JP2004294113A

JP2004294113A - 機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法、機能液充填装置およびこれを備えた液滴吐出装置、プローブ担体の製造方法、プローブ担体および分析装置、並びに電気光学装置の製造方法、電気光学装置および電子機器

Info

Publication number: JP2004294113A
Application number: JP2003083513A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Takano; 豊高野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】本発明は、初期充填において、機能液の無駄な消費を極力少なくすることができる機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法、機能液充填装置およびこれを備えた液滴吐出装置等を提供することを目的とする。
【解決手段】機能液導入口５２からヘッド内流路に導入した機能液を、ノズル面６３に形成したノズル６４から吐出する機能液滴吐出ヘッド５１に対し、機能液を満たす機能液充填装置５において、機能液を貯留する機能液貯留手段７１と、機能液貯留手段７１と機能液滴吐出ヘッド５１とを相対的に移動させて、ノズル面６３を機能液貯留手段７１の機能液に浸漬させる浸漬手段８１と、機能液導入口５２に連なる吸引手段９１と、を備えたものである。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機能液滴吐出ヘッドのヘッド内流路に機能液を初期充填する機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法、機能液充填装置およびこれを備えた液滴吐出装置、プローブ担体の製造方法、プローブ担体および分析装置、並びに電気光学装置の製造方法、電気光学装置および電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば基板等のワークに対し、インクジェットヘッドに代表される機能液滴吐出ヘッドにより機能液の吐出を行う液滴吐出装置において、装置の新設当初や、新たな機能液滴吐出ヘッドを導入した場合等には、ヘッドキャップを機能液滴吐出ヘッドに接合させてヘッドキャップに接続した吸引手段（吸引ポンプ）を駆動させる方法や、給液タンクに接続された加圧送液手段を駆動させる方法等によって、機能液をヘッド内流路に充填している。すなわち、吸引手段や加圧送液手段等を駆動させることにより、給液タンクに貯留された機能液を機能液導入口からヘッド内流路に導入している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２４８７９４号公報（第３頁、第４頁、第７頁、図１、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような機能液充填方法では、給液タンクから機能液滴吐出ヘッドに至る流路において、流路内のエアーを排除するように機能液が流れて充填が行われるが、機能液が重力方向の上から下に向かって流れる流路部分において、比重の大きい機能液がエアーに先んじて機能液滴吐出ヘッドに向かって流れようとするため、流れている機能液の先端とエアーの後端とが混ざり合ってしまうことにより、エアーを含んだ状態の機能液がヘッド内流路に充填されていた。
この結果、ヘッド流路内のエアーがすべて排出されるまで吸引や加圧等を行って機能液をヘッド内流路に送液する必要があり、機能液を無駄に消費していた。
【０００５】
本発明は、初期充填において、機能液の無駄な消費を極力少なくすることができる機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法、機能液充填装置およびこれを備えた液滴吐出装置、プローブ担体の製造方法、プローブ担体および分析装置、並びに電気光学装置の製造方法、電気光学装置および電子機器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法は、機能液導入口からヘッド内流路に導入した機能液を、ノズル面に形成したノズルから吐出する機能液滴吐出ヘッドに対し、機能液を初期充填する機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法において、機能液滴吐出ヘッドのノズル面を機能液に浸漬する浸漬工程と、ノズル面を機能液に浸漬した状態で、機能液導入口に連なる吸引手段により、機能液をノズルから吸引してヘッド内流路に満たす吸引工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、浸漬工程により機能液滴吐出ヘッドのノズル面を機能液に浸漬することで、ノズルから機能液を導入可能となる。そして、吸引工程により機能液導入口側から吸引することで機能液をノズルからヘッド内流路に導入することができる。ノズルからヘッド内流路の間においては、機能液が重力方向の下から上に向かって流れることから、比重の大きい機能液が空気に先んじて吸引手段に向かって流れることがないため、気−液が分離された状態を維持しつつ機能液をヘッド内流路に充填することができる。したがって、エアーを排出するために大量の機能液をヘッド内流路に送液する必要がなく、機能液を無駄に消費することがない。
なお、ヘッド内流路の全体積が機能液で満たされている必要はなく、少なくとも、ヘッド内流路に臨む圧電素子によるポンプ作用を受けて機能液をノズルから吐出する加圧室内が機能液で満たされていればよい。
【０００８】
