液滴喷射装置及应用纳米端部的液滴喷射装置的制作方法

专利名称：液滴喷射装置及应用纳米端部的液滴喷射装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种液滴喷射装置及应用纳米端部的液滴喷射装置，具体地涉 及一种对从喷嘴排出的流体的表面施加电场(静电场)、从而精细而有效地喷射液滴形状 的流体的液滴喷射装置，以及对从纳米端部的尖端喷射的流体表面施加电场(静电场)、从 而精细而有效地喷射液滴形状的流体的应用纳米端部的液滴喷射装置。
背景技术：
一般的，用于以液滴形状喷射(排出)流体的液滴喷射装置已经广泛应用在喷墨 打印机上，并且最近已经研发以应用于高附加值的生产行业中，例如显示器制造工艺装置、 印刷电路板制造工艺装置及DNA芯片制造工艺装置。在所述喷墨打印机中，用来将墨水喷射成液滴形状的喷墨装置分为热致动型及静 电型。首先如图1及图2所示，热致动型喷墨装置包括设置在基板10上的歧管22、由 设置在所述基板10上的障壁14限定的墨水通道24及墨水腔26、设置在所述墨水腔26内 的加热器12、形成在喷嘴板18中以喷射墨水液滴29’的喷嘴16。具有上述构造的这种热 致动型喷墨装置通过以下操作喷射墨水液滴29’。加热器使用施加到其上的电压产生热量。容纳在所述墨水腔26内的墨水29被所 述热量加热，从而产生气泡28。所产生的气泡28继续膨胀，从而对容纳在所述墨水腔26内的墨水29施加压力。 因此，液滴29'通过所述喷嘴16喷射到外部。然后，墨水29从所述歧管22经由所述墨水通道24被供应到墨水腔26内，从而重 新补充所述墨水腔26。然而，在热致动型喷墨装置中，墨水29可能由于用于产生泡沫的加热器12所产生 的热量而发生化学变形，结果是所述墨水29的质量下降。而且，当从所述喷嘴16喷出的墨水液滴29'向例如纸张的将要在其上印刷的材 料运动时，液滴29’可能会由于受到加热器12的热量的影响，而产生急剧的体积变化，因此 降低印刷质量，例如，降低分辨率。此外，热致动型喷墨装置还具有以下问题，即很难对从喷嘴16喷射的液滴29'的 形状和尺寸进行精细的控制。而且，由于上述问题，也不易实现高集成的液滴喷射装置。同时，图3及图4示出了与上述液滴喷射装置不同的，使用电场的静电液滴喷射装置。如图3及图4所示，静电液滴喷射装置包括彼此面对的基电极32及对电极33。在 所述基电极32及对电极33之间注有墨水31。直流电源34连接到所述两个电极32及33。当通过所述直流电源34将电压施加给电极32及33时，在所述两个电极32及33 之间形成静电场。
然后，库伦力在朝对电极33的方向上被施加给墨水31。同时，由于墨水的表面张力及粘性，与库仑力相排斥的力在墨水31上产生，从而 所述墨水31不容易向对电极33喷射。因此，要从所述墨水31的表面分离出液滴并喷射该液滴，必须在所述电极32和33 之间施加例如IkV或更高的较高的电压。而且，若在电极32和33之间施加高电压，液滴会被不规律地喷射，并且墨水31的 某些部分会被部分加热。具体的，在区域Sl中的墨水31 ‘的温度Tl变得高于在除区域Sl之外的其他区域 中的墨水31的温度TO。据此，在所述区域Sl中的墨水31'膨胀，静电场集中到该区域上， 从而大量电子聚集在此。由此，施加于电子之间的排斥力及对静电场有贡献的库仑力施加于在区域 Slzhong的墨水31'。因此，如图4所示，从区域Sl中的墨水31’分离出液滴，并且所述液 滴朝向对电极33运动。然而，具有上述构造的静电液滴喷射装置存在以下问题，即必须对电极32和33施 加例如IkV或更多的很高的电压，而且还必须在面对喷嘴的位置上设置单独的对电极33。 而且，在实现纳米级图案化上具有一定的技术限制，所述纳米级图案化近来认为是很重要 的。近来，因为器件的尺寸由微米级缩小到纳米级，所以纳米级结构的制造变得更重要。作 为对用于对纳米级结构进行图案化的印刷技术进行研究的结果，已经得到了基于原子力显 微镜(AFM)的方法、纳米吸管沉积法、束基方法、接触印刷方法和电辐射方法。上述方法使 得纳米级图案化成为可能，但存在一些缺点，即图案化的速度相对慢，并且它们不用用于在 大面积上进行图案化。因此，需要一种能够同时实现微米级和纳米级图案化的高速印刷技 术。

发明内容
技术问题因此，本发明是为了解决现有技术中存在的上述问题而提出的，其目的在于提供 一种液滴喷射装置及应用纳米端部的液滴喷射装置，所述液滴喷射装置对从喷嘴排出的流 体的表面施加可控制的静电场，从而在不导致热变形的情况下以液滴形状喷射流体，并可 使用第一电极、第二电极及第三电极来精密地控制所喷射的液滴，所述应用纳米端部的液 滴喷射装置对从纳米端部排出的流体的表面施加可控制的静电场，从而在不导致热变形的 情况下以液滴形状喷射所述流体，并可使用第一电极、第二电极及第三电极精密地控制所 喷射的液滴。解决方案在一个方面中，本发明提供了一种液滴喷射装置，用于将液滴喷射到可印刷物的 第一表面上，包括主体，所述主体包括腔室，用来在其中容纳预定量的流体，所述流体包 括从外部供给的液体及粒子；至少一个喷嘴，用于与所述腔室连通，所述喷嘴将容纳在所述 腔室内的流体的液滴喷射到所述可印刷物的第一表面上；以及第一电极，所述第一电极通 过图案化处理形成在选自所述腔室和所述喷嘴中的至少一个的内表面上，以与所述流体进 行电接触；第二电极，所述第二电极设置在所述喷嘴与所述可印刷物之间，所述第二电极在其中具有通孔，所述液体通过所述通孔从所述喷嘴喷射到所述可印刷物的所述第一表面 上；电源，所述电源提供施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压；及控制所述电 源的控制单元。