JP4400542B2 - パターン形成方法及び液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターン形成方法及び液滴吐出装置に関する。

従来、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置等の表示装置には、画像を表示するための基板が備えられている。この種の基板には、品質管理や製造管理を目的として、その製造元や製品番号等の製造情報をコード化した識別コード（例えば、２次元コード）が形成されている。こうした識別コードは、配列された多数のパターン形成領域（データセル）の一部に、パターンとしてのコードパターン（例えば、有色の薄膜や凹部等のドット）を備え、そのコードパターンの有無によって製造情報を再現可能にしている。

識別コードの形成方法には、金属箔にレーザ光を照射してコードパターンをスパッタ成膜するレーザスパッタ法や、研磨材を含んだ水を基板等に噴射してコードパターンを刻印するウォータージェット法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

しかし、上記レーザスパッタ法では、所望するサイズのコードパターンを得るために、金属箔と基板の間隙を、数〜数十μｍに調整しなければならない。つまり、基板と金属箔の表面に対して非常に高い平坦性が要求され、しかも、これらの間隙をμｍオーダの精度で調整しなければならない。その結果、識別コードを形成できる対象基板が制限されて、その汎用性を損なう問題を招いていた。また、ウォータージェット法では、基板の刻印時に、水や塵埃、研磨剤等が飛散するため、同基板を汚染する問題があった。

近年、こうした生産上の問題を解消する識別コードの形成方法として、インクジェット法が注目されている。インクジェット法は、金属微粒子を含む液滴を液滴吐出装置から吐出し、その液滴を乾燥させることによってコードパターンを形成する。そのため、識別コードを形成する基板の対象範囲を拡大することができ、同基板の汚染等を回避して識別コードを形成することができる。
特開平１１−７７３４０号公報 特開２００３−１２７５３７号公報

しかしながら、上記インクジェット法では、液滴を乾燥することによってコードパターンを形成するために、基板の表面状態や液滴の表面張力等に応じて、以下の問題を招いていた。すなわち、基板に着弾した液滴が基板表面に沿って直ちに濡れ広がるため、液滴の乾燥に時間を要すると（例えば、１００ミリ秒以上の時間を要すると）、着弾した液滴が基板表面で過剰に濡れ広がって、対応するデータセル内から食み出すようになる。その結果、コードパターンを読み取り不可能にして基板情報を損失する問題があった。

こうした問題は、基板上の液滴に対してレーザ光を照射し、液滴を瞬時に乾燥させることによって回避可能と考えられる。しかし、図９に示すように、乾燥するタイミングの液滴Ｆｂが液滴吐出ヘッド１０１の下方に位置する場合、液滴吐出ヘッド１０１と基板１０２との間の狭い空間にレーザ光Ｂを照射しなければならない。すなわち、レーザ光Ｂの光軸Ａを基板１０２の法線方向（Ｚ矢印方向）に対して大きく傾斜させて照射しなければならない。その結果、液滴Ｆｂの領域では、光軸Ａを傾斜させた分だけ、レーザ光Ｂの光断面（ビームスポット）が拡大し、レーザ光Ｂの照射強度の低下と照射位置の位置精度の低下を招く虞があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板に着弾した液滴に照射するレーザ光の照射強度や照射位置精度を向上して、液滴からなるパターンの形状制御性を向上したパターン形成方法及び液滴吐出装置を提供することである。

本発明のパターン形成方法は、基板と相対向する液滴吐出ヘッドの吐出口からパターン形成材料を含む液滴を吐出し、前記基板に着弾した前記液滴の領域にレーザ光を照射してパターンを形成するパターン形成方法において、前記基板に出射した前記レーザ光を、前記吐出口の近傍に設けられた反射部材に向けて前記基板により反射させ、前記反射部材により反射された前記レーザ光を、前記液滴が着弾した前記基板に向けて反射させ、前記基板に向けて出射した前記レーザ光の光路と、前記基板に対する法線と、のなす角度を入射角とし、前記基板に向けて反射された前記レーザ光の光路と、前記基板の法線と、のなす角度を照射角としたとき、前記照射角を前記入射角よりも小さくするように、前記レーザ光を照射するようにした。

本発明のパターン形成方法によれば、基板上の液滴の領域に対して、吐出口近傍の反射部材からレーザ光を照射することができる。従って、液滴の領域に照射するレーザ光を、液滴と相対向する領域から照射することができる。その結果、液滴の領域に照射するレーザ光の照射強度の向上と照射位置の位置精度の向上を図ることができ、ひいてはレーザ照射した液滴によって形成するパターンの形状制御性を向上することができる。

本発明の液滴吐出装置は、基板と相対向する吐出口から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記基板に向かってレーザ光を出射するレーザ光源と、を備えた液滴吐出装置において、前記吐出口の近傍に設けられて、前記基板から反射した前記レーザ光を、前記基板に着弾した前記液滴の領域に反射する反射部材を備えてなり、前記レーザ光源から出射するレーザ光の光路と、前記基板に対する法線と、のなす角度を入射角とし、前記液滴に向けて反射された前記レーザ光の光路と、前記基板に対する法線と、のなす角度を照射角とすると、前記照射角が前記入射角よりも小さい。

