CN1944051A - 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形成方法及液滴喷出装置，在与液滴喷头的基板对置的面设有能反射激光的喷嘴形成面，且该喷嘴形成面上设有反射防止膜。被反射防止膜的表面反射的反射光和被喷嘴形成面反射的反射光互相干涉，由此，由反射面及喷嘴形成面反射的激光被消弱。

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，以质量管理及制造管理为目的，形成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的点)构成。该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。

这样的问题考虑通过图7所示的方法可避免。该方法中，对位于液滴喷头101正下方的基板102照射激光L。然后，着落于基板102的液滴Fb浸入激光L的区域，利用激光在瞬间干燥液滴Fb。但是，按照该方法，液滴Fb及被基板102反射的反射光Lr及散射光Ld在喷嘴形成面103和基板102的表面102a之间被多重反射。因此，在喷嘴形成面103、喷嘴N、基板102形成的其它图案或装置的各种构件可能会受到损伤。

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，其能够抑制由于激光对各种构件的损伤，并且能够提高关于图案形状的控制性。

根据本发明的第一形态，提供一种图案形成方法，其从设置在与基板的表面相对的喷嘴形成面的喷嘴向基板喷射含图案形成材料的液滴，并对着落于同一基板的表面的液滴照射激光而形成图案。在该方法中，通过设置在喷嘴形成面的反射抑制构件，接受被基板反射的激光，抑制在同一喷嘴形成面的激光的反射。

根据本发明的第二形态，提供一种液滴喷出装置，具备：具有与基板的表面相对的喷嘴形成面并从设置在喷嘴形成面的喷嘴向基板喷出液滴的液滴喷头、和对着落基板表面的液滴照射激光的激光照射装置。该液滴喷出装置具有被设置于喷嘴形成面并抑制在同一喷嘴形成面的激光的反射的反射抑制构件。

附图说明

图1是表示具有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。在说明本方法时，将X箭头、Y箭头、Z箭头方向作如图2所示进行定义。

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的左角形成有表示液晶显示装置1的制造编号及制造批号的识别码10。识别码10由点D组成，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16行×16列组成的256个数据单元C构成，各数据单元C是将1mm角正方形的代码形成区域S进行均等地虚拟的分割而形成的。通过相对于各单元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作为白色单元C0。并且，下面将各黑色色单元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“单元宽度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箭头方向延伸的一对导向槽22。在基台21上配置有基板台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，且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的下部沿Y箭头方向形成有一对导轨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。

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之间的节距尺寸相同(图1所示的单元宽度W)。如图4所示，与喷嘴板31的基板2相对的面(下面称为喷嘴形成面)31a为使其能够反射激光B而进行抛光加工。喷嘴板31的喷嘴形成面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，贯通喷嘴板31。在此，下面将与各喷嘴N相对的基板2上的位置作为“着落位置PF”。

在喷嘴N的内周面，喷嘴形成面31a附近被数百纳米程度的疏液膜32被覆。疏液膜32是能够透过激光L的膜，由硅酮树脂及氟树脂等形成。因此，疏液膜32相对于液状体F具有疏液性，且具备在喷嘴N内使液状体F的界面(弯液面M)的位置稳定化的作用。在本实施方式中，疏液膜32直接形成于喷嘴板31，但也可以在喷嘴板31和疏液膜32之间设置由硅烷偶合剂等组成的数nm的密合层。在这种情况下，喷嘴板31和疏液膜31b的密合性提高。

在除喷嘴形成面31a的疏液膜32之外的整个区域形成有作为反射抑制构件的反射防止膜33。反射防止膜33由氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化铟锡(ITO)等无机材料形成。对应反射防止膜33的膜厚及折射率，控制由喷嘴形成面31a反射的激光L(反射光L2)的相位和振幅。在反射防止膜33上，由其表面(反射面33a)反射的激光L(反射光L1)和由喷嘴形成面31a反射的激光L(反射光L2)互相干涉，从而激光L被消弱。

