JP2014140810A - インクジェット装置および液滴測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクの液滴量を高精度に測定することができるインクジェット装置及び液滴測定方法を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係るインクジェット装置１は、ヘッド部１２１〜１２６と、ステージ１１と、光源１６１と、受光部１６２と、コントローラ１５とを具備する。ステージ１１は、液滴が塗布される基板Ｓを支持し、かつ、ヘッド部１２１〜１２６に対して相対移動可能に構成される。光源１６１は、基板Ｓ上の液滴Ｄに照明光Ｌ１を照射可能に構成される。受光部１６２は、液滴Ｄからの照明光Ｌ１の反射光Ｌ２を受光可能に構成される。コントローラ１５は、受光部１６２で受光された反射光Ｌ２の強度に基づいて液滴Ｄの量に関する情報を取得可能に構成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクヘッドの複数のノズルから吐出される個々の液滴の体積を高精度に測定することが可能なインクジェット装置及び液滴測定方法に関する。

インクジェット法は、基板上の所定位置に精度よくインクを滴下することができるため、例えば有機ＥＬディスプレイを製造する工程に採用されている。例えば下記特許文献１には、インクジェット法によりＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各有機発光材料層を形成する方法が記載されている。またインクヘッドから吐出される液滴の形態に基づいて、インクの吐出口の良否判定を行う機構を備えたものが知られている。例えば下記特許文献２には、インクヘッドから吐出される液滴をその飛翔経路上で撮影し、液滴の撮影像に基づいて吐出口の良否を判定する方法が記載されている。

特開２００３−７７６７８号公報 特開２０１１−２６４１号公報

近年、蒸着法によりＲ、Ｇ、Ｂの各有機発光材料層を塗り分ける方法で有機ＥＬディスプレイが生産されているが、マスクを使用する必要があり、大型ディスプレイや大型基板には向いていない。そこで上述のようにインクジェットを用いた印刷法による発光層の製造が注目を浴びているが、吐出されるインクの量のバラツキがディスプレイの画質に大きな影響をもたらすため、発光層の膜厚は非常に精密に制御する必要があり、基板上に吐出される液滴の量を高精度に測定／制御する必要がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、インクの液滴量を高精度に測定することができるインクジェット装置及び液滴測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るインクジェット装置は、１以上のヘッド部と、ステージと、光源と、受光部と、コントローラとを具備する。
上記ヘッド部は、インクの液滴を吐出可能に構成される。
上記ステージは、上記液滴が塗布される基板を支持し、かつ、上記ヘッド部に対して相対移動可能に構成される。
上記光源は、上記基板上の上記液滴に照明光を照射可能に構成される。
上記受光部は、上記液滴からの上記照明光の反射光を受光可能に構成される。
上記コントローラは、上記受光部で受光された上記反射光の強度に基づいて上記液滴の量に関する情報を取得可能に構成される。

また上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る液滴測定方法は、ステージ上の基板に向けて、少なくとも１つのヘッド部からインクの液滴を吐出する工程を含む。
上記基板に塗布された乾燥前の上記液滴に向けて光源から照明光が照射される。
上記液滴からの上記照明光の反射光が受光部で受光される。
受光した上記反射光の強度に基づいて上記液滴の量に関する情報が取得される。

本発明の一実施形態に係るインクジェット装置を示す概略平面図である。 上記インクジェット装置を示す概略側面図である。 上記インクジェット装置におけるインクヘッドのインク吐出面を示す要部の拡大図である。 上記インクジェット装置の作用を説明する概略平面図である。 上記インクジェット装置における液量測定ユニットの概略構成図である。 上記液量測定ユニットの作用を説明する図である。 上記液量測定ユニットを構成する光源と受光部との位置的関係を説明する正面図である。 乾燥後の液滴の様子を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態において、受光部で取得された液滴の反射光の輝度に関するコントローラの出力例を示す図である。 上記液量測定ユニットの受光部の調整工程を説明する基板の要部平面図である。

本発明の一実施形態に係るインクジェット装置は、１以上のヘッド部と、ステージと、光源と、受光部と、コントローラとを具備する。
上記ヘッド部は、インクの液滴を吐出可能に構成される。
上記ステージは、上記液滴が塗布される基板を支持し、かつ、上記ヘッド部に対して相対移動可能に構成される。
上記光源は、上記基板上の上記液滴に照明光を照射可能に構成される。
上記受光部は、上記液滴からの上記照明光の反射光を受光可能に構成される。
上記コントローラは、上記受光部で受光された上記反射光の強度に基づいて上記液滴の量に関する情報を取得可能に構成される。

基板上に塗布された液滴からの反射光の強度は、当該液滴の表面形状に応じて変化し、液滴の表面形状は、当該液滴の量（体積）によってほぼ決定される。液滴の表面形状は、例えばインク顔料あるいは染料を担持する有機溶媒の表面張力の影響を受け、特に液滴の乾燥前において液滴の量の違いが液滴の表面形状の違いとして現れやすい。上記コントローラは、このような液滴の表面形状と反射光の受光強度との相関に基づいて当該液滴の量に関する情報を取得する。