本発明の液滴吐出装置によれば、基板に着弾した液滴の領域に、吐出口の近傍に位置する反射部材からのレーザ光を照射することができる。従って、液滴の領域に照射するレーザ光を、液滴と相対向する領域から照射することができる。その結果、液滴に照射するレーザ光の照射強度の向上と照射位置の位置精度の向上を図ることができ、ひいては液滴によって形成するパターンの形状制御性を向上することができる。

この液滴吐出装置において、前記反射部材は、前記吐出口の形成されたノズルプレートであってもよい。
この液滴吐出装置によれば、ノズルプレートで反射したレーザ光を照射することができるため、別途反射部材を配設する場合に比べて、液滴吐出装置の部材点数を低減することができ、より簡便な構成によって、液滴に照射するレーザ光の照射強度や照射位置の位置精度を向上することができる。

この液滴吐出装置において、前記反射部材は、前記レーザ光を透過して前記液滴を撥液する撥液膜で被覆されていてもよい。
この液滴吐出装置によれば、撥液膜によって液滴を撥液するため、液滴に起因する反射部材の汚染を抑制することができ、レーザ光の照射強度や照射位置の位置精度を、より確実に向上することができる。

この液滴吐出装置において、前記反射部材は、前記基板からのレーザ光を前記基板の略法線方向に沿って反射する反射面を備えるようにしてもよい。
この液滴吐出装置によれば、基板の略法線方向に沿うレーザ光を照射することができるため、レーザ光の照射強度を確実に向上することができる。

この液滴吐出装置において、前記反射部材は、前記基板からの前記レーザ光を前記液滴の領域に収束する反射面を備えるようにしてもよい。
この液滴吐出装置によれば、基板からのレーザ光が拡散する場合であっても、反射部材
によって液滴の領域に収束させることができる。従って、液滴に対するレーザ光の照射強度を確実に向上することができる。

この液滴吐出装置において、前記レーザ光源は、出射した前記レーザ光を前記基板で全反射するようにしてもよい。
この液滴吐出装置によれば、レーザ光源からのレーザ光が一側面で全反射されるため、液滴に照射するレーザ光の強度を、より向上することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図５に従って説明する。まず、本発明のパターン形成方法を利用して形成した識別コードを有する液晶表示装置について説明する。
図１において、液晶表示装置１には、四角形状に形成されたガラス基板（以下単に、「基板」という。）２が備えられて、本実施形態では、その基板２の長手方向をＸ矢印方向とし、Ｘ矢印方向と直交する方向をＹ矢印方向とする。

基板２の一側面（表面２ａ）であって、その略中央位置には、液晶分子を封入した四角形状の表示部３が形成されて、その表示部３の外側には、走査線駆動回路４及びデータ線駆動回路５が形成されている。液晶表示装置１は、これら走査線駆動回路４の供給する走査信号と、データ線駆動回路５の供給するデータ信号に基づいて、前記表示部３内の液晶分子の配向状態を制御するようになっている。そして、液晶表示装置１は、図示しない照明装置からの平面光を液晶分子の配向状態によって変調して、表示部３の領域に所望の画像を表示するようになっている。

基板２の表面２ａであって、その左側下隅には、液晶表示装置１の識別コード１０が形成されている。識別コード１０は、一辺が約１ｍｍの正方形で形成されたコード形成領域Ｓに形成されている。コード形成領域Ｓは、８行×８列のデータセルＣに仮想分割されて、そのデータセルＣの領域に、外径がデータセルＣの一辺の長さに相当する半球状のパターンとしてのドットＤが選択的に形成されている。本実施形態では、ドットＤの形成されたデータセルＣを「黒セルＣ１」とし、ドットＤの形成されないデータセルＣを「白セルＣ０」という。また、各黒セルＣ１の中心位置を「目標吐出位置Ｐ」とし、データセルＣの一辺の長さを「セル幅Ｗ」という。

ドットＤは、パターン形成材料としての金属微粒子（例えば、ニッケル微粒子やマンガン微粒子）を分散媒に分散させた液状体Ｆ（図４参照）の液滴Ｆｂを黒セルＣ１に吐出し、黒セルＣ１に着弾した液滴Ｆｂを乾燥及び焼成させることによって形成されている。この液滴Ｆｂの乾燥・焼成は、レーザ光Ｂ（図４参照）を照射することによって行われる。尚、本実施形態では、液滴Ｆｂを乾燥・焼成することによってドットＤを形成するようにしているが、これに限らず、例えばレーザ光Ｂの乾燥のみによって形成するようにしてもよい。

そして、識別コード１０は、各データセルＣ内のドットＤの有無によって、液晶表示装置１の製品番号やロット番号等を再現できるようになっている。
次に、前記識別コード１０を形成するための液滴吐出装置について説明する。