所述主体可包括彼此附接的上板和下板，所述下板可在其上表面上具有矩形凹 部，用来限定所述腔室；纵向槽，所述纵向槽从所述矩形凹部延伸到所述下板的前表面，以 形成所述喷嘴；和供给孔，所述供给孔形成在所述矩形凹部中并且延伸到所述下板的下表 面，用于将来自外部的流体供给到所述腔室中。所述液滴喷射装置可进一步包括第三电极，所述第三电极布置在与所述可印刷物 的第二表面隔开预定距离的位置处。所述电源可提供将要施加于所述第一电极与所述第三电极之间的电压。所述第二电极可通过将电极层和绝缘层交替地布置于彼此之上来形成。所述控制单元可单独地控制施加于所述第一电极与所述第二电极中每个电极层 之间的电压。 施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压可包括选自直流脉冲电压、交流 电压和直流电压与交流电压的组合中的一个。而且，所述喷嘴的端部可从主体向外突出。此外，可对所述喷嘴的端部表面施加疏水膜。优选的，所述主体可由聚合物材料形成。所述喷嘴可包括形成在所述主体中的多个喷嘴，所述喷嘴与单个腔室连通。在另一方面中，本发明提供了一种液滴喷射装置，包括第一电极与第二电极，所述 第一电极设置为与可印刷物的第一表面相邻以与流体进行电接触，所述第二电极设置成与 所述可印刷物的所述第一表面或第二表面相邻，所述第二电极与所述第一电极一起形成静 电场，以将液滴喷射到所述可印刷物的所述第一表面上，其中，施加于所述第一电极与所述 第二电极之间的电压包括选自直流脉冲电压、交流电压和直流电压与交流电压的组合中的 一个。在另一个方面中，本发明提供了一种使用纳米端部的液滴喷射装置，用于将液滴 喷射到可印刷物的第一表面上，包括主体，所述主体包括悬臂，所述悬臂具有纳米板及 设置在所述纳米板的第一端的下表面下方的纳米板；水平敞开沟槽，所述水平敞开沟槽从 形成在所述纳米板的第二端中的腔室沿所述纳米板的上表面延伸至所述纳米板的所述第 一端，从而容纳在所述腔室内的流体通过所述水平敞开沟槽运动到所述纳米板的所述第一 端；竖直敞开沟槽，所述竖直敞开沟槽形成在所述纳米端部的一个表面中，从而所述竖直敞 开沟槽的第一端与所述水平敞开沟槽连通，并且其第二端延伸到所述纳米端部的尖端，使 得运动到所述纳米板的第一端的流体通过所述竖直敞开沟槽运动到所述纳米端部的尖端； 和第一电极，所述第一电极设置在至少一个预定部分上，以与所述流体进行电接触；第二电 极，所述第二电极设置在所述纳米端部的尖端与所述可印刷物之间，所述第二电极在其中 具有通孔，所述流体的液滴通过所述通孔被从所述尖端喷射到所述可印刷物的所述第一表 面上；电源，所述电源提供将要施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压；及控制 所述电源的控制单元。所述液滴喷射装置可进一步包括第三电极，所述第三电极布置在与所述可印刷物的第二表面隔开预定距离的位置处。所述电源可提供将要施加于所述第一电极与所述第三电极之间的电压。所述第二电极可通过将电极层和绝缘层交替地布置于彼此之上来形成。所述控制单元可单独地控制施加于所述第一电极与所述第二电极中每个电极层 之间的电压。施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压可包括选自直流脉冲电压、交流 电压和直流电压与交流电压的组合中的一个。而且，可对所述喷嘴的尖端的表面施加疏水膜。所述悬臂可由聚合物材料形成。所述主体可包括彼此相邻布置的多个主体以形成一体式结构，所述第二电极可设 置在所述可印刷物与所述主体的所述尖端之间，形成在所述第二电极中的通孔位于与所述 主体的所述尖端相对应的相应位置上。在另一个方面中，本发明提供了一种应用纳米端部的液滴喷射装置，用于将液滴 喷射到可印刷物的第一表面上，包括主体，所述主体包括悬臂，所述悬臂具有纳米板及 设置在所述纳米板的第一端的下表面下方的纳米板；水平敞开沟槽，所述水平敞开沟槽从 形成在所述纳米板的第二端中的腔室沿所述纳米板的上表面延伸至所述纳米板的所述第 一端，从而容纳在所述腔室内的流体通过所述水平敞开沟槽运动到所述纳米板的所述第一 端；竖直封闭沟槽，所述竖直封闭沟槽在竖直方向上贯穿所述纳米端部形成，从而所述竖直 封闭沟槽的第一端与所述水平敞开沟槽连通，并且其第二端延伸到所述纳米端部的尖端， 使得运动到所述纳米板的第一端的流体通过所述竖直封闭沟槽运动到所述纳米端部的尖 端；和第一电极，所述第一电极设置在至少一个预定部分上，以与所述流体进行电接触；第 二电极，所述第二电极设置在所述纳米端部的尖端与所述可印刷物之间，所述第二电极在 其中具有通孔，所述流体的液滴通过所述通孔被从所述尖端喷射到所述可印刷物的所述第 一表面上；电源，所述电源提供将要施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压；及 控制所述电源的控制单元。所述液滴喷射装置可进一步包括第三电极，所述第三电极布置在与所述可印刷物 的第二表面隔开预定距离的位置处。所述电源可提供将要施加于所述第一电极与所述第三电极之间的电压。所述第二电极可通过将电极层和绝缘层交替地布置于彼此之上来形成。所述控制单元可单独地控制施加于所述第一电极与所述第二电极中每个电极层 之间的电压。 施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压可包括选自直流脉冲电压、交流 电压和直流电压与交流电压的组合中的一个。而且，可对所述喷嘴的尖端的表面施加疏水膜。所述悬臂可由聚合物材料形成。所述主体可包括彼此相邻布置的多个主体以形成一体式结构，所述第二电极可设 置在所述可印刷物与所述主体的所述尖端之间，形成在所述第二电极中的通孔位于与所述 主体的所述尖端相对应的相应位置上。