JP2006051450A - 液滴吐出装置、ヘッド駆動方法および電気光学装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 液滴の粘度が高い場合でも、液滴の飛行曲がりやミストの発生を防止することのできる液滴吐出装置、この液滴吐出装置におけるヘッド駆動方法およびこの液滴吐出装置を用いた電気光学装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】 液滴吐出装置で圧力発生素子に印加する駆動信号は、吐出用膨張要素P1、第1ホールド要素P2、および吐出用収縮要素P3に続いて、第2ホールド要素P4と、第3中間電位Vm3まで電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室33をある程度膨張させる第1の制振要素P5と、第3ホールド要素P6と、最低電位VLSまで電位を下降させて液滴が吐出されない程度に圧力発生室33を収縮させる第2の制振要素P7と、第4ホールド要素P8と、第1中間電位Vm1に電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室33を初期状態に復帰させる第3の制振要素P9とを備えている。
【選択図】 図6
【解決手段】 液滴吐出装置で圧力発生素子に印加する駆動信号は、吐出用膨張要素P1、第1ホールド要素P2、および吐出用収縮要素P3に続いて、第2ホールド要素P4と、第3中間電位Vm3まで電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室33をある程度膨張させる第1の制振要素P5と、第3ホールド要素P6と、最低電位VLSまで電位を下降させて液滴が吐出されない程度に圧力発生室33を収縮させる第2の制振要素P7と、第4ホールド要素P8と、第1中間電位Vm1に電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室33を初期状態に復帰させる第3の制振要素P9とを備えている。
【選択図】 図6
Description
本発明は、圧力発生素子を作動させて圧力発生室を膨張、収縮させることによりノズル開口から液滴を吐出させる液滴吐出装置、この液滴吐出装置におけるヘッド駆動方法、および当該液滴吐出装置を用いた電気光学装置の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、圧力発生素子に対する駆動技術に関するものである。
液滴吐出装置では、複数のノズル開口の各々に対応する圧力発生素子を作動させ、複数のノズル開口の各々に連通する圧力発生室を膨張、収縮させることにより、ノズル開口から液滴を吐出させる。ここで、図11に示すように、圧力発生素子に印加される駆動信号COM′は、中間電位Vmから最高電位VPSまで電位を変化させて圧力発生室を初期状態から膨張させる吐出用膨張要素S1と、最高電位VPSを保持して圧力発生室の膨張状態を保持する第1ホールド要素S2と、最高電位VPSから最低電位VLSまで電位を変化させて膨張状態の圧力発生室を収縮させてインク滴を吐出させる吐出用収縮要素S3と、最低電位VLSを保持して圧力発生室の収縮状態を保持する第2ホールド要素S4と、最低電位VLSから中間電位Vmに変化させて収縮状態にある圧力発生室を初期状態にまで復帰させる第3の制振要素S5とを含んでいる。
特開2003−94629号公報
しかしながら、図11に示す駆動信号で圧力発生素子を駆動すると、5mPa・sec程度の液状物の液滴であれば適正に吐出できるが、有機EL装置の発光層を形成するための分散系、溶剤系の液状物や、液晶装置のカラーフィルタを形成するための高濃度の液状物、さらには捺染などの分野で用いる特殊なインクなど、吐出時の粘度が10mPa・secを越える液状物の液滴を吐出すると、吐出した液滴に飛行曲がりが発生しやすく、かつ、ミストも発生しやすいという問題点がある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、液滴の粘度が高い場合でも、液滴の飛行曲がりやミストの発生を防止することのできる液滴吐出装置、この液滴吐出装置におけるヘッド駆動方法およびこの液滴吐出装置を用いた電気光学装置の製造方法を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明では、複数のノズル開口の各々に対応する圧力発生素子を作動させ、前記複数のノズル開口の各々に連通する圧力発生室を膨張、収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる駆動信号を発生する駆動信号発生手段を備えた液滴吐出装置において、前記駆動信号には、第1中間電位から最高電位まで電位を変化させて前記圧力発生室を初期状態から膨張させる吐出用膨張要素と、前記最高電位を保持して前記圧力発生室の膨張状態を保持する第1ホールド要素と、前記最高電位から第2中間電位まで電位を変化させて膨張状態の前記圧力発生室を収縮させて前記液滴を吐出させる吐出用収縮要素と、前記第2中間電位を保持して前記圧力発生室の収縮状態を保持する第2ホールド要素と、前記第2中間電位から第3中間電位まで電位を変化させて収縮状態にある前記圧力発生室を膨張させる第1の制振要素と、前記第3中間電位を保持して前記圧力発生室の膨張状態を保持する第3ホールド要素と、前記第3中間電位から最低電位まで電位を変化させて液滴が吐出されない程度に前記圧力発生室を収縮させる第2の制振要素と、前記最低電位を保持して前記圧力発生室の収縮状態を保持する第4ホールド要素と、前記最低電位から前記第1中間電位に電位を変化させて収縮状態にある前記圧力発生室を前記初期状態にまで復帰させる第3の制振要素とを含んでいることを特徴とする。
