JP2006272294A - 液滴吐出装置、パターン形成方法、電気光学装置の製造方法及び電気光学装置 - Google Patents

液滴吐出装置、パターン形成方法、電気光学装置の製造方法及び電気光学装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 液滴を乾燥することによって形成するパターンの組成プロファイルを所望の組成プロファイルに制御する液滴吐出装置、パターン形成方法、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】 着色層領域23の反Y矢印方向にのみ鋭いピークを有し、その照射強度の最大値が、着色層形成材料と分散媒の蒸発を十分に抑制し、かつ、対応する液滴内で、着色層形成材料と分散媒の熱対流を誘起させる強度で、第1攪拌プロファイルBP1を成形した。そして、第1攪拌プロファイルBP1から連続して、着色層領域のY矢印方向にのみ鋭いピークを有し、その照射強度の最大値が、着色層形成材料と分散媒の蒸発を十分に抑制し、かつ、対応する液滴内で、着色層形成材料と分散媒の熱対流を誘起させる強度で、第2攪拌プロファイルBP2を連続して成形した。
【選択図】 図8

Description

本発明は、液滴吐出装置、パターン形成方法、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、液晶表示装置等に備えられるカラーフィルタの製造工程には、各色の着色層形成材料を含む液体を、隔壁で囲まれた着色層領域に吐出し、吐出した液体を乾燥することによって着色層を形成する、いわゆる液相プロセスが利用されている。
なかでも、液相プロセスにおけるインクジェット法は、前記着色層領域に、前記液体を微小液滴として吐出し、その微小液滴を乾燥することによって着色層を形成している(例えば、特許文献1)。そのため、インクジェット法は、使用する液体の容量を他の液相プロセス(例えば、スピンコート法やディスペンサ法)に比べて低減することができ、しかも、着色層の形成位置を、より高い精度で制御できる。
特開2004−341114 号公報
しかしながら、上記するインクジェット法では、前記微小液滴の乾燥過程において、その微小液滴内の着色層形成材料の濃度分布が、微小液滴の粘度や着色層領域に対する接触角、さらには着色層形成材料の濃度等に応じて変動する。その結果、乾燥後の着色層の膜厚を、所望の膜厚分布に制御できない問題があった。
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、液滴を乾燥することによって形成するパターンの組成プロファイルを所望の組成プロファイルに制御する液滴吐出装置、パターン形成方法、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基板に吐出する液滴吐出手段と、前記基板に着弾した液滴を乾燥することによってパターンを形成する乾燥手段とを備えた液滴吐出装置において、前記乾燥手段は、前記液滴内のパターン形成材料を流動可能にするエネルギーを出力するエネルギー出力手段と、前記液滴内のパターン形成材料の分布を、前記パターンの組成プロファイルに対応させるためのエネルギープロファイル情報に基づいて、前記エネルギープロファイルを制御するエネルギープロファイル制御手段と、を備えた。
本発明の液滴吐出装置によれば、組成プロファイル(例えば、膜厚分布、濃度分布、形状分布)に対応したエネルギープロファイル(例えば、照射形状や強度分布等)のエネルギーを照射することによって、液滴のパターン形成材料を、所望の組成プロファイルに対応して流動させることができる。その結果、パターンの組成プロファイルを所望の組成プロファイルに制御することができる。
この液滴吐出装置において、前記組成プロファイルに関する組成プロファイル情報に基づいて、前記エネルギープロファイル情報を決定するエネルギープロファイル情報決定手段を備えてもよい。
この液滴吐出装置によれば、エネルギープロファイル情報決定手段の決定したエネルギープロファイル情報に基づいてエネルギープロファイルを制御するため、所望する組成プロファイルの再現性を向上することができる。
この液滴吐出装置において、前記エネルギープロファイル情報は、異なるエネルギープロファイルを連続して再現させるシーケンスであってもよい。
この液滴吐出装置によれば、異なるエネルギープロファイルのエネルギーをシーケンスで再現する分だけ、流動するパターン形成材料の方向や量を拡大することができる。その結果、制御可能な組成プロファイルの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、前記エネルギープロファイル制御手段は、前記エネルギー出力手段からのエネルギーを回折して前記エネルギープロファイルを制御する複数の回折素子を備えるようにしてもよい。
この液滴吐出装置によれば、複数の回折素子によってエネルギープロファイルを形成する分だけ、より詳細なエネルギープロファイルを再現することができる。その結果、パターンの組成プロファイルを、より高い精度で、所望の組成プロファイルに制御することができる。
この液滴吐出装置において、前記エネルギープロファイル制御手段は、前記エネルギー出力手段からのエネルギーを変調して前記エネルギーのエネルギープロファイルを制御する空間光変調器を備えるようにしてもよい。
この液滴吐出装置によれば、空間光変調器によってエネルギープロファイルを形成する分だけ、より詳細なエネルギープロファイルを再現することができる。その結果、パターンの組成プロファイルを、より高い精度で、所望の組成プロファイルに制御することができる。
この液滴吐出装置において、前記エネルギープロファイル制御手段は、前記エネルギーの照射位置を、前記液滴に対して、相対的に、静止可能にするエネルギー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、エネルギーの照射位置を、液滴に相対させて維持することができる。その結果、液滴の移動方向等に制約されることなく、動的なエネルギープロファイルのエネルギーを照射することができる。従って、制御可能な組成プロファイルの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、前記エネルギーは、光ビームであってもよい。
この液滴吐出装置によれば、エネルギー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)に対応させて、そ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、エネルギーをコヒーレント光で構成することにより、所望の照射形状や照射強度等を、より高い精度で制御することができる。
この液滴吐出装置において、前記パターンは、薄膜パターンであって、前記組成プロファイルは、前記薄膜パターンの膜厚分布であってもよい。
この液滴吐出装置によれば、液滴を乾燥することによって形成する薄膜パターンの膜厚分布の制御性を向上することができる。
本実施形態のパターン形成方法は、パターン形成材料を含む液滴を基板に吐出し、前記基板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、前記パターンの組成プロファイルに関する組成プロファイル情報に基づいたエネルギープロファイルのエネルギーを前記液滴に照射し、前記組成プロファイルに対応するように、前記液滴のパターン形成材料を流動するようにした。
本実施形態のパターン形成方法によれば、エネルギーの照射によって、組成プロファイルに対応するようにパターン形成材料を流動させることができる。その結果、パターンの組成プロファイルを、所望の組成プロファイル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、前記エネルギープロファイルを連続して変更し、前記組成プロファイルに対応するように、前記液滴のパターン形成材料を流動するようにした。
このパターン形成方法によれば、エネルギープロファイルを連続して変更する分だけ、流動するパターン形成材料の方向や量を拡大することができる。その結果、制御可能な組成プロファイルの範囲を拡大することができる。
このパターン形成方法において、前記液滴のパターン形成材料を流動させた後に、前記液滴にエネルギーを照射して、前記液滴を乾燥するようにしてもよい。
このパターン形成方法によれば、エネルギーの照射によって液滴を乾燥するため、パターン形成材料を流動させた直後に、液滴を乾燥することができる。その結果、所望の組成プロファイルを、より確実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、前記エネルギーは、光ビームであってもよい。
このパターン形成方法によれば、エネルギー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)に対応させて、その選択範囲を拡大することができる。
このパターン形成方法において、前記エネルギーは、コヒーレント光であってもよい。
このパターン形成方法によれば、エネルギーをコヒーレント光で構成することにより、所望の照射形状や照射強度等を、より高い精度で制御することができる。