図２に示すように、液滴吐出装置２０には、その長手方向がＸ矢印方向に沿う直方体形状に形成された基台２１が備えられている。基台２１の上面には、Ｘ矢印方向に延びる１対の案内溝２２が形成されて、Ｘ軸モータＭＸ（図５参照）に駆動連結される基板ステージ２３が、その案内溝２２に案内されてＸ矢印方向及び反Ｘ矢印方向に直動するようになっている。基板ステージ２３の上面には、図示しない吸引式のチャック機構が設けられて、その上面に載置される基板２が、表面２ａ（コード形成領域Ｓ）を上側にして位置決め
固定されるようになっている。本実施形態では、最も反Ｘ矢印方向に位置する基台２１の配置位置（図２の実線）を往動位置とし、最もＸ矢印方向の配置位置（図２に示す２点鎖線）を復動位置という。

基台２１のＹ矢印方向両側には、門型に形成された案内部材２４が配設されている。案内部材２４の上側には、液状体Ｆを収容する収容タンク２５が配設されて、収容する液状体Ｆを液滴吐出ヘッド（以下単に、「吐出ヘッド」という。）３０に導出するようになっている。案内部材２４の下側には、Ｙ矢印方向に延びる上下一対の案内レール２６がＹ矢印方向全幅にわたり形成されて、Ｙ軸モータＭＹ（図５参照）に駆動連結されるキャリッジ２７が、その案内レール２６に沿ってＹ矢印方向及び反Ｙ矢印方向に直動するようになっている。本実施形態では、最も反Ｙ矢印方向側に位置するキャリッジ２７の配置位置（図２に示す実線）を往動位置とし、最もＹ矢印方向側に位置する配置位置（図２に示す２点鎖線）を復動位置という。

そのキャリッジ２７の下側には、吐出ヘッド３０が搭載されている。図３は、吐出ヘッド３０を基板２側から見た斜視図である。
図３に示すように、吐出ヘッド３０の基板２側（図３における上側）には、反射部材を構成するノズルプレート３１が備えられている。ノズルプレート３１は、その下面（図３における上面：反射面３１ａ）がレーザ光Ｂを反射する鏡面に研磨されたステンレス等の板部材であって、その反射面３１ａが基板２の表面２ａと平行に配設されている。

反射面３１ａの表面（下面：図３における上面）には、レーザ光Ｂを透過する数百ｎｍ程度のシリコーン樹脂やフッ素樹脂等の重合膜（撥液膜３１ｂ）がコーティングされて、液状体Ｆに対する撥液性を発現するようになっている。尚、本実施形態では、撥液膜３１ｂを反射面３１ａに直接コーティングする構成にしたが、これに限らず、反射面３１ａと撥液膜３１ｂとの間の密着性を向上するために、シランカップリング剤等からなる数ｎｍの密着層を、反射面３１ａと撥液膜３１ｂとの間に介在させる構成にしてもよい。

ノズルプレート３１には、吐出口を構成する複数のノズルＮが、Ｙ矢印方向に沿う列状に等間隔で形成されている。ノズルＮは、そのＹ矢印方向に沿う形成ピッチが目標吐出位置Ｐの形成ピッチと同じ幅（セル幅Ｗ）で形成されて、図４に示すように、それぞれ基板２の法線方向（Ｚ矢印方向）に沿って貫通形成されている。本実施形態では、表面２ａ上の位置であって、各ノズルＮの反Ｚ矢印方向に相対する位置を、それぞれ「着弾位置ＰＦ」という。

各ノズルＮのＺ矢印方向には、キャビティ３２が形成されている。各キャビティ３２は、それぞれ対応する連通孔３３と各連通孔３３に共通する供給路３４を介して収容タンク２５に連通して、収容タンク２５が導出する液状体Ｆを、それぞれ対応するノズルＮ内に供給するようになっている。各キャビティ３２の上側には、Ｚ矢印方向及び反Ｚ矢印方向（上下方向）に振動可能な振動板３５が貼り付けられて、キャビティ３２内の容積を拡大・縮小するようになっている。振動板３５の上側には、各ノズルＮに対応する複数の圧電素子ＰＺが配設されて、それぞれ圧電素子ＰＺを駆動制御するための信号（圧電素子駆動電圧ＶＤＰ：図５参照）を受けて上下方向に収縮・伸張し、対応する振動板３５をＺ矢印方向及び反Ｚ矢印方向に振動させるようになっている。

そして、基板ステージ２３をＸ矢印方向に搬送して、黒セルＣ１（目標吐出位置Ｐ）が着弾位置ＰＦと相対するタイミングで、圧電素子ＰＺを収縮・伸張させる。すると、対応するキャビティ３２内の容積が拡大・縮小して、縮小した容積に対応する液状体Ｆが、対応するノズルＮから液滴Ｆｂとして吐出される。ノズルＮから吐出された液滴Ｆｂは、略反Ｚ矢印方向に飛行して、対応するノズルＮの直下に位置する目標吐出位置Ｐ（着弾位置
ＰＦ）に着弾する。目標吐出位置Ｐに着弾した液滴Ｆｂは、搬送時間の経過とともに直ちに濡れ広がって、乾燥するためのサイズ（本実施形態では、前記セル幅Ｗ）にまで拡大する。本実施形態では、液滴Ｆｂの中心位置（目標吐出位置Ｐ）であって、液滴Ｆｂの外径がセル幅Ｗになる位置を、「照射位置ＰＴ」という。

