JP2007125876A - パターン形成方法及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴の飛行曲がりや吐出口の目詰まりを回避して、液滴からなるパターンの形状制御性を向上したパターン形成方法及び液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】レーザ光Ｌを照射する基板２上の照射位置ＰＴとノズルＮとの間を結ぶ直線上に、ノズル形成面３１ａから基板２側に突出してノズルＮの基板側を囲う筒状に形成された光吸収性材料からなる遮光部材４０を配設した。そして、遮光部材４０の遮光厚さＨｓを、遮光幅Ｗｓとノズル径Ｒとの和と同じサイズにして、照射位置ＰＴの領域から反射散乱角θｒで反射散乱された反射散乱光Ｌｒを、ノズルＮに対して遮光するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、パターン形成方法及び液滴吐出装置に関する。

従来、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置等の表示装置には、画像を表示するための基板が備えられている。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、パターンとしてのコードパターン（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製造情報を再現可能にしている。

識別コードの形成方法には、金属箔にレーザ光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、同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、金属微粒子を含む液滴を吐出口から吐出して、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。
特開平１１−７７３４０号公報 特開２００３−１２７５３７号公報

しかしながら、上記インクジェット法では、液滴を乾燥することによってコードパターンを形成するために、基板の表面状態や液滴の表面張力等に応じて、以下の問題を招いていた。すなわち、基板に着弾した液滴が基板表面に沿って直ちに濡れ広がるため、液滴の乾燥に時間を要すると（例えば、１００ミリ秒以上の時間を要すると）、着弾した液滴が基板表面で過剰に濡れ広がって、対応するデータセル内から食み出すようになる。その結果、コードパターンを読み取り不可能にして基板情報を損失する問題があった。

こうした問題は、図１０に示すように、液滴吐出ヘッド１０１の直下に位置する基板１０２にレーザ光Ｌを照射し、基板１０２に着弾した液滴Ｆｂを、順次レーザ光Ｌの領域に侵入させる（基板１０２を搬送して液滴Ｆｂを瞬時に乾燥する）ことによって回避可能と考えられる。しかし、基板１０２上にレーザ光Ｌを照射すると、照射した領域（液滴Ｆｂや基板１０２）からの反射光や散乱光（反射散乱光Ｌｒ）が、吐出口１０３の領域を照射して吐出口１０３の液状体Ｆを乾燥あるいは焼成させる。その結果、吐出口１０３の中の液状体Ｆが固化して、液滴Ｆｂの飛行曲がりや吐出口１０３の目詰まりを招く虞があった。

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、液滴の飛行曲がりや吐出口の目詰まりを回避して、液滴からなるパターンの形状制御性を向上したパターン形成方法及び液滴吐出装置を提供することである。

本発明のパターン形成方法は、パターン形成材料の液滴を吐出口から基板に向けて吐出し、前記基板とレーザ光の照射位置とを相対移動させ、前記基板に着弾した前記液滴をレーザ光の照射位置に移動させ、前記照射位置に到達した前記液滴に前記レーザ光を照射してパターンを形成するようにしたパターン形成方法であって、前記吐出口に向けて反射した前記レーザ光を、前記照射位置と前記吐出口との間を結ぶ直線上に設けられた遮光部材によって遮光するようにした。

本発明のパターン形成方法によれば、吐出口に向かうレーザ光を遮光できるため、吐出口の液体等（液体や液状体等）をレーザ光から保護することができる。従って、吐出口における液体等の固化を回避させることができ、液滴の飛行曲がりや吐出口の目詰まりを回避させることができる。この結果、液滴からなるパターンの形状制御性を向上させることができる。

本発明の液滴吐出装置は、基板と相対向する吐出口から前記基板に向けて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、照射位置にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記基板と前記レーザ照射手段とが相対移動し、前記基板に着弾した前記液滴を前記照射位置に移動する移動手段と、を備えた液滴吐出装置であって、前記照射位置と前記吐出口との間を結ぶ直線上に設けられて、前記吐出口に向けて反射した前記レーザ光を遮光する遮光部材を備えた。

本発明の液滴吐出装置によれば、吐出口に向かうレーザ光を遮光することができるため、吐出口の液体等（液体や液状体等）をレーザ光から保護することができる。従って、吐出口における液体等の固化を回避させることができ、液滴の飛行曲がりや吐出口の目詰まりを回避させることができる。この結果、液滴からなるパターンの形状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、前記吐出口は、前記基板と相対向する吐出口形成面に形成されて、前記遮光部材は、前記吐出口形成面に設けられて、前記吐出口形成面から前記基板側に突出する凸部を前記照射位置と前記吐出口との間を結ぶ直線上に備えるようにしてもよい。

この液滴吐出装置によれば、吐出口と遮光部材（凸部）が吐出口形成面を共有するため、吐出口に対する遮光部材の位置整合性を容易に確保させることができる。従って、液滴の飛行曲がりや吐出口の目詰まりを、より確実に回避させることができる。

この液滴吐出装置において、前記凸部は、前記吐出口の周囲を囲うように形成されてもよい。

この液滴吐出装置によれば、凸部が吐出口を囲う分だけ、凸部によって遮光できる領域を拡大させることができる。従って、基板と吐出口形成面との間の領域でレーザ光が多重反射あるいは乱反射する場合であっても、凸部が吐出口の周囲を囲う分だけ、液滴の飛行曲がりや吐出口の目詰まりを回避させることができる。

