专利名称：用于从标记液体油墨静电提取色素的自组装结构的制作方法
技术领域：
本示例实施方式涉及装配式结构。它可特别应用于从标记液体油墨中静电提取色素，且将在下文具体描述。然而，应当理解本示例实施方式还可适用于其它类似的应用。
背景技术：
针对商业和工业市场中的高品质和高速印刷，已经开发了采用具有悬浮颗粒的液体油墨的数字印刷工艺。然而，目前的一些印刷头装配方案并不适合批量生产，且不具有出色的印刷特性。平面批量生产方法将是特别有益的。该技术需要能相对彼此精确和均勻定位的轮廓分明的静电场集中器(尖端)。优选地，尖端将具有内部结构和总体形状以优化毛细管力和静电力。图IA和IB示意性地显示了用于从电绝缘液体提取色素的一种已知系统100。在流动液体贮存器104上方略微伸出的导电尖头或尖端102通过毛细管力覆盖了液体106。 带正电的色素颗粒108(显示于图1B)悬浮在该液体内。施加于该尖端102上的正脉冲110 将该色素颗粒推向“接地电极” 114，后者从该尖头或尖端102提取液滴中浓缩的颗粒。此外，已知被称为CLAW结构的其它结构被发现可用于光刻制版的图案化弹簧结构。Fork等人的美国专利6，794，737B2和Smith等人的美国专利5，613，861A均披露了在与下方衬底保持接触的自升式弹簧指部分位置上形成应力平衡层以抵消内部应力。这些结构基于利用受控垂直应力梯度沉积和图案化金属层。在被释放时，这些金属带卷起至装配平面之外。通过溅射、电镀等各种方法或其组合形成了额外的层。
发明内容
根据本示例实施方式的一个方面，提供了用于与关联的标记装置一起使用的平面装配式结构，该标记装置选自多种用于在关联衬底上制作标记的标记装置类型。该平面装配式结构包括衬底和自升式弹簧指。该自升式弹簧指包括附着至该衬底的未提升的锚部分。在该衬底上方延伸的释放部分，且具有近端和远端。该远端包括可操作为促进标记液体排出的尖端。在被蚀刻时，该自升式弹簧指的释放部分提升离开平面。根据另一方面，提供了用于与关联的标记装置一起使用的平面装配式结构，该标记装置选自多种用于在关联衬底上制作标记的标记装置类型。该平面装配式结构包括衬底和自升式弹簧指。该自升式弹簧指包括附着至该衬底的未提升的锚部分。在该衬底上方延伸的释放部分，且具有近端和远端。该远端包括可操作为促进标记液体排出的尖端。分层跨越该释放部分的电绝缘束缚带。在被蚀刻时，该自升式弹簧指的释放部分提升离开平面。根据另一方面，提供了用于与关联的标记装置一起使用的平面装配式结构，该标记装置选自多种用于在关联衬底上制作标记的标记装置类型。该平面装配式结构包括衬底和多个自升式弹簧指。该多个自升式弹簧指的每一个包括附着至该衬底的未提升的锚部分。在该衬底上方延伸的释放部分，且具有近端和远端。该远端包括可操作为促进标记液体排出的尖端。该多个自升式弹簧指被排列为使尖端聚集。在被蚀刻时，该自升式弹簧指的释放部分提升离开平面。根据另一方面，提供了用于与关联的标记装置一起使用的平面装配式结构，该标记装置选自多种用于在关联衬底上制作标记的标记装置类型。该平面装配式结构包括衬底和多个自升式弹簧指。该多个自升式弹簧指包括附着至该衬底的未提升的锚部分。在该衬底上方延伸的释放部分，且具有近端和远端。该远端包括可操作为促进标记液体排出的尖端。该平面装配式结构进一步包括分层跨越每个自升式弹簧指的释放部分的电绝缘束缚带。多个束缚带行和多个束缚带列形成了束缚网结构。在被蚀刻时，该自升式弹簧指的释放部分提升离开平面。至少一个实施方式的一个优点在于减少了溅射(sputter)所需的金属。这可以通过减少加工时间、材料消耗和预防性维护(剥落)的停工期来降低溅射成本。