在另一个方面中，本发明提供了一种应用纳米端部的液滴喷射装置，用于将液滴喷射到可印刷物的第一表面上，包括主体，包括纳米板，所述纳米板具有通过减小所述 纳米板的第一端的宽度形成的尖端；水平敞开沟槽，所述水平敞开沟槽从形成在所述纳米 板的第二端中的腔室沿所述纳米板的上表面延伸至所述纳米板的第一端，从而容纳在所述 腔室中的流体通过所述水平敞开沟槽运动到所述纳米板的所述第一端的尖端；以及第一电 极，所述第一电极设置在所述水平敞开沟槽的一部分上，用来与所述流体进行电接触；第二 电极，所述第二电极设置在所述纳米板的所述尖端与所述可印刷物之间，所述第二电极在 其中具有通孔，所述流体的液滴通过所述通孔从所述纳米板的所述尖端喷射到所述可印刷 物的第一表面上；电源，所述电源提供施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压； 及控制所述电源的控制单元。所述液滴喷射装置可进一步包括第三电极，所述第三电极布置在与所述可印刷物 的第二表面隔开预定距离的位置处。所述电源可提供将要施加于所述第一电极与所述第三电极之间的电压。所述第二电极可通过将电极层和绝缘层交替地布置于彼此之上来形成。所述控制单元可单独地控制施加于所述第一电极与所述第二电极中每个电极层 之间的电压。施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压可包括选自直流脉冲电压、交流 电压和直流电压与交流电压的组合中的一个。而且，可对所述喷嘴的尖端的表面施加疏水膜。所述纳米板可由聚合物材料形成。所述纳米板可包括彼此相邻布置的多个纳米板以形成一体式结构，所述第二电极 可设置在所述可印刷物与所述纳米板的所述尖端之间，形成在所述第二电极中的通孔位于 与所述纳米板的所述尖端相对应的相应位置上。


图1及图2是示出根据传统技术的热致动型液滴喷射装置的视图；图3及图4是示出根据另一个传统技术的静电液滴喷射装置的视图；图5是根据本发明第一实施方式的具有单个喷嘴的液滴喷射装置中主体的立体 图；图6是示出图5的液滴喷射装置的视图；图7是沿图6中线A-A'所取的截面图；图8是根据本发明第一实施方式的具有多个喷嘴的液滴喷射装置中主体的立体 图；图9是示出图8的液滴喷射装置的视图；图10是沿图9中线B-B'所取的截面图；图11是示出根据本发明第一实施方式的液滴喷射装置的突出喷嘴的效果的视 图；图12是示出根据本发明第二实施方式的使用纳米端部的液滴喷射装置的视图；图13是沿图12中线Ι-Γ所取的截面图；图14是示出根据本发明第三实施方式的使用纳米端部的液滴喷射装置的视图15是示出根据本发明的使用纳米端部的液滴喷射装置的概念图；图16是示出根据本发明的使用纳米端部的一体式液滴喷射装置的概念图；图17是示出根据本发明形成在液滴喷射装置的纳米端部的尖端上的流体的界面 的图；和图18是示出根据本发明的使用纳米端部的液滴喷射装置的另一实施方式的视 图。附图中的附图标记
100 主体IOOa 上板
IOOb丨下板110腔室
120 喷嘴130第一电极
140 第二电极142电极层
144 绝缘层150第三电极
200 电源300控制单元
400 主体410第一电极
420 第二电极420h 通孔
422 电极层424绝缘层
430 第三电极440 悬臂
442 纳米板444 纳米端部
444a尖端
450 水平敞开沟槽
460 竖直敞开沟槽
460，竖直封闭沟槽
500 电源600控制单元
具体实施例方式下面将参照附图更加详细地说明本发明的优选实施方式。通过下面的实施方式可以更好的理解本发明，但以下实施方式只是用来说明本发 明，而不应该解释为限制本发明。第一实施方式如图6所示，根据本发明第一实施方式的液滴喷射装置包括设置有第一电极130 的主体100、第二电极140、第三电极150、电源200及控制单元300。所述主体包括在其中的腔室110，并且包括喷嘴120和第一电极130。所述腔室 110用来在其中容纳从外部供给的预定量的流体，所述流体包括液体及粒子。所述喷嘴120 与所述腔室Iio连通，用来将容纳于腔室110内的流体液滴喷射到可印刷物A的第一表面。 第一电极130通过图案化处理形成在所述腔室110和喷嘴120中至少一个的内表面上，以 与所述流体进行电接触。所述第二电极140设置在喷嘴120和可印刷物A之间，其具有通孔140h，液滴通过 所述通孔140h而从喷嘴120喷射到可印刷物A的第一表面。所述电源200用来在第一电 极130和第二电极140之间施加电压。所述控制单元300控制所述电源200。所述第三电极150布置在与所述可印刷物A的第二表面相距一定距离的位置处。首先将对主体100进行详细说明。如图5、图6所示，主体100包括腔室110，该腔室110在其中容纳从外部供给的 包括液体及粒子的预定量的流体。主体100包括喷嘴120，其与所述腔室110连通，用来 将容纳在腔室Iio内的流体液滴喷射到可印刷物A的第一表面；及第一电极130，其通过图 案化处理形成在腔室110的内表面上，以与流体进行电接触。作为一个示例，如图5所示，所述主体100可以包括上板IOOa和下板100b，下板 IOOb在其上表面附接到上板IOOa的下表面。在所述下板IOOb的上表面中形成有矩形凹 部，从而在附接于彼此的所述上板IOOa与下板IOOb之间限定出腔室110。而且，在下板 IOOb的上表面中形成有从所述矩形凹部延伸到下板IOOb的前表面的纵向槽，以形成在上 板IOOa和下板IOOb之间的喷嘴120。在矩形凹部中形成有供给孔100h，流体通过该供给 孔被从外部供应到腔室110中，所述供给孔IlOh延伸到下板IOOb的下表面。如图6及图9所示，当通过将上板IOOa的小表面附接于下板IOOb的上表面来形 成喷嘴120时，喷嘴120的端部优选地从主体100向外突出。由于所形成的这种形状使得 喷嘴120的端部从主体100向外突出，因此当形成流体的液面时能够保持相对大的接触角， 从而增加液面稳定性。