JP2006272191A - 液滴吐出装置、パターン形成方法、識別コードの製造方法、識別コード、電気光学装置の製造方法、電気光学装置 - Google Patents

液滴吐出装置、パターン形成方法、識別コードの製造方法、識別コード、電気光学装置の製造方法、電気光学装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 液滴を乾燥して形成するパターンの形状制御性を向上した液滴吐出装置、パターン形成方法、識別コードの製造方法、識別コード、電気光学装置の製造方法及び電気光学装置を提供する。
【解決手段】 着弾位置の領域で、X矢印方向に沿ってセル幅Raよりも若干長い帯状のスポットと、Y矢印方向に沿ってセル幅Raよりも若干長い帯状のスポットとからなる十字状のピニングスポットB1を成形するようにした。そして、着弾位置に着弾した微小液滴Fbの外径が、セル幅Raよりも若干小さい照射径Reになるタイミングで、そのピニングスポットB1のレーザビームを照射するようにした。
【選択図】 図9

Description

本発明は、液滴吐出装置、パターン形成方法、識別コードの製造方法、識別コード、電気光学装置の製造方法及び電気光学装置に関する。
従来、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置(有機EL表示装置)等の電気光学装置には、画像を表示するための透明ガラス基板(以下単に、基板という。)が備えられている。この種の基板には、品質管理や製造管理を目的として、その製造元や製品番号等の製造情報をコード化した識別コード(例えば、2次元コード)が形成されている。こうした識別コードは、配列された多数のパターン形成領域(データセル)の一部に、コード全体を再生するために必要となる、識別可能なパターン形状(例えば、有色の薄膜や凹部等のドット)を備え、そのコードパターンの有無によって前記製造情報をコード化している。
その識別コードの形成方法には、金属箔にレーザビームを照射してコードパターンをスパッタ成膜するレーザスパッタ法や、研磨材を含んだ水を基板等に噴射してコードパターンを刻印するウォータージェット法が提案されている(特許文献1、特許文献2)。
しかし、上記レーザスパッタ法では、所望するサイズのコードパターンを得るために、金属箔と基板の間隙を、数〜数十μmに調整しなければならない。つまり、基板と金属箔の表面に対して非常に高い平坦性が要求され、しかも、これらの間隙をμmオーダの精度で調整しなければならない。その結果、識別コードを形成できる対象基板が制限されて、その汎用性を損なう問題を招いていた。また、ウォータージェット法では、基板の刻印時に、水や塵埃、研磨剤等が飛散するため、基板を汚染する問題があった。
近年、こうした生産上の問題を解消する識別コードの形成方法として、インクジェット法が注目されている。インクジェット法は、金属微粒子を含む微小液滴を液滴吐出装置から吐出し、その液滴を乾燥させることによってコードパターンを形成する。そのため、識別コードを形成する基板の対象範囲を拡大することができ、同基板の汚染等を回避して識別コードを形成することができる。
また、こうしたインクジェット法は、微小液滴のサイズに応じたパターンを形成できる利便性から、上記液晶表示装置や有機EL表示装置の画素領域に備えられるカラーフィルタや発光素子の製造方法としても利用されている。すなわち、カラーフィルタを形成するカラー着色層形成領域に、各色の着色層形成材料を含む微小液滴を吐出し、その液滴を乾燥させることによってカラーフィルタを形成する。また、発光素子を形成する発光素子形成領域に、発光層形成材料を含む微小液滴を吐出し、その液滴を乾燥させることによって発光素子を形成する。これによって、パターンを形成するためのマスクや、そのマスクを形成するためのフォトリソグラフィ工程を削減することができ、各パターンの生産性を向上することができる。
特開平11−77340号公報 特開2003−127537号公報
しかしながら、上記するデータセルやカラー着色層形成領域、発光素子形成領域の形状
は、その使用用途に応じて、楕円形状や矩形状等、多種類にわたる形状に形成されている。そのため、上記するインクジェット法では、以下の問題を生じていた。
すなわち、吐出された微小液滴は、パターン形成領域で同心円状に濡れ広がり、略半球面状に定着する。その結果、所望するパターン形状が楕円形状や矩形状等の場合、パターン形成領域から食み出すパターンを形成したり、パターン形成領域にパターンの形成されない部位を残したりする問題があった。
こうした問題は、パターン形成領域全体を囲う隔壁に、微小液滴を撥液する撥液性を付与し、さらにパターン形成領域内全体に、微小液滴を濡れ広がらせる親液性を付与することによって回避可能と考えられる。しかし、パターン形成領域に着弾した微小液滴を、所望の方向に濡れ広がらせるには十分ではなかった。しかも、隔壁を形成するためのパターニング工程が付加され、パターンを製造するための工程数を増加させる問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、液滴を乾燥して形成するパターンの形状制御性を向上した液滴吐出装置、パターン形成方法、識別コードの製造方法、識別コード、電気光学装置の製造方法及び電気光学装置を提供することである。
本発明の液滴吐出装置は、パターン形成材料を含む液滴を、被吐出面のパターン形成領域に吐出する液滴吐出手段を備えた液滴吐出装置において、前記パターン形成領域に着弾した液滴の濡れ広がりを抑制する位置にエネルギービームを照射するエネルギービーム照射手段を備えた。
本発明の液滴吐出装置によれば、エネルギービームの照射によって、着弾した液滴の過剰な濡れ広がりを抑制し、液滴を、所望の領域内に閉じ込める(ピニングする)ことができる。従って、着弾した液滴をピニングする分だけ、パターン形状の制御性を向上することができる。
この液滴吐出装置において、前記エネルギービーム照射手段は、少なくとも前記パターン形成領域の一側辺に、前記エネルギービームを照射して、着弾した前記液滴の濡れ広がりを抑制するようにしてもよい。
この液滴吐出装置によれば、少なくともパターン形成領域の一側辺において、液滴の濡れ広がりを、パターン形成領域側に抑制することができ、液滴の一側辺外側への食み出しを回避することができる。
この液滴吐出装置において、前記エネルギービームは、光であってもよい。
この液滴吐出装置によれば、エネルギービームを光で構成することにより、液滴の構成材料(例えば、溶媒や分散媒等)の選択範囲を拡大することができる。
この液滴吐出装置において、前記エネルギービームは、コヒーレント光であってもよい。
この液滴吐出装置によれば、エネルギービームをコヒーレント光で構成することにより、所望のビーム形状を、より高い精度で成形することができ、液滴の過剰な濡れ広がりを、より確実に抑制することができる。
この液滴吐出装置において、前記エネルギービーム照射手段は、前記液滴を乾燥させるためのエネルギービームをさらに照射するようにしてもよい。
この液滴吐出装置によれば、液滴を所望の領域内に閉じ込めた後に、その液滴を乾燥させることができる。従って、パターンの形状制御性を、より確実に向上することができる。
この液滴吐出装置において、着弾した液滴の領域に、相対的に、静止したビーム断面(ビームスポット)のエネルギービームを照射可能にするエネルギービーム走査手段を備えるようにしてもよい。
この液滴吐出装置によれば、被吐出面が搬送される場合等、移動する液滴に対して、相対的に、静止したエネルギービームを照射することができ、その照射位置を維持することができる。また、ビームスポットの形状や強度を所定の時間で変更する場合等、液滴の移動速度や移動量等に制約されることなく、その形状や強度を変更することができ、パターンの形状制御性を、さらに向上することができる。
この液滴吐出装置において、前記被吐出面は、前記液滴を親液する親液性を備えるようにしてもよい。
この液滴吐出装置によれば、エネルギービームを照射しない方向に、液滴を濡れ広がらせることができ、パターン形状を、より確実に所望の形状に制御することができる。
本発明のパターン形成方法は、パターン形成材料を含む液滴を被吐出面に吐出し、前記被吐出面に着弾した前記液滴を乾燥することによってパターンを形成するようにしたパターン形成方法において、被吐出面に着弾した液滴の濡れ広がりを抑制する位置にエネルギービームを照射するようにした。
本発明のパターン形成方法によれば、エネルギービームの照射によって、着弾した液滴の過剰な濡れ広がりを抑制し、液滴を、所望の領域内に閉じ込める(ピニングする)ことができる。従って、着弾した液滴をピニングする分だけ、パターン形状の制御性を向上することができる。
