JP2009103823A - 液滴吐出量調整方法および描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力室間の相互干渉を受けることなく比較的短時間に実施でき、かつ、液滴の吐出量の変動を極力小さな範囲に収めることができる液滴吐出量調整方法を提供する。
【解決手段】液滴吐出装置の吐出量を調整するにあたり、各圧力室から液滴を吐出させる調整吐出工程と、吐出された液滴の量を測定する測定工程と、各圧力室から吐出される液滴の吐出量が目標値となるように、測定された液滴の量に基づいて各圧力室の電極に印加すべき電圧を調整する電圧調整工程とを有し、調整吐出工程は、前記複数の圧力室を互いに異なる吐出可能期間を有するｎ個（ただし、ｎは自然数）おきのグループにグループ化し、１つのグループの吐出により発生した圧力波が他のグループの吐出特性に影響を与えないように所定の時間的間隔を空けてグループ毎に液滴を吐出させる。
【選択図】図９

Description

この発明は、液滴吐出量調整方法および描画装置に関し、詳しくは、所定波形の電圧の印加により液滴を吐出する液滴吐出装置の吐出量を調整する方法と、その方法を利用した描画装置に関する。

液晶表示装置のカラーフィルタ、有機ＥＬ表示装置などの製造にインクジェット描画装置を用いることが知られている。インクジェット描画装置は、微小な液滴を吐出する複数の圧力室を備えるインクジェットヘッドを用いて記録媒体に描画を行う装置であり、上記表示装置の製造では、画素毎に分けられた領域内に各色に対応したインク滴を吐出し、吐出されたインク滴を乾燥および硬化させることにより画素毎に色素の膜を形成する。色むらのない表示装置を得るためにはインク滴を乾燥および硬化させることによって得られた色素の膜の膜厚を厳密にコントロールする必要があり、そのためには各圧力室から吐出されるインク滴の量を正確に調整する必要がある。

従来の液滴吐出量測定法には、１つの圧力室を数十万回駆動させ、吐出されたインク滴を容器に集め、その重量を天秤で測定する方法（重量測定法）がある。しかしこの方法はインク滴を容器に溜めるのに１圧力室あたり１０分程度の時間を要し、ラインヘッドのように圧力室の数が数千になると全ての圧力室について上記方法で測定するのは現実的でない。

そこで、複数の圧力室から吐出されたインク滴の吐出量を極めて短時間に測定する方法として特許文献１に記載の方法が知られている。この方法によれば、圧力室からインク滴を吐出してインク滴形状評価用冶具上にドーム状のインク滴を形成し、形成されたインク滴の径を測定することによりインク滴の吐出量を算出する。インク滴形状評価用冶具上にインク滴が１列に配列されるように全ての圧力室からインク滴を吐出させて各インク滴の径を測定するため、重量測定法に比べ短時間で測定することができる。

特開２００５−２３８７８７号公報

しかし、上述の特許文献１に記載の測定方法では、インク滴形状評価用冶具上に全ての圧力室から僅かな吐出時間差でインク滴を吐出させるため、圧力室間での相互干渉が大きいインクジェットヘッドでは、隣接する圧力室の吐出タイミングによって吐出量が変動するという問題がある。

特にシェアモード型インクジェットヘッドでは隣接する圧力室の吐出タイミングによる吐出量の変動が大きい。
シェアモード型インクジェットヘッドは、圧電材料からなる複数の平行な隔壁によって仕切られた複数の圧力室内にインクが充填され、任意の圧力室の隔壁に所定波形の電圧を印加して剪断変形させ、該圧力室を膨張・収縮させることにより該圧力室内にインクを液滴化して吐出させる圧力波を発生させ、該圧力室の先端に設けられたノズルからインク滴を吐出させている。
つまり、シェアモード型インクジェットヘッドでは、ある圧力室からインク滴を吐出させるために剪断変形させられた隔壁は該圧力室に隣接する圧力室の隔壁でもあるため、ある圧力室からインク滴を吐出させる動作が、当該圧力室に隣接する圧力室内に圧力変動をもたらし、圧力変動が収まらないうちに駆動させられると、吐出量の変動を引き起こすこととなる。

したがって、従来の測定方法により測定した吐出量に基づいて吐出量の調整を行ったとしても、隣接する圧力室の吐出タイミングが調整時と同じ吐出タイミングでない限り吐出量は変動する。
つまり、全ての圧力室について、駆動され得るあらゆる吐出タイミングで吐出量が一定となるように吐出量を調整することはできないが、できる限り短時間で実施でき、かつ、吐出量の変動を極力小さな範囲に収めることができるような調整方法が求められている。

この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、圧力室間の相互干渉を受けることなく比較的短時間に実施でき、かつ、液滴の吐出量の変動を極力小さな範囲に収めることができる液滴吐出量調整方法、および、この方法を利用した描画装置を提供するものである。

