JP4682524B2 - インクジェット塗布装置 - Google Patents

Description

本発明はオンデマインド方式インクジェット塗布装置に関し、特に高速マルチノズルインクジェット塗布装置に関する。

従来、塗布媒体に高速印刷を行う際には、マルチノズルインクジェット装置が用いられている。マルチノズルインクジェット装置は、多数のノズルを備えているため、基板などの塗布媒体に高密度で印刷する場合でも高速印刷を行うことが可能である。ところで、インクジェット装置は、連続方式とオンデマンド方式とに分けられる。オンデマンド方式のインクジェットヘッドは、多数のノズルを有し、圧電素子等を駆動させることによりインク室に圧力を加え、ノズルの開口からインク粒子を吐出する。オンデマンド方式のインクジェットヘッドは、連続方式に比べて構造が簡易なため、数百、数千ノズルを高密度に配置することができる（例えば、特許文献１参照。）。

一方、近年では、薄膜形成等にマルチノズルインクジェット装置が応用されるようになってきている。マルチノズルインクジェット装置を用いて薄膜を形成するためには、１０〜２０ｍｇ程度の微小インク滴を均一に吐出する必要があり、吐出されるインクの重量バラツキを数％以下に抑える必要がある。しかしながら、従来のマルチノズルインクジェット装置では、ノズル特性のバラツキから、各ノズルから吐出されるインク滴の重量に大きなバラツキが生じる。商業採算性を考慮すると、ノズル構造の精度を高めて重量バラツキを数％以下に抑えることは難しい。

そこで従来から、各ノズルの圧電素子等に印加する駆動電圧波形を個別に微調整することで、インク吐出量を調整し、重量バラツキを抑える吐出重量補正が行われている。吐出重量補正としては、それぞれが異なる駆動電圧波形を発生する複数の駆動波形発生装置を用い、所望の吐出液滴重量が得られる駆動電圧波形をノズル毎に選択して印加する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、複数の駆動電圧波形を発生できる１個の駆動波形発生装置を全ノズル共通に用いる技術も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この技術では、吐出重量補正を全ノズルに対して同時に行うことはできないため、各ノズル所望の駆動電圧波形を時分割法により１ノズルずつ順次印加していく。
特開２００２−２７３８９０号公報 特開平９−１１４５７号公報 特開平４−３１６８５１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、ノズル数が少ない場合には問題ないが、ノズル数が数百、数千となる場合、駆動波形発生装置の数が多くなり、駆動波形発生装置を選択する回路も複雑になるため、実用的でない。

特許文献３に記載の技術でも、ノズル数が少ない場合には問題ないが、ノズル数が数百、数千となる場合、時分割の数が多くなりすぎ、その数だけ吐出回数も多くなるため、塗布速度が著しく低下することとなる。

そこで、本発明は、駆動波形生成回路を増やすことなく、また、塗布速度を落とすことなく、均一にインクを塗布することのできるマルチノズルインクジェット塗布装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載のインクジェット塗布装置は、複数のノズルを備えたノズルモジュールと、複数のノズルに共通に設けられ、各ノズルの駆動部に、ノズルからの液滴吐出タイミング毎に波形を変化させたアナログ駆動電圧を印加することのできるアナログ駆動電圧生成手段とを備えたインクジェット塗布装置において、アナログ駆動電圧生成手段が前記駆動部に印加すべき電圧の波形の情報を示すデジタル波形調整データと、ノズル毎の吐出・非吐出を決定するデジタル吐出信号とを前記アナログ駆動電圧生成手段に転送するデジタル信号転送手段を備え、前記アナログ駆動電圧生成手段は、前記ノズルの数よりも少ない種類の電圧波形を生成し、前記複数のノズルは複数のブロックに分けられ、前記デジタル吐出信号は、前記各ブロックに含まれる全ノズルにおける所定吐出回数当たりの全吐出量の合計値が目標値と等しいか、または、前記合計値と前記目標値との差が最小となるように前記各ノズルの吐出・非吐出を決定する信号であることを特徴としている。

このような構成によると、デジタル波形調整データとデジタル吐出信号を１つのデジタル信号転送手段からアナログ駆動電圧生成手段に同時に転送することができる。また、このような構成によると、複数のノズルによって吐出された液滴の全重量が目標値と近似した値となる。

また、請求項２に記載のインクジェット塗布装置は、請求項１に記載のインクジェット塗布装置において、デジタル波形調整データと、デジタル吐出信号と、デジタル波形調整データ及びデジタル吐出信号をデジタル信号転送手段に出力するか否かを決定する選択信号と、をデジタル信号転送手段に出力する塗布信号処理手段と、選択信号に基づき、デジタル波形調整データとデジタル吐出信号をデジタル信号転送手段に出力する選択手段とを更に備えたことを特徴としている。

