JP2007130536A - 液滴吐出量測定方法、液滴吐出量測定用治具、液滴吐出量調整方法、液滴吐出量測定装置、描画装置、デバイス及び電気光学装置並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液状材料111を液滴として吐出するノズル25を複数有する液滴吐出ヘッド2の液滴吐出量を測定する。ノズル25から液滴を吐出して、複数のノズル25毎に設けられた溝32内に充填する充填工程と、液状材料111が溝32内に充填された長さを計測する計測工程とを有する。溝32は、中央部から両側に向かうに従って漸次上方へ向かう断面形状を有する。溝32に充填された長さの計測値に基づいて、各ノズル25の液滴吐出量を推定する。
【選択図】図3
Description
この場合、形成される色要素膜の膜厚を正確に管理するためには、各色要素領域に付与される液状材料の量を正確に制御する必要があり、そのためには、液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)から吐出される液滴1滴当たりの量を知る必要がある。
そこで、受け容器に液滴を吐出する際に一つのノズルのみから液滴を吐出して、その前後で受け容器の重量を測定すれば、そのノズルからの1滴の吐出量が分かるようにも思えるが、同じノズルでも、全ノズルから液滴を吐出しているときと、そのノズルのみから液滴を吐出しているときとでは、1滴の吐出量が異なるので、この方法では、全ノズルから吐出している場合における各ノズルごとの吐出量を正確に知ることはできない。また、この方法の場合、全ノズルについてそれぞれ受け容器の重量測定を行わなければならないので、測定に多大な時間と手間がかかるという問題もある。
本発明の液滴吐出量測定方法は、液状材料を液滴として吐出するノズルを複数有する液滴吐出ヘッドの液滴吐出量を測定する液滴吐出量測定方法であって、前記ノズルから前記液滴を吐出して、前記複数のノズルのぞれぞれに対応して設けられた溝内に充填する充填工程と、前記液状材料が前記溝内に充填された長さを計測する計測工程とを有し、前記溝は、中央部から両側に向かうに従って漸次上方へ向かう断面形状を有し、当該溝に充填された長さの計測値に基づいて、各ノズルの液滴吐出量を推定することを特徴とするものである。
前記溝としては、前記複数のノズル毎に設けられている構成や、複数の前記ノズルで構成されるノズル群毎に設けられている構成を採用できる。
また、溝が複数のノズルで構成されるノズル群毎に設けられている場合には、液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の量を、ノズル群毎に測定することができる。
この構成では、溝が平面の組み合わせで形成されるため、製造が容易になる。また、液状材料が中央部に集まったときにV字をなす両面に接触するため、迅速に液状材料が濡れ拡がる接触角になり、測定に要する時間を短縮化できる。
これにより、本発明では、着弾時の変形で液滴が溝内から飛び出してしまい、正確な液滴吐出量の測定に支障を来すことを防止できる。
また、前記溝の開口端の幅としては、前記液滴が当該溝に着弾して変形した際の最大径と、所定の許容誤差量との合計と、略等しい構成も好適に採用できる。
これにより、本発明では、吐出した液滴に飛行曲がりが生じた場合には、溝内に着弾しなくなることから、飛行曲がりを検出することが可能になる。
これにより、本発明では、溝内に着弾しなかった液状材料が溝内に戻らないため、充填長さが短くなることにより、飛行曲がり等による着弾精度が低いノズルの計測値を排除することができる。
この構成では、容易に親液性を付与できるとともに、結晶レベルで表面を平滑化できるため、液状材料の充填長さをより高精度に測定することが可能になる。
これにより、本発明では、各ノズルから吐出された液滴の1滴当たりの体積を簡単かつ正確に算出することができる。
従って、本発明では、描画される膜の膜厚が高精度に制御され、製品の品質向上が図られたデバイスを得ることができる。
そして、本発明の電子機器は、先に記載の電気光学装置を備えることを特徴とするものである。