上記インクジェット装置によれば、バラツキの少ない高精度な液滴測定が可能となる。また、ヘッド部から吐出された液滴をその飛翔経路上で撮影しそれを画像処理して液滴の量（体積）を測定する方法と比較して、コントローラにおける演算負荷を低減できるため短時間での液滴測定が可能となる。さらに、短時間での液滴測定が可能となるため、例えば吐出不良等を迅速にヘッド部へフィードバックすることで吐出量の最適化を図ることができるとともに、基板上のすべての液滴を対象にした塗布ムラの有無等の検査を実施することができる。

典型的には、上記ヘッド部は、上記液滴をそれぞれ吐出可能な複数のノズルを有する。この場合、上記インクジェット装置は、上記受光部を上記ステージに対して相対移動させることが可能に構成された駆動部をさらに具備してもよい。
これにより、個々の液滴に対する反射光の受光方向等の測定条件を共通化でき、測定条件の相違による測定精度の低下を防止することができる。また複数の液滴を一単位とした受光強度の測定が可能となり、処理時間の短縮を図ることができる。

上記コントローラは、上記駆動部による上記受光部の移動を制御し、上記複数のノズルから吐出され上記基板上に塗布された複数の液滴からの上記反射光の強度に基づいて、上記複数の液滴の量に関する情報をそれぞれ取得してもよい。
これにより個々の液滴についての量の比較等が可能となり、異常吐出等を容易に検出することができる。

上記受光部は、上記基板上に塗布された上記複数の液滴を同時に撮像可能なカメラを含んでもよい。上記カメラには、リニアセンサあるいはエリアセンサが含まれる。上記構成により、複数の液滴からの反射光を同時に受光することができるため、測定時間の短縮を図ることができる。

上記受光部は、上記基板の表面と直交する軸に関して、上記光源とは非対称な位置に配置されてもよい。これにより、基板表面における照明光の正規反射光が受光部で受光されることを抑制できるため、液滴からの反射光を精度よく検出することが可能となる。

典型的には、上記ステージは、上記ヘッド部に対して第１の軸方向に沿って相対移動可能に構成される。この場合、上記コントローラは、前記受光部を前記第１の軸方向と交差する第２の軸方向に沿って移動させるように上記駆動部を制御することが可能に構成されてもよい。
これにより基板上への液滴の塗布と液滴の吐出量の測定とを同一のステージ上で実行することが可能となる。

上記ヘッド部は、一軸方向に沿って配列された複数のヘッド部を含んでもよい。これにより大型基板へも容易に適用することができる。

上記コントローラは、上記液滴の量に関する情報に基づいて上記液滴の吐出量を制御するための制御信号を生成し、上記制御信号を上記ヘッド部へ出力可能に構成されてもよい。これにより、インクの吐出異常が生じた場合に迅速にヘッド部へフィードバックすることができる。また、ノズル間のクロストークの影響を受けることはないため精密な液滴測定が可能となるとともに、ヘッド部の吐出異常を迅速にフィードバックすることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る液滴測定方法は、ステージ上の基板に向けて、少なくとも１つのヘッド部からインクの液滴を吐出する工程を含む。
上記基板に塗布された乾燥前の上記液滴に向けて光源から照明光が照射される。
上記液滴からの上記照明光の反射光が受光部で受光される。
受光した上記反射光の強度に基づいて上記液滴の量に関する情報が取得される。

上記液滴測定方法によれば、バラツキの少ない高精度な液滴測定が可能となる。また、ヘッド部から吐出された液滴をその飛翔経路上で撮影しそれを画像処理して液滴の量（体積）を測定する方法と比較して、演算負荷を低減できるため短時間での液滴測定が可能となる。さらに、短時間での液滴測定が可能となるため、例えば吐出不良等を迅速にヘッド部へフィードバックすることで吐出量の最適化を図ることができるとともに、基板上のすべての液滴を対象にした塗布ムラの有無等の検査を実施することができる。

典型的には、上記液滴を吐出する工程は、上記ヘッド部の複数のノズルから複数の液滴を吐出する。この場合、上記反射光を受光する工程は、上記受光部を上記ステージに対して相対移動させながら、上記基板上に塗布された上記複数の液滴からの反射光を受光してもよい。
これにより個々の液滴に対する反射光の受光方向等の測定条件を共通化でき、測定条件の相違による測定精度の低下を防止することができる。また複数の液滴を一単位とした受光強度の測定が可能となり、処理時間の短縮を図ることができる。

上記情報を取得する工程は、上記基板上に塗布された上記複数の液滴からの反射光の強度に基づいて、上記複数の液滴の量に関する情報をそれぞれ取得してもよい。これにより個々の液滴についての量の比較等が可能となり、異常吐出等を容易に検出することができる。

典型的には、上記液滴を吐出する工程は、上記ステージを上記ヘッド部に対して第１の軸方向に移動させながら上記液滴を吐出する。この場合、上記反射光を受光する工程は、上記受光部を上記ステージに対して上記第１の軸方向と交差する第２の軸方向に沿って移動させながら上記反射光を受光してもよい。
これにより基板上への液滴の塗布と液滴の吐出量の測定とを同一のステージ上で実行することが可能となる。

上記液滴測定方法は、さらに、上記液滴の量に関する情報に基づいて上記液滴の吐出量を制御するための制御信号を生成し、上記制御信号を上記ヘッド部へ出力してもよい。これによりインクの吐出異常が生じた場合に迅速にヘッド部へフィードバックすることができる。また、ノズル間のクロストークの影響を受けることはないため精密な液滴測定が可能となるとともに、ヘッド部の吐出異常を迅速にフィードバックすることが可能となる。