また、請求項３に記載のインクジェット塗布装置は、請求項１または２に記載のインクジェット塗布装置において、デジタル信号転送手段がデジタル波形調整データ及び前記デジタル吐出信号を転送し、転送された前記デジタル波形調整データ及びデジタル吐出信号を随時記憶するメモリ手段を更に備え、メモリ手段は、記憶したデジタル波形調整データ及びデジタル吐出信号を前記所定吐出回数単位でデジタル信号転送手段へ繰り返し出力することを特徴としている。

また、請求項４に記載のインクジェット塗布装置は、複数のノズルを備えたノズルモジュールと、前記複数のノズルに共通に設けられ、前記各ノズルの駆動部に、前記ノズルからの液滴吐出タイミング毎に波形を変化させたアナログ駆動電圧を印加することのできるアナログ駆動電圧生成手段と、を備えたインクジェット塗布装置において、前記アナログ駆動電圧生成手段が前記駆動部に印加すべき電圧の波形を吐出サイクル毎に調整するデジタル波形調整データを生成する塗布信号処理手段と、ノズル毎の吐出・非吐出を決定するデジタル吐出信号及び前記デジタル波形調整データを吐出サイクル毎に前記アナログ駆動電圧生成手段へ一括して転送するデジタル信号転送手段とを備え、塗布信号処理手段は、基準デジタル波形調整データ及び基準デジタル吐出信号を出力し、出力された前記基準デジタル波形調整データ及び基準デジタル吐出信号を随時記憶するメモリ手段を更に備え、塗布信号処理手段から出力される前記デジタル波形調整データ及びデジタル吐出信号と、メモリ手段に記憶された基準デジタル波形調整データ及び基準デジタル吐出信号との論理積をとり、論理積の結果を前記デジタル信号転送手段に出力する論理回路を更に備えたことを特徴としている。

このような構成によると、論理回路は、塗布信号処理手段から出力されるデジタル波形調整データ及びデジタル吐出信号か、メモリ手段に記憶された基準デジタル波形調整データ及び基準デジタル吐出信号かのいずれかをデジタル信号転送手段に出力する。

本発明の請求項１に記載のインクジェット塗布装置によれば、デジタル波形調整データとデジタル吐出信号を同様に扱うことができるため、デジタル波形調整データとデジタル吐出信号をアナログ駆動電圧生成回路に出力するための回路を個々に備える必要がなくなるため、回路が簡易になる。更に、複数のノズルからの吐出・非吐出及び吐出量の組み合わせにより複数のノズルから吐出された液滴の全重量を調整するため、高精度かつ高速に塗布を行える。また、ノズル毎の吐出重量を調整しないため、各ノズルの吐出量を均一とする必要がなく、回路を簡易にできる。さらに、確認のための再重量測定を行う必要がなくなり、調整工程を短縮できる。

本発明の請求項２に記載のインクジェット塗布装置によれば、塗布信号処理手段及び選択手段により、環境経時等種々の条件に基づいて、デジタル波形調整データ及びデジタル吐出信号の内容を塗布中に随時更新することが可能となる。

本発明の請求項３に記載のインクジェット塗布装置によれば、一度メモリにデータを記憶させてしまえば、同じデータを繰り返し送ることができるので、データ転送時間、塗布信号処理手段の容量等が節約される。

本発明の請求項４に記載のインクジェット塗布装置によれば、メモリにデータを記憶させていても、インクの吐出・非吐出を容易に変更することが出来る。

本発明の第１の実施の形態によるインクジェット塗布装置について図１〜図９を参照しながら説明する。図１は第１の実施の形態によるインクジェット塗布装置１００の構成を示したものである。インクジェット塗布装置１００は、制御コンピュータ１０１と、ＸＹＺステージ制御手段１０２と、ＸＹＺステージ１０３と、インクタンク１０４と、ノズルモジュール４０１と、圧電素子ドライバ４０２と、塗布信号処理手段４１１とを備えている。ＸＹＺステージ１０３上には塗布基板１０５が搭載される。また、ＸＹＺステージ１０３上には、位置決め用のテレビカメラ、レベリング制御用のヒータ及び乾燥機、ノズルモジュールの保全装置等も搭載されている（図示せず）。

制御コンピュータ１０１は、ＸＹＺステージ制御手段１０２及び塗布信号処理手段４１１を制御する。ＸＹＺステージ制御手段１０２は、ＸＹＺステージ１０３を塗布基板１０５と共にＸ方向（主走査方向）に移動させ、ノズルモジュール４０１をＹ方向（副走査方向）及びＺ方向（高さ方向）に移動させる。塗布信号処理手段４１１は、圧電素子ドライバ４０２を制御し、ノズルモジュール４０１を駆動させる。インクタンク１０４は、ノズルモジュール４０１にインクを供給する。

インクジェット塗布装置１００の動作について説明する。まず、塗布基板１０５がＸＹＺステージ１０３上に搭載されると、ＸＹＺステージ制御手段１０２が塗布基板１０５及びノズルモジュール４０１を塗布開始位置へ移動させる。次に、塗布基板１０５をＸ方向に移動させながらノズルモジュール４０１からインクを吐出させて、塗布基板１０５上にインクを塗布する。ノズルモジュール４０１をＹ方向に所定量移動させた後、再び塗布基板１０５をＸ方向に移動させながらノズルモジュール４０１からインクを吐出させて、塗布基板１０５上にインクを塗布する。以上の動作を繰り返すことにより塗布基板１０５全体に塗布膜１０６が形成される。