従って、本発明では、品質向上が図られた電気光学装置及び電子機器を得ることができる。
前記溝としては、前記複数のノズル毎に設けられている構成や、複数の前記ノズルで構成されるノズル群毎に設けられている構成を採用できる。
また、溝が複数のノズルで構成されるノズル群毎に設けられている場合には、液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の量を、ノズル群毎に測定することができる。
この構成では、溝が平面の組み合わせで形成されるため、製造が容易になる。また、液状材料が中央部に集まったときにV字をなす両面に接触するため、迅速に液状材料が濡れ拡がる接触角になり、測定に要する時間を短縮化できる。
これにより、本発明では、着弾時の変形で液滴が溝内から飛び出してしまい、正確な液滴吐出量の測定に支障を来すことを防止できる。
また、前記溝の開口端の幅としては、前記液滴が当該溝に着弾して変形した際の最大径と、所定の許容誤差量との合計と、略等しい構成も好適に採用できる。
これにより、本発明では、吐出した液滴に飛行曲がりが生じた場合には、溝内に着弾しなくなることから、飛行曲がりを検出することが可能になる。
これにより、本発明では、溝内に着弾しなかった液状材料が溝内に戻らないため、充填長さが短くなることにより、飛行曲がり等による着弾精度が低いノズルの計測値を排除することができる。
また、前記溝としては、シリコン基板に異方性エッチングにより形成され、当該溝内と前記周囲とが酸化膜で覆われている構成が好適である。
この構成では、容易に親液性を付与できるとともに、結晶レベルで表面を平滑化できるため、液状材料の充填長さをより高精度に測定することが可能になる。
従って、本発明では、液滴吐出ヘッドの各ノズルの1滴当たりの吐出量を均一化することができる。その結果、この液滴吐出ヘッドを用いて描画される膜の膜厚を高精度に制御することができ、製品の品質向上が図れる。また、上記効果を極めて簡単な方法で達成することができる。
図1は、本発明の液滴吐出量測定装置を搭載した描画装置(インクジェット描画装置)の実施形態を示す斜視図である。
このような描画装置1は、ステージ移動機構108およびキャリッジ移動機構104を作動させ、ステージ106とキャリッジ103とを相対的に移動させることにより、液滴吐出ヘッド2をワーク10Aに沿って走査しつつ、液滴吐出ヘッド2のノズル25から液状材料111の液滴を吐出して、ワーク10A上に所定のパターンを描画する装置である。
ステージ移動機構108は、X軸方向およびZ軸方向の双方に直交するY軸方向に沿ってステージ106を移動させ、その作動は、制御手段112により制御される。さらに、本実施形態のステージ移動機構108は、Z軸に平行な軸の回りでステージ106を回転させる機能も有しており、これにより、ステージ106に載置されたワーク10AのZ軸回りの傾斜を微調整して真っ直ぐになるように補正することができる。
キャリッジ103全体としてワーク10Aに対し液状材料111を吐出可能なX軸方向の幅(以下、「全吐出幅」と言う)よりも、ワーク10AのX軸方向の幅が小さいものである場合には、キャリッジ103とワーク10Aとの主走査を1回行うことにより、ワーク10Aの全体に対して液状材料111の付与、すなわち描画を行うことができる。
図2に示す液滴吐出ヘッド2は、液滴を吐出する多数のノズル25が列をなして並んだノズル列を有するインクジェットヘッドである。この液滴吐出ヘッド2は、振動板126と、ノズル25が形成されたノズルプレート128とを備えている。振動板126と、ノズルプレート128との間には、タンク101から孔131を介して供給される液状材料111が常に充填される液たまり129が位置している。
なお、液滴吐出ヘッド2は、図示のような圧電アクチュエータを駆動素子とするものに限らず、静電アクチュエータを用いるものや、電気熱変換素子を用いて液状材料111の熱膨張を利用して液滴を吐出する構成のものであってもよい。
図1に示すように、液滴吐出量測定装置50は、治具用ステージ51に保持された測定治具(液滴吐出量測定用治具)3と、測定治具3に吐出された液滴の長さを画像処理により計測するCCDカメラ等の計測カメラ(計測部)53と、計測カメラ53の計測結果が出力されて演算処理を行う推定部としての制御手段112から構成される。
