JP2010012391A - 液体吐出装置及び液体パターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体パターンの形成時間を短縮化し、パターン形状の精度を向上させる。
【解決手段】液体吐出装置は、液体を吐出する液体吐出ヘッドを備え、該液体吐出ヘッドから液体を吐出して被吐出体に所望の液体パターンを形成する。液体吐出ヘッドは、被吐出体に紫外線を出射する紫外線照射機構２と、被吐出体に液体を吐出する液体吐出機構１と、を有している。そして、液体吐出装置は、被吐出体の一の面に沿った方向に液体吐出ヘッドと被吐出体とが相対移動しているときに、紫外線照射機構２により紫外線の出射を実施した後に液体吐出機構１により液体の吐出を実施する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体パターンを形成するための液体を吐出する液体吐出装置に関し、また、それを用いた液体パターンの形成方法に関する。

近年、機能材料の微細なパターン膜を形成する方法として、その機能材料を含んだ溶液または分散液である液体（機能性インクと呼ばれることもある。）を作製し、パターン膜が形成される被吐出体に、この液体を直接塗布する方法がある。このような機能性インクの塗布方法として、インクジェット描画技術の利用が促進されている。

パターン膜の具体例としては、液晶用カラーフィルタ膜、有機ＥＬ膜、金属微粒子を分散させた液体によって形成される微細配線パターン膜等が挙げられる。

しかしながら、液体吐出ヘッドから吐出された液体は、空中を飛翔している間に球形になるという性質を有する。そのため、１滴の液体（液滴）が被吐出体である基板に到達したとき、着弾した液体は円形状になる傾向がある。

そのため、予め設定した形状の液体パターンを得るには、液滴を何滴も基板に吐出して、複数の円形の液体パターンを組み合わせる必要がある。

図９（ａ）、（ｂ）は、インクジェット法によって形成した液体パターンを示す模式図である。図９（ａ）に示すように、多数の液滴９０を組み合わせることで、略四角形状の液体パターンを得ることができる。このようにして、液滴の大きさと比較して十分大きい液体パターンを、容易に形成することができる。

しかし、液滴の大きさと同程度の微細な液体パターンを形成する場合、液体パターンの輪郭を直線的に形成することは困難であった（図９（ｂ）参照。）。特に、約５０μｍ〜１００μｍ以下の微細な液体パターンを精密に形成することは困難であった。

このような問題を解決するため、予め、基板に撥水性及び親水性のパターンを形成しておく方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、インクジェット方式で液体を吐出して、液晶表示素子用のカラーフィルタを製造する方法が記載されている。

特許文献１に記載の製造方法では、まず、インキ反発性の樹脂組成物を用いて、表面が撥水性または撥油性を有するブラックマトリクスを基板表面に形成する。その後、着色インキを用いて画素を形成する。

さらに、画素を形成するための着色インキに対して、２０度以上の後退接触角をもつインキ反発性を有するブラックマトリクスを用いることが記載されている。この製造方法によると、インキ滲みや混色が防止され、かつ十分な平坦性を持ったカラーフィルタを提供することができる。

また特許文献２には、カラーフィルタを備えた液晶表示装置の製造方法が開示されている。特許文献２に記載の製造方法では、まず、基板に親油性の着色受容層を塗布しておく。着色したい位置に開口部を有するマスクパターンを備えたフォトマスクを用いて、選択的に紫外線を照射し、照射した部分を親水性に変性させる。

このように形成した親水性の領域を、水溶性の着色液で着色する。特許文献２では、インクジェット法によって着色液を吐出して、親水性の領域を着色することが記載されている。特許文献２の製造方法によると、親水性の領域の周囲は撥水性であるため、着色液の滲みを低減することができる。
特開平７−２４８４１３号公報 特開平９−３３９１０号公報

特許文献１に記載の製造方法では、撥水性の遮光領域を形成するために、特別な材料からなるブラックマトリクスを用意する必要がある。このような材料の開発には、膨大な時間と人件費を要する。

また、ブラックマトリクスの形成方法として、印刷法やフォトリソグラフィー法等が用いられる。そのため、高価な装置を用意し、さらに条件設定に多大な時間を要するという課題がある。特に大きな基板を取り扱う場合には、基板の大きさに応じた大型の印刷装置や露光装置等が必要となるため、装置が大型化し、設備投資が増大するという課題がある。

特許文献２では、フォトマスクが形成された基板全体に紫外線を照射する。そのため、基板の大きさに相当するサイズの大型の露光装置が必要となる。また、基板の大きさに応じて、大きなフォトマスクを用意する必要がある。

特許文献２に開示されたカラーフィルタの製造方法において、仮にインクジェット法を適用して着色液で着色する場合、基板に着色液を吐出する液体吐出装置が必要である。基板全体に一括して着色液を吐出する場合には、液体吐出装置が大型化するという課題がある。

また、小型の液体吐出装置を用いる場合には、液体を吐出する液体吐出ヘッドを、基板に対して相対移動させながら、着色液を吐出する必要がある。この場合、着色液の吐出開始時から吐出終了時までには、ある程度の時間を要する。