図２は、本実施の形態によるノズルモジュール４０１、圧電素子ドライバ４０２及び塗布信号処理手段４１１の接続を示す図である。図２に示すようにノズルモジュール４０１は、一列に並べて配置されたＮ個のノズル２００を有する。ノズル密度は、１５０ｎｐｉ（ノズル／インチ）である。なお、本実施の形態では、ノズルモジュール４０１にはノズル２００が１２８個配置されているが、それ以上のノズル数が必要な場合には、ノズルモジュール４０１を複数配置する。

次に、ノズルモジュール４０１の構成について図３を用いて説明する。図３に示すように、ノズルモジュール４０１には、１２８個のノズル２００（図２には１つだけ示す）と、各ノズル２００にインクを供給する共通インク供給路２０８が形成されており、オリフィスプレート２１２と、加圧室プレート２１１と、リストリクタプレート２１０と、圧電素子固定基板２０６とを備える。各ノズル２００は、オリフィスプレート２１２に形成されたノズル孔２０１と、加圧室プレート２１１により形成された加圧室２０２と、リストリクタプレート２１０により形成されたリストリクタ２０７とを有する。リストリクタ２０７は、共通インク供給路２０８と加圧室２０２とを連結し、加圧室２０２へのインク流量を制御するものである。

ノズル２００は、更に振動板２０３と、圧電素子２０４と、支持板２１３とを備える。振動板２０３と圧電素子２０４は、シリコン接着剤等の弾性材料２０９により連結されており、圧電素子２０４は、一対の共通電極２０５−１と個別電極２０５−２を有する。圧電素子２０４は、共通電極２０５−１に電圧が印加されると伸縮し、印加されなければ変形しないように形成されている。支持板２１３は、振動板２０３を補強するものである。

振動板２０３、リストリクタプレート２１０、加圧室プレート２１１、支持板２１３は、例えばステンレス材から作られ、オリフィスプレート２１２はニッケル材から作られている。また、圧電素子固定基板２０６は、セラミックス、ポリイミドなどの絶縁物から作られている。

かかる構成において、インクタンク１０４（図１）から供給されたインクは、共通インク供給路２０８を介して各リストリクタ２０７に分配され、加圧室２０２及びオリフィス２０１へ供給される。共通電極２０５−１に電圧が印加されると圧電素子２０４が変形し、加圧室２０２内のインクの一部がオリフィス２０１から吐出される。

次に、塗布信号処理手段４１１及び圧電素子ドライバ４０２について、図４を用いて説明する。図４は、塗布信号処理手段４１１及び圧電素子ドライバ４０２の構成を示す図である。図４には、ノズルモジュール４０１の圧電素子２０４をコンデンサ記号で示す。圧電素子ドライバ４０２は、Ｎ個のスイッチ４０３と、ラッチ４０４と、シフトレジスタ４０５と、駆動電圧波形生成回路４０６と、Ｎ個のＡＮＤゲート４０７と、セレクタ４１２と、ＦＩＦＯメモリ４１３と、バイナリカウンタ４１４と、バイナリコンパレータ４１５とを備えている。

塗布信号処理手段４１１は、ラッチクロックＬＣＫをラッチ４０４と、駆動電圧波形生成回路４０６と、バイナリカウンタ４１４に、データクロックＤＣＫをシフトレジスタ４０５と、ＦＩＦＯメモリ４１３に、選択信号ＷＥＮとデジタル塗布信号ＤＡＴをセレクタ４１２にそれぞれ出力する。

データクロックＤＣＫは、全体の動作の基準となる時間を刻む。デジタル塗布信号ＤＡＴは、Ｎ＋８ｂｉｔのシリアルデータで、先頭の８ｂｉｔは波形調整データＣＲＤであり、その他のＮｂｉｔは吐出信号Ｄｎである。波形調整データＣＲＤは、０〜２５５のいずれかの値をとり、パルス幅変調により個別電極２０５−２に印加する電圧を２５６段階に調整するデータである。吐出信号Ｄｎは、各ノズル２００からの液滴の吐出を制御する信号であり、論理が１のときに”吐出”、論理が０のときに”非吐出”と定義する。ラッチクロックＬＣＫは、シフトレジスタ４０５に入力されたデータをラッチ４０４へラッチする信号であると同時に、駆動電圧波形生成回路４０６の同期信号や、バイナリカウンタ４１４のスタート信号でもある。選択信号ＷＥＮは、セレクタ４１２が出力する信号（デジタル塗布信号ＤＡＴか、後述する巡回データＤＡＴＲ）を選択する信号であり、選択信号ＷＥＮの論理が１のときに”デジタル塗布信号”、論理が０のときには”巡回データＤＡＴＲ”と定義する。