この発明は、圧電材料からなる複数の平行な隔壁によって隔てられ吐出すべき液体が充填される複数の圧力室と、各圧力室内部の隔壁側面に設けられた電極と、任意の圧力室の電極に所定波形の電圧を印加して該圧力室内に液体を液滴化して吐出させる圧力波を発生させる駆動手段とを備える液滴吐出装置の吐出量を調整するにあたり、各圧力室から液滴を吐出させる調整吐出工程と、吐出された液滴の量を測定する測定工程と、各圧力室から吐出される液滴の吐出量が目標値となるように、測定された液滴の量に基づいて各圧力室の電極に印加すべき電圧を調整する電圧調整工程とを有し、調整吐出工程は、前記複数の圧力室を互いに異なる吐出可能期間を有するｎ個（ただし、ｎは自然数）おきのグループにグループ化し、１つのグループの吐出により発生した圧力波が他のグループの吐出特性に影響を与えないように所定の時間的間隔を空けてグループ毎に液滴を吐出させる工程であることを特徴とする液滴吐出量調整方法を提供するものである。

この発明によれば、吐出量の調整を目的とした調整吐出工程において、複数の圧力室が互いに異なる吐出可能期間を有するｎ個（ただし、ｎは自然数）おきのグループにグループ化され、１つのグループの吐出により発生した圧力波が他のグループの吐出特性に影響を与えないように所定の時間的間隔を空けてグループ毎に液滴を吐出させるので、圧力室の相互干渉がない状態で比較的短時間に各圧力室から液滴を吐出させ、吐出量の調整を行うことができる。
これにより、たとえ隣接する圧力室の吐出タイミングが任意に変化し吐出量が増減しても、各圧力室から吐出される液滴の吐出量は増減の中間値である相互干渉がない状態の吐出量で調整されていることとなり、圧力室間での吐出量の変動は最小の範囲に抑えられる。

この発明による液滴吐出量調整方法は、圧電材料からなる複数の平行な隔壁によって隔てられ吐出すべき液体が充填される複数の圧力室と、各圧力室内部の隔壁側面に設けられた電極と、任意の圧力室の電極に所定波形の電圧を印加して該圧力室内に液体を液滴化して吐出させる圧力波を発生させる駆動手段とを備える液滴吐出装置の吐出量を調整するにあたり、各圧力室から液滴を吐出させる調整吐出工程と、吐出された液滴の量を測定する測定工程と、各圧力室から吐出される液滴の吐出量が目標値となるように、測定された液滴の量に基づいて各圧力室の電極に印加すべき電圧を調整する電圧調整工程とを有し、調整吐出工程は、前記複数の圧力室を互いに異なる吐出可能期間を有するｎ個（ただし、ｎは自然数）おきのグループにグループ化し、１つのグループの吐出により発生した圧力波が他のグループの吐出特性に影響を与えないように所定の時間的間隔を空けてグループ毎に液滴を吐出させる工程であることを特徴とする。

この発明による液滴吐出量調整方法において、前記所定の時間的間隔は、先に液滴を吐出したグループを構成する圧力室で発生した圧力波が次に液滴を吐出するグループを構成する圧力室に影響を及ぼさないように減衰するのに要する時間と等しいか、或いはそれよりも長く設定されてもよい。
このような構成によれば、先に液滴を吐出したグループを構成する圧力室で発生した圧力波が十分に減衰してから次のグループの吐出がなされるので、グループ間の相互干渉を極力抑えることができ、吐出量の調整精度がより一層高められる。

この発明による液滴吐出量調整方法において、前記調整吐出工程は、液滴が吐出される平面状の基板を搭載したステージを用い、ステージを移動させると共に１つのグループから液滴を吐出させる工程であり、ステージの移動間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されてもよい。

このような構成によれば、ステージを移動させる度に１つのグループから液滴が吐出されるので、グループ毎に基板上での着弾位置をずらすことができ、各圧力室から吐出された液滴を独立させて基板上に保持できる。
このため、先のグループから吐出された液滴の量が多く基板上での液滴の径が大きい場合であっても、この液滴が次のグループから吐出された液滴と融合し、液滴の量を圧力室毎に測定できなくなるような事態を防ぐことができる。

また、圧力室の液滴吐出箇所（すなわちノズル）が、ステージの移動方向（主走査方向）に対して直交する方向（副走査方向）に一列に並ぶように配列されておらず、主走査方向にずれて配列されているような場合であっても、ノズルの配列ずれを相殺するようにステージを移動させて吐出させれば、吐出された液滴を基板上で副走査方向に一列に並べることができ、測定手段が液滴の測定に要する時間の短縮を図ることができる。さらには、調整吐出工程に要する基板面積の縮小も図ることができる。

この発明による液滴吐出量調整方法において、前記調整吐出工程は、液滴が吐出される平面状の基板を搭載したステージを用い、ステージを移動させると共に２つ以上のグループから液滴を順次吐出させる工程であり、グループ間の吐出間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されていてもよい。
このような構成によれば、ステージを移動させると共に１つのグループから液滴を吐出させる上記構成により得られる上記の効果（すなわち、液滴の独立保持または液滴の整列）に加え、ステージを移動させると共に２つ以上のグループから液滴が順次吐出されることにより、調整吐出工程に要する時間の短縮を図ることができる。

この発明による液滴吐出量調整方法において、前記調整吐出工程は、液滴が吐出される平面状の基板を搭載したステージを用い、グループ毎にステージを移動および静止させて静止した前記基板上に液滴を吐出させる工程であり、ステージの移動間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されてもよい。