本発明の電気光学装置の製造方法は、基板の着色層領域に着色層形成材料を含む液滴を吐出し、前記着色層領域に着弾した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、上記の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、着色層の組成プロファイルを、所望の組成プロファイルに制御することができる。
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、上記の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、発光素子の組成プロファイルを、所望の組成プロファイルに制御することができる。
本発明の電気光学装置は、上記の電気光学装置の製造方法によって製造するようにした。
本発明の電気光学装置によれば、着色層あるいは発光素子の組成プロファイルを、所望の組成プロファイルに制御することができる。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図10従って説明する。
まず、本発明の電気光学装置としての液晶表示装置について説明する。図1は液晶表示装置の斜視図、図2は液晶表示装置に備えられたカラーフィルタ基板の斜視図、図3は、図2のA−Aに沿う要部断面図である。
図1において、液晶表示装置1は、液晶パネル2と、前記液晶パネル2に平面状の光L1を照明する照明装置3を備えている。
照明装置3は、LED等の光源4と、前記光源4から出射された光を透過して平面状の光として前記液晶パネル2に照射する導光体5を備えている。一方、液晶パネル2は、前記照明装置3側に備えられたカラーフィルタ基板10と前記カラーフィルタ基板10と相対向する素子基板11を備え、これらカラーフィルタ基板10と素子基板11を貼り合せて、その間隙に、図示しない液晶分子を封入することによって形成されている。
素子基板11は、四角板状の無アルカリガラス基板であって、その照明装置3側(カラーフィルタ基板10)側の側面(素子形成面11a)には、X矢印方向に延びる複数の走査線12が所定の間隔をおいて形成されている。各走査線12は、それぞれ素子基板11の一側端に配設される走査線駆動回路13に電気的に接続されている。走査線駆動回路13は、図示しない制御回路からの走査制御信号に基づいて、複数の走査線12の中から所定の走査線12を所定のタイミングで選択駆動し、その走査線12に走査信号を出力するようになっている。
また、素子形成面11aには、前記走査線12と直交するY矢印方向に延びる複数のデータ線14が所定の間隔をおいて形成されている。各データ線14は、それぞれ素子基板11の一側端に配設されるデータ線駆動回路15に電気的に接続されている。データ線駆動回路15は、図示しない外部装置からの表示データに基づいてデータ信号を生成し、そのデータ信号を対応するデータ線14に所定のタイミングで出力するようになっている。
前記走査線12と前記データ線14の交差する位置には、対応する走査線12及びデータ線14に接続されて、i行×j列のマトリックス状に配列される複数の画素領域16が形成されている。各画素領域16内には、それぞれTFT等からなる図示しない制御素子とITO等の透明導電膜からなる画素電極が形成されている。すなわち、本実施形態の液晶表示装置1は、制御素子であるTFTを備えた、いわゆるアクティブマトリックス方式の液晶表示装置である。
尚、前記走査線12、データ線14及び画素領域16の下側(カラーフィルタ基板10側)には、素子形成面11aの全体にわたり、ラビング処理等による配向処理が施され、液晶分子の配向を設定可能にする図示しない配向膜が形成されている。
図2に示すように、カラーフィルタ基板10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21が備えられている。
図3に示すように、カラーフィルタ基板10(透明ガラス基板21)の一側面であって前記素子基板11と相対向する側面(吐出面21a)には、遮光層22aが形成されている。遮光層22a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、前記走査線12及び前記データ線14と相対する格子状に形成されている。遮光層22aの上側には、撥液層22bが形成されている。撥液層22bは、後述する液滴FD(図6参照)を撥液する撥液性を有したフッ素系樹脂からなる樹脂層であって、液滴
FD(図6参照)を、後述する着色層領域23内に収容するためのものである。
そして、これら遮光層22a及び撥液層22bによって、図2に示すように、吐出面21aの略全面に格子状の隔壁22が形成され、この隔壁22で囲まれる領域(着色層領域23)が、前記画素領域16と対峙するように、i行×j列のマトリックス状に配列される。その着色層領域23は、Y矢印方向の長さが、画素幅WPからなる略正方形状に形成されている。
本実施形態では、最もY矢印方向の着色層領域23から順に、1行目の着色層領域23、2行目の着色層領域23、・・・、i行目の着色層領域23という。
図3に示すように、各着色層領域23内には、前記照明装置3からの光L1を透過して有色の光に変換するパターンとしての着色層24が形成されている。詳述すると、着色層24は、図2における反X矢印方向側から順に、赤色の光に変換する赤色着色層24R、緑色の光に変換する緑色着色層24G、青色の光に変換する青色着色層24Bの順序で繰り返し形成されている。
この着色層24は、パターン形成材料としての着色層形成材料(例えば、有機顔料)によって形成されている。詳述すると、着色層24は、後述する液滴吐出装置30(図4参照)の吐出ノズルN(図5参照)から、各色に対応する各色用の着色層形成材料を分散させた微小液滴Fbを、前記着色層領域23に吐出させ、吐出面21aに着弾した微小液滴Fb(液滴FD:図6参照)を、後述するエネルギーとしてのレーザビームBの照射によって攪拌・乾燥させることにより形成されている。
そして、各着色層24の組成プロファイルとしての膜厚分布は、後述する平坦化シーケンスによって、対応する着色層領域23内において均一であり、かつ各着色層領域23間において均一に形成されている。
図3に示すように、各着色層24の上側には、素子基板11の前記画素電極に相対向して所定の共通電位の供給される対向電極25が形成され、その対向電極25の上側には、対向電極25近傍の液晶分子の配向を設定可能にする配向膜26が形成されている。
そして、前記走査線駆動回路13が、走査線12を線順次走査に基づき1本ずつ順次選択すると、画素領域16の制御素子が順次、選択期間中だけオン状態になる。制御素子がオン状態となると、データ線駆動回路15から出力されるデータ信号が、データ線14及び制御素子を介して前記画素電極に出力される。すると、素子基板11の画素電極とカラーフィルタ基板10の対向電極25の電位差に応じて、液晶分子の配向状態が、前記照明装置3からの光L1を変調するように維持される。そして、変調された光が図示しない偏光板を通過するか否かによって、液晶パネル2に、カラーフィルタ基板10を介した所望するフルカラーの画像が表示される。
次に、前記着色層24を形成するために使用する液滴吐出装置30について説明する。図4は、液滴吐出装置30の構成を示す斜視図である。
図4において、液滴吐出装置30には、直方体形状に形成される基台31が備えられている。基台31は、後述する基板ステージ33に前記カラーフィルタ基板10を載置する状態で、その長手方向が、前記Y矢印方向に沿うように形成されている。その基台31の上面には、Y矢印方向に延びる1対の案内凹溝32が、Y矢印方向全幅にわたり形成され、前記案内凹溝32に対応する図示しない直動機構を備えた基板ステージ33が取付けられている。基板ステージ33の直動機構は、例えば案内凹溝32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9参照)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Y軸モータMYに入力されると、Y軸モータMYが正転又は逆転して、基板ステージ33が同ステップ数に相当する分だけ、Y矢印方向に沿って所定の速度(搬送速度Vy)で往動又は復動する(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4に示すように、最も反Y矢印方向に位置する基台31の配置位置を往動位置とし、最もY矢印方向の配置位置(図4に示す2点鎖線)を復動位置という。
基板ステージ33の上面(載置面34)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、カラーフィルタ基板10が、前記着色層領域23を上側にして載置面34に載置されると、カラーフィルタ基板10が載置面34に対して位置決めされるようになっている。この状態から基板ステージ33を搬送速度VyでY矢印方向に往動すると、基板ステージ33は、前記着色層領域23を、搬送速度VyでY矢印方向に移動させるようになっている。