本発明の他の機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法は、機能液導入口からヘッド内流路に導入した機能液を、ノズル面に形成したノズルから吐出する機能液滴吐出ヘッドに対し、機能液を初期充填する機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法において、ノズル面を上向きに保持するとともに、ノズルが浸漬されるようにノズル面上に機能液を滴下する滴下工程と、機能液導入口に連なる吸引手段により、機能液をノズルから吸引してヘッド内流路に満たす吸引工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、滴下工程により上向きに保持されたノズル面上にノズルが浸漬されるように機能液を滴下することで、ノズルから機能液を導入可能となる。そして、吸引工程により機能液導入口側から吸引することで機能液をノズルからヘッド内流路に充填することができる。したがって、エアーを排出するために大量の機能液をヘッド内流路に送液する必要がない。また、ワークに対して微少量の機能液を吐出する場合に、その微少量分だけの機能液をヘッド内流路に満たすことができる。したがって、機能液のヘッド内流路への充填において、機能液を無駄に消費することがない。
【００１０】
本発明の機能液充填装置は、機能液導入口からヘッド内流路に導入した機能液を、ノズル面に形成したノズルから吐出する機能液滴吐出ヘッドに対し、機能液を満たす機能液充填装置において、機能液を貯留する機能液貯留手段と、機能液貯留手段と機能液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させて、ノズル面を機能液貯留手段の機能液に浸漬させる浸漬手段と、機能液導入口に連なる吸引手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、浸漬手段によりノズル面を機能液貯留手段に貯留された機能液に浸漬し、吸引手段により機能液導入口側から吸引することで、機能液をノズルからヘッド内流路に導入することができ、気−液が分離された状態を維持しつつ機能液をヘッド内流路に充填することができる。したがって、エアーを排出するために大量の機能液をヘッド内流路に送液する必要がなく、機能液を無駄に消費することがない。
なお、この場合も、ヘッド内流路の全体積が機能液で満たされている必要はなく、少なくとも、加圧室内が機能液で満たされていればよい。
【００１２】
この場合、機能液貯留手段の底面には、機能液に浸漬した機能液滴吐出ヘッドのノズル面との間に間隙を維持するための凸部が設けられていることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、凸部により機能液容器の底面とノズル面との間に機能液の流路となる間隙が維持されるので、ノズル面が機能液容器の底面に密着することなく、安定して機能液を吸引することができる。
【００１４】
これらの場合、機能液を機能液滴吐出ヘッドに供給するための給液タンクをさらに備え、給液タンクは、機能液滴吐出ヘッドと吸引手段とを連結する給液管路に介設されていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、吸引手段により機能液滴吐出ヘッドのノズルから機能液を吸引することで、機能液を給液タンクに容易に貯留させることができる。したがって、吐出動作における機能液滴吐出ヘッドは、給液タンクから機能液の供給を受けて機能液滴を吐出することができる。
【００１６】
この場合、給液タンクには、機能液を機能液滴吐出ヘッドに供給するときに開放され、吸引手段によりノズルから機能液を吸引するときに閉塞される大気開放弁が設けられていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、大気開放弁を閉塞させて給液タンク内が負圧となるように吸引手段を駆動することで、機能液をノズルから給液タンクに効率よく貯留させることができるとともに、大気開放弁を開放させて負圧となった給液タンク内を大気開放することで、機能液滴吐出ヘッドの本来の吐出動作において機能液を安定して吐出させることができる。
【００１８】
これらの場合、給液タンク内の機能液と機能液滴吐出ヘッドのノズル面との間の水頭差が一定になるように給液タンクを昇降自在に支持する液位調整手段を、さらに備えたことが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、液位調整手段により機能液滴吐出ヘッドと給液タンクとの水頭差が常に所定の範囲内になるように設定されるので、機能液滴吐出ヘッドのノズル面において水頭を一定に保つことができ、ノズルからの液だれ等を防止することができると共に、安定して機能液滴吐出ヘッドから吐出させることができる。
【００２０】
これらの場合、給液タンクと吸引手段とを接続する吸引管路に、大気開放ポートを有する三方弁が設けられていることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、大気開放ポートを有する三方弁を切り替えることにより、吸引手段により吸引した給液タンクの圧力を大気に開放して、機能液の吸引を速やかに停止させることができる。
【００２２】
この場合、給液タンク内の機能液の液位を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて、三方弁を切り替え制御する制御手段と、をさらに備えたことが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、機能液の液位に応じて三方弁の切り替えを制御することができるので、機能液の吸引を適切なタイミングで停止させることができる。また、吸引手段側への機能液の流入を確実に防止することができる。
【００２４】