上記液滴測定方法は、さらに、上記基板上に塗布された試験用液滴からの上記照明光の反射光を用いて上記液滴の吐出量を制御してもよい。これによりインキ量を更に高精度に測定及び制御することが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

［全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット装置を示す概略平面図であり、図２はその概略側面図である。各図においてＸ軸及びＹ軸は相互に直交する水平方向を示し、Ｚ軸はＸ軸及びＹ軸にそれぞれ直交する鉛直方向を示している。

本実施形態のインクジェット装置１は、基板Ｓを支持するステージ１１と、ステージ１１上の基板Ｓにインクの液滴を塗布するヘッドモジュール１２と、ステージ１１を一軸方向に移動させる移動機構１３と、ヘッドモジュール１２、移動機構１３等を含むインクジェット装置１の全体の駆動を制御するコントローラ１５とを有する。

本実施形態のインクジェット装置１は、例えば、カラーフィルタの着色層や、有機ＥＬパネル用の発光層の印刷等に用いられる。

基板Ｓは、略矩形状のガラス基板で構成されるが、これ以外にも、金属、プラスチック、紙等のプレート状、シート状あるいはフィルム状の基材で構成されてもよい。また、基板Ｓは単一層で構成されたものに限られず、表面に絶縁膜や導電膜等のベタ膜あるいは所定形状にパターニングされた機能膜が積層された多層構造を有していてもよい。

ステージ１１は、ベース部１０の上にＹ軸方向に移動可能に設置される。ステージ１１は、基板Ｓが支持する支持面１１ａを有する。支持面１１ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ平行な平面（ＸＹ平面）に属し、本実施形態では略矩形の平坦な面で構成される。ステージ１１は、支持面１１ａ上に基板Ｓを保持するための各種チャック機構を備えていてもよい。

インクジェット装置１は、ステージ１１の支持面１１ａを所定温度以下に冷却するための冷却機構１４を有してもよい。上記所定温度は特に限定されず、例えば、基板Ｓ上に塗布された液滴の乾燥を遅らせることができる適宜の温度に設定される。冷却機構１４は、例えば、ステージ１１の内部に形成された冷却水の循環通路と、当該循環通路に冷却水を循環させるポンプユニットを含む。上記ポンプユニットは、ステージ１１に一体的に取り付けられてもよいし、冷却水が通過するフレキシブル性の管部材を介してベース部１０あるいはこれ以外の部位に設置されてもよい。

移動機構１３は、ベース部１０の上に敷設された一対のガイドレール１３ａ，１３ｂと、ステージ１１をガイドレール１３ａ，１３ｂに沿って移動させるリニアモータ等の駆動源と、上記駆動源を制御する制御部等を含む。一対のガイドレール１３ａ，１３ｂはＹ軸方向に平行に延び、ステージ１１はガイドレール１３ａ，１３ｂの上に設置される。上記駆動源はステージ１１の内部に配置され、上記制御部によってガイドレールに沿ったステージ１１の高精度な移動制御が行われる。

［ヘッドモジュール］
ヘッドモジュール１２は複数のヘッド部１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６を有する。ヘッド部１２１〜１２６は、ガイドレール１３ａ，１３ｂに沿ってＹ軸方向に移動するステージ１１上の基板Ｓの表面全域に、所定のインクの液滴Ｄを塗布するように構成される。なおヘッドモジュール１２は、単一のヘッド部で構成されてもよい。

ヘッド部１２１〜１２６は、ステージ１１上の基板Ｓの表面全域をＸ軸方向に沿って配列された複数列の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６で仮想的に区画したときに、上記複数列の領域Ｒ１〜Ｒ６の各々に対応するように配置されている。基板Ｓの表面に区画された領域Ｒ１〜Ｒ６はそれぞれＹ軸方向に平行な長手方向、Ｘ軸方向に平行な幅方向を有する矩形状に形成され、ヘッド部１２１〜１２６はこれら各領域Ｒ１〜Ｒ６にインクの液滴ＤをＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ所定ピッチで塗布する。

上記複数列の領域Ｒ１〜Ｒ６は、第１の領域群ＲＡと、第２の領域群ＲＢとに分けられる。本実施形態において第１の領域群ＲＡは、複数列の領域Ｒ１〜Ｒ６のうち一列おきに選択された複数の領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５で構成され、第２の領域群ＲＢは、複数列の領域Ｒ１〜Ｒ６のうち残余の複数の領域Ｒ２、Ｒ３，Ｒ５で構成される。

第１の領域群ＲＡは、ヘッド部１２１，１２３，１２５によって処理される。すなわちヘッド部１２１，１２３，１２５は、第１の領域群ＲＡを構成する領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５にそれぞれ液滴Ｄを塗布する。一方、第２の領域群ＲＢは、ヘッド部１２２，１２４，１２６によって処理される。すなわちヘッド部１２２，１２４，１２６は、第２の領域群ＲＢを構成する領域Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６にそれぞれ液滴Ｄを塗布する。