このパターン形成方法において、前記液滴を吐出する前に、前記液滴の濡れ広がりを抑制する位置に、予め前記エネルギービームを照射するようにしてもよい。
このパターン形成方法によれば、照射タイミングのズレによる過剰な濡れ広がりを回避することができ、液滴の形状を、より確実に所望の形状に制御することができる。
このパターン形成方法において、前記液滴を乾燥する前に、前記液滴の濡れ広がりを抑制する位置にエネルギービームを照射するようにしてもよい。
このパターン形成方法によれば、乾燥する前に液滴をピニングすることができ、乾燥途中でピニングする場合に比べ、より高い精度で、パターン形状を制御することができる。
このパターン形成方法において、被吐出面に着弾した液滴の濡れ広がりを抑制する位置にエネルギービームを照射した後に、前記液滴を乾燥させるためのエネルギービームを、さらに照射するようにしてもよい。
このパターン形成方法によれば、液滴を所望の領域内に閉じ込めた後に、その液滴を、エネルギービームによって瞬時に乾燥させることができる。従って、パターンの形状を、確実に、所望の形状に形成することができる。
本発明の識別コードの製造方法において、基板の一側面に設けられたコード形成領域を分割する複数のデータセルに、パターン形成材料を含む液滴を吐出し、前記データセルに着弾した液滴を乾燥することによって前記データセルにコードパターンを形成するように
した識別コードの製造方法において、前記コードパターンを、上記するパターン形成方法によって形成するようにした。
本発明の識別コードの製造方法によれば、コードパターンの形状制御性を向上することができる。
本発明の識別コードは、上記する識別コードの製造方法によって製造した。
本発明の識別コードによれば、所望の形状に制御されたコードパターンによって、識別コードの読み取り誤差等を回避することができ、識別情報を確実に再生することができる。
本発明の電気光学装置の製造方法は、基板の着色層形成領域に着色層形成材料を含む液滴を吐出し、前記着色層形成領域に着弾した前記液滴を乾燥することによって着色層を形成するようにした電気光学装置の製造方法において、前記着色層を、上記するパターン形成方法によって形成するようにした。
本発明の電気光学装置の製造方法によれば、着色層の形状制御性を向上することができる。
本発明の電気光学装置の製造方法は、基板の発光素子形成領域に発光素子形成材料を含む液滴を吐出し、前記発光素子形成領域内に着弾した前記液滴を乾燥することによって発光素子を形成するようにした電気光学装置の製造方法において、前記発光素子を、上記するパターン形成方法によって形成するようにした。
本発明の電気光学装置の製造方法によれば、発光素子の形状制御性を向上することができる。
本発明の電気光学装置は、上記する電気光学装置の製造方法によって製造した。
本発明の電気光学装置によれば、着色層又は発光素子の形状を所望の形状に制御することができる。
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図1〜図12に従って説明する。
まず、本発明の液滴吐出装置を使って形成された識別コードを有する電気光学装置としての液晶表示装置の表示モジュールについて説明する。図1は液晶表示装置の液晶表示モジュールの正面図、図2は液晶表示モジュールの裏面に形成された識別コードの正面図、図3は液晶表示モジュールの裏面に形成された識別コードの側面図である。
図1において、液晶表示モジュール1は、四角形状に形成された光透過性の透明ガラス基板2(以下単に、基板2という。)を備えている。本実施形態では、図1において、基板2の長手方向(横方向)をX矢印方向とし、X矢印方向と直交する方向をY矢印方向とする。
基板2の表面2aであって、その略中央位置には、カラーフィルタ基板3(図17参照)が貼り合わされ、そのカラーフィルタ基板3と基板2との間の間隙に液晶分子を封入した四角形状の表示部3sが形成されている。
その表示部3sの外側には、走査線駆動回路4及びデータ線駆動回路5が形成されている。そして、液晶表示モジュール1は、これら走査線駆動回路4の供給する走査信号と、データ線駆動回路5の供給するデータ信号に基づいて、前記液晶分子の配向状態を制御す
るようになっている。そして、液晶表示モジュール1は、図示しない照明装置から照射された平面光を、液晶分子の配向状態で変調し、表示部3sに、所望の画像を表示するようになっている。
基板2の被吐出面としての裏面2bには、後述する微小液滴Fbを親液する親液性が付与され、図1における右側上隅には、該液晶表示モジュール1の識別コード10が形成されている。識別コード10は、図2に示すように、コード形成領域S内に形成される複数のパターンとしてのドットDによって構成されている。コード形成領域Sは、図4に示すように、16行×16列からなるパターン形成領域としての256個のデータセル(以下単に、セルCという。)に均等に仮想分割されている。詳述すると、本実施形態におけるコード形成領域Sは、2.24mm角の正方形の領域であって、一辺の長さが140μmの正方形のセルCに仮想分割されている。そして、16行×16列の各セルC内に、選択的にドットDが形成され、各セルC内のドットDの有無によって、該液晶表示モジュール1の製品番号やロット番号等を識別可能にしている。
本実施形態では、このセルCの一辺の長さをセル幅Raという。また、この分割されたセルCであって、ドットDが形成されるセルCを黒セルC1とし、セルC内にドットDが形成されないセルCを白セルC0という。また、図4において左側(X矢印方向側)から順に、1列目のセルC(1列目の黒セルC1)、2列目のセルC(2列目の黒セルC1)、・・・、16列目のセルCとし、図4において上側(Y矢印方向側)から順に、1行目のセルC、2行目のセルC、・・・、16行目のセルCという。
黒セルC1に形成されたドットDは、図2に示すように、平面視方向から見て各黒セルC1と略整合した四角形状に形成され、図3に示すように、基板2に密着した半球状に形成されている。このドットDは、インクジェット法によって形成されている。
詳述すると、ドットDは、後述する液滴吐出装置20(図5参照)の吐出ノズルN(図7参照)からパターン形成材料としての金属微粒子(例えば、ニッケル微粒子等)を含む微小液滴Fb(図7参照)をセルC(黒セルC1)に吐出させ、セルC(黒セルC1)に着弾した微小液滴Fbを乾燥し、金属微粒子を焼成させることによって形成されている。
次に、前記識別コード10を形成するために使用する液滴吐出装置20について説明する。図5は、液滴吐出装置20の構成を示す斜視図である。
図5において、液滴吐出装置20には、直方体形状に形成される基台21が備えられている。基台21は、後述する基板ステージ23に前記基板2を載置する状態で、その長手方向が、前記X矢印方向に沿うように形成されている。その基台21の上面には、X矢印方向に延びる1対の案内凹溝22が、X矢印方向全幅にわたり形成され、前記案内凹溝22に対応する図示しない直動機構を備えた基板ステージ23が取付けられている。基板ステージ23の直動機構は、例えば案内凹溝22に沿ってX矢印方向に延びるネジ軸(駆動軸)と、同ネジ軸と螺合するボールナットを備えたネジ式直動機構であって、その駆動軸がステッピングモータよりなるX軸モータMX(図11参照)に連結されている。そして、所定のステップ数に相対する駆動信号がX軸モータMXに入力されると、X軸モータMXが正転又は逆転して、基板ステージ23が同ステップ数に相当する分だけ、X矢印方向に沿って所定の速度(搬送速度Vx)で往動又は復動する(X矢印方向に移動する)ようになっている。
本実施形態では、図5に示すように、最も反X矢印方向に位置する基台21の配置位置を往動位置とし、最もX矢印方向の配置位置(図5に示す2点鎖線)を復動位置という。
基板ステージ23の上面(載置面24)には、図示しない吸引式の基板チャック機構が設けられている。そして、基板2が、その裏面2b(コード形成領域S)を上側にして載
置面24に載置されると、裏面2bが載置面24に対して位置決めされ、1列目のセルCが、最もX矢印方向側(復動位置側)となるように配置されるようになっている。この状態から基板ステージ23を搬送速度VxでX矢印方向に往動すると、基板ステージ23は、裏面2b(セルC)を、搬送速度Vxで同X矢印方向に移動させるようになっている。
基台21のY矢印方向両側には、一対の支持台25a、25bが立設され、その一対の
支持台25a、25bには、Y矢印方向に延びる案内部材26が架設されている。案内部
材26は、その長手方向の幅が基板ステージ23のY矢印方向の幅よりも長く形成され、その一端が支持台25a側に張り出すように配置されている。この支持台25aの張り出
した部分の直下には、後述する吐出ヘッド30のノズル形成面31a(図6参照)を払拭して、そのノズル形成面31aを洗浄する図示しないメンテナンスユニットが配設されている。
