JP2018179536A - 液滴測定方法と液滴測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定ステージにセットしたサンプル基板上の液滴を撮像して輝度情報を取得する場合に、測定対象の液滴からの光反射量だけでは十分な輝度コントラストが得られない場合に、輝度コントラストを向上させることができる液滴測定装置を提供する。【解決手段】液滴測定装置は、サンプル基板１９の厚みが、液滴３０の焦点距離４６よりも大きく構成されている。サンプル基板１９の裏面で反射した光４３は液滴表面付近では平行光とみなすことができ、液滴表面の傾斜に応じて変化する液滴表面からの反射光のみの輝度分布となり、液滴３０での反射光とサンプル基板１９の裏面で反射した光４３の和で表される輝度を撮像部によって撮影し、この輝度情報に基づいて測定制御部が液滴３０の体積あるいは表面形状を求める。【選択図】図８

Description

本発明は、液滴測定方法と液滴測定装置に関するものである。

液晶ディスプレイのカラーフィルタや、有機ＥＬディスプレイ等のデバイスを製造する方法として、例えば機能性材料を含む液状体をインクジェット法により複数のノズルから液滴として吐出し、印刷対象物に機能性材料の膜を形成するパネル製造方法が知られている。

この場合、液滴の吐出量を制御する制御装置の設定と液滴の実際の吐出量との対応関係を取得し、液滴の吐出量を一定の値に制御することが重要な工程となる。なぜなら、液滴の吐出量が不均一であると、機能性材料の膜厚に差が生じることでデバイスの不良へと繋がるからである。例えば、カラーフィルタや有機ＥＬディスプレイであれば、膜厚の差が色むらや輝度むらとして観察される。

ノズルからの実際の吐出量を調べるためには、高分子系の溶質を備えたインクを用いた場合には、例えば、ガラス等の透明基板にインクを吐出／塗布し、溶媒を乾燥させた後、液滴の少なくとも一部の液滴について、測定に時間がかかっても正確に形状を測定できる光干渉原理や共焦点原理等の測定機を用いた液滴形状測定用の基準装置によって測定した液滴の表面の三次元座標系上の位置における正確な傾きを求め、更に、前記液滴を撮像工程で撮像した輝度情報とによって、前記液滴の表面の三次元座標系上の位置における正確な傾きと前記輝度情報との対応関係を表す対応テーブルを作成し、時々の測定対象の液滴の輝度を、短時間で測定できる前記撮像工程だけで測定して、得られた全ての液滴の輝度情報と前記対応テーブルとを用いて、液滴の体積あるいは表面形状を求める方法が知られている。

特開２０１５−１２５１２５号公報

このように液滴の輝度情報によって体積あるいは表面形状を算出する方法においては、測定対象の液滴表面からの光反射量が測定精度を決める重要な要素である。

なぜならば、液滴表面からの光反射量は、液滴表面の傾斜角と強い相関を有し、この相関関係を用いて、液滴表面からの光反射量から測定対象液滴の形状を算出するためである。

しかしながら、測定対象の液滴形状と透明基板の厚みの関係によっては、測定対象の液滴形状がレンズのように振る舞うことにより、測定対象の液滴を透過して透明基板の裏面で反射した光が測定対象の液滴表面付近で集光する場合がある。透明基板の裏面で反射した光が液滴表面付近で集光すると、液滴形状と強い相関を有する液滴表面からの光反射量の輝度分布を正確に取得できず、液滴形状の算出精度が悪化する。

なお透明基板の裏面で反射した光も、液滴表面からの反射光と同様に、液滴中心ほど輝度が高く、液滴外周部ほど輝度が低くなる輝度分布となる場合もあるが、原理の異なる二つの輝度分布が重なることで、液滴形状との相関が弱まり、輝度分布から液滴形状を算出する精度が低下する。

すなわち、本発明により解決しようとする課題は、測定対象の液滴形状に応じて変化する液滴表面からの光反射量のみの輝度分布を得る事である。

本発明の液滴測定装置は、測定対象の液滴が表面に形成される透光性のサンプル基板と、前記サンプル基板を保持する測定テーブルと、前記サンプル基板上に光を照射して前記液滴を撮像して前記サンプル基板および前記液滴からの反射光の光量を測定する撮像部と、前記撮像部が測定した前記反射光の光量の輝度情報に基づいて前記液滴の体積あるいは表面形状を求める測定制御部と、前記サンプル基板の裏面が接しないように前記測定テーブルの表面に形成された空間部とを含み、前記サンプル基板の厚みは、前記液滴の焦点距離よりも大きい、ことを特徴とする。

また、本発明の液滴測定方法は、測定対象の液滴が表面に形成された透光性のサンプル基板を、凹部で形成された空間部が表面に形成された測定テーブルに、前記液滴の裏面側の位置が前記空間部に一致するようにセットし、前記測定テーブルの上にセットされた前記サンプル基板に形成された前記液滴に光を照射し撮像部で撮像して前記サンプル基板および前記液滴からの反射光量を、前記サンプル基板の厚みが前記液滴の焦点距離よりも大きい状態で測定し、前記撮像部が測定した反射光量に基づいて前記液滴の体積あるいは表面形状を求める、ことを特徴とする。