ヘッド部１２１，１２３，１２５は、第１のヘッド群１２Ａを構成する。第１のヘッド群１２Ａは、支持フレーム１２０Ａを介してベース部１０の直上位置に設置され、ヘッド部１２１，１２３，１２５がそれぞれ基板Ｓ上の第１の領域群ＲＡ（Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５）に対向するように位置決め配置されている。一方、ヘッド部１２２，１２４，１２６は、第２のヘッド群１２Ｂを構成する。第２のヘッド群１２Ｂは、支持フレーム１２０Ｂを介してベース部１０の直上位置に設置され、ヘッド部１２２，１２４，１２６がそれぞれ基板Ｓ上の第２の領域群ＲＢ（Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６）に対向するように位置決め配置されている。

ヘッドモジュール１２は、ヘッド部１２１〜１２６をそれぞれＺ軸まわりに回動させることが可能な複数の回転機構部Ｍ（調整機構）を有する。これら回転機構部Ｍは、支持フレーム１２０Ａ，１２０Ｂにそれぞれ設けられ、ヘッド部１２１〜１２６を各々個別にＺ軸まわりに所定角度範囲にわたって回転させることが可能に構成されている。これら回転機構部Ｍは、コントローラ１５によって制御される。

コントローラ１５は、典型的にはＣＰＵや各種メモリを含むコンピュータで構成される。コントローラ１５は、ヘッドモジュール１２、移動機構１３、冷却機構１４、後述する液量測定ユニット１６等の各種機構部の駆動を制御する。コントローラ１５は、ベース部１０に設置されるが、ベース部１０とは異なる位置に設置されてもよい。

各ヘッド部１２１〜１２６は、複数のノズルが形成されたインクの吐出面を有する。図３は、ヘッド部１２１のインク吐出面１２１ｓを示す要部の拡大図である。インク吐出面１２１ｓは、略長方形状を有し、その長手方向に沿って複数のノズルＮが所定ピッチｐ０で形成されている。各々のノズルＮは、図示しないインクタンクに接続されており、各々のノズルＮには所定量のインクを吐出するための圧電駆動部Ｖが配置されている。圧電駆動部Ｖは、コントローラ１５により制御される。インク吐出面１２１ｓは、その直下を通過する基板Ｓの表面に対して所定の距離を介して対向するように配置される。

回転機構部Ｍは、ヘッド部１２１をＺ軸まわりに回転させることで、Ｘ軸方向に沿った液滴の吐出ピッチを調整する。例えば図３（Ａ）は、Ｘ軸に対してＺ軸まわりに角度θ１だけヘッド部１２１を傾けたときのＸ軸方向に沿った液滴の吐出ピッチがｐ０からｐ１に変換される様子を示し、図３（Ｂ）は、Ｘ軸に対してＺ軸まわりに角度θ２（θ２＞θ１）だけヘッド部１２１を傾けたときのＸ軸方向に沿った液滴の吐出ピッチがｐ０からｐ２（ｐ２＜ｐ１）に変換される様子を示している。このようにヘッド部１２１の回動角度によってＸ軸方向に沿った液滴の吐出ピッチを連続的に変化させることができる。

ヘッド部１２２〜１２６もヘッド部１２１と同様に構成される。各ヘッド部１２１〜１２６のＸ軸方向に沿った液滴の吐出ピッチは同一に設定される。Ｘ軸方向に沿った液滴の吐出ピッチは、基板Ｓ上に塗布される液滴の種類や工程に応じて適宜調整される。

第１のヘッド群１２Ａを構成するヘッド部１２１，１２３，１２５は、これらの長手方向に沿って同一の直線上に配列されている。同様に、第２のヘッド群１２Ｂを構成するヘッド部１２２，１２４，１２６は、これらの長手方向に沿って同一の直線上に配列されている。これに代えて、第１及び第２のヘッド群１２Ａ，１２Ｂを構成する各々のヘッド部は、Ｘ軸方向に沿って配列されてもよい。

第２のヘッド群１２Ｂは、第１のヘッド群１２Ａよりも基板Ｓの移動方向（Ｙ軸方向）に関してオフセット（離間）した位置に配置されている。このようにヘッド部１２１〜１２６が基板Ｓ上の全領域Ｒ１〜Ｒ６に対応して配置されることで、Ｙ軸方向への基板Ｓの一回の移動操作で、基板Ｓの表面全域にインクの液滴を塗布することが可能となる。これにより、基板Ｓに対する液滴塗布工程の効率が高まり、生産性を向上させることができる。

図４は、ヘッドモジュール１２によって基板Ｓの表面に液滴を塗布する様子を示す概略平面図である。基板Ｓはヘッドモジュール１２の直下をＹ軸方向に沿って矢印Ａで示す方向に所定速度で移動する。基板Ｓの表面には、その始端Ｓ１から終端Ｓ２に向かってヘッドモジュール１２から吐出される液滴Ｄが塗布される。

液滴Ｄは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に一定のピッチｐｘ，ｐｙで塗布される。ピッチｐｘは、回転機構部Ｍによるヘッド部１２１〜１２６の回転角度で調整され、ピッチｐｙは、ヘッド部１２１〜１２６からの液滴Ｄの吐出タイミングで調整される。基板Ｓ上に形成される液滴層は、一回の液滴Ｄの吐出によって形成されてもよいし、複数回の液滴Ｄの吐出によって形成されてもよい。また、基板Ｓ上に形成される液滴層は撥液性の材用で形成されたリブに囲まれたピクセルであってもよく、又は基板Ｓ上に直接、親液／撥液領域を形成してもよい。