W≧D …(1)
なお、着弾インパクト径とは、液滴が着弾後に数マイクロ秒程度で変形するときの最大径であり、シミュレーションや、高速度カメラ、ストロボシステムで予め計測することが可能である。
具体的には、例えば結晶方位面が100面の単結晶シリコンの表面にレジストを配置し、KOH溶液や、エチレンジアミン水溶液等のエッチング液を用いて異方性エッチングを行う。そして、レジストを除去した後に、酸化膜を形成する。
これにより、溝32の内面及び溝32の周囲を含む全面が液状材料111に対して親液化される。
バッファメモリ200と処理部204とは相互に通信可能に接続されている。処理部204と記憶手段202とは、相互に通信可能に接続されている。処理部204と走査駆動部206とは相互に通信可能に接続されている。処理部204とヘッド駆動部208とは相互に通信可能に接続されている。また、走査駆動部206は、治具用ステージ51、キャリッジ移動機構104およびステージ移動機構108と相互に通信可能に接続されている。同様にヘッド駆動部208は、液滴吐出ヘッド2と相互に通信可能に接続されている。
ステージ位置検出手段303は、ステージ106(すなわちワーク10A)及び治具用ステージ51(すなわち測定用治具3)のY軸方向の位置(移動距離)を検出し、その検出信号を処理部204へ入力する。
カメラ位置検出手段304は、計測カメラ53のX軸方向の位置(移動距離)を検出し、その検出信号を処理部204へ入力する。
キャリッジ位置検出手段302、ステージ位置検出手段303及びカメラ位置検出手段304は、例えばリニアエンコーダ、レーザー測長器等で構成される。
さらに、処理部204は、ステージ移動機構108の作動を制御することにより、ステージ106すなわちワーク10Aの移動速度を制御する。
次いで、計測カメラ53を測定用治具3と対向する位置から退避させるとともに、治具用ステージ51およびキャリッジ移動機構104を作動し、図5に示すように、各ノズル25が、各溝32の一端部321の上空に位置するようにする。そして、各ノズル25から液状材料111の液滴113を繰り返し吐出する。この際、各ノズル25からは、同じ数の液滴113を吐出する。
なお、飛行曲がりが生じた溝32Eへ液滴を吐出したノズルについては、充填長さLが他の長さと比較して極端に短くなることから、何らかのエラー(この場合、許容誤差量を超える飛行曲がり)が生じたものとして、液滴吐出量の測定から除外し、ノズルのクリーニングを実施すればよい。
描画装置1を用いて電気光学装置を製造するに際し、高品質の製品を得るためには、液滴吐出ヘッド2の全ノズル25の1滴当たりの吐出量をできるだけ均一にすることが重要となる。例えば、液晶表示装置のカラーフィルタ基板や有機EL表示装置のような色要素付き基板の色要素(画素)に、フィルタ膜や発光膜のような色要素膜を形成する場合、色ムラを防止すべく、色要素膜の膜厚を全色要素に渡って均一にするためには、全ノズル25の1滴当たりの吐出量をできるだけ均一にする必要がある。
具体的には、ノズル毎の液滴吐出数(ショット数)を調整(増減)することにより、液状材料の塗布量をノズル間で均一化することができる。
なお、さらに微調整が必要な場合には、図2に示した駆動波形について微小量の液状材料を吐出するための微小ドット波形の駆動波形を設定しておき、この駆動波形を用いることで微小の吐出量調整が可能になる。
このような調整を行うことにより、液滴吐出ヘッド2の全ノズル25の総吐出量を均一化することができ、その結果、描画装置1を用いて形成される膜の膜厚を高精度に制御することができ、製品の品質向上が図れる。
続いて、上記描画装置1を用いて製造されるデバイスとして、カラーフィルタ基板について説明する。
図7に示すように、カラーフィルタ基板(デバイス)CFは、長方形形状の基板48上に、生産性をあげる観点から複数個のカラーフィルタ領域105がマトリックス状に形成されたものである。これらのカラーフィルタ領域105は、後でガラス48を切断することで、液晶表示装置に適合するカラーフィルタとして用いることができる。