セレクタ４１２は、選択信号ＷＥＮにより選択された信号（デジタル塗布信号ＤＡＴか、後述する巡回データＤＡＴＲ）をデータクロックＤＣＫに同期して順次シフトレジスタ４０５に出力する。シフトレジスタ４０５は、Ｎ＋８ｂｉｔの循環型のシフトレジスタであり、データクロックＤＣＫに同期してセレクタ４１２から入力されたデータを順次ＦＩＦＯメモリ４１３に出力し、ラッチクロックＬＣＫに同期してラッチ４０４へ出力する。 ＦＩＦＯメモリ４１３は、（Ｎ＋８）×（Ｘ−１）の容量を有しており、シフトレジスタ４０５から入力されたデータを格納し、また、そのデータを巡回データＤＡＴＲとしてセレクタ４１２に出力する。ラッチ４０４は、シフトレジスタ４０５からラッチされたデータのうちの波形調整データＣＲＤをバイナリコンパレータ４１５に出力し、吐出信号ＤｎをＡＮＤゲート４０７に出力する。

バイナリカウンタ４１４は、外部からの高周波クロックＨＣＫをカウントし、カウント信号ＣＴＯをバイナリコンパレータ４１５へ出力する。カウント値は、２５５から２５４、２５３、２５２、と１つずつ減算していき、０になると、自己停止する。高周波クロックＨＣＫは、３２Ｍｈｚのクロックであり、カウント信号ＣＴＯは８μｓで０となる。

バイナリコンパレータ４１５は、ラッチ４０４からの波形調整データＣＲＤと、バイナリカウンタ４１４からのカウント信号ＣＴＯとを比較し、比較信号ＯＥＮをＡＮＤゲート４０７に入力する。具体的には、ＣＴＯ＞ＣＲＤの場合には、比較信号ＯＥＮを１とし、ＣＴＯ≦ＣＲＤの場合には、比較信号ＯＥＮを０とする。

ＡＮＤゲート４０７は、比較信号ＯＥＮとラッチ４０４からの吐出信号Ｄｎを論理積し、比較信号ＯＥＮの論理と吐出信号Ｄｎの論理の両方が１のときにスイッチ４０３を閉じ、それ以外のときにはスイッチ４０３を開く。

駆動電圧波形生成回路４０６は、ラッチクロックＬＣＫに同期して単一のアナログの駆動電圧波形Ｖｄを共通電極２０５−１へ出力する。個別電極２０５−２は、スイッチ４０３を経て電気的に接地されている。

スイッチ４０３は、個別電極２０５−２と接続され、両端にはダイオード４０８が並列に接続されている。スイッチ４０３は、ＡＮＤゲート４０７からの入力に応じて開閉する。

図５を参照しながら圧電素子ドライバ４０２の動作について説明する。図５は、圧電素子ドライバ４０２の動作のタイミングチャートである。全ての動作はデータクロックＤＣＫのカウントの整数倍のタイミングで行われる。

まず、塗布信号処理手段４１１からシフトレジスタ４０５にデータクロックＤＣＫ（図５（ｆ））が入力される。同時に、塗布信号処理手段４１１からセレクタ４１２にデジタル塗布信号ＤＡＴ（図５（ｈ））と選択信号ＷＥＮ（図５（ｇ））が入力される。

記録開始時には、選択信号ＷＥＮはデジタル塗布信号ＤＡＴを選択するので、セレクタ４１２はデータクロックに同期して、デジタル塗布信号ＤＡＴを順次シフトレジスタ４０５に転送し、シフトレジスタ４０５はこれを格納する。このとき、すでにシフトレジスタ４０５に格納されていたデータはＦＩＦＯメモリ４１３に出力され、ＦＩＦＯメモリ４１３はこれを順次格納する。

１回の吐出サイクル分のデジタル塗布信号ＤＡＴがシフトレジスタ４０５に全て転送されると、ラッチクロックＬＣＫ（図５（ａ））が発生し、ラッチクロックＬＣＫに同期してデジタル塗布信号ＤＡＴ（波形調整データＣＲＤ＋吐出信号Ｄｎ）がシフトレジスタ４０５から４０４へラッチされる。なお、ラッチクロックＬＣＫは、デジタル塗布信号ＤＡＴのシフトレジスタ４０５への転送が終了すると発生するが、タイマ等で定期的に発生する場合もあるし、また、塗布位置を検出するセンサ（エンコーダ等）の信号をもとに生成する場合もある。駆動電圧波形生成回路４０６は、ラッチクロックＬＣＫに同期して駆動電圧波形Ｖｄ（図５（ｂ））を生成する。駆動電圧波形Ｖｄは、図５（ｂ）に示すような逆台形波形とする。また、バイナリカウンタ４１４は、ラッチクロックＬＣＫに同期して高周波クロックＨＣＫのカウントを開始し、カウント信号ＣＴＯをバイナリコンパレータ４１５へ出力する。