この液滴吐出装置において、前記吐出口は、前記基板と相対向する吐出口形成面に形成
されて、前記遮光部材は、前記吐出口形成面の法線方向に突出する凸部を有し、前記凸部は、前記法線方向から見て少なくとも前記吐出口の前記照射位置側を囲い、前記レーザ光の前記基板に対する入射角をθとし、前記吐出口の内径をＲとし、前記凸部と前記吐出口との間の距離をＷｓとし、前記凸部の前記法線方向の厚さをＨｓとすると、Ａｒｃｔａｎ（（Ｗｓ＋Ｒ）／Ｈｓ）＜θを満たす構成であってもよい。

この液滴吐出装置によれば、遮光部材と基板との間、あるいは吐出口形成面と基板との間でレーザ光が正反射を繰り返す場合であっても、吐出口に向けて反射したレーザ光を遮光面によって遮光させることができる。従って、液滴の飛行曲がりや吐出口の目詰まりを、より確実に回避させることができる。

この液滴吐出装置において、前記遮光部材は、前記レーザ光を吸収する光吸収性を有するようにしてもよい。

この液滴吐出装置によれば、遮光部材がレーザ光を吸収するため、遮光部材からの反射を回避させることができる。従って、遮光部材がレーザ光を吸収する分だけ、各種部材（例えば、液滴吐出ヘッドの領域や基板に形成したパターン等）に向かう反射を回避させることができる。よって、液滴の飛行曲がりや吐出口の目詰まりを回避させることができ、かつ、レーザ照射に起因した各種部材の損傷を回避させることができる。

この液滴吐出装置において、前記遮光部材は、前記基板側からのレーザ光を溝内部で多重反射させて減衰させる減衰溝を有した構成であってもよい。

この液滴吐出装置によれば、遮光部材の機械的設計によって、遮光部材の光吸収性を向上させることができる。

この液滴吐出装置において、前記吐出口は、前記基板と相対向する吐出口形成面に列状に配列形成されて、前記遮光部材は、前記吐出口の配列方向に沿って形成されて、前記各吐出口に共通するようにしてもよい。

この液滴吐出装置によれば、遮光部材の部材点数を削減することができ、より簡便な構成によって、液滴の飛行曲がりや吐出口の目詰まりを回避させることができる。

この液滴吐出装置において、前記吐出口は、前記基板と相対向する吐出口形成面に形成されて、前記遮光部材は、前記吐出口形成面に着脱可能に取着されてもよい。

この液滴吐出装置によれば、遮光部材を吐出口形成面から取り外すことができるため、吐出口や吐出口形成面の洗浄を行うことができる。従って、吐出口や吐出口形成面の定期的な洗浄を行うことができ、液滴の飛行曲がりや吐出口の目詰まりを、より長期間にわたって回避させることができる。

この液滴吐出装置において、前記遮光部材は、前記吐出口形成面に磁気的に取着される構成であってもよい。

この液滴吐出装置によれば、遮光部材の着脱操作を簡便にさせることができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図５に従って説明する。まず、本発明のパターン形成方法を利用して形成した識別コードを有する液晶表示装置について説明する。

図１において、液晶表示装置１は、四角形状に形成されたガラス基板（以下単に、「基板」という）２を備えている。本実施形態では、基板２の長手方向を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の一側面（表面２ａ）であって、その略中央位置には、液晶分子を封入した四角形状の表示部３が形成されて、その表示部３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。液晶表示装置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、前記表示部３内の液晶分子の配向状態を制御する。液晶表示装置１は、図示しない照明装置からの平面光を液晶分子の配向状態によって変調して、表示部３の領域に所望の画像を表示する。

基板２の表面２ａであって、その左側下隅には、液晶表示装置１の識別コード１０が形成されている。識別コード１０は、一辺が約１ｍｍの正方形で形成されたコード形成領域Ｓに形成されている。コード形成領域Ｓは、１６行×１６列のデータセルＣに仮想分割されて、各データセルＣの領域に、外径がデータセルＣの一辺の長さに相当する半球状のパターンとしてのドットＤが選択的に形成されている。本実施形態では、ドットＤの形成されたデータセルＣを「黒セルＣ１」とし、ドットＤの形成されないデータセルＣを「白セルＣ０」という。また、各黒セルＣ１の中心位置を「目標吐出位置Ｐ」とし、データセルＣの一辺の長さを「セル幅Ｗ」という。

ドットＤは、パターン形成材料としての金属微粒子（例えば、ニッケル微粒子やマンガン微粒子）を分散媒に分散させた液状体Ｆ（図４参照）によって形成されている。ドットＤは、液状体Ｆを液滴Ｆｂにして黒セルＣ１に吐出し、黒セルＣ１に着弾した液滴Ｆｂを乾燥及び焼成させることによって形成されている。この液滴Ｆｂの乾燥・焼成は、レーザ光Ｌ（図４参照）を照射することによって行われる。本実施形態では、液滴Ｆｂを乾燥・焼成することによってドットＤを形成する構成にしているが、これに限らず、例えばレーザ光Ｌの乾燥のみによって形成する構成にしてもよい。