案内部材26の上側には、収容タンク27が配設されている。収容タンク27内には、前記金属微粒子を分散させた液体としての機能液F(図7参照)が、後述する液滴吐出ヘッド30(吐出ノズルN)に導出可能に収容されている。
案内部材26の下側には、Y矢印方向に延びる上下一対の案内レール28に対応する図示しない直動機構を備えたキャリッジ29が取付けられている。キャリッジ29の直動機構は、例えば案内レール28に沿ってY矢印方向に延びるネジ軸(駆動軸)と、同ネジ軸と螺合するボールナットを備えたネジ式直動機構であって、その駆動軸が、ステッピングモータよりなるY軸モータMY(図11参照)に連結されている。そして、所定のステップ数に相当する駆動信号をY軸モータMYに入力すると、Y軸モータが正転又は逆転して、キャリッジ29が同ステップ数に相当する分だけY矢印方向に沿って往動又は復動する(Y矢印方向に移動する)ようになっている。
本実施形態では、図5に示すように、最も支持台25a側(反Y矢印方向側)に位置するキャリッジ29の配置位置を往動位置とし、最も支持台25b側(Y矢印方向側)に位置する配置位置(図5に示す2点鎖線)を復動位置という。
図5に示すように、そのキャリッジ29の下側には、液滴吐出ヘッド(以下単に、吐出ヘッド30という。)が設けられている。図6は、その吐出ヘッド30の下面(基板ステージ23側の面)を上方に向けた場合の斜視図を示す。図7は、その吐出ヘッド30の内部構造を説明するための要部断面図である。
吐出ヘッド30には、その下側にノズルプレート31が備えられ、そのノズルプレート31の下面(ノズル形成面31a)には、後述する微小液滴Fbを形成するための16個のノズルNが、Y矢印方向(前記セルCの列方向)に一列となって等間隔に貫通形成されている。
ノズルNは、その形成ピッチの幅が、セルCの形成ピッチ(セル幅Ra)と同じ大きさで形成される円形孔であって、基板2(コード形成領域S)がX矢印方向に沿って往復直線移動するときに、それぞれが列方向に沿う各セルCと対峙可能に配置形成されている。図7に示すように、各ノズルNの形成方向は、ノズル形成面31aに対して垂直であって、基板2(裏面2b)の法線方向(Z矢印方向)に沿って形成されている。
ノズルプレート31(ノズルN)のZ矢印方向には、圧力室としてのキャビティ32が形成されている。キャビティ32は、それぞれ対応する連通孔33及び各連通孔33に共通する供給路34を介して、前記収容タンク27に連通し、収容タンク27内の導出する機能液Fが導入されるようになっている。そして、キャビティ32は、導入された機能液
Fを、それぞれ対応する吐出ノズルN内に供給するようになっている。
キャビティ32のZ矢印方向には、振動板35が備えられている。振動板35は、例えば、厚さが約2μmからなるポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルムであって、Z矢印方向及び反Z矢印方向に振動可能に貼り付けられ、キャビティ32内の容積を拡大・縮小するようになっている。
振動板35のZ矢印方向には、各吐出ノズルNに対応する16個の圧電素子PZが配設されている。圧電素子PZは、その圧電素子PZを駆動制御するための信号(圧電素子駆動信号COM1:図11参照)を受けて収縮・伸張し、前記振動板35を、Z矢印方向及び反Z矢印方向に振動させるようになっている。
そして、圧電素子PZが収縮・伸張すると、キャビティ32内の容積が拡大・縮小し、縮小した容積に対応する機能液Fが、ノズルNから微小液滴Fbとして吐出される。吐出された微小液滴Fbは、裏面2bに着弾し、裏面2bの親液性によって、半球面状を呈しながらその径方向外側に向かって濡れ広がる。
本実施形態では、裏面2b上であってノズルNの直下、すなわち微小液滴Fbの着弾する位置を、着弾位置Paという。
図5に示すように、キャリッジ29の下側であって前記吐出ヘッド30のX矢印方向側には、エネルギービーム照射手段としてのレーザヘッド36が併設されている。
図6及び図7に示すように、レーザヘッド36の下面であって、前記16個のノズルNのX矢印方向には、各ノズルNに対応する16個の出射口37が形成されている。
図7に示すように、レーザヘッド36の内部には、前記16個の出射口37に対応する半導体レーザアレイLDが備えられ、エネルギービームとしてのレーザビームBを出力するようになっている。本実施形態におけるレーザビームBは、微小液滴Fbの分散媒の蒸発と金属微粒子の焼成を可能にする波長領域(例えば、800nm)の光であって、コヒーレント光である。
レーザヘッド36の内部であって、前記半導体レーザアレイLDの出射口37側には、半導体レーザアレイLD側から順に、コリメータ36a、回折素子36b、反射鏡36c及び対物レンズ36dが備えられている。コリメータ36aは、半導体レーザアレイLDの出射するレーザビームBを平行光束にして回折素子36bに導くようになっている。回折素子36bは、機械的あるいは電気的に駆動し、その回折素子36bを駆動制御するための信号(ピニングスポット成形信号SB1(図11参照)及び乾燥強度成形信号SB2(図11参照))を受けて、コリメータ36aを介したレーザビームBに、予め設定された所定の位相変調を付与するようになっている。反射鏡36cは、位相変調されたレーザビームBを対物レンズ36dに導くためのものである。対物レンズ36dは、反射鏡36cの反射したレーザビームBを着弾位置Paの領域で集光するようになっている。
そして、本実施形態のレーザヘッド36は、上記するピニング強度成形信号SB1及び乾燥強度成形信号SB2に基づいて回折素子36bを駆動制御し、着弾位置Paの領域に、2種類のレーザビーム断面(ビームスポット)を成形するようになっている。一つは、前記ピニング強度成形信号SB1に基づく位相変調によって、図8に示すように、X矢印方向に沿ってセル幅Raよりも若干長い帯状のスポットと、Y矢印方向に沿ってセル幅Raよりも若干長い帯状のスポットとからなる十字状のビームスポット(ピニングスポットB1)である。もうひとつは、図8に示すように、セルC(黒セルC1)全体を覆う略四角形状のビームスポット(乾燥スポットB2)である。
尚、本実施形態のレーザヘッド36は、これらコリメータ36a、回折素子36b、反射鏡36c及び対物レンズ36dからなる光学系によって、ピニングスポットB1及び乾燥スポットB2を成形するようにしたが、これに限らず、例えばマスクや回折格子等からなる光学系によって、ピニングスポットB1あるいは乾燥スポットB2を成形する構成にしてもよい。
そして、図9に示すように、着弾した微小液滴Fbの外径がセル幅Raよりも若干小さい外径(照射径Re)になるタイミングで、その微小液滴Fbに、ピニングスポットB1のレーザビームBを照射する。すると、レーザビームBは、微小液滴Fbの外縁であって、黒セルC1の枠に最も近い縁(抑制部Fb1)と、微小液滴Fb内であって、前記抑制部Fb1を含む径方向の領域(照射領域Fs1)を照射し、抑制部Fb1及び照射領域Fs1の微小液滴Fbを、乾燥して定着させる。
従って、ピニングスポットB1のレーザビームBは、微小液滴Fbの径方向外側に向かう濡れ広がりを、抑制部Fb1の近傍で抑制し、その抑制部Fb1で、微小液滴Fbを黒セルC1内に閉じ込める(ピニングする)。
一方、レーザビームBの照射されない微小液滴Fbの領域は、裏面2bの親液性によって、図10の破線矢印で示すように、径方向外側への濡れ広がりを続け、抑制部Fb1から最も離間する位置(張出位置Fb2)で、その濡れ広がり量を最大にするように張り出す。
そこで、図10に示すように、前記張出位置Fb2が、黒セルC1の隅と近接するタイミングで、その微小液滴Fbに、乾燥スポットB2のレーザビームBを照射する。すると、レーザビームBは、黒セルC1の枠と略整合した微小液滴Fbの全体を覆うように照射され、微小液滴Fbの全体を乾燥・焼成する。
従って、乾燥スポットB2のレーザビームBは、黒セルC1の略全体に広がる状態で微小液滴Fbを乾燥・焼成し、黒セルC1の枠と略整合したドットDを形成する。
本実施形態では、圧電素子PZが吐出動作を開始する時から、着弾した微小液滴Fbの外径が照射径Reになる時(ピニングスポットB1のレーザビームBを照射する時)までの時間を、第1待機時間T1という。また、圧電素子PZが吐出動作を開始する時から、張出位置Fb2が黒セルC1の隅と近接する時(乾燥スポットB2のレーザビームBを照射する時)までの時間を、第2待機時間T2という。尚、本実施形態では、超高速度カメラ等によって、着弾時からの微小液滴Fbの形状を観測し、上記する第1待機時間T1及び第2待機時間T2を計測した。
次に、上記のように構成した液滴吐出装置20の電気的構成を図11に従って説明する。