紫外線の照射によって親水性にされた領域は、空気中の酸素や水分と反応することで、時間の経過とともに親水性が低下していく。したがって、着色液の吐出開始時と吐出終了直前とでは、親水性の度合いが異なっており、液体パターンの形状に誤差が発生するという課題がある。

さらに、特許文献２に記載の方法においても、大きな基板を取り扱う場合には、基板の大きさに相当する大型の露光装置と大きなマスクが必要となる。そのため、装置は大型化し、多大な設備投資が必要であるという課題がある。

本発明の目的は上記背景技術の課題の少なくとも一つを解決できる液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び液体パターンの形成方法を提供することにある。その目的の一例は、液体パターンの精度を向上させることができる液体吐出装置、及び液体パターンの形成方法を提供することである。

上記課題の少なくとも１つを解決するため、本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドを備え、該液体吐出ヘッドから前記液体を吐出して被吐出体に予め設定した液体パターンを形成する液体吐出装置において、前記液体吐出ヘッドは、前記被吐出体に紫外線を出射する紫外線照射機構と、前記被吐出体に液体を吐出する液体吐出機構と、を有し、前記被吐出体の一の面に沿った方向に前記液体吐出ヘッドと前記被吐出体とが相対移動しているときに、前記紫外線照射機構により前記紫外線の出射を実施した後に前記液体吐出機構により前記液体の吐出を実施することを特徴とする。

また、本発明の液体パターンの形成方法は、被吐出体に液体を吐出する液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置を用いて、前記被吐出体に液体パターンを形成する方法であって、前記被吐出体の一の面に沿った方向に前記液体吐出ヘッドと前記被吐出体とを相対移動させているときに、前記紫外線の出射を実施した後に、前記液体の吐出を実施する。

本発明によれば、液体パターンの形成時間を短縮化し、パターン形状の精度を向上させる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本発明の液体吐出装置は、液晶用のカラーフィルタ膜、有機ＥＬ膜、微細配線パターン膜等のパターン膜を形成する装置として好適に用いられる。

液体吐出装置は、液体を吐出する液体吐出ヘッドを備え、液体吐出ヘッドから液体を吐出して被吐出体に予め設定した液体パターンを形成する。また、液体吐出ヘッドは被吐出体に対して相対移動可能に構成されている。

［第１の実施例］
図１は本実施例に係る液体吐出ヘッドの模式的斜視図であり、図２は液体吐出ヘッドの構成を示す概念図である。本実施例に係る液体吐出ヘッドは、液体吐出機構１と、紫外線照射機構２とを有している。

液体吐出機構１は液体を吐出する吐出口３６を有している。液体吐出機構１が吐出する液体は、パターン膜の用途に応じて、適宜決定すれば良い。吐出口３６は圧力発生室（不図示）の開口部として形成されており、圧力発生室内の液体を吐出する。

液体吐出機構１は、液体を吐出するエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子３を有している。吐出エネルギー発生素子３としては、例えば、シェアモード型のピエゾ素子を用いることが出来る。シェアモード型のピエゾ素子は、液体に圧力を発生させる圧力発生室の壁部を兼ねている。

このようなピエゾ素子としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛のような圧電セラミックス材料を挙げることが出来る。液体吐出の方式はいかなるものでも良く、上記のピエゾ方式の他、バブルジェット方式、静電方式などの任意の公知技術を利用することができる。

また、液体吐出ヘッドは、液体の吐出を制御する駆動制御部８をさらに有している。駆動制御部８は、配線部材７を介して吐出エネルギー発生素子３と接続されている。駆動制御部８からの駆動電圧によって、液体の吐出が制御される。配線部材７としては、例えば配線層が形成されたフレキシブル基板を用いることが出来る。

圧力発生室は流路４の下流側と連通している。さらに、流路４の上流側は共通液室（不図示）と連通している。液体吐出機構１は液体貯留部６をさらに有している。液体貯留部６は、液体供給路５を介して共通液室と連通している。そして、液体貯留部６に貯留されている液体は、液体供給路５を介して、共通液室へ導入される。

本実施例では、液体吐出機構１は５個の吐出口３６を有している。吐出口３６はそれぞれ流路４と連通されている。また、吐出口３６の直径を３０μｍ、吐出口３６同士の間隔を１．２ｍｍとした。さらに、流路４の長さを１５ｍｍとし、流路４と圧力発生室との連結部の形状を１００μｍ×８０μｍの長方形状とした。

液体吐出機構１は上記の構成に限定されない。液体吐出機構１としては、任意の公知の構成を利用することができる。

紫外線照射機構２は、紫外線を照射する光源１３と、光源１３からの紫外線を出射する出射口３８と、を有している。出射口３８は、例えば光ファイバ９の一端部として構成される。出射口３８には、出射する紫外線の発散を抑制するコリメート手段１１が設置されている。ただし、図１では、コリメート手段１１は示されていない。