また、本発明では、液滴吐出ヘッドの複数のノズル開口の各々に対応する圧力発生素子に駆動信号を印加して、前記複数のノズル開口の各々に連通する圧力発生室を膨張、収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させるヘッド駆動方法において、前記駆動信号には、第1中間電位から最高電位まで電位を変化させて前記圧力発生室を初期状態から膨張させる吐出用膨張要素と、前記最高電位を保持して前記圧力発生室の膨張状態を保持する第1ホールド要素と、前記最高電位から第2中間電位まで電位を変化させて膨張状態の前記圧力発生室を収縮させて前記液滴を吐出させる吐出用収縮要素と、前記第2中間電位を保持して前記圧力発生室の収縮状態を保持する第2ホールド要素と、前記第2中間電位から第3中間電位まで電位を変化させて収縮状態にある前記圧力発生室を膨張させる第1の制振要素と、前記第3中間電位を保持して前記圧力発生室の膨張状態を保持する第3ホールド要素と、前記第3中間電位から最低電位まで電位を変化させて液滴が吐出されない程度に前記圧力発生室を収縮させる第2の制振要素と、前記最低電位を保持して前記圧力発生室の収縮状態を保持する第4ホールド要素と、前記最低電位から前記第1中間電位に電位を変化させて収縮状態にある前記圧力発生室を前記初期状態にまで復帰させる第3の制振要素とを含んでいることを特徴とする。
本発明では、吐出用膨張要素、第1ホールド要素、および吐出用収縮要素に続いて、第2ホールド要素と、第3中間電位まで電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室を膨張させる第1の制振要素と、第3ホールド要素と、最低電位まで電位を下降させて液滴が吐出されない程度に圧力発生室を収縮させる第2の制振要素と、第4ホールド要素と、第1中間電位に電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室を初期状態に復帰させる第3の制振要素とを備えており、液滴の振動を強制的に抑える。このため、有機EL装置の発光層を形成するための分散系、溶剤系の液状物や、液晶装置のカラーフィルタを形成するための高濃度の液状物、さらには捺染などの分野で用いる特殊なインクなど、粘度が10mPa・secを越える液状物でも液滴を好適に吐出することができ、液滴の飛行曲がりやミストの発生を防止することができる。
本発明において、前記第1中間電位と第2中間電位は、電位が相違する構成、および電位が等しい構成のいずれであってもよい。但し、前記第1中間電位と第2中間電位は、電位が等しい場合には、生成する電源の数を減らすことができるので、回路構成を簡素化できるという利点がある。
本発明は、前記液滴の吐出時の粘度が10mPa・sec以上である場合に適用すると効果的である。
このような液滴吐出装置は、例えば、電気光学装置用基板上に前記液滴を吐出して、当該電気光学装置用基板上に画素構成要素を形成する電気光学装置の製造方法に用いることができる。
以下に、図面を参照して、本発明を適用した液滴吐出装置の一例を説明する。
(液滴吐出装置の全体構成)
図1は、本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の全体構成を示す斜視図である。なお、液滴吐出装置によってカラー印刷やカラーの表示装置を製造する場合、通常、R、G、Bの3色の絵素を形成する必要がある。従って、液滴吐出装置については、1台で各色に対応する液滴を吐出可能に構成するか、所定の色に対応するものを複数台、準備することになるが、以下の説明では、後者において複数、準備した液滴吐出装置のうちの1台を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の全体構成を示す斜視図である。なお、液滴吐出装置によってカラー印刷やカラーの表示装置を製造する場合、通常、R、G、Bの3色の絵素を形成する必要がある。従って、液滴吐出装置については、1台で各色に対応する液滴を吐出可能に構成するか、所定の色に対応するものを複数台、準備することになるが、以下の説明では、後者において複数、準備した液滴吐出装置のうちの1台を説明する。
図1において、液滴吐出装置10は、各種の液状物を基板などのワーク上の所望位置に液滴として吐出するものであり、液状物を各種ワーク上に液滴として吐出するノズルを備える複数の液滴吐出ヘッド22と、これらの液滴吐出ヘッド22を保持する共通のキャリッジ26とを有している。また、液滴吐出装置10は、液滴吐出ヘッド22の位置を制御するヘッド位置制御装置17と、ワークとしての基板12の位置を制御する基板位置制御装置18と、液滴吐出ヘッド22を基板12に対して主走査移動させる主走査駆動手段としての主走査駆動装置19と、液滴吐出ヘッド22を基板12に対して副走査移動させる副走査駆動手段としての副走査駆動装置21と、基板12を液滴吐出装置10内の所定の作業位置へ供給する基板供給装置23と、液滴吐出装置10の全般の制御を司るコントロール装置24とを有しており、ヘッド位置制御装置17、基板位置制御装置18、主走査駆動装置19、および副走査駆動装置21によって、液滴吐出ヘッド22(キャリッジ26)と基板12とを相対移動させる移動手段が構成されている。ヘッド位置制御装置17、基板位置制御装置18、主走査駆動装置19、および副走査駆動装置21はベース9の上に設置され、それらの各装置は必要に応じてカバー14によって覆われる。
ヘッド位置制御装置17は、液滴吐出ヘッド22を面内回転させるαモータ(図示せず)と、液滴吐出ヘッド22を副走査方向Yと平行な軸線回りに揺動回転させるβモータ(図示せず)と、液滴吐出ヘッド22を主走査方向と平行な軸線回りに揺動回転させるγモータ(図示せず)と、そして液滴吐出ヘッド22を上下方向へ平行移動させるZモータ(図示せず)とを備えている。基板位置制御装置18は、基板12を載せるテーブル49と、そのテーブル49を面内回転させるθモータ(図示せず)とを備えている。主走査駆動装置19は、主走査方向Xへ延びるXガイドレール52と、パルス駆動されるリニアモータを内蔵したXスライダ53とを備えている。Xスライダ53は、内蔵するリニアモータが作動するときにXガイドレール52に沿って主走査方向へ平行移動する。副走査駆動装置21は、副走査方向Yへ延びるYガイドレール(図示せず)と、パルス駆動されるリニアモータを内蔵したYスライダ56とを備えている。Yスライダ56は、内蔵するリニアモータが作動するときにYガイドレールに沿って副走査方向Yへ平行移動する。Xスライダ53およびYスライダ56内においてパルス駆動されるリニアモータは、該モータに供給するパルス信号によって出力軸の回転角度制御を精細に行うことができ、従って、Xスライダ53に支持された液滴吐出ヘッド22の主走査方向X上の位置やテーブル49の副走査方向Y上の位置などを高精細に制御できる。なお、液滴吐出ヘッド22やテーブル49の位置制御は、パルスモータを用いた位置制御に限られず、サーボモータを用いたフィードバック制御や、その他任意の制御方法によって実現することもできる。