このような構成によれば、グループ毎にステージが移動および静止させられ、静止した基板上に液滴が吐出されるので、吐出された液滴が慣性力によって楕円になってしまうような事態を防止できる。さらには、グループ毎に基板が移動させられ着弾位置がずらされるので、各圧力室から吐出される液滴の量が多く液滴の径が大きくなるような状況にも対応できる。
これらの効果により、ステージを移動させると共に液滴を吐出させる上記の２つの構成よりも調整吐出工程に要する時間は長くなるものの、液滴の量の測定精度は非常に高く保たれる。

また、圧力室の液滴吐出箇所（すなわちノズル）が、主走査方向にずれて配列されているような場合には、ノズルの配列ずれを相殺するようにステージを移動させることにより、吐出された液滴を基板上で副走査方向に一列に並べることができ、測定手段が液滴の量の測定に要する時間の短縮と、調整吐出工程に要する基板面積の縮小も図ることができる。

この発明は別の観点からみると、圧電材料からなる複数の平行な隔壁によって隔てられ吐出すべき液体が充填される複数の圧力室と、各圧力室内部の隔壁側面に設けられた電極と、任意の圧力室の電極に所定波形の電圧を印加して該圧力室内に液体を液滴化して吐出させる圧力波を発生させる駆動手段と、各圧力室から吐出された液滴の量を測定する測定手段と、駆動手段および測定手段を制御する制御部とを備え、制御部は、各圧力室から吐出される液滴の吐出量を調整するにあたり、前記複数の圧力室を互いに異なる吐出可能期間を有するｎ個（ただし、ｎは自然数）おきのグループにグループ化し、１つのグループの吐出により発生した圧力波が他のグループの吐出特性に影響を与えないように所定の時間的間隔を空けてグループ毎に液滴を吐出させ、グループ毎に各圧力室から吐出された液滴の量を測定手段により測定させ、各圧力室から吐出される液滴の吐出量が目標値となるように、測定された液滴の量に基づいて各圧力室の電極に印加すべき電圧を調整することを特徴とする描画装置を提供するものでもある。

この発明による上記の描画装置によれば、この発明による上述の液滴吐出量調整方法と同様に、圧力室の相互干渉がない状態で比較的短時間に各圧力室から液滴を吐出させ、吐出量の調整を行うことができ、圧力室間での吐出量の変動を最小の範囲に抑えることができる。
このため、被描画媒体に対して高い吐出精度で描画を行うことができ、特に被描画媒体が液晶表示装置のカラーフィルタや有機ＥＬ表示装置である場合には、各画素の色素膜の膜厚を所定の範囲に制御することができ、色むらのない高精度な表示装置の製造に資することができる。

この発明による上記の描画装置において、前記所定の時間的間隔は、先に液滴を吐出したグループを構成する圧力室で発生した圧力波が次に液滴を吐出するグループを構成する圧力室に影響を及ぼさないように減衰するのに要する時間と等しいか、或いはそれよりも長く設定されてもよい。
このような構成によれば、この発明による上述の液滴吐出量調整方法で述べたのと同様に、グループ間の相互干渉を極力抑えることができ、吐出量の調整精度をより一層高めることができる。

この発明による上記の描画装置は、液滴が吐出される基板を搭載し駆動部によって制御されるステージを更に備え、制御部は、ステージを移動させると共に１つのグループから液滴を吐出させ、ステージの移動間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されてもよい。

このような構成によれば、この発明による上述の液滴吐出量調整方法で述べたのと同様に、基板上での着弾位置をずらすことができ、各圧力室から吐出された液滴を独立させて基板上に保持できる。

また、この発明による上述の液滴吐出量調整方法で述べたのと同様に、液滴吐出箇所（ノズル）がステージの移動方向（主走査方向）にずれて配列されているような場合には、ノズルの配列ずれを相殺するようにステージを移動させて吐出させることにより、吐出された液滴を基板上で主走査方向と直交する副走査方向に一列に並べることができ、測定手段が液滴の測定に要する時間の短縮を図ることができる。さらには、調整吐出工程に要する基板面積の縮小も図ることができる。

この発明による上記の描画装置は、液滴が吐出される基板を搭載し駆動部によって制御されるステージを更に備え、制御部は、ステージを移動させると共に２つ以上のグループから液滴を順次吐出させ、グループ間の吐出間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されてもよい。
このような構成によれば、この発明による上述の液滴吐出量調整方法で述べたのと同様に、液滴の独立保持または液滴の整列などの効果に加え、調整吐出工程に要する時間の短縮を図ることができる。

この発明による上記の描画装置は、液滴が吐出される基板を搭載し駆動部によって制御されるステージを更に備え、制御部は、グループ毎にステージを移動および静止させて静止した前記基板上に液滴を吐出させ、ステージの移動間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されてもよい。

このような構成によれば、この発明による上述の液滴吐出量調整方法で述べたのと同様に、吐出された液滴が慣性力によって楕円になってしまうような事態を防止できるだけでなく、グループ毎に基板上での着弾位置をずらすことができ、液滴の量の測定精度を非常に高く保つことができる。