識別コード１０は、各データセルＣ内のドットＤの有無によって、液晶表示装置１の製品番号やロット番号等を再現する。

次に、前記識別コード１０を形成するための液滴吐出装置について説明する。

図２に示すように、液滴吐出装置２０には、その長手方向がＸ矢印方向に沿う直方体形状に形成された基台２１が備えられている。基台２１の上面には、Ｘ矢印方向に延びる１対の案内溝２２が形成されて、その案内溝２２には、移動手段を構成する基板ステージ２３が取付されている。基板ステージ２３は、基台２１に配設されたＸ軸モータＭＸ（図５参照）に連結駆動されて、Ｘ矢印方向及び反Ｘ矢印方向に直動する。基板ステージ２３の上面には、図示しない吸引式のチャック機構が設けられて、表面２ａ（コード形成領域Ｓ）を上側にした状態で基板２が位置決め固定される。

基台２１のＹ矢印方向両側には、門型に形成された案内部材２４が架設されている。案内部材２４の上側には、液状体Ｆを収容する収容タンク２５が配設されて、収容する液状体Ｆを液滴吐出ヘッド（以下単に、「吐出ヘッド」という。）３０に供給する。案内部材２４の下側には、Ｙ矢印方向に延びる上下一対の案内レール２６がＹ矢印方向全幅にわたり形成されて、その案内レール２６には、キャリッジ２７が取付られている。キャリッジ２７は、案内部材２４に配設されたＹ軸モータＭＹ（図５参照）に連結駆動されて、Ｙ矢印方向及び反Ｙ矢印方向に直動する。

キャリッジ２７の下側には、吐出ヘッド３０が搭載されている。図３は、吐出ヘッド３
０を基板２側から見た斜視図である。

図３に示すように、吐出ヘッド３０の基板２側（図３における上側）には、ノズルプレート３１が備えられている。ノズルプレート３１は、ステンレス等の板部材であって、その下面（図３における上面：吐出口形成面としてのノズル形成面３１ａ）が基板２の表面２ａと平行に配設されている。ノズルプレート３１には、複数の吐出口としてのノズルＮがＹ矢印方向に沿う列状に等間隔に形成されている。ノズルＮは、基板２の法線方向（Ｚ矢印方向）に沿って貫通形成された円形孔であって、その内径が所定のノズル径Ｒ（例えば、３０μｍ）で形成されている。各ノズルＮは、Ｙ矢印方向に沿う形成ピッチが目標吐出位置Ｐの形成ピッチと同じ幅（セル幅Ｗ：図３参照）で形成されている。本実施形態では、図４に示すように、表面２ａ上の位置であって、各ノズルＮの反Ｚ矢印方向に相対する位置を、それぞれ「着弾位置ＰＦ」という。

図４に示すように、ノズルＮのＺ矢印方向には、収容タンク２５に連通するキャビティ３４が形成されて、収容タンク２５が導出する液状体Ｆを、それぞれ対応するノズルＮ内に供給する。各キャビティ３４の上側には、Ｚ矢印方向及び反Ｚ矢印方向（上下方向）に振動可能な振動板３５が貼り付けられて、キャビティ３４内の容積を拡大・縮小する。振動板３５の上側には、各ノズルＮに対応する複数の圧電素子ＰＺが配設されて、圧電素子ＰＺを駆動制御するための信号（圧電素子駆動電圧ＶＤＰ：図５参照）を受けて上下方向に収縮・伸張し、対応する振動板３５をＺ矢印方向及び反Ｚ矢印方向に振動させる。

圧電素子ＰＺは、基板ステージ２３が基板２をＸ矢印方向に搬送するとき、目標吐出位置Ｐが着弾位置ＰＦに位置するタイミングで収縮・伸張する。圧電素子ＰＺが収縮・伸張すると、対応するキャビティ３４内の容積が拡大・縮小し、所定容量の液状体Ｆが対応するノズルＮから液滴Ｆｂとして吐出される。ノズルＮから吐出された液滴Ｆｂは、略反Ｚ矢印方向に飛行して対応するノズルＮの直下に位置する目標吐出位置Ｐ（着弾位置ＰＦ）に着弾する。目標吐出位置Ｐに着弾した液滴Ｆｂは、搬送時間の経過とともに対応するデータセルＣ内で濡れ広がって、液滴Ｆｂを乾燥するためのサイズ（前記セル幅Ｗ）にまで拡大する。本実施形態では、液滴Ｆｂの中心位置（目標吐出位置Ｐ）であって、液滴Ｆｂの外径がセル幅Ｗになる位置を、「照射位置ＰＴ」という。

図３及び図４に示すように、吐出ヘッド３０のＸ矢印方向側には、複数の半導体レーザＬＤを搭載したレーザ照射手段としてのレーザヘッド３６が配設されている。各半導体レーザＬＤは、それぞれノズルＮのＸ矢印方向側に配設されて、液状体Ｆ（分散媒や金属微粒子）の吸収波長に対応した波長領域のレーザ光Ｌを出射する。各半導体レーザＬＤの基板２側には、それぞれ半導体レーザＬＤからのレーザ光Ｌを平行光束にするコリメータ３７と、コリメータ３７からのレーザ光を収束して基板２の表面２ａに導く集光レンズ３８と、が配設されている。これらコリメータ３７と集光レンズ３８からなる光学系は、前記照射位置ＰＴに向かう所定の角度（入射角θ）を有した光軸Ａ１を形成する。本実施形態の光学系は、入射角θを４５°よりも大きくし、照射位置ＰＴの領域から正反射される反射散乱光Ｌｒの反射角（反射散乱角θｒ）を４５°よりも大きくする。