ラッチクロックＬＣＫに同期してラッチ４０４へラッチされた波形調整データＣＲＤ（図５（ｃ））は、バイナリコンパレータ４１５に出力される。バイナリコンパレータ４１５は、カウント信号ＣＴＯと波形調整データＣＲＤの大小関係を比較し、比較信号ＯＥＮを出力する。前述したように、波形調整データＣＲＤは０〜２５５のいずれかの値であり、カウント信号ＣＴＯはラッチクロックＬＣＫ発生後に８μｓで０となるため、比較信号ＯＥＮは、図５（ｄ）に示すようにパルス幅変調されたパルス（パルス幅Ｐｗ、０＜Ｐｗ＜８μｓ）となる。

スイッチ４０３が閉じると、個別電極２０５−２は接地されるため、共通電極２０５−１に印加される駆動電圧Ｖｄが圧電素子２０４にそのまま印加される（図５（ｅ）（ｔ１））。次に、スイッチ４０３が開くと個別電極２０５−２が解放され、圧電素子２０４に蓄積された電荷はそのまま保持されるため、共通電極２０５−１−個別電極２０５−２間の電位差に変化は生じない。駆動電圧Ｖｄの降下に伴い共通電極２０５−１の電圧は降下するが、共通電極２０５−１−個別電極２０５−２間の電位差を保つために、個別電極２０５−２の電位も接地電位から同じ電位だけ降下する。従って、ダイオード４０８のアノード側がマイナス電位となるためにダイオード４０８の作用により電流は流れない（図５（ｅ）（ｔ２））。最後に、駆動電圧Ｖｄの上昇に伴い、個別電極２０５−２の電位も上昇し、接地電位より大きくなると、ダイオードを通って電流が流れ始める。そのため、圧電素子２０４には駆動電圧Ｖｄがそのまま印加される（図５（ｅ）（ｔ３））。つまり、圧電素子２０４への駆動電圧波形をスイッチ４０３の開閉する時間により調節しているので、駆動電圧波形生成回路４０６からの駆動電圧波形Ｖｄを変調するのと同じこととなる。このように圧電素子２０４への駆動電圧波形を調整することにより、ノズル２００から吐出するインクの量を調節することができる。

以上で１回の吐出サイクルが完結するが、本実施形態では、この吐出サイクルをあとＸ−１回繰り返すことにより、Ｘ回分のデジタル塗布信号ＤＡＴがシフトレジスタ４０５内及びＦＩＦＯメモリ４１３内に全て格納される。従って、それ以降は、セレクタ４１２の選択信号ＷＥＮがＦＩＦＯメモリ４１３からの巡回データＤＡＴＲを選択することにより、ＦＩＦＯメモリ４１３内に格納された巡回データＤＡＴＲが繰り返し用いられる。すでに格納されたＸ回のデジタル塗布信号ＤＡＴを変更する場合には、再び、セレクタ４１２の選択信号ＷＥＮを切り替えて、新しいデジタル塗布信号ＤＡＴをシフトレジスタ４０５に転送すればよい。

以上により、塗布信号処理手段４１１からのデジタル塗布信号ＤＡＴのうち、先頭の８ｂｉｔの波形調整データＣＲＤによって、圧電素子２０４に印加される駆動電圧波形を吐出サイクルごとに変更することができる。このようにして、駆動電圧波形生成回路４０６は、１つの波形しか作らない点、及び、波形調整データＣＲＤを吐出信号Ｄｎと同様に扱える点から、回路を簡易にすることができる。

また、本実施の形態では、選択信号ＷＥＮによりデジタル塗布信号ＤＡＴが選択されているときには、デジタル塗布信号ＤＡＴがシフトレジスタ４０５に転送され、巡回データＤＡＴＲが選択されているときには、巡回データＤＡＴＲがシフトレジスタ４０５に転送される。選択するタイミングは任意であり、状況に応じて転送するデータを変更することができる。通常のベタ膜製膜のように繰り返し同じデータを送る場合には、巡回データＤＡＴＲを選択することで、転送時間、容量等が節約される。

図６は、デジタル塗布信号ＤＡＴの構成を示した図である。各吐出サイクルにおける波形調整データＣＲＤａ〜ＣＲＤｄに対応する圧電素子２０４への印加電圧波形を波形ａ〜ｄとし、波形ａ〜ｄの電圧幅は、それぞれ台形電圧波形Ｖｄの電圧幅の１００％（調整なし）、９０％、８０％、７０％とする。最初の吐出サイクルで、波形調整データＣＲＤａ（８ｂｉｔ）及び各ノズル２００の吐出信号Ｄ１ａ、Ｄ２ａ、・・・、Ｄｎａ（各１ｂｉｔ）が送られ、次の吐出サイクルで、波形調整データＣＲＤｂ（８ｂｉｔ）及び各ノズル２００の吐出信号Ｄ１ｂ、Ｄ２ｂ、・・・、Ｄａｂ（各１ｂｉｔ）が送られる。このようにして、４列目のデジタル塗布信号ＤＡＴまで送られると転送は終了する。その後は、前述のように、すでに送ったデジタル塗布信号ＤＡＴが繰り返し使われる。

