 인가 주파수를 13kHz까지 높일 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 잉크젯 프린트헤드는 종래 잉크젯 프린트헤드에 비해 인쇄 속도를 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 종래 잉크젯 프린트헤드의 일부 구성을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 프린트헤드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 프린트헤드의 일부 구성을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.

도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 프린트헤드의 제조과정을 나타낸 단면도이다.

도 6은 인가 전류가 11kHz일 때 종래 잉크젯 프린트헤드와 본 발명의 잉크젯 프린트헤드에 의한 인쇄 상태를 나타낸 것이다.

도 7은 인가 전류가 11kHz일 때 종래 잉크젯 프린트헤드와 본 발명의 잉크젯 프린트헤드의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 8은 인가 전류가 12kHz일 때 종래 잉크젯 프린트헤드와 본 발명의 잉크젯 프린트헤드에 의한 인쇄 상태를 나타낸 것이다.

도 9는 인가 전류가 11kHz일 때 종래 잉크젯 프린트헤드와 본 발명의 잉크젯 프린트헤드의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 10은 인가 전류가 13kHz일 때 종래 잉크젯 프린트헤드와 본 발명의 잉크젯 프린트헤드에 의한 인쇄 상태를 나타낸 것이다.

도 11은 인가 전류가 11kHz일 때 종래 잉크젯 프린트헤드와 본 발명의 잉크젯 프린트헤드의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

31...기판 32,33...제 1,2 절연층

34...절연코팅층 35...분리층

36...발열체 37...전극

38...챔버층 39...노즐층

41...잉크 챔버 42...노즐

43...요홈

Claims (15)

1. 기판과,

   상기 기판 위에 구비되고 요홈을 갖는 절연층과,

   상기 요홈의 상부에 구비되고 상면이 오목하게 휘어진 발열체와,

   상기 발열체에 전류를 인가하기 위해 상기 발열체에 접하는 전극과,

   상기 발열체의 상부에 구비되는 챔버층과,

   상기 챔버층의 상부에 구비되고 노즐을 갖는 노즐층을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 절연층과 상기 발열체의 사이에는 상면이 상기 요홈에서 오목하게 함몰된 절연코팅층이 구비되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 절연코팅층은 SOG물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 발열체와 상기 절연코팅층의 사이에는 분리층이 개재되는 것을 특징으 로 하는 잉크젯 프린트헤드.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극은 상기 발열체의 상부에 구비되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판과 상기 발열체 사이의 거리는 0.5μm~5μm인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 발열체는 TaN, Ta, TiN, TaAl 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 발열체의 저항은 10Ω 이상인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
9. 기판의 상부에 절연층을 형성하는 단계와,

   상기 절연층의 일부를 제거하여 요홈을 형성하는 단계와,

   상기 요홈의 상부에 상면이 오목하게 휘어진 발열체를 형성하는 단계와,

   상기 발열체에 전류를 공급하기 위해 상기 발열체와 접하는 전극을 형성하는 단계와,

   상기 발열체의 상부에 챔버층을 형성하는 단계와,

   상기 챔버층의 상부에 노즐이 구비된 노즐층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 발열체를 형성하는 단계 이전에 상기 절연층에 절연물질을 코팅하여 상면이 상기 요홈에서 오목하게 함몰된 절연코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 절연코팅층을 형성하는 절연물질은 SOG물질이고, 상기 절연코팅층은 스핀 코팅 방법으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 발열체를 형성하는 단계 이전에 상기 절연코팅층 위에 분리층을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
13. 제 9 항에 있어서,

    상기 기판과 상기 발열체 사이의 거리를 0.5μm~5μm가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
14. 제 9 항에 있어서,

    상기 전극은 상기 발열체 위에 도전성물질을 도포한 후 상기 도전성물질을 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
15. 제 9 항에 있어서,

    상기 발열체를 TaN, Ta, TiN, TaAl 중 어느 하나를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.

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