半導体レーザＬＤは、着弾位置ＰＦに着弾した液滴Ｆｂが照射位置ＰＴに到達するとき、レーザ光Ｌを出射するための駆動信号（レーザ駆動電圧ＶＤＬ：図５参照）を受けて所定強度のレーザ光Ｌを出射する。所定強度のレーザ光Ｌは、対応する液滴Ｆｂの領域に照射されて液滴Ｆｂの溶媒あるいは分散媒を蒸発し、液滴Ｆｂの濡れ広がりを抑制させる。すなわち、液滴Ｆｂは、外径がセル幅Ｗからなる半球状パターンとして瞬時に固定される。固定された液滴Ｆｂは、連続するレーザ光Ｌの照射によってその金属微粒子が焼成されて、外径がセル幅ＷからなるドットＤとして基板２の表面２ａに固着する。

ドットＤが形成されるとき、照射位置ＰＴの領域では、照射されたレーザ光Ｌの一部が、基板２の表面２ａや液滴Ｆｂによって、吐出ヘッド３０（ノズルＮ）側に向かう反射散乱光Ｌｒとして反射散乱される。反射散乱光Ｌｒの殆どは、基板２の表面２ａあるいは液滴Ｆｂの表面によって正反射されたものである。そのため、反射散乱光Ｌｒの殆どは、反射散乱角θｒを入射角θと同じにしてノズルＮに向けて反射される。

図４に示すように、ノズルＮの内周面であってそのノズル形成面３１ａ側には、ノズル形成面３１ａにまで広がる撥液膜３９が形成されている。撥液膜３９は、数百ｎｍ程度のシリコーン樹脂やフッ素樹脂等からなる重合膜であって、液状体Ｆに対する撥液性を有している。撥液膜３９は、ノズルＮ内に形成される液状体Ｆの界面（メニスカスＭ）の位置を安定させて、液滴Ｆｂの吐出動作を安定させる。尚、本実施形態では、撥液膜３９を直接ノズルプレート３１に形成する構成にしたが、これに限らず、ノズルプレート３１と撥液膜３９との間の密着性を向上するために、ノズルプレート３１と撥液膜３９との間に、シランカップリング剤等からなる数ｎｍの密着層を介在させる構成にしてもよい。

図３及び図４に示すように、ノズル形成面３１ａであって各ノズルＮの周囲には、遮光部材４０が固着されている。遮光部材４０は、ノズル形成面３１ａの法線方向に突出する凸部であって、前記照射位置ＰＴとノズルＮとの間を結ぶ直線上に配設されている。遮光部材４０は、レーザ光Ｌを吸収する光吸収性の材料によって形成されている。遮光部材４０は、全てのノズルＮ（前記撥液膜３９）の周囲を囲うように、ノズル形成面３１ａのＹ矢印方向略全幅に延びる四角筒状に形成されている。遮光部材４０は、そのＸ矢印方向側の内壁面４０ａと各ノズルＮとの間の距離（遮光幅Ｗｓ）が小さい程、また内壁面４０ａのＺ矢印方向の厚さ（遮光厚さＨｓ）が大きい程、各ノズルＮに向かう反射散乱光Ｌｒを広範囲にわたり遮光する。

詳述すると、遮光部材４０は、反射散乱角θｒがＡｒｃｔａｎ（（Ｗｓ＋Ｒ）／Ｈｓ）＜θｒを満たす反射散乱光Ｌｒを、各ノズルＮに対して遮光して吸収する。反射散乱光Ｌｒの殆どは、その反射散乱角θｒを入射角θと同じにするため、遮光部材４０は、入射角θがＡｒｃｔａｎ（（Ｗｓ＋Ｒ）／Ｈｓ）＜θを満たすレーザ光Ｌの反射散乱光Ｌｒを、各ノズルＮに対して遮光する。

本実施形態の遮光部材４０は、遮光幅Ｗｓが１００μｍで形成されて、遮光厚さＨｓが、前記遮光幅Ｗｓと、前記ノズル径Ｒと、の和と同じ１３０μｍで形成されている。よって、遮光部材４０は、Ａｒｃｔａｎ（（Ｗｓ＋Ｒ）／Ｈｓ）＝４５°＜θを満たすレーザ光Ｌの反射散乱光Ｌｒを各ノズルＮに対して遮光する。コリメータ３７と集光レンズ３８からなる光学系は、上記するように入射角θを４５°よりも大きくする。この結果、遮光部材４０は、照射位置ＰＴから各ノズルに向かう反射散乱光Ｌｒの殆どを遮光して吸収する。

遮光部材４０は、反射散乱光Ｌｒを遮光する分だけ、ノズルＮ内の液状体Ｆの増粘や固化、さらには撥液膜３９の損傷等を回避させて、液状体Ｆの流動性とメニスカスＭの安定性を維持させる。しかも、遮光部材４０は、ノズルＮの周囲を囲う筒状に形成されているため、反射散乱光Ｌｒが表面２ａとノズル形成面３１ａとの間で多重反射あるいは乱反射する場合であっても、反射散乱光Ｌｒの方向に関わらず、ノズルＮを囲う分だけ、液状体Ｆの流動性とメニスカスＭの安定性を維持させる。

