JP4534811B2 - 液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出装置に関する。

従来、液晶ディスプレイ装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置（有機ＥＬ表示装置）等の電気光学装置は、基板上に複数の電気光学素子を形成している。一般に、この種の基板には、品質管理・製品管理等の目的で、製造番号、又は製造番号をコード化した２次元コード等の固有の識別コードが描画されている。この識別コードは、認識手段としての専用のコードリーダによって読み取られ、解読される。

この基板に識別コードを描画する方法として、基板（ガラス基板）に金属箔付きフィルムを対面させレーザ光を照射して、金属膜を基板に転写させて基板にマークを形成したり、また、研磨材を含んだ水を基板等に噴射し、基板に番号等を刻印したりする方法が提案されている（特許文献１、特許文献２を参照。）。

ところで、各描画方法は、描画工程が多く、装置も高価で大型化する傾向がある。そこで、装置が小さく、描画も短時間に実現できるインクジェット法が検討されている。インクジェット法は、液滴吐出装置を用いて、ノズルから機能液（インク液滴）を基板に対して吐出させて２次元バーコード等の識別コードのパターンを形成する。

また、高密度で高精度なインクジェットに用いる液滴吐出ヘッドを簡単かつ大量に製造する技術も開示されている（特許文献３を参照。）。この特許文献３に記載の技術においては、（１１０）面方位のシリコンウェハ上にパターニングし、その特定の位置に孔明け加工を施す。その後に結晶異方性エッチングを行うことにより、ウェハ表面に対して直角な（１１１）面で構成されたインクノズル孔とインク圧力室を一体成形した液滴吐出ヘッドを製造する。

更に、このような液滴吐出ヘッドにおいて、吐出特性を光測定器等で簡易かつ効率的に評価できる等、量産性、検査効率に優れた構造のインクジェット記録装置に関する技術も開示されている（特許文献４を参照。）。特許文献４に記載の技術によれば、液滴吐出ヘッドは、各ノズル孔に連通する独立した吐出室と、この吐出室の一部の壁が振動板から構成されている。そして、この振動板を駆動する駆動手段と、各吐出室にインクを供給する共通のインクキャビティを有する。そして、振動板下に形成される電極基板が透明基板であり、電極が透明導電膜からなる。これにより、液滴吐出ヘッド外部から内部を観察することができる。
特開平１１−７７３４０号公報 特開２００３−１２７５３７号公報 特開平５−３０９８３５号公報 特開平６−２３９８０号公報

ところで、識別コードを描画するためのインクジェット法においては、液滴を正確な位置に着弾させる工程と、基板に着弾させたインクを乾燥し、機能材料を焼成させて基板に密着させる工程がある。

まず、液滴を正確な位置に着弾させるためには、基板と液滴吐出ヘッドとを近接させる
必要がある。一方、着弾から乾燥までの時間が長いと着弾した液滴は濡れ広がったり収縮したりする可能性があり、着弾後、速やかに乾燥や焼成する工程を効率的に行なう必要がある。しかし、基板と液滴吐出ヘッドとを近接させると、着弾位置が液滴吐出ヘッドの影に入ってしまい、着弾位置がこの影から出てくるまでレーザ光の照射を待たなければならない。この場合、レーザ光による乾燥工程に遅れが生じ、適切な液滴形状を維持することが困難になる場合がある。また、透明基板・透明ステージの裏面からレーザ光を照射する場合もある。しかし、実際に用いる基板が常に透明とは限らない。

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、吐出した機能材料を含む液滴に、レーザ光を精度よく照射し、効率のよい乾燥・焼成を行なうことができる液滴吐出装置を提供することである。

本発明の液滴吐出装置は、液滴を吐出させるための加圧手段を側面に設けた流体経路を備えた液滴吐出手段と、前記液滴吐出手段から吐出された液滴にレーザ光を照射するレーザ照射手段とを備えた液滴吐出装置であって、前記流体経路を構成する部材の少なくとも一部を、前記レーザ光に対して透明部材を用いて構成し、前記透明部材内で前記レーザ光を誘導する。この液滴吐出装置によれば、流体経路を構成する部材を用いてレーザ光を誘導し、液滴の着弾後に速やかにレーザ光を照射して、直ちに液滴を乾燥させ機能材料を焼成させることができる。

この液滴吐出装置において、前記配透明部材に、前記レーザ光を基板上の液滴の着弾位置近傍に導く光路変更手段を備えてもよい。この液滴吐出装置によれば、光路変更を行ない、着弾した液滴に精度よく、かつ迅速にレーザ光を照射することができる。

この液滴吐出装置において、少なくとも、前記加圧手段を設けた側面の対向面に、前記レーザ光を誘導するための透明部材を用いて構成してもよい。この液滴吐出装置によれば、加圧手段とレーザ光を誘導するための透明部材とを対向して設けることができるので、液滴吐出装置の側面を有効に利用することができる。

この液滴吐出装置において、前記液滴吐出手段は、流体経路となる溝部が形成された加工基板と、前記溝部の縁部においてこの加工基板に密着させたカバー材とから構成され、前記カバー材が、前記レーザ光を誘導するための透明部材を用いて構成してもよい。この液滴吐出装置によれば、加工基板とカバー材とを用いて、簡単に液滴吐出装置を形成することができる。

この液滴吐出装置において、前記加工基板の溝を形成する側面の一部に可撓領域を設け、この可撓領域に加圧手段を設けてもよい。この液滴吐出装置によれば、この可撓領域を振動させて、液滴を吐出させることができる。

この液滴吐出装置において、前記加圧手段は、前記可撓領域と、この可撓領域に対向して設けられた電極とから構成してもよい。この液滴吐出装置によれば、静電気力により流体経路の一部を加圧し、液滴を吐出させることができる。

この液滴吐出装置において、前記加圧手段は、圧電素子を用いて構成してもよい。この液滴装置によれば、電圧を印加して圧電素子を伸縮させることによって流体経路の一部を加圧し、液滴を吐出口から吐出させる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図１０に従って説明する。
（液晶表示装置の表示モジュール）
まず、液滴吐出装置を使って形成されたドットパターンが描画された液晶表示装置の表示モジュールについて説明する。図１は液晶表示装置の液晶表示モジュールの正面図、図２は液晶表示モジュールの裏面に形成されたドットパターンの正面図、図３は液晶表示モジュールの裏面に形成されたドットパターンの側面図である。