図４に示すように、吐出ヘッド３０のＸ矢印方向側には、レーザ光源としての複数の半導体レーザＬＤを搭載したレーザヘッド３６が配設されている。各半導体レーザＬＤは、それぞれノズルＮのＸ矢印方向側に配設されて、液状体Ｆ（分散媒や金属微粒子等）の吸収波長に対応する波長領域のレーザ光Ｂを出射するようになっている。各半導体レーザＬＤの基板２側には、それぞれ半導体レーザＬＤからのレーザ光Ｂを平行光束にするコリメータ３７と、コリメータ３７からのレーザ光を収束して基板２の表面２ａに導く集光レンズ３８が配設されている。そして、これらコリメータ３７と集光レンズ３８からなる光学系によって、表面２ａの法線方向（Ｚ矢印方向）に対し、所定の角度だけ傾斜する光軸Ａ１が形成されている。

本実施形態では、Ｚ矢印方向に対する光軸Ａ１の角度を、「入射角θ１」とし、光軸Ａ１が表面２ａと交差する位置を、「基板反射位置ＰＲ」という。
ここで、本実施形態の入射角θ１は、照射するレーザ光Ｂが表面２ａ（基板反射位置ＰＲ）で全反射される最小の角度、すなわち臨界角に設定されて、基板反射位置ＰＲで全反射したレーザ光Ｂを、ノズルプレート３１の反射面３１ａに導く位置に設定されている。しかも、本実施形態の基板反射位置ＰＲは、反射面３１ａで全反射する基板反射位置ＰＲからのレーザ光Ｂを前記照射位置ＰＴまで導く位置に設定されている。すなわち、レーザヘッド３６からのレーザ光Ｂは、上記する入射角θ１と基板反射位置ＰＲによって、基板２（表面２ａ）側の反射とノズルプレート３１（反射面３１ａ）側の反射を経て、照射位置ＰＴに照射されるようになっている。

本実施形態では、照射位置ＰＴに照射されるレーザ光ＢのＺ矢印方向に対する角度を、「照射角θ２」という。尚、本実施形態では、基板２の表面２ａとノズルプレート３１の反射面３１ａが平行に配設されて、照射角θ２が前記入射角θ１と等しくなるように構成されている。

従って、本実施形態の液滴吐出装置２０では、基板２側の反射とノズルプレート３１側の反射を介する分だけ、照射角θ２を小さくすることができ、照射位置ＰＴにおけるレーザ光Ｂの光断面（ビームスポット）の拡大を抑制することができる。その結果、液滴Ｆｂに照射するレーザ光Ｂの照射強度の向上と照射位置の位置精度の向上を図ることができる。尚、本実施形態のビームスポットは、前記データセルＣ（液滴Ｆｂ）を覆う略円形に成形されているが、これに限られるものではない。

そして、目標吐出位置Ｐに着弾した液滴Ｆｂを照射位置ＰＴに搬送して、レーザ光Ｂを出射するための駆動信号（レーザ駆動電圧ＶＤＬ：図５参照）を対応する半導体レーザＬＤに供給する。すると、所定の強度のレーザ光Ｂが、対応する半導体レーザＬＤから出射されて、出射されたレーザ光Ｂが、基板２とノズルプレート３１に反射されて照射位置ＰＴの液滴Ｆｂ、すなわちセル幅Ｗに相対する外径の液滴Ｆｂに照射される。

レーザ光Ｂの照射された液滴Ｆｂは、その分散媒の蒸発によって濡れ広がりが抑制されて、外径がセル幅Ｗからなる半球状パターンとして瞬時に固化される。固化された液滴Ｆｂは、連続するレーザ光Ｂの照射によってその金属微粒子が焼成されて、外径がセル幅ＷからなるドットＤとして基板２の表面２ａに固着する。

次に、上記のように構成した液滴吐出装置２０の電気的構成を図５に従って説明する。
図５において、制御部４１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備え、ＲＯＭ等に格納された各種データ（例えば、基板ステージ２３の移動速度やセル幅Ｗ等）と各種制御プログラム（例えば、識別コード１０を形成するための識別コード形成プログラム）に従って、基板ステージ２３を移動させて、液滴吐出ヘッド３０及びレーザヘッド３６を駆動させる。

制御部４１には、起動スイッチ、停止スイッチ等の操作スイッチを有した入力装置４２が接続されて、入力装置４２からの各スイッチの操作による操作信号が入力されるようになっている。また、制御部４１には、識別コード１０の画像が既定形式の描画データＩａとして入力されるようになっている。そして、制御部４１は、入力装置４２からの描画データＩａを受けて、基板２に識別コード１０を作成するためのビットマップデータＢＭＤを生成するようになっている。詳述すると、制御部４１は、描画データＩａに所定の展開処理を施して、二次元描画平面（コード形成領域Ｓ）上における各データセルＣに、液滴Ｆｂを吐出するか否かを示すビットマップデータＢＭＤを生成してＲＡＭに格納する。このビットマップデータＢＭＤは、データセルＣに対応した８×８ビットのデータであり、各ビットの値（０あるいは１）に応じて、圧電素子ＰＺのオンあるいはオフ（液滴Ｆｂを吐出するか否か）を規定するものである。