基台31のX矢印方向両側には、一対の支持台35a、35bが立設され、その一対の支持台35a、35bには、X矢印方向に延びる案内部材36が架設されている。案内部材36は、その長手方向の幅が基板ステージ33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35a側に張り出すように配置されている。この支持台35aの張り出した部分の直下には、後述する吐出ヘッドFHのノズル形成面41a(図5参照)を払拭して、そのノズル形成面41a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36の上側には、収容タンク37が配設されている。収容タンク37内には、各色用の着色層形成材料を分散媒(例えば、テトラデカン)に分散させた各色用の着色層形成液F(図6参照)が、それぞれ対応する各色用の後述する液滴吐出ヘッドFHに導出可能に収容されている。
図4に示すように、案内部材36の下側には、X矢印方向に延びる上下一対の案内レール38に対応する図示しない直動機構を備えたキャリッジ39が取付けられている。キャリッジ39の直動機構は、例えば案内レール38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X軸モータMX(図9参照)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X軸モータMXに入力すると、X軸モータが正転又は逆転して、キャリッジ39が同ステップ数に相当する分だけX矢印方向に沿って往動又は復動する(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4に示すように、最も支持台35a側(反X矢印方向側)に位置するキャリッジ39の配置位置を往動位置とし、最も支持台35b側(X矢印方向側)に位置する配置位置(図4に示す2点鎖線)を復動位置という。
図4に示すように、そのキャリッジ39の下側には、前記各着色層24R,24G,24Bに対応する各色用(赤色用、緑色用、青色用)の液滴吐出手段としての複数の液滴吐出ヘッド(以下単に、吐出ヘッドFHという。)がX矢印方向に沿って配設されている。図5は、その吐出ヘッドFHの下面(基板ステージ33側の面)を上方に向けた場合の斜視図を示す。図6は、その吐出ヘッドFHの内部構造を説明するための要部断面図である。
図5において、吐出ヘッドFHには、その下側にノズルプレート41が備えられ、そのノズルプレート41の下面(ノズル形成面41a)には、後述する微小液滴Fbを吐出するための180個のノズルNが、X矢印方向に一列となって等間隔に貫通形成されている
。そのノズルNの形成ピッチの幅は、前記着色層領域23の形成ピッチと同じ大きさで形成されて、カラーフィルタ基板10(着色層領域23)がY矢印方向に沿って往復直線移動するときに、各ノズルNが、着色層領域23と対峙するようになっている。各ノズルNの形成方向は、ノズル形成面41aに対して垂直であって、カラーフィルタ基板10の法線方向(Z矢印方向)に沿って形成されて、吐出する微小液滴Fb(図6参照)を反Z矢印方向に沿って飛行させるようになっている。
図6において、各ノズルNのZ矢印方向には、それぞれ圧力室としてのキャビティ42が形成されている。キャビティ42は、対応する連通孔43及び各連通孔43に共通する供給路44を介して、前記収容タンク37に連通し、収容タンク37の導出する対応した色用の着色層形成液Fが、導入されるようになっている。そして、キャビティ42は、導入された着色層形成液Fを、それぞれ対応するノズルNに供給するようになっている。
キャビティ42のZ矢印方向には、振動板45が備えられている。振動板45は、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42内の容積を拡大・縮小するようになっている。振動板45のZ矢印方向には、各ノズルNに対応する180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9参照)を受けて収縮・伸張し、前記振動板45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42内の容積が拡大・縮小し、縮小した容積に対応する着色層形成液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、ノズルNの直下に位置する吐出面21aに着弾する。
本実施形態では、各着色層領域23内であって、前記微小液滴Fbの着弾する位置を、目標吐出位置Paという。尚、本実施形態では、各目標吐出位置Paに、複数の微小液滴Fbを吐出させ、各着色層領域23内に、前記微小液滴Fbの合一した液滴FDを形成するようにしている。
図4において、キャリッジ39の下側であって、各吐出ヘッドFHのY矢印方向側には、それぞれ乾燥手段を構成するレーザヘッドLHが併設されている。図5に示すように、レーザヘッドLHの下面であって、各ノズルNのX矢印方向には、各ノズルNに対応する180個の出射口47が形成されている。
図6に示すように、レーザヘッドLHの内部には、前記出射口47に対応する半導体レーザアレイLDが備えられている。半導体レーザアレイLDは、その半導体レーザアレイLDを駆動制御するための信号(レーザ駆動信号COM2:図9参照)を受けて、前記着色層形成液F(液滴FD)を攪拌・乾燥可能にする波長領域のレーザビームBを出力する。
レーザヘッドLHの内部であって、前記半導体レーザアレイLDの出射口47側には、前記半導体レーザアレイLD側から順に、エネルギープロファイル制御手段を構成する位相変調部48、シリンドリカルレンズLz1、エネルギー走査手段を構成するポリゴンミラー49及び走査レンズLz2が配設されている。
位相変調部48は、機械的あるいは電気的に駆動する複数の回折素子、あるいは液晶等の空間光変調器によって構成され、位相変調部48を駆動制御するための信号(位相変調部駆動信号COM3:図9参照)を受けて、半導体レーザアレイLDからのレーザビームBに、予め設定された所定の位相変調を施すようになっている。詳述すると、位相変調部48は、後述する複数のビームプロファイル成形情報BPI(図9参照)(第1攪拌プロ
ファイル成形情報BPI1及び第2攪拌プロファイル成形情報BPI2)に基づいて、各ビームプロファイル成形情報BPIに対応する位相変調を施す。そして、位相変調部48は、後述するエネルギープロファイル情報としてのビームプロファイルシーケンスBPS(図9参照)に基づくタイミングで、前記位相変調を切り替える。
シリンドリカルレンズLz1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49の面倒れを補正して、レーザビームBをポリゴンミラー49に導入するようになっている。ポリゴンミラー49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9参照)によって、図6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49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Lz2は、ポリゴンミラー49によって反射偏向されたレーザビームBの吐出面21a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6に示すように、シリンドリカルレンズLz1からのレーザビームBが、ポリゴンミラー49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Lz2の光軸LzAを基準として、偏向角θ1(本実施形態では5°)だけ偏向されるときを、ポリゴンミラー49の回転角θpが0°であるという。
そして、ポリゴンミラー49の回転角θpが0°のときに、前記半導体レーザアレイLD及び前記位相変調部48に、それぞれレーザ駆動信号COM2及び位相変調部駆動信号COM3が供給されると、半導体レーザアレイLDからのレーザビームBが、位相変調部48によって位相変調される。そして、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Lz1に導入されると、シリンドリカルレンズLz1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49に導く。レーザビームBの導入されたポリゴンミラー49は、反射面Maによって、レーザビームBを、光軸LzAに対する偏向角θ1の方向に反射偏向し、走査レンズLz2を介して、吐出面21a上に導く。吐出面21aに導かれたレーザビームBは、位相変調部48の位相変調に対応して、所定の強度分布(エネルギープロファイルとしてのビームプロファイル)を有したレーザビーム断面(ビームスポット)を吐出面21a上に形成する。そして、目標吐出位置Paに着弾した液滴FDが、搬送速度VyでY矢印方向に搬送されて、前記ビームスポット内に侵入すると、液滴FDには、反射面Maの偏向反射した所定のビームプロファイルのレーザビームBが照射される。
本実施形態では、回転角θpが0°のときに、前記ビームスポットの形成される位置を照射開始位置Pe1という。また、本実施形態では、図6に示すように、前記照射開始位置Pe1と前記目標吐出位置Paとの間の距離を照射待機距離Ly1とし、前記微小液滴Fbの吐出開始時から、その微小液滴Fb(液滴FD)が前記照射開始位置Pe1に到達するまでの時間を、待機時間Tという。