本発明の液滴吐出装置は、上記した機能液充填装置と、ワークに対し機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら機能液滴を吐出させる描画装置と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、機能液を無駄に消費することのない機能液充填装置を備えているので、液滴吐出装置のランニングコストを削減することができるとともに、微少量の機能液を用いて液滴を吐出させることができる。
【００２６】
本発明のプローブ担体の製造方法は、上記した液滴吐出装置を用い、ワーク上にプローブ液滴によるプローブ・アレイを形成することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のプローブ担体は、上記した液滴吐出装置を用い、ワーク上にプローブ液滴によるプローブ・アレイを形成したことを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、機能液を無駄に消費することがない液滴吐出装置を用いて製造されるため、微少量のプローブ液を用いてプローブ・アレイを製造することが可能となる。なお、プローブ・アレイに用いられるプローブとしては、特定の標識物質に対して特異的に結合可能なものであればよく、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ｃＤＮＡ（コンプリメンタリーＤＮＡ）、ＰＮＡ、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、その他の核酸、オリゴペプチド、ポリペプチド、タンパク質、酵素、酵素に対する基質、交代、交代に対するエピトープ、抗原、ホルモン、ホルモンレセプター、リガンド、リガンドレセプター、オリゴ糖、ポリ糖、およびこれらの組み合わせ等が考えられる。
【００２９】
本発明の分析装置は、上記したプローブ担体の製造方法により製造したプローブ担体または上記したプローブ担体を搭載したことを特徴とする。
【００３０】
この場合、分析装置としては、いわゆるＤＮＡチップを搭載した遺伝子分析装置、スクリーニング装置の他、各種の分析装置がこれに該当する。
【００３１】
本発明の電気光学装置の製造方法は、上記した液滴吐出装置を用い、ワーク上に機能液滴による成膜部を形成することを特徴とする。
【００３２】
また、本発明の電気光学装置は、上記した液滴吐出装置を用い、ワーク上に機能液滴による成膜部を形成することを特徴とする。
【００３３】
これらの構成によれば、機能液を無駄に消費することがない液滴吐出装置を用いて製造されるため、電気光学装置を効率よく製造することが可能となる。なお、電気光学装置（デバイス）としては、液晶表示装置、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）装置、電子放出装置、ＰＤＰ（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ）装置および電気泳動表示装置等が考えられる。なお、電子放出装置は、いわゆるＦＥＤ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）装置を含む概念である。さらに、電気光学装置としては、金属配線形成、レンズ形成、レジスト形成および光拡散体形成等を包含する装置が考えられる。
【００３４】
本発明の電子機器は、上記した電気光学装置を搭載したことを特徴とする。
【００３５】
この場合、電子機器としては、いわゆるフラットパネルディスプレイを搭載した携帯電話、パーソナルコンピュータの他、各種の電気製品がこれに該当する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。本発明の第１実施形態を適用した液滴吐出装置は、機能液滴吐出ヘッドを用い、ワークである基板にプローブ溶液等の機能液滴を吐出し、基板上に所望のプローブ・アレイや成膜部を形成（ワーク処理）するものである（詳細は後述する）。
【００３７】
図１の平面模式図に示すように、第１実施形態の液滴吐出装置１は、機台２と、機台２上の全域に広く載置された描画装置３と、機台２上の端部に載置されたヘッド機能回復装置４と、ヘッド機能回復装置４と隣接するように機台２上の端部に載置された機能液供給機構５を有し、機能液供給機構５により描画装置３に機能液を供給して描画装置３によりワークＷ上に機能液による描画を行うと共に、ヘッド機能回復装置４により適宜、描画装置３に備える機能液滴吐出ヘッド５１の機能回復処理（メンテナンス）を行うようにしている。さらに、図１では省略したが、この液滴吐出装置１には、上記の描画装置３や機能液供給機構５等の構成装置を統括制御する制御手段７等が組み込まれている。
【００３８】
描画装置３は、Ｘ軸テーブル１２およびＸ軸テーブル１２に直交するＹ軸テーブル１３からなる移動機構１１と、Ｙ軸テーブル１３に移動自在に取り付けたメインキャリッジ１４と、メインキャリッジ１４に垂設したヘッドユニット１５とを備えている。そして、ヘッドユニット１５には、サブキャリッジ１６を介して、機能液滴吐出ヘッド５１が搭載されている。この場合、基板であるワークＷは、Ｘ軸テーブル１２の端部に臨む一対のワーク認識カメラ１８，１８により、Ｘ軸テーブル１２に位置決めされた状態で搭載されている。なお、図示のサブキャリッジ１６には、１つの機能液滴吐出ヘッド５１が搭載されているが、これが複数であってもよい。
【００３９】
図２に示すように、機能液滴吐出ヘッド５１は、いわゆる２連のものであり、２連の接続針５３を有する機能液導入部５２と、機能液導入部５２に連なる２連のヘッド基板５４と、機能液導入部５２の下方に連なり、内部に機能液で満たされるヘッド内流路が形成されたヘッド本体５５と、を備えている。各接続針５３は、配管アダプタ５６を介して機能液を貯留する給液タンク１０１に接続されており、機能液導入部５２は、各接続針５３から機能液の供給を受けるようになっている。ヘッド本体５５は、２連のポンプ部６１と、多数の吐出ノズル６４を形成したノズル面６３を有するノズル形成プレート６２と、を有しており、機能液滴吐出ヘッド５１では、ポンプ部６１の作用により吐出ノズル６４から機能液滴を吐出するようになっている。