在喷头30内形成有连通于收纳箱25的腔34。收纳箱25内的液状体F通过腔34向各喷嘴N供给。在喷头30内，在各腔34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，腔34内的容积进行扩散、缩小动作。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沿X箭头方向被输送，在目标喷出位置P到达着落位置PF的时刻，压电元件PZ收缩及伸张。由此，对应的腔34的容积扩散及缩小，弯液面(meniscus)W振动。而且，规定量的液状体F从对应的喷嘴N作为液滴Fb喷出。从喷嘴N喷出的液滴Fb着落位于喷嘴N的正下方的基板2上的目标喷出位置P(着落位置PF)。

着落目标喷出位置P的液滴Fb随着时间的经过，被润湿并扩散，扩散到干燥时的尺寸(单元宽W)。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(图4所示双点划线)作为“照射位置PT”。该照射位置PT设定在与喷嘴板31相对的区域内。

如图4所示，在喷头30附近配置有构成搭载了半导体激光器LD的激光照射装置的激光头36。从半导体激光器LD射出的激光L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。半导体激光器LD具备含有平行光管(collimator)37和聚光透镜38的光学系统。平行光管37将从半导体激光器LD发出的激光L汇聚为平行的光束并导向聚光透镜38。聚光透镜38将来自平行光管37的激光L汇聚在基板2的表面2a，并在基板2的表面2a形成沿Y箭头方向延伸的带状光束点。光学系统的光轴A1相对基板2的表面2a的法线倾斜，并且通过照射位置PT。

当在激光L从半导体激光器LD射出，并在基板2的表面2a形成光束点状态下，基板2沿X箭头方向输送。在液滴Fb的外径与单元宽W达到相等的时刻，该液滴Fb到达照射位置PT。而且，激光L从激光头36射出并对通过照射位置PT的液滴Fb进行照射。通过该激光L，液滴Fb中的分散剂蒸发，从而，液滴Fb的润湿扩散被抑制。另外，液滴Fb中的金属微粒子通过连续的激光L的照射而被烧结。其结果是：在基板2的表面2a形成具有与单元宽度W相同的外径、且成为半球形状的点D。

这时，照射在照射位置PT的激光L的一部分被基板2的表面2a及液滴Fb反射，其结果产生反射光Lr及散射光Ld。这些反射光Lr及散射光Ld被反射防止膜33互相抵消而大大衰减。即，激光L被反射面33及喷嘴形成面31反射而消弱，由此，在基板2和喷嘴形成面31之间激光L的多重反射被抑制。由此，向照射位置PT以外的激光的照射被抑制，因此，可避免激光L对各种构件(疏液膜32、喷嘴N、喷嘴31等)的损伤。

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根据存储在ROM的各种数据和各种控制程序，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连接有含各种操作开关的输入装置42。来自输入装置42的操作信号、表示识别码10的图象的描绘数据Ia被收入控制部41中。如果描绘数据Ia从输入装置42输入，则控制部41就对描绘数据Ia实施规定的展开处理。控制部41生成表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。

控制部41连接有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44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。将检测信号从X轴电机旋转检测器46及Y轴电机旋转检测器47取入控制部41。控制部41根据从X轴电机旋转检测器46收取的检测信号，运算基板2的移动方向及移动量。控制部41在数据单元C的中心位置和着落位置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，运算喷头30的移动方向及移动量。其结果是，对应各喷嘴N的着落位置PF配置在目标喷出位置P的移动路径上。

在控制部41连接有喷头驱动电路48。控制部41将喷出时刻信号SG和与规定的脉冲信号同步的压电元件驱动电压VDP输出到喷头驱动电路48。另外，控制部41生成与规定的脉冲信号同步的位图数据BMD(头控制信号SCH)，并输送到喷头驱动电路48。喷头驱动电路48将来自控制部41的头控制信号SCH对应于各压电元件PZ进行串行/并行变换。喷头驱动电路48一旦从控制部41接收喷出时刻信号SG，就对与头控制信号SCH对应的压电元件PZ供给压电元件驱动电压VDP。