続いて、ポリゴンミラー49が矢印R方向に回転して、その回転角θpが略10°になると、図7に示すように、ポリゴンミラー49は、前記反射面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LzA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Lz2を介して、吐出面21a上に導く。吐出面21aに導かれたレーザビームBは、位相変調部48の位相変調に対応して、所定のビームプロファイルのビームスポットを吐出面21a上に形成する。
本実施形態では、回転角θpが略10°のときに、前記ビームスポットの形成される位
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という。この走査領域LsのY矢印方向の幅(走査幅Ly2)は、着色層領域23のY矢印方向に沿う形成ピッチと同じ幅に設定されている。
つまり、レーザヘッドLHは、ポリゴンミラー49の偏向反射によって、レーザビームBを、着色層領域23の単位で、Y矢印方向に沿って、所定の周期(走査周期=走査幅Ly2/搬送速度Vy)で走査する(照射開始位置Pe1から照射終了位置Pe2までの移動を繰り返す)ように構成されている。
また、ポリゴンモータMP(図9参照)の回転速度は、各着色層領域23が、照射開始位置Pe1から照射終了位置Pe2まで搬送される間に、レーザビームBを、一回だけ走査する速度に設定されている。つまり、走査領域Lsを通過する各液滴FDには、レーザビームBの走査によって、相対的に、その照射位置を静止させたレーザビームBが照射されるように構成されている。
そして、レーザヘッドLH(半導体レーザアレイLD及び位相変調部48)は、それぞれ前記レーザ駆動信号COM2及び位相変調部駆動信号COM3を受けて、前記レーザビームBの走査周期に同期した周期内に、位相変調部駆動信号COM3に対応したビームプロファイルを成形するようになっている。
次に、本実施形態におけるエネルギープロファイルとしてのビームプロファイルについて以下に説明する。図8及び図9は、ビームプロファイルを説明する説明図である。尚、図8(a)において、横軸は、ビームスポットの反Y矢印方向側の端部を基点(ゼロ点)としたY矢印方向に沿う相対位置であり、縦軸は、レーザビームBの照射強度である。図8(b)は、図8(a)の実線で示すビームプロファイルに対応した液滴FDの状態を説明する説明図である。図8(c)は、図8(a)のビームプロファイルに対応した着色層24の膜厚分布を示す。
レーザヘッドLHは、前記ビームプロファイル成形情報BPI(第1攪拌プロファイル成形情報BPI1)基づいて、図8(a)の実線に示すように、着色層領域23の反Y矢印方向側にのみ、照射強度の鋭いピークを有したビームプロファイル(第1攪拌プロファイルBP1)を成形する。
第1攪拌プロファイルBP1は、その照射強度の最大値が、前記着色層形成材料と前記分散媒の蒸発を十分に抑制し、かつ、対応する液滴FD内で、前記着色層形成材料と前記分散媒の熱対流を誘起させる強度に設定されている。尚、第1攪拌プロファイルBP1は、図8(a)の紙面に垂直な方向、すなわちX矢印方向に沿って、着色層領域23のX矢印方向の全幅にわたり、略同じ照射強度で成形されている。
そして、着色層領域23に形成した液滴FDに、第1攪拌プロファイルBP1のレーザビームBが照射されると、図8(b)の矢印で示すように、液滴FDのY矢印方向側と反Y矢印方向側に、着色層形成材料と分散媒の熱対流が誘起されようになる。各熱対流の範囲は、光エネルギーの供給される側、すなわち第1攪拌プロファイルBP1のピーク位置側(反Y矢印方向側)で大きくなり、反対に、Y矢印方向側で小さくなる。そのため、レーザビームBの照射される着色層領域23内では、前記着色層形成材料が、反Y矢印方向側に偏倚するように流動する(攪拌される)。
尚、この間、第1攪拌プロファイルBP1が、前記着色層形成材料と前記分散媒の蒸発を十分に抑制する強度のレーザビームBで成形されるため、液滴FDは、その着色層形成材料の硬化が抑制され、その流動性が維持される。
そして、第1攪拌プロファイルBP1のレーザビームBを照射した後に、前記分散媒を均一に蒸発させるビームプロファイル(乾燥プロファイル)を成形し、乾燥プロファイルのレーザビームBを、液滴FDに照射する。すると、図8(c)の実線で示すように、前記着色層形成材料が偏倚する側、すなわち着色層領域23の反Y矢印方向側で、略均一な膜厚を有し、着色層領域23の中心位置からY矢印方向に向かうに連れて、その膜厚を徐々に薄くする組成プロファイル(膜厚分布)の着色層(第1着色層24a)が形成される。
一方、レーザヘッドLHは、前記ビームプロファイル成形情報BPI(第2攪拌プロファイル成形情報BPI2)基づいて、図8(a)の破線に示すように、着色層領域23のY矢印方向側にのみ、照射強度の鋭いピークを有したビームプロファイル(第2攪拌プロファイルBP2)を成形する。すなわち、レーザヘッドLHは、第2攪拌プロファイル成形情報BPI2に基づいて、前記第1攪拌プロファイルBP1を、着色層領域23の中心位置で、ミラー反転させたビームプロファイルを成形する。
第2攪拌プロファイルBP2は、その照射強度の最大値が、前記着色層形成材料と前記分散媒の蒸発を十分に抑制し、かつ、対応する液滴FD内で、前記着色層形成材料と前記分散媒の熱対流を誘起させる強度に設定されている。尚、第2攪拌プロファイルBP2は、図8(a)の紙面に垂直な方向、すなわちX矢印方向に沿って、着色層領域23のX矢印方向の全幅にわたり、略同じ照射強度で成形されている。
そして、第2攪拌プロファイルBP2のレーザビームBを照射した後に、前記分散媒を均一に蒸発させるビームプロファイル(乾燥プロファイル)を成形し、乾燥プロファイルのレーザビームBを、液滴FDに照射する。すると、図8(c)の破線で示すように、着色層領域23のY矢印方向側で、略均一な膜厚を有し、着色層領域23の中心位置から反Y矢印方向に向かうに連れて、その膜厚を徐々に薄くする膜厚分布の着色層(第2着色層24b)が形成される。
本実施形態において、前記平坦化シーケンスは、上記した3種類のビームプロファイル(第1攪拌プロファイルBP1、第2攪拌プロファイルBP2及び乾燥プロファイル)に基づいて形成されている。すなわち、平坦化シーケンスは、前記第1攪拌プロファイルBP1を所定の時間(第1攪拌時間)成形した後に、連続して、前記第2攪拌プロファイルBP2を所定の時間(第2攪拌時間)だけ成形し、最後に乾燥プロファイルを所定の時間(乾燥時間)だけ成形するようになっている。尚、これら第1攪拌時間、第2攪拌時間及び乾燥時間の合計時間は、レーザビームBの走査周期(前記走査時間=走査幅Ly2/搬送時間Vy)よりも短い時間に設定されている。
そして、着色層領域23に形成した液滴FDに、前記平坦化シーケンスに基づくレーザビームBを照射すると、着色層形成材料が、液滴FD内で、反Y矢印方向の端部からY矢印方向の端部にまで略均一に分散される。そして、着色層領域23に、均一な膜厚分布の着色層24が形成される。
次に、上記のように構成した液滴吐出装置30の電気的構成を図9に従って説明する。
図9において、制御装置50には、CPU等からなる制御部51、DRAM及びSRAMからなるRAM52、各種制御プログラム及び各種データを格納するROM53が備えられている。また、制御装置50には、前記圧電素子駆動信号COM1及び前記位相変調部駆動信号COM3を生成する駆動信号生成回路54、前記レーザ駆動信号COM2を生成する電源回路55、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56等が備えられている。そして、制御装置50には、これら制御部51、RAM52、
ROM53、駆動信号生成回路54、電源回路55、発振回路56が、図示しないバスを介して接続されている。
詳述すると、ROM53には、複数の前記ビームプロファイル成形情報BPI(例えば、本実施形態における第1及び第2攪拌プロファイル成形情報BPI1,BPI2)と、複数の前記ビームプロファイルシーケンスBPS(例えば、本実施形態における平坦化シーケンス)が格納されている。
各ビームプロファイル成形情報BPIは、対応するビームプロファイルを成形するために、前記位相変調部48を駆動制御させる情報であって、前記位相変調部駆動信号COM3を生成するための情報である。
各ビームプロファイルシーケンスBPSは、異なる前記ビームプロファイル成形情報BPIに基づいて、異なるビームプロファイルを連続して成形するための情報であって、前記位相変調部駆動信号COM3を生成するための情報である。
また、各ビームプロファイルシーケンスBPSは、対応するシーケンスのレーザビームBによって形成される着色層24の膜厚分布に関するデータ(膜厚分布データIb)を有している。また、各ビームプロファイルシーケンスBPSは、各シーケンスに使用する複数のビームプロファイル成形情報BPIを、それぞれ識別可能にする情報(プロファイル識別情報)を有している。また、各ビームプロファイルシーケンスBPSは、各ビームプロファイルを成形する時間(位相変調部48を駆動制御させる時間)に関するデータ(成形時間データ)と、各ビームプロファイルを成形する順序に関するデータ(成形順序データ)が、それぞれ前記プロファイル識別情報に対応して設定されている。