【００４０】
図１に示すように、ヘッド機能回復装置４は、機台２上に載置した移動テーブル２１と、移動テーブル２１上に載置した保管ユニット２２、吸引ユニット２３およびワイピングユニット２４とを備えている。保管ユニット２２は、装置の稼動停止時に、機能液滴吐出ヘッド５１の吐出ノズル６４の乾燥を防止すべくこれを封止する。吸引ユニット２３は、機能液滴吐出ヘッド５１から機能液を強制的に吸引すると共に、機能液滴吐出ヘッド５１の全吐出ノズル６４らの機能液の吐出を受けるフラッシングボックスの機能を有している。ワイピングユニット２４は、主に、機能液吸引を行った後の機能液滴吐出ヘッド５１のノズル面６３をワイピング（拭き取り）する。
【００４１】
保管ユニット２２には、例えば機能液滴吐出ヘッド５１に対応する封止キャップ２６が昇降自在に設けられており、装置の稼動停止にヘッドユニット（の機能液滴吐出ヘッド５１）１５に臨んで上昇し、機能液滴吐出ヘッド５１のノズル面６３に封止キャップ２６を密接させて、これを封止する。これにより、機能液滴吐出ヘッド５１のノズル面６３における機能液の気化が抑制され、いわゆるノズル詰まりが防止される。
【００４２】
同様に、吸引ユニット２３には、例えば機能液滴吐出ヘッド５１に対応する吸引キャップ２７が、昇降自在に設けられており、ヘッドユニット（の機能液滴吐出ヘッド５１）１５に機能液の充填を行う場合や、機能液滴吐出ヘッド５１内で増粘した機能液を除去する場合に、吸引キャップ２７を機能液滴吐出ヘッド５１に密着させて、ポンプ吸引を行う。また、機能液の吐出（描画）を休止するときには、吸引キャップ２７を機能液滴吐出ヘッド５１から僅かに離間させておいて、フラッシング（捨て吐出）を行う。これにより、ノズル詰まりが防止され或いはノズル詰まりの生じた機能液滴吐出ヘッド５１の機能回復が図られる。
【００４３】
ワイピングユニット２４には、例えば、ワイピングシート２８が繰出し且つ巻取り自在に設けられており、繰り出したワイピングシート２８を送りながら、かつ移動テーブル２１によりワイピングユニット２４をＸ軸方向に移動させながら、機能液滴吐出ヘッド５１のノズル面６３を拭き取るようになっている。これにより、機能液滴吐出ヘッド５１のノズル面６３に付着した機能液が取り除かれ、機能液吐出時の飛行曲がり等が防止される。
【００４４】
図１を参照して、第１実施形態の液滴吐出装置１の一連の動作について簡単に説明する。Ｘ軸テーブル１２は、Ｘ軸方向の駆動系を構成するモータ駆動のＸ軸スライダ３１を有し、これに吸着テーブル３３およびθテーブル３４等から成るセットテーブル３２を移動自在に搭載して、構成されている。同様に、Ｙ軸テーブル１３は、Ｙ軸方向の駆動系を構成するモータ駆動のＹ軸スライダ３６を有し、これにθテーブル３７を介して上記のメインキャリッジ１４を移動自在に搭載して、構成されている。
【００４５】
この場合、Ｘ軸テーブル１２は、機台２上に直接支持される一方、Ｙ軸テーブル１３は、機台２上に立設した左右の支柱３８，３８に支持されている。Ｘ軸テーブル１２とヘッド機能回復装置４とは、Ｘ軸方向に相互に平行に配設されており、Ｙ軸テーブル１３は、Ｘ軸テーブル１２とヘッド機能回復装置４の移動テーブル２１とを跨ぐように延在している。
【００４６】
そして、Ｙ軸テーブル１３は、これに搭載したヘッドユニット（機能液滴吐出ヘッド５１）１５を、ヘッド機能回復装置４の直上部に位置する機能回復充填エリア４１と、Ｘ軸テーブル１２の直上部に位置する描画エリア４２との相互間で、適宜移動させる。すなわち、Ｙ軸テーブル１３は、機能液滴吐出ヘッド５１の機能回復や初期充填を行う場合には、ヘッドユニット１５を機能回復充填エリア４１に臨ませ、またＸ軸テーブル１２に導入したワークＷに描画を行う場合には、ヘッドユニット１５を描画エリア４２に臨ませる。
【００４７】
一方、Ｘ軸テーブル１２の一方の端部は、ワークＷをＸ軸テーブル１２にセット（載せ代える）するための移載エリア４３となっており、移載エリア４３には、上記一対のワーク認識カメラ１８，１８が配設されている。そして、この一対のワーク認識カメラ１８，１８により、吸着テーブル３３上に供給されたワークＷの２箇所の基準マークが同時に認識され、この認識結果に基づいて、ワークＷのアライメントが為される。
【００４８】
第１実施形態の液滴吐出装置１では、Ｘ軸方向へのワークＷの移動を主走査とし、Ｙ軸方向への機能液滴吐出ヘッド（ヘッドユニット１５）５１の移動を副走査として、上記の制御手段７に記憶する吐出パターンデータに基づいて描画が行われる。
【００４９】
描画エリア４２に導入したワークＷに描画を行う場合には、機能液滴吐出ヘッド（ヘッドユニット１５）５１を描画エリア４２に臨ませておいて、Ｘ軸テーブル１２による主走査（ワークＷの往復移動）に同期して、機能液滴吐出ヘッド５１を吐出駆動（機能液滴の選択的吐出）させる。また、Ｙ軸テーブル１３により適宜、副走査（ヘッドユニット１５の移動）が行われる。この一連の動作により、ワークＷに所望の機能液滴の選択的吐出、すなわち描画が行われる。
【００５０】
また、機能液滴吐出ヘッド５１の機能回復を行う場合には、移動テーブル２１により吸引ユニット２３を機能回復充填エリア４１に移動させると共に、Ｙ軸テーブル１３によりヘッドユニット１５を機能回復充填エリア４１に移動させ、機能液滴吐出ヘッド５１のフラッシング或いはポンプ吸引を行う。また、ポンプ吸引を行った場合には、続いて移動テーブル２１によりワイピングユニット２４を機能回復充填エリア４１に移動させ、機能液滴吐出ヘッド５１のワイピングを行う。同様に、作業が終了して装置の稼動を停止する時には、保管ユニット２２により、機能液滴吐出ヘッド５１にキャッピングが行われる。
【００５１】