尚、遮光部材４０は、吸収した反射散乱光Ｌｒを熱量に変換し、その熱量をステンレス製のノズルプレート３１やＳｉ製のキャビティ３４を介して放熱する構成にしてもよい。また、ノズルＮの近傍では、ノズルプレート３１の熱量を液状体Ｆによって放熱させる構成にしてもよい。これによれば、高粘度の液状体Ｆを吐出する場合、ノズルプレート３１
の熱量によって液状体Ｆの粘度を低粘度化し、液状体Ｆの吐出動作の安定化を図ることができる。

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５に従って説明する。

図５において、制御部４１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備え、ＲＯＭ等に格納された各種データと各種制御プログラムに従って、基板ステージ２３を移動させて、液滴吐出ヘッド３０及びレーザヘッド３６を駆動させる。

制御部４１には、起動スイッチ、停止スイッチ等の操作スイッチを有した入力装置４２が接続されて、入力装置４２からの各種操作信号や識別コード１０の画像が既定形式の描画データＩａとして入力される。制御部４１は、入力装置４２から描画データＩａを受けると、二次元描画平面（コード形成領域Ｓ）上における各データセルＣに、液滴Ｆｂを吐出するか否かを示すビットマップデータＢＭＤと、各圧電素子ＰＺを駆動するための圧電素子駆動電圧ＶＤＰと、半導体レーザＬＤを駆動するためのレーザ駆動電圧ＶＤＬを生成する。

制御部４１には、Ｘ軸モータ駆動回路４３及びＹ軸モータ駆動回路４４が接続されて、Ｘ軸モータ駆動回路４３及びＹ軸モータ駆動回路４４に、それぞれ対応する駆動制御信号を出力する。Ｘ軸モータ駆動回路４３及びＹ軸モータ駆動回路４４は、制御部４１からの駆動制御信号に応答して、それぞれ基板ステージ２３を往復移動させるＸ軸モータＭＸ及びキャリッジ２７を往復移動させるＹ軸モータＭＹを正転又は逆転させる。

制御部４１には、基板２の端縁を検出可能な基板検出装置４５が接続されて、基板検出装置４５からの検出信号に基づいて、ノズルＮの直下を通過する基板２の位置を算出する。

制御部４１には、Ｘ軸モータ回転検出器４６及びＹ軸モータ回転検出器４７が接続されて、Ｘ軸モータ回転検出器４６及びＹ軸モータ回転検出器４７からの検出信号が入力される。制御部４１は、Ｘ軸モータ回転検出器４６からの検出信号に基づいて、基板２の移動方向及び移動量を演算する。制御部４１は、各データセルＣの中心位置が着弾位置ＰＦに位置するとき、吐出タイミング信号ＳＧを吐出ヘッド駆動回路４８及びレーザ駆動回路４９に出力する。制御部４１は、Ｙ軸モータ回転検出器４７からの検出信号に基づいて、液滴吐出ヘッド３０のＹ矢印方向の移動方向及び移動量を演算する。制御部４１は、液滴吐出ヘッド３０の移動方向と移動量に基づいて、各ノズルＮに対応する着弾位置ＰＦをそれぞれ目標吐出位置Ｐの移動経路上に配置する。

制御部４１には、吐出ヘッド駆動回路４８が接続されて、所定のクロック信号に同期させた吐出タイミング信号ＳＧと、所定のクロック信号に同期させた圧電素子駆動電圧ＶＤＰを、それぞれ出力する。また、制御部４１は、ビットマップデータＢＭＤに基づいて所定の基準クロックに同期させたヘッド制御信号ＳＣＨを生成し、吐出ヘッド駆動回路４８に順次シリアル転送する。吐出ヘッド駆動回路４８は、制御部４１からのヘッド制御信号ＳＣＨを各圧電素子ＰＺに対応させてシリアル／パラレル変換する。吐出ヘッド駆動回路４８は、制御部４１からの吐出タイミング信号ＳＧを受けるとき、シリアル／パラレル変換したヘッド制御信号ＳＣＨに基づいて選択される圧電素子ＰＺに圧電素子駆動電圧ＶＤＰを供給する。

制御部４１には、レーザ駆動回路４９が接続されて、吐出タイミング信号ＳＧと、所定のクロック信号に同期させたレーザ駆動電圧ＶＤＬと、前記ヘッド制御信号ＳＣＨをそれぞれ出力する。レーザ駆動回路４９は、制御部４１からのヘッド制御信号ＳＣＨを各半導
体レーザＬＤに対応させてシリアル／パラレル変換する。レーザ駆動回路４９は、制御部４１からの吐出タイミング信号ＳＧを受けるとき、所定の時間だけ待機して、シリアル／パラレル変換したヘッド制御信号ＳＣＨに基づいて選択される半導体レーザＬＤにレーザ駆動電圧ＶＤＬを供給する。すなわち、制御部４１は、レーザ駆動回路４９を介して、液滴Ｆｂを吐出したノズルＮに対応する半導体レーザＬＤからレーザ光Ｌを出射させる。

本実施形態では、吐出タイミング信号ＳＧを受けたレーザ駆動回路４９がレーザ駆動電圧ＶＤＬを供給するまでの時間を「待機時間」とし、その「待機時間」は、着弾位置ＰＦの液滴Ｆｂが照射位置ＰＴに到達するまでの時間に設定されている。すなわち、レーザ駆動回路４９は、着弾した液滴Ｆｂの外径がセル幅Ｗになるまで待機し、液滴Ｆｂの外径がセル幅Ｗになるタイミングで、対応する半導体レーザＬＤから照射位置ＰＴの液滴Ｆｂに向けてレーザ光Ｌを出射する。