例えば、本実施形態における平坦化シーケンスは、膜厚分布データIbとして、着色層24の膜厚のバラツキが、所定の数値以下となる数値データを有している。また、平坦化シーケンスは、前記第1攪拌プロファイル成形情報BPI1、前記第2攪拌プロファイル成形情報BPI2及び乾燥プロファイルに対応するプロファイル識別情報を有している。また、平坦化シーケンスは、第1攪拌プロファイル成形情報BPI1、第2攪拌プロファイル成形情報BPI2及び乾燥プロファイルの識別情報に対応して、それぞれ第1攪拌時間、第2攪拌時間及び乾燥時間の成形時間データが設定されている。また、平坦化シーケンスは、第1攪拌プロファイル成形情報BPI1、第2攪拌プロファイル成形情報BPI2及び乾燥プロファイルの各識別情報に対応して、それぞれ第1攪拌プロファイルBP1、第2攪拌プロファイルBP2、乾燥プロファイルの順序でビームプロファイルを成形するための成形順序データが設定されている。
制御装置50には、入力装置61が接続されている。
入力装置61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50(制御部51)に出力する。また、入力装置61は、前記着色層24に対応した液滴FDを形成する情報を、描画データIaとして、制御装置40に出力する。また、入力装置61は、前記着色層24の膜厚分布に関する情報を、膜厚分布データIbとして、制御装置50に出力する。
制御装置50は、入力装置61からの描画データIaと膜厚分布データIbとROM53等に格納された制御プログラム(例えば、カラーフィルタ製造プログラム)に従って、基板ステージ33を移動させてカラーフィルタ基板10の搬送処理動作を行い、吐出ヘッドFH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50は、制御プログラムに従って、レーザヘッドLHを駆動させて液滴FDを攪拌・乾燥させる攪拌・乾燥処理動作を行う。
詳述すると、制御部51は、入力装置61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(吐出面21a)上における位置に、液滴FD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、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(液滴FDを吐出するか否か)を規定するものである。
また、制御部51は、入力装置61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54に出力するようになっている。駆動信号生成回路54は、制御部51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54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51は、前記ビットマップデータBMDを、発振回路56の生成するクロック信号CLKに同期させて、各スキャン(基板ステージ23の1回の往動もしくは復動分)毎のデータを、吐出制御データSIとして、後述する吐出ヘッド駆動回路67(シフトレジスタ67a)に逐次シリアル転送する。そして、制御部51は、シリアル転送した1スキャン分の吐出制御データ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51は、前記圧電素子駆動信号COM1を、発振回路56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67(スイッチ回路67d)に出力する。また、制御部51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67(スイッチ回路67d)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に印加させるように構成されている。
一方、制御部51は、入力装置61からの膜厚分布データIbを参照して、ROM53に格納されるビームプロファイルシーケンスBPSの膜厚分布データIbを検索し、入力装置61からの膜厚分布データIbに対応する膜厚分布データIbのビームプロファイルシーケンスBPSを決定する。制御部51は、決定したビームプロファイルシーケンスBPSの有するプロファイル識別情報に基づいて、各プロファイル識別情報に対応するビームプロファイル成形情報BPIをROM53から抽出する。また、制御部51は、抽出した各ビームプロファイル成形情報BPIと、決定したビームプロファイルシーケンスBPSの成形時間データ及び成形順序データに基づいて、対応する位相変調部駆動信号COM3を生成する。
そして、制御部51は、生成した位相変調部駆動信号COM3を、発振回路56の生成するクロック信号CLKに同期させて、後述するレーザヘッド駆動回路68(スイッチ回路68b)に出力する。
また、制御部51は、前記レーザ駆動信号COM2を、後述するレーザヘッド駆動回路68(スイッチ回路68b)に出力する。
図9に示すように、制御装置50には、X軸モータ駆動回路62が接続され、X軸モータ駆動回路62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62は、制御装置50からのX軸モータ駆動制御信号に応答して、前記キャリッジ39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、キャリッジ39はX矢印方向に移動し、逆転させ
ると、キャリッジ39は反X矢印方向に移動するようになっている。
制御装置50には、Y軸モータ駆動回路63が接続され、Y軸モータ駆動回路63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63は、制御装置50からのY軸モータ駆動制御信号に応答して、前記基板ステージ33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、基板ステージ33はY矢印方向に移動し、逆転させると、基板ステージ33は反Y矢印方向に移動する。
制御装置50には、基板検出装置64が接続されている。基板検出装置64は、カラーフィルタ基板10の端縁を検出し、制御装置50によって吐出ヘッドFH(ノズルN)の直下を通過するカラーフィルタ基板10(着色層領域23)の位置を算出する際に利用される。
制御装置50には、X軸モータ回転検出器65が接続され、X軸モータ回転検出器65からの検出信号が入力される。制御装置50は、X軸モータ回転検出器65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、キャリッジ39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50には、Y軸モータ回転検出器66が接続され、Y軸モータ回転検出器66からの検出信号が入力される。制御装置50は、Y軸モータ回転検出器66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、基板ステージ33(着色層領域23)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50には、吐出ヘッド駆動回路67及びレーザヘッド駆動回路68が接続されている。
吐出ヘッド駆動回路67には、シフトレジスタ67a、ラッチ回路67b、レベルシフタ67c及びスイッチ回路67dが備えられている。シフトレジスタ67aは、クロック信号CLKに同期した制御装置50からの吐出制御データSIを、各圧電素子PZに対応させたシリアル/パラレル変換を行う。ラッチ回路67bは、シフトレジスタ67aのパラレル変換した吐出制御データSIを、制御装置50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67cと後述するレーザヘッド駆動回路68の遅延回路68aに、クロック信号CLKに同期した所定の周期で、順次出力する。レベルシフタ67cは、ラッチ回路67bのラッチした吐出制御データSIを、スイッチ回路67dの駆動する電圧まで昇圧して、各圧電素子PZに対応する第1開閉信号GS1を生成する。
スイッチ回路67dには、各圧電素子PZに対応する図示しない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が接続されている。そして、スイッチ回路67dの各スイッチ素子には、レベルシフタ67c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30は、駆動信号生成回路54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50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(液滴FD)が吐出される。
図10は、上記するラッチ信号LAT、第1開閉信号GS1及び後述する第2開閉信号GS2のパルス波形と、ポリゴンモータMPの回転角θpを示すタイミングチャートである。
図10に示すように、吐出ヘッド駆動回路67に入力されるラッチ信号LATが立ち下がると、ラッチした吐出制御データ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(液滴FD)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の駆動による液滴FDの吐出動作が終了する。