図３に示すように、機能液供給機構５は、機能液滴吐出ヘッド５１に機能液を供給すると共に機能液滴吐出ヘッド５１に機能液を初期充填するためのものであり、機能液を貯留する機能液タンク７１と、機能液タンク７１を昇降自在に支持する機能タンク保持装置８１と、機能液滴吐出ヘッド５１の機能液導入部５２に連なる吸引ポンプ９１と、機能液滴吐出ヘッド５１の機能液導入部５２と吸引ポンプ９１とを連結する吸引チューブ９２に介設された給液タンク１０１と、給液タンク１０１を昇降自在に支持する上下動機構１２１と、を備えている。
【００５２】
機能液タンク７１は、移動テーブル２１上に固定された機能液タンク保持装置８１上に載置されており、平面視方形のステンレス製タンクで構成されている。機能液タンク７１の底面には、機能液タンク７１に浸漬した機能液滴吐出ヘッド５１のノズル面６３の長手方向両端部が着座する一対の凸状のスペーサ７２、７２が設けられており、ノズル面６３と機能液タンク７１の底面との間に機能液が自由に流れる間隙を構成するようにしている。
【００５３】
機能液タンク保持装置８１は、機能回復充填エリア４１に臨んだ機能液滴吐出ヘッド５１に対し機能液タンク７１を離接させるためのものであり、機能液タンク７１を直接載置する載置テーブル８２と、複数の圧縮ばね８３、８３を介して載置テーブル８２を昇降自在に支持する昇降機構８４と、を有している。昇降機構８４は、断面「コ」字状の昇降テーブル８５と、上下のベース８６、８６間に昇降テーブル８５の昇降動をガイドする４本のガイドロッドを備えた支持フレーム８７と、上下のベース８６、８６間に回動自在に取り付けたボールねじ８８と、ボールねじ８８の一端に連結した昇降モータ８９と、で構成されている。昇降テーブル８５の上プレートには、上記の圧縮ばね８３、８３を介して載置テーブル８２が取り付けられており、下プレートには、ボールねじ８８が螺合する雌ねじ部材９０が取り付けられている。
【００５４】
昇降モータ８９が正逆回転するとボールねじ８８が正逆回転し、雌ねじ部材９０を介して昇降テーブル８５が昇降する。また、図示では省略したが、昇降テーブル８５の上昇端位置（機能液滴吐出ヘッド５１がスペーサ７２、７２に当接する位置）を検出するセンサが設けられており、上昇時において、センサが載置テーブル８２の上昇端位置を検出すると、制御手段７は昇降モータ８９を停止させるようになっている。なお、この昇降モータ８９の停止時に機能液滴吐出ヘッド５１がスペーサ７２、７２に突き当たることがあっても、その衝撃は圧縮ばね８３、８３により吸収される。また、機能液タンク７１を機能液滴吐出ヘッド５１に離接させるためには、メインキャリッジ１４にヘッドユニット１５を昇降させる昇降機構（Ｚ軸テーブル）を設けた構成であってもよい。
【００５５】
真空ポンプで構成された吸引ポンプ９１には、給液タンク１０１に連なる吸引チューブ９２が接続され、吸引チューブ９２には、大気開放ポートを有する三方弁９３が介設されている。そして、三方弁９３を開閉制御することにより、給液タンク１０１に貯留する機能液の液位が、オーバーフローとならないように調整されている。
【００５６】
給液タンク１０１は、機台２上の端部に固定された上下動機構１２１上に載置されており、両側に液位窓（図示省略）を有すると共に、両液位窓に臨んで機能液の液位（水位）を検出する液位検出器１０２と、大気開放用の大気開放弁１０３と、を備えている。大気開放弁１０３の開閉動作は制御手段７によって制御され、機能液を機能液滴吐出ヘッド５１に供給するときに開放され、吸引ポンプ９１により機能液滴吐出ヘッド５１の吐出ノズル６４から機能液を吸引するときに閉塞される。
【００５７】
液位検出器１０２は、機能液の上限、すなわちオーバーフロー、を検出する上限レベル検出器１０４、および適切な水頭圧を維持するために機能液の管理液位を検出する管理液位レベル検出器１０５から成り立っている。
【００５８】
給液タンク１０１には、機能液滴吐出ヘッド５１に延びる給液チューブ１１１が接続されている。また、給液チューブ１１１は、機能液滴吐出ヘッド５１の配管アダプタ５６に接続されている。
【００５９】
上下動機構１２１は、給液タンク１０１を昇降させるためのものであって、昇降機構８４と略同様の構成であり、断面「コ」字状の上下動テーブル１２２と、上下のベース１２３、１２３間に上下動テーブル１２２の上下動をガイドする４本のガイドロッドを備えた支持フレーム１２４と、上下のベース１２３、１２３間に回動自在に取り付けたボールねじ１２５と、ボールねじ１２５の一端に連結した上下動モータ１２６と、で構成されている。上下動テーブル１２２の上プレートの上面には、給液タンク１０１が直接載置されており、上下動テーブル１２２の下プレートには、ボールねじ１２５が螺合する雌ねじ部材１２６が取り付けられている。
【００６０】
ここで、機能液タンク７１の機能液を吐出ノズル６４から吸引してヘッド内流路に充填すると共に給液タンク１０１に貯留する充填動作、および給液タンク１０１の機能液を機能液滴吐出ヘッド５１に供給する（通常の液滴吐出時）供給動作について詳細に説明する。まず、充填動作において、制御手段７は、移動機構１１を駆動して、ヘッドユニット１５を機能回復充填エリア４１に臨ませる。相前後して移動テーブル２１により機能液タンク７１を機能回復充填エリア４１に移動させ、ヘッドユニット１５を機能液タンク７１上に臨ませる。そして、機能液タンク保持装置８１の昇降モータ８９を駆動して載置テーブル８２を上昇させ、機能液滴吐出ヘッド５１のノズル面６３の長手方向両端部がスペーサ７２、７２に接触するまで機能液タンク７１を上昇させる。すなわち、機能液タンク７１の機能液に機能液滴吐出ヘッド５１のノズル面６３を浸漬させる。なお、機能液滴吐出ヘッド５１を機能液タンク７１の機能液に浅く漬けた状態で吸引ポンプ９１の駆動（後述する）を開始し、機能液の液位の下降に応じてタンク７１を上昇させることにより、機能液滴吐出ヘッド５１が機能液タンク７１の機能液に常時浅く漬かるようにしてもよい。