次に、Ｘ回分のデジタル塗布信号ＤＡＴの作成方法について図７〜図９を用いて説明する。前述のように、１吐出サイクルでデジタル塗布信号ＤＡＴはＮ＋８ｂｉｔ送られるので、Ｘ回分では、（Ｎ＋８）×Ｘｂｉｔのデータ量となる。以下では、Ｘ＝４の場合で具体的に説明する。まず、各ノズル２００の吐出液滴重量を測定する。測定方法は、ノズル２００毎に波形ａを用いて１０ｋＨｚで５０万発分の液滴をビーカに取り、電子天秤で測定する。これを波形ｂ〜ｄについても行う。これにより、各波形（波形ａ〜ｄ）毎の重量値Ｍｎが求められる。

次に、デジタル塗布信号ＤＡＴを４ノズル毎に区切る。これをブロックと呼ぶ。図７は、始めの４ノズル（１〜４）のブロックを示した図である。１ブロック全体の吐出液滴重量ｍは、４ノズルの４回分の吐出・非吐出の組み合わせに依存するので、６５５３５（＝２ ^１６−１）通りの組み合わせができる。上記で求めた各波形（波形ａ〜ｄ）毎の重量値Ｍｎを用いて各組み合わせでの重量ｍを計算で求め、これを重量順に並べる。一方、６５５３５通り組み合わせの平均重量Ｍは、

の式を用いて求められるので、重量順に並べられた重量ｍの中から平均重量Ｍに最も近い組み合わせを選ぶ。これを全ブロックに対して行うことで、全ブロックの重量ｍを平均重量Ｍに極めて高精度に一致させることができる。

図８は、液滴を吐出した結果を模擬した図である。丸のサイズは、吐出した場合の吐出重量を示し、黒丸は実際に吐出した液滴、白丸は実際には吐出していない液滴を示している。図８によると、液滴が均一に塗布されていないように見える。ところが、実際に多くの製膜工程では、レベリングという工程があるため、液滴は均一にならされてしまう。

図９は、レベリング工程を説明する図である。図９（ａ）において、重量Ｍ１ａの液滴が基板上に着地すると、液滴の運動エネルギーが界面（または表面）張力による自由エネルギーに変わり、さらに接触角θを形成するまで濡れ拡がる（図９（ｂ））。乾燥による増粘現象が始まる前に、次々と重量Ｍ１ｂ、Ｍ１ｃ、Ｍ１ｄの液滴を打ち込んでしまえば（図９（ｃ）、図９（ｄ）、図９（ｅ））、ある一定の範囲内の重量ムラはなくなってしまう。その範囲は、打ち込む速度が速いほど、また、接触角θが小さいほど、また、蒸発が遅いほど大きい。

本実施の形態では、密度１５０ｎｐｉ（ノズル／インチ）でノズル２００が配置されているため、ノズルピッチは０．１７ｍｍである。従って、１ブロック（４×４ドット）の一辺は、０．６８ｍｍとなり、これに対して相応の条件で塗布すれば、最終的な膜厚精度を上げることができる。

このようにして、ノズル２００の数Ｎがいくら多くても、駆動電圧波形生成回路４０６で生成する駆動電圧波形Ｖｄは１種類であるため、駆動電圧波形生成回路４０６は極めて簡易な構成で済む。従来のような時分割方法を用いたとしても、本実施の形態では、４種類の波形（ａ〜ｄ）で済むので、ほとんど記録速度は低下しない。

なお、レベリングの範囲が狭く、今回のように多くのドット（４×４）をならせない場合、例えば、３×３（２^９−１）でも５１１通りの設定が可能なため、十分な効果が得られる。

本発明の第２の実施の形態によるインクジェット塗布装置について図１０及び図１１を参照しながら説明する。第１の実施の形態では、一面ベタ膜塗布のような場合を想定していたが、本実施の形態では、任意の領域を記録することができる。

図１０に、本実施形態における塗布信号処理手段４１１、及び、圧電素子ドライバ４０２の構成を示す。本実施の形態では、ＦＩＦＯメモリ４１６は、（Ｎ＋８）×Ｘｂｉｔの容量をもつ。セレクタ４１２からの出力は、ＦＩＦＯメモリ４１６に入力され、シフトレジスタ４０５には入力しない。また、シフトレジスタ４０５には、デジタル塗布信号ＤＡＴと、ＦＩＦＯメモリ４１６に格納された基準デジタル塗布信号ＤＡＴｓがＡＮＤゲート４１０によって論理積されて入力される。さらに、ＡＮＤゲート４０７は三端子構成となっており、選択信号ＷＥＮは、ＮＯＴゲート４０９を介してＡＮＤゲート４０７に入力しているため、選択信号ＷＥＮがデジタル塗布信号ＤＡＴを選択しているときには、スイッチ４０３は開き、選択信号ＷＥＮが基準デジタル塗布信号ＤＡＴｓを選択しているときには、スイッチ４０３は閉じる。