此外，由于可采用更薄的自升式弹簧，发射锐度(emitter sharpness)变得更为可控，因为相比底切进展 (undercut evolution)，它更取决于制版。至少一个实施方式的另一优点在于该尖端可被图案化，以优化毛细管力和静电力。至少一个实施方式的另一优点是装配是使用电子手段平面和批量生产的，从而具有低成本、高精度和完整性。至少一个实施方式的另一个优点是该三维结构是自组装的。至少一个实施方式的另一个优点是束缚网可支持光圈挡板。至少一个实施方式的另一个优点是垂直发射器可制造为具有可变高度。至少一个实施方式的另一个优点是具有锐利末端的机械稳定发射器可被批量加工。
图IA和IB是普通静电标记构造的示意图；图2A是释放前的释放部分结构(包括尖端)的顶视示意图；图2B是图2A所示的释放部分结构(包括尖端)释放前的释放部分结构的侧视示意图；图3A是释放后的释放部分结构(包括尖端)的顶视示意图；图;3B是图3A所示的释放部分结构(包括尖端)释放后的装配式结构的侧视示意图；图4A是具有束缚尖端的装配式结构的顶视示意图；图4B是具有束缚尖端的装配式结构的侧视示意图；图5A是具有聚集尖端的装配式结构的顶视示意图；图5B是具有聚集尖端的装配式结构的侧视示意图；图6A是具有束缚网和支撑的光圈挡板的装配式结构的顶视示意图；图6B是具有束缚网和支撑的光圈挡板的装配式结构的侧视示意图；图7是典型尖端的示意图；图8A是图释放部分结构(包括尖端)释放前的释放部分结构的侧视示意图；图8B是释放部分结构(包括尖端)释放后的装配式结构的侧视示意图9是具有垂直终止部分的指的示意图。
具体实施例方式根据此处描述的实施方式，平面、批量制造的结构采用精确图案化的、自组装特征来定位静电油墨尖头或尖端，从而用于合适的标记装置或系统。在一个形式中，一个系统采用具有受控垂直应力梯度的单层或多层，以在从衬底释放时形成三维结构。提出了多种组件，其允许制造不昂贵的、高度集成的、高度功能化的数字标记系统。在一个示范性实施方式中，图2A、2B、3A和;3B显示了一种装配式结构，其允许以具有成本效益和精确的方式制造尖头或尖端阵列，以及它们与辅助液体处理结构和电子驱动器的集成。在至少一种形式中的一个基本概念是使用类CLAW自组装元件来提供该尖头或尖端。尖头或尖端是该类CLAW结构中靠近或实际接触标记表面以沉积凝聚的带正电色素颗粒的部分。就此而言，图2A和2B显示了处于未松弛状态的装配式结构，其在释放时转化成为图3A和;3B所示的松弛的三维构造。应当理解，在至少一种形式中，使此处所述的实施方式的结构进入松弛状态的释放是在蚀刻/制造过程中发生的。如图2A和2B所示，在装配式结构201中显示了与关联的标记装置一起使用的自升式弹簧指200。应当理解，该装配式结构201可与任意适当关联的可通过操作促进标记液体排出的标记装置一起使用。装配式结构201通常包括衬底206和释放层212，以及一个或多个包含自升式弹簧指200的层，该自升式弹簧指包括通过支撑垫210附着至衬底206的未提升锚部分208。该装配式结构进一步包括在释放层212和衬底206上方延伸的释放部分202。在该释放层212的至少部分被消耗蚀刻时，该释放的指松弛内部应力以形成所需的三维结构。在一个实施方式中，该自升式弹簧指包括具有内置应力梯度的金属，其在释放时将于该衬底垂直。(最接近衬底的应力是压缩应力，而接近顶部表面的应力是拉伸应力，从而在释放时，该指通过向上弯曲离开衬底而松弛)。释放部分202具有在未提升锚部分208 和衬底206边缘的近端212以及远端202T。如图2B所示，该装配式结构进一步包括在该自升式弹簧指200的锚部分208上的锚垫214。在第二种情况下，该自升式弹簧指200包括非内置应力梯度金属和包括内置应力梯度的覆层部分。图3A中显示了在释放后处于松弛状态的自升式弹簧指200。