また、この発明による上述の液滴吐出量調整方法で述べたのと同様に、圧力室の液滴吐出箇所（ノズル）が、主走査方向にずれて配列されているような場合には、ノズルの配列ずれを相殺するようにステージを移動させることにより、吐出された液滴を基板上で副走査方向に一列に並べることができ、測定手段が液滴の量の測定に要する時間の短縮と、調整吐出工程に要する基板面積の縮小も図ることができる。

以下、図面に基づいてこの発明の実施形態に係る描画装置と液滴吐出量調整方法について詳細に説明する。図１はこの発明の実施形態に係る描画装置の全体構成を示す説明図である。

図１に示されるように、描画装置１にはインクを微小なインク滴（液滴）として吐出するインクジェットヘッド３が１方向に移動可能なヘッド移動機構５に取り付けられている。ヘッド移動機構５の移動方向を副走査方向と呼ぶ。インクジェットヘッド３の下部にはステージ７が設置され、ステージ７はステージ移動機構９によってヘッド移動機構５の移動方向と直交する方向に移動する。この方向を主走査方向と呼ぶ。

ステージ７上にはインクジェットヘッド３から吐出されるインク滴によって描画される被描画基板１１が置かれる。ステージ７の移動領域の端には、表面形状測定手段１３が表面形状測定手段移動機構１５に取り付けられている。表面形状測定手段移動機構１５は、表面形状測定手段１３を副走査方向に移動させる。表面形状測定手段１３は測定対象の表面形状を光学的に測定できる装置であり、具体的にはレーザー顕微鏡や干渉法による測定装置が挙げられる。

インクジェットヘッド３は、インクジェットヘッド３に所定波形の電圧を印加するヘッド制御ユニット１７に接続される。
ヘッド移動機構５、ステージ移動機構９および表面形状測定手段移動機構１５は指定量に基づきこれらを移動させるステージ制御ユニット１９に接続される。
表面形状測定手段１３はこれを制御し測定結果の数値解析を行う表面形状測定手段制御ユニット２１に接続される。
ヘッド制御ユニット１７、ステージ制御ユニット１９および表面形状測定手段制御ユニット２１は、描画装置１の全体の動作を統合的に制御する制御コンピュータ２３に接続されている。

次に、描画装置１に搭載されたインクジェットヘッド３の構成について図２〜４に基づいて説明する。図２は図１に示される描画装置に設けられたインクジェットヘッドの分解構成図、図３は図２の要部拡大図、図４はインクジェットヘッドの断面図である。

図２に示されるように、シェアモード型のインクジェットヘッド３は、ＰＺＴ等の板状圧電体からなる基板３１の上面を、カバープレート３３及びフィルタ３５によって被覆するとともに、基板３１の前面を複数のノズル３７が形成されたノズルプレート３９で塞いだ構成となっている。

図３および図４に示されるように、基板３１の上面は、ダイヤモンドブレード等を用いた切削加工によって、隔壁４１によって隔てられた溝状の圧力室４３が複数並設して形成されている。
隔壁４１の両側面には、上側半分に金属電極４５がスパッタリング等によって形成されている。この電極４５には、圧力室４３毎に所定波形の電圧（＝駆動パルス）が印加される。

図２に示されるように、ノズルプレート３９には、各圧力室４３と対向する位置にノズル３７が形成されている。また、各圧力室４３には、図示しないタンクから、フィルタ３５およびカバープレート３３に形成された孔部３３ａを介してインクが供給される。

図３および図４に示されるように、基板３１の上面に並設して形成された各圧力室４３は、２つの隔壁４１で挟まれるように区画されることにより形成されている。
基板３１を構成する圧電体は厚み方向（図４における上下方向）に分極されており、各圧力室４３において互いに対向する電極４５には同一電位の駆動パルスが印加される。

各圧力室４３の互いに対向する電極４５に同一電位の駆動パルスを印加するために、図３に示されるように、各圧力室４３はその奥側が深さの浅い浅溝部４４とされ、浅溝部４４の底面にも電極４５が形成され、この浅溝部４４がフィルム基板（図示せず）などの外部回路と電気的に接続されることにより、圧力室４３毎に駆動パルスを印加できるように構成されている。

インクジェットヘッド３の吐出動作について図５および図６に基づいて説明する。図５はインクジェットヘッドの吐出動作を説明する説明図、図６はインクジェットヘッドに印加される駆動パルスを示す説明図である。

図５（ａ）に示されるように、シェアモード型のインクジェットヘッド３（図２参照）において、基板３１上に形成された隣接する３個の圧力室４３ａ，４３ｂ，４３ｃのうち、中央の圧力室４３ｂからインク滴を吐出させる場合を考える。
この場合、図６に示されるように、圧力室４３ｂからインク滴を吐出させる吐出期間とされる時刻ｔｓから時刻ｔｅまでの間において、先ず、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間ＡＬにおいて、図６（ａ）に示す第１駆動パルスＰ１を圧力室４３ｂの電極４５ｂに対して印加する。
これによって、図５（ｂ）に示されるように、圧力室４３ｂを形成する隔壁４１ｂ及び４１ｃが互いに離間する方向に剪断変形し、圧力室４３ｂの容積が拡大することにより、圧力室４３ｂ内にインクが流入する。