図１において、表示モジュール１は、光透過性の表示用基板としてのガラス基板２を備えている。そのガラス基板２の表面２ａの略中央位置には、液晶を封入した四角形状の表示部３が形成され、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。そして、表示モジュール１は、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液晶分子の配向状態を制御し、図示しない照明装置から照射された平面光を、液晶分子の配向状態で変調することによって、表示部３に、所望の画像を表示するようになっている。

ガラス基板２の着弾面としての裏面２ｂの右隅には、表示モジュール１のドットＤで構成されたドットパターン１０が形成されている。ドットパターン１０は、図２に示すように、パターン形成領域Ｚ１内に形成される複数のドットＤにて構成されている。このパターン形成領域Ｚ１の外周には予め定めた余白領域Ｚ２が形成されている。そして、パターン形成領域Ｚ１に形成されたドットパターン１０は、本実施形態では２次元コードであって、２次元コードリーダで読み取られる。また、余白領域Ｚ２は、前記ドットＤが形成されない領域であって、２次元コードリーダがパターン形成領域Ｚ１を特定し同パターン形成領域Ｚ１内のドットパターン１０の誤検出を防止するための領域である。

パターン形成領域Ｚ１は、１〜２ｍｍ角の正方形の領域であって、図４に示すように、１６行×１６列の各セルＣに仮想分割され、その分割された各セルＣに対して選択的にドットＤが形成される。なお、その分割されたセルＣ内にドットＤが形成されるセルＣを黒セルＣ１と、セルＣ内にドットＤが形成されないセルＣを白セルＣ０（非形成領域）という。そして、１６行×１６列の各セルＣに対して選択的にドットＤが形成され、その各ドットＤで構成する表示モジュール１の製品番号やロット番号を識別するためのドットパターン１０（２次元コード）が形成される。また、図４において上側から順に、１行目のセルＣ、２行目のセルＣ、・・・、１６行目のセルＣとし、図４において左側から順に、１列目のセルＣ、２列目のセルＣ、・・・、１６列目のセルＣという。

黒セルＣ１（ドット領域）に形成されるドットＤは、図２及び図３に示すように、半球状にガラス基板２に密着して形成されている。このドットＤの形成方法は、本実施形態ではインクジェット法で行う。詳述すると、ドットＤは、後記する液滴吐出装置２０のノズルＮから機能性材料としてのマンガン微粒子を含む液状体としての機能液Ｆａ（図８参照）の液滴ＦｂをセルＣ（黒セルＣ１）に吐出させる。次に、その黒セルＣ１に着弾した液滴Ｆｂを、乾燥しマンガン微粒子を焼成させることによって、ガラス基板２に密着したマンガンよりなる半球状のドットＤが形成される。この乾燥・焼成はレーザ光を、ガラス基板２（黒セルＣ１）に着弾した液滴Ｆｂに照射することによって行われる。

（液滴吐出装置）
次に、ガラス基板２の裏面２ｂにドットパターン１０を形成するために使用される液滴吐出装置２０について説明する。

図５は、ガラス基板２の裏面２ｂのドットパターン１０を形成するための液滴Ｆｂを吐出する液滴吐出装置２０の構成を示す斜視図である。
液滴吐出装置２０には、図５に示すように、直方体形状に形成される基台２１が備えられている。本実施形態では、この基台２１の長手方向をＹ矢印方向とし、Ｙ矢印方向と直
交する方向をＸ矢印方向とする。

基台２１の上面２１ａには、Ｙ矢印方向に延びる１対の案内凹溝２２がＹ矢印方向全幅にわたり形成されている。その基台２１の上側には、一対の案内凹溝２２に対応する図示しない直動機構を備えた基板ステージ２３が取付けられている。基板ステージ２３の直動機構は、例えば案内凹溝２２に沿って延びるネジ軸（駆動軸）と、同ネジ軸と螺合するボールナットを備えたネジ式直動機構であって、その駆動軸がステップモータよりなるＹ軸モータＭＹ（図９参照）に連結されている。そして、所定のステップ数に相対する駆動信号がＹ軸モータＭＹに入力されると、Ｙ軸モータＭＹが正転又は逆転して、基板ステージ２３が同ステップ数に相当する分だけ、Ｙ矢印方向に沿って所定の速度で往動又は復動する（Ｙ方向に移動する）ようになっている。

本実施形態では、基板ステージ２３の配置位置であって、図５に示すように、基台２１の最も手前側に配置する位置を往動位置とし、最も奥側に配置する位置を復動位置という。

基板ステージ２３の上面には、載置面２４が形成され、その載置面２４には、図示しない吸引式の基板チャック機構が設けられている。そして、載置面２４にガラス基板２を載置すると、前記基板チャックによって、ガラス基板２が載置面２４の所定位置に位置決め固定される。この際、パターン形成領域Ｚ１は、各セルＣの列方向がＹ矢印方向に沿うように設定され、かつ１行目のセルＣが最もＹ矢印方向側となるように配置される。

基台２１のＸ矢印方向両側には、一対の支持台２５ａ、２５ｂが立設され、その一対の支持台２５ａ、２５ｂには、Ｘ矢印方向に延びる案内部材２６が架設されている。案内部材２６は、その長手方向の幅が基板ステージ２３のＸ矢印方向よりも長く形成され、その一端が支持台２５ａ側に張り出すように配置されている。

案内部材２６の上側には、前記マンガン微粒子を含む機能液Ｆａを収容する収容タンク２７が配設されている。一方、その案内部材２６の下側には、Ｘ矢印方向に延びる上下一対の案内レール２８がＸ方向全幅にわたり凸設されている。この案内レール２８には、この案内レール２８に対応する図示しない直動機構を備えたキャリッジ２９が取付けられている。このキャリッジ２９の直動機構は、例えば案内レール２８に沿って延びるネジ軸（駆動軸）と、同ネジ軸と螺合するボールナットを備えたネジ式直動機構であって、その駆動軸が、所定のパルス信号を受けてステップ単位で正逆転するＸ軸モータＭＸ（図９参照）に連結されている。そして、所定のステップ数に相当する駆動信号をＸ軸モータＭＸに入力すると、Ｘ軸モータが正転又は逆転して、キャリッジ２９が同ステップ数に相当する分だけＸ矢印方向に沿って往動又は復動する。