図11において、制御装置40には、CPU等からなる制御部41、DRAM及びSRAMからなり各種データを格納するRAM42、各種制御プログラムを格納するROM43が備えられている。また、制御装置40には、前記圧電素子駆動信号COM1を生成する駆動信号生成回路44、前記レーザ駆動信号COM2を生成する電源回路45、各種信号を同期するためのクロック信号CLKを生成する発振回路46等が備えられている。
そして、制御装置40には、これら制御部41、RAM42、ROM43、駆動信号生成回路44、電源回路45、発振回路46が、図示しないバスを介して接続されている。
制御装置40には、入力装置51が接続されている。入力装置51は、起動スイッチ、停止スイッチ等の操作スイッチを有し、各スイッチの操作による操作信号を制御装置40(制御部41)に出力する。また、入力装置51は、基板2の製品番号やロット番号等の
識別データを公知の方法で2次元コード化した識別コード10の画像を既定形式の描画データIaとして制御装置40に出力する。制御装置40は、入力装置51からの描画データIaと、ROM43等に格納された制御プログラム(例えば、識別コード作成プログラム)に従って、基板ステージ23を移動させて基板2の搬送処理動作を行い、吐出ヘッド30の各圧電素子PZを駆動させて液滴吐出処理動作を行う。また、制御装置40は、識別コード作成プログラムに従って、半導体レーザアレイLDを駆動させて微小液滴Fbを乾燥・焼成させる乾燥・焼成処理動作を行う。
詳述すると、制御部41は、入力装置51からの描画データIaに所定の展開処理を施し、二次元描画平面(コード形成領域S)上における各セルCに、微小液滴Fbを吐出するか否かを示すビットマップデータBMDを生成し、生成したビットマップデータBMDをRAMに格納するようになっている。このビットマップデータBMDは、前記セルCに対応した16×16ビットのデータであり、各ビットの値(0あるいは1)に応じて、前記圧電素子PZのオンあるいはオフ(微小液滴Fbを吐出するか否か)を規定するものである。
また、制御部41は、入力装置51からの描画データIaに前記ビットマップデータBMDの展開処理と異なる展開処理を施し、描画条件に応じた圧電素子駆動信号COM1の波形データを生成して駆動信号生成回路44に出力するようになっている。駆動信号生成回路44は、制御部41からの波形データを図示しない波形メモリに格納する。そして、駆動信号生成回路44は、格納した波形データをデジタル/アナログ変換して、アナログ信号の波形信号を増幅することにより、対応する圧電素子駆動信号COM1を生成するようになっている。
そして、制御部41は、前記ビットマップデータBMDを、発振回路46の生成するクロック信号CLKに同期させて、後述する吐出ヘッド駆動回路57(シフトレジスタ57a)に、吐出制御データSIとしてシリアル転送する。そして、制御部41は、シリアル転送した吐出制御データSIをラッチするためのラッチ信号LATを出力する。
また、制御部41は、前記圧電素子駆動信号COM1を、発振回路46の生成するクロック信号CLKに同期させて、後述する吐出ヘッド駆動回路57(スイッチ回路57d)に出力する。また、制御部41は、圧電素子駆動信号COM1を選択するための選択信号SELを、吐出ヘッド駆動回路57(スイッチ回路57d)に出力し、選択信号SELに対応する圧電素子駆動信号COM1を、各圧電素子PZ(PZ1〜PZ16)に印加させるように構成されている。
図11に示すように、制御装置40には、X軸モータ駆動回路52が接続され、X軸モータ駆動回路52にX軸モータ駆動制御信号を出力するようになっている。X軸モータ駆動回路52は、制御装置40からのX軸モータ駆動制御信号に応答して、前記基板ステージ23を往復移動させるX軸モータMXを正転又は逆転させるようになっている。そして、例えば、X軸モータMXを正転させると、基板ステージ23はX矢印方向に移動し、逆転させると、基板ステージ23は反X矢印方向に移動するようになっている。
制御装置40には、Y軸モータ駆動回路53が接続され、Y軸モータ駆動回路53にY軸モータ駆動制御信号を出力するようになっている。Y軸モータ駆動回路53は、制御装置40からのY軸モータ駆動制御信号に応答して、前記キャリッジ29を往復移動させるY軸モータMYを正転又は逆転させるようになっている。例えば、Y軸モータMYを正転させると、キャリッジ29はY矢印方向に移動し、逆転させると、キャリッジ29は反Y矢印方向に移動する。
制御装置40には、基板検出装置54が接続されている。基板検出装置54は、基板2の端縁を検出し、制御装置40によって吐出ヘッド30(ノズルN)の直下を通過する基板2の位置を算出する際に利用される。
制御装置40には、X軸モータ回転検出器55が接続され、X軸モータ回転検出器55からの検出信号が入力される。制御装置40は、X軸モータ回転検出器55からの検出信号に基づいて、X軸モータMXの回転方向及び回転量を検出し、基板ステージ23のX矢印方向の移動量と、移動方向とを演算するようになっている。
制御装置40には、Y軸モータ回転検出器56が接続され、Y軸モータ回転検出器56からの検出信号が入力される。制御装置40は、Y軸モータ回転検出器56からの検出信号に基づいて、Y軸モータMYの回転方向及び回転量を検出し、キャリッジ29のY矢印方向の移動方向及び移動量を演算する。
制御装置40には、吐出ヘッド駆動回路57及びレーザヘッド駆動回路58が接続されている。
吐出ヘッド駆動回路57には、シフトレジスタ57a、ラッチ回路57b、レベルシフタ57c及びスイッチ回路57dが備えられている。シフトレジスタ57aは、クロック信号CLKに同期した制御装置40からの吐出制御データSIを、16個の圧電素子PZ(PZ1〜PZ16)に対応させたシリアル/パラレル変換を行う。ラッチ回路57bは、シフトレジスタ57aのパラレル変換した16ビットの吐出制御データSIを、制御装置40からのラッチ信号LATに同期してラッチし、ラッチした吐出制御データSIを、レベルシフタ57c及びレーザヘッド駆動回路58(遅延回路58a)に出力する。レベルシフタ57cは、ラッチ回路57bのラッチした吐出制御データSIを、スイッチ回路57dの駆動する電圧まで昇圧して、各圧電素子PZ(PZ1〜PZ16)に対応する第1開閉信号GS1(図12参照)を生成する。
スイッチ回路57dには、各圧電素子PZに対応する図示しない16個のスイッチ素子が備えられている。各スイッチ素子の入力側には、前記選択信号SELに対応した圧電素子駆動信号COM1が入力され、出力側には、それぞれ対応する圧電素子PZ(PZ1〜PZ16)が接続されている。そして、スイッチ回路57dの各スイッチ素子には、レベルシフタ57cからの対応する第1開閉信号GS1がそれぞれ入力され、各第1開閉信号GS1に応じて、圧電素子駆動信号COM1を、対応する圧電素子PZに供給するか否かを制御するようになっている。
すなわち、本実施形態の液滴吐出装置20は、駆動信号生成回路44の生成した圧電素子駆動信号COM1を、対応する各圧電素子PZに印加するとともに、その圧電素子駆動信号COM1の印加を、制御装置40からの吐出制御データSI(第1開閉信号GS1)で制御するようになっている。そして、吐出制御データSIに基づいて、閉じた状態のスイッチ素子に対応する圧電素子PZに、圧電素子駆動信号COM1が印加されると、その圧電素子PZに対応するノズルNから微小液滴Fbが吐出される。
図12は、上記するラッチ信号LAT、吐出制御データSI及び第1開閉信号GS1のパルス波形を示すタイミングチャートである。
図12に示すように、吐出ヘッド駆動回路57に入力されるラッチ信号LATが立ち下がると、16ビット分の吐出制御データSIに基づいて第1開閉信号GS1が生成され、第1開閉信号GS1が立ち上がった時に、対応する圧電素子PZに圧電素子駆動信号COM1が供給される。そして、圧電素子駆動信号COM1に基づいた圧電素子PZの伸縮動によって、対応するノズルNから、微小液滴Fbが吐出される。そして、第1開閉信号GS1が立ち下がると、圧電素子PZの駆動による微小液滴Fbの吐出動作が終了する。
レーザヘッド駆動回路58には、遅延回路58a、回折素子駆動回路58b及びスイッチ回路58cが備えられている。
遅延回路58aは、ラッチ回路57bのラッチした吐出制御データSIを、前記第1待機時間T1だけ遅延させた所定の時間幅のパルス信号(第2開閉信号GS2及びスポット形成信号GS3a)を生成する。また、遅延回路58aは、ラッチ回路57bのラッチした吐出制御データSIを、前記第2待機時間T2だけ遅延させた所定の時間幅のパルス信号(スポット切替信号GS3b)を生成する。
そして、遅延回路58aは、スポット形成信号GS3a及びスポット切替信号GS3bを回折素子駆動回路58bに出力する。また、遅延回路58aは、第2開閉信号GS2をスイッチ回路58cに出力する。