次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間２ＡＬにおいて図６（ｂ）に示す第２駆動パルスＰ２を圧力室４３ｂの両側に隣接する圧力室４３ａ及び４３ｃの電極４５ａ及び４５ｃにそれぞれ印加する。
これによって、図５（ｃ）に示されるように、圧力室４３ａを構成する一方の隔壁４１ｂと圧力室４３ｃを構成する他方の隔壁４１ｃとが互いに接近する方向に剪断変形し、圧力室４３ｂの容積が縮小することにより、圧力室４３ｂ内の圧力が高められ、インクがノズル３７（図２参照）からインク滴となって吐出される。

このとき、第１駆動パルスＰ１の印加時間ＡＬは、容積が拡大した圧力室４３ｂにインクが流入することによる圧力波が圧力室４３ｂの全域を伝播して圧力室の圧力が最大になるまでの時間であり、圧力室４３ｂの長手方向の長さを液体中の音速で除した時間の２倍である。
また、第２駆動パルスＰ２の印加時間２ＡＬは、圧力室４３ｂが収縮した後圧力室の圧力が再度極大になるまでの時間である。

このように、第２駆動パルスＰ２の立ち上がりのタイミングを、第１駆動パルスＰ１の立ち下がりタイミングに一致させることにより、インクの流入によって生じた圧力波と圧力室４３ｂが収縮した際に発生する圧力波との和、詳しくは、第１駆動パルスＰ１の立ち上がりによって隔壁４１ｂ，４１ｃに生じる拡大方向の剪断変形による圧力波と、第１駆動パルスＰ１の立ち下がりおよび第２駆動パルスＰ２の立ち上がりによって隔壁４１ｂ，４１ｃに生じる縮小方向の剪断変形による圧力波との和をインク滴の吐出に効率的に活用するとともに、収縮した圧力室４３ｂが復元する際に生じる負圧によってインク滴吐出後の残留振動を効率的にキャンセルしている。

ところで、このようなシェアモード型のインクジェットヘッド３は、隣接する圧力室４３の隔壁４１を剪断変形させてインク滴を吐出するため、隣接する２つの圧力室４３を同時に動作させることはできない。
そこで、並設された圧力室４３を例えば３つおきにグループ化して、それぞれ異なる吐出可能な期間を設け、グループ化された圧力室を時間差を設けて選択的に駆動させることにより、全ての圧力室４３からの吐出を可能としている。

次に、描画装置１が行う一連の動作について図７および図８に基づいて説明する。図７は調整吐出工程において平面基板上に吐出され乾燥したインク滴の残膜を模式的に示す説明図、図８は圧力室に印加される駆動パルスの電圧と残膜体積との関係を示すグラフ図である。なお、以下の説明で引用する描画装置１の各部の説明については図１を、インクジェットヘッド３の各部の説明については図２〜４を適宜参照されたい。

まず、描画に先立ち、インクジェットヘッド３から吐出されるインク滴の吐出量の調整が行われる。吐出量の調整を行うにあたり、ステージ７には描画基板１１に代えて撥液性の平面基板５１（図７参照）が載置され、描画のためではなく、インク滴の吐出量を調整するために各圧力室４３からインク滴を吐出させる調整吐出工程、吐出されたインク滴の量を測定する測定工程、測定されたインク滴の量に基づいて駆動電圧を調整する電圧調整工程が行われる。

調整吐出工程では、複数の圧力室４３が異なる吐出可能期間を有する３つおきのグループにグループ化され、グループ毎にインク滴が平面基板５１上に吐出される。このグループ毎の吐出は、後の電圧調整工程で必要となる電圧と残膜体積との相関関係を求めるために、インクジェットヘッド３に印加される駆動パルスの電圧をＶ₁，Ｖ₂，Ｖ₃（図８参照）と変化させ、変化させた各電圧で平面基板５１上にインク滴をそれぞれ吐出することとなる。
電圧の設定は制御コンピュータ２３によって行われ、設定値がヘッド制御ユニット１７に送信され、設定値に対応した駆動パルスがヘッド制御ユニット１７からインクジェットヘッド３に印加される。

また、調整吐出工程において、制御コンピュータ２３は、上述のヘッド制御ユニット１７に加えてステージ制御ユニット２１を制御し、ヘッド移動機構５、ステージ移動機構９およびインクジェットヘッド３を統合的に制御することにより調整吐出工程を実行する。
ステージ７には図示しないヒータが設けられており、調整吐出工程後、図７に示されるように平面基板５１上に吐出されたインク滴は速やかに乾燥させられ残膜５３となる。或いは、ヒータに代えて減圧乾燥機など別の乾燥手段が用いられてもよい。

インク滴の乾燥後、ステージ７は表面形状測定手段１３の下方に移動させられ、表面形状測定手段１３により測定工程が行われる。
制御コンピュータ２３が表面形状測定手段制御ユニット２１およびステージ制御ユニット１９を制御することにより、表面形状測定手段１３が測定すべきインク滴の残膜５３の上方に移動させられ、上述の調整吐出工程において電圧をＶ₁，Ｖ₂，Ｖ₃（図８参照）と変化させて吐出させた全インク滴の残膜５３の表面形状が測定され残膜体積が算出される。算出された体積データは制御コンピュータ２３に送信される。
なお、残膜５３の体積は、平面基板５１の表面を０としその上部の高さを積分することにより求められる。
残膜５３の体積ではなく、吐出されたインク滴の体積を求める場合には、事前に当該インク滴の残膜率を求めておくことにより、残膜体積から液滴体積を算出することができる。