このキャリッジ２９には、液滴吐出ヘッド３０が一体に設けられている。図６は、液滴吐出ヘッド３０の下面（基板ステージ２３側の面）を上方に向けた場合の斜視図を示す。液滴吐出ヘッド３０は、その下面にはドットパターン１０を形成するための１６個の吐出口としてのノズルＮがＸ矢印方向（セルＣの行方向）に一列となって等間隔に貫通形成されている。ノズルＮは、そのピッチ幅が、セルＣの形成ピッチと同じ大きさで形成される孔であって、基板ステージ２３の載置面２４に載置されたガラス基板２の法線方向（Ｚ矢印方向）に沿って形成されている。つまり、各ノズルＮは、ガラス基板２（パターン形成領域Ｚ１）がＹ矢印方向に沿って往復直線移動するときに、それぞれ列方向に沿う各セルＣと対峙可能に配置形成されている。

図７は液滴吐出ヘッド３０の主要部を分解して示す斜視図であり、一部断面図で示している。図７に示すように、液滴吐出ヘッド３０は、第１基板３１、第２基板３２、第３基
板３３を重ねて接合した積層構造となっている。

第１基板３１は、カバー材として機能し、ホウ珪酸ガラスからなる透明基板である。
第１基板３１に接合される第２基板３２は、シリコン基板の加工基板である。この第２基板３２の表面には複数のノズルＮが形成される。このノズルＮには、等間隔で形成されたノズル溝３２ａと、各ノズル溝３２ａに接続され、側壁を振動板３２ｂとする溝部、すなわちキャビティ３２ｃが構成される。この振動板３２ｂの領域は、薄膜の可撓領域となる。このキャビティ３２ｃは流体経路として機能し、ノズルＮ〜キャビティ３２ｃが液滴吐出手段として機能する。このキャビティ３２ｃには、オリフィス３２ｄを介して機能液を供給するための液溜部３２ｅが設けられている。また、振動板３２ｂには、後述する電極との間隙を構成する振動室３２ｆとなる凹部が設けられている。そして、第２基板３２には液溜部３２ｅに連通する機能液供給口３２ｇを設ける。

この第１基板３１と第２基板３２との接合によって、各溝部の縁部が密着され、ノズルＮ、キャビティ３２ｃ、オリフィス３２ｄ及び液溜部３２ｅが構成される。機能液供給口３２ｇは接続パイプを介して図示しない収容タンク２７に接続される。

第２基板３２に接合される第３基板３３は、ホウ珪酸ガラスを使用する。第３基板３３上には、スパッタリング法により、振動板３２ｂに対応する各々の位置に振動板形状に対応した形状に、０．１μｍ程度のＩＴＯからなる電極３３ａを設ける。電極３３ａはリード部を介して端子部３３ｂに接続される。さらに端子部３３ｂを除いた領域に、０．２μｍ程度のホウ珪酸ガラスのスパッタリング膜で被覆し絶縁層３３ｅを形成する。この絶縁層３３ｅは、駆動時の絶縁破壊、ショートを防止する。そして、第２基板３２と第３基板３３の接合によって振動室３２ｆを構成する。

次に第１基板３１と第２基板３２とを陽極接合し、同条件で第２基板３２と第３基板３３とを接合し、液滴吐出ヘッド３０を組み立てる。さらに、第２基板３２と電極３３ａの端子部３３ｂ間にヘッド駆動回路５１を接続した。

図８は、液滴吐出ヘッド３０の構造を説明するための要部断面図である。図８に示すように、ノズルＮと相対する位置には、キャビティ３２ｃが形成されている。キャビティ３２ｃは収容タンク２７に連通され、収容タンク２７内の機能性材料としてのマンガン微粒子を分散媒で分散させた液状体としての機能液Ｆａを各キャビティ３２ｃ内に供給可能にする。

キャビティ３２ｃには、左右方向に振動してキャビティ３２ｃ内の容積を拡大縮小する振動板３２ｂと、この振動板３２ｂを振動させるための電極３３ａとからなる静電アクチュエータが構成されている。この静電アクチュエータが、液滴Ｆｂを吐出させるための加圧手段として機能する。具体的には、電極３３ａにヘッド駆動回路５１により、０Ｖから１００Ｖのパルス電圧を印加し、電極３３ａの表面がプラスに帯電すると、対応する振動板３２ｂはマイナス電位に帯電する。したがって、振動板３２ｂは、蓄積電荷による静電気の吸引作用により電極３３ａ側に撓み、キャビティ３２ｃ内の容積が拡大する。そして、機能液Ｆａが液溜部３２ｅよりオリフィスを通じてキャビティ３２ｃ内に補給される。一方、電極３３ａの蓄積電荷が放電された場合、振動板３２ｂの撓みが解放され、キャビティ３２ｃ内の容積が縮小する。この場合、縮小した容積分のマンガン微粒子を含む機能液Ｆａが、各ノズルＮから液滴Ｆｂとなってガラス基板２に吐出される。

液滴吐出ヘッド３０の下面には、図６に示すように、第１基板３１、第２基板３２、第３基板３３から構成され、第１基板３１と第２基板３２との間にノズルＮが形成される。そして、レーザ照射装置３８は、１６個のノズルＮに対応した設けられた１６個の半導体
レーザＬから出射部がＸ矢印方向に一列となって等間隔に並設されている。本実施形態では、第１基板の出射端面に、光路変更手段としてのマイクロレンズを形成する。このマイクロレンズは、ＵＶ硬化樹脂をインクジェット法で塗布して硬化させて形成した。これによってレーザ光は着弾位置で集光され、効率よく乾燥や焼成を行なうことができる。各半導体レーザＬは、対応するノズルＮから液滴Ｆｂが吐出されることによってガラス基板２に着弾した液滴Ｆｂにレーザ光を照射して、液滴Ｆｂを乾燥させ、更にマンガン微粒子を焼成させる。本実施形態では、レーザ照射装置３８は、第１基板３１とその上部に設けられた半導体レーザＬとから構成される。この場合、第１基板３１は、レーザ光に対して透明部材を用い、半導体レーザＬからのレーザ光の光路（ガイド）として利用される。そして、半導体レーザＬ〜マイクロレンズがレーザ照射手段として機能し、振動板３２ｂの対向面に配置される。