コリメート手段１１は、例えば石英から構成される。コリメート手段により、出射口３８から出射した紫外線を微小領域に照射することができる。

本実施例では、直径１００μｍ、長さ１５ｍｍの紫外線透過用の光ファイバ９を、１．２ｍｍピッチで５本平行に配置した。これらの光ファイバ９は、紫外線照射機構用の基板１０に埋め込まれており、光ファイバ９の一端部である出射口が当該基板１０の表面に露出している。紫外線照射機構用の基板１０としては、エポキシ樹脂を用いることができる。

吐出口３６が形成された吐出口面と、出射口が形成された出射口面とは、ほぼ同一の面となるように接着されている。したがって、出射口３８と吐出口３６とは、ほぼ同じ方向に向けられている。

本実施例における液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置は、被吐出体と液体吐出ヘッドとを当該被吐出体の一の面に沿った方向に相対移動させる機構を有している。そして、紫外線照射機構２は、被吐出体の移動方向上流側に配置されており、液体吐出機構１は被吐出体の移動方向下流側に配置されている。

液体吐出装置は、被吐出体の一の面に沿った方向に液体吐出ヘッドと被吐出体とが相対移動しているときに、紫外線照射機構２により紫外線の出射を実施した後に液体吐出機構１により液体の吐出を実施する。

紫外線照射機構２は、紫外線を出射して、被吐出体に親水性パターンを形成する。液体吐出機構１は、紫外線の出射に追従して液体を吐出することで、当該紫外線によって被吐出体に形成された親水性パターンに、液体を着弾させる。

また、紫外線照射機構２は光導波路１２を備えている。光導波路１２は反射部材３７を内蔵しており、光源１３からの紫外線を光ファイバ９の他端部（出射口となるべき端部とは反対側の端部。）に導く。光源１３からの紫外線は、光ファイバの他端部が形成されている面全体を照射している。本実施例では、当該面を６ｍｍ×２ｍｍの長方形状とした。

また、本実施例では、光源１３として１００Ｗの低圧水銀ランプを用いた。この光源から出射される紫外線の波長は２５４ｎｍである。

紫外線は被吐出体に照射され、照射した場所の親水性を増大させる。紫外線を出射する光源１３としては、例えば、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、Ｎ２レーザ、紫外線発光素子（ダイヤモンド半導体）などを用いることができる。

液体吐出ヘッドに取り付けられている光源１３は、小型のものであることが好ましい。小型の光源１３として、ペン型低圧水銀ランプや紫外線発光素子（ダイヤモンド半導体）などが挙げられる。

光源１３が大型の場合には、液体吐出ヘッドを搭載する装置に光源１３を設置すれば良い。この場合、光源１３からの紫外線を液体吐出ヘッドに導くには、例えば、溶融石英からなる紫外線透過用の光ファイバ、あるいはミラー光学系を有する光導波路を設置すれば良い。

液体吐出ヘッドは、吐出口３６及び出射口３８を少なくとも１つ有している。吐出口３６は、それぞれの出射口３８からの紫外線によって、被吐出体に形成された親水性パターンに液体を吐出するように、対応して形成されていることが好ましい。

本実施例では、液体吐出機構１の吐出口３６の中心位置と、対応する出射口３８の中心位置との間隔を１．５ｍｍとした。

出射口３８は、対応する吐出口３６と同一方向に、紫外線を照射可能に配置されており、被吐出体にフォーカスされたパターン像を形成することができる。

次に、本実施例における液体吐出ヘッドを用いて、被吐出体に予め設定した形状の液体パターンを形成する方法について説明する。

まず、必要に応じて、被吐出体の一の面に撥水剤を塗布する。撥水剤は、紫外線が照射されることによって親水化され、親水化された領域の周りの領域における撥水性とのコントラストを大きくするために塗布する。

次に、被吐出体の一の面に沿った方向に液体吐出ヘッドと被吐出体とを相対移動させているときに、紫外線の出射を実施した後に液体の吐出を実施する。本実施例では、被吐出体の一の面に撥水剤が塗布されているため、被吐出体の一の面の撥水剤に紫外線を出射することで、容易に親水性パターンを形成することができる。

被吐出体としては、ガラス、プラスチック、金属、セラミックス等からなる基板を用いることができる。基板の大きさや厚みは、製造される製品の用途に応じて決定すれば良い。

吐出した液体は親水性パターンに着弾させる。このようにして、予め設定した液体パターンを形成する。親水性パターンの周囲は撥水性であるため、液体は親水性パターンだけを覆うように濡れ広がる。撥水剤を予め塗布しておくことで、液体パターンの精度を向上させることが出来る。

本実施例に係る液体吐出ヘッドを用いれば、紫外線の出射に追従して、速やかに液体を吐出することができる。そのため、液体パターンの形成に必要な時間を短縮化することが出来る。また紫外線の照射によって親水化された領域に対して、速やかに液体を吐出することができる。したがって、親水化された領域の親水性が低下する前に、液体を着弾させることができるため、液体パターンの精度を向上させることができる。

また、照射する紫外線の光線束の形状や紫外線の照射時間などを制御することにより、予め設定した親水性パターンを形成することができる。そのため、被吐出体に紫外線を照射する際に、特許文献２で用いられるようなフォトマスクを必要としない。また、被吐出体の全面に、一括して紫外線を照射させる必要がないため、装置の小型化を図ることができる。