記録開始時には、まず、ＦＩＦＯメモリ４１６にデジタル塗布信号ＤＡＴを格納する。図１１に、ＦＩＦＯメモリ４１６にデジタル塗布信号ＤＡＴを格納する場合のタイミングチャートを示す。ここでは、Ｘ＝４とし、図６のデジタル塗布信号ＤＡＴをＦＩＦＯメモリ４１６に格納するものとする。選択信号ＷＥＮがデジタル塗布信号ＤＡＴを選択し、セレクタ４１２から出力されたデジタル塗布信号ＤＡＴが、ＦＩＦＯメモリ４１３の容量が全部埋まるまでＦＩＦＯメモリ４１６に格納される。本実施の形態では、（Ｎ＋８）×４ｂｉｔ分のデジタル塗布信号ＤＡＴが、ＣＲＤａ、Ｄ１ａ〜ＤＮａ、ＣＲＤｂ、Ｄ１ｂ〜ＤＮｂ、ＣＲＤｃ、Ｄ１ｃ〜ＤＮｃ、ＣＲＤｄ、Ｄ１ｄ〜ＤＮｄの順に転送される。このとき、選択信号ＷＥＮはデジタル塗布信号ＤＡＴ（論理が”１”）を選択しているため、ＮＯＴゲート４０９からＡＮＤゲート４０７に入力する信号は論理が”０”となり、スイッチ４０３は開いている。これにより、塗布信号処理手段４１１からＦＩＦＯメモリ４１６へのデジタル塗布信号ＤＡＴの出力時には、シフトレジスタ４０５からスイッチ４０３にデジタル塗布信号ＤＡＴを出力しない構成となっている。

全ての格納が終了すると、図１２に示すように、塗布信号処理手段４１１から塗布領域が限定されたデジタル塗布信号ＤＡＴ（図１２（ｃ））がデータクロックＤＣＫに同期して出力されると共に、ＦＩＦＯメモリ４１６から基準デジタル塗布信号ＤＡＴｓがデータクロックＤＣＫに同期して出力される。すると、ＦＩＦＯメモリ４１６からの基準デジタル塗布信号ＤＡＴｓ（図１２（ｄ））は、ＡＮＤゲート４１０によってデジタル塗布信号ＤＡＴと論理積をとってからシフトレジスタ４０５に送られる。このとき、デジタル塗布信号ＤＡＴの先頭の８ｂｉｔを全て”１”とし（１６進で”ＦＦ”）、基準デジタル塗布信号ＤＡＴｓの最初の８ｂｉｔ、すなわち波形調整データＣＲＤはそのままシフトレジスタ４０５へ出力され、ＦＩＦＯメモリ４１３に格納された波形調整データＣＲＤが常に有効となる。一方、デジタル塗布信号ＤＡＴの吐出信号Ｄｎは、塗布領域を反映した任意のデータとされ、吐出サイクル毎に変わる。これにより、塗布基板１０５上の任意の領域にのみ塗布が行われる。また、塗布作業中は、選択信号ＷＥＮ（図１２（ｂ））が基準デジタル塗布信号ＤＡＴｓを選択するので、ＦＩＦＯメモリ４１６から出力された基準デジタル塗布信号ＤＡＴｓは、再びＦＩＦＯメモリ４１６へ入力されて巡回する。

本実施の形態では、デジタル塗布信号ＤＡＴのＦＩＦＯメモリ４１６への転送中にはシフトレジスタ４０５がデジタル塗布信号ＤＡＴをスイッチ４０３等に送らないので、すでに格納されたＸ回分のデジタル塗布信号ＤＡＴを変更する際に余計な記録がされない。このように、外部からの任意のデジタル塗布信号ＤＡＴによって吐出の制御を行えるため、任意の塗布領域に均一に塗布することができる。

本発明によるインクジェット装置は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、本実施の形態では、波形調整データＣＲＤを８ｂｉｔとすることにより圧電素子２０４に印加する電圧を２５６段階に調節しているが、波形調整データＣＲＤを８ｂｉｔより大きくすれば、圧電素子２０４に印加する電圧をより細かく調整できる。また、第２の実施の形態では、同じ信号線で、デジタル塗布信号ＤＡＴをシフトレジスタ４０５に、基準デジタル塗布信号ＤＡＴｓをＦＩＦＯ４１６に送信していたが、両者を異なる信号線で送信すれば、記録中であってもＦＩＦＯメモリ４１６内の基準デジタル塗布信号ＤＡＴｓを随時変更することができる。これにより、環境条件等の変化によって塗布量が変化した場合でも、すぐに塗布量を補正することができる。