回折素子駆動回路58bは、遅延回路58aからのスポット形成信号GS3aを受けて、ピニング強度成形信号SB1を、対応する回折素子36bに出力する。また、回折素子駆動回路58bは、遅延回路58aからのスポット切替信号GS3bを受けて、乾燥強度成形信号SB2を、対応する回折素子36bに出力する。そして、回折素子駆動回路58bは、スポット形成信号GS3a及びスポット切替信号GS3bを受けるタイミングで、それぞれピニングスポットB1及び乾燥スポットB2を成形するための各回折素子36bの駆動制御を行う。
スイッチ回路58cには、各半導体レーザアレイLDに対応する図示しない16個のスイッチ素子が備えられている。各スイッチ素子の入力側には、電源回路45の生成したレーザ駆動信号COM2が入力され、出力側には、対応する各半導体レーザアレイLD(LD1〜LD16)が接続されている。そして、スイッチ回路58cの各スイッチ素子には、遅延回路58aからの対応する第2開閉信号GS2がそれぞれ入力され、各第2開閉信号GS2に応じて、レーザ駆動信号COM2を半導体レーザアレイLDに供給するか否かを制御するようになっている。
すなわち、本実施形態の液滴吐出装置20は、電源回路45の生成したレーザ駆動信号COM2を、対応する各半導体レーザアレイLDに共通に印加するとともに、そのレーザ駆動信号COM2の印加を、制御装置40(吐出ヘッド駆動回路57)からの吐出制御データSI(第2開閉信号GS2)によって制御するようにしている。そして、吐出制御データSIに基づいて、閉じた状態のスイッチ素子に対応する半導体レーザアレイLDに、レーザ駆動信号COM2が供給されると、対応する半導体レーザアレイLDからレーザビームBが出射され、着弾位置Paに、ピニング強度成形信号SB1もしくは乾燥強度成形信号SB2のレーザビームBが照射される。
そして、図12に示すように、ラッチ信号LATが吐出ヘッド駆動回路57に入力されてから、第1待機時間T1を経過すると、遅延回路58aによって、スポット形成信号GS3a及び第2開閉信号GS2が生成され、そのスポット形成信号GS3a及び第2開閉信号GS2が、それぞれ回折素子駆動回路58b及びスイッチ回路58cに供給される。
そして、スポット形成信号GS3aが立ち上がった時に、回折素子駆動回路58bは、ピニング強度成形信号SB1を回折素子36bに出力して、ピニング強度成形信号SB1に基づく駆動制御を行う。これと同時に、第2開閉信号GS2が立ち上がった時に、スイッチ回路58cは、対応する半導体レーザアレイLDにレーザ駆動信号COM2を印加して、半導体レーザアレイLDからレーザビームBを出射させる。
従って、第1待機時間T1を経過すると、照射径Reからなる着弾位置Paの微小液滴
Fbには、ピニングスポットB1のレーザビームBが一斉に照射される。
続いて、ラッチ信号LATが吐出ヘッド駆動回路57に入力されて、第2待機時間T2を経過すると、遅延回路58aによって、スポット切替信号GS3bが生成され、そのスポット切替信号GS3bが、回折素子駆動回路58bに供給される。そして、スポット切替信号GS3bが立ち上がった時に、回折素子駆動回路58bは、乾燥強度成形信号SB2を回折素子36bに出力して、乾燥強度成形信号SB2に基づく駆動制御を行う。
従って、第2待機時間T2を経過すると、ピニングされた着弾位置Paの微小液滴Fbに、乾燥スポットB2のレーザビームBが一斉に照射される。
そして、第2開閉信号GS2が立ち下がると、レーザ駆動信号COM2の供給が遮断されて半導体レーザアレイLDによる乾燥・焼成処理動作が終了する。
次に、液滴吐出装置20を使って識別コード10を形成する方法について説明する。
まず、図5に示すように、往動位置に位置する基板ステージ23上に、基板2を、裏面2bが上側になるように配置固定する。このとき、基板2のY矢印方向側の辺は、案内部材26より反X矢印方向側に配置されている。また、キャリッジ29(吐出ヘッド30)は、基板2がX矢印方向に移動したとき、その直下を、識別コード10を形成する位置(コード形成領域S)が通過する位置にセットされている。
この状態から、制御装置40は、X軸モータMXを駆動制御し、基板ステージ23を介して基板2を搬送速度VxでX矢印方向に搬送させる。やがて、基板検出装置54が基板2のX矢印側の端縁を検出すると、制御装置40は、Y軸モータ回転検出器56からの検出信号に基づいて、1列目のセルC(黒セルC1)の中心位置が着弾位置Paまで搬送されたかどうか演算する。
この間、制御装置40は、コード作成プログラムに従って、RAM42に格納したビットマップデータBMDに基づく吐出制御データSIと、駆動信号生成回路44で生成した圧電素子駆動信号COM1を吐出ヘッド駆動回路57に出力する。また、制御装置40は、電源回路45で生成したレーザ駆動信号COM2をレーザヘッド駆動回路58に出力する。そして、制御部41は、吐出ヘッド駆動回路57に、ラッチ信号LATを出力するタイミングを待つ。
そして、1列目のセルC(黒セルC1)が着弾位置Paまで搬送されると、制御装置40は、X軸モータ駆動回路52を介して基板2の搬送を停止し、ラッチ信号LATを、吐出ヘッド駆動回路57に出力する。吐出ヘッド駆動回路57は、制御装置40からのラッチ信号LATを受けると、吐出制御データSIに基づいて第1開閉信号GS1を生成し、その第1開閉信号GS1をスイッチ回路57dに出力する。そして、閉じた状態のスイッチ素子に対応する圧電素子PZに、選択信号SELに対応した圧電素子駆動信号COM1を供給し、対応するノズルNから、圧電素子駆動信号COM1に相対する微小液滴Fbを一斉に吐出する。吐出された微小液滴Fbは、一斉に、対応する黒セルC1に着弾する。
一方、ラッチ信号LATが吐出ヘッド駆動回路57に入力されると、レーザヘッド駆動回路58(遅延回路58a)は、ラッチ回路57bからの吐出制御データSIを受けて、スポット形成信号GS3a、スポット切替信号GS3b及び第2開閉信号GS2の生成を開始し、スポット形成信号GS3a、スポット切替信号GS3b及び第2開閉信号GS2を、それぞれ回折素子駆動回路58b及びスイッチ回路58cに出力するタイミングを待つ。
そして、圧電素子PZが吐出動作を開始した時から、すなわち制御装置40がラッチ信号LATを出力した時から、第1待機時間T1だけ経過すると、レーザヘッド駆動回路5
8は、スポット形成信号GS3aを回折素子駆動回路58bに出力し、第2開閉信号GS2をスイッチ回路58cに出力する。
すると、回折素子駆動回路58bは、ピニング強度成形信号SB1を回折素子36bに出力し、そのピニング強度成形信号SB1に基づく回折素子36bの駆動制御を行う。また、スイッチ回路58cは、第2開閉信号GS2に基づいて、閉じた状態のスイッチ素子に対応する半導体レーザアレイLDに、レーザ駆動信号COM2を供給し、対応する半導体レーザアレイLDから、一斉にレーザビームBを出射する。
この際、黒セルC1に着弾した微小液滴Fbは、第1待機時間T1の経過によって、その外径が照射径Reになるまで濡れ広がる。
従って、着弾位置Paに位置する微小液滴Fbには、その外径が照射径Reになるタイミングで、ピニングスポットB1のレーザビームBが照射されて、その径方向外側に向かう濡れ広がりを、抑制部Fb1の近傍で抑制される(黒セルC1内にピニングされる)。
続いて、制御装置40がラッチ信号LATを出力した時から、第2待機時間T2だけ経過すると、レーザヘッド駆動回路58は、スポット切替信号GS3bを、回折素子駆動回路58bに出力する。
すると、回折素子駆動回路58bは、乾燥強度成形信号SB2を回折素子36bに出力し、その乾燥強度成形信号SB2に基づく回折素子36bの駆動制御を行う。
この際、ピニングされた微小液滴Fbは、第2待機時間T2の経過によって、その張出位置Fb2が、黒セルC1の隅と近接する位置まで濡れ広がる。
従って、着弾位置Paに位置する微小液滴Fbには、その張出位置Fb2が、黒セルC1の隅と近接するタイミングで、乾燥スポットB2のレーザビームBが照射されて、黒セルC1の枠に略整合する状態で乾燥・焼成される。すなわち、黒セルC1の枠と略整合した一列目のドットDが形成される。
以後、同様に、制御装置40は、各列のセルCが着弾位置Paに位置する状態で、その黒セルC1に対応するノズルNから、微小液滴Fbを一斉に吐出し、第1待機時間T1及び第2待機時間T2を経過するタイミングで、順にピニングスポットB1と乾燥スポットB2のレーザビームBを照射させる。
そして、コード形成領域Sに形成される識別コード10の全てドットDを形成されると、制御装置40は、X軸モータMXを制御して、基板2を吐出ヘッド30の下方位置から退出させる。
次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