图11示出了在具有通过简单地钻孔所形成的喷嘴的装置(a)上形成的液面与在 具有突出喷嘴的装置(b)上形成的液面之间的区别。此外，图11示出了取决于液面形状的 电场分布。当液面的曲率半径R变得越小时，液面的形状越接近于半球状。将理解，当液面 的曲率半径R变得越小时，电场强度增大，并且电场集中于其中心处。因此将了解在液滴的 喷射中，突出喷嘴具有许多的优点。而且，可对喷嘴120的端部的表面施加疏水膜。例如，可通过氧等离子处理或 氩-氧离子束处理来形成疏水表面。这样，在将疏水膜施加于喷嘴120的端部表面的情况 下，当从喷嘴120喷射液滴时，能够有效地形成流体的初始新月形状。此外，即使反复喷射 液滴，也可以可靠地进行喷射操作，并且可以提高其性能。同时，如图8及图9所示，在所述主体100中可以形成有多个喷嘴120，并且多个 喷嘴120从单个腔室110延伸。具体而言，在下板IOOb的上表面中形成有单个矩形凹部以 在其中构成腔室110，并且在下板IOOb的上表面中形成有从所述矩形凹部延伸到下板IOOb 的前表面的三个纵向槽以形成三个喷嘴120。在矩形凹部中形成有延伸到下板IOOb的下表 面的供给孔100h，流体通过该供给孔IOOh从外部供应到腔室110中。在此，虽然第一电极130已经在图5中示出为通过图案化而形成在腔室110的内 表面以与流体进行电接触，但第一电极130也可以通过图案化处理而形成在相应喷嘴120 的内表面上以与流体进行电接触，如图8所示。这种第一电极130也可以形成在上板IOOa 的下表面上。优选地，所述主体100由聚合物材料形成。具体的，在多个液滴喷射装置布置成使 得它们彼此靠近或者如图8所示那样多个喷嘴120连接到单个腔室110的情况中，如果主 体100由不导电的聚合物材料形成，那么就能够避免液滴喷射装置之间或喷嘴120之间产 生的电干扰。所述主体100可通过聚二甲基硅氧烷模塑法(poly dimethyl siloxane molding,PDMS)制作。接着将详细说明第二电极140及第三电极150。如图5及图6所示，第二电极140设置在主体100的喷嘴120和可印刷物A之间。 穿过该第二电极140形成有通孔140h，从喷嘴120喷射的液滴通过所述通孔140h被施加于 可印刷物A的第一表面。当将在后面叙述的电源200提供施加于第二电极140与主体100的第一电极130 之间的电压时，已经被供给到腔室Iio中的流体通过喷嘴120喷射，并在穿过通孔140h后 印刷到可印刷物A上。具体而言，当所述第一电极130与第二电极140之间施加有电压时， 在第一电极130与第二电极140之间形成静电场，并且，在朝向为对向电极的第二电极140 的方向上的库仑力被施加给流体。因此，液滴通过喷嘴120喷射到可印刷物A上。这里，如图7及图10所示，第二电极140通过将电极层142和绝缘层144交替地 布置于彼此之上而形成。施加于第一电极130与第二电极140的各电极板142之间的电压 可单独地由控制单元300控制。这将在对电源200与控制单元300进行说明时再做详细的 说明。另外，如图8及图9所示那样，在主体100中多个喷嘴120连接到主体100的单个 腔室Iio的情况下，第二电极140设置在与相应喷嘴120对应的位置上，从而能够单独地控 制施加于第一电极130与每个第二电极140之间的电压。如图5及图6、图8及图9所示，第三电极150布置在与可印刷物A的第二表面隔 开预定距离的位置上。在所述第三电极150与第一电极130之间也施加有电压。如此，因 为在第三电极150与第一电极130之间也施加有电压，所以库仑力进一步增大，从而能够进 一步改进所喷射液滴的轨迹的直线性。下面将说明电源200与控制单元300。如图6及图9所示，所述电源200提供将要施加于第一电极130与第二电极140之 间以及第一电极130与第三电极150之间的电压。所述控制单元300控制所述电源200。如上所述，所述控制单元300单独控制施加于第一电极130与各电极层142之间 的电压。而且，控制单元300还能够单独地控制施加于第一电极130与第二电极140之间 的电压，同时单独地控制施加于第一电极130与各电极层142之间的电压。例如，当施加于第一电极130与离喷嘴120最近的电极层142之间的电压和施加 于第一电极130与离喷嘴120最远的电极层142之间的电压不同时，所喷射液滴的加速度 会变化，即将增加或减小。取决于所喷射液滴的加速度的变化，可印刷物A上的印刷的质量 也会变化。换句话说，取决于液滴撞击可印刷物A所用的冲击力，所形成的图案也会不同。 在例如显示器、射频识别、太阳能电池等非单纯文字印刷应用领域中的图案化的情况中，取 决于线条或的均勻度或波纹度(waveness)，性能可能会不同。因此，为了防止这种现象，需 要精确的控制。如果对所喷射液滴的速度进行控制，就可以期待有最佳的印刷。同时，施加于所述第一电极130与第二电极140之间的电压可以包括选自直流脉 冲电压、交流电压或者直流电压和交流电压的组合中的一个。当通过直流电压信号的连续施加而在流体界面上充电而产生电荷、并且电荷在界 面的切线方向上移动时，静电力集中在界面的中心部分上，从而喷射液滴。但是，因为界面 及喷射模式取决于所施加电压的水平和流体的电导率、表面张力系数或粘度而有所不同，因此如果施加连续的信号，则只有在形成单个液滴的有限条件下才能形成及喷射液滴。为了克服此问题，如果施加直流电压，因为只有静电力施加于液滴界面仅有限的 时间，因此能够及时地形成期望量的液滴并且可以在期望的点喷射。在连续喷射或锥形喷 射(Cone-jet)的情况下，也能通过切断连续射流形成液滴。然而，即使在这种情况下，要有 效地形成液滴，也必须取决于流体的物理特性而最佳地给予条件，例如所施加的电压。