レーザヘッド駆動回路68には、遅延回路68a、スイッチ回路68b及びポリゴンモータ駆動回路68cが備えられている。
遅延回路68aは、ラッチ回路67bのラッチした吐出制御データSIを、それぞれ所定の時間(前記待機時間T)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)を生成し、生成した第2開閉信号GS2を、スイッチ回路68b(レーザスイッチ回路及び変調部スイッチ回路)に出力する。
スイッチ回路68bには、レーザスイッチ回路及び変調部スイッチ回路が備えられている。レーザスイッチ回路には、各半導体レーザアレイLDに対応する図示しない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55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が接続されている。そして、レーザスイッチ回路の各スイッチ素子に、遅延回路68aからの第2開閉信号GS2が入力されると、各スイッチ素子は、レーザ駆動信号COM2を、対応する半導体レーザアレイLDに供給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30は、電源回路55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50(吐出ヘッド駆動回路67)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が出射される。
変調部スイッチ回路には、各位相変調部48に対応する図示しない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、制御部51の生成した位相変調部駆動信号COM3が入力され、出力側には、対応する各位相変調部48が接続されている。そして、変調部スイッチ回路の各スイッチ素子に、遅延回路68aからの第2開閉信号GS2が入力されると、各スイッチ素子は、位相変調部駆動信号COM3を、対応する位相変調部48に供給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30は、制御装置50(駆動信号生成回路54)の生成した位相変調部駆動信号COM3を、対応する各位相変調部48に共通に印加するとともに、その位相変調部駆動信号COM3の印加を、制御装置50(吐出ヘッド駆動回路67)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位相変調部48に、位相変調部駆動信号COM3が供給されると、対応する位相変調部48が、レーザビームBに対して、ビームプロファイルシーケンスBPSに基づく位相変調を
施す。
ポリゴンモータ駆動回路68cは、制御装置50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SPMを生成し、そのポリゴンモータ駆動制御信号SPM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50は、基板検出装置64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ポリゴンモータ駆動開始信号SSPを出力する。詳述すると、制御装置50は、1行目の着色層領域23のY矢印方向側の端部が、前記照射開始位置Pe1に位置するときに、ポリゴンミラー49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68に出力する。
そして、図10に示すように、第1開閉信号GS1が立ち上がった時(吐出動作開始時)から、待機時間Tだけ経過すると、遅延回路68aによって、第2開閉信号GS2が生成され、その第2開閉信号GS2が、スイッチ回路68b(レーザスイッチ回路及び変調部スイッチ回路)に供給される。そして、第2開閉信号GS2が立ち上がった時に、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、対応する半導体レーザアレイLDから、レーザビームBが出射される。同時に、第2開閉信号GS2が立ち上がった時に、対応する位相変調部48に位相変調部駆動信号COM3が供給され、対応する位相変調部48が、前記レーザビームBに対して、制御部51の決定したビームプロファイルシーケンスBPSに基づく位相変調を開始する。すなわち、第1攪拌プロファイルBP1、第2攪拌プロファイルBP2及び乾燥プロファイルが、走査時間内に、順次成形される。
一方、図10に示すように、第2開閉信号GS2が立ち上がった時に、回転駆動するポリゴンミラー49の回転角θpは0°である。そのため、前記第1攪拌プロファイルBP1のレーザビームBは、照射開始位置Pe1に位置する液滴FDに照射される。そして、液滴FDが走査領域Ls内に搬送され続けると、レーザビームBの走査によって、対応する着色層領域23の液滴FDに対して、相対的に、照射位置を静止させた第1攪拌プロファイルBP1、第2攪拌プロファイルBP2及び乾燥プロファイルのレーザビームBが、走査時間(=走査幅Ly2/搬送時間Vy)以内に順次照射される。
そして、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の出射が停止されて、1行目の液滴FDの処理動作が終了する。
続いて、2行目の吐出動作の開始時から待機時間Tだけ経過すると、1行目の着色層領域23が、走査領域Lsから離脱し、後続する2行目の着色層領域23のY矢印方向の端部が、走査領域Lsに侵入する。そして、レーザヘッド駆動回路68(遅延回路68a)で、再び第2開閉信号GS2が生成されて、第2開閉信号GS2が立ち上がった時に、対応する出射口47から、一斉に第1攪拌プロファイルBP1のレーザビームBが照射され始める。
この時、図10に示すように、回転駆動するポリゴンミラー49の回転角θpは10°である。従って、反射面Mに反射偏向された第1攪拌プロファイルBP1のレーザビームBは、照射開始位置Pe1に位置する2行目の液滴FDに照射される。
以後、同様に、後続する着色層領域23が、着弾した液滴FDを有して、走査領域Ls内を通過する度に、液滴FDに対して、相対的に、照射位置を静止させた第1攪拌プロファイルBP1、第2攪拌プロファイルBP2及び乾燥プロファイルのレーザビームBが、順次、対応する液滴FDに対して照射される。
次に、液滴吐出装置30を使ってカラーフィルタ基板10(着色層24)を製造する方
法について説明する。
まず、図4に示すように、往動位置に位置する基板ステージ33上に、カラーフィルタ基板10を配置固定する。このとき、カラーフィルタ基板10のY矢印方向側の辺は、案内部材36より反Y矢印方向側に配置されている。また、キャリッジ39(吐出ヘッドFH)は、カラーフィルタ基板10がY矢印方向に移動したとき、各ノズルNの直下を、対応する着色層領域23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50は、Y軸モータMYを駆動制御し、基板ステージ33を介してカラーフィルタ基板10を搬送速度VyでY矢印方向に搬送させる。やがて、基板検出装置64がカラーフィルタ基板10のY矢印方向側の端縁を検出すると、上記する所定のタイミングで、制御装置50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68cによってポリゴンモータ駆動制御信号SPMが生成され、ポリゴンミラー49が矢印R方向に回転駆動する。
これによって、1行目の着色層領域23のY矢印方向側の端部が、前記照射開始位置Pe1に位置するときに、ポリゴンミラー49の回転角θpが0°となる。
そして、制御装置50は、Y軸モータ回転検出器66からの検出信号に基づいて、1行目の着色層領域23の目標吐出位置Paが、対応するノズルNの直下まで搬送されたかどうか演算する。
また、この間、制御装置50は、カラーフィルタ製造プログラムに従って、ROM53に格納されるビームプロファイルシーケンスBPSの膜厚分布データIbを検索する。そして、入力装置61からの膜厚分布データIb(着色層24の膜厚の均一性が、十分に高いことを示すデータ)と対応する膜厚分布データIbのビームプロファイルシーケンスBPS(平坦化シーケンス)を決定する。そして、制御装置50は、決定した平坦化シーケンスの有するプロファイル識別情報に基づいて、各プロファイル識別情報に対応する各ビームプロファイル成形情報BPI(第1攪拌プロファイル成形情報BPI1、第2攪拌プロファイル成形情報BPI2及び乾燥プロファイル)を読み出す。続いて、平坦化シーケンスの成形時間データ(第1攪拌時間、第2攪拌時間及び乾燥時間)と成形順序データに基づいて、対応する位相変調部駆動信号COM3を生成する。そして、制御装置50は、生成した位相変調部駆動信号COM3を、レーザヘッド駆動回路68に出力する。
また、この間、制御装置50は、電源回路55で生成したレーザ駆動信号COM2をレーザヘッド駆動回路68に出力する。
また、この間、制御装置50は、カラーフィルタ製造プログラムに従って、RAM52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54で生成した圧電素子駆動信号COM1を吐出ヘッド駆動回路67に出力する。