本実施形態では上述のようにヘッドモジュール１２が第１のヘッド群１２Ａと第２のヘッド群１２Ｂとで構成されており、第１のヘッド群１２Ａが第２のヘッド群１２Ｂよりも上流側に配置される。したがって図４に示すように、基板Ｓには先ず、第１のヘッド群１２Ａ（ヘッド部１２１，１２３，１２５）により第１の領域群ＲＡ（Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５）へ液滴Ｄの吐出が開始され、その後、第２のヘッド群１２Ｂ（ヘッド部１２２，１２４，１２６）により第２の領域群ＲＢ（Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６）へ液滴Ｄの吐出が開始される。

［液量測定］
インクジェット印刷におけるインク吐出量は、直接的または間接的にインク吐出量を測定し、それが最適値となるようにフィードバックすることで調整される。吐出量の測定方法としては、飛翔している液滴の体積や速度を測定する方法、基板上に塗布された乾燥後の塗膜の膜厚を測定する方法等が知られている。しかし、飛翔状態の液滴を測定する方法は、ノズル毎に精密に測定を行う必要があるためフィードバックに時間を要し、また、ノズル間のクロストークの影響を受けやすい。一方、乾燥後の塗膜の膜厚を測定する方法は吐出異常が発生した場合に迅速にフィードバックすることができないなどの不具合があった。また、いずれの場合においても、測定に時間を要するため、測定点を少なくする必要があり、さらに測定ばらつきが大きく正確な測定が困難であった。

そこで本実施形態では、ヘッド部１２１〜１２６から吐出された直後の基板Ｓ上の液滴Ｄについて、液滴Ｄが乾燥する前の液体の状態で液滴Ｄの吐出量の測定を実施可能に構成されている。液滴Ｄは、一滴のインクで形成されてもよいし、複数滴のインクの集合体で形成されてもよい。図５は、液量測定ユニット１６の概略構成図である。

液量測定ユニット１６は、光源１６１と、受光部１６２とを有する。光源１６１は、ヘッドモジュール１２によって塗布された基板Ｓ上の液滴Ｄに照明光Ｌ１を照射する。受光部１６２は、液滴Ｄからの照明光Ｌ１の反射光Ｌ２を受光し、その受光信号をコントローラ１５へ出力する。

光源１６１は、蛍光管のような線状光源でもよいし、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の点状あるいは面状光源であってもよい。照明光Ｌ１の波長帯域は特に限定されず、例えば可視光が用いられ、好ましくは液滴Ｄに対して反射特性が高く、受光部１６２の受光感度が高い波長の光が用いられる。光源１６１は、例えば、基板Ｓの上方に設置される。さらに光源（照明光）としては、塗布したインキへの悪影響を防ぐことができる波長の光を選択することが好ましい。例えば紫外線や熱線域の赤外線等、インキの物性に変化をもたらす等の弊害を生じさせ得る波長帯域の光の使用は避けるべきである。なお、紫外線や赤外線は光源光として常に排除されるという趣旨ではなく、上記弊害が少ない又は生じないインキに対しては適用可能である。

受光部１６２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）等の固体撮像素子（電子カメラ）で構成される。このような受光部１６２には、例えばリニアセンサやエリアセンサが含まれる。受光部１６２がＣＣＤカメラ等のエリアセンサで構成されることにより、基板Ｓ上のマクロな領域について光学的な測定が可能となり、複数の液滴についての情報を取得することができる。

液量測定ユニット１６は、例えば、基板Ｓの上方に設置され、本実施形態では図１に示すように、ベース部１０に設置された架台１６０に支持されている。架台１６０は、ヘッドモジュール１２よりも基板Ｓの搬送方向下流側においてガイドレール１３ａ，１３ｂの上を跨ぐように設けられている。

インクジェット装置１はさらに駆動部１７（図２参照）を有しており、駆動部１７は液量測定ユニット１６を架台１６０に沿ってＸ軸方向に移動させることが可能に構成されている。これにより光源１６１及び受光部１６２は、Ｙ軸方向に移動するステージ１１上の基板Ｓに対してＸ軸方向に相対移動可能となり、受光部１６２は、基板Ｓの表面全域の液滴Ｄからの反射光Ｌ２を受光することが可能となる。駆動部１７による液量測定ユニット１６の移動は、コントローラ１５によって制御される。

光源１６１は、受光部１６２と一体的に構成される場合に限られず、受光部１６２とは別に構成されてもよく、例えば光源１６１は、例えば架台１６０に設置される。この場合、基板Ｓ上の各領域に照明光Ｌ１を均一に照射するために、光源１６１は、Ｘ軸方向に延在する線状光源で構成されてもよいし、Ｘ軸方向に直線的に配列された複数の点状光源で構成されてもよい。

コントローラ１５は、受光部１６２で受光された反射光Ｌ２の強度に基づいて液滴Ｄの量に関する情報を取得する。

すなわち基板Ｓ上に塗布された液滴Ｄからの反射光Ｌ２の強度は、当該液滴の表面形状に応じて変化し、液滴の表面形状は、当該液滴の量（体積）、基板Ｓからの高さ等によってほぼ決定される。液滴Ｄの表面形状は、例えばインク顔料あるいは染料を担持する有機溶媒の表面張力の影響を受け、特に液滴の乾燥前において液滴の量の違いが液滴の表面形状の違いとして現れやすい。コントローラ１５は、このような液滴Ｄの表面形状と反射光Ｌ２の受光強度や輝度等との相関に基づいて当該液滴の量に関する情報を取得する。