基板供給装置23は、基板12を収容する基板収容部57と、基板12を搬送するロボット58とを備えている。ロボット58は、床、地面などといった設置面に置かれる基台59と、基台59に対して昇降移動する昇降軸61と、昇降軸61を中心として回転する第1アーム62と、第1アーム62に対して回転する第2アーム63と、第2アーム63の先端下面に設けられた吸着パッド64とを備えており、吸着パッド64は、空気吸引などによって基板12を吸着できる。
また、液滴吐出ヘッド22の近傍には、その液滴吐出ヘッド22と一体に移動するヘッド用カメラ79が配置されている。なお、ベース9上に設けた支持装置(図示せず)には基板用カメラ(図示せず)が配置され、基板用カメラは、基板12を撮影可能である。
ここで、主走査駆動装置19によって駆動されて主走査移動する液滴吐出ヘッド22の軌跡下であって副走査駆動装置21の一方の脇位置には、キャッピング機構76およびクリーニング機構77が配置され、キャッピング機構76は、液滴吐出ヘッド22が待機状態にあるときにノズルの乾燥を防止するための機構である。クリーニング機構77は、液滴吐出ヘッド22を洗浄するための機構である。また、副走査駆動装置21の他方の脇位置には、液滴吐出ヘッド22内の個々のノズル27から吐出される液滴の重量を測定する電子天秤78が配置されている。
(液滴吐出ヘッドの構成)
図2(A)、(B)、(C)はそれぞれ、液滴吐出ヘッド22の構成を示す説明図、液滴吐出ヘッド22の内部構造を模式的に示す説明図、および圧力発生素子の説明図である。なお、液滴吐出ヘッド22は、共通のキャリッジ26に複数、保持されているが、それらは基本的に同一構成であるので、その1つを例に挙げて説明する。
図2(A)、(B)、(C)はそれぞれ、液滴吐出ヘッド22の構成を示す説明図、液滴吐出ヘッド22の内部構造を模式的に示す説明図、および圧力発生素子の説明図である。なお、液滴吐出ヘッド22は、共通のキャリッジ26に複数、保持されているが、それらは基本的に同一構成であるので、その1つを例に挙げて説明する。
図2(A)に示すように、液滴吐出ヘッド22は、多数のノズル開口27を列状に並べることによって形成されたノズル列28を備えている。ノズル開口27の数は、例えば180個であり、ノズル開口27の穴径は例えば28μmであり、ノズル開口27間のノズルピッチは例えば141μmである。なお、液滴吐出ヘッド22の基板12に対する主走査方向Xおよびそれに直交する副走査方向Yは図示の通りである。すなわち、液滴吐出ヘッド22は、そのノズル列28が主走査方向Xと交差する方向へ延びるように位置設定され、この主走査方向Xへ平行移動する間に、液状物を複数のノズル開口27から選択的に吐出することにより、基板12内の所定位置に液滴を着弾させる。また、液滴吐出ヘッド22は副走査方向Yへ所定距離だけ平行移動することにより、液滴吐出ヘッド22による主走査位置を所定の間隔でずらせることができる。
図2(B)、(C)に示すように、液滴吐出ヘッド22は、例えば、ステンレス製のノズルプレート29と、それに対向する振動板31と、それらを互いに接合する複数の仕切部材32とを有している。ノズルプレート29と振動板31との間には、仕切部材32によって複数の圧力発生室33、および液溜り34が形成され、複数の圧力発生室33と液溜り34とは通路38を介して互いに連通している。振動板31の適所には液状物供給穴36が形成され、この液状物供給穴36に液状物供給装置37が接続される。この液状物供給装置37は吐出されることとなる液状物Mを液状物供給穴36へ供給する。供給された液状物Mは液溜り34に充満し、さらに通路38を通って圧力発生室33に充満する。
ノズルプレート29には、圧力発生室33から液状物Mをジェット状(液滴M0)に噴射するためのノズル開口27が設けられており、そのノズル開口27が開口しているノズル形成面271は平坦面とされている。振動板31の圧力発生室33を形成する面の裏面には、この圧力発生室33に対応させて圧力発生素子39が取り付けられている。この圧力発生素子39は、例えば、図2(C)に示すように、圧電素子41、およびこの圧電素子11を挟持する一対の電極42a、42bを備えたたわみ振動モードの圧電素子である。その振動方向を矢印Cで示す。また、図示を省略するが、圧力発生素子39としては、縦振動モードの圧電素子を用いてもよく、いずれの場合も、電極間に印加される駆動信号によって変形し、圧力発生室33を膨張、収縮させる。なお、ノズル開口27の周辺部には、液滴M0の飛行曲がりやノズル開口27の穴詰まりなどを防止するために、例えばNi−テトラフルオロエチレン共析メッキ層からなる撥液状物層43が設けられる。
(制御系および駆動系の構成)
図3は、図1に示す表示装置製造装置の制御系を示すブロック図である。図4および図5は、図1に示す液滴吐出装置に用いた液滴吐出ヘッドのヘッド駆動部の電気的構成を示す説明図、およびヘッド駆動部を構成する素子の説明図である。なお、図3に示す例では、制御系をコンピュータ本体部側に構成した例を示してあるが、その一部については、液滴吐出装置本体側に構成してもよい。
図3は、図1に示す表示装置製造装置の制御系を示すブロック図である。図4および図5は、図1に示す液滴吐出装置に用いた液滴吐出ヘッドのヘッド駆動部の電気的構成を示す説明図、およびヘッド駆動部を構成する素子の説明図である。なお、図3に示す例では、制御系をコンピュータ本体部側に構成した例を示してあるが、その一部については、液滴吐出装置本体側に構成してもよい。
図1に示すコントロール装置24は、プロセッサを収容したコンピュータ本体部66と、入力装置67としてのキーボードと、表示装置としてのCRTディスプレイ68とを有している。上記プロセッサは、図3に示すように、演算などの処理を行うCPU(Central Processing Unit/ヘッド制御手段)69と、各種情報を記憶するメモリすなわち情報記憶媒体71とを有しており、図1を参照して説明したヘッド位置制御装置17、基板位置制御装置18、主走査駆動装置19、副走査駆動装置21、および液滴吐出ヘッド22内の圧力発生素子39(図2(C)を参照)を駆動するヘッド駆動部8などは、入出力インターフェース73およびバス74を介してCPU69に接続されている。
