CN1944050A - 图案形成方法及液滴喷出装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图案成形方法及液滴喷出装置，在喷头附近设有激光头。从激光头照射的激光在基板表面的反射位置以临界角入射后，向喷头全反射。而且，由基板反射的激光被喷嘴板的基面向基板全部反射，在基板表面的的照射位置以照射角(临界角)入射。

Description

图案形成方法及液滴喷出装置

技术领域

本发明涉及一种图案形成方法及液滴喷出装置。

背景技术

目前，在液晶显示装置及场致发光显示装置等显示装置中具有用于显示图象的基板。在这种基板上，为了进行质量管理及制造管理，形成有将制造厂及其制品编码等信息代码化的识别码(例如二维代码)。识别码由用于再生识别码的构造体(有色的薄膜及凹部等点)构成。其构造体在多个点形成领域(数据单元)由规定图案形成。

作为识别码的形成方法，例如在特开平11-77340号公报、特开平2003-127537号公报中记载有：使用溅射法成膜代码图案的激光溅射法、将含研磨材料的水对基板喷射而刻印代码图案的喷水法等。

但是，在激光溅射法中，为得到所希望大小的代码图案，需要将金属箔和基板的间隙调整为数～数+μm。因此，对基板及金属箔的各表面，要求有非常高的平坦性。并且，必须将基板和金属箔的间隙以μm等级的精度调节。其结果是：可形成识别码的基板被限制，因此，有损害识别码的通用性的缺点。还有，在喷水法中，在刻印代码图案时，由于水、尘埃及研磨剂等的飞散，有基板会被污染的缺点。

近年来，为解决这样的生产上的问题，作为识别码的形成方法，喷墨法正在受到人们的关注。在喷墨法中，含金属微粒子的液滴从喷嘴喷出，该液滴干燥后形成点。通过使用该方法，能够使基板的对象范围变得广泛，并且，形成识别码时，也可以避免基板的污染。

但是，在喷墨法中，在使着落于基板上的墨水干燥时，由于基板的表面状态及液滴的表面张力等原因可能会导致下面的问题。即，液滴在着落于表面上后，该液滴随着时间的经过，在基板的表面润湿并扩散。因此，要使液滴干燥而需要规时刻间以上(例如100毫秒)，如果这样的话，液滴就会从数据单元溢出，并浸入到与该数据单元邻接的数据单元。所以，可能会形成错误的代码图案。

这样的问题考虑可通过对基板上的液滴进行激光照射，使液滴在瞬间干燥来避免。但是，如图9所示，在液滴Fb位于液滴喷头101的正下面时，必须用激光B从液滴喷头101与基板102之间的窄小空间对基板上的液滴进行照射。即，必须使激光B的光轴A相对基板102的法线H大幅度倾斜，进行激光照射。此时，随着光轴A的倾斜角度变大，在基板表面形成的激光B的电子束光点也变大。因此，会有激光B的照射强度降低、激光B的照射位置精度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种图案形成方法及液滴喷出装置，其能够提高激光的照射强度及照射位置精度，并且能够提高对图案形状的控制性。

根据本发明的第一形态，提供一种图案形成方法，从设置在与基板相对的喷头的喷出口喷出含图案形成材料的液滴，对着落于基板的液滴用激光进行照射而形成图案。在该方法中，使激光向基板射出，通过设置在喷出口附近的反射构件将由基板反射的激光向基板上的液滴着落的区域照射。

根据本发明的第二形态，提供一种液滴喷出装置，其具有：具有与基板相对的喷出口并从该喷出口喷出液滴的喷头、和向所述基板射出激光的激光源。该液滴喷出装置设置于喷出口的附近，并具有用于将被基板反射的激光向基板上的液滴着落的区域反射的反射构件。