【００６１】
次に、吸引チューブ９２に介設された三方弁９３を開弁すると共に、給液タンク１０１の大気開放弁１０３を閉弁して、吸引ポンプ９１を駆動する。これにより、機能液タンク７１に貯留していた機能液が吐出ノズル６４から機能液滴吐出ヘッド５１に吸引され、ヘッド内流路が機能液で充填される。吐出ノズル６４からヘッド内流路の間においては、機能液が重力方向の下から上に向かって流れることから、比重の大きい機能液が空気に先んじて給液タンク１０１に向かって流れることがないため、気−液が分離された状態を維持しつつ機能液をヘッド内流路に充填することができる。したがって、エアーを排出するために大量の機能液をヘッド内流路に送液する必要がなく、機能液を無駄に消費することがない。
【００６２】
吐出ノズル６４から機能液滴吐出ヘッド５１に吸引された機能液は、ヘッド内流路を充填した後、さらに、給液チューブ１１１を介して給液タンク１０１に送られ、給液タンク１０１に貯留する。給液タンク１０１の上限レベル検出器１０４により給液タンク１０１のオーバーフローが検出されると、制御手段７が、三方弁９３を切り替え制御して吸引チューブ９２を閉塞すると共に、大気開放ポートを開弁させることにより、供給タンク１０１への機能液の供給を停止し、給液タンク１０１に供給される機能液の充填量を制御するようになっている。なお、機能液の充填量を上記検出器１０２によらず、タイマーで制御することも可能である。この場合には、吐出する機能液の量が少なく機能液的吐出ヘッド５１のヘッド内流路から給液チューブ１１１までの流路を満たす程度の液量を充填する場合であっても、機能液の充填量を適切に制御することができる。
【００６３】
次に、供給動作について説明する。充填動作において給液タンク１０１への機能液の貯留が終了した後、給液タンク１０１では、大気開放弁１０３を開弁することにより吸引ポンプ９１側の負圧が大気開放で縁切りされる。続いて、液位検出器１０２が、給液タンク１０１の液位を検出する。その結果に基づいて、制御手段７が、上下動機構１２１の上下動モータ１２６を駆動して給液タンク１０１を昇降させ、機能液滴吐出ヘッド５１と給液タンク１０１との水頭差を調整する。この調整によって管理される僅かな水頭圧（例えば２５ｍｍ±０．５ｍｍ）で、機能液滴吐出ヘッド５１に機能液が供給される。なお、この水頭差は、液位検出器１０２によるセンシングと上下動機構１２１による昇降を継続することで、機能液滴吐出ヘッド５１からの機能液の吐出時において常時管理される。
【００６４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態を適用した機能液供給機構５の正面模式図である。第２実施形態の機能液供給機構５は、機能液滴吐出ヘッド５１と、吸引チューブ９２を介して機能液滴吐出ヘッド５１の機能液導入部５２に接続されたシリンジ１３１と、により構成されている。
【００６５】
まず、機能液滴吐出ヘッド５１を保持台（図示省略）に取り付けてノズル面６３を上向きに保持する。次に、ピペット１３１等を用いて吐出ノズル６４が浸漬されるように機能液をノズル面６３上に滴下する。続いて、シリンジ１３１により機能液を吐出ノズル６４から吸引してヘッド内流路に満たす。
【００６６】
このように第２実施形態では、上向きに保持されたノズル面６３上に吐出ノズル６４が浸漬されるように機能液を滴下し、機能液を吐出ノズル６４から吸引してヘッド内流路に満たすことで、ワークＷに対して微少量の機能液を吐出する場合に、その微少量分だけの機能液をヘッド内流路に満たすことができる。したがって、機能液のヘッド内流路への充填において、機能液を無駄に消費することがない。
【００６７】
そして、第２実施形態によりヘッド内流路にプローブ溶液や特殊なインク等の機能液を導入した機能液滴吐出ヘッド５１を、上記第１実施形態の液滴吐出装置１に組み込むことにより、上記第１実施形態の液滴吐出装置１と同様にして、基板等のワークＷに機能液滴によるプローブ・アレイや成膜部を形成することができる。
【００６８】
ここで、プローブ担体の製造に、上記した液滴吐出装置１を応用した例を簡単に説明する。図５に示すように、プローブ担体２０１は、複数種のプローブを、それぞれ独立した領域、例えばドット状スポットとして担体表面に固定したものであり、ＤＮＡチップ、ＤＮＡマクロアレイと一般的に呼ばれている分析用のチップやプレートが含まれる。そして、プローブ担体２０１上に保持されるプローブ・アレイ２３１は、プローブのスポットの多数が平面状に配列された、すなわち二次元アレイ上に配列されたものである。
【００６９】
本発明のプローブ担体２０１に用いられるプローブは、その使用目的に応じて、適宜選択されるものであるが、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ｃＤＮＡ（コンプリメンタリーＤＮＡ）、ＰＮＡ、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、その他の核酸、オリゴペプチド、ポリペプチド、タンパク質、酵素、酵素に対する基質、交代、交代に対するエピトープ、抗原、ホルモン、ホルモンレセプター、リガンド、リガンドレセプター、オリゴ糖、ポリ糖、およびこれらの組み合わせ等が考えられる。
【００７０】
プローブ担体２０１には、基板２１１上に予めプローブを付与するウェル２２１を形成しておく。例えば、隣り合うウェル２２１の間に、表面がプローブ溶液に対する親和性の低いマトリクス２２２を設けておいた場合、プローブ溶液のウェル２２１への付与にあたって多少の位置ずれが生じたとしても所望のウェル２２１にスムーズにプローブ溶液を付与することができる。
【００７１】
プローブ担体２０１の製造工程では、実施形態の液滴吐出装置１の機能液滴吐出ヘッド５１にプローブ溶液を導入し、ウェル２２１が形成された基板２１１の所望の位置に対応して、プローブ溶液を吐出させ、プローブ・アレイ２３１を形成する。