ヘッド駆動部8は、複数の液滴吐出ヘッド22と表示装置用基板12との相対移動に連動して、所定のビットマップに基づいて圧力発生素子39を作動させ、液滴吐出ヘッド22の各ノズル開口27から液滴を吐出させて表示装置用基板12に所定のパターンを描画する。
なお、基板供給装置23、入力装置67、CRTディスプレイ68、電子天秤78、クリーニング装置77およびキャッピング装置76なども、入出力インターフェース73およびバス74を介してCPU69に接続されている。
情報記憶媒体71としてのメモリは、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などといった半導体メモリや、ハードディスク、CD−ROM読取り装置、ディスク型記憶媒体などといった外部記憶装置などを含む概念であり、機能的には、液滴吐出装置10の動作の制御手順が記述されたプログラムソフトを記憶する記憶領域、液状物の表示装置用基板12上における吐出位置(ビットマップ)を座標データとして記憶するためのビットマップ記憶領域、副走査方向Yへの表示装置用基板12の副走査移動量を記憶するための記憶領域、CPU69のためのワークエリアやテンポラリファイルなどとして機能する領域などの各種記憶領域が設定されている。
CPU69は、情報記憶媒体71であるメモリ内に記憶されたプログラムソフトに従って、表示装置用基板12に表面の所定位置に液状物を吐出するための制御を行うものである。具体的な機能実現部として、クリーニング処理を実現するための演算を行うクリーニング演算部、キャッピング処理を実現するためのキャッピング演算部、電子天秤を用いた重量測定を実現するための演算を行う重量測定演算部、および液滴吐出によって所定のパターンを描画するための演算を行う描画演算部などを備えている。この描画演算部を詳しく分割すれば、液滴吐出ヘッド22を描画のための初期位置へセットするための描画開始位置演算部、液滴吐出ヘッド22を主走査方向Xへ所定の速度で走査移動させるための制御を演算する主走査制御演算部、表示装置用基板12を副走査方向Yへ所定の副走査量だけずらせるための制御を演算する副走査制御演算部、および液滴吐出ヘッドの複数のノズル開口27のうちのいずれを作動させて液状物を吐出するかを制御するためビットマップを形成するための演算を行うビットマップ演算部(ノズル吐出制御演算部)などといった各種の機能演算部を有している。
図4に示すように、ヘッド駆動部8は、所定の電源を生成する電源生成部87と、コンピュータ本体部66から出力された制御信号、および電源生成部87から供給される電源に基づいて駆動信号COMを形成する駆動信号発生回路88(駆動信号発生手段)とを備えている。また、ヘッド駆動部8は、シフトレジスタ80、ラッチ回路81、レベルシフタ82、およびスイッチ回路84を備えており、スイッチ回路84に圧力発生素子22が接続されている。ここで、シフトレジスタ80、ラッチ回路81、レベルシフタ82、スイッチ回路83、および圧力発生素子39はそれぞれ、液滴吐出ヘッド22の各ノズル開口27毎に設けたシフトレジスタ素子80A〜80N、ラッチ素子81A〜81N、レベルシフタ素子82A〜82N、スイッチ素子83A〜83N、圧力発生素子39A〜39Nから構成され、シフトレジスタ80、ラッチ回路81、レベルシフタ82、スイッチ回路83、圧力発生素子39の順で電気的に接続されている。
このようなヘッド駆動部8により、圧力発生素子39に駆動信号COMを印加して液滴を吐出させる制御について説明する。なお、以下の説明ではドットパターンデータを構成する吐出データ(1ドットデータに相当)を、複数ビットで構成した場合について説明する。まず、ヘッド駆動部8では、コンピュータ本体部66の発振回路(図示せず)からのクロック信号(CLK)に同期して、コンピュータ本体部66から出力された吐出データ(SI)の内の最上位ビットのデータを、順次シフトレジスタ素子80A〜80Nにセットする。全ノズル開口分の吐出データがシフトレジスタ素子80A〜80Nにセットされると、コンピュータ本体部66は、所定のタイミングでラッチ回路81、すなわち、ラッチ素子81A〜81Nへラッチ信号(LAT)を出力する。このラッチ信号により、ラッチ素子81A〜81Nは、シフトレジスタ素子80A〜80Nにセットされた吐出データをラッチする。このラッチされた吐出データは、電圧増幅器であるレベルシフタ82、すなわち、レベルシフタ素子82A〜82Nに供給される。各レベルシフタ素子82A〜82Nは、吐出データが例えば「1」の場合に、スイッチ回路43が駆動可能な電圧、例えば、数十ボルトまでこの吐出データを昇圧する。そして、この昇圧された吐出データはスイッチ回路83、すなわち、スイッチ素子83A〜83Nに印加され、スイッチ素子83A〜83Nは、当該吐出データにより接続状態になる。ここで、各スイッチ素子83A〜83Nには、駆動信号発生回路88から駆動信号(COM)が印加されており、スイッチ素子83A〜83Nが接続状態になると、このスイッチ素子83A〜83Nに接続された圧力発生素子39A〜39Nに駆動信号が供給される。なお、吐出データが例えば「0」の場合には、対応する各レベルシフタ素子39A〜39Nは昇圧を行わない。そして、最上位ビットのデータに基づいて駆動信号を印加すると、続いて、コンピュータ本体部66は、1ビット下位のデータをシリアル伝送させてシフトレジスタ素子80A〜80Nにセットする。そして、シフトレジスタ素子80A〜80Nにデータがセットされたならば、ラッチ信号を印加させることにより、セットされたデータをラッチさせ、駆動信号を圧力発生素子39A〜39Nに供給させる。以後は、1ビットずつ吐出データを下位ビットにシフトしながら最下位ビットまで同様の動作を繰り返し行う。
このように、圧力発生素子39に駆動信号を供給するか否かを、吐出データによって制御できる。すなわち、吐出データを「1」にすることにより駆動信号COMを圧力発生素子39に供給でき、吐出データを「0」にすることにより駆動信号COMの圧力発生素子39への供給を遮断することができる。なお、吐出データを「0」にした場合、圧力発生素子39は直前の電荷(電位)を保持する。
(駆動信号COMの波形)
図6は、図1に示す液滴吐出装置に用いた駆動信号の波形図である。
図6は、図1に示す液滴吐出装置に用いた駆動信号の波形図である。