附图说明

图1是表示具有通过本实施方式的图案形成方法得到的图案的液晶显示装置的平面图；

图2是表示液滴喷出装置的概略立体图；

图3是表示液滴喷头及激光头的概略立体图；

图4是表示液滴喷头及激光头的概略剖面图；

图5是表示液滴喷出装置的电路的框图；

图6是表示变更例的液滴喷头及激光头的概略剖面图；

图7是表示变更例的液滴喷头及激光头的概略剖面图；

图8是表示变更例的液滴喷头及激光头的概略剖面图；

图9是表示现有例的液滴喷出装置的概略剖面图。

具体实施方式

下面，参照图1～图5对利用本发明的图案形成方法形成的具有识别码的液晶显示装置进行说明。在说明本方法之际，将X箭头、Y箭头、Z箭头方向作如图2所示那样定义。

如图1所示，液晶显示装置1具有四角状的玻璃基板(下面称为基板)2。在基板2表面2a的大至中央形成有封入了液晶分子的四角形显示部3，在显示部3的外侧形成有扫描线驱动电路4及数据线驱动电路5。液晶显示装置1中，根据从扫描线驱动装置4供给的扫描信号和从数据线驱动电路5供给的数据信号控制液晶分子的定向状态。而且，由于从照明装置(未图示)照射的平面光响应液晶分子的定向状态而被调制，从而图象被显示在基板2的显示部3上。

在基板2表面2a的左角形成有显示液晶显示装置1的制造编号及制造批号的识别码10。识别码10由多个点D构成，并且在代码形成区域S内按规定的图案形成。代码形成区域S由8行×8列构成的64个数据单元C构成，各数据单元C形成为：将1mm边正方形的代码形成区域S均等地虚拟地进行分割。在各单元C内选择性地形成点D，由此，形成识别码10。在此，下面将形成点D的单元C作为图案形成位置的黑色单元C1，将未形成点D的单元C作为白单元C0。并且，下面将各黑色单元C1的中心位置作为“目标喷出位置P”，数据单元C的边长作为“单元宽W”。

点D通过将含有作为图案形成材料的金属微粒子(例如镍微粒子及锰微粒子等)的液滴Fb向单元C(黑色单元C1)喷出，并将着落了单元C的液滴Fb干燥及烧结而形成。点D也可以只通过激光照射将液滴Fb干燥而形成。

下面，对用于形成识别码10的液滴喷出装置进行说明。

如图2所示，液滴喷出装置20具有正方体状的基台21。在基台21的上部形成有沿X箭头方向延伸的导向槽22。在基台21的上部配置有基板台23，该基板台23被驱动连结于X轴电机MX(参照图5)。当驱动X轴电机MX时，基板台23就沿导向槽22向X箭头方向或X箭头反方向移动。在基板台23的上面设有吸引式夹紧机构(未图示)。基板2通过该夹紧机构使其表面2a(代码形成区域)向上，配置并固定于基板台23上的规定位置。

在基台21的两侧部安装有门形导向构件24。在导向构件24的上部配置有收纳液体F的收纳箱25。在导向构件24的下部形成有沿Y箭头方向延伸的导轨26。在该导轨26上支承有能移动的滑架27。滑架27驱动连结于Y轴电机MY(参照图5)。滑架27沿导轨26向Y箭头方向或Y箭头反方向移动。下面将在图2中用实线表示的滑架27的位置作为第一位置，双点划线表示的滑架27的位置作为第二位置。

在滑架27的下部搭载有喷出液滴的喷头(下面称为“喷头”)30。图3是从基板2看到的喷头30的立体图。如图3所示，在与喷头30的基板2相对的面(图3所示为上面)上具有构成反射构件的喷嘴板31。喷嘴板31由不锈钢制的板状构件形成。与喷嘴板31的基板2对置的面(下面称为反射面)31a，为使其能够反射激光B而进行抛光加工。

喷嘴板31的反射面31a被覆数百纳米程度的疏液膜31b。疏液膜31b是能够透过激光的膜，其由硅酮树脂及氟树脂等形成。因此，疏液膜31b对液状体F具有疏液性。在本实施方式中，疏液膜31b直接形成于反射面31a上，不过在反射面31a和疏液膜31b之间也可以设置由硅烷偶合剂等组成的数纳米的密合层。通过该密合层，可提高反射面31a和疏液膜31b的密合性。