本実施例では、駆動制御部８、液体貯留部６、及び光源１３は、液体吐出ヘッドに設置されているが、これらの構成要素は、液体吐出ヘッドを搭載している装置に設置されていても良い。

［第２の実施例］
図３は本実施例の液体吐出ヘッドの構成を示す概略図である。液体吐出ヘッドは、液体吐出機構１と紫外線照射機構２とを有している。液体吐出機構１の構成は、第１の実施例と同様である。

紫外線照射機構２の構成も第１の実施例とほぼ同様であるため、第１の実施例とは異なる構成についてのみ説明する。本実施例では、液体吐出機構１の吐出口面と紫外線照射機構２の出射口面とが異なる面となるように構成されている。具体的には、吐出口面と出射口面とは略同一方向を向いており、かつ吐出口面が出射口面よりも突き出した状態となっている（図３参照。）。

そして、出射口面に隣接するように、光線束成形手段１６が設置されている。光線束成形手段１６は、光源１３から出射される紫外線の光線束を、所定の形状に成形する。

本実施例において、光線束成形手段１６は、紫外線を透過する所定の形状の光透過部と、紫外線を遮断する光遮断部と、から構成されている。光遮断部は、紫外線の光路に略垂直な面内において、光透過部の周囲に設けられている。

光透過部としては、厚さ１ｍｍの例えば石英から成る透明基板１４を用いることができる。また、光遮断部は、紫外線を遮断する着色材１５から構成することができる。着色材１５を所定の形状に配置することで、所定の光線束の紫外線を出射することができる。本実施例では、光透過部を一辺が３０μｍの正方形状とした。

光線束成形手段１６としては、石英ガラスに着色パターンまたは金属膜パターンを施した構成や、金属プレートを例えばエッチングで加工して成る構成など、様々な構成のものを用いることができる。

本実施例の液体吐出ヘッドは、光線束成形手段１６によって、所定の形状の光線束を出射することができる。これにより、被吐出体に予め設定した液体パターンをより高精度に形成することができる。

［第３の実施例］
図４は本実施例に係る液体吐出ヘッドの構成を示す概略図である。液体吐出ヘッドは、液体吐出機構１と紫外線照射機構２とを有している。液体吐出機構１の構成は、第１の実施例と同様である。

紫外線照射機構の構成は、第１の実施例に記載した構成とほぼ同様であるため、異なる構成のみを詳細に説明する。本実施例に係る紫外線照射機構２は、出射口から出射される紫外線を遮断する遮断状態と、通過する通過状態とに切替える切替機構をさらに有している。

本実施例では、切替機構として、複数の液晶シャッタを備えた液晶シャッタアレイ１７を用いる。液晶シャッタは液晶の配向制御を利用したシャッタである。液晶シャッタを構成する液晶に電圧を印加し、液晶の配向を制御することで、液晶シャッタを遮断状態と通過状態とに切り替えることができる。

液晶シャッタアレイ１７は、光源１３からの紫外線を導く光ファイバ９の他端部が形成されている面を覆うように設置されている。それぞれの光ファイバ９の他端部には、独立に制御可能な液晶シャッタが配置されている。

液晶シャッタアレイ１７は、配線１９を介して、切替制御部１８と接続されている。切替制御部１８は、複数の液晶シャッタを独立して制御する。また、液体吐出ヘッドはタイミング制御部２１をさらに有している。タイミング制御部２１は、切替制御部１８及び駆動制御部８とそれぞれ別の配線２０によって接続されている。

タイミング制御部２１は、液体の吐出と紫外線の出射とのタイミングを制御するために設置されている。これにより、紫外線によって形成された親水性パターンに、液体を精度よく着弾させることができる。

切替機構を用いることで、紫外線を間欠的に出射することができる。これにより、被吐出体に紫外線を照射する時間を制御することができる。したがって、被吐出体に対して所望の照射エネルギーを与え、被吐出体の一の面の親水性の度合いを制御できる。

液晶シャッタアレイ１７は、光源１３から出射された紫外線の光路上であれば、どこに配置されていても良い。また、複数の照射口に対して一括的に照射時間を制御する場合には、光源１３付近に切替機構を設けても良い。

切替機構は上記構成に限定されず、様々な機構を用いることができる。例えば、切替機構は、紫外線を遮断する部材を、紫外線の光路上と光路外とに移動可能に構成したメカニカルシャッタであっても良い。

第３の実施例に係る液体吐出ヘッドによれば、パルス照射機能を有してない光源１３を用いても、照射時間の制御が可能となる。そのため。液体吐出ヘッドの構成または液体吐出ヘッドを搭載した装置構成の自由度が増える。

また、紫外線を間欠的に出射することができるため、被吐出体に非連続的な液体パターンを形成することができる。

［第４の実施例］
図５は、本実施例に係る液体吐出装置の構成を示す概略図である。液体吐出装置は、実施例１〜３で述べた液体吐出ヘッドを備えている。本実施例では、一例として、液体吐出装置は、第２の実施例で述べた液体吐出ヘッドを備えている。