また、本発明の液滴測定方法は、凹部で形成された空間部が表面に形成された測定テーブルに、透光性のサンプル基板をセットし、評価対象のノズルを有するヘッドから前記測定テーブルの前記空間部の位置に向かって機能性材料を吐出して液滴を前記サンプル基板の表面に形成し、前記サンプル基板の前記液滴を撮像部で撮像して前記サンプル基板および前記液滴からの反射光量を測定し、前記測定テーブルの上にセットされた前記サンプル基板に形成された前記液滴に、光を照射し撮像部で撮像して前記サンプル基板および前記液滴からの反射光量を、前記サンプル基板の厚みが前記液滴の焦点距離よりも大きい状態で測定し、前記撮像部が測定した反射光量に基づいて前記液滴の体積あるいは表面形状を求めて、前記ヘッドのノズルを評価する、ことを特徴とする。

この構成によれば、サンプル基板の裏面で反射した光は液滴表面付近では平行光とみなすことができ、前記液滴表面の傾斜に応じて変化する、前記液滴の表面からの反射光のみの輝度分布を得られる。

そのため、前記液滴を撮像したときに、輝度情報と傾斜情報の関連付けが行いやすくなり、前記液滴の輝度情報によって前記液滴の体積あるいは表面形状を高速に精度良く求めることができる。それにより、前記液滴の体積や形状の測定時間を短縮化するとともに、測定精度を向上することができる。

印刷対象物へ機能性材料のインクを吐出して塗布する液滴吐出装置と、このインクの吐出量を目標値に近付けるように液滴を予め測定する液滴測定装置を備えたパネル製造装置の構成図 本実施の形態の液滴測定装置の全体フロー図 サンプル基板の拡大断面図 測定対象の液滴が形成されたサンプル基板の拡大平面図 撮像部の構成図 液滴を撮像する際の光の経路を示す説明図 液滴を理想レンズと仮定した光の挙動を示すシミュレーション説明図 液滴形状をモデル化した際の、通過した光の挙動を示すシミュレーション説明図 サンプル基板をセットする測定テーブルの断面図 液滴評価工程のフロー図

以下、本発明の液滴測定方法を実施の形態に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の液滴測定方法を実施する液滴測定装置を備えたパネル製造装置を示す。パネル製造装置は、液滴吐出装置１と、液滴測定装置２と、減圧チャンバー３と、液滴形状測定装置４とから構成されている。

減圧チャンバー３は、塗布された液滴を乾燥させる際に用いる。液滴測定装置２は、液滴吐出装置１でサンプル基板１９に吐出された液滴３０を撮像して得られた輝度情報に基づいて、液滴３０の体積あるいは表面形状を高速に求めて、その結果を液滴吐出装置１にフィードバックしてその後の製造動作を目標とする状態に近付けるように作用している。

液滴測定装置２とは別に設けられた液滴形状測定装置４は、液滴形状と液滴測定装置２で求めた輝度情報との対応テーブルの作成に使用する基準装置で、測定に時間がかかっても正確に形状を測定できる光干渉原理や共焦点原理やＡＦＭ原理の測定機で、この実施の形態では、光干渉を利用した測定機を用いた。

なお、液滴形状測定装置４は、液滴吐出装置１上に搭載されていても良いし、液滴測定装置２上に搭載されていても良いし、若しくは、液滴吐出装置１や液滴測定装置２上に搭載せず、装置外に単体で設置されていても良い。

＜ 液滴吐出装置１ ＞
液晶ディスプレイのカラーフィルタや、有機ＥＬディスプレイ等のデバイスを製造する液滴吐出装置１は、ヘッドユニット５のラインヘッド６から機能性材料を含む液状体をインクジェット法により印刷対象物７に向けて液滴として吐出してパネルを製造する。

印刷対象物７は、ヘッドユニット５の鉛直下方向の位置の生産テーブル８上にセットされている。生産テーブル８は駆動系を有するステージ９に取り付けられてＸ方向へ搬送される。ステージ９上には、一対の脚部１０、脚部１０とその上方に取り付けられた支持部１１により構成された、門型のガントリー１２が固定されている。

ガントリー１２の前面には、鉛直方向（図１中のＺ軸方向を参照）の昇降軸を有する支持台１３が連結され、鉛直方向に移動可能となっている。この支持台１３にヘッドユニット５が配設されている。

ヘッドユニット５は、分配タンク１４やラインヘッド６を具備している。鉛直方向Ｚへの昇降移動によって、印刷対象物７とラインヘッド６間のギャップを調整している。

ラインヘッド６は、インクを吐出させる複数のノズル（図示省略）と各ノズルに対応した圧電アクチュエータ（図示省略）を含む液滴吐出モジュールヘッド１５を複数備えている。