在喷嘴板31上，构成喷出口的多个喷嘴N沿Y箭头方向按等间隔形成。各喷嘴N之间的节距设定为与各目标喷出位置P的节距尺寸(图1所示的单元宽)相同。如图4所示，喷嘴板31的反射面31a与基板2的表面2a平行配置。各喷嘴N沿垂直于基板2的表面2a的方向延伸，并且贯通喷嘴板31。在此，下面将与各喷嘴N对置的基板2上的位置作为“弹着位置PF”。

在喷头30内形成有多个空腔32。各空腔32通过对应的连通孔33及共同的供给路34连通于收纳箱25。由此，收纳箱25内的液状体F通过空腔32向各喷嘴N供给。在各喷嘴N的上方配置有能够在纵向振动的振动板35。通过该振动板35的振动，空腔32内的容积扩大、或缩小。在振动板35的上部，多个压电元件PZ配置于对应各喷嘴N的位置。通过使压电元件PZ在纵向反复收缩及伸张，对应该压电元件PZ的振动板35在纵向振动。

基板台23在X箭头方向被输送，在黑色单元C1(目标喷出位置P)到达着落位置PF的时刻，压电元件PZ收缩及伸张。由此，空腔32内的容积扩大及缩小，对应缩小后的容积量的液状体F作为液滴Fb从喷嘴N喷出。从喷嘴N喷出的液滴Fb着落位于对应的喷嘴N的正下方的目标喷出位置P(弹着位置PF)。着落的液滴Fb随着时间的经过润湿并扩散，由此扩散到与单元宽度W相同的大小。下面将液滴Fb的外径与单元宽W达到相等时的液滴Fb的中心位置(目标喷出位置P)作为“照射位置PT”。

在喷头30附近配置有搭载作为激光源的多个半导体激光器LD的激光头36。从各半导体激光器LD发射的激光B具有对应液状体F(分散剂及金属微粒子)的吸收波长的波长区域。各半导体激光器LD具备含有平行光管37和聚光透镜38的光学系统。该平行光管37将从半导体激光器LD发出的激光B聚束为平行的光束。聚光透镜38将通过平行光管37的激光聚束并导向基板2的表面2a。光学系统的光轴A1相对基板2的表面2a的法线H倾斜规定的角度。

由半导体激光器LD照射的激光B被基板2上的反射位置PR全反射后，被导向喷嘴板31的反射面31a。而且，该激光B被喷嘴板31的反射面31a再次反射、并导向基板2的表面2a的照射位置PT。通过该激光B，液滴Fb中的分散剂蒸发，从而，液滴Fb的润湿扩散被控制。还有，液滴Fb中的金属微粒子通过连续的激光B的照射而被烧结。其结果是，在基板2的表面2a具有与单元宽W相同的外径、并且形成半球形状的点D。

在这里，下面将相对于法线H的光轴A1的角度作为“入射角θ1”、相对于照射在照射位置PT的激光B的法线H的角度作为“照射角θ2”。在本实施方式中，入射角θ1相当于激光B被表面2a(反射位置PR)全反射时的最小反射角度(临界角)。另外，基板2的表面2a和喷嘴板31的反射面31a被平行地配置，因此，照射角θ2和入射角θ1相等。

根据本发明，由于激光B被基板2的表面2a和喷嘴板31的反射面31a反射，从而可使照射位置PT的激光B的照射角θ2比图9所示的现有的方法的照射角小。由此，在照射位置PT，激光B的光束点的扩散被控制。因此，可使对液滴Fb的激光B的照射强度提高，并且能够提高照射位置的精度。在本实施方式中，光束点的形状为比数据单元C(液滴Fb)更大的大致圆形，但也不限于此。

下面，基于图5说明上述液滴喷出装置20的电路。

如图5所示，控制部41具有CPU、RAM、ROM。控制部41按照存储在ROM内的各种数据(例如：基板台23的移动速度及单元宽W)和各种控制程序(例如：识别码形成程序)，执行基板台23的移动控制、喷头30及激光器36的驱动控制。

在控制部41上连接有含起动开关、停止开关等的操作开关的输入装置42。从输入装置42输入的操作信号、显示识别码10的图象的描绘数据Ia被收取在控制部41中。一旦描绘数据Ia从输入装置42输入，控制部41就对描绘数据Ia实施规定的展开处理。控制部41，其为了生成识别码10，而生成显示是否对代码形成区域S的各数据单元C喷出液滴的位图数据BMD，并将该生成的位图数据BMD存储到RAM。位图数据BMD由对应数据单元C的8×8位的数据组成。根据该位图数据BMD，可决定压电元件PZ的导通或断开(液滴Fb的喷出或停止喷出)。

