电子笔、打印设备和打印方法
【技术领域】
[0001]本发明属于印刷技术领域，具体涉及电子笔，具有该电子笔的打印设备以及由该打印设备执行的打印方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中常用于形成液体细束的技术有喷墨打印和静电纺丝。喷墨打印技术通过局部加热液体或者通过压电陶瓷精确压出液体等方式产生液滴后再使之带电，然后形成细束，其精度通常在几十微米量级。当前印刷技术中都是通过喷嘴形成离散的液滴，然后用液滴进行打印，而利用液滴进行打印时，效率较不断裂的液体细束为低，且液滴易受到外部的干扰，线宽不易控制到较高精度。
[0003]静电纺丝采用将静电场注入到液体中激发液体射流的原理来产生细长的液体流，其是通过控制粘稠度等方式产生细长丝状液体后而用于人工纺丝的。在现有的静电纺丝技术中，利用电场使从喷头中流出的液体聚成细束，并能够控制该细束的直径和方向，典型实现方式如图1所示，其中从喷头开口处收缩聚拢成细束的液体锥通常称为泰勒锥。通常，泰勒锥的形状决定了细束的直径和方向。
[0004]通常，泰勒锥的形成方法主要是使用一个高压电极将正电荷或负电荷注入到待喷射液体中，该电极一端接到直流高压电源上，另一端插入到待喷射液体中，用于在通电时提供高压静电，从喷头流出的液体在该高压静电的作用下在喷头出口处形成了泰勒锥。这种高压电极一般使用导电的空心管(通常为金属管)或者使用顶端尖锐的导电针(通常为金属针)来形成。然而，利用上述传统的电极结构得到的泰勒锥的稳定性差，尤其难以得到较小直径(例如10微米或以下)的液体细束，这是因为泰勒锥非常敏感，其形状和电荷分布等很容易受到诸如电压、电流的变化以及外部扰动的影响，传统电极结构中缺少稳定机制，因此一旦受到外部扰动就很难恢复到原来的状态。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种电子笔，其能够形成稳定的所需形状的泰勒锥，从而得到稳定的液体细束，进而可以应用于线宽为10um量级或更低的图案的直接印刷等方面。
[0006]解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种电子笔，其包括壳体和电极，所述壳体容纳液体，并且其底端具有排出液体的排出孔，所述电极位于所述壳体内，所述电极邻近所述排出孔的一端为自由端，其中，所述电极的位于所述自由端上方的部分形成为螺线管状部分。
[0007]优选地，所述螺线管状部分位于所述电极的最上部。
[0008]优选地，所述螺线管状部分位于所述电极的中部。
[0009]优选地，所述壳体上部具有输入端口，所述输入端口与外部供液系统连接，用于将所述液体引入所述壳体内。
[0010]优选地，该电子笔还包括直流高电压施加系统，其连接至所述电极的与所述自由端相对的另一端，用于将电压施加至所述电极。
[0011]解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种印刷设备，该印刷设备包括前述的电子笔，所述印刷设备利用所述电子笔在基片上形成布线图案。
[0012]优选的，该印刷设备还包括调节单元，其用于调节施加至电极的高压直流电的电压值/电流值、液体流量、液体输出口和基片距离、以及基片和所述电子笔的相对移动速度。
[0013]优选的，该印刷设备还包括加热单元，其用于对在基片上形成的布线进行加热，以加快形成布线的液体中的溶剂的蒸发。
[0014]解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种由前述的打印设备执行的打印方法，该打印方法包括以下步骤:
[0015]步骤S1，将基片置于打印设备的电子笔的下方；
[0016]步骤S2，将用于形成布线的液体引入电子笔的壳体中，然后向电极施加高压直流电，以在壳体内的液体中产生高压直流电场，使得液体在高压直流电场的作用下从电子笔的排出孔喷出，并在排出孔处形成泰勒锥，从而在泰勒锥的尖端处形成所需直径的液体细束；
[0017]步骤S3，调节基片与电子笔的距离，使得液体细束断裂前被基片接收；以及
[0018]步骤S4，根据要在基片上形成的图案来使得电子笔与基片做相对运动，以在基片上形成所需的图案。
[0019]优选地，该打印方法还包括以下步骤:
[0020]步骤S5，调节施加至电极的高压直流电的电压值/电流值、液体流量、基片和电子笔的相对移动速度，以调节在基片上形成的布线的线宽。
[0021]优选地，该打印方法还包括以下步骤:
[0022]步骤S6，对在基片上形成的布线进行加热，来加快形成布线的液体中的溶剂的蒸发以调节线宽。
[0023]优选地，该打印方法还包括以下步骤:
[0024]步骤S7，在当前书写的图案部分与接下来要书写的另一图案部分完全不相连接的情况下，当书写完成当前书写的图案部分时，首先断开高压直流电源，然后关闭供液系统，待电子笔移动到所述另一图案部分的起始位置后，首先打开供液系统，然后接通高压直流电源，以形成与书写前一图案部分时相同直径的液体细束，并继续对所述另一图案部分进行书写。。
[0025]通过本发明，能够将喷射的液体细束控制为具有所需的直径，同时能够抵抗外在扰动，从而得到稳定的液体射流，进而在基片上形成所需线宽的图案。
【附图说明】
[0026]图1为现有的电子笔的示意图；
[0027]图2为示出本发明的实施例1的电子笔的结构示意图；
[0028]图3为示出根据本发明的实施例1的根据不同的电极自由端形状所形成的不同的泰勒锥、以及形成不同直径的液体细束的示意图；
[0029]图4为示出了根据本发明第2实施例的锥形端部形成有突起的电极的结构示意图；
[0030]图5为示出了根据本发明第3实施例的形成有螺线管状部分的电极的结构示意图；
[0031]图6为示出了根据本发明第4实施例的锥形端部形成有突起、且形成有螺线管状部分的电极的结构示意图；以及
[0032]图7示出了根据本发明第6实施例的由根据本发明第5实施例的打印设备执行的打印方法的流程图。
图8是示出根据本发明第7实施例的由根据本发明第6实施例的打印设备执行的打印方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0034]实施例1
[0035]图2是示出根据本发明实施例的电子笔(也可称为无掩模可控电子笔，这是因为可以将其用于以印刷的方式在基板上直接形成布线图案)的示意图。如图2所示，该实施例的电子笔200包括:壳体202和电极204，所述壳体202具有位于上部的输入端口 206和位于底端的排出孔208，所述电极204位于所述壳体202中央。排出孔优选地208呈圆形，并且电极204与排出孔208的中心对准。电极204具有邻近排出孔208的自由端(其为锥形端部)，并且该电极204的锥形端部根据期望在排出孔208处形成的液体泰勒锥的形状来设计，即，将电极204的锥形端部形成为与所需的液体泰勒锥相匹配的形状。此外，外部的供液系统210经由输入端口 206与电子笔200连接，从而将液体供应到电子笔200的壳体202内部，并且液体在压力作用下从排出孔208排出。另外，外部的高压可调直流电源连接至电极204，用于向电极204施加高压直流电压，高压直流电源将正电压(或负电压)施加到电极204固定的一端上，从而使得大部分地正电荷(或负电荷)通过电极204的自由端注入到壳体202内的液体中，图2示出了将正电压施加到电极204的情况。被注入了正电荷(或负电荷)的液体在从排出孔208排出时，在排出孔208处聚集成束而形成了特定的泰勒锥形状，该特定泰勒锥形状与电极204的锥形端部的形状相匹配。此处，特定泰勒锥形状与电极的锥形端部的形状相匹配是指二者的形状在几何学上相似，此处所述的形状上的相似与几何学上的相似多边形是同等程度的概念，即，形状实质上相同但大小不同。而“形状在几何学上相似”可以进一步理解为电极204的锥形端部表面上的各点与排出孔208处形成的所述液体的泰勒锥表面上的各对应点的曲率实质上相同。
[0036]通过在电子笔的排出孔208处形成泰勒锥而得到的液体细束的直径受到很多因素(比如电压，电流，压力、排出孔的大小等)的影响，在设计本发明的电极204的过程中，首先在保证各个因素保持不变的情况下来测定针对特定细束直径的泰勒锥的形状，并根据该泰勒锥形状来设计电极204的锥形端部，即，将二者形成为具有在几何学上相似的形状。从而通过利用如此设计出来的电极204就可以在电子笔200的排出孔处使得液体形成与电极204的锥形端部具有相匹配(几何学上相似)形状的泰勒锥，进而能够得到所需的液体细束的直径。图3示出了针对不同的细