印刷制御部１６は、それぞれの液滴吐出モジュールヘッド１５に電力とヘッド毎の制御信号とを供給すると共に、上記Ｘ方向、Ｚ方向の駆動軸にも制御信号を供給する。なお、印刷制御部１６は、後述する対応テーブル作成部１７、および体積算出部１８を備えていても良い。

このようにラインヘッド６は、印刷対象物７の全幅にわたって配列された液滴吐出モジュールヘッド１５を備えており、その印刷動作時には、印刷対象物７をＸ方向に搬送しながら、印刷制御部１６からの制御信号により所定のタイミングでラインヘッド６から液滴を吐出することで、印刷対象物７の全幅にわたって所望の画像を形成することが可能である。

＜ 液滴測定装置２ ＞
この液滴測定装置２によって測定するサンプル基板１９は、液滴吐出装置１にセットしてラインヘッド６によって機能性材料が塗布されたものである。サンプル基板１９は透光性で、ここでは透明のガラス等の材質のものを使用している。

なお、サンプル基板１９は、所望の機能性材料が塗布された印刷対象物７をそのまま使用する場合と、印刷対象物７を割断したものを使用する場合の何れでも実施できるが、この実施の形態では、印刷対象物７を割断したものを使用する場合を例に挙げて説明する。

サンプル基板１９は、撮像部２０の鉛直下方向の位置の測定テーブル２１上にセットされる。

なお、液滴測定装置２におけるサンプル基板１９の搬送方法は、ロボットによる自動搬送であることが望ましいが、手動搬送としても良い。この実施の形態では、液滴吐出装置１で作成された印刷対象物７を割断してサンプル基板１９を作成する工程までを自動ロボットで行い、サイズが小さくなるサンプル基板１９を液滴測定装置２にセットする搬送は手動で行う。

サンプル基板１９がセットされる測定テーブル２１は、駆動系を有するステージ２２に取り付けられてＸ方向へ搬送される。ステージ２２上には、門型のガントリー２３が固定されている。なお、ガントリー２３は駆動系を有し、撮像部２０をＹ方向およびＺ方向に移動できる機構とすることが望ましい。

なお、ステージ２２がＸ方向に搬送される機構とせず、ステージ２２は固定されていて、撮像部２０がＸ方向に搬送される機構としても良い。この構成によれば、液滴測定装置２の動作範囲を小さくすることができる。

液滴測定装置２は、駆動系を有するステージ２２を搭載する架台２４を有する。架台２４は、外部からの振動を除外するために除振台を搭載することが望ましい。除振台は、振動に対してアクティブに作動するアクティブ除振台を用いても良いし、振動に対してパッシブに作動するパッシブ除振台を用いても良い。

液滴測定装置２は、測定制御部２５を備えている。その測定制御部２５により、上記Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の駆動軸にも制御信号を供給し、かつ、液滴を測定する際に使用する撮像部２０にも制御信号を供給する。なお、測定制御部２５は、対応テーブル作成部２６、および体積算出部２７を備えていても良い。

測定制御部２５は、液滴吐出装置１に搭載されている印刷制御部１６とネットワーク等を通じて接続されていることが望ましく、撮像部２０で撮像した画像やその画像を用いて算出した液滴の体積あるいは表面形状等のデータの転送を行える機構とすることが望ましい。

この構成によれば、液滴測定装置２の測定制御部２５で導出した液滴体積をもとに、液滴吐出装置１でインクを吐出する際の駆動電圧等をそれぞれの液滴吐出モジュールヘッド１５に電力とヘッド毎の制御信号とを供給することが可能となる。

なお、撮像部２０については、後で、図５を参照しながら更に後述する。

＜ 液滴測定システム ＞
次に、本発明の液滴測定方法を実施する液滴測定システムについて、図２に基づいて説明する。

この液滴測定方法は、事前準備としてスピンコートやダイコート装置等を用いて行う基板作成工程Ｓ１０と、液滴吐出装置１で行う吐出・塗布工程Ｓ２０と、液滴吐出装置１及び減圧チャンバー３で行う乾燥工程Ｓ３０と、液滴測定装置２で行う撮像工程Ｓ４０と、液滴形状測定装置４で行う形状測定工程Ｓ５０と、印刷制御部１６または測定制御部２５で行う対応テーブル作成工程Ｓ６０と、印刷制御部１６または測定制御部２５で行う液滴評価工程Ｓ７０と、を備えている。

＜ 基板作成工程 Ｓ１０ ＞
まず、図３を参照しながら、事前準備としてスピンコートやダイコート装置等を用いて行う基板作成工程Ｓ１０を説明する。

サンプル基板１９は、支持基板２８と高分子膜２９から構成されている。

支持基板２８は、例えばガラスを用いることができる。高分子膜２９は、例えば有機ＥＬディスプレイの発光層を形成する際に使われるレジスト材料を有機溶媒に溶解させ支持基板２８へスピンコートやダイコートなどにより塗布、乾燥させたものである。高分子膜２９となる材料は、ポリイミドやアクリル樹脂からなる感光性材料である。そしてこの中にフッ素を含んでいてもよい。フッ素を含む樹脂材料は、一般的に透光性が高く、その高分子繰返し単位のうちの少なくとも一部の繰返し単位に、フッ素原子を有するものであればよく、特に限定されない。フッ素化合物を含む樹脂の例には、フッ素化ポリオレフィン系樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、フッ素化ポリアクリル樹脂などが含まれる。その膜厚は、通常、０．１〜３μｍであり、特に０．８〜１．２μｍであることが好ましい。以下、高分子膜２９の例としてポリイミドやアクリル樹脂からなる感光性材料を用いた場合について説明を続ける。