また、制御部４１は、描画データＩａに、前記ビットマップデータＢＭＤの展開処理と異なる展開処理を施して、各圧電素子ＰＺを駆動するための圧電素子駆動電圧ＶＤＰを生成し、半導体レーザＬＤを駆動するためのレーザ駆動電圧ＶＤＬを生成する。

制御部４１には、Ｘ軸モータ駆動回路４３及びＹ軸モータ駆動回路４４が接続されて、Ｘ軸モータ駆動回路４３及びＹ軸モータ駆動回路４４に、それぞれＸ軸モータ駆動制御信号及びＹ軸モータ駆動制御信号を出力するようになっている。Ｘ軸モータ駆動回路４３は、制御部４１からのＸ軸モータ駆動制御信号に応答して、基板ステージ２３を往復移動させるＸ軸モータＭＸを正転又は逆転させるようになっている。Ｙ軸モータ駆動回路４４は、制御部４１からのＹ軸モータ駆動制御信号に応答して、キャリッジ２７を往復移動させるＹ軸モータＭＹを正転又は逆転させるようになっている。

制御部４１には、基板２の端縁を検出可能な撮像機能等を備えた基板検出装置４５が接続されて、基板検出装置４５の出力する検出信号を受けて、ノズルＮの直下を通過する基板２の位置を算出するようになっている。

制御部４１には、Ｘ軸モータ回転検出器４６及びＹ軸モータ回転検出器４７が接続されて、Ｘ軸モータ回転検出器４６及びＹ軸モータ回転検出器４７からの検出信号が入力されるようになっている。

制御部４１は、Ｘ軸モータ回転検出器４６からの検出信号に基づいて、Ｘ軸モータＭＸの回転方向及び回転量を検出し、吐出ヘッド３０に対する基板２の移動方向及び移動量を演算するようになっている。そして、制御部４１は、各データセルＣの中心位置が着弾位置ＰＦに位置するタイミングで、後述する吐出ヘッド駆動回路４８及びレーザ駆動回路４９に、吐出タイミング信号ＳＧを出力するようになっている。

制御部４１は、Ｙ軸モータ回転検出器４７からの検出信号に基づいて、Ｙ軸モータＭＹの回転方向及び回転量を検出し、液滴吐出ヘッド３０に対する基板２のＹ矢印方向の移動方向及び移動量を演算するようになっている。そして、制御部４１は、各ノズルＮに対応する着弾位置ＰＦを目標吐出位置Ｐの移動経路上に配置するようになっている。

制御部４１には、吐出ヘッド駆動回路４８が接続されている。制御部４１は、１スキャン（基板２の１回の往動もしくは復動）分のビットマップデータＢＭＤを所定のクロック
信号に同期させた信号（ヘッド制御信号ＳＣＨ）を生成して、生成したヘッド制御信号ＳＣＨを吐出ヘッド駆動回路４８に順次シリアル転送するようになっている。また、制御部４１は、所定のクロック信号に同期させた圧電素子駆動電圧ＶＤＰを吐出ヘッド駆動回路４８に出力するようになっている。吐出ヘッド駆動回路４８は、制御部４１からシリアル転送されるヘッド制御信号ＳＣＨを各圧電素子ＰＺに対応させてシリアル／パラレル変換する。そして、吐出ヘッド駆動回路４８は、制御部４１からの吐出タイミング信号ＳＧを受けると、ヘッド制御信号ＳＣＨに応じた圧電素子ＰＺに圧電素子駆動電圧ＶＤＰを供給するようになっている。すなわち、制御部４１は、吐出ヘッド駆動回路４８を介して、ヘッド制御信号ＳＣＨ（ビットマップデータＢＭＤ）に対応したノズルＮから、液滴Ｆｂを吐出させるようになっている。

制御部４１は、レーザ駆動回路４９が接続されている。制御部４１は、前記ヘッド制御信号ＳＣＨをレーザ駆動回路４９に順次シリアル転送するとともに、所定のクロック信号に同期させたレーザ駆動電圧ＶＤＬを出力するようになっている。レーザ駆動回路４９は、制御部４１からシリアル転送されるヘッド制御信号ＳＣＨを各半導体レーザＬＤに対応させてシリアル／パラレル変換する。そして、レーザ駆動回路４９は、制御部４１からの吐出タイミング信号ＳＧを受けると、所定の時間だけ待機して、ヘッド制御信号ＳＣＨに応じた半導体レーザＬＤにレーザ駆動電圧ＶＤＬを供給するようになっている。すなわち、制御部４１は、レーザ駆動回路４９を介して、液滴Ｆｂを吐出したノズルＮに対応する半導体レーザＬＤからレーザ光Ｂを出射させるようになっている。