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２に示すように、基板ステージ２３上に、表面２ａを上側にした状態で基板２を配置固定する。このとき、基板２のＸ矢印方向側の辺は、案内部材２４より反Ｘ矢印方向側に配置されている。

この状態から、入力装置４２を操作して描画データＩａを制御部４１に入力する。すると、制御部４１は、描画データＩａに基づくビットマップデータＢＭＤ、圧電素子駆動電圧ＶＤＰ及びレーザ駆動電圧ＶＤＬを生成する。

圧電素子駆動電圧ＶＤＰ及びレーザ駆動電圧ＶＤＬを生成すると、制御部４１は、Ｙ軸モータＭＹを駆動制御して、基板２をＸ矢印方向に搬送するときに、各目標吐出位置Ｐがそれぞれ対応する着弾位置ＰＦを通過するように、キャリッジ２７（各ノズルＮ）をセットする。

キャリッジ２７をセットすると、制御部４１は、Ｘ軸モータＭＸを駆動制御して、基板２をＸ矢印方向に搬送する。基板２の搬送を開始すると、制御部４１は、基板検出装置４５及びＸ軸モータ回転検出器４６からの検出信号に基づいて、最もＸ矢印方向側のセルＣ（目標吐出位置Ｐ）が着弾位置ＰＦまで搬送されたか否か判断する。この間、制御部４１は、吐出ヘッド駆動回路４８に、圧電素子駆動電圧ＶＤＰ及びヘッド制御信号ＳＣＨを出力し、レーザ駆動回路４９に、レーザ駆動電圧ＶＤＬ及びヘッド制御信号ＳＣＨを出力し、これら吐出ヘッド駆動回路４８及びレーザ駆動回路４９の双方に、それぞれ吐出タイミング信号ＳＧを出力するタイミングを待つ。

そして、最もＸ矢印方向に位置するセルＣが着弾位置ＰＦに搬送されると、制御部４１は、吐出ヘッド駆動回路４８とレーザ駆動回路４９の双方に吐出タイミング信号ＳＧを出力する。

吐出タイミング信号ＳＧを出力すると、制御部４１は、吐出ヘッド駆動回路４８を介して、ヘッド制御信号ＳＣＨに応じた圧電素子ＰＺに、それぞれ圧電素子駆動電圧ＶＤＰを供給し、ヘッド制御信号ＳＣＨによって選択されたノズルＮから、一斉に液滴Ｆｂを吐出させる。吐出された液滴Ｆｂは、対応する着弾位置ＰＦ（目標吐出位置Ｐ）に着弾し、着弾位置ＰＦから照射位置ＰＴまで搬送される間に、その外径をセル幅Ｗにする。

また、吐出タイミング信号ＳＧを出力すると、制御部４１は、レーザ駆動回路４９を介して、半導体レーザＬＤを待機時間だけ待機させる。制御部４１は、半導体レーザＬＤを待機時間だけ待機させると、ヘッド制御信号ＳＣＨに対応する半導体レーザＬＤに、それ
ぞれレーザ駆動電圧ＶＤＬを供給し、ヘッド制御信号ＳＣＨによって選択された半導体レーザＬＤから、一斉にレーザ光Ｌを出射させる。

一斉に出射されたレーザ光Ｌは、照射位置ＰＴの液滴Ｆｂ、すなわちセル幅Ｗの外径を有した液滴Ｆｂの領域に照射される。レーザ光Ｌの照射された液滴Ｆｂは、分散媒の蒸発と金属微粒子の焼成によって、その外径がセル幅ＷのドットＤとして基板２の表面２ａに固着される。これによって、最もＸ矢印方向に位置する黒セルＣ１に、セル幅Ｗに整合したドットＤが形成される。

この間、吐出ヘッド３０には、照射位置ＰＴの領域から各ノズルＮに向かう反射散乱光Ｌｒが反射散乱されるが、その殆どは、反射散乱角θｒを４５°よりも大きくする。そのため、ノズルＮに向かう反射散乱光Ｌｒの殆どは、ノズルＮに到達する前に、照射位置ＰＴと各ノズルＮとの間を結ぶ直線上に位置する遮光部材４０によって遮光されて吸収される。従って、各ノズルＮの内部では、液状体Ｆの流動性やメニスカスＭの安定性が維持される。この結果、液滴吐出ヘッド３０は、目詰まりや液滴Ｆｂの飛行曲がりを来たすことなく、後続の液滴Ｆｂを安定して吐出し続ける。

以後同様に、制御部４１は、基板２をＸ矢印方向に搬送して、各目標吐出位置Ｐが着弾位置ＰＦに到達する毎に、選択されたノズルＮから液滴Ｆｂを一斉に吐出する。そして、黒セルＣ１に着弾した液滴Ｆｂがセル幅Ｗになるタイミングで一斉にレーザ光Ｌを照射し、コード形成領域Ｓ内に全てのドットＤを形成する。

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、ノズルプレート３１の基板２側であって、照射位置ＰＴとノズルＮとの間を結ぶ直線上に、ノズル形成面３１ａから突出する遮光部材４０を形成した。