【００７２】
以上のように、液滴吐出装置１を用いてプローブ担体２０１の製造をする場合、上記した液滴吐出装置１では、機能液滴吐出ヘッド５１の吐出ノズル６４から機能液をヘッド内流路に導入することにより、機能液を充填する際に消費する機能液量を削減することができるので、効率的にプローブ担体２０１を製造することができる。
【００７３】
ところで、上記した液滴吐出装置１は、遺伝子分析装置やスクリーニング装置等の分析装置に搭載される上記のプローブ担体２０１の他、各種の電気光学装置（デバイス）の製造に用いることが可能である。すなわち、本実施形態の液滴吐出装置１は、液晶表示装置、有機ＥＬ装置、ＦＥＤ装置（電子放出装置）、ＰＤＰ装置および電気泳動表示装置等の製造に適用することができる。また、液晶表示装置や有機ＥＬ装置等のカラーフィルタの製造に適用することができる。
【００７４】
ここで、上記の液滴吐出装置１を液晶表示装置の製造に適用した場合について、説明する。図６は、液晶表示装置３０１の断面構造を表している。同図に示すように、液晶表示装置３０１は、ガラス基板３２１を主体として対向面に透明導電膜（ＩＴＯ膜）３２２および配向膜３２３を形成した上基板３１１および下基板３１２と、この上下両基板３１１，３１２間に介設した多数のスペーサ３３１と、上下両基板３１１，３１２間を封止するシール材３３２と、上下両基板３１１，３１２間に充填した液晶３３３とで構成されると共に、上基板３１１の背面に位相基板３４１および偏光板３４２ａを積層し、且つ下基板３１２の背面に偏光板３４２ｂおよびバックライト３４３を積層して、構成されている。
【００７５】
通常の製造工程では、それぞれ透明導電膜３２２のパターニングおよび配向膜３２３の塗布を行って上基板３１１および下基板３１２を別々に作製した後、下基板３１２にスペーサ３３１およびシール材３３２を作り込み、この状態で上基板３１１を貼り合わせる。次いで、シール材３３２の注入口から液晶３３３を注入し、注入口を閉止する。その後、位相基板３４１、両偏光板３４２ａ、３４２ｂおよびバックライト３４３を積層する。
【００７６】
実施形態の液滴吐出装置１は、例えば、スペーサ３３１の形成や、液晶３３３の注入に利用することができる。具体的には、機能液としてセルギャップを構成するスペーサ材料（例えば、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂）や液晶を導入し、これらを所定の位置に均一に吐出（塗布）させていく。まずシール材３３２を環状に印刷した下基板３１２を吸着テーブル３３にセットし、この下基板３１２上にスペーサ材料を粗い間隔で吐出し、紫外線照射してスペーサ材料を凝固させる。次に、下基板３１２のシール材３３２の内側に、液晶３３３を所定量だけ均一に吐出して注入する。その後、別途準備した上基板３１１と、液晶を所定量塗布した下基板３１２を真空中に導入して貼り合わせる。
【００７７】
このように、上基板３１１と下基板３１２とを貼り合わせる前に、液晶３３３をセルの中に均一に塗布（充填）するようにしているため、液晶３３３がセルの隅など細部に行き渡らない等の不具合を解消することができる。
【００７８】
なお、機能液（シール材用材料）として紫外線硬化樹脂或いは熱硬化樹脂を用いることで、上記のシール材３３２の印刷をこの液滴吐出装置１で行うことも可能である。同様に、機能液（配向膜材料）としてポリイミド樹脂を導入することで、配向膜３２３を液滴吐出装置１で作成することも可能である。
【００７９】
このように、液晶表示装置３０１の製造においては多種の機能液を導入することが想定されるが、上記した液滴吐出装置１では、機能液の機能液滴吐出ヘッド５１への初期充填において、機能液を無駄に消費することがないので、液晶表示装置３０１の製造コストを削減することができる。
【００８０】
また、他の電気光学装置としては、金属配線形成、レンズ形成、レジスト形成および光拡散体形成等の装置が考えられ、本実施形態の液滴吐出装置１は、これらの各種製造方法にも、適用可能である。
【００８１】
例えば、金属配線形成方法では、機能液滴吐出ヘッド５１に液状金属材料を導入し、機能液滴吐出ヘッド５１を主走査および副走査し、液状金属材料を選択的に吐出して、基板上に金属配線を形成する。上記の液晶表示装置におけるドライバと各電極とを接続する金属配線や、上記有機ＥＬ装置におけるＴＦＴ等と各電極とを接続する金属配線に適用してこれらのデバイスを製造することができる。
また、この種のフラットパネルディスプレイの他、一般的な半導体製造技術に適用できることは言うまでもない。さらに、機能液滴吐出ヘッド５１に微少量の液状金属材料を導入し、ＩＣタグやＩＣカードにおけるＩＣチップとアンテナとの接続部分に液状金属材料を吐出して、これらを電気的に接続することもできる。
【００８２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の機能液充填装置および液滴吐出装置によれば、機能液滴吐出ヘッドのヘッド内流路に機能液を初期充填するときに、機能液をノズルから機能液滴吐出ヘッドのヘッド内流路に満たすことで、初期充填における機能液の無駄な消費を防ぐことができる。
【００８３】
また、本発明のプローブ担体の製造方法、プローブ担体および分析装置、並びに電気光学装置の製造方法、電気光学装置および電子機器では、上記した液滴吐出装置を用いて製造されているため、機能液を初期充填するために必要な機能液量を削減することができるので、製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液滴吐出装置を模式的に表した平面図である。
【図２】（ａ）は機能液滴吐出ヘッドの外観斜視図、（ｂ）は機能液滴吐出ヘッドを配管アダプタに装着したときの断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る機能液供給機構の模式図である。