測定工程で得られた残膜５３の体積データに基づき、制御コンピュータ２３は電圧調整工程を実施する。全ての圧力室４３について図８に示されるような電圧に応じた残膜体積の近似直線または近似曲線が求められ、各圧力室４３から吐出され乾燥後に残るインク滴の残膜体積が設定された目標値に一致するように、圧力室４３毎に印加すべき駆動パルスの電圧が算出され、ヘッド制御ユニット１７に設定値が送信される。
以上のようにして、インクジェットヘッド３の各圧力室４３から吐出されるインク滴の量が残膜体積に基づいて調整されたのち、被描画基板１１がステージ７に載置され、制御コンピュータ２３に設定された吐出データに基づき被描画基板１１に描画が行われる。

ここで、上述の調整吐出工程について図９に基づいてより詳細に説明する。図９は調整吐出工程においてグループ分けされたノズルの配列と、グループ毎にインク滴が吐出される様子を説明する説明図である。なお、以下の説明で引用する描画装置１の各部の説明については図１を、インクジェットヘッド３の各部の説明については図２〜４を適宜参照されたい。

調整吐出工程では被描画基板１１に代えて撥液性の平面基板５１が用いられるが、必ずしも撥液性の平面基板５１でなければならないというわけではなく、例えば、被描画基板１１の描画領域以外の余白部分が使用されても構わない。
上述の吐出動作で説明したように、シェアモード型のインクジェットヘッド３ではその構造上隣接する２つの圧力室４３を同時に動作させることはできない。このため、本実施形態では、図９（ａ）に示されるように、ノズル３７（すなわち圧力室４３）を３つおきのグループに分けそれぞれＡ相、Ｂ相、Ｃ相と呼ぶ。

調整吐出工程では、図９（ｂ）に示されるように、まず、ステージ７が主走査方向に移動するとともにＡ相のノズルのみから平面基板５１上にインク滴が吐出される。次にステージ７が主走査方向に移動するとともにＢ相のノズルのみから平面基板５１上にインク滴が吐出される。最後にステージ７が主走査方向に移動すると共にＣ相のノズルのみから平面基板５１上に液滴が吐出され、計３回のステージ走査と吐出が行われる。本実施形態では、１つの相についてはインク滴が副走査方向に一列になるように着弾させるが、異なる相では主走査方向にずらして着弾させる。この理由については後述する。

そして、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の各相の吐出間隔およびステージ７の走査間隔は、先に吐出した相に属する圧力室４３で生じた圧力波が、次に吐出される相に属する圧力室４３の吐出特性に影響を与えない程度にまで十分に減衰するのに要する時間と等しいか、或いはそれよりも長く設定される。

すなわち、シェアモード型のインクジェットヘッド３では、図５に示される圧力室４３ａ，４３ｂ，４３ｃをそれぞれＡ相、Ｂ相、Ｃ相とすると、例えばＢ相の圧力室４３ｂを吐出動作のために駆動させた場合、圧力室４３ｂを区画する両隔壁４１ｂおよび４１ｃが剪断変形する。これらの隔壁４１ｂ，４１ｃはそれぞれＡ相、Ｃ相の圧力室４３ａ，４３ｃの隔壁でもあるため、Ａ相、Ｃ相の圧力室４３a、４３ｃ内に圧力波の振動が発生する。

したがって、Ｂ相の圧力室４３ｂからインク滴が吐出された後、この圧力波が減衰する前にＡ相またはＣ相の圧力室４３ａ，４３ｃから吐出が行われると、この影響によりインク滴の吐出量が変化する。具体的には、Ｂ相の圧力室４３ｂからインク滴が吐出されたことにより、Ａ相またはＣ相の圧力室４３ａ，４３ｃ内の圧力が高くなるタイミングで吐出を行うと吐出量は増加し、逆に圧力が低くなるタイミングで吐出を行うと吐出量は減少する。

つまりＢ相の圧力室４３ｂからインク滴が吐出された後、Ａ相またはＣ相の圧力室４３ａ，４３ｃからインク滴が吐出されるまでの時間間隔により吐出量が増減するのである。
したがって、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相と続けて吐出させた場合、隣接する圧力室４３ａ，４３ｂ，４３ｃの影響により吐出量が変動するため、圧力波の影響を受けて変動した吐出量に基づいて吐出量の調整を行ったとしても、調整時とは異なる吐出タイミングで駆動させれば調整時の吐出量は再現されないこととなる。

本発明の実施形態に係る液滴（インク滴）吐出量調整方法では、調整のための吐出が各相毎に分けられ、各相の吐出間隔が、先に吐出した相に属する圧力室４３で発生した圧力波が次に吐出する相に属する圧力室４３の吐出特性に影響を与えない程度まで十分に減衰するのに要する時間と等しいか、或いはそれよりも長くなるように設定されるので、１つの相の吐出が他の相の吐出に影響を与えることがない。
つまり、圧力室４３間の相互干渉を排した状態で、各圧力室４３の吐出量を調整できるので、調整後の吐出量は他相の影響によって増減する範囲の中間値となり、変動の幅は極力小さな範囲に抑えられる。