高分子膜２９の材料にフッ素含有の高分子材料を用いることで、高分子膜２９は撥水の機能を有することになる。

ここで、表面にフッ素膜が形成された状態では撥水性が高すぎる場合がある。このような場合には、インクを塗布／乾燥後に所望の接触角が得られないため、サンプル基板１９の高分子膜２９に対してＵＶ光（紫外線光）を照射することによってフッ素の結合を部分的に切ることで、サンプル基板１９の撥水性を制御することができる。

＜ 吐出・塗布工程 Ｓ２０ ＞
次に、液滴吐出装置１で行う吐出・塗布工程Ｓ２０における、評価対象となる複数のノズルを有するラインヘッド６から機能性材料を含む液状体を吐出してサンプル基板１９に液滴を形成する吐出・塗布工程について説明する。

図４はサンプル基板１９とその上に形成された液滴塗布パターンを表す。

サンプル基板１９上には、液滴３０と、体積測定用液滴サンプルの乾燥時の雰囲気を一定に保つためのダミー液滴３１とがある。

ダミー液滴３１は、乾燥時に液滴３０の溶媒雰囲気を一定に保ち、液滴３０の接触角αを一定の範囲に保つ役割がある。

なお、ダミー液滴３１の個数は使用するインクの溶媒によって変わるが、例えばインクの溶媒がアニソールの場合は、１〜１０周程度のダミー液滴で液滴３０の外周を取り囲むのが望ましく、本実施の形態では液滴３０の周りに、２周のダミー液滴３１を配置した。

＜ 乾燥工程 Ｓ３０ ＞
乾燥工程Ｓ３０では、使用するインクの溶媒の物性によるが、例えば溶媒がアニソールの場合には、インクの乾燥は、２３℃以上６０℃以下の温度範囲で、減圧雰囲気で行う。なお、使用するインクの溶媒の物性にあわせて、例えば生産テーブル８の上に所定の時間だけ放置して大気雰囲気で自然乾燥させた後に、しかるべきタイミングで減圧雰囲気の減圧チャンバー３で行うのが良い。この構成によれば、液滴３０を所望の形状にコントロールすることが可能となる。

＜ 撮像工程 Ｓ４０ ＞
撮像工程Ｓ４０では、乾燥工程Ｓ３０を経て作成された液滴３０を撮像部２０によって撮像する。

撮像部２０の全体構成を図５に示す。撮像部２０は、光源３２と、カメラ３３とレンズ３４と、カメラ３３およびレンズ３４を保持する治具３５と、それらを走査軸３６に沿ってＸ方向に駆動させる駆動機構３７と、ピント調整のためのＺ方向駆動機構３８を有する。

カメラ３３およびレンズ３４は、走査軸３６方向に沿って移動しながら、サンプル基板１９に塗布された液滴３０の画像を撮像する。液滴サンプルの画像データは、測定制御部２５に設けられた対応テーブル作成部２６、および体積算出部２７に送られる。

カメラ３３は、エリアセンサを搭載したものでもラインセンサを搭載したものでも良いが、本実施の形態ではラインセンサを搭載したカメラを用いる。画素数および画素サイズは撮像対象物に合わせて選定すれば良いが、本実施の形態では、幅方向の画素数４０９６、画素サイズを２μｍとした。レンズ３４の倍率およびＮＡは、撮像対象液滴の形状に合わせて選定する。本実施の形態では倍率が、５倍、ＮＡが約０．１のレンズを用いた。

なお、レンズ３４にはテレセントリックレンズを用い、フォーカスの影響を相対的に小さくするのが望ましい。なお、光軸傾きの影響を避けるため、照明は同軸落射のレンズを用いるのが望ましい。

なお、測定テーブル２１上面の汚れや処理膜のムラなどによって、測定テーブル２１上面からの反射光にムラが生じることを防止するために、測定テーブル２１に凹部４４を設けた。更に詳しくは、図９に示されているように、サンプル基板１９に形成されている液滴３０の位置のサンプル基板１９の裏面が測定テーブル２１の上面に接触しないように、測定テーブル２１の上面で開口する凹部４４が測定テーブル２１に形成されている。測定テーブル２１の内部には、凹部４４とは別に、測定テーブル２１の上面で開口した吸引路４５が形成されており、測定テーブル２１にセットされたサンプル基板１９は、吸引路４５からの吸引によって測定テーブル２１の上面に吸着して保持される。この構成によれば、測定テーブル２１上面の汚れや処理膜のムラなどによる、外乱光が入り込むことを防止できる。