在控制部41连接有激光驱动电路49。控制部41将喷出时刻信号SG和与规定的脉冲信号同步的激光驱动电压VDL输出到激光驱动电路49。激光驱动电路49接受来自控制部41的喷出时刻信号SG，并向半导体激光器LD供给激光驱动电压VDL。

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，为了使各目标喷出位置P通过对应的着落位置PF，控制部41驱动控制Y轴电机MY，并将滑架27(各喷嘴N)从第一位置向Y箭头方向输送。

当滑架27被置于规定的位置时，控制部41就驱动控制X轴电机MX，使基板台23沿X箭头方向移动，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。另外，控制部41对激光驱动电路49输出激光驱动电压VDL。控制部41等待对喷头驱动电路48及激光驱动电路49两者输出喷出时刻信号SG的时刻。

在第一列黑色单元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。

当输出喷出时刻信号SG时，控制部41就通过喷头驱动电路48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。其结果是，从对应于头控制信号SCH的喷嘴N同时喷出液滴Fb。喷出的液滴Fb着落于基板2上的着落位置PF(目标喷出位置P)。

另外，这时，控制部41通过激光驱动电路49对半导体激光器LD供给激光驱动电压VDL。而且，从半导体激光器LD发射激光L。由发射的激光L在基板2的照射位置PT形成光束点。

这时，如图4所示，激光L的一部分在基板2的表面2a向喷头30(喷嘴板31)反射。但是，该反射光Lr通过被反射防止膜33交互干涉而大幅度衰减，在喷嘴31侧成为终端。即，在液滴Fb浸入到照射位置PT的光束点的期间，由反射面33a及喷嘴形成面31a反射的激光L被消弱。因此，激光L只对基板2上的照射位置PT进行照射。

液滴Fb着落于基板2后，在到达照射位置PT(光束点)时，液滴Fb的外径增大到单元宽度W。这时，如果激光L对液滴Fb进行照射，液滴Fb中的分散剂就会蒸发，进而液滴Fb中的金属微粒子被烧结。由此，在单元C(黑色单元C1)内形成点D。

这时，激光L的一部分也在液滴Fb中向喷头30(喷嘴板31)反射及散射。但是，这些反射光Lr及散涉光Ld被防止膜33相互干涉而大幅度衰减，在喷嘴31侧成为终端。即，在到液滴Fb干燥、烧结的期间，由反射面33a及喷嘴形成面31a反射的激光L被消弱。因此，激光L只对着落于基板2的照射位置PT进行照射。

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将液滴Fb同时喷出。而且，在各液滴Fb的外径达到和单元宽度W相等的时刻，从激光头36对各液滴Fb同时照射激光L。由此，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。

根据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相对的面上设置有反射激光B的喷嘴形成面31a。进而，与喷嘴形成面31a的基板2相对的面上设置有反射防止膜33。这种情况下，被反射防止膜33的反射面33a反射的反射光L1和被喷嘴基板31的喷嘴形成面31a反射的反射光L2相互干涉，由此，能够消弱被反射面33a及喷嘴形成面31a反射的反射光L。

因此，激光L即使被基板2及液滴Fb反射或散射，也会在喷嘴形成面31a(喷头30)侧成为终端。由此，能够抑制激光L在基板2和喷头30之间的多重反射。因而能够只对照射位置PT照射激光L。因此，一方面抑制激光L对各种构件的损伤，另一方面能够形成具有和单元宽度W相同外径的点D，进而能够提高关于图案的形状的控制性。

(2)由于反射防止膜33的膜厚很薄，因此，能够极力维持喷嘴形成面31a和基板2的表面2a之间的距离(压板间隙)。因而，液滴Fb的着落精度不会降低并能够抑制激光L对各种构件的损伤。