另一方面，控制部41将与位图数据BMD的展开处理不同的展开处理，对描绘数据Ia执行。通过该展开处理，生成用于驱动各压电元件PZ的压电元件驱动电压VDP，且生成用于驱动半导体激光器LD的激光器驱动电压VDL。

控制部41上连接着X轴电机驱动电路43及Y轴电机驱动电路44。控制部41对X轴电机驱动电路43输出用于驱动X轴电机MX的控制信号，对Y轴电机驱动电路44输出用于驱动Y轴电机MY的控制信号。X轴电机驱动电路43响应从控制部41输出的驱动控制信号，使X轴电机MX正转或逆转，从而使基板台23往复移动。Y轴电机驱动电路43响应从控制部41输出的驱动控制信号，使Y轴电机MY正转或逆转，从而使滑架27往复移动。

在控制部41连接有可检测基板2的端缘的基板检测装置45。控制部41根据从基板检测装置45收取的检测信号，算出基板2的位置。

在控制部41连接有X轴电机旋转检测器46及Y轴电机旋转检测器47。从X轴电机旋转检测器46及Y轴电机旋转检测器47向控制部41输入检测信号。

控制部41根据从X轴电机旋转检测器46收取的检测信号，检测X轴电机MX的旋转方向及旋转量，并计算基板2相对喷头30的移动方向及移动量。控制部41在数据单元C的中心位置和弹着位置PF一致的时刻，对喷头驱动电路48及激光驱动电路49输出喷出时刻信号SG。

控制部41根据从Y轴电机旋转检测器47收取的检测信号，检测Y轴电机MY的旋转方向及旋转量，并计算基板2相对于喷头30的Y箭头方向的移动方向及移动量。其结果是：对应各喷嘴ND的着落位置PF被配置在目标喷出位置P的移动经路上。

在控制部41连接有喷头驱动电路48。控制部41将使相当于基板2的一次扫描量的位图数据BMD与规定的脉冲信号同步的头控制信号SCH顺次串行传送到喷头驱动电路48。另外，控制部41使压电元件驱动电压VDP与规定的脉冲信号同步，输出到喷头驱动电路48。喷头驱动电路48使从控制部41串行传送的头控制信号SCH与各压电元件PZ对应，进行串行/并行变换。喷头驱动电路48一旦从控制部41接受到喷出时刻信号SG，就对对应于头控制信号SCH的压电元件PZ供给压电元件驱动电压VDP。即，控制部41通过喷头驱动电路48从对应于头控制信号SCH(位图数据BMD)的喷嘴N喷出液滴Fb。

在控制部41连接有激光驱动电路49。控制部41将头控制信号SCH顺次串行传送到激光驱动电路49，并且与规定的脉冲信号同步，输出激光驱动电压VDL。激光驱动电路49将从控制部41串行传送的头控制信号SCH对应于各半导体激光器LD进行串行/并行变换。激光驱动电路49从控制部41接受到输出的喷出时刻信号SG后，待机规定的时间，将激光驱动电压VDL供给于对应于头控制信号SCH的半导体激光器LD。即，控制部41通过激光驱动电路49从对应于喷出液滴Fb的喷嘴N的半导体激光器DB射出激光B。

在此，下面将激光驱动电路49接受到喷出时刻信号SG后到供给激光驱动电压VDL的使其作为“待机时间”。该待机时间相当于液滴Fb着落于基板2后到达到照射位置PT的期间。激光驱动电路49，其在液滴Fb从喷嘴N喷出后，待机规定的时间。而且，激光驱动电路49，其在液滴Fb的外径和单元宽W达到相等时，从对应于喷出液滴Fb的喷嘴N的半导体激光器LD射出激光B。