＜ 撮像工程Ｓ４０における光の経路について ＞
図６は、サンプル基板１９上にラインヘッド６から吐出された液滴３０を撮像した際の、光の経路を示している。なお、図６中の矢印は光の経路を概念的に示しているが、実際の光進行経路を示しているわけではない。

光源３２から発せられた平行光の光３９は、液滴３０の表面で反射する光４０と屈折して液滴内部に侵入する光４１に分けられる。なお、液滴３０と高分子膜２９の界面より反射する光４２および、高分子膜２９と支持基板２８の界面で反射する光５０は、液滴３０と高分子膜２９および支持基板２８の屈折率の差を小さくすることで、光４０，４１と比較して光量が僅かとなるために本実施の形態では無視して考える。

液滴３０の表面で反射する光４０は、液滴３０の傾きと相関を有するため、この光量をもとに液滴３０の形状を算出することができる。すなわち、液滴３０の表面で反射する光４０は、液滴３０の中心部ほど傾きが小さくなるため明るくなり、液滴３０の外周部ほど傾きが大きいために暗くなる傾向を有する。

しかしながら、液滴３０とサンプル基板１９の厚みの関係によっては、測定対象の液滴形状がレンズのように振る舞うことで、測定対象の液滴を通過して透明基板の裏面で反射した光が、測定対象の液滴３０の表面付近で集光する場合がある。サンプル基板１９の裏面で反射した光が液滴３０の表面付近で集光すると、液滴形状と強い相関を有する液滴表面からの光反射量の輝度分布を正確に取得できず、液滴形状の算出精度が悪化する。結果、サンプル基板１９の厚みが液滴の焦点距離よりも大きい状態が、光のコントラストが低下して好ましい。

以下に、前述のように液滴３０の表面で反射する光４０に加え、液滴３０を透過してサンプル基板１９の裏面で反射する光４３が同時にレンズに集光されることで、液滴形状と強い相関を有する液滴表面からの光反射量の輝度分布を正確に得られない場合に、液滴表面からの光反射量のみの輝度分布を得るための構成について、図７，図８を用いて説明する。

図７は、液滴３０を理想レンズと想定した場合のシミュレーションした結果を示している。４３は、光源３２から発せられた光３９が、液滴３０を透過してサンプル基板１９の裏面４８で反射する光の進路である。

なお、サンプル基板１９の裏面４８で光４３は正反射することとし、図を見やすくするために正反射後の光４３の進路を下側に展開して示している。本シミュレーションでは、液滴直径が５０μｍ、曲率半径は４５０μｍとしている。この場合、焦点距離４６が約１０００μｍとなる。

図７のように、サンプル基板１９の厚み４７が、焦点距離４６の半分であれば、サンプル基板１９の裏面４８で反射した光４３は、サンプル基板１９の表面４９の点Ｐ１に集光する。撮像部２０に述べたレンズ３４の焦点はサンプル基板１９の上面付近にあわせているため、液滴３０の表面反射で得られる輝度分布に、中心付近が局所的に明るくなる輝度分布が加えられるため、液滴３０の表面反射で得られる輝度分布を正確に得られない。

サンプル基板１９の厚み４７が、焦点距離４６の半分よりも大きくなっていくと、サンプル基板１９の裏面４８で反射した光４３が集光する点と、サンプル基板１９の表面４９の距離が広がるため、サンプル基板１９の裏面４８で反射した光４３のコントラストが徐々に低下していき、サンプル基板１９の厚み４７が焦点距離４６と同値の場合は、サンプル基板１９の裏面４８で反射した光４３は面内で均一な画像を得る。

すなわち、サンプル基板１９の厚み４７を焦点距離４６よりも大きくする構成にすれば、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３は面内で均一な輝度分布を得るため、液滴３０の表面反射で得られる輝度分布のみを得ることができる。

なお、同様にサンプル基板１９の厚み４７が、焦点距離４６の半分よりも小さくなっていく場合も、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３が集光する点と、サンプル基板の表面４９の距離が広がるため、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３のコントラストが徐々に低下していくが、サンプル基板１９の厚み４７を０に近づけなければサンプル基板１９の裏面で反射した光４３は面内で均一な画像を得られず、またサンプル基板１９の厚みを薄くしていくと搬送が困難になってくることなどから、サンプル基板１９の厚み４７を小さくすることで液滴３０の表面反射で得られる輝度分布のみを得ることは困難である。そのため、サンプル基板１９の厚み４７を、焦点距離４６よりも大きくする構成にするのが良い。

実際には液滴３０は理想レンズではないため、光４３が１点に集光はしないが、図８のように理想レンズと類似の傾向を示す。この図８は液滴３０の実際の形状を、４次関数を用いてモデル化したもので、液滴３０を透過した光の進路をシミュレーションした結果を示している。なお、図７の場合と同様に、サンプル基板１９の裏面４８で光４３は正反射することとし、図を見やすくするために正反射後の光４３の進路を下側に展開して示している。