（電気的ブロック回路）
次に、上記のように構成した液滴吐出装置２０の電気的ブロック回路を図９に従って説明する。

図９において、制御装置４０には、外部コンピュータ等の入力装置４１から各種データを受信するＩ／Ｆ部４２と、ＣＰＵ等からなる制御部４３、ＤＲＡＭ及びＳＲＡＭからなり各種データを格納するＲＡＭ４４、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ４５が備えられている。また、制御装置４０には、駆動波形生成回路４６、各種駆動信号を同期するためのクロック信号ＣＬＫを生成する発振回路４７、前記半導体レーザＬを駆動するためのレーザ駆動電圧ＶＤＬを生成する電源回路４８、各種駆動信号を送信するＩ／Ｆ部４９が備えられている。そして、制御装置４０では、これらＩ／Ｆ部４２、制御部４３、ＲＡＭ４４、ＲＯＭ４５、駆動波形生成回路４６、発振回路４７、電源回路４８及びＩ／Ｆ部４９が、バス５０を介して接続されている。

Ｉ／Ｆ部４２は、入力装置４１から、ガラス基板２の製品番号やロット番号等の識別データを公知の方法で２次元コード化したドットパターン１０の画像を、既定形式の描画データＩａとして受信する。

制御部４３は、Ｉ／Ｆ部４２の受信した描画データＩａに基づいて、ドットパターン作成処理動作を実行する。すなわち、制御部４３は、ＲＡＭ４４等を処理領域として、ＲＯＭ４５等に格納された制御プログラム（例えば、ドットパターン作成プログラム）に従って、基板ステージ２３を移動させてガラス基板２の搬送処理動作を行い、液滴吐出ヘッド３０の電極３３ａと振動板３２ｂとから構成される静電アクチュエータを駆動させて液滴吐出処理動作を行う。また、制御部４３は、ドットパターン作成プログラムに従って、各半導体レーザＬを駆動させて液滴Ｆｂを乾燥させる乾燥処理動作を行う。

詳述すると、制御部４３は、Ｉ／Ｆ部４２の受信した描画データＩａに所定の展開処理を施し、二次元描画平面（パターン形成領域Ｚ１）上における各セル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ＲＡＭ４４に格納する。このビットマップデータＢＭＤは、前記静電アクチュエータに対応して１６×１６ビットのビット長を有したシリアルデータであり、各ビットの値（０あるいは１）に応じて、振動板３２ｂと電極３３ａとからなる静電アクチュエータのオンあるいはオフを規定するものである。

また、制御部４３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、静電アクチュエータに印加する静電駆動電圧ＶＤＣの波形データを生成して、駆動波形生成回路４６に出力する。駆動波形生成回路４６は、制御部４３の生成した波形データを格納する波形メモリ４６ａと、同波形データをデジタル／アナログ変
換してアナログ信号として出力するＤ／Ａ変換部４６ｂと、Ｄ／Ａ変換部から出力されるアナログの波形信号を増幅する信号増幅部４６ｃとを備えている。そして、駆動波形生成回路４６は、波形メモリ４６ａに格納した波形データをＤ／Ａ変換部４６ｂによりデジタル／アナログ変換し、アナログ信号の波形信号を信号増幅部４６ｃにより増幅して静電駆動電圧ＶＤＣを生成する。

更に、制御部４３は、Ｉ／Ｆ部４９を介して、前記ビットマップデータＢＭＤに基づくデータを、発振回路４７の生成するクロック信号ＣＬＫに同期させた吐出制御信号ＳＩとして、後述するヘッド駆動回路５１（シフトレジスタ５６）に順次シリアル転送する。また、制御部４３は、転送した吐出制御信号ＳＩをラッチするためのラッチ信号ＬＡＴをヘッド駆動回路５１に出力する。さらに、制御部４３は、発振回路４７の生成するクロック信号ＣＬＫに同期させて、静電駆動電圧ＶＤＣをヘッド駆動回路５１（スイッチ素子Ｓ１）に出力する。

この制御装置４０には、Ｉ／Ｆ部４９を介して、ヘッド駆動回路５１、レーザ駆動回路５２、基板検出装置５３、Ｘ軸モータ駆動回路５４及びＹ軸モータ駆動回路５５が接続されている。

ヘッド駆動回路５１は、シフトレジスタ５６、ラッチ回路５７、レベルシフタ５８及びスイッチ回路５９を備えている。シフトレジスタ５６は、クロック信号ＣＬＫに同期して制御装置４０（制御部４３）から転送された吐出制御信号ＳＩを、１６個の静電アクチュエータの電極３３ａに対応させてシリアル／パラレル変換する。ラッチ回路５７は、シフトレジスタ５６のパラレル変換した１６ビットの吐出制御信号ＳＩを、制御装置４０（制御部４３）からのラッチ信号ＬＡＴに同期してラッチし、ラッチした吐出制御信号ＳＩをレベルシフタ５８及びレーザ駆動回路５２に出力する。レベルシフタ５８は、ラッチ回路５７のラッチした吐出制御信号ＳＩに基づいて、スイッチ回路５９が駆動する電圧まで昇圧して、１６個の各静電アクチュエータの電極３３ａに対応する開閉信号ＧＳ１をそれぞれ生成する。