要するに、本実施形態の調整方法を用いて吐出量を調整したとしても、もちろん駆動タイミングによっては隣接する圧力室４３間で吐出量が変化するが、その変化は増減幅の中間値からの増減となるため、圧力室４３間の吐出量の変動は最小の範囲に抑えられ、被描画基板１１の塗布ムラを極力排除することができるのである。
特に、カラーフィルタや有機ＥＬパネルでは１つの画素領域は複数のノズル３７（圧力室４３）から吐出されたインク滴で描画されており、各ノズル３７の吐出量は増減幅の中間値から増減しているため、１つの画素領域を描画するために複数のノズル３７から吐出された液滴の量、つまり１画素領域を埋めるインク滴の量は、隣接ノズル３７間の吐出量の増減が相殺されて、結局、吐出量の増減幅の中間値に近い値となり、画素毎の塗布ムラは排除される。

また、上述したとおり、各相の吐出間隔は、先に吐出した相に属する圧力室４３で生じた圧力波が次に吐出を行う相に属する圧力室４３の吐出特性に影響を与えない程度まで十分に減衰するのに要する時間と等しいか、或いはそれよりも長く設定されるが、１つの相の吐出で発生した圧力波が他の相の吐出特性に影響を与えない程度まで十分に減衰するのに要する時間はせいぜい５０μ秒程度であり、従来の重量測定法に比べれば、遥かに短時間で測定できる。

ところで、１回のステージ走査で１つの相を吐出させるのは、各相の吐出間隔を空ける以外に、この吐出間隔でステージ７が進み全相の吐出に必要な領域が広がることを防止するためである。全相の吐出を行える広い領域があるのであれば、１回のステージ走査でＡ相、Ｂ相およびＣ相から順次吐出させて調整吐出工程に要する時間の短縮を図ってもよい。しかし、この場合であっても調整精度の観点から上述した各相の吐出間隔は守られるべきである。

また、１回のステージ走査で１つの相を吐出させる別の理由としては、各相のノズル３７が図９（ａ）に示されるように副走査方向に一列に配列されておらず、主走査方向にずれて配列されている場合に、配列のずれを相殺するようにステージ７を移動させることにより、各相の着弾位置が副走査方向に一列に並ぶように吐出させるといった態様を可能とするためでもある。
インク滴が副走査方向に一列に並べられると、表面形状測定手段１３を測定すべきインク滴の上方に位置させる際の移動量が減少し、ステージ制御ユニット１９の負担が軽減されることから、インク滴の残膜体積５３の測定に要する時間が短縮される。

また、各相の吐出毎にステージ７を移動および静止させ、静止した平面基板５１上にインク滴を吐出するといった態様も測定精度の観点からは好ましい。
このようにすれば、静止した状態の平面基板５１上にインク滴が吐出されるため、円形であるべきインク滴が慣性力によって流れて楕円になってしまい、測定精度を下げてしまうような恐れを排除できる。
この場合、ステージ７の走査間隔は、各相の吐出間隔以上に設定されてもよいし、より慎重を期するのであれば、先に吐出された相のインク滴が乾燥してから次相の吐出のためにステージ７を走査させるようにしてもよい。

また、ステージ７を移動させることにより相間の着弾位置をずらしているのは、先に吐出されたインク滴と後に吐出されたインク滴が平面基板５１上で極度に近接して互いに融合してしまい、各インク滴の残膜体積を独立して測定することが不可能となるような事態を防ぐためである。
したがって、吐出されるインク滴の量が十分に少ないか、或いはノズル３７どうしの間隔が十分にあり、先に吐出されたインク滴と後に吐出されたインク滴が融合するような事態を考慮する必要がなければ、ステージ７を移動させる必要はなく、インク滴が副走査方向に一列に並ぶように各相から吐出されても構わない。

また、ノズル３７（圧力室４３）のグループ分けは、本実施形態のように３つおきに限られるものではなく、グループ化された相毎に吐出され、各相の吐出間隔が上述の時間的間隔に設定されれば、この発明による吐出量調整方法の効果を享受することができる。

以上、この発明による液滴吐出量調整方法および描画装置について説明してきたが、この発明はこれに限定されるものではなく、液滴吐出量調整方法の各工程および描画装置の各部は、同様の作用・機能を発揮し得る任意の構成のものと置換できる。また、測定した残膜体積を液滴の体積に換算して、液滴の体積が目標値となるように電圧の調整をおこなってもよいし、残膜体積ではなく液滴の体積を直接測定してもよい。

この発明に係る液滴吐出量調整方法および描画装置は、インクジェットヘッド等の描画装置を用いる液晶表示装置のカラーフィルタや有機ＥＬパネル等の製造において、吐出量を厳密に制御して画素毎の塗布ムラを排除する必要がある場合などに好適に利用できる。

この発明の実施形態に係る描画装置の全体構成を示す説明図である。 図１に示される描画装置に設けられたインクジェットヘッドの分解構成図である。 図２の要部拡大図である。 インクジェットヘッドの断面図である インクジェットヘッドの吐出動作を説明する説明図である。 インクジェットヘッドに印加される駆動パルスを示す説明図である。 調整吐出工程において平面基板上に吐出され乾燥したインク滴の残膜を模式的に示す説明図である。 圧力室に印加される駆動パルスの電圧と残膜体積との関係を示すグラフ図である。 調整吐出工程においてグループ分けされたノズルの配列と、グループ毎にインク滴が吐出される様子を説明する説明図である。