液体吐出装置は、被吐出体を保持する保持部２４と、液体吐出ヘッドを支持する支持部２７とをさらに有している。保持部２４に保持された被吐出体は、液体吐出ヘッドの吐出口面及び照射口面と対向する。

本実施例に係る液体吐出装置は、位置制御機構をさらに有している。位置制御機構は、液体吐出ヘッドと保持部２４との相対位置を制御する。

具体的には、保持部２４は、台座部２５によって移動可能に支持されている。保持部２４は、吐出口面に平行な方向に移動可能であり、液体吐出ヘッドとの相対位置が制御可能に構成されている。これにより、液体吐出装置は、液体吐出ヘッドに対して被吐出体を被吐出体の一の面に沿った方向に移動することができる。

また、液体吐出ヘッドを支持する支持部２７は、液体吐出ヘッドの吐出口面と保持部２４との間隔を制御可能に構成されている。このように、本実施例に係る液体吐出装置は、保持部２４と液体吐出ヘッドとの相対位置を制御可能に構成されている。

液体吐出装置は、保持部２４と液体吐出ヘッドとの相対位置を制御可能に構成されていれば、いかなる構成であっても良い。たとえば、保持部２４が液体吐出装置に固定されており、液体吐出ヘッドがあらゆる方向に移動可能に構成されていても良い。

また、本実施例では、液体貯留部６、駆動制御部８は、液体吐出ヘッドに搭載されておらず、液体吐出装置に取り付けられている。そして、液体吐出ヘッドと液体貯留部６とは液体供給路５によって接続されており、液体吐出ヘッドと駆動制御部８とは配線部材７で結線されている。さらに、光源１３も液体吐出装置に設置されており、光源１３から出射された紫外線は、光ファイバや反射ミラーなどの光部品によって液体吐出ヘッドに導かれる。

なお、光源１３、駆動制御部８、及び液体貯留部６、は液体吐出ヘッドに搭載されていても良い。

［第５の実施例］
図６は、本実施例の液体吐出装置の構成を示す概略図である。液体吐出装置は、第３の実施例で説明したものと同様の機能を持った切替機構を備えた液体吐出ヘッドを有している。

また、液体吐出装置は、被吐出体を保持する保持部２４と、液体吐出ヘッドを支持する支持部２７と、を有している。保持部２４及び支持部２７の構成は、第４の実施例で説明したものと同様である。

光源１３は液体吐出装置に設置されている。本実施例において、切替機構は機械的な構成のメカニカルシャッタ２２である。メカニカルシャッタ２２は、光源１３からの紫外線を遮断する遮光部材から構成されている。そして、当該遮光部材は、光源１３から出射された光の光路上に配置された状態（遮断状態）と、当該光路上から退避した状態（通過状態）とに切替可能に構成されている。

メカニカルシャッタ２２は切替制御部１８と配線１９により接続されている。切替制御部１８はメカニカルシャッタ２２を駆動する。メカニカルシャッタ２２は、液体吐出ヘッドに固定される必要はなく、光源１３の付近に備えても良いし、光源１３に固定されていても良い。

さらに、液体吐出装置は、液体の吐出と紫外線の照射とのタイミングを制御するタイミング制御部２１を有している。タイミング制御部２１は、液体の吐出時から一定の時間間隔で紫外線を出射するように、制御することが好ましい。

本実施例に係る液体吐出装置は、紫外線を間欠的に出射することで、非連続的な液体パターンを形成することができる。

［第６の実施例］
本実施例に係る液体吐出装置は、第４の実施例と同様な構成である。本実施例では、光源１３として、照射エネルギーが４００ｍＪ、最大繰り返し周波数が２００ＨｚのＫｒＦエキシマレーザを用いた。

エキシマレーザはいかなるものでも良く、例えばＡｒＦレーザ（出射光の波長が１９３ｎｍ）、ＫｒＦレーザ（出射光の波長が２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザ（出射光の波長が３０８ｎｍ）、ＸｅＦレーザ（出射光の波長が３５１ｎｍ）などを用いることができる。

液体吐出装置は、エキシマレーザを駆動制御するエキシマレーザ制御部を有している。エキシマレーザからの紫外線は、光導波路１２により、液体吐出ヘッドの紫外線照射機構２に導かれる。また、液体吐出装置は、液体の吐出を制御する駆動制御部８とエキシマレーザ制御部との駆動のタイミングを制御するタイミング制御部２１をさらに有している。

エキシマレーザは一定の周波数で発光するため、この周波数に液体の吐出を同期させることで、液体パターンの形成に対するスループットが向上する。

エキシマレーザは高エネルギーの紫外線を出射することができるため、短い照射時間であっても、被吐出体を親水化することができる。被吐出体は、エキシマレーザからの紫外線が照射されることで、照射された場所にラジカルが発生する。