そして、制御装置50は、吐出ヘッド駆動回路67に、ラッチ信号LATを出力するタイミングを待つ。
そして、1行目の着色層領域23の目標吐出位置Paが、対応するノズルNの直下まで搬送されると、制御装置50は、ラッチ信号LATを吐出ヘッド駆動回路67に出力する。吐出ヘッド駆動回路67は、制御装置50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67d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、対応する1行目の着色層領域23内に一斉に着弾して、液滴FDを形成する。
一方、ラッチ信号LATが吐出ヘッド駆動回路67に入力されると、レーザヘッド駆動回路68(遅延回路68a)は、ラッチ回路67bからの吐出制御データSIを受けて第2開閉信号GS2の生成を開始する。
そして、レーザヘッド駆動回路68は、第2開閉信号GS2を、スイッチ回路68b(レーザスイッチ回路及び変調部スイッチ回路)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、すなわち吐出ヘッド駆動回路67が第1開閉信号GS1を出力した時から、待機時間Tだけ経過すると、1行目の着色層領域23の液滴FDが、走査領域Ls内への侵入を開始するとともに、レーザヘッド駆動回路68が、第2開閉信号GS2を、レーザスイッチ回路及び変調部スイッチ回路に出力する。
すると、レーザスイッチ回路は、対応する半導体レーザアレイLDに、共通するレーザ駆動信号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。同時に、変調部スイッチ回路は、対応する位相変調部48に、共通する位相変調部駆動信号COM3を出力し、その位相変調部駆動信号COM3に基づく位相変調部48の駆動制御を行う。
これによって、走査領域Ls内に侵入する液滴FDに対して、相対的に、照射位置の静止した第1攪拌プロファイルBP1、第2攪拌プロファイルBP2及び乾燥プロファイルのレーザビームBが、順次連続して照射される。そして、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、1行目の液滴FDの攪拌・乾燥処理動作が終了する。
これによって、対応する着色層領域23内で、その膜厚を均一にした着色層24が形成される。
以後、同様に、後続する各行の着色層領域23が、着弾した液滴FDを有して、走査領域Ls内を通過する度に、対応する液滴FDに対して、相対的に、照射位置を静止した第1攪拌プロファイルBP1、第2攪拌プロファイルBP2及び乾燥プロファイルのレーザビームBが、順次連続して照射され、膜厚を均一にした着色層24が形成される。
そして、全ての着色層領域23に着色層24が形成されると、制御装置50は、Y軸モータMYを制御して、基板ステージ33(カラーフィルタ基板10)を往動位置に配置させる。
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、照射強度の最大値が、着色層形成材料と分散媒の蒸発を十分に抑制し、かつ、対応する液滴FD内で、着色層形成材料と分散媒の熱対流を誘起させる強度で、第1及び第2攪拌プロファイルBP1,BP2を成形するようにした。その結果、第1及び第2攪拌プロファイルBP1,BP2のピーク位置に対応した領域に、液滴FD内の着色層形成材料を流動させることができ、着色層24を、第1及び第2攪拌プロファイルBP1,BP2に対応した膜厚分布に制御することができる。
(2)上記実施形態によれば、着色層領域23の反Y矢印方向にのみ鋭いピークを有した第1攪拌プロファイルBP1と、着色層領域23のY矢印方向にのみ鋭いピークを有した第2攪拌プロファイルBP2を連続して成形した。そして、第1攪拌プロファイルBP1のレーザビームBと第2攪拌プロファイルBP2のレーザビームBを、連続して照射するようにした。その結果、液滴FD内の着色層形成材料を流動させて(攪拌して)、着色層形成材料を、着色層領域23内に均一に分散させることができる。従って、着色層領域
23内に、均一な膜厚の着色層24を形成することができる。
(3)上記実施形態によれば、ビームプロファイルシーケンスBPSに膜厚分布データを備え、制御装置50が、所望する均一な膜厚分布に対応するビームプロファイルシーケンスBPS(平坦化シーケンス)を決定するようにした。その結果、所望する膜厚分布に対応したビームプロファイルを、確実に成形することができ、着色層24の膜厚を、より確実に均一にすることができる。
(4)上記実施形態によれば、液滴FDに対して、相対的に、照射位置の静止した第1攪拌プロファイルBP1及び第2攪拌プロファイルBP2のレーザビームBを照射するようにした。その結果、液滴FDの搬送方向等に制約されることなく、所望のタイミングで、第1攪拌プロファイルBP1と第2攪拌プロファイルBP2を切り替えることができる。
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、エネルギーをレーザビームBとして具体化したが、これに限らず、例えば電子線やイオンビームであってもよく、液滴FDの着色層形成材料(パターン形成材料)を流動させるエネルギーであればよい。
○上記実施形態では、組成プロファイルを、着色層24の膜厚分布として具体化した。これに限らず、例えば着色層24を複数の構成材料によって構成し、組成プロファイルを、各構成材料の濃度分布や形状分布として具体化してもよい。
○上記実施形態では、エネルギープロファイルを照射強度の分布として具体化した。これに限らず、例えばビームスポットの形状の分布や波長の分布であってもよい。
○上記実施形態では、着色層領域23の反Y矢印方向側にのみ、照射強度の鋭いピークを有した第1攪拌プロファイルBP1と、着色層領域23のY矢印方向側にのみ、照射強度の鋭いピークを有した第2攪拌プロファイルBP2によって、液滴FD内の着色層形成材料の分布を均一にさせるようにした。
これに限らず、例えば、図11(a)の実線に示すように、着色層領域23のY矢印方向側と反Y矢印方向側に、分割した一対の鋭いピークを有する第3攪拌プロファイルBP3を成形し、図11(b)及び図11(c)の実線に示すように、まず、液滴FD内の着色層形成材料を、Y矢印方向側と反Y矢印方向側に分割させる。続いて、図11(a)の破線に示すように、着色層領域23のY矢印方向の中心位置に、鋭いピークを有する第4攪拌プロファイルBP4を成形し、図11(c)の破線に示すように、液滴FD内の着色層形成材料を、着色層領域23の中心位置側に流動させるようにしてもよい。
○上記実施形態では、ビームプロファイルシーケンスを、着色層24の膜厚を均一にする平坦化シーケンスとして構成した。これに限らず、ビームプロファイルシーケンスは、着色層24の膜厚を、着色層領域23の一端で厚くするシーケンスであってもよく、所望の組成プロファイルに対応したシーケンスであればよい。
○上記実施形態では、ビームプロファイルシーケンスを、ビームプロファイル成形情報BPIと、各ビームプロファイルを成形する時間と、各ビームプロファイルを成形する順序によって構成した。これに限らず、例えば、ビームプロファイルシーケンスに、各ビームプロファイルを、所定の方向に走査させるための走査情報を設定し、所定の周期で、ビームプロファイルを所望の方向に走査させる構成にしてもよい。これによれば、ビームプロファイルを、より高い精度で制御することができ、制御可能な組成プロファイルの範囲を、さらに拡大することができる。
○上記実施形態では、エネルギープロファイル情報をビームプロファイルシーケンスとして具体化した。これに限らず、例えばエネルギープロファイル情報をビームプロファイル成形情報BPI(第1攪拌プロファイル成形情報BPI1及び第2攪拌プロファイル成形情報BPI2)として具体化し、単一のビームプロファイルによって、パターンを、所望の組成プロファイルに制御するようにしてもよい。
○上記実施形態では、エネルギープロファイル情報決定手段を制御部51に具体化し、各ビームプロファイルシーケンスBPSの有する膜厚分布データIbと、所望の膜厚分布データIbを対応させることによって、ビームプロファイルシーケンスBPSを決定する構成にした。
これに限らず、例えば、予め試験等に基づいて、膜厚分布データIb(組成プロファイル)からビームプロファイルシーケンスBPS(ビームプロファイル情報)を生成する所定の演算を設定し、制御部51が、所望の膜厚分布データIb(組成プロファイル)に対して、前記所定の演算を施すことによって、ビームプロファイルシーケンスBPS(エネルギープロファイル情報)を生成する構成にしてもよい。
これによれば、所望の組成プロファイルに対応したエネルギーファイル情報を、確実に取得することができる。
○上記実施形態では、エネルギービーム走査手段によって、レーザビームBの照射位置を、液滴FDに対して、相対的に、静止させる構成にした。これに限らず、例えばレーザビームBの照射位置を固定し、各液滴FDを、レーザビームBの照射位置に搬送し、その照射位置に停止させた状態で、対応するビームプロファイルのレーザビームBを照射する構成であってもよい。これによれば、走査時間に制約されることなく、長時間、レーザビームBを照射することができる。