この場合の焦点距離４６は、液滴３０の凸側から平行光を入射した際に、液滴３０の頂点Ｐ２を中心とした微小範囲内に集光する光が最も多くなる距離であると定義し、前述の微小範囲は、撮像部２０におけるカメラのセンサーサイズおよびレンズ３４の倍率から導出される撮像部の画素サイズとし、図８に仮想線で示すようにサンプル基板１９の厚み４７を液滴３０の焦点距離４６よりも大きくすることで、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３は面内で均一な輝度分布を得るため、液滴３０の表面反射で得られる輝度分布のみを得ることができる。

結果、上記の条件では、光のコントラストが低下した状態となる。後述の対応テーブル作成工程Ｓ６０で、液滴の傾きと、その位置に対応する二次元座標系上の位置における輝度比との対応関係を表す対応テーブルが作成しやすくなる。比例関係またはそれに近くなり、より精度良く液滴を評価できる。

なお、サンプル基板１９の厚みを可変とするためにサンプル基板１９と測定テーブル２１の間に透光性のダミー基板を設置し、屈折液などを介して重ねる構造としても良い。この構成によれば、サンプル基板１９の厚みが液滴吐出装置１によって制限される場合においても、液滴測定装置２で撮像する際にはサンプル基板１９の厚みを任意に調整することができる。また、液滴３０の形状に応じてサンプル基板１９の厚みを任意に調整することができる。

なお、サンプル基板１９の厚みを変えずに、サンプル基板１９上の高分子膜２９に対して紫外線光を照射することでサンプル基板１９の撥水性をコントロールして、液滴形状を可変とする構成としても良い。この構成によれば、サンプル基板１９の厚みに応じて液滴３０の形状を任意に調整することができる。

なお、サンプル基板１９の厚みを変えずに、サンプル基板１９上の高分子膜２９に対して紫外線光を照射することでサンプル基板１９の撥水性をコントロールして、液滴形状を可変とする構成としても良い。この構成によれば、サンプル基板１９の厚みに応じて液滴３０の形状を任意に調整することができる。

なお、液滴３０の表面で反射する光４０の光量が、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３の光量よりも大きくすることで、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３の影響を相対的に小さくすることができる。液滴３０の表面で反射する光４０と、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３が同じ光量は、液滴３０とサンプル基板１９の屈折率の差によって定まる。なぜならば、液滴３０の表面に接する媒質と、サンプル基板１９の裏面に接する媒質はともに空気であるために屈折率も同じのためである。液滴３０の屈折率は、吐出材料によって決まるためコントロール出来ないが、一般的にインクジェット方式で吐出される樹脂材料の屈折率は１．４〜１．６程度であり、サンプル基板１９の屈折率を１．４〜１．６程度よりも小さくすることで、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３の影響を相対的に小さくすることができる。

しかしながら、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３の影響を完全に排除することは出来ないため、サンプル基板１９の厚み４７を液滴３０の焦点距離４６よりも大きくする構成とするのが良い。

なお、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３も、液滴３０の表面から反射した光４０と同様に、液滴３０の形状に応じて変化するため、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３から形状を推定することが可能である。そこで、サンプル基板１９の裏面に例えばアルミ膜などを蒸着して、サンプル基板１９の裏面からの反射率を、液滴３０の表面からの反射率とよりも圧倒的に高めることで、液滴３０の表面で反射する光４０の光量の影響を相対的に排除して、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３のみの輝度分布を得る構成とすることもできる。この構成によれば、液滴３０の表面から反射した光４０の光量が十分でない場合に、液滴３０の形状に応じて変化する強い光量を得ることができる。

なお、サンプル基板１９の裏面で反射した光４３は、液滴３０のレンズとしての特性を反映した輝度であり、液滴３０の表面から反射した光４０と比較して液滴３０の傾斜との相関が弱いため、光量が十分であれば、液滴３０の表面から反射した光４０のみを得る構成とするのが良い。

なお同様に、照明の光３９を垂直落射光とせず、測定テーブル２１の裏面側から光を照射する透過光とする構成としても良い。この構成によれば、液滴３０の表面から反射した光４０の光量が十分でない場合に、液滴３０の形状に応じて変化する強い光量を得ることができる。

＜ 液滴測定装置の全体フローの要部 ＞
次に、撮像工程Ｓ４０（図２参照）で得られた液滴の画像データを用いて各液滴の体積あるいは表面形状を算出する液滴評価工程Ｓ７０と、形状測定工程Ｓ５０と、対応テーブル作成工程Ｓ６０について、図１０を参照しながら説明する。

図１０に示した液滴評価工程Ｓ７０を説明する前に、液滴評価工程Ｓ７０の実行に必要な対応テーブルを予め作成する、形状測定工程Ｓ５０，対応テーブル作成工程Ｓ６０を説明する。

＜ 形状測定工程 Ｓ５０ ＞
形状測定工程Ｓ５０は、撮像工程Ｓ４０で撮像対象（評価対象）となった複数の液滴の中から抽出された所定の位置の液滴の形状を、液滴形状測定装置４で測定する工程である。液滴の表面の三次元座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系）上の位置座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）を、前記の液滴形状測定装置４により測定する。