换句 话说，必须取决于流体的特性来施加最佳电压及频率脉冲，从而及时在希望的点形成期望 量的液滴。同时，根据电喷雾的新近研究，报道了也可以通过交流电压来改变流体的界面。因 此，在本发明的第一实施方式中，提出了使用交流电压形成及喷射液滴。此外，为了提高形成和喷射液滴的效率及效果，优选地，在不喷洒流体或者不形成 液滴的范围内施加直流电压，同时施加具有特定频率的交流电压。然后，液滴就会形成并且 被喷射与相应频率成比例的次数，并且可以提供更加可靠的最佳条件。<第二实施方式及第三实施方式>如图12或图14所示，根据本发明第二或第三实施方式的应用纳米端部的液滴喷 射装置包括设置有第一电极410的主体400、第二电极420、第三电极430、电源500及控制 单元600。所述主体400包括悬臂440、水平敞开沟槽450、竖直敞开沟槽460、第一电极410。 所述悬臂440包括纳米板442及设置在所述纳米板442的第一端的下表面下方的纳米端部 444。所述水平敞开沟槽450从形成在所述纳米板442的第二端上的腔室(图15中的C) 沿所述纳米板442的上表面延伸到所述纳米板442的第一端。容纳在所述腔室C内的流体 通过该水平敞开沟槽450运动到所述纳米板442的第一端。所述竖直敞开沟槽460形成在 所述纳米端部444的一个表面上，从而其第一端与所述水平敞开沟槽450连通，其第二端延 伸到所述纳米端部444的尖端444a。因此，运动到所述纳米板442第一端的流体通过竖直 敞开沟槽460运动到所述纳米端部444的尖端444a。所述第一电极410设置成与流体电接 触。所述第二电极420设置在纳米端部444的尖端444a与可印刷物A之间，并且在其 中具有通孔420h，液滴通过所述通孔420h被从所述尖端444a喷射到可印刷物A的第一表 面。所述电源500提供施加在第一电极410与第二电极420之间的电压。所述控制单元 600控制电源500。所述第三电极430布置在与可印刷物A的第二表面隔开预定距离的位置。在此，可以设置竖直封闭沟槽460'取代所述竖直敞开沟槽460。在这种情况下， 水平敞开沟槽450从所述纳米板442第二端的腔室C沿所述纳米板442的上表面延伸到纳 米板442的第一端，所述竖直封闭沟槽460'竖直贯通所述纳米端部444形成，从而其第一 端与所述水平敞开沟槽450连通，其第二端延伸到所述纳米端部444的尖端444a。首先，将对主体400进行说明。根据第二实施方式的主体400包括悬臂440，悬臂440包括纳米板442及设置在所 述纳米板442第一端的下表面下方的纳米端部444。主体400具有水平敞开沟槽450，该水 平敞开沟槽450从形成在所述纳米板442第二端中的腔室C沿所述纳米板442的上表面延 伸到所述纳米板442的第一端，从而容纳在所述腔室C内的流体通过该水平敞开沟槽450运动到所述纳米板442的第一端。主体400包括竖直敞开沟槽460，该竖直敞开沟槽460设 置在所述纳米端部444的一个表面中，从而其第一端与所述水平敞开沟槽450连通，其第二 端延伸到所述纳米端部444的尖端444a，使得运动到所述纳米板442第一端的流体通过该 竖直敞开沟槽460运动到所述纳米端部444的尖端444a。主体400还包括第一电极410， 该第一电极410设置在至少一个预定位置处，用来与所述流体进行电接触。例如，如图12所示那样，在根据第二实施方式的主体400的悬臂440中，可通过在 纳米板442的上表面中沿着该纳米板442的纵向中心轴线形成槽来形成水平敞开沟槽450。 可通过在纳米端部444的表面上沿着所述纳米端部444的纵向中心轴线形成槽来形成竖直 敞开沟槽460，从而纳米端部444的槽连接到纳米板442的槽。所述第一电极410通过图案化处理形成在所述水平敞开沟槽450与所述竖直敞开 沟槽460的内表面上。这里，所述第一电极410可以形成在所述水平敞开沟槽450和竖直 敞开沟槽460中的一个中。可替代的，主体400可由导电材料制成，因而其本身可用作第一 电极410。在第一电极410通过图案化处理形成在所述水平敞开沟槽450或所述竖直敞开沟 槽460的内表面上的情况下，所述悬臂440优选由聚合物材料形成。那么，即使多个主体 400彼此相邻布置，也能够避免主体400之间的电干扰。同时，在第三实施方式中，主体400包括悬臂440，该悬臂440包括纳米板442及 设置在所述纳米板442第一端的下表面下方的纳米端部444。主体400具有水平敞开沟槽 450，其从形成在所述纳米板442第二端中的腔室C沿所述纳米板442的上表面延伸到所述 纳米板442的第一端，从而使容纳在所述腔室C内的流体通过该水平敞开沟槽450运动到 所述纳米板442的第一端。主体400还具有竖直封闭沟槽460'，该竖直封闭沟槽460'竖 向地贯穿所述纳米端部444形成，从而其第一端与所述水平敞开沟槽450连通，其第二端延 伸到所述纳米端部444的尖端444a，使得运动到所述纳米板442第一端的流体通过该竖直 封闭沟槽460'运动到所述纳米端部444的尖端444a。主体400还包括第一电极410，该第 一电极410设置在至少一个预定位置处，用来与所述流体进行电接触。例如，如图14所示那样，在根据第三实施方式的主体400的悬臂440中，可通过在 纳米板442的上表面中沿着纳米板442的纵向中心轴线形成槽来形成水平敞开沟槽450。 可通过形成贯穿所述纳米端部444的竖直孔来形成竖直封闭沟槽460’，使得纳米端部444 的竖直孔连接到纳米板442的槽。所述第一电极410通过图案化处理形成在所述水平敞开沟槽450与所述竖直封闭 沟槽460’的内表面上。这里，所述第一电极410可以形成在选自所述水平敞开沟槽450和 所述竖直封闭沟槽460’中的一个上。可替代的，主体400可由导电材料形成，从而其自身 可用作第一电极410。