例えば、70kHzで吐出可能な吐出周波数を用いる場合には、1回の走査で10ng/回を10回(以上)吐出できる。1画素あたりに90回の吐出を行う場合、各画素には3つのノズルで液滴を吐出するため、3回の走査で画素に液状材料を充填できる。
ここで、上述した液滴吐出量の測定で、例えば9番のノズルの吐出量が少ない(充填量Lが短い)際には、8番及び10番のノズルからの吐出数を増やしたり、9番のノズルの吐出量が顕著に少ない場合にはこのノズルを使用せずに11番のノズルを用いてもよい。 なお、ノズルピッチ等の理由で使用ノズルの変更が不可の場合には、ヘッドクリーニングを行った後に、上記液滴吐出量の測定を実行するシーケンスを採ることが好ましい。
このような場合には、図9に示すように、溝32がノズル群(ここでは3つのノズル)毎に設けられた測定用治具3を用いればよい。
この場合、ノズル群毎に対応する溝32に液滴を吐出し、充填長さを計測することにより、ノズル群毎に液滴吐出量を測定することができる。
そのため、測定された液滴吐出量に基づいて、各ノズルの液滴吐出量を調整することにより、画素間で生じる液滴充填量のばらつきを容易に抑制することが可能になる。
さらに、液晶パネルや有機EL装置以外にも、金属配線や有機薄膜トランジスタ、レジストやマイクロレンズアレイ、バイオ分野にも適用可能である。
図10(a)〜(c)は、本発明の電子機器の実施の形態例を示している。
本例の電子機器は、上記のカラーフィルタ基板を有する液晶パネルを表示手段として備えている。
図10(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図10(a)において、符号1000は携帯電話本体を示し、符号1001は上記のカラーフィルタ基板を用いた表示部を示している。
図10(b)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図10(b)において、符号1100は時計本体を示し、符号1101は上記のカラーフィルタ基板を用いた表示部を示している。
図10(c)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図10(c)において、符号1200は情報処理装置、符号1202はキーボードなどの入力部、符号1204は情報処理装置本体、符号1206は上記のカラーフィルタ基板を用いた表示部を示している。
図10(a)〜(c)に示すそれぞれの電子機器は、上記のカラーフィルタ基板を表示手段として備えているので、表示品質に優れた電子機器を得ることができる。
この場合、飛行曲がりが許容誤差量を超えるノズルについては、誤差が大きい測定結果として容易に検出して排除することが可能になり、測定結果の信頼性を向上させることができる。同様に、飛行曲がりの他に、吐出不良やドット抜け等の不具合も容易に検出することができる。
Claims (21)
- 液状材料を液滴として吐出するノズルを複数有する液滴吐出ヘッドの液滴吐出量を測定する液滴吐出量測定方法であって、
前記ノズルから前記液滴を吐出して、前記複数のノズルのぞれぞれに対応して設けられた溝内に充填する充填工程と、
前記液状材料が前記溝内に充填された長さを計測する計測工程とを有し、
前記溝は、中央部から両側に向かうに従って漸次上方へ向かう断面形状を有し、
当該溝に充填された長さの計測値に基づいて、前記ノズルの液滴吐出量を推定することを特徴とする液滴吐出量測定方法。 - 請求項1記載の液滴吐出量測定方法において、
前記溝は、略V字状の断面形状を有することを特徴とする液滴吐出量測定方法。 - 請求項1または2記載の液滴吐出量測定方法において、
前記溝の開口端の幅は、前記液滴が当該溝に着弾して変形した際の最大径以上であることを特徴とする液滴吐出量測定方法。 - 請求項1から3のいずれかに記載の液滴吐出量測定方法において、
前記溝の開口端の幅は、前記液滴が当該溝に着弾して変形した際の最大径と、所定の許容誤差量との合計と、略等しいことを特徴とする液滴吐出量測定方法。 - 請求項3または4記載の液滴吐出量測定方法において、
前記溝内と、前記溝の周囲とが前記液状材料に対して親液性を有することを特徴とする液滴吐出量測定方法。 - 請求項5記載の液滴吐出量測定方法において、