図2(C)および図6において、駆動信号COMは、、所定時間、第1中間電位Vm1を保持した後(ホールド要素P0)、第1中間電位Vm1から最高電位VPSまで一定の勾配で電位を上昇させて圧力発生室33を初期状態から膨張させる吐出用膨張要素P1と、最高電位VPSを保持して圧力発生室33の膨張状態を保持する第1ホールド要素P2と、最高電位VPSから第2中間電位Vm2まで一定の勾配で電位を下降させて膨張状態の圧力発生室33を収縮させて液滴を吐出させる吐出用収縮要素P3と、第2中間電位Vm2を保持して圧力発生室33の収縮状態を保持する第2ホールド要素P4と、第2中間電位Vm2から第3中間電位Vm3まで一定の勾配で電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室33をある程度膨張させる第1の制振要素P5と、第3中間電位Vm3を保持して圧力発生室33の膨張状態を保持する第3ホールド要素P6と、第3中間電位Vm3から最低電位VLSまで一定の勾配で電位を下降させて液滴が吐出されない程度に圧力発生室33を収縮させる第2の制振要素P7と、最低電位VLSを保持して圧力発生室33の収縮状態を保持する第4ホールド要素P8と、最低電位VLSから第1中間電位Vm1に一定の勾配で電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室33を初期状態にまで復帰させる第3の制振要素P9とを含んでおり、第3の制振要素P9の後、次の吐出動作が行われる間、第1中間電位Vm1を保持する(ホールド要素P10)。
すなわち、吐出用膨張要素P1が圧力発生素子39に印加されると、圧力発生素子39は圧力発生室33の容積を膨張させる方向に変形し、圧力発生室39内に負圧を発生させる。その結果、圧力発生室39に液状物が流入する。このような状態が第1のホールド要素P2が印加されている間、保持される。次に、吐出用収縮要素P3が圧力発生素子39に印加されると、圧力発生素子39は、圧力発生室33の容積が収縮する方向に変形し、圧力発生室39内に正圧を発生させる。その結果、液滴が吐出される。その後、第2ホールド要素P4、第1の制振要素P5、第3ホールド要素P6、第2の制振要素P7、第4ホールド要素P8、および第3の制振要素P9が圧力発生素子39に印加されと、それに伴なって、圧力発生室33へのメニスカスの引き込み、押し出しが繰り返され、液滴に振動が抑えられる。
このように本形態では、液滴を吐出した後、圧力発生室33をわずかに膨張させた後(第1の制振要素P5)、この状態を保持し(第3ホールド要素P6)、次に、圧力発生室33を徐々に収縮させた後(第2の制振要素P7)、この状態を保持し(第4ホールド要素P8)、しかる後に、初期状態に戻す(第3の制振要素P9)。従って、液滴として吐出される際の液状物の粘度が10mPa・sec以上であっても、液滴の飛行曲がりやミストの発生を防止することのできる。
例えば、液滴として吐出される際の粘度が5mPa・secの液状物、10mPa・secの液状物、15mPa・secの液状物をそれぞれ、図6に示す駆動信号COM(実施例)、および図11に示す駆動信号COM′(従来例)で吐出したところ、以下の吐出結果
図6に示す駆動信号COM(実施例)
5mPa・sec ミスト無し、飛行曲がり無し
10mPa・sec ミスト無し、飛行曲がり無し
15mPa・sec ミスト無し、飛行曲がり無し
図11に示す駆動信号COM′(従来例)
5mPa・sec ミスト無し、飛行曲がり無し
10mPa・sec ミスト有り、飛行曲がり無し
15mPa・sec ミスト有り、飛行曲がり有り
が得られた。また、多数の評価を行ったところ、5mPa・secであっても、図6に示す駆動信号COM(実施例)によれば、図11に示す駆動信号COM′(従来例)と比較して安定した吐出特性が得られた。それ故、本形態によれば、有機EL装置の発光層を形成するための分散系、溶剤系の液状物や、液晶装置のカラーフィルタを形成するための高濃度の液状物、さらには捺染などの分野で用いる特殊なインクなど、吐出時の粘度が10mPa・secを越える液状物でも液滴を好適に吐出することができる。また、図11に示す駆動信号COM′(従来例)では、液滴の吐出後、次の吐出動作を行うまでの時間を長く設定しても、液滴の飛行曲がりやミストの発生を防止することができなかった。しかるに、本形態によれば、吐出用膨張要素P1、第1ホールド要素P2、および吐出用収縮要素P3に続いて、第2ホールド要素P4と、第3中間電位Vm3まで電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室33をある程度膨張させる第1の制振要素P5と、第3ホールド要素P6と、最低電位VLSまで電位を下降させて液滴が吐出されない程度に圧力発生室33を収縮させる第2の制振要素P7と、第4ホールド要素P8と、第1中間電位Vm1に電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室33を初期状態に復帰させる第3の制振要素P9とを備えており、液滴の振動を強制的に抑える。このため、液滴の吐出後、次の吐出動作を行うまでの時間を長く設定しなくてもよいので、処理速度が大幅に低下することはない。
図6に示す駆動信号COM(実施例)
5mPa・sec ミスト無し、飛行曲がり無し
10mPa・sec ミスト無し、飛行曲がり無し
15mPa・sec ミスト無し、飛行曲がり無し
図11に示す駆動信号COM′(従来例)
5mPa・sec ミスト無し、飛行曲がり無し
10mPa・sec ミスト有り、飛行曲がり無し
15mPa・sec ミスト有り、飛行曲がり有り
が得られた。また、多数の評価を行ったところ、5mPa・secであっても、図6に示す駆動信号COM(実施例)によれば、図11に示す駆動信号COM′(従来例)と比較して安定した吐出特性が得られた。それ故、本形態によれば、有機EL装置の発光層を形成するための分散系、溶剤系の液状物や、液晶装置のカラーフィルタを形成するための高濃度の液状物、さらには捺染などの分野で用いる特殊なインクなど、吐出時の粘度が10mPa・secを越える液状物でも液滴を好適に吐出することができる。また、図11に示す駆動信号COM′(従来例)では、液滴の吐出後、次の吐出動作を行うまでの時間を長く設定しても、液滴の飛行曲がりやミストの発生を防止することができなかった。しかるに、本形態によれば、吐出用膨張要素P1、第1ホールド要素P2、および吐出用収縮要素P3に続いて、第2ホールド要素P4と、第3中間電位Vm3まで電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室33をある程度膨張させる第1の制振要素P5と、第3ホールド要素P6と、最低電位VLSまで電位を下降させて液滴が吐出されない程度に圧力発生室33を収縮させる第2の制振要素P7と、第4ホールド要素P8と、第1中間電位Vm1に電位を上昇させて収縮状態にある圧力発生室33を初期状態に復帰させる第3の制振要素P9とを備えており、液滴の振動を強制的に抑える。このため、液滴の吐出後、次の吐出動作を行うまでの時間を長く設定しなくてもよいので、処理速度が大幅に低下することはない。