在第一电极410通过图案化处理形成在所述水平敞开沟槽450或所述竖直封闭沟 槽460’的内表面上的情况中，所述悬臂440优选由聚合物材料形成。那么，即使多个主体 400彼此相邻布置，也能够避免主体400之间的电干扰。而且，可对纳米端部444的尖端444a的表面施加疏水膜。例如，可通过氧等离子 处理或氩-氧离子束处理形成疏水表面。这样，在将疏水膜施加于喷嘴的端部表面的情况 下，当通过喷嘴喷射液滴时，能够有效地形成流体的初始新月形状。此外，即使反复喷射液滴，也能可靠地进行喷射操作，并且可提高其性能。主体400可通过聚二甲基硅氧烷模塑法制作。接着将说明第二电极420及第三电极430。如图12及图14所示，第二电极420设置在纳米端部444的尖端444a与可印刷物 A之间，并在其中具有通孔420h，液滴通过所述通孔从纳米端部444的尖端444a喷射到可 印刷物A的第一表面。当将在后面详细描述的电源500提高施加于第二电极420与主体400的第一电极 410之间的电压时，已经供给到腔室C中的流体经由水平敞开沟槽450和水平封闭沟槽460 或水平敞开沟槽450通过尖端444a喷出，然后在通过通孔420h后印刷到可印刷物A上。 具体而言，当在第一电极410与第二电极420之间施加电压时，在第一电极410与第二电极 420之间形成静电场，并且在朝向为对电极的第二电极420的方向上的库仑力被施加给流 体。因此，液滴通过尖端444a喷射到可印刷物A上。这里，如图13所示，第二电极420通过将电极层422及绝缘层424交替布置在彼 此之上形成。施加于第一电极410与第二电极420中各电极层422之间的电压可由所述控 制单元600单独控制。这将在对电源500和控制单元600的说明部分中进行详细的说明。此外，如图15所示，在液体从单个腔室C通过单个尖端444a喷射的情况下，贯穿 第二电极420形成有单个通孔420h。如图16所示，多个主体400彼此相邻布置以形成一体 式结构，并且第二电极420设置在与相应主体400的尖端444a相应的位置上，从而可单独 地控制施加于第一电极410与每个第二电极420之间的电压。如图12及图14、图15及图16所示，第三电极430设置在与可印刷物A的第二表 面隔开预定距离的位置上。在第三电极430与第一电极410之间也施加有电压。如此，因 为在第三电极430与第一电极410之间也施加有电压，所以进一步增加了库仑力，从而能够 进一步改进所喷射液滴的轨迹的直线性。接着，下面将说明电源500和控制单元600。如图12及图14所示，电源500提供施加于第一电极410与第二电极420之间、以 及第一电极410与第三电极430之间的电压。控制单元600控制所述电源500。如前所述，所述控制单元600单独控制施加于第一电极410与每个电极层422之 间的电压。而且，控制单元600还可以单独控制施加于第一电极410与第二电极420之间 的电压以及施加于第一电极410与每个电极层422之间的电压。例如，当施加于第一电极410与离尖端444a最近的电极层422之间的电压和施加 于第一电极410与离尖端444a最远的电极层422之间的电压不同时，所喷射液滴的加速度 会受到正的或负的影响。取决于所喷射液滴的加速度的变化，可印刷物A上的印刷质量也变化。同时，施加于所述第一电极410与第二电极420之间的电压可以包括选自直流脉 冲电压、交流电压或者直流电压和交流电压的组合中的一个。当通过直流电压信号的连续施加而在流体界面上充电而产生电荷、并且电荷在界 面的切线方向上移动时，静电力集中在界面的中心部分上，从而喷射液滴。但是，因为界面 及喷射模式取决于所施加电压的水平和流体的电导率、表面张力系数或粘度而有所不同， 因此如果施加连续的信号，则只有在形成单个液滴的有限条件下才能形成及喷射液滴。
为了克服此问题，如果施加直流电压，因为只有静电力施加于液滴界面仅有限的 时间，因此能够及时地形成期望量的液滴并且可以在期望的点喷射。在连续喷射或锥形喷 射(Cone-jet)的情况下，也能通过切断连续射流形成液滴。然而，即使在这种情况下，要有 效地形成液滴，也必须取决于流体的物理特性而最佳地给予条件，例如所施加的电压。换句 话说，必须取决于流体的特性来施加最佳电压及频率脉冲，从而及时在希望的点形成期望 量的液滴。同时，根据电喷雾的新近研究，报道了也可以通过交流电压来改变流体的界面。因 此，在本发明的第二和第三实施方式中，提出了使用交流电压形成及喷射液滴。此外，为了提高形成和喷射液滴的效率及效果，优选地，在不喷洒流体或者不形成 液滴的范围内施加直流电压，同时施加具有特定频率的交流电压。然后，液滴就会形成并且 被喷射与相应频率成比例的次数，并且可以提供更加可靠的最佳条件。图17是示出根据本发明第二实施方式或第三实施方式形成在液滴喷射装置的纳 米端部的尖端上的流体界面的视图。如(a)、(b)、(c)和(d)中示出的，流体界面可以形成 为各种形状。在(a)或(b)中示出的性质是最佳的。同时，如图18所示，可以用在其端部具有尖端444a从而纳米板442的宽度朝向其 端部减小的纳米板442，来代替包含纳米板442及设在纳米板442第一端下方的纳米端部 444的悬臂440。换句话说，例如第二电极420、电源500、控制单元600等的其他部件仍旧与第二或 第三实施方式的相同。与第二或第三实施方式的悬臂440不同，纳米端部444与纳米板442 是一体的，并且通过减小纳米板442的端部的宽度来形成尖端444a。通过形成在所述纳米 板442上的尖端444a喷射流体液滴。在这种情况下，所述纳米板442可以是纳米级，或者 是微米级。虽然为了说明目的已经结合