尖端202T延伸出所示的页面。该尖端202T被相应地成形，以促进凝聚的带正电色素颗粒的毛细管分辨率 (definition)，从而允许油墨或标记液体进入，例如，静电提取用于标记的着色油墨的装置。图;3B显示了图3A的剖面图。用于与关联的标记装置一起使用的装配式结构201 显示了在释放后处于松弛状态的自升式弹簧指200的释放部分202。在另一实施方式中，图4A和4B显示了在结构401中具有束缚尖端的自升式弹簧指400a-c。应当理解，该装配式结构401可与任意适当关联的可通过操作促进标记液体排出的标记装置一起使用。图4A显示了可与关联的标记装置一起使用的自升式弹簧指 400a-c。该自升式弹簧指400a-c通常包括释放部分40加-(3。释放部分40加-(3进一步包括远端4(Ma-c。该远端4(Ma-c形成了尖端组402Ta-Tc。电绝缘束缚带416横贯铺设并结合至指400a_c中，并接近释放部分40加-(3的远端4(Ma_c。还显示了锚部分408a_C。
在至少一种形式中，可通过光刻制版技术或其它合适的技术形成尖端402Ta-Tc 的形状，且该形状在尖端之间是保持一致。尖端402Ta-Tc的各自高度可在整个衬底上控制彼此间差异在至多+/-5微米内，例如+/-3微米内，或+/-2微米内。通过选择高度以保持尖端的场浓度恒定。在尖端402Ta_Tc之间的相对距离同样被配置为是均一的。尖端(例如402Ta_Tc) 之间相对位置的偏差不超过+/-10微米，例如小于约+/-7微米或+/-5微米。根据此处所述的实施方式，有效锁定尖端间距离的有效方式是在尖端之间提供束缚带416。图4B显示了包括自升式弹簧指400a的装配式结构401的剖面图。应当理解，自升式弹簧指400b和400c可被类似地显示。用于与关联的标记装置一起使用的装配式结构401显示了处于未松弛状态的具有电绝缘束缚带416的自升式弹簧指400a，该电绝缘束缚带416横贯铺设并结合至指409， 并接近释放部分40 的远端40如。在另一个实施方式中，图5A和5B结合显示了具有聚集尖端的装配式结构501。应当理解，该装配式结构501可与任意适当关联的可通过操作促进标记液体排出的标记装置一起使用。图5A显示了结构501中的自升式弹簧指500a-d。该自升式弹簧指500a_d包括了多个释放部分502a-d，该释放部分彼此垂直排列以形成聚集尖端502Ta-Td。图5B显示了包括自升式弹簧指500a、500b和500c的装配式结构501的剖面图。 用于与关联的标记装置一起使用的装配式结构501显示了处于松弛状态的自升式弹簧指 500a-c。应当理解，装配式结构501将包括为便于参考未被类似地显示的自升式弹簧指 500d。在一些形式中，需要具有多个尖端(例如502Ta-Td)聚集形成单个毛细管结构。由单独的尖端502Ta-Td构成的簇可单独定位，从而可进行一些液滴控制(drop steering)或数字灰度喷射。在图5B中，该聚集的尖端可形成大约90度的弯曲，以满足下文的方程1 :D = L (1-2/π),其中，D是相邻的远端(例如释放部分502b的504b和释放部分502c的504c)之间的距离。图5A所示的L是弹簧指500d的尖端502Td和弹簧指500d的近端(即，该锚的释放端)之间的距离。该方程仅在图5A中的尖端间的距离相对于指长度L是可忽略的 (即，在L非常接近等于锚至未释放簇的中点的距离)情况下才是精确的。在另一实施方式中，图6A和6B显示了具有束缚网和支撑的光圈挡板(图6A中未示)的装配式结构。可按照图6A和6B所示进行对尖端的二维阵列的束缚。图6A显示了结构601中自升式弹簧指600a-f和600g-l。