(1)上記実施形態によれば、着弾位置Paの領域で、X矢印方向に沿ってセル幅Raよりも若干長い帯状のスポットと、Y矢印方向に沿ってセル幅Raよりも若干長い帯状のスポットとからなる十字状のピニングスポットB1を成形するようにした。そして、着弾位置Paに着弾した微小液滴Fbの外径が、セル幅Raよりも若干小さい照射径Reになるタイミングで、そのピニングスポットB1のレーザビームBを、微小液滴Fbに照射するようにした。
その結果、微小液滴Fbの抑制部Fb1と照射領域Fs1を乾燥して定着させることができ、微小液滴Fbの径方向外側に向かう濡れ広がりを、抑制部Fb1の近傍で抑制し、その抑制部Fb1で、微小液滴Fbを黒セルC1にピニングすることができる。
従って、ドットDの形状を、セルCから食み出すことのない形状に制御することができる。
(2)上記実施形態によれば、着弾位置Paの領域で、セルC(黒セルC1)全体を覆う略四角形状のビームスポット(乾燥スポットB2)を成形するようにした。そして、ピニングされた微小液滴Fbの張出位置Fb2が、黒セルC1の隅と近接するタイミングで、その乾燥スポットB2のレーザビームBを、微小液滴Fbに照射するようにした。
その結果、微小液滴Fbが黒セルC1の枠と略整合した形状になるタイミングで、微小液滴Fbの全体を乾燥・焼成することができ、黒セルC1の枠と略整合した形状のドットDを形成することができる。
(3)上記実施形態によれば、ピニング強度成形信号SB1及び乾燥強度成形信号SB2に基づいて回折素子36bを駆動制御し、上記するピニングスポットB1と乾燥スポットB2を動的に成形するようにした。その結果、ピニングした微小液滴Fbを、所望のタイミングで乾燥させることができ、より高い精度で、ドットDの形状を制御することができる。
(4)上記実施形態によれば、半導体レーザアレイLDからのレーザビームBによって、ピニングスポットB1及び乾燥スポットB2を成形するようにした。その結果、微小液滴Fbの乾燥・焼成条件に対応した波長領域の光によって、ピニングスポットB1及び乾燥スポットB2を、より高い精度で成形することができる。従って、黒セルC1の枠と略整合した形状のドットDを、さらに高い精度で形成することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明を具体化した第2実施形態を、図13〜図16に従って説明する。尚、第2実施形態では、第1実施形態におけるレーザヘッド36の光学系を変更した構成である。そのため以下では、レーザヘッド36の変更点ついて詳細に説明する。
図13において、レーザヘッド36には、第1実施形態に示す半導体レーザアレイLD、コリメータ36a及び回折素子36bに加え、シリンドリカルレンズ61、エネルギービーム走査手段を構成するポリゴンミラー62及び走査レンズ63が配設されている。
シリンドリカルレンズ61は、Z矢印方向にのみ曲率を有するレンズであって、ポリゴンミラー62の面倒れを補正して、レーザビームBをポリゴンミラー62に導入するようになっている。ポリゴンミラー62は、正三十六角形を構成する位置に配置された36枚の反射面Mを有し、これらの反射面Mを、ポリゴンモータ(図15参照)によって、図13に示す矢印R方向に回転させるようになっている。すなわち、本実施形態のポリゴンミラー62は、その回転角θpが矢印R方向に10°回転する毎に、レーザビームBの導入される反射面Mが、後続する反射面Mに切り替わるようになっている。走査レンズ63は、ポリゴンミラー62によって反射されたレーザビームBの裏面2b上での走査速度を一定に制御する、いわゆるfθレンズである。
本実施形態では、図13に示すように、レーザビームBがポリゴンミラー62の反射面M(反射面Ma)の矢印R方向側端部に導入される状態であって、反射偏向されたレーザビームBの偏向角が、走査レンズ63の光軸63Aを基準として、偏向角θ1(本実施形態では5°)だけ偏向されようになっている。
本実施形態では、図13に示す状態を、ポリゴンミラー62の回転角θpが0°であるという。
そして、ポリゴンミラー62の回転角θpが0°のときに、回折素子36bで位相変調されたレーザビームBがシリンドリカルレンズ61に導入されると、シリンドリカルレン
ズ61は、紙面に直交する方向に対するレーザビームBの光軸を調整して、レーザビームBをポリゴンミラー62に導く。レーザビームBの導入されたポリゴンミラー62は、反射面Maによって、レーザビームBを、光軸63Aに対する偏向角θ1の方向に反射偏向し、走査レンズ63を介して、裏面2b上に導く。
本実施形態では、回転角θpが0°のときに、レーザビームBの照射される裏面2b上の位置を照射開始位置Pe1という。この照射開始位置Pe1は、第1実施形態における着弾位置PaからX矢印方向に所定の距離だけ離間した位置に設定され、この照射開始位置Pe1と前記着弾位置Pa(図7参照)との間の距離は、以下に示す距離に設定されている。すなわち、着弾位置Pa(図7参照)と照射開始位置Pe1との間の距離は、微小液滴Fbが、第1待機時間T1で搬送される距離であって、着弾した微小液滴Fbの外径が、照射開始位置Pe1で照射径Reとなる距離に設定されている。
従って、図13に示すように、ポリゴンミラー62の回転角θpが0°になるときに、微小液滴Fbが前記照射開始位置Pe1に搬送されると、照射径Reからなる微小液滴Fbに、反射面Maの偏向反射したピニングスポットB1のレーザビームBが照射される。
そして、ポリゴンミラー62を矢印R方向に回転し、その回転角θpが略10°になると、図14に示すように、ポリゴンミラー62は、反射面Maの反矢印R方向側の端部によって、レーザビームBを、光軸63Aに対する偏向角θ2(本実施形態では−5°)の方向に偏向反射し、走査レンズ63を介して、裏面2b上に導く。
本実施形態では、回転角θpが10°のときに、レーザビームBの照射される裏面2b上の位置を照射終了位置Pe2とし、この照射終了位置Pe2と前記照射開始位置Pe1との間の領域を走査領域Lsとする。この走査領域LsのX矢印方向の幅(走査幅)は、セル幅Raに設定されている。
つまり、レーザヘッド36は、ポリゴンミラー62の偏向反射によって、レーザビームB(ビームスポット)を、セルC(セル幅Ra)単位で走査する(照射開始位置Pe1から照射終了位置Pe2まで移動する)ように構成されている。
また、本実施形態における基板ステージ23(黒セルC1)の搬送速度Vxは、ビームスポットが一回走査される間に、黒セルC1の中心位置を、照射開始位置Pe1から照射終了位置Pe2まで搬送する速度に設定されている。しかも、本実施形態における搬送速度Vxは、各微小液滴Fbが、前記走査領域Lsの途中に位置するときに、それぞれが第1実施形態における第2待機時間T2(乾燥スポットB2のレーザビームBを照射する時間)を経過する速度に設定されている。
従って、走査領域Lsを通過する微小液滴Fbには、レーザビームBのセルC単位の走査によって、相対的に、静止した状態のピニングスポットB1と乾燥スポットB2のレーザビームBが順に照射される。
次に、上記のように構成した液滴吐出装置20の電気的構成を図15に従って説明する。
レーザヘッド駆動回路58には、ポリゴンモータ駆動回路58dが備えられている。ポリゴンモータ駆動回路58dは、制御装置40からのポリゴンモータ駆動開始信号SSPを受けてポリゴンモータ駆動制御信号SMPを生成し、そのポリゴンモータ駆動制御信号SMPをポリゴンモータMPに出力してポリゴンモータMPを回転駆動する。
制御装置40は、基板検出装置54からの検出信号に基づいて、ポリゴンモータMPの
回転駆動を開始させる。詳述すると、制御装置40は、1列目の黒セルC1の中心位置が前記照射開始位置Pe1に位置するときに、ポリゴンミラー62の回転角θpを0°にする所定のタイミングで、ポリゴンモータ駆動開始信号SSPを前記レーザヘッド駆動回路58に出力する。
図16は、ポリゴンモータ駆動開始信号SSP、ラッチ信号LAT、第1開閉信号GS1、第2開閉信号GS2、スポット形成信号GS3a、スポット切替信号GS3b、回転角θp及び走査領域Lsに位置するセルCの列番号を示す。尚、図15では、1、2,4、6列目のセルCが黒セルC1であって、3、5列目のセルCが白セルC0となる行のドットDを形成する場合について示す。
基板ステージ23に載置された基板2が、搬送速度VxでX矢印方向に搬送され、基板検出装置54が、基板2のX矢印側の端縁を検出すると、図16に示すように、上記する所定のタイミングで、制御装置40が、ポリゴンモータ駆動開始信号SSPを生成する。そして、ポリゴンモータ駆動開始信号SSPが立ち上がった時に、ポリゴンモータ駆動回路58dによってポリゴンモータ駆動制御信号SMPが生成され、ポリゴンミラー62が矢印R方向に回転駆動する。これによって、1列目の黒セルC1の中心位置が前記照射開始位置Pe1に位置するときに、ポリゴンミラー62の回転角θpが0°となる。