本実施形態では、吐出タイミング信号ＳＧを受けたレーザ駆動回路４９がレーザ駆動電圧ＶＤＬを供給するまでの時間を「待機時間」とし、着弾位置ＰＦの液滴Ｆｂが照射位置ＰＴに到達するまでの時間に設定されている。すなわち、レーザ駆動回路４９は、着弾した液滴Ｆｂの外径がセル幅Ｗになるまで待機し、液滴Ｆｂの外径がセル幅Ｗになるタイミングで、対応する半導体レーザＬＤからレーザ光Ｂを出射するようになっている。

次に、液滴吐出装置２０を使って識別コード１０を形成する方法について説明する。
まず、図２に示すように、往動位置に位置する基板ステージ２３上に、基板２を、その表面２ａが上側になるように配置固定する。このとき、基板２のＸ矢印方向側の辺は、案内部材２４より反Ｘ矢印方向側に配置されている。

この状態から、入力装置４２を操作して描画データＩａを制御部４１に入力する。すると、制御部４１は、描画データＩａに基づくビットマップデータＢＭＤを生成して、圧電素子を駆動するための圧電素子駆動電圧ＶＤＰと半導体レーザＬＤを駆動するためのレーザ駆動電圧ＶＤＬを生成する。

圧電素子駆動電圧ＶＤＰ及びレーザ駆動電圧ＶＤＬを生成すると、制御部４１は、Ｙ軸モータＭＹを駆動制御して、キャリッジ２７を往動位置からＹ矢印方向に搬送し、各目標吐出位置ＰのＸ矢印方向に、対応するノズルＮ（着弾位置ＰＦ）が位置するように、キャリッジ２７をセットする。キャリッジ２７をセットすると、制御部４１は、Ｘ軸モータＭＸを駆動制御して、基板２をＸ矢印方向に搬送する。

やがて、基板検出装置４５が基板２のＸ矢印方向側端部の位置を検出すると、制御部４１は、Ｘ軸モータ回転検出器４６からの検出信号に基づいて、最もＸ矢印方向側（１列目）の黒セルＣ１（目標吐出位置Ｐ）が着弾位置ＰＦまで搬送されたか否か判断する。

この間、制御部４１は、吐出ヘッド駆動回路４８に、圧電素子駆動電圧ＶＤＰ及びヘッド制御信号ＳＣＨを出力し、レーザ駆動回路４９に、レーザ駆動電圧ＶＤＬ及びヘッド制御信号ＳＣＨを出力し、これら吐出ヘッド駆動回路４８及びレーザ駆動回路４９に、それ
ぞれ吐出タイミング信号ＳＧを出力するタイミングを待つ。

そして、１列目の黒セルＣ１（目標吐出位置Ｐ）が着弾位置ＰＦに搬送されると、制御部４１は、吐出ヘッド駆動回路４８とレーザ駆動回路４９に吐出タイミング信号ＳＧを出力する。

吐出タイミング信号ＳＧを出力すると、制御部４１は、吐出ヘッド駆動回路４８を介して、ヘッド制御信号ＳＣＨに応じた圧電素子ＰＺに、それぞれ圧電素子駆動電圧ＶＤＰを供給し、ヘッド制御信号ＳＣＨに対応したノズルＮから、一斉に液滴Ｆｂを吐出させる。吐出された液滴Ｆｂは、対応する着弾位置ＰＦ（目標吐出位置Ｐ）に着弾し、着弾位置ＰＦから照射位置ＰＴまで搬送される間に、その外径がセル幅Ｗとなる。

また、吐出タイミング信号ＳＧを出力すると、制御部４１は、レーザ駆動回路４９を介して、半導体レーザＬＤを待機時間だけ待機させ、その後に、ヘッド制御信号ＳＣＨに応じた半導体レーザＬＤに、それぞれレーザ駆動電圧ＶＤＬを供給する。そして、制御部４１は、対応する半導体レーザＬＤから、一斉にレーザ光Ｂを出射させる。一斉に出射されたレーザ光Ｂは、基板２（表面２ａ）とノズルプレート３１（反射面３１ａ）に反射されて、照射角θ２（入射角θ１：臨界角）で照射位置ＰＴの液滴Ｆｂ、すなわちセル幅Ｗの外径を有した液滴Ｆｂに照射される。レーザ光Ｂの照射された液滴Ｆｂは、分散媒の蒸発と金属微粒子の焼成によって、その外径がセル幅ＷのドットＤとして基板２の表面２ａに固着される。これによって、１行目の黒セルＣ１内に、そのセル幅Ｗに整合したドットＤが形成される。

以後、同様に、制御部４１は、基板２をＸ矢印方向に搬送して、各目標吐出位置Ｐが着弾位置ＰＦに到達する毎に、対応するノズルＮから液滴Ｆｂを一斉に吐出する。そして、黒セルＣ１に着弾した液滴Ｆｂがセル幅Ｗになるタイミングで、一斉に照射角θ２のレーザ光Ｂを照射して、コード形成領域Ｓの全てドットＤを形成する。

