JP4285497B2 - 液滴吐出方法、及び液滴吐出装置、並びにスイッチング素子を有する基板の製造方法 - Google Patents
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Description
即ち、本発明の液滴吐出方法は、液滴吐出手段を備える吐出ヘッドと基板とを相対移動させながら、吐出ヘッドが液滴を基板に吐出して、当該基板上にパターンを形成する液滴吐出方法であって、パターンの形状に応じて、複数のベクトルデータの組み合わせによって規定されたCAD(computer aided design)データを作成し、当該CADデータに基づいて液滴の吐出位置がXY格子によって規定されたビットマップデータを作成し、当該ビットマップデータに基づいて液滴の吐出を行うための液滴吐出データを作成し、当該液滴吐出データに応じて液滴吐出手段を駆動させることによりパターンを形成することを特徴とする。
また、「液滴吐出データ」とは、上記の電圧波形を液滴吐出手段に供給するためのデータであり、即ち、液滴吐出手段による液滴の吐出を制御するためのデータである。なお、当該液滴吐出データには、吐出ヘッドと基板とを相対移動させるためのデータを含んでおり、即ち、基板上の液滴の吐出位置を決定するためのデータでもある。また、当該液滴吐出データのデータ形式は、「0」と「1」からなる時系列データであって、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)に記憶されているものである。
また、「パターン」とは、基板上に液滴として吐出可能な材料が所定の位置に吐出されて形成されたものであって、例えば、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)からなるRGBのカラーフィルタが有する画素パターンや、例えばラビリンス構造を有するコイルやアンテナ等のインダクタンス、コンデンサ等の容量素子からなるキャパシタンス、レジスタンスを有する回路パターン、又は半導体を有するTFT(Thin Film Transistor)等のスイッチング素子、スイッチング素子に接続された画素電極等を有するパターン、又は局所的に吐出する必要がある液晶材料や配向膜材料等、を意味する。ここでいう、スイッチング素子とは、液体材料として吐出可能な材料によって形成されたものを意味する。
また、「基板」とは、上記の液滴が吐出されることによってパターンが形成される液滴吐出対象物である。その材料としては、種種のものが採用され、透明性を有する場合には例えばガラス等の基板、透明性が必要ない場合には例えば金属基板等が採用される。また、当該基板の寸法は限定するものではないが、本発明では、特に1mを超えるような大型基板を意味する。
本発明によれば、ディスプレイ等の表示部とキーボード等の入力部を備えたコンピュータを用いることにより、上記の液滴の吐出で形成するパターンをCADデータとして予め作成することができる。
また、このように作成されたCADデータを変換することによりビットマップデータを作成することができる。
また、当該ビットマップデータに基づいて液滴吐出データを作成した後に、当該液滴吐出データに基づいて吐出ヘッドから基板上の所定の位置に吐出することにより、基板上にパターンを形成することが可能となる。
ここで、「機能層」とは、上記のパターンを構成する各層を意味するものであって、例えば上述のインダクタンス、キャパシタンス、レジスタンス、スイッチング素子等の各層を意味するものである。即ち、このような各機能層が積層されることによって上述のパターンが形成されている。
また、「層データ」とは、所謂レイヤを意味しており、上記の機能層を形成するために予めコンピュータ等で作成されるものである。
本発明によれば、このような複数の層データに基づいて複数のビットマップデータを作成することができる。また、当該複数のビットマップデータに基づいて複数の液滴吐出データを作成することができる。更に、当該複数の液滴吐出データに基づいて液滴を吐出することによって、複数の機能層を形成することができる。従って、複数の機能層が積層されたパターンを形成することができる。