スイッチ回路５９には、各電極３３ａに対応するスイッチ素子Ｓ１がそれぞれ接続される。各スイッチ素子Ｓ１の入力側には、共通する静電駆動電圧ＶＤＣが入力され、出力側には、それぞれ対応する電極３３ａが接続されている。そして、各スイッチ素子Ｓ１には、レベルシフタ５８から、対応する開閉信号ＧＳ１が入力され、この開閉信号ＧＳ１に応じて静電駆動電圧ＶＤＣを静電アクチュエータに供給するか否かを制御する。

すなわち、本実施形態の液滴吐出装置２０は、駆動波形生成回路４６の生成した静電駆動電圧ＶＤＣを、各スイッチ素子Ｓ１を介して対応する各静電アクチュエータに供給する。更に、制御装置４０（制御部４３）は、各スイッチ素子Ｓ１の開閉が制御するための吐出制御信号ＳＩ（開閉信号ＧＳ１）を供給し、静電駆動電圧ＶＤＣの印加を制御する。すなわち、スイッチ素子Ｓ１が閉じることにより、このスイッチ素子Ｓ１に対応する電極３３ａに静電駆動電圧ＶＤＣを供給し、この静電アクチュエータに対応するノズルＮから液滴Ｆｂを吐出する。この場合、ラッチ信号ＬＡＴは、１６個のノズルＮの直下をガラス基板２のパターン形成領域Ｚ１の各横１列が通過する毎に出力される。そして、このラッチ信号ＬＡＴに応答して、静電アクチュエータが駆動され、ノズルＮから液滴Ｆｂが吐出されることにより、パターン形成領域Ｚ１の各セルＣ（黒セルＣ１）にドットＤが形成される。

図１０は、上記するラッチ信号ＬＡＴ、吐出制御信号ＳＩ及び開閉信号ＧＳ１のパルス波形と、開閉信号ＧＳ１に応答して静電アクチュエータに印加される静電駆動電圧ＶＤＣの波形を示す。図１０に示すように、制御部４３からヘッド駆動回路５１に出力されたラ
ッチ信号ＬＡＴが立ち下がると、１６ビット分の吐出制御信号ＳＩに基づいて開閉信号ＧＳ１が生成され、１６個の開閉信号ＧＳ１のうち立ち上がった開閉信号ＧＳ１に対応する静電アクチュエータに静電駆動電圧ＶＤＣが供給される。この場合、振動板３２ｂとの間でキャパシタを構成する電極３３ａの電圧ＶＣは、静電駆動電圧ＶＤＣの電圧に伴い上昇する。この場合、静電気力により静電アクチュエータが収縮してキャビティ３２ｃ内に機能液Ｆａが引き込まれる。次に、静電駆動電圧ＶＤＣの電圧値の下降とともに静電アクチュエータによりキャビティ３２ｃ内の機能液Ｆａが押し出され、液滴Ｆｂが吐出される。液滴Ｆｂを吐出すると、静電駆動電圧ＶＤＣの電圧値は初期電圧まで戻り、静電アクチュエータの駆動による液滴Ｆｂの吐出動作が終了する。

図９に示すように、レーザ駆動回路５２には、遅延パルス生成回路６１とスイッチ回路６２が備えられている。遅延パルス生成回路６１は、ラッチ回路５７が前記ラッチ信号ＬＡＴの立下りに応答してラッチした吐出制御信号ＳＩを、所定の時間（待機時間Ｔ）だけ遅延させたパルス信号（開閉信号ＧＳ２）を生成し、開閉信号ＧＳ２をスイッチ回路６２に出力する。ここで、待機時間Ｔとは、静電アクチュエータの駆動タイミング（前記ラッチ信号ＬＡＴの立ち下がりタイミング）を基準（基準時間Ｔｋ）とし、その静電アクチュエータ（ノズルＮ）に対応する半導体レーザＬの直下（レーザ照射位置）を液滴Ｆｂが通過するに要する時間をいう。詳述すると、本実施形態における前記待機時間Ｔは、予め試験等に基づいて設定した時間であり、静電アクチュエータの吐出動作の開始時（静電駆動電圧ＶＤＣの立ち上がる時）から液滴Ｆｂが着弾し、その着弾した液滴Ｆｂがレーザ照射位置まで到達するまでの時間である。従って、遅延パルス生成回路６１は、ラッチ回路５７が前記ラッチ信号ＬＡＴの立下りに応答してラッチした吐出制御信号ＳＩを、待機時間Ｔ経過すると、即ち、着弾した液滴Ｆｂが半導体レーザＬの直下（レーザ照射位置）の到達したとき、開閉信号ＧＳ２をスイッチ回路６２に出力する。

スイッチ回路６２には、１６個の各半導体レーザＬに対応するスイッチ素子Ｓ２が備えられている。各スイッチ素子Ｓ２の入力側には、電源回路４８の生成した共通のレーザ駆動電圧ＶＤＬが入力され、出力側には対応する各半導体レーザＬが接続されている。そして、各スイッチ素子Ｓ２には、遅延パルス生成回路６１から対応する開閉信号ＧＳ２が入力され、開閉信号ＧＳ２に応じてレーザ駆動電圧ＶＤＬを半導体レーザＬに供給するか否かを制御する。すなわち、本実施形態の液滴吐出装置２０は、電源回路４８の生成したレーザ駆動電圧ＶＤＬを、各スイッチ素子Ｓ２を介して対応する各半導体レーザＬに共通に印加するとともに、そのスイッチ素子Ｓ２の開閉を、制御装置４０（制御部４３）の供給する吐出制御信号ＳＩ（開閉信号ＧＳ２）によって制御するようにしている。そして、スイッチ素子Ｓ２が閉じると、同スイッチ素子Ｓ２に対応する半導体レーザＬにレーザ駆動電圧ＶＤＬが供給され、対応する半導体レーザＬからレーザ光が出射される。

つまり、図１０に示すように、ラッチ信号ＬＡＴがヘッド駆動回路５１に入力されると、待機時間Ｔ後に、開閉信号ＧＳ２が生成される。そして、開閉信号ＧＳ２が立ち上がった時に、対応する半導体レーザＬにレーザ駆動電圧ＶＤＬが印加され、丁度、半導体レーザＬの照射位置を通過するガラス基板２（黒セルＣ１）に着弾した液滴Ｆｂに、同半導体レーザＬからレーザ光が出射される。そして、開閉信号ＧＳ２が立下り、レーザ駆動電圧ＶＤＬの供給が遮断されて半導体レーザＬによる乾燥処理動作が終了する。