続いて、第1実施形態と同じく、1列目のセルC(黒セルC1)が着弾位置Paまで搬送されて、ラッチ信号LATが立ち下がると、第1開閉信号GS1が生成され、対応するノズルNから、一斉に微小液滴Fbが吐出される。吐出された微小液滴Fbは、対応する1列目の黒セルC1に一斉に着弾する。
そして、ラッチ信号LATが立ち下がった時(1列目に対する吐出動作開始時)から、第1待機時間T1だけ経過すると、着弾した微小液滴Fbが、その外径を照射径Reにして照射開始位置Pe1に搬送される(1列目の黒セルC1の中心位置が走査領域Lsに侵入する)。これと同時に、レーザヘッド駆動回路58で第2開閉信号GS2及びスポット形成信号GS3aが生成されて、これら第2開閉信号GS2及びスポット形成信号GS3aが立ち上がった時に、対応する出射口37から、一斉にピニングスポットB1のレーザビームBが出射される。
この時、図16に示すように、回転駆動するポリゴンミラー62の回転角θpは0°である。そのため、ピニングスポットB1のレーザビームBは、照射開始位置Pe1に位置する微小液滴Fbに照射される。
そして、微小液滴Fbが走査領域Ls内に搬送され続けると、その微小液滴Fbには、レーザビームBの走査によって、相対的に、静止した状態のピニングスポットB1のレーザビームBが照射され続ける。
やがて、ラッチ信号LATが立ち下がった時から、第2待機時間T2だけ経過すると、レーザヘッド駆動回路58でスポット切替信号GS3bが生成され、そのスポット切替信号GS3bが立ち上がった時に、レーザビームBのビームスポットが、ピニングスポットB1から乾燥スポットB2に切り替わる。
そして、搬送速度Vxで搬送される微小液滴Fbには、レーザビームBの走査によって、相対的に、静止した状態の乾燥スポットB2のレーザビームBが照射され続ける。これによって、搬送される微小液滴Fbに、相対的に、静止したピニングスポットB1と乾燥スポットB2のレーザビームBが照射され、黒セルC1の枠と略整合した一列目のドットDが形成される。
やがて、第2開閉信号GS2が立ち下がると、半導体レーザアレイLDからのレーザビームBの出射が停止され、一列目の微小液滴Fbの乾燥・焼成処理動作が終了する。
そして、2列目の吐出動作の開始時から第1待機時間T1だけ経過すると、後続する2列目の黒セルC1の中心位置が、走査領域Lsに侵入して、1列目の黒セルC1の中心位置が、走査領域Lsから離間する。そして、レーザヘッド駆動回路58で第2開閉信号GS2及びスポット形成信号GS3aが生成されて、これら第2開閉信号GS2及びスポット形成信号GS3aが立ち上がった時に、対応する出射口37から、一斉にピニングスポットB1のレーザビームBが出射される。
この時、図16に示すように、回転駆動するポリゴンミラー62の回転角θpは10°である。従って、反射面Mに反射偏向されたピニングスポットB1のレーザビームBは、照射開始位置Pe1に位置する2列目の微小液滴Fbに照射される。
以後、同様に、後続するセルC(黒セルC1)が、着弾した微小液滴Fbを有して、走査領域Ls内を通過する度に、相対的に、静止したピニングスポットB1と乾燥スポットB2のレーザビームBが微小液滴Fbに対して照射され、黒セルC1の枠と略整合したドットDが形成される。
上記実施形態によれば、搬送移動される微小液滴Fbに対して、相対的に、静止したピニングスポットB1と乾燥スポットB2のレーザビームBを照射することができる。従って、識別コード10の生産性を損なうことなく、ピニング位置を安定させることができ、黒セルC1の枠と略整合したドットDが形成することができる。
また、スポット切替信号GS3bによって、ピニングスポットB1と乾燥スポットB2を動的に切り替えるため、基板2の搬送速度Vxに依存しないタイミングで、ビームスポットを変更することができる。従って、着弾後の微小液滴Fbの形状変動に対応させてビームスポットを変更させることができ、ドットDの形状制御性を、さらに向上することができる。
(第3実施形態)
次に、本発明を具体化した第3実施形態を、図17〜図19に従って説明する。尚、第3実施形態では、パターンを前記液晶表示モジュール1のカラーフィルタ基板3の着色層に具体化したものである。そのため以下では、カラーフィルタ基板3について詳細に説明する。図17は、カラーフィルタ基板3を示す斜視図であり、図18は、カラーフィルタ基板3の製造工程を説明する説明図である。また、図19は、図17のA−Aに沿う断面図である。
図17において、カラーフィルタ基板3には、無アルカリガラスからなる四角形状の透明ガラス基板65が備えられている。透明ガラス基板65の一側面であって、第1実施形態に示す基板2側の側面(着色層形成面65a)には、遮光層66が形成されている。遮光層66は、クロムやカーボンブラック等の遮光性材料を含有する樹脂によって形成され、X矢印方向とY矢印方向で交差する格子状に形成されている。
そして、この格子状の遮光層66が形成されることによって、着色層形成面65aの略全面に、四角形状に区画形成された着色層形成領域67が、マトリックス状に配列されている。
各着色層形成領域67には、第1実施形態あるいは第2実施形態で示す液滴吐出装置20によって、各色の着色層(赤色着色層68R、緑色着色層68G及び青色着色層68B)が形成されている。
詳述すると、各色の着色層68R,68G,68Bは、図18に示すように、各色の着色層形成材料を含む微小液滴Fb(図7参照)を、対応する着色層形成領域67に吐出させ、着色層形成面65aに着弾した微小液滴Fbに対して、着色層形成領域67に対応したピニングスポットB1及び乾燥スポットB2のレーザビームBを照射することにより形成されている。
従って、図19に示すように、遮光層66の厚さよりも厚い各色の着色層68R,68G,68Bが、対応する着色層形成領域67から食み出す(混色する)ことなく形成することができる。その結果、吐出した微小液滴Fbの周囲に、食み出しを防止するための隔壁等を別途形成することなく、着色層形成領域67に略整合した各色の着色層68R,68G,68Bを形成することができる。
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、ピニングスポットB1を十字状のビームスポットに具体化したが、これに限らず、例えば、図20に示すように、抑制部Fb1の近傍のみに、円形状のビームスポットを照射するようにしてもよい。あるいは、黒セルC1や着色層形成領域67の枠に沿った形状のビームスポットを照射するようにしてもよい。
○上記実施形態では、着弾した微小液滴Fbの外径が、照射径Reになるタイミングで、ピニングスポットB1のレーザビームBを微小液滴Fbに照射するようにした。これに限らす、例えば、微小液滴Fbの外径が、照射径Reになる前に、予め照射するようにしてもよい。あるいは、微小液滴Fbの外径が、セル幅Raになるタイミングで、レーザビームBを照射するようにしてもよく、微小液滴Fbの外縁が、セルC(黒セルC1)内にあるタイミングで照射するタイミングであればよい。
○上記実施形態では、電気的あるいは機械的に駆動する回折素子36bを利用してピニングスポットB1及び乾燥スポットB2を成形するようにした。これに限らず、例えば、回折格子やマスク、分岐素子等を利用して、ピニングスポットB1あるいは乾燥スポットB2を成形するようにしてもよく、微小液滴Fbの領域で、ピニングスポットB1あるいは乾燥スポットB2を成形可能な光学系であればよい。
○上記実施形態では、ピニングスポットB1のレーザビームBを照射した後に、乾燥スポットB2のレーザビームBを照射するようにした。これに限らず、乾燥スポットB2のレーザビームBにピニングスポットB1のレーザビームBを重畳した強度分布のレーザビームBを照射して、ピニングと乾燥を同時に行うようにしてもよい。
○上記第1実施形態では、ピニングスポットB1及び乾燥スポットB2を着弾位置Paの領域に成形する構成にした。これに限らず、例えばこれらのビームスポットを、それぞれ着弾位置PaのX矢印方向側に成形し、第1待機時間T1を経過するタイミングで、搬送される微小液滴Fbが、ピニングスポットB1の領域を通過し、第2待機時間T2を経過するタイミングで、搬送される微小液滴Fbが、乾燥スポットB2の領域を通過するようにしてもよい。
○上記第1及び第2実施形態では、ドットDを半円球状に具体化したが、その形状は限定されるものではなく、例えば、その平面形状が楕円形のドットであったり、バーコードを構成するバーのように線状であったりしてもよい。
○上記第2実施形態では、ポリゴンミラー62によって、レーザビームBの走査光学系を構成するようにした。これに限らず、例えば、ガルバノミラーで走査光学系を構成する