本発明の実施の形態によるインクジェット塗布装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態によるノズルモジュール４０１の構造を示す図である。 本発明の実施の形態によるノズル２００の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態による塗布信号処理手段４１１及び圧電素子ドライバ４０２を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による圧電素子ドライバ４０２のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態によるデジタル塗布信号ＤＡＴの構成を示す図である。 本発明の実施の形態による始めの４ノズル（１〜４）が吐出する液滴重量を示すブロック図である。 本発明の実施の形態により液滴を吐出した結果を模擬した図である。 レベリング工程を説明する図である。 本発明の第２の実施形態による塗布信号処理手段４１１及び圧電素子ドライバ４０２の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による記録前にＦＩＦＯメモリ４１６にデジタル塗布信号ＤＡＴを格納させる場合のタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態による記録開始後に塗布信号処理手段４１１から塗布領域が限定されたデジタル塗布信号ＤＡＴが送られる場合のタイミングチャートである。

符号の説明

１００ インクジェット塗布装置、２００ ノズル、２０４ 圧電素子、２０５−１ 共通電極、２０５−２ 個別電極、４０１ ノズルモジュール、４０２ 圧電素子ドライバ、４０３ スイッチ、４０６ 駆動電圧波形生成回路、４１１ 塗布信号処理手段、４１３ メモリ

Claims (5)

1. 複数のノズルを備えたノズルモジュールと、
   前記複数のノズルに共通に設けられ、前記各ノズルの駆動部に、前記ノズルからの液滴吐出タイミング毎に波形を変化させたアナログ駆動電圧を印加することのできるアナログ駆動電圧生成手段と、
   を備えたインクジェット塗布装置において、
   前記アナログ駆動電圧生成手段が前記駆動部に印加すべき電圧の波形の情報を示すデジタル波形調整データと、ノズル毎の吐出・非吐出を決定するデジタル吐出信号とを前記アナログ駆動電圧生成手段に転送するデジタル信号転送手段を備え、
   前記アナログ駆動電圧生成手段は、前記ノズルの数よりも少ない種類の電圧波形を生成し、
   前記複数のノズルは複数のブロックに分けられ、
   前記デジタル吐出信号は、前記各ブロックに含まれる全ノズルにおける所定吐出回数当たりの全吐出量の合計値が目標値と等しいか、または、前記合計値と前記目標値との差が最小となるように前記各ノズルの吐出・非吐出を決定する信号であることを特徴とするインクジェット塗布装置。
2. 前記デジタル波形調整データと、前記デジタル吐出信号と、前記デジタル波形調整データ及び前記デジタル吐出信号を前記デジタル信号転送手段に出力するか否かを決定する選択信号と、を前記デジタル信号転送手段に出力する塗布信号処理手段と、
   前記選択信号に基づき、前記デジタル波形調整データと前記デジタル吐出信号を前記デジタル信号転送手段に出力する選択手段と、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット塗布装置。
3. 前記デジタル信号転送手段が前記デジタル波形調整データ及び前記デジタル吐出信号を転送し、前記転送された前記デジタル波形調整データ及び前記デジタル吐出信号を随時記憶するメモリ手段を更に備え、前記メモリ手段は、記憶した前記デジタル波形調整データ及び前記デジタル吐出信号を前記所定吐出回数単位でデジタル信号転送手段へ繰り返し出力することを特徴とする請求項１または２記載のインクジェット塗布装置。
4. 複数のノズルを備えたノズルモジュールと、
   前記複数のノズルに共通に設けられ、前記各ノズルの駆動部に、前記ノズルからの液滴吐出タイミング毎に波形を変化させたアナログ駆動電圧を印加することのできるアナログ駆動電圧生成手段と、
   を備えたインクジェット塗布装置において、
   前記アナログ駆動電圧生成手段が前記駆動部に印加すべき電圧の波形を吐出サイクル毎に調整するデジタル波形調整データを生成する塗布信号処理手段と、
   ノズル毎の吐出・非吐出を決定するデジタル吐出信号及び前記デジタル波形調整データを吐出サイクル毎に前記アナログ駆動電圧生成手段へ一括して転送するデジタル信号転送手段とを備え、
   前記塗布信号処理手段は、基準デジタル波形調整データ及び基準デジタル吐出信号を出力し、前記出力された前記基準デジタル波形調整データ及び前記基準デジタル吐出信号を随時記憶するメモリ手段を更に備え、
   前記塗布信号処理手段から出力される前記デジタル波形調整データ及び前記デジタル吐出信号と、前記メモリ手段に記憶された前記基準デジタル波形調整データ及び前記基準デジタル吐出信号との論理積をとり、前記論理積の結果を前記デジタル信号転送手段に出力する論理回路を更に備えたことを特徴とするインクジェット塗布装置。
5. 前記デジタル波形調整データと、前記デジタル吐出信号と、前記デジタル波形調整データ及び前記デジタル吐出信号を前記デジタル信号転送手段に出力するか否かを決定する選択信号と、を前記デジタル信号転送手段に出力する塗布信号処理手段と、
   前記選択信号に基づき、前記デジタル波形調整データと前記デジタル吐出信号を前記デジタル信号転送手段に出力する選択手段と、
   を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載のインクジェット塗布装置。

Images