【図４】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る機能液供給機構の模式図、（ｂ）本発明の第２実施形態に係る機能液供給機構においてノズル面に機能液を滴下した機能液滴吐出ヘッドの平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の液滴吐出装置により製造したプローブ担体の平面図、（ｂ）は本発明の液滴吐出装置により製造したプローブ担体の断面図である。
【図６】本発明の液滴吐出装置により製造した液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
１液滴吐出装置３描画手段
５機能液供給機構７制御手段
１１移動機構１５ヘッドユニット
１６サブキャリッジ２１移動テーブル
５１機能液滴吐出ヘッド６３ノズル面
６４吐出ノズル７１機能液タンク
７２スペーサ８１機能液タンク保持装置
８４昇降機構９１吸引ポンプ
９２吸引チューブ９３三方弁
１０１給液タンク１０２液位検出器
１０３大気開放弁１１１給液チューブ
１２１上下動機構１３１シリンジ
２０１プローブ担体３０１液晶表示装置
Ｗワーク

Claims

機能液導入口からヘッド内流路に導入した機能液を、ノズル面に形成したノズルから吐出する機能液滴吐出ヘッドに対し、機能液を初期充填する機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法において、
前記機能液滴吐出ヘッドの前記ノズル面を機能液に浸漬する浸漬工程と、
前記ノズル面を機能液に浸漬した状態で、前記機能液導入口に連なる吸引手段により、機能液を前記ノズルから吸引して前記ヘッド内流路に満たす吸引工程と、を備えたことを特徴とする機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法。
機能液導入口からヘッド内流路に導入した機能液を、ノズル面に形成したノズルから吐出する機能液滴吐出ヘッドに対し、機能液を初期充填する機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法において、
前記ノズル面を上向きに保持するとともに、前記ノズルが浸漬されるように前記ノズル面上に機能液を滴下する滴下工程と、
前記機能液導入口に連なる吸引手段により、機能液を前記ノズルから吸引して前記ヘッド内流路に満たす吸引工程と、を備えたことを特徴とする機能液滴吐出ヘッドの機能液充填方法。
機能液導入口からヘッド内流路に導入した機能液を、ノズル面に形成したノズルから吐出する機能液滴吐出ヘッドに対し、機能液を満たす機能液充填装置において、
機能液を貯留する機能液貯留手段と、
前記機能液貯留手段と前記機能液滴吐出ヘッドとを相対的に移動させて、前記ノズル面を前記機能液貯留手段の機能液に浸漬させる浸漬手段と、
前記機能液導入口に連なる吸引手段と、を備えることを特徴とする機能液充填装置。
前記機能液貯留手段の底面には、機能液に浸漬した前記機能液滴吐出ヘッドの前記ノズル面との間に間隙を維持するための凸部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の機能液充填装置。
機能液を前記機能液滴吐出ヘッドに供給するための給液タンクを、さらに備え、
前記給液タンクは、前記機能液導入口と前記吸引手段とを連結する給液管路に介設されていることを特徴とする請求項３または４に記載の機能液充填装置。
前記給液タンクには、機能液を前記機能液滴吐出ヘッドに供給するときに開放され、前記吸引手段により前記ノズルから機能液を吸引するときに閉塞される大気開放弁が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の機能液充填装置。
前記給液タンク内の機能液と前記機能液滴吐出ヘッドの前記ノズル面との間の水頭差が一定になるように前記給液タンクを昇降自在に支持する液位調整手段を、さらに備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の機能液充填装置。
前記給液タンクと前記吸引手段とを接続する吸引管路に、大気開放ポートを有する三方弁が設けられていることを特徴とする請求項５、６または７に記載の機能液充填装置。
前記給液タンク内の機能液の液位を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記三方弁を切り替え制御する制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の機能液充填装置。
請求項３ないし９のいずれかに記載の機能液充填装置と、ワークに対し前記機能液滴吐出ヘッドを相対的に移動させながら機能液滴を吐出させる描画装置と、を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１０に記載の液滴吐出装置を用い、ワーク上にプローブ液滴によるプローブ・アレイを形成することを特徴とするプローブ担体の製造方法。
請求項１０に記載の液滴吐出装置を用い、ワーク上にプローブ液滴によるプローブ・アレイを形成したことを特徴とするプローブ担体。
請求項１１に記載のプローブ担体の製造方法により製造したプローブ担体または請求項１２に記載のプローブ担体を搭載したことを特徴とする分析装置。
請求項１０に記載の液滴吐出装置を用い、ワーク上に機能液滴による成膜部を形成することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
請求項１０に記載の液滴吐出装置を用い、ワーク上に機能液滴による成膜部を形成したことを特徴とする電気光学装置。
請求項１４に記載の電気光学装置の製造方法により製造した電気光学装置または請求項１５に記載の電気光学装置を搭載したことを特徴とする電子機器。