次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、吐出ヘッド３０のＸ矢印方向にレーザヘッド３６を設けて、レーザヘッド３６からのレーザ光Ｂを、表面２ａに対する臨界角（入射角θ１）で基板反射位置ＰＲに出射し、吐出ヘッド３０側に全反射させるようにした。

また、ノズルプレート３１の基板２側にレーザ光Ｂを反射する反射面３１ａを設けて、基板反射位置ＰＲからのレーザ光Ｂを、表面２ａ上の照射位置ＰＴに照射角θ２（入射角θ１：臨界角）で反射させるようにした。

従って、基板２側の反射とノズルプレート３１側の反射を介する分だけ、照射角θ２を小さくすることができ、照射位置ＰＴの液滴Ｆｂに対して、表面２ａの法線方向（Ｚ矢印方向）に近いレーザ光Ｂを照射することができる。その結果、照射位置ＰＴにおけるレーザ光Ｂの光断面（ビームスポット）の拡大を抑制することができ、液滴Ｆｂに照射するレーザ光Ｂの照射強度の向上と照射位置の位置精度の向上を図ることができる。ひいては、ドットＤの形状制御性を向上することができる。

（２）上記実施形態によれば、反射部材をノズルプレート３１（反射面３１ａ）で構成するようにした。従って、反射部材を別途設ける場合に比べて、液滴吐出装置２０の部材点数を削減することができ、より簡便な構成によって、照射強度の向上と照射位置の位置精度の向上を図ることができる。

しかも、着弾位置ＰＦ（基板２）とノズルＮ（吐出ヘッド３０）との間の距離（プラテ
ンギャップ）を変更することなく、基板反射位置ＰＲからのレーザ光Ｂを照射位置ＰＴに反射させることができる。その結果、プラテンギャップを増大させる、すなわち液滴Ｆｂの着弾位置の精度を低下させることなく、照射強度と照射位置の位置精度の向上を図ることができる。

（３）上記実施形態によれば、反射面３１ａの表面に、レーザ光Ｂを透過して液状体Ｆを撥液する撥液膜３１ｂをコーティングするようにした。従って、ノズルＮから吐出されたミスト状の液状体Ｆを撥液することができ、反射面３１ａの汚染を抑制することができる。その結果、反射面３１ａの光学的機能の劣化を抑制することができ、照射強度や照射位置の位置精度の安定化を図ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、基板２の表面２ａでレーザ光Ｂを反射するようにした。これに限らず、例えば基板２の裏面やその裏面側に配設される基板ステージ２３によって反射する構成にしてもよく、吐出ヘッド３０に対する基板２側で反射する構成であればよい。

・上記実施形態では、ノズルプレート３１の反射面３１ａを表面２ａと平行に配設するようにした。これに限らず、例えば図６に示すように、ノズルプレート３１の反射面３１ａを、レーザヘッド３６側の空間が広がるように、表面２ａに対して傾斜角θ３だけ傾斜させるようにしてもよい。これによれば、照射位置ＰＴに照射するレーザ光Ｂの照射角θ２を、傾斜角θ３の分だけ、さらに小さくすることができ、レーザ光Ｂの照射強度や照射位置の位置精度を、さらに向上することができる。

あるいは、図７に示すように、反射面３１ａを設けることなく、ノズルプレート３１の基板２側に反射部材としての反射ミラー３９を配設し、基板反射位置ＰＲからのレーザ光Ｂを反Ｚ矢印方向に反射して照射位置ＰＴに導く構成にしてもよい。これによれば、照射角θ２を０度にして、レーザ光Ｂの照射強度や照射位置の位置精度を、さらに向上することができる。

尚、図７では、反射ミラー３９をノズルＮのＸ矢印方向に配設しているが、これに限らず、反Ｘ矢印方向に配設してもよく、照射角θ２を小さくする位置であればよい。
・上記実施形態では、ノズルプレート３１の反射面３１ａを平面で構成するようにした。これに限らず、例えば図８に示すように、反射面３１ａを凹曲面Ｖに形成して、表面２ａで反射される互いに平行なレーザ光Ｂを照射位置ＰＴの領域に収束するようにしてもよい。これによれば、複数の異なる基板反射位置ＰＲからのレーザ光Ｂを照射位置ＰＴに導くことができ、基板反射位置ＰＲに位置ズレを来たす場合であっても、確実に、レーザ光Ｂを照射位置ＰＴに導くことができる。その結果、レーザ光Ｂの照射強度や照射位置の位置精度を、より確実に向上することができる。