＜ 対応テーブル作成工程 Ｓ６０ ＞
対応テーブル作成工程Ｓ６０は、形状測定工程Ｓ５０で測定された各プロファイルに基づいた位置座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）から、液滴の表面の三次元座標系上の位置における傾きを求め、その求めた傾きと、その位置に対応する二次元座標系上の位置における輝度比（この輝度比は、撮像工程Ｓ４０で得られた液滴の輝度データから求める）との対応関係を表す対応テーブルを作成する。なお、本実施の形態では、この対応テーブルを、測定制御部２５の対応テーブル作成部２６において作成する。なお、計算時間の並列化のために印刷制御部１６の対応テーブル作成部１７において作成しても良い。

＜ 液滴評価工程 Ｓ７０ ＞
次に、図１０の液滴評価工程Ｓ７０について説明する。

なお、液滴評価工程Ｓ７０は、測定制御部２５の体積計算部２７で行うのが良いが、計算時間の並列化のために印刷制御部１６の体積計算部１８で行っても良い。

まず、液滴評価工程Ｓ７０のステップＳ７１では、撮像工程Ｓ４０で撮像した、評価対象となる全てのノズルから吐出された全ての液滴についての画像から、各液滴の位置を特定し、それぞれの液滴ごとに切り取った「液滴毎画像」を作成する。

液滴評価工程Ｓ７０のステップＳ７２では、ステップＳ７１で得られた、「液滴毎画像」を用いて、各液滴について順番に画像の輝度情報から輝度比を求め、前述の対応テーブルを用いて、一つの液滴の画像に対応する複数の画素に含まれる各画素の画素位置での傾きを全て算出する。

液滴評価工程Ｓ７０のステップＳ７３では、一つの液滴の画像について、ステップＳ７２で得られた各画素位置の全ての傾き情報を用いて、各画素の位置のＺ方向高さ（仮値）を算出する。

次に液滴評価工程Ｓ７０のステップＳ７４では、画像の輝度情報を用いて液滴外周部を算出する。

次に、ステップＳ７４で求めた液滴外周部と、ステップＳ７３で求めた各画素位置での高さ（仮値）を用いて、外周部での高さ（仮値）を算出する。外周部での高さは、液滴中心からの距離が、液滴外周部より求められる液滴外周部から一定距離の範囲以内の画素位置での高さの平均で求めるのが良い。

液滴評価工程Ｓ７０のステップＳ７５では、上記のようにして求めた外周部での高さ（仮値）が０になるように、ステップＳ７３で求めた各画素位置での高さ（仮値）から外周部での高さ（仮値）を引くことで全画素位置での高さにオフセットを与え、各画素位置での高さ（真値）を算出する。

液滴評価工程Ｓ７０のステップＳ７６では、ステップＳ７４で求めた液滴外周部の内側の画素位置について、ステップＳ７５でもとめた各画素位置での高さ（真値）と、各画素位置に対応する画素の面積との積を、一つのサンプル液滴について全て足すことで、当該一つの液滴の体積を求める。

液滴評価工程Ｓ７０のステップＳ７７では、全ての液滴について、液滴の体積Ｖの算出が完了したか否かを判定し、完了していないと判定すれば、ステップＳ７１の直前に戻り、上記のステップＳ７２からステップＳ７６を繰り返し、完了していると判定すれば、ステップＳ７８へ進む。

ステップＳ７８では、ステップＳ７６で求めた評価対象となったノズルの全ての液滴について、求めた液滴の体積と、予め定められたノズルの液滴の狙い体積との変異量を求め、液滴評価工程Ｓ７０の処理結果で液滴吐出装置１の印刷制御部１６に指示して、目標値の体積を吐出するように、各ノズルに対応した圧電アクチュエータへの印加電圧を調整する。

このように、液滴吐出装置１のラインヘッド６によって吐出された液滴の体積或いは形状を液滴測定装置２によって、高速に精度良く測定するとともに、測定精度を確保することが可能となり、例えば、印刷対象物の色むら等を管理するための測定およびインクジェット装置の校正を高速に行うことができる。

そのため、例えば有機ＥＬディスプレイパネルの製造における有機発光材料を塗布形成するための液滴吐出式印刷装置の利用に有用である。

（実施の形態２）
実施の形態１では液滴測定装置２が液滴吐出装置１とは別に設けられていたが、液滴吐出装置１に撮像部２０を設け、生産テーブル８の上に液滴測定装置２の測定テーブル２１の場合と同様の位置に凹部４４を形成し、撮像部２０が撮影したサンプル基板１９の輝度情報を図２のように処理することによっても実施できる。

本実施の形態においては、液滴吐出モジュールヘッド１５が、ステージ９の副走査方向に長手方向に配置されているため、凹部４４もステージ９の副走査方向に長尺となるように設計されている。

この場合には、生産テーブル８に形成された凹部４４の位置に合わせてラインヘッド６から吐出して液滴を形成することができ、実施の形態１の場合のように、液滴が形成されたサンプル基板１９を液滴測定装置２に搬送して、位置合わせして測定テーブル２１にセットすることが不要である。