制御装置４０には、Ｉ／Ｆ部４９を介して基板検出装置５３が接続されている。基板検出装置５３は、ガラス基板２の端縁を検出し、制御装置４０によって液滴吐出ヘッド３０（ノズルＮ）の直下を通過するガラス基板２の位置を算出する際に利用される。

制御装置４０には、Ｉ／Ｆ部４９を介してＸ軸モータ駆動回路５４が接続され、Ｘ軸モータ駆動回路５４にＸ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５４は、制御装置４０からのＸ軸モータ駆動制御信号に応答して、キャリッジ２９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。そして、例えば、Ｘ軸モータＭＸを正転させると、キャリッジ２９はＸ矢印方向に移動し、逆転させるとキャリッジ２９はＸ矢印の反対方向に移動する。

制御装置４０には、前記Ｘ軸モータ駆動回路５４を介してＸ軸モータ回転検出器５４ａが接続され、Ｘ軸モータ回転検出器５４ａからの検出信号が入力される。制御装置４０は、こ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、液滴吐出ヘッド３０（キャリッジ２９）のＸ矢印方向の移動量と、移動方向とを演算する。

制御装置４０には、Ｉ／Ｆ部４９を介してＹ軸モータ駆動回路５５が接続され、Ｙ軸モータ駆動回路５５にＹ軸モータ駆動制御信号を出力するようになっている。Ｙ軸モータ駆動回路５５は、制御装置４０からのＹ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Ｙ軸モータＭＹを正転又は逆転させ、基板ステージ２３を予め定めた速度で移動させる。例えば、Ｙ軸モータＭＹを正転させると、基板ステージ２３（ガラス基板２）は予め定めた速度でＹ矢印方向に移動し、逆転させると、基板ステージ２３（ガラス基板２）は予め定めた速度でＹ矢印の反対方向に移動する。

制御装置４０には、前記Ｙ軸モータ駆動回路５５を介してＹ軸モータ回転検出器５５ａが接続され、Ｙ軸モータ回転検出器５５ａからの検出信号が入力される。制御装置４０は、Ｙ軸モータ回転検出器５５ａ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に対するガラス基板２のＹ矢印方向の移動方向及び移動量を演算する。

（ドットパターンの生成）
次に、上述した液滴吐出装置２０を使ってドットパターン１０をガラス基板２の裏面２ｂに形成する方法について説明する。

まず、図５に示すように、往動位置に位置する基板ステージ２３上に、ガラス基板２を、裏面２ｂが上側になるように配置固定する。このとき、ガラス基板２のＹ矢印方向側の辺は、案内部材２６より反Ｙ矢印方向側に配置されている。また、キャリッジ２９（液滴吐出ヘッド３０）は、ガラス基板２がＹ矢印方向に移動したとき、その直下を、ドットパターン１０を形成する位置（パターン形成領域Ｚ１）が通過する位置にセットされている。

この状態から、制御装置４０は、Ｙ軸モータＭＹを駆動制御し、基板ステージ２３を介してガラス基板２を所定の速度でＹ矢印方向に搬送させる。やがて、基板検出装置５３がガラス基板２のＹ矢印側の端縁を検出すると、制御装置４０は、Ｙ軸モータ回転検出器５５ａからの検出信号に基づいて、横１列のセルＣ（黒セルＣ１）がノズルＮの直下まで搬送されたかどうかを演算する。

この間、制御装置４０は、ドットパターン作成プログラムに従って、ＲＡＭ４４に格納したビットマップデータＢＭＤに基づく吐出制御信号ＳＩと、駆動波形生成回路４６で生成した静電駆動電圧ＶＤＣをヘッド駆動回路５１に出力する。また、制御装置４０は、電源回路４８で生成したレーザ駆動電圧ＶＤＬをレーザ駆動回路５２に出力する。そして、制御装置４０は、ラッチ信号ＬＡＴを出力するタイミングを待つ。

そして、１行目のセルＣ（黒セルＣ１）がノズルＮの直下（着弾位置）まで搬送されると、制御装置４０は、ラッチ信号ＬＡＴをヘッド駆動回路５１に出力する。ヘッド駆動回路５１は、制御装置４０からのラッチ信号ＬＡＴを応答して、吐出制御信号ＳＩに基づく
開閉信号ＧＳ１を生成し、同開閉信号ＧＳ１をスイッチ回路５９に出力する。そして、閉じた状態のスイッチ素子Ｓ１に対応する静電アクチュエータに、静電駆動電圧ＶＤＣを供給し、対応するノズルＮから、静電駆動電圧ＶＤＣに相対する液滴Ｆｂを、一斉に吐出する。

一方、レーザ駆動回路５２（遅延パルス生成回路６１）は、ラッチ回路５７のラッチした吐出制御信号ＳＩを受けて開閉信号ＧＳ２の生成を開始し、待機時間Ｔ（ガラス基板２（黒セルＣ１）に着弾した液滴Ｆｂが、レーサ照射位置に到達する時間）待機する。そして、ラッチ信号ＬＡＴを受けて待機時間Ｔを経過すると、レーザ駆動回路５２は、遅延パルス生成回路６１の生成した開閉信号ＧＳ２をスイッチ回路６２に出力し、閉じた状態のスイッチ素子Ｓ２に対応する半導体レーザＬに、レーザ駆動電圧ＶＤＬを供給する。

従って、横１列の黒セルＣ１内に一斉に着弾した液滴Ｆｂに、一斉に対応する半導体レーザＬからレーザ光が照射される。これによって、液滴Ｆｂの分散媒が着弾時に蒸発し、同液滴Ｆｂが乾燥して裏面２ｂに定着する。