なお、第1中間電位Vm1と第2中間電位Vm2は、電位が相違する構成、および電位が等しい構成のいずれであってもよい。但し、第1中間電位Vm1と第2中間電位Vm2の電位が等しい場合には、生成する電源の数を減らすことができるので、電源生成部87の構成を簡素化できるという利点がある。
[電気光学装置の構成、および製造方法の例]
電気光学装置の一例として、有機EL表示装置の構成およびその製造工程を説明する。図7は、電気光学物質として電荷注入型の有機薄膜を用いたEL素子を備えた有機EL表示装置のブロック図である。図8〜図10は、有機EL表示装置の製造工程の手順を示す製造工程断面図であり、有機EL表示装置の1画素分の断面に相当する。
電気光学装置の一例として、有機EL表示装置の構成およびその製造工程を説明する。図7は、電気光学物質として電荷注入型の有機薄膜を用いたEL素子を備えた有機EL表示装置のブロック図である。図8〜図10は、有機EL表示装置の製造工程の手順を示す製造工程断面図であり、有機EL表示装置の1画素分の断面に相当する。
図7において、有機EL表示装置500pは、有機半導体膜に駆動電流が流れることによって発光するEL素子をTFTで駆動制御する表示装置であり、このタイプの表示装置に用いられる発光素子はいずれも自己発光するため、バックライトを必要とせず、また、視野角依存性が少ないなどの利点がある。ここに示す電気光学装置500pでは、複数の走査線563pと、この走査線563pの延設方向に対して交差する方向に延設された複数のデータ線564と、これらのデータ線564に並列する複数の共通給電線505と、データ線564と走査線563pとの交差点に対応する画素515pとが構成され、画素515pは、画像表示領域100にマトリクス状に配置されている。データ線564に対しては、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン、アナログスイッチを備えるデータ線駆動回路551pが構成されている。走査線563pに対しては、シフトレジスタおよびレベルシフタを備える走査線駆動回路554pが構成されている。また、画素515pの各々には、走査線563pを介して走査信号がゲート電極に供給されるスイッチング薄膜トランジスタ509と、このスイッチング薄膜トランジスタ509を介してデータ線564から供給される画像信号を保持する保持容量533pと、この保持容量533pによって保持された画像信号がゲート電極に供給されるカレント薄膜トランジスタ510と、カレント薄膜トランジスタ510を介して共通給電線505に電気的に接続したときに共通給電線505から駆動電流が流れ込む発光素子513とが構成されている。発光素子513は、画素電極の上層側には、正孔注入層、有機EL材料層としての有機半導体膜、リチウム含有アルミニウム、カルシウムなどの金属膜からなる対向電極が積層された構成になっており、対向電極は、データ線564などを跨いで複数の画素515pにわたって形成されている。
このような構成の有機EL表示装置500pを製造するには、基板を用意する。ここで、有機EL表示装置500pでは、後述する発光層による発光光を基板側から取り出すことも可能であり、また基板と反対側から取り出す構成とすることも可能である。発光光を基板側から取り出す構成とする場合、基板材料としてはガラスや石英、樹脂等の透明ないし半透明なものが用いられるが、特にガラスが好適に用いられる。また、基板に色フィルター膜や蛍光性物質を含む色変換膜、あるいは誘電体反射膜を配置して、発光色を制御するようにしてもよい。なお、基板と反対側から発光光を取り出す構成の場合、基板は不透明であってもよく、その場合、アルミナ等のセラミックス、ステンレス等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したもの、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。
本例では、図8(A)に示すように、基板としてガラスからなる透明基板502を用意し、透明基板502に対して、必要に応じてTEOS(テトラエトキシシラン)や酸素ガスなどを原料としてプラズマCVD法により厚さ約200〜500nmのシリコン酸化膜からなる下地保護膜(図示せず)を形成する。
次に、透明基板502の温度を約350℃に設定して、下地保護膜の表面にプラズマCVD法により厚さ約30〜70nmのアモルファスシリコン膜からなる半導体膜520aを形成する。次に、半導体膜520aに対してレーザアニールまたは固相成長法などの結晶化工程を行い、半導体膜520aをポリシリコン膜に結晶化する。レーザアニール法では、例えばエキシマレーザでビームの長寸が400mmのラインビームを用い、その出力強度は、例えば200mJ/cm2とする。ラインビームについては、その短寸方向におけるレーザ強度のピーク値の90%に相当する部分が各領域毎に重なるようにラインビームを走査する。
次に、図8(B)に示すように、半導体膜(ポリシリコン膜)520aをパターニングして島状の半導体膜520bとし、その表面に対して、TEOSや酸素ガスなどを原料としてプラズマCVD法により厚さ約60〜150nmのシリコン酸化膜または窒化膜からなるゲート絶縁膜521aを形成する。なお、半導体膜520bは、図7に示したカレント薄膜トランジスタ510のチャネル領域及びソース・ドレイン領域となるものであるが、異なる断面位置においてはスイッチング薄膜トランジスタ509のチャネル領域及びソース・ドレイン領域となる半導体膜も形成されている。つまり、図8〜図10に示す製造工程では二種類のトランジスタ509、510が同時に作られるのであるが、同じ手順で作られるため、以下の説明ではトランジスタに関しては、カレント薄膜トランジスタ510についてのみ説明し、スイッチング薄膜トランジスタ509についてはその説明を省略する。