このラジカル状態の寿命は極めて短く、速やかに空気中の酸素や水と反応して、安定な状態に戻る。本実施例に係る液体吐出装置は、紫外線の照射後、直ちに液体を吐出し、着弾させることができる。そのため、ラジカルが存在している被吐出体に、液体吐出ヘッドからの液体を塗布することが可能である。これにより、液体と被吐出体との反応が促進される。したがって、液体パターンを乾燥した後のパターン膜と被吐出体との密着性が向上する。

このように、エキシマレーザを用いることで、吐出する液体と被吐出体との親和性、反応性を向上させることができる。その結果、被吐出体と液体との結合力が増大し、パターン膜の密着性が向上する。

［第７の実施例］
本実施例では、上述した液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を用いて、被吐出体に液体パターンを形成する方法について説明する。図７（ａ）は本実施例に係る液体パターンの形成方法を示すための概略図であり、図７（ｂ）は液体パターンの形成中における被吐出体である基板の模式的平面図である。

本実施例では、光源１３として、１００Ｗ低圧水銀ランプを用いた。また、液体貯留部６には、微細配線用導電インク（Ａｇナノメタルインク、アルバックマテリアル社製）が貯留されている。

本実施例における液体パターンの形成方法として、まず、被吐出体である基板２３の一の面に、スピンコートによって撥水剤を塗布し、１００℃で２０分間熱処理した。撥水剤としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ、信越化学社製）を用いることができる。液体パターンの精度を向上させるためには、基板２３の親水性と撥水性のコントラストを大きくすることが望ましい。

次に、液体吐出ヘッドと基板とを相対移動させているときに、基板２３に紫外線を照射した後、基板２３に液体を吐出する。具体的には、まず、液体吐出ヘッドと基板２３との間隔を制御する。本実施例では、当該間隔を０.５ｍｍに設定した。この間隔は、紫外線の照射及び液体の吐出に対して最適となるように、あらかじめ設定しておく。

そして、基板２３を、基板２３の一の面に沿った方向に液体吐出ヘッドに対して３ｍｍ/ｓの速度で移動させているときに、基板２３に紫外線３０を連続的に照射した後、液体の吐出を実施する。紫外線照射によって、基板２３に、幅３０μｍの線状の親水性の潜像パターン３１を形成する。

潜像パターン３１の親水性を向上させるためには、紫外線の照射強度を強くする、または照射時間を長くすることが望ましい。紫外線の波長及び強度は、基板２３の材質、特に基板２３の表面状態、液体パターンの形成速度、親水性と撥水性とのコントラスト等により適宜決められる。

吐出口から吐出する液体である導電性インク３２は、親水性の潜像パターンが形成された領域に吐出する。紫外線の照射によって親水性の潜像パターン３１が形成された後、速やかに導電性インク３２を吐出することが好ましい。これにより、親水化された領域の親水性が低下する前に、導電性インク３２を着弾させることができるため、液体パターンの精度を向上させることができる。

このとき、タイミング制御部によってタイミングを取りつつ、液体吐出機構１より微細配線用の導電性インク３２を、吐出周波数１００Ｈｚで吐出した。これにより、図７（ｂ）に示す様な、幅３０μｍの線状の液体パターンが形成される。

最後に、この基板２３を２００℃で３０分間乾燥させれば、基板２３に、膜厚０．３μｍ、比抵抗３．５×１０^-6Ωｃｍの導電性パターン膜３３が形成される。パターン膜の膜厚を制御するためには、パターン膜の面積と液体の吐出総量との関係を制御すれば良い。

本実施例に係る液体パターンの形成方法によれば、ある場所に紫外線が照射されてから、当該場所に液体が吐出されるまでの時間間隔が一定となる。したがって、紫外線が照射された場所の親水性の度合いが一定の状態で、液体を吐出することができるため、液体のパターンの精度が向上する。さらに、紫外線の照射から液体の吐出までの時間が短縮されるため、パターン膜の密着性が向上する。

［第８の実施例］
本実施例では、上述の液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を用いて、液体パターンを形成する方法について説明する。図８（ａ）は本実施例に係る液体パターンの形成方法を示すための概略図であり、図８（ｂ）は液体パターンの形成中における被吐出体である基板の模式的平面図である。

本実施例では、光源１３として、コンパクト型のＫｒＦエキシマレーザ２８を用いた。ＫｒＦエキシマレーザ２８は、波長が２５４ｎｍの紫外線を発光する。紫外線の照射エネルギーは４００ｍＪであり、最大繰り返し周波数は２００Ｈｚである。エキシマレーザ２８には、紫外線の出射を制御するエキシマレーザ制御部２９が接続されている。

液体貯留部６には、吐出する液体であるカラーフィルタ用インク３４（インクジェット用、キヤノン社製）のブルーインクを入れた。さらに第２の実施例と同様な光線束成形手段１６を、紫外線照射機構２の出射口３８に接着固定した。

液体パターンの形成方法として、まず、吐出口面と基板２３との間隔が０.５ｍｍになるように、基板２３に液体吐出ヘッド接近させておく。そして、基板２３を移動させつつ、紫外線３０を基板２３に一定時間照射して、親水性の潜像パターン３１を形成する。