従って、遮光部材４０がノズル形成面３１ａから突出する分だけ、また遮光部材４０がノズルＮの近傍に形成される分だけ、すなわち遮光部材４０の遮光厚さＨが大きい分だけ、また遮光幅Ｗｓが小さい分だけ、ノズルＮに向かう基板２側からの反射散乱光Ｌｒを遮光させることができる。その結果、ノズルＮ内の液状体Ｆや撥液膜３９を反射散乱光Ｌｒの照射から保護させることができ、ノズルＮ内の液状体Ｆの増粘や乾燥、撥液膜３９の損傷を回避することができる。そのため、ノズルＮ内の液状体Ｆの流動性やメニスカスＭの安定性を維持させることができ、液滴Ｆｂの飛行曲がりやノズルＮの目詰まりを回避してドットＤの形状制御性を向上させることができる。

（２）しかも、遮光部材４０を四角筒状に形成して、ノズルＮの周囲を囲うように構成した。従って、レーザ光Ｌ（反射散乱光Ｌｒ）が、表面２ａとノズル形成面３１ａとの間で多重反射あるいは乱反射する場合であっても、ノズルＮの周囲を囲う分だけ、ノズルＮ内の液状体Ｆの増粘や固化等を回避させることができる。

（３）上記実施形態では、遮光部材４０を光吸収性の材料で構成するようにした。従って、ノズルＮ側に反射散乱した反射散乱光Ｌｒを、遮光部材４０によって吸収して、２次反射させることなく終端させることができる。その結果、遮光部材４０がレーザ光Ｌを吸収する分だけ、表面２ａとノズル形成面３１ａとの間の反射散乱光Ｌｒの多重反射や乱反射を回避させることができる。そのため、ノズルＮ内の液状体Ｆの増粘や固化等を、より確実に抑制させることができる。

（４）上記実施形態では、遮光部材４０をＹ矢印方向（ノズルＮの配列方向）に沿う形
状に形成して、各ノズルＮに共通する形状にした。従って、ノズルＮ毎に遮光部材４０を設ける場合に比べて、その部材点数を削減させることができ、より簡便な構成によって、液滴Ｆｂの飛行曲がりやノズルＮの目詰まりを回避させることができる。

なお、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、遮光部材４０の形状を、ノズルＮの周囲を囲う四角筒状に形成した。これに限らず、例えば、図６に示すように、遮光部材を、ノズルＮのレーザヘッド３６側のみを囲う凸部５１として構成してもよい。これによれば、より簡便な構成によって、照射位置ＰＴ側からの反射散乱光Ｌｒを遮光させることができる。

あるいは、図７に示すように、遮光部材を、ノズル形成面３１ａの全体にわたって広がる板状の遮光板５２で構成し、同遮光板５２を、ノズル形成面３１ａに対して、機械的あるいは磁気的に着脱可能に取付ける構成にしてもよい。これによれば、遮光板５２をノズル形成面３１ａから取り外すことができるため、ノズルＮやノズル形成面３１ａの洗浄を行うことができる。そのため、ノズルＮやノズル形成面３１ａの洗浄を適宜行うことができる分だけ、液滴Ｆｂの吐出動作の安定化を、さらに向上させることができる。

・上記実施形態では、遮光部材４０の内壁面を平滑面で構成した。これに限らず、例えば図８に示すように、遮光部材４０の内壁面に、減衰溝（閉じ込め凹部５３）を形成する構成にしてもよい。そして、閉じ込め凹部５３が、基板２側からの反射散乱光Ｌｒを受けて溝内部で多重反射し、ノズルＮに向かう反射散乱光Ｌｒを減衰させる構成にしてもよい。これによれば、遮光部材の機械的設計によって遮光部材の光吸収性を向上させることができ、遮光部材の材料選択範囲を拡張させることができる。

・上記実施形態では、遮光部材４０をノズル形成面３１ａに配設する構成にした。これに限らず、例えば、図９に示すように、遮光部材をノズルプレート３１と略同じ板状の遮光板５５に具体化し、その遮光板５５にノズルＮと相対向して液滴Ｆｂを通過させるための貫通孔５４を設け、該遮光板５５をレーザヘッド３６に取付ける構成にしてもよい。すなわち、遮光部材の配置位置は、照射位置ＰＴとノズルＮとの間を結ぶ直線上であればよい。

・上記実施形態では、遮光部材４０を光吸収性材料で形成したが、光反射性材料で形成してもよく、ノズルＮに向かう反射散乱光Ｌｒを遮光可能な材料であればよい。

・上記実施形態では、反射散乱光Ｌｒが基板２の表面２ａや液滴Ｆｂによって反射散乱される例について説明した。これに限らず、例えば、反射散乱光Ｌｒが、基板２の裏面や基板ステージ２３によって反射散乱されるものであってもよい。

・上記実施形態では、液滴Ｆｂの領域に照射するレーザ光Ｌによって、液滴Ｆｂを乾燥・焼成する構成にした。これに限らず、例えば、照射するレーザ光Ｌのエネルギーによって、液滴Ｆｂを所望の方向に流動させる構成にしてもよく、あるいは、液滴Ｆｂの外縁のみを照射して液滴Ｆｂをピニングさせる構成にしてもよい。すなわち、液滴Ｆｂの領域に照射するレーザ光Ｌによってパターンを形成する構成であればよい。

・上記実施形態では、レーザ光源を半導体レーザＬＤに具体化したが、これに限らず、例えば、レーザ光源を炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザに具体化してもよく、出力するレーザ光Ｌによって着弾した液滴Ｆｂを乾燥させるものであればよい。