次に、図8(C)に示すように、アルミニウム、タンタル、モリブデン、チタン、タングステンなどの金属膜からなる導電膜をスパッタ法により形成した後、これをパターニングし、ゲート電極510gを形成する。次に、この状態で高濃度のリンイオンを打ち込み、半導体膜520bに、ゲート電極510gに対して自己整合的にソース・ドレイン領域510a、510bを形成する。なお、不純物が導入されなかった部分がチャネル領域510cとなる。
次に、図8(D)に示すように、層間絶縁膜522を形成した後、コンタクトホール523、524を形成し、これらコンタクトホール523、524内に中継電極526、527を埋め込む。次に、層間絶縁膜522上に信号線、共通給電線及び走査線(図示せず)を形成する。ここで、中継電極527と各配線とは、同一工程で形成してもよく、その場合、中継電極526は、後述するITO膜で形成されることになる。
次に、図8(E)に示すように、各配線の上面を覆うように層間絶縁膜530を形成した後、層間絶縁膜530に対して中継電極526に対応する位置にコンタクトホール532を形成する。次に、コンタクトホール532を埋めるようにITO膜を形成し、さらにそのITO膜をパターニングして、信号線、共通給電線及び走査線に囲まれた所定位置に、ソース・ドレイン領域510aに電気的に接続する画素電極511を形成する。ここで、信号線及び共通給電線、さらには走査線に挟まれた部分が、後述する正孔注入層や発光層の形成場所となる。
次に、図9(A)に示すように、正孔注入層や発光層の形成場所を囲むように隔壁505を形成する。この隔壁505は、仕切り部材として機能するものであり、例えばポリイミド等の絶縁性有機材料で形成するのが好ましい。隔壁505の膜厚については、例えば1〜2μmの高さとなるように形成する。また、隔壁505は、上述した液滴吐出ヘッド22から吐出される液状物に対して撥液性を示すものが好ましい。隔壁505に撥液性を発現させるためには、例えば隔壁505の表面をフッ素系化合物などで表面処理するといった方法が採用される。フッ素化合物としては、例えばCF4、SF5、CHF3などがあり、表面処理としては、例えばプラズマ処理、UV照射処理などが挙げられる。このようにして、正孔注入層や発光層の形成場所、すなわち、これらの形成材料の塗布位置とその周囲の隔壁505との間には、十分な高さの段差535が形成される。
次に、図9(B)に示すように、透明基板502の上面を上に向けた状態で、正孔注入層の形成材料540aを、上述した液滴吐出装置10の液滴吐出ヘッド22より、前記隔壁505に囲まれた塗布位置、すなわち隔壁505内に選択的に塗布する。その際、形成材料540aは、流動性が高いため水平方向に広がろうとするが、塗布された位置を囲んで隔壁505が形成されているので、形成材料540aは隔壁505を越えてその外側に広がることがない。ここで、正孔注入層の形成材料540aとしては、ポリオレフィン誘導体である3,4−ポリエチレンジオシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸(PEDOT/PSS)を正孔注入材料として用い、これを有機溶剤を主溶媒として分散させてなる分散液が好適に用いられる。但し、正孔注入材料としては、前記のものに限定されることなく、ポリマー前駆体がポリテトラヒドロチオフェニルフェニレンであるポリフェニレンビニレン、1,1−ビス−(4−N、N−ジトリルアミノフェニル)シクロヘキサン、トリス(8−ヒドロキシキノリノール)アルミニウム等を用いることもできる。
このようにして形成材料540aを液滴吐出ヘッド34から吐出して所定位置に配置した後、液状の形成材料540aに対して乾燥処理を行い、形成材料540a中の分散媒を蒸発させる。その結果、図9(C)に示すように、画素電極511上に固形の正孔注入層513a(画素構成要素)が形成される。
次に、図10(A)に示すように、透明基板502の上面を上に向けた状態で、上述した液滴吐出装置10の液滴吐出ヘッド22より液状物として発光層の形成材料540bを、前記隔壁505内の正孔注入層513a上に選択的に塗布する。発光材料としては、例えば分子量が1000以上の高分子材料が用いられる。具体的には、ポリフルオレン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン誘導体、またはこれらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素、例えばルブレン、ペリレン、9,10−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン6、キナクリドン等をドープしたものが用いられる。なお、このような高分子材料としては、二重結合のπ電子がポリマー鎖上で非極在化しているπ共役系高分子材料が、導電性高分子でもあることから発光性能に優れるため、好適に用いられる。特に、その分子内にフルオレン骨格を有する化合物、すなわちポリフルオレン系化合物がより好適に用いられる。また、このような材料以外にも、例えば特開平11−40358号公報に示される有機EL素子用組成物、すなわち共役系高分子有機化合物の前駆体と、発光特性を変化させるための少なくとも1種の蛍光色素とを含んでなる有機EL素子用組成物も、発光層形成材料として使用可能である。このような発光材料を溶解あるいは分散する有機溶媒としては、非極性溶媒が好適とされ、特に発光層が正孔注入層513aの上に形成されることから、この正孔注入層513aに対して不溶なものが用いられる。具体的には、キシレン、シクロへキシルベンゼン、ジハイドロベンゾフラン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン等が好適に用いられる。なお、形成材料540bの吐出による発光層の形成は、赤色の発色光を発光する発光層の形成材料、緑色の発色光を発光する発光層の形成材料、青色の発色光を発光する発光層の形成材料を、それぞれ対応する画素に吐出し塗布することによって行う。また、各色に対応する画素は、これらが規則的な配置となるように予め決められている。