符号の説明

１・・・描画装置
３・・・インクジェットヘッド
５・・・ヘッド移動機構
７・・・ステージ
９・・・ステージ移動機構
１１・・・被描画基板
１３・・・表面形状測定手段
１５・・・表面形状測定手段移動機構
１７・・・ヘッド制御ユニット
１９・・・表面形状測定手段移動機構
２１・・・表面形状測定手段制御ユニット
２３・・・制御コンピュータ
３１・・・基板
３３・・・カバープレート
３５・・・フィルタ
３７・・・ノズル
３９・・・ノズルプレート
４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ・・・隔壁
４３，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ・・・圧力室
４４・・・浅溝部
４５，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ・・・電極
５１・・・平面基板
５３・・・残膜

Claims (10)

1. 圧電材料からなる複数の平行な隔壁によって隔てられ吐出すべき液体が充填される複数の圧力室と、各圧力室内部の隔壁側面に設けられた電極と、任意の圧力室の電極に所定波形の電圧を印加して該圧力室内に液体を液滴化して吐出させる圧力波を発生させる駆動手段とを備える液滴吐出装置の吐出量を調整するにあたり、各圧力室から液滴を吐出させる調整吐出工程と、吐出された液滴の量を測定する測定工程と、各圧力室から吐出される液滴の吐出量が目標値となるように、測定された液滴の量に基づいて各圧力室の電極に印加すべき電圧を調整する電圧調整工程とを有し、調整吐出工程は、前記複数の圧力室を互いに異なる吐出可能期間を有するｎ個（ただし、ｎは自然数）おきのグループにグループ化し、１つのグループの吐出により発生した圧力波が他のグループの吐出特性に影響を与えないように所定の時間的間隔を空けてグループ毎に液滴を吐出させる工程であることを特徴とする液滴吐出量調整方法。
2. 前記所定の時間的間隔は、先に液滴を吐出したグループを構成する圧力室で発生した圧力波が次に液滴を吐出するグループを構成する圧力室に影響を及ぼさないように減衰するのに要する時間と等しいか、或いはそれよりも長く設定されることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出量調整方法。
3. 前記調整吐出工程は、液滴が吐出される平面状の基板を搭載したステージを用い、ステージを移動させると共に１つのグループから液滴を吐出させる工程であり、ステージの移動間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出量調整方法。
4. 前記調整吐出工程は、液滴が吐出される平面状の基板を搭載したステージを用い、ステージを移動させると共に２つ以上のグループから液滴を順次吐出させる工程であり、グループ間の吐出間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出量調整方法。
5. 前記調整吐出工程は、液滴が吐出される平面状の基板を搭載したステージを用い、グループ毎にステージを移動および静止させて静止した前記基板上に液滴を吐出させる工程であり、ステージの移動間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出量調整方法。
6. 圧電材料からなる複数の平行な隔壁によって隔てられ吐出すべき液体が充填される複数の圧力室と、各圧力室内部の隔壁側面に設けられた電極と、任意の圧力室の電極に所定波形の電圧を印加して該圧力室内に液体を液滴化して吐出させる圧力波を発生させる駆動手段と、各圧力室から吐出された液滴の量を測定する測定手段と、駆動手段および測定手段を制御する制御部とを備え、制御部は、各圧力室から吐出される液滴の吐出量を調整するにあたり、前記複数の圧力室を互いに異なる吐出可能期間を有するｎ個（ただし、ｎは自然数）おきのグループにグループ化し、１つのグループの吐出により発生した圧力波が他のグループの吐出特性に影響を与えないように所定の時間的間隔を空けてグループ毎に液滴を吐出させ、グループ毎に各圧力室から吐出された液滴の量を測定手段により測定させ、各圧力室から吐出される液滴の吐出量が目標値となるように、測定された液滴の量に基づいて各圧力室の電極に印加すべき電圧を調整することを特徴とする描画装置。
7. 前記所定の時間的間隔は、先に液滴を吐出したグループを構成する圧力室で発生した圧力波が次に液滴を吐出するグループを構成する圧力室に影響を及ぼさないように減衰するのに要する時間と等しいか、或いはそれよりも長く設定されることを特徴とする請求項６に記載の描画装置。
8. 液滴が吐出される基板を搭載し駆動部によって制御されるステージを更に備え、制御部は、ステージを移動させると共に１つのグループから液滴を吐出させ、ステージの移動間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されることを特徴とする請求項６又は７に記載の描画装置。
9. 液滴が吐出される基板を搭載し駆動部によって制御されるステージを更に備え、制御部は、ステージを移動させると共に２つ以上のグループから液滴を順次吐出させ、グループ間の吐出間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されることを特徴とする請求項６又は７に記載の描画装置。
10. 液滴が吐出される基板を搭載し駆動部によって制御されるステージを更に備え、制御部は、グループ毎にステージを移動および静止させて静止した前記基板上に液滴を吐出させ、ステージの移動間隔は、前記所定の時間的間隔と等しく設定されることを特徴とする請求項６又は７に記載の描画装置。

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