了本发明的优选实施方式，但本领域的技术 人员将了解在不脱离如所附权利要求所公开的本发明精神和范围的情况下可以做出各种 变更、增加和替代。〈工业实用性〉如上所述，本发明提供了一种液滴喷射装置，其中，对通过喷嘴喷射的流体的表面 施加可控制的静电场，从而流体能够在不经受热变的情况下以液滴形状喷射。而且，能使用 第一电极、第二电极及第三电极，精确地控制所喷射的液滴。此外，根据本发明的实施方式，即使多个液滴喷射装置以预定间隔彼此相邻布置， 因为本发明不存在传统技术中存在的与热相关的问题，所以能够实现高度一体式的结构。同时，在根据本发明使用纳米端部的液滴喷射装置中，对通过纳米端部的尖端喷 射的流体的表面施加可控制的静电场，从而在不产生任何附随热变的情况下以液滴形状喷 射流体。而且，能够使用第一电极、第二电极及第三电极，精确地控制将要喷射的液滴。此外，根据本发明的实施方式，即使使用纳米端部的多个液滴喷射装置以预定间 隔彼此相邻布置时，因为本发明不存在传统技术中与热相关的问题，所以能够实现高度一 体式的结构。
权利要求
1.一种液滴喷射装置，用于将液滴喷射到可印刷物的第一表面上，包括主体，所述主体包括腔室，所述腔室用来在其中容纳预定量的流体，所述流体包括从 外部供给的液体及粒子；用于与所述腔室连通的至少一个喷嘴，所述喷嘴将容纳在所述腔 室内的流体的液滴喷射到所述可印刷物的第一表面上；以及第一电极，所述第一电极通过 图案化处理形成在选自所述腔室和所述喷嘴中的至少一个的内表面上，以与所述流体进行 电接触；第二电极，所述第二电极设置在所述喷嘴与所述可印刷物之间，所述第二电极在其中 具有通孔，所述液体通过所述通孔从所述喷嘴喷射到所述可印刷物的所述第一表面上； 电源，所述电源提供施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压；及 控制所述电源的控制单元。
2.根据权利要求1所述的液滴喷射装置，其中，所述主体包括彼此附接的上板和下板， 所述下板在其上表面上具有矩形凹部，用来限定所述腔室；纵向槽，所述纵向槽从所述矩 形凹部延伸到所述下板的前表面，以形成所述喷嘴；和供给孔，所述供给孔形成在所述矩形 凹部中并且延伸到所述下板的下表面，用于将来自外部的流体供给到所述腔室中。
3.根据权利要求1所述的液滴喷射装置，进一步包括第三电极，所述第三电极布置在与所述可印刷物的第二表面隔开预定距离的位置处。
4.根据权利要求3所述的液滴喷射装置，其中，所述电源提供将要施加于所述第一电 极与所述第三电极之间的电压。
5.根据权利要求1所述的液滴喷射装置，其中，所述第二电极通过将电极层和绝缘层 交替地布置于彼此之上来形成。
6.根据权利要求5所述的液滴喷射装置，其中，所述控制单元单独地控制施加于所述 第一电极与所述第二电极中每个电极层之间的电压。
7.根据权利要求1所述的液滴喷射装置，其中，施加于所述第一电极与所述第二电极 之间的电压包括选自直流脉冲电压、交流电压和直流电压与交流电压的组合中的一个。
8.根据权利要求1所述的液滴喷射装置，其中，所述喷嘴的端部从所述主体向外突出。
9.根据权利要求1或8所述的液滴喷射装置，其中，对所述喷嘴的端部表面施加疏水膜。
10.根据权利要求1所述的液滴喷射装置，其中，所述主体由聚合物材料形成。
11.根据权利要求1所述的液滴喷射装置，其中，所述喷嘴包括形成在所述主体中的多 个喷嘴，所述喷嘴与单个腔室连通。
12.一种液滴喷射装置，包括第一电极与第二电极，所述第一电极设置为与可印刷物的 第一表面相邻以与流体进行电接触，所述第二电极设置成与所述可印刷物的所述第一表面 或第二表面相邻，所述第二电极与所述第一电极一起形成静电场，以将液滴喷射到所述可 印刷物的所述第一表面上，其中，施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压包括选自直流脉冲电压、交流电压和 直流电压与交流电压的组合中的一个。
13.一种使用纳米端部的液滴喷射装置，用于将液滴喷射到可印刷物的第一表面上，包括主体，所述主体包括悬臂，所述悬臂具有纳米板及设置在所述纳米板的第一端的下表面下方的纳米板；水平敞开沟槽，所述水平敞开沟槽从形成在所述纳米板的第二端中的腔 室沿所述纳米板的上表面延伸至所述纳米板的所述第一端，从而容纳在所述腔室内的流体 通过所述水平敞开沟槽运动到所述纳米板的所述第一端；竖直敞开沟槽，所述竖直敞开沟 槽形成在所述纳米端部的一个表面中，从而所述竖直敞开沟槽的第一端与所述水平敞开沟 槽连通，并且其第二端延伸到所述纳米端部的尖端，使得运动到所述纳米板的第一端的流 体通过所述竖直敞开沟槽运动到所述纳米端部的尖端；和第一电极，所述第一电极设置在 至少一个预定部分上，以与所述流体进行电接触；第二电极，所述第二电极设置在所述纳米端部的尖端与所述可印刷物之间，所述第二 电极在其中具有通孔，所述流体的液滴通过所述通孔被从所述尖端喷射到所述可印刷物的 所述第一表面上；电源，所述电源提供将要施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压；及控制所述电源的控制单元。
14.根据权利要求13所述的液滴喷射装置，进一步包括第三电极，所述第三电极布置在与所述可印刷物的第二表面隔开预定距离的位置处。
15.根据权利要求14所述的液滴喷射装置，其中，所述电源提供将要施加于所述第一 电极与所述第三电极之间的电压。
16.根据权利要求13所述的液滴喷射装置，其中，所述第二电极通过将电极层和绝缘 层交替地布置于彼此之上来形成。
17.根据权利要求16所述的液滴喷射装置，其中，所述控制单元单独地控制施加于所 述第一电极与所述第二电极中每个电极层之间的电压。
18.根据权利要求13所述的液滴喷射装置，其中，施加于所述第一电极与所述第二电 极之间的电压包括选自直流脉冲电压、交流电压和直流电压与交流电压的组合中的一个。
19.根据权利要求13所述的液滴喷射装置，其中，对所述喷嘴的尖端的表面施加疏水膜。