このようにして各色の発光層形成材料540bを吐出した後、液状の発光層形成材料540bに対して乾燥処理を行い、発光層形成材料540b中の分散媒を蒸発させる。その結果、図10(B)に示すように、正孔層注入層513a上に固形の発光層513b(画素構成要素)が形成される。これにより、正孔層注入層513aと発光層513bとからなる発光素子513を得る。
なお、形成材料540bの乾燥処理については、形成材料540bのガラス転移点未満の温度、例えば100°未満の温度で加熱することにより、乾燥するのが好ましい。このような温度で乾燥することにより、形成材料540b中の溶剤の蒸発速度を比較的低く抑えることができるとともに、形成材料540bの液状化による流動も抑えることができ、その結果、得られる発光層513bについても十分に平坦化することができる。また、発光層形成の際の乾燥処理によって生じる熱的ダメージが、発光層513bだけでなく正孔注入層513aに対しても小さくなり、初期輝度の低下などによる表示性能の低下が抑制される。
次に、図10(C)に示すように透明基板502の表面全体に、あるいはストライプ状に、LiF/Al(LiFとAlとの積層膜)やMgAg、あるいはLiF/Ca/Al(LiFとCaとAlとの積層膜)を蒸着法等によって成膜し、対向電極512を形成する。その後、封止を行った後、さらに配線等の各種要素を形成することにより、有機EL素子を備えた有機EL表示装置500p(電気光学装置)を製造する。
(その他の適用例)
なお、上記形態では、本発明を有機EL表示装置の製造工程に用いた例であったが、液晶表示装置のカラーフィルタ(画素構成要素)の形成などに本発明を適用してもよい。また、インクジェットプリンタと称せられる液滴吐出装置に本発明を適用してもよい。
なお、上記形態では、本発明を有機EL表示装置の製造工程に用いた例であったが、液晶表示装置のカラーフィルタ(画素構成要素)の形成などに本発明を適用してもよい。また、インクジェットプリンタと称せられる液滴吐出装置に本発明を適用してもよい。
また、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などは一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
8 ヘッド駆動部、10 液滴吐出装置、12 基板、22 液滴吐出ヘッド、27 ノズル開口、33 圧力発生室、39 圧力発生素子、87 電源生成部、88 駆動信号発生回路(駆動信号発生手段)、COM 駆動信号、M0 液滴、P1 吐出用膨張要素、P2 第1ホールド要素、P3 吐出用収縮要素、P4 第2ホールド要素、P5 第1の制振要素、P6 第3ホールド要素、P7 第2の制振要素、P8 第4ホールド要素、P9 第3の制振要素
Claims (6)
- 複数のノズル開口の各々に対応する圧力発生素子を作動させ、前記複数のノズル開口の各々に連通する圧力発生室を膨張、収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる駆動信号を発生する駆動信号発生手段を備えた液滴吐出装置において、
前記駆動信号には、第1中間電位から最高電位まで電位を変化させて前記圧力発生室を初期状態から膨張させる吐出用膨張要素と、前記最高電位を保持して前記圧力発生室の膨張状態を保持する第1ホールド要素と、前記最高電位から第2中間電位まで電位を変化させて膨張状態の前記圧力発生室を収縮させて前記液滴を吐出させる吐出用収縮要素と、前記第2中間電位を保持して前記圧力発生室の収縮状態を保持する第2ホールド要素と、前記第2中間電位から第3中間電位まで電位を変化させて収縮状態にある前記圧力発生室を膨張させる第1の制振要素と、前記第3中間電位を保持して前記圧力発生室の膨張状態を保持する第3ホールド要素と、前記第3中間電位から最低電位まで電位を変化させて液滴が吐出されない程度に前記圧力発生室を収縮させる第2の制振要素と、前記最低電位を保持して前記圧力発生室の収縮状態を保持する第4ホールド要素と、前記最低電位から前記第1中間電位に電位を変化させて収縮状態にある前記圧力発生室を前記初期状態にまで復帰させる第3の制振要素とを含んでいることを特徴とする液滴吐出装置。 - 請求項1において、前記第1中間電位と第2中間電位は、電位が相違することを特徴とする液滴吐出装置。
- 請求項1において、前記第1中間電位と第2中間電位は、電位が等しいことを特徴とする液滴吐出装置。
- 請求項1ないし3のいずれかにおいて、前記液滴の吐出時の粘度は、10mPa・sec以上であることを特徴とする液滴吐出装置。
- 液滴吐出ヘッドの複数のノズル開口の各々に対応する圧力発生素子に駆動信号を印加して、前記複数のノズル開口の各々に連通する圧力発生室を膨張、収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させるヘッド駆動方法において、
前記駆動信号には、第1中間電位から最高電位まで電位を変化させて前記圧力発生室を初期状態から膨張させる吐出用膨張要素と、前記最高電位を保持して前記圧力発生室の膨張状態を保持する第1ホールド要素と、前記最高電位から第2中間電位まで電位を変化させて膨張状態の前記圧力発生室を収縮させて前記液滴を吐出させる吐出用収縮要素と、前記第2中間電位を保持して前記圧力発生室の収縮状態を保持する第2ホールド要素と、前記第2中間電位から第3中間電位まで電位を変化させて収縮状態にある前記圧力発生室を膨張させる第1の制振要素と、前記第3中間電位を保持して前記圧力発生室の膨張状態を保持する第3ホールド要素と、前記第3中間電位から最低電位まで電位を変化させて液滴が吐出されない程度に前記圧力発生室を収縮させる第2の制振要素と、前記最低電位を保持して前記圧力発生室の収縮状態を保持する第4ホールド要素と、前記最低電位から前記第1中間電位に電位を変化させて収縮状態にある前記圧力発生室を前記初期状態にまで復帰させる第3の制振要素とを含んでいることを特徴とするヘッド駆動方法。 - 請求項1ないし4のいずれかに規定する液滴吐出装置を用いて電気光学装置用基板上に前記液滴を吐出して、当該電気光学装置用基板上に画素構成要素を形成することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
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