図６（Ａ），（Ｂ）は、液滴Ｄの表面形状と受光部１６２で受光される反射光Ｌ２との関係を説明する模式図であり、図５のＢ−Ｂ’線方向に沿った断面図である。ここでは基板Ｓの表面に液滴Ｄの塗布領域を規定する枠状のリブＳａが形成された例を示す。光源１６１は、照明光Ｌ１が測定対象である液滴Ｄに対して斜め方向から入射するように配置され、受光部１６２の光軸は、基板Ｓに対して常に一定の角度となるように固定される。

液滴の表面は、その乾燥前において有機溶媒の表面張力により上方へ凸なる形状の曲面形状を有する。液滴表面の曲率は、液滴の量が多いほど大きく（曲率半径は小さく）なり、液滴の高さは、液滴の量が多いほど高くなる。図６（Ａ）に示すように設定値よりも少ない吐出量で基板Ｓ上に塗布された液滴Ｄ１は、その吐出量に応じた表面形状に対応する反射強度分布で反射光Ｌ２を受光部１６２に向けて反射する。

一方、図６（Ｂ）に示すように、設定値よりも多い吐出量で基板Ｓ上に塗布された液滴Ｄ２は、液滴Ｄ１よりも大きな曲率を有するため、反射光Ｌ２の反射強度分布が液滴Ｄ１の場合と異なる。その結果、受光部１６２で受光される反射光Ｌ２の強度で液滴Ｄ１とＤ２との間に違いが生じ、その反射光強度の違いから液滴Ｄ１とＤ２との量の比較が可能となる。

光源１６１と受光部１６２との位置関係は上述の例に限られず、液滴Ｄ１の吐出量の相違を判別できる位置関係で光源１６１と受光部１６２とが各々配置されていればよい。また、液滴Ｄ１の吐出量と受光部１６２における反射光Ｌ２の強度との関係も特に限定されず、光源１６１と受光部１６２との位置関係に応じて適宜設定可能である。したがって光源１６１と受光部１６２の位置関係は、例えば、液滴Ｄ１の吐出量が多いほど反射光Ｌ２の強度が大きくなるような関係であってもよいし、これとは逆に、液滴Ｄ１の吐出量が少ないほど反射光Ｌ２の強度が大きくなるような関係であってもよい。

また、受光部１６２に入射する照明光Ｌ１の反射光には、液滴Ｄからの反射光Ｌ２だけでなく、基板Ｓの表面における反射光が含まれる。受光部１６２に入射する基板Ｓの表面反射光が多くなると、液滴Ｄからの反射光Ｌ２の測定精度が低下するおそれがある。そこで本実施形態では、図７に示すように受光部１６２は、基板Ｓの表面と直交する軸Ｚ１（あるいは平面）に関して、光源１６１とは非対称な位置に配置される。これにより、基板Ｓの表面における照明光Ｌ１の正規反射光Ｌ３が受光部１６２で受光されることを抑制できるため、液滴Ｄからの反射光Ｌ２を精度よく検出することが可能となる。

例えば、受光部１６２は、その光軸が設定吐出量で塗布された液滴からの反射光の光軸と一致するように配置されてもよい。あるいは、受光部１６２は、基板表面での正規反射光Ｌ３を受光しない位置に配置されてもよい。あるいは、受光部１６２の受光面に、正規反射光Ｌ３をカットするフィルタが配置されてもよい。

なお基板Ｓ上の液滴Ｄが等方的な形状ではなく、図５に示すようにＹ軸方向に長手方向（長軸方向）を有する形状のような場合、Ｙ軸方向に沿った断面形状と比較してＸ軸方向に沿った断面形状の方が液滴量に起因する反射光の強度変化を判定しやすい。したがって上述のように基板Ｓ上の液滴Ｄが形状異方性を有する場合には、短軸方向に沿った表面の反射光強度を評価することで、高精度な液滴測定を容易に行うことができる。

コントローラ１５は、駆動部１７による受光部１６２のＸ軸方向への移動を制御し、複数のノズルＮから吐出され基板Ｓ上に塗布された複数の液滴からの反射光Ｌ２の強度に基づいて、上記複数の液滴の量に関する情報をそれぞれ取得する。これにより個々の液滴についての吐出量の比較等が可能となる。また、一台の受光部１６２で基板Ｓ上のすべての液滴についての情報を取得することが可能となる。

コントローラ１５は、受光部１６２から出力される個々の液滴についての反射光強度に基づいて、ヘッド部１２１〜１２６の各ノズルＮの圧電駆動部Ｖを制御する。

例えばコントローラ１５は、ある液滴について反射光Ｌ２の受光強度が基準範囲から外れている場合、当該液滴を吐出するノズルＮの圧電駆動部Ｖの駆動（例えば電圧波形）を制御して、上記基準範囲内となるように当該ノズルＮから吐出される液滴の量を調整する。上記基準範囲は、インクの種類や製品の仕様等に応じて適宜設定することができる。

以上のように本実施形態においては、印刷直後の液体の状態にある複数の液滴Ｄから照明光Ｌ１の反射光Ｌ２を受光し、その受光強度から各ノズルＮから吐出された液滴量を測定するようにしている。これにより、ヘッド部から吐出された液滴をその飛翔経路上で撮影しそれを画像処理して液滴の量（体積）を測定する方法と比較して、コントローラにおける演算負荷を低減できるため短時間での液滴測定が可能となる。