つまり、先に一斉に吐出されてガラス基板２上に着弾した横一列のドットＤを形成する液滴Ｆｂが、一斉に対応する半導体レーザＬによってレーザ光が照射される。これによって、レーザ光のエネルギーによって、液滴Ｆｂの分散媒が蒸発し、液滴Ｆｂに含まれていたマンガン微粒子が焼成しガラス基板２に密着される。つまり、ガラス基板２にマンガンよりなる半球状のドットＤが形成される。以後、同様に、各ノズルＮから吐出されガラス基板２に着弾した液滴Ｆｂが、対応する半導体レーザＬの直下に搬送される毎に、レーザ光が照射される。そして、ドットパターン１０を構成する半球状のドットＤが横一列毎に形成されてくる。

そして、パターン形成領域Ｚ１に形成されるドットパターン１０の全ドットＤが形成されると、制御装置４０は、Ｙ軸モータＭＹを制御して、ガラス基板２を液滴吐出ヘッド３０の下方位置から退出させる。

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）本実施形態によれば、一回のガラス基板２の搬送で、液滴吐出工程と乾燥・焼成工程が完了するため、パターン形成作業が短時間となり作業効率の向上を図ることができる。特に、液滴吐出工程後の乾燥・焼成工程に用いる半導体レーザＬからのレーザ光は、第１基板３１を光路として供給されるために、液滴の着弾後に比較的短時間内で照射することが可能である。着弾した液滴の形状は時間の経過に伴い変化するが、ノズルＮの近傍で、レーザ光の照射を行なうことができるので、短時間で乾燥し、形状を固定することができる。例えば、ノズルＮとレーザ光の出射位置との間隔を１０μｍ以下にした場合、ステージの搬送速度が遅い場合でも、着弾した液滴Ｆｂが濡れ広がったり、収縮したりする前（例えば５０μ秒）にレーザ光を照射できる。

（２）本実施形態によれば、振動板３２ｂと、この振動板３２ｂを振動させるための電極３３ａとからなる静電アクチュエータが配設されている。この静電アクチュエータが、液滴Ｆｂを吐出させるための加圧手段として機能する。キャビティの外側に振動板を構成するガラス板やプラスチック板等を介して圧電素子を設けた構造とは異なり、微細な液滴吐出ヘッド３０を製造することができる。また、圧電素子の場合、圧電素子自身の厚みや、振動板への接着剤の厚みのばらつきが生じることがある。キャビティ３２ｃを構成する一面を振動板３２ｂとして、静電気力を利用した吐出を行なう駆動方式を採用するため、安定した吐出特性を得ることができる。

（３）本実施形態によれば、半導体レーザＬの駆動タイミングを、ノズルＮの駆動開始
を決めるラッチ信号ＬＡＴの立下りを基準（基準時間Ｔｋ）、すなわち、液滴Ｆｂを吐出させるための静電アクチュエータの駆動を基準にして決定したので、ノズルＮから吐出した液滴Ｆｂの位置を正確に把握できる。従って、レーザ光を精度よく液滴Ｆｂに照射することができ、確実に液滴Ｆｂを乾燥・焼成させることができる。しかも、制御部４３の負荷も軽減することができる。

（４）本実施形態によれば、レーザ照射装置３８の光路である第１基板３１は液滴吐出ヘッド３０と一体化しているので、照射時の位置あわせが不要である。
（５）本実施形態によれば、１６個の半導体レーザＬは、駆動した静電アクチュエータに対応する半導体レーザＬしか駆動させないようにしたので、半導体レーザＬの消費電力を抑えることができる。

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、第１基板３１と第２基板３２とを接合することにより、複数のノズルＮを形成する。これに代えて、図１１に示すように、第１基板３１に孔を設けてノズルＮを形成してもよい。この場合、ノズルＮの近傍に光路変更手段（例えば、反射鏡３４）を設ける。これにより、キャビティ３２ｃを水平にしてレーザ光を照射することができる。特に、反射鏡３４の位置を変更することにより、着弾位置と照射位置とを調整することができる。

○ 上記実施形態では、第１基板３１の上部に半導体レーザＬを設ける。半導体レーザＬの配置はこれに限られものではなく、吐出装置の一部を透明にして、レーザ光を誘導できるものであればよい。例えば、図１２に示すように、第１基板３１の正面に半導体レーザＬを設けてもよい。この場合、第１基板３１内に光路変更手段（例えば、反射鏡３４）を設け、ノズルＮ近傍において、光路を変更させて、着弾した液滴Ｆｂにレーザ光を照射する。これにより、側面からレーザ光を入射することができる。

また、図１３に示すように、第１基板３１の側面に半導体レーザＬを設けてもよい。この場合、第１基板３１内に光路変更手段（例えば、プリズム３５）を、第１基板３１への入射位置、出射位置に設ける。これにより、側面からレーザ光を入射することができる。このようにレーザ光源の設置場所のフレキシビリティを確保することができる。

○ 上記実施形態では、光路変更手段としてマイクロレンズを用いる。光路変更手段は、レーザ光の光路を変更し、液滴の着弾位置近傍に導けるものであれば、これらに限られるものではなく、反射鏡やプリズム、回折格子等を用いることも可能である。

○ 上記実施形態では、ラッチ信号ＬＡＴの立下りを基準として待機時間Ｔを設定したが、ラッチ信号ＬＡＴの立ち上りを基準に待機時間Ｔを設定して実施してもよく、要は、静電アクチュエータの駆動動作を決める駆動信号を基準に待機時間Ｔを設定すればどんなタイミングでもよい。

○ 上記実施形態では、加圧手段として静電アクチュエータを使って液滴Ｆｂを吐出したが、静電アクチュエータ以外の方法で圧力室（キャビティ３２ｃ）を加圧する加圧手段を用いて実施してもよい。例えば、静電アクチュエータ以外の方法（例えば、ピエゾ素子を用いる方法や気泡を用いる方法等）を用いてキャビティ３２ｃ内を加圧し、液滴Ｆｂを吐出するようにしてもよい。例えば、ピエゾ素子を用いる場合には、キャビティ３２ｃを構成する振動板３２ｂにピエゾ素子を接触させ、駆動信号によりキャビティ３２ｃの体積を変更して液滴Ｆｂを吐出させる。また、気泡を用いる場合には、キャビティ３２ｃ内に気泡を生成して破裂させて液滴Ｆｂを吐出させる。これらの場合にも、液滴Ｆｂを吐出させるノズル孔を設けたノズルプレートを透明にして、レーザ光の光路とする。