分别向这些自升式弹簧指600a_f和600g_l 提供多个束缚条行618和多个束缚条列616以形成束缚网结构。未显示在两组束缚之间的消耗性间隔垫。在弹簧释放前，该消耗性间隔垫被蚀刻，使得两组束缚可彼此独立地自由移动。图6B显示了包括自升式弹簧指600a和600b的装配式结构601的部分剖面图。应当理解，该装配式结构601可与任意适当关联的可通过操作促进标记液体排出的标记装置一起使用。还应理解，装配式结构601还可包括自升式弹簧指600b-c和600e-l，并可被类似地显示。该装配式结构601包括分层释放部分600a和600d的电绝缘束缚带616、618。还显示了束缚带的连接点620。该装配式结构进一步包括，例如，置于该束缚网结构上或在不共面时至少置于上层网结构上的光圈挡板可具有多种形式以配合该标记装置的结构和操作)。该装配式结构进一步包括用于支撑光圈挡板的结构62 (也可具有不同的构造)。为便于显示，图 6A中未显示该操作板和支撑结构。当尖端释放时，这些束缚可彼此接触以通过机械或通过束缚交叉点的结合形成联锁结构。应当理解，在图2A-8中所述的所有实施方式中，弹簧指和关联的结构具有基本相同的形式并以基本相同的方式操作(除非另行指明)。可采用硅微型制造过程来制造小规模的类似结构。优选的实施方式采用玻璃、塑料、印刷电路板或共烧制陶瓷衬底，以及大面积光刻制版或软刻印过程，及其组合。在另一实施方式中，图7显示了用于自升式弹簧指700的成形尖端。如图1-6中所述的该自升式弹簧指可包括成形的尖端。该自升式弹簧指700通常包括成形尖端702Ta， 其带有正电，使得该位于该自升式弹簧指700的释放部分的远端的尖端702TaP保留并排出聚集的带正电的着色颗粒730。该尖端的形状包括凸面形状，例如圆形、三角形、方形、矩形、 平行四边形、不规则四边形、菱形、八边形、五边形和六边形，及其组合物，以及由钢笔尖头或尖端示范的内曲结构。该尖端202T被相应地成形，以促进凝聚的带正电色素颗粒的毛细管分辨率，从而允许油墨或标记液体进入，例如，静电提取用于标记的着色油墨的装置。如上文所述的装配式结构可被精确地图案化和自组装。在另一实施方式中，相比如前所述的在90度位置呈更圆形的指，优选在尖端具有更高垂直度的爪式喷射(clawjet)。这一概念非常简单，无需附加的掩膜计数(mask count) 便可实现。在溅射过程中，一个实施方式在应力梯度层上应用了平衡反力矩负载层。这允许随后以极大的半径生成该弹簧的末端部分。基本段将牢固地弯曲。在金属层图像形成中， 所有的层被蚀刻至释放层。在释放阶段，释放窗光刻胶限定了弹簧座，而对末段的额外抗蚀剂可相对单独的蚀刻浴保护该末端，其中该蚀刻浴可在释放蚀刻前从基段去除反力矩材料。该基段被设计为弯曲至90度，此时末段垂直延伸至设计的高度。在图8A和8B中，替代性的方法可包括采用非应力层在装配式结构301中限定自升式弹簧指300。该装配式结构301可进一步包括层350。该层350可包括至少一种应力金属或可用作双金属带的第二金属(具有内置均一应力)，其被图案化以覆盖自升式弹簧指300中需要弯曲扭矩的位置以提供该扭矩。这一理念允许临近的尖端具有不同的高度而不具有不同的角度。例如，一种实施方式可通过调节相邻可变高度发射器上的电位(potentials)在很大的范围内调节滴落尺寸。这一概念可对单段梁(single segment beams)有效，然而，角度和高度都将随着指长度而变化。就这一点而言，图9显示了具有垂直末段的指的结构。该装配式结构如前文所述， 但包括了加工在弹簧末端以形成垂直段的反力矩层。该垂直末段800通常包括释放层802、 绝缘层804、自升式弹簧806、反力矩层808、开窗掩膜810、底窗掩膜812和尖端掩膜814。