本実施例では、親水性の潜像パターン３１を、１００μｍピッチで配列した１辺が２５μｍの四角形状とした。潜像パターン３１は、丸形状、四角形状、楕円形状、台形形状等のあらゆる形状であって良い。

また、紫外線を出射して潜像パターン３１を形成した後、速やかに液体を吐出する。具体的には、出射口３８と吐出口３６との間隔と同じ距離だけ、基板２３を移動させたときに、吐出口３６からインク３４を吐出し、潜像パターン３１にインク３４を着弾させる。このときインク３４は、親水性の潜像パターン３１だけに濡れ広がり、所望のパターンを形成する。インクの吐出と紫外線の出射とは、タイミング制御部２１によってタイミングが制御される。

このようにして形成されたインクパターンを乾燥させることによって、所望の形状のパターン膜を形成することができる。本実施例では、基板２３を１２０℃で１５分間乾燥させたところ、膜厚０．１５μｍ、１辺が２５μｍの四角形状のカラーフィルタ膜が得られた。

光源として、例えばエキシマレーザ２８を用いた場合、基板２３の一の面に高密度のラジカルが発生する。通常、ラジカルの寿命は短いが、高密度で発生させたラジカルは、ミリ秒のオーダまで残存することがある。このようなラジカルの寿命は基板の材質に依存する。

基板２３がプラスチックであり、芳香族環を有していれば、ラジカルが比較的安定であり、１０ミリ秒の間残存することが知られている。従って、紫外線を照射し、親水性パターンの形成後１０ミリ秒以内に液体（機能性インク）を吐出すれば、残存するラジカルとインクとが反応する。これにより、インクを乾燥した後に形成されるパターン膜と基板２３との密着性が増大する。したがって、親水性パターンの形成後１０ミリ秒以内にインクを吐出することが好ましい。

本実施例では、基板を１５ｍｍ/ｓの速度で移動させつつ、１５０Ｈｚの周波数で、基板２３に紫外線を照射した。したがって、インク３４も１５０Ｈｚの周波数で吐出した。これらの条件は、紫外線照射後、６．７ミリ秒後にインク３４を吐出することに相当する。

本実施例と比較するために比較例として、以下の条件で、インクパターンを形成した。比較例では、基板２３を５ｍｍ/ｓの速度で移動させつつ、５０Ｈｚの周波数で、基板２３に紫外線を照射した。したがって、インク３４も５０Ｈｚの周波数で吐出した。これらの条件は、紫外線照射後、２０ミリ秒後にインク３４を吐出することに相当する。

本実施例と比較例とにおいて、パターン膜の密着度を比較するために、テープ剥離試験を実施した。テープ剥離試験として、幅１５ｍｍのセロテープ（ニチバン社製）を、カラーフィルタ膜が形成された基板２３に貼った後、剥す工程を３回繰り返した。

このテープ剥離試験の結果、本実施例における条件では、１００％のパターン膜が良好な密着性を示した。一方、比較例における条件では、８５％のパターン膜が良好な密着性を示した。

上記実施例では、保持した被吐出体を、液体吐出ヘッドに対して移動させる構成の液体吐出装置について説明した。しかし、液体吐出装置は、被吐出体に対して液体吐出ヘッドを被吐出体の一の面に沿った方向に移動する構成であっても良い。

この場合、紫外線照射機構２は、液体吐出ヘッドの移動方向下流側に配置され、さらに、液体吐出機構１は液体吐出ヘッドの移動方向上流側に配置されていれば良い。

以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。

本発明の第１の実施例に係る液体吐出ヘッドの模式的斜視図。 本発明の第１の実施例に係る液体吐出ヘッドの構成を示す概略図。 本発明の第２の実施例に係る液体吐出ヘッドの構成を示す概略図。 本発明の第３の実施例に係る液体吐出ヘッドの構成を示す概略図。 本発明の第４の実施例に係る液体吐出装置の構成を示す概略図。 本発明の第５の実施例に係る液体吐出装置の構成を示す概略図。 （ａ）は本発明の第７の実施例に係る液体パターンの形成方法を示すための概略図であり、（ｂ）は液体パターンの形成中における基板の模式的平面図。 （ａ）は本発明の第８の実施例に係る液体パターンの形成方法を示すための概略図であり、（ｂ）は液体パターンの形成中における基板の模式的平面図。 （ａ）及び（ｂ）は、従来のインクジェット法によって形成した液体パターンを示す模式図。

符号の説明

１ 液体吐出機構
２ 紫外線照射機構
９ 光ファイバ
１１ コリメート手段
１３ 光源
１６ 光線束成形手段
１７ 液晶シャッタアレイ
１８ 切替制御部
２２ メカニカルシャッタ
３０ 紫外線
３１ 潜像パターン
３２ 導電性インク
３３ 導電性パターン膜
３４ インク
３５ カラーフィルタ膜
３６ 吐出口
３８ 出射口

Claims (22)