(3)反射防止膜33形成于除喷嘴形成面31a的疏液膜32之外的整个区域。此时，不受液滴Fb的喷出动作限制，能够选择反射防止膜33的膜材料及膜厚等。

本实施方式也可以作如下的变更。

在本实施方式中，作为反射防止膜33也可以使用：由具有衰减系数的多个膜构成的多层膜、具有光吸收性的薄膜(例如：含吸收激光L的色素的薄膜)、多孔性的薄膜(例如：硅系树脂中含有二氧化硅毫微粒子的薄膜等)而形成。这种情况下，能够将激光L连续在膜内吸收，也能够扩大能防止反射的激光L的入射角θ(参照图4)及波长的区域。

还有，也可以将被反射防止膜33吸收的激光L变换为热，通过不锈钢制的喷嘴板31、 Si制的腔等构件或喷嘴N近旁的液状体F等脱离外部。进而也可以根据该热的变换量，降低高粘度的液状体F的粘度。在该情况下，也能够实现液状体F的喷出特性的稳定化。

本实施方式中，反射防止膜33也可以由对液状体F具有疏液性的含有机材料的单层膜及叠层膜(例如：氟树脂及含其微粒子的金属膜等)形成。这时，避免了液状体F对装置内的污染，因此，可实现光学特性的稳定化。

如图6所示，也可以使用具备具有截面三角形状的多个凹部51的反射防止板52作为反射抑制构件。这时，通过反射防止板52能够吸收被基板2反射的激光L。另外，该反射防止板52也可以相对于喷嘴形成面31a机械地或磁性地装卸。这时，可以容易地进行喷嘴N及喷嘴形成面31a的清洗，使液滴Fb的喷出动作稳定化。

在本实施方式中，疏液膜32也可以如下形成，即，不只覆盖喷嘴N的周边，而且还覆盖作为反射抑制部的整个反射防止膜33。

在本实施方式中，代替带状的光束点，也可以在基板2的表面2a形成圆形或椭圆形的光束点。

在本实施方式中，也可以通过激光L的能量使液滴Fb在希望的方向流动。还有，也可以通过使激光只照射液滴Fb的外缘，而只是固化(强化)液滴Fb的表面。即，本发明也适用于使激光L照射在液滴Fb而形成图案的任意方法。

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

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。即，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L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。

本发明也可以适用于：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电场效果型装置(FED及SED)的绝缘膜及金属配线等图案形成方法。总之，本发明也可以适用于使激光对液滴Fb照射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，从设于与基板的表面相对的喷嘴形成面的喷嘴向所述基板喷出含图案形成材料的液滴，并对着落于同一基板的表面的液滴照射激光而形成图案，其特征在于：

通过设于所述喷嘴形成面的反射抑制构件，接受由所述基板反射的激光，抑制在所述喷嘴形成面的激光的反射。

2、一种液滴喷出装置，具有：具有与基板的表面相对的喷嘴形成面、且从设于所述喷嘴形成面的喷嘴向所述基板喷出液滴的液滴喷头；对着落于所述基板的表面的液滴照射激光的激光照射装置，其特征在于：

具有反射抑制构件，该反射抑制构件设于所述喷嘴形成面、并抑制同一喷嘴形成面上的激光的反射。

3、如权利要求2所述的液滴喷出装置，其特征在于：所述反射抑制构件由在所述喷嘴形成面层叠的反射防止膜构成。

4、如权利要求2或3所述的液滴喷出装置，其特征在于：所述反射抑制构件具有吸收所述激光的光吸收性。

5、如权利要求2或3所述的液滴喷出装置，其特征在于：所述反射抑制构件被置于所述喷嘴形成面的除所述喷嘴外的区域。

6、如权利要求2或3所述的液滴喷出装置，其特征在于：所述反射抑制构件相对于所述液滴具有疏液性。

7、如权利要求2或3所述的液滴喷出装置，其特征在于：所述反射抑制构件相对于所述喷嘴形成面能够装卸。

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