また、反射光Ｌ２の受光強度に基づいて各液滴について吐出量の相対的な比較を行うため、測定誤差を減少でき、より正確な吐出量制御が可能となる。さらに、吐出不良等を迅速にヘッド部へフィードバックすることで吐出量の最適化を図ることができるとともに、基板上のすべての液滴を対象にした塗布ムラやスジムラの有無等の検査を実施することができる。これにより、安定した印刷を継続でき、生産性の向上を図ることができる。

以上のように本実施形態によれば、飛翔状態の液滴を測定する方法と比較して、ノズル間のクロストークの影響を受けることなく精密な液滴測定が可能であるとともに、乾燥後の塗膜の膜厚を測定する方法と比較して、ヘッド部の吐出異常を迅速にフィードバックすることが可能となる。

また、液量測定ユニット１６がヘッドモジュール１２の直下流側に設置されているため、印刷直後の個々の液滴Ｄについて乾燥前の液体状態での光学測定が可能となり、これにより測定精度の高い吐出量測定が可能となる。例えば図８に乾燥後の液滴Ｄ３の様子を模式的に示す。乾燥後の液滴Ｄ３は、有機溶媒が蒸発して固化した状態にあり、そのため表面は略平坦な形状となる。このような状態では、吐出量の大小に基づく表面形状の違いは現れ難くなり、したがって反射光強度の違いを検出できなくなる結果、正確な液量測定がもはや不可能となる。

本実施形態のインクジェット装置１においては、受光部１６２をステージ１１に対してＸ軸方向に相対移動可能に構成されているため、個々の液滴に対して反射光の受光方向等の測定条件を共通化でき、測定条件の相違による測定精度の低下や受光部１６２の画素のばらつきを最小限に抑えることができる。また複数の液滴を一単位とした受光強度の測定が可能となり、処理時間の短縮を図ることができる。さらに大型基板へも容易に適用することが可能となる。

図９は、受光部１６２で取得された液滴Ｄの反射光Ｌ２の輝度に関するコントローラ１５の出力例を示している。図中、縦軸は反射光の輝度（任意単位）、横軸はノズルスキャン方向（図５においてＸ軸方向）に沿って取得された画像ピクセルの数を表している。ここでは、１ピクセルが１つの液滴Ｄに相当する。また横軸における矢印の範囲は、１ヘッド部あたりのノズル数（６４ノズル）を表している。

図９に示すように、１ピクセル毎に反射光の明確な輝度変化が生じており、その最大値と最小値との差が当該ピクセルの輝度の大きさに相当する。図示の例では、各ピクセルにおける輝度の最大値と最小値との差は、液滴反射光の受光強度と基板表面での反射光の受光強度との差分に相当し、輝度の最小値は基板表面での反射光強度（ベースライン）に相当する。

以上のように本実施形態によれば、各ピクセル（液滴）の輝度の大きさに基づいて当該液滴Ｄの形状を容易に把握することが可能となり、さらには複数のピクセル（液滴Ｄ）間の形状の相違に基づいて液滴Ｄの形状のばらつきを把握することができる。

さらに受光部１６２がステージ１１の移動方向と交差（本実施形態では直交）する方向に移動可能に構成されているため、基板上への液滴の塗布と液滴の吐出量の測定とを同一のステージ上で実行することが可能となるとともに、オンラインでのインク吐出量のフィードバック制御が可能となる。

本実施形態では、インク吐出量のフィードバック制御として、ベースラインに対する液滴反射光強度が一定となるように個々のノズルに対して吐出量を制御する。これにより、複数のノズル間においてインク吐出量を一定にすることができる。

さらに液量測定ユニット１６による液滴の測定精度を向上させる目的で、受光部１６２の受光感度を調整する工程を実施してもよい。この調整工程は、基板Ｓ上に塗布された試験用液滴からの照明光Ｌ１の反射光Ｌ２を用いて実施することができる。図１０にその一例を示す。

図１０において、基板Ｓは、画素を形成する液滴Ｄを塗布する製品領域Ｓ１０と、試験用の液滴Ｄｓを塗布する調整領域Ｓ２０とを有する。調整領域Ｓ２０は、製品領域Ｓ１０よりも、基板Ｓの搬送方向に関して上流側に位置する。製品領域Ｓ１０にはヘッド部から吐出される液滴Ｄを収容するためのリブＳａが形成され、調整領域Ｓ２０にも同様に液滴Ｄｓを収容するためのリブＳｂが形成される。

調整領域Ｓ２０は、リブＳｂ内にあらかじめ吐出された所定量の液滴Ｄｓからの反射光を液量測定ユニット１６で測定し、受光部１６２の受光感度や閾値の初期設定、更には液滴の高精度な測定あるいは制御を行うために設けられる。初期設定は、液滴Ｄｓの液量や種類、光学特性等の種々の条件に応じて定められる。これにより製品領域Ｓ１０内における安定した液滴測定を実現することができる。