前記溝は、シリコン基板に異方性エッチングにより形成され、当該溝内と前記周囲とが酸化膜で覆われていることを特徴とする液滴吐出量測定方法。 - 請求項1から6のいずれかに記載の液滴吐出量測定方法において、
前記溝は、前記複数のノズル毎に設けられていることを特徴とする液滴吐出量測定方法。 - 請求項7記載の液滴吐出量測定方法において、
前記充填された長さの計測値と、前記溝の単位長さ当たりの容積に関する情報と、該溝へ吐出された液滴の数とに基づいて、各ノズルから吐出された液滴の1滴当たりの量を算出することを特徴とする液滴吐出量測定方法。 - 請求項1から6のいずれかに記載の液滴吐出量測定方法において、
前記溝は、複数の前記ノズルで構成されるノズル群毎に設けられていることを特徴とする液滴吐出量測定方法。 - 液状材料を液滴として吐出するノズルを複数有する液滴吐出ヘッドの液滴吐出量を調整する液滴吐出量調整方法であって、
請求項1から9のいずれかに記載の液滴吐出量測定方法で測定された前記ノズルの液滴吐出量に基づいて、前記各ノズル毎に前記液滴の吐出滴数または駆動波形を調整することを特徴とする液滴吐出量調整方法。 - 請求項10記載の液滴吐出量調整方法により基板上に液状材料が塗布されたことを特徴とするデバイス。
- 請求項11記載のデバイスを備えることを特徴とする電気光学装置。
- 請求項12記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。
- 液滴吐出ヘッドの複数のノズルから吐出された液状材料を貯留可能な溝が形成された液滴受容部を有する液滴吐出量測定用治具であって、
前記溝は、中央部から両側に向かうに従って漸次上方へ向かう断面形状を有し、
前記溝へ前記ノズルから液滴を吐出して、前記液状材料を前記溝内に充填し、その充填された長さを計測し、該計測値に基づいて、当該ノズルの液滴吐出量を推定する液滴吐出量測定方法の実施に使用可能であることを特徴とする液滴吐出量測定用治具。 - 請求項14記載の液滴吐出量測定用治具において、
前記溝は、略V字状の断面形状を有することを特徴とする液滴吐出量測定用治具。 - 請求項14または15記載の液滴吐出量測定用治具において、
前記溝の開口端の幅は、前記液滴が当該溝に着弾して変形した際の最大径以上であることを特徴とする液滴吐出量測定用治具。 - 請求項14から16のいずれかに記載の液滴吐出量測定用治具において、
前記溝の開口端の幅は、前記液滴が当該溝に着弾して変形した際の最大径と、所定の許容誤差量との合計と、略等しいことを特徴とする液滴吐出量測定用治具。 - 請求項16または17記載の液滴吐出量測定用治具において、
前記溝内と、前記溝の周囲とが前記液状材料に対して親液性を有することを特徴とする液滴吐出量測定用治具。 - 請求項18記載の液滴吐出量測定用治具において、
前記溝は、シリコン基板に異方性エッチングにより形成され、当該溝内と前記周囲とが酸化膜で覆われていることを特徴とする液滴吐出量測定用治具。 - 液状材料を液滴として吐出するノズルを複数有する液滴吐出ヘッドの液滴吐出量を測定する液滴吐出量測定装置であって、
液状材料を貯留可能な溝が前記複数のノズルのそれぞれに対応して形成された液滴受容部と、
前記ノズルから前記液滴を吐出して、前記溝内にそれぞれ充填させるとともに、前記液状材料が前記溝内に充填された長さを計測する計測部と、
前記充填及び前記長さの計測を複数回繰り返した結果に基づいて、前記ノズルの液滴吐出量を推定する推定部とを有し、
前記溝は、中央部から両側に向かうに従って漸次上方へ向かう断面形状を有することを特徴とする液滴吐出量測定装置。 - 液状材料を液滴として吐出するノズルを複数有する液滴吐出ヘッドと、ワークとを相対的に移動させ、前記ノズルから液滴を吐出して前記ワークに着弾させることにより描画を行う描画装置であって、
請求項20記載の液滴吐出量測定装置と、前記推定部の推定結果に基づいて前記各ノズル毎に前記液滴の吐出量を調整する調整部とを有することを特徴とする描画装置。
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