如果需要由制版限定的锋利尖端终止的用厚板金属结构性强化的强刚度轴，这可在不添加掩膜数(例如，仍然为两层)的情况下实现。这有望制成出色的场浓缩结构，其可经受相当大的液体流。弯曲至90度或更大角度的长弹簧易于变得松软，但镀层可以硬化该结构。为了避免钝化发射器部分，可以尖端之外的任意部分镀层。近期的进展已经显示了如何将应力金属附着至塑料。在此提出制造提升悬臂，其带有柔软绝缘体如聚亚胺的底层。如图9所示， 第一金属掩膜被用于同时限定直到释放层的金属和底部绝缘体。在释放窗定义中，绝缘抗蚀剂的末端帽被置于尖端上。该帽随该指提升。该整个结构然后可批量镀层。镀层金属仅到达该弹簧的基段的顶部和侧面。然后剥除该抗蚀剂，剩余具有带锋利尖端的坚固、刚性发射器的结构。如果该底部绝缘体影响该装置的操作，还可在此时将其从弹簧剥除。尽管已从与任意合适的关联标记装置的使用角度的描述了装配式结构，还可预期该结构可用于形成图IA和IB所示的已知系统100。即，该装配式结构可适用于改善采用高品质和高速印刷的现有技术。该装配式方案允许进行批量制作并具有出色的印刷特性。这种平面批量制作过程是有益的，因为现有技术需要能相对彼此精确和均勻定位的轮廓分明的静电场集中器(尖端)。该装配式结构可包括尖端，其具有内部结构和总体形状以优化毛细管力和静电力。就此而言，此处所述的实施方式的结构可被用于提供合适地和/或选择性定位的尖头或尖端，从而可根据各种已知技术提取油墨或色素颗粒。需要理解的是，按需要可将上文中披露的众多内容和其他特征、功能或其替换结合许多其他系统或应用方案。并且，本领域技术人员随后可做出的目前未遇见或未预料到的各种更换、修改、变更或其改进也认为落入所附权利要求的保护范围内。
权利要求
1.用于与关联的标记装置一起使用的平面装配式结构，该标记装置选自多种用于在关联衬底上制作标记的标记装置类型，该装配式结构包括衬底，自升式弹簧指，其包括附着至该衬底的未提升的锚部分；在该衬底上延伸的释放部分， 其中该释放部分包括近端和远端，该远端包括可操作为促进标记液体排出的尖端，其中在被蚀刻时，该自升式弹簧指的释放部分提升离开平面。
2.如权利要求1所述的平面装配式结构，其中该自升式弹簧指包含了具有内置应力梯度的金属。
3.如权利要求1所述的平面装配式结构，其中该自升式弹簧指具有覆层部分，该覆层部分包含了具有内置应力梯度的金属。
4.如权利要求1所述的平面装配式结构，进一步包括了在该自升式弹簧指的锚部分上的锚垫。
5.如权利要求4所述的平面装配式结构，其中该锚垫包含了具有内置应力梯度的金属，其与包含了具有内置应力梯度的自升式弹簧指相对。
6.用于与关联的标记装置一起使用的平面装配式结构，该标记装置选自多种用于在关联衬底上制作标记的标记装置类型，该装配式结构包括衬底，自升式弹簧指，其包括附着至该衬底的未提升的锚部分和在该衬底上延伸的释放部分，其中该释放部分包括近端和远端，该远端包括可操作为促进标记液体排出的尖端，其中在被蚀刻时，该自升式弹簧指的释放部分提升离开平面；以及分层跨越该释放部分的电绝缘束缚带。
全文摘要
提供了可与关联的标记装置一起使用的装配式结构(fabricated structure)。在一种形式中，该装配式结构包括了具有用于标记的尖端的自升式弹簧指。
文档编号B41F33/00GK102180002SQ201010620
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月22日 优先权日2009年12月23日
发明者史蒂文·A·比勒, 巴布尔·B·哈迪米奥卢, 戴维·K·比格森, 戴维·K·福克, 斯科特·A·埃尔罗德, 理查德·G·斯特恩斯, 约翰·S·菲奇 申请人:施乐公司