○ 上記実施形態では、第１基板と第２基板とを接合し、レーザ光の照射位置を固定した。これに代えて、レーザ光の照射位置を稼動にしてもよい。この場合、例えば、移動可能なマイクロレンズを第１基板に設けたり、第１基板と第２基板との位置関係をずらしたりすることができる調整手段を設ける。これにより、描画ピッチを変えるために液滴吐出ヘッド３０を傾けた場合にも、着弾位置に応じてレーザ光を照射することができる。

○ 上記実施形態では、ドットパターン１０を構成するドットＤを形成するための液滴吐出装置２０に具体化したが、例えば、機能性材料として配線材料を含む液滴を基板に吐出させて、基板上に金属配線を形成する液滴吐出装置や絶縁膜を形成するための液滴吐出装置などに応用してもよい。この場合にも、効率よく後工程の乾燥・焼成が液滴吐出装置で行なうことができる。

○ 上記実施形態では、半球状のドットＤで具体化したが、その形状は限定されるものではなく、例えば、その平面形状が楕円形のドットであったり、バーコードを構成するバーのように線状であったりしてもよい。

○ 上記実施形態では、パターンは２次元コードの識別コードであったが、これに限定されるものではなく、例えばバーコードであってもよい。さらに、パターンは、文字、数字、記号等であってもよい。

○ 上記実施形態では、ドットパターン１０を表示用基板としてガラス基板２に形成したが、これをシリコンウェハ、樹脂フィルム、金属板等でもよい。
○ 上記実施形態では、レーザ駆動回路５２の遅延パルス生成回路６１にて、待機時間Ｔが経過した時、開閉信号ＧＳ２を出力するようにした。これを、制御装置４０で、待機時間Ｔを計時して、待機時間Ｔが経過した時、レーザ駆動回路５２に制御信号を出力する。そして、レーザ駆動回路５２は、制御信号に応答して、ヘッド駆動回路５１のラッチ回路５７から入力した吐出制御信号ＳＩに基づいて生成した開閉信号ＧＳ２を出力するようにしてもよい。

○ 上記実施形態では、表示モジュール１に具体化した。これに限らず、例えば有機エレクトロルミネッセンス表示装置の表示モジュールであってもよく、あるいは平面状の電子放出素子を備え、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）を備えた表示モジュールであってもよい。また、ドットパターン１０が形成されたガラス基板２等は、これらの表示装置のみでなく、他の電子機器に使用してもよい。

液晶表示装置の液晶表示モジュールの正面図。 液晶表示モジュールの裏面に形成されたドットパターンの正面図。 液晶表示モジュールの裏面に形成されたドットパターンの側面図。 ドットパターンの構成を説明するための説明図。 本実施形態の液滴吐出装置の要部斜視図。 液滴吐出ヘッドを説明するための斜視図。 液滴吐出ヘッドを説明するための分解斜視図。 液滴吐出ヘッドを説明するための要部断面図。 液滴吐出装置の電気的構成を説明するための電気ブロック回路図。 吐出ヘッドの駆動と半導体レーザの駆動のタイミングを説明するためのタイミングチャート。 他の形態の液滴吐出ヘッドを説明するための要部断面図。 他の形態の液滴吐出ヘッドを説明するための要部断面図。 他の形態の液滴吐出ヘッドを説明するための概略斜視図。

符号の説明

１…表示モジュール、２…ガラス基板、２ｂ…裏面、１０…ドットパターン、２０…液滴吐出装置、３０…液滴吐出ヘッド、３１…第１基板、３２…第２基板、３３…第３基板、３２ｂ…振動板、３２ｃ…キャビティ、３３ａ…電極、３４…光路変更手段としての反射鏡、４０…制御装置、４３…制御部、５１…ヘッド駆動回路、５２…レーザ駆動回路、６１…遅延パルス生成回路、Ｎ…ノズル、Ｆｂ…液滴、Ｌ…半導体レーザ、ＬＡＴ…ラッチ信号、ＧＳ１…第１開閉信号、ＧＳ２…第２開閉信号、Ｔ…待機時間、Ｔｋ…基準時間、Ｚ１…パターン形成領域、Ｚ２…余白領域、Ｃ…セル、Ｄ…ドット。

Claims (7)

1. 液滴を吐出させるための加圧手段を側面に設けた流体経路を備えた液滴吐出手段と、
   前記液滴吐出手段から吐出された液滴にレーザ光を照射するレーザ照射手段とを備えた液滴吐出装置であって、
   前記流体経路を構成する部材の少なくとも一部を、前記レーザ光に対して透明部材を用いて構成し、前記透明部材内で前記レーザ光を誘導することを特徴とする液滴吐出装置。
2. 請求項１に記載の液滴吐出装置において、
   前記透明部材に、前記レーザ光を基板上の液滴の着弾位置近傍に導く光路変更手段を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
3. 請求項１又は２に記載の液滴吐出装置において、
   少なくとも、前記加圧手段を設けた側面の対向面に、前記レーザ光を誘導するための透明部材を用いて構成したことを特徴とする液滴吐出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の液滴吐出装置において、
   前記液滴吐出手段は、流体経路となる溝部が形成された加工基板と、前記溝部の縁部においてこの加工基板に密着させたカバー材とから構成され、
   前記カバー材を、前記レーザ光を誘導するための透明部材を用いて構成したことを特徴とする液滴吐出装置。
5. 請求項４に記載の液滴吐出装置において、
   前記加工基板の溝部を形成する側面の一部に可撓領域を設け、この可撓領域に加圧手段を設けたことを特徴とする液滴吐出装置。
6. 請求項５に記載の液滴吐出装置において、
   前記加圧手段は、前記可撓領域と、この可撓領域に対向して設けられた電極とから構成したことを特徴とする液滴吐出装置。
7. 請求項５に記載の液滴吐出装置において、
   前記加圧手段は、圧電素子を用いて構成したことを特徴とする液滴吐出装置。

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