○上記実施形態では、液滴吐出手段を吐出ヘッドFHに具体化したが、これに限らず、例えばディスペンサ等の液滴吐出手段によって吐出するように構成してもよい。
○上記実施形態では、エネルギービーム走査手段を、ポリゴンミラー49を有した光学系に具体化した。これに限らず、例えば、ガルバノミラー等によって構成するようにしてもよく、レーザビームBの照射位置を、液滴FDに対して、相対的に、静止させる走査手段であればよい。
○上記実施形態では、エネルギー出力手段を半導体レーザアレイLDに具体化したが、これに限らず、炭酸ガスレーザやYAGレーザ、さらにはLEDや電子線源等であってもよい。
○上記実施形態では、電気的あるいは機械的に駆動する位相変調部48を利用してビームプロファイル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、ビームプロファイル(エネルギープロファイル)を成形するようにしてもよく、着色層領域23内に、所望のエネルギープロファイルを成形可能なものであればよい。
○上記実施形態では、着色層領域23を略正方形として具体化したが、この形状に限定されるものではなく、例えば、楕円形や多角形の着色層領域23であってもよい。
○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、レーザビーム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、パターンをカラーフィルタ基板10の着色層24に具体化した。これに限らず、例えば、吐出した液滴FD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、パターンの組成プロファイルの制御性を向上することができる。
○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、パターンを着色層24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液滴FDを、対応する発光素子形成領域に吐出して、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、発光素子の組成プロファイルの制御性を向上することができる。
○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、パターンを着色層24に具体化した。これに限らず、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)を備えた表示装置の絶縁膜や金属配線のパターンに具体化してもよい。
第1実施形態における液晶表示装置の斜視図。 同じく、カラーフィルタ基板の斜視図。 同じく、カラーフィルタ基板の概略側断面図。 同じく、液滴吐出装置の概略斜視図。 同じく、液滴吐出ヘッドの概略斜視図。 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、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、(a)、(b)、(c)は、着色層領域に対するビームプロファイル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。 変更例におけるビームプロファイルを説明するための説明図であって、(a)、(b)、(c)は、着色層領域に対するビームプロファイルを説明する説明図。
符号の説明
1…電気光学装置としての液晶表示装置、23…着色層領域、24,24R,24G,24B…パターンとしての着色層、30…液滴吐出装置、48…エネルギープロファイル制御手段を構成する回折素子あるいは空間光変調器としての位相変調部、49…エネルギー走査手段を構成するポリゴンミラー、51…エネルギープロファイル情報決定手段としての制御部、B…エネルギーとしてのレーザビーム、FD…液滴、FH…液滴吐出手段を構成する液滴吐出ヘッド、LD…エネルギー出力手段としての半導体レーザアレイ、LH…乾燥手段を構成するレーザヘッド、BP1…エネルギープロファイルを構成する第1攪拌プロファイル、BP2…エネルギープロファイルを構成する第2攪拌プロファイル、BPI…ビームプロファイル成形情報、BPS…エネルギープロファイル情報としてのビームプロファイルシーケンス。

Claims (17)

  1. パターン形成材料を含む液滴を基板に吐出する液滴吐出手段と、前記基板に着弾した液滴を乾燥することによってパターンを形成する乾燥手段とを備えた液滴吐出装置において、
    前記乾燥手段は、
    前記液滴内のパターン形成材料を流動可能にするエネルギーを出力するエネルギー出力手段と、
    前記液滴内のパターン形成材料の分布を、前記パターンの組成プロファイルに対応させるためのエネルギープロファイル情報に基づいて、前記エネルギープロファイルを制御するエネルギープロファイル制御手段と、
    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、
    前記組成プロファイルに関する組成プロファイル情報に基づいて、前記エネルギープロファイル情報を決定するエネルギープロファイル情報決定手段を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
  3. 請求項2に記載の液滴吐出装置において、
    前記エネルギープロファイル情報は、異なるエネルギープロファイルを連続して再現させるシーケンス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、
    前記エネルギープロファイル制御手段は、前記エネルギー出力手段からのエネルギーを回折して前記エネルギープロファイルを制御する複数の回折素子を備えた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、
    前記エネルギープロファイル制御手段は、前記エネルギー出力手段からのエネルギーを変調して前記エネルギーのエネルギープロファイルを制御する空間光変調器を備えた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、
    前記エネルギープロファイル制御手段は、前記エネルギーの照射位置を、前記液滴に対して、相対的に、静止可能にするエネルギー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、
    前記エネルギーは、光ビームであることを特徴とする液滴吐出装置。
  8. 請求項1〜7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。
  9. 請求項1〜8のいずれか1つに記載の液滴吐出装置において、
    前記パターンは、薄膜パターンであって、前記組成プロファイルは、前記薄膜パターンの膜厚分布であることを特徴とする液滴吐出装置。
  10. パターン形成材料を含む液滴を基板に吐出し、前記基板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、
    前記パターンの組成プロファイルに関する組成プロファイル情報に基づいたエネルギープロファイルのエネルギーを前記液滴に照射し、前記組成プロファイルに対応するように
    、前記液滴のパターン形成材料を流動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に記載のパターン形成方法において、
    前記エネルギープロファイルを連続して変更し、前記組成プロファイルに対応するように、前記液滴のパターン形成材料を流動するようにしたことを特徴とするパターン形成方法。
  12. 請求項8又は9に記載のパターン形成方法において、
    前記液滴のパターン形成材料を流動させた後に、前記液滴にエネルギーを照射して、前記液滴を乾燥するようにしたことを特徴とするパターン形成方法。
  13. 請求項10〜12のいずれか1つに記載のパターン形成方法において、
    前記エネルギーは、光ビームであることを特徴とするパターン形成方法。
  14. 請求項10〜12のいずれか1つに記載のパターン形成方法において、
    前記エネルギーは、コヒーレント光であることを特徴とするパターン形成方法。
  15. 基板の着色層領域に着色層形成材料を含む液滴を吐出し、前記着色層領域に着弾した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10〜14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. 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10〜14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。
  17. 請求項15又は16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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