下面，对使用了液滴排出装置20的识别码10的形成方法进行说明。

如图2所示，首先，在基板台23上固定表面2a向上的基板2。这时，基板2配置于比导向构件24更靠X箭头方向的反方向侧。

其次，操作者操作输入装置42，将描绘数据Ia输入到控制部41。控制部41根据描绘数据Ia生成位图数据BMD，并且，生成用于驱动压电元件PZ的压电元件驱动电压VDP和用于驱动半导体激光器LD的激光驱动电压VDL。

接着，控制部41驱动控制Y轴电机MY，并将滑架27从第一位置向Y箭头方向输送。一旦滑架27被置于规定的位置，控制部41就驱动控制X轴电机MX，使基板台23在X箭头方向移动而输送基板2。

控制部41根据从基板检测装置45及X轴电机旋转检测器46收取的检测信号，判断黑色单元C1(目标喷出位置P)是否输送到着落位置PF。在黑色单元C1被输送到着落位置PF的期间，控制部41对喷头驱动电路48输出压电元件驱动电压VDP及头控制信号SCH。并且，控制部41对激光驱动电路49输出激光驱动电压VDL及头控制信号SCH。控制部41等待对喷头驱动电路48及激光驱动电路49输出喷出时刻信号SG的时刻。

在将第一列黑色单元C1(目标排出位置P)输送到着落位置PF的时刻，控制部41对喷头驱动电路48及激光驱动电路49两者输出喷出时刻信号SG。

一旦输入喷出时刻信号SG，控制部41就通过喷头驱动电路48对与头控制信号SCH对应的压电元件PZ供给压电元件驱动电压VDP。其结果是：从对应于头控制信号SCH的喷嘴N，液滴Fb被同时喷出。在液滴Fb着落于基板2上的着落位置PF后，液滴Fb的外径达到在从弹着位置PF输送到照射位置PT的期间内增大至和单元宽W相同的大小。

在射出喷出时刻信号SG后，控制部41在规定的时间，待机从半导体激光器LD发射的激光B的照射。其后，控制部41对与头控制信号SCH对应的半导体激光器LD供给激光驱动电压VDL。控制部41从对应的半导体激光器LD同时射出激光B。该激光B被基板2(表面2a)和喷嘴板31(反射面31a)全反射后，以照射角θ2(入射角θ1：临界角)导向照射位置PT。该激光B对具有和单元宽W相同外径的液滴Fb进行照射。而且，通过激光B的能量，液滴Fb中的分散剂被蒸发，液滴Fb中的金属微粒子烧结。其结果是：在第一行黑色单元C1内形成具有和单元宽度W相同外径的点D。

在此之后，同样，控制部41在各目标喷出位置P每达到着落位置PF时，就从对应的喷嘴N同时喷出液滴Fb。然后，在各液滴Fb的外径达到和单元宽W相等的时刻，从激光头36对各液滴FB同时照射激光B。这样，在代码形成区域S，点D按照规定的图案被形成，由此形成识别码10。

通过本实施方式能够获得如下的效果。

(1)在与喷嘴板31的基板2对应的面设置有用于反射激光B的反射面31a。因此，从激光头36照射的激光B在基板2的表面2a的反射位置PR按临界角(入射角θ1)全反射后，再在喷嘴板31的反射面31a反射。其结果是：激光B按照射角θ2(入射角θ1：临界角)被导向基板2的表面2a的照射位置PT。

这样，由于激光B被基板2的表面2a和喷嘴板31的反射面31a反射，从而可使照射位置PT的激光B的照射角θ2比图9所示的现有的方法更小。由此，在照射位置PT激光B的光束点的扩大被抑制。因而，可提高照射在液滴Fb上的激光B的照射强度。并且，能够提高照射在液滴Fb的激光B的照射位置精度，从而能够提高关于点D的形状的控制性。

(2)喷嘴板31的反射面31a作为反射构件被利用。因此，液滴喷出装置20的构件数量不会增加。因而，也不需要对装置的构成作大幅度的变更。另外，在不使着落位置PF(基板2)和喷嘴N(喷头30)之间的距离(压板间隙)变化的情况下，由反射位置PR反射的激光B也能够照射到照射位置PT。因此，与增大压板间隙而照射激光B的情况不同，液滴Fb的着落位置的精度不会降低。