20.根据权利要求13所述的液滴喷射装置，其特征在于，所述悬臂由聚合物材料形成。
21.根据权利要求1所述的液滴喷射装置，其中，所述主体包括彼此相邻布置的多个主 体以形成一体式结构，所述第二电极设置在所述可印刷物与所述主体的所述尖端之间，形 成在所述第二电极中的通孔位于与所述主体的所述尖端相对应的相应位置上。
22.—种应用纳米端部的液滴喷射装置，用于将液滴喷射到可印刷物的第一表面上，包括主体，所述主体包括悬臂，所述悬臂具有纳米板及设置在所述纳米板的第一端的下表 面下方的纳米板；水平敞开沟槽，所述水平敞开沟槽从形成在所述纳米板的第二端中的腔 室沿所述纳米板的上表面延伸至所述纳米板的所述第一端，从而容纳在所述腔室内的流体 通过所述水平敞开沟槽运动到所述纳米板的所述第一端；竖直封闭沟槽，所述竖直封闭沟 槽在竖直方向上贯穿所述纳米端部形成，从而所述竖直封闭沟槽的第一端与所述水平敞开 沟槽连通，并且其第二端延伸到所述纳米端部的尖端，使得运动到所述纳米板的第一端的 流体通过所述竖直封闭沟槽运动到所述纳米端部的尖端；和第一电极，所述第一电极设置 在至少一个预定部分上，以与所述流体进行电接触；第二电极，所述第二电极设置在所述纳米端部的尖端与所述可印刷物之间，所述第二电极在其中具有通孔，所述流体的液滴通过所述通孔被从所述尖端喷射到所述可印刷物的 所述第一表面上；电源，所述电源提供将要施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压；及 控制所述电源的控制单元。
23.根据权利要求22所述的液滴喷射装置，进一步包括第三电极，所述第三电极布置在与所述可印刷物的第二表面隔开预定距离的位置处。
24.根据权利要求23所述的液滴喷射装置，其中，所述电源提供将要施加于所述第一 电极与所述第三电极之间的电压。
25.根据权利要求22所述的液滴喷射装置，其中，所述第二电极通过将电极层和绝缘 层交替地布置于彼此之上来形成。
26.根据权利要求25所述的液滴喷射装置，其中，所述控制单元单独地控制施加于所 述第一电极与所述第二电极中每个电极层之间的电压。
27.根据权利要求22所述的液滴喷射装置，其中，施加于所述第一电极与所述第二电 极之间的电压包括选自直流脉冲电压、交流电压和直流电压与交流电压的组合中的一个。
28.根据权利要求22所述的液滴喷射装置，其中，对所述喷嘴的尖端的表面施加疏水膜。
29.根据权利要求22所述的液滴喷射装置，其特征在于，所述悬臂由聚合物材料形成。
30.根据权利要求22所述的液滴喷射装置，其中，所述主体包括彼此相邻布置的多个 主体以形成一体式结构，所述第二电极设置在所述可印刷物与所述主体的所述尖端之间， 形成在所述第二电极中的通孔位于与所述主体的所述尖端相对应的相应位置上。
31.一种应用纳米端部的液滴喷射装置，用于将液滴喷射到可印刷物的第一表面上，包括主体，包括纳米板，所述纳米板具有通过减小所述纳米板的第一端的宽度形成的尖 端；水平敞开沟槽，所述水平敞开沟槽从形成在所述纳米板的第二端中的腔室沿所述纳米 板的上表面延伸至所述纳米板的第一端，从而容纳在所述腔室中的流体通过所述水平敞开 沟槽运动到所述纳米板的所述第一端的尖端；以及第一电极，所述第一电极设置在所述水 平敞开沟槽的一部分上，用来与所述流体进行电接触；第二电极，所述第二电极设置在所述纳米板的所述尖端与所述可印刷物之间，所述第 二电极在其中具有通孔，所述流体的液滴通过所述通孔从所述纳米板的所述尖端喷射到所 述可印刷物的第一表面上；电源，所述电源提供施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压；及 控制所述电源的控制单元。
32.根据权利要求31所述的液滴喷射装置，进一步包括第三电极，所述第三电极布置在与所述可印刷物的第二表面隔开预定距离的位置处。
33.根据权利要求32所述的液滴喷射装置，其中，所述电源提供将要施加于所述第一 电极与所述第三电极之间的电压。
34.根据权利要求31所述的液滴喷射装置，其中，所述第二电极通过将电极层和绝缘 层交替地布置于彼此之上来形成。
35.根据权利要求34所述的液滴喷射装置，其中，所述控制单元单独地控制施加于所述第一电极与所述第二电极中每个电极层之间的电压。
36.根据权利要求31所述的液滴喷射装置，其中，施加于所述第一电极与所述第二电 极之间的电压包括选自直流脉冲电压、交流电压和直流电压与交流电压的组合中的一个。
37.根据权利要求31所述的液滴喷射装置，其中，对所述喷嘴的尖端的表面施加疏水膜。
38.根据权利要求31所述的液滴喷射装置，其中，所述纳米板由聚合物材料形成。
39.根据权利要求31所述的液滴喷射装置，其中，所述纳米板包括彼此相邻布置的多 个纳米板以形成一体式结构，所述第二电极设置在所述可印刷物与所述纳米板的所述尖端 之间，形成在所述第二电极中的通孔位于与所述纳米板的所述尖端相对应的相应位置上。
全文摘要
本发明提供了一种液滴喷射装置，其喷射液滴形状的流体。该装置包括主体(100)，其具有腔室(110)用来容纳流体。主体还具有至少一个喷嘴(120)，该喷嘴(120)与腔室连通并且将液滴喷射到可印刷物上；以及第一电极(130)，其通过图案化处理形成在选自腔室和喷嘴中的至少一个的内表面上，用来与流体进行电接触。该装置还包括第二电极(140)，其设置在喷嘴与可印刷物之间且具有通孔，液滴通过所述通孔从喷嘴喷射到可印刷物上；电源(200)，其提供施加于所述第一电极与第二电极之间的电压；及控制单元(300)，其控制电源。
文档编号B41J2/045GK102066113SQ200880129852
公开日2011年5月18日 申请日期2008年8月12日 优先权日2008年7月9日
发明者西·布伊·光·特兰, 边渡泳, 金志勋 申请人:建国大学校产业学校协力团