ようにしてもよい。
○上記実施形態では、レーザ出力手段を半導体レーザアレイLDで具体化したが、これに限らず、例えば炭酸ガスレーザやYAGレーザであってもよく、黒セルC1内に乾燥あるいは焼成可能な波長領域のレーザビームを出力するものであればよい。
○上記実施形態では、エネルギービームをレーザビームとして具体化したが、これに限らず、例えば、インコヒーレント光、イオンビーム、さらにはプラスマ光や電子線であってもよく、着弾した微小液滴Fbを、黒セルC1内に乾燥あるいは焼成可能なエネルギービームであればよい。
○上記実施形態では、ノズルNの数量分だけ半導体レーザアレイLDを設ける構成にしたが、これに限らず、レーザ光源から出射された単一のレーザビームBを、回折素子等の分岐素子によって16分割する光学系によって構成してもよい。
○上記実施形態では、パターンを識別コード10のドットD、カラーフィルタ基板3の着色層に具体化した。これに限らず、例えば、吐出した微小液滴Fbによって形成する絶縁膜や金属配線のパターンに具体化してもよい。この場合にも、上記実施形態と同様に、パターンの形状を制御することができる。
○上記実施形態では、電気光学装置を液晶表示装置として具体化し、パターンをドットDもしくは着色層に具体化した。これに限らず、例えば、電気光学装置をエレクトロルミネッセンス表示装置として具体化し、発光素子形成材料を含む微小液滴Fbを吐出して、パターンとしての発光素子を形成する構成にしてもよい。この構成においても、発光素子の形状を制御することができ、エレクトロルミネッセンス表示装置の生産性を向上することができる。
○上記実施形態では、ドットD(識別コード10)を液晶表示モジュール1に適用した。これに限らず、例えば有機エレクトロルミネッセンス表示装置の表示モジュールであってもよく、あるいは平面状の電子放出素子を備え、同素子から放出された電子による蛍光物質の発光を利用した電界効果型装置(FEDやSED等)を備えた表示モジュールであってもよい。
第1実施形態における液晶表示モジュールの正面図。 同じく、液晶表示モジュールの裏面に形成された識別コードの正面図。 同じく、識別コードの側面図。 同じく、識別コードの構成を説明するための説明図。 同じく、液滴吐出装置の要部斜視図。 同じく、液滴吐出ヘッドを説明するための斜視図。 同じく、液滴吐出ヘッドを説明するための要部概略断面図。 同じく、ビームスポットを説明するための説明図。 同じく、ビームスポットを説明するための説明図。 同じく、ビームスポットを説明するための説明図。 同じく、液滴吐出装置の電気的構成を説明するための電気ブロック回路図。 同じく、圧電素子と半導体レーザの駆動タイミングを説明するためのタイミングチャート。 第2実施形態におけるレーザヘッドを説明するための要部概略断面図。 同じく、レーザヘッドを説明するための要部概略断面図。 同じく、液滴吐出装置の電気的構成を説明するための電気ブロック回路図。 同じく、圧電素子と半導体レーザの駆動タイミングを説明するためのタイミングチャート。 第3実施形態におけるカラーフィルタ基板を示す概略斜視図。 同じく、カラーフィルタ基板を説明するための説明図。 同じく、カラーフィルタ基板を説明するための説明図。 変更例におけるビームスポットを説明するための説明図。
符号の説明
2…基板としての透明ガラス基板、10…識別コード、11…パターンとしてのドット、20…液滴吐出装置、23…基板ステージ、30…液滴吐出ヘッド、36…エネルギービーム照射手段を構成するレーザヘッド、58…エネルギー照射手段を構成するレーザヘッド駆動回路、62…エネルギービーム走査手段を構成するポリゴンミラー、67…パターン形成領域としての着色層形成領域、68R…パターンとしての赤色着色層、68G…パターンとしての緑色着色層、68B…パターンとしての青色着色層、B…エネルギービームとしてのレーザビーム、B1…ピニングスポット、B2…乾燥スポット、C…パターン形成領域としてのデータセル、D…パターンとしてのドット、Fb…微小液滴、Fb1…抑制部、LD…エネルギー照射手段を構成する半導体レーザ、S…コード形成領域。

Claims (16)

  1. パターン形成材料を含む液滴を、被吐出面のパターン形成領域に吐出する液滴吐出手段を備えた液滴吐出装置において、
    前記パターン形成領域に着弾した前記液滴の濡れ広がりを抑制する位置にエネルギービームを照射するエネルギービーム照射手段を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
  2. 請求項1に記載の液滴吐出装置において、
    前記エネルギービーム照射手段は、少なくとも前記パターン形成領域の一側辺に、前記エネルギービームを照射して、着弾した前記液滴の濡れ広がりを抑制することを特徴とする液滴吐出装置。
  3. 請求項1又は2に記載の液滴吐出装置において、
    前記エネルギービームは、光であることを特徴とする液滴吐出装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1つに記載の液滴吐出装置において、
    前記エネルギービームは、コヒーレント光であることを特徴とする液滴吐出装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1つに記載の液滴吐出装置において、
    前記エネルギービーム照射手段は、前記液滴を乾燥させるためのエネルギービームをさらに照射することを特徴とする液滴吐出装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1つに記載の液滴吐出装置において、
    着弾した前記液滴の領域に、相対的に、静止したビームスポットのエネルギービームを照射可能にするエネルギービーム走査手段を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1つに記載の液滴吐出装置において、
    前記被吐出面は、前記液滴を親液する親液性を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
  8. パターン形成材料を含む液滴を被吐出面に吐出し、前記被吐出面に着弾した前記液滴を乾燥することによってパターンを形成するようにしたパターン形成方法において、
    被吐出面に着弾した前記液滴の濡れ広がりを抑制する位置にエネルギービームを照射するようにしたこと特徴とするパターン形成方法。
  9. 請求項8に記載のパターン形成方法において、
    前記液滴を吐出する前に、前記液滴の濡れ広がりを抑制する位置に、予め前記エネルギービームを照射するようにしたことを特徴とするパターン形成方法。
  10. 請求項8又は9に記載のパターン形成方法において、
    前記液滴を乾燥する前に、前記液滴の濡れ広がりを抑制する位置に、前記エネルギービームを照射するようにしたことを特徴とするパターン形成方法。
  11. 請求項8〜10に記載のパターン形成方法において、
    前記液滴の濡れ広がりを抑制する位置にエネルギービームを照射した後に、前記液滴を乾燥させるためのエネルギービームをさらに照射するようにしたことを特徴とする液滴吐出装置。
  12. 基板の一側面に設けられたコード形成領域を分割する複数のデータセルに、パターン形成材料を含む液滴を吐出し、前記データセルに着弾した前記液滴を乾燥することによって前記データセルにコードパターンを形成するようにした識別コードの製造方法において、
    前記コードパターンを、請求項8〜11のいずれか1つに記載のパターン形成方法によって形成するようにしたことを特徴とする識別コードの製造方法。
  13. 請求項12に記載する識別コードの製造方法によって製造した識別コード。
  14. 基板の着色層形成領域に着色層形成材料を含む液滴を吐出し、前記着色層形成領域に着弾した前記液滴を乾燥することによって着色層を形成するようにした電気光学装置の製造方法において、
    前記着色層を、請求項8〜11のいずれか1つに記載のパターン形成方法によって形成するようにしたこと特徴とする電気光学装置の製造方法。
  15. 基板の発光素子形成領域に発光素子形成材料を含む液滴を吐出し、前記発光素子形成領域内に着弾した前記液滴を乾燥することによって発光素子を形成するようにした電気光学装置の製造方法において、
    前記発光素子を、請求項8〜11のいずれか1つに記載のパターン形成方法によって形成するようにしたこと特徴とする電気光学装置の製造方法。
  16. 請求項14又は15に記載の電気光学装置の製造方法によって製造した電気光学装置。
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