尚、図８では、反射面３１ａのＸ矢印方向端部を凹曲面Ｖに形成しているが、これに限らず、反射面３１ａの全体を凹曲面状にしてもよく、表面２ａからのレーザ光Ｂを照射位置ＰＴに収束可能にするものであればよい。
・上記実施形態では、表面２ａとノズルプレート３１（反射面３１ａ）の双方で、それぞれ１回だけレーザ光Ｂを反射する構成にした。これに限らず、表面２ａとノズルプレート３１の間で多重反射させるように構成してもよい。
・上記実施形態では、液滴Ｆｂの領域に照射するレーザ光Ｂによって、液滴Ｆｂを乾燥・焼成する構成にした。これに限らず、例えば照射するレーザ光Ｂのエネルギーによって、液滴Ｆｂを所望の方向に流動させる構成にしてもよく、あるいは液滴Ｆｂの外縁のみに照射して液滴Ｆｂをピニングする構成にしてもよい。すなわち、液滴Ｆｂの領域に照射するレーザ光Ｂによってパターンを形成する構成であればよい。
・上記実施形態では、レーザ光源を半導体レーザＬＤで具体化したが、これに限らず、例えば炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザであってもよく、着弾した液滴Ｆｂを乾燥可能な波長のレーザ光Ｂを出力するレーザであればよい。
・上記実施形態では、液滴Ｆｂによって半円球状のドットＤを形成する構成にしたが、これに限らず、例えば、楕円形状のドットや線状のパターンを形成する構成であってもよい。
・上記実施形態では、パターンを識別コード１０のドットＤに具体化した。これに限らず、例えばパターンを、液晶表示装置１や、平面状の電子放出素子を備えて同素子から放出された電子による蛍光物質の発光を利用した電界効果型装置（ＦＥＤやＳＥＤ等）の絶縁膜や金属配線等、各種パターンに具体化してもよく、着弾した液滴Ｆｂの領域にレーザ光を照射して形成するパターンであればよい。

・上記実施形態では、基板を液晶表示装置１の基板２に具体化したが、これに限らず、例えばシリコン基板やフレキシブル基板、あるいは金属基板等であってもよい。

本実施形態における液晶表示装置を示す平面図。 同じく、液滴吐出装置を示す概略斜視図。 同じく、液滴吐出ヘッド及びレーザヘッドを示す概略斜視図。 同じく、液滴吐出ヘッド及びレーザヘッドを示す概略断面図。 同じく、液滴吐出装置の電気的構成を示す電気ブロック回路図。 変更例の液滴吐出ヘッド及びレーザヘッドを示す概略断面図。 変更例の液滴吐出ヘッド及びレーザヘッドを示す概略断面図。 変更例の液滴吐出ヘッド及びレーザヘッドを示す概略断面図。 従来例の液滴吐出装置を示す概略断面図。

符号の説明

２…基板、１０…識別コード、２０…液滴吐出装置、３０…液滴吐出ヘッド、３１…反射部材を構成するノズルプレート、３１ａ…反射面、３１ｂ…撥液膜、Ｂ…レーザ光、Ｄ…パターンとしてのドット、Ｆｂ…液滴、ＬＤ…レーザ光源としての半導体レーザ、Ｎ…吐出口を構成するノズル。

Claims (7)

1. 基板と相対向する液滴吐出ヘッドの吐出口からパターン形成材料を含む液滴を吐出し、前記基板に着弾した前記液滴の領域にレーザ光を照射してパターンを形成するパターン形成方法において、
   前記基板に向けて出射した前記レーザ光を、前記吐出口の近傍に設けられた反射部材に向けて前記基板により反射させ、前記反射部材により反射された前記レーザ光を、前記液滴が着弾した前記基板に向けて反射させ、
   前記基板に向けて出射した前記レーザ光の光路と、前記基板に対する法線と、のなす角度を入射角とし、
   前記液滴に向けて反射された前記レーザ光の光路と、前記基板の法線と、のなす角度を照射角としたとき、
   前記照射角を前記入射角よりも小さくするように、前記レーザ光を照射する
   ことを特徴とするパターン形成方法。
2. 基板と相対向する吐出口から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記基板に向かってレーザ光を出射するレーザ光源と、を備えた液滴吐出装置において、
   前記吐出口の近傍に設けられて、前記基板から反射した前記レーザ光を、前記基板に着弾した前記液滴の領域に反射する反射部材を備えてなり、
   前記レーザ光源から出射するレーザ光の光路と、前記基板に対する法線と、のなす角度を入射角とし、
   前記液滴に向けて反射された前記レーザ光の光路と、前記基板に対する法線と、のなす角度を照射角とすると、
   前記照射角が前記入射角よりも小さい
   ことを特徴とする液滴吐出装置。
3. 請求項２に記載の液滴吐出装置において、
   前記反射部材は、前記吐出口の形成されたノズルプレートであることを特徴とする液滴吐出装置。
4. 請求項２又は３に記載の液滴吐出装置において、
   前記反射部材は、前記レーザ光を透過して前記液滴を撥液する撥液膜で被覆されたことを特徴とする液滴吐出装置。
5. 請求項２〜４のいずれか１つに記載の液滴吐出装置において、
   前記反射部材は、前記基板からの前記レーザ光を前記基板の略法線方向に沿って反射する反射面を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
6. 請求項２〜５のいずれか１つに記載の液滴吐出装置において、
   前記反射部材は、前記基板からの前記レーザ光を前記液滴の領域に収束する反射面を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
7. 請求項２〜６のいずれか１つに記載の液滴吐出装置において、
   前記レーザ光源は、出射した前記レーザ光を前記基板で全反射することを特徴とする液滴吐出装置。

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