（実施の形態３）
上記の実施の形態１では、液滴吐出装置１で作成した印刷対象物７をそのままサンプル基板１９とする場合、または印刷対象物７を割断してサンプル基板１９とする場合、つまり液滴を印刷済みのサンプル基板１９を液滴測定装置２の測定テーブル２１にセットして対応テーブルを作成する場合を説明したが、液滴吐出装置１で使用する予定のラインヘッド６を液滴測定装置２の側にセットし、液滴３０とダミー液滴３１が形成されていないサンプル基板１９を、液滴測定装置２の測定テーブル２１にセットし、液滴測定装置２において液滴吐出装置１で使用する予定のラインヘッド６を使用して、測定テーブル２１の凹部４４の位置に対応してサンプル基板１９に液滴３０とダミー液滴３１を印刷し、形成された液滴３０を撮像部２０によって撮像することによって、それ以降は実施の形態１と同様に対応テーブルを作成して、これを液滴吐出装置１の印刷制御部１６に伝達することによって、ラインヘッド６の各ヘッドの吐出量を正確に目標値に近付けることができる。

本発明は、液晶ディスプレイのカラーフィルタや、有機ＥＬディスプレイ等のデバイスなどを製造する液滴吐出式の印刷装置の高性能化に寄与する。

１ 液滴吐出装置
２ 液滴測定装置
３ 減圧チャンバー
４ 液滴形状測定装置
５ ヘッドユニット
６ ラインヘッド
７ 印刷対象物
８ 生産テーブル
９ ステージ
１０ 脚部
１１ 支持部
１２ ガントリー
１３ 支持台
１４ 分配タンク
１５ 液滴吐出モジュールヘッド
１６ 印刷制御部
１７ 対応テーブル作成部
１８ 体積算出部
１９ サンプル基板
２０ 撮像部
２１ 測定テーブル
２２ ステージ
２３ ガントリー
２４ 架台
２５ 測定制御部
２６ 対応テーブル作成部
２７ 体積算出部
２８ 支持基板
２９ 高分子膜
３０ 液滴
３１ ダミー液滴
３２ 光源
３３ カメラ
３４ レンズ
３５ 治具
３６ 走査軸
３７ 駆動機構
３８ Ｚ方向駆動機構
３９，４０，４１，４２，４３ 光
４４ 凹部
４５ 吸引路
４６ 液滴の焦点距離
４７ サンプル基板の厚み
４８ サンプル基板の裏面
４９ サンプル基板の表面

Claims (7)

1. 表面に凹部を有し透光性のサンプル基板を保持する測定テーブルと、
   表面に液滴が形成された前記サンプル基板上に光を照射して前記サンプル基板および前記液滴からの反射光の光量を測定する撮像部と、
   前記撮像部が測定した前記反射光の光量の輝度情報に基づいて前記液滴の体積あるいは表面形状を求める測定制御部と
   を設け、前記サンプル基板の厚みは、前記液滴の焦点距離よりも大きい、液滴測定装置。
2. 前記液滴の焦点距離は、前記液滴の凸側から前記光を入射して、頂点を中心とした微小範囲内に集光する光が最も多くなる距離である、
   請求項１記載の液滴測定装置。
3. 前記微小範囲は、前記撮像部におけるカメラのセンサーの幅および前記撮像部におけるレンズの倍率から導出される画素サイズである、
   請求項２記載の液滴測定装置。
4. 前記サンプル基板と前記測定テーブルの間に透光性のダミー基板を配置した、
   請求項１記載の液滴測定装置。
5. 前記前記サンプル基板の表面には撥水性を有する高分子膜が形成されている、
   請求項１に記載の液滴測定装置。
6. 測定対象の液滴が表面に形成された透光性のサンプル基板を、凹部が表面に形成された測定テーブルに、前記液滴の裏面側の位置が前記凹部に一致するようにセットし、
   前記測定テーブルの上にセットされた前記サンプル基板に形成された前記液滴に光を照射し撮像部で撮像して前記サンプル基板および前記液滴からの反射光量を、前記サンプル基板の厚みが前記液滴の焦点距離よりも大きい状態で測定し、
   前記撮像部が測定した反射光量に基づいて前記液滴の体積あるいは表面形状を求める、
   液滴測定方法。
7. 凹部表面に形成された測定テーブルに、透光性のサンプル基板をセットし、
   評価対象のノズルを有するヘッドから前記測定テーブルの前記凹部の位置に向かって機能性材料を吐出して液滴を前記サンプル基板の表面に形成し、
   前記サンプル基板の前記液滴を撮像部で撮像して前記サンプル基板および前記液滴からの反射光量を測定し、
   前記測定テーブルの上にセットされた前記サンプル基板に形成された前記液滴に、光を照射し撮像部で撮像して前記サンプル基板および前記液滴からの反射光量を、前記サンプル基板の厚みが前記液滴の焦点距離よりも大きい状態で測定し、
   前記撮像部が測定した反射光量に基づいて前記液滴の体積あるいは表面形状を求めて、前記ヘッドのノズルを評価する、
   液滴測定方法。

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