本実施形態では、調整領域Ｓ２０内のリブＳｂは、製品領域Ｓ１０内のリブＳａよりも幅狭で形成されている。このためリブＳａに供給される液滴Ｄと同量の液滴ＤｓがリブＳｂに供給されると、リブＳｂ内の液滴Ｄｓは、リブＳａ内の液滴Ｄよりも高く盛り上がる。そこで受光部１６２を、基板表面からの高さが大きい液滴ほど受光強度が高くなるような位置に配置等しておくことにより、製品領域Ｓ１０で液滴Ｄの反射光よりも調整領域Ｓ２０で液滴Ｄｓの反射光の受光強度を大きくすることができる。したがって製品領域Ｓ１０上で液滴を測定及び吐出制御する場合と比較して、更に高精度な液滴測定及び制御が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、液量測定ユニット１６がヘッドモジュール１２の直下流側に配置された例を説明したが、これに限られない。例えば、乾燥時間が長いインクが使用される場合には、ヘッドモジュール１２からより離れた位置に液量測定ユニット１６が設置されてもよいし、ベース部１０とは異なるベース部上に設置されてもよい。

また、液量測定ユニット１６に加えて、ヘッド部１２１〜１２６から吐出される液滴をその飛翔中で撮像するための撮像ユニットや、ヘッド部１２１〜１２６のインク吐出面１２１ｓをクリーニングするためのブロッティングユニット等が設けられてもよい。

１…インクジェット装置
１１…ステージ
１５…コントローラ
１６…液量測定ユニット
１７…駆動部
１２１〜１２６…ヘッド部
１６１…光源
１６２…受光部

Claims (14)

1. インクの液滴を吐出可能な１以上のヘッド部と、
   前記液滴が塗布される基板を支持し、かつ、前記ヘッド部に対して相対移動可能なステージと、
   前記基板上の前記液滴に照明光を照射可能な光源と、
   前記液滴からの前記照明光の反射光を受光可能な受光部と、
   前記受光部で受光された前記反射光の強度に基づいて前記液滴の量に関する情報を取得可能なコントローラと
   を具備するインクジェット装置。
2. 請求項１に記載のインクジェット装置であって、
   前記ヘッド部は、前記液滴をそれぞれ吐出可能な複数のノズルを有し、
   前記インクジェット装置は、前記受光部を前記ステージに対して相対移動させることが可能に構成された駆動部をさらに具備する
   インクジェット装置。
3. 請求項２に記載のインクジェット装置であって、
   前記コントローラは、前記駆動部による前記受光部の移動を制御し、前記複数のノズルから吐出され前記基板上に塗布された複数の液滴からの前記反射光の強度に基づいて前記複数の液滴の量に関する情報をそれぞれ取得する
   インクジェット装置。
4. 請求項３に記載のインクジェット装置であって、
   前記受光部は、前記基板上に塗布された前記複数の液滴を同時に撮像可能なカメラを含む
   インクジェット装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のインクジェット装置であって、
   前記受光部は、前記基板の表面と直交する軸に関して、前記光源とは非対称な位置に配置される
   インクジェット装置。
6. 請求項２〜５のいずれか１つに記載のインクジェット装置であって、
   前記ステージは、前記ヘッド部に対して第１の軸方向に沿って相対移動可能に構成され、
   前記コントローラは、前記受光部を前記第１の軸方向と交差する第２の軸方向に沿って移動させるように前記駆動部を制御する
   インクジェット装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載のインクジェット装置であって、
   前記ヘッド部は、一軸方向に沿って配列された複数のヘッド部を含む
   インクジェット装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載のインクジェット装置であって、
   前記コントローラは、前記液滴の量に関する情報に基づいて前記液滴の吐出量を制御するための制御信号を生成し、前記制御信号を前記ヘッド部へ出力可能に構成される
   インクジェット装置。
9. ステージ上の基板に向けて、少なくとも１つのヘッド部からインクの液滴を吐出し、
   前記基板に塗布された乾燥前の前記液滴に向けて光源から照明光を照射し、
   前記液滴からの前記照明光の反射光を受光部で受光し、
   受光した前記反射光の強度に基づいて前記液滴の量に関する情報を取得する
   液滴測定方法。
10. 請求項９に記載の液滴測定方法であって、
    前記液滴を吐出する工程は、前記ヘッド部の複数のノズルから複数の液滴を吐出し、
    前記反射光を受光する工程は、前記受光部を前記ステージに対して相対移動させながら、前記基板上に塗布された前記複数の液滴からの反射光を受光する
    液滴測定方法。
11. 請求項１０に記載の液滴測定方法であって、
    前記情報を取得する工程は、前記基板上に塗布された前記複数の液滴からの反射光の強度に基づいて、前記複数の液滴の量に関する情報をそれぞれ取得する
    液滴測定方法。
12. 請求項１０又は１１に記載の液滴測定方法であって、
    前記液滴を吐出する工程は、前記ステージを前記ヘッド部に対して第１の軸方向に移動させながら前記液滴を吐出し、
    前記反射光を受光する工程は、前記受光部を前記ステージに対して前記第１の軸方向と交差する第２の軸方向に沿って移動させながら前記反射光を受光する
    液滴測定方法。
13. 請求項９〜１２のいずれか１つに記載の液滴測定方法であって、さらに、
    前記液滴の量に関する情報に基づいて前記液滴の吐出量を制御するための制御信号を生成し、前記制御信号を前記ヘッド部へ出力する
    液滴測定方法。
14. 請求項９〜１３のいずれか１つに記載の液滴測定方法であって、さらに、
    前記基板上に塗布された試験用液滴からの前記照明光の反射光を用いて前記液滴の吐出量を制御する
    液滴測定方法。

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