1. 液体を吐出する液体吐出ヘッドを備え、該液体吐出ヘッドから前記液体を吐出して被吐出体に予め設定した液体パターンを形成する液体吐出装置において、
   前記液体吐出ヘッドは、前記被吐出体に紫外線を出射する紫外線照射機構と、前記被吐出体に前記液体を吐出する液体吐出機構と、を有し、前記被吐出体の一の面に沿った方向に前記液体吐出ヘッドと前記被吐出体とが相対移動しているときに、前記紫外線照射機構により前記紫外線の出射を実施した後に前記液体吐出機構により前記液体の吐出を実施することを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記液体吐出ヘッドに対して前記被吐出体を前記被吐出体の前記一の面に沿った方向に移動する前記液体吐出装置であって、
   前記被吐出体の移動方向上流側に前記紫外線照射機構が配置され、かつ、前記被吐出体の移動方向下流側に前記液体吐出機構が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記被吐出体に対して前記液体吐出ヘッドを前記被吐出体の前記一の面に沿った方向に移動する前記液体吐出装置であって、
   前記液体吐出ヘッドの移動方向下流側に前記紫外線照射機構が配置され、かつ、前記液体吐出ヘッドの移動方向上流側に前記液体吐出機構が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
4. 前記紫外線照射機構は、前記被吐出体の前記一の面に塗布された撥水剤への前記紫外線の照射により親水性パターンを形成し、
   前記液体吐出機構は、前記親水性パターンに前記液体を着弾させることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
5. 前記紫外線照射機構は、前記被吐出体の前記一の面に塗布された撥水剤へ前記紫外線を出射し、前記被吐出体の前記一の面に親水性パターンを形成する少なくとも１つの出射口を有し、
   前記液体吐出機構は、それぞれの前記出射口からの前記紫外線が形成した前記親水性パターンに前記液体を吐出する、対応した吐出口を有していることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
6. 前記紫外線照射機構は、前記紫外線を出射する少なくとも１つの出射口を有し、
   前記出射口が光ファイバの一端部であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
7. 前記紫外線の光線束の発散を抑制するコリメート手段をさらに有していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
8. 前記紫外線の光線束を、所定の形状の光線束に成形する光線束成形手段をさらに有していることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
9. 前記光線束成形手段は、前記紫外線を透過する所定の形状の光透過部と、
   前記紫外線の光路に略垂直な面内において前記光透過部の周囲に設けられ、前記紫外線を遮断する光遮断部と、から構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の液体吐出装置。
10. 出射される前記紫外線を遮断する遮断状態と、該紫外線を通過する通過状態と、に切替える切替機構をさらに有していることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
11. 前記切替機構は、前記紫外線の光路上に配置され、液晶の配向制御を利用した液晶シャッタであることを特徴とする、請求項１０に記載の液体吐出装置。
12. 前記切替機構は、前記紫外線を遮断する材質を、前記紫外線の光路上と光路外とに移動可能に構成されてなるメカニカルシャッタであることを特徴とする、請求項１０に記載の液体吐出装置。
13. 前記液体の吐出と前記紫外線の出射とのタイミングを制御するタイミング制御部をさらに有することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
14. 光源をさらに有し、
    該光源がエキシマレーザであることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
15. 前記被吐出体を、前記液体吐出ヘッドと対向して保持する保持部を有し、
    前記液体吐出ヘッドと前記保持部との相対位置を制御する位置制御機構をさらに有している、請求項１から１４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
16. 搭載された液体吐出ヘッドと被吐出体とを該被吐出体の一の面に沿った方向に相対移動させ、該液体吐出ヘッドから液体を吐出して前記被吐出体に予め設定した液体パターンを形成する液体吐出装置に用いられる前記液体吐出ヘッドであって、
    紫外線を出射する紫外線照射機構と、前記液体を吐出する液体吐出機構と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
17. 被吐出体に液体を吐出する液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置を用いて、前記被吐出体に液体パターンを形成する方法であって、
    前記被吐出体の一の面に沿った方向に前記液体吐出ヘッドと前記被吐出体とを相対移動させているときに、紫外線の出射を実施した後に前記液体の吐出を実施する、液体パターンの形成方法。
18. 前記被吐出体の前記一の面に沿った方向に前記液体吐出ヘッドと前記被吐出体とを相対移動させているときに、前記紫外線の出射を実施することで、前記被吐出体に親水性パターンを形成し、
    前記液体を前記親水性パターンに着弾させる、請求項１７に記載の液体パターンの形成方法。
19. 前記親水性パターンの形成後、速やかに前記液体を吐出する、請求項１８に記載の液体パターンの形成方法。
20. 前記紫外線を出射する前に、前記被吐出体の前記一の面に撥水剤を塗布し、
    前記被吐出体の前記一の面に塗布された前記撥水剤に前記紫外線を出射することで前記親水性パターンを形成する、請求項１８または１９に記載の液体パターンの形成方法。
21. 前記親水性パターンの形成後１０ミリ秒以内に、前記液体を吐出する、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の液体パターンの形成方法。
22. 前記紫外線がエキシマレーザから出射された紫外線である、請求項１７から２１のいずれか１項に記載の液体パターンの形成方法。

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