(3)喷嘴板31的反射面31a能透过激光B，并且由对液状体F具有疏液性的疏液膜31b被覆。由此，喷嘴板31的反射面31a不容易被污染。因而，能够抑制反射面31a的光学性能的降低，从而对液滴Fb的激光B的照射强度及激光B的照射位置精度等能够稳定。

本实施方式也可以作如下的变更。

在本实施方式中，也可以使激光B由基板2的背面及基板台23反射。根据需要，只要使激光B在与喷头30对置的基板2侧反射即可。

如图6所示，也可以使喷嘴板31的反射面31a相对于基板2的表面2a倾斜角度θ3，以使喷嘴板31和基板2之间的空间在激光头36附近增大。这样的话，照射在照射位置PT的激光B的照射角θ2能够更小。

如图7所示，也可以在喷嘴板31的表面安装反射镜39作为反射构件。这时，在反射位置PR反射的激光B也被反射镜39反射，由此，该激光B在和基板2的表面2a正交的方向被导向照射位置PT。这时，照射角θ2被设定为0度。代替该构成，也可以在比喷嘴N更靠X箭头方向的反方向配置反射镜39。根据要求，只要在能够使照射角θ2减小的任意位置配置反射镜39即可。

如图8所示，在反射面31a的局部形成光滑的凹面V，并使激光B由该凹面V反射，由此，也可以使各束激光B在照射位置PT聚束于一点。这时，能够更可靠地将各束激光B导向照射位置PT。另外，也可以在反射面31a的整个区域形成凹面V。根据要求，只要能够将被基板2的表面2a反射的激光B聚束于照射位置PT即可。

在本实施方式中，也可以将激光B在基板2的表面2a和喷嘴板31的反射面31a之间多重反射。

在本实施方式中，通过激光B的能量，也可以使液滴Fb在希望的方向流动。另外，通过使激光只在液滴Fb的外缘照射，也可以使液滴Fb只有表面固化(强化)。即，本发明也可以适用于使激光B照射液滴Fb而形成图案的任意方法。

在本实施方式中，作为激光光源，例如也可以使用碳酸气体激光器及YAG激光器。总之，作为激光光源，也可以使用能够输出使液滴Fb干燥的波长的激光B的任意的激光器。

在本实施方式中，代替半球形状的点D，也可以由液滴Fb形成椭圆形状的点及线状的构造体图案。

本发明也适用于：将通过从平面状的电子放出元件放出的电子使荧光物质发光的场效应型装置(FED及SED等)的绝缘膜及金属配线等图案形成的方法。即，本发明也可以适用于使激光B照射液滴Fb而形成图案的任意方法。

在本实施方式中，基板2例如也可以是硅基板、挠性基板、或金属基板。

Claims (7)

1、一种图案形成方法，从设于与基板相对的喷头的喷出口喷出含图案形成材料的液滴，并对着落于所述基板的液滴照射激光而形成图案，其特征在于：

所述激光向所述基板射出，并利用设于所述喷出口附近的反射构件，将由所述基板反射的激光向所述基板上的液滴着落的区域反射。

2、一种液滴喷出装置，具有：具有与基板相对的喷出口，且从该喷出口喷出液滴的喷头；向所述基板射出激光的激光源，其特征在于：

具有反射构件，该反射构件设于所述喷出口的附近，用于将由所述基板反射的激光向所述基板上的液滴着落的区域反射。

3、如权利要求2所述的液滴喷出装置，其特征在于：所述反射构件由具有所述喷出口的喷嘴板构成。

4、如权利要求2或3所述的液滴喷出装置，其特征在于：所述反射构件能透过所述激光，且由相对所述液滴具有疏液性的疏液膜被覆。

5、如权利要求2或3所述的液滴喷出装置，其特征在于：所述反射构件具有用于将由所述基板反射的激光向所述基板正交的方向反射的反射面。

6、如权利要求2或3所述的液滴喷出装置，其特征在于：所述反射构件具有用于将由所述基板反射的激光汇聚于所述基板上的液滴着落的区域的反射面。

7、如权利要求2或3所述的液滴喷出装置，其特征在于：从所述激光光源射出的激光在所述基板的表面被全反射。

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