・上記実施形態では、液滴Ｆｂによって半円球状のドットＤを形成する構成にしたが、
これに限らず、例えば、楕円形状のドットや線状のパターンを形成する構成であってもよい。

・上記実施形態では、パターンを識別コード１０のドットＤに具体化した。これに限らず、例えばパターンを、液晶表示装置１や、平面状の電子放出素子を備えて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）の絶縁膜や金属配線等、各種パターンに具体化してもよく、着弾した液滴Ｆｂの領域にレーザ光を照射して形成するパターンであればよい。

・上記実施形態では、基板を液晶表示装置１に利用する基板２に具体化したが、これに限らず、例えばフレキシブル基板や金属基板、シリコン基板等であってもよい。

本実施形態における液晶表示装置を示す平面図。 同じく、液滴吐出装置を示す概略斜視図。 同じく、液滴吐出ヘッド及びレーザヘッドを示す概略斜視図。 同じく、液滴吐出ヘッド及びレーザヘッドを示す概略断面図。 同じく、液滴吐出装置の電気的構成を示す電気ブロック回路図。 変更例の液滴吐出ヘッドを示す概略断面図。 変更例の液滴吐出ヘッドを示す概略断面図。 変更例の液滴吐出ヘッドを示す概略断面図。 変更例の液滴吐出ヘッドを示す概略断面図。 従来例の液滴吐出ヘッド及びレーザヘッドを示す概略断面図。

符号の説明

２…基板、２０…液滴吐出装置、３０…液滴吐出ヘッド、３１ａ…吐出口形成面としてのノズル形成面、３６…レーザ照射手段としてのレーザヘッド、３９…撥液膜、４０…遮光部材、５１…遮光部材としての凸部、５２，５５…遮光部材としての遮光板、θ…入射角、Ｌ…レーザ光、Ｄ…パターンとしてのドット、Ｆｂ…液滴、Ｎ…吐出口としてのノズル、ＰＴ…照射位置。

Claims (10)

1. パターン形成材料の液滴を吐出口から基板に向けて吐出し、前記基板とレーザ光の照射位置とを相対移動させ、前記基板に着弾した前記液滴をレーザ光の照射位置に移動させ、前記照射位置に到達した前記液滴に前記レーザ光を照射してパターンを形成するようにしたパターン形成方法であって、
   前記吐出口に向けて反射した前記レーザ光を、前記照射位置と前記吐出口との間を結ぶ直線上に設けられた遮光部材によって遮光するようにしたことを特徴とするパターン形成方法。
2. 基板と相対向する吐出口から前記基板に向けて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、
   照射位置にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
   前記基板と前記レーザ照射手段とが相対移動し、前記基板に着弾した前記液滴を前記照射位置に移動する移動手段と、
   を備えた液滴吐出装置であって、
   前記照射位置と前記吐出口との間を結ぶ直線上に設けられて、前記吐出口に向けて反射した前記レーザ光を遮光する遮光部材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であって、
   前記吐出口は、前記基板と相対向する吐出口形成面に形成されて、
   前記遮光部材は、前記吐出口形成面に設けられて、前記吐出口形成面から前記基板側に突出する凸部を前記照射位置と前記吐出口との間を結ぶ直線上に備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
4. 請求項３に記載の液滴吐出装置であって、
   前記凸部は、前記吐出口の周囲を囲うことを特徴とする液滴吐出装置。
5. 請求項２〜４のいずれか１つに記載の液滴吐出装置であって、
   前記吐出口は、前記基板と相対向する吐出口形成面に形成されて、
   前記遮光部材は、前記吐出口形成面の法線方向に突出する凸部を有し、
   前記凸部は、
   前記法線方向から見て少なくとも前記吐出口の前記照射位置側を囲い、
   前記レーザ光の前記基板に対する入射角をθとし、前記吐出口の内径をＲとし、前記凸部と前記吐出口との間の距離をＷｓとし、前記凸部の前記法線方向の厚さをＨｓとすると、
   Ａｒｃｔａｎ（（Ｗｓ＋Ｒ）／Ｈｓ）＜θを満たすことを特徴とする液滴吐出装置。
6. 請求項２〜５のいずれか１つに記載の液滴吐出装置であって、
   前記遮光部材は、前記レーザ光を吸収する光吸収性を有したことを特徴とする液滴吐出装置。
7. 請求項６に記載の液滴吐出装置であって、
   前記遮光部材は、前記基板側からのレーザ光を溝内部で多重反射させて減衰させる減衰溝を有したことを特徴とする液滴吐出装置。
8. 請求項２〜７のいずれか１つに記載の液滴吐出装置であって、
   前記吐出口は、前記基板と相対向する吐出口形成面に列状に配列形成されて、
   前記遮光部材は、前記吐出口の配列方向に沿って形成されて、前記各吐出口に共通することを特徴とする液滴吐出装置。
9. 請求項２〜８のいずれか１つに記載の液滴吐出装置であって、
   前記吐出口は、前記基板と相対向する吐出口形成面に形成されて、
   前記遮光部材は、前記吐出口形成面に着脱可能に取着されたことを特徴とする液滴吐出装置。
10. 請求項９に記載の液滴吐出装置であって、
    前記遮光部材は、前記吐出口形成面に磁気的に取着されたことを特徴とする液滴吐出装置。
    

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