ここで、吐出ヘッド群が、例えば、金属材料を含有した液滴を吐出する第1の吐出ヘッドと、絶縁膜材料を含有した液滴を吐出する第2の吐出ヘッドと、透明電極材料を含有した液滴を吐出する第3の吐出ヘッドと、を有する場合について説明する。まず、基板上に、金属配線からなる機能層を形成する場合には、金属配線を形成するための層データからビットマップデータを作成した後に、液滴吐出データを作成し、当該液滴吐出データに基づいて第1の吐出ヘッドが金属材料を含有した液滴を吐出する。その後、絶縁膜と透明電極の機能層を形成する場合には、絶縁膜及び透明電極を形成するための層データから、上記同様にそれぞれの液滴吐出データを作成し、これらに基づいて第2の吐出ヘッドが絶縁膜材料を含有した液滴を吐出し、第3の吐出ヘッドが透明電極材料を含有した液滴を吐出する。
このように、吐出ヘッド群が第1、第2、第3の吐出ヘッドを具備すると共に、これらの吐出ヘッドを用いて液滴を吐出し分けることによって、複数の機能層からなるパターンを形成することができる。
ここで、例えば、金属材料を含有した液滴を吐出する第1の液滴吐出ユニットと、絶縁膜材料を含有した液滴を吐出する第2の液滴吐出ユニットと、透明電極材料を含有した液滴を吐出する第3の液滴吐出ユニットと、を用いてパターンを形成する場合について説明する。まず、基板上に、金属配線からなる機能層を形成する場合には、金属配線を形成するための層データからビットマップデータを作成した後に、液滴吐出データを作成し、当該液滴吐出データに基づいて第1の液滴吐出ユニットによって基板上に金属材料を含有した液滴が吐出される。その後、絶縁膜と透明電極の機能層を形成する場合には、絶縁膜及び透明電極を形成するための層データから、上記同様にそれぞれの液滴吐出データを作成し、これらに基づいて第2の液滴吐出ユニットによって絶縁膜材料を含有した液滴が吐出され、第3の液滴吐出ユニットによって透明電極材料を含有した液滴が吐出される。なお、上記の第1、第2、第3の液滴吐出ユニットの相互においては、基板を搬送するための搬送ユニットが設置されていることが好ましい。
このように、第1、第2、第3の液滴吐出ユニットを用いて液滴を吐出し分けることによって、複数の機能層からなるパターンを形成することができる。
ここで、「膜厚データ」とは、機能層を構成する材料の膜厚を意味する。例えば、金属配線等を形成する場合には、揮発性溶媒に金属微粒子を分散させた液状体を液滴として吐出する方法が採用される。この方法においては、当該金属微粒子の含有量や、金属微粒子を析出させるための乾燥処理及び加熱処理による材料の変質や体積変化等を加味した上で液滴の吐出回数及び吐出量が設定される。
本発明によれば、膜厚データに基づいて、更に吐出される液滴に含まれる材料含有量等を加味して、液滴の吐出回数と、液滴の吐出量とを設定することが可能となる。
本発明によれば、CADデータ作成手段によって上記の液滴の吐出で形成するパターンをCADデータとして予め作成することができる。
また、ビットマップデータ作成手段によってビットマップデータを作成することができる。
また、作成手段によって当該ビットマップデータに基づいて液滴吐出データを作成することができる。
更に、当該液滴吐出データに基づいて吐出ヘッドから基板上の所定の位置に吐出することにより、基板上にパターンを形成することが可能となる。
本発明によれば、CADデータ作成手段が複数の層データを作成することができる。また、ビットマップデータ作成手段が複数の層データに基づいて複数のビットマップデータを作成することができる。更に、作成手段が複数のビットマップデータに基づいて複数の液滴吐出データを作成することができる。更に、複数の液滴吐出データに基づいて液滴を吐出することによって複数の機能層を形成することができる。従って、複数の機能層が積層されたパターンを形成することができる。
ここで、吐出ヘッド群が、例えば、金属材料を含有した液滴を吐出する第1の吐出ヘッドと、絶縁膜材料を含有した液滴を吐出する第2の吐出ヘッドと、透明電極材料を含有した液滴を吐出する第3の吐出ヘッドと、を有する場合について説明する。まず、基板上に、金属配線からなる機能層を形成する場合には、金属配線を形成するための層データからビットマップデータを作成した後に、液滴吐出データを作成し、当該液滴吐出データに基づいて第1の吐出ヘッドが金属材料を含有した液滴を吐出する。その後、絶縁膜と透明電極の機能層を形成する場合には、絶縁膜及び透明電極を形成するための層データから、上記同様にそれぞれの液滴吐出データを作成し、これらに基づいて第2の吐出ヘッドが絶縁膜材料を含有した液滴を吐出し、第3の吐出ヘッドが透明電極材料を含有した液滴を吐出する。
このように、吐出ヘッド群が第1、第2、第3の吐出ヘッドを具備すると共に、これらの吐出ヘッドを用いて液滴を吐出し分けることによって、複数の機能層からなるパターンを形成することができる。
ここで、例えば、金属材料を含有した液滴を吐出する第1の液滴吐出ユニットと、絶縁膜材料を含有した液滴を吐出する第2の液滴吐出ユニットと、透明電極材料を含有した液滴を吐出する第3の液滴吐出ユニットと、を用いてパターンを形成する場合について説明する。まず、基板上に、金属配線からなる機能層を形成する場合には、金属配線を形成するための層データからビットマップデータを作成した後に、液滴吐出データを作成し、当該液滴吐出データに基づいて第1の液滴吐出ユニットによって基板上に金属材料を含有した液滴が吐出される。その後、絶縁膜と透明電極の機能層を形成する場合には、絶縁膜及び透明電極を形成するための層データから、上記同様にそれぞれの液滴吐出データを作成し、これらに基づいて第2の液滴吐出ユニットによって絶縁膜材料を含有した液滴が吐出され、第3の液滴吐出ユニットによって透明電極材料を含有した液滴が吐出される。なお、上記の第1、第2、第3の液滴吐出ユニットの相互においては、基板を搬送するための搬送ユニットが設置されていることが好ましい。
このように、第1、第2、第3の液滴吐出ユニットを用いて液滴を吐出し分けることによって、複数の機能層からなるパターンを形成することができる。
ここで、「設定手段」とは、液滴に含有されている機能層の材料の比率や、乾燥処理等の処理による材料の変質や体積変化等を加味した上、液滴の吐出回数及び吐出量が設定するものである。例えば、金属配線等を形成する場合には、揮発性溶媒に金属微粒子を分散させた液状体を液滴として吐出する方法が用いられる。この方法においては、当該金属微粒子の含有量や、金属微粒子を析出させるための乾燥処理及び加熱処理による材料の変質や体積変化等を加味した上で液滴の吐出回数及び吐出量が設定される。
本発明によれば、膜厚データに基づいて、更に吐出される液滴に含まれる材料含有量等を加味して、液滴の吐出回数と、液滴の吐出量とを設定することが可能となる。
図1は、本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の構成を示す斜視図である。
このような液滴吐出装置1においては、制御装置2が吐出ヘッド群3及びステージ4の動作を制御することによって、ステージ4に載置された基板5に液滴を吐出し、当該基板5上に所定のパターンを形成するものである。
次に、各構成要素について説明する。
なお、以下の説明においては、吐出ヘッド群3の配置方向をX方向とし、また、基板5の搬送方向をY方向とし、また、XY平面内における面内回転方向をθ方向とする。
なお、吐出ヘッド3aの液滴吐出手段としては、上記の圧電素子を用いた電気機械変換体以外でもよく、例えば、エネルギ発生素子として電気熱変換体を用いた方式や、帯電制御型、加圧振動型といった連続方式、静電吸引方式、更にはレーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用で液状体を吐出させる方式を採用することもできる。
また、吐出ヘッド3aをX方向に対して所定の角度で傾かせて配置してもよい。この場合でも、ノズルの穿設間隔よりも小さい間隔で液滴の吐出が可能となる。
更に、ステージ4は、X方向と直交するように敷設してあるY方向軸9に沿って移動可能に構成されている。ステージ4をY方向に移動させる搬送機構としては、Y方向軸9上に配列した永久磁石10と、ステージ4のベース部4bの下側に固設したプレート11にY方向に沿って、かつ、永久磁石10に近接させて配列した複数のコイル(不図示)とから構成されるリニアモータがあげられる。
また、基板5上に形成されるパターンとしては、RGB色を有するカラーフィルタによって形成される画素パターンや、TFT回路を形成する場合の金属配線等が挙げられる。
図2は、制御装置2の機能を説明するためのブロック図である。
図2に示すように、制御装置2は、液滴吐出データ設定値入力部20と、吐出ヘッド設定値入力部22と、CADデータ操作部(CADデータ作成手段)24と、ビットマップデータ作成部(ビットマップデータ作成手段)26と、ビットマップ処理部28と、液滴吐出データ作成部(作成手段)30と、液滴吐出データ転送部32と、スイッチ群34と、ヘッド駆動部38と、ヘッド駆動制御部40と、ヘッド位置検出部42と、液滴吐出タイミング制御部44と、を有している。
また、吐出ヘッド設定値入力部22は、画素を形成するために必要な液滴量と、画素を形成するために必要な吐出ヘッド群3と基板5とのパス数と、使用する上記の吐出ヘッド群3の吐出ヘッド3aの個数、及び吐出ヘッド3aの配置を設定する機能を有している。
ここで、パターンが複数の層(機能層)によって積層形成された積層構造体である場合に、当該レイヤ作成部24aが各層に対応させたレイヤ(層データ)をCADデータの一部として作成する機能を有している。また、レイヤ厚設定部(設定手段)24bは、当該レイヤの膜厚を設定すると共に、吐出ヘッド3aから吐出される液滴の吐出回数と液滴の吐出量とを設定する機能を有している。
また、ビットマップ処理部28は、ビットマップデータ作成部26により作成されたビットマップデータを吐出ヘッドの個数、配置、あるいは液滴の基板への着弾径を考慮した回路パターンの細線化の要求に応じて変更する処理を行う。
また、液滴吐出データ作成部30は、所望のパターンサイズとなるように液滴が着弾した際の着弾径を考慮し、液滴吐出データ(バイナリの時系列データ)を作成するものである。ここで、当該液滴吐出データは、吐出ヘッド群3の各ノズルに対応して設けられた各液滴吐出手段の数に対応して設けられた各液滴吐出手段の数に対応するドット数の記録データを含んでいる。
また、スイッチ群34は、液滴吐出データ転送部32と吐出ヘッド群3との間に設けられ、吐出ヘッド群3に含まれる複数の各駆動部に1対1に対応して接続され、液滴吐出データ転送部32から転送される記録データによりオン、オフ状態に設定される複数のスイッチから構成されている。
また、ヘッド駆動部38は、吐出ヘッド群3と一体化しており、例えば、リニアモータであり、吐出ヘッド群3を基板5の搬送方向と直交する方向に移動させる。
また、ヘッド駆動制御部40は、ヘッド駆動部38を図示してないシステムの上位コントローラの指示に基づいてヘッド駆動部38を駆動制御する。
また、ヘッド位置検出部42は、基板5が固定されるステージ4の位置の変位量、即ち、基板5上における吐出ヘッド群3の相対位置を検出する機能を有するものである。当該ヘッド位置検出部は、上記のエンコーダ4cに相当するものである。
また、液滴吐出タイミング制御部44は、ヘッド位置検出部42の検出出力に基づくタイミングで複数の駆動部の各々に駆動信号を供給する。
図3及び図4は基板5に回路パターンを形成する場合のフローチャート図、図5は本実施形態で形成される回路パターンを示す斜視図であって、図5(a)から図5(c)は回路パターンが形成される過程を示す図である。
更に、上記の各材料液体を吐出する吐出ヘッド3aが吐出ヘッド群3に配置されている。
まず、液滴吐出対象となる基板のサイズ、液滴吐出分解能を決定する(ステップ100)。
次に、CADデータ操作部24により、回路パターンPのCADデータをビットマップデータ作成部26に出力する(ステップ101)。
まず、レイヤ作成部24aによって回路パターンPを構成する各層(P1、P3、P2)をCADデータのレイヤとして作成すると共に、レイヤ厚設定部24bによって当該レイヤの膜厚を設定する。ここで、レイヤの膜厚を設定することにより、自動的に吐出ヘッド3aから吐出される液滴の吐出回数と液滴の吐出量とが設定される。
次に、液滴吐出データ作成部30では、ビットマップデータ処理部28及び吐出ヘッド設定値入力部22より入力されたデータに基づいて、回路パターンPの各層(P1、P2、P3)毎に液滴吐出データを作成する(ステップ105)。
次に、ステージ4の搬送機構と、ヘッド駆動制御部40とによって基板5を搬送し、位置決めを行う(ステップ106)。
液滴吐出データ転送部32では、まず、導電性配線P1を形成するにあたり、最初のパスの液滴吐出データをスイッチ群34を介して吐出ヘッド群3に転送する(ステップ108)。次に、吐出ヘッド群3のノズルに対向する位置まで搬送された基板5に対して吐出ヘッド群3より液滴が吐出される(ステップ109)。
そして、ステップ114の判定が肯定された場合、即ち、回路パターンPの全ての層(P1、P2、P3)が形成され場合に、基板5がステージ4の搬送機構により他の工程に移送するように搬出される(ステップ115)。
図6は液滴吐出装置の構成を示す構成図である。
本実施形態においては、既に説明した構成及び動作についての説明を省略し、異なる部分のみについて説明する。
第1の液滴吐出部U1と、第2の液滴吐出部U2と、第3の液滴吐出部U3のそれぞれは、1種類の材料液体を液滴として吐出するための吐出ヘッド3aと、当該吐出ヘッド3aと基板5とを相対移動させるためのステージ4と、これらの動作を制御する制御装置2とを備えた構成となっている。また、第1及び第3の液滴吐出部U1、U3のそれぞれは、導電性配線P1、P3を形成するための金属微粒子を含む材料異なる材料液体の液滴を吐出するものである。また、第2の液滴吐出部U2は、絶縁膜P2を形成するための有機絶縁材料等を含む材料液体の液滴を吐出するものである。従って、各液滴吐出部U1、U2、U3が液滴を吐出することにより、導電性配線P1、P3と絶縁膜P2とを形成し、最終的に基板5上に回路パターンPを形成するようになっている。
まず、基板搬送部U4は基板搬送部U5から第1の液滴吐出部U1に基板5を搬送する。当該第1の液滴吐出部U1においては、先に記載の液滴吐出方法によって、金属微粒子を含む材料液体を吐出することで、図5(a)に示す導電性配線P1を形成する。
次に、基板搬送部U4は第1の液滴吐出部U1から第2の液滴吐出部U2に基板5を搬送する。当該第2の液滴吐出部U2においては、先に記載の液滴吐出方法によって、有機絶縁材料を含む材料液体を吐出することで、図5(b)に示す絶縁膜P2を形成する。
次に、基板搬送部U4は第2の液滴吐出部U2から第3の液滴吐出部U3に基板5を搬送する。当該第3の液滴吐出部U3においては、先に記載の液滴吐出方法によって、金属微粒子を含む材料液体を吐出することで、図5(c)に示す絶縁膜P3を形成する。
次に、基板搬送部U4は第3の液滴吐出部U3から基板搬出部U6に基板5を搬送する。
図7は、液晶表示装置を説明するための図であって、図7(a)は液晶表示装置の画像表示領域を構成する、スイッチング素子等の各種素子及び配線等の等価回路であり、図7(b)は液晶表示装置の要部を示し、各画素が備えるスイッチング素子と画素電極との構造を説明するための斜視図である。
なお、既に説明した構成及び動作についての説明を省略し、異なる部分のみについて説明する。
図7(a)に示すように液晶表示装置200は、マトリクス状に配置された走査線(機能層)201及びデータ線(機能層)202と、画素電極(機能層)230と、当該画素電極230を制御するための画素スイッチング用TFT(機能層)210とが複数形成された回路パターンを有している。走査線201においては、パルス的に走査信号Q1、Q2、…、Qmが供給されるようになっており、データ線202においては、画像信号R1、R2、…、Rnが供給されるようになっている。更に、走査線201及びデータ線202は後述するようにTFT210と接続されており、走査信号Q1、Q2、…、Qm及び画像信号R1、R2、…、Rnによって、TFT210が駆動するようになっている。更に、所定レベルの画像信号R1、R2、…、Rnを一定期間保持する蓄積容量(機能層)220が形成され、当該蓄積容量220には容量線(機能層)203が接続されている。
ここで、ゲート電極210Gは走査線201の一部分であり、また、ソース電極211Sはデータ線202の一部分である。
当該回路パターンは、上記各機能層に対応した複数のレイヤをCADデータとして作成し、当該CADデータからビットマップデータを作成し、更に、液滴吐出データを作成する。更に、液滴吐出データに基づいて吐出ヘッド3a(吐出ヘッド群3)が液滴を吐出する。当該液滴の材料液体は、各機能層に応じた材料が採用される。
Claims (5)
- 液滴吐出手段を備える吐出ヘッドと基板とを相対移動させながら、前記吐出ヘッドから液滴を前記基板に吐出し、当該基板上にパターンを形成する液滴吐出方法であって、
所定の機能を備えた複数の機能層が積層された積層構造体である前記パターンにおける前記各機能層の形状に応じて、複数のベクトルデータの組み合わせによって規定された前記機能層ごとのレイヤと、前記機能層ごとの膜厚データに基づいて設定された前記レイヤの膜厚に基づいて前記吐出ヘッドから吐出される前記液滴の吐出回数及び吐出量と、が設定されたCADデータを作成するCADデータ作成工程を有することを特徴とする液滴吐出方法。 - 前記CADデータに基づいてビットマップデータを作成する工程と、
前記CADデータに埋め込まれた前記吐出回数及び前記吐出量に基づいて前記ビットマップデータを変更する工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出方法。 - 液滴吐出手段を備える吐出ヘッドと基板とを相対移動させながら、前記吐出ヘッドから液滴を前記基板に吐出し、当該基板上にパターンを形成する液滴吐出装置であって、
所定の機能を備えた複数の機能層が積層された積層構造体である前記パターンにおける前記各機能層の形状に応じて、複数のベクトルデータの組み合わせによって規定された前記機能層ごとのレイヤと、前記機能層ごとの膜厚データに基づいて設定された前記レイヤの膜厚に基づいて前記吐出ヘッドから吐出される前記液滴の吐出回数及び吐出量と、が設定されたCADデータを作成するCADデータ作成手段を有することを特徴とする液滴吐出装置。 - 前記CADデータに基づいてビットマップデータを作成するビットマップデータ作成手段と、
前記CADデータに埋め込まれた前記吐出回数及び前記吐出量に基づいて前記ビットマップデータを変更するビットマップデータ処理手段と、
を有することを特徴とする請求項3に記載の液滴吐出装置。 - スイッチング素子と前記スイッチング素子に接続してなる配線とを有する基板の製造方法であって、
液滴吐出手段を備える吐出ヘッドとを相対移動させながら、前記吐出ヘッドが液滴を前記基板に吐出して、前記基板上に前記配線を形成するに際して、
前記基板上に形成される前記配線からなる第1の機能層と、前記第1の配線上に形成される第2の機能層と、前記第2の機能層上を経由して前記配線と交差する配線からなる第3の機能層とからなる積層構造体における前記各機能層の形状に応じて、複数のベクトルデータの組み合わせによって規定された前記機能層ごとのレイヤと、前記機能層ごとの膜厚データに基づいて設定された前記レイヤの膜厚に基づいて前記吐出ヘッドから吐出される前記液滴の吐出回数及び吐出量と、が設定されたCADデータを作成するCADデータ作成工程を有する
ことを